(57)【要約】【課題】本発明は、貴金属と酸素吸蔵材とを含む触媒層を触媒担体に積層して構成される排気浄化装置が排気通路に配置された内燃機関の制御装置において、排気浄化装置のＨＣ被毒を解消する際のドライバビリティの低下を抑制する。【解決手段】本発明は、排気浄化装置へ流入する排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比となる運転が行われた後であって、混合気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比に設定されるべき運転領域において、混合気の空燃比をリーン空燃比に設定する第一運転と、第一運転終了後に混合気の空燃比を理論空燃比近傍でリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に切り替える第２運転とを行う内燃機関の制御装置であり、第２運転が行われるときの目標吸入空気量を、同運転条件下で混合気の空燃比がリーン空燃比に設定されるときの目標吸入空気量と同量にする。【選択図】図４
2015194140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貴金属と酸素吸蔵材とを含む触媒層を触媒担体に積層して構成される排気浄化装置が排気通路に配置され、所定の運転領域で希薄燃焼運転される内燃機関の制御装置であり、
前記排気浄化装置へ流入する排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比となる運転が行われた後であって、混合気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比に設定されるべき運転領域において、混合気の空燃比をリーン空燃比に設定する第一運転と、混合気の空燃比を理論空燃比近傍でリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に切り替える第２運転と、を順次行った後に、混合気の空燃比が運転条件に適したリーン空燃比に設定される運転を行う制御手段を備え、
前記制御手段は、前記第２運転が行われるときの目標吸入空気量を、同運転条件下で混合気の空燃比がリーン空燃比に設定されるときの目標吸入空気量と同量に設定することを特徴とする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し、特に、排気通路に配置された排気浄化装置のＨＣ被毒を解消する処理を行う内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に三元触媒を含む排気浄化装置を配置する構成が知られている。三元触媒としては、貴金属（白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）など）と酸素吸蔵材（セリウム（Ｃｅ）やジルコニウム（Ｚｒ）など）を主成分とするものが知られている。このような三元触媒は、炭化水素（ＨＣ）等の未燃燃料成分を多量に含むリッチ雰囲気の排気に曝されたときに、貴金属の表面がＨＣにより被覆されるＨＣ被毒が起こり、貴金属の活性が低下する。
【０００３】
このような問題に対し、三元触媒がＨＣ被毒していると判定されたときに、三元触媒へ流入する排気の空燃比を理論空燃比より高いリーン空燃比にすることにより、三元触媒の貴金属を覆っているＨＣを酸化させる方法が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０４６４９４号公報
【特許文献２】特開２００９−０２４５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、三元触媒としては、貴金属と酸素吸蔵材とを含む触媒層を触媒担体に積層させたものが提案されている。このような三元触媒においては、前述した従来技術のような方法によりＨＣ被毒の解消が図られると、上層の触媒層のＨＣ被毒を解消することはできるものの、下層の触媒層のＨＣ被毒を解消することができない可能性がある。
【０００６】
これに対し、三元触媒へ流入する排気の空燃比をリーン空燃比に維持する時間を長くする方法が考えられる。しかしながら、ＨＣ被毒が発生しているときは、貴金属の活性が低下し、排気中のＨＣや一酸化炭素（ＣＯ）が十分に酸化されなくなる。よって、ＨＣ被毒を早期に解消させる必要がある。
【０００７】
そこで、上層の触媒層のＨＣ被毒が解消された後に混合気の空燃比を理論空燃比近傍においてリッチとリーンとに交互に切り替えることにより、下層の触媒層のＨＣ被毒を速やかに解消させる方法が考えられる。ただし、混合気の空燃比をリーンから理論空燃比近傍へ切り替えるとき、及び理論空燃比近傍からリーンへ切り替えるときに吸入空気量が変更されると、吸気の輸送遅れ等によって、吸入空気量が速やかに所望の吸入空気量とならない可能性がある。特に、混合気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比へ変更する際に、吸入空気量が所望の吸入空気量より少なくなると、内燃機関のトルクが要求トルクを下回るため、ドライバビリティが低下する可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、貴金属と酸素吸蔵材とを含む触媒層を触媒担体に積層して構成される排気浄化装置が排気通路に配置され、所定の運転領域で希薄燃焼運転される内燃機関の制御装置において、排気浄化装置のＨＣ被毒を解消する際のドライバビリティの低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、貴金属と酸素吸蔵材とを含む触媒層を触媒担体に積層して構成される排気浄化装置が排気通路に配置され、所定の運転領域で希薄燃焼運転される内燃機関の制御装置であり、
