JP2018035796A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エミッションの悪化を抑制しつつ、適正に触媒の中立化制御を実施することができる燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ４０は、燃料を気筒２１内に直接噴射する直噴式の燃料噴射弁３０を備えるとともに、酸素吸蔵能を有する触媒２５が排気管２３に配置されたエンジン１１に適用され、エンジン１１において燃料カットが実施される場合に、燃料噴射弁３０の燃料噴射を一時的にリッチ化することで触媒２５の中立化制御を実施する。ＥＣＵ４０は、エンジン１１が所定の低温状態にあるか否かを判定する温度判定部と、温度判定部によりエンジン１１が所定の低温状態にあると判定された場合に、中立化制御の実施態様を変更する中立化制御部と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料噴射制御装置に関するものである。

エンジンでは、例えばアクセルオフに伴う車両減速時に、燃料の噴射を一時的に停止させる燃料カットが実施される。この場合、燃料カット時には、排気管が大気に満たされるため、排気浄化触媒が酸素吸蔵過多の状態になり、その結果燃料カットの解除直後において触媒のＮＯｘ浄化能が低下することがある。そこで、その解除直後に空燃比をリッチ側にし、排気浄化触媒に吸着した酸素を早期に消費させる、いわゆる触媒中立化制御が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００２−１０６３８８号公報

しかしながら、触媒中立化制御におけるリッチ化制御では、リッチ分の燃料の燃焼に伴う粒子状物質（ＰＭ）の発生が懸念される。特に、燃料噴射弁から筒内に直接燃料を噴射する、いわゆる直噴エンジンでは、エンジン冷間時において気筒内に噴射された燃料が霧化しにくいことから、燃料噴射弁の噴孔から噴出された燃料が霧化されずに気筒の壁面などに付着するウェット燃料が増加しやすくなる。かかる場合には、ＰＭがより発生しやすくなり、エミッションが悪化するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、エミッションの悪化を抑制しつつ、適正に触媒の中立化制御を実施することができる燃料噴射制御装置を提供することを主目的とする。

本発明は、燃料を気筒内に直接噴射する直噴式の燃料噴射弁を備えるとともに、酸素吸蔵能を有する触媒が排気通路に配置されたエンジンに適用され、前記エンジンにおいて燃料カットが実施される場合に、前記燃料噴射弁の燃料噴射を一時的にリッチ化することで前記触媒の中立化制御を実施する燃料噴射制御装置であって、前記エンジンが所定の低温状態にあるか否かを判定する温度判定部と、前記温度判定部により前記エンジンが所定の低温状態にあると判定された場合に、前記中立化制御の実施態様を変更する中立化制御部と、を備えることを特徴とする。

例えば、燃料カットの解除直後には、酸素過多となった触媒を中立化するために、燃料を一時的にリッチ側で噴射するリッチ噴射が実施される。しかしながら、リッチ噴射ではリッチ分の燃料の燃焼に伴うＰＭの発生が懸念される。特に、直噴エンジンの冷間時においては、気筒内において、ウェット燃料が増加しやすくなる。その結果、ＰＭがより発生しやすくなり、エミッションが悪化するおそれがある。

上記構成では、エンジンが所定の低温状態であれば、中立化制御の実施態様を変更するようにした。この場合、エンジン低温状態では、非低温状態と比べて気筒内の温度条件が相違しており、中立化制御の実施態様を変更することで、エンジンの気筒内の温度条件に関係なく一様に中立化制御を実施する場合とは異なり、ウェット燃料の発生を抑えることができ、ひいてはＰＭの生成を抑制することができる。これにより、エミッションの悪化を抑制しつつ、適正に触媒の中立化制御を実施することができる。

エンジン制御システムの概略構成を示す図。 中立化制御の手順を示すフローチャート。 リッチ噴射のリッチ度合と筒内温度との関係を示す図。 中立化制御の態様を示すタイミングチャート。 第２実施形態におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図。 第２実施形態における中立化制御の手順を示すフローチャート。 ポート式の噴射割合と筒内温度との関係を示す図。 第２実施形態における中立化制御の態様を示すタイミングチャート。

（第１実施形態）
以下、一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、車両用のガソリンエンジンを制御する制御システムとして具体化している。まず、図１に基づいてエンジン制御システムの概略構成を説明する。

筒内噴射式（直噴式）の多気筒内燃機関であるエンジン１１において吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

スロットルバルブ１６の下流側にはサージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒２１に空気を導入する吸気マニホールド２０が接続され、エンジン１１の各気筒２１には、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁３０が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、気筒２１ごとに点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒２１の点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

