(57)【要約】      （修正有）【課題】排気浄化触媒の下流に空燃比センサが配置され、リッチ制御またはリーン制御において燃焼室に供給される混合気が空燃比センサの出力値に基づいて正確に所定の空燃比に制御される。【解決手段】排気浄化触媒５２が排気通路５０に配置され、排気浄化触媒の下流の排気通路に空燃比センサ５４が配置されている。混合気の空燃比のリッチ制御が開始されたときに燃焼室２５に供給される燃料の量が増大され、この燃料の燃焼後の排気ガスが空燃比センサに到達するのに要する時間を排気到達時間と称し、空燃比センサに到来した排気ガスの空燃比に対応する出力値を空燃比センサが出力するのに要する時間をセンサ出力時間と称したときに、リッチ制御における空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が燃焼室に供給される燃料の量が増大されてから排気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間が経過したとき或いはそれ以降に開始される。【選択図】図１
2011052661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の特定の成分を浄化する排気浄化触媒が排気通路に配置されていると共に該排気浄化触媒の下流の排気通路に空燃比センサが配置されており、特定の目的を達成するために燃焼室に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな予め定められた目標リッチ空燃比に制御するリッチ制御が実行され、該リッチ制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比が前記空燃比センサの出力値に基づいて前記目標リッチ空燃比に制御される内燃機関の空燃比制御装置において、前記リッチ制御が開始されたときに燃焼室に供給される燃料の量が増大され、該増大された量の燃料の燃焼後の排気ガスが前記空燃比センサに到達するのに要する時間を排気到達時間と称し、排気ガスが前記空燃比センサに到来してから該到来した排気ガスの空燃比に対応する出力値を前記空燃比センサが出力するのに要する時間をセンサ出力時間と称したときに、前記リッチ制御における前記空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が燃焼室に供給される燃料の量が増大されてから前記排気到達時間に前記センサ出力時間を加えた時間が経過したとき或いはそれ以降に開始されることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記リッチ制御が実行される前に特定の目的を達成するために燃焼室に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな予め定められた目標リッチ空燃比に制御するリーン制御が実行され、該リーン制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比が前記空燃比センサの出力値に基づいて目標リーン空燃比に制御され、前記リーン制御が開始されたときに燃焼室に供給される空気の量が減少され、該減少された量の空気に対応する排気ガスが前記空燃比センサに到達するのに要する時間を吸気到達時間と称し、排気ガスが前記空燃比センサに到来してから該到来した排気ガスの空燃比に対応する出力値を前記空燃比センサが出力するのに要する時間をセンサ出力時間と称したときに、前記リーン制御における前記空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が燃焼室に供給される空気の量が減少されてから前記吸気到達時間に前記センサ出力時間を加えた時間が経過したとき或いはそれ以降に開始されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記排気到達時間が燃焼室に供給される空気の量と燃焼室から前記空燃比センサまでの排気通路の空間容積とに基づいて算出されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
排気ガス中の特定の成分を浄化する排気浄化触媒が排気通路に配置されていると共に該排気浄化触媒の下流の排気通路に空燃比センサが配置されており、特定の目的を達成するために燃焼室に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな目標リーン空燃比に制御するリーン制御が実行され、該リーン制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比が前記空燃比センサの出力値に基づいて目標リーン空燃比に制御される内燃機関の空燃比制御装置において、前記リーン制御が開始されたときに燃焼室に供給される空気の量が減少され、該減少された量の空気に対応する排気ガスが前記空燃比センサに到達するのに要する時間を吸気到達時間と称し、排気ガスが前記空燃比センサに到来してから該到来した排気ガスの空燃比に対応する出力値を前記空燃比センサが出力するのに要する時間をセンサ出力時間と称したときに、前記リーン制御における前記空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が燃焼室に供給される空気の量が減少されてから前記吸気到達時間に前記センサ出力時間を加えた時間が経過したとき或いはそれ以降に開始されることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
燃焼室に供給される混合気の空燃比を変化させることができる内燃機関の構成要素に与えられる制御量であって、前記リーン制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比を前記目標リーン空燃比に制御することができる制御量として前記吸気到達時間に前記センサ出力時間を加えた時間だけ前の制御量が学習され、該リーン制御における制御量の学習が前記リーン制御における前記空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が開始されたとき或いはそれ以降に開始されることを特徴とする請求項２または４に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
燃焼室に供給される混合気の空燃比を変化させることができる内燃機関の前記構成要素に与えられる制御量が前記学習された制御量に基づいて決定されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
吸気通路にスロットル弁が配置されており、該スロットル弁の開度が減少されることによって燃焼室に供給される空気の量が減少せしめられ、前記吸気到達時間が前記減少された空気の量と、前記スロットル弁から前記空燃比センサまでの吸気通路の空間容積および排気通路の空間容積とに基づいて算出されることを特徴とする請求項２または請求項４〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
燃焼室に供給される燃料の量が増大されてから該増大された量の燃料の燃焼後の排気ガスが前記空燃比センサに到達するまでに要する時間を排気到達時間と称し、燃焼室に供給される燃料の量が増大されてから該増大された量の燃料が燃焼室に供給されたときの混合気の空燃比に対応する排気ガスの空燃比に対応する出力値を前記空燃比センサが出力するのに要する時間を排気空燃比出力時間と称したときに、前記センサ出力時間が該排気空燃比出力時間から前記排気到達時間を差し引くことによって算出されることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に内燃機関の空燃比制御装置が開示されている。この空燃比制御装置では、排気浄化触媒の上流の排気通路に配置された空燃比センサの出力値に基づいて燃焼室に供給される混合気の空燃比が目標空燃比に制御される。
【０００３】
ところで、特許文献１に開示されている空燃比制御では、特定の時点において燃焼室に供給された混合気の空燃比が反映された排気ガスが空燃比センサに到達するまでに一定の時間がかかることが考慮されて空燃比センサの出力値が混合気の空燃比の制御に利用される。すなわち、燃焼室から排出された排気ガスが空燃比センサに到達するまでの時間が考慮された形で空燃比センサの出力値が混合気の空燃比の制御に利用される。
【０００４】
