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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024098919
(43)【公開日】2024-07-24
(54)【発明の名称】エンジンの空燃比制御装置
(51)【国際特許分類】
F02D 41/14 20060101AFI20240717BHJP
F02D 19/06 20060101ALI20240717BHJP
F02M 21/02 20060101ALI20240717BHJP
【ＦＩ】
F02D41/14
F02D19/06 B
F02M21/02 311A
F02M21/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023002740
(22)【出願日】2023-01-11
(71)【出願人】
【識別番号】000002082
【氏名又は名称】スズキ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001380
【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】津田 豊史
【テーマコード（参考）】
3G092
3G301
【Ｆターム（参考）】
3G092AA01
3G092AA05
3G092AB02
3G092AB08
3G092BA01
3G092BA03
3G092BA04
3G092DE14
3G092EA11
3G092EA12
3G092EC01
3G092FA15
3G092HA01
3G092HA06
3G092HB01
3G092HD01
3G092HE01
3G092HE08
3G092HF08
3G301HA01
3G301HA24
3G301JA21
3G301LB02
3G301MA01
3G301ND01
3G301ND18
3G301NE17
3G301NE19
3G301PA01
3G301PA11
3G301PD09
3G301PD12
3G301PE01
3G301PE08
3G301PF03
(57)【要約】
【課題】燃料を切り換えて運転可能なエンジンにおいて、燃料の切り換えが空燃比の振動に同期して実施されることによる弊害を回避する。
【解決手段】排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を、ストイキ相当値に対してリッチ側とリーン側とに振動させる空燃比振動制御を実行する空燃比振動制御手段と、液体燃料から気体燃料へまたは気体燃料から液体燃料へ燃料を切り換える燃料切換要求を検知する燃料切換要求検知手段と、燃料切換要求検知手段により燃料切換要求が検知された場合に、燃料を切り換える燃料切換実行手段と、を備える。燃料切換実行手段は、液体燃料から気体燃料への燃料の切り換えを、空燃比振動制御によるリッチ側からリーン側への空燃比の移行以外のタイミングで実行する一方、気体燃料から液体燃料への燃料の切り換えを、空燃比振動制御によるリーン側からリッチ側への空燃比の移行以外のタイミングで実行する。
【選択図】 図６
【解決手段】排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を、ストイキ相当値に対してリッチ側とリーン側とに振動させる空燃比振動制御を実行する空燃比振動制御手段と、液体燃料から気体燃料へまたは気体燃料から液体燃料へ燃料を切り換える燃料切換要求を検知する燃料切換要求検知手段と、燃料切換要求検知手段により燃料切換要求が検知された場合に、燃料を切り換える燃料切換実行手段と、を備える。燃料切換実行手段は、液体燃料から気体燃料への燃料の切り換えを、空燃比振動制御によるリッチ側からリーン側への空燃比の移行以外のタイミングで実行する一方、気体燃料から液体燃料への燃料の切り換えを、空燃比振動制御によるリーン側からリッチ側への空燃比の移行以外のタイミングで実行する。
【選択図】 図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
排気通路に排気浄化触媒を備えるとともに、燃焼室に供給される燃料を液体燃料と気体燃料とで切り換えて運転可能に構成されたエンジンの空燃比制御装置であって、
エンジンの運転状態に応じた信号を出力する運転状態センサと、
前記運転状態センサにより出力された信号に基づき、エンジンの運転状態を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を、ストイキ相当値に対してリッチ側とリーン側とに振動させる空燃比振動制御を実行する空燃比振動制御手段と、
前記液体燃料から前記気体燃料へまたは前記気体燃料から前記液体燃料へ前記燃料を切り換える燃料切換要求を検知する燃料切換要求検知手段と、
前記燃料切換要求検知手段により前記燃料切換要求が検知された場合に、前記燃料を切り換える燃料切換実行手段と、を備え、
前記燃料切換実行手段は、
前記液体燃料から前記気体燃料への前記燃料の切り換えを、前記空燃比振動制御によるリッチ側からリーン側への空燃比の移行以外のタイミングで実行する一方、
前記気体燃料から前記液体燃料への前記燃料の切り換えを、前記空燃比振動制御によるリーン側からリッチ側への空燃比の移行以外のタイミングで実行する、エンジンの空燃比制御装置。
エンジンの運転状態に応じた信号を出力する運転状態センサと、
前記運転状態センサにより出力された信号に基づき、エンジンの運転状態を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を、ストイキ相当値に対してリッチ側とリーン側とに振動させる空燃比振動制御を実行する空燃比振動制御手段と、
前記液体燃料から前記気体燃料へまたは前記気体燃料から前記液体燃料へ前記燃料を切り換える燃料切換要求を検知する燃料切換要求検知手段と、
前記燃料切換要求検知手段により前記燃料切換要求が検知された場合に、前記燃料を切り換える燃料切換実行手段と、を備え、
前記燃料切換実行手段は、
前記液体燃料から前記気体燃料への前記燃料の切り換えを、前記空燃比振動制御によるリッチ側からリーン側への空燃比の移行以外のタイミングで実行する一方、
前記気体燃料から前記液体燃料への前記燃料の切り換えを、前記空燃比振動制御によるリーン側からリッチ側への空燃比の移行以外のタイミングで実行する、エンジンの空燃比制御装置。
【請求項2】
前記燃料切換実行手段は、
前記液体燃料から前記気体燃料への前記燃料の切り換えを、前記空燃比振動制御によるリーン側からリッチ側への空燃比の移行に同期させて実行する一方、
前記気体燃料から前記液体燃料への前記燃料の切り換えを、前記空燃比振動制御によるリッチ側からリーン側への空燃比の移行に同期させて実行する、請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置。
前記液体燃料から前記気体燃料への前記燃料の切り換えを、前記空燃比振動制御によるリーン側からリッチ側への空燃比の移行に同期させて実行する一方、
前記気体燃料から前記液体燃料への前記燃料の切り換えを、前記空燃比振動制御によるリッチ側からリーン側への空燃比の移行に同期させて実行する、請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項3】
排気通路に排気浄化触媒を備えるとともに、燃焼室に供給される燃料を液体燃料と気体燃料とで切り換えて運転可能に構成されたエンジンの空燃比制御装置であって、
エンジンの運転状態に応じた信号を出力する運転状態センサと、
前記運転状態センサにより出力された信号に基づき、エンジンの運転状態を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を、ストイキ相当値に対してリッチ側とリーン側とに振動させる空燃比振動制御を実行する空燃比振動制御手段と、
前記液体燃料から前記気体燃料へまたは前記気体燃料から前記液体燃料へ前記燃料を切り換える燃料切換要求を検知する燃料切換要求検知手段と、
前記燃料切換要求検知手段により前記燃料切換要求が検知された場合に、前記燃料を切り換える燃料切換実行手段と、
前記燃料切換要求検知手段により前記燃料切換要求が検知された場合に、前記空燃比の振動を停止させる空燃比振動停止手段と、備え、
前記燃料切換実行手段は、前記空燃比振動停止手段により前記空燃比の振動を停止させている間に、前記燃料の切り換えを実行する、エンジンの空燃比制御装置。
エンジンの運転状態に応じた信号を出力する運転状態センサと、
前記運転状態センサにより出力された信号に基づき、エンジンの運転状態を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を、ストイキ相当値に対してリッチ側とリーン側とに振動させる空燃比振動制御を実行する空燃比振動制御手段と、
前記液体燃料から前記気体燃料へまたは前記気体燃料から前記液体燃料へ前記燃料を切り換える燃料切換要求を検知する燃料切換要求検知手段と、
前記燃料切換要求検知手段により前記燃料切換要求が検知された場合に、前記燃料を切り換える燃料切換実行手段と、
前記燃料切換要求検知手段により前記燃料切換要求が検知された場合に、前記空燃比の振動を停止させる空燃比振動停止手段と、備え、
前記燃料切換実行手段は、前記空燃比振動停止手段により前記空燃比の振動を停止させている間に、前記燃料の切り換えを実行する、エンジンの空燃比制御装置。
【請求項4】
前記運転状態センサは、前記排気通路に設置され、前記排気通路を流れる排気の空燃比に応じた信号を出力可能に構成された排気センサを含み、
前記コントローラは、前記排気センサにより出力された信号をもとに、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比をストイキ相当値に制御する空燃比フィードバック制御を実行する空燃比フィードバック制御手段をさらに備え、
前記空燃比振動停止手段は、前記燃料切換要求検知手段により前記燃料切換要求が検知された場合に、前記空燃比の制御を前記空燃比振動制御手段による前記空燃比振動制御から前記空燃比フィードバック制御手段による前記空燃比フィードバック制御に切り換えることにより、前記空燃比の振動を停止させる、請求項３に記載のエンジンの空燃比制御装置。
前記コントローラは、前記排気センサにより出力された信号をもとに、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比をストイキ相当値に制御する空燃比フィードバック制御を実行する空燃比フィードバック制御手段をさらに備え、
前記空燃比振動停止手段は、前記燃料切換要求検知手段により前記燃料切換要求が検知された場合に、前記空燃比の制御を前記空燃比振動制御手段による前記空燃比振動制御から前記空燃比フィードバック制御手段による前記空燃比フィードバック制御に切り換えることにより、前記空燃比の振動を停止させる、請求項３に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項5】
