WO2004106720A1

WO2004106720A1 - 内燃エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: WO2004106720A1
Application number: PCT/JP2004/005214
Authority: WO
Inventors: Satoshi Ichihashi
Original assignee: Keihin Corporation
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2004-12-09
Also published as: US7007685B2; US20050211234A1; JP2004353598A; EP1630389A1

Abstract

内燃エンジンの排気管に備えられた酸素濃度センサの出力信号に応じて内燃エンジンの供給混合気の空燃比を目標空燃比に向けてフィードバック制御する空燃比制御装置であり、内燃エンジンの所定の高負荷及び高回転運転状態時には酸素濃度センサの出力信号に応じて目標空燃比を中心にして空燃比をリッチ側とリーン側とに周期的に振動させるパータベーション制御を行う。

Description

明細書内燃エンジンの空燃比制御装置技術分野

本発明は、内燃ェンジンに排気ガス中の未燃焼成分を低減させるために備えられる空燃比制御装置に関する。

背景技術

内燃ェンジンにおいては、排気ガス中の未燃焼成分を低減させるために排気系に設けられた酸素濃度センサによって排気中の酸素濃度を検出し、その検出酸素濃度に応じてエンジンへの供給混合気の空燃比を理論空燃比付近の目標空燃比に向けてフィードバック制御する空燃比制御装置が設けられている。

また、内燃エンジンの排気系.には、通常、三元 ^媒を用いたキヤタライザが設けられている。キヤタライザは排気ガス中の C〇， H C , N O Xを理論空燃比付近において同時 fc低減させる機能を有している。

エンジンを高回転数領域や高負荷領域で比較的使用することが多い自動二輪車等の軽重量の車両の場合には、排気ガス中の N O X量が多いことが知られている。しかしながら、空燃比を理論空燃比付近に収束させる方式の従来の空燃比制御装置の使用下でのキヤタライザによる N O xの浄化率は、他の C O， H C成分の浄化率に比べて非常に低く、 N O Xの低減を十分に図ることができないという問題点があった。

発明の開示そこで、本発明の目的は、エンジンを高回転数領域或いは高負荷領域で比較的使用することが多い車両に搭載された内燃エンジンの排気ガス中の C〇， H Cのみならず N O Xの低減を十分に図ることができる空燃比制御装置を提供することである。

本発明の内燃エンジンの空燃比制御装置は、内燃エンジンの排気管に排気ガス中の酸素濃度に応じた出力信号を発生する酸素濃度センサを備え、酸素濃度センサの出力信号に応じて内燃エンジンの供給混合気の空燃比を目標空燃比に向けてフィードバック制御する空燃比制御装置であって、内燃エンジンの所定の高負荷及び高回転運転状態を検出して検出信号を発生する検出手段と、検出信号の発生時に酸素濃度センサの出力信号に応じて目標空燃比を中心にして空燃比をリツチ側とリーン側とに周期的に振動させるパータベーシヨン制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴としている。

この結果、 N〇xの排出量が増大する所定の高負荷及び高回転数領域ではパータベーシヨン制御が行われ、排気ガス中の C O , H Cと共に N O Xの低減を十分に図ることができる。

図面の簡単な説明

図 1は本発明の空燃比制御装置を適用した内燃エンジンのエンジン制御システムを示す図である。

図 2は図 1のシステム中の E C Uの内部構成を示すプロック図である。

図 3は空燃比制御ルーチンを示すフローチヤ一トである。

図 4は空燃比フィードバック領域を示す図である。

図 5は N O Xフィードバック制御実施許可判断のフローチャートである。図 6は N O xフィードバック制御処理のフローチャートである。

図 7は N〇 Xフィードバック制御終了処理のフローチヤ一トである。

図 8は N O Xフィードバック制御の動作例を示す図である。

図 9は N O Xフィードバック制御終了時の動作例を示す図である。

図 1 0は N O Xフィードバック制御終了時の動作例を示す図である。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図 1は本発明による空燃比制御装置が適用された二輪車搭載 4サイクル内燃ェかかる内燃エンジンの吸気管 1には、スロットル弁 2が設けられ、スロットル弁 2の開度に応じた量の吸入空気が吸気管 1を介してエンジン本体 3の吸入ポートに供給されるようになつている。ェンジン本体 3の吸気ポート近傍の吸気管 1 には燃料噴射用のインジェクタ 4が設けられている。インジェクタ 4には燃料タンク 6から燃料供給管 7が接続されている。燃料供給管 7には、プランジャ式燃料ポンプ 8が設けられている。燃料ポンプ 8は後述の E C U (電子制御ュニット） 1 0による駆動によって燃科タンク 6内の燃料を吸入側の燃料供給管 7を介して吸い込みィンジェクタ 4に吐出側の燃料供給管 7を介して圧送する。ィンジェクタ 4は E C U 1 0による駆動によつて燃料を吸気ポートに向けて噴射する。

