JP7091922B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路に三元触媒装置が設置された火花点火式の内燃機関の制御装置に関する。

火花点火式の内燃機関は、気筒内に導入した空気と燃料との混合気を点火プラグのスパークにより点火することで燃焼を行っている。このとき、混合気中の燃料の一部の燃焼が不完全となり、炭素質の微粒子物質（以下、パティキュレートと記載する）が生成されることがある。

特許文献１には、排気通路に設置された三元触媒装置と、同排気通路における三元触媒装置よりも下流側の部分に設置されたパティキュレート捕集用のフィルタと、を備える車載用の火花点火式内燃機関が記載されている。こうした内燃機関では、気筒内で生成されたパティキュレートをフィルタに捕集することで、同パティキュレートの外気放出を抑制できる。フィルタには捕集したパティキュレートが次第に堆積していくことから、その堆積を放置しておくと、やがて堆積したパティキュレートによってフィルタが目詰まりする虞がある。

これに対して同文献の内燃機関では、車両の惰性走行中に三元触媒装置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パティキュレートを燃焼浄化している。燃料導入処理では、点火プラグのスパーク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、三元触媒装置に流入して同三元触媒装置内で燃焼する。その燃焼により生じた熱で三元触媒装置の温度が高められると、同三元触媒装置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パティキュレートの発火点以上に上昇すると、同フィルタに堆積したパティキュレートが燃焼して、浄化されるようになる。

米国特許出願公開第２０１４／００４１３６２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燃料濃度が濃くなると、三元触媒装置への流入前に混合気が排気通路内で燃焼する、いわゆるアフターファイアが発生することがある。このようなアフターファイアが継続的に発生すると、触媒表面が高熱に曝されて三元触媒装置が劣化してしまう。さらに、継続的なアフターファイアの発生に伴って不快な燃焼音が生じてしまう。

上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、燃料噴射弁と、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、気筒に導入された混合気をスパークにより点火する点火装置と、気筒内から排出されたガスが流れる排気通路と、排気通路に設置された三元触媒装置と、を備える内燃機関に適用される。また、同内燃機関の制御装置は、燃料噴射弁が噴射した燃料を含む混合気を気筒で燃焼させずに排気通路に導入する燃料導入処理を実施する燃料導入処理部を備えている。そして、その燃料導入処理部は、燃料導入処理の実施中に、排気通路における三元触媒装置よりも上流側の部分での混合気の燃焼であるアフターファイアの発生の有無を判定する判定処理と、同判定処理においてアフターファイアが発生していると判定されたときに燃料導入処理を停止する停止処理と、を行っている。

上記内燃機関の制御装置では、燃料導入処理の実施中にアフターファイアが発生すると、その時点で燃料導入処理が停止されて、排気通路への未燃の混合気の導入が止まる。そのため、燃料導入処理中にアフターファイアが発生しても、そのアフターファイアが継続しにくくなる。

燃料導入処理の実施中、排気通路における三元触媒装置よりも上流側の部分には、酸素を多く含んだ未燃の混合気が流れている。このときにアフターファイアが発生すると、混合気中の酸素が燃焼により消費される。そのため、排気通路における三元触媒装置よりも上流側の部分に空燃比センサが設置されている場合、燃料導入処理の実施中にアフターファイアが発生すると、空燃比センサの空燃比検出値がリッチ側に変化するようになる。よって、上記判定処理は、排気通路における三元触媒装置よりも上流側の部分に設置された空燃比センサの空燃比検出値が規定の判定値よりもリッチ側の値である場合にアフターファイアが発生していると判定することで実施できる。

また、アフターファイアが発生すれば、その発生箇所のガスの温度が上昇する。そのため、上記判定処理は、排気通路における三元触媒装置よりも上流側の部分に設置された排気温度センサの温度検出値が規定の判定値以上である場合にアフターファイアが発生していると判定することでも実施できる。

混合気の燃焼時の生成物であるＮＯｘは、燃料導入処理中の三元触媒装置内での緩慢な燃焼では殆ど生成されないが、アフターファイアの激しい燃焼では多くのＮＯｘが生成される。そのため、上記判定処理は、排気通路における三元触媒装置よりも下流側の部分に設置されたＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度検出値が規定の判定値以上である場合にアフターファイアが発生していると判定することでも実施できる。

燃料噴射弁の実噴射量が指示噴射量よりも多くなる側にずれている場合、燃料導入処理中に排気通路に導入される混合気の燃料濃度が高くなるため、アフターファイアが発生しやすくなる。こうした燃料噴射量のずれは、燃料導入処理の停止後も解消されず、次回以降の燃料導入処理の実施時にアフターファイアが再発することがある。こうしたアフターファイアの再発は、上記燃料導入処理部が、アフターファイアが発生しているとの判定に応じて燃料導入処理を停止した場合、以降の燃料導入処理の実施をイグニッションオフまで禁止することで防止できる。また、上記燃料導入処理部が、判定処理によるアフターファイアが発生しているとの判定以降に燃料導入処理を実施する際の燃料噴射弁の燃料噴射量を減量することで、上記アフターファイアの再発を抑制できる。

