JP6601423B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
従来、内燃機関においては、排気通路を流れるガス（排気）の一部をＥＧＲ通路を通して吸気通路に導入するＥＧＲ制御が行われる。また、内燃機関においては、減速運転時に該内燃機関での燃料噴射を停止させる所謂フューエルカット制御を実行する場合がある。そして、特許文献１には、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御を実行する技術が開示されている。
上記技術のように、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御を実行すると、該フューエルカット制御の実行開始直前に内燃機関から排出された排気（既燃ガス）を含むガスが排気通路、ＥＧＲ通路、および吸気通路を通って循環することになる。そして、既燃ガスを含んだガスが排気通路を流れることになる。一方で、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されない場合は、該フューエルカット制御の実行中に内燃機関に新たに流入した新気（空気）のみが排気通路を流れることになる。そのため、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御を実行した場合、該フューエルカット制御の実行中において、排気通路に設けられた排気浄化触媒に流入するガスの酸素濃度を、ＥＧＲ制御を実行しない場合に比べて低下させることができる。これによれば、フューエルカット制御の実行中における排気浄化触媒での酸化反応を抑えることができ、以て、該酸化反応による該排気浄化触媒の温度上昇を抑制することができる。その結果、排気浄化触媒の劣化の進行を抑制することができる。
特開平９−２０９８４４号公報
内燃機関の排気通路に排気浄化触媒として三元触媒が設けられている場合、フューエルカット制御が実行されると、該フューエルカット制御の実行中に該三元触媒に多量の酸素が保持されることになる。その結果として、フューエルカット制御の実行終了後においても暫くの間（すなわち、三元触媒に保持されていた酸素が排気中の燃料成分の酸化に消費されるまでの間）は該三元触媒が酸素過剰状態となる場合がある。この場合、三元触媒が酸素過剰状態にある間は、該三元触媒がその排気浄化機能を十分に発揮することが困難となる。
そこで、フューエルカット制御の実行終了後に、三元触媒の酸素過剰状態を解消させるために、該三元触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも低下させるリッチ化処理を実行する場合がある。このリッチ化処理を実行することで、三元触媒に保持されていた酸素をより早期に消費することができる。そのため、フューエルカット制御の実行終了後、より早期に、三元触媒の状態を、その排気浄化機能を十分に発揮できる状態に回復させることができる。
ただし、フューエルカット制御の実行終了後に上記のようなリッチ化処理を実行した場合、該リッチ化処理に伴って三元触媒に供給された燃料成分のうち酸素の消費に使用され
たかった燃料成分（三元触媒において酸化されなった燃料成分）が、該三元触媒から流出する場合がある。以下、このような三元触媒での酸素消費に使用されずに該三元触媒から流出した燃料成分を「すり抜け燃料成分」と称する場合もある。
ここで、上述したように、フューエルカット制御の実行中において、ＥＧＲ制御が実行されている場合は、ＥＧＲ制御が実行されてない場合に比べて三元触媒に流入するガスの酸素濃度が低下することになる。そして、三元触媒に流入するガスの酸素濃度が異なると、該三元触媒における酸素保持状態も異なる状態となる。そのため、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていた場合に、該フューエルカット制御の実行終了後に、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていなかった場合と同様にリッチ化処理を実行すると、すり抜け燃料成分の増加を招く虞がある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の排気通路に三元触媒が設けられた構成において、フューエルカット制御の実行終了後に該三元触媒の排気浄化機能をより好適に回復させることを目的とする。
本発明では、フューエルカット制御の実行中においてＥＧＲ制御が実行されていた場合と実行されていなかった場合とで、該フューエルカット制御の実行終了後に実行されるリッチ化処理において、三元触媒に流入する排気（以下、「流入排気」と称する場合もある。）の空燃比を異なる空燃比に調整するものである。
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関における排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を有し、該排気通路を流れるガスの一部を該ＥＧＲ通路を通して該吸気通路に導入するＥＧＲ制御を実行するＥＧＲ装置と、
前記内燃機関の減速運転時に、該内燃機関での燃料噴射を停止するフューエルカット制御を実行するフューエルカット制御実行部と、
前記排気通路に設けられた三元触媒と、
前記フューエルカット制御実行部による前記フューエルカット制御の実行終了後に、前記三元触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも低いリッチ空燃比に低下させるリッチ化処理を実行するリッチ化処理実行部と、を備え、
前記フューエルカット制御実行部による前記フューエルカット制御の実行開始時に所定のＥＧＲ条件が成立していた場合、該フューエルカット制御の実行中に前記ＥＧＲ装置が前記ＥＧＲ制御を実行し、
前記リッチ化処理実行部が、前記フューエルカット制御実行部による前記フューエルカット制御の実行終了後に前記リッチ化処理を実行する際に、該フューエルカット制御の実行中に前記ＥＧＲ装置によって前記ＥＧＲ制御が実行されていた場合は、該フューエルカット制御の実行中に前記ＥＧＲ装置によって前記ＥＧＲ制御が実行されていなかった場合に比べて、前記三元触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比の範囲でより高い空燃比に制御する。
