(57)【要約】【課題】二次エア供給時の燃料量補正を適正に実施し、ひいてはトルクショック等の発生を抑制する。【解決手段】二次エア供給システムとして、排気管２４において触媒３１よりも上流側には二次エア配管３５が接続され、その二次エア配管３５の上流部には二次エアポンプ３６が設けられている。ＥＣＵ４０は、二次エア供給処理を実施する一方、排気管２４内の空燃比が目標空燃比となるよう空燃比Ｆ／Ｂ制御を実施する。また、二次エア供給中に空燃比Ｆ／Ｂ制御が実施の状態から停止された時、その後、Ｆ／Ｂ停止時の空燃比補正量を補正無しの状態まで徐々に減衰させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次エア供給手段を用い、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置の上流に二次エアを供給する一方、前記排気通路の二次エア供給口よりも下流側の空燃比を空燃比センサにより検出し、該検出した空燃比が目標空燃比となるよう空燃比フィードバック制御を実施する内燃機関の制御装置において、
二次エア供給中に空燃比フィードバック制御が実施の状態から停止された時、フィードバック停止時の空燃比補正量を補正無しの状態まで徐々に減衰させる補正量減衰手段を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記補正量減衰手段は、前記空燃比補正量が燃料増量側の所定値よりも大きいことを条件に前記空燃比補正量の減衰処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記補正量減衰手段による空燃比補正量の減衰途中で二次エア供給が停止された時、減衰の度合いを大きくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置にかかり、特に二次エア供給時における燃料噴射量を好適に制御するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気管には、排気を浄化するための触媒等の排気浄化装置が設けられており、この排気浄化装置の浄化効率を向上させるべく、排気浄化装置の上流側に二次エアを供給する技術が従来より提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この場合、二次エア供給中であっても内燃機関の排気エミッションやドライバビリティを良好に保つには、二次エア供給中にも空燃比をフィードバック制御するのが望ましい。つまり、空燃比のフィードバック制御を実施することで、外乱要因等による空燃比の乱れが抑制され、その結果排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化を防止することができる。
【０００４】
しかしながら、二次エア供給状態では排気管内の空燃比がリーン化されており、空燃比フィードバック制御を実施する場合には燃料噴射量が増量補正される。そのため、二次エア供給中に空燃比フィードバック制御が中断されると燃料噴射量の急変が生じ、それに起因してトルクショック等の不都合が発生する。従って、二次エア供給と空燃比フィードバック制御とを並行して実施する制御装置において技術の改善が望まれている。
【特許文献１】特開２００２−２２７６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、二次エア供給時の燃料量補正を適正に実施し、ひいてはトルクショック等の発生を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、二次エア供給手段を用い、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置の上流に二次エアを供給する一方、排気通路の二次エア供給口よりも下流側の空燃比を空燃比センサにより検出し、該検出した空燃比が目標空燃比となるよう空燃比フィードバック制御を実施する。また特に、補正量減衰手段は、二次エア供給中に空燃比フィードバック制御が実施の状態から停止された時、フィードバック停止時の空燃比補正量を補正無しの状態まで徐々に減衰させる。
【０００７】
つまり、二次エアが排気通路に供給された状態では空燃比センサによる検出空燃比がリーンとなり、その分空燃比フィードバック制御では燃料増量側に空燃比補正量が設定される。そしてこの状態で、空燃比フィードバック制御が停止されて空燃比補正量が０になると、燃料量の急変によりトルクショックが発生するおそれが生じる。これに対して本発明によれば、フィードバック停止後に空燃比補正量が徐々に減衰されるので、燃料量の急変によるトルクショックの発生が抑制できる。
【０００８】
なお、空燃比フィードバック制御の停止後に減衰される空燃比補正量は、別の補正量として置き換えられる補正量を含み、要は補正量の減衰により燃料量が徐減できる構成であれば良い。
【０００９】
また、空燃比補正量が燃料増量側の所定値よりも大きいことを条件に空燃比補正量の減衰処理を実行すると良い。一般に、内燃機関では、燃焼空燃比（燃焼室内で実際に燃焼される混合気の空燃比）が理論空燃比よりも幾分リッチ化されている方が発生トルクが大きいと考えられる。従って、空燃比補正量が燃料増量側の所定値以上であれば内燃機関の発生トルクが大きく、この場合に燃料量が急変すると、トルクショックが多大なものとなる。これに対して上記のとおり空燃比補正量の減衰処理により燃料量の急変が抑制されるため、トルクショック抑制効果がより一層顕著なものとなる。
