(57)【要約】【課題】触媒装置の温度上昇による劣化を抑えるためのＯＴ増量制御実行時に、触媒装置に吸蔵されている酸素量が不足していると、触媒装置の排気浄化能力が低下する恐れがある。【解決手段】三元触媒４０（触媒装置）がＯＴ増量温度を越えるとエンジン２０における燃料噴射量を増量し、エンジン２０における空燃比をリッチにするＯＴ増量制御手段を備える内燃機関の制御装置において、内燃機関の制御装置は、三元触媒４０が所定状態に到ってからＯＴ増量温度に達するまでの所要時間と、所定状態に到った時点の酸素吸蔵量と三元触媒４０の最大酸素吸蔵量との差分酸素吸蔵量に基づいて、三元触媒４０が所定状態に到ってからＯＴ増量温度に達するまでの間のエンジン２０における空燃比をリーン制御する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを浄化する触媒装置と、前記触媒装置の触媒温度を推定する触媒温度推定手段と、前記触媒温度推定手段によって推定された触媒温度が所定温度を越えると前記内燃機関における燃料噴射量を増量し、前記内燃機関における空燃比をリッチにするＯＴ増量制御を実行するＯＴ増量制御手段と、
を備える内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の制御装置は、前記触媒装置の状態が前記触媒装置の触媒温度が前記所定温度に達するよりも前の所定状態に到ってから、前記触媒装置の触媒温度が前記所定温度に達するまでの所要時間を推定し、
前記触媒装置の状態が前記所定状態に到ったときの前記触媒装置における酸素吸蔵量と、前記触媒装置が吸蔵し得る最大の酸素吸蔵量との差分である差分酸素吸蔵量を算出し、
前記触媒装置の状態が所定状態に到ってから触媒温度が前記温度に達するまでの間、前記所要時間内に前記触媒装置において吸蔵される酸素吸蔵量が前記差分酸素吸蔵量に近づくように前記内燃機関における空燃比を制御する空燃比制御手段を備える
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、内燃機関における空燃比を制御することで触媒装置に吸蔵される酸素量を制御するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の高負荷、高速域では、排気温度の上昇によって排気系に設けられている触媒装置等の劣化が早まることがある。そこで、排気温度が過度に高くなると内燃機関における燃料噴射量を増量（以下、ＯＴ増量制御）することで排気温度を低下させる技術として、特許文献１のような技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１では、燃料噴射量に応じて十分なトルクが得られるように点火タイミングを進角補正するとともに、進角補正量に制限値を設け、この制限値を越えない範囲で進角補正を行う。これにより、ＯＴ増量制御を実行した場合のトルク変動を抑制することができる。
【特許文献１】特開２０００−４５９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、内燃機関においてＯＴ増量制御が実行され、空燃比が一時的にリッチになると、ＯＴ増量制御以降は触媒装置に供給される酸素量が少なくなる。そのため、従来技術である特許文献１のように、ＯＴ増量制御前（以下、ＯＴ増量前）の触媒装置における酸素吸蔵量を考慮せずに内燃機関における燃料噴射量を増量させると、ＯＴ増量制御以降の触媒装置における酸素吸蔵量が不足し、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）等のガス成分の排出量が増加する虞がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑み、触媒装置において排気浄化に必要となる酸素をＯＴ増量前に予め吸蔵させておき、ＯＴ増量制御以降の触媒装置における酸素不足を抑制し、排気浄化能力の低下を抑えることができる内燃機関の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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒装置と、前記触媒装置の触媒温度を推定する触媒温度推定手段と、前記触媒温度推定手段によって推定された