JP7459813B2 - 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。

車両に搭載された内燃機関の排気通路には、内燃機関から排出されるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の物質を浄化する三元触媒等の排気浄化触媒が設けられている。

この種の排気浄化触媒は、理論空燃比よりもリーンな空燃比にあるときには酸素（Ｏ_２）を吸蔵してＮＯｘの還元反応を促進させ、理論空燃比よりもリッチな空燃比にあるときには吸蔵した酸素を放出してＨＣ、ＣＯ等の酸化反応を促進している。

ところで、燃料消費量を低減することを目的として、例えば、車両の減速時に内燃機関の気筒に燃料を供給することを停止する燃料カット制御を実施している。

ところが、燃料カット制御を実施すると、排気浄化触媒に流入する排気中に酸素が多量に含まれ、排気浄化触媒中に吸蔵される酸素が飽和して、燃料カットを解除したときに、ＮＯｘの浄化性能が悪化する。

従来、燃料カットの解除後にＮＯｘの浄化性能が低下することを防止するものとして、特許文献１に記載されるエンジンの排気浄化装置が知られている。

特許文献１に記載される排気浄化装置は、排気浄化触媒のＯ_２ストレージ量を算出し、エンジンの再始動時に前回の運転時に算出された排気浄化触媒のＯ_２ストレージ量に応じて目標空燃比をリッチ側に補正することにより、エンジンの再始動時に排気浄化触媒の酸素吸蔵量を速やかに回復させるようにしている。

特開２０００－５４８２６号公報

内燃機関は、使用する燃料の特性や燃焼室の構造等の要因により、排気浄化触媒のＯ_２ストレージ量に応じて目標空燃比をリッチ側に補正すると、失火が発生し易くなることがある。このため、特許文献１に記載される排気浄化装置は、空燃比をリッチ側に補正できる余地が少なくなる。

本発明は、上記のような事情に着目してなされたものであり、燃料カットを解除した後に、空燃比の過多なリッチ化による内燃機関の失火を防止しつつ、排気浄化触媒の酸素吸蔵量を速やかに回復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ものである。

本発明は、酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒が排気通路に設置される内燃機関の制御装置であって、少なくともアクセルペダルのオフを含む所定の燃料カット条件が成立した場合に、前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットを実行し、少なくとも前記アクセルペダルのオンを含む所定の燃料カット解除条件が成立した場合に、前記燃料カットを解除する燃料カット実行部と、前記燃料カットの実行中に前記アクセルペダルがオンされた場合に、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御して前記排気浄化触媒が吸蔵した酸素を放出させる酸素放出部とを備え、前記酸素放出部は、前記燃料カットの実行中に前記アクセルペダルがオンにされていない場合であっても前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が第１の閾値を超えたことを条件として前記燃料カットを解除し、前記燃料カットが解除されてから前記アクセルペダルがオンされるまでの間に、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比、または前記リッチな空燃比よりも理論空燃比に近い弱リッチな空燃比に制御することを特徴とする。

このように上記の本発明によれば、燃料カットを解除した後に、空燃比の過多なリッチ化による内燃機関の失火を防止しつつ、排気浄化触媒の酸素吸蔵量を速やかに回復できる。

図１は、本発明の一実施例に係る制御装置を備えた内燃機関の概略構成図である。 図２は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置によって実行される酸素吸蔵量制御処理のフローチャートである。 図３は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置によって実行される酸素吸蔵量制御処理のタイミングチャートである。 図４は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置によって実行される燃焼休止運転を伴う酸素吸蔵量制御処理のフローチャートである。 図５は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置によって実行される燃焼休止運転を伴う酸素吸蔵量制御処理のフローチャートである。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒が排気通路に設置される内燃機関の制御装置であって、少なくともアクセルペダルのオフを含む所定の燃料カット条件が成立した場合に、内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットを実行し、少なくともアクセルペダルのオンを含む所定の燃料カット解除条件が成立した場合に、燃料カットを解除する燃料カット実行部と、燃料カットの実行中にアクセルペダルがオンされた場合に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御して排気浄化触媒が吸蔵した酸素を放出させる酸素放出部とを備え、酸素放出部は、燃料カットの実行中にアクセルペダルがオンにされていない場合であっても排気浄化触媒の酸素吸蔵量が第１の閾値を超えたことを条件として燃料カットを解除し、燃料カットが解除されてからアクセルペダルがオンされるまでの間に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比、または前記リッチな空燃比よりも理論空燃比に近い弱リッチな空燃比に制御する。

