JPH10184425A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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JPH10184425A
JPH10184425A JP34407496A JP34407496A JPH10184425A JP H10184425 A JPH10184425 A JP H10184425A JP 34407496 A JP34407496 A JP 34407496A JP 34407496 A JP34407496 A JP 34407496A JP H10184425 A JPH10184425 A JP H10184425A
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JP
Japan
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amount
air
fuel ratio
oxygen
desorption amount
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Application number
JP34407496A
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English (en)
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Akihiro Yamanaka
章弘 山中
Michihiro Ohashi
通宏 大橋
Yutaka Sawada
裕 沢田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0295Control according to the amount of oxygen that is stored on the exhaust gas treating apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0814Oxygen storage amount
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 三元触媒の貯蔵酸素脱離量が目標脱離量から
ずれたときに短時間のうちに戻す。 【解決手段】 三元触媒18上流の排気通路内に上流側
空燃比センサ23を配置する。上流側空燃比センサ23
により検出された空燃比および吸入空気量から貯蔵酸素
脱離量を算出する。計算上の貯蔵酸素脱離量が目標脱離
量からずれたときの機関の空燃比の補正量を三元触媒1
8に流入する排気ガス量が多いときには小さな値とし、
排気ガス量が少ないときには大きな値とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の空燃比制
御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】三元触媒は空燃比がほぼ理論空燃比のと
きにHC,COを酸化しかつNOxを還元する機能を有
し、従って空燃比をほぼ理論空燃比に維持しえれば三元
触媒を用いてHC,CO,NOxを同時に浄化すること
ができる。ところが空燃比をほぼ理論空燃比に維持する
ことは困難であり、実際には空燃比が理論空燃比からず
れてしまう。しかしながら空燃比が理論空燃比からずれ
たとしても三元触媒のO 2 スレージ機能、即ち酸素貯蔵
機能によってHC,CO,NOxを浄化することができ
る。
【0003】即ち、三元触媒は空燃比がリーンのときに
排気ガス中の過剰酸素を取込んで貯蔵する機能を有し、
この機能によってNOxが還元せしめられる。一方、空
燃比がリッチになると排気ガス中の未燃HC,COが三
元触媒内に貯蔵されている酸素を奪い、それによって未
燃HC,COが酸化せしめられる。従って空燃比が理論
空燃比からずれたときにNOxを還元せしめるには三元
触媒が酸素を貯蔵しえる状態になければならず、即ち三
元触媒の酸素貯蔵量が最大酸素吸蔵量に対して余裕がな
ければならず、一方このとき未燃HC,COを酸化せし
めるには三元触媒が或る程度の酸素を貯蔵していなけれ
ばならないことになる。即ち、空燃比が理論空燃比から
リーン側にずれたときにNOxを還元でき、空燃比が理
論空燃比に対してリッチ側にずれたときに未燃HC,C
Oを酸化できるようにするためには三元触媒の酸素吸蔵
量を最大酸素吸蔵量の半分程度に維持しておく必要があ
る。
【0004】ところで三元触媒に吸着される酸素量およ
び三元職場から脱離する酸素量は吸入空気量および理論
空燃比に対する空燃比のずれ量から算出することがで
き、従ってこれら吸入空気量および空燃比のずれ量から
三元触媒の貯蔵酸素量を算出することができる。そこで
三元触媒に貯蔵しておくべき目標貯蔵酸素量を予め定め
ておき、算出された三元触媒の貯蔵酸素量がこの目標貯
蔵酸素量からずれたときに貯蔵酸素量を目標貯蔵酸素量
に戻すべく機関の空燃比を補正し、このときの機関の空
燃比の補正量を目標貯蔵酸素量に対する貯蔵酸素量のず
れ量に基づいて制御するようにした内燃機関が公知であ
る(特開昭6−249028号公報参照)。
【0005】即ち、目標貯蔵酸素量に対して貯蔵酸素量
が不足した場合には貯蔵酸素の不足量が大きいほど三元
触媒に吸着される酸素量を増大させる必要があり、目標
貯蔵酸素量に対して貯蔵酸素量が過剰となった場合には
貯蔵酸素の過剰量が大きいほど三元触媒から脱離する酸
素量を増大させる必要がある。従って上述の内燃機関で
は貯蔵酸素の不足量或いは過剰量が増大するほど、即ち
目標貯蔵酸素量に対する貯蔵酸素量のずれ量が大きくな
るほど機関の空燃比の補正量を大きくし、それによって
三元触媒に吸着される酸素量或いは三元触媒から脱離す
る酸素量を増大させるようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら三元触媒
に吸着される酸素量或いは三元触媒から離脱する酸素量
は目標貯蔵酸素量に対する貯蔵酸素量のずれ量よりもむ
しろ排気ガス量に応じて大きく変化する。例えば貯蔵酸
素量が目標貯蔵酸素量よりも少なくなったとすると貯蔵
酸素量を増大すべく空燃比がリーンとされるがこのとき
排気ガス量が多ければ短時間のうちに必要な酸素が貯蔵
され、これに対して排気ガス量が少ないときには必要な
酸素が貯蔵されるまで長い時間を要する。
【0007】従って排気ガス量が少ないときであっても
短時間で必要な酸素が貯蔵できるように、即ち排気ガス
量が少ないときに貯蔵酸素量が短時間のうちに目標貯蔵
酸素量に戻るように機関の空燃比の補正量を大きくする
と排気ガス量が多いときに貯蔵酸素量が目標貯蔵酸素量
を越えてしまうという問題を生ずる。これに対し、排気
ガス量が多いときに貯蔵酸素量が目標貯蔵酸素量を越え
ないように機関の空燃比の補正量を小さくすると排気ガ
ス量の少ないときに貯蔵酸素量が目標貯蔵酸素量に戻る
までに時間を要するという問題が生じる。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、三元触媒上流の機関排気通路内に
空燃比センサを配置した内燃機関において、吸入空気量
と空燃比センサにより検出された空燃比とから三元触媒
に貯蔵された酸素の脱離量を示す貯蔵酸素脱離量を算出
する算出手段と、貯蔵酸素脱離量が目標脱離量からずれ
たときに貯蔵酸素脱離量を目標脱離量に戻すべく機関の
空燃比を補正する補正手段と、貯蔵酸素脱離量が目標脱
離量からずれたときの機関の空燃比の補正量を三元触媒
に流入する排気ガス量が多いときには小さな値とし、排
気ガス量が少ないときには大きな値とする補正量制御手
段とを具備している。即ち、貯蔵酸素脱離量が目標脱離
量からずれたときに排気ガス量に応じて機関の空燃比の
補正量を変えることにより貯蔵酸素脱離量が目標脱離量
を越えることなく短時間のちに目標脱離量に戻される。
【0009】
【発明の実施の形態】図1を参照すると、1は機関本
体、2はピストン、3は燃焼室、4は点火栓、5は吸気
弁、6は吸気ポート、7は排気弁、8は排気ポートを夫
々示す。吸気ポート6は対応する枝管9を介してサージ
タンク10に連結され、各枝管9には夫々吸気ポート6
内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁11が取付けられ
る。サージタンク10は吸気ダクト12およびエアフロ
ーメータ13を介してエアクリーナ14に連結され、吸
