JP2009264215A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リッチ化制御をより的確なタイミングで停止することのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン１０の電子制御装置６０は、排気通路３０に設けられる排気浄化用の触媒３４の酸素吸蔵量を推定する。また、触媒３４の酸素吸蔵量を減少させるべく触媒３４に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させるリッチ化制御を実行するとともに、推定手段により推定される酸素吸蔵量ＥＯＸが所定量ＥＯＸｔｈ以下である旨判断されることを条件に当該リッチ化制御を停止する。更に、触媒３４の排気下流側の酸素濃度を検出する酸素センサ５８を備え、リッチ化制御中の酸素濃度が低いときには高いときに比べて当該リッチ化制御を停止するための所定量ＥＯＸｔｈを大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、触媒の酸素吸蔵量を減少させるべく触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させるリッチ化制御を実行するとともに、推定される酸素吸蔵量が所定量以下である旨判断されることを条件に当該リッチ化制御を停止する内燃機関の制御装置に関する。

この種の内燃機関としては、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載の内燃機関も含め、こうした内燃機関においては、酸素吸蔵機能を有する触媒が排気通路に設けられている。こうした触媒では、同触媒に流入するＮＯｘを還元する際に酸素を吸蔵し、同触媒に流入するＣＯ等の未燃成分を酸化する際には吸蔵されている酸素を放出する。また、触媒に吸蔵することのできる酸素量（以下、酸素吸蔵量）にはその上限値である最大酸素吸蔵量があり、触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するとそれ以上ＮＯｘを浄化することができない。また、触媒に酸素が全く吸蔵されていないときには未燃成分を浄化することができない。従って、このような触媒の浄化機能を十分に発揮させるためには、触媒の酸素吸蔵量を適切な量に維持することが重要となる。

一方、内燃機関の減速運転時には燃料噴射を中断する燃料カット制御が実行される。このとき、大量の酸素が短時間に触媒に流入するため、触媒の酸素吸蔵量が増大するとともに、多くの場合には最大酸素吸蔵量に達することとなる。このため、燃料カット制御を停止して燃料噴射を再開すると、しばらくの間は、触媒の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量近傍となることから、触媒に対してＮＯｘが流入してもこれを浄化することができないといった問題が生じる。

そこで、燃料カット制御の停止後に内燃機関の燃料噴射量を増量し、触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチにするリッチ化制御を実行するようにしている。これにより、触媒に対して未燃成分を流入させることで触媒の酸素吸蔵量を減少させることができ、触媒に対してＮＯｘが流入してもこれを好適に浄化することができるようになる。

上記特許文献１に記載の技術においては、触媒の酸素吸蔵量を推定し、推定される酸素吸蔵量が所定量以下となると当該リッチ化制御を停止するようにしている。またこれと併せて、リッチ化制御を開始してから所定時間が経過したときに触媒の排気下流側の酸素濃度を検出し、検出された酸素濃度が所定濃度よりも低いときには当該リッチ化制御を停止するようにしている。これにより、推定される酸素吸蔵量が所定量よりも大きい場合であっても実際の触媒の酸素吸蔵量が少ないと予測される場合にはリッチ化制御を早期に停止することができる。
特開２００５―６９１８７号公報

ところが、触媒の排気下流側の酸素濃度が所定濃度よりも低くなっても、触媒の酸素吸蔵量を更に減少させるべくリッチ化制御を継続することが望ましい場合がある。しかし、従来の内燃機関の制御装置にあっては触媒の排気下流側の酸素濃度が所定濃度よりも低いことをもってリッチ化制御が停止されるため、この点において改良の余地が残されている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、リッチ化制御をより的確なタイミングで停止することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、排気通路に設けられる排気浄化用の触媒の酸素吸蔵量を推定する推定手段と、前記触媒の酸素吸蔵量を減少させるべく同触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させるリッチ化制御を実行するとともに、前記推定手段により推定される酸素吸蔵量が所定量以下である旨判断されることを条件に当該リッチ化制御を停止するリッチ化制御手段とを備える内燃機関の制御装置において、前記触媒の排気下流側の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、前記リッチ化制御手段は、前記リッチ化制御中の前記酸素濃度が低いときには高いときに比べて当該リッチ化制御を停止するための前記所定量を大きくすることをその要旨としている。

上記構成によれば、触媒の排気下流側の酸素濃度が低いときには高いときに比べてリッチ化制御を停止するための所定量を大きくするようにしている。このため、実際の酸素吸蔵量が少ないと予測されるときには多いと予測されるときに比べて上記所定量を大きくすることができる。これにより、触媒の排気下流側の酸素濃度が所定濃度よりも低くなっても、リッチ化制御が直ちに停止されるのではなく、推定される酸素吸蔵量が触媒の排気下流側の酸素濃度に応じて設定される所定量以下となるまではリッチ化制御が継続されることとなる。従って、リッチ化制御をより的確なタイミングで停止することができるようになる。

