(57)【要約】【課題】２次空気の供給に伴って触媒に導入される実質的な空燃比を求め、空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御を実行することで、燃焼空燃比の急変を抑制しエミッションを低減すること。【解決手段】２次空気供給機構による２次空気の供給中、Ａ／Ｆ（空燃比）センサで検出される出力値である触媒に導入される触媒前空燃比が平均化された実質的な空燃比としての平均空燃比が算出される（図９（ａ）参照）。このため、触媒前空燃比が大きく変動していても、平均空燃比を安定して得ることができる。また、２次空気供給機構による２次空気の供給中、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が成立するときには、求められた平均空燃比を予め設定された目標空燃比に一致するよう空燃比Ｆ／Ｂ制御が実行される。このように、平均空燃比を用いた空燃比Ｆ／Ｂ制御によれば、エミッションの低減を優先した空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行することができる。【選択図】      図９
2004293472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路途中に設置され、排出ガスを浄化する触媒と、
前記触媒の上流側の前記排気通路内に２次空気を供給する２次空気供給機構と、
前記触媒の上流側の前記排気通路内で２次空気の供給孔より下流側に配設され、排出ガス中の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記２次空気供給機構による２次空気の供給中に前記空燃比検出手段で検出される出力値の平均値を空燃比として算出する空燃比演算手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の２次空気供給制御装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路途中に設置され、排出ガスを浄化する触媒と、
前記触媒の上流側の前記排気通路内に２次空気を供給する２次空気供給機構と、
前記触媒の上流側の前記排気通路内で２次空気の供給孔より下流側に配設され、排出ガス中の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記２次空気供給機構による２次空気の供給中に前記空燃比検出手段で検出される出力値の最小値を空燃比として算出する空燃比演算手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の２次空気供給制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路途中に設置され、排出ガスを浄化する触媒と、
前記触媒の上流側の前記排気通路内に２次空気を供給する２次空気供給機構と、
前記触媒の上流側の前記排気通路内で２次空気の供給孔より下流側に配設され、排出ガス中の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記２次空気供給機構による２次空気の供給中には、所定クランク角のときに前記空燃比検出手段で検出される出力値を空燃比として算出する空燃比演算手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の２次空気供給制御装置。
【請求項４】
前記２次空気供給機構による２次空気の供給中、所定の空燃比フィードバック制御条件が成立するときには、前記空燃比演算手段で算出される空燃比を予め設定された目標空燃比に一致するよう空燃比フィードバック制御を実行する空燃比フィードバック制御手段と
を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の内燃機関の２次空気供給制御装置。
【請求項５】
前記空燃比フィードバック制御手段は、前記２次空気供給機構による２次空気の供給の影響を受ける期間には、前記空燃比フィードバック制御を実行することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の２次空気供給制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路内の触媒に２次空気を供給し活性化する内燃機関の２次空気供給制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の２次空気供給制御装置に関連する先行技術文献としては、特開平５−１７１９７３号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、高容量のエアポンプを用いることなく触媒を早期に暖機する技術が示されている。
