JP4305268B2 - 内燃機関の二次エア供給システムとそれを用いた燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の二次エア供給システムとそれを用いた燃料噴射量制御装置に関するものである。

内燃機関の排気管には、排気を浄化するための触媒等の排気浄化装置が設けられており、この排気浄化装置の浄化効率を向上させるべく、排気浄化装置の上流側に二次エアを供給する技術が従来より提案されている。また、二次エアが正常に供給されないと、排気浄化装置の浄化効率が低下し、排気エミッションの悪化に繋がるため、二次エア供給システムの異常を検出する技術も従来より提案されている。

例えば、特許文献１では、二次エア通路の途中に圧力センサを設けておき、二次エアポンプが作動している状態で圧力センサの検出値に基づいて二次エア供給系の異常を検出することとしている。また、特許文献２では、二次エア供給時及び二次エア供給停止時の圧力挙動パターンの組み合わせから、二次エア供給系の各構成部品の故障モードを検出することとしている。

ところで、近年では、排気エミッションの排出量を適正に管理するためなどから、二次エア流量を検出する必要性が出てきているが、前記特許文献１，２のような二次エア供給システムでは、二次エア流量を精度良く検出することは困難であった。つまり、前記特許文献１，２の二次エア供給システムは、基本的に二次エアポンプのエア出力部における圧力（二次エア供給圧）を検出しており、この検出圧力を用いて二次エア流量を算出することが考えられるが、かかる算出方法によると、算出された二次エア流量は製品公差等に起因して算出精度が低いという問題があった。より具体的には、二次エアポンプはＤＣモータ等を用いて構成され、当該ポンプには一般に、ある程度の製品公差（性能のばらつきなど）が存在する。加えて、二次エアを流通する二次エア配管では配管圧損が発生する。圧力センサも個体差や公差を有する。これらの要因から、二次エア流量の算出精度が低下するという問題が生じる。
特開平９−２１３１２号公報 特開２００３−８３０４８号公報

本発明は、二次エア流量を精度良く算出し、ひいては排気エミッションの改善に貢献することができる内燃機関の二次エア供給システムを提供することを主たる目的とするものである。

請求項１に記載の発明では、二次エア供給装置を作動させ且つ開閉弁を開放した所定の二次エア供給状態で圧力センサにより検出した二次エア供給圧と、前記二次エア供給状態とは異なる別状態で圧力センサにより検出した基準圧とに基づいて二次エア流量が算出される。この場合、二次エア供給圧だけでなく基準圧も用いて二次エア流量が算出されるため、二次エア供給装置や圧力センサが持つ製品公差等が存在したとしても二次エア流量の算出精度を高めることができる。つまり、二次エア供給装置や圧力センサは工業製品としてある程度の製品公差を持っており、絶対圧として検出した二次エア供給圧に基づいて二次エア流量を算出すると、製品公差等による算出誤差が生じる。これに対し本発明によれば、二次エア供給圧を相対圧に換算して二次エア流量を算出するため、製品誤差分を吸収して二次エア流量が算出できる。以上により、二次エア流量を精度良く算出し、ひいては排気エミッションの改善に貢献することができるようになる。

また、請求項２に記載の発明では、二次エア供給圧と基準圧との差圧に基づいて二次エア流量が算出される。二次エア供給圧と基準圧との差圧を二次エア流量の算出パラメータとすれば、大気圧等が変動したとしてもその大気圧変動に影響されることなく、二次エア流量が精度良く算出できる。

請求項３に記載の発明では、前記二次エア供給圧に基づいてベース二次エア流量が算出されると共に、前記基準圧に応じて流量補正値が算出され、前記算出されたベース二次エア流量が前記流量補正値により補正されて二次エア流量が算出される。本構成においても、大気圧変動等に影響されることなく、二次エア流量を精度良く算出することが可能となる。

請求項４に記載の発明では、二次エア供給状態とは異なる別状態で検出された基準圧が基準圧学習値としてバックアップ用メモリに記憶され、該バックアップ用メモリに記憶された基準圧学習値を用いて二次エア流量が算出される。これにより、二次エア供給の開始前に基準圧を検出しなくても、二次エア供給圧と基準圧とを用いた二次エア流量の算出が可能となり、機関始動後等において早期に二次エア流量の算出を開始することができるようになる。

請求項５に記載の発明では、前記基準圧が基準圧学習値としてバックアップ用メモリに記憶される際、二次エア供給装置の電源電圧及び大気圧を予め定めた規定値とした状態での圧力に換算されて基準圧学習値が算出される。また、二次エア流量の算出時には、その都度の電源電圧及び大気圧にて基準圧学習値が補正されてから、又は二次エア供給圧が、二次エア供給装置の電源電圧及び大気圧を予め定めた規定値とした状態での圧力に換算されてから二次エア流量が算出される。この場合、仮に、基準圧の学習時と二次エア供給圧の検出時とで電源電圧や大気圧が変化したとしてもその変化分がキャンセルでき、高精度な流量検出が可能となる。また、バックアップ用メモリに記憶保持する基準圧学習値は、電源電圧及び大気圧を規定値とした学習値（例えば１つの学習値）だけでよいため、当該学習値の管理も容易となる。

