JP5088429B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の運転状態を制御する制御装置に係り、特に、排気ガス中の酸素濃度に応じて空燃比を制御する構成とした内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１（特開２００３−２１４２４５号公報）に開示されているように、排気通路に設けた酸素濃度センサを用いて空燃比制御を行う制御装置が知られている。従来の制御装置は、酸素濃度センサに存在する製造ばらつきや経時劣化等の誤差を学習するために、大気学習と呼ばれる学習制御を行っている。

この大気学習では、エンジンの燃料カットが実行されることで排気通路内が大気雰囲気になったときに、酸素濃度センサから出力される検出信号と、制御装置に予め記憶された基準信号値とを比較する。この基準信号値とは、既知である大気中の酸素濃度に対応するものである。この結果、基準信号値と実際の検出信号値とのずれ量は、個々のセンサ固有の誤差に対応した値となるから、このずれ量は、センサ固有の誤差を補正するための学習値として制御装置に記憶される。

また、従来の制御装置は、排気ガス中に燃料を添加することによって触媒の還元処理を行う構成としている。ここで、燃料添加の直後に燃料カットが行われた場合には、排気ガス中に残存する燃料の影響によって酸素濃度の上昇が遅くなり、酸素濃度が大気中の濃度レベルに達するまでにタイムラグが生じる。このため、従来の制御装置は、燃料カットを開始したときに、その直前の所定期間に燃料添加を行った履歴があるか否かを判定している。そして、燃料添加の履歴がある場合には、大気学習を禁止する構成としている。

特開２００３−２１４２４５号公報

従来技術では、燃料カット開始前の所定期間に燃料添加を行っていた場合に、大気学習を禁止する構成としている。しかし、燃料添加を行った後に大気学習が可能となるまでの時間は、燃料添加のタイミングやエンジンの運転状態等に応じて様々に変化する。このため、従来技術のように、単に大気学習を禁止するだけでは、学習の機会を逃す虞れがあり、学習効率が低下するという問題がある。

また、学習効率を高めるために前記所定時間の具体値を小さく設定した場合には、燃料添加の影響が残っている状態で学習が行われることがあり、誤学習の虞れが生じる。このように、従来技術では、燃料添加を行う場合に、大気学習のタイミングを適切に設定するのが難しいという問題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料添加のタイミングや内燃機関の運転状態等に応じて、学習手段を適切なタイミングで実行することができ、学習の精度と効率を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、内燃機関の吸入空気に燃料噴射が行われるときに、内燃機関の運転状態に応じて前記燃料噴射を休止させる燃料カット手段と、
内燃機関の排気ガス中に還元燃料を添加する還元燃料添加手段と、
排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出信号を出力する酸素濃度検出手段と、
前記還元燃料添加手段が作動してから前記燃料カット手段が作動するまでに経過した時間を添加後経過時間として計測する時間計測手段と、
前記時間計測手段によって計測した添加後経過時間に応じて学習待機時間を可変に設定する待機時間設定手段と、
前記燃料カット手段が作動してから前記学習待機時間が経過したときに、前記酸素濃度検出手段の検出結果を用いて学習を行う学習手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、前記還元燃料添加手段の影響がない状態でも、前記燃料カット手段が作動してから前記学習手段が正常に作動するまでに必要な時間を基準時間として設定する基準時間設定手段と、
前記燃料カット手段の作動前に前記還元燃料添加手段が作動したとしても、前記学習待機時間を前記基準時間と等しく設定することが可能となる最短の添加後経過時間を判定時間として算出する判定時間算出手段とを備え、
前記待機時間設定手段は、前記時間計測手段によって計測した実際の添加後経過時間が前記判定時間よりも短いときに、これらの添加後経過時間と判定時間との時間差に応じて前記学習待機時間を補正し、それ以外の場合には前記学習待機時間を前記基準時間と等しく設定する構成としている。

第１の発明によれば、時間計測手段は、還元燃料添加手段が作動してから燃料カット手段が作動するまでの添加後経過時間を計測することができる。そして、待機時間設定手段は、この添加後経過時間に応じて、燃料カット手段が作動してから学習手段の正常な作動が可能となるまでの学習待機時間を適切に設定することができる。

即ち、例えば燃料カットの直前に燃料添加が行われていた場合には、学習待機時間を長く設定することにより、還元燃料の影響が無くなるまで学習手段を十分に待機させることができる。また、燃料添加後に十分な時間が経過していた場合には、学習待機時間を短く設定することにより、燃料カットの開始後に学習手段を速やかに作動させることができる。従って、内燃機関の運転状態や燃料添加のタイミング等が変化する場合でも、学習待機時間を必要最低限の長さに抑えることができる。これにより、高い学習精度を維持しつつ、学習の機会を増やして効率を高めることができる。

第２の発明によれば、基準時間設定手段は、還元燃料添加手段を実行していない状態でも必要となる学習待機時間を、基準時間として設定することができる。また、判定時間算出手段は、燃料カットの直前に燃料添加が行われたとしても、基準時間を延長しなくても済む最短の添加後経過時間を判定時間として算出することができる。

