(57)【要約】【課題】ＮＯｘ抑制効果を低下させることなくＮＨ３等の腐食性物質の発生量を有効に低減させることのできる安価な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】排気空燃比が特定空燃比であるとき排気を浄化する触媒ユニットとその下流側の排気の一部を吸気側に還流させることができる排気還流通路とを備えた内燃機関に装備され、排気空燃比を特定空燃比に制御するとともに排気中の腐食性物質の発生量を抑制する内燃機関の制御装置であって、触媒ユニットの温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３より高温側であるか低温側であるかによって触媒ユニットでの腐食性物質の発生量が相違する場合に、触媒ユニットの温度ＴＣＮが、腐食性物質の発生量が大きくなる低温側にあるとき（ステップＳ１２でＹＥＳの場合）、排気空燃比を特定空燃比より希薄燃焼側の値に制御する（ステップＳ１３）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気空燃比が特定空燃比であるとき排気を浄化する触媒ユニットと該触媒ユニットの下流側の排気の一部を吸気側に還流させることができる排気還流通路とを備えた内燃機関に装備され、前記排気空燃比を前記特定空燃比に制御するとともに前記排気中の腐食性物質の発生量を抑制する内燃機関の制御装置であって、
前記触媒ユニットの温度が特定の温度より高温側であるか低温側であるかによって前記触媒ユニットでの前記腐食性物質の発生量が相違する場合に、
前記触媒ユニットの温度が、前記腐食性物質の発生量を大きくする前記低温側にあるとき、前記排気空燃比を前記特定空燃比より希薄燃焼側の値に制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記触媒ユニットは、前記腐食性物質の発生量と前記触媒ユニットの温度変化に対する前記腐食性物質の発生量の変化率とが、共に、前記触媒ユニットの温度が前記特定の温度の高温側であるか低温側であるかによって相違し、
前記特定の温度は、前記触媒ユニットの単位温度変化に対する前記腐食性物質の発生量の変化率が切り替わる温度域内に設定されてい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。
【請求項３】
前記温度域は、摂氏５５０度を含むことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関が火花点火式であり、
該内燃機関の少なくとも機関回転数および吸入空気量に基づいて該内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御機構と、
前記排気還流通路上に配置され、該排気還流通路の開度を可変制御する排気還流制御機構と、をさらに備えており、
前記点火時期制御機構は、前記触媒ユニットの温度が前記特定の温度より前記低温側にあるとき、前記内燃機関の点火時期を、前記少なくとも機関回転数および吸入空気量に基づいて算出した通常の点火時期よりも遅角側の点火時期に補正することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記排気還流通路を通して前記吸気側に還流させる排気還流率を可変制御する排気還流制御機構をさらに備え、
前記排気還流制御機構は、前記触媒ユニットの温度が前記特定の温度より前記低温側にあるとき、前記排気還流率を、前記触媒ユニットの温度が前記特定の温度より前記高温側にあるときの排気還流率より増大させることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記触媒ユニットが三元触媒で構成されており、
前記内燃機関の排気空燃比を検出する空燃比センサと、該空燃比センサの検出情報に基づいて前記排気空燃比を前記特定空燃比に一致させるよう前記内燃機関の燃料消費量をフィードバック制御するフィードバック制御機構と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１の請求項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し、特に、排気浄化触媒の触媒作用に伴って腐食性物質の発生量が増加するのを抑制する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される内燃機関（以下、エンジンという）においては、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減に効果的な排気再循環（以下、ＥＧＲという）システムが多用されている。また、各種の排気浄化装置、例えばガソリンエンジン等でＮＯｘに加えて炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）をも酸化還元反応によって同時に除去できる三元触媒ユニットを用いる排気浄化装置が多用されている。
【０００３】
このような排気浄化装置およびＥＧＲシステムを備えたエンジンでは、空燃比がリッチであるときの排気ガス中に未燃燃料が多く含まれ、触媒の近傍で排気ガス中の窒素が水素と反応してＮＨ３（アンモニア）が生成され易くなる。そして、そのＮＨ３と排気ガス中の他の成分とが反応して塩（例えば、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ））が形成される場合があり、その場合、その塩がＥＧＲシステム内で発生する凝縮水中に溶解したり凝縮水が蒸発したりすることで、ＥＧＲシステム内に高濃度の塩素イオン溶液が生成される。そのため、ＥＧＲシステム内に腐食が生じることが懸念される。
【０００４】