気ダクト12内にはスロットル弁15が配置される。一
方、排気ポート8は排気マニホルド16および排気管1
7を介して三元触媒18を内蔵したケーシング19に接
続される。
【0010】電子制御ユニット30はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス31によって相互に接続
されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ラ
ンダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセ
ッサ)34、常時電源に接続されたバックアップRAM
35、入力ポート36および出力ポート37を具備す
る。エアフローメータ13は吸入空気量に比例した出力
電力を発生し、この出力電圧が対応するAD変換器38
を介して入力ポート36に入力される。スロットル弁1
5にはスロットル弁15がアイドリング位置にあること
を示す出力信号を発生するアイドルスイッチ21が取付
けられ、このアイドルスイッチ21の出力信号が入力ポ
ート36に入力される。また、機関本体1には機関冷却
水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ22が取
付けられ、この水温センサ22の出力電圧が対応するA
D変換器38を介して入力ポート36に入力される。
【0011】一方、三元触媒18上流の排気管17内に
は空燃比センサ23(以下、上流側空燃比センサと称す
る)が配置され、三元触媒18下流の排気管20内にも
空燃比センサ24(以下、下流側空燃比センサと称す
る)が配置される。これら空燃比センサ23,24の出
力信号は対応するAD変還器38を介して入力ポート3
6に入力される。また、三元触媒18内には三元触媒1
8の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ25
が配置され、この温度センサ25の出力電圧が対応する
AD変換器38を介して入力ポート36に入力される。
また、入力ポート36には機関回転数を表わす出力パル
スを発生する回転数センサ26が接続される。一方、出
力ポート37は対応する駆動回路39を介して夫々点火
栓4および燃料噴射弁11に接続される。
【0012】上流側空燃比センサ23は図2(A)に示
されるように空燃比A/Fに応じた電流Iを発生する。
この電流Iは電圧に変換されてAD変換器38を介し入
力ポート36に入力される。従って上流側空燃比センサ
23の出力信号から三元触媒18上流における空燃比A
/Fを知ることができる。これに対して下流側空燃比セ
ンサ24は図2(B)に示されるように理論空燃比にお
いて急変する出力電圧Vを発生する。即ち、下流側空燃
比センサ24は空燃比がリーンのときには0.1(V)
程度の出力電圧Vを発生し、空燃比がリッチのときには
0.9(V)程度の出力電圧を発生する。なお、本発明
による実施例では下流側空燃比センサ24の出力電圧V
が設定値VL 、例えば0.2(V)よりも低いときに三
元触媒18の下流側における空燃比がリーンであると判
断し、下流側空燃比センサ24の出力電圧Vが設定値V
R 、例えば0.7(V)よりも高いときに三元触媒18
の下流側における空燃比がリッチであると判断するよう
にしている。
【0013】ところで三元触媒18は空燃比がほぼ理論
空燃比のときにHC,COを酸化しかつNOxを還元す
る機能、即ちHC,COおよびNOxを同時に洗浄する
機能を有する。しかしながら冒頭で述べたように三元触
媒18はO2 ストレージ機能、即ちその内部に酸素を貯
蔵する機能を有し、このO2 ストレージ機能によってた
とえ空燃比が理論空燃比からずれたとしても三元触媒1
8によってHC,COおよびNOxを浄化することがで
きる。この酸素の貯蔵作用は三元触媒18内に含まれる
セリウムCeによって行われる。
【0014】即ち、セリウムCeは金属単体の状態であ
ると不安定であり、酸素が結合するとセリアCeO2
なって安定する。従ってセリウムCeの周囲に酸素が存
在すれば、即ち空燃比がリーンであればただちに酸素を
奪ってセリアCeO2 となる。一方、空燃比がリッチに
なると、即ち排気ガス中に多量の未燃HC,COが存在
するとこれら未燃HC,COはセリアCeO2 から酸素
を奪い、従ってセリアCeO2 は再び不安定なセリウム
Ceとなる。この場合、セリウムCeが周囲から酸素を
奪うのに要する時間は極めて短かく、即ち酸素の吸着速
度は極めて速く、これに対して未燃HC,COがセリア
CeO2 から酸素を奪うのに要する時間は若干長いこ
と、即ち酸素の脱離速度は吸着速度に比べて遅いことが
判明している。
【0015】このように空燃比がリーンになると排気ガ
ス中から酸素が奪われるので排気ガス中に含まれるNO
xが還元せしめられ、空燃比がリッチになると排気ガス
の未燃HC,COがセリアCeO2 から酸素を奪うので
未燃HC,COが酸化せしめられる。従って空燃比が理
論空燃比からずれたとしてもHC,COおよびNOxを
浄化することができる。ただし、この場合HC,COお
よびNOxを浄化することができるのは空燃比がリーン
になったときに三元触媒18が酸素を貯蔵しうる状態に
なければならず、空燃比がリッチになったときに三元触
媒18が或る程度の酸素を貯蔵していなければならない
ことになる。
【0016】ところで三元触媒18が貯蔵しうる酸素量
には限度があり、三元触媒18は三元触媒18が貯蔵し
うる酸素量以上の酸素は貯蔵することができない。一
方、空燃比が理論空燃比からずれた場合にリーン側にず
れるかリッチ側にずれるかはわからず、従ってどちら側
にずれても排気ガス中の有害成分を浄化しうるためには
これから貯蔵しうる酸素量とこれから脱離しうる酸素量
とを等しくしておくことが必要となる。即ち、三元触媒
18が貯蔵しうる酸素量に限度があることを考えると三
元触媒18に貯蔵されている酸素量を三元触媒18が貯
蔵しうる最大酸素量の半分に維持しておく必要がある。
【0017】ところで三元触媒18に貯蔵されている酸
素量は直接計測することはできず、従ってこの酸素量は
通常計算することによって求めるようにしている。この
場合、通常は酸素の貯蔵量が零のときを基準として酸素
の貯蔵量を算出するようにしているがこのような酸素の
貯蔵量が零の状態を確実に作り出すためには空燃比がリ
ッチである状態を積極的に創り出さなければならないと
いう問題がある。更に、三元触媒18からの酸素の脱離
速度は比較的遅く、またこの脱離速度は雰囲気温度の影
響を大きく受けるので空燃比が一時的にリッチになった
からといって酸素の貯蔵量が必ず零になるとは言えない
という欠点がある。即ち、酸素の貯蔵量が零のときを基
準とすると基準値が狂うという危険性がある。
【0018】これに対して三元触媒18の酸素の貯蔵量
が最大となる状態は容易かつ確実に創り出すことができ
る。即ち、機関停止中は三元触媒18は大気にさらされ
ているので三元触媒18の酸素の貯蔵量は最大となって
おり、これが三元触媒18の通常の状態である。従って
酸素の貯蔵量が最大である状態を基準とすることは極く
自然である。また、減速運転中に燃料の供給を停止する
ことは普通に行われており、このときには三元触媒18
は大気にさらされる。大気中には多量の酸素が存在して
おり、しかも三元触媒18の酸素の吸着速度は速いため
に燃料の供給停止時間が極めて短時間であっても三元触
媒18の酸素の貯蔵量は確実に最大となる。従って本発
明による実施例では酸素の貯蔵量が最大のときを基準と
して酸素の貯蔵量を算出するようにしている。
【0019】ところで酸素の貯蔵量が最大であるという
ことは三元触媒に貯蔵されている酸素が全く脱離してい
ないことを意味している。従って本発明による実施例で
はこのような状態、即ち貯蔵酸素の脱離量が零の状態を
基準として酸素の脱離量を求めるようにしている。この
貯蔵酸素脱離量は以下記号OSCによって表される。従
って貯蔵酸素脱離量OSCが零であるということは酸素
の貯蔵量が最大であるときを示しており、貯蔵酸素脱離
量OSCが最大のときには脱離可能な酸素が全部脱離し
ているときを示している。貯蔵酸素脱離量OSCが最大
のときが以下記号OSCmaxでもって表される。
【0020】次に酸素の吸着量および脱離量の計算方法
について説明する。本発明による実施例では時間Δt当
りの酸素吸着量および酸素脱離量が次式を用いて算出さ
れる。 吸着量=KO2 ・{Ga・(ΔA/F)/(A/F)}
・Δt 脱離量=KO2 ・{Ga・(ΔA/F)/(A/F)/
