JP2022146774A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気エミッションの悪化を抑制した内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】第１、第２触媒、及び前記第１触媒よりも上流側、前記第１触媒と前記第２触媒の間、及び前記第２触媒よりも下流側にそれぞれ設けられ排気の空燃比を検出する第１、第２、及び第３センサ、を有した内燃機関に適用され、前記第１センサの検出空燃比が目標空燃比となるように前記内燃機関を制御すると共に、前記第２センサの検出空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン判定空燃比となった場合に前記目標空燃比をリッチ目標空燃比に設定し、前記第２センサの検出空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ判定空燃比となった場合に、前記目標空燃比をリーン目標空燃比に設定する空燃比制御装置であって、前記内燃機関の運転状態が、理論空燃比に対する前記第３センサの検出空燃比の乖離量が所定範囲外となる特定の運転状態になった場合に前記所定範囲内に収まるように補正する。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。

排気通路に上流側から下流側に順に第１及び第２触媒が設けられ、第１触媒よりも上流側、第１触媒と第２触媒の間、第２触媒よりも下流側、にそれぞれ排気の空燃比を検出する第１、第２、及び第３センサが設けられた内燃機関が知られている。このような内燃機関の空燃比制御に関して、第３センサの検出空燃比に基づいて内燃機関の目標空燃比をフィードバック制御することにより、第２触媒を通過した排気のエミッションの悪化を抑制する技術がある（特許文献１参照）。

特開２０１８－３７７７号公報

特定の運転状態において、第３センサの検出空燃比が理論空燃比に対して大きくずれる場合がある。このような場合に上記技術では、第３センサの検出空燃比が理論空燃比に収束するように第３センサの検出空燃比に基づいて目標空燃比をフィードバック制御するが、第３センサの検出空燃比が実際に内燃機関から排出される排気の空燃比に反映されるまでに時間を要する場合がある。特に、このような特定の運転状態が繰り返えされると、その都度フィードバック制御により第３センサの検出空燃比が実際の排気の空燃比に反映されるまでに時間を要し、排気エミッションが悪化するおそれがある。

そこで、排気エミッションの悪化を抑制した内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、機関本体、前記機関本体に接続された排気通路に上流側から下流側に順に設けられていると共に酸素吸蔵能力を有した第１及び第２触媒、及び前記排気通路の前記第１触媒よりも上流側、前記第１触媒と前記第２触媒の間、及び前記第２触媒よりも下流側、にそれぞれ設けられ排気の空燃比を検出する第１、第２、及び第３センサ、を有した内燃機関に適用され、前記第１センサの検出空燃比が目標空燃比となるように前記内燃機関を制御すると共に、前記第２センサの検出空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン判定空燃比となった場合に、前記目標空燃比を理論空燃比よりも小さいリッチ目標空燃比に設定し、前記第２センサの検出空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ判定空燃比となった場合に、前記目標空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン目標空燃比に設定する内燃機関の空燃比制御装置であって、前記内燃機関の運転状態が、理論空燃比に対する前記第３センサの検出空燃比の乖離量が所定範囲外となる特定の運転状態になったか否かを判定する運転状態判定部と、前記運転状態判定部により肯定判定がなされた場合に、理論空燃比に対する前記第３センサの検出空燃比の乖離量が前記所定範囲内に収まるように、前記リーン判定空燃比及びリッチ判定空燃比、或いは前記リーン目標空燃比及びリッチ目標空燃比を補正する補正部と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置によって達成できる。

前記内燃機関は、前記機関本体から前記排気通路に排出された排気の一部をＥＧＲガスとして前記機関本体に接続された吸気通路に還流させるＥＧＲ装置を有し、前記運転状態判定部は、前記運転状態を示す所定の制御パラメータの目標値として、前記機関本体の筒内の全ガス量に対する前記筒内のＥＧＲガス量の割合であるＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率を用いて、前記内燃機関の運転状態が前記特定の運転状態になったか否かを判定してもよい。

前記内燃機関は、前記機関本体の筒内及び吸気ポートのそれぞれに燃料を噴射する筒内噴射弁及びポート噴射弁を有し、前記運転状態判定部は、前記運転状態を示す所定の制御パラメータの目標値として、前記筒内噴射弁及び前記ポート噴射弁の双方からの総燃料噴射量に対する前記筒内噴射弁及び前記ポート噴射弁の一方からの燃料噴射量の割合である噴射率の目標値である目標噴射率を用いて、前記内燃機関の運転状態が前記特定の運転状態になったか否かを判定してもよい。

理論空燃比に対する前記第３センサの検出空燃比の乖離量が所定範囲外となったことが、前記内燃機関の前記特定の運転状態で生じているか否かを判定する特定運転状態判定部を備え、前記運転状態判定部は、前記特定運転状態判定部により肯定判定がなされた場合に、前記内燃機関の運転状態が前記特定の運転状態になったか否かを判定してもよい。

排気エミッションの悪化を抑制した内燃機関の制御装置を提供することができる。

図１は、内燃機関の概略構成図である。 図２は、特定の運転状態で第３センサの検出空燃比が理論空燃比から大きく乖離する場合の一例を示したタイミングチャートである。 図３は、記憶済の乖離量に基づいてリーン判定空燃比及びリッチ判定空燃比を補正する場合の一例を示したタイミングチャートである。 図４は、記憶制御の一例を示したフローチャートである。 図５は、記憶された制御パラメータの目標値と乖離量Ｄの一例を示した図である。 図６は、補正制御の一例を示したフローチャートである。 図７は、記憶済の乖離量に基づいてリーン目標空燃比及びリッチ目標空燃比を補正する場合の一例を示したタイミングチャートである。 図８は、補正制御の変形例を示したフローチャートである。

