JP2007071090A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 酸素を保持したり放出したりする能力を備えた排気浄化触媒における排気浄化率が要求条件を満たすよう、すなわち、できるだけ高く維持されるように、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を制御する。
【解決手段】 キャニスタ６３に捕集したベーパを吸気管１２に導入するベーパ処理システム６１を具備すると共に酸素保持・放出能力を備えた排気浄化触媒２５を排気管２６内に具備する。パージ率が一定に維持されているときの空燃比の変動幅と排気浄化触媒が最大限に保持可能な酸素の量に応じて設定される判定変動幅とを比較し、前記空燃比の変動幅が前記判定変動幅よりも小さいとき、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を許可し或いはパージ率を大きくする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

例えば、内燃機関の運転が停止されている間（以下、内燃機関の運転が停止されていることを「機関運転停止」という）、燃料タンク内で発生する蒸発燃料（以下「ベーパ」という）をキャニスタ内の活性炭に吸着させておき、内燃機関が運転せしめられているとき（以下、内燃機関が運転せしめられていることを「機関運転」という）、キャニスタ内の活性炭に吸着されているベーパを吸気管に導入するシステム（以下「ベーパ処理システム」ともいう）を備えた内燃機関が特許文献１に記載されている。

ところで、一般的に、燃料噴射弁から噴射される燃料の量（以下「燃料噴射量」という）は、燃焼室内の混合気の空燃比が目標空燃比（すなわち、様々な要件を考慮したときに最適であると判断される空燃比）になるように制御される。ところが、ベーパ処理システムによって吸気管に導入するベーパ量（以下「ベーパ導入量」という）を変えると、燃焼室内の混合気の空燃比が変わって目標空燃比からずれてしまう。もちろん、この場合にも、混合気の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量が制御されているので、ベーパ導入量が変わってから一定の時間が経過すれば、燃焼室内の混合気の空燃比は目標空燃比となるのであるが、少なくとも、ベーパ導入量が変わった直後は、混合気の空燃比が目標空燃比からずれることになる。

ここで、ベーパ導入量の変化量が大きいと、ベーパ導入量が変わった直後の目標空燃比からの混合気の空燃比のずれ量も大きくなる。この場合、燃焼室内での燃焼が不安定になったり排気エミッションが悪化したりしてしまう。

そこで、特許文献１に記載されたベーパ処理システムでは、ベーパ導入量を変えるときには、ベーパ導入量を変えたことに伴う混合気の空燃比の変化量が一定量以内に収まる範囲で、ベーパ導入量を変えるようにしている。このように、ベーパ処理システムによって吸気管にベーパを導入する場合には、特定の要件が満たされる範囲内で吸気管にベーパを導入する必要がある。

特開２００２−２７６４７９号公報

本発明の目的は、酸素を保持したり放出したりする能力を備えた排気浄化触媒における排気浄化率が要求条件を満たすよう、すなわち、できるだけ高く維持されるように、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を制御することにある。

上記課題を解決するために、１番目の発明では、キャニスタに捕集したベーパを吸気管に導入するベーパ処理システムを具備すると共に、酸素を保持したり放出したりする能力を備えた排気浄化触媒を排気管内に具備する内燃機関において、ベーパ処理システムによって吸気管に導入されるベーパを含むガスをパージガスと称し、燃焼室に吸入される新気の量に対するパージガスの割合をパージ率と称したときに、パージ率が一定に維持されているときの空燃比の変動幅と排気浄化触媒が最大限に保持可能な酸素の量に応じて設定される判定変動幅とを比較し、前記空燃比の変動幅が前記判定変動幅よりも小さいとき、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を許可し或いはパージ率を大きくする。

２番目の発明では、１番目の発明において、前記空燃比の変動幅が前記判定変動幅よりも大きいとき、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を禁止し或いはパージ率を小さくする。

