JP4450233B2 - 内燃機関の排気空燃比推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気空燃比推定装置に係り、詳しくは内燃機関の燃料カット終了後燃料復帰時における排気空燃比の推定技術に関する。

内燃機関の排気通路に配設される触媒（三元触媒等）は、酸化雰囲気中（リーン空燃比雰囲気中）に酸素を吸蔵するとともに還元雰囲気中（リッチ空燃比雰囲気中）に吸蔵した酸素を放出し消費する酸素ストレージ機能を有しており、当該酸素ストレージ機能により還元雰囲気中であっても排気中のＨＣ、ＣＯを酸化可能であるとともに酸化雰囲気中であっても排気中のＮＯxの生成を抑制することが可能であり、高い排気浄化性能を発揮可能である。

ところで、このような触媒において排気浄化効率を常に良好な状態に維持するためには、触媒の酸素ストレージ状態を常時把握しておくことが必要であり、そのためには内燃機関に供給される燃料混合気の空燃比（燃焼空燃比）、ひいては触媒に流入する排ガスの空燃比（排気空燃比）を検出して酸素の吸蔵度合いと放出度合いとを監視することが要求される。

特に、近年では、減速時等において内燃機関の各気筒への燃料供給を停止し、所謂燃料カットを行う車両が増加しており、このような車両では、燃料カット中に酸素ストレージ機能によって多くの酸素が触媒に吸蔵され、燃料カット状態から燃料供給状態へと復帰するときにおいて当該吸蔵された酸素が障害となりＮＯxを十分に浄化できないため、一時的に排気空燃比をリッチ化して当該吸蔵された酸素を速やかに消費するようにしているのであるが(特許文献１参照)、この際、酸素消費後の触媒の酸素ストレージ状態を適切に把握するためには、排気空燃比を精確に検出する必要がある。

排気空燃比を精確に検出するためには、触媒上流の排気空燃比を検出するのがよく、上記特許文献１に示されるように、一般には触媒上流にリニア空燃比センサを配設し、排気空燃比値を当該リニア空燃比センサでリニアに検出するようにしている。
特開２００３−２５４１３０号公報

しかしながら、上記リニア空燃比センサは、排気空燃比値をリニアに検出することができるものの、排気中の酸素分圧がほぼ０となる理論空燃比で出力が反転するＯ_２センサに比べると非常に高価であり、コストアップにつながり好ましいことではない。
一方、比較的安価なＯ_２センサでは、理論空燃比近傍の狭い範囲でしか排気空燃比を検出できず実用的ではない。

そこで、例えば燃焼空燃比を推定し、当該燃焼空燃比に基づいて排気空燃比を推定することが考えられるが、燃料カットからの燃料復帰直後には、内燃機関の燃焼室内は既燃ガスが存在する通常の運転時と異なりほぼ１００％新気のみが充填された状態となっており、燃焼空燃比をいかに精度よく推定し、排気空燃比をいかに精度よく推定するかが課題となる。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、リニア空燃比センサを用いることなく燃料カットからの燃料復帰直後においても排気空燃比を精度よく推定することの可能な内燃機関の排気空燃比推定装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気空燃比推定装置は、所定の燃料カット条件が成立すると筒内への燃料供給を停止して燃料カットを行う燃料カット手段と、前記燃料カット手段による燃料カットからの燃料復帰後の所定期間に亘り、筒内に供給される新気に対する理論空燃比相当の燃料供給制御指標に対し補正係数を乗算して筒内への供給燃料量を補正する供給燃料量補正手段と、前記補正係数に基づいて排気空燃比を推定する排気空燃比推定手段とを備え、前記排気空燃比推定手段は、吸気行程で筒内に新たに供給される新気割合を検出する新気割合検出手段を含み、前記所定期間のうち各気筒の初回燃焼に相当する期間、前記新気割合検出手段により検出された新気割合と該新気割合に筒内残留新気割合を加えた筒内全新気割合との比に基づき前記補正係数を筒内全新気割合に応じた値に変換し、該変換した変換補正係数に基づいて排気空燃比を推定することを特徴とする。

