(57)【要約】【課題】  排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素に発生段階で対処することで、ロバスト性の高い空燃比のフィードバック制御を実現できる内燃機関の空燃比制御装置を提供する。【解決手段】  燃焼室５７内にタンブル流を生成するための気流制御弁５８が吸気ポート５２ａに配設された内燃機関５０の空燃比を制御するＥＣＵ１であって、気流制御弁５８の開弁状態に基づき、気流制御弁５８の開弁状態が半開のときに空燃比のフィードバック制御の実行を許可するフィードバック制御実行許可手段を備える。さらに、気流制御弁５８の開弁状態に基づき、気流制御弁５８の開弁状態が半開のときに空燃比のフィードバック制御を補正する空燃比のサブフィードバック制御の実行を許可するサブフィードバック制御実行許可手段を備える。【選択図】  図５
2008057493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に旋回気流を生成するための気流制御弁が吸気通路に配設された内燃機関の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記気流制御弁の開弁状態に基づき、空燃比のフィードバック制御の実行を許可するフィードバック制御実行許可手段を備え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】
さらに、前記気流制御弁の開弁状態に基づき、空燃比のフィードバック制御を補正する空燃比のサブフィードバック制御の実行を許可するサブフィードバック制御実行許可手段を備えることを特徴とする請求項１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し、特に排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素に発生段階で対処して、ロバスト性の高い空燃比フィードバック制御を実現する内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気通路に配設された酸素センサやＡ／Ｆセンサなどの排気ガスセンサで排気ガス中の酸素濃度を検知し、この排気ガスセンサの出力に基づき、空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）に制御する空燃比制御装置が知られている。ところで排気ガスには酸素のほかにも水素などが含まれている。そして水素は酸素よりもガス拡散し易いことから、酸素よりも速く排気ガスセンサの電極に到達する。さらに電極でこの水素と酸素が反応すると、電極近傍の酸素濃度は排気ガスセンサの周囲に存在する排気の平衡化した酸素濃度より低くなってしまう。ここで平衡化した酸素濃度とは、排気中の可燃成分（水素等）が排気中の酸素と完全に反応した後の酸素濃度であり、真の排気空燃比に対応する酸素濃度である。
【０００３】
上記の状態は換言すれば、本来電極に到達すべき酸素が水素の影響で電極に到達していない状態であり、このときには排気ガスセンサの出力に基づき、排気空燃比が真の排気空燃比よりもリッチ寄りに検出されてしまう。すなわち、水素は排気空燃比が真の排気空燃比よりもリッチであると誤検出するように排気ガスセンサに作用してしまう。その結果、このとき排気ガスセンサの出力の大きさを基準として目標空燃比に制御した場合には、出力の大きさに対応する排気空燃比はリーン側にずれてしまうことになる。したがってこの状態で空燃比を理論空燃比に制御すべくフィードバック制御を実行すると、空燃比を理論空燃比よりもリーンにしてしまうことから三元触媒の排気浄化作用が低下し、その結果、ＮＯｘなどのエミッションが大幅に増大してしまう虞がある。