さらに、特許文献１に開示されている空燃比制御装置では、空燃比センサに到来した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときにはその排気ガスの空燃比に対応する出力値を空燃比センサが出力するまでの時間が比較的短く、逆に、空燃比センサに到来した排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときにはその排気ガスの空燃比に対応する出力値を空燃比センサが出力するまので時間が比較的長いことを考慮した形で空燃比センサの出力値が混合気の空燃比の制御に利用される。すなわち、空燃比センサの出力応答性が考慮された形で空燃比センサの出力値が混合気の空燃比の制御に利用される。
【０００５】
すなわち、特許文献１に開示されている空燃比制御装置では、特定の時点において燃焼室に供給された混合気の空燃比を空燃比センサによって検出しようとしたとき、燃焼室に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであれば、燃焼室から排出される排気ガスが空燃比センサに到来するまでの時間が経過し且つ排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときにその排気ガスの空燃比に対応する出力値を空燃比センサが出力することができるまでの時間が経過したときに空燃比センサから出力された出力値が上記特定の時点における混合気の空燃比に対応する出力値として採用される。一方、特定の時点において燃焼室に供給された混合気の空燃比を空燃比センサによって検出しようとしたとき、燃焼室に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであれば、燃焼室から排出される排気ガスが空燃比センサに到来するまでの時間が経過し且つ排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときにその排気ガスの空燃比に対応する出力値を空燃比センサが出力することができるまでの時間が経過したときに空燃比センサから出力された出力値が上記特定の時点における混合気の空燃比に対応する出力値として採用される。
【０００６】
このように特定の時点において燃焼室に供給された混合気の空燃比を空燃比センサによって検出しようとしたとき、燃焼室から排出された排気ガスが空燃比センサに到来するまでの時間や空燃比センサの出力応答性を考慮して空燃比センサの出力値を補正し、この補正された出力値に基づいて燃焼室に供給される混合気の空燃比を制御することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１１６０９号公報
【特許文献２】特開平０７−０１９０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、排気ガス中の特定の成分を浄化する排気浄化触媒が排気通路に配置されていると共に該排気浄化触媒の下流の排気通路に空燃比センサが配置されており、特定の目的を達成するために燃焼室に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな所定の空燃比に制御するリッチ制御が実行され、該リッチ制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比が前記空燃比センサの出力値に基づいて前記所定の空燃比に制御される場合、リッチ制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比が正確に前記所定の空燃比に制御されることが好ましい。
【０００９】
ところが、上述したように、特許文献１には、排気浄化触媒の上流に配置されている空燃比センサの出力値に基づいて燃焼室に供給される混合気の空燃比を所定の空燃比に制御する場合に何時のタイミングで空燃比センサから出力された出力値を混合気の空燃比の制御に利用するかに関する技術は開示されているが、排気浄化触媒の下流に配置されている空燃比センサの出力値に基づいて燃焼室に供給される混合気の空燃比を所定の空燃比に制御する場合に何時のタイミングで空燃比センサから出力された出力値を混合気の空燃比の制御に利用するかに関する技術は開示されていない。すなわち、排気浄化触媒の下流に配置されている空燃比センサの出力値に基づいて燃焼室に供給される混合気の空燃比を制御する場合、空燃比センサに到来する排気ガスは排気浄化触媒を通過した後の排気ガスであることから何時のタイミングで空燃比センサから出力された出力値を混合気の空燃比の制御に利用するかは排気浄化触媒の上流に配置されている空燃比センサの出力値に基づいて燃焼室に供給される混合気の空燃比を制御する場合に何時のタイミングで空燃比センサから出力された出力値を混合気の空燃比の制御に利用するかとは自ずと異なることになる。したがって、排気浄化触媒の上流に配置されている空燃比センサの出力値に基づいて燃焼室に供給される混合気の空燃比を所定の空燃比に制御する場合、何時のタイミングで空燃比センサから出力された出力値を混合気の空燃比の制御に利用するかに関し、空燃比センサが排気浄化触媒の上流に配置されている場合に特有の技術が必要である。
【００１０】
もちろん、このことは、排気ガス中の特定の成分を浄化する排気浄化触媒が排気通路に配置されていると共に該排気浄化触媒の下流の排気通路に空燃比センサが配置されており、特定の目的を達成するために燃焼室に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな所定の空燃比に制御するリーン制御が実行され、該リーン制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比が前記空燃比センサの出力値に基づいて前記所定の空燃比に制御される場合にも同様に当てはまる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、排気ガス中の特定の成分を浄化する排気浄化触媒が排気通路に配置されていると共に該排気浄化触媒の下流の排気通路に空燃比センサが配置されており、特定の目的を達成するために混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな所定の空燃比に制御するリッチ制御が実行され、或いは、特定の目的を達成するために混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな所定の空燃比に制御するリーン制御が実行され、リッチ制御またはリーン制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比が前記空燃比センサの出力値に基づいて制御される内燃機関の空燃比制御装置において、前記リッチ制御または前記リーン制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比を正確に所定の空燃比に制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
１番目の発明では、排気ガス中の特定の成分を浄化する排気浄化触媒が排気通路に配置されていると共に該排気浄化触媒の下流の排気通路に空燃比センサが配置されており、特定の目的を達成するために燃焼室に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな予め定められた目標リッチ空燃比に制御するリッチ制御が実行され、該リッチ制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比が前記空燃比センサの出力値に基づいて前記目標リッチ空燃比に制御される内燃機関の空燃比制御装置において、前記リッチ制御が開始されたときに燃焼室に供給される燃料の量が増大され、該増大された量の燃料の燃焼後の排気ガスが前記空燃比センサに到達するのに要する時間を排気到達時間と称し、排気ガスが前記空燃比センサに到来してから該到来した排気ガスの空燃比に対応する出力値を前記空燃比センサが出力するのに要する時間をセンサ出力時間と称したときに、前記リッチ制御における前記空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が燃焼室に供給される燃料の量が増大されてから前記排気到達時間に前記センサ出力時間を加えた時間が経過したとき或いはそれ以降に開始される。
【００１３】
２番目の発明では、１番目の発明において、前記リッチ制御が実行される前に特定の目的を達成するために燃焼室に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな予め定められた目標リッチ空燃比に制御するリーン制御が実行され、該リーン制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比が前記空燃比センサの出力値に基づいて目標リーン空燃比に制御され、前記リーン制御が開始されたときに燃焼室に供給される空気の量が減少され、該減少された量の空気に対応する排気ガスが前記空燃比センサに到達するのに要する時間を吸気到達時間と称し、排気ガスが前記空燃比センサに到来してから該到来した排気ガスの空燃比に対応する出力値を前記空燃比センサが出力するのに要する時間をセンサ出力時間と称したときに、前記リーン制御における前記空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が燃焼室に供給される空気の量が減少されてから前記吸気到達時間に前記センサ出力時間を加えた時間が経過したとき或いはそれ以降に開始される。
