JP2020023900A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気筒内での燃焼の停止期間中に燃料導入処理が実行されたとしても、三元触媒に異常が発生しているか否かの診断精度の低下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。【解決手段】内燃機関制御ユニット１１０では、気筒１１内での燃焼が行われているときに、三元触媒２２に異常が発生しているか否かを診断する触媒診断処理が実行される。燃焼停止期間中に、燃料噴射弁１７の燃料噴射を停止させる燃料カット処理、及び、燃料噴射弁１７から燃料を噴射させ、当該燃料を未燃のまま気筒１１内から排気通路２１に流出させる燃料導入処理の何れか一方の処理が選択して実行される。燃焼停止期間中に燃料導入処理が実行された場合、気筒１１内での燃焼が再開されたとしても、気筒１１内での燃焼が再開された時点から規定の期間が経過するまでの間、触媒診断処理の実行が禁止される。【選択図】図２

Description

本発明は、火花点火式の内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、ガソリンを燃料とする内燃機関の一例が記載されている。この内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に設けられている三元触媒と、排気通路における三元触媒よりも下流に配置されているパティキュレートフィルタとを備えている。

特許文献１に記載の内燃機関では、アクセル操作が解消されるなどして内燃機関に対する要求トルクが減少された場合において内燃機関に加わる負荷が低いときには、気筒内での燃焼が停止されることがある。このような燃焼停止期間では、燃料噴射弁の燃料噴射を停止する燃料カット処理、及び、燃料噴射弁から燃料を噴射させ、当該燃料を未燃のまま気筒内から排気通路に流出させる燃料導入処理の何れか一方の処理が選択して実行される。特許文献１によれば、パティキュレートフィルタを再生させる際には、燃料導入処理が実行される。一方、当該再生を行わない際には、燃料カット処理が実行される。

燃料導入処理では、燃料噴射弁から噴射された燃料が空気と共に排気通路を流通することとなる。そして、燃料が三元触媒に導入されると、当該燃料の燃焼によって三元触媒の温度が上昇する。すると、高温のガスがパティキュレートフィルタに流入するようになり、パティキュレートフィルタの温度が上昇する。その結果、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレート・マターが燃焼される。

ところで、内燃機関では、気筒内で燃焼が行われているときに、劣化に起因する異常が三元触媒で発生しているか否かを診断する触媒診断処理が実行されることがある。触媒診断処理では、例えば特許文献２に記載されるように、空燃比を理論空燃比よりもリーン側の値として三元触媒の酸素吸蔵量を飽和させた後、空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の値にして酸素吸蔵量を減少させる。この際、空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の値にした時点から、三元触媒に吸蔵されている酸素が枯渇するまでに要する時間である検出時間が検出される。三元触媒の酸素吸蔵量の最大値は、三元触媒の劣化が進行するほど小さくなりやすい。すなわち、そのときの酸素吸蔵量の最大値が小さいほど当該検出時間が短くなる。そのため、当該検出時間は、三元触媒の劣化の進行度合いとある程度相関しているといえる。したがって、当該検出時間を基に、三元触媒に異常が発生しているか否かを診断することができる。

米国特許出願公開第２０１４／００４１３６２号明細書 特開２０１５−２１８６４６号公報

三元触媒は、温度によって酸素吸蔵量の最大値が変化するという特性を有している。特に、三元触媒の温度が規定温度以上である場合、三元触媒の温度が高くなるにつれて三元触媒の酸素吸蔵量の最大値が小さくなる。つまり、三元触媒の温度が規定温度以上である場合、三元触媒の劣化がそれほど進行していないにも拘わらず、三元触媒の酸素吸蔵量の最大値が小さくなるおそれがある。

燃焼停止期間中に燃料導入処理が実行されると、三元触媒の温度が規定温度よりも高くなることがある。このように三元触媒の温度が規定温度以上になっている状況下で気筒内での燃焼が再開されて触媒診断処理が実行された場合、上記検出時間は、三元触媒の実際の劣化度合いに応じた時間よりも短くなってしまう。その結果、異常と診断できる程度まで三元触媒の劣化が進行していないにも拘わらず、三元触媒に異常が発生していると診断されるおそれがある。

上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、排気通路に三元触媒が配置されているとともに、燃料噴射弁から噴射された燃料を含む混合気を気筒内で燃焼させる火花点火式の内燃機関に適用される。この内燃機関の制御装置は、前記気筒内での燃焼が行われているときに、空燃比を理論空燃比よりもリーン側の値にしてから空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の値にする空燃比制御の実施を通じて前記三元触媒に異常が発生しているか否かを診断する触媒診断処理を実行する。また、内燃機関の制御装置は、前記内燃機関のクランク軸が回転している状況下で前記気筒内での燃焼を停止させるときには、前記燃料噴射弁の燃料噴射を停止させる燃料カット処理、及び、前記燃料噴射弁から燃料を噴射させ、当該燃料を未燃のまま前記気筒内から前記排気通路に流出させる燃料導入処理の何れか一方の処理を選択して実行する。そして、内燃機関の制御装置は、前記気筒内での燃焼の停止中に前記燃料導入処理が実行された場合、当該気筒内での燃焼が再開されたとしても、当該気筒内での燃焼が再開された時点から規定の期間が経過するまでの間、前記触媒診断処理の実行を禁止する。

