(57)【要約】【課題】空燃比をリーン側からリッチ側に切り換えて制御する際、トルク変動の発生を抑制できるとともに、燃費を向上させることができる内燃機関の空燃比制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関３の空燃比制御装置１は、ＥＣＵ２を備える。ＥＣＵ２は、混合気の空燃比AFを理論空燃比よりもリーン側からリッチ側に切り換えるべき空燃比切換条件が成立したとき（ステップ20がYESのとき）に、新気量QAIRをリッチスパイク用の目標新気量QAIR_RICHまで減少するように制御する（ステップ26〜29）とともに、新気量制御中、QAIR≦QAIR_REFが成立したとき（ステップ64がYESのとき）に、燃料噴射量QINJを増大側に制御する（ステップ69）。そして、AF≦AF_RICHHが成立した以降（ステップ65がYESとなった以降）、空燃比AFのリッチスパイク用の目標空燃比AF_RICHへのフィードバック制御を実行する（ステップ72）。【選択図】  図８
2007126989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に供給される新気量および燃料量をそれぞれ制御することにより、当該気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側とリッチ側に切り換えて制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記新気量を検出する新気量検出手段と、
前記混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側からリッチ側に切り換えるべき空燃比切換条件が成立したときに、前記新気量を所定の目標値まで減少するように制御する新気量制御手段と、
当該新気量制御手段による前記新気量の所定の目標値への減少制御中、前記検出された新気量が前記所定の目標値または当該所定の目標値よりも大きい所定のしきい値に達したときに、前記燃料量を増大側に制御する燃料量制御手段と、
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】
前記混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記燃料量制御手段による前記燃料量の増大側への制御中に検出された混合気の空燃比が所定の空燃比以下になった以降、当該混合気の空燃比を所定のリッチ側目標空燃比になるようにフィードバック制御する空燃比制御手段と、
をさらに備え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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内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側とリッチ側に切り換えて制御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、内燃機関の空気過剰率を制御する制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。ここで、空気過剰率は「空燃比」と実質的に同等であるので、以下の説明では、空気過剰率を「空燃比」という。この内燃機関は、ディーゼルエンジンタイプのものであり、排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒を備えている。
【０００３】
この制御装置では、通常時、以下に述べるように、燃料先行型の制御手法により、空燃比がリーン側に制御される。具体的には、まず、アクセル開度およびエンジン回転数に応じて、目標エンジントルクを算出し、この目標エンジントルクおよびエンジン回転数に応じて、目標空燃比の基本値を算出し、これを目標空燃比として設定する。次いで、燃料噴射量を、目標エンジントルクおよびエンジン回転数に応じて、マップを検索することにより算出する。一方、目標新気量を、燃料噴射量およびリッチ側の目標空燃比に基づいて算出する。その結果、空燃比がリーン側の目標空燃比になるように制御される。
【０００４】
一方、ＮＯｘ浄化触媒の還元制御（以下「リッチスパイク制御」という）時などには、空気先行型の制御手法により、混合気の空燃比がリッチ側に制御される。具体的には、まず、目標新気量の基本値を、目標エンジントルクおよびエンジン回転数に応じて、マップを検索することにより算出し、空燃比補正係数を、リッチ側の目標空燃比およびエンジン回転数に応じて、マップを検索することにより算出するとともに、空燃比補正係数などを目標新気量の基本値に乗算することにより、目標新気量を算出する。次いで、燃料噴射量を、目標空燃比および新気量に基づいて算出する。その結果、空燃比がリッチ側の目標空燃比になるように制御される。
【０００５】
また、空燃比制御を通常時制御からリッチスパイク制御に切り換える際には、目標空燃比の基本値に遅れ処理すなわち加重平均処理を施すことにより、目標空燃比が算出される。これは、空燃比がリーン側からリッチ側にステップ状に変化する際、それに伴って発生するトルク変動を抑制するためである。さらに、この遅れ処理では、空燃比の変化速度の過度の低下を回避するために、その時定数が比較的、小さな値に設定されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−９０２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の制御装置によれば、空燃比制御を通常時制御からリッチスパイク制御に切り換える際、制御手法が燃料先行型のものから空気先行型のものに切り換えられるので、制御の切換直後、新気量が実際に低下するのに時間がかかってしまう。前述したように、この制御切換の際には、目標空燃比の遅れ処理を実行しているものの、時定数が比較的、小さな値に設定されているので、新気量が実際に低下するまでの間も、目標空燃比がリッチ側の値に設定されることに起因して、燃料噴射量が一時的に増大してしまう。その結果、トルク変動が発生してしまうとともに、燃料を無駄に消費することで、燃費の悪化を招くおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、空燃比をリーン側からリッチ側に切り換えて制御する際、トルク変動の発生を抑制できるとともに、燃費を向上させることが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】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、気筒３ａ内に供給される新気量ＱＡＩＲおよび燃料量（燃料噴射量ＱＩＮＪ）をそれぞれ制御することにより、気筒内の混合気の空燃比ＡＦを理論空燃比よりもリーン側とリッチ側に切り換えて制御する内燃機関３の空燃比制御装置１であって、新気量ＱＡＩＲを検出する新気量検出手段（ＥＣＵ２、エアフローセンサ２１）と、混合気の空燃比ＡＦを理論空燃比よりもリーン側からリッチ側に切り換えるべき空燃比切換条件が成立したとき（ステップ２０の判別結果がＹＥＳのとき）に、新気量ＱＡＩＲを所定の目標値（リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨ）まで減少するように制御する新気量制御手段（ＥＣＵ２、ステップ２６〜２９）と、新気量制御手段による新気量の所定の目標値への減少制御中、検出された新気量ＱＡＩＲが所定の目標値または所定の目標値よりも大きい所定のしきい値ＱＡＩＲ＿ＲＥＦに達したとき（ステップ６４の判別結果がＹＥＳのとき）に、燃料量（燃料噴射量ＱＩＮＪ）を増大側に制御する燃料量制御手段（ＥＣＵ２、ステップ６９）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この内燃機関の空燃比制御装置によれば、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側からリッチ側に切り換えるべき空燃比切換条件が成立したときに、新気量制御手段により、新気量が所定の目標値まで減少するように制御されるとともに、その制御中、検出された新気量が所定の目標値または所定の目標値よりも大きい所定のしきい値に達したときに、燃料量制御手段により、燃料量が増大側に制御される。