JP4233490B2

JP4233490B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4233490B2
Application number: JP2004154745A
Authority: JP
Inventors: 智久正田; 圭一榎木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2024-05-25
Also published as: KR20050112499A; JP2005337059A; US20050262831A1; CN100371576C; CN1702308A; KR100673766B1; DE102005005537A1; US7243487B2

Description

この発明は、車両の減速時などにフューエルカット制御を行う内燃機関において、フューエルカットからの復帰後に排気ガスの悪化を防止する内燃機関の制御装置に関するものである。

内燃機関の排気ガスを浄化するために使用される三元触媒は、ストイキ雰囲気下で排気ガス中の有害成分である炭化水素や一酸化炭素や窒素酸化物を酸化または還元して無害成分に変換すると共に、酸化や還元時において使用する酸素が過剰時にはこれを貯蔵し、不足時には貯蔵した酸素を放出する性質を有している。内燃機関がフューエルカットを実行したときには、燃料が供給されずにシリンダー内での燃焼が行われないため、内燃機関の排気系には大量の酸素が導入されることになり、この酸素は排気系に設けられた三元触媒に貯蔵される。このために、フューエルカット制御からの復帰後においては三元触媒の上流側における酸素濃度と実際の三元触媒内の酸素濃度とにずれが生ずる。

このような状態において排気ガス浄化のために空燃比のフィードバック制御を行っても三元触媒内に貯蔵された酸素のために酸素が過剰となり、貯蔵された酸素を消費するまでの間は空燃比を適切に制御することができず、三元触媒による酸化・還元反応を充分に活用することができない。従って、貯蔵された酸素を消費するまでの間は、特に窒素酸化物に対する反応量が低下して排気ガス中の窒素酸化物が増加することになり、これを防止するためにはフューエルカット状態から燃料供給状態に復帰したときに空燃比制御の内容を通常時とは変化させることが必要になる。

このように空燃比を制御して窒素酸化物の増加を抑制する技術としては、例えば特許文献１に開示されているような技術がある。この文献に開示された技術は、三元触媒の上流側に主酸素センサを、下流側に副酸素センサを設け、主酸素センサが検出する酸素濃度の検出信号によりフィードバック補正係数を増減させて混合気の空燃比をフィードバック制御すると共に、副酸素センサからの信号によりフィードバック補正係数の増減演算に用いる制御定数を変化させ、フィードバック制御の制御中心からのずれを補正するようにしたものにおいて、フューエルカットが解除された時点から副酸素センサの信号がリッチ状態に切り替わるまでの間は、制御定数をリッチ側にオフセットすることにより三元触媒にストレージされている酸素の消費を促進し、窒素酸化物の浄化率が悪化する期間を短縮するようにしたものである。

特開平０５−２６０７６号公報（第３〜４頁、第１、４図）

しかし、この先行文献に開示されている技術のように、フューエルカットが解除された後に、三元触媒の下流側に設けられた副酸素センサの信号がリッチ状態に切り替わるまでの期間において制御定数をリッチ側にオフセットし続けると、三元触媒内の空燃比は適正化され窒素酸化物の浄化はできても、燃料供給過多の状態となって排気ガス中の一酸化炭素などを増加させてしまうことになる。この状態を特許文献１の図４を参照しながら説明すると次の通りである。

フューエルカット制御が開始されると副酸素センサの出力はリーン側に移行してリーン出力を続ける。フューエルカットの期間中においては燃焼が行われないので三元触媒には酸素が貯蔵され続け、いずれは貯蔵能力の限界まで貯蔵される。フューエルカットが解除されると副酸素センサの信号がリッチに切り替わるまでの期間はフィードバックの制御定数がリッチ側にオフセットされて三元触媒に貯蔵された酸素が消費されるため、副酸素センサの出力信号はリーン側からリッチ側に変化する。ここまでは特許文献２の図４に記載されたとおりであるが、副酸素センサの信号がリッチ側に移行するのに応じてフィードバックの制御定数を通常の値に戻しても、制御の時間遅れよる所定の時間は空燃比のリッチ状態が継続し、三元触媒の貯蔵酸素は全て消費されているので一酸化炭素などを反応させることができず、排気ガス中の一酸化炭素などを増加させる結果となる。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、フューエルカット制御の終了後における燃料供給量を、三元触媒に貯蔵された酸素を速やかに消費すると共にこの貯蔵酸素を全量消費しないように補正制御することにより、一酸化炭素の排出増加を起こすことなく窒素酸化物の排出抑制をすることが可能な内燃機関の制御装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気系に設けられ、一酸化炭素や窒素酸化物の浄化を行う三元触媒、前記内燃機関の運転中において燃料供給停止条件が成立したとき一時的に燃料供給停止を行うフュ−エルカット制御手段、前記フュ−エルカット制御手段による燃料供給停止状態から燃料供給状態に復帰するときの所定期間において燃料増量補正を行うフュ−エルカット復帰後燃料増量補正手段、前記燃料供給停止の期間中に前記三元触媒に流入する空気量の積算値を算出する第1の積算手段、前記燃料供給復帰後の燃料増量補正中に前記三元触媒に流入する空気量を順次積算してその積算値を算出する第２の積算手段、及び前記燃料供給復帰後の燃料増量補正中に前記第１、第２の積算手段の各積算値を比較し、前記第２の積算手段の積算値が、前記第1の積算手段の積算値に対して所定の関係に達したとき、前記フュ−エルカット復帰後燃料増量補正手段による燃料増量補正を停止する燃料増量補正停止手段を備えるようにしたものである。

