JP6624086B2 - エンジン装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン装置に関し、詳しくは、排気を浄化する浄化装置を有するエンジンを備えるエンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置としては、排気を浄化する浄化装置の後段に空燃比センサを備え、浄化装置からの排ガスの空燃比により燃料噴射量の制御を行なうものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、空燃比センサにより検出された空燃比が理論空燃比に対してリッチであるときには燃料噴射量をリーン側に補正し、リーンであるときには燃料噴射量をリッチ側に補正することにより、エミッションの悪化を抑制している。

特開２０１４−１５９２１号公報

空燃比をリッチ側に補正してエンジンを運転すると、浄化装置のリッチ化が進み、浄化装置からの排ガスもリッチになると、浄化装置から未燃焼燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が排出されるから、エミッションの悪化を抑制するために空燃比をリーン側に補正する。空燃比をリーン側に補正してエンジンを運転すると、浄化装置のリーン化が進み、浄化装置からの排ガスもリーンとなると、浄化装置から窒素酸化物（ＮＯｘ）が排出されるから、エミッションの悪化を抑制するために空燃比をリッチ側に補正する。触媒雰囲気がリッチ側になると排ガス中の未燃焼燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が増加するが、触媒雰囲気のリッチの程度に対する未燃焼燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）の増加の程度（傾き）は比較的緩やかである。一方、触媒雰囲気がリーン側になると排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が増加するが、触媒雰囲気のリーンの程度に対する窒素酸化物（ＮＯｘ）の増加の程度（傾き）は、リッチ側の傾きに比して比較的急峻である。このため、理論空燃比（ストイキ）と若干のリッチとの間で制御することにより未燃焼燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を良好に抑制することができる。このため、空燃比を若干のリッチ側に補正してエンジンを運転し、浄化装置からの排ガスがリ若干のッチ側に閾値以上になると、空燃比を若干のリーン側に補正するが、浄化装置からの排ガスが若干のリーン側の閾値に至らないうちに空燃比を若干のリッチ側に補正することも考えられている。こうした空燃比制御を継続すると、触媒の後方までリッチになってしまうため、浄化装置からの排ガスが若干のリッチ側に閾値以上になった回数をカウントし、カウント数が所定値に至ったときに、一時的に浄化装置からの排ガスがリーン側になるように燃料カットを行なうことも考えられている。そして、このカウント数は、エンジンの運転が停止されたときに値０にリセットされるが、アイドルストップを行なう自動車やエンジンを間欠運転するハイブリッド自動車などに搭載されたエンジン装置では、頻繁にエンジンの始動と停止とが繰り返されてカウント値がリセットされるため、浄化装置からの排ガスの空燃比が常にリッチ側となり、エミッションが悪化してしまう場合が生じる。また、浄化装置のリッチ化の程度は、リッチ側の補正の程度などにより定まるため、カウント数だけではその精度が低くなり、過剰な燃料カットを要求する場合も生じる。

本発明のエンジン装置は、エミッションの悪化を抑制することを主目的とする。

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置は、
排気を浄化する浄化装置を有するエンジンと、
前記浄化装置の後段で空燃比を検出する空燃比センサと、
前記空燃比センサにより検出される空燃比がリッチ側閾値以下になるまで空燃比をリッチ補正するリッチ補正処理と、前記空燃比センサにより検出される空燃比が前記リッチ側閾値以下になったときに所定期間に亘って空燃比をリーン補正するリーン補正処理と、を繰り返して前記エンジンを運転制御する制御装置と、
を備える車載用のエンジン装置であって、
前記制御装置は、
前記空燃比センサにより検出される空燃比が前記リッチ側閾値以下になったときに空燃比用カウンタをカウントアップし、前記エンジンの間欠運転による運転停止中は前記空燃比用カウンタを保持し、前記空燃比センサにより検出される空燃比がリーン側閾値以上の状態での吸入空気量の積算値が所定空気量以上となったときには前記空燃比用カウンタを値０にリセットするカウンタ処理を実行すると共に、
前記空燃比センサにより検出される空燃比が前記リッチ側閾値以下の状態のときの吸入空気量の積算値をリッチ時空気量積算値として計算し、前記空燃比センサにより検出される空燃比が前記リーン側閾値以上の状態のときの吸入空気量の積算値が所定空気量以上となったときにはリッチ時空気量積算値を値０にリセットする空気量積算処理を実行し、
前記空燃比用カウンタが所定カウント値以上であり、且つ、前記リッチ時空気量積算値が所定積算値以上であるときには、燃料カットの実行条件が成立したときに燃料カットする、
ことを要旨とする。

