JP3610798B2

JP3610798B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

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Publication number: JP3610798B2
Application number: JP35461098A
Authority: JP
Inventors: 善明渥美
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2018-12-14
Also published as: JP2000179382A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気浄化触媒の上流側にのみ酸素センサ（空燃比センサ）を有するシングルＯ_２センサシステムにおいては、上流側の酸素センサの出力によって空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを生成し、この空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦによって燃料噴射量を補正して内燃機関の空燃比を所望の空燃比となるように調節している。シングルＯ_２センサシステムにおいては、酸素センサの出力バラツキや燃料噴射弁などの部品に起因するバラツキや経時変化に起因するバラツキによって、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦによる空燃比制御を高精度に行えない場合があった。
【０００３】
そこで、空燃比制御をさらに高精度に行うべく、排気浄化触媒の上流側に加えて下流側にも酸素センサを配設した、ダブルＯ_２センサシステムが採用される場合もある。ダブルＯ_２センサシステムにおいて、下流側酸素センサは、排気浄化触媒の下流側に位置するために熱的影響が少なく、かつ、排気ガス中の種々の有害成分による被毒の影響が少ないなどの理由から、安定した出力特性を有しており、上流側酸素センサに基づく空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの精度低下を補完することができる。具体的には、下流側酸素センサの出力に基づいて、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦのリッチスキップ量やリーンスキップ量を制御することによって、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦによる空燃比制御の精度を向上させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ダブルＯ_２センサシステムにおいても、空燃比フィードバック領域内での高負荷時には、吸入空気量が増え、かつ、燃焼温度も上昇するなどの理由から排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘが増えるので、この窒素酸化物ＮＯｘを十分に浄化することができない場合があり、更なる改善が望まれていた。
【０００５】
従って、本発明の目的は、空燃比フィードバック領域内での高負荷時においても、排気ガス中の有害物質を効率良く浄化することのできる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関の排気通路上に設けられた排気浄化触媒と、排気浄化触媒の上流側に設けられ、内燃機関の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、排気浄化触媒の下流側に設けられ、内燃機関の空燃比を検出する下流側空燃比センサと、下流側空燃比センサの出力に基づいて、空燃比フィードバック補正係数のリッチスキップ量及びリーンスキップ量を生成するスキップ量生成手段と、スキップ量生成手段によって生成されたスキップ量及び上流側空燃比センサの出力に基づいて、空燃比フィードバック補正係数を生成する空燃比フィードバック補正係数生成手段と、内燃機関の高負荷運転時に、スキップ量生成手段によって生成されるリッチスキップ量を加算補正させる高負荷時補正係数を生成する高負荷時補正係数生成手段と、内燃機関の高負荷運転時で、かつ、下流側空燃比センサの出力がリッチであるときに、リッチスキップ量生成手段によるリッチスキップ量の更新を停止させるスキップ量更新停止手段とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、高負荷時補正係数生成手段によって生成される高負荷時補正係数によって、空燃比フィードバック補正係数のスキップ量をリッチ側に加算補正することによって、燃焼温度を下げると共に窒素酸化物ＮＯｘを排気浄化触媒２上で還元浄化させるための還元剤となる未燃燃料である炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯを供給する。これらの炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯを空燃比フィードバック制御領域内での高負荷時に増加する分の窒素酸化物ＮＯｘと反応させることによって、排気ガス中の有害物質を確実に浄化することができる。