また、内燃機関の排気系に設けられ、一酸化炭素や窒素酸化物の浄化を行う三元触媒、前記内燃機関の運転中において燃料供給停止条件が成立したとき一時的に燃料供給停止を行うフュ−エルカット制御手段、前記フュ−エルカット制御手段による燃料供給停止状態から燃料供給状態に復帰するときの所定期間において燃料増量補正を行うフュ−エルカット復帰後燃料増量補正手段、前記燃料供給停止の期間中に前記三元触媒に流入する酸素量の積算値を算出する第１の積算手段、燃料供給復帰後の燃料増量補正中において前記三元触媒に流入する空気量と、その時の目標空燃比とに基づいて燃料供給復帰後に前記三元触媒内で消費される酸素量を順次算出して積算し、その積算値を算出する第２の積算手段、及び前記燃料供給復帰後の燃料増量補正中に前記第１、第２の積算手段の各積算値を比較し、前記第２の積算手段の積算値が、前記第1の積算手段の積算値に対して所定の関係に達したとき、前記フュ−エルカット復帰後燃料増量補正手段による燃料増量補正を停止する燃料増量補正停止手段を備えるようにしたものである。

このように構成されたこの発明の内燃機関の制御装置によれば、フューエルカットからの復帰後に燃料増量補正を行うので三元触媒に貯蔵される酸素を速やか消費して有害な窒素酸化物の排出を抑制すると共に、フューエルカット期間中に三元触媒に流入する空気量の積算値と、フューエルカットからの復帰後に三元触媒内で消費される酸素量の積算値とに応じて増量補正された燃料を通常の基本燃料噴射量に戻すようにしたので、三元触媒内に貯蔵される酸素量が過小になる前の適正酸素量の段階で通常の空燃比による運転に戻すことができ、一酸化炭素ガスの過剰な排出を抑制することが可能になるものである。

実施の形態１．
図１ないし図３は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を説明するもので、図１は内燃機関とその制御系の概略構成図、図２はフューエルカットからの復帰後における燃料増量補正停止制御のフローチャート、図３はフューエルカットからの復帰後における燃料増量補正停止制御を説明するタイムチャートである。

図１において、内燃機関１の吸気系にはその上流側から吸入空気を浄化するエアクリーナ２と、吸入空気の温度を計測する吸気温センサ３と、単位時間当たりの吸気量を計測するエアフローセンサ４と、吸気量を制御するスロットルバルブ５と、スロットルバルブ５をバイパスするように設けられアイドル回転速度を制御するアイドルスピードコントロールバルブ（以下ＩＳＣバルブと称す）６とが設けられており、これらの各部品は吸気管７内に収納されている。また、内燃機関１の吸気バルブ近傍の吸気管７には燃料噴射弁８が設けられており、以上の各部品で内燃機関１の吸気系を構成する。

内燃機関１の排気系は、燃焼後の排気ガスを排出する排気管９と、排気管９内に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１０と、酸素センサ１０の下流側に設けられ排気ガスを浄化する三元触媒１１などから構成されており、酸素センサ１０は排気ガス中の酸素濃度に応じて空燃比がリッチであるかリーンであるかの信号を出力し、三元触媒１１は排気ガスを酸化または還元することにより浄化すると共に、排気管９内の酸素濃度により酸素を貯蔵したり放出したりする能力を有している。なお、酸素センサ１０は排気ガスの空燃比に応じてリニアな信号を出力するものでもよく、また、三元触媒１１の上流側と下流側とに設けることもできる。