本発明のエンジン装置では、空燃比センサにより検出される空燃比がリッチ側閾値以下になるまで空燃比をリッチ補正するリッチ補正処理と、空燃比センサにより検出される空燃比がリッチ側閾値以下になったときに所定期間に亘って空燃比をリーン補正するリーン補正処理と、を繰り返してエンジンを運転制御する。所定期間としては、リーン補正を開始してから浄化装置に吸蔵される酸素（酸素吸蔵量）が所定値以上となる期間を用いることができる。そして、空燃比センサにより検出される空燃比がリッチ側閾値以下になったときに空燃比用カウンタをカウントアップし、エンジンの間欠運転による運転停止中は空燃比用カウンタを保持し、空燃比センサにより検出される空燃比がリーン側閾値以上の状態での吸入空気量の積算値が所定空気量以上となったときには空燃比用カウンタを値０にリセットする。また、空燃比センサにより検出される空燃比がリッチ側閾値以下の状態のときの吸入空気量の積算値をリッチ時空気量積算値として計算し、空燃比センサにより検出される空燃比がリーン側閾値以上の状態のときの吸入空気量の積算値が所定空気量以上となったときにはリッチ時空気量積算値を値０にリセットする。そして、空燃比用カウンタが所定カウント値以上であり、且つ、リッチ時空気量積算値が所定積算値以上であるときには、燃料カットの実行条件が成立したときに燃料カットする。エンジンの間欠運転による運転停止中は空燃比用カウンタを保持するから、エンジンの間欠運転による運転停止によって空燃比用カウンタを値０にリセットすることに基づいて浄化装置からの排ガスの空燃比が常にリッチ側となり、エミッションが悪化するという不都合を回避することができる。また、空燃比用カウンタが所定カウント値以上となるだけでなく、リッチ時空気量積算値が所定積算値以上となるときに燃料カットを実行するから、過剰な燃料カットを抑制することができる。これらの結果、エミッションの悪化を抑制することができる。ここで、エンジンの間欠運転には、アイドルストップも含まれる。

本発明の実施例としてのエンジン装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジン装置としてのエンジン２２や燃料供給装置６０の構成の概略を示す構成図である。 エンジンＥＣＵ２４により実行される燃料噴射量補正処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 実施例の燃料噴射量補正処理ルーチンを繰り返し実行したときの空燃比ＡＦ２と燃料補正とエミッションの時間変化の一例を示す説明図である。 エンジンＥＣＵ２４により実行される触媒調整処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 エンジンＥＣＵ２４により実行されるリーン時積算空気量計算処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 エンジンＥＣＵ２４により実行されるリッチ時積算空気量計算処理触媒調整処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 エンジンＥＣＵ２４により実行されるカウンタ処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例としてのエンジン装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、エンジン装置としてのエンジン２２や燃料供給装置６０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図１に示すように、エンジン２２と、燃料供給装置６０と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ＨＶＥＣＵ」という）７０と、を備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などの燃料を用いて動力を出力する内燃機関として構成されている。図２に示すように、エンジン２２は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁１２５と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁１２６と、を有する。エンジン２２は、ポート噴射弁１２５と筒内噴射弁１２６とを有することにより、ポート噴射モードと筒内噴射モードと共用噴射モードとのいずれかで運転が可能となっている。ポート噴射モードでは、エアクリーナ１２２によって清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共にポート噴射弁１２５から燃料を噴射して空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃焼室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギによって押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。筒内噴射モードでは、ポート噴射モードと同様に空気を燃焼室に吸入し、吸気行程の途中あるいは圧縮行程に至ってから筒内噴射弁１２６から燃料を噴射し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させてクランクシャフト２６の回転運動を得る。共用噴射モードでは、空気を燃焼室に吸入する際にポート噴射弁１２５から燃料を噴射すると共に吸気行程や圧縮行程で筒内噴射弁１２６から燃料を噴射し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させてクランクシャフト２６の回転運動を得る。これらの噴射モードは、エンジン２２の運転状態に基づいて切り替えられる。燃焼室からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元触媒）を有する浄化装置１３４を介して外気に排出される。

