JP2008255973A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転条件や触媒の劣化状態に拘わらず、燃料カット後のリッチ化制御の目標Ｏ_２パージ量を適切に設定し、触媒の排ガス性能を向上させる。
【解決手段】 燃料カット復帰時のリッチ化の実行に際し、目標Ｏ_２パージ量を設定し、排気Ａ／Ｆがストイキに収束したことを検出した時から（Ｓ１２）、リアＯ_２センサ２３がリッチ側の電圧を出力した時までの（Ｓ５）、積算吸気量ΣＱ（ｋ）に基づいて（Ｓ１５）、目標Ｏ_２パージ量を修正して所定期間を変更する（Ｓ１５、Ｓ１６）。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、運転条件や触媒の劣化状態に拘わらず、触媒の排気浄化性能をより向上するように企図したものである。

車両に搭載された内燃機関の排気通路には、内燃機関から排出されるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の物質を浄化することを目的として三元触媒等の触媒が設けられている。通常、この種の触媒は、担体に貴金属が担持されたものであって、貴金属等によりＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の物質の酸化反応、還元反応が促進される。

三元触媒は、リーン雰囲気（酸化雰囲気）にあるときには酸素（Ｏ_２）を吸蔵してＮＯｘの還元反応を促進させ、リッチ雰囲気（還元雰囲気）にあるときには吸蔵したＯ_２を放出してＨＣ、ＣＯ等の酸化反応を促進する機能を有している。

ところで、近年、燃料消費量の低減、触媒保護の観点から、主として車両の減速時に燃料供給を停止する、所謂燃料カットが実施されている。しかし、燃料カットを実施すると、排気中にＯ_２が多量に含まれることになり、触媒中の吸蔵Ｏ_２が飽和してしまうため、燃料供給を復帰（燃料復帰）させる際に、ＮＯｘの浄化が悪化してしまうことになる。

そこで、燃料カットに伴うＮＯｘ発生量の増加を抑制するため、燃料カットを終了して燃料復帰させる際に、燃料を増量して空燃比をストイキよりもリッチ空燃比寄りになるように制御している（リッチ化制御）。このリッチ化制御により、排気中に還元剤である未燃ＨＣ、ＣＯ等を多く存在させ、触媒中に吸蔵したＯ_２と未燃ＨＣ、ＣＯ等を反応させてＯ_２を触媒から離脱させるようにしている（Ｏ_２パージ）。この際、リッチ化制御の終了のタイミングを適切に設定することにより、燃料供給量の適正化が図れると共に、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの排出量を最大限抑制することができる。

リッチ化制御の終了のタイミングを適切に設定する技術としては、触媒出口の空燃比センサの出力をトリガとし、リッチ空燃比相当のセンサ値が出力された時にリッチ化制御を終了することが知られている。しかし、触媒出口の空燃比センサの出力をトリガにした場合、Ｏ_２が完全に触媒から離脱して（Ｏ_２が完全にパージされて）リッチ空燃比寄りの排気ガスが排出されるようになってからリッチ化制御を終了することになる。このため、燃料の供給が過剰となり、未燃ＨＣ、ＣＯ等が排出されて排ガス浄化性能が悪化してしまう。

リッチ化制御の終了のタイミングを適切に設定する他の技術としては、運転状況等により予めリッチ化制御の所定期間を設定し、設定された所定期間でリッチ化制御を実施する技術が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。予め設定された所定期間によりリッチ化制御を実施することで、運転状態に応じて燃料復帰時における燃料供給量の適正化を図ることができ、ＮＯｘの浄化性能を向上させることができる。

特開２００６−１１８４３３号公報

近年、触媒の排気浄化性能を一層向上させる要求が高まってきている。例えば、触媒個々のＯ_２の吸蔵能力の違いや、経時変化によるＯ_２の吸蔵能力の違い、運転条件の違いにより、リッチ化制御の終了のタイミングが適切にならない虞があるが、初期性能だけでなく、触媒の経時変化（劣化状態）の違いや運転状態の違いによる変化にも対応して排気浄化性能を高く維持することができる排気浄化装置が望まれている。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、運転条件や触媒の劣化状態に拘わらず、燃料カット後にリッチ空燃比に設定される制御（リッチ化制御）の相関値を適切に設定して酸素の放出を的確に実施することで、触媒の排気浄化性能をより向上することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、前記内燃機関への燃料供給を一時的に停止する燃料カット手段と、前記燃料カット手段により所定の燃料供給の停止が行われてから燃料供給を復帰した後、前記内燃機関の空燃比をリッチ化するリッチ化実行手段と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記リッチ化実行手段によるリッチ化の度合いに相関する相関値を設定する設定手段と、前記設定手段で設定された相関値を前記触媒の能力を反映するパラメータに基づき修正する修正手段と、前記修正手段の修正結果に応じて次回のリッチ化を実行するよう前記リッチ化実行手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

一般に触媒は、酸素濃度が高い酸化雰囲気中にある時に酸素を吸蔵し、酸素濃度が低い還元雰囲気にある時に吸蔵した酸素を放出する特性を有している。燃料カットを実施した場合、触媒への酸素の吸蔵量が多くなるため、燃料供給を復帰した後の所定期間にわたりリッチ空燃比に設定して還元成分を多く触媒に流入させ、吸蔵した酸素を速やかに放出させるようにしている。

本発明の請求項１によれば、所定の燃料カット後に燃料復帰を行ってからのリッチ化の際に、リッチ化の度合いに相関する相関値を設定し、この相関値を触媒の能力を反映するパラメータに基づき修正し、修正結果により次回のリッチ化を実施する。これにより、触媒の能力や内燃機関の運転条件に拘わらず、的確なリッチ化制御を実施することができるので、排気エミッション量を抑制して排ガス性能を向上することができる。