このように排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素に対処すべく、例えば特許文献１では、水素濃度算出手段を備えて水素濃度が高いほど空燃比をリッチ側に制御し、水素による空燃比のリーン側へのシフトを補正する内燃機関の空燃比制御装置が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２４７６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで水素は濃い混合気が燃焼した際に生成され易いことから、混合気のミキシング性が悪いと水素の発生量も増加する。これに対して、燃焼室内にタンブル流やスワール流といった旋回気流を生成するための気流制御弁が吸気通路に配設されている場合、燃焼改善等を目的として強い旋回気流で混合気のミキシング性を向上させるために気流制御弁は一般に半開に制御される。図８は、気流制御弁の開閉挙動の一例を示す図である。気流制御弁は例えば図８のように燃焼改善を目的として全開から半開に適宜制御される。このように気流制御弁が半開に制御されると混合気のミキシング性が向上する一方で、逆に気流制御弁の開弁状態（例えば全開）によっては混合気のミキシング性が低下して相対的に水素の発生量が増大することになる。この場合には、その分水素が排気ガスセンサに大きく作用し易くなることから、空燃比の検出精度が低下してしまう虞がある。
【０００６】
また三元触媒では水素が酸素と反応して燃焼するため、三元触媒の下流側では一般に水素が大幅に減少する。ところが内燃機関の気筒間で空燃比がばらついた場合には、各気筒のうち、空燃比がリッチとなった気筒から排出される排気ガスに含まれる水素が三元触媒の上流だけでなく、下流の排気ガスセンサに対しても同様に悪影響を及ぼしてしまう。図９は、内燃機関から排出される排気ガスの水素濃度と三元触媒から排出される排気ガスの水素濃度とを、気筒間で空燃比のばらつきがない場合と気筒間で空燃比のばらつきがある場合とについて示す図である。図９では直列４気筒の内燃機関で計測した場合の水素濃度を示しており、また各気筒の空燃比を順番にリッチ、リーン、リーン、リッチにすることで空燃比にばらつきがある場合を再現している。
【０００７】
図９より、水素濃度は内燃機関から排出される場合（内燃機関後の場合）と三元触媒から排出される場合（三元触媒後の場合）とで、ともに気筒間で空燃比のばらつきがあるほうが高くなっていることがわかる。なお水素濃度を示す縦軸はログスケールとなっている。ここで、特に三元触媒から排出される場合にも水素濃度が高くなっているのは、三元触媒内の酸素量が不足し、空燃比がリッチとなった気筒から排出された水素が酸素と十分に反応できなくなった結果と考えられる。
【０００８】
図９から気筒間で空燃比がばらつくと排気ガス中の水素濃度が高くなり排気ガスセンサに悪影響を及ぼす虞が増大することがわかるが、このように気筒間で空燃比がばらつくといった不確定な外乱的要素に対しては、上述の提案技術のように空燃比のフィードバック制御を補正するのとは別に、まず発生源対策といった観点で水素に対処して空燃比のフィードバック制御を実行することが有効であるといえる。
【０００９】
そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素に発生段階で対処することで、ロバスト性の高い空燃比のフィードバック制御を実現できる内燃機関の空燃比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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、燃焼室内に旋回気流を生成するための気流制御弁が吸気通路に配設された内燃機関の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、前記気流制御弁の開弁状態に基づき、空燃比のフィードバック制御の実行を許可するフィードバック制御実行許可手段を備えることを特徴とする。ここで前述したように混合気のミキシング性は気流制御弁の開弁状態によって変化し、気流制御弁が燃焼改善等を目的として混合気のミキシング性が高くなるような開弁状態に制御されていれば、燃焼室から排出される水素の量も少なくなる。さらに、係る状態であれば混合気のミキシング性が高くなっているため、仮に各気筒の空燃比がばらついた場合でも空燃比がリッチとなった気筒から排出される水素の量も低減できる。本発明は係る点に鑑みたものであり、本発明によれば発生段階で水素に対処して、ロバスト性の高い空燃比のフィードバック制御を実現できる。
