JP4353070B2

JP4353070B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

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Publication number: JP4353070B2
Application number: JP2004312784A
Authority: JP
Inventors: 圭児今村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2024-10-27
Also published as: JP2006125252A

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化触媒の上流側及び下流側に排気の空燃比状態を検出するセンサをそれぞれ備え、上流側センサの出力値に基づいて空燃比制御を実行するとともに、下流側センサの出力値に基づいて設定される補正量により前記空燃比制御に対する補正を実行する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。

内燃機関では、排気通路に設けられた排気浄化用の触媒によって排気成分の浄化が行われている。この触媒による排気成分の浄化は、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比が所定の範囲内にある場合に効率よく行われる。そこで触媒の上流側に排気の酸素濃度を検出するセンサを設け、この上流側センサの出力信号に基づいて混合気の空燃比を検出し、この検出された空燃比が目標空燃比になるよう燃料噴射量に対する空燃比補正量を求めて燃料噴射量を増減補正する空燃比制御が行われている。

さらに、このように空燃比制御された状況下で触媒による排気浄化が常に適切に実行されるように、触媒の下流側にも排気の酸素濃度を検出するセンサを設け、この下流側センサの出力信号に基づき上記空燃比補正量に対する補正量を算出する、いわゆる空燃比のサブフィードバック制御を実行するものが知られている（例えば特許文献１等）。
特開平７−１９７８３７号公報

ところで、上記サブフィードバック制御によって算出される補正量が過度なものになると、空燃比制御や機関の運転等に悪影響を及ぼすおそれがあるため、このような補正量は予め設定された上限値や下限値といった制限値の範囲内で設定されるようにしておくことが望ましい。

ここで、下流側センサの出力値が理論空燃比相当の出力値を中心にして周期的にリッチ側やリーン側に変化する場合には、上記補正量による燃料噴射量の増量補正や減量補正が周期的に繰り返し行われるため、燃料噴射量が過度に増量されたり、減量されたりしてしまうといったことは生じにくい。

一方、下流側センサには、触媒下流側の実際の空燃比に依らずその出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリッチ側に偏倚するといったリッチスタック異常や、同じくその出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリーン側に偏倚するといったリーンスタック異常が生じることがある。このように下流側センサの出力値が実際の空燃比に依らず、理論空燃比相当の出力値に対して偏倚してしまう場合には、上記算出される補正量が上記制限値に達する前、或いは達したときに同補正量による燃料噴射量の過剰な増量補正や減量補正がなされ、触媒による排気の浄化を十分に行うことができなくなってエミッションが悪化するおそれがある。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化触媒の下流側の空燃比状態を検出する下流側センサについて、その出力値の偏倚に起因するエミッションの悪化を抑制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。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、排気浄化触媒の上流側に設けられて排気の空燃比状態を検出する上流側センサ、及び同排気浄化触媒の下流側に設けられて排気の空燃比状態を検出する下流側センサを備え、前記上流側センサの出力値に基づく燃料噴射量の増減補正を通じて空燃比制御を実行するとともに前記下流側センサの出力値に基づいて設定される補正量により前記燃料噴射量の増減補正に対する補正を実行する内燃機関の空燃比制御装置において、前記下流側センサの出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリーン側に偏倚しているとき、前記下流側センサにリーンスタック異常が生じている旨判断する判断手段と、この判断手段により前記下流側センサにリーンスタック異常が生じている旨判断されるとき、前記補正量の最大値を規制する値として予め設定された上限値をより小さい値に変更する変更手段とを備えることを要旨としている。

同構成によれば、下流側センサの出力値がリーン側に偏倚している場合、上記補正量の最大値を規制する上限値がより小さい値に変更される。そのため、同補正量が燃料噴射量を増量する方向に大きくなる状況でもその最大値は通常よりも小さい値になり、燃料噴射量の過剰な増量補正が抑制される。従って、下流側センサにリーンスタック異常が生じているときのエミッションの悪化を抑制することができるようになる。