３番目の発明では、１または２番目の発明において、前記排気浄化触媒が最大限に保持可能な酸素の量が多いほど、設定される判定変動幅が大きい。

４番目の発明では、１または２番目の発明において、前記排気浄化触媒が最大限に保持可能な酸素の量が予め定められた量よりも多いときに設定される判定変動幅が前記排気浄化触媒が最大限に保持可能な酸素の量が前記予め定められた量よりも小さいときに設定される判定変動幅よりも大きい。

５番目の発明では、キャニスタに捕集したベーパを吸気管に導入するベーパ処理システムを具備すると共に、酸素を保持したり放出したり能力を備えた排気浄化触媒を排気管内に具備し、フューエルカット終了後、予め定められた期間に亘って、前記排気浄化触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給する内燃機関において、ベーパ処理システムによって吸気管に導入されるベーパを含むガスをパージガスと称し、燃焼室に吸入される新気の量に対するパージガスの割合をパージ率と称したときに、フューエルカット終了後、排気浄化触媒に供給されたリッチ空燃比の排気ガスの総量とフューエルカット終了時に排気浄化触媒が保持している酸素の量に応じて設定される判定排気ガス総量とを比較し、前記リッチ空燃比の排気ガスの総量が前記判定排気ガス総量よりも少ないときには、パージ率が一定に維持されているときの空燃比の変動幅と第１の判定変動幅とを比較し、前記空燃比の変動幅が前記第１の判定変動幅よりも小さいとき、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を許可し或いはパージ率を大きくし、一方、前記リッチ空燃比の排気ガスの総量が前記判定排気ガス総量よりも多いときには、パージ率が一定に維持されているときの空燃比の変動幅と前記第１の判定変動幅よりも小さい第２の判定変動幅とを比較し、前記空燃比の変動幅が前記第２の判定変動幅よりも小さいとき、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を許可し或いはパージ率を大きくする。

６番目の発明では、５番目の発明において、前記空燃比の変動幅が前記第１の判定変動幅よりも大きいとき、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を禁止し或いはパージ率を小さくする。

７番目の発明では、５または６番目の発明において、前記空燃比の変動幅が前記第２の判定変動幅よりも小さいとき、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を禁止し或いはパージ率を小さくする。

８番目の発明では、５〜７番目の発明のいずれか１つにおいて、フューエルカット終了時に前記排気浄化触媒が保持している酸素の量が多いほど、設定される判定排気ガス総量が大きい。

９番目の発明では、５〜７番目の発明のいずれか１つにおいて、フューエルカット終了時に前記排気浄化触媒が保持している酸素の量が予め定められた量よりも多いときに設定される判定排気ガス総量がフューエルカット終了時に前記排気浄化触媒が保持している酸素の量が前記予め定められた量よりも少ないときに設定される判定排気ガス総量よりも大きい。

本発明によれば、空燃比の変動幅が排気浄化触媒が最大限に保持可能な酸素の量に応じた変動幅に抑制されるので、排気浄化触媒における排気浄化率を高く維持することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１に示した内燃機関は、４ストローク火花点火式の内燃機関である。図１において、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式の燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は、対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結される。サージタンク１２は、吸気ダクト１３およびインタークーラ１４を介して過給機、例えば、排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６の出口部に連結される。コンプレッサ１６の入口部は、吸気管１７を介してエアクリーナ１８に連結される。吸気管１７内には、ステップモータ１９により駆動されるスロットル弁２０が配置される。また、スロットル弁２０上流の吸気管１７には、燃焼室５内に吸入される空気の質量流量を検出するための質量流量検出器２１が配置される。

一方、排気ポート１０は、排気マニホルド２２を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２３の入口部に連結される。排気タービン２３の出口部は、排気管２４を介して、三元触媒２５を内蔵したケーシング２６に連結される。排気マニホルド２２には、空燃比センサ２７ａが取り付けられている。ケーシング２６の出口部に連結された排気管２８には、空燃比センサ２７ｂが取り付けられている。

