JP4198614B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＮＯｘ浄化装置を備える内燃機関の制御装置に関し、特に空燃比を理論空燃比よりリッチ側に設定したときに、吸入空気量を減少させる制御を行うものに関する。

ＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収剤を有するＮＯｘ浄化装置を備えた内燃機関の排気浄化装置が特許文献１に示されている。この排気浄化装置では、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを還元するために、内燃機関で燃焼される混合気のリッチ化（還元リッチ化）が行われる。

この空燃比のリッチ化を行うために、特許文献１に示された排気浄化装置では、スロットル弁の弁開度を低減し、吸入空気量を減少させる制御が行われる。これは、空燃比のリッチ化を行うために、燃料噴射量の増加のみが行われると、トルクショックが発生するおそれがあることから、スロットル弁の弁開度を低減し、吸入空気量を減少させて空燃比のリッチ化を行うことにより、トルクショックの発生を抑制するようにしたものである。

特開平１０−１８４４１８号公報

特許文献１に示された装置では、スロットル弁を駆動するスロットル弁駆動装置が故障した場合が考慮されていないため、スロットル弁駆動装置が故障した場合において、空燃比のリッチ化を行うときに、吸入空気量を減少させることができなくなる。その結果、燃料噴射量を大幅に増加させることが必要になり、燃費を悪化させるとともに、トルクショックを発生させるおそれがある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、空燃比のリッチ化を行う際、吸入空気量を減少させるための機構が故障したときでも、燃費の悪化とトルクショックの発生を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、１つの気筒に対応して複数の吸気ポート（２Ａ、２Ｂ）が設けられた内燃機関（１）の制御装置であって、前記機関（１）の排気系（４）に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段（１１）と、前記複数の吸気ポート（２Ａ、２Ｂ）の集合部より上流の吸気管（２）に設けられ、前記機関（１）に吸入される空気量を制御する吸入空気量制御手段（１３、１５）と、該吸入空気量制御手段（１３、１５）の開度を減少させて、前記排気浄化手段（１１）に流入する排気の空燃比をリッチ化するリッチ化手段（２０）と、前記複数の吸気ポートの一部（２Ｂ）に設けられ、該一部の吸気ポート（２Ｂ）を介して前記機関（１）に吸入される空気量を制御することにより前記機関の燃焼室内にスワールを発生させるための流量制御手段（１４）とを備える内燃機関（１）の制御装置において、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段（２６）と、前記機関より駆動される車両のアクセルペダルの操作量（ＡＰ）を検出するアクセルペダル操作量検出手段（２５）と、前記吸入空気量制御手段（１３、１５）の故障を検出する故障検出手段（２０、Ｓ２１）と、前記排気の空燃比のリッチ化において、前記吸入空気量制御手段（１３、１５）の故障が検出されたときには、前記機関（１）に吸入される空気量を、前記流量制御手段（１４）により減少させべく、前記流量制御手段に供給する流量制御量を減少させる故障時制御手段（２０、Ｓ２２〜Ｓ２６）とを備え、前記故障時制御手段は、前記機関回転数（ＮＥ）が低下するほど前記流量制御量の減少量（ΔＳＯＣＭＤ）を増加させ、また前記アクセルペダル操作量（ＡＰ）が低下するほど前記流量制御量の減少量（ΔＳＯＣＭＤ）を増加させることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関（１）の制御装置において、前記機関（１）には過給機（８）が設けられており、前記故障時制御手段（２０、Ｓ２２〜Ｓ２６）は、過給圧を減少させべく、前記過給機（８）に供給する過給圧制御量を減少させる制御を行い、前記機関回転数（ＮＥ）が低下するほど前記過給圧制御量の減少量（ΔＰＣＨＣＭＤ）を増加させ、また前記アクセルペダル操作量（ＡＰ）が低下するほど前記過給圧制御量の減少量（ΔＰＣＨＣＭＤ）を増加させることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関（１）の制御装置において、前記故障時制御手段（２０、Ｓ２２〜Ｓ２６）は、前記吸入空気量制御手段（１３、１５）の故障が検出されていないときに比べて、前記排気の空燃比をリーン側に設定することを特徴とする。

