JP7107080B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。

特許文献１には、火花点火式の内燃機関が開示されている。この内燃機関は、排気通路に設けられた三元触媒や、三元触媒よりも下流の排気通路に配置されており排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えている。

この特許文献１では、車両の惰性走行中に三元触媒を昇温するための燃料導入処理を実施することで、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼浄化している。燃料導入処理では、点火プラグの火花放電を停止した状態で燃料噴射を実施することで、混合気を気筒内で燃焼せずに排気通路に導入する。このときの排気通路に導入された未燃の混合気は、三元触媒に流入して同三元触媒にて燃焼する。その燃焼により生じた熱で三元触媒の温度が高められると、同三元触媒から流出してフィルタに流入するガスの温度も高くなる。そして、高温のガスの熱を受けてフィルタの温度が粒子状物質の発火点以上に上昇すると、同フィルタに堆積した粒子状物質が燃焼して浄化される。

米国特許出願公開第２０１４／４１３６２号明細書

ところで、内燃機関の燃焼運転中には、排気通路に設置された空燃比センサにより気筒内で燃焼する混合気の空燃比を検出するとともに、その空燃比の検出結果に応じて燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック制御が行われる。そして、空燃比フィードバック制御により、燃料噴射弁の燃料噴射量に生じたずれを補償している。

これに対して気筒内での燃焼を停止する燃料導入処理では、空燃比フィードバック制御を行えないため、実際に燃料噴射弁が噴射する燃料の量（実噴射量）が、制御装置の指示した量（指示噴射量）から乖離する可能性がある。そして、その結果、実噴射量が指示噴射量よりも多くなり、排気通路に導入する未燃の混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチになるほど燃料濃度が濃くなると、次のような不都合の発生が懸念される。

すなわち、燃料導入処理の実行により、空燃比が理論空燃比よりもリッチになるほど燃料濃度の濃い未燃の混合気が三元触媒に流入すると、混合気中の燃料は当該混合気に含まれる酸素だけではなく三元触媒が吸蔵している酸素も利用して燃焼する。ここで、三元触媒の酸素吸蔵量が低下してくると、混合気に含まれる燃料の一部が酸素不足により未燃のまま三元触媒を通過してしまい、エミッションが悪化するおそれがある。

上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁が噴射した燃料を含む混合気が導入される気筒と、前記気筒に導入された混合気を火花点火する点火装置と、前記気筒内から排出されたガスが流れる排気通路と、前記排気通路に設けられた三元触媒と、前記排気通路に設けられて前記三元触媒を通過した後のガスである出ガスの酸素濃度の状態を検出するセンサと、を備える内燃機関に適用される。この制御装置は、前記内燃機関のクランク軸が回転している状態において、前記燃料噴射弁が噴射した燃料を含む混合気を前記気筒で燃焼させずに前記排気通路に導入する燃料導入処理を実施する。そして、この制御装置は、前記燃料導入処理の実施中において前記センサの検出値が前記出ガスの酸素濃度の低下を示した場合には、前記燃料導入処理を停止する停止処理を実行する。

燃料導入処理の実行により、上述したような燃料濃度の濃い未燃の混合気が三元触媒に流入すると、その燃料は混合気に含まれる酸素と反応して燃焼する。また、こうした燃料の燃焼によって三元触媒は還元雰囲気になるため、三元触媒は吸蔵していた酸素を放出する。三元触媒から放出された酸素の一部は、三元触媒に流入した燃料であって混合気に含まれる酸素と反応しなかった残りの燃料と反応して燃焼され、残った酸素は三元触媒から排気通路に流出する。このように燃料導入処理の実行により燃料濃度の濃い未燃の混合気が三元触媒に流入する場合でも、三元触媒からは酸素が放出されるため、三元触媒から流出する出ガスの酸素濃度は高い状態になる。

一方、燃料導入処理の実施中において三元触媒の酸素吸蔵量が低下してくると、三元触媒から放出される酸素の量も少なくなるため、三元触媒から放出された酸素のうちで燃料と反応することなく排気通路に流出する酸素の量も少なくなり、三元触媒から流出する出ガスの酸素濃度は低下し始める。そして、このように出ガスの酸素濃度が低下し始めた以降も燃料導入処理を継続して実施すると、最終的には三元触媒から放出される酸素量の不足により、三元触媒に供給された燃料の一部が未燃のまま当該三元触媒を通過するようになる。