［内燃機関の概略構成］
図１は、内燃機関１の概略構成図である。内燃機関１は、例えば車両に搭載されているが、これに限定されず、車両以外の船舶等に搭載されていてもよい。内燃機関１は、機関本体１０、吸気通路２０、排気通路３０、ＥＧＲ（Exhaust gas recirculation）装置４０を有する。機関本体１０は、複数の気筒を有した多気筒機関であり、各気筒内には、燃焼室１１、ピストン１２、点火プラグ１６等が設けられている。また、機関本体１０の内部には、コンロッド１３、及びクランクシャフト１４が配置されている。ピストン１２はコンロッド１３によりクランクシャフト１４に連結されている。機関本体１０には、回転数センサ１５が設けられ、気筒毎に筒内噴射弁１７ａ及びポート噴射弁１７ｂが設けられている。回転数センサ１５は、クランクシャフト１４の回転数を検出することにより、機関本体１０の回転数を検出する。筒内噴射弁１７ａは、燃焼室１１内に燃料を直接噴射する。ポート噴射弁１７ｂは、機関本体１０の吸気ポートに向けて燃料を噴射する。点火プラグ１６は、燃焼室１１内での混合気に点火する。機関本体１０の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気通路２０及び排気通路３０が接続されている。吸気バルブ１８ａ及び排気バルブ１８ｂは、それぞれ機関本体１０の吸気ポート及び排気ポートを開閉する。

吸気通路２０には、上流側から下流側に順に、エアクリーナ２１、エアフローメータ２２、スロットルバルブ２３が設けられている。エアクリーナ２１は外部から流入する空気から粉塵などを除去する。エアフローメータ２２は吸入空気量を取得する。スロットルバルブ２３は例えば不図示のアクチュエータなどにより駆動され、吸入空気量を調節する。スロットルバルブ２３の開度が大きくなると吸入空気量は多くなり、開度が小さくなると吸入空気量は少なくなる。

吸気バルブ１８ａが開くことで、空気は吸気通路２０から燃焼室１１へと導入される。筒内噴射弁１７ａ及びポート噴射弁１７ｂの少なくとも一方から噴射された燃料と空気との混合気は、ピストン１２で圧縮され、点火プラグ１６により点火される。混合気への点火によりピストン１２は燃焼室１１内を上下に往復運動し、クランクシャフト１４が回転する。燃焼後の排気は排気通路３０から排出される。

排気通路３０には上流側から下流側に順に、第１センサ３１ａ、第１触媒３２ａ、第２センサ３１ｂ、第２触媒３２ｂ、及び第３センサ３１ｃが設けられている。第１センサ３１ａ、第２センサ３１ｂ、及び第３センサ３１ｃは、排気通路３０を流れる排気の空燃比を検出する空燃比センサであるが、これに限定されず、これらのうちの少なくとも一つが排気の酸素濃度を検出することにより排気の空燃比を検出することができる酸素濃度センサであってもよい。第１センサ３１ａは、機関本体１０から排出され第１触媒３２ａに流入する排気の空燃比を検出する。第２センサ３１ｂは、第１触媒３２ａから排出され第２触媒３２ｂに流入する排気の空燃比を検出する。第３センサ３１ｃは、第２触媒３２ｂから排出される排気の空燃比を検出する。

第１触媒３２ａ及び第２触媒３２ｂは、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒金属を含み、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。三元触媒は、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有することにより、酸素吸蔵量に応じてＮＯｘ及び未燃ガスの浄化作用を有する。すなわち、三元触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比である場合、三元触媒の酸素吸蔵量が少ないときには三元触媒により排気中の酸素が吸蔵され、これに伴って排気中のＮＯｘが還元浄化される。三元触媒での酸素吸蔵量が多くなると、三元触媒から流出する排気中の酸素及びＮＯｘの濃度が上昇する。三元触媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比である場合、三元触媒での酸素吸蔵量が多いときには三元触媒に吸蔵されている酸素が放出され、排気中の未燃ガスは酸化浄化される。三元触媒での酸素吸蔵量が少なくなると、三元触媒から流出する排気中の未燃ガスの濃度が上昇する。本実施例での三元触媒によれば、三元触媒に流入する排気の空燃比及び酸素吸蔵量に応じて排気中のＮＯｘ及び未燃ガスの浄化特性が変化する。尚、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、第１触媒３２ａ及び第２触媒３２ｂの少なくとも一方は、三元触媒とは異なる触媒であってもよい。

ＥＧＲ装置４０は、ＥＧＲ通路４１及びＥＧＲバルブ４２を有している。ＥＧＲ通路４１の一端は排気通路３０に接続され、他端は吸気通路２０に接続されている。ＥＧＲバルブ４２は、ＥＧＲ通路４１の途中に設けられており、ＥＧＲ通路４１を開閉する。排気の一部（ＥＧＲガス）はＥＧＲ通路４１を通じて吸気通路２０に流入し、再び燃焼室１１に導入される。ＥＧＲバルブ４２の開度が大きくなるとＥＧＲガスの流量は増加し、開度が小さくなるとＥＧＲガスの流量は減少する。ＥＧＲ通路４１には例えばＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラなどが設けられてもよい。尚、図１の例では、ＥＧＲ通路４１の一端は、排気通路３０の第１触媒３２ａよりも上流側に接続されているが、これに限定されず、排気通路３０の第１触媒３２ａ及び第２触媒３２ｂの間に接続されていてもよいし、排気通路３０の第２触媒３２ｂよりも下流側に接続されていてもよく、排気通路３０に接続されていればその接続箇所は問わない。