そこで、従来、腐食要因となるＮＨ３の発生を抑制するために、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｈ２Ｏを主成分とする担体にＣｕを担持させた触媒を作製し、その触媒にＮＨ３を含む排ガスを接触させて、ＮＨ３を燃焼させるようにした排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、第１室内に導入された排ガス中に含まれるＮＨ３は、加熱下で触媒と接触することにより酸化されてＮ２とＨ２Ｏとなるが、この反応に際する生成物中には少量のＮＯｘが含まれ得る。そこで、燃焼排ガスを第２室内でＮＯｘ還元に必要な新たなＮＨ３ガスと混合させ、さらに、選択性ＮＨ３還元脱硝触媒を充填した第３室内でＮＨ３とＮＯｘを完全に反応させることにより、ＮＨ３やＮＯｘをほとんど含まない清浄な排ガスが第３室から排出されるようにしている。
【０００５】
また、従来、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒にＮＨ３を供給するＮＨ３供給手段と、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流の排気中のＮＨ３を検出するＮＨ３検出手段と、排気の温度を上昇させる排気昇温手段と、を備えた排気浄化制御装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。この装置では、ＮＨ３供給手段によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒にＮＨ３が供給される状態下で、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流を流れる排気中にＮＨ３検出手段により所定の許容量以上のＮＨ３が検出されると、排気昇温手段によって排気空燃比を一時的にリッチにすることで排気温度を上昇させ、ＮＨ３発生量を抑えるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５６−１０８５１６号公報
【特許文献２】特開２００９−９７４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した従来の前者の排気浄化装置にあっては、ＮＨ３の除去のために専用の触媒が必要になることから、排ガス処理システムが高価になっていた。
【０００８】
また、前述した従来の後者の内燃機関の排気浄化制御装置にあっては、ＮＨ３除去触媒を別設することなくＮＨ３の発生を抑制できるものの、排気昇温手段により排気温度を上昇させてＮＨ３発生量を抑えると、ＮＨ３の発生抑制のためにＮＯｘの発生量が増加してしまい、ＥＧＲシステムによるＮＯｘ抑制効果が低下してしまうことが懸念されていた。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘ抑制効果を低下させることなくＮＨ３等の腐食性物質の発生量を有効に低減させることのできる安価な内燃機関の制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記課題を解決するため、（１）内燃機関の排気空燃比が特定空燃比であるとき排気を浄化する触媒ユニットと該触媒ユニットの下流側の排気の一部を吸気側に還流させることができる排気還流通路とを備えた内燃機関に装備され、前記排気空燃比を前記特定空燃比に制御するとともに前記排気中の腐食性物質の発生量を抑制する内燃機関の制御装置であって、前記触媒ユニットの温度が特定の温度より高温側であるか低温側であるかによって前記触媒ユニットでの前記腐食性物質の発生量が相違し、前記触媒ユニットの温度が、前記腐食性物質の発生量を大きくする前記低温側にあるとき、前記排気空燃比を前記特定空燃比より希薄燃焼側の値に制御することを特徴とする。
【００１１】
この発明では、ＮＨ３等の腐食性物質の発生量が触媒温度および空燃比に依存し、触媒温度が低温側であるほどそのような腐食性物質の発生量が増加するのに対して、触媒温度が特定の温度より低温側になるときには、機関の排気空燃比が特定空燃比より希薄燃焼側に調整されることで、排気中の酸素濃度が増加されるとともに排気中の未燃燃料量が低減される。したがって、低温側の触媒温度に起因して腐食性物質の発生量が増加することが予測されるときに、排気空燃比の希薄化によってその腐食性物質の発生量の増加が未然に確実に抑制されることになる。その結果、腐食性物質除去用の触媒を用いない装置構成を採りながらも、ＮＯｘ抑制効果を低下させることなくＮＨ３等の腐食性物質の発生を有効に抑制することができる、安価な内燃機関の制御装置となる。
【００１２】
本発明の内燃機関の制御装置においては、（２）前記触媒ユニットは、前記腐食性物質の発生量と前記触媒ユニットの温度変化に対する前記腐食性物質の発生量の変化率とが、共に、前記触媒ユニットの温度が前記特定の温度の高温側であるか低温側であるかによって相違し、前記特定の温度は、前記触媒ユニットの単位温度変化に対する前記腐食性物質の発生量の変化率が切り替わる温度域内に設定されていることを特徴とする。
【００１３】
この場合、腐食性物質の発生量の大小が切り替わり始めるときに、内燃機関の排気空燃比を特定空燃比より希薄燃焼側に的確に調整できることになり、腐食性物質の発生量の増加が早期に予測されて的確に抑制されることになる。
【００１４】
上記（２）記載の構成を有する内燃機関の制御装置においては、（３）前記温度域は、摂氏５５０度を含むことが望ましい。
【００１５】
この場合、特に摂氏５５０度以下でＮＨ３の発生量が増加する従来の触媒ユニットを用いながらも、腐食性物質の発生量が多くなる低温側の温度範囲内で有効にその発生を抑えることができることになる。
【００１６】