コントロールユニット（以下ＥＣＵと称す）１２は内燃機関１の各種制御を行うものであり、吸気温センサ３と、エアフローセンサ４と、スロットルバルブ５と、ＩＳＣバルブ６と、酸素センサ１０と、図示しない回転速度センサなどからの信号を入力して内燃機関１の運転状態を判断し、燃料噴射弁８の基本噴射時間を演算すると共に、フィードバック補正などの各種補正係数により基本噴射時間を補正し、燃料噴射弁８の駆動時間（燃料噴射量）を算出する。また、フューエルカット状態から燃料供給状態に復帰後（以下フューエルカット復帰後と称す）に増量補正された燃料を供給するフューエルカット復帰後燃料増量補正手段としての機能を有すると共に、フューエルカット期間中と燃料の増量補正中とにおける三元触媒１１に対する流入空気量を算出し、その積算値に応じてフューエルカット復帰後に増量補正された燃料を通常の基本供給量に戻す燃料補正停止手段としての機能、および、内燃機関１の運転状況に応じて燃料供給を停止するフューエルカット制御手段としての機能を有しており、そのためにＥＣＵ１２は演算結果などを格納するメモリ機能を有している。

このように構成されたこの発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置におけるＥＣＵ１２の動作、特に燃料補正停止手段としての動作を図２に基づき説明する。この燃料補正停止手段によるフューエルカット復帰後燃料増量補正停止（燃料供給復帰後における燃料増量補正の停止）のルーチンは、内燃機関１に対する燃料制御（運転状態に応じたフューエルカット制御を含む）のメインルーチン上で動作するルーチンであり、所定時間毎に繰り返されるルーチンである。

まず、ステップＳ１０１においてメインルーチンがフューエルカット期間中であるかどうかを判定する。この判定は図示しない回転速度センサやエアフローセンサ４などからの信号に基づくものであり、判定フラグＦＣＦのセット値が１であるかどうかで判定するものである。フューエルカット期間中であれば燃料制御のメインルーチン上においてＦＣＦが１にセットされているのでステップＳ１０２に進み、ＦＣＦが０であればフューエルカット期間中ではないのでステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０１にてフューエルカット期間中と判定され、ステップＳ１０２に進んだ場合、ステップＳ１０２ではエアフローセンサ４とＩＳＣバルブ６の信号から三元触媒１１に流入する空気量Ｑａａを算出し、続くステップＳ１０３では流入空気量Ｑａａとこのルーチン実行時の演算時間間隔Δｔとの積と、直前のルーチンで算出された流入空気量の積算値Ｑａ１との和の値、すなわち、流入空気量の積算値Ｑａ１を算出し更新する。このフューエルカット復帰後燃料増量補正停止ルーチンはフューエルカット制御が行われる毎に実行されるが、前回のルーチン実行時において後述するようにステップＳ１１１で流入空気量の積算値Ｑａ１を０にリセットしているため、今回のルーチン実行時における一回目のルーチンではＱａ１の初期値は０であり、改めて今回の積算値Ｑａ１を算出した上でステップＳ１０４に進むものである。

ステップＳ１０４ではフューエルカット復帰直後であるかどうかを判定するが、この判定は現在のルーチンと直前のルーチンでの判定フラグＦＣＦの比較にて行われる。すなわち、直前のルーチンでの判定フラグＦＣＦ（ｉ−１）が１であり、現在のルーチンでの判定フラグＦＣＦ（ｉ）が０であればフューエルカット復帰（すなわち、燃料供給再開）直後である。ＦＣＦ（ｉ−１）とＦＣＦ（ｉ）とが共に１であればフューエルカットが継続中であり、ＦＣＦ（ｉ−１）とＦＣＦ（ｉ）とが共に０であればフューエルカット復帰から時間が経過していることになる。この判定がフューエルカット復帰直後であれば続くステップ以降でフューエルカット復帰後燃料増量補正停止の判定を含むフューエルカット復帰制御を行うことになる。

ステップＳ１０３からステップＳ１０４に進んだときはフューエルカットが継続中であるから、ＦＣＦ（ｉ−１）とＦＣＦ（ｉ）とが共に１であり、ステップＳ１０４からステップＳ１０６に進む一方、ステップＳ１０１からステップＳ１０４に進んだときにはＦＣＦ（ｉ）が０であるから、直前のルーチンでの判定フラグＦＣＦ（ｉ−１）が０の場合はフューエルカット復帰から時間が経過しており、フューエルカット復帰後燃料増量補正中であるのでステップＳ１０６に進み、直前のルーチンでの判定フラグＦＣＦ（ｉ−１）が１であった場合にはフューエルカット復帰直後であるからステップＳ１０５に進むことになる。ステップＳ１０５ではフューエルカット復帰後の燃料増量補正制御による燃料補正量がセットされ、通常の燃料供給量に燃料増量補正量が加算されて燃料噴射弁８から燃料供給が行われ、フューエルカット復帰後燃料増量補正制御が開始される。