請求項２の内燃機関の排気空燃比推定装置では、請求項１において、前記新気割合検出手段は、吸気圧に応じて変化する筒内残留気体割合に基づき該筒内残留気体以外の部分の割合を新気割合として検出することを特徴とする。
請求項３の内燃機関の排気空燃比推定装置では、請求項１または２において、排気通路には酸素ストレージ機能を有した触媒が介装され、前記供給燃料量補正手段は、筒内の燃焼空燃比がリッチ空燃比側となるような補正係数を乗算して筒内への供給燃料量を補正することを特徴とする。

請求項４の内燃機関の排気空燃比推定装置では、請求項３において、前記排気空燃比推定手段は、理論空燃比を前記補正係数または前記変換補正係数で除した値を遅れフィルタ処理して排気空燃比を推定することを特徴とする。
請求項５の内燃機関の排気空燃比推定装置では、請求項４において、前記遅れフィルタ処理に使用するフィルタ係数は排気流量に応じて可変設定されるものであることを特徴とする。

上記手段を用いる本発明の請求項１の内燃機関の排気空燃比推定装置によれば、燃料カットからの燃料復帰後の所定期間は、筒内に新たに供給される新気割合に対する理論空燃比相当の燃料供給制御指標に対して補正係数を乗算して筒内への供給燃料量を補正し、この際、上記補正係数に基づいて燃焼空燃比ひいては排気空燃比を推定するようにしており、これによりリニア空燃比センサを設けることなく燃料カットからの燃料復帰後において排気空燃比を容易に推定することが可能である。

そしてさらに、所定期間のうち各気筒の初回燃焼に相当する期間は、筒内に燃料カット時に吸気された新気が残留していることに鑑み、筒内に新たに供給される新気割合と該新気割合に筒内残留新気割合を加えた筒内全新気割合との比に基づいて上記補正係数を当該筒内全新気割合に応じた値に変換し、当該変換補正係数に基づいて燃焼空燃比ひいては排気空燃比を推定するようにしているので、燃料カット終了後燃料復帰直後から排気空燃比を精度よく推定することができる。

請求項２の内燃機関の排気空燃比推定装置によれば、筒内残留気体割合（筒内残留既燃ガス割合）は吸気圧に応じて変化するものであることから、吸気圧に応じて筒内残留気体割合を求めることが可能であり、故に筒内に新たに供給される新気割合を筒内残留気体（筒内残留既燃ガス）以外の部分の割合として容易に検出することができる。
請求項３の内燃機関の排気空燃比推定装置によれば、燃料カット時には触媒の酸素ストレージ機能によって触媒に多量の酸素が吸蔵されるが、燃料カットからの燃料復帰後には筒内の燃焼空燃比がリッチ空燃比側となるような補正係数を乗算して筒内への供給燃料量を増量補正するようにしているので、燃料カットからの燃料復帰後において、触媒に吸蔵された酸素を良好に放出し消費しながら排気空燃比を精度よく推定することができる。

請求項４の内燃機関の排気空燃比推定装置によれば、理論空燃比を補正係数または変換補正係数で除した値を遅れフィルタ処理して排気空燃比を推定することにより、排気通路に設けた触媒入口における排気空燃比を排気の輸送遅れに起因する応答遅れを考慮して精度よく推定することができる。
これにより、リニア空燃比センサを設けることなく触媒の排気浄化効率を常に良好な状態に維持することが可能である。

請求項５の内燃機関の排気空燃比推定装置によれば、遅れフィルタ処理に使用するフィルタ係数を排気流量に応じて可変設定することにより、排気流量の増加による応答性の向上を考慮し、排気通路に設けた触媒入口における排気空燃比をより一層精度よく推定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の排気空燃比推定装置の概略構成図が示されている。
エンジン１（内燃機関）は、例えば４気筒が直列に並んで構成され１８０°ＣＡ毎に等間隔で爆発する吸気管噴射型の４サイクル直列４気筒型エンジンであり、図１にはそのうちの１つの気筒についての縦断面が示されている。なお、他の気筒についても同様の構成をしているものとして図示及び説明を省略する。