本発明では、フューエルカット制御実行部によるフューエルカット制御の実行開始時において所定のＥＧＲ条件が成立していた場合、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ装置がＥＧＲ制御を実行する。ここで、所定のＥＧＲ条件は、フューエルカット制御の実行中に仮にＥＧＲ装置によるＥＧＲ制御が実行されなかった場合、該フューエルカット制御の実行中に三元触媒に多量の酸素が供給されることに起因して該三元触媒での酸化反応が促進され、その結果、該三元触媒の温度が過剰に上昇する虞があると判断できる条件である。フューエルカット制御の実行開始時にこのような所定のＥＧＲ条件が成立していた場合、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ装置によってＥＧＲ制御を実行すること
で、三元触媒に流入するガス（以下、「流入ガス」と称する場合もある。）の酸素濃度を低下させることができる。つまり、フューエルカット制御の実行中に三元触媒に供給される酸素の量を減少させることができる。そのため、フューエルカット制御の実行中に酸化反応によって三元触媒の温度が過剰に上昇することを抑制することができる。
上述したように、フューエルカット制御の実行中において、ＥＧＲ制御が実行されている場合は、ＥＧＲ制御が実行されてない場合に比べて流入ガスの酸素濃度が低下する。ここで、フューエルカット制御の実行中において、流入ガスの酸素濃度が低いほど、三元触媒における表層近傍部分のみに酸素が保持され易くなる。また、流入ガスの酸素濃度が高いほど、三元触媒の表層近傍部分のみならず該三元触媒の内部にまで酸素が保持され易くなる。これは、流入ガスの酸素濃度が低いほど、三元触媒における酸素保持材に酸素が衝突する頻度が少なくなり、流入ガスの酸素濃度が高いほど、三元触媒における酸素保持材に酸素が衝突する頻度が多くなるためである。
そのため、フューエルカット制御の実行中においてＥＧＲ制御が実行されていなかった場合は、該フューエルカット制御の実行終了時点において、三元触媒の表層近傍部分のみならず該三元触媒の内部にまで酸素が保持された状態となり易い。一方で、フューエルカット制御の実行中においてＥＧＲ制御が実行されていた場合は、該フューエルカット制御の実行終了時点において、三元触媒の表層近傍部分にのみ酸素が保持された状態となり易い。
そのため、フューエルカット制御の実行終了後にリッチ化処理実行部によって実行されるリッチ化処理において、該フューエルカット制御の実行中においてＥＧＲ制御が実行されていた場合に、該フューエルカット制御の実行中においてＥＧＲ制御が実行されていなかった場合と同程度まで流入排気の空燃比を低下させると、三元触媒への単位時間あたりの燃料成分の供給量が該三元触媒における酸素保持状態に対して過剰に多くなる場合がある。その結果、リッチ化処理に起因するすり抜け燃料成分の増加を招く虞がある。
換言すれば、フューエルカット制御の実行中においてＥＧＲ制御が実行されていた場合、該フューエルカット制御の実行終了後に実行されるリッチ化処理おいて、該フューエルカット制御の実行中においてＥＧＲ制御が実行されていなかった場合に比べて、流入排気の空燃比をリッチ空燃比の範囲でより高い空燃比に制御したとしても、三元触媒に保持されていた酸素を十分に消費するための燃料成分を該三元触媒に供給することができる。
そこで、本発明では、リッチ化処理実行部がフューエルカット制御の実行終了後にリッチ化処理を実行する際に、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていた場合は、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていなかった場合に比べて、流入排気の空燃比をリッチ空燃比の範囲でより高い空燃比に制御する（つまり、流入排気のリッチ度合いを小さくする。）。これによれば、三元触媒に保持されていた酸素を早期に消費することができるとともに、すり抜け燃料成分の増加を抑制することができる。つまり、すり抜け燃料成分の増加を抑制しつつ、可及的早期に、三元触媒の状態を、その排気浄化機能を十分に発揮できる状態にまで回復させることができる。したがって、フューエルカット制御の実行終了後に三元触媒の排気浄化機能をより好適に回復させることができる。
また、フューエルカット制御実行部によるフューエルカット制御の実行中にＥＧＲ装置によってＥＧＲ制御が実行される場合、該フューエルカット制御の実行開始直前の内燃機関の運転状態および該フューエルカット制御実行中の内燃機関の吸入空気量等に応じて、該フューエルカット制御の実行中における流入ガスの酸素濃度は異なるものとなる。そして、上述したように、フューエルカット制御実行中の流入ガスの酸素濃度に応じて、該フ
ューエルカット制御の実行終了時点の三元触媒における酸素保持状態が異なる状態となる。
そこで、本発明においては、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていた場合は、フューエルカット制御の実行終了時点での流入ガスの酸素濃度に基づいて、該フューエルカット制御の終了後に実行するリッチ化処理での流入排気の空燃比を異なる値に制御してもよい。つまり、フューエルカット制御実行部によるフューエルカット制御の実行中にＥＧＲ装置によってＥＧＲ制御が実行されていた場合は、リッチ化処理実行部が、該フューエルカット制御の実行終了後にリッチ化処理を実行する際に、該フューエルカット制御の実行終了時点での流入ガスの酸素濃度が低いときは、該流入ガスの酸素濃度が高いときに比べて、流入排気の空燃比をリッチ空燃比の範囲でより高い空燃比に制御してもよい（つまり、流入排気のリッチ度合いを小さくしてもよい。）。
フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていた場合にリッチ化処理を上記のように実行することで、すり抜け燃料成分の増加をより効果的に抑制しつつ、可及的早期に、三元触媒の状態を、その排気浄化機能を十分に発揮できる状態に回復させることができる。
本発明によれば、内燃機関の排気通路に三元触媒が設けられた構成において、フューエルカット制御の実行終了後に該三元触媒の排気浄化機能をより好適に回復させることができる。
