JP7694339B2 - エンジン装置 - Google Patents

Description

本発明は、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、エンジンと、エンジンの排気管に取り付けられた浄化触媒とを備える装置において、エンジンの燃料カットからの復帰以降に、浄化触媒に流入する排気の要求空燃比をリッチに設定する復帰後リッチ制御を実行するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８－３７４２号公報

上述のエンジン装置では、エンジンの燃料カットからの復帰以降に、復帰後リッチ制御として一律に要求空燃比を比較的小さくする（要求当量比を比較的大きくする）と、浄化触媒の酸素吸蔵量がそれほど多くない場合に、排気管から外気に排出される排気中の炭化水素量が多くなり、エミッションが悪化する可能性がある。

本発明のエンジン装置は、エンジンの燃料カットからの復帰以降に、エミッションが悪化するの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、
エンジンと、
前記エンジンの排気管に取り付けられた浄化触媒と、
要求当量比に基づいて前記エンジンを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記エンジンの燃料カットからの復帰以降に、前記浄化触媒の酸素吸蔵量が第１吸蔵量閾値以上であるときには、前記要求当量比に値１よりも大きい第１値を設定し、前記酸素吸蔵量が前記第１吸蔵量閾値未満であるときには、前記要求当量比に前記第１値よりも小さく且つ値１よりも大きい第２値を設定する、復帰後リッチ制御を実行する、
ことを要旨とする。

本発明のエンジン装置では、エンジンの燃料カットからの復帰以降に、浄化触媒の酸素吸蔵量が第１吸蔵量閾値以上であるときには、要求当量比に値１よりも大きい第１値を設定し、酸素吸蔵量が第１吸蔵量閾値未満であるときには、要求当量比に第１値よりも小さく且つ値１よりも大きい第２値を設定する、復帰後リッチ制御を実行する。これにより、エンジンの燃料カットからの復帰以降に、排気管から外気に排出される排気中の炭化水素量が多くなるのを抑制し、エミッションが悪化するのを抑制することができる。

本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記復帰後リッチ制御として、前記燃料カットからの復帰以降に何れかの気筒で燃料噴射を行なった噴射回数が回数閾値未満であり且つ前記浄化触媒の酸素吸蔵量が第１吸蔵量閾値以上であるときには、前記要求当量比に前記第１値を設定し、前記酸素吸蔵量が前記第１吸蔵量閾値未満であるとき、および、前記噴射回数が前記回数閾値以上であるときには、前記要求当量比に前記第２値を設定するものとしてもよい。

本発明のエンジン装置において、前記排気管の前記浄化触媒よりも下流側に取り付けられたリヤ空燃比センサを更に備え、前記制御装置は、前記リヤ空燃比センサが活性化しているときには、前記リヤ空燃比センサにより検出されるリヤ空燃比が空燃比閾値以下である空燃比条件または前記酸素吸蔵量が前記第１吸蔵量閾値よりも少ない第２吸蔵量閾値以下である吸蔵量条件が成立したときに、前記復帰後リッチ制御を終了し、前記リヤ空燃比センサが活性化していないときには、前記吸蔵量条件が成立したときに、前記復帰後リッチ制御を終了するものとしてもよい。こうすれば、リヤ空燃比センサが活性化してるか否かに応じて、復帰後リッチ制御を終了するか否かをより適切に判定することができる。

この場合、前記制御装置は、前記排気管の前記浄化触媒よりも上流側のフロント空燃比と吸入空気量とに基づいて前記酸素吸蔵量を推定し、前記第２吸蔵量閾値は、前記リヤ空燃比センサが活性化していないときに、前記リヤ空燃比センサが活性化しているときよりも多い値に設定されるものとしてもよい。こうすれば、リヤ空燃比センサが活性化していないときに、復帰後リッチ制御を終了するか否かをより適切に判定することができる。

本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、当量比と前記要求当量比に基づく目標当量比との差分が小さくなるようにするフィードバック制御の実行条件が成立しているときには、前記目標当量比と、前記フィードバック制御により得られるフィードバック値と、に基づいて前記エンジンを制御し、前記フィードバック制御の実行条件が成立していないときには、前記目標当量比に基づいて前記エンジンを制御し、前記制御装置は、前記復帰後リッチ制御として、前記フィードバック制御の実行条件が成立しておらずに且つ前記要求当量比に前記第２値よりも小さく且つ値１よりも大きい第３値を設定した設定履歴がないときには、前記要求当量比に前記第１値または前記第２値を設定し、前記フィードバック制御の実行条件が成立しているとき、および、前記フィードバック制御の実行条件が成立しておらずに且つ前記設定履歴があるときには、前記要求当量比に前記第３値を設定するものとしてもよい。こうすれば、復帰後リッチ制御のときに、要求当量比を第３値から第１値や第２値に変更しないようにすることができる。

この場合、前記制御装置は、所定要求が行なわれていないときには、前記要求当量比を前記目標当量比に設定し、前記所定要求が行なわれているときには、前記要求当量比および前記所定要求に基づく第２要求当量比のうちの大きい方を前記目標当量比に設定し、前記フィードバック制御の実行条件は、前記所定要求が行なわれていない条件を含むものとしてもよい。また、前記制御装置は、前記復帰後リッチ制御の終了条件が成立すると、前記要求当量比をそのときの値から減少させるものとしてもよい。