そして請求項２に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１において、前記触媒の上流側に配置された上流側排気空燃比検出手段と、前記触媒の下流側に配置された下流側排気空燃比検出手段と、をさらに備え、前記修正手段は、前記リッチ化実行手段がリッチ化を実行した後、前記上流側排気空燃比検出手段により排気空燃比がストイキに収束したことを検出した時点から、前記下流側排気空燃比検出手段により排気空燃比がリッチと検出される時点までの期間に基づき、前記相関値を修正することを特徴とする。

請求項２では、上流側排気空燃比検出手段により排気空燃比がストイキに収束したことを検出した時から下流側排気空燃比検出手段の検出状態がリッチと検出される時までの期間により相関値を修正するので、実際の排気空燃比の指標に基づく排気成分の離脱状況を用いてリッチ化制御の相関値を設定することができる。

また、請求項３に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１において、前記触媒の上流側に配置された上流側排気空燃比検出手段と、前記触媒の下流側に配置された下流側排気空燃比検出手段と、前記内燃機関の吸気量を検出する吸気量検出手段と、をさらに備え、前記修正手段は、前記リッチ化実行手段がリッチ化を実行した後、前記上流側排気空燃比検出手段により排気空燃比がストイキに収束したことを検出した時点から、前記下流側排気空燃比検出手段により排気空燃比がリッチと検出される時点までの前記吸気量の積算値に基づき、前記相関値を修正することを特徴とする。

請求項３では、上流側排気空燃比検出手段により排気空燃比がストイキに収束したことを検出した時から下流側排気空燃比検出手段の検出状態がリッチと検出される時までの吸気量の積算値により相関値を修正するので、吸気量の積算値を用いた相関値の設定が可能となる。

また、請求項４に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３において、前記相関値が、前記リッチ化の実行中における前記触媒の酸素パージ量の目標値である目標酸素パージ量であり、前記修正手段は、前記吸気量の積算値に基づき前記目標酸素パージ量を修正することを特徴とする。

請求項４では、目標酸素パージ量を修正することによりリッチ化制御を的確に実施することができる。

また、請求項５に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項４において、前記設定手段は、前記吸気量の積算値が所定値以上となった場合、前記目標酸素パージ量を所定量増加させることを特徴とする。

請求項５では、吸気量の積算値の増加にあわせて目標酸素パージ量を増加させることで、リッチ化制御を的確に実施することができる。

また、請求項６に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項４又は５において、前記設定手段は、前記吸気量の積算値が所定値よりも小さくなった場合、前記目標酸素パージ量を所定量減少させることを特徴とする。

請求項６では、吸気量の積算値の減少にあわせて目標酸素パージ量を減少させることで、リッチ化制御を的確に実施することができる。

そして、これら請求項５及び請求項６の発明により、排気空燃比がストイキに収束してから下流側空燃比検出手段の検出状態が所定のリッチ側に変化するまでの間に、触媒を通過した排気量（積算吸気量）が触媒容量と同程度となるように、より正確に修正することができる。

また、請求項７に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項４、５又は６において、前記制御手段は、前記リッチ化実行手段によるリッチ化の実行中に前記下流側排気空燃比検出手段により排気空燃比がリッチと検出された場合、該リッチと検出された時点で前記リッチ化実行手段の作動を終了させるととともに、前記修正手段は、前記時点での前記触媒の酸素パージ量に基づいて前記目標酸素パージ量を修正することを特徴とする。

請求項７では、リッチ化の実行中に下流側排気空燃比検出手段によりリッチ化が検出された際に、リッチ化の実行を終了し、目標酸素パージ量を修正することで、実際の排気の状態に応じて的確にリッチ化制御を行うことができる。

また、請求項８に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項４〜７いずれか一項において、前記内燃機関の運転領域を判定する判定手段をさらに備え、前記設定手段は、前記判定手段により前記内燃機関が低排気流量運転領域にあると判定された場合は高排気量運転領域にある場合に比べて、前記目標酸素パージ量を小さく設定することを特徴とする。

低速・低負荷で、排気流量が少ない運転領域では、リッチ化制御中に触媒の上流側で還元成分が消費される割合が高くなり、下流側に流入する還元成分が少なくなるため、リッチ化制御中の酸素の吸着状態が不均一になる虞がある。そこで、低速・低負荷で、排気流量が少ない運転領域では、目標となる酸素成分の離脱量を少なくしてリッチ化の制御の相関値をリッチ化が過多にならないようにし、吸入空気量の積算値に応じた相関値の修正も禁止することが好ましい。

請求項８では、低排気流量運転領域にあると判定された場合は高排気量運転領域にある場合に比べて、目標酸素パージ量を小さくすることで、触媒の酸素の吸着状態の不均一を抑制することができる。

また、請求項９に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項８において、前記修正手段は、前記判定手段により前記内燃機関が低排気流量運転領域にあると判定された場合は修正を禁止することを特徴とする。

請求項９では、排気流量が少ない運転領域で相関値の修正を禁止することで、相関値の修正が不正確になる事態を回避し、触媒浄化性能の悪化を抑制することができる。

また、請求項１０に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１〜９いずれか一項において、前記相関値は、前記リッチ化の終了時期であることを特徴とする。

請求項１０では、リッチ化制御の終了時期を適切に設定することで、排気エミッション量を一層確実に抑制し、リッチ化制御を一層的確に実施することができる。

また、請求項１１に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１〜１０いずれか一項において、前記所定の燃料供給の停止は、所定時間以上の燃料供給の停止であることを特徴とする。

