JP7070217B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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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、燃焼停止期間中では、吸気通路から気筒内に導入された空気が燃焼に供されることなく排気通路に流出するため、気筒内で燃焼が行われている場合よりも三元触媒の酸素吸蔵量が多くなる。そこで、例えば特許文献2に記載されるように、燃焼停止期間が終了して気筒内での燃焼が再開されたときには、三元触媒の酸素吸蔵量が適正量になるまで当該酸素吸蔵量を減少させるために、空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の値とするリッチ化処理が実行される。
米国特許出願公開第2014/0041362号明細書 特開2014-66154号公報
燃焼停止期間中に燃料導入処理が実行された場合と、燃焼停止期間中に燃料導入処理が実行されなかった場合とでは、気筒内での燃焼の再開時点における三元触媒の酸素吸蔵量が相違することがある。すなわち、燃焼停止期間中に燃料導入処理が実行された場合、未燃の燃料が三元触媒で燃焼されるため、三元触媒に存在する酸素が消費される。その結果、燃焼停止期間中に燃料導入処理が実行されなかった場合と比較し、気筒内での燃焼の再開時点における三元触媒の酸素吸蔵量が多くなりにくい。
そのため、燃焼停止期間中に燃料導入処理が実行された場合、燃焼停止期間が終了して気筒内での燃焼が再開されたときに、燃焼停止期間中に燃料導入処理が実行されなかった場合と同じようにリッチ化処理を実行させると、三元触媒の酸素吸蔵量が適正量よりも少なくなるおそれがある。
上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路に設けられている三元触媒と、を備え、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。この制御装置は、内燃機関のクランク軸が回転している状況下で気筒内での燃焼を停止させるときには、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、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を選択して実行する装置である。
そして、上記内燃機関の制御装置の一態様は、気筒内での燃焼停止が終了して当該気筒内での燃焼が再開されたときには、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を制御するリッチ化処理を実行する噴射弁制御部を備え、噴射弁制御部は、リッチ化処理を実行する度に、当該リッチ化処理に伴う三元触媒の酸素吸蔵量の減少量を設定する。
気筒内での燃焼の再開時における三元触媒の酸素吸蔵量は、気筒内での燃焼の停止期間の長さ、及び、停止期間中に燃料導入処理が実行されたか否かなどによって変わる。そこで、上記構成では、リッチ化処理を実行する度に、当該リッチ化処理に伴う三元触媒の酸素吸蔵量の減少量を設定するようにしている。これにより、気筒内での燃焼の再開時点における三元触媒の酸素吸蔵量を再開時酸素吸蔵量とした場合、再開時酸素吸蔵量に応じた態様でリッチ化処理を実行させることができる。その結果、リッチ化処理の実行によって三元触媒の酸素吸蔵量が適正量から乖離してしまうことの抑制が可能となる。
また、上記内燃機関の制御装置の一態様は、気筒内での燃焼停止が終了して当該気筒内での燃焼が再開されたときには、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を制御するリッチ化処理を実行する噴射弁制御部を備え、噴射弁制御部は、気筒内での燃焼の停止期間中に燃料導入処理を実行し、当該気筒内での燃焼の停止を終了して気筒内での燃焼を再開させるときには、気筒内での燃焼の停止期間中に燃料導入処理を実行しなかった場合と比較し、リッチ化処理に伴う三元触媒の酸素吸蔵量の減少量が少なくなるように、リッチ化処理を実行する。
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の再開時酸素吸蔵量は、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なかった場合の再開時酸素吸蔵量よりも少なくなりやすい。この点、上記構成では、気筒内での燃焼の停止期間中に燃料導入処理を実行し、当該気筒内での燃焼の停止を終了して気筒内での燃焼を再開させるときには、気筒内での燃焼の停止期間中に燃料導入処理を実行しなかった場合と比較し、リッチ化処理に伴う三元触媒の酸素吸蔵量の減少量が少なくなるように、リッチ化処理を実行するようにしている。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であっても、気筒内での燃焼の再開時には再開時酸素吸蔵量に応じた態様のリッチ化処理を実行することができる。そのため、リッチ化処理の実行によって三元触媒の酸素吸蔵量が適正量から乖離してしまうことを抑制できるようになる。
上記内燃機関の制御装置は、三元触媒の酸素吸蔵量の推定値を算出する吸蔵量算出部を備えるようにしてもよい。
燃料導入処理の実行中では、燃料噴射弁から噴射された燃料が未燃のまま三元触媒に導入され、三元触媒で当該燃料が燃焼される。この際、三元触媒に存在する酸素が消費されるため、燃料カット処理の実行中と比較し、三元触媒の酸素吸蔵量が増大しにくくなる。そこで、吸蔵量算出部は、例えば、燃料導入処理の実行中では、燃料カット処理の実行中よりも三元触媒の酸素吸蔵量の増大速度が低くなるように酸素吸蔵量の推定値を算出する。
このような吸蔵量算出部を上記内燃機関の制御装置が備えている場合、噴射弁制御部は、リッチ化処理として、第1のリッチ化処理、及び、第1のリッチ化処理の実行時よりも三元触媒の酸素吸蔵量の減少量を少なくする第2のリッチ化処理の何れか一方を選択して実行するようにしてもよい。
ここで、燃料導入処理の実行中では、燃料カット処理の実行中よりも緩やかに三元触媒の酸素吸蔵量が増大される。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であっても、当該停止期間中に三元触媒の酸素吸蔵量が酸素吸蔵量の最大値に達することもあり得る。
そこで、噴射弁制御部は、気筒内での燃焼の再開時点における酸素吸蔵量の推定値が三元触媒の酸素吸蔵量の最大値未満であるとき、気筒内での燃焼が再開された際にリッチ化処理として第2のリッチ化処理を実行し、気筒内での燃焼の再開時点における酸素吸蔵量の推定値が三元触媒の酸素吸蔵量の最大値であるとき、気筒内での燃焼が再開された際にリッチ化処理として第1のリッチ化処理を実行することが好ましい。
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場合であっても、気筒内での燃焼の再開時点では三元触媒の酸素吸蔵量が最大になっているときには、第2のリッチ化処理ではなく、第1のリッチ化処理をリッチ化処理として実行することができる。そのため、リッチ化処理の実行によって、三元触媒の酸素吸蔵量を適正量まで減少させることができる。