内燃エンジンの排気管 1 3には、三元触媒を用いたキヤタライザ 1 4が設けられている。

また、エンジン本体 3には点火プラグ 1 1が固着されており、点火プラグ 1 1 は点火装置 1 2に接続されており、 E C U 1 0が点火装置 1 2に対して点火タイミングの指令を発することによってエンジン本体 3のシリンダ内で火花放電を起こす。

E C U 1 0は、図 2に示すように、入力インターフェース回路 2 0と、回転数カウンタ 2 1と、 C P U (中央演算ュニット） 2 2と、メモリ 2 3と、駆動回路 2 4 〜 2 5と、を備えている。

入力インターフェース回路 2 0には、エンジン冷却水温を検出する水温センサ 2 6、吸気管 1内の負圧を検出する吸気圧センサ 2 7、排気管 1 3に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ 2 8、スロットル弁 2の開度を検出するスロットル弁開度センサ 3 1等のエンジン運転パラメータ検出手段が接続されている。酸素濃度センサ 2 8は酸素濃度に応じて理論空燃比を閾値として空燃比がリツチ及びリーンのいずれであるかを示す 2値出力型のセンサである。 2 値出力型のセンサに代えて酸素濃度比例出力型の酸素濃度センサを用いても良いことは勿論である。

回転数カウンタ 2 1には、エンジン回転数を検出するクランク角センサ 2 9が接続されている。クランク角センサ 2 9はエンジン本体 3のクランク軸 3 aの回転に連動して図示しない回転体が所定の角度（例えば、 1 5度）だけ回転する毎にクランクパルスが発生する。また、カム軸 3 bの回転に連動して図示しない回転体の近傍にカム角センサ 3 0が設けられている。カム角センサ 3 0は代表気筒のビストンの圧縮上死点を示す T D C信号又はクランク軸 3 a力 2 0度回転する毎に基準位置信号を C P U 2 2 へ出力する。

回転数カウンタ 2 1はクランク角センサ 2 9から出力されるクランクパルスによってリセットされて図示しないク口ック発生器から出力されたク口ックパルスを計数し、そのク口ックパルス発生数を計数することによりエンジン回転数 N e を示す信号を発生する。

C PU 2 2には、入力インターフェース回路 2 0からはセンサ 2 6〜 2 8による冷却水温 Tw、吸気管内負圧 P B、酸素濃度 O 2及びスロットル弁開度 THの各検出情報、回転数カウンタ 2 1からはエンジン回転数 N eの情報並びにクランク角センサ 2 9から TDC信号及び基準位置信号が供給される。

C PU 2 2は基準位置信号に同期して燃料ポンプ駆動開始時点、燃料噴射開始時点及び点火時期を設定し、また燃料噴射時間 Tout及び燃料ポンプ駆動時間を算出する。燃料ポンプ駆動開始時点及び燃料ポンプ駆動時間は図示しない燃料ポンプ駆動設定ルーチンで設定される。メモリ 2 3には C PU 2 2の動作プロダラムゃデ一タが記憶されている。燃料噴射時間 T outは例えば、次の算出式を用レ、て基本的には算出される。

ここで、 T iはエンジン回転数と吸気管内負圧とに応じてメモリ 2 3からのデータマツプ検索により決定される空燃比基準制御値である基本燃料噴射時間である。 KMは酸素濃度センサ 2 8の出力信号に基づいた空燃比フィードパック制御において算出された空燃比補正係数である。空燃比補正係数 Κο2は後述の空燃比制御ルーチンにおいて決定される。

なお、燃料噴射時間 Toutの算出においては加速補正、減速補正等の各種の補正が加えられて燃料噴射時間 Toutが決定されることが普通である。

E CU 1 0内の C PU 2 2は、所定の周期で空燃比制御ルーチンを実行する。空燃比制御ルーチンの実行において C PU 2 2は、図 3に示すように、先ず、空燃比フィードパック制御領域であるか否かを判別する（ステップ S l)。酸素濃度センサ 28の出力信号に基づいた空燃比フィ一ドバック制御領域は図 4に示すようにエンジン回転数 N eとスロットル弁開度 THに応じて設定される。その設定情報はメモリ 23に記憶されている。よって、メモリ 23に記憶された空燃比フィードバック制御領域のデータに応じて空燃比フィ一ドバック制御領域であるか否かは判別される。