所定時間以上の燃料カットが行われた場合は、触媒全体に満遍なく（ほぼ１００％）酸素が吸着されたとみなすことができ、この際にリッチ化制御を実施することができる。

尚、酸素パージ量は、例えば、上流側排気空燃比検出手段で検出した排気空燃比と吸気量との積で求めた値を用いることができる。また、排気空燃比がストイキに収束したことを検出する上流側排気空燃比検出手段、下流側排気空燃比検出手段は、酸素濃度が高い時に信号を出力することで空燃比を検出するＯ_２センサや、空燃比に応じて所定の電圧値を出力する空燃比センサ（ＬＡＦＳ）等を用いることが可能である。上流側排気空燃比検出手段にＯ_２センサを用いる場合は、燃料噴射量に応じた補正係数（噴射量補正係数）に基づいてストイキ判定を行うことができる。また、噴射量補正係数に基づいて演算もしくはマップ化されたデータにより排気空燃比を類推する手段を用いることも可能である。

本発明の内燃機関の排気浄化装置は、運転条件や触媒の劣化状態に拘わらず、燃料カット後にリッチ空燃比に設定される制御（リッチ化制御）の相関値を適切に設定して酸素の放出を的確に実施することで、触媒の排気浄化性能をより向上することができる。

以下図面に基づいて本発明の一実施形態例を説明する。以下の実施形態例の内燃機関は、吸気管噴射型の多気筒（例えば４気筒）ガソリンエンジンを例示してある。尚、内燃機関としては、吸気管噴射型の多気筒ガソリンエンジンだけでなく、筒内噴射型ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等を適用することも可能である。

図１には本発明の一実施形態例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成、図２、図３には燃料カット復帰制御のフローチャート、図４、図５には燃料カット復帰制御のタイミングチャートを示してある。

まず、図１に基づいて内燃機関の排気浄化装置の構成を説明する。

図１に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、エンジンと称する）１のシリンダヘッド２には気筒毎に点火プラグ３が取り付けられている。この点火プラグ３には、高電圧を出力する点火コイル４が接続されている。シリンダヘッド２には気筒毎に吸気ポート５が形成されている。各吸気ポート５の燃焼室６側には、吸気弁７がそれぞれ設けられている。吸気弁７は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト８のカムに倣って開閉作動され、各吸気ポート５と燃焼室６との連通・遮断を行なう。

各吸気ポート５には、吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続されて連通している。吸気マニホールド９には、各気筒に対応して電磁式の燃料噴射弁（インジェクション）１０が取り付けられている。各燃料噴射弁１０は、燃料パイプ１１に接続されている。この燃料パイプ１１は図示しない燃料供給装置に接続され、図示しない燃料タンクから燃料パイプ１１を介して燃料噴射弁１０に燃料が供給される。

吸気マニホールド９の上流側の吸気管には、電磁式のスロットル弁１２や、スロットル弁１２の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ１３が設けられている。さらに、スロットル弁１２の上流側には、吸入空気量Ｑを計測するエアフローセンサ１４（吸気量検出手段）が設けられている。エアフローセンサ１４としては、例えばカルマン渦流式やホットフィルム式のエアフローセンサが使用される。

一方、シリンダヘッド２には気筒毎に排気ポート１５が形成されている。各排気ポート１５の燃焼室６側には、排気弁１７がそれぞれ設けられている。排気弁１７は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト１８のカムに倣って開閉作動され、各排気ポート１５と燃焼室６との連通・遮断を行なう。そして、各排気ポート１５には排気マニホールド１６の一端がそれぞれ接続され、各排気ポート１５に排気マニホールド１６が連通している。尚、このような吸気管噴射型の多気筒ガソリンエンジンは公知のものであるため、構成の詳細については省略してある。

排気マニホールド１６の他端には排気管（排気通路）２０が接続されている。排気管２０には、触媒としての三元触媒２１が設けられている。三元触媒２１は、担体に銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）の少なくとも何れかの貴金属が担持されたものである。あるいは、助触媒として、酸素吸蔵機能（Ｏ_２ストレージ機能）を有するセリウム（Ｃｅ）、ジルコニア（Ｚｒ）の少なくとも何れかを有している。

この種の助触媒は、排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）がリーン空燃比（リーンＡ／Ｆ）である高酸素濃度雰囲気（酸化雰囲気）中において酸素（Ｏ_２）を捕捉（ストレージ：吸着・吸蔵等）すると、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比（リッチＡ／Ｆ）となり低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）となるまで捕捉Ｏ_２（ストレージＯ_２）を解離Ｏの状態で保持し、還元雰囲気中において解離Ｏを離脱し放出する特性や、ＮＯｘやＳＯｘ等の酸化物も一時的に捕捉する機能を有している。

三元触媒２１の上流側（入口側）の排気管２０には上流側排気空燃比検出手段としてのフロントＯ_２センサ２２が設けられている。フロントＯ_２センサ２２は、排気中のＯ_２濃度を検出するもので、定常運転時におけるフィードバック制御の際に用いられる。なお、このフロントＯ_２センサ２２に代えて、リニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を用いることもできる。

また、三元触媒２１の下流側（出口側）の排気管２０には下流側排気空燃比検出手段としてのリアＯ_２センサ２３が設けられている。リアＯ_２センサ２３は、三元触媒２１を通過した排気中のＯ_２濃度を検出するものである。

ＥＣＵ（電子コントロールユニット）３１は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えている。このＥＣＵ３１により、エンジン１を含めた空燃比制御装置の総合的な制御が行われる。

ＥＣＵ３１の入力側には、上述したＴＰＳ１３、エアフローセンサ１４、フロントＯ_２センサ２２、リアＯ_２センサ２３の他、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ２５、エンジン１の冷却水温を検出する図示しない温度センサ等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。クランク角センサ２５や図示しない温度センサの情報により、エンジン回転速度等が判断されてエンジン１の運転領域が判定され、低速・低負荷で、排気流量が少ない低排気量運転、高速・高負荷で、排気流量が多い高排気量運転の判定が行なわれる（判定手段）。