触媒温度が温度を越えると前記内燃機関における燃料噴射量を増量し、前記内燃機関における空燃比をリッチにするＯＴ増量制御を実行するＯＴ増量制御手段と、を備える内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の制御装置は、前記触媒装置の触媒温度が、ＯＴ増量制御が実行される前記温度に達するよりも前の所定状態に到ってから、前記温度に達するまでの所要時間を推定し、前記触媒装置の触媒温度が前記所定状態に到ったときの前記触媒装置における酸素吸蔵量と、前記触媒装置が吸蔵し得る最大の酸素吸蔵量との差分である差分酸素吸蔵量を算出し、前記触媒装置が所定状態に到ってから、触媒温度が前記温度に達するまでの間、前記所要時間内に前記触媒装置において吸蔵される酸素吸蔵量が前記差分酸素吸蔵量に近づくように前記内燃機関における空燃比を制御する空燃比制御手段を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、ＯＴ増量前に一時的に内燃機関における燃料噴射量を減量し空燃比を一時的にリーンにすることで、触媒装置に吸蔵される酸素量を増加させることができる。よって、ＯＴ増量制御以降は排気ガスの空燃比がリッチとなり、触媒装置に供給される酸素量が減少するが、ＯＴ増量前の一時的なリーン制御によって触媒装置に予めある程度の酸素を吸蔵させておくことができるので、排気浄化能力の低下を抑えることができる。
【０００８】
さらに、触媒装置の触媒温度がＯＴ増量制御を実行する温度に達するよりも前の所定状態に到ってからＯＴ増量制御を実行する温度に達するまでの所要時間内に、所定状態になったときの触媒装置における酸素吸蔵量と触媒装置が吸蔵し得る最大の酸素吸蔵量との差分である差分酸素吸蔵量に相当するだけの酸素量を吸蔵するように内燃機関における空燃比を最適化できるので、触媒装置に吸蔵される酸素量が過剰となってＮＯｘ等のガス成分の排出量が増加することを抑制することができる。
【０００９】
また、ＯＴ増量前にリーン制御へ切替える際、リーン制御の前後の空燃比変化を出来る限り小さくすることもできるので、空燃比が変化した場合に生じる内燃機関の出力トルクの変動を小さくすることができ、出力トルクの変動によってドライバに与える違和感を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を、図１〜図４に基づいて説明する。まず、図１を参照して、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成について説明する。
【００１１】
図１に示すように、内燃機関の制御装置は、吸気通路１０、エンジン２０、および排気通路３０を備える。吸気通路１０は、吸入空気量を検出するエアフローメータ１３、吸入空気量を調整するスロットル１５、燃料を噴射するインジェクタ１９を備える。
【００１２】
スロットル１５は、ＥＣＵ５０の指令に基づき、図示しないスロットルモータによって駆動され、吸入空気量を調整することが可能であり、スロットル１５の開度はスロットルセンサ１７により検出される。インジェクタ１９は、ＥＣＵ５０の指令に基づき燃料を噴射することが可能であり、吸気通路１０から導入された空気とインジェクタ１９から噴射された燃料との混合比（空燃比）が、エンジン２０の運転状態やドライバによる加速要求等に応じた値となるようにＥＣＵ５０によって制御される。このように、ＥＣＵ５０は吸入空気量と燃料噴射量を制御することで、エンジン２０が備える燃焼室２２へ導入される空気と燃料の混合気を任意の空燃比に調整することが可能である。
【００１３】
エンジン２０は、シリンダ２１内に形成された燃焼室２２の内部において、吸気通路１０から導入された混合気を点火プラグ２４により点火し、燃焼させることで、ピストン２３を往復運動させて動力を発生する。この際、ＥＣＵ５０は点火プラグ２４の点火タイミングを制御することで、任意のタイミングで点火させることが可能である。図１では単気筒のみを示すが、多気筒エンジンであってもよい。また、燃焼室２２内に直接燃料を噴射する方式のエンジンであってもよい。
【００１４】
