JP4742721B2 - 内燃機関の燃焼空燃比制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に２次空気を供給する内燃機関において燃焼室内の燃焼空燃比を制御する装置に関する。
に関する。

従来、特許文献１に開示されているように、排気通路に配置される排気浄化触媒の上流に２次空気を供給可能な２次空気供給装置を備え、触媒の暖機要求時に、燃焼室内の燃焼空燃比をリッチに制御すると共に、２次空気供給装置を作動させて排気通路に２次空気を供給する内燃機関が知られている。
特開平６−１４６８６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関では、触媒の暖機要求時には、燃焼室内の燃焼空燃比を、理論空燃比と該理論空燃比よりリッチ側において燃焼が可能な限界の燃焼空燃比である燃焼限界空燃比との間に設定するが、運転性の悪化や失火を防止するため、燃焼限界空燃比に対してリーン側に余裕を持たせて設定しなければならない。
このため、排気中の未燃焼成分であるＨＣ，ＣＯの供給量に限界があり、２次空気を供給させたとしても排気浄化触媒の温度を早期に上昇させることができず、触媒の排気浄化機能が発揮できないため、排気が悪化するという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、触媒の暖機要求時に燃焼空燃比を制御して触媒温度の上昇を早期に実現することを目的とする。

そのため本発明では、排気通路に配置される排気浄化触媒の上流に２次空気を供給可能な２次空気供給装置を備え、触媒の暖機要求時に、燃焼室内の燃焼空燃比をリッチに制御すると共に、２次空気供給装置を作動させて排気通路に２次空気を供給する内燃機関において、排気通路の触媒上流で２次空気供給位置より下流側の位置にて排気空燃比を検出する排気空燃比センサの活性または非活性を判定し、排気通路に供給される２次空気流量を検出し、触媒の暖機要求時に、排気空燃比センサが非活性状態のときは、燃焼空燃比を理論空燃比と該理論空燃比よりリッチ側における燃焼限界空燃比との間で安定した燃焼が可能な第１燃焼空燃比にオープン制御し、排気空燃比センサが活性状態のときは、排気空燃比センサにより検出される排気空燃比と２次空気流量検出手段により検出される２次空気流量と、このときの燃料供給量とに基づいて燃焼室内の燃焼空燃比を推定し、該推定燃焼空燃比が第１燃焼空燃比よりリッチ側で燃焼限界空燃比近傍の第２燃焼空燃比に収束するように燃焼空燃比をフィードバック制御することを特徴とする。

本発明によれば、触媒の暖機要求時に、排気空燃比センサが非活性状態のときは、燃焼空燃比を第１燃焼空燃比にオープン制御するため、燃焼安定を十分に確保して運転性の悪化や失火を防止できると共に、排気空燃比センサが活性状態のときは、燃焼空燃比を第２燃焼空燃比にフィードバック制御するため、排気中の未燃焼成分を十分に触媒に供給でき、触媒温度を早期に上昇させることができ、触媒の排気浄化機能を発揮でき、排気を改善できるという効果を奏する。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明による内燃機関の燃焼空燃比制御装置を示す概略構成図である。図１では、２次空気供給装置１３が６気筒のＶ型内燃機関１（以下、「エンジン」と称する）に適用されている例を示している。
エンジン１の左右のバンク２，３には、各気筒内に空気を導入する吸気通路４が形成されている。なお、図１では、バンク２，３近傍における吸気通路４については図示を省略している。

吸気通路４の上流側には、吸入空気流量を制御する電制スロットルバルブ５が配設され、このバルブ５の上流側の吸気通路４には、吸入空気用エアクリーナ６が配設されている。電制スロットルバルブ５とエアクリーナ６との間の吸気通路４には、エンジン１に吸入される空気流量（１次空気流量）Ｑａ１を検出するエアフロメータ７が配設されている。エンジン１への空気は、エアクリーナ６、電制スロットルバルブ５を通過して、図示しない吸気マニホールドから吸気ポートを介して各気筒に導入される。