図２に示すように、燃料供給装置６０は、エンジン２２のポート噴射弁１２５および筒内噴射弁１２６に燃料を供給する装置として構成されている。燃料供給装置６０は、燃料タンク６１と、燃料タンク６１の燃料をポート噴射弁１２５が接続された低圧側通路（第１通路）６３に供給するフィードポンプ（第１ポンプ）６２と、低圧側通路６３に設けられた逆止弁６４と、低圧側通路６３における逆止弁６４よりもポート噴射弁１２５側の燃料を加圧して筒内噴射弁１２６が接続された高圧側通路（第２通路）６６に供給する高圧燃料ポンプ（第２ポンプ）６５と、を備える。

フィードポンプ６２および逆止弁６４は、燃料タンク６１内に配置されている。フィードポンプ６２は、バッテリ５０からの電力の供給を受けて作動する電動ポンプとして構成されている。逆止弁６４は、低圧側通路６３におけるフィードポンプ６２側の燃圧（燃料の圧力）がポート噴射弁１２５側の燃圧よりも高いときには開弁し、フィードポンプ６２側の圧力がポート噴射弁１２５側の燃圧以下のときには閉弁する。

高圧燃料ポンプ６５は、エンジン２２からの動力（カムシャフトの回転）によって駆動されて低圧側通路６３内の燃料を加圧するポンプである。高圧燃料ポンプ６５は、その吸入口に接続されて燃料を加圧する際に開閉する電磁バルブ６５ａと、その吐出口に接続されて燃料の逆流を防止すると共に高圧側通路６６内の燃圧を保持するチェックバルブ６５ｂと、を有する。この高圧燃料ポンプ６５は、エンジン２２の運転中に電磁バルブ６５ａが開弁されると、フィードポンプ６２からの燃料を吸入し、電磁バルブ６５ａが閉弁されたときに、エンジン２２からの動力によって作動する図示しないプランジャによって圧縮した燃料をチェックバルブ６５ｂを介して高圧側通路６６に断続的に送り込むことにより、高圧側通路６６に供給する燃料を加圧する。なお、高圧燃料ポンプ６５の駆動時には、低圧側通路６３内の燃圧や高圧側通路６６内の燃圧がエンジン２２の回転（カムシャフトの回転）に応じて脈動する。

エンジン２２および燃料供給装置６０は、エンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２４によって運転制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。

エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御したり燃料供給装置６０を制御したりするのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。エンジンＥＣＵ２４に入力される信号としては、例えば、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションθｃｒや、エンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｗを挙げることができる。また、吸気バルブ１２８を開閉するインテークカムシャフトや排気バルブを開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジションθｃａも挙げることができる。さらに、スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットル開度ＴＨや、吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａ，吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温Ｔａも挙げることができる。加えて、排気管の浄化装置１３４の前段に取り付けられた第１空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦ１や、排気管の浄化装置１３４の後段に取り付けられた第２空燃比センサ１３５ｂからの空燃比ＡＦ２、浄化装置１３４に取り付けられた温度センサ１３５ｃからの触媒温度Ｔｃも挙げることができる。実施例では、第１空燃比センサ１３５ａと第２空燃比センサ１３５ｂについては、酸素濃度センサを用い、排ガス中の酸素濃度に対応する検出信号を空燃比ＡＦ１，ＡＦ２に対応させて検出するものとした。また、燃料供給装置６０のフィードポンプ６２に取り付けられた回転数センサ６２ａからのフィードポンプ６２の回転数Ｎｆｐや、低圧側通路６３におけるポート噴射弁１２５付近に取り付けられた燃圧センサ６８からのポート噴射弁１２５に供給する燃料の燃圧Ｐｆｐ，高圧側通路６６における筒内噴射弁１２６付近に取り付けられた燃圧センサ６９からの筒内噴射弁１２６に供給する燃料の燃圧Ｐｆｄも挙げることができる。

エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御したり燃料供給装置６０を制御したりするための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４から出力される信号としては、例えば、ポート噴射弁１２５への駆動信号や筒内噴射弁１２６への駆動信号，スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号，イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号を挙げることができる。また、フィードポンプ６２への駆動制御信号，高圧燃料ポンプ６５の電磁バルブ６５ａへの駆動制御信号も挙げることができる。

エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ１４０からのクランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。なお、エンジン装置としては、エンジン２２と燃料供給装置６０とエンジンＥＣＵ２４とが該当する。

図１に示すように、プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤには、モータＭＧ１の回転子が接続されている。プラネタリギヤ３０のリングギヤには、駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８を介して連結された駆動軸３６が接続されている。プラネタリギヤ３０のキャリヤには、ダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。

モータＭＧ１は、例えば同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６に接続されている。インバータ４１，４２は、モータＭＧ１，ＭＧ２と接続されると共に電力ライン５４を介してバッテリ５０と接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０によって、インバータ４１，４２の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの回転位置θｍ１，θｍ２，モータＭＧ２の温度を検出する温度センサからのモータＭＧ２の温度ｔｍ２などが入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の図示しない複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算している。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、電力ライン５４を介してインバータ４１，４２と接続されている。このバッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２によって管理されている。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリＥＣＵ５２に入力される信号としては、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの電池電圧Ｖｂやバッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂを挙げることができる。バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。バッテリＥＣＵ５２は、電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂの積算値に基づいて蓄電割合ＳＯＣを演算している。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対するバッテリ５０から放電可能な電力の容量の割合である。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰを挙げることができる。また、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖも挙げることができる。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４，モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６の要求駆動力を設定し、要求駆動力に見合う要求動力が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを運転制御する。エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを用いて走行する走行モードとしては、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの動力により走行するモータ走行モードと、エンジン２２を運転してエンジン２２からの動力とモータＭＧ１，ＭＧ２からの動力により走行するハイブリッド走行モードとがある。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０に搭載されたエンジン装置の動作、特にエミッションの悪化を抑制するための動作について説明する。エンジン２２の燃料噴射制御は、基本的にはエアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａと温度センサ１４９からの吸気温Ｔａとに基づいて理論空燃比となるように基本燃料噴射量τ０を求め、この基本燃料噴射量τ０に各種補正係数を乗じて実行用燃料噴射量τを計算し、ポート噴射弁１２５や筒内噴射弁１２６から実行用燃料噴射量τが噴射されるようにその開弁時間を設定することなどにより行なわれる。そして、第１空燃比センサ１３５ａにより検出される空燃比ＡＦ１に基づいてフィードバック制御される。実施例のエンジン装置では、浄化装置１３４から未燃焼燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が排出されたときは、空燃比をリーン側に補正してエンジン２２を運転すれば、比較的短時間で未燃焼燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）の排出を停止することができるが、浄化装置１３４から窒素酸化物（ＮＯｘ）が排出されたときは、空燃比をリッチ側に補正してエンジンを運転しても、ある程度の時間に亘って窒素酸化物（ＮＯｘ）が排出されてしまう。実施例では、こうした現象を考慮し、エミッションの悪化を抑制する燃料噴射制御が実行される。図３は、エンジン２２が運転されている最中にエンジンＥＣＵ２４により実行される燃料噴射量補正処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎や数十ｍｓｅｃ毎など）に繰り返し実行される。

燃料噴射量補正処理ルーチンが実行されると、エンジンＥＣＵ２４は、まず、エンジン２２への燃料をカットしている最中であるか否かを判定し（ステップＳ１００）、燃料カット中であると判定したときに、リーン補正実行フラグＦに値０をセットして（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。リーン補正実行フラグＦは、このルーチンにより設定されるものであり、燃料噴射量を理論空燃比からリーン側に補正するリーン補正を実行しているときに値１が設定され、リーン補正を実行していないとき（燃料カット中とリッチ補正を実行しているとき）に値０が設定される。燃料カット中にリーン補正実行フラグＦに値０を設定するのは、燃料カット中は空気が浄化装置１３４に供給されるため、浄化装置１３４の浄化触媒はリーン雰囲気になっており、燃料カットを解除した直後はリッチ補正するのが好ましいからである。なお、リッチ補正は、実施例では、燃料噴射量を理論空燃比からリッチ側に補正することを意味している。

