JP6961307B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関における燃料噴射量を調整して空燃比を制御する制御装置に関する。

一般に、内燃機関の排気通路には、気筒から排出される排気ガス中に含まれる有害物質ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_xを酸化／還元して無害化する三元触媒が装着されている。ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_xの全てを効率よく浄化するには、混合気の空燃比をウィンドウと称する理論空燃比近傍の一定範囲に収める必要がある。そのために、従来より、触媒の上流及び下流にそれぞれＯ₂センサを配し、それらＯ₂センサの出力信号を用いる二重のフィードバックループを構築して、空燃比をフィードバック制御している。

内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、気筒に吸入される空気（新気）の量に比例する基本噴射量に、触媒に流入するガスの空燃比に応じて変動するフィードバック補正係数を乗じることで、インジェクタからの燃料噴射量を決定する。

図２に示すように、ＥＣＵは、触媒の上流側のガスの空燃比を検出するフロントＯ₂センサの出力電圧を、理論空燃比またはその近傍の空燃比に相当する判定電圧値と比較し、出力電圧が判定電圧値よりも高ければ空燃比リッチ、判定電圧値よりも低ければ空燃比リーンと判定する。但し、フロントＯ₂センサの出力電圧が判定電圧値を跨ぐように変動したときには、即時に空燃比の判定結果を反転させるのではなく、遅延時間の経過を待ってから判定結果を反転させる。つまり、フロントＯ₂センサの出力電圧がリーンからリッチに切り替わった（判定電圧値を上回った）際には、リッチ判定遅延時間ＴＤＲの経過の後、空燃比がリーンからリッチに反転したと判断する。並びに、フロントＯ₂センサの出力電圧がリッチからリーンに切り替わった（判定電圧値を下回った）際には、リーン判定遅延時間ＴＤＬの経過の後、空燃比がリッチからリーンに反転したと判断する。

ＥＣＵは、触媒の上流側のガスの空燃比の判定結果に基づき、フィードバック補正係数ＦＡＦを増減調整する。具体的には、空燃比がリッチであると判定している間、フィードバック補正係数ＦＡＦをリーン積分値ＫＩＭずつ逓減させる一方、空燃比がリーンであると判定している間は、フィードバック補正係数ＦＡＦをリッチ積分値ＫＩＰずつ逓増させる。

リッチ判定遅延時間ＴＤＲ及びリーン判定遅延時間ＴＤＬについては、触媒の下流側のガスの空燃比に応じて設定する。図３及び図４に示すように、ＥＣＵは、触媒の下流側のガスの空燃比を検出するリアＯ₂センサの出力電圧を判定電圧値と比較し、出力電圧が判定電圧値よりも高ければ空燃比リッチ、判定電圧値よりも低ければ空燃比リーンと判定する。そして、触媒の下流側のガスの空燃比がリーンである期間が長いほど、リッチ判定遅延時間ＴＤＲを延長する。逆に、触媒の下流側のガスの空燃比がリッチである期間が長いほど、リーン判定遅延時間ＴＤＬを延長する。これにより、フロントＯ₂センサの出力電圧を参照する空燃比フィードバック制御の制御中心、即ちフィードバック制御によりガスの空燃比を収束させるべき目標が変化することになる（以上、下記特許文献を参照）。

リアＯ₂センサの出力電圧がリッチからリーンに切り替わるのは、触媒の最大酸素吸蔵能力の近くまで酸素が吸蔵されて、触媒内で酸素が過剰となった後である。触媒内に酸素が充満すると、ＮＯ_xの還元が難しくなり、ＮＯ_xが排出されやすくなる。翻って、リアＯ₂センサの出力電圧がリーンからリッチに切り替わるのは、触媒に吸蔵されていた酸素の大半が消費され、触媒内の酸素が欠乏した後である。触媒内で酸素が不足すると、ＨＣやＣＯの酸化が困難となり、これらが排出されやすくなる。