なお、図 4では空燃比フィードバック制御領域には P I制御の空燃比フィードバック制御領域と N O X低減フィードバック制御領域とがあることを示している。 NO X低減フィードバック制御領域ではパータベーション制御が行われる。 N〇x低減フィードバック制御領域は図 4に示したように、更に 3つの領域、すなわち第 1 NOXFB領域、第 2NOXFB領域及び第 3NOXFB領域に区分されている。 NOx低減フィードバック制御領域をこのように 3つの領域に区分した理由は、より高精度の制御をするためにである。すなわち、後述する空燃比補正係数 Ko2の加算値 ΔΚ I NC、減算値 AKDEC、 K。₂加算状態タイマの時間 TM I NCの初期値 RF Ρ、及び Κ₀₂減算状態タイマの時間 TMDECの初期値 R FMは 3つの領域毎に設定される。

また、各領域の境にはヒステリシス分が設けられている。すなわち、前回の判別では空燃比フィードバック制御領域外にあつたときに次に空燃比フィードパック制御領域にあるか否かの判別には図 4に実線で示した境界の値が閾値として用いられ、前回の判別では空燃比フィードパック制御領域内にあつたときに次に空燃比フィードバック制御領域にあるか否かの判別には図 4に波線で示した境界の値が閾値として用いられる。このことは、 Ρ I制御の空燃比フィードバック制御領域と NO x低減フィードバック制御領域との間、また第 1 NOXFB領域、第 2NOXFB領域及ぴ第 3 N〇 X F B領域の間でも同様である。

空燃比フィードバック制御領域以外では酸素濃度センサ 28の出力信号に無関係に空燃比を制御する空燃比ォープルループ制御領域である。 CPU 22は、空燃比ォープルループ制御領域と判別した場合には、オープン制御処理を行う（ステツプ S 2)。オープン制御処理では空燃比補正係数 Ko2は 1に等しくされ、上記した燃料噴射時間 Toutの算出においては空燃比補正係数 Κ₀₂を除く、加速補正、減速補正等の他の補正が加えられて燃料噴射時間 Toutが決定される。

CPU22は、空燃比フィードバック制御領域と判別した場合には、酸素濃度センサ 28の出力信号を読み取り（ステップ S 3)、 NO X低減フィードバック制御領域であるか否かを判別する（ステップ S 4)。メモリ 23には図 4に示した如き各領域の範囲（ヒステリシスを含む）を示すデータが予め記憶されているので、そのデータを用いてステップ S 4では NOx低減フィードパック制御領域が判別される。すなわち、前回の判別では P I制御の空燃比フィードバック制御領域内にあつたときに次に N O X低減フィ一ドバック制御領域にあるか否かの判別には図 4に実線で示した境界の値が閾値として用いられ、前回の判別では N〇 X低減フィードバック制御領域内にあったときに次に N O X低減フィードバック制御領域にあるか否かの判別には図 4に波線で示した境界の値が閾値として用いられる。閾値はエンジン回転数及びスロットル弁開度共に排気ガス中の NO X量が急増する直前の値である。

CPU 22は、 NO X低減フィードバック制御領域ではないと判別した場合には、前回の本ルーチン実行時に NO X低減フィードバック制御を行ったか否かを判別する（ステップ S 5)。前回の本ルーチン実行時に NOx低減フィードバック制御を行っていない場合には、 P I制御の空燃比フィードパック制御処理を行う（ステップ S 6)。

前回の本ルーチン実行時に N O X低減フィードパック制御を行った場合には、 NO X低減フィードバック制御から空燃比フィードバック制御に移行するので、空燃比補正係数 K₀₂を学習値 KREF又は 1に設定し（ステップ S 7)、その後、ステップ S 6に進んで Ρ I制御の空燃比フィードパック制御処理を行う。ステツプ S 7の学習値 KREFとは上記の Ρ I制御の I (積分）項による酸素濃度センサ 28の出力反転時の空燃比補正係数 Κ₀₂を平均化した値である。

Ρ I制御の空燃比フィードバック制御処理については公知であるので、ここでの詳細な説明は省略する。概略的に説明すると、酸素濃度センサ 28の出力信号に応じて空燃比が例えば、理論空燃比よりリッチと判断されると、空燃比補正係数 Κ₀₂は Ρ (比例）項分だけ減少され、その後、所定の周期で I項分だけ減少される。一方、酸素濃度センサ 28の出力信号に応じて空燃比が例えば、理論空燃比よりリーンと判断されると、空燃比補正係数 Κ ο 2は Ρ項分だけ増加され、その後、所定の周期で I項分だけ増加される。

