WO2018173542A1 - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

本願発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の負荷が高負荷域になったときに空燃比をリッチ方向に変化させる空燃比制御部を備え、空燃比制御部は、高負荷域になった後に遅延時間が経過してから空燃比をリッチ方向に変化させる処理を開始する遅延処理部と、遅延時間を内燃機関の運転温度が低いほどより長く変更する遅延時間設定部と、空燃比をリッチ方向に変化させる処理を開始した後の空燃比のリッチ方向への変化応答を、内燃機関の運転温度が低いほどより遅くする応答設定部と、を含む。これにより、内燃機関の高負荷域でのリッチ化処理によって、冷機状態で排気性状が悪化することが抑えられる。

Description

内燃機関の制御装置及び制御方法

　本発明は、内燃機関の制御装置及び制御方法に関し、詳しくは、内燃機関の空燃比を高負荷域でリッチ化させる技術に関する。

　特許文献１に係る燃料増量制御装置は、内燃機関が高負荷域であるときに噴射燃料を増量して空燃比をリッチ化することで排気系の温度を低下させる燃料噴射制御手段を備え、前記燃料噴射制御手段は、内燃機関が高負荷域になってから内燃機関の冷却水温度に対応した時間だけ、空燃比のリッチ化を遅延させる。

特開昭６１－５３４３１号公報

　ところで、内燃機関への燃料噴射を制御する制御装置が、内燃機関の高負荷域で空燃比をリッチ化させる処理の開始を冷却水温度に応じて遅延させても、遅延時間が経過したときに空燃比を理論空燃比から高負荷用のリッチ空燃比にまでシフトさせると、排気温度が低い冷機時には空燃比が過剰にリッチ化され、粒子状物質の排出量などの排気性状が悪化する場合があった。

　本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、高負荷域でのリッチ化処理によって、冷機状態で排気性状が悪化することを抑えることを目的とする。

　本発明によれば、その１つの態様において、内燃機関の高負荷域で遅延時間が経過して空燃比をリッチ方向に変化させる処理を開始するときに、空燃比のリッチ方向への変化応答を、内燃機関の運転温度が低いほどより遅くする。

　上記発明によると、高負荷域でのリッチ化処理によって、冷機状態で排気性状が悪化することを抑えることができる。

本発明の実施形態における内燃機関のシステム構成図である。 本発明の第１実施形態における高負荷域のリッチ化制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態における冷却水温度と遅延時間ＤＴとの相関を示す線図である。 本発明の第１実施形態における機関負荷の変化に対する空燃比、排気温度、粒子状物質量の変化を例示するタイムチャートである。 本発明の第１実施形態における冷却水温度と増量係数ＫＭＲ１との相関を示す線図である。 本発明の第１実施形態における冷却水温度と保持時間ＲＥＴとの相関を示す線図である。 本発明の第２実施形態における高負荷域のリッチ化制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態における機関負荷の変化に対する空燃比、排気温度、粒子状物質量の変化を例示するタイムチャートである。 本発明の第２実施形態における冷却水温度と増量係数ＫＭＲの増加速度ΔＫＭＲとの相関を示す線図である。 本発明の第３実施形態における高負荷域のリッチ化制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態における排気温度（上限排気温度ＴＥＸmaxと排気温度ＴＥＸとの差ΔＴＥＸ）と遅延時間ＤＴとの相関を示す線図である。 本発明の第３実施形態における排気温度（上限排気温度ＴＥＸmaxと排気温度ＴＥＸとの差ΔＴＥＸ）と増量係数ＫＭＲ１との相関を示す線図である。 本発明の第３実施形態における排気温度（上限排気温度ＴＥＸmaxと排気温度ＴＥＸとの差ΔＴＥＸ）と保持時間ＲＥＴとの相関を示す線図である。 本発明の第４実施形態における高負荷域のリッチ化制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態における排気温度（上限排気温度ＴＥＸmaxと排気温度ＴＥＸとの差ΔＴＥＸ）と増量係数ＫＭＲの増加速度ΔＫＭＲとの相関を示す線図である。

　以下に本発明の実施の形態を説明する。
　図１は、本発明に係る制御装置及び制御方法を適用する内燃機関の一態様を示す図である。
　図１に示す内燃機関１は、車両用の火花点火ガソリン機関であり、機関本体１ａに点火装置４、燃料噴射弁５などを備える。

　エアークリーナ７を介して吸入される空気は、電制スロットル８のスロットルバルブ８ａで流量を調節された後、燃料噴射弁５から吸気通路２ａ内に噴射される燃料と混合して燃焼室１０に吸引される。
　なお、図１に示す内燃機関１は、燃料噴射弁５が吸気通路２ａ内に燃料を噴射する所謂ポート噴射式機関であるが、燃料噴射弁５が燃焼室１０内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式機関とすることができる。

　電制スロットル８は、スロットルモータ８ｂでスロットルバルブ８ａを開閉する装置であり、スロットルバルブ８ａの開度ＴＰＳに対応する信号を出力するスロットル開度センサ８ｃを備える。
　回転数検出装置６は、リングギア１４の突起を検出することで、クランクシャフト１７の所定回転角毎の回転角信号ＮＥを出力する。

　水温センサ１５は、機関本体１ａに設けられたウォータジャケット１８内の冷却水の温度（以下、水温ＴＷと称する）に対応する信号を出力する。
　流量検出装置９は、電制スロットル８の上流側に配置され、内燃機関１の吸入空気流量ＱＡＲに対応する信号を出力する。

　また、排気通路（排気管）３ａに配置される排気浄化触媒装置１２は、内燃機関１の排気を浄化する。
　空燃比センサ１１は、排気浄化触媒装置１２の上流側の排気通路３ａに配置され、排気空燃比ＲＡＢＦ（酸素濃度）に対応する信号を出力する。

　また、排気温度センサ１６は、排気浄化触媒装置１２の上流側の排気通路３ａに配置され、排気浄化触媒装置１２の入口での排気温度ＴＥＸ（℃）に対応する信号を出力する。
　燃料噴射弁５には、図示省略した燃料供給装置によって燃料タンク内の燃料が所定圧力に調整されて供給される。

