JP2005226491A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ抑制制御を好適に実施することでＮＯｘの排出量を抑制し、しかもドライバビリティの悪化等の不都合を抑制する。
【解決手段】エンジン１０の排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられている。ＥＣＵ４０は、燃料カット状態が所定時間継続された場合に触媒３１の酸素貯蔵量が多いリーン状態であることを判定し、触媒リーン状態であると判定され且つエンジン１０が所定の運転負荷以上となる場合に、排気中のＮＯｘ量を抑制するためのＮＯｘ抑制制御を実施する。また、触媒リーン状態から復帰したと判定した時にＮＯｘ抑制制御を終了する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。

近年、自動車の排気エミッション低減への要求が年々高まっており、それに対応すべく排気エミッション低減のための様々な制御方法等が考案されている一方で、排気浄化のために排気系に装着される触媒への貴金属の坦持量も増加傾向にある。また、一般的に使用されている三元触媒の性質として、排気中の酸素濃度が高いリーン雰囲気の時に触媒内に酸素を貯蔵し、その後、リッチ雰囲気においてＨＣ、ＣＯ等の排気成分が触媒内に流入した時に触媒内に貯蔵した酸素成分を使って酸化反応を生じさせることで排気浄化を行うことが知られている。

ところで、燃料カット時やアイドルストップ時など、触媒内に直接空気が供給されるような状態が継続すると、触媒はその酸素貯蔵能力一杯まで酸素を貯蔵した状態となる。従って、その後の運転状態ではＨＣやＣＯ等の酸化反応で浄化される排気成分については浄化能力を存分に発揮できる反面、還元反応は起こり難くなるため、ＮＯｘ成分に対する浄化能力が極端に低下してしまうという現象が発生する。とりわけ、前述の様に触媒に坦持される貴金属量が多くなると、酸素貯蔵能力の増加とともにこのような問題の影響が顕著に現れるようになる。

また、内燃機関より排出されるＮＯｘ成分は主に燃焼温度と空燃比に依存しており、内燃機関からのＮＯｘ排出量を抑制する手段として、空燃比をリッチにすること、又は点火時期遅角等により燃焼温度を下げることが考えられている。しかしながら、空燃比をリッチにすることは、ＮＯｘ排出量抑制効果が小さいうえに、他の排ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）が増加する等の不都合を招くため好ましくない。従って、点火時期遅角等により燃焼温度を下げてＮＯｘ排出を抑制することが良いと考えられる。但し、点火時期遅角を行うと燃焼温度が低下するが、内燃機関の出力トルクが減少する。そのため、ＮＯｘ抑制を目的に頻繁に又は過剰に点火時期遅角を実施すると、ドライバビリティの悪化や燃費の悪化を招くおそれが生じる。また、運転状態によっては必要なトルクが不足し、内燃機関の負荷を増加させる必要が生じる。このとき、運転領域が高負荷側に移行することによる燃焼温度の上昇が前述の点火時期遅角等による燃焼温度低下を上回ってしまうと、却ってＮＯｘ排出量が増えてしまうという不都合が生じる。

ここで、燃料カット状態からの復帰時において、内燃機関の出力トルクを一時的に制御する従来技術として例えば特許文献１，２がある。特許文献１では、燃料カット状態から燃料供給状態に復帰した際におけるトルク変動を抑制すべく、燃料カット復帰時においてその時の機関運転状態に応じて点火時期遅角量を制御している。また、特許文献２では、車両の前後振動、すなわちトルクショックを効果的に抑制すべく、燃料カット復帰時において吸入空気量が大きいほど出力トルクの低減補正量を大きくするようにしている。

しかしながら上記特許文献１，２の技術は、トルク変動の抑制が主たる目的であるため、設定される点火時期補正はトルク変動周期に合わせて短時間に設定されるのが通例であり、本発明が課題とするような触媒がリーンな状態期間に渉ってのＮＯｘの抑制効果を発揮することはできない。また、燃料カット復帰後におけるＮＯｘ排出量を抑制する手段として、上記特許文献１，２の技術を用いることも考えられるが、上述した理由から効果的なＮＯｘ抑制は実現できない。また、近年の厳しい排ガス規制をクリアするために触媒の貴金属量は次第に増やされる傾向にあり、触媒のリーン状態が長く継続するため、前記制御量（点火時期遅角量やトルクの低減補正量）のみで対応することは益々難しくなってきている。
特開平７−１４５７７１号公報 特開平８−１７７５６５号公報