また、排気管２８とスロットル弁２０下流の吸気管１７とは、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲ）通路２９を介して互いに連結される。ＥＧＲ通路２９内には、ステップモータ３０により駆動されるＥＧＲ制御弁３１が配置される。また、ＥＧＲ通路２９内には、そこを流れるＥＧＲガスを冷却するためのインタークーラ３２が配置される。図１に示した実施形態では、機関冷却水がインタークーラ３２内に導かれ、機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。

一方、燃料噴射弁６には、電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３５によって、燃料タンク３６から燃料供給管３３を介して燃料が供給される。

また、内燃機関は、燃料タンク３６で発生するベーパ（蒸発燃料）を処理するためのベーパ処理装置６１を備える。このベーパ処理装置６１は、内部に活性炭６２を収容したキャニスタ６３を有する。キャニスタ６３の内部空間は、活性炭６２によって２つの空間６４，６５に分割されている。活性炭６２によって分割されたキャニスタ６３の一方の空間６４は、ベーパ通路６６を介して燃料タンク６０に接続されていると共にベーパ通路６７を介してサージタンク１２に接続されている。一方、活性炭６２によって分割されたキャニスタ６３の他方の空間６５は、大気通路６８を介して大気に連通せしめられている。

燃料タンク６０に接続されているベーパ通路６６は、燃料タンク６０の燃料液面上方の空間に開口している。また、吸気管１３に接続されているベーパ通路６７は、サージタンク１２内の空間に開口している。さらに、吸気管１３に接続されているベーパ通路６７内には、パージ制御弁７０が配置される。

電子制御ユニット４０は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。質量流量検出器２１、および、空燃比センサ２７ａ、２７ｂの出力信号は、それぞれ、対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。

アクセルペダル５０には、その踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続される。負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、入力ポート４５には、クランクシャフトが、例えば、３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。一方、出力ポート４６は、対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁制御用ステップモータ１９、ＥＧＲ制御弁制御用ステップモータ３０、燃料ポンプ３５、および、パージ制御弁７０に接続され、これらの作動は電子制御ユニット４０により制御される。

三元触媒２５は、その温度が或る温度（いわゆる、活性温度）以上であって、且つ、図２に示したように、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍の領域Ｘ内にあるときに、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）を同時に高い浄化率にて浄化する。

一方、三元触媒２５は、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、排気ガス中の酸素を、例えば、吸収することによって保持し、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには、保持している酸素を放出する酸素保持・放出能力を有する。この酸素保持・放出能力が正常に機能する限り、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであってもリッチであっても、三元触媒の内部雰囲気がほぼ理論空燃比近傍に維持されるので、排気ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣが同時に高い浄化率で浄化される。

ところで、キャニスタ６３の活性炭６２に吸着可能なベーパの量には限界がある。したがって、燃料タンク３６内で発生したベーパを大気に逃がさないためにも、機関運転中、キャニスタ６３の活性炭６２からベーパをできるだけサージタンク１２に導入させ、活性炭に吸着されているベーパの量をできるだけ少なくすることが望ましい。こうした観点からは、機関運転中、パージ制御弁７０の開度をできるだけ大きくすることが望ましい。

したがって、エアフィルタ１８を介して燃焼室５に吸入される空気（以下「新気」という）の量に対するパージ通路６７を介してサージタンク１２に導入されるベーパを含むガスの量の割合を「パージ率」と称したとき、キャニスタ６３の活性炭６２に吸着されているベーパをできるだけ少なく維持するために、パージ率をできるだけ大きくすることが好ましい。

しかしながら、パージ率が大きくなると、燃焼室５内の混合気の空燃比が目標空燃比に制御されづらくなる傾向にある。すなわち、本実施形態では、空燃比センサ２７ａの出力信号に基づいて、混合気の空燃比が、例えば、理論空燃比となるように燃料噴射弁６から噴射される燃料の量（以下「燃料噴射量」という）を制御する空燃比フィードバック制御が実行される。ここで、もちろん、サージタンク１２に導入されるガス（以下「パージガス」ともいう）中のベーパ濃度にもよるが、パージ率が大きいと、一般的には、サージタンク１２に導入されるベーパの量が多くなる。そして、パージガス中のベーパ濃度は常に一定であるとは限らないので、パージ率が一定に維持されていたとしても、サージタンク１２に導入されるベーパの量が常に一定であるとは限らない。このため、パージ率が大きくなると、燃焼室５内の混合気中の燃料に占めるベーパ（これは、キャニスタ６３からサージタンク１２に導入されたベーパであって、パージガス中のその濃度は、上述したように、パージ率が一定であっても、比較的大きく変動する）の割合が大きく、燃焼室５内の混合気の空燃比が目標空燃比に制御されづらくなるのである。