エンジン１は、６つの気筒を左バンク２と右バンク３との２つのグループに分割されており、各気筒に導入された空気に燃料噴射弁（図示せず）から燃料を噴射して燃焼を行う。
エンジン１の排気通路８は、左バンク２に接続された第１排気通路８ａと、右バンク３に接続された第２排気通路８ｂとを含んで構成されている。これらの排気通路８ａ，８ｂは下流側にて合流している。

第１排気通路８ａと第２排気通路８ｂとの合流部分より下流側の排気通路８には、排気浄化装置の触媒１０が配設されている。触媒１０は、所定温度以上になれば活性し、排気浄化機能を発揮する性質がある。
第１排気通路８ａには、触媒１０より上流で２次空気供給位置より下流側にて排気中の実空燃比（酸素濃度）を検出する第１排気空燃比センサ９ａが配設されている。第２排気通路８ｂには、触媒１０より上流で２次空気供給位置より下流側にて排気中の実空燃比を検出する第２排気空燃比センサ９ｂが配設されている。これらの排気空燃比センサ９ａ，９ｂは、検出部が所定温度以上になると活性し、排気空燃比を検出できる性質がある。

また、エンジン１のシリンダヘッドに形成された各排気ポートも排気通路８ａ，８ｂを構成するものであり、図１では、各排気ポート（排気通路８ａ，８ｂ）に、２次空気供給装置１３から２次空気を供給する２次空気供給通路１４が連通している。
２次空気供給通路１４には、エア吸入側からエンジン１の排気通路８側に向けて２次空気用エアクリーナ１５、エアポンプ１６、開閉バルブ１７（エアスイッチングバルブ）の順に配設されている。エアクリーナ１５とエアポンプ１６との間の２次空気供給通路１４には、エアポンプ１６から排気通路８へ供給する２次空気流量を検出する装置１８（例えば、エアフロメータ、または、オリフィスと差圧センサや温度センサなどを組み合わせた装置）が配設されている。

エアポンプ１６は、２次空気供給通路１４を介してエンジン１の各バンク２，３の排気通路８ａ，８ｂにそれぞれ２次空気を圧送する。なお、エアポンプ１６は、エアポンプ駆動装置１６ａにより２次空気流量が制御される。エアポンプ駆動装置１６ａは、エンジンコントロールユニット４０（以下、「ＥＣＵ」と称する）からの作動信号を受け、エアポンプ１６を駆動する。

２次空気供給通路１４は、エアポンプ１６の下流側にて、第１排気通路８ａに２次空気を供給する第１分岐通路１４ａと、第２排気通路８ｂに２次空気を供給する第２分岐通路１４ｂとに分岐されている。
第１分岐通路１４ａには、第１排気通路８ａに２次空気を供給若しくは遮断可能な第１開閉バルブ１７ａが配設されている。第２分岐通路１４ｂには、第２排気通路８ｂに２次空気を供給若しくは遮断可能な第２開閉バルブ１７ｂが配設されている。図１では、第１分岐通路１４ａは、シリンダヘッドに形成された第１排気通路８ａと連通しており、第２分岐通路１４ｂは、第２排気通路８ｂと連通している。

これらの開閉バルブ１７ａ，１７ｂは、ＥＣＵ４０から開信号若しくは閉信号が出力されることで開閉状態が制御される。
ＥＣＵ４０は、エンジン始動直後に触媒１０が活性していない時には開閉バルブ１７ａ，１７ｂを開状態に制御すると共に、エアポンプ１６を駆動させることで排気通路８ａ，８ｂに２次空気を供給するように制御する。これにより、２次空気供給通路１４の分岐通路１４ａ，１４ｂを介して２次空気を各バンク２，３の排気通路８ａ，８ｂに供給し、触媒１０が活性温度に達するよう温度上昇を促進する。

