JP3834951B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【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係り、より詳しくは空燃比リーン領域で空燃比を制御する、いわゆるリーンバーン制御を実施する空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術として、特開昭５９−２０８１４１号公報の「電子制御エンジンの空燃比リーン制御方法」が提案されており、同公報では、リーンセンサを用いて空燃比リーンでのフィードバック制御が実施される。また特に、エンジンの低・中負荷領域では、目標空燃比をリーン側に設定して燃費性能の向上を図る一方、スロットル全開時などの高負荷領域では、目標空燃比をリッチ側に設定して運転性能を改善（要求トルクを確保）するようにしている。こうしてリーン以外のリッチ領域でも目標空燃比を設定し、その目標空燃比に応じてフィードバック制御を実施することで、高負荷領域の燃料増量時にも空燃比の変動やバラツキが抑制できるものとしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが近年では、低燃費化への要望がより一層強まる傾向に有り、車両の加速時や高負荷運転時にも燃費性能を改善することが望まれている。かかる実状下において、上記従来の技術では、加速時や高負荷運転時などの高トルクが要求される際に燃費性能を改善することができるものではなかった。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、高トルクが要求される際においてそのトルク要求を満たしつつ燃費改善をも図ることができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明ではその特徴として、要求トルクが比較的低レベルの場合、制御空燃比をリーン空燃比とし（第１の空燃比指令手段）、要求トルクが比較的高レベルの場合、制御空燃比をリーン空燃比とそれよりもリッチ側の空燃比とで所定周期で振幅させる（第２の空燃比指令手段）。
【０００６】
上記構成によれば、車両加速時や高負荷運転時など、高トルク要求が入った時にも内燃機関の低燃費運転が継続できる。また同時に、高トルク要求にも応えることができる。その結果、高トルクが要求される際においてそのトルク要求を満たしつつ燃費改善をも図ることができることとなる。かかる場合、空燃比を所定周期で振幅させることにより、不用意なトルク変動を招くこともない。
【０００７】
また、上記請求項１の発明において、トルク変動を抑制し、良好なるドライバビリティを確保するには、次の請求項２又は請求項３のように構成するとよい。つまり、
・請求項２に記載の発明では、要求トルクの程度に応じて空燃比を振幅させる時間間隔を設定する。
・請求項３に記載の発明では、高トルク要求の継続時間に応じて空燃比の振幅周期を徐変させる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態について説明する。本実施の形態における空燃比制御システムは、内燃機関に供給する混合気の目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定し、その目標空燃比に基づいてリーン燃焼を行わせる、いわゆるリーンバーン制御を実施する。同システムの主たる構成として、内燃機関の排気系通路の途中には触媒（本実施の形態では、リーンＮＯx 触媒）が設けられ、その触媒の上流側には限界電流式空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が配設されている。そして、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置（以下、ＥＣＵという）は、前記空燃比センサによる検出結果を取り込み、そのセンサ検出結果に基づいて空燃比のフィードバック制御を実施する。以下、図面を用いてその詳細な構成を説明する。
【０００９】
図１は、本実施の形態における空燃比制御システムの概略構成図である。図１において、内燃機関は４気筒４サイクルの火花点火式エンジン（以下、単にエンジン１という）として構成されており、エンジン１には吸気管２と排気管３とが接続されている。吸気管２には、アクセルペダル４に連動するスロットル弁５が設けられ、同スロットル弁５の開度は、スロットル開度センサ６により検出されるようになっている。また、吸気管２のサージタンク７には、吸気圧センサ８が配設されている。
【００１０】
エンジン１の気筒を構成するシリンダ９内には図の上下方向に往復動するピストン１０が配設されており、同ピストン１０はコンロッド１１を介して図示しないクランク軸に連結されている。ピストン１０の上方にはシリンダ９及びシリンダヘッド１２にて区画された燃焼室１３が形成されており、燃焼室１３は、吸気バルブ１４及び排気バルブ１５を介して前記吸気管２及び排気管３に連通している。
【００１１】
排気管３には、排ガス中の酸素濃度（或いは、未燃ガスである一酸化炭素などの濃度）に比例して広域で且つリニアな空燃比信号を出力する、限界電流式空燃比センサからなるＡ／Ｆセンサ１６が設けられている。また、排気管３においてＡ／Ｆセンサ１６の下流側には、ＮＯx 浄化機能を有するＮＯx 触媒１９が配設されている。シリンダ９（ウォータジャケット）には、冷却水温を検出する水温センサ２３が配設されている。
【００１２】
エンジン１の吸気ポート１７には電磁駆動式のインジェクタ１８が設けられており、このインジェクタ１８には図示しない燃料タンクから燃料（ガソリン）が供給される。本実施の形態では、吸気マニホールドの各分岐管毎に１つずつインジェクタ１８を有するマルチポイントインジェクション（ＭＰＩ）システムが構成されている。この場合、吸気管上流から供給される新気とインジェクタ１８による噴射燃料とが吸気ポート１７にて混合され、その混合気が吸気バルブ１４の開弁動作に伴い燃焼室１３内（シリンダ９内）に流入する。
【００１３】
シリンダヘッド１２に配設された点火プラグ２７は、イグナイタ２８からの点火電圧により発火する。イグナイタ２８には、点火電圧を各気筒の点火プラグ２７に分配するためのディストリビュータ２０が接続され、同ディストリビュータ２０にはクランク軸の回転状態に応じて７２０°ＣＡ毎にパルス信号を出力する基準位置センサ２１と、より細かなクランク角毎（例えば、３０°ＣＡ毎）にパルス信号を出力する回転角センサ２２が配設されている。
【００１４】
ＥＣＵ３０は、周知のマイクロコンピュータシステムを中心に構成され、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４、Ａ／Ｄ変換器３５、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）３６等を備える。前記吸気圧センサ８の検出信号、Ａ／Ｆセンサ１６の検出信号及び水温センサ２３の検出信号は、Ａ／Ｄ変換器３５に入力され、Ａ／Ｄ変換された後にバス３７を介してＣＰＵ３１に入力される。また、前記スロットル開度センサ６の検出信号、基準位置センサ２１及び回転角センサ２２のパルス信号は、入出力インターフェース３６及びバス３７を介してＣＰＵ３１に入力される。
【００１５】
ＣＰＵ３１は、各センサの検出信号に基づいて吸気圧ＰＭ、空燃比（Ａ／Ｆ）、冷却水温Ｔｗ、スロットル開度ＴＨ、基準クランク位置（Ｇ信号）及びエンジン回転数Ｎｅなどのエンジン運転状態を検知する。また、ＣＰＵ３１は、エンジン運転状態に基づいて燃料噴射量や点火時期等の制御信号を演算し、その制御信号をインジェクタ１８やイグナイタ２８に出力する。
【００１６】
次に、上記の如く構成される空燃比制御システムの作用を説明する。
図２は、ＣＰＵ３１により実行される燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンは各気筒の燃料噴射毎（本実施の形態では１８０°ＣＡ毎）に実行される。
【００１７】