そして、一般的に、上述した空燃比フィードバック制御によって燃焼室５内の混合気の空燃比を目標空燃比に維持しようとするとき、多少なりとも、空燃比は目標空燃比を中心として上下に変動するのであるが、パージ率が大きいと、空燃比が上下に変動する幅が大きくなる傾向にある。このように、空燃比が比較的大きく上下に変動すると、燃焼室５内での燃焼が安定しないばかりではなく、排気エミッションも悪化してしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、燃焼室５内の混合気の空燃比の変動（以下単に「空燃比の変動」ともいう）の幅が或る変動幅に収まるように、パージ率を制御する。詳細には、混合気の空燃比の変動幅が或る変動幅よりも小さいうちは、パージ率を一定の割合で大きくし、空燃比の変動幅が或る定められた変動幅よりも大きくなると、パージ率を一定の割合で小さくする。これによれば、燃焼室５内での燃焼が安定すると共に、排気エミッションも良好に保たれる。

なお、本実施形態において、パージ率を一定の割合で大きくしたり小さくしたりする代わりに、空燃比の変動幅が或る変動幅よりも小さいうちは、パージ率を零よりも大きく（すなわち、キャニスタ６３からサージタンク１２へのベーパの導入（以下「パージ」ともいう）を実行し）、空燃比の変動幅が或る変動幅よりも大きくなったとき、パージ率を零とする（すなわち、パージを停止する）ようにしてもよい。

ところで、上述したように、三元触媒２５は、酸素保持・放出能力を有するので、三元触媒２５に流入する排気ガスの空燃比が変動したとしても、三元触媒２５の内部雰囲気は、常にほぼ理論空燃比に維持される。すなわち、排気ガスの空燃比の変動、すなわち、燃焼室５内の混合気の空燃比の変動による排気エミッションの悪化は、三元触媒２５の酸素保持・放出能力によって抑制される。そして、空燃比の変動による排気エミッションの悪化を抑制する作用は、三元触媒２５が最大限に保持可能な酸素の量（以下「最大酸素保持可能量」という）に応じて変わり、最大酸素保持可能量が多いほど大きくなる傾向にある。

ところが、三元触媒２５の最大酸素保持可能量は、例えば、三元触媒２５が経時劣化することによって低下するので、空燃比の変動幅が或る一定の閾値よりも大きいか小さいかによって、パージ率を小さくしたり大きくしたりしていたのでは、空燃比の変動幅による排気エミッションの悪化の抑制作用が十分であるとは言えない。

すなわち、三元触媒２５の最大酸素保持可能量が大きければ、空燃比の変動幅が大きくても、三元触媒２５の内部雰囲気が理論空燃比に維持されやすく、排気エミッションの悪化が十分に抑制される。逆に、三元触媒２５の最大酸素保持可能量が小さければ、空燃比の変動幅が大きいと、三元触媒２５の内部雰囲気が理論空燃比に維持されづらく、排気エミッションの悪化は十分には抑制されない。