要するに、リアＯ₂センサの出力信号を参照するフィードバックには遅れが存在し、その遅れにより有害物質の排出の抑止に限界が生じていた。

特開２０１０−１３８７９１号公報

本発明は、内燃機関からの有害物質の排出量をより一層削減することを所期の目的としている。

上述の課題を解決するべく、本発明では、内燃機関の排気通路に装着した排気浄化用の触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する制御装置であって、気筒に吸入された空気の量、及び前記排気通路における触媒の上流に設置されている空燃比センサの出力信号を基に、触媒に吸蔵されている酸素量とその目標吸蔵量との偏差を推算した前記ガスの空燃比の目標である第１目標を設定し、前記排気通路における前記触媒の下流に設置されている空燃比センサの出力信号を基に、前記ガスの空燃比の目標である第２目標を別途設定し、前記第１目標と、前記第２目標と、を比較して、前記フィードバック制御により収束させるべき前記ガスの空燃比の目標を変化させる内燃機関の制御装置を構成した。

さらに、前記第１目標と、前記第２目標との乖離が一定以上に広がった場合には、前記第１目標ではなく前記第２目標に前記ガスの空燃比を収束させるようフィードバック制御を実施することも好ましい。

前記第２目標に空燃比を収束させるようフィードバック制御を実施しているときに、前記気筒に対する燃料噴射を所定時間以上中断する燃料カットが発生した場合には、以後前記第１目標に空燃比を収束させるようフィードバック制御を実施することができる。

本発明によれば、内燃機関からの有害物質の排出量をより一層削減することができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 触媒の上流側の空燃比センサの出力信号を参照した空燃比フィードバック制御の模様を示すタイミング図。 制御中心補正量ＦＡＣＦと遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬとの関係を例示するグラフ。 触媒の下流側の空燃比センサの出力信号を参照した空燃比フィードバック制御の模様を示すタイミング図。 同実施形態の制御装置が制御中心補正量ＦＡＣＦを演算する手順を示すフロー図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気ガスを各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

排気通路４における触媒４１の上流及び下流には、排気通路４を流通するガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３、４４を設置する。空燃比センサ４３、４４はそれぞれ、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ₂センサであってもよく、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。本実施形態では、触媒４１の上流側及び下流側の各空燃比センサ４３、４４について、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力するＯ₂センサを想定している。Ｏ₂センサ４３、４４の出力電圧ｆ、ｇの特性は、理論空燃比近傍の一定範囲（ウィンドウ）では空燃比に対する出力の変化率が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比が大きいリーン領域では低位飽和値に漸近し、空燃比が小さいリッチ領域では高位飽和値に漸近する、いわゆるＺ特性曲線を描く。

外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関に要求されるエンジン負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、触媒４１の上流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３から出力される空燃比信号ｆ、触媒４１の下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４から出力される空燃比信号ｇ、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に吸入される空気（新気）量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び空気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、要求ＥＧＲ率、点火タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

燃料噴射量を決定するにあたり、ＥＣＵ０は、まず、気筒１に吸入される空気の量Ｇａを求め、その吸入空気量Ｇａに比例する（吸入空気量Ｇａに応じて理論空燃比またはその近傍の空燃比を実現できような）燃料噴射量の基本量ＴＰを決定する。吸入空気量Ｇａは、エンジン回転数及びサージタンク３３内吸気圧を基に推算する。必要であれば、その推算値に、吸気温や大気圧等に応じた補正を加えることができる。なお、吸気通路３にエアフローメータが設置されているならば、エアフローメータを介して吸入空気量Ｇａを直接計測することが可能である。

次いで、この基本噴射量ＴＰを、触媒４１の上流側の空燃比センサ４３の出力信号ｆに応じて定まるフィードバック補正係数ＦＡＦで補正する。フィードバック補正係数ＦＡＦは、１を中心に増減する正数である。さらに、状況に応じて定まる各種補正係数Ｋや、インジェクタ１１の無効噴射時間ＴＡＵＶをも加味して、最終的な燃料噴射時間（インジェクタ１１に対する通電時間）Ｔを算定する。燃料噴射時間Ｔは、
Ｔ＝ＴＰ×ＦＡＦ×Ｋ＋ＴＡＵＶ
となる。そして、燃料噴射時間Ｔだけインジェクタ１１に信号ｊを入力、インジェクタ１１を開弁して燃料を噴射させる。

また、ＥＣＵ０は、運転状況に応じて、気筒１への燃料供給を一時中断する燃料カットを実行する。ＥＣＵ０は、所定の燃料カット条件が成立したときに、燃料カット即ちインジェクタ１１からの燃料噴射を停止する。ＥＣＵ０は、少なくとも、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あることを以て、燃料カット条件が成立したものと判断する。

