特許 7382378 空燃比制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-08

(45)【発行日】2023-11-16

(54)【発明の名称】空燃比制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/14 20060101AFI20231109BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20231109BHJP

【ＦＩ】

F02D41/14

F02D41/04

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021199527

(22)【出願日】2021-12-08

(65)【公開番号】P2023085057

(43)【公開日】2023-06-20

【審査請求日】2022-09-22

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】池田 友理恵

(72)【発明者】

【氏名】米丸 智巳

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－０３８６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２５２４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０４７１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０７１７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２５４１４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ９／００ － ４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の吸気管を開閉するスロットル弁の開度に関する値を検出するスロットル開度検出部と、
前記内燃機関の排気管の触媒部よりも下流側に設けられた酸素濃度センサの検出値の帰還に基づき空燃比フィードバック係数を増減するように設定する空燃比フィードバック部と、
前記内燃機関の運転状態を検出して、該内燃機関が発生するトルクを求めるトルク算出部と、
前記スロットル弁が開くときに、前記トルクが増大し又は減少するかを確認する方向性確認部と、
前記方向性確認部により前記トルクが減少すると確認された場合、該トルクを減少させる該空燃比フィードバック係数の設定を制限するように構成された空燃比フィードバック制限部とを備えることを特徴とする空燃比制御装置。

【請求項2】

前記方向性確認部は、
前記内燃機関が発生するトルクを前記内燃機関の吸気管に設けたスロットル弁の開度に関する値で除算することによってトルク開度比を算出するトルク開度比算出部と、
前記トルク開度比についての閾値を設定する閾値設定部と、
前記トルク開度比と前記閾値との大小関係を判定する判定部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の空燃比制御装置。

【請求項3】

前記空燃比フィードバック制限部は、前記空燃比フィードバック係数の変化可能範囲を規制するための規制値を設定する規制値設定部と、
前記判定部による判定結果に基づいて、前記規制値を変更する規制実行部とを備えることを特徴とする請求項２に記載の空燃比制御装置。

【請求項4】

前記空燃比フィードバック部は、前記空燃比フィードバック係数の代表値を求める空燃比フィードバック学習部を備え、
前記規制値設定部は、前記規制値を変更して前記空燃比フィードバック係数の変化可能範囲を調節するとともに、前記規制値を介して前記空燃比フィードバック係数を前記代表値に近づくように修整する規制値修整部を備えることを特徴とする請求項３に記載の空燃比制御装置。

【請求項5】

空燃比フィードバック制限部は、前記判定部による判定結果に基づいて前記空燃比フィードバック部の前記空燃比フィードバック係数の増減速度を調整する利得調整部を備えることを特徴とする請求項２～４のいずれか１項に記載の空燃比制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関における空燃比を、排気管の触媒部よりも下流側に設けられた酸素濃度センサの検出値に基づいて制御する空燃比制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、内燃機関における空燃比を制御する空燃比制御装置として、コストダウンのために、触媒部の上流の酸素センサを廃し、下流の酸素センサだけを用いて空燃比をフィードバック制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１の空燃比制御装置では、フュエルカット制御又は減速リーン化が終了した直後に、空燃比制御が一旦オープンループのリッチスパイク制御とされ、そして実空燃比が酸素センサの出力値に基づいてリッチ側になったと判別された段階で、空燃比制御部本体でのクローズドループの空燃比フィードバック制御が再開される。

【0004】

上記オープンループのリッチスパイク制御では、リッチスパイクマップを参照しながら、所定供給量の燃料がエンジンの燃焼室に供給される。これにより、触媒部の上流の酸素濃度センサ（特許文献１の実施例ではリニア空燃比（ＬＡＦ）センサ）を廃し、空燃比の適正化とシステムのコストダウンを図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１４－７０６００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１の空燃比制御装置によれば、空燃比制御がオープンループのリッチスパイク制御とされてから、実空燃比がリッチ側となるまでの間、空燃比制御部本体での空燃比フィードバック制御が停止される。このリッチスパイク制御の間の空燃比の整定精度は、リッチスパイクマップ等の設定精度に左右される。このため、実空燃比を適正値に整定させるために時間がかかる。

【0007】

一方、上記特許文献１のリッチスパイク制御を行わないとすれば、触媒部の機能が健全であればあるほど、内燃機関の触媒部上流側の実空燃比（空気過剰率λ）と、触媒下流側の酸素濃度センサで検出される触媒下流空燃比との間にずれが生じる。この場合、排気中の酸素量が健全な触媒部の作用で良好に減ぜられることにより、たとえば触媒部上流側すなわち内燃機関の気筒内での空気過剰率λが１より大きい状態、すなわちオーバーリーン状態になっていたとしても触媒部下流側の空気過剰率λは１より小さい状態、すなわちリッチ状態を呈することとなる。このずれにより、下流の酸素センサだけを用いて空燃比をフィードバック制御する際にエンストやヘジテーション（機関の息つき）などの事象が生じ、その結果、ドライバビリティが悪化する。