前記運転状態センサは、前記排気通路において前記排気浄化触媒よりも下流側に設置され、前記排気通路を流れる排気の空燃比に応じた信号を出力可能に構成された下流側排気センサを含み、
前記コントローラは、前記下流側排気センサにより検出された空燃比をもとに、前記空燃比振動制御により前記空燃比を振動させる際の周波数を制御周波数として特定する制御周波数特定手段をさらに有し、
前記空燃比振動制御手段は、前記制御周波数特定手段による前記制御周波数の特定後、前記空燃比を前記制御周波数で振動させる、請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジンの空燃比制御装置。
前記コントローラは、前記下流側排気センサにより検出された空燃比をもとに、前記空燃比振動制御により前記空燃比を振動させる際の周波数を制御周波数として特定する制御周波数特定手段をさらに有し、
前記空燃比振動制御手段は、前記制御周波数特定手段による前記制御周波数の特定後、前記空燃比を前記制御周波数で振動させる、請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項6】
前記制御周波数特定手段は、前記下流側排気センサにより検出された空燃比の最小値または前記空燃比の最大値と最小値との差分が空燃比振動の周波数の対数に対してなす変化の傾きが所定の値に達するときの前記周波数を、前記制御周波数として特定する、請求項５に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項7】
前記制御周波数特定手段は、前記傾きの絶対値が０．０１５から０．０２５までの範囲で予め設定された値に達するときの前記周波数を、前記制御周波数として特定する、請求項６に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エンジンの空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
運転に使用する燃料を液体燃料と気体燃料とで切換可能に構成されたエンジンが存在する。このエンジンは、バイフューエルエンジンと呼ばれ、液体燃料を貯蔵する液体燃料タンクと、気体燃料を貯蔵する気体燃料タンクと、が搭載され、燃焼室に供給される燃料が、燃料の残量や運転者による選択に応じて切り換えられる。バイフューエルエンジンとして、液体燃料にガソリンを用い、気体燃料に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用いるものが知られている。
【0003】
他方で、排気通路に三元触媒を備えるエンジンにおいて、混合気の空燃比を理論空燃比に対してリッチ側とリーン側とに強制的に振動させることで、触媒による排気の浄化率が向上することが知られている。混合気の空燃比がリッチ側であるとは、混合気に含まれる燃料が当量よりも多量であることをいい、リーン側であるとは、混合気に含まれる燃料が当量よりも少量であることをいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特公昭５６－０１７５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
空燃比の強制振動を先に述べたバイフューエルエンジンにおいて実施する場合は、次のことが問題となり得る。
【0006】
空燃比の強制振動では、空燃比がリッチ側からリーン側に移行する際のエンジントルクに減方向の変動が生じ、リーン側からリッチ側に移行する際のエンジントルクに増方向の変動が生じる。
【0007】
エンジントルクの変動は、燃料の切り換えによっても生じる傾向にあり、液体燃料から気体燃料への切り換えに際して減方向の変動が生じ、気体燃料から液体燃料への切り換えに際して増方向の変動が生じる。
【0008】
ここで、燃料の切り換えが空燃比の振動に同期して実施されることで、エンジントルクの変動が顕著となり、運転性や乗り心地に実質的な弊害を及ぼすことが懸念される。具体的には、液体燃料から気体燃料への切り換えがリッチ側からリーン側への空燃比の移行と同期して実施されることで、エンジントルクの減方向の変動が助長され、気体燃料から液体燃料への切り換えがリーン側からリッチ側への空燃比の移行と同期して実施されることで、エンジントルクの増方向の変動が助長される。
【0009】
そして、このようにしてエンジントルクの変動が助長されることで、運転性や乗り心地が損なわれることが懸念される。
【0010】
そこで、本発明は、液体燃料と気体燃料とを切り換えて運転可能なエンジンにおいて、排気浄化触媒による浄化率の向上を図りながら、燃料の切り換えが空燃比の振動に同期して実施されることにより運転性や乗り心地に実質的な弊害を及ぼす事態を回避することのできるエンジンの空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
前記の課題を解決するため、本発明の一形態に係るエンジンの空燃比制御装置は、排気通路に排気浄化触媒を備えるとともに、燃焼室に供給される燃料を液体燃料と気体燃料とで切り換えて運転可能に構成されたエンジンの空燃比制御装置であって、エンジンの運転状態に応じた信号を出力する運転状態センサと、運転状態センサにより出力された信号に基づき、エンジンの運転状態を制御するコントローラと、を備え、コントローラは、排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を、ストイキ相当値に対してリッチ側とリーン側とに振動させる空燃比振動制御を実行する空燃比振動制御手段と、液体燃料から気体燃料へまたは気体燃料から液体燃料へ燃料を切り換える燃料切換要求を検知する燃料切換要求検知手段と、燃料切換要求検知手段により燃料切換要求が検知された場合に、燃料を切り換える燃料切換実行手段と、を備える。燃料切換実行手段は、液体燃料から気体燃料への燃料の切り換えを、空燃比振動制御によるリッチ側からリーン側への空燃比の移行以外のタイミングで実行する一方、気体燃料から液体燃料への燃料の切り換えを、空燃比振動制御によるリーン側からリッチ側への空燃比の移行以外のタイミングで実行する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、液体燃料と気体燃料とを切り換えて運転可能なエンジンにおいて、空燃比振動制御により排気浄化触媒による浄化率の向上を図るとともに、燃料の切り換えに伴うエンジントルクの変動が空燃比の振動に同期することにより助長され、運転性や乗り心地に実質的な弊害を及ぼす事態を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態に係るエンジンの全体的な構成を示す概略図である。
【図2】同上実施形態に係る空燃比制御の全体的な流れを示すフローチャートである。
【図3】同上実施形態に係る空燃比制御における空燃比振動制御と空燃比フィードバック制御との実施領域を示す運転領域マップである。
【図4】同上実施形態に係る空燃比振動制御の基本的な流れを示すフローチャートである。
【図5】同上実施形態に係る空燃比フィードバック制御の基本的な流れを示すフローチャートである。
【図6】同上実施形態に係る燃料切換制御の基本的な流れを示すフローチャートである。
【図7】空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒の浄化率η、下流側空燃比の最小値λｒ＿ｍｉｎとの関係を、触媒高活性・排気低流量時について示す実験データのグラフである。
【図8】空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒の浄化率η、下流側空燃比の最小値λｒ＿ｍｉｎとの関係を、触媒高活性・排気高流量時について示す実験データのグラフである。
【図9】空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒の浄化率η、下流側空燃比の最小値λｒ＿ｍｉｎとの関係を、触媒低活性・排気低流量時について示す実験データのグラフである。
【図10】空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒の浄化率η、下流側空燃比の最小値λｒ＿ｍｉｎとの関係を、触媒低活性・排気高流量時について示す実験データのグラフである。
【図11】空燃比振動制御における上流側排気センサおよび下流側排気センサの出力波形を、高周波数領域について示すグラフである。
【図12】空燃比振動制御における上流側排気センサおよび下流側排気センサの出力波形を、低周波数領域について示すグラフである。
【図13】燃料の切り換えに対する空燃比振動の同期がエンジントルクの変動に及ぼす影響を示す説明図である。
【図14】本発明の他の実施形態に係る燃料切換制御の基本的な流れを示すフローチャートである。
【図15】本発明の更に別の実施形態に係る空燃比振動制御の基本的な流れを示すフローチャートである。
【図16】同上実施形態に係る空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒の浄化率η、下流側空燃比の最大値λｒ＿ｍａｘと最小値λｒ＿ｍｉｎとの差分（空燃比レンジＲｌｍｂ）との関係を、異なる触媒温度（ａ）Ｔｃａｔ１、（ｂ）Ｔｃａｔ２（＞Ｔｃａｔ１）について示す実験データのグラフである。
【図17】同上実施形態に係る空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒の浄化率η、空燃比レンジＲｌｍｂとの関係を、異なる触媒温度（ａ）Ｔｃａｔ３（＞Ｔｃａｔ２）、（ｂ）Ｔｃａｔ４（＞Ｔｃａｔ３）について示す実験データのグラフである。
【図18】本発明の更に別の実施形態に係るエンジンの全体的な構成を示す概略図である。
【図19】本発明の更に別の実施形態に係る空燃比制御の全体的な流れを示すフローチャートである。
【図20】触媒温度Ｔｃａｔと全炭化水素（ＴＨＣ）の浄化率ηｔｈｃとの関係を、空燃比振動の複数の周波数について示すグラフである。
【図21】触媒温度Ｔｃａｔと窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率ηｎｏｘとの関係を、空燃比振動の複数の周波数について示すグラフである。
【図22】触媒温度Ｔｃａｔと下流側排気センサの最小出力値（下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎ）との関係を、空燃比振動の複数の周波数について示すグラフである。
