JP4911249B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を備え、このＥＧＲ通路を介して排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気ガス再還流（ＥＧＲ）を行うことのできる内燃機関が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
日本特開２００３−３８７９号公報 日本特開２００７−９７７９号公報
ＥＧＲを行うと、ＥＧＲ通路やＥＧＲクーラ、吸気ポート、吸気弁などにデポジットが堆積し易い。デポジットが堆積する原因の一つは、還流する排気ガス（ＥＧＲガス）に、未燃ＨＣ、ＮＯｘ、ＰＭなどが含まれているからである。そこで、上記デポジットの堆積を抑制するために、ＥＧＲ通路に排気ガスを浄化する触媒（ＥＧＲ触媒）を設け、ＥＧＲガス中の未燃ＨＣ、ＮＯｘ、ＰＭなどを浄化する技術が提案されている。
ところで、内燃機関の減速時には、通常、燃料カットが実行される。燃料カットの実行中は、排気通路に設置された排気浄化触媒には、燃料を含まない新気が流通する。このため、燃料カットが実行されると、排気浄化触媒が酸素を一杯に吸蔵し、酸素吸蔵量が過剰になる。
排気浄化触媒（三元触媒）が浄化能力を十分に発揮するには、その酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の約半分の状態になっていることが必要である。このため、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開した後、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の半分に戻るように調整するために、空燃比を一時的に理論空燃比よりリッチとするリッチ制御を行う技術が知られている。
一方、燃料カットが実行されると、ＥＧＲ触媒にも酸素が過剰に吸蔵されてしまう。これは、燃料カット中にＥＧＲ通路のＥＧＲ弁を閉じていたとしても、排気通路に生ずる脈動によって排気通路内の新気がＥＧＲ通路に出たり入ったりして、ＥＧＲ触媒に徐々に酸素が吸蔵されるからである。あるいは、燃料カット中にＥＧＲ弁の動作確認を行う目的でＥＧＲ弁を作動させ、吸気管圧力の変化を検出する場合もある。その場合には、新気がＥＧＲ通路に流通するので、ＥＧＲ触媒に一気に酸素が吸蔵されてしまう。何れにせよ、燃料カットが実行されることによってＥＧＲ触媒にも酸素が過剰に吸蔵されてしまう。このため、燃料カットから復帰した後は、ＥＧＲ触媒についても、その酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の半分になるように迅速に調整することが望ましい。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、燃料カットからの復帰後に、排気通路の触媒の酸素吸蔵量と、排気還流通路の触媒の酸素吸蔵量とを、それぞれ適切な状態に早く調整することの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。
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
排気ガスの一部を吸気系に還流させることのできる少なくとも一つの還流ガス生成気筒と、排気ガスを吸気系に還流させない少なくとも一つの還流ガス非生成気筒とを含む内燃機関と、
前記還流ガス生成気筒のみの排気ガスが流れる排気通路に一端が接続され、吸気系に他端が接続された排気還流通路と、
前記還流ガス生成気筒および前記還流ガス非生成気筒の排気ガスが通過する排気通路の途中に設けられ、排気ガスを浄化する排気触媒と、
前記排気還流通路の途中に設置され、前記吸気系に還流する排気ガスを浄化する還流触媒と、
前記内燃機関の燃料噴射を一時的に停止する燃料カットを行う燃料カット手段と、
前記燃料カットから復帰して燃料噴射を再開した場合に、前記内燃機関の空燃比を一時的に理論空燃比よりリッチとするリッチ制御を行うリッチ制御手段と、
を備え、
前記リッチ制御手段は、
前記リッチ制御と、前記排気還流通路による排気還流とが同時に実行される場合には、前記還流ガス生成気筒の空燃比を前記還流ガス非生成気筒の空燃比よりもリッチとする空燃比制御手段を含むことを特徴とする。
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記空燃比制御手段は、排気還流割合が低い場合には、排気還流割合が高い場合に比して、前記還流ガス生成気筒の空燃比をよりリッチとすることを特徴とする。
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記空燃比制御手段は、前記還流触媒の酸素吸蔵量の調整が終了する時点が、前記排気触媒の酸素吸蔵量の調整が終了する時点と同時か、またはそれより早くなるように、前記還流ガス生成気筒および前記還流ガス非生成気筒の各々の空燃比を制御することを特徴とする。
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記リッチ制御手段は、
前記排気触媒の酸素吸蔵量の調整が終了する前に、前記還流触媒の酸素吸蔵量の調整が終了した場合には、前記還流ガス生成気筒の空燃比を理論空燃比とし、前記還流ガス非生成気筒の空燃比を理論空燃比よりリッチとする第２の空燃比制御手段を含むことを特徴とする。