請求項６に記載に記載したように、二次エア供給装置を作動させ且つ開閉弁を閉鎖した時に圧力センサにより検出した締め切り圧を、前記基準圧とするのが望ましい。

請求項７に記載の発明では、二次エア供給装置が作動した状態で開閉弁が閉鎖された後、所定の待機時間が経過した時に前記締め切り圧が検出される。待機時間の経過を待って締め切り圧を検出することにより、当該締め切り圧を正確に検出できる。なお、前記所定の待機時間は、二次エア供給装置の特性等を考慮して決められた時間である。

請求項８に記載の発明では、二次エア供給装置の作動状態下で開閉弁の閉鎖時に圧力センサにより検出された締め切り圧が締め切り圧学習値としてバックアップ用メモリに記憶され、該バックアップ用メモリに記憶された締め切り圧学習値を用いて二次エア流量が算出される。これにより、二次エア供給の開始前に締め切り圧を検出しなくても、二次エア供給圧と締め切り圧とを用いた二次エア流量の算出が可能となり、機関始動後等において早期に二次エア流量の算出を開始することができるようになる。

請求項９に記載の発明では、開閉弁を閉鎖して排気通路への二次エア供給を終了した後、それに引き続いて前記締め切り圧学習値の更新が実施される。二次エア供給が終わり、排気浄化装置の浄化効率向上等がなされた後であれば、二次エア供給に影響なく締め切り圧の学習が実施できる。また、時間的な余裕があることから、締め切り圧を確実に検出して学習値として記憶保持することができる。締め切り圧学習値を更新する上で好適な構成となる。

請求項１０に記載の発明では、二次エア供給の終了時に開閉弁が閉鎖された後、所定の待機時間が経過した時に前記締め切り圧が検出される。待機時間の経過を待って締め切り圧を検出することにより、当該締め切り圧を正確に検出できる。

請求項１１に記載の発明では、前記締め切り圧が締め切り圧学習値としてバックアップ用メモリに記憶される際、二次エア供給装置の電源電圧及び大気圧を予め定めた規定値とした状態での圧力に換算されて締め切り圧学習値が算出される。また、二次エア流量の算出時には、その都度の電源電圧及び大気圧にて締め切り圧学習値が補正されてから、又は二次エア供給圧が、二次エア供給装置の電源電圧及び大気圧を予め定めた規定値とした状態での圧力に換算されてから二次エア流量が算出される。この場合、仮に、締め切り圧の学習時と二次エア供給圧の検出時とで電源電圧や大気圧が変化したとしてもその変化分がキャンセルでき、高精度な流量検出が可能となる。また、バックアップ用メモリに記憶保持する締め切り圧学習値は、電源電圧及び大気圧を規定値とした学習値（例えば１つの学習値）だけでよいため、当該学習値の管理も容易となる。

請求項１２に記載の発明では、前記基準圧の検出時における二次エア供給装置の電源電圧及び大気圧と、前記二次エア供給圧の検出時における二次エア供給装置の電源電圧及び大気圧との差に応じて、基準圧、二次エア供給圧又は二次エア流量の少なくとも何れかについて補正が実施される。これにより、仮に、基準圧（締め切り圧を含む）の検出時と二次エア供給圧の検出時とで電源電圧や大気圧が変化したとしてもその変化分がキャンセルでき、高精度な流量検出が可能となる。

請求項１３に記載の発明では、前記算出した二次エア流量に基づいて、二次エア供給装置の異常が検出される。この場合、前記のとおり二次エア流量が精度良く算出できるため、二次エア供給装置の異常検出精度も向上する。

一方、内燃機関の燃料噴射量制御装置において、二次エア供給時に排気浄化装置（触媒）の入口部の雰囲気を所望の空燃比とするには、その都度の二次エア流量に応じて燃料噴射量を補正する必要があるが、既存の技術のように、二次エアポンプ等の製品公差を考慮せずに二次エア流量を算出し、それに基づいて燃料噴射量を補正する場合、二次エア流量の算出精度が低いために燃料補正の精度も低いものとなる。これに対し、上記各発明の手法によれば二次エアポンプ等の製品公差に関係なく二次エア流量が精度良く算出できるため、その二次エア流量に採用し燃料噴射量を補正することで好適なる燃料噴射量制御が実現できる。

請求項１４に記載の発明では、排気浄化装置への二次エア供給時において、その際設定された目標空燃比と、前記流量算出手段により算出された二次エア流量（すなわち、センサ検出圧と基準圧とに基づき算出した二次エア流量）と、内燃機関の吸入空気量とに基づいて内燃機関への燃料噴射量が補正される。この場合、前述したとおり製品公差分を吸収して二次エア流量が算出されているため、二次エア供給時において二次エアポンプ等の製品公差に起因する燃料補正の精度低下は生じない。それ故に、二次エア供給時における高精度な燃料噴射量制御が実現できる。