燃料カット中は、スロットルバルブ３２をアクセルペダルの踏込量（０または０に近い）に依拠しない開度に開いておく。この操作は、燃料カット中の内燃機関のポンピングロスを低減してエンジン回転の減速を遅らせるために行う。このときのスロットルバルブ３２の開度は、一定値としてもよいし、車速等に応じて増減させてもよいが、何れにせよ比較的大きな開度とする。

そして、ＥＣＵ０は、所定の燃料カット終了条件が成立したときに、燃料カットを終了することとし、燃料噴射（及び、点火）を再開する。ＥＣＵ０は、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等のうち何れかを以て、燃料カット終了条件が成立したものと判断する。

燃料カット終了条件の成立後は、スロットルバルブ３２をアクセルペダルの踏込量に応じた開度に操作することは言うまでもない。

以降、ＥＣＵ０が実施する空燃比フィードバック制御に関して詳述する。空燃比フィードバック制御は、気筒１に充填される混合気の空燃比、ひいては気筒１から排出され触媒４１へと導かれる排気ガスの空燃比を所望の目標空燃比に収束させ、以て触媒４１における有害物質の浄化能率を最大化するものである。

図２に示すように、ＥＣＵ０は、触媒４１の上流側のガスの空燃比を検出するセンサであるフロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆを、理論空燃比またはその近傍の空燃比に相当する判定電圧値（一点鎖線で表す）と比較して、その判定電圧値よりも高ければリッチ、判定電圧値よりも低ければリーンと判定する。そして、ＥＣＵ０は、触媒４１の上流側のガスの空燃比の判定結果に基づき、フィードバック補正係数ＦＡＦを増減調整する。

具体的には、空燃比の判定結果がリーンからリッチに反転した（下記の遅延時間ＴＤＲが経過した）時点で、フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ値ＲＳＭだけ減少させる。加えて、空燃比がリッチであると判定している間、フィードバック補正係数ＦＡＦを演算サイクル（制御サイクル）あたりリーン積分値ＫＩＭだけ逓減させる。演算サイクルの周期は、内燃機関が備える個々の気筒１が新たなサイクル（吸気行程−圧縮行程−膨脹行程−排気行程の一連）を迎える周期に等しい。

他方、空燃比の判定結果がリッチからリーンに反転した（下記の遅延時間ＴＤＬが経過した）時点で、フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ値ＲＳＰだけ増加させる。加えて、空燃比がリーンであると判定している間、フィードバック補正係数ＦＡＦを演算サイクルあたりリッチ積分値ＫＩＰだけ逓増させる。

基本噴射量ＴＰに乗ずるフィードバック補正量ＦＡＦが減少すると、インジェクタ１１による燃料噴射量が絞られて、混合気の空燃比がリーンへと向かう。逆に、フィードバック補正量ＦＡＦが増加すると、インジェクタ１１による燃料噴射量が上積みされて、混合気の空燃比がリッチへと向かう。

但し、フロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆが目標電圧値を跨ぐように変動したときには、即時に触媒４１の上流側のガスの空燃比の判定結果を反転させるのではなく、遅延時間ＴＤＬ、ＴＤＲの経過を待ってから判定結果を反転させる。即ち、フロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆがリッチからリーンに切り替わった（目標電圧値を下回った）ときには、リーン判定遅延時間ＴＤＬの経過の後、空燃比がリッチからリーンに反転したと判断する。並びに、フロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆがリーンからリッチに切り替わった（目標電圧値を上回った）ときには、リッチ判定遅延時間ＴＤＲの経過の後、空燃比がリーンからリッチに反転したと判断する。

リーン判定遅延時間ＴＤＬ及びリッチ判定遅延時間ＴＤＲを設けているのは、Ｏ₂センサ４３の出力信号ｆにノイズが混入した場合に、空燃比のリーン／リッチの判定結果が短期間に複数回反転して燃料噴射量が振動するように増減するチャタリングを起こすことを予防する意図である。

