JP6018543B2 - 内燃機関における触媒の酸素吸蔵量推定方法、内燃機関の空燃比制御方法、触媒の酸素吸蔵量推定装置、内燃機関の空燃比制御装置及び自動二輪車 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排ガス通路に排ガス浄化用の触媒が装着され、その上流及び下流に空燃比センサを備える内燃機関装置等に関する。

一般に、燃料を燃やす内燃機関の排ガス中には、有害物質が含まれている。近年、排ガス規制は段階的に厳しくなっており、このため、二輪車、四輪車を問わず、排ガス通路の途中に排ガスの有害成分を還元及び酸化によって浄化する触媒を備えている。この触媒により、排ガスが効率良く酸化及び還元されるためには、空燃比が燃料と空気が完全燃焼し、且つ、酸素が余らない理論空燃比であることが必要となる。例えば燃料がガソリンの場合は、理論空燃比は１４．６とされている。

特許文献１には、内燃機関の排ガス通路に装着される触媒の上流及び下流に空燃比センサをそれぞれ設け、これらのセンサの出力値を参照して触媒の最大酸素吸蔵量を推定することが記載されている。この酸素吸蔵量推定では、触媒が酸素を吸蔵も放出もしないときの空燃比を与える必要があり、理論空燃比となるセンサ出力値をオフラインで与えている。

特開２０１２−０２６３０６号公報

しかしながら、実際の内燃機関の運転では、触媒の経年劣化やセンサの出力特性の変化、更にセンサの初期特性の個体差等が存在するため、オフラインで理論空燃比として設定されたセンサ出力値が必ずしも理論空燃比とは限らない。このため、上記従来の触媒の酸素吸蔵量推定では、実際の理論空燃比と、理論空燃比として設定されたセンサ出力値の空燃比との間にずれが生じた場合、酸素吸蔵量の推定結果にもずれが生じるという課題がある。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の運転状況の変化に応じて触媒の酸素吸蔵能力をより正確に推定可能とすることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のある態様によれば、内燃機関の理論空燃比推定方法は、内燃機関における理論空燃比を推定する方法であって、前記内燃機関の排ガス通路に配置された排ガス浄化用の触媒の上流側及び下流側に配置された上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサのそれぞれの出力を受け取ることと、前記下流側空燃比センサの出力に基づいて前記触媒が酸素を吸蔵も放出もしない状態を検出することと、前記触媒が酸素を吸蔵も放出もしない状態を検出している時において前記上流側空燃比センサが検出する空燃比を前記内燃機関における推定理論空燃比として定めることと、を含む。

上記構成によれば、オフラインで設定される理論空燃比（固定値）ではなく、実際の内燃機関の運転状況に応じて定めた理論空燃比の推定値を触媒の酸素吸蔵量の推定に用いることができるので、従来の酸素吸蔵量の推定と比べて精度が向上する。これにより、酸素吸蔵量を参照した内燃機関の空燃比制御や、触媒の劣化判定において有用となる。

ここで、触媒の劣化や運転状態によっては、理論空燃比が変動する場合がある。上記「触媒が酸素を吸蔵も放出もしない状態」とは、酸素を吸蔵する量と酸素を放出する量とがほぼ釣合いが取れている平衡状態でもよい。理論空燃比となる状態と上記平衡状態とは、ほぼ同じ状態である。

前記態様において、前記下流側空燃比センサの出力が時間の経過に対して理論空燃比に対応する値の近傍値を安定して維持する状態を検出することによって、前記触媒が酸素を吸蔵も放出もしない状態を検出してもよい。上記構成により、確実に最適状態を検出することができる。

前記上流側空燃比センサは、リニアＡ／Ｆセンサであり、前記下流側空燃比センサは、Ｏ２センサであってもよい。Ｏ２センサは一般にリニアＡ／Ｆセンサと比べて理論空燃比付近の出力特性が良好なため、触媒下流に配置することで触媒により浄化された後の空燃比を検出してもよい。

