JP5093007B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関を制御するのに好適に用いられる制御装置に関し、特に、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）制御を行う構成とした内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１（特開２００２−３７１８７４号公報）に開示されているように、過給機とＥＧＲ装置とを備えた内燃機関の制御装置が知られている。従来技術の内燃機関は、吸気通路と排気通路との間に接続されたＥＧＲ通路を備えている。また、排気通路には、ＥＧＲ通路の下流側となる位置に過給機の排気タービンが設けられている。

内燃機関の排気圧は、排気タービンの上流側よりも下流側の方が低くなる。このため、従来技術では、ＥＧＲ通路の位置で排気ガスを吸気通路に還流させるのに十分な排気圧が得られるように、ＥＧＲ通路を排気タービンの上流側に配置している。一方、排気タービンの下流側には、排気ガスを浄化するための触媒が配置されている。

特開２００２−３７１８７４号公報

上述した従来技術では、ＥＧＲ制御により排気ガスを吸気系に還流させる構成としている。しかしながら、燃焼制御等により排気空燃比がリッチ状態となっているときに、排気ガスを吸気系に還流させると、排気ガス中の未浄化成分等が原因となって吸気系の各部にデポジットが堆積し易いという問題がある。

これに対し、例えば触媒の下流側にＥＧＲ通路を接続し、触媒により浄化した排気ガスを吸気系に還流させる方法も考えられる。しかし、この方法では、ＥＧＲ通路が排気タービンの下流側に配置されることになるから、ＥＧＲ通路の位置で十分な排気圧を得ることができず、ＥＧＲ量の確保が困難となる。このように、従来技術では、吸気系のデポジット対策と、ＥＧＲ量の確保とを両立するのが難しいという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＥＧＲ制御を行うときに、吸気系をデポジットから保護しつつ、ＥＧＲ量を十分に確保することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

第１の発明は、内燃機関の排気通路から排気ガスを取出し、当該排気ガスをＥＧＲガスとして内燃機関の吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を可変とするＥＧＲ可変機構と、
排気ガスの空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
排気空燃比が所定の基準判定値よりもリッチ空燃比となったときに前記ＥＧＲ可変機構によりＥＧＲガスを減量し、排気空燃比が前記基準判定値よりもリーン空燃比となったときに前記ＥＧＲガスの減量状態を解除するＥＧＲ切換手段と、
前記ＥＧＲ切換手段によりＥＧＲガスが減量された状態であるときに、排気空燃比を前記基準判定値よりもリーン空燃比へと一時的に変化させるＥＧＲ確保手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明によると、前記第１の発明において、
前記ＥＧＲ確保手段は、排気空燃比を前記リッチ空燃比から前記リーン空燃比へと周期的に切換える構成としている。

第３の発明によると、前記第１または第２の発明において、
前記ＥＧＲ確保手段は、排気空燃比を前記リーン空燃比に変化させてから所定のＥＧＲ保持時間が経過したときに、排気空燃比を前記リッチ空燃比に戻す構成としている。

第４の発明によると、前記第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記ＥＧＲ確保手段は、排気空燃比が前記リッチ空燃比となってから所定のリッチ保持時間が経過したときに、排気空燃比を前記リーン空燃比に切換える構成としている。

第５の発明によると、前記第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記ＥＧＲ確保手段は、内燃機関の空燃比制御で用いられる目標空燃比をリーン側の目標値またはリッチ側の目標値に切換えることにより、排気空燃比を前記リッチ空燃比または前記リーン空燃比に変化させる構成としている。

第６の発明によると、前記第５の発明において、
前記ＥＧＲ切換手段は、前記目標空燃比が前記リッチ側の目標値に設定されたときに、ＥＧＲガスを減量する構成としている。

第７の発明によると、前記第５または第６の発明において、
前記ＥＧＲ切換手段は、前記目標空燃比が前記リーン側の目標値に設定されてから所定の待機時間が経過するか、または実際の排気空燃比が前記リーン空燃比となったときに、ＥＧＲガスの減量状態を解除する構成としている。

第８の発明は、前記第７の発明において、
内燃機関から排出される排気ガスの流量が増大するにつれて、前記待機時間を短くする待機時間可変手段を備える構成としている。

第９の発明は、前記第１乃至第８の発明の何れかにおいて、
前記ＥＧＲ通路よりも下流側で前記排気通路に設けられた排気タービンを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機と、
前記排気タービンの下流側で排気ガス中の未浄化成分を浄化するメイン触媒と、
を備える構成としている。

第１の発明によれば、例えばリッチ空燃比での燃焼制御等により、排気空燃比が基準判定値よりもリッチ空燃比となったときには、ＥＧＲ切換手段によりＥＧＲガスを減量することができる。これにより、デポジットを誘発するリッチな排気ガスが吸気系に還流されるのを回避することができる。一方、ＥＧＲ確保手段は、ＥＧＲガスの減量状態が継続するときに、排気空燃比を基準判定値よりもリーン空燃比へと一時的に変化させることができる。これにより、ＥＧＲ切換手段は、ＥＧＲガスの減量状態を一時的に解除し、リーンな排気ガスを吸気系に還流（または還流量を増量）させることができる。さらに、ＥＧＲ確保手段は、ＥＧＲガスの減量状態を解除した後に、排気空燃比をリッチ側に戻すことができる。従って、リッチ空燃比での燃焼を維持しつつ、吸気系をデポジットから保護することができ、しかもデポジットが生じ難いタイミングでＥＧＲ量を十分に確保することができる。