エンジン１１の排気管２３には、排出ガスに基づいて混合気の空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ２６が取り付けられている。クランク軸２７の外周側には、クランク軸２７が所定クランク角回転するごとにパルス信号を出力するクランク角センサ２８が取り付けられ、このクランク角センサ２８のクランク角信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力はＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成された電子制御ユニットであり、各種センサの検出信号を用いてエンジン１１の各種制御を実施する。例えば、ＥＣＵ４０は、エンジン運転状態に応じた燃料噴射量を算出して燃料噴射弁３０の燃料噴射を制御するとともに、点火プラグ２２の点火時期の制御等を実施する。

ＥＣＵ４０は、車両減速中に所定の燃料カット条件が成立した場合に、燃料噴射弁３０による燃料噴射を一時的に停止する、いわゆる燃料カットを実行するとともに、燃料カットの実行中に所定の解除条件が成立した場合に、燃料カットを解除してエンジン１１を燃焼停止状態から燃焼状態に復帰させる制御を実施している。ここで、燃料カット条件としては、例えば、アクセル操作量がゼロであり、かつエンジン回転速度が所定の燃料カット回転速度（例えば１０００ｒｐｍ）以上であることを含む。また、解除条件としては、例えば、燃料カットの実行中にエンジン回転速度が所定の復帰回転速度（例えば、アイドル回転速度又はその近傍）以下になったこと、及びエンジン回転速度が所定の復帰回転速度まで低下する前にアクセル操作が行われたことを含む。

ところで、燃料カットによりエンジン１１の燃焼が停止された状態では、排気管２３内が大気で満たされることになる。そのため、触媒２５が酸素吸蔵過多の状態になり、その状態に起因して触媒２５のＮＯｘ浄化能が低下することがある。かかる場合には、燃料カットの解除直後において排気中に含まれるＮＯｘを触媒２５で浄化しきれず、ＮＯｘ排出量が増加するおそれがある。

そのため、ＥＣＵ４０は、燃料カットを解除してエンジン１１を燃料停止状態から燃焼状態に復帰させる場合に、空燃比を一時的にリッチ側に制御する触媒２５の中立化制御を実施することとしている。つまり、一時的にリッチ燃焼を行わせることでその燃焼に際し排出される排気中のＨＣやＣＯなどの還元成分により、触媒２５を酸素吸蔵過多の状態から復帰させるようにしている。

しかしながら、触媒２５の中立化制御により空燃比を一時的にリッチ側に制御した場合、リッチ分の燃料の燃焼に伴う粒子状物質（ＰＭ）の発生が懸念される。特に、燃料噴射弁３０から筒内に直接燃料を噴射する、いわゆる直噴エンジンでは、エンジン冷間時において気筒２１内に噴射された燃料が霧化しにくいことから、ウェット燃料が増加しやすくなる。その結果、ＰＭの発生が生じやすくなる。

また、燃料カットの実行中はエンジン１１において燃焼が行われず、燃焼熱が生じないため、気筒２１内の温度は燃料カットの時間経過に伴い低下する。その結果、燃料カットが長引くと、燃料カットの解除後にエンジン１１が低温状態になっていることも考えられる。

そこで、本実施形態では、エンジン１１が所定の低温状態にあるか否かを判定し、所定の低温状態にあると判定した場合に中立化制御の実施態様を変更するようにした。具体的には、燃料カットの実行条件及びその解除条件のいずれかが成立した際にエンジン１１が所定の低温状態であれば、中立化制御の実施態様を変更する。すなわち、エンジン１１が低温状態にある場合には中立化制御によるリッチ噴射の態様を変更して、ＰＭの発生を抑えつつ、触媒２５の中立化を図るようにした。ここで、実施態様の変更として具体的には、リッチ噴射のリッチ度合や、リッチ噴射を実施する期間（すなわち、中立化制御を実施する期間）、燃料カット期間に対するリッチ噴射の実施時期を変更する。より詳しくは、燃料カットの解除条件が成立した場合にエンジン１１が低温状態であれば、低温状態でない場合に比べて、リッチ度合を小さくし、かつリッチ噴射を実施する期間を長くするように変更する。

ここで、リッチ度合は、空燃比のリッチ側の領域におけるストイキからの乖離を示している。すなわち、リッチ度合が大きいほどストイキから乖離が大きくなり、リッチ度合が小さいほどストイキから乖離が小さくなる。

一方、リッチ噴射の実施時期に関していえば、中立化制御によるリッチ噴射は、通常は燃料カットの解除直後に実施される。これに対して、本実施形態では、燃料カットの実行条件が成立した際にエンジン１１が所定の低温状態にある場合には、燃料カットの開始前に、燃料増量によるリッチ噴射を実施するようにした。すなわち、燃料カット前にすでにエンジン１１が低温状態である場合には、燃料カット中にエンジン１１がさらに低温になることが想定されるため、燃料カットに先立って燃料を余分に噴射するようにした。その結果、触媒２５の酸素吸蔵能を向上させることができ、燃料カットの解除直後のリッチ噴射を省略するか、リッチ度合いを軽減することができる。