さて、図２のルーチンがスタートすると、ＣＰＵ３１は、先ずステップ１０１でエンジン運転状態を表すセンサ検出結果（エンジン回転数Ｎｅ、吸気圧ＰＭ、冷却水温Ｔｗ等）を読み込み、続くステップ１０２でＲＯＭ３２内に予め格納されている基本噴射マップを用いてその時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに応じた基本噴射量Ｔｐを算出する。また、ＣＰＵ３１は、ステップ１０３で周知の空燃比Ｆ／Ｂ条件が成立しているか否かを判別する。ここで、空燃比Ｆ／Ｂ条件とは、冷却水温Ｔｗが所定温度以上であること、高回転・高負荷状態でないこと、Ａ／Ｆセンサ１６が活性状態にあることなどを含む。
【００１８】
この場合、ステップ１０３が否定判別されれば（Ｆ／Ｂ条件不成立の場合）、ＣＰＵ３１は、ステップ１０４に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを「１．０」とする。ＦＡＦ＝１．０とすることは、空燃比がオープン制御されることを意味する。また、ステップ１０３が肯定判別されれば（Ｆ／Ｂ条件成立の場合）、ＣＰＵ３１は、ステップ２００に進んで目標空燃比λＴＧの設定処理を実施する。ここで、目標空燃比λＴＧの設定処理は後述する図３のルーチンに従い行われる。
【００１９】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ１０５でその時々の実際の空燃比λ（センサ計測値）と目標空燃比λＴＧとの偏差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを設定する。本実施の形態では、現代制御理論に基づく空燃比Ｆ／Ｂ制御を実施することとしており、そのＦ／Ｂ制御に際し、Ａ／Ｆセンサ１６の検出結果を目標空燃比に一致させるための空燃比補正係数ＦＡＦを次の（１），（２）式を用いて算出する。なお、このＦＡＦ値の設定手順については特開平１−１１０８５３号公報に詳細に開示されている。
【００２０】
ＦＡＦ＝Ｋ1 ・λ＋Ｋ2 ・ＦＡＦ1 ＋・・・＋Ｋn+1 ・ＦＡＦn ＋ＺＩ …（１）
ＺＩ＝ＺＩ1 ＋Ｋａ・（λＴＧ−λ） …（２）
上記（１），（２）式において、λはＡ／Ｆセンサ１６による限界電流の空燃比変換値を、Ｋ1 〜Ｋn+1 はＦ／Ｂ定数を、ＺＩは積分項を、Ｋａは積分定数をそれぞれ表す。また、添字１〜ｎ＋１はサンプリング開始からの制御回数を示す変数である。
【００２１】
ＦＡＦ値の設定後、ＣＰＵ３１は、ステップ１０６で次の（３）式を用い、基本噴射量Ｔｐ、空燃比補正係数ＦＡＦ及びその他の補正係数ＦＡＬＬ（水温、エアコン負荷等の各種補正係数）から最終の燃料噴射量ＴＡＵを算出する。
【００２２】
ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ …（３）
燃料噴射量ＴＡＵの算出後、ＣＰＵ３１は、そのＴＡＵ値に相当する制御信号をインジェクタ１８に出力して本ルーチンを一旦終了する。
【００２３】
次に、上記ステップ２００の処理に相当するλＴＧ設定ルーチンについて、図３を用いて説明する。
図３において、ＣＰＵ３１は、先ずステップ２０１でその時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき、リーンバーン制御が実施される通常時の目標空燃比（以下便宜上、通常目標空燃比λＬという）を設定する。このλＬ値は、例えば図４に示す目標空燃比マップを検索して求められる。定常運転時など、リーンバーン制御の実施条件が成立する際には、通常目標空燃比λＬとして、例えばＡ／Ｆ＝２０〜２３に相当する値が設定される（但し、リーンバーン条件が不成立の場合にはストイキ近傍でλＬ値が設定される）。
【００２４】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０２でエンジン１への高トルク要求の有無を判定する。具体的には、その時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき、高回転又は高負荷域にあると判断されれば、エンジン１に要求されるトルクが比較的高レベルであるとみなし、「高トルク要求有り」と判定する。また、低中回転で且つ低中負荷域にあると判断されれば、エンジン１に要求されるトルクが比較的高レベルであるとみなし、「高トルク要求無し」と判定する。
【００２５】
高トルク要求無しと判定された場合、ＣＰＵ３１はステップ２０３に進み、リッチ・リーン振幅時における燃料の噴射回数を数えるための周期カウンタを「０」にクリアする。また続くステップ２０４では、ＣＰＵ３１は、前記マップ検索したλＬ値を目標空燃比λＴＧとして設定し、その後元の図２のルーチンに戻る。ステップ２０４でのλＴＧ値が目標空燃比の最終値となり、前記図２のステップ１０５でＦＡＦ値の演算に用いられる。
【００２６】
一方、高トルク要求有りと判定された場合、ＣＰＵ３１はステップ２０５以降の処理にて、前記の通常目標空燃比λＬと、それよりもリッチ側に設定される目標空燃比（以下便宜上、リッチ側目標空燃比λＲ）とで目標空燃比λＴＧを振幅させる。以下、その詳細を説明する。
【００２７】
つまり、ＣＰＵ３１は、ステップ２０５でエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき、例えばマップ検索によりリッチ側目標空燃比λＲを設定する。リッチ側目標空燃比λＲは、エンジン回転数Ｎｅが高いほど又は吸気圧ＰＭが高いほど、そのリッチ度合が強くなるよう設定される。因みに、このλＲ値は必ずしもリッチ領域で設定されるものではなく、前記λＬ値に対してリッチ側に設定されるものであればよい。
【００２８】
また、その時の周期カウンタが「０」であることを条件に（ステップ２０６がＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はステップ２０７に進み、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲを設定する。ステップ２０６がＮＯであれば（周期カウンタ≠０の場合）、ステップ２０７の処理を読み飛ばす。
【００２９】
リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲは、エンジン回転数Ｎｅが高いほど又は吸気圧ＰＭが高いほど、その時間幅が短くなるよう設定される。なおこのとき、リッチ時間ＴＲはマップ検索により求められるのに対し、リーン時間ＴＬは、リッチ時間ＴＲと係数αとから、
ＴＬ＝ＴＲ・α
として求められる。
【００３０】
係数αは例えば図５の特性図を用いて求められ、エンジン回転数Ｎｅと吸気圧ＰＭとからマップ検索される吸入吸気量Ｑａが小さければα＞１となり、吸入空気量Ｑａが大きければα＜１となる。すなわち、
・α＞１の場合にはＴＬ＞ＴＲとなり、出力トルクよりも燃費が優先され、
・α＜１の場合にはＴＬ＜ＴＲとなり、燃費よりも出力トルクが優先される。
因みに、ＴＬ，ＴＲは、最大で１０噴射程度の相当時間とするのが望ましい。
【００３１】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０８で周期カウンタを「１」インクリメントする。さらにその後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０９で周期カウンタの値が前記設定したリッチ時間ＴＲに相当する値に達したか否かを判別する。周期カウンタ＜ＴＲであってステップ２０９が否定判別された場合、ＣＰＵ３１はステップ２１０に進み、前記求めたλＲ値を最終の目標空燃比λＴＧとして設定し、その後元の図２のルーチンに戻る。つまり、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲの設定（ステップ２０７）からの経過時間が「０〜ＴＲ」の期間では、リッチ側目標空燃比λＲにてＦＡＦ値が設定されることとなり（前記図２のステップ１０５）、このＦＡＦ値により空燃比が制御される。
【００３２】