（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記判断手段は、前記上流側センサの出力値がリッチを示しているとき且つ前記下流側センサの出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリーン側にあるとき、前記下流側センサにリーンスタック異常が生じている旨判断することを要旨としている。
（３）請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記判断手段は、前記上流側センサの出力値がリッチを示しているときに前記下流側センサの出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリーン側にある頻度を計測し、この計測した頻度が基準値よりも大きいとき、前記下流側センサにリーンスタック異常が生じている旨判断することを要旨としている。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記変更手段は、前記判断手段により前記下流側センサにリーンスタック異常が生じている旨判断されるとき、前記上限値をそのときの前記補正量よりも小さい値に設定することを要旨としている。
（５）請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記変更手段は、前記判断手段により前記下流側センサにリーンスタック異常が生じていない旨判断されるとき、前記上限値をその変更範囲内の最も大きい値に設定することを要旨としている。

（６）請求項６に記載の発明は、排気浄化触媒の上流側に設けられて排気の空燃比状態を検出する上流側センサ、及び同排気浄化触媒の下流側に設けられて排気の空燃比状態を検出する下流側センサを備え、前記上流側センサの出力値に基づく燃料噴射量の増減補正を通じて空燃比制御を実行するとともに前記下流側センサの出力値に基づいて設定される補正量により前記燃料噴射量の増減補正に対する補正を実行する内燃機関の空燃比制御装置において、前記下流側センサの出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリッチ側に偏倚しているとき、前記下流側センサにリッチスタック異常が生じている旨判断する判断手段と、この判断手段により前記下流側センサにリッチスタック異常が生じている旨判断されるとき、前記補正量の最小値を規制する値として予め設定された下限値をより大きい値に変更する変更手段とを備えることを要旨としている。

同構成によれば、下流側センサの出力値がリッチ側に偏倚している場合、上記補正量の最小値を規制する下限値がより大きい値に変更される。そのため、同補正量が燃料噴射量を減量する方向に小さくなる状況でもその最小値は通常よりも大きい値になり、燃料噴射量の過剰な減量補正が抑制される。従って、下流側センサにリッチスタック異常が生じているときのエミッションの悪化を抑制することができるようになる。

（７）請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記判断手段は、前記上流側センサの出力値がリーンを示しているとき且つ前記下流側センサの出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリッチ側にあるとき、前記下流側センサにリッチスタック異常が生じている旨判断することを要旨としている。
（８）請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記判断手段は、前記上流側センサの出力値がリーンを示しているときに前記下流側センサの出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリッチ側にある頻度を計測し、この計測した頻度が基準値よりも大きいとき、前記下流側センサにリッチスタック異常が生じている旨判断することを要旨としている。

（９）請求項９に記載の発明は、請求項６〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記変更手段は、前記判断手段により前記下流側センサにリッチスタック異常が生じている旨判断されるとき、前記下限値をそのときの前記補正量よりも大きい値に設定することを要旨としている。
（１０）請求項１０に記載の発明は、請求項６〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記変更手段は、前記判断手段により前記下流側センサにリッチスタック異常が生じていない旨判断されるとき、前記下限値をその変更範囲内の最も小さい値に設定することを要旨としている。

以下、この発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図５を併せ参照して説明する。
図１は、本発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置が適用された車載用の内燃機関と、その周辺構成の概略構成を示している。

同図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１１には、その通路面積を可変とするスロットルバルブ１５が設けられ、その開度制御によりエアクリーナ１４を通じて吸入される空気の量が調整されている。ここで吸入された空気の量（吸入空気量）は、エアフロメータ１６により検出される。そして吸気通路１１に吸入された空気は、スロットルバルブ１５の下流に設けられたインジェクタ１７より噴射された燃料と混合された後、内燃機関１０燃焼室に送られて、そこで燃焼される。

一方、燃焼室での燃焼により生じた排気が送られる排気通路１３には、排気中の成分を浄化する排気浄化用の触媒１８が設けられている。この触媒１８は、理論空燃比近傍での燃焼が行われる状態において、排気中のＨＣやＣＯを酸化するとともに同排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化する作用を有している。

