JP6232749B2 - エンジンの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

この発明は車両に搭載されるエンジンの制御装置及び制御方法に関する。

エンジンの排気浄化装置として、三元触媒及びＮＯｘ吸着触媒が用いられている。ＮＯｘ吸着触媒は、排ガス中の酸素濃度が過多である場合にＮＯｘを吸着し、酸素濃度が低下するとＮＯｘを放出する。この特性を利用して、三元触媒及びＮＯｘ吸着触媒を隣接して配置することで、空燃比状態がリーンの場合はＮＯｘを吸着し、空燃比状態がストイキまたはリッチとなった場合にＮＯｘを放出して三元触媒により浄化還元させている。

このような排気浄化装置を備えるエンジンの制御において、低負荷時に燃料カットを行った場合には、吸気された低温の空気がそのまま排気されるため、触媒の酸素ストレージ量が増加すると共に、触媒の温度が低下して触媒の浄化性能が低下する。これを防止するために、燃料カット時に触媒温度が低下したことを判定した場合に、燃料カットを終了して、空燃比をリッチに制御するエンジンの燃料制御装置（特許文献１参照）が知られている。

特開２００２−１０６３８８号公報

前述の従来技術では、触媒の酸素ストレージ量の適正化と触媒温度を低下させない目的で、燃料カットを終了したときに空燃比をリッチに変更している。このため、排気中の粒子状物質（ＰＭ）及び粒子状物質個数濃度（ＰＮ）が増加する。また、燃料がリッチとなることで、排気中のＣＯが増加する。これらが増加することにより、触媒の浄化効率が低下するという問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされてものであり、燃料カットを行うことで燃費を向上させるエンジンにおいて、燃料カットを終了して燃料を再び噴射するときにも、触媒の浄化効率を低下させないエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、車両を駆動し、排気を浄化する触媒と、複数の気筒内にそれぞれ燃料を噴射する燃料噴射装置とが備えられたエンジンにおいて、前記燃料噴射装置を制御して前記エンジンの動作を制御するエンジンの制御装置に適用される。前記制御装置は、触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、車両の運転状態に基づき、前記燃料噴射装置の燃料噴射を停止する燃料停止手段を備え、燃料停止手段により前記気筒への燃料の噴射が停止された後、燃料の噴射を再開する場合であって、空気と燃料が前記触媒に流入しても前記触媒にストレージされた酸素と燃料との反応が起こる前記触媒の所定温度よりも前記触媒温度検出手段によって検出された前記触媒の温度が高い場合は、前記車両の運転状態に基づいて、前記エンジンが理論空燃比または希薄燃焼となるように決定した噴射量で、前記燃料噴射装置に燃料を噴射させると共に、複数の前記気筒のうち、燃料の噴射を再開する条件が成立してから最も早く排気行程となる気筒の排気行程で、前記燃料噴射装置に燃料を噴射させることを特徴とする。

本発明によれば、排気行程で所定量の燃料を噴射してこれを触媒において活性化させることにより、燃料カットのため過多となった触媒の酸素ストレージ量を適正な量に戻すことができるので、触媒を活性化させることができ、触媒の浄化効率を低下させることがない。このとき、エンジンを理論空燃比または希薄燃焼で駆動させるので、排ガスのＰＭやＰＮを増加させることがない。

本発明の実施形態のエンジンを中心としたエンジン制御システムの構成を示す説明図である。 本発明の実施形態のＥＣＵが実行する燃料供給制御のフローチャートである。 本発明の実施形態の燃料カット及び燃料カットリカバー時のタイミングチャートである。 本発明の実施形態の燃料カットリカバー時のタイミングチャートである。 本発明の実施形態の燃料カットリカバー時のタイミングチャートである。 本発明の実施形態の燃料カットリカバー時のタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態のエンジン１０を中心としたエンジン制御システム１の構成を示す説明図である。

エンジン１０は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とから構成される。エンジン１０は、シリンダ（気筒）１３において吸気管２０からの空気に燃料を噴射すると共にこれを圧縮、燃焼させることでピストン１４を押し下げ、クランクシャフト１５を回転させて駆動力を得る。燃焼後の排ガスは、排気管３０から排出される。エンジン１０は例えばディーゼルエンジンである。

エンジン１０の駆動はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５０により制御される。

シリンダヘッド１２には、吸気弁２５と、排気弁３５と、直噴インジェクタ４１と、点火プラグ４２とが備えられる。シリンダブロック１１には、冷却水が流通するウォータージャケット１６が形成され、冷却水の温度を検出する水温センサ１７が備えられる。クランクシャフト１５には、クランクシャフトの回転位置を検出するクランク角センサ１８が備えられる。