第１の発明によれば、燃料カットから復帰した後、排気触媒の酸素吸蔵量と、還流触媒の酸素吸蔵量とがそれぞれ適切な状態になるように、早期に調整することができる。このため、燃料カットから復帰した後、排気触媒および還流触媒の各々の浄化能力を早期に回復させることができる。
第２の発明によれば、排気還流割合が低い場合であっても、還流触媒の酸素吸蔵量を迅速に調整することができる。
第３の発明によれば、排気触媒の酸素吸蔵量の調整が終了する以前に還流触媒の酸素吸蔵量の調整が終了しなかった場合に引き起こされる弊害（例えば、燃費の悪化、ドライバビリティの悪化、排気触媒の不要な温度上昇による劣化、排出ガスエミッションの悪化）を確実に回避することができる。
第４の発明によれば、排気触媒の酸素吸蔵量の調整が終了する前に、還流触媒の酸素吸蔵量の調整が終了した場合に、還流触媒の酸素吸蔵量を適切な状態に維持しつつ、排気触媒の酸素吸蔵量の調整を続行することができる。
本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において、＃１気筒および＃４気筒の空燃比の変化と、＃２気筒および＃３気筒の空燃比の変化とを示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２において、燃料カットから復帰した後の、＃１気筒および＃４気筒の空燃比の変化と、＃２気筒および＃３気筒の空燃比の変化とを示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態３において、燃料カットから復帰した後の、＃１気筒および＃４気筒の空燃比の変化と、＃２気筒および＃３気筒の空燃比の変化と、ＥＧＲ弁開度の変化と、ＥＧＲ流量の変化とを示すタイムチャートである。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両等に搭載される内燃機関（以下、単に「エンジン」と称する）１０を備えている。本実施形態のエンジン１０は、＃１〜＃４の四つの気筒を備えた直列４気筒型のものである。爆発順序は、＃１→＃３→＃４→＃２の順である。図示を省略するが、各気筒には、ピストン、吸気弁、排気弁、点火プラグおよび燃料インジェクタ４２がそれぞれ設けられている。
エンジン１０に吸入空気を供給する吸気通路１２には、スロットル弁１４が設置されている。吸気通路１２は、吸気マニホールド１６を介して、エンジン１０に接続されている。吸気マニホールド１６は、サージタンク１８と、このサージタンク１８から突出する４本の吸気枝管２０とを有している。各吸気枝管２０は、各気筒の吸気ポートにそれぞれ接続されている。
＃１気筒の排気ポートに接続された排気枝管２２と、＃４気筒の排気ポートに接続された排気枝管２４とは、排気通路２６に接続されている。＃２気筒の排気ポートに接続された排気枝管２８と、＃３気筒の排気ポートに接続された排気枝管３０とは、排気通路３２に接続されている。排気通路２６および排気通路３２の下流側には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒３４が設置されている。排気浄化触媒３４は、酸素を吸蔵および放出することが可能な三元触媒としての機能を有している。
排気通路２６には、＃１気筒および＃４気筒の排気ガスのみが流れる。この排気通路２６には、排気還流通路（以下、「ＥＧＲ通路」と称する）３６の一端が接続されている。ＥＧＲ通路３６の他端は、サージタンク１８に接続されている。本実施形態では、＃１気筒および＃４気筒の排気ガスの一部をＥＧＲ通路３６により吸気系に還流させる、排気ガス再還流（以下、「ＥＧＲ」と称する）を実行することができる。ＥＧＲ通路３６を流れる排気ガスを以下「ＥＧＲガス」と称する。ＥＧＲ通路３６からサージタンク１８に流入したＥＧＲガスは、新気と混合して、＃１〜＃４の各気筒に流入する。なお、ＥＧＲ通路３６の上記他端は、サージタンク１８ではなく、スロットル弁１４とサージタンク１８との間の吸気通路１２に連通していてもよいし、あるいは、各気筒の吸気枝管２０に連通していてもよい。
ＥＧＲ通路３６の途中には、ＥＧＲガスを浄化するためのＥＧＲ触媒３８と、ＥＧＲガスの流量（以下、「ＥＧＲ流量」と称する）を調節するためのＥＧＲ弁４０とが設置されている。ＥＧＲ触媒３８は、酸素を吸蔵および放出することが可能な三元触媒としての機能を有している。
ＥＧＲの実行中は、＃１気筒および＃４気筒の排気ガスの一部がＥＧＲ通路３６を通ってＥＧＲガスとして吸気系に還流し、残りの部分が排気通路２６を通って排気浄化触媒３４に流入する。一方、＃２気筒および＃３気筒の排気ガスは、常に、その全部が排気浄化触媒３４に流入する。
なお、図１では、排気枝管２２，２４，２８，３０、排気通路２６，３２およびＥＧＲ通路３６については、簡略化のため、一本の線で表している。
本実施形態のシステムは、更に、上述したスロットル弁１４、ＥＧＲ弁４０、燃料インジェクタ４２、点火プラグを含む各種のエンジン制御用アクチュエータの作動を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０と、次のような各種のエンジン制御用センサとを備えている。クランク角センサ４３は、エンジン１０のクランク軸の回転に同期した信号を出力する。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ４３の出力に基いてエンジン回転数およびクランク角を検出することができる。エアフローメータ４４は、吸気通路１２に吸入される新気量を検出する。アクセルポジションセンサ４５は、車両の運転者によるアクセルペダルの操作量を検出する。車速センサ４６は、車両の速度を検出する。
