JP2013100770A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス浄化触媒での過昇温状態の発生回避と、ＥＧＲ装置でのデポジットの抑制とを実現することができ、それにより、商品性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】ＥＧＲ装置１１および排ガス浄化触媒８を備えた内燃機関３の制御装置１は、要求トルクＴＲＱに応じて、内燃機関３の運転状態をリッチ運転からパージ運転に切り換えた後、通常運転に切り換える（ステップ２０〜２４）。また、リッチ運転からパージ運転に切り換える際、排ガス浄化触媒８の温度Ｔｃａｔが所定の上限値Ｔｌｉｍｉｔを超えないと判定されているときには、リッチ運転からパージ運転への切り換えを実行するとともに、排ガス浄化触媒８の温度が所定の上限値Ｔｌｉｍｉｔを超えると判定されているときには、リッチ運転を継続して実行する（ステップ３５〜３７，２〜９）。
【選択図】図７

Description

本発明は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、ＥＧＲ制御および空燃比制御を実行する内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関の制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、自動車用のものであり、吸入空気量を変更するスロットル弁と、排気通路内の排ガスの一部を還流ガスとして吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、排気通路を流れる排ガスを浄化するＮＯｘ浄化触媒などを備えている。このＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路を流れる還流ガス量を変更するＥＧＲ弁と、還流ガスを冷却するＥＧＲクーラなどで構成されている。

この制御装置では、内燃機関の運転モードをリッチ運転モードからリーン運転モードに切り換える切換処理を実行した場合、それに起因してトルク変動が発生するおそれがあるので、そのようなトルク変動を抑制するために、トルク制御処理が以下のように実行される。まず、運転モードの切換処理が実行されたか否かを判定し（図２参照）、運転モードの切換処理が実行されたときには、エンジン回転数および要求トルクに応じて、スロットル弁およびＥＧＲ弁の目標開度が設定され、制御の実行期間を規定する値Ｎがカウンタの計数値ｎとしてセットされる（図３参照）。さらに、カウンタの計数値ｎが値「０」になるまでの間、エンジン回転数および要求トルクに応じて、目標噴射量が算出される（図４参照）。

特開２０１１−１２６８７号公報

特許文献１の制御装置によれば、内燃機関の運転モードをリッチ運転モードからリーン運転モードに切り換えた際、以下に述べるような問題が発生するおそれがある。すなわち、一般に、内燃機関の場合、リッチ運転からリーン運転に切り換えると、排ガス温度が上昇し、それに伴って、排気通路の排ガス浄化触媒の温度も上昇する。そのため、排ガス浄化触媒の温度が高い条件下で、リッチ運転からリーン運転に切り換えたときには、排ガス浄化触媒が過昇温状態になるおそれがあり、その場合には、排ガス浄化触媒の劣化を招いてしまう。これに加えて、リッチ運転からリーン運転に切り換えた際、リッチ運転中にＥＧＲ通路内に溜まっていたリッチ雰囲気の排ガス、すなわち高ＨＣ濃度の排ガスが、運転モードの切換直後にＥＧＲ通路内を流れることになる。それにより、排ガス中のＨＣが接着剤としての役目を果たすことで、スートとＨＣの混合物が、デポジットとして、ＥＧＲ通路の内壁、ＥＧＲ弁およびＥＧＲクーラに付着してしまうおそれがあり、その場合には、ＥＧＲクーラにおける冷却効率の低下や、ＥＧＲ弁の動作不良および流路抵抗の上昇によるＥＧＲ効率の低下などを引き起こしてしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、排ガス浄化触媒での過昇温状態の発生回避と、ＥＧＲ装置でのデポジットの抑制とを実現することができ、それにより、商品性を向上させることが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。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ＥＧＲ装置１１により、排気通路７内の排ガスの一部を吸気通路６に還流させるＥＧＲ動作が実行される内燃機関３の制御装置１であって、ＥＧＲ装置１１によるＥＧＲ動作を停止するとともに、内燃機関３に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりも小さくなるように制御する第１制御を実行する第１制御手段（ＥＣＵ２、ステップ３〜５）と、ＥＧＲ装置１１によるＥＧＲ動作を停止するとともに、混合気の空燃比を理論空燃比以上になるように制御する第２制御を実行する第２制御手段（ＥＣＵ２、ステップ７〜９）と、ＥＧＲ装置１１によるＥＧＲ動作を実行するとともに、混合気の空燃比を理論空燃比以上になるように制御する第３制御を実行する第３制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１０〜１２）と、内燃機関３の運転状態を表す運転状態パラメータ（要求トルクＴＲＱ）に応じて、内燃機関３の制御を第１制御および第３制御の一方から他方に切り換えるとともに、第１制御から第３制御に切り換える際、第１制御の終了後に第２制御を実行した後、第３制御に切り換える制御切換手段（ＥＣＵ２、ステップ２０〜２４）と、を備え、制御切換手段は、第１制御から第２制御に切り換えたときに、排ガス浄化触媒８の温度Ｔｃａｔが所定温度（所定の上限値Ｔｌｉｍｉｔ）を超えるか否かを判定する判定手段（ＥＣＵ２、ステップ３５）と、第１制御から第２制御に切り換えた場合において、判定手段により、排ガス浄化触媒８の温度が所定温度を超えないと判定されているとき（ステップ３５の判別結果がＹＥＳのとき）に、第１制御から第２制御への切り換えを実行するとともに、排ガス浄化触媒８の温度が所定温度を超えると判定されているとき（ステップ３５の判別結果がＮＯのとき）に、第１制御を第２制御に切り換えることなく、第１制御を継続して実行する切換実行手段（ＥＣＵ２、ステップ３５〜３７，２〜９）と、を有することを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の運転状態を表す運転状態パラメータに応じて、内燃機関の制御が第１制御および第３制御の一方から他方に切り換えられるとともに、第１制御から第３制御に切り換える際、第１制御の終了後に第２制御を実行した後、第３制御に切り換えられる。この第１制御では、ＥＧＲ動作が停止されるとともに、内燃機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりも小さくなるように制御されるので、第１制御の終了時点では、リッチ雰囲気の排ガスがＥＧＲ装置の内部に存在することになる。また、第２制御では、ＥＧＲ装置によるＥＧＲ動作が停止されるとともに、混合気の空燃比が理論空燃比以上になるように制御されるので、ストイキ雰囲気またはリーン雰囲気の排ガスが排気通路内を流れることになるとともに、それに伴い、排気通路とＥＧＲ装置との圧力差に起因して、リッチ雰囲気の排ガスがＥＧＲ装置から排気通路側に吸引され、排出されることになる。そして、そのようにリッチ雰囲気の排ガスがＥＧＲ装置から排出された後、第３制御が実行されることにより、ストイキ雰囲気またはリーン雰囲気の排ガスがＥＧＲ装置によって吸気通路に還元されるので、ＥＧＲ装置におけるデポジットの発生を抑制することができる。