これにより、本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、燃料カットを解除した後に、空燃比の過多なリッチ化による内燃機関の失火を防止しつつ、排気浄化触媒の酸素吸蔵量を速やかに回復できる。

以下、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置について、図面を用いて説明する。
図１から図５は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置を示す図である。

まず、構成を説明する。
図１において、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両１は、内燃機関としてのエンジン２と、制御装置としてのＥＣＵ（Engine Control Unit）３とを含んで構成されている。

車両１は、液体燃料であるガソリンと、気体燃料である圧縮天然ガス（Compressed Natural Gas、以下、ＣＮＧという）とを使用するバイフューエル車両である。

燃料特性の異なるガソリンとＣＮＧは、エンジン２を始動させる際の始動性能が異なり、ガソリンの方がＣＮＧに比してエンジン始動性能が高く、ＣＮＧはガソリンに比べて燃費性能に優れ、燃焼後の排気ガス中の有害物質の量が少ない。

エンジン２は、少なくとも１つ以上、例えば第１気筒２ａ、第２気筒２ｂ、第３気筒２ｃ、第４気筒２ｄを有する直列４気筒で構成されている。本実施例の第１気筒２ａ、第２気筒２ｂ、第３気筒２ｃおよび第４気筒２ｄは、気筒を構成する。

なお、エンジン２は、直列４気筒に限らず、例えばＶ型エンジン等であってもよいし、気筒数も４つに限定されるものではない。

エンジン２は、いずれも図示しないピストン、シリンダ、コネクティングロッド等を備えており、ピストンが気筒を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行なう４サイクルのエンジンによって構成されている。

シリンダに収納されたピストンは、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結されている。コネクティングロッドは、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。

エンジン２のシリンダヘッドには点火プラグ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄおよび吸気マニホールド５が設けられている。

点火プラグ４Ａから点火プラグ４Ｄは、エンジン２の第１気筒２ａから第４気筒２ｄの燃焼室内に電極を突出させた状態でエンジン２のシリンダヘッドに配設されており、ＥＣＵ３によって点火時期が制御される。

エンジン２のシリンダヘッドには図示しない吸気ポートが設けられている。吸気マニホールド５の下流端は、エンジン２のシリンダヘッドに取付けられている。吸気マニホールド５の内部には吸気通路５ａが形成されており、吸気通路５ａはそれぞれ吸気ポートに連通している。

吸気マニホールド５の上流端は、吸気管６に接続されている。吸気管６の上流端にはエアクリーナ７が接続されている。エアクリーナ７は、図示しない吸気ダクトから取り入れられた外気を浄化する。

エアクリーナ７によって浄化された外気は、吸気管６から吸気マニホールド５に導入された後、吸気マニホールド５の吸気通路５ａから吸気ポートを介して第１気筒２ａから第４気筒２ｄに導入される。

ここで、上流、下流とは空気が流れる方向に対して上流、下流を示し、エンジン２に対してエアクリーナ７側が上流、エアクリーナ７に対してエンジン２側が下流である。

吸気管６の上流側にはスロットルバルブ８が設けられており、スロットルバルブ８は、吸気管６を通過する空気の量（吸入吸気量）を調整する。スロットルバルブ８は、例えば、図示しないモータにより開閉される電子制御スロットルバルブから構成されており、アクセルペダル９の踏込量に応じて開閉するとともにその開度が調整される。

スロットルバルブ８は、ＥＣＵ３に電気的に接続されており、ＥＣＵ３によりアクセルペダル９の踏み込み量（アクセル開度）が制御される。

アクセルペダル９の踏み込み量は、アクセル開度センサ１０によって検出される。アクセル開度センサ１０は、ＥＣＵ３に電気的に接続されている。アクセル開度センサ１０は、アクセルペダル９の踏み込み量をアクセルペダル９の開度（以下、アクセル開度という）として検出し、アクセル開度に応じた信号をＥＣＵ３に送信する。

エンジン２の第１気筒２ａから第４気筒２ｄには、それぞれガソリン用インジェクタ１２とＣＮＧ用インジェクタ１３が設けられている。

ガソリン用インジェクタ１２は、図示しない燃料配管を介して図示しないガソリンタンクに接続されている。ガソリンタンクに貯留されるガソリンは、図示しないフューエルポンプによってガソリン用インジェクタ１２に圧送され、ガソリン用インジェクタ１２によってそれぞれの第１気筒２ａから第４気筒２ｄに噴射される。

