(57)【要約】【課題】エンジンの排気管のうちの排出ガス浄化用の触媒よりも上流側に二次空気を供給する際に燃料噴射量を増量補正するシステムにおいて、二次空気供給動作の開始直後や停止直後の排気エミッションを向上させる。【解決手段】二次空気供給動作を開始してから所定の遅延時間が経過した後に燃料増量補正を開始することで、二次空気の供給動作開始直後に触媒が燃料増量補正開始により酸素不足状態になることを防止すると共に、その遅延時間を触媒の劣化度合に応じて変更することで、燃料増量補正を開始するまでの遅延時間を適正値に設定する。また、二次空気供給動作を停止してから所定の遅延時間が経過した後に燃料増量補正を停止することで、二次空気の供給動作停止直後に触媒の酸素過剰状態を速やかに解消すると共に、その遅延時間を触媒の劣化度合に応じて変更することで、燃料増量補正を停止するまでの遅延時間を適正値に設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路のうちの排出ガス浄化用の触媒よりも上流側に二次空気を供給する二次空気供給手段と、この二次空気供給手段によって二次空気が供給されているときに内燃機関の燃料噴射量を増量補正する燃料増量補正手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
前記触媒の劣化状態を検出する触媒劣化状態検出手段と、
前記二次空気供給手段の二次空気供給動作が停止されてから所定の遅延期間が経過した後に前記燃料増量補正手段による燃料噴射量の増量補正を停止する増量補正停止手段と、  前記触媒劣化状態検出手段で検出した触媒の劣化状態に応じて前記遅延期間を変更する遅延期間変更手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路のうちの排出ガス浄化用の触媒よりも上流側に二次空気を供給する二次空気供給手段と、この二次空気供給手段によって二次空気が供給されているときに内燃機関の燃料噴射量を増量補正する燃料増量補正手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
前記触媒の劣化状態を検出する触媒劣化状態検出手段と、
前記二次空気供給手段の二次空気供給動作が開始されてから所定の遅延期間が経過した後に前記燃料増量補正手段による燃料噴射量の増量補正を開始する増量補正開始手段と、  前記触媒劣化状態検出手段で検出した触媒の劣化状態に応じて前記遅延期間を変更する遅延期間変更手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路のうちの排出ガス浄化用の触媒よりも上流側に二次空気を供給する二次空気供給手段と、この二次空気供給手段によって二次空気が供給されているときに内燃機関の燃料噴射量を増量補正する燃料増量補正手段と、前記排気通路のうちの前記触媒の下流側に配置された下流側排出ガスセンサとを備えた内燃機関の制御装置において、
前記触媒の上流側の排出ガス状態の変化に対する前記下流側排出ガスセンサの応答状態を検出する下流側排出ガスセンサ応答状態検出手段と、
前記二次空気供給手段の二次空気供給動作が停止されてから所定の遅延期間が経過した後に前記燃料増量補正手段による燃料噴射量の増量補正を停止する増量補正停止手段と、  前記下流側排出ガスセンサ応答状態検出手段で検出した下流側排出ガスセンサの応答状態に応じて前記遅延期間を変更する遅延期間変更手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路のうちの排出ガス浄化用の触媒よりも上流側に二次空気を供給する二次空気供給手段と、この二次空気供給手段によって二次空気が供給されているときに内燃機関の燃料噴射量を増量補正する燃料増量補正手段と、前記排気通路のうちの前記触媒の下流側に配置された下流側排出ガスセンサとを備えた内燃機関の制御装置において、
前記触媒の上流側の排出ガス状態の変化に対する前記下流側排出ガスセンサの応答状態を検出する下流側排出ガスセンサ応答状態検出手段と、
前記二次空気供給手段の二次空気供給動作が開始されてから所定の遅延期間が経過した後に前記燃料増量補正手段による燃料噴射量の増量補正を開始する増量補正開始手段と、  前記下流側排出ガスセンサ応答状態検出手段で検出した下流側排出ガスセンサの応答状態に応じて前記遅延期間を変更する遅延期間変更手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
内燃機関の積算稼働時間、積算走行距離、積算走行回数のいずれかによって判断される使用期間が所定期間以内のときに前記遅延期間変更手段による遅延期間の変更を許可する変更許可手段を備えていることを特徴とする請求項３又は４に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】
本発明は、内燃機関の排気通路のうちの排出ガス浄化用の触媒よりも上流側に二次空気を供給する際に燃料噴射量を増量補正する内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の始動直後等に排気管のうちの排出ガス浄化用の触媒よりも上流側にエアポンプにより二次空気を供給して排出ガス中の酸素量を増加させることで、排出ガス中のＨＣやＣＯの浄化（酸化反応）を促進し、その反応熱で触媒の暖機を促進する技術が知られている。
【０００３】
このような二次空気供給装置を備えたシステムにおいては、特許文献１（特開２００４−１２４７８８公報）に記載されているように、二次空気を供給しているときに内燃機関の燃料噴射量を増量補正して排出ガス中のＨＣやＣＯを増加させることで、反応熱量を増加させて触媒の暖機効果を高めるようにしたものがある。