また、ＥＣＵ４０は、エンジン１の運転条件を検出して各種の処理を行うため、図１に示すように、例えば、前述の吸入空気用エアフロメータ７、排気空燃比センサ９ａ，９ｂ、２次空気流量検出装置１８などからの信号が入力される。これらの他にも、ＥＣＵ４０には、例えばエンジン１の運転状態を検出するために、エンジン回転数、エンジン水温、車速などの信号が入力される。ＥＣＵ４０は、これらの入力信号に基づいて各種の演算を行い、電制スロットルバルブ５の開度、燃料噴射弁の燃料噴射量、エアポンプ１６の駆動、開閉バルブ１７ａ，１７ｂの開閉などの制御を行う。

次に、２次空気供給装置１３の動作について説明する。
２次空気供給装置１３は、例えば、エンジン１の冷間始動時などを含む触媒１０の暖機要求時に、触媒１０が排気浄化機能を発揮する程度まで昇温していない状態や、排気空燃比センサ９ａ，９ｂが排気中の空燃比を検出可能な程度まで活性していない状態において、ＥＣＵ４０からの信号により開閉バルブ１７ａ，１７ｂ（カットバルブ）を開く制御を行う。

この場合、ＥＣＵ４０によりエアポンプ１６を駆動させることで、エアクリーナ１５を通過したエアを２次空気として、２次空気供給通路１４の各分岐通路１４ａ，１４ｂを介し各バンク２，３の排気通路８ａ，８ｂ内に供給する。これにより、排気通路８ａ，８ｂにて２次空気供給位置より下流側で触媒１０に流入する排気中の酸素濃度が上昇し、排気中の未燃焼成分であるＨＣ、ＣＯの燃焼が促進され、触媒温度の上昇が行われる。ただし、このままでは２次空気が過剰に供給された状態となり、排気中の未燃焼成分が不足することになる。

そこでＥＣＵ４０は、触媒温度を更に上昇させるため、燃焼室内の燃焼空燃比をリッチに制御することで、触媒１０に更なる未燃焼成分を供給し、触媒１０の昇温を促進することにより触媒機能を早期に発揮できるようにし、エミッションの悪化を抑制する。この場合、排気空燃比センサ９ａ，９ｂの検出部も排気および２次空気により早期に活性させることができる。

次に、エンジン１の燃焼空燃比制御について図２のフローチャートを用いて詳細に説明する。なお、このフローチャートによる処理は、所定時間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に繰り返し行われる。また、本発明による排気空燃比の制御を行ったときの各パラメータの変化について図３のタイムチャートに示している。
ステップ１（図には「Ｓ１」と示す。以下同様）では、エンジン１の運転状態を検出する。例えば、エンジン１に吸入される吸入空気流量Ｑａ１、エンジン水温、エンジン回転数および触媒１０の温度などを検出する。

ステップ２では、触媒１０の暖機要求時であるか否かを判定する。この判定は、例えばエンジン水温が所定温度未満である場合には触媒暖機要求時であるとする。
ステップ３では、２次空気供給装置１３により排気通路８ａ，８ｂに２次空気を供給する。これはＥＣＵ４０がエアポンプ駆動信号を出力すると共に、開閉バルブ１７ａ，１７ｂの開信号を出力することにより、開閉バルブ１７ａ，１７ｂを開状態にして２次空気供給通路１４の分岐通路１４ａ，１４ｂから排気通路８ａ，８ｂに２次空気を供給する。

ステップ４では、排気通路８ａ，８ｂに供給される２次空気の流量Ｑａ２を検出する。この検出は、２次空気供給通路１４に配設された２次空気供給流量検出装置１８から出力される信号に基づいて行う。これが２次空気流量検出手段に相当する。
ステップ５では、排気空燃比センサ９ａ，９ｂの活性または非活性を判定する。この判定は、例えばエンジン始動時から所定時間（図３では、８秒）が経過しているか否かにより行う。或いは、排気空燃比センサ９ａ，９ｂの出力の反転回数が所定回（例えば、１回）以上である場合に排気空燃比センサ９ａ，９ｂが活性したと判定する。これが排気空燃比センサ活性判定手段に相当する。排気空燃比センサ９ａ，９ｂが非活性状態であると判定したときは、ステップ６〜ステップ９へ進み、オープン制御による燃焼空燃比の制御を行う。一方、空燃比センサ９ａ，９ｂが活性状態であると判定したときは、後述するステップ１０〜ステップ１８へ進み、フィードバック制御による燃焼空燃比の制御を行う。