（２）請求項１に記載の発明は、請求項２に記載の発明によるように、前記リッチ化制御手段は、前記酸素濃度が所定濃度よりも高いときには前記所定量として第１所定量を設定し、前記酸素濃度が前記所定濃度以下であるときには前記所定量として前記第１所定量よりも大きい第２所定量を設定するといった態様をもって具体化することができる。このように、リッチ化制御を停止するための所定量を、触媒の下流側の酸素濃度に応じて第１所定量と第２所定量とのうちから適宜設定することにより、リッチ化制御をより的確なタイミングで停止することができるようになる。

（３）請求項３に記載の発明は、排気通路に設けられる排気浄化用の触媒の酸素吸蔵量を推定する推定手段と、前記触媒の酸素吸蔵量を減少させるべく同触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させるリッチ化制御を実行するとともに、前記推定手段により推定される酸素吸蔵量が所定量以下である旨判断されることを条件に当該リッチ化制御を停止するリッチ化制御手段とを備える内燃機関の制御装置において、前記触媒の排気下流側の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、前記リッチ化制御手段は、当該リッチ化制御中の前記酸素濃度が低いときには高いときに比べて前記酸素吸蔵量を小さく推定することをその要旨としている。

上記構成によれば、触媒の排気下流側の酸素濃度が低いときには高いときに比べて酸素吸蔵量を小さく推定するようにしている。このため、実際の酸素吸蔵量が少ないと予測されるときには多いと予測されるときに比べて酸素吸蔵量を小さく推定することができる。このため例えば、触媒の排気下流側の酸素濃度が所定濃度よりも低くなっても、リッチ化制御が直ちに停止されるのではなく、触媒の排気下流側の酸素濃度に応じて推定される酸素吸蔵量が所定量以下となるまではリッチ化制御が継続されることとなる。従って、リッチ化制御をより的確なタイミングで停止することができるようになる。

（４）請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明は、請求項４に記載の発明によるように、前記酸素濃度検出手段は、濃淡電池式の酸素センサであるといった態様をもって具体化することができる。濃淡電池式の酸素センサは、触媒の排気下流側の酸素濃度が所定濃度よりも高いときには所定電圧よりも低い電圧を出力し、酸素濃度が所定濃度以下であるときには所定電圧以上の電圧を出力する。このため例えば、請求項２に記載の発明に本発明を適用する場合には、酸素センサの出力電圧が所定電圧よりも低いときには上記所定量として第１所定量を設定し、酸素センサの出力電圧が所定電圧以上であるときには上記所定量として第２所定量を設定するようにすればよい。

（５）請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明は、請求項５に記載の発明によるように、前記リッチ化制御手段は、内燃機関の燃料噴射を中断する燃料カット制御が停止されたことを条件に前記リッチ化制御を開始するものであるといった態様をもって具体化することができる。

図１〜図６を参照して、本発明にかかる内燃機関の制御装置を車載ガソリンエンジン（以下、「エンジン１０」）の制御装置として具体化した一実施形態について説明する。なおエンジン１０は、ポート噴射式の多気筒内燃機関である。

図１に、エンジン１０及びこれを制御する電子制御装置６０の概略構成を示す。
エンジン１０の各気筒には、燃焼室１１内の燃料と空気との混合気に点火する点火プラグ１２が設けられている。燃焼室１１には吸気バルブ２１により開閉される吸気ポート２２が接続され、同吸気ポート２２に接続される吸気通路２０の途中には吸気ポート２２に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１３が気筒毎に設けられている。また、吸気通路２０の途中にはサージタンク２３が接続され、同サージタンク２３の上流側にはスロットルモータ２４によって開度が調節されるスロットルバルブ２５が設けられている。スロットルバルブ２５の開度を変更すると、これに応じて、吸気通路２０を通じて燃焼室１１に供給される空気量が調節されるようになっている。

また、燃焼室１１には排気バルブ３１により開閉される排気ポート３２が接続され、同排気ポート３２に接続される排気通路３０の途中には触媒コンバータ３３が設けられている。触媒コンバータ３３には排気浄化触媒としての三元触媒（以下、「触媒３４」）が設けられている。触媒３４は酸素吸蔵機能を有しており、触媒３４に流入するＮＯｘを還元する際に酸素を吸蔵し、触媒３４に流入するＣＯ等の未燃成分を酸化する際に同触媒３４に吸蔵されている酸素を放出する。