【０００４】
しかし、二次空気の供給動作を停止した直後は、触媒が酸素過剰状態（触媒への酸化成分の吸着量が過剰な状態）になっているため、二次空気の供給動作を停止するのと同時に燃料増量補正を停止すると、触媒の酸素過剰状態を速やかに解消することができず、ＮＯｘ等のリーン成分の浄化率が低下して排気エミッションが悪化する可能性がある。
【０００５】
また、二次空気の供給動作を開始した直後は、エアポンプの回転速度が十分に上昇するまで二次空気（酸素）の供給量を十分に増加させることができないため、二次空気の供給動作を開始するのと同時に燃料増量補正を開始すると、触媒に供給されるＨＣ，ＣＯ等のリッチ成分量に対して酸素量が不足して、触媒が酸素不足状態に陥り、ＨＣ，ＣＯ等のリッチ成分の化率が低下して排気エミッションが悪化する可能性がある。
【０００６】
これらの対策として、上記特許文献１（特開２００４−１２４７８８公報）では、二次空気の供給動作を停止してから所定の遅延期間が経過した後に燃料増量補正を停止する（つまり所定の遅延期間が経過するまで燃料増量補正を継続する）ことで、二次空気の供給動作停止直後に触媒の酸素過剰状態を速やかに解消するようにしている。その際、二次空気供給時間又は二次空気供給中の積算吸入空気量に応じて燃料増量補正を停止するまでの遅延期間を変更するようにしている。また、二次空気の供給動作を開始してから所定の遅延期間が経過した後に燃料増量補正を開始する（つまり所定の遅延期間が経過するまで燃料増量補正を禁止する）ことで、二次空気の供給動作開始直後に触媒が酸素不足状態になることを防止するようにしている。
【特許文献１】特開２００４−１２４７８８公報（第２頁〜第４頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、経時変化等によって触媒の劣化状態が変化すると、それに応じて触媒の酸素吸着能力（飽和吸着量や吸着速度）が変化する。このため、二次空気の供給動作を停止してから触媒の酸素過剰状態を解消するまでに必要な遅延期間は、触媒の劣化状態に応じて変化する。同様に、二次空気の供給動作を開始してから触媒の酸素吸着状態が燃料増量補正に適したレベルに達するまでに必要な遅延期間は、触媒の劣化状態に応じて変化する。      
【０００８】
しかし、上記特許文献１の技術では、触媒の劣化状態に応じて適正な遅延期間が変化することが全く考慮されていないため、触媒の劣化状態によって燃料増量補正の開始タイミングや停止タイミングが適正なタイミングからずれてしまい、二次空気の供給動作開始直後や供給動作停止直後の排気エミッションの悪化を十分に防止するとができないという欠点がある。
【０００９】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、二次空気を供給する際に燃料噴射量を増量補正するシステムにおいて、二次空気供給動作の開始／停止から燃料増量補正の開始／停止までの遅延期間を触媒の劣化状態に応じて精度良く設定することができ、二次空気供給動作の開始直後や停止直後の排気エミッションを向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排気通路のうちの排出ガス浄化用の触媒よりも上流側に二次空気を供給する二次空気供給手段と、この二次空気供給手段によって二次空気が供給されているときに内燃機関の燃料噴射量を増量補正する燃料増量補正手段とを備えた内燃機関の制御装置において、触媒の劣化状態を触媒劣化状態検出手段により検出し、二次空気供給手段の二次空気供給動作が停止されてから所定の遅延期間が経過した後に燃料噴射量の増量補正を増量補正停止手段により停止すると共に、その遅延期間を触媒の劣化状態に応じて遅延期間変更手段により変更するようにしたものである。
【００１１】
このようにすれば、二次空気の供給動作を停止してから所定の遅延期間が経過した後に燃料噴射量の増量補正を停止する（つまり所定の遅延期間が経過するまで燃料増量補正を継続する）ことで、二次空気の供給動作停止直後に触媒の酸素過剰状態を速やかに解消することができると共に、二次空気供給動作の停止直後の触媒の酸素過剰状態を解消するのに必要な遅延期間が触媒の劣化状態に応じて変化するのに対応して、二次空気供給動作の停止から燃料増量補正を停止するまでの遅延期間を適正値に変更することができる。これにより、二次空気供給動作の停止後に、触媒の劣化状態に応じた適正なタイミングで燃料増量補正を停止させることができ、二次空気の供給動作停止直後の排気エミッションを向上させることができる。
【００１２】
また、請求項２のように、二次空気供給手段の二次空気供給動作が開始されてから所定の遅延期間が経過した後に燃料噴射量の増量補正を増量補正開始手段により開始すると共に、その遅延期間を触媒の劣化状態に応じて変更するようにしても良い。このようにすれば、二次空気供給動作を開始してから所定の遅延期間が経過した後に燃料噴射量の増量補正を開始する（つまり所定の遅延期間が経過するまで燃料増量補正を禁止する）ことで、二次空気の供給動作開始直後に触媒が燃料増量補正開始により酸素不足状態になることを防止することができると共に、二次空気供給動作の開始後に触媒の酸素吸着状態が燃料増量補正に適したレベルに達するまでに必要な遅延期間が触媒の劣化状態に応じて変化するのに対応して、二次空気供給動作の開始から燃料増量補正を開始するまでの遅延期間を適正値に変更することができる。これにより、二次空気供給動作の開始後に、触媒の劣化状態に応じた適正なタイミングで燃料増量補正を開始することができ、二次空気の供給動作開始直後の排気エミッションを向上させることができる。
【００１３】