「空燃比」は、一般には機関で燃焼する混合気の空気と燃料の比率を意味するが、本明細書及び特許請求の範囲において、「排気の空燃比」という場合には、排気中の酸素濃度と、還元剤（還元成分）濃度との比率を意味するものとする。また「排気の空燃比のリッチ化」は、排気中の還元剤濃度を酸素濃度より高くすることを意味するものとする。

請求項１に記載の発明によれば、排気の空燃比のリッチ化において、吸入空気量制御手段の故障が検出されたときには、流量制御手段により内燃機関に吸入される空気量を減少させるべく流量制御量が減少され、機関回転数が低下するほど流量制御量の減少量が増加し、またアクセルペダル操作量が低下するほど流量制御量の減少量が増加するように制御される。したがって、排気の空燃比のリッチ化を行う際、吸入空気量制御手段が故障したときでも、燃料噴射量を大幅に増加させる必要が無くなり、燃費の悪化とトルクショックの発生を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、機関には過給機が設けられ、過給圧を減少させるべく、過給機に供給する過給圧制御量を減少させる制御が行われ、機関回転数が低下するほど過給圧制御量の減少量を増加させ、またアクセルペダル操作量が低下するほど過給圧制御量の減少量を増加させるように制御される。流量制御手段により吸入空気量制御が行われるのは、一部の吸気ポートのみであるため、吸入空気量制御手段に比べて制御できる流量の範囲が狭い。したがって、過給圧を低下させることにより、流量制御手段による吸入空気量制御をより適切に行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、吸入空気量制御手段の故障が検出されていないときに比べて、前記空燃比がリーン側に設定される。上述したように流量制御手段は、吸入空気量制御手段に比べて制御できる流量の範囲が狭いので、排気の空燃比をよりリーン側に設定することにより、リッチ化のための燃料噴射量の増加分を減少させることができる。その結果、燃費の悪化とトルクショックの発生を確実に抑制することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置の全体構成を示す図である。エンジン１は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁１２が設けられている。燃料噴射弁１２は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されており、燃料噴射弁１２の開弁時間は、ＥＣＵ２０により制御される。

エンジン１は、吸気管２、排気管４、及びターボチャージャ８を備えている。ターボチャージャ８は、排気の運動エネルギにより駆動されるタービン１０と、タービン１０により回転駆動され、吸気の圧縮を行うコンプレッサ９とを備えている。

タービン１０は、複数の可変ベーン（図示せず）を備えており、可変ベーンの開度（以下「ベーン開度」という）を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービン１０のベーン開度は、ＥＣＵ２０により電磁的に制御される。より具体的には、ＥＣＵ２０は、デューティ比可変の制御信号をタービン１０に供給し、これによってベーン開度を制御する。ベーン開度を増加させると、タービン１０の効率が向上し、タービン回転数は増加する。その結果、過給圧ＰＣＨが増加する。

吸気管２内の、コンプレッサ９の下流には吸入空気量を制御するスロットル弁１３が設けられている。またスロットル弁１３を開閉駆動するスロットル弁駆動装置１５が設けられており、スロットル弁１３の弁開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨは、スロットル弁駆動装置１５を介してＥＣＵ２０により制御される。スロットル弁駆動装置１５は、スロットル弁１３を駆動する電動モータ、電動モータの駆動力をスロットル弁１３に伝達するギヤ機構、スロットル弁１３を閉弁方向及び開弁方向に付勢する弾性部材などを備えている。
吸気管２は、スロットル弁１３の下流側において各気筒に対応して分岐し、分岐した吸気管２のそれぞれは、２つの吸気ポート２Ａ、２Ｂに分岐する。なお、図１には１つの気筒に対応する構成のみが示される。