燃料導入処理中のアフターファイアは、燃料噴射弁の実噴射量が指示噴射量よりも多くなる側にずれている場合に生じやすい。一方、内燃機関では、燃焼運転中に、燃料噴射量の空燃比フィードバック制御を行うとともに、その空燃比フィードバック制御による燃料噴射量の補正量に応じて空燃比学習値の学習を行うことがある。こうした場合、空燃比学習値に適切な値が学習されていないと、燃料噴射弁の実噴射量と指示噴射量とが乖離する。よって、燃料導入処理中にアフターファイアが発生した場合には、空燃比学習値に不適切な値が学習されている可能性がある。そのため、上記内燃機関の制御装置が、内燃機関の燃焼運転中に、排気通路における三元触媒装置よりも上流側の部分に設置された空燃比センサの空燃比検出値に基づく燃料噴射量の空燃比フィードバック制御を行うとともに、同空燃比フィードバック制御による燃料噴射量の補正値に応じて空燃比学習値の学習を行う空燃比制御部を備えるものである場合、同空燃比制御部は、判定処理によりアフターファイアが発生していると判定されたことをもって空燃比学習値の再学習を実施することが望ましい。

さらに、上記内燃機関の制御装置における燃料導入処理部は、判定処理の判定結果に応じて燃料導入処理を停止した回数を診断情報として記録するように構成するとよい。こうした場合の燃料導入処理部が記録した燃料導入処理の停止の回数の情報は、メンテナンス時の故障箇所の特定などに利用できる。

内燃機関の制御装置の実施形態の構成を示す模式図。 内燃機関の制御装置の第１実施形態における燃料導入処理の開始から終了までの燃料導入処理部の処理手順を示すフローチャート。 同燃料導入処理の実施態様の一例を示すタイムチャート。 内燃機関の制御装置の第２実施形態における燃料導入処理の開始から終了までの燃料導入処理部の処理手順を示すフローチャート。 判定処理に使用可能な空燃比センサ以外のセンサの配置を示す模式図。 排気温度センサの温度検出値に基づいてアフターファイアの発生の有無を判定した場合の触媒昇温制御の実施態様の一例を示すタイムチャート。 ＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度検出値に基づいてアフターファイアの発生の有無を判定した場合の触媒昇温制御の実施態様の一例を示すタイムチャート。

（第１実施形態）
以下、内燃機関の制御装置の第１実施形態を、図１～図３を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、車両に搭載される内燃機関１０は、ピストン１１が往復動可能に収容された気筒１２を備える。ピストン１１は、コネクティングロッド１３を介してクランク軸１４に連結されている。そして、気筒１２内でのピストン１１の往復動がクランク軸１４の回転運動に変換される。

気筒１２には、同気筒１２への空気の導入路である吸気通路１５が接続されている。吸気通路１５には、同吸気通路１５を流れる空気の流量（吸入空気量ＧＡ）を検出するエアフローメータ１６が設けられている。吸気通路１５におけるエアフローメータ１６よりも下流側の部分には、スロットルバルブ１７が設けられている。また、吸気通路１５におけるスロットルバルブ１７よりも下流側の部分には、燃料噴射弁１８が設置されている。燃料噴射弁１８は、吸気通路１５を流れる空気中に燃料を噴射することで、空気と燃料との混合気を形成する。

気筒１２には、同気筒１２に対して吸気通路１５を開閉する吸気バルブ１９が設けられている。また、気筒１２には、吸気バルブ１９の開弁に応じて吸気通路１５から混合気が導入される。気筒１２には、スパークにより気筒１２内の混合気を点火して燃焼させる点火装置２０が設置されている。

気筒１２には、混合気の燃焼により生じた排ガスの排出路である排気通路２１が接続されている。また、気筒１２には、同気筒１２に対して排気通路２１を開閉する排気バルブ２２が設けられている。排気通路２１には、排気バルブ２２の開弁に応じて気筒１２内から排ガスが導入される。排気通路２１には、排ガス中のＣＯ、ＨＣを酸化すると同時にＮＯｘを還元する三元触媒装置２３が設置されている。また、排気通路２１における三元触媒装置２３よりも下流側の部分には、パティキュレート捕集用のフィルタ２４が設置されている。さらに、排気通路２１における三元触媒装置２３よりも上流側の部分には、排気通路２１を流れるガスの酸素濃度を、すなわち混合気の空燃比（空燃比検出値ＡＢＹＦ）を検出する空燃比センサ２５が設置されている。また、排気通路２１における三元触媒装置２３とフィルタ２４との間の部分には、三元触媒装置２３から流出したガスの温度である触媒出ガス温度ＴＨＣを検出する触媒出ガス温度センサ２６が設置されている。