燃料導入処理が実行されると、三元触媒に導入された未燃の燃料が燃焼し、三元触媒の温度が上昇する。三元触媒の温度が規定温度を超えると、三元触媒の酸素吸蔵量の最大値は、三元触媒の温度が高くなるにつれて小さくなる。そして、燃料導入処理が実行されると、三元触媒の温度が規定温度を超えることがある。そのため、気筒内での燃焼の停止期間中に燃料導入処理が実行された場合、当該停止期間を終了して気筒内での燃焼を再開させる時点では、三元触媒の温度が規定温度以上になっていることがある。

上記構成によれば、気筒内での燃焼の停止期間中に燃料導入処理が実行されたときには、当該停止期間が終了して気筒内での燃焼が再開されたとしても、規定の期間が経過するまでの間、触媒診断処理が実行されないようになる。すなわち、三元触媒の温度が規定温度よりも高いために三元触媒の酸素吸蔵量の最大値が小さくなっているときに、触媒診断処理が実行されることを抑制できる。その結果、異常と診断できる程度まで三元触媒の劣化が進行していないときに、三元触媒に異常が発生していると診断されることを抑制できる。

したがって、気筒内での燃焼の停止期間中に燃料導入処理が実行されたとしても、三元触媒に異常が発生しているか否かの診断精度の低下を抑制することができるようになる。

実施形態の内燃機関の制御装置である内燃機関制御ユニットを備える制御装置と、同制御装置が搭載されるハイブリッド車両との概略を示す構成図。 同内燃機関制御ユニットの機能構成と、同ハイブリッド車両に搭載される内燃機関の概略構成とを示す図。 気筒内での混合気の燃焼が停止されている期間中において、燃料噴射弁を制御するための処理手順を示すフローチャート。 触媒診断処理の実行を禁止するか否かを判断するための処理手順を示すフローチャート。 三元触媒に異常が発生しているか否かを診断するための処理手順を示すフローチャート。 三元触媒における酸素吸蔵量の最大値と三元触媒の温度との関係を示すグラフ。 燃料導入処理が実行されている状況下で気筒内での混合気の燃焼の停止条件が非成立になった場合のタイミングチャート。

以下、内燃機関の制御装置の一実施形態を図１〜図７に従って説明する。
図１には、ハイブリッド車両の概略構成が図示されている。図１に示すように、ハイブリッド車両は、内燃機関１０と、内燃機関１０のクランク軸１４に接続されている動力配分統合機構４０と、動力配分統合機構４０に接続されている第１のモータジェネレータ７１とを備えている。動力配分統合機構４０には、リダクションギア５０を介して第２のモータジェネレータ７２が連結されるとともに、減速機構６０及びディファレンシャル６１を介して駆動輪６２が連結されている。

動力配分統合機構４０は、遊星歯車機構のことであり、外歯歯車のサンギア４１と、サンギア４１と同軸配置されている内歯歯車のリングギア４２とを有している。サンギア４１とリングギア４２との間には、サンギア４１及びリングギア４２の双方と噛み合う複数のピニオンギア４３が配置されている。各ピニオンギア４３は、自転及び公転が自在な状態でキャリア４４に支持されている。サンギア４１には、第１のモータジェネレータ７１が連結されている。キャリア４４には、クランク軸１４が連結されている。リングギア４２にはリングギア軸４５が接続されており、このリングギア軸４５にリダクションギア５０及び減速機構６０の双方が連結されている。

内燃機関１０の出力トルクがキャリア４４に入力されると、当該出力トルクが、サンギア４１側とリングギア４２側とに分配される。すなわち、第１のモータジェネレータ７１に内燃機関１０の出力トルクを入力させることにより、第１のモータジェネレータ７１に発電させることができる。

一方、第１のモータジェネレータ７１を電動機として機能させた場合、第１のモータジェネレータ７１の出力トルクがサンギア４１に入力される。すると、サンギア４１に入力された第１のモータジェネレータ７１の出力トルクが、キャリア４４側とリングギア４２側とに分配される。そして、第１のモータジェネレータ７１の出力トルクがキャリア４４を介してクランク軸１４に入力されることにより、クランク軸１４を回転させることができる。本実施形態では、このように第１のモータジェネレータ７１の駆動によってクランク軸１４を回転させることを「モータリング」という。

リダクションギア５０は、遊星歯車機構であり、第２のモータジェネレータ７２が連結されている外歯歯車のサンギア５１と、サンギア５１と同軸配置されている内歯歯車のリングギア５２とを有している。リングギア５２にリングギア軸４５が接続されている。また、サンギア５１とリングギア５２との間には、サンギア５１及びリングギア５２の双方と噛み合う複数のピニオンギア５３が配置されている。各ピニオンギア５３は、自転自在であるものの公転不能になっている。

そして、車両を減速させる際には、第２のモータジェネレータ７２を発電機として機能させることにより、第２のモータジェネレータ７２の発電量に応じた回生制動力を車両に発生させることができる。また、第２のモータジェネレータ７２を電動機として機能させた場合、第２のモータジェネレータ７２の出力トルクが、リダクションギア５０、リングギア軸４５、減速機構６０及びディファレンシャル６１を介して駆動輪６２に入力される。これにより、駆動輪６２を回転させることができる、すなわち車両を走行させることができる。