【００１０】
なおこの場合、空燃比補正量が燃料増量側の所定値よりも小さい場合には空燃比補正量の減衰処理を行わず、空燃比フィードバック制御の停止により直ちに空燃比補正無し（空燃比補正量＝０）の状態に移行すると良い。これにより、空燃比フィードバック停止後において、空燃比補正を実施しない状態にいち早く移行させることが可能となる。
【００１１】
空燃比補正量の減衰途中で二次エア供給が停止されると、それ以降燃料増量の必要がなくなる。そのため、空燃比補正量の減衰途中で二次エア供給が停止された時、減衰の度合いを大きくすると良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。
【００１３】
図１に示すエンジン１０において、吸気管１１にはＤＣモータ等のアクチュエータによって開度調節されるスロットルバルブ１４と、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１５とが設けられている。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。
【００１４】
エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排気が排気管２４に排出される。エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ２５が取り付けられており、点火プラグ２５には、点火コイル等よりなる図示しない点火装置を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２５の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。
【００１５】
排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側には排気を検出対象として混合気の空燃比を検出するためのＡ／Ｆセンサ３２が設けられている。このＡ／Ｆセンサ３２は、例えば固体電解質をセンサ素子として有し、排気中の酸素濃度をリニアに検出し得るリニア式センサにて構成されている。また、エンジン１０のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３３や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ３４が取り付けられている。
【００１６】
また、二次エア供給システムとして、排気管２４において触媒３１よりも上流側には二次エア配管３５が接続され、その二次エア配管３５の上流部には二次エア供給手段としての二次エアポンプ３６が設けられている。二次エアポンプ３６は例えばＤＣモータ等より構成され、図示しない車載バッテリからの給電を受けて作動する。また、二次エアポンプ３６よりも下流側には、二次エア配管３５を開放又は閉鎖する開閉弁３７が設けられている。二次エアポンプ３６と開閉弁３７との間には、二次エア配管３５内の圧力を検出する圧力センサ３８が設けられている。なおこのエンジン構成では、Ａ／Ｆセンサ３２は排気管２４において二次エア供給口よりも下流側で空燃比を検出する。
【００１７】
上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司るＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射量や点火プラグ２５による点火時期を制御する。また、ＥＣＵ４０は、エンジン始動時の触媒３１の早期活性化などを図るべく、二次エアポンプ３６を作動させることにより二次エア供給を実施する。
【００１８】
ところで本実施の形態では、二次エア供給に並行して空燃比のフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を実施する構成としており、二次エア供給途中であってもＦ／Ｂ実行条件が成立していれば、空燃比のＦ／Ｂ制御が実施される。このとき、二次エア供給中はＡ／Ｆセンサ３２による検出空燃比がリーンとなり、その分空燃比Ｆ／Ｂ制御では空燃比増量補正が行われるため、この状態で空燃比Ｆ／Ｂ制御が停止されて空燃比増量補正がいきなり中止されると、燃料噴射量の急変によりトルクショックが発生するおそれが生じる。そこで本実施の形態では、空燃比Ｆ／Ｂ制御の停止後に、空燃比増量補正を徐々に減衰させることとし、それにより燃料噴射量の急変を抑え、トルクショックの発生を抑制するようにしている。
【００１９】
ＥＣＵ４０により実施される二次エア供給処理について説明する。図２は二次エア供給処理を示すフローチャートであり、本処理は所定時間毎（例えば８ｍｓ毎）にＥＣＵ４０により実行される。
【００２０】
図２において、ステップＳ１０１では、二次エア供給の実行条件が成立しているか否かを判別する。例えば、エンジン始動時であり、且つ水温が所定温度域にある場合に実行条件が成立したとされる。実行条件が成立していれば、後続のステップＳ１０２に進み、二次エア供給を実施する。具体的には、開閉弁３７を開放すると共に二次エアポンプ３６を作動させる。そしてこの二次エア供給を、例えば触媒３１の暖機完了まで継続して実施する。
【００２１】
また、二次エア供給の実行条件が成立していなければ、ステップＳ１０３に進み、二次エア供給を停止する。
【００２２】
図３は燃料噴射量制御処理を示すフローチャートであり、本処理はエンジン１０の燃料噴射毎（４気筒エンジンであれば１８０°ＣＡ毎）にＥＣＵ４０により実行される。
【００２３】