［ＥＣＵの概略構成］
ＥＣＵ（Electric Control Unit）１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備え、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ１００は、運転者により操作されるアクセルペダルやブレーキペダルの操作量や機関本体１０の回転数や負荷等に基づいて、点火プラグ１６による目標点火時期、筒内噴射弁１７ａやポート噴射弁１７ｂからの目標燃料噴射量や目標噴射時期、スロットルバルブ２３やＥＧＲバルブ４２の目標開度等の、内燃機関１の各種制御パラメータの目標値を設定し、これらの制御パラメータの実値が目標値となるように上記の各種機器を制御する。ＥＣＵ１００には、回転数センサ１５が検出する回転数やエアフローメータ２２が検出する吸入空気量、その他、第１センサ３１ａ、第２センサ３１ｂ、及び第３センサ３１ｃがそれぞれ検出する検出空燃比ＡＦａ、ＡＦｂ、及びＡＦｃが入力される。

ＥＣＵ１００は、第１センサ３１ａの検出空燃比が目標空燃比ＴＡＦとなるように、機関本体１０から排出される排気の空燃比を制御する。具体的にはＥＣＵ１００は、第１センサ３１ａの検出空燃比が目標空燃比ＴＡＦとなるように、第１センサ３１ａの検出空燃比ＡＦａに基づいて筒内噴射弁１７ａ及びポート噴射弁１７ｂからの燃料噴射量やスロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４２の開度をフィードバック制御することにより、機関本体１０から排出される排気の空燃比を目標空燃比ＴＡＦに制御する。また、ＥＣＵ１００は、第２センサ３１ｂの検出空燃比ＡＦｂが理論空燃比ＳＴよりも大きいリーン判定空燃比Ｌ１となった場合に、目標空燃比ＴＡＦを理論空燃比ＳＴよりも小さいリッチ目標空燃比ＴＲに設定する。ＥＣＵ１００は、第２センサ３１ｂの検出空燃比ＡＦｂが理論空燃比よりも小さいリッチ判定空燃比Ｒ１となった場合に、目標空燃比ＴＡＦを理論空燃比よりも大きいリーン目標空燃比ＴＬに設定する。これにより、第２センサ３１ｂの検出空燃比ＡＦｂは、リーン判定空燃比Ｌ１とリッチ判定空燃比Ｒ１の間で周期的に変動する。ＥＣＵ１００は、内燃機関１の空燃比制御装置の一例である。

ＥＣＵ１００は、内燃機関１の運転状態に応じて、目標総燃料噴射量及び目標ポート噴射率（以下、目標ＰＦＩ率と称する）を設定する。目標総燃料噴射量は、筒内噴射弁１７ａ及びポート噴射弁１７ｂの双方から噴射される燃料噴射量の合計の目標値である。目標ＰＦＩ率は、総燃料噴射量に対するポート噴射弁１７ｂからの燃料噴射量の割合であるポート噴射率の目標値である。ＥＣＵ１００は、例えば低負荷運転状態では目標ＰＦＩ率を１００％に設定し、高負荷運転状態では目標ＰＦＩ率を０％に設定し、中負荷運転状態では目標ＰＦＩ率を０～１００％の間に設定する。ＥＣＵ１００は、実際の総燃料噴射量と実際のＰＦＩ率がそれぞれ目標総燃料噴射量と目標ＰＦＩ率となるように、筒内噴射弁１７ａ及びポート噴射弁１７ｂの各燃料噴射量を制御する。目標ＰＦＩ率は、内燃機関１の運転状態を示す制御パラメータの目標値の一例である。

また、ＥＣＵ１００は、内燃機関１の運転状態に応じて目標ＥＧＲ率を設定する。目標ＥＧＲ率は、機関本体１０の筒内の全ガス量に対する筒内のＥＧＲガス量の割合であるＥＧＲ率の目標値である。ＥＣＵ１００は、アクセルペダルの操作量や機関本体１０の回転数、その他、機関本体１０の冷却水の温度等に基づいて目標ＥＧＲ率を設定する。ＥＣＵ１００は、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるように、ＥＧＲバルブ４２の開度を制御する。目標ＥＧＲ率は、内燃機関１の運転状態を示す制御パラメータの目標値の一例である。

また、ＥＣＵ１００は、上述したＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及び記憶装置等により、後述する運転状態判定部、補正部、及び特定運転状態判定部が機能的に実現される。

［理論空燃比ＳＴに対する検出空燃比ＡＦｃの乖離］
図２は、特定の運転状態で第３センサ３１ｃの検出空燃比ＡＦｃが理論空燃比ＳＴから大きく乖離する場合の一例を示したタイミングチャートである。図２には、目標ＥＧＲ率、目標ＰＦＩ率、目標空燃比ＴＡＦ、第２センサ３１ｂ及び第３センサ３１ｃそれぞれの検出空燃比ＡＦｂ及びＡＦｃ、及び第２触媒３２ｂからのＮＯｘの排出量の推移を示している。図２では、目標ＥＧＲ率は一定の場合を示しており、目標ＰＦＩ率が途中で変更される場合を示している。また図２の例では、少なくとも一部の筒内噴射弁１７ａにおいて、噴射口でのデポジットの堆積や故障等により、燃料を所望の噴射量に比べて少ない量でしか噴射できない場合を想定する。