第２の発明によれば、基本的には排気空燃比をリッチ状態に維持しつつ、これをリーン空燃比へと周期的に切換えることができる。これにより、リッチ空燃比が継続する条件下でも、リーンなＥＧＲガスの還流を周期的に行うことができ、ＥＧＲ量を容易に確保することができる。

第３の発明によれば、ＥＧＲ確保手段は、排気空燃比をＥＧＲ保持時間の間だけリーン空燃比に変化させることができ、その後にリッチ空燃比に戻すことができる。これにより、ＥＧＲ保持時間の長さに応じてＥＧＲ量を正確に設定することができる。

第４の発明によれば、ＥＧＲ確保手段は、排気空燃比をリッチ保持時間の間だけリッチ空燃比に保持することができ、その後にリーン空燃比に切換えることができる。これにより、排気空燃比を一時的にリーン化する場合でも、リッチ保持時間の長さに応じて排気空燃比のリッチ度合いを安定的に定めることができる。

第５の発明によれば、ＥＧＲ確保手段は、空燃比制御の目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）をリッチ側の目標値またはリーン側の目標値に切換えることができる。これにより、空燃比制御を利用して実際の排気空燃比（実Ａ／Ｆ）を目標Ａ／Ｆに追従させることができ、実Ａ／Ｆをリッチ空燃比またはリーン空燃比に変化させることができる。

第６の発明によれば、例えば排気空燃比検出手段がＥＧＲ通路の下流側に配置されている場合には、排気ガスがＥＧＲ通路の位置に達してから排気空燃比検出手段の位置に達するまでの間に、ある程度の時間遅れが存在する。このため、ＥＧＲガスを減量するときに、実Ａ／Ｆがリッチ空燃比に変化したことを検出してから減量動作を行うのでは、前記時間遅れの間にリッチな排気ガスがＥＧＲ通路に流入する虞れがある。これに対し、ＥＧＲ切換手段は、目標Ａ／Ｆがリッチ側の目標値に設定された時点で、実Ａ／Ｆがリッチ空燃比に変化するものとみなすことができる。そして、この時点でリッチ空燃比が検出されていなくても、ＥＧＲガスを速やかに減量することができる。

即ち、実Ａ／Ｆが変化してリッチなＥＧＲガスがＥＧＲ通路に到達する前に、ＥＧＲガスの減量動作を済ませることができる。このため、前記時間遅れの間にリッチな排気ガスがＥＧＲ通路から吸気系に還流されるのを回避することができ、吸気系へのデポジット堆積をより確実に阻止することができる。

第７の発明によれば、前記第６の発明で述べたように、例えば排気ガスがＥＧＲ通路の位置から下流側の排気空燃比検出手段に到達するまでの間には、時間遅れが存在する。このため、ＥＧＲガスの減量状態を解除するときに、実Ａ／Ｆがリーン空燃比に変化したことを検出してから解除動作を行うと、前記時間遅れの間には、リーンな排気ガスがＥＧＲ通路に流入可能な状態にも拘らず、ＥＧＲガスの減量状態を維持することになる。これに対し、ＥＧＲ切換手段は、目標Ａ／Ｆがリーン側の目標値に設定されてから少なくとも待機時間が経過した時点で、ＥＧＲ通路の位置にリーンな排気ガスが到達したとみなすことができる。そして、この時点でリーン空燃比が検出されていなくても、ＥＧＲガスの減量状態を速やかに解除することができる。

従って、例えばリッチ空燃比での燃焼中にＥＧＲ量を確保しようとする場合等に、ＥＧＲガスの減量解除動作（増量動作）を可能な限り早期に開始することができ、その分だけＥＧＲ量を容易に確保することができる。また、ＥＧＲ切換手段によれば、待機時間が経過していなくても、リーン空燃比を検出した場合には、ＥＧＲガスの減量状態を解除することができる。

第８の発明によれば、前記第７の発明において、目標Ａ／Ｆが変更されてからＥＧＲ通路にリーンな排気ガスが到達するまでの時間は、少なくとも排気流量が増大するにつれて短くなる。待機時間可変手段によれば、排気流量が増大するにつれて待機時間を短くすることができ、実際に必要となる時間に応じて待機時間を適切に調整することができる。

第９の発明によれば、メイン触媒は排気タービンの下流側に配置されるから、メイン触媒で浄化したＥＧＲガスを吸気系に還流しようとしても、排気圧の不足によりＥＧＲ量の確保が難しい。このため、ＥＧＲ通路は排気タービンの上流側に配置されるが、結果としてＥＧＲ通路には、未浄化状態のＥＧＲガスが流入することになる。このような排気系の配置であっても、リーンなＥＧＲガスだけを吸気系に還流させることにより、吸気系にデポジットが堆積するのを回避することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施形態のシステムは、例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等からなる内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、その気筒内に吸入空気を吸込む吸気通路１２と、排気ガスを排出する排気通路１４とを備えている。

吸気通路１２には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６と、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ１８とが設けられている。排気通路１４には、排気ガス中の未浄化成分を浄化するメイン触媒２０が設けられている。メイン触媒２０は、例えば三元触媒等により構成され、後述する排気タービン２４の下流側に配置されている。また、内燃機関１０は、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機２２を備えている。過給機２２は、後述のＥＧＲ通路２８よりも下流側で排気通路１４に設けられた排気タービン２４と、吸気通路１２内に配置された状態で排気タービン２４と一体的に回転する吸気タービン２６とを備えている。

