JP4778401B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は内燃機関の制御装置に関し、より詳しくはフレキシブル・フューエル・ビークル（Flexible Fuel Vehicle）、即ち、ガソリン燃料でも、エタノール燃料でも、あるいはガソリンとエタノールの混合燃料でも運転可能な車両用の内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、アルコールを含む多種燃料内燃機関の排気系に排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサを設け、その酸素濃度センサの出力と目標空燃比との偏差に応じて補正係数によって空燃比を制御する内燃機関において、補正係数の大きさからアルコール混合比率を検出し、その検出値に応じて目標空燃比を修正する技術が開示される。

また、特許文献２には、スロットル開度、機関回転数、吸入空気量のいずれかが所定値以上となったときに燃料を増量して排気浄化装置の過熱を防止する技術が開示される。

さらに、特許文献３には、触媒温度が所定値以上のとき、または機関回転数、吸気管内圧力が所定値以上の状態が所定時間以上継続したとき、換言すれば触媒温度が所定値以上になっていると推測できるとき、スロットル開度を触媒保護用スロットル開度になるように徐々に減少させることで触媒温度を低下させることが開示される。
特開昭６３−５１３１号公報 特開昭５３−４０１２８号公報 特開平０８−１６５９４２号公報

酸素濃度センサは空燃比が理論空燃比から離れるほど個体バラツキによる検出ずれが増加することから、特許文献２記載の技術のように排気浄化装置の過熱を防止するために燃料を増量する制御を行う際、フィードバック制御を中止してオープンループ制御にすることで、必要な燃料増量を確保することが従来行われている。

特許文献１記載のような、フレキシブル・フューエル・ビークル（以下「ＦＦＶ」という）用の内燃機関において、給油によってアルコール濃度が濃度小から濃度多に変化した場合、アルコール濃度の学習が完了する前に特許文献２記載の燃料増量が行われると、フィードバック制御が中止される結果、燃料噴射量は排気浄化装置の過熱を防止するには不足する。

尚、特許文献３記載の技術のように、触媒温度が所定値以上のとき、常にスロットル開度を減少させる制御を行うと、機関出力が減少して運転者が必要とする出力が得られない不都合がある。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、フィードバック制御を中止したときのアルコール濃度の学習値と実際のアルコール濃度の違いによる燃料噴射量の不足を抑制するようにしたＦＦＶ用の内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、排気中の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記検出された空燃比と目標空燃比との偏差に応じて燃料噴射量の空燃比補正係数を算出する空燃比補正係数算出手段と、前記算出される空燃比補正係数に基づいて燃料に含まれるアルコール濃度を学習するアルコール濃度学習手段と、前記学習されたアルコール濃度に基づいて前記燃料噴射量のアルコール濃度補正係数を算出するアルコール濃度補正係数算出手段と、前記検出された空燃比を目標空燃比に一致させる空燃比フィードバック制御を実行するフィードバック制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、運転状態に応じて前記空燃比フィードバック制御の実行と中止を切り替える制御切り替え手段を備え、前記制御切り替え手段は、前記アルコール濃度の学習が完了するまで、前記空燃比フィードバック制御を継続し、前記アルコール濃度の学習が完了した後はリッチ限界空燃比として第１のリッチ限界空燃比を設定する一方、前記アルコール濃度の学習が完了するまでは前記リッチ限界空燃比として前記第１のリッチ限界空燃比よりもリッチ側の第２のリッチ限界空燃比を設定すると共に、前記目標空燃比が前記リッチ限界空燃比をリッチ側に超えたとき、前記空燃比フィードバック制御を中止する如く構成した。

請求項２に係る内燃機関の制御装置にあっては、前記制御切り替え手段は、前記内燃機関の負荷が所定値以上のとき、前記空燃比フィードバック制御を中止すると共に、前記アルコール濃度の学習が完了するまで、前記内燃機関の負荷が前記所定値以上にならないようにスロットル開度の上限値を設定する如く構成した。

請求項３に係る内燃機関の制御装置にあっては、前記目標空燃比に応じて燃料噴射量の目標空燃比補正係数が算出されると共に、前記第１のリッチ限界空燃比は、前記空燃比検出手段の個体差に基づく検出値と前記目標空燃比補正係数に応じた燃料噴射量が噴射された際の空燃比との偏差に応じた前記空燃比補正係数が、前記アルコール濃度の学習の再開を招く変化幅未満となるように設定する如く構成した。

請求項４に係る内燃機関の制御装置にあっては、前記目標空燃比に応じて燃料噴射量の目標空燃比補正係数が算出されると共に、排気系の触媒装置の冷却用の燃料増量係数と余裕分を加算した触媒保護用空燃比を前記目標空燃比に設定し、さらに前記第２のリッチ限界空燃比は、前記空燃比検出手段の個体差に基づく検出値と前記目標空燃比補正係数に応じた燃料噴射量が噴射された際の空燃比との偏差に応じた前記空燃比補正係数が前記余裕分以上にならないように設定する如く構成した。