ＥＣＵ５０は、スロットル１５の開度およびインジェクタ１９を制御することで、エンジン２０の運転状態や三元触媒４０の状態に応じてエンジン２０における空燃比を設定することができる。例えば、排気温度が過度に高くなった場合、インジェクタ１９の燃料噴射量を増量するＯＴ増量制御を実行し、エンジン２０における空燃比をリッチにすることで排気温度が低下し、三元触媒４０（およびＮＯｘ還元触媒４５）の劣化を抑えることができる。
【００１５】
排気通路３０には、上流側には排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを同時に浄化可能な三元触媒４０が、下流側に排気ガス中のＮＯｘを浄化可能なＮＯｘ還元触媒４５が、それぞれ触媒装置として備えられている。
【００１６】
三元触媒４０の上流側には、エンジン２０から排気通路３０を通じて排出される排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４１および排気温度を検出するための排気温センサ４２が備えられている。三元触媒４０よりも下流側かつＮＯｘ還元触媒４５の上流側には、三元触媒４０を通過した排気ガスの酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ４３が備えられている。空燃比センサ４１によって検出される排気ガスの空燃比に対応した信号、排気温センサ４２によって検出される排気ガス温度に対応した信号、そして酸素濃度センサ４３によって検出される排気ガスの酸素濃度に対応した信号は、各々ＥＣＵ５０に出力される。
【００１７】
ＥＣＵ５０は、排気温センサ４２からの信号に基づいて、三元触媒４０の温度を推定することができる。また、空燃比センサ４１および酸素濃度センサ４３からの信号出力に基づいて、三元触媒４０が吸蔵している酸素吸蔵量を推定することができる。
【００１８】
酸素吸蔵量は、例えば以下の方法で推定することができる。まず、エアフローメータ１３の信号出力に基づいて吸入空気量を算出し、空燃比センサ４１もしくは酸素濃度センサ４３の信号出力に基づいて空燃比を算出する。そして、この吸入空気量と、空燃比とストイキ空燃比との差分（酸素過剰分）と、を掛け合わせたものを積算した値に基づいて推定する、等の既知の方法で推定することができる。
【００１９】
また、ＥＣＵ５０は、三元触媒４０が吸蔵し得る最大酸素吸蔵量を推定することもできる。最大酸素吸蔵量は、例えば以下の方法で推定することができる。エンジン２０が部分負荷域で定常運転している場合に、エンジン２０の空燃比をリッチにするリッチ制御を行い、三元触媒４０から酸素を放出させる。そのまま酸素濃度センサ４３の信号出力がリッチ側になるまでリッチ制御を行うことで、三元触媒４０がリッチ状態になったと判断できる。
【００２０】
次に、エンジン２０の空燃比をリーンにするリーン制御を行い、三元触媒４０に酸素を吸蔵させる。リッチ制御と同様に、酸素濃度センサ４３の信号出力がリーン側になるまでリーン制御を行うことで、三元触媒４０がリーン状態になったと判断できる。
【００２１】
この場合、三元触媒４０を一度リッチ状態にし、酸素を放出させて（酸素を空にして）から、一転して三元触媒４０をリーン状態にして酸素を吸蔵させている（酸素で満している）ので、酸素濃度センサ４３の信号出力がリッチ側になってからリーン側に切り替わるまでの間にエンジン２０へ吸入された吸入空気量と、リーン制御中に空燃比センサ４１が検出した空燃比とストイキ空燃比との差分と、を掛け合わせ、この掛け合わせたものを積算した値に基づき、三元触媒４０が吸蔵しうる最大酸素吸蔵量を推定する等の既知の方法で推定することができる。
【００２２】
三元触媒４０は劣化の進行とともに酸素吸蔵能が低下し、酸素を吸蔵し難くなり、吸蔵しうる最大酸素吸蔵量も低下してゆく。三元触媒４０が劣化していない状態に対し、現在の酸素吸蔵能および最大酸素吸蔵量がどれだけ低下しているかを示す値が劣化度であり、三元触媒４０が劣化していない状態での最大酸素吸蔵量と、現在の最大酸素吸蔵量とを比較する等の既知の方法で推定することができる。
【００２３】
また、ＥＣＵ５０は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載する車両の車速を検出する車速センサ４６が出力する信号に基づいて、車両の現在車速を取得することができる。
【００２４】
次に、図２のフローチャートおよび図３、図４を参照して、本実施形態に係る内燃機関の制御について説明する。このフローチャートは、エンジン２０の運転中、ＥＣＵ５０によって例えば数ｍｓｅｃ毎に繰り返し実行される。