本発明は、ＮＯｘ抑制制御を好適に実施することで触媒装置のＮＯｘ浄化能力が一時的に低下しても大幅なＮＯｘの増加を招くことなく、しかもドライバビリティの悪化等の不都合を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

請求項１に記載の発明では、触媒装置内の酸素貯蔵量が多いリーン状態であると判定され且つ内燃機関が所定の運転負荷以上の状態にある場合に、排気中のＮＯｘ量を抑制するためのＮＯｘ抑制制御が実施される。具体的には、燃料カット状態やアイドルストップ状態等では触媒装置に直接空気が供給され、その状態が継続されると、当該触媒装置の酸素貯蔵量が多くなりリーン状態となることに対応する。本発明の構成によれば、このリーン状態となった場合にのみＮＯｘ抑制制御が実施される。そのため、例えば車両変速装置の変速時において極短時間に燃料カットが行われる場合など、触媒装置が所定のリーン状態とはならない場合には、ＮＯｘ抑制制御は実施されない。これにより、ＮＯｘ抑制制御が過剰に実施されることが回避できる。また、触媒装置がリーン状態である場合において、内燃機関のＮＯｘ排出量が増加する所定の運転負荷以上の状態でＮＯｘ抑制制御が実施されるため、ＮＯｘが浄化されないまま外部に排出されるという事態が抑制できる。以上により、ＮＯｘ抑制制御を好適に実施することでＮＯｘの排出量を低減し、しかもドライバビリティの悪化等の不都合を抑制することができる。

通常の内燃機関では、車両の走行速度が低い時にはドライバの要求よりも大きなトルクを発生するように内燃機関の設定を行うのに対して、走行速度が高いときにはドライバの要求に応じたトルクを発生するようにその設定を行っている。一方、ＮＯｘ抑制制御を行う場合、その抑制制御量が大きいほど、トルクが低下するという特性を持つ。

そこで、請求項２に記載の発明では、車両走行時の内燃機関の特性を考慮して、車両の走行速度に基づいてＮＯｘ抑制制御量を設定することとした。

より具体的には、請求項３に係る発明のように、車両の走行速度が低く、ドライバの要求よりもトルクが大きく出ている領域では、ＮＯｘ抑制制御量を大きく設定しエミッションを低減する。このとき、トルクが大きく低下しても、元々、ドライバの要求よりもトルクが出ているため、ＮＯｘ抑制制御によるトルクの落ち込みが大きくとも、ドライバが違和感を感じることがない。また、車両の走行速度が高く、ドライバの要求とトルクが同一の領域では、ＮＯｘ抑制制御量を小さく設定することで、ドライバビリティとエミッション悪化の抑制を両立できる。

また、請求項４に記載したように、車両の走行速度が所定速度以上である場合にＮＯｘ抑制制御を実施しないようにすると良い。つまり、吸入空気の増加に伴うＮＯｘの増加割合は、車両の走行速度が高くなるに従って大きくなる。それ故、車両の走行速度が所定速度以上である場合には、上述したようにＮＯｘ抑制制御を行うことで却ってＮＯｘ発生量を増加させるおそれがある。このような領域でＮＯｘ抑制制御を禁止することで上述のような不都合を抑制できる。

請求項５に記載の発明では、触媒装置のリーン状態下で燃料供給が実施される際、空燃比がリッチ側に制御される。これにより、リーン状態にある触媒装置において貯蔵酸素の消費が促進され、ＮＯｘ浄化能力の早期回復を図ることができる。

請求項６に記載の発明では、内燃機関への燃料供給を停止した状態が所定時間以上継続した時に触媒装置がリーン状態であると判定される。つまり、燃料カット状態やアイドルストップ状態では内燃機関への燃料供給が停止され、その状態が所定時間以上継続した時点で触媒装置がリーン状態になったと判定できる。