図１に示すように、エンジン１はシリンダブロック２にシリンダヘッド４が載置されて構成されている。当該シリンダブロック２に形成されている気筒１０内にはピストン１２が上下摺動可能に嵌挿されている。当該ピストン１２はコンロッド１４を介してクランクシャフト１６に連結されている。当該クランクシャフト１６には、クランク角を検出するクランク角センサ１８が設けられている。なお、クランク角センサ１８からの情報に基づきエンジン回転速度Ｎeを検出可能である。

また、気筒１０上部のシリンダヘッド２下面とピストン１２上面とで挟まれる部分には燃焼室２０が形成されている。そして、シリンダヘッド２には燃焼室２０内に電極部が臨むようにして点火プラグ２２が設けられている。
また、シリンダヘッド２には、燃焼室２０と連通し、エンジン１の幅方向一側に延びる吸気ポート２４が形成されており、当該吸気ポート２４内に臨むようにして、燃料噴射を行う燃料噴射弁２６が設けられている。

また、シリンダヘッド２には、燃焼室２０と連通し、エンジン１の幅方向他側に延びる排気ポート２８が形成されている。
さらに、シリンダヘッド２には、燃焼室２０と吸気ポート２４、及び燃焼室２０と排気ポート２８との連通と遮断を行う吸気バルブ３０及び排気バルブ３２が設けられている。
また、エンジン１の一側には吸気ポート２４と連通するように、吸気マニホールド（Ｉ／Ｍ）４０が接続されており、当該吸気マニホールド４０の一端には吸気管４２が接続されている。

当該吸気管４２内には、吸気量を調節するスロットルバルブ４４が設けられており、その吸気上流側には吸気量Ｑを検出するエアフローセンサ（ＡＦＳ）４６が、スロットルバルブ４４の吸気下流側には吸気マニホールド４０に位置して吸気マニホールド４０内の吸気圧（Ｉ／Ｍ圧）を検出するＩ／Ｍ圧センサ４７がそれぞれ設けられている。また、当該吸気管４２の端にはエアクリーナ４８が設けられている。

一方、エンジン１の他側には排気ポート２８と連通するように、排気マニホールド５０が接続されており、当該排気マニホールド５０の一端には排気管５２が接続されている。
当該排気管５２の排気下流側には排気浄化触媒５４が設けられている。当該排気浄化触媒５４は、例えば、ＨＣ、ＣＯを酸化し、ＮＯｘを還元する三元触媒である。当該三元触媒はＰｔ等の貴金属を含んでおり、当該貴金属は酸化雰囲気（リーン空燃比）下で酸素を吸蔵するとともに還元雰囲気（リッチ空燃比）下で吸蔵した酸素を放出し消費する酸素ストレージ機能を有している。

また、当該エンジン１を搭載している車両にはアクセルペダルの操作量、即ちアクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）５８が設けられている。
そして、当該ＡＰＳ５８、クランク角センサ１８、点火プラグ２２、燃料噴射弁２６、スロットルバルブ４４、ＡＦＳ４６、Ｉ／Ｍ圧センサ４７等の各種装置や各種センサ類はＥＣＵ（電子コントロールユニット）６０と電気的に接続されており、当該ＥＣＵ６０は各種センサ類からの情報に基づき各種装置を作動制御する。

特に、当該エンジン１では、所定エンジン回転速度範囲内で運転者がアクセルペダルの操作を止めたような車両の減速時等（所定燃料カット条件）において燃料供給を停止する所謂燃料カット（以下、適宜略してＦ／Ｃとも記す）を実施可能であり、当該ＥＣＵ６０は、燃料カット制御を行うとともに燃料カット終了後には、運転者がアクセルペダルの操作を再開して燃料供給を復帰する際の燃料復帰制御を行うように構成されている。

また、当該エンジン１では、燃焼空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）が予め設定した目標空燃比（目標Ａ／Ｆとなるように燃料噴射弁２６からの燃料噴射量を制御するようにしているが、この際、ＥＣＵ６０は、筒内に供給される新気に対する理論空燃比（１４．７）を値１．０とする燃料補正係数ＫAFを目標Ａ／Ｆに応じて設定し、当該燃料補正係数ＫAFを上記理論空燃比相当の燃料供給制御指標に対し乗算するようにしており、さらに、当該燃料補正係数ＫAFで理論空燃比（１４．７）を除するようにして燃焼Ａ／Ｆひいては排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）を推定するようにしている。