本発明の第２の態様に係る触媒の酸素吸蔵量推定方法は、前記内燃機関における理論空燃比推定方法により推定した前記推定理論空燃比に基づいて、前記触媒の酸素吸蔵量を推定することを含む。

本発明の第３の態様に係る理論空燃比推定装置は、内燃機関の排ガス通路の触媒の上流側に配置されて、内燃機関の吸気の空燃比変化に比例して出力値が変化する第１空燃比センサと、内燃機関の排ガス通路の触媒の下流側に配置されて、内燃機関の吸気が理論空燃比付近に近づくと出力値が急峻変化する第２空燃比センサと、前記第２空燃比センサが理論空燃比付近を継続する出力状態であるときの、前記第１空燃比センサの出力値を、理論空燃比の出力値であると推定する制御装置とを備える。

上記理論空燃比推定装置は、空燃比を調整する空燃比調整装置を更に備え、前記制御装置は、理論空燃比の推定にあたって、前記第２空燃比センサの出力値が理論空燃比付近となるように前記空燃比調整装置を制御し、前記第２空燃比センサが理論空燃比付近を継続する出力状態であるときの、前記第１空燃比センサの出力値の平均値を、理論空燃比の出力値であると推定してもよい。

本発明の第４の態様に係る内燃機関装置は、内燃機関と、前記内燃機関の排ガス通路に配置された排ガス浄化用の触媒と、前記触媒の上流側に配置された上流側空燃比センサと、前記触媒の下流側に配置された下流側空燃比センサと、前記上流側空燃比センサ及び前記下流側空燃比センサのそれぞれの出力を受け取り、前記下流側空燃比センサの出力に基づいて前記触媒の最適状態を検出し、前記触媒の最適状態を検出している時において前記上流側空燃比センサが検出する空燃比を前記内燃機関における推定理論空燃比として定める制御装置とを備える。

前記制御装置は、前記推定理論空燃比に基づいて、前記触媒の酸素吸蔵量を推定してもよい。

本発明の第５の態様に係る自動二輪車は、前記内燃機関装置を搭載してもよい。

本発明によれば、内燃機関の運転状況の変化に応じて触媒の酸素吸蔵能力をより正確に推定することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関装置の構成例を示すブロック図である。 図１のエンジン制御装置の構成例を示すブロック図である。 図２のエンジン制御装置における空燃比制御の流れを示すフローチャートである。 図３の空燃比制御における理論空燃比推定処理を示すフローチャートである。 本実施の形態の理論空燃比の推定方法における上流側及び下流側空燃比センサの出力を示すグラフである。

本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態に係る理論空燃比推定方法及び酸素吸蔵量推定方法を用いる内燃機関装置の一例について、添付の図面を参照しながら具体的に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、内燃機関装置は、内燃機関（エンジン）１と、燃料噴射装置（インジェクタ）２と、燃料噴射装置２を制御するエンジン制御装置（ＥＣＵ）３と、燃料噴射装置２が設けられた吸気管４と、エンジン１から排出される排ガスが流れる排気管（排ガス通路）５と、排気管５に配置された排ガス浄化用の触媒６と、触媒６の上流側に設けられた上流側空燃比センサ７と、触媒６の下流側に設けられた下流側空燃比センサ８と、を備える。

本実施の形態においては、内燃機関１は、例えば、自動二輪車に搭載される。但し、内燃機関１の用途は、特に限定されない。しかしながら、自動二輪車は、四輪車と比べて車体が小さく、触媒の設置容量が小さいため、最大酸素吸蔵量が限られてしまい、酸素吸蔵量の推定結果のずれによる影響が表れやすい。そのため、自動二輪車においては酸素吸蔵量の推定精度がよりいっそう求められることから、内燃機関１の用途が自動二輪車であると、本実施の形態に係る内燃機関装置を好適に用いることができる。尚、内燃機関１として、便宜上単気筒のガソリンエンジンが例示されているが、内燃機関１は、多気筒のエンジンであってもよい。