CPU22は、ステップ S 4において NO X低減フィードバック制御領域であると判別した場合には、 N O X低減フィードパック用係数及ぴタィマ時間を選択する（ステップ S 8)。ステップ S 8では NO X低減フィードバック制御領域が上記した第 1 NO X F B領域、第 2 NO X F B領域及び第 3 NO X F B領域のいずれであるかが判別され、それに応じて空燃比補正係数 Ko2の加算値 ΔΚ I NC、減算値 AKDEC、 K。₂加算状態タイマの時間 TM I NCの初期値 RF P、及ぴ Ko 2減算状態タイマの時間 TMD E Cの初期値 R F Μが設定される。すなわち、第 1 NOXF Β領域の場合、 AK I NC = AK I NC 1 (例えば、 0. 03)、 AKDEC = AKDEC 1 (例えば、 0. 03)、 RF P=RF P 1 (例えば、 250 msec), RFM=RFM1 (例えば、 250msec) である。第 2NOXF B領域の場合、 ΔΚ Ι Ν〇=ΔΚ Ι Ν〇 2 (例えば、 0. 08)、 AKDEC = AKDEC 2 (例えば、 0. 03)、 RFP = RFP 2 (例えば、 2500msec)、 RFM=RFM2 (例えば、 1 30msec) である。第 3 N O X F B領域の場合、厶 K I NC = AK I NC 3 (例えば、 0. 08)、 AKDEC = AKDEC 3 (例えば、 0. 08)、 RFP=RF P 3 (例えば、 80msec)、 R FM=R FM3 (例えば、 80msec) である。

NOx低減フィ一ドパック用係数及ぴタィマ時間の選択後、 N O X低減フィ一ドバック制御の実施許可を判断する（ステップ S 9 )。

NO X低減フィ一ドバック制御の実施許可判断は、図 5に示すように、先ず、リツチ Zリーン一致判定フラグ F 1が不一致を示す 1であるか否かを判別する (ステップ S 21)。リッチ Zリーン一致判定フラグ F 1は、後述の NOx低減フィードバック制御処理において設定される。すなわち、 F 1 = 0は、酸素濃度センサ 28がリツチを示す出力信号レベルであるとき空燃比補正係数 K ₀₂が減少される状態であ.ること、或いは酸素濃度センサ 28がリーンを示す出力信号レべルであるとき空燃比補正係数 Ko2が増加される状態であることが検出されたことを表す。すなわち、空燃比補正係数の今回の算出値の空燃比補正の方向が酸素濃度センサ 28の出力信号から判別された空燃比と所定の対応関係を有していることを表す。 F l = lは、酸素濃度センサ 28がリッチを示す出力信号レベルであるとき空燃比補正係数 K₀₂が増加される状態であること、或いは酸素濃度センサ

28がリーンを示す出力信号レベルであるとき空燃比補正係数 Κο ₂が減少される状態であることが検出されたことを表す。

ステップ S 21において F 1=0と判別したならば、エンジンは安定運転状態であるか否かを判別する (ステップ S 22)。エンジンの安定運転状態の判別は、エンジン回転数 Ne、スロットル弁開度 TH及び吸気管内負圧 PBのうちの少なくとも 1のエンジン運転パラメータの今回値、前回値及ぴ前々回値が所定の範囲内にあるときを検出することによって行われる。なお、今回値、前回値及ぴ前々回値の各々は所定の周期のタイミングで検出されるエンジン運転パラメータの検出値である。エンジンの安定運転状態の判別は、本ルーチンとは別のルーチンで行って、その結果をステップ S 22では安定状態フラグ F 6によって判別しても良い。

CPU 22は、ステップ S 21において F 1 = 1と判別したならば、或いはステツプ S 22においてエンジンが不安定運転状態にあると判別したならば、空燃比反転カウンタの計数値 COUNTを初期値 I N I (例えば、 6) に等しくさせ (ステップ S 23)、 Ko2加算状態タイマの時間 TM I NC及ぴ Κ₀₂減算状態タイマの時間 TMD ECを 0に等しくさせる（ステップ S 24)。空燃比反転カウンタは酸素濃度センサ 28の出力信号レベルがリツチを示すレベルからリーンを示すレベルへ反転する毎に計数値 COUNTをカウントダウンする。 K ₀₂加算状態タイマ及び K₀₂減算状態タイマ各々は時間値がセットされると、時間計測してその時間値が 0に向けて減少するタイマである。

CPU22は、更に、 Κ₀₂加減要求フラグ F 2を 0に等しくさせ（ステップ S 25)、リツチ/リーン一致判定フラグ F 1を 0に等しくさせ（ステップ S 26)、 NO X低減フィードパック制御許可フラグ F 3を 0に等しくさせ（ステップ S 2 7)、 NO X低減フィードバック制御実施フラグ F 4を 1に等しくさせる（ステップ S 28)。 F 2 = 0は空燃比補正係数 K。₂の加算要求を示し、 F 1 =0は上記したように酸素濃度センサ 28による空燃比検出結果と空燃比補正係数 Κο2の今回の値の変化方向とが所定の対応関係を有していることを示す。 F 3 = 0は Ν Ο X低減フィ一ドバック制御の不許可を示し、 F4 = lは Ν〇χ低減フィ一ドバック制御が現在実際に行われていないことを示す。

