(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、ＥＧＲ弁の開閉に伴ってメイン触媒に流入する排気ガスの空燃比に段差が生ずるのを良好に防止することを目的とする。【解決手段】ＥＧＲ通路４２にＥＧＲ触媒４４を備える内燃機関１０において、ＥＧＲ弁４８の開き時とＥＧＲ弁４８の閉じ時とで、空燃比学習値を別々に設け、ＥＧＲ制御の実行状態に合わせて学習を実行するようにする。より具体的には、前回のＥＧＲ弁４８の開き時に算出して記憶された空燃比学習値をその次回のＥＧＲ弁４８の開き時に使用するようにし、一方、前回のＥＧＲ弁４８の閉じ時に算出して記憶された空燃比学習値をその次回のＥＧＲ弁４８の閉じ時に使用するようにする。【選択図】図１
2011153577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ通路の排気側接続口よりも下流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化可能なメイン触媒と、
前記排気側接続口よりも下流側であって前記メイン触媒よりも上流側の前記排気通路に配置され、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
前記ＥＧＲ通路に配置され、排気ガスを浄化可能なＥＧＲ触媒と、
前記ＥＧＲ弁の開き時に、前記空燃比センサにより検出される前記メイン触媒の上流の排気ガスのセンサ空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正するＥＧＲ弁開時空燃比制御手段と、
前記ＥＧＲ弁の閉じ時に、前記空燃比センサにより検出される前記メイン触媒の上流の排気ガスのセンサ空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正するＥＧＲ弁閉時空燃比制御手段と、
前記制御目標空燃比に対する前記センサ空燃比の偏差に基づいて、燃料噴射量を補正するための空燃比学習値を算出して記憶する学習値取得手段と、
前記ＥＧＲ弁の開き時に記憶された前記空燃比学習値を前記ＥＧＲ弁開時空燃比制御手段による排気ガスの空燃比の制御に反映させるＥＧＲ弁開時学習反映手段と、
前記ＥＧＲ弁の閉じ時に記憶された前記空燃比学習値を前記ＥＧＲ閉時空燃比制御手段による排気ガスの空燃比の制御に反映させるＥＧＲ弁閉時学習反映手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ触媒を通過した排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ通路空燃比検出手段と、
前記ＥＧＲ触媒が酸素過剰状態であるか酸素不足状態であるかを判定するＥＧＲ触媒酸素状態判定手段と、を更に備え、
前記ＥＧＲ閉時空燃比制御手段は、前記ＥＧＲ弁の閉じ時であって、前記ＥＧＲ触媒が前記酸素過剰状態である場合には、前記ＥＧＲ通路空燃比検出手段により検出される前記ＥＧＲ通路の空燃比に基づく燃料噴射量のＥＧＲ補正項を用いずに燃料噴射量を補正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。
【請求項３】
前記ＥＧＲ触媒を通過した排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ通路空燃比検出手段と、
前記ＥＧＲ触媒が酸素過剰状態であるか酸素不足状態であるかを判定するＥＧＲ触媒酸素状態判定手段と、を更に備え、
前記ＥＧＲ閉時空燃比制御手段は、前記ＥＧＲ弁の閉じ時であって、前記ＥＧＲ触媒が前記酸素不足状態である場合には、筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比となるように燃料噴射量を補正するリーン補正実行手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲ触媒を通過した排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ通路空燃比検出手段と、
前記ＥＧＲ触媒が酸素過剰状態であるか酸素不足状態であるかを判定するＥＧＲ触媒酸素状態判定手段と、
前記ＥＧＲ弁の閉じ時に当該ＥＧＲ弁の再開要求が出され、かつ、前記ＥＧＲ触媒が前記酸素不足状態である場合に、筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比となるように燃料噴射量を補正するリーン補正実行手段と、
前記リーン補正実行手段による燃料噴射量の補正により前記ＥＧＲ触媒が酸素過剰状態となるまで、前記ＥＧＲ弁を閉じ状態に維持するＥＧＲ弁閉維持手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項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】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、ＥＧＲ通路にＥＧＲ触媒を備える内燃機関の制御を行うのに好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路にＥＧＲ触媒を備える内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の内燃機関は、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲ触媒の下流に配置された空燃比センサの出力信号に基づいて、空燃比を理論空燃比近傍にフィードバック制御するようにしている。