ところで、触媒の劣化状態（酸素吸着能力）が変化すると、触媒上流側の排出ガス状態（例えば酸素濃度や空燃比）の変化が触媒下流側の排出ガス状態の変化として現れるまでの遅れ時間が変化するため、触媒の下流側に配置された下流側排出ガスセンサは、触媒上流側の排出ガス状態の変化に対する応答状態（応答時間や応答速度等）が触媒の劣化状態に応じて変化する。
【００１４】
この点に着目して、請求項３のように、下流側排出ガスセンサを備えたシステムでは、触媒の劣化状態の代用情報として、触媒の上流側の排出ガス状態の変化に対する下流側排出ガスセンサの応答状態を検出し、この下流側排出ガスセンサの応答状態に応じて二次空気供給動作の停止から燃料増量補正を停止するまでの遅延期間を変更するようにしても良い。このようにしても、触媒の劣化状態に応じて燃料増量補正を停止するまでの遅延期間を変更することができ、前記請求項１と同じ効果を得ることができる。
【００１５】
また、請求項４のように、触媒の上流側の排出ガス状態の変化に対する下流側排出ガスセンサの応答状態に応じて二次空気供給動作の開始から燃料増量補正を開始するまでの遅延期間を変更するようにしても良い。このようにしても、触媒の劣化状態に応じて燃料増量補正を開始するまでの遅延期間を変更することができ、前記請求項２と同じ効果を得ることができる。
【００１６】
このように、触媒の劣化状態の代用情報として下流側排出ガスセンサの応答状態を検出し、この下流側排出ガスセンサの応答状態に応じて燃料増量補正を停止又は開始するまでの遅延期間を変更する場合、経時劣化等によって下流側排出ガスセンサ自体の応答性の劣化度合が大きくなると、その影響で下流側排出ガスセンサの応答状態が触媒の劣化状態を精度良く反映した情報とならず、遅延期間を精度良く設定することができなくなるおそれがある。
【００１７】
そこで、請求項５のように、内燃機関の積算稼働時間、積算走行距離、積算走行回数のいずれかによって判断される使用期間が所定期間以内のときに変更許可手段により遅延期間の変更を許可するようにしても良い。このようにすれば、下流側排出ガスセンサ自体の応答性の劣化が少ない期間（つまり触媒の劣化状態と下流側排出ガスセンサの応答状態との間に相関関係が保たれている期間）に、下流側排出ガスセンサの応答状態に応じて遅延期間を変更することができ、二次空気供給動作の開始／停止から燃料増量補正の開始／停止までの遅延期間をより確実に精度良く設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を２つの実施例１，２を用いて説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１を図１乃至図５に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ（図示せず）によって開度調節されるスロットルバルブ１５と、このスロットルバルブ１５の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００２０】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１７が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１７の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁１８が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ（図示せず）が取り付けられ、各点火プラグの火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００２１】
一方、エンジン１１の排気管１９には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する）三元触媒等の触媒２０が設けられている。この触媒２０の上流側には、排出ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサ２１が設けられ、触媒２０の下流側には、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下流側酸素センサ２２（下流側排出ガスセンサ）が設けられている。
【００２２】
次に、排気管１９に二次空気を供給する二次空気供給装置２３（二次空気供給手段）の構成を説明する。二次空気供給装置２３は、電気モータで駆動されるエアポンプ２４の吐出管２５に、エアスイッチングバルブ（以下「ＡＳＶ」と表記する）２６を介して二次空気供給管２７が接続され、エアポンプ２４から吐出される二次空気を吐出管２５→ＡＳＶ２６→二次空気供給管２７の経路で排気管１９のうちの触媒２０の上流側に導入するようになっている。また、エアポンプ２４の吐出管２５には、二次空気の圧力を検出する圧力センサ２８が設けられている。
【００２３】
ＡＳＶ２６は、吸気管負圧が導入される負圧室２６ａと、入口側に吐出管２５が接続されて出口側に二次空気供給管２７が接続された二次空気室２６ｂと、この二次空気室２６ｂの入口側と出口側とを連通させる連通孔を開閉する開閉弁２６ｃと、二次空気室２６ｂの出口側から入口側へのガスの逆流を防止するリードバルブ２６ｄとを備え、負圧室２６ａに導入された吸気管負圧によって開閉弁２６ｃを開弁するようになっている。また、負圧室２６ａには、負圧導入管２９を介して吸気管１２に接続され、負圧導入管２９の途中に、該負圧導入管２９を開閉する電磁弁３０が設けられている。
【００２４】