請求項５に係る内燃機関の制御装置にあっては、前記触媒保護用空燃比を前記内燃機関の負荷から推定される前記触媒装置の温度に応じて設定すると共に、前記アルコール濃度の学習が完了するまでは、スロットル開度の上限値を前記触媒保護用空燃比が前記第２のリッチ限界空燃比よりもリッチ側にならない前記内燃機関の負荷に応じたスロットル開度に設定する如く構成した。

請求項１にあっては、アルコール濃度の学習が完了するまでは空燃比フィードバック制御を継続するため、アルコール濃度補正係数を算出するアルコール濃度の学習値と実際のアルコール濃度との違いによる燃料噴射量の不足を抑制することができる。また、上記した効果に加え、空燃比フィードバック制御を中止するリッチ限界空燃比を、アルコール濃度の学習が完了する前は、よりリッチ側の値に設定することで、空燃比フィードバック制御領域を拡大することができる。

請求項２に係る内燃機関の制御装置にあっては、上記した効果に加え、空燃比フィードバック制御からオープンループ制御に切り替わる内燃機関の負荷以下にスロットル開度の上限値を設定することで、アルコール濃度の学習が完了するまで空燃比フィードバック制御を確実に継続することができる。

請求項３に係る内燃機関の制御装置にあっては、上記した効果に加え、空燃比検出手段の個体差に基づく検出値のばらつきによって空燃比補正係数が所定値以上変化することを防止できるので、不要なアルコール濃度の再学習を回避することができる。

請求項４に係る内燃機関の制御装置にあっては、上記した効果に加え、空燃比検出手段の個体差に基づく検出値のばらつきによって空燃比補正係数が余裕分以上にならない触媒保護用空燃比に設定することで、触媒装置を冷却するのに必要な燃料増量を確保することができる。

請求項５に係る内燃機関の制御装置にあっては、上記した効果に加え、空燃比フィードバック制御中でも確実に触媒装置の保護が行える領域になるように内燃機関の負荷を制御するので、アルコール濃度の学習が完了する前に空燃比フィードバック制御を継続しながら、触媒装置も確実に保護することができる。また、出力減少となるスロットル開度の制限を最小値にすることができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る内燃機関の制御装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、この発明の実施例に係る内燃機関の制御装置を全体的に示す概略図である。

図１において、符号１０は、ＦＦＶ（図示せず）に搭載される、４気筒（シリンダ）４サイクルの内燃機関（１気筒のみ図示。以下「エンジン」という）を示す。エンジン１０において、エアクリーナ１２から吸入されて吸気管１４を通る空気（吸気）はスロットルバルブ１６で流量を調節されて吸気マニホルド１８を流れ、２個の吸気バルブ（１個のみ図示）２０が開弁されるとき、燃焼室に流入する。

スロットルバルブ１６は、ＦＦＶ運転席床面に配置されたアクセルペダル（図示せず）との機械的な接続を絶たれ、ＤＣモータ（アクチュエータ）２２に接続され、ＤＣモータ２２で駆動されて開閉する。このように、スロットルバルブ１６の開度はＤＢＷ（Drive By Wire）方式で制御される。

吸気バルブ２０の手前の吸気ポート付近には、メイン・インジェクタ２４が配置される。メイン・インジェクタ２４には、メイン燃料タンク２６に貯留され、メイン燃料タンク２６の内部に配置されたメイン燃料ポンプ２８で汲み上げられる燃料がメイン燃料供給管３０を介して圧送される。

メイン燃料タンク２６に貯留される燃料としては、ガソリンとエタノール（エチルアルコール）の混合燃料、具体的にはガソリン７８％とエタノール２２％の混合燃料（Ｅ２２）からガソリン０％とエタノール１００％のエタノール燃料（Ｅ１００）までの間のアルコール燃料が予定される。尚、アルコール燃料はガソリンに比して理論空燃比がリッチ側にずれると共に、そのずれはアルコール濃度の増加につれて拡大する。

吸気ポート付近においてメイン・インジェクタ２４の上流側には、サブ・インジェクタ３２が配置される。サブ・インジェクタ３２には、サブ燃料タンク３４に貯留されてサブ燃料ポンプ３６で汲み上げられるサブ燃料がサブ燃料供給管３８を介して圧送される。サブ燃料としては、ガソリン燃料、Ｅ２２などが使用される。

メイン・インジェクタ２４とサブ・インジェクタ３２は、駆動回路（図示せず）を通じてＥＣＵ（Electronic Control Unit。電子制御ユニット）４０に電気的に接続され、ＥＣＵ４０から開弁時間を示す駆動信号が駆動回路を通じて供給されると開弁し、開弁時間に応じた燃料を吸気ポートに噴射する。噴射された燃料は、流入した空気と混合して混合気（予混合気）を形成し、吸気バルブ２０が開弁されるとき、燃焼室に流入する。サブ燃料は、エンジン１０の始動時にのみ使用される。