【０００３】
また、例えば特許文献２には、ＥＧＲ実行時に、メイン触媒（第１触媒装置）の上流に配置された空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）の出力に基づく燃料噴射量のフィードバック補正係数と、ＥＧＲ補正係数とに基づいて、燃料噴射量を補正する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平２−１４３９号公報
【特許文献２】特開平１０−１５３１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、排気ガスには、排気ブローダウン時の圧力波の影響により圧力の脈動が生じる。その結果、ＥＧＲ弁が閉じている場合にも、排気通路とＥＧＲ通路との間で排気ガスの流入と流出とが繰り返される。このため、筒内から排出された排気ガスの一部は、ＥＧＲ触媒によって浄化されたうえでメイン触媒に流入するようになる。従って、メイン触媒に流入する排気ガスの空燃比は、ＥＧＲ弁の開き時と閉じ時とで異なるものとなる。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載されているように、従来においてＥＧＲ制御の存在を考慮した空燃比のフィードバック制御は、ＥＧＲ弁の開き時（ＥＧＲ実行時）にはＥＧＲ補正係数を考慮した燃料噴射量の補正を実行し、ＥＧＲ弁の閉じ時（ＥＧＲカット時）には、上記ＥＧＲ補正係数を用いない燃料噴射量の補正を実行するというものに過ぎない。そして、このような従来の空燃比制御では、ＥＧＲ弁の閉じ時には筒内から排出される排気ガスの一部がＥＧＲ触媒によって浄化されたうえでメイン触媒に流入する点について着目されていない。このため、上記従来の空燃比制御では、ＥＧＲ弁の開閉がなされる際に、メイン触媒に流入する排気ガスの空燃比に段差が生じ、排気エミッションが悪化するおそれがある。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＥＧＲ弁の開閉に伴ってメイン触媒に流入する排気ガスの空燃比に段差が生ずるのを良好に防止し得る内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ通路の排気側接続口よりも下流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化可能なメイン触媒と、
前記排気側接続口よりも下流側であって前記メイン触媒よりも上流側の前記排気通路に配置され、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
前記ＥＧＲ通路に配置され、排気ガスを浄化可能なＥＧＲ触媒と、
前記ＥＧＲ弁の開き時に、前記空燃比センサにより検出される前記メイン触媒の上流の排気ガスのセンサ空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正するＥＧＲ弁開時空燃比制御手段と、
前記ＥＧＲ弁の閉じ時に、前記空燃比センサにより検出される前記メイン触媒の上流の排気ガスのセンサ空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正するＥＧＲ弁閉時空燃比制御手段と、
前記制御目標空燃比に対する前記センサ空燃比の偏差に基づいて、燃料噴射量を補正するための空燃比学習値を算出して記憶する学習値取得手段と、
前記ＥＧＲ弁の開き時に記憶された前記空燃比学習値を前記ＥＧＲ弁開時空燃比制御手段による排気ガスの空燃比の制御に反映させるＥＧＲ弁開時学習反映手段と、
前記ＥＧＲ弁の閉じ時に記憶された前記空燃比学習値を前記ＥＧＲ閉時空燃比制御手段による排気ガスの空燃比の制御に反映させるＥＧＲ弁閉時学習反映手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ＥＧＲ触媒を通過した排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ通路空燃比検出手段と、
前記ＥＧＲ触媒が酸素過剰状態であるか酸素不足状態であるかを判定するＥＧＲ触媒酸素状態判定手段と、を更に備え、
前記ＥＧＲ閉時空燃比制御手段は、前記ＥＧＲ弁の閉じ時であって、前記ＥＧＲ触媒が前記酸素過剰状態である場合には、前記ＥＧＲ通路空燃比検出手段により検出される前記ＥＧＲ通路の空燃比に基づく燃料噴射量のＥＧＲ補正項を用いずに燃料噴射量を補正することを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ＥＧＲ触媒を通過した排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ通路空燃比検出手段と、
前記ＥＧＲ触媒が酸素過剰状態であるか酸素不足状態であるかを判定するＥＧＲ触媒酸素状態判定手段と、を更に備え、
前記ＥＧＲ閉時空燃比制御手段は、前記ＥＧＲ弁の閉じ時であって、前記ＥＧＲ触媒が前記酸素不足状態である場合には、筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比となるように燃料噴射量を補正するリーン補正実行手段を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記ＥＧＲ触媒を通過した排気ガスの空燃比を検出するＥＧＲ通路空燃比検出手段と、
前記ＥＧＲ触媒が酸素過剰状態であるか酸素不足状態であるかを判定するＥＧＲ触媒酸素状態判定手段と、
