(57)【要約】【課題】二次エア供給を停止した時において燃料量を好適に制御し、ひいてはドライバビリティの改善を図る。【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、二次エア供給時に目標空燃比として第１目標値を設定すると共に、二次エア供給停止時に目標空燃比として第２目標値を設定する。また、二次エアの供給停止時に目標空燃比を第１目標値から第２目標値に切り換える際、当該目標空燃比を第２目標値よりもリッチ側で初期設定し、その後第２目標値に移行させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に二次エアを供給するための二次エア供給装置と、
二次エア供給時に目標空燃比として第１目標値を設定すると共に、二次エア供給停止時に目標空燃比として第２目標値を設定する目標空燃比設定手段と、
前記排気通路の二次エア供給口よりも下流側の空燃比が前記目標空燃比となるよう燃料噴射量を補正する燃料量補正手段と、
二次エアの供給停止時に前記目標空燃比を第１目標値から第２目標値に切り換える際、当該目標空燃比を第２目標値よりもリッチ側で初期設定し、その後第２目標値に移行させる目標値移行手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項２】
前記目標値移行手段は、二次エア供給から供給停止への移行時において、その直前の二次エア供給時に推定した内燃機関の燃焼空燃比を前記目標空燃比として初期設定する請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項３】
前記目標値移行手段は、二次エア供給停止直前の内燃機関の燃焼空燃比と前記第２目標値との差が所定の判定値以上となる場合に、前記目標空燃比を第２目標値よりもリッチ側で初期設定する請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項４】
二次エア供給時において前記排気通路の二次エア供給口よりも下流側の空燃比が前記目標空燃比となるようその都度の二次エア流量に応じて二次エア供給時用の増量補正量を算出する手段を備え、
前記燃焼空燃比を、前記増量補正量に基づいて推定する請求項２又は３に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項５】
前記目標値移行手段は、目標空燃比を前記第２目標値よりもリッチ側で設定した後、当該目標空燃比を、前記第２目標値に向けて除変させる請求項１乃至４の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項６】
排気エミッションを許容レベルとするための空燃比ガード値を設定し、目標空燃比を前記第２目標値よりもリッチ側とする際において、当該目標空燃比を前記空燃比ガード値で制限する請求項１乃至５の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項７】
前記排気通路の二次エア供給口よりも下流側で空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、該空燃比検出手段により検出した空燃比を前記目標空燃比に一致させるよう空燃比フィードバック制御を実施する構成において、
前記燃料量補正手段は、前記空燃比検出手段による検出空燃比と前記目標空燃比との偏差に応じて空燃比補正量を算出し、該空燃比補正量により燃料噴射量を補正する請求項１乃至６の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射量制御装置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装置が設けられており、この触媒装置の浄化効率を向上させるべく、エアポンプの作動により触媒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。
【０００３】
また、二次エアの供給時には、内燃機関に供給される混合気の空燃比（燃焼空燃比）をリッチとすべく燃料噴射量が制御される。但しこのとき、触媒装置の入口部付近に設けた空燃比センサにより空燃比を検出し、当該検出値に基づいて空燃比フィードバック制御を実施すると、二次エア供給中は二次エア流量に応じて燃料増量が行われ、その後二次エア供給が停止されると急激に燃料噴射量が変化する。これにより、ドライバビリティの悪化等が生じる。そのため、一般にはこうした不都合を回避すべく、二次エア供給時には空燃比フィードバック制御が禁止されるようになっている。なお、例えば特許文献１では、二次エア供給時において、空燃比センサがリッチ信号を出力する場合には空燃比フィードバック制御を実施し、同空燃比センサがリーン信号を出力する場合には空燃比フィードバック制御を禁止するようにしている。