この点、同構成では、三元触媒を通過した出ガスの酸素濃度の状態を検出するセンサを備えており、燃料導入処理の実施中において前記センサの検出値が出ガスの酸素濃度の低下を示した場合には、燃料導入処理を停止するようにしている。従って、未燃の燃料が三元触媒を通過してエミッションが悪化することを抑えることができる。

上記制御装置において、前記センサが前記出ガスの酸素濃度に比例した信号を出力する空燃比センサである場合には、前記停止処理は、燃料導入処理の実施中において前記空燃比センサの検出値がリッチ側の値に変化し始めた場合に、前記センサの検出値が前記出ガスの酸素濃度の低下を示したと判定して、前記燃料導入処理を停止するようにしてもよい。

また、上記制御装置において、前記センサが前記出ガス中における酸素の有無のみを検出する酸素センサである場合には、前記停止処理は、燃料導入処理の実施中において前記酸素センサの検出値が酸素有りを示す値から酸素無しを示す値に変化した場合に、前記センサの検出値が前記出ガスの酸素濃度の低下を示したと判定して、前記燃料導入処理を停止するようにしてもよい。

一実施形態における内燃機関の制御装置を備えるハイブリッド車両の構成を示す模式図。 同制御装置が実行する触媒昇温制御の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の作用を示すためのタイミングチャート。 同実施形態の変更例における内燃機関の排気系を示す模式図。 同変更例における触媒昇温制御の処理手順を示すフローチャート。

以下、内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態について、図１～図３を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の制御装置が適用される火花点火式の内燃機関１０を搭載したハイブリッド車両（以下、車両という）５００は、モータと発電機の双方の機能を兼ね備える２つのモータジェネレータ、すなわち第１モータジェネレータ７１と第２モータジェネレータ７２とを備えている。さらに、車両５００には、バッテリ７７と第１インバータ７５と第２インバータ７６とが設けられている。バッテリ７７は、発電機として機能しているときの第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２が発電した電力を蓄える。さらにバッテリ７７は、モータとして機能しているときの第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２に、蓄えた電力を供給する。第１インバータ７５は、第１モータジェネレータ７１とバッテリ７７との間の電力の授受量を調整し、第２インバータ７６は、第２モータジェネレータ７２とバッテリ７７との間の電力の授受量を調整する。

車両５００には、第１遊星ギア機構４０が設けられている。第１遊星ギア機構４０は、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。こうした第１遊星ギア機構４０のキャリア４４には、内燃機関１０の出力軸であるクランク軸１４が連結され、サンギア４１には、第１モータジェネレータ７１が連結されている。また、リングギア４２には、リングギア軸４５が接続されている。そして、リングギア軸４５には、減速機構６０及び差動機構６１を介して駆動輪６２が連結されている。加えてリングギア軸４５には、第２遊星ギア機構５０を介して第２モータジェネレータ７２が連結されている。

第２遊星ギア機構５０は、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。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、第２遊星ギア機構５０のリングギア５２にはリングギア軸４５が、サンギア５１には第２モータジェネレータ７２がそれぞれ接続されている。

内燃機関１０は、混合気の燃焼を行う複数の気筒１１を有している。また、内燃機関１０には、各気筒１１への空気の導入路となる吸気通路１５が設けられている。吸気通路１５には、吸入空気量を調整するスロットルバルブ１６が設けられている。吸気通路１５におけるスロットルバルブ１６よりも下流側の部分は気筒別に分岐されている。吸気通路１５において気筒別に分岐した部分は、気筒別に設けられた吸気ポート１５ａに接続されている。各吸気ポート１５ａには燃料噴射弁１７がそれぞれ設けられている。一方、各気筒１１には、気筒１１内に導入された混合気を火花放電により点火する点火装置１９がそれぞれ設けられている。また、内燃機関１０には、各気筒１１での混合気の燃焼によって生じた排気の排出路となる排気通路２１が設けられている。排気通路２１には、排気を浄化する三元触媒２２が設置されている。さらに、排気通路２１における三元触媒２２よりも下流側には、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ２３が設けられている。

こうした内燃機関１０の各気筒１１には、燃料噴射弁１７が噴射した燃料を含む混合気が導入される。点火装置１９がこの混合気を点火すると気筒１１内で燃焼が行われる。このときの燃焼により生じた排ガスは、気筒１１内から排気通路２１に排出される。この内燃機関１０では、三元触媒２２が排ガス中のＨＣ及びＣＯの酸化とＮＯｘの還元とを行い、さらにフィルタ２３が排気中の粒子状物質を捕集することで、排ガスを浄化している。