また、第１制御から第２制御に切り換えた場合において、排ガス浄化触媒の温度が所定温度を超えないと判定されているときには、第１制御から第２制御への切り換えが実行されるので、この所定温度を適切に設定することによって、第１制御から第２制御に切り換えたときでも、排ガス浄化触媒が過昇温状態になるのを回避できる。また、第１制御から第２制御に切り換えた場合において、排ガス浄化触媒の温度が所定温度を超えると判定されているときには、第１制御を第２制御に切り換えることなく、第１制御が継続して実行されるので、リッチ雰囲気の排ガスが排ガス浄化触媒に供給され続けることにより、排ガス浄化触媒が過昇温状態になるのを確実に回避できる。以上のように、排ガス浄化触媒での過昇温状態の発生回避と、ＥＧＲ装置でのデポジットの抑制とを実現することができ、それにより、商品性を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、第２制御手段は、第１制御の実行時間に応じて、第２制御の実行時間を決定する（ステップ３０〜３３，４０，４１，４５）ことを特徴とする。

この制御装置のように、第１制御の実行後に第２制御を実行した場合、第１制御の実行によってＥＧＲ装置内に流れ込む排ガス量は、第１制御の実行時間に依存するとともに、第２制御の実行によって排ガスをＥＧＲ装置内から排出するのに要する時間は、ＥＧＲ装置内に溜まった排ガス量が滞留可能な最大値に達していない状態では、第１制御の実行時間とほぼ等しいことが本出願人の実験によって確かめられている。したがって、この内燃機関の制御装置によれば、第１制御の実行時間に応じて、第２制御の実行時間が決定されるので、第２制御の実行によって、第１制御の実行中にＥＧＲ装置内に溜まったと推定される排ガスを適切に排出することができるとともに、第３制御の開始タイミングすなわちＥＧＲ動作の開始タイミングを適切に決定することができる。それにより、吸気絞り弁が吸気通路に設けられている場合には、ＥＧＲ動作の停止中、吸気絞り弁を要因として吸気抵抗が増大した状態になるのを可能な限り回避することができ、その分、内燃機関の燃費を向上させることができる。