本発明の内燃機関の制御装置においては、（４）前記内燃機関が火花点火式であり、該内燃機関の少なくとも機関回転数および吸入空気量に基づいて該内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御機構と、前記排気還流通路上に配置され、該排気還流通路の開度を可変制御する排気還流制御機構と、をさらに備えており、前記点火時期制御機構は、前記触媒ユニットの温度が前記特定の温度より前記低温側にあるとき、前記内燃機関の点火時期を、前記少なくとも機関回転数および吸入空気量に基づいて算出した通常の点火時期よりも遅角側の点火時期に補正するのがよい。
【００１７】
この構成により、内燃機関の燃焼空燃比が特定空燃比より希薄燃焼側の値に制御されるときの排気ガス中におけるＮＯｘ濃度の上昇を有効に抑制することができる。
【００１８】
本発明の内燃機関の制御装置は、より好ましくは、（５）前記排気還流通路を通して前記吸気側に還流させる排気還流率を可変制御する排気還流制御機構をさらに備え、前記排気還流制御機構は、前記触媒ユニットの温度が前記特定の温度より前記低温側にあるとき、前記排気還流率を、前記触媒ユニットの温度が前記特定の温度より前記高温側にあるときの排気還流率より増大させるものである。
【００１９】
この構成により、内燃機関の燃焼空燃比が特定空燃比より希薄燃焼側の値に制御されるときの排気ガス中におけるＮＯｘ濃度の上昇を有効に抑制することができる。
【００２０】
本発明の内燃機関の制御装置においては、（６）前記触媒ユニットが三元触媒で構成されており、前記内燃機関の排気空燃比を検出する空燃比センサと、該空燃比センサの検出情報に基づいて前記排気空燃比を前記特定空燃比に一致させるよう前記内燃機関の燃料消費量をフィードバック制御するフィードバック制御機構と、をさらに備えたものであるのがよい。
【００２１】
この場合、触媒温度が特定の温度を超えていれば、排気空燃比を特定空燃比に一致させることで、ＮＯｘに加えてＨＣやＣＯをも酸化還元反応によって同時に除去できる三元触媒の触媒作用を十分に発揮させ、所要の排気浄化性能を確保することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＮＯｘ抑制効果を低下させることなくＮＨ３等の腐食性物質の発生量を有効に低減させることのできる安価な内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を装備したその内燃機関の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置で実行される排気浄化制御プログラムの概略処理手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態における触媒ユニットでのＮＨ３の発生量と触媒温度との関係を示すグラフであり、縦軸はその触媒ユニットでのＮＨ３の発生量を表し、横軸はその触媒温度を表している。
【図４】本発明の一実施形態における触媒ユニットでのＮＨ３の発生量の増加率と内燃機関の空燃比との関係を示すグラフであり、縦軸はその触媒ユニットでのＮＨ３の発生量を表し、横軸はその空燃比を表している。
【図５】本発明の一実施形態における内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ発生量とその内燃機関の点火時期補正との関係を示すグラフであり、縦軸はそのＮＯｘ発生量を表し、横軸はその点火時期を補正する点火時期補正係数を表している。
【図６】本発明の一実施形態における内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ発生量とその内燃機関のＥＧＲ率との関係を示すグラフであり、縦軸はそのＮＯｘ発生量を表し、横軸はそのＥＧＲ弁の開度を補正するＥＧＲ開度補正係数を表している。
【図７】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置における触媒温度検出方法の異なる態様を説明する触媒温度算出マップの説明図であり、縦軸は体積効率を表し、横軸はエンジン回転数を表している。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を装備したその内燃機関の概略構成を示している。本実施形態の内燃機関は、図示しない車両の走行駆動源を構成する火花点火式の多気筒内燃機関で、専ら希薄燃焼するものである。
【００２６】
まず、その構成について説明する。
【００２７】
図１に示す本実施形態のエンジン１０は、例えば直列４気筒の４ストロークサイクルガソリンエンジンによって構成されており、４つの気筒１１（図１中に１つのみ模式的に図示する）を有している。各気筒１１には、ピストン１２で仕切られた燃焼室１３が形成され、吸気弁１６と排気弁１７とが図示しない動弁機構により開閉可能に装備されるとともに、燃焼室１３内に露出するよう点火プラグ１４が配置されている。また、各気筒１１内のピストン１２は、コネクティングロッド（符号なし）を介してクランク軸１５の対応するクランクスルー部分に連結されている。
【００２８】
エンジン１０の各気筒１１に対応する吸気ポート部分（詳細図示せず）にはインジェクタ２１（燃料噴射弁）が装着されており、複数の気筒１１に対応する複数のインジェクタ２１は、それぞれ図示しないデリバリーパイプに接続されている。このデリバリーパイプには、車両に搭載された図外の燃料タンク内の燃料ポンプにより、燃料、例えばガソリンが供給されるようになっている。
【００２９】
また、エンジン１０は、吸気弁１６の開弁時に燃焼室１３内に空気を吸入させることができる吸気通路１８を有する吸気装置３０と、排気弁１７の開弁時に燃焼室１３から燃焼後のガスを排出させることができる排気通路１９を有する排気装置４０とが、装着されている。
【００３０】