【図23】触媒温度Ｔｃａｔと下流側排気センサの最大出力値（下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘ）との関係を、空燃比振動の複数の周波数について示すグラフである。
【図24】下流側排気センサの最小出力値λｒ＿ｍｉｎ、最大出力値λｒ＿ｍａｘと全炭化水素の浄化率ηｔｈｃとの関係を示す分布図である。
【図25】下流側排気センサの最小出力値λｒ＿ｍｉｎ、最大出力値λｒ＿ｍａｘと窒素酸化物の浄化率ηｎｏｘとの関係を示す分布図である。
【図26】下流側排気センサの最小出力値λｒ＿ｍｉｎ、最大出力値λｒ＿ｍａｘと全炭化水素および窒素酸化物の平均浄化率ηａｖｅとの関係を示す分布図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【0015】
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃エンジン（以下単に「エンジン」という）Ｅの全体的な構成を示す概略図である。
【0016】
以下の説明において、「上流」および「下流」との用語は、エンジンＥから排出される通常の排気の流れの方向との関係で用いられる。例えば、排気浄化装置の上流側とは、排気の流れの方向に排気浄化装置の上流側をいい、排気浄化触媒の下流側とは、排気の流れの方向に排気浄化触媒の下流側をいう。
【0017】
本実施形態において、エンジンＥは、車両に搭載され、その駆動源を構成する。エンジンＥは、バイフューエルエンジンであり、液体燃料と気体燃料とで燃料を切り換えて運転可能に構成されている。後に述べるように、エンジンＥは、液体燃料供給用の第１燃料系統と、気体燃料供給用の第２燃料系統と、を備える。液体燃料とは、常温常圧下またはエンジンＥへの供給時に液体の状態にある燃料をいい、本実施形態では、ガソリンが用いられる。これに対し、気体燃料とは、常温常圧下で気体の状態にある燃料をいい、本実施形態では、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が用いられる。
【0018】
エンジンＥは、燃焼室を有するエンジン本体１に加え、吸気システム２および排気システム３を備える。本実施形態において、エンジンＥは、直列式の４気筒エンジンであるが、エンジンＥの形式、つまり、エンジンＥにおける気筒の数および配列は、これに限定されるものではない。単気筒、２気筒、６気筒、Ｖ型および水平対向型等、各種のエンジンを対象とすることが可能である。
【0019】
エンジン本体１は、シリンダブロック、シリンダヘッドおよびクランクケースを備え、シリンダブロックにはピストンが挿入され、ピストンの冠面とシリンダヘッドの内面との間に形成された空間が燃焼室となる。
【0020】
吸気システム２は、吸気管２１および吸気マニホールド２２を備えるとともに、吸気管２１の導入部に取り付けられたエアクリーナ２３を備える。エアクリーナ２３を介して塵埃等の異物が除去された空気が、吸気管２１に導入される。吸気管２１は、吸気マニホールド２２の集合部に接続され、吸気マニホールド２２は、集合部から分岐して、シリンダヘッドの側面部に接続されている。吸気管２１から吸気マニホールド２２に流入した空気は、吸気マニホールド２２の分岐部を介してそれぞれの気筒に分配される。
【0021】
本実施形態では、ポート噴射式の燃料供給システムを採用する。エンジンＥは、シリンダヘッドに埋設された複数の燃料インジェクタ４１（４１ａ、４１ｂ）を備え、これら複数の燃料インジェクタ４１のそれぞれから、対応する気筒に向けて燃料が噴射供給される。エンジンＥは、バイフューエルエンジンであり、液体燃料供給用の第１燃料系統とは別に気体燃料供給用の第２燃料系統を備える。具体的には、エンジンＥは、液体燃料を貯蔵する液体燃料タンク（図示せず）と、液体燃料を噴射する第１燃料インジェクタ４１ａと、気体燃料を貯蔵する気体燃料タンク（図示せず）と、気体燃料を噴射する第２燃料インジェクタ４１ｂと、を備える。第１燃料インジェクタ４１ａは、液体燃料タンクに対して第１燃料配管を介して接続され、液体燃料タンクから液体燃料の供給を受ける。第２燃料インジェクタ４１ｂは、気体燃料タンクに対して第２燃料配管を介して接続され、気体燃料タンクから気体燃料の供給を受ける。第１燃料インジェクタ４１ａと第２燃料インジェクタ４１ｂとは、いずれも吸気マニホールド２２の分岐部に設置され、対応する気筒の吸気ポートに向けて燃料を噴射する。燃料の供給方式は、これに限定されるものではなく、ポート噴射式以外の供給方式として、例えば、液体燃料の供給に直噴式を採用することが可能である。
【0022】
本実施形態において、第１燃料インジェクタ４１ａにより噴射された液体燃料および第２燃料インジェクタ４１ｂにより噴射された気体燃料は、吸気マニホールド２２の分岐部を通過した空気と混合し、対応する気筒に導入される。各気筒の筒内では、燃料と空気との混合が進み、混合気が形成される。そして、この混合気に点火プラグ５１により点火を実行することで、混合気が燃焼する。
【0023】
排気システム３は、排気マニホールド３１および排気管３２を備えるとともに、触媒コンバータ３３を備える。燃焼後、筒内に残る排気は、排気マニホールド３１の分岐部に排出される。排気は、排気マニホールド３１において分岐部から集合部に集められ、排気管３２に導入される。排気管３２には触媒コンバータ３３が設置され、排気管３２を流れる排気は、触媒コンバータ３３に導入され、触媒コンバータ３３に収められた排気浄化触媒３３１により、全炭化水素（ＴＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む排気有害成分が浄化された後、大気へ放出される。本実施形態において、触媒コンバータ３３は、排気浄化触媒３３１として三元触媒を備える。
【0024】
以上に加え、エンジンＥは、エンジンコントローラ１０１および各種のセンサ２０１～２０９を備える。
【0025】
エンジンコントローラ１０１は、電子制御ユニットとして、中央演算ユニット（ＣＰＵ）、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶装置、入出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータにより構成される。
【0026】
エンジンＥは、アクセルセンサ２０１およびエンジン回転速度センサ２０２を備えるとともに、エアフローメータ２０３、冷却水温度センサ２０４、触媒温度センサ２０５、上流側排気センサ２０６、下流側排気センサ２０７、燃料残量センサ２０８（２０８ａ、２０８ｂ）および燃料切換スイッチ２０９を備える。これらのセンサ２０１～２０８から出力される検出信号および燃料切換スイッチ２０９から出力される指示信号は、エンジンコントローラ１０１に入力される。アクセルセンサ２０１、エンジン回転速度センサ２０２、エアフローメータ２０３、冷却水温度センサ２０４、触媒温度センサ２０５、上流側排気センサ２０６および下流側排気センサ２０７は、本実施形態に係る「運転状態センサ」を構成し、これらのセンサ２０１～２０７から出力される検出信号は、エンジンＥの運転状態を示す。
【0027】
アクセルセンサ２０１は、アクセル開度ＡＰＯとして、運転者によるアクセルペダルの踏込量を検出する。アクセル開度ＡＰＯは、エンジンＥに求められる目標負荷の指標である。
【0028】
エンジン回転速度センサ２０２は、エンジンＥの回転速度Ｎｅを検出する。エンジン回転速度センサ２０２として、クランク角センサを採用可能であり、クランク角センサにより検出される単位クランク角または基準クランク角当たりの経過時間を回転速度Ｎｅに換算する。
【0029】
エアフローメータ２０３は、吸入空気量Ｑａとして、エンジンＥに導入される空気の流量を検出する。本実施形態において、吸入空気量Ｑａは、燃焼室から排出される排気の流量の指標として参照する。
【0030】
冷却水温度センサ２０４は、エンジン本体１のシリンダブロックに形成されている冷却水通路を流れる冷却水の温度Ｔｗを検出する。
【0031】
触媒温度センサ２０５は、触媒コンバータ３３に備わる排気浄化触媒３３１の温度（以下「触媒温度」という）Ｔｃａｔを検出する。本実施形態では、触媒温度Ｔｃａｔとして、触媒コンバータ３３の入口部における排気の温度（以下「触媒入口ガス温度」という）Ｔｃａｔ＿ｉｎを検出する。
【0032】
上流側排気センサ２０６は、触媒コンバータ３３よりも上流側の排気管３２を流れる排気、つまり、触媒コンバータ３３に流入する前の排気の空燃比（以下「上流側空燃比」という）λｆを検出する。上流側排気センサ２０６は、本実施形態に係る「排気センサ」を構成する。
【0033】
下流側排気センサ２０７は、触媒コンバータ３３よりも下流側の排気管３２を流れる排気、つまり、触媒コンバータ３３を通過した後の排気の空燃比（以下「下流側空燃比」という）λｒを検出する。下流側排気センサ２０７は、本実施形態に係る「下流側排気センサ」を構成する。
【0034】
燃料残量センサ２０８（２０８ａ、２０８ｂ）は、燃料タンクに残る燃料の量、つまり、燃料の残量Ｌｆ（Ｌｆａ、Ｌｆｂ）を検出する。本実施形態では、燃料タンクとして、液体燃料を貯蔵する液体燃料タンクと、気体燃料を貯蔵する気体燃料タンクと、が設けられ、第１燃料残量センサ２０８ａは、液体燃料タンクの残量を検出し、第２燃料残量センサ２０８ｂは、気体燃料タンクの残量を検出する。
【0035】
燃料切換スイッチ２０９は、車両の運転者により操作可能に、例えば、車室内に設置され、液体燃料と気体燃料とでエンジンＥの運転に使用する燃料を選択する指示信号を出力する。運転者は、燃料切換スイッチ２０９を操作して、エンジンＥの始動に際して運転に使用する燃料を選択することが可能であり、液体燃料による運転中に燃料を気体燃料に切り換えたり、気体燃料による運転中に燃料を液体燃料に切り換えたりすることが可能である。
【0036】
エンジンコントローラ１０１は、先に述べた各種のセンサ２０１～２０７から出力された検出信号をもとに、燃焼に用いられる混合気の空燃比を制御しながら、エンジンＥの運転状態を制御する。エンジンコントローラ１０１は、本実施形態に係る「コントローラ」を構成する。
【0037】
エンジンコントローラ１０１は、空燃比の制御において、空燃比振動制御と空燃比フィードバック制御とを切り替えて実行する。空燃比振動制御は、触媒コンバータ３３に流入する排気の空燃比をストイキ相当値に対してリッチ側とリーン側とに強制的に振動させる制御であり、本実施形態では、燃焼室に形成される混合気の空燃比を振動させることによる。具体的には、燃料インジェクタ４１（４１ａ、４１ｂ）の燃料噴射量を強制的に増減させる。空燃比フィードバック制御は、排気センサ、本実施形態では、上流側排気センサ２０６からの信号をもとに、混合気の空燃比を理論空燃比に調整する制御であり、空燃比フィードバック制御の結果、触媒コンバータ３３に流入する排気の空燃比がストイキ相当値に近付けられる。