第１のモータジェネレータ７１は、第１のインバータ７５を介してバッテリ７７と電力の授受を行う。第２のモータジェネレータ７２は、第２のインバータ７６を介してバッテリ７７と電力の授受を行う。

図２に示すように、内燃機関１０の気筒１１内には、往復動するピストン１２が収容されている。ピストン１２は、コネクティングロッド１３を介してクランク軸１４に連結されている。内燃機関１０の吸気通路１５には気筒１１内への吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ８０が設けられているとともに、吸気通路１５におけるエアフロメータ８０よりも下流側の部分には、吸入空気量ＧＡを調整すべく回転するスロットルバルブ１６が設けられている。また、内燃機関１０には、吸気通路１５におけるスロットルバルブ１６よりも下流の部分に燃料を噴射する燃料噴射弁１７が設けられている。気筒１１内には、吸気バルブ１８が開弁しているときに、吸気通路１５を介し、燃料及び空気が導入される。そして、気筒１１内では、点火装置１９の火花放電によって、吸気通路１５を介して導入された空気と、燃料噴射弁１７から噴射された燃料とを含む混合気が燃焼される。そして、混合気の燃焼によって気筒１１内で生じた排気は、排気バルブ２０が開弁しているときに排気通路２１に排出される。排気通路２１には、三元触媒２２と、三元触媒２２よりも下流側に配置されているパティキュレートフィルタ２３とが設けられている。パティキュレートフィルタ２３は、排気通路２１を流通する排気に含まれるパティキュレート・マターを捕集する機能を有している。

なお、排気通路２１における三元触媒２２よりも上流には、排気通路２１を流れるガス中の酸素濃度、すなわち混合気の空燃比を検出する空燃比センサ８１が配置されている。また、排気通路２１における三元触媒２２とパティキュレートフィルタ２３との間には、排気通路２１を流れるガスの温度を検出する温度センサ８２と、酸素センサ８３とが配置されている。気筒１１内での燃焼に供された混合気の空燃比が理論空燃比である場合の酸素濃度を境界酸素濃度とした場合、酸素センサ８３の検出値は、排気通路２１を流れるガスの酸素濃度が境界酸素濃度以上である場合と、酸素濃度が境界酸素濃度未満である場合とで大きく相違する。

なお、内燃機関１０では、車両が走行しており、且つクランク軸１４が回転しているときに、気筒１１内での混合気の燃焼が停止されることがある。このようにクランク軸１４が回転しているときに気筒１１内での混合気の燃焼が停止される期間のことを、「燃焼停止期間ＣＳＰ」という。燃焼停止期間ＣＳＰでは、クランク軸１４の回転に同期してピストン１２が往復動する。そのため、吸気通路１５を介して気筒１１内に導入された空気は、燃焼に供されることなく、排気通路２１に流出される。

燃焼停止期間ＣＳＰでは、燃料噴射弁１７の燃料噴射を停止する燃料カット処理、及び、燃料噴射弁１７から燃料を噴射させ、当該燃料を未燃のまま気筒１１内から排気通路２１に流出させる燃料導入処理の何れか一方の処理が選択して実行される。燃料導入処理が実行されると、燃料噴射弁１７から噴射された燃料が空気と共に排気通路２１を流通することとなる。そして、燃料が三元触媒２２に導入される。このとき、三元触媒２２の温度が活性化温度以上である場合、燃料を燃焼させるのに十分な量の酸素が三元触媒２２に存在すると、三元触媒２２で燃料が燃焼される。これにより、三元触媒２２の温度が上昇する。すると、高温のガスがパティキュレートフィルタ２３に流入するようになり、パティキュレートフィルタ２３の温度が上昇する。そして、パティキュレートフィルタ２３に酸素が供給されている場合、パティキュレートフィルタ２３の温度が燃焼可能温度以上になると、パティキュレートフィルタ２３に捕集されているパティキュレート・マターが燃焼される。

次に、図１及び図２を参照し、ハイブリッド車両の制御構成について説明する。
図１に示すように、ハイブリッド車両の制御装置１００は、アクセル開度ＡＣＣ及び車速ＶＳを基に、リングギア軸４５に出力すべきトルクである要求トルクＴＱＲを算出する。アクセル開度ＡＣＣは、車両の運転者によるアクセルペダルＡＰの操作量のことであり、アクセル開度センサ８４によって検出された値である。車速ＶＳは、車両の移動速度に対応する値であり、車速センサ８５によって検出される。制御装置１００は、算出した要求トルクＴＱＲを基に、内燃機関１０、各モータジェネレータ７１，７２を制御する。

制御装置１００は、内燃機関１０を制御する内燃機関制御ユニット１１０と、各モータジェネレータ７１，７２を制御するモータ制御ユニット１２０とを備えている。内燃機関制御ユニット１１０が、本実施形態における「内燃機関の制御装置」の一例に相当する。燃焼停止期間ＣＳＰ中において燃料導入処理が実行される場合、モータ制御ユニット１２０によって、モータリングを行わせるべく第１のモータジェネレータ７１の駆動が制御される。すなわち、モータリングの実行を通じ、燃焼停止期間ＣＳＰ中におけるクランク軸１４の回転速度を制御することができる。

図２には、内燃機関制御ユニット１１０の機能構成が図示されている。内燃機関制御ユニット１１０は、機能部として、制御部１１１と、禁止判定部１１２と、温度算出部１１３とを有している。