吸気装置３０は、吸気通路１８を形成するとともにその途中に図示しないサージタンク部を有する吸気管３１と、吸気管３１の上流端側の図示しないエアクリーナの近傍で吸入空気量を検出するエアフローメータ３２と、エアフローメータ３２とサージタンクの間に位置するスロットルバルブ３３と、スロットルバルブ３３の開度（以下、スロットル開度という）を検出するスロットル開度センサ３４と、を含んで構成されている。
【００３１】
エアフローメータ３２により検出される新気の吸入流量は、吸入空気量を表す吸気量信号Ｑａとして電子制御装置であるＥＣＵ１００に取り込まれ、スロットル開度センサ３４により検出されるスロットルバルブ３３の開度は、スロットル開度信号ＡｔｈｖとしてＥＣＵ１００に取り込まれるようになっている。
【００３２】
排気装置４０は、排気通路１９を形成する排気管４１と、三元触媒で構成され排気管４１に装着された排気浄化用の触媒ユニット４２と、この触媒ユニット４２の近傍、例えば触媒ユニット４２より下流側の排気通路１９中で排気空燃比を検出する空燃比センサ４３と、触媒ユニット４２の触媒温度を検出する触媒温度センサ４４とを含んで構成されている。
【００３３】
排気管４１は、各気筒１１の排気弁１７の開弁時に対応する燃焼室１３内から排気ガスを排出させることができるよう、複数の排気枝管４１ａ（図１中に１つのみ図示している）および集合管部４１ｂを有している。
【００３４】
触媒ユニット４２は、公知の三元触媒４２ａを内蔵しており、エンジン１０の燃焼室１３内の空燃比（燃焼空燃比）が理論空燃比に制御されることでエンジン１０の排気空燃比が特定空燃比に制御されているとき、エンジン１０の排気ガス中における窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を酸化還元反応によって共に高度に浄化できるようになっている。具体的には、触媒ユニット４２の三元触媒４２ａは、例えば多孔性のセル壁がハニカム形状をなすモノリス構造の担体にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）をコートして、白金（Ｐｔ）やロジウム（Ｒｈ）、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類酸化物、希土類酸化物等を担持させたものである。この触媒ユニット４２は、理論空燃比（後述する当量比φ＝１）の条件下では、酸化性ガスであるＮＯｘやＯ２に対して還元性ガスであるＨ２、ＣＯ、ＨＣが化学当量となるので、三元触媒４２ａにより両ガスを十分に酸化還元反応させることで、汚染物質であるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯをＮ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２として無害化することができる。
【００３５】
また、触媒ユニット４２の三元触媒４２ａは、酸化過剰雰囲気となる希薄（リーン）空燃比時にＮＯｘを吸蔵し、過濃（リッチ）空燃比時にＮＯｘを還元し浄化することができる、いわゆるリーンＮＯｘ触媒となっている。すなわち、三元触媒４２ａは、リーン空燃比での運転中の排気ガスに接触するとき、例えばＰｔ上でＮＯをＮＯ２に酸化して、触媒上の塩基性物質に硝酸塩の形で吸蔵させておき、リッチ空燃比での運転中の排気ガスに接触するとき、酸素濃度が低い状態で排ガス中の未燃ＨＣ、Ｈ２、ＣＯによって硝酸塩を効率よく窒素（Ｎ２）に還元させて、ＮＯｘを浄化するようになっている。
【００３６】
空燃比センサ４３は、例えば公知の濃淡電池式の排気酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）で構成されており、理論空燃比を境にして未燃燃料ガスが残るリッチ側で起電力が急峻に立ち上がる特性を有している。
【００３７】
エンジン１０には、さらにＥＧＲ装置５０が装備されている。
【００３８】
このＥＧＲ装置５０は、触媒ユニット４２の下流側の排気の一部を排気通路１９から吸気通路１８に還流させることができる排気還流通路５１と、この排気還流通路５１の吸気通路１８側の端部近傍に設けられたＥＧＲバルブ５２とを含んで構成されている。
【００３９】
排気還流通路５１は、詳細を図示しないが、例えばＥＧＲパイプおよび排気マニホールドの一部によって形成されている。
【００４０】
ＥＧＲバルブ５２は、排気還流通路５１による排気再循流量の大きさを表すＥＧＲ率（排気還流率＝還流排気流量／全吸入空気流量（新気吸気量および排気再循環量を含む））を可変制御するように、その弁開度Ａｅｖを、入力される開度制御信号に応じて変化させることができるようになっている。
【００４１】
ＥＧＲ装置５０は、さらに、ＥＧＲバルブ５２より排気通路１９側で排気還流通路５１一部を形成しつつ排気還流通路５１を通る還流排気ガスを冷却することができるＥＧＲクーラ５３を備えている。このＥＧＲクーラ５３は、排気還流通路５１を通る還流排気ガスをエンジン１０の冷却水との熱交換により冷却するようになっている。
【００４２】
一方、前述のＥＣＵ１００は、エアフローメータ３２からの吸気量信号Ｑａやスロットル開度センサ３４からのスロットル開度信号Ａｔｈｖに加えて、空燃比センサ４３からの排気空燃比信号ＡＦや触媒温度センサ４４からの温度検出信号（触媒温度ＴＣＮ）を入力する。さらに、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ６１からのクランク角信号ＣＡ、エンジン１０の冷却水温を検出する水温センサ６２からの冷却水温信号Ｔｗ、アクセル開度センサ６３からの要求開度信号Ａｃｃｐ、図示しない他の車載ＥＣＵからの要求信号等を入力する。そして、ＥＣＵ１００は、これらの入力信号に基づいて、エンジン１０を電子制御する機能を有している。
【００４３】