触媒１８の上流側には空燃比センサ１９が設けられている。また、触媒１８の下流側には酸素センサ２０が設けられている。
空燃比センサ１９は、周知の限界電流式酸素センサである。この限界電流式酸素センサは、濃淡電池式酸素センサの検出部に拡散律速層と呼ばれるセラミック層を備えることにより排気中の酸素濃度に応じた出力電流が得られるセンサであり、排気中の酸素濃度と密接な関係にある空燃比が理論空燃比である場合には、その出力電流は「０」になる。また、空燃比がリッチになるにつれて出力電流は負の方向に大きくなり、空燃比がリーンになるにつれて出力電流は正の方向に大きくなる。従って、この空燃比センサ１９の出力に基づき、触媒１８上流側の空燃比状態についてそのリーン度合いやリッチ度合いを検出することができる。なお、この空燃比センサ１９は上記の上流側センサを構成している。

酸素センサ２０は、周知の濃淡電池式の酸素センサである。この濃淡電池式酸素センサの出力特性は、空燃比が理論空燃比よりもリッチのときには約１Ｖ程度の出力が得られ、空燃比が理論空燃比よりもリーンのときには約０Ｖ程度の出力が得られる。また、理論空燃比近傍でその出力電圧が大きく変化するようになっている。従って、この酸素センサ２０の出力に基づき、触媒１８下流側の空燃比状態についてリーンとなっているかリッチとなっているかを検出することができる。なお、この酸素センサ２０は上記の下流側センサを構成している。

この酸素センサ２０は、触媒１８での排気浄化作用の状態を監視するために同触媒１８の下流側に設けられている。すなわち、触媒１８での還元作用が促進されており排気中に酸素が放出されているときには、酸素センサ２０の出力はリーンとなる。一方、触媒１８での酸化作用が促進されており排気中の酸素が消費されているときには、酸素センサ２０の出力はリッチとなる。このような酸素センサ２０による空燃比の検出結果に基づいて排気浄化作用の状態は監視される。

上記触媒１８は、燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比近傍の狭い範囲（ウインドウ）でのみ、排気中の主要有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）のすべてを酸化還元反応により効率的に浄化する。そうした触媒１８を有効に機能させるには、混合気の空燃比を上記ウインドウの中心に合わせこむ、厳密な空燃比制御が必要となる。

そうした空燃比の制御は、電子制御装置２２により行われる。電子制御装置２２には、上記エアフロメータ１６や上記空燃比センサ１９、酸素センサ２０、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ、あるいは機関回転速度を検出する回転速度センサを始めとする各種センサ類の検出信号が入力されている。そしてそれらセンサ類の検出信号より把握される内燃機関１０や車両の運転状況に応じて、上記スロットルバルブ１５やインジェクタ１７等を駆動制御して、上記のような空燃比の制御を行っている。そうした電子制御装置２２による空燃比制御の概要は次の通りである。

まず電子制御装置２２は、上記アクセルペダルの踏み込み量や機関回転速度の検出結果に応じて把握される吸入空気量の要求量を求め、それに応じた吸入空気量が得られるようにスロットルバルブ１５の開度を調整する。その一方、エアフロメータ１６により検出される吸入空気量の実測値に対して、理論空燃比が得られるだけの燃料量を求め、それによりインジェクタ１７からの燃料噴射量を調整する。これにより、燃焼室で燃焼される混合気の空燃比を、ある程度に理論空燃比に近づけることはできる。ただし、それだけでは上記要求される高精度の空燃比制御には不十分である。

そこで電子制御装置２２は、上記空燃比センサ１９の検出結果により、触媒１８の上流側の空燃比についてその実測値を把握し、この実測値と目標空燃比、すなわち理論空燃比からの乖離度合に基づいて空燃比フィードバック補正量を算出する。そしてこの空燃比フィードバック補正量に基づいてインジェクタ１７の燃料噴射量を増減補正している。この空燃比フィードバック制御により、要求される空燃比制御の精度が確保される。

また、電子制御装置２２は、上記酸素センサ２０の検出結果から触媒１８の酸素吸蔵状態、あるいは酸素放出状態を推定し、この推定に基づいて上記空燃比フィードバック補正量に対し、さらなる補正を行う。この補正処理では、酸素センサ２０の出力に基づいて算出されるサブフィードバック補正量ＳＦＢが増減補正され、同サブフィードバック補正量ＳＦＢによって上記空燃比フィードバック補正量はさらに補正される。