【特許文献】特開平５−１７１９７３号公報（第２頁）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のものでは、内燃機関に供給される空燃比をリッチ側に設定すると共に、２次空気を供給することにより触媒を早期に暖機し活性化することができる。ところで、従来、２次空気の供給中における空燃比フィードバック制御は困難であるとして実行しないことが一般的であった。このため、２次空気の供給中に何らかの外乱要因によって空燃比が乱れると機関回転速度が大きく変動してドライバビリティが悪化するという不具合があった。
【０００４】
これに対処するには、当然のことながら、２次空気の供給中に空燃比フィードバック制御を実行することが有効であると考えられる。しかしながら、実際には２次空気供給機構から触媒に供給される２次空気と内燃機関に供給され燃焼に寄与する空燃比である燃焼空燃比とが混合され、触媒前空燃比として触媒に導入されている。このため、この触媒前空燃比は内燃機関の各気筒の１燃焼サイクル毎に変動を繰返しており、この不安定な触媒前空燃比に基づく空燃比フィードバック制御によると、燃焼空燃比の急変を引起こすことが考えられ、結果として、ドライバビリティが悪化するという不具合の発生が懸念される。
【０００５】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、２次空気の供給に伴って触媒に導入される実質的な空燃比を求め、２次空気の供給に対応する空燃比フィードバック制御を実行することで、燃焼空燃比の急変を抑制しエミッションの低減やドライバビリティを改善可能な内燃機関の２次空気供給制御装置の提供を課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関の２次空気供給制御装置によれば、２次空気供給機構による２次空気の供給中、空燃比検出手段で検出される出力値である触媒に導入される空燃比の平均値が、空燃比演算手段にて実質的な空燃比として算出される。これにより、触媒に導入される空燃比が大きく変動していても、検出された出力値の平均値を空燃比とすれば安定した空燃比が得られる。
【０００７】
請求項２の内燃機関の２次空気供給制御装置によれば、２次空気供給機構による２次空気の供給中、空燃比検出手段で検出される出力値である触媒に導入される空燃比の最小値が、空燃比演算手段にて実質的な空燃比として算出される。これにより、触媒に導入される空燃比が大きく変動していても、検出された出力値の最小値を空燃比とすれば安定した空燃比が得られる。
【０００８】
請求項３の内燃機関の２次空気供給制御装置によれば、２次空気供給機構による２次空気の供給中、クランク角検出手段で検出されるクランク角が所定クランク角のときに空燃比検出手段で検出される出力値である触媒に導入される空燃比が、空燃比演算手段にて実質的な空燃比として算出される。これにより、触媒に導入される空燃比が大きく変動していても、所定クランク角のときに検出された出力値を空燃比とすれば安定した空燃比が得られる。
【０００９】
請求項４の内燃機関の２次空気供給制御装置によれば、更に、２次空気供給機構による２次空気の供給中であって所定の空燃比フィードバック制御条件が成立するときには、空燃比演算手段にて求められた空燃比を予め設定された目標空燃比に一致するよう空燃比フィードバック制御が実行される。これにより、求められた空燃比が平均空燃比であるときにはエミッションの低減が優先された空燃比フィードバック制御が実行され、また、求められた空燃比が最小空燃比であるときにはドライバビリティの改善が優先された空燃比フィードバック制御が実行され、また、求められた空燃比が所定クランク角のときの空燃比であるときには予め意図する平均空燃比や最小空燃比が得られることで、エミッションの低減やドライバビリティの改善が優先された空燃比フィードバック制御が実行される。
【００１０】
請求項５の内燃機関の２次空気供給制御装置における空燃比フィードバック制御手段では、２次空気供給機構による２次空気の供給の影響を受ける期間にあっては２次空気の供給中に引続き同様の空燃比フィードバック制御が実行されることで、２次空気供給機構による２次空気の供給中のみならず、例えば、２次空気の供給終了後においてその影響を受けるようなときにも機関回転速度の変動を抑制しエミッションの低減やドライバビリティの改善が実行される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の２次空気供給制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１３】
図１において、１０は内燃機関であり、内燃機関１０の吸気通路１１の上流側には、図示しないエアクリーナを介して供給される吸入空気量を検出するエアフローメータ１２が配設されている。このエアフローメータ１２の下流側には内燃機関１０への吸入空気量を調整するスロットルバルブ１３が配設されている。このスロットルバルブ１３にはその開度を検出するスロットル開度センサ１４が配設されている。吸気通路１１から内燃機関１０の各気筒の吸気ポート１５近傍には燃料を噴射供給するインジェクタ（燃料噴射弁）１６が配設されている。