前記ＥＧＲ弁の閉じ時に当該ＥＧＲ弁の再開要求が出され、かつ、前記ＥＧＲ触媒が前記酸素不足状態である場合に、筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比となるように燃料噴射量を補正するリーン補正実行手段と、
前記リーン補正実行手段による燃料噴射量の補正により前記ＥＧＲ触媒が酸素過剰状態となるまで、前記ＥＧＲ弁を閉じ状態に維持するＥＧＲ弁閉維持手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、ＥＧＲ弁の開き時と閉じ時とで空燃比学習値を使い分けたことにより、ＥＧＲ弁の閉じ時に筒内から排出される排気ガスの一部がＥＧＲ触媒によって浄化されたうえでメイン触媒に流入することによる影響を考慮した空燃比制御を実行できるようになる。これにより、ＥＧＲ弁の開閉に伴ってメイン触媒に流入する排気ガスの空燃比に段差が生ずるのを良好に防止することができる。このため、メイン触媒の空燃比制御のロバスト性を維持（保証）することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、ＥＧＲ弁の閉じ時であって、ＥＧＲ触媒が酸素過剰状態である場合には、ＥＧＲ触媒を通過した排気ガスの空燃比に基づく燃料噴射量のＥＧＲ補正項が用いられない（考慮されない）空燃比制御が実行される。これにより、ＥＧＲ触媒が酸素過剰状態であることを打ち消すためのリッチ補正（燃料噴射量の増量補正）が実行されないようにすることができる。その結果、ＥＧＲ弁の再開時にＥＧＲ触媒のＰＭの浄化能力を維持（確保）できるようになる。また、ＥＧＲ弁の閉じ時には、空燃比学習値がＥＧＲ弁の閉じ時のものに切り替えられる。従って、本発明によれば、ＥＧＲ弁の再開時のＥＧＲ触媒のＰＭの浄化能力（デポジットの浄化性能）を維持したまま、メイン触媒の空燃比制御のロバスト性を維持（保証）できるようになる。
【００１４】
第３の発明によれば、ＥＧＲ弁の閉じ時であって、ＥＧＲ触媒が酸素不足状態である場合には、筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比となるように燃料噴射量が補正される。これにより、ＥＧＲ弁の再開時にＥＧＲ触媒のＰＭの浄化能力を維持（確保）できるようになる。また、ＥＧＲ弁の閉じ時には、空燃比学習値がＥＧＲ弁の閉じ時のものに切り替えられる。従って、本発明によれば、ＥＧＲ弁の再開時のＥＧＲ触媒のＰＭの浄化能力（デポジットの浄化性能）を維持したまま、メイン触媒の空燃比制御のロバスト性を維持（保証）できるようになる。
【００１５】
第４の発明によれば、ＥＧＲ触媒が酸素不足状態である場合にＥＧＲ弁の再開要求が出された場合であっても、ＥＧＲ弁の再開時にＥＧＲ触媒のＰＭの浄化能力を維持（確保）できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１の内燃機関の構成を説明するための図である。
【図２】ＥＧＲ弁の閉じ時における内燃機関の１サイクル中のガス流量の変化を示す図である。
【図３】ＥＧＲ弁の開き時と閉じ時とで、空燃比フィードバック系を比較して表したブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】図４に示す制御ルーチンが適用された制御の一例を表したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０の構成を説明するための図である。より具体的には、図１は、４つの気筒を有する内燃機関１０のうちの一つの気筒の断面を示している。
【００１８】
内燃機関１０の吸気系は、吸気通路１２を備えている。空気は大気中から吸気通路１２に取り込まれ、燃焼室１４に分配される。吸気通路１２の入口には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８が設けられている。
【００１９】
エアフローメータ１８の下流には、ターボ過給機２０が設けられている。ターボ過給機２０は、コンプレッサ２０ａとタービン２０ｂを備えている。コンプレッサ２０ａとタービン２０ｂとは連結軸によって一体に連結されている。コンプレッサ２０ａはタービン２０ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。
【００２０】
コンプレッサ２０ａの下流には、圧縮された空気を冷却するためのインタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の下流には、スロットルバルブ２４が配置されている。スロットルバルブ２４は、アクセル開度に基づいてスロットルモータ（図示省略）により駆動される電子制御式のバルブである。
【００２１】
また、内燃機関１０は、燃料を燃焼室１４内に直接噴射するための筒内噴射弁２６を備えている。筒内噴射弁２６には、高圧燃料ポンプ２８によって高圧化された燃料が供給される。また、内燃機関１０は、燃焼室１４内に突出するように点火プラグ３０が取り付けられている。
【００２２】
内燃機関１０の排気系は、排気通路３２を備えている。タービン２０ｂよりも下流側の排気通路３２には、排気ガスを浄化するための触媒（以下、「メイン触媒３４」と称する）３４および触媒３６が直列に配置されている。これらの触媒３４、３６としては、三元触媒を用いることができる。また、メイン触媒３４の上流には、その位置で排気空燃比を検出するためのＡ／Ｆセンサ３８が配置されている。更に、メイン触媒３４と触媒３６との間には、その位置の空燃比がリッチであるかリーンであるかに応じた信号を発生するＯ２センサ４０が配置されている。