【０００８】
また、空燃比フィードバック制御領域内での高負荷時に、排気浄化触媒の下流側の酸素センサの出力によって排気空燃比がリッチであると判定されている場合には、さらに、スキップ量生成手段によって生成されるリッチスキップ量の更新をスキップ量更新停止手段によって停止させる。このようにすることによって、リッチスキップ量が空燃比フィードバック補正係数がリーン側に補正されるのを抑制し、高負荷時補正係数によって空燃比フィードバック補正係数のスキップ量をリッチ側に加算補正した効果が確実に得られるようにする。この結果、排気ガス中の有害物質を確実、かつ、効率よく浄化することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の内燃機関の空燃比制御装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
本実施形態の空燃比制御装置は、図１に示されるように、排気通路１上に排気浄化触媒２を有している。排気浄化触媒２は、三元触媒であり、排気ガス中の未燃燃料である炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯを酸化して浄化させると共に、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘを還元して浄化させる。そして、炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯの酸化と窒素酸化物ＮＯｘの還元とが過不足なくバランス良く行われるように、内燃機関の空燃比を理論空燃比とする空燃比フィードバック制御が行われる。
【００１１】
排気浄化触媒２の上流側と下流側とには、排気ガス中の酸素濃度を検出することによって排気通路上の排気ガスの空燃比がリッチであるかリーンであるかを検出する上流側酸素センサ３及び下流側酸素センサ４が空燃比センサとして取り付けられている。なお、空燃比センサとしては、上述した酸素センサ以外のもの、例えば空燃比をリニアに測定可能な限界電流式酸素センサを用いても良い。
【００１２】
ここで、排気ガスの空燃比（排気空燃比）がリッチであるとは、排気ガス中に酸素がほとんどなく、理論空燃比よりリッチな空燃比（リッチ空燃比と言う）で内燃機関が燃焼されたときに燃焼室から排気される排気ガスに相当するような場合を指す。同様に、排気空燃比がリーンであるとは、排気ガス中に酸素が含まれており、理論空燃比よりリーンな空燃比（リーン空燃比と言う）で内燃機関が燃焼されたときに燃焼室から排気される排気ガスに相当するような場合を指す。
【００１３】
吸気通路５上には、吸入空気量を検出するエアフローメーター６や、吸入空気量を調節するスロットルバルブ７が配設されている。スロットルバルブ７は、運転者によって操作されるアクセルペダル８と連動されており、アクセルペダル８のアクセル開度は、アクセルポジションセンサ９によって検出される。また、スロットルバルブ７の開度は、スロットルポジションセンサ１０によって検出される。
【００１４】
また、燃料を吸気通路５内に噴射させるインジェクタ１１が、吸気通路５のシリンダ１２寄りに配設されている。シリンダ１２上部には、シリンダ１２内の混合気に点火させる点火プラグ１３、吸気通路５とシリンダ１２との間を開閉する吸気バルブ１４、排気通路１とシリンダ１２との間を開閉する排気バルブ１５も配設されている。
【００１５】
ピストン１６の位置は、クランクポジションセンサ１７によって検出されており、これと連動して点火プラグ１３の点火タイミングや吸排気バルブ１４，１５の開閉タイミングが制御される。クランクポジションセンサ１７は、ピストン１６の位置の検出のみならず、内燃機関であるエンジンの回転数も検出できる。
【００１６】
上述した二つの酸素センサ３，４、エアフローメーター６、アクセルポジションセンサ９、スロットルポジションセンサ１０、インジェクタ１１、点火プラグ１３、クランクポジションセンサ１７は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８に接続されており、エンジンはＥＣＵ１８によって総合的に制御される。ＥＣＵ１８は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどで構成されるマイクロコンピュータであり、イグニッションキーをオフにした後もバッテリにより記憶内容が消去されずに保持されるバックアップＲＡＭも備えている。
【００１７】