本発明の一実施例としてのエンジン装置１１を備える自動車１０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０により実行される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１２の燃料カットの有無、フィードバック制御の実行条件の成立の有無、酸素吸蔵量ＯＳおよび実酸素吸蔵量ＯＳａｃ、要求当量比φｒａ、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量の様子の一例を示すタイムチャートである。 エンジン１２の燃料カットの有無、フィードバック制御の実行条件の成立の有無、酸素吸蔵量ＯＳおよび実酸素吸蔵量ＯＳａｃ、要求当量比φｒａ、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量の様子の一例を示すタイムチャートである。 電子制御ユニット５０により実行される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１２の燃料カットの有無、出力関連リッチ要求の有無、フィードバック制御の実行条件の成立の有無、リヤ空燃比ＡＦｒ、要求当量比φｒａ，φｒｂ、目標当量比φ＊、酸素吸蔵量ＯＳ、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量の様子の一例を示すタイムチャートである。

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、本発明の一実施例としてのエンジン装置１１を備える自動車１０の構成の概略を示す構成図である。実施例の自動車１０は、図示するように、エンジン１２と、エンジン１２をクランキングするためのスタータ（図示省略）と、エンジン１２からの動力を変速して駆動輪ＤＷにデファレンシャルギヤＤＦを介して連結された駆動軸ＤＳに伝達する変速機ＴＭと、エンジン１２やスタータ、変速機ＴＭを制御する制御装置としての電子制御ユニット５０とを備える。実施例のエンジン装置１１としては、主として、エンジン１２と電子制御ユニット５０とが該当する。

エンジン１２は、例えばガソリンや軽油などを燃料として吸気、圧縮、膨張（爆発燃焼）、排気の４行程により動力を出力する複数気筒の内燃機関として構成されている。このエンジン１２は、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁２６と、点火プラグ３０とを有する。エンジン１２は、エアクリーナ２２により清浄された空気を吸気管２３に吸入してスロットルバルブ２４を通過させ、更に吸気バルブ２８を介して燃焼室２９に吸入する。また、吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁２６から燃料を噴射する。そして、点火プラグ３０による電気火花により爆発燃焼させ、爆発燃焼によるエネルギにより押し下げられるピストン３２の往復運動をクランクシャフト１４の回転運動に変換する。燃焼室２９から排気バルブ３３を介して排気管３４に排出される排気は、浄化装置３５を介して外気に排出される。浄化装置３５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）３５ａを有する。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５１やＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、フラッシュメモリ５４、入出力ポート、通信ポートなどを有するマイクロコンピュータを備える。電子制御ユニット５０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。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、エンジン１２のクランクシャフト１４の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４ａからのクランク角θｃｒや、エンジン１２の冷却水の温度を検出する水温センサ１５からの冷却水温Ｔｗを挙げることができる。吸気バルブ２８を開閉するインテークカムシャフトの回転位置や排気バルブ３３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１６からのカム角θｃｉ，θｃｏも挙げることができる。スロットルバルブ２４のポジション（開度）を検出するスロットルポジションセンサ２４ａからのスロットル開度ＴＨや、吸気管２３のスロットルバルブ２４よりも上流側に取り付けられたエアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａ、吸気管２３のスロットルバルブ２４よりも上流側に取り付けられた温度センサ２３ｔからの吸気温Ｔａも挙げることができる。排気管３４の浄化装置３５よりも上流側に取り付けられたフロント空燃比センサ３７からのフロント空燃比ＡＦｆや、排気管３４の浄化装置３５よりも下流側に取り付けられたリヤ空燃比センサ３８からのリヤ空燃比ＡＦｒも挙げることができる。変速機ＴＭの入力軸に取り付けられた回転数センサからの変速機ＴＭの入力軸の回転数や、変速機ＴＭの出力軸に取り付けられた回転数センサからの変速機ＴＭの出力軸の回転数も挙げることができる。イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号ＩＧや、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰも挙げることができる。アクセルペダル６３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６４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル６５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６６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ６７からの車速Ｖも挙げることができる。

電子制御ユニット５０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０から出力される信号としては、例えば、エンジン１２のスロットルバルブ２４への制御信号や、筒内噴射弁２６への制御信号、点火プラグ３０への制御信号を挙げることができる。また、スタータ（図示省略）への制御信号や、変速機ＴＭへの制御信号も挙げることができる。

電子制御ユニット５０は、クランクポジションセンサ１４ａからのクランク角θｃｒに基づいて、エンジン１２の回転数Ｎｅを演算している。また、電子制御ユニット５０は、エアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａとエンジン１２の回転数Ｎｅとに基づいて、エンジン１２の負荷率（エンジン１２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比）ＫＬを演算している。さらに、電子制御ユニット５０は、水温センサ１５からの冷却水温Ｔｗやエンジン１２の回転数Ｎｅおよび負荷率ＫＬに基づいて、浄化装置３５の浄化触媒３５ａの温度Ｔｃを推定している。加えて、電子制御ユニット５０は、フロント空燃比センサ３７からのフロント空燃比ＡＦｆで理論空燃比ＡＦｔｈを除して当量比φを演算している。また、電子制御ユニット５０は、フロント空燃比センサ３７からのフロント空燃比ＡＦｆとエアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａとに基づいて浄化装置３５の浄化触媒３５ａの酸素吸蔵量ＯＳを推定している。