ＥＣＵ５０は、上述した各センサによりエンジン運転情報を検出し、その検出結果に基いて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。ＥＣＵ５０は、例えば、クランク角センサ４３により検出されるエンジン回転数と、エアフローメータ４４により検出される吸入空気量とに基づいて、目標空燃比を実現するために必要な燃料噴射量を算出することにより、空燃比制御を実行する。
また、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、エンジン負荷等の情報と、ＥＧＲ弁４０の開度（以下、「ＥＧＲ弁開度」と称する）とに基づいて、現在のＥＧＲ率（排気還流割合）を算出することができる。また、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数およびエンジン負荷と目標ＥＧＲ率との関係を定めたＥＧＲマップに基づいて、目標ＥＧＲ率を算出する。そして、ＥＣＵ５０は、現在のＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との偏差がなくなるようにＥＧＲ弁開度を制御するＥＧＲ制御を実行する。更に、ＥＣＵ５０は、次に述べる燃料カット制御、および後述するリッチ制御を実行する。
本実施形態のシステムでは、エンジン回転数が所定回転数以上であり、且つエンジン１０の出力が要求されていない場合（例えば、運転者が車両を減速させるためにアクセルペダルを放した場合）に、各気筒の燃料インジェクタ４２からの燃料噴射を停止する燃料カットが実行される。
燃料カットの実行中、所定の復帰条件が成立した場合（例えば、アクセルペダルが踏まれた場合、あるいはエンジン回転数が所定の復帰回転数以下となった場合）には、燃料カットから復帰し、燃料インジェクタ４２からの燃料噴射が再開される。
ところで、排気浄化触媒３４が浄化能力を十分に発揮するには、その酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量（酸素吸蔵容量）の約半分の状態になっていることが必要である。同様に、ＥＧＲ触媒３８が浄化能力を十分に発揮するには、その酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量（酸素吸蔵容量）の約半分になっていることが必要である。
しかしながら、燃料カットの実行中は、排気浄化触媒３４に新気が流通するので、排気浄化触媒３４が酸素を一杯に吸蔵してしまう。
また、燃料カットの実行中は、ＥＧＲ触媒３８にも酸素が過剰に吸蔵されてしまう。これは、前述したように、燃料カット中にＥＧＲ弁４０を閉じていたとしても、排気通路２６に生ずる脈動によって排気通路２６内の新気がＥＧＲ通路３６に出たり入ったりして、ＥＧＲ触媒３８に徐々に酸素が吸蔵されるからである。あるいは、燃料カット中にＥＧＲ弁４０の動作確認を行う目的でＥＧＲ弁４０を作動させ、吸気管圧力の変化を検出する場合もある。その場合には、新気がＥＧＲ通路３６に流通するので、ＥＧＲ触媒３８が一気に酸素を吸蔵してしまう。
燃料カットから復帰した場合には、排気浄化触媒３４やＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量を、できるだけ早く、最大酸素吸蔵量の半分に戻し、それらの浄化性能が十分に発揮されるようにすることが望ましい。そこで、本実施形態では、燃料カットからの復帰後、排気浄化触媒３４およびＥＧＲ触媒３８の各々の酸素吸蔵量を調整し、最大酸素吸蔵量の半分の状態に戻すために、排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比よりリッチとする制御（以下、「リッチ制御」と称する）を実行する。リッチ制御を実行することにより、未燃ＨＣやＣＯ等の還元剤成分を多量に含んだリッチ空燃比の排気ガスが排気浄化触媒３４やＥＧＲ触媒３８に流入するので、その還元剤との反応によって吸蔵酸素が消費される。このため、それらの酸素吸蔵量を減少させ、最大酸素吸蔵量の半分となるように調整することができる。
リッチ制御において、排気浄化触媒３４およびＥＧＲ触媒３８の双方の酸素吸蔵量を調整する場合には、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了する以前に、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整を終了することが望ましい。その理由は、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了した時点で、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整がまだ終了していないと、次のような弊害が生ずるからである。