制御部１１１は、燃料噴射弁１７及び点火装置１９を制御する。すなわち、燃焼停止期間ＣＳＰ中では、制御部１１１は、点火装置１９の火花放電を停止させる。なお、燃焼停止期間ＣＳＰ中における燃料噴射弁１７の制御については後述する。

一方、気筒１１内で混合気を燃焼させる場合、制御部１１１は、空燃比検出値ＡＦＳが空燃比目標値ＡＦＴｒとなるように要求値ＱＰＲを算出し、算出した要求値ＱＰＲを基に燃料噴射弁１７を駆動させる。また、制御部１１１は、ピストン１２が圧縮上死点近傍に達したタイミングで点火装置１９に火花放電を行わせる。空燃比検出値ＡＦＳは、空燃比センサ８１によって検出された空燃比のことである。空燃比目標値ＡＦＴｒは、気筒１１内で混合気を燃焼させる際における混合気の空燃比の目標値である。例えば、空燃比目標値ＡＦＴｒは、理論空燃比、又は理論空燃比に近い値に設定される。

また、気筒１１内で混合気を燃焼させる場合、制御部１１１は、三元触媒２２の劣化の進行に伴う異常が三元触媒２２に発生しているか否かを診断する触媒診断処理を実行する。三元触媒２２の酸素吸蔵量Ｃの最大値を吸蔵量最大値Ｃｍａｘとした場合、三元触媒２２の劣化が進行するほど、吸蔵量最大値Ｃｍａｘが小さくなる。そこで、詳しくは後述するが、触媒診断処理では、吸蔵量最大値Ｃｍａｘと相関性を有する値を取得し、この吸蔵量最大値Ｃｍａｘと相関する値を基に三元触媒２２に異常が発生しているか否かが診断される。

禁止判定部１１２は、触媒診断処理の実行を禁止するか否かを判定する。なお、触媒診断処理の実行を禁止するか否かの判定方法については後述する。
温度算出部１１３は、三元触媒２２の温度の推定値である触媒温度ＴＰＳＣを算出する。三元触媒２２を通過してパティキュレートフィルタ２３に向かうガスの温度が高いほど、三元触媒２２の温度が高いと推測できる。そのため、温度算出部１１３は、例えば、温度センサ８２によって検出されたガスの温度が高温であるほど三元触媒２２の温度が高くなるように、触媒温度ＴＰＳＣを算出する。

次に、図３を参照し、燃焼停止期間ＣＳＰ中で燃料噴射弁１７の駆動を制御するために制御部１１１が実行する各処理の流れについて説明する。図３に示す一連の処理は繰り返される。

図３に示す一連の処理において、始めのステップＳ１１では、燃料導入処理の実行条件が成立しているか否かの判定が行われる。
ここで、燃料導入処理の実行条件について説明する。本実施形態では、以下に示す２つの条件の何れもが成立しているときに実行条件が成立したと判定する。
（条件１−１）三元触媒２２の温度が規定温度以上であると判定できること。
（条件１−２）パティキュレートフィルタ２３におけるパティキュレート・マターの捕集量の推定値が判定捕集量以上であること。

未燃の燃料を三元触媒２２に導入しても、三元触媒２２の温度が低いと、燃料を燃焼させることができないことがある。そこで、三元触媒２２に導入された未燃の燃料を燃焼させることができるか否かの判断基準として、規定温度が設定されている。すなわち、規定温度は、三元触媒２２の活性化温度又は活性化温度よりも僅かに高い温度に設定されている。

パティキュレートフィルタ２３におけるパティキュレート・マターの捕集量が多いほど、パティキュレートフィルタ２３の目詰まりが進行する。そこで、パティキュレートフィルタ２３の再生が必要なほど目詰まりが進行しているか否かの判断基準として、判定捕集量が設定されている。捕集量が増えると、排気通路２１における三元触媒２２とパティキュレートフィルタ２３との間の部分と、排気通路２１におけるパティキュレートフィルタ２３よりも下流の部分との差圧が大きくなりやすい。そこで、例えば、当該差圧を基に捕集量の推定値を算出することができる。

なお、燃焼停止期間ＣＳＰ中において、燃料導入処理の実行条件が成立して燃料導入処理が開始されると、燃焼停止期間ＣＳＰが終了するまでの間、燃料導入処理の実行条件が成立しているとの判定がなされる。

ステップＳ１１において、燃料導入処理の実行条件が成立しているとの判定がなされていない場合（ＮＯ）、燃料カット処理を実行しているため、処理が次のステップＳ１２に移行される。ステップＳ１２において、燃料噴射弁１７の燃料噴射量の要求値ＱＰＲが「０」とされる。続いて、次のステップＳ１３において、算出した要求値ＱＰＲを基に燃料噴射弁１７の駆動が制御される。この場合、燃料噴射弁１７から燃料が噴射されない。そして、一連の処理が一旦終了される。

その一方で、ステップＳ１１において、燃料導入処理の実行条件が成立しているとの判定がなされている場合（ＹＥＳ）、燃料導入処理を実行しているため、処理が次のステップＳ１４に移行される。そして、ステップＳ１４において、燃料噴射量の要求値ＱＰＲが算出される。燃料導入処理が実行されている場合の燃料噴射量の要求値ＱＰＲは、気筒１１内で混合気を燃焼させる際における要求値ＱＰＲよりも小さい。