こうして構成された実施例の自動車１０では、電子制御ユニット５０は、アクセル開度Ａｃｃや車速Ｖに基づいて変速機ＴＭの目標変速段＊を設定し、変速機ＴＭの変速段Ｇｓが目標変速段Ｇｓ＊となるように変速機ＴＭを制御する。また、アクセル開度Ａｃｃや車速Ｖ、変速機ＴＭの変速段Ｇｓに基づいてエンジン１２の目標トルクＴｅ＊を設定し、エンジン１２の目標トルクＴｅ＊に基づいて目標負荷率ＫＬ＊を設定し、目標負荷率ＫＬ＊で運転されるように、エンジン１２の吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御などを行なう。

また、実施例の自動車１０では、電子制御ユニット５０は、走行中において、エンジン１２の運転中にアクセルオフされてエンジン１２の燃料カット条件が成立すると、エンジン１２の燃料カットを実行し（燃料噴射制御や点火制御を中断し）、エンジン１２の燃料カット中にアクセルオンされてエンジン１２の復帰条件が成立すると、エンジン１２を燃料カットから復帰する（燃料噴射制御や点火制御を再開する）。

ここで、吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御について説明する。吸入空気量制御では、電子制御ユニット５０は、エンジン１２の目標負荷率ＫＬ＊に基づいて目標空気量Ｑａ＊を設定し、吸入空気量Ｑａが目標空気量Ｑａ＊となるようにスロットルバルブ２４の目標開度ＴＨ＊を設定し、設定した目標開度ＴＨ＊を用いてスロットルバルブ２４を制御する。点火制御では、電子制御ユニット５０は、エンジン１２の回転数Ｎｅおよび負荷率ＫＬに基づいて点火プラグ３０の目標点火時期Ｔｉ＊を設定し、設定した目標点火時期Ｔｉ＊を用いて点火プラグ３０を制御する。

燃料噴射制御では、電子制御ユニット５０は、当量比φと目標当量比φ＊との差分が小さくなるようにするフィードバック制御の実行条件が成立しているときには、式（１）に示すように、ベース噴射量Ｑｆｂに、目標当量比φ＊と、フィードバック制御により演算されるフィードバック補正係数ｋｆｂと、を乗じて筒内噴射弁２６の目標噴射量Ｑｆ＊を設定し、設定した目標噴射量Ｑｆ＊を用いて筒内噴射弁２６を制御する。一方、フィードバック制御の実行条件が成立していないときには、式（２）に示すように、ベース噴射量Ｑｆｂに目標当量比φ＊を乗じて目標噴射量Ｑｆ＊を設定し、設定した目標噴射量Ｑｆ＊を用いて筒内噴射弁２６を制御する。

Qf*＝Qfb×φ*×kfb (1)
Qf*＝Qfb×φ* (2)

ここで、フィードバック制御の実行条件は、エンジン１２の燃焼が安定していて且つ出力関連リッチ要求が行なわれていない条件を用いることができる。出力関連リッチ要求は、例えば、目標負荷率ＫＬ＊が閾値ＫＬｒｅｆ以上であるときなどに行なわれる。

ベース噴射量Ｑｆｂは、例えば、単位噴射量（負荷率ＫＬ１％当たりの噴射量）Ｑｆｐｕに負荷率ＫＬを乗じて演算することができる。目標当量比φ＊は、出力関連リッチ要求が行なわれていないときには、要求当量比φｒａを設定し、出力関連リッチ要求が行なわれているときには、要求当量比φｒａ，φｒｂのうちの大きい方を設定する。要求当量比φｒａは、以下のように設定する。通常制御では、リヤ空燃比センサ３８が活性化している（リヤ空燃比ＡＦｒを検出可能である）ときには、リヤ空燃比ＡＦｒに基づいて、要求当量比φｒａに値１（理論空燃比ＡＦｔｈ）よりも大きい値（リッチ側の値）と値１よりも小さい値（リーン側の値）とを交互に設定し、リヤ空燃比センサ３８が活性化していない（リヤ空燃比ＡＦｒを検出可能でない）ときには、値１を設定する。また、燃料カットからの復帰以降には、要求当量比φｒａに値１よりもある程度大きい値を設定する復帰後リッチ制御をある程度の期間に亘って行なった後に、レート処理により要求当量比φｒａを徐減させて値１に接近させる徐減制御を介して、通常制御に移行する。要求当量比φｒｂは、出力関連リッチ要求に基づく要求当量比であり、目標負荷率ＫＬ＊が大きいほど大きくなるように設定するものとしてもよいし、一律の値を設定するものとしてもよい。