【００１１】
また本発明は、さらに前記気流制御弁の開弁状態に基づき、空燃比のフィードバック制御を補正する空燃比のサブフィードバック制御の実行を許可するサブフィードバック制御実行許可手段を備えてもよい。ここで空燃比をフィードバック制御するにあたっては、三元触媒の上流及び下流に備えられた排気ガスセンサを利用して空燃比のフィードバック制御を行うダブルセンサシステムが知られている。このダブルセンサシステムでは、三元触媒の下流に備えられた排気ガスセンサを利用して、三元触媒の上流に備えられた排気ガスセンサを利用した空燃比のＦ／Ｂ制御を補正するための空燃比サブフィードバック制御が行われる。係るダブルセンサシステムの場合でも、本発明によれば三元触媒下流の排気ガスセンサに及ぶ水素の悪影響が低減されるので、空燃比のサブフィードバック制御も含めてロバスト性の高い空燃比のフィードバック制御を実現できる。なお、フィードバック制御実行許可手段或いはサブフィードバック制御実行許可手段は、気流制御弁の開弁状態が半開のときに空燃比のフィードバック制御或いはサブフィードバック制御の実行を許可することが好ましい。これは一般に気流制御弁の開弁状態が半開のときに、燃焼室内に強い旋回気流が生成されて混合気のミキシング性が高くなることによる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素に発生段階で対処することで、ロバスト性の高い空燃比のフィードバック制御を実現できる内燃機関の空燃比制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【００１４】
図１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１で実現されている本実施例に係る内燃機関の空燃比制御装置を、内燃機関システム１００とともに模式的に示す図である。内燃機関システム１００は、吸気系１０と、排気系２０と、燃料噴射系３０と、内燃機関５０とを有して構成されている。吸気系１０は内燃機関５０に空気を導入するための構成であり、吸気を濾過するためのエアクリーナ１１や、空気量を計測するエアフロメータ１２や、吸気の流量を調節するスロットル弁１３や、吸気を一時的に貯蔵するサージタンク１４や、吸気を内燃機関５０の各気筒に分配するインテークマニホールド１５や、これらの間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。
【００１５】
排気系２０は、エキゾーストマニホールド２１と、三元触媒２２と、図示しない消音器と、これらの構成の間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。エキゾーストマニホールド２１は各気筒からの排気を合流させるための構成であり、各気筒に対応させて分岐させた排気通路を、下流側で一つの排気通路に集合させている。三元触媒２２は排気を浄化するための構成であり、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯの酸化と窒素酸化物ＮＯｘの還元を行う。また三元触媒２２は、流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の極めて狭い範囲にある場合にのみ上記三成分を同時に浄化可能であることから、三元触媒２２に流入する排気空燃比を理論空燃比近傍に維持することがエミッションを低減する上で重要となる。このため排気系２０には、排気中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するためのＡ／Ｆセンサ２３が三元触媒２２の上流に、排気中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するための酸素センサ２４が三元触媒２２の下流に夫々配設されている。
【００１６】