スロットル弁１３は、通常のエンジン運転状態では、ほぼ全開とされており、以下に説明する還元リッチ化を実行する際、スロットル弁開度を減少させ、エンジン１の燃焼室に流入する新気を減少させる。このことにより、空気量が燃料量に対して減少し、空燃比（排気の空燃比）がリッチ化される。

エンジン１の各気筒には、２つの吸気弁（図示せず）及び２つの排気弁（図示せず）が設けられている。２つの吸気弁により開閉される吸気口（図示せず）は吸気ポート２Ａ、２Ｂのそれぞれに接続されている。
また、吸気ポート２Ｂ内には、当該吸気ポート２Ｂを介して吸入される空気量を制限してエンジン１の燃焼室にスワールを発生させるスワール制御弁（以下「ＳＣＶ」という）１４が設けられている。ＳＣＶ１４の弁開度（以下「ＳＣＶ開度」という）ＳＯは、図示しないＳＣＶ駆動装置を介してＥＣＵ２０により制御される。ＳＣＶ駆動装置は、スロットル弁駆動装置１５と同様に構成されている。

排気管４と吸気ポート２Ｂとの間には、排気を吸気ポート２Ｂに還流する排気還流通路５が設けられている。排気還流通路５には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）６が設けられている。ＥＧＲ弁６は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はＥＣＵ２０により制御される。ＥＧＲ弁６には、その弁開度（弁リフト量）ＬＡＣＴを検出するリフトセンサ７が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２０に供給される。排気還流通路５及びＥＧＲ弁６より、排気還流機構が構成される。ＥＧＲ弁６は、デューティ比可変の制御信号により、弁リフト量ＬＡＣＴが、エンジン運転状態に応じて設定されるリフト量指令値ＬＣＭＤと一致するように制御される。

吸気管２には、吸入空気量ＧＡを検出する吸入空気量センサ２１と、コンプレッサ９の下流側の過給圧ＰＣＨを検出する過給圧センサ２２とが取り付けられており、これらの検出信号はＥＣＵ２０に供給される。
排気管４の、タービン１０の下流側には、比例型空燃比センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）２３が設けられ、ＬＡＦセンサ２３の下流側には、ＮＯｘ浄化装置１１が設けられている。ＬＡＦセンサ２３は排気中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した検出信号をＥＣＵ２０に供給する。

ＮＯｘ浄化装置１１は、ＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収剤及び酸化、還元を促進するための触媒を内蔵する。ＮＯｘ浄化装置１１は、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気中の酸素濃度が比較的高く、還元剤（ＨＣ、ＣＯ）濃度が酸素濃度より低い排気リーン状態においては、ＮＯｘを吸収する一方、逆にエンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気中の酸素濃度が比較的低く、還元剤濃度が酸素濃度より高い排気リッチ状態においては、吸収したＮＯｘを還元剤により還元し、窒素ガス、水蒸気及び二酸化炭素として排出するように構成されている。

なお、ＮＯｘ浄化装置１１は、排気リーン状態のときにＮＯｘを吸着し、排気リッチ状態のときにＮＯｘを還元するものや、排気リッチ状態のときにアンモニアを生成して保持し、排気リーン状態のときに保持しているアンモニアでＮＯｘを還元するものであってもよい。

ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力の限界、すなわち最大ＮＯｘ吸収量まで、ＮＯｘを吸収すると、それ以上ＮＯｘを吸収できなくなるので、適時ＮＯｘを還元するために、空燃比のリッチ化、すなわち還元リッチ化を実行する。また、ディーゼル機関用の燃料に含まれている硫黄（Ｓ）が酸化して発生したＳＯｘがＮＯｘ吸収剤に付着すると、ＮＯｘ吸収能力が低下するので、適時ＳＯｘの放出を実行する必要がある。この場合にも、空燃比のリッチ化が実行される。これらの空燃比のリッチ化は、燃料噴射弁１２から噴射される燃料量の増量とスロットル弁１３等による吸入空気量の減量とによって行われる。