ステップＳ１００で燃料カット中ではないと判定すると、リーン補正実行フラグＦが値０であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。リーン補正実行フラグＦが値０であると判定したときには、第２空燃比センサ１３５ｂからの空燃比ＡＦ２を入力し（ステップＳ１２０）、入力した空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。リッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１は、理論空燃比（１４．６）より僅かに小さい値であり、例えば１４．５５などを用いることができる。空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１以上であると判定したときにはリッチ補正を実行し（ステップＳ１４０）、リーン補正実行フラグＦに値０をセットして（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。したがって、空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１以上である最中は継続してリッチ補正が行なわれることになる。

ステップＳ１３０で空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満であると判定したときには、リッチ補正に代えてリーン補正を実行し（ステップＳ１７０）、リーン補正実行フラグＦに値１をセットして（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。この場合、次回このルーチンが実行されたときには、ステップＳ１１０でリーン補正実行フラグＦは値０ではないと判定され、リーン補正の実行を開始してから浄化装置１３４の触媒に吸蔵された酸素量（酸素吸蔵量）が所定値に至ったかを判定する（ステップＳ１６０）。酸素吸蔵量が所定値に至ったか否かの判定は、リーン補正時の吸入空気量の積算値に補正係数を乗じることなどにより行なうことができる。リーン側閾値ＡＦｒｅｆ２は、理論空燃比（１４．６）より僅かに大きい値であり、例えば１４．６５などを用いることができる。リーン補正の実行を開始してから触媒の酸素吸蔵量が所定値に至っていないと判定したときには、リーン補正を継続して実行し（ステップＳ１７０）、リーン補正実行フラグＦに値１をセットして（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１６０でリーン補正の実行を開始してから触媒の酸素吸蔵量が所定値に至ったと判定したときには、リーン補正に代えてリッチ補正を実行し（ステップＳ１４０）、リーン補正実行フラグＦに値０をセットして（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。

図４は、実施例の燃料噴射量補正処理ルーチンを繰り返し実行したときの空燃比ＡＦ２と燃料補正とエミッションの時間変化の一例を示す説明図である。リッチ補正を継続して実行することにより空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１を跨いでリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満に至った時間Ｔ１（時間Ｔ３）でリッチ補正に代えてリーン補正が実行される。このとき、僅かではあるが浄化装置１３４から未燃焼燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が排出されることもあるが、リッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１は理論空燃比（ストイキ）から僅かにリッチ側であるため、通常は浄化装置１３４から未燃焼燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が排出されない。図４では、解りやすいようにするために僅かに排出される場合を模式的に示した。リーン補正の実行が開始されてから触媒の酸素吸蔵量が所定値に至った時間Ｔ２（時間Ｔ４）でリーン補正に代えてリッチ補正が実行される。リーン補正を時間Ｔ１から時間Ｔ２の間の時間に亘って継続して実行しても、触媒の酸素吸蔵量が所定値に至っただけで浄化装置１３４からは窒素酸化物（ＮＯｘ）は排出されることはない。

上述した図３の燃料噴射量補正処理ルーチンを実行すると、浄化装置１３４の浄化触媒は、基本的にリッチ雰囲気となる。浄化装置１３４の機能を十分に発揮させるために、定期的に浄化装置１３４の浄化触媒をリーン雰囲気にする必要がある。図５は、こうした浄化触媒の調整を行なうためにエンジンＥＣＵ２４により実行される触媒調整処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎や数十ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

触媒調整処理ルーチンが実行されると、エンジンＥＣＵ２４は、まず、空燃比センサ１３５ｂが正常に機能する状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２００）。この判定は、空燃比センサ１３５ｂからの信号ラインに断線が生じていないことや、空燃比センサ１３５ｂからの信号が特定の値に固着していないこと、空燃比センサ１３５ｂが機能可能な温度状態にあることなどにより判定する。