なお本実施形態では、ＥＣＵ４０は、エンジン１１が所定の低温状態にあるか否かを判定する。この判定手法は、特に限定されないが、例えば気筒２１内の温度に相関する筒内温度情報を用いることができる。筒内温度情報は、気筒２１内の温度状態を適切に把握できるパラメータであればよく、具体的には、シリンダ壁温や筒内吸気温を筒内温度として取得する。この取得に際しては、周知の方法を用いることができる。例えば、水温センサ２６により取得された冷却水温を所定の演算マップに適用することで筒内温度を推定する。そして、ＥＣＵ４０は、推定された筒内温度を用い、エンジン１１が所定の低温状態にあるかの判定を行う。例えば、筒内温度が５０度以下であれば、低温状態である旨を判定する。低温状態か否かの判定温度については適宜変更することができる。なおその他には、筒内温度センサ（図示せず）により筒内温度を計測し、計測された筒内温度を用いることができる。

また、ＥＣＵ４０は、触媒２５の酸素吸蔵能の指標として、酸素の最大吸蔵量に対して吸蔵可能な量である吸蔵可能量を推定する。吸蔵可能量の推定には、周知の方法を用いることができる。具体的には、エアフローメータ１４により検出された吸入空気量や排出ガスセンサ２４により検出された空燃比、エンジン回転速度等に基づいて吸蔵可能量が推定される。例えば、予め定めた基準値から、触媒２５を通過した吸入空気量、及びその間における空燃比の値を累積的に演算処理する等して、吸蔵可能量を推定することができる。

なお、ＥＣＵ４０は、所定の自動停止条件の成立によりエンジン１１を自動停止させ、かつその自動停止状態下で所定の再始動条件の成立によりエンジン１１を自動再始動させる、いわゆるアイドリングストップ制御を実施してもよい。この場合、アイドリングストップ制御における燃料カット状態でも、本実施形態における制御を適用することができる。この場合、所定の自動停止条件が、「燃料カットの実行条件」に相当し、所定の再始動条件が「燃料カットの解除条件」に相当する。なお、自動停止条件や再始動条件には、車速、アクセル操作、ブレーキ操作等が含まれる。

次に、本燃料噴射制御装置における中立化制御の実施態様の処理手順について、図２のフローチャートを用いて説明する。本処理は、ＥＣＵ４０により所定周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１１では、エンジン１１が燃焼運転中か否かを判定する。ステップＳ１１がＹＥＳであればステップＳ１２に進み、所定の燃料カット条件が成立したか否かを判定する。具体的には、アクセル操作量がゼロであり、かつエンジン回転速度が所定の燃料カット回転速度以上であることを判定する。燃料カット条件が成立した場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１３へ進み、条件が不成立の場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、そのまま本処理を終了する。

ステップＳ１３では、エンジン１１の筒内温度を取得する。ここでは、上述のとおり水温センサ２６により取得された冷却水温とマップに基づいて、筒内温度を推定する。ステップＳ１４では、取得された筒内温度が所定温度ＴＡよりも大きいか否かを判定する。所定温度ＴＡは、エンジン１１が低温状態であると判定される判定値として設定されている。ステップＳ１４がＹＥＳであればステップＳ１５へ進み、ステップＳ１４がＮＯであればステップＳ１６へ進む。ステップＳ１５では、燃料噴射弁３０による燃料供給を停止して、燃料カットを実行する。

ステップＳ１６では、触媒２５の酸素の吸蔵可能量を推定する。ここでは、上述のとおり、吸入空気量や空燃比、エンジン回転速度等に基づいて吸蔵可能量を推定する。ステップＳ１７では、推定された吸蔵可能量が所定量ＶＡよりも小さいか否かを判定する。所定量ＶＡは、触媒２５の酸素吸蔵能が判定される判定値として設定されている。ステップＳ１７がＮＯであれば、ステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では、燃料供給を停止して、燃料カットを実行する。つまり、燃料カット条件が成立した場合において触媒２５の実吸蔵量がさほど大きくなく、触媒２５の吸蔵可能量が所定量よりも大きい場合は、燃料カット前のリッチ噴射を実施せずに、燃料カットを実行する。