なお、三元触媒２２の上流及び下流に配設される排気ガスセンサの組み合わせはこれに限られず、例えば三元触媒２２の上流及び下流にともにＡ／Ｆセンサ２３或いは酸素センサ２４を配設するなど、適宜の組み合わせであってよい。また、三元触媒２２の上流及び下流に配設した排気ガスセンサを利用して空燃比のフィードバック（以下、単にＦ／Ｂとも称す）制御を行うダブルセンサシステムの代わりに、例えば三元触媒２２の上流にだけ配設したＡ／Ｆセンサ２３或いは酸素センサ２４を利用して空燃比のＦ／Ｂ制御を行うようなシングルセンサシステムを適用してもよい。また、三元触媒２２をメインキャタリストとして、さらに三元触媒２２の上流にスタートキャタリストとして比較的小容量の三元触媒を備えている場合には、三元触媒２２の上流にＡ／Ｆセンサ２３を備える代わりに、スタートキャタリストの上流にＡ／Ｆセンサ２３を備えてもよい。
【００１７】
次にＡ／Ｆセンサ２３について詳述する。図２はＡ／Ｆセンサ２３の出力特性を示す図であり、横軸は排気ガス分析計による真の排気空燃比、縦軸はＡ／Ｆセンサ２３の出力に基づき検出された排気空燃比を夫々示している。図２では三元触媒２２の上流に排気ガスセンサを配設した場合と、下流に排気ガスセンサを配設した場合の出力特性の相違を比較するために、三元触媒２２の上流だけでなく、下流にもＡ／Ｆセンサ２３を配設した場合の出力特性を夫々示している。また図２では、同時に真の排気空燃比と水素濃度との関係を上記出力特性に対応させて示している。破線で示すラインＬ１は真の排気空燃比を示している。これに対してラインＬ２は上流側のＡ／Ｆセンサ２３（以下、触媒前Ａ／Ｆセンサと称す）の出力に基づき検出された排気空燃比を示しており、ラインＬ３は下流側のＡ／Ｆセンサ２３（以下、触媒後Ａ／Ｆセンサと称す）の出力に基づき検出された排気空燃比を示している。
【００１８】
横軸の真の排気空燃比を基準にして、同一の真の排気空燃比でこれらのラインＬ１、Ｌ２及びＬ３を比較した場合、ラインＬ２及びＬ３はともに真の排気空燃比を示すラインＬ１よりもリッチ寄りになっていることがわかる。さらにラインＬ２はラインＬ３よりも相当リッチ寄りになっていることがわかる。これは三元触媒２２で水素が酸素と反応して大幅に減少するため、触媒後Ａ／Ｆセンサは比較的水素の影響を受け難くなっているのに対して、触媒前Ａ／Ｆセンサは水素の影響を大きく受けてしまうことによる。このため、触媒後Ａ／Ｆセンサは真の排気空燃比に比較的近い排気空燃比を検出しているのに対して、触媒前Ａ／Ｆセンサは真の排気空燃比よりも相当リッチ寄りの排気空燃比を検出してしまうことになる。
【００１９】
次に縦軸の検出された排気空燃比を基準にして、同一の検出された排気空燃比でこれらラインＬ１、Ｌ２及びＬ３を比較した場合、ラインＬ２及びＬ３はともに真の排気空燃比を示すラインＬ１よりもリーン側にずれていることがわかる。また、ずれの程度も水素の影響を大きく受ける触媒前Ａ／Ｆセンサのほうが触媒後Ａ／Ｆセンサよりも大きくなっていることがわかる。したがって、この状態で空燃比を理論空燃比にＦ／Ｂ制御しようとすると空燃比はリーンになってしまうことになる。なお、このように触媒前Ａ／Ｆセンサのほうが水素の悪影響を大きく受けるという傾向は、触媒前または触媒後Ａ／Ｆセンサが酸素センサ２４である場合でも同様である。一方水素濃度に関しては、真の排気空燃比が小さくなるにしたがって増大していることがわかる。すなわち、混合気が濃い場合ほど水素の発生量が多くなることがわかる。これらの特性から同一空燃比（例えば理論空燃比）の場合でも混合気のミキシング性が高いほうが、濃い混合気の燃焼で水素が余計に発生することを回避できることから、排気ガスセンサにとってより好ましいことがわかる。
【００２０】