ＥＣＵ１８は、上述した酸素センサ３，４などと共に、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦのスキップ量を生成するスキップ量生成手段として機能すると共に、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ自体を生成する空燃比フィードバック補正係数生成手段、空燃比フィードバック領域内での高負荷時に、上述したリッチスキップ量を補正する高負荷時補正係数生成手段、上述したスキップ量の更新を停止させるスキップ量更新停止手段としても機能する。
【００１８】
また、ＥＣＵ１８は、エアフローメーター６によって検出された吸入空気量とクランクポジションセンサ１７によって検出されたエンジン回転数とから決定される基本燃料噴射量ＴＰを、酸素センサ３，４の出力に基づく空燃比フィードバック制御によって補正して空燃比を制御する空燃比制御も司っている。なお、基本燃料噴射量ＴＰは、アクセルポジションセンサ９によって検出されるアクセル開度とクランクポジションセンサ１７によって検出されるエンジン回転数とから決定される場合もあり得る。また、吸入空気量は、エアフローメーター６ではなく、吸気通路５上に配設したバキュームセンサによって検出される吸気管負圧から検出することも可能である。
【００１９】
次に、上述した空燃比制御装置によって行われる空燃比フィードバック制御について説明する。
【００２０】
内燃機関の空燃比は、燃料噴射量ＴＡＵを調節することによって制御される。内燃機関であるエンジンが始動して、エンジン回転数が所定値を超えると、燃料噴射量ＴＡＵが、下記式（１）によって算出される。
ＴＡＵ＝ＴＰ×ＦＡＦ×α＋β …（１）
ここで、基本燃料噴射量ＴＰは、エアフローメーター６によって検出された吸入空気量とクランクポジションセンサ１７によって検出されたエンジン回転数とに基づいて決定されるもので、この基本燃料噴射量ＴＰを空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦや、その他の補正係数α，βで補正して、最終的に燃料噴射量ＴＡＵを得る。基本燃料噴射量ＴＰは、マップとしてＥＣＵ１８内のＲＯＭに格納されている。上述した空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦによって、所望の空燃比となるように空燃比フィードバック制御が行われる。
【００２１】
空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの算出ルーチンのフローチャートを図２に示す。このルーチンは、ＥＣＵ１８内のＲＯＭに格納されており、一定時間毎（例えば、数ミリ秒毎）に繰り返し実行される。
【００２２】
まず、空燃比フィードバック制御を行う実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ１００）。この実行条件は、酸素センサ３，４が活性化していること（空燃比センサである酸素センサ３，４などは、その機能を発揮するのに所定の活性温度に達していなくてはならない）、暖機運転が終了していること、などである。空燃比フィードバック制御の実行条件が成立していない場合、即ち、ステップ１００が否定された場合は、空燃比フィードバック制御を行わないので、ステップ１１７において空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを１．０にしてこのルーチンを一旦終了する。空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが１．０であれば、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦによって基本燃料噴射量ＴＰは補正されない。
【００２３】
空燃比フィードバック制御の実行条件が成立している場合、即ち、ステップ１００が肯定された場合は、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦによる空燃比フィードバック制御を行うべく、上流側酸素センサ３の出力が読み込まれ、検出した信号に基づいて上流側空燃比フラグＦ１が生成される。
【００２４】
ステップ１００に続くステップ１０１においては、この上流側空燃比フラグＦ１が反転（Ｆ１＝０→１又はＦ１＝１→０）した直後であるか否かが判定される。上流側空燃比フラグＦ１が反転したと言うことは、排気空燃比がリッチからリーン、あるいは、リーンからリッチに変わったことを示している。ステップ１０１において、上流側空燃比フラグＦ１が反転したと判定された場合は、次に、内燃機関の運転状態が空燃比フィードバック領域内における高負荷領域であるか否かを判定する（ステップ１０２）。内燃機関の運転状態が高負荷であるか否かは、吸入空気量ＧＡによって判定される。吸入空気量ＧＡは、エアフローメーター６によって検出され、この吸入空気量ＧＡが所定値（例えば、ここでは１６ｇ／ｓｅｃ）を超えている場合は、内燃機関の運転領域が高負荷であると判断する。なお、内燃機関の運転領域が高負荷であるか否かを判定するための吸入空気量ＧＡの所定値は、排気量によって変わり得る。
【００２５】
