(57)【要約】【課題】  燃料消費の悪化を抑制して、三元触媒装置のＯ2ストレージ能力を推定すると共にフューエルカット復帰時にリーン空燃比での運転を可能とする内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】  本発明による内燃機関の制御装置は、フューエルカット復帰時において排気ガスの空燃比をリッチにして三元触媒装置のＯ2ストレージ能力により吸収された酸素を全て放出させ、この放出のために使用された燃料量に基づき現在のＯ2ストレージ能力を推定する推定手段（ステップ１０７）と、推定手段により現在のＯ2ストレージ能力が推定された直後のフューエルカット復帰時において排気ガスの空燃比をリッチにして三元触媒装置のＯ2ストレージ能力により吸収された酸素の一部だけを放出させるリッチ化手段（ステップ１１０）とを具備する。【選択図】      図２
2006029103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フューエルカット復帰時において排気ガスの空燃比をリッチにして三元触媒装置のＯ2ストレージ能力により吸収された酸素を全て放出させ、この放出のために使用された燃料量に基づき現在のＯ2ストレージ能力を推定する推定手段と、前記推定手段により現在のＯ2ストレージ能力が推定された直後のフューエルカット復帰時において排気ガスの空燃比をリッチにして前記三元触媒装置のＯ2ストレージ能力により吸収された酸素の一部だけを放出させるリッチ化手段とを具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
機関始動直後のフューエルカット復帰時には前記推定手段によってＯ2ストレージ能力が推定され、機関始動直後以外のフューエルカット復帰時には前記リッチ化手段によってＯ2ストレージ能力により吸収された酸素の一部だけを放出させ、機関停止直後の再始動時の場合には、機関始動直後のフューエルカット復帰時でも前記リッチ化手段によってＯ2ストレージ能力により吸収された酸素の一部だけを放出させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガス中には、ＮＯX、ＣＯ、及びＨＣ等が含まれており、これらの物質を浄化するために機関排気系には三元触媒装置が配置されている。三元触媒装置においては、排気ガスの空燃比が理論空燃比であれば、これらの物質は良好に浄化されるが、排気ガスの空燃比がリーンであると、還元作用が不活発となってＮＯXの浄化が不十分となり、排気ガスの空燃比がリッチであると、酸化作用が不活発となってＣＯ及びＨＣの浄化が不十分となる。
【０００３】
しかしながら、排気ガスの空燃比を常に理論空燃比に維持することは困難である。それにより、三元触媒装置にＯ2ストレージ能力を持たせ、排気ガスの空燃比がリーンである時には余剰酸素を吸収し、排気ガスの空燃比がリッチとなった時には吸収した酸素を放出することにより、排気ガスの空燃比が変動しても、三元触媒装置内の雰囲気を理論空燃比近傍に維持してＮＯX、ＣＯ、及びＨＣを良好に浄化することが可能となる。
【０００４】
ところで、機関減速時においては、一般的に燃料を節約するためにフューエルカットが実施される。このフューエルカット時においては多量の酸素が三元触媒装置へ流入し、Ｏ2ストレージ能力の限界値まで酸素が吸収される。それにより、フューエルカット復帰時において、燃焼空燃比をリッチにしてＯ2ストレージ能力の限界値まで吸収された酸素を全て放出させれば、この放出に使用された燃料量に基づき現在のＯ2ストレージ能力を推定することができる（例えば、特許文献１参照）。Ｏ2ストレージ能力は三元触媒装置の浄化能力と共に低下するものであるために、推定された現在のＯ2ストレージ能力は、三元触媒装置の劣化程度の指標として使用することができる。
【０００５】
フューエルカット復帰時においては、Ｏ2ストレージ能力の限界値まで酸素が吸収されているために、ＮＯXの浄化を犠牲にしない限りはリーン空燃比での運転を実施することはできないが、前述のようにして酸素を放出させてＯ2ストレージ能力を回復することによりＮＯXの浄化を犠牲にすることなくリーン空燃比での運転が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１５９０４８号公報
【特許文献２】特開平５−２６０７６号公報
【特許文献３】特開２００３−１７２１７６号公報