またエンジン１により駆動される車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２５及びエンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２６が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ２０に供給される。

クランク角度位置センサ２６は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）でＣＲＫパルスを発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ２０に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期の制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁１２、ＥＧＲ弁６、タービン１０、スロットル弁１３、ＳＣＶ１４などに制御信号を供給する出力回路等から構成される。

ＥＣＵ２０は、各種センサの検出信号に基づいて、燃料噴射量ＴＯＵＴ、ＳＣＶ開度ＳＯ、タービン１０による過給圧ＰＣＨ等を制御する。燃料噴射量ＴＯＵＴは、実際には燃料噴射弁１２の開弁時間として算出される。図示しない燃料噴射時期演算処理により得られる燃料噴射時期において、燃料噴射量ＴＯＵＴに応じた時間に亘って燃料噴射弁１２が開弁され、エンジン１に燃料が供給される。

上述したように本実施形態では、空燃比のリッチ化を行うときは、スロットル弁開度ＴＨを制御して、吸入空気量ＧＡを減少させる。しかしながら、スロットル弁駆動装置１５（またはスロットル弁１３そのもの）が故障しているときには、スロットル弁開度ＴＨを制御することができず、スロットル弁１３は全開のまま固定されてしまう場合がある。なお、スロットル弁１３そのもの、またはスロットル弁駆動装置１５の故障、すなわち、スロットル弁１３を正常に開閉駆動できなくなる故障を、以下の説明では単に、スロットル弁駆動装置１５の故障という。ところで、吸入空気量ＧＡの減量は、ＳＣＶ開度ＳＯや過給圧ＰＣＨの制御によっても可能である。そこで、本実施形態では、スロットル弁駆動装置１５が故障しているときには、ＳＣＶ開度ＳＯや過給圧ＰＣＨを制御して、吸入空気量ＧＡを減少させるようにしている。

以下本実施形態における吸入空気量ＧＡを減少させる方法について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、吸入空気量ＧＡとＳＣＶ開度ＳＯとの関係を説明するための図である。ここで、ラインＬＯＨは、スロットル弁１３が全開であり、かつ過給圧ＰＣＨが高過給圧ＰＣＨＨであるときの吸入空気量ＧＡとＳＣＶ開度ＳＯとの関係を示し、ラインＬＯＬは、スロットル弁１３が全開であり、かつ過給圧ＰＣＨが低過給圧ＰＣＨＬであるときの関係を示し、ラインＬＣＨは、スロットル弁１３が閉じており、かつ過給圧ＰＣＨが高過給圧ＰＣＨＨであるときの関係を示す。また、ＴＧＡは、空燃比のリッチ化を行うときの目標吸入空気量であり、以下「リッチ化目標吸入空気量」という。

空燃比のリッチ化を行うときに、スロットル弁駆動装置１５が正常であれば、スロットル弁開度ＴＨを制御して、吸入空気量ＧＡを減少させることができる。例えば、ＳＣＶ開度ＳＯが第１開度ＳＯＬであり、過給圧ＰＣＨが高過給圧ＰＣＨＨであって、吸入空気量ＧＡが第１吸入空気量ＧＡＯＨＬであるとき（図２のラインＬＯＨ上の点Ｐ１に対応する状態にあるとき）は、スロットル弁開度ＴＨを減少させることにより、吸入空気量ＧＡを第１吸入空気量ＧＡＯＨＬから目標空気吸入量ＴＧＡまで減少させることができる（ラインＬＣＨ上の点Ｐ２に対応する状態となる）。