遅延時間ＴＤＬ、ＴＤＲは、制御中心補正量ＦＡＣＦに応じて増減する。図３に、制御中心補正量ＦＡＣＦと遅延時間ＴＤＬ、ＴＤＲとの関係を例示する。制御中心補正量ＦＡＣＦが大きくなるほど、リーン判定遅延時間ＴＤＬ（破線で表す）は短縮され、リッチ判定遅延時間ＴＤＲ（実線で表す）は延長される。さすれば、フィードバック補正係数ＦＡＦが増加から減少に転じる時期が遅れ、減少から増加に転じる時期が早まる。結果、燃料噴射量が平均的に増すこととなり、空燃比フィードバック制御の制御中心、換言すればフィードバック制御により収束させるべきガスの空燃比の目標がリッチ側に変位する。

翻って、制御中心補正量ＦＡＣＦが小さくなるほど、リーン判定遅延時間ＴＤＬは延長され、リッチ判定遅延時間ＴＤＲは短縮される。さすれば、フィードバック補正係数ＦＡＦが増加から減少に転じる時期が早まり、減少から増加に転じる時期が遅れる。結果、燃料噴射量が平均的に減ることとなり、空燃比フィードバック制御の制御中心がリーン側に変位する。

ＥＣＵ０は、空燃比フィードバック制御中、上記の制御中心補正量ＦＡＣＦをも算出する。図５に示すように、ＥＣＵ０は、まず、今回の演算サイクルにおいて算出したフィードバック補正係数ＦＡＦ_nから、前回の演算サイクルにおいて算出したフィードバック補正係数ＦＡＦ_n-1を減算して、両者の差分ΔＦＡＦ_nを求める（ステップＳ１）。ｎは、演算サイクルを表す添字である。

次に、ＥＣＵ０は、連続する過去の複数回の演算サイクルにおいて算出したΔＦＡＦ_nを積算した値Σ（ΔＦＡＦ_n）を求める（ステップＳ２）。

そして、ＥＣＵ０は、今回の演算サイクルにおいて算出した、気筒１に吸入される空気量Ｇａ_nと、ΔＦＡＦ_nの積算値Σ（ΔＦＡＦ_n）とから、下式に示すΔＯＳ_nを求める（ステップＳ３）。
ΔＯＳ_n＝−Ｇａ_n×Σ（ΔＦＡＦ_n）／｛１＋Σ（ΔＦＡＦ_n）｝
このΔＯＳ_nは、気筒１から排出されるガスが触媒４１に流入することによって増減する、触媒４１内の酸素吸蔵量の変化量（増加量または減少量）の近似値である。

さらに、連続する過去の複数回の演算サイクルにおいて算出したΔＯＳ_nを積算した値Σ（ΔＯＳ_n）を求める（ステップＳ４）。この積算値Σ（ΔＯＳ_n）は、現在触媒４１が吸蔵している酸素の量が、あるべき目標吸蔵量からどれくらいの量乖離しているかを示す偏差となる。現在の触媒４１内の酸素吸蔵量が目標吸蔵量に一致している場合、偏差Σ（ΔＯＳ_n）は０となる。偏差Σ（ΔＯＳ_n）が正値であることは、触媒４１内の酸素吸蔵量があるべき目標吸蔵量よりも増えていることを意味する。逆に、偏差Σ（ΔＯＳ_n）が負値であることは、触媒４１内の酸素吸蔵量があるべき目標吸蔵量よりも減っていることを意味する。

目標吸蔵量は、触媒４１における有害物質ＨＣ、ＣＯの酸化反応及びＮＯ_xの還元反応が最も能率よく起こるような大きさに設定することが望ましい。例えば、触媒４１の最大酸素吸蔵能力に、１よりも小さい一定の比率（０．５ないし０．６程度の値）を乗算することで、目標吸蔵量を得る。触媒４１の最大酸素吸蔵能力は経年劣化により徐々に減退してゆくが、その最大酸素吸蔵能力を推算する具体的な方法は触媒４１のダイアグノーシス（自己診断）機能として公知（例えば、特開２０１６−０７０１５６号公報等を参照）であるため、ここではその説明を割愛する。