【特許文献４】特開平９−３１０６１２号公報
【特許文献５】特開平９−３２６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、フューエルカット復帰時毎に前述のようにＯ2ストレージ能力により吸収された酸素を全て放出させるようにリッチ空燃比での運転を実施したのでは、多量の燃料が必要となって燃料消費を大幅に悪化させ、フューエルカットによる燃料節約の効果を大幅に減少させる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、燃料消費の悪化を抑制して、三元触媒装置のＯ2ストレージ能力を推定すると共にフューエルカット復帰時にリーン空燃比での運転を可能とする内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の制御装置は、フューエルカット復帰時において排気ガスの空燃比をリッチにして三元触媒装置のＯ2ストレージ能力により吸収された酸素を全て放出させ、この放出のために使用された燃料量に基づき現在のＯ2ストレージ能力を推定する推定手段と、前記推定手段により現在のＯ2ストレージ能力が推定された直後のフューエルカット復帰時において排気ガスの空燃比をリッチにして前記三元触媒装置のＯ2ストレージ能力により吸収された酸素の一部だけを放出させるリッチ化手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、機関始動直後のフューエルカット復帰時には前記推定手段によってＯ2ストレージ能力が推定され、機関始動直後以外のフューエルカット復帰時には前記リッチ化手段によってＯ2ストレージ能力により吸収された酸素の一部だけを放出させ、機関停止直後の再始動時の場合には、機関始動直後のフューエルカット復帰時でも前記リッチ化手段によってＯ2ストレージ能力により吸収された酸素の一部だけを放出させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の制御装置によれば、推定手段によりフューエルカット復帰時において現在の三元触媒装置のＯ2ストレージ能力が推定され、それと同時にリーン空燃比での運転が可能となる。この時には、排気ガスの空燃比をリッチにしてＯ2ストレージ能力により吸収された酸素を全て放出させるために比較的多くの燃料が使用される。しかしながら、その直後のフューエルカット復帰時においては、既にＯ2ストレージ能力は推定されており、リッチ化手段により排気ガスの空燃比をリッチにしてＯ2ストレージ能力により吸収された酸素の一部だけを放出させるために、それほど多くの燃料を使用することなくリーン空燃比での運転が可能となる。こうして、フューエルカット復帰時毎に比較的多くの燃料を使用してＯ2ストレージ能力を推定すると共にリーン空燃比での運転を可能とする場合に比較して、燃料消費の悪化を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の制御装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、機関始動直後のフューエルカット復帰時には推定手段によってＯ2ストレージ能力が推定されて比較的多量の燃料が使用されるが、それ以外のフューエルカット復帰時にはリッチ化手段によってＯ2ストレージ能力により吸収された酸素の一部だけを放出させ、また、機関停止直後の再始動時の場合には、Ｏ2ストレージ能力は殆ど変化しないために新たにＯ2ストレージ能力を推定する必要はなく、機関始動直後のフューエルカット復帰時でもリッチ化手段によってＯ2ストレージ能力により吸収された酸素の一部だけを放出させるようになっており、Ｏ2ストレージ能力を推定すると共にリーン空燃比での運転を可能とするための燃料消費の悪化を十分に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は機関排気系の一部を示す概略図である。同図において、１は三元触媒装置であり、２は三元触媒装置１へ流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサであり、３は三元触媒装置１から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサである。上流側空燃比センサ２は、排気ガスの空燃比に対応する電圧を出力するリニア出力型とすることが好ましい。一方、下流側空燃比センサ３は、上流側空燃比センサ２と同様にリニア出力型としても良いが、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチであるかリーンであるかを検出可能なステップ出力型としても良い。