また、ＥＧＲ動作の開始タイミングを適切に決定できることによって、内燃機関がディーゼルエンジンタイプの場合には、ＮＯｘの発生を抑制することができ、それにより、良好な排ガス特性を確保することができる。さらに、内燃機関がガソリンエンジンタイプの場合には、ノッキングの発生を抑制できることで、点火時期の遅角補正などを行うことなく、適切な点火時期で混合気を燃焼させることができ、それにより、燃費をさらに向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３の制御装置１において、第２制御手段は、第１制御の実行時間が所定時間（到達時間ΔＴ・ＴＭｍａｘ／ＤＴＭ）以上のときには、第２制御の実行時間を所定時間に設定し（ステップ３２，３３，４５）、第１制御の実行時間が所定時間よりも短いときには、第２制御の実行時間を第１制御の実行時間に設定する（ステップ３２，４５）ことを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、第１制御の実行時間が所定時間以上のときには、第２制御の実行時間が所定時間に設定され、第１制御の実行時間が所定時間よりも短いときには、第２制御の実行時間が第１制御の実行時間に設定される。この場合、ＥＧＲ装置によるＥＧＲ動作が停止されているときには、ＥＧＲ装置内に溜まる排ガス量の最大値は、ＥＧＲ装置の構造によって決まるので、所定時間をそのような最大値の排ガスを排出するのに必要な時間に設定することによって、第２制御の実行時間を過不足のない適切な値に設定することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関３の制御装置１において、ＥＧＲ装置１１は、排気通路７および吸気通路６の間に延びるＥＧＲ通路１２と、ＥＧＲ通路１２を開閉するＥＧＲ弁１３ａと、を備えており、第１制御手段は、第１制御の実行中、ＥＧＲ弁１３ａを閉鎖状態に制御し、所定時間（到達時間ΔＴ・ＴＭｍａｘ／ＤＴＭ）は、第１制御の開始以降、排ガスが排気通路７から閉鎖状態のＥＧＲ弁１３ａに到達すると推定される時間に設定されていることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、第１制御の実行中、ＥＧＲ弁が閉鎖状態に制御されるので、排ガスは、ＥＧＲ通路における排気通路との接続部からＥＧＲ弁に至るまでの部分に溜まることになる。これに対して、所定時間は、第１制御の開始以降、排ガスが排気通路から閉鎖状態のＥＧＲ弁に到達すると推定される時間に設定されているので、第２制御の実行時間をそのような所定時間に設定することによって、ＥＧＲ通路に溜まった排ガスを排出するのに必要な時間だけ、第２制御を過不足なく実行することができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置およびこれを適用した内燃機関の構成を模式的に示す図である。 エンジン制御処理を示すフローチャートである。 要求トルクＴＲＱの算出に用いるマップの一例を示す図である。 実行条件判定処理を示すフローチャートである。 リッチ運転中の実行条件判定処理を示すフローチャートである。 第１トルク判定値ＴＪＵＤ１の算出に用いるマップの一例を示す図である。 パージ運転中の実行条件判定処理を示すフローチャートである。 通常運転中の実行条件判定処理を示すフローチャートである。 第２トルク判定値ＴＪＵＤ２の算出に用いるマップの一例を示す図である。 内燃機関のリッチ運転、パージ運転および通常運転をそれぞれ実行したときの、排ガス浄化触媒の温度Ｔｃａｔとエンジン回転数ＮＥとの関係を示す図である。 本発明の制御装置による制御結果の一例を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図１に示すように、この制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、エンジン制御処理などの各種の制御処理を実行する。

このエンジン３は、４組の気筒３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。また、エンジン３には、燃料噴射弁４および点火プラグ５（いずれも１つのみ図示）が気筒３ａごとに設けられている。

この燃料噴射弁４は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２により、後述するように、開弁時間および開弁タイミングが制御される。また、点火プラグ５も、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２により、気筒３ａ内の混合気を燃焼させるように、放電状態が制御される。

一方、エンジン３の吸気通路６には、スロットル弁機構１０が設けられており、このスロットル弁機構１０は、スロットル弁１０ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１０ｂなどを備えている。ＴＨアクチュエータ１０ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって駆動されることにより、スロットル弁１０ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを変化させる。それにより、スロットル弁１０ａを通過する新気の流量が変更される。

また、エンジン３の排気通路７の集合部よりも下流側には、排ガス浄化触媒８が設けられている。この排ガス浄化触媒８は、三元触媒タイプのもので構成されている。

さらに、エンジン３には、ＥＧＲ装置１１が設けられている。このＥＧＲ装置１１は、排気通路７内の排ガスの一部を還流ガスとして吸気通路６側に還流させるものであり、ＥＧＲ通路１２、ＥＧＲ弁機構１３およびＥＧＲクーラ１４などを備えている。ＥＧＲ通路１２は、吸気通路６および排気通路７の間に接続されており、その一端は、排気通路７の排ガス浄化触媒８よりも下流側の部分に開口し、他端は、吸気通路６のスロットル弁１０ａよりも下流側の部分に開口している。

また、ＥＧＲ弁機構１３は、ＥＧＲ弁１３ａおよびＥＧＲアクチュエータ１３ｂなどで構成されている。ＥＧＲアクチュエータ１３ｂは、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって駆動されることにより、ＥＧＲ弁１３ａの開度を変化させる。それにより、ＥＧＲ弁１３ａを通過する還流ガス量が変更される。

さらに、ＥＧＲクーラ１４は、ＥＧＲ通路１２のＥＧＲ弁１３ａよりも上流側に設けられている。このＥＧＲクーラ１４は、エンジン３の冷却水を冷媒として用いる水冷式のものであり、還流ガスは、ＥＧＲクーラ１４内を通過する際、冷却水との熱交換により冷却される。

また、ＥＣＵ２には、クランク角センサ２０、アクセル開度センサ２１およびＬＡＦセンサ２２が電気的に接続されている。このクランク角センサ２０は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、アクセル開度センサ２１は、図示しないアクセルペダルの操作量であるアクセル開度ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、ＬＡＦセンサ２２は、排気通路７の集合部（図示せず）付近に配置され、ジルコニアおよび白金電極などで構成されているとともに、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排気通路７内を流れる排ガス中の酸素濃度をリニアに検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＬＡＦセンサ２２の検出信号の値に基づき、排ガス中の当量比を表す検出当量比ＫＡＣＴを算出する。

一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２２の検出信号などに応じて、後述するように、エンジン制御処理などの制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、第１〜第３制御手段、制御切換手段、判定手段および切換実行手段に相当する。

以下、図２を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行されるエンジン制御処理について説明する。この制御処理は、以下に述べるように、ＥＧＲ制御および空燃比制御を実行することによって、エンジン３をリッチ運転、パージ運転および通常運転のいずかで運転するためのものであり、所定の制御周期で実行される。なお、以下の説明において算出される各種の値は、ＥＣＵ２のＲＡＭ内に記憶されるものとする。