また、エンジン１０には、その運転状態を検出するための各種センサが設けられている。すなわち、アクセルペダル４１の踏み込み量（以下、「アクセル開度ＡＣＣＰ」）を検出するアクセル開度センサ５１、クランクシャフトの回転から機関回転速度ＮＥを検出する機関回転速度センサ５２が設けられている。また、基準クランク角を決定するために吸気カムシャフトの回転位相を検出する基準クランク角センサ５３、スロットルバルブ２５の開度（以下、「スロットル開度ＴＡ」）を検出するスロットル開度センサ５４が設けられている。また、スロットルバルブ２５の上流側には、燃焼室に吸入される空気の量（以下、「吸入空気量ＧＡ」）を検出するエアフローメータ５５が設けられている。また、機関冷却水の温度（以下、「機関冷却水温ＴＨＷ」）を検出する冷却水温センサ５６が設けられている。更に、排気通路３０において触媒コンバータ３３の上流側には、触媒コンバータ３３に流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサ５７が設けられている。また、排気通路３０において触媒コンバータ３３の下流側には、触媒コンバータ３３から流出する排気の空燃比を検出する酸素センサ５８が設けられている。なお、これらセンサ以外にも各種のセンサが必要に応じて設けられている。これら各センサ５１〜５８の検出信号は、エンジン１０の各種制御を実行する電子制御装置６０に入力される。

ここで、空燃比センサ５７及び酸素センサ５８の出力特性について説明する。
図２に、実際の空燃比と空燃比センサ５７の出力電圧Ｖａｆとの関係を示し、図３に、実際の空燃比と酸素センサ５８の出力電圧Ｖｏｘとの関係を示す。

図２に示すように、空燃比センサ５７は、実際の空燃比に比例する電圧Ｖａｆを出力するものであり、空燃比が大きいときほど、すなわち空燃比がリーン側にあるときほど大きな電圧Ｖａｆを出力する。なお、電圧Ｖ１が理論空燃比のときの電圧に相当する。

図３に示すように、酸素センサ５８は、実際の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側にあるときには約１Ｖの電圧Ｖｏｘを出力し、実際の空燃比が理論空燃比よりもリーン側にあるときには約０Ｖの電圧Ｖｏｘを出力するものである。また、空燃比が理論空燃比を挟んでリッチ側からリーン側へ変化するときには電圧Ｖｏｘは急激に変化する。なお、電圧Ｖ２が理論空燃比を挟んでリッチ側からリーン側へ（あるいはリーン側からリッチ側へ）変化するときの電圧に相当する。

先の図１に示すように、電子制御装置６０は、各種制御を実行するためのプログラム及び演算用マップ、並びに制御の実行に際して算出される各種データ等を記憶するメモリを備えて構成されており、上記各センサ５１〜５８をはじめとする各種センサの出力値により把握される機関運転状態等に基づいて、例えば次の各制御を実行する。すなわち、運転者の要求であるアクセル開度ＡＣＣＰに応じてスロットルバルブ２５を制御するスロットル制御、及び機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量ＧＡ等に基づいて燃料噴射量Ｑを算出し、同燃料噴射量Ｑに応じて燃料噴射弁１３を制御する燃料噴射制御を実行する。また、空燃比センサ５７の検出結果に基づいて混合気の空燃比を推定し、こうして推定された空燃比が目標空燃比になるように燃料噴射量Ｑに対する空燃比補正値を算出して燃料噴射量Ｑを増減補正する空燃比フィードバック制御を実行する。更に、車両の減速時等に燃料噴射を中断する燃料カット制御、及び燃料カット制御の停止後に触媒３４に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させるリッチ化制御等の各種制御を実行する。

また、エンジン１０の運転中においては、吸入空気量ＧＡと空燃比センサ５７の出力電圧Ｖａｆとをモニターし、これら吸入空気量ＧＡと空燃比センサ５７の出力電圧Ｖａｆとに基づいて酸素吸蔵量ＥＯＸを推定するようにしている。そして、推定される酸素吸蔵量ＥＯＸが所定量ＥＯＸｔｈ以下である旨判断されることを条件に当該リッチ化制御を停止するようにしている。

ここで例えば、吸入空気量ＧＡが一定であれば、すなわち触媒３４に流入する排気の量が一定であれば、触媒３４に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、排気の空燃比がリーンであるときほど単位期間当たりの酸素吸蔵量ＥＯＸの増加量が大きく算出されるようになっている。一方、触媒３４に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには、排気の空燃比がリッチであるときほど単位期間当たりの酸素吸蔵量ＥＯＸの減少量が大きく算出されるようになっている。更に、吸入空気量ＧＡが大きいときほど、触媒３４に流入する排気の量が多いものとして単位時間当たりの酸素吸蔵量ＥＯＸの増加量（あるいは減少量）が大きく算出されるようになっている。