以上のように、気筒内に供給される新気量が所定の目標値または所定のしきい値まで確実に減少した時点で、燃料量が増大側に制御されるので、新気量が実際に低下するまでの間、燃料噴射量が一時的に増大してしまう従来の場合と異なり、トルク変動の発生を確実に抑制できるとともに、燃料の無駄な消費が回避されることで、燃費を向上させることができる（なお、本明細書における「新気量の検出」は、新気量をセンサにより直接的に検出することに限らず、新気量を算出または推定することも含む）。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、混合気の空燃比ＡＦを検出する空燃比検出手段（ＥＣＵ２、ＬＡＦセンサ２２）と、燃料量制御手段による燃料量の増大側への制御中に検出された混合気の空燃比ＡＦが所定の空燃比（所定の上限しきい値ＡＦ＿ＲＩＣＨＨ）以下になった以降（ステップ６５の判別結果がＹＥＳとなった以降）、混合気の空燃比ＡＦを所定のリッチ側目標空燃比（リッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨ）になるようにフィードバック制御する空燃比制御手段（ＥＣＵ２、ステップ７２）と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
この内燃機関の空燃比制御装置によれば、燃料量制御手段による燃料量の増大側への制御中に検出された混合気の空燃比が所定の空燃比以下になった時点で、空燃比制御手段により、混合気の空燃比が所定のリッチ側目標空燃比になるように、空燃比のフィードバック制御が開始される。したがって、この所定の空燃比を所定のリッチ側目標空燃比付近で、かつこれよりもリーン側の値に設定することにより、空燃比が所定のリッチ側目標空燃比付近まで近づいた時点で、空燃比のフィードバック制御を開始することができる。その結果、空燃比の所定のリッチ側目標空燃比に対する収束性を向上させることができ、制御精度を向上させることができる（なお、本明細書における「空燃比の検出」は、空燃比をセンサにより直接的に検出することに限らず、空燃比を算出または推定することも含む）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の空燃比制御装置について説明する。図１は、本実施形態の空燃比制御装置１を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示しており、図２は、空燃比制御装置１の概略構成を示している。同図２に示すように、空燃比制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、エンジン３の運転状態に応じて、空燃比制御などの各種の制御処理を実行する。
【００１４】
エンジン３は、図示しない車両に搭載された直列４気筒型ディーゼルエンジンであり、４組の気筒３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）と、クランクシャフト３ｃなどを備えている。このエンジン３には、クランク角センサ２０が設けられている。このクランク角センサ２０は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。
【００１５】
このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば３０゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。
【００１６】
また、エンジン３には、燃料噴射弁４が気筒３ａ毎に設けられており（１つのみ図示）、各燃料噴射弁４はいずれも、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。燃料噴射弁４は、後述するように、ＥＣＵ２によって、その開弁時間および開弁・閉弁タイミングが制御され、それにより、燃料噴射量および燃料噴射タイミングが制御される。
【００１７】
一方、エンジン３の吸気通路６には、上流側から順に、エアフローセンサ２１、ターボチャージャ７、スロットル弁機構８およびスワール弁機構９が設けられている。このエアフローセンサ２１（新気量検出手段）は、熱線式エアフローメータで構成されており、後述するスロットル弁８ａを通過する新気の流量を検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、エアフローセンサ２１の検出信号に基づき、気筒３ａに吸入される新気量ＱＡＩＲを算出する。
【００１８】
また、ターボチャージャ７は、吸気通路６のエアフローセンサ２１よりも下流側に設けられたコンプレッサブレード７ａと、排気通路１１の途中に設けられ、コンプレッサブレード７ａと一体に回転するタービンブレード７ｂと、複数の可変ベーン７ｃ（２つのみ図示）と、可変ベーン７ｃを駆動するベーンアクチュエータ７ｄなどを備えている。
【００１９】
このターボチャージャ７では、排気通路１１内の排ガスによってタービンブレード７ｂが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード７ａも同時に回転することにより、吸気通路６内の新気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。
【００２０】
また、可変ベーン７ｃは、ターボチャージャ７が発生する過給圧を変化させるためのものであり、ハウジングのタービンブレード７ｂを収容する部分の壁に回動自在に取り付けられている。可変ベーン７ｃは、ＥＣＵ２に接続されたアクチュエータ（図示せず）に機械的に連結されている。ＥＣＵ２は、アクチュエータを介して可変ベーン７ｃの開度を変化させ、タービンブレード７ｂに吹き付けられる排ガス量を変化させることによって、タービンブレード７ｂの回転速度すなわちコンプレッサブレード７ａの回転速度を変化させ、それにより、過給圧を制御する。
【００２１】
一方、スロットル弁機構８は、スロットル弁８ａおよびこれを駆動するＴＨアクチュエータ８ｂなどを備えている。スロットル弁８ａは、吸気通路６の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化によりスロットル弁８ａを通過する新気の流量を変化させる。ＴＨアクチュエータ８ｂは、モータに減速ギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。ＥＣＵ２は、ＴＨアクチュエータ８ｂを介してスロットル弁８ａの開度を制御する。
【００２２】
また、吸気通路６のスロットル弁機構８よりも下流側の部分は、１つの集合部と、そこから分岐した４つの分岐部とからなるインテークマニホールド６ａになっている。このインテークマニホールド６ａ内の通路は、集合部から各分岐部にわたってスワール通路６ｂおよびバイパス通路６ｃに分かれており、これらの通路６ｂ，６ｃはそれぞれ、２つの吸気ポートを介して気筒３ａ内に連通している。
【００２３】
前述したスワール弁機構９は、スワールを気筒３ａ内に発生させることによって気筒３ａ内の混合気を攪拌するものであり、スワール通路６ｂ内に設けられたスワール弁９ａと、これを駆動するスワールアクチュエータ９ｂなどを備えている。スワールアクチュエータ９ｂは、モータに減速ギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。ＥＣＵ２は、スワールアクチュエータ９ｂを介してスワール弁９ａの開度を変化させ、それにより、スワールの発生状態を制御する。
【００２４】
また、エンジン３には、排気還流装置１０が設けられている。この排気還流装置１０は、排気通路１１内の排ガスの一部を吸気通路６側に還流するものであり、吸気通路６および排気通路１１の間に接続されたＥＧＲ通路１０ａと、このＥＧＲ通路１０ａを開閉するＥＧＲ制御弁１０ｂなどで構成されている。ＥＧＲ通路１０ａの一端は、排気通路１１のタービンブレード７ｂよりも上流側の部分に開口し、他端は、吸気通路６のバイパス通路６ｃの部分に開口している。
【００２５】
ＥＧＲ制御弁１０ｂは、そのリフトが最大値と最小値との間でリニアに変化するリニア電磁弁で構成され、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ制御弁１０ｂを介して、ＥＧＲ通路１０ａの開度を変化させ、それにより、排ガスの還流量を制御する。すなわち、ＥＧＲ制御を実行する。