【００１４】
３番目の発明では、１または２番目の発明において、前記排気到達時間が燃焼室に供給される空気の量と燃焼室から前記空燃比センサまでの排気通路の空間容積とに基づいて算出される。
【００１５】
４番目の発明では、排気ガス中の特定の成分を浄化する排気浄化触媒が排気通路に配置されていると共に該排気浄化触媒の下流の排気通路に空燃比センサが配置されており、特定の目的を達成するために燃焼室に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな目標リーン空燃比に制御するリーン制御が実行され、該リーン制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比が前記空燃比センサの出力値に基づいて目標リーン空燃比に制御される内燃機関の空燃比制御装置において、前記リーン制御が開始されたときに燃焼室に供給される空気の量が減少され、該減少された量の空気に対応する排気ガスが前記空燃比センサに到達するのに要する時間を吸気到達時間と称し、排気ガスが前記空燃比センサに到来してから該到来した排気ガスの空燃比に対応する出力値を前記空燃比センサが出力するのに要する時間をセンサ出力時間と称したときに、前記リーン制御における前記空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が燃焼室に供給される空気の量が減少されてから前記吸気到達時間に前記センサ出力時間を加えた時間が経過したとき或いはそれ以降に開始される。
【００１６】
５番目の発明では、２または４番目の発明において、燃焼室に供給される混合気の空燃比を変化させることができる内燃機関の構成要素に与えられる制御量であって、前記リーン制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比を前記目標リーン空燃比に制御することができる制御量として前記吸気到達時間に前記センサ出力時間を加えた時間だけ前の制御量が学習され、該リーン制御における制御量の学習が前記リーン制御における前記空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が開始されたとき或いはそれ以降に開始される。
【００１７】
６番目の発明では、５番目の発明において、燃焼室に供給される混合気の空燃比を変化させることができる内燃機関の前記構成要素に与えられる制御量が前記学習された制御量に基づいて決定される。
【００１８】
７番目の発明では、２または４〜６番目の発明のいずれか１つにおいて、吸気通路にスロットル弁が配置されており、該スロットル弁の開度が減少されることによって燃焼室に供給される空気の量が減少せしめられ、前記吸気到達時間が前記減少された空気の量と、前記スロットル弁から前記空燃比センサまでの吸気通路の空間容積および排気通路の空間容積とに基づいて算出される。
【００１９】
８番目の発明では、１〜７番目の発明のいずれか１つにおいて、燃焼室に供給される燃料の量が増大されてから該増大された量の燃料の燃焼後の排気ガスが前記空燃比センサに到達するまでに要する時間を排気到達時間と称し、燃焼室に供給される燃料の量が増大されてから該増大された量の燃料が燃焼室に供給されたときの混合気の空燃比に対応する排気ガスの空燃比に対応する出力値を前記空燃比センサが出力するのに要する時間を排気空燃比出力時間と称したときに、前記センサ出力時間が該排気空燃比出力時間から前記排気到達時間を差し引くことによって算出される。
【発明の効果】
【００２０】
１番目の発明によれば、排気浄化触媒の下流に配置されている空燃比センサの出力値に基づいて混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御するリッチ制御が実行され、該リッチ制御が開始されたときに燃焼室に供給される燃料の量が増大される場合において、リッチ制御における空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御の開始の可否の判断に、増大された量の燃料の燃焼後の排気ガスが空燃比センサに到達するのに要する時間に相当する排気到達時間と、排気ガスが空燃比センサに到来してから該到来した排気ガスの空燃比に対応する出力値を空燃比センサが出力するのに要する時間に相当するセンサ出力時間とが別個に考慮される。そして、燃焼室に供給される燃料の量の増大の影響が空燃比センサの出力値に及ぶ前にリッチ制御における空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が開始されることが禁止される。このため、リッチ制御において混合気の空燃比が正確に目標リッチ空燃比に制御されることになる。
【００２１】
２番目および４番目の発明によれば、排気浄化触媒の下流に配置されている空燃比センサの出力値に基づいて混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御するリーン制御が実行され、該リーン制御が開始されたときに燃焼室に供給される空気の量が減少される場合において、リーン制御における空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御の開始の可否の判断に、減少された量の空気に対応する排気ガスが空燃比センサに到達するのに要する時間に相当する吸気到達時間と、排気ガスが空燃比センサに到来してから該到来した排気ガスの空燃比に対応する出力値を空燃比センサが出力するのに要する時間に相当するセンサ出力時間とが別個に考慮される。そして、燃焼室に供給される空気の量の減少の影響が空燃比センサの出力値に及ぶ前にリーン制御における空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が開始されることが禁止される。このため、リーン制御において混合気の空燃比が正確に目標リーン空燃比に制御されることになる。
【００２２】
３番目の発明によれば、リッチ制御が開始されたときに増大された量の燃料の燃焼後の排気ガスが空燃比センサに到達するのに要する時間に相当する排気到達時間が燃焼室に供給される空気の量と、燃焼室から空燃比センサまでの排気通路の空間容積とに基づいて算出される。すなわち、排気到達時間は燃焼室に供給される空気の量に概ね反比例して短くなり、燃焼室から空燃比センサまでの排気通路の空間容積に概ね比例して長くなる。本発明によれば、排気到達時間に影響するこれら要因が個別に考慮されて排気到達時間が算出されることから、正確な排気到達時間が算出される。
【００２３】
５番目の発明によれば、燃焼室に供給される混合気の空燃比に関係する内燃機関の構成要素に与えられる制御量であって、リーン制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比を目標リーン空燃比に制御することができる制御量としての吸気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間だけ前の制御量の学習がリーン制御における空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が開始されたとき或いはそれ以降に開始される。すなわち、リーン制御では、空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が開始されていないときよりも該空燃比の制御が開始されているときのほうが混合気の空燃比がより正確に目標リーン空燃比に制御される。したがって、制御量の学習は空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が開始されているときに行われるべきである。本発明によれば、空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が開始されているときに制御量の学習が行われることから、リーン制御において混合気の空燃比をより正確に目標リーン空燃比に制御することができる制御量が学習される。また、空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御において空燃比センサの出力値に反映されている空燃比に対応する排気ガスは、吸気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間だけ前に内燃機関の構成要素に与えられた制御量に対応するものである。ここで、本発明によれば、吸気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間だけ前の制御量が学習されることから、リーン制御において混合気の空燃比をより正確に目標リーン空燃比に制御することができる制御量が学習されることになる。