【0008】

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、上記気筒内のオーバーリーン状態の発生を是正しドライバビリティ悪化を回避できる空燃比制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の空燃比制御装置は、
内燃機関の吸気管を開閉するスロットル弁の開度に関する値を検出するスロットル開度検出部と、
前記内燃機関の排気管の触媒部よりも下流側に設けられた酸素濃度センサの検出値の帰還に基づき空燃比フィードバック係数を増減するように設定する空燃比フィードバック部と、
前記内燃機関の運転状態を検出して、該内燃機関が発生するトルクを求めるトルク算出部と、
前記スロットル弁が開くときに、前記トルクが増大し又は減少するかを確認する方向性確認部と、
前記方向性確認部により前記トルクが減少すると確認された場合、該トルクを減少させる該空燃比フィードバック係数の設定を制限するように構成された空燃比フィードバック制限部とを備えることを特徴とする。

【0010】

本発明において、ヘジテーションの予兆は、スロットル弁の加速（開度増加）操作に対して内燃機関のトルクが反比例（減少）する場合に検知（予見）される。このとき、触媒下流の酸素濃度センサによる空燃比フィードバック係数がトルクの減少に比例して減少する傾向にあるとすれば、排気中の酸素量が触媒部で減ぜられることにより、触媒部の下流側の空気過剰率λはリッチだが、触媒部の上流すなわち内燃機関の気筒内の空気過剰率λは１より大きい状態、すなわちオーバーリーン状態に向かっていると考えられる。

【0011】

この点、本発明によれば、スロットル弁が開くときに、トルクが減少することが方向性確認部により確認された場合、空燃比フィードバック制限部は、該トルクが減少するような空燃比フィードバック係数の設定を制限する。これにより、上記オーバーリーン状態によるエンストやヘジテーション等の不都合が発生するのを予見し、これを回避することができる。したがって、触媒部上流側の酸素濃度センサを廃止したにも拘わらずドライバビリティの悪化を抑制し、触媒部上流側の酸素濃度センサの廃止によるコストダウンのメリットを存分に訴求することができる。

【0012】

本発明において、前記方向性確認部は、前記内燃機関が発生するトルクを前記内燃機関の吸気管に設けたスロットル弁の開度に関する値で除算することによってトルク開度比を算出するトルク開度比算出部と、前記トルク開度比についての閾値を設定する閾値設定部と、前記トルク開度比と前記閾値との大小関係を判定する判定部とを備えてもよい。

【0013】

これによれば、トルク開度比算出部により算出されるトルク開度比と、閾値設定部により設定される閾値とについて、判定部により判定される大小関係に基づき、スロットル弁の開閉方向と、発生トルクの増減方向とが、変化の方向性を同じくしているか否かを的確に確認することができる。

【0014】

この場合、前記空燃比フィードバック制限部は、前記空燃比フィードバック係数の変化可能範囲を規制するための規制値を設定する規制値設定部と、前記判定部による判定結果に基づいて、前記規制値を変更する規制実行部とを備えてもよい。

【0015】

これによれば、規制実行部は、規制値設定部により設定される空燃比フィードバック係数の変化可能範囲についての規制値を、判定部によるトルク開度比と閾値との大小関係の判定結果に基づいて、適切に変更することができる。

【0016】

この場合、前記空燃比フィードバック部は、前記空燃比フィードバック係数の代表値を求める空燃比フィードバック学習部を備え、前記規制値設定部は、前記規制値を変更して前記空燃比フィードバック係数の変化可能範囲を調節するとともに、前記規制値を介して前記空燃比フィードバック係数を前記代表値に近づくように修整する規制値修整部を備えてもよい。

【0017】

これによれば、空燃比フィードバック係数は、その変化可能範囲が規制値により調節される際、規制値とともに代表値に近づくように徐々に修整・変更される。これにより、空燃比が急激に変化することにより生じ得る衝撃（内燃機関の急激な回転速度変動）を防止しつつ排気ガスを適正値に整定することができる。

【0018】

本発明において、空燃比フィードバック制限部は、前記判定部による判定結果に基づいて、前記空燃比フィードバック部の前記空燃比フィードバック係数の増減速度を調整する利得調整部を備えてもよい。