同図に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図３に示すマップを検索することにより、運転状態パラメータとしての要求トルクＴＲＱを算出する。同図３中のｉ，ｊは正の整数である。

次に、ステップ２に進み、リッチ運転条件フラグＦ＿ＷＯＴが「１」であるか否かを判別する。このリッチ運転条件フラグＦ＿ＷＯＴは、リッチ運転の実行条件が成立しているか否かを表すものであり、その値は後述する実行条件判定処理において設定される。

ステップ２の判別結果がＹＥＳで、リッチ運転の実行条件が成立しているときには、エンジン３のリッチ運転を実行すべきであると判定して、ステップ３に進み、リッチ運転用の燃料制御処理（第１制御）を実行する。この制御処理では、要求トルクＴＲＱや検出当量比ＫＡＣＴなどに応じて、混合気の空燃比がリッチ側の値になるように、燃料噴射弁４の開弁時間および開弁タイミングが制御される。

ステップ３に続くステップ４で、リッチ運転用のＥＧＲ制御処理（第１制御）を実行する。この制御処理では、ＥＧＲ弁１３ａが全閉状態に保持され、それにより、ＥＧＲ動作が停止される。

次に、ステップ５に進み、リッチ運転用のＴＨ制御処理（第１制御）を実行する。この制御処理では、混合気の空燃比がリッチ側の値になるように、スロットル弁開度ＴＨが制御される。以上のように、ステップ５を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ２の判別結果がＮＯのときには、ステップ６に進み、排気還流条件フラグＦ＿ＥＧＲが「１」であるか否かを判別する。この排気還流条件フラグＦ＿ＥＧＲは、ＥＧＲ動作の実行条件が成立しているか否かを表すものであり、その値は後述する実行条件判定処理において設定される。

このステップ６の判別結果がＮＯで、Ｆ＿ＷＯＴ＝０およびＦ＿ＥＧＲ＝０のときには、ＥＧＲ通路１２内に溜まった排ガスを排気通路７に排出するために、エンジン３のパージ運転を実行すべきであると判定して、ステップ７に進み、パージ運転用の燃料制御処理（第２制御）を実行する。この制御処理では、要求トルクＴＲＱや検出当量比ＫＡＣＴなどに応じて、混合気の空燃比が理論空燃比になるように、燃料噴射弁４の開弁時間および開弁タイミングが制御される。

ステップ７に続くステップ８で、パージ運転用のＥＧＲ制御処理（第２制御）を実行する。この制御処理では、ＥＧＲ弁１３ａが全閉状態に保持され、それにより、ＥＧＲ動作が停止される。

次に、ステップ９に進み、パージ運転用のＴＨ制御処理（第２制御）を実行する。この制御処理では、混合気の空燃比が理論空燃比になるように、スロットル弁開度ＴＨが制御される。以上のように、ステップ９を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ６の判別結果がＹＥＳで、Ｆ＿ＷＯＴ＝０およびＦ＿ＥＧＲ＝１のときには、エンジン３の通常運転を実行すべきであると判定して、ステップ１０に進み、通常運転用の燃料制御処理（第３制御）を実行する。この制御処理では、要求トルクＴＲＱや検出当量比ＫＡＣＴなどに応じて、混合気の空燃比が理論空燃比になるように、燃料噴射弁４の開弁時間および開弁タイミングが制御される。

ステップ１０に続くステップ１１で、通常運転用のＥＧＲ制御処理（第３制御）を実行する。この制御処理では、要求トルクＴＲＱに応じて、ＥＧＲ弁１３ａの開度が制御され、それにより、ＥＧＲ動作が実行される。

次いで、ステップ１２に進み、通常運転用のＴＨ制御処理（第３制御）を実行する。この制御処理では、混合気の空燃比が理論空燃比になるように、スロットル弁開度ＴＨが制御される。以上のように、ステップ１２を実行した後、本処理を終了する。

以上のように、エンジン制御処理が実行されることにより、エンジン３では、リッチ運転中、ＥＧＲ動作を停止した状態で、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に制御されるとともに、パージ運転中、ＥＧＲ動作を停止した状態で、混合気の空燃比が理論空燃比になるように制御される。さらに、通常運転中、ＥＧＲ動作を実行した状態で、混合気の空燃比が理論空燃比になるように制御される。

次に、図４を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される実行条件判定処理について説明する。この処理は、前述したリッチ運転、パージ運転および通常運転のいずれの実行条件が成立しているかを判定するとともに、その判定結果に基づいて前述した２つのフラグＦ＿ＷＯＴ，Ｆ＿ＥＧＲの値を設定するものであり、所定の制御周期ΔＴ（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。

同図に示すように、まず、ステップ２０で、前述したリッチ運転条件フラグＦ＿ＷＯＴが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、エンジン３のリッチ運転を実行中であるときには、ステップ２１に進み、リッチ運転中の実行条件判定処理を実行する。この処理は、具体的には図５に示すように実行される。

同図に示すように、まず、ステップ３０で、ＲＡＭ内に記憶されているリッチ運転タイマの計数値ＴＭをその前回値ＴＭｚとして設定する。このリッチ運転タイマは、リッチ運転の実行時間を計時するものである。