一方、ステップＳ１７がＹＥＳであれば、ステップＳ１８へ進み、リッチ噴射期間を設定するとともに、その期間内にリッチ噴射を実施する。すなわち、燃料カットの実行条件が成立した際に、エンジン１１が所定の低温状態であって触媒２５の吸蔵可能量が所定量以下の場合は、燃料カットの開始を遅らせる所定の遅延期間を設け、その遅延期間を利用してリッチ噴射を実施する。ここでは、予め設定されたリッチ度合に基づいてリッチ噴射を実施する。そして、リッチ噴射を実施した後に、燃料カットを実行する（ステップＳ１５）。このように、燃料カットの開始前にリッチ噴射を行うことで、触媒２５の酸素吸蔵能を向上させる。その結果、燃料カットの解除直後のリッチ噴射を省略するか、リッチ度合いを軽減することができ、燃料カット解除直後におけるＰＭの発生を抑えることができる。

なお、ステップＳ１８において、リッチ噴射でのリッチ度合を、筒内温度に応じて可変設定とする構成としてもよい。図３には、可変設定とした場合のリッチ度合と筒内温度との関係の一例を示す。図３より、筒内温度が低いほど、リッチ度合が小さい値として設定される。これにより、燃料カットの開始前において、エンジン１１が低温状態であるほどリッチ度合が小さくなることで、筒内ウェット量を減らすことができＰＭの発生を抑えることができる。なおこの場合、設定されたリッチ度合に応じて、遅延期間の期間が設定される構成としてもよい。

一方、エンジン１１が燃焼運転中でない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）は、ステップＳ２１へ進み、燃料カットの実行中か否かを判定する。ステップＳ２１がＹＥＳであれば、ステップＳ２２へ進み、所定の燃料カットの解除条件が成立したか否かを判定する。具体的には、燃料カット中にエンジン回転速度が所定の復帰回転速度以下になったことやアクセル操作が行われたこと等を判定する。燃料カットの解除条件が成立した場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、ステップＳ２３へ進む。なお、ステップＳ２１，Ｓ２２がＮＯであれば、そのまま本処理を終了する。

ステップＳ２３では、燃料噴射弁３０による燃料供給を開始する。つまり、この処理によって燃料カットが解除される。ステップＳ２４では、ステップＳ１６と同様、触媒２５の酸素の吸蔵可能量を推定する。ここでは、燃料カットの時間を加味して吸蔵可能量を推定する。ステップＳ２５では、推定された吸蔵可能量が所定量ＶＢよりも大きいか否かを判定する。所定量ＶＢは、触媒２５が酸素吸蔵過多の状態であることが判定される判定値であって、ここでは所定量ＶＢは、所定量ＶＡよりも小さい値に設定されている。吸蔵可能量が所定量ＶＢよりも大きい場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ）は、触媒２５は酸素吸蔵過多の状態でないとして、ステップＳ２６へ進む。ステップＳ２６では、通常のエンジン運転状態における空燃比（例えば、ストイキ〜リーン側の領域）で燃料噴射を実施する。つまりこの場合は、触媒２５の酸素吸蔵能が担保されているため、中立化制御によるリッチ噴射は必要とされない。

一方、ステップＳ２５がＮＯであれば、触媒２５は酸素吸蔵過多の状態であるとして、ステップＳ２７へ進む。かかる場合には、中立化制御によるリッチ噴射が実施される。ステップＳ２７では、ステップＳ１３と同様、エンジン１１の筒内温度を取得する。ステップＳ２８では、取得された筒内温度が所定温度ＴＢよりも大きいか否かを判定する。所定温度ＴＢは、エンジン１１が低温状態であると判定される判定値であって、ここでは所定温度ＴＢは、所定温度ＴＡよりも小さい値に設定されている。ステップＳ２８がＹＥＳであれば、基準設定の条件で中立化制御によるリッチ噴射を実施する（ステップＳ２９）。

一方、ステップＳ２８がＮＯの場合、すなわちエンジン１１が低温状態である場合には、ステップＳ３０へ進み、リッチ噴射の噴射条件を変更する。ステップＳ３０では、リッチ噴射の条件としてリッチ度合とリッチ噴射を実施する期間とを変更する。より詳しくは、基準設定（所定温度ＴＢよりも大きい場合）よりもリッチ度合を小さくするとともに、リッチ噴射を実施する期間を長くするように変更する。続くステップＳ３１では、変更された条件に従って、リッチ噴射を実施する。これにより、触媒２５の中立化が実現される。

なお、ステップＳ３０において、リッチ度合を、筒内温度に応じて可変設定とする構成としてもよい。可変設定とした場合のリッチ度合と筒内温度との関係は、ステップＳ１８におけるリッチ度合と筒内温度との関係と同様に図３に示される。図３より、筒内温度が低いほど、リッチ度合が小さい値として設定される。これにより、燃料カットの解除直後において、エンジン１１が低温状態であるほどリッチ度合が小さくなることで、燃料噴射ごとの筒内ウェット量を減らすことができる。その結果、燃料カット解除直後におけるＰＭの発生を抑えることができる。なおこの場合、リッチ度合と触媒２５の吸蔵可能量とに基づいて、リッチ噴射を実施する期間は設定される。