そこで、本実施形態では、パージ率を大きくするのか或いは小さくするのかを決定する燃焼室５内の混合気の空燃比の変動幅（すなわち、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比の変動幅）に関する閾値（上述した或る変動幅）を三元触媒２５の最大酸素保持可能量に応じて設定する。詳細には、例えば、図３に示したように、三元触媒２５の最大酸素保持可能量Ｃｍａｘが一定の値（図３において符号Ｃｍａｘｔｈで示した値）に達するまでは、三元触媒２５の最大酸素保持可能量Ｃｍａｘが大きいほど、空燃比の変動幅に関する閾値ΔｋＡＦを大きくする。そして、三元触媒２５の最大酸素保持可能量Ｃｍａｘが一定の値Ｃｍａｘｔｈを超えた後は、閾値ΔｋＡＦを比較的大きい一定の値ΔｋＡＦＬに固定する。

このように、空燃比の変動幅に関する閾値ΔｋＡＦを設定し、これに基づいてパージ率を設定することにより、排気エミッションの悪化が良好に抑制される。なお、図３において、一点鎖線で示した値ΔｋＡＦｌｉｍは、燃焼室５内での燃焼が不安定になってしまう空燃比の変動幅の上限値に相当する。

図４は、上述した実施形態に従ってパージ率を制御するルーチンの一例を示している。図４のルーチンでは、初めに、ステップ１０において、キャニスタ６３からサージタンク１２へのベーパの導入（以下「パージ」ともいう）を許可することができる条件（例えば、内燃機関の暖気が完了していることや、上述した空燃比フィードバック制御が実行されていること）が成立しているか否かが判別される。ここで、条件が成立していると判別されたときには、ステップ１１に進んで、空燃比の変動幅ΔＡＦが読み込まれる。この変動幅ΔＡＦは、例えば、図１に示した例では、空燃比センサ２７ａの出力信号から算出される。

次いで、ステップ１２において、三元触媒２５の最大酸素保持可能量Ｃｍａｘが読み込まれる。次いで、ステップ１３において、最大酸素保持可能量Ｃｍａｘに基づいて、図３に示されている関係から、空燃比の変動幅に関する閾値ΔｋＡＦが読み込まれる。そして、ステップ１４において、ステップ１１で読み込まれた空燃比の変動幅ΔＡＦがステップ１３で読み込まれた閾値ΔｋＡＦよりも小さい（ΔＡＦ＜ΔｋＡＦ）か否かが判別される。ここで、ΔＡＦ＜ΔｋＡＦであると判別されたときには、ステップ１５に進んで、パージ率Ｒｐが一定の値αだけ大きくされる。一方、ステップ１４において、ΔＡＦ≧ΔｋＡＦであると判別されたときには、ステップ１７に進んで、パージ率Ｒｐが一定の値αだけ小さくされる。

なお、ステップ１６において、条件が成立していないと判別されたときには、ステップ１６に進んで、パージ率が零とされる（すなわち、パージを停止する）。

ところで、例えば、アクセルペダルの踏込量が零とされ、内燃機関が減速されているときに、燃料を節約するために、燃料噴射弁からの燃料の噴射を停止するいわゆるフューエルカットを行うことが知られている。そして、図１に示した例において、フューエルカットが行われると、フューエルカットの実行中は、三元触媒２５には、リーン空燃比の排気ガスのみが流入する。このため、三元触媒２５に保持されている酸素の量が比較的多くなっており、場合によっては、最大酸素保持可能量に達している（すなわち、三元触媒２５の酸素保持能力が飽和してしまっている）。この状態で、フューエルカットが終了せしめられると、その直後は、三元触媒２５の酸素保持・放出能力が良好には機能しないことから、三元触媒２５による各成分（特に、ＮＯｘ）の浄化率が低くなってしまう（すなわち、排気エミッションが悪化してしまう）。

そこで、図１に示した例において、フューエルカットを行うようにしている場合に、フューエルカットの終了後、一定期間、リッチ空燃比の排気ガスを三元触媒２５に供給して、三元触媒２５に吸着されている酸素を三元触媒２５から放出させ、三元触媒２５の酸素保持・放出能力が良好に機能するようにするいわゆるフューエルカット復帰リッチ制御を行うことも知られている。