【0038】
空燃比振動制御と空燃比フィードバック制御との切り替えは、エンジンＥの運転状態が属する運転領域による。本実施形態では、エンジンＥの運転領域が、触媒温度Ｔｃａｔと排気流量Ｑｅｘｈとに応じて定まる複数の領域Ａ、Ｂに区画され（図３）、触媒温度Ｔｃａｔが所定の温度Ｔｃａｔ１よりも低いかまたは排気流量Ｑｅｘｈが所定の流量Ｑｅｘｈ１よりも多い第１領域Ａにあるか、第１領域Ａ以外、つまり、触媒温度Ｔｃａｔが所定の温度Ｔｃａｔ１以上でありかつ排気流量Ｑｅｘｈが所定の流量Ｑｅｘｈ１以下である第２領域Ｂにあるかを判定する。そして、エンジンＥの運転状態が第１領域Ａにある場合は、空燃比振動制御を実行し、第２領域Ｂにある場合は、空燃比フィードバック制御を実行する。
【0039】
ここで、触媒温度Ｔｃａｔは、排気浄化触媒３３１の活性状態の指標であり、触媒温度Ｔｃａｔが所定の温度Ｔｃａｔ１以上であることは、排気浄化触媒３３１の活性化が進み、排気浄化触媒３３１が高活性状態にあることを示す。他方で、排気流量Ｑｅｘｈは、排気浄化触媒３３１による浄化が必要な排気有害物質の量の指標であり、排気流量Ｑｅｘｈが所定の流量Ｑｅｘｈ１以下であることは、浄化すべき排気有害物質が比較的少量であり、活性化が進んだ排気浄化触媒３３１による処理が容易な条件にあることを示す。つまり、運転領域Ｂで空燃比フィードバック制御を実行することは、換言すれば、排気浄化触媒３３１の活性化が進み、排気浄化触媒３３１による排気有害成分の処理が容易と判断される場合に、空燃比フィードバック制御を実行することである。
【0040】
図３は、空燃比振動制御と空燃比フィードバック制御との実施領域を示す運転領域マップである。図３に示すように、触媒温度Ｔｃａｔが所定の温度Ｔｃａｔ１以上であり、排気流量Ｑｅｘｈが所定の流量Ｑｅｘｈ１以下である場合に、エンジンＥの運転状態が第２領域Ｂに属し、排気浄化触媒３３１の活性化が進み、排気浄化触媒３３１による処理が容易な条件にあるとして、空燃比フィードバック制御を選択し、実行する。それ以外の場合は、エンジンＥの運転状態が第１領域Ａに属し、排気浄化触媒３３１の活性化が充分ではなかったり、浄化すべき排気有害物質が多量であったりすることにより、排気浄化触媒３３１による処理が比較的困難な条件にあるとして、空燃比振動制御を選択し、実行する。本実施形態では、触媒温度Ｔｃａｔとして触媒入口ガス温度Ｔｃａｔ＿ｉｎを採用するとともに、排気流量Ｑｅｘｈとして吸入空気量Ｑａを採用する。吸入空気量Ｑａは、排気流量Ｑｅｘｈに対する高い相関性を有する状態変数の一例である。
【0041】
以上に加え、本実施形態では、エンジンＥの運転に使用する燃料を、燃料の残量または運転者による選択に応じて切り換える制御（以下「燃料切換制御」という）を実行する。
【0042】
具体的には、液体燃料から気体燃料へのまたは気体燃料から液体燃料への燃料の切り換えを、燃料の残量または運転者による選択に応じて行うこととし、例えば、液体燃料による運転中に液体燃料タンクの残量が減少し、所定の残量に達した場合や、エンジンＥがトルクを発生させていないかまたはごく小さなトルクのみを発生させている場合（例えば、コースト走行時またはアイドル運転時）に、使用する燃料を液体燃料から気体燃料へ切り換える。他方で、気体燃料による運転中に気体燃料タンクの残量が減少し、所定の残量に達した場合に、使用する燃料を気体燃料から液体燃料へ切り換える。さらに、液体燃料による運転中に運転者により気体燃料が選択された場合は、気体燃料タンクの残量が所定の残量以上であることを条件に、使用する燃料を液体燃料から気体燃料へ強制的に切り換え、気体燃料による運転中に運転者により液体燃料が選択された場合は、液体燃料タンクの残量が所定の残量以上であることを条件に、使用する燃料を気体燃料から液体燃料へ強制的に切り換える。
【0043】
そして、本実施形態では、燃料を切り換える際に、燃料の切り換えに伴うエンジントルクの変動が空燃比振動制御による空燃比の振動に同期することにより助長され、大きなトルク変動が生じる事態を回避する制御を、燃料切換制御の一環として実行する。
【0044】
具体的には、空燃比振動制御では、空燃比がリッチ側からリーン側に移行する際に、エンジントルクに減方向の変動が生じ、空燃比がリーン側からリッチ側に移行する際に、エンジントルクに増方向の変動が生じる。エンジントルクの変動は、空燃比のストイキ相当値を跨ぐ移行に限らず、燃料の切り換えによっても生じる傾向にあり、液体燃料から気体燃料への切り換えに際して減方向の変動が生じ、気体燃料から液体燃料への切り換えに際して増方向の変動が生じる。ここで、燃料の切り換えが空燃比の振動に同期して実施され、燃料の切り換えに伴うエンジントルクの変動が空燃比の振動に同期することにより助長され、結果として大きなトルク変動が生じる事態が想定される。例えば、液体燃料から気体燃料への切り換えがリッチ側からリーン側への空燃比の移行と同期して実施されることで、エンジントルクの減方向の変動（減方向のトルク変動）が助長され、気体燃料から液体燃料への切り換えがリーン側からリッチ側への空燃比の移行と同期して実施されることで、エンジントルクの増方向の変動（増方向のトルク変動）が助長される。
【0045】
このような事態を回避するため、本実施形態では、燃料の切り換えを、燃料の切り換えに伴うエンジントルクの変動が空燃比の振動に同期することにより助長されるタイミングを避けて実施する。
【0046】
具体的には、液体燃料から気体燃料への切り換えを、空燃比がリッチ側からリーン側へ移行するタイミング（つまり、エンジントルクの変動が減方向に助長されるタイミング）を避けて実施するとともに、気体燃料から液体燃料への切り換えを、空燃比がリーン側からリッチ側へ移行するタイミング（つまり、エンジントルクの変動が増方向に助長されるタイミング）を避けて実施する。そして、本実施形態では、液体燃料から気体燃料への切り換えを、特にリーン側からリッチ側への空燃比の移行に同期させて実行し、気体燃料から液体燃料への切り換えを、特にリッチ側からリーン側への空燃比の移行に同期させて実行する。換言すれば、燃料の切り換えを、これに伴うエンジントルクの変動が空燃比の移行に伴う逆方向のトルク変動により相殺されるタイミングで実施する。
【0047】
図２は、本実施形態に係る空燃比制御の全体的な流れを示すフローチャートである。
【0048】
本実施形態において、図２に示すルーチンによる空燃比制御は、エンジンコントローラ１０１により、エンジンＥの始動後、所定の時間毎に実行される。空燃比制御の開始に当たり、エンジンコントローラ１０１は、空燃比の制御方式として、空燃比振動制御を選択する。
【0049】
Ｓ１０１では、エンジンＥの運転状態の指標として、エンジン回転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、上流側空燃比λｆ、下流側空燃比λｒおよび触媒温度Ｔｃａｔ（触媒入口ガス温度Ｔｃａｔ＿ｉｎ）等を読み込む。
【0050】
Ｓ１０２では、吸入空気量Ｑａが所定の流量Ｑａ１よりも多いか否かを判定する。所定の流量Ｑａ１よりも多い場合は、Ｓ１０４へ進み、所定の流量Ｑａ１以下である場合は、Ｓ１０３へ進む。先に述べたように、吸入空気量Ｑａは、排気流量Ｑｅｘｈに代わる状態変数の一例であり、吸入空気量Ｑａが所定の流量Ｑａ１よりも多い場合は、排気浄化触媒３３１による浄化が必要な排気有害物質が多量に存在し、排気浄化触媒３３１による処理が容易とはいえない条件にあるとして、Ｓ１０３の処理を経ずにＳ１０４の処理を実行する。
【0051】
Ｓ１０３では、触媒温度Ｔｃａｔが所定の温度Ｔｃａｔ１以上であるか否かを判定する。触媒温度Ｔｃａｔが所定の温度Ｔｃａｔ１以上である場合は、エンジンＥの運転状態が図３に示す第２領域Ｂにあるとして、Ｓ１０５へ進む。それ以外の場合は、エンジンＥの運転状態が第１領域Ａにあるとして、Ｓ１０４へ進む。
【0052】
Ｓ１０４では、空燃比振動制御を実行する。空燃比振動制御は、図４に示すフローチャートに従う。図４のフローチャートに示す処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「空燃比振動制御手段」として実行する処理に相当する。
【0053】
Ｓ１０５では、空燃比フィードバック制御を実行する。空燃比フィードバック制御は、図５に示すフローチャートに従う。図５のフローチャートに示す処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「空燃比フィードバック制御手段」として実行する処理に相当する。
【0054】
図４は、本実施形態に係る空燃比振動制御の基本的な流れを示すフローチャートである。
【0055】
Ｓ２０１では、制御周波数Ｆｃｎの設定が既に終了しているか否かを判定する。制御周波数Ｆｃｎは、空燃比振動制御を実行するに当たり排気浄化触媒３３１により最も高い浄化率（以下「極大浄化率」という）ηが得られる最適周波数であり、本実施形態では、制御周波数Ｆｃｎを、エンジンＥの回転速度および負荷に応じて定まるエンジンＥの運転領域毎に設定する。制御周波数Ｆｃｎの設定が既に終了している場合は、Ｓ２０２へ進み、未だ終了していない場合は、Ｓ２０３へ進む。エンジンＥの負荷として、負荷との相関性を有する状態変数である吸入空気量Ｑａを採用可能である。
【0056】
Ｓ２０２では、制御周波数Ｆｃｎを読み込む。本実施形態では、エンジンＥの回転速度および負荷（例えば、吸入空気量Ｑａ）に対応させて制御周波数Ｆｃｎを割付可能に設定された運転領域マップが設けられ、既に設定が終了している運転領域から、該当する制御周波数Ｆｃｎを読み込む。制御周波数Ｆｃｎの読込後、Ｓ２１０へ進む。
【0057】
Ｓ２０３では、フラグＦＲＧの値が０であるか否かを判定する。フラグＦＲＧの値が０である場合は、Ｓ２０４へ進み、０でない場合は、Ｓ２０６へ進む。
【0058】
Ｓ２０４では、空燃比振動の周波数Ｆｒｑに基準周波数Ｆ０を設定する。基準周波数Ｆ０は、制御周波数Ｆｃｎの特定を開始するに当たり仮に設定される値であり、運転領域マップにおいて、周波数Ｆｒｑの初期値として運転領域毎に予め設定される。これに限らず、簡易的には、エンジンＥの運転領域全体に対して一律に１［Ｈｚ］に設定することも可能である。
【0059】
Ｓ２０５では、フラグＦＲＧの値を１に設定する。
【0060】
Ｓ２０６では、空燃比振動の周波数Ｆｒｑを所定の周波数ΔＦだけ減少させる。具体的には、周波数Ｆｒｑを、現在の周波数Ｆｒｑから所定の周波数ΔＦだけ減少させた周波数に更新し（Ｆｒｑ＝Ｆｒｑ－ΔＦ）、更新後の新たな周波数Ｆｒｑにより、空燃比振動制御を実行する。
【0061】