【００２５】
ステップＳ１００では、ＯＴ増量制御を実行中であるか否かを判定し、ＯＴ増量実行中でなければステップＳ１１０へ進み、ＯＴ増量実行中ならば本フローチャートを終了する。
【００２６】
ステップＳ１１０では、スロットル１５の開度（スロットル開度）が所定開度より大きいか否かを判定し、所定開度より大きければステップＳ１２０へ進み、所定開度より小さいならば本フローチャートを終了する。
【００２７】
ステップＳ１２０では、本フローチャートの前回実行時の車速よりも今回の車速が大きいか否かを判定し、前回実行時の車速よりも大きければステップＳ１３０へ進み、そうでなければ本フローチャートを終了する。
【００２８】
ステップＳ１３０では、三元触媒４０の触媒温度が第１温度Ｔ１を越えているか否かを判定する。第１温度Ｔ１は、ＯＴ増量制御が実行されるか否かを判定するＯＴ増量温度よりも小さい温度であって、三元触媒４０の触媒温度が第１温度Ｔ１に達した場合、以降の車両の走行状態によってはＯＴ増量制御が実行される可能性がある。
【００２９】
ここで、図３を参照して第１温度Ｔ１について説明する。本実施形態においては、エンジン２０の回転数および負荷により、ＯＴ増量制御を実行すべき領域（燃料増量領域、ＯＴ増量領域ともいう）が定められており、この燃料増量領域に比較的近く、以後の触媒温度の上昇によって燃料増量領域に達する可能性が高い領域を増量予備領域としている。三元触媒４０の触媒温度が第１温度Ｔ１に達した場合、エンジン２０の運転状態はこの増量予備領域の下限域に相当する状態にあると推定され、以降の車両の走行状態によってＯＴ増量制御が実行される可能性があると判断できる。
【００３０】
ステップＳ１３０において三元触媒４０の触媒温度が第１温度Ｔ１を越えている場合はステップＳ１４０へ進み、そうでなければ本フローチャートを終了する。以上、ステップＳ１００〜Ｓ１３０の処理が終了し、ステップＳ１４０へ進む場合は、ＯＴ増量制御が実行される可能性があるため、ステップＳ１４０以降の制御によりＯＴ増量前に三元触媒４０に吸蔵される酸素量を増大させる。これにより、ＯＴ増量制御時に吸蔵酸素が不足し、三元触媒４０の排気浄化能力が低下することを抑えることができる。
【００３１】
ステップＳ１４０では、本フローチャートの前回実行時における三元触媒４０の触媒温度が、既に第１温度Ｔ１を越えていたか否かを判定し、越えていた場合はステップＳ１５０へ、越えていない場合はステップＳ２４０へ進む。
【００３２】
ステップＳ１４０において、本フローチャートの前回実行時における三元触媒４０の触媒温度が、未だ第１温度Ｔ１を越えていなかったと判定された場合、つまり本フローチャートの今回実行時における三元触媒４０の触媒温度が初めて第１温度Ｔ１を越えた場合、ステップＳ２４０へ進み第１温度Ｔ１を越えた時点の時刻ｔ１を測定する。
【００３３】
続けて、ステップＳ２４５へ進み、三元触媒４０の劣化度を取得する。三元触媒４０の劣化度は、図１には図示されないメモリ等の記憶媒体に、三元触媒４０が劣化していない場合の最大酸素吸蔵量を記憶させておき、この劣化していない場合の最大酸素吸蔵量と現在の三元触媒４０における最大酸素吸蔵量との比較に基づいて推定することができる。
【００３４】
このようにして算出される三元触媒４０の劣化度は、前回トリップ（前回走行時）にて推定した劣化度をメモリ等の記憶媒体に予め記憶させておき、ステップＳ２４５においてこの劣化度を読み出して使用する方法でもよいし、本フローチャート実行時（今回走行時）におけるステップＳ２４５時点で劣化度を推定し取得する方法でもよい。
【００３５】
ステップＳ１４０において、本フローチャートの前回実行時における三元触媒４０の触媒温度は既に第１温度Ｔ１を越えていたと判定された場合、あるいはステップＳ２４０、ステップＳ２４５を経た場合、ステップＳ１５０へ進み、三元触媒４０の触媒温度が第２温度を越えているか否かを判定する。第２温度Ｔ２は、第１温度Ｔ１よりも大きくＯＴ増量温度よりも小さい値である。
【００３６】
なお、請求項１における「所定温度」とは本実施形態における「ＯＴ増量温度」に相当し、請求項１における「所定状態」とは、本実施形態において三元触媒４０の触媒温度が「第２温度」に達した状態に相当する。
【００３７】