ステップ６では、エンジン１の燃焼室内の目標燃焼空燃比ＫＡＰを、理論空燃比と該理論空燃比よりリッチ側における燃焼限界空燃比との間で安定した燃焼が可能な第１燃焼空燃比ＫＡＰ１（図３では、ＫＡＰ１＝１２）に設定する。
但し、現在の燃焼空燃比と第１燃焼空燃比ＫＡＰ１との差が所定値以上である場合において、燃焼空燃比を急激に変化させるとトルク段差が発生してしまう。これを抑制するため、燃焼空燃比の変化率を制限する。これが変化率制限手段に相当する。

目標燃焼空燃比ＫＡＰの変化率制限は、例えば図３では、現在の燃焼空燃比が理論空燃比近傍にある状態から第１燃焼空燃比ＫＡＰ１へ切り換える際に、現在の燃焼空燃比と第１燃焼空燃比ＫＡＰ１との差が所定値以上である場合には、変化率が大きいと判定し、目標燃焼空燃比ＫＡＰの設定を、現在の燃焼空燃比から第１燃焼空燃比ＫＡＰ１側に所定上限値だけ進めた燃焼空燃比に設定することで行う。

ステップ７では、ステップ６にて設定された目標燃焼空燃比ＫＡＰを目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに変換する。なお、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡは、理論空燃比を１４．７とすると、目標燃焼空燃比を用いて次式により表される。目標燃焼空燃比が理論空燃比のときは、目標燃焼当量比が１となる。
ＴＦＢＹＡ＝１４．７／ＫＡＰ ・・・（１）
ステップ８では、排気空燃比センサ９ａ，９ｂが活性しておらず、オープン制御するため、フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを１に設定する（図３参照）。

ステップ９では、次式に示すように、燃料噴射弁からの燃料噴射量（燃料供給量）Ｔｉを、基本燃料噴射量Ｔｐ、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡおよびフィードバック補正係数ＡＬＰＨＡ（但し、ＡＬＰＨＡ＝１）を乗算することで算出する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×ＡＬＰＨＡ ・・・（２）
ＥＣＵ４０は、算出された燃料噴射量Ｔｉに応じて燃料噴射弁に燃料噴射信号を出力する。

ステップ６〜ステップ９の処理を繰り返し行うことにより、図３に示すように、経過時間ｔ１〜ｔ２において燃焼空燃比の変化率を制限している場合には、燃焼空燃比を滑らかに第１燃焼空燃比ＫＡＰ１へ移行させることでエンジン１のトルク段差の回避を図ることができる。また、経過時間ｔ２〜ｔ３において第１燃焼空燃比ＫＡＰ１をほぼ一定値（燃焼空燃比＝１２）に制御することができる。そして、燃焼安定を十分に確保して運転性の悪化や失火を防止できる。

また、ステップ５にて排気空燃比センサ９ａ，９ｂが活性状態であると判定したときは、ステップ１０〜ステップ１８にて、排気空燃比センサ９ａ，９ｂの出力信号を考慮してフィードバック制御を行う。
ステップ１０では、排気空燃比ＡＦｅｘを検出する。排気空燃比ＡＦｅｘは、排気空燃比センサ９ａ，９ｂの出力信号に基づいて算出した値を用いる。

ステップ１１では、エンジン１の運転状態が定常であるか否かを判定する。これは、例えばエンジン１の吸入空気流量Ｑａ１の変化が所定レベル以上である場合には非定常であると判定し、レベル未満であれば定常であると判定する。この判定は、例えばエアフロメータ７の出力信号に基づく吸入空気流量Ｑａ１の変化、または電制スロットルバルブ５の開度の変化に基づいて行う。エンジン１の運転状態が定常であると判定した場合には、ステップ１２へ進む。一方、運転状態が非定常であると判定した場合には、前述のステップ６へ進む。