　マイクロコンピュータを内蔵する制御装置１３は、前述した各種センサから出力される、開度ＴＰＳの信号、吸入空気流量ＱＡＲの信号、回転角信号ＮＥ、水温ＴＷの信号、排気空燃比ＲＡＢＦの信号、排気温度ＴＥＸの信号などを取り込む。
　そして、制御装置１３は、取り込んだ信号に基づき燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）ＴＩを演算し、燃料噴射量ＴＩに基づき燃料噴射弁５を制御する。
　更に、制御装置１３は、点火装置４、電制スロットル８にも操作量を出力し、点火装置４の点火時期やスロットルバルブ８ａの開度を制御して、内燃機関１の運転を制御する。

　制御装置１３は、データ（各種センサの計測結果や各種装置に出力する操作量）の入出力を行うために、アナログ入力回路２０、Ａ／Ｄ変換回路２１、デジタル入力回路２２、出力回路２３及びＩ／Ｏ回路２４を備える。
　また、制御装置１３は、データの演算処理を行うために、ＭＰＵ２６、ＲＯＭ２７、ＲＡＭ２８を含むマイクロコンピュータを備える。

　アナログ入力回路２０には、吸入空気流量ＱＡＲの信号、開度ＴＰＳの信号、排気空燃比ＲＡＢＦの信号、排気温度ＴＥＸの信号、及び、水温ＴＷの信号などが入力される。
　アナログ入力回路２０に入力された各種信号は、それぞれＡ／Ｄ変換回路２１に供給されてデジタル信号に変換され、バス２５上に出力される。

　また、デジタル入力回路２２に入力された回転角信号ＮＥは、Ｉ／Ｏ回路２４を介してバス２５上に出力される。
　バス２５には、ＭＰＵ（Microprocessor Unit）２６、ＲＯＭ（Read Only Memory）２７、ＲＡＭ（Random Access Memory）２８、タイマ／カウンタ（ＴＭＲ／ＣＮＴ）２９等が接続されている。そして、ＭＰＵ２６、ＲＯＭ２７、ＲＡＭ２８は、バス２５を介してデータの授受を行う。

　ＭＰＵ２６には、クロックジェネレータ３０からクロック信号が供給され、ＭＰＵ２６は、クロック信号に同期して様々な演算や処理を実行する。
　ＲＯＭ２７は、例えばデータの消去と書き換えが可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）で構成され、制御装置１３を動作させるためのプログラム、設定データ及び初期値などを記憶する。

　ＲＯＭ２７が記憶する情報は、バス２５を介してＲＡＭ２８及びＭＰＵ２６に読み込まれる。
　ＲＡＭ２８は、ＭＰＵ２６による演算結果や処理結果を一時的に記憶する作業領域として用いられる。

　なお、タイマ／カウンタ２９は、時間の測定や様々な回数の測定などに用いられる。
　ＭＰＵ２６による演算結果や処理結果は、バス２５上に出力された後、Ｉ／Ｏ回路２４を介して出力回路２３から点火装置４、燃料噴射弁５、電制スロットル８などに供給される。

　制御装置１３は、燃料噴射弁５の燃料噴射量の制御において、高負荷領域での空燃比を低中負荷域での空燃比（理論空燃比＝14.7）よりもリッチ化させる燃料増量処理を実施する機能（空燃比制御部）をソフトウェアとして備える。
　上記の燃料増量処理は、高負荷域で排気温度が上昇して排気浄化触媒装置１２などの排気系部品が熱劣化することを抑制するための処理である。

　制御装置１３は、例えば、理論空燃比の混合気が形成される基本燃料噴射量ＴＰを演算し、この基本燃料噴射量ＴＰに増量係数ＫＭＲ（ＫＭＲ≧1.0）を乗算した結果を最終的な燃料噴射量ＴＩに設定するよう構成される。
　そして、制御装置１３は、高負荷域で増量係数ＫＭＲを1.0よりも大きな値に設定することで、燃料噴射量ＴＩを基本燃料噴射量ＴＰよりも増量させて、空燃比を理論空燃比よりもリッチに制御する。

　制御装置１３による燃料噴射制御によって空燃比がリッチ化すると、燃焼速度が高くなって後燃えが緩和され、また、未燃焼ガソリンの気化潜熱によってシリンダ壁などが冷却されることで、排気温度の上昇が抑制される。
　つまり、空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させる高負荷域とは、理論空燃比の混合気を燃焼させることで、排気系部品の熱劣化を発生させ得るほどに排気温度が上昇する負荷域である。換言すれば、空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させる高負荷域とは、空燃比を理論空燃比としたときに排気温度が排気系部品の保護のための上限温度を超えることがある負荷域である。

　以下では、制御装置１３による燃料増量処理（高負荷域での空燃比リッチ化処理）を詳細に説明する。
　図２は、制御装置１３による燃料増量処理の流れ（空燃比制御部としての演算機能）を示すフローチャートである。
　制御装置１３は、図２のフローチャートに示す処理を、一定時間毎の割り込み処理で実施する。

　制御装置１３は、まず、ステップＳ１０１で、内燃機関１の負荷が燃料増量処理（空燃比のリッチ化処理）を実施する所定の高負荷域になっているか否かを判断する。
　制御装置１３は、例えば、スロットルバルブ８ａの開度ＴＰＳと閾値ＴＨＴＰとを比較し、開度ＴＰＳが閾値ＴＨＴＰを上回るときに、内燃機関１の負荷が燃料増量処理の実施領域（空燃比リッチ化域）になっていると判断することができる。

　また、制御装置１３は、スロットルバルブ８ａの開度ＴＰＳに代えて、吸入空気量、吸気負圧、基本燃料噴射量などに基づき、内燃機関１の負荷が燃料増量処理の実施領域になっているか否かを判断することができる。
　内燃機関１の負荷が燃料増量処理を実施する所定の高負荷域になっていない場合、つまり、内燃機関１の負荷が、排気温度の上昇抑制のための燃料増量補正（空燃比リッチ化）が不要な低中負荷域である場合、制御装置１３は、ステップＳ１０１からステップＳ１１５に進む。