一方、ＥＣＵ３１の出力側には、上述の燃料噴射弁１０、点火コイル４、スロットル弁１２等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３１で演算された燃料噴射料、燃料噴射時間、点火時期等がそれぞれ出力される。詳しくは、各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）に設定され、通常は、フロントＯ_２センサ２２からの情報に基づきフィードバック制御される。つまり、目標Ａ／Ｆに応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁１０から噴射され、また、スロットル弁１２が適正な開度に調整され、点火プラグ３により適正なタイミングで火花点火が実施されるようになっている。

本実施形態例のエンジン１は、車両の走行時に一時的に燃料供給を停止し、燃料カットを実施することが可能に構成されている（燃料カット手段）。即ち、エンジン１では、運転者が図示しないアクセルペダルの踏み込みを中止し、且つ、エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以上の場合において、燃料噴射弁１０からの燃料噴射を停止して適宜燃料カットを行うようにしている。そして、エンジン１では、燃料カットを実施して燃料供給を復帰させた直後、即ち、燃料カット復帰直後には目標Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆに設定するようにしている。目標Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆに設定することにより、燃料カット復帰直後のエンジン出力が充分に得られ、また、燃料カットにより三元触媒２１に多量にストレージされたＯ_２が放出される。

尚、燃料カットは、全気筒について実施してもよいし、一部気筒についてのみ実施するようにしてもよい。

上述した排気浄化装置では、所定時間以上の燃料カット（所定の燃料供給停止）が実施された後に燃料カット復帰が実施され、燃料カット復帰後にリッチ化制御が実施される（リッチ化実行手段）。所定時間以上の燃料カットは、三元触媒２１の全体に万遍なくＯ_２がストレージされている（とみなせる）時間である。尚、三元触媒２１の全体に満遍なくＯ_２がストレージされていない場合は、即ち、所定時間以上の燃料カットが実施されていない場合は、リッチ化制御を実施しない。

また、所定時間の代わりに、燃料カット期間中の触媒通過Ｏ_２量を算出して、万遍なくＯ_２がストレージされているかを判断してもよい。触媒通過Ｏ_２量は、燃料カット期間中の積算吸気量と空気中の酸素濃度（約２１％）の積から求めることができる。

燃料カット復帰時において、目標となるＯ_２パージ量の目標値である目標Ｏ_２パージ量を、リッチ化度合いに相関する相関値として設定している（設定手段）。そして、排気Ａ／Ｆがストイキに収束したことを検出した時から（ストイキに収束してから）、リアＯ_２センサ２３がリッチ側の電圧を出力した時（リッチ判定）までの吸入空気量の積算値（積算吸気量）ΣＱに基づき、目標Ｏ_２パージ量を修正し（増減し）ている。つまり、排気Ａ／Ｆがストイキに収束してからリッチ判定までの積算吸気量ΣＱを触媒の能力を反映するパラメータとしている。

即ち、ストイキ収束後に三元触媒２１を流れた排気ガスがリアＯ_２センサ２３に到達するまでの期間を積算吸気量ΣＱ（触媒の能力を反映するパラメータ）に基づいて補正、積算吸気量ΣＱに基づいて目標Ｏ_２パージ量を修正し（修正手段）、Ｏ_２パージ量が目標Ｏ_２パージ量になる終了タイミングを修正する。この修正に応じて、次回のリッチ化実行手段が制御される（制御手段）。

この場合、リッチ化の終了時期（終了タイミング）を合わせるために、相関値である目標Ｏ_２パージ量を修正している。言い換えれば、Ｏ_２パージ量が目標Ｏ_２パージ量となるリッチ化の終了タイミングがリッチ化度合いに相関する相関値とされている。

このため、Ｏ_２パージ量に応じ、実際の運転状態に基づいてリッチ化期間（リッチ化の終了タイミング）を設定して、リッチ化制御を終了した後のストイキ近傍にフィードバック制御された排気ガスが、三元触媒２１の出口側に到達したと同時に三元触媒２１の出口でストイキを検出することができる。つまり、ストイキ収束してから、三元触媒２１の容量と等しい吸気量となる（現在の三元触媒２１の容量と積算吸気量とが同程度になる）時間に設定された所定期間でリッチ化制御が終了するように制御される。

そして、三元触媒２１の能力（劣化状態）や運転状態に拘わらず的確なリッチ化制御を実施することができるので、排気エミッションを抑制して排ガス性能を向上することができる。

尚、リッチ度合いに相関する相関値としては、目標Ｏ_２パージ量の他に、リッチの度合いそのものであるリッチ深さ、Ｏ_２パージ量が目標Ｏ_２パージ量となる終了タイミングとは別にリッチ化度合いに相関して設定されるリッチ化の終了時期を用いることが可能である。また、触媒の能力（劣化状態）を反映するパラメータとしては、排気Ａ／Ｆがストイキに収束してからリッチ判定までの期間（時間）を用いることが可能である。

ここで、Ｏ_２パージ量は、排気Ａ／Ｆとエアフローセンサ１４で検出される吸気量とから算出される。また、Ｏ_２パージ量に代えてリッチ化期間中の積算吸気量ΣＱを用いてもよい。また、排気Ａ／Ｆのストイキ収束は、フロントＯ_２センサ２２の検出値に燃料噴射量に応じた補正係数を掛けることでストイキ判定を行うことができる。フロントＯ_２センサに代えて空燃比に応じた電圧値を出力するリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を用いた場合、センサの出力値により排気Ａ／Ｆのストイキ収束を判定することができる。