第１気筒２ａから第４気筒２ｄに噴射されるガソリンは、吸気マニホールド５から吸気ポートを介して第１気筒２ａから第４気筒２ｄに導入される吸入空気と混ざって混合気を生成する。

ＣＮＧ用インジェクタ１３は、図示しない燃料配管を介して図示しないＣＮＧタンクに接続されている。ＣＮＧタンクに貯留されるＣＮＧは、図示しないフューエルポンプによってＣＮＧ用インジェクタ１３に圧送され、ＣＮＧ用インジェクタ１３によってそれぞれの第１気筒２ａから第４気筒２ｄに噴射される。

第１気筒２ａから第４気筒２ｄに噴射されるＣＮＧは、吸気マニホールド５から吸気ポートを介して第１気筒２ａから第４気筒２ｄに導入される吸入空気と混ざって混合気を生成する。

なお、ガソリンとＣＮＧのいずれかをエンジン２に供給するかの選択は、一例としてエンジン２の運転状態に応じてＥＣＵ３が自動で行う自動選択と、車両１を運転する運転者が図示しない使用燃料選択スイッチを操作して行う手動選択によって行われる。

本実施例のガソリン用インジェクタ１２とＣＮＧ用インジェクタ１３は、燃料を第１気筒２ａから第４気筒２ｄに噴射する、いわゆる筒内噴射式の燃料噴射弁である。

エンジン２のシリンダヘッドには、第１気筒２ａから第４気筒２ｄにそれぞれ連通する図示しない排気ポートが設けられている。エンジン２には排気マニホールド１４が接続されており、排気マニホールド１４の内部には排気通路１４ａが形成されている。

排気マニホールド１４の排気通路１４ａには、混合気の燃焼によって発生した第１気筒２ａから第４気筒２ｄの排気ガスが集合され、排気通路１４ａに集合された排気ガスは三元触媒１５に排出される。

三元触媒１５の上流端は、排気マニホールド１４の下流端に接続されている。三元触媒１５は、セラミック等の担持体の表面にパラジウム、ロジウム等の貴金属を付着させたものから構成されており、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の３種類の有害物質を酸化反応および還元反応によって同時に浄化する。

三元触媒１５は、三元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸蔵したり、放出する酸素ストレージ能を有している。すなわち、三元触媒１５は、酸素を吸蔵可能な補助触媒を有する。

三元触媒１５による未燃ガス（ＨＣ、ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化能力は、三元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比にあるときに非常に高くなる。

また、三元触媒１５は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側にあるときには、排気ガス中の過剰な酸素を吸蔵する。一方、三元触媒１５は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側であるときには、未燃ガスを酸化させるのに不足している酸素を放出する。

これにより、排気ガスの空燃比が理論空燃比からずれた場合であっても、三元触媒１５の表面上における空燃比が理論空燃比近傍に維持され、三元触媒１５において未燃ガスおよびＮＯｘが浄化される。

本実施例の三元触媒１５は、排気浄化触媒を構成する。なお、排気浄化触媒は、触媒作用と酸素吸蔵能力を有していれば、三元触媒以外であってもよい。

三元触媒１５の下流端には排気管１６の上流端が接続されており、排気管１６は、三元触媒１５によって浄化された排気ガスを外部（大気）に排出する。排気管１６には消音器１７が設けられており、消音器１７は、排気音を消音する。

本実施例の排気マニホールド１４および排気管１６は、排気通路を構成し、三元触媒１５は、排気通路に設けられた排気浄化装置を構成する。

車両１にはＭＡＦセンサ２１、ＭＡＰセンサ２２、空燃比センサ２３、酸素センサ２４およびクランク角センサ２５が設けられている。

ＭＡＦ（Mass Air Flow）センサ２１は、吸気管６の内部におけるスロットルバルブ８より上流側に設けられており、吸気管６の吸入空気量を測定し、測定した吸入空気量をＥＣＵ３に送信する。

ＭＡＰセンサ２２は、吸気管６の内部におけるスロットルバルブ８より上流側に設けられており、吸気管６の吸気圧力（ＭＡＰ：Manifold Absolute Pressure）を測定し、測定した吸気圧力をＥＣＵ３に送信する。