請求項７に記載の発明では、触媒装置の酸素貯蔵量が推定され、その酸素貯蔵量に基づいて触媒装置がリーン状態であると判定される。これにより、触媒装置における酸素貯蔵量の変化に応じてＮＯｘ抑制制御を精度良く実施することができるようになる。例えば、触媒装置に供給される排気量や排気の酸素濃度等に関連したパラメータに基づいて触媒装置の酸素貯蔵量が推定されると良い。

請求項８に記載の発明では、触媒装置のリーン状態からの復帰が判定され、その判定結果に応じてＮＯｘ抑制制御が終了される。これにより、触媒装置のＮＯｘ浄化能力の回復に合わせて適正なタイミングでＮＯｘ抑制制御を終了することができ、当該ＮＯｘ抑制制御を過不足無く実施することができる。

請求項９に記載の発明では、触媒装置がリーン状態であると判定された後、燃焼状態が所定時間以上継続した時に触媒装置がリーン状態から復帰したと判定される。つまり、内燃機関の燃焼状態では、排気の供給により触媒装置の貯蔵酸素が次第に離脱され、その状態が所定時間以上継続した時点で、触媒装置がリーン状態から復帰したと判定できる。

請求項１０に記載の発明では、触媒装置の酸素貯蔵量が推定され、その酸素貯蔵量に基づいて触媒装置がリーン状態から復帰したと判定される。これにより、触媒装置における酸素貯蔵量の変化に応じてＮＯｘ抑制制御を精度良く実施することができるようになる。前記請求項７と同様に、例えば、触媒装置に供給される排気量や排気の酸素濃度等に関連したパラメータに基づいて触媒装置の酸素貯蔵量が推定されると良い。

前記ＮＯｘ抑制制御として具体的には、点火時期の遅角制御を実施する（請求項１１）、又は吸気系に再循環されるＥＧＲ量の増加制御を実施すると良い（請求項１２）。これら点火時期の遅角制御又はＥＧＲ量の増加制御を実施することにより、内燃機関の燃焼温度が下がり、ＮＯｘ排出量を抑制することができる。この場合、空燃比のリッチ化によりＮＯｘ抑制を図る場合とは異なり、ＨＣやＣＯの増加や燃費悪化等を不都合が回避できる。

なお、請求項１２に記載のＥＧＲ量の増加については、ＥＧＲ弁を介して排気の一部を吸気に再循環するいわゆる外部ＥＧＲ装置や、可変動弁機構（可変バルブタイミング、可変バルブリフトなど）を用いて内部ＥＧＲ量の割合を変更するなどの手段で実現可能である。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、このエアクリーナ１２の下流側には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１３が設けられている。エアフローメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５に内蔵されたスロットル開度センサにより検出されるようになっている。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４に排出される。エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ２７が取り付けられており、点火プラグ２７には、点火コイル等よりなる図示しない点火装置（イグナイタ）を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２７の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。

排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ３２（Ｏ2センサ、リニアＡ／Ｆセンサ等）が設けられている。また、エンジン１０のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３３や、エンジン１０の所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ３４が取り付けられている。その他に、車両の走行速度（車速）を検出する車速センサ３５が設けられている。

上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司るＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなる周知のマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射量制御、点火時期制御、空気量制御等を実施する。

ここで、例えばエンジン１０に対する燃料供給が停止される燃料カット状態になると、触媒３１に直接空気が供給され、当該触媒３１に酸素が吸着される。そして、燃料カット状態が継続されると、触媒３１の酸素貯蔵量が所定レベルに達する状態（以下これを触媒リーン状態という）となり、この触媒リーン状態ではＮＯｘの浄化能力が低下する。一方、エンジン１０の運転状態が所定負荷以上になると、エンジン１０から排出されるＮＯｘ量が増加する。そこで本実施の形態では、ＥＣＵ４０が触媒リーン状態であるかどうかを逐次監視し、当該触媒リーン状態下であって且つ所定の運転負荷以上であることを条件にＮＯｘ抑制制御を実施する。特に本実施の形態では、ＮＯｘ抑制制御として点火時期の遅角制御を実施することとしており、当該ＮＯｘ抑制制御に際しては遅角制御量（以下、ＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲという）を算出し、該ＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲを用いて最終点火時期ＡＥＳＡを算出する構成としている。

