JP4338663B2

JP4338663B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4338663B2
Application number: JP2005095915A
Authority: JP
Inventors: 洋一飯星; 晋山内; 堀　　俊雄; 芳国倉島
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Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2009-10-07
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Also published as: JP2006274941A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、触媒の酸素貯蔵量に基づいた空燃比制御や触媒劣化判定を行う内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関（エンジン）の排気管に触媒（三元触媒）を設置し、前記触媒の上流に排気成分を検出する空燃比センサ（Ｏ_２センサあるいはリニア空燃比センサ）と、エンジンに吸入される空気量を測定する空気流量センサの出力から、触媒内の酸素貯蔵量を演算し、さらに触媒下流に取り付けられた空燃比センサの出力に基づいて触媒に貯蔵される酸素の絶対量を推定し、触媒の劣化を検出することが開示されている（例えば特許文献１）。

また、空燃比の混合気の一時的に強制変動させ、このときの空燃比センサの検出信号に基づいて当該空燃比センサの劣化を判定する劣化診断装置が提案されている（例えば特許文献２）。この劣化診断装置では、触媒上流の空燃比センサの劣化に対してロバスト性を向上できる。
特開平５−１３３２６４号公報特開平８−２２００５１号公報

しかし、上述の従来技術では、上流側空燃比センサのばらつきや劣化に対しては考慮されているが、同じ空燃比センサを用いても、図１２に示されているように、ＨＣ、ＣＯ、Ｎｏｘの三元成分を最も良く浄化できる触媒の中心空燃比が、新品触媒と耐久触媒では異ることについては十分考慮されていない。

このため、触媒の酸素貯蔵量を正確に推定することができず、触媒診断や排気制御（空燃比制御）を適切に行うことについて限界が生じる。

本発明は、前記点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、触媒の酸素貯蔵量を正確に推定して、触媒診断や排気制御（空燃比制御）が適切に行なわれる内燃機関の制御装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明の内燃機関の制御装置は、基本的には、内燃機関の排気通路に配置された三元触媒と、三元触媒の上流側の実空燃比を検出する上流側空燃比センサと、三元触媒の下流側の空燃比に応じた信号を出力する下流側空燃比センサと、三元触媒に流入する空気流量を検出する空気流量検出手段とを有する内燃機関の制御装置であって、三元触媒の中心空燃比及び上流側空燃比センサにより検出した実空燃比及び空気流量に基づいて三元触媒に貯蔵される酸素貯蔵量を演算する酸素貯蔵量演算手段と、酸素貯蔵量演算手段によって演算された酸素貯蔵量と下流側空燃比センサの出力に基づいて中心空燃比を補正する中心空燃比補正手段を有することを特徴としている。また、本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、中心空燃比補正手段によって補正される中心空燃比に基づいて空燃比を制御する空燃比制御手段を有する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、中心空燃比補正手段は、下流側空燃比センサの出力がリッチでかつ前記酸素貯蔵量がリッチ以外のときは前記中心空燃比をリーンに補正し、前記下流側空燃比センサの出力がリーンでかつ前記酸素貯蔵量がリーン以外のときは前記中心空燃比をリッチに補正する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、中心空燃比を補正した時には前記酸素貯蔵量を所定値にリセットする。

本発明による内燃機関の制御装置は、前記酸素貯蔵量演算手段によって演算された酸素貯蔵量に基づいて触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段を有する。