燃料噴射装置２は、図示しない加圧燃料供給系に接続された燃料噴射弁（例えば、電磁バルブからなる）を備え、上記エンジン制御装置３から与えられる燃料噴射指令に基づいて燃料噴射弁を解放し、吸気管４内に所定量の燃料噴射を行うようになっている。

エンジン制御装置３は、上流側空燃比センサ７、下流側空燃比センサ８、及びその他のセンサから出力される信号を受け取り、要求される燃料噴射量を算出し、この要求燃料噴射量に対応した燃料噴射信号を燃料噴射装置２に出力し、内燃機関１の燃料噴射量を制御する。

触媒６は、排ガスを浄化できる触媒であればよい。触媒６は、典型的には、三元触媒である。三元触媒は、キャタライザーとも呼ばれ、排ガス中の有害成分を還元・酸化によって浄化する装置である。三元触媒は、例えば、細かい穴が多数開いた蜂の巣構造の筒状であって、筒の内側にプラチナ、パラジウム、ロジウム、イリジウム等の希少金属を備える。これにより、排ガス中に主に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害物質を除去する。つまり、炭化水素は水と二酸化炭素に、一酸化炭素は二酸化炭素に、窒素化合物は窒素に、それぞれ酸化もしくは還元される。三元触媒によって排ガスが効率良く酸化及び還元されるためには、排ガスの空燃比が、燃料と空気が完全燃焼し、且つ、酸素が余らない理論空燃比であることが必要である。

上流側空燃比センサ７は、触媒６の上流側の排ガスの酸素成分を検出し、エンジン制御装置３に出力する。本実施の形態では、上流側空燃比センサ７は、吸気の空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサとする。リニアＡ／Ｆ（空燃比）センサは、吸気の空燃比変化に比例して出力値が変化する。したがって、予め定める空燃比に対するリーン側及びリッチ側に空燃比がずれた量を検出しやすい。上流側空燃比センサに関して、理論空燃比に対するずれ量を検出可能であれば、他のセンサを用いてもよい。

下流側空燃比センサ８は、触媒６の下流側の排ガスの酸素成分を検出し、エンジン制御装置３に出力する。本実施の形態では、下流側空燃比センサ８は、吸気の空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ２（酸素）センサとする。Ｏ２センサは、吸気の空燃比が理論空燃比よりも燃料が濃いリッチ側と、燃料が薄いリーン側との境で、出力値が急峻に変化する。例えば、出力値として、予め定める時間幅の中で急峻変化を繰り返す状態が出力されることで、吸気の空燃比が理論空燃比付近であることを判断することができる。このようにしてＯ２センサは、吸気の空燃比が理論空燃比付近であることを判断できる。言い換えると、Ｏ２センサは、排気ガスに含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの三種のガスの三元触媒による浄化率が高い空燃比付近を判断できる。このようにＯ２センサは、理論空燃比付近に近づくと出力値が大きく急峻変化することで、理論空燃比に対するずれの大きさは検出しにくいが、吸気の空燃比が理論空燃比付近であるかどうかを検出しやすい。下流側空燃比センサに関して、理論空燃比付近に近づくと出力値が急峻変化する出力特性を有するものであれば、他のセンサを用いてもよい。Ｏ２センサは一般にリニアＡ／Ｆセンサと比べて理論空燃比付近の出力特性が良好なため、本実施の形態のように、触媒下流に配置して触媒により浄化された後の空燃比を検出するような構成が好ましい。上流側空燃比センサ７及び下流側空燃比センサ８は、スロットルセンサ、エンジン回転数センサ、車速センサ、吸気圧センサ、冷却水温センサ、カムポジションセンサ等の各種センサ（図示せず）とともに、エンジン制御装置３に電気的に接続している。