次に、こうして構成された実施例の自動車１０の動作、特に、エンジン１２の燃料カット中や燃料カットからの復帰以降における要求当量比φｒａの設定処理について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される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、エンジン１２の燃料カット条件が成立してエンジン１２の燃料カットを開始したときに実行される。なお、本ルーチンの説明では、簡単のために、出力関連リッチ要求が行なわれない場合、即ち、要求当量比φｒａを目標当量比φ＊に設定する場合について説明する。

図２の処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、最初に、浄化装置３５の浄化触媒３５ａの酸素吸蔵量ＯＳを閾値ＯＳｒｅｆ１と比較する（ステップＳ１００）。ここで、酸素吸蔵量ＯＳは、フロント空燃比センサ３７からのフロント空燃比ＡＦｆと吸入空気量Ｑａとに基づいて推定される。閾値ＯＳｒｅｆ１は、浄化触媒３５ａの酸素吸蔵量ＯＳがある程度多いか否かを判定するのに用いられる。

ステップＳ１００で浄化触媒３５ａの酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ１以上であるときには、要求当量比φｒａに値１よりも大きい値φ１を設定する（ステップＳ１１０）。一方、浄化触媒３５ａの酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ１未満であるときには、要求当量比φｒａに値φ１よりも小さく且つ値１よりも大きい値φ２を設定する（ステップＳ１２０）。続いて、エンジン１２の復帰条件が成立したか否かを判定し（ステップＳ１３０）、エンジン１２の復帰条件が成立していないと判定したときには、ステップＳ１００に戻る。このようにして、エンジン１２の復帰条件が成立するのを待つ。

ステップＳ１３０でエンジン１２の復帰条件が成立したと判定すると、復帰後リッチ制御を開始し（ステップＳ１４０）、フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１５０）。そして、フィードバック制御の実行条件が成立していないと判定したときには、噴射回数Ｎｆを閾値Ｎｆｒｅｆと比較すると共に（ステップＳ１６０）、浄化触媒３５ａの酸素吸蔵量ＯＳを上述の閾値ＯＳｒｅｆ１と比較する（ステップＳ１７０）。ここで、噴射回数Ｎｆは、エンジン１２の燃料カット中に初期値としての値０が設定され、燃料カットから復帰して何れかの気筒で筒内噴射弁２６から燃料噴射を行なうごとにカウントアップされる。閾値Ｎｆｒｅｆは、例えば、エンジン１２の気筒数やその２倍などを用いることができる。

ステップＳ１６０で噴射回数Ｎｆが閾値Ｎｆｒｅｆ未満であるときにおいて、ステップＳ１７０で浄化触媒３５ａの酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ１以上であるときには、要求当量比φｒａに値φ１を設定し（ステップＳ１８０）、ステップＳ１７０で浄化触媒３５ａの酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ１未満であるときには、要求当量比φｒａに値φ２を設定する（ステップＳ１８０）。このようにして設定した要求当量比φｒａは、上述したように、目標当量比φ＊に設定され、目標噴射量Ｑｆ＊の設定に用いられる。噴射回数Ｎｆが閾値Ｎｆｒｅｆ未満であるときにおいて、要求当量比φｒａに一律に値φ１を設定すると、酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ１未満であるとき（それほど多くないとき）に、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量が多くなり、エミッションが悪化する可能性がある。これに対して、実施例では、噴射回数Ｎｆが閾値Ｎｆｒｅｆ未満であるときにおいて、酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ１未満であるときには、要求当量比φｒａに値φ１よりも小さい値φ２を設定することにより、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量が多くなるのを抑制し、エミッションが悪化するのを抑制することができる。なお、燃料カットを短時間だけ行なう場合に、噴射回数Ｎｆが閾値Ｎｆｒｅｆ未満であるときに酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ１未満であるという事象が生じやすい。

ステップＳ１６０で噴射回数Ｎｆが閾値Ｎｆｒｅｆ以上であるときには、要求当量比φｒａに値φ２を設定する（ステップＳ１９０）。また、ステップＳ１５０でフィードバック制御の実行条件が成立していると判定したときには、要求当量比φｒａに値φ２よりも小さく且つ値１よりも大きい値φ３を設定する（ステップＳ２００）。

こうしてステップＳ１８０，Ｓ１９０，Ｓ２００の何れかで要求当量比φｒａを設定すると、リヤ空燃比センサ３８が活性化している（リヤ空燃比ＡＦｒを検出可能である）か否かを判定する（ステップＳ２１０）。リヤ空燃比センサ３８が活性化していると判定したときには、閾値ＯＳｒｅｆ２に上述の閾値ＯＳｒｅｆ１よりも少ない値ＯＳ１を設定し（ステップＳ２２０）、リヤ空燃比センサ３８により検出されるリヤ空燃比ＡＦｒを閾値ＡＦｒｒｅｆと比較すると共に（ステップＳ２４０）、酸素吸蔵量ＯＳを閾値ＯＳｒｅｆ１未満の閾値ＯＳｒｅｆ２と比較する（ステップＳ２５０）。ここで、閾値ＡＦｒｒｅｆや閾値ＯＳｒｅｆ２は、復帰後リッチ制御を終了するか否かの判定に用いられる。ステップＳ２４０でリヤ空燃比ＡＦｒが閾値ＡＦｒｒｅｆよりも大きく、且つ、ステップＳ２５０で酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ２よりも多いときには、ステップＳ１５０に戻る。この場合、復帰後リッチ制御を継続することになる。