ステップＳ１０６ではフューエルカット復帰後燃料増量が０より大きいかどうかを判定するが、上記のステップＳ１０４でフューエルカットが継続中である場合にはフューエルカット復帰後燃料増量が行われていないのでＮＯの判定となりリターンに進む一方、フューエルカット復帰から時間が経過している場合にはフューエルカット復帰後燃料増量が実行中であり、ステップＳ１０５にて燃料補正量がセットされているのでＹＥＳの判定となってステップＳ１０７に進むことになる。フューエルカット復帰直後でありステップＳ１０５からステップＳ１０６に進んだときにもステップＳ１０５にて燃料補正量がセットされているのでＹＥＳの判定となってステップＳ１０７に進む。

フューエルカットが実行されている期間中においては、ステップＳ１０１から順次ステップＳ１０４まで進み、フューエルカット復帰直後でないのでステップＳ１０４からステップＳ１０６に進み、フューエルカット復帰後燃料増量も行われていないのでステップＳ１０６からリターンし、フューエルカットの実行期間中はこのルーチンを繰り返すことになる。従って、フューエルカットの実行期間中には三元触媒１１に流入する空気量を積算し続けることになる。

上記のようにフューエルカット復帰後燃料増量補正の実行中においてはステップＳ１０６からステップＳ１０７に進むが、ここではフューエルカット復帰後における空気流量Ｑａｂをエアフローセンサ４とスロットルバルブ５の信号とから算出する。この空気流量Ｑａｂの算出が完了するとステップＳ１０８に進み、ここでは空気流量Ｑａｂと直前のルーチンで算出された空気流量Ｑａｂの積算値であるＱａ２とを加算する。すなわち、このステップでは空気流量Ｑａ２を積算するものであり、前回のルーチン実行時においてステップＳ１１１で空気流量の積算値Ｑａ２は０にリセットされているため、今回のルーチン実行時におけるＱａ２の初期値は０であり、改めて今回の実行時における空気流量の積算値Ｑａ２を算出してメモリに格納した上でステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９ではフューエルカット期間中にステップＳ１０３で積算された流入空気量の積算値Ｑａ１と、フューエルカット復帰後にステップＳ１０８で積算された空気流量の積算値Ｑａ２との差を算出し、この差と所定値とを比較する。この所定値は、ステップＳ１０３でフューエルカット期間中に積算された三元触媒１１に流入する流入空気量の積算値Ｑａ１に対し、フューエルカット復帰後にどれだけの空気量が供給されるかを示す値であり、例えば、フューエルカット期間中に三元触媒１１に流入する流入空気量の積算値Ｑａ１と、フューエルカット復帰後に三元触媒１１に流入する空気流量の積算値Ｑａ２との差に対して１０％の値に設定される。

ステップＳ１０９にてＱａ１とＱａ２との差が所定値より小さい場合には、フューエルカット復帰後に三元触媒１１に導入された空気量と燃料の量とがフューエルカット期間中に三元触媒１１に貯蔵された酸素量を消費するのに充分であると判断し、すなわち、三元触媒１１に貯蔵されている酸素が正常状態まで復帰していると判断し、三元触媒１１内の貯蔵酸素を０にしないよう、ステップＳ１１０に進んでフューエルカット復帰後燃料増量補正停止を実行する。また、Ｑａ１とＱａ２との差が所定値より大きい場合には、フューエルカット復帰後に三元触媒１１に導入された空気量と燃料の量とが、まだ三元触媒１１に貯蔵された酸素量を消費していないと判断してリターンされ、フューエルカット復帰後燃料増量補正制御を継続する。

ステップＳ１１０におけるフューエルカット復帰後燃料増量補正停止の実行はステップＳ１０５でセットしたフューエルカット復帰後燃料増量補正制御の燃料補正量を０にリセットするものであり、これによりフューエルカット復帰後燃料増量補正制御は完了する。続くステップＳ１１１ではフューエルカット期間中の流入空気量の積算値Ｑａ１と、フューエルカット復帰後の空気流量の積算値Ｑａ２との値を０にリセットし、今回の燃料増量補正制御ルーチンを終了する。

なお、ステップＳ１０９にてＱａ１とＱａ２との差が所定値より大きい場合、上記のようにリターンされてフューエルカット復帰後燃料増量補正制御を継続することになるが、このときのルーチンは、ステップＳ１０１ではＮＯ判定されてステップＳ１０４に進み、ステップＳ１０４でもＮＯ判定されるのでステップＳ１０６に進み、ステップＳ１０６からステップＳ１０９を実行してフューエルカット復帰後の空気流量Ｑａｂの算出と積算値の比較とを行って、ステップＳ１０９でＱａ１とＱａ２との差が所定値より小さいと判定されるまで繰り返し、三元触媒１１に貯蔵されている酸素が正常状態まで復帰していると判断されてからステップＳ１１０にてフューエルカット復帰後燃料増量補正停止を実行することになる。