ところで、上述したように、フューエルカット後、フューエルカット復帰リッチ制御が行われる場合、フューエルカット復帰リッチ制御が行われている間は、三元触媒２５内には、リッチ空燃比の排気ガスの供給による比較的多くの燃料（還元剤）と、三元触媒２５に保持されている酸素の放出による比較的多くの酸素（酸化剤）とが存在することになる。このため、フューエルカット復帰リッチ制御によって、三元触媒２５に保持されている酸素がなくなるまで（或いは、非常に少なくなるまで）は、三元触媒２５による各成分の浄化率は非常に高い。このため、このとき、空燃比の変動幅が比較的大きくても、すなわち、パージ率が大きくても、排気エミッションの悪化は三元触媒２５の作用によって十分に抑制される。

そして、フューエルカット復帰リッチ制御によって三元触媒２５に保持されている酸素がなくなるまで（或いは、非常に少なくなるまで）の期間は、フューエルカット終了時に三元触媒２５に保持されている酸素の量（以下「酸素保持量」という）と、フューエルカット後に三元触媒２５に流入したリッチ空燃比の排気ガスの総量とに依存する。

そこで、フューエルカットが行われ、該フューエルカットが終了せしめられた後、一定期間、三元触媒２５にリッチ空燃比の排気ガスが供給される場合、本実施形態では、フューエルカット終了時における三元触媒２５の酸素保持量に応じて、三元触媒２５に流入したリッチ空燃比の排気ガスの総量に対する閾値を設定する。詳細には、例えば、図５に示したように、三元触媒２５の酸素保持量Ｃが一定の値（図５において符号Ｃｔｈで示した値）よりも小さいときには、三元触媒２５の酸素保持量Ｃが大きいほど、三元触媒２５に流入したリッチ空燃比の排気ガスの総量に対する閾値ｋＴＧａを大きくする。そして、三元触媒２５の酸素保持量Ｃが一定の値Ｃｔｈよりも大きいときには、閾値ｋＴＧａを比較的大きい一定の値ｋＴＧａＬに固定する。

そして、フューエルカット終了後に三元触媒２５に流入したリッチ空燃比の排気ガスの総量が閾値ｋＴＧａよりも小さいうち（すなわち、三元触媒２５から比較的多量の酸素が放出されていることから、三元触媒２５内に比較的多量の酸素と比較的多量の燃料とが存在するうち）は、空燃比の変動幅に関する閾値として比較的大きい閾値と空燃比の変動幅とを比較し、空燃比の変動幅がこの閾値よりも小さいときには、パージ率を一定の値だけ大きくし、空燃比の変動幅がこの閾値よりも大きいときには、パージ率を一定の値だけ小さくする。

一方、フューエルカット終了後に三元触媒２５に流入したリッチ空燃比の排気ガスの総量が上記閾値ｋＴＧａよりも大きくなった後は、空燃比の変動幅に関する閾値として比較的小さい閾値と空燃比の変動幅とを比較し、空燃比の変動幅がこの閾値よりも小さいときには、パージ率を一定の値だけ大きくし、空燃比の変動幅がこの閾値よりも大きいときには、パージ率を一定の値だけ小さくする。

これによれば、三元触媒２５の酸素保持量に応じて空燃比の変動幅が制御されることから、排気エミッションの悪化を良好に抑制することができる。

なお、本実施形態において、パージ率を一定の割合で大きくしたり小さくしたりする代わりに、空燃比の変動幅が対応する或る閾値よりも小さいうちは、パージ率を零よりも大きく（すなわち、キャニスタ６３からサージタンク１２へのベーパの導入（以下「パージ」ともいう）を実行し）、空燃比の変動幅が対応する別の閾値よりも大きくなったとき、パージ率を零とする（すなわち、パージを停止する）ようにしてもよい。

図６は、上述した実施形態に従ってパージ率を制御するルーチンの一例を示している。なお、このルーチンは、フューエルカット終了時に開始されて一定期間（これは、フューエルカット復帰リッチ制御が行われている期間に相当する）に亘って行われる。

