(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する触媒と、バルブの作用角を目標作用角に可変するための可変動弁機構と、を備える内燃機関の制御装置であって、
所定の実行条件が成立した場合に、前記触媒の酸素吸蔵能力を測定する測定手段と、
前記測定手段を実行する際に、前記目標作用角が、前記複数の気筒における空燃比のバラツキが生じない作用角の下限値よりも小さいときには、前記目標作用角を前記下限値に変更する目標作用角変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記バルブの実作用角を取得する実作用角取得手段を更に備え、
前記測定手段は、前記実作用角が前記下限値以上となった後に、前記触媒の酸素吸蔵能力の測定を開始することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関は車両に搭載されており、
前記測定手段による測定が完了した後は、前記車両が加速している期間に前記目標作用角を前記下限値から運転状態に応じた適正値に変更する第２の目標作用角変更手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２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】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、酸素吸蔵能力を有する触媒を排気通路に備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において排気ガスの浄化に用いられる触媒は、その内部に酸素を吸蔵しておく酸素吸蔵機能を有している。触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには、触媒の気相中の酸素を取り込んで吸蔵し、逆に触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチのときには、触媒は自身が吸蔵している酸素を気相に放出する。これにより、排気ガスの空燃比がリーンであって、ＨＣやＣＯに対してＮＯｘが相対的に多く含まれる状況では、触媒の酸素吸蔵機能によってＮＯｘを還元することができる。逆に、排気ガスの空燃比がリッチであって、ＨＣやＣＯが相対的に多く含まれる状況では、触媒の酸素放出作用によってＨＣやＣＯを酸化することができる。
【０００３】
このような触媒の酸素吸蔵能力は、経年劣化などの影響により徐々に低下することが知られている。酸素吸蔵能力の低下した状態で触媒を使用し続けると、外乱などによって空燃比が突然変動したとき、触媒の浄化能力を超える分のエミッションが大気中に排出されてしまう可能性がある。このため、従来から触媒の酸素吸蔵能力の低下を判定するための手法が数多く提案されている。
【０００４】
例えば、特開２００６−３７８４１号公報では、触媒の酸素吸蔵能力の低下を判定する際に、吸気バルブの最大リフト量および作用角の少なくとも一方を増大させる内燃機関の制御装置が提案されている。この制御装置における触媒の劣化判定では、判定を行うための種々の条件を充足した上で、吸入空気量の積算値が一定値を超えるまで排気成分や排気温度の検出を継続することが必要とされる。そこで、かかる期間に吸気バルブの最大リフト量および作用角の少なくとも一方を増大させて、吸入空気量の積算値が一定値を超えるまでの期間を短縮することとしている。これにより、判定に要する期間を短くすることができるので、判定途中にその判定条件が満たされなくなる事態に陥り難くなり、判定の完了頻度を増加させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３７８４１号公報
【特許文献２】特開２００３−５６３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の制御装置では、触媒の劣化判定を実行する際には、現在の作用角或いは最大リフト量の大小に係わらず、これらを増大することとしている。このため、作用角或いは最大リフト量が既に大きい状態である場合においては、必要以上にこれらが拡大されて燃費の悪化を招くおそれがあった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃費の悪化を抑制しつつ、触媒の酸素吸蔵能力を適切に判定することの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】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、複数の気筒を有する内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する触媒と、バルブの作用角を目標作用角に可変するための可変動弁機構と、を備える内燃機関の制御装置であって、