以下には、まず、ステップ１０１が否定された場合、及び、ステップ１０１が肯定された後にステップ１０２が否定された場合（即ち、空燃比フィードバック領域内の高負荷領域でない場合）における、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの生成（ステップ１０７〜１１２）について説明する。その後、ステップ１０２が肯定された場合（即ち、空燃比フィードバック領域内の高負荷領域である場合）における、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの生成（ステップ１０４〜１０６）について説明する。
【００２６】
空燃比フィードバック領域内における高負荷領域でない場合の、酸素センサ３，４の出力、酸素センサ３，４の出力に基づく各空燃比フラグＦ１，Ｆ２、各空燃比フラグＦ１，Ｆ２にもとづいて生成されるリッチスキップ量ＲＳ及び空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦについてのタイミングチャートを図３に示す。なお、図３に示すタイミングチャートにおいて、リッチスキップ量ＲＳを示す折れ線と空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを示す折れ線の縦方向の倍率は、一致させていない。
【００２７】
排気浄化触媒２によって排気ガス中の有害物質が浄化されること、及び、排気浄化触媒２が酸素を吸蔵する性質（Ｏ_２ストレージ機能）を有していることなどの理由から、下流側酸素センサ４の出力の反転周期は、上流側酸素センサ３の出力の反転周期よりも長くなる。ここでは、説明のために、リッチスキップ量ＲＳの反転周期が空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの反転周期のほぼ四倍程度となるように示されているが、実際には、リッチスキップ量ＲＳの反転周期は、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの反転周期の数十〜数百倍となる場合もある。
【００２８】
図３の上部に示されるように、下流側酸素センサ４の出力に基づいて、排気浄化触媒２の下流側の排気空燃比がリッチであるかリーンであるかを判定した下流側空燃比フラグＦ２が生成される。下流側空燃比フラグＦ２は、排気浄化触媒２の下流側の排気空燃比がリッチであるときは１とされ、リーンであるときは０とされる。
【００２９】
そして、この下流側空燃比フラグＦ２が０である間は、排気浄化触媒２の下流側の排気空燃比がリーンであるので、内燃機関の空燃比をリッチ側にするべく空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦのリッチスキップ量ＲＳを徐々に増加させる。反対に、下流側空燃比フラグＦ２が１である間は、排気浄化触媒２の下流側の排気空燃比がリッチであるので、内燃機関の空燃比をリーン側にするべく空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦのリッチスキップ量ＲＳを徐々に減少させる。
【００３０】
下流側空燃比フラグＦ２が１から０に反転したときは、排気浄化触媒２の下流側の排気空燃比がリッチからリーンに変化した場合であるので、内燃機関の空燃比をリッチ側にするべく、リッチスキップ量ＲＳをスキップ的に増加させる。反対に、下流側空燃比フラグＦ２が０から１に反転したときは、排気浄化触媒２の下流側の排気空燃比がリーンからリッチに変化した場合であるので、内燃機関の空燃比をリーン側にするべく、リッチスキップ量ＲＳをスキップ的に増加させる。リッチスキップ量ＲＳをスキップ的に変化させるのは、応答性を向上させるためである。リッチスキップ量ＲＳを、上述したようにスキップ的に変化させない場合もあり得る。
【００３１】
また、ここでは、リッチスキップ量ＲＳの基準値は、０．０５［５％］とされており、リーンスキップ量は、（０．１−ＲＳ）［１０％−ＲＳ］で与えられる。このように、リッチスキップ量ＲＳとリーンスキップ量（０．１−ＲＳ）との和が一定（０．１［１０％］）とすることによって、制御性を高めることができる。
【００３２】
図３の下部に示されるように、上流側酸素センサ３の出力に基づいて、排気浄化触媒２の上流側の排気空燃比（即ち、内燃機関の燃焼直後の排気ガスの空燃比）がリッチであるかリーンであるかを判定した上流側空燃比フラグＦ１が生成される。ここでは、上流側酸素センサ３の出力から直接をＡ／Ｄ変換したものをそのまま上流側空燃比フラグＦ１として用いる場合で説明する。上流側空燃比フラグＦ１は、排気浄化触媒２の上流側の排気空燃比がリッチであるときは１とされ、リーンであるときは０とされる。
【００３３】
そして、この上流側空燃比フラグＦ１が０である間（即ち、ステップ１０１で上流側空燃比フラグＦ１が反転していないと判定され、かつ、ステップ１１０で上流側空燃比フラグＦ１が０であると判定されている間）は、内燃機関がリーン空燃比で運転されているので、内燃機関の空燃比をリッチ側にするべく空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを一定の増加幅ＫＩＲで徐々に増加させる（ステップ１１１）。