　制御装置１３は、ステップＳ１１５で、高負荷域での燃料増量処理の開始を遅らせる時間を計測するための遅延用カウンタＣＮＴ１をリセットする。
　次いで、制御装置１３は、ステップＳ１１６に進んで、燃料増量補正（空燃比のリッチ化処理）を実施することなく、燃料噴射弁５による燃料噴射を行わせる。つまり、制御装置１３は、ステップＳ１１６で、増量係数ＫＭＲを1.0に設定して理論空燃比の混合気を形成させる燃料噴射量ＴＩを演算し、当該燃料噴射量ＴＩに基づき燃料噴射弁５による燃料噴射を制御することで、内燃機関１の空燃比を理論空燃比に制御する。

　但し、内燃機関１の負荷が低中負荷域であるときの空燃比は理論空燃比に限定されない。つまり、低中負荷域で空燃比を理論空燃比とし高負荷域で空燃比を理論空燃比よりもリッチにする処理は、高負荷域での空燃比を低中負荷域での空燃比よりもリッチに制御する処理の一態様である。

　一方、内燃機関１の負荷が燃料増量処理を実施する所定の高負荷域になっている場合、制御装置１３は、ステップＳ１０１からステップＳ１０２に進む。
　制御装置１３は、ステップＳ１０２で、遅延用カウンタＣＮＴ１による遅延時間の計測中であるか否かを判断する。

　そして、制御装置１３は、遅延用カウンタＣＮＴ１による遅延時間の計測中でない場合、ステップＳ１０３に進んで、遅延用カウンタＣＮＴ１について初期値からのインクリメントを開始させた後、ステップＳ１０４に進む。
　内燃機関１の負荷が燃料増量処理を実施する所定の高負荷域になっていない間において、制御装置１３は、ステップＳ１１５で遅延用カウンタＣＮＴ１をリセットし、内燃機関１の負荷が燃料増量処理を実施する所定の高負荷域になったときから遅延用カウンタＣＮＴ１による時間計測を行わせる。

　また、制御装置１３は、遅延用カウンタＣＮＴ１による時間計測中である場合、ステップＳ１０３を迂回してステップＳ１０４に進むことで、遅延用カウンタＣＮＴ１のインクリメントを継続させる。
　制御装置１３は、ステップＳ１０４で、水温ＴＷを読み込み、次のステップＳ１０５（遅延時間設定部）で、高負荷域になってから燃料増量処理を開始させるまでの遅延時間ＤＴを水温ＴＷに基づき設定する。
　なお、水温ＴＷは、内燃機関１の運転温度を代表する温度である。

　図３は、水温ＴＷと遅延時間ＤＴとの相関の一態様を示す線図であり、水温ＴＷに対応する遅延時間ＤＴを記憶する変換テーブルを例示する。
　制御装置１３は、図３に示した変換テーブルを記憶し、当該変換テーブルを参照して、そのときの水温ＴＷに対応する遅延時間ＤＴを求めることができる。

　ここで、制御装置１３は、水温ＴＷが低いほどより長い遅延時間ＤＴを設定する。
　つまり、制御装置１３は、所定の高負荷域になっても直ちに燃料増量（空燃比のリッチ化）を実施せず、水温ＴＷ（内燃機関１の運転温度）が低いほど燃料増量（空燃比のリッチ化）の開始をより遅らせることで、排気温度ＴＥＸの上昇による排気系部品の熱劣化を抑制しつつ、過剰なリッチ化による排気性状の悪化（粒子状物質の排出量）を抑える。

　なお、図３に示した変換テーブルは、水温ＴＷの上昇に比例して遅延時間ＤＴが一定速度で短縮方向に変化する特性を示すが、係る変化特性に限定されるものではなく、制御装置１３における水温ＴＷと遅延時間ＤＴとの相関は、排気温度ＴＥＸの上昇特性などに応じて適宜変更され得る。

　制御装置１３は、ステップＳ１０５で遅延時間ＤＴを設定すると、次いで、ステップＳ１０６（遅延処理部）に進み、遅延用カウンタＣＮＴ１によって計測される高負荷域になってからの経過時間が水温ＴＷに応じた遅延時間ＤＴ以上になっているか否かを判別する。

　高負荷域になってからの経過時間が水温ＴＷに応じた遅延時間ＤＴに達していない場合、つまり、高負荷域になってから燃料増量（空燃比のリッチ化）を開始させるまでの遅延時間ＤＴ内である場合、制御装置１３は、ステップＳ１１６に進む。
　ステップＳ１１６で、制御装置１３は、増量係数ＫＭＲを1.0に設定して内燃機関１の空燃比を理論空燃比に制御することで、高負荷域であっても増量補正（空燃比のリッチ化処理）の実施をキャンセルし、低中負荷域と同じ空燃比（理論空燃比）に維持させる。

　一方、高負荷域になってからの経過時間が水温ＴＷに応じた遅延時間ＤＴ以上になると、つまり、高負荷域での増量補正を開始するタイミングになると、制御装置１３は、燃料増量補正（空燃比のリッチ化処理）を実施するためにステップＳ１０６からステップＳ１０７に進む。

　図４は、制御装置１３による燃料増量補正を概説するためのタイムチャートであり、機関負荷の変化に対する空燃比、排気温度ＴＥＸ、粒子状物質の排出量の変化を例示する。
　図４に示すように、制御装置１３は、高負荷域（燃料増量域）になった時刻ｔ１から遅延時間ＤＴが経過し、時刻ｔ２にて燃料増量処理を開始させるときに、まず、増量係数ＫＭＲを1.0からＫＭＲ１（ＫＭＲ１＞1.0）にシフトさせることで、空燃比をリッチ方向にシフトさせ、空燃比を理論空燃比よりも弱リッチに設定する。

　そして、制御装置１３は、増量係数ＫＭＲ１による増量状態（弱リッチ化状態）を時刻ｔ２から保持時間ＲＥＴだけ保持させ、保持時間ＲＥＴが経過した時刻ｔ３で、増量係数ＫＭＲを高負荷域での増量補正の最終的な目標値であるＫＭＲ２（ＫＭＲ２＞ＫＭＲ１＞1.0）にまでシフトさせることで、空燃比を更にリッチ方向にシフトさせる。
　ここで、増量係数ＫＭＲをＫＭＲ１としたときの空燃比ＡＦ１（応答調整用の弱リッチ空燃比）は例えば13.0以上であり、増量係数ＫＭＲをＫＭＲ２としたときの空燃比ＡＦ２（高負荷用のリッチ空燃比）は例えば12.0程度である（14.7＞ＡＦ１≧13.0＞ＡＦ２）。