CPU 22は、ステップ S 22においてエンジンが安定運転状態にあると判別したならば、空燃比反転力ゥンタの計数値 COUNTが 0であるか否かを判別する（ステップ S 29)。ステップ S 29ではエンジンが安定運転状態にあり、かつ酸素濃度センサ 28による空燃比検出結果と空燃比補正係数 K₀₂の変化方向とが対応している状態が少なくとも I Ν Iの空燃比反転の回数だけ継続したか否かが判別される。空燃比反転力ゥンタの計数値 C〇 U Ν Τが 0に達している場合には酸素濃度センサ 28の出力信号レベルはリツチを示すか否かを判別する（ステップ S 30)。ステップ S 30は後述の NO X低減フィードバック制御処理において酸素濃度センサフラグ F 5が 0又は 1に設定された結果に応じて判別することもできる。酸素濃度センサ 28の出力信号レベルがリッチを示す場合には、空燃比補正係数 KMが学習値 KRE F以下であるか否かを判別する（ステップ S 3 1)。 K。2≤KRE Fである場合には、 N〇x低減フィードパック制御許可フラグ F 3を 1に等しくさせ（ステップ S 32)、これによつて NO X低減フィードバック制御を実施許可状態とする。 C P U 22は、空燃比制御ルーチンのステップ S 9の実行後、 N O X低減フィ一ドパック制御の実施許可判断の結果を N O X低減フィードバック制御許可フラグ F 3によって判別する（ステップ S 1 0)。 F 3 = 1ならば、 NO X低減フィ一ドパック制御の実施は許可されているので、空燃比補正係数 K₀₂を学習値 KR EFに設定し（ステップ S 1 1)、その後、 ΝΟχ低減フィードバック制御処理を実行する（ステップ S 1 2)。 F 3 = 0ならば、 NO X低減フィードバック制御の実施は許可されていないので、 NO X低減フィードバック制御終了処理を行う（ステップ S 1 3)。その後、 NOx低減フィードバック制御終了処理で設定された空燃比補正係数 K₀₂を用いて P I制御の空燃比フィードパック制御処理を行う（ステップ S 6)。

CPU22によるステップ S 1 2の NOx低減フィードバック制御処理がパータベーション制御を行う制御手段に相当する。

ステップ S 12の NOx低減フィードバック制御処理において、 CPU22は図 6に示すように、先ず、 K。₂加減要求フラグ F 2が 1であるか否かを判別する (ステップ S 41)。 F 2 = 0ならば、空燃比補正係数 Κ₀₂の加算要求時、すなわち空燃比をリツチ化すべき時であり、 Κ₀₂減算状態タイマの時間 TMDECが 0に到達したか否かを判別する（ステップ S 42)。 TMDEC>0ならば、 Ν Ox低減フィードバック制御処理をー且終了する。 TMDEC=0ならば、減算時間が終了したので酸素濃度センサ 28の出力信号から実際の空燃比がリーンであるか否かを判別する（ステップ S 43)。実際の空燃比がリッチであるならば、酸素濃度センサ 28による空燃比検出結果と空燃比補正係数 Ko2の変化方向とが対応した関係を有していないので、リツチノリーン一致判定フラグ F 1を 1に等しくさせる（ステップ S 44)。

一方、実際の空燃比がリーンであるならば、酸素濃度センサ 2 8による空燃比検出結果と空燃比補正係数 KMによる空燃比補正方向との対応関係が一致するので、リッチ Ζリーン一致判定フラグ F 1を 0に等しくさせる（ステップ S 4 5)。その後、学習値 KRE Fに所定の加算値 Δ Κ I NCを加算し、それを空燃比補正係数 Κο2とする（ステップ S 4 6)。 Κο2加算状態タイマの時間 TM I NCに所定時間 R F Pを設定し (ステップ S 4 7)、更に、 Κ₀₂加減要求フラグ F 2を 1 に等しくさせる（ステップ S 4 8)。

C PU 2 2はステップ S 4 1において F 2 = lと判別したならば、空燃比補正係数 Κθ2の減算要求時、すなわち空燃比をリーン化すべき時であり、 Κθ2加算状態タイマの時間 TM I NCが 0に到達したか否かを判別する（ステップ S 4 9)。 TM I NC> 0ならば、 NO X低減フィードバック制御処理を一旦終了する。 T M I NC= 0ならば、加算時間が終了したので酸素濃度センサ 2 8の出力信号から実際の空燃比がリーンであるか否かを判別する（ステップ S 5 0)。実際の空燃比がリーンであるならば、酸素濃度センサ 2 8による空燃比検出結果と空燃比補正係数 K₀₂による空燃比補正方向との対応関係が一致しないので、リツチリーン一致判定フラグ F 1を 1に等しくさせる（ステップ S 4 4)。