所定の実行条件が成立した場合に、前記触媒の酸素吸蔵能力を測定する測定手段と、
前記測定手段を実行する際に、前記目標作用角が、前記複数の気筒における空燃比のバラツキが生じない作用角の下限値よりも小さいときには、前記目標作用角を前記下限値に変更する目標作用角変更手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、
前記バルブの実作用角を取得する実作用角取得手段を更に備え、
前記測定手段は、前記実作用角が前記下限値以上となった後に、前記触媒の酸素吸蔵能力の測定を開始することを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関は車両に搭載されており、
前記測定手段による測定が完了した後は、前記車両が加速している期間に前記目標作用角を前記下限値から運転状態に応じた適正値に変更する第２の目標作用角変更手段を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
複数の気筒を有する内燃機関において、気筒間の空燃比のバラツキは、作用角が大きいほど小さく抑制される。第１の発明によれば、触媒の酸素吸蔵能力を測定する際に、目標作用角が、気筒間の空燃比のバラツキが現れない作用角の下限値よりも小さいときには、目標作用角が当該下限値に変更される。このため、本発明によれば、酸素吸蔵能力の測定を行う際における気筒間の空燃比のバラツキを抑制することができるので、酸素吸蔵能力の測定精度を効果的に向上させることができる。また、気筒間の空燃比のバラツキが現れる場合にのみ作用角が拡大されるので、必要以上に作用角が拡大されることにより燃費が悪化する事態を効果的に回避することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、実作用角が下限値以上となった後に、触媒の酸素吸蔵能力の測定が開始される。このため、本発明によれば、気筒間の空燃比のバラツキの影響を完全に払拭した後に当該触媒の酸素吸蔵能力の測定が開始されるので、測定精度を効果的に向上させることができる。
【００１３】
第３の発明によれば、内燃機関が搭載された車両において、触媒の酸素吸蔵能力の測定が完了した後は、車両の加速している期間に目標作用角が運転状態に応じた適正値に変更される。車両の加速中にはドライバビリティの悪化を体感し難い。このため、かかる期間に作用角を可変することで、運転者に違和感を与えることなく、作用角を適正値に戻すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態
［実施の形態の構成］
図１は、本発明の実施形態１の構成を説明するための図を示す。図１に示すように、本実施形態の内燃機関（エンジン）１０は、ガソリンを燃料として使用するガソリンエンジンである。エンジン１０は、内部にピストン１２が配置されたシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４に組み付けられたシリンダヘッド１６を備えている。シリンダブロック１４およびシリンダヘッド１６の内壁とピストン１２の上面とで囲まれる空間は、燃焼室１８を形成している。尚、図１では一つの燃焼室１８のみを示しているが、エンジン１０は複数の燃焼室１８を有する多気筒エンジンとして構成されている。
【００１６】
エンジン１０には、吸気通路２０、および排気通路２２が連通している。吸気通路２０と燃焼室１８との接続部には、吸気通路２０と燃焼室１８との連通状態を制御する吸気バルブ２４が設けられている。また、排気通路２２と燃焼室１８との接続部には、排気通路２２と燃焼室１８との連通状態を制御する排気バルブ２６が設けられている。
【００１７】
また、本実施の形態のシステムは、可変動弁機構３０を備えている。可変動弁機構３０は、例えば、制御軸（図示せず）の回転角に応じて、ロッカーアーム（図示せず）の揺動量や揺動タイミングを変化させて、リフト量、作用角、バルブタイミングといったバルブの開弁特性を連続的に変更できるように構成されている。尚、本実施の形態における可変動弁機構３０の構造および機能に関しては、本発明の本質的部分でなく、また、公知の技術であるため、本明細書ではその詳細な内容についての説明を省略することとする。
【００１８】