【００３４】
反対に、上流側空燃比フラグＦ１が１である間（即ち、ステップ１０１で上流側空燃比フラグＦ１が反転していないと判定され、かつ、ステップ１１０で上流側空燃比フラグＦ１が０でないと判定されている間）は、内燃機関がリッチ空燃比で運転されているので、内燃機関の空燃比をリーン側にするべく空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを一定の減少幅ＫＩＬで徐々に減少させる（ステップ１１２）。
【００３５】
また、上流側空燃比フラグＦ１が１から０に反転したとき（即ち、ステップ１０１で上流側空燃比フラグＦ１が反転したと判定されてステップ１０２が否定された後、ステップ１０７で上流側空燃比フラグＦ１が０であると判定された場合）は、内燃機関の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変化した場合であるので、内燃機関の空燃比をリッチ側にするべく、その時点でのリッチスキップ量ＲＳを用いて空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ的に増加させる（図３に示した、リッチスキップ量ＲＳ＝ＲＳ１の場合を参照）（ステップ１０８）。
【００３６】
反対に、上流側空燃比フラグＦ１が０から１に反転したとき（即ち、ステップ１０１で上流側空燃比フラグＦ１が反転したと判定されてステップ１０２が否定された後、ステップ１０７で上流側空燃比フラグＦ１が０でないと判定された場合）は、内燃機関の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化した場合であるので、内燃機関の空燃比をリーン側にするべく、その時点でのリッチスキップ量ＲＳに基づくリーンスキップ量（０．１−ＲＳ）を用いて空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ的に減少させる（図３に示した、リッチスキップ量ＲＳ＝ＲＳ２の場合を参照）（ステップ１０９）。上流側空燃比フラグＦ１が反転した直後に空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ的に変化させるのは、空燃比制御の応答性を向上させるためである。
【００３７】
一方、ステップ１０２が肯定された場合、即ち、空燃比フィードバック領域内における高負荷領域である場合は、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦのスキップ量を空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦがリッチ側となるように加算補正する高負荷時補正係数ＫＲＳが算出される（ステップ１０３）。
【００３８】
高負荷時には、上述したように吸入空気量（空気中には窒素Ｎ_２が含まれている）が増え、かつ、燃焼温度上昇するなどの理由から、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘの量が増加する。このとき、内燃機関の空燃比をリッチ側とする（燃料噴射量を増量する）ことによって、燃焼温度を下げると共に窒素酸化物ＮＯｘを排気浄化触媒２上で還元浄化させるための還元剤となる未燃燃料である炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯを供給することができる。このため、排気ガス中の有害物質を確実に浄化させることができる。
【００３９】
ステップ１０３での高負荷時補正係数ＫＲＳの算出に関するサブルーチンのフローチャートを図４（ａ）に示す。図４（ａ）に示されるように、高負荷時補正係数ＫＲＳは、吸入空気量ＧＡに基づいて、ＥＣＵ１８内のＲＯＭに格納されたマップから算出される（ステップ２００）。このマップを図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示されるように、高負荷時補正係数ＫＲＳは、吸入空気量ＧＡが増えるにつれて増加される。また、マップとしては、図４（ｃ）に示されるような、階段状に増加するマップとすることも可能である。図４（ｃ）に示されるマップにおいては、吸入空気量ＧＡが、１６＜ＧＡ≦２０（ｇ／ｓｅｃ）のときには高負荷時補正係数ＫＲＳが０．００５［０．５％］、２０＜ＧＡ≦２４（ｇ／ｓｅｃ）のときには高負荷時補正係数ＫＲＳが０．０１０［１．０％］、２４＜ＧＡ≦２８（ｇ／ｓｅｃ）のときには高負荷時補正係数ＫＲＳが０．０１５［１．５％］となるようにされている。
【００４０】
また、上述したリッチスキップ量ＲＳの更新ルーチンのフローチャートを図５に示してあるが、リッチスキップ量ＲＳは、内燃機関の運転状態が高負荷状態であり、かつ、下流側酸素センサ４によって排気浄化触媒２の下流側の排気空燃比がリッチである（即ち、下流側空燃比フラグＦ２が０でない場合）場合は、リッチスキップ量ＲＳの更新を停止させる（即ち、内燃機関の運転状態が高負荷状態となったときのリッチスキップ量ＲＳに保持する）。