一方、スロットル弁駆動装置１５が故障しているとき、例えば、ＳＣＶ開度ＳＯ、過給圧ＰＣＨ及び吸入空気量ＧＡが、点Ｐ１に対応する状態にあれば、ＳＣＶ１４を閉じて吸入空気量ＧＡを減少させるべく、ＳＣＶ開度ＳＯを、第１ＳＣＶ開度ＳＯＬから第２ＳＣＶ開度ＳＯＳに減少させる。これにより、吸入空気量ＧＡは、ラインＬＯＨで示すように、第１吸入空気量ＧＡＯＨＬから第２吸入空気量ＧＡＯＨＳまで減少する（点Ｐ３に対応する状態となる）。さらに、過給圧ＰＣＨを、高過給圧ＰＣＨＨから低過給圧ＰＣＨＬに変更することにより、吸入空気量ＧＡとＳＣＶ開度ＳＯとの関係を、ラインＬＯＨに示す関係からラインＬＯＬに示す関係に変化させる。これにより、吸入空気量ＧＡは、第２吸入空気量ＧＡＯＨＳからリッチ化目標吸入空気量ＴＧＡまで減少する（点Ｐ４に対応する状態となる）。
このように、本実施形態では、空燃比のリッチ化を行う際、スロットル弁駆動装置１５が故障しているときには、ＳＣＶ開度ＳＯや過給圧ＰＣＨを制御して、吸入空気量ＧＡをリッチ化目標吸入空気量ＴＧＡまで減少させるようにしている。

次に本実施形態における空燃比のリッチ化継続時間について、図３を参照して説明する。図３は、空燃比のリッチ化継続時間ＴＲと、空燃比のリッチ化継続中にＮＯｘ浄化装置１１に流入する還元成分（ＨＣ、ＣＯ）の積算量ΣＱＲ（以下「還元成分積算量」という）との関係を説明するための図である。図３において、ΣＲＱＲは、最大ＮＯｘ吸収量まで吸収されたＮＯｘを還元するために必要な還元成分の積算量であり、以下「要求還元成分量」という。

空燃比のリッチ化が開始されると、還元成分がＮＯｘ浄化装置１１に流入するので、還元成分が増加すれば、還元成分積算量ΣＱＲも増加する。
空燃比のリッチ化を行う際、スロットル弁駆動装置１５が正常であれば、スロットル弁開度ＴＨを制御して、吸入空気量ＧＡを容易に減少させることができるため、空燃比は、リッチ化度合の大きな空燃比（例えば、１２．０程度（以下「正常時目標空燃比ＡＦＣＭＤＮ」という））に設定される。ここで、単位時間当たりの還元成分の供給量は、空燃比がリッチ側になるに従い増加するので、空燃比のリッチ化を行う際、スロットル弁駆動装置１５が正常であれば、ラインＬＮで示すように、還元成分積算量ΣＱＲは比較的速い速度で増加する。このとき、還元成分積算量ΣＱＲが要求還元成分量ΣＲＱＲに達するまでに必要なリッチ化継続時間はＴＲＮであり、以下「正常時リッチ化時間」という。

一方、空燃比のリッチ化を行う際、スロットル弁駆動装置１５が故障しているときには、スロットル弁開度ＴＨを制御できず、吸入空気量ＧＡを減少させることが困難であるため、リッチ化のための燃料噴射量ＴＯＵＴの増加分を減らすべく、空燃比は、正常時目標空燃比ＡＦＣＭＤＮに比して、リーン側の値（例えば、１４．５程度（以下「故障時目標空燃比ＡＦＣＭＤＦ」という））に設定される。したがって、還元成分の供給量が減少し、ラインＬＦで示すように、還元成分積算量ΣＱＲは比較的緩やかに増加する。このとき、還元成分積算量ΣＱＲが要求還元成分量ΣＲＱＲに達するまでに必要なリッチ化継続時間はＴＲＦであり、以下「故障時リッチ化時間」という。

以上のように、本実施形態では、スロットル弁駆動装置１５が故障しているときには、空燃比が、正常時目標空燃比ＡＦＣＭＤＮよりリーン側の故障時目標空燃比ＡＦＣＭＤＦに設定され、正常時リッチ化時間ＴＲＮより長い故障時リッチ化時間ＴＲＦに亘って空燃比のリッチ化が実行される。

図４は、リーンバーン運転とリッチ化運転との切換制御を行う空燃比切換制御処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２０のＣＰＵで一定時間（例えば１０ミリ秒）毎に実行される。