排気通路２２には、排気ガス中の有害成分（ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ）を浄化するための触媒３２，３４が２段に配置されている。これらの触媒３２，３４はいずれも酸素吸蔵能力を有する触媒である。上流側の触媒３２は排気マニホールドに接近して配置され、下流側の触媒３４は車両の床下に配置されている。触媒３２の上流にはＡ／Ｆセンサ（全域空燃比センサ）５２が取り付けられ、触媒３４の下流にはＯ２センサ（酸素センサ）５４が取り付けられている。Ａ／Ｆセンサ５２は空燃比に対してリニアな信号を出力するセンサである。Ｏ２センサ５４はガス中の酸素濃度に応じた信号を出力するセンサであり、空燃比に対し理論空燃比を基準にして出力値が反転する出力特性を有している。
【００１９】
本実施の形態のエンジン１０には、その制御装置として、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０が備えられている。前述のＡ／Ｆセンサ５２およびＯ２センサ５４はＥＣＵ５０に接続されている。ＥＣＵ５０はＡ／Ｆセンサ５２およびＯ２センサ５４の出力値に基づいて、触媒３２に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように燃料噴射量をフィードバック制御している。以下、このフィードバック制御を「空燃比フィードバック制御」と称する。
【００２０】
ＥＣＵ５０により実行される空燃比フィードバック制御は、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御からなる。メインフィードバック制御では、Ａ／Ｆセンサ５２の出力値が燃料噴射量に反映される。サブフィードバック制御では、Ｏ２センサ５４の出力値が燃料噴射量に反映される。Ａ／Ｆセンサ５２とＯ２センサ５４とを用いた空燃比フィードバック制御は公知の手法であるため、本明細書ではその詳細な内容についての説明を省略することとする。
【００２１】
［実施の形態における動作］
次に、図を参照して本実施の形態のシステムの動作について説明する。
【００２２】
（触媒の劣化判定動作）
上述した空燃比フィードバック制御によれば、排気ガスの空燃比を理論空燃比の近傍に維持することができる。しかしながら、触媒３２の経年劣化などの要因により酸素吸蔵能力が低下すると、外乱等による空燃比の変動が生じた場合に触媒３２において有害成分を浄化することができないことが想定される。
【００２３】
そこで、本実施の形態のシステムでは、触媒３２の酸素吸蔵能力を測定することで、触媒３２の劣化を判定する。具体的には、触媒３２の酸素吸蔵状態は、触媒３２の下流のＯ２センサ５４を用いて監視することができる。触媒３２が酸素飽和状態になった場合には、Ｏ２センサ５４の出力値はリッチ出力からリーン出力に反転する。逆に触媒３２が枯渇状態になった場合には、Ｏ２センサ５４の出力値はリーン出力からリッチ出力に反転する。したがって、空燃比をリッチ・リーンに振幅させ、Ｏ２センサ５４の出力値が反転するまでのＡ／Ｆセンサ５２の出力値や吸入空気量の積算値などに基づいて、触媒３２の酸素吸蔵状態を測定することができる。
【００２４】
ここで、本実施の形態のエンジン１０においては、触媒３２がエンジン１０の排気マニホールドに接近して配置されている。このような構造においては、各気筒から排出される排気ガスが確実に混合されずに触媒３２へ導入されてしまうことが想定される。このため、気筒間の空燃比にバラツキが発生している場合には、触媒３２の酸素吸蔵能力を精度よく測定できないおそれがある。つまり、一部の気筒のリッチ或いはリーンな排気ガスが触媒３２の一部の範囲に継続的に導入されると、触媒３２内が完全にリッチ雰囲気或いはリーン雰囲気となる前であっても触媒下流にこれらのガスが吹き抜けてしまい、Ｏ２センサ５４の出力を反転させてしまうおそれがある。
【００２５】
気筒間の空燃比のバラツキはバルブの作用角の影響を受ける。すなわち、バルブの作用角が大きいと空気量が多量となるため、気筒間の空燃比のバラツキは小さくなる。一方、バルブの作用角が小さいと空気量が少量となるため、気筒間の空燃比のバラツキは小さくなる。このため、可変動弁機構３０が制御されてバルブの作用角が小作用角側へ可変されているときには、作用角を拡大させることで気筒間の空燃比のバラツキを抑制することができる。しかしながら、作用角を拡大すると燃費が悪化するため、気筒間の空燃比のバラツキが問題となる領域のみ実施することが好ましい。
【００２６】