次に酸素センサ２４について詳述する。図３は酸素センサ２４の検出部を模式的に示す図である。酸素センサ２４の検出部は、例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）等の固体電解質２４ａの両側に２つの白金電極からなる大気側電極２４ｂ及び排気側電極２４ｃを配置した構成となっている。酸素センサ２４が排気通路に配設された状態で、排気側電極２４ｃは多孔質の保護層２４ｄ、触媒層２４ｅ及び捕捉層２４ｆを介して排気ガスに接触し、大気側電極２４ｂは大気に接触する。このように酸素濃度の異なる気体が固体電解質２４ａの両側の電極２４ｂ及び２４ｃに接触すると、電極相互の酸素濃度差により高酸素濃度側となる大気側電極２４ｂでは大気中の酸素分子がイオン化する。この酸素イオンは酸化ジルコニウム中を低酸素濃度側となる排気側電極２４ｃに向けて移動し、排気側電極２４ｃで酸素分子になる。これにより、大気側電極２４ｂと排気側電極２４ｃとの間には酸化ジルコニウム中を流れる酸素イオンの量に応じた起電力が生成される。また、単位時間当たりに流れる酸素イオンの量は大気と排気の酸素濃度差に応じて変化するため、上記起電力を出力電圧として取り出すことにより、排気中の酸素濃度に応じた出力を得ることができる。
【００２１】
図４は酸素センサ２４の出力特性を示す図である。酸素センサ２４の出力は理論空燃比近傍で比較的急激に変化する、いわゆるＺ特性を示す。ところが、排気ガス中に水素が含まれていると水素の拡散速度が速いこと等に起因して、排気側電極２４ｃ近傍では水素濃度が酸素センサ２４の外部の排気ガスよりも高くなる。さらに排気側電極２４ｃ近傍では、この水素が酸素と反応して外部の排気ガスよりも排気側電極２４ｃ近傍の酸素濃度を低くするように作用してしまう。このため、酸素センサ２４は外部の排気空燃比が相当リーンにならないとリーン出力を発生しなくなる。
【００２２】
これに対して、酸素センサ２４は保護層２４ｄの外側にアルミナ等の触媒担体からなる多孔質な触媒層２４ｅを備えている。この触媒層２４ｅは白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒成分を担持している。これにより、排気中の水素等の可燃成分は触媒層２４ｅで排気中の酸素と反応し、平衡化された後に保護層２４ｄを通って排気側電極２４ｃに到達するようになる。このため、触媒層２４ｅを備えていない酸素センサでは出力特性が水素の影響でラインＬ４に示すようになるのに対して、酸素センサ２４ではラインＬ５で示すような真の排気空燃比によりよく対応した出力特性を得ることができる。なお、酸素センサ２４の代わりに触媒層２４ｅを有しない酸素センサを備えることも可能である。
【００２３】
図１に示す燃料噴射系３０は燃料を供給及び噴射するための構成であり、燃料噴射弁３１や燃料噴射ポンプ３２や燃料タンク３３などを有して構成されている。燃料噴射弁３１は燃料を噴射するための構成であり、ＥＣＵ１の制御のもと、適宜の噴射時期に開弁されて燃料を噴射する。また燃料噴射量は、ＥＣＵ１の制御のもと燃料噴射弁３１が閉弁されるまでの間の開弁期間の長さで調節される。燃料噴射ポンプ３２は燃料を加圧して噴射圧を発生させるための構成であり、ＥＣＵ１の制御のもと噴射圧を適宜の噴射圧に調節する。
【００２４】
内燃機関５０は、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、点火プラグ５４と、吸気弁５５と、排気弁５６とを有して構成されている。本実施例に示す内燃機関５０は直列４気筒のガソリンエンジンである。但し内燃機関５０は本発明を実施可能な内燃機関であれば特に限定されず、例えば他の適宜の気筒配列構造及び気筒数を有していてもよい。また図１では内燃機関５０に関し、各気筒の代表としてシリンダ５１ａについて要部を示しているが本実施例では他の気筒についても同様の構造となっている。シリンダブロック５１には、略円筒状のシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内には、ピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５７は、シリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。
【００２５】