ここで、請求項１５に記載の発明では、二次エア供給時の目標空燃比と、内燃機関の吸入空気量に対する二次エア流量の変化とに基づいて二次エア供給時用の増量補正量（後述する二次エア用補正係数ｆｓａｉに相当）が算出され、該増量補正量により燃料噴射量が補正される。この場合、二次エア供給時において燃料量の増量補正が適正に実施できる。

また、請求項１６に記載したように、二次エア供給時における排気浄化装置の入口部の空燃比が理論空燃比又は該理論空燃比よりもリーンとなるよう目標空燃比が設定されると良い。これにより、排気浄化装置の早期活性化等を確実に実現することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１にはＤＣモータ等のアクチュエータによって開度調節されるスロットルバルブ１４と、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１５とが設けられている。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４に排出される。エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ２５が取り付けられており、点火プラグ２５には、点火コイル等よりなる図示しない点火装置を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２５の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。

排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ３２（リニアＡ／Ｆセンサ、Ｏ2センサ等）が設けられている。また、エンジン１０のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３３や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ３４が取り付けられている。

また、二次エア供給システムとして、排気管２４において触媒３１よりも上流側には二次エア配管３５が接続され、その二次エア配管３５の上流部には二次エア供給装置としての二次エアポンプ３６が設けられている。二次エアポンプ３６は例えばＤＣモータ等より構成され、図示しない車載バッテリからの給電を受けて作動する。また、二次エアポンプ３６よりも下流側には、二次エア配管３５を開放又は閉鎖する開閉弁３７が設けられている。二次エアポンプ３６と開閉弁３７との間には、二次エア配管３５内の圧力を検出する圧力センサ３８が設けられている。

上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司るＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の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１９の燃料噴射量や点火プラグ２５による点火時期を制御する。また、ＥＣＵ４０は、エンジン始動時の触媒３１の早期活性化などを図るべく、二次エアポンプ３６を作動させることにより二次エア供給を実施する。

ＥＣＵ４０は特に、イグニッションＯＦＦ後もデータを記憶保持するバックアップ用メモリとしてのスタンバイＲＡＭ４０ａを備えている。このスタンバイＲＡＭ４０ａには、適宜更新される学習値等（後述する締め切り圧Ｐ０を含む）が記憶されるようになっている。なお、バックアップ用メモリとしてＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリを用いることも可能である。

次に、二次エア供給システムの動作について図２のタイムチャートを用いて説明する。図２は、エンジン始動時における二次エア供給動作を示しており、始動当初は触媒３１が非活性の状態にあるとしている。先ず概要を説明すると、図２のｔ１〜ｔ２は二次エア供給システムにおける締め切り圧Ｐ０が検出される締め切り圧検出期間、ｔ２〜ｔ３は排気管２４への二次エア供給が行われる二次エア供給期間、ｔ３〜ｔ４は締め切り圧Ｐ０の学習期間である。

以下に詳しくは、タイミングｔ１では、開閉弁３７が閉鎖された状態で二次エアポンプ３６の作動が開始される。二次エア配管３５内の圧力（配管内圧力）は、当初は大気圧となっているが、ｔ１以降次第に上昇する。その後、タイミングｔ１から所定の待機時間Ｔａが経過したタイミングｔ２になり、配管内圧力が二次エアポンプ特性等で決まる所定の締め切り圧Ｐ０にて飽和すると、締め切り圧Ｐ０が検出される。また、同じくタイミングｔ２では、開閉弁３７が開放されることで排気管２４への二次エア供給が開始される。二次エア供給の開始に伴い二次エア流量Ｑａが算出される。本実施の形態では特に、前記ｔ２で検出した締め切り圧Ｐ０と、ｔ２以降検出される二次エア供給圧Ｐｓとの差圧（Ｐ０−Ｐｓ）に基づいて二次エア流量Ｑａが算出されるようになっており、その算出式を次に示す。

なお、上記（１）式において、ρは流体密度、Ｃは係数、Ａは管路断面積である。流体密度ρは温度特性を持つため、吸気温により流体密度ρを補正する構成とすることも可能である。

例えば、大気圧が変化する場合（高度変化等により外気圧が変化する場合を含む）を想定すると、大気圧の変化分だけ二次エア供給圧Ｐｓのレベルが変化するが、その際、締め切り圧Ｐ０も同様に変化する。かかる場合において、締め切り圧Ｐ０と二次エア供給圧Ｐｓとの差圧（Ｐ０−Ｐｓ）によれば、大気圧の変化分がキャンセルでき、大気圧変動の影響を受けずに二次エア流量Ｑａが算出できる。