図３において、ステップＳ２０１では、所定の空燃比Ｆ／Ｂ条件が成立しているか否かを判別する。このＦ／Ｂ条件は、Ａ／Ｆセンサ３２が活性化していること、エンジン１０の運転領域が燃焼安定領域にあることなどを含む。Ｆ／Ｂ条件の成立時にはステップＳ２０２に進み、空燃比補正量ｆａｆを算出する。具体的には、Ａ／Ｆセンサ３２により検出した検出空燃比と目標空燃比（例えば理論空燃比）との偏差を基に、例えばＰＩＤ等のフィードバック手法を用いて空燃比補正量ｆａｆを算出する。続くステップＳ２０３では、その都度のエンジン回転数や負荷状態（例えば吸気管圧力）を基に算出したベース燃料量に、空燃比補正量ｆａｆを加算して最終の燃料噴射量を算出する（燃料噴射量＝ベース燃料量＋ｆａｆ）。
【００２４】
一方、Ｆ／Ｂ条件の不成立時にはステップＳ２０４に進み、空燃比補正量ｆａｆを０とする。続くステップＳ２０５では、二次エア供給中に空燃比Ｆ／Ｂを停止した場合に使う減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐを算出する。そしてその後、ステップＳ２０６では、ベース燃料量に減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐを加算して最終の燃料噴射量を算出する（燃料噴射量＝ベース燃料量＋ｆａｆｓｔｏｐ）。
【００２５】
図４は、前記図３のステップＳ２０５における減衰量算出ｆａｆｓｔｏｐの算出サブルーチンを示すフローチャートである。図４において、ステップＳ３０１では、今回の処理が空燃比Ｆ／Ｂの停止直後の処理であるか否かを判別する。ＹＥＳの場合、ステップＳ３０２に進み、空燃比補正量ｆａｆの前回値をそのまま減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐとする。その後、ステップＳ３０８では、減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐが所定値α以下であるか否かを判別する（但しα＞０である）。そして、ｆａｆｓｔｏｐ＞αであればそのまま本処理を終了し、ｆａｆｓｔｏｐ≦αであればステップＳ３０９でｆａｆｓｔｏｐ＝０とした後、本処理を終了する。
【００２６】
一方、ステップＳ３０１がＮＯの場合にはステップＳ３０３に進み、その時の減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐが０でないか否かを判別する。ｆａｆｓｔｏｐ＝０の場合にはそのまま本処理を終了する。
【００２７】
ｆａｆｓｔｏｐ≠０の場合にはステップＳ３０４に進み、今現在二次エア供給中であるか否かを判別する。そして、二次エア供給中である場合、ステップＳ３０５で二次エア供給中の減衰係数を設定する。また、二次エア供給中でない場合、ステップＳ３０６で二次エア停止中の減衰係数を設定する。このとき、二次エア停止中の減衰係数は二次エア供給中の減衰係数よりも大きく、これにより二次エア停止中には減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐがいち早く減衰するよう構成されている。但し、二次エア供給中／停止中で同じ減衰係数を設定することも可能であり、この場合、ステップＳ３０４〜Ｓ３０６の処理を省略する。
【００２８】
その後、ステップＳ３０７では、減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐの前回値に（１−減衰係数）を乗算し、その結果を減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐの今回値とする（ｆａｆｓｔｏｐ＝（１−減衰係数）＊ｆａｆｓｔｏｐ前回値）。ｆａｆｓｔｏｐの算出後には、ステップＳ３０８，Ｓ３０９でｆａｆｓｔｏｐ≦αであるか否かを判別し、ｆａｆｓｔｏｐ＞αであればそのまま本処理を終了し、ｆａｆｓｔｏｐ≦αであればｆａｆｓｔｏｐ＝０とした後本処理を終了する。
【００２９】
図５は、空燃比Ｆ／Ｂの停止時における燃料量補正の様子を示すタイムチャートである。図５では全期間を通じて二次エア供給が実施されており、タイミングｔ１で、エンジン運転領域の変化等により空燃比Ｆ／Ｂが停止されるようになっている。
【００３０】
さて、タイミングｔ１以前は通常の空燃比Ｆ／Ｂ制御が実施されている。このとき、二次エア供給による排気空燃比のリーン化に伴い空燃比偏差が生じ、その空燃比偏差に応じて空燃比補正量ｆａｆが設定されている。つまり、空燃比補正量ｆａｆにより燃料噴射量が増量補正され、その結果としてＡ／Ｆセンサ３２による検出空燃比が目標空燃比付近に収束している。
【００３１】
その後、タイミングｔ１で空燃比Ｆ／Ｂが停止されると、その時点での空燃比補正量ｆａｆがそのまま減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐとして置き換えられ、ｔ１以降、減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐを用いて燃料噴射量が制御される。図中、補正量Ａ（ｆａｆ）＝補正量Ｂ（ｆａｆｓｔｏｐ）である。減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐは、時間の経過に伴い次第に減衰していき、所定値αに達した時点（ｔ２）で０とされる。
【００３２】
従来制御と比較すると、従来制御では、空燃比Ｆ／Ｂが停止された時点で単に空燃比補正量ｆａｆが０とされるだけであるため、図５に二点鎖線で示すように検出空燃比が急激にリーン側に変化し、それに起因してトルクショック等が生じる。これに対し、本実施の形態の制御では、検出空燃比が比較的滑らかに変化するため、トルクショック等の不都合が抑制される。