ステップＳ２１０でリヤ空燃比センサ３８が活性化していないと判定したときには、閾値ＯＳｒｅｆ２に閾値ＯＳｒｅｆ１よりも少なく且つ値ＯＳ１よりも多い閾値ＯＳ２を設定し（ステップＳ２３０）、酸素吸蔵量ＯＳを閾値ＯＳｒｅｆ２と比較する（ステップＳ２５０）。そして、酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ２よりも多いときには、ステップＳ１５０に戻る。この場合、復帰後リッチ制御を継続することになる。

こうしてステップＳ１５０～Ｓ２５０の処理を繰り返し実行して、ステップＳ２１０でリヤ空燃比ＡＦｒが活性化していると判定したときにおいて、ステップＳ２４０でリヤ空燃比ＡＦｒが閾値ＡＦｒｒｅｆ以下であるときやステップＳ２５０で酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ２以下であるときには、復帰後リッチ制御を終了し（ステップＳ２６０）、徐減制御を実行して（ステップＳ７６０）、本ルーチンを終了する。また、ステップＳ２１０でリヤ空燃比ＡＦｒが活性化していないと判定したときにおいて、ステップＳ２５０で酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ２以下であるときには、復帰後リッチ制御を終了し（ステップＳ２６０）、徐減制御を実行して（ステップＳ７６０）、本ルーチンを終了する。これらのようにして徐減制御を終了すると、通常制御を開始する。

一般に、リヤ空燃比ＡＦｒの検出精度は、酸素吸蔵量ＯＳの推定精度よりも高いため、リヤ空燃比ＡＦｒを検出可能であるときには、リヤ空燃比ＡＦｒを用いて復帰後リッチ制御を終了するか否かを判定するのが好ましい。しかし、リヤ空燃比センサ３８が活性化していないときには、リヤ空燃比ＡＦｒを検出可能でないため、これ以外の手法で復帰後リッチ制御の終了を判定する必要がある。これを踏まえて、実施例では、リヤ空燃比センサ３８が活性化しているときには、リヤ空燃比ＡＦｒおよび酸素吸蔵量ＯＳを用いて復帰後リッチ制御を終了するか否かを判定し、リヤ空燃比センサ３８が活性化していないときには、酸素吸蔵量ＯＳを用いて復帰後リッチ制御を終了するか否かを判定するものとした。このようにして、リヤ空燃比センサ３８が活性化しているか否かに応じて、復帰後リッチ制御を終了するか否かを判定することができる。しかも、発明者らは、解析や実験により、復帰後リッチ制御のときには、酸素吸蔵量ＯＳ（推定値）が実酸素吸蔵量ＯＳａｓに比して減少しにくいことを確認した。したがって、リヤ空燃比センサ３８が活性化していないときには、リヤ空燃比センサ３８が活性化しているときよりも閾値ＯＳｒｅｆ２を大きくする（値ＯＳ２とする）ことにより、リヤ空燃比センサ３８が活性化しているときと閾値ＯＳｒｅｆ２を同一とする（値ＯＳ１とする）場合に比して、復帰後リッチ制御の終了判定をより適切に行なうことできる。なお、実施例では、リヤ空燃比センサ３８が活性化しているときには、リヤ空燃比ＡＦｒを用いた判定を、酸素吸蔵量ＯＳを用いた判定よりも優先する（酸素吸蔵量ＯＳを用いた判定が干渉するのを抑制する）ために、閾値ＯＳｒｅｆ２を値ＯＳ１とするものとした。

図３および図４は、それぞれ、エンジン１２の燃料カットの有無、フィードバック制御の実行条件の成立の有無、酸素吸蔵量ＯＳ（推定値）および実酸素吸蔵量ＯＳａｃ、要求当量比φｒａ、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量の様子の一例を示すタイムチャートである。以下、順に説明する。

図３のタイムチャートについて説明する。図３中、酸素吸蔵量ＯＳおよび実酸素吸蔵量ＯＳａｃ、要求当量比φｒａ、排気中の炭化水素量について、実線は、実施例を示し、一点鎖線は、第１比較例を示す。第１比較例は、エンジン１２の燃料カット中や燃料カットから復帰して噴射回数Ｎｆが閾値Ｎｆｒｅｆ未満であるときに要求当量比φｒａに一律に値φ１を設定する（図２の処理ルーチンからステップＳ１００，Ｓ１２０，Ｓ１７０の処理を除いた）点で、実施例とは異なるものとした。