実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例に係る、フューエルカット制御が実行される際の制御フローを示すフローチャートである。 実施例に係る、フューエルカット制御の実行が終了されてリッチ化処理が実行される際の制御フローを示すフローチャートである。 図２および図３に示す制御フローを実行することで、フューエルカット制御の実行中においてＥＧＲ制御が実行され、さらに、該フューエルカット制御の実行終了後にリッチ化処理が実行された際の各パラメータの時間的推移を示すタイムチャートである。 実施例の変形例に係る、フューエルカット制御の実行終了時点での流入ガスの酸素濃度Ｃｏｘｉｎと、第２目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ２との相関を示すグラフである。
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
＜実施例＞
（概略構成）
ここでは、本発明を車両駆動用のガソリンエンジンの排気浄化システムに適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のガソリンエンジンである。内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。
吸気通路２にはエアフローメータ４が設けられている。エアフローメータ４は内燃機関
１の吸入空気量を検出する。また、エアフローメータ４より下流側の吸気通路２にはスロットル弁５が設けられている。スロットル弁５は、吸気通路２の流路断面積を変更することで、内燃機関１の流入する空気量を制御する。また、スロットル弁５より下流側の吸気通路２には圧力センサ１７が設けられている。圧力センサ１７は、吸気通路２内の吸気圧力を検出する。
排気通路３には、排気浄化触媒として三元触媒６が設けられている。三元触媒６より上流側の排気通路３には、上流側空燃比センサ１３および酸素濃度センサ１４が設けられている。上流側空燃比センサ１３は、三元触媒６に流入する排気（流入排気）または三元触媒６に流入するガス（流入ガス）の空燃比を検出する。酸素濃度センサ１４は流入排気または流入ガスの酸素濃度を検出する。また、三元触媒６より下流側の排気通路３には、下流側空燃比センサ１５および温度センサ１６が設けられている。下流側空燃比センサ１５は、三元触媒６から流出する排気（以下、「流出排気」と称する場合もある。）または三元触媒６から流出するガス（以下、「流出ガス」と称する場合もある。）の空燃比を検出する。温度センサ１６は、流出排気または流出ガスの温度を検出する。
また、内燃機関１の吸排気系には、排気通路３を流れるガス（排気）の一部を吸気通路２に導入するＥＧＲ制御を実行するためにＥＧＲ装置２０が設置されている。ＥＧＲ装置２０は、ＥＧＲ通路２１およびＥＧＲ弁２２を備えている。ＥＧＲ通路２１は、排気通路３と吸気通路２とを連通する通路である。ＥＧＲ通路２１の一端は排気通路３における三元触媒６よりも上流側に接続されている。また、ＥＧＲ通路２１の他端は吸気通路２におけるスロットル弁５よりも下流側に接続されている。なお、ＥＧＲ通路２１の一端が排気通路３における三元触媒６よりも下流側に接続されている構成を採用することもできる。ＥＧＲ弁２２はＥＧＲ通路２１に設けられている。ＥＧＲ弁２２が開閉されることで、ＥＧＲ通路２１が開通または遮断される。そして、ＥＧＲ弁２２が開弁されることでＥＧＲ通路２１が開通されると、排気通路３を流れるガス（排気）の一部がＥＧＲ通路２１を通して吸気通路２に導入される。
また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４、圧力センサ１７、上流側空燃比センサ１３、酸素濃度センサ１４、下流側空燃比センサ１５、および温度センサ１６が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ１０には、クランク角センサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。クランク角センサ１１は、内燃機関１のクランク角に相関のある信号を出力する。アクセル開度センサ１２は、内燃機関１が搭載された車両のアクセル開度に相関のある信号を出力する。
そして、上記各センサの検出値がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、クランク角センサ１１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ１６の検出値に基づいて三元触媒６の温度を推定する。また、ＥＣＵ１０には、内燃機関１の燃料噴射弁（図示略）、スロットル弁５、およびＥＧＲ弁２２が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これらの装置が制御される。
（フューエルカット制御、ＥＧＲ制御、リッチ化処理）
本実施例に係る内燃機関１では、その運転状態が減速運転となると、燃料噴射弁からの燃料噴射を停止するフューエルカット制御が実行される。ここで、フューエルカット制御が実行されると、内燃機関１に流入した新気が該内燃機関１から排出されて三元触媒６に流入する。そのため、三元触媒６に多量の酸素が供給されることになる。このとき、フューエルカット制御の実行が開始される時点での三元触媒６の温度が比較的高いと、該フューエルカット制御の実行中に該三元触媒６での酸化反応が一時的に促進される場合ある。
この場合、三元触媒６の温度が過剰に上昇することで該三元触媒６の劣化が進行してしまう虞がある。
そこで、本実施例に係る排気浄化システムでは、フューエルカット制御の実行条件が成立した時の三元触媒６の温度が所定温度以上の場合は、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ装置２０によってＥＧＲ制御が実行される。ここで、所定温度は、フューエルカット制御の実行中に仮にＥＧＲ制御が実行されなかった場合、該フューエルカット制御の実行中に三元触媒６の温度が過剰に上昇する虞があると判断できる温度である。また、ＥＧＲ制御は、ＥＧＲ弁２２を開弁させてＥＧＲ通路２１を開通させることで行われる。
フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御を実行すると、該フューエルカット制御の実行開始直前に内燃機関１から排出された排気（既燃ガス）を含むガスが排気通路３、ＥＧＲ通路２１、および吸気通路２を通って循環することになる。そして、既燃ガスを含んだガスが排気通路３を流れて三元触媒６に流入することになる。したがって、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御を実行した場合、該フューエルカット制御の実行中における流入ガスの酸素濃度を、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御を実行しない場合に比べて低下させることができる。これによれば、フューエルカット制御の実行中における三元触媒６での酸化反応を抑えることができる。その結果、三元触媒６の温度上昇を抑制することができるため、該三元触媒６の劣化の進行を抑制することができる。