シリンダヘッド５２には燃焼室５７に吸気を導くための吸気ポート５２ａのほか、燃焼したガスを燃焼室５７から排気するための排気ポート５２ｂが形成され、さらにこれら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸排気弁５５及び５６が配設されている。なお、内燃機関５０は１気筒あたりに適宜の数量の吸排気弁５５及び５６を備えた吸排気弁構造であってよい。点火プラグ５４は、燃焼室５７の上方略中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。燃料噴射弁３１は所謂ポート噴射を行えるように、吸気ポート５２ａ内に燃料噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。但し、燃料噴射弁３１の配置はこれに限られず、例えば筒内に直接燃料を噴射できる配置などであってもよい。
【００２６】
吸気ポート５２ａには、燃焼室５７内にタンブル流を生成するための気流制御弁５８が配設されている。気流制御弁５８は、ＥＣＵ１の制御のもと吸気ポート５２ａ内で吸気を偏流させて燃焼室５７内にタンブル流を生成するための構成である。気流制御弁５８の先端側には所定の開口面積を持つ切り欠き部（図示省略）が形成されており、この切り欠き部により特に気流制御弁５８全閉時に吸気の流速が高められる。なお、気流制御弁５８はインテークマニホールド１５が形成する吸気通路に配設されていてもよい。また、気流制御弁５８はタンブル流を生成するものに限られず、所定の開弁状態で燃焼室５７内に強い旋回気流を生成して混合気のミキシング性を向上できるものであれば、逆タンブル流やスワール流やタンブル流とスワール流とを合成して形成される斜めタンブル流を生成するものなどであってもよい。そのほか内燃機関５０には、回転数Ｎｅに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ７１や、内燃機関５０の水温を検出するための水温センサ７２などの各種のセンサが配設されている。
【００２７】
ＥＣＵ１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１は主として内燃機関５０を制御するための構成であり、本実施例では燃料噴射弁３１や燃料噴射ポンプ３２のほか、点火プラグ５４（より具体的には図示しないイグナイタ）や、気流制御弁５８（より具体的には図示しない気流制御弁５８用のアクチュエータ）なども制御している。ＥＣＵ１にはこれら燃料噴射弁３１などのほか、各種の制御対象が駆動回路（図示省略）を介して接続されている。また、ＥＣＵ１にはエアフロメータ１２や、クランク角センサ７１や、水温センサ７２や、アクセルペダル（図示省略）の踏み込み量（アクセル開度）を検知するためのアクセルセンサ７３などの各種のセンサが接続されている。
【００２８】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関５０制御用プログラムのほか、燃料噴射弁３１を制御するための燃料噴射弁制御用プログラムや、Ａ／Ｆセンサ２３を利用して空燃比をＦ／Ｂ制御するための空燃比Ｆ／Ｂ制御用プログラムや、さらに酸素センサ２４を利用してＡ／Ｆセンサ２３を利用した空燃比のＦ／Ｂ制御を補正するための空燃比サブＦ／Ｂ制御用プログラムや、空燃比のＦ／Ｂ制御またはサブＦ／Ｂ制御で算出される補正量夫々を学習する空燃比の学習制御用プログラムなども格納している。なお、これらのプログラムは内燃機関５０制御用プログラムの一部として構成されていてもよい。
【００２９】
本実施例では、空燃比Ｆ／Ｂ制御用プログラムは空燃比のＦ／Ｂ制御の実行を許可するためのＦ／Ｂ制御実行許可用プログラムを有して構成されている。Ｆ／Ｂ制御実行許可用プログラムは、具体的にはまず所定の空燃比Ｆ／Ｂ実行条件が成立したか否かを判定するように作成されている。さらに本実施例ではＦ／Ｂ制御実行許可用プログラムは、気流制御弁５８の開弁状態に基づき所定の開度条件が成立したか否かを判定するように作成されている。所定の開度条件とは、気流制御弁５８の開弁状態が強いタンブル流を生成して混合気のミキシング性を向上させることができる開弁状態になっていることであり、本実施例ではこの開度条件を満たす開弁状態が半開に設定されている。Ｆ／Ｂ制御実行許可用プログラムは上記所定の空燃比Ｆ／Ｂ実行条件が成立した、と判定するとともに、上記所定の開度条件が成立した、と判定した場合にＦ／Ｂ制御の実行を許可するように作成されている。