次いで、ステップ３１に進み、リッチ運転タイマの計数値ＴＭをその前回値ＴＭｚと所定値ＤＴＭの和（ＴＭｚ＋ＤＴＭ）に設定する。すなわち、リッチ運転タイマの計数値ＴＭを所定値ＤＴＭ分、インクリメントする。この所定値ＤＴＭは、正値に設定されている。

ステップ３１に続くステップ３２で、リッチ運転タイマの計数値ＴＭが所定の最大値ＴＭｍａｘ以上であるか否かを判別する。この所定の最大値ＴＭｍａｘは、リッチ運転の開始後、排ガスが閉鎖状態のＥＧＲ弁１３ａまで到達するのに要する時間（以下「到達時間」という）を表すものであり、本実施形態の場合、値ΔＴ・ＴＭｍａｘ／ＤＴＭが到達時間に相当する。

このステップ３２の判別結果がＮＯのときには、排ガスが閉鎖状態のＥＧＲ弁１３ａまで到達していないと判定して、後述するステップ３４に進む。一方、ステップ３２の判別結果がＹＥＳのときには、排ガスが閉鎖状態のＥＧＲ弁１３ａまで到達していると判定して、ステップ３３に進み、リッチ運転タイマの計数値ＴＭを所定の最大値ＴＭｍａｘに設定する。

以上のステップ３２または３３に続くステップ３４で、エンジン回転数ＮＥに応じて、図６に示すマップを検索することにより、第１トルク判定値ＴＪＵＤ１を算出する。同図において、太い実線で示すデータが第１トルク判定値ＴＪＵＤ１を表しており、太い破線で示すデータは、リッチ運転中のエンジン３が発生可能な最大トルクＴＲＱｍａｘを表している。この第１トルク判定値ＴＪＵＤ１は、後述するように、排ガス浄化触媒８が過昇温状態になるのを回避するために、エンジン３の運転状態として、パージ運転およびリッチ運転のいずれを実行すべきであるかという観点に基づいて設定されている。そのため、図６においては、第１トルク判定値ＴＪＵＤ１と最大トルクＴＲＱｍａｘとの間の領域が、リッチ運転を実行すべき領域に設定され、第１トルク判定値ＴＪＵＤ１よりも下側の領域が、パージ運転を実行すべき領域に設定されている。

次に、ステップ３５に進み、ＴＲＱ≦ＴＪＵＤ１−αが成立しているか否かを判別する。この所定値αは、制御のハンチングの防止を目的として、第１トルク判定値ＴＪＵＤ１にヒステリシスを付与するためのものであり、所定の正値に設定されている。

このステップ３５の判別結果がＮＯのときには、排ガス浄化触媒８が過昇温状態になるのを回避するために、エンジン３のリッチ運転を継続すべきであると判定して、それを表すために、ステップ３６に進み、リッチ運転条件フラグＦ＿ＷＯＴを「１」に設定するとともに、排気還流条件フラグＦ＿ＥＧＲを「０」に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ３５の判別結果がＹＥＳで、ＴＲＱ≦ＴＪＵＤ１−αが成立しているときには、エンジン３の運転状態をリッチ運転からパージ運転に切り換えても、排ガス浄化触媒８が過昇温状態になるのを回避できる状況にあり、エンジン３の運転状態をリッチ運転からパージ運転に切り換えるべきであると判定して、それを表すために、ステップ３７に進み、リッチ運転条件フラグＦ＿ＷＯＴおよび排気還流条件フラグＦ＿ＥＧＲをいずれも「０」に設定する。その後、本処理を終了する。

図４に戻り、ステップ２１で、リッチ運転中の実行条件判定処理を以上のように実行した後、実行条件判定処理を終了する。

一方、前述したステップ２０の判別結果がＮＯで、エンジン３をリッチ運転中でないときには、ステップ２２に進み、排気還流条件フラグＦ＿ＥＧＲが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、エンジン３をパージ運転中であるときには、ステップ２３に進み、パージ運転中の実行条件判定処理を実行する。この処理は、具体的には図７に示すように実行される。

同図に示すように、まず、ステップ４０で、ＲＡＭ内に記憶されているリッチ運転タイマの計数値ＴＭをその前回値ＴＭｚとして設定する。

次いで、ステップ４１に進み、リッチ運転タイマの計数値ＴＭをその前回値ＴＭｚと所定値ＤＴＭの差分（ＴＭｚ−ＤＴＭ）に設定する。すなわち、リッチ運転タイマの計数値ＴＭを所定値ＤＴＭ分、デクリメントする。

ステップ４１に続くステップ４２で、前述したステップ３４と同様に、エンジン回転数ＮＥに応じて、図６に示すマップを検索することにより、第１トルク判定値ＴＪＵＤ１を算出する。