ステップ１２では、エンジン１の燃焼室内の目標燃焼空燃比ＫＡＰを、第１燃焼空燃比ＫＡＰ１よりリッチ側で燃焼限界空燃比近傍の第２燃焼空燃比ＫＡＰ２（図３では、ＫＡＰ２＝１０）に設定する。
但し、現在の燃焼空燃比と第２燃焼空燃比ＫＡＰ２との差が所定値以上である場合において、燃焼空燃比を急激に変化させるとトルク段差が発生してしまう。これを抑制するため、目標燃焼空燃比の変化率を制限する。これが変化率制限手段に相当する。

目標燃焼空燃比ＫＡＰの変化率制限は、例えば図３では、現在の燃焼空燃比を第１燃焼空燃比ＫＡＰ１にある状態から第２燃焼空燃比ＫＡＰ２へ切り換える際に、現在の燃焼空燃比と第２燃焼空燃比ＫＡＰ２との差が所定値以上である場合には、変化率が大きいと判定し、目標燃焼空燃比ＫＡＰの設定を、現在の燃焼空燃比から第２燃焼空燃比ＫＡＰ２側に所定上限値だけ進めた燃焼空燃比に設定することで行う。

ステップ１３では、ステップ１２にて設定された目標燃焼空燃比ＫＡＰを目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに変換する。なお、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡは、理論空燃比を１４．７とすると、目標燃焼空燃比を用いて次式により表される。
ＴＦＢＹＡ＝１４．７／ＫＡＰ ・・・（３）
ステップ１４では、次式に示すように、排気空燃比センサ９ａ，９ｂにより検出された排気空燃比ＡＦｅｘから、２次空気供給流量Ｑａ２に燃料噴射量Ｔｉを除算した値を減算することで燃焼室内の燃焼空燃比ＡＦｃを推定する。

ＡＦｃ＝ＡＦｅｘ−Ｑａ２／Ｔｉ ・・・（４）
なお、この式における燃料噴射量Ｔｉは、初期値としてステップ９にて設定された燃料噴射量を用い、フィードバック制御が行われる場合には、後述するステップ１８にて設定された燃料噴射量を用いる。
ステップ１５では、ステップ１２にて設定された目標燃焼空燃比ＫＡＰと、ステップ１４にて推定された燃焼空燃比ＡＦｃとを比較する。これにより、推定燃焼空燃比ＡＦｃが目標燃焼空燃比ＫＡＰ（図３では、燃焼空燃比＝１０）に達しているか否かを判定して、フィードバック制御を行う。

推定燃焼空燃比ＡＦｃが目標燃焼空燃比ＫＡＰ以上リーンである（ＡＦｃ≧ＫＡＰ）場合にはステップ１６へ進み、推定燃焼空燃比ＡＦｃが目標燃焼空燃比ＫＡＰよりリッチである（ＡＦｃ＜ＫＡＰ２）場合にはステップ１７へ進む。これにより、推定燃焼空燃比ＡＦｃに応じて燃焼空燃比のフィードバック制御を行う場合の制御量を変更可能にしている。

ステップ１６では、燃焼空燃比が過剰にリーン側になっている状態であり、燃焼空燃比をリッチ側にするため、フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを、前回値ＡＬＰＨＡ（−１）に所定値ΔＡを加算して求める（ＡＬＰＨＡ＝ＡＬＰＨＡ（−１）＋ΔＡ）。これにより、フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡをリッチ側に進めるように補正することができる。