図６のルーチンでは、初めに、ステップ２０において、パージを許可することができる条件（例えば、内燃機関の暖気が完了していることや、上述した空燃比フィードバック制御が実行されていること）が成立しているか否かが判別される。ここで、条件が成立していると判別されたときには、ステップ２１に進んで、空燃比の変動幅ΔＡＦが読み込まれる。

次いで、ステップ２２において、フューエルカット終了時における三元触媒２５の酸素保持量Ｃが読み込まれる。次いで、ステップ２３において、酸素保持量Ｃに基づいて、図５に示されている関係から、フューエルカット終了後に三元触媒２５に流入したリッチ空燃比の排気ガスの総量ＴＧａに関する閾値ｋＴＧａが読み込まれ。そして、ステップ２４において、フューエルカット終了後に三元触媒２５に流入したリッチ空燃比の排気ガスの総量ＴＧａがステップ２３で読み込まれた閾値ｋＴＧａよりも小さい（ＴＧａ＜ｋＴＧａ）か否かが判別される。

ここで、ＴＧａ＜ｋＴＧａであると判別されたときには、ステップ２５に進んで、ステップ２１で読み込まれた空燃比の変動幅ΔＡＦが閾値ΔｋＡＦＬよりも小さい（ΔＡＦ＜ΔｋＡＦＬ）か否かが判別される。ここで、ΔＡＦ＜ΔｋＡＦＬであると判別されたときには、ステップ２６に進んで、パージ率Ｒｐが一定の値αだけ大きくされる。一方、ステップ２５において、ΔＡＦ≧ΔｋＡＦＬであると判別されたときには、ステップ３０に進んで、パージ率Ｒｐが一定の値αだけ小さくされる。

一方、ステップ２４において、ＴＧａ≧ｋＴＧａであると判別されたときには、ステップ２９に進んで、ステップ２１で読み込まれた空燃比の変動幅ΔＡＦが上記閾値ΔｋＡＦＬよりも小さい閾値ΔｋＡＦＳよりも小さい（ΔＡＦ＜ΔｋＡＦＳ）か否かが判別される。ここで、ΔＡＦ＜ΔｋＡＦＳであると判別されたときには、ステップ２６に進んで、パージ率Ｒｐが一定の値αだけ大きくされる。一方、ステップ２９において、ΔＡＦ≧ΔｋＡＦＳであると判別されたときには、ステップ２８に進んで、パージ率Ｒｐが一定の値αだけ小さくされる。

なお、ステップ１６において、条件が成立していないと判別されたときには、ステップ２７に進んで、パージ率が零とされる（すなわち、パージを停止する）。

なお、上述した実施形態では、三元触媒２５の最大酸素保持可能量が多いほど、空燃比の変動幅に関する閾値を大きく設定しているが、三元触媒２５の最大酸素保持可能量を所定量と比較し、最大酸素保持可能量が所定量よりも多いときに、閾値を大きく設定し、最大酸素保持可能量が所定量よりも少ないときに、閾値を小さく設定するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、フューエルカット終了時における三元触媒２５の保持可能酸素残量が多いほど、フューエルカット終了後に三元触媒２５に流入したリッチ空燃比の排気ガスの総量に関する閾値を大きく設定しているが、三元触媒２５の最大酸素保持可能量を所定量と比較し、最大酸素保持可能量が所定量よりも多いときに、閾値を大きく設定し、最大酸素保持可能量が所定量よりも少ないときに、閾値を小さく設定するようにしてもよい。

また、図１に示した例では、排気管に１つの三元触媒しか配置されていないが、本発明は、例えば、内燃機関が始動されてから比較的早期に活性温度に達して浄化作用を発揮することができる比較的小型の三元触媒を機関本体１の比較的近い排気管内に配置すると共に、内燃機関が始動されてから早期には活性温度には達成しないがその排気浄化作用が大きい三元触媒を機関本体１から比較的離れた排気管内に配置した内燃機関にも適用可能である。