ＥＣＵ１００は、具体的なハードウェア構成を図示しないが、ＣＰＵ（central processing unit）、ＲＯＭ（read only memory）、ＲＡＭ（random access memory）およびバックアップメモリを含み、さらに、Ａ／Ｄ変換器等を含む入力インターフェース回路と、ドライバやリレースイッチを含む出力インターフェース回路と、他の車載ＥＣＵとの通信インターフェース等を含んで構成されている。
【００４４】
このＥＣＵ１００は、ＲＯＭやバックアップメモリ（以下、ＲＯＭ等という）に格納された制御プログラムに従って、例えばいわゆるマルチタスク処理を実行しながら、エンジン１０に要求される出力（トルクおよび機関回転数）を実現するよう、エンジン１０のスロットルバルブ３３の開度、点火時期、燃料噴射時期および燃料噴射量等をそれぞれに制御するようになっている。
【００４５】
例えば、ＥＣＵ１００は、エンジン１０の少なくとも機関回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］および吸入空気量Ｑａに基づいてエンジン１０の各気筒１１における点火時期ｔｐを点火プラグ１４への点火信号により制御する点火時期制御機構として機能する。また、ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサ６３で検出されるアクセル開度Ａｃｃｐとエンジン回転数Ｎｅを基に予めの試験等により取得したマップデータから要求トルクを算出し、その要求トルクに応じた燃料噴射量を設定する。さらに、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ５２への開度Ａｅｖの制御信号により可変制御する排気還流制御機構としても機能するようになっている。
【００４６】
ＥＣＵ１００は、また、ＲＯＭ等に格納された空燃比フィードバック制御プログラムに従って、空燃比センサ４３の検出値に基づいて各気筒１１に対するインジェクタ２１による燃料供給量を補正するようになっている。すなわち、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ４３の検出値に基づいて各気筒１１に対する燃料供給量を制御することで、各気筒１１内の吸入空気と燃料の混合比率である燃焼空燃比を、その目標空燃比である理論空燃比に一致させることで、エンジン１０の排気空燃比を特定空燃比に一致させるフィードバック制御を実行するフィードバック制御機構となっている。
【００４７】
ＥＣＵ１００は、さらに、クランク角センサ６１からクランク軸１５の回転速度Ｎｅ［ｒｐｍ］に対応するパルス信号を取り込むことで、エンジン１０の機関回転速度を検出するとともに、クランク角センサ６１および図示しない気筒判別センサからの出力信号に基づいて、エンジン回転数Ｎｅおよびクランク軸１５の回転角度位置を把握して気筒判別を行うことができるようになっている。
【００４８】
また、ＥＣＵ１００のＲＯＭ等には、後述する触媒温度に基づく空燃比補正制御や点火遅角制御、ＥＧＲ率制御等の制御プログラムならびに各種データ等が記憶されており、ＥＣＵ１００のＲＡＭには、各種制御処理におけるＣＰＵの演算結果や制御値等が一時的に記憶保持されるようになっている。
【００４９】
ＥＣＵ１００は、そのような制御プログラムを実行することで、エンジン１０の排気空燃比を特定空燃比に制御するとともに、エンジン１０の排気ガス中におけるＮＨ３等の腐食性物質の発生量を抑制するようになっている（その制御手順自体は、図２を用いて後述する）。
【００５０】
ところで、触媒ユニット４２は、三元触媒４２ａが排気ガスと接触するその表面近傍部分の温度（触媒床温度；以下、触媒温度ＴＣＮという）が特定の温度より高温側であるか低温側であるかによって、触媒ユニット４２内での腐食性物質の発生量と触媒温度ＴＣＮの変化に対する腐食性物質の発生量の変化率とが顕著に相違する温度特性を有している。
【００５１】
具体的には、図３に示すように、触媒ユニット４２は、触媒温度ＴＣＮが特定の温度Ｔ１より高温側であるか低温側であるかによって、腐食性物質の発生量が顕著に相違する温度特性を有している。ここで、特定の温度Ｔ１は、触媒ユニット４２内におけるＮＨ３の発生量と触媒温度ＴＣＮの変化に対するＮＨ３発生量の変化率とがその両側で顕著に相違する温度ＴＮＨ３の近傍温度域Ｒｔ内に、例えば温度ＴＮＨ３に等しい５５０［°Ｃ］に設定されている。また、ここでの温度ＴＮＨ３の近傍温度域Ｒｔ（図３参照）は、触媒ユニット４２の単位温度変化に対するＮＨ３の発生量の変化率が触媒ユニット４２の使用温度範囲中において大小いずれか一方から他方に切り替わる温度域となっている。以下、温度ＴＮＨ３に設定された特定の温度Ｔ１を、特定の温度ＴＮＨ３という。
【００５２】
すなわち、図３中の温度ＴＮＨ３より右側に示すように、触媒ユニット４２において触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３より高温側の温度範囲内にあるとき、触媒温度上昇中における一定上昇温度ΔＴＣＮ当りのＮＨ３発生量ＱＮＨ３［ｐｐｍ］の低減率（低減量ΔＱＮＨ３／ΔＴＣＮ）、あるいは、触媒温度低下中における一定低下温度ΔＴＣＮ当りのＮＨ３の発生量ＱＮＨ３の増加率（増加量ΔＱＮＨ３／ΔＴＣＮ）は、共に小さくなる。
【００５３】
一方、図３中の温度ＴＮＨ３より左側に示すように、触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３より低温側の温度範囲内にあるときには、触媒温度上昇中における一定上昇温度ΔＴＣＮ当りのＮＨ３発生量ＱＮＨ３の低減率、あるいは、触媒温度低下中における一定低下温度ΔＴＣＮ当りのＮＨ３の発生量ＱＮＨ３の増加率は、触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３より高温側の温度範囲内にあるときに比べて共に大きくなる。すなわち、触媒ユニット４２は、腐食性物質であるＮＨ３の発生量ＱＮＨ３と触媒温度ＴＣＮの変化に対するＮＨ３の発生量ＱＮＨ３の変化率とが、特定の温度ＴＮＨ３を境に顕著に変化する温度特性を有している。