また、周期カウンタ≧ＴＲであってステップ２０９が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１はステップ２１１に進み、前記求めたλＬ値を最終の目標空燃比λＴＧとして設定する。その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２１２で周期カウンタの値が前記設定したリーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとの合計時間「ＴＬ＋ＴＲ」に相当する値に達したか否かを判別し、周期カウンタ＜ＴＬ＋ＴＲであってステップ２１２が否定判別されればそのまま元の図２のルーチンに戻る。つまり、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲの設定（ステップ２０７）からの経過時間が「ＴＲ〜ＴＬ＋ＴＲ」の期間では、通常目標空燃比λＬにてＦＡＦ値が設定されることとなり（前記図２のステップ１０５）、このＦＡＦ値により空燃比が制御される。
【００３３】
一方、周期カウンタ≧ＴＬ＋ＴＲであってステップ２１２が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１は、ステップ２１３で周期カウンタを「０」にクリアしてその後元の図２のルーチンに戻る。周期カウンタのクリアに伴い次回の処理時にはステップ２０６が肯定判別され、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲが新たに設定される。そして、そのＴＬ，ＴＲに基づき再度、空燃比が通常目標空燃比λＬとリッチ側目標空燃比λＲとの間で振幅制御される。
【００３４】
上記一連の処理によれば、車両の加速時や高負荷運転時において空燃比が図６のタイムチャートに示す如く推移する。すなわち、車両の加速指令や高負荷運転により図のＴ１，Ｔ２の期間で高トルク要求が入ると、各期間Ｔ１，Ｔ２では、それまでリーン領域で制御されていた空燃比が所定の時間間隔（リッチ時間ＴＲ，リーン時間ＴＬ）に応じて、リーン領域とそれよりもリッチ側の領域との間で切り換えられ、空燃比が振幅する。この場合、リーンバーン制御が継続されたまま、各期間Ｔ１，Ｔ２での高トルク要求に対処できる。
【００３５】
因みに本実施の形態における空燃比制御システムでは、前記図３のステップ２０２が請求項記載の要求トルク判定手段に相当する。また、図３のステップ２０４が第１の空燃比指令手段に相当し、ステップ２１０，２１１が第２の空燃比指令手段に相当する。
【００３６】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（ａ）本実施の形態では、要求トルクが比較的低レベルの場合、制御空燃比をリーン空燃比とし、要求トルクが比較的高レベルの場合、制御空燃比をリーン空燃比とそれよりもリッチ側の空燃比とで所定周期で振幅させるようにした。上記構成によれば、高トルクが要求される際においてそのトルク要求を満たしつつ燃費改善をも図ることができる。かかる場合、空燃比を所定周期で振幅させることにより、不用意なトルク変動を招くこともない。
【００３７】
（ｂ）また、要求トルクの程度、すなわちエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに応じて、空燃比を振幅させる時間間隔（リーン時間ＴＬ，リッチ時間ＴＲ）を設定するようにした。具体的には、エンジン回転数Ｎｅが高いほど又は吸気圧ＰＭが高いほど、その時間幅が短くなるようリーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲを設定した。この場合、トルク変動を抑制し、良好なるドライバビリティを確保することが可能となる。
【００３８】
図７は、前記空燃比の振幅制御に際し、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲの合計時間とその時のトルク変動との関係を示す実験データである。同図によれば、「リーン時間＋リッチ時間」が小さいほど、すなわち短い周期で空燃比を振幅させるほど、トルク変動が抑制されることが分かる。
【００３９】
（ｃ）上記の如くリーン・リッチ間で空燃比を振幅させることにより、ＮＯx 触媒１９のＮＯx 浄化能力がその都度回復でき、エミッション改善にも寄与できる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
次に、本発明における第２の実施の形態を図８及び図９を用いて説明する。但し、第２の実施の形態の構成において、上述した第１の実施の形態と同等であるものについては図面に同一の記号を付すと共にその説明を簡略化する。そして、以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４１】
つまり、上記第１の実施の形態では、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭをパラメータとして空燃比制御の目標空燃比λＴＧを設定すると共に、高トルク要求時のλＴＧ値の設定に際し、Ｎｅ，ＰＭに応じてλＴＧ値をリーン・リッチ間で振幅させるようにした。これに対し、本実施の形態では、スロットル開度ＴＨとスロットル開度ＴＨの単位時間変化量（以下、スロットル開度差分ΔＴＨという）とをパラメータとして目標空燃比λＴＧの設定や、高トルク要求時のλＴＧ値の振幅制御を実施する。
【００４２】
ここで、図８は、本実施の形態におけるλＴＧ設定ルーチンを示すフローチャートであり、かかるルーチンは上記第１の実施の形態における図３のルーチンに取って代わるものである。その詳細を以下に説明する。
【００４３】
図８において、ＣＰＵ３１は、先ずステップ３０１でその時々のスロットル開度ＴＨに基づき、例えば図９に示す目標空燃比マップを検索して通常目標空燃比λＬを求める。また、ステップ３０２では、スロットル開度ＴＨに基づきエンジン１が高負荷運転されているか否かを判別し、ステップ３０３では、スロットル開度差分ΔＴＨに基づき加速途中であるか否かを判別する。ステップ３０２，３０３が共に否定判別された場合、ＣＰＵ３１はステップ３０４に進み、周期カウンタを「０」にクリアする。また続くステップ３０５では、ＣＰＵ３１は、前記マップ検索したλＬ値を目標空燃比λＴＧとして設定し、その後元の前記図２のルーチンに戻る。
【００４４】
一方、前記ステップ３０２が肯定判別された場合（高負荷運転時の場合）、或いは前記ステップ３０３が肯定判別された場合（加速途中の場合）、ＣＰＵ３１はステップ３０６以降の処理にて、通常目標空燃比λＬとリッチ側目標空燃比λＲとで目標空燃比λＴＧを振幅させる。
【００４５】
つまり、ステップ３０２が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１は、ステップ３０６でスロットル開度ＴＨに基づき例えばマップ検索によりリッチ側目標空燃比λＲを求める。リッチ側目標空燃比λＲは、スロットル開度ＴＨが大きいほど、そのリッチ度合が強くなるよう設定される。また、その時の周期カウンタが「０」であることを条件に（ステップ３０７がＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はステップ３０８に進み、スロットル開度ＴＨに基づきリーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲを設定する。ステップ３０７がＮＯであれば（周期カウンタ≠０の場合）、ステップ３０８の処理を読み飛ばす。リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲは、スロットル開度ＴＨが大きいほど、その時間幅が短くなるよう設定される。
【００４６】
また、前記ステップ３０３が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１は、ステップ３０９でスロットル開度差分ΔＴＨに基づき例えばマップ検索によりリッチ側目標空燃比λＲを求める。リッチ側目標空燃比λＲは、スロットル開度差分ΔＴＨが大きいほど、そのリッチ度合が強くなるよう設定される。また、その時の周期カウンタが「０」であることを条件に（ステップ３１０がＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はステップ３１１に進み、スロットル開度差分ΔＴＨに基づきリーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲを設定する。ステップ３１０がＮＯであれば（周期カウンタ≠０の場合）、ステップ３１１の処理を読み飛ばす。リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲは、スロットル開度差分ΔＴＨが大きいほど、その時間幅が短くなるよう設定される。