空燃比センサ２３は、三元触媒１５の上流側に設けられており、三元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比を検出し、検出した空燃比をＥＣＵ３に送信する。

酸素センサ２４は、三元触媒１５を通過した排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をＥＣＵ３に送信する。具体的に、酸素センサ２４は、三元触媒１５を通過した排気ガスが理論空燃比よりもリーン側にあるかリッチ側にあるのかを検出する。

クランク角センサ２５は、エンジン２のクランクシャフトの基準位置と回転角を検出し、クランク角信号をＥＣＵ３に送信する。ＥＣＵ３は、クランク角センサ２５から入力されるクランク角信号に基づいてエンジン２の回転数を算出する。

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory） と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

コンピュータユニットのＲＯＭには、各種定数や各種マップ等のほか、当該コンピュータユニットの機能を実現するためのプログラムが格納されている。

ＥＣＵ３は、三元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比（理論空燃比）となるように制御する。具体的に、ＥＣＵ３は、空燃比センサ２３が検出した空燃比が目標空燃比に一致するように、第１気筒２ａから第４気筒２ｄに供給される吸入空気量と燃料量（ガソリンの量またはＣＮＧの量）を制御する。

すなわち、ＥＣＵ３は、空気過剰率λに基づく燃料噴射制御を実施することにより、三元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比となるように制御する。

ここで、空気過剰率λとは、実際にエンジン内に供給された実吸入空気量を理論上必要な最小空気の質量で除した値であり、混合気中の空気の余剰度を示す指標である。

また、空気過剰率λは、実際の空燃比を理論空燃比に除した値にも等しい。空気過剰率λが１の場合の混合気を理論混合気（理論空燃比）といい、空気過剰率λが１より大きい場合の混合気をリーン混合気（空燃比がリーンにある）といい、空気過剰率λが１より小さい場合の混合気をリッチ混合気（空燃比がリッチにある）という。

また、ＥＣＵ３は、所定の燃料カット条件が成立した場合、エンジン２への燃料供給を停止する燃料カットを実行し、所定の燃料カット解除条件が成立した場合に、燃料カットを解除する。

所定の燃料カット条件としては、例えば、車速が所定値より小さいこと、図示しないブレーキペダルが踏まれていること、アクセルペダル９が踏み込まれていないこと（アクセルペダル９がオフであること）等が含まれる。

ＥＣＵ３は、車両１の減速中においても、上述した燃料カット条件が成立すると、エンジン２に対する燃料カットを実行してエンジン２を自動停止させることができる。

所定の燃料カット解除条件としては、例えば、アクセルペダル９が踏み込まれたこと、ブレーキペダルの踏み込みが解除されたこと等が含まれる。本実施例のＥＣＵ３は、内燃機関の制御装置および燃料カット実行部を構成する。

ＥＣＵ３は、空燃比センサ２３によって検出される排気の酸素過不足量を随時算出しており、この酸素過不足量を積算することで三元触媒１５の酸素吸蔵量を推定している。酸素過不足量 は、三元触媒１５に流入する排気の空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量または不足する酸素の量である。

ＥＣＵ３は、燃料カットの実行中にアクセルペダル９がオンされた場合に、吸入空気量と燃料噴射量を制御して三元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御し、三元触媒１５が吸蔵した酸素を放出させる。

また、ＥＣＵ３は、燃料カットの実行中にアクセルペダル９がオンにされていない場合であっても三元触媒１５の酸素吸蔵量が第１の閾値を超えたことを条件として燃料カットを解除し、燃料カットが解除されてからアクセルペダル９がオンされるまでの間に、吸入空気量と燃料噴射量を制御して三元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に制御する。

すなわち、ＥＣＵ３は、燃料カットの実行中に三元触媒１５の酸素吸蔵量が第１の閾値を超えた場合には、燃料カットを解除し、三元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に制御し、アクセルペダル９がオンされたときに、三元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する。

第１の閾値は、酸素吸蔵量に応じた値であり、ＥＣＵ３のＲＯＭに格納されている。本実施例のＥＣＵ３は、酸素放出部を構成する。

以上のように構成された本実施例に係るエンジン２の制御装置による三元触媒１５の酸素吸蔵量制御処理について、図２に示すフローチャートと図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。