【０００４】
しかしながら、排気エミッションを好適に保つには、二次エア供給中であっても二次エア流量に応じて空燃比フィードバック等の燃料量補正を実施するのが望ましい。それ故、二次エア供給から停止に至る過程を通じて燃料量補正を好適に実施することができる技術が望まれている。
【特許文献１】特許第２９１００３４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、二次エア供給を停止した時において燃料量を好適に制御し、ひいてはドライバビリティの改善を図ることができる内燃機関の燃料噴射量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】
本発明の燃料噴射量制御装置では、二次エア供給時には目標空燃比として第１目標値が設定され、二次エア供給停止時には目標空燃比として第２目標値が設定される。また、排気通路の二次エア供給口よりも下流側の空燃比が目標空燃比（第１目標値又は第２目標値）となるよう燃料噴射量が補正される。この場合、二次エア供給時には通常二次エア供給に相応して燃料噴射量の増量補正が実施されるのに対し、二次エアの供給停止後は前記増量補正が停止されるため、内燃機関の燃焼空燃比が急激にリーン側に変化し、結果としてドライバビリティの悪化等を招く。
【０００７】
かかる不都合に対し、請求項１に記載の発明では、二次エアの供給停止時に目標空燃比が第１目標値から第２目標値に切り換えられる際、目標空燃比が第２目標値よりもリッチ側で初期設定され、その後第２目標値に移行されるため、燃焼空燃比の急激な変化が抑制され、ドライバビリティが改善できる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明では、二次エア供給から供給停止への移行時において、その直前の二次エア供給時に推定した内燃機関の燃焼空燃比が目標空燃比として初期設定される。ここで、「燃焼空燃比」は、内燃機関で実際に燃焼に供される燃焼ガスの空燃比であり、二次エア供給時には概ね二次エア供給口よりも下流側の空燃比に対して二次エア流量分だけリッチとなるが、二次エア供給停止後は、二次エア供給口よりも下流側の空燃比に一致する。この場合、二次エア供給停止直後には、供給停止直前の燃焼空燃比が目標空燃比とされるため、排気通路内における二次エア流量が急にゼロになったとしても、それまでの燃料燃焼状態が継続できる。故に、ドライバビリティが良好に保持できる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、二次エア供給停止直前の内燃機関の燃焼空燃比と第２目標値との差が所定の判定値以上となる場合に、目標空燃比が第２目標値よりもリッチ側で初期設定される。つまり、二次エアの供給停止時におけるドライバビリティの悪化は、燃焼空燃比の過剰な変化によるものであり、これは二次エア供給停止直前の燃焼空燃比と第２目標値との差が所定の判定値以上となる場合に顕著となる。本構成によれば、顕著なドライバビリティの悪化が確実に排除できるようになる。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、二次エア供給時において排気通路の二次エア供給口よりも下流側の空燃比が目標空燃比となるようその都度の二次エア流量に応じて二次エア供給時用の増量補正量が算出される。そしてかかる構成において、燃焼空燃比が前記増量補正量に基づいて推定される。この場合、二次エア供給時において内燃機関の燃焼空燃比が好適に推定できる。
【００１１】
請求項５に記載の発明では、目標空燃比は、第２目標値よりもリッチ側で設定された後、当該第２目標値に向けて除変される。これにより、二次エアの供給停止後、第２目標値を目標空燃比とした燃料噴射量制御への移行がスムーズに実現できる。
【００１２】
請求項６に記載の発明では、排気エミッションを許容レベルとするための空燃比ガード値が設定され、目標空燃比が前記第２目標値よりもリッチ側とされる際において、当該目標空燃比が前記空燃比ガード値で制限される。これにより、二次エアの供給停止時におけるドライバビリティ悪化を抑制することに加え、排気エミッションの悪化も抑制できる。
【００１３】
請求項７に記載の発明では、空燃比検出手段による検出空燃比と目標空燃比との偏差に応じて空燃比補正量（後述する空燃比補正係数ｆａｆに相当）が算出され、該空燃比補正量により燃料噴射量が補正される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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ガスが排気管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。