ここで、図３を参照して第２温度Ｔ２について説明する。三元触媒４０の触媒温度が第２温度Ｔ２まで上昇した場合、エンジン２０の運転状態は増量予備域内にあり、触媒温度が第１温度Ｔ１である場合よりも、更に燃料増量領域に近づく。
【００３８】
よって、ステップＳ１５０において三元触媒４０の触媒温度が第２温度Ｔ２を越えていると判定された場合、三元触媒４０の触媒温度は更に上昇し、高い確立でＯＴ増量制御が実行されると予測されるため、本実施形態では、ＯＴ増量制御の実行に備えてステップＳ１６０以降の制御を実行し、三元触媒４０内に予め酸素を吸蔵させておく。
【００３９】
ステップＳ１５０において三元触媒４０の触媒温度が第２温度Ｔ２を越えていないと判定された場合、ステップＳ２５０へ進む。ステップＳ２５０では、本フローチャートの前回実行時における三元触媒４０の触媒温度が第２温度Ｔ２を越えていたか否かを判定する。
【００４０】
ここで、本フローチャートの前回実行時における三元触媒４０の触媒温度が第２温度Ｔ２を越えていなかった場合（ステップＳ２５０で「Ｎｏ」と判定された場合）、本フローチャートの前回実行時においてもＯＴ増量前リーン制御は実行されておらず、かつ、ＯＴ増量制御が実行されるまでまだ余裕があると判断できるので、そのまま本フローチャートを終了する。ＯＴ増量前リーン制御とは、ＯＴ増量制御が実行される前にエンジン２０における空燃比をリーンに設定し、三元触媒４０における酸素吸蔵量を増大させる制御である。ＯＴ増量前制御の詳細は後に説明する。
【００４１】
一方、本フローチャートの前回実行時における三元触媒４０の触媒温度が第２温度Ｔ２を越えていた場合（ステップＳ２５０で「Ｙｅｓ」と判定された場合）、本フローチャートの前回実行時はＯＴ増量前リーン制御が実行されていたが、触媒温度は下降傾向であり今後ＯＴ増量制御が実行される可能性は低いと判断できるので、ステップＳ１９０へ進みＯＴ増量前リーン制御を一旦終了し、本フローチャートを終了する。
【００４２】
ステップＳ１５０において三元触媒４０の触媒温度が第２温度Ｔ２を越えていると判定された場合、ステップＳ１６０へ進む。ステップＳ１６０において本フローチャートの前回実行時における三元触媒４０の触媒温度は未だ第２温度Ｔ２を越えていなかったと判定された場合、つまり本フローチャートの今回実行時における三元触媒４０の触媒温度が初めて第２温度Ｔ２を越えた場合、ステップＳ２６０へ進む。
【００４３】
ステップＳ２６０では、第２温度Ｔ２に達した時点の時刻ｔ２を測定する。続けてステップＳ２６５へ進み、第２温度Ｔ２に達した時点の三元触媒４０における酸素吸蔵量を推定する。
【００４４】
ステップＳ１６０において本フローチャートの前回実行時における三元触媒４０の触媒温度は既に第２温度Ｔ２を越えていたと判定された場合、あるいはステップＳ２６０およびＳ２６５を経た場合、ステップＳ１７０へ進み、ＯＴ増量前リーン制御が実行中であるか否かを判定する。
【００４５】
ステップＳ１７０の時点でＯＴ増量前リーン制御が実行中でない場合、ステップＳ２７０へ進む。ステップＳ１７０の時点で既にＯＴ増量前リーン制御が実行中であれば、ステップＳ１８０へ進む。
【００４６】
ステップＳ１７０においてＯＴ増量前リーン制御が実行中でないと判定された場合、ステップＳ２７０にて、三元触媒４０に吸蔵されている酸素吸蔵量が、限界酸素吸蔵量を越えていないか否か判定する。限界酸素吸蔵量とは、本実施形態において三元触媒４０へ吸蔵させる酸素量の目標量である。限界酸素吸蔵量の詳細は後に説明する。
【００４７】
ステップＳ２７０において三元触媒４０に吸蔵されている酸素吸蔵量が限界酸素吸蔵量を越えていると判定された場合、三元触媒４０にこれ以上酸素を吸蔵させると三元触媒４０が過度に強いリーンとなってＮＯｘ排出量が増加し、かえって排気浄化能力を低下させる虞があるため、ＯＴ増量前リーン制御を実行させることなく、本フローチャートを終了する。
【００４８】
よって、本フローチャート実行時に既に三元触媒４０の酸素吸蔵量が限界酸素吸蔵量を越えている場合、あるいは後に説明するステップＳ２８０にて、ＯＴ増量前リーン制御実行中に三元触媒４０の酸素吸蔵量が限界酸素吸蔵量を越えたと判定された場合、ＯＴ増量前リーン制御は実行されはない。
【００４９】