【００２４】
６番目の発明によれば、リッチ制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比を変化させることができる内燃機関の構成要素に与えられる制御量がリーン制御において内燃機関の同構成要素に与えられる制御量の学習値に基づいて決定される。そして、この制御量の学習値はリーン制御において混合気の空燃比をより正確に目標リーン空燃比に制御することができる制御量である。すなわち、この制御量の学習値には、燃焼室に供給される混合気の空燃比を変化させることができる内燃機関の構成要素のいわゆる機差が反映されている。そして、本発明によれば、この制御量の学習値に基づいて算出される制御量がリッチ制御において利用されることから、混合気の空燃比を変化させることができる内燃機関の構成要素に機差があったとしても、リッチ制御において燃焼室に供給される混合気の空燃比がより正確に目標リッチ空燃比に制御される。
【００２５】
７番目の発明によれば、リーン制御が開始されたときに減少された量の空気に対応する排気ガスが空燃比センサに到達するのに要する時間に相当する吸気到達時間が減少された空気の量と、スロットル弁から空燃比センサまでの吸気通路の空間容積および排気通路の空間容積とに基づいて算出される。すなわち、吸気到達時間は減少された空気の量に概ね反比例して短くなり、スロットル弁から空燃比センサまでの吸気通路の空間容積および排気通路の空間容積に概ね比例して長くなる。本発明によれば、吸気到達時間に影響を与えるこれら要因が別個に考慮されて吸気到達時間が算出されることから、正確な吸気到達時間が算出される。
【００２６】
８番目の発明によれば、排気ガスが空燃比センサに到来してから該排気ガスの空燃比に対応する出力値を空燃比センサが出力するのに要する時間に相当するセンサ出力時間が、燃焼室に供給される燃料の量が増大されてから該増大された量の燃料が燃焼室に供給されたときの混合気の空燃比に対応する排気ガスの空燃比に対応する出力値が空燃比センサが出力するのに要する時間に相当する排気空燃比出力時間から、増大された量の燃料の燃焼後の排気ガスが空燃比センサに到達するのに要する時間に相当する排気到達時間を差し引くことによって算出される。すなわち、センサ出力時間が比較的正確に計測可能なこれら排気空燃比出力時間および排気到達時間に基づいて算出される。したがって、本発明によれば、センサ出力時間が正確に算出される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態の圧縮自着火式内燃機関の全体図である。
【図２】通常制御において目標燃料噴射量を決定するために利用されるマップを示した図である。
【図３】リッチ制御において目標リッチ空燃比を決定するために利用されるマップを示した図である。
【図４】リッチ制御において目標リッチ筒内吸気量を決定するために利用されるマップを示した図である。
【図５】リーン制御において目標リーン空燃比を決定するために利用されるマップを示した図である。
【図６】リーン制御において吸気到達時間を求めるために利用されるマップを示した図である。
【図７】リッチ制御において排気到達時間を求めるために利用されるマップを示した図である。
【図８】本発明の実施形態に従った空燃比制御を実行するフローチャートの一部を示した図である。
【図９】本発明の実施形態に従った空燃比制御を実行するフローチャートの一部を示した図である。
【図１０】本発明の実施形態に従った空燃比制御を実行するフローチャートの一部を示した図である。
【図１１】本発明の実施形態に従った空燃比制御を実行するフローチャートの一部を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１において、１０は圧縮自着火式内燃機関（以下単に「内燃機関」という）である。内燃機関１０はシリンダブロック、シリンダブロックロワケース、および、オイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、該シリンダブロック部２０上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０に空気を供給するための吸気通路４０と、シリンダブロック部２０からの排気ガスを外部に放出するための排気通路５０とを具備する。
【００２９】
シリンダブロック部２０はシリンダヘッド２１と、ピストン２２と、コンロッド２３と、クランクシャフト２４とを有する。ピストン２２はシリンダ２１内で往復動し、該ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランクシャフト２４に伝達され、これによってクランクシャフト２４が回転せしめられる。また、シリンダ２１の内壁面とピストン２２の上壁面とシリンダヘッド部３０の下壁面とによって燃焼室２５が形成されている。
【００３０】
シリンダヘッド部３０は燃焼室２５内に連通する吸気ポート３１と、該吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２と、該吸気弁３２を駆動する吸気弁駆動機構３２ａと、燃焼室２５に連通する排気ポート３３と、該排気ポート３３を開閉する排気弁３４と、該排気弁３４を駆動する排気弁駆動機構３４ａと、燃料を燃焼室２５内に噴射する燃料噴射弁３７と、該燃料噴射弁３７に燃料を高圧で供給する蓄圧室３７ａと、該蓄圧室３７ａに燃料を圧送する燃料ポンプ３７ｂとを有する。吸気弁駆動機構３２ａおよび排気弁駆動機構３４ａは駆動回路３８に接続されている。
【００３１】
吸気通路４０は吸気ポート３１に接続された吸気枝管４１と、該吸気枝管４１に接続されたサージタンク４２と、該サージタンク４２に接続された吸気ダクト４３とを有する。吸気ダクト４３にはその上流端から順にエアフィルタ４４と、スロットル弁４８とが配置されている。スロットル弁４８は吸気ダクト４３に回転可能に取り付けられており、スロットル弁駆動用アクチュエータ４８ａによって駆動される。このスロットル弁４８の開度（以下「スロットル開度」という）が増大されると燃焼室２５に吸入される空気の量（以下「筒内吸気量」という）が増大せしめられ、スロットル開度が減少されると吸気量が減少せしめられる。
【００３２】
排気通路５０は排気ポート３３に接続された排気枝管４９と、該排気枝管４９に接続された排気管５１とを有する。排気管５１には、排気ガス中の成分を浄化する排気浄化触媒５２が配置されている。本実施形態の排気浄化触媒５２はそこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに排気ガス中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と表記する）を吸収し、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりもリッチであるときにそこに吸収しているＮＯｘを排気ガス中の未燃燃料によって還元浄化する能力（以下「ＮＯｘ浄化能力」という）を有する。また、排気浄化触媒５２はそこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに排気ガス中の酸素を吸蔵し、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときにそこに吸蔵されている酸素を放出する能力（以下「酸素吸蔵・放出能力」という）を有する。
【００３３】
また、排気浄化触媒５２の下流の排気管５１には排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ５４が配置されている。本実施形態では、基本的には、燃焼室２５内に形成される混合気（以下単に「混合気」ともいう）の空燃比が所定の空燃比になるように筒内吸気量と燃料噴射弁３７から燃焼室２５内に噴射される燃料の量（以下「燃料噴射量」という）とが空燃比センサ５４の出力値に基づいて制御される。
【００３４】