さらに、内燃機関１０は、ＥＧＲ通路２８、ＥＧＲ弁３０およびＥＧＲ触媒３２を備えている。ＥＧＲ通路２８は、吸気通路１２と排気通路１４との間に設けられており、ＥＧＲ通路２８の流入側は、排気タービン２４の上流側で排気通路１４に接続されている。そして、ＥＧＲ通路２８は、排気タービン２４による排気圧の低下が生じない位置で排気通路１４から排気ガスを取出し、これをＥＧＲガスとして吸気通路１２に還流させる。

ＥＧＲ弁３０は、電磁弁等からなるＥＧＲ可変機構を構成しており、ＥＧＲ通路２８に設けられている。ＥＧＲ弁３０は、後述のＥＣＵ４０により制御され、ＥＧＲ通路２８内を流れるＥＧＲガスの流量（ＥＧＲ量）を可変に設定するものである。ＥＧＲ触媒３２は、ＥＧＲガス中の未浄化成分を浄化するための比較的小型な触媒であり、ＥＧＲ通路２８に配置されている。

また、本実施の形態のシステムは、Ａ／Ｆセンサ３４を含むセンサ系統と、内燃機関１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０とを備えている。Ａ／Ｆセンサ３４は、本実施の形態の排気空燃比検出手段を構成しており、ＥＧＲ通路２８の下流側、かつメイン触媒２０の上流側となる位置で排気通路１４に設けられている。そして、Ａ／Ｆセンサ３４は、排気ガスの空燃比（排気空燃比）を検出し、その検出信号をＥＣＵ４０に出力する。

ＥＣＵ４０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路を備えたマイクロコンピュータにより構成されている。ＥＣＵ４０の入力側には、前述したエアフローメータ１６、Ａ／Ｆセンサ３４等に加えて、内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサ、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等を含むセンサ系統が接続されている。ＥＣＵ４０の出力側には、スロットルバルブ１８、ＥＧＲ弁３０、各気筒の燃料噴射弁、点火プラグ等を含む各種のアクチュエータが接続されている。

そして、ＥＣＵ４０は、内燃機関の運転状態をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動することにより運転制御を行う。この運転制御には、一般的に公知な燃料噴射制御や点火時期制御が含まれると共に、以下に述べる空燃比制御（空燃比フィードバック制御）と、空燃比対応ＥＧＲ制御が含まれている。

（空燃比フィードバック制御）
空燃比フィードバック制御は、Ａ／Ｆセンサ３４の出力に応じて燃料噴射量を補正することにより、排気空燃比が目標空燃比となるように、空燃比をフィードバック制御するものである。この場合、目標空燃比は、内燃機関の運転状態等に応じて可変に設定される空燃比の目標値である。空燃比フィードバック制御によれば、排気空燃比をメイン触媒２０の浄化能力が発揮される所定の空燃比範囲（浄化ウィンドウ）内に保持し、メイン触媒２０による排気ガスの浄化効率を高めることができる。

（空燃比対応ＥＧＲ制御）
まず最初に、通常のＥＧＲ制御について説明する。ＥＣＵ４０は、所定のＥＧＲ実行条件が成立しているときに、ＥＧＲ弁３０を開弁し、ＥＧＲ制御を実行する。ＥＧＲ実行条件の一例を挙げれば、排気ガスを吸気系に還流しても、筒内での燃焼が悪化しない運転状態であるか否か、などである。そして、ＥＧＲ制御中には、排気ガスの一部がＥＧＲガスとして排気通路１４からＥＧＲ通路２８に取出され、このＥＧＲガスは吸気系に還流される。ＥＧＲガスの流量（ＥＧＲ量）は、内燃機関の運転状態等に応じて可変に設定され、ＥＧＲ弁３０の開度に応じて制御される。ＥＧＲ制御によれば、燃費性能や排気エミッションを向上させることができる。

しかしながら、内燃機関の運転状態によっては、例えばリッチ空燃比での燃焼制御が行われ、排気空燃比がリッチ状態となることがある。このリッチな排気ガスがＥＧＲガスとして吸気系に還流されると、ガス中の未浄化成分により吸気系の各部にデポジットが堆積し易くなる。この場合、ＥＧＲ触媒３２は、ＥＧＲガスをある程度浄化するものの、比較的小型な触媒であるために浄化能力が不足し易い。一方、例えばＥＧＲ通路２８をメイン触媒２０の下流側に接続し、メイン触媒２０により浄化した排気ガスを吸気系に還流させる方法も考えられる。しかし、この方法では、ＥＧＲ通路２８が排気タービン２４の下流側に配置されることになるから、ＥＧＲ通路２８の位置で十分な排気圧を得ることができず、ＥＧＲ量の確保が難しくなる。

このような問題を解決するために、空燃比対応ＥＧＲ制御では、排気空燃比が所定の基準判定値よりもリッチ空燃比となったときに、ＥＧＲ弁３０の開度を小さくし（閉弁でもよい）、ＥＧＲガスを減量または停止させる構成としている。ここで、基準判定値とは、デポジットの堆積を抑えることが可能な空燃比の範囲等に応じて設定された判定値であり、ＥＣＵ４０に予め記憶されている。この制御によれば、デポジットを誘発する程度のリッチな排気ガスが吸気系に還流されるのを抑制することができ、吸気系の部品等をデポジットから保護することができる。なお、本実施の形態では、後述の図２に示すように、排気空燃比がリッチ空燃比となったときに、ＥＧＲ弁３０を閉弁し、ＥＧＲガスを停止させる構成を例示している。