その後、タイミングｔ３では、触媒３１の活性が完了したことに伴い開閉弁３７が閉鎖され、排気管２４への二次エア供給が終了される。ｔ３以降、配管内圧力が次第に上昇し、タイミングｔ３から所定の待機時間Ｔｂが経過したタイミングｔ４で締め切り圧Ｐ０が検出されると共に、該検出された締め切り圧Ｐ０にて学習値が更新される。締め切り圧Ｐ０の学習に伴い学習完了フラグに１がセットされる。

図３は、二次エア供給処理を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ４０により実行される。

図３において、先ずステップＳ１０１では、二次エア供給の実行条件が成立しているか否かを判別する。例えば、エンジン始動時であり、且つ水温が所定温度域にある場合に実行条件が成立したとされる。実行条件が成立していれば、後続のステップＳ１０２に進み、実行条件が成立していなければ、そのまま本処理を終了する。

ステップＳ１０２では、開閉弁３７を閉鎖し、続くステップＳ１０３では、二次エアポンプ３６を作動させる。その後、ステップＳ１０４では、学習完了フラグ等により、締め切り圧Ｐ０が既に学習値としてスタンバイＲＡＭ４０ａに記憶保持されているか否かを判別する。既に締め切り圧Ｐ０が学習されていれば（すなわち学習完了フラグ＝１であれば）、そのままステップＳ１０７に進む。締め切り圧Ｐ０が学習されていなければ（すなわち学習完了フラグ＝０であれば）、ステップＳ１０５で待機時間Ｔａの経過を待った後、ステップＳ１０６で圧力センサ３８の検出値から締め切り圧Ｐ０を検出する。

ここで、締め切り圧Ｐ０の検出時には、当該締め切り圧Ｐ０が、バッテリ電圧ＶＢ及び大気圧を予め定めた規定値（例えばＶＢ＝定格電圧（１４Ｖ）、大気圧＝１気圧）とした状態での圧力に換算される。具体的には、図６の（ａ），（ｂ）で示す補正値を用いて締め切り圧Ｐ０が換算される。（ａ）のＶＢ補正値によれば、バッテリ電圧ＶＢが定格電圧（１４Ｖ）よりも低下することで、締め切り圧Ｐ０が高圧側に補正される。また、（ｂ）の大気圧補正値によれば、大気圧が１気圧よりも下降することで、締め切り圧Ｐ０が高圧側に補正される。

ステップＳ１０７では、開閉弁３７を開放することにより二次エア供給を開始する。その後、ステップＳ１０８では、圧力センサ３８の検出値から二次エア供給圧Ｐｓを検出する。ステップＳ１０９では、前述した（１）式を用い、締め切り圧Ｐ０と二次エア供給圧Ｐｓとに基づいて二次エア流量Ｑａを算出する。このとき、締め切り圧Ｐ０が学習済みであれば、締め切り圧Ｐ０の学習値を用いて二次エア流量Ｑａが算出され、締め切り圧Ｐ０が学習済みでなければ、前記ステップＳ１０６で求めた締め切り圧Ｐ０の検出値を用いて二次エア流量Ｑａが算出される。二次エア供給期間中は、ステップＳ１０８，Ｓ１０９が継続して実施される。

二次エア流量Ｑａの算出時には、締め切り圧Ｐ０の検出時（又は学習時）におけるバッテリ電圧ＶＢ及び大気圧と、二次エア供給圧Ｐｓの検出時におけるバッテリ電圧ＶＢ及び大気圧との差異をキャンセルすべく、前記ステップＳ１０６で求めた締め切り圧Ｐ０（バッテリ電圧ＶＢ及び大気圧について規定値換算した締め切り圧Ｐ０）を、その都度のバッテリ電圧ＶＢ及び大気圧で補正するようにしている。又は、二次エア供給圧Ｐｓを、バッテリ電圧ＶＢ及び大気圧を予め定めた規定値（例えばＶＢ＝定格電圧（１４Ｖ）、大気圧＝１気圧）とした状態での圧力に換算するようにしている。なお、二次エア供給圧Ｐｓを換算する場合には、前記図６とは逆特性の補正が行われると良い。

その後、ステップＳ２００では、締め切り圧Ｐ０の学習処理を実施する。締め切り圧Ｐ０の学習後、ステップＳ１１０で二次エアポンプ３６を停止する。

図４は、締め切り圧Ｐ０の学習処理を示すフローチャートである。ステップＳ２０１では、学習開始条件が成立したか否かを判別する。例えば、二次エアポンプ３６の作動期間中であり、且つ触媒３１の活性化が完了した場合に学習開始条件が成立したとされる。学習開始条件が成立していれば、後続のステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、開閉弁３７を閉鎖する。そして、ステップＳ２０３で待機時間Ｔｂの経過を待った後、ステップＳ２０４で圧力センサ３８の検出値から締め切り圧Ｐ０を検出する。ステップＳ２０５では、今回検出した締め切り圧Ｐ０にてスタンバイＲＡＭ４０ａの学習値を更新する。またこのとき、スタンバイＲＡＭ４０ａにおいて学習完了フラグに１をセットする。