【００２６】
一方、排気通路１１のタービンブレード７ｂよりも下流側には、上流側から順に、ＬＡＦセンサ２２および排気浄化触媒１２が設けられている。このＬＡＦセンサ２２（空燃比検出手段）は、ジルコニアおよび白金電極などで構成され、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排気通路１１内を流れる排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＬＡＦセンサ２２の検出信号に基づき、排ガスの空燃比すなわち混合気の空燃比ＡＦを算出する。
【００２７】
また、排気浄化触媒１２は、その温度が所定の活性化温度以上のときには、活性化状態に保持され、それにより、排気通路１１を流れる排ガス中のＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する。
【００２８】
さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２３が接続されている。このアクセル開度センサ２３は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２９】
また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２３の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、運転状態に応じて、以下に述べるように、空燃比制御処理などを実行する。それにより、エンジン３では、混合気の空燃比ＡＦが、通常運転時にはリーン側の値に制御され、リッチスパイク制御時には、排気浄化触媒１２に捕捉されたＮＯｘを還元するために、リッチ側の値に制御される。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が新気量検出手段、新気量制御手段、燃料量制御手段、空燃比検出手段および空燃比制御手段に相当する。
【００３０】
次に、図３を参照しながら、ＥＣＵ２により実行されるリッチスパイク制御の実行条件判定処理について説明する。この処理は、排気浄化触媒１２に捕捉されたＮＯｘを還元するためのリッチスパイク制御の実行条件が成立しているか否かを判定するものであり、所定の制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。
【００３１】
この処理では、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、リッチタイマの計時値ＴＭ＿ＲＩＣＨが値０であるか否かを判別する。このリッチタイマは、後述するように、リッチスパイク制御の実行時間を計時するものであり、その計時値ＴＭ＿ＲＩＣＨは、エンジン始動時に値０に設定される。
【００３２】
このステップ１の判別結果がＹＥＳで、リッチスパイク制御が実行されていないときには、ステップ２に進み、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを算出する。具体的には、まず、要求トルクＰＭＣＭＤを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより算出し、次いで、要求トルクＰＭＣＭＤとエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを算出する。
【００３３】
次いで、ステップ３に進み、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを算出する。このＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘは、排気浄化触媒１２に捕捉されているＮＯｘ量の推定値に相当するものであり、具体的には、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘの積算値として算出される。すなわち、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘは、ＮＯｘ捕捉量の前回値に、上記ステップ２で算出したＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを加算することにより算出される。
【００３４】
ステップ３に続くステップ４では、アクセル開度ＡＰが所定値ＡＰＲＥＦより小さいか否かを判別する。この所定値ＡＰＲＥＦは、アクセルペダルが踏まれていないことを判別するためのものであり、アクセルペダルが踏まれていないことを判別可能な値（例えば１゜）に設定されている。
【００３５】
この判別結果がＹＥＳで、アクセルペダルが踏まれていないときには、リッチスパイク制御の実行条件が成立していないと判定して、ステップ１１に進み、それを表すためにリッチ条件フラグＦ＿ＲＩＣＨを「０」に設定した後、本処理を終了する。
【００３６】
一方、ステップ４の判別結果がＮＯで、アクセルペダルが踏まれているときには、ステップ５に進み、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが所定値ＳＱＲＥＦ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、前述したように、ステップ１１を実行した後、本処理を終了する。
【００３７】
一方、ステップ５の判別結果がＹＥＳのときには、リッチスパイク制御の実行条件が成立したと判定して、ステップ６で、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを値０に設定し、その後、ステップ７で、リッチタイマの計時値ＴＭ＿ＲＩＣＨを所定値ＴＭＲＥＦ（例えば５ｓｅｃに相当する値）に設定する。
【００３８】
次いで、ステップ８に進み、リッチスパイク制御の実行条件が成立したことを表すために、リッチ条件フラグＦ＿ＲＩＣＨを「１」に設定し、次に、ステップ９で、リッチタイマの計時値ＴＭ＿ＲＩＣＨをデクリメントした後、本処理を終了する。
【００３９】
一方、ステップ１の判別結果がＮＯで、リッチスパイク制御の実行中であるときには、ステップ１０に進み、前述したステップ４と同様に、アクセル開度ＡＰが所定値ＡＰＲＥＦより小さいか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、リッチスパイク制御を継続して実行すべきであると判定して、前述したように、ステップ８，９を実行した後、本処理を終了する。
【００４０】
一方、ステップ１０の判別結果がＹＥＳで、アクセルペダルが踏まれていないときには、前述したように、ステップ１１を実行した後、本処理を終了する。
【００４１】
次に、図４を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される空燃比制御処理について説明する。この処理は、以下に述べるように、新気量制御処理および燃料噴射制御処理を実行することにより、気筒３ａ内に供給される混合気の空燃比を制御するものであり、所定の制御周期（例えばＴＤＣ信号の発生タイミング）で実行される。
【００４２】
この処理では、まず、ステップ２０で、前述したリッチ条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、リッチスパイク制御の実行条件が成立していないときには、以下に述べるように、リーン運転用の空燃比制御処理を実行する。具体的には、ステップ２１〜２４で、リーン運転用の新気量制御処理を実行するとともに、ステップ２５で、リーン運転用の燃料噴射制御処理を実行する。
【００４３】
まず、ステップ２１で、リーン運転用のＥＧＲ制御処理を実行する。具体的には、要求トルクＰＭＣＭＤを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより算出し、次いで、要求トルクＰＭＣＭＤとエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リーン運転用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＬＥＡＮを算出する。そして、新気量ＱＡＩＲがこのリーン運転用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＬＥＡＮに収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより、ＥＧＲ制御弁１０ｂが制御される。