吸気管２０には、エアフィルタ２１と、エアフロメータ２２と、電制スロットル弁２３と、コレクタ２４とが備えられる。吸気管２０は、シリンダヘッド１２の吸気弁２５を介して気筒１３へと連通する。

エアフィルタ２１は、吸気中の塵埃を除去する。エアフロメータ２２は吸気管を流れ気筒１３に吸気される吸気空気量Ｑａを検出する。電制スロットル弁２３は、ＥＣＵ５０により制御され、吸気空気量Ｑａを制御する。コレクタ２４は吸気管２０の途中で断面積が変化する構造を有し、吸気慣性効果を向上させる。

排気管３０には、空燃比センサ３１と、触媒３２と、触媒温度センサ３３とが備えられる。排気管３０は、シリンダヘッド１２の排気弁３５を介して気筒１３へと連通する。

空燃比センサ３１は、排ガス中の酸素濃度を検出し、検出された値に基づいてエンジン１０の空燃比ＡＦを検出する。触媒３２は、排ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ等を酸化、還元することにより無害な窒素、水、二酸化炭素等へと浄化する。触媒温度センサ３３は、触媒３２の触媒温度Ｔｃａｔを検出する。

触媒３２は、ＮＯｘ吸着触媒と三元触媒とを備えている。ＮＯｘ吸着触媒は、排ガス中の酸素濃度が高い場合にＮＯｘを吸着し、酸素濃度が低下するとＮＯｘを放出する特性を有する。この特性を利用して、触媒３２において、ＮＯｘ吸着触媒及び三元触媒を隣接して配置して、空燃比状態がリーンの場合はＮＯｘを吸着し、空燃比状態がストイキまたはリッチとなった場合にＮＯｘを放出させる。このとき、三元触媒により排ガス中のＨＣ、ＣＯ等とＮＯｘが反応することで、Ｈ_２Ｏ、Ｎ_２、ＣＯ_２等の無害な物質へと還元、浄化される。

ＥＣＵ５０は、エアフロメータ２２、水温センサ１７、クランク角センサ１８、空燃比センサ３１、触媒温度センサ３３及びスロットル及びアクセル開度センサ５１等が検出した信号を取得する。ＥＣＵ５０は、これら取得した各信号に基づいて、電制スロットル弁２３の開度と燃料噴射のタイミング及びパルス幅とを決定する。この決定に基づいて電制スロットル弁２３及び直噴インジェクタ４１を制御することにより、エンジン１０の動作を制御する。

次に、このように構成されたエンジン制御システム１の動作を説明する。

本発明の実施形態のエンジン制御システム１は、ＮＯｘ吸着触媒及び三元触媒とから構成される触媒３２の触媒温度及び酸素ストレージ量によってもエンジン１０の制御を行う。

ＥＣＵ５０は、前述のように、エアフロメータ２２、水温センサ１７、クランク角センサ１８、空燃比センサ３１、触媒温度センサ３３及びスロットル及びアクセル開度センサ５１からの信号に基づいてエンジン１０を制御する。

走行中、燃費向上のためエンジン１０への燃料の供給を停止する燃料カットが行われる。例えば走行中にアクセルペダルの足離し（アクセルＯＦＦ）された場合など、車両は慣性により走行するためエンジン１０の駆動力は必要ない。燃料カットを行う場合は、ＥＣＵ５０は、直噴インジェクタ４１を制御して燃料の供給を停止する。このとき、エンジン１０においては、気筒１３では燃焼が起こらず、吸気管２０から空気がそのまま排気管３０へと排気される。

燃料カットの後、アクセルペダルが踏み込まれるなど加速が要求された場合は、ＥＣＵ５０は再び燃料を供給して、エンジン１０を駆動させる。

燃料カットの間は、吸気管２０から吸気された空気がそのまま排気管３０へと排気されるため、触媒３２の温度が低下する。触媒３２の温度が低下すると触媒の浄化効率が低下する。また、燃料カットの間は、吸気された空気がそのまま排気管３０へと排気されるため、酸素が消費されず、ＮＯｘ吸着触媒の酸素ストレージ量が過多となる。

このため、燃料カットの後、燃料を供給してエンジン１０の駆動を再開した場合には、触媒３２の温度が低下しているため、触媒の浄化効率が低下する。さらに、ＮＯｘ吸着触媒の酸素ストレージ量が過多となった場合は、ＮＯｘの吸着量が低下すため、触媒３２の活性が低いことと併せて、特にＮＯｘの浄化効率が低下する。