二次空気を排気管１９に供給する場合には、エアポンプ２４をオンしてエアポンプ２４から二次空気を吐出すると共に、電磁弁３０を開弁してＡＳＶ２６の負圧室２６ａに吸気管負圧を導入することで開閉弁２６ｃを開弁する。これにより、ＡＳＶ２６の二次空気室２６ｂの入口側と出口側とが連通状態になって、エアポンプ２４から吐出された二次空気が吐出管２５から二次空気室２６ｂと二次空気供給管２７を通って排気管１９に供給される。
【００２５】
一方、二次空気の供給を停止する場合には、エアポンプ２３をオフしてエアポンプ２４からの二次空気の吐出を停止すると共に、電磁弁３０を閉弁してＡＳＶ２６の負圧室２６ａへの吸気管負圧の導入を停止することで開閉弁２６ｃを閉弁する。これにより、ＡＳＶ２６の二次空気室２６ｂの入口側と出口側とが非連通状態になって、排気管１９への二次空気の供給が停止される。この場合、リードバルブ２６ｄによって排気管１９側からエアポンプ２４側へのガスの逆流が防止される。
【００２６】
尚、本実施例１では、吸気管負圧を利用して開閉弁２４ｄを開閉する構成としたが、開閉弁２４ｄを電磁駆動式にして、負圧室２６ａ、負圧導入管２９、電磁弁３０等を省略した構成としても良い等、二次空気供給装置２３の構成を適宜変更しても良い。
【００２７】
上述した各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３１に入力される。このＥＣＵ３１は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン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１８の燃料噴射量や点火プラグの点火時期を制御する。
【００２８】
また、ＥＣＵ３１は、後述する図３及び図４に示す二次空気制御用の各プログラムを実行することで、所定の二次空気供給条件が成立したとき（例えばエンジン始動直後の触媒早期暖機制御中）に二次空気供給装置２３によって排気管１９のうちの触媒２０よりも上流側に二次空気を供給して排出ガス中の酸素量を増加させることで、排出ガス中のＨＣやＣＯの浄化（酸化反応）を促進し、その反応熱で触媒２０の暖機を促進する。更に、ＥＣＵ３１は、特許請求の範囲でいう燃料増量補正手段としても機能し、二次空気の供給動作中に燃料噴射量を増量補正して排出ガス中のＨＣやＣＯを増加させることで、反応熱量を増加させて触媒２０の暖機効果を高める。
【００２９】
しかし、二次空気供給装置２３のエアポンプ２４をオンすると共に電磁弁３０を開弁して二次空気の供給動作を開始した直後は、エアポンプ２４の回転速度が十分に上昇するまで二次空気（酸素）の供給量を十分に増加させることができないため、二次空気の供給動作を開始するのと同時に燃料増量補正を開始すると、触媒２０に供給されるＨＣ量やＣＯ量に対して酸素量が不足して、触媒２０が酸素不足状態（触媒２０への酸化成分の吸着量が不足した状態）になり、触媒２０のＨＣ，ＣＯ等のリッチ成分の浄化率が低下して排気エミッションが悪化する可能性がある。
【００３０】
そこで、ＥＣＵ３１は、図２に示すように、二次空気供給装置２３の二次空気供給動作を開始してから所定の遅延時間が経過した後に燃料増量補正を開始する（つまり所定の遅延時間が経過するまで燃料増量補正を禁止する）ことで、二次空気の供給動作開始直後に触媒２０が燃料増量補正開始により酸素不足状態になることを防止する。更に、二次空気供給動作の開始から燃料増量補正を開始するまでの遅延時間を触媒２０の劣化度合に応じて変更することで、触媒２０の劣化度合に応じて触媒２０の酸素吸着能力が変化して、二次空気供給動作の開始後に触媒２０の酸素吸着状態が燃料増量補正に適したレベルに達するまでに必要な遅延時間が変化するのに対応して、燃料増量補正を開始するまでの遅延時間を適正値に変更する。
【００３１】
また、二次空気供給装置２３のエアポンプ２４をオフすると共に電磁弁３０を閉弁して二次空気の供給動作を停止した直後は、触媒２０が酸素過剰状態（触媒２０への酸化成分の吸着量が過剰な状態）になっているため、二次空気の供給動作を停止するのと同時に燃料増量補正を停止すると、触媒２０の酸素過剰状態を速やかに解消することができず、触媒２０のＮＯｘ等のリーン成分の浄化率が低下して排気エミッションが悪化する可能性がある。
【００３２】
そこで、ＥＣＵ３１は、図２に示すように、二次空気供給装置２３の二次空気供給動作を停止してから所定の遅延時間が経過した後に燃料増量補正を停止する（つまり所定の遅延時間が経過するまで燃料増量補正を継続する）ことで、二次空気の供給動作停止直後に触媒２０の酸素過剰状態を速やかに解消する。更に、二次空気供給動作の停止から燃料増量補正を停止するまでの遅延時間を触媒２０の劣化度合に応じて変更することで、触媒２０の劣化度合に応じて触媒２０の酸素吸着能力が変化して、二次空気供給動作の停止直後の触媒２０の酸素過剰状態を解消するのに必要な遅延時間が変化するのに対応して、燃料増量補正を停止するまでの遅延時間を適正値に変更する。
【００３３】
また、ＥＣＵ３１は、例えば前回のエンジン運転中（又は今回のエンジン始動後で二次空気供給開始直前）に、後述する図５の触媒劣化度合算出プログラムを実行することで、下流側酸素センサ２２の出力に基づいて触媒２０の劣化度合を算出する。尚、触媒２０の劣化度合は、触媒２０の劣化診断の際に算出されたものを利用するようにしても良い。
以下、ＥＣＵ３１が実行する図３乃至図５の各プログラムの処理内容を説明する。
【００３４】
［二次空気制御］
図３に示す二次空気制御プログラムは、ＥＣＵ３１の電源オン中に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、二次空気供給条件が成立しているか否かを、例えば、次の(1) 〜(3) の条件によって判定する。
(1) 始動後経過時間が所定時間（例えば６０ｓ）以下であること
(2) 冷却水温が所定範囲内であること