燃焼室には点火プラグ４４が配置される。点火プラグ４４はイグナイタなどからなる点火装置（図示せず）に接続される。点火装置はＥＣＵ４０から点火信号が供給されると、点火プラグ４４の電極間に火花放電を生じさせる。混合気はそれによって着火されて燃焼し、ピストン４６を下方に駆動する。

ピストン４６を包み込むシリンダブロックの下部のクランクケース４８の内部には、ピストン４６に接続され、ピストン４６の上下運動を回転運動に変換するクランクシャフト（図示せず。５０はそれに取り付けられるパルサプレート５０を示す）が収容される。クランクケース４８の下部は、オイル（潤滑油）を受けるオイルパンを構成する。

燃焼によって生じた排気（排ガス）は、２個の排気バルブ（図示せず）が開弁するとき、排気ポート５２を通って排気管５４に流れる。排気管５４には、（２床の三元触媒からなる）触媒装置５６が配置される。排気は、触媒装置５６が活性状態にあるとき、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘなどの有害成分を除去されてエンジン外の大気に放出される。

メイン燃料タンク２６とサブ燃料タンク３４の液面上方空間はチャージ通路５８，６０を介してキャニスタ６２に接続されると共に、キャニスタ６２はパージ通路６４を介して吸気管１４にスロットルバルブ１６の配置位置の下流で接続される。パージ通路６４には電磁バルブからなるパージ制御バルブ６４ａが設けられ、励磁されるとき、パージ通路６４を開放する。

上記した構成において、メイン燃料タンク２６とサブ燃料タンク３４から蒸発した燃料蒸気はチャージ通路５８，６０を通ってキャニスタ６２に流れ、その内部に収容された吸着材６２ａに吸着される。キャニスタ６２の内部はパージ制御バルブ６４ａが励磁されるとき、吸気管１４から負圧が作用し、吸着された燃料蒸気は大気開放孔６２ｂから導入される新気と共に、パージ通路６４を通って吸気系にパージされる。

クランクケース４８の上部はＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）用の孔が穿設され、吸気管１４のスロットルバルブ１６の配置位置の下流と還流通路６８で接続される。還流通路６８にはチェックバルブ６８ａが設けられ、クランクケース内のオイルに混入したアルコール蒸気は、所定圧以上となるとチェックバルブ６８ａを押し開き、還流通路６８を通ってブローバイガスとして吸気系にパージされる。

シリンダブロックの上のシリンダヘッドには油圧で動作する動弁機構７０が設けられ、吸気バルブ２０のバルブタイミングとリフト量を高低２種の特性の間で変更する。

エンジン１０のクランクシャフトの付近にはクランク角センサ７２が配置され、前記したパルサプレート５０の回転から気筒判別信号と、各気筒のＴＤＣ（上死点）あるいはその付近のクランク角度を示すＴＤＣ信号と、ＴＤＣ信号を細分してなるクランク角度信号とを出力する。

エアクリーナ１２の付近には温度検出素子を備えたエアフローメータ７４が配置され、エアクリーナ１２から吸入される空気（吸気）量Ｑと吸気温ＴＡに応じた信号を出力する。

吸気管１４においてスロットルバルブ１６の下流にはＭＡＰセンサ７６が配置され、吸気管内圧力ＰＢＡを絶対圧で示す信号を出力すると共に、スロットルバルブ１６にはスロットル開度センサ７８が配置され、スロットルバルブ１６の位置（スロットル開度）ＴＨに応じた信号を出力する。

エンジン１０の冷却水通路（図示せず）には水温センサ８０が配置されてエンジン冷却水温ＴＷに応じた信号を出力すると共に、シリンダブロックにはノックセンサ８２が配置され、エンジン１０に生じる振動に応じた信号を出力する。

排気系において触媒装置５６の上流には広域空燃比センサ８４が配置され、理論空燃比からリッチあるいはリーンに至るまでの広い範囲において排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する。広域空燃比センサ８４の出力に基づき、検出空燃比ＫＡＣＴが当量比で算出される。また、触媒装置５６の触媒床の間にはＯ_２センサ８６が配置され、排気中の酸素濃度が理論空燃比からリッチあるいはリーンに変化するたびに反転する信号を出力する。

メイン燃料タンク２６にはフューエルレベルセンサ８８が配置され、燃料の液面高さに応じた信号を出力する。

アクセルペダルの付近にはアクセル開度センサ９０が設けられ、運転者のアクセルペダル踏み込み量を示すアクセル位置（エンジン負荷を示す）ＡＰに応じた信号を出力する。ドライブシャフト（図示せず）の付近には車速センサ９２が設けられ、ドライブシャフトの回転当たりにパルス信号を出力すると共に、ＦＦＶの適宜位置には大気圧センサ９４が設けられ、大気圧ＰＡに応じた信号を出力する。