ステップＳ２７０において三元触媒４０に吸蔵されている酸素吸蔵量が限界酸素吸蔵量を越えていないと判定された場合、三元触媒４０には更に酸素を吸蔵させることが可能なので、ステップＳ２７３およびＳ２７５へ進み、ＯＴ増量前リーン制御を開始する。ステップＳ２７３では、ステップＳ２７５にてＯＴ増量前リーン制御を実行する際のエンジン２０における空燃比を、三元触媒４０の触媒温度が第２温度Ｔ２（請求項１でいう「所定状態」）からＯＴ増量温度（請求項１でいう「所定温度」）に上昇するまでの時間と、その間に三元触媒４０に吸蔵されうる酸素吸蔵量とに基づいて決定する。
【００５０】
より具体的には、本実施形態においては、まず第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との温度差分（Ｔ２−Ｔ１）を、ステップＳ２４０で測定した時刻ｔ１とステップＳ２６０で測定した時刻ｔ２との時間差分（ｔ２−ｔ１）で除した値に基づき、三元触媒４０の触媒温度上昇速度を算出する。第２温度Ｔ２とＯＴ増量温度との温度差分（ＯＴ増量温度−Ｔ２）を、触媒温度上昇速度で除すれば、三元触媒４０の触媒温度がＯＴ増量温度（図４、Ｔ３）に達する時間、つまりＯＴ増量制御が実行される時刻ｔ３（図４）が推定される。
【００５１】
次に、ステップＳ２４５で取得した三元触媒４０の劣化度と、ステップＳ２６５で推定した酸素吸蔵量に基づいて、三元触媒４０が吸蔵することのできる酸素の残量である、「差分酸素吸蔵量」を算出する。三元触媒４０は、触媒温度が第２温度からＯＴ増量温度に達するまでの期間にこの差分酸素吸蔵量に等しい量の酸素を更に吸蔵することが可能だが、仮に三元触媒４０に差分酸素吸蔵量に等しい量の酸素を吸蔵させると、三元触媒４０が過度に強いリーンとなってＮＯｘ排出量が増加し、かえって排気浄化能力を低下させる虞がある。
【００５２】
よって、本実施形態においては、この差分酸素吸蔵量の８割程度に等しい酸素量を吸蔵させることとする。本実施形態では、時刻ｔ２からｔ３までの間に、三元触媒４０に差分酸素吸蔵量の８割程度に等しい量の酸素を吸蔵させ得る空燃比を算出し、これをＯＴ増量前リーン制御実行時のエンジン２０における空燃比とする。ステップＳ２７５では、エンジン２０の空燃比をステップＳ２７０で算出した空燃比として、ＯＴ増量前リーン制御を開始する。
【００５３】
ここで、時刻ｔ２において三元触媒４０が吸蔵していた酸素吸蔵量と、差分酸素吸蔵量の８割程度の酸素吸蔵量との和を「限界酸素吸蔵量」とし、以降の制御では、ＯＴ増量リーン制御中に三元触媒４０の酸素吸蔵量が限界酸素吸蔵量を越えないように制御する。
【００５４】
ステップＳ２７５においてＯＴ増量前リーン制御が開始された場合、あるいはステップＳ１７０において、既にＯＴ増量前リーン制御が実行中であると判定された場合、ステップＳ１８０へ進み、三元触媒４０の触媒温度がＯＴ増量温度を越えているか否かを判定する。
【００５５】
通常であれば、三元触媒４０の触媒温度がＯＴ増量温度まで達するのはステップＳ２７０において推定された時刻ｔ３時点であり、三元触媒４０には限界酸素吸蔵量相当の酸素が吸蔵された状態でステップＳ１９０にてＯＴ増量前リーン制御を終了し、ＯＴ増量制御へ移行する。
【００５６】
一方、三元触媒４０の触媒温度が時刻ｔ１からｔ２における触媒温度上昇速度を上回って上昇し、時刻ｔ３よりも早い時刻にＯＴ増量温度まで達した場合、三元触媒４０には限界酸素吸蔵量相当の酸素は吸蔵されていないことになる。その場合でも、温度上昇にともなう三元触媒４０の劣化を抑えるためＯＴ増量前リーン制御を終了しＯＴ増量制御へ移行する。
【００５７】
つまり、本実施形態では時刻ｔ３まで時間経過しているか否かに関わらず、三元触媒４０の触媒温度がＯＴ増量温度を越えたらＯＴ増量前リーン制御を終了してＯＴ増量制御へ移行する。
【００５８】
ステップＳ１８０にて三元触媒４０の触媒温度がＯＴ増量温度に達していない場合はステップＳ２８０へ進み、限界酸素吸蔵量を越えているか否かを判定する。通常であれば、ＯＴ増量温度に達するよりも前に限界酸素吸蔵量を越えることは無いが、吸気系の異常等によって吸入空気量が急激に上昇した場合、ＯＴ増量温度に達するよりも前に限界酸素吸蔵量を越えてしまうこともあり得る。
【００５９】
ＯＴ増量前リーン制御中に三元触媒４０へ吸蔵された酸素吸蔵量が限界酸素吸蔵量を越えてしまうと、三元触媒４０が過度に強いリーンとなってＮＯｘ排出量が増加し、かえって排気浄化能力を低下させる虞があるため、ステップＳ２８０にて三元触媒４０に吸蔵された酸素吸蔵量が限界酸素吸蔵量を越えたと判定された場合はステップＳ１９０へ進み、ＯＴ増量前リーン制御を終了する。