【００２３】
更に、内燃機関１０は、タービン２０ｂよりも上流側の排気通路３２と吸気通路１２とを接続するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路４２を備えている。ＥＧＲ通路４２の途中には、ＥＧＲ触媒４４が設けられている。ＥＧＲ触媒４４よりも吸気通路１２側のＥＧＲ通路４２には、上記Ｏ２センサ４０と同様の構成を有するＯ２センサ４６が設けられている。更に、ＥＧＲ通路４２における吸気通路１２側の接続口付近には、ＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲ弁４８が設けられている。
【００２４】
内燃機関１０の制御系は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述したセンサに加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ５２等の各種センサが接続されているとともに、上述したアクチュエータ等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。
【００２５】
［実施の形態１の空燃比フィードバック制御］
（ＥＧＲ弁の開き時の空燃比フィードバック制御）
ＥＧＲ弁４８の開き時（以下、「ＥＧＲ実行時」とも称する）の空燃比フィードバック制御（単に「空燃比Ｆ／Ｂ制御」と略する場合がある）では、次の（１）式に従って最終的な燃料噴射量の算出（基本燃料噴射量の補正）が行われる。
燃料噴射量＝基本噴射量＋メインフィードバック補正量＋ＳｕｂＯ２補正量＋ＥＧＲ触媒Ｏ２補正量・・・（１）
【００２６】
上記（１）式における基本噴射量は、内燃機関１０の運転状態に応じたベースの燃料噴射量であり、内燃機関１０の負荷とエンジン回転数に基づく所定のマップを用いることにより算出される値である。メインフィードバック補正量は、上流側のＡ／Ｆセンサ３８の出力値に基づいて算出される値であって、メイン触媒３４に流入する排気ガスの実空燃比が所定の制御目標空燃比（例えば、理論空燃比（ストイキ））と一致するように、上記基本噴射量に足し引きされる値である。ＳｕｂＯ２補正量は、下流側のＯ２センサ４０の出力値に基づいて算出される値であって、メイン触媒３４の下流に流出してくる排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように（より具体的には、メイン触媒３４の下流に配置されたＯ２センサ４０の出力がストイキ出力となるように）、メインフィードバック補正量に対して更なる補正を施すための値である。ＥＧＲ触媒Ｏ２補正量は、ＥＧＲ通路４２に配置されたＯ２センサ４６の出力値に基づいて算出される値であって、ＥＧＲ触媒４４の下流に流出してくる排気ガスの空燃比がストイキに対して出来るだけリーンな値となるように、メインフィードバック補正量に対して更なる補正を施すための値である。
【００２７】
上記メインフィードバック補正量は、より具体的には、次の（２）式に従って算出される。
メインフィードバック補正量＝出力偏差×比例ゲイン＋出力偏差の積算値×積分ゲイン＋空燃比学習値・・・（２）
上記（２）式における出力偏差は、上記制御目標空燃比の電圧換算値とＡ／Ｆセンサ３８の出力値との偏差である。上記（２）式に示すように、メインフィードバック補正量は、比例項（出力偏差×比例ゲイン）とともに積分項（出力偏差の積算値×積分ゲイン）を含んでいる。このようにして算出される積分項は、Ａ／Ｆセンサ３８の出力が瞬間値としてどのような値を示しているかによらず、メイン触媒３４の上流の排気ガスの空燃比が、制御目標空燃比に対して長期的にどのような偏りを有しているかを表す指標となる。
【００２８】
本実施形態のシステムでは、所定の運転領域毎に上記積分項の平均値を、上記（２）式における空燃比学習値として記憶するようにしている。このような処理を行うようにしておけば、当該空燃比学習値を参照することによって、システムに蓄積された（制御目標空燃比に対する）長期的な空燃比のずれ量を運転領域毎に取得することが可能となる。
【００２９】
（ＥＧＲ弁の開閉がなされる際の空燃比Ｆ／Ｂ制御の課題）
図２は、ＥＧＲ弁４８の閉じ時における内燃機関１０の１サイクル中のガス流量の変化を示す図である。より具体的には、図２中に太線で示す波形は、ＥＧＲ触媒４４に流出入するガスに関するものであり、同図中に細線で示す波形は、タービン２０ｂに流入するガスに関するものである。また、図２中における「順流」は、排気通路３２の上流側からタービン２０ｂやＥＧＲ触媒４４にガスが流入する際のガス流れに対応し、同図中における「逆流」は、上記順流に対する逆方向のガス流れに対応している。
【００３０】
筒内から排出された排気ガスには、排気ブローダウン時の圧力波の影響により圧力の脈動が生じる。その結果、図２中に太線で示すように、ＥＧＲ弁４８が閉じている場合にも、排気通路３２とＥＧＲ通路４２との間で、排気ガスの流入と流出とが繰り返される。このため、筒内から排出された排気ガスの一部は、ＥＧＲ触媒４４によって浄化されたうえでメイン触媒３４に流入するようになる。従って、メイン触媒３４に流入する排気ガスの空燃比は、ＥＧＲ弁４８の開き時と閉じ時とで異なるものとなる。
【００３１】
図３は、ＥＧＲ弁４８の開き時と閉じ時とで、空燃比フィードバック系を比較して表したブロック図である。より具体的には、図３（Ａ）は、ＥＧＲ弁４８の開き時の空燃比フィードバック系を示し、図３（Ｂ）は、ＥＧＲ弁４８の閉じ時の空燃比フィードバック系を示している。
【００３２】