内燃機関１０の制御装置２７は、制御のための演算処理を実行する演算処理回路と、制御用のプログラムやデータを記憶したメモリと、を有したマイクロコンピュータとして構成されている。制御装置２７には、上述のエアフローメータ１６、空燃比センサ２５、触媒出ガス温度センサ２６の検出信号が入力されている。また、制御装置２７には、クランク軸１４の回転角であるクランク角θｃを検出するクランク角センサ２８の検出信号が入力されている。さらに、制御装置２７には、車両の走行速度である車速Ｖを検出する車速センサ２９、及びアクセルペダル３０の操作量であるアクセル開度ＡＣＣを検出するアクセルポジションセンサ３１の検出信号も入力されている。そして、制御装置２７は、これらセンサの検出結果に基づき、スロットルバルブ１７の開度、燃料噴射弁１８の燃料噴射の量や時期、点火装置２０のスパークの実施時期（点火時期）等を制御することで、車両の走行状況に応じて内燃機関１０の運転状態を制御している。なお、制御装置２７は、内燃機関１０の回転数（機関回転数ＮＥ）を、クランク角センサ２８によるクランク角θｃの検出結果から演算している。

なお、制御装置２７は、イグニッションスイッチ３２を介して車載電源３３に接続されている。車載電源３３から制御装置２７への給電は、イグニッションスイッチ３２のオン操作（イグニッションオン）に応じて開始され、同イグニッションスイッチ３２のオフ操作（イグニッションオフ）に応じて停止される。

制御装置２７は、内燃機関１０の燃焼運転中に、空燃比センサ２５の空燃比検出値ＡＢＹＦに基づく燃料噴射量の空燃比フィードバック制御を行う空燃比制御部２７Ａを備えている。空燃比制御部２７Ａは、目標空燃比に対する空燃比検出値ＡＢＹＦの偏差に基づき、燃料噴射弁１８の燃料噴射量の補正値の一つである空燃比フィードバック補正値ＦＡＦの値を上記偏差が０に近づく側に操作することで、気筒１２で燃焼する混合気の空燃比を制御する。また、空燃比制御部２７Ａは、空燃比フィードバック補正値ＦＡＦの値に応じて、燃料噴射量の補正値である空燃比学習値ＫＧの学習を行う。空燃比制御部２７Ａは、空燃比フィードバック補正値ＦＡＦの値が０に近づく側に空燃比学習値ＫＧの値を徐々に更新していくことで空燃比学習値ＫＧの学習を行う。そして、空燃比制御部２７Ａは、空燃比フィードバック補正値ＦＡＦの値が０近傍の値に安定して保持された状態となると、空燃比学習値ＫＧの学習を完了して、同空燃比学習値ＫＧの値の更新を停止する。なお、空燃比制御部２７Ａは、学習完了後に、空燃比フィードバック補正値ＦＡＦの値が定常的に０から乖離した値となった場合等には、空燃比学習値ＫＧの再学習を実施する。ちなみに、空燃比学習値ＫＧの学習が完了しているかどうかは、空燃比学習フラグの状態により示される。すなわち、空燃比制御部２７Ａは、上記のような空燃比学習値ＫＧの学習（値の更新処理）を空燃比学習フラグがクリアされているときに実施する。そして、空燃比制御部２７Ａは、空燃比学習値ＫＧの学習が完了すると、空燃比学習フラグをセットする。

さらに制御装置２７は、燃料噴射弁１８が噴射した燃料を含む混合気を気筒１２で燃焼させずに排気通路２１に導入する燃料導入処理を実施する燃料導入処理部２７Ｂを備えている。本実施形態では、燃料導入処理部２７Ｂは、下記の条件（イ）～（ハ）の全てが満たされた場合に燃料導入処理を開始している。

（イ）内燃機関１０の燃焼運転を停止可能であること。燃料導入処理は、気筒１２での燃焼を停止し、且つクランク軸１４の回転を維持した状態で行う必要がある。制御装置２７は、車両の惰性走行中、内燃機関１０の燃料噴射弁１８の燃料噴射、及び点火装置２０のスパークを停止する、いわゆる減速時燃料カットを実施している。そして、ここでは、減速時燃料カットの実施条件が成立したことをもって、内燃機関１０の燃焼運転を停止可能であると判定している。なお、本実施形態では、アクセル開度ＡＣＣが０、且つ車速Ｖが一定の値以上である場合を車両の惰性走行としている。また、減速時燃料カットの開始後に制御装置２７は、アクセルペダル３０が踏み込まれて車両の再加速が要求されたとき、或いは車速Ｖが規定の復帰速度以下に低下したときに、減速時燃料カットを終了して、内燃機関１０の燃焼運転を再開している。

（ロ）三元触媒装置２３の昇温が要求されていること。本実施形態では、三元触媒装置２３の昇温を通じてフィルタ２４に堆積したパティキュレートを燃焼浄化するために燃料導入処理を実施するようにしている。制御装置２７は、内燃機関１０の運転状態からフィルタ２４に堆積しているパティキュレートの量を推定しており、その推定量が一定の値を超えたときに三元触媒装置２３の昇温を要求している。

（ハ）排気通路２１内から既燃ガスが掃気されていること。内燃機関１０の燃焼停止の直後には、排気通路２１内に既燃ガスが残留している。本実施形態では、排気通路２１内のガスが既燃ガスから空気に置き換わった状態となってから、燃料導入処理を開始している。なお、本実施形態では、減速時燃料カットが一定の時間以上継続したことをもって、上記既燃ガスの掃気がなされたと判定している。