上記したセンサ群の出力は、ＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０はマイクロコンピュータからなり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路およびカウンタ（全て図示せず）を備える。ＥＣＵ４０は入力信号の内、クランク角度信号をカウントしてエンジン回転数ＮＥを算出（検出）すると共に、車速センサ９２の出力をカウントして車速ＶＰを算出（検出）する。

ＥＣＵ４０は入力値と算出値に基づき、ＲＯＭに格納されている命令に従い、続いて述べるように、燃料噴射量などを算出すると共に、エンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから吸気バルブ２０のバルブタイミングとリフト量を高低２種の特性の間で変更する。

図２は、そのＥＣＵ４０の動作を機能的に説明するブロック図である。

符号４０ａは燃料噴射量算出ブロックを示し、そこにおいては検出された運転状態に応じてエンジン１０に供給すべき燃料噴射量ＴＯＵＴが算出される。

即ち、エンジン負荷に応じて基本燃料噴射量ＴＩＭが算出されると共に、検出された空燃比ＫＡＣＴを目標空燃比ＫＣＭＤに制御する空燃比フィードバック制御においてそれらの偏差に応じて空燃比補正係数（空燃比フィードバック補正係数）ＫＡＦが算出され、さらにアルコール濃度補正係数（アルコール濃度学習値）ＫＲＥＦＢＳなど、その他の補正係数が算出されて基本燃料噴射量が補正されることで、燃料噴射量ＴＯＵＴが算出される。

燃料噴射量算出ブロック４０ａでは、空燃比補正係数ＫＡＦの制限値が設定されると共に、アルコール濃度が学習されるときの制限値の変更の際、空燃比補正係数ＫＡＦが制限値に達したとき、制限値を変更する如く構成される。

算出された燃料噴射量ＴＯＵＴに基づき、メイン・インジェクタ２４が駆動される。尚、アルコール燃料はエンジン冷却水温ＴＷが低いときに始動性が悪いことから、エンジン１０の始動時にはメイン・インジェクタ２４に加え、サブ・インジェクタ３２を駆動してサブ燃料が噴射される。

符号４０ｂはアルコール濃度学習ブロックを示し、そこにおいては空燃比補正係数ＫＡＦに基づいて燃料に含まれるアルコール濃度が学習される。即ち、空燃比補正係数ＫＡＦをなましてアルコール濃度学習値ＫＲＥＦＸを算出し、それを前回のアルコール濃度補正係数ＫＲＥＦＢＳに乗算して補正することでアルコール濃度補正係数ＫＲＥＦＢＳが更新される。アルコール濃度補正係数ＫＲＥＦＢＳは、ブロック４０ａに送られる。

図３を参照してアルコール濃度学習を説明すると、この実施例では空燃比補正係数ＫＡＦをなまして得たアルコール濃度学習値ＫＲＥＦＸに基づいてアルコール濃度が学習（検出）される。燃料としてＥ１００からＥ２２までを予定するが、アルコール濃度補正係数ＫＲＥＦＢＳはその中間のＥ６４に相当する値（１．０。補正なし）となるように初期値が設定される。

図３の左端に示す如く、Ｅ６４使用時、給油により燃料がＥ１００に切り替えられたとすると、それに応じて空燃比補正係数ＫＡＦとそれをなましたアルコール濃度学習値ＫＲＥＦＸは変化し、アルコール濃度補正係数は１．２に修正される。

その後、末尾のフラグＦ_ＲＥＦＵＥＬＦＦＶ（給油判定）から、アイドル中に給油により燃料がＥ２２に切り替えられたとすると、空燃比補正係数ＫＡＦと学習値ＫＲＥＦＸは反転し、アルコール濃度補正係数は０．８に修正される。

図２の説明に戻ると、符号４０ｃは点火時期算出ブロックを示し、そこにおいては検出された運転状態に応じてエンジン１０に供給すべき点火時期が算出され、それに基づいて点火装置を介して点火プラグ４４の点火が制御される。

符号４０ｄはスロットル開度制御値算出ブロックを示し、そこにおいてはスロットル開度の制御値が算出され、それに基づいてＤＣモータ２２が駆動される。

図４はブロック４０ａにおける燃料噴射量算出処理を示すフロー・チャートである。図示のプログラムは、それぞれの気筒のＴＤＣ付近の所定クランク角度で実行される。

以下説明すると、Ｓ１０において別ルーチンで算出される、始動時増量補正項ＫＡＳＴ、加速度に応じて算出される加速補正項ＫＡＣＣ、減速度に応じて算出される減速補正項ＫＤＥＣを乗算し、よって得た積をｋｔｏｔａｌｔｍｐとする。