これに対して、燃料カットリカバー時の燃料をリッチ化して、触媒３２の温度を上昇させ酸素ストレージ量を減少させることができる。しかし、燃料のリッチ化により、ＰＭ、ＰＮ、ＣＯ等が増加する可能性がある。

本発明の実施形態では、次のような制御を行うことによって、燃料カット後の燃料カットリカバーにおいて、触媒３２の浄化効率を向上させると共に、ＰＭ、ＰＮ、ＣＯ等の増加を抑制するように構成した。

図２は、本発明の実施形態のＥＣＵ５０が実行する燃料供給制御のフローチャートである。このフローチャートは、ＥＣＵ５０において実行される他の処理と並行して所定の周期（例えば１０ｍｓ）で実行される。

まず、図２に示すフローチャートが実行されると、ステップＳ１において、ＥＣＵ５０は、アクセル開度センサ５１からアクセル開度ＡＰＯを、エアフロメータ２２から吸入空気量Ｑａを、クランク角センサ１８からエンジン回転速度Ｎｅを取得する。また、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ３１から空燃比ＡＦを、触媒温度センサ３３から触媒温度Ｔｃａｔを取得する。なお、触媒温度Ｔｃａｔは、吸入空気量Ｑａ、エンジン回転速度Ｎｅ及び水温センサ１７が検出したエンジン冷却水温度に基づいて推定してもよい。

次に、ステップＳ２において、ＥＣＵ５０は、吸入空気量Ｑａとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、予め記憶されている燃料噴射マップに基づいて、基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを算出する。基本燃料噴射パルス幅Ｔｐは、吸入空気量Ｑａとエンジン回転速度Ｎｅとで求まるエンジン１０の動作が、理論空燃比となるように決定される。

次に、ステップＳ３において、ＥＣＵ５０は、吸入空気量Ｑａとエンジン回転速度Ｎｅと空燃比ＡＦとに基づいて、触媒３２における酸素ストレージ量ＯＳＣを算出する。吸入空気量Ｑａは排ガス流量とほぼ等しいので、排ガス流量と空燃比ＡＦとから、触媒３２に流入する酸素量又は触媒３２の酸素を消費する還元剤（例えば、ＨＣ、ＣＯ等）の量を推定できる。ＥＣＵ５０は、これらの値に基づいて触媒３２における酸素の量を積算することにより、酸素ストレージ量ＯＳＣを算出する。

次に、ステップＳ４において、ＥＣＵ５０は、燃料カットフラグｆＦＣが０であるか否かを判定する。燃料カットフラグｆＦＣは、燃料カットが実行されるときに１がセットされ、燃料カットが実行されないときはリセットされて０となる。なお、エンジン１０の始動時には燃料カットフラグｆＦＣはリセットされて０となっている。

燃料カットフラグｆＦＣがリセットされている（０である）場合は、ステップＳ５に移行し、燃料カットフラグｆＦＣに１がセットされている場合は、ステップＳ７に移行する。

燃料カットフラグｆＦＣがリセットされている場合は、ステップＳ５において、ＥＣＵ５０は、燃料カットを実行する条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１で取得したアクセル開度ＡＰＯが０よりも大きい場合、又は、ステップＳ１で取得したエンジン回転速度Ｎｅが燃料カット実行許可回転速度Ｎｅｔｈ１よりも小さい場合は、ＥＣＵ５０は燃料カット実行条件が不成立であると判定する。この場合は、燃料カットフラグｆＦＣが０のまま、ステップＳ６に移行する。なお、燃料カット実行許可回転速度Ｎｅｔｈ１は、例えばエンジン１０の最低回転速度付近に設定される。

アクセル開度ＡＰＯが０、かつ、エンジン回転速度Ｎｅが燃料カット実行許可回転速度Ｎｅｔｈ１以上である場合は、ＥＣＵ５０は燃料カット実行条件が成立したと判定して、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ６では、燃料カットを行わず、エンジン１０の駆動が行われる。ＥＣＵ５０は、ステップＳ２で取得した基本燃料噴射パルス幅Ｔｐに、空燃比フィードバック補正係数αを乗じて燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出する。

燃料噴射パルス幅Ｔｉは、吸気行程中に行われる通常の燃料噴射であって、ＥＣＵ５０が直噴インジェクタ４１に実際に指令する駆動パルスの幅である。空燃比フィードバック補正係数αは、触媒３２における酸素ストレージ量ＯＳＣが５０［％］になるように、現在の酸素ストレージ量ＯＳＣと５０［％］との偏差に応じて算出される。なお、エンジン１０のいずれかの気筒において排気行程における燃料噴射（排気行程噴射）を行うことが設定されている場合（排気行程燃料噴射パルス幅Ｔｅｘｈが０以外に設定されている場合）は、α＝１に設定される。