【００４４】
次いで、ステップ２２に進み、リーン運転用のスロットル弁制御処理を実行する。具体的には、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤを所定の全開値ＴＨ＿ＷＯＴに設定する。それにより、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤに対応する制御入力がＴＨアクチュエータ８ｂに入力され、その結果、スロットル弁８ａが全開状態になるように制御される。
【００４５】
次に、ステップ２３で、リーン運転用の過給圧制御処理を実行する。具体的には、要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、可変ベーン７ｃのリーン運転用の目標開度を算出する。それにより、このリーン運転用の目標開度に対応する制御入力がベーンアクチュエータ７ｄに入力されることで、過給圧が制御される。
【００４６】
ステップ２３に続くステップ２４では、リーン運転用のスワール制御処理を実行する。具体的には、要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、スワール弁９ａのリーン運転用の目標スワール開度を算出する。それにより、このリーン運転用の目標スワール開度に対応する制御入力がスワールアクチュエータ９ｂに入力されることで、スワールが制御される。
【００４７】
次いで、ステップ２５に進み、リーン運転用の燃料噴射制御処理を実行する。具体的には、要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、基本燃料噴射量を算出し、これを各種の運転状態パラメータ（例えばエンジン水温）に応じて補正することにより、リーン運転用の燃料噴射量ＱＩＮＪ＿ＬＥＡＮを算出する。このリーン運転用の燃料噴射量ＱＩＮＪ＿ＬＥＡＮは、燃料噴射弁４の開弁時間として算出される。次に、このリーン運転用の燃料噴射量ＱＩＮＪ＿ＬＥＡＮおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リーン運転用の燃料噴射開始タイミングφＩＮＪ＿ＬＥＡＮを算出する。そして、以上のように算出されたリーン運転用の燃料噴射量ＱＩＮＪ＿ＬＥＡＮおよびリーン運転用の燃料噴射開始タイミングφＩＮＪ＿ＬＥＡＮに基づいて、燃料噴射弁４の開弁時間、開弁タイミングおよび閉弁タイミングを制御する。
【００４８】
以上のステップ２１〜２５でのリーン運転用の空燃比制御処理により、空燃比ＡＦがリーン運転用の目標空燃比ＡＦ＿ＬＥＡＮに収束するように制御される。
【００４９】
一方、ステップ２０の判別結果がＹＥＳで、リッチスパイク制御の実行条件が成立しているときには、以下に述べるように、リッチスパイク制御処理を実行する。すなわち、ステップ２６〜２９で、リッチスパイク用の新気量制御処理を実行するとともに、ステップ３０で、リッチスパイク用の燃料噴射制御処理を実行する。
【００５０】
まず、ステップ２６で、リッチスパイク用のＥＧＲ制御処理を実行する。この処理は、具体的には、図５に示すように実行される。同図に示すように、まず、ステップ４０で、新気量ＱＡＩＲがしきい値ＱＡＩＲ＿ＲＥＦ以下であるか否かを判別する。このしきい値ＱＡＩＲ＿ＲＥＦは、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨ（所定の目標値）付近まで減少したか否かを判定するための値であり、以下に述べる手法により算出される。
【００５１】
すなわち、まず、要求トルクＰＭＣＭＤを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより算出し、次いで、要求トルクＰＭＣＭＤとエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨを算出する。そして、このリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに所定値を加算することにより、しきい値ＱＡＩＲ＿ＲＥＦが算出される。すなわち、しきい値ＱＡＩＲ＿ＲＥＦは、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨよりも若干、大きな値として算出される。
【００５２】
ステップ４０の判別結果がＮＯで、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの乖離度合が大きいときには、ステップ４１に進み、複数の過渡リッチ時用のフィードバックゲインの値をそれぞれ設定する。具体的には、これらの複数の過渡リッチ時用のフィードバックゲインはそれぞれ、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより要求トルクＰＭＣＭＤを算出し、この要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しない複数の過渡リッチ時用のマップを検索することにより算出される。
【００５３】
一方、ステップ４０の判別結果がＹＥＳで、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨ付近まで減少したときには、ステップ４２に進み、複数の通常リッチ時用のフィードバックゲインの値をそれぞれ設定する。具体的には、これらの複数の通常リッチ時用のフィードバックゲインはそれぞれ、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより要求トルクＰＭＣＭＤを算出し、この要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しない複数の通常リッチ時用のマップを検索することにより算出される。
【００５４】
このステップ４２では、複数の通常リッチ時用のフィードバックゲインはそれぞれ、前述した複数の過渡リッチ時用のフィードバックゲインよりも小さい値に設定される。これは、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの乖離度合が大きいときには、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの収束速度を高めるとともに、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨ付近まで収束したときには、アンダーシュートなどを回避し、その収束性を高めるためである。
【００５５】
ステップ４１または４２に続くステップ４３では、ＥＧＲ制御処理を実行する。具体的には、上記ステップ４１または４２で設定された過渡リッチ時用または通常リッチ時用のフィードバックゲインを用い、所定のフィードバック制御アルゴリズム（例えばＰＩＤ制御アルゴリズム）により、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに収束するように、ＥＧＲ制御弁１０ｂを制御する。その後、本処理を終了する。
【００５６】
図４に戻り、ステップ２６で以上のようにリッチスパイク用のＥＧＲ制御処理を実行した後、ステップ２７に進み、リッチスパイク用のスロットル弁制御処理を実行する。この処理は、具体的には、図６に示すように実行される。すなわち、同図に示すように、まず、ステップ５０で、新気量ＱＡＩＲが前述したしきい値ＱＡＩＲ＿ＲＥＦ以下であるか否かを判別する。
【００５７】
この判別結果がＮＯで、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの乖離度合が大きいときには、ステップ５１に進み、第１開度ＴＨ＿ＭＡＰ１を算出する。この第１開度ＴＨ＿ＭＡＰ１は、具体的には、要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。
【００５８】
次いで、ステップ５２に進み、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤを上記第１開度ＴＨ＿ＭＡＰ１に設定した後、本処理を終了する。
【００５９】