図３のタイムチャートでは、実施例および第１比較例において、エンジン１２を燃料カットから復帰すると（時刻ｔ１１）、要求当量比φｒａを値φ１で保持し、噴射回数Ｎｆが閾値Ｎｆｒｅｆ以上に至ると、要求当量比φｒａを値φ２に変更し、フィードバック制御の実行条件が成立すると（時刻ｔ１２）、フィードバック制御を開始すると共に要求当量比φｒａを値φ３に変更する。その後に、第１比較例では、エンジン１２の燃料カットを開始すると（時刻ｔ１３）、酸素吸蔵量ＯＳに拘わらずに要求当量比φｒａに値φ１を設定し、燃料カットから復帰すると（時刻ｔ１４）、要求当量比φｒａを値φ１で保持する。図３の例では、このときに、実酸素吸蔵量ＯＳａｃがそれほど多くない状態で要求当量比φｒａを比較的大きくすることになり、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量が多くなっている。これに対して、実施例では、エンジン１２の燃料カットを開始すると（時刻ｔ１３）、酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ１未満のときには、要求当量比φｒａに値φ２を設定し、燃料カットから復帰すると（時刻ｔ１４）、要求当量比φｒａを値φ２で保持する。これにより、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量が多くなるのを抑制し、エミッションが悪化するのを抑制することができる。

図４のタイムチャートについて説明する。図４では、リヤ空燃比センサ３８が活性化していないときの様子を図示した。図４中、酸素吸蔵量ＯＳおよび実酸素吸蔵量ＯＳａｃ、要求当量比φｒａ、排気中の炭化水素量について、実線は、実施例を示し、一点鎖線は、第２比較例を示す。第２比較例は、閾値ＯＳｒｅｆ２に一律に値ＯＳ１を設定する（図２の処理ルーチンのステップＳ２３０の処理をステップＳ２２０と同一の処理に置き換えた）点で、実施例とは異なるものとした。

図４のタイムチャートでは、実施例および第２比較例において、時刻ｔ１４以前については、図３の実施例と同一である。そして、燃料カットから復帰すると（時刻ｔ１４）、復帰後リッチ制御として、要求当量比φｒａを値φ２で保持し、フィードバック制御の実行条件が成立すると（時刻ｔ１５）、フィードバック制御を開始すると共に要求当量比φｒａを値φ３に変更する。その後に、第２比較例では、酸素吸蔵量ＯＳが値ＯＳ１以下に至ると（時刻ｔ１７）、復帰後リッチ制御を終了し、徐減制御として、要求当量比φｒａを徐減させる。図４の例では、このときに、実酸素吸蔵量ＯＳａｃが十分に少なくなってから復帰後リッチ制御を終了することになり、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量が多くなっている。これに対して、実施例では、酸素吸蔵量ＯＳが値ＯＳ１よりも多い値ＯＳ２以下に至ると（時刻ｔ１６）、復帰後リッチ制御を終了し、徐減制御として、要求当量比φｒａを徐減させる。これにより、実酸素吸蔵量ＯＳａｃが十分に少なくなる前に復帰後リッチ制御を終了することができるから、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量が多くなるのを抑制し、エミッションが悪化するのを抑制することができる。

以上説明した実施例の自動車１０に搭載されるエンジン装置１１では、エンジン１２の燃料カットからの復帰以降に、酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ１以上であるときには、要求当量比φｒａに値φ１を設定し、酸素吸蔵量ＯＳが閾値ＯＳｒｅｆ１未満であるときには、要求当量比φｒａに値φ１よりも小さい値φ２を設定する。これにより、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量が多くなるのを抑制し、エミッションが悪化するのを抑制することができる。

実施例の自動車１０に搭載されるエンジン装置１１では、電子制御ユニット５０は、図２の処理ルーチンを実行するものとした。しかし、電子制御ユニット５０は、これに代えて、図５の処理ルーチンを実行するものとしてもよい。図５の処理ルーチンは、ステップＳ１５２の処理が追加された点を除いて、図２の処理ルーチンと同一である。したがって、図５の処理ルーチンのうち図２の処理ルーチンと同一の処理については、同一のステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。なお、本ルーチンの説明では、出力関連リッチ要求が行なわれる場合を考慮して説明する。

図５の処理ルーチンでは、電子制御ユニット５０は、ステップＳ１５０でフィードバック制御の実行条件が成立していないと判定したときには、要求当量比φｒａに値φ３を設定した設定履歴があるか否かを判定する（ステップＳ１５２）。この設定履歴は、エンジン１２の燃料カット中にリセットされる。この設定履歴がないと判定したときには、要求当量比φｒａに値φ１または値φ２を設定し（ステップＳ１８０，Ｓ１９０）、ステップＳ２１０以降の処理を実行する。一方、この設定履歴があると判定したときには、要求当量比φｒａに値φ３を設定し（ステップＳ２００）、ステップＳ２１０以降の処理を実行する。これにより、復帰後リッチ制御を実行している（ステップＳ１５０～Ｓ２５０の処理を繰り返し実行している）ときにおいて、要求当量比φｒａに値φ３を設定した後に、出力関連リッチ要求が行なわれてフィードバック制御の実行条件が成立しなくなっても、要求当量比φｒａを増加させる（値φ１や値φ２に変更する）ことなく値φ３で保持することになる。この結果、その後に、復帰後リッチ制御を終了して徐減制御を実行するときに、要求当量比φｒａを、値φ１や値φ２からでなく、値φ３から減少させることができるから、要求当量比φｒａ（目標当量比φ＊）が値１に至るまでの時間が長くなるのを抑制し、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量が多くなるのを抑制し、エミッションが悪化するのを抑制することができる。