なお、上記の吸蔵量算出部を上記内燃機関の制御装置が備えている場合、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か否かに拘わらず、噴射弁制御部は、気筒内での燃焼を再開させるときには、気筒内での燃焼の再開時点における酸素吸蔵量の推定値が小さい場合、上記再開時点における酸素吸蔵量の推定値が大きい場合と比較し、リッチ化処理に伴う三元触媒の酸素吸蔵量の減少量が少なくなるように、リッチ化処理を実行するようにしてもよい。
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なかった場合でも、例えば当該停止期間が短いときには、再開時酸素吸蔵量があまり多くならないことがある。一方、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であっても、例えば燃料導入処理の実行期間が長かったときには、再開時酸素吸蔵量が多くなることもある。この点、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か否かに拘わらず、再開時酸素吸蔵量に応じてリッチ化処理に伴う三元触媒の酸素吸蔵量の減少量が設定される。これにより、リッチ化処理の実行によって三元触媒の酸素吸蔵量が適正量から乖離してしまうことを抑制できるようになる。
ちなみに、気筒内での燃焼の停止期間中では、排気通路を流通する空気の量が多いほど、三元触媒の酸素吸蔵量が多くなりやすい。そこで、吸蔵量算出部は、燃料カット処理の実行中では、排気通路におけるガスの流量が多いほど三元触媒の酸素吸蔵量の増大速度が高くなるように、酸素吸蔵量の推定値を算出することが好ましい。
一方、燃料導入処理の実行中では、三元触媒に導入された燃料が三元触媒内で燃焼される。この際、燃料の量が多いほど、酸素の消費量が多くなりやすい。そこで、吸蔵量算出部は、燃料導入処理の実行中では、排気通路におけるガスの流量が多いほど三元触媒の酸素吸蔵量の増大速度が高くなる一方で、燃料噴射弁の燃料噴射量が多いほど増大速度が低くなるように、酸素吸蔵量の推定値を算出することが好ましい。
リッチ化処理に伴う三元触媒の酸素吸蔵量の減少量は、リッチ化処理の実行期間の長さ、及び、リッチ化処理の実行中における空燃比に依存する。すなわち、リッチ化処理の実行期間が短いほど、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側となる期間が短くなるため、リッチ化処理に伴う三元触媒の酸素吸蔵量の減少量が少なくなる。また、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側であるのであれば、空燃比が理論空燃比に近い値であるほど、リッチ化処理の実行中における三元触媒の酸素吸蔵量の減少速度が低くなる。すなわち、空燃比が理論空燃比に近い値であるほど、リッチ化処理に伴う三元触媒の酸素吸蔵量の減少量が少なくなる。
そこで、噴射弁制御部は、例えば、リッチ化処理の実行期間の設定の調整を通じて当該リッチ化処理における三元触媒の酸素吸蔵量の減少量を設定する。このようにリッチ化処理を実行する度に、当該リッチ化処理の実行期間の長さを設定することにより、当該リッチ化処理の実行によって三元触媒の酸素吸蔵量を適正量まで減少させることが可能となる。
また、噴射弁制御部は、例えば、リッチ化処理の実行中における空燃比の設定を通じて当該リッチ化処理における三元触媒の酸素吸蔵量の減少量を設定する。このようにリッチ化処理を実行する度に、当該リッチ化処理の実行中における空燃比を設定することにより、当該リッチ化処理の実行によって三元触媒の酸素吸蔵量を適正量まで減少させることが可能となる。
第1の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。 燃焼停止期間中において、三元触媒の酸素吸蔵量の推定値を算出するための処理手順を示すフローチャート。 リッチ化処理の実行中において、三元触媒の酸素吸蔵量の推定値を算出するための処理手順を示すフローチャート。 燃焼停止期間中において、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。 気筒内での混合気の燃焼が再開されたときにリッチ化処理を実行する際の処理手順を示すフローチャート。 第1の実施形態において、燃焼停止期間が終了して気筒内での混合気の燃焼が再開される場合のタイミングチャート。 第2の実施形態において、気筒内での混合気の燃焼が再開されたときにリッチ化処理を実行する際の処理手順を示すフローチャート。 第2の実施形態において、燃焼停止期間が終了して気筒内での混合気の燃焼が再開される場合のタイミングチャート。 第3の実施形態において、気筒内での混合気の燃焼が再開されたときにリッチ化処理を実行する際の処理手順を示すフローチャート。 変更例において、気筒内での混合気の燃焼が再開されたときにリッチ化処理を実行する際の処理手順の一部を示すフローチャート。
(第1の実施形態)
以下、内燃機関の制御装置の第1の実施形態を図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、火花点火式の内燃機関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。クランク軸14の回転速度である機関回転速度NEは、クランク角センサ86によって検出される。
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。吸入空気量GAはエアフロメータ87によって検出される。エアフロメータ87は、吸気通路15におけるスロットルバルブ16よりも上流側の部分に配置されている。
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が配置されている。また、内燃機関10には、排気通路21におけるパティキュレートフィルタ23と三元触媒22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よりも下流側の部分との差圧ΔPexを検出する差圧センサ88が設けられている。
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。三元触媒22で発生した熱が排気通路21を流通するガスを媒体としてパティキュレートフィルタ23に伝わると、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、噴射弁制御部111と、点火制御部112と、吸蔵量算出部113と、触媒温度算出部114とを有している。
噴射弁制御部111は、燃料噴射弁17を制御する。すなわち、気筒11内で混合気を燃焼させる場合、噴射弁制御部111は、空燃比検出値AFSが目標空燃比AFTrとなるように燃料噴射量の要求値QPRを算出する。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。また、気筒11内で混合気を燃焼させる場合、目標空燃比AFTrは、例えば理論空燃比、又は理論空燃比近傍の値に設定される。そして、噴射弁制御部111は、算出した要求値QPRを基に燃料噴射弁17の駆動を制御する。なお、燃焼停止期間CSPが終了して気筒11内での混合気の燃焼が再開される場合、噴射弁制御部111は、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を制御するリッチ化処理を実行する。リッチ化処理の内容については後述する。