【００３０】
同様に本実施例では、空燃比サブＦ／Ｂ制御用プログラムが空燃比のサブＦ／Ｂ制御を実行するためのサブＦ／Ｂ制御実行許可用プログラムを有して構成されている。サブＦ／Ｂ制御実行許可用プログラムは、具体的には所定の空燃比サブＦ／Ｂ実行条件が成立したか否かを判定するように作成されている。さらに本実施例ではサブＦ／Ｂ制御実行用プログラムは、Ｆ／Ｂ制御実行用プログラムと同様に気流制御弁５８の開弁状態に基づき所定の開度条件が成立したか否かを判定するように作成されている。サブＦ／Ｂ制御実行用プログラムは上記所定の空燃比サブＦ／Ｂ実行条件が成立した、と判定するとともに、上記所定の開度条件が成立した、と判定した場合にサブＦ／Ｂ制御の実行を許可するように作成されている。なお、条件成立後に実行する空燃比のＦ／Ｂ制御及びサブＦ／Ｂ制御は適宜のものであってよい。本実施例では、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭ（以下、単にＣＰＵ等と称す）と内燃機関５０制御用のプログラムとで、各種の検出手段や判定手段や制御手段などが実現されており、特にＣＰＵ等とＦ／Ｂ制御実行許可用プログラムとでＦ／Ｂ制御実行許可手段が、ＣＰＵ等とサブＦ／Ｂ制御実行許可用プログラムとでサブＦ／Ｂ制御実行許可手段が夫々実現されている。
【００３１】
次に、気流制御弁５８の開弁状態に基づき空燃比のＦ／Ｂ制御を行うにあたって、ＥＣＵ１で行われる処理を図５及び図６に示すフローチャートを用いて詳述する。ＥＣＵ１は、ＣＰＵがＲＯＭに格納された上述の内燃機関５０制御用プログラムや、Ｆ／Ｂ制御実行許可用プログラムや、サブＦ／Ｂ制御実行許可用プログラムなどの各種のプログラムに基づき、フローチャートに示す処理を実行することで空燃比をＦ／Ｂ制御する。ＣＰＵは内燃機関５０が始動中であるか否かを判定する処理を実行する（ステップ１１）。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは所定の空燃比Ｆ／Ｂ実行条件が成立したか否かを判定する処理を実行する（ステップ１２）。所定の空燃比Ｆ／Ｂ実行条件とは、例えばＡ／Ｆセンサ２３が活性化していること、内燃機関５０の暖機が完了していること（水温センサ７２で検出した水温ＴＨＷが所定値以上になっていること）、フューエルカットから復帰した後、所定時間が経過していること等である。否定判定であれば、ＣＰＵは空燃比のＦ／Ｂ制御を停止する処理を実行し（ステップ１４Ａ）、その後処理を終了する。すなわち、空燃比のＦ／Ｂ制御を既に実行している場合には、ステップ１２で否定判定されたときにステップ１４ＡでＦ／Ｂ制御が停止されるようになっている。
【００３２】
一方肯定判定であれば、ＣＰＵは所定の開度条件が成立したか否かを判定する処理を実行する（ステップ１３）。本ステップで気流制御弁５８の開弁状態が半開になっているか否かが判定される。ステップ１３で否定判定であれば、ＣＰＵはステップ１４Ａに示す処理を実行する。一方ステップ１３で肯定判定であれば、ＣＰＵは空燃比のＦ／Ｂ制御を実行する（ステップ１５Ａ）。すなわちステップ１３で肯定判定であればＦ／Ｂ制御の実行が許可される。図７は内燃機関５０を定常運転した場合の排気ガスの特性を、気流制御弁５８の開弁状態が全開の場合と半開の場合とについて示す図である。図７より、空燃比がリッチになるにしたがって一酸化炭素（ＣＯ）及び水素は増加する傾向になることがわかる。さらに気流制御弁５８の開弁状態が半開の場合には全開の場合よりも一酸化炭素及び水素が低減していることがわかる。これは燃焼室５７内に強いタンブル流が生成されて混合気のミキシング性が向上する結果、局部的に存在する濃い混合気が減少したためと考えられる。これにより、水素の発生量が低減された状態で空燃比のＦ／Ｂ制御を実行できるため、高いロバスト性を確保できる。
【００３３】