図３（Ａ）に示すように、ＥＧＲ弁４８の開き時には、ＥＧＲ率をβとすると、筒内から排出された排気ガスのうちのβ分がＥＧＲ通路４２のＥＧＲ触媒４４に流入し、残りの（１−β）分が排気通路３２をそのまま流れてメイン触媒３４に流入することになる。メイン触媒３４に流入する（１−β）分の排気ガスの空燃比は、Ａ／Ｆセンサ３８により検出され、メイン触媒３４から流出した後の（１−β）分の排気ガスの空燃比は、Ｏ２センサ４０により検出される。また、ＥＧＲ触媒４４を流出したβ分の排気ガスの空燃比は、Ｏ２センサ４６により検出される。
【００３３】
既述した排気ブローダウン時の圧力波の影響によりＥＧＲ通路４２に流出入する排気ガスの割合（ＥＧＲ通路４２へのガスの呼吸割合）をαとすると、図３（Ｂ）に示すように、ＥＧＲ弁４８の閉じ時（以下、「ＥＧＲカット時」とも称する）には、筒内から排出された排気ガスのうちの（１−α）分がそのまま排気通路３２を通ってメイン触媒３４に流入することになる。そして、残りのα分がＥＧＲ通路４２に流入することになる。ＥＧＲ通路４２に流入した排気ガスは、ＥＧＲ触媒４４を通過してＯ２センサ４６に達した後に、逆流してＥＧＲ触媒４４を通過したうえで排気通路３２に戻り、メイン触媒３４に至るようになる。その結果、ＥＧＲ通路４２のＯ２センサ４６では、ＥＧＲ触媒４４を通過したα分の排気ガスの空燃比が検出される。そして、メイン触媒３４の上流および下流のＡ／Ｆセンサ３８およびＯ２センサ４０では、メイン触媒３４にそのまま流入する（１−α）分の排気ガスと、ＥＧＲ触媒４４に流出入して浄化されることにより空燃比がストイキとなった後のα分の排気ガスとが合流した後の排気ガスの空燃比が検出されることとなる。
【００３４】
ＥＧＲ制御の有無を考慮した従来の空燃比Ｆ／Ｂ制御として、ＥＧＲ弁の開き時（ＥＧＲ実行時）にはＥＧＲ補正係数を考慮した燃料噴射量の補正を実行し、ＥＧＲ弁の閉じ時（ＥＧＲカット時）には、上記ＥＧＲ補正係数を用いない燃料噴射量の補正を実行するものが知られている。しかしながら、このような従来の空燃比Ｆ／Ｂ制御では、ＥＧＲ弁の閉じ時には筒内から排出される排気ガスの一部がＥＧＲ触媒によって浄化されたうえでメイン触媒に流入する点について着目されていない。このため、上記従来の空燃比Ｆ／Ｂ制御では、ＥＧＲ弁の開閉がなされる際に、メイン触媒に流入する排気ガスの空燃比に段差が生じ、排気エミッションが悪化するおそれがある。
【００３５】
（ＥＧＲ弁の閉じ時の空燃比Ｆ／Ｂ制御）
そこで、本実施形態では、ＥＧＲ弁４８の開閉がなされる際に、メイン触媒３４に流入する排気ガスの空燃比に段差が生ずるのを防止するために、ＥＧＲ弁４８の開き時とＥＧＲ弁４８の閉じ時とで、空燃比学習値を別々に設け、ＥＧＲ制御の実行状態に合わせて学習を実行するようにした。より具体的には、前回のＥＧＲ弁４８の開き時に算出して記憶された空燃比学習値をその次回のＥＧＲ弁４８の開き時に使用するようにし、一方、前回のＥＧＲ弁４８の閉じ時に算出して記憶された空燃比学習値をその次回のＥＧＲ弁４８の閉じ時に使用するようにした。
【００３６】
また、既述したように、ＥＧＲ弁４８が閉じている場合に、排気通路３２とＥＧＲ通路４２との間で排気ガスの流入と流出とが繰り返されると、排気ガスがリッチ雰囲気である場合には、ＥＧＲ触媒４４の酸素が消費されることとなる。ＥＧＲ弁４８の閉弁中にＥＧＲ触媒４４の酸素含有量があるレベル以下にまで低下した状態でＥＧＲ制御が再開されると、排気ガス中に含まれるＰＭ（Particulate Matter）の浄化能力が低下してしまう。その結果、多くのデポジットが吸気系に還流してしまうという問題がある。
【００３７】
そこで、本実施形態では、ＥＧＲ弁４８の閉じ時の空燃比Ｆ／Ｂ制御として、第１ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御と第２ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御という２通りのフィードバック制御を備えるようにした。そして、ＥＧＲ弁４８の閉弁中にＥＧＲ触媒４４が酸素過剰状態である場合には、上記第１ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御を用いるようにし、一方、ＥＧＲ弁４８の閉弁中にＥＧＲ触媒４４が酸素不足状態である場合には、上記第２ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御を用いるようにした。
【００３８】
また、ＥＧＲ弁４８の閉弁中にＥＧＲ弁４８の再開要求が出された場合において、ＥＧＲ触媒４４が酸素不足状態である場合には、上記第２ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御を選択し、筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比となるように燃料噴射量が補正されるようにした。そして、そのようなリーン補正によってＥＧＲ触媒４４が酸素過剰状態となるまで、ＥＧＲ弁４８を閉じ状態に維持するようにした。
【００３９】
上記第１ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御では、より具体的には、次の（３）式に従って最終的な燃料噴射量の算出（基本燃料噴射量の補正）が行われる。
燃料噴射量＝基本噴射量＋メインフィードバック補正量＋ＳｕｂＯ２補正量・・・（３）