一方、排気空燃比が基準判定値よりもリーン空燃比となったときには、ＥＧＲガスを還流させてもデポジットが生じ難いので、上記制御によるＥＧＲガスの減量状態を解除する。即ち、この場合には、ＥＧＲ弁３０の開度を大きくし、ＥＧＲ量を増大させる。本実施の形態では、減量状態を解除するときに、ＥＧＲ弁３０を閉弁状態から開弁し、ＥＧＲ量を零から増大させる構成としている。なお、以下の説明において、「リッチ空燃比」とは基準判定値よりもリッチな空燃比を示し、「リーン空燃比」とは基準判定値よりもリーンな空燃比を示すものとする。

上述した制御では、排気ガスがリーン空燃比になればＥＧＲ量を復帰させることができるが、運転状態によっては、リッチ空燃比の継続時間が長くなる場合がある。この場合には、ＥＧＲ量が長い時間にわたって減少状態となるから、運転状態に適合したＥＧＲ量を確保するのが難しくなり、ＥＧＲ制御が制約されることになる。

そこで、空燃比対応ＥＧＲ制御では、ＥＧＲガスが減量状態であるときに、排気空燃比を基準判定値よりもリーン空燃比へと一時的に変化させ、必要最低限のＥＧＲ量を確保する構成としている。以下、空燃比対応ＥＧＲ制御によるリッチ空燃比とリーン空燃比の切換タイミングについて詳しく説明する。

図２は、本発明の実施の形態１による空燃比対応ＥＧＲ制御のタイミングチャートである。図２の上段は、ＥＧＲ制御の実行状態を示している。また、図２の中段は、実際の排気空燃比（実Ａ／Ｆ：太線）の挙動と、空燃比フィードバック制御で用いられる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ：一点鎖線）の挙動をそれぞれ示している。また、図２の下段は、ＥＧＲ弁３０の挙動を示している。さらに、図２は、例えばリッチ空燃比での燃焼制御等が行われることにより、ＥＧＲ制御の開始前に排気ガスがリッチ空燃比となっている状態を示している。

図２中の時点(a)に示すように、ＥＣＵ４０は、排気ガスがリッチ空燃比の状態でＥＧＲ制御を開始しても、ＥＧＲ弁３０を閉弁状態に保持し、ＥＧＲガスを減量状態（本実施の形態では、停止状態）に保持する。これにより、リッチな排気ガスは、ＥＧＲガスとして吸気系に還流されずに、メイン触媒２０で浄化された後に排出される。そして、この状態において、例えば図２中の時点(b)で目標Ａ／Ｆの切換タイミングが到来すると、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲガスの減量状態を一時的に解除するために、目標Ａ／Ｆをリーン側の目標値に切換える。なお、目標Ａ／Ｆの切換タイミングについては後述する。また、リーン側の目標値とは、デポジットの堆積が十分に抑えられる程度のリーンな空燃比であり、基準判定値よりもリーン側の空燃比として予め設定されている。

目標Ａ／Ｆがリーン側の目標値に切換えられると、実Ａ／Ｆは、空燃比フィードバック制御の作用により、この目標値に向けて徐々にリーン化する。そして、時点(c)において、実Ａ／Ｆが基準判定値よりもリーン空燃比になると、ＥＣＵ４０は、前述したようにＥＧＲ弁３０を開弁し、ＥＧＲガスの減量状態を解除する。さらに、ＥＣＵ４０は、リーン空燃比となってから所定のＥＧＲ保持時間ｔ1が経過した時点(d)において、ＥＧＲガスを再び減量状態とするために、目標Ａ／Ｆをリッチ側の目標値に切換える。

ここで、ＥＧＲ保持時間ｔ1とは、ＥＧＲ制御により設定されたＥＧＲ量を実現するために必要な最低限の時間である。即ち、ＥＧＲ弁３０は、図２に示すように、少なくともＥＧＲ保持時間ｔ1だけ開弁し、この期間中にはＥＧＲガスの減量動作が中断される。従って、ＥＧＲ保持時間ｔ1を適切に設定することにより、ＥＧＲガスの減量中であっても、必要最低限のＥＧＲ量を確保することができる。なお、ＥＧＲ保持時間ｔ1が経過する間に吸気系に還流されるＥＧＲ量は、排気流量や排気圧等のパラメータに応じて変化する。このため、ＥＧＲ保持時間ｔ1は一定値とせずに、これらのパラメータに応じて変化させる構成としてもよい。

ＥＧＲ保持時間ｔ1が経過した時点で、目標Ａ／Ｆがリッチ側の目標値に切換えられると、実Ａ／Ｆは、空燃比フィードバック制御の作用により、この目標値に向けて徐々にリッチ化する。ここで、リッチ側の目標値とは、例えばリッチ空燃比での燃焼を行うときに要求される空燃比であり、基準判定値よりもリッチ側の空燃比である。このように、空燃比対応ＥＧＲ制御では、目標Ａ／Ｆをリーン側やリッチ側の目標値に切換えることにより、排気空燃比をリーン空燃比に切換えたり、リッチ空燃比に戻す構成としている。そして、時点(e)において、実Ａ／Ｆが基準判定値よりもリッチ空燃比になると、ＥＣＵ４０は、前述したようにＥＧＲ弁３０を閉弁し、ＥＧＲガスの減量を再開する。