また、フューエルカット制御が実行されると多量の酸素が三元触媒６に保持されることになる。その結果として、フューエルカット制御の実行終了後において、三元触媒６が酸素過剰状態にある間は、該三元触媒６がその排気浄化機能を十分に発揮することが困難となる。このような三元触媒６の酸素過剰状態を解消させるためには、フューエルカット制御の実行終了後に、該三元触媒６に保持されている酸素によって排気中の燃料成分を酸化させることで、該酸素を消費する必要がある。
そこで、本実施例に係る排気浄化システムでは、フューエルカット制御の実行終了後に、三元触媒６の酸素過剰状態を解消させるために、流入排気の空燃比を理論空燃比よりも低下させるリッチ化処理が実行される。このリッチ化処理が実行されることで、通常時（すなわち、流入排気の空燃比を理論空燃比に制御したとき）よりも多くの燃料成分を三元触媒６に供給することができる。そのため、三元触媒６に保持されていた酸素をより早期に消費することができる。したがって、フューエルカット制御の実行終了後、より早期に、三元触媒６の状態を、その排気浄化機能を十分に発揮できる状態に回復させることができる。
ただし、フューエルカット制御の実行終了後に上記のようなリッチ化処理が実行された場合、三元触媒６で酸化されずに該三元触媒６をすり抜ける燃料成分であるすり抜け燃料成分が生じる場合がある。特に、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていた場合に、該フューエルカット制御の実行終了後に、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていなかった場合と同様にリッチ化処理が実行されると、すり抜け燃料成分の増加を招き易い。これは、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていた場合と該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていなかった場合とでは、該フューエルカット制御の実行終了時の三元触媒６における酸素保持状態が異なる状態となるためである。
つまり、上述したように、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行された場合、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されなかった場合に比べて、該フューエルカット制御の実行中における流入ガスの酸素濃度が低下する。そのため、フューエルカット制御の実行中において、三元触媒６における酸素保持材に酸素が衝突する頻
度が少なくなる。その結果、三元触媒６における表層近傍部分のみに酸素が保持され易くなる。一方で、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されなかった場合、該フューエルカット制御の実行中における流入ガスの酸素濃度が比較的高いために、三元触媒６における表層近傍部分のみならず該三元触媒６の内部にまで酸素が保持され易くなる。そのために、フューエルカット制御の実行終了後に実行されるリッチ化処理において、該フューエルカット制御の実行中においてＥＧＲ制御が実行されていた場合に、該フューエルカット制御の実行中においてＥＧＲ制御が実行されていなかった場合と同程度まで流入排気の空燃比を低下させると、三元触媒６への単位時間あたりの燃料成分の供給量が該三元触媒６における酸素保持状態に対して過剰に多くなる場合がある。その結果、リッチ化処理に起因するすり抜け燃料成分の増加を招く虞がある。
そこで、本実施例では、フューエルカット制御の実行終了後に実行されるリッチ化処理における流入排気の目標空燃比を、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていた場合は、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていなかった場合に比べてより高い値に設定する。それによって、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていた場合はリッチ化処理における流入排気のリッチ度合いを小さくする。
（制御フロー）
ここで、本実施例に係る、フューエルカット制御が実行される際の制御フロー、および、フューエルカット制御の実行が終了されてリッチ化処理が実行される際の制御フローについて、それぞれ、図２または図３に示すフローチャートに基づいて説明する。これらのフローは、ＥＣＵ１０にプログラムとして予め記憶されており、該ＥＣＵ１０によって該プログラムが実行されることで実現される。
図２は、フューエルカット制御が実行される際の制御フローを示すフローチャートである。本フローは、内燃機関１の運転中にＥＣＵ１０によって実行される。本フローでは、先ずＳ１０１において、アクセル開度センサ１２によって検出されるアクセル開度Ｄａｃｃが零となったか否かが判別される。つまり、Ｓ１０１では、フューエルカット制御の実行条件が成立したか否か（フューエルカット制御を実行すべき減速運転が要求されたか否か）が判別される。Ｓ１０１において否定判定された場合は、本フローの実行が一旦終了される。一方、Ｓ１０１において肯定判定された場合、次にＳ１０２の処理が実行される。
Ｓ１０２においては、現時点の三元触媒６の温度Ｔｃが取得される。なお、上述したように、三元触媒６の温度は温度センサ１６の検出値に基づいてＥＣＵ１０によって推定される。次に、Ｓ１０３において、スロットル弁５の開度が減少される。ここでは、スロットル弁５の開度は、予め定められたフューエルカット制御における目標スロットル開度まで減少される。例えば、目標スロットル開度は零であってもよい（つまり、スロットル弁５が閉弁状態に制御されてもよい。）。次に、Ｓ１０４において、圧力センサ１７によって検出される、スロットル弁５よりも下流側の吸気通路２内の吸気圧力Ｐｉｎが、目標スロットル開度に対応する目標吸気圧力Ｐｉｎｔに達したか否かが判別される。