以下では、エンジン制御装置３の構成について説明する。尚、以下では、加算器、減算器及び加減算器を区別せずに、加減算器と記載する。

図２は、図１のエンジン制御装置３の構成を示すブロック図である。図２に示すように、エンジン制御装置３は、理論空燃比推定部３１と、酸素吸蔵量推定部３２と、サブフィードバック制御部３３と、メインフィードバック制御部３４と、目標値設定部３７と、記憶部３８とを備える。エンジン制御装置３は、例えば、ＰＬＣ(programmable logic controller)、マイクロコントローラ等の演算装置で構成され、理論空燃比推定部３１及び酸素吸蔵量推定部３２等は、上記演算装置においてそれに内蔵されているプログラムが実行されることにより実現される機能ブロックであり、記憶部３８はマイクロコントローラ等の内部メモリ等で構成される。

理論空燃比推定部３１は、下流側空燃比センサ８の出力値に基づいて触媒６の最適状態を検出し、最適状態を検出している時において、上流側空燃比センサ７が検出する出力値を内燃機関１の推定理論空燃比として定める。本実施の形態では、理論空燃比推定部３１は、上流側空燃比センサ７の出力値及び下流側空燃比センサ８の出力値に基づいて、理論空燃比の推定値を演算し、推定値を酸素吸蔵量推定部３２に出力する。理論空燃比推定部３１は、出荷時の状態では、オフラインで求められた理論空燃比のセンサ出力値を用い、推定が行われると推定後の理論空燃比のセンサ出力値を用いるようにすることが好ましい。これによって運転後に再推定するまでの間についても、理論空燃比となるセンサ出力値の、実際の理論空燃比に対するずれを抑えることができる。

記憶部３８には、目標酸素吸蔵量のほか、予めオフラインで求められた、理論空燃比となる場合のリニアＡ／Ｆセンサの出力値、推定後に理論空燃比となる場合のリニアＡ／Ｆセンサの出力値、推定された酸素吸蔵量等が記憶される。

酸素吸蔵量推定部３２は、理論空燃比推定部３１が推定した理論空燃比に基づいて、触媒の酸素吸蔵量を推定する。本実施の形態では、酸素吸蔵量推定部３２は、上流側空燃比センサ７の出力値及び理論空燃比の推定値に基づいて、酸素吸蔵量を推定し、推定値を加減算器３５に出力する。

目標値設定部３７は、記憶部３８に記憶される目標酸素吸蔵量を読み出し、加減算器３５に出力する。本実施の形態では、目標酸素吸蔵量は、例えば、飽和状態と非吸蔵状態との中間値に設定される。

加減算器３５は、酸素吸蔵量推定値から目標酸素吸蔵量を減算した値をサブフィードバック制御部３３へ出力する。

サブフィードバック制御部３３は、酸素吸蔵量推定値に対する目標酸素吸蔵量の偏差に応じた目標空燃比を出力するように構成されている。

加減算器３６では、上流側空燃比センサ７の出力値からサブフィードバック制御部３５の出力値を減算した値をメインフィードバック制御部３４へ出力する。

メインフィードバック制御部３４は、サブフィードバック制御部３３から出力された目標空燃比に対する上流側空燃比センサ７の出力値の空燃比の偏差に応じた燃料噴射量を演算し、演算結果をアクチュエータ（燃料噴射装置２）に出力するように構成されている。制御対象は、燃料と空気との混合気（エンジン１への吸入ガス）の空燃比である。

本実施の形態では、触媒６の上流及び下流にそれぞれ設けられた上流側空燃比センサ７及び下流側空燃比センサ８の出力値に基づいて酸素吸蔵量が推定され、この酸素吸蔵量推定値を目標値に収束させるようにフィードバック制御を行うことで、触媒６が排ガス中の有害成分を高効率に浄化することができる。