ここで、二次エア供給処理の開始当初、及び締め切り圧Ｐ０の学習処理では、開閉弁３７の閉鎖後、締め切り圧Ｐ０を検出するまでそれぞれＴａ，Ｔｂだけ待機するが（図３のＳ１０５，図４のＳ２０３）、その待機時間Ｔａ，Ｔｂは、Ｔａ＞Ｔｂである。つまり、図２からも分かるように、二次エア供給処理の開始当初には、配管内圧力は大気圧から締め切り圧Ｐ０に上昇し、締め切り圧Ｐ０の学習処理時には、配管内圧力は二次エア供給圧Ｐｓから締め切り圧Ｐ０に上昇する。この２つの場合を比べると、前者の方が配管内圧力の変化量が大きい。また、二次エア供給処理の開始当初は、二次エアポンプ３６への電源投入時におけるポンプ立ち上がり特性により圧力上昇が遅れる。故に、待機時間Ｔａ，Ｔｂを、Ｔａ＞Ｔｂとしている。

前記図３の処理にて算出した二次エア流量Ｑａは、二次エア供給システムの異常判定などに用いられる。ここで、二次エア供給システムの異常判定処理を図５のフローチャートを用いて説明する。この異常判定処理は、二次エア供給期間中（前記図２で言うとｔ２〜ｔ３の期間）にＥＣＵ４０により実施される。

図５において、ステップＳ３０１では、前記算出した二次エア流量Ｑａが所定の判定値Ｑｔｈ未満であるか否かを判別する。Ｑａ≧Ｑｔｈの場合、ステップＳ３０２に進んで正常判定を行う。Ｑａ＜Ｑｔｈの場合、ステップＳ３０３に進んで異常判定を行うと共に、続くステップＳ３０４でダイアグ処理を実施する。つまり、二次エア流量Ｑａが減ると、エミッション排出量が増加すると考えられるため、二次エア流量Ｑａが所定量得られない場合に異常発生と判定することとしている。ダイアグ処理として具体的には、ダイアグデータ（故障データ）をスタンバイＲＡＭ４０ａに格納する他、故障警告灯（ＭＩＬ）を点灯させるなどする。

図７は、二次エア供給システムにおける配管内圧力と二次エア流量との関係を示す図であり、（ａ）には、二次エア供給システムにおける基本的な流量特性として二次エア供給圧Ｐｓに対する二次エア流量を示し、（ｂ）には、二次エア供給圧の相対圧（Ｐ０−Ｐｓ）により算出した二次エア流量を示している。

（ａ）に示すように、バッテリ電圧ＶＢが定格電圧（１４Ｖ）に対して低下することで、図示の如く流量特性が変化する。また、二次エア流量には、製品公差（例えば±３０％）等によるばらつきがあり、バッテリ電圧ＶＢと二次エア供給圧Ｐｓが例えばＶＢ＝１２Ｖ、Ｐｓ＝ＰＡである場合、図のＲの範囲内で二次エア流量の算出値がばらつく。例えば製品公差が±３０％である場合、二次エア流量の算出精度も±３０％程度となり、二次エア流量が正確に検出できないという問題が生じる。

これに対して、上述した本実施の形態の二次エア流量の算出手法によれば、（ｂ）に示すように、同じく製品公差等が存在したとしても、その製品公差等による二次エア流量のばらつきが生じることはない。また、バッテリ電圧ＶＢの変動しても流量特性の変化が生じることもない。本願発明者らによれば、二次エア流量の算出精度が±５％以下に抑えられることが確認されている。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

締め切り圧Ｐ０と二次エア供給圧Ｐｓとの差圧（Ｐ０−Ｐｓ）に基づいて二次エア流量Ｑａを算出するようにしたため、大気圧が変動したとしてもその大気圧変動に影響されることなく、二次エア流量Ｑａが算出できる。また、二次エアポンプ３６や圧力センサ３８が持つ製品公差等が存在したとしても、又は二次エア配管３５にて圧損が生じても二次エア流量Ｑａの算出精度を高めることができる。特に、製品公差や配管圧損に起因する算出誤差は補正が困難であるが、本実施の形態では困難な補正が強いられることなく、前記算出誤差が解消できる。以上のように二次エア流量Ｑａを精度良く算出できることから、排気エミッションの改善に貢献することが可能となる。

締め切り圧Ｐ０を学習値としてスタンバイＲＡＭ４０ａに記憶保持しておき、この学習値を用いて二次エア流量Ｑａを算出するようにしたため、二次エア供給の開始前に締め切り圧Ｐ０を検出しなくてもよく、エンジン始動後等において早期に二次エア流量Ｑａの算出を開始することができるようになる。