【0019】

これによれば、利得調整部によって空燃比フィードバック係数の増減速度を調整することにより、空燃比フィードバック係数の変更速度をスローダウンさせ、リーン側への空燃比フィードバック係数の行き過ぎ（オーバーシュート）を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を備える内燃機関の主要部の構成を模式的に示す模式図である。

【図2】図１の内燃機関のＥＣＵにおける主要構成を示すブロック図である。

【図3】図２のブロック図におけるフィードバック係数演算部の構成を示すブロック図である。

【図4】図３のフィードバック係数演算部の動作を説明するためのタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を備える４サイクル形式の内燃機関の主要部の構成を示す。この内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機関の排気中の酸素濃度に基づいて得られる空気過剰率と目標空気過剰率との偏差に基づいて空燃比フィードバック制御を行う機能を有する。

【0022】

同図に示すように、この内燃機関の機関本体１は、吸入ポートに設けられた吸気管２と、吸気管２内に設けられてエアクリーナ４から吸入ポートに供給される吸気の量を開度に応じて調整するスロットル弁３とを備える。

【0023】

スロットル弁３には、スロットル弁３の開度を検出するスロットルセンサ５が設けられる。スロットルセンサ５は、吸気管２を開閉するスロットル弁３の開度に関する値を検出するスロットル開度検出部を構成する。吸気管２の吸入ポート近傍には、燃料を噴射する燃料噴射弁６が設けられる。燃料噴射弁６には、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって燃料が圧送される。

【0024】

吸気管２には、吸気管２における吸気圧を検出する吸気圧センサ７及び吸気管２内の吸入空気の温度を検出する吸気温センサ８が設けられる。機関本体１の排気ポートに連結された排気管１０内には、排気管１０の排気中の未燃焼成分を低減させる触媒コンバータ１１及び排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１２が設けられる。酸素濃度センサ１２は、排気管１０に介装された触媒部としての触媒コンバータ１１より下流側の排気管１０内の排気中における酸素濃度を検出するものである。

【0025】

機関本体１には、点火装置１４に接続された点火プラグ１３が固着される。ＥＣＵ（電子制御ユニット）１５が点火装置１４に対して点火タイミングの指令を発することにより、機関本体１のシリンダ燃焼室内で火花放電が生じる。

【0026】

ＥＣＵ１５には、スロットルセンサ５、吸気圧センサ７、吸気温センサ８、酸素濃度センサ１２、冷却水温センサ１７、及び大気圧を検出する大気圧センサ２０のそれぞれの検出値を示すアナログ電圧が入力される。また、ＥＣＵ１５には、上記の燃料噴射弁６が接続される。

【0027】

ＥＣＵ１５には、さらに、クランク角度センサ１９からのクランク軸１８の回転角度位置を示す信号が入力される。すなわち、クランク角度センサ１９は、クランク軸１８に連動して回転するロータ１９ａの外周に所定角度（例えば、１５度）毎に設けられた複数の凸部を、ロータ１９ａの外周近傍に配置されたピックアップ１９ｂによって磁気的あるいは光学的に検出し、ピックアップ１９ｂからクランク軸１８の所定角度の回転毎にパルス（クランク信号）を発生する。

【0028】

具体的には、クランク角度センサ１９は、ピストン９が上死点に至る毎に、又はクランク軸１８が３６０度回転する毎に基準角度を示す信号をＥＣＵ１５に出力する。

【0029】

図２は、ＥＣＵ１５における主要な構成を示す。同図に示すように、ＥＣＵ１５に排気中の酸素濃度の検出信号を供給する酸素濃度センサ１２は、排気脈動を有する内燃機関の排気に接するように設けられて排気中の酸素濃度を検出する検出部としてのセンサ素子１２ａと、センサ素子１２ａに隣接してセンサ素子１２ａを加熱するセンサヒータ１２ｂとを備える。

【0030】

センサ素子１２ａは、内燃機関の排気がストイキメトリック近傍の酸素濃度である際に略ステップ状に変化する抵抗値を有し、該抵抗値から求める検出値がセンサ素子１２ａの温度と前記排気脈動とに応じた波高値を有するパルス波状を呈する。センサ素子１２ａとしては、本実施形態では、酸素濃度に応じて抵抗値が変化する抵抗型酸素センサであるチタニア型のセンサ素子が用いられる。

【0031】

ＥＣＵ１５は、センサヒータ１２ｂを制御するヒータ制御器２２と、センサ素子１２ａの温度を示す温度値Ｔを算出する温度読取部としての温度算出部２３と、センサ素子１２ａの出力信号を、排気中の酸素濃度を示す検出値としての電圧値ＶＨＧに変換する電圧算出部２４とを備える。