　そして、内燃機関１が高負荷域になると、制御装置１３による噴射量制御によって、空燃比は、理論空燃比＝14.7、空燃比ＡＦ１、空燃比ＡＦ２の順にリッチ方向に向かって段階的に切り替わることになる。
　制御装置１３は、図２のフローチャートのステップＳ１０７で、水温ＴＷを読み込み、次のステップＳ１０８では、高負荷域での燃料増量処理において、最初の段階の増量レベル（リッチ空燃比）を決定する増量係数ＫＭＲ１を水温ＴＷに基づき設定する。

　図５は、水温ＴＷと増量係数ＫＭＲ１との相関を例示する線図である。制御装置１３は、増量係数ＫＭＲ１（ＫＭＲ１＞1.0）を水温ＴＷが低いほどより小さく設定することで、増量係数ＫＭＲ１による増量状態での空燃比ＡＦ１を水温ＴＷが低いほどより理論空燃比に近づけ、冷機状態でリッチ化を小さく抑える。
　更に、制御装置１３は、次のステップＳ１０９で、増量係数ＫＭＲ１による増量状態（空燃比ＡＦ１）を保持させる保持時間ＲＥＴを、水温ＴＷに基づき設定する。

　図６は、水温ＴＷと保持時間ＲＥＴとの相関を例示する線図であり、制御装置１３は、保持時間ＲＥＴを水温ＴＷが低いほどより長く設定する。
　制御装置１３は、増量係数ＫＭＲ１（ＫＭＲ１＞1.0）を水温ＴＷが低いほどより小さく設定し（換言すれば、空燃比ＡＦ１（14.7＞ＡＦ１）を水温ＴＷが低いほどより大きく設定し）、また、保持時間ＲＥＴを水温ＴＷが低いほどより長く設定することで、高負荷域でのリッチ化処理を開始した後の空燃比のリッチ方向への変化応答、つまり、理論空燃比から増量係数ＫＭＲ２でのリッチ空燃比ＡＦ２までの変化応答を、水温ＴＷ（内燃機関１の運転温度）が低いほどより遅くする。

　制御装置１３は、ステップＳ１０９にて保持時間ＲＥＴを水温ＴＷに基づき設定した後、ステップＳ１１０に進み、増量係数ＫＭＲ１による増量処理を保持する保持時間ＲＥＴを保持用カウンタＣＮＴ２により計測中であるか否かを判断する。
　そして、保持用カウンタＣＮＴ２による保持時間ＲＥＴの計測が開始されていない場合、制御装置１３は、ステップＳ１１１に進み、保持用カウンタＣＮＴ２の初期値からのインクリメントを開始させた後、ステップＳ１１２に進む。

　一方、制御装置１３は、保持用カウンタＣＮＴ２による保持時間ＲＥＴの計測中である場合、ステップＳ１１１を迂回してステップＳ１１２に進むことで、保持用カウンタＣＮＴ２のインクリメントを継続させる。
　制御装置１３は、ステップＳ１１２で保持用カウンタＣＮＴ２による計測時間が保持時間ＲＥＴ以上になっているか否かを判断する。

　保持用カウンタＣＮＴ２による計測時間が保持時間ＲＥＴ未満である場合、制御装置１３は、ステップＳ１１２からステップＳ１１３に進んで増量係数ＫＭＲ１による燃料噴射量の燃料増量処理を実施し、空燃比を理論空燃比よりも弱リッチの空燃比ＡＦ１に制御する。
　これにより、内燃機関１の空燃比は、高負荷域になってからの時間が遅延時間ＤＴに達したときに理論空燃比からリッチ方向にシフトし、シフト後の弱リッチの空燃比ＡＦ１を保持時間ＲＥＴだけ維持することになる。

　そして、ステップＳ１１２で保持用カウンタＣＮＴ２による計測時間が保持時間ＲＥＴ以上になると、換言すれば、増量係数ＫＭＲ１による燃料増量処理の継続時間が保持時間ＲＥＴに達すると、制御装置１３は、ステップＳ１１２からステップＳ１１４に進む。
　制御装置１３は、ステップＳ１１４で、増量係数ＫＭＲ２による燃料噴射量の燃料増量処理を実施することで、増量係数ＫＭＲ１（ＫＭＲ１＜ＫＭＲ２）により燃料噴射量を増量するときよりも更に燃料噴射量を増量し、空燃比を空燃比ＡＦ１よりも更にリッチ方向にシフトさせ、空燃比ＡＦ２（高負荷用のリッチ空燃比）に維持させる。

　つまり、制御装置１３による高負荷域での空燃比制御は、図４に示したように、内燃機関１の負荷が高負荷域になってから遅延時間ＤＴだけ空燃比を理論空燃比に維持する第１段階と、遅延時間ＤＴが経過してから保持時間ＲＥＴだけ空燃比を理論空燃比よりもリッチで高負荷用のリッチ空燃比ＡＦ２よりもリーンである応答調整用の空燃比ＡＦ１（ＡＦ２＜ＡＦ１＜14.7）に維持する第２段階と、保持時間ＲＥＴが経過した後に空燃比を高負荷用のリッチ空燃比ＡＦ２（ＡＦ２＜ＡＦ１＜14.7）に制御する第３段階とで構成される。

　ここで、制御装置１３がステップＳ１０８で増量係数ＫＭＲ１（応答調整用の空燃比ＡＦ１）を水温ＴＷに基づき設定する処理と、制御装置１３がステップＳ１０９で増量係数ＫＭＲ１（応答調整用の空燃比ＡＦ１）の保持時間ＲＥＴを水温ＴＷに基づき設定する処理とが、制御装置１３における応答設定部としての機能に相当する。
　そして、制御装置１３は、高負荷域でのリッチ化の応答を水温ＴＷが低いほどより遅くすることで、燃料増量処理の開始直後の空燃比を冷機時には暖機後よりも理論空燃比に近づけるから、排気温度の上昇が遅れる冷機時に過剰なリッチシフトによって排気性状（粒子状物質の排出量）が悪化することが抑制される（図４参照）。