具体的には、酸素センサ２０の出力がリッチを示している間は、触媒１８上流側の空燃比が少しずつリーン側に変化していくように、サブフィードバック補正量ＳＦＢは一定量ずつマイナス側に増大される。そしてこのようにマイナス側に増大されたサブフィードバック補正量ＳＦＢにて上記空燃比フィードバック補正量が補正されることにより、該サブフィードバック補正量ＳＦＢに相当する分だけ燃料噴射量はさらに減量補正される。

一方、酸素センサ２０の出力がリーンを示している間は、触媒１８上流側の空燃比が少しずつリッチ側に変化していくように、サブフィードバック補正量ＳＦＢは一定量ずつプラス側に増大される。そしてこのようにプラス側に増大されたサブフィードバック補正量ＳＦＢにて上記空燃比フィードバック補正量が補正されることにより、該サブフィードバック補正量ＳＦＢに相当する分だけ燃料噴射量はさらに増量補正される。

このようなサブフィードバック制御により、触媒１８の浄化作用が有効に活用される。
ところで、上記サブフィードバック制御によって算出されるサブフィードバック補正量ＳＦＢが過度なものになると、空燃比制御や機関の運転等に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、本実施形態では、上記サブフィードバック補正量ＳＦＢを規制する値であって予め設定された制限値を設けるようにしている。より具体的には、燃料噴射量の増量補正を制限するためにサブフィードバック補正量ＳＦＢの最大値を規制する上限ガード値Ｇｍａｘと、燃料噴射量の減量補正を制限するためにサブフィードバック補正量ＳＦＢの最小値を規制する下限ガード値Ｇｍｉｎとを設けるようにしている。そして、これら上限ガード値Ｇｍａｘや下限ガード値Ｇｍｉｎといった制限値の範囲内でサブフィードバック補正量ＳＦＢが設定されるようにしている。

ここで、触媒１８上流側の空燃比が理論空燃比を中心にして周期的にリッチ側やリーン側に変化している場合に、図２（Ａ）に示すように、酸素センサ２０の出力値が理論空燃比相当の目標値ＰＶを中心にして周期的にリッチ側やリーン側に変化する場合には、サブフィードバック補正量ＳＦＢによる燃料噴射量の増減補正が周期的に繰り返し行われる。そのため、燃料噴射量が過度に増量されたり、減量されたりしてしまうといったことは生じにくい。

一方、図２（Ｂ）に示すように、触媒１８の下流側における実際の空燃比に依らず、酸素センサ２０の出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリーン側に偏倚しているといったセンサ異常発生時、すなわち同酸素センサ２０にリーンスタック異常が生じている場合には、次のような不具合が生じるおそれがある。すなわち、触媒１８の下流側の空燃比が「リッチ」であっても、酸素センサ２０の出力値は「リーン」を示すため、本来、燃料噴射量を減量補正する側に設定されるべきサブフィードバック補正量ＳＦＢが、燃料噴射量を増量補正する側に設定されてしまうようになる。そのため、サブフィードバック補正量ＳＦＢが上限ガード値Ｇｍａｘに達する前に、あるいは達したときに過剰な燃料噴射量の増量補正がなされてしまい、触媒１８による排気の浄化を十分に行うことができなくなるおそれがある。

また、図２（Ｃ）に示すように、触媒１８の下流側における実際の空燃比に依らず、酸素センサ２０の出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリッチ側に偏倚しているといったセンサ異常発生時、すなわち同酸素センサ２０にリッチスタック異常が生じている場合には、次のような不具合が生じるおそれがある。すなわち、触媒１８の下流側の空燃比が「リーン」であっても、酸素センサ２０の出力値は「リッチ」を示すため、本来、燃料噴射量を増量補正する側に設定されるべきサブフィードバック補正量ＳＦＢが、燃料噴射量を減量補正する側に設定されてしまうようになる。そのため、サブフィードバック補正量ＳＦＢが下限ガード値Ｇｍｉｎに達する前に、あるいは達したときに過剰な燃料噴射量の減量補正がなされてしまい、触媒１８による排気の浄化を十分に行うことができなくなるおそれがある。

このように、酸素センサ２０の出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリッチ側あるいはリーン側に偏倚するといった異常が生じている場合には、触媒１８による排気の浄化を十分に行うことができなくなってエミッションが悪化するおそれがある。