【００１４】
三元触媒装置１は、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である時に、排気ガス中のＮＯX、ＣＯ、及びＨＣを良好に浄化する。しかしながら、排気ガスの空燃比を常に理論空燃比近傍に維持することは困難であるために、三元触媒装置１にはセリア等を担持させてＯ2ストレージ能力を持たせ、排気ガスの空燃比がリーンとなる時には余剰酸素を吸収し、排気ガスの空燃比がリッチとなる時には吸収した酸素を放出することにより、排気ガスの空燃比に係らずに三元触媒装置１内の雰囲気を理論空燃比近傍にすることを可能としている。
【００１５】
ところで、機関減速時において、燃料を節約するためにフューエルカットを実施することが一般的である。この時には、多量の酸素が三元触媒装置１へ流入するために、Ｏ2ストレージ能力の限界値まで酸素が吸収されてしまう。それにより、フューエルカット復帰時にリーン空燃比での運転が実施されると、三元触媒装置１は、この時の余剰酸素を吸収することはできず、三元触媒装置１内の雰囲気はリーンのままとなるために、還元作用が不活発となってＮＯXを十分に浄化することができない。従って、フューエルカット復帰時には、意図的にリッチ空燃比での運転を実施し、吸収されている酸素を放出させてＯ2ストレージ能力を回復することが必要である。
【００１６】
また、三元触媒装置１のＯ2ストレージ能力は、三元触媒装置１の浄化能力と共に劣化するものであるために、現在のＯ2ストレージ能力が推定されれば、これを空燃比制御及び異臭（Ｈ2Ｓ）対策に利用することができるだけでなく、三元触媒装置１の劣化の指標として使用することもできる。フューエルカット復帰時には、一般的に、Ｏ2ストレージ能力の限界値まで酸素が吸収されているために、吸収されている酸素を全て放出させて、それに使用された燃料量を算出すれば、放出酸素量と燃料量とは対応するために、現在のＯ2ストレージ能力を推定することができる。もちろん、こうして、フューエルカット復帰時において吸収されている全ての酸素を放出させれば、Ｏ2ストレージ能力は回復してリーン空燃比での運転が可能となる。
【００１７】
本発明による内燃機関の制御装置は、図２に示す第一フローチャートに示す制御によってＯ2ストレージ能力を推定すると共にフューエルカット復帰時におけるリーン空燃比での運転を可能としている。先ず、ステップ１０１において、フューエルカット復帰時、すなわち、アクセルペダルの踏み込み又は機関回転数が設定回転数まで低下すること等によりフューエルカットを中止する時であるか否かが判断される。この判断が否定される時、すなわち、フューエルカット中又は通常運転中の時にはそのまま終了する。
【００１８】
一方、フューエルカット復帰時には、ステップ１０１における判断が肯定され、ステップ１０２において、燃焼空燃比を理論空燃比（１４．６）よりリッチな設定空燃比（例えば、１３．０）にするリッチ化制御を実施する。次いで、ステップ１０３において、燃料噴射量Ｑ（Ｇａ／１３．０）と、今回の吸気量Ｇａに対して理論空燃比を実現するために必要な燃料量Ｇａ／１４．６との差Ａを算出する。この差Ａは、今回において三元触媒装置１から酸素を放出するのに使用される燃料量となり、今回の放出酸素量に対応する値となる。次いで、ステップ１０４において、この差Ａを積算値ＴＡとして積算する。
【００１９】
次いで、ステップ１０５において、フューエルカット復帰時まで積算されたフューエルカット時間ｔが設定時間ｔ１以上であるか否かが判断される。一般的なフューエルカットでは、この判断は肯定されてステップ１０６へ進む。ステップ１０６では、フラグＦが１であるか否かが判断され、詳しくは後述するが、このフラグＦは機関始動時に１にセットされており、ステップ１０６における判断は肯定されてステップ１０７へ進む。
【００２０】