　つまり、増量係数ＫＭＲ１が、粒子状物質の排出量を十分に抑制できる空燃比となる値に設定され、また、保持時間ＲＥＴが、排気温度ＴＥＸの上昇が抑えられる時間に設定されることで、排気系部品の熱劣化を抑制できる排気温度ＴＥＸに制限しつつ粒子状物質の排出量の増加を抑制できる。
　なお、制御装置１３は、増量係数ＫＭＲ１と保持時間ＲＥＴとのいずれか一方を固定値とし、他方を水温ＴＷに応じて変更することができる。

　前述の図２－図６に示した第１実施形態において、制御装置１３は、増量係数ＫＭＲ１（応答調整用の空燃比ＡＦ１）の保持時間ＲＥＴが経過したときに、増量係数ＫＭＲをＫＭＲ１からＫＭＲ２にシフトさせ、空燃比を空燃比ＡＦ１から空燃比ＡＦ２にステップ的に切り替える。
　これに対し、制御装置１３が、増量係数ＫＭＲをＫＭＲ１からＫＭＲ２に向けて徐々に変化させることで、空燃比が空燃比ＡＦ１から空燃比ＡＦ２に徐々に近づくようにし、更に、ＫＭＲ１からＫＭＲ２に向けての増量係数ＫＭＲの変化速度、換言すれば、空燃比ＡＦ１から空燃比ＡＦ２に向けての空燃比の変化速度を、水温ＴＷに応じて変更する構成とすることができる。

　以下では、制御装置１３が増量係数ＫＭＲをＫＭＲ１からＫＭＲ２に向けて徐々に変化させる構成とした第２実施形態を説明する。
　図７は、第２実施形態における制御装置１３による燃料増量処理の流れ（空燃比制御部としての演算機能）を示すフローチャートである。
　図８は、第２実施形態における機関負荷の変化に対する空燃比、排気温度ＴＥＸ、粒子状物質の排出量の変化を例示する。

　制御装置１３は、図７のフローチャートのステップＳ２０１－ステップＳ２１３において、図２のフローチャートのステップＳ１０１－ステップＳ１１３と同じ処理を実施し、図７のフローチャートのステップＳ２２０，ステップＳ２２１において、図２のフローチャートのステップＳ１１５，ステップＳ１１６と同じ処理を実施する。
　そこで、第１実施形態及び第２実施形態に共通するステップの処理内容については説明を省略し、第２実施形態における特徴部分であるステップＳ２１４－ステップＳ２１９の処理内容を以下で詳述する。

　制御装置１３は、ステップＳ２１２で保持時間ＲＥＴの経過を検出してステップＳ２１４に進むと、水温ＴＷを読み込む。
　次いで、制御装置１３は、ステップＳ２１５に進み、増量係数ＫＭＲをＫＭＲ１からＫＭＲ２に向けて増加させるときの速度ΔＫＭＲ、つまり、単位時間当たりの増量係数ＫＭＲのステップ増加量を水温ＴＷに応じて設定する。

　図９は、増量係数ＫＭＲの増加速度ΔＫＭＲと水温ＴＷとの相関を例示する。
　制御装置１３は、図９に示すように、水温ＴＷが低いほど増加速度ΔＫＭＲを遅く設定し、増量係数ＫＭＲがＫＭＲ１からＫＭＲ２にまで増加する、換言すれば、空燃比が空燃比ＡＦ１から空燃比ＡＦ２までリッチ化するのが遅れるようにする。

　制御装置１３は、次いでステップＳ２１６に進んで増量係数ＫＭＲをＫＭＲ１から増加速度ΔＫＭＲで徐々に増加させる処理を実施し、増量係数ＫＭＲをＫＭＲ１からＫＭＲ２に向けて増加させる過渡状態での増量係数ＫＭＲ３（ＫＭＲ３＞ＫＭＲ１）を設定する。
　そして、制御装置１３は、ステップＳ２１７で、ステップＳ２１６での演算で求めた増量係数ＫＭＲ３と、高負荷域で排気温度の上昇を抑制するための増量係数ＫＭＲ２とを比較する。

　増量係数ＫＭＲ３が増量係数ＫＭＲ２よりも小さい場合、増量係数ＫＭＲをＫＭＲ１からＫＭＲ２に向けて徐々に増加させる過渡状態（図８の時刻ｔ３から時刻ｔ４の間）であるので、制御装置１３は、ステップＳ２１８に進んで、燃料噴射量の増量補正に用いる増量係数ＫＭＲをＫＭＲ３に設定する。
　一方、増量係数ＫＭＲ３が増量係数ＫＭＲ２以上になると、制御装置１３は、ステップＳ２１９に進み、燃料噴射量の増量補正に用いる増量係数ＫＭＲをＫＭＲ２に設定する（図８の時刻ｔ４）。

　つまり、制御装置１３は、増量係数ＫＭＲをＫＭＲ１に保持時間ＲＥＴだけ保持した後は、水温ＴＷが低いほどより遅い速度で増量係数ＫＭＲをＫＭＲ１から徐々に増加させ、増量係数ＫＭＲがＫＭＲ２に達すると、その後は増量係数ＫＭＲをＫＭＲ２に維持させる。
　換言すれば、制御装置１３は、空燃比を保持時間ＲＥＴ（図８の時刻ｔ２から時刻ｔ３の間）だけ空燃比ＡＦ１（ＡＦ１＜14.7）に保持した後、水温ＴＷが低いほどより遅い速度で空燃比ＡＦ１から徐々にリッチ方向に変化させ、空燃比が空燃比ＡＦ２（ＡＦ２＜ＡＦ１＜14.7）に達すると（図８の時刻ｔ４）、その後（図８の時刻ｔ４以降）は、空燃比を空燃比ＡＦ２に維持する。