【0032】

ヒータ制御器２２によるセンサヒータ１２ｂの温度の制御は、不図示の電源（蓄電池）からセンサヒータ１２ｂに供給される通電電流量ＩをＥＣＵ１５でパルス幅変調（ＰＷＭ）制御することにより行われる。また、温度算出部２３による温度値Ｔの算出は、たとえば、センサヒータ１２ｂに印加されたヒータ電圧及び通電電流量Ｉの各値をＥＣＵ１５で読み取ってセンサヒータ１２ｂの抵抗値を求め、該抵抗値を、ＥＣＵ１５に予め準備されたヒータ抵抗値及び温度値Ｔ間の対応関係を示すテーブルデータあるいは計算式によって換算することにより行われる。温度算出部２３及び電圧算出部２４における算出結果は、後述する過剰率算出部２５の代替値演算部２６に供給される。

【0033】

また、ＥＣＵ１５は、クランク角度センサ１９の検出結果に基づいて内燃機関の回転速度ＮＥ及び角速度ＮＥＴＣを算出する回転速度演算部２７と、温度算出部２３からの温度値Ｔ、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧ、及び回転速度演算部２７からの角速度ＮＥＴＣに基づいて空気過剰率λを算出する過剰率算出部２５とを備える。

【0034】

さらに、ＥＣＵ１５は、目標とする空気過剰率λｃｍｄを触媒コンバータ１１の触媒における貯蔵酸素量の推定値等に基づいて算出する目標値演算部２８と、回転速度演算部２７からの回転速度ＮＥ、及び吸気圧センサ７からの吸気管２内の圧力ＰＭに基づいて基本噴射量ＢＪを算出する基本噴射量演算部２９と、過剰率算出部２５により算出された空気過剰率λを目標空気過剰率λｃｍｄに一致させるべく、基本噴射量演算部２９が算出した基本燃料噴射量ＢＪを補正するためのフィードバック係数Ｋを求めるフィードバック係数演算部３０と、フィードバック係数Ｋ及び基本噴射量ＢＪに基づいて燃料噴射量Ｔｉを算出するとともに、燃料噴射弁６を作動させる噴射量演算部３１とを備える。この噴射量演算部３１は、内燃機関の１回の燃焼のために供給される燃料噴射量Ｔｉを捕捉する燃料噴射量捕捉部として機能する。

【0035】

フィードバック係数演算部３０においては、空気過剰率λと目標空気過剰率λｃｍｄとの偏差に基づいたＰＩＤ制御が行われてフィードバック係数Ｋが演算される。噴射量演算部３１によりフィードバック係数Ｋ及び基本噴射量ＢＪに基づいて算出される燃料噴射量Ｔｉに基づき、これに対応する時間だけ、燃料噴射弁６が開弁される。而して、機関本体１のシリンダ燃焼室内には空気過剰率λと目標空気過剰率λｃｍｄとの比較に基づいた上記ＰＩＤ制御のフィードバック係数Ｋに応じた量の燃料が噴射される。

【0036】

過剰率算出部２５は、温度算出部２３からの電圧値ＶＨＧ及び温度算出部２３からの温度値Ｔに基づき、電圧値ＶＨＧを、その温度特性を補償しつつ空気過剰率に対してリニアライズ変換したデータＬＤを用いて排気の空気過剰率λを算出するものである。ただし、この算出は、電圧値ＶＨＧがリーン側の変換限界値（後述の閾値ＬＲＥＦ）以下の場合に適用され、電圧値ＶＨＧがこの変換限界値より大きいときには、後述の別の方法で空気過剰率λが求められる。

【0037】

過剰率算出部２５は、内燃機関のクランク角速度ＮＥＴＣに基づき、例えば特許０６２５４６３３号公報に記載の方法で内燃機関において増減されるトルク値ＴＱを算出するトルク算出部３２と、上述のリニアライズ変換についての変換限界閾値を設定する限界閾値設定部３３と、空気過剰率λの代替値Ｒを算出するのに必要なデータやテーブルを記憶する記憶部３４と、代替値Ｒを算出する代替値演算部２６とを備える。

【0038】

限界閾値設定部３３は、変換限界閾値として、リーン側の変換限界域値であるリーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側の変換限界値であるリッチ側閾値ＲＲＥＦを、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧについて設定する。ただし、チタニア型のセンサ素子１２ａは、温度が変化すると、出力値のダイナミックレンジ（センサ出力電圧の線形領域の最小値と最大値の各値）が変化する。このため、変換限界閾値は、温度算出部２３からの温度値Ｔに応じて変更される。