図２に示す酸素吸蔵量制御処理は、ＥＣＵ３によって実行される処理であり、ＥＣＵ３は、図示しないイグニッションスイッチがオンとなってから酸素吸蔵量制御処理を開始し、イグニッションスイッチがオフとなったら、酸素吸蔵量制御処理を終了する。

ステップＳ１において、ＥＣＵ３は、通常のエンジン制御処理を実行する。この通常のエンジン制御処理は、エンジン２を運転するための基本的な制御であり、燃料の噴射時期や噴射量の制御、点火プラグ４Ａから点火プラグ４Ｄの点火時期の制御等である。

ステップＳ２において、ＥＣＵ３は、燃料カット条件が成立したか否かを判別し、燃料カット条件が成立していないものと判断した場合には、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ２において、ＥＣＵ３は、燃料カット条件が成立したものと判断した場合には、燃料カットを実行する（ステップＳ３）。

次いで、ＥＣＵ３は、三元触媒１５に吸蔵された酸素量（ＯＳＣ）が第１の閾値Ａ１を超えたか否かを判別し（ステップＳ４）、三元触媒１５に吸蔵された酸素量（ＯＳＣ）が第１の閾値Ａ１以下であるものと判断した場合にはステップＳ３に処理を戻す。

第１の閾値Ａ１は、例えば、三元触媒１５が吸蔵可能な最大酸素吸蔵量または最大吸蔵量よりも少ない酸素吸蔵量に設定される。なお、第１の閾値Ａ１はこれに限定されるものではない。

ステップＳ４でＥＣＵ３は、三元触媒１５に吸蔵された酸素量が第１の閾値Ａ１を超えたものと判断した場合には、三元触媒１５に吸蔵される酸素が飽和する可能性があるものと判断し、アクセルペダル９が踏み込まれていない場合であっても燃料カットを解除して燃料噴射制御を開始する（ステップＳ５）。

次いで、ＥＣＵ３は、通常のエンジン制御処理を実行し、空燃比を理論空燃比となるように燃料噴射量を制御する（ステップＳ６）。

次いで、ＥＣＵ３は、燃料カットが解除されてからアクセル開度センサ１０の検出情報に基づいてスロットルバルブ８が開いたか否か、すなわち、アクセルペダル９が踏み込まれたか否かを判別する（ステップＳ７）。

以下、アクセルペダル９が踏み込まれたことをアクセルオンといい、アクセルペダル９の踏み込みが解除されたことをアクセルオフという。アクセルオンでは、アクセル開度は０よりも大きく、アクセルオフでは、アクセル開度は０である。

ステップＳ７でＥＣＵ３は、アクセルオフであるものと判断した場合には、ステップＳ６に処理を戻す。

ステップＳ７でＥＣＵ３は、アクセルオンであるものと判断した場合には、空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比となるように吸入空気量と燃料噴射量を制御し、三元触媒１５から酸素を放出する酸素パージ処理を実行する（ステップＳ８）。

次いで、ＥＣＵ３は、三元触媒１５に吸蔵された酸素量（ＯＳＣ）が第２の閾値Ａ２以下であるか否かを判別し（ステップＳ９）、三元触媒１５に吸蔵された酸素量（ＯＳＣ）が第２の閾値Ａ２よりも大きいものと判断した場合には、ステップＳ８に処理を戻す。

第２の閾値Ａ２は、例えば、三元触媒１５が吸蔵する酸素が０の状態になる最小酸素吸蔵量または最小酸素吸蔵量よりも多い酸素吸蔵量に設定される。なお、第２の閾値Ａ２はこれに限定されるものではない。

ステップＳ９でＥＣＵ３は、三元触媒１５に吸蔵された酸素量（ＯＳＣ）が第２の閾値Ａ２以下であるものと判断した場合には、ＮＯｘの還元反応を促進可能な状態まで三元触媒１５に吸蔵された酸素が放出されたものと判断して、酸素パージ処理を完了した後（ステップＳ１０）、ステップＳ１に処理を戻す。

図３は、酸素吸蔵量制御処理のタイミングチャートであり、タイミングｔ２以降の一点鎖線は、従来の燃料カット処理の特性を示している。

図３において、ＥＣＵ３は、燃料カットが開始されるタイミングｔ１までは、排気ガスの空燃比が理論空燃比（λで示すストイキ）となるように制御し、アクセル開度がオフとなるタイミングｔ１で燃料カットを実施して燃料噴射量を０にする。