　制御装置１３が、第１実施形態のように、空燃比を空燃比ＡＦ１（ＡＦ１＜14.7）に保持時間ＲＥＴだけ保持した後に、空燃比を空燃比ＡＦ２にまでステップ的にリッチ化させると、排気中の粒子状物質が急に増える可能性がある。
　これに対し、第２実施形態では、制御装置１３が、空燃比ＡＦ１から空燃比ＡＦ２にまで徐々にリッチ化させるように制御し、かつ、空燃比ＡＦ１から空燃比ＡＦ２に向かう速度を水温ＴＷが低いほど遅くするので、排気温度ＴＥＸが排気系部品の保護のための上限排気温度ＴＥＸmaxに達することを抑制しつつ、粒子状物質の排出を可及的に抑えることができる（図８参照）。

　前述した第１実施形態及び第２実施形態において、制御装置１３は、内燃機関１の運転温度を代表する状態量として水温ＴＷを用い、水温ＴＷが低いほど高負荷域での空燃比リッチ化の変化応答を遅らせる。
　しかし、内燃機関１の運転温度として水温ＴＷを用いる構成に限定されず、制御装置１３は、排気温度ＴＥＸに基づき高負荷域での空燃比リッチ化の変化応答を設定できる。

　以下では、制御装置１３が、排気温度ＴＥＸに基づき高負荷域での空燃比リッチ化の変化応答を設定する構成とした第３実施形態を説明する。
　図１０は、第３実施形態における制御装置１３による燃料増量処理の流れ、つまり、空燃比制御部としての演算機能を示すフローチャートである。

　図１０のフローチャートは、第１実施形態を示す図２のフローチャートの水温ＴＷに関わる処理を、排気温度ＴＥＸに関わる処理に置き換えた点が異なるが、高負荷域における基本的な増量補正処理の流れは共通し、図１０のフローチャートのステップＳ３０１－ステップＳ３１６は、図２のフローチャートのステップＳ１０１－ステップＳ１１６にそのまま対応する。
　そこで、以下では、排気温度ＴＥＸに関わる処理であるステップＳ３０４－ステップＳ３０５の遅延時間ＤＴの設定処理、ステップＳ３０７－ステップＳ３０９の増量係数ＫＭＲ１及び保持時間ＲＥＴの設定処理を詳述する。

　図１０のフローチャートにおいて、制御装置１３は、ステップＳ３０４で、排気温度ＴＥＸを読み込み、次のステップＳ３０５（遅延時間設定部）で、高負荷域になってから燃料増量処理を開始させるまでの遅延時間ＤＴを排気温度ＴＥＸに基づき設定する。
　なお、内燃機関１が排気温度センサ１６を備えない場合、制御装置１３は、ステップＳ３０５で排気温度センサ１６による排気温度ＴＥＸの検出値に代えて排気温度ＴＥＸの推定値を用いることができる。この場合、制御装置１３は、ステップＳ３０４で、水温ＴＷ、吸入空気量、スロットル開度、機関負荷、機関回転速度などの機関運転状態から排気温度ＴＥＸを推定する処理を実施する。

　制御装置１３は、ステップＳ３０５において、排気系部品の保護のための上限排気温度ＴＥＸmaxと排気温度ＴＥＸの検出値（又は排気温度ＴＥＸの推定値）との差ΔＴＥＸ（ΔＴＥＸ＝ＴＥＸmax－ＴＥＸ）に基づき、遅延時間ＤＴを設定する。
　図１１は、遅延時間ＤＴと排気温度差ΔＴＥＸとの相関を例示する図である。

　排気温度差ΔＴＥＸが大きい場合（又は排気温度ＴＥＸが低い場合）は、排気温度ＴＥＸが上限排気温度ＴＥＸmaxに達するまでの余裕が大きく、排温上昇を抑制するための空燃比のリッチ化をより遅らせることができる。逆に、排気温度差ΔＴＥＸが小さいと、排気温度ＴＥＸが直ぐに上限排気温度ＴＥＸmaxに達してしまい、排温上昇を抑制するための空燃比のリッチ化を急ぐ必要がある。
　そこで、制御装置１３は、ステップＳ３０５において、図１１に示したように、排気温度差ΔＴＥＸが大きいほど、換言すれば、そのときの排気温度ＴＥＸが低いほど、遅延時間ＤＴをより長い時間に設定する。

　次に、第３実施形態における増量係数ＫＭＲ１及び保持時間ＲＥＴの設定処理を詳述する。
　制御装置１３は、ステップＳ３０７で、排気温度ＴＥＸの検出値を読み込むか、又は、排気温度ＴＥＸの推定を行い、次ステップＳ３０８では、排気温度ＴＥＸの検出値（又は排気温度ＴＥＸの推定値）に基づき、増量係数ＫＭＲ１を設定する。

　制御装置１３は、ステップＳ３０８において、排気系部品の保護のための上限排気温度ＴＥＸmaxと排気温度ＴＥＸの検出値（又は排気温度ＴＥＸの推定値）との差ΔＴＥＸ（ΔＴＥＸ＝ＴＥＸmax－ＴＥＸ）に基づき、増量係数ＫＭＲ１を設定する。
　図１２は、増量係数ＫＭＲ１と排気温度差ΔＴＥＸとの相関を例示する図である。

　排気温度差ΔＴＥＸが大きい場合（又は排気温度ＴＥＸが低い場合）は、排気温度ＴＥＸが上限排気温度ＴＥＸmaxに達するまでの余裕が大きいため、排温上昇を抑制するための空燃比のリッチ化要求が低く、排気温度差ΔＴＥＸが小さい場合に比べてリッチ化を抑えることができる。
　そこで、制御装置１３は、ステップＳ３０８において、図１２に示したように、排気温度差ΔＴＥＸが大きいほど、換言すれば、そのときの排気温度ＴＥＸが低いほど、増量係数ＫＭＲ１（ＫＭＲ１＞1.0）をより小さい値に設定する。

　更に、制御装置１３は、次のステップＳ３０９で、排気温度差ΔＴＥＸに基づき保持時間ＲＥＴを設定する。
　図１３は、保持時間ＲＥＴと排気温度差ΔＴＥＸとの相関を例示する図である。
　排気温度差ΔＴＥＸが大きい場合（又は排気温度ＴＥＸが低い場合）は、排気温度ＴＥＸが上限排気温度ＴＥＸmaxに達するまでの余裕が大きく、排温上昇を抑制するための空燃比の更なるリッチ化を遅らせることができる。逆に、排気温度差ΔＴＥＸが小さいと、排気温度ＴＥＸが直ぐに上限排気温度ＴＥＸmaxに達してしまい、排温上昇を抑制するための空燃比の更なるリッチ化を急ぐ必要がある。