前記排気浄化装置へ流入する排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比となる運転が行われた後であって、混合気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比に設定されるべき運転領域において、混合気の空燃比をリーン空燃比に設定する第一運転と、混合気の空燃比を理論空燃比近傍でリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に切り替える第２運転と、を順次行った後に、混合気の空燃比が運転条件に適したリーン空燃比に設定される運転を行う制御手段を備え、
前記制御手段は、前記第２運転が行われるときの目標吸入空気量を、同運転条件下で混合気の空燃比がリーン空燃比に設定されるときの目標吸入空気量と同量に設定するようにした。
【００１０】
リッチ空燃比の排気が排気浄化装置へ流入すると、排気中に含まれるＨＣが貴金属の表面を覆うＨＣ被毒が発生する可能性がある。その後、混合気の空燃比がリーン空燃比に設定されることにより、排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比になると、排気中に含まれる酸素（Ｏ２）により貴金属表面のＨＣが酸化され、ＨＣ被毒が解消される。
【００１１】
ただし、貴金属と酸素吸蔵材とを含む触媒層が触媒担体に積層される排気浄化装置においては、下層の貴金属のＨＣ被毒が解消されるまでに時間がかかる。これに対し、本願発明者は、上層の貴金属のＨＣ被毒が解消された後は、排気浄化装置へ流入する排気の空燃比をリーン空燃比に維持する場合に比べ、排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を理論空燃比近傍においてリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に切り替える場合の方が下層の貴金属のＨＣ被毒が短時間で解消されることを見出した。ここでいう「交互に切り替える」とは、等間隔で切り替える場合に加え、不等間隔で切り替えられる場合も含む。
【００１２】
なお、第二運転における一回あたりのリーン空燃比期間及びリッチ空燃比期間は、第一運転におけるリーン空燃比期間よりも短いものとする。第二運転におけるリッチ空燃比は、第一運転が実施される前のリッチ空燃比と同等又はそれより高い空燃比であってもよい。第二運転におけるリーン空燃比は、第一運転におけるリーン空燃比又は内燃機関の運転条件に適したリーン空燃比と同等、或いはそれらより低い空燃比であってもよい。
【００１３】
排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を理論空燃比近傍においてリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に切り替えるための方法としては、排気浄化装置へ実際に流入する排気の空燃比が理論空燃比となるように、混合気の空燃比（燃料噴射量）をフィードバック制御（以下、「空燃比フィードバック制御」と称する）する方法を用いることができる。
【００１４】
ところで、上記したような方法を採用する場合は、先ず混合気の空燃比がリーン空燃比に設定される運転（第一運転）を実施し、続いて上層の金属のＨＣ被毒が解消したと推定されたときに混合気の空燃比が理論空燃比近傍においてリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に切り替えられる運転（第二運転）を実施し、さらに下層の貴金属のＨＣ被毒が解消したと推定されたときに混合気の空燃比を内燃機関の運転条件に適したリーン空燃比に設定する必要がある。
【００１５】
ここで、上記したような手順で混合気の空燃比を変更するにあたり、吸入空気量が変更されると、混合気の空燃比をリーン空燃比から理論空燃比近傍の空燃比に切り替えるとき
、及び、混合気の空燃比を理論空燃比近傍の空燃比から運転条件に適したリーン空燃比に切り替えるときにおいて、実際の吸入空気量（以下、「実吸入空気量」と称する）が即座に目標吸入空気量とならない可能性がある。特に、混合気の空燃比を理論空燃比近傍の空燃比から運転条件に適したリーン空燃比に切り替えるときは、実吸入空気量が目標吸入空気量まで即座に増加せず、内燃機関の発生するトルクが要求トルクより小さくなる可能性がある。
【００１６】
これに対し、本発明の内燃機関の制御装置によれば、第二運転が行われるときの目標吸入空気量は、同運転条件下で混合気の空燃比がリーン空燃比に設定される場合の目標吸入空気量と同量に設定される。そのため、第一運転から第二運転へ移行するとき、及び、第二運転から通常運転（混合気の空燃比が運転条件に適したリーン空燃比に設定される運転）に移行するときに、吸入空気量を大幅に変更する必要がなくなる。
【００１７】
その結果、第一運転から第二運転へ移行するとき、及び、第二運転から通常運転に移行するときに、実吸入空気量が目標吸入空気量から大幅に乖離することが抑制される。特に、第二運転から通常運転へ移行するときに、実吸入空気量が目標吸入空気量に対して大幅に少なくなることが抑制される。よって、内燃機関のトルクが要求トルクに対して大幅に小さくなることが抑制され、ドライバビリティの低下も抑制される。