そこで、本実施形態では、以下に説明するガード値変更処理を実行するようにしている。この処理では、まず酸素センサ２０の出力値が理論空燃比相当の出力値に対して偏倚しているか否かを判断するようにしている。そして、酸素センサ２０の出力値が偏倚している旨判断されたときには、サブフィードバック補正量ＳＦＢを規制する値であって予め設定された制限値（上述した上限ガード値Ｇｍａｘ及び下限ガード値Ｇｍｉｎ）を変更し、これにより酸素センサ２０の出力値の偏倚に起因するエミッションの悪化を抑制するようにしている。

図３は、電子制御装置２２によって実行される上記ガード値変更処理についてその処理手順を示している。なお、本処理は、適宜設定される実行条件の成立時において、所定期間毎に繰り返し実行される。

本処理が開始されると、まず、酸素センサ２０がリーンスタック異常か否かが判断される（Ｓ１００）。ここでは、空燃比センサ１９の出力値がリッチを示しているときに、酸素センサ２０のセンサ出力値ＳＶが目標値ＰＶよりもリーン側の出力値となっている場合、酸素センサ２０のセンサ出力値ＳＶが理論空燃比相当の出力値よりもリーン側に偏倚している、すなわち同酸素センサ２０にリーンスタック異常が生じている旨判断される。なお、上記目標値ＰＶは、理論空燃比相当の出力値（例えば０．５５Ｖ等）であって、酸素センサ２０のセンサ出力値ＳＶの平均値がこの目標値ＰＶとなるように、排気の空燃比は制御されている。

そして、酸素センサ２０にリーンスタック異常ありと判断されるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、初期値を「０」とするリーンスタック異常フラグＬＦが「１」に変更される。
そして、サブフィードバック補正量ＳＦＢの上限ガード値Ｇｍａｘはより小さい値に変更される（Ｓ１１０）。より具体的には、予め設定された上限ガード値Ｇｍａｘが上限ガード変更量Ａだけ小さい値に変更される。この上限ガード変更量Ａは、酸素センサ２０にリーンスタック異常が生じている場合であっても、燃料噴射量の過剰な増量補正を抑え、もってエミッションの悪化を抑制することのできる変更量とされている。なお、この上限ガード変更量Ａは予め設定された固定値とする他、センサ出力値ＳＶと上記目標値ＰＶとの乖離度合に応じて、あるいは機関運転状態に応じて可変設定されるようにしてもよい。

こうして、上限ガード値Ｇｍａｘがより小さい値に変更されると本処理は一旦終了される。
上記ステップＳ１００にて、酸素センサ２０にリーンスタック異常が生じていない旨判断されるときには（Ｓ１００：ＮＯ）、酸素センサ２０がリッチスタック異常か否かが判断される（Ｓ１２０）。ここでは、空燃比センサ１９の出力値がリーンを示しているときに、酸素センサ２０のセンサ出力値ＳＶが上記目標値ＰＶよりもリッチ側の出力値となっている場合、酸素センサ２０のセンサ出力値ＳＶが理論空燃比相当の出力値よりもリッチ側に偏倚している、すなわち同酸素センサ２０にリッチスタック異常が生じている旨判断される。

そして、酸素センサ２０にリッチスタック異常ありと判断されるときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、初期値を「０」とするリッチスタック異常フラグＲＦが「１」に変更される。
そして、サブフィードバック補正量ＳＦＢの下限ガード値Ｇｍｉｎがより大きい値に変更される（Ｓ１３０）。より具体的には、予め設定された下限ガード値Ｇｍｉｎが下限ガード変更量Ｂだけ大きい値に変更される。この下限ガード変更量Ｂは、酸素センサ２０にリッチスタック異常が生じている場合であっても、燃料噴射量の過剰な減量補正を抑え、もってエミッションの悪化を抑制することのできる変更量とされている。なお、この下限ガード変更量Ｂも予め設定された固定値とする他、センサ出力値ＳＶと上記目標値ＰＶとの乖離度合に応じて、あるいは機関運転状態に応じて可変設定されるようにしてもよい。

こうして、下限ガード値Ｇｍｉｎがより大きい値に変更されると本処理は一旦終了される。
なお、上記ステップＳ１２０にて、酸素センサ２０にリッチスタック異常が生じていない旨判断されるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、上限ガード値Ｇｍａｘや下限ガード値Ｇｍｉｎは変更されることなく、本処理は一旦終了される。