【００４１】
図５に示すフローチャートに基づいて説明すれば、まず、エンジン水温が所定の温度以上であるか、下流側酸素センサが活性化しているか、などの実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ３００）。実行条件が成立していなければ、このルーチンは終了される。実行条件が成立していれば、図２に示されるフローチャートのステップ１０２と同様に、内燃機関の運転状態が高負荷状態であるか否かが、吸入空気量ＧＡから判定される（ステップ３０１）。
【００４２】
内燃機関の運転状態が高負荷状態でない場合、即ち、吸入空気量ＧＡが１６ｇ／ｓｅｃ以下でステップ３０１が否定された場合は、リッチスキップ量ＲＳは通常通り更新される（ステップ３０３）。一方、内燃機関の運転状態が高負荷状態である場合、即ち、吸入空気量ＧＡが１６ｇ／ｓｅｃを超えており、ステップ３０１が肯定された場合は、下流側空燃比フラグＦ２が０かどうかを判定する（ステップ３０２）。
【００４３】
下流側空燃比フラグＦ２が０である場合、即ち、排気浄化触媒２の下流側の空燃比がリーンでステップ３０２が肯定された場合は、リッチスキップ量ＲＳは通常通り更新される（ステップ３０３）。一方、下流側空燃比フラグＦ２が１である場合、即ち、排気浄化触媒２の下流側の空燃比がリッチでステップ３０２が否定された場合は、リッチスキップ量ＲＳの更新が停止される（ステップ３０４）。
【００４４】
図２に示されるフローチャートにおいて、上流側空燃比フラグＦ１が反転したと判定（ステップ１０１が肯定）され、かつ、内燃機関の運転状態が空燃比フィードバック領域内における高負荷領域にあると判定（ステップ１０２が肯定）され、高負荷時補正係数ＫＲＳが算出（ステップ１０３）された後には、上流側空燃比フラグＦ１が０であるか否かが判定される（ステップ１０４）。
【００４５】
ステップ１０４において上流側空燃比フラグＦ１が０である場合、即ち、上流側空燃比フラグＦ１が１から０に反転したときは、内燃機関の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変化した場合であるので、内燃機関の空燃比をリッチ側にするべく、上述した高負荷時補正係数ＫＲＳ及びリッチスキップ量ＲＳの和の分だけ空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ的に増加させる（ステップ１０５）。
【００４６】
ステップ１０４において上流側空燃比フラグＦ１が１である場合、即ち、上流側空燃比フラグＦ１が０から１に反転したときは、内燃機関の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化した場合であるので、内燃機関の空燃比をリーン側にするべく、リーンスキップ量（１．０−ＲＳ）から高負荷時補正係数ＫＲＳを差し引いた分だけ空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ的に減少させる（ステップ１０６）。なお、ステップ１０５，１０６において、下流側空燃比フラグＦ２が１のときは、更新が停止されて保持されているリッチスキップ量ＲＳが用いられている。
【００４７】
即ち、高負荷時には、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦのスキップ量（リッチスキップ量ＲＳ及びリーンスキップ量（０．１−ＲＳ））は、常に、高負荷時補正係数ＫＲＳの分だけリッチ側に補正される。このため、機関運転状態が空燃比フィードバック領域内で高負荷となって窒素酸化物ＮＯｘの排出量が増加しても、高負荷時補正係数ＫＲＳによって内燃機関の空燃比がリッチ側に補正されるので、炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯを浄化させつつ窒素酸化物ＮＯｘを確実に浄化させることができる。
【００４８】
さらに、下流側空燃比フラグＦ２が１である間は、リッチスキップ量ＲＳの更新を停止してリッチスキップ量ＲＳが小さくされてしまうのを抑止して、この点からも空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをリッチ側に補正する。このため、リッチスキップ量ＲＳが小さくされるのを抑止することによっても、内燃機関の空燃比をリッチ側に補正し、炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯを浄化させつつ窒素酸化物ＮＯｘを確実に浄化させることができる。リッチスキップ量ＲＳの更新を停止させないと、高負荷時補正係数ＫＲＳによって内燃機関の空燃比をリッチ側に補正しても、リッチスキップ量ＲＳが小さくなり過ぎて窒素酸化物ＮＯｘを充分に浄化できない場合がある。
【００４９】