【００４７】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ３１２で周期カウンタを「１」インクリメントする。さらにその後、ＣＰＵ３１は、ステップ３１３で周期カウンタの値が前記設定したリッチ時間ＴＲに相当する値に達したか否かを判別する。周期カウンタ＜ＴＲであってステップ３１３が否定判別された場合、ＣＰＵ３１はステップ３１４に進み、前記求めたλＲ値を最終の目標空燃比λＴＧとして設定し、その後元の前記図２のルーチンに戻る。つまり、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲの設定（ステップ３０８又は３１１からの経過時間が「０〜ＴＲ」の期間では、リッチ側目標空燃比λＲにて空燃比が制御される。
【００４８】
また、周期カウンタ≧ＴＲであってステップ３１３が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１はステップ３１５に進み、前記求めたλＬ値を最終の目標空燃比λＴＧとして設定する。その後、ＣＰＵ３１は、ステップ３１６で周期カウンタの値が前記設定したリーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとの合計時間「ＴＬ＋ＴＲ」に相当する値に達したか否かを判別し、周期カウンタ＜ＴＬ＋ＴＲであってステップ３１６が否定判別されればそのまま元の前記図２のルーチンに戻る。つまり、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲの設定（ステップ３０８又は３１１）からの経過時間が「ＴＲ〜ＴＬ＋ＴＲ」の期間では、通常目標空燃比λＬにて空燃比が制御される。
【００４９】
一方、周期カウンタ≧ＴＬ＋ＴＲであってステップ３１６が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１は、ステップ３１７で周期カウンタを「０」にクリアしてその後元の前記図２のルーチンに戻る。周期カウンタのクリアに伴い次回の処理時にはステップ３０７又はステップ３１０が肯定判別され、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲが新たに設定される。そして、そのＴＬ，ＴＲに基づき再度、空燃比が通常目標空燃比λＬとリッチ側目標空燃比λＲとの間で振幅制御される。
【００５０】
因みに上記第２の実施の形態では、前記図８のステップ３０２，３０３が請求項記載の要求トルク判定手段に相当する。また、図８のステップ３０５が第１の空燃比指令手段に相当し、ステップ３１４，３１５が第２の空燃比指令手段に相当する。
【００５１】
以上第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様に、高トルクが要求される際においてそのトルク要求を満たしつつ燃費改善をも図ることができる。
【００５２】
なお、本発明の実施の形態は、上記以外に次の形態にて実現できる。
高トルク要求時に目標空燃比λＴＧをリーン・リッチ間で振幅させる際において、リッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬを高トルク要求の継続時間に応じて可変に設定する。例えば図１０のタイムチャートに示すように、高トルク要求の発生当初は、比較的長いリッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬを設定し、時間の経過に伴いリッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬを徐々に短くする。これを実現するには、図１１の特性図を用いて係数βを求め、この係数βをリッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬに乗算すればよい。また逆に、高トルク要求の発生当初は、比較的短いリッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬを設定し、時間の経過に伴いリッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬを徐々に長くすることも可能である。
【００５３】
リッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬの設定方法を変更する。つまり、上記実施の形態では、リッチ時間ＴＲをマップ検索すると共に、リーン時間ＴＬを「ＴＬ＝ＴＲ・α」として演算していたが、逆にリーン時間ＴＬの方をマップ検索するようにしてもよい。また、ＴＲ，ＴＬを共にマップ検索で設定するようにしたり、ＴＲ，ＴＬをエンジン運転状態に依存しない固定値としたりしてもよい。
【００５４】
さらに、リッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬの設定に際し、空燃比の振幅により所定の許容レベルを越えるトルク変動が発生しないよう、ＴＲ，ＴＬを所定値でガードするように構成してもよい。
【００５５】
上記各実施の形態における空燃比制御システムでは、実際の空燃比（センサ計測値）と目標空燃比λＴＧとの偏差をなくすよう空燃比Ｆ／Ｂ制御を実施していたが、この構成を変更してもよい。例えば空燃比オープン制御を実施するシステムに本発明を具体化することも可能であり、かかる場合にも燃費改善とトルク確保とが両立できる。
【００５６】
トルク要求を判定するためのパラメータとして、エンジン回転数情報，吸気圧情報，スロットル開度情報を適宜組み合わせて使用し、それにより既述の作用効果を得るための空燃比制御システムを構築してもよい。
【００５７】
上記実施の形態における空燃比制御システムでは、エンジン排気管にリーンＮＯx 触媒を配設したが、この構成を変更し、例えば三元触媒を併用したシステムを具体化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジンの空燃比制御システムの概要を示す構成図。
【図２】燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】λＴＧ設定ルーチンを示すフローチャート。
【図４】エンジン回転数及び吸気圧に応じたリーン目標空燃比を設定するためのマップ。
【図５】吸入空気量に応じた係数αを求めるための特性図。
【図６】実施の形態における作用を説明するためのタイムチャート。
【図７】実施の形態における効果を確認するためのグラフ。
【図８】第２の実施の形態において、λＴＧ設定ルーチンを示すフローチャート。
【図９】スロットル開度に応じたリーン目標空燃比を設定するためのマップ。
【図１０】他の実施の形態における作用を説明するためのタイムチャート。
【図１１】高トルク要求が入ってからの経過時間に応じた係数βを求めるための特性図。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、１６…Ａ／Ｆセンサ（限界電流式空燃比センサ）、１９…ＮＯx 触媒、３０…ＥＣＵ（電子制御装置）、３１…要求トルク判定手段，第１の空燃比指令手段，第２の空燃比指令手段を構成するＣＰＵ。