【００１７】
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の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ３２（リニアＡ／Ｆセンサ、Ｏ2センサ等）が設けられている。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。
【００１８】
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装置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。
【００１９】
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。
【００２０】
次に、二次エア供給時に実施される燃料噴射量制御について説明する。ここで、二次エア供給時には、排気管２４に対して二次エアが供給され、その二次エア流量に応じて燃料増量が行われる。この場合、基本的に開閉弁３７＝開、二次エアポンプ３６＝ＯＮ（作動）としたときの圧力センサ３８の検出値（二次エア供給圧Ｐｓ）に基づいて二次エア流量を算出すればよいが、二次エアポンプ３６や圧力センサ３８が有する製品公差等に起因する算出精度の低下を防ぐため、本実施の形態では、二次エア供給圧Ｐｓと基準圧との差圧に基づいて二次エア流量を算出する。例えば、開閉弁３７＝閉、二次エアポンプ３６＝ＯＮの状態で基準圧としての締め切り圧Ｐ０を検出しておき、次の（１）式により二次エア流量Ｑａを算出する。
【００２１】
【数１】
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なお、上記（１）式において、ρは流体密度、Ｃは係数、Ａは管路断面積である。流体密度ρは温度特性を持つため、吸気温により流体密度ρを補正する構成とすることも可能である。
【００２２】
また、二次エア供給時には、通常時（二次エア非供給時）とは別の二次エア供給時用の目標空燃比を設定することとしており、例えば弱リーン空燃比を目標空燃比として燃料噴射量制御を実施する。この場合、空燃比を空気過剰率λで表し、エンジン燃焼室で燃焼に供される燃焼ガスの空燃比（燃焼空燃比）をλ１、触媒入口の空燃比をλ２とすると共に、エンジンに吸入される吸入空気量をｇａ、二次エア流量をｇｓａｉとすると、λ１，λ２は次の（２）式の関係となる。なお、ｇａ，ｇｓａｉは共に質量流量であり、特にｇｓａｉは、上述した二次エア流量Ｑａを質量換算したものである。
【００２３】
【数２】
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空燃比λ１（空気過剰率）の逆数は燃料過剰率であり、この燃料過剰率（１／λ１）が二次エア供給時の燃料増量補正係数（以下、これを二次エア用補正係数ｆｓａｉという）となる。つまり、触媒入口の空燃比λ２を目標空燃比λｔｇとする場合、前記（２）式より次の（３）式が得られる。
【００２４】
【数３】
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上記（３）式によれば、二次エア供給時における二次エア流量ｇｓａｉ、吸入空気量ｇａ及び目標空燃比λｔｇから二次エア用補正係数ｆｓａｉが算出できる。
【００２５】
図２は、燃料噴射量制御時における目標空燃比の設定処理を示すフローチャートであり、本処理は所定の時間周期でＥＣＵ４０により実行される。
【００２６】
先ずステップＳ１０１では、今現在、二次エア供給が停止されているか否かを判別する。二次エア供給が実施されていればステップＳ１０２に進み、二次エア供給時における目標空燃比ベース値λｂａｓｅ１を算出する。このとき、例えば二次エア供給時用として用意された目標空燃比マップを用い、その都度のエンジン回転数や負荷等に基づいて目標空燃比ベース値λｂａｓｅ１を算出する。目標空燃比ベース値λｂａｓｅ１は、二次エア供給時の排気エミッションが最適な状態となるよう設定されるものであり、例えばλｂａｓｅ１＝１．０５とされる。この目標空燃比ベース値λｂａｓｅ１が「第１目標値」に相当する。
【００２７】
また、ステップＳ１０３では、二次エア供給状態におけるエンジンの燃焼空燃比λｘを推定する。燃焼空燃比λｘは、エンジンに供給される混合気の空燃比である。
【００２８】
ステップＳ１０４では、最終目標空燃比λｔｇを算出する。このとき、前記算出した目標空燃比ベース値λｂａｓｅ１に対して二次エア流量等に応じたガード処理等を施して最終目標空燃比λｔｇを算出するのが望ましいが、そのガード処理等は本発明の主旨でないため説明を割愛する。単純にはλｔｇ＝λｂａｓｅ１とする。