車両５００には、内燃機関１０の各種制御を実行する制御装置である機関用制御装置１００と、第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２の各種制御を実行するモータ用制御装置３００と、それら機関用制御装置１００及びモータ用制御装置３００を統括的に制御する車両用制御装置２００とが搭載されている。また、車両５００には、バッテリ７７の蓄電量ＳＯＣ（State Of Charge）を監視するバッテリ監視装置４００が搭載されている。

バッテリ監視装置４００はバッテリ７７に接続されている。このバッテリ監視装置４００は、中央処理装置（ＣＰＵ）やメモリを備えており、バッテリ７７の電流ＩＢ、電圧ＶＢ、及び温度ＴＢが入力される。そして、バッテリ監視装置４００は、それら電流ＩＢ、電圧ＶＢ、及び温度ＴＢに基づき、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、バッテリ７７の蓄電量ＳＯＣを算出する。

モータ用制御装置３００は、第１インバータ７５及び第２インバータ７６に接続されている。このモータ用制御装置３００は、中央処理装置（ＣＰＵ）やメモリを備えている。そして、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、モータ用制御装置３００は、バッテリ７７から第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２に供給する電力量や、第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２からバッテリ７７に供給する電力量（つまり充電量）を制御する。

機関用制御装置１００及びモータ用制御装置３００及びバッテリ監視装置４００は、通信ポートを介して車両用制御装置２００に接続されている。この車両用制御装置２００も、中央処理装置（ＣＰＵ）やメモリを備えており、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、各種制御を実行する。

車両用制御装置２００には、バッテリ監視装置４００からバッテリ７７の蓄電量ＳＯＣが入力される。また、車両用制御装置２００には、運転者のアクセルペダルの踏込量（アクセル操作量ＡＣＰ）を検出するアクセルペダルセンサ８６や、車両５００の走行速度である車速ＳＰを検出する車速センサ８７や、パワースイッチ８８が接続されており、それらセンサやスイッチからの出力信号が入力される。なお、パワースイッチ８８は、ハイブリッド車両５００のシステム起動用スイッチであり、車両運転者がこのパワースイッチ８８をオン操作すると車両５００は走行可能な状態になる。

そして、車両用制御装置２００は、アクセル操作量ＡＣＰ及び車速ＳＰに基づいて車両５００の駆動力の要求値である車両要求パワーを演算する。さらに、車両用制御装置２００は、車両要求パワーや蓄電量ＳＯＣ等に基づき、内燃機関１０の出力トルクの要求値である機関要求トルクと、第１モータジェネレータ７１の力行トルクまたは回生トルクの要求値である第１モータ要求トルクと、第２モータジェネレータ７２の力行トルクまたは回生トルクの要求値である第２モータ要求トルクとをそれぞれ演算する。そして、機関用制御装置１００は、機関要求トルクに応じて内燃機関１０の出力制御を行い、モータ用制御装置３００は第１モータ要求トルク及び第２モータ要求トルクに応じて第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２のトルク制御を行うことにより、車両５００の走行に必要なトルク制御が行われる。

機関用制御装置１００は、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）１１０、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリ１２０を備えている。そして、メモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより、各種の機関制御を実行する。

機関用制御装置１００には、吸入空気量ＧＡを検出する吸入空気量センサであるエアフロメータ８１、内燃機関１０の冷却水の温度である冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ８２、クランク軸１４の回転角を検出するクランク角センサ８５が接続されており、それら各種センサからの出力信号が入力される。また、機関用制御装置１００には、三元触媒２２よりも上流の排気通路２１に設けられた第１空燃比センサ８３や、三元触媒２２とフィルタ２３との間の排気通路２１に設けられた第２空燃比センサ８４も接続されており、それら各センサからの出力信号も入力される。第１空燃比センサ８３及び第２空燃比センサ８４は、排気の酸素濃度の状態を検出するセンサであり、排気の酸素濃度に比例した信号を出力する。第１空燃比センサ８３は、三元触媒２２に流入する排気の酸素濃度を示す上流側空燃比Ａｆｕを検出する。また、第２空燃比センサ８４は、三元触媒２２を通過した後の排気（以下、出ガスという）の酸素濃度を示す下流側空燃比Ａｆｄを検出する。そして、機関用制御装置１００には、三元触媒２２とフィルタ２３との間の排気通路２１に設けられて三元触媒２２を通過した後の排気の温度である触媒出ガス温度ＴＨｅを検出する温度センサ８９も接続されており、このセンサからの出力信号も入力される。