【００１８】
なお、第二運転が行われるときの目標吸入空気量が同運転条件下で混合気の空燃比がリーン空燃比に設定される場合の目標吸入空気量と同量に設定された場合は、同運転条件下で混合気の空燃比がリーン空燃比に設定される場合に比べ、燃料噴射量が多くなる可能性がある。そのような場合は、内燃機関のトルクが要求トルクより大きくなる可能性がある。これに対し、内燃機関のトルクが要求トルクを上回る場合は、点火時期を遅角させることにより、内燃機関のトルクを減少させればよい。
【００１９】
また、第一運転により下層の貴金属のＨＣ被毒が部分的に回復されたり、第二運転により上層触媒層のＨＣ被毒が部分的に回復されたりする可能性もあるため、第一運転から第二運転に切り換える時期は、上層の貴金属のＨＣ被毒の回復が完了した時点に限らず、その前後にずれていてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、貴金属と酸素吸蔵材とを含む触媒層を触媒担体に積層して構成される排気浄化装置が排気通路に配置され、所定の運転領域で希薄燃焼運転される内燃機関の制御装置において、排気浄化装置のＨＣ被毒を解消する際のドライバビリティの低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】三元触媒の触媒層の構成を示す図である。
【図３】吸入空気量を調整することで混合気の空燃比を変更する場合において、混合気の空燃比と吸入空気量と内燃機関のトルクとの経時変化を示す図である。
【図４】第二運転が行われるときの目標吸入空気量を基準吸入空気量に設定した場合において、混合気の空燃比と吸入空気量と内燃機関のトルクとの経時変化を示す図である。
【図５】ＨＣ被毒解消処理における吸入空気量を調整するための処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第二運転が行われるときの目標吸入空気量を第二運転開始時の実吸入空気量と同量に設定した場合において、混合気の空燃比と吸入空気量と内燃機関のトルクとの経時変化を示す図である。
【図７】内燃機関の運転領域を示す図である。
【図８】ＨＣ被毒解消処理の途中でＮＨ３を生成する場合において、混合気の空燃比と吸入空気量と内燃機関のトルクとの経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２３】
図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を有する火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。
【００２４】
内燃機関１のシリンダヘッド１１には、吸気管３１及び排気管４１が接続されている。シリンダヘッド１１には、吸気管３１から気筒２内に通じる吸気ポート３２、及び、排気管４１から気筒２内に通じる排気ポート４２が形成されている。吸気ポート３２の気筒２側の端部には、吸気弁５が備わる。また、排気ポート４２の気筒２側の端部には、排気弁６が備わる。内燃機関１のクランクシャフト１３にコネクティングロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復する。
【００２５】
吸気管３１には、該吸気管３１を流れる吸気の量を調節するスロットル弁１６が備えられている。このスロットル弁１６よりも上流の吸気管３１には、該吸気管３１内を流れる空気の量（質量）に応じた信号を出力するエアフローメータ９０が取り付けられている。
【００２６】
排気管４１の途中には、上流側から順に、三元触媒７、吸蔵還元型ＮＯＸ触媒８（以下、「ＮＳＲ触媒８」と称する）、選択還元型ＮＯＸ触媒９（以下、「ＳＣＲ触媒９」と称する）が備えられている。
【００２７】
三元触媒７は、触媒雰囲気が理論空燃比のときに排気中の窒素酸化物（ＮＯＸ）、ＨＣ及びＣＯを浄化する。また、三元触媒７は、酸素吸蔵能を有している。すなわち、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに過剰分の酸素を吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに不足分の酸素を放出する。このような酸素吸蔵能の作用により、三元触媒７へ流入する排気の空燃比が理論空燃比から逸脱した場合であっても、三元触媒７が排気中のＨＣ、ＣＯ、及びＮＯＸを浄化可能となる。
【００２８】
三元触媒７は、図２に示すように、触媒担体７０の表面に二層の触媒層７１、７２が設けられている。以下では、触媒担体７０の表面に設けられた触媒層７２を下層触媒層７２と称し、下層触媒層７２の表面に設けられた触媒層７１を上層触媒層７１と称する。それら上層触媒層７１と下層触媒層７２は、貴金属（白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等）と酸素吸蔵材（セリウム（Ｃｅ）やジルコニウム（Ｚｒ）等）を含む。なお、本実施例においては、三元触媒７は、貴金属と酸素吸蔵材とを含む触媒層が二層に積層されているが、三層以上に積層されてもよい。三元触媒７は、本発明に係わる排気浄化装置に相当する。
【００２９】