下流側酸素センサ４の出力がリーンである場合、即ち、下流側空燃比フラグＦ２が０である場合は、リッチスキップ量ＲＳを増加させるようにリッチスキップ量ＲＳが更新されるので、リッチスキップ量ＲＳの更新を停止しなくても、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦは確実にリッチ側に補正される。このため、下流側空燃比フラグＦ２が０である場合は、リッチスキップ量ＲＳの更新を停止する必要はない。
【００５０】
また、このように、高負荷時にのみ、高負荷時補正係数ＫＲＳやリッチスキップ量ＲＳの更新停止による空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの上乗せを行うので、高負荷運転が終了したときには、高負荷時補正係数ＫＲＳによるリッチ側への上乗せをやめ、かつ、リッチスキップ量ＲＳの更新を再開すれば、軽負荷の空燃比フィードバック制御に速やかに移行することができる。
【００５１】
さらに、排気浄化触媒２は排気温度（燃焼温度）が高く、排気空燃比がリーンであるほど劣化が促進されてしまうが、高負荷時に、高負荷時補正係数ＫＲＳやリッチスキップ量ＲＳの更新停止によって、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをリッチ側に補正して、燃料増量によって排気温度を下げ、かつ、排気空燃比をリッチ側にして排気浄化触媒２の劣化を抑止することもできる。排気浄化触媒２は、排気ガスの温度が高温で、かつ、その排気空燃比がリーンであるときに劣化しやすいからである。
【００５２】
なお、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦは、その下限が０．８、上限が１．２に制限されており、ステップ１０５，１０６，１０８，１０９，１１１，１１２において生成されたＦＡＦが上述した限界値を超えるようであれば、ステップ１１３〜１１６において、各限界値に補正される。
【００５３】
本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、上述した実施形態のものに限定されない。例えば、上述した実施形態においては、上流側酸素センサ３の出力をそのまま上流側空燃比フラグＦ１に反映させたが、ディレイカウンタＣＤＬＹを用いて、排気空燃比がリッチからリーンに反転した後、リーン状態が所定時間経過したときに上流側空燃比フラグＦ１が反転するように（又は、リーンからリッチに反転した後、リッチ状態が所定時間経過したときに上流側空燃比フラグＦ１が反転するように）しても良い。このようにすれば、排気空燃比が短時間で反転を繰り返すような場合に、空燃比制御が荒れてしまうのを抑止できる。
【００５４】
このディレイカウンタＣＤＬＹを用いた上流側空燃比フラグＦ１の生成について簡単に説明する。この場合のフローチャートを図６に示すが、このフローチャートは、図２に示す空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの算出ルーチンにおけるステップ１００とステップ１０１の間に実行されるようにすれば良い。
【００５５】
まず、上流側酸素センサ３の出力を読み込み（ステップ４００）、この出力がリーンを示すものであるのか否かを判定する（ステップ４０１）。上流側酸素センサ３の出力がリーンを示すものである場合、即ち、ステップ４０１が肯定された場合は、ディレイカウンタＣＤＬＹが正であるか否かを判定する（ステップ４０２）。ディレイカウンタＣＤＬＹが正である場合、即ち、ステップ４０２が肯定された場合は、ディレイカウンタＣＤＬＹを０にリセットする（ステップ４０３）。ステップ４０２が否定された場合、又は、ステップ４０３においてディレイカウンタＣＤＬＹが０にリセットされた後、ディレイカウンタＣＤＬＹを１だけ減じる（ステップ４０４）。
【００５６】
空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの算出ルーチンが繰り返し行われる過程で、ステップ４０４が処理された後のディレイカウンタＣＤＬＹが所定の遅延カウンタ値ＴＤＬ（負の数）を下回るようになったとステップ４０４に続くステップ４０５において判定される場合は、ディレイカウンタＣＤＬＹを遅延カウンタ値ＴＤＬとし、ここで初めて上流側空燃比フラグＦ１を０にする。なお、ステップ４０５が否定されるようであれば、図６に示されるフローチャートをそのまま抜け出る。
【００５７】
ステップ４０１において、上流側酸素センサ３の出力がリーンを示すものでない場合、即ち、ステップ４０１が否定された場合も、ほぼ同様の処理が行われる。ディレイカウンタＣＤＬＹが負であるか否かが判定され（ステップ４０８）、ディレイカウンタＣＤＬＹが負である場合はディレイカウンタＣＤＬＹを０にリセットする（ステップ４０９）。ステップ４０８が否定された場合、又は、ステップ４１０においてディレイカウンタＣＤＬＹが０にリセットされた後、ディレイカウンタＣＤＬＹを１だけ増やす（ステップ４１０）。
【００５８】