図２を参照すると、本発明に係る内燃機関の排気空燃比推定装置のＥＣＵ６０の内部構成が示されており、以下同図に基づき説明する。
同図に示すように、排気空燃比推定装置に関し、ＥＣＵ６０は、大きくは燃料カット制御を行う燃料カット制御部（燃料カット手段）６２、燃料復帰制御を行う復帰後行程数判定部６３及び供給燃料量補正部（供給燃料量補正手段）６４、燃焼Ａ／Ｆを推定する燃焼Ａ／Ｆ推定部（排気空燃比推定手段）６６、さらに当該燃焼Ａ／Ｆに基づき排気Ａ／Ｆを推定する排気Ａ／Ｆ推定部（排気空燃比推定手段）６８が図中矢印の如く連結して構成されている。なお、燃焼Ａ／Ｆ推定部６６には新気割合検出部（新気割合検出手段）６５が含まれている。

そして、燃料カット制御部６２にはＡＰＳ５８やクランク角センサ１８が接続され、復帰後行程数判定部６３にはクランク角センサ１８が接続され、供給燃料量補正部６４には燃料噴射弁２６が接続され、燃焼Ａ／Ｆ推定部６６の新気割合検出部６５にはＩ／Ｍ圧センサ４７接続され、排気Ａ／Ｆ推定部６８にはＡＦＳ４６が接続されている。
以下このように構成された本発明に係る内燃機関の排気空燃比推定装置の作用について説明する。

図３を参照すると、上記ＥＣＵ６０が実行する排気空燃比推定の手順がブロック図で示されており、以下同図に基づき排気空燃比推定手順について説明する。
ブロックＢ１０では、復帰後行程数判定部６３においてＦ／Ｃ復帰後行程数ＩＧF/Cがシリンダ数（ここでは４気筒であるため４ＩＧ、各気筒の初回燃焼に相当する期間）より大であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）でＦ／Ｃ復帰後行程数ＩＧF/Cが４ＩＧに達していない場合には、予め設定された４ＩＧ間の目標Ａ／Ｆに対応した燃料補正係数ＫAFを変換操作し、当該変換値を出力する。

燃料カット時には排気浄化触媒５４には酸素ストレージ機能により多くの酸素が吸蔵し、燃料復帰時においても排気浄化触媒５４には多量の酸素が吸蔵した状態にあり、このままでは当該酸素が障害となって排気中のＮＯxを十分に浄化できないため、燃料カットからの燃料復帰後は供給する燃料を増量して排気浄化触媒５４に吸蔵された酸素を速やかに消費するようにしており、さらに、Ｆ／Ｃ復帰後行程数ＩＧF/Cが４ＩＧ間である場合には、各気筒内には筒内残留既燃ガスが存在せず、筒内残留既燃ガスに代えて残留新気が多量に存在していることから、この間は目標Ａ／Ｆが大きくリッチ空燃比となるようにしており、具体的には、燃料補正係数ＫAF（例えば、２．０）を燃料供給制御指標に乗算して燃料を特に多めに噴射するようにしている。

しかしながら、燃焼Ａ／Ｆひいては排気Ａ／Ｆを推定するにあたり、当該燃料補正係数ＫAF（例えば、２．０）で理論空燃比（１４．７）を除するようにすると、理論空燃比（１４．７）はそもそも筒内残留既燃ガス以外の新たに吸気した新気、つまり吸入空気に対する空燃比であることから、残留新気の分が考慮されず、燃焼Ａ／Ｆひいては排気Ａ／Ｆを精度よく推定できないことになる。故に、ここでは燃焼Ａ／Ｆひいては排気Ａ／Ｆを精確に推定すべく燃料補正係数ＫAF（例えば、２．０）を残留新気を考慮した値に変換操作する。