なお、ステップＳ１８，Ｓ３０，Ｓ３１が、中立化制御の実施態様を変更する「中立化制御部」に相当する。

続いて、図４には、図２の処理をより具体的に示すタイミングチャートを示す。ここでは、中立化制御として、基準設定の条件によるリッチ噴射制御のみが実施される場合と、燃料カット開始前のリッチ噴射制御のみが実施される場合と、燃料カット解除直後のリッチ噴射制御のみが実施される場合を想定しており、図４には、基準設定の条件によるリッチ噴射制御を実線で、燃料カット開始前のリッチ噴射制御を破線で、燃料カット解除直後のリッチ噴射制御を一点鎖線で示した。

まず、基準設定の条件によるリッチ噴射制御について説明する。このリッチ噴射制御は、エンジン１１が所定の低温状態でないと判定された場合に実施される。タイミングｔ１１において、アクセル操作量がゼロになることで燃料カットの実行条件が成立し、燃料カットが実行される。燃料カットの実行により排気管２３は大気に満たされ、燃料カットの時間が経過するとともに触媒２５の吸蔵可能量は徐々に低下していく。タイミングｔ１３にて、ドライバによるアクセル操作が実施されると、燃料カットが解除される。そして、燃料カットが解除された直後（タイミングｔ１３〜ｔ１４）に、リッチ噴射が実施される。このリッチ噴射により触媒２５の吸蔵可能量を燃料カット前の状態に復帰させる、つまり触媒２５の中立化が行われる。

これに対して、燃料カットの開始前のリッチ噴射制御では、燃料カットの実行条件が成立したタイミングｔ１１においてエンジン１１が低温状態にある（筒内温度が所定温度ＴＡ以下である）ことに基づいて、リッチ噴射が実施される。この場合、燃料カット前に遅延期間Ｔ（タイミングｔ１１〜ｔ１２）が設けられ、この期間内にリッチ噴射が実施される。このリッチ噴射によって、触媒２５の吸蔵可能量が増加する。その後、タイミングｔ１２からタイミングｔ１３にかけて燃料カットが実行される。そして、燃料カットが解除されるタイミングｔ１３において触媒２５が酸素吸蔵過多の状態ではない（吸蔵可能量が所定量ＶＢよりも大きい）と、燃料カットの解除直後のリッチ噴射は実施されない。

一方、燃料カットの解除直後のリッチ噴射制御では、燃料カットが解除されるタイミングｔ１３において触媒２５が酸素吸蔵過多の状態であり（吸蔵可能量が所定量ＶＢ以下である）、エンジン１１が低温状態にある（筒内温度が所定温度ＴＢ以下である）ことに基づいて、リッチ噴射が実施される。このリッチ噴射は、基準設定の条件に比べて、リッチ度合が小さく、かつリッチ噴射を実施する期間が長くなるように実施される。つまり、タイミングｔ１３からタイミングｔ１５にかけてリッチ噴射が実施される。

なお、タイミングｔ１１及びタイミングｔ１３における、気筒２１内の温度条件及び触媒２５の吸蔵可能量によっては、燃料カットの開始前と解除直後の両方においてリッチ噴射が実施される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

燃料カットの解除直後に実施される触媒中立化制御によるリッチ噴射では、リッチ分の燃料の燃焼に伴うＰＭの発生が懸念される。特に、直噴エンジンの冷間時においては、気筒２１内において、ウェット燃料が増加しやすくなり、ＰＭがより発生しやすくなる。この点を考慮し、上記構成では、エンジン１１が所定の低温状態にあれば、中立化制御の実施態様を変更するようにした。この場合、エンジン１１の気筒内の温度条件に関係なく一様に中立化制御を実施する場合とは異なり、中立化制御の実施態様を変更することで、ウェット燃料の発生を抑えることができ、ひいてはＰＭの生成を抑制することができる。これにより、エミッションの悪化を抑制しつつ、適正に触媒２５の中立化制御を実施することができる。

また、エンジン１１が所定の低温状態にある場合に、筒内温度情報に基づいて、中立化制御の実施態様を変更するようにした。これにより、気筒２１内の温度条件に応じて、中立化制御の実施態様を可変にすることで、ＰＭの生成を好適に抑制することができる。

具体的には、燃料カットの解除条件が成立した際にエンジン１１が低温状態にある場合に、低温状態でない場合に比べて、リッチ度合を小さくかつリッチ噴射を実施する期間を長くするようにした。この場合、リッチ度合を小さくすることで噴射ごとの筒内ウェット量を減らすことができるとともに、リッチ噴射の実施期間を長くすることで触媒２５の中立化に必要な燃料量を確保することができる。これにより、好適にエミッションの悪化を抑制しつつ、触媒２５の中立化制御を実施することができる。