燃料カットの実行中は、三元触媒１５に流入される排気中には酸素が多量に含まれるので、三元触媒１５に流入される排気ガスは理論空燃比よりもリーンな空燃比となる。

従来のようにアクセルオンとなるタイミングｔ３まで燃料カットを継続すると（Ｙ１参照）、三元触媒１５に流入される排気ガスが理論空燃比よりもリーンな空燃比となり（Ｙ２参照）、三元触媒１５に吸蔵される酸素量が増大し続ける（Ｙ３参照）。

従来ではアクセルオンとなったタイミングｔ３で燃料の噴射を再開すると、三元触媒１５に吸蔵される酸素を速やかに放出するために、三元触媒１５に流入される排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも過多にリッチ化する必要があり（Ｙ４参照）、失火が発生し易くなることがある。

本実施例のエンジン２の制御装置によれば、燃料カットの実行中にアクセルペダル９がオンにされていない場合であっても三元触媒１５の酸素吸蔵量が第１の閾値Ａ１を超えたタイミングｔ２で燃料カットを解除して燃料噴射を再開し（Ｘ１、Ｘ２参照）、燃料カットが解除されてからアクセルペダル９がオンされるまでの間に三元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比になるように制御することにより（Ｘ３参照）、三元触媒１５が吸蔵した酸素を放出させる。

これにより、燃料カットの実行中に三元触媒１５に吸蔵される酸素量を第１の閾値Ａ１または第１の閾値Ａ１以下に維持できる。

このため、従来のように燃料カット解除時に排気ガスの空燃比を過多にリッチ化して（Ｙ４参照）、三元触媒１５から酸素を放出させることを不要にでき、リッチな空燃比Ｙ４に比べて理論空燃比に近いリッチな空燃比Ｘ５で三元触媒１５から酸素を放出できる。この結果、エンジン２の失火を防止しつつ、三元触媒１５の酸素吸蔵量を速やかに回復できる。

なお、ＥＣＵ３は、燃料カットの実行中にアクセルペダル９がオンにされていない場合であっても三元触媒１５の酸素吸蔵量が第１の閾値Ａ１を超えたことを条件として燃料カットを解除し、燃料カットが解除されてからアクセルペダル９がオンされるまでの間に、吸入空気量と燃料噴射量を制御して三元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比を上記リッチな空燃比よりも理論空燃比に近い弱リッチな空燃比に制御してもよい。

また、本実施例のエンジン２は、気体燃料であるＣＮＧを使用する。気体燃料の使用時には、液体燃料の使用時よりも空燃比をリッチ化した場合に失火が発生し易く、空燃比をリッチ化できる限界値が低い。

このため、気体燃料を使用するエンジン２に本制御を適用することにより、エンジン２の失火を防止しつつ、三元触媒１５の酸素吸蔵量を速やかに回復できる。なお、気体ガスとしては、ＬＰＧ（Liquefied Petroleum gas）等を用いてもよい。

また、ＥＣＵ３は、アクセルペダル９がオンされてから、三元触媒１５の酸素吸蔵量が第２の閾値Ａ２以下にならない場合に、燃焼休止運転を行う。すなわち、本実施例のエンジン２は、全気筒運転と、気筒２ａから気筒２ｄの一部の点火を休止する燃焼休止運転とに切り替え可能となっている。

燃焼休止運転においては、ＥＣＵ３は、例えば、第２気筒２ｂと第３気筒２ｃを燃焼休止気筒に設定して第２気筒２ｂと第３気筒２ｃに吸入空気と燃料の混合気を供給し、点火プラグ４Ｂ、４Ｃに点火信号を出力することを停止して第２気筒２ｂと第３気筒２ｃの混合気の燃焼を休止させる。

一方、ＥＣＵ３は、第１気筒２ａと第４気筒２ｄを燃焼気筒に設定して第１気筒２ａと第４気筒２ｄに吸入空気と燃料の混合気を供給し、点火プラグ４Ｂ、４Ｃに点火信号を出力し、第１気筒２ａと第４気筒２ｄの混合気を燃焼させる。