かかる燃料補正係数ＫAFの変換操作を行うには、先ず新たに吸気した新気の量を知る必要がある。ところが、Ｆ／Ｃ復帰直後においてはスロットルバルブ４４はほぼ全閉であってＡＦＳ４６では吸気量を十分に検出できない。一方、図４にマップを示すように、筒内残留既燃ガス割合ＰEGRはＩ／Ｍ圧に応じて変化するものであってＩ／Ｍ圧と筒内残留既燃ガス割合ＰEGRとの間には一定の関係があり、Ｉ／Ｍ圧がわかれば筒内残留既燃ガス割合ＰEGR、即ち残留新気割合を知ることができ、新たに吸気した新気の量を残留新気以外の部分として容易に検出することが可能である。従って、ここでは、新気割合検出部６５においてＩ／Ｍ圧センサ４７からの情報に基づき図４のマップから残留新気割合を求め、燃焼Ａ／Ｆ推定部６６のブロックＢ１２において、新たに吸気した新気割合を求める（１００％−残留新気割合）。

具体的には、スロットルバルブ４４がほぼ全閉である場合には、図４に示すようにＩ／Ｍ圧は燃焼悪化領域近傍の約２０MPaであり、この場合の筒内残留既燃ガス割合ＰEGR、即ち残留新気割合は約４０％である。従って、新たに吸気した新気割合は容易にして約６０％（１００％−４０％）と求められる。
新たに吸気した新気割合が求められたら、燃焼Ａ／Ｆ推定部６６のブロックＢ１４において、当該吸気した新気割合で当該吸気した新気割合と残留新気割合とを加えた筒内全新気割合（１００％）を除して新たに吸気した新気割合と筒内全新気割合との比を求める（１００％／新たに吸気した新気割合）。具体的には、新たに吸気した新気割合と筒内全新気割合との比は上記より約１．６７（１００％／６０％）と求められる。

新たに吸気した新気割合と筒内全新気割合との比が求められたら、燃焼Ａ／Ｆ推定部６６のブロックＢ１６において、燃料補正係数ＫAF（例えば、２．０）を当該比で除して燃料補正係数ＫAFの変換操作を行い変換補正係数ＫAF’を求める（ＫAF／新たに吸気した新気割合と筒内全新気割合との比）。具体的には、変換補正係数ＫAF’は約１．２（２．０／１．６７）と求められる。

このように変換補正係数ＫAF’が求められたら、燃焼Ａ／Ｆ推定部６６のブロックＢ１８において、理論空燃比（１４．７）を変換補正係数ＫAF’（約１．２）で除し、これにより燃焼Ａ／Ｆを推定する。具体的には、燃焼Ａ／Ｆは約１２．２５（１４．７／１．２）と推定される。
つまり、理論空燃比（１４．７）をそのまま燃料補正係数ＫAF（例えば、２．０）で除した場合には残留新気割合を考慮していないために燃焼Ａ／Ｆは７．３５（１４．７／２．０）と現実とかけ離れた値に誤推定されてしまうのであるが、残留新気割合を考慮した変換補正係数ＫAF’を用いることによりＦ／Ｃ復帰後行程数ＩＧF/Cが４ＩＧにある間において燃焼Ａ／Ｆを精度よく推定することができることとなる。

一方、ブロックＢ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）でＦ／Ｃ復帰後行程数ＩＧF/Cが４ＩＧを超えている場合には、各気筒において既に燃焼が一回終了しているため、筒内残留気体は筒内残留既燃ガスであって残留新気ではなく燃料補正係数ＫAFを変換する必要はなく、予め設定された目標Ａ／Ｆに対応した燃料補正係数ＫAFをそのまま出力する。
詳しくは、Ｆ／Ｃ復帰後行程数ＩＧF/Cが４ＩＧを超えても所定行程数以下（所定期間）にある間は依然として排気浄化触媒５４には多くの酸素が吸蔵した状態にあるため、この間は目標Ａ／Ｆがリッチ空燃比となるような燃料補正係数ＫAF（例えば、１．２）を燃料供給制御指標に乗算し、燃料をやや多めに噴射して当該吸蔵された酸素を十分に消費するようにしており、ここでは目標Ａ／Ｆがリッチ空燃比となるような燃料補正係数ＫAF（例えば、１．２）をそのまま出力する。