これにより、実際の添加後経過時間が判定時間よりも短いときには、燃料添加から燃料カットまでの時間が短すぎるために排気ガス中の還元燃料が学習手段に影響を与えると判断することができる。この場合、判定時間算出手段は、学習待機時間を補正して適度に延ばすことができ、燃料添加のタイミング等に応じて学習待機時間を必要かつ十分な長さに設定することができる。

本発明の実施の形態１及び実施の形態２による内燃機関の制御装置のシステム構成を示す全体構成図である。 本発明の実施の形態１において実行されるメイン処理ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態１において実行される燃料添加処理ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態１において実行される残量推定処理ルーチンのフローチャートである。 燃料添加の時期と燃料カット後の酸素濃度との関係を示す特性線図である。 本発明の実施の形態２による制御の内容を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態２において実行されるメイン処理ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行される燃料添加処理ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行される待機時間設定処理ルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１ないし図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示す内燃機関１０は、例えば４気筒型のディーゼルエンジンによって構成されている。

内燃機関１０の吸気側には、各気筒内に空気（吸入空気）を吸込む吸気通路１２が設けられている。この吸気通路１２は、吸気マニホールド１４を介して各気筒の吸気ポートに接続されている。また、吸気通路１２には、内燃機関１０の吸入空気量を調整するスロットル弁１６が設けられている。

一方、内燃機関１０の排気側には、各気筒内で生じた排気ガスを外部に排出する排気通路１８が設けられている。排気通路１８は、その一部を構成する排気マニホールド２０を介して各気筒の排気ポートに接続されている。また、排気通路１８には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えた排気浄化触媒２２が設けられている。この排気浄化触媒２２は、排気ガス中に含まれるＮＯｘ等の成分を浄化すると共に、排気ガス中の微粒子（ＰＭ）を捕集するものである。

また、内燃機関１０の各気筒には、各気筒内に吸込まれる吸入空気中に燃料を噴射する燃料噴射弁２４が設けられている。これらの燃料噴射弁２４には、コモンレール２６を介して燃料ポンプ２８が接続されている。燃料ポンプ２８には、燃料通路３０を介して燃料添加弁３２が接続されている。この燃料添加弁３２は、還元燃料添加手段を構成しており、排気通路１８内を流れる排気ガス中に燃料（還元燃料）を添加するものである。また、燃料通路３０には、当該燃料通路３０を開，閉する遮断弁３４が設けられている。

さらに、吸気通路１２と排気通路１８との間には、排気ガスの一部を吸気通路１２に還流させる排気還流手段としてのＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路３６が設けられている。このＥＧＲ通路３６には、その内部を流れる排気ガスの流量を調整するＥＧＲ弁３８が設けられている。また、吸気通路１２と排気通路１８との間には、排気ガスの圧力を利用して吸入空気を過給するターボチャージャ４０が設けられている。

次に、内燃機関１０のセンサ系統について説明する。吸気通路１２には、内燃機関１０に吸入される空気の流量（吸入空気量）を検出する吸気量検出手段としてのエアフロメータ４２が設けられている。排気通路１８には、排気ガスの温度を検出する排気温度センサ４４と、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段としてのＡ／Ｆセンサ４６とが設けられている。

この場合、Ａ／Ｆセンサ４６は、排気ガスの流れ方向を基準として排気浄化触媒２２の上流側に配置されている。また、Ａ／Ｆセンサ４６から出力される検出信号は、酸素濃度に応じて連続的に変化する。さらに、内燃機関１０には、その機関回転数（エンジン回転数）に応じた信号を出力する回転センサ４８と、図示しないアクセルペダルの操作量（開度）を検出するアクセル開度センサ５０とが設けられている。

また、本実施の形態のシステム構成は、内燃機関１０の運転状態を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）５２を備えている。このＥＣＵ５２の入力側には、エアフロメータ４２と、前述した各センサ４４，４６，４８，５０とを含むセンサ系統が接続されている。ＥＣＵ５２の出力側には、各気筒の燃料噴射弁２４、燃料ポンプ２８、燃料添加弁３２、遮断弁３４、ＥＧＲ弁３８等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ５２は、上述したセンサ系統によって内燃機関１０の運転状態を検出しつつ、これらのアクチュエータを制御する。

また、ＥＣＵ５２は、各種の時間計測を行うためのタイマ機能と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶回路５２ａとを備えている。ここで、ＲＡＭには不揮発性の更新可能な記憶素子が含まれており、この記憶素子には、後述の大気学習等で更新される学習値が記憶される。また、ＲＯＭには、各種の制御を実行するプログラムや、定数等が予め記憶されている。