ところで、触媒３４の酸素吸蔵量にはその上限値である最大酸素吸蔵量があり、触媒３４の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するとそれ以上ＮＯｘを浄化することができない。また、触媒３４に酸素が全く吸蔵されていないときには未燃成分を浄化することができない。従って、このような触媒３４の浄化機能を十分に発揮させるためには、触媒３４の酸素吸蔵量を適切な量に維持することが重要となる。

一方、車両の減速時、具体的には機関回転速度ＮＥが所定速度以上であり且つアクセル開度ＡＣＣＰが「０」であるときには燃料カット制御が実行される。このとき、大量の酸素が短時間に触媒３４に流入するため、触媒３４の酸素吸蔵量が増大するとともに、多くの場合には最大酸素吸蔵量に達することとなる。このため、燃料カット制御を停止して燃料噴射を再開すると、しばらくの間は、触媒３４の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量近傍となることから、触媒３４に対してＮＯｘが流入してもこれを浄化することができないといった問題が生じる。

そこで、本実施形態においては、燃料カット制御の停止後に燃料噴射量Ｑを増量し、触媒３４に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチにするリッチ化制御を実行するようにしている。これにより、触媒３４に対して未燃成分を流入させることで触媒３４の酸素吸蔵量を減少させるようにしている。

また、リッチ化制御中においては、酸素センサ５８の出力電圧Ｖｏｘをモニターし、この出力電圧Ｖｏｘが所定電圧Ｖ２よりも低いときには上記所定量ＥＯＸｔｈとして第１所定量Ｅ１を設定するようにしている。また、酸素センサ５８の出力電圧Ｖｏｘが所定電圧Ｖ２以上であるときには上記所定量ＥＯＸｔｈとして第１所定量Ｅ１よりも大きい第２所定量Ｅ２（Ｅ２＞Ｅ１）を設定するようにしている。ここで、酸素センサ５８の出力電圧Ｖｏｘが所定電圧Ｖ２よりも低い状態から所定電圧Ｖ２となったとき、すなわち触媒３４の下流側の空燃比が理論空燃比よりもリーン側からリッチ側へ変化したときに、そのとき推定される酸素吸蔵量ＥＯＸが第２所定量Ｅ２よりも大きい状態となるように、第２所定量Ｅ２が設定されている。ちなみに、第１所定量Ｅ１は最大酸素吸蔵量ＥＯＸｍａｘの１／４倍の値に設定され、第２所定量Ｅ２は第１所定量の２．５倍の値に設定されている。
＜酸素吸蔵量算出処理＞
次に、図４を参照して、酸素吸蔵量の算出処理について詳細に説明する。なお図４は、酸素吸蔵量の算出処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、エンジン１０の運転中に電子制御装置６０によって所定クランク角毎に繰り返し実行される。

この処理では、まず、そのときの空燃比センサ５７の出力電圧Ｖａｆを読み込み、この出力電圧Ｖａｆが所定電圧Ｖ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。すなわち、触媒３４に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるか否かを判断する。ここで、空燃比センサ５７の出力電圧Ｖａｆが所定電圧Ｖ１以上である場合には（ステップＳ１０１：「ＹＥＳ」）、次に、そのときの吸入空気量ＧＡと空燃比センサ５７の出力電圧Ｖａｆとを読み込む。そして、これら吸入空気量ＧＡと空燃比センサ５７の出力電圧Ｖａｆとに基づいて、前回の制御周期から今回の制御周期までに酸素吸蔵量ＥＯＸの増加した量（以下、「今回の酸素増加量ＥＯＸｉｎｃ」）を算出する（ステップＳ１０２）。ここでは上述したように、吸入空気量ＧＡが大きいほど、また空燃比センサ５７の出力電圧Ｖａｆが大きいほど、今回の酸素増加量ＥＯＸｉｎｃが大きく算出されるようになっている。なお、燃料カット制御中のように、燃焼室１１に供給される空気がそのまま触媒３４に流入するときには、上述した算出方法に代えて、吸入空気量ＧＡに対して酸素濃度係数（０．２１）を乗じたものを今回の酸素増加量ＥＯＸｉｎｃとすることができる。こうして今回の酸素増加量ＥＯＸｉｎｃを算出すると、次に、以下の演算式（１）に基づいて、今回の制御周期における酸素吸蔵量（以下、「今回の酸素吸蔵量ＥＯＸ」）を算出する（ステップＳ１０３）。すなわち、前回の制御周期における酸素吸蔵量ＥＯＸに対して、今回の酸素増加量ＥＯＸｉｎｃを加算したものを今回の酸素吸蔵量ＥＯＸとして算出する。