ステップＳ１４で要求値ＱＰＲが算出されると、処理が次のステップＳ１３に移行される。そして、ステップＳ１３において、算出した要求値ＱＰＲを基に燃料噴射弁１７の駆動が制御される。この場合、燃焼停止期間ＣＳＰ中であっても、燃料噴射弁１７から燃料が噴射される。そして、一連の処理が一旦終了される。

次に、図４を参照し、触媒診断処理の実行を禁止するか否かを判定するために禁止判定部１１２が実行する各処理の流れについて説明する。図４に示す一連の処理は繰り返される。

図４に示す一連の処理において、始めのステップＳ２１では、燃料噴射弁１７の燃料噴射が停止されているか否かの判定が行われる。燃焼停止期間ＣＳＰ中において燃料カット処理を制御部１１１が実行している場合には、燃料噴射弁１７の燃料噴射が停止されているとの判定がなされる。一方、燃焼停止期間ＣＳＰ中でも燃料導入処理を制御部１１１が実行している場合には、燃料噴射弁１７の燃料噴射が停止されているとの判定がなされない。また、気筒１１内で混合気の燃焼が行われている場合には、燃料噴射弁１７の燃料噴射が停止されているとの判定がなされない。

ステップＳ２１において、燃料噴射が停止されているとの判定がなされている場合（ＹＥＳ）、処理が次のステップＳ２２に移行される。そして、ステップＳ２２において、診断禁止フラグＦＬＧにオフがセットされる。診断禁止フラグＦＬＧは、触媒診断処理の実行を禁止する際にはオンがセットされる一方、触媒診断処理の実行を禁止しない際にはオフがセットされるフラグである。すなわち、燃料カット処理が実行されているときには、そもそも燃料噴射が行われないために触媒診断処理を実行できないため、触媒診断処理の実行が禁止されない。そして、一連の処理が一旦終了される。

一方、ステップＳ２１において、燃料噴射が停止されているとの判定がなされていない場合（ＮＯ）、処理が次のステップＳ２３に移行される。そして、ステップＳ２３において、燃料導入処理が実行中であるか否かの判定が行われる。ここでは、気筒１１内で混合気の燃焼が行われている場合には、燃料導入処理が実行中であるとの判定がなされない。そして、燃料導入処理が実行中であるとの判定がなされている場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、処理が次のステップＳ２４に移行される。ステップＳ２４において、診断禁止フラグＦＬＧにオンがセットされる。そして、一連の処理が一旦終了される。

ここで、詳しくは後述するが、触媒診断処理では、空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の値とする期間が設けられる。これに対し、燃料導入処理の実行中では、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の値となるように燃料噴射弁１７から燃料を噴射させると、三元触媒２２に過剰な未燃の燃料が供給されることとなる。そのため、燃料導入処理の実行中では、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の値となるような燃料噴射弁１７の駆動がなされることがない。よって、診断禁止フラグＦＬＧにオンがセットされる。

その一方で、ステップＳ２３において、燃料導入処理が実行中であるとの判定がなされていない場合（ＮＯ）、気筒１１内での混合気の燃焼が行われていると判断できるため、処理が次のステップＳ２５に移行される。ステップＳ２５において、現時点の触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈ以下であるか否かの判定が行われる。温度判定値ＴＰＳＣＴｈは、触媒診断処理を実行するには三元触媒２２の温度が高すぎるか否かの判断基準として設定されている値である。なお、触媒温度ＴＰＳＣは、温度算出部１１３によって算出された値である。

ステップＳ２５において、触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈよりも高い場合（ＮＯ）、処理がステップＳ２４に移行される。そして、ステップＳ２４において、診断禁止フラグＦＬＧにオンがセットされると、一連の処理が一旦終了される。一方、触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈ以下である場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、処理がステップＳ２２に移行される。そして、ステップＳ２２において、診断禁止フラグＦＬＧにオフがセットされると、一連の処理が一旦終了される。

燃焼停止期間ＣＳＰ中に燃料導入処理が実行されると、三元触媒２２の温度が上昇する。そして、燃焼停止期間ＣＳＰが終了されて気筒１１内での混合気の燃焼が再開された場合、再開時点での触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈよりも高いときには、診断禁止フラグＦＬＧにオンがセットされている。この場合、その後に触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈ以下になると、診断禁止フラグＦＬＧにオフがセットされ、触媒診断処理の実行禁止が解除される。つまり、本実施形態では、気筒１１内での混合気の燃焼が再開された時点から、触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈ以下になる時点までの期間が、「規定の期間」に相当する。

触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈよりも高いときには、触媒診断処理の実行を禁止する理由について説明する。吸蔵量最大値Ｃｍａｘは、三元触媒２２の劣化の進行だけではなく、三元触媒２２の温度によっても変わりうる。すなわち、図６に示すように、三元触媒２２の温度が温度判定値ＴＰＳＣＴｈ未満である場合、触媒温度ＴＰＳＣが高いほど、吸蔵量最大値Ｃｍａｘが大きくなる。しかし、三元触媒２２の温度が規定温度ＴＰＡよりも高い場合、三元触媒２２の温度が高いほど、吸蔵量最大値Ｃｍａｘが小さくなる。