触媒３１の活性化が完了し、二次エア供給を終了した後に、締め切り圧Ｐ０を学習するようにしたため、二次エア供給に影響なく締め切り圧Ｐ０の学習が実施できる。また、時間的な余裕があることから、締め切り圧Ｐ０を確実に検出して学習値として記憶保持することができる。

締め切り圧Ｐ０と二次エア供給圧Ｐｓとをバッテリ電圧ＶＢに応じて補正するようにしたため、仮に、締め切り圧Ｐ０の検出時と二次エア供給圧Ｐｓの検出時とでバッテリ電圧ＶＢが変化したとしてもその変化分が補正でき、高精度な流量検出が可能となる。

上記のとおり二次エア流量Ｑａを精度良く算出できることから、二次エアポンプ３６のポンプ能力低下や配管圧損増大等の異常発生を精度良く検出できる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態では、前記の如く算出した二次エア流量Ｑａを用い、該二次エア流量Ｑａを反映させつつ実施する燃料噴射量制御について説明する。要するに、二次エア供給により触媒３１の早期活性化等を図るには、例えば触媒入口の空燃比を弱リーンとすると良く、二次エア供給時には、この弱リーン空燃比を目標空燃比として燃料噴射量制御を実施する。この場合、空燃比を空気過剰率λで表し、エンジン燃焼室で燃焼に供される燃焼ガスの空燃比（燃焼空燃比）をλ１、触媒入口の空燃比をλ２とすると共に、エンジンに吸入される吸入空気量をｇａ、二次エア流量をｇｓａｉとすると、λ１，λ２は次の（２）式の関係となる。なお、ｇａ，ｇｓａｉは共に質量流量であり、特にｇｓａｉは、上述した二次エア流量Ｑａを質量換算したものである。

空燃比λ１（空気過剰率）の逆数は燃料過剰率であり、この燃料過剰率（１／λ１）が二次エア供給時の燃料増量補正係数（以下、これを二次エア用補正係数ｆｓａｉという）となる。つまり、触媒入口の空燃比λ２を目標空燃比λｔｇとする場合、前記（２）式より次の（３）式が得られる。

上記（３）式によれば、二次エア供給時における二次エア流量ｇｓａｉ、吸入空気量ｇａ及び目標空燃比λｔｇから二次エア用補正係数ｆｓａｉが算出できる。

図８は、ＥＣＵ４０により実行される燃料噴射量算出処理を示すフローチャートである。但し図８では、燃料噴射量の算出に関し、二次エア供給に関連する処理のみを示している。

図８において、先ずステップＳ４０１では、二次エア供給の実行条件が成立しているか否かを判別し、実行条件成立時において、ステップＳ４０２では、開閉弁３７を開放すると共に二次エアポンプ３６を作動させることにより二次エア供給を開始する。その後、ステップＳ４０３では、前述した通り締め切り圧Ｐ０と二次エア供給圧Ｐｓとの差圧に基づいて二次エア流量Ｑａを算出する。このとき、二次エア流量Ｑａは体積流量であるため、空気密度に応じて体積流量から質量流量に変換し、その結果を「二次エア流量ｇｓａｉ」とする。

その後、ステップＳ４０４では、エンジン回転数や吸入空気量等の運転条件パラメータを読み込む。ステップＳ４０５では、二次エア供給時用として用意された目標空燃比マップを用い、その都度のエンジン回転数や負荷等に基づいて目標空燃比λｔｇを算出する。ステップＳ４０６では、前記（３）式を用い、その時の二次エア流量ｇｓａｉ、吸入空気量ｇａ及び目標空燃比λｔｇに基づいて二次エア用補正係数ｆｓａｉを算出する。

一方、二次エア供給の実行条件不成立の場合には、ステップＳ４０７に進み、ｆｓａｉ＝１とする。

上記の如く二次エア用補正係数ｆｓａｉを算出した後、ステップＳ４０８では、エンジン回転数や吸入空気量等の運転条件パラメータに基づいて算出した基本噴射量Ｔｐに二次エア用補正係数ｆｓａｉを掛け合わせ、その積を最終噴射量ＴＡＵとする。

以上第２の実施の形態によれば、締め切り圧Ｐ０と二次エア供給圧Ｐｓとの差圧に基づき算出した二次エア流量Ｑａを用いて二次エア用補正係数ｆｓａｉを算出し、更にその二次エア用補正係数ｆｓａｉに基づいて燃料噴射量を補正するようにしたため、製品公差等の誤差分に起因する燃料補正の精度低下が抑制できる。それ故に、二次エア供給時における高精度な燃料噴射量制御が実現できるようになる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、図２のタイムチャートからも分かるように、締め切り圧Ｐ０の学習が完了していない場合は、二次エア供給の開始当初と終了時との２回締め切り圧Ｐ０を検出するようにしたが、この構成を変更する。例えば、二次エア供給の開始当初の締め切り圧Ｐ０の検出時に、その検出した締め切り圧Ｐ０により学習を行うようにしても良い。