【００２９】
また、二次エア供給が停止されていればステップＳ１０５に進み、二次エアの供給停止時における目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２を算出する。このとき、例えば二次エアの供給停止時用として用意された目標空燃比マップを用い、その都度のエンジン回転数や負荷等に基づいて目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２を算出する。目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２は、二次エア供給停止時（通常のエンジン運転時）の排気エミッションが最適な状態となるよう設定されるものであり、例えばλｂａｓｅ２＝１．０（ストイキ）とされる。この目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２が「第２目標値」に相当する。
【００３０】
その後、ステップＳ１０６では、二次エアの供給停止直後であるか否かを判別する。ＹＥＳの場合、ステップＳ１０７に進み、二次エア供給時（詳しくは二次エア供給→停止の切換直前）に推定した燃焼空燃比λｘを読み込む。
【００３１】
ステップＳ１０８では、目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２と燃焼空燃比λｘとの差が所定の判定値ｋＬＭＤ以上であるか否かを判別する。λｂａｓｅ２−λｘ≧ｋＬＭＤの場合、ステップＳ１０９に進み、二次エアの供給停止直後において目標空燃比を初期設定するための初期目標値λｉｎｉを算出する。初期目標値λｉｎｉは、
【００３２】
【数４】
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として算出されれば良いが、ｇｓａｉ＝０のため、初期目標値λｉｎｉ＝燃焼空燃比λｘとされる。
【００３３】
ステップＳ１１０では、初期目標空燃比ベース値λｉｎｉと空燃比ガード値λＧＤとのうち、大きい方を最終目標空燃比λｔｇとする。空燃比ガード値λＧＤは、排気エミッションを許容レベルで保持すべく設定されており、所定のリッチ値となっている。ステップＳ１１０によれば最終目標空燃比λｔｇが空燃比ガード値λＧＤよりもリッチ側となることが抑制される。
【００３４】
また、λｂａｓｅ２−λｘ＜ｋＬＭＤの場合、ステップＳ１１１に進み、目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２を最終目標空燃比λｔｇとする。つまり、λｂａｓｅ２−λｘ≧ｋＬＭＤの場合には、前記の如く最終目標空燃比λｔｇが初期目標値λｉｎｉ等によりリッチ側で初期設定されるが、λｂａｓｅ２−λｘ＜ｋＬＭＤの場合には、最終目標空燃比λｔｇが目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２で初期設定される。
【００３５】
また、二次エア供給が停止されているが、停止直後でない場合には、ステップＳ１１２に進んで最終目標空燃比λｔｇを算出する。このステップＳ１１２では、最終目標空燃比λｔｇの前回値に所定値ΔＫを加算した「λｔｇ前回値＋ΔＫ」と目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２とを比較し、そのうち小さい方を最終目標空燃比λｔｇとする。このステップＳ１１２で最終目標空燃比λｔｇを「λｔｇ前回値＋ΔＫ」とする処理が目標空燃比の徐変処理に相当するが、最終目標空燃比λｔｇが一旦目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２に到達した後は、毎回λｔｇ＝λｂａｓｅ２とすればよい。
【００３６】
次に、図３のタイムチャートを用い、二次エアの供給→停止時における二次エア流量の変化やそれに伴う最終目標空燃比λｔｇや補正係数等の変化をより具体的に説明する。なお図３において、最終目標空燃比λｔｇ、二次エア用補正係数ｆｓａｉ、燃焼空燃比の挙動を表すチャート部分には、従来制御の挙動を一点鎖線にて図示している。
【００３７】
さて、タイミングｔ１以前は二次エア供給の実施により、二次エア流量が所定値とされており、最終目標空燃比λｔｇは弱リーンの所定値（例えば目標空燃比ベース値λｂａｓｅ１）とされている。このとき、二次エア用補正係数ｆｓａｉ＞１．０、燃焼空燃比＜１となっている。
【００３８】