【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係り、より詳しくは空燃比リーン領域で空燃比を制御する、いわゆるリーンバーン制御を実施する空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術として、特開昭５９−２０８１４１号公報の「電子制御エンジンの空燃比リーン制御方法」が提案されており、同公報では、リーンセンサを用いて空燃比リーンでのフィードバック制御が実施される。また特に、エンジンの低・中負荷領域では、目標空燃比をリーン側に設定して燃費性能の向上を図る一方、スロットル全開時などの高負荷領域では、目標空燃比をリッチ側に設定して運転性能を改善（要求トルクを確保）するようにしている。こうしてリーン以外のリッチ領域でも目標空燃比を設定し、その目標空燃比に応じてフィードバック制御を実施することで、高負荷領域の燃料増量時にも空燃比の変動やバラツキが抑制できるものとしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが近年では、低燃費化への要望がより一層強まる傾向に有り、車両の加速時や高負荷運転時にも燃費性能を改善することが望まれている。かかる実状下において、上記従来の技術では、加速時や高負荷運転時などの高トルクが要求される際に燃費性能を改善することができるものではなかった。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、高トルクが要求される際においてそのトルク要求を満たしつつ燃費改善をも図ることができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明ではその特徴として、要求トルクが比較的低レベルの場合、制御空燃比をリーン空燃比とし（第１の空燃比指令手段）、要求トルクが比較的高レベルの場合、制御空燃比をリーン空燃比とそれよりもリッチ側の空燃比とで所定周期で振幅させる（第２の空燃比指令手段）。
【０００６】
上記構成によれば、車両加速時や高負荷運転時など、高トルク要求が入った時にも内燃機関の低燃費運転が継続できる。また同時に、高トルク要求にも応えることができる。その結果、高トルクが要求される際においてそのトルク要求を満たしつつ燃費改善をも図ることができることとなる。かかる場合、空燃比を所定周期で振幅させることにより、不用意なトルク変動を招くこともない。
【０００７】
また、上記請求項１の発明において、トルク変動を抑制し、良好なるドライバビリティを確保するには、次の請求項２又は請求項３のように構成するとよい。つまり、
・請求項２に記載の発明では、要求トルクの程度に応じて空燃比を振幅させる時間間隔を設定する。
・請求項３に記載の発明では、高トルク要求の継続時間に応じて空燃比の振幅周期を徐変させる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態について説明する。本実施の形態における空燃比制御システムは、内燃機関に供給する混合気の目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定し、その目標空燃比に基づいてリーン燃焼を行わせる、いわゆるリーンバーン制御を実施する。同システムの主たる構成として、内燃機関の排気系通路の途中には触媒（本実施の形態では、リーンＮＯx 触媒）が設けられ、その触媒の上流側には限界電流式空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が配設されている。そして、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置（以下、ＥＣＵという）は、前記空燃比センサによる検出結果を取り込み、そのセンサ検出結果に基づいて空燃比のフィードバック制御を実施する。以下、図面を用いてその詳細な構成を説明する。
【０００９】
図１は、本実施の形態における空燃比制御システムの概略構成図である。図１において、内燃機関は４気筒４サイクルの火花点火式エンジン（以下、単にエンジン１という）として構成されており、エンジン１には吸気管２と排気管３とが接続されている。吸気管２には、アクセルペダル４に連動するスロットル弁５が設けられ、同スロットル弁５の開度は、スロットル開度センサ６により検出されるようになっている。また、吸気管２のサージタンク７には、吸気圧センサ８が配設されている。
【００１０】
エンジン１の気筒を構成するシリンダ９内には図の上下方向に往復動するピストン１０が配設されており、同ピストン１０はコンロッド１１を介して図示しないクランク軸に連結されている。ピストン１０の上方にはシリンダ９及びシリンダヘッド１２にて区画された燃焼室１３が形成されており、燃焼室１３は、吸気バルブ１４及び排気バルブ１５を介して前記吸気管２及び排気管３に連通している。
【００１１】
排気管３には、排ガス中の酸素濃度（或いは、未燃ガスである一酸化炭素などの濃度）に比例して広域で且つリニアな空燃比信号を出力する、限界電流式空燃比センサからなるＡ／Ｆセンサ１６が設けられている。また、排気管３においてＡ／Ｆセンサ１６の下流側には、ＮＯx 浄化機能を有するＮＯx 触媒１９が配設されている。シリンダ９（ウォータジャケット）には、冷却水温を検出する水温センサ２３が配設されている。
【００１２】
エンジン１の吸気ポート１７には電磁駆動式のインジェクタ１８が設けられており、このインジェクタ１８には図示しない燃料タンクから燃料（ガソリン）が供給される。本実施の形態では、吸気マニホールドの各分岐管毎に１つずつインジェクタ１８を有するマルチポイントインジェクション（ＭＰＩ）システムが構成されている。この場合、吸気管上流から供給される新気とインジェクタ１８による噴射燃料とが吸気ポート１７にて混合され、その混合気が吸気バルブ１４の開弁動作に伴い燃焼室１３内（シリンダ９内）に流入する。
【００１３】
シリンダヘッド１２に配設された点火プラグ２７は、イグナイタ２８からの点火電圧により発火する。イグナイタ２８には、点火電圧を各気筒の点火プラグ２７に分配するためのディストリビュータ２０が接続され、同ディストリビュータ２０にはクランク軸の回転状態に応じて７２０°ＣＡ毎にパルス信号を出力する基準位置センサ２１と、より細かなクランク角毎（例えば、３０°ＣＡ毎）にパルス信号を出力する回転角センサ２２が配設されている。
【００１４】
ＥＣＵ３０は、周知のマイクロコンピュータシステムを中心に構成され、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４、Ａ／Ｄ変換器３５、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）３６等を備える。前記吸気圧センサ８の検出信号、Ａ／Ｆセンサ１６の検出信号及び水温センサ２３の検出信号は、Ａ／Ｄ変換器３５に入力され、Ａ／Ｄ変換された後にバス３７を介してＣＰＵ３１に入力される。また、前記スロットル開度センサ６の検出信号、基準位置センサ２１及び回転角センサ２２のパルス信号は、入出力インターフェース３６及びバス３７を介してＣＰＵ３１に入力される。
【００１５】
ＣＰＵ３１は、各センサの検出信号に基づいて吸気圧ＰＭ、空燃比（Ａ／Ｆ）、冷却水温Ｔｗ、スロットル開度ＴＨ、基準クランク位置（Ｇ信号）及びエンジン回転数Ｎｅなどのエンジン運転状態を検知する。また、ＣＰＵ３１は、エンジン運転状態に基づいて燃料噴射量や点火時期等の制御信号を演算し、その制御信号をインジェクタ１８やイグナイタ２８に出力する。
【００１６】
次に、上記の如く構成される空燃比制御システムの作用を説明する。
図２は、ＣＰＵ３１により実行される燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンは各気筒の燃料噴射毎（本実施の形態では１８０°ＣＡ毎）に実行される。
【００１７】
さて、図２のルーチンがスタートすると、ＣＰＵ３１は、先ずステップ１０１でエンジン運転状態を表すセンサ検出結果（エンジン回転数Ｎｅ、吸気圧ＰＭ、冷却水温Ｔｗ等）を読み込み、続くステップ１０２でＲＯＭ３２内に予め格納されている基本噴射マップを用いてその時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに応じた基本噴射量Ｔｐを算出する。また、ＣＰＵ３１は、ステップ１０３で周知の空燃比Ｆ／Ｂ条件が成立しているか否かを判別する。ここで、空燃比Ｆ／Ｂ条件とは、冷却水温Ｔｗが所定温度以上であること、高回転・高負荷状態でないこと、Ａ／Ｆセンサ１６が活性状態にあることなどを含む。
【００１８】