ステップＳ２００で空燃比センサ１３５ｂが正常に機能する状態にあると判定したときには、リーン時積算空気量Ｑｌｅａｎの計算処理（ステップＳ２１０）、リッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈの計算処理（ステップＳ２２０）、カウンタＣのカウンタ処理（ステップＳ２３０）を実行し、空燃比センサ１３５ｂが正常に機能する状態にないと判定したときには、リーン時積算空気量Ｑｌｅａｎやリッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈ、カウンタＣを全て値０にリセットする（ステップＳ２４０）。リーン時積算空気量Ｑｌｅａｎは、空燃比センサ１３５ｂからの空燃比ＡＦ２がリーン側閾値ＡＦｒｅｆ２以上のときの吸入空気量の積算値であり、図６に例示するリーン時積算空気量計算処理ルーチンにより計算される。リッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈは、空燃比センサ１３５ｂからの空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満のときの吸入空気量の積算値であり、図７に例示するリッチ時積算空気量計算処理ルーチンにより計算される。カウンタＣは、エンジン２２が運転中に空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満になった回数であり、図８に例示するカウンタ処理ルーチンにより設定される。説明の容易のために、触媒調整処理の説明を中断し、図６〜図８を用いてリーン時積算空気量Ｑｌｅａｎの計算処理、リッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈの計算処理、カウンタＣのカウンタ処理について説明する。

リーン時積算空気量Ｑｌｅａｎの計算処理は、図６に例示するリーン時積算空気量計算処理ルーチンに示すように、まず、空燃比センサ１３５ｂからの空燃比ＡＦ２を入力し（ステップＳ３００）、エンジン２２の運転状態として燃料カット中であるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。燃料カット中であると判定したときには、補正係数ｋに燃料カット中の値ｋ１を設定し（ステップＳ３２０）、燃料カット中ではないと判定したときには、補正係数ｋに値ｋ１より小さい値ｋ２を設定する（ステップＳ３３０）。ここで、補正係数ｋは、燃料カット中と燃料カット中ではないときの排ガス中の空気量を反映するものであり、例えば、ｋ１＝１．０、ｋ２＝０．２などを用いることができる。続いて、空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ３４０）。空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満であると判定したときには、リーン時積算空気量Ｑｌｅａｎを値０にクリアして（ステップＳ３６０）、本ルーチンを終了する。空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１以上であると判定したときには、空燃比ＡＦがリーン側閾値ＡＦｒｅｆ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ３５０）。空燃比ＡＦがリーン側閾値ＡＦｒｅｆ２以上であると判定したときには、そのときのリーン時積算空気量Ｑｌｅａｎに補正係数ｋに吸入空気量Ｑａを乗じたものを加えて新たなリーン時積算空気量Ｑｌｅａｎとし（ステップＳ３７０）、本ルーチンを終了する。一方、空燃比ＡＦがリーン側閾値ＡＦｒｅｆ２未満であると判定したときには、そのときのリーン時積算空気量Ｑｌｅａｎを保持して（ステップＳ３８０）、本ルーチンを終了する。

リッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈの計算処理は、図７に例示するリッチ時積算空気量計算処理ルーチンに示すように、まず、空燃比センサ１３５ｂからの空燃比ＡＦ２を入力し（ステップＳ４００）、空燃比ＡＦ２がリーン側閾値ＡＦｒｅｆ２以上であるか否か（ステップＳ４１０）、リーン時積算空気量Ｑｌｅａｎが閾値Ｑｒｅｆ２以上であるか否か（ステップＳ４２０）、を判定する。閾値Ｑｒｅｆ２は、浄化装置１３４の後段で検出した空燃比ＡＦ２がリーン側閾値ＡＦｒｅｆ２以上のときに浄化触媒が完全にリーン雰囲気になる程度の吸入空気量の積算値であり、実験などにより予め定めることができる。空燃比ＡＦ２がリーン側閾値ＡＦｒｅｆ２以上であり、且つ、リーン時積算空気量Ｑｌｅａｎが閾値Ｑｒｅｆ２以上であると判定したときには、リッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈを値０にクリアして（ステップＳ４５０）、本ルーチンを終了する。空燃比ＡＦ２がリーン側閾値ＡＦｒｅｆ２未満であったり、リーン時積算空気量Ｑｌｅａｎが閾値Ｑｒｅｆ２未満であるときには、空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ４３０）。空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満であると判定したときには、そのときのリッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈに吸入空気量Ｑａを加えて新たなリッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈとし（ステップＳ４６０）、本ルーチンを終了する。一方、空燃比ＡＦがリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満であると判定したときには、そのときのリッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈを保持して（ステップＳ４７０）、本ルーチンを終了する。