ＥＣＵ３は、燃料カットが解除されてから所定時間経過後に三元触媒１５の酸素吸蔵量が第２の閾値以下にならない場合に、第２気筒２ｂと第３気筒２ｃの燃焼を休止させ、燃焼気筒（第１気筒２ａと第４気筒２ｄ）に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に制御し、燃焼休止気筒（第２気筒２ｂと第３気筒２ｃ）に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する。

次に、燃焼休止運転を伴う三元触媒１５の酸素吸蔵量制御処理について、図４に示すフローチャートと図５に示すタイミングチャートを参照して説明する。

図４に示す酸素吸蔵量制御処理は、ＥＣＵ３によって実行される処理であり、ＥＣＵ３は、イグニッションスイッチがオンとなったら、酸素吸蔵量制御処理を開始し、イグニッションスイッチがオフとなったら、酸素吸蔵量制御処理を終了する。

なお、図２のフローチャートと同一の処理を行うステップＳについては、同一のステップ番号を付して説明を省略する。

図５は、燃焼休止運転を伴う酸素吸蔵量制御処理のタイミングチャートである。図５の実線は、図３に示す酸素吸蔵量制御処理の特性を示し、タイミングｔ３以降の二点鎖線は、燃焼休止運転時の休止気筒への燃料噴射量、点火信号および空燃比の特性を示す。

また、図５において、タイミングｔ３以降の点線は、燃焼休止運転中の燃焼気筒への料噴射量、点火信号、空燃比の挙動を示す。また、三元触媒中の酸素量において、タイミングｔ３以降の二点鎖線は、燃焼休止運転中の三元触媒１５の吸蔵酸素量の変化を示す。

図４のステップＳ９において、ＥＣＵ３は、三元触媒１５に吸蔵された酸素量が第２の閾値Ａ２以下であるものと判断した場合には、酸素パージを完了した後（ステップＳ１０）、ステップＳ１に処理を戻す。

ステップＳ９において、ＥＣＵ３は、三元触媒１５に吸蔵された酸素量が第２の閾値Ａ２よりも大きいものと判断した場合には、燃料カットが解除されてから所定時間Ｔが経過したか否かを判別する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１でＥＣＵ３は、燃料カットが解除されてから所定時間Ｔが経過していないものと判断した場合には、ステップＳ８に処理を戻す。

ステップＳ１１でＥＣＵ３は、燃料カットが解除されてから所定時間Ｔが経過したものと判断した場合には、燃焼休止制御を開始する（ステップＳ１２）。

ＥＣＵ３は、燃焼休止制御が開始されると、第１気筒２ａと第４気筒２ｄを燃焼気筒に設定するとともに、第２気筒２ｂと第３気筒２ｃを燃焼休止気筒に設定する。

次いで、ＥＣＵ３は、第１気筒２ａと第４気筒２ｄの点火プラグ４Ａ、４Ｄの点火をオンとし（ステップＳ１３）、第１気筒２ａと第４気筒２ｄに供給される混合気が理論空燃比となるように燃料噴射量を制御する（ステップＳ１４）。

また、ＥＣＵ３は、第２気筒２ｂと第３気筒２ｃの点火プラグ４Ｂ、４Ｃの点火をオフとし（ステップＳ１５）、第２気筒２ｂと第３気筒２ｃに供給される混合気が理論空燃比よりもリッチな空燃比となるように燃料噴射量を制御する（ステップＳ１６）。

すなわち、第２気筒２ｂと第３気筒２ｃの点火は禁止するが、第２気筒２ｂと第３気筒２ｃに理論空燃比で噴射する燃料よりも過多となる燃料を噴射する。

ステップＳ１３、Ｓ１４において、ＥＣＵ３は、図５に示すように、タイミングｔ３から所定時間Ｔの経過後（タイミングｔ４）に三元触媒１５の酸素吸蔵量が第２の閾値Ａ２以下にならない場合に、燃焼休止制御を開始する。

ＥＣＵ３は、燃焼休止制御を開始すると、第１気筒２ａと第４気筒２ｄの点火プラグ４Ａ、４Ｄの点火をオンと（Ｘ１１参照）、第１気筒２ａと第４気筒２ｄに供給される混合気が理論空燃比（Ｘ１２参照）となるように燃料噴射量を制御する（Ｘ１３参照）。