このように構成されるＥＣＵ５２は、内燃機関１０の運転状態等に応じて、通常の燃料噴射制御、空燃比制御、燃料カット制御、ＥＧＲ制御、燃料添加制御、大気学習等の制御処理を行う。この場合、通常の燃料噴射制御は、各センサ４４，４６，４８，５０の検出結果等を用いて各気筒に噴射すべき適切な燃料の量を算出し、燃料噴射弁２４から各気筒に燃料を噴射させることができる。

また、燃料噴射制御中には、Ａ／Ｆセンサ４６によって排気ガス中の酸素濃度を検出する。そして、酸素濃度の検出結果に応じて求めた実際の空燃比が目標空燃比となるように、燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比制御を行う。また、燃料カット制御は、例えば高回転または高負荷運転からの減速が行われたときに、この状態を回転センサ４８、アクセル開度センサ５０等の検出信号によって検出し、燃料噴射を一時的に休止させることができる。

また、ＥＧＲ制御は、内燃機関１０の運転状態に応じてＥＧＲ弁３８の開度を調整することにより、適切な流量の排気ガスを吸入空気中に還流させる。この場合、排気ガスを還流量は、内燃機関１０の吸入空気量、負荷状態、回転数等に応じて公知の方法で設定される。

また、燃料添加制御は、排気浄化触媒２２の還元処理を行うものであり、還元処理が必要なタイミングで実行される。そして、燃料添加制御は、燃料添加弁３２から排気ガス中に還元処理用の燃料（以下、還元燃料という）を添加し、これによって排気浄化触媒２２の還元、再生を行う。

一方、大気学習は、燃料カットが行われることによって排気通路１８内が大気雰囲気となったときに、Ａ／Ｆセンサ４６から出力される検出信号を学習値として記憶する。ここで、ＥＣＵ５２の記憶回路５２ａには、センサ信号の標準信号値が予め記憶されている。この標準信号値とは、例えばセンサ固有の誤差を排除した標準器となるＡ／Ｆセンサを用いて、大気中の酸素濃度を検出することにより得られる検出信号値である。

そして、大気雰囲気中におけるＡ／Ｆセンサ４６の検出信号（学習値）と、標準信号値との差分は、センサ固有の誤差に相当している。このため、空燃比制御を行うときには、大気学習によって記憶した学習値と標準信号値とを用いて、Ａ／Ｆセンサ４６の検出信号を補正することができる。

［実施の形態１の特徴部分］
ここで、大気学習は、燃料カットが実行されてから所定の時間が経過し、排気通路１８内が安定した大気雰囲気となった状態で実行される。しかし、燃料カットの直前に燃料添加が行われていた場合には、排気ガス中に残存する還元燃料の影響で大気雰囲気となるまでの時間が長くなる。

図５は、この現象を実験データとして示したものである。図５中に記載された実線，点線，一点鎖線は、それぞれ燃料カットの開始５秒前，開始直前，開始直後に燃料添加を行った場合における、Ａ／Ｆセンサ４６の検出信号の挙動を示している。

この図５から判るように、燃料添加を実行してから燃料カットを実行するまでの間に、例えば５秒程度の十分な時間が経過している場合には、センサの検出信号が比較的早い時点で大気中の酸素濃度レベルに達し、この状態で安定する。

これに対し、燃料カットの直前，直後に燃料添加を行った場合には、センサの検出信号が大気中の酸素濃度レベルに落ち着くまでの時間が徐々に延びている。即ち、燃料添加と燃料カットとを行うタイミングが時間的に近接しているほど、燃料カットの開始時に排気ガス中に残存する還元燃料の量が多くなり、この還元燃料の影響によってセンサの周囲が大気雰囲気となる時期が遅れると考えられる。

一方、燃料カットの実行中には、排気通路１８内を空気が流通し、排気ガス中の還元燃料は、時間の経過に伴って徐々に減少していく。このとき、還元燃料は、排気通路１８内で燃焼することによって徐々に消費されるが、その燃焼反応は、排気通路１８内を流れる空気中の酸素量に応じて進行する。従って、排気通路１８中に存在する還元燃料の量は、排気通路１８内を流通した酸素量に応じて減少するとみなすことができる。

そこで、本実施の形態では、燃料添加を開始した時点から、排気ガス中に添加される還元燃料の量と、排気通路１８内を流通する空気中の酸素量とを一定の時間毎に積算する。そして、還元燃料の量と酸素量との差分（正確には、両者の差分に対して、還元燃料の減少率と酸素の流量とのバランスをとるような補正を行ったもの）を求めることにより、排気通路１８内に存在する還元燃料の残量を推定する。ＥＣＵ５２は、この残量の推定値が排気通路１８内の酸素濃度に影響を与えないレベルまで減少したときに、大気学習を実行するものである。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図２ないし図４は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５２が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図２ないし図４に示す３つのルーチンは、内燃機関１０の始動時に開始され、互いに独立した状態でそれぞれ一定の時間毎に実行されるものである。

まず、図２に示すメイン処理ルーチンについて説明すると、このルーチンでは、最初にステップ１００において、燃料カット条件が成立しているか否かを判定する。この判定条件の一例としては、例えば回転センサ４８とアクセル開度センサ５０の検出信号を用いて、内燃機関１０が高回転からの減速状態となったか否かを判定する。