k}・Δt ここでKO2 は空気中の酸素濃度を示し、Gaは吸入空
気量(g/s),(A/F)は上流側空燃比センサ23
により検出された空燃比、(ΔA/F)はこの空燃比
(A/F)と理論空燃比との偏差(A/F−理論空燃
比)を表している。
【0021】空燃比がリーンのときには三元触媒18に
酸素が吸着されるのでこのときには上述の吸着量を求め
る式が用いられる。この式においてKO2 ・Gaは機関
シリンダ内に単位時間当りに供給される酸素量(g/
s)を示しており、(ΔA/F)/(A/F)は燃焼し
た際に余剰となる酸素の割合を示している。従ってKO
2 ・{Ga・(ΔA/F)/(A/F)}・Δtは時間
Δt当りの余剰酸素量(g)を表している。ここでΔA
/Fは正である。このような余剰酸素が存在するとこの
余剰酸素はただちに三元触媒18に吸着されるものと考
えられるので時間Δt当りの吸着量は余剰酸素量と同一
量となり、従って時間Δt当りの吸着量は上式の如く表
されることになる。
【0022】このように空燃比がリーンのときには時間
Δt当り上述の余剰酸素量が貯蔵されることになり、従
って上述の貯蔵酸素脱落量OSCは逆に時間Δt当り上
述の余剰酸素量だけ減少することになる。従って貯蔵酸
素脱離量OSCは次式で表されることになる。 OSC=OSC−KO2 ・{Ga・(ΔA/F)/(A
/F)}・Δt 一方、空燃比がリッチのときには三元触媒18から酸素
が脱離するのでこのときには上述の脱離量を求める式が
用いられる。この式においてもKO2 ・Gaは機関シリ
ンダ内に単位時間当りに供給される酸素量(g/s)を
示している。これに対しこの式において(ΔA/F)/
(A/F)は燃焼した際に不足する酸素の割合を示して
おり、従ってKO2 ・{Ga・(ΔA/F)/(A/
F)}・Δtは時間Δt当りの不足酸素量(g)を表し
ている。ここでΔA/Fは負である。
【0023】燃焼する際に酸素が不足するとこの不足酸
素量分だけ未燃HC,COが発生し、この未燃HC,C
Oの発生量に比例した量の酸素、即ち不足酸素量に比例
した量の酸素が三元触媒18から脱離せしめられる。と
ころが前述したように三元触媒18からの酸素の脱離速
度は三元触媒18への酸素の吸着速度よりも遅く、従っ
てこのとき三元触媒18から脱離せしめられる酸素量は
吸着速度に対して脱離速度が遅い分だけ不足酸素量より
も少なくなる。云い換えると三元触媒18から脱離せし
められる酸素量は不足酸素量の(脱離速度/吸着速度)
倍となる。従ってこの脱離速度と吸着速度との速度比を
1/k(=脱離速度/吸着速度)とすると時間Δt当り
の脱離量は上述の不足酸素量に速度比1/kを乗算した
量となり、従って時間Δt当りの脱離量は上式の如く表
されることになる。
【0024】このように空燃比がリッチのときには時間
Δt当り不足酸素量・速度比1/kが脱離することにな
り、従って上述の貯蔵酸素脱離量OSCは時間Δt当り
不足酸素量・速度比1/kだけ増大することになる。従
ってΔA/F<0であることを考えると貯蔵酸素脱離量
OSCは次式で表されることになる。 OSC=OSC−KO2 ・{Ga・(ΔA/F)/(A
/F)/k}・Δt なお、空燃比が理論空燃比に維持されているときには酸
素の吸着作用および脱離作用は行われていないと考えら
れるのでこのときには貯蔵酸素脱離量OSCは変化しな
い。
【0025】このように貯蔵酸素脱離量OSCは吸入空
気量と、上流側空燃比センサ23により検出された空燃
比と、三元触媒18における酸素の脱離速度と吸着速度
の速度比1/kとから算出することができる。これに対
して貯蔵酸素の最大脱離量OSCmaxは根本的には三
元触媒18が新品のときの最大脱離量G(Tc)と三元
触媒18の劣化係数DKとの積(=G(Tc)・DK)
によって表される。三元触媒18が新品のときの最大脱
離量G(Tc)は図3(A)に示されるように三元触媒
18の温度Tcの関数であり、この最大脱離量G(T
c)は三元触媒18の温度Tcが高くなるほど大きくな
る。
【0026】一方、三元触媒18の劣化係数DKは三元
触媒18が新品のときには1.0である。しかしながら
三元触媒18の使用時間が長くなるにつれて三元触媒1
8が次第に劣化し、O2 ストレージ機能が次第に弱くな
る。本発明による実施例では三元触媒18の使用時間の
代表値として累積運転時間TDを用いており、この場合
三元触媒18の劣化係数DKは図3(B)に示されるよ
うに累積運転時間TDが長くなるにつれて次第に小さく
なる。
【0027】図3(A),(B)に示されるG(Tc)
およびDKは実験により求められ、従ってこれらG(T
c)とDKの積から求められる最大脱離量OSCmax
は実際の最大脱離量をよく表している。しかしながら三
元触媒18の使用のしかたによってはG(Tc)とDK
の積から求められる最大脱離量OSCmaxが実際の最
大脱離量を正確に表さなくなる危険性がある。そこで本
発明による第1実施例では後述するように最大脱離量O
SCmaxが実際の最大脱離量を正確に表すように最大
脱離量OSCmaxを修正係数KOSCにより修正する
ようにしている。これに対して第2実施例では後述する
ようにG(Tc)とDKの積から求められた最大脱離量
OSCmaxを修正することなくそのまま用いている。
【0028】次に本発明における燃料の噴射量の制御方
法について説明する。本発明による実施例では空燃比が
理論空燃比に対してリーン側或いはリッチ側のいずれに
ずれた場合でも排気ガス中の有害成分を浄化しうるよう
に最大脱離量OSCmaxの半分が目標脱離量OSCr
efとして設定され、計算により得られた貯蔵酸素脱離
量OSCがこの目標脱離量OSCrefとなるように燃
料噴射量が制御される。
【0029】即ち、本発明による実施例では空燃比を理
論空燃比にするのに必要な基本燃料噴射時間TAUBが
予め実験により求められており、この基本燃料噴射時間
TAUBは図4に示されるように機関負荷(吸入空気量
Q/機関回転数N)および機関回転数Nの関数として予
めROM32内に記憶されている。燃料噴射時間をこの
基本燃料噴射時間TAUBに維持しておくと空燃比は理
論空燃比に維持され、従って貯蔵酸素脱離量OSCが目
標脱離量OSCrefに維持されているときには燃料噴
射時間は基本燃料噴射時間TAUBに維持される。これ
に対して貯蔵酸素脱離量OSCが目標脱離量OSCre
fからずれると貯蔵酸素脱離量OSCが目標脱離量OS
Crefに戻るように燃料噴射時間が増大又は減少せし
められる。次にこのことについて図5から図7を参照し
つつ説明する。
【0030】図5に示されるように貯蔵酸素脱離量OS
Cが目標脱離量OSCrefに維持されているときには
燃料噴射時間TAUが基本燃料噴射時間TAUBに維持
される。次いで酸素の吸着量が増大し、貯蔵酸素脱離量
OSCが目標脱離量OSCrefよりも小さくなると機
関空燃比をリッチにすべく燃料噴射時間TAUが基本燃
料噴射時間TAUBに対して増大せしめられる。このと
き本発明による実施例では次式に基づいて燃料噴射時間
TAUが算出される。
【0031】TAU=TAUB・G1・F1 ここでTAUBは上述したように基本燃料噴射時間を表
しており、G1は排気ガス量に基づく補正係数を表して
おり、F1は目標脱離量OSCrefに対する貯蔵酸素
脱離量OSCのずれに基づく補正係数を表している。補
正係数G1は図6(A)に示されるように1.0よりも
大きく、しかもこの補正係数G1は排気ガス量を代表し
ている吸入空気量Ga(g/s)が増大するほど小さく
なる。一方、補正係数F1は図7(A)に示されるよう
に1.0よりも大きく、更にこの補正係数F1は貯蔵酸
素脱離量OSCと目標脱離量OSCrefとの差の絶対
値ΔOSC(=1OSC−OSCref1)が大きくな
るほど大きくなる。
【0032】即ち、貯蔵酸素脱離量OSCが目標脱離量
OSCrefよりも小さくなったときに機関空燃比がリ
ッチにされると三元触媒18から酸素が脱離し、斯くし
て貯蔵酸素脱離量OSCは再び目標脱離量OSCref
に戻る。この場合、酸素の脱離量は排気ガス中の未燃H
C,COの量に比例するので単位時間当りの酸素の脱離
量は排気ガス量、即ち吸入空気量Ga(g/s)が多い
ほど増大し、空燃比のリッチの度合が高いほど増大す
る。
【0033】この場合、排気ガス量が少ないときに貯蔵
酸素脱離量OSCが目標脱離量OSCrefにただちに
戻るように空燃比のリッチの度合を大きくしておくと排
気ガス量が多いときには多量の貯蔵酸素が急激に脱離
し、その結果貯蔵酸素脱離量OSCが目標脱離量OSC
refを越えてしまうことになる。これに対し、排気ガ