　そこで、制御装置１３は、ステップＳ３０９において、図１３に示したように、排気温度差ΔＴＥＸが大きいほど、換言すれば、そのときの排気温度ＴＥＸが低いほど、保持時間ＲＥＴをより長い時間に設定し、空燃比をＡＦ１からＡＦ２にまでリッチ化させるまでの時間を遅らせる。
　このように、排気温度差ΔＴＥＸに基づき高負荷域での燃料増量処理の応答を設定する構成であれば、より高い精度で燃料増量処理（換言すれば、空燃比のリッチ化処理）を実施でき、空燃比のリッチ化に伴う排気性状（例えば、粒子状物質量）の悪化を可及的に抑えることができる。

　上記第３実施形態の増量処理における、増量係数ＫＭＲ１から増量係数ＫＭＲ２にステップ的に切り替える構成に代えて、増量係数ＫＭＲ１から増量係数ＫＭＲ２に向けて増量係数ＫＭＲを徐々に増加させる構成とし、制御装置１３が、増量係数ＫＭＲの増加速度を排気温度ＴＥＸ（又は排気温度差ΔＴＥＸ）に基づき設定するよう構成することができる。

　係る構成とした第４実施形態を以下で説明する。
　図１４のフローチャートは、図１０のフローチャートに示した処理の流れに、増量係数ＫＭＲ１から増量係数ＫＭＲ２に向けて排気温度ＴＥＸに応じた速度で増量係数ＫＭＲを徐々に増加させる処理（ステップＳ４１４－ステップＳ４１９）を付加した点が異なり、更に、ステップＳ４１４－ステップＳ４１９は、図７に示した第２実施形態のステップＳ２１４－ステップＳ２１９に対し、増量係数ＫＭＲの増加速度が排気温度差ΔＴＥＸに基づき設定される点が異なる。

　そこで、以下では、既述した処理についての詳細な説明を省略し、制御装置１３が、増量係数ＫＭＲの増加速度を排気温度差ΔＴＥＸに基づき設定する処理を詳述する。
　制御装置１３は、ステップＳ４１４で、排気温度ＴＥＸの検出値を読み込むか、又は、排気温度ＴＥＸの推定を行い、次ステップＳ４１５では、増量係数ＫＭＲをＫＭＲ１からＫＭＲ２に向けて増加させるときの速度ΔＫＭＲを排気温度ＴＥＸの検出値（又は排気温度ＴＥＸの推定値）に基づき設定する。

　制御装置１３は、ステップＳ４１５において、排気系部品の保護のための上限排気温度ＴＥＸmaxと排気温度ＴＥＸの検出値（又は排気温度ＴＥＸの推定値）との差ΔＴＥＸ（ΔＴＥＸ＝ＴＥＸmax－ＴＥＸ）に基づき、増量係数ＫＭＲの増加速度ΔＫＭＲを設定する。
　図１５は、増量係数ＫＭＲの増加速度ΔＫＭＲと排気温度差ΔＴＥＸとの相関を例示する。

　制御装置１３は、図１５に示すように、排気温度差ΔＴＥＸが大きいほど、換言すれば、排気温度ＴＥＸが低いほど、増加速度ΔＫＭＲを小さくする。
　排気温度差ΔＴＥＸが大きい場合は、排気温度ＴＥＸが上限排気温度ＴＥＸmaxに達するまでの余裕が大きく、排温上昇を抑制するための空燃比のリッチ化要求が低いから、空燃比ＡＦ２にまでリッチ化するのを遅らせることができる。

　そして、制御装置１３が、排気温度ＴＥＸの低い冷機状態で空燃比ＡＦ２に向けてのリッチ化を遅らせることで、燃料増量処理に伴う排気性状の悪化、例えば、粒子状物質の排出量の増大を抑えることができ、更に、排気温度ＴＥＸ（又は排気温度差ΔＴＥＸ）に基づき空燃比ＡＦ２に向けてのリッチ化速度を設定することで、空燃比のリッチ化を可及的に抑えつつ排気温度ＴＥＸが上限排気温度ＴＥＸmaxに達することを抑制できる。

　上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて使用することができる。
　また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

　例えば、制御装置１３は、遅延時間ＤＴを水温ＴＷに応じて変更する一方で、増量係数ＫＭＲ１、保持時間ＲＥＴ、増加速度ΔＫＭＲを排気温度ＴＥＸ（又は排気温度差ΔＴＥＸ）に応じて変更するなど、水温ＴＷに応じた増量応答の設定と、排気温度ＴＥＸに応じた増量応答の設定とを併用することができる。
　また、制御装置１３は、高負荷域での燃料噴射量の増量補正中に水温ＴＷ又は排気温度ＴＥＸが減少変化したときに、増量を減らす処理、換言すれば、空燃比をリーン化方向に変化させる処理を実施することができる。

　また、上記実施形態において、制御装置１３は、高負荷域での空燃比のリッチ方向への変化応答を設定するのに用いる内燃機関１の運転温度として、水温ＴＷと排気温度ＴＥＸとの少なくとも一方を用いるが、これらに代えて若しくはこれらとともに、吸気温度、外気温度、潤滑油温度、触媒温度などを用いることができる。
　また、制御装置１３は、高負荷域での空燃比のリッチ方向への変化応答を設定する処理において、内燃機関１の運転温度及び機関負荷、機関回転速度などの内燃機関１の運転状態に応じて変化応答を変更することができる。

　また、制御装置１３は、遅延時間ＤＴが経過したときから高負荷用のリッチ空燃比ＡＦ２に向けて空燃比を徐々にリッチ化させる構成とし、更に、遅延時間ＤＴが経過したときからのリッチ方向への空燃比の変化速度を、内燃機関１の運転温度が低いほど遅く設定することができる。
　つまり、制御装置１３は、遅延時間ＤＴが経過してから保持時間ＲＥＴだけ空燃比を空燃比ＡＦ１に保持する構成に限定されず、遅延時間ＤＴが経過した時点から徐々に空燃比をリッチ化させて高負荷用のリッチ空燃比に到達させることができる。