一方、実際の空燃比がリッチであるならば、酸素濃度センサ 2 8による空燃比検出結果と空燃比補正係数 Κ。₂による補正方向との対応関係が一致するので、リツチ/リーン一致判定フラグ F 1を 0に等しくさせる（ステップ S 5 1)。その後、学習値 KRE Fから所定の減算値 AKD E Cを減算し、それを空燃比補正係数 K₀₂とする（ステップ S 5 2)。 Κο2減算状態タイマの時間 TMDE Cに所定時間 RFMを設定し（ステップ S 53)、更に、 Ko2加減要求フラグ F 2を 0に等しくさせる（ステップ S 54)。

ステップ S 1 3の NO X低減フィードバック制御終了処理において、 CPU 2 2は図 7に示すように、先ず、エンジンは安定運転状態であるか否かを判別する (ステップ S 6 1)。このエンジンの安定運転状態の判別は、ステップ S 22の判別と同様である。エンジンが安定運転状態であれば、酸素濃度センサ 28の出力信号から実際の空燃比がリーンであるか否かを判別する（ステップ S 62)。実際の空燃比がリツチであるならば、空燃比捕正係数 K₀₂による空燃比補正方向がリーンとなっているので、学習値 K R E Fから所定の減算値 Δ K D E Cを減算し、それを空燃比補正係数 Κο2とする（ステップ S 63)。一方、実際の空燃比がリーンであるならば、空燃比補正係数 Κ₀₂の変化方向がリツチとなっているので、学習値 KREFに所定の加算値 ΔΚ I NCを加算し、それを空燃比補正係数 Κ₀₂とする（ステップ S 64)。エンジンが安定運転状態ではないならば、空燃比補正係数 Κ₀₂を学習値 KRE Fに設定する（ステップ S 65)。ステップ S 6 3〜S 65のいずれかの実行後、上記のステップ S 6に進んで P I制御の空燃比フィードバック制御処理を行う。

このように空燃比制御ルーチンで設定された空燃比補正係数 Ko2が燃枓噴射時間 Toutの算出に反映されることにより、結果としてエンジンの供給混合気の空燃比が制御される。

次に、上記の空燃比制御ルーチンの実行による N〇 X低減フィードバック制御の動作例を図 8に従って説明する。

図 8において、 F 3 = 0の N〇 X低減フィ一ドバック制御の不許可期間では、空燃比反転力ゥンタの計数値 COUNTが段階的に減少して 0になるまでを示している。この不許可期間では、ステップ S 6の P I制御の空燃比フィードバック制御処理によって空燃比補正係数 Ko2が減少し、酸素濃度センサ 28の出力信号レベルが空燃比のリッチからリーンに反転した時点 t 1, t 2, t 3， t 4の各々で空燃比反転カウンタの計数値 C O U N Tが減少している。時点 t 4で空燃比反転カウンタの計数値 COUNTが 0に達すると、空燃比反転カウンタは I N I 回のリツチからリーンへの空燃比反転を計測したことになる。その後の時点 t 5 にてステップ S 31にて K₀₂≤KREFの条件が満たされ、ステップ S 32にて F 3 = 1と設定されることにより、 NOx低減フィ一ドバック制御の実施が許可される。すなわち、この時点 t 5からパータベーシヨン制御が開始されることになり、先ず、その開始時には F 2 = 0のためステップ S 46にて K₀₂ = KREF + ΔΚ I NCと設定される。その結果、燃料噴射時間 Toutが増量されるので、供給混合気の空燃比がリツチ化され、そのリツチ化状態が所定時間 RFPだけ継続される。所定時間 RFPの経過後、その時点では F 2= 1となるためステップ S 52に進んで K₀₂ = KREF— AKDECと設定される。その結果、燃料噴射時間 Toutが減量されるので、供給混合気の空燃比がリーン化され、そのリーン化状態が所定時間 RFMだけ継続される。よって、パータベーシヨン制御によつて空燃比がリツチとリーンとを短周期で繰り返すことになる。

図 8に示した動作例では、パータベーシヨン制御継続中の時点 t 6にてェンジンの運転状態が不安定になったことが検出されたため、安定状態フラグ F 6が 1 (安定）から 0 (不安定）に反転し、その時点 t 6からパータベーシヨン制御は中止されている。また、時点 t 6の直後に空燃比補正係数 K₀₂は KREFにされた後、変化する。