【００１４】
そして、スロットルバルブ１３にて設定される吸入空気量とインジェクタ１６にて噴射供給される燃料との混合気が、吸気バルブ１７が開くことによって内燃機関１０の燃焼室１８内に導入される。また、内燃機関１０のシリンダヘッド側には各気筒毎に点火プラグ１９が配設されている。この点火プラグ１９の火花放電によって燃焼室１８内の混合気が点火される。混合気は、燃焼室１８内で燃焼されたのち、排出ガスとして排気バルブ２１が開くことによって燃焼室１８から排気通路２２に排出される。
【００１５】
この排気通路２２途中には周知の三元触媒２３が配設され、その上流側には排出ガスの空燃比に応じてリニアな信号を出力するＡ／Ｆ（空燃比）センサ２４、下流側には排出ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧が反転する酸素センサ２５がそれぞれ配設されている。また、内燃機関１０のクランクシャフト２６には、その回転角であるクランク角〔°ＣＡ（Ｃｒａｎｋ  Ａｎｇｌｅ）〕を検出するクランク角センサ２７が配設されている。内燃機関１０の機関回転速度は、クランク角センサ２７で検出されるクランクシャフト２６が所定時間当たりに回転するクランク角に基づいて算出される。更に、内燃機関１０にはその冷却水温を検出する水温センサ２８が配設されている。
【００１６】
次に、排気通路２２内に外気を供給する２次空気供給機構３０の構成について説明する。Ａ／Ｆセンサ２４の上流側の排気通路２２には、２次空気を供給するための２次空気供給通路３１が接続されている。２次空気供給通路３１の大気側にはエアフィルタ３２が配設され、このエアフィルタ３２の下流側には２次空気を圧送するエアポンプ３３が配設されている。
【００１７】
このエアポンプ３３の排気通路２２側にはコンビネーションバルブ３４が配設されている。このコンビネーションバルブ３４は、２次空気供給通路３１を開閉する圧力駆動型の開閉弁３５及びその下流側の逆止弁３６が一体化され構成されている。コンビネーションバルブ３４の開閉弁３５は、吸気圧導入通路３７によって導かれる背圧によって開閉が切替えられる。この吸気圧導入通路３７は吸気通路１１に接続され、この吸気圧導入通路３７の途中に配設された電磁駆動型の切換弁３８によって開閉弁３５の背圧が大気圧と吸気圧との間で切換えられる。
【００１８】
つまり、２次空気を供給する場合には、吸気通路１１の吸気圧を導入するために切換弁３８を開弁する。そして、開閉弁３５に吸気圧を導入することにより開閉弁３５が開弁される。これにより、エアポンプ３３から吐出された２次空気が開閉弁３５を通過して逆止弁３６側に流れる。この逆止弁３６は、排気通路２２からの排出ガスの流込みを規制するものであって、エアポンプ３３の２次空気圧力が排出ガス圧力よりも高くなったときには、その圧力によって逆止弁３６が開弁され、２次空気が排気通路２２内に供給される。
【００１９】
一方、２次空気を停止する場合には、エアポンプ３３が停止されると共に、切換弁３８を大気圧を導入する位置に切換えて開閉弁３５に大気圧を導入する。これにより、開閉弁３５が閉弁される。すると、排気通路２２への２次空気が停止され、逆止弁３６に２次空気の圧力が作用しなくなり排気通路２２側の圧力が高くなる。このため、逆止弁３６が自動的に閉弁され、排気通路２２内の排出ガスがエアポンプ３３側に逆流することが防止される。
【００２０】
４０はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）であり、ＥＣＵ４０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ４１、制御プログラムや制御マップ等を格納したＲＯＭ４２、各種データ等を格納するＲＡＭ４３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ４４、入出力回路４５及びそれらを接続するバスライン４６等からなる論理演算回路として構成されている。ＥＣＵ４０には、上述の各種センサ信号が入力され、入力される信号に基づいてＥＣＵ４０からインジェクタ１６、点火プラグ１９、２次空気供給機構３０のエアポンプ３３や切換弁３８等に制御信号が出力される。
【００２１】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の２次空気供給制御装置で使用されているＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１における２次空気供給制御の処理手順を図２のフローチャートに基づき、図９を参照して説明する。ここで、図９（ａ）は、本実施例の２次空気供給制御に対応する各種センサ信号や各種制御量等の遷移状態を示すタイムチャート、図９（ｂ）は、比較のため２次空気の供給中にＡ／Ｆセンサ２４で検出される三元触媒２３に導入される触媒前空燃比をそのまま用いて空燃比フィードバック制御を実行する２次空気供給制御における各種センサ信号や各種制御量等の遷移状態を示すタイムチャートである。なお、この２次空気供給制御ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ４１にて繰返し実行される。