ステップ１７では、燃焼空燃比が過剰にリッチになっている状態であり、燃焼空燃比をリーン側にするため、フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを、前回値ＡＬＰＨＡ（−１）に所定値ΔＡを減算して求める（ＡＬＰＨＡ＝ＡＬＰＨＡ（−１）＋ΔＡ）。これにより、フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡをリーン側に進めるように補正することができる。
ステップ１８では、次式のように、燃料噴射弁からの燃料噴射量Ｔｉを、基本燃料噴射量Ｔｐ、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ（ステップ１３にて算出した値）およびフィードバック補正係数ＡＬＰＨＡ（ステップ１６またはステップ１７にて算出された値）を乗算することで算出する。

Ｔｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×ＡＬＰＨＡ ・・・（５）
ＥＣＵ４０は、算出された燃料噴射量Ｔｉに応じて燃料噴射弁に燃料噴射信号を出力する。以上により、排気空燃比センサ９ａ，９ｂにより検出される排気空燃比に基づいて燃焼室内の燃焼空燃比を推定しつつ、燃焼空燃比を第２燃焼空燃比ＫＡＰ２にフィードバック制御する。

このように推定燃焼空燃比ＡＦｃと目標燃焼空燃比ＫＡＰ２を比較してフィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを設定し、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量Ｔｉをフィードバック制御することで、図３に示すように燃焼空燃比を制御できる。
すなわち、経過時間ｔ３〜ｔ４のように、燃焼空燃比の変化率を制限している場合には、燃焼空燃比を滑らかに第２燃焼空燃比ＫＡＰ２へ移行させることでエンジン１のトルク段差の回避を図ることができる。そして、経過時間ｔ４〜ｔ５においては燃焼空燃比を第２燃焼空燃比ＫＡＰ２に保持するためにフィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを決定し、燃焼空燃比をフィードバック制御することができる。更に、燃焼空燃比を第２燃焼空燃比ＫＡＰ２に保持することで、排気通路８ａ，８ｂに未燃焼成分を多く排出することができ、触媒１０の早期活性化を図ることができる。

また、前述の燃焼空燃比制御により触媒温度が所定温度以上になった場合などには、触媒暖機要求時ではないとしてステップ２からステップ１９へ進み、通常制御を行う。
なお、図３に示すように、通常制御における第３燃焼空燃比ＫＡＰ３は理論空燃比（燃焼空燃比＝１４．７）に設定している。
また、例えば図３に示すように、経過時間ｔ５〜ｔ６において燃焼空燃比が第２燃焼空燃比ＫＡＰ２にある状態から第３燃焼空燃比ＫＡＰ３に移行する場合、エンジン１のトルク段差の回避を図るため、燃焼空燃比を滑らかに変化させるように燃料噴射量を設定する。時間ｔ６の経過後は第３燃焼空燃比ＫＡＰ３をほぼ一定値（理論空燃比）に制御する。

また、図３には示していないが、図２のフローチャートで、燃焼空燃比を第２燃焼空燃比ＫＡＰ２（燃焼空燃比＝１０）に制御している状態、すなわち燃焼空燃比をフィードバック制御している状態において吸入空気流量が急変した（所定時間で所定流量以上となった）場合には、ステップ１１にて運転状態が非定常であると判定し、ステップ６〜ステップ９にて、燃焼空燃比を第２燃焼空燃比ＫＡＰ２から第１燃焼空燃比ＫＡＰ１に制御する。これにより、燃焼空燃比をフィードバック制御からオープン制御に切り換えることができる。

この場合、ステップ６では、燃焼空燃比を第２空燃比ＫＡＰ２から第１燃焼空燃比ＫＡＰ１に制御するとき、燃焼空燃比が急激に変化することによるトルク段差を抑制するため、燃焼空燃比の変化率を制限する。
第１燃焼空燃比ＫＡＰ１の変化率制限は、現在の燃焼空燃比を第１空燃比ＫＡＰ１へ切り換える際に、現在の燃焼空燃比と第１燃焼空燃比ＫＡＰ１との差が所定値以上である場合には、変化率が大きいと判定し、第１燃焼空燃比ＫＡＰ１の設定を、現在の燃焼空燃比から第１燃焼空燃比ＫＡＰ１側に所定の上限値だけ進めた燃焼空燃比に設定する。その後は、前述のステップ７〜ステップ９を実行する。