ステップ１０７において、下流側空燃比センサ３の出力がリッチを示すか否かが判断される。ステップ１０２において、燃焼空燃比はリッチとされているが、三元触媒装置１から放出される酸素によって、暫くの間は三元触媒装置１から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍となり、下流側空燃比センサ３の出力はリッチを示すことはない。それにより、ステップ１０７における判断は否定されて、ステップ１０２におけるリッチ化制御が持続され、ステップ１０３において今回の吸気量Ｇａに対して新たに算出された燃料量Ａを積算値ＴＡに積算し、これらの処理は下流側空燃比センサ３の出力がリッチを示すまで繰り返される。
【００２１】
下流側空燃比センサ３の出力がリッチを示せば、三元触媒装置１から全ての酸素が放出されたこととなり、この放出酸素量が三元触媒装置１のＯ2ストレージ能力を示している。それにより、ステップ１０８において、この放出酸素量に対応する燃料量の積算値ＴＡは、現在のＯ2ストレージ能力を示す値Ｃとして記憶され、同時に、Ｏ2ストレージ能力は回復するためにリーン空燃比での運転も可能となる。それにより、ステップ１０９において前述のフラグＦは０にリセットされ、ステップ１１１において積算値ＴＡは０にリセットされ、ステップ１１２においてフューエルカット時間ｔは０にリセットされ、ステップ１１３においてリッチ化制御を中止して通常運転を開始する。
【００２２】
こうして、フラグＦが０にリセットされると、次回のフューエルカット復帰時においては、ステップ１０６における判断が否定されてステップ１１０へ進む。ステップ１１０では、積算値ＴＡが設定値ＴＡ１に達したか否かが判断され、この判断が肯定されるまで、ステップ１０２においてリッチ化制御を実施し、ステップ１０３において今回の吸気量Ｇａに対して新たに算出された燃料量Ａを積算値ＴＡに積算する。
【００２３】
こうして、積算値ＴＡが設定値ＴＡ１に達すると、ステップ１１１において積算値ＴＡは０にリセットされ、ステップ１１２においてフューエルカット時間ｔは０にリセットされ、ステップ１１３においてリッチ化制御を中止して通常運転を開始する。このように、Ｏ2ストレージ能力Ｃが推定された直後のフューエルカット復帰時においては、フューエルカット中に三元触媒装置１へＯ2ストレージ能力によって吸収された酸素のうちで、設定値ＴＡ１の積算燃料量に対応する酸素量しか放出させない。しかしながら、三元触媒装置１のＯ2ストレージ能力は、この放出酸素量だけ回復しており、ＮＯXの浄化を犠牲にせずにリーン空燃比での運転が可能となる。こうして、フューエルカット復帰時毎に三元触媒装置１に吸収された酸素を全て放出させる場合に比較して、燃料消費の悪化を抑制することができる。次回のフューエルカット復帰時には、三元触媒装置１に吸収された酸素を全て放出させるようにしても良いが、本実施形態においては、フラグＦが１にセットされるまでは、フューエルカット復帰時においてリッチ化制御により三元触媒装置１に吸収されている酸素の一部しか放出させないようにしており、さらに燃料消費の悪化を抑制することができる。
【００２４】
ところで、フューエルカット時間ｔが短いと、Ｏ2ストレージ能力の限界値まで酸素が吸収されないことがある。それにより、この時に、吸収された酸素を全て放出させて、それに使用された燃料量をＯ2ストレージ能力とすると、推定されたＯ2ストレージ能力が不正確なものとなる。それにより、ステップ１０５において、フューエルカット時間ｔが設定時間ｔ１より短い時には、フラグＦが１に設定されてもステップ１１０へ進み、前述した燃料量の積算値ＴＡが設定値ＴＡ１となるまでしかリッチ化制御を実施せず、リーン空燃比での運転を可能にするがＯ2ストレージ能力の推定は実施しないようになっている。
【００２５】
図３は０にリセットされたフラグＦを１にセットするための第二フローチャートである。Ｏ2ストレージ能力は、内燃機関の運転時間に応じて劣化するものであるために、ステップ２０１において、吸空量Ｇａの積算値ＴＧａが設定値ＴＧａ１に達した時に、ステップ２０２においてフラグＦを１にセットし、ステップ２０３において、新たに吸気量の積算値ＴＧａを算出するために、設定値ＴＧａに達した吸気量の積算値ＴＧａは０にリセットする。
【００２６】
こうして、吸気量の積算値ＴＧａが設定値ＴＧａ１に達する毎に、フューエルカット復帰時において三元触媒装置１に吸収されている酸素を全て放出させて現在のＯ2ストレージ能力を推定すると共にリーン空燃比での運転を可能とし、それ以外のフューエルカット復帰時においては、三元触媒装置１に吸収されている酸素の一部を放出させてリーン空燃比での運転を可能としているために、これらフューエルカット復帰時のリッチ化制御による燃料消費の悪化を十分に抑制することができる。