続いて、このフューエルカット復帰後燃料増量補正停止制御を図３のタイムチャートに基づき説明する。フューエルカット制御が実行されると図示しない回転速度センサやエアフローセンサ４などからの信号に基づき時間ｔ１においてフューエルカット判定フラグＦＣＦが１セットされ、フューエルカット制御が開始される。フューエルカット期間中には三元触媒１１に流入する流入空気量Ｑａａが読み込まれ、図の（Ｂ）のように積算値Ｑａ１が積算されるが、フューエルカット制御の実行中は上記の通りステップＳ１０２とステップＳ１０３とが繰り返され、積算値Ｑａ１が積算され続ける。

直前のルーチンでのフューエルカット判定フラグＦＣＦ（ｉ−１）が１であり、今回のルーチンにおけるフューエルカット判定フラグＦＣＦ（ｉ）が０になったときはフューエルカット復帰直後（図のｔ２）であり、フューエルカット復帰後燃料増量補正制御が実行されることになり、図３の（Ｄ）のように燃料噴射量が増量されると共に、（Ｃ）に示すようにフューエルカット復帰後に三元触媒１１に流入する空気流量Ｑａ２が積算される。そして、フューエルカット期間中に積算された流入空気量Ｑａ１とフューエルカット復帰後に積算された空気流量Ｑａ２との差がｔ３において所定値以下になったとき、飽和するまでに貯蔵されていた三元触媒１１内の酸素貯蔵量がフューエルカット復帰後の燃料増量補正制御により図３の（Ｅ）に示すように正常状態まで復帰しているので、フューエルカット復帰後燃料増量補正制御は停止され、三元触媒１１内の酸素貯蔵量を適正値に保つべく図３（Ｄ）のように燃料増量補正を漸減して基本燃料噴射量に戻す。

以上に説明したように、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置によれば、フューエルカット復帰後に燃料増量補正制御を行い、三元触媒１１内に貯蔵された酸素を速やかに消費して窒素酸化物の排出を抑制しながらフューエルカット期間中に三元触媒１１に流入する空気量の積算値Ｑａ１と、フューエルカット復帰後に三元触媒１１に流入する空気流量Ｑａ２との差に応じてフューエルカット復帰後の燃料増量補正制御を停止するようにしたので、三元触媒１１内に貯蔵される酸素貯蔵量が過小になることなく適正値に保たれ、一酸化炭素を酸化させて有害物質の排出を抑制することができるものである。

実施の形態２．
図４ないし図６は、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置を説明するもので、図４はフューエルカットからの復帰後における燃料補正制御の停止を説明するフローチャート、図５はフューエルカットからの復帰後における燃料補正停止制御を説明するタイムチャート、図６は空燃比と酸素消費量との関係を示す説明図であり、内燃機関とその制御系の構成は実施の形態１で示した図１と同様である。また、この実施の形態による内燃機関の制御装置は、図４のように、制御ルーチンのフューエルカット期間中に酸素量を求める制御を行い、フューエルカット復帰後に目標空燃比を算出する制御と、三元触媒で消費される酸素消費量の演算とを行うようにしたものである。

ＥＣＵの動作、特に燃料補正停止手段としての動作を図４に基づき説明すると、この燃料補正停止手段によるフューエルカット復帰後燃料増量補正停止のルーチンもまた、内燃機関１に対する燃料制御のメインルーチン上で動作するルーチンであり、所定時間毎に繰り返されるルーチンである。ルーチンが開始されると、ステップＳ２０１でフューエルカット制御中であるかどうかを判定する。この判定は実施の形態１の場合と同様であり、判定フラグＦＣＦのセット値が１であるかどうかで判定するものである。ここでフューエルカット期間中であればＦＣＦが１にセットされているのでステップＳ２０２に進み、ＦＣＦが０であればフューエルカット期間中ではないのでステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０１にてフューエルカット期間中と判定されてステップＳ２０２に進んだ場合、ここではエアフローセンサ４とＩＳＣバルブ６との信号を入力してＥＣＵ１２が演算を行ない、三元触媒１１に流入する空気量Ｑａａを算出し、さらに三元触媒１１における酸素吸蔵量ＶＯａを算出する。この酸素吸蔵量ＶＯａは、フューエルカット期間中は燃料供給が行われず、従って燃焼しないのでシリンダー内に導入された空気はそのまま排出され、この排出空気の酸素濃度は大気中の酸素濃度（約２１％）と同一であり、この酸素濃度が三元触媒１１内に貯蔵されるので、算出された流入空気量Ｑａａと大気中の酸素濃度とルーチン実行時の演算時間間隔Δｔとの積で算出される。