本発明による内燃機関の制御装置は、前記酸素貯蔵量演算手段によって演算された酸素貯蔵量に基づいて内燃機関に供給する燃料量を補正する燃料量補正手段を有する。

また、本発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気通路に配置された三元触媒と、三元触媒の上流側の実空燃比を検出するリニア空燃比センサと、三元触媒の下流側の排気ガス中における酸素の有無を検出するリアＯ _２センサと、三元触媒に流入する空気流量を検出する空気流量検出手段とを有する内燃機関の制御装置であって、実空燃比が目標空燃比になるように空燃比を制御する実空燃比制御手段と、三元触媒の中心空燃比及び実空燃比及び空気流量に基づいて三元触媒に貯蔵される酸素貯蔵量を演算する酸素貯蔵量演算手段と、酸素貯蔵量演算手段によって演算される酸素貯蔵量とリアＯ _２センサの出力に基づいて中心空燃比を補正する中心空燃比補正手段と、リアＯ _２センサの出力に基づいて三元触媒の下流側の空燃比がリッチ又はリーンであるか否かを判定するリッチ・リーン判定手段と、リッチ・リーン判定手段により三元触媒の下流側の空燃比がリッチ又はリーンではないと判定された場合に酸素貯蔵量に基づいて目標空燃比を補正する第１目標空燃比補正手段と、リッチ・リーン判定手段により三元触媒の下流側の空燃比がリッチ又はリーンであると判定された場合にリアＯ _２センサの出力に基づいて目標空燃比を補正する第２目標空燃比補正手段と、を備える。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、リッチ・リーン判定手段によって三元触媒の下流側の空燃比がリッチ又はリーンであると判定された場合に、中心空燃比補正手段による中心空燃比補正か、第２の目標空燃比補正手段による三元触媒の下流側の空燃比をストイキにする目標空燃比補正の少なくとも一方を行う。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、第１の目標空燃比補正手段は、リッチ・リーン判定手段により三元触媒の下流側の空燃比がリッチ又はリーンではないと判定された場合に、酸素貯蔵量が所定範囲に収まるように目標空燃比を補正する。

本発明による内燃機関の制御装置によれば、中心空燃比補正手段が触媒の下流に設置したリア空燃比センサの出力と酸素貯蔵量演算手段により演算される酸素貯蔵量とに基づいて中心空燃比を補正するから、触媒の酸素貯蔵量をより正確に推定でき、触媒の劣化や空燃比センサのばらつきに対する酸素貯蔵量推定のロバスト性を向上でき、触媒診断や排気制御（空燃比制御）を適切に行うことが可能になる。

本発明による内燃機関の制御装置の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による内燃機関の制御装置が適用されるエンジンの制御システムの一つの実施形態を示している。

図１のエンジン１００は、吸気系に、エアクリーナ１０１、スロットルボディ１０２、コレクタ１０３、吸気枝管１０４を有する。エンジン１００は、シリンダボア１０５内にピストン１０６を有し、ピストン１０６の上側に燃焼室１０７を画定している。なお、エンジン１００は、複数個の燃焼室１０７を有する多気筒エンジンである。

燃焼室１０７に導入される吸入空気は、エアクリーナ１０１から取り入れられ、エンジンの運転状態計測手段の一つであるエアフローセンサ（空気流量計）１０８を通り、吸気流量を制御する電制スロットル弁１０９を収容しているスロットルボディ１０２を通ってコレクタ１０３に入る。コレクタ１０６に吸入された空気は、各燃焼室１０７に接続された吸気枝管１０４に分配された後、各燃焼室１０７に導かれる。

エアフローセンサ１０８は、吸気流量を表す信号を、エンジン制御装置であるコントロールユニット２００に出力する。

スロットルボディ１０２には、電制スロットル弁１０９の開度を検出するエンジンの運転状態計測手段の一つであるスロットルセンサ１１０が取り付けられている。スロットルセンサ１１０は、電制スロットル弁１０９の開度を表す信号を、エンジン制御装置であるコントロールユニット２００に出力する。

ガソリン等の燃料は、燃料タンク１１１から燃料ポンプ１１２により一次加圧され、燃料圧力レギュレータ１１３により一定の圧力に調圧され、高圧燃料ポンプ１１４によって高い圧力に二次加圧される。二次加圧された高圧燃料は、各気筒毎に設けられているインジェクタ１１５から燃焼室１０７内に直接噴射（筒内噴射）される。

燃焼室１０７内に噴射された燃料は、点火コイル１１６によって高電圧化された点火信号による点火プラグ１１７の火花放電によって点火（着火）される。

排気弁１１８のカムシャフト１１９に取り付けられたカム角センサ１２０は、カムシャフト１１９の位相を検出し、その信号をコントロールユニット２００に出力する。なお、カム角センサ１２０は吸気弁１２１のカムシャフト１２２の取り付けてもよい。また、エンジン１００のクランクシャフト１２３の回転と位相を検出するために、クランク角センサ１２４が設けられている。クランク角センサ１２４は、クランクシャフト１２３の回転と位相を表る信号をコントロールユニット２００に出力する。