図２は、点火時期の遅角制御処理を示すフローチャートであり、本処理は、イグニッションスイッチのオン後においてＥＣＵ４０により所定の時間周期で実行される。

図２において、先ずステップＳ１０１では、所定の初期設定処理を実行して、ＥＣＵ４０のＲＡＭの初期化、各種定数やフラグの初期化等を行う。続くステップＳ１０２では、エンジン運転状態に応じて目標点火時期ＡＥＳＡ０をマップ等により演算する。その後、ステップＳ１０３では、触媒リーン状態判定処理を実行する。この触媒リーン状態判定処理では、触媒３１がリーン状態であるかどうかが判定され、リーン状態である触媒リーン状態フラグＸＬＥＡＮがセットされるようになっている。但し触媒リーン状態判定処理の詳細は後述する。

ステップＳ１０４では、触媒リーン状態フラグＸＬＥＡＮにより触媒３１がリーン状態であるか否かを判別する。この場合、ＸＬＥＡＮ＝１であれば、触媒リーン状態であるとみなしてステップＳ１０５に進み、ＸＬＥＡＮ＝０であれば、触媒リーン状態でないとみないてステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０５では、ＮＯｘ排出抑制のための点火遅角制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。この実行条件は、少なくとも（イ）エンジン冷却水温が所定値（例えば７０℃）以上であり触媒３１の暖機が完了していること、（ロ）吸気管圧力Ｐｍが基準値以上であり所定の運転負荷以上であることが含まれ、これらが満たされる場合に、点火遅角制御の実行条件が成立していると判断される。実行条件成立時には、後続のステップＳ１０６に進み、実行条件の不成立時にはステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０６では、車速ＳＰＤに応じてＮＯｘ抑制遅角量のガード値（以下、遅角量ガード値ＡＮＯＸＲＴという）を演算する。具体的には、図４に示す車速ＳＰＤと遅角量ガード値ＡＮＯＸＲＴとの関係を用い、その時の車速ＳＰＤに応じて遅角量ガード値ＡＮＯＸＲＴを算出する。図４では、車速ＳＰＤが大きくなるほど、ＡＮＯＸＲＴが小さくなり、車速ＳＰＤがＳＰ１以上であればＡＮＯＸＲＴ＝０となるような関係が設定されている。つまり、車速ＳＰＤがＳＰ１以上であれば、点火遅角制御が実施されないようになっている。

ステップＳ１０７では、その時のＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲが遅角量ガード値ＡＮＯＸＲＴよりも小さいか否かを判別する。そして、ＡＮＯＸＲ＜ＡＮＯＸＲＴであれば、ステップＳ１０８に進んでＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲの加算処理を実施する。つまり、ＡＮＯＸＲの前回値に所定の加算量を加算し、その和をＡＮＯＸＲの今回値とする。また、ＡＮＯＸＲ≧ＡＮＯＸＲＴであれば、ＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲを前回値のままとする。ステップＳ１０７，Ｓ１０８によれば、ＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲは遅角量ガード値ＡＮＯＸＲＴに達するまで徐々に増やされ、ＡＮＯＸＲＴに達した後はＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲが当該ＡＮＯＸＲＴで上限ガードされる。その後、ステップＳ１１１では、前記ステップＳ１０２で演算した点火時期ＡＥＳＡ０からＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲを減算補正し、最終点火時期ＡＥＳＡを算出する。