これにより、燃焼空燃比の変化率を制限している場合には、燃焼空燃比を第２燃焼空燃比ＫＡＰ２から滑らかに第１燃焼空燃比ＫＡＰ１へ移行させることでエンジン１のトルク段差の回避を図ることができる。また、移行後は、第１燃焼空燃比ＫＡＰ１をほぼ一定値（燃焼空燃比＝１２）に制御することができる。
本実施形態によれば、排気通路８ａ，８ｂに配置される排気浄化触媒１０の上流に２次空気を供給可能な２次空気供給装置１３を備え、触媒１０の暖機要求時に、燃焼室内の燃焼空燃比をリッチに制御すると共に、２次空気供給装置１３を作動させて排気通路８ａ，８ｂに２次空気を供給する内燃機関において、排気通路８ａ，８ｂの触媒上流で２次空気供給位置より下流側の位置にて排気空燃比を検出する排気空燃比センサ９ａ，９ｂと、排気空燃比センサ９ａ，９ｂの活性または非活性を判定する排気空燃比センサ活性判定手段（ステップ５）と、触媒１０の暖機要求時（ステップ２）に、排気空燃比センサ９ａ，９ｂが非活性状態のときは、燃焼空燃比を理論空燃比と該理論空燃比よりリッチ側における燃焼限界空燃比との間で安定した燃焼が可能な第１燃焼空燃比ＫＡＰ１（例えば、ＫＡＰ１＝１２）にオープン制御し、排気空燃比センサ９ａ，９ｂが活性状態のときは、排気空燃比センサ９ａ，９ｂにより検出される排気空燃比に基づいて燃焼室内の燃焼空燃比を推定しつつ、燃焼空燃比を第１燃焼空燃比ＫＡＰ１よりリッチ側で燃焼限界空燃比近傍の第２燃焼空燃比ＫＡＰ２（例えば、ＫＡＰ＝１０）にフィードバック制御する燃焼空燃比制御手段（ステップ７〜ステップ９、ステップ１０，ステップ１３〜ステップ１８）と、を備える。このため、触媒１０の暖機要求時に、排気空燃比センサ９ａ，９ｂが非活性状態のときは、燃焼空燃比を第１燃焼空燃比ＫＡＰ１にオープン制御するため、燃焼安定を十分に確保して運転性の悪化や失火を防止できると共に、排気空燃比センサ９ａ，９ｂが活性状態のときは、燃焼空燃比を第２燃焼空燃比ＫＡＰ２にフィードバック制御するため、排気中の未燃焼成分を十分に触媒に供給でき、触媒温度を早期に上昇させることができ、触媒１０の排気浄化機能を発揮でき、排気を改善できる。

また本実施形態によれば、排気通路８ａ，８ｂに供給される２次空気流量Ｑａ２を検出する２次空気流量検出手段（ステップ４）を備え、燃焼空燃比の推定は、排気空燃比センサ９ａ，９ｂにより検出される排気空燃比ＡＦｅｘと、２次空気流量検出手段により検出される２次空気流量Ｑａ２と、このときの燃料供給量Ｔｉとに基づいて行う（ステップ１４）。このため、排気空燃比ＡＦｅｘ、２次空気流量Ｑａ２および燃料供給量Ｔｉに基づいて燃焼空燃比を第２燃焼空燃比ＫＡＰ２に精度良くフィードバック制御できる。

また本実施形態によれば、内燃機関１の運転状態の定常または非定常を判定する定常判定手段（ステップ１１）を備え、燃焼空燃比制御手段は、運転状態が非定常であると判定した場合には、排気空燃比センサ９ａ，９ｂが活性状態であっても燃焼空燃比を第１燃焼空燃比ＫＡＰ１にオープン制御する（ステップ７〜ステップ９）。このため、例えば燃焼空燃比を第２燃焼空燃比ＫＡＰ２にフィードバック制御している状態からオープン制御に切り換えて第１燃焼空燃比ＫＡＰ１にすることができる。そして、燃焼限界空燃比近傍の第２燃焼空燃比ＫＡＰ２での燃焼空燃比制御のばらつきによる運転性悪化や失火を防止できる。