次に、Ｓ１０５において、フューエルカットフラグ（Ｆ／Ｃフラグ）がＯＮにされる。これによって、内燃機関１での燃料噴射弁からの燃料噴射が停止されることでフューエルカット制御が実行される。次に、Ｓ１０６において、Ｓ１０２で取得された三元触媒６の温度Ｔｃ（すなわち、フューエルカット制御の実行条件が成立した時の三元触媒６の温度）が、所定温度Ｔｃ０以上であるか否かが判別される。上述したように、所定温度Ｔｃ０は、フューエルカット制御の実行中に仮にＥＧＲ制御が実行されなかった場合、該フューエルカット制御の実行中に三元触媒６の温度が過剰に上昇する虞があると判断できる温度
である。このような所定温度Ｔｃ０は実験等に基づいて予め定めることができる。
なお、本実施例においては、フューエルカット制御の実行条件が成立した時の三元触媒６の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ０以上であることが、本発明に係る「所定のＥＧＲ条件」に相当する。ただし、フューエルカット制御の実行中において三元触媒を流れるガスの温度が低く且つその流量が多いと、該ガスによる持ち去り熱量が多くなる。その結果、三元触媒の温度が上昇し難くなることも考えられる。そのため、フューエルカット制御の実行条件が成立した時の三元触媒の温度のみならず、フューエルカット制御の実行中における三元触媒を流れるガスの温度およびその流量を考慮して、本発明に係る「所定のＥＧＲ条件」を定めてもよい。
Ｓ１０６において肯定判定された場合、次にＳ１０７においてＥＧＲ弁２２が開弁される。これにより、ＥＧＲ装置２０によるＥＧＲ制御が実行されることになる。なお、本実施例では、このときにＥＧＲ弁２２を全開状態とするものとする。ただし、このときのＥＧＲ弁２２の開度は所定の中間開度であってもよい。一方、Ｓ１０６において否定判定された場合、次にＳ１０８においてＥＧＲ弁２２が閉弁状態に維持される（フューエルカット制御の実行直前にＥＧＲ制御が実行されていたときは、Ｓ１０８においてＥＧＲ弁２２が閉弁される。）。
図３は、フューエルカット制御の実行が終了されてリッチ化処理が実行される際の制御フローを示すフローチャートである。本フローは、フューエルカット制御の実行中にＥＣＵ１０によって実行される。本フローでは、先ずＳ２０１において、アクセル開度センサ１２によって検出されるアクセル開度Ｄａｃｃが増加したか否か（アクセル開度Ｄａｃｃが零よりも大きくなったか否か）が判別される。つまり、Ｓ２０１では、フューエルカット制御の実行終了条件が成立したか否かが判別される。Ｓ２０１において否定判定された場合は、本フローの実行が一旦終了される。この場合、現在実行されているフューエルカット制御が継続される。一方、Ｓ２０１において肯定判定された場合、次にＳ２０２の処理が実行される。
Ｓ２０２においては、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ弁２２が閉弁状態となっていたか否かが判別される。Ｓ２０２において肯定判定された場合、すなわち、ＥＧＲ弁２２が閉弁状態となっていた場合、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていなかったと判断できる。この場合、次にＳ２０３において、フューエルカット制御の実行終了後に実行されるリッチ化処理における流入排気の目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔが第１目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ１に設定される。Ｓ２０３の次にはＳ２０６の処理が実行される。
一方、Ｓ２０２において否定判定された場合、すなわち、ＥＧＲ弁２２が開弁状態となっていた場合、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていたと判断できる。この場合、次にＳ２０４において、フューエルカット制御の実行終了後に実行されるリッチ化処理における流入排気の目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔが第２目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ２に設定される。ここで、第１目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ１および第２目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ２はいずれも理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であり、リッチ化処理において好適な空燃比として実験等に基づいて予め定められた空燃比である。そして、第２目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ２は第１目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ１よりも高い値に定められている。Ｓ２０４の次には、Ｓ２０５において、ＥＧＲ弁２２が閉弁される。これにより、ＥＧＲ制御の実行が終了される。次にＳ２０６の処理が実行される。
Ｓ２０６においては、スロットル弁５の開度が増加される。ここでは、スロットル弁５の開度は、アクセル開度Ｄａｃｃに応じた機関負荷に対応する目標スロットル開度まで増
加される。次に、Ｓ２０７において、フューエルカットフラグ（Ｆ／Ｃフラグ）がＯＦＦにされる。これによって、内燃機関１での燃料噴射弁からの燃料噴射が再開されることでフューエルカット制御の実行が終了される。次にＳ２０８において、リッチ化処理の実行が開始される。つまり、上流側空燃比センサ１３によって検出される流入排気の空燃比が、Ｓ２０３またはＳ２０４で設定された目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔとなるように、内燃機関１における燃料噴射量が調整される。その結果、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていなかった場合は、リッチ化処理の実行中における流入排気の空燃比が第１目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ１に制御されることになる。また、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていた場合は、リッチ化処理の実行中における流入排気の空燃比が第２目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ２に制御されることになる。そして、リッチ化処理の実行が開始されることにより、排気と共に燃料成分が三元触媒６に供給され、該三元触媒６に保持された酸素が該燃料成分の酸化に消費され始める。