ちなみに、上述した一連の処理では酸素センサ２０のリーンスタック異常を判断した後に同センサのリッチスタック異常を判断するようにしているが、リッチスタック異常を判断した後にリーンスタック異常を判断するようにしてもよい。また、ステップＳ１００やステップＳ１２０の処理は上記判断手段を構成しており、ステップＳ１１０やステップＳ１３０の処理は上記変更手段を構成している。

次に、上述したガード値変更処理による制限値の変更態様を示す。
図４は、酸素センサ２０にリーンスタック異常が生じているときの上限ガード値Ｇｍａｘの変更態様を示している。酸素センサ２０にリーンスタック異常が生じているときには、触媒１８の下流側の空燃比が「リッチ」であっても、酸素センサ２０の出力値は「リーン」を示すようになるため、本来、燃料噴射量を減量補正する側に設定されるべきサブフィードバック補正量ＳＦＢが、燃料噴射量を増量補正する側に設定されてしまい、その値は徐々に大きくなっていく。このとき、図４に一点鎖線にて示すように、上限ガード値Ｇｍａｘが予め設定された値のままである場合には、同図４に破線にして示すように、サブフィードバック補正量ＳＦＢは上限ガード値Ｇｍａｘに達するまで増大されてしまう（プラス側に増大されてしまう）。そのため、同サブフィードバック補正量ＳＦＢが上限ガード値Ｇｍａｘに達する前に、あるいは達したときに過剰な燃料噴射量の増量補正がなされてしまい、触媒１８による排気の浄化を十分に行うことができなくなるおそれがある。

一方、本実施形態では、リーンスタック異常が生じている旨判断されたときに（時刻ｔ１）、上限ガード値Ｇｍａｘが上限ガード変更量Ａだけ小さい値に変更される。そのため、燃料噴射量を増量補正する方向にサブフィードバック補正量ＳＦＢが増大される場合でも、その最大値は通常よりも小さい値になり、燃料噴射量の過剰な増量補正は抑制される。従って、酸素センサ２０にリーンスタック異常が生じているときのエミッションの悪化を抑制することができるようになる。

図５は、酸素センサ２０にリッチスタック異常が生じているときの下限ガード値Ｇｍｉｎの変更態様を示している。酸素センサ２０にリッチスタック異常が生じているときには、触媒１８の下流側の空燃比が「リーン」であっても、酸素センサ２０の出力値は「リッチ」を示すようになるため、本来、燃料噴射量を増量補正する側に設定されるべきサブフィードバック補正量ＳＦＢが、燃料噴射量を減量補正する側に設定されてしまい、その値は徐々に小さくなっていく。このとき、図５に一点鎖線にて示すように、下限ガード値Ｇｍｉｎが予め設定された値のままである場合には、同図５に破線にして示すように、サブフィードバック補正量ＳＦＢは下限ガード値Ｇｍｉｎに達するまで減少されてしまう（マイナス側に増大されてしまう）。そのため、同サブフィードバック補正量ＳＦＢが下限ガード値Ｇｍｉｎに達する前に、あるいは達したときに過剰な燃料噴射量の減量補正がなされてしまい、触媒１８による排気の浄化を十分に行うことができなくなるおそれがある。

一方、本実施形態では、リッチスタック異常が生じている旨判断されたときに（時刻ｔ１）、下限ガード値Ｇｍｉｎが下限ガード変更量Ｂだけ大きい値に変更される。そのため、燃料噴射量を減量補正する方向にサブフィードバック補正量ＳＦＢが減少される場合でも、その最小値は通常よりも大きい値になり、燃料噴射量の過剰な減量補正は抑制される。従って、酸素センサ２０にリッチスタック異常が生じているときのエミッションの悪化を抑制することができるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）酸素センサ２０のセンサ出力値ＳＶが理論空燃比相当の出力値（目標値ＰＶ）に対して偏倚しているか否かを判断し、酸素センサ２０のセンサ出力値ＳＶが偏倚している旨判断されたときには、サブフィードバック補正量ＳＦＢを規制する値であって予め設定された制限値を変更するようにしている。そのため、サブフィードバック補正量ＳＦＢによる燃料噴射量の過剰な増量補正や減量補正が制限されるようになる。従って、触媒１８の下流側の空燃比状態を検出する酸素センサ２０について、そのセンサ出力値ＳＶが偏倚している場合であってもエミッションの悪化を抑制することができるようになる。