　また、内燃機関１が、例えば特開２０１７－４０５６３号公報に開示されるような粒子状物質検出センサを備える場合、制御装置１３は、粒子状物質検出センサによって検出された粒子状物質の量及び内燃機関１の運転温度に基づき、空燃比のリッチ方向への変化応答を変更することができる。
　また、制御装置１３は、内燃機関１の運転温度に基づく変化応答の設定特性を、粒子状物質検出センサによって検出された粒子状物質の量に基づき修正する学習処理を実施することができる。

　また、制御装置１３は、例えば、増量係数ＫＭＲを加重平均した結果に基づき燃料噴射量を増量補正する加重平均演算部を備え、係る加重平均演算部の重み付けを、高負荷域で内燃機関１の運転温度、例えば、水温ＴＷや排気温度ＴＥＸなどに応じて変更することで、空燃比のリッチ方向への変化応答を変更する構成とすることができる。
　つまり、制御装置１３が、高負荷域で空燃比のリッチ方向への変化応答を変更する処理は、増量係数ＫＭＲの保持や増量係数ＫＭＲを第１規定値から第２規定値に向けて変化させる速度の制御に限定されず、応答を制御する公知の処理を適宜採用できる。

　ここで、上述した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
　内燃機関の制御装置は、その一態様として、内燃機関の負荷が高負荷域になったときに前記内燃機関の空燃比をリッチ方向に変化させる空燃比制御部を備え、
　前記空燃比制御部は、
　前記内燃機関の負荷が高負荷域になった後に遅延時間が経過してから、空燃比をリッチ方向に変化させる処理を開始する遅延処理部と、
　前記遅延時間を前記内燃機関の運転温度が低いほどより長く変更する遅延時間設定部と、
　前記空燃比をリッチ方向に変化させる処理を開始した後の空燃比のリッチ方向への変化応答を、前記内燃機関の運転温度が低いほどより遅くする応答設定部と、
　を含み、
　前記応答設定部は、
　前記遅延時間が経過したときに空燃比を、理論空燃比よりもリッチで13.0以上である応答調整用のリッチ空燃比にまでシフトさせ、前記応答調整用のリッチ空燃比を設定時間だけ保持させた後、空燃比を前記応答調整用のリッチ空燃比よりもリッチである高負荷用のリッチ空燃比に制御し、
　前記応答調整用のリッチ空燃比を前記内燃機関の運転温度が低いほどより大きくする処理と、前記設定時間を前記内燃機関の運転温度が低いほどより長くする処理との少なくとも一方を実施する。

　このようにすれば、粒子状物質の排出量を抑制しつつ、排気温度の上昇を抑制できる。内燃機関における粒子状物質の排出量は、空燃比が13.0を下回るリッチ域で増大する傾向があるので、理論空燃比よりもリッチで13.0以上である応答調整用のリッチ空燃比に保持させることで、空燃比のリッチ化による排気温度の上昇抑制効果を得つつ、粒子状物質の排出量を抑制することができる。

　１…内燃機関、５…燃料噴射弁、１３…制御装置、１５…水温センサ、１６…排気温度センサ

Claims (8)

1. 　内燃機関の負荷が高負荷域になったときに前記内燃機関の空燃比をリッチ方向に変化させる空燃比制御部を備え、
   　前記空燃比制御部は、
   　前記内燃機関の負荷が高負荷域になった後に遅延時間が経過してから、空燃比をリッチ方向に変化させる処理を開始する遅延処理部と、
   　前記遅延時間を前記内燃機関の運転温度が低いほどより長く変更する遅延時間設定部と、
   　前記空燃比をリッチ方向に変化させる処理を開始した後の空燃比のリッチ方向への変化応答を、前記内燃機関の運転温度が低いほどより遅くする応答設定部と、
   　を含む、内燃機関の制御装置。
2. 　前記応答設定部は、
   　前記遅延時間が経過したときに空燃比を設定値だけリッチ方向にシフトさせ、当該シフト後の空燃比を設定時間だけ保持させた後、空燃比を更にリッチ方向に変化させ、
   　前記設定値を前記内燃機関の運転温度が低いほどより小さくする処理と、前記設定時間を前記内燃機関の運転温度が低いほどより長くする処理との少なくとも一方を実施する、
   　請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 　前記応答設定部は、
   　前記設定時間が経過した後に空燃比を更にリッチ方向にシフトさせて高負荷用のリッチ空燃比に制御する、
   　請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 　前記応答設定部は、
   　前記設定時間が経過した後に空燃比をリッチ方向に設定速度で変化させ、
   　前記設定速度を前記内燃機関の運転温度が低いほどより遅くする、
   　請求項２記載の内燃機関の制御装置。
5. 　前記内燃機関の運転温度は、前記内燃機関の冷却水温度と前記内燃機関の排気温度との少なくとも一方である、
   　請求項１記載の内燃機関の制御装置。
6. 　前記応答設定部は、
   　排気温度の推定値又は排気温度の検出値と上限排気温度との差が大きいほど空燃比のリッチ方向への変化応答を遅くする、
   　請求項５記載の内燃機関の制御装置。
7. 　内燃機関の負荷が高負荷域であるか否かを検出する第１ステップと、
   　前記内燃機関の負荷が高負荷域になってからの経過時間が遅延時間に達したか否かを検出する第２ステップと、
   　前記遅延時間を前記内燃機関の運転温度が低いほどより長く変更するステップと、
   　前記経過時間が前記遅延時間に達してから前記内燃機関の空燃比をリッチ方向に変化させる第３ステップと、
   　前記空燃比のリッチ方向への変化応答を前記内燃機関の運転温度が低いほどより遅くする第４ステップと、
   　を含む、内燃機関の制御方法。
8. 　前記第４ステップは、
   　前記遅延時間が経過したときに空燃比を設定値だけリッチ方向にシフトさせ、当該シフト後の空燃比を設定時間だけ保持させた後、空燃比を更にリッチ方向に変化させるステップと、
   　前記設定値を前記内燃機関の運転温度が低いほどより小さくする処理と、前記設定時間を前記内燃機関の運転温度が低いほどより長くする処理との少なくとも一方を実施するステップと、
   　を含む、請求項７記載の内燃機関の制御方法。

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