上記（３）式に示すように、第１ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御では、上記（１）式に対応するＥＧＲ実行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御時と比べ、ＥＧＲ触媒Ｏ２補正量が補正項として考慮されていない点が相違している。また、ＥＧＲ実行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御では、前回のＥＧＲ実行時のメインフィードバック補正量の積分項の平均値が空燃比学習値として使用されるのに対し、第１ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御では、前回のＥＧＲカット時のメインフィードバック補正量の積分項の平均値が空燃比学習値として使用される点が相違している。
【００４０】
また、上記第２ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御では、次の（４）式に従って最終的な燃料噴射量の算出（基本燃料噴射量の補正）が行われる。
燃料噴射量＝基本噴射量＋ＥＧＲ触媒Ｏ２補正量＋（メインフィードバック補正量＋ＳｕｂＯ２補正量）×ゲイン・・・（４）
上記（４）式に示すように、第２ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御では、上記（１）式に対応するＥＧＲ実行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御に対して、メインフィードバック補正量とＳｕｂＯ２補正量の和に上記ゲインが乗じられている点が相違している。上記ゲインは、１より小さな定数である。
【００４１】
メイン触媒３４の容量は、ＥＧＲ通路４２に配置されるＥＧＲ触媒４４の容量よりも十分に大きい。このような触媒容量の差を考慮して、ＥＧＲ実行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御では、メイン触媒３４側の補正量であるメインフィードバック補正量およびＳｕｂＯ２補正量が、ＥＧＲ触媒４４側の補正量であるＥＧＲ触媒Ｏ２補正量よりも十分に大きな値となるように設定されている。このような設定により、ＥＧＲ実行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御では、補正量全体に対してメインフィードバック補正量およびＳｕｂＯ２補正量が占める比重がＥＧＲ触媒Ｏ２補正量よりも十分に高くなり、空燃比制御のロバスト性が確保されている。
【００４２】
そのうえで、１よりも小さな上記ゲインを上記（４）式中に設定したことにより、第２ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御の実行時には、ＥＧＲ実行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御時と比べ、ＥＧＲ触媒Ｏ２補正量が最終的な燃料噴射量に及ぼす影響がメインフィードバック補正量とＳｕｂＯ２補正量の和に対して高められるようになる。このようなゲインを有する第２ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御を、ＥＧＲ触媒４４が酸素不足状態にある場合に行うようにすることで、酸素不足状態であるＥＧＲ触媒４４が酸素過剰状態となるようにするためのリーン補正が促されるようになる。
【００４３】
また、第２ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御においても、第１ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御の場合と同様に、前回のＥＧＲカット時のメインフィードバック補正量の積分項の平均値が空燃比学習値として使用されるようになっている。
【００４４】
［実施の形態１における具体的処理］
図４は、本発明の実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、以下の図４および図５中においては、ＥＧＲ実行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御が制御Ａに対応し、第１ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御が制御Ｂに対応し、第２ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御が制御Ｃに対応している。
【００４５】
図４に示すルーチンでは、先ず、ＥＧＲ弁４８が閉弁中であるか否かが判定される（ステップ１００）。その結果、ＥＧＲ弁４８が閉弁中でない場合、すなわち、ＥＧＲ弁４８が開弁中である場合には、通常フィードバック制御（すなわち、制御Ａに対応するＥＧＲ実行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御）が実行される（ステップ１０２）。
【００４６】
一方、上記ステップ１００においてＥＧＲ弁４８が閉弁中であると判定された場合には、次いで、ＥＧＲ弁４８の再開要求があるか否かが判定される（ステップ１０４）。その結果、ＥＧＲ弁４８の再開要求がないと判定された場合には、ＥＧＲ触媒４４の下流のＯ２センサ４６の出力が０．５Ｖ以下であるか、つまり、ＥＧＲ触媒４４が酸素過剰状態であるか否かが判定される（ステップ１０６）。
【００４７】