このステップＳ６の処理の後、図２に示すフローチャートの処理を一旦終了して、他の処理に戻る。

ステップＳ４において燃料カットフラグｆＦＣが１にセットされている場合は、ステップＳ７に移行して、ＥＣＵ５０は、燃料カットを継続して実行する条件が成立したか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１で取得したアクセル開度ＡＰＯが０、かつ、ステップＳ１で取得したエンジン回転速度Ｎｅが燃料カットリカバー回転速度Ｎｅｔｈ２よりも大きい場合は、ＥＣＵ５０は、燃料カットを継続して実行すると判定する。この場合は、燃料カットフラグが１にセットされたまま、ステップＳ８に移行する。

アクセル開度ＡＰＯが０よりも大きい場合、又は、エンジン回転速度Ｎｅが燃料カットリカバー回転速度Ｎｅｔｈ２よりも小さい場合は、ＥＣＵ５０は、燃料カット実行条件が不成立であると判定する。この場合は、ＥＣＵ５０は、燃料カットリカバー条件が成立した判定して、ステップＳ１０に移行する。

なお、燃料カットリカバー回転速度Ｎｅｔｈ２は、燃料カット実行許可回転速度Ｎｅｔｈ１よりも大きな値に設定される。

燃料カットを継続して実行すると判定した場合は、ステップＳ８に移行し、ＥＣＵ５０は、燃料カットフラグｆＦＣが１にセットされていない場合は１にセットする。次に、ステップＳ９に移行し、ＥＣＵ５０は、燃料噴射パルス幅Ｔｉを０に設定する。これにより直噴インジェクタ４１から燃料が噴射されなくなり、燃料カットが行われる。

このステップＳ９の処理の後、図２に示すフローチャートの処理を一旦終了して、他の処理に戻る。

ステップＳ７で燃料カットリカバー条件が成立したと判定された場合は、ステップＳ１０に移行し、燃料カットリカバー処理を行う。まず、ＥＣＵ５０は、燃料カットフラグｆＦＣをリセットして０に設定する。

次に、ステップＳ１１では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ３で算出した現在の酸素ストレージ量ＯＳＣに基づいて、ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃを算出する。ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃは、燃料カットの実行により過多となった触媒３２の酸素ストレージ量ＯＳＣを５０［％］に戻すために必要な燃料噴射量を規定する燃料噴射パルス幅である。ＥＣＵ５０は、予め記憶されているマップを参照して、酸素ストレージ量ＯＳＣに対応するＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃを算出する。

次に、ステップＳ１２において、ＥＣＵ５０は、決定したＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃが、直噴インジェクタ４１の最小燃料噴射パルス幅Ｔｍｉｎよりも大きいか否かを判断する。

直噴インジェクタ４１は、燃料噴射パルス幅が最小燃料噴射パルス幅Ｔｍｉｎより短くなると正確な量の燃料を噴射することができない。そこで、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１で決定されたＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃが最小燃料噴射パルス幅Ｔｍｉｎよりも大きいか否かを判定する。

ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃが最小燃料噴射パルス幅Ｔｍｉｎよりも大きいと判定した場合は、直噴インジェクタ４１によりＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃによる燃料噴射を正確に制御できる。この場合はステップＳ１３に移行する。ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃが最小燃料噴射パルス幅Ｔｍｉｎ以下であると判定した場合は、直噴インジェクタ４１によりＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃによる燃料噴射が正確に制御できない。この場合はステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１３では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１で取得した触媒温度Ｔｃａｔが、所定温度Ｔｃａｔｔｈよりも高いか否かを判定する。なお、所定温度Ｔｃａｔｔｈは例えば６００℃程度に設定される。

触媒３２は、触媒温度Ｔｃａｔが高いほど触媒の活性度が高まり、排気の浄化効率が向上する。ステップＳ１３において、触媒温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｃａｔｔｈより高い場合は、排気温度が低い場合にも触媒３２が十分に活性化して必要な反応を起こすことができる。すなわち、温度の低い空気と共にポスト噴射された燃料が触媒３２に流入した場合にも、触媒３２において、燃料とストレージ酸素との反応が起こり、酸素ストレージ量ＯＳＣを所望の値（５０［％］）に戻すことができる。

この場合は、ステップＳ１４に移行し、ＥＣＵ５０は、燃料カットリカバー条件が成立してから最も早く排気行程となる気筒の排気行程燃料噴射パルス幅Ｔｅｘｈを、ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃに設定する。これにより、燃料カットリカバー条件が成立してから最も早く排気行程となる気筒の排気行程で、排気行程噴射が実行される。