以下では、エンジン制御装置３による、触媒６の酸素吸蔵量を参照した空燃比制御について図３を用いて説明する。

図３は、図２のエンジン制御装置３による空燃比制御の流れを示すフローチャートである。この空燃比制御では本実施の形態に係る理論空燃比推定処理及び酸素吸蔵量推定処理が実行される。尚、空燃比制御は、エンジン制御装置３において一定の制御周期毎に実行されるものとする。

まず、エンジン制御装置３は運転者による操作を検出し、内燃機関１（エンジン）を始動する（ステップ１）。その後、エンジン制御装置３は、上流側空燃比センサ７、下流側空燃比センサ８、スロットルセンサ、エンジン回転数センサ等の各種センサ（図示せず）の出力値を受け取る。

次に、エンジン制御装置３は内燃機関１が安定運転に移行したか否かを判定する（ステップ２）。エンジン制御装置３は、例えばスロットル操作が安定し、一定のスロットル開度及び一定のエンジン回転数となったこと等を条件として安定運転に移行したか否かを判定する。本実施の形態では安定運転とは、例えば定速走行時、アイドリング時、加減速時等において、出力変動が大きくない運転状態をさしてもよく、予め定める触媒優先条件により安定運転に移行したか否かを判定してもよい。

安定運転に移行したと判定すると（ステップ２でＹＥＳ）、理論空燃比推定部３１は、上流側空燃比センサ７の出力値及び下流側空燃比センサ８の出力値に基づいて、理論空燃比の推定値を演算する（ステップ３）。以下、本実施の形態による理論空燃比の推定方法について図４のフローチャート及び図５のグラフを用いて具体的に説明する。

図５は、本実施の形態の理論空燃比の推定方法における第１及び下流側空燃比センサの出力を示すグラフである。図５の上段（ａ）のグラフは、触媒の下流側空燃比センサの出力の時間変化を示している。図５の下段（ｂ）のグラフは、触媒の上流側空燃比センサの出力の時間変化を示している。

まず、理論空燃比推定部３１は、触媒の上流側空燃比センサ７及び下流側空燃比センサ８のそれぞれの出力値を受け取る（ステップ３１）。

次に、理論空燃比推定部３１は、下流側空燃比センサ８の出力値に基づいて触媒６の最適状態を検出する。本実施の形態では、下流側空燃比センサ８の出力が時間の経過に対して理論空燃比に対応する値の近傍値を安定して維持する状態を検出することによって最適状態を検出する（ステップ３２）。具体的には、図５（ａ）に示すように、下流側空燃比センサ出力の振幅が、一定値（０．５Ｖ）を中心に一定の範囲内（０．３〜０．７Ｖ）で、一定時間ｔ_ｓ（数秒間）継続したことを検出条件とする。この検出条件を満たした場合に触媒の下流では理論空燃比付近に収束していると判断する。尚、ここでは一定値として０．５Ｖが予め理論空燃比に対応するように設定されている。

次に、理論空燃比推定部３１は、最適状態を検出している時において、触媒の上流側空燃比センサ７が検出する空燃比を内燃機関１における推定理論空燃比として定める（ステップ３３）。本実施の形態では、理論空燃比推定部３１は、下流側空燃比センサ８出力が安定し触媒の最適状態を検出した時刻ｔ_１における上流側空燃比センサ７の出力値のなまし値（太線）を算出し、理論空燃比の推定値とする。これにより、理論空燃比（固定値）ではなく、実際の内燃機関の運転状況に応じて定めた理論空燃比の推定値を触媒の酸素吸蔵量の推定に用いることができるので、従来の酸素吸蔵量の推定と比べて精度が向上する。