機関用制御装置１００は、クランク角センサ８５の出力信号Ｓｃｒに基づいて機関回転速度ＮＥを演算する。また、機関用制御装置１００は、機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量ＧＡに基づいて機関負荷率ＫＬを演算する。機関負荷率ＫＬは、現在の機関回転速度ＮＥにおいてスロットルバルブ１６を全開とした状態で内燃機関１０を定常運転したときのシリンダ流入空気量に対する、現在のシリンダ流入空気量の比率を表している。なお、シリンダ流入空気量は、吸気行程において各気筒１１のそれぞれに流入する空気の量である。

この機関用制御装置１００は、吸気の充填効率や機関回転速度ＮＥなどの各種機関運転状態及び上記触媒出ガス温度ＴＨｅに基づいて三元触媒２２の温度である触媒温度Ｔｓｃやフィルタ２３の温度であるフィルタ温度Ｔｆを算出する。また、機関用制御装置１００は、フィルタ２３における粒子状物質の堆積量であるＰＭ堆積量Ｐｓを、機関回転速度ＮＥ、機関負荷率ＫＬ、及びフィルタ温度Ｔｆ等に基づいて算出する。

また、機関用制御装置１００は、燃料噴射弁１７の燃料噴射量を制御するために、上記第１空燃比センサ８３及び上記第２空燃比センサ８４の検出値に基づいて当該燃料噴射弁１７の燃料噴射量を補正する周知の空燃比フィードバック制御を実施する。

車両用制御装置２００は、車両５００の停車時や低速走行時には、バッテリ７７の蓄電量ＳＯＣが規定の充電要求値を超過していることを条件に、機関用制御装置１００に対して内燃機関１０の燃焼運転の停止を要求する。機関用制御装置１００は、そうした燃焼運転の停止が要求されると、燃料噴射弁１７の燃料噴射及び点火装置１９の火花放電をともに停止して内燃機関１０の燃焼運転を停止させる。

さて、上述のように、内燃機関１０では、排気通路２１に設けられたフィルタ２３に排ガス中の微粒子物質を捕集している。捕集した微粒子物質がフィルタ２３に堆積していくと、やがてフィルタ２３に目詰まりが生じる虞がある。フィルタ２３に堆積した微粒子物質を燃焼して浄化するには、フィルタ２３の温度を微粒子物質の発火点以上とする必要がある。排気通路２１におけるフィルタ２３よりも上流側の部分に設けられた三元触媒２２の温度（触媒温度）が高くなると、同三元触媒２２から流出してフィルタ２３に流入するガスの温度も高くなる。そして、流入する高温のガスからの受熱によりフィルタ２３の温度も高くなる。そのため、三元触媒２２を昇温することで、フィルタ２３に堆積した微粒子物質の燃焼浄化が可能となる。そこで、本実施形態では、フィルタ２３の微粒子物質の堆積量が多くなったときに、その堆積した微粒子物質を燃焼浄化するために触媒温度を上昇させる制御を、すなわち触媒昇温制御を実行している。

図２に、触媒昇温制御の処理手順を示す。なお、図２に示す一連の処理は、内燃機関１０の燃焼運転が停止され、且つクランク軸１４の回転が停止した状態となったときに開始されるものであり、機関用制御装置１００のメモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより実現される。また、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。

本処理を開始すると、ＣＰＵ１１０は、まず、三元触媒２２の昇温要求があるか否かを判定する（Ｓ１００）。本実施形態では、ＰＭ堆積量Ｐｓが予め定めた規定量を超えており、且つ触媒出ガス温度ＴＨｅがフィルタ２３の再生可能温度よりも低い場合に、ＣＰＵ１１０は三元触媒２２の昇温要求があると判定する。なお、再生可能温度には、フィルタ２３の温度を微粒子物質の発火点以上とするために必要な触媒出ガス温度ＴＨｅの下限値が設定されている。