【００６０】
この場合、本フローチャートの次回実行時、ステップＳ１７０にてＯＴ増量前リーン制御は実行中ではないと判定されステップＳ２７０へ進み、ステップＳ２７０にて三元触媒４０の酸素吸蔵量が既に限界酸素吸蔵量を越えていると判定されるため、ＯＴ増量前リーン制御が実行されることなく本フローチャートを終了する。しかし、時間経過によって三元触媒４０に吸蔵された酸素が放出され、酸素吸蔵量が限界酸素吸蔵量を下回ることがあれば、再びステップＳ２７３以降へ進み、ＯＴ増量前リーン制御が実行される。
【００６１】
以上説明した本実施形態によれば、次の効果を奏することができる。本実施形態では、ＥＣＵ５０は三元触媒４０の触媒温度の上昇にともなって増量制御が実行されるよりも前に三元触媒４０に吸蔵される酸素吸蔵量を増大させ、三元触媒４０に一定量の酸素を吸蔵させてからＯＴ増量を実行するよう構成される。
【００６２】
よって、ＯＴ増量にともない三元触媒４０に流入する排気ガスが強いリッチとなり、三元触媒４０に吸蔵される酸素吸蔵量が減少したとしても、ＯＴ増量前に三元触媒４０において予め吸蔵させておいた酸素があるため、排気浄化能力の低下を抑えることができる。
【００６３】
また、ＯＴ増量前における三元触媒４０の触媒温度の上昇速度および三元触媒４０に吸蔵することができる酸素吸蔵限界量に基づき、三元触媒４０に必要な量だけの酸素を確保するようにＯＴ増量前リーン制御時のエンジン２０における空燃比を制御するので、三元触媒４０に過剰な量の酸素を吸蔵させて排気浄化能力を低下させる虞が少ない。
【００６４】
なお、触媒装置は三元触媒に限定されない。排気浄化に用いられるものあって、酸素吸蔵能がある触媒装置であればよい。例えば、酸化触媒やＮＯｘ吸蔵還元型触媒であってもよい。
【００６５】
また、ステップＳ１００における「ＯＴ増量制御」とは、三元触媒４０の触媒温度を低下させ、劣化抑制を目的とする燃料増量制御以外の燃料増量制御でもよく、例えば、ドライバの加速要求に応じて内燃機関の出力を増大させることを目的とする燃料増量制御、いわゆるパワー増量制御であってもよい。
【００６６】
また、三元触媒４０の劣化度取得タイミングは本実施例のように触媒温度が第１温度Ｔ１に達した時点でもよいし、第２温度Ｔ２に達した時点（ステップＳ２６０、あるいはＳ２６５）でもよい。第２温度Ｔ２に達した時点で劣化度を取得する場合は、第１温度Ｔ１に達した時点で劣化度を取得するよりも、より正確な劣化度を取得することができる。一方で、第１温度Ｔ１に達した時点で劣化度を取得する場合、処理の実行タイミングが第２温度Ｔ２に達した時点で行う酸素吸蔵量の推定処理（ステップＳ２６５）と重ならないため、ＥＣＵ５０にかかる負荷を分散することができる。
【００６７】
また、ステップＳ２７３では、時刻ｔ２からｔ３の間にかけてＯＴ増量前リーン制御を実行することを前提として、ＯＴ増量前リーン制御時のエンジン２０における空燃比を算出しているが、ステップＳ２７５にてＯＴ増量前リーン制御が開始した後、時刻ｔ３よりも前に三元触媒４０に吸蔵される酸素吸蔵量が酸素吸蔵限界量に達し、ＯＴ増量前リーン制御を終了させるような空燃比を算出するようにしてもよい。
【００６８】
時刻ｔ３よりも前にＯＴ増量前リーン制御を終了させる場合、より短時間で酸素吸蔵限界量に相当する酸素吸蔵量を得る必要があるため、エンジン２０における空燃比は、時刻ｔ２からｔ３にかけてＯＴ増量前リーン制御を実行する場合に設定される空燃比（弱リーン）よりも、更に大きな値（強リーン）に設定される。
【００６９】
時刻ｔ２からｔ３にかけてＯＴ増量前リーン制御実行する場合、ＯＴ増量前リーン制御開始前（ストイキ）と開始後（弱リーン）のエンジン２０における空燃比の差は比較的小さくなり、トルク変動を小さくすることができるが、ＯＴ増量前リーン制御（弱リーン）からＯＴ増量制御（リッチ）へ移行する際のエンジン２０における空燃比の差は比較的大きくなり、トルク変動も大きくなる。
【００７０】
一方で、時刻ｔ３よりも前にＯＴ増量前リーン制御を終了させる場合、ＯＴ増量前リーン制御開始前（ストイキ）と開始後（強リーン）のエンジン２０における空燃比の差は比較的大きく、トルク変動も大きくなるが、ＯＴ増量制御へ移行する際は既にＯＴ増量前リーン制御は終了している（ＯＴ増量制御へ以降する際はストイキからリッチへ以降する）ため、エンジン２０における空燃比の差は比較的小さく、トルク変動を小さくすることができる。