【００２２】
図２において、ステップＳ１０１では、三元触媒２３を早期に暖機し活性化するための２次空気供給制御条件が成立しているかが判定される。この２次空気供給制御条件が成立するのは、水温センサ２８で検出された冷却水温が所定温度以上で、内燃機関１０の暖機後からの停止期間が短く、吸入空気量が比較的少ないとき等である。ステップＳ１０１の判定条件が成立、即ち、２次空気供給制御条件が成立しているときにはステップＳ１０２に移行し、エアポンプ３３がＯＮ（オン）とされ（図９（ａ）に示す２次空気の供給中である時刻ｔ０  〜時刻ｔ１  参照）、本ルーチンを終了する。
【００２３】
このエアポンプ３３のＯＮ時には、上述したように、２次空気供給機構３０を構成する切換弁３８が開弁され、吸気圧導入通路３７を介してコンビネーションバルブ３４の開閉弁３５に吸気圧が導入されることにより開閉弁３５が開弁される。これにより、エアポンプ３３から吐出された２次空気が開閉弁３５を通過し、エアポンプ３３の２次空気圧力が排出ガス圧力よりも高くなるとコンビネーションバルブ３４の逆止弁３６が開弁され、２次空気が２次空気供給通路３１を通って２次空気供給孔３１ａから排気通路２２内に供給される。
【００２４】
一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立せず、即ち、２次空気供給制御条件が不成立であるときにはステップＳ１０３に移行し、エアポンプ３３がＯＦＦ（オフ）とされ（図９（ａ）に示す２次空気供給停止である時刻ｔ０  以前、時刻ｔ１  以降参照）、本ルーチンを終了する。このエアポンプ３３のＯＦＦ時には、上述したように、２次空気供給機構３０を構成する切換弁３８が閉弁され、吸気圧導入通路３７を介してコンビネーションバルブ３４の開閉弁３５に大気圧が導入されることで開閉弁３５が閉弁される。これにより、排気通路２２側の圧力が高くなり、コンビネーションバルブ３４の逆止弁３６が自動的に閉弁される。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の２次空気供給制御装置で使用されているＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１における燃料噴射制御の処理手順を図３のフローチャートに基づき、図９を参照して説明する。なお、この燃料噴射制御ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ４１にて繰返し実行される。
【００２６】
図３において、ステップＳ２０１では、内燃機関１０が始動完了しているかが判定される。ここでは、内燃機関１０がクランキングにより機関回転速度が例えば、５００〔ｒｐｍ〕以上となり始動完了状態にあるかが判定される。ステップＳ２０１の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１０が未だ始動完了となっていないときにはステップＳ２０２に移行し、始動時制御処理として、水温センサ２８で検出される冷却水温等に基づく燃料噴射量の周知の始動時増量が実行され、本ルーチンを終了する。
【００２７】
一方、ステップＳ２０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１０が始動完了となっているときにはステップＳ２０３に移行し、空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御条件が成立しているかが判定される。この空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が成立するのは、Ａ／Ｆセンサ２４が活性化しており内燃機関１０の運転状態が過渡状態でない定常状態にあるときである。ステップＳ２０３の判定条件が成立せず、即ち、Ａ／Ｆセンサ２４が非活性または内燃機関１０の運転状態が過渡状態にあり空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が成立しないときにはステップＳ２０４に移行し、後述のオープンループ制御処理が実行され、本ルーチンを終了する。
【００２８】
一方、ステップＳ２０３の判定条件が成立、即ち、Ａ／Ｆセンサ２４が活性化、かつ内燃機関１０の運転状態が定常状態にあり空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が成立するとき（本実施例では、図９（ａ）に示す２次空気の供給開始と同じ時刻ｔ０  以降とする）にはステップＳ２０５に移行し、後述の空燃比Ｆ／Ｂ制御処理が実行され、本ルーチンを終了する。なお、本実施例では空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が、図９（ａ）に示す２次空気の供給開始と同じ時刻ｔ０  以降で成立するものとする。