また、噴射弁制御部111は、燃焼停止期間CSP中でも燃料噴射弁17を制御する。燃焼停止期間CSP中における燃料噴射弁17の制御の内容については後述する。
点火制御部112は、点火装置19を制御する。すなわち、点火制御部112は、気筒11内で混合気を燃焼させるときには、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。一方、点火制御部112は、燃焼停止期間CSP中では、点火装置19に火花放電を行わせない。
吸蔵量算出部113は、三元触媒22における酸素吸蔵量の推定値Ceを算出する。酸素吸蔵量の推定値Ceの算出方法については後述する。
触媒温度算出部114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、触媒温度算出部114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中に三元触媒22の酸素吸蔵量の推定値Ceを算出するために吸蔵量算出部113が実行する各処理の流れについて説明する。なお、図3に示す一連の処理は、燃焼停止期間CSPの間では繰り返される。
図3に示す一連の処理において、始めのステップS12では、係数Nが「1」インクリメントされる。続いて、次のステップS13では、三元触媒22の酸素吸蔵量の最大値Cmaxが導出される。
三元触媒22の酸素吸蔵量の最大値Cmaxは、三元触媒22の温度によって変化する。そこで、吸蔵量算出部113は、触媒温度算出部114によって算出された触媒温度TPSCを基に最大値Cmaxを算出する。
最大値Cmaxの算出が完了すると、処理が次のステップS14に移行される。ステップS14において、酸素吸蔵量の推定値Ceの前回値Ce(N-1)が読み出される。酸素吸蔵量の推定値の前回値Ce(N-1)とは、係数が「N-1」であるときに算出された酸素吸蔵量の推定値Ceのことである。続いて、次のステップS15では、酸素吸蔵量の単位時間あたりの増大量の推定値である酸素吸蔵量の単位増大量ΔCeが算出される。
燃焼停止期間CSP中においてクランク軸14が回転している場合では、吸気通路15から気筒11内に導入された空気がそのまま排気通路21に流出される。そして、排気通路21を流れる空気に含まれる酸素が三元触媒22に吸蔵される。この際、排気通路21におけるガスの流量が多いほど、酸素吸蔵量の単位時間あたりの増大量が多くなる。燃焼停止期間CSP中では、排気通路21におけるガスの流量は、機関回転速度NE及び吸入空気量GAに依存する。すなわち、機関回転速度NEが高いほど、排気通路21におけるガスの流量が多くなりやすい。また、スロットルバルブ16の開度が大きくて吸入空気量GAが多いほど、排気通路21におけるガスの流量が多くなりやすい。したがって、ステップS15では、機関回転速度NE及び吸入空気量GAを基に、酸素吸蔵量の単位増大量ΔCeが算出される。具体的には、単位増大量ΔCeは、機関回転速度NEが高いほど単位増大量ΔCeが大きくなるように算出される。また、単位増大量ΔCeは、吸入空気量GAが多いほど単位増大量ΔCeが大きくなるように算出される。
単位増大量ΔCeの算出が完了すると、処理が次のステップS16に移行される。ステップS16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。燃料導入処理が実行中である場合(S16:YES)、処理が次のステップS17に移行される。ステップS17において、ステップS15で算出した単位増大量ΔCeの減少補正が行われる。燃料導入処理が実行されている場合、三元触媒22では、導入された未燃の燃料が燃焼される。未燃の燃料を燃焼させる際に酸素が消費される。そのため、燃料導入処理の実行中では、燃料カット処理の実行中と比較し、三元触媒22の酸素吸蔵量の増大速度が低くなる。そこで、三元触媒22に導入される未燃燃料の量、すなわち燃料噴射弁17の燃料噴射量が多いほど単位増大量ΔCeが小さくなるように、単位増大量ΔCeが減少補正される。
具体的には、以下に示す関係式(式1)を用いて単位増大量ΔCeが減少補正される。なお、関係式(式1)における「ERfc」とは、燃料導入処理の実行中における当量比のことである。空燃比を理論空燃比とするために必要な燃料噴射弁17の燃料噴射量のことを理論燃料噴射量とした場合、当量比ERfcは、理論燃料噴射量で燃料噴射弁17の実際の燃料噴射量を割った値のことである。そのため、当量比ERfcは、燃料導入処理の実行中における燃料噴射量が多いほど大きくなる。したがって、単位増大量ΔCeの減少補正量は、燃料導入処理の実行中における燃料噴射量が多いほど大きくなる。
ΔCe←ΔCe・(1-ERfc) ・・・(式1)
単位増大量ΔCeの減少補正が完了すると、処理が次のステップS18に移行される。ステップS18において、三元触媒22の酸素吸蔵量の推定値Ce(N)が算出される。具体的には、酸素吸蔵量の推定値の前回値Ce(N-1)と単位増大量ΔCeとの和として酸素吸蔵量の推定値Ce(N)が算出される。すなわち、単位増大量ΔCeの積算を通じて酸素吸蔵量の推定値Ceが算出される。そのため、単位増大量ΔCeが大きいほど、酸素吸蔵量の推定値Ceの増大速度が高くなる。したがって、本実施形態では、単位増大量ΔCeが、燃焼停止期間CSP中における酸素吸蔵量の推定値Ceの増大速度に相当する。
続いて、次のステップS19では、ステップS18で算出した酸素吸蔵量の推定値Ce(N)と、ステップS13で導出した酸素吸蔵量の最大値Cmaxとのうちの小さい方の値が、酸素吸蔵量の推定値Ce(N)とされる。そして、算出した推定値Ce(N)がメモリに記憶されると、一連の処理が一旦終了される。
その一方で、ステップS16において、燃料導入処理が実行されていない場合(NO)、燃料カット処理が実行されているため、処理が次のステップS20に移行される。ステップS20において、三元触媒22の酸素吸蔵量の推定値Ce(N)が算出される。具体的には、酸素吸蔵量の推定値の前回値Ce(N-1)と、ステップS15で算出した単位増大量ΔCeとの和として酸素吸蔵量の推定値Ce(N)が算出される。続いて、次のステップS21では、ステップS20で算出した酸素吸蔵量の推定値Ce(N)と、ステップS13で導出した酸素吸蔵量の最大値Cmaxとのうちの小さい方の値が、酸素吸蔵量の推定値Ce(N)とされる。そして、算出した推定値Ce(N)がメモリに記憶されると、一連の処理が一旦終了される。
本実施形態では、燃料カット処理の実行中では、減少補正されていない単位増大量ΔCeの積算を通じて酸素吸蔵量の推定値Ceが算出される。すなわち、燃料カット処理の実行中では、排気通路21におけるガスの流量が多いほど酸素吸蔵量の増大速度が高くなるように、酸素吸蔵量の推定値Ceが算出される。これに対し、燃料導入処理の実行中では、減少補正された単位増大量ΔCeの積算を通じて酸素吸蔵量の推定値Ceが算出される。すなわち、燃料導入処理の実行中では、排気通路21におけるガスの流量が多いほど酸素吸蔵量の増大速度が高くなる一方で、燃料噴射弁17の燃料噴射量が多いほど増大速度が低くなるように、酸素吸蔵量の推定値Ceが算出される。そのため、燃料導入処理の実行中では、燃料カット処理の実行中よりも三元触媒22の酸素吸蔵量の増大速度が低くなるように酸素吸蔵量の推定値Ceが算出される。
次に、図4を参照し、気筒11内での混合気の燃焼の再開時においてリッチ化処理が実行されているときに三元触媒22の酸素吸蔵量の推定値Ceを算出するために吸蔵量算出部113が実行する各処理の流れについて説明する。なお、図4に示す一連の処理は、リッチ化処理の実行中では繰り返される。