エンジン１００は、排気系に、排気管１３１と、触媒（三元触媒）１３２を有する。触媒１３２の上流にはリニア空燃比センサ（上流側空燃比センサ＝フロント空燃比センサ）１３３が、また、触媒１３２の下流にはＯ_２センサ（下流側空燃比センサ＝リア空燃比）センサ１３４が各々設けられている。リニア空燃比センサ１３３は、排気ガス中の酸素量を検出し、その検出信号をコントロールユニット２００に出力する。Ｏ_２センサ１３４は、排気ガス中の酸素の有無を検出し、その検出信号をコントロールユニット２００に出力する。

つぎに、本発明における内燃機関の制御装置の概要を、図２を参照して説明する。
コントロールユニット２００は、マイクロコンピュータを含む電子制御式のものであり、ソフトウェア処理によって、触媒１３２の酸素貯蔵量を推定演算する酸素貯蔵量演算手段２０１と、触媒１３２の中心空燃比を演算する中心空燃比補正手段２０２を具現化する。触媒１３２の中心空燃比とは、触媒１３２がＨＣ、ＣＯ、Ｎｏｘの三元成分を最も良く浄化できる空燃比を云う。

酸素貯蔵量演算手段２０１は、エンジン１００の吸入空気量を計測する吸気流量センサ１０８と、触媒１３２の上流に設置されたリニア空燃比センサ１３３の出力（実空燃比出力）に基づき、触媒１３２に貯蔵される酸素貯蔵量を、空気量×（実空燃比−中心空燃比）の積算によって演算する。

本発明による制御装置の特徴は、酸素貯蔵量演算手段２０１によって演算された酸素貯蔵量と、触媒１３２の下流に設置されたＯ_２センサ１３４の出力を用いて触媒１３２の中心空燃比を補正する中心空燃比補正手段２０２が設けられていることである。

触媒１３２の劣化によって触媒１３２の中心空燃比が変わっても、あるいはリニア空燃比センサ１３３のばらつきや劣化によって触媒１３２の中心空燃比がずれた場合でも、中心空燃比補正手段２０２によって触媒１３２の中心空燃比を補正することで、常に、正確な酸素貯蔵量を演算することが可能になる。

図３は、中心空燃比補正手段２０２による中心空燃比補正の処理フローの一例を示している。

まず、触媒下流のＯ_２センサ１３３の電圧（ＶＲＯ２）を測定し（ステップＳ３０１）する。次に、酸素貯蔵量演算手段２０１によって実空燃比（リニア空燃比センサ１３３による測定空燃比）とエアフローセンサ１０８による測定空気量と中心空燃比とに基づいて酸素貯蔵量（ＶＯＳ）を演算する（ステップＳ３０２）。

次に、中心空燃比の補正条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ３０３）。中心空燃比の補正条件が成立していれば、ステップＳ３０４以降を実行し、成立していなければ、処理を終了する。

ここでの中心空燃比の補正条件としては、例えば、Ｏ_２センサ電圧ＶＲＯ２が所定時間（３０秒）より長い時間に亘ってリッチ判定電圧ＲＶＯ２よりも小さく、且つリーン判定電圧ＬＶＯ２よりも大きいことなどが挙げられる。

中心空燃比の補正条件が成立していれば、次に、触媒１３２後の空燃比がリッチになったときの酸素貯蔵量ＶＯＳに基づいて中心空燃比の補正を行うか否かを判定する（ステップＳ３０４）。

具体的には、Ｏ_２センサ電圧ＶＲＯ２がリッチ判定電圧ＲＶＯ２よりも大きく、且つ酸素貯蔵量ＶＯＳがリーン判定酸素貯蔵量レベルＬＶＯＳよりも大きい場合には、ステップＳ３０５に進み、そうでなければ、ステップＳ３０６に進む。

ステップＳ３０５では、中心空燃比がリッチにずれているのを補正するために、中心空燃比をリーン補正する。

ステップＳ３０６では、触媒後の空燃比がリーンになったときの酸素貯蔵量ＶＯＳに基づいて中心空燃比の補正を行うか否かを判定する。具体的には、Ｏ_２センサ電圧ＶＲＯ２がリーン判定電圧ＬＶＯ２よりも小さく、且つ酸素貯蔵量ＶＯＳがリーン判定酸素貯蔵レベルＨＶＯＳよりも小さい場合には、ステップＳ３０７に進み、そうでなければ、処理を終了する。