そして、上記同様、ブロックＢ１８において、理論空燃比（１４．７）を燃料補正係数ＫAF（１．２）で除し、これにより燃焼Ａ／Ｆがやはり精度よく推定される。具体的には、燃焼Ａ／Ｆは約１２．２５（１４．７／１．２）と推定される。
このようにして燃焼Ａ／Ｆが推定されたら、排気Ａ／Ｆ推定部６８のブロックＢ２０において、燃焼Ａ／Ｆを遅れフィルタ処理して排気Ａ／Ｆを推定するにあたり、制御フラグであるＦ／ＣフラグがＯＦＦであるか否か、即ち燃料カット中でないか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でＦ／ＣフラグがＯＦＦである場合には、上記推定された燃焼Ａ／Ｆを出力する。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）でＦ／ＣフラグがＯＮであって燃料カット中である場合には、燃焼Ａ／Ｆを規定できないものの遅れフィルタ処理の都合上燃焼Ａ／Ｆとして仮に値１００を出力する。

エンジン１の燃焼室２０から排気浄化触媒５４まではある程度距離があるため、排気浄化触媒５４に流入する排ガスの排気Ａ／Ｆを推定するには、排ガスの輸送遅れによる応答遅れを考慮する必要がある。そこで、排気Ａ／Ｆ推定部６８のブロックＢ２２、Ｂ２４及びＢ２６では、燃焼Ａ／Ｆに遅れフィルタ処理を施して排気浄化触媒５４入口の排気Ａ／Ｆを推定するようにする。具体的にはブロックＢ２２、Ｂ２４及びＢ２６において次式(1)〜(3)に示す３次遅れフィルタを用いて排気Ａ／Ｆを推定する。

排気Ａ／Ｆf1 ＝（１−Ｋ）×燃焼Ａ／Ｆ＋Ｋ×排気Ａ／Ｆf1 ・・・(1)
排気Ａ／Ｆf2 ＝（１−Ｋ）×排気Ａ／Ｆf1＋Ｋ×排気Ａ／Ｆf2 ・・・(2)
排気Ａ／Ｆf3 ＝（１−Ｋ）×排気Ａ／Ｆf2＋Ｋ×排気Ａ／Ｆf3 ・・・(3)
ここに、Ｋは排気空燃比変化率であり、排気流量に応じて最適値が設定されるものである。具体的には、排気流量は吸気量Ｑとほぼ同等であることから、図３中にマップを示すように、排気空燃比変化率Ｋは吸気量Ｑに応じて設定されており、排気空燃比変化率Ｋは当該マップから読み出される。

このように燃焼Ａ／Ｆに遅れフィルタ処理を施すことにより、上記のように推定した燃焼Ａ／Ｆに基づいて排気浄化触媒５４入口の排気Ａ／Ｆを適正に推定することができる。特に、排気空燃比変化率Ｋを吸気量Ｑに応じて可変設定することにより、排気空燃比変化率Ｋを固定した場合に比べ、排気流量の増加による応答性の向上を考慮し、排気浄化触媒５４入口の排気Ａ／Ｆをより一層精度よく推定することができる。

ここで、図５を参照すると、燃料カットからの燃料復帰時における燃料補正係数ＫAFの時間変化が示されており、図６を参照すると、上記のように推定した燃焼Ａ／Ｆ（一点鎖線）と推定した排気浄化触媒５４入口の排気Ａ／Ｆ（実線）とが示されており、併せて排気浄化触媒５４入口でのＬＡＦＳ（リニア空燃比センサ）による排気Ａ／Ｆの実測値（破線）が示されているが、これらの図に示すように、本発明に係る排気空燃比推定装置を適用することにより、燃料カットからの燃料復帰後において、排気浄化触媒５４に吸蔵された酸素を良好に放出し消費しながら高価なＬＡＦＳを用いることなく燃料補正係数ＫAFに基づいて排気浄化触媒５４入口の排気Ａ／Ｆを容易に推定することができる。

特に、燃料復帰直後の４ＩＧ間においては、燃料補正係数ＫAF（例えば、２．０）の下で供給燃料を大きく増量するようにしているのであるが、図６に示すように、この間の燃焼Ａ／Ｆに対応する排気Ａ／Ｆが現実とかけ離れた値に誤推定されてしまうことが防止され、燃料カット終了後燃料復帰直後から排気浄化触媒５４入口の排気Ａ／Ｆを現実に則して精度よく推定することができる。