酸素吸蔵量ＶＯａの算出後はステップＳ２０３に進み、算出した酸素吸蔵量ＶＯａを直前のルーチンにて算出した酸素吸蔵量の積算値ＶＯ１に加算する。このフューエルカット復帰後燃料増量補正停止ルーチンの今回の実行時における一回目では、前回このルーチンを実行したときにおけるステップＳ２１３で酸素吸蔵量の積算値ＶＯ１を０にリセットしているため、酸素吸蔵量積算値ＶＯ１の初期値は０であり、改めて今回の酸素吸蔵量の積算値ＶＯ１を算出した上でメモリに格納し、ステップＳ２０４に進む。

ステップ２０４に進むのは、ステップＳ２０１でＦＣＦが０であったときと、ステップＳ２０３で酸素吸蔵量を積算した後であり、このステップではフューエルカット復帰直後であるかどうかを判定する。この判定は実施の形態１の場合と同様に今回のルーチンと直前のルーチンとでの判定フラグＦＣＦの比較にて行われる。すなわち、直前のルーチンでの判定フラグＦＣＦ（ｉ−１）が１であり、今回のルーチンでの判定フラグＦＣＦ（ｉ）が０であればフューエルカット復帰直後であり、ＦＣＦ（ｉ−１）とＦＣＦ（ｉ）とが共に１であればフューエルカットは継続中であり、ＦＣＦ（ｉ−１）とＦＣＦ（ｉ）とが共に０であればフューエルカット復帰から時間が経過していることになる。

ステップＳ２０３からステップＳ２０４に進んだときはフューエルカット制御中であるから、ＦＣＦ（ｉ−１）とＦＣＦ（ｉ）とが共に１であり、ＮＯ判定となってステップＳ２０６に進み、ステップＳ２０１からステップＳ２０４に進んだときは判定フラグＦＣＦ（ｉ）が０であるから、直前のルーチンでの判定フラグＦＣＦ（ｉ−１）が０の場合はフューエルカット復帰から時間が経過しており、フューエルカット復帰後燃料増量補正中であるのでステップＳ２０６に進み、直前のルーチンでの判定フラグＦＣＦ（ｉ−１）が１であった場合にはフューエルカット復帰直後であるからステップＳ２０５に進む。

フューエルカット復帰直後のときはステップＳ２０５においてフューエルカット復帰後燃料増量補正制御により燃料補正量がセットされ、通常の燃料供給量に燃料補正量が加算されて燃料噴射弁８から燃料供給が行われ、フューエルカット復帰後燃料増量補正制御が開始されてステップ２０６に進む。ステップ２０６ではフューエルカット復帰後燃料補正量が０より大きいかどうかを判定するが、ステップＳ２０５からステップ２０６に進んだ場合はフューエルカット復帰直後であり、フューエルカット復帰後燃料補正量がセットされた値であるのでＹＥＳ判定となってステップ２０７に進む。

上記のステップ２０４でフューエルカット制御中の場合はＮＯ判定となってステップ２０６に進むが、この場合はフューエルカット復帰後燃料増量補正が実行されていないのでステップ２０６でもＮＯ判定となってリターンされ、ステップ２０４でフューエルカット復帰から時間が経過していると判定されてステップ２０６に進んだ場合にはフューエルカット復帰後燃料増量補正の実行中であるのでステップ２０６でＹＥＳ判定となってステップ２０７に進む。フューエルカットの期間中はステップ２０２から順次ステップ２０４まで進み、ステップ２０４ではフューエルカット復帰直後でないのでＮＯ判定され、ステップ２０６でも燃料増量補正が実行されていないのでＮＯ判定され、ステップ２０１からステップ２０４までの各ステップとステップ２０６とを繰り返し、フューエルカットの期間中において三元触媒１１に蓄積される酸素吸蔵量ＶＯ１を積算し続ける。

ステップ２０６でフューエルカット復帰後燃料補正量が０より大きい場合、すなわち、フューエルカット復帰後燃料増量補正制御が実行中である場合には上記のようにステップＳ２０７に進むが、ここではフューエルカット復帰後、三元触媒１１に流入する空気流量Ｑａｂをエアフローセンサ４とスロットルバルブ５の信号から算出する。空気流量Ｑａｂの算出後はステップＳ２０８に進み、フューエルカット復帰後の目標空燃比を設定する。この目標空燃比は、フューエルカット期間中に三元触媒１１内に貯蔵された酸素を速やかに消費するための還元剤として三元触媒１１に供給する空燃比のことであり、フューエルカット復帰後における内燃機関１の運転状態により様々に変化するものである。