【００２９】
次に、図３の燃料噴射制御ルーチンのステップＳ２０４におけるオープンループ制御の処理手順を図４のフローチャートに基づき、図９を参照して説明する。
【００３０】
図４において、ステップＳ３０１では、機関回転速度及び吸入空気量に基づいて基本燃料噴射量ＴＰが算出される。次にステップＳ３０２に移行して、冷間始動時であるかが判定される。ステップＳ３０２の判定条件が成立、即ち、冷却水温が所定温度未満と低く冷間始動時であるときにはステップＳ３０３に移行し、エアポンプ３３がＯＮとなっているかが判定される。ステップＳ３０３の判定条件が成立、即ち、エアポンプ３３がＯＮで２次空気が２次空気供給通路３１を通って２次空気供給孔３１ａから排気通路２２内に供給されているときにはステップＳ３０４に移行する。
【００３１】
ステップＳ３０４では、エアポンプ３３からの２次空気供給に基づく燃料噴射量のエアポンプ補正量が算出される。次にステップＳ３０５に移行して、機関回転速度及び負荷に基づいて燃料噴射量の始動後補正量が算出される。次にステップＳ３０６に移行して、冷却水温に基づいて燃料噴射量の暖機補正量が算出される。次にステップＳ３０７に移行して、その他補正量１が算出される。
【００３２】
一方、ステップＳ３０３の判定条件が成立せず、即ち、エアポンプ３３がＯＦＦで２次空気が供給されていないとき（図９（ａ）に示す時刻ｔ０  以前）にはステップＳ３０８に移行し、機関回転速度及び負荷に基づいて燃料噴射量の始動後補正量が算出される。次にステップＳ３０９に移行して、冷却水温に基づいて燃料噴射量の暖機補正量が算出される。次にステップＳ３１０に移行して、内燃機関１０のその他の運転パラメータに基づいてその他補正量１が算出される。
【００３３】
一方、ステップＳ３０２の判定条件が成立せず、即ち、冷却水温が所定温度以上と高く冷間始動時でないときにはステップＳ３１１に移行し、内燃機関１０のその他の運転パラメータに基づいてその他補正量２が算出される。ステップＳ３０７またはステップＳ３１０またはステップＳ３１１の処理ののちステップＳ３１２に移行し、最終的な燃料噴射量ＴＡＵが次式（１）にて算出され、本ルーチンを終了する。
【００３４】
【数１】
ＴＡＵ←ＴＰ＋（エアポンプ補正量）＋（始動後補正量）＋（暖機補正量）
＋（その他補正量１）＋（その他補正量２）        ・・・（１）
【００３５】
次に、図３の燃料噴射制御ルーチンのステップＳ２０５における空燃比Ｆ／Ｂ制御の処理手順を図５のフローチャートに基づき、図９を参照して説明する。
【００３６】
図５において、ステップＳ４０１では、後述の目標空燃比設定処理が実行される。次にステップＳ４０２に移行して、ステップＳ４０１で設定された目標空燃比に対して空燃比Ｆ／Ｂ制御処理が実行され、本ルーチンを終了する。この空燃比Ｆ／Ｂ制御処理は、内燃機関１０の機関回転速度、負荷、吸入空気量、冷却水温、始動後経過時間のうち少なくとも１つに基づき推定算出され、内燃機関１０に供給され燃焼に寄与する空燃比である燃焼空燃比を、後述のように、Ａ／Ｆセンサ２４にて検出され三元触媒２３に導入される触媒前空燃比の平均値としての平均空燃比または触媒前空燃比の最小値としての最小空燃比（図９（ａ）参照）に基づき設定されるリッチディザ係数とリーンディザ係数とによる目標空燃比に対してリッチ側とリーン側とに振らせるよう燃料噴射量を調整するものである。
【００３７】
次に、図５の空燃比Ｆ／Ｂ制御ルーチンのステップＳ４０１における目標空燃比設定の処理手順を図６のフローチャートに基づき、図９を参照して説明する。
【００３８】
図６において、ステップＳ５０１では、エアポンプ３３がＯＮであるかが判定される。ステップＳ５０１の判定条件が成立、即ち、エアポンプ３３から２次空気の供給中であるときにはステップＳ５０２に移行し、エアポンプ３３から２次空気の供給中であることを示すＡＰＯＮフラグが「１」にセットされる。一方、ステップＳ５０１の判定条件が成立せず、即ち、エアポンプ３３から２次空気の供給中でないときにはステップＳ５０２がスキップされる。
【００３９】
次にステップＳ５０３に移行して、ＡＰＯＮフラグが「１」であるかが判定される。ステップＳ５０３の判定条件が成立、即ち、ＡＰＯＮフラグが「１」で、エアポンプ３３から２次空気の供給中であるとき（図９（ａ）に示す時刻ｔ０  〜時刻ｔ１  ）にはステップＳ５０４に移行し、後述のエアポンプＯＮ時における目標空燃比設定処理が実行され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ５０３の判定条件が成立せず、即ち、ＡＰＯＮフラグが「０」で、エアポンプ３３から２次空気の供給中でないとき（図９（ａ）に示す時刻ｔ１  以降）にはステップＳ５０５に移行し、周知の通常目標空燃比設定処理が実行され、本ルーチンを終了する。
【００４０】
次に、図６の目標空燃比設定ルーチンのステップＳ５０４におけるエアポンプＯＮ時で２次空気の供給中の目標空燃比設定の処理手順を図７のフローチャートに基づき、図９を参照して説明する。