図２に、こうした燃料導入処理の開始から終了までの燃料導入処理部２７Ｂの処理手順を示す。燃料導入処理が開始されると、まずステップＳ１００において、後述する禁止フラグがセットされているか否かの判定が行われる。そして、禁止フラグがセットされている場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）には、そのまま今回の燃料導入処理が終了される。

一方、禁止フラグがセットされていない場合（Ｓ１００：ＮＯ）には、ステップＳ１１０に処理が進められ、そのステップＳ１１０において燃料噴射弁１８の燃料噴射が開始される。上記のように本実施形態では、減速時燃料カットの開始後、排気通路２１内の既燃ガスが掃気されたときに燃料導入処理を開始しており、このときの点火装置２０はスパークを停止している。そのため、ここで燃料噴射弁１８の燃料噴射を開始しても、気筒１２での燃焼は行われず、燃料噴射弁１８が噴射した燃料を含む混合気が気筒１２で燃焼されずに排気通路２１に導入されるようになる。このときの排気通路２１に導入された未燃の混合気は、三元触媒装置２３に流入して、同三元触媒装置２３の内部で燃焼する。そして、その燃焼による発熱で三元触媒装置２３の温度が上昇するようになる。三元触媒装置２３の温度が高まると、同三元触媒装置２３から流出してフィルタ２４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の熱を受けて、フィルタ２４の温度がパティキュレートの発火点以上に高まると、同フィルタ２４に堆積したパティキュレートが燃焼して浄化されるようになる。

燃料導入処理部２７Ｂは、このときの燃料噴射弁１８の燃料噴射量を、下記の態様で制御している。すなわち、燃料導入処理中の燃料噴射量の制御に際して燃料導入処理部２７Ｂはまず、吸入空気量ＧＡに基づき、三元触媒装置２３に投入する単位時間当たりの燃料の量である触媒燃料投入量を決定する。燃料導入処理中の三元触媒装置２３は、内部での燃料の燃焼により生じた熱を受ける一方、通過するガスにより熱を奪われる。このときの受熱の量は触媒燃料投入量が多いほど大きくなり、奪われる熱量は三元触媒装置２３を通過するガスの流量が多いほど大きくなる。気筒１２で燃料が行われない燃料導入処理中には、三元触媒装置２３を通過するガスの流量は吸入空気量ＧＡとほぼ等しくなる。そのため、本実施形態では、三元触媒装置２３の温度が適度に上昇するように、吸入空気量ＧＡが多いときには、同吸入空気量ＧＡが少ないときよりも多い量となるように触媒燃料投入量を決定している。続いて、燃料導入処理部２７Ｂは、触媒燃料投入量と機関回転数ＮＥとに基づき、触媒燃料投入量分の燃料投入に必要な一噴射当たりの燃料噴射弁１８の燃料噴射量の目標値である目標噴射量を算出する。そして、燃料導入処理部２７Ｂは、その目標噴射量を空燃比学習値ＫＧで補正した値を、燃料噴射弁１８に指令する燃料噴射量（指示噴射量）として設定する。

ステップＳ１１０での燃料噴射の開始後、燃料導入処理部２７Ｂは、ステップＳ１２０でのアフターファイア発生の判定処理を繰り返し実行する。ここでのアフターファイアは、排気通路２１に導入した未燃の混合気が三元触媒装置２３に流入する前に燃焼する現象を指し、排気通路２１に導入した未燃の混合気の燃料濃度が高い場合に発生しやすくなる。本実施形態では、ここでのアフターファイア発生の判定を、空燃比センサ２５の空燃比検出値ＡＢＹＦに基づいて行っている。具体的には、空燃比検出値ＡＢＹＦが規定のリッチ判定値αよりもリッチ側の値であるときをアフターファイアが発生しているときとして、同アフターファイアの発生の有無を判定している。

燃料噴射の開始後、ステップＳ１２０での判定処理の繰り返しにおいてアフターファイアが発生したとの判定が一度もなされないまま、アクセルペダル３０の踏み込みや車速Ｖの低下により内燃機関１０の燃焼再開が要求された場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）には、その時点で燃料導入処理が終了される。そして、燃料導入処理の終了と共に内燃機関１０の燃焼運転が再開される。

一方、燃焼再開が要求される前にアフターファイアが発生したと判定された場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）には、ステップＳ１４０に処理が進められる。ステップＳ１４０に処理が進められると、そのステップＳ１４０において、禁止フラグがセットされるとともに、空燃比学習完了フラグがクリアされる。さらに、同ステップＳ１４０では、アフターファイアの発生回数を表すカウンタであるＡＦカウンタの値がインクリメントされる。そして、続くステップＳ１５０において、燃料噴射が停止された後、今回の燃料導入処理が終了される。すなわち、燃料導入処理の実施中にアフターファイアが発生したと判定された場合には、その時点で燃料導入処理が停止される。この場合には、燃料導入処理の停止後、燃焼再開が要求されるまで内燃機関１０の燃焼停止が続けられる。