次に、ステップ４３に進み、ＴＲＱ≧ＴＪＵＤ１＋αが成立しているか否かを判別する。このステップ４３の判別結果がＹＥＳのときには、排ガス浄化触媒８が過昇温状態になるのを回避するために、エンジン３の運転状態をパージ運転からリッチ運転に切り換えるべきであると判定して、それを表すために、ステップ４４に進み、リッチ運転条件フラグＦ＿ＷＯＴを「１」に設定するとともに、排気還流条件フラグＦ＿ＥＧＲを「０」に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ４３の判別結果がＮＯで、ＴＲＱ＜ＴＪＵＤ１＋αのとき、すなわち、エンジン３のパージ運転を継続した場合でも、排ガス浄化触媒８が過昇温状態になるのを回避できると推定されるときには、ステップ４５に進み、リッチ運転タイマの計数値ＴＭが値０以下であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、パージ運転の実行時間がリッチ運転の実行時間よりも短いことで、リッチ雰囲気の排ガスがまだＥＧＲ通路１２内に残留しており、それを排出するためにエンジン３のパージ運転を継続すべきであると判定して、それを表すために、ステップ４６に進み、リッチ運転条件フラグＦ＿ＷＯＴおよび排気還流条件フラグＦ＿ＥＧＲをいずれも「０」に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ４５の判別結果がＹＥＳのときには、パージ運転がリッチ運転の実行時間以上に実行されたことで、リッチ雰囲気の排ガスがすべてＥＧＲ通路１２から排出されたと推定され、エンジン３の運転状態をパージ運転から通常運転に切り換えるべきであると判定して、それを表すために、ステップ４７に進み、リッチ運転条件フラグＦ＿ＷＯＴを「０」に設定するとともに、排気還流条件フラグＦ＿ＥＧＲを「１」に設定する。その後、本処理を終了する。

図４に戻り、ステップ２３で、パージ運転中の実行条件判定処理を以上のように実行した後、実行条件判定処理を終了する。

一方、前述したステップ２２の判別結果がＹＥＳのとき、すなわちエンジン３を通常運転中であるときには、ステップ２４に進み、通常運転中の実行条件判定処理を実行する。この処理は、具体的には図８に示すように実行される。同図に示すように、まず、ステップ５０で、リッチ運転タイマの計数値ＴＭを値０に設定する。

次いで、ステップ５１に進み、エンジン回転数ＮＥに応じて、図９に示すマップを検索することにより、第２トルク判定値ＴＪＵＤ２を算出する。同図において、太い実線で示すデータが第２トルク判定値ＴＪＵＤ２を表しており、この第２トルク判定値ＴＪＵＤ２は、後述するように、排ガス浄化触媒８が過昇温状態になるのを回避するために、エンジン３の運転状態として、通常運転およびリッチ運転のいずれを実行すべきであるかという観点に基づいて設定されている。そのため、図９においては、第２トルク判定値ＴＪＵＤ２と最大トルクＴＲＱｍａｘとの間の領域が、リッチ運転を実行すべき領域に設定されており、第２トルク判定値ＴＪＵＤ２よりも下側の領域が、通常運転を実行すべき領域に設定されている。

次に、ステップ５２に進み、ＴＲＱ≧ＴＪＵＤ２が成立しているか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、エンジン３の通常運転を継続した場合でも、排ガス浄化触媒８が過昇温状態になるのを回避でき、エンジン３の通常運転を継続すべきであると判定して、それを表すために、ステップ５３に進み、リッチ運転条件フラグＦ＿ＷＯＴを「０」に設定するとともに、排気還流条件フラグＦ＿ＥＧＲを「１」に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ５２の判別結果がＹＥＳで、ＴＲＱ≧ＴＪＵＤ２のときには、排ガス浄化触媒８が過昇温状態になるのを回避ために、エンジン３の運転状態を通常運転からリッチ運転に切り換えるべきであると判定して、それを表すために、ステップ５４に進み、リッチ運転条件フラグＦ＿ＷＯＴを「１」に設定するとともに、排気還流条件フラグＦ＿ＥＧＲを「０」に設定する。その後、本処理を終了する。

図４に戻り、ステップ２４で、通常運転中の実行条件判定処理を以上のように実行した後、実行条件判定処理を終了する。

本実施形態の制御装置１では、以上の制御手法によって、エンジン３が、リッチ運転、パージ運転および通常運転の間で切り換えて運転される。以下、その理由を、図１０を参照しながら説明する。同図は、リッチ運転、パージ運転および通常運転をそれぞれ実行したときの触媒温度Ｔｃａｔと、エンジン回転数ＮＥとの関係を表しており、図中の実線で示すデータは、ＴＲＱ＝ＴＪＵＤ２の状態で通常運転を実行したときのものを表している。

また、図中の破線で示すデータは、ＴＲＱ＝ＴＪＵＤ１の状態でパージ運転を実行したときのものを表しており、図中の２点鎖線で示すデータは、ＴＲＱ＝ＴＲＱｍａｘの状態でリッチ運転を実行したときのものを表している。さらに、Ｔｌｉｍｉｔは、所定の上限値であり、触媒温度Ｔｃａｔがこの上限値Ｔｌｉｍｉｔ以下であれば、排ガス浄化触媒８での過昇温状態の発生を回避できるような所定温度に設定されている。

同図の３つのデータを比較すると明らかなように、エンジン３のリッチ運転を実行した場合には、要求トルクＴＲＱが最大値ＴＲＱｍａｘのときすなわちエンジン負荷が最も高い状態のときでも、高回転域において、触媒温度Ｔｃａｔは、上限値Ｔｌｉｍｉｔをかなり下回っており、触媒温度Ｔｃａｔの上限値Ｔｌｉｍｉｔに対する余裕が大きいことが判る。