次いでＳ１２に進み、同様に別ルーチンで算出される、吸気温ＴＡに応じて算出される吸気温補正項ＫＴＡ、大気圧ＰＡに応じて算出される大気圧補正項ＫＰＡ、エンジン冷却水温ＴＷに応じて算出される水温補正項ＫＴＷを乗算し、よって得た積をｋｔａｔｗｐａとする。

次いでＳ１４に進み、Ｓ１０とＳ１２の処理で得られた２種の補正項を乗算し、よって得た値を乗算補正項積算値ＫＴＴＬとする。

次いでＳ１６に進み、エンジン１０に供給すべき燃料噴射量ＴＯＵＴを図示の式に従って算出する。

Ｓ１６に示される式で、ＫＲＥＦＢＳ：アルコール濃度補正係数、ＫＡＦ：空燃比補正係数、ＫＣＭＤ：目標空燃比あるいは目標空燃比補正係数（検出空燃比ＫＡＣＴと同様に当量比で示されることから、空燃比の目標値と、燃料噴射量を補正する補正係数としても機能する）、ＫＴＴＬ：上記した乗算補正項積算値、ＴＩＭ（暖機後の基本燃料噴射量で、予め設定された特性（マップ）をエンジン負荷Ｇａｉｒ（エアフローメータ７４の出力Ｑをエンジン回転数ＮＥで除算して得られた１回の燃焼に使用される空気量）で検索することで算出される）、ＫＥＶＡＣＴ：キャニスタパージ（吸気系に還流される燃料蒸気）による補正係数、ＫＣＴＭＦＦＶ：アルコール蒸散補正係数（オイル（潤滑油）に混入したアルコール蒸気の補正係数）である。最終的な燃料噴射量ＴＯＵＴを含め、燃料噴射量は全てメイン・インジェクタ２４の開弁時間で規定される。

図５は燃料噴射量算出ブロック４０ａにおける処理の中の運転状態に応じた空燃比フィードバック制御の実行と中止の切り替え判断処理を示すフロー・チャートである。図示のプログラムも、それぞれの気筒のＴＤＣ付近の所定クランク角度で実行される。

以下説明すると、Ｓ１００においてフラグＦ_ＫＲＥＦＢＳＯＮのビットが１にセットされているか否か判断する。このフラグは別ルーチンにおいてアルコール濃度補正係数の更新、換言すればアルコール濃度の学習の実行が終了するときそのビットが１にセットされることから、Ｓ１００の判断はアルコール濃度の学習が完了したか否か判断することに相当する。

Ｓ１００で肯定されるときはＳ１０２に進み、リッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨＦＦＶとしてＫＣＭＤＦＢＨ（第１のリッチ限界空燃比）を設定する一方、Ｓ１００で否定されるときはＳ１０４に進み、リッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨＦＦＶとしてＫＣＭＤＦＢＨＰＲＥ（第２のリッチ限界空燃比）を設定する。ＫＣＭＤＦＢＨＰＲＥ（第２のリッチ限界空燃比）は、第１のリッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨよりもリッチ側の値に設定される。

次いでＳ１０６に進み、目標空燃比ＫＣＭＤが上記のリッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨＦＦＶ以下か否か判断する。目標空燃比ＫＣＭＤは当量比で設定されることから、空燃比はリッチ側になるほど、値として増加する。従って、Ｓ１０６の判断は、目標空燃比ＫＣＭＤがリッチ限界空燃比よりも理論空燃比側にあるか否か判断することに等しい。

尚、目標空燃比ＫＣＭＤは上に述べたように当量比で示されることから、空燃比フィードバック制御における目標値としても機能すると共に、目標空燃比に応じて基本燃料噴射量ＴＩＭを補正する目標空燃比補正係数としても機能する。

また、目標空燃比ＫＣＭＤは、別ルーチンにおいて、エンジン１０の負荷が大きいとき、触媒装置５６の冷却用の燃料増量係数と余裕分（変化幅）を加算した触媒保護用空燃比に設定される。

Ｓ１０６で肯定されるときはＳ１０８に進み、フラグＦ_ＡＦＦＢのビットを１にセットする一方、否定されるときはＳ１１０に進み、フラグＦ_ＡＦＦＢのビットを０にリセットする。フラグＦ_ＡＦＦＢのビットを１にセットすることは空燃比フィードバック制御を実行することを、０にリセットすることは空燃比フィードバック制御を中止してオープンループン制御に移行することを意味する。

エンジン１０の負荷（吸気管内絶対圧ＰＢＡ）が所定値以上のとき、ＫＣＭＤ（触媒保護用空燃比）が所定値を超えることから、Ｓ１０６，Ｓ１１０の処理は、エンジン１０の負荷が所定値以上のとき、空燃比フィードバック制御を中止することに相当する。