そして、ステップ１００で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ１０２で通常の燃料噴射制御を行った後に、リターンする。なお、通常の燃料噴射制御を行うときには、必要に応じてＥＧＲ制御も行う。また、ステップ１００で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１０４で燃料カット制御を実行し、燃料噴射弁２４からの燃料噴射を一時的に休止させる。

次に、ステップ１０６では、大気学習を行うための学習前提条件が成立したか否かを判定する。この判定条件は公知であるが、具体例を挙げれば、（１）機関回転数が所定値以上の運転状態から減速を開始したか否か、（２）減速の開始（またはアクセル操作の終了）時点から所定の時間が経過しているか否か、（３）燃料カット時のスロットル制御（排気通路１８内の掃気を促進するためのスロットル弁１６の開，閉制御）が済んでから一定の時間が経過したか否か、などである。そして、ステップ１０６で「ＮＯ」と判定したときには、今回のルーチン処理を終了してリターンする。

ステップ１０６で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１０８で排気通路１８内の還元燃料の残量Ｃを読み込む。この残量Ｃとは、燃料添加弁３２によって排気ガス中に添加された還元燃料のうち、現在も残存していると推定される還元燃料の量であり、後述の残量推定処理（図４参照）で演算される。なお、燃料添加制御が時間的に十分に以前に行われている場合、及び全く行われていない場合には、残量Ｃが零にリセットされている。

そして、ステップ１１０では、還元燃料の残量Ｃが予めＥＣＵ５２に記憶された許容値Ｆ以下であるか否かを判定する。この場合、許容値Ｆとは、排気ガス中に残存していたとしても、大気学習に影響を与えない程度の還元燃料の残量として設定されている。このため、ステップ１１０で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１１２に移って大気学習を実行する。一方、ステップ１１０で「ＮＯ」と判定したときには、大気学習を行うには不適切な状態であると推定されるので、これを実行することなく、リターンする。

次に、図３に示す燃料添加処理ルーチンについて説明する。このルーチンでは、まず、ステップ１２０において、燃料添加が必要な条件が成立しているか否かを判定する。この判定条件の具体例を挙げれば、（１）前回の燃料添加から十分な時間が経過し、排気浄化触媒２２によるＮＯｘの吸蔵量が一定のレベルに達したと推定されるか否か、（２）燃料添加を行っても影響がない運転状態である否か、などである。

そして、ステップ１２０で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１２２で還元燃料の添加量を演算する。この添加量は、内燃機関１０の運転状態や排気浄化触媒２２の状態等に応じて、ＥＣＵ５２により可変に設定される。次に、ステップ１２４では、燃料添加弁３２を作動させることにより、前記添加量分の燃料を還元燃料として排気ガスに添加し、その後にリターンする。一方、ステップ１２０で「ＮＯ」と判定したときには、燃料添加を行わずにリターンする。

次に、図４に示す残量推定処理ルーチンについて説明する。このルーチンでは、まず、ステップ１３０において、前述した燃料添加処理によって還元燃料を添加中であるか否かを判定する。ここで、「ＹＥＳ」と判定した場合には、後述のステップ１３２に移行する。また、ステップ１３０で「ＮＯ」と判定した場合には、後述のステップ１４０に移行する。

そして、ステップ１３２では、今回実行しようとする残量推定処理が、燃料添加の開始後に初めて行う演算処理であるか否かを判定する。ここで、「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１３４で還元燃料の総量Ａと酸素の総量Ｂとを零にリセットする。ステップ１３２で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ１３４の処理を実行することなく、後述のステップ１３６に移行する。

ここで、還元燃料の総量Ａとは、燃料添加が開始されてから停止するまでに添加された還元燃料の添加量を表すものである。燃料添加の実行中には、残量推定処理が一定の時間間隔で繰り返し実行される毎に、還元燃料の総量Ａが徐々に増加する。そして、総量Ａは、燃料添加が停止された時点で一定の値となる。

また、酸素の総量Ｂとは、燃料添加が終了してから今回の残量推定処理までの間に、排気通路１８内を流通した排気ガスの総量中に含まれる酸素の量を表すものである。この場合、排気ガスには燃料カット中に流通する大気も含まれる。従って、酸素の総量Ｂは、燃料添加が終了した時点から残量推定処理が実行される毎に徐々に増加していき、次回の燃料添加が開始された時点で零にリセットされる。

次に、ステップ１３６では、単位時間当りの還元燃料の添加量を、燃料添加量Δａとして演算する。この場合、燃料添加量Δａの演算には、燃料添加処理の実行時にＥＣＵ５２によって設定された還元燃料の添加量等が用いられる。そして、ステップ１３８では、下記数１の式に示すように、還元燃料の総量Ａに対して、今回の残量推定処理で演算された燃料添加量Δａを加算する。