これに対して、ＴＲＱ＝ＴＪＵＤ１の状態でパージ運転を実行した場合や、ＴＲＱ＝ＴＪＵＤ２の状態で通常運転を実行した場合には、高回転域において、触媒温度Ｔｃａｔは、上限値Ｔｌｉｍｉｔに接近しており、触媒温度Ｔｃａｔの上限値Ｔｌｉｍｉｔに対する余裕が小さいことが判る。そのため、排ガス浄化触媒８の過昇温状態を回避するには、エンジンの通常運転中またはパージ運転中において、その時点の要求トルクＴＲＱおよびエンジン回転数ＮＥに対応する触媒温度Ｔｃａｔが、上限値Ｔｌｉｍｉｔに対して余裕がないと推定されるときには、エンジン３の運転状態を、触媒温度Ｔｃａｔが上限値Ｔｌｉｍｉｔに対する余裕が大きいリッチ運転状態に切り換える必要がある。以上の理由により、本実施形態では、排ガス浄化触媒８の過昇温状態を回避できるような要求トルクＴＲＱのしきい値として、前述した２つのトルク判定値ＴＪＵＤ１，ＴＪＵＤ２を用い、これらの値ＴＪＵＤ１，ＴＪＵＤ２と要求トルクＴＲＱとを比較することによって、エンジン３の運転状態が決定される。

次に、図１１を参照しながら、本実施形態の制御装置１による制御結果について説明する。同図は、リッチ運転中、要求トルクＴＲＱが時間の経過に伴って低下したときのものである。同図の触媒温度Ｔｃａｔのデータにおいて、太い実線で示すデータが、制御結果を表しており、細い実線で示す３つのデータは、パージ運転、通常運転およびリッチ運転をそれぞれ継続したときの触媒温度Ｔｃａｔを参考のために表したものである。

同図に示すように、リッチ運転中、要求トルクＴＲＱが低下し、時刻ｔ１で、ＴＲＱ≦ＴＪＵＤ２が成立した場合、この第２トルク判定値ＴＪＵＤ２は、ＴＪＵＤ２＞ＴＪＵＤ１−αが成立する値であり、前述したステップ３５の判別結果がＮＯとなる。そのため、それ以降も、リッチ運転が継続される。なお、例えば、この時刻ｔ１のタイミングで、エンジン３の運転状態をリッチ運転からパージ運転に切り換えた場合、同図の破線で示すデータのように、触媒温度Ｔｃａｔが上限値Ｔｌｉｍｉｔを超えてしまうことになる。

そして、リッチ運転中、時間の経過に伴い、時刻ｔ２で、ＴＲＱ≦ＴＪＵＤ１−αが成立すると、ステップ３５の判別結果がＹＥＳとなり、ステップ３７で、２つのフラグＦ＿ＷＯＴ，Ｆ＿ＥＧＲがいずれも「０」に設定される。それにより、エンジン３の運転状態がリッチ運転からパージ運転に切り換えられることで、それ以降、ＥＧＲ通路１２内の排ガスが排気通路７側に排出される。この場合、パージ運転の開始に伴って、触媒温度Ｔｃａｔが時刻ｔ２から時刻ｔ３の間で一時的に上昇するものの、上限値Ｔｌｉｍｉｔを超えない状態に保持されることが判る。

その後、ＴＭ≦０が成立し、ＥＧＲ通路１２内の排ガスがすべて排気通路７側に排出されたと推定されるタイミング（時刻ｔ３）で、ステップ４５の判別結果がＹＥＳとなり、ステップ４７で、リッチ運転条件フラグＦ＿ＷＯＴが「０」に、排気還流条件フラグＦ＿ＥＧＲが「１」にそれぞれ設定される。それにより、エンジン３の運転状態がパージ運転から通常運転に切り換えられる。

以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、リッチ運転中、ＴＲＱ≦ＴＪＵＤ１−αが成立したとき、すなわち、エンジン３の運転状態をリッチ運転からパージ運転に切り換えた場合でも、触媒温度Ｔｃａｔが前述した所定の上限値Ｔｌｉｍｉｔを超えないと推定されるときに、ＥＧＲ通路１２内に溜まったリッチ雰囲気の排ガスを排気通路７側に排出するために、エンジン３の運転状態がリッチ運転からパージ運転に切り換えられる。それにより、パージ運転の実行中、排ガス浄化触媒８が過昇温状態になるのを回避でき、排ガス浄化触媒８の劣化を抑制することができる。

また、パージ運転は、ＴＭ≦０が成立するまでの間、すなわちリッチ運転の実行時間に等しい時間が経過するまでの間、継続して実行される。この場合、排ガスが閉鎖状態のＥＧＲ弁１３ａまで到達していない状態では、パージ運転を実行したときにＥＧＲ通路１２内に溜った排ガスを排気通路７側に排出するのに要する時間は、リッチ運転の実行時間とほぼ等しいことが本出願人の実験によって確認されている。

したがって、リッチ運転タイマの計数値ＴＭが値０以下になるまでの間、パージ運転を実行することによって、ＥＧＲ通路１２内に溜まったリッチ雰囲気の排ガスを、排気通路７に適切に排出することができる。その結果、ＴＭ≦０の成立以降、通常運転を実行したときに、ストイキ雰囲気の排ガスがＥＧＲ通路１２を介して吸気通路６に還流されることによって、ＥＧＲ通路１２におけるデポジットの発生を抑制することができ、商品性を向上させることができる。特に、本実施形態のＥＧＲ装置１１のように、ＥＧＲクーラ１４を備えている場合には、ＥＧＲクーラ１４におけるデポジットの発生を抑制することによって、冷却効率を良好な状態に保持することができ、その分、商品性をさらに高めることができる。以上のように、排ガス浄化触媒８での過昇温状態の発生回避と、ＥＧＲ装置１１でのデポジットの抑制とを実現することができ、それにより、商品性を向上させることができる。