一方、触媒２５の中立化のためのリッチ噴射は、通常燃料カットの解除直後に実施される。これに対して、上記構成では、燃料カットの実行条件が成立した際にエンジン１１が低温状態にある場合に、燃料カットの開始前に燃料増量によるリッチ噴射を実施するようにした。この場合、燃料カット前にすでにエンジン１１が低温状態である場合には、燃料カット中にエンジン１１がさらに低温になることが想定される。そのため、燃料カットに先立って燃料を余分に噴射することで、触媒２５の酸素吸蔵能を向上させることができ、燃料カットの解除直後のリッチ噴射を省略するか、リッチ度合いを軽減することができる。これにより、燃料カットの後に触媒中立化のために必要な燃料の増加量を抑えることができ、ひいてはエミッションの悪化を抑制することができる。

さらに、燃料カットの実行条件が成立した際に触媒２５の酸素の吸蔵可能量が大きい場合は、燃料カットの開始前に燃料増量によるリッチ噴射を実施しないようにした。吸蔵可能量が大きい状態では、リッチ噴射等によって過剰な燃料を触媒に供給しても触媒の吸蔵可能量に与える効果は小さい。そのため、かかる場合にはリッチ噴射を実施しないことで、余分な燃料の消費を抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。図５には、第２実施形態におけるエンジン制御システムの概略構成を示す。第２実施形態では、直噴式の燃料噴射弁３０に加え、エンジン吸気部にも燃料噴射弁５０を備えたエンジン１１を対象としている。燃料噴射弁５０は、通電に伴い吸気ポートへ向かって燃料を噴射する。なお、このポート式の燃料噴射弁５０が設置されていること以外は、図１の構成図と変わらない。

第２実施形態におけるＥＣＵ４０は、車両の走行状態に合わせて、直噴式の燃料噴射弁３０による燃料噴射とポート式の燃料噴射弁５０による燃料噴射との１燃焼行程での割合（以下、噴射割合とも言う。）を適宜調整する。例えば、加速時等のトルクを必要とするシーンにおいては直噴式による燃料噴射の噴射割合を大きくするとよい。すなわち、アクセル操作量が大きくなるほど、直噴式による燃料噴射の噴射割合が大きくなる。なお、燃料カットの解除直後では、トルクを必要とするためアクセル操作量が大きくなる。そのため、燃料カットの解除直後の中立化制御において、直噴式による燃料噴射の噴射割合は高いと考えられる。

第２実施形態では、燃料カットの解除条件が成立した際にエンジン１１が低温状態にある場合に、低温状態でない場合に比べて、中立化制御におけるポート式の燃料噴射弁５０による噴射割合を大きくする側に変更するようにした。すなわち、エンジン１１が低温状態であれば、低温状態でない場合に比べてポート式による燃料噴射の噴射割合を大きくすることで、ＰＭがより生成しやすい直噴式の噴射割合を小さくしＰＭの生成を抑えるようにした。

図６は、第２実施形態における中立化制御の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、上述の図２に置き換えてＥＣＵ４０により所定周期で繰り返し実施される。なお図６では、図２と同様の処理について同一のステップ番号を付して説明を簡略にする。図２の処理からの変更点は、ステップの一部削除と、ステップＳ２５からステップＳ４１への置換及びステップＳ２８からステップＳ４２への置換と、ステップＳ２６，Ｓ２９，Ｓ３０，Ｓ３１の処理内容の変更である。

図６において、燃料カットの状態から、解除条件の成立に伴って（ステップＳ１１：ＮＯ，ステップＳ２１：ＹＥＳ，ステップＳ２２：ＹＥＳ）、燃料の噴射を開始すると、ステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４では、触媒２５の酸素の吸蔵可能量を推定する。続くステップＳ４１では、推定された吸蔵可能量が所定量ＶＣよりも大きいか否かを判定する。所定量ＶＣは、触媒２５が酸素吸蔵過多の状態であることが判定される判定値として設定されている。吸蔵可能量が所定量ＶＣよりも大きい場合（ステップＳ４１：ＹＥＳ）は、ステップＳ２６へ進み、通常のエンジン運転状態における空燃比で、かつアクセル操作量に応じた噴射割合で燃料噴射を実施する。

一方、ステップＳ４１がＮＯであれば、ステップＳ２７へ進み、筒内温度を取得する。続くステップＳ４２では、取得された筒内温度が所定温度ＴＣよりも大きいか否かを判定する。所定温度ＴＣは、エンジン１１が低温状態であると判定される判定値として設定されている。ステップＳ４２がＹＥＳであれば、基準設定のリッチ度合で、かつアクセル操作量に応じた噴射割合で中立化制御によるリッチ噴射を実施する。