（数１）
Ａ＝Ａ＋Δａ

一方、燃料添加を実行していないタイミングでは、ステップ１３０からステップ１４０に移行する。そして、ステップ１４０では、エアフロメータ４２の検出信号を用いて吸入空気量Ｇを検出する。また、ステップ１４２では、ＥＧＲ制御が行われている場合に、吸気通路１２に還流される排気ガスの単位時間当りの還流量Ｒを読込む。

次に、ステップ１４４では、下記数２の式に示すように、吸入空気量Ｇと、排気ガスの還流量Ｒとを用いて排気ガスの流量（排気流量）Ｅを演算する。

（数２）
Ｅ＝Ｇ＋Ｒ

また、ステップ１４６では、Ａ／Ｆセンサ４６によって検出した酸素濃度Ｄを読込む。ステップ１４８では、下記数３の式に示すように、排気流量Ｅと酸素濃度Ｄとを用いて、単位時間当りの酸素流量Δｂを演算する。

（数３）
Δｂ＝Ｅ×Ｄ

そして、ステップ１５０では、下記数４の式に示すように、酸素の総量Ｂに対して、今回の残量推定処理で演算された酸素流量Δｂを加算する。

（数４）
Ｂ＝Ｂ＋Δｂ

最後に、ステップ１５２では、下記数５の式に示すように、還元燃料の総量Ａ、酸素の総量Ｂ及び所定の係数Ｋを用いて、排気通路１８内の還元燃料の残量Ｃを推定演算する。ここで、係数Ｋとは、還元燃料の減少率と酸素の流量とのバランスをとるための係数である。

（数５）
Ｃ＝Ａ−Ｋ×Ｂ

このように、本実施の形態では、還元燃料の総量Ａと酸素の総量Ｂとの差分に相当する量を算出し、これによって排気通路１８内に残存する還元燃料の残量Ｃを推定することができる。この結果、図２に示すメイン処理のステップ１１０では、この残量Ｃを用いて大気学習を行うか否かの判定処理を行うことができる。

［実施の形態１の効果］
上述したように、本実施の形態によれば、ＥＣＵ５２は、燃料添加を行った後に、排気ガス中の還元燃料の総量Ａと酸素の総量Ｂとに応じて還元燃料の残量Ｃを推定することができる。そして、この残量Ｃを用いて、正常な大気学習が可能なタイミングであるか否かを容易に判定することができる。

このため、内燃機関１０の運転状態や燃料添加のタイミング等が変化する場合でも、ＥＣＵ５２は、これらの条件に応じて推定された還元燃料の残量Ｃが許容値Ｆを超えている間だけ待機すればよい。そして、残量Ｃが許容値Ｆまで減少したときには、正常な学習動作を速やかに開始することができ、学習開始までの待機時間を必要最低限に抑えることができる。従って、高い学習精度を維持しつつ、学習の機会を増やして効率を高めることができる。

また、還元燃料の総量Ａを演算するときには、単位時間当たりの燃料添加量Δａを演算し、この燃料添加量Δａを一定の時間毎に積算するようにしている。従って、燃料添加を行うときには、燃料添加量Δａの積算処理を実行する毎に、還元燃料の最新の総量Ａを高い精度で求めることができる。

また、酸素の総量Ｂを演算するときには、単位時間当たりの酸素流量Δｂを演算し、この酸素流量Δｂを一定の時間毎に積算するようにしている。従って、燃料添加を実行した後には、吸入空気量Ｇや酸素濃度Ｄが刻々と変化する状況であっても、流通した酸素の最新の総量Ｂを積算処理毎に高い精度で求めることができる。

さらに、酸素の総量Ｂの演算に用いる排気流量Ｅは、吸入空気量Ｇと、排気ガスの還流量Ｒとの加算値として求めるようにしている。このため、ＥＧＲ通路３６によって排気ガスの一部が吸気系に還流されるときには、この還流による影響を酸素の総量Ｂの算出結果に反映させることができる。これにより、ＥＧＲ通路３６を備えた内燃機関１０においても、酸素の総量Ｂを正確に算出することができる。

なお、上述した実施の形態１では、図２中のステップ１０４が燃料カット手段の具体例を示し、ステップ１１２が学習手段の具体例を示している。また、図２中のステップ１１０と図４中のステップ１５２は、残量判定手段の具体例を示している。さらに、図４中のステップ１４０〜１５０は酸素総量検出手段の具体例を示し、ステップ１３６，１３８は燃料総量算出手段の具体例を示している。

実施の形態２．
次に、図６ないし図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。なお、本実施形態のシステムは、前記実施の形態１と同様に、図１に示すシステム構成を用いている。しかし、本実施の形態は、図２ないし図４に示すルーチンに代えて、図７ないし図９に示すルーチンを用いることにより実現される点で、実施の形態１と異なるものである。

［実施の形態２の特徴部分］
図６は、本実施の形態による制御の内容を説明するための説明図である。本実施の形態の特徴は、燃料カットを行ってから大気学習を行うまでの時間を学習待機時間ｔ0としたときに、この学習待機時間ｔ0を燃料添加のタイミングに応じて変化させる構成としたことにある。