図 9においてはエンジンの運転状態が不安定になったことが検出されたためにパータベーシヨン制御から空燃比フィードバック制御に移行する場合の空燃比補正係数 K Mの変化が示されている。安定状態フラグ F 6が 1から 0に反転し、図 9に示す時点 t 7においてステップ S 6 5にて空燃比補正係数 K。₂は K R E Fにされた後、空燃比フィードバック制御処理が開始される。 Ρ I制御の空燃比フィードバック制御処理によって、その後、空燃比補正係数 Κο 2が段階的に変化されることになる。

また、パータベーシヨン制御中にステップ S 2 1にて F 1 = 1、すなわち酸素濃度センサ 2 8による空燃比検出結果と空燃比補正係数 Κο ₂による空燃比補正方向との対応関係が一致しない状態と判別された場合には、パータベーション制御は中止される。パータベーシヨン制御中に実際の空燃比はリーン側であったにも関わらず、酸素濃度センサ 2 8による空燃比検出結果はリツチ側を示した場合には、図 1 0に示すように、空燃比補正係数 Κ。₂、学習値 K R E F、酸素濃度センサ 2 8の出力電圧、リッチ/リーン判定及ぴフラグ F 3は変化する。図 1 0に示す時点 t 8にて実際のパータベーション制御による空燃比はリーン側であつたにも関わらず、酸素濃度センサ 2 8による空燃比検出結果はリツチ側を示したためにステップ S 4 4でフラグ F 1が 1にセットされ、その結果、ステップ S 2 7にてフラグ F 3が 1から 0に反転され、パータベーシヨン制御は実施不許可とされる。よって、パータベーシヨン制御に代わってステップ S 1 3の N O X低減フィ一ドバック制御終了処理が実行される。この時点で空燃比補正係数 K₀₂はステツプ S 6 3で K R E F— A K D E Cに設定された後、直ちに Ρ I制御の空燃比フィードバック制御が開始される。すなわち、パータベーシヨン制御の中止時点の空燃比補正係数 Κθ 2の値がそのまま用いられる。その結果、供給混合気の空燃比のリーン化が図られるので、空燃比補正係数 Κ θ 2は段階的に更に減少する。図 1 0 に示す時点 t 9では酸素濃度センサ 2 8の出力電圧は理論空燃比に対応した反転閾値電圧 T Hを下回り、空燃比反転力ゥンタの計数値 C O U N Tが計数を開始する。学習値 K R E Fは上記したように酸素濃度センサ 2 8の出力反転時の空燃比補正係数 K₀₂を平均化した値であるので、リーンからリツチへの反転時に徐々に低下する。図 1 0に示した例では、空燃比反転カウンタの計数値 C O U N Tが 0 に達した後の時点 t 1 0でパータベーシヨン制御が再度開始される。

なお、パータベーシヨン制御中に実際の空燃比はリツチ側であったにも関わらず、酸素濃度センサ 2 8による空燃比検出結果はリーン側を示した場合には、空燃比補正係数 Ko 2、学習値 K R E F及ぴ酸素濃度センサ 2 8の出力電圧については図 1 0に示した例とは逆の波形パターンとなる。

力かる空燃比制御装置を用いた車載内燃エンジンにおいては、空燃比フィードバック制御領域でも比較的低負荷及び低エンジン回転数領域では P I制御の空燃比フィードバック制御が行われ、空燃比フィードバック制御領域でも高負荷及び高エンジン回転数領域では N O X低減のためにパータベーシヨン制御が行われる。これは、高負荷及び高エンジン回転数領域で N O Xの排出量が急増することに基づいている。更に、この領域では低負荷及び低エンジン回転数領域に比べてパータベーシヨン制御を行うことによる車両の振動がエンジン回転数の増加による振動によってマスキングされるので、パータベーション制御による運転者の操作性に与える影響を最小限に抑えることができる。すなわち、 . N〇 Xの排出量が少ない低負荷及ぴ低エンジン回転数領域では P I制御の空燃比フィ一ドバック制御によって良好な安定した操作性が得られ、また N O Xの排出量が多い高負荷及び高エンジン回転数領域ではパータベーション制御によって操作性の悪化を最小限に抑えつつ三元触媒による排気ガス中の N O Xの浄化を十分に図ることができる。パータベーシヨン制御は例えば、理論空燃比を中心にして空燃比をリッチ側とリーン側とに周期的に振動させるので、リツチ排気ガス中の未燃焼成分とリーン排気ガス中の過剰酸素とが混在する状態を作り出すため兰元触媒による排気ガス中の C O， H Cの浄化だけでなく N〇 Xの浄化がより活発に行われるのである。なお、上記した実施例においては、エンジンへの燃料噴射量を空燃比補正係数 Ko 2に応じて調整することによつて空燃比制御が実行されるが、エンジンに供給される空気量を調整する方式の空燃比制御装置にも本発明を適用することができる。