検出空燃比ＡＦｂがリッチ判定空燃比Ｒ１にまで低下すると（時刻ｔ１）、目標空燃比ＴＡＦが所定のリッチ目標空燃比ＴＲから所定のリーン目標空燃比ＴＬに切り替えられる。これにより、第１触媒３２ａに流入する排気中の酸素が第１触媒３２ａに吸蔵されることにより排気中のＮＯｘが還元浄化される。第１触媒３２ａでは浄化しきれなかった排気中のＮＯｘは、第２触媒３２ｂにより同様に浄化される。これにより、検出空燃比ＡＦｂ及びＡＦｃはリッチ側から理論空燃比ＳＴに向かって上昇する。第１触媒３２ａの酸素吸蔵量が多くなると、第１触媒３２ａから排出される排気の酸素濃度が上昇して検出空燃比ＡＦｂはリーン側に上昇し、これに伴って第２触媒３２ｂから排出される排気の酸素濃度も僅かに上昇して、検出空燃比ＡＦｃも僅かにリーン側に上昇する。

検出空燃比ＡＦｂがリーン判定空燃比Ｌ１にまで上昇すると（時刻ｔ２）、目標空燃比ＴＡＦがリーン目標空燃比ＴＬからリッチ目標空燃比ＴＲに切り替えられる。これにより、第１触媒３２ａに流入する排気中の未燃ガスが第１触媒３２ａに吸蔵された酸素により酸化浄化される。第１触媒３２ａでは浄化しきれなかった排気中の未燃ガスは、第２触媒３２ｂにより同様に浄化される。これにより、検出空燃比ＡＦｂ及びＡＦｃはリーン側から理論空燃比ＳＴに向かって低下する。第１触媒３２ａの酸素吸蔵量がゼロに近づくと、第１触媒３２ａから排出される排気の酸素濃度が低下して検出空燃比ＡＦｂはリッチ側に低下し、これに伴って第２触媒３２ｂから排出される排気の酸素濃度も僅かに低下して、検出空燃比ＡＦｃも僅かにリッチ側に低下する。

ここで、目標ＰＦＩ率が１００％から０％に切り替えられると（時刻ｔ３）、上述したように一部の筒内噴射弁１７ａにおいて所望の噴射量に比べて少ない噴射量でしか燃料を噴射できないため、機関本体１０から排出される排気の実際の空燃比は、目標空燃比ＴＡＦよりもリーン側にずれている。これにより、第１触媒３２ａから排出される排気の空燃比も本来の空燃比よりもリーン側にずれる。ここで、第２センサ３１ｂは第３センサ３１ｃよりも上流側に配置されおり、排気が第２センサ３１ｂに到達するまでに排気は十分に整流されていないが、排気が第３センサ３１ｃに到達するまでに排気は十分に整流される。このため、上記のような排気の空燃比のずれを第２センサ３１ｂにより精度よく検出することは難しいが、第３センサ３１ｃによって精度よく検出することができる。従って、時刻ｔ３以降で、理論空燃比ＳＴに対して第３センサ３１ｃの検出空燃比ＡＦｃがリーン側に大きくずれ、第２触媒３２ｂの最大酸素吸蔵量を超えて第２触媒３２ｂからリーン空燃比の排気が排出され、第２触媒３２ｂからのＮＯｘの排出量が増大する。

その後に目標ＰＦＩ率が０％から１００％に戻されると（時刻ｔ４）、上述した機関本体１０から排出される排気の空燃比のリーン側へのずれが解消されて、第２触媒３２ｂの酸素吸蔵能力が回復してＮｏｘの排出が低減される。以上のようにして、一時的にＮＯｘの排出量が増大する。

本実施例では、図２に示すように、内燃機関１が特定の運転状態で理論空燃比ＳＴに対する検出空燃比ＡＦｃの乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となった場合、ＥＣＵ１００は、その乖離量Ｄと、その際の内燃機関１の制御パラメータの目標値としての目標ＰＦＩ率とを対応付けてＥＣＵ１００の記憶装置に記憶する。乖離量Ｄは、例えば所定時間毎の検出空燃比ＡＦｃの平均値から理論空燃比ＳＴを減算することにより算出できる。その後、再度目標ＰＦＩ率が記憶済の目標ＰＦＩ率となった場合に、ＥＣＵ１００は、理論空燃比ＳＴに対する検出空燃比ＡＦｃの乖離量が所定範囲Ｅ内となるように、ＥＣＵ１００は記憶済の目標ＰＦＩ率に対応付けられた記憶済の乖離量Ｄに基づいてリーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１を補正する。尚、ＥＣＵ１００が実行する制御の詳細については後述し、以下ではリーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１が補正された場合にどのように検出空燃比ＡＦｂ及びＡＦｃやＮＯｘの排出量が変化するかについて説明する。

［リーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１の補正］
図３は、記憶済の乖離量Ｄに基づいてリーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１を補正する場合の一例を示したタイミングチャートである。図３のタイミングチャートは、図２のタイミングチャートの後の検出空燃比ＡＦｂ等の推移を示している。目標ＰＦＩ率が１００％から記憶済の目標ＰＦＩ率と同じ０％になると（時刻ｔ１１）、記憶済の乖離量Ｄに基づいてリーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１を補正することにより算出される補正済リーン判定空燃比Ｌ２及び補正済リッチ判定空燃比Ｒ２に基づいて、目標空燃比ＴＡＦを制御する。図２に示したように、理論空燃比ＳＴに対して検出空燃比ＡＦｃがリーン側にずれた場合には、その乖離量Ｄを補正量として、リーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１のそれぞれから補正量である乖離量Ｄを減算した値を、補正済リーン判定空燃比Ｌ２及び補正済リッチ判定空燃比Ｒ２として算出する。