【0039】

記憶部３４は、代替値Ｒの算出に必要なデータとして、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧが変換限界閾値ＬＲＥＦ以下のとき、燃料噴射弁６による燃料噴射の実行時間Ｔｉ１、トルク値ＴＱ１、変換限界閾値ＬＲＥＦに関する空気過剰率λｂを記憶する。

【0040】

代替値演算部２６は、電圧値ＶＨＧが変換限界閾値ＬＲＥＦを超えているとき、直前の燃料噴射の実行時間をＴｉ２、直前のトルク値をＴＱ２として、次式（１）により代替値Ｒを算出する。
Ｒ＝（（Ｔｉ１÷Ｔｉ２）÷（ＴＱ１÷ＴＱ２））×λｂ （１）

【0041】

そして、過剰率算出部２５は、電圧値ＶＨＧが変換限界閾値ＬＲＥＦを超えている場合には、上述のリニアライズ変換したデータＬＤとしての空気過剰率λに代えて、代替値Ｒを排気の空気過剰率λとみなす。なお、以上の内燃機関の空燃比フィードバック制御については、特願２０２０－１７９５１１号において詳述されている。

【0042】

図３は、上述のフィードバック係数演算部３０の構成を示す。本実施形態の空燃比制御装置は、このフィードバック係数演算部３０と、内燃機関の吸気管を開閉するスロットル弁３の開度に関する値を検出するスロットル開度検出部としての上述のスロットルセンサ５と、内燃機関の運転状態を検出して、内燃機関において増減されるトルクを求める上述のトルク算出部３２とを備える。

【0043】

図３に示すように、フィードバック係数演算部３０は、酸素濃度センサ１２の検出値の帰還に基づき暫定的な（必要に応じて調整されてフィードバック係数Ｋに変換される）暫定フィードバック係数ＭＨＧを増減するように設定する空燃比フィードバック部３５を備える。空燃比フィードバック部３５は、暫定フィードバック係数ＭＨＧの代表値を求める空燃比フィードバック学習部３６を備える。

【0044】

また、フィードバック係数演算部３０は、スロットル弁３の開閉方向と、トルク算出部３２が算出するトルク値ＴＱの増減方向とが、変化の方向性を同じくしているか否かを確認する方向性確認部３７と、この変化の方向性が異なる関係にあると確認された場合、トルク値ＴＱが変化している方向と同じ側への暫定フィードバック係数ＭＨＧの変化を制限し、制限されたフィードバック係数Ｋを出力する空燃比フィードバック制限部３８とを備える。

【0045】

方向性確認部３７は、トルク値ＴＱをスロットル弁３の開度ＴＨで除算することによって、トルク開度比ＲＴＯＴＱＴＨを算出するトルク開度比算出部３９と、内燃機関の回転速度ＮＥに基づいてトルク開度比ＲＴＯＴＱＴＨについての閾値ＴＶを設定する閾値設定部４０と、トルク開度比ＲＴＯＴＱＴＨと閾値ＴＶとの大小関係を判定し、その判定結果を示すフラグＦ＿ＤＲを出力する判定部４１とを備える。

【0046】

空燃比フィードバック制限部３８は、暫定フィードバック係数ＭＨＧの変化可能範囲を標準的な範囲に設定するための通常の規制範囲と、この通常の規制範囲よりも狭い範囲に暫定フィードバック係数ＭＨＧの変化可能範囲を調節するための規制値ＬＶを設定する規制値設定部４２と、判定部４１による判定結果Ｆ＿ＤＲと、規制値設定部４２による規制値ＬＶとに基づいて、暫定フィードバック係数ＭＨＧの値を制限し、フィードバック係数Ｋへと変換する規制実行部４３とを備える。

【0047】

さらに、規制値設定部４２は、規制値ＬＶを有効化して暫定フィードバック係数ＭＨＧの変更範囲を制限するとともに、規制値ＬＶを、後述する代表値ＭＲＥＦＨＧに近づくように修整する規制値修整部４４を備える。

【0048】

また、空燃比フィードバック制限部３８は、判定部４１による判定結果を示すフラグＦ＿ＤＲに基づいて、空燃比フィードバック部３５における暫定フィードバック係数ＭＨＧの増減速度を調整する利得調整部４５を備える。