ＥＯＸ ← ＥＯＸ ＋ ＥＯＸｉｎｃ ・・・（１）

こうして今回の酸素吸蔵量ＥＯＸを算出すると、次に、算出された酸素吸蔵量ＥＯＸが最大酸素吸蔵量ＥＯＸｍａｘ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。ここでは、最大酸素吸蔵量ＥＯＸｍａｘとして、実験等により予め求められる固定値を用いている。

上記ステップＳ１０４の判断処理において、酸素吸蔵量ＥＯＸが最大酸素吸蔵量ＥＯＸｍａｘ以上である場合には（ステップＳ１０４：「ＹＥＳ」）、今回の酸素吸蔵量ＥＯＸとして最大酸素吸蔵量ＥＯＸｍａｘを設定して（ステップＳ１０５）、この一連の処理を一旦終了する。

一方、上記ステップＳ１０４の判断処理において、算出された酸素吸蔵量ＥＯＸが最大酸素吸蔵量ＥＯＸｍａｘ未満である場合には（ステップＳ１０４：「ＮＯ」）、上記ステップＳ１０５をスキップして、すなわち、算出された酸素吸蔵量をそのまま今回の酸素吸蔵量ＥＯＸとして設定して、この一連の処理を一旦終了する。

他方、上記ステップＳ１０１の判断処理において、空燃比センサ５７の出力電圧Ｖａｆが所定電圧Ｖ１未満である場合には（ステップＳ１０１：「ＮＯ」）、次に、そのときの吸入空気量ＧＡと空燃比センサ５７の出力電圧Ｖａｆとを読み込む。そして、これら吸入空気量ＧＡと空燃比センサ５７の出力電圧Ｖａｆとに基づいて、前回の制御周期から今回の制御周期までに酸素吸蔵量ＥＯＸの減少した量（以下、「今回の酸素減少量ＥＯＸｄｅｃ」）を算出する（ステップＳ１０６）。ここでは上述したように、吸入空気量ＧＡが大きいほど、また空燃比センサ５７の出力電圧Ｖａｆが小さいほど、今回の酸素減少量ＥＯＸｄｅｃが大きく算出されるようになっている。こうして今回の酸素減少量ＥＯＸｄｅｃを算出すると、次に、以下の演算式（２）に基づいて、今回の酸素吸蔵量ＥＯＸを算出する（ステップＳ１０７）。すなわち、前回の制御周期における酸素吸蔵量ＥＯＸから、今回の酸素減少量ＥＯＸｄｅｃを減算したものを今回の酸素吸蔵量ＥＯＸとして算出する。

ＥＯＸ ← ＥＯＸ − ＥＯＸｄｅｃ ・・・（２）

こうして今回の酸素吸蔵量ＥＯＸを算出すると、次に、算出された酸素吸蔵量ＥＯＸが「０」以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０８）。そしてその結果、酸素吸蔵量ＥＯＸが「０」以下である場合には（ステップＳ１０８：「ＹＥＳ」）、今回の酸素吸蔵量ＥＯＸとして「０」を設定して（ステップＳ１０９）、この一連の処理を一旦終了する。

一方、上記ステップＳ１０８の判断処理において、算出された酸素吸蔵量ＥＯＸが「０」よりも大きい場合には（ステップＳ１０８：「ＮＯ」）、上記ステップＳ１０９をスキップして、すなわち、算出された酸素吸蔵量をそのまま今回の酸素吸蔵量ＥＯＸとして設定して、この一連の処理を一旦終了する。ちなみに、エンジン１０の工場出荷時や触媒３４の交換時等には、酸素吸蔵量ＥＯＸを「０」として初期化するようにしている。
＜リッチ化制御処理＞
次に、図５を参照して、リッチ化制御について説明する。なお、図５は、リッチ化制御の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、燃料カット制御が停止されたことを条件に電子制御装置６０によって実行される。