そして、タイミングｔ１で二次エア供給が停止されると、二次エア流量が０となり、最終目標空燃比λｔｇがリッチ側に変更される。このとき、一点鎖線で示す従来制御では、最終目標空燃比λｔｇが目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２に直接変更されるため、二次エア用補正係数ｆｓａｉや燃焼空燃比が急激に変化し、それに起因してドライバビリティの悪化が生じる。これに対して本実施の形態の制御では、最終目標空燃比λｔｇが一旦目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２よりもリッチ側の初期目標値λｉｎｉに変更され、その後、目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２に向けて徐変される。これにより、二次エア用補正係数ｆｓａｉや燃焼空燃比の急変が抑制され、ドライバビリティの悪化が回避できる。特に本実施の形態では、初期目標値λｉｎｉ＝燃焼空燃比λｘ（二次エア流量の供給停止直前の燃焼空燃比）とされるため、二次エア供給が停止される際にそれまでの燃料燃焼状態が継続され、滑らかな移行が可能となる。最終目標空燃比λｔｇはタイミングｔ２で目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２に収束する。
【００３９】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００４０】
二次エア供給を停止する際、最終目標空燃比λｔｇを、二次エアの供給停止後の目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２よりもリッチ側で初期設定し、その後目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２に向けて徐変するようにしたため、燃焼空燃比の急激な変化が抑制され、ドライバビリティが改善できる。
【００４１】
排気エミッションを許容レベルで保持するための空燃比ガード値λＧＤを設定したため、二次エアの供給停止時におけるドライバビリティ悪化を抑制することに加え、排気エミッションの悪化も確実に抑制できる。
【００４２】
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。
【００４３】
上記実施の形態では、二次エア供給を停止する際、最終目標空燃比λｔｇを一旦目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２よりもリッチ側の初期目標値λｉｎｉに変更し、その直後に目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２に向けて徐変したが、初期目標値λｉｎｉでの制御状態を所定時間継続した後、目標空燃比ベース値λｂａｓｅ２に向けて徐変する構成としても良い。
【００４４】
上記実施の形態では、二次エア供給時において目標空燃比ベース値λｂａｓｅ１をリーン値（例えばλｂａｓｅ１＝１．０５）として燃料噴射量制御を実施したが、この目標空燃比ベース値λｂａｓｅ１をストイキ（λ＝１．０）としても良い。
【００４５】
上記実施の形態では、二次エア流量ｇｓａｉ、吸入空気量ｇａ及び目標空燃比λｔｇに応じて二次エア用補正係数ｆｓａｉを算出し、この二次エア用補正係数ｆｓａｉに基づいて燃料噴射量の補正を実施したが、これに代えて、空燃比センサ３２による検出空燃比と目標空燃比との偏差に応じて空燃比補正係数ｆａｆを算出し、この空燃比補正係数ｆａｆに基づいて燃料噴射量の補正を実施するようにしても良い。空燃比補正係数ｆａｆは、基本的に検出空燃比と目標空燃比との偏差にフィードバックゲインを乗算して算出される。
【００４６】
二次エア用補正係数ｆｓａｉと空燃比補正係数ｆａｆとの両方を用いて燃料噴射量の補正を実施することも可能である。この場合、最終噴射量ＴＡＵは、ＴＡＵ＝Ｔｐ×ｆｓａｉ×ｆａｆとして算出される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【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】目標空燃比算出処理を示すフローチャートである。
【図３】二次エア供給を停止した時の各パラメータの挙動を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１０…内燃機関としてのエンジン、２４…排気管、３２…空燃比検出手段としての空燃比センサ、３６…二次エア供給装置としての二次エアポンプ、４０…目標空燃比設定手段、燃料量補正手段及び目標値移行手段としてのＥＣＵ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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