図4に示す一連の処理において、始めのステップS112では、係数Nが「1」インクリメントされる。続いて、次のステップS113では、酸素吸蔵量の単位時間あたりの減少量の推定値である酸素吸蔵量の単位減少量ΔCedが算出される。なお、単位減少量ΔCedは、「0」以上の値となる。
詳しくは後述するが、リッチ化処理の実行中では、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の値となるため、三元触媒22の酸素吸蔵量が減少する。この際の酸素吸蔵量の減少速度は、燃料噴射弁17の燃料噴射量が多いほど高くなる。そこで、本実施形態では、燃料噴射量の要求値QPRが大きいほど単位減少量ΔCedが大きくなるように、単位減少量ΔCedが算出される。
単位減少量ΔCedが算出されると、処理が次のステップS114に移行される。ステップS114において、酸素吸蔵量の推定値の前回値Ce(N-1)が読み出される。続いて、次のステップS115では、酸素吸蔵量の推定値の前回値Ce(N-1)から単位減少量ΔCedを引いた値として酸素吸蔵量の推定値Ce(N)が算出される。そして、ステップS116において、算出した酸素吸蔵量の推定値Ceと、「0」とのうちの大きい方の値が推定値Ceとされる。このように算出した推定値Ceがメモリに記憶されると、一連の処理が一旦終了される。
次に、図5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噴射弁制御部111が実行する各処理の流れについて説明する。図5に示す一連の処理は、燃焼停止期間CSP中では繰り返される。
図5に示す一連の処理において、始めのステップS31では、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)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ΔPexが大きくなりやすい。そこで、例えば、差圧ΔPex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S31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S32に移行される。そして、ステップS32において、燃料噴射弁17の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S32で要求値QPRが算出されると、処理が次のステップS33に移行される。そして、ステップS33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。
その一方で、ステップS31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S34に移行される。ステップS34において、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S35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。
次に、図6を参照し、気筒11内で混合気を燃焼させる際においてリッチ化処理を実行するために噴射弁制御部111が実行する各処理の流れについて説明する。図6に示す一連の処理は、気筒11内での混合気の燃焼が再開されると実行される。
図6に示す一連の処理において、始めのステップS41では、リッチ化処理の実行期間の長さの設定が行われる。
三元触媒22を適切に機能させるためには、三元触媒22の酸素吸蔵量を規定量CTh又は規定量CTh近傍の値で保持することが望ましい。規定量CThは、「0」よりも大きく、且つ、酸素吸蔵量の最大値Cmaxよりも小さい値である。燃焼停止期間CSP中では、空気が気筒11内で燃焼に供されることなく三元触媒22に導入される。そのため、燃焼停止期間CSPの終了時点、すなわち気筒11内での混合気の燃焼の再開時点では、三元触媒の酸素吸蔵量が規定量CThを大きく上回っていることがある。よって、気筒11内での混合気の燃焼が再開されたときにはリッチ化処理が実行される。
このようにリッチ化処理が実行されると、三元触媒22の酸素吸蔵量が減少される。リッチ化処理に伴う酸素吸蔵量の減少量は、リッチ化処理の実行期間が長いほど多くなる。そこで、本実施形態では、リッチ化処理の実行によって三元触媒22の酸素吸蔵量を規定量CThにするために、リッチ化処理を実行する度に、リッチ化処理の実行期間の長さが設定される。そのため、ステップS41では、気筒11内での混合気の燃焼の再開時点における三元触媒22の酸素吸蔵量の推定値Ceが小さい場合には、推定値Ceが大きい場合よりもリッチ化処理の実行期間が短くなるように、実行期間の長さが設定される。すなわち、本実施形態では、リッチ化処理の実行期間の長さの設定を通じてリッチ化処理に伴う三元触媒22の酸素吸蔵量の減少量が設定される。
そして、リッチ化処理の実行期間の長さが設定されると、処理が次のステップS42に移行される。ステップS42において、リッチ化処理の終了条件が成立しているか否かの判定が行われる。ここでは、気筒11内での混合気の燃焼が再開された以降におけるリッチ化処理の継続時間が、ステップS41で設定されたリッチ化処理の実行期間の長さ以上になったことを、リッチ化処理の終了条件としている。すなわち、ステップS41で設定されたリッチ化処理の実行期間の長さを完了判定時間とした場合、気筒11内での混合気の燃焼が再開された以降におけるリッチ化処理の継続時間が完了判定時間未満であるときには、終了条件が成立しているとの判定がなされない。一方、リッチ化処理の継続時間が完了判定時間以上であるときには、終了条件が成立しているとの判定がなされる。
そして、終了条件が成立しているとの判定がなされていない場合(S42:NO)、処理が次のステップS43に移行される。ステップS43において、目標空燃比AFTrが第1の空燃比AFrとされる。第1の空燃比AFrは、理論空燃比よりもリッチ側の値である。続いて、ステップS44では、空燃比検出値AFSが目標空燃比AFTr(=AFr)となるように燃料噴射量の要求値QPRが算出される。そして、ステップS45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。これにより、目標空燃比AFTrが理論空燃比である場合よりも多くの燃料が燃料噴射弁17から噴射されるようになる。つまり、リッチ化処理が実行される。そして、処理が前述したステップS42に移行される。すなわち、リッチ化処理の終了条件が成立しているとの判定がなされるまでの間、リッチ化処理が継続される。
その一方で、リッチ化処理の継続時間が完了判定時間以上になり、ステップS42において、リッチ化処理の終了条件が成立しているとの判定がなされると(YES)、一連の処理が終了される。すなわち、リッチ化処理が終了される。すると、目標空燃比AFTrを理論空燃比とした上での燃料噴射弁17の駆動の制御が行われるようになる。
次に、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、目標空燃比AFTrを理論空燃比とした上で燃料噴射弁17から燃料が噴射され、当該燃料を含む混合気が気筒11内で燃焼する。この場合、三元触媒22の酸素吸蔵量はほとんど変化しない。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と、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。すなわち、当該空気に含まれる酸素が三元触媒22に吸蔵される。そのため、三元触媒22の酸素吸蔵量の推定値Ceが増大される。この際の推定値Ceの増大速度は、排気通路21における空気の流量が多いほど高い。