この処理では、まず、ステップＳ２０１の処理としてリッチ化制御を開始する。そして、次に、そのときの酸素センサ５８の出力電圧Ｖｏｘを読み込み、この出力電圧Ｖｏｘが所定電圧Ｖ２未満であるか否かを判断する（ステップＳ２０２）。すなわち、触媒３４から流出する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるか否かを判断する。ここで、酸素センサ５８の出力電圧Ｖｏｘが所定電圧Ｖ２未満である場合には（ステップＳ２０２：「ＹＥＳ」）、次に、当該リッチ化制御を停止するための所定量ＥＯＸｔｈを第１所定量Ｅ１に設定する（ステップＳ２０３）。一方、酸素センサ５８の出力電圧Ｖｏｘが所定電圧Ｖ２未満でない場合には（ステップＳ２０２：「ＮＯ」）、次に、当該リッチ化制御を停止するための所定量ＥＯＸｔｈを第１所定量Ｅ１よりも大きい第２所定量Ｅ２（Ｅ２＞Ｅ１）に設定する（ステップＳ２０４）。

こうしてリッチ化制御を停止するための所定量ＥＯＸｔｈを設定すると、次に、そのときの酸素吸蔵量ＥＯＸが上記所定量ＥＯＸｔｈ以下であるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。そしてこの結果、酸素吸蔵量ＥＯＸが上記所定量ＥＯＸｔｈ以下でない場合には（ステップＳ２０５：「ＮＯ」）、次に、先のステップＳ２０２〜ステップＳ２０４の処理を繰り返し実行する。

一方、上記ステップＳ２０５の判断処理において、酸素吸蔵量ＥＯＸが上記所定量ＥＯＸｔｈ以下である場合には（ステップＳ２０５：「ＹＥＳ」）、次に、リッチ化制御を停止して（ステップＳ２０６）、この一連の処理を終了する。

次に、図６を参照して、本実施形態にかかる内燃機関の制御装置による作用について説明する。なお、図６は、推定される酸素吸蔵量ＥＯＸの推移を示すグラフである。
タイミングｔ１において燃料カット制御が停止されるとともにリッチ化制御が開始されると、酸素吸蔵量ＥＯＸは徐々に減少するようになる。ここで、酸素吸蔵量ＥＯＸが第１所定量Ｅ１となるタイミングｔ３までに酸素センサ５８の出力電圧Ｖｏｘが所定電圧Ｖ２以上となったときには、当該リッチ化制御を停止するための所定量ＥＯＸｔｈとして第２所定量Ｅ２が設定される。これにより、酸素吸蔵量ＥＯＸが第２所定量Ｅ２以下となることを条件に当該リッチ化制御が停止される。すなわち、酸素吸蔵量ＥＯＸが第２所定量Ｅ２以下となる前に酸素センサ５８の出力電圧Ｖｏｘが所定電圧Ｖ２以上となったときには、その後、酸素吸蔵量ＥＯＸが第２所定量Ｅ２となるタイミングｔ２にて当該リッチ化制御が停止される。酸素センサ５８の出力電圧Ｖｏｘが所定電圧Ｖ２よりも低い状態から所定電圧Ｖ２となったときには、そのとき推定される酸素吸蔵量ＥＯＸは第２所定量Ｅ２よりも大きい状態となることから、リッチ化制御が直ちに停止されることはなく、酸素吸蔵量ＥＯＸが第２所定量Ｅ２以下となるまではリッチ化制御が継続されることとなる。ちなみに、酸素吸蔵量ＥＯＸが第２所定量Ｅ２以下となってから第１所定量Ｅ１となるまでに酸素センサ５８の出力電圧Ｖｏｘが所定電圧Ｖ２以上となったときには、その直後に当該リッチ化制御が停止される。

他方、酸素吸蔵量ＥＯＸが第１所定量Ｅ１となるタイミングｔ３までに酸素センサ５８の出力電圧Ｖｏｘが所定電圧Ｖ２とならなかったときには、当該リッチ化制御を停止するための所定量ＥＯＸｔｈとして第１所定量Ｅ１が設定される。これにより、酸素吸蔵量ＥＯＸが第１所定量Ｅ１以下となることを条件に当該リッチ化制御が停止される。なお、本実施形態の電子制御装置６０が、本発明にかかる推定手段、及びリッチ化制御手段に相当する。また、本実施形態の酸素センサ５８が、酸素濃度検出手段に相当する。