カウンタＣのカウンタ処理は、図８に例示するカウンタ処理ルーチンに示すように、まず、空燃比センサ１３５ｂからの空燃比ＡＦ２を入力し（ステップＳ５００）、空燃比ＡＦ２がリーン側閾値ＡＦｒｅｆ２以上であるか否か（ステップＳ５１０）、リーン時積算空気量Ｑｌｅａｎが閾値Ｑｒｅｆ２以上であるか否か（ステップＳ５２０）、を判定する。空燃比ＡＦ２がリーン側閾値ＡＦｒｅｆ２以上であり、且つ、リーン時積算空気量Ｑｌｅａｎが閾値Ｑｒｅｆ２以上であると判定したときには、カウンタＣを値０にクリアして（ステップＳ５３０）、本ルーチンを終了する。空燃比ＡＦ２がリーン側閾値ＡＦｒｅｆ２未満であったり、リーン時積算空気量Ｑｌｅａｎが閾値Ｑｒｅｆ２未満であるときには、空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満であるか否か（ステップＳ５４０）、前回このルーチンを実行したときの空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１以上であるか否か（ステップＳ５５０）、エンジン２２は運転中であるか否か（ステップＳ５６０）、を判定する。これらの判定は、エンジン２２が運転中に空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満になったときを判定するものとなり、また、図３の燃料噴射量補正処理ルーチンによりリッチ補正からリーン補正に切り替わったときを判定するものとなる。空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満であると共に前回このルーチンを実行したときの空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１以上であり、且つ、エンジン２２は運転中であるときには、カウンタＣを値１だけインクリメントして（ステップＳ５７０）、本ルーチンを終了する。一方、空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１以上であったり、前回このルーチンを実行したときの空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満であったり、エンジン２２が間欠停止中であるときには、そのときのカウンタＣを保持して（ステップＳ５８０）、本ルーチンを終了する。

触媒調整処理の説明に戻る。こうしてリーン時積算空気量Ｑｌｅａｎやリッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈ、カウンタＣを計算すると、温度センサ１３５ｃからの触媒温度Ｔｃを入力し（ステップＳ２５０）、カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ以上であり、リッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈが閾値Ｑｒｅｆ１以上であり、更に触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２６０）。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、触媒の劣化を抑制するために燃料カットを禁止する必要がある触媒の温度やその温度より若干低い温度を用いることができ、触媒に応じて定めることができ、例えば８００℃や９００℃などを用いることができる。カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ以上であり、リッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈが閾値Ｑｒｅｆ１以上であり、更に触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｒｅｆ未満であるときには、浄化触媒を一旦リーン雰囲気にする必要があると判断し、燃料カットを要求して（ステップＳ２７０）、本ルーチンを終了する。燃料カットを要求すると、燃料カットの実行条件が成立したときに燃料カットが行なわれ、浄化装置１３４に空気が供給され、浄化触媒がリーン雰囲気になる。一方、カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ未満であったり、リッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈが閾値Ｑｒｅｆ１未満であったり、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｒｅｆ以上のときには、燃料カットの要求をクリアして（ステップＳ２８０）、本ルーチンを終了する。

以上説明した実施例のエンジン装置では、浄化装置１３４の後段に取り付けられた空燃比センサ１３５ｂからの空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満に至るまで燃料噴射量をリッチ補正し、空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満に至ったときには空燃比ＡＦ２がリーン側閾値ＡＦｒｅｆ２以上にならない程度（酸素吸蔵量が所定値以上となる程度）だけリーン補正を行ない、再び、空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満に至るまで燃料噴射量をリッチ補正する。これにより、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑制することができ、エミッションの悪化を抑制することができる。また、カウンタＣにより空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満に至った回数をカウントすると共に、空燃比ＡＦ２がリッチ側閾値ＡＦｒｅｆ１未満の状態のときの吸入空気量Ｑａの積算値としてリッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈを計算し、カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ以上であり、リッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈが閾値Ｑｒｅｆ１以上であり、更に触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｒｅｆ未満であるときに、燃料カットを要求する。この燃料カット要求に対して燃料カットが行なわれることにより、浄化装置１３４の浄化触媒は一旦リーン雰囲気となる。これにより、浄化装置１３４の浄化触媒の機能を十分に発揮させることができ、エミッションの悪化を抑制することができる。カウンタＣは、エンジン２２を間欠停止したときにはその値を保持するから、エンジン２２の運転停止によりカウンタＣを値０にリセットするものに比して、浄化装置１３４の浄化触媒を一旦リーン雰囲気とする機会を得ることができ、浄化装置１３４からの排ガスの空燃比が常にリッチ側となり、エミッションが悪化するのを回避することができる。リッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈが閾値Ｑｒｅｆ１以上であるのを燃料カットの要求の要件とするから、過剰な燃料カットを抑制することができる。これらの結果、エミッションの悪化を抑制することができる。