検出空燃比ＡＦｂがリッチ判定空燃比Ｒ１よりもリッチ側の補正済リッチ判定空燃比Ｒ２になると（時刻ｔ１２）、目標空燃比ＴＡＦがリッチ目標空燃比ＴＲからリーン目標空燃比ＴＬに切り替えられる。即ち、検出空燃比ＡＦｂがリッチ判定空燃比Ｒ１になっても目標空燃比ＴＡＦはリッチ目標空燃比ＴＲに維持される。検出空燃比ＡＦｂがリーン判定空燃比Ｌ１よりもリッチ側の補正済リーン判定空燃比Ｌ２になると（時刻ｔ１３）、目標空燃比ＴＡＦがリーン目標空燃比ＴＬからリッチ目標空燃比ＴＲに切り替えられる。即ち、検出空燃比ＡＦｂがリーン判定空燃比Ｌ１になる前に目標空燃比ＴＡＦがリッチ目標空燃比ＴＲに切り替えられる。このように、検出空燃比ＡＦｂが補正済リーン判定空燃比Ｌ２及び補正済リッチ判定空燃比Ｒ２の間で制御されることにより、検出空燃比ＡＦｃが所定範囲Ｅ内に収まりリーン側にずれることを抑制でき、ＮＯｘの排出量の増大を抑制できる。その後に目標ＰＦＩ率が０％から１００％に戻されると（時刻ｔ１４）、検出空燃比ＡＦｂはリーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１の間で制御される。

上記の例では、理論空燃比ＳＴに対して検出空燃比ＡＦｃがリーン側に大きくずれる場合の一例として、一部の筒内噴射弁１７ａにおいて所望の噴射量に比べて少ない噴射量でしか燃料を噴射できない場合を説明したが、これに限定されない。例えば、少なくとも一部のポート噴射弁１７ｂにおいて所望の噴射量に比べて少ない噴射量でしか燃料を噴射できない状態で目標ＰＦＩ率が高い率に切り替えられた場合には、同様に理論空燃比ＳＴに対して検出空燃比ＡＦｃがリーン側に大きくずれる可能性がある。

その他、少なくとも一部の筒内噴射弁１７ａにおいて、故障等により燃料を所望の噴射量に比べて多い量でしか噴射できない状態で目標ＰＦＩ率が低い率に切り替えられた場合には、理論空燃比ＳＴに対して検出空燃比ＡＦｃがリッチ側に大きくずれる可能性がある。また、少なくとも一部のポート噴射弁１７ｂにおいて、故障等により燃料を所望の噴射量に比べて多い量でしか噴射できない状態で目標ＰＦＩ率が高い率に切り替えられた場合には、理論空燃比ＳＴに対して検出空燃比ＡＦｃがリッチ側に大きくずれる可能性がある。理論空燃比ＳＴに対して検出空燃比ＡＦｃがリッチ側に大きくずれると、第２触媒３２ｂから排出される未燃ガスの排出量が増大するおそれがある。

また、例えばＥＧＲバルブ４２でデポジットの噛みこみが発生して全閉にすることができない状態で目標ＥＧＲ率が０％に設定された場合には、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも増大し、理論空燃比ＳＴに対して検出空燃比ＡＦｃがリーン側に大きくずれる可能性がある。また、何れかの気筒でのＥＧＲポートが閉塞した場合にも、その気筒から排出される排気の空燃比は所望の空燃比よりもリーン側にずれ、他の気筒から排出される排気の空燃比は所望の空燃比よりもリッチ側にずれ、これによっても理論空燃比ＳＴに対して検出空燃比ＡＦｃが一時的に大きくずれる可能性がある。このような場合には、ＥＣＵ１００は内燃機関１の運転状態に関する制御パラメータの目標値として目標ＥＧＲ率を記憶する。

［記憶制御］
次に、ＥＣＵ１００が実行する記憶制御について説明する。図４は、記憶制御の一例を示したフローチャートである。この記憶制御は、内燃機関１の運転中は繰り返し実行される。最初にＥＣＵ１００は、記憶条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１）。記憶条件とは、後述する乖離量Ｄや制御パラメータの目標値の記憶処理を実行するための前提となる条件であり、例えば、燃料カットが実行中ではなく、機関本体１０や第１触媒３２ａ及び第２触媒３２ｂの暖機の完了後であることが条件である。燃料カット実行中では燃料噴射が停止された過渡的な運転状態であり、暖機完了前では暖機運転がなされた過渡的な運転状態にあるため、乖離量Ｄや制御パラメータの目標値を記憶するためには不適切だからである。ステップＳ１でＮｏの場合、即ち、燃料カット実行中の場合には、本制御は終了する。

ステップＳ１でＹｅｓの場合、ＥＣＵ１００は乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となったか否かを判定する（ステップＳ２）。乖離量Ｄは、上述したように例えば所定時間毎の検出空燃比ＡＦｃの平均値から理論空燃比ＳＴを減算することにより算出できる。従って、検出空燃比ＡＦｃが理論空燃比ＳＴに対してリーン側にずれている場合には、乖離量Ｄは正の値として算出される。検出空燃比ＡＦｃが理論空燃比ＳＴに対してリッチ側にずれている場合には、乖離量Ｄの負の値として算出される。乖離量Ｄは、検出空燃比ＡＦｃの平均値の更新に応じて、更新される。所定範囲Ｅとは、例えば第２触媒３２ｂからのＮＯｘや未燃ガスの排出量を許容することができる範囲で検出空燃比ＡＦｃがとり得る範囲であり、実験結果に基づいて予め設定されている。所定範囲Ｅは、リーン側を示す正の値からリッチ側を示す負の値までの範囲である。ステップＳ２でＮｏの場合には、本制御を終了する。