Ｓ２０７では、下流側空燃比λｒをもとに、所定の時間内における下流側空燃比λｒの最小値（以下「下流側最小空燃比」という）λｒ＿ｍｉｎを算出するとともに、周波数ＦｒｑをΔＦだけ減少させる前後における下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの変化量（以下「空燃比変化量」という）Δλｒ＿ｍｉｎを算出する。ここで、所定の時間は、空燃比振動の一周期分の時間であってもよいし、これよりも長い時間であってもよい。本実施形態では、空燃比振動の一周期分よりも長い時間とする。
【0062】
Ｓ２０８では、空燃比変化量Δλｒ＿ｍｉｎをΔＦで除することにより、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの周波数Ｆｒｑに対する変化の傾きｇｌｍｂａを算出する。本実施形態では、傾きｇｌｍｂａとして、周波数Ｆｒｑを基準周波数Ｆ０から所定の周波数ΔＦずつ減少させた場合に得られる、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの周波数Ｆｒｑの対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ）に対する変化の傾きを採用する。そして、傾きｇｌｍｂａの絶対値（＝｜ｇｌｍｂａ｜）が所定の値ｇ０１以上であるか否かを判定する。所定の値ｇ０１以上である場合、換言すれば、周波数Ｆｒｑの減少前後における下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの変化の傾きｇｌｍａが減少して、その絶対値（＝｜ｇｌｍｂａ｜）が所定の値ｇ０１に達した場合は、Ｓ２０９へ進み、所定の値ｇ０１未満である場合は、Ｓ２０９の処理を迂回して、Ｓ２１０へ進む。
【0063】
Ｓ２０９では、制御周波数Ｆｃｎを設定する。本実施形態では、傾きｇｌｍｂａの絶対値（＝｜ｇｌｍｂａ｜）が所定の値ｇ０１に達したときの周波数Ｆｒｑを、制御周波数Ｆｃｎに設定する。
【0064】
Ｓ２０６からＳ２０９の処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「制御周波数特定手段」として実行する処理に相当する。
【0065】
Ｓ２１０では、燃料噴射量Ｑｆを算出する。空燃比振動制御では、吸入空気量Ｑａに対して当量となる燃料の基本噴射量Ｑｆｂを算出するとともに、基本噴射量Ｑｆｂに空燃比振動のための補正係数αを乗算し、さらに、冷却水温度Ｔｗ等に応じた各種の増量補正量Ｈを加算することで、燃料噴射量Ｑｆを算出する。ここで、補正係数αは、１よりも大きな値と１よりも小さな値とに、制御周波数Ｆｃｎの半周期に相当する時間（＝１／（２Ｆｃｎ））毎に切り替わるように設定され、補正係数αの乗算により、混合気の空燃比が、例えば、空気過剰率換算で０．９５と１．０５との間で周期的に変動または振動する。
【0066】
Ｓ２１１では、燃料噴射量Ｑｆにより燃料インジェクタ４１（４１ａ、４１ｂ）を駆動する。
【0067】
図５は、本実施形態に係る空燃比フィードバック制御の基本的な流れを示すフローチャートである。
【0068】
Ｓ３０１では、基本噴射量Ｑｆｂを算出する。基本噴射量Ｑｆｂは、吸入空気量Ｑａに対して当量となる燃料量に相当する噴射量である
【0069】
Ｓ３０２では、空燃比フィードバック補正量Ｈｑｆを算出する。本実施形態において、空燃比フィードバック補正量Ｈｑｆは、上流側排気センサ２０６により検出される上流側空燃比λｆとストイキ相当値λｓｔ（つまり、１）との差分の関数として算出する。空燃比フィードバック補正量Ｈｑｆは、上流側空燃比λｆとストイキ相当値λｓｔとの差分が０よりも大きく、排気が空気過剰な状態にある場合は、燃料を増量させる増量補正量として算出され、差分が０よりも小さく、排気が燃料過剰な状態にある場合は、燃料を減量させる減量補正量として算出される。
【0070】
Ｓ３０３では、燃料噴射量Ｑｆを設定する。空燃比フィードバック制御では、基本噴射量Ｑｆｂに空燃比フィードバック補正量Ｈｑｆを加算するとともに、冷却水温度Ｔｗ等に応じた各種の増量補正量Ｈを加算することにより算出する。
【0071】
Ｓ３０４では、燃料噴射量Ｑｆにより燃料インジェクタ４１（４１ａ、４１ｂ）を駆動する。
【0072】
Ｓ２１１、Ｓ３０４において、コントローラ１０１は、液体燃料による運転中は、燃料噴射量Ｑｆに応じた液体燃料噴射用の駆動パルス信号を第１燃料インジェクタ４１ａの駆動回路に出力し、気体燃料による運転中は、燃料噴射量Ｑｆに応じた気体燃料噴射用の駆動パルス信号を第２燃料インジェクタ４１ｂの駆動回路に出力する。
【0073】
【0074】
図７から図１０は、空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑに対する排気浄化触媒３３１の浄化率ηおよび下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの変化を、触媒温度Ｔｃａｔおよび排気流量Ｑｅｘｈを変えて、複数の条件のもとで測定した実験データのグラフである。図７は、触媒高活性かつ排気低流量時のデータであり、図８は、触媒高活性かつ排気高流量時のデータであり、図９は、触媒低活性かつ排気低流量時のデータであり、図１０は、触媒低活性かつ排気高流量時のデータである。
【0075】
図７から図１０のそれぞれにおいて、横軸は、周波数Ｆｒｑの対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ）を示し、縦軸は、浄化率ηおよび下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎを示す。ｌｏｇ（Ｆｒｑ）＝０は、１［Ｈｚ］に相当する。白抜きの四角は、全炭化水素ＴＨＣの浄化率ηｔｈｃを示し、白抜きの丸は、窒素酸化物ＮＯｘの浄化率ηｎｏｘを示す。三角は、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎを示す。
【0076】
ここで、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎのうち、浄化率ηが極大となる周波数よりも低周波側の領域で測定されたものを白抜きの三角により、高周波側の領域で測定されたものを黒塗りの三角により、夫々示す。太い点線は、低周波側の領域における下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの近似直線であり、太い実線は、高周波側の領域における下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの近似直線である。
【0077】
図７から図１０のそれぞれにおいて、浄化率ηが極大となる周波数の近傍で、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが不連続に変化するとともに、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの周波数Ｆｒｑ（具体的には、周波数の対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ））に対する変化の傾きが変化する事象を確認することができる。横軸の周波数Ｆｒｑを対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ）とすることで、傾きの変化をより顕著に確認することが可能である。本実施形態では、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎおよびその傾きが不連続な変化を示す周波数Ｆｒｑに着目して、これを「最適周波数」と呼び、制御周波数Ｆｃｎに設定する。周波数Ｆｒｑの対数をとる場合に、所定の値ｇ０１を０．０１５から０．０２５までの範囲の値とするのが好ましく、これにより、適切な制御周波数Ｆｃｎを設定することが可能である。
【0078】
図１１および図１２は、空燃比振動制御における上流側排気センサ２０６および下流側排気センサ２０７の出力波形を示すグラフであり、図１１は、これらの出力波形を高周波数（短周期）領域について示し、図１２は、低周波数（長周期）領域について示す。図１１でいう「高周波数領域」とは、図７から図１０でいう「浄化率ηが極大となる周波数よりも高周波側の領域」の一部であり、図１２でいう「低周波数領域」とは、「浄化率ηが極大となる周波数よりも低周波側の領域」の一部である。図１１および図１２において、細い実線は、上流側空燃比λｆを示し、太い実線は、下流側空燃比λｒを示す。点線は、触媒温度Ｔｃａｔを示す。
【0079】
図１１を参照すると、高周波数領域では、触媒温度Ｔｃａｔの上昇に拘わらず、上流側空燃比λｆに対して下流側空燃比λｒの振動が大きく減衰していることが分かる。これに対し、図１２を参照すると、低周波数領域では、下流側空燃比λｒに減衰の事象を確認することはできず、寧ろ振動が増幅していることが分かる。これは、排気浄化触媒３３１の酸素貯蔵能力（ＯＳＣ）に起因するものであると推察される。つまり、高周波数領域では、空燃比振動に伴う燃料および空気の不均衡が酸素貯蔵能力により補われ、触媒３３１通過後の排気の空燃比（下流側空燃比λｒ）がストイキ相当値の近傍に維持されるのに対し、低周波数領域では、燃料および空気の不均衡を酸素貯蔵能力では補い切れず、混合気における空燃比の変動がそのまま下流側空燃比λｒの変化に現れるためである。これにより、酸素貯蔵能力が有効に作用する領域と酸素貯蔵能力が破綻する領域との境界で、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが不連続に変化するとともに、周波数Ｆｒｑに対する変化の傾きに、閾値との比較により判定可能な程度の変化が生じる。
【0080】
以上の知見を踏まえ、最適周波数の抽出、つまり、制御周波数Ｆｃｎの特定の手順について、以下に説明する。
【0081】
空燃比振動制御を開始し、空燃比振動の周波数Ｆｒｑを基準周波数Ｆ０から所定の周波数ΔＦ毎に減少させていく。下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎを検出し、周波数ＦｒｑをΔＦだけ減少させる前後で検出された下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの変化量を、空燃比変化量Δλｒ＿ｍｉｎとして算出する。そして、空燃比変化量Δλｒ＿ｍｉｎをΔＦ（本実施形態では、周波数の対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ）の変化量）で除することにより、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが周波数の対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ）に対してなす変化の傾きｇｌｍｂａを算出し、その絶対値（＝｜ｇｌｍｂａ｜）と所定の値ｇ０１とを比較する。傾きｇｌｍｂａの絶対値（＝｜ｇｌｍｂａ｜）が所定の値ｇ０１に達したときの周波数Ｆｒｑを特定し、これを制御周波数Ｆｃｎに設定する。