そのため、触媒温度ＴＰＳＣが規定温度ＴＰＡよりも高い場合、三元触媒２２の劣化がそれほど進行していなくても、吸蔵量最大値Ｃｍａｘが小さくなるおそれがある。そして、三元触媒２２の温度が高いために吸蔵量最大値Ｃｍａｘが小さくなっている場合、触媒診断処理の実行によって、三元触媒２２の劣化がそれほど進行していなくても三元触媒２２に異常が発生していると診断されるおそれがある。このような誤診断を行わないようにするために、触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈよりも高い場合には、触媒診断処理の実行が禁止される。なお、温度判定値ＴＰＳＣＴｈは、規定温度ＴＰＡよりも少し低い温度に設定されている。

次に、図５を参照し、触媒診断処理を実行するために制御部１１１が実行する処理の流れについて説明する。図５に示す一連の処理は、繰り返される。
図５に示す一連の処理において、始めのステップＳ３１では、診断禁止フラグＦＬＧにオフがセットされているか否かの判定が行われる。診断禁止フラグＦＬＧにオンがセットされている場合（Ｓ３１：ＮＯ）、触媒診断処理の実行が禁止されているため、一連の処理が一旦終了される。一方、診断禁止フラグＦＬＧにオフがセットされている場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、処理が次のステップＳ３２に移行される。ステップＳ３２において、触媒診断処理の実行条件が成立しているか否かの判定が行われる。

ここで、触媒診断処理の実行条件が成立しているか否かの判定について説明する。本実施形態では、以下に示す複数の条件の何れもが成立しているときに、実行条件が成立していると判定される。
（条件２−１）内燃機関１０がアイドル運転を行っていること。
（条件２−２）機関負荷率の変動が小さいこと。
（条件２−３）吸入空気量ＧＡが規定の範囲内に含まれていること。
（条件２−４）暖機運転が完了しており、且つ、各種のセンサ８０〜８３が活性していること。

そして、ステップＳ３２において、触媒診断処理の実行条件が成立しているとの判定がなされていない場合（ＮＯ）、一連の処理が一旦終了される。一方、触媒診断処理の実行条件が成立しているとの判定がなされている場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、触媒診断処理の実行が開始される。触媒診断処理では、空燃比を理論空燃比よりもリーン側の値にしてから空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の値にする空燃比制御の実施を通じて三元触媒２２に異常が発生しているか否かが診断される。

すなわち、ステップＳ３３において、気筒１１内の混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるように燃料噴射弁１７を制御するリーン噴射制御が実施される。具体的には、リーン噴射制御では、空燃比目標値ＡＦＴｒが理論空燃比よりもリーン側の値に設定される。そして、空燃比検出値ＡＦＳがこの空燃比目標値ＡＦＴｒとなるように要求値ＱＰＲが算出され、当該要求値ＱＰＲを基に燃料噴射弁１７が駆動される。このようにリーン噴射制御が実施されると、空燃比目標値ＡＦＴｒが理論空燃比であるときよりも排気における酸素濃度が高くなるため、三元触媒２２の酸素吸蔵量Ｃが増大される。

続いて、次のステップＳ３４では、三元触媒２２の酸素吸蔵量Ｃが飽和したか否かの判定が行われる。三元触媒２２の酸素吸蔵量Ｃが未だ飽和していない場合には、排気通路２１を流れる排気に含まれる酸素が三元触媒２２に吸蔵される。一方、三元触媒２２の酸素吸蔵量Ｃが飽和している場合には、排気通路２１を流れる排気に含まれる酸素が三元触媒２２に吸蔵されない。その結果、排気通路２１における三元触媒２２よりも下流を流れる排気、すなわち三元触媒２２を通過した排気に含まれる酸素の量が変化する。三元触媒２２を通過した排気に含まれる酸素の量の変化は、酸素センサ８３によって検出することができる。

そして、ステップＳ３４において、酸素吸蔵量Ｃが飽和しているとの判定がなされていない場合（ＮＯ）、処理が前述したステップＳ３３に移行される。すなわち、リーン噴射制御の実施が継続される。一方、酸素吸蔵量Ｃが飽和しているとの判定がなされている場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、処理が次のステップＳ３５に移行される。

ステップＳ３５において、気筒１１内の混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側となるように燃料噴射弁１７を制御するリッチ噴射制御が実施される。具体的には、リッチ噴射制御では、空燃比目標値ＡＦＴｒが理論空燃比よりもリッチ側の値に設定される。そして、空燃比検出値ＡＦＳがこの空燃比目標値ＡＦＴｒとなるように要求値ＱＰＲが算出され、当該要求値ＱＰＲを基に燃料噴射弁１７が駆動される。このようにリッチ噴射制御が実施されると、三元触媒２２の酸素吸蔵量Ｃが減少される。

そして、ステップＳ３６において、三元触媒２２に吸蔵されている酸素が枯渇したか否かの判定が行われる。酸素の枯渇の前後で酸素センサ８３の検出値が反転する。そのため、こうした酸素センサ８３の検出値の変化を基に、酸素が枯渇したか否かを判定することができる。

ステップＳ３６において、三元触媒２２に吸蔵されている酸素が枯渇したとの判定がなされていない場合（ＮＯ）、処理が次のステップＳ３５に移行される。すなわち、リッチ噴射制御の実施が継続される。一方、酸素が枯渇したとの判定がなされている場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、処理が次のステップＳ３７に移行される。ステップＳ３７において、リッチ噴射制御の開始時点から酸素が枯渇したと判定できるまでの期間の長さである検出時間ＴＭｄが診断用時間ＴＭｄＴｈ以上であるか否かの判定が行われる。