ＣＰＵ１１０は、三元触媒２２の昇温要求がないと判定する場合（Ｓ１００：ＮＯ）、今回の本処理を終了する。
一方、三元触媒２２の昇温要求があると判定する場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、モータリング制御を開始する（Ｓ１１０）。このモータリング制御は、燃焼を停止した状態の内燃機関１０のクランク軸１４を第１モータジェネレータ７１の動力で回転させる制御であり、モータリング制御が開始されてクランク軸１４が回転されると、内燃機関１０の各気筒１１の吸排気が行われるようになる。

なお、モータリング制御では、機関回転速度ＮＥが規定の昇温可能回転数γ以上となるように、第１モータジェネレータ７１の回転速度が制御される。昇温可能回転数γには、排気通路２１に排出される空気の流量が触媒昇温に必要な最低流量になるときの機関回転速度がその値として設定されている。

モータリング制御を開始すると、次に、ＣＰＵ１１０は、燃料導入処理を開始する。燃料導入処理では、点火装置１９の火花放電を停止した状態で、燃料噴射弁１７の燃料噴射が実施される。この燃料導入処理の実行中における燃料噴射弁１７の燃料噴射量は、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるように制御される。

この燃料導入処理が開始されたときにはモータリング制御を通じて各気筒１１では吸排気が行われているため、燃料噴射弁１７が噴射した燃料を含む混合気は未燃のまま排気通路２１に導入される。そして、その未燃の混合気が三元触媒２２に流入し、同三元触媒２２内で燃焼するため、触媒温度が上昇する。

次に、ＣＰＵ１１０は、下流側空燃比Ａｆｄが出ガスの酸素濃度の低下を示したか否かを判定する（Ｓ１３０）。本実施形態では、燃料導入処理の実施中において下流側空燃比Ａｆｄがリッチ側の値に変化し始めた場合に、ＣＰＵ１１０は、下流側空燃比Ａｆｄが出ガスの酸素濃度の低下を示したと判定する。

そして、下流側空燃比Ａｆｄが酸素濃度の低下を示した場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、燃料噴射弁１７からの燃料噴射を停止することにより燃料導入処理を停止する（Ｓ１５０）。また、ＣＰＵ１１０は、モータリング制御も停止する（Ｓ１６０）。そして、ＣＰＵ１１０は、今回の本処理を終了する。

一方、下流側空燃比Ａｆｄが出ガスの酸素濃度の低下を示さない場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、ＣＰＵ１１０は、触媒出ガス温度ＴＨｅが規定の判定温度α以上であるか否かを判定する（Ｓ１４０）。判定温度αには、上述の再生可能温度よりも高い温度が設定されている。

そして、触媒出ガス温度ＴＨｅが規定の判定温度α未満である場合には（Ｓ１４０：ＮＯ）、ＣＰＵ１１０は、上記Ｓ１３０以降の処理を繰り返し実行する。
一方、触媒出ガス温度ＴＨｅが規定の判定温度α以上である場合には（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は、燃料噴射弁１７からの燃料噴射を停止することにより燃料導入処理を停止する（Ｓ１５０）。また、ＣＰＵ１１０は、モータリング制御も停止する（Ｓ１６０）。そして、ＣＰＵ１１０は、今回の本処理を終了する。なお、本処理ではＳ１３０の処理及びＳ１５０の処理が、燃料導入処理の実施中においてセンサの検出値が出ガスの酸素濃度の低下を示した場合には燃料導入処理を停止する停止処理に相当する。

本実施形態の作用及び効果を説明する。
図３には、燃料導入処理の実行時に燃料噴射弁１７が噴射する実際の燃料量が、機関用制御装置１００の指示した噴射量よりも多くなっており、排気通路２１に導入する未燃の混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチになるほど燃料濃度が濃くなっているときの燃料導入処理の実施態様を示す。

図３に示すように、時刻ｔ１において内燃機関１０の燃焼運転が停止しているときに、三元触媒２２の昇温要求があると触媒昇温制御が実施されて燃料導入処理が開始される。なお、この燃料導入処理の開始時にはモータリング制御も併せて開始される。

燃料導入処理の実行により、上述したような燃料濃度の濃い未燃の混合気が三元触媒２２に流入すると、その燃料は混合気に含まれる酸素と反応して燃焼する。また、こうした燃料の燃焼によって三元触媒２２は還元雰囲気になるため、三元触媒２２は吸蔵していた酸素を放出する。三元触媒２２から放出された酸素の一部は、三元触媒２２に流入した燃料であって混合気に含まれる酸素と反応しなかった燃料と反応して燃焼され、残った酸素は三元触媒２２から排気通路２１に流出する。