【００５４】
また、図４に示すように、触媒ユニット４２内での三元触媒４２ａの触媒作用に伴うＮＨ３発生量の増加率［％］は、エンジン１０の燃焼室１３における燃焼空燃比Ａ／Ｆおよびそれに対応する当量比φにも依存するようになっている。ここにいう当量比φは、燃料の濃さを表す値であり、理論空燃比を実際の混合気の空燃比で除した値、すなわち、空気過剰率の逆数に相当する値である。
【００５５】
具体的には、当量比φ＜１となる図４中の右側のリーン空燃比の範囲と、φ＞１となる図４中の左側のリッチ空燃比の範囲とでは、触媒ユニット４２内でのＮＨ３発生量の増加率ＣＱ［％］が顕著に相違する。すなわち、当量比φ＜１となるリーン空燃比の範囲内では、触媒ユニット４２内でのＮＨ３発生量の増加率ＣＱが小さくなり、逆に、当量比φ＞１となるリッチ空燃比の範囲内では、触媒ユニット４２内でのＮＨ３発生量の増加率ＣＱが大きくなる。
【００５６】
さらに、当量比φ＞１となるリッチ空燃比の範囲のうち当量比φ＝１の近傍領域内においては、一定空燃比変化量ΔＡＦ当りのＮＨ３発生量増加率ＣＱの変化量ΔＣＱが図４中に示すように非常に大きくなる。すなわち、当量比φが１からリッチ側に変化し始めるときには当量比φ＝１の近傍領域でＮＨ３の発生量の増加率ＣＱが急峻に立ち上がり、リッチ側から当量比φ＝１に近付くときには当量比φ＝１の近傍領域でＮＨ３の発生量の増加率ＣＱが急峻に立ち下がるようになっている。
【００５７】
したがって、φ＜１の範囲内にある図４中の空燃比ＡＦ２の運転条件、例えばＡ／Ｆ＝１５．５の運転状態では、φ＝１となる図４中の空燃比ＡＦ１の運転条件、例えばＡ／Ｆ＝１４．５の運転状態と比べて、触媒ユニット４２内でのＮＨ３発生量の増加率ＣＱを７０％程度も低減可能となる。
【００５８】
前述のような触媒ユニット４２のＮＨ３発生量に関する触媒温度依存性や空燃比依存性を考慮し、ＥＣＵ１００においては、触媒ユニット４２の触媒温度ＴＣＮが、ＮＨ３等の腐食性物質の発生量が大きくなる前述の低温側の温度範囲内になると、エンジン１０の排気空燃比を特定空燃比より希薄燃焼側の値に制御するように、エンジン１０の燃焼室１３内の燃焼空燃比Ａ／Ｆを空燃比ＡＦ１より大きい値側に制御するようになっている。
【００５９】
また、当量比φ＜１となるようにリーン空燃比に制御されるときには、エンジン１０から排気されるガス中のＯ２濃度が増加するため、三元触媒４２ａでのＮＯｘの還元率は低下する。一方、エンジン１０での燃焼によるＮＯｘの生成量は、その燃焼の温度に依存するので、燃焼温度の低下によりＮＯｘの発生量を低減させることができる。そして、エンジン１０における燃焼温度およびそれに依存するＮＯｘの発生量は、点火時期の遅角化やＥＧＲ装置５０におけるＥＧＲ弁開度Ａｅｖの増加（ＥＧＲ率の増加）によって低下させることができる。
【００６０】
そこで、ＥＣＵ１００は、触媒ユニット４２の触媒温度ＴＣＮが特定の温度Ｔ１より低温側になるとき、点火時期制御機構としての機能により、エンジン１０の点火時期ｔｐを図５に示すような点火時期補正係数βを用いて補正することにより、少なくとも機関回転数Ｎｅおよび吸入空気量Ｑａに基づいて算出した通常の点火時期よりも遅角側の点火時期に補正するようになっている。ここで、通常の点火時期とは、触媒温度ＴＣＮが特定の温度Ｔ１以上のときの点火時期と同様の設定条件で算出される点火時期である。
【００６１】
また、ＥＣＵ１００は、触媒ユニット４２の触媒温度ＴＣＮが特定の温度Ｔ１より低温側になるとき、排気還流制御機構としての機能により、ＥＧＲ装置５０のＥＧＲバルブ５２の弁開度Ａｅｖを図６に示すようなＥＧＲ開度補正係数γを用いて補正することにより、ＥＧＲ装置５０のＥＧＲ率を触媒ユニット４２の触媒温度ＴＣＮが特定の温度Ｔ１より高温側にあるときのＥＧＲ率よりも増大させるようになっている。
【００６２】
具体的には、ＥＣＵ１００のＲＯＭ等には、基本ＥＧＲ量マップおよびＥＧＲ補正用マップが格納されている。基本ＥＧＲ量マップは、縦軸を燃料噴射量ｆｑ、横軸をエンジン１０の機関回転数Ｎｅとして、それらで特定される各運転状態について基本ＥＧＲ量に対応するＥＧＲ開度を予めの運転試験により取得してマップ化したものである。また、ＥＧＲ補正用マップは、エンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量ｆｑに基づいて得られる基本ＥＧＲ量を、予め特定された他のパラメータである冷却水温Ｔｗや触媒温度ＴＣＮ等に基づいて補正したＥＧＲ量データを決定するものであり、基本ＥＧＲ量または基本ＥＧＲ開度を１とするＥＧＲ開度補正係数γのみが決定されるものであってもよい。この場合、最終ＥＧＲ開度＝基本ＥＧＲ開度×ＥＧＲ開度補正係数γとなる。
【００６３】
次に、その作用について説明する。
【００６４】
図２は、本実施形態で実行される排気浄化制御の流れを示している。
【００６５】
この制御は、エンジン１０の運転中は所定時間毎に繰り返し実行される。
【００６６】
まず、最初に、触媒温度センサ４４により触媒温度ＴＣＮが検出され（ステップＳ１１）、次いで、触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３以下であるか否かが判別される（ステップＳ１２）。
【００６７】
このとき、触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３以下であれば（ステップＳ２でＹＥＳの場合）、次いで、エンジン１０の燃焼空燃比Ａ／Ｆが当量比φ＜１となる希薄空燃比の範囲内に設定されることで、触媒ユニット４２内におけるＮＨ３の発生量およびその増加率を抑える制御が実行される（ステップＳ１３）。
【００６８】