【００４１】
図７において、ステップＳ６０１では、エアポンプＯＮ時で２次空気の供給中であり、目標空燃比設定の初回であるかが判定される。ステップＳ６０１の判定条件が成立、即ち、目標空燃比設定の初回であるとき（図９（ａ）に示す時刻ｔ０  ）にはステップＳ６０２に移行し、平均空燃比算出処理が実行される。この平均空燃比算出処理では、Ａ／Ｆセンサ２４にて検出される三元触媒２３に導入される触媒前空燃比が逐次読込まれ、それらを相加平均することによって平均空燃比（図９（ａ）参照）が算出される。次にステップＳ６０３に移行して、最終目標空燃比が理論空燃比に設定される。
【００４２】
次にステップＳ６０４に移行して、目標空燃比徐変量がステップＳ６０２で算出された目標空燃比の初期値としての平均空燃比とステップＳ６０３で設定された理論空燃比との差分に基づき算出される。次にステップＳ６０５に移行して、ステップＳ６０２で算出された平均空燃比がエアポンプＯＮ時の初回の目標空燃比とされ、本ルーチンを終了する。
【００４３】
一方、ステップＳ６０１の判定条件が成立せず、即ち、目標空燃比設定の初回でないとき（図９（ａ）に示す時刻ｔ０  で算出された平均空燃比が１．０（理論空燃比）となるまでの期間）にはステップＳ６０６に移行し、今回の目標空燃比が前回目標空燃比にステップＳ６０４で算出された目標空燃比徐変量が加算され算出される。次にステップＳ６０７に移行して、目標空燃比が最終目標空燃比としての理論空燃比に到達したかが判定される。ステップＳ６０７の判定条件が成立せず、即ち、目標空燃比が未だ理論空燃比に到達していないときには、本ルーチンを終了する。
【００４４】
一方、ステップＳ６０７の判定条件が成立、即ち、目標空燃比が最終目標空燃比としての理論空燃比に到達したときにはステップＳ６０８に移行し、最終目標空燃比が目標空燃比とされる。次にステップＳ６０９に移行して、ＡＰＯＮフラグが「０」にセット、即ち、２次空気の供給中の空燃比制御終了であるとされ、本ルーチンを終了する。
【００４５】
なお、図９（ｂ）に示す２次空気供給制御では、上述の実施例と同様、時刻ｔ００で空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が成立し、時刻ｔ００〜時刻ｔ０１の期間に２次空気が供給されている。しかしながら、２次空気の供給中、触媒前空燃比をそのまま目標空燃比として空燃比Ｆ／Ｂ制御が実行されている。このように常時変動している触媒前空燃比を目標空燃比とする空燃比Ｆ／Ｂ制御にあっては、触媒前空燃比の変動に応じた機関回転速度に変動が現われ、ドライバビリティが悪化することが分かる。
【００４６】
このように、本実施例の内燃機関の２次空気供給制御装置は、内燃機関１０の排気通路２２途中に設置され、排出ガスを浄化する三元触媒２３と、三元触媒２３の上流側の排気通路２２内に２次空気を供給する２次空気供給機構３０と、三元触媒２３の上流側の排気通路２２内で２次空気供給通路３１の２次空気供給孔３１ａより下流側に配設され、排出ガス中の空燃比である三元触媒２３に導入される触媒前空燃比を検出する空燃比検出手段としてのＡ／Ｆセンサ２４と、２次空気供給機構３０による２次空気の供給中にＡ／Ｆセンサ２４で検出される出力値である触媒前空燃比の平均値を平均空燃比として算出するＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にて達成される空燃比演算手段とを具備するものである。また、本実施例の内燃機関の２次空気供給制御装置は、２次空気供給機構３０による２次空気の供給中、所定の空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御条件が成立するときには、前記空燃比演算手段で算出される平均空燃比を予め設定された目標空燃比に一致するよう空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行するＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にて達成される空燃比Ｆ／Ｂ制御手段とを具備するものである。
【００４７】
つまり、２次空気供給機構３０による２次空気の供給中、Ａ／Ｆセンサ２４で検出される出力値である触媒前空燃比の平均値が実質的な空燃比としての平均空燃比として算出される。このようにして求められた平均空燃比は、Ａ／Ｆセンサ２４で検出される触媒前空燃比が大きく変動していても、安定した値として得ることができる。また、２次空気供給機構３０による２次空気の供給中、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が成立するときには、求められた平均空燃比を予め設定された目標空燃比に一致するよう空燃比Ｆ／Ｂ制御が実行される。このように、平均空燃比を用いた空燃比Ｆ／Ｂ制御によれば、エミッションの低減を優先した空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行することができる。