図２〜図４に基づいて上述した排気浄化装置における燃料カット復帰時におけるリッチ化制御の状況を詳細に説明する。

図４はストイキ収束が判定されてリアＯ_２センサ２３を用いて目標Ｏ_２パージ量を学習補正する場合であり、図５はリッチ化中にストイキ収束が判定される前にリアＯ_２センサ２３がリッチ化を検出した場合である。図４、図５において、（ａ）は燃料カット復帰時のリッチ化制御のＯＮ・ＯＦＦ（実行・非実行）状況、（ｂ）は目標Ｏ_２パージ量学習のＯＮ・ＯＦＦ（学習制御実行・非実行）状況、（ｃ）は燃料の噴射量補正係数の状況、（ｄ）は排気Ａ／Ｆの状況、（ｅ）はＯ_２パージ量の状況、（ｆ）はＯ_２ストレージ量の状況、（ｇ）はフロントＯ_２センサ２２及びリアＯ_２センサ２３の出力状況、（ｈ）は積算吸気量ΣＱの状況である。

図２に示すように、処理がスタートするとステップＳ１で燃料カット中か否かが判断され、燃料カット中である（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ２で、学習フラグをＯＦＦにし、Ｏ_２パージ量を０にし、積算吸気量ΣＱを０にする。そして、ステップＳ３でリッチ化フラグをＯＦＦ（燃料カット復帰時のリッチ化制御ＯＦＦ）にしてリターンとなる。

ステップＳ１で燃料カット中ではない（Ｎｏ）と判断された場合、ステップＳ４で燃料カット復帰時のリッチ化条件が成立しているか否かが判断される。燃料カット復帰時のリッチ化条件は、例えば、所定時間以上燃料カットが実行されて、三元触媒２１に万遍なくＯ_２がストレージされている（とみなせる）とされている場合である。

ステップＳ４で燃料カット復帰時のリッチ化条件が成立している（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ５でリアＯ_２センサ２３の出力がリッチか否か（電圧が検出されているか否か）が判断される。燃料カット終了直後においては、通常は、リアＯ_２センサ２３の出力はリッチではないので、ステップＳ５でリッチではない（Ｎｏ）と判断され、図３に示したステップＳ６に移行する（Ａ）。

図３に示すように、ステップＳ６で学習フラグがＯＮにされ、ステップＳ７でＯ_２パージ量の算出が開始される。Ｏ_２パージ量は、排気Ａ／Ｆと吸気量Ｑとの積の変化を積算して算出される。即ち、Ｏ_２パージ量が、Σ｛Δ排気Ａ／Ｆ（ｋ）×吸気量Ｑ（ｋ）｝で算出される。Σ｛Δ排気Ａ／Ｆ（ｋ）×吸気量Ｑ（ｋ）｝は、排気Ａ／Ｆの変化分と吸気量Ｑの積のトータルであり、図４（ｄ）、図５（ｄ）中の網目部分に示すように、リッチ空燃比の領域の面積に相当する。

因みに、燃料噴射量に応じた補正係数（噴射量補正係数）にフィルタ処理を施すことで、図４（ｄ）、図５（ｄ）に実線で示したように、排気Ａ／Ｆを推定することができる。噴射量補正係数にフィルタ処理を施さないで排気Ａ／Ｆを推定した場合、図４（ｄ）、図５（ｄ）に点線で示したように、排気Ａ／Ｆの値が急に立ち下がり、リッチ化の終了タイミングで排気Ａ／Ｆの値が急に立ち上がる状態になる。

処理に戻り、ステップＳ７でＯ_２パージ量が算出された後、ステップＳ８でＯ_２パージ量が目標Ｏ_２パージ量以上か否かが判断され、通常は、制御開始直後は、Ｏ_２パージ量が目標Ｏ_２パージ量を下回っている（Ｎｏ）と判断されるので、ステップＳ９でリッチ化フラグをＯＮにしてリターンとなる（Ｂ）。

つまり、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、燃料カット復帰時のリッチ化制御がＯＮになり、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、目標Ｏ_２パージ量学習制御がＯＮになる。また、図４（ｃ）、図５（ｃ）に示すように、燃料の噴射量補正係数が所望の燃料噴射状況（リッチ化制御用に燃料を供給するためのリッチ化の度合いの状況）とされる。また、図４（ｄ）、図５（ｄ）に示すように、排気Ａ／Ｆがリッチ化され始め、図４（ｅ）、図５（ｅ）に示すように、Ｏ_２パージ量が増加し始め、図４（ｆ）、図５（ｆ）に示すように、三元触媒２１のＯ_２ストレージ量が減少し始め（ストレージＯ_２が放出され始め）、図４（ｇ）、図５（ｇ）に示すように、フロントＯ_２センサ２２に出力電圧が発生する。

ステップＳ８でＯ_２パージ量が目標Ｏ_２パージ量以上である（Ｙｅｓ）と判断された場合、即ち、図４（ｅ）に示したＯ_２パージ量が目標Ｏ_２パージ量に達したと判断された場合、リッチ化終了のタイミングであり、図４（ｃ）に示した噴射量補正係数を低くして空燃比をストイキ側に戻す。そして、ステップＳ１０に移行して排気Ａ／Ｆがストイキに収束したか否かが判断される。

排気Ａ／Ｆがストイキに収束したか否かの判断は、図４（ｃ）、図５（ｃ）に示した噴射量補正係数をフィルタ処理して演算することで排気Ａ／Ｆが求められて判断される。尚、フロントＯ_２センサに代えてリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を用いた場合、センサの出力により排気Ａ／Ｆのストイキ収束を判断することができる。

ステップＳ１０で排気Ａ／Ｆがストイキに収束していない（Ｎｏ）と判断された場合、Ｏ_２パージ量が目標Ｏ_２パージ量に達してリッチ化終了のタイミングであるが排気Ａ／Ｆはストイキに収束していないので、図２のステップＳ３に移行してリッチ化フラグをＯＦＦにしてリターンとなる（Ｃ）。