開閉弁３７を閉鎖して締め切り圧Ｐ０を検出する際、Ｐ０検出までの待機時間を、開閉弁３７の閉鎖時における配管内圧力に応じて設定するようにしても良い。つまり、開閉弁３７の閉鎖時における配管内圧力が小さいほど、待機時間を長くする。因みに、前記図２の場合、タイミングｔ１の配管内圧力の方がタイミングｔ３の配管圧力よりも小さいため、Ｔａ＞Ｔｂとなる。

上記実施の形態では、数式（前記（１）式）を用いて二次エア流量Ｑａを算出したが、これに代えて、締め切り圧Ｐ０、二次エア供給圧Ｐｓの差圧（Ｐ０−Ｐｓ）と二次エア流量Ｑａとの関係を予め求めてマップ等にて記憶しておき、そのマップを用いて二次エア流量Ｑａを算出する構成としても良い。

イグニッションＯＦＦ時において締め切り圧Ｐ０を検出し、該検出した締め切り圧Ｐ０により学習値を更新するようにしても良い。例えば、イグニッションＯＦＦ時には、当該ＯＦＦ後もＥＣＵへの電源供給を一定時間継続して所定の制御を実行する、いわゆるメインリレー制御が実施されるが、かかるメインリレー制御において締め切り圧Ｐ０の検出及び学習を実施する。本構成によれば、エンジン始動から停止までの間に二次エア供給システムに関する状況変化が生じても、それが締め切り圧学習値として反映できる。

上記実施の形態では、締め切り圧Ｐ０と二次エア供給圧Ｐｓとの差圧（Ｐ０−Ｐｓ）に基づいて二次エア流量Ｑａを算出したが、これに代えて、締め切り圧Ｐ０と二次エア供給圧Ｐｓとの比（Ｐ０／Ｐｓ）に基づいて二次エア流量Ｑａを算出しても良い。かかる場合でもあっても、製品公差等に関係なく二次エア流量が精度良く算出できる。

二次エア供給圧Ｐｓに基づいてベース二次エア流量を算出すると共に、締め切り圧Ｐ０に応じて流量補正値を算出し、前記算出したベース二次エア流量を前記流量補正値により補正して二次エア流量Ｑａを算出するようにしても良い。例えば、流量補正値は、締め切り圧Ｐ０大きいほど小さくする。本構成においても、大気圧変動や製品公差等に影響されることなく、二次エア流量を精度良く算出することが可能となる。

上記実施の形態では、「基準圧」として締め切り圧Ｐ０を検出し、締め切り圧Ｐ０と二次エア供給圧Ｐｓとの差圧（Ｐ０−Ｐｓ）等に基づいて二次エア流量Ｑａを算出したが、基準圧を締め切り圧Ｐ０以外に変更しても良い。例えば、開閉弁３７を閉鎖し且つ通常時とは異なる作動状態で二次エアポンプ３６を作動させた時に検出した配管内圧力を基準圧としたり、二次エアポンプ３６の作動状態下で開閉弁３７を所定開度とした時に検出した配管内圧力を基準圧としたりしても良い。要は、通常の二次エア供給状態とは異なる別状態で圧力センサ３８により検出した基準圧と二次エア作動圧Ｐｓとを用いて二次エア流量Ｑａを算出するものであればよい。

上記第２の実施の形態では、二次エア供給時において弱リーン空燃比を目標空燃比として燃料噴射量制御を実施したが、この目標空燃比をストイキとしても良い。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。 二次エア供給動作を示すタイムチャートである。 二次エア供給処理を示すフローチャートである。 締め切り圧の学習処理を示すフローチャートである。 異常判定処理を示すフローチャートである。 バッテリ電圧、大気圧と補正値との関係を示す図である。 二次エア供給システムにおける配管内圧力と二次エア流量との関係を示す図である。 燃料噴射量算出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…内燃機関としてのエンジン、２４…排気管、３１…排気浄化装置としての触媒、３５…二次エア配管、３６…二次エア供給装置としての二次エアポンプ、３７…開閉弁、３８…圧力センサ、４０…流量算出手段、学習手段、異常検出手段、目標空燃比設定手段及び燃料量補正手段としてのＥＣＵ、４０ａ…スタンバイＲＡＭ。