ステップＳ１５、Ｓ１６において、ＥＣＵ３は、図５に示すように、タイミングｔ４で燃焼休止制御を開始すると、第２気筒２ｂと第３気筒２ｃの点火プラグ４Ｂ、４Ｃの点火をオフとし（Ｘ１４参照）、第２気筒２ｂと第３気筒２ｃに噴射される燃料量が理論空燃比よりもリッチな空燃比（Ｘ１５参照）となるように燃料噴射量を制御する（Ｘ１６参照）。

このように、本実施例のエンジン２は、複数の気筒２ａから気筒２ｄを有し、気筒２ａから気筒２ｄの一部の点火を休止する燃焼休止運転が可能である。

次いで、ＥＣＵ３は、三元触媒１５に吸蔵された酸素量（ＯＳＣ）が第２の閾値Ａ２以下であるか否かを判別し（ステップＳ１７）、三元触媒１５に吸蔵された酸素量（ＯＳＣ）が第２の閾値Ａ２よりも大きいものと判断した場合には、ステップＳ１２に処理を戻す。

ステップＳ１７でＥＣＵ３は、三元触媒１５に吸蔵された酸素量（ＯＳＣ）が第２の閾値Ａ２以下であるものと判断した場合には、ＮＯｘの還元反応を促進可能な状態まで三元触媒１５に吸蔵された酸素が放出されたものと判断して、酸素パージ処理を完了した後（ステップＳ１８）、ステップＳ１に処理を戻す。

このように、本実施例のエンジン２の制御装置によれば、燃料カットが解除されてから所定時間Ｔの経過後に三元触媒１５の酸素吸蔵量が第２の閾値Ａ２以下にならない場合に、第２気筒２ｂと第３気筒２ｃの燃焼を休止させ、燃焼気筒（第１気筒２ａと第４気筒２ｄ）に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に制御し、燃焼休止気筒（第２気筒２ｂと第３気筒２ｃ）に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する。

これにより、燃焼休止気筒（第２気筒２ｂ、第３気筒２ｃ）から排出される空気と未燃焼の燃料を燃焼気筒（第１気筒２ａ、第４気筒２ｄ）の排気ガスと混合して燃焼させることができ、三元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比をさらにリッチ化できる。

このため、図５に示すように、全気筒運転時（Ｘ１７参照）に比べて、三元触媒１５が吸蔵した酸素の放出をより効果的に促進でき、三元触媒１５の酸素吸蔵量を速やかに回復できる（Ｘ１８参照）。

これに加えて、燃焼気筒（第１気筒２ａ、第４気筒２ｄ）に対する要求負荷を高くでき、ストールが発生し易い低負荷域でエンジン２が運転されることが回避できる。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

２...エンジン（内燃機関）、２ａ...第１気筒（気筒）、２ｂ...第２気筒（気筒）、２ｃ...第３気筒（気筒）、２ｄ...第４気筒（気筒）、３...ＥＣＵ（燃料カット実行部、酸素放出部）、１４...排気マニホールド（排気通路）、１５...三元触媒（排気浄化装置）、１６...排気管（排気通路）

Claims (3)

1. 酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒が排気通路に設置される内燃機関の制御装置であって、
   少なくともアクセルペダルのオフを含む所定の燃料カット条件が成立した場合に、前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットを実行し、少なくもと前記アクセルペダルのオンを含む所定の燃料カット解除条件が成立した場合に、前記燃料カットを解除する燃料カット実行部と、
   前記燃料カットの実行中に前記アクセルペダルがオンされた場合に、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御して前記排気浄化触媒が吸蔵した酸素を放出させる酸素放出部とを備え、
   前記酸素放出部は、前記燃料カットの実行中に前記アクセルペダルがオンにされていない場合であっても前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が第１の閾値を超えたことを条件として前記燃料カットを解除し、前記燃料カットが解除されてから前記アクセルペダルがオンされるまでの間に、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比、または前記リッチな空燃比よりも理論空燃比に近い弱リッチな空燃比に制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関は、少なくとも気体燃料を使用することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関は、複数の気筒を有し、前記複数の気筒の一部の点火を休止することにより燃焼休止運転が可能であり、
   前記酸素放出部は、前記第１の閾値に対応する酸素吸蔵量よりも少ない酸素吸蔵量に応じた第２の閾値を有し、
   前記酸素放出部は、前記燃料カットが解除されてから所定時間経過後に前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が前記第２の閾値以下にならない場合に、前記複数の気筒の一部の燃焼を休止させ、燃焼気筒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に制御し、燃焼休止気筒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

Images