【００７１】
つまり、時刻ｔ２からｔ３の間、継続してＯＴ増量前リーン制御を行う場合は、ＯＴ増量前リーン制御開始時におけるトルク変動を小さくことができ、時刻ｔ３よりも早期にＯＴ増量前リーン制御を終了させる場合はＯＴ増量移行時におけるトルク変動を小さくすることができる。いずれの場合も、ＯＴ増量制御移行前に酸素吸蔵限界量に相当する酸素量を吸蔵し得るという効果は発揮されるため、ドライバ要求やシステム要求に応じて、ＯＴ増量前リーン制御開始時におけるトルク変動抑えたいのか、ＯＴ増量移行時におけるトルク変動を抑えたいのかを選択し、それに応じた空燃比を設定することができる。
【００７２】
ステップＳ２７３において、時刻ｔ２からｔ３の間にかけてＯＴ増量前リーン制御を実行する場合でも、エンジン２０における空燃比を徐々に大きくする（弱リーンから徐々に強リーンにする）、あるいは徐々に小さくする（強リーンから徐々に弱リーンにする）ことで、酸素吸蔵限界量に相当する酸素量を吸蔵しつつ、トルク変動を抑えることもできる。
【００７３】
また、ステップＳ２７３では、時刻ｔ１からｔ２の２点間における三元触媒４０の触媒温度の上昇速度に基づいて、ＯＴ増量温度に達する時刻ｔ３を予測しているが、例えば（時刻ｔ３よりも早い）時刻ｔ２までの間、温度を逐次測定し、その上昇傾向に基づいて時刻ｔ３を予測してもよい。この場合、三元触媒４０の触媒温度が指数関数的に増大した場合（図５）でも、精度よく時刻ｔ３を予測できる。
【００７４】
あるいは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの２点間ではなく、所定サイクル毎に温度を測定し、複数点間での上昇傾向に基づいて時刻ｔ３を予測してもよい。この場合、温度を逐次測定して時刻ｔ３を予測する方法よりも精度は劣るが、本実施形態のように２点間の温度から時刻ｔ３を予測する方法よりも精度は良く、また、制御系の処理負担増も抑えることができる。
【００７５】
なお、本発明でいう所定状態から所定温度（ＯＴ増量温度）までの間の所要時間を推定する方法は、本実施形態のように温度に基づいて決定する方法に限らない。例えば、エンジン始動後の経過時間やリーン制御およびリッチ制御切替え後の経過時間、あるいは触媒装置に吸蔵されている酸素吸蔵量等に基づく既知の方法によって、触媒装置の状態が任意の所定状態に到ってから、触媒装置の触媒温度が所定温度（ＯＴ増量温度）に達して実際にＯＴ増量が実行されるまでの間の所要時間が推定できればよい。
【００７６】
このような場合、「所定状態」とは、本実施形態において触媒装置の触媒温度が第２温度に達した状態のことを指していたように、高い確率でＯＴ増量が実行されることが予想されるが、未だＯＴ増量の実行には至っていないＯＴ増量実行間近の状態を指し、この状態を経過時間や酸素吸蔵量に基づいて設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が、ＯＴ増量制御を実行までに行う空燃比制御を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本実施形態に係るエンジンの運転状態とエンジンにおけるＯＴ増量制御との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本実施形態に係るＯＴ増量制御と触媒温度との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、本実施形態に係るＯＴ増量制御と触媒温度との関係を示すグラフであって、図４の変形例である。
【符号の説明】
【００７８】
１０…吸気通路、１３…エアフローメータ、１５…スロットル、１７…スロットルセンサ、１９…インジェクタ、２０…エンジン、２１…シリンダ、２２…燃焼室、２３…ピストン、２４…点火プラグ、３０…排気通路、４０…三元触媒、４１…空燃比センサ、４２…排気温センサ、４３…酸素濃度センサ、４５…ＮＯｘ還元触媒、４６…車速センサ、５０…ＥＣＵ
【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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