本発明が適用される内燃機関の全体図である。 三元触媒の浄化作用を示した図である。 三元触媒の最大酸素保持可能量と空燃比の変動幅に関する閾値との関係を示した図である。 本発明の１つの実施形態に従ってパージ率を制御するルーチンの一例を示した図である。 三元触媒の酸素保持量と三元触媒に流入したリッチ空燃比の排気ガスの総量に関する閾値との関係を示した図である。 本発明の別の実施形態に従ってパージ率を制御するルーチンの一例を示した図である。

符号の説明

５ 燃焼室
１１，１３ 吸気管
１２ サージタンク
２７ａ、２７ｂ 空燃比センサ
３６ 燃料タンク
６２ 活性炭
６３ キャニスタ
６７ パージ通路
７０ パージ制御弁

Claims (9)

1. キャニスタに捕集したベーパを吸気管に導入するベーパ処理システムを具備すると共に、酸素を保持したり放出したりする能力を備えた排気浄化触媒を排気管内に具備する内燃機関において、ベーパ処理システムによって吸気管に導入されるベーパを含むガスをパージガスと称し、燃焼室に吸入される新気の量に対するパージガスの割合をパージ率と称したときに、パージ率が一定に維持されているときの空燃比の変動幅と排気浄化触媒が最大限に保持可能な酸素の量に応じて設定される判定変動幅とを比較し、前記空燃比の変動幅が前記判定変動幅よりも小さいとき、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を許可し或いはパージ率を大きくすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記空燃比の変動幅が前記判定変動幅よりも大きいとき、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を禁止し或いはパージ率を小さく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. 前記排気浄化触媒が最大限に保持可能な酸素の量が多いほど、設定される判定変動幅が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記排気浄化触媒が最大限に保持可能な酸素の量が予め定められた量よりも多いときに設定される判定変動幅が前記排気浄化触媒が最大限に保持可能な酸素の量が前記予め定められた量よりも小さいときに設定される判定変動幅よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
5. キャニスタに捕集したベーパを吸気管に導入するベーパ処理システムを具備すると共に、酸素を保持したり放出したり能力を備えた排気浄化触媒を排気管内に具備し、フューエルカット終了後、予め定められた期間に亘って、前記排気浄化触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給する内燃機関において、ベーパ処理システムによって吸気管に導入されるベーパを含むガスをパージガスと称し、燃焼室に吸入される新気の量に対するパージガスの割合をパージ率と称したときに、フューエルカット終了後、排気浄化触媒に供給されたリッチ空燃比の排気ガスの総量とフューエルカット終了時に排気浄化触媒が保持している酸素の量に応じて設定される判定排気ガス総量とを比較し、前記リッチ空燃比の排気ガスの総量が前記判定排気ガス総量よりも少ないときには、パージ率が一定に維持されているときの空燃比の変動幅と第１の判定変動幅とを比較し、前記空燃比の変動幅が前記第１の判定変動幅よりも小さいとき、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を許可し或いはパージ率を大きくし、一方、前記リッチ空燃比の排気ガスの総量が前記判定排気ガス総量よりも多いときには、パージ率が一定に維持されているときの空燃比の変動幅と前記第１の判定変動幅よりも小さい第２の判定変動幅とを比較し、前記空燃比の変動幅が前記第２の判定変動幅よりも小さいとき、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を許可し或いはパージ率を大きくすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 前記空燃比の変動幅が前記第１の判定変動幅よりも大きいとき、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を禁止し或いはパージ率を小さくすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記空燃比の変動幅が前記第２の判定変動幅よりも小さいとき、ベーパ処理システムによる吸気管へのベーパの導入を禁止し或いはパージ率を小さくすることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関の制御装置。
8. フューエルカット終了時に前記排気浄化触媒が保持している酸素の量が多いほど、設定される判定排気ガス総量が大きいことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
9. フューエルカット終了時に前記排気浄化触媒が保持している酸素の量が予め定められた量よりも多いときに設定される判定排気ガス総量がフューエルカット終了時に前記排気浄化触媒が保持している酸素の量が前記予め定められた量よりも少ないときに設定される判定排気ガス総量よりも大きいことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

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