このように燃料導入処理の実行により燃料濃度の濃い未燃の混合気が三元触媒２２に流入する場合でも、三元触媒２２からは酸素が放出されるため、三元触媒２２から流出する出ガスの酸素濃度は高くなる。そのため、時刻ｔ１以降の下流側空燃比Ａｆｄは、内燃機関１０の燃焼運転中に比べて大幅にリーンな空燃比を示す値になる。なお、同図の場合、大幅にリーンな空燃比を示しているときの下流側空燃比Ａｆｄの値は、第２空燃比センサ８４が検出可能な空燃比検出範囲のリーン側の限界値であるリーン限界値になっている。

そして、燃料導入処理の実行中に三元触媒２２の酸素吸蔵量が低下してくると、三元触媒２２から放出される酸素の量も少なくなるため、三元触媒２２から放出された酸素のうちで燃料と反応することなく排気通路２１に流出する酸素の量は少なくなり、三元触媒２２から流出する出ガスの酸素濃度は低下し始める（時刻ｔ２）。従って、それまでリーン限界値に張り付いていた下流側空燃比Ａｆｄの値はリッチ側に変化し始めて、出ガスの酸素濃度の低下を示すようになる。そして、仮に時刻ｔ２以降も燃料導入処理を継続すると、最終的には三元触媒２２から放出される酸素量の不足により、三元触媒２２に供給された燃料の一部が未燃のまま当該三元触媒２２を通過するようになる。

そこで、本実施形態では、燃料導入処理の実施中において下流側空燃比Ａｆｄの値がリッチ側に変化し始めた時点で（時刻ｔ２）、ＣＰＵ１１０は、燃料噴射弁１７からの燃料噴射を停止することにより燃料導入処理を停止する。従って、未燃の燃料が三元触媒２２を通過してエミッションが悪化することを抑えることができる。

なお、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。

・上記実施形態では、三元触媒２２を通過した出ガスの酸素濃度の状態を検出するセンサとして、出ガスの酸素濃度に比例した信号を出力する第２空燃比センサ８４を設けるようにした。

この他、図４に示すように、三元触媒２２を通過した出ガスの酸素濃度の状態を検出するセンサとして、出ガス中における酸素の有無のみを検出する酸素センサ１８４を設ける。この酸素センサ１８４は、周知のように、理論空燃比近傍を境にして出力電圧が急変する特性を有しており、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであって排気中に酸素が無い場合には１ボルト程度の出力電圧が得られる。このときに酸素センサ１８４によって検出される下流側空燃比Ａｆｇは、排気に酸素が無いことを示す「リッチ」になる。また、酸素センサ１８４は、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであって排気中に酸素が有る場合には０ボルト程度の出力電圧が得られる。このときに酸素センサ１８４によって検出される下流側空燃比Ａｆｇは、排気に酸素が有ることを示す「リーン」になる。

そして、図２で説明した上記触媒昇温制御の処理手順におけるＳ１３０の処理に代えて、図５に示すＳ２００の処理を実行することにより、燃料導入処理の実行中において出ガスの酸素濃度が低下したか否かを判定する。つまり、ＣＰＵ１１０は、Ｓ２００において、下流側空燃比Ａｆｇがリーンからリッチに変化したか否かを判定する。そして、下流側空燃比Ａｆｇがリーンからリッチに変化した場合には（Ｓ２００：ＹＥＳ）、出ガスの酸素濃度が低下したと判断して、ＣＰＵ１１０は、燃料噴射弁１７からの燃料噴射を停止することにより燃料導入処理を停止する（Ｓ１５０）。また、ＣＰＵ１１０は、モータリング制御も停止する（Ｓ１６０）。そして、ＣＰＵ１１０は、今回の本処理を終了する。

一方、下流側空燃比Ａｆｇがリーンからリッチに変化していない場合には（Ｓ２００：ＮＯ）、ＣＰＵ１１０は、触媒出ガス温度ＴＨｅが規定の判定温度α以上であるか否かを判定する（Ｓ１４０）。そして、触媒出ガス温度ＴＨｅが規定の判定温度α未満である場合には（Ｓ１４０：ＮＯ）、ＣＰＵ１１０は、上記Ｓ２００以降の処理を繰り返し実行する。なお、この変更例では、Ｓ２００の処理及びＳ１５０の処理が、燃料導入処理の実施中においてセンサの検出値が出ガスの酸素濃度の低下を示した場合には燃料導入処理を停止する停止処理に相当する。