次に、酸素吸蔵量推定部３２は、推定した理論空燃比に基づいて、触媒の酸素吸蔵量を推定する（ステップ４）。本実施の形態では、酸素吸蔵量推定部３２は、上流側空燃比センサ７の出力値と理論空燃比の推定値とを比較して、酸素吸蔵量及び放出量の瞬時値を算出する。そして、酸素吸蔵量及び放出量の瞬時値を積算して酸素吸蔵量の積算値を求め、これを酸素吸蔵量の推定値とする。酸素吸蔵量推定部３２は、記憶部３８に記憶される酸素吸蔵量を更新する。この酸素吸蔵量の推定値は酸素吸蔵量の制御に用いられる。

次に、サブフィードバック制御部３３は、目標吸蔵量に対する酸素吸蔵量推定値の偏差に応じた目標空燃比を出力する。このとき空燃比制御における目標空燃比が更新される（ステップ５）。

その後、メインフィードバック制御部３４は、サブフィードバック制御部３３の出力に基づいて、目標空燃比に対する上流側空燃比センサ７の出力値の空燃比の偏差に応じた燃料噴射量を制御対象（燃料噴射装置２）に出力する（ステップ６）。

次に、エンジン制御装置３は、燃料噴射後にフローを継続するか否かを判断する（ステップ７）。例えば、加減速操作が行われるなどして酸素吸蔵量に基づく空燃比制御の終了条件を満足したと判断した場合は、エンジン制御装置３は、制御を終了する。一方、安定運転が継続されている場合はステップＳ４に戻る。
このようにしてエンジン制御装置３において、本実施の形態に係る理論空燃比推定処理及び酸素吸蔵量推定処理が実行され、酸素吸蔵量を参照した内燃機関の空燃比制御が行われる。

尚、理論空燃比の推定処理を行う頻度は、本実施の形態のように、エンジン始動毎に少なくとも一回行うようにしてもよい。また、エンジン停止時には一度推定した推定値を記憶部３８に記憶させて、エンジン始動時には記憶部３８に記憶された理論空燃比の推定値を酸素吸蔵量推定処理に用いてもよい。

本実施の形態における空燃比制御は、図２のブロック図で示したように、酸素吸蔵量が目標酸素吸蔵量に収束するように空燃比を制御するものであって、目標酸素吸蔵量を飽和状態と非吸蔵状態との間に設定することで、触媒の触媒能力を十分に活用することができる。言い換えれば、本実施の形態では、大きい出力が要求されない状態（安定運転）での空燃比制御について説明したが、これに限定されるものではなく、加速時および発進時などの大きいエンジン出力が要求される出力優先状態では、エンジン制御装置３において本実施の形態とは異なるプログラムを実行し、例えば理論空燃比よりもリッチ側となるように空燃比を制御してもよい。

尚、本実施の形態においては、最適状態の検出条件について、一定幅範囲を一定時間継続することを条件としたが、他の条件を用いてもよい。たとえば所定時間内に繰り返し一定値を所定回数以上繰り返すことを条件としてもよいし、一定値を通過したことを条件としてもよい。最適状態を検出するために、図３のステップＳ３について下流側センサ出力が理論空燃比に対応する一定値を目標値として、燃料噴射量をフィードバック制御してもよい。フィードバック制御することで、積極的に下流側センサ出力を最適状態に近づけることができる。図５のグラフでは、リッチだと１Ｖに近く、リーンだと０Ｖに近い値となる。一方、リーンからリッチに近づいた場合には理論空燃比付近で０Ｖ付近から急峻に変化して１Ｖ付近に変化する。

尚、本実施の形態では、理論空燃比の推定値は最適状態を検出した時ｔ１のなまし値としたが、他の演算値を理論空燃比の推定値としてもよい。たとえば、ｔ０からｔ１での上流側センサの出力値の平均値を、理論空燃比の推定値としてもよい。またｔ１から所定時間幅離れた期間の平均値を理論空燃比の推定値としてもよい。このようになまし値、平均値を用いることで、より精度よく推定値を得ることができる。