なお、禁止フラグの状態はイグニッションオフ時にクリアされる。これに対して、空燃比学習完了フラグの状態、及びＡＦカウンタの値は、イグニッションオフ後の制御装置２７の給電停止中も保持される。なお、ＡＦカウンタの値は、車両の出荷後、又は修理や点検などでの制御装置２７の初期化後の、アフターファイアの発生に応じた燃料導入処理の停止の回数を表しており、その停止の回数の情報は、メンテナンス時の故障箇所の特定などに利用される。

本実施形態の作用及び効果を説明する。
図３に、燃料導入処理の実施態様を示す。同図では、時刻ｔ１に内燃機関１０の燃焼停止が開始され、その後の時刻ｔ２に燃料導入処理が開始されている。さらに、その後の時刻ｔ４に内燃機関１０の燃焼が再開されている。また、燃料導入処理の開始後の時刻ｔ３にはアフターファイアが発生している。

同図に二点鎖線で示すように、燃焼再開まで燃料導入処理を継続した場合、アフターファイアの発生後も排気通路２１内に燃料が導入され続けるため、燃料導入処理の終了までアフターファイアも継続する虞がある。三元触媒装置２３内での緩慢な燃焼反応に比べ、アフターファイアは激しい燃焼となるため、アフターファイアが継続すれば、触媒表面が高熱に曝されて三元触媒装置２３が劣化する虞がある。また、アフターファイアが継続すれば、不快な燃焼音が発生して、ドライバビリティの悪化を招く虞がある。

気筒１２での燃焼が行われない燃料導入処理の実施中は、気筒１２から排気通路２１に排出されるガスの酸素濃度が高くなる。燃料導入処理の開始からアフターファイアの発生までの期間（ｔ２～ｔ３）には、そうした酸素濃度の高いガスがそのまま空燃比センサ２５の検出部に到達する。そのため、このときの空燃比検出値ＡＢＹＦ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となる。なお、同図の場合、この期間の空燃比検出値ＡＢＹＦは、空燃比センサ２５の空燃比検出範囲のリーン側の限界となる空燃比を示す値であるリーン限界値ＬＬに張り付いた状態となっている。

時刻ｔ３にアフターファイアが発生すると、混合気中の酸素が燃焼により消費されて、空燃比センサ２５の検出部の周囲を流れるガスの酸素濃度が低下する。そのため、空燃比検出値ＡＢＹＦは、リーン限界値ＬＬからリッチ側の値に変化するようになる。このように、アフターファイアが発生していないときと発生しているときとでは、空燃比検出値ＡＢＹＦが大きく変化する。本実施形態では、アフターファイアの非発生時に空燃比検出値ＡＢＹＦが取り得る値の範囲のリッチ側の限界値よりもリッチ側、且つ同アフターファイアの発生時に空燃比検出値ＡＢＹＦが取り得る値の範囲のリーン側の限界値よりもリーン側の値を、リッチ判定値αの値として設定している。そして、空燃比検出値ＡＢＹＦがリッチ判定値αよりもリッチ側の値となると、判定処理によりアフターファイアが発生していると判定されて、燃料導入処理が停止される。その結果、排気通路２１への燃料の導入が停止されるため、アフターファイアが続かないようになる。

なお、本実施形態では、燃料導入処理の実施中に、判定処理においてアフターファイアが発生していると判定されると禁止フラグがセットされ、イグニッションオフ時までセットされた状態に保持される。一方、燃料導入処理の開始時に禁止フラグがセットされている場合には、実質的な処理は何も行われずに同燃料導入処理が終了される。すなわち、燃料導入処理部２７Ｂは、アフターファイアが発生しているとの判定に応じて燃料導入処理を停止した場合、以降の燃料導入処理の実施をイグニッションオフまで禁止している。

アフターファイアの発生に応じて燃料導入処理を停止しても、アフターファイアの原因は解消されないことがある。そうした場合、次回以降の燃料導入処理の実施時にアフターファイアが再発しやすくなる。その点、本実施形態では、燃料導入処理中にアフターファイアが発生すると、以降の燃料導入処理の実施がイグニッションオフまで禁止されるため、アフターファイアの再発を防止できる。

なお、アフターファイアは、排気通路２１に導入される混合気の燃料濃度が高い場合に発生しやすくなる。一方、燃料導入処理部２７Ｂは、排気通路２１に導入する混合気の燃料濃度が、アフターファイアが発生するほどの高い濃度とならないように、触媒燃料投入量を設定している。そのため、アフターファイアが発生した場合には、実噴射量が指示噴射量よりも多くなる側に燃料噴射弁１８の燃料噴射量がずれている可能性がある。一方、本実施形態では、燃料導入処理中の燃料噴射弁１８の燃料噴射量を、内燃機関１０の燃焼運転中に学習した空燃比学習値ＫＧにより補正している。そのため、燃料導入処理の実施中に、アフターファイアが発生した場合には、空燃比学習値ＫＧの値として不適切な値が学習されている可能性が高いと考えられる。その点、本実施形態では、燃料導入処理部２７Ｂは、判定処理によりアフターファイアが発生していると判定されたときに空燃比学習完了フラグをクリアしている。そして、空燃比制御部２７Ａは、空燃比学習完了フラグがクリアされているときに空燃比学習値ＫＧの学習を実施している。すなわち、空燃比制御部２７Ａは、判定処理によりアフターファイアが発生していると判定されたことをもって空燃比学習値ＫＧの再学習を実施している。そのため、燃料導入処理の実施中にアフターファイアが発生しており、空燃比学習値ＫＧの値として不適切な値が学習されている可能性が高い場合には、空燃比学習値ＫＧの再学習が実施されるようになる。