排気行程噴射された燃料は、温度の低い空気と共に排気浄化触媒へ流入する。触媒３２では、触媒温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｃａｔｔｈより高いので、燃料とストレージ酸素との反応が起こり、酸素ストレージ量ＯＳＣを所望の値（５０［％］）に戻すことができる。排気行程噴射を実施した後は、ＥＣＵ５０は、当該気筒の排気行程燃料噴射パルス幅Ｔｅｘｈを０にリセットする。

一方、ステップＳ１３において、触媒温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｃａｔｔｈ以下の場合は、触媒３２が十分に活性化されていない。そのため、触媒３２において十分な反応を起こすために、温度の高い既燃ガスを排ガスとして送る。

この場合はステップＳ１５に移行し、ＥＣＵ５０は、燃料カットリカバー条件が成立してから最も早く燃焼する気筒の排気行程燃料噴射パルス幅Ｔｅｘｈを、ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃに設定する。これにより、燃料カットリカバー条件が成立してから最も早く燃焼する気筒で排気行程噴射が実行される。

この場合、排気行程噴射に先立って吸気行程噴射が行われ、当該吸気行程噴射燃料が燃焼した後の既燃ガス中に排気行程噴射が行われるので、温度の高い排ガスと共に燃料が触媒３２に送られる。これにより、触媒３２の温度が低い場合にも、温度が高い排ガスにより触媒３２が活性される。この結果、触媒３２において、燃料とストレージ酸素との反応が起こり、酸素ストレージ量ＯＳＣを所望の値（５０［％］）に戻すことができる。排気行程噴射を実施した後は、ＥＣＵ５０は、当該気筒の排気行程燃料噴射パルス幅Ｔｅｘｈを０にリセットする。

これらステップＳ１４又はステップＳ１５の処理の後、ステップＳ１６に移行する。ＥＣＵ５０は、燃料噴射パルス幅Ｔｉを基本燃料噴射パルス幅Ｔｐに設定する。すなわち、エンジン１０に理論空燃比に対応する燃料を噴射して、エンジン１０を運転する。このとき、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１で設定された排気口燃料噴射パルス幅Ｔｃｏｓで、排気行程燃料噴射を行うように制御する。排気行程噴射が行われる気筒は、最も早く排気行程となる気筒、または、最も早く燃焼する気筒のいずれかである。このステップＳ１６の処理の後、図２に示すフローチャートの処理を一旦終了して、他の処理に戻る。

なお、ステップＳ１６において、理論空燃比（基本燃料噴射パルス幅Ｔｐ）とするのではなく、車両の運転状態に基づいてリーン燃焼（希薄燃焼）とするように燃料噴射パルス幅Ｔｉを決定してもよい。排気行程噴射により触媒３２の酸素ストレージ量を適正に戻すことができるので、エンジン１０を駆動するための燃料はどのように設定してもよい。燃料噴射量を理論空燃比又はリーン燃焼とすることにより、エンジン１０の再始動の燃料のリッチ化を抑制してＰＭ、ＰＮ、ＣＯの発生を抑制することができる。

前述のステップＳ１２において、ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃが最小燃料噴射パルス幅Ｔｍｉｎ以下と判定した場合は、ステップＳ１７に移行する。

ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃがインジェクタの最小燃料噴射パルス幅Ｔｍｉｎより短い場合は噴射量が正確に制御できない。そのため、ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃを排気行程燃料噴射パルス幅Ｔｅｘｈに設定することができない。そこで、ステップＳ１７において、ＥＣＵ５０は、全気筒の排気行程燃料噴射パルス幅Ｔｅｘｈを０に設定して、排気行程噴射を行わないように設定する。

次に、ステップＳ１８に移行して、ＥＣＵ５０は、基本燃料噴射パルス幅ＴｐにＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃを加えて燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出する。これにより、燃料カットリカバー条件が成立してから最も早く燃焼する気筒の吸気行程噴射が増量される。この場合、ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃは短いので、吸気行程噴射によって形成される燃焼混合気の空燃比がリッチ限界を超えることはない。このステップＳ９の処理の後、図２に示すフローチャートの処理を一旦終了して、他の処理に戻る。

なお、燃焼混合気のリッチ化によってＰＭが増加する可能性があるので、ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃを分割して、複数回の吸気行程噴射に上乗せするようにしてもよい。

このような制御によって、燃料カット後の燃料カットリカバー時の制御において、排気行程噴射により、触媒３２の酸素ストレージ量ＯＳＣを、速やかに適切な値（５０［％］）へと戻すことができる。

このとき、エンジン１０を駆動させるための燃料噴射量は理論空燃比又はリーン燃焼とすることができるため、エンジン１０に供給される燃料をリッチとすることがないので、排気中のＰＭ、ＰＭ、ＣＯ等の増加を抑制することができる。