さらに、内燃機関１０は吸気ダクト４３内を流れる空気の流量を検出するエアフローメータ６１と、クランクシャフト２４の回転位相、すなわち、クランク角度を検出するクランクポジションセンサ６２と、燃焼室２５内の圧力を検出する筒内圧センサ６３と、アクセルペダル６５の踏込量を検出するアクセル開度センサ６４と、電気制御装置（ＥＣＵ）７０とを具備する。クランクポジションセンサ６２はクランクシャフト２４が１°回転する毎に幅狭のパルスを出力すると共にクランクシャフト２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを出力する。クランクポジションセンサ６２が出力するパルスに基づいて内燃機関の回転数（以下「機関回転数」という）が算出可能である。
【００３５】
電気制御装置（ＥＣＵ）７０はマイクロコンピュータからなり、双方向性バスによって互いに接続されたＣＰＵ（マイクロプロセッサ）７１と、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）７２と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）７３と、バックアップＲＡＭ７４と、ＡＤ変換器を含むインターフェース７５とを有する。空燃比センサ５４、エアフローメータ６１、クランクポジションセンサ６２、筒内圧センサ６３、および、アクセル開度センサ６４はインターフェース７５に接続されている。
【００３６】
ところで、本実施形態では、内燃機関において通常の運転が行われているとき、すなわち、通常の制御（以下「通常制御」という）が実行されているとき、筒内吸気量および燃料噴射量は以下のように制御される。すなわち、本実施形態では、通常制御中、スロットル開度は全開とされる。一方、本実施形態では、内燃機関の要求を満たすことができる燃料噴射量が内燃機関の運転状態（以下「機関運転状態」という）毎に実験等によって予め求められ、この燃料噴射量が機関運転状態、例えば、図２に示されているように機関運転状態Ｎと機関負荷Ｌとの関数のマップの形でＥＣＵ７０に目標燃料噴射量ＴＱｎとして記憶されている。そして、通常制御中、機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づいて図２のマップから目標燃料噴射量ＴＱｎが読み込まれる。そして、燃料噴射量がこの目標燃料噴射量になるように燃料噴射弁３７の動作が制御される。
【００３７】
ところで、上述したように、本実施形態において、排気浄化触媒５２はそこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに排気ガス中のＮＯｘを吸収し、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときにそこに吸収しているＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ浄化能力を有する。そこで、本実施形態では、上述したように、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンになるように筒内吸気量と燃料噴射量とを制御する制御、すなわち、通常制御が内燃機関において実行される。これによれば、通常制御中は、排気ガス中のＮＯｘは排気浄化触媒に吸収される。
【００３８】
ところで、排気浄化触媒５２が吸収可能なＮＯｘの量（以下「吸収可能ＮＯｘ量」という）には限界がある。したがって、通常制御が比較的長い期間に亘って実行されると、排気浄化触媒に吸収されたＮＯｘの量が吸収可能ＮＯｘ量を超えてしまう。そして、この場合、排気浄化触媒はそこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであったとしても排気ガス中のＮＯｘを吸収することができず、ＮＯｘが排気浄化触媒の下流へと流出してしまう。したがって、排気浄化触媒の下流にＮＯｘが流出してしまうことを回避するためには、排気浄化触媒に吸収されたＮＯｘの量が吸収可能ＮＯｘ量を超える前に排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチになるように筒内吸気量と燃料噴射量とを制御する制御（以下「リッチ制御」という）が内燃機関において実行されればよい。しかしながら、内燃機関の制御を通常制御からリッチ制御に直接切り替えることには以下のような不都合がある。
【００３９】
すなわち、上述したように、排気浄化触媒５２は酸素吸蔵・放出能力を有する。したがって、内燃機関において通常制御が実行されているときには、排気浄化触媒は排気ガス中の酸素を吸蔵し続ける。ここで、内燃機関の制御が通常制御からリッチ制御に切り替えられると排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチとなることから排気浄化触媒に吸蔵されている酸素が該排気浄化触媒から放出されることになる。このため、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比よりもリッチになっているにも係わらず排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである度合い（以下この理論空燃比よりもリッチである度合いを単に「リッチ度合い」という）は排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比のリッチ度合いよりも小さく、また、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比のリッチ度合いによっては、排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンになってしまう。そして、この場合に排気浄化触媒５２の下流に配置されている空燃比センサ５４の出力値に基づいて燃焼室２５内に形成される混合気の空燃比を所定のリッチ度合いの空燃比に制御しようとすると、混合気の空燃比は所定のリッチ度合いよりも大きなリッチ度合いの空燃比になってしまう。そこで、本実施形態では、リッチ制御において以下のように混合気の空燃比の制御が実行される。
【００４０】
すなわち、本実施形態では、排気浄化触媒５２に吸収されているＮＯｘを浄化するのに適したリッチ度合いの空燃比であって、排気浄化触媒に吸収されているＮＯｘを浄化するのに過不足のない量の燃料を含む排気ガスを排気浄化触媒に供給することができるリッチ度合いの空燃比が機関運転状態毎に予め実験等によって求められ、この空燃比が機関運転状態毎、例えば、図３に示されているように機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとの関数のマップの形で目標リッチ空燃比ＴＡ／Ｆｒとして記憶されている。さらに、本実施形態では、上記目標リッチ空燃比を達成するのに適した筒内吸気量が機関運転状態毎に予め実験等によって求められ、この筒内吸気量が機関運転状態毎、例えば、図４に示されているように機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとの関数のマップの形で目標リッチ筒内吸気量ＴＧａｃｒとして記憶されている。そして、リッチ制御が開始されたときに、機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づいて図３のマップおよび図４のマップからそれぞれ目標リッチ空燃比ＴＡ／Ｆｒおよび目標リッチ筒内吸気量ＴＧａｃｒが読み込まれる。そして、筒内吸気量が目標リッチ筒内吸気量ＴＧａｃｒになるようにエアフローメータ６１によって検出される吸気量に基づいてスロットル弁４８の開度が制御されると共に、混合気の空燃比が目標リッチ空燃比ＴＡ／Ｆｒになるように燃料噴射量が制御される。そして、本実施形態では、少なくとも、リッチ制御が開始されてから排気浄化触媒に吸蔵されている酸素が全て放出されるまでの時間（以下「酸素放出時間」という）が経過するまでの間、空燃比センサ５４の出力値に基づいた混合気の空燃比の制御、すなわち、本実施形態では、燃料噴射量の制御は実行されない。これによれば、少なくとも、排気浄化触媒から酸素が放出されている間は空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が実行されないことから、排気浄化触媒に吸収されているＮＯｘを浄化することができる量よりも多い量の燃料を含む排気ガスが排気浄化触媒に供給されることが抑制される。
【００４１】
そして、リッチ制御において酸素放出時間が経過した後、空燃比センサ５４の出力値に基づいて混合気の空燃比が目標リッチ空燃比になるように燃料噴射量が制御される。
【００４２】