（２）酸素センサ２０のセンサ出力値ＳＶが理論空燃比相当の出力値（目標値ＰＶ）よりもリーン側に偏倚している場合に同酸素センサ２０にリーンスタック異常ありと判断するようにしている。より具体的には、空燃比センサ１９がリッチを示しているときに酸素センサ２０のセンサ出力値ＳＶが理論空燃比相当の出力値よりもリーン側の出力値となっている場合に同酸素センサ２０にリーンスタック異常ありと判断するようにしている。そして、酸素センサ２０にリーンスタック異常ありと判断されたときには、上記制限値であってサブフィードバック補正量ＳＦＢの最大値を規制する上限ガード値Ｇｍａｘをより小さい値に変更するようにしている。そのため、サブフィードバック補正量ＳＦＢが燃料噴射量を増量する方向に大きくなる状況でも、その最大値は通常よりも小さい値になり、燃料噴射量の過剰な増量補正が抑制される。従って、酸素センサ２０にリーンスタック異常が生じているときのエミッションの悪化を抑制することができるようになる。

（３）酸素センサ２０のセンサ出力値ＳＶが理論空燃比相当の出力値（目標値ＰＶ）よりもリッチ側に偏倚している場合に同酸素センサ２０にリッチスタック異常ありと判断するようにしている。より具体的には、空燃比センサ１９がリーンを示しているときに酸素センサ２０のセンサ出力値ＳＶが理論空燃比相当の出力値よりもリッチ側の出力値となっている場合に同酸素センサ２０にリッチスタック異常ありと判断するようにしている。そして、酸素センサ２０にリッチスタック異常ありと判断されたときには、上記制限値であってサブフィードバック補正量ＳＦＢの最小値を規制する下限ガード値Ｇｍｉｎをより大きい値に変更するようにしている。そのため、サブフィードバック補正量ＳＦＢが燃料噴射量を減量する方向に小さくなる状況でも、その最小値は通常よりも大きい値になり、燃料噴射量の過剰な減量補正が抑制される。従って、酸素センサ２０にリッチスタック異常が生じているときのエミッションの悪化を抑制することができるようになる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、酸素センサ２０のリーンスタック異常及びリッチスタック異常を判断し、その判断結果に応じて上限ガード値Ｇｍａｘや下限ガード値Ｇｍｉｎを変更するようにしたが、酸素センサ２０のリーンスタック異常のみを判断し、その判断結果に応じて上限ガード値Ｇｍａｘのみを変更するようにしてもよい。また、酸素センサ２０のリッチスタック異常のみを判断し、その判断結果に応じて下限ガード値Ｇｍｉｎのみを変更するようにしてもよい。

・上記実施形態において、空燃比センサ１９がリッチを示しているときに酸素センサ２０のセンサ出力値ＳＶが理論空燃比相当の出力値（目標値ＰＶ）よりもリーン側の出力値となる頻度を計測し、その計測された頻度が適宜設定された基準値よりも多い場合に、同酸素センサ２０にリーンスタック異常ありと判断するようにしてもよい。またこの場合には、計測された頻度に応じて上限ガード変更量Ａを可変設定するようにしてもよく、例えば計測された頻度が多いほど上限ガード値Ｇｍａｘがより小さい値に変更されるように上限ガード変更量Ａを可変設定するようにしてもよい。

・上記実施形態において、空燃比センサ１９がリーンを示しているときに酸素センサ２０のセンサ出力値ＳＶが理論空燃比相当の出力値（目標値ＰＶ）よりもリッチ側の出力値となる頻度を計測し、その計測された頻度が適宜設定された基準値よりも多い場合に、同酸素センサ２０にリッチスタック異常ありと判断するようにしてもよい。またこの場合には、計測された頻度に応じて下限ガード変更量Ｂを可変設定するようにしてもよく、例えば計測された頻度が多いほど下限ガード値Ｇｍｉｎがより大きい値に変更されるように下限ガード変更量Ｂを可変設定するようにしてもよい。