一方、ステップ５０の判別結果がＹＥＳで、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨ付近まで減少したときには、ステップ５３に進み、第２開度ＴＨ＿ＭＡＰ２を算出する。この第２開度ＴＨ＿ＭＡＰ２は、ＴＨ＿ＭＡＰ２＞ＴＨＭＡＰ１が成立する値として算出され、具体的には、要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される
【００６０】
次いで、ステップ５４に進み、下式（１）により、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤを算出した後、本処理を終了する。すなわち、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤは、第２開度ＴＨ＿ＭＡＰ２に一時遅れ処理（加重平均処理）を施した値として算出される。なお、下式（１）のαは、０＜α＜１が成立するように設定される所定値であり、ＴＨ＿ＣＭＤＺは、目標スロットル弁開度の前回値である。
【数１】
2007126989.tif 000003
【００６１】
以上のように、図６の処理では、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの乖離度合が大きいときには、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤが第１開度ＴＨ＿ＭＡＰ１に設定される。これは、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対してリーン側に乖離している場合において、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの収束速度を高めるためである。
【００６２】
一方、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨ付近まで減少したときには、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤは、第１開度ＴＨ＿ＭＡＰ１よりも大きい第２開度ＴＨ＿ＭＡＰ２に一時遅れ処理を施した値として算出される。これは、新気量制御における、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの収束性を高めるためである。すなわち、第２開度ＴＨ＿ＭＡＰ２は、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの収束性を最適に確保できる値に設定されているものの、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤを第１開度ＴＨ＿ＭＡＰ１から第２開度ＴＨ＿ＭＡＰ２にステップ状に変化させると、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの収束性が低下するおそれがあるので、第２開度ＴＨ＿ＭＡＰ２に一時遅れ処理を施すことで、それを回避するためである。
【００６３】
また、以上のように目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤが算出されると、それに対応する制御入力がＴＨアクチュエータ８ｂに入力され、その結果、スロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤになるように制御される。
【００６４】
図４に戻り、ステップ２７で以上のようにリッチスパイク用のスロットル弁制御処理を実行した後、ステップ２８に進み、リッチスパイク用の過給圧制御処理を実行する。具体的には、要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、可変ベーン７ｃのリッチスパイク用の目標開度を算出する。それにより、このリッチスパイク用の目標開度に対応する制御入力がベーンアクチュエータ７ｄに入力されることで、過給圧が制御される。
【００６５】
ステップ２８に続くステップ２９では、リッチスパイク用のスワール制御処理を実行する。具体的には、要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、スワール弁９ａのリッチスパイク用の目標スワール開度を算出する。それにより、このリッチスパイク用の目標スワール開度に対応する制御入力がスワールアクチュエータ９ｂに入力されることで、スワールの発生状態が制御される。
【００６６】
次いで、ステップ３０に進み、以下に述べるように、リッチスパイク用の燃料噴射制御処理を実行し、燃料噴射量ＱＩＮＪ（燃料量）および燃料噴射開始タイミングφＩＮＪを算出する。その後、本処理を終了する。
【００６７】
このリッチスパイク用の燃料噴射制御処理は、具体的には、図７に示すように実行される。すなわち、まず、ステップ６０で、リッチ条件フラグの前回値Ｆ＿ＲＩＣＨＺが「１」であるか否かを判別する。
【００６８】
この判別結果がＮＯで、今回のループがリッチスパイク制御の実行条件が成立した１回目であるときには、ステップ６１に進み、過渡制御フラグＦ＿ＴＲＡＮＳおよびリッチＦＢ制御実行フラグＦ＿ＲＩＣＨＦＢをいずれも「０」に設定するとともに、フィードバック実行タイマの計時値ＴＭ＿ＲＩＣＨＦＢを所定値ＴＭＳＥＴに設定した後、後述するステップ６２に進む。一方、ステップ６０の判別結果がＹＥＳで、前回のループでもリッチスパイク制御の実行条件が成立していたときには、そのままステップ６２に進む。
【００６９】
ステップ６０または６１に続くステップ６２では、リッチＦＢ制御実行フラグＦ＿ＲＩＣＨＦＢが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、後述するリッチＦＢ制御を実行していないときには、ステップ６３に進み、過渡制御フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、後述する過渡制御を実行していないときには、ステップ６４に進み、新気量ＱＡＩＲが前述したしきい値ＱＡＩＲ＿ＲＥＦ以下であるか否かを判別する。
【００７０】
この判別結果がＮＯで、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの乖離度合が大きいときには、ステップ７３に進み、リッチ準備制御処理を実行する。このリッチ準備制御処理では、前述したステップ２５のリーン運転用の燃料噴射制御処理と同じ手法により、燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射開始タイミングφＩＮＪが算出される。すなわち、燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射開始タイミングφＩＮＪはそれぞれ、リーン運転用の燃料噴射量ＱＩＮＪ＿ＬＥＡＮ燃料噴射開始タイミングφＩＮＪ＿ＬＥＡＮと同じ値として算出され、それにより、燃料噴射弁４の開弁時間、開弁タイミングおよび閉弁タイミングも、リーン運転用の燃料噴射制御処理と同様に制御される。以上のようにステップ７３を実行した後、本処理を終了する。
【００７１】
一方、ステップ６４の判別結果がＹＥＳで、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨ付近まで減少したときには、ステップ６５に進み、空燃比ＡＦが所定の上限しきい値ＡＦ＿ＲＩＣＨＨ以下であるか否かを判別する。この所定の上限しきい値ＡＦ＿ＲＩＣＨＨは、リッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨよりも若干リーン側の値（例えば値１５）に設定される。なお、本実施形態では、所定の上限しきい値ＡＦ＿ＲＩＣＨＨが所定の空燃比に相当し、リッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨが所定のリッチ側空燃比に相当する。
【００７２】
ステップ６５の判別結果がＮＯのときには、ステップ６６に進み、フィードバック実行タイマの計時値ＴＭ＿ＲＩＣＨＦＢをデクリメントする。次に、ステップ６７で、フィードバック実行タイマの計時値ＴＭ＿ＲＩＣＨＦＢが値０であるか否かを判別する。
【００７３】