(3) エンジン運転状態がアイドル運転領域の範囲内であること
これら(1) 〜(3) の条件を全て満たせば、二次空気供給条件が成立するが、上記(1) 〜(3) の条件のうちのいずれか１つでも満たさない条件があれば、二次空気供給条件が不成立となる。
【００３５】
このステップ１０１で、二次空気供給条件が成立していると判定されれば、ステップ１０２に進み、二次空気供給装置２３のエアポンプ２４をオンすると共に電磁弁３０を開弁して二次空気の供給動作を開始する。
【００３６】
この後、ステップ１０３に進み、後述する図４の遅延時間設定プログラムを実行して、燃料増量補正開始用の遅延時間を算出した後、ステップ１０４に進み、二次空気供給装置２３の二次空気供給動作を開始してから燃料増量補正開始用の遅延時間が経過したか否かを判定する。
【００３７】
このステップ１０４で、二次空気供給装置２３の二次空気供給動作を開始してから燃料増量補正開始用の遅延時間が経過したと判定された時点で、ステップ１０５に進み、燃料噴射量の増量補正を開始する。これらのステップ１０４、１０５の処理が特許請求の範囲でいう増量補正開始手段としての役割を果たす。
【００３８】
その後、上記ステップ１０２で、二次空気供給条件が不成立であると判定されれば、ステップ１０６に進み、二次空気供給装置２３のエアポンプ２４をオフすると共に電磁弁３０を閉弁して二次空気の供給動作を停止する。
【００３９】
この後、ステップ１０７に進み、後述する図４の遅延時間設定プログラムを実行して、燃料増量補正停止用の遅延時間を算出した後、ステップ１０８に進み、二次空気供給装置２３の二次空気供給動作を停止してから燃料増量補正停止用の遅延時間が経過したか否かを判定する。
【００４０】
このステップ１０８で、二次空気供給装置２３の二次空気供給動作を停止してから燃料増量補正停止用の遅延時間が経過したと判定された時点で、ステップ１０９に進み、燃料噴射量の増量補正を停止する。これらのステップ１０８、１０９の処理が特許請求の範囲でいう増量補正停止手段としての役割を果たす。
【００４１】
［遅延時間設定］
図４に示す遅延時間設定プログラムは、前記図３の二次空気制御プログラムのステップ１０３とステップ１０７で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう遅延期間変更手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、後述する図５の触媒劣化度合算出プログラムで算出した触媒２０の劣化度合を読み込む。
【００４２】
この後、ステップ２０２に進み、燃料増量補正開始用の遅延時間を算出する場合には、燃料増量補正開始用の遅延時間補正値のテーブルを参照して、触媒２０の劣化度合に応じた燃料増量補正開始用の遅延時間補正値を算出する。一方、燃料増量補正停止用の遅延時間を算出する場合には、燃料増量補正停止用の遅延時間補正値のテーブルを参照して、触媒２０の劣化度合に応じた燃料増量補正停止用の遅延時間補正値を算出する。
【００４３】
一般に、触媒２０の劣化が進むほど触媒２０の酸素吸着能力が低下して、触媒２０の酸素過剰状態や酸素不足状態を解消するのに必要な遅延時間が短くなるため、燃料増量補正開始用の遅延時間補正値のテーブルと燃料増量補正停止用の遅延時間補正値のテーブルは、それぞれ触媒２０の劣化度合が大きくなるほど遅延時間補正値が小さくなって遅延時間が短くなるように設定されている。
【００４４】
この後、ステップ２０３に進み、燃料増量補正開始用の遅延時間を算出する場合には、燃料増量補正開始用の基本遅延時間のテーブルを参照して、排出ガス流速に応じた燃料増量補正開始用の基本遅延時間を算出する。一方、燃料増量補正停止用の遅延時間を算出する場合には、燃料増量補正停止用の基本遅延時間のテーブルを参照して、排出ガス流速に応じた燃料増量補正停止用の基本遅延時間を算出する。ここで、燃料増量補正開始用の基本遅延時間は、二次空気供給装置２３の二次空気供給動作が開始されてから実際に触媒２０付近の酸素濃度が増加するまでの時間遅れを補償するためのものであり、燃料増量補正停止用の基本遅延時間は、二次空気供給装置２３の二次空気供給動作が停止されてから実際に触媒２０付近の酸素濃度が減少するまでの時間遅れを補償するためのものである。
【００４５】
一般に、二次空気供給装置２３の二次空気供給動作を開始又は停止してから実際に触媒２０付近の酸素濃度が変化するまでに要する時間は、排出ガス流速が速くなるほど短くなるため、燃料増量補正開始用の基本遅延時間のテーブルと燃料増量補正停止用の基本遅延時間のテーブルは、それぞれ排出ガス流速が速くなるほど基本遅延時間が短くなるように設定されている。
【００４６】
この後、ステップ２０４に進み、燃料増量補正開始用の遅延時間を算出する場合には、燃料増量補正開始用の基本遅延時間に燃料増量補正開始用の遅延時間補正値を乗算して最終的な燃料増量補正開始用の遅延時間を求める。一方、燃料増量補正停止用の遅延時間を算出する場合には、燃料増量補正停止用の基本遅延時間に燃料増量補正停止用の遅延時間補正値を乗算して最終的な燃料増量補正停止用の遅延時間を求める。
【００４７】
［触媒劣化度合算出］
図５に示す触媒劣化度合算出プログラムは、ＥＣＵ３１の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう触媒劣化状態検出手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ３０１で、触媒温度が所定の算出開始温度（例えば１５０℃）を越えたか否かを判定し、触媒温度が算出開始温度を越えた時点で、ステップ３０２に進み、触媒２０内での浄化ガス成分量を反映するデータΣＶ1 （下流側酸素センサ２２の出力電圧変動の軌跡長）を次式により算出する。