【００２７】
また、図４は０にリセットされたフラグＦを１にセットするための第三フローチャートである。本フローチャートにおいては、基本的に機関始動毎にフラグＦが１にセットされる。それにより、ステップ３１０において機関始動時であるか否かが判断され、この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ３０２において、冷却水温ＴＨＷが、例えば６０°Ｃ以下であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、機関停止直後の再始動時であり、Ｏ2ストレージ能力の変化は殆どないために、フラグＦは１にセットされず、今回の機関運転中におけるフューエルカット復帰時のリッチ化制御では、三元触媒装置１に吸収されている酸素の全てを放出させてＯ2ストレージ能力を推定することはない。
【００２８】
また、ステップ３０２における判断が肯定される時でも、ステップ３０３において、冷却水温ＴＨＷと吸気温度ＴＨＡとの差が、例えば１０°Ｃ以下であるか否かが判断される。外気温度が低い時には、機関停止直後の再始動時において冷却水温が６０°Ｃ以下となっていることがあり、しかしながら、この時には、冷却水温ＴＨＷと吸気温度ＴＨＡとの差は１０°Ｃより大きくなっている。それにより、ステップ３０３における判断が否定される時にも、機関停止直後の再始動時であってＯ2ストレージ能力の変化は殆どないために、フラグＦは１にセットされず、今回の機関運転中におけるフューエルカット復帰時のリッチ化制御では、三元触媒装置１に吸収されている酸素の全てを放出させてＯ2ストレージ能力を推定することはない。
【００２９】
しかしながら、ステップ３０３における判断が肯定される時には、機関始動直後の再始動ではなく、ステップ３０４においてフラグＦは１にセットされ、その直後のフューエルカット復帰時においては、リッチ化制御によって三元触媒装置１に吸収されている酸素の全てを放出させてＯ2ストレージ能力を推定する。
【００３０】
こうして、第一フローチャートにおいてＯ2ストレージ能力が推定されてフラグＦが０にリセットさせた後は、第二フローチャート又は第三フローチャートによりフラグＦが１にセットされるまでは、フューエルカット中に吸収された酸素を全て放出させるために比較的多量の燃料を消費するＯ2ストレージ能力の推定は実施されず、燃料消費の悪化をさらに十分に抑制することができる。
【００３１】
前述したように、第一フローチャートにおいて、フューエルカット復帰時のリーン空燃比での運転を可能にするだけのリッチ化制御は、燃料量の積算値ＴＡが設定値ＴＡ１に達するまで実施するようになっている。この設定値ＴＡ１は固定値としても良いが、例えば、現在記憶されているＯ2ストレージ能力Ｃの１／２としても良い。それにより、このリーン空燃比での運転を可能とするリッチ化制御は、現在のＯ2ストレージ能力の限界値まで吸収されている酸素の半分を放出させることとなる。
【００３２】
その結果、リッチ化制御の中止と同時に通常運転が開始され、この通常運転がリッチ空燃比での運転を暫く継続するものであっても、リーン空燃比での運転を暫く継続するものであっても、三元触媒装置１内の雰囲気を理論空燃比近傍に維持し易くなる。
【００３３】
第一フローチャートにおけるリッチ化制御は、燃焼空燃比をリッチにするものとしたが、膨張行程又は排気行程で気筒内へ燃料を噴射して、又は、排気行程へ燃料を噴射して、三元触媒装置１へ流入する排気ガスの空燃比をリッチにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】機関排気系の一部を示す概略図である。
【図２】本発明の制御装置によって実施される第一フローチャートである。
【図３】本発明の制御装置によって実施される第二フローチャートである。
【図４】本発明の制御装置によって実施される第三フローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１    三元触媒装置
２    上流側空燃比センサ
３    下流側空燃比センサ
【図１】
2006029103.tif 000003
【図２】
2006029103.tif 000004
【図３】
2006029103.tif 000005
【図４】
2006029103.tif 000006