一方、触媒リーン状態でない場合（ＸＬＥＡＮ＝０の場合）、又は点火遅角制御の実行条件が成立していない場合、ステップＳ１０９では、その時のＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲが０よりも大きいか否かを判別する。そして、ＡＮＯＸＲ＞０であれば、ステップＳ１１０に進んでＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲの減衰処理を実施する。つまり、ＡＮＯＸＲの前回値から所定の減衰量を減算し、その差をＡＮＯＸＲの今回値とする。また、ＡＮＯＸＲ≦０であれば、ＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲを前回値のままとする。ステップＳ１０９，Ｓ１１０によれば、ＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲは０に達するまで徐々に減らされ、０に達した後はＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲが当該０で下限ガードされる。その後、ステップＳ１１１では、点火時期ＡＥＳＡ０からＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲを減算補正し、最終点火時期ＡＥＳＡを算出する。

以上の動作により、車速ＳＰＤに応じて設定された目標とする遅角量を遅角量ガード値ＡＮＯＸＲＴとして与え、遅角補正開始時には目標遅角量に向かって補正量が暫増し、補正終了時には補正量がゼロまで暫減する処理が実現される。これにより、急激な補正量変化による運転性の悪化を生じないようにしている。

次に、前記ステップＳ１０３にて実行される触媒リーン状態判定処理を、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ２０１では、燃料カット中であるか否かを判別する。燃料カット中である場合、ステップＳ２０２に進み、燃料カットの継続時間を計測するための燃料カット継続カウンタＣＦＣを１インクリメントする。次に、ステップＳ２０３では、燃料カット継続カウンタＣＦＣが所定の判定値Ｋ１以上であるか否かを判別する。判定値Ｋ１は、例えば２，３秒程度の時間である。そして、ＣＦＣ≧Ｋ１であることを条件に、ステップＳ２０４で触媒リーン状態フラグＸＬＥＡＮをセットすると共に、続くステップＳ２０５で触媒リーン復帰カウンタＣＲＴＮをリセットする。

一方、燃料カット中でなければ、ステップＳ２０６に進み、触媒リーン状態フラグＸＬＥＡＮがセットされているか否かを判別する。ＸＬＥＡＮ＝１であれば、ステップＳ２０７に進み、燃料供給再開後の経過時間を計測するための触媒リーン復帰カウンタＣＲＴＮを１インクリメントする。次に、ステップＳ２０８では、触媒リーン復帰カウンタＣＲＴＮが所定の判定値Ｋ２以上であるか否かを判別する。判定値Ｋ２は、例えば２〜５秒程度の時間である。そして、ＣＲＴＮ≧Ｋ２であることを条件に、ステップＳ２０９で触媒リーン状態フラグＸＬＥＡＮをリセットする。該触媒リーン状態フラグＸＬＥＡＮのリセット後は、ステップＳ２１０で燃料カット継続カウンタＣＦＣをリセットする。

次に、上述したＮＯｘ排出抑制処理を、図５のタイムチャートに基づいてより具体的に説明する。

タイミングｔ１では燃料カットが開始され、それに伴い燃料カット継続カウンタＣＦＣのカウントアップが開始される。燃料カットの実施により触媒３１に酸素が貯蔵され、当該触媒３１の酸素貯蔵量が次第に増えていく。そして、タイミングｔ２で燃料カット継続カウンタＣＦＣの値が判定値Ｋ１に到達すると、触媒３１が通常状態からリーン状態になったと判断されて触媒リーン状態フラグＸＬＥＡＮがセットされる。その後、タイミングｔ３では、アクセル踏み込み操作等により燃料供給が再開され、触媒リーン復帰カウンタＣＲＴＮのカウントアップが開始される。またこのとき、車両が加速されることで吸気管圧力Ｐｍが上昇し始める。

そして、タイミングｔ４で吸気管圧力Ｐｍが所定の判定値Ｋｐｍまで上昇すると、エンジン１０が所定の高負荷状態になったと判断され、ｔ４以降、ＮＯｘ抑制制御としての点火時期の遅角制御が開始される。つまり、ｔ４以降、ＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲが遅角量ガード値ＡＮＯＸＲＴになるまで増やされ、これにより最終点火時期ＡＥＳＡが徐々に遅角側に制御される。この遅角制御により、触媒リーン状態のままで運転負荷が増加したとしてもＮＯｘ排出が抑制され、触媒３１にてＮＯｘ浄化ができないためにテールパイプからのＮＯｘ排出量が増加するといった不都合が回避できる。このとき、車速ＳＰＤに応じてＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲが設定されるため、点火時期遅角によるトルク変化量がトルク余裕分を超えてしまいその結果却ってＮＯｘが増加するといった不都合が生じることはない。なお、タイミングｔ４で車速ＳＰＤが所定速度（図４のＳＰ１）以上であれば、点火時期遅角制御は実施されない。