この判別結果がＮＯのときには、過渡制御処理の実行条件が成立したと判定して、ステップ６８に進み、それを表すために過渡制御フラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「１」に設定する。それにより、次回以降のループで、ステップ６３の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、前述したステップ６５に進む。
【００７４】
ステップ６８に続くステップ６９では、過渡制御処理を実行する。この過渡制御処理では、以下に述べるように、燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射開始タイミングφＩＮＪが算出される。
【００７５】
まず、下式（２）により、燃料噴射量ＱＩＮＪのフィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦを算出する。
【数２】
2007126989.tif 000004
【００７６】
上記式（２）のＱＩＮＪ＿ＦＦＭＡＰは、フィードフォワード補正項の基本値であり、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。また、式（２）のリーン運転用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＬＥＡＮは、リッチ条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「０」から「１」に切り換わる直前のリーン運転中に算出された値を用いる。上記式（２）から明らかなように、この過渡制御処理では、フィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦは、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに近づくのに伴って、基本値ＱＩＮＪ＿ＦＦＭＡＰまで徐々に増大するように算出される。
【００７７】
次に、下式（３）により、燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。ここで、下式（３）のＱＩＮＪ＿ＭＡＰは、基本燃料噴射量であり、要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。
【数３】
2007126989.tif 000005
【００７８】
上式（３）に示すように、燃料噴射量ＱＩＮＪは、基本燃料噴射量ＱＩＮＪ＿ＭＡＰとフィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦの和として算出されるとともに、上述したように、このフィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦは、基本値ＱＩＮＪ＿ＦＦＭＡＰまで徐々に増大するように算出されるので、燃料噴射量ＱＩＮＪも、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに近づくのに伴って、基本燃料噴射量ＱＩＮＪ＿ＭＡＰから値（ＱＩＮＪ＿ＭＡＰ＋ＱＩＮＪ＿ＦＦＭＡＰ）まで徐々に増大するように算出される。
【００７９】
次いで、下式（４）により、燃料噴射開始タイミングφＩＮＪを算出する。
【数４】
2007126989.tif 000006
【００８０】
上記式（４）のφＩＮＪ＿ＲＩＣＨは、リッチスパイク用の燃料噴射開始タイミングであり、上記式（２）で算出した燃料噴射量ＱＩＮＪおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。また、式（４）のφＩＮＪ＿ＬＥＡＮは、リーン運転用の燃料噴射開始タイミングであり、リッチ条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「０」から「１」に切り換わる直前のリーン運転中に算出された値を用いる。
【００８１】
以上のように、ステップ６９の過渡制御処理を実行した後、本処理を終了する。
【００８２】
一方、ステップ６５の判別結果がＹＥＳで、ＡＦ≦ＡＦ＿ＲＩＣＨＨが成立したときには、後述するリッチＦＢ制御処理を実行すべきであると判定して、ステップ７０に進み、フィードバック実行タイマの計時値ＴＭ＿ＲＩＣＨＦＢを値０に設定する。次いで、ステップ７１に進み、リッチＦＢ制御処理を実行すべきであることを表すために、リッチＦＢ制御実行フラグＦ＿ＲＩＣＨＦＢを「１」に設定する。これにより、次回以降のループで、ステップ６２の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、以下に述べるステップ７２に進む。
【００８３】
ステップ６２または７０に続くステップ７２では、リッチＦＢ制御処理を実行する。具体的には、以下に述べるように、燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射開始タイミングφＩＮＪを算出する。
【００８４】
まず、下式（５）により、燃料噴射量ＱＩＮＪのフィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦを算出する。
【数５】
2007126989.tif 000007
【００８５】
ここで、上式（５）に示すように、フィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦは、フィードフォワード補正項の基本値ＱＩＮＪ＿ＦＦＭＡＰに、新気量とリッチスパイク用の目標新気量との比（ＱＡＩＲ／ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨ）を乗算することにより算出される。これは、アクセル開度ＡＰが急変し、急加速状態または急減速状態となった場合、後述するフィードバック補正項ＱＩＮＪ＿ＦＢによる補正のみでは、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの収束性が低下することで、運転性や排ガス特性の低下を招くおそれがあるので、それを補償するためである。
【００８６】
次に、下式（６）により、燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。
【数６】
2007126989.tif 000008
【００８７】
ここで、上式（６）のＱＩＮＪ＿ＦＢは、燃料噴射量ＱＩＮＪのフィードバック補正項であり、空燃比ＡＦがリッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨに収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより算出される。すなわち、このリッチＦＢ制御処理では、空燃比ＡＦがリッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨに収束するように、燃料噴射量ＱＩＮＪがフィードバック制御される。その場合、空燃比ＡＦが所定の上限しきい値ＡＦ＿ＲＩＣＨＨと下限しきい値ＡＦ＿ＲＩＣＨＬ（例えば値１３）で規定される範囲内に入るように、リミット処理が施される。また、リッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨは、所定値（例えば値１４）に設定されている。
【００８８】
次いで、リッチスパイク用の燃料噴射開始タイミングφＩＮＪ＿ＲＩＣＨを、上式（６）で算出した燃料噴射量ＱＩＮＪおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより算出し、これを燃料噴射開始タイミングφＩＮＪとして設定する。以上のように、ステップ７２を実行した後、本処理を終了する。
【００８９】
一方、ステップ６７の判別結果がＹＥＳのとき、すなわちＡＦ＞ＡＦ＿ＲＩＣＨＨのままで、前述した所定値ＴＭＳＥＴに相当する時間が経過したときには、リッチＦＢ制御処理を実行すべきであると判定して、前述したように、ステップ７１，７２を実行した後、本処理を終了する。
【００９０】
次に、本実施形態の空燃比制御装置１による空燃比の制御結果例について、図８〜１３を参照しながら説明する。図８および９はいずれも、通常のリーン運転用の空燃比制御処理からリッチスパイク用の空燃比制御処理に移行した後、リーン運転用の空燃比制御処理に戻った場合の制御結果例を示している。