ステップＳ３０７では、中心空燃比がリーンにずれているのを補正するために、中心空燃比をリッチ補正する。

つまり、Ｏ_２センサ１３４の出力がリッチである時における酸素貯蔵量ＶＯＳがリッチである所定値（リッチ判定酸素貯蔵レベルＲＶＯＳ）より多い時には、中心空燃比をリーン補正し、Ｏ_２センサ１３４の出力がリーンである時における酸素貯蔵量ＶＯＳがリーンである所定値（リーン判定酸素貯蔵レベルＨＶＯＳ）より少ない時には、心空燃比をリッチ補正する。

これにより、酸素貯蔵量ＶＯＳとＯ_２センサ１３４の出力との間の不整合に基づいて中心空燃比を正確に補正することができる。

なお、中心空燃比のリーン、リッチの補正実行時には、酸素貯蔵量ＶＯＳをゼロリセットし、酸素貯蔵量ＶＯＳの誤差を減らす。

なお、ステップＳ３０５およびＳ３０７における補正量は、常に同じ所定値にしてもよいし、リーン判定酸素貯蔵量レベルＬＶＯＳと酸素貯蔵量ＶＯＳの差に比例した量にしてもよい。また、ＮＯｘの悪化防止感度を上げるためには、リーン補正量＜リッチ補正量とし、逆に、ＨＣ、ＣＯの悪化防止感度を上げるためには、リーン補正量＞リッチ補正量としてもよい。

図４は、図３に示したフローチャートを実施した際のタイムチャートの一例である。（ａ）はＯ_２センサ電圧ＶＲＯ２を、（ｂ）は酸素貯蔵量ＶＯＳを、（ｃ）は空燃比（実空燃比と中心空燃比）を各々示している。

時刻ｔ１において、Ｏ_２センサ電圧ＶＲＯ２がリッチ判定電圧ＲＶＯ２を越えた時に、酸素貯蔵量ＶＯＳがリッチ判定酸素貯蔵レベルＬＶＯＳよりも大きいため、中心空燃比をリッチ補正している。なお、Ｏ_２センサ電圧ＶＲＯ２がリッチ判定電圧ＲＶＯ２よりも小さくなる時刻ｔ２までの間は、酸素貯蔵量ＶＯＳを０にリセットしている。

図５は、中心空燃比補正手段２０２による中心空燃比補正の処理フローの他の例を示している。

まず、触媒下流のＯ_２センサ１３３の電圧（ＶＲＯ２）を測定し（ステップＳ５０１）する。次に、酸素貯蔵量演算手段２０１によって実空燃比（リニア空燃比センサ１３３による測定空燃比）とエアフローセンサ１０８による測定空気量と中心空燃比とに基づいて酸素貯蔵量（ＶＯＳ）を演算する（ステップＳ５０２）。

次に、中心空燃比の補正条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ５０３）。中心空燃比の補正条件が成立していれば、ステップＳ５０４以降を実行し、成立していなければ、処理を終了する。

ここでの中心空燃比の補正条件としては、例えば、Ｏ_２センサ電圧ＶＲＯ２が所定時間（３０秒）よりも短い間にリッチ判定電圧ＲＶＯ２よりも大きいか、リーン判定電圧ＬＶＯ２よりも小さくなることが挙げられる。

中心空燃比の補正条件が成立していれば、次に、触媒１３２後の空燃比がリッチになったときの酸素貯蔵量ＶＯＳの傾向に基づいて中心空燃比の補正を行うか否かを判定する（ステップＳ５０４）。具体的には、Ｏ_２センサ電圧ＶＲＯ２がリッチ判定電圧ＲＶＯ２よりも大きく、且つ酸素貯蔵量ＶＯＳが増加傾向であれば、ステップＳ５０５に進み、そうでなければ、ステップＳ５０６に進む。

ステップＳ５０５では、中心空燃比がリッチにずれていることを補正するために、中心空燃比をリーン補正する。

ステップＳ５０６では、触媒１３２後の空燃比がリーンになったときの酸素貯蔵量ＶＯＳの傾向に基づいて中心空燃比の補正を行うか否かを判定する。具体的には、Ｏ_２センサ電圧ＶＲＯ２がリーン判定電圧ＬＶＯ２よりも小さく、且つ酸素貯蔵量ＶＯＳが減少傾向の場合にはステップＳ５０７に進み、そうでなければ処理を終了する。