その後、タイミングｔ５では、触媒リーン復帰カウンタＣＲＴＮが判定値Ｋ２に到達し、この際触媒３１がリーン状態から通常状態に復帰したと判断され、触媒リーン状態フラグＸＬＥＡＮがセットされる。また、ｔ５以降、ＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲが０になるまで最終点火時期ＡＥＳＡが徐々に進角側に制御される。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

触媒リーン状態であり且つエンジン１０が高負荷状態であることを条件に、ＮＯｘ抑制制御としての点火遅角制御を実施する構成としたため、例えば車載変速機のシフトチェンジ時において極短時間に燃料カットが行われる場合や一時的にアイドル状態となる場合など、触媒３１が所定のリーン状態とはならない場合にはＮＯｘ抑制制御は実施されない。これにより、ＮＯｘ抑制制御が過剰に実施されることが回避できる。また、ＮＯｘが浄化されないまま外部に排出されるという事態が抑制できる。以上により、ＮＯｘ抑制制御を好適に実施することでＮＯｘの浄化能力を高め、しかもドライバビリティの悪化等の不都合を抑制することができる。触媒３１において浄化能力向上のために貴金属量を増加すると酸素貯蔵量が増え、触媒リーン状態の継続が長引く場合が生じるが、かかる場合にあってもＮＯｘの排出を効果的に抑制し、しかもドライバビリティの悪化等の不都合を抑制するができる。

また、触媒リーン状態からの復帰時にＮＯｘ抑制制御を終了する構成としたため、触媒３１のＮＯｘ浄化能力の回復に合わせて適正なタイミングでＮＯｘ抑制制御を終了することができ、当該ＮＯｘ抑制制御を過不足無く実施することができる。

車速ＳＰＤが高いほどＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲを小さくすると共に、車速ＳＰＤが所定速度以上であれば点火遅角制御を実施しない（ＡＮＯＸＲ＝０とする）構成としたため、車両走行時のエネルギ収支を十分に考慮した適正なＮＯｘ抑制制御が実現できる。

ＮＯｘ抑制制御として点火時期遅角制御を実施する構成としたため、これに代えて空燃比のリッチ化によりＮＯｘ抑制を図る場合とは異なり、ＨＣやＣＯの増加や燃費悪化等といった不都合を招くことなく、好適にＮＯｘ抑制を実現することができる。

燃料カット継続カウンタＣＦＣ、触媒リーン復帰カウンタＣＲＴＮを用いて触媒リーン状態の判定、触媒リーン状態からの復帰判定をそれぞれ実施したため、比較的簡易にこれらの各判定を実施することができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、燃料カット状態が所定時間継続した時に触媒リーン状態であると判定したが、この構成を変更し、燃料カット時以外にも、エンジン１０の運転が一旦停止された後、触媒３１の暖機状態が維持されたままエンジン１０が再始動される場合にも触媒リーン状態の判定を実施するようにしても良い。例えば、エンジン１０のアイドルストップ制御（自動停止制御）を実施する車両において、アイドルストップ状態が所定時間継続した時点で触媒リーン状態であると判定する。又は、一旦イグニッションキー等をオフ操作してエンジン停止した後であっても、再始動時に触媒３１が暖機状態のままであれば触媒リーン状態であると判定する。これら何れも場合にも、触媒リーン状態であることが判定されれば、上述の通りかかる触媒リーン状態下における車両加速時においてＮＯｘ抑制制御を実施する。