ＮＳＲ触媒８は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯＸを吸蔵（又は吸着）し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵（又は吸着）していたＮＯＸを還元する。ＮＳＲ触媒８に供給する還元剤としては、内燃機関１から排出される未燃燃料成分（ＨＣやＣＯ）を利用することができる。
【００３０】
ＳＣＲ触媒９は、還元剤を含む排気が流入したときに還元剤を吸着する。そして、ＳＣＲ触媒９は、ＮＯＸを含む排気が流入したときに、吸着していた還元剤によりＮＯＸを還
元させる。ＳＣＲ触媒９へ供給される還元剤としては、ＮＳＲ触媒８で生成されるＮＨ３を利用することができる。すなわち、ＮＯＸを含む排気がＮＳＲ触媒８へ流入したときに、排気中のＮＯＸがＨＣ又はＨ２と反応してＮＨ３を生成する。このように生成されたＮＨ３がＳＣＲ触媒９へ流入すると、該ＮＨ３が還元剤としてＳＣＲ触媒９に吸着される。
【００３１】
三元触媒７よりも上流の排気管４１には、排気の空燃比を測定する第一空燃比センサ９１と、排気中のＮＯＸ量（又はＮＯＸ濃度）を測定する第一ＮＯＸセンサ９２とが取り付けられている。また、三元触媒７よりも下流で且つＮＳＲ触媒８よりも上流の排気管４１には、排気の空燃比を測定する第二空燃比センサ９３と、排気中のＮＯＸを測定する第二ＮＯＸセンサ９４とが取り付けられている。
【００３２】
スロットル弁１６よりも下流の吸気管３１には、燃料を吸気管３１又は吸気ポート３２へ向けて噴射する通路内噴射弁８１が取り付けられている。また、内燃機関１には、気筒２内へ燃料を噴射する筒内噴射弁８２が取り付けられている。さらに、内燃機関１は、気筒２内に電気火花を発生させる点火プラグ８３を備えている。なお、内燃機関１は、通路内噴射弁８１又は筒内噴射弁８２の何れか一方のみを備えていてもよい。
【００３３】
内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御装置であるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する。
【００３４】
ＥＣＵ１０は、上記した各種センサに加え、アクセル開度センサ９６やクランクポジションセンサ９７等と電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ９６からアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ９７から内燃機関１のクランクシャフト１３の回転角に応じた信号を受け取り、機関回転速度を算出する。
【００３５】
ＥＣＵ１０には、通路内噴射弁８１、筒内噴射弁８２、点火プラグ８３等の各種機器が電気的に接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。
【００３６】
たとえば、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ９０により測定される吸入空気量に応じた燃料が気筒２内へ供給されるように、通路内噴射弁８１及び筒内噴射弁８２を制御する。このときに設定される目標空燃比は、内燃機関１の運転条件に応じて設定される。
【００３７】
なお、本実施例に係る内燃機関１は、混合気の空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比に設定される希薄燃焼運転が為される。ただし、高負荷運転領域においては、混合気の空燃比が理論空燃比近傍の空燃比に設定される。また、ＮＨ３の生成やＮＯＸの還元を目的として、混合気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比に設定される場合もある。
【００３８】
ＥＣＵ１０は、吸入空気量又は燃料噴射量を調整することにより、混合気の空燃比を調整する。吸入空気量は、たとえば、スロットル弁１６の開度を変更することにより調整可能である。なお、内燃機関１が可変動弁機構を備えている場合は、ＥＣＵ１０は、吸気弁５又は排気弁６の開弁特性を変更することにより吸入空気量を調整してもよい。
【００３９】
また、ＮＳＲ触媒８においてＮＨ３を生成させる場合等は、ＥＣＵ１０は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリッチ空燃比となるように、吸入空気量又は燃料噴射量を調整する。詳細には、ＥＣＵ１０は、気筒２内で燃焼に供される混合気の空燃比がリッチ空燃比となるように吸入空気量又は燃料噴射量を調整してもよく、或いは気筒２内におけ
る混合気の燃焼後に筒内噴射弁８２からポスト噴射を行わせることにより、排気の空燃比をリッチ空燃比にしてもよい。
【００４０】
リッチ空燃比の排気が三元触媒７へ流入すると、三元触媒７から酸素が放出される。三元触媒７から酸素が放出されている間は、該三元触媒７が排気中のＨＣやＣＯを浄化することができる。しかしながら、リッチ空燃比の排気が三元触媒７へ流入し続けると、三元触媒７に吸蔵されていた酸素がすべて消費され、三元触媒７がＨＣやＣＯを十分に酸化することができなくなる。その結果、上層触媒層７１や下層触媒層７２の貴金属がＨＣによって覆われるＨＣ被毒が発生する。
【００４１】
三元触媒７のＨＣ被毒が発生した場合は、貴金属の活性が低下し、排気中のＨＣやＣＯが十分に浄化されなくなる。そのため、三元触媒７のＨＣ被毒は早期に解消することが望ましい。三元触媒７のＨＣ被毒を解消する方法としては、該三元触媒７へ酸素過剰な雰囲気の排気（リーン空燃比の排気）を供給することにより、排気中のＯ２によって貴金属表面のＨＣを酸化させる方法が考えられる。