以上説明した本実施形態にかかる内燃機関の制御装置によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）エンジン１０の電子制御装置６０は、排気通路３０に設けられる排気浄化用の触媒３４の酸素吸蔵量を推定する推定手段と、触媒３４の酸素吸蔵量を減少させるべく同触媒３４に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させるリッチ化制御を実行するとともに、推定手段により推定される酸素吸蔵量ＥＯＸが所定量ＥＯＸｔｈ以下である旨判断されることを条件に当該リッチ化制御を停止するリッチ化制御手段とを備えることとした。また、触媒３４の排気下流側の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、リッチ化制御手段は、リッチ化制御中の酸素濃度が低いときには高いときに比べて当該リッチ化制御を停止するための所定量ＥＯＸｔｈを大きくすることとした。このように、触媒３４の排気下流側の酸素濃度が低いときには高いときに比べてリッチ化制御を停止するための所定量ＥＯＸｔｈを大きくしているため、実際の酸素吸蔵量が少ないと予測されるときには多いと予測されるときに比べて上記所定量ＥＯＸｔｈを大きくすることができる。これにより、触媒３４の排気下流側の酸素濃度が所定濃度よりも低くなっても、リッチ化制御が直ちに停止されるのではなく、推定される酸素吸蔵量ＥＯＸが触媒の排気下流側の酸素濃度に応じて設定される所定量ＥＯＸｔｈ以下となるまではリッチ化制御が継続されることとなる。従って、リッチ化制御をより的確なタイミングで停止することができるようになる。

（２）リッチ化制御手段は、酸素濃度が所定濃度よりも高いときには上記所定量ＥＯＸｔｈとして第１所定量Ｅ１を設定し、酸素濃度が所定濃度以下であるときには所定量ＥＯＸｔｈとして第１所定量Ｅ１よりも大きい第２所定量Ｅ２を設定することとした。このように、リッチ化制御を停止するための所定量ＥＯＸｔｈを、触媒の下流側の酸素濃度に応じて第１所定量Ｅ１と第２所定量Ｅ２とのうちから適宜設定することにより、リッチ化制御をより的確なタイミングで停止することができるようになる。

なお、本発明にかかる内燃機関の制御装置は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記実施形態では、本発明を多気筒内燃機関の制御装置として具体化したが、これを単気筒内燃機関の制御装置として具体化することもできる。
・上記実施形態では、本発明をポート噴射式の内燃機関の制御装置として具体化したが、これを燃焼室１１内に燃料を直接噴射する直接噴射式の内燃機関の制御装置として具体化することもできる。

・上記実施形態では、吸入空気量ＧＡと触媒３４に流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサ５７の出力電圧Ｖａｆとに基づいて酸素吸蔵量ＥＯＸを推定するようにしているが、酸素吸蔵量ＥＯＸを推定する推定手段の構成はこれに限られるものではない。他に例えば、吸入空気量ＧＡに代えて、触媒３４に流入する排気の流量を直接検出するセンサを設け、同センサの検出結果に基づいて酸素吸蔵量を推定するようにしてもよい。

・上記実施形態のリッチ化制御では、燃料噴射量Ｑを増量することにより触媒３４に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させるようにしているが、リッチ化制御手段の構成はこれに限られるものではない。他に例えば、排気通路３０にて触媒３４に向けて燃料等を添加することにより触媒３４に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させるようにしてもよい。

・上記実施形態では、最大酸素吸蔵量ＥＯＸｍａｘとして、実験等により予め求められる固定値を用いているが、これに代えて、触媒３４のそのときの状態量を推定し、該状態量に応じて最大酸素吸蔵量を可変設定するようにしてもよい。この場合、触媒３４の床温が高いほど最大酸素吸蔵量が大きくなることに鑑みて、触媒３４の床温を検出するとともに該床温に基づいて最大酸素吸蔵量を求めるようにしてもよい。また、触媒３４の劣化が進行するほど最大酸素吸蔵量が小さくなることに鑑みて、触媒３４の劣化状態を推定するとともに該劣化状態に基づいて最大酸素吸蔵量を求めるようにしてもよい。このように最大酸素吸蔵量を推定する場合であっても、推定される触媒吸蔵量が実際の酸素吸蔵量から乖離することを回避することはできないことから、本発明のを適用することにより、リッチ化制御をより的確なタイミングで停止することができるようになる。

・上記実施形態では、燃料カット制御が停止されたことを条件にリッチ化制御を開始するようにしているが、こうしたリッチ化制御は燃料カット制御が停止されたことを条件に開始されるものに限られるものではない。要するに、触媒３４の酸素吸蔵量を減少させる必要があるときであればこれを任意のタイミングで実行することができる。

・上記実施形態では、酸素センサ５８の出力電圧Ｖｏｘが所定電圧Ｖ２未満である場合には、当該リッチ化制御を停止するための所定量ＥＯＸｔｈを第１所定量Ｅ１に設定するようにしているが、ここでの所定電圧は、理論空燃比を挟んでリッチ側からリーン側へ（あるいはリーン側からリッチ側へ）変化するときの電圧Ｖ２に限られるものではない。すなわち、所定電圧Ｖ２に代えて、同所定電圧Ｖ２の近傍の電圧を採用することもできる。