尚、本発明の触媒酸素吸蔵量の推定は公知の方法を用いることができる。例えば触媒が、酸素を完全に放出した状態から、上流側空燃比センサの出力値が理論空燃比に対してリーン側では酸素吸蔵量が増え、理論空燃比に対してリッチ側では酸素を放出して酸素吸蔵量が減る。すなわち上流側空燃比センサの出力値の理論空燃比に対する偏差（酸素量の瞬時値）の積分値に、触媒の酸素吸蔵量の初期値を加えることで、酸素吸蔵量を推定する。酸素吸蔵量の初期値については、予め定められる条件を満足するとリセットするようにしてもよいし、リセット後に順次酸素吸蔵量の推定動作が繰り返し行われる場合には、１つ前に推定された酸素吸蔵量を初期値として設定してもよい。積分値を用いて酸素吸蔵量を求めるので、理論空燃比にずれが生じていると、時間経過にともなって酸素吸蔵量の誤差が大きくなってしまう。本発明では、実際の理論空燃比を精度よく求めることができるので、酸素吸蔵量を求めるにあたっての累積誤差を抑えて精度よく空燃比制御を行うことができる。

尚、本実施の形態によれば、A/Fセンサの出力に個別差、経年劣化があっても対応可能である。特に触媒の設置容積が小さく、上記のA/Fセンサの出力特性の変化に伴う空燃比制御の制御点のずれの影響を受けやすい自動二輪車の場合に好適に用いることができる。リッチ側で運転されることが多い自動二輪車においては、酸素吸蔵量を用いた空燃比制御により触媒の能力を最大限に利用することで、浄化効果を維持しつつ、触媒を小型化することができる。

尚、本実施の形態では、安定運転に移行する毎に理論空燃比を推定したが、これに限らず、予め定める条件を満足すれば、理論空燃比の推定動作を行ってもよい。たとえば、燃料入れ替え時を判断して、燃料入れ替え毎に推定してもよい。これによって理論空燃比が異なる燃料が投入されても、そのつど、理論空燃比を精度良く設定することができる。たとえば予め定める条件として、触媒の温度が所定値以上に上昇したことを含めてもよい。

本実施の形態では、酸素吸蔵量に基づいて空燃比制御を行ったが、酸素吸蔵量に基づかずに空燃比制御を行ってもよい。たとえば上流側空燃比センサの出力値が推定した理論空燃比となるように空燃比制御を行う場合も本発明の範囲に含まれる。

本実施の形態によれば、理論空燃比（固定値）を用いることなく酸素吸蔵推定及び空燃比制御が可能であるので、内燃機関の燃料はガソリンに限定されることなく、エタノール、ガソリン、またはこれらの混合燃料であってもよい。

本実施の形態では、理論空燃比の推定値を酸素吸蔵量の推定に用いるとしたが、酸素吸蔵量の推定を行わず、理論空燃比の推定に用いるだけでもよい。すなわち酸素吸蔵量に応じた燃料噴射を行わず、理論空燃比となるように燃料噴射する制御に用いてもよい。たとえばガソリンにエタノールが混合されるような混合燃料が用いられる場合、混合割合に応じて理論空燃比が変化するが、本発明を用いれば、運転時に定期的に理論空燃比を推定することで、理論空燃比として設定されるセンサ出力値の空燃比と理論空燃比とがずれることを防ぐことができる。

尚、本実施の形態では、理論空燃比の推定方法および酸素吸蔵量の推定方法は、触媒の酸素吸蔵量を参照した内燃機関の空燃比制御において適用された場合について説明したが、これに限られるものではない。理論空燃比の推定方法および酸素吸蔵量の推定方法を触媒の劣化判定において適用してもよい。この場合においても酸素吸蔵量の推定精度が良好であるので、触媒の劣化判定精度を向上させることができる。