排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了した時点で、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整がまだ終了していなかった場合には、その後、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整が終了するまで、ＥＧＲ触媒３８に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチに維持する必要がある。ＥＧＲ触媒３８に流入するのは、＃１気筒および＃４気筒の排気ガスの一部である。したがって、上記の場合、＃１気筒および＃４気筒の空燃比を理論空燃比よりリッチとする必要がある。一方、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量は、調整が既に終了し、最大酸素吸蔵量の半分になっている。この状態を維持するためには、排気浄化触媒３４に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持する必要がある。しかしながら、排気浄化触媒３４には、＃１気筒および＃４気筒のリッチ空燃比の排気ガスのうち、ＥＧＲ通路３６に流入しなかった残りの部分が流入する。したがって、排気浄化触媒３４に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比とするためには、＃２気筒および＃３気筒の空燃比を理論空燃比よりリーンとする必要がある。
排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了した時点で、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整がまだ終了していなかった場合には、上述した理由により、その後、＃１気筒および＃４気筒の空燃比をリッチとし、＃２気筒および＃３気筒の空燃比をリーンとする必要がある。しかしながら、リッチ空燃比の気筒とリーン空燃比の気筒とが混在する、このような運転状態は、燃費の悪化や、トルク変動などによるドライバビリティの悪化を招くという問題がある。また、リッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとが同時に排気浄化触媒３４に流入するため、リッチ空燃比の排気ガスに含まれる未燃ＨＣと、リーン空燃比の排気ガスに含まれる酸素とが排気浄化触媒３４で燃焼反応する。その結果、排気浄化触媒３４の温度が不必要に上昇し、排気浄化触媒３４の劣化を招くという問題もある。
上記のような問題を回避するために、リッチ制御においては、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了する以前に、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整を終了することが望ましい。そのためには、ＥＧＲ触媒３８の吸蔵酸素がより速く消費されるように、ＥＧＲ触媒３８に流入する排気ガスの空燃比をよりリッチにすることが望ましい。そこで、本実施形態では、リッチ制御において、ＥＧＲ触媒３８に排気ガスを供給する＃１気筒および＃４気筒の空燃比を、ＥＧＲ触媒３８に排気ガスを供給しない＃２気筒および＃３気筒の空燃比よりも、更にリッチにすることとした。
図２は、本実施形態において、燃料カットから復帰した後の、＃１気筒および＃４気筒の空燃比の変化と、＃２気筒および＃３気筒の空燃比の変化とを示すタイムチャートである。図２中の燃料カットフラグは、燃料カットが実行中であるかどうかを示すフラグである。図２に示す例では、時刻ｔ1において、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開した後、直ちにリッチ制御を開始している。また、本実施形態では、燃料カットから復帰した後、ＥＧＲが直ちに実行されるものとする。
図２に示すように、リッチ制御の実行中は、＃１〜＃４の各気筒の空燃比が理論空燃比よりリッチとされるが、＃１気筒および＃４気筒の空燃比は、＃２気筒および＃３気筒の空燃比と比べ、よりリッチとされる。
本実施形態では、リッチ制御の実行中、各気筒の燃料噴射量が次のようにして制御される。以下の説明では、＃１気筒および＃４気筒のリッチ量をＲ＃1＃4、＃２気筒および＃３気筒のリッチ量をＲ＃2＃3、ＥＧＲ触媒３８の目標総リッチ量をＲEGR、排気浄化触媒３４の目標総リッチ量ＲEXHを、ＥＧＲ率をα、リッチ制御サイクル数をＮとする。＃１気筒および＃４気筒のリッチ量Ｒ＃1＃4と、＃２気筒および＃３気筒のリッチ量Ｒ＃2＃3とは、それぞれ、次の式によって算出される。
Ｒ＃1＃4＝ＲEGR／α／Ｎ ・・・（１）
Ｒ＃2＃3＝ＲEXH／Ｎ−Ｒ＃1＃4（１−α） ・・・（２）
ＥＧＲ触媒３８の目標総リッチ量ＲEGRは、ＥＧＲ触媒３８の最大酸素吸蔵量（酸素吸蔵容量）の半分に相当する酸素量に設定されている。ＥＧＲ率αは、全排気ガス量のうち、ＥＧＲ通路３６を通って吸気系に還流する排気ガスの割合を示すものである。前述したように、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、エンジン負荷等の情報と、ＥＧＲ弁開度とに基づいて、ＥＧＲ率αを算出することができる。ＥＧＲの実行中は、０＜α＜１である。リッチ制御サイクル数Ｎは、エンジン１０の作動サイクルで何サイクルに渡ってリッチ制御を実行するかを予め定めたものである。例えば、エンジン１０が１００サイクル作動する期間に渡ってリッチ制御が継続するように制御する場合は、Ｎ＝１００と設定される。上記（１）式で算出される＃１気筒および＃４気筒のリッチ量Ｒ＃1＃4は、１サイクル当たりに＃１気筒および＃４気筒から排出すべき還元剤量を、対応する酸素量で表したものである。