図４に示したように、触媒ユニット４２内でのＮＨ３発生量は空燃比Ａ／Ｆに依存し、当量比φ＜１となる希薄燃焼下ではＮＨ３発生量が大幅に減少するので、ＮＨ３の発生量およびその増加率を抑えることが可能となる。
【００６９】
次いで、燃焼温度に依存するＮＯｘ発生量を低減させるべく、点火時期ｔｐを遅角させる点火時期補正係数βが触媒温度ＴＣＮや空燃比Ａ／Ｆ等のエンジン１０の運転状態に応じて設定される。そして、エンジン１０の機関回転数［ｒｐｍ］および吸入空気量Ｑａに基づいて算出される基本点火時期ｔｐ０に点火時期補正係数βを掛けた補正値ｔｐ０×βｐ０が算出され、この補正値ｔｐ０×βｐ０が今回の遅角化した点火時期ｔｐとして設定される（ステップＳ１４）。
【００７０】
次いで、燃焼温度に依存するＮＯｘ発生量を低減させるべく、触媒温度ＴＣＮやエンジン１０の運転状態に応じてＥＧＲバルブ５２の弁開度Ａｅｖを拡大する増量側のＥＧＲ開度補正係数γ（＞１）が前述のＥＧＲ補正用マップを用いて算出され、１より大きいＥＧＲ開度補正係数γと前述の基本ＥＧＲ量マップから求めた基本ＥＧＲ開度を用いて、最終ＥＧＲ開度が算出される（ステップＳ１５）。
【００７１】
一方、触媒温度センサ４４により検出される触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３以下でない場合（ステップＳ１２のＮＯの場合）、次いで、エンジン１０の燃焼空燃比Ａ／Ｆが当量比φ＝１となるよう理論空燃比にフィードバック制御される（ステップＳ１６）。したがって、エンジン１０の排気空燃比が特定空燃比に制御され、触媒ユニット４２内の三元触媒４２ａの触媒作用により、エンジン１０の排気ガス中におけるＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯが共に高度に浄化・除去される。
【００７２】
この場合、点火時期に影響する触媒温度ＴＣＮ以外の他のパラメータに変化がなければ、点火時期補正係数β＝１となり、エンジン１０の機関回転数［ｒｐｍ］および吸入空気量Ｑａに基づいて算出される基本点火時期ｔｐ０が、今回の点火時期ｔｐとして設定される（ステップＳ１７）。
【００７３】
また、ＥＧＲ開度に影響する触媒温度ＴＣＮ以外の他のパラメータに変化がなければ、ＥＧＲ開度補正係数γ＝１となり、前述の基本ＥＧＲ量マップから求めた基本ＥＧＲ開度Ａｅｖ０が、今回の最終ＥＧＲ開度が算出される（ステップＳ１８）。
【００７４】
本実施形態では、図２に示す排気浄化制御が短周期で繰り返されることにより、触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３以下になる運転領域では、ステップＳ１３−１５に示すような空燃比Ａ／Ｆの希薄化と、点火時期ｔｐの遅角化およびＥＧＲ開度Ａｅｖの増大化とをなす制御が実行される。一方、触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３以下にならない運転領域では、ステップＳ１６−１８に示すような成り行きの制御が実行されることになる。
【００７５】
このように、本実施形態においては、触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３より低温側になると、ＮＨ３のような腐食性物質の発生量が触媒温度ＴＣＮの低温側ほど増加するのに対して、エンジン１０の燃焼空燃比Ａ／Ｆが空燃比ＡＦ１より希薄燃焼側に調整されることで、排気中の酸素濃度が増加されるとともに排気中の未燃燃料量が低減され、未燃燃料量や触媒温度ＴＣＮに依存する腐食性物質の発生量の増加が未然に的確に抑制される。すなわち、触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３以下となったときには、腐食性物質の発生量の増加が予測されるので、空燃比Ａ／Ｆをストイキからリーンにするよう触媒温度ＴＣＮに応じて空燃比Ａ／Ｆを選択することで、ＮＨ３等の腐食性物質の発生量の増加が有効に抑制される。したがって、腐食性物質除去用の触媒を用いない装置構成を採りながらも、ＮＯｘ抑制効果を低下させることなくＮＨ３等の腐食性物質の発生を有効に抑制することができ、ＥＧＲ装置５０の腐食防止を図ることができる安価なエンジン１０の制御装置となる。
【００７６】
また、本実施形態では、特定の温度ＴＮＨ３が、触媒ユニット４２の単位温度変化に対する腐食性物質の発生量の変化率が温度域Ｒｔ内に設定されている。したがって、腐食性物質の発生量が多くなるのに先立ってエンジン１０の燃焼空燃比Ａ／Ｆを空燃比ＡＦ１より希薄燃焼側に的確に調整できることになり、腐食性物質の発生量がより有効に低減されることになる。しかも、温度域Ｒｔが摂氏５５０度を含むので、摂氏５５０度以下でＮＨ３の発生量が増加する従来の触媒ユニットを用いながらも、腐食性物質の発生量が多くなる低温側の温度範囲内で有効にその発生を抑えることができることになる。
【００７７】
さらに、点火時期制御機構としてのＥＣＵ１００は、触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３より低温側にあるとき、エンジン１０の点火時期ｔｐを、少なくとも機関回転数Ｎｅおよび吸入空気量Ｑａに基づいて算出した通常の点火時期（基本点火時期ｔｐ０またはこれを触媒温度以外のパラメータに基づいて補正した点火時期）よりも遅角側の点火時期に補正する。したがって、エンジン１０の排気空燃比が特定空燃比より希薄燃焼側の値に制御されるときの排気ガス中におけるＮＯｘ濃度の上昇を有効に抑制することができる。
【００７８】