このように、この実施例にあっては、アルコール濃度の学習が完了するまで、空燃比フィードバック制御を継続される。

より具体的には、アルコール濃度の学習が完了した後はリッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨＦＦＶとして第１のリッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨが設定される一方、アルコール濃度の学習が完了するまではリッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨＦＦＶとして第１のリッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨよりもリッチ側の第２のリッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨＰＲＥが設定されると共に、目標空燃比ＫＣＭＤがリッチ限界空燃比をリッチ側に超えたとき、空燃比フィードバック制御を中止する如く構成されることから、アルコール濃度の学習が完了するまで、空燃比フィードバック制御が継続され易いように構成される。

尚、空燃比補正係数ＫＡＦが所定値以上変化したとき、アルコール濃度の学習が再開されるように構成されることから、第１のリッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨは、広域空燃比センサ８４の個体差に基づく検出値と目標空燃比補正係数ＫＣＭＤに応じた燃料噴射量が噴射された際の空燃比との偏差に応じた空燃比補正係数ＫＡＦが、アルコール濃度の学習の再開を招く変化幅未満となるように設定される。

また、目標空燃比に応じて燃料噴射量の目標空燃比補正係数ＫＣＭＤが算出されると共に、排気系の触媒装置５６の冷却用の燃料増量係数と余裕分を加算した触媒保護用空燃比を目標空燃比ＫＣＭＤに設定し、さらに第２のリッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨＰＲＥは、広域空燃比センサ８４の個体差に基づく検出値と目標空燃比補正係数ＫＣＭＤに応じた燃料噴射量が噴射された際の空燃比との偏差に応じた余裕分以上にならないように設定される。

図６は、スロットル開度制御値算出ブロック４０ｄの処理を示すフロー・チャートである。図示のプログラムも、それぞれの気筒のＴＤＣ付近の所定クランク角度で実行される。

以下説明すると、Ｓ２００においてフラグＦ_ＦＳＰＡＦＦＢのビットが１にセットされているか否か判断する。このフラグは別ルーチンにおいて広域空燃比センサ８４に故障が生じたとき、そのビットが１にセットされることから、Ｓ２００の処理はそれを判断することに相当する。

Ｓ２００で否定されるときはＳ２０２に進み、フラグＦ_ＴＨＯＭＸＢＲＥＦＶのビットが１にセットされているか否か判断する。このフラグは後述するようにスロットル開度上限値が制限される制御が実行されるときそのビットが１にセットされる。

Ｓ２０２で肯定されるときはＳ２０４に進み、フラグＦ_ＴＨＩＤＬＥのビットが１にセットされているか否か判断する。このフラグは別ルーチンにおいてスロットル開度が所定のアイドル開度（スロットル全閉付近に設定される）よりも大きいとき、そのビットが１にセットされる。

Ｓ２０４で否定されるときはＳ２０６に進み、フラグＦ_ＫＲＥＦＢＳＯＮのビットからアルコール濃度の学習が完了したか否か判断し、否定されるときはＳ２０８に進み、上記したフラグＦ_ＴＨＯＭＸＢＲＥＦＶのビットを１にセットする。Ｓ２００とＳ２０４で肯定されるときも同様である。

次いでＳ２１０に進み、フラグＦ_ＶＴＥＣのビットが１にセットされているか否か判断する。このフラグは別ルーチンにおいて動弁機構７０の特性が高い側の特性に設定されているときそのビットが１にセットされることから、否定されるときはＳ２１２に進み、エンジン回転数ＮＥから図７に示す特性を検索してスロットル開度の上限値ＴＨＯＭＸＢＲＥＦＶとしてＴＨＢＲＥＦＶＬＧを算出する一方、肯定されるときはＳ２１４に進み、エンジン回転数ＮＥから図７に示す特性に類似する特性（図示せず）を検索してスロットル開度の上限値ＴＨＯＭＸＢＲＥＦＶとしてＴＨＢＲＥＦＶＨＧを算出する。

他方、Ｓ２０６で肯定されるときはＳ２１６に進み、上記したフラグＦ_ＴＨＯＭＸＢＲＥＦＶのビットを０にリセットし、Ｓ２１８に進み、スロットル開度の上限値ＴＨＯＭＸＢＲＥＦＶを最大値ＴＨＯＭＡＸＭとする。

また、Ｓ２０２で否定されるときはＳ２２０に進み、フラグＦ_ＣＡＴＷＯＴのビットが１にセットされているか否か判断する。このフラグは別ルーチンにおいてエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡの値から推定される触媒装置５６の温度が所定値以上で触媒装置５６の保護が必要と判断されるとき、そのビットが１にセットされる。従ってＳ２２０で肯定されるときはＳ２０６に進む一方、否定されるときはＳ２１６に進む。

このように、アルコール濃度の学習が完了するまでは、スロットル開度の上限値を触媒保護用空燃比が第２のリッチ限界空燃比よりもリッチ側にならないエンジン１０の負荷に応じたスロットル開度に設定する。