燃焼停止期間CSP中のタイミング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。
燃料導入処理の実行中では、三元触媒22に導入された未燃の燃料が燃焼する。この際、三元触媒22内に存在する酸素が、燃料の燃焼によって消費される。そのため、燃料導入処理の実行中では、燃料カット処理の実行中よりも緩やかに三元触媒22の酸素吸蔵量が増大される。したがって、燃料カット処理の実行中では機関回転速度NE及び吸入空気量GAを基に導出した単位増大量ΔCeが減少補正されないのに対し、燃料導入処理の実行中では、機関回転速度NE及び吸入空気量GAを基に導出した単位増大量ΔCeが減少補正される。その結果、酸素吸蔵量の推定値Ceの増大速度が、燃焼カット処理の実行中よりも低くなる。
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、気筒11内での混合気の燃焼が再開される。すると、タイミングt13での酸素吸蔵量の推定値Ceを基にリッチ化処理の実行期間の長さが設定される。図7に示す例では、タイミングt13からタイミングt14までが、リッチ化処理の実行期間となる。そのため、リッチ化処理がタイミングt14まで実行される。
ここで、酸素吸蔵量の推定値Ceの推移を表すタイミングチャートでは、燃料導入処理の実行中でも単位増大量ΔCeを減少補正しないで推定値Ceを算出する比較例が二点鎖線で図示されている。比較例では、燃料導入処理の実行中と燃料カット処理の実行中とでの三元触媒22の酸素吸蔵量の増大速度の相違を考慮していない。そのため、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行された場合、比較例のように算出した推定値Ceは、三元触媒22の実際の酸素吸蔵量から乖離してしまう。
また、比較例のように推定値Ceを算出した場合、気筒11内での混合気の燃焼の再開時点における推定値Ceが、本実施形態の場合よりも大きくなる。その結果、比較例のように算出した推定値Ceを基にリッチ化処理の実行期間の長さを設定した場合、タイミングt15までリッチ化処理が実行されることとなる。この場合、リッチ化処理の終了時点では実際の酸素吸蔵量が規定量CThを大きく下回り、リッチ化処理の終了後において気筒11内で混合気を燃焼させている期間内での酸素吸蔵量の推定精度の低下が懸念される。
これに対し、本実施形態では、燃料導入処理の実行中と燃料カット処理の実行中とでの三元触媒22の酸素吸蔵量の増大速度の相違を考慮して酸素吸蔵量の推定値Ceが算出される。そのため、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行される場合であっても、酸素吸蔵量の推定値Ceと実際の酸素吸蔵量との乖離が生じにくい。すなわち、酸素吸蔵量の推定値Ceを精度良く算出することができる。そして、こうした推定値Ceを基にリッチ化処理の実行期間の長さが設定される。図7に示す例では、タイミングt15よりも手前のタイミングt14でリッチ化処理の実行が終了される。そのため、リッチ化処理の終了時点で、実際の酸素吸蔵量が規定量CThを大きく下回ることを抑制できる。したがって、リッチ化処理の終了以降では、三元触媒22の酸素吸蔵量を規定量CTh又は規定量CTh近傍の値で保持することができる。
本実施形態では、リッチ化処理を実行する度に、リッチ化処理の実行期間の長さの調整を通じてリッチ化処理における三元触媒22の酸素吸蔵量の減少量が設定される。これにより、気筒11内での混合気の燃焼の再開時における三元触媒22の酸素吸蔵量に応じた態様でリッチ化処理を実行させることができる。その結果、リッチ化処理の実行によって三元触媒22の酸素吸蔵量が規定量CThから乖離してしまうことを抑制できる。
なお、気筒11内での混合気の燃焼の再開時における三元触媒22の酸素吸蔵量に対してリッチ化処理の実行期間が長すぎると、リッチ化処理の実行中に三元触媒22に吸蔵されている酸素が枯渇するおそれがある。このように酸素が枯渇した以降でもリッチ化処理が継続された場合、排気性状が悪化してしまう。この点、本実施形態では、リッチ化処理の実行期間の長さを適正化できるため、リッチ化処理の実行中に三元触媒22に吸蔵されている酸素が枯渇することを抑制できる。したがって、リッチ化処理の実行によって排気性状が悪化することを抑制できる。さらに、リッチ化処理の実行期間の長さを適正化できるため、内燃機関10の燃費の悪化を抑制できる。
ちなみに、酸素吸蔵量の推定値Ceの推移を表すタイミングチャートにおける二点鎖線は、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行されなかった場合における推定値Ceの推移であるともいえる。そして、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行されなかった場合、気筒11内での混合気の燃焼の再開時点における三元触媒22の酸素吸蔵量は、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行された場合よりも多い。そのため、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行されなかった場合、リッチ化処理の実行期間は、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行された場合よりも長くなる。つまり、本実施形態では、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理を実行し、気筒11内での混合気の燃焼の停止を終了して気筒11内での混合気の燃焼を再開させるときには、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理を実行しなかった場合と比較して、リッチ化処理に伴う三元触媒22の酸素吸蔵量の減少量が少なくなるように、リッチ化処理が実行される。
ただし、燃焼停止期間CSPが長いと、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行された場合であっても三元触媒22の酸素吸蔵量が最大値Cmaxに達することがある。そして、気筒11内での混合気の燃焼の再開時点で酸素吸蔵量の推定値Ceが最大値Cmaxとなっているときには、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行された場合であってもリッチ化処理の実行期間の長さは、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行されなかった場合と同じ長さに設定される。すなわち、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行されず、三元触媒22の酸素吸蔵量が最大値Cmaxに達した場合に実行されるリッチ処理を第1のリッチ化処理とし、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行され、三元触媒22の酸素吸蔵量が最大値Cmaxに達しなかった場合に実行されるリッチ処理を第2のリッチ化処理とする。この場合、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行されても三元触媒22の酸素吸蔵量が最大値Cmaxに達したときに実行されるリッチ化処理は、第2のリッチ化処理ではなく、第1のリッチ化処理となる。そのため、リッチ化処理の実行によって、三元触媒22の酸素吸蔵量を規定量CTh近傍まで減少させることができる。