【００３３】
図６は、空燃比Ｆ／Ｂの停止後における補正量減衰中に二次エア供給が停止された場合の燃料量補正の様子を示すタイムチャートである。
【００３４】
図６では、タイミングｔ１１で空燃比Ｆ／Ｂが停止され、その後のタイミングｔ１２で二次エア供給が停止されている。この場合、タイミングｔ１２では、減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐの減数係数が二次エア供給中の減衰係数よりも大きくされ、ｔ１２後、いち早く減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐが所定値αに到達する。これにより、タイミングｔ１３では、減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐが０とされる。つまり、二次エア供給が停止されると、燃料増量の必要がなくなるため、二次エア供給の停止に伴い減衰の度合いを大きくしている。
【００３５】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果を奏する。
【００３６】
二次エア供給中に空燃比Ｆ／Ｂ制御が実施の状態から停止された時、その後、Ｆ／Ｂ停止時の空燃比補正量（本実施の形態ではｆａｆを置き換えた減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐ）を補正無しの状態まで徐々に減衰させるようにしたため、燃料噴射量の急変によるトルクショックの発生が抑制できる。
【００３７】
減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐが燃料増量側の所定値αよりも大きいことを条件に減衰処理を行うようにしたため、燃焼空燃比がリッチ化されている時のトルクショックが確実に低減できる。また、減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐが所定値α以下であれば減衰処理を行わず直ぐにｆａｆｓｔｏｐ＝０とするため、トルクショックが発生しない又はトルクショックの程度が低い場合には、空燃比Ｆ／Ｂ停止後において、空燃比補正を実施しない状態にいち早く移行させることが可能となる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【００３９】
上記実施の形態では、減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐの算出時において減衰係数を設定し、減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐの前回値に（１−減衰係数）を乗算して減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐの今回値を算出したが、これに代えて、１回当たりの減衰量を設定し、減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐの前回値から減衰量を減算して減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐの今回値を算出するようにしても良い（ｆａｆｓｔｏｐ＝ｆａｆｓｔｏｐ前回値−減衰量）。
【００４０】
上記実施の形態では、二次エア供給中に空燃比Ｆ／Ｂ制御が停止された場合において、空燃比補正量ｆａｆに代えて減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐを用いて燃料噴射量を算出し、その減衰補正量ｆａｆｓｔｏｐの減衰により燃料量の急変を抑える構成としたが、この構成を変更する。例えば、二次エア供給中に空燃比Ｆ／Ｂ制御が停止された場合において、Ｆ／Ｂ停止時の空燃比補正量ｆａｆをその後時間の経過と共に減衰させる構成とする。つまりこの場合には、空燃比Ｆ／Ｂ制御の停止後、次第に減衰する空燃比補正量ｆａｆを継続的に用いて燃料噴射量制御を実施する。本構成であっても、前記同様、燃料噴射量の急変によるトルクショックの発生が抑制できる。
【００４１】
二次エア配管３５に設けた開閉弁３７を、リニアに流量調整可能な流量制御弁に変更する。そして、二次エア供給時には、その都度の二次エア流量が目標値になるよう流量制御弁の開度を制御する用にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。
【図２】二次エア供給処理を示すフローチャートである。
【図３】燃料噴射量制御処理を示すフローチャートである。
【図４】減衰補正量算出処理を示すフローチャートである。
【図５】空燃比Ｆ／Ｂの停止時における燃料量補正の様子を示すタイムチャートである。
【図６】空燃比Ｆ／Ｂの停止時における燃料量補正の様子を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１０…内燃機関としてのエンジン、２４…排気管、３１…排気浄化装置としての触媒、３２…Ａ／Ｆセンサ、３６…二次エア供給手段としての二次エアポンプ、４０…補正量減衰手段としてのＥＣＵ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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