ステップＳ５０７では、中心空燃比がリーンにずれているのを補正するために、中心空燃比をリッチ補正する。

つまり、Ｏ_２センサ１３４の出力がリッチである時における酸素貯蔵量ＶＯＳが増加傾向にある時には、中心空燃比をリーン補正し、Ｏ_２センサ１３４の出力がリーンである時における酸素貯蔵量ＶＯＳが減少傾向である時には、中心空燃比をリッチ補正する。

なお、ステップＳ５０５およびＳ５０７における補正量は、常に同じ所定値にしてもよいし、リーン判定酸素貯蔵量レベルＬＶＯＳと酸素貯蔵量ＶＯＳの差に比例した量にしてもよい。また、ＮＯｘの悪化防止感度を上げるためには、リーン補正量＜リッチ補正量とし、逆に、ＨＣ、ＣＯの悪化防止感度を上げるためには、リーン補正量＞リッチ補正量としてもよい。

図６は、図５に示したフローチャートを実施した際のタイムチャートの一例である。（ａ）はＯ_２センサ電圧ＶＲＯ２を、（ｂ）は酸素貯蔵量ＶＯＳを、（ｃ）は空燃比（実空燃比と中心空燃比）を各々示している。

Ｏ_２センサ電圧ＶＲＯ２がリッチ判定電圧ＲＶＯ２を短い間隔で横切っており、Ｎ＝１、２、３と、リッチ判定の際の酸素貯蔵量ＶＯＳが増加傾向にある。そこでＮ＝３の時点ｔ３で、酸素貯蔵量を０にリセットし、中心空燃比のリーン補正を行っている。

このように、中心空燃比の補正時には、酸素貯蔵量ＶＯＳを所定値にリセットすることにより、酸素貯蔵量ＶＯＳの誤差を減らすことができる。

図７は、上述の中心空燃比補正手段２０２を備えた触媒診断装置の一例を示している。

この触媒診断装置は、触媒劣化判定手段２０３を有する。触媒劣化判定手段２０３が触媒１３２の劣化判定を行うと、そのことを示す警告灯１９９が点灯する。

触媒劣化判定手段２０３は、酸素貯蔵量演算手段２０１によって演算された酸素貯蔵量ＶＯＳに基づいて触媒の劣化を判定する。本触媒診断装置では、中心空燃比補正手段２０２によって常に中心空燃比を補正しながら酸素貯蔵量ＶＯＳを演算することにより、正確な診断結果を得ることができる。
つまり、酸素貯蔵量推定の精度向上により、触媒劣化判定の精度が向上する。

図８は、上述の中心空燃比補正手段２０２を備えた空燃比制御装置の一例を示している。

この空燃比制御装置は燃料量補正手段２０４を有する。燃料量補正手段２０４は、酸素貯蔵量演算手段２０１によって演算された酸素貯蔵量ＶＯＳに基づいて空燃比補正を行い、中心空燃比補正手段２０２によって常に中心空燃比を補正しながら酸素貯蔵量ＶＯＳを演算することにより、触媒１３２内の酸素貯蔵量ＶＯＳを正確に制御でき、より高性能な排気制御が実現できる。
つまり、酸素貯蔵量推定の精度向上により燃料量補正の性能が向上する。

図９は、上述の中心空燃比補正手段２０２を空燃比制御装置に導入した詳細例を示している。

酸素貯蔵量演算手段２０１は、中心空燃比補正手段２０２から得られる中心空燃比と、エアフローセンサ１０８から得られる吸入空気量と、触媒１３２前のリニア空燃比センサ１３３から得られる実空燃比に基づいて酸素貯蔵量ＶＯＳを演算する。

ただし、この酸素貯蔵量演算手段２０１は、Ｏ_２センサ１３４の出力が目標電圧（例えば０．７Ｖ）に到達した際にリセット判定を行うリセット判定手段９０５によりゼロにリセットされる。

また、Ｏ_２センサ１３４の出力に基づいて触媒１３２の雰囲気を判定するリッチ・リーン判定手段９０６は、リッチあるいはリーン判定時に１を出力するリッチ・リーン判定フラグを備える。