【００４２】
ところで、貴金属と酸素吸蔵材を含む触媒層７１、７２が積層された三元触媒７においては、上層触媒層７１のＨＣ被毒の解消及び酸素の吸蔵が行われた後であって、下層触媒層７２に酸素が吸蔵された後に、下層触媒層７２の貴金属を覆っているＨＣが酸素と反応すると考えられる。
【００４３】
すなわち、三元触媒７へ流入する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ切り替えられた場合に、先ず上層触媒層７１のＨＣ被毒が解消され、その後に、下層触媒層７２のＨＣ被毒が解消されると考えられる。そして、上層触媒層７１のＨＣ被毒の解消に要する時間に対して、下層触媒層７２の解消に要する時間は長くなる傾向がある。
【００４４】
よって、上層触媒層７１及び下層触媒層７２のＨＣ被毒を解消するためには、三元触媒７へ流入する排気の空燃比を比較的長い時間に亘ってリーン空燃比に維持する必要がある。しかしながら、下層触媒層７２のＨＣ被毒が解消されるまでは、三元触媒７の酸化能力が低くなるため、排気中のＨＣやＣＯを十分に酸化することができず、排気エミッションの悪化を招く可能性がある。
【００４５】
これに対し、三元触媒７へ流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となる運転が終了したときに、先ず混合気の空燃比がリーン空燃比に設定される第一運転を行うことで上層触媒層７１のＨＣ被毒を解消させ、次いで混合気の空燃比が理論空燃比近傍においてリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に切り替えられる第二運転を行うことで下層触媒層７２のＨＣを解消させ、さらに第二運転の終了後に混合気の空燃比を運転条件に適したリーン空燃比に切り替える方法が考えられる。
【００４６】
本願発明者の知見によれば、上層触媒層７１のＨＣ被毒が解消された後は、三元触媒７へ流入する排気の空燃比をリーン空燃比に維持する場合に比べ、三元触媒７へ流入する排気の空燃比を理論空燃比近傍においてリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に切り替える場合の方が下層触媒層７２のＨＣ被毒が早期に解消される。
【００４７】
よって、三元触媒７へ流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となる運転が終了したときは、前記第一運転と前記第二運転を順次実施した後に、通常運転（混合気の空燃比が運転条件に適したリーン空燃比に設定される運転）へ移行することが望ましい。
【００４８】
第二運転を実施する方法としては、三元触媒７へ流入する排気の空燃比（第一空燃比センサ９１の測定値）が理論空燃比に近似するように、混合気の空燃比（燃料噴射量）をフ
ィードバック制御（空燃比フィードバック制御）する方法を用いることができる。
【００４９】
空燃比フィードバック制御においては、第一空燃比センサ９１の測定値がリッチ空燃比であるときは、燃料噴射量を減量補正することにより混合気の空燃比が高められ、第一空燃比センサ９１の測定値がリーン空燃比であるときは、燃料噴射量を増量補正することにより混合気の空燃比が低められる。このような手順によって空燃比フィードバック制御が実施されると、三元触媒７に流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍においてリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替わるため、下層触媒層７２のＨＣ被毒を早期に解消することができる。
【００５０】
ところで、第一運転から第二運転へ移行するとき、及び第二運転から通常運転へ移行するときに、吸入空気量を調整して混合気の空燃比が切り替えられると、吸気の輸送遅れ等によって吸入空気量が速やかに目標吸入空気量と等しくならない可能性がある。たとえば、スロットル弁１６の開度を変更することによって吸入空気量を調整する場合においては、スロットル弁１６の応答遅れや吸気の輸送遅れ等によって吸入空気量が即座に目標吸入空気量と等しくならない。また、吸気弁５の開弁特性を変更する機構（可変動弁機構）を利用して吸入空気量を調整する場合においては、可変動弁機構の応答遅れによって吸入空気量が即座に目標吸入空気量と等しくならない。
【００５１】
ここで、吸入空気量を調整することで混合気の空燃比を変更する場合において、混合気の空燃比と吸入空気量と内燃機関１のトルクとの経時変化を図３に示す。図３において、排気の空燃比がリッチ空燃比となる運転が終了したとき（図３中のｔ１）に、第一運転を実施すべく混合気の空燃比がリーン空燃比に変更され（図３中（ａ））、それに伴って目標吸入空気量（図３中（ｂ）の実線）が増量されると、実吸入空気量（図３中（ｂ）の一点鎖線）は、即座に目標吸入空気量まで増加せず、徐々に増加する。そのため、実際のトルク（図３中（ｃ）の一点鎖線）は、要求トルク（図３中（ｃ）の実線）へ向かって徐々に増加する。
【００５２】
また、第一運転が終了されたとき（図３中のｔ２）に、第二運転を実施すべく混合気の空燃比が理論空燃比近傍の空燃比に変更され（図３中（ａ））、それに伴って目標吸入空気量（図３中（ｂ）の実線）が減量されると、実吸入空気量（図３中（ｂ）の一点鎖線）が応答遅れを伴って目標吸入空気量と等しくなる。そのため、実際のトルク（図３中（ｃ）の一点鎖線）は、図３中のｔ２より後に要求トルク（図３中（ｃ）の実線）に到達する。