・上記実施形態では、濃淡電池式の酸素センサ５８により触媒３４の排気下流側の酸素濃度を検出するようにしているが、本発明にかかる酸素濃度検出手段はこれに限られるものではない。他に例えば図７に示すように、限界電流式の酸素センサ、すなわち上記実施形態の空燃比センサ５７と同様のセンサにより触媒３４の排気下流側の酸素濃度を検出するようにしてもよい。この場合、図８に示すように、触媒３４の排気下流側の空燃比センサ５９の出力電圧Ｖａｆｄｎが大きいときほどリッチ化制御を停止するための所定量ＥＯＸｔｈが小さくなるようにしてもよい。このように所定量ＥＯＸｔｈを設定すれば、リッチ化制御をより一層的確なタイミングで停止することができるようになる。

・上記実施形態では、リッチ化制御手段を通じて、当該リッチ化制御中の上記酸素濃度が低いときには高いときに比べて当該リッチ化制御を停止するための所定量ＥＯＸｔｈを大きくするようにしているが、本発明にかかるリッチ化制御手段はこれに限られるものではない。他に例えば、当該リッチ化制御中の酸素濃度が低いときには高いときに比べて酸素吸蔵量を小さく推定するようにしてもよい。これにより、実際の酸素吸蔵量が少ないと予測されるときには多いと予測されるときに比べて酸素吸蔵量を小さく推定することができる。このため例えば、触媒の排気下流側の酸素濃度が所定濃度よりも低くなっても、リッチ化制御が直ちに停止されるのではなく、触媒の排気下流側の酸素濃度に応じて推定される酸素吸蔵量が所定量以下となるまではリッチ化制御が継続されることとなる。従って、リッチ化制御をより的確なタイミングで停止することができるようになる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関の制御装置について、その概略構成を模式的に示す模式図。 空燃比センサの出力特性を示すグラフ。 酸素センサの出力特性を示すグラフ。 同実施形態における酸素吸蔵量の算出処理の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるリッチ化制御の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の作用を説明するためのグラフであって、推定される酸素吸蔵量の推移を示すグラフ。 本発明の内燃機関の制御装置の変形例について、触媒を中心とした概略構成を模式的に示す模式図。 同変形例について、触媒の排気下流側の酸素濃度を検出する空燃比センサの出力電圧とリッチ化制御を停止するための所定量との関係を示すグラフ。

符号の説明

１０…エンジン、１１…燃焼室、１２…点火プラグ、１３…燃料噴射弁、２０…吸気通路、２１…吸気バルブ、２２…吸気ポート、２３…サージタンク、２４…スロットルモータ、２５…スロットルバルブ、３０…排気通路、３１…排気バルブ、３２…排気ポート、３３…触媒コンバータ、３４…触媒、４１…アクセルペダル、５１…アクセル開度センサ、５２…機関回転速度センサ、５３…基準クランク角センサ、５４…スロットル開度センサ、５５…エアフローメータ、５６…冷却水温センサ、５７，５９…空燃比センサ、５８…酸素センサ、６０…電子制御装置。

Claims (5)

1. 排気通路に設けられる排気浄化用の触媒の酸素吸蔵量を推定する推定手段と、前記触媒の酸素吸蔵量を減少させるべく同触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させるリッチ化制御を実行するとともに、前記推定手段により推定される酸素吸蔵量が所定量以下である旨判断されることを条件に当該リッチ化制御を停止するリッチ化制御手段とを備える内燃機関の制御装置において、
   前記触媒の排気下流側の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、前記リッチ化制御手段は、前記リッチ化制御中の前記酸素濃度が低いときには高いときに比べて当該リッチ化制御を停止するための前記所定量を大きくする
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記リッチ化制御手段は、前記酸素濃度が所定濃度よりも高いときには前記所定量として第１所定量を設定し、前記酸素濃度が前記所定濃度以下であるときには前記所定量として前記第１所定量よりも大きい第２所定量を設定する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 排気通路に設けられる排気浄化用の触媒の酸素吸蔵量を推定する推定手段と、前記触媒の酸素吸蔵量を減少させるべく同触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させるリッチ化制御を実行するとともに、前記推定手段により推定される酸素吸蔵量が所定量以下である旨判断されることを条件に当該リッチ化制御を停止するリッチ化制御手段とを備える内燃機関の制御装置において、
   前記触媒の排気下流側の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、前記リッチ化制御手段は、当該リッチ化制御中の前記酸素濃度が低いときには高いときに比べて前記酸素吸蔵量を小さく推定する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記酸素濃度検出手段は、濃淡電池式の酸素センサである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記リッチ化制御手段は、内燃機関の燃料噴射を中断する燃料カット制御が停止されたことを条件に前記リッチ化制御を開始する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images