（第２実施形態）
続いて、内燃機関の制御装置の第２実施形態を、図４を併せ参照して詳細に説明する。
第１実施形態では、燃料導入処理部２７Ｂは、アフターファイアの発生に応じて燃料導入処理を停止した場合、以降の燃料導入処理の実施をイグニッションオフまで禁止するようにしていた。本実施形態では、アフターファイアの発生に応じた燃料導入処理の停止以降にも、燃料導入処理を実施している。しかしながら、上述したように、アフターファイアが発生した場合には、以降の燃料導入処理の実施時にアフターファイアが再発しやすくなる。そこで、本実施形態では、アフターファイアの発生に応じて燃料導入処理を停止した場合、以降の燃料導入処理の実施に際して燃料噴射弁１８の燃料噴射量を減量することで、アフターファイアの再発を抑制している。

図４に、本実施形態における燃料導入処理の開始から終了までの燃料導入処理部２７Ｂの処理手順を示す。本実施形態においても、燃料導入処理部２７Ｂは、上記条件（イ）～（ハ）のすべてが成立したときに燃料導入処理を開始する。

燃料導入処理が開始されると、まずステップＳ２００において、減量フラグがセットされているか否かの判定が行われる。後述するように、減量フラグは、燃料導入処理の実施中にアフターファイアが発生していると判定されたときにセットされる。なお、減量フラグの状態はイグニッションオフ時にクリアされるようになっている。

減量フラグがセットされていない場合（Ｓ２００：ＮＯ）には、ステップＳ２１０において減量補正量の値として０が設定された後、ステップＳ２３０に処理が進められる。これに対して、減量フラグがセットされている場合（Ｓ２００：ＹＥＳ）には、ステップＳ２２０において規定の正の値βが減量補正量の値として設定された後、ステップＳ２３０に処理が進められる。

ステップＳ２３０に処理が進められると、そのステップＳ２３０において燃料噴射が開始される。本実施形態では、燃料導入処理部２７Ｂは、このときの燃料噴射に際して、触媒燃料投入量及び機関回転数ＮＥから算出した目標噴射量に空燃比学習値ＫＧによる補正を施すとともに、さらにその補正を施した値から減量補正量を引いた差を指示噴射量の値として設定している。上述のように、減量フラグがセットされていない場合には０が、セットされている場合には正の値βが、それぞれ減量補正量の値として設定される。そのため、減量フラグがセットされている場合には、セットされていない場合よりも、燃料導入処理中の燃料噴射弁１８の燃料噴射量が減量されることになる。

燃料噴射の開始後、燃料導入処理部２７Ｂは、ステップＳ２４０でのアフターファイア発生の判定処理を繰り返し実行する。本実施形態でも、第１実施形態の場合と同様に、空燃比センサ２５の空燃比検出値ＡＢＹＦに基づきアフターファイア発生の判定処理を行っている。

燃料噴射の開始後、ステップＳ２４０での判定処理の繰り返しにおいてアフターファイアが発生したとの判定が一度もなされないまま、内燃機関１０の燃焼再開が要求された場合（Ｓ２５０：ＹＥＳ）には、その時点で燃料導入処理が終了される。そして、燃料導入処理の終了と共に内燃機関１０の燃焼運転が再開される。

一方、燃焼再開が要求される前にアフターファイアが発生したと判定された場合（Ｓ２４０：ＹＥＳ）には、ステップＳ２６０に処理が進められる。ステップＳ２６０に処理が進められると、そのステップＳ２６０において、減量フラグがセットされるとともに、空燃比学習完了フラグがクリアされる。さらに、同ステップＳ２６０では、ＡＦカウンタの値がインクリメントされる。そして、続くステップＳ２７０において、燃料噴射が停止された後、今回の燃料導入処理が終了される。すなわち、燃料導入処理の実施中にアフターファイアが発生したと判定された場合には、その時点で燃料導入処理が停止される。

このときの燃料導入処理の停止以降に燃料導入処理が再実施される場合には、減量フラグがセットされているため、燃料噴射弁１８の燃料噴射量を減量した状態で燃料導入処理が行われることになる。上述のようにアフターファイアは、実噴射量が指示噴射量よりも多くなる側に燃料噴射弁１８の燃料噴射量がずれている場合に発生しやすくなる。よって、燃料噴射弁１８の燃料噴射量の減量を通じて、アフターファイアの再発を抑制できる。