さらに、ＥＣＵ４０は、リッチ空燃比となってから所定のリッチ保持時間ｔ2が経過した時点(f)において、ＥＧＲ量を再び確保するために、目標Ａ／Ｆをリーン側の目標値に切換える。ここで、リッチ保持時間ｔ2とは、排気空燃比を前記ＥＧＲ保持時間ｔ1だけ一時的にリーン化した場合でも、リッチ空燃比での燃焼を維持するために必要な最低限の時間である。

目標Ａ／Ｆがリーン側の目標値に切換えられると、それ以降は、前述した時点(b)〜(f)の動作が繰返し実行される。つまり、空燃比対応ＥＧＲ制御では、排気空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比へと周期的に切換え、リーン空燃比のときにだけＥＧＲ弁３０を開弁させる構成としている。これにより、リッチ空燃比での燃焼を継続しつつ、吸気系にデポジットが生じ難いタイミングでＥＧＲ量を確保することができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図３は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ４０により実行されるルーチンのフローチャートである。なお、この図に示すルーチンは、一定の時間毎に繰返し実行されるものとする。

図３に示すルーチンでは、まず、前述したＥＧＲ実行条件が成立しているか否かを判定し（ステップ１００）、この判定が不成立のときには、ＥＧＲ弁３０を閉弁して終了する（後述のステップ１１４）。また、ステップ１００の判定成立時には、Ａ／Ｆセンサ３４により検出した実Ａ／Ｆが基準判定値よりもリーン空燃比であるか否かを判定する（ステップ１０２）。

ステップ１０２の判定成立時には、実Ａ／Ｆがリーン空燃比であるから、ＥＧＲガスを還流させるが、まず、リーン空燃比がＥＧＲ保持時間ｔ1以上継続しているか否かを判定する（ステップ１０４）。この判定成立時には、ＥＧＲガスが少なくともＥＧＲ保持時間ｔ1にわたって十分に還流されているので、ＥＧＲガスの減量を再開するために目標Ａ／Ｆをリッチ側の目標値に切換える（ステップ１０６）。そして、ＥＧＲ弁３０を開弁（開弁状態に保持）し、ＥＧＲガスを吸気系に還流させる（ステップ１０８）。また、ステップ１０４の判定が不成立のときには、ＥＧＲガスの還流時間がまだ短いので、ステップ１０６を実行せずに、ステップ１０８を実行する。

一方、ステップ１０２の判定が不成立のときには、実Ａ／Ｆがリッチ空燃比であるから、ＥＧＲガスを減量（停止）させるが、まず、リッチ空燃比がリッチ保持時間ｔ2以上継続しているか否かを判定する（ステップ１１０）。この判定成立時には、リッチ空燃比が十分に継続されているので、ＥＧＲガスの減量を中断するために目標Ａ／Ｆをリーン側の目標値に切換える（ステップ１１２）。そして、ＥＧＲ弁３０を閉弁（閉弁状態に保持）し、ＥＧＲガスを停止させる（ステップ１１４）。

以上詳述したように、本実施の形態によれば、例えばリッチ空燃比での燃焼制御等により、排気空燃比が基準判定値よりもリッチ空燃比となったときには、ＥＧＲガスを停止させることができる。これにより、デポジットを誘発するリッチな排気ガスが吸気系に還流されるのを回避することができる。特に、本実施の形態のシステムでは、メイン触媒２０を排気タービン２４の下流側に配置しているから、リッチな排気ガスをメイン触媒２０で浄化した後に吸気系に還流しようとすると、排気圧の不足によりＥＧＲ量の確保が難しい。このような排気系の配置であっても、リーンなＥＧＲガスだけを吸気系に還流させることにより、吸気系にデポジットが堆積するのを回避することができる。

一方、内燃機関の運転状態によっては、排気空燃比がリッチとなった状態、即ち、ＥＧＲ量を減少させた状態が継続することがある。この場合、本実施の形態では、排気空燃比を基準判定値よりもリーン空燃比へと一時的に変化させることができる。これにより、ＥＧＲガスの減量状態を一時的に解除し、リーンな排気ガスを吸気系に還流させることができる。そして、ＥＧＲガスの減量状態を解除した後には、排気空燃比をリッチ側に戻すことができる。従って、リッチ空燃比での燃焼を維持しつつ、吸気系をデポジットから保護することができ、しかもデポジットが生じ難いタイミングでＥＧＲ量を十分に確保することができる。

また、本実施の形態によれば、基本的には排気空燃比をリッチ状態に維持しつつ、これをリーン空燃比へと周期的に切換えることができる。これにより、リッチ空燃比が継続する条件下でも、リーンなＥＧＲガスの還流を周期的に行うことができ、ＥＧＲ量を容易に確保することができる。この場合、リッチ空燃比とリーン空燃比との切換は、空燃比フィードバック制御を利用して容易に行うことができる。また、リッチ空燃比とリーン空燃比の継続時間は、ＥＧＲ保持時間ｔ1とリッチ保持時間ｔ2に応じてそれぞれ正確に設定することができる。