ス量が多いときに貯蔵酵素脱離量OSCが目標脱離量O
SCrefに戻るように空燃比のリッチの度合を小さく
すると排気ガス量が少ないときには貯蔵酸素がなかなか
脱離せず、斯くして貯蔵酸素脱離量のOSCが目標脱離
量OSCrefに戻るまでに時間を要することになる。
【0034】即ち、排気ガス量にかかわらずに貯蔵酸素
脱離量OSCが目標脱離量OSCrefを越えることな
く短時間のうちに目標脱離量OSCrefに戻るように
するためには排気ガス量が多いときに空燃比のリッチの
度合を小さくし、排気ガス量が少ないときに空燃比のリ
ッチの度合を大きくする必要がある。従って図6(A)
に示される補正係数G1の値は吸入空気量Gaが多くな
るにつれて次第に小さくされる。云い換えると空燃比の
補正量は排気ガス量が増大するにつれて減少せしめられ
る。
【0035】なお、図7(A)に示されるようにΔOS
Cが増大するにつれて補正係数F1の値を大きくするこ
とについては特に説明を要しないと思われる。一方、図
5に示されるように酸素の脱離量が増大し、貯蔵酸素脱
離量OSCが目標脱離量OSCrefよりも大きくなる
と機関空燃比をリーンにすべく燃料噴射時間TAUが基
本燃料噴射時間TAUBに対して減少せしめられる。こ
のとき本発明による実施例では次式に基づいて燃料噴射
時間TAUが算出される。
【0036】TAU=TAB・G2・F2 ここでTAUBは上述したように基本燃料噴射時間を表
しており、G2は排気ガス量に基づく補正係数を表して
おり、F2は目標脱離量OSCrefに対する貯蔵酸素
脱離量OSCのずれに基づく補正係数を表している。補
正係数G2は図6(B)に示されるように1.0よりも
小さく、更にこの補正係数G2は排気ガス量を代表して
いる吸入空気量Ga(g/s)が増大するほど大きくな
る。一方、補正係数F2は図7(B)に示されるように
1.0よりも小さく、しかもこの補正係数F2は貯蔵酵
素脱離量OSCと目標脱離量OSCrefとの差の絶対
値ΔOSC(=1OSC−OSCref1)が大きくな
るほど小さくなる。
【0037】即ち、貯蔵酸素脱離量OSCが目標脱離量
OSCrefよりも大きくなったときに機関空燃比がリ
ーンされると三元触媒18に酸素が吸着し、斯くして貯
蔵酸素脱離量OSCは再び目標脱離量OSCrefに戻
る。この場合、酸素の吸着量は、排気ガス中の酸素量に
比例するので単位時間当りの酸素の吸着量は排気ガス
量、即ち、吸入空気量Ga(g/s)が多いほど増大
し、空燃比のリーンの度合が高いほど増大する。
【0038】この場合、排気ガス量が少ないときに貯蔵
酸素脱離量OSCが目標脱離量OSCrefにただちに
戻るように空燃比のリーンの度合を大きくしておくと排
気ガス量が多いときには多量の酸素が急激に吸着し、そ
の結果貯蔵酸素脱離量OSCが目標脱離量OSCref
を越えてしまうことになる。これに対し、排気ガス量が
多いときに貯蔵酸素脱離量OSCが目標脱離量OSCr
efに戻るように空燃比のリーンの度合を小さくすると
排気ガス量が少ないときには酸素がなかなか吸着せず、
斯くして貯蔵酸素脱離量OSCが目標脱離量OSCre
fに戻るまでに時間を要することになる。
【0039】即ち、排気ガス量にかかわらずに貯蔵酸素
脱離量OSCが目標脱離量OSCrefを越えることな
く短時間のうちに目標脱離量OSCref戻るようにす
るためには排気ガス量が多いときに空燃比のリーンの度
合を小さくし、排気ガス量が少ないときに空燃比のリー
ンの度合を大きくする必要がある。従って図6(B)に
示される補正係数G2の値は吸入空気量Gaが多くなる
につれて次第に大きくされる。云い換えると空燃比の補
正量は排気ガス量が増大するにつれて減少せしめられ
る。
【0040】なお、図7(B)に示されるようにΔOS
Cが増大するにつれて補正係数F2の値を小さくするこ
とについては特に説明を要求しないと思われる。このよ
うに貯蔵酸素脱離量OSCに応じて燃料噴射時間TAU
を制御することにより貯蔵酸素脱離量OSCを目標脱離
量OSCrefに維持することができる。この場合、機
関空燃比がリーンになると過剰酸素が三元触媒18に奪
われるために排気ガス中のNOxが還元され、機関空燃
比がリッチになると三元触媒18から酸素を奪うことに
よって排気ガス中の未燃HC,COは酸化され、斯くし
て三元触媒18から流出する排気ガス中にはほとんど未
燃HC,COおよびNOxが含まれないことになる。こ
のとき図5に示されるように下流側空燃比センサ24の
電力電圧Vは理論空燃比であることを示す0.45
(V)付近に維持される。
【0041】ところで本発明による実施例では例えば減
速運転時において燃料の供給が停止されたときのように
三元触媒18への流入ガスが空気過剰であるとき、即ち
貯蔵酸素脱離量OSCが零であるときを基準として貯蔵
酸素脱離量OSCの計算が開始される。このとき計算上
の貯蔵酸素脱離量OSCや計算上の最大脱離量OSCm
axが実際の貯蔵酸素脱離量や実際の最大脱離量に対し
てずれると貯蔵酸素脱離量OSCを実際の最大脱離量の
半分である目標脱離量に維持することができなくなる。
そこで本発明による第1実施例では計算上の貯蔵酸素脱
離量OSCが実際の貯蔵酸素脱離量に一致しかつ最大脱
離量OSCmaxが実際の最大脱離量に一致するように
脱離速度と吸着速度の速度比1/kを修正し、かつ最大
脱離量OSCmaxを修正係数KOSCにより修正する
ようにしている。次にこのことについて図8から図13
を参照しつつ説明する。
【0042】なお、この第1実施例では最大脱離量OS
Cmaxに修正係数KOSCを乗算することによって最
大脱離量OSCmaxが修正される。即ち、次式の計算
が行われる。 OSCmax=OSCmax・KOSC 従って修正係数KOSCが増大すると最大脱離量OSC
maxが増大し、修正係数KOSCが減少すると最大脱
離量OSCmaxが減少することになる。
【0043】図8は貯蔵酸素脱離量OSCおよび最大脱
離量OSCmaxが夫々実際の貯蔵酸素脱離量および実
際の最大脱離量に完全に一致しており、このような状態
で何らかの理由により一時的に機関空燃比が大巾にリー
ンになった場合を示している。機関空燃比が大巾にリー
ンになったとすると排気ガス中の酸素が急激に三元触媒
18に吸着されるので貯蔵酸素脱離量OSCは急激に減
少し、零に達する。貯蔵酸素脱離量OSCが零に達する
と三元触媒18はもはや酸素を吸着しえなくなるために
三元触媒18の下流における空燃比もリーンになり、斯
くして図8に示されるように下流側空燃比センサ24の
出力電圧Vは0.2(V)よりも低くなる。即ち、下流
側空燃比センサ24により検出された空燃比はリーンと
なる。このちきには図8に示されるように修正係数KO
SCは変化せず、また速度比1/kのkの値も変化しな
い。
【0044】図9は何らかの理由により空燃比が一時的
に大巾にリーンになったときに計算上の貯蔵酸素脱離量
OSCが零に達する前に下流側空燃比センサ24により
検出された空燃比がリーンになった場合を示している。
このときには酸素の脱離速度を速く設定しすぎていたと
考えられる。このとき貯蔵酸素脱離量OSCが零に達す
る前に下流側空燃比センサ24により検出された空燃比
がリーンになったということは貯蔵酸素脱離量OSCが
零に達していなくても実際の貯蔵酸素脱離量は零になっ
ていることを意味している。このように計算上の貯蔵酸
素脱離量OSCと実際の貯蔵酸素脱離量OSCとの間で
差が生じるのは酸素の脱離速度を速く設定しすぎ、その
結果計算上の貯蔵酸素脱離量OSCが実際の貯蔵酸素脱
離量よりも大きくなるからである。そこでこの場合には
酸素の脱離速度を遅くさせるために、即ち速度比1/k
を低下させるために図9に示される如く速度比1/kの
kの値を大きくするようにしている。なお、このとき実
際の貯蔵酸素脱離量は零になっているので計算上の貯蔵
酸素脱離量OSCは零とされる。
【0045】図10は何らかの理由により空燃比が一時
的に大巾にリーンになったときに計算上の貯蔵酸素脱離
量OSCが零に達しているにもかかわらずに下流側空燃
比センサ24により検出された空燃比がリーンになって
いない場合を示している。このときには酸素の脱離速度
を遅く設定しすぎていたと考えられる。このとき貯蔵酸
素脱離量OSCが零に達しているにもかかわらずに下流
側空燃比センサ24により検出された空燃比がリーンに
なっていないということは貯蔵酸素脱離量OSCが零に
達していても実際の貯蔵酸素脱離量は零に達していない
ことを意味している。このように計算上の貯蔵酸素脱離
量OSCと実際の貯蔵酸素脱離量OSCとの間で差が生