続くステップＳ２０９ではステップＳ２０７で算出した空気流量ＱａｂとステップＳ２０８で設定したフューエルカット復帰後の目標空燃比（酸素消費濃度）とから酸素消費量ＶＯｂを求める。この酸素消費量ＶＯｂはフューエルカット期間中に三元触媒１１内に貯蔵された酸素がフューエルカット復帰後の燃料増量補正によりどれだけ消費されたかを表すものである。フューエルカット復帰後燃料増量補正制御の実行で燃料過多にすることによりシリンダからの排出ガスに一酸化炭素と炭化水素とが増加するが、この一酸化炭素と炭化水素は三元触媒１１内に貯蔵された酸素と化合することにより二酸化炭素と水分とになって三元触媒１１内に貯蔵された酸素は消費され、この消費される酸素量はフューエルカット復帰後に行う燃料の増量と吸入空気量との比、すなわち、目標空燃比から算出することができる。

すなわち、フューエルカット復帰後に設定する目標空燃比とフューエルカット復帰後に三元触媒１１に流入する空気量とから消費される酸素量を算出することができるものであり、目標空燃比と三元触媒１１内で消費される酸素消費濃度とには図６に示すような関係がある。目標空燃比がリッチ側であるほど酸素消費濃度は増加し、ストイキ、すなわち、理論空燃比をはさんでリーン側では酸素消費濃度は極端に小さくなる。ステップＳ２０９ではステップＳ２０８で算出した目標空燃比から図６の関係を用いてフューエルカット復帰後に三元触媒１１で消費される酸素消費量ＶＯｂを算出する。その算出方法はフューエルカット復帰後に三元触媒１１に流入する空気量Ｑａｂと図６から得られる酸素消費濃度とこのルーチンの演算時間間隔Δｔとの積である。

続くステップＳ２１０では三元触媒１１で消費される酸素消費量ＶＯｂと直前のルーチンにおけるステップＳ２１０で算出した三元触媒１１内で消費する酸素消費量の積算値ＶＯ２とを加算して新たな積算値ＶＯ２を得る。積算値ＶＯ２の初期値は上記した酸素吸蔵量の積算値ＶＯ１の場合と同様に、今回の実行時における一回目では前回このルーチンを実行した時におけるステップＳ２１３で０にリセットされており、改めて今回の酸素消費量の積算値ＶＯ２を算出した上でメモリに格納する。今回のルーチン実行時における二回目のルーチン以降では直前のルーチンで記憶した積算値ＶＯ２を読み出しステップＳ２０９で算出したＶＯｂを加算してメモリ内の積算値ＶＯ２を更新することになる。

続くステップＳ２１１ではステップＳ２０２とＳ２０３とで算出したフューエルカット期間中において三元触媒１１に流入する酸素吸蔵量の積算値ＶＯ１と、ステップＳ２０９とＳ２１０で算出したフューエルカット復帰後に三元触媒１１内で消費する酸素消費量の積算値ＶＯ２との差を所定値と比較する。この所定値は、フューエルカット期間中に三元触媒１１内に貯蔵された酸素がフューエルカット復帰後の燃料増量補正制御によりどれだけ消費されたかを表すものであり、例えばフューエルカット期間中に貯蔵された酸素吸蔵量とフューエルカット復帰後に消費された酸素消費量との差の５％に設定される。

ステップＳ２１１でＶＯ１とＶＯ２との差が所定値より小さい場合はステップＳ２１２に進み、フューエルカット期間中に三元触媒１１内に貯蔵された酸素がフューエルカット復帰後に実行した燃料増量補正制御により消費され、三元触媒１１内の貯蔵酸素量が正常状態まで復帰しているので燃料増量補正を停止し、ステップＳ２１３でフューエルカット期間中に積算した酸素吸蔵量の積算値ＶＯ１とフューエルカット復帰後の酸素消費量の積算値ＶＯ２とを０にリセットしてリターンする。なお、ステップＳ２１１でＶＯ１とＶＯ２との差が所定値より大きかった場合にはリターンして燃料増量補正を継続し、ルーチンの繰り返しをＶＯ１とＶＯ２との差が所定値より小さくなるまで継続する。

続いてこの制御動作を図５のタイムチャートに基づき説明すると、フューエルカット制御が開始されると回転速度センサやエアフローセンサ４の信号により図のｔ１においてフューエルカット判定フラグＦＣＦが１にセットされ、フューエルカット期間中に三元触媒１１に流入する空気量Ｑａａが算出されると共に酸素吸蔵量ＶＯ１が算出される。フューエルカット制御が実施されている期間中はＦＣＦが常に１であり、燃料の増量補正はされていないので、図４のフローチャートではステップＳ２０３とＳ２０３とが繰り返され、酸素吸蔵量ＶＯ１が積算し続けられると共に、三元触媒１１上流側の空燃比は図の（Ｄ）のようにリーン側に移行する。