【００４８】
次に、図６の目標空燃比設定ルーチンのステップＳ５０４におけるエアポンプＯＮ時で２次空気の供給中の目標空燃比設定の処理手順の変形例を図８のフローチャートに基づき、図９を参照して説明する。
【００４９】
図８において、ステップＳ７０１〜ステップＳ７０９のうちステップＳ７０２及びステップＳ７０５を除いて、上述の図７のステップＳ６０１〜ステップＳ６０９に対応しているため、その詳細な説明を省略する。ここで、ステップＳ７０２では、最小空燃比算出処理が実行される。この最小空燃比算出処理では、Ａ／Ｆセンサ２４にて検出される三元触媒２３に導入される触媒前空燃比が逐次読込まれ、それらの最小値を求め最小空燃比（図９（ａ）参照）が算出される。また、ステップＳ７０５では、ステップＳ７０２で算出された最小空燃比がエアポンプＯＮ時の初回の目標空燃比とされ、本ルーチンを終了する。  このように、本変形例の内燃機関の２次空気供給制御装置は、内燃機関１０の排気通路２２途中に設置され、排出ガスを浄化する三元触媒２３と、三元触媒２３の上流側の排気通路２２内に２次空気を供給する２次空気供給機構３０と、三元触媒２３の上流側の排気通路２２内で２次空気供給通路３１の２次空気供給孔３１ａより下流側に配設され、排出ガス中の空燃比である三元触媒２３に導入される触媒前空燃比を検出する空燃比検出手段としてのＡ／Ｆセンサ２４と、２次空気供給機構３０による２次空気の供給中にＡ／Ｆセンサ２４で検出される触媒前空燃比の最小値を最小空燃比として算出するＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にて達成される空燃比演算手段とを具備するものである。また、本変形例の内燃機関の２次空気供給制御装置は、２次空気供給機構３０による２次空気の供給中、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が成立するときには、前記空燃比演算手段で算出される最小空燃比を予め設定された目標空燃比に一致するよう空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行するＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にて達成される空燃比Ｆ／Ｂ制御手段とを具備するものである。
【００５０】
つまり、２次空気供給機構３０による２次空気の供給中、Ａ／Ｆセンサ２４で検出される出力値である触媒前空燃比の最小値が実質的な空燃比としての最小空燃比として算出される。このようにして求められた最小空燃比は、Ａ／Ｆセンサ２４で検出される触媒前空燃比が大きく変動していても、安定した値として得ることができる。また、２次空気供給機構３０による２次空気の供給中、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が成立するときには、求められた最小空燃比を予め設定された目標空燃比に一致するよう空燃比Ｆ／Ｂ制御が実行される。このように、最小空燃比を用いた空燃比Ｆ／Ｂ制御によれば、ドライバビリティの改善を優先した空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行することができる。
【００５１】
ところで、上記実施例及び変形例では、２次空気供給機構３０をコンビネーションバルブ３４を用い吸気圧導入通路３７の途中に配設された切換弁３８によって開閉弁３５の背圧を大気圧と吸気通路１１側の吸気圧との間で切換える構成を採用しているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、吸気通路１１側の吸気圧を利用することなく、２次空気供給通路３１の途中に電磁駆動弁を配設してエアポンプ３３のＯＮ／ＯＦＦに連動させ、電磁駆動弁を開／閉するようにしてもよい。
【００５２】
また、上記実施例または変形例では、Ａ／Ｆセンサ２４で検出される触媒前空燃比の平均空燃比または最小空燃比を算出し、三元触媒２３に導入される実質的な空燃比として用いる場合について述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、Ａ／Ｆセンサ２４からの出力値は、内燃機関１０の各気筒の１燃焼サイクル毎に周期的に変動しているため、所定クランク角のときにＡ／Ｆセンサ２４で検出される触媒前空燃比が実質的な空燃比に対応することが予め分かれば、その所定クランク角のときに検出される触媒前空燃比のみを用いて空燃比Ｆ／Ｂ制御を行うことができる。
【００５３】