ステップＳ１０で排気Ａ／Ｆがストイキに収束している（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ１１で積算吸気量ΣＱ（ｋ）を積算する。即ち、積算吸気量ΣＱ（ｋ）＝ΣＱ（ｋ−１）＋Ｑ（ｋ）で算出する。つまり、Ｏ_２パージ量が目標Ｏ_２パージ量に達してリッチ化終了のタイミングに達し、排気Ａ／Ｆがストイキに収束したことを検出した時から吸入空気量の積算が開始され、積算吸気量ΣＱの算出が開始され、図４（ｈ）に示すように、排気Ａ／Ｆのストイキ収束の時点から積算吸気量ΣＱが増加し始める。

詳細は後述するが、この状態でリアＯ_２センサ２３の出力が立ち上がるまでの積算吸気量ΣＱの多寡により（三元触媒２１の能力により）、目標Ｏ_２パージ量が修正されてリッチ化終了のタイミング（Ｏ_２パージ量が目標Ｏ_２パージ量に達するタイミング）が補正される。従って、排気Ａ／Ｆがストイキに収束したことを検出した時から、リアＯ_２センサ２３がリッチ側の電圧を出力した時（出力が立ち上がった時）までの期間における、積算吸気量ΣＱに基づいて、目標Ｏ_２パージ量が修正（増減）されてリッチ化の所定期間が変更されるようになっている。つまり、実際の排気Ａ／Ｆの指標に基づくＯ_２パージの状況を用いてリッチ化制御の目標となる所定期間が設定される。

一方、図２に戻り、ステップＳ５でリアＯ_２センサ２３の出力がリッチである（Ｙｅｓ）と判断された場合、即ち、積算吸気量ΣＱの算出が開始されてからリアＯ_２センサ２３の出力が立ち上がった状態が判断された場合、ステップＳ１２で排気Ａ／Ｆがストイキに収束しているか否かが確認される。積算吸気量ΣＱの算出が開始された後であれば排気Ａ／Ｆがストイキに収束している（Ｙｅｓ）と判断されるので、ステップＳ１３に移行して学習フラグがＯＮであるか否かが判断される。

図３に示した処理を実行していれば、ステップＳ１３では学習フラグがＯＮである（Ｙｅｓ）と判断されるので、ステップＳ１４に移行してエンジン回転速度及び負荷が所定値以上であるか否かが判断される。尚、ステップＳ１３で学習フラグがＯＮではない（Ｎｏ）と判断された場合には、ステップＳ３に移行してリッチ化フラグをＯＦＦにしてリターンとなる。

ステップＳ１４でエンジン回転速度及び負荷が所定値を下回る（Ｎｏ）と判断された場合、低速・低負荷での運転（低排気流量領運転域）であると判断されてステップＳ２に移行する。即ち、低排気流量運転領域が判断された時点でリッチ化制御を終了する。

低排気流量運転領域では、リッチ化制御中に三元触媒２１の上流側で還元成分が消費される割合が高くなり、下流側に流入する還元成分が少なくなるため、リッチ化制御中のＯ_２のストレージ状態が不均一になる虞がある。

そこで、低排気流量領運転域を判定し（判定手段）、排気流量が少ない低排気流量運転領域では、排気流量が多い高排気流量運転領域に比べて目標Ｏ_２パージ量を少なくしている（小さく設定している）。目標Ｏ_２パージ量を少なくすることで、リッチ化制御の所定期間を短くし、積算吸気量ΣＱに応じた目標Ｏ_２パージ量の修正も禁止する（オープンループ制御）。

これにより、低排気流量領運転域では、短時間のリッチ化の制御に留めて、三元触媒２１のＯ_２のストレージ状態の不均一を抑制することができる。また、低排気流量運転領域で目標Ｏ_２パージ量の修正を禁止することで、目標Ｏ_２パージ量の修正が不正確になることを回避し、ストイキフィードバック制御に移行した後の触媒浄化性能の悪化を抑制することができる。

処理に戻り、ステップＳ１４でエンジン回転速度及び負荷が所定値以上である（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ１５で積算吸気量ΣＱ（ｋ）が目標所定値以上か否かが判断される。

ステップＳ１５で積算吸気量ΣＱ（ｋ）が目標所定値以上である（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ１６で目標Ｏ_２パージ量を所定割合増加させてリッチ化の終了タイミングを遅らせてステップＳ２に移行する。つまり、図４（ｅ）に示した目標Ｏ_２パージ量を上側に増加させ、リッチ化の終了タイミングを遅くする。

積算吸気量ΣＱ（ｋ）が目標所定値以上の場合、リアＯ_２センサ２３の立ち上がりが想定よりも遅いので、リッチ化されて排気Ａ／Ｆがストイキに収束してから三元触媒２１の出口側のリアＯ_２センサ２３の立ち上がりに時間がかかる状態であり、ストイキに収束しても還元剤がストレージＯ_２のパージに使われてリーン状態が続いている状態となっている。

このため、ストレージＯ_２が多い状態の三元触媒２１であると判断することができ、目標Ｏ_２パージ量を所定割合増加させてリッチ化の時間を長くしてストレージＯ_２のパージが充分に行なえるようにする。リッチ化の時間を長くしてリッチ化の終了タイミングを遅くすることで、ストレージＯ_２が多い状態の三元触媒２１であってもストレージＯ_２のパージを確実に行うことができる。

一方、ステップＳ１５で積算吸気量ΣＱ（ｋ）が目標所定値を下回る（Ｎｏ）と判断された場合、ステップＳ１７で目標Ｏ_２パージ量を所定割合減少させてリッチ化の終了タイミングを早めてステップＳ２に移行する。つまり、図４（ｅ）に示した目標Ｏ_２パージ量を下側に増加させ、リッチ化の終了タイミングを早くする。