【0082】
先に述べたように、制御周波数Ｆｃｎの設定は、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの変化の傾きｇｌｍｂａを所定の値と対比することによる方法に代えて、周波数ＦｒｑをΔＦだけ減少させる前後で下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎに所定の値を超える大きな変化（つまり、差分）が生じたときの周波数Ｆｒｑを最適周波数として特定し、制御周波数Ｆｃｎに設定することによっても可能である。
【0083】
基準周波数Ｆ０は、空燃比振動を行うに当たり最初に設定される値であり、エンジンＥの運転領域の全体に対して一律に設定してもよいし、運転領域毎に異なる値に設定してもよい。一律に設定する場合の基準周波数Ｆ０として、簡易的には、１［Ｈｚ］（つまり、ｌｏｇＦ０＝０）を採用することができる。さらに、制御周波数Ｆｃｎを運転領域毎に記憶可能に運転領域マップを設定し、特定された制御周波数Ｆｃｎを、運転領域毎に記憶または更新するようにしてもよい。
【0084】
図６は、本実施形態に係る燃料切換制御の基本的な流れを示すフローチャートである。
【0085】
Ｓ４０１では、燃料切換要求があるか否かを判定する。燃料切換要求は、燃料の残量が所定の残量にまで減少したり、運転者が燃料の切り換えを指示したりした場合に生成され、例えば、液体燃料による運転中に液体燃料タンクの残量Ｌｆａが所定の残量Ｌｆａ１にまで減少したり、気体燃料による運転中に気体燃料タンクの残量Ｌｆｂが所定の残量Ｌｆｂ１にまで減少したり、液体燃料による運転中に運転者が燃料切換スイッチ２０９を操作し、気体燃料への切り換えを指示したり、気体燃料による運転中に運転者が燃料切換スイッチ２０９を操作し、液体燃料への切り換えを指示したりした場合に生成される。燃料切換要求がある場合は、Ｓ４０２へ進み、燃料切換要求がない場合は、今回の制御を終了する。Ｓ４０１の処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「燃料切換要求検知手段」として実行する処理に相当する。
【0086】
Ｓ４０２では、空燃比振動制御の実行中であるか否かを判定する。空燃比振動制御の実行中である場合は、Ｓ４０３へ進み、実行中でない場合は、今回の制御を終了する。
【0087】
Ｓ４０３では、現在使用している燃料を判定する。現在使用している燃料が液体燃料（本実施形態では、ガソリン）である場合は、Ｓ４０４へ進み、気体燃料（圧縮天然ガス）である場合は、Ｓ４０７へ進む。
【0088】
Ｓ４０４では、現在の空燃比がリーン側にあるか否かを判定する。リーン側にある場合は、Ｓ４０５へ進み、リーン側にない場合、つまり、現在の空燃比がリッチ側にある場合は、空燃比がリーン側へ移行するまでＳ４０４の処理を繰り返す。
【0089】
Ｓ４０５では、リーン側からリッチ側へ空燃比が移行するタイミングであるか否かを判定する。リッチ側への移行タイミングである場合は、Ｓ４０６へ進み、未だリッチ側への移行タイミングにない場合は、Ｓ４０４へ戻り、リッチ側への移行タイミングとなるまで待機する。
【0090】
Ｓ４０６では、リーン側からリッチ側への空燃比の移行に同期させて液体燃料から気体燃料への燃料の切り換え、つまり、ガソリンから圧縮天然ガスへの切り換えを実行する。
【0091】
リーン側からリッチ側への空燃比の移行タイミングは、空燃比がリーン側へ移行した前回のタイミングから、空燃比振動の半周期分、つまり、制御周波数Ｆｃｎに応じた周期の半分に相当する時間が経過した時点として、推定的に判定することが可能である。簡易的には、空燃比がリーン側にあるタイミングで気体燃料への切り換えを指示し、結果的に空燃比の移行タイミングまたはその近傍で燃料が切り換わるようにしてもよい。
【0092】
Ｓ４０７では、現在の空燃比がリッチ側にあるか否かを判定する。リッチ側にある場合は、Ｓ４０８へ進み、リッチ側にない場合、つまり、現在の空燃比がリーン側にある場合は、空燃比がリッチ側へ移行するまでＳ４０７の処理を繰り返す。
【0093】
Ｓ４０８では、リッチ側からリーン側へ空燃比が移行するタイミングであるか否かを判定する。リーン側への移行タイミングである場合は、Ｓ４０９へ進み、未だリーン側への移行タイミングにない場合は、Ｓ４０７へ戻り、リーン側への移行タイミングとなるまで待機する。
【0094】
Ｓ４０９では、リッチ側からリーン側への空燃比の移行に同期させて気体燃料から液体燃料への燃料の切り換え、つまり、圧縮天然ガスからガソリンへの切り換えを実行する。
【0095】
先に述べたのと同様に、リッチ側からリーン側への空燃比の移行タイミングは、空燃比がリッチ側へ移行した前回のタイミングから、空燃比振動の半周期分の時間が経過した時点として判定することが可能であり、リーン側への移行タイミングを判定することに代えて、空燃比がリッチ側にあるタイミングで液体燃料への切り換えを指示する結果として、空燃比の移行タイミングまたはその近傍で燃料が切り換わるようにしてもよい。
【0096】
Ｓ４０３からＳ４０９の処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「燃料切換実行手段」として実行する処理に相当する。
【0097】
本実施形態に係るエンジンＥの空燃比制御装置は、以上の構成を有する。以下に、本実施形態により得られる効果について説明する。
【0098】
本実施形態において、コントローラ１０１は、液体燃料と気体燃料とで燃料を切り換える燃料切換要求を検知すると（燃料切換要求検知手段）、その要求に応じて燃料を切り換える（燃料切換実行手段）。ここで、液体燃料から気体燃料への切り換えに際してはエンジントルクに減方向の変動（減方向のトルク変動）が生じる一方、気体燃料から液体燃料への切り換えに際してはエンジントルクに増方向の変動（増方向のトルク変動）が生じる。そして、このトルク変動は、燃料の切り換えが空燃比振動制御による空燃比の振動と同期して実施されることにより助長される。具体的には、液体燃料から気体燃料への切り換えがリッチ側からリーン側への空燃比の移行に同期して実施されることで、減方向のトルク変動が助長され、気体燃料から液体燃料への切り換えがリーン側からリッチ側への空燃比の移行に同期して実施されることで、増方向のトルク変動が助長される。図３は、燃料の切り換えに対する空燃比振動の同期がエンジントルクの変動に及ぼす影響を示す説明図である。本実施形態では、トルク変動が大となるパターンの同期を、回避の対象とする。
【0099】
これに対し、本実施形態では、第１に、液体燃料から気体燃料への燃料の切り換えをリーン側からリッチ側への空燃比の移行に同期させて実行する一方、気体燃料から液体燃料への燃料の切り換えをリッチ側からリーン側への空燃比の移行に同期させて実行することで、燃料の切り換えに伴うエンジントルクの変動が空燃比の振動に同期することにより助長される事態を回避することが可能となり、特に本実施形態によれば、燃料の切り換えに伴うエンジントルクの変動を空燃比の移行に伴う逆方向のトルク変動により打ち消すことが可能となるため、燃料を切り換える際のエンジントルクに変動が生じること自体を抑制することが可能となる（図３）。そして、この制御は、空燃比振動制御を継続しながら行うことが可能である。
【0100】
このように、本実施形態によれば、液体燃料と気体燃料とを切り換えて運転可能なエンジンＥにおいて、空燃比振動制御により排気浄化触媒３３１による浄化率の向上を図るとともに、燃料の切り換えに伴うエンジントルクの変動が空燃比の振動に同期することにより助長され、運転性や乗り心地に実質的な弊害を及ぼす事態を回避することが可能となる。
【0101】
ここで、本実施形態において燃料として使用する圧縮天然ガスは、ガソリンと比較して二酸化炭素排出量の抑制を図ることが可能である一方、排気に主成分として含まれるメタンは、二酸化炭素と比較して２５倍ほどの温室効果を有することが知られている。よって、ガソリンを使用する場合に対する利点を確保するうえで、メタンの排出を抑制することが重要となる。しかし、メタンは、他のＨＣ種と比較して化学的に安定しており、他のＨＣ種と同様の酸化による浄化を適用したのでは、充分な浄化率を達成することは困難である。
【0102】
制御周波数Ｆｃｎを適切に調整した空燃比振動制御によれば、メタンの浄化率を特異的に改善することが可能である。
【0103】
第２に、下流側排気センサ２０７により検出される空燃比λｒをもとに、空燃比振動制御を行う際の空燃比振動の周波数（制御周波数Ｆｎ）として適切な周波数を特定し、エンジンＥの運転状態（排気浄化触媒３３１の温度、つまり、触媒３３１の活性状態を含む）によらず、適切な制御周波数Ｆｃｎのもとで空燃比振動制御を実行することが可能となり、排気浄化触媒３３１の浄化率の更なる向上を図ることができる。
【0104】
第３に、下流側排気センサ２０７により検出される空燃比の最小値（下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎ）が空燃比振動の周波数の対数に対してなす変化の傾きｇｌｍｂａを算出し、この傾きの絶対値（＝｜ｇｌｍｂａ｜）が所定の値ｇ０１に達するときの周波数を、制御周波数Ｆｃｎとして特定することで、比較的簡易な構成でありながら適切な制御周波数Ｆｃｎを特定可能とし、より適切な制御周波数Ｆｃｎのもとで空燃比振動制御を実行することが可能となる。
【0105】
そして、所定の値ｇ０１を０．０１５から０．０２５までの範囲で設定することで、制御周波数Ｆｃｎとして、より適切な周波数を特定することが可能となる。
【0106】
燃料の切り換えに伴うエンジントルクの変動が空燃比の振動に同期することにより助長されることを回避する制御は、燃料の切り換えに伴うエンジントルクの変動を空燃比の移行に伴う逆方向のトルク変動により打ち消すことに限らず、空燃比振動制御を一時的に停止させ、空燃比の振動を停止させることによっても実現することが可能である。本実施形態では、空燃比の制御を空燃比振動制御から空燃比フィードバック制御に切り換えることにより、これを実現する。
【0107】
図１４は、その場合の適用例として、本発明の他の実施形態に係る燃料切換制御の基本的な流れを示すフローチャートである。
【0108】
Ｓ５０１およびＳ５０２における処理は、図６に示すフローチャートのＳ４０１およびＳ４０２における処理と同様である。具体的には、Ｓ５０１では、燃料切換要求があるか否かを判定し、燃料切換要求がある場合は、Ｓ５０２へ進み、燃料切換要求がない場合は、今回の制御を終了する。Ｓ５０２では、空燃比振動制御の実行中であるか否かを判定し、空燃比振動制御の実行中である場合は、Ｓ５０３へ進み、実行中でない場合は、今回の制御を終了する。Ｓ５０１の処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「燃料切換要求検知手段」として実行する処理に相当する。