加えて、排気還流制御機構としてのＥＣＵ１００は、触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３より低温側にあるとき、ＥＧＲ率を触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３より高温側にあるときのＥＧＲ率より増大させるので、点火時期ｔｐの遅角化と同様に、エンジン１０の排気空燃比が特定空燃比より希薄燃焼側の値に制御されるときの排気ガス中におけるＮＯｘ濃度の上昇を有効に抑制することができる。
【００７９】
このように、本実施形態では、触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３より低温側になるときには、燃焼空燃比をストイキからリーンにしてＮＨ３の発生を抑制することと併せて、点火時期を遅角させるとともにＥＧＲ量を増量することで、ＮＯｘの発生の増加を有効に抑制することができる。
【００８０】
また、本実施形態においては、触媒ユニット４２が三元触媒４２ａで構成されており、エンジン１０の排気空燃比を検出する空燃比センサ４３の検出情報に基づいて、排気空燃比を特定空燃比に一致させる空燃比フィードバック制御が実行される。したがって、触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３より高温側となる通常運転中は、ＮＯｘに加えてＨＣやＣＯをも酸化還元反応によって同時に除去できる三元触媒４２ａの触媒作用を十分に発揮させることができ、高度な排気浄化性能が得られる。
【００８１】
以上のように、本実施形態においては、ＮＯｘ抑制効果を低下させることなくＮＨ３等の腐食性物質の発生量を有効に低減させることのできる安価な内燃機関の制御装置を提供することができる。
【００８２】
なお、上述の一実施形態においては、空燃比センサ４３が濃淡電池式の排気酸素濃度センサで構成されるものとしたが、空燃比センサ４３が触媒ユニット４２より上流側の排気空燃比を検出する限界電流型のもので構成されてもよいし、触媒ユニット４２より上流側の空燃比センサと触媒ユニット４２より下流側の酸素センサとを併有する構成とすることができる。
【００８３】
また、上述の一実施形態においては、触媒ユニット４２の触媒温度ＴＣＮを触媒温度センサ４４によって検出するものとしたが、センサによる直接温度検出に限らず、図７に示すようなマップを用いて、エンジン１０の機関回転数Ｎｅおよび体積効率ＫＬを基に触媒温度ＴＣＮの概略値を間接的に検出する触媒温度検出機構が構成されてもよい。
【００８４】
ここで、体積効率ＫＬは、燃焼済みガスの排気と未燃焼ガスの吸気とによる新気の取り込み能力を表す指標で、気筒の排気量（行程容積）に対する実質的な吸入新気の体積の比に相当する。実質的な吸入新気の体積とは、エンジンの空気取入口における温度と圧力に換算した体積である。この体積効率ＫＬは、高回転域では吸気系の圧力抵抗が増大する等の理由から、同じエンジンであっても運転条件によって変化する。したがって、エンジン１０の機関回転数［ｒｐｍ］と空燃比フィードバック制御中の吸入空気量ＱａおよびＥＧＲ率等とから体積効率ＫＬを算出し、図７に示すマップに基づいて触媒温度ＴＣＮの変化を知ることはできる。
【００８５】
図７中では、温度Ｔａから温度Ｔｂへ、温度Ｔｂから温度Ｔｃへと触媒温度ＴＣＮは徐々に高くなり、温度Ｔｇが最も高い触媒温度ＴＣＮを示している。また、図７中の温度Ｔｃが特定の温度ＴＮＨ３に対応する。
【００８６】
さらに、上述の一実施形態では、触媒温度ＴＣＮが特定の温度ＴＮＨ３より低温側になったとき、空燃比Ａ／Ｆをストイキからリーンにすることと併せて、点火時期の遅角化とＥＧＲ量の増量を併用するＮＯｘ抑制制御を行うものとしたが、点火時期の遅角化とＥＧＲ量の増量のうちいずれか一方のみを実行するものであってもよいし、他の制御パラメータを変化させることでＮＯｘ抑制制御を実行することも考えられる。
【００８７】
また、上述の一実施形態では、腐食性物質をＮＨ３としたが、これ以外の腐食性物質でその発生量が触媒温度と空燃比に依存するものであっても、本発明は適用可能である。
【００８８】
以上のように、本発明は、排気浄化触媒におけるＮＨ３の発生量が触媒温度および空燃比に依存し、一定温度ＴＮＨ３以下の温度範囲で特にＮＨ３の発生量が増加する点に着目して、触媒温度ＴＣＮに基づいて触媒ユニット４２でのＮＨ３発生量の増加を予測して、ＮＨ３の発生量の増加を未然に有効に低減させるものである。その結果、ＮＯｘ抑制効果を低下させることなくＮＨ３等の腐食性物質の発生量を有効に低減させることのできる安価な内燃機関の制御装置を提供することができる。このような本発明は、排気浄化触媒の触媒作用に伴って腐食性物質の発生量が増加するのを抑制する内燃機関の制御装置全般に有用である。
【符号の説明】
【００８９】
１０  エンジン（内燃機関）
１１  気筒
１４  点火プラグ
１６  吸気弁
１７  排気弁
１８  吸気通路
１９  排気通路
２１  インジェクタ
３０  吸気装置
３１  吸気管
３２  エアフローメータ
３３  スロットルバルブ
３４  スロットル開度センサ
４０  排気装置
４１  排気管
４２  触媒ユニット
４２ａ  三元触媒
４３  空燃比センサ
４４  触媒温度センサ（触媒温度検出機構）
５０  ＥＧＲ装置
５１  排気還流通路
５２  ＥＧＲバルブ
６１  クランク角センサ
１００  ＥＣＵ（点火時期制御機構、排気還流制御機構、フィードバック制御機構）
ＡＦ１、ＡＦ２  空燃比
Ａｅｖ０  基本ＥＧＲ開度
Ａｅｖ  ＥＧＲ開度
ＱＮＨ３  ＮＨ３発生量
Ｔ１、ＴＮＨ３  特定の温度
ｔｐ０  基本点火時期
ｔｐ  点火時期
ΔＡＦ  一定空燃比変化量
ΔＴＣＮ  触媒温度の変化量
β  点火時期補正係数
γ  ＥＧＲ開度補正係数
φ  当量比（１／空気過剰率）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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