積算吸気量ΣＱ（ｋ）が目標所定値を下回る場合、リアＯ_２センサ２３の立ち上がりが想定よりも早いので、リッチ化されて排気Ａ／Ｆがストイキに収束してから三元触媒２１の出口側のリアＯ_２センサ２３が立ち上がるまでの時間が短い状態であり、ストイキに収束してから短時間でストレージＯ_２がパージされた状態になっている。このため、ストレージＯ_２が少ない状態の三元触媒２１であると判断することができ、目標Ｏ_２パージ量を所定割合減少させてリッチ化の時間を短くしてストレージＯ_２のパージを必要最小限の時間で行なえるようにする。

リッチ化の時間を短くしてリッチ化の終了タイミングを早くすることで、ストレージＯ_２が少ない三元触媒２１であればストレージＯ_２のパージを最小限の最適期間で行なうことができ、使用されない還元剤が排出されて触媒浄化性能を低下させる虞がない。

つまり、排気Ａ／Ｆがストイキに収束してからリアＯ_２センサ２３が所定のリッチ側に変化するまでの間に三元触媒２１を通過した排気量（積算吸気量ΣＱで換算）が、ストレージＯ_２の状態に拘わらず三元触媒２１の容量と同程度となるように補正され、三元触媒２１の排気エミッション量を抑制して排気ガス性能を向上させることができる。

尚、目標Ｏ_２パージ量の増減によりリッチ化の終了タイミングを早くしたり遅くしたりしているが、目標Ｏ_２パージ量の増減によりリッチ深さを補正し、Ｏ_２パージ量の増減変化率を変更してリッチ化の終了タイミングを早くしたり遅くすることも可能である。また、目標Ｏ_２パージ量に基づく制御とは別に、リッチ化の終了タイミングを設定して、リッチ化の度合いに相関する相関値とすることも可能である。例えば、後述するが、ストイキに収束する前にリアＯ_２センサ２３の出力が立ち上がった場合をリッチ化の終了タイミングとし、これをリッチ化の度合いに相関する相関値とすることも可能である。

処理に戻り、前述したステップＳ１２で排気Ａ／Ｆがストイキに収束していない（Ｎｏ）と判断された場合、ストイキに収束する前に（リッチ化期間中に）リアＯ_２センサ２３の出力が立ち上がった状態であると判断され、ステップＳ１８に移行して目標Ｏ_２パージ量を現在のＯ_２パージ量に所定値を乗じた値に修正し、ステップＳ２に移行する。

つまり、図５（ｇ）に示すように、ストイキに収束する前にリアＯ_２センサ２３の出力が立ち上がった場合にはリッチ化を終了し（リッチ化の終了タイミング）、この時点での最大ストレージＯ_２量を三元触媒２１のＯ_２パージ量とみなして目標Ｏ_２パージ量を修正する。具体的には、三元触媒２１のＯ_２パージ量とみなした最大ストレージＯ_２量に所定割合（例えば、０.５〜０.７）を乗じて得た値を新たな目標Ｏ_２パージ量とする。所定割合は、事前の知見等に基づき予め設定されているものであり、最大ストレージＯ_２量に対して目標Ｏ_２パージ量を低くするための割合である。

このため、ストイキに収束する前にリアＯ_２センサ２３の出力が立ち上がった場合にリッチ化の所定時間の終了とし、この時点の最大ストレージＯ_２量に基づいて（Ｏ_２パージ量に基づいて）新たな目標Ｏ_２パージ量を算出して所定期間を設定することになり、運転状況等により三元触媒２１の出口側での排気Ａ／Ｆがリッチ側になった場合でも（実際の排気の状態に応じて）的確にリッチ化の制御を行なうことができる。

従って、上述した内燃機関の排気浄化装置では、燃料カット復帰時において、目標Ｏ_２パージ量により、燃料カット復帰時のリッチＡ／Ｆに設定される所定期間を設定し、排気Ａ／Ｆがストイキに収束したことを検出した時から、リアＯ_２センサ２３がリッチ側の電圧を出力した時までの期間における、積算吸気量ΣＱに基づいて、目標Ｏ_２パージ量を増減して所定期間を変更するようにしている。このため、Ｏ_２パージ量に応じ、実際の運転状態に基づいた期間でリッチ化期間を設定することができ、リッチ化制御を終了した後のストイキ近傍にフィードバック制御された排気ガスが三元触媒２１の出口側に到達したと同時に、三元触媒２１の出口でストイキを検出することができる。

つまり、ストイキ収束してから、三元触媒２１の容量と等しい吸気量となる（現在の三元触媒２１の容量と積算吸気量ΣＱとが同程度になる）時間に設定された所定期間でリッチ化制御が終了するように制御される。

これにより、運転条件や三元触媒２１の劣化状態に拘わらず、燃料カット後のリッチ化制御の終了のタイミングが適切に設定されてＯ_２の放出が的確に実施され、三元触媒２１の排気エミッション量を抑制して排ガス性能を向上させることができる。そして、排ガス性能が向上することで、低排出ガスレベルに対応する際に、触媒によるコスト増加を最小限に抑制することができる。更に、排出ガスレベルを低下させることなく触媒貴金属類の量を低減することができる。

上述した実施形態例では、触媒として三元触媒２１を例に挙げて説明したが、貴金属類を用いた他の触媒であっても上記制御を適用することが可能である。

また、上述した実施形態例では、積算吸気量に応じて目標Ｏ_２パージ量を増減しているが、三元触媒２１の状態や他の制御との関係等により、目標Ｏ_２パージ量の増加もしくは減少のどちらか一方を実行するようにすることも可能である。