【0109】
Ｓ５０３では、空燃比振動制御を強制的に停止させる。
【0110】
Ｓ５０４では、空燃比フィードバック制御を開始する。換言すれば、Ｓ５０３およびＳ５０４の処理により、空燃比の制御を空燃比振動制御から空燃比フィードバック制御に切り換える。Ｓ５０３およびＳ５０４の処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「空燃比振動停止手段」として実行する処理に相当する。
【0111】
Ｓ５０５では、現在使用している燃料を判定する。現在使用している燃料が液体燃料（本実施形態では、ガソリン）である場合は、Ｓ５０６へ進み、気体燃料（圧縮天然ガス）である場合は、Ｓ５０７へ進む。
【0112】
Ｓ５０６では、液体燃料から気体燃料への燃料の切り換え、つまり、ガソリンから圧縮天然ガスへの切り換えを実行する。
【0113】
Ｓ５０７では、気体燃料から液体燃料への燃料の切り換え、つまり、圧縮天然ガスからガソリンへの燃料の切り換えを実行する。Ｓ５０５からＳ５０７の処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「燃料切換実行手段」として実行する処理に相当する。
【0114】
本実施形態において、コントローラ１０１は、液体燃料と気体燃料とで燃料を切り換える燃料切換要求を検知すると（燃料切換要求検知手段）、空燃比振動制御による空燃比の振動を停止させ（空燃比振動停止手段）、空燃比の振動を停止させている間に、燃料の切り換えを実行する（燃料切換実行手段）。ここで、液体燃料から気体燃料への切り換えに際しては減方向のトルク変動が生じ、気体燃料から液体燃料への切り換えに際しては増方向のトルク変動が生じるところ、この変動は、燃料の切り換えが空燃比振動制御による空燃比の振動と同期して実施されることにより助長される（図３）。
【0115】
これに対し、本実施形態では、燃料を切り換える際に、空燃比振動制御による空燃比の振動を停止させることで、空燃比の振動によりエンジントルクに変動が生じること自体を抑制し、燃料の切り換えに伴うエンジントルクの変動が空燃比の振動に同期することにより助長される事態を回避することが可能となる。
【0116】
このように、本実施形態によれば、液体燃料と気体燃料とを切り換えて運転可能なエンジンＥにおいて、空燃比振動制御により排気浄化触媒３３１による浄化率の向上を図るとともに、燃料の切り換えに伴うエンジントルクの変動が空燃比の振動に同期することにより助長され、運転性や乗り心地に実質的な弊害を及ぼす事態を回避することが可能となる。
【0117】
さらに、本実施形態では、燃料切換要求を検知した場合に、空燃比の制御を空燃比振動制御から空燃比フィードバック制御に切り換え、空燃比フィードバック制御の実行中に、燃料の切り換えを実行する。
【0118】
これにより、燃料を切り換える際の空燃比がストイキ相当値に維持されるため、空燃比の振動によりエンジントルクに変動が生じること自体を回避し、もって、燃料の切り換えに伴うエンジントルクの変動が空燃比の振動に同期することにより助長される事態を回避することが可能となる。
【0119】
以上の説明では、制御周波数Ｆｃｎの設定において、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの周波数Ｆｒｑに対する変化の傾きｇｌｍｂａまたは周波数Ｆｒｑの減少前後における下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの差分に着目することとした。制御周波数Ｆｃｎの設定は、これに限定されるものではなく、下流側排気センサ２０７により検出される空燃比λｒの最大値（以下「下流側最大空燃比」という）λｒ＿ｍａｘと最小値λｒ＿ｍｉｎとの差分（以下「空燃比レンジ」という）Ｒｌｍｂの、周波数Ｆｒｑに対する変化の傾きに着目して行うことも可能である。
【0120】
図１５は、その場合の適用例として、本発明の更に別の実施形態に係る空燃比振動制御の基本的な流れを示すフローチャートである。
【0121】
本実施形態では、図４に示すフローチャートのＳ２０７における処理に代えて、空燃比レンジＲｌｍｂ（＝λｒ＿ｍａｘ－λｒ＿ｍｉｎ）を算出するとともに（Ｓ６０１）、Ｓ２０８の処理に代えて、空燃比レンジＲｌｍｂの周波数Ｆｒｑまたはその対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ）に対する変化の傾きｇｌｍｂｂを算出し、この傾きの絶対値（＝｜ｇｌｍｂｂ｜）が所定の値ｇ０２に達するときの周波数を最適周波数として特定し、制御周波数Ｆｃｎに設定する（Ｓ６０２）。周波数Ｆｒｑの対数をとる場合に、所定の値ｇ０２を０．０１５から０．０２５までの範囲の値とするのが好ましく、これにより、適切な制御周波数Ｆｃｎを設定することが可能である。
【0122】
図１６および図１７は、本実施形態に係る空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒３３１の浄化率η、空燃比レンジＲｌｍｂとの関係を、異なる触媒温度Ｔｃａｔについて示す実験データのグラフである。図１６（ａ）は、比較的低い触媒温度Ｔｃａｔ１の場合を示し、図１６（ｂ）は、Ｔｃａｔ１よりも高い触媒温度Ｔｃａｔ２の場合を示す。図１７（ａ）は、Ｔｃａｔ２よりも高い触媒温度Ｔｃａｔ３の場合を示し、図１７（ｂ）は、Ｔｃａｔ３よりも高い触媒温度Ｔｃａｔ４の場合を示す。
【0123】
図１６および図１７のそれぞれにおいて、横軸は、周波数Ｆｒｑの対数を示し、縦軸は、浄化率ηおよび空燃比レンジＲｌｍｂを示す。白抜きの四角は、全炭化水素ＴＨＣの浄化率ηｔｈｃを示し、白抜きの丸は、窒素酸化物ＮＯｘの浄化率ηｎｏｘを示す。三角は、空燃比レンジＲｌｍｂを示し、浄化率ηが極大となる周波数よりも低周波側の領域で測定されたものを白抜きの三角により、高周波側の領域で測定されたものを黒塗りの三角により、夫々示す。太い点線は、低周波側の領域における空燃比レンジＲｌｍｂの近似直線であり、太い実線は、高周波側の領域における空燃比レンジＲｌｍｂの近似直線である。
【0124】
図１６および図１７に示すように、触媒温度Ｔｃａｔの上昇とともに浄化率ηが全炭化水素と窒素酸化物とのいずれについても増大し、さらに、より高い周波数Ｆｒｑに至るまで高い浄化率ηが維持される傾向にあることが分かる。ここで、周波数Ｆｒｑを所定の周波数ΔＦずつ減少させた場合に、浄化率ηが極大となる周波数の近傍で、空燃比レンジＲｌｍｂの近似曲線が実線から点線に移行し、その周波数Ｆｒｑに対する変化の傾きｇｌｍｂｂおよびその傾きの絶対値（＝｜ｇｌｍｂｂ｜）が増大する事象を確認することができる。
【0125】
本実施形態では、この事象が生じる周波数を所定の値ｇ０２との対比により特異点として抽出し、制御周波数Ｆｃｎに設定する。
【0126】
このように、下流側排気センサ２０７により検出される空燃比の最大値と最小値との差分（空燃比レンジＲｌｍｂ）が空燃比振動の周波数の対数に対してなす変化の傾きｇｌｍｂｂを算出し、この傾きの絶対値（＝｜ｇｌｍｂｂ｜）が所定の値ｇ０２に達するときの周波数を、制御周波数Ｆｃｎとして特定することで、比較的簡易な構成でありながら適切な制御周波数Ｆｃｎを特定可能とし、より適切な制御周波数Ｆｃｎのもとで空燃比振動制御を実行することが可能となる。
【0127】
そして、所定の値ｇ０２を０．０１５から０．０２５までの範囲で設定することで、制御周波数Ｆｃｎとして、より適切な周波数を特定することが可能となる。
【0128】
空燃比レンジＲｌｍｂによる制御周波数Ｆｃｎの設定は、図１に示すように、複数の気筒のそれぞれを互いに並列に接続した配列のエンジンＥに限らず、複数の気筒を複数の気筒群に分け、異なる気筒群同士を並列に接続した配列のエンジンに適用することも可能である。
【0129】
図１８は、その場合の適用例として、本発明の更に別の実施形態に係るエンジンＥの全体的な構成を示す概略図である。本実施形態に係るエンジンＥは、４つの気筒を２つの気筒群に分け、異なる気筒群同士を並列に接続するとともに、気筒群を構成するそれぞれの気筒同士を並列に接続したエンジンである。空燃比レンジＲｌｍｂによる制御周波数Ｆｃｎの設定は、このようなエンジンＥにおいて、異なる気筒群の間で空燃比振動の位相を互いに逆に、換言すれば、空燃比振動の位相を反転させて設定した場合に、好適に適用可能である。
【0130】
エンジンＥの運転状態が属する運転領域Ａ、Ｂの判定は、触媒温度Ｔｃａｔおよび排気流量Ｑｅｘｈにより直接的に行うだけでなく、下流側排気センサ２０７により検出される空燃比λｒにより間接的に行うことも可能である。
【0131】
具体的には、下流側空燃比λｒをもとに、空燃比振動制御における排気の空燃比の最大値および最小値を検出し、検出された空燃比の最小値（つまり、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎ）が所定の判定値以下でありかつ検出された空燃比の最大値（つまり、下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘ）が所定の判定値以下である場合に、エンジンＥの運転状態が第２領域Ｂにあると判定して、空燃比フィードバック制御を実行する。
【0132】
図１９は、その場合の適用例として、本発明の更に別の実施形態に係る空燃比制御の全体的な流れを示すフローチャートである。
【0133】
本実施形態では、図２に示すフローチャートのＳ１０３の処理に代えて、Ｓ１０３１の処理を実行する。
【0134】
エンジン回転速度Ｎｅ等、エンジンＥの運転状態を示す所定の状態パラメータを読み込んだ後（Ｓ１０１）、Ｓ１０２では、吸入空気量Ｑａが所定の流量Ｑａ１よりも多いか否かを判定する。所定の流量Ｑａ１よりも多い場合は、Ｓ１０４へ進み、所定の流量Ｑａ１以下である場合は、Ｓ１０３１へ進む。流量Ｑａ１は、図３に示す第１領域Ａと第２領域Ｂとの境界を定める排気の第１流量Ｑｅｘｈ１に対応する吸入空気量である。
【0135】
Ｓ１０３１では、下流側空燃比λｒの最大値λｒ＿ｍａｘおよび最小値λｒ＿ｍｉｎを検出し、下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘが所定の判定値ＳＬ１２以下でありかつ下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが所定の判定値ＳＬ１１以下であるか否かを判定する。下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘが所定の判定値ＳＬ１２以下でありかつ下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが所定の判定値ＳＬ１１以下である場合は、Ｓ１０５へ進み、それ以外の場合は、Ｓ１０４へ進む。