この実施例は上記の如く、排気中の空燃比ＫＡＣＴを検出する空燃比検出手段（広域空燃比センサ８４）と、前記検出された空燃比ＫＡＣＴと目標空燃比ＫＣＭＤとの偏差に応じて燃料噴射量の空燃比補正係数ＫＡＦを算出する空燃比補正係数算出手段（燃料噴射量算出ブロック４０ａ）と、前記算出される空燃比補正係数ＫＡＦに基づいて燃料に含まれるアルコール濃度ＫＲＥＦＸを学習するアルコール濃度学習手段（アルコール濃度学習ブロック４０ｂ）と、前記学習されたアルコール濃度ＫＲＥＦＸに基づいて前記燃料噴射量のアルコール濃度補正係数ＫＲＥＦＢＳを算出するアルコール濃度補正係数算出手段（アルコール濃度学習ブロック４０ｂ）と、前記検出された空燃比ＫＡＣＴを目標空燃比ＫＣＭＤに一致させる空燃比フィードバック制御を実行するフィードバック制御手段（燃料噴射量算出ブロック４０ａ）とを備えた内燃機関（エンジン）１０の制御装置において、運転状態に応じて前記空燃比フィードバック制御の実行と中止を切り替える制御切り替え手段（Ｓ１００からＳ１１０）を備え、前記制御切り替え手段は、前記アルコール濃度の学習が完了するまで、前記空燃比フィードバック制御を継続し、前記アルコール濃度の学習が完了した後はリッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨＦＦＶとして第１のリッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨを設定する一方（Ｓ１００からＳ１０２）、前記アルコール濃度の学習が完了するまでは前記リッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨＦＦＶとして前記第１のリッチ限界空燃比よりもリッチ側の第２のリッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨＰＲＥを設定すると共に（Ｓ１００，Ｓ１０４）、前記目標空燃比が前記リッチ限界空燃比をリッチ側に超えたとき、前記空燃比フィードバック制御を中止する（Ｓ１０６からＳ１１０）如く構成した。

このように、アルコール濃度の学習が完了するまでは空燃比フィードバック制御を継続するため、フィードバック制御を中止したときのアルコール濃度補正係数を算出するアルコール濃度の学習値と実際のアルコール濃度との違いによる燃料噴射量の不足を抑制することができる。また、空燃比フィードバック制御を中止するリッチ限界空燃比を、アルコール濃度の学習が完了する前は、よりリッチ側の値に設定することで、空燃比フィードバック制御領域を拡大することができる。

また、前記制御切り替え手段は、前記内燃機関の負荷が所定値以上のとき、前記空燃比フィードバック制御を中止すると共に（Ｓ１０６，Ｓ１１０）、前記アルコール濃度の学習が完了するまで、前記内燃機関の負荷が前記所定値以上にならないようにスロットル開度の上限値ＴＨＯＭＸＢＲＥＦＶを設定する（Ｓ２０６からＳ２１４）如く構成した。

これにより、空燃比フィードバック制御からオープンループ制御に切り替わるエンジン１０の負荷以下にスロットル開度の上限値を設定することで、アルコール濃度の学習が完了するまで空燃比フィードバック制御を確実に継続することができる。

また、前記目標空燃比に応じて燃料噴射量の目標空燃比補正係数ＫＣＭＤが算出されると共に、前記第１のリッチ限界空燃比ＫＣＭＤＦＢＨは、前記空燃比検出手段（広域空燃比センサ８４）の個体差に基づく検出値と前記目標空燃比補正係数に応じた燃料噴射量が噴射された際の空燃比との偏差に応じた前記空燃比補正係数ＫＣＭＤが、前記アルコール濃度の学習の再開を招く変化幅未満となるように設定する（Ｓ１０２）如く構成した。

これにより、広域空燃比センサ８４の個体差に基づく検出値のばらつきによって空燃比補正係数ＫＣＭＤが所定値以上変化することを防止できるので、不要なアルコール濃度の再学習を回避することができる。

また、前記目標空燃比に応じて燃料噴射量の目標空燃比補正係数ＫＣＭＤが算出されると共に、排気系の触媒装置５６の冷却用の燃料増量係数と余裕分を加算した触媒保護用空燃比を前記目標空燃比に設定し、さらに前記第２のリッチ限界空燃比は、前記空燃比検出手段（広域空燃比センサ８４）の個体差に基づく検出値と前記目標空燃比補正係数に応じた燃料噴射量が噴射された際の空燃比との偏差に応じた前記空燃比補正係数が前記余裕分以上にならないように設定する（Ｓ１０４）如く構成した。

これにより、広域空燃比センサ８４の個体差に基づく検出値のばらつきによって空燃比補正係数ＫＣＭＤが余裕分以上にならない触媒保護用空燃比に設定することで、触媒装置５６を冷却するのに必要な燃料増量を確保することができる。