また、エンジン制御装置３による制御では、燃料噴射量を通じて混合気の空燃比を制御したが、これに限られるものではなく、スロットル弁等の操作による吸気量の調整を通じて混合気（吸気側）の空燃比を制御してもよく、二次空気供給装置による二次空気供給量を通じて排ガスの酸素濃度を制御してもよい。

また、本実施の形態では、理論空燃比推定部３１は、下流側空燃比センサ８出力が安定したと判定した時刻ｔ_１における上流側空燃比センサ７の出力値のなまし値を算出し、理論空燃比の推定値としたが、上流側空燃比センサ７の出力値の平均値又はローパスフィルタによる出力値を理論空燃比の推定値としてもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、触媒の酸素吸蔵量を参照した内燃機関の空燃比制御や、触媒の劣化判定に用いることができる。

１ 内燃機関（エンジン）
２ 燃料噴射装置（インジェクタ）
３ エンジン制御装置（ＥＣＵ）
４ 吸気管
５ 排気管（排ガス通路）
６ 触媒
７ 上流側空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）
８ 下流側空燃比センサ（酸素センサ）
３１ 理論空燃比推定部
３２ 酸素吸蔵量推定部
３３ サブフィードバック制御部
３４ メインフィードバック制御部
３５、３６ 加減算器
３７ 目標値設定部
３８ 記憶部

Claims (8)

1. 内燃機関における触媒の酸素吸蔵量を推定する方法であって、
   前記内燃機関の排ガス通路に配置された排ガス浄化用の触媒の上流側及び下流側に配置された上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサのそれぞれの出力を受け取ることと、
   前記下流側空燃比センサの出力に基づいて前記触媒が酸素を吸蔵も放出もしない状態を検出することと、
   前記触媒が酸素を吸蔵も放出もしない状態を検出している時において前記上流側空燃比センサが検出する空燃比を前記内燃機関における推定理論空燃比として定めることと、
   前記推定理論空燃比に基づいて、前記触媒の酸素吸蔵量を推定することと、を含む、触媒の酸素吸蔵量推定方法。
2. 請求項１に記載の触媒の酸素吸蔵量推定方法における前記酸素吸蔵量の推定値が、予め定める目標酸素吸蔵量に収束するように空燃比をフィードバック制御する、内燃機関の空燃比制御方法。
3. 前記目標酸素吸蔵量に対する前記酸素吸蔵量推定値の偏差に応じた目標空燃比となるように空燃比を制御し、前記目標空燃比が順次更新される、請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御方法。
4. 前記目標空燃比に対する前記上流側空燃比センサの出力値の偏差に応じた空燃比となるように前記内燃機関の空燃比調整装置を制御する、請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御方法。
5. 前記目標酸素吸蔵量は、飽和状態と非吸蔵状態との中間値に設定される、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御方法。
6. 内燃機関の排ガス通路の触媒の上流側に配置されて、内燃機関の吸気の空燃比変化に比例して出力値が変化する第１空燃比センサと、
   内燃機関の排ガス通路の触媒の下流側に配置されて、内燃機関の吸気が理論空燃比付近に近づくと出力値が急峻変化する第２空燃比センサと、
   前記第２空燃比センサが理論空燃比付近を継続する出力状態であるときの、前記第１空燃比センサの出力値を、理論空燃比の出力値であると推定し、この推定した理論空燃比の出力値に基づいて、前記触媒の酸素吸蔵量を推定する制御装置と、
   を備える触媒の酸素吸蔵量推定装置。
7. 請求項６に記載の触媒の酸素吸蔵量推定装置と、
   空燃比を調整する空燃比調整装置と、を備え、
   前記制御装置は、酸素吸蔵量推定値を目標値に収束させるように、前記空燃比調整装置を用いて、空燃比をフィードバック制御する、内燃機関の空燃比制御装置。
8. 請求項７に記載の内燃機関の空燃比制御装置と、前記内燃機関と、を搭載する自動二輪車。

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