また、上記した実施例においては、本発明を二輪車に適用した場合について説明したが、いわゆる軽四輪車、三輪車等の他のエンジン搭載車両にも適用することができる。

また、上記した実施例においては、目標空燃比は理論空燃比であるが、これに限定されない。目標空燃比は Ρ I制御の空燃比フィードバック制御時と Ν Ο χ低減フィードバック制御時でと異なっても良い。

更に、図 4に示した各領域の判別はエンジン回転数 N eとスロットル弁開度 T Hとに応じて行っているが、エンジン回転数 N eに代えて車速を用いても良く、また、スロットル弁開度 T Hに代えて吸気管内負圧、或いはエンジンへの吸入空気量等のエンジン負荷を示すパラメータを用いることができる。以上の如く、本発明によれば、空燃比フィードバック制御領域でもエンジンの運転が安定した状態でパータベーシヨン制御が実行されるので、良好な運転状態を維持しつつ三元触媒によつて排気ガス中の N O Xの低減を図ることができる。また、本発明は空燃比制御装置の基本的なハードウェア構成をそのまま用いることができるので、コストアップを抑制することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 内燃エンジンの排気管に排気ガス中の酸素濃度に応じた出力信号を発生する酸素濃度センサを備え、前記酸素濃度センサの出力信号に応じて前記内燃ェンジンの供給混合気の空燃比を目標空燃比に向けてフィ一ドバック制御する空燃比制御装置であって、

前記内燃エンジンの所定の高負荷及び高回転運転状態を検出して検出信号を発生する検出手段と、

前記検出信号の発生時には前記酸素濃度センサの出力信号に応じて前記目標空燃比を中心にして空燃比をリツチ側とリーン側とに周期的に振動させるパータべーション制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする空燃比制御装置。

2 . 前記検出手段は、前記内燃エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記内燃エンジンのスロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度検出手段と、を有し、

前記エンジン回転数検出手段及び前記スロットル弁開度検出手段各々の検出値に応じて前記所定の高負荷及び高回転運転状態を検出することを特徴とする請求項 1記載の空燃比制御装置。

3 . 前記検出手段は、前記所定の高負荷及び高回転運転状態を検出するために前記エンジン回転数検出手段及び前記スロットル弁開度検出手段各々の検出値に対してヒステリシスを有することを特徴とする請求項 2記載の空燃比制御装置。

4 . 前記制御手段は、前記内燃エンジンへ噴射供給されるべき燃料噴射量を補正するための空燃比補正係数を前記酸素濃度センサの出力信号に応じて算出することにより空燃比フィ一ドパック制御を行い、前記パータベーシヨン制御時には、基準値に所定の加算値を加算して前記空燃比補正係数を算出することと、前記基準値から所定の減算値を減算して前記空燃比補正係数を算出することを交互に実行することを特徴とする請求項 1記載の空燃比制御装置。

5 . 前記制御手段は、前記酸素濃度センサの出力信号に応じて前記内燃ェンジンに供給された混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段を有し、

前記検出信号の発生時には、前記内燃エンジンの運転状態が安定していること、前記空燃比検出手段によって検出された空燃比が前記目標空燃比に対してリッチ側からリーン側へ反転したことが所定回数以上実行されたこと、前記空燃比検出手段によって検出された空燃比が前記目標空燃比よりリツチであること、かつ前記空燃比補正係数が基準値以下であることを検出したとき前記パータベーション制御を開始することを特徴とする請求項 1又は 4記載の空燃比制御装置。

6 . 前記制御手段は、前記パータベーシヨン制御中において、前記内燃ェンジンの運転状態が不安定になったこと、又は前記空燃比補正係数の算出の際に前記空燃比補正係数の今回の算出による変化方向が前記空燃比検出手段によって検出された空燃比と所定の対応関係を有していないことを検出したとき前記パータべーション制御を中止して前記空燃比フィードバック制御を行うことを特徴とする請求項 1又は 4記載の空燃比制御装置。

7 . 前記制御手段は、前記パータベーシヨン制御中に前記内燃エンジンの運転状態が不安定になったことを検出したときに前記空燃比フィ一ドパック制御を行う場合には、前記空燃比補正係数を前記基準値に設定し、前記空燃比補正係数の今回の算出値の空燃比補正の方向が前記空燃比検出手段によって検出された空燃比と所定の対応関係を有していないことを検出したときに前記空燃比フィ一ドバック制御を行う場合には、前記空燃比補正係数をその時点の値から用いることを特徴とする請求項 6記載の空燃比制御装置。