図のｔ２においてフューエルカット制御が終了すると、フューエルカット判定フラグＦＣＦが０にリセットされ、図の（Ｅ）に示すようにフューエルカット復帰後燃料増量補正制御が実行されて燃料噴射量が増量補正され、三元触媒１１上流側の空燃比は図の（Ｄ）のようにリッチ側に移行すると共に、図の（Ｃ）のように燃料増量補正によって三元触媒１１で消費される酸素消費量の積算値ＶＯ２が算出される。フューエルカット期間中に三元触媒１１に流入する酸素吸蔵量の積算値ＶＯ１とフューエルカット復帰後に三元触媒１１で消費される酸素消費量の積算値ＶＯ２との差が所定値以下になるまでこのＶＯ２は積算され続け、図のｔ３においてＶＯ１と積算値ＶＯ２との差が所定値以下になったとき、フューエルカット復帰後燃料増量補正制御は停止され、増量された燃料補正量は漸減されて基本燃料噴射量に戻る。

このようにこの実施の形態におけるフューエルカット復帰後燃料増量補正の停止判定としては、フューエルカット復帰後の空気量の積算値に加え、フューエルカット復帰後燃料増量補正制御での目標空燃比を追加してフューエルカット復帰後に三元触媒１１で消費される酸素消費量を算出し、フューエルカット期間中に三元触媒１１に貯蔵された酸素量とフューエルカット復帰後に三元触媒１１で消費される酸素量とからフューエルカット復帰後燃料増量補正の停止を判定するようにしたので、三元触媒１１内に貯蔵される酸素貯蔵量が過小になることなく適正値に保たれ、図５の（Ｇ）に示すように一酸化炭素の排出を最低限に抑制しながら高精度に窒素酸化物の排出を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を得ることができるものである。

この発明による内燃機関の制御装置は、車両などに搭載され、減速時などに燃料供給をカットして燃料消費量と減速性とを改善する内燃機関に適用されるものである。

この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の構成を説明する概略構成図である。この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の動作を説明するタイムチャートである。この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置の動作を説明するタイムチャートである。この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置の空燃比と酸素消費量との関係を示す説明図である。

符号の説明

１内燃機関、２エアクリーナ、３吸気温センサ、４エアフローセンサ、
５スロットルバルブ、６アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）、
７吸気管、８燃料噴射弁、９排気管、１０酸素センサ、
１１三元触媒、１２コントロールユニット（ＥＣＵ）。

Claims

内燃機関の排気系に設けられ、一酸化炭素や窒素酸化物の浄化を行う三元触媒、前記内燃機関の運転中において燃料供給停止条件が成立したとき一時的に燃料供給停止を行うフュ−エルカット制御手段、前記フュ−エルカット制御手段による燃料供給停止状態から燃料供給状態に復帰するときの所定期間において燃料増量補正を行うフュ−エルカット復帰後燃料増量補正手段、前記燃料供給停止の期間中に前記三元触媒に流入する空気量の積算値を算出する第1の積算手段、前記燃料供給復帰後の燃料増量補正中に前記三元触媒に流入する空気量を順次積算してその積算値を算出する第２の積算手段、及び前記燃料供給復帰後の燃料増量補正中に前記第１、第２の積算手段の各積算値を比較し、前記第２の積算手段の積算値が、前記第1の積算手段の積算値に対して所定の関係に達したとき、前記フュ−エルカット復帰後燃料増量補正手段による燃料増量補正を停止する燃料増量補正停止手段を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
内燃機関の排気系に設けられ、一酸化炭素や窒素酸化物の浄化を行う三元触媒、前記内燃機関の運転中において燃料供給停止条件が成立したとき一時的に燃料供給停止を行うフュ−エルカット制御手段、前記フュ−エルカット制御手段による燃料供給停止状態から燃料供給状態に復帰するときの所定期間において燃料増量補正を行うフュ−エルカット復帰後燃料増量補正手段、前記燃料供給停止の期間中に前記三元触媒に流入する酸素量の積算値を算出する第１の積算手段、燃料供給復帰後の燃料増量補正中において前記三元触媒に流入する空気量と、その時の目標空燃比とに基づいて燃料供給復帰後に前記三元触媒内で消費される酸素量を順次算出して積算し、その積算値を算出する第２の積算手段、及び前記燃料供給復帰後の燃料増量補正中に前記第１、第２の積算手段の各積算値を比較し、前記第２の積算手段の積算値が、前記第1の積算手段の積算値に対して所定の関係に達したとき、前記フュ−エルカット復帰後燃料増量補正手段による燃料増量補正を停止する燃料増量補正停止手段を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。