【００５３】
そして、第二運転が終了されたとき（図３中のｔ３）に、第二運転から通常運転へ切り替えるべく、混合気の空燃比が運転条件に適したリーン空燃比に変更され（図３中（ａ））、それに伴って目標吸入空気量（図３中（ｂ）の実線）が増加されると、実吸入空気量（図３中（ｂ）の一点鎖線）は、即座に目標吸入空気量まで増加せず、徐々に増加する。そのため、実際のトルク（図３中（ｃ）の一点鎖線）は、要求トルク（図３中（ｃ）の実線）より小さくなる。その後、実吸入空気量が目標吸入空気量と等しくなったとき（図３中のｔ４）に、実際のトルクが要求トルクと等しくなる。
【００５４】
前述したような過程において、第一運転が開始されたときは、要求トルクの増加に対して、実際のトルクが応答遅れを伴いつつも増加傾向を示すため、運転者が違和感を覚えにくいと言える。これに対し、図３中のｔ３からｔ４までの期間においては、要求トルクが変化していないにもかかわらず、実際のトルクが低下する可能性があるため、運転者が違和感を覚えやすく、ドライバビリティの低下を招く可能性がある。
【００５５】
そこで、本実施例においては、第二運転が行われるときの目標吸入空気量を、同運転条
件下で混合気の空燃比がリーン空燃比（運転条件に適した空燃比）に設定される場合の目標吸入空気量（以下、「基準吸入空気量」と称する）と同量に設定する。その場合、図４に示すように、第二運転から通常運転へ移行したとき（図４中のｔ３）に、実吸入空気量が目標吸入空気量と略同等になるため、実際のトルクが要求トルクから乖離しなくなる。
【００５６】
なお、図４においては、第二運転時の基準吸入空気量と通常運転時の目標吸入空気量とが同等になる場合を例示しているが、第二運転時の基準吸入空気量と通常運転時の目標吸入空気量とが相違する場合であっても、同様の効果を得ることができる。すなわち、第二運転時の基準吸入空気量と通常運転時の目標吸入空気との差は、第二運転時の理論空燃比に適した目標吸入空気量と通常運転時の目標吸入空気量との差に比して、十分に小さくなる。
【００５７】
よって、第二運転時の基準吸入空気量と通常運転時の目標吸入空気量とが相違する場合であっても、第二運転から通常運転へ移行する際の吸入空気量の変化量を少なく抑えることができる。その結果、第二運転から通常運転へ移行するときに、実吸入空気量が目標吸入空気量から大幅に乖離することが抑制され、それに伴って実際のトルクが要求トルクから大幅に乖離することも抑制される。
【００５８】
ところで、第二運転時の目標吸入空気量が基準吸入空気量に設定された状態において、混合気の空燃比が理論空燃比に設定されると、内燃機関のトルクが要求トルクより大きくなる可能性もある（図４中の斜線部分）。これに対し、ＥＣＵ１０は、第二運転時の実吸入空気量（エアフローメータ９０の測定値）と燃料噴射量とをパラメータとして内燃機関１のトルクを演算し、その演算値が要求トルクを上回るときは点火時期を遅角させるものとする。このような方法によれば、第二運転時における実際のトルクが要求トルクを上回ることも抑制される。
【００５９】
したがって、三元触媒７のＨＣ被毒を解消する場合に、ドライバビリティの低下を抑制しつつ、速やかにＨＣ被毒を解消することが可能になる。
【００６０】
以下、本実施例において三元触媒７のＨＣ被毒を解消する際の目標吸入空気量の設定手順について図５に沿って説明する。図５は、前述したような三元触媒７のＨＣ被毒を解消させる処理（第一運転と第二運転を順次実施する処理）が実行されたときに、ＥＣＵ１０によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、ＨＣ被毒解消処理における吸入空気量を調整するためのルーチンである。
【００６１】
図５の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１の処理においてＨＣ被毒を解消する処理が実行されているか否かを判別する。ここで、ＨＣ被毒を解消する処理は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリッチ空燃比に設定される運転からリーン空燃比に設定される運転へ移行する度に実施されてもよく、三元触媒７のＨＣ被毒量が閾値を超えた状態において、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリッチ空燃比に設定される運転からリーン空燃比に設定される運転へ移行するときに実施されてもよい。
【００６２】
三元触媒７のＨＣ被毒量は、上層触媒層７１と下層触媒層７２との各々に対応した被毒カウンタを用いて求めることができる。被毒カウンタは、上層触媒層７１の貴金属及び下層触媒層７２の貴金属のＨＣ被毒量を示す。
【００６３】
被毒カウンタは、第一空燃比センサ９１の測定値（三元触媒７へ流入する排気の空燃比）と、三元触媒７の温度と、エアフローメータ９０の測定値（吸入空気量）と、を用いて演算される。たとえば、単位時間あたりに上層触媒層７１の貴金属及び下層触媒層７２の貴金属に付着するＨＣの量は、第一空燃比センサ９１の測定値が低くなるほど（リッチに