検出時間ＴＭｄは、吸蔵量最大値Ｃｍａｘが小さいほど短くなる。上述したように吸蔵量最大値Ｃｍａｘは、三元触媒２２の劣化が進行しているほど小さくなる。すなわち、検出時間ＴＭｄは、三元触媒２２の劣化の進行度合いと相関する値であるということができる。そして、この検出時間ＴＭｄを基に、異常と診断できる程度に三元触媒２２の劣化が進行しているか否かを判断できるように、診断用時間ＴＭｄＴｈが設定されている。

検出時間ＴＭｄが診断用時間ＴＭｄＴｈ以上である場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、処理が次のステップＳ３８に移行される。ステップＳ３８において、三元触媒２２に異常が発生していない、すなわち三元触媒２２が正常であるとの診断が下される。そして、一連の処理が一旦終了される。

一方、検出時間ＴＭｄが診断用時間ＴＭｄＴｈ未満である場合（Ｓ３７：ＮＯ）、処理が次のステップＳ３９に移行される。ステップＳ３９において、三元触媒２２に異常が発生しているとの診断が下される。そして、一連の処理が一旦終了される。

なお、触媒診断処理の実行が終了されると、気筒１１内の混合気の空燃比が理論空燃比近傍の値となるように燃料噴射弁１７を制御する通常噴射制御が実施される。具体的には、通常噴射制御では、空燃比目標値ＡＦＴｒが理論空燃比又は理論空燃比に近い値に設定される。そして、空燃比検出値ＡＦＳがこの空燃比目標値ＡＦＴｒとなるように要求値ＱＰＲが算出され、当該要求値ＱＰＲを基に燃料噴射弁１７が駆動される。

図７を参照し、本実施形態の作用及び効果について説明する。
図７に示すように、タイミングｔ１１以前では、気筒１１内で混合気の燃焼が行われている。そのため、気筒１１内での混合気の燃焼によって生じた排気が排気通路２１を流れる。この場合、パティキュレートフィルタ２３におけるパティキュレート・マターの捕集量が増大する。タイミングｔ１１で気筒１１内での混合気の燃焼の停止条件が成立するため、タイミングｔ１１から燃焼停止期間ＣＳＰが開始される。タイミングｔ１１で算出されたパティキュレートフィルタ２３におけるパティキュレート・マターの捕集量の推定値が判定捕集量未満であるため、燃料導入処理の実行条件が成立していない。そのため、タイミングｔ１１からは燃料カット処理が実行される。燃料カット処理の実行中では、吸気通路１５から気筒１１内に導入された空気は、燃焼に供されることなく、排気通路２１に流出される。そのため、触媒温度ＴＰＳＣが低下する。

そして、タイミングｔ１２で算出されたパティキュレートフィルタ２３におけるパティキュレート・マターの捕集量の推定値が判定捕集量以上であると、燃料導入処理の実行条件が成立する。すなわち、タイミングｔ１２で、処理が燃料カット処理から燃料導入処理に移行される。なお、燃料導入処理の実行が開始されると、診断禁止フラグＦＬＧにオンがセットされ、触媒診断処理の実行が禁止される。

燃料導入処理の実行中では、モータリングの実行によって、第１のモータジェネレータ７１の駆動によってクランク軸１４の回転速度が制御される。そのため、三元触媒２２及びパティキュレートフィルタ２３に酸素が適切に供給されるようになる。

また、タイミングｔ１２からは、燃焼停止期間ＣＳＰ中であっても燃料噴射弁１７から燃料が噴射されるようになる。しかも、燃焼停止期間ＣＳＰ中では、点火装置１９で火花放電が行われない。そのため、燃料噴射弁１７から噴射された燃料は、未燃のまま空気と共に排気通路２１を流れることとなる。こうした未燃の燃料が三元触媒２２に導入されると、三元触媒２２で燃料が燃焼される。そのため、三元触媒２２の温度である触媒温度ＴＰＳＣが高くなる。なお、三元触媒２２を通過した高温のガスがパティキュレートフィルタ２３に流入するようになると、パティキュレートフィルタ２３の温度が上昇する。

図７に示す例では、燃料導入処理の実行によって、触媒温度ＴＰＳＣが規定温度ＴＰＡを越える。このように三元触媒２２の温度が高くなると、三元触媒２２の吸蔵量最大値Ｃｍａｘが、触媒温度ＴＰＳＣが規定温度ＴＰＡ未満であったときよりも小さくなる。

そして、タイミングｔ１３で気筒１１内での混合気の燃焼の停止条件が非成立となるため、タイミングｔ１３から気筒１１内での混合気の燃焼が再開される。タイミングｔ１３では、触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈよりも高いため、診断禁止フラグＦＬＧはオンにセットされたままとなる。なお、気筒１１内での混合気の燃焼が再開されると、モータリングの実行が終了される。

気筒１１内での混合気の燃焼の再開された以降では、触媒温度ＴＰＳＣが徐々に低くなる。そして、タイミングｔ１４で触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈ以下になる。すると、診断禁止フラグＦＬＧにオフがセットされるため、触媒診断処理の実行禁止が解除される。このように実行禁止が解除された以降では、触媒診断処理の実行条件の成立を契機に触媒診断処理が実行される。