これにより、高価なＬＡＦＳを用いることなく排気浄化触媒５４の排気浄化効率を常に良好な状態に維持することが可能である。
以上で本発明に係る内燃機関の排気空燃比推定装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、エンジン１は４気筒型エンジンであって、各気筒の初回燃焼に相当する期間が４ＩＧである場合を例に説明したが、エンジン１は４気筒に限られず何気筒であってもよく、各気筒の初回燃焼に相当する期間も４ＩＧに限られるものではない。例えば、６気筒型エンジンであれば各気筒の初回燃焼に相当する期間は６ＩＧとなる。

また、上記実施形態では、エンジン１は吸気管噴射型エンジンを例に説明したが、これに限られるものではなく、例えば筒内噴射型エンジンであってもよい。
また、上記実施形態では、推定精度を高めるべく３次遅れフィルタを用いて排気Ａ／Ｆを推定するようにしたが、２次遅れフィルタ或いは１次遅れフィルタを用いて排気Ａ／Ｆを推定しても十分な効果を得ることが可能である。

本発明に係る内燃機関の排気空燃比推定装置を示す概略構成図である。 図１のＥＣＵの内部構成を示す図である。 排気空燃比推定の手順を示すブロック図である。 Ｉ／Ｍ圧と筒内残留既燃ガス割合ＰEGRと関係を示すマップである。 燃料カットからの燃料復帰時における燃料補正係数ＫAFを示す図である。 推定燃焼Ａ／Ｆ（一点鎖線）及び排気浄化触媒入口の推定排気Ａ／Ｆ（実線）をＬＡＦＳの実測値（破線）と比較して示す図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
１０ 気筒
１８ クランク角センサ
２０ 燃焼室
２６ 燃料噴射弁
４６ エアフローセンサ（ＡＦＳ）
４７ Ｉ／Ｍ圧センサ
５４ 排気浄化触媒
５８ アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）
６０ ＥＣＵ
６２ 燃料カット制御部（燃料カット手段）
６３ 復帰後行程数判定部
６４ 供給燃料量補正部（供給燃料量補正手段）
６５ 新気割合検出部（新気割合検出手段）
６６ 燃焼Ａ／Ｆ推定部（排気空燃比推定手段）
６８ 排気Ａ／Ｆ推定部（排気空燃比推定手段）

Claims (5)

1. 所定の燃料カット条件が成立すると筒内への燃料供給を停止して燃料カットを行う燃料カット手段と、
   前記燃料カット手段による燃料カットからの燃料復帰後の所定期間に亘り、筒内に供給される新気に対する理論空燃比相当の燃料供給制御指標に対し補正係数を乗算して筒内への供給燃料量を補正する供給燃料量補正手段と、
   前記補正係数に基づいて排気空燃比を推定する排気空燃比推定手段とを備え、
   前記排気空燃比推定手段は、
   吸気行程で筒内に新たに供給される新気割合を検出する新気割合検出手段を含み、
   前記所定期間のうち各気筒の初回燃焼に相当する期間、前記新気割合検出手段により検出された新気割合と該新気割合に筒内残留新気割合を加えた筒内全新気割合との比に基づき前記補正係数を筒内全新気割合に応じた値に変換し、該変換した変換補正係数に基づいて排気空燃比を推定することを特徴とする内燃機関の排気空燃比推定装置。
2. 前記新気割合検出手段は、吸気圧に応じて変化する筒内残留気体割合に基づき該筒内残留気体以外の部分の割合を新気割合として検出することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気空燃比推定装置。
3. 排気通路には酸素ストレージ機能を有した触媒が介装され、
   前記供給燃料量補正手段は、筒内の燃焼空燃比がリッチ空燃比側となるような補正係数を乗算して筒内への供給燃料量を補正することを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の排気空燃比推定装置。
4. 前記排気空燃比推定手段は、理論空燃比を前記補正係数または前記変換補正係数で除した値を遅れフィルタ処理して排気空燃比を推定することを特徴とする、請求項３記載の内燃機関の排気空燃比推定装置。
5. 前記遅れフィルタ処理に使用するフィルタ係数は排気流量に応じて可変設定されるものであることを特徴とする、請求項４記載の内燃機関の排気空燃比推定装置。

Images