ステップＳ２でＹｅｓの場合、ＥＣＵ１００は、内燃機関１が特定の運転状態にある場合に、乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となったか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的にはＥＣＵ１００は、乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となった際の制御パラメータの目標値の変化率の絶対値が所定値以上に大きい場合に、ステップＳ３でＹｅｓと判定する。制御パラメータの目標値の変化率の絶対値が所定値以上に大きいことは内燃機関１の運転状態が過渡的に変化していることを示し、この運転状態の変化に起因して乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となったとみなすことができるからである。制御パラメータの目標値は、具体的には上述したように目標ＥＧＲ率と目標ＰＦＩ率である。従って、目標ＥＧＲ率と目標ＰＦＩ率の少なくとも一方の変化率の絶対値が所定値以上の場合に、ステップＳ３でＹｅｓと判定される。ステップＳ３の処理は、特定運転状態判定部が実行する処理の一例である。ステップＳ３でＮｏの場合には、本制御は終了する。尚、ステップＳ３でＮｏの場合には、内燃機関１の運転状態に関わらずに乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となっていると考えられるため、検出空燃比ＡＦｃに基づいて目標空燃比ＴＡＦがフィードバック制御される。

ステップＳ３でＹｅｓの場合、ＥＣＵ１００は上記の乖離量Ｄと、その乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となった際の内燃機関１の特定の運転状態とを対応付けて、ＥＣＵ１００の記憶装置に記憶する（ステップＳ４）。特定の運転状態とは、具体的には上述した制御パラメータの目標値である。例えば、乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となった際に、目標ＥＧＲ率の変化率の絶対値が所定値以下の略ゼロであり目標ＰＦＩ率の変化率の絶対値が所定値以上に大きい場合には、ＥＣＵ１００は、特定の運転状態を示す制御パラメータの目標値として目標ＰＦＩ率を乖離量Ｄに対応付けしてＥＣＵ１００の記憶装置に記憶する。この場合、乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となった要因は、目標ＰＦＩ率の変化によるものと考えられるからである。また、乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となった際に、目標ＰＦＩ率の変化率の絶対値が所定値以下の略ゼロであり目標ＥＧＲ率の変化率の絶対値が所定値以上に大きい場合には、ＥＣＵ１００は、特定の運転状態を示す制御パラメータの目標値として目標ＥＧＲ率を乖離量Ｄに対応付けしてＥＣＵ１００の記憶装置に記憶する。この場合、乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となった要因は、目標ＥＧＲ率の変化によるものと考えられるからである。図５は、記憶された制御パラメータの目標値と乖離量Ｄの一例を示した図である。図５の例では、制御パラメータの目標値として目標ＰＦＩ率が記憶された場合を例に示しており、目標ＥＧＲ率はブランクとなっている。

尚、上記のステップＳ３に関して、乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となった場合が２回以上あり、その際の運転状態を示す制御パラメータの目標値が何れも同じ値である場合に、ステップＳ３でＹｅｓと判定してもよい。

［補正制御］
次に、ＥＣＵ１００が実行する補正制御について説明する。図６は、補正制御の一例を示したフローチャートである。この補正制御は、内燃機関１の運転中は繰り返し実行される。ＥＣＵ１００は、内燃機関１の運転中は、運転者によるアクセルペダルの操作量等に応じて、内燃機関１の運転状態を制御するための各種制御パラメータの目標値を設定し、制御パラメータの実値が設定された目標値となるように各種機器を制御している。このような状態でＥＣＵ１００は、内燃機関１の運転状態が、上述したＥＣＵ１００の記憶装置に記憶された特定の運転状態となったか否かを判定する（ステップＳ１１）。具体的には、ＥＣＵ１００は、上述のようにして設定された所定の制御パラメータの目標値が、特定の運転状態として記憶された制御パラメータの目標値となったか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ１００の記憶装置に所定の目標ＰＦＩ率が記憶されている場合には、ＥＣＵ１００により設定された目標ＰＦＩ率が、記憶済の目標ＰＦＩ率となったか否かが判定される。ＥＣＵ１００の記憶装置に所定の目標ＥＧＲ率が記憶されている場合には、ＥＣＵ１００により設定された目標ＥＧＲ率が、記憶済の目標ＥＧＲ率となったか否かが判定される。ステップＳ１１の処理は、運転状態判定部が実行する処理の一例である。ステップＳ１１でＮｏの場合には、本制御は終了する。

ステップＳ１１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００は、記憶済の乖離量Ｄに基づいて、上述したリーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１を補正する（ステップＳ１２）。具体的には、記憶済の乖離量Ｄが正の値の場合には、検出空燃比ＡＦｃがリーン側にずれているため、リーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１からそれぞれ記憶済の乖離量Ｄを減算した値を補正済リーン判定空燃比Ｌ２及び補正済リッチ判定空燃比Ｒ２として算出する。記憶済の乖離量Ｄが負の値の場合には、検出空燃比ＡＦｃがリッチ側にずれているため、リーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１に記憶済の乖離量Ｄの絶対値を加算した値を補正済リーン判定空燃比Ｌ２及び補正済リッチ判定空燃比Ｒ２として算出する。即ち、記憶済の乖離量Ｄを相殺するようにリーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１が補正される。これにより、検出空燃比ＡＦｂが補正済リーン判定空燃比Ｌ２及び補正済リッチ判定空燃比Ｒ２の間で制御されるように目標空燃比ＴＡＦが設定され、排気エミッションの悪化を抑制できる。ステップＳ１２の処理は、補正部が実行する処理の一例である。

以上のように、記憶済の乖離量Ｄに基づいて、内燃機関１の運転状態に関する制御パラメータの目標値が、記憶済の制御パラメータの目標値となった際に、直ちにリーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１を補正することができる。これにより、排気エミッションの悪化を直ちに抑制することができる。