本実施形態では、気筒１１内での混合の燃焼が再開されるタイミングｔ１３以降でも、触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈよりも高いときには、触媒診断処理が実行されないようになる。これにより、触媒温度ＴＰＳＣが規定温度ＴＰＡよりも高いために三元触媒２２の吸蔵量最大値Ｃｍａｘが小さくなっているときに、触媒診断処理が実行されることを抑制できる。その結果、異常と診断できる程度まで三元触媒２２の劣化が進行していないときに、三元触媒２２に異常が発生していると診断されることを抑制できる。

したがって、燃焼停止期間ＣＳＰ中に燃料導入処理が実行されたとしても、三元触媒２２に異常が発生しているか否かの診断精度の低下を抑制することができる。
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・燃料導入処理では、上述したように気筒１１内の混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に設定することができない。そのため、燃料導入処理の実行中に触媒診断処理を実行することはそもそもできない。したがって、燃料導入処理の実行中では診断禁止フラグＦＬＧにオンをセットしなくてもよい。この場合、気筒１１内での混合気の燃焼が再開された際に触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈよりも高いときに、診断禁止フラグＦＬＧにオンがセットされることとなる。

・上記実施形態では、燃焼停止期間ＣＳＰ中において燃料導入処理の実行が開始されると、診断禁止フラグＦＬＧにオンがセットされるようになっている。しかし、燃料導入処理の実行中であっても触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈ未満であるときには診断禁止フラグＦＬＧにオンをセットしなくてもよい。この場合、燃料導入処理の実行中において触媒温度ＴＰＳＣが温度判定値ＴＰＳＣＴｈ以上になったときに、診断禁止フラグＦＬＧにオンをセットすることが好ましい。

・気筒１１内での混合気の燃焼の再開後において触媒診断処理の実行を禁止する期間である規定の期間を、気筒１１内での混合気の燃焼の再開時点から規定の時間が経過するまでの期間としてもよい。この場合、規定の期間の長さを、予め設定された値で固定してもよいし、当該再開時点の触媒温度ＴＰＳＣに応じて可変させるようにしてもよい。

・温度判定値ＴＰＳＣＴｈを、規定温度ＴＰＡと等しくしてもよい。
・三元触媒２２の温度を検出するセンサが内燃機関１０に設けられている場合、当該センサによって検出された値を触媒温度ＴＰＳＣとしてもよい。

・上記実施形態において、燃料導入処理の実行中では、点火装置１９に火花放電を行わせないようにしている。しかし、燃料導入処理の実行中では、気筒１１内で混合気が燃焼しない時期に火花放電を点火装置１９に行わせるようにしてもよい。例えば、ピストン１２が下死点近傍に位置するときに火花放電を行わせた場合、火花放電が行われた気筒１１内では混合気が燃焼されない。そのため、燃料導入処理の実行中では、火花放電が行われても、燃料噴射弁１７から噴射された燃料を未燃のまま気筒１１内から排気通路２１に流出させることができる。

・内燃機関の制御装置が適用される内燃機関は、気筒１１内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁である筒内噴射弁を備えるものであってもよい。この場合、燃料導入処理の実行中では、筒内噴射弁から燃料を気筒１１内に噴射させ、当該燃料を未燃のまま排気通路２１に流出させることになる。これにより、未燃の燃料を三元触媒２２に導入させることができる。

・ハイブリッド車両のシステムは、モータの駆動によってクランク軸１４の回転速度を制御することができるのであれば、図１に示したようなシステムとは異なる別のシステムであってもよい。

・内燃機関の制御装置を、内燃機関以外の他の動力源を備えない車両に搭載される内燃機関を制御対象とする装置に具体化してもよい。このような車両に搭載される内燃機関でも、クランク軸１４が惰性で回転している状況下で気筒内での混合気の燃焼が停止されることがある。こうした燃焼停止期間ＣＳＰ中に燃料導入処理の実行条件が成立すると、燃料導入処理が実行され、三元触媒２２の温度が上昇するようになる。

１０…内燃機関、１１…気筒、１４…クランク軸、１７…燃料噴射弁、２１…排気通路、２２…三元触媒、１１０…内燃機関制御ユニット。

Claims (1)

1. 排気通路に三元触媒が配置されているとともに、燃料噴射弁から噴射された燃料を含む混合気を気筒内で燃焼させる火花点火式の内燃機関に適用され、
   前記気筒内での燃焼が行われているときに、空燃比を理論空燃比よりもリーン側の値にしてから空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の値にする空燃比制御の実施を通じて前記三元触媒に異常が発生しているか否かを診断する触媒診断処理を実行し、
   前記内燃機関のクランク軸が回転している状況下で前記気筒内での燃焼を停止させるときには、前記燃料噴射弁の燃料噴射を停止させる燃料カット処理、及び、前記燃料噴射弁から燃料を噴射させ、当該燃料を未燃のまま前記気筒内から前記排気通路に流出させる燃料導入処理の何れか一方の処理を選択して実行する内燃機関の制御装置において、
   前記気筒内での燃焼の停止中に前記燃料導入処理が実行された場合、当該気筒内での燃焼が再開されたとしても、当該気筒内での燃焼が再開された時点から規定の期間が経過するまでの間、前記触媒診断処理の実行を禁止する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。