図６は、エンジン１２の燃料カットの有無、出力関連リッチ要求の有無、フィードバック制御の実行条件の成立の有無、リヤ空燃比ＡＦｒ、要求当量比φｒａ，φｒｂ、目標当量比φ＊、酸素吸蔵量ＯＳ、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量の様子の一例を示すタイムチャートである。図中、リヤ空燃比ＡＦｒ、要求当量比φｒａ、目標当量比φ＊、酸素吸蔵量ＯＳ、排気中の炭化水素量について、実線は、変形例（図５の処理ルーチンを実行する場合）を示し、一点鎖線は、実施例（図２の処理ルーチンを実行する場合）を示す。

図６のタイムチャートでは、変形例および実施例において、エンジン１２を燃料カットから復帰すると（時刻ｔ２１）、要求当量比φｒａを値φ１で保持し、噴射回数Ｎｆが閾値Ｎｆｒｅｆ以上に至ると、要求当量比φｒａを値φ２に変更し、フィードバック制御の実行条件が成立すると（時刻ｔ２２）、フィードバック制御を開始すると共に要求当量比φｒａを値φ３に変更する。この間に亘って、要求当量比φｒａを目標当量比φ＊に設定する。その後に、実施例では、出力関連リッチ要求が開始すると（時刻ｔ２３）、フィードバック制御の実行条件が非成立になり、フィードバック制御を中止すると共に要求当量比φｒａを値φ２に変更する。図６の例では、このとき、要求当量比φｒｂが要求当量比φｒａよりも大きいため、要求当量比φｒｂを目標当量比φ＊に設定する。そして、リヤ空燃比ＡＦｒが閾値ＡＦｒｒｅｆ以下に至ると（時刻ｔ２４）、要求当量比φｒａを値φ２から徐減させ、出力関連リッチ要求が終了すると（時刻ｔ２５）、目標当量比φ＊を要求当量比φｒｂから要求当量比φｒａに切り替える。図６の例では、要求当量比φｒａ（目標当量比φ＊）が値１に至るまでの時間が比較的長いことにより、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量が多くなっている。これに対して、この変形例では、出力関連リッチ要求が開始して（時刻ｔ２３）、フィードバック制御の実行条件が非成立になっても、要求当量比φｒａを値φ３で保持する。そして、リヤ空燃比ＡＦｒが閾値ＡＦｒｒｅｆ以下に至ると（時刻ｔ２４）、要求当量比φｒａを値φ２から徐減させ、出力関連リッチ要求が終了すると（時刻ｔ２５）、目標当量比φ＊を要求当量比φｒｂから要求当量比φｒａに切り替える。これにより、実施例に比して、要求当量比φｒａ（目標当量比φ＊）が値１に至るまでの時間が長くなるのを抑制し、排気管３４から外気に排出される排気中の炭化水素量が多くなるのを抑制し、エミッションが悪化するのを抑制することができる。

実施例の自動車１０に搭載されるエンジン装置１１では、フィードバック制御の実行条件は、エンジン１２の燃焼が安定していて且つ出力関連リッチ要求が行なわれていない条件を用いるものとした。しかし、フィードバック制御の実行条件は、エンジン１２の燃焼が安定している条件を用いるものとしてもよい。

実施例の自動車１０に搭載されるエンジン装置１１では、リヤ空燃比センサ３８が活性化しているときには、閾値ＯＳｒｅｆ２に値ＯＳ１を設定し、リヤ空燃比センサ３８が活性化していないときには、閾値ＯＳｒｅｆ２に値ＯＳ１よりも大きい値ＯＳ２を設定するものとした。しかし、リヤ空燃比センサ３８が活性化しているか否かに拘わらずに、閾値ＯＳｒｅｆ２に値ＯＳ１を設定するものとしてもよい。

実施例の自動車１０に搭載されるエンジン装置１１では、リヤ空燃比センサ３８が活性化しているときには、リヤ空燃比ＡＦｒおよび酸素吸蔵量ＯＳを用いて、復帰後リッチ制御を終了するか否かを判定するものとした。しかし、このときには、リヤ空燃比ＡＦｒおよび酸素吸蔵量ＯＳのうちの何れか１つだけを用いて、復帰後リッチ制御を終了するか否かを判定するものとしてもよい。上述したように、一般に、リヤ空燃比ＡＦｒの検出精度が酸素吸蔵量ＯＳの推定精度よりも高いため、この場合、リヤ空燃比ＡＦｒおよび酸素吸蔵量ＯＳのうちリヤ空燃比ＡＦｒを用いるのが好ましい。

実施例の自動車１０に搭載されるエンジン装置１１では、エンジン１２は、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁２６を備えるものとした。しかし、筒内噴射弁２６に代えてまたは加えて、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁を備えるものとしてもよい。