このような内燃機関の２次空気供給制御装置は、内燃機関１０の排気通路２２途中に設置され、排出ガスを浄化する三元触媒２３と、三元触媒２３の上流側の排気通路２２内に２次空気を供給する２次空気供給機構３０と、三元触媒２３の上流側の排気通路２２内で２次空気供給通路３１の２次空気供給孔３１ａより下流側に配設され、排出ガス中の空燃比である三元触媒２３に導入される触媒前空燃比を検出する空燃比検出手段としてのＡ／Ｆセンサ２４と、内燃機関１０のクランク角〔°ＣＡ〕を検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ２７と、２次空気供給機構３０による２次空気の供給中には、所定クランク角のときにＡ／Ｆセンサ２４で検出される触媒前空燃比を実際の空燃比として算出するＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にて達成される空燃比演算手段とを具備するものであり、また、２次空気供給機構３０による２次空気の供給中、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が成立するときには、前記空燃比演算手段で算出される空燃比を予め設定された目標空燃比に一致するよう空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行するＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にて達成される空燃比Ｆ／Ｂ制御手段とを具備するものであり、上述の実施例または変形例と同様の作用・効果が期待できる。
【００５４】
そして、上記実施例及び変形例では、２次空気供給機構３０による２次空気の供給中にＡ／Ｆセンサ２４で検出される出力値に基づき空燃比Ｆ／Ｂ制御における目標空燃比を設定する場合について述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、例えば、２次空気の供給終了後にその影響が残り機関回転速度が変動するような場合には、２次空気の供給終了後であっても２次空気の供給中と同様の空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行すればよい。
【００５５】
このような内燃機関の２次空気供給制御装置のＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にて達成される空燃比Ｆ／Ｂ制御手段は、２次空気供給機構３０による２次空気の供給の影響を受ける期間には、空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行するものであり、上述の実施例及び変形例における２次空気供給機構による２次空気の供給中のみならず、２次空気の供給終了後においてもその影響を受けて機関回転速度が変動するようなときには、引続き同様の空燃比Ｆ／Ｂ制御が実行されることで、上述の実施例または変形例の作用・効果に加え、更なるエミッションの低減やドライバビリティの改善が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の２次空気供給制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の２次空気供給制御装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける２次空気供給制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の２次空気供給制御装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は図３におけるオープンループ制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は図３における空燃比Ｆ／Ｂ制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は図５における目標空燃比設定の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は図６におけるエアポンプＯＮ時目標空燃比設定の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は図７におけるエアポンプＯＮ時目標空燃比設定の処理手順の変形例を示すフローチャートである。
【図９】図９は図２乃至図８の２次空気供給制御に対応する各種センサ信号や各種制御量等の遷移状態を、２次空気の供給中に触媒前空燃比をそのまま用いて空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する２次空気供給制御と比較して示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０    内燃機関
２２    排気通路
２３    三元触媒
２４    Ａ／Ｆ（空燃比）センサ
２７    クランク角センサ
３０    ２次空気供給機構
３１    ２次空気供給通路
３１ａ  ２次空気供給孔
４０    ＥＣＵ（電子制御ユニット）
【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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