【００９１】
まず、図８に示す制御結果例では、リッチスパイク制御の実行条件が成立し、リッチ条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」に設定された時点（時刻ｔ１）以降、前述したステップ２６〜３０におけるリッチスパイク用の新気量制御処理および燃料噴射制御処理が実行される。特に、燃料噴射制御処理では、前述したステップ７３のリッチ準備制御処理が実行される。それにより、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに向かって減少するとともに、燃料噴射量ＱＩＮＪは、リーン運転用の燃料噴射量ＱＩＮＪ＿ＬＥＡＮに保持される。その結果、空燃比ＡＦが、リーン運転用の目標空燃比ＡＦ＿ＬＥＡＮからリッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨに向かって変化するように、制御される。
【００９２】
そして、新気量ＱＡＩＲがしきい値ＱＡＩＲ＿ＲＥＦに達した時点（時刻ｔ２）で、燃料噴射制御処理では、前述したステップ６９の過渡制御処理が実行される。それにより、燃料噴射量ＱＩＮＪのフィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦが前述した式（２）により算出されることで、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに近づくのに伴って、燃料噴射量ＱＩＮＪが徐々に増大するように制御されるとともに、燃料噴射開始タイミングφＩＮＪも前述した式（４）により算出されることで、リーン運転用の燃料噴射開始タイミングφＩＮＪ＿ＬＥＡＮよりも徐々に早くなるように制御される。すなわち燃料噴射開始タイミングφＩＮＪが徐々に進角側に制御される。
【００９３】
その後、空燃比ＡＦが所定の上限しきい値ＡＦ＿ＲＩＣＨＨに達した時点（時刻ｔ３）で、燃料噴射制御処理では、前述したステップ７２のリッチＦＢ制御処理が開始されることによって、空燃比ＡＦがリッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨに収束するように制御される。そして、前述した所定値ＴＭＲＥＦに相当する時間が経過した時点（時刻ｔ４）で、Ｆ＿ＲＩＣＨ＝０となり、それ以降、前述したステップ２１〜２５のリーン運転用の空燃比制御処理が実行される。それにより、空燃比ＡＦがリーン運転用の目標空燃比ＡＦ＿ＬＥＡＮになるように制御される。
【００９４】
一方、図９に示す制御結果例では、Ｆ＿ＲＩＣＨ＝１が成立した時点（時刻ｔ１１）以降、リッチスパイク用の新気量制御処理と燃料噴射制御処理におけるリッチ準備制御処理が実行され、ＱＡＩＲ≦ＱＡＩＲ＿ＲＥＦが成立した時点（時刻ｔ１２）以降、燃料噴射制御処理における過渡制御処理が実行されるものの、空燃比ＡＦが所定の上限しきい値ＡＦ＿ＲＩＣＨＨに達する前に、ＴＭ＿ＲＩＣＨＦＢ＝０が成立した時点（時刻ｔ１３）で、燃料噴射制御処理におけるリッチＦＢ制御処理が開始され、空燃比ＡＦがリッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨに収束するように制御される。そして、所定値ＴＭＲＥＦに相当する時間が経過した時点（時刻ｔ１４）以降、空燃比ＡＦがリーン運転用の目標空燃比ＡＦ＿ＬＥＡＮになるように制御される。
【００９５】
以上のように、本実施形態の空燃比制御装置１では、空燃比ＡＦが所定の上限しきい値ＡＦ＿ＲＩＣＨＨに達するのに時間がかかるような場合でも、フィードバック実行タイマの計時が終了した時点で、燃料噴射制御処理におけるリッチＦＢ制御処理が開始されるので、空燃比ＡＦをリッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨにより確実に制御することができる。
【００９６】
また、図１０は、本実施形態の燃料噴射制御処理の過渡制御処理によるトルク変動抑制状態を明確に示すために、過渡制御処理において、燃料噴射量ＱＩＮＪのフィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦを前述した式（２）で算出した場合の制御結果例を示しており、図１１は、比較のために、過渡制御処理を実行することなく、燃料噴射量ＱＩＮＪのフィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦを基本値ＱＩＮＪ＿ＦＦＭＡＰとして算出した場合の制御結果例を示している。なお、両図において、ＴＲＱは、エンジン３の発生トルクを表しており、ＱＩＮＪ１は、ＱＩＮＪ＿ＭＡＰ＋ＱＩＮＪ＿ＭＡＰＦＦに相当する燃料噴射量の値である。
【００９７】
まず、図１１の制御結果では、ＱＡＩＲ≦ＱＡＩＲ＿ＲＥＦが成立した時点（時刻ｔ３２）で、燃料噴射量ＱＩＮＪがリーン運転用の燃料噴射量ＱＩＮＪ＿ＬＥＡＮから値ＱＩＮＪ１にステップ状に増大されるため、比較的、大きなトルク変動が発生していることが判る。これに対して、図１０の本実施形態の制御結果では、ＱＡＩＲ≦ＱＡＩＲ＿ＲＥＦが成立した時点（時刻ｔ２２）以降、前述したように、過渡制御処理において、前述した式（２）により、フィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦが、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに近づくのに伴って、基本値ＱＩＮＪ＿ＦＦＭＡＰまで徐々に増大するように算出されるので、燃料噴射量ＱＩＮＪが図１１の制御結果例よりも緩やかに値ＱＩＮＪ１まで増大され、それにより、トルク変動が明らかに小さくなっていることが判る。すなわち、過渡制御処理によって、リーン運転用の制御からリッチスパイク制御に移行する際のトルク変動を抑制できることが判る。
【００９８】
さらに、図１２は、リッチスパイク制御中において、本実施形態のリッチＦＢ制御処理を実行した際の空燃比ＡＦの制御結果例を示しており、図１３は、比較のために、リッチＦＢ制御処理において、フィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦを、式（５）に代えて、ＱＩＮＪ＿ＦＦ＝ＱＩＮＪ＿ＦＦＭＡＰにより算出した場合、すなわち式（５）のＱＡＩＲ／ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨ＝１とした場合の制御結果例を示している。なお、両図におけるＡＦ１は、リーン側の空燃比の所定値（例えば値２０）を示しており、両図における空燃比ＡＦを示す曲線では、ＡＦ＞ＡＦ１の領域の部分が省略されている。さらに、両図におけるＶＰは、車速を表している。
【００９９】
まず、図１３の制御結果では、急加速中などにおいて、空燃比ＡＦがリッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨに対して大きくアンダーシュートし、なかなか収束しないことが判る。これに対して、図１２の本実施形態のリッチＦＢ制御処理による制御結果では、急加速中などでも、空燃比ＡＦが、リッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨに対してほとんどアンダーシュートすることなく、これに迅速に収束するように制御されていることが判る。
【０１００】
すなわち、本実施形態のように、新気量とリッチスパイク用の目標新気量との比（ＱＡＩＲ／ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨ）を乗算項として用いて、フィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦを算出することにより、これをリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの乖離度合を反映させた値として算出できる。その結果、燃料噴射量ＱＩＮＪを、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの乖離度合を迅速に反映させながら算出できることで、リッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨに対する空燃比ＡＦの収束性を向上させることができる。
【０１０１】