空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの算出ルーチンが繰り返し行われる過程で、ステップ４１０が処理された後のディレイカウンタＣＤＬＹが所定の遅延カウンタ値ＴＤＲ（正の数）を上回るようになったとステップ４１０に続くステップ４１１において判定される場合は、ディレイカウンタＣＤＬＹを遅延カウンタ値ＴＤＲとし、ここで初めて上流側空燃比フラグＦ１を１にする。なお、ステップ４１１が否定されるようであれば、図６に示されるフローチャートをそのまま抜け出る。
【００５９】
ディレイカウンタＣＤＬＹを用いた空燃比フィードバック制御における、上流側酸素センサ３の出力値，ディレイカウンタＣＤＬＹ，上流側空燃比フラグＦ１，空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの変化を、図７に例示する。図６に示されるステップ４００〜４１３の処理を経て上流側空燃比フラグＦ１を生成させれば、図７に示されるように、上流側酸素センサ３の出力が反転した後、その状態が一定期間継続しないと上流側空燃比フラグＦ１は反転されない。このため、上流側酸素センサ３の出力がスパイク的にリッチ（あるいはリーン）信号を出力したような場合であっても、上流側空燃比フラグＦ１が頻繁に反転されるようなことを防止でき（図７の右方参照）、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが荒れるのを防止することができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、排気浄化触媒に上流側及び下流側に空燃比センサを設けて、スキップ量生成手段によって、下流側空燃比センサの出力に基づくスキップ量を生成させると共に、空燃比フィードバック補正係数生成手段によって、スキップ量と上流側空燃比センサの出力とに基づいて、空燃比フィードバック補正係数を生成する。このとき、内燃機関が空燃比フィードバック領域内における高負荷運転時には、高負荷時補正係数生成手段によって、リッチスキップ量を加算補正させる高負荷時補正係数を生成させると共に、スキップ量更新停止手段によって、高負荷運転時で、かつ、下流側空燃比センサの出力がリッチであるときに、リッチスキップ量の更新を停止させる。このため、機関運転状態が空燃比フィードバック領域内で高負荷となって窒素酸化物ＮＯｘの排出量が増加しても、内燃機関の空燃比をリッチ側に補正して、窒素酸化物ＮＯｘを確実に浄化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の空燃比制御装置の一実施形態の構成図である。
【図２】図１に示す装置による空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの算出処理を示すフローチャートである。
【図３】図２に示す空燃比フィードバック制御中におけるリッチスキップ量ＲＳや空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦなどを示すタイミングチャートである。
【図４】（ａ）は、図１に示す装置による高負荷時補正係数ＫＲＳの算出ルーチンを示すフローチャートであり、（ｂ），（ｃ）は、吸入空気量ＧＡと高負荷時補正係数ＫＲＳとの関係を示すマップである。
【図５】図１に示す装置によるリッチスキップ量ＲＳの更新ルーチンを示すフローチャートであである。
【図６】図１に示す装置において、ディレイカウンタＣＤＬＹを用いて上流側空燃比フラグＦ１を決定する際のフローチャートである。
【図７】図６に示すフローチャートによる空燃比フィードバック制御中における、上流側空燃比センサの出力値，ディレイカウンタＣＤＬＹ，上流側空燃比フラグＦ１，空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…排気通路、２…排気浄化触媒、３…上流側酸素センサ（空燃比センサ）、４…下流側酸素センサ（空燃比センサ）、１８…ＥＣＵ。

Claims

内燃機関の排気通路上に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流側に設けられ、前記内燃機関の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、
前記排気浄化触媒の下流側に設けられ、前記内燃機関の空燃比を検出する下流側空燃比センサと、
前記下流側空燃比センサの出力に基づいて、空燃比フィードバック補正係数のリッチスキップ量及びリーンスキップ量を生成するスキップ量生成手段と、
前記スキップ量生成手段によって生成されたスキップ量及び前記上流側空燃比センサの出力に基づいて、空燃比フィードバック補正係数を生成する空燃比フィードバック補正係数生成手段と、
前記内燃機関の高負荷運転時に、前記スキップ量生成手段によって生成されるリッチスキップ量を加算補正させる高負荷時補正係数を生成する高負荷時補正係数生成手段と、
前記内燃機関の高負荷運転時で、かつ、前記下流側空燃比センサの出力がリッチであるときに、前記リッチスキップ量生成手段によるリッチスキップ量の更新を停止させるスキップ量更新停止手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。