・本発明は、上記空燃比センサ１９が上述したような酸素センサ２０であっても同様に実施することができる。また、本発明は、上記酸素センサ２０が上述したような空燃比センサ１９であっても同様の原理に基づいて実施することができる。

本発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置の一実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。（Ａ）は、酸素センサが正常に機能しているときのセンサ出力値を示す模式図。（Ｂ）は、酸素センサにリーンスタック異常が生じているときのセンサ出力値を示す模式図。（Ｃ）は、酸素センサにリッチスタック異常が生じているときのセンサ出力値を示す模式図。同実施形態におけるガード値変更処理についてその手順を示すフローチャート。酸素センサ２０にリーンスタック異常が生じているときの上限ガード値の変更態様を示す模式図。酸素センサ２０にリッチスタック異常が生じているときの下限ガード値の変更態様を示す模式図。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…吸気通路、１３…排気通路、１４…エアクリーナ、１５…スロットルバルブ、１６…エアフロメータ、１７…インジェクタ、１８…触媒、１９…空燃比センサ、２０…酸素センサ、２２…電子制御装置。

Claims

排気浄化触媒の上流側に設けられて排気の空燃比状態を検出する上流側センサ、及び同排気浄化触媒の下流側に設けられて排気の空燃比状態を検出する下流側センサを備え、前記上流側センサの出力値に基づく燃料噴射量の増減補正を通じて空燃比制御を実行するとともに前記下流側センサの出力値に基づいて設定される補正量により前記燃料噴射量の増減補正に対する補正を実行する内燃機関の空燃比制御装置において、
前記下流側センサの出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリーン側に偏倚しているとき、前記下流側センサにリーンスタック異常が生じている旨判断する判断手段と、
この判断手段により前記下流側センサにリーンスタック異常が生じている旨判断されるとき、前記補正量の最大値を規制する値として予め設定された上限値をより小さい値に変更する変更手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記判断手段は、前記上流側センサの出力値がリッチを示しているとき且つ前記下流側センサの出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリーン側にあるとき、前記下流側センサにリーンスタック異常が生じている旨判断する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記判断手段は、前記上流側センサの出力値がリッチを示しているときに前記下流側センサの出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリーン側にある頻度を計測し、この計測した頻度が基準値よりも大きいとき、前記下流側センサにリーンスタック異常が生じている旨判断する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記変更手段は、前記判断手段により前記下流側センサにリーンスタック異常が生じている旨判断されるとき、前記上限値をそのときの前記補正量よりも小さい値に設定する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記変更手段は、前記判断手段により前記下流側センサにリーンスタック異常が生じていない旨判断されるとき、前記上限値をその変更範囲内の最も大きい値に設定する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
排気浄化触媒の上流側に設けられて排気の空燃比状態を検出する上流側センサ、及び同排気浄化触媒の下流側に設けられて排気の空燃比状態を検出する下流側センサを備え、前記上流側センサの出力値に基づく燃料噴射量の増減補正を通じて空燃比制御を実行するとともに前記下流側センサの出力値に基づいて設定される補正量により前記燃料噴射量の増減補正に対する補正を実行する内燃機関の空燃比制御装置において、
前記下流側センサの出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリッチ側に偏倚しているとき、前記下流側センサにリッチスタック異常が生じている旨判断する判断手段と、
この判断手段により前記下流側センサにリッチスタック異常が生じている旨判断されるとき、前記補正量の最小値を規制する値として予め設定された下限値をより大きい値に変更する変更手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記判断手段は、前記上流側センサの出力値がリーンを示しているとき且つ前記下流側センサの出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリッチ側にあるとき、前記下流側センサにリッチスタック異常が生じている旨判断する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記判断手段は、前記上流側センサの出力値がリーンを示しているときに前記下流側センサの出力値が理論空燃比相当の出力値よりもリッチ側にある頻度を計測し、この計測した頻度が基準値よりも大きいとき、前記下流側センサにリッチスタック異常が生じている旨判断する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
請求項６〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記変更手段は、前記判断手段により前記下流側センサにリッチスタック異常が生じている旨判断されるとき、前記下限値をそのときの前記補正量よりも大きい値に設定する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
請求項６〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記変更手段は、前記判断手段により前記下流側センサにリッチスタック異常が生じていない旨判断されるとき、前記下限値をその変更範囲内の最も小さい値に設定する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。