次に、Ｓ２０９において、下流側空燃比センサ１５によって検出される流出排気の空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが、リッチ化処理を停止させる閾値となる空燃比であるリッチ化停止空燃比Ａ／Ｆｏｕｔ０以下となったか否かが判別される。ここで、リッチ化処理が実行されることで三元触媒６に供給される燃料成分が該三元触媒６に保持されていた酸素によって酸化されている間は流出排気の空燃比は理論空燃比に維持される。そして、三元触媒６に保持されていた全ての酸素が燃料成分の酸化ために消費されると、すり抜け燃料成分が発生するために流出排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比となる。そこで、リッチ化停止空燃比Ａ／Ｆｏｕｔ０は、理論空燃比より低いリッチ空燃比であって、三元触媒６に保持されていた全ての酸素が燃料成分の酸化ために消費されたと判断できる空燃比として実験等に基づいて予め定められている。Ｓ２０９において否定判定された場合、該Ｓ２０９の処理が再度実行される。つまり、リッチ化処理が継続される。一方、Ｓ２０９において肯定判定された場合、次にＳ２１０においてリッチ化処理が停止される。つまり、内燃機関１における燃料噴射弁からの燃料噴射量が、アクセル開度Ｄａｃｃに応じた機関負荷に対応する量まで減少される。
（タイムチャート）
次に、図２および図３に示す制御フローを実行した際の各パラメータの時間的推移について図４に基づいて説明する。図４は、図２および図３に示す制御フローを実行することで、フューエルカット制御の実行中においてＥＧＲ制御が実行され、さらに、該フューエルカット制御の実行終了後にリッチ化処理が実行された際の各パラメータの時間的推移を示すタイムチャートである。したがって、図４のいずれのグラフにおいても、横軸は時間を表している。また、図４において、実線は、図２および図３に示す制御フローを実行した場合の各パラメータの推移を示している。一方、図４において、一点鎖線は、従来のように、リッチ化処理における流入排気の目標空燃比を、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていない場合と同様の値（すなわち、第１目標リッチ空燃比）に設定して、リッチ化処理を実行した場合の各パラメータの推移を示している。
図４においては、時間ｔ１においてアクセル開度Ｄａｃｃが零となる。これにより、フューエルカット制御の実行条件が成立する。そのため、時間ｔ１において、スロットル弁５の開度Ｄｔｈが、予め定められたフューエルカット制御における目標スロットル開度まで減少される。これにより、スロットル弁５よりも下流側の吸気通路２内の吸気圧力Ｐｉｎが低下する。なお、図４における図示は省略されているが、時間ｔ１の時点で、三元触媒６の温度Ｔｃは所定温度Ｔｃ０以上となっている。
時間ｔ１から低下し始めた吸気圧力Ｐｉｎは、時間ｔ２の時点で、フューエルカット制御における目標スロットル開度に対応する目標吸気圧力Ｐｉｎｔに到達する。なお、フューエルカット制御の実行条件が成立することでスロットル弁５の開度Ｄｔｈを該フューエ
ルカット制御における目標スロットル開度まで減少させる際に、内燃機関１おけるトルクショックを低減するために、複数段階に分けて、その開度Ｄｔｈを該目標スロットル開度まで減少させてもよい。
時間ｔ２の時点で、吸気圧力Ｐｉｎが目標吸気圧力Ｐｉｎｔに到達すると、フューエルカットフラグ（Ｆ／Ｃフラグ）がＯＮにされる。これによって、フューエルカット制御の実行が開始される。また、時間ｔ２の時点でＥＧＲ弁２２が開弁される。つまり、ＥＧＲ弁２２の開度Ｄｅｇｒが増加される。これによって、ＥＧＲ制御の実行が開始される。なお、時間ｔ２までは、流入排気の目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔは、通常どおり、理論空燃比に設定されている。
ここで、時間ｔ２の時点でフューエルカット制御と共にＥＧＲ制御の実行が開始されると、上述したように、既燃ガスを含むガスが、排気通路３、ＥＧＲ通路２１、および吸気通路２を通って循環すると共に三元触媒６に流入し始める。そして、このときに流入ガスにおける既燃ガスの割合は時間の経過とともに徐々に減少することになる。その結果、時間ｔ２の後、流入排気の酸素濃度Ｃｏｘｉｎは徐々に上昇することになる。また、三元触媒６における酸素保持量Ｓｏｘも徐々に増加することになる。なお、このときの三元触媒６における酸素保持量Ｓｏｘの増加率（単位時間当たりの酸素保持量Ｓｏｘの増加量）は、流入排気の酸素濃度Ｃｏｘｉｎが上昇するにつれて大きくなる。
そして、時間ｔ３の時点で、アクセル開度Ｄａｃｃが零よりも大きくなる。これにより、フューエルカット制御の実行終了条件が成立する。そのため、時間ｔ３の時点で、スロットル弁５の開度Ｄｔｈが、アクセル開度Ｄａｃｃに応じた機関負荷に対応する目標スロットル開度まで増加される。これにより、スロットル弁５よりも下流側の吸気通路２内の吸気圧力Ｐｉｎが上昇する。
また、時間ｔ３の時点で、フューエルカットフラグ（Ｆ／Ｃフラグ）がＯＦＦに制御される。これによって、フューエルカット制御の実行が終了される。つまり、内燃機関１での燃料噴射弁からの燃料噴射が再開される。また、時間ｔ３の時点でＥＧＲ弁２２が閉弁される。これによって、ＥＧＲ制御の実行が終了される。
さらに、時間ｔ３の時点からリッチ化処理の実行が開始される。ここで、図４では、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されている。そのため、本実施例では、図３に示す制御フローが実行されることで、図４において実線で示すように、リッチ化処理における流入排気の目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔが第２Ａ／Ｆｉｎｔ２に設定される。そして、時間ｔ３においてリッチ化処理の実行が開始されると、三元触媒６における酸素保持量Ｓｏｘが減少し始める。