Claims (16)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
   二次エア通路を介して前記排気浄化装置の上流側に二次エアを供給するための二次エア供給装置と、
   前記二次エア通路の途中に設けられ、当該二次エア通路を開閉する開閉弁と、
   前記二次エア通路において二次エア供給装置と開閉弁との間に設けられ、二次エア通路内の圧力を検出する圧力センサと、
   前記二次エア供給装置を作動させ且つ前記開閉弁を開放した所定の二次エア供給状態で前記圧力センサにより検出した二次エア供給圧と、前記二次エア供給状態とは異なる別状態で前記圧力センサにより検出した基準圧とに基づいて二次エア流量を算出する流量算出手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の二次エア供給システム。
2. 前記流量算出手段は、二次エア供給圧と基準圧との差圧に基づいて二次エア流量を算出する請求項１記載の内燃機関の二次エア供給システム。
3. 前記流量算出手段は、前記二次エア供給圧に基づいてベース二次エア流量を算出すると共に、前記基準圧に応じて流量補正値を算出し、前記算出したベース二次エア流量を前記流量補正値により補正して二次エア流量を算出する請求項１記載の内燃機関の二次エア供給システム。
4. 前記二次エア供給状態とは異なる別状態で検出した基準圧を基準圧学習値としてバックアップ用メモリに記憶する学習手段を備え、
   前記流量算出手段は、前記バックアップ用メモリに記憶した基準圧学習値を用いて二次エア流量を算出する請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の二次エア供給システム。
5. 前記学習手段は、前記基準圧を基準圧学習値としてバックアップ用メモリに記憶する際、前記二次エア供給装置の電源電圧及び大気圧を予め定めた規定値とした状態での圧力に換算して基準圧学習値を算出する一方、前記流量算出手段は、その都度の電源電圧及び大気圧にて前記基準圧学習値を補正してから、又は前記二次エア供給圧を、前記二次エア供給装置の電源電圧及び大気圧を予め定めた規定値とした状態での圧力に換算してから二次エア流量を算出する請求項４記載の内燃機関の二次エア供給システム。
6. 前記二次エア供給装置を作動させ且つ前記開閉弁を閉鎖した時に前記圧力センサにより検出した締め切り圧を、前記基準圧とした請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の二次エア供給システム。
7. 前記二次エア供給装置を作動させた状態で前記開閉弁を閉鎖した後、所定の待機時間が経過した時に前記締め切り圧を検出する請求項６記載の内燃機関の二次エア供給システム。
8. 前記二次エア供給装置の作動状態下で前記開閉弁の閉鎖時に前記圧力センサにより検出した締め切り圧を締め切り圧学習値としてバックアップ用メモリに記憶する学習手段を備え、
   前記流量算出手段は、前記バックアップ用メモリに記憶した締め切り圧学習値を用いて二次エア流量を算出する請求項６又は７に記載の内燃機関の二次エア供給システム。
9. 前記学習手段は、前記開閉弁を閉鎖して前記排気通路への二次エア供給を終了した後、それに引き続いて前記締め切り圧学習値の更新を実施する請求項８記載の内燃機関の二次エア供給システム。
10. 二次エア供給の終了時に前記開閉弁を閉鎖した後、所定の待機時間が経過した時に前記締め切り圧を検出する請求項９記載の内燃機関の二次エア供給システム。
11. 前記学習手段は、前記締め切り圧を締め切り圧学習値としてバックアップ用メモリに記憶する際、前記二次エア供給装置の電源電圧及び大気圧を予め定めた規定値とした状態での圧力に換算して締め切り圧学習値を算出する一方、前記流量算出手段は、その都度の電源電圧及び大気圧にて前記締め切り圧学習値を補正してから、又は前記二次エア供給圧を、前記二次エア供給装置の電源電圧及び大気圧を予め定めた規定値とした状態での圧力に換算してから二次エア流量を算出する請求項８乃至１０の何れかに記載の内燃機関の二次エア供給システム。
12. 前記基準圧の検出時における前記二次エア供給装置の電源電圧及び大気圧と、前記二次エア供給圧の検出時における前記二次エア供給装置の電源電圧及び大気圧との差に応じて、基準圧、二次エア供給圧又は二次エア流量の少なくとも何れかについて補正を実施する請求項１乃至１１の何れかに記載の内燃機関の二次エア供給システム。
13. 前記流量算出手段により算出した二次エア流量に基づいて、前記二次エア供給装置の異常を検出する異常検出手段を更に備えた請求項１乃至１２の何れかに記載の内燃機関の二次エア供給システム。
14. 請求項１乃至１３の何れかに記載の二次エア供給システムを適用した燃料噴射量制御装置であって、
    前記排気浄化装置への二次エア供給時における目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
    前記目標空燃比設定手段により設定した二次エア供給時の目標空燃比と、前記流量算出手段により算出した二次エア流量と、内燃機関に吸入される吸入空気量とに基づいて内燃機関への燃料噴射量を補正する燃料量補正手段と、
    を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。
15. 前記燃料量補正手段は、二次エア供給時の目標空燃比と、内燃機関の吸入空気量に対する二次エア流量の変化とに基づいて二次エア供給時用の増量補正量を算出し、該増量補正量により燃料噴射量を補正する請求項１４に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
16. 前記目標空燃比設定手段は、二次エア供給時における排気浄化装置の入口部の空燃比が理論空燃比又は該理論空燃比よりもリーンとなるよう目標空燃比を設定する請求項１４又は１５に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。