（アフターファイアの発生の判定処理について）
上記実施形態では、アフターファイアの発生の有無の判定処理を、空燃比センサ２５の空燃比検出値ＡＢＹＦに基づき行うようにしていた。こうした判定処理は、それ以外の方法で行うことも可能である。

図５に、判定処理に使用可能な空燃比センサ２５以外のセンサの配置を示す。判定処理は、排気通路２１における三元触媒装置２３よりも上流側の部分に設置された排気温度センサ３４の温度検出値、或いは排気通路２１における三元触媒装置２３よりも下流側の部分に設置されたＮＯｘセンサ３５のＮＯｘ濃度検出値に基づいて行うことも可能である。

図６には、排気温度センサ３４の温度検出値に基づき判定処理を行う場合の燃料導入処理の実施態様を示す。同図では、時刻ｔ１１に内燃機関１０の燃焼停止が開始され、その後の時刻ｔ１２に燃料導入処理が開始されている。さらに、その後の時刻ｔ１４に内燃機関１０の燃焼が再開されている。また、燃料導入処理の開始後の時刻ｔ１３にはアフターファイアが発生している。

内燃機関１０の燃焼が停止されると、排気通路２１を流れるガスの温度が低下する。そのため、燃料導入処理の開始からアフターファイアの発生までの期間（ｔ１２～ｔ１３）における排気温度センサ３４の温度検出値は、内燃機関１０の燃焼運転中よりも低い温度を示す値となる。一方、アフターファイアが発生すると、その発生箇所のガスの温度が上昇する。そのため、排気温度センサ３４の温度検出値が規定の判定値以上である場合にアフターファイアが発生していると判定することが可能となる。すなわち、アフターファイアの発生時に上記温度検出値の値が取り得る範囲と、非発生時の同検出値の値が取り得る範囲との間には乖離がある。そこで、アフターファイアの非発生時の上記温度検出値が取り得る値の範囲の最高値よりも高く、且つアフターファイアの発生時に同温度検出値が取り得る値の範囲の最低値よりも低い温度を上記判定値の値として設定すれば、温度検出値に基づくアフターファイア発生の判定が可能となる。このように排気温度センサ３４の温度検出値を用いて判定処理を行う場合にも、時刻ｔ３におけるアフターファイアの発生に応じて燃料導入処理を停止して、アフターファイアの継続を抑制することが可能である。

図７には、ＮＯｘセンサ３５のＮＯｘ濃度検出値に基づき判定処理を行う場合の燃料導入処理の実施態様を示す。同図でも、時刻ｔ２１に内燃機関１０の燃焼停止が開始され、その後の時刻ｔ２２に燃料導入処理が開始されている。さらに、その後の時刻ｔ２４に内燃機関１０の燃焼が再開されている。また、燃料導入処理の開始後の時刻ｔ２３にはアフターファイアが発生している。

混合気の燃焼時の生成物であるＮＯｘは、燃料導入処理中の三元触媒装置２３内での緩慢な燃焼では殆ど生成されないが、アフターファイアの激しい燃焼では多くのＮＯｘが生成される。アフターファイアでの燃焼はストイキ空燃比よりもリーンな空燃比で行われており、このときの三元触媒装置２３に流入するガスにはＮＯｘの還元成分が殆ど含まれていない。そのため、アフターファイアで生成されたＮＯｘの多くは、三元触媒装置２３内で還元されずにそのまま同三元触媒装置２３を通過することになり、アフターファイアの発生とともにＮＯｘセンサ３５のＮＯｘ濃度検出値が上昇するようになる。したがって、ＮＯｘセンサ３５のＮＯｘ濃度検出値が規定の判定値以上である場合にアフターファイアが発生していると判定することが可能となる。すなわち、アフターファイアの発生時に上記ＮＯｘ濃度検出値の値が取り得る範囲と、非発生時に上記ＮＯｘ濃度検出値の値が取り得る範囲との間には乖離がある。そこで、アフターファイアの非発生時のＮＯｘ濃度検出値が取り得る値の範囲の最高値よりも高く、且つアフターファイアの発生時のＮＯｘ濃度検出値が取り得る値の範囲の最低値よりも低い濃度を、上記判定値の値として設定することで、ＮＯｘ濃度検出値に基づくアフターファイア発生の判定が可能となる。このようにＮＯｘセンサ３５のＮＯｘ濃度検出値を用いて判定処理を行う場合にも、時刻ｔ３におけるアフターファイアの発生に応じて燃料導入処理を停止して、アフターファイアの継続を抑制することが可能である。