即ち、本実施の形態では、排気空燃比を少なくともＥＧＲ保持時間ｔ1の間だけリーン空燃比に変化させることができ、その後にリッチ空燃比に戻すことができる。これにより、ＥＧＲ保持時間ｔ1の長さに応じてＥＧＲ量を正確に設定することができる。また、排気空燃比をリッチ保持時間ｔ2の間だけリッチ空燃比に保持することができ、その後にリーン空燃比に切換えることができる。これにより、排気空燃比を一時的にリーン化する場合でも、リッチ保持時間ｔ2の長さに応じて排気空燃比のリッチ度合いを安定的に定めることができる。

実施の形態２．
次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、前記実施の形態１と同様の構成（図１）を備えているものの、実施の形態１と制御内容が異なるものである。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の用語についての説明を省略するものとする。

［実施の形態２の特徴］
実施の形態１で述べたように、空燃比対応ＥＧＲ制御では、ＥＧＲガスを減量するときに、目標Ａ／Ｆをリッチ側の目標値に変更する。目標Ａ／Ｆがリッチ側に変更されると、空燃比フィードバック制御の作用により排気ガスの実Ａ／Ｆがリッチ側に変化する。このリッチな排気ガスは、排気通路１４内を流れるときに、ＥＧＲ通路２８の流入口に到達してから、ある程度の時間遅れをもってＡ／Ｆセンサ３４の位置に到達する。従って、ＥＧＲガスを減量するときに、実Ａ／Ｆがリッチ空燃比に変化したことを検出してからＥＧＲ弁３０を閉弁するのでは、前記時間遅れの間にリッチな排気ガスがＥＧＲ通路２８に流入する虞れがある。

そこで、本実施の形態では、目標Ａ／Ｆがリッチ側の目標値に設定されるか、または実Ａ／Ｆがリッチ空燃比となったときに、ＥＧＲガスを減量する構成としている。図４は、本発明の実施の形態２による空燃比対応ＥＧＲ制御のタイミングチャートである。図４中の時点(a)〜(c)，(e)，(f)において、実Ａ／Ｆ、目標Ａ／ＦおよびＥＧＲ弁３０は、実施の形態１とほぼ同様の挙動を示している。

また、図４中の時点(d)では、目標Ａ／Ｆが補助判定値よりもリッチ側の目標値に変更されたときに、ＥＧＲ弁３０を閉弁し、ＥＧＲガスを減量（停止）している。これにより、ＥＧＲガスの減量動作を、Ａ／Ｆセンサ３４の出力がリッチ空燃比となる時点(e)よりも時間Ｄだけ早期に行うことができる。ここで、補助判定値とは、例えばリーン側の目標値とリッチ側の目標値との間となる空燃比として予め設定されており、ＥＣＵ４０に記憶されている。

このように、本実施の形態によれば、目標Ａ／Ｆが補助判定値よりもリッチ側の目標値に変更された時点で、実Ａ／Ｆがリッチ空燃比に変化するものとみなすことができる。そして、この時点でリッチ空燃比が検出されていなくても、ＥＧＲガスを速やかに減量または停止することができる。即ち、実Ａ／Ｆが変化してリッチなＥＧＲガスがＥＧＲ通路２８に到達する前に、ＥＧＲガスの減量動作を済ませることができる。このため、前記時間遅れの間にリッチな排気ガスがＥＧＲ通路２８から吸気系に還流されるのを回避することができ、吸気系へのデポジット堆積をより確実に阻止することができる。

［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
図５は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ４０により実行されるルーチンのフローチャートである。なお、この図に示すルーチンは、一定の時間毎に繰返し実行されるものとする。

図５に示すルーチンでは、まず、実施の形態１のステップ１００と同様に、ＥＧＲ実行条件が成立しているか否かを判定し（ステップ２００）、この判定が不成立のときには、ＥＧＲ弁３０を閉弁して終了する（後述のステップ２１６）。また、ステップ２００の判定成立時には、目標Ａ／Ｆが補助判定値よりもリーンであるか否かを判定する（ステップ２０２）。この判定成立時には、目標Ａ／Ｆがリーン側の目標値に設定されているから、実Ａ／Ｆが基準判定値よりもリーン空燃比であるか否かを判定する（ステップ２０４）。

そして、ステップ２０４の判定成立時には、実Ａ／Ｆがリーン空燃比であるから、ステップ２０６〜２１０において、実施の形態１のステップ１０４〜１０８と同様の処理を行い、ＥＧＲガスを還流させる。また、ステップ２０４の判定が不成立のときには、ステップ２１２〜２１６において、実施の形態のステップ１１０〜１１４と同様の処理を行い、ＥＧＲガスを減量（停止）させる。

一方、ステップ２０２の判定が不成立のときには、前述したように、実Ａ／Ｆをリッチ空燃比に切換えるために、目標Ａ／Ｆがリッチ側の目標値に変更されている。従って、この場合には、実Ａ／Ｆがリッチ空燃比である場合と同様に、ステップ２１２〜２１６の処理を実行し、ＥＧＲガスを停止させる。このように、目標Ａ／Ｆがリッチ側に変更されてからＡ／Ｆセンサ３４の出力が変化するまでの間に時間遅れが存在する場合でも、目標Ａ／Ｆを用いた判定処理により時間遅れの影響を補償することができる。