また、燃料カット状態等の継続時間に基づいて触媒リーン状態を判定するのではなく、触媒３１の酸素貯蔵量を推定し、その酸素貯蔵量に基づいて触媒リーン状態を判定するようにしても良い。ここで、触媒３１に供給される排気量や排気の酸素濃度等に関連したパラメータに基づいて酸素貯蔵量が推定されると良く、具体的には、触媒３１に流入する排気量と触媒上流側の空燃比センサ３２による空燃比の検出値とに基づき触媒３１の酸素貯蔵量を推定する。また、触媒３１の上流側及び下流側に空燃比センサを設置し、それら両センサの出力に基づいて酸素貯蔵量を推定するようにしても良い。これにより、触媒３１における酸素貯蔵量の変化に応じてＮＯｘ抑制制御を精度良く実施することができる。

触媒リーン状態からの復帰判定も、触媒３１の酸素貯蔵量（推定値）に基づいて実施しても良い。

上記実施の形態では、触媒リーン状態でＮＯｘ抑制制御（点火時期の遅角制御）が開始された後、触媒リーン状態からの復帰判定がなされるタイミング（図５ではタイミングｔ５）でＮＯｘ抑制制御を終了したが、この構成を以下のように変更する。すなわち、ＮＯｘ抑制制御が開始されてからの経過時間（図５ではｔ４からの経過時間）を計測し、この経過時間が所定時間に達した時にＮＯｘ抑制制御を終了する。或いは、ＮＯｘ抑制制御を開始した後、触媒リーン状態からの復帰判定がなされるタイミングと、ＮＯｘ抑制制御の開始からの経過時間が所定時間となるタイミングとの何れか早いタイミングでＮＯｘ抑制制御を終了する。以上の構成によれば、ＮＯｘ抑制制御が過剰に長引いて実施継続されることが防止でき、よりドライバビリティを良好に制御することができる。

燃料カット等により触媒リーン状態となった後、燃料噴射が再開された時に、空燃比をリッチ化しても良い。この空燃比のリッチ化により、リーン状態にある触媒３１において貯蔵酸素の消費が促進され、ＮＯｘ浄化能力の早期回復を図ることができる。リッチ化の程度は、燃費悪化を抑制すべく理論空燃比よりも僅かにリッチな弱リッチとすると良い。なお、空燃比のリッチ化期間を、ＮＯｘ抑制制御の実施期間としても良い。

燃料カット状態等で触媒３１に貯蔵される酸素の総量を推定し、その貯蔵酸素総量を反映してＮＯｘ抑制制御を実施しても良い。簡易には燃料カット終了時の燃料カット継続カウンタＣＦＣの値（図５ではタイミングｔ３でのＣＦＣ値）から貯蔵酸素総量を推定すると良い。そして、例えば、貯蔵酸素総量が多いほど、ＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲを大きくする。これにより、より一層効果的なＮＯｘ抑制制御が実現できる。

上記実施の形態では、車速ＳＰＤが高いほどＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲを小さくすると共に、車速ＳＰＤが所定速度以上であればＡＮＯＸＲ＝０とする構成としたが（図４参照）、これを変更する。例えば、車速が所定速度未満であればＡＮＯＸＲ＝所定値（≠０）、車速が所定値以上であればＡＮＯＸＲ＝０とする。又は、車速に応じてＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲを段階的、或いは連続的に変化させても良い。

ＮＯｘ抑制制御の開始時における負荷レベルに応じてＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲを設定しても良い。この場合、高負荷であるほど、ＮＯｘ抑制遅角量ＡＮＯＸＲを大きくすると良い。

上記実施の形態では、ＮＯｘ抑制制御として点火時期遅角制御を実施したが、これに代えて、ＥＧＲ量の増加制御を実施する構成としても良い。ＥＧＲシステムとしては、吸気系と排気系とを接続するＥＧＲ配管を設けると共に該ＥＧＲ配管にＥＧＲバルブを設け、このＥＧＲバルブの開度を制御することで排気系から吸気系に再循環されるＥＧＲ量を制御するシステムが適用できる。この場合、触媒リーン状態であり且つエンジン１０が高負荷状態であることを条件に、ＥＧＲ量の増加制御を実施する。ＥＧＲ量の増加補正量は、前記図４の関係に準じ、車速ＳＰＤが大きくなるほど、増加補正量が小さくなり、車速ＳＰＤが所定値以上であれば増加補正量＝０となるものであれば良い。