そして、リッチ・リーンフラグが１のときには、中心空燃比補正手段２０２による中心空燃比補正と、第２目標空燃比補正手段９０４による目標空燃比補正を実行する。これに対し、リッチ・リーンフラグが０である時には、第１目標空燃比補正手段９０３による目標空燃比補正を実行する。

第２目標空燃比補正手段９０４はＯ_２センサ１３４の出力をストイキにするための目標空燃比補正を行う。第１目標空燃比補正手段９０３は酸素貯蔵量ＶＯＳが所定範囲に収まるように目標空燃比を補正する。

つまり、リッチ・リーン判定手段９０６によるリッチあるいはリーン判定時には、中心空燃比補正手段２０２による中心空燃比補正か、第２目標空燃比補正手段６０４によるＯ_２センサ１３４出力を所定値にするための目標空燃比補正の少なくとも何れか一方を行い、リッチ・リーン判定手段９０６による判定結果がリッチあるいはリーン判定時でない時には、酸素貯蔵量ＶＯＳが所定範囲に収まるように第１目標空燃比補正手段９０３により目標空燃比を補正する。

これら補正を加えられた目標空燃比は、空燃比制御手段９０７に入力される。空燃比制御手段９０７は、目標空燃比と触媒１３２前のリニア空燃比センサ１３３から得られる実空燃比との偏差がゼロになるように、空燃比制御を行う。これにより、最適な空燃比制御が行われる。

図１０は、中心空燃比補正手段２０２および第２目標空燃比補正手段９０４が動作している場合のタイムチャートの一例である。Ｏ_２センサ電圧ＶＲＯ２がリッチ判定電圧ＲＶＯ２を越えた区間Ａで中心空燃比をリーンに補正し、さらに、第２目標空燃比補正手段９０４によってＯ_２センサ電圧ＶＲＯ２がリッチ判定電圧ＲＶＯ２を下回るまで空燃比をリーンに制御する。

図１１は、第１目標空燃比補正手段９０３が動作している場合のタイムチャートの一例である。区間Ｂにおいて、酸素貯蔵量ＶＯＳが上限ＶＯＳを超えている間は、空燃比をリッチに制御して酸素貯蔵量を減らすことで、触媒１３２の酸素貯蔵量を所定範囲内（上限ＶＯＳから下限ＶＯＳの範囲）に保つことができる。

この空燃比制御装置では、リッチ・リーン判定手段９０６によるリッチあるいはリーン判定時には、つまり、排気悪化時には、第２目標空燃比補正手段９０４あるいは中心空燃比補正手段２０２によって排気悪化を最小限に留める空燃比制御を実施しつつ第２目標空燃比補正手段９０４による目標空燃比補正排気悪化を未然に防止する制御を実施し、リッチ・リーン判定手段９０６による判定結果がリッチあるいはリーン判定時でない時には、酸素貯蔵量ＶＯＳが所定範囲に収まるように第１目標空燃比補正手段９０３により目標空燃比を補正することで、最適な空燃比制御が実現できる。

本発明によるエンジン制御装置の効果を要約すると、以下の通りになる。
（１）触媒１３２の下流にＯ_２センサ１３４（リア空燃比センサ）が設置され、Ｏ_２センサ１３４の出力と酸素貯蔵量演算手段２０１により演算される酸素貯蔵量ＶＯＳとに基づいて中心空燃比補正手段２０２が触媒１３２の中心空燃比を補正するから、触媒１３２の酸素貯蔵量ＶＯＳをより正確に推定でき、触媒１３２の劣化やリニア空燃比センサ１３３のばらつきに対する酸素貯蔵量推定のロバスト性を向上でき、触媒診断や排気制御（空燃比制御）を適切に行うことが可能になる。

（２）中心空燃比補正手段２０２が、Ｏ_２センサ１３４の出力がリッチである時における酸素貯蔵量ＶＯＳがリッチである値より多い時もしくは増加傾向である時には中心空燃比をリーン補正し、Ｏ_２センサ１３４の出力がリーンである時における酸素貯蔵量がリーンである値より少ない時、酸素貯蔵量ＶＯＳが減少傾向である時には中心空燃比をリッチ補正、即ち、酸素貯蔵量ＶＯＳとＯ_２センサ１３４の出力との間の不整合に基づいて中心空燃比を正確に補正することができる。