この場合、ステップ１０３が否定判別されれば（Ｆ／Ｂ条件不成立の場合）、ＣＰＵ３１は、ステップ１０４に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを「１．０」とする。ＦＡＦ＝１．０とすることは、空燃比がオープン制御されることを意味する。また、ステップ１０３が肯定判別されれば（Ｆ／Ｂ条件成立の場合）、ＣＰＵ３１は、ステップ２００に進んで目標空燃比λＴＧの設定処理を実施する。ここで、目標空燃比λＴＧの設定処理は後述する図３のルーチンに従い行われる。
【００１９】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ１０５でその時々の実際の空燃比λ（センサ計測値）と目標空燃比λＴＧとの偏差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを設定する。本実施の形態では、現代制御理論に基づく空燃比Ｆ／Ｂ制御を実施することとしており、そのＦ／Ｂ制御に際し、Ａ／Ｆセンサ１６の検出結果を目標空燃比に一致させるための空燃比補正係数ＦＡＦを次の（１），（２）式を用いて算出する。なお、このＦＡＦ値の設定手順については特開平１−１１０８５３号公報に詳細に開示されている。
【００２０】
ＦＡＦ＝Ｋ1 ・λ＋Ｋ2 ・ＦＡＦ1 ＋・・・＋Ｋn+1 ・ＦＡＦn ＋ＺＩ …（１）
ＺＩ＝ＺＩ1 ＋Ｋａ・（λＴＧ−λ） …（２）
上記（１），（２）式において、λはＡ／Ｆセンサ１６による限界電流の空燃比変換値を、Ｋ1 〜Ｋn+1 はＦ／Ｂ定数を、ＺＩは積分項を、Ｋａは積分定数をそれぞれ表す。また、添字１〜ｎ＋１はサンプリング開始からの制御回数を示す変数である。
【００２１】
ＦＡＦ値の設定後、ＣＰＵ３１は、ステップ１０６で次の（３）式を用い、基本噴射量Ｔｐ、空燃比補正係数ＦＡＦ及びその他の補正係数ＦＡＬＬ（水温、エアコン負荷等の各種補正係数）から最終の燃料噴射量ＴＡＵを算出する。
【００２２】
ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ …（３）
燃料噴射量ＴＡＵの算出後、ＣＰＵ３１は、そのＴＡＵ値に相当する制御信号をインジェクタ１８に出力して本ルーチンを一旦終了する。
【００２３】
次に、上記ステップ２００の処理に相当するλＴＧ設定ルーチンについて、図３を用いて説明する。
図３において、ＣＰＵ３１は、先ずステップ２０１でその時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき、リーンバーン制御が実施される通常時の目標空燃比（以下便宜上、通常目標空燃比λＬという）を設定する。このλＬ値は、例えば図４に示す目標空燃比マップを検索して求められる。定常運転時など、リーンバーン制御の実施条件が成立する際には、通常目標空燃比λＬとして、例えばＡ／Ｆ＝２０〜２３に相当する値が設定される（但し、リーンバーン条件が不成立の場合にはストイキ近傍でλＬ値が設定される）。
【００２４】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０２でエンジン１への高トルク要求の有無を判定する。具体的には、その時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき、高回転又は高負荷域にあると判断されれば、エンジン１に要求されるトルクが比較的高レベルであるとみなし、「高トルク要求有り」と判定する。また、低中回転で且つ低中負荷域にあると判断されれば、エンジン１に要求されるトルクが比較的高レベルであるとみなし、「高トルク要求無し」と判定する。
【００２５】
高トルク要求無しと判定された場合、ＣＰＵ３１はステップ２０３に進み、リッチ・リーン振幅時における燃料の噴射回数を数えるための周期カウンタを「０」にクリアする。また続くステップ２０４では、ＣＰＵ３１は、前記マップ検索したλＬ値を目標空燃比λＴＧとして設定し、その後元の図２のルーチンに戻る。ステップ２０４でのλＴＧ値が目標空燃比の最終値となり、前記図２のステップ１０５でＦＡＦ値の演算に用いられる。
【００２６】
一方、高トルク要求有りと判定された場合、ＣＰＵ３１はステップ２０５以降の処理にて、前記の通常目標空燃比λＬと、それよりもリッチ側に設定される目標空燃比（以下便宜上、リッチ側目標空燃比λＲ）とで目標空燃比λＴＧを振幅させる。以下、その詳細を説明する。
【００２７】
つまり、ＣＰＵ３１は、ステップ２０５でエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき、例えばマップ検索によりリッチ側目標空燃比λＲを設定する。リッチ側目標空燃比λＲは、エンジン回転数Ｎｅが高いほど又は吸気圧ＰＭが高いほど、そのリッチ度合が強くなるよう設定される。因みに、このλＲ値は必ずしもリッチ領域で設定されるものではなく、前記λＬ値に対してリッチ側に設定されるものであればよい。
【００２８】
また、その時の周期カウンタが「０」であることを条件に（ステップ２０６がＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はステップ２０７に進み、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲを設定する。ステップ２０６がＮＯであれば（周期カウンタ≠０の場合）、ステップ２０７の処理を読み飛ばす。
【００２９】
リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲは、エンジン回転数Ｎｅが高いほど又は吸気圧ＰＭが高いほど、その時間幅が短くなるよう設定される。なおこのとき、リッチ時間ＴＲはマップ検索により求められるのに対し、リーン時間ＴＬは、リッチ時間ＴＲと係数αとから、
ＴＬ＝ＴＲ・α
として求められる。
【００３０】
係数αは例えば図５の特性図を用いて求められ、エンジン回転数Ｎｅと吸気圧ＰＭとからマップ検索される吸入吸気量Ｑａが小さければα＞１となり、吸入空気量Ｑａが大きければα＜１となる。すなわち、
・α＞１の場合にはＴＬ＞ＴＲとなり、出力トルクよりも燃費が優先され、
・α＜１の場合にはＴＬ＜ＴＲとなり、燃費よりも出力トルクが優先される。
因みに、ＴＬ，ＴＲは、最大で１０噴射程度の相当時間とするのが望ましい。
【００３１】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０８で周期カウンタを「１」インクリメントする。さらにその後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０９で周期カウンタの値が前記設定したリッチ時間ＴＲに相当する値に達したか否かを判別する。周期カウンタ＜ＴＲであってステップ２０９が否定判別された場合、ＣＰＵ３１はステップ２１０に進み、前記求めたλＲ値を最終の目標空燃比λＴＧとして設定し、その後元の図２のルーチンに戻る。つまり、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲの設定（ステップ２０７）からの経過時間が「０〜ＴＲ」の期間では、リッチ側目標空燃比λＲにてＦＡＦ値が設定されることとなり（前記図２のステップ１０５）、このＦＡＦ値により空燃比が制御される。
【００３２】
また、周期カウンタ≧ＴＲであってステップ２０９が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１はステップ２１１に進み、前記求めたλＬ値を最終の目標空燃比λＴＧとして設定する。その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２１２で周期カウンタの値が前記設定したリーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとの合計時間「ＴＬ＋ＴＲ」に相当する値に達したか否かを判別し、周期カウンタ＜ＴＬ＋ＴＲであってステップ２１２が否定判別されればそのまま元の図２のルーチンに戻る。つまり、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲの設定（ステップ２０７）からの経過時間が「ＴＲ〜ＴＬ＋ＴＲ」の期間では、通常目標空燃比λＬにてＦＡＦ値が設定されることとなり（前記図２のステップ１０５）、このＦＡＦ値により空燃比が制御される。