例えば、乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となった場合に、検出空燃比ＡＦｃに基づいて目標空燃比ＴＡＦをフィードバック制御することにより、排気エミッションの悪化を抑制することが考えられる。しかしながら、このような目標空燃比ＴＡＦのフィードバック制御により、検出空燃比ＡＦｃが機関本体１０から排出される排気の空燃比である検出空燃比ＡＦａに反映されるまでには時間を要する。特に、このような乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となるような特定の運転状態が繰り返し行われる場合には、排気エミッションが悪化するおそれがある。

本実施例では、制御パラメータの目標値が記憶済の制御パラメータの目標値となった場合に、理論空燃比ＳＴに対する検出空燃比ＡＦｃの乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となる前に直ちにリーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１を補正して、乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となることを防止できる。これにより、排気エミッションの悪化を抑制できる。特に、制御パラメータの目標値が記憶済の制御パラメータの目標値に繰り返し設定されるような場合に、効果的に排気エミッションの悪化を抑制できる。

ステップＳ４で説明したように、乖離量Ｄと、その乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となった際の制御パラメータの目標値とを対応付けてＥＣＵ１００の記憶装置に記憶されている。このため、内燃機関１が異なる運転状態で乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となる場合にも、異なる運転状態に対応した乖離量Ｄに基づいてリーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１を補正することができる。

上記実施例では、記憶済の乖離量Ｄと同じ値を補正量として、リーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１が補正されたがこれに限定されない。即ち、制御パラメータの目標値が記憶済の制御パラメータの目標値になった場合に乖離量が所定範囲Ｅ内に収まるのであれば、記憶済の乖離量Ｄよりも小さい値を補正量としてリーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１を補正してもよい。

図２及び図３に示した例では、図２の時刻ｔ３から時刻ｔ４において乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となって記憶され、その後に乖離量Ｄが所定範囲Ｅ内となってから、図３の時刻ｔ１１から時刻ｔ１４において補正が行われる場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、乖離量Ｄが所定範囲Ｅ外となって記憶されるがその運転状態が継続されている場合には、その運転状態が継続されている状態で補正を開始してもよい。

制御パラメータの目標値が記憶済の制御パラメータの目標値になってから、リーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１のそれぞれを補正済リーン判定空燃比Ｌ２及び補正済リッチ判定空燃比Ｒ２にまで徐変させてもよい。但しこの場合も、検出空燃比ＡＦｃに応じて目標空燃比ＴＡＦをフィードバック制御する場合に検出空燃比ＡＦｃに反映されるよりも早くに、徐変させることが好ましい。

運転状態に関する制御パラメータの目標値として、目標ＰＦＩ率の代わりに、目標筒内噴射率（以下、目標ＤＦＩ率と称する）を用いてもよい。目標ＤＦＩ率とは、筒内噴射弁１７ａ及びポート噴射弁１７ｂの双方からの総燃料噴射量に対する筒内噴射弁１７ａからの燃料噴射量の割合である噴射率の目標値である。

上記実施例の内燃機関１は、筒内噴射弁１７ａ及びポート噴射弁１７ｂとＥＧＲ装置４０を有しているが、筒内噴射弁及びポート噴射弁の何れか一方のみを備えた内燃機関の場合には、その内燃機関の制御パラメータの目標値としてＥＧＲ率を用いればよい。筒内噴射弁及びポート噴射弁の双方を備えているがＥＧＲ装置は有していない内燃機関の場合には、その内燃機関の制御パラメータの目標値として目標ＰＦＩ率又は目標ＤＦＩ率を用いればよい。

［補正制御の変形例］
次に、補正制御の変形例について説明する。本変形例においてＥＣＵ１００は、リーン判定空燃比Ｌ１及びリッチ判定空燃比Ｒ１の代わりにリーン目標空燃比ＴＬ及びリッチ目標空燃比ＴＲを補正する。図７は、記憶済の乖離量Ｄに基づいてリーン目標空燃比ＴＬ及びリッチ目標空燃比ＴＲを補正する場合の一例を示したタイミングチャートである。目標ＰＦＩ率が１００％から記憶済の目標ＰＦＩ率と同じ０％になると（時刻ｔ２１）、目標空燃比ＴＡＦは、記憶済の乖離量Ｄに基づいてリーン目標空燃比ＴＬ及びリッチ目標空燃比ＴＲを補正することにより算出される補正済リーン目標空燃比ＴＬ１及び補正済リッチ目標空燃比ＴＲ１に交互に切り替わるように設定される。図２に示したように、理論空燃比ＳＴに対して検出空燃比ＡＦｃがリーン側にずれた場合には、その乖離量Ｄを補正量として、リーン目標空燃比ＴＬ及びリッチ目標空燃比ＴＲのそれぞれから補正量である乖離量Ｄを減算した値を、補正済リーン目標空燃比ＴＬ１及び補正済リッチ目標空燃比ＴＲ１として算出する。

検出空燃比ＡＦｂがリッチ判定空燃比Ｒになると（時刻ｔ２２）、目標空燃比ＴＡＦが補正済リッチ目標空燃比ＴＲ１から補正済リーン目標空燃比ＴＬ１に切り替えられる。検出空燃比ＡＦｂがリーン判定空燃比Ｌ１になると（時刻ｔ２３）、目標空燃比ＴＡＦが補正済リーン目標空燃比ＴＬ１から補正済リッチ目標空燃比ＴＲ１に切り替えられる。このように、目標空燃比ＴＡＦが補正済リーン目標空燃比ＴＬ１及び補正済リッチ目標空燃比ＴＲ１に交互に切り替えられることにより、検出空燃比ＡＦｃがリーン側にずれることを抑制でき、ＮＯｘの排出量の増大を抑制できる。その後に目標ＰＦＩ率が０％から１００％に戻されると（時刻ｔ２４）、目標空燃比ＴＡＦは補正前のリーン目標空燃比ＴＬ及びリッチ目標空燃比ＴＲに交互に切り替えられる。これによっても乖離量Ｄを所定範囲Ｅ内に収めることができ、排気エミッションの悪化を抑制できる。