(第2の実施形態)
次に、図8及び図9を参照し、内燃機関の制御装置の第2の実施形態を説明する。第2の実施形態では、リッチ化処理に伴う酸素吸蔵量の減少量の設定方法が第1の実施形態と相違している。そこで、以下の説明においては、第1の実施形態と相違している部分について主に説明するものとし、第1の実施形態と同一又は相当する部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。
図8を参照し、気筒11内で混合気を燃焼させる際においてリッチ化処理を実行するために噴射弁制御部111が実行する各処理の流れについて説明する。図8に示す一連の処理は、気筒11内での混合気の燃焼が再開されると実行される。なお、本実施形態では、上記第1の実施形態の場合とは異なり、リッチ化処理の実行期間の長さは所定値で固定されている。
図8に示す一連の処理において、始めのステップS141では、リッチ化処理の実行中における目標空燃比AFTrの設定が行われる。
リッチ化処理が実行されると、三元触媒22の酸素吸蔵量が減少される。リッチ化処理に伴う酸素吸蔵量の減少量は、リッチ化処理の実行中における気筒11内の混合気の空燃比がリッチ側の値であるほど多くなる。そこで、本実施形態では、リッチ化処理の実行によって三元触媒22の酸素吸蔵量を規定量CThにするために、リッチ化処理を実行する度に、リッチ化処理の実行中における目標空燃比AFTrが設定される。ステップS141では、気筒11内での混合気の燃焼の再開時点における三元触媒22の酸素吸蔵量の推定値Ceが小さいほど目標空燃比AFTrが理論空燃比に近くなるように、リッチ化処理の実行中における目標空燃比AFTrが設定される。すなわち、本実施形態では、リッチ化処理の実行中における目標空燃比AFTrの設定を通じてリッチ化処理に伴う三元触媒22の酸素吸蔵量の減少量が設定される。
そして、目標空燃比AFTrの設定が設定されると、処理が次のステップS142に移行される。ステップS142において、リッチ化処理の終了条件が成立しているか否かの判定が行われる。すなわち、予め設定されているリッチ化処理の実行期間の長さのことを完了判定時間とした場合、気筒11内での混合気の燃焼が再開された以降におけるリッチ化処理の継続時間が完了判定時間未満であるときには、終了条件が成立しているとの判定がなされない。一方、リッチ化処理の継続時間が完了判定時間以上であるときには、終了条件が成立しているとの判定がなされる。
そして、終了条件が成立しているとの判定がなされていない場合(S142:NO)、処理が次のステップS144に移行される。ステップS144において、空燃比検出値AFSがステップS141で設定した目標空燃比AFTrとなるように燃料噴射量の要求値QPRが算出される。そして、ステップS145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。これにより、目標空燃比AFTrが理論空燃比である場合よりも多くの燃料が燃料噴射弁17から噴射されるようになり、リッチ化処理が実行される。この場合、ステップS141で設定した目標空燃比AFTrが理論空燃比に近いほど、燃料噴射弁17の燃料噴射量が少ない。そして、処理が前述したステップS142に移行される。すなわち、リッチ化処理の終了条件が成立しているとの判定がなされるまでの間、リッチ化処理が継続される。
その一方で、ステップS142において、リッチ化処理の終了条件が成立しているとの判定がなされている場合(YES)、一連の処理が終了される。すなわち、リッチ化処理が終了される。すると、目標空燃比AFTrを理論空燃比とした上での燃料噴射弁17の駆動の制御が行われるようになる。
次に、図9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9に示すように、タイミングt21以前では、目標空燃比AFTrを理論空燃比とした上で燃料噴射弁17から燃料が噴射され、当該燃料を含む混合気が気筒11内で燃焼する。タイミングt21で気筒11内での混合気の燃焼の停止条件が成立すると、燃焼停止期間CSPが開始される。タイミングt21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t21からは燃料カット処理が実行される。燃焼停止期間CSP中のタイミングt22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t22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。
そして、タイミングt23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、気筒11内での混合気の燃焼が再開される。すると、タイミングt23での酸素吸蔵量の推定値Ceを基にリッチ化処理の実行中における目標空燃比AFTrが設定される。そして、タイミングt23からタイミングt24までの間、リッチ化処理が実行される。すなわち、タイミングt23からタイミングt24までの期間が、予め設定されたリッチ化処理の実行期間に相当する。
ここで、目標空燃比AFTrの推移を表すタイミングチャートでは、気筒11内での混合気の燃焼の再開時点における三元触媒22の酸素吸蔵量の推定値Ceによらず、目標空燃比AFTrを所定値で保持する比較例が二点鎖線で図示されている。また、酸素吸蔵量の推定値Ceの推移を表すタイミングチャートでは、比較例の場合における酸素吸蔵量の推移が二点鎖線で図示されている。また、燃料噴射量の要求値QPRの推移を表すタイミングチャートでは、比較例の場合における要求値QPRの推移が二点鎖線で図示されている。比較例にあっては、タイミングt23での推定値Ceによらず、リッチ化処理の実行中における目標空燃比AFTrが設定される。比較例における目標空燃比AFTrは、本実施形態の場合における目標空燃比AFTrよりもリッチ側の値である。そのため、比較例の目標空燃比AFTrを基に燃料噴射量の要求値QPRを算出した場合、燃料噴射弁17の燃料噴射量が多くなる。その結果、リッチ化処理の実行によって、三元触媒22の酸素吸蔵量が規定量CThを大きく下回ってしまう。
これに対し、本実施形態では、タイミングt23での推定値Ceを基にリッチ化処理の実行中における目標空燃比AFTrが設定される。すなわち、タイミングt23での推定値Ceが小さいほど、目標空燃比AFTrが理論空燃比に近い値に設定される。タイミングt23での推定値Ceが小さいほど、リッチ化処理の実行期間中における三元触媒22の酸素吸蔵量の減少速度が低くなる。そのため、気筒11内での混合気の燃焼の再開時における三元触媒22の酸素吸蔵量の大きさによらず、リッチ化処理の実行によって、酸素吸蔵量を規定量CTh近傍の値にすることができる。
(第3の実施形態)