ところで、上述したように、本実施形態のリッチ制御では、筒内吸気量が図４のマップから読み込まれた目標リッチ筒内吸気量になるようにエアフローメータ６１によって検出される吸気量に基づいてスロットル開度が制御されると共に、混合気の空燃比が目標リッチ空燃比になるように燃料噴射量が制御される。ここで、本実施形態においてリッチ制御が開始されてから酸素放出時間が経過するまでは空燃比センサ５４の出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が実行されないことから、当該内燃機関のエアフローメータ６１の検出特性が標準的であると見なされている検出特性とは異なる場合、筒内吸気量が正確には目標リッチ筒内吸気量に制御されないし、当該内燃機関のスロットル弁３８の動作特性が標準的であると見なされている動作特性とは異なる場合にも、筒内吸気量が正確には目標リッチ筒内吸気量に制御されず、その結果、混合気の空燃比が目標リッチ空燃比に制御されないことになる。すなわち、内燃機関には内燃機関毎にいわゆる機差が存在することから、特定の内燃機関を基準とした場合のエアフローメータの検出特性やスロットル弁の動作特性を標準的な検出特性や動作特性としてＥＣＵがエアフローメータの出力値を処理したりスロットル弁に与える制御量を制御したりした場合、個々の内燃機関においては混合気の空燃比が目標リッチ空燃比に制御されないことになる。もちろん、酸素放出時間が経過した後は空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が実行されることから、結果的には、混合気の空燃比が目標リッチ空燃比に制御されることになる。しかしながら、この場合、酸素放出時間が経過するまでは目標リッチ空燃比とは異なる空燃比の混合気が燃焼室２５に形成され続けることになってしまう。そこで、本実施形態では、排気浄化触媒５２に吸収されているＮＯｘを浄化すべきであるときには、内燃機関の制御が通常制御からリッチ制御に切り替えられる前に混合気の空燃比を理論空燃比に近いリーン空燃比であって現在の機関運転状態において許容される最適な度合いのリーン空燃比に制御する制御（以下「リーン制御」という）が実行される。
【００４３】
すなわち、本実施形態では、理論空燃比に近いリーン空燃比であって現在の機関運転状態において許容される最適な度合いのリーン空燃比が機関運転状態毎に予め実験等によって求められ、このリーン空燃比が機関運転状態毎、例えば、図５に示されているように機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとの関数のマップの形で目標リーン空燃比ＴＡ／Ｆｌとして記憶されている。そして、リーン制御が開始されたときに、機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づいて図２のマップおよび図５のマップから目標燃料噴射量ＴＱｎおよび目標リーン空燃比ＴＡ／Ｆｌが読み込まれる。そして、燃料噴射量が目標燃料噴射量になるように燃料噴射弁３７の動作が制御されると共に、目標燃料噴射量の燃料が燃料噴射弁から噴射されたときに混合気の空燃比を目標リーン空燃比にすることができる筒内吸気量を目標筒内吸気量（以下「目標リーン筒内吸気量」という）として筒内吸気量が目標リーン筒内吸気量になるように空燃比センサ５４の出力値に基づいてスロットル開度が制御される。
【００４４】
これによれば、排気浄化触媒５２にはリーン空燃比の排気ガスが流入することになり、この場合、排気浄化触媒に吸蔵されている酸素は該排気浄化触媒から放出されない。したがって、空燃比センサ５４によって検出される空燃比は排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比、ひいては、混合気の空燃比に対応する。したがって、空燃比センサ５４の出力値に基づいて混合気の空燃比が目標リーン空燃比となるように筒内吸気量が制御されれば筒内吸気量は正確に目標リーン筒内吸気量に制御される。
【００４５】
ところで、筒内吸気量が目標リーン筒内吸気量に制御されたとき、すなわち、混合気の空燃比が目標リーン空燃比に制御されたときにＥＣＵ７０からスロットル弁４８に与えられている制御量は当該内燃機関のスロットル弁において筒内吸気量を目標リーン筒内吸気量に制御するのに必要な制御量ということになる。そこで、本実施形態では、リーン制御において空燃比センサの出力値に基づいて筒内吸気量が目標リーン筒内吸気量に制御されたときにＥＣＵ７０からスロットル弁に与えられている制御量が学習値としてＥＣＵ７０に記憶される。
【００４６】
ところで、上述した制御量の学習値には標準とされている内燃機関に対する当該内燃機関のいわゆる機差が反映されている。すなわち、リッチ制御において酸素放出時間が経過するまでの間、この制御量の学習値に基づいて筒内吸気量を目標リッチ筒内吸気量にするためにスロットル弁に与えられるべき制御量が算出され、この算出された制御量がスロットル弁に与えられれば、筒内吸気量が正確に目標リッチ筒内吸気量に制御されることになる。そこで、本実施形態では、排気浄化触媒に吸収されているＮＯｘを浄化すべきであるときには、内燃機関の制御が通常制御からリッチ制御に切り替えられる前に上述したリーン制御が実行され、このリーン制御において筒内吸気量が目標リーン筒内吸気量に制御されたときにＥＣＵ７０からスロットル弁に与えられている制御量が学習値としてＥＣＵ７０に記憶され、次いで、リッチ制御が実行されたときにこの制御量の学習値に基づいて筒内吸気量を目標リッチ筒内吸気量にするためにスロットル弁に与えるべき制御量が算出され、酸素放出時間が経過するまではこの算出された制御量がスロットル弁に与えられる。これによれば、リッチ制御において酸素放出時間が経過する前であっても混合気の空燃比が正確に目標リッチ空燃比に制御される。
【００４７】
ところで、本実施形態のリーン制御では、通常制御時と同様にして決定された目標燃料噴射量でもって混合気の空燃比が理論空燃比に近いリーン空燃比になるように制御される。したがって、リーン制御におけるスロットル開度は通常制御におけるスロットル開度よりも小さくされることになる。このため、スロットル弁４８を通過する空気の量（以下「スロットル通過空気量」という）が減少せしめられるがこの減少せしめられた量の空気に対応する排気ガスが空燃比センサ５４に到達するまでには一定の時間（以下「吸気到達時間」という）がかかる。さらに、この減少せしめられた量の空気に対応する排気ガスが空燃比センサに到来してからこの排気ガスの空燃比に対応する出力値を空燃比センサが出力するまでにも一定の時間（以下「センサ出力時間」という）がかかる。したがって、リーン制御においてスロットル弁に与えられる制御量の学習はリーン制御が開始されてから吸気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間が経過したときに開始される。そこで、本実施形態では、リーン制御が開始されてから吸気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間が経過した後に空燃比センサの出力値に基づいてスロットル弁に与えられる制御量の学習が開始される。
【００４８】
なお、リーン制御において空燃比センサの出力値に基づいて筒内吸気量が目標リーン筒内吸気量に制御されたとき、空燃比センサの出力値に反映されている空燃比に対応する排気ガスは、吸気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間だけ前のスロットル通過空気量に対応するものである。そこで、本実施形態では、スロットル弁に与えられる制御量が学習されるとき、吸気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間だけ前にスロットル弁に与えられた制御量が学習される。
【００４９】
また、本実施形態では、上述したように、リッチ制御において酸素放出時間が経過した後、空燃比センサ５４の出力値に基づいて燃料噴射量が制御される。ここで、リッチ制御が開始されたとき、燃料噴射量がリーン制御における燃料噴射量よりも増大せしめられるがこの増大せしめられた量の燃料の燃焼後の排気ガスが空燃比センサに到達するまでには一定の時間（以下「排気到達時間」という）がかかる。もちろん、この増大せしめられた量の燃料の燃焼後の排気ガスが空燃比センサに到来してからこの排気ガスの空燃比に対応する出力値を空燃比センサが出力するまでにも一定の時間、すなわち、センサ出力時間がかかる。したがって、酸素放出時間が経過したとしても排気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間が経過していない場合、増大せしめられた量の燃料の燃焼後の排気ガスが空燃比センサに到達していないことになる。そして、この場合に空燃比センサの出力値に基づいて燃料噴射量が制御されてしまうと、混合気の空燃比が目標リッチ空燃比に制御されないことになる。すなわち、リッチ制御における空燃比センサの出力値に基づいた燃料噴射量の制御はリッチ制御が開始されてから排気到達時間とセンサ出力時間とが経過し且つ酸素放出時間が経過した後に実行されるべきである。そこで、本実施形態のリッチ制御では、リッチ制御が開始されてから排気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間が経過し且つ酸素放出時間が経過した後に空燃比センサの出力値に基づいた燃料噴射量の制御が開始される。