また、三元触媒２１の状態や運転状態により、ストイキの収束を判断せずにリアＯ_２センサ２３の出力が立ち上がった場合にリッチ化の終了タイミングとして新たな目標Ｏ_２パージ量を算出することも可能である。この場合、リッチ化の度合いに相関する相関値としてリッチ化の終了タイミングが用いられることになる。そして、リアＯ_２センサ２３の出力が立ち上がった場合にリッチ化の終了タイミングとするリッチ化の制御と、運転条件や三元触媒２１の状態に応じて、ストイキの収束を判断して積算吸気量ΣＱにより目標Ｏ_２パージ量を修正してＯ_２パージ量が目標Ｏ_２パージ量になった場合にリッチ化の終了タイミングとするリッチ化制御と組み合わせて選択的に実行することも可能である。

更に、上述した実施形態例では、吸入空気量に基づく積算吸気量ΣＱにより目標Ｏ_２パージ量を設定（修正）しているが、場合によっては、積算排気量に基づいて目標Ｏ_２パージ量を設定（修正）することも可能である。

本願発明は、所定の燃料カット後に燃料復帰を行ってからのリッチ化の際に、リッチ化の度合いに相関する相関値を設定し、この相関値を触媒の能力を反映するパラメータに基づき修正し、修正結果により次回のリッチ化を実施し、触媒の能力や内燃機関の運転条件に拘わらず、的確なリッチ化制御を実施することができるものであれば、上述した実施形態例に限定されるものではない。

本発明は、内燃機関の排気浄化装置の産業分野で利用することができる。

本発明の一実施形態例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。 燃料カット復帰制御のフローチャートである。 燃料カット復帰制御のフローチャートである。 燃料カット復帰制御のタイミングチャートである。 燃料カット復帰制御のタイミングチャートである。

符号の説明

１ エンジン本体（エンジン）
２ シリンダヘッド
３ 点火プラグ
４ 点火コイル
５ 吸気ポート
６ 燃焼室
７ 吸気弁
８、１８ カムシャフト
９ 吸気マニホールド
１０ 燃料噴射弁（インジェクション）
１１ 燃料パイプ
１２ スロットル弁
１３ スロットルポジションセンサ
１４ エアフローセンサ
１５ 排気ポート
１６ 排気マニホールド
１７ 排気弁
２０ 排気管
２１ 三元触媒
２２ フロントＯ_２センサ
２３ リアＯ_２センサ
２５ クランク角センサ
３１ ＥＣＵ

Claims (11)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、
   前記内燃機関への燃料供給を一時的に停止する燃料カット手段と、
   前記燃料カット手段により所定の燃料供給の停止が行われてから燃料供給を復帰した後、前記内燃機関の空燃比をリッチ化するリッチ化実行手段と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて前記リッチ化実行手段によるリッチ化の度合いに相関する相関値を設定する設定手段と、
   前記設定手段で設定された相関値を前記触媒の能力を反映するパラメータに基づき修正する修正手段と、
   前記修正手段の修正結果に応じて次回のリッチ化を実行するよう前記リッチ化実行手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記触媒の上流側に配置された上流側排気空燃比検出手段と、
   前記触媒の下流側に配置された下流側排気空燃比検出手段と、
   をさらに備え、
   前記修正手段は、前記リッチ化実行手段がリッチ化を実行した後、前記上流側排気空燃比検出手段により排気空燃比がストイキに収束したことを検出した時点から、前記下流側排気空燃比検出手段により排気空燃比がリッチと検出される時点までの期間に基づき、前記相関値を修正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記触媒の上流側に配置された上流側排気空燃比検出手段と、
   前記触媒の下流側に配置された下流側排気空燃比検出手段と、
   前記内燃機関の吸気量を検出する吸気量検出手段と、
   をさらに備え、
   前記修正手段は、前記リッチ化実行手段がリッチ化を実行した後、前記上流側排気空燃比検出手段により排気空燃比がストイキに収束したことを検出した時点から、前記下流側排気空燃比検出手段により排気空燃比がリッチと検出される時点までの前記吸気量の積算値に基づき、前記相関値を修正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記相関値が、前記リッチ化の実行中における前記触媒の酸素パージ量の目標値である目標酸素パージ量であり、
   前記修正手段は、前記吸気量の積算値に基づき前記目標酸素パージ量を修正することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記設定手段は、前記吸気量の積算値が所定値以上となった場合、前記目標酸素パージ量を所定量増加させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記設定手段は、前記吸気量の積算値が所定値よりも小さくなった場合、前記目標酸素パージ量を所定量減少させることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記制御手段は、前記リッチ化実行手段によるリッチ化の実行中に前記下流側排気空燃比検出手段により排気空燃比がリッチと検出された場合、該リッチと検出された時点で前記リッチ化実行手段の作動を終了させるととともに、前記修正手段は、前記時点での前記触媒の酸素パージ量に基づいて前記目標酸素パージ量を修正することを特徴とする請求項４、５又は６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記内燃機関の運転領域を判定する判定手段をさらに備え、
   前記設定手段は、前記判定手段により前記内燃機関が低排気流量運転領域にあると判定された場合は高排気量運転領域にある場合に比べて、前記目標酸素パージ量を小さく設定することを特徴とする請求項４〜７いずれか一項記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記修正手段は、前記判定手段により前記内燃機関が低排気流量運転領域にあると判定された場合は修正を禁止することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記相関値は、前記リッチ化の終了時期であることを特徴とする請求項１〜９いずれか一項記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 前記所定の燃料供給の停止は、所定時間以上の燃料供給の停止であることを特徴とする請求項１〜１０いずれか一項記載の内燃機関の排気浄化装置。

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