以上のように、本実施形態の空燃比制御装置１によれば、リッチスパイク制御の実行条件が成立したときに、リッチスパイク用の新気量制御処理が実行されることにより、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨまで減少するように制御されるとともに、リッチスパイク用の燃料噴射制御処理におけるリッチ準備制御処理が実行されることにより、燃料噴射量ＱＩＮＪが一定に保持される。その結果、空燃比ＡＦが、リーン運転用の目標空燃比ＡＦ＿ＬＥＡＮからリッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨに向かって変化するように、制御される。
【０１０２】
そして、ＱＡＩＲ≦ＱＡＩＲ＿ＲＥＦが成立し、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨ付近まで減少したタイミングで、燃料噴射制御処理における過渡制御処理が実行されることで、新気量ＱＡＩＲがリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに近づくのに伴って、燃料噴射量ＱＩＮＪが徐々に増大するように制御されるとともに、燃料噴射開始タイミングφＩＮＪが徐々に進角側に制御される。その結果、新気量が実際に低下するまでの間、燃料噴射量が一時的に増大してしまう従来の場合と異なり、トルク変動の発生を確実に抑制できるとともに、燃料の無駄な消費が回避されることで、燃費を向上させることができる。
【０１０３】
さらに、過渡制御処理の実行中、ＡＦ≦ＡＦ＿ＲＩＣＨＨが成立したタイミングで、燃料噴射制御処理におけるリッチＦＢ制御処理が開始される。すなわち、空燃比ＡＦがリッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨ付近に近づいたタイミングで、空燃比ＡＦがリッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨに収束するように制御されるので、リッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨに対する空燃比ＡＦの収束性を高めることができ、制御精度を向上させることができる。
【０１０４】
これに加えて、前述したように、リッチＦＢ制御処理では、フィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦが、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの乖離度合を反映させた値として算出されるので、燃料噴射量ＱＩＮＪを、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに対する新気量ＱＡＩＲの乖離度合を迅速に反映させながら、算出できる。その結果、リッチスパイク用の目標空燃比ＡＦ＿ＲＩＣＨに対する空燃比ＡＦの収束性をさらに向上させることができる。
【０１０５】
なお、実施形態は、所定のしきい値ＱＡＩＲ＿ＲＥＦを、リッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨよりも若干、大きい値として算出した例であるが、所定のしきい値ＱＡＩＲ＿ＲＥＦをリッチスパイク用の目標新気量ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨに等しい値として算出してもよい。このようにすれば、実施形態の制御手法と同様の作用効果を得ることができるものの、両者を比較した場合、実施形態の制御手法の方が空燃比ＡＦをリッチ側の値により迅速に制御することができる。
【０１０６】
さらに、前述した過渡制御処理において、燃料噴射量ＱＩＮＪのフィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦを、実施形態の式（２）に代えて下式（７）により算出してもよい。このようにした場合でも、実施形態の過渡制御処理と同様の作用効果を得ることができる。
【数７】
2007126989.tif 000009
【０１０７】
また、前述したリッチＦＢ制御処理において、燃料噴射量ＱＩＮＪのフィードフォワード補正項ＱＩＮＪ＿ＦＦを、実施形態の式（５）に代えて下式（８）により算出してもよい。このようにした場合でも、実施形態のリッチＦＢ制御処理と同様の作用効果を得ることができる。
【数８】
2007126989.tif 000010
【０１０８】
なお、実施形態は、空燃比制御装置１をディーゼルエンジンタイプの内燃機関３に適用した例であるが、本願発明の空燃比制御装置はこれに限らず、各種の内燃機関に適用可能である。例えば、空燃比制御装置をガソリンエンジンに適用してもよい。
【０１０９】
また、実施形態は、新気量検出手段としてエアフローセンサ２１およびＥＣＵ２を用いた例であるが、本願発明の新気量検出手段はこれに限らず、新気量を検出できるものであればよい。例えば、新気量検出手段として、新気量を表す他の運転状態パラメータを検出するセンサおよびＥＣＵ２を用い、ＥＣＵ２により、このセンサの検出信号に基づいて新気量を算出してもよい。
【０１１０】
さらに、実施形態は、空燃比検出手段としてＬＡＦセンサ２２およびＥＣＵ２を用いた例であるが、本願発明の空燃比検出手段はこれに限らず、混合気の空燃比を検出できるものであればよい。例えば、空燃比検出手段として、空燃比を表す他の運転状態パラメータを検出するセンサおよびＥＣＵ２を用い、ＥＣＵ２により、このセンサの検出信号に基づいて空燃比を算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本願発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を適用した内燃機関の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】空燃比制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】リッチスパイク制御の実行条件判定処理を示すフローチャートである。
【図４】空燃比制御処理を示すフローチャートである。
【図５】リッチスパイク用のＥＧＲ制御処理を示すフローチャートである。
【図６】リッチスパイク用のスロットル弁制御処理を示すフローチャートである。
【図７】リッチスパイク用の燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。
【図８】リッチスパイク制御処理を実行した場合の制御結果例を示すタイミングチャートである。
【図９】リッチスパイク制御処理を実行した場合の他の制御結果例を示すタイミングチャートである。
【図１０】燃料噴射制御処理における過渡制御処理を実行した場合の制御結果例を示すタイミングチャートである。
【図１１】比較例の制御結果を示すタイミングチャートである。
【図１２】燃料噴射制御処理におけるリッチＦＢ制御処理を実行した場合の制御結果例を示すタイミングチャートである。
【図１３】比較例の制御結果を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１１２】
１  空燃比制御装置
２  ＥＣＵ（新気量検出手段、新気量制御手段、燃料量制御手段、空燃比検出手段、        空燃比制御手段）
３  内燃機関
３ａ  気筒
２１  エアフローセンサ（新気量検出手段）
２２  ＬＡＦセンサ（空燃比検出手段）
ＱＡＩＲ  新気量
ＱＡＩＲ＿ＲＩＣＨ  リッチスパイク用の目標新気量（所定の目標値）
ＱＡＩＲ＿ＲＥＦ  所定のしきい値
ＱＩＮＪ  燃料噴射量（燃料量）
ＡＦ  混合気の空燃比
ＡＦ＿ＲＩＣＨＨ  所定の上限しきい値（所定の空燃比）
ＡＦ＿ＲＩＣＨ  リッチスパイク用の目標空燃比（所定のリッチ側目標空燃比）  
【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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【図１２】
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【図１３】
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