そこで、本実施の形態のシステムでは、触媒３２の酸素吸蔵能力を測定する際に、バルブの作用角に下限値を設定することとする。具体的には、下限値は気筒間の空燃比のバラツキが問題とならない作用角の下限値（例えば、１４０°程度）に設定される。これにより、目標作用角が下限値よりも小さい場合には、当該目標作用角の値が下限値に設定される。一方、目標作用角が既に下限値より大きい場合には、当該目標作用角が維持される。このように、下限値は気筒間の空燃比バラツキが問題とならない範囲の最小値として特定されるため、作用角がむやみに大きくされて燃費が悪化する事態を効果的に回避しつつ、触媒３２の酸素吸蔵能力の測定精度を最大限に向上させることができる。
【００２７】
また、触媒３２の酸素吸蔵能力の測定は、作用角の可変動作が完了した後に実行される。このため、気筒間の空燃比バラツキの影響を完全に払拭した後に測定を開始することができるので、測定精度を効果的に向上させることができる。
【００２８】
また、触媒３２の酸素吸蔵能力測定が完了した後は、速やかに作用角を運転状態に応じた適正値に戻すことが望ましい。しかしながら、急激な作用角の変更は、ドライバビリティの悪化を招くおそれがある。
【００２９】
そこで、本実施の形態では、車両が加速中に作用角を適正値に戻すこととする。車両の加速中にはドライバビリティの悪化を体感し難い。このため、かかる期間に作用角を可変することで、運転者に違和感を与えることなく、作用角を適正値に戻すことができる。
【００３０】
［実施の形態における具体的処理］
次に、図２乃至図４を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図２は、ＥＣＵ５０が作用角制限フラグをオンするために実行するルーチンのフローチャートである。尚、図２に示すルーチンは、エンジン１０の運転中に繰り返し実行されるルーチンである。
【００３１】
図２に示すルーチンでは、先ず、触媒３２の劣化判定条件が成立しているか否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、エンジン１０が所定の定常運転中であるか否か、前回の判定完了から所定期間経過しているか否かなどの種々の条件が成立しているか否かが判定される。その結果、触媒劣化判定条件が成立していると判断された場合には、触媒３２の酸素吸蔵量測定を実行可能と判断されて、次のステップに移行し、作用角制限フラグがオンとされる（ステップ１０２）。一方、上記ステップ１００において条件成立が認められない場合には、速やかに本ルーチンは終了される。
【００３２】
図３はＥＣＵ５０が触媒の劣化判定を実行するルーチンのフローチャートである。尚、図３に示すルーチンは、エンジン１０の運転中に繰り返し実行されるルーチンであり、上述した図２に示すルーチンとは別個に独立して実行される。
【００３３】
図３に示すルーチンでは、先ず、ベース作用角が読み込まれる（ステップ２００）。ここでは、具体的には、可変動弁機構３０の制御軸に配置された回転角センサの回転角信号に基づいて、ベース作用角が検出される。
【００３４】
次に、作用角制限フラグがオンとされているか否かが判定される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２において、作用角制限フラグがオンとされたか否かが読み込まれる。その結果作用角制限フラグがオンとされていない場合には、本ルーチンは速やかに終了される。
【００３５】
一方、上記ステップ２０２において、作用角制限フラグがオンとされていると判定された場合には、次のステップに移行し、目標作用角が１４０°よりも小さいか否かが判定される（ステップ２０４）。ここでは、具体的には、運転状態などに応じて設定された現在の目標作用角が読み込まれ、当該目標作用角と下限値（１４０°）とが比較される。尚、ここでいう下限値は、気筒間の空燃比バラツキが問題とならない作用角の下限値として特定された値である。その結果、目標作用角＜１４０°の成立が認められた場合には、目標作用角が下限値よりも小さいと判断されて、次のステップに移行し、目標作用角が下限値である１４０°に設定される（ステップ２０６）。
【００３６】
上記ステップ２０６の処理の後、または上記ステップ２０４において目標作用角＜１４０°の成立が認められない場合には、次のステップに移行し、実作用角が１４０°以上であるか否かが判定される（ステップ２０８）。ここでは、具体的には、先ず、実作用角が読み込まれる。次いで、読み込まれた実作用角が、作用角の下限値である１４０°以上であるか否かが判定される。
【００３７】
上記ステップ２０６において、実作用角≧１４０°の成立が認められた場合には、気筒間の空燃比のバラツキが許容範囲内に抑制されていると判断されて、次のステップに移行し、触媒劣化判定が実行される（ステップ２１０）。ここでは、具体的には、触媒３２の酸素吸蔵能力が測定されて、触媒３２の劣化有無が判定される。一方、上記ステップ２０６において、実作用角≧１４０°の成立が認められない場合には、気筒間の空燃比のバラツキが許容範囲内に抑制されていないと判断されて、触媒劣化判定は実行せずに本ルーチンは速やかに終了される。