上記各実施形態は、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、燃料導入処理の実施中にアフターファイアが発生した場合には空燃比学習値ＫＧの値として不適切な値が学習されている可能性が、すなわち空燃比学習値ＫＧの誤学習の可能性があるとして、その後に空燃比学習値ＫＧの再学習を実施するようにしていた。空燃比学習値ＫＧの学習を行わない場合や、同学習を行っても、燃料導入処理中の燃料噴射量に空燃比学習値ＫＧを反映しない場合などのように、空燃比学習値ＫＧの誤学習が、燃料導入処理の実施中のアフターファイアの発生の要因とならない場合がある。また、内燃機関の構成によっては、空燃比学習値ＫＧの誤学習よりもそれ以外の要因により、燃料導入処理の実施中のアフターファイアの発生する可能性が高い場合がある。そうした場合には、アフターファイアの発生に応じて燃料導入処理を停止した場合の空燃比学習値ＫＧの再学習を実施しないようにしてもよい。

・上記実施形態において燃料導入処理部２７Ｂは、ＡＦカウンタにより、判定処理の判定結果に応じて燃料導入処理を停止した回数を診断情報として記録するようにしていたが、こうした停止の回数の記録を割愛してもよい。

・上記実施形態では、点火装置２０スパークを停止した状態で燃料噴射を行うことで、排気通路２１に未燃の混合気を導入していた。なお、点火装置２０のスパークにより気筒１２内の混合気の点火が可能な時期は、圧縮上死点付近の期間に限られている。すなわち、スパークを実行しても気筒１２内での混合気が燃焼しない期間が存在する。よって、そうした期間に点火装置２０のスパークを実行しつつ、燃料噴射を行うことでも、未燃の混合気を排気通路２１に導入する燃料導入処理は実施できる。

・上記実施形態では、フィルタ２４に堆積したパティキュレートの燃焼浄化を目的として燃料導入処理を実施していたが、それ以外の目的での三元触媒装置２３の昇温のために同燃料導入処理を行うようにしてもよい。例えば、触媒温度が低下して三元触媒装置２３の排気浄化能力が低下したときに、同排気浄化能力を回復するために触媒昇温制御を行うことが考えられる。

・上記実施形態では、車両の惰性走行中に燃料導入処理を行うようにしていたが、内燃機関１０の燃焼を停止した状態でクランク軸１４の回転を維持可能な状況であれば、車両の惰性走行中以外の状況のもとで燃料導入処理を実施するようにしてもよい。内燃機関の他にモータが駆動源として搭載されたハイブリッド車両では、内燃機関の燃焼運転を停止した状態でモータの動力でクランク軸を回転できるものがある。こうしたハイブリッド車両では、モータの動力でクランク軸を回転しながら燃料導入処理を実施することが可能である。

・上記実施形態では、燃料噴射弁１８による吸気通路１５内への燃料噴射を通じて燃料導入処理を実施していたが、気筒１２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１２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。

１０…内燃機関、１１…ピストン、１２…気筒、１３…コネクティングロッド、１４…クランク軸、１５…吸気通路、１６…エアフローメータ、１７…スロットルバルブ、１８…燃料噴射弁、１９…吸気バルブ、２０…点火装置、２１…排気通路、２２
…排気バルブ、２３…三元触媒装置、２４…パティキュレート捕集用のフィルタ、２５…空燃比センサ、２６…触媒出ガス温度センサ、２７…制御装置、２７Ａ…空燃比制御部、２７Ｂ…燃料導入処理部、２８…クランク角センサ、２９…車速センサ、３０…アクセルペダル、３１…アクセルポジションセンサ、３２…イグニッションスイッチ、３３…車載電源、３４…排気温度センサ、３５…ＮＯｘセンサ。

Claims (5)

1. 燃料噴射弁と、同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、同気筒に導入された混合気をスパークにより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、前記排気通路に設置された三元触媒装置と、を備える内燃機関の制御装置において、
   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燃料導入処理部を備えており、
   且つ前記燃料導入処理部は前記燃料導入処理の実施中に、前記排気通路における前記三元触媒装置よりも上流側の部分での前記混合気の燃焼であるアフターファイアの発生の有無を判定する判定処理と、同判定処理において前記アフターファイアが発生していると判定されたときに前記燃料導入処理を停止する停止処理と、を行い、
   前記判定処理は、前記排気通路における前記三元触媒装置よりも下流側の部分に設置されたＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度検出値が規定の判定値以上である場合に前記アフターファイアが発生していると判定することで行われる
   内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料導入処理部は、前記アフターファイアが発生しているとの判定に応じて前記燃料導入処理を停止した場合、以降の前記燃料導入処理の実施をイグニッションオフまで禁止する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記燃料導入処理部は、前記判定処理による前記アフターファイアが発生しているとの判定以降に前記燃料導入処理を実施する際の前記燃料噴射弁の燃料噴射量を減量する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の燃焼運転中に、前記排気通路における前記三元触媒装置よりも上流側の部分に設置された空燃比センサの空燃比検出値に基づく燃料噴射量の空燃比フィードバック制御を行うとともに、同空燃比フィードバック制御による燃料噴射量の補正値に応じて空燃比学習値の学習を行う空燃比制御部を備えており、
   且つ前記空燃比制御部は、前記判定処理によりアフターファイアが発生していると判定されたことをもって前記空燃比学習値の再学習を実施する
   請求項１～３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃料導入処理部は、前記判定処理の判定結果に応じて前記燃料導入処理を停止した回数を診断情報として記録する請求項１～４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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