或いは、ＥＧＲシステムとして、いわゆる内部ＥＧＲを実施するシステムでも良い。その構成を簡単に説明すれば、吸気側及び排気側のバルブタイミング又はバルブリフト量を可変制御可能なバルブ制御装置を設け、該バルブ制御装置の駆動により吸気側と排気側とのバルブオーバラップ期間又はオーバーラップ量を変更する。この場合、吸気側と排気側とのバルブオーバラップ期間又はオーバーラップ量を大きくすると、燃焼後の排気が一旦吸気管に吹き返された後、再び燃焼室内に吸入されて再燃焼されることで内部ＥＧＲが発生する。この場合、触媒リーン状態であり且つエンジン１０が高負荷状態であることを条件に、内部ＥＧＲ量の増加制御を実施する。

触媒３１の劣化状態を検出し、該劣化状態を考慮して触媒リーン状態の判定や触媒リーン状態からの復帰判定を実施するようにしても良い。この場合、例えば、触媒３１の劣化度合が大きいほど、カウンタＣＦＣの判定値Ｋ１を大きく、ＣＲＴＮの判定値Ｋ２を小さくすると良い。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。 点火時期の遅角制御処理を示すフローチャートである。 触媒リーン状態判定処理を示すフローチャートである。 車速ＳＰＤと遅角量ガード値ＡＮＯＸＲＴとの関係を示す図である。 ＮＯｘ排出抑制処理をより具体的に説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１０…エンジン、３１…触媒、４０…ＥＣＵ。

Claims (12)

1. 内燃機関から排出される排気を浄化するための触媒装置を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記触媒装置内の酸素貯蔵量が多いリーン状態であることを判定する触媒リーン状態判定手段と、
   前記触媒リーン状態判定手段により前記触媒装置がリーン状態であると判定され且つ内燃機関がＮＯｘの生成が多くなる所定の負荷以上となる場合に、排気中のＮＯｘ量を抑制するためのＮＯｘ抑制制御を実施するＮＯｘ抑制制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記ＮＯｘ抑制制御手段は、前記内燃機関を搭載した車両の走行速度に応じてＮＯｘ抑制制御量を設定す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。
3. 前記ＮＯｘ抑制制御手段は、車両の走行速度が高いほど、ＮＯｘ抑制制御量を小さくし、車両の走行速度が低いほど、ＮＯｘ抑制制御量を大きくする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。
4. 前記ＮＯｘ抑制制御手段は、車両の走行速度が所定速度以上である場合にＮＯｘ抑制制御を実施しないことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記触媒装置のリーン状態下で燃料供給が実施される際、空燃比をリッチ側に制御する手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記触媒リーン状態判定手段は、内燃機関への燃料供給を停止した状態が所定時間以上継続した時に前記触媒装置がリーン状態であると判定することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記触媒リーン状態判定手段は、前記触媒装置の酸素貯蔵量を推定し、その酸素貯蔵量に基づいて触媒装置がリーン状態であると判定することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記触媒装置がリーン状態から復帰したことを判定する復帰判定手段と、
   前記復帰判定手段により触媒装置がリーン状態から復帰したと判定された時に前記ＮＯｘ抑制手段のＮＯｘ抑制制御を終了する制御終了手段と、
   を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記復帰判定手段は、前記触媒装置がリーン状態であると判定された後、燃焼状態が所定時間以上継続した時に触媒装置がリーン状態から復帰したと判定することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記復帰判定手段は、前記触媒装置の酸素貯蔵量を推定し、その酸素貯蔵量に基づいて触媒装置がリーン状態から復帰したと判定することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記ＮＯｘ抑制制御手段は、ＮＯｘ抑制制御として、点火時期の遅角制御を実施することを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記ＮＯｘ抑制制御手段は、ＮＯｘ抑制制御として、吸気系に再循環されるＥＧＲ量の増加制御を実施することを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の内燃機関の制御装置。