次に、図10を参照し、内燃機関の制御装置の第3の実施形態を説明する。第3の実施形態では、気筒11内での混合気の燃焼の再開時点における三元触媒22の酸素吸蔵量の推定値Ceによらず、リッチ化処理に伴う酸素吸蔵量の減少量を設定する点が第1及び第2の各実施形態と相違している。そこで、以下の説明においては、第1及び第2の各実施形態と相違している部分について主に説明するものとし、第1及び第2の各実施形態と同一又は相当する部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。
本実施形態では、噴射弁制御部111は、気筒11内での混合気の燃焼の再開時には、リッチ化処理として、第1のリッチ化処理及び第2のリッチ化処理の何れか一方を選択して実行する。第2のリッチ化処理は、第1のリッチ化処理の実行時よりも三元触媒22の酸素吸蔵量の減少量が少なくなる処理である。例えば、第2のリッチ化処理の実行中における目標空燃比AFTrは、第1のリッチ化処理の実行中における目標空燃比AFTrと同じであるものの、第2のリッチ化処理の実行期間は、第1のリッチ化処理の実行期間よりも短い。
図10を参照し、気筒11内で混合気の燃焼の再開時においてリッチ化処理を実行するために噴射弁制御部111が実行する各処理の流れについて説明する。図10に示す一連の処理は、気筒11内での混合気の燃焼が再開されると実行される。
図10に示す一連の処理において、始めのステップS51では、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行されたか否かの判定が行われる。燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行された場合、気筒11内での混合気の燃焼の再開時点における三元触媒22の酸素吸蔵量は、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行されなかった場合と比較して少ないと推測することができる。そして、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行されたとの判定がなされていない場合(S51:NO)、三元触媒22の酸素吸蔵量が比較的多いと推測できるため、処理が次のステップS52に移行される。
ステップS52において、第1のリッチ化処理が実行される。続いて、ステップS53において、第1のリッチ化処理の終了条件が成立しているか否かの判定が行われる。第1のリッチ化処理の実行期間の長さを第1の判定実行時間とした場合、第1のリッチ化処理の継続時間が第1の判定実行時間未満であるときには、終了条件が成立しているとの判定がなされない。一方、第1のリッチ化処理の継続時間が第1の判定実行時間以上であるときには、終了条件が成立しているとの判定がなされる。
そして、第1のリッチ化処理の終了条件が成立しているとの判定がなされていない場合(S53:NO)、処理が前述したステップS52に移行される。すなわち、第1のリッチ化処理が継続される。一方、第1のリッチ化処理の終了条件が成立しているとの判定がなされている場合(S53:YES)、一連の処理が終了される。すなわち、第1のリッチ化処理が終了される。すると、目標空燃比AFTrを理論空燃比とした上での燃料噴射弁17の駆動の制御が行われるようになる。
一方、ステップS51において、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行されたとの判定がなされている場合(YES)、三元触媒22の酸素吸蔵量があまり多くなっていないと推測できるため、処理が次のステップS54に移行される。
ステップS54において、第2のリッチ化処理が実行される。続いて、ステップS55において、第2のリッチ化処理の終了条件が成立しているか否かの判定が行われる。第2のリッチ化処理の実行期間の長さを第2の判定実行時間とした場合、第2のリッチ化処理の継続時間が第2の判定実行時間未満であるときには、終了条件が成立しているとの判定がなされない。一方、第2のリッチ化処理の継続時間が第2の判定実行時間以上であるときには、終了条件が成立しているとの判定がなされる。なお、第2の判定実行時間は、第1の判定実行時間よりも短い。
そして、第2のリッチ化処理の終了条件が成立しているとの判定がなされていない場合(S55:NO)、処理が前述したステップS54に移行される。すなわち、第2のリッチ化処理が継続される。一方、第2のリッチ化処理の終了条件が成立しているとの判定がなされている場合(S55:YES)、一連の処理が終了される。すなわち、第2のリッチ化処理が終了される。すると、目標空燃比AFTrを理論空燃比とした上での燃料噴射弁17の駆動の制御が行われるようになる。
本実施形態では、リッチ化処理を実行する度に、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行されたか否かによって、リッチ化処理に伴う三元触媒22の酸素吸蔵量の減少量を設定するようにしている。具体的には、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行されなかった場合には、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行された場合よりも気筒11内での混合気の燃焼の再開時点における三元触媒22の酸素吸蔵量が多いと予測できるため、第1のリッチ化処理が実行される。一方、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行された場合には、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行されなかった場合よりも気筒11内での混合気の燃焼の再開時点における三元触媒22の酸素吸蔵量が少ないと予測できる。そのため、この場合には、第1のリッチ化処理よりも実行期間が短い第2のリッチ化処理が実行される。その結果、気筒11内での混合気の燃焼の再開時には、燃焼の再開時点における三元触媒22の酸素吸蔵量に応じた態様のリッチ化処理を実行することができる。そのため、リッチ化処理の実行によって三元触媒22の酸素吸蔵量が規定量CThを大きく下回ることを抑制できる。
(変更例)
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各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。
・第1及び第2の各実施形態において、気筒11内での混合気の燃焼の再開時点における酸素吸蔵量の推定値Ceが小さい場合には、推定値Ceが大きい場合よりもリッチ化処理の実行期間が短くなるとともに、推定値Ceが大きい場合よりも目標空燃比AFTrが理論空燃比に近い値となるように、リッチ化処理を実行するようにしてもよい。
・第3の実施形態において、第2のリッチ化処理の実行期間の長さを第1のリッチ化処理の実行期間の長さと同じとし、第2のリッチ化処理の実行時における目標空燃比AFTrを、第1のリッチ化処理の実行時における目標空燃比AFTrよりも理論空燃比に近い値としてもよい。
・第3の実施形態において、第2のリッチ化処理は、第1のリッチ化処理の実行期間よりも短く、且つ、第1のリッチ化処理の実行時よりも目標空燃比AFTrが理論空燃比に近い値となる処理であってもよい。