その結果、上記ステップ１０６の判定が成立する場合、つまり、Ｏ２センサ４６の出力が０．５Ｖ以下となるリーン出力を示していることでＥＧＲ触媒４４が酸素過剰状態にあると判定された場合には、ＥＧＲサブフィードバックが停止される（ステップ１０８）。言い換えれば、上記第１ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御（上記制御Ｂ）が選択されることで、Ｏ２センサ４６の出力に基づくＥＧＲ触媒Ｏ２補正量が補正項として考慮されないフィードバック制御が実行される。
【００４８】
一方、上記ステップ１０６の判定が不成立である場合、つまり、Ｏ２センサ４６の出力が０．５Ｖよりも高いリッチ出力を示していることでＥＧＲ触媒４４が酸素不足状態にあると判定された場合には、ＥＧＲサブフィードバックが実行される（ステップ１１０）。言い換えれば、上記第２ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御（上記制御Ｃ）が選択されることで、Ｏ２センサ４６の出力に基づくＥＧＲ触媒Ｏ２補正量が補正項として考慮されたフィードバック制御がＥＧＲ弁４８の閉弁中に実行される。
【００４９】
また、上記ステップ１０４においてＥＧＲ弁４８の再開要求があると判定された場合には、ＥＧＲ触媒４４の下流のＯ２センサ４６の出力が０．５Ｖ以上であるか、つまり、ＥＧＲ触媒４４が酸素不足状態であるか否かが判定される（ステップ１１２）。
【００５０】
その結果、上記ステップ１１２の判定が成立する場合、つまり、Ｏ２センサ４６の出力が０．５Ｖ以上となるリッチ出力を示していることでＥＧＲ触媒４４が酸素不足状態にあると判定された場合には、ＥＧＲ弁４８の再開要求が出されているにもかかわらずＥＧＲ弁４８が閉じ状態に維持される（ステップ１１４）。次いで、ＥＧＲサブフィードバック（制御Ｃに対応する第２ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御）が実行される（ステップ１１６）。
【００５１】
一方、上記ステップ１１２の判定が不成立である場合、つまり、Ｏ２センサ４６の出力が０．５Ｖよりも低いリーン出力を示していることでＥＧＲ触媒４４が酸素過剰状態にあると判定された場合には、ＥＧＲ弁４８が開かれる（ステップ１１８）。次いで、通常フィードバック制御（すなわち、制御Ａに対応するＥＧＲ実行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御）が実行される（ステップ１０２）。
【００５２】
以上説明した図４に示すルーチンによれば、ＥＧＲ弁４８の開き時には、制御Ａに対応するＥＧＲ実行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御（通常フィードバック制御）が実行される。そして、この場合には、空燃比学習値として、前回のＥＧＲ弁４８の開き時のメインフィードバック補正量の積分項の平均値が使用される。また、ＥＧＲ弁４８の閉じ時には、制御ＢまたはＣに対応する第１または第２のＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御が実行される。そして、この場合には、空燃比学習値として、前回のＥＧＲ弁４８の閉じ時のメインフィードバック補正量の積分項の平均値が使用される。このような手法で空燃比学習値を使い分けたことにより、ＥＧＲ弁４８の閉じ時に筒内から排出される排気ガスの一部がＥＧＲ触媒４４によって浄化されたうえでメイン触媒３４に流入することによる影響を考慮した空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行できるようになる。これにより、ＥＧＲ弁４８の開閉に伴ってメイン触媒３４に流入する排気ガスの空燃比に段差が生ずるのを良好に防止することができる。このため、メイン触媒３４の空燃比制御のロバスト性を維持（保証）することができる。
【００５３】
図５は、上記図４に示す制御ルーチンが適用された制御の一例を表したタイムチャートである。
上記ルーチンによれば、上述したように、ＥＧＲ弁４８の開き時には、制御Ａに対応するＥＧＲ実行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御（通常フィードバック制御）が実行される。この制御Ａでは、Ｏ２センサ４６の出力に基づくＥＧＲ触媒Ｏ２補正量とともに、Ａ／Ｆセンサ３８およびＯ２センサ４０の出力に基づくメインフィードバック補正量およびＳｕｂＯ２補正量が燃料噴射量の補正量として使用される。既述したように、制御Ａの実行時には、メイン触媒３４側のメインフィードバック補正量およびＳｕｂＯ２補正量の方がＥＧＲ触媒Ｏ２補正量よりも比重が十分に大きい。このため、図５（Ｂ）に示すように、ＥＧＲ触媒４４側のＯ２センサ４６の出力は、メインフィードバック補正量およびＳｕｂＯ２補正量の影響を大きく受けて、リッチ出力とリーン出力との間で変化する。この場合、ＥＧＲ触媒Ｏ２補正量としては、ＥＧＲ触媒４４によるＰＭの浄化能力を維持するために、Ｏ２センサ４６がリッチ出力を示す場合にのみ、ＥＧＲ触媒４４を酸素過剰状態とするための減量側の補正（リーン補正）が実行される。
【００５４】
また、上記ルーチンによれば、図５にも示すように、ＥＧＲ弁４８の閉じ時にＯ２センサ４６がリーン出力を示していることでＥＧＲ触媒４４が酸素過剰状態にある場合には、ＥＧＲ触媒４４のＰＭの浄化能力は十分であると判断される。このため、この場合には、ＥＧＲ触媒Ｏ２補正量が考慮されない（すなわち、図５（Ｃ）に示すようにＥＧＲ触媒Ｏ２補正量がゼロとされる）制御Ｂに対応する第１ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御が実行される。このように、ＥＧＲ触媒Ｏ２補正量を用いたフィードバック制御をカットすることで、ＥＧＲ触媒４４が酸素過剰状態であることを打ち消すためのリッチ補正が実行されないようにすることができる。これにより、ＥＧＲ弁４８の再開時にＥＧＲ触媒４４のＰＭの浄化能力を維持（確保）できるようになる。