なるほど）、多くなる。また、単位時間あたりに上層触媒層７１の貴金属及び下層触媒層７２の貴金属に付着するＨＣの量は、三元触媒７の温度が所定の温度より低いときは三元触媒７の温度が高くなるほど増加し、三元触媒７の温度が所定の温度以上であるときは三元触媒７の温度が高くなるほど減少する。さらに、単位時間あたりに上層触媒層７１の貴金属及び下層触媒層７２の貴金属に付着するＨＣの量は、エアフローメータ９０の測定値が大きくなるほど増加する。よって、第一空燃比センサ９１の測定値、エアフローメータ９０の測定値、及び三元触媒７の温度をパラメータとして、上層触媒層７１の貴金属及び下層触媒層７２の貴金属に単位時間あたりに付着するＨＣの量を演算し、その演算値を積算することによって上層触媒層７１の貴金属及び下層触媒層７２の貴金属のＨＣ被毒量を演算することができる。そして、上層触媒層７１のＨＣ被毒カウンタ及び下層触媒層７２の被毒カウンタが各々閾値を超えているときに、ＨＣ被毒を解消する処理が実行されればよい。
【００６４】
なお、上層触媒層７１の貴金属及び下層触媒層７２の貴金属のＨＣ被毒量は、上層触媒層７１の酸素吸蔵量（酸素吸蔵材に吸蔵されているＯ２の量）、及び下層触媒層７２の酸素吸蔵量によって変化する。たとえば、上層触媒層７１の酸素吸蔵量及び下層触媒層７２の酸素吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、上層触媒層７１の貴金属及び下層触媒層７２の貴金属に単位時間あたりに付着するＨＣの量が少なくなる。よって、上層触媒層７１の酸素吸蔵量及び下層触媒層７２の酸素吸蔵量に応じて、単位時間あたりに上層触媒層７１の貴金属及び下層触媒層７２の貴金属に付着するＨＣの量が補正されてもよい。
【００６５】
ここで図５の処理ルーチンに戻り、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、本処理ルーチンの実行を終了する。その場合、内燃機関１の吸入空気量は、運転条件に適した量に調整される。一方、Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０２の処理へ進む。
【００６６】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ１０は、上層触媒層７１のＨＣ被毒が解消されたか否かを判別する。その際、ＥＣＵ１０は、第一運転の実施時間が所定時間以上になったときに、上層触媒層７１のＨＣ被毒が解消されたと判定してもよい。また、ＥＣＵ１０は、上層触媒層７１の貴金属から除去されたＨＣの量（以下、「ＨＣ除去量」と称する）を求め、上層触媒層７１のＨＣ被毒カウンタとＨＣ除去量との差が許容値以下となったときに、上層触媒層７１のＨＣ被毒が解消されたと判定してもよい。
【００６７】
ＨＣ除去量は、第一空燃比センサ９１の測定値と、三元触媒７の温度と、エアフローメータ９０の測定値と、をパラメータとして求めることができる。たとえば、単位時間あたりのＨＣ除去量は、第一空燃比センサ９１の測定値が高くなるほど（リーンになるほど）増加する。また、単位時間あたりのＨＣ除去量は、三元触媒７の温度が高くなるほど増加する。さらに、単位時間あたりのＨＣ除去量は、エアフローメータ９０の測定値が多くなるほど増加する。よって、第一空燃比センサ９１の測定値、エアフローメータ９０の測定値、及び三元触媒７の温度をパラメータとして、単位時間あたりのＨＣ除去量を演算し、ＨＣ被毒量からＨＣ除去量を減算した値が許容値以下であれば、上層触媒層７１のＨＣ被毒が解消されたと判定してもよい。
【００６８】
なお、ＨＣ除去量は、上層触媒層７１の酸素吸蔵量によって変化する。たとえば、上層触媒層７１の酸素吸蔵量が多いときは少ないときに比べ、単位時間あたりの上層触媒層７１から除去されるＨＣの量が多くなる。よって、上層触媒層７１の酸素吸蔵量に応じて、単位時間あたりに上層触媒層７１から除去されるＨＣの量が補正されてもよい。
【００６９】
前記Ｓ１０２において肯定判定された場合、すなわち、上層触媒層７１のＨＣ被毒が解消されて第二運転が実施されている場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３の処理へ進む。Ｓ１
０３の処理では、ＥＣＵ１０は、基準吸入空気量を演算する。前述したように、基準吸入空気量は、混合気の空燃比が運転条件に適した目標空燃比（リーン空燃比）に設定されたと仮定した場合に、内燃機関１のトルクが要求トルクと等しくなるために必要な吸入空気量である。そこで、ＥＣＵ１０は、先ず機関負荷と機関回転速度とをパラメータとして、運転条件に適した目標空燃比を求め、続いて目標空燃比と要求トルクとをパラメータとして、基準吸入空気量を演算する。なお、機関負荷と機関回転速度と目標空燃比との関係は、予めマップ化されていてもよい。同様に、目標空燃比と要求トルクと基準空燃比との関係も、予めマップ化されていてもよい。
【００７０】
ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０３の処理を実行した後にＳ１０４の処理へ進み、前記Ｓ１０３で求められた基準吸入空気量を第二運転時の目標吸入空気量に設定する。
【００７１】
また、前記Ｓ１０２の処理において否定判定された場合、すなわち、上層触媒層７１のＨＣ被毒が未だ解消せずに第一運転が実施されている場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５の処理へ進む。Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ１０は、第一運転における目標空燃比を取得する。第一運転の目標空燃比は、運転条件に適したリーン空燃比であってもよく、或いは燃焼安定性が損なわれない限りにおいて、運転条件に適したリーン空燃比より高い空燃比であってもよい。