【００５０】
ところで、本実施形態では、上述した吸気到達時間は以下のように算出される。すなわち、吸気到達時間はスロットル弁４８から燃焼室２５までの吸気通路の空間容積に燃焼室２５から空燃比センサ５４までの排気通路の空間容積を加えた容積（以下「吸気通過容積」という）と、リーン制御が開始されてスロットル開度が小さくされたときにスロットル弁４８を通過する空気の量（以下「スロットル弁通過空気量」という）とに応じて変化する。ここで、本実施形態の内燃機関では、吸気通過容積は一定であるので吸気到達時間はスロットル弁通過空気量に応じて変化することになる。そこで、本実施形態では、スロットル弁通過空気量に応じた吸気到達時間が予め実験等によって求められ、この吸気到達時間Ｔａが図６に示されているようにスロットル弁通過空気量Ｇａｔの関数のマップの形でＥＣＵ７０に記憶されており、リーン制御が開始されたときに図６のマップからスロットル弁通過空気量Ｇａｔに基づいて吸気到達時間Ｔａが求められる。なお、スロットル弁通過空気量はエアフローメータ６１によって検出される吸気量から知ることができる。
【００５１】
また、本実施形態では、上述したセンサ出力時間は以下のように算出される。すなわち、リーン制御が開始されてスロットル開度が減少されて筒内吸気量が減少せしめられてからこの減少せしめられた量の空気に対応する排気ガスの空燃比に対応する出力値が空燃比センサ５４によって出力されるまでの時間（以下「リーン空燃比出力時間」という）には吸気到達時間とセンサ出力時間とが含まれている。したがって、リーン空燃比出力時間から吸気到達時間を差し引けばセンサ出力時間が求められる。ここで、吸気到達時間は図６のマップから求められる。そこで、本実施形態では、リーン制御が開始されたときに上記リーン空燃比出力時間が計測され、この計測されたリーン空燃比出力時間から図６のマップから求められる吸気到達時間を差し引くことによってセンサ出力時間が算出される。なお、算出されたセンサ出力時間は算出される毎にＥＣＵ７０に記憶される。
【００５２】
また、本実施形態では、上述した排気到達時間は以下のように算出される。すなわち、燃焼室２５から空燃比センサ５４までの排気通路の空間容積（以下「排気通過容積」という）とリッチ制御が開始されて燃料噴射量が増大せしめられたときに燃焼室に吸入された空気の量（以下「筒内吸気量」という）とに応じて変化する。ここで、本実施形態の内燃機関では、排気通過容積は一定であるので排気到達時間は筒内吸気量に応じて変化することになる。そこで、本実施形態では、筒内吸気量に応じた排気到達時間が予め実験等によって求められ、この排気到達時間Ｔｅが図７に示されているように筒内吸気量Ｇａｃの関数のマップの形でＥＣＵ７０に記憶されており、リッチ制御が開始されたときに図７のマップから筒内吸気量Ｇａｃに基づいて排気到達時間Ｔｅが求められる。なお、筒内吸気量はエアフローメータ６１によって検出される吸気量とエアフローメータから燃焼室までの吸気通路の空間容積、または、スロットル弁４８から燃焼室までの吸気通路の空間容積とから知ることができる。
【００５３】
なお、上述した実施形態のリッチ制御では、リッチ制御が開始されてから排気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間が経過し且つ酸素放出時間が経過した後に空燃比センサの出力値に基づいた燃料噴射量の制御が開始される。しかしながら、一般的に、リッチ制御が開始されてから排気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間は酸素放出時間よりも長い。そこで、上述した実施形態のリッチ制御において、酸素放出時間を考慮せず、リッチ制御が開始されてから排気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間が経過した後に空燃比センサの出力値に基づいた燃料噴射量の制御が開始されるようにしてもよい。
【００５４】
なお、空気が燃焼室に吸入されてから燃焼室から排出されるまでの時間（以下「吸気吸排出時間」という）は極めて短いことから、上述した実施形態において、吸気到達時間にはこの吸気吸排出時間を含めていない。しかしながら、上述した実施形態において、この吸気吸排出時間が吸気到達時間に含まれてもよい。
【００５５】
なお、上述した実施形態において、酸素放出時間は排気浄化触媒に吸蔵されている酸素が全て該排気浄化触媒から放出されるのに要する時間に設定されている。しかしながら、上述した実施形態において、酸素放出時間が排気浄化触媒に吸蔵されている酸素が該排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比に影響を与える度合いが許容可能な度合いにまで低下するのに要する時間に設定されてもよい。
【００５６】
次に、上述した実施形態に従った空燃比制御を実行するフローチャートの一例について図８〜図１１を参照して説明する。図８〜図１１のルーチンでは、始めに、ステップ１００において、排気浄化触媒５２に吸収されているＮＯｘを浄化するためにリッチ制御を実行することが要求されているか否かが判別される。ここで、リッチ制御の実行が要求されていないと判別されたときには、ルーチンは図９のステップ１１０に進む。一方、リッチ制御の実行が要求されていると判別されたときには、ルーチンはステップ１０１以降のステップに進む。
【００５７】
ルーチンがステップ１１０に進んだときには、リッチ制御の実行が要求されていないことになる。したがって、ステップ１１０以降のステップによって通常制御が実行される。すなわち、ステップ１１０において、機関回転数と機関負荷とに基づいて図２のマップから目標燃料噴射量ＴＱｎが読み込まれる。次いで、ステップ１１１において、燃料噴射量がステップ１１０で読み込まれた目標燃料噴射量となるように燃料噴射弁３７の動作が制御される。次いで、ステップ１１２において、スロットル開度が全開となるようにスロットル弁４８の動作が制御され、ルーチンが終了する。
【００５８】
一方、ルーチンがステップ１０１に進んだときには、リッチ制御の実行が要求されていることになる。したがって、ステップ１０１以降のステップによってリーン制御およびリッチ制御が実行される。すなわち、ステップ１０１において、機関回転数と機関負荷とに基づいて図２のマップから目標燃料噴射量ＴＱｎが読み込まれる。次いで、ステップ１０２において、機関回転数と機関負荷とに基づいて図５のマップから目標リーン空燃比ＴＡ／Ｆｌが読み込まれる。次いで、ステップ１０３において、ステップ１０１で読み込まれた目標燃料噴射量の燃料が燃料噴射弁３７から噴射されたときに混合気の空燃比をステップ１０２で読み込まれた目標リーン空燃比にすることができる筒内吸気量が目標筒内吸気量として算出される。次いで、ステップ１０４において、筒内吸気量をステップ１０３で算出された目標筒内吸気量にすることができる開度までスロットル開度が減少される。次いで、ステップ１０５において、ステップ１０４でスロットル開度が減されたときにスロットル弁４８を通過する空気の量（スロットル弁通過空気量）Ｇａｔがエアフローメータ６１の出力値から算出される。次いで、ステップ１０６において、ステップ１０５で算出されたスロットル弁通過空気量に基づいて図６のマップから吸気到達時間Ｔａが求められる。次いで、ステップ１０７において、センサ出力時間ＴｓがＥＣＵ７０から読み込まれる。
【００５９】
次いで、ステップ１０８において、ステップ１０４でスロットル開度が減少されてから経過した時間を表すカウンタＣ１がインクリメントされる。次いで、ステップ１０９において、ステップ１０８でインクリメントされたカウンタＣ１がステップ１０６で算出された吸気到達時間Ｔａにステップ１０７で読み込まれたセンサ出力時間Ｔｓを加えた時間を超えている（Ｃ１≧Ｔａ＋Ｔｓ）か否かが判別される。ここで、Ｃ１＜Ｔａ＋Ｔｓであると判別されたときには、ステップ１０４でスロットル開度が減少されたことによって減少せしめられた量の空気に対応する排気ガスの空燃比に対応する出力値が空燃比センサ５４から出力されていないことになるので、ルーチンはステップ１０８に戻り、カウンタＣ１が再びインクリメントされる。すなわち、ステップ１０９においてＣ１≧Ｔａ＋Ｔｓであると判別されるまではステップ１０８が繰り返される。一方、ステップ１０９において、Ｃ１≧Ｔａ＋Ｔｓであると判別されたときには、ルーチンは図１０のステップ１１３に進む。
【００６０】