【００３８】
図４は、ＥＣＵ５０が作用角制限フラグをオフするために実行するルーチンのフローチャートである。尚、図４に示すルーチンは、エンジン１０の運転中に繰り返し実行されるルーチンであり、上述した図２および図３に示すルーチンとは別個に独立して実行されるルーチンである。
【００３９】
図４に示すルーチンでは、先ず、触媒劣化判定の実行が終了したか否かが判定される（ステップ３００）。ここでは、具体的には、上記ステップ２１０において触媒劣化判定が実行されたか否かが判定される。
【００４０】
次に、作用角制限フラグがオンか否かが判定される（ステップ３０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０２と同様の処理が実行される。その結果、作用角制限フラグがオフと判断された場合には、本ルーチンは速やかに終了される。一方、作用角制限フラグがオンと判断された場合には、次のステップに移行し、車両の加速中か否かが判定される（ステップ３０４）。ここでは、具体的には、アクセル開度が所定開度以上となったか否かが判定される。その結果、車両の加速中でないと判定された場合には、本ルーチンは速やかに終了される。一方、車両の加速中であると判定された場合には、次のステップに移行し、作用角制限フラグがオフとされる（ステップ３０６）。
【００４１】
以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、触媒３２の酸素吸蔵能力を測定する際に作用角が下限値でガードされる。このため、気筒間の空燃比のバラツキを抑制させて酸素吸蔵能力の測定精度を効果的に向上させることができる。
【００４２】
また、本実施の形態のシステムによれば、車両の加速中に作用角を適正値に戻すこととしているので、ドライバビリティの悪化を体感し難い状況で作用角を適正値に戻すことができる。
【００４３】
ところで、上述した実施の形態においては、作用角の下限値を１４０°に設定しているが、下限値はかかる値に限らず、触媒の配置や排気通路の形状等に応じて、触媒３２に導入される排気ガスの空燃比に偏りが生じないための作用角下限値を設定すればよい。
【００４４】
また、上述した実施の形態においては、実作用角が下限値（１４０°）以上となった後に触媒劣化判定を実行することとしているが、触媒劣化判定の実行開始時期はこれに限られない。すなわち、可変動弁機構３０による作用角可変動作の応答性がよい場合等においては、目標作用角を下限値に変更した後に触媒劣化判定を開始することとしてもよい。
【００４５】
尚、上述した実施の形態においては、触媒３２が前記第１の発明における「触媒」に相当しているとともに、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２０４および２０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「目標作用角変更手段」が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「測定手段」が、それぞれ実現されている。
【００４６】
また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２０８の処理を実行することにより、前記第２の発明における「実作用角取得手段」が実現されている。
【００４７】
また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ３０６の処理を実行することにより、前記第３の発明における「第２の目標作用角変更手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態のシステムの概略構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１０  内燃機関（エンジン）
１２  ピストン
１４  シリンダブロック
１６  シリンダヘッド
１８  燃焼室
２０  吸気通路
２２  排気通路
２４  吸気バルブ
２６  排気バルブ
３０  可変動弁機構
３２  触媒
３４  触媒
５０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２  Ａ／Ｆセンサ
５４  Ｏ２センサ
【図１】
0004924396.tif 000002
【図２】
0004924396.tif 000003
【図３】
0004924396.tif 000004
【図４】
0004924396.tif 000005