じるのは酸素の脱離速度を遅く設定しすぎ、その結果計
算上の貯蔵酸素脱離量OSCが実際の貯蔵酸素脱離量よ
りも小さくなるからである。そこでのこの場合は酸素の
脱離速度を速くさせるために、即ち速度比1/kを増大
させるために図10に示される如く速度比1/kのkの
値を小さくするようにしている。
【0046】図11は貯蔵酸素脱離量OSCおよび最大
脱離量OSCmaxが夫々実際の貯蔵酸素脱離量および
実際の最大脱離量に完全に一致しており、このような状
態で何らかの理由により一時的に機関空燃比が大巾にリ
ッチになった場合を示している。機関空燃比が大巾にリ
ッチになったとすると排気ガス中の酸素が急激に三元触
媒18から脱離されるので貯蔵酸素脱離量OSCは急激
に増大し、最大脱離量OSCmaxに達する。貯蔵酸素
脱離量OSCが最大脱離量OSCmaxに達すると三元
触媒18にはもはや脱離すべき酸素が存在しなくなるた
めに三元触媒18の下流における空燃比もリッチにな
り、斯くして図11に示されるように下流側空燃比セン
サ24の出力電圧Vは0.7(V)よりも高くなる。即
ち、下流側空燃比センサ24により検出された空燃比は
リッチとなる。このときには図11に示されるように修
正係数KOSCは変化せず、また速度比1/kのkの値
も変化しない。
【0047】図12は何らかの理由により空燃比が一時
的に大巾にリッチになったときに計算上の貯蔵酸素脱離
量OSCが最大脱離量OSCmaxに達する前に下流側
空燃比センサ24により検出された空燃比がリッチにな
った場合を示している。即ち、計算上の貯蔵酸素脱離量
OSCが最大脱離量OSCmaxに達していないのに実
際の貯蔵酸素脱離量OSCが最大脱離量OSCmaxに
達している場合を示している。
【0048】このように計算上の最大脱離量OSCma
xと実際の最大脱離量との間で差を生じるのは酸素の脱
離速度を低く設定しすぎているか、計算上の最大脱離量
OSCmaxが誤まっているからである。この場合、酸
素の脱離速度については図9および図10に示す方法で
修正されているので酸素の脱離速度は正しいと考えら
れ、斯くして計算上の最大脱離量OSCmaxが誤って
いるものと考えられる。従ってこの場合には図12に示
されるように最大脱離量OSCmaxを低下させるため
に修正係数KOSCが低下せしめられる。更にこのとき
貯蔵酸素脱離量OSCは最大脱離量OSCmaxとされ
る。
【0049】図13は何らかの理由により空燃比が一時
的に大巾にリッチになったときに計算上の貯蔵酸素脱離
量OSCが最大脱離量OSCmaxに達しているにもか
かわらずに下流側空燃比センサ24により検出された空
燃比がリッチになっていない場合を示している。即ち、
計算上の貯蔵酸素脱離量OSCが最大脱離量OSCma
xに達しているのに実際の貯蔵酸素脱離量OSCが最大
脱離量OSCmaxに達していない場合を示している。
【0050】このように計算上の最大脱離量OSCma
xと実際の最大脱離量との間で差を生じるのは酸素の脱
離速度を速く設定しすぎているか、計算上の最大脱離量
OSCmaxが誤まっているからである。この場合、前
述したように酸素の脱離速度については図9および図1
0に示す方法で修正されているので酸素の脱離速度は正
しいと考えられ、斯くして計算上の最大脱離量OSCm
axが誤まっているものと考えられる。従ってこの場合
には図13に示されるように最大脱離量OSCmaxを
増大させるために修正係数KOSCが増大せしめられ
る。
【0051】このような第1実施例では計算上の貯蔵酸
素脱離量OSCおよび計算上の最大脱離量OSCmax
が夫々実際の貯蔵酸素脱離量および実際の最大脱離量に
正確に一致せしめられる。従って実際の貯蔵酸素脱離量
が実際の最大脱離量の半分に維持せしめられるので空燃
比が理論空燃比からリーン側或いはリッチ側のいずれに
ずれても排気ガス中の有害成分を確実に浄化できること
になる。
【0052】次に第1実施例において用いられる貯蔵酸
素脱離量OSCの算出ルーチンについて図14を参照し
つつ説明する。なお、このルーチンは一定時間毎の割込
みによって実行される。図14を参照するとまず初めに
ステップ100において累積運転時間を求めるためのカ
ウント値TDが1だけインクリメントされる。次いでス
テップ101では機関始動後一定時間経過したか否かが
判別され、機関始動後一定時間経過していないときには
ステップ113に進む。ステップ113では貯蔵酸素脱
離量OSCが零とされ、次いで処理サイクルを完了す
る。一方、ステップ101において機関開始後一定時間
経過したと判断されたときにはステップ102に進んで
温度センサ25により検出された三元触媒18の温度T
cが一定値Tcoよりも高くなったか否かが判別され
る。Tc≦Tcoのときにはステップ113に進み、T
c>Tcoのときにはステップ103に進む。
【0053】ステップ103では減速運転時において燃
料噴射が停止せしめられているか否かが判別され、燃料
噴射が停止せしめられているときにはステップ113に
進む。これに対して燃料噴射が停止せしめられていない
ときにはステップ104に進み、ステップ104からス
テッフ112において貯蔵酸素脱離量OSCが算出され
る。この貯蔵酸素脱離量OSCの算出が開始される前は
ステップ113において貯蔵酸素脱離量OSCは零とさ
れており、従って貯蔵酸素脱離量OSCは零の状態から
計算が開始されることがわかる。
【0054】ステップ104では上流側空燃比センサ2
3の出力から図2(A)に示す関係に基づいて算出され
た空燃比A/Fが読込まれる。次いでステップ105で
はこの空燃比A/Fが理論空燃比であるか否かが判別さ
れ、空燃比A/Fが理論空燃比のときには図15に示す
修正ルーチンに進む。これに対して空燃比A/Fが理論
空燃比でないときにはステップ106に進んで空燃比A
/Fがリーンであるか否かが判別される。空燃比A/F
がリーンであるときにはステップ107に進み、エアフ
ローメータ13により求められた吸入空気量Ga、上流
側空燃比センサ23の出力に基づき算出された空燃比の
偏差ΔA/F(=空燃比A/F−理論空燃比)および割
込み時間間隔Δtを用いて次式から貯蔵酸素脱離量OS
Cが算出される。
【0055】OSC←OSC←KO2 ・Ga・(ΔA/
F)/(A/F)・Δt 次いでステップ108では貯蔵酸素脱離量OSCが零よ
りも大きいか否かが判別される。OSC≧0のときには
図15に示す修正ルーチンに進み、OSC<0のときに
はステップ109に進んでOSCを零とした後図15に
示す修正ルーチンに進む。
【0056】一方、ステップ106において空燃比A/
Fがリーンでないと判別されたとき、即ち空燃比A/F
がリッチであるときにはステップ110に進み、エアフ
ローメータ13により求められた吸入空気量Ga、上流
側空燃比センサ23の出力に基づき算出された空燃比の
偏差ΔA/F(=空燃比A/F−理論空燃比)および割
込み時間間隔Δtを用いて次式から貯蔵酸素脱離量OS
Cが算出される。
【0057】OSC←OSC−KO2 ・Ga・(ΔA/
F)/(A/F)/k・Δt 次いでステップ111では貯蔵酸素脱離量OSCが最大
脱離量OSCmaxよりも大きいか否かが判別される。
OSC≦OSCmaxのときには図15に示す修正ルー
チンに進み、OSC>OSCmaxのときにはステップ
112に進んでOSCをOSCmaxとした後図15に
示す修正ルーチンに進む。
【0058】図15に示す修正ルーチンではまず初めに
ステップ114において貯蔵酸素脱離量OSCが零と最
大脱離量OSCmaxとの間にあるか否かが判別され
る。OSCmax>OSC>0であるときにはステップ
115に進んで下流側空燃比センサ24の出力電圧Vが
0.2(V)と0.7(V)の間であるか否か、即ち下
流側空燃比センサ24により検出された空燃比が理論空
燃比であるか否かが判別される。0.2<V<0.7の
ときには処理サイクルを完了する。これに対して0.2
<V<0.7でないときにはステップ116に進む。
【0059】ステップ116ではV≧0.7であるか否
かが判別される。V≧0.7であるとき、即ち下流側空
燃比センサ24により検出された空燃比がリッチである
ときにはステップ117に進み、次式に基づいて修正係
数KOSCが更新される。 KOSC=KOSC・(1−β1) ここでβ1は1よりも小さい正の定数である。従ってこ
のときには修正係数KOSCが図12に示されるように
減少せしめられる。次いでステップ118ではOSCが
最大脱離量OSCmaxとされる。
【0060】一方、ステップ116においてV<0.7
であると判断されたとき、即ち下流側空燃比センサ24