また、ＴＭ≧ＴＭｍａｘ以上が成立したときには、リッチ運転タイマの計数値ＴＭが所定の最大値ＴＭｍａｘに設定されるので、リッチ運転の実際の実行時間が、前述した到達時間ΔＴ・ＴＭｍａｘ／ＤＴＭを上回っているときでも、パージ運転の実行時間がこの到達時間ΔＴ・ＴＭｍａｘ／ＤＴＭに設定されることになる。このように、パージ運転の実行時間が過不足なく適切に設定されることによって、通常運転の開始タイミングすなわちＥＧＲ動作の開始タイミングを適切に決定することができ、それにより、ＥＧＲ通路１２におけるデポジットの発生を抑制しながら、スロットル弁１０ａが吸気抵抗となる時間を可能な限り短縮することができ、その分、エンジン３の燃費を向上させることができる。

なお、実施形態では、エンジン３の通常運転中、混合気の空燃比を理論空燃比になるように制御したが、エンジン３の通常運転中、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側の値になるように制御してもよい。

また、実施形態は、内燃機関として、ガソリンエンジンタイプのものを用いた例であるが、本発明の内燃機関はこれに限らず、ＥＧＲ装置を備え、第１〜第３制御を切り換えて実行可能なものであればよい。例えば、内燃機関として、ディーゼルエンジンタイプのものを用いてもよい。

さらに、実施形態は、本発明の制御装置を車両用の内燃機関に適用した例であるが、本発明の制御装置は、これに限らず、船舶用の内燃機関や、他の産業機器用の内燃機関にも適用可能であることは言うまでもない。

また、実施形態は、運転状態パラメータとして、要求トルクＴＲＱを用いた例であるが、本発明の運転状態パラメータはこれに限らず、内燃機関の運転状態を表すものであればよい。例えば、運転状態パラメータとして、アクセル開度ＡＰを用いてもよい。

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（第１〜第３制御手段、制御切換手段、判定手段、切換実行手段）
３ 内燃機関
６ 吸気通路
７ 排気通路
８ 排ガス浄化触媒
１１ ＥＧＲ装置
１２ ＥＧＲ通路
１３ａ ＥＧＲ弁
ＴＲＱ 要求トルク（運転状態パラメータ）
Ｔｃａｔ 排ガス浄化触媒の温度
Ｔｌｉｍｉｔ 所定の上限値（所定温度）

Claims (4)

1. ＥＧＲ装置により、排気通路内の排ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ動作が実行されるとともに、排ガス浄化触媒により、前記排気通路内の排ガスが浄化される内燃機関の制御装置であって、
   前記ＥＧＲ装置による前記ＥＧＲ動作を停止するとともに、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりも小さくなるように制御する第１制御を実行する第１制御手段と、
   前記ＥＧＲ装置による前記ＥＧＲ動作を停止するとともに、前記混合気の空燃比を理論空燃比以上になるように制御する第２制御を実行する第２制御手段と、
   前記ＥＧＲ装置による前記ＥＧＲ動作を実行するとともに、前記混合気の空燃比を理論空燃比以上になるように制御する第３制御を実行する第３制御手段と、
   前記内燃機関の運転状態を表す運転状態パラメータに応じて、前記内燃機関の制御を前記第１制御および前記第３制御の一方から他方に切り換えるとともに、前記第１制御から前記第３制御に切り換える際、前記第１制御の終了後に前記第２制御を実行した後、前記第３制御に切り換える制御切換手段と、
   を備え、
   当該制御切換手段は、
   前記第１制御から前記第２制御に切り換えたときに、前記排ガス浄化触媒の温度が所定温度を超えるか否かを判定する判定手段と、
   前記第１制御から前記第２制御に切り換えた場合において、前記判定手段により、前記排ガス浄化触媒の温度が前記所定温度を超えないと判定されているときに、前記第１制御から前記第２制御への切り換えを実行するとともに、前記排ガス浄化触媒の温度が前記所定温度を超えると判定されているときに、前記第１制御を前記第２制御に切り換えることなく、前記第１制御を継続して実行する切換実行手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記第２制御手段は、前記第１制御の実行時間に応じて、前記第２制御の実行時間を決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. 前記第２制御手段は、前記第１制御の実行時間が所定時間以上のときには、前記第２制御の実行時間を当該所定時間に設定し、前記第１制御の実行時間が当該所定時間よりも短いときには、前記第２制御の実行時間を前記第１制御の実行時間に設定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ＥＧＲ装置は、前記排気通路および前記吸気通路の間に延びるＥＧＲ通路と、当該ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、を備えており、
   前記第１制御手段は、前記第１制御の実行中、前記ＥＧＲ弁を閉鎖状態に制御し、
   前記所定時間は、前記第１制御の開始以降、排ガスが前記排気通路から閉鎖状態の前記ＥＧＲ弁に到達すると推定される時間に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。

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