図３は、本発明の実施形態の燃料カット及び燃料カットリカバーの説明図である。なお、図３から図５において、エンジン１０が四気筒である場合の例を示す。

図３（Ａ）は、燃料カットが行われていない通常のエンジン１０の運転状態を示す。気筒１、気筒２、気筒３及び気筒４において、それぞれ、吸気行程ＩＮ、圧縮行程ＣＯＭＰ、燃焼行程ＣＯＭＢ及び排気行程ＥＸが、順次行われる。各気筒の吸気行程において、直噴インジェクタ４１から気筒１３内へと噴射が行われる。燃料の噴射量はパルス幅により制御され、このパルス幅は前述のように燃料噴射パルス幅Ｔｉに設定される。

図３（Ｂ）は、燃料カットが行われた場合のエンジン１０の運転状態を示す。

図２のステップＳ５又はステップＳ７の処理において、燃料カットを行うと判定した場合は、図２のステップＳ９において、燃料噴射パルス幅Ｔｉが０にリセットされる。これにより、各気筒に燃料が噴射されず、燃料カットが実行される。

図３（Ｃ）は、燃料カット後の、燃料カットリカバーのときのエンジン１０の運転状態を示す。

タイミングｔ１において、図２のステップＳ７において燃料カットリカバー条件が成立した場合は、図２のステップＳ１０からＳ１６で説明した燃料カットリカバー処理が実行される。ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１において酸素ストレージ量ＯＳＣに基づいてＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃを決定し、ステップＳ１２及びステップＳ１３の判定がいずれもＹＥＳであれば、ステップＳ１４の処理を実行する。すなわち、最も早く排気行程となる気筒（図３（Ｃ）の例では気筒１）において、排気行程燃料噴射パルス幅ＴｅｘｈをＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃに設定し、排気行程噴射を行う。

このとき、各気筒における燃料カットリカバーの燃料噴射量は、理論空燃比またはリーン燃焼に対応して設定された基本燃料噴射パルスＴｐに設定されるので、燃料カットリカバー時の排ガスにＰＭ、ＰＮ、ＣＯ等が増加することが抑制される。

図４は、本発明の実施形態の燃料カットリカバーの説明図である。図４の例は、図２のステップＳ１３において、触媒温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｃａｔｔｈ以下である場合の例を示す。

触媒温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｃａｔｔｈ以下である場合は、Ｓ１３の判定がＮＯとなり、ステップＳ１５の処理が実行される。すなわち、最も早く燃焼行程となる気筒（図４例では気筒２）において、排気行程燃料噴射パルス幅ＴｅｘｈをＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃに設定し、排気行程噴射を行う。

この場合、エンジン１０で燃焼した後の既燃ガス中に排気行程噴射が行われるので、温度の高い排ガスと共に燃料が触媒３２に送られる。これにより、触媒３２の温度が低い場合にも、温度が高い排ガスにより触媒３２が活性され酸素ストレージ量ＯＳＣを所望の値（５０［％］）に戻すことができる。

図４においても、図３（Ｃ）と同様に、各気筒における燃料カットリカバーの燃料噴射量は、理論空燃比またはリーン燃焼に対応して設定された基本燃料噴射パルスＴｐに設定されるので、燃料カットリカバー時の排ガスにＰＭ、ＰＮ、ＣＯ等が増加することが抑制される。

図５は、本発明の実施形態の燃料カットリカバーの説明図である。図５の例は、図２のステップＳ１２において、ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃが最小燃料噴射パルス幅Ｔｍｉｎ以下と判定した場合の例を示す。

ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃがインジェクタの最小燃料噴射パルス幅Ｔｍｉｎより短い場合は、燃料の噴射量を正確に制御できない。そこで、ＥＣＵ５０は、全気筒の排気行程燃料噴射パルス幅Ｔｅｘｈを０に設定して、排気行程噴射を行わないように設定する。

そして、ＥＣＵ５０は、基本燃料噴射パルス幅ＴｐにＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃを加えて燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出する。これにより、燃料カットリカバー条件が成立してから最も早く燃焼する気筒の吸気行程噴射が増量される。この増量された燃料により、触媒３２の酸素ストレージ量を適正に制御する。なお、ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃは短いので、吸気行程噴射によって形成される燃焼混合気の空燃比がリッチ限界を超えることはなく、ＰＭ、ＰＮ、ＣＯが増加することが抑制される。