また、前記触媒保護用空燃比を前記内燃機関の負荷から推定される前記触媒装置の温度に応じて設定すると共に、前記アルコール濃度の学習が完了するまでは、スロットル開度の上限値が前記触媒保護用空燃比を前記第２のリッチ限界空燃比よりもリッチ側にならない前記内燃機関の負荷に応じたスロットル開度に設定する（Ｓ２０６からＳ２１４）如く構成した。

これにより、空燃比フィードバック制御中でも確実に触媒装置５６の保護が行える領域になるようにエンジン１０の負荷を制御するので、アルコール濃度の学習が完了する前に空燃比フィードバック制御を継続しながら、触媒装置５６も確実に保護することができる。また、出力減少となるスロットル開度の制限を最小にすることができる。

この発明の実施例に係る内燃機関の制御装置を全体的に示す概略図である。 図１に示す装置の動作、より具体的には図１に示す装置の中のＥＣＵ（電子制御ユニット）の動作を説明するブロック図である。 図２に示すアルコール濃度学習を説明するタイム・チャートである。 図２に示す燃料噴射量算出ブロックの燃料噴射量ＴＯＵＴの算出処理を示すフロー・チャートである。 同様に燃料噴射量算出ブロックの中の運転状態に応じた空燃比フィードバック制御の実行と中止の切り替え判断処理を示すフロー・チャートである。 図２に示すスロットル開度制御値算出ブロックの処理を示すフロー・チャートである。 図６の処理で使用されるスロットル開度の上限値の特性を示す説明グラフである。

符号の説明

１０ 内燃機関（エンジン）、１６ スロットルバルブ、２２ ＤＣモータ、２４ メイン・インジェクタ、２６ メイン燃料タンク、４０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）、４４ 点火プラグ、５６ 触媒装置、６２ キャニスタ、７０ 動弁機構、７２ クランク角センサ、７４ エアフローメータ、７６ ＭＡＰセンサ、８０ 水温センサ、８４ 広域空燃比センサ、９０ アクセル開度センサ、９２ 車速センサ、９４ 大気圧センサ

Claims (5)

1. 排気中の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記検出された空燃比と目標空燃比との偏差に応じて燃料噴射量の空燃比補正係数を算出する空燃比補正係数算出手段と、前記算出される空燃比補正係数に基づいて燃料に含まれるアルコール濃度を学習するアルコール濃度学習手段と、前記学習されたアルコール濃度に基づいて前記燃料噴射量のアルコール濃度補正係数を算出するアルコール濃度補正係数算出手段と、前記検出された空燃比を目標空燃比に一致させる空燃比フィードバック制御を実行するフィードバック制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、運転状態に応じて前記空燃比フィードバック制御の実行と中止を切り替える制御切り替え手段を備え、前記制御切り替え手段は、前記アルコール濃度の学習が完了するまで、前記空燃比フィードバック制御を継続し、前記アルコール濃度の学習が完了した後はリッチ限界空燃比として第１のリッチ限界空燃比を設定する一方、前記アルコール濃度の学習が完了するまでは前記リッチ限界空燃比として前記第１のリッチ限界空燃比よりもリッチ側の第２のリッチ限界空燃比を設定すると共に、前記目標空燃比が前記リッチ限界空燃比をリッチ側に超えたとき、前記空燃比フィードバック制御を中止することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御切り替え手段は、前記内燃機関の負荷が所定値以上のとき、前記空燃比フィードバック制御を中止すると共に、前記アルコール濃度の学習が完了するまで、前記内燃機関の負荷が前記所定値以上にならないようにスロットル開度の上限値を設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記目標空燃比に応じて燃料噴射量の目標空燃比補正係数が算出されると共に、前記第１のリッチ限界空燃比は、前記空燃比検出手段の個体差に基づく検出値と前記目標空燃比補正係数に応じた燃料噴射量が噴射された際の空燃比との偏差に応じた前記空燃比補正係数が、前記アルコール濃度の学習の再開を招く変化幅未満となるように設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記目標空燃比に応じて燃料噴射量の目標空燃比補正係数が算出されると共に、排気系の触媒装置の冷却用の燃料増量係数と余裕分を加算した触媒保護用空燃比を前記目標空燃比に設定し、さらに前記第２のリッチ限界空燃比は、前記空燃比検出手段の個体差に基づく検出値と前記目標空燃比補正係数に応じた燃料噴射量が噴射された際の空燃比との偏差に応じた前記空燃比補正係数が前記余裕分以上にならないように設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記触媒保護用空燃比を前記内燃機関の負荷から推定される前記触媒装置の温度に応じて設定すると共に、前記アルコール濃度の学習が完了するまでは、スロットル開度の上限値を前記触媒保護用空燃比が前記第２のリッチ限界空燃比よりもリッチ側にならない前記内燃機関の負荷に応じたスロットル開度に設定することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。

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