即ち、ＥＣＵ５２は、燃料添加を行ってから燃料カットを行うまでに経過した時間を添加後経過時間ｔ2として計測し、その計測結果に応じて学習待機時間ｔ0を設定するものである。以下、この点について、燃料添加のタイミングを３つの場合に分けて具体的に説明する。なお、下記の説明において、添加後経過時間ｔ2′,ｔ2″は、変数である添加後経過時間ｔ2の具体値を表すものとする。

まず、図６(ａ)は、燃料添加の影響がない状態で、燃料カットと大気学習とを実行する場合を示している。この場合、学習待機時間ｔ0は、予めＥＣＵ５２に記憶された基準時間ｔ1と等しく設定される。つまり、ＥＣＵ５２は、燃料カットを実行してから所定の基準時間ｔ1が経過した後に、大気学習を実行する。

ここで、基準時間ｔ1とは、燃料添加の影響がない状態でも、燃料カットを実行してから正常な大気学習が可能となるまでに必要な時間として設定されている。即ち、燃料カットを実行してから、Ａ／Ｆセンサ４６の周囲が安定した大気雰囲気となるまでの間には、ある程度のタイムラグがある。このタイムラグの期間中において、センサの検出信号は、大気中の酸素濃度レベルと異なる不安定な状態となり易い。基準時間ｔ1は、この不安定な状態で大気学習が行われるのを回避するための待機時間である。

次に、図６(ｂ)は、燃料添加を行ってから比較的長い時間（添加後経過時間ｔ2′）が経過したときに、燃料カットを行う場合を示している。この場合、ＥＣＵ５２は、例えば内燃機関１０の吸入空気量、機関回転数、基準時間ｔ1の長さ等に応じて判定時間ｔxを算出し、この判定時間ｔxと添加後経過時間ｔ2′とを比較する。

ここで、判定時間ｔxとは、燃料カットの実行前に燃料添加を行ったとしても、学習待機時間ｔ0を基準時間ｔ1と等しく設定することが可能な最短の添加後経過時間として定義される。即ち、図６において、燃料カットの実行タイミングから判定時間ｔxだけ遡った時点を基準の時点Ｐとしたときに、この基準の時点Ｐよりも前に燃料添加を行っていた場合には、大気学習に対する還元燃料の影響が基準時間ｔ1内に消失する。

このため、ＥＣＵ５２は、図６(ｂ)に示す場合のように、添加後経過時間ｔ2′が判定時間ｔx以上であると判定したときに、学習待機時間ｔ0を基準時間ｔ1と等しく設定する（下記数６の式）。

（数６）
ｔ0＝ｔ1

このように、比較的早期に行われた燃料添加の後であれば、基準時間ｔ1が経過した時点で正常な大気学習を行うことができる。なお、判定時間ｔxを算出するための算出手順、マップデータ等は、ＥＣＵ５２に予め記憶されている。

次に、図６(ｃ)は、燃料添加を行ってから比較的短い時間（添加後経過時間ｔ2″）が経過したときに、燃料カットを行う場合を示している。この場合には、添加後経過時間ｔ2″が判定時間ｔxよりも短いので、ＥＣＵ５２は、両者の時間差Δｔ（＝ｔx−ｔ2″）を算出し、この時間差Δｔに応じて延長時間ｆ(Δｔ)を演算する。

ここで、図６(ｃ)に示す場合には、燃料添加が燃料カットの直前に実行されているので、基準時間ｔ1が経過した後にも還元燃料の影響が残っている。このため、延長時間ｆ(Δｔ)は、基準時間ｔ1が経過してから還元燃料の影響が無くなるまでに必要な時間として定義されている。

また、延長時間ｆ(Δｔ)は、例えば時間差Δｔ（または添加後経過時間ｔ2）の関数として設定され、この関数のデータはＥＣＵ５２に予め記憶されている。なお、本実施の形態には例示しないが、延長時間ｆ(Δｔ)は、時間差Δｔと、他のパラメータ（例えば還元燃料の添加量、酸素濃度、排気ガスの流量等）とに応じて変化する多変数型の関数としてもよい。

そして、図６(ｃ)に示す場合において、ＥＣＵ５２は、基準時間ｔ1と延長時間ｆ(Δｔ)との加算値を、学習待機時間ｔ0として設定する（下記数７の式）。これにより、燃料添加が比較的近い時間に実行されていたとしても、燃料カットの後に学習待機時間ｔ0が経過した時点で、正常な大気学習を行うことができる。

（数７）
ｔ0＝ｔ1＋ｆ(Δｔ)

［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
図７ないし図９は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５２が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図７及び図８に示す２つのルーチンは、内燃機関１０の始動時に開始され、互いに独立した状態でそれぞれ一定の時間毎に実行される。また、図９に示すルーチンは、図７のルーチン中で呼出されるものである。