リッチ制御の実行中は、各サイクルで、上記（１）式で算出されるリッチ量Ｒ＃1＃4に対応する量の還元剤を＃１気筒および＃４気筒で分担して供給すればよい。そこで、リッチ制御の実行中、＃１気筒および＃４気筒では、基本燃料噴射量（理論空燃比とするために必要な燃料噴射量）に、上記（１）式で算出されるリッチ量Ｒ＃1＃4の等分に対応する燃料量を加算した値が全燃料噴射量とされ、その全燃料噴射量が燃料インジェクタ４２から噴射される。
リッチ制御開始からのエンジン１０の作動サイクル数がＮに達した時点で、ＥＧＲ触媒３８に流入した還元剤の総量は、上記ＲEGRに対応した量に達する。このため、この時点で、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量の半分まで低下しており、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整が終了したことになる。したがって、ＥＣＵ５０は、リッチ制御開始からのエンジン１０の作動サイクル数がＮに達した時点（図２中の時刻ｔ2）で、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整が終了したと判断し、＃１気筒および＃４気筒の空燃比を理論空燃比に戻す。これ以降、ＥＧＲ触媒３８には、理論空燃比の排気ガスが流入するので、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の半分に維持される。
なお、上記（１）式によれば、ＥＧＲ率αが低い場合には、ＥＧＲ率αが高い場合に比べて、＃１気筒および＃４気筒のリッチ量Ｒ＃1＃4がより大きく算出される。よって、ＥＧＲ率αが低い場合には、ＥＧＲ率αが高い場合に比べて、＃１気筒および＃４気筒の空燃比がよりリッチとされる。このため、ＥＧＲ率が低く、ＥＧＲ流量が少ない場合であっても、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量を迅速に調整することができる。
一方、排気浄化触媒３４の目標総リッチ量ＲEXHは、排気浄化触媒３４の最大酸素吸蔵量（酸素吸蔵容量）の半分に相当する酸素量に設定されている。上記（２）式で算出される＃２気筒および＃３気筒のリッチ量Ｒ＃2＃3は、１サイクル当たりに＃２気筒および＃３気筒から排出すべき還元剤量を、対応する酸素量で表したものである。本実施形態では、排気浄化触媒３４およびＥＧＲ触媒３８の双方の酸素吸蔵量の調整が同時に終了するように制御する。このため、リッチ制御サイクル数Ｎは、＃１気筒および＃４気筒と、＃２気筒および＃３気筒とで、同じ値にされる。
排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量を調整するための還元剤を＃２気筒および＃３気筒のみから排出するとした場合には、＃２気筒および＃３気筒から１サイクル当たりに排出すべき還元剤量は、ＲEXH／Ｎとなる。しかしながら、排気浄化触媒３４には、＃１気筒および＃４気筒からも、吸気系に還流しなかった残りの部分の排気ガスが流入する。したがって、排気浄化触媒３４には、＃１気筒および＃４気筒から、Ｒ＃1＃4（１−α）に対応する量の還元剤が流入する。このため、＃２気筒および＃３気筒に要求されるリッチ量Ｒ＃2＃3は、ＲEXH／ＮからＲ＃1＃4（１−α）を差し引いた値となる。このようにして、上記（２）式が導かれる。
リッチ制御の実行中は、各サイクルで、上記（２）式で算出されるリッチ量Ｒ＃2＃3に対応する量の還元剤を＃２気筒および＃３気筒で分担して供給すればよい。そこで、リッチ制御の実行中、＃２気筒および＃３気筒では、上記（２）式で算出されるリッチ量Ｒ＃2＃3の等分に対応する燃料量を基本燃料噴射量に加算した値が全燃料噴射量とされ、その全燃料噴射量が燃料インジェクタ４２から噴射される。
リッチ制御開始からのエンジン１０の作動サイクル数がＮに達した時点で、排気浄化触媒３４に流入した還元剤の総量は、上記ＲEXHに対応した量に達する。このため、この時点で、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量の半分まで低下しており、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了したことになる。したがって、ＥＣＵ５０は、リッチ制御開始からのエンジン１０の作動サイクル数がＮに達した時点（図２中の時刻ｔ2）で、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了したと判断し、＃２気筒および＃３気筒の空燃比を理論空燃比に戻す。前述したように、この時点で、＃１気筒および＃４気筒の空燃比も理論空燃比に戻されている。したがって、これ以降、排気浄化触媒３４には、理論空燃比の排気ガスが流入するので、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の半分に維持される。
以上説明したように、本実施形態では、燃料カットから復帰した後のリッチ制御において、ＥＧＲガスを生成する＃１気筒および＃４気筒の空燃比を、ＥＧＲガスを生成しない＃２気筒および＃３気筒の空燃比よりも更にリッチにすることにより、排気浄化触媒３４およびＥＧＲ触媒３８の双方の酸素吸蔵量を迅速に調整することができる。このため、燃料カットからの復帰後、排気浄化触媒３４およびＥＧＲ触媒３８の双方の浄化能力を、早期に回復させることができる。