実施例では、エンジン１２からの動力を用いて走行する自動車１０に搭載されるエンジン装置１１の形態とした。しかし、エンジンに加えてモータを備えるハイブリッド自動車に搭載されるエンジン装置の形態としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン１２が「エンジン」に相当し、浄化触媒３５ａが「触媒」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

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。

１０ 自動車、１１ エンジン装置、１２ エンジン、１４ クランクシャフト、１４ａ クランクポジションセンサ、１５ 水温センサ、１６ カムポジションセンサ、２２ エアクリーナ、２３ 吸気管、２３ａ エアフローメータ、２３ｔ 温度センサ、２４ スロットルバルブ、２４ａ スロットルポジションセンサ、２６ 筒内噴射弁、２８ 吸気バルブ、２９ 燃焼室、３０ 点火プラグ、３２ ピストン、３３ 排気バルブ、３４ 排気管、３５ 浄化装置、３５ａ 浄化触媒、３７ フロント空燃比センサ、３８ リヤ空燃比センサ、５０ 電子制御ユニット、５１ ＣＰＵ、５２ ＲＯＭ、５３ ＲＡＭ、５４ フラッシュメモリ、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６７ 車速センサ、ＤＦ デファレンシャルギヤ、ＤＳ 駆動軸、ＤＷ 駆動輪、ＴＭ 変速機。

Claims (6)

1. エンジンと、
   前記エンジンの排気管に取り付けられた浄化触媒と、
   要求当量比に基づいて前記エンジンを制御する制御装置と、
   を備えるエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記エンジンの燃料カットからの復帰以降に、前記浄化触媒の酸素吸蔵量が第１吸蔵量閾値以上であるときには、前記要求当量比に値１よりも大きい第１値を設定し、前記酸素吸蔵量が前記第１吸蔵量閾値未満であるときには、前記要求当量比に前記第１値よりも小さく且つ値１よりも大きい第２値を設定する、復帰後リッチ制御を実行し、
   前記制御装置は、前記復帰後リッチ制御として、
   前記燃料カットからの復帰以降に何れかの気筒で燃料噴射を行なった噴射回数が回数閾値未満であり且つ前記浄化触媒の酸素吸蔵量が第１吸蔵量閾値以上であるときには、前記要求当量比に前記第１値を設定し、
   前記酸素吸蔵量が前記第１吸蔵量閾値未満であるとき、および、前記噴射回数が前記回数閾値以上であるときには、前記要求当量比に前記第２値を設定する、
   エンジン装置。
2. 請求項１記載のエンジン装置であって、
   前記排気管の前記浄化触媒よりも下流側に取り付けられたリヤ空燃比センサを更に備え、
   前記制御装置は、
   前記リヤ空燃比センサが活性化しているときには、前記リヤ空燃比センサにより検出されるリヤ空燃比が空燃比閾値以下である空燃比条件または前記酸素吸蔵量が前記第１吸蔵量閾値よりも少ない第２吸蔵量閾値以下である吸蔵量条件が成立したときに、前記復帰後リッチ制御を終了し、
   前記リヤ空燃比センサが活性化していないときには、前記吸蔵量条件が成立したときに、前記復帰後リッチ制御を終了する、
   エンジン装置。
3. 請求項２記載のエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記排気管の前記浄化触媒よりも上流側のフロント空燃比と吸入空気量とに基づいて前記酸素吸蔵量を推定し、
   前記第２吸蔵量閾値は、前記リヤ空燃比センサが活性化していないときに、前記リヤ空燃比センサが活性化しているときよりも多い値に設定される、
   エンジン装置。
4. 請求項１ないし３のうちの何れか１つの請求項に記載のエンジン装置であって、
   前記制御装置は、
   当量比と前記要求当量比に基づく目標当量比との差分が小さくなるようにするフィードバック制御の実行条件が成立しているときには、前記目標当量比と、前記フィードバック制御により得られるフィードバック値と、に基づいて前記エンジンを制御し、
   前記フィードバック制御の実行条件が成立していないときには、前記目標当量比に基づいて前記エンジンを制御し、
   前記制御装置は、前記復帰後リッチ制御として、
   前記フィードバック制御の実行条件が成立しておらずに且つ前記要求当量比に前記第
   ２値よりも小さく且つ値１よりも大きい第３値を設定した設定履歴がないときには、前記要求当量比に前記第１値または前記第２値を設定し、
   前記フィードバック制御の実行条件が成立しているとき、および、前記フィードバック制御の実行条件が成立しておらずに且つ前記設定履歴があるときには、前記要求当量比に前記第３値を設定する、
   エンジン装置。
5. 請求項４記載のエンジン装置であって、
   前記制御装置は、
   所定要求が行なわれていないときには、前記要求当量比を前記目標当量比に設定し、
   前記所定要求が行なわれているときには、前記要求当量比および前記所定要求に基づく第２要求当量比のうちの大きい方を前記目標当量比に設定し、
   前記フィードバック制御の実行条件は、前記所定要求が行なわれていない条件を含む、
   エンジン装置。
6. 請求項４または５記載のエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記復帰後リッチ制御の終了条件が成立すると、前記要求当量比をそのときの値から減少させる、
   エンジン装置。
   

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