次に、ＥＣＵ１００が実行する補正制御の変形例について説明する。図８は、補正制御の変形例を示したフローチャートである。尚、図６に示した補正制御と同一の処理については説明を省略する。ステップＳ１１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００は、記憶済の乖離量Ｄに基づいて、上述したリーン目標空燃比ＴＬ及びリッチ目標空燃比ＴＲを補正する（ステップＳ１２ａ）。具体的には、記憶済の乖離量Ｄが正の値の場合には、検出空燃比ＡＦｃがリーン側にずれているため、リーン目標空燃比ＴＬ及びリッチ目標空燃比ＴＲからそれぞれ記憶済の乖離量Ｄを減算した値を補正済リーン目標空燃比ＴＬ１及び補正済リッチ目標空燃比ＴＲ１として算出する。記憶済の乖離量Ｄが負の値の場合には、検出空燃比ＡＦｃがリッチ側にずれているため、リーン目標空燃比ＴＬ及びリッチ目標空燃比ＴＲに記憶済の乖離量Ｄの絶対値を加算した値を補正済リーン目標空燃比ＴＬ１及び補正済リッチ目標空燃比ＴＲ１として算出する。即ち、記憶済の乖離量Ｄを相殺するようにリーン目標空燃比ＴＬ及びリッチ目標空燃比ＴＲが補正される。これにより、目標空燃比ＴＡＦは補正済リーン目標空燃比ＴＬ１と補正済リッチ目標空燃比ＴＲ１に交互に切り替えられ、排気エミッションの悪化を抑制できる。

上記の変形例においても、制御パラメータの目標値が記憶済の制御パラメータの目標値になった場合に乖離量が所定範囲Ｅ内に収まるのであれば、記憶済の乖離量Ｄよりも小さい値を補正量としてリーン目標空燃比ＴＬ及びリッチ目標空燃比ＴＲを補正してもよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 内燃機関
１０ 機関本体
１７ａ 筒内噴射弁
１７ｂ ポート噴射弁
２０ 吸気通路
３０ 排気通路
３１ａ 第１センサ
３１ｂ 第２センサ
３１ｃ 第３センサ
３２ａ 第１触媒
３２ｂ 第２触媒
４０ ＥＧＲ装置
４１ ＥＲＧ通路
４２ ＥＧＲバルブ
１００ ＥＣＵ（空燃比制御装置、運転状態判定部、補正部、特定運転状態判定部）

Claims (4)

1. 機関本体、
   前記機関本体に接続された排気通路に上流側から下流側に順に設けられていると共に酸素吸蔵能力を有した第１及び第２触媒、
   及び前記排気通路の前記第１触媒よりも上流側、前記第１触媒と前記第２触媒の間、及び前記第２触媒よりも下流側、にそれぞれ設けられ排気の空燃比を検出する第１、第２、及び第３センサ、
   を有した内燃機関に適用され、
   前記第１センサの検出空燃比が目標空燃比となるように前記内燃機関を制御すると共に、前記第２センサの検出空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン判定空燃比となった場合に、前記目標空燃比を理論空燃比よりも小さいリッチ目標空燃比に設定し、前記第２センサの検出空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ判定空燃比となった場合に、前記目標空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン目標空燃比に設定する内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態が、理論空燃比に対する前記第３センサの検出空燃比の乖離量が所定範囲外となる特定の運転状態になったか否かを判定する運転状態判定部と、
   前記運転状態判定部により肯定判定がなされた場合に、理論空燃比に対する前記第３センサの検出空燃比の乖離量が前記所定範囲内に収まるように、前記リーン判定空燃比及びリッチ判定空燃比、或いは前記リーン目標空燃比及びリッチ目標空燃比を補正する補正部と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記内燃機関は、前記機関本体から前記排気通路に排出された排気の一部をＥＧＲガスとして前記機関本体に接続された吸気通路に還流させるＥＧＲ装置を有し、
   前記運転状態判定部は、前記運転状態を示す所定の制御パラメータの目標値として、前記機関本体の筒内の全ガス量に対する前記筒内のＥＧＲガス量の割合であるＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率を用いて、前記内燃機関の運転状態が前記特定の運転状態になったか否かを判定する、請求項１の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 前記内燃機関は、前記機関本体の筒内及び吸気ポートのそれぞれに燃料を噴射する筒内噴射弁及びポート噴射弁を有し、
   前記運転状態判定部は、前記運転状態を示す所定の制御パラメータの目標値として、前記筒内噴射弁及び前記ポート噴射弁の双方からの総燃料噴射量に対する前記筒内噴射弁及び前記ポート噴射弁の一方からの燃料噴射量の割合である噴射率の目標値である目標噴射率を用いて、前記内燃機関の運転状態が前記特定の運転状態になったか否かを判定する、請求項１又は２の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 理論空燃比に対する前記第３センサの検出空燃比の乖離量が所定範囲外となったことが、前記内燃機関の前記特定の運転状態で生じているか否かを判定する特定運転状態判定部を備え、
   前記運転状態判定部は、前記特定運転状態判定部により肯定判定がなされた場合に、前記内燃機関の運転状態が前記特定の運転状態になったか否かを判定する、請求項１乃至３の何れかの内燃機関の空燃比制御装置。
   

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