【0049】

図４は、空燃比制御装置の動作を示す。同図においては、内燃機関の回転速度ＮＥ、スロットル弁３の開度ＴＨ、内燃機関が発生するトルクＴＱ、トルクＴＱをスロットル開度ＴＨで除したトルク開度比ＲＴＯＴＱＴＨ、フィードバック係数Ｋ、及び判定部４１による判定結果を示すフラグＦ＿ＤＲについて、時間Ｔの進行に応じた一定時間間隔の制御サイクル毎に行われる空燃比制御装置による処理によって変化する様子が例示されている。

【0050】

図４に示すように、例えば、スロットル弁３の開度ＴＨが、内燃機関の回転速度ＮＥがアイドルとなる時の開度状態（全閉）から開度０．８を超えて開かれた状態になるとき、内燃機関の回転速度ＮＥがアイドル時の回転速度ＩＤＬＥから１８００ｒｐｍを超えて上昇するように変化する。この場合に、内燃機関においてトルクＴＱが開度ＴＨに追従しないヘジテーション（機関の息つき）が発生する場合がある。

【0051】

このとき、触媒コンバータ１１下流の酸素濃度センサ１２による暫定フィードバック係数ＭＨＧがトルクＴＱの減少に比例して減少する傾向であるとすれば、排気中の酸素量が排気管１０中の触媒コンバータ１１で減ぜられることにより、触媒コンバータ１１下流の空気過剰率λはリッチだが、触媒コンバータ１１上流すなわち内燃機関の気筒内の空気過剰率λは１より大きい状態、すなわち、内燃機関に、ヘジテーションの兆候となるオーバーリーン状態が生じつつあるものと考えられる。

【0052】

そこで、本実施形態の空燃比制御装置においては、このオーバーリーン状態を解消することにより、ヘジテーションを回避している。この目的のため、制御サイクルを繰り返す毎に、フィードバック係数演算部３０は、空燃比フィードバック部３５が出力する暫定フィードバック係数ＭＨＧを必要に応じて調整し、フィードバック係数Ｋとして出力する。

【0053】

この暫定フィードバック係数ＭＨＧの調整は、方向性確認部３７によりスロットル弁３の開閉方向と、内燃機関が発生するトルクの増減方向とが、変化の方向性を同じくしているか否かを確認し、変化の方向性が異なる関係にあると確認された場合、空燃比フィードバック制限部３８の規制値設定部４２により、発生トルクが変化している方向と同じ側への暫定フィードバック係数ＭＨＧの変化を制限することにより行われる。

【0054】

すなわち、空燃比制御装置は、制御サイクルを繰り返す毎に、次の処理を行う。まず、角速度ＮＥＴＣに基づいてトルク算出部３２によりトルク値ＴＱを求める。また、スロットルセンサ５によりスロットル開度ＴＨを取得する。そして、フィードバック係数演算部３０により、基本燃料噴射量ＢＪを補正するためのフィードバック係数Ｋを、次のような手順で取得する。

【0055】

まず、上述の過剰率算出部２５で算出される空気過剰率λを目標空気過剰率λｃｍｄに一致させるべく、空燃比フィードバック部３５により暫定フィードバック係数ＭＨＧを演算する。また、方向性確認部３７において、スロットル弁３の開閉方向と、内燃機関が発生するトルクＴＱの増減方向とが、変化の方向性を同じくしているか否かを確認する。

【0056】

この確認を行うには、まず、トルク開度比算出部３９において、トルク算出部３２により求められたトルクＴＱをスロットルセンサ５からのスロットル開度ＴＨで除算することによりトルク開度比ＲＴＯＴＱＴＨを求める。

【0057】

次に、閾値設定部４０により、回転速度演算部２７からの回転速度ＮＥに基づいて、閾値ＴＶ（例えば＃０．２）が設定される。この閾値ＴＶは、トルクＴＱがスロットル開度ＴＨに適切に追従しないことにより上述のヘジテーションが生じ得るか否かを判別する観点から、予備実験等を通して予め設定されている。

【0058】

次に、判定部４１において、トルク開度比ＲＴＯＴＱＴＨと、閾値ＴＶとの関係に応じてフラグＦ＿ＤＲが設定される。すなわち、トルク開度比ＲＴＯＴＱＴＨ＜閾値ＴＶのとき、フラグＦ＿ＤＲが「１」に設定される。この場合、フラグＦ＿ＤＲは、スロットル弁３の開閉方向と、内燃機関が発生するトルクＴＱの増減方向とが異なり、上述のヘジテーションが予見された状態であることを示す。

【0059】

一方、トルク開度比ＲＴＯＴＱＴＨが閾値ＴＶ以上のとき、フラグＦ＿ＤＲが「０」に設定される。この場合、フラグＦ＿ＤＲは、スロットル弁３の開閉方向と内燃機関が発生するトルクＴＱの増減方向とが同じであることが確認され、すなわち、ヘジテーションが予見されていないことを示す。