まず、図７に示すメイン処理ルーチンについて説明すると、このルーチンでは、最初にステップ１６０〜１６４において、実施の形態１のステップ１００〜１０４（図２参照）と同様の処理を行う。ここで、燃料カットを実行した場合には、ステップ１６６において、今回のメイン処理の演算が燃料カットを開始してから初めての演算であるか否かを判定する。

そして、ステップ１６６で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１６８で後述の待機時間設定処理（図９参照）を実行し、内燃機関１０の現在の運転状況における学習待機時間ｔ0を設定する。また、ステップ１７０では、学習待機時間ｔ0を計測するためのタイマカウンタを始動させる。

一方、ステップ１６６で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ１７２で前記タイマカウンタを参照し、学習待機時間ｔ0が経過したか否かを判定する。そして、ステップ１７２で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１７４で学習前提条件が成立したか否かを判定する。この学習前提条件とは、実施の形態１のステップ１０６と同様のものである。

そして、ステップ１７４で「ＹＥＳ」と判定したときには、学習待機時間ｔ0が経過し、かつ学習前提条件も成立しているので、ステップ１７６で大気学習を行う。これに対し、ステップ１７２，１７４の何れかで「ＮＯ」と判定したときには、大気学習を行うことなく、リターンする。

次に、図８に示す燃料添加処理ルーチンについて説明する。このルーチンでは、まず、ステップ１８０〜１８４において、実施の形態１のステップ１２０〜１２４（図３参照）と同様の処理を行う。そして、燃料添加を実行した場合には、ステップ１８６において、添加後経過時間ｔ2を計測するためのタイマカウンタを始動させ、その後にリターンする。

次に、図９に示す待機時間設定処理ルーチンについて説明する。このルーチンでは、まずステップ１８０において、添加後経過時間ｔ2の計測中であるか否かを判定する。ここで、待機時間設定処理ルーチンは、図７から判るように、燃料カットを開始してからメイン処理ルーチンが初めて実行されるときに、１回だけ行われる。

このため、ステップ１８０で「ＹＥＳ」と判定したときには、現在計測中の添加後経過時間ｔ2を確定するタイミングとなる。従って、ステップ１８２では、タイマカウンタの値を読込むことにより、添加後経過時間ｔ2の計測を終了する。

次に、ステップ１８４では、ＥＣＵ５２に予め記憶されたデータを読出すことにより、基準時間ｔ1を設定する。この場合、基準時間ｔ1は、例えば内燃機関１０の吸入空気量、機関回転数等に応じて可変に設定する構成としてもよい。また、ステップ１８６では、例えば内燃機関１０の吸入空気量、機関回転数、基準時間ｔ1の長さ等に応じて判定時間ｔxを算出する。

そして、ステップ１８８では、添加後経過時間ｔ2が判定時間ｔxよりも短いか否かを判定する。ここで、「ＹＥＳ」と判定したときには、前述した図６(ｃ)に示すように、燃料添加の直後に燃料カットを実行した場合である。このため、ステップ１９０では、添加後経過時間ｔ2と判定時間ｔxとの時間差Δｔを算出する。また、ステップ１９２では、この時間差Δｔを用いて延長時間ｆ(Δｔ)を演算する。ステップ１９４では、基準時間ｔ1と延長時間ｆ(Δｔ)とを加算して学習待機時間ｔ0を設定し、その後にリターンする。

一方、ステップ１８０で「ＮＯ」と判定したときには、添加後経過時間ｔ2を計測していない状態である。この状態は、図６(ａ)に示すように、燃料カットの以前に燃料添加を行っていない場合に生じる。従って、ステップ１９６では、学習待機時間ｔ0を基準時間ｔ1と等しく設定し、その後にリターンする。

また、ステップ１８８で「ＮＯ」と判定したときには、添加後経過時間ｔ2が判定時間ｔx以上の時間長である。この状態は、図６(ｂ)に示すように、燃料添加が燃料カットよりも十分に手前で実行された場合に生じる。従って、この場合にも、学習待機時間ｔ0を基準時間ｔ1と等しく設定し、その後にリターンする。

［実施の形態２の効果］
このように、本実施の形態によれば、ＥＣＵ５２は、計測した添加後経過時間ｔ2に応じて、燃料カットを行ってから正常な学習動作が可能となるまでの学習待機時間ｔ0を適切に設定することができる。即ち、例えば燃料カットの直前に燃料添加が行われていた場合には、学習待機時間ｔ0を長く設定することにより、還元燃料の影響が無くなるまで大気学習を十分に待機させることができる。

また、燃料添加後に十分な時間が経過していた場合には、学習待機時間ｔ0を短く設定することにより、燃料カットの開始後に大気学習を速やかに実行することができる。従って、内燃機関１０の運転状態や燃料添加のタイミング等が変化する場合でも、学習待機時間ｔ0を必要最低限の長さに抑えることができる。これにより、大気学習の精度を高めつつ、学習の機会を増やして学習効率も高めることができる。