実施の形態３．
次に、図６乃至図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３は、前記実施の形態１と同様の構成（図１）を備えているものの、実施の形態１と制御内容が異なるものである。なお、本実施の形態では、実施の形態１，２と同一の用語についての説明を省略するものとする。

［実施の形態３の特徴］
実施の形態１で述べたように、空燃比対応ＥＧＲ制御では、ＥＧＲガスの減量状態を解除（ＥＧＲ弁３０を開弁）するときに、目標Ａ／Ｆをリーン側の目標値に変更する。目標Ａ／Ｆがリーン側に変更されると、空燃比フィードバック制御の作用により排気ガスの実Ａ／Ｆがリーンに変化する。このリーンな排気ガスがＥＧＲ通路２８の位置からＡ／Ｆセンサ３４に到達するまでの間には、実施の形態２で述べたように、ある程度の時間遅れが存在する。従って、実Ａ／Ｆがリーン空燃比に変化したことを検出してからＥＧＲ弁３０を開弁すると、前記時間遅れの間には、リーンな排気ガスがＥＧＲ通路２８に流入可能な状態にも拘らず、ＥＧＲ弁３０を閉弁していることになる。

そこで、本実施の形態では、図６に示すように、目標Ａ／Ｆがリーン側の目標値に設定されてから所定の待機時間ｔ3が経過するか、または実Ａ／Ｆがリーン空燃比となったときに、ＥＧＲガスの減量状態を解除する構成としている。図６は、本発明の実施の形態３による空燃比対応ＥＧＲ制御のタイミングチャートである。図６中の時点(a)，(b)，(d)〜(f)において、実Ａ／Ｆ、目標Ａ／ＦおよびＥＧＲ弁３０は、実施の形態２とほぼ同様の挙動を示している。

また、図６中の時点(c′)では、目標Ａ／Ｆがリーン側の目標値に設定されてから待機時間ｔ3が経過したときに、ＥＧＲ弁３０を開弁し、ＥＧＲガスの減量状態を解除している。ここで、待機時間ｔ3とは、目標Ａ／Ｆがリーン側に変更されてからＥＧＲ通路２８にリーンな排気ガスが到達するまでの遅れ時間に対応するものである。即ち、目標Ａ／Ｆが変更されてから待機時間ｔ3が経過した時点では、ＥＧＲ通路２８にリーンな排気ガスが到達しているので、Ａ／Ｆセンサ３４の出力がリッチ空燃比であっても、ＥＧＲ弁３０を開弁させることができる。

また、目標Ａ／Ｆが変更されてからＥＧＲ通路２８にリーンな排気ガスが到達するまでの時間は、排気ガスの流量（排気流量）、排気圧等のパラメータに応じて変化する。このため、本実施の形態では、待機時間ｔ3を排気流量に応じて可変に設定する構成としている。図７は、待機時間ｔ3と排気流量との関係を示す特性線図である。この特性線図は、マップデータや関数式等としてＥＣＵ４０に予め記憶されている。

排気通路１４内を流れる排気ガスは、排気流量が増大するにつれてＥＧＲ通路２８に早く到達するようになる。このため、待機時間ｔ3は、図７に示すように、排気流量が増大するにつれて短くなるように設定されている。なお、排気流量は、エアフローメータ１６により検出した吸入空気量などを用いて算出することができる。また、本実施の形態では、待機時間ｔ3を変化させるパラメータとして、排気流量のみを用いる場合を例示したが、本発明はこれに限らず、例えば排気流量と排気圧とからなる２つのパラメータに応じて待機時間を可変に設定する構成としてもよい。

上述したように、本実施の形態によれば、目標Ａ／Ｆがリーン側の目標値に設定されてから少なくとも待機時間ｔ3が経過した時点で、ＥＧＲ通路２８の位置にリーンな排気ガスが到達したとみなすことができる。そして、この時点でリーン空燃比が検出されていなくても、ＥＧＲガスの減量状態を速やかに解除することができる。

従って、例えばリッチ空燃比での燃焼を中断してＥＧＲ量を確保するときには、図６に示すように、実Ａ／Ｆがリーン空燃比となる時点(c)よりも時間Ｄ′だけ早い時点(c′)において、ＥＧＲガスの減量（停止）を解除することができる。即ち、ＥＧＲガスの増量動作を可能な限り早期に開始することができ、その分だけＥＧＲ量を容易に確保することができる。また、待機時間ｔ3が経過していなくても、リーン空燃比を検出した場合には、ＥＧＲガスの減量状態を解除することができる。従って、空燃比対応ＥＧＲ制御の応答性を向上させることができる。

［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
図８は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ４０により実行されるルーチンのフローチャートである。なお、この図に示すルーチンは、一定の時間毎に繰返し実行されるものとする。

図８に示すルーチンでは、まず、ステップ３００，３０２において、実施の形態２のステップ２００，２０２と同様の処理を行う。そして、ステップ３０４では、実Ａ／Ｆが基準判定値よりもリーン空燃比であるか否かを判定する。この判定成立時には、ステップ３０６〜３１０において、実施の形態２のステップ２０６〜２１０と同様の処理を行い、ＥＧＲガスを還流させる。

また、ステップ３０４の判定が不成立のときには、実Ａ／Ｆがリッチ空燃比であるから、目標Ａ／Ｆが補助判定値よりもリーン側となってから待機時間ｔ3以上経過したか否かを判定する（ステップ３１２）。この判定成立時には、Ａ／Ｆセンサ３４の出力がリッチ空燃比であっても、ＥＧＲ通路２８にはリーンな排気ガスが到達していると考えられるので、ステップ３０６〜３１０の処理を行い、ＥＧＲガスを還流させる。