ΣＶ１(n) ＝ΣＶ１(n-1) ＋｜ＶＯＸ２(i) −ＶＯＸ２(i-1) ｜
ここで、ＶＯＸ２(i) は今回処理時における下流側酸素センサ２２の出力電圧であり、ＶＯＸ２(i-1) は前回処理時における下流側酸素センサ２２の出力電圧である。
【００４８】
更に、このステップ３０２では、触媒流入ガス成分変動を数値化したデータΣΔＡＦ・Ｑ１を次式により算出する。
ΣΔＡＦ・Ｑ１(n) ＝ΣΔＡＦ・Ｑ１(n-1) ＋Ｑ×｜ＡＦＴＧ−ＡＦ｜
ここで、Ｑはエアフローメータ１４で検出した吸気流量であり、排出ガス流量の代用データとして使用している。ＡＦは上流側空燃比センサ２１で検出した空燃比（つまり触媒２０に流入する排出ガスの空燃比）であり、ＡＦＴＧは目標空燃比である。
【００４９】
この後、ステップ３０３に進み、ΣＶ１とΣΔＡＦ・Ｑ１の算出開始から所定時間（例えば１０ｓ）が経過したか否かを判定し、所定時間内のΣＶ１とΣΔＡＦ・Ｑ１を算出した時点で、ステップ３０４に進み、前回のΣＶ１の積算値ΣＶに今回のΣＶ１を積算してΣＶを更新すると共に、前回のΣΔＡＦ・Ｑ１の積算値ΣΔＡＦ・Ｑに今回のΣΔＡＦ・Ｑ１を積算してΣΔＡＦ・Ｑを更新した後、ステップ３０５に進み、ΣＶ１とΣΔＡＦ・Ｑ１を共に「０」にリセットする。
【００５０】
この後、ステップ３０６に進み、触媒温度が算出終了温度（例えば５５０℃）を越えたか否かを判定し、触媒温度が算出終了温度を越えていなければ、触媒温度が算出終了温度を越えるまで、ΣＶ１を積算してΣＶを更新すると共に、ΣΔＡＦ・Ｑ１を積算してΣΔＡＦ・Ｑを更新する処理を繰り返し実行する。
【００５１】
その後、ステップ３０６で、触媒温度が算出終了温度を越えたと判定されて時点で、ステップ３０７に進み、それまでに積算した浄化ガス成分量を反映するデータΣＶ（下流側酸素センサ２２の出力電圧変動の軌跡長）と、それまでに積算した触媒流入ガス成分変動のデータΣΔＡＦ・Ｑとを用いて触媒２０の劣化度合を算出する。ΣΔＡＦ・Ｑが同じであれば、触媒２０の劣化が進むほどΣＶ（下流側酸素センサ２２の出力電圧変動の軌跡長）が大きくなるため、例えば、ΣΔＡＦ・Ｑに対するΣＶの割合を触媒２０の劣化度合として算出する。
【００５２】
尚、図５の触媒劣化度合算出プログラムでは、触媒２０の劣化に伴って、下流側酸素センサ２２の出力電圧変動の軌跡長が長くなる（下流側酸素センサ２２の出力の振幅と周波数が増加する）という特性を利用して、下流側酸素センサ２２の出力電圧変動の軌跡長に基づいて触媒２０の劣化度合を算出するようにしたが、触媒２０の劣化度合の算出方法は適宜変更しても良い。
【００５３】
例えば、触媒２０の劣化に伴って、下流側酸素センサ２２の出力の振幅と周波数が増加すると、下流側酸素センサ２２の出力の面積（センサ出力と目標値との差の積算値）が増加する特性を利用して、下流側酸素センサ２２の出力の面積に基づいて触媒２０の劣化度合を算出するようにしても良い。
【００５４】
また、触媒２０の劣化に伴って、下流側酸素センサ２２の出力の周波数が増加する（周期が短くなる）と、下流側酸素センサ２２の出力のリッチ／リーンの反転回数が増加する特性を利用して、下流側酸素センサ２２の出力の反転回数（周波数、周期）に基づいて触媒２０の劣化度合を算出するようにしても良い。
【００５５】
また、触媒２０の劣化に伴って、下流側酸素センサ２２の出力の振幅が増加する特性を利用して、下流側酸素センサ２２の出力の振幅に基づいて触媒２０の劣化度合を算出するようにしても良い。
【００５６】
以上説明した本実施例１では、二次空気供給装置２３の二次空気供給動作を開始してから所定の遅延時間が経過した後に燃料噴射量の増量補正を開始する（つまり所定の遅延時間が経過するまで燃料増量補正を禁止する）ようにしたので、二次空気の供給動作開始直後に触媒２０が燃料増量補正開始により酸素不足状態になることを防止することができる。更に、二次空気供給動作の開始から燃料増量補正を開始するまのでの遅延時間を触媒２０の劣化度合に応じて変更するようにしたので、触媒２０の劣化度合に応じて触媒２０の酸素吸着能力が変化して、二次空気供給動作の開始後に触媒２０の酸素吸着状態が燃料増量補正に適したレベルに達するまでに必要な遅延時間が変化するのに対応して、燃料増量補正を開始するまでの遅延時間を適正値に変更することができる。これにより、二次空気供給動作の開始後に、触媒２０の劣化状態に応じた適正なタイミングで燃料増量補正を開始することができ、二次空気の供給動作開始直後の排気エミッションを向上させることができる。
【００５７】
また、二次空気供給装置２３の二次空気供給動作を停止してから所定の遅延時間が経過した後に燃料噴射量の増量補正を停止する（つまり所定の遅延時間が経過するまで燃料増量補正を継続する）ようにしたので、二次空気の供給動作停止直後に触媒２０の酸素過剰状態を速やかに解消することができる。更に、二次空気供給動作の停止から燃料増量補正を停止するまでの遅延時間を触媒２０の劣化度合に応じて変更するようにしたので、触媒２０の劣化度合に応じて触媒２０の酸素吸着能力が変化して、二次空気供給動作の停止直後の触媒２０の酸素過剰状態を解消するのに必要な遅延時間が変化するのに対応して、燃料増量補正を停止するまでの遅延時間を適正値に変更することができる。これにより、二次空気供給動作の停止後に、触媒２０の劣化状態に応じた適正なタイミングで燃料増量補正を停止させることができ、二次空気の供給動作停止直後の排気エミッションを向上させることができる。
【実施例２】
【００５８】
次に、図６乃至図９を用いて本発明の実施例２を説明する。