ルーチンがステップ１１３に進んだときには、ステップ１０４でスロットル開度が減少されたことによって減少せしめられた量の空気に対応する排気ガスの空燃比に対応する出力値が空燃比センサ５４から出力されていることになる。したがって、ステップ１１３において、リーン制御における空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御（空燃比センサ出力値によるリーン制御）が実行される。次いで、ステップ１１４において、吸気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間だけ前にスロットル弁４８に与えられた制御量が学習値としてＥＣＵ７０に記憶される（制御量の学習）。次いで、ステップ１１５において、ステップ１１４の制御量の学習が完了したか否かが判別される。ここで、制御量の学習が完了していないと判別されたときには、ルーチンはステップ１１４に戻り、空燃比センサ出力値によるリーン制御が継続され、次いで、ステップ１１４において、スロットル弁に与えられている制御量の学習が実行される。すなわち、ステップ１１５においてステップ１１４の制御量の学習が完了したと判別されるまでは、ステップ１１３およびステップ１１４が繰り返される。一方、ステップ１１５において、ステップ１１４での制御量の学習が完了したと判別されたときには、ルーチンはステップ１１６に進む。
【００６１】
ルーチンがステップ１１６に進んだときには、ステップ１１４の制御量の学習が完了していることになる。したがって、ステップ１１６以降のステップによってリッチ制御が実行される。すなわち、ステップ１１６において、機関回転数と機関負荷とに基づいて図３のマップから目標リッチ空燃比ＴＡ／Ｆｒが読み込まれる。次いで、ステップ１１７において、機関回転数と機関負荷とに基づいて図４のマップから目標リッチ筒内吸気量ＴＧａｃｒが読み込まれる。次いで、ステップ１１８において、ステップ１１７で読み込まれた目標リッチ筒内吸気量の空気が燃焼室２５に吸入されたときに混合気の空燃比をステップ１１６で読み込まれた目標リッチ空燃比にすることができる燃料噴射量が目標燃料噴射量として算出される。次いで、ステップ１１９において、筒内吸気量がステップ１１７で読み込まれた目標リッチ筒内吸気量になるようにスロットル開度が制御される。次いで、ステップ１２０において、燃料噴射量がステップ１２０で算出された目標燃料噴射量になるように燃料噴射量が増大される。次いで、ステップ１２１において、筒内吸気量に基づいて図７のマップから排気到達時間Ｔｅが求められる。次いで、ステップ１２２において、ステップ１２０で燃料噴射量が増大されてから経過した時間を表すカウンタＣ２がインクリメントされる。次いで、ステップ１２３において、ステップ１２２でインクリメントされたカウンタＣ２がステップ１２１で算出された排気到達時間Ｔｅにステップ１０７で読み込まれたセンサ出力時間Ｔｓを加えた時間を超えている（Ｃ２≧Ｔｅ＋Ｔｓ）か否かが判別される。ここで、Ｃ２＜Ｔｅ＋Ｔｓであると判別されたときには、ステップ１２０で増大せしめられた量の燃料の燃焼後の排気ガスの空燃比に対応する出力値が空燃比センサ５４によって出力されていないことになるので、ルーチンはステップ１２２に戻り、カウンタＣ２が再びインクリメントされる。すなわち、ステップ１２３においてＣ２≧Ｔｅ＋Ｔｓであると判別されるまではステップ１２２繰り返される。一方、ステップ１２３において、Ｃ２≧Ｔｅ＋Ｔｓであると判別されたときには、ルーチンは図１１のステップ１２４に進む。
【００６２】
ルーチンがステップ１２４に進んだときには、ステップ１２０で増大せしめられた量の燃料の燃焼後の排気ガスの空燃比に対応する出力値が空燃比センサ５４から出力されていることになる。したがって、ステップ１２４において、リッチ制御における空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御（空燃比センサ出力値によるリッチ制御）が実行される。次いで、ステップ１２５において、ステップ１２２と同様にカウンタＣ２がインクリメントされる。次いで、ステップ１２６において、カウンタＣ２が排気浄化触媒５２に吸収されているＮＯｘを浄化するのに十分な時間Ｔｒを超えている（Ｃ２≧Ｔｒ）か否かが判別される。ここで、Ｃ２＜Ｔｒであると判別されたときには、排気浄化触媒に吸収されているＮＯｘが十分には浄化されていないことになるので、ルーチンはステップ１２５に戻り、空燃比センサ出力値によるリッチ制御が継続され、次いで、ステップ１２５において、カウンタＣ２が再びインクリメントされる。すなわち、ステップ１２６においてＣ２≧Ｔｒであると判別されるまでは、ステップ１２４およびステップ１２５が繰り返される。一方、ステップ１２６において、Ｃ２≧Ｔｒであると判別されたときには、排気浄化触媒に吸収されているＮＯｘが十分に浄化されたことになるので、ルーチンはステップ１２７に進んで、カウンタＣ１およびカウンタＣ２がリセットされ、ルーチンが終了する。
【００６３】
なお、上述した実施形態のリーン制御では、リーン制御が開始されてから吸気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間が経過したときにスロットル弁に与えられる制御量の学習が開始される。しかしながら、上述した実施形態のリーン制御において、リーン制御が開始されてから吸気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間が経過したとき以降にスロットル弁に与えられる制御量の学習が開始されるようにしてもよい。
【００６４】
また、上述した実施形態のリッチ制御では、リッチ制御が開始されてから排気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間が経過したときに空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が開始される。しかしながら、上述した実施形態のリッチ制御において、リッチ制御が開始されてから排気到達時間にセンサ出力時間を加えた時間が経過したとき以降に空燃比センサの出力値に基づいた混合気の空燃比の制御が開始されるようにしてもよい。
【００６５】
また、上述した実施形態はＮＯｘ浄化能力を有すると共に酸素吸蔵・放出能力を有する排気浄化触媒を備える内燃機関であって該排気浄化触媒に吸収されているＮＯｘを浄化するためにリッチ制御の実行が要求される内燃機関に本発明の空燃比制御装置を適用したものである。しかしながら、本発明の空燃比制御装置は排気ガス中の特定の成分を浄化する浄化能力を有すると共に酸素吸蔵・放出能力を有する排気浄化触媒を備える内燃機関であって該排気浄化触媒に関する特定の目的を達成するためにリッチ制御の実行が要求される内燃機関にも適用可能である。
【００６６】
また、上述した実施形態は排気浄化触媒に吸収されているＮＯｘを浄化するために混合気の空燃比が排気浄化触媒の下流に配置されている空燃比センサの出力値に基づいて理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される内燃機関に本発明の空燃比制御装置を適用したものである。しかしながら、本発明の空燃比制御装置は単に特定の目的を達成するために混合気の空燃比が排気浄化触媒の下流に配置されている空燃比センサの出力値に基づいて理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される内燃機関にも適用可能である。
【００６７】
また、上述した実施形態は排気浄化触媒に吸収されているＮＯｘを浄化するために混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される前に混合気の空燃比が排気浄化触媒の下流に配置されている空燃比センサの出力値に基づいて理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御される内燃機関に本発明の空燃比制御装置を適用したものである。しかしながら、本発明の空燃比制御装置は単に特定の目的を達成するために混合気の空燃比が排気浄化触媒の下流に配置されている空燃比センサの出力値に基づいて理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御される内燃機関にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１０…内燃機関、２５…燃焼室、３７…燃料噴射弁、４８…スロットル弁、５２…排気浄化触媒、５４…空燃比センサ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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