一方、ステップＳ４２がＮＯの場合、すなわちエンジン１１が低温状態である場合には、ステップＳ３０へ進み、リッチ噴射の噴射条件を変更する。ステップＳ３０では、リッチ噴射の条件として直噴式による燃料噴射とポート式による燃料噴射との噴射割合を変更する。より詳しくは、所定温度ＴＣよりも大きい場合よりもポート式の噴射割合を大きくするように変更する。続くステップＳ３１では、変更された条件に従って、リッチ噴射を実施する。これにより、触媒２５の中立化を実現する。

なお、ステップＳ３０において、ポート式の噴射割合を、筒内温度に応じて可変設定とする構成としてもよい。図７には、可変設定とした場合のポート式の噴射割合と筒内温度との関係の一例を示した。図７より、筒内温度が低いほど、ポート式の噴射割合は大きい値として設定される。これにより、燃料カットの解除直後において、エンジン１１が低温状態であるほど直噴式の噴射割合が小さくなることで、ＰＭの発生を抑えることができる。

続いて、図８には、図６の処理をより具体的に示すタイミングチャートを示す。図８には、アクセル操作量に応じた噴射割合（通常の噴射割合）によるリッチ噴射制御を実線で、変更後の噴射割合によるリッチ噴射制御を破線で示した。

まず、通常の噴射割合によるリッチ噴射制御について説明する。なお、図８に示すようにアクセル操作量の増加に伴って、ポート式の噴射割合が小さくなる、つまり直噴式の噴射割合が大きくなるように変化する。まず、燃料カット条件の成立に伴って、タイミングｔ２１からタイミングｔ２２にかけて燃料カットが実行される。そして、燃料カットが解除されるタイミングｔ２２において触媒２５が酸素吸蔵過多の状態であり、エンジン１１が低温状態でない（筒内温度が所定温度ＴＣよりも大きい）と、基準設定のリッチ度合で、かつアクセル操作量に応じた噴射割合によって燃料カット解除直後のリッチ噴射が実施される。

これに対して、噴射割合を変更する制御では、燃料カットが解除されるタイミングｔ２２において触媒２５が酸素吸蔵過多の状態であり、エンジン１１が低温状態にある（筒内温度が所定温度ＴＣ以下である）と、噴射割合が変更される。この噴射割合は、エンジン１１が低温状態でない場合に比べて、ポート式による燃料噴射の割合が大きくなるように実施される。つまり、タイミングｔ２２からタイミングｔ２３にかけて、通常の噴射割合よりもポート式の噴射割合を大きくしている。

上記構成では、燃料カットの解除条件が成立した際にエンジン１１が低温状態にある場合に、低温状態でない場合に比べてポート式の燃料噴射の噴射割合を大きくするようにした。これにより、ＰＭの発生を抑制することができる。

上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・上記実施形態では、気筒２１内の温度に相関する筒内温度情報を用いて、エンジン１１が所定の低温状態にあるか否かを判定する構成としたが、これに限らない。例えば、冬期等の低温時（例えば、外気温０度以下）においてエンジン１１が暖機されていない場合に、エンジン１１が低温状態であると判定する構成としてもよい。

・上記実施形態では、筒内温度情報としてシリンダ壁温を用いる構成としたが、これに限らず、筒内温度情報として筒内吸気温を用いる構成としてもよい。例えば、筒内圧センサ（図示せず）により検出された筒内圧力と、吸気管圧力センサ１９により検出された吸気管圧力とを用いて、演算式により筒内吸気温を算出し、これを筒内温度情報として用いることができる。

・上記実施形態における筒内温度の所定温度ＴＡ，ＴＢ，ＴＣは適宜変更されてもよく、それぞれ同じ値であっても、異なる値であってもよい。また、触媒２５の吸蔵可能量の所定量ＶＡ，ＶＢ，ＶＣも同様に変更されてもよい。

・上記第１実施形態において、ＥＣＵ４０は、中立化制御として燃料カット開始前のリッチ噴射制御、すなわちステップＳ１２〜Ｓ１８の処理のみを実施する構成であってもよい。又は、ＥＣＵ４０は、中立化制御として燃料カット解除直後のリッチ噴射制御、すなわちステップＳ２１〜Ｓ３１の処理のみを実施する構成であってもよい。

・上記第１実施形態では、燃料カットの開始前にリッチ噴射を実施する構成としたが、リッチ噴射に限らず、無点火状態で燃料を噴射する構成であってもよい。この場合、燃料は燃焼されずそのまま触媒２５へ導入される。この構成においても、リッチ噴射と同様、触媒２５の酸素吸蔵能を向上させるとともに、燃料カットの実行中に流入する空気量を低減させることができる。