図６は、本発明の実施形態の燃料カットリカバーの説明図である。図６に示す例は、図３（Ｃ）の変形例であり、排気行程噴射のタイミングの制御に関わる。

ＥＣＵ５０は、直噴インジェクタ４１を制御して吸気行程噴射及び排気行程噴射を行う。これらの噴射タイミングは、ＥＣＵ５０の内部で実行される制御タイマに基づいて決定される。

吸気行程噴射及び排気行程噴射は、類似のタイミングでそれぞれ個別に実行される。そこで、図６に示す例では、他の気筒１３の吸気行程噴射と同じタイミング（タイミングｔｘ）で排気行程噴射を行うように構成した。

燃料噴射時期を制御するにために、制御タイマが必要となる。ＥＣＵは、各気筒１３において、制御タイマに基づいて燃料噴射時期を決定している。このとき、吸気行程噴射だけであれば、異なる気筒１３の燃料噴射時期が重なることはないので、一つの制御タイマで全ての気筒１３の燃料噴射時期を制御できる。

一方、排気行程噴射は、ある気筒の吸気行程噴射と他の気筒の排気行程噴射とで、燃料噴射時期が近接して行われるため、吸気行程噴射と排気行程噴射とを、異なる制御タイマによって制御する必要がある。しかしながら、エンジン１０において排気行程噴射を行う頻度は少なく、吸気行程噴射と排気行程噴射とは近接したタイミングで行われるので、これら吸気行程噴射と排気行程噴射とを同時に行うように構成してもよい。

このように構成することによってＥＣＵ５０における制御タイマを削減して制御を簡略化し、低コスト化が可能となる。

以上のように本発明の実施形態では、車両を駆動し、排気を浄化する触媒３２と、気筒１３内に燃料を噴射する燃料噴射装置としての直噴インジェクタ４１とが備えられたエンジン１０において、直噴インジェクタ４１を制御してエンジン１０の動作を制御するエンジンの制御装置としてのＥＣＵ５０に関するものである。

ＥＣＵ５０は、車両の運転状態（アクセル開度ＡＰＯ、エンジン回転速度Ｎｅ等）に基づき、直噴インジェクタ４１の燃料噴射を停止する燃料停止手段として構成される。燃料停止手段により気筒１３への燃料の噴射が停止された後、燃料の噴射を再開する場合は、車両の運転状態に基づいて、エンジン１０が理論空燃比または希薄燃焼となるように決定した噴射量（燃料噴射パルスＴｉ）で、直噴インジェクタ４１に燃料を噴射させる。このとき、気筒１３の排気行程で、直噴インジェクタ４１に所定量の燃料（ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃ）を噴射させる。

このように、燃料カット後、燃料を噴射してエンジン１０を駆動させる燃料カットリカバー処理のときに排気行程噴射を行うことにより、燃料カット時に酸素ストレージ量が過多となった触媒３２の酸素ストレージ量を適正に戻すことができる。これにより、燃料カットリカバーの触媒３２に浄化効率の低下を抑制することができる。

このとき、エンジン１０を駆動するための燃料の噴射量は理論空燃比または希薄燃焼とする。これにより、燃料カットリカバー時に燃料をリッチ化することがなく、排ガス中のＰＭ、ＰＮ、ＣＯ等の有害な物質の発生を抑制することができる。

ＥＣＵ５０は、吸入空気量Ｑａとエンジン回転速度Ｎｅと空燃比ＡＦとに基づいて、触媒３２における酸素ストレージ量ＯＳＣを算出する触媒酸素貯蔵量検出手段として構成される。ＥＣＵ５０は、触媒酸素貯蔵量検出手段によって検出された触媒３２の酸素ストレージ量ＯＳＣ（酸素貯蔵量）に基づいて、気筒の排気行程で噴射する燃料の排気行程噴射量（ＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃ）を決定する。ＥＣＵ５０は、決定された前記排気行程噴射量の燃料を直噴インジェクタ４１に噴射させる。

このように、触媒３２の酸素ストレージ量に基づいて排気行程噴射の排気行程噴射量を決定するので、触媒３２の酸素ストレージ量を速やかに適正とすることができると共に、余分な燃料を噴射することがない。これにより、ＮＯｘの排出を抑制できる。

ＥＣＵ５０は、触媒３２の触媒温度Ｔｃａｔを検出する触媒温度検出手段として構成される。ＥＣＵ５０は、触媒温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｃａｔｔｈよりも高い場合は、最も早く排気行程となる気筒１３の排気行程で、排気行程噴射を行う。

このように、触媒３２の温度が十分に高い場合は、触媒３２が活性化されているため、できるだけ早いタイミングで排気行程噴射を行うことで、触媒３２の酸素ストレージ量を適正とすることができる。これにより、ＮＯｘの排出を抑制できる。