により検出された空燃比がリーンであるときにはステッ
プ19に進み、次式に基づいて速度比1/kのkの値が
更新される。 k=k・(1+γ1) ここでγ1は1よりも小さい正の定数である。従ってこ
のときにはkの値が図9に示されるように増大せしめら
れる。次いでステップ120ではOSCが零とされる。
【0061】一方、ステップ114においてOSCma
x>OSC>0でないと判別されたときにはステップ1
21が進んで貯蔵酸素脱離量OSCが最大脱離量OSC
maxであるか否かが判別される。OSC=OSCma
xのときにはステップ122に進んでV≧0.7である
か否かが判別される。V<0.7のとき、即ち下流側空
燃比センサ24により検出された空燃比がリッチでない
ときにはステップ123に進んで次式に基づき修正係数
KOSCが更新される。
【0062】KOSC=KOSC・(1+β2) ここでβ2は1よりも小さい正の定数である。従ってこ
のときには修正係数KOSCが図13に示されるように
増大せしめられる。これに対し、ステップ121におい
てOSC=OSCmaxではないと判別されたときには
ステップ124に進んで貯蔵酸素脱離量OSCが零であ
るか否かが判別される。OSC=0のときにはステップ
125に進んでV≦0.2であるか否かが判別される。
V>0.2のとき、即ち下流側空燃比センサ24により
検出された空燃比がリーンでないときにはステップ12
6に進んで次式に基づき速度比1/kのkの値が更新さ
れる。
【0063】k=k・(1−γ2) ここでγ2は1よりも小さい正の定数である。従ってこ
のときにはkの値は図10に示されるように減少せしめ
られる。次に第1実施例において用いられている燃料噴
射時間TAUの算出ルーチンについて図16を参照しつ
つ説明する。なお、このルーチンは繰返し実行される。
【0064】図16を参照するとまず初めにステップ2
00において図3(A)に示す関係から求められた最大
脱離量G(Tc)と、図3(B)に示す関係から求めら
れた劣化係数DKとの積である最大脱離量OSCmax
(=G(Tc)・DK)が算出される。次いでステップ
201では次式に示すように最大脱離量OSCmaxに
修正係数KOSCを乗算することによって最大脱離量O
SCmaxが更新される。
【0065】OSCmax=OSCmax・KOSC 次いでステップ202では最大脱離量OSCmaxの半
分が目標脱離量OSCrefとされる。次いでステップ
203では図4に示すマップから基本燃料噴射時間TA
UBが算出される。次いでステップ204では貯蔵酸素
脱離量OSCが目標脱離量OSCrefと等しいか否か
が判別される。OSC=OSCrefのときにはステッ
プ205に進んで燃料噴射時間TAUが基本燃料噴射時
間TAUBとされる。これに対してOSC=OSCre
fでないときにはステップ206に進んで貯蔵酸素脱離
量OSCと目標脱離量OSCrefとの差の絶対値ΔO
SC(=1OSC−OSCref1)が算出される。次
いでステップ207では貯蔵酸素脱離量OSCが目標脱
離量OSCrefより少ないか否かが判別され、OSC
<OSCrefのときにはステップ208に進む。
【0066】ステップ208では図6(A)に示す関係
から補正係数G1が算出され、次いでステップ209で
は図7(A)に示す関係から補正係数F1が算出され
る。次いでステップ210では次式に基づいて燃料噴射
時間TAUが算出される。 TAU=TAUB・G1・F1 このとき空燃比がリッチとされる。
【0067】一方、ステップ207においてOSC>O
SCrefであると判別されたときにはステップ211
に進んで図6(B)に示す関係から補正係数G2が算出
され、次いでステップ212において図7(B)に示す
関係から補正係数F2が算出される。次いでステップ2
13では次式に基づいて燃料噴射時間TAUが算出され
る。
【0068】TAU=TAUB・G2・F2 このとき空燃比はリーンとされる。なお、修正係数KO
SCの値および速度比1/kのkの値はバックアップR
AM35内に記憶される。図17から図25は第2実施
例を示している。この第2実施例は三元触媒18が新品
のときの最大脱離量G(Tc)と劣化係数DKの積から
求められる最大脱離量OSCmaxが実際の最大脱離量
と一致する場合を示している。従ってこの第2実施例で
は最大脱離量OSCmaxを修正係数KOSCにより修
正する必要がないので修正係数KOSCは用いておら
ず、計算上の貯蔵酸素脱離量OSCが実際の貯蔵酸素脱
離量に一致しかつ最大脱離量OSCmaxが実際の最大
脱離量に一致するように脱離速度と吸着速度の速度比1
/kのみを修正するようにしている。次にこのことにつ
いて図17から図22を参照しつつ説明する。
【0069】図17は貯蔵酸素脱離量OSCが実際の貯
蔵酸素脱離量に完全に一致しており、このような状態で
何らかの理由により一時的に機関空燃比が大巾にリーン
になった場合を示している。機関空燃比が大巾にリーン
になったとすると排気ガス中の酸素が急激に三元触媒1
8に吸着されるので貯蔵酸素脱離量OSCは急激に減少
し、零に達する。貯蔵酸素脱離量OSCが零に達すると
三元触媒18はもはや酸素を吸着しえなくなるために三
元触媒18の下流における空燃比もリーンになり、斯く
して図17に示されるように下流側空燃比センサ24の
出力電圧Vは0.2(V)よりも低くなる。即ち、下流
側空燃比センサ24により検出された空燃比はリーンと
なる。このときには図17に示されるように速度比1/
kのkの値は変化しない。
【0070】図18は何らかの理由により空燃比が一時
的に大巾にリーンになったときに計算上の貯蔵酸素脱離
量OSCが零に達する前に下流側空燃比センサ24によ
り検出された空燃比がリーンになった場合を示してい
る。このときには酸素の脱離速度を速く設定しすぎてい
たと考えられる。このとき貯蔵酸素脱離量OSCが零に
達する前に下流側空燃比センサ24により検出された空
燃比がリーンになったということは貯蔵酸素脱離量OS
Cが零に達したいなくても実際の貯蔵酸素脱離量は零に
なっていることを意味している。このように計算上の貯
蔵酸素脱離量OSCと実際の貯蔵酸素脱離量OSCとの
間で差が生じるのは酸素の脱離速度を速く設定しすが、
その結果計算上の貯蔵酸素脱離量OSCが実際の貯蔵酸
素脱離量よりも大きくなるからである。そこでこの場合
には酸素の脱離速度を遅くさせるために、即ち速度比1
/kを低下させるために図18に示される如く速度比1
/kのkの値を大きくするようにしている。なお、この
とき実際の貯蔵酵素脱離量は零になっているので計算上
の貯蔵酸素脱離量OSCは零とされる。
【0071】図19は何らかの理由により空燃比が一時
的に大巾にリーンになったときに計算上の貯蔵酸素脱離
量OSCが零に達しているにもかかわらずに下流側空燃
比センサ24により検出された空燃比がリーンになって
いない場合を示している。このときには酸素の脱離速度
を遅く設定しすぎていたと考えられる。このとき貯蔵酸
素脱離量OSCが零に達しているにもかかわらずに下流
側空燃比センサ24により検出された空燃比がリーンに
なっていないということは貯蔵酸素脱離量OSCが零に
なっているにもかかわらずに実際の貯蔵酸素脱離量は零
になっていないことを意味している。このように計算上
の貯蔵酸素脱離量OSCと実際の貯蔵酸素脱離量OSC
との間で差が生じるのは酸素の脱離速度を遅く設定しす
ぎ、その結果計算上の貯蔵酸素脱離量OSCが実際の貯
蔵酸素脱離量よりも小さくなるからである。そこでこの
場合には酸素の脱離速度を速くさせるために、即ち速度
比1/kを増大させるために図19に示される如く速度
比1/kのkの値を小さくするようにしている。
【0072】図20は貯蔵酸素脱離量OSCが実際の貯
蔵酸素脱離量に完全に一致しており、このような状態で
何らかの理由により一時的に機関空燃比が大巾にリッチ
になった場合を示している。機関空燃比が大巾にリッチ
になったとすると排気ガス中の酸素が急激に三元触媒1
8から脱離されるので貯蔵酸素脱離量OSCは急激に増
大し、最大脱離量OSCmaxに達する。貯蔵酸素脱離
量OSCが最大脱離量OSCmaxに達すると三元触媒
18には脱離すべき酸素が存在しなくなるために三元触
媒18の下流における空燃比もリッチになり、斯くして
図20に示されるように下流側空燃比センサ24の出力
電圧Vは0.7(V)よりも高くなる。即ち、下流側空
燃比センサ24により検出された空燃比はリッチとな
る。このときには図20に示されるように速度比1/k
のkの値も変化しない。