そして、本実施例では、図４において実線で示すように、時間ｔ５の時点で、三元触媒６に保持されていた全ての酸素が燃料成分の酸化ために消費され、該三元触媒６における酸素保持量Ｓｏｘが零となる。そうなると、すり抜け燃料成分が生じるため、時間ｔ５異教においては流出排気におけるＨＣ（燃料成分）の濃度Ｒｈｃが零より大きくなる。そのため、それまで理論空燃比に維持されていた流出排気の空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが、時間ｔ５以降においてはリッチ空燃比となる。その結果、流出排気の空燃比Ａ／Ｆｏｕｔがリッチ化停止空燃比Ａ／Ｆｏｕｔ０以下となると、リッチ化処理の実行が停止される。したがって、本実施例では、時間ｔ５の時点でリッチ化処理の実行が停止される。そして、時間ｔ５以降においては、流入排気の目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔは通常どおり理論空燃比に設定される。ただし、時間ｔ５においてリッチ化処理の実行が停止されても、該時間ｔ５以降において、該リッチ化処理の実行中に内燃機関１から排出された燃料成分が三元触媒６をすり抜けている間は、流出排気の空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが一時的にリッチ空燃比となる。その
ため、図４では、時間ｔ５以降において、流出排気の空燃比Ａ／Ｆｏｕｔがリッチ空燃比となっており、流出排気におけるＨＣの濃度Ｒｈｃが零より大きくなっている。
一方で、図４において一点鎖線で示すように、リッチ化処理における流入排気の目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔが、第２Ａ／Ｆｉｎｔ２よりも低い第１Ａ／Ｆｉｎｔ１に設定された場合、時間ｔ３においてリッチ化処理の実行が開始されると、三元触媒６における酸素保持量Ｓｏｘが本実施例の場合（実線）よりも急速に減少し始める。そのため、この場合は、時間ｔ５よりも早い時間ｔ４の時点で三元触媒６における酸素保持量Ｓｏｘが零となる。その結果、時間ｔ４の時点で、すり抜け燃料成分が生じるため、時間ｔ４以降において流出排気におけるＨＣの濃度Ｒｈｃが零より大きくなる。そして、流出排気の空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが時間ｔ４以降においてリッチ空燃比となる。その結果、流出排気の空燃比Ａ／Ｆｏｕｔがリッチ化停止空燃比Ａ／Ｆｏｕｔ０以下となると、リッチ化処理の実行が停止される。したがって、本実施例では、時間ｔ４の時点でリッチ化処理の実行が停止される。ただし、この場合も、時間ｔ４以降において、リッチ化処理の実行中に内燃機関１から排出された燃料成分が三元触媒６をすり抜けている間は、流出排気の空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが一時的にリッチ空燃比となる。
このとき、上述したように、フューエルカット制御の実行中においてＥＧＲ制御が実行されていた場合にもリッチ化処理における流入排気の空燃比を第１Ａ／Ｆｉｎｔ１まで低下させると、三元触媒６への単位時間あたりの燃料成分の供給量が該三元触媒６における酸素保持状態に対して過剰に多くなる。そのため、図４において時間ｔ４以降の一点鎖線で示す流出排気におけるＨＣの濃度Ｒｈｃは、図４において時間ｔ５以降の実線で示す流出排気におけるＨＣの濃度Ｒｈｃよりも高くなっている。
以上説明した、図４における実線と一点鎖線とで示す流出排気におけるＨＣの濃度Ｒｈｃの比較からもわかるように、フューエルカット制御の実行終了後に実行されるリッチ化処理における流入排気の目標空燃比を、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていた場合は、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていなかった場合に比べて高い値に設定することで、該リッチ化処理の実行に伴うすり抜け燃料成分の増加を抑制することができる。また、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていた場合は、該フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていなかった場合に比べてリッチ化処理における流入排気の目標空燃比を高い値に設定しても、該リッチ化処理によって三元触媒６に保持されていた酸素を十分に消費するための燃料成分を該三元触媒６に供給することができる。
したがって、本実施例に係るリッチ化処理によれば、フューエルカット制御の実行終了後において、すり抜け燃料成分の増加を抑制しつつ、可及的早期に、三元触媒６の状態を、その排気浄化機能を十分に発揮できる状態にまで回復させることができる。したがって、フューエルカット制御の実行終了後に三元触媒６の排気浄化機能をより好適に回復させることができる。
なお、本実施例においては、図２に示すフローのＳ１０５においてフューエルカットフラグ（Ｆ／Ｃフラグ）がＯＮにされると、内燃機関１での燃料噴射弁からの燃料噴射を停止することでフューエルカット制御を実行し、図３に示すスローの２０７においてフューエルカットフラグ（Ｆ／Ｃフラグ）がＯＦＦにされると、内燃機関１での燃料噴射弁からの燃料噴射を再開することでフューエルカット制御の実行を終了させるＥＣＵ１０によって、本発明に係る「フューエルカット制御実行部」が実現される。また、本実施例においては、図３に示すフローのＳ２０８においてリッチ化処理の実行を開始し、流入排気の空燃比がＳ２０３またはＳ２０４で設定された目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔとなるように内燃機関１における燃料噴射量を調整するＥＣＵ１０によって、本発明に係る「リッチ化処理実
行部」が実現される。
また、上述したリッチ化処理においては、三元触媒６における酸素保持量Ｓｏｘが零となるまで、その処理の実行を継続したが、必ずしもそのようにする必要はない。例えば、リッチ化処理を実行する際に、予め定められた所定期間、該処理を実行するようにしてもよい。
＜変形例＞
ここで、本実施例に係るリッチ化処理の変形例について説明する。上述したように、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ装置２０によってＥＧＲ制御が実行された場合、該フューエルカット制御の実行開始直前に内燃機関１から排出された既燃ガスを含むガスが三元触媒６に流入するために、流入ガスの酸素濃度を低下させることできる。そのため、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行される場合、該フューエルカット制御の実行開始直前の内燃機関１の運転状態および該フューエルカット制御実行中の内燃機関１の吸入空気量等に応じて、該フューエルカット制御の実行中における流入ガスの酸素濃度が異なるものとなる。そして、フューエルカット制御実行中の流入ガスの酸素濃度が異なると、該フューエルカット制御の実行終了時点の三元触媒６における酸素保持状態も異なる状態となる。