触媒２０の劣化度合（酸素吸着能力）が変化すると、触媒２０上流側の排出ガスの空燃比の変化が触媒２０下流側の排出ガスの空燃比の変化として現れるまでの遅れ時間が変化するため、触媒２０の下流側に配置された下流側酸素センサ２２は、触媒２０上流側の排出ガスの空燃比の変化に対する応答時間が触媒２０の劣化度合に応じて変化する。
【００５９】
この点に着目して、本実施例２では、例えば前回のエンジン運転中（又は今回のエンジン始動後で二次空気供給開始直前）に、後述する図６の応答時間算出プログラムを実行することで、触媒２０の劣化度合の代用情報として、触媒２０上流側の排出ガスの空燃比の変化に対する下流側酸素センサ２２の応答時間を算出する。そして、後述する図９の遅延時間設定プログラムを実行することで、下流側酸素センサ２２の応答時間に応じて燃料増量補正開始用の遅延時間と燃料増量補正停止用の遅延時間を変更する。尚、下流側酸素センサ２２の応答時間は、触媒２０の劣化診断や下流側酸素センサ２２の応答状態劣化診断の際に算出されたものを利用しても良い。
【００６０】
図６に示す応答時間算出プログラムは、ＥＣＵ３１の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう下流側排出ガスセンサ応答状態検出手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ４０１で、下流側酸素センサ２２が活性状態であるか否かを判定し、下流側酸素センサ２２が活性状態ではないと判定された場合には、ステップ４０２以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００６１】
一方、上記ステップ４０１で、下流側酸素センサ２２が活性状態であると判定された場合には、ステップ４０２以降の処理を次のようにして実行する。まず、ステップ４０２で、燃料噴射量を増量補正して触媒２０上流側の排出ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチに制御するリッチ制御を実行し、このリッチ制御を開始してから下流側酸素センサ２２の出力が安定するのに十分な時間が経過した後に、燃料噴射量を減量補正して触媒２０上流側の排出ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンに制御するリーン制御に切り換える［図７（ａ）参照］。
【００６２】
この後、ステップ４０３に進み、リッチ制御からリーン制御に切り換えた時点から下流側酸素センサ２２の出力が所定値Ｖ1 （例えば０．３Ｖ）以下に変化する時点までに要した時間を下流側酸素センサ２２のリーン応答時間として算出する［図７（ａ）参照］。
【００６３】
この後、ステップ４０４に進み、リーン制御を開始してから下流側酸素センサ２２の出力が安定するのに十分な時間が経過した後に、リーン制御からリッチ制御に切り換える［図７（ｂ）参照］。
【００６４】
この後、ステップ４０５に進み、リーン制御からリッチ制御に切り換えた時点から下流側酸素センサ２２の出力が所定値Ｖ2 （例えば０．７Ｖ）以上に変化する時点までに要した時間を下流側酸素センサ２２のリッチ応答時間として算出する［図７（ｂ）参照］。
【００６５】
尚、下流側酸素センサ２２の応答時間の算出方法は適宜変更しても良く、例えば、図８（ａ）に示すように、リッチ制御からリーン制御に切り換えたときに下流側酸素センサ２２の出力が所定値Ｖ2 （例えば０．７Ｖ）から所定値Ｖ1 （例えば０．３Ｖ）まで変化するのに要した時間を下流側酸素センサ２２のリーン応答時間として算出し、図８（ｂ）に示すように、リーン制御からリッチ制御に切り換えたときに下流側酸素センサ２２の出力が所定値Ｖ1 （例えば０．３Ｖ）から所定値Ｖ2 （例えば０．７Ｖ）まで変化するのに要した時間を下流側酸素センサ２２のリッチ応答時間として算出するようにしても良い。
【００６６】
また、図９に示す遅延時間設定プログラムでは、まず、ステップ５０１で、前述した図６の応答時間算出プログラムで算出した下流側酸素センサ２２のリーン応答時間とリッチ応答時間を読み込む。
【００６７】
この後、ステップ５０２に進み、燃料増量補正開始用の遅延時間を算出する場合には、燃料増量補正開始用の遅延時間補正値のテーブルを参照して、下流側酸素センサ２２のリッチ応答時間に応じた燃料増量補正開始用の遅延時間補正値を算出する。一方、燃料増量補正停止用の遅延時間を算出する場合には、燃料増量補正停止用の遅延時間補正値のテーブルを参照して、下流側酸素センサ２２のリーン応答時間に応じた燃料増量補正停止用の遅延時間補正値を算出する。
【００６８】
一般に、触媒２０の劣化度合が大きくなるほど下流側酸素センサ２２の応答時間が短くなり、触媒２０の劣化度合が大きくなるほど触媒２０の酸素吸着能力が低下して、触媒２０の酸素過剰状態や酸素不足状態を解消するのに必要な遅延時間が短くなるため、燃料増量補正開始用の遅延時間補正値のテーブルと燃料増量補正停止用の遅延時間補正値のテーブルは、それぞれ下流側酸素センサ２２の応答時間が短くなる（つまり触媒２０の劣化度合が大きくなる）ほど遅延時間補正値が小さくなって遅延時間が短くなるように設定されている。
【００６９】
この後、ステップ５０３に進み、燃料増量補正開始用の遅延時間を算出する場合には、燃料増量補正開始用の基本遅延時間のテーブルを参照して、排出ガス流速に応じた燃料増量補正開始用の基本遅延時間を算出する。一方、燃料増量補正停止用の遅延時間を算出する場合には、燃料増量補正停止用の基本遅延時間のテーブルを参照して、排出ガス流速に応じた燃料増量補正停止用の基本遅延時間を算出する。
【００７０】