【0073】図21は何らかの理由により空燃比が一時
的に大巾にリッチになったときに計算上の貯蔵酸素脱離
量OSCが最大脱離量OSCmaxに達する前に下流側
空燃比センサ24により検出された空燃比がリッチにな
った場合を示している。即ち、計算上の貯蔵酸素脱離量
OSCが最大脱離量OSCmaxに達していないのに実
際の貯蔵酸素脱離量OSCが最大脱離量OSCmaxに
達している場合を示している。
【0074】このように計算上の最大脱離量OSCma
xと実際の最大脱離量との間で差を生じるのは酸素の脱
離速度を低く設定しすぎているからである。従ってこの
場合には酸素の脱離速度を速くさせるために、即ち速度
比1/kを増大させるために図21に示される如く速度
比1/kのkの値を小さくするようにしている。更にこ
のとき貯蔵酸素脱離量OSCは最大脱離量OSCmax
とされる。
【0075】図22は何らかの理由により空燃比が一時
的に大巾にリッチになったときに計算上の貯蔵酸素脱離
量OSCが最大脱離量OSCmaxに達しているにもか
かわらずに下流側空燃比センサ24により検出された空
燃比がリッチになっていない場合を示している。即ち、
計算上の貯蔵酸素脱離量OSCが最大脱離量OSCma
xに達しているのに実際の貯蔵酸素脱離量OSCが最大
脱離量OSCmaxに達していない場合を示している。
【0076】このように計算上の最大脱離量OSCma
xと実際の最大脱離量との間で差を生じるのは酸素の脱
離速度を速く設定しすぎているからである。従ってこの
場合には酸素の脱離速度を遅くさせるために、即ち速度
比1/kを減少させるために図22に示される如く速度
比1/kのkの値を大きくするようにしている。このよ
うに第2実施例では空燃比がリーンになったときでもリ
ッチになったときでも酸素の脱離速度が遅いと判断され
るときには酸素の脱離速度が速められ、空燃比がリーン
になったときでもリッチになったときでも酸素の脱離速
度が速いと判断されたときには酸素の脱離速度が遅くさ
れる。即ち、この第2実施例では酸素の脱離速度を更新
する機会が増大せしめられるので酸素の脱離速度を実際
の脱離速度に早期に一致させることができる。
【0077】このように第2実施例でも計算上の貯蔵酸
素脱離量OSCが実際の貯蔵酸素脱離量に正確に一致せ
しめられるので実際の貯蔵酸素脱離量が実際の最大脱離
量の半分に維持せしめられ、斯くして空燃比が理論空燃
比からリーン側或いはリッチ側のいずれにずれても排気
ガス中の有害成分を確実に浄化できることになる。次に
第2実施例において用いられる貯蔵酸素脱離量OSCの
算出ルーチンについて図23を参照しつつ説明する。な
お、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行さ
れる。
【0078】図23を参照するとまず初めにステップ3
00において累積運転時間を求めるためのカウント値T
Dが1だけ1インクメントされる。次いでステップ30
1では機関始動後一定時間経過したか否かが判別され、
機関始動後一定時間経過していないときにはステップ3
13に進む。ステップ313では貯蔵酸素脱離量OSC
が零とされ、次いで処理サイクルを完了する。一方、ス
テップ301において機関始動後一定時間経過したと判
断されたときにはステップ302に進んで温度センサ2
5により検出された三元触媒18の温度Tcが一定値T
coよりも高くなったか否かが判別される。Tc≦Tc
oのときにはステップ313に進み、Tc>Tcoのと
きにはステップ303に進む。
【0079】ステップ303では減速運転時において燃
料噴射が停止せしめられているか否かが判別され、燃料
噴射が停止せしめられているときにはステップ313に
進む。これに対して燃料噴射が停止せしめられていない
ときにはステップ304に進み、ステップ304からス
テップ312において貯蔵酸素脱離量OSCが算出され
る。この第2実施例においても貯蔵酸素脱離量OSCの
算出が開始される前はステップ313において貯蔵酸素
脱離量OSCは零とされており、従って貯蔵酸素脱離量
OSCは零の状態から計算が開始されることがわかる。
【0080】ステップ304では上流側空燃比センサ2
3の出力から図2(A)に示す関係に基づいて算出され
た空燃比A/Fが読込まれる。次いでステップ305で
はこの空燃比A/Fが理論空燃比であるか否かが判別さ
れ、空燃比A/Fが理論空燃比のときには図24に示す
修正ルーチンに進む。これに対して空燃比A/Fが理論
空燃比でないときにはステップ306に進んで空燃比A
/Fがリーンであるか否かが判別される。空燃比A/F
がリーンであるときにはステップ307に進み、エアフ
ローメータ13により求められた吸入空気量Ga、上流
側空燃比センサ23の出力に基づき算出された空燃比の
偏差ΔA/F(=空燃比A/F−理論空燃比)および割
込み時間間隔Δtを用いて次式から貯蔵酸素脱離量OS
Cが算出される。 OSC←OSC−KO2 ・Ga・
(ΔA/F)/(A/F)・Δt 次いでステップ308では貯蔵酸素脱離量OSCが零よ
りも大きいか否かが判別される。OSC≧0のときには
図24に示す修正ルーチンに進み、OSC<0のときに
はステップ309に進んでOSCを零とした後図24に
示す修正ルーチンに進む。
【0081】一方、ステップ306において空燃比A/
Fがリーンでないと判別とされとき、即ち空燃比A/F
がリッチであるときにはステップ310に進み、エアフ
ローメータ13により求められた吸入空気量Ga、上流
側空燃比センサ23の出力に基づき算出された空燃比の
偏差ΔA/F(=空燃比A/F−理論空燃比)および割
込み時間間隔Δtを用いて次式から貯蔵酸素脱離量OS
Cが算出される。
【0082】OSC←OSC−KO2 ・Ga・(ΔA/
F)/(A/F)/k・Δt 次いでステップ311では貯蔵酸素脱離量OSCが最大
脱離量OSCmaxよりも大きいか否かが判別される。
OSC≦OSCmaxのときには図24に示す修正ルー
チンに進み、OSC>OSCmaxのときにはステップ
312に進んでOSCをOSCmaxとした後図24に
示す修正ルーチンに進む。
【0083】図24に示す修正ルーチンではまず初めに
ステップ314において貯蔵酸素脱離量OSCが零と最
大脱離量OSCmaxとの間にあるか否かが判別され
る。OSCmax>OSC>0であるときにはステップ
315に進んで下流側空燃比センサ24の出力電圧Vが
0.2(V)と0.7(V)の間であるか否か、即ち下
流側空燃比センサ24により検出された空燃比が理論空
燃比であるか否かが判別される。0.2<V<0.7の
ときには処理サイクルを完了する。これに対して0.2
<V<0.7でないときにはステップ316に進む。
【0084】ステップ316ではV≧0.7であるか否
かが判別される。V≧0.7であるとき、即ち下流側空
燃比センサ24により検出された空燃比がリッチである
ときにはステップ317に進み、次式に基づいて速度比
1/kのkの値が更新される。 k=k・(1−δ1) ここでδ1は1よりも小さい正の定数である。従ってこ
のときにはkの値が図21に示されるように減少せしめ
られる。次いでステップ318ではOSCが最大脱離量
OSCmaxとされる。
【0085】一方、ステップ316においてV<0.7
であると判断されたとき、即ち下流側空燃比センサ24
により検出された空燃比がリーンであるときにはステッ
プ319に進み、次式に基づいて速度比1/kのkの値
が更新される。 k=k・(1+δ2) ここでδ2は1よりも小さい正の定数である。従ってこ
のときにはkの値が図18に示されるように増大せしめ
られる。次いでステップ320ではOSCが零とされ
る。
【0086】一方、ステップ314においてOSCma
x>OSC>0でないと判別されたときにはステップ3
21に進んで貯蔵酸素脱離量OSCが最大脱離量OSC
maxであるか否かが判別される。OSC=OSCma
xのときにはステップ322に進んでV≧0.7である
か否かが判別される。V<0.7のとき、即ち下流側空
燃比センサ24により検出された空燃比がリッチでない
ときにはステップ323に進んで次式に基づき速度比1
/kのkの値が更新される。
【0087】k=k・(1+δ3) ここでδ3は1よりも小さい正の定数である。従ってこ
のときにはkの値が図22に示されるように増大せしめ
られる。これに対し、ステップ321においてOSC=
OSCmaxではないと判別されたときにはステップ3
24に進んで貯蔵酸素脱離量OSCが零であるか否かが
判別される。OSC=0のときにはすステップ325に
進んでV≦0.2であるか否かが判別される。V>0.