特に、本実施形態では、各気筒の燃料噴射量を上述した方法で算出することにより、排気浄化触媒３４およびＥＧＲ触媒３８の双方の酸素吸蔵量の調整を同時に終了することができる。このため、＃１〜＃４の各気筒の空燃比を、同時に理論空燃比に戻すことができる。したがって、本実施形態によれば、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了した時点でＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整がまだ終了していなかった場合に引き起こされる、前述したような弊害を確実に回避することができる。
上述した実施の形態１においては、＃１気筒および＃４気筒が前記第１の発明における「還流ガス生成気筒」に、＃２気筒および＃３気筒が前記第１の発明における「還流ガス非生成気筒」に、排気浄化触媒３４が前記第１の発明における「排気触媒」に、ＥＧＲ触媒３８が前記第１の発明における「還流触媒」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上述した方法で各気筒の燃料噴射量を制御することにより、前記第１、第２および第３の発明における「空燃比制御手段」が実現されている。
なお、上述した実施の形態１では、本発明を直列４気筒エンジンに適用した場合について説明したが、本発明における気筒数および気筒配置は直列４気筒に限定されるものではなく、各種の多気筒エンジンに本発明を適用することが可能である。また、還流ガス生成気筒の数や還流ガス非生成気筒の数も、特に限定されるものではない。
実施の形態２．
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
前述した実施の形態１におけるリッチ制御では、排気浄化触媒３４およびＥＧＲ触媒３８の双方の酸素吸蔵量の調整が同時に終了するように制御している。これに対し、本実施形態では、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了する前に、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整が終了するように制御する。
図３は、本実施形態において、燃料カットから復帰した後の、＃１気筒および＃４気筒の空燃比の変化と、＃２気筒および＃３気筒の空燃比の変化とを示すタイムチャートである。図３に示す例では、時刻ｔ1において、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開するとともに、直ちにリッチ制御を開始している。また、本実施形態では、燃料カットから復帰した後、ＥＧＲが直ちに実行されるものとする。
本実施形態では、＃１気筒および＃４気筒のリッチ量Ｒ＃1＃4と、＃２気筒および＃３気筒のリッチ量Ｒ＃2＃3とは、それぞれ、次の式によって算出される。ただし、Ｎ1は、ＥＧＲ触媒３８に対するリッチ制御サイクル数であり、Ｎ2は、排気浄化触媒３４に対するリッチ制御サイクル数である。これらは、Ｎ1＜Ｎ2なる関係を満足するように、予め設定される。
Ｒ＃1＃4＝ＲEGR／α／Ｎ1 ・・・（３）
Ｒ＃2＃3＝ＲEXH／Ｎ2−Ｒ＃1＃4（１−α） ・・・（４）
図３中の時刻ｔ1でリッチ制御を開始した後、＃１気筒および＃４気筒では、上記（３）式で算出されるリッチ量Ｒ＃1＃4の等分に対応する燃料量を基本燃料噴射量に加算した値が全燃料噴射量とされ、その全燃料噴射量が燃料インジェクタ４２から噴射される。そして、リッチ制御開始からのエンジン１０の作動サイクル数がＮ1に達した時点（図３中の時刻ｔ2）で、ＥＧＲ触媒３８に流入した還元剤の総量は、ＲEGRに対応した量に達する。このため、この時点で、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整が終了したと判断できる。そこで、この時点（図３中の時刻ｔ2）以降は、Ｒ＃1＃4＝０とされる。これにより、図３中の時刻ｔ2以降、＃１気筒および＃４気筒の空燃比は、理論空燃比に戻される。これ以降、ＥＧＲ触媒３８には、理論空燃比の排気ガスが流入するので、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の半分に維持される。
一方、＃２気筒および＃３気筒では、図３中の時刻ｔ1でリッチ制御を開始した後、上記（４）式で算出されるリッチ量Ｒ＃2＃3の等分に対応する燃料量を基本燃料噴射量に加算した値が全燃料噴射量とされ、その全燃料噴射量が燃料インジェクタ４２から噴射される。そして、リッチ制御開始からのエンジン１０の作動サイクル数がＮ2に達した時点（図３中の時刻ｔ3）で、排気浄化触媒３４に流入した還元剤の総量は、ＲEXHに対応した量に達する。このため、この時点で、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了したと判断できる。そこで、この時点（図３中の時刻ｔ3）以降は、Ｒ＃2＃3＝０とされる。これにより、図３中の時刻ｔ3以降、＃２気筒および＃３気筒の空燃比は、理論空燃比に戻される。これ以降、排気浄化触媒３４には、理論空燃比の排気ガスが流入するので、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の半分に維持される。
なお、時刻ｔ2からｔ3までの間は、Ｒ＃1＃4＝０であるので、時刻ｔ1からｔ2までの間と比べて、上記（４）式で算出されるリッチ量Ｒ＃2＃3の値が大きくなる。このため、図３に示すように、＃２気筒および＃３気筒の空燃比は、時刻ｔ2を境に、リッチ方向にシフトする。