しかして、ＥＣＵ０は、偏差Σ（ΔＯＳ_n）の正負に応じて（ステップＳ５、Ｓ６）制御中心補正量ＦＡＣＦを調整する。偏差Σ（ΔＯＳ_n）が正値である場合には、制御中心補正量ＦＡＣＦをより大きくして（ステップＳ７）、空燃比フィードバック制御の制御中心をよりリッチ側に変化させる。偏差Σ（ΔＯＳ_n）が負値である場合には、制御中心補正量ＦＡＣＦをより小さくして（ステップＳ８）、空燃比フィードバック制御の制御中心をよりリーン側に変化させる。

ステップＳ５ないしＳ８では、偏差Σ（ΔＯＳ_n）が負値である間、制御中心補正量ＦＡＣＦを演算サイクルあたりリーン積分値ＦＡＣＦＫＩＭだけ逓減させる一方、偏差Σ（ΔＯＳ_n）が正値である間は、制御中心補正量ＦＡＣＦを演算サイクルあたりリッチ積分値ＦＡＣＦＫＩＰだけ逓増させるようにすることができる。あるいは、より単純に、偏差Σ（ΔＯＳ_n）が正値である場合の制御中心補正量ＦＡＣＦを、偏差Σ（ΔＯＳ_n）が０の場合のそれよりも大きな値に設定し、偏差Σ（ΔＯＳ_n）が負値である場合の制御中心補正量ＦＡＣＦを、偏差Σ（ΔＯＳ_n）が０の場合のそれよりも小さな値に設定するようにしてもよい。

ＥＣＵ０は、ステップＳ１ないしＳ８を、演算サイクルが訪れる都度（何れかの気筒１が新たなサイクルを迎える都度）反復する。

因みに、従来の空燃比フィードバック制御では、制御中心補正量ＦＡＣＦを、触媒４１の下流側の空燃比センサ４４の出力信号ｇに応じて定めていた。即ち、図４に示すように、触媒４１の下流側のガスの空燃比を検出するセンサであるリアＯ₂センサ４４の出力電圧ｇを判定電圧値（鎖線で表す）と比較し、その判定電圧値よりも高ければリッチ、判定電圧値よりも低ければリーンと判定する。なお、この判定電圧値は、フロントＯ₂センサ４３の出力信号ｆと比較される判定電圧値とは一致しないことがある。

その上で、触媒４１の下流側のガスの空燃比の判定結果に基づき、制御中心補正量ＦＡＣＦを増減調整する。具体的には、空燃比がリッチであると判定している間、制御中心補正量ＦＡＣＦを演算サイクルあたりリーン積分値ＦＡＣＦＫＩＭだけ逓減させる一方、空燃比がリーンであると判定している間は、制御中心補正量ＦＡＣＦを演算サイクルあたりリッチ積分値ＦＡＣＦＫＩＰだけ逓増させる。既に述べた通り、制御中心補正量ＦＡＣＦが減少すると、空燃比制御中心はリーンへと向かい、制御中心補正量ＦＡＣＦが増加すると、空燃比制御中心はリッチへと向かう。

本実施形態では、内燃機関の排気通路４に装着した排気浄化用の触媒４１に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する制御装置０であって、気筒１に吸入された空気の量Ｇａ_n、及び排気通路４における触媒４１の上流に設置されている空燃比センサ４３の出力信号ｆを基に、触媒４１に吸蔵されている酸素量とその目標吸蔵量との偏差Σ（ΔＯＳ_n）を推算し、前記偏差Σ（ΔＯＳ_n）に応じて、フィードバック制御により収束させるべき空燃比の目標を変化させる内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、現在触媒４１に吸蔵している酸素の量をあるべき目標吸蔵量に収束させることが可能となる。従って、触媒４１内に酸素が充満してＮＯ_xが排出されたり、触媒４１内で酸素が欠乏してＨＣやＣＯが排出されたりすることを予防できるので、エミッションの良化に奏功する。リニアＡ／Ｆセンサよりも安価なＯ₂センサ４３を使用して有害物質の排出量をより一層削減でき、コスト面でも有利である。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、触媒４１に吸蔵されている酸素量とその目標吸蔵量との偏差Σ（ΔＯＳ_n）に応じて制御中心補正量ＦＡＣＦを調整することで、フィードバック制御により収束させるべき空燃比の目標を変化させていた。だが、これに代えて、またはこれとともに、触媒４１の上流側の空燃比センサ４３の出力信号ｆと比較するべき目標値、換言すればフロントＯ₂センサ４３の出力電圧ｆと比較するべき判定電圧値自体を調整することで、フィードバック制御により収束させるべき空燃比の目標を変化させるようにしても構わない。その際には、偏差Σ（ΔＯＳ_n）が正値であるときに判定電圧値を引き上げて目標値をよりリッチ側に変位させ、偏差Σ（ΔＯＳ_n）が負値であるときに判定電圧値を引き下げて目標値をよりリーン側に変位させる。