【００３３】
一方、周期カウンタ≧ＴＬ＋ＴＲであってステップ２１２が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１は、ステップ２１３で周期カウンタを「０」にクリアしてその後元の図２のルーチンに戻る。周期カウンタのクリアに伴い次回の処理時にはステップ２０６が肯定判別され、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲが新たに設定される。そして、そのＴＬ，ＴＲに基づき再度、空燃比が通常目標空燃比λＬとリッチ側目標空燃比λＲとの間で振幅制御される。
【００３４】
上記一連の処理によれば、車両の加速時や高負荷運転時において空燃比が図６のタイムチャートに示す如く推移する。すなわち、車両の加速指令や高負荷運転により図のＴ１，Ｔ２の期間で高トルク要求が入ると、各期間Ｔ１，Ｔ２では、それまでリーン領域で制御されていた空燃比が所定の時間間隔（リッチ時間ＴＲ，リーン時間ＴＬ）に応じて、リーン領域とそれよりもリッチ側の領域との間で切り換えられ、空燃比が振幅する。この場合、リーンバーン制御が継続されたまま、各期間Ｔ１，Ｔ２での高トルク要求に対処できる。
【００３５】
因みに本実施の形態における空燃比制御システムでは、前記図３のステップ２０２が請求項記載の要求トルク判定手段に相当する。また、図３のステップ２０４が第１の空燃比指令手段に相当し、ステップ２１０，２１１が第２の空燃比指令手段に相当する。
【００３６】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（ａ）本実施の形態では、要求トルクが比較的低レベルの場合、制御空燃比をリーン空燃比とし、要求トルクが比較的高レベルの場合、制御空燃比をリーン空燃比とそれよりもリッチ側の空燃比とで所定周期で振幅させるようにした。上記構成によれば、高トルクが要求される際においてそのトルク要求を満たしつつ燃費改善をも図ることができる。かかる場合、空燃比を所定周期で振幅させることにより、不用意なトルク変動を招くこともない。
【００３７】
（ｂ）また、要求トルクの程度、すなわちエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに応じて、空燃比を振幅させる時間間隔（リーン時間ＴＬ，リッチ時間ＴＲ）を設定するようにした。具体的には、エンジン回転数Ｎｅが高いほど又は吸気圧ＰＭが高いほど、その時間幅が短くなるようリーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲを設定した。この場合、トルク変動を抑制し、良好なるドライバビリティを確保することが可能となる。
【００３８】
図７は、前記空燃比の振幅制御に際し、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲの合計時間とその時のトルク変動との関係を示す実験データである。同図によれば、「リーン時間＋リッチ時間」が小さいほど、すなわち短い周期で空燃比を振幅させるほど、トルク変動が抑制されることが分かる。
【００３９】
（ｃ）上記の如くリーン・リッチ間で空燃比を振幅させることにより、ＮＯx 触媒１９のＮＯx 浄化能力がその都度回復でき、エミッション改善にも寄与できる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
次に、本発明における第２の実施の形態を図８及び図９を用いて説明する。但し、第２の実施の形態の構成において、上述した第１の実施の形態と同等であるものについては図面に同一の記号を付すと共にその説明を簡略化する。そして、以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４１】
つまり、上記第１の実施の形態では、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭをパラメータとして空燃比制御の目標空燃比λＴＧを設定すると共に、高トルク要求時のλＴＧ値の設定に際し、Ｎｅ，ＰＭに応じてλＴＧ値をリーン・リッチ間で振幅させるようにした。これに対し、本実施の形態では、スロットル開度ＴＨとスロットル開度ＴＨの単位時間変化量（以下、スロットル開度差分ΔＴＨという）とをパラメータとして目標空燃比λＴＧの設定や、高トルク要求時のλＴＧ値の振幅制御を実施する。
【００４２】
ここで、図８は、本実施の形態におけるλＴＧ設定ルーチンを示すフローチャートであり、かかるルーチンは上記第１の実施の形態における図３のルーチンに取って代わるものである。その詳細を以下に説明する。
【００４３】
図８において、ＣＰＵ３１は、先ずステップ３０１でその時々のスロットル開度ＴＨに基づき、例えば図９に示す目標空燃比マップを検索して通常目標空燃比λＬを求める。また、ステップ３０２では、スロットル開度ＴＨに基づきエンジン１が高負荷運転されているか否かを判別し、ステップ３０３では、スロットル開度差分ΔＴＨに基づき加速途中であるか否かを判別する。ステップ３０２，３０３が共に否定判別された場合、ＣＰＵ３１はステップ３０４に進み、周期カウンタを「０」にクリアする。また続くステップ３０５では、ＣＰＵ３１は、前記マップ検索したλＬ値を目標空燃比λＴＧとして設定し、その後元の前記図２のルーチンに戻る。
【００４４】
一方、前記ステップ３０２が肯定判別された場合（高負荷運転時の場合）、或いは前記ステップ３０３が肯定判別された場合（加速途中の場合）、ＣＰＵ３１はステップ３０６以降の処理にて、通常目標空燃比λＬとリッチ側目標空燃比λＲとで目標空燃比λＴＧを振幅させる。
【００４５】
つまり、ステップ３０２が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１は、ステップ３０６でスロットル開度ＴＨに基づき例えばマップ検索によりリッチ側目標空燃比λＲを求める。リッチ側目標空燃比λＲは、スロットル開度ＴＨが大きいほど、そのリッチ度合が強くなるよう設定される。また、その時の周期カウンタが「０」であることを条件に（ステップ３０７がＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はステップ３０８に進み、スロットル開度ＴＨに基づきリーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲを設定する。ステップ３０７がＮＯであれば（周期カウンタ≠０の場合）、ステップ３０８の処理を読み飛ばす。リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲは、スロットル開度ＴＨが大きいほど、その時間幅が短くなるよう設定される。
【００４６】
また、前記ステップ３０３が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１は、ステップ３０９でスロットル開度差分ΔＴＨに基づき例えばマップ検索によりリッチ側目標空燃比λＲを求める。リッチ側目標空燃比λＲは、スロットル開度差分ΔＴＨが大きいほど、そのリッチ度合が強くなるよう設定される。また、その時の周期カウンタが「０」であることを条件に（ステップ３１０がＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はステップ３１１に進み、スロットル開度差分ΔＴＨに基づきリーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲを設定する。ステップ３１０がＮＯであれば（周期カウンタ≠０の場合）、ステップ３１１の処理を読み飛ばす。リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲは、スロットル開度差分ΔＴＨが大きいほど、その時間幅が短くなるよう設定される。