以上説明したように、本実施形態によれば、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了する時点（時刻ｔ3）よりも前の時点（時刻ｔ2）でＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整を終了することができる。このため、本実施形態によれば、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了した時点でＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整がまだ終了していなかった場合に引き起こされる、前述したような弊害をより確実に回避することができる。
上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、図３の時刻ｔ1からｔ2までの間で、上述した方法で各気筒の燃料噴射量を制御することにより、前記第１、第２および第３の発明における「空燃比制御手段」が実現されている。また、ＥＣＵ５０が、図３の時刻ｔ2からｔ3までの間で、＃１気筒および＃４気筒の空燃比を理論空燃比とし、且つ、＃２気筒および＃３気筒の空燃比を理論空燃比よりリッチとすることにより、前記第４の発明における「第２の空燃比制御手段」が実現されている。
実施の形態３．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態１および２との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
前述した実施の形態１および２では、燃料カットから復帰した後、ＥＧＲが直ちに実行されるものとして説明した。しかしながら、燃料カットから復帰した直後はＥＧＲが実行されておらず、リッチ制御の実行途中でＥＧＲが開始される場合もある。例えば、燃料カットから復帰した直後はＥＧＲ禁止運転領域にあったが、要求されるエンジン負荷が増大して、ＥＧＲ許可運転領域に移行したような場合である。
本実施形態では、リッチ制御の途中からＥＧＲが開始される場合においても、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了する前に、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整が終了するように制御する。
図４は、本実施形態において、燃料カットから復帰した後の、＃１気筒および＃４気筒の空燃比の変化と、＃２気筒および＃３気筒の空燃比の変化と、ＥＧＲ弁開度の変化と、ＥＧＲ流量の変化とを示すタイムチャートである。
図４に示す例では、時刻ｔ1において、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開するとともに、直ちにリッチ制御を開始しているが、ＥＧＲは開始していない。図４に示す例において、ＥＧＲが実質的に開始するのは、時刻ｔ2である。ＥＧＲが実質的に開始するまでの間、つまり時刻ｔ1からｔ2までの間は、＃１気筒および＃４気筒の空燃比は、＃２気筒および＃３気筒の空燃比と同じ値に制御される。
時刻ｔ2においてＥＧＲが実質的に開始した後は、＃１気筒および＃４気筒のリッチ量Ｒ＃1＃4と、＃２気筒および＃３気筒のリッチ量Ｒ＃2＃3とが、それぞれ、次の式によって算出される。ただし、ＲEXH’は、ＥＧＲが実質的に開始するまでの間（時刻ｔ1からｔ2までの間）に排気浄化触媒３４に供給された還元剤に対応する量を、排気浄化触媒３４の目標総リッチ量ＲEXHから差し引いた値である。また、Ｎ1＜Ｎ2である。
Ｒ＃1＃4＝ＲEGR／α／Ｎ1 ・・・（５）
Ｒ＃2＃3＝ＲEXH’／Ｎ2−Ｒ＃1＃4（１−α） ・・・（６）
図４中の時刻ｔ2以降、＃１気筒および＃４気筒では、上記（５）式で算出されるリッチ量Ｒ＃1＃4の等分に対応する燃料量を基本燃料噴射量に加算した値が全燃料噴射量とされ、その全燃料噴射量が燃料インジェクタ４２から噴射される。そして、時刻ｔ2からのエンジン１０の作動サイクル数がＮ1に達した時点（図４中の時刻ｔ3）で、ＥＧＲ触媒３８に流入した還元剤の総量は、ＲEGRに対応した量に達する。このため、この時点で、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整が終了したと判断できる。そこで、この時点（図４中の時刻ｔ3）以降は、Ｒ＃1＃4＝０とされる。これにより、図４中の時刻ｔ3以降、＃１気筒および＃４気筒の空燃比は、理論空燃比に戻される。これ以降、ＥＧＲ触媒３８には、理論空燃比の排気ガスが流入するので、ＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の半分に維持される。
なお、ＥＧＲが開始した直後（時刻ｔ2の直後）は、ＥＧＲ流量が低く、ＥＧＲ率αも低いため、リッチ量Ｒ＃1＃4の計算値が大きな値となる。このため、＃１気筒および＃４気筒の空燃比は、図４に示すように、時刻ｔ2を境に、よりリッチとなる方向にシフトする。その後、ＥＧＲ流量の増加に伴い、＃１気筒および＃４気筒の空燃比は、理論空燃比に近づく方向に徐々に変化する。