【0136】
Ｓ１０４では、空燃比振動制御を実行する。
【0137】
Ｓ１０５では、空燃比フィードバック制御を実行する。
【0138】
【0139】
図２０から図２３は、空燃比振動の周波数Ｆｒｑを異なる複数の周波数の間で切り替えて実施した場合に得られた実験データのグラフであり、触媒温度Ｔｃａｔに対する浄化率η、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎおよび下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘの変化を示す。本実施形態では、触媒温度Ｔｃａｔとして触媒入口ガス温度Ｔｃａｔ＿ｉｎを採用する。図２０は、排気浄化触媒３３１による全炭化水素の浄化率ηｔｈｃの変化を、図２１は、排気浄化触媒３３１による窒素酸化物の浄化率ηｎｏｘの変化を示す。図２２は、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの変化を、図２３は、下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘの変化を示す。
【0140】
図２０から図２３のそれぞれにおいて、白抜きの三角を二点鎖線で繋いだものは、周波数Ｆｒｑが０．０５［Ｈｚ］の場合を示し、白抜きの四角を長い点線で繋いだものは、周波数Ｆｒｑが０．１［Ｈｚ］の場合を示す。さらに、白抜きの円を一点鎖線で繋いだものは、周波数Ｆｒｑが０．２［Ｈｚ］の場合を示し、白抜きの三角を短い点線で繋いだものは、周波数Ｆｒｑが０．５［Ｈｚ］の場合を示す。黒塗りの円を太い実線で繋いだものは、周波数Ｆｒｑが１［Ｈｚ］の場合であるが、１［Ｈｚ］の周波数は、空燃比フィードバック制御による場合に得られる周波数に相当する。
【0141】
図２０および図２１を参照すると、全体的な傾向として、触媒温度Ｔｃａｔの上昇、つまり、排気浄化触媒３３１の活性化が進むとともに、全炭化水素および窒素酸化物の浄化率ηｔｈｃ、ηｎｏｘが上昇していることが分かる。さらに、０．５［Ｈｚ］以下の周波数で空燃比振動制御を実施した場合に、空燃比フィードバック制御を実施した場合に相当する１［Ｈｚ］の周波数で振動を付与した場合と比較して、特に低温側の領域で高い浄化率ηｔｈｃ、ηｎｏｘが得られ、０．５［Ｈｚ］と０．２［Ｈｚ］とでは、温度領域の全体に亘って１［Ｈｚ］の場合よりも高い浄化率ηｔｈｃ、ηｎｏｘが得られることが分かる。
【0142】
図２２を参照すると、触媒温度Ｔｃａｔの上昇とともに、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが低下していくことが分かる。これは、排気浄化触媒３３１の浄化率ηの上昇、つまり、触媒３３１の活性化の進行度合いと対応するものであり、空燃比がリッチ側に振れた際に排気浄化触媒３３１が水素を生成し、下流側排気センサ２０７がこの水素に反応するためである。このように、触媒温度Ｔｃａｔと下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎとには相関性があり、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎから、触媒温度Ｔｃａｔ、つまり、排気浄化触媒３３１の活性状態を間接的に把握することが可能である。本実施形態では、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎを、空燃比制御における領域判定に使用する（図１９のＳ１０３１）。
【0143】
ここで、周波数が０．０５［Ｈｚ］の場合は、他の周波数の場合と同様に、触媒温度Ｔｃａｔの上昇とともに、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが低下していくものの（図２２）、他の周波数の場合と比較して、窒素酸化物の浄化率ηｎｏｘが特に低い。これは、０．０５［Ｈｚ］という周波数が排気浄化触媒３３１の酸素貯蔵能力に対して低すぎるためであり、空燃比振動による空燃比の変動を酸素貯蔵能力によっては最早吸収することができず、触媒３３１の反応場における空燃比が定常リッチと定常リーンとを繰り返すのに近い状態となるためであると推察される。
【0144】
このように、単に下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが低下したことのみをもっては酸素貯蔵能力が破綻した場合を判別することまではできず、実際には充分な浄化率ηが得られないにも拘らず、排気浄化触媒３３１の活性化が進んだものとして、誤った判定を下す事態になりかねない。
【0145】
このような事態は、下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘを参照することにより回避可能である。図２３に示すように、下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘは、周波数が０．０５［Ｈｚ］の場合に、触媒温度Ｔｃａｔが上昇した状況にあっても比較的高い値、例えば、１よりも高い値を維持する。本実施形態では、図１９に示すフローチャートの領域判定（Ｓ１０３１）において、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎに併せて下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘを参照する。
【0146】
図２４から図２６は、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎおよび下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘに対して排気浄化触媒の浄化率ηを割り付けた分布図であり、図２４から図２６のそれぞれにおいて、異なる排気流量Ｑｅｘｈのもとで得られる浄化率ηを重ねて示している。例えば、ＳＶ値が２６ｋの場合に得られる浄化率ηに加え、ＳＶ値が４９ｋおよび９８ｋの場合に得られる浄化率ηを重ねて示している。空燃比振動制御による場合の浄化率ηを○印のプロットにより示すとともに、空燃比フィードバック制御による場合の浄化率ηを×印のプロットにより示している。○印および×印のプロットのそれぞれについて、色の濃いものほど、浄化率ηが高いことを示す。図２４は、全炭化水素の浄化率ηｔｈｃを示し、図２５は、窒素酸化物の浄化率ηｎｏｘを示し、図２６は、全炭化水素と窒素酸化物との平均の浄化率ηａｖｅを示す。
【0147】
図２４から図２６を参照すると、図の左下ほど、つまり、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが低くかつ下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘも低いほど、浄化率ηが高い傾向にあることが分かる。このような傾向により、図２４から図２６において、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが閾値ＳＬ１１以下であり、下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘが閾値ＳＬ１２以下である太い点線の枠内では、空燃比フィードバック制御および空燃比振動制御のいずれによっても高い浄化率ηが得られるほどに触媒３３１の活性化が進み、例えば、閾値ＳＬ１１を０．９６５とし、閾値ＳＬ１２を１．０００とした場合に、全炭化水素、窒素酸化物およびそれらの平均のそれぞれについて、枠内の領域で８０％以上の浄化率ηが得られることが確認されている。つまり、図１９に示すフローチャートのＳ１０３１において、判定値ＳＬ１１を、例えば、０．９６５とし、判定値ＳＬ１２を、例えば、１．０００とすることにより、エンジンＥの運転状態が排気の浄化が容易な第２領域Ｂにあることを適切に判定することが可能である。判定値ＳＬ１１、ＳＬ１２は、夫々０．９６０±０．０１、１．０００±０．０１の範囲内で、適宜に設定することができる。
【0148】
このように、エンジンＥの運転状態が第２領域Ｂにあるか否か、換言すれば、排気の浄化が容易な条件にあるか、困難な条件にあるかの判定を、下流側排気センサ２０７により空燃比振動制御の実行中に検出される空燃比（下流側空燃比λｒ）をもとに、推定的に行う構成としたことで、空燃比振動制御から空燃比フィードバック制御への切り換えを適切に行うとともに、部品点数の増加を抑制するなど、より簡易な構成による実現を図ることが可能となる。
【0149】
このように、本実施形態では、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎおよび下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘとそれぞれの閾値との対比により、排気の浄化が容易な条件にあるか、困難な条件にあるかを、排気流量Ｑｅｘｈによらずに判別することが可能である。よって、排気流量Ｑｅｘｈ、本実施形態では、吸入空気量Ｑａによる判定（図１９のＳ１０２）は、省略してもよい。ただし、吸入空気量Ｑａは、本実施形態に限らず、エンジン制御のために一般的に取得される状態変数であり、取得に際して部品の追加を伴うこともない一方、吸入空気量Ｑａを用いた簡単な手法により空燃比振動制御によるべき場合を判定することが可能である。よって、吸入空気量Ｑａによる判定は、制御の安定性を確保するうえで有効である。
【0150】
さらに、以上の説明では、排気浄化触媒３３１の触媒温度Ｔｃａｔとして、触媒入口ガス温度Ｔｃａｔ＿ｉｎを採用したが、触媒温度Ｔｃａｔは、これに限らず、排気浄化触媒３３１のベッド部に熱電対等の温度センサを設置することにより、直接的に取得することも可能である。
【符号の説明】
【0151】
Ｅ…エンジン、１…エンジン本体、２…吸気システム、２１…吸気管、２２…吸気マニホールド、２３…エアクリーナ、３…排気システム、３１…排気マニホールド、３２…排気管、３３…触媒コンバータ、３３１…排気浄化触媒、４１…燃料インジェクタ、４１ａ…第１（液体燃料用）燃料インジェクタ、４１ｂ…第２（気体燃料用）燃料インジェクタ、５１…点火プラグ、１０１…エンジンコントローラ、２０１…アクセルセンサ、２０２…エンジン回転速度センサ、２０３…エアフローメータ、２０４…冷却水温度センサ、２０５…触媒温度センサ、２０６…上流側排気センサ、２０７…下流側排気センサ、２０８…燃料残量センサ、２０８ａ…第１（液体燃料タンク用）燃料残量センサ、２０８ｂ…第２（気体燃料タンク用）燃料残量センサ、２０９…燃料選択スイッチ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