・第3の実施形態において、図11に示すように、燃焼停止期間CSP中に燃料導入処理が実行された場合であっても(S51:YES)、気筒11内での混合気の燃焼の再開時点における三元触媒22の酸素吸蔵量が最大値Cmaxに達していると判定できる場合(S511:YES)、第2のリッチ化処理ではなく第1のリッチ化処理を実行するようにしてもよい。なお、三元触媒22の酸素吸蔵量が最大値Cmaxに達しているとの判定は燃料導入処理の実行期間が十分に長いことなどに基づいて行うことができる。また、図3に示した一連の処理の実行を通じて算出した酸素吸蔵量の推定値Ceがそのときの最大値Cmaxに達しているときに、再開時点における三元触媒22の酸素吸蔵量が最大値Cmaxに達していると判定するようにしてもよい。
・リッチ化処理の実行中では、燃料噴射弁17の燃料噴射量が多いほど三元触媒22の酸素吸蔵量の減少速度が高くなる。すなわち、リッチ化処理の実行中における燃料噴射量の積算値を基に、リッチ化処理に伴う酸素吸蔵量の減少量を推測することができる。そこで、第1の実施形態におけるステップS41及び第2の実施形態のステップS141において、燃料噴射量の積算値の判定値である判定積算値を設定するようにしてもよい。例えば、判定積算値は、気筒11内での混合気の燃焼の再開時点における三元触媒22の酸素吸蔵量の推定値Ceが大きいほど大きい値に設定される。そして、リッチ化処理の実行中における燃料噴射量の積算値が判定積算値以上になったときにリッチ化処理の実行を終了するようにしてもよい。これにより、判定積算値の設定を通じ、リッチ化処理に伴う酸素吸蔵量の減少量が設定されることとなる。
・排気通路21における三元触媒22よりも上流の部分に、ガスの流量を検出する流量センサを設け、この流量センサによって検出された排気通路のガスの流量を基に、単位増大量ΔCeを算出するようにしてもよい。
・上記各実施形態において、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、111…噴射弁制御部、113…吸蔵量算出部。

Claims (8)

  1. 燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路に設けられている三元触媒と、を備え、前記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停止が終了して当該気筒内での燃焼が再開されたときには、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側となるように前記燃料噴射弁を制御するリッチ化処理を実行する噴射弁制御部を備え、
    前記噴射弁制御部は、前記リッチ化処理を実行する度に、当該リッチ化処理に伴う前記三元触媒の酸素吸蔵量の減少量を設定する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記噴射弁制御部は、前記気筒内での燃焼の停止期間中に前記燃料導入処理を実行し、当該気筒内での燃焼の停止を終了して前記気筒内での燃焼を再開させるときには、前記気筒内での燃焼の停止期間中に前記燃料導入処理を実行しなかった場合と比較し、前記リッチ化処理に伴う前記三元触媒の酸素吸蔵量の減少量が少なくなるように、前記リッチ化処理を実行する
    請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路に設けられている三元触媒と、を備え、前記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停止が終了して当該気筒内での燃焼が再開されたときには、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側となるように前記燃料噴射弁を制御するリッチ化処理を実行する噴射弁制御部を備え、
    前記噴射弁制御部は、前記気筒内での燃焼の停止期間中に前記燃料導入処理を実行し、当該気筒内での燃焼の停止を終了して前記気筒内での燃焼を再開させるときには、前記気筒内での燃焼の停止期間中に前記燃料導入処理を実行しなかった場合と比較し、前記リッチ化処理に伴う前記三元触媒の酸素吸蔵量の減少量が少なくなるように、前記リッチ化処理を実行する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  4. 前記三元触媒の酸素吸蔵量の推定値を算出する吸蔵量算出部を備え、
    前記吸蔵量算出部は、前記燃料導入処理の実行中では、前記燃料カット処理の実行中よりも前記三元触媒の酸素吸蔵量の増大速度が低くなるように酸素吸蔵量の推定値を算出するようになっており、
    前記噴射弁制御部は、前記リッチ化処理として、第1のリッチ化処理、及び、前記第1のリッチ化処理の実行時よりも前記三元触媒の酸素吸蔵量の減少量が少なくなる第2のリッチ化処理の何れか一方を選択して実行するようになっており、
    前記噴射弁制御部は、
    前記気筒内での燃焼の再開時点における酸素吸蔵量の推定値が前記三元触媒の酸素吸蔵量の最大値未満であるとき、前記気筒内での燃焼が再開された際に前記リッチ化処理として前記第2のリッチ化処理を実行し、
    前記気筒内での燃焼の再開時点における酸素吸蔵量の推定値が前記三元触媒の酸素吸蔵量の最大値であるとき、前記気筒内での燃焼が再開された際に前記リッチ化処理として前記第1のリッチ化処理を実行する
    請求項2又は請求項3に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記三元触媒の酸素吸蔵量の推定値を算出する吸蔵量算出部を備え、
    前記吸蔵量算出部は、前記燃料導入処理の実行中では、前記燃料カット処理の実行中よりも前記三元触媒の酸素吸蔵量の増大速度が低くなるように酸素吸蔵量の推定値を算出するようになっており、
    前記噴射弁制御部は、前記気筒内での燃焼を再開させるときには、前記気筒内での燃焼の再開時点における酸素吸蔵量の推定値が小さい場合、前記再開時点における酸素吸蔵量の推定値が大きい場合と比較し、前記リッチ化処理に伴う前記三元触媒の酸素吸蔵量の減少量が少なくなるように、前記リッチ化処理を実行する
    請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記吸蔵量算出部は、
    前記燃料カット処理の実行中では、前記排気通路におけるガスの流量が多いほど前記三元触媒の酸素吸蔵量の増大速度が高くなるように、酸素吸蔵量の推定値を算出し、
    前記燃料導入処理の実行中では、前記排気通路におけるガスの流量が多いほど前記三元触媒の酸素吸蔵量の増大速度が高くなる一方で、前記燃料噴射弁の燃料噴射量が多いほど増大速度が低くなるように、酸素吸蔵量の推定値を算出する
    請求項4又は請求項5に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記噴射弁制御部は、前記リッチ化処理の実行期間の長さの設定を通じて当該リッチ化処理における前記三元触媒の酸素吸蔵量の減少量を設定する
    請求項1~請求項6のうち何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
  8. 前記噴射弁制御部は、前記リッチ化処理の実行中における空燃比の設定を通じて当該リッチ化処理における前記三元触媒の酸素吸蔵量の減少量を設定する
    請求項1~請求項7のうち何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
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