【0060】

次に、空燃比フィードバック制限部３８は、判定部４１からのフラグＦ＿ＤＲに基づき、スロットル弁３の開閉方向とトルクＴＱの増減方向とが同じであることが確認された場合には、空燃比フィードバック部３５からの暫定フィードバック係数ＭＨＧをそのままフィードバック係数Ｋとして出力する。すなわち、設定されたフラグＦ＿ＤＲが「０」である場合には、空燃比フィードバック制限部３８は、空燃比フィードバック部３５からの暫定フィードバック係数ＭＨＧを、通常の規制範囲内で設定し、基本燃料噴射量ＢＪを補正するためのフィードバック係数Ｋとして出力する。

【0061】

一方、空燃比フィードバック制限部３８は、判定部４１からのフラグＦ＿ＤＲに基づき、スロットル弁３の開閉方向とトルクＴＱの増減方向とが異なることが確認された場合には、空燃比フィードバック部３５からの暫定フィードバック係数ＭＨＧの変化を制限する。

【0062】

すなわち、設定されたフラグＦ＿ＤＲが「１」である場合には、空燃比フィードバック制限部３８は、規制値設定部４２により、空燃比フィードバック部３５からの暫定フィードバック係数ＭＨＧの変化可能範囲を通常の規制範囲よりも狭い範囲に規制するための規制値ＬＶを設定する。

【0063】

規制値ＬＶとしては、ここでは、空燃比フィードバック学習部３６において暫定フィードバック係数ＭＨＧを学習して得られている暫定フィードバック係数ＭＨＧの代表値ＭＲＥＦＨＧから変数αを減算して得た値（＝ＭＲＥＦＨＧ－α）が採用される。例えば、通常の規制範囲の上限値が１．１５、下限値が０．８５であるとすれば、これより狭い規制範囲として、上限値が１．１５、下限値が０．９５が採用され、この下限値０．９５が規制値ＬＶとして設定される。

【0064】

次に、規制実行部４３により、空燃比フィードバック係数の変化可能範囲を規制する下側の限界値を、規制値設定部４２により設定された規制値ＬＶに変更する。すなわち、暫定フィードバック係数ＭＨＧの増減範囲を規制する限界値が、通常の規制範囲よりも狭い範囲に規制する限界値に切り替えられる。例えば、通常の規制範囲の下限が０．８５であり、前回の制御サイクルでのフィードバック係数Ｋが０．９５を示しており、かつ、暫定フィードバック係数ＭＨＧの代表値ＭＲＥＦＨＧが１．０を示していた場合に、上述の変数αの値には０．０５が設定され、かくして規制値ＬＶの値は、０．８５から０．９５（＝ＭＲＥＦＨＧ－α）に変更される。これにより、フィードバック係数ＭＨＧが規制値ＬＶよりも小さい場合には、暫定フィードバック係数ＭＨＧの値は強制的に規制値ＬＶ（例えば０．９５）に規制される。

【0065】

また、フラグＦ＿ＤＲが「１」である場合には、利得調整部４５により、暫定フィードバック係数ＭＨＧの変化速度、すなわち制御サイクル毎の変化量を減少させることができる。具体的には、積分項及び比例項の利得を、前回の制御サイクルの場合よりも減少させる。これにより、例えば、図４中の実線Ａで示される暫定フィードバック係数ＭＨＧの変化曲線の傾きは、図４中の破線Ｂで示されるより緩やかな傾きとなるように変更される。

【0066】

以降の制御サイクルにおいて、フラグＦ＿ＤＲが「１」である場合が続く場合、その連続する制御サイクルにおいて、規制値修整部４４は、順次、規制値設定部４２において設定される規制値ＬＶを介して暫定フィードバック係数ＭＨＧの変更範囲を制限するとともに、規制値ＬＶを、空燃比フィードバック学習部３６により得られている代表値ＭＲＥＦＨＧに近づくように逐次修整する。

【0067】

具体的には、規制値ＬＶ（＝ＭＲＥＦＨＧ－α）における変数αの値が、連続する制御サイクルにおいて、制御サイクルが進むごとにゼロに向かって徐々に減少される。そうすると、規制実行部４３は、連続する制御サイクルにおいて、上述の規制範囲の下限値に設定される規制値ＬＶを、代表値ＭＲＥＦＨＧに近づくように変更してゆくことになる。これに従って、フィードバック係数Ｋ（ＭＨＧ）は、図４に示されるように、学習値ＭＲＥＦＨＧに近づき、学習値ＭＲＥＦＨＧにマージされることになる。