2のとき、即ち下流側空燃比センサ24により検出され
た空燃比がリーンでないときにはステップ326に進ん
で次式に基づき速度比1/kのkの値が更新される。
【0088】k=k・(1−δ4) ここでδ4は1よりも小さい正の定数である。従ってこ
のときにはkの値は図19に示されるように減少せしめ
られる。次に第2実施例において用いられている燃料噴
射時間TAUの算出ルーチンについて図25を参照しつ
つ説明する。なお、このルーチンは繰返し実行される。
【0089】図25を参照するとまず初めにステップ4
00において図3(A)に示す関係から求められた最大
脱離量G(Tc)と、図3(B)に示す関係から求めら
れた劣化係数DKとの積である最大脱離量OSCmax
(=G(Tc)・DK)が算出される。次いでステップ
401では最大脱離量OSCmaxの半分が目標脱離量
OSCrefとされる。次いでステップ402では図4
に示すマップから基本燃料噴射時間TAUBが算出され
る。
【0090】次いでステップ403では貯蔵酸素脱離量
OSCが目標脱離量OSCrefと等しいか否かが判別
される。OSC=OSCrefのときにはステップ40
4に進んで燃料噴射時間TAUが基本燃料噴射時間TA
UBとされる。これに対してOSC=OSCrefでな
いときにはステップ405に進んで貯蔵酸素脱離量OS
Cと目標脱離量OSCrefとの差の絶対値ΔOSC
(=1OSC−OSCref1)が算出される。次いで
ステップ406では貯蔵酸素脱離量OSCが目標脱離量
OSCrefより少ないか否かが判別され、OSC<O
SCrefのときにはステップ407に進む。
【0091】ステップ407では図6(A)に示す関係
から補正係数G1が算出され、次いでステップ408で
は図7(A)に示す関係から補正係数F1が算出され
る。次いでステップ409では次式に基づいて燃料噴射
時間TAUが算出される。 TAU=TAUB・G1・F1 このとき空燃比がリッチとされる。
【0092】一方、ステップ406においてOSC>O
SCrefであると判別されたときにはステップ410
に進んで図6(B)に示す関係から補正係数G2が算出
され、次いでステップ411において図7(B)に示す
関係から補正係数F2が算出される。次いでステップ4
12では次式に基づいて燃料噴射時間TAUが算出され
る。
【0093】TAU=TAUB・G2・F2 このとき空燃比はリーンとされる。
【0094】
【発明の効果】貯蔵酸素脱離量が目標脱離量からずれた
ときに貯蔵酸素脱離量が目標脱離量を大巾に越えること
がないようにしつつ貯蔵酸素脱離量を目標脱離量に短時
間のうちに戻すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】空燃比センサの出力を示す図である。
【図3】三元触媒が新品のときの最大脱離量G(Tc)
および劣化係数DKを示す図である。
【図4】基本燃料噴射時間のマップを示す図である。
【図5】貯蔵酸素脱離量の制御方法を説明するためのタ
イムチャートである。
【図6】補正係数G1,G2を示す図である。
【図7】補正係数F1,F2を示す図である。
【図8】第1実施例における補正係数KOSCおよび速
度比1/kのkの値の更新方法を説明するためのタイム
チャートである。
【図9】第1実施例における補正係数KOSCおよび速
度比1/kのkの値の更新方法を説明するためのタイム
チャートである。
【図10】第1実施例における補正係数KOSCおよび
速度比1/kのkの値の更新方法を説明するためのタイ
ムチャートである。
【図11】第1実施例における補正係数KOSCおよび
速度比1/kのkの値の更新方法を説明するためのタイ
ムチャートである。
【図12】第1実施例における補正係数KOSCおよび
速度比1/kのkの値の更新方法を説明するためのタイ
ムチャートである。
【図13】第1実施例における補正係数KOSCおよび
速度比1/kのkの値の更新方法を説明するためのタイ
ムチャートである。
【図14】貯蔵酸素脱離量OSCを算出するためのフロ
ーチャートである。
【図15】最大脱離量OSCmaxおよび時速比1/k
のkの値を修正するためのフローチャートである。
【図16】燃料噴射時間TAUを算出するためのフロー
チャートである。
【図17】第2実施例における速度比1/kのkの値の
更新方法を説明するためのタイムチャートである。
【図18】第2実施例における速度比1/kのkの値の
更新方法を説明するためのタイムチャートである。
【図19】第2実施例における速度比1/kのkの値の
更新方法を説明するためのタイムチャートである。
【図20】第2実施例における速度比1/kのkの値の
更新方法を説明するためのタイムチャートである。
【図21】第2実施例における速度比1/kのkの値の
更新方法を説明するためのタイムチャートである。
【図22】第2実施例における速度比1/kのkの値の
更新方法を説明するためのタイムチャートである。
【図23】貯蔵酸素脱離量OSCを算出するためのフロ
ーチャートである。
【図24】速度比1/kのkの値を修正するためのフロ
ーチャートである。
【図25】燃料噴射時間TAUを算出するためのフロー
チャートである。
【符号の説明】
11…燃料噴射弁 13…エアフローメータ 16…排気マニホルド 18…三元触媒 23…上流側空燃比センサ 24…下流側空燃比センサ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F01N 3/24 F01N 3/24 R F02D 41/04 305 F02D 41/04 305B 45/00 368 45/00 368G

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 三元触媒上流の機関排気通路内に空燃比
    センサを配置した内燃機関において、吸入空気量と空燃
    比センサにより検出された空燃比とから三元触媒に貯蔵
    された酸素の脱離量を示す貯蔵酸素脱離量を算出する算
    出手段と、該貯蔵酸素脱離量が目標脱離量からずれたと
    きに該貯蔵酸素脱離量を目標脱離量に戻すべく機関の空
    燃比を補正する補正手段と、該貯蔵酸素脱離量が目標脱
    離量からずれたときの機関の空燃比の補正量を三元触媒
    に流入する排気ガス量が多いときには小さな値とし、該
    排気ガス量が少ないときには大きな値とする補正量制御
    手段とを具備した内燃機関の空燃比制御装置。
JP34407496A 1996-12-24 1996-12-24 内燃機関の空燃比制御装置 Pending JPH10184425A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6609510B2 (en) 2000-12-07 2003-08-26 Unisia Jecs Corporation Device and method for controlling air-fuel ratio of internal combustion engine
US6644017B2 (en) 2000-12-08 2003-11-11 Unisia Jecs Corporation Device for and method of controlling air-fuel ratio of internal combustion engine
WO2015046415A1 (ja) * 2013-09-27 2015-04-02 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置

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