・燃料カットの実行条件の成立後であってかつ燃料カットの開始前に中立化制御が実施される場合には、その中立化制御によって触媒２５の吸蔵可能量が増やされているため、燃料カットの実施時間が比較的短ければ、燃料カット後の中立化制御は不要となる。そのため、ＥＣＵ４０は、燃料カット前の中立化制御が実施される場合には、燃料カットの実施時間が所定時間よりも長ければ燃料カット後の中立化制御を実施するとし、燃料カットの実施時間が所定時間よりも短ければ燃料カット後の中立化制御を実施しない、とする構成としてもよい。

・上記第２実施形態において、エンジン１１が低温状態でない場合における中立化制御でのポート式の噴射割合Ｘ１と、低温状態にある場合における中立化制御でのポート式の噴射割合Ｘ２とを、Ｘ１よりもＸ２が大きくなるように予め定めておく構成としてもよい。

・エンジン１１が低温状態である場合において、中立化制御の実施態様の変更として、中立化制御を実施しないようにすることで、中立化制御の実施を変更するようにした。すなわち、エンジン１１が低温状態であれば、触媒２５を中立化するためのリッチ噴射を実施しない。この構成によっても、ＰＭの生成を抑制することができ、エミッションの悪化を抑制することができる。

１１…エンジン、２１…気筒、２３…排気管、２５…触媒、３０…燃料噴射弁、４０…ＥＣＵ。

Claims (7)

1. 燃料を気筒（２１）内に直接噴射する直噴式の燃料噴射弁（３０）を備えるとともに、酸素吸蔵能を有する触媒（２５）が排気通路（２３）に配置されたエンジン（１１）に適用され、前記エンジンにおいて燃料カットが実施される場合に、前記燃料噴射弁の燃料噴射を一時的にリッチ化することで前記触媒の中立化制御を実施する燃料噴射制御装置（４０）であって、
   前記エンジンが所定の低温状態にあるか否かを判定する温度判定部と、
   前記温度判定部により前記エンジンが所定の低温状態にあると判定された場合に、前記中立化制御の実施態様を変更する中立化制御部と、
   を備える燃料噴射制御装置。
2. 前記気筒内の温度に相関する筒内温度情報を取得する温度取得部を備え、
   前記中立化制御部は、前記温度判定部により前記エンジンが所定の低温状態にあると判定された場合に、前記筒内温度情報に基づいて前記中立化制御の実施態様を変更する請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記温度判定部は、前記燃料カットの解除条件が成立した場合に、前記エンジンが所定の低温状態にあるか否かを判定するものであり、
   前記中立化制御部は、前記温度判定部により前記低温状態にあると判定された場合に、前記低温状態でない場合に比べて、前記中立化制御におけるリッチ度合を小さく、かつ前記中立化制御を実施する期間を長くする側に変更する請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記温度判定部は、前記燃料カットの実行条件が成立した場合に、前記エンジンが所定の低温状態にあるか否かを判定するものであり、
   前記中立化制御部は、前記温度判定部により前記低温状態にあると判定された場合に、前記燃料カットの開始前において、燃料増量によるリッチ噴射、及び無点火状態での燃料噴射のいずれかを実施する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記中立化制御部は、前記燃料カットの実行条件の成立時において前記燃料カットの実行までに所定の遅延期間を設け、その遅延期間内に前記リッチ噴射、及び無点火状態での燃料噴射のいずれかを実施する請求項４に記載の燃料噴射制御装置。
6. 前記触媒において酸素の最大吸蔵量に対して吸蔵可能な量である吸蔵可能量を推定する吸蔵量推定部と、
   前記触媒の吸蔵可能量が所定量よりも大きいか否かを判定する吸蔵量判定部と、を備え、
   前記中立化制御部は、前記燃料カットの実行条件が成立した時点で前記吸蔵量判定部により前記吸蔵可能量が所定量よりも大きいと判定された場合は、前記燃料カットの開始前において前記リッチ噴射、及び前記無点火状態での燃料噴射のいずれも実施しない請求項４又は５に記載の燃料噴射制御装置。
7. 前記エンジンは、吸気通路（１２）に燃料を噴射するポート式の燃料噴射弁（５０）をさらに備え、前記直噴式の燃料噴射弁による噴射と前記ポート式の燃料噴射弁による噴射との１燃焼行程での噴射割合を調整して燃料噴射を実施するものであって、
   前記温度判定部は、前記燃料カットの解除条件が成立した場合に、前記エンジンが所定の低温状態にあるか否かを判定するものであり、
   前記中立化制御部は、前記温度判定部により前記低温状態にあると判定された場合に、前記低温状態でない場合に比べて、前記中立化制御における前記ポート式の燃料噴射弁による噴射割合を大きくする側に変更する請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。

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