一方、ステップ３１２の判定が不成立のときには、ＥＧＲ通路２８の位置にリッチな排気ガスが存在している。従って、この場合には、ステップ３１４〜３１８において、実施の形態２のステップ２１２〜２１６と同様の処理を行い、ＥＧＲガスを減量（停止）させる。このように、本実施の形態によれば、目標Ａ／Ｆが変更されてからの経過時間に応じて制御を切換えることにより、Ａ／Ｆセンサ３４の検出遅れを補償することができる。

なお、前記実施の形態では、図３中のステップ１０２，１０８，１１４と、図５中のステップ２０２，２０４，２１０，２１６と、図８中のステップ３０２，３０４，３１０，３１２，３１８とがＥＧＲ切換手段の具体例を示している。また、図３中のステップ１０４，１０６，１１０，１１２と、図５中のステップ２０６，２０８，２１２，２１４と、図８中のステップ３０６，３０８，３１４，３１６とがＥＧＲ確保手段の具体例を示している。さらに、図７に示す特性線図は、待機時間可変手段の具体例を示すものである。

また、実施の形態では、ＥＧＲ保持時間ｔ1と、リッチ保持時間ｔ2とをそれぞれ設定する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばＥＧＲ弁３０を周期的に開，閉しつつ、その開弁時間と閉弁時間との時間比率を制御することにより、リッチ空燃比の保持とＥＧＲ量の確保とを両立させる構成としてもよい。

さらに、実施の形態では、ＥＧＲガスの減量動作の一例として、ＥＧＲ弁３０を閉弁してＥＧＲガスを停止するものとした。また、ＥＧＲガスの減量解除動作の一例として、ＥＧＲ弁３０を開弁してＥＧＲガスの還流を開始するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、ＥＧＲガスの減量時には、ＥＧＲ量を零とせずに、非減量時のＥＧＲ量に対してＥＧＲ量を少なくするだけでもよい。この場合、減量解除時には、減少させていたＥＧＲ量を非減量時の流量に復帰させる構成とすればよい。

一方、実施の形態では、過給機２２を有する内燃機関１０を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、過給機２２をもたない内燃機関に適用してもよい。また、本発明は、ガソリンエンジンだけでなく、ディーゼルエンジン等にも広く適用することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。 本発明の実施の形態１による空燃比対応ＥＧＲ制御のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２による空燃比対応ＥＧＲ制御のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３による空燃比対応ＥＧＲ制御のタイミングチャートである。 待機時間と排気流量との関係を示す特性線図である。 本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ エアフローメータ
１８ スロットルバルブ
２０ メイン触媒
２２ 過給機
２４ 排気タービン
２６ 吸気タービン
２８ ＥＧＲ通路
３０ ＥＧＲ弁（ＥＧＲ可変機構）
３２ ＥＧＲ触媒
３４ Ａ／Ｆセンサ（排気空燃比検出手段）
４０ ＥＣＵ
ｔ1 ＥＧＲ保持時間
ｔ2 リッチ保持時間
ｔ3 待機時間

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路から排気ガスを取出し、当該排気ガスをＥＧＲガスとして内燃機関の吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を可変とするＥＧＲ可変機構と、
   排気ガスの空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
   排気空燃比が所定の基準判定値よりもリッチ空燃比となったときに前記ＥＧＲ可変機構によりＥＧＲガスを減量し、排気空燃比が前記基準判定値よりもリーン空燃比となったときに前記ＥＧＲガスの減量状態を解除するＥＧＲ切換手段と、
   前記ＥＧＲ切換手段によりＥＧＲガスが減量された状態であるときに、排気空燃比を前記基準判定値よりもリーン空燃比へと一時的に変化させるＥＧＲ確保手段と、を備え、
   前記ＥＧＲ確保手段は、排気空燃比を前記リッチ空燃比から前記リーン空燃比へと周期的に切換える手段であって、排気空燃比を前記リーン空燃比に変化させてから所定のＥＧＲ保持時間が経過したときに、排気空燃比を前記リッチ空燃比に戻し、かつ、排気空燃比が前記リッチ空燃比となってから所定のリッチ保持時間が経過したときに、排気空燃比を前記リーン空燃比に切換える構成とし、
   更に、前記ＥＧＲ確保手段は、内燃機関の空燃比制御で用いられる目標空燃比をリーン側の目標値またはリッチ側の目標値に切換えることにより、排気空燃比を前記リッチ空燃比または前記リーン空燃比に変化させる構成としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記ＥＧＲ切換手段は、前記目標空燃比が前記リッチ側の目標値に設定されたときに、ＥＧＲガスを減量する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記ＥＧＲ切換手段は、前記目標空燃比が前記リーン側の目標値に設定されてから所定の待機時間が経過するか、または実際の排気空燃比が前記リーン空燃比となったときに、ＥＧＲガスの減量状態を解除する構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 内燃機関から排出される排気ガスの流量が増大するにつれて、前記待機時間を短くする待機時間可変手段を備えてなる請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記ＥＧＲ通路よりも下流側で前記排気通路に設けられた排気タービンを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機と、
   前記排気タービンの下流側で排気ガス中の未浄化成分を浄化するメイン触媒と、
   を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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