一方、＃２気筒および＃３気筒では、図４中の時刻ｔ2以降は、上記（６）式で算出されるリッチ量Ｒ＃2＃3の等分に対応する燃料量を基本燃料噴射量に加算した値が全燃料噴射量とされ、その全燃料噴射量が燃料インジェクタ４２から噴射される。そして、時刻ｔ2からのエンジン１０の作動サイクル数がＮ2に達した時点（図４中の時刻ｔ4）で、排気浄化触媒３４に流入した還元剤の総量は、ＲEXHに対応した量に達する。このため、この時点で、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了したと判断できる。そこで、この時点（図４中の時刻ｔ4）以降は、Ｒ＃2＃3＝０とされる。これにより、図４中の時刻ｔ4以降、＃２気筒および＃３気筒の空燃比は、理論空燃比に戻される。これ以降、排気浄化触媒３４には、理論空燃比の排気ガスが流入するので、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の半分に維持される。
なお、時刻ｔ2において＃１気筒および＃４気筒の空燃比がよりリッチとなる方向にシフトすると、＃２気筒および＃３気筒に要求されるリッチ量は、その分だけ減少する。このため、＃２気筒および＃３気筒の空燃比は、時刻ｔ2を境に、理論空燃比に近づく方向にシフトする。
また、時刻ｔ3からｔ4までの間は、Ｒ＃1＃4＝０であるので、時刻ｔ2からｔ3までの間と比べて、上記（６）式で算出されるリッチ量Ｒ＃2＃3の値が大きくなる。このため、図４に示すように、＃２気筒および＃３気筒の空燃比は、時刻ｔ3を境に、リッチ方向にシフトする。
上述したような制御により、本実施形態では、時刻ｔ2からｔ3までの間、＃１気筒および＃４気筒の空燃比が、＃２気筒および＃３気筒の空燃比と比べ、よりリッチとされる。
以上説明した実施の形態３によれば、リッチ制御の途中からＥＧＲが開始した場合であっても、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了する時点（時刻ｔ4）よりも前の時点（時刻ｔ3）でＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整を終了することができる。このため、排気浄化触媒３４の酸素吸蔵量の調整が終了した時点でＥＧＲ触媒３８の酸素吸蔵量の調整がまだ終了していなかった場合に引き起こされる、前述したような弊害をより確実に回避することができる。
上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、図４の時刻ｔ2からｔ3までの間で、上述した方法で各気筒の燃料噴射量を制御することにより、前記第１、第２および第３の発明における「空燃比制御手段」が実現されている。また、ＥＣＵ５０が、図４の時刻ｔ3からｔ4までの間で、＃１気筒および＃４気筒の空燃比を理論空燃比とし、且つ、＃２気筒および＃３気筒の空燃比を理論空燃比よりリッチとすることにより、前記第４の発明における「第２の空燃比制御手段」が実現されている。
１０ エンジン
１２ 吸気通路
１６ 吸気マニホールド
２０ 吸気枝管
２６ 排気通路
３２ 排気通路
３４ 排気浄化触媒
３６ ＥＧＲ通路
３８ ＥＧＲ触媒
４０ ＥＧＲ弁
４２ 燃料インジェクタ
５０ ＥＣＵ

Claims (4)

  1. 排気ガスの一部を吸気系に還流させることのできる少なくとも一つの還流ガス生成気筒と、排気ガスを吸気系に還流させない少なくとも一つの還流ガス非生成気筒とを含む内燃機関と、
    前記還流ガス生成気筒のみの排気ガスが流れる排気通路に一端が接続され、吸気系に他端が接続された排気還流通路と、
    前記還流ガス生成気筒および前記還流ガス非生成気筒の排気ガスが通過する排気通路の途中に設けられ、排気ガスを浄化する排気触媒と、
    前記排気還流通路の途中に設置され、前記吸気系に還流する排気ガスを浄化する還流触媒と、
    前記内燃機関の燃料噴射を一時的に停止する燃料カットを行う燃料カット手段と、
    前記燃料カットから復帰して燃料噴射を再開した場合に、前記内燃機関の空燃比を一時的に理論空燃比よりリッチとするリッチ制御を行うリッチ制御手段と、
    を備え、
    前記リッチ制御手段は、
    前記リッチ制御と、前記排気還流通路による排気還流とが同時に実行される場合には、前記還流ガス生成気筒の空燃比を前記還流ガス非生成気筒の空燃比よりもリッチとする空燃比制御手段を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記空燃比制御手段は、排気還流割合が低い場合には、排気還流割合が高い場合に比して、前記還流ガス生成気筒の空燃比をよりリッチとすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記空燃比制御手段は、前記還流触媒の酸素吸蔵量の調整が終了する時点が、前記排気触媒の酸素吸蔵量の調整が終了する時点と同時か、またはそれより早くなるように、前記還流ガス生成気筒および前記還流ガス非生成気筒の各々の空燃比を制御することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記リッチ制御手段は、
    前記排気触媒の酸素吸蔵量の調整が終了する前に、前記還流触媒の酸素吸蔵量の調整が終了した場合には、前記還流ガス生成気筒の空燃比を理論空燃比とし、前記還流ガス非生成気筒の空燃比を理論空燃比よりリッチとする第２の空燃比制御手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
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