一方、図６は気流制御弁５８の開弁状態に基づき空燃比サブＦ／Ｂ制御を行うにあたって、ＥＣＵ１で行われる処理をフローチャートで示す図である。本フローチャートに示す処理は、ステップ１２の肯定判定に続いてステップ１２ａが追加されている点と、ステップ１４Ａ及び１５Ａがステップ１４Ｂ及び１５Ｂに変更されている以外、図６に示すフローチャートと同一のものとなっている。このため、本フローチャートに関しては特にステップ１２ａ、１４Ｂ及び１５Ｂについて詳述する。空燃比のサブＦ／Ｂ制御を行うにあたっては、ＣＰＵはステップ１２の肯定判定に続いてさらに所定の空燃比サブＦ／Ｂ実行条件が成立したか否かを判定する処理を実行する（ステップ１２ａ）。所定の空燃比サブＦ／Ｂ実行条件とは、例えば水温ＴＨＷが所定値以上であること、始動後増量、暖機増量、パワー増量、触媒過熱防止のためのＯＴＰ増量などの燃料増量が実行中でなく、かつこのような増量が終了してから規定時間が経過していること、燃料カットが実行中でなく、かつ燃料カットが終了してから規定時間が経過していること、内燃機関５０の始動後、酸素センサ２４の出力が少なくとも一度反転（リーン出力からリッチ出力、またはその逆の変化をしたこと、すなわち酸素センサ２４が活性化したと判断されたこと）していること等である。
【００３４】
ステップ１２ａで否定判定であれば、ＣＰＵは空燃比のサブＦ／Ｂ制御を停止する処理を実行する（ステップ１４Ｂ）。すなわち、空燃比のサブＦ／Ｂ制御を既に実行している場合には、ステップ１２ａで否定判定された場合にステップ１４Ｂで空燃比のサブＦ／Ｂ制御が停止されるようになっている。なお、図示の通りステップ１２及び１３で否定判定された場合にも同様にステップ１４Ｂで空燃比のサブＦ／Ｂ制御が停止される。一方ステップ１２ａで肯定判定であればＣＰＵはステップ１３に示す処理を実行し、さらにステップ１３で肯定判定であればＣＰＵは空燃比のサブＦ／Ｂ制御を実行する（ステップ１５Ｂ）。すなわち、ステップ１３で肯定判定であればサブＦ／Ｂ制御の実行が許可される。これにより、水素の発生量が低減された状態で空燃比のＦ／Ｂ制御を補正するサブ空燃比Ｆ／Ｂ制御も実行することができる。なお、本実施例では同様に所定の開度条件が成立しているときに空燃比の学習制御が行われるように学習制御用プログラムも作成されており、これにより学習制御も意図通りに正しく行われる。以上により、排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素に発生段階で対処することで、ロバスト性の高い空燃比のＦ／Ｂ制御を実行することが可能なＥＣＵ１を実現可能である。
【００３５】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ＥＣＵ１を内燃機関システム１００と共に模式的に示す図である。
【図２】Ａ／Ｆセンサ２３の出力特性を示す図である。
【図３】酸素センサ２４の検出部を模式的に示す図である。
【図４】酸素センサ２４の出力特性を示す図である。
【図５】気流制御弁５８の開弁状態に基づき空燃比のＦ／Ｂ制御を行うにあたって、ＥＣＵ１で行われる処理をフローチャートで示す図である。
【図６】気流制御弁５８の開弁状態に基づき空燃比のサブＦ／Ｂ制御を行うにあたって、ＥＣＵ１で行われる処理をフローチャートで示す図である。
【図７】内燃機関５０を定常運転した場合の排気ガスの特性を、気流制御弁５８の開弁状態が全開の場合と半開の場合とについて示す図である。
【図８】気流制御弁の開閉挙動の一例を示す図である。
【図９】内燃機関から排出される排気ガスの水素濃度と三元触媒から排出される排気ガスの水素濃度とを、気筒間で空燃比のばらつきがない場合と気筒間で空燃比のばらつきがある場合とについて示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ＥＣＵ
１０  吸気系
２０  排気系
３０  燃料噴射系
５０  内燃機関
１００  内燃機関システム
【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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