（３）中心空燃比補正手段２０２による中心空燃比の補正時には、酸素貯蔵量ＶＯＳを所定値にリセット（ゼロリセット）するから、酸素貯蔵量ＶＯＳの誤差を減らすことができる。

（４）リッチ・リーン判定手段９０６によるリッチあるいはリーン判定時には、中心空燃比補正手段２０２による中心空燃比補正か、第２目標空燃比補正手段９０４によるリニア空燃比センサ出力を所定値にするための目標空燃比補正の少なくとも何れか一方を行い、これに対し、リッチ・リーン判定手段９０６による判定結果がリッチあるいはリーン判定時でない時には、酸素貯蔵量ＶＯＳが所定範囲に収まるように第１目標空燃比補正手段９０３により目標空燃比を補正するから、排気悪化時に、第２目標空燃比補正手段９０４あるいは中心空燃比補正手段２０２による排気悪化を最小限に留める空燃比制御を実施しつつ第２目標空燃比補正手段９０４による排気悪化を未然に防止する制御が行われ、リッチ・リーン判定手段９０６による判定結果がリッチあるいはリーン判定時でない時には、酸素貯蔵量ＶＯＳが所定範囲に収まるように第１目標空燃比補正手段９０３により目標空燃比を補正することと併せて最適な空燃比制御を実現できる。

本発明による制御装置が適用されるエンジンの制御システムの一つの実施形態を示す全体構成図。本発明による内燃機関の制御装置の概要を示すブロック図である。本発明による内燃機関の制御装置の中心空燃比補正手段による中心空燃比補正の処理フローの一例を示すフローチャート。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図３に示されている中心空燃比補正処理におけるＯ_２センサ電圧、酸素貯蔵量、空燃比の変化を示すタイムチャート。本発明による内燃機関の制御装置の中心空燃比補正手段による中心空燃比補正の処理フローの他の例を示すフローチャート。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図５に示されている中心空燃比補正処理におけるＯ_２センサ電圧、酸素貯蔵量、空燃比の変化を示すタイムチャート。本発明による内燃機関の制御装置を用いた触媒診断装置の概要を示すブロック図。本発明による内燃機関の制御装置を用いた空燃比制御装置の概要を示すブロック図。本発明による内燃機関の制御装置を用いた空燃比制御装置の詳細を示すブロック図。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はＯ_２センサ電圧がリッチがに所定範囲外に外れた際の空燃比、酸素貯蔵量、Ｏ_２センサ電圧の変化を示すタイムチャート。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は酸素貯蔵量が所定範囲外に外れた際の空燃比、酸素貯蔵量、Ｏ_２センサ電圧の変化を示すタイムチャート。中心空燃比の特徴を示すグラフ。

符号の説明

１００エンジン
１０１エアクリーナ
１０２スロットルボディ
１０３コレクタ
１０４吸気枝管
１０５シリンダボア
１０６ピストン
１０７燃焼室
１０８エアフローセンサ
１０９電制スロットル弁
１１０スロットルセンサ
１１１燃料タンク
１１２燃料ポンプ
１１３燃料圧力レギュレータ
１１４高圧燃料ポンプ
１１５インジェクタ
１１６点火コイル
１１７点火プラグ
１１８排気弁
１１９カムシャフト
１２０カム角センサ
１２１吸気弁
１２２カムシャフト
１２３クランクシャフト
１２４クランク角センサ
１３１排気管
１３２触媒
１３３リニア空燃比センサ
１３４Ｏ_２センサ
１９９警告灯
２００コントロールユニット
２０１酸素貯蔵量演算手段
２０２中心空燃比補正手段
２０３触媒劣化判定手段
２０４燃料量補正手段
９０３第１空燃比補正手段
９０４第２空燃比補正手段
９０５リセット判定手段
９０６リッチ・リーン判定手段
９０７空燃比制御手段