【0068】

これにより、触媒コンバータ１１下流の酸素濃度センサ１２のみによる空燃比フィードバック制御を行う際に生じ易い、上記オーバーリーン状態が是正される。したがって、オーバーリーン状態によるヘジテーション発生が回避される。

【0069】

以上のように、本実施形態によれば、スロットル弁３の開閉方向とトルクＴＱの増減方向が異なることが方向性確認部３７により確認された場合、空燃比フィードバック制限部３８により、トルクＴＱの変化方向と同方向へのフィードバック係数Ｋ（ＭＨＧ）の変化を制限するので、上記オーバーリーン状態が発生するのを回避することができる。したがって、触媒上流の酸素濃度センサを廃止したにも拘わらずドライバビリティの悪化を抑制し、触媒上流の酸素濃度センサの廃止によるコストダウンのメリットを存分に訴求することができる。

【0070】

また、方向性確認部３７におけるスロットル弁３の開閉方向とトルクＴＱの増減方向とが異なるかどうかについては、トルク開度比算出部３９により算出されるトルク開度比ＲＴＯＴＱＴＨと、閾値設定部４０により設定される閾値ＴＶとについて判定部４１により判定される大小関係（フラグＦ＿ＤＲ）に基づき、的確に確認することができる。

【0071】

また、空燃比フィードバック制限部３８は、暫定フィードバック係数ＭＨＧの変化可能範囲を規制するための規制値ＬＶを設定する規制値設定部４２と、判定部４１による判定結果に基づいて、規制値ＬＶを変更する規制実行部４３とを備えるので、規制値設定部４２により設定される暫定フィードバック係数ＭＨＧの変化可能範囲についての規制値ＬＶを、判定部４１による判定結果に基づいて、規制実行部４３により適切に変更することができる。

【0072】

また、空燃比フィードバック部３５は、暫定フィードバック係数ＭＨＧの代表値を求める空燃比フィードバック学習部３６を備え、規制値設定部４２は、規制値ＬＶを有効化して暫定フィードバック係数ＭＨＧの変更範囲を制限するとともに、規制値ＬＶを代表値ＭＲＥＦＨＧに近づくように修整する規制値修整部４４を備えるので、暫定フィードバック係数ＭＨＧを徐々に変更し、空燃比が急激に変化することにより生じ得る衝撃を防止することができる。

【0073】

また、空燃比フィードバック制限部３８は、判定部４１による判定結果に基づいて、空燃比フィードバック部３５の暫定フィードバック係数ＭＨＧの増減速度を調整する利得調整部４５を備えるので、利得調整部４５によって、暫定フィードバック係数ＭＨＧの増減速度を調整することにより、たとえば暫定フィードバック係数ＭＨＧの増減速度をスローダウンさせ、リーン側へのフィードバックの行き過ぎ（オーバーシュート）を低減させることができる。

【0074】

以上説明したように、本実施形態の空燃比制御装置は、ヘジテーション発生が予見される状況下でこれを回避することができ、例えば、車体にガクンという空燃比変動ショックが発生した場合に車体のバランスを崩しがちな傾向にある自動二輪車の内燃機関に用いるのが好適な制御装置であるが、四輪車の内燃機関に用いることもできるものである。本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

【符号の説明】

【0075】

１…機関本体、２…吸気管、３…スロットル弁、４…エアクリーナ、５…スロットルセンサ、６…燃料噴射弁、７…吸気圧センサ、８…吸気温センサ、９…ピストン、１０…排気管、１１…触媒コンバータ、１２…酸素濃度センサ、１２ａ…センサ素子、１２ｂ…センサヒータ、１３…点火プラグ、１４…点火装置、１５…ＥＣＵ（電子制御ユニット）、１７…冷却水温センサ、１８…クランク軸、１９…クランク角度センサ、１９ａ…ロータ、１９ｂ…ピックアップ、２０…大気圧センサ、２２…ヒータ制御器、２３…温度算出部、２４…電圧算出部、２５…過剰率算出部、２６…代替値演算部、２７…回転速度演算部、２８…目標値演算部、２９…基本噴射量演算部、３０…フィードバック係数演算部、３１…噴射量演算部、３２…トルク算出部、３３…限界閾値設定部、３４…記憶部、３５…空燃比フィードバック部、３６…空燃比フィードバック学習部、３７…方向性確認部、３８…空燃比フィードバック制限部、３９…トルク開度比算出部、４０…閾値設定部、４１…判定部、４２…規制値設定部、４３…規制実行部、４４…規制値修整部、４５…利得調整部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】