また本実施形態によれば、定常判定手段は、内燃機関の吸入空気流量Ｑａ１の変化が所定レベル以上である場合に運転状態が非定常であると判定する（ステップ１１）。このため、例えば燃焼空燃比を第２燃焼空燃比ＫＡＰ２にフィードバック制御している状態で、吸入空気流量が大きく変化するような過渡状態になったときに、オープン制御に切り換え、安定した燃焼が可能な第１燃焼空燃比ＫＡＰ１にすることで、運転性の悪化や失火を防止できる。

また本実施形態によれば、燃焼空燃比制御手段がオープン制御またはフィードバック制御をする場合に燃焼空燃比の変化率を制限する変化率制限手段（ステップ６，ステップ１２）を備える。このため、燃焼空燃比を滑らかに変化させることができ、エンジン１のトルク段差を回避することができる。

内燃機関の２次空気供給装置を示す概略構成図 内燃機関の燃焼空燃比制御のフローチャート 燃焼空燃比制御におけるタイムチャート

符号の説明

１ エンジン
７ エアフロメータ
８ 排気通路
８ａ 第１排気通路
８ｂ 第２排気通路
９ａ 第１排気空燃比センサ
９ｂ 第２排気空燃比センサ
１３ ２次空気供給装置
１４ ２次空気供給通路
１４ａ 第１分岐通路
１４ｂ 第２分岐通路
１６ エアポンプ
１７ａ 第１開閉バルブ
１７ｂ 第２開閉バルブ
１８ ２次空気流量検出装置
４０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 排気通路に配置される排気浄化触媒の上流に２次空気を供給可能な２次空気供給装置を備え、前記触媒の暖機要求時に、燃焼室内の燃焼空燃比をリッチに制御すると共に、前記２次空気供給装置を作動させて排気通路に２次空気を供給する内燃機関において、
   排気通路の前記触媒上流で２次空気供給位置より下流側の位置にて排気空燃比を検出する排気空燃比センサと、
   前記排気空燃比センサの活性または非活性を判定する排気空燃比センサ活性判定手段と、
   前記排気通路に供給される２次空気流量を検出する２次空気流量検出手段を備え、
   前記触媒の暖機要求時に、前記排気空燃比センサが非活性状態のときは、燃焼空燃比を理論空燃比と該理論空燃比よりリッチ側における燃焼限界空燃比との間で安定した燃焼が可能な第１燃焼空燃比にオープン制御し、前記排気空燃比センサが活性状態のときは、前記排気空燃比センサにより検出される排気空燃比と前記２次空気流量検出手段により検出される２次空気流量と、このときの燃料供給量とに基づいて燃焼室内の燃焼空燃比を推定し、該推定燃焼空燃比が前記第１燃焼空燃比よりリッチ側で前記燃焼限界空燃比近傍の第２燃焼空燃比に収束するように燃焼空燃比をフィードバック制御する燃焼空燃比制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼空燃比制御装置。
2. 前記内燃機関の運転状態の定常または非定常を判定する定常判定手段を備え、
   前記燃焼空燃比制御手段は、前記運転状態が非定常であると判定した場合には、前記排気空燃比センサが活性状態であっても燃焼空燃比を前記第１燃焼空燃比にオープン制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃焼空燃比制御装置。
3. 前記定常判定手段は、前記内燃機関の吸入空気流量の変化が所定レベル以上である場合に前記運転状態が非定常であると判定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃焼空燃比制御装置。
4. 前記燃焼空燃比制御手段が前記オープン制御または前記フィードバック制御をする場合に燃焼空燃比の変化率を制限する変化率制限手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼空燃比制御装置。

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