この場合、ＥＣＵ５２は、燃料添加を行っていない状態でも必要となる学習待機時間ｔ0を、基準時間ｔ1として設定することができる。また、燃料カットの直前に燃料添加が行われたとしても、基準時間ｔ1を延長しなくても済む最短の添加後経過時間ｔ2を判定時間ｔxとして算出することができる。

これにより、実際の添加後経過時間ｔ2が判定時間ｔxよりも短いときには、燃料添加から燃料カットまでの時間が短すぎるために排気ガス中の還元燃料が大気学習に影響を与えると判断することができる。この場合、ＥＣＵ５２は、学習待機時間ｔ0を適度に補正して延長時間ｆ(Δｔ)分だけ延ばすことができる。従って、燃料添加のタイミング等に応じて学習待機時間ｔ0を必要かつ十分な長さに設定することができる。

なお、上述した実施の形態２では、図７中のステップ１６４が燃料カット手段の具体例を示している。また、ステップ１６８は待機時間設定手段の具体例を示し、ステップ１７６は学習手段の具体例を示している。また、図８中のステップ１８６と図９中のステップ１８２は時間計測手段の具体例を示している。さらに、図９中のステップ１８４は基準時間設定手段の具体例を示し、ステップ１８６は判定時間算出手段の具体例を示している。

また、実施の形態１，２では、内燃機関１０としてディーゼルエンジンを例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、ガソリンエンジンや、他の燃料を用いる内燃機関にも適用することができる。

また、実施の形態１，２では、大気学習の学習値として、Ａ／Ｆセンサ４６の検出信号を記憶するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばセンサの検出信号値と、基準信号値との差異や比率を学習値として記憶する構成としてもよい。

さらに、実施の形態１，２では、燃料添加弁３２によって排気ガス中に燃料（還元燃料）を添加することにより、排気浄化触媒２２の還元処理を行う構成とした。しかし、本発明における還元燃料添加手段とは、実施の形態１，２に限るものではなく、例えば通常の燃料噴射弁２４によって正規の噴射タイミング以外で燃料を噴射し、これによって排気浄化触媒２２の還元処理を行う構成としてもよい。即ち、本発明は、所謂ポスト噴射、リッチスパイク制御等と呼ばれる燃料噴射制御にも適用できるものである。

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 吸気マニホールド
１６ スロットル弁
１８ 排気通路
２０ 排気マニホールド
２２ 排気浄化触媒
２４ 燃料噴射弁
２６ コモンレール
２８ 燃料ポンプ
３０ 燃料通路
３２ 燃料添加弁
３４ 遮断弁
３６ ＥＧＲ通路（排気還流手段）
３８ ＥＧＲ弁
４０ ターボチャージャ
４２ エアフロメータ（吸気量検出手段）
４４ 排気温度センサ
４６ Ａ／Ｆセンサ（酸素濃度検出手段）
４８ 回転センサ
５０ アクセル開度センサ
５２ ＥＣＵ
５２ａ 記憶回路
Ａ 還元燃料の総量
Δａ 単位時間当りの燃料添加量
Ｂ 酸素量の総量
Δｂ 単位時間当りの酸素流量
Ｃ 還元燃料の残量
Ｄ 酸素濃度
Ｅ 排気流量
Ｆ 許容値
Ｇ 吸入空気量
排気ガスの還流量Ｒ
ｔ0 学習待機時間
ｔ1 基準時間
ｔ2，ｔ2′，ｔ2″ 添加後経過時間
ｔx 判定時間

Claims (2)

1. 内燃機関の吸入空気に燃料噴射が行われるときに、内燃機関の運転状態に応じて前記燃料噴射を休止させる燃料カット手段と、
   内燃機関の排気ガス中に還元燃料を添加する還元燃料添加手段と、
   排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出信号を出力する酸素濃度検出手段と、
   前記還元燃料添加手段が作動してから前記燃料カット手段が作動するまでに経過した時間を添加後経過時間として計測する時間計測手段と、
   前記時間計測手段によって計測した添加後経過時間に応じて学習待機時間を可変に設定する待機時間設定手段と、
   前記燃料カット手段が作動してから前記学習待機時間が経過したときに、前記酸素濃度検出手段の検出結果を用いて学習を行う学習手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記還元燃料添加手段の影響がない状態でも、前記燃料カット手段が作動してから前記学習手段が正常に作動するまでに必要な時間を基準時間として設定する基準時間設定手段と、
   前記燃料カット手段の作動前に前記還元燃料添加手段が作動したとしても、前記学習待機時間を前記基準時間と等しく設定することが可能となる最短の添加後経過時間を判定時間として算出する判定時間算出手段とを備え、
   前記待機時間設定手段は、前記時間計測手段によって計測した実際の添加後経過時間が前記判定時間よりも短いときに、これらの添加後経過時間と判定時間との時間差に応じて前記学習待機時間を補正し、それ以外の場合には前記学習待機時間を前記基準時間と等しく設定してなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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