また一方で、ＥＣＵ５０は、触媒温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｃａｔｔｈよりも低い場合は、最も早く燃焼行程となる気筒１３の排気行程で、排気行程噴射を行う。

このように、触媒３２の温度が低く触媒３２が活性化されていない場合は、燃焼後の温度の高い排ガスと共に排気行程噴射を行う。これにより、速やかに触媒３２の温度を上昇させて触媒を活性化させ、触媒３２の酸素ストレージ量を適正とすることができる。これにより、ＮＯｘの排出を抑制できる。

排気行程噴射量であるＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃが直噴インジェクタ４１における最小燃料噴射パルス幅Ｔｍｉｎ以下と判定した場合は、噴射量が正確に制御できない。この場合は、ＥＣＵ５０は、排気行程噴射を行わないように設定すると共に、基本燃料噴射パルス幅ＴｐにＯＳＣ要求増量分パルス幅Ｔｏｓｃを加えて燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出する。これにより、吸気行程噴射がリッチ側に増量されて、触媒３２の酸素ストレージ量を適正とすることができ、ＮＯｘの排出を抑制できる。

以上説明した本発明の実施形態では、エンジン１０を搭載して燃料カットを行う車両を例に説明したが、これに限られない。例えば、モータとエンジン１０によって駆動されるハイブリッド自動車において、エンジン１０の動作を停止して電動走行を行った後、再びエンジン１０を駆動してハイブリッド走行する車両に適用してもよい。

１０ エンジン
１３ シリンダ（気筒）
１７ 水温センサ
１８ クランク角センサ
２３ 電制スロットル弁
２５ 吸気弁
３０ 排気管
３１ 空燃比センサ
３２ 触媒
３３ 触媒温度センサ
３５ 排気弁
４１ 直噴インジェクタ
５０ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
５１ アクセル開度センサ

Claims (4)

1. 車両を駆動し、排気を浄化する触媒と複数の気筒内にそれぞれ燃料を噴射する燃料噴射装置とが備えられたエンジンにおいて、前記燃料噴射装置を制御して前記エンジンの動作を制御するエンジンの制御装置であって、
   前記制御装置は、
   前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
   前記車両の運転状態に基づき、前記燃料噴射装置の燃料噴射を停止する燃料停止手段を備え、
   前記燃料停止手段により前記気筒内への燃料の噴射が停止された後、燃料の噴射を再開する場合であって、空気と燃料が前記触媒に流入しても前記触媒にストレージされた酸素と燃料との反応が起こる前記触媒の所定温度よりも前記触媒温度検出手段によって検出された前記触媒の温度が高い場合は、
   前記車両の運転状態に基づいて、前記エンジンが理論空燃比または希薄燃焼となるように決定した噴射量で、前記燃料噴射装置に燃料を噴射させると共に、
   複数の前記気筒のうち、燃料の噴射を再開する条件が成立してから最も早く排気行程となる前記気筒の排気行程で、前記燃料噴射装置に燃料を噴射させることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記制御装置は、
   前記触媒の酸素貯蔵量に基づいて、前記気筒の排気行程で噴射する燃料の排気行程噴射量を決定し、
   前記気筒の排気行程で、決定された前記排気行程噴射量の燃料を前記燃料噴射装置に噴射させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記制御装置は、
   前記触媒温度検出手段により検出された前記触媒の温度が前記所定温度よりも低い場合は、複数の前記気筒のうち、燃料の噴射を再開する条件が成立してから最も早く燃焼する前記気筒の排気行程で、前記燃料噴射装置に燃料を噴射させることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
4. 車両を駆動し、排気を浄化する触媒と、複数の気筒内にそれぞれ燃料を噴射する燃料噴射装置とが備えられたエンジンにおいて、前記燃料噴射装置を制御して前記エンジンの動作を制御するエンジンの制御方法であって、
   前記車両の運転状態に基づき、前記燃料噴射装置による前記気筒内への燃料の噴射を停止し、
   前記気筒内への燃料の噴射が停止された後、燃料の噴射を再開する場合であって、空気と燃料が前記触媒に流入しても前記触媒にストレージされた酸素と燃料との反応が起こる前記触媒の所定温度よりも前記触媒の温度が高い場合は、
   前記車両の運転状態に基づいて、前記エンジンが理論空燃比又は希薄燃焼となるように決定した燃料の噴射量で、前記燃料噴射装置に燃料を噴射させると共に、
   複数の前記気筒のうち、燃料の噴射を再開する条件が成立してから最も早く排気行程となる前記気筒の排気行程で、前記燃料噴射装置に燃料を噴射させることを特徴とするエンジンの制御方法。

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