こうした変更例でも、燃料導入処理の実施中において三元触媒２２を通過した出ガスの酸素濃度が低下した場合には、燃料導入処理を停止する停止処理が実行されるため、未燃の燃料が三元触媒２２を通過してエミッションが悪化することを抑えることができる。

・燃料導入処理の実行中は、点火装置１９の火花放電を停止するようにした。この他、燃料導入処理の実行中は、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に行わせてもよい。例えば、気筒１１内のピストンが下死点近傍に位置するときに火花放電を行っても、この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に火花放電を実施しても、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に導入することができる。

・上記第１実施形態では、燃料噴射弁１７による吸気ポート１５ａ内への燃料噴射を通じて燃料導入処理を実施していた。その他、気筒１１内に燃料を噴射する筒内噴射式の燃料噴射弁を備える内燃機関において気筒１１内への燃料噴射を通じて燃料導入処理を行うことも可能である。

・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、気筒での混合気の燃焼が停止した状態で車両が走行している状態、つまり車両の惰性走行中であれば駆動輪からの動力伝達によって内燃機関のクランク軸は回転している。そのため、そうした惰性走行中であってクランク軸が回転しているときに上記燃料導入処理を実施することにより、三元触媒の温度を高めることができる。

・機関用制御装置１００はＣＰＵ１１０とメモリ１２０とを備えており、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。例えば、上記各実施形態において実行されるソフトウェア処理の少なくとも一部を処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、機関用制御装置１００は、以下の（ａ）～（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）上記処理の全てをプログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するメモリ等のプログラム格納装置とを備える。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置及びプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置及びプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、１または複数のソフトウェア処理回路及び１または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。

１０…内燃機関、１１…気筒、１４…クランク軸、１５…吸気通路、１５ａ…吸気ポート、１６…スロットルバルブ、１７…燃料噴射弁、１９…点火装置、２１…排気通路、２２…三元触媒、２３…フィルタ、４０…第１遊星ギア機構、４１…サンギア、４２…リングギア、４３…ピニオンギア、４４…キャリア、４５…リングギア軸、５０…第２遊星ギア機構、５１…サンギア、５２…リングギア、５３…ピニオンギア、６０…減速機構、６１…差動機構、６２…駆動輪、７１…第１モータジェネレータ、７２…第２モータジェネレータ、７５…第１インバータ、７６…第２インバータ、７７…バッテリ、８１…エアフロメータ、８２…水温センサ、８３…第１空燃比センサ、８４…第２空燃比センサ、８５…クランク角センサ、８６…アクセルペダルセンサ、８７…車速センサ、８８…パワースイッチ、８９…温度センサ、１００…機関用制御装置、１１０…中央処理装置（ＣＰＵ）、１２０…メモリ、１８４…酸素センサ、２００…車両用制御装置、３００…モータ用制御装置、４００…バッテリ監視装置、５００…ハイブリッド車両。

Claims (3)

1. 燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁が噴射した燃料を含む混合気が導入される気筒と、前記気筒に導入された混合気を火花点火する点火装置と、前記気筒内から排出されたガスが流れる排気通路と、前記排気通路に設けられた三元触媒と、前記排気通路に設けられて前記三元触媒を通過した後のガスである出ガスの酸素濃度の状態を検出するセンサと、を備える内燃機関に適用されて、
   前記三元触媒の昇温要求があったときに、前記内燃機関のクランク軸が回転している状態において、前記燃料噴射弁が噴射した燃料を含む混合気を前記気筒で燃焼させずに前記排気通路に導入する燃料導入処理を実施する制御装置であって、
   前記燃料導入処理の実施中において前記センサの検出値が前記出ガスの酸素濃度の低下を示した場合には、前記燃料導入処理を停止する停止処理を実行する
   内燃機関の制御装置。
2. 前記センサは、前記出ガスの酸素濃度に比例した信号を出力する空燃比センサであって、
   前記停止処理は、燃料導入処理の実施中において前記空燃比センサの検出値がリッチ側の値に変化し始めた場合に、前記燃料導入処理を停止する
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記センサは、前記出ガス中における酸素の有無のみを検出する酸素センサであって、
   前記停止処理は、燃料導入処理の実施中において前記酸素センサの検出値が酸素有りを示す値から酸素無しを示す値に変化した場合に、前記燃料導入処理を停止する
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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