また、内燃機関の制御装置たるＥＣＵ０が、偏差Σ（ΔＯＳ_n）に基づく（触媒４１の下流の空燃比センサ４４の出力信号ｇを参照しない）制御中心補正量ＦＡＣＦの演算と並行して、従来の空燃比フィードバック制御と同様の、触媒４１の下流の空燃比センサ４４の出力信号ｇを参照した制御中心補正量ＦＡＣＦの演算を実行することもあり得る。これら制御中心補正量は何れも、フィードバック制御により収束させるべきガスの空燃比の目標を指し示す。

そして、前者の制御中心補正量ＦＡＣＦと後者の制御中心補正量ＦＡＣＦとの乖離が一定以上に広がった（両者の差の絶対値が一定以上となった、または両者の比が一定範囲から逸脱した（両者の比が当該範囲の上限を超えて大きくなった、または当該範囲の下限を超えて小さくなった））場合には、前者の制御中心補正量ＦＡＣＦではなく後者の制御中心補正量ＦＡＣＦを用いて空燃比フィードバック制御を遂行する、つまり触媒４１の下流の空燃比センサ４４の出力信号ｇを基に設定した目標に空燃比を収束させるフィードバック制御を実施することが考えられる。さすれば、偏差Σ（ΔＯＳ_n）に大きな誤差が混入したとしても、有害物質の排出量が増大することを適切に回避できる。

後者の制御中心補正量ＦＡＣＦを用いて空燃比をフィードバック制御しているときに、気筒１に対する燃料噴射を所定時間（例えば、数秒）以上中断する燃料カットが発生した場合には、以後前者の制御中心補正量ＦＡＣＦを用いる、つまりは偏差Σ（ΔＯＳ_n）に応じた目標に空燃比を収束させるフィードバック制御に復帰することができる。何故ならば、燃料カットにより触媒４１の最大酸素吸蔵能力一杯まで酸素が吸蔵され、演算の誤差がリセット（解消）されるからである。前者の制御中心補正量ＦＡＣＦを用いた空燃比フィードバック制御に復帰するときの偏差Σ（ΔＯＳ_n）の初期値は、触媒４１の最大酸素吸蔵能力から目標吸蔵量を減算して求めることができる。

その他、各部の具体的な構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両に搭載された内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
３…吸気通路
４…排気通路
４１…触媒
４３…触媒の上流の空燃比センサ（Ｏ₂センサ）
ｂ…クランク角信号
ｄ…吸気温・吸気圧信号
ｆ…空燃比信号
ｊ…燃料噴射信号

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に装着した排気浄化用の触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する制御装置であって、
   気筒に吸入された空気の量、及び前記排気通路における前記触媒の上流に設置されている空燃比センサの出力信号を基に、前記触媒に吸蔵されている酸素量とその目標吸蔵量との偏差を推算した前記ガスの空燃比の目標である第１目標を設定し、
   前記排気通路における前記触媒の下流に設置されている空燃比センサの出力信号を基に、前記ガスの空燃比の目標である第２目標を別途設定し、
   前記第１目標と、前記第２目標と、を比較して、前記フィードバック制御により収束させるべき前記ガスの空燃比の目標を変化させる内燃機関の制御装置。
2. 前記第１目標と、前記第２目標との乖離が一定以上に広がった場合には、前記第１目標ではなく前記第２目標に前記ガスの空燃比を収束させるようフィードバック制御を実施する、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記第２目標に空燃比を収束させるようフィードバック制御を実施しているときに、前記気筒に対する燃料噴射を所定時間以上中断する燃料カットが発生した場合には、以後前記第１目標に空燃比を収束させるようフィードバック制御を実施する請求項２記載の内燃機関の制御装置。

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