そこで、本変形例に係るリッチ化処理においては、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていた場合は、フューエルカット制御の実行終了時点での流入ガスの酸素濃度に基づいて、該フューエルカット制御の終了後に実行するリッチ化処理での流入排気の目標空燃比（すなわち、第２目標リッチ空燃比）を異なる値に設定する。図５は、本変形例に係る、フューエルカット制御の実行終了時点での流入ガスの酸素濃度Ｃｏｘｉｎと、第２目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ２との相関を示すグラフである。このグラフに示すように、本変形例に係るリッチ化処理においては、第２目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ２を、リッチ空燃比の範囲で有って且つ第１目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ１よりも高い範囲で、フューエルカット制御の実行終了時点での流入ガスの酸素濃度Ｃｏｘｉｎが低いほど、より高い空燃比に設定する。なお、必ずしも、フューエルカット制御の実行終了時点での流入ガスの酸素濃度Ｃｏｘｉｎに対して第２目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ２をリニアに変更する必要はなく、その値を段階的に変更してもよい。つまり、フューエルカット制御の実行終了時点での流入ガスの酸素濃度Ｃｏｘｉｎが低いときは、該流入ガスの酸素濃度Ｃｏｘｉｎが高いときに比べて、第２目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ２がより高い値に設定されればよい。
本変形においては、図５に示すような、フューエルカット制御の実行終了時点での流入ガスの酸素濃度Ｃｏｘｉｎと第２目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ２との相関がマップまたは関数としてＥＣＵ１０に予め記憶されている。そして、図３に示すフローのＳ２０４において、リッチ化処理における流入排気の目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔを第２目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ２に設定する際に、このマップまたは関数を用いて該第２目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ２を算出する。
上記のように第２目標リッチ空燃比Ａ／Ｆｉｎｔ２を設定することで、フューエルカット制御の実行中にＥＧＲ制御が実行されていた場合のリッチ化処理において、すり抜け燃料成分の増加をより効果的に抑制しつつ、可及的早期に、三元触媒６の状態を、その排気浄化機能を十分に発揮できる状態に回復させることができる。
１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・エアフローメータ
５・・・スロットル弁
６・・・三元触媒
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランク角センサ
１２・・アクセル開度センサ
１３・・上流側空燃比センサ
１４・・酸素濃度センサ
１５・・下流側空燃比センサ
１６・・温度センサ
２０・・ＥＧＲ装置
２１・・ＥＧＲ通路
２２・・ＥＧＲ弁

Claims (2)

  1. 内燃機関における排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を有し、該排気通路を流れるガスの一部を該ＥＧＲ通路を通して該吸気通路に導入するＥＧＲ制御を実行するＥＧＲ装置と、
    前記内燃機関の減速運転時に、該内燃機関での燃料噴射を停止するフューエルカット制御を実行するフューエルカット制御実行部と、
    前記排気通路に設けられた三元触媒と、
    前記フューエルカット制御実行部による前記フューエルカット制御の実行終了後に、前記三元触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも低いリッチ空燃比に低下させるリッチ化処理を実行するリッチ化処理実行部と、を備え、
    前記フューエルカット制御実行部による前記フューエルカット制御の実行開始時に、所定のＥＧＲ条件が成立していた場合、該フューエルカット制御の実行中に前記ＥＧＲ装置が前記ＥＧＲ制御を実行し、該所定のＥＧＲ条件が成立していなかった場合、該フューエルカット制御の実行中に前記ＥＧＲ装置が前記ＥＧＲ制御を実行せず、
    前記リッチ化処理実行部が、前記フューエルカット制御実行部による前記フューエルカット制御の実行終了後に前記リッチ化処理を実行する際に、該フューエルカット制御の実行中に前記ＥＧＲ装置によって前記ＥＧＲ制御が実行されていた場合は、該フューエルカット制御の実行中に前記ＥＧＲ装置によって前記ＥＧＲ制御が実行されていなかった場合に比べて、前記三元触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比の範囲でより高い空燃比に制御する内燃機関の排気浄化システム。
  2. 前記フューエルカット制御実行部による前記フューエルカット制御の実行中に前記ＥＧＲ装置によって前記ＥＧＲ制御が実行されていた場合は、前記リッチ化処理実行部が、該フューエルカット制御の実行終了後に前記リッチ化処理を実行する際に、該フューエルカット制御の実行終了時点で前記三元触媒に流入するガスの酸素濃度が低いときは、該ガスの酸素濃度が高いときに比べて、前記三元触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比の範囲でより高い空燃比に制御する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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