【００５５】
また、上記ルーチンによれば、図５にも示すように、ＥＧＲ弁４８の閉じ時にＯ２センサ４６がリッチ出力を示していることでＥＧＲ触媒４４が酸素不足状態である場合には、制御Ｃに対応する第２ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御が実行される。この制御Ｃの実行時には、上記（４）式中に示すゲインの作用により、上記制御Ａの実行時と比べ、ＥＧＲ触媒Ｏ２補正量が燃料噴射量の補正に大きく反映されるようになる。このような制御Ｃを図５（Ｂ）に示すようにＯ２センサ４６がリッチ出力を示している場合に使用することで、図５（Ｃ）に示すようにＥＧＲ触媒４４を酸素過剰状態とするための減量側の補正（筒内から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン補正）がＥＧＲ弁４８の閉弁中に実行されるようになる。これにより、ＥＧＲ弁４８の再開時にＥＧＲ触媒４４のＰＭの浄化能力を維持（確保）できるようになる。
【００５６】
以上のように、上記ルーチンの処理によれば、ＥＧＲ弁４８が開き状態から閉じ状態に切り替えられた場合には、上記制御ＢまたはＣによってＥＧＲ触媒４４がＥＧＲ弁４８の閉弁中に酸素過剰状態に置かれるようにする制御とともに、メイン触媒３４のフィードバック制御系の空燃比学習値が上述したようにＥＧＲ弁４８の閉じ時の空燃比学習値に切り替えられる。このため、ＥＧＲ弁４８の再開時のＥＧＲ触媒４４のＰＭの浄化能力（デポジットの浄化性能）を維持したまま、メイン触媒３４の空燃比制御のロバスト性を維持（保証）できるようになる。
【００５７】
更に、上記ルーチンによれば、ＥＧＲ弁４８の閉弁中にＥＧＲ弁４８の再開要求が出された場合において、ＥＧＲ触媒４４が酸素不足状態である場合には、上記制御Ｃに対応する第２ＥＧＲカット時Ｆ／Ｂ制御が選択されて上記リーン補正が実行されるとともに、ＥＧＲ触媒４４が酸素過剰状態となるまでＥＧＲ弁４８が閉じ状態に維持される。これにより、ＥＧＲ触媒４４が酸素不足状態である場合にＥＧＲ弁４８の再開要求が出された場合であっても、ＥＧＲ弁４８の再開時にＥＧＲ触媒４４のＰＭの浄化能力を維持（確保）できるようになる。
【００５８】
尚、上述した実施の形態１においては、Ａ／Ｆセンサ３８が前記第１の発明における「空燃比センサ」に相当しているとともに、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「ＥＧＲ弁開時空燃比制御手段」が、上記ステップ１０８、１１０、または１１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「ＥＧＲ弁閉時空燃比制御手段」が、メインフィードバック補正量の積分項の平均値を算出して記憶することにより前記第１の発明における「学習値取得手段」が、ＥＧＲ弁４８の開き時に前回のＥＧＲ弁４８の開き時に算出して記憶された空燃比学習値を使用することにより前記第１の発明における「ＥＧＲ弁開時学習反映手段」が、ＥＧＲ弁４８の閉じ時に前回のＥＧＲ弁４８の閉じ時に算出して記憶された空燃比学習値を使用することにより前記第１の発明における「ＥＧＲ弁閉時学習反映手段」が、それぞれ実現されている。
また、Ｏ２センサ４６が前記第２乃至第４の発明における「ＥＧＲ通路空燃比検出手段」に相当しているとともに、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０４または１１２の処理を実行することにより、前記第２乃至第４の発明における「ＥＧＲ触媒酸素状態判定手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０６の判定が不成立である場合に上記ステップ１１０の処理を実行することにより、前記第３の発明における「リーン補正実行手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０４の判定が成立し、かつ、上記ステップ１１２の判定が成立する場合に上記ステップ１１６の処理を実行することにより前記第４の発明における「リーン補正実行手段」が、上記ステップ１１２の判定が不成立となるまで上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第４の発明における「ＥＧＲ弁閉維持手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００５９】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  燃焼室
２０  ターボ過給機
２６  筒内噴射弁
３２  排気通路
３４  メイン触媒
３６  触媒
３８  Ａ／Ｆセンサ
４０  Ｏ２センサ
４２  ＥＧＲ通路
４４  ＥＧＲ触媒
４６  Ｏ２センサ
４８  ＥＧＲ弁
５０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
【図１】
2011153577.tif 000003
【図２】
2011153577.tif 000004
【図３】
2011153577.tif 000005
【図４】
2011153577.tif 000006
【図５】
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