Claims

内燃機関の排気通路に配置された三元触媒と、該三元触媒の上流側の実空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記三元触媒の下流側の空燃比に応じた信号を出力する下流側空燃比センサと、前記三元触媒に流入する空気流量を検出する空気流量検出手段とを有する内燃機関の制御装置であって、
前記三元触媒の中心空燃比及び前記上流側空燃比センサにより検出した実空燃比及び前記空気流量に基づいて前記三元触媒に貯蔵される酸素貯蔵量を演算する酸素貯蔵量演算手段と、
該酸素貯蔵量演算手段によって演算された酸素貯蔵量と前記下流側空燃比センサの出力に基づいて前記中心空燃比を補正する中心空燃比補正手段を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
内燃機関の排気通路に配置された三元触媒と、該三元触媒の上流側の実空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記三元触媒の下流側の空燃比に応じた信号を出力する下流側空燃比センサと、前記三元触媒に流入する空気流量を検出する空気流量検出手段とを有する内燃機関の制御装置であって、
前記三元触媒の中心空燃比及び前記上流側空燃比センサにより検出した実空燃比及び前記空気流量に基づいて前記三元触媒に貯蔵される酸素貯蔵量を演算する酸素貯蔵量演算手段と、
該酸素貯蔵量演算手段によって演算された酸素貯蔵量と前記下流側空燃比センサの出力に基づいて前記中心空燃比を補正する中心空燃比補正手段と、
該中心空燃比補正手段によって補正される中心空燃比に基づいて空燃比を制御する空燃比制御手段を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記中心空燃比補正手段は、
前記下流側空燃比センサの出力がリッチでかつ前記酸素貯蔵量がリッチ以外のときは前記中心空燃比をリーンに補正し、
前記下流側空燃比センサの出力がリーンでかつ前記酸素貯蔵量がリーン以外のときは前記中心空燃比をリッチに補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記中心空燃比補正手段は、
前記下流側空燃比センサの出力がリッチでかつ前記酸素貯蔵量が増加傾向にあるときは前記中心空燃比をリーンに補正し、
前記下流側空燃比センサの出力がリーンでかつ前記酸素貯蔵量が減少傾向にあるときは中心空燃比をリッチに補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記酸素貯蔵量演算手段は、
前記中心空燃比補正手段により前記中心空燃比が補正された場合に前記酸素貯蔵量を所定値にリセットすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記酸素貯蔵量演算手段により演算される酸素貯蔵量に基づいて前記三元触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記酸素貯蔵量演算手段により演算される酸素貯蔵量に基づいて前記内燃機関に供給される燃料量を補正する燃料量補正手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
内燃機関の排気通路に配置された三元触媒と、該三元触媒の上流側の実空燃比を検出するリニア空燃比センサと、前記三元触媒の下流側の排気ガス中における酸素の有無を検出するリアＯ _２センサと、前記三元触媒に流入する空気流量を検出する空気流量検出手段とを有する内燃機関の制御装置であって、
前記実空燃比が目標空燃比になるように空燃比を制御する実空燃比制御手段と、
前記三元触媒の中心空燃比及び前記実空燃比及び前記空気流量に基づいて前記三元触媒に貯蔵される酸素貯蔵量を演算する酸素貯蔵量演算手段と、
該酸素貯蔵量演算手段によって演算される酸素貯蔵量と前記リアＯ _２センサの出力に基づいて前記中心空燃比を補正する中心空燃比補正手段と、
前記リアＯ _２センサの出力に基づいて前記三元触媒の下流側の空燃比がリッチ又はリーンであるか否かを判定するリッチ・リーン判定手段と、
該リッチ・リーン判定手段により前記三元触媒の下流側の空燃比がリッチ又はリーンではないと判定された場合に前記酸素貯蔵量に基づいて前記目標空燃比を補正する第１目標空燃比補正手段と、
前記リッチ・リーン判定手段により前記三元触媒の下流側の空燃比がリッチ又はリーンであると判定された場合に前記リアＯ _２センサの出力に基づいて前記目標空燃比を補正する第２目標空燃比補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記リッチ・リーン判定手段によって前記三元触媒の下流側の空燃比がリッチ又はリーンであると判定された場合に、前記中心空燃比補正手段による中心空燃比補正か、前記第２の目標空燃比補正手段による前記三元触媒の下流側の空燃比をストイキにする目標空燃比補正の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
前記第１の目標空燃比補正手段は、前記リッチ・リーン判定手段により前記三元触媒の下流側の空燃比がリッチ又はリーンではないと判定された場合に、前記酸素貯蔵量が所定範囲に収まるように前記目標空燃比を補正することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御装置。