実施例のエンジン装置では、カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ以上であり、リッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈが閾値Ｑｒｅｆ１以上であり、更に触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｒｅｆ未満であるときに、燃料カットを要求するものとした。しかし、カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ以上であり、リッチ時積算空気量Ｑｒｉｃｈが閾値Ｑｒｅｆ１以上であるときに、触媒温度Ｔｃに拘わらずに、燃料カットを要求するものとしてもよい。

実施例のエンジン装置では、ポート噴射弁１２５と筒内噴射弁１２６とを備えるエンジン２２に本発明を適用したが、ポート噴射弁だけを有するエンジンや、筒内噴射弁だけを有するエンジンに本発明を適用するものとしてもよい。

実施例のエンジン装置では、エンジン２２と２つのモータＭＧ１，ＭＧ２とプラネタリギヤ３０とを有するハイブリッド自動車に搭載されているものとしたが、エンジンを搭載するハイブリッド自動車であれば如何なるハイブリッド自動車に搭載されるものとしてもよいし、走行用のモータを搭載しない通常の自動車に搭載されるものとしてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ａ 電圧センサ、５１ｂ 電流センサ、５１ｃ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ 燃料供給装置、６１ 燃料タンク、６２ フィードポンプ、６２ａ 回転数センサ、６３ 低圧側通路、６４ 逆止弁、６５ 高圧燃料ポンプ、６５ａ 電磁バルブ、６５ｂ チェックバルブ、６６ 高圧側通路、６８，６９ 燃圧センサ、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２５ ポート噴射弁、１２６ 筒内噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３５ａ 空燃比センサ、１３５ｂ 空燃比センサ、１３５ｃ 温度センサ、１３６ スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ エアフローメータ、１４９ 温度センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. 排気を浄化する浄化装置を有するエンジンと、
   前記浄化装置の後段で空燃比を検出する空燃比センサと、
   前記空燃比センサにより検出される空燃比がリッチ側閾値以下になるまで空燃比をリッチ補正するリッチ補正処理と、前記空燃比センサにより検出される空燃比が前記リッチ側閾値以下になったときに所定期間に亘って空燃比をリーン補正するリーン補正処理と、を繰り返して前記エンジンを運転制御する制御装置と、
   を備える車載用のエンジン装置であって、
   前記制御装置は、
   前記空燃比センサにより検出される空燃比が前記リッチ側閾値以下になったときに空燃比用カウンタをカウントアップし、前記エンジンの間欠運転による運転停止中は前記空燃比用カウンタを保持し、前記空燃比センサにより検出される空燃比がリーン側閾値以上の状態での吸入空気量の積算値が所定空気量以上となったときには前記空燃比用カウンタを値０にリセットするカウンタ処理を実行すると共に、
   前記空燃比センサにより検出される空燃比が前記リッチ側閾値以下の状態のときの吸入空気量の積算値をリッチ時空気量積算値として計算し、前記空燃比センサにより検出される空燃比が前記リーン側閾値以上の状態のときの吸入空気量の積算値が所定空気量以上となったときにはリッチ時空気量積算値を値０にリセットする空気量積算処理を実行し、
   前記空燃比用カウンタが所定カウント値以上であり、且つ、前記リッチ時空気量積算値が所定積算値以上であるときには、燃料カットの実行条件が成立したときに燃料カットする、
   エンジン装置。

Images