この後、ステップ５０４に進み、燃料増量補正開始用の遅延時間を算出する場合には、燃料増量補正開始用の基本遅延時間に燃料増量補正開始用の遅延時間補正値を乗算して最終的な燃料増量補正開始用の遅延時間を求める。一方、燃料増量補正停止用の遅延時間を算出する場合には、燃料増量補正停止用の基本遅延時間に燃料増量補正停止用の遅延時間補正値を乗算して最終的な燃料増量補正停止用の遅延時間を求める。
【００７１】
以上説明した本実施例２では、触媒２０上流側の排出ガスの空燃比の変化に対する下流側酸素センサ２２の応答時間が触媒２０の劣化度合に応じて変化する点に着目して、触媒２０の劣化度合の代用情報として下流側酸素酸素センサ２２の応答時間を算出し、この下流側酸素酸素センサ２２の応答時間に応じて燃料増量補正開始用の遅延時間と燃料増量補正停止用の遅延時間を変更するようにしたので、触媒２０の劣化度合に応じて燃料増量補正開始用の遅延時間と燃料増量補正停止用の遅延時間を適正値に変更することができ、前記実施例１と同じ効果を得ることができる。
【００７２】
このように、触媒２０の劣化度合の代用情報として下流側酸素酸素センサ２２の応答時間を算出し、この下流側酸素酸素センサ２２の応答時間に応じて燃料増量補正開始用の遅延時間と燃料増量補正停止用の遅延時間を変更する場合、経時劣化等によって下流側酸素センサ２２自体の応答状態の劣化度合が大きくなると、その影響で下流側酸素センサ２２の応答時間が触媒２０の劣化度合を精度良く反映した情報とならず、燃料増量補正開始用の遅延時間や燃料増量補正停止用の遅延時間を精度良く設定することができなくなるおそれがある。
【００７３】
そこで、エンジン１１の積算稼働時間、積算走行距離、積算走行回数のいずれかによって判断される使用期間が所定期間以内のときに、図９の遅延時間設定プログラムの実行を許可する変更許可手段を設け、使用期間が所定期間以内のときのみに下流側酸素センサ２２の応答時間に応じて燃料増量補正開始用の遅延時間や燃料増量補正停止用の遅延時間を変更するようにしても良い。このようにすれば、下流側酸素センサ２２自体の応答性の劣化が少ない期間（つまり触媒２０の劣化状態と下流側酸素センサ２２の応答時間との間に相関関係が保たれている期間）に、下流側酸素センサ２２の応答時間に応じて燃料増量補正開始用の遅延時間や燃料増量補正停止用の遅延時間を変更することができ、燃料増量補正開始用の遅延時間や燃料増量補正停止用の遅延時間をより確実に精度良く設定することができる。
【００７４】
尚、上記実施例２では、触媒２０上流側の排出ガスの空燃比の変化に対する下流側酸素センサ２２の応答状態の情報として、下流側酸素センサ２２の応答時間を算出するようにしたが、下流側酸素センサ２２の応答時間に代えて、下流側酸素センサ２２の出力変化速度（出力変化率）や所定期間当りの出力変化量等を算出するようにしても良い。
【００７５】
また、上記各実施例１，２では、燃料増量補正を開始／停止するまでの遅延期間を時間で設定するようにしたが、例えばクランク角等で設定しても良い。
また、上記各実施例１，２では、二次空気供給動作の開始／停止から燃料増量補正の開始／停止までの遅延時間を触媒２０の劣化度合や下流側酸素センサ２２の応答状態に応じて変更するようにしたが、この他、二次空気供給動作の停止から空燃比フィードバック制御の開始までの遅延期間や、二次空気供給動作の開始／停止から過渡時の燃料補正等の開始／停止までの遅延期間についても、触媒２０の劣化度合や下流側酸素センサ２２の応答状態に応じて変更するようにしても良い。
【００７６】
また、上記各実施例１，２では、触媒２０の下流側に酸素センサを配置したシステムに本発明を適用したが、触媒２０の下流側に空燃比センサ等の酸素センサ以外の排出ガスセンサを配置したシステムに本発明を適用しても良い。また、触媒２０の下流側の排出ガスセンサを用いずに触媒２０の劣化状態を検出する場合には、触媒２０の下流側の排出ガスセンサを省略したシステムに本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】二次空気供給動作の開始タイミングと燃料増量補正の開始タイミングとの関係及び二次空気供給動作の停止タイミングと燃料増量補正の停止タイミングとの関係を説明するためのタイムチャートである。
【図３】実施例１の二次空気制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】実施例１の遅延時間設定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】実施例１の触媒劣化度合算出プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】実施例２の応答時間算出プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】実施例２の下流側酸素センサの応答時間の算出方法を説明するためのタイムチャートである。
【図８】実施例２の下流側酸素センサの応答時間の他の算出方法を説明するためのタイムチャートである。
【図９】実施例２の遅延時間設定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、１８…燃料噴射弁、１９…排気管、２０…触媒、２２…下流側酸素センサ（下流側排出ガスセンサ）、２３…二次空気供給装置（二次空気供給手段）、２４…エアポンプ、２５…吐出管、２６…ＡＳＶ、２７…二次空気供給管、２９…負圧導入管、３０…電磁弁、３１…ＥＣＵ（燃料増量補正手段，触媒劣化状態検出手段，増量補正停止手段，遅延期間変更手段，増量補正開始手段，下流側排出ガスセンサ応答状態検出手段）
【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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