【００４７】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ３１２で周期カウンタを「１」インクリメントする。さらにその後、ＣＰＵ３１は、ステップ３１３で周期カウンタの値が前記設定したリッチ時間ＴＲに相当する値に達したか否かを判別する。周期カウンタ＜ＴＲであってステップ３１３が否定判別された場合、ＣＰＵ３１はステップ３１４に進み、前記求めたλＲ値を最終の目標空燃比λＴＧとして設定し、その後元の前記図２のルーチンに戻る。つまり、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲの設定（ステップ３０８又は３１１からの経過時間が「０〜ＴＲ」の期間では、リッチ側目標空燃比λＲにて空燃比が制御される。
【００４８】
また、周期カウンタ≧ＴＲであってステップ３１３が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１はステップ３１５に進み、前記求めたλＬ値を最終の目標空燃比λＴＧとして設定する。その後、ＣＰＵ３１は、ステップ３１６で周期カウンタの値が前記設定したリーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとの合計時間「ＴＬ＋ＴＲ」に相当する値に達したか否かを判別し、周期カウンタ＜ＴＬ＋ＴＲであってステップ３１６が否定判別されればそのまま元の前記図２のルーチンに戻る。つまり、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲの設定（ステップ３０８又は３１１）からの経過時間が「ＴＲ〜ＴＬ＋ＴＲ」の期間では、通常目標空燃比λＬにて空燃比が制御される。
【００４９】
一方、周期カウンタ≧ＴＬ＋ＴＲであってステップ３１６が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１は、ステップ３１７で周期カウンタを「０」にクリアしてその後元の前記図２のルーチンに戻る。周期カウンタのクリアに伴い次回の処理時にはステップ３０７又はステップ３１０が肯定判別され、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲが新たに設定される。そして、そのＴＬ，ＴＲに基づき再度、空燃比が通常目標空燃比λＬとリッチ側目標空燃比λＲとの間で振幅制御される。
【００５０】
因みに上記第２の実施の形態では、前記図８のステップ３０２，３０３が請求項記載の要求トルク判定手段に相当する。また、図８のステップ３０５が第１の空燃比指令手段に相当し、ステップ３１４，３１５が第２の空燃比指令手段に相当する。
【００５１】
以上第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様に、高トルクが要求される際においてそのトルク要求を満たしつつ燃費改善をも図ることができる。
【００５２】
なお、本発明の実施の形態は、上記以外に次の形態にて実現できる。
高トルク要求時に目標空燃比λＴＧをリーン・リッチ間で振幅させる際において、リッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬを高トルク要求の継続時間に応じて可変に設定する。例えば図１０のタイムチャートに示すように、高トルク要求の発生当初は、比較的長いリッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬを設定し、時間の経過に伴いリッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬを徐々に短くする。これを実現するには、図１１の特性図を用いて係数βを求め、この係数βをリッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬに乗算すればよい。また逆に、高トルク要求の発生当初は、比較的短いリッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬを設定し、時間の経過に伴いリッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬを徐々に長くすることも可能である。
【００５３】
リッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬの設定方法を変更する。つまり、上記実施の形態では、リッチ時間ＴＲをマップ検索すると共に、リーン時間ＴＬを「ＴＬ＝ＴＲ・α」として演算していたが、逆にリーン時間ＴＬの方をマップ検索するようにしてもよい。また、ＴＲ，ＴＬを共にマップ検索で設定するようにしたり、ＴＲ，ＴＬをエンジン運転状態に依存しない固定値としたりしてもよい。
【００５４】
さらに、リッチ時間ＴＲ及びリーン時間ＴＬの設定に際し、空燃比の振幅により所定の許容レベルを越えるトルク変動が発生しないよう、ＴＲ，ＴＬを所定値でガードするように構成してもよい。
【００５５】
上記各実施の形態における空燃比制御システムでは、実際の空燃比（センサ計測値）と目標空燃比λＴＧとの偏差をなくすよう空燃比Ｆ／Ｂ制御を実施していたが、この構成を変更してもよい。例えば空燃比オープン制御を実施するシステムに本発明を具体化することも可能であり、かかる場合にも燃費改善とトルク確保とが両立できる。
【００５６】
トルク要求を判定するためのパラメータとして、エンジン回転数情報，吸気圧情報，スロットル開度情報を適宜組み合わせて使用し、それにより既述の作用効果を得るための空燃比制御システムを構築してもよい。
【００５７】
上記実施の形態における空燃比制御システムでは、エンジン排気管にリーンＮＯx 触媒を配設したが、この構成を変更し、例えば三元触媒を併用したシステムを具体化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジンの空燃比制御システムの概要を示す構成図。
【図２】燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】λＴＧ設定ルーチンを示すフローチャート。
【図４】エンジン回転数及び吸気圧に応じたリーン目標空燃比を設定するためのマップ。
【図５】吸入空気量に応じた係数αを求めるための特性図。
【図６】実施の形態における作用を説明するためのタイムチャート。
【図７】実施の形態における効果を確認するためのグラフ。
【図８】第２の実施の形態において、λＴＧ設定ルーチンを示すフローチャート。
【図９】スロットル開度に応じたリーン目標空燃比を設定するためのマップ。
【図１０】他の実施の形態における作用を説明するためのタイムチャート。
【図１１】高トルク要求が入ってからの経過時間に応じた係数βを求めるための特性図。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、１６…Ａ／Ｆセンサ（限界電流式空燃比センサ）、１９…ＮＯx 触媒、３０…ＥＣＵ（電子制御装置）、３１…要求トルク判定手段，第１の空燃比指令手段，第２の空燃比指令手段を構成するＣＰＵ。
Claims (3)
- 内燃機関に供給する混合気の目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定し、その目標空燃比に基づいてリーン燃焼を行わせる内燃機関の空燃比制御装置において、
前記内燃機関への要求トルクの程度を判定する要求トルク判定手段と、
要求トルクが比較的低レベルの場合、制御空燃比をリーン空燃比とする第１の空燃比指令手段と、
要求トルクが比較的高レベルの場合、制御空燃比をリーン空燃比とそれよりもリッチ側の空燃比とで所定周期で振幅させる第２の空燃比指令手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記第２の空燃比指令手段は、前記判定される要求トルクの程度に応じて、空燃比を振幅させる時間間隔を設定する手段を備える請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記第２の空燃比指令手段は、高トルク要求の継続時間に応じて空燃比の振幅周期を徐変させる請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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