【００７２】
Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０５の処理で求められた目標空燃比と、要求トルクと、をパラメータとして、第一運転時の目標吸入空気量を演算する。
【００７３】
上記した図５の処理ルーチンに従って、ＨＣ被毒解消処理が行われる際の吸入空気量が調整されると、第二運転から通常運転へ移行するときに、実吸入空気量が目標吸入空気量から大幅に乖離することが抑制される。その結果、第二運転から通常運転へ移行するときに、内燃機関１のトルクが要求トルクに対して大幅に小さくなることも抑制される。よって、本実施例の内燃機関の制御装置によれば、ドライバビリティの低下を抑制しつつ、三元触媒７のＨＣ被毒を速やかに解消することが可能になる。なお、ＥＣＵ１０が図５の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる制御手段が実現される。
【００７４】
本実施例では、第二運転時の目標吸入空気量が基準吸入空気量に設定される例について述べたが、図６に示すように、第二運転時の目標吸入空気量が第二運転開始時（図６中のｔ２）における実吸入空気量と同量に設定されてもよい。このような方法によれば、前述した図３で述べた方法に比べ、第二運転から通常運転へ移行するときの実吸入空気量と目標吸入空気量との差を小さく抑えることができる。
【００７５】
なお、内燃機関１の吸気管３１に過給器が設けられる構成においては、図７に示すように、過給効果が高い運転領域（図７中の「リーン過給領域」）では前述の図４に示した方法により第二運転時の目標吸入空気量を設定し、過給効果が低い運転領域（図７中の「リーンＮＡ領域」）では前述の図６で述べた方法により第二運転時の目標吸入空気量を設定してもよい。
【００７６】
リーン過給領域では、吸気の輸送遅れに加え、過給器の応答遅れが発生する。そのため、内燃機関１の運転状態がリーン過給領域に属する場合はリーンＮＡ領域に属する場合に比べ、吸入空気量の変化速度が遅くなり易い。これに対し、内燃機関１の運転状態がリーン過給領域に属する場合に、第二運転時の目標吸入空気量が基準吸入空気量と同量に設定されると、第二運転から通常運転へ移行する際の吸入空気量の不足を最小限に抑えることができる。一方、内燃機関１の運転状態がリーンＮＡ領域に属する場合に、第二運転時の目標吸入空気量が第二運転開始時の実吸入空気量と同量に設定されると、第二運転における内燃機関１のトルクが要求トルクを上回り難くなり、若しくは内燃機関１のトルクが要
求トルクを上回る程度が小さくなる。そのため、第二運転における点火時期の遅角量を小さく抑えることができ、点火時期の遅角に起因した排気浄化装置（三元触媒７、ＮＳＲ触媒８、ＳＣＲ触媒９）の不要な昇温を抑制することができる。
【００７７】
また、ＨＣ被毒解消処理中にＳＣＲ触媒９へ供給するためのＮＨ３を生成する必要がある場合は、図８に示すように、第二運転時の要求トルクが低下していても（図８中（ｃ）の実線）、第二運転時の目標吸入空気量を、第二運転開始時（図８中のｔ２）における実際の吸入空気量（図８中（ｂ）の一点鎖線）と同量に設定することが望ましい。その場合は、排気の流量を多くすることができるため、ＮＨ３を短時間で生成することができる。
【００７８】
ところで、本実施例では、三元触媒７のＨＣ被毒を解消するにあたり、排気の空燃比がリッチ空燃比に設定される運転が終了した後に、第一運転と第二運転とが順次実施される例について述べたが、第一運転が実施されずに第二運転のみが実施されてもよい。その場合においても、第二運転時の目標吸入空気量が基準吸入空気量と同量に設定されれば、第二運転から通常運転へ移行する際のドライバビリティの低下を抑制することができる。
【００７９】
また、内燃機関１が可変動弁機構を備える構成においては、第二運転時の吸気弁５及び排気弁６の開弁特性が理論空燃比の混合気の燃焼に適した開弁特性に設定されると、第二運転から通常運転へ移行するときに可変動弁機構の応答遅れが生じ、通常運転時における吸気弁５及び排気弁６の開弁特性がリーン空燃比の混合気に適した開弁特性とならない可能性がある。そのような場合は、混合気の燃焼安定性が損なわれ、ドライバビリティが悪化する可能性がある。そこで、第二運転時の吸気弁５及び排気弁６の開弁特性は、混合気の空燃比が運転条件に適したリーン空燃比に設定されたと仮定した場合の開弁特性にすることが望ましい。その場合、第二運転から通常運転へ移行したときに、可変動弁機構の応答遅れに起因したドライバビリティの低下が抑制される。
【符号の説明】
【００８０】
１   内燃機関
２   気筒
５   吸気弁
６   排気弁
７   三元触媒
８   ＮＳＲ触媒
９   ＳＣＲ触媒
１０ ＥＣＵ
１６ スロットル弁
３１ 吸気管
４１ 排気管
７０ 触媒担体
７１ 上層触媒層
７２ 下層触媒層
８１ 通路内噴射弁
８２ 筒内噴射弁
８３ 点火プラグ
９０ エアフローメータ
９１ 第一空燃比センサ
【図１】
2015194140.tif 000003
【図２】
2015194140.tif 000004
【図３】
2015194140.tif 000005
【図４】
2015194140.tif 000006
【図５】
2015194140.tif 000007
【図６】
2015194140.tif 000008
【図７】
2015194140.tif 000009
【図８】
2015194140.tif 000010