ステップＳ２０では、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。リッチ化フラグＦＲＩＣＨは、ＮＯｘ浄化装置１１が、最大ＮＯｘ吸収量までＮＯｘを吸収したとき、すなわち、空燃比のリッチ化を行うときに、図示しない処理により、「１」に設定され、空燃比のリッチ化を終了してリーンバーン運転に移行するときに、「０」に設定される（ステップＳ３３参照）。リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「０」であるときは、ステップＳ３４に進む。この場合には、空燃比のリッチ化を行わず、通常制御を実行し、本処理を終了する。

ステップＳ２１では、スロットル弁駆動装置１５が故障しているか否かを判別する。スロットル弁駆動装置１５の故障判別は、例えば、ＥＣＵ２０からスロットル弁駆動装置１５に供給される制御信号と、吸入空気量センサ２１により検出された吸入空気量ＧＡとの関係に基づいて行われる。すなわち、例えば、スロットル弁１３の開度を所定開度減少させる制御信号を、スロットル弁駆動装置１５に供給したときの吸入空気量ＧＡの減少量が所定正常範囲内にあれば、スロットル弁駆動装置１５が正常と判定される。一方、吸入空気量ＧＡの減少量が所定正常範囲内にないときは、スロットル弁駆動装置１５が故障していると判定される。

ステップＳ２１で、スロットル弁駆動装置１５が正常であるときには、前回のリッチ化フラグＦＲＩＣＨが「０」であったか否かを判別する（ステップＳ２７）。前回のリッチ化フラグＦＲＩＣＨが「０」でなかったときは、直ちにステップＳ２９に進む。前回のリッチ化フラグＦＲＩＣＨが「０」であったとき、すなわち、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「０」から「１」に変化した直後であるときは、後述するステップＳ３２で参照されるダウンカウントタイマｔｍＲを、正常時リッチ化時間ＴＲＮにセットしてスタートさせる（ステップＳ２８）。

ステップＳ２９では、エンジン回転数ＮＥ及びアクセルペダル操作量ＡＰに応じて、ＳＯＣＭＤＮマップ（図示せず）及びＰＣＨＣＭＤＮマップ（図示せず）を検索し、正常時目標ＳＣＶ開度ＳＯＣＭＤＮ及び正常時目標過給圧ＰＣＨＣＭＤＮを算出する。正常時目標ＳＣＶ開度ＳＯＣＭＤＮは、スロットル弁駆動装置１５が正常であるときに適用されるＳＣＶ１４の目標弁開度であり、正常時目標過給圧ＰＣＨＣＭＤＮは、スロットル弁駆動装置１５が正常であるときに適用される目標過給圧である。

ステップＳ３０では、算出された正常時目標ＳＣＶ開度ＳＯＣＭＤＮを、目標ＳＣＶ開度ＳＯＣＭＤとして設定し、算出された正常時目標過給圧ＰＣＨＣＭＤＮを、目標過給圧ＰＣＨＣＭＤとして設定する。
続く、ステップＳ３１では、正常時目標空燃比ＡＦＣＭＤＮを、目標空燃比ＡＦＣＭＤとして設定する。正常時目標空燃比ＡＦＣＭＤＮは、上述したように、リッチ化度合の大きい値に設定されている。

ステップＳ３２では、タイマｔｍＲの値が「０」か否かを判別し、タイマｔｍＲの値が「０」でないときは、空燃比のリッチ化を継続すべく、直ちに本処理を終了し、タイマｔｍＲの値が「０」となったときは、空燃比のリッチ化を終了してリーンバーン運転に移行すべく、リッチ化フラグＦＲＩＣＨを「０」に設定し（ステップＳ３３）、本処理を終了する。

一方、ステップＳ２１で、スロットル弁駆動装置１５が故障しているときは、前回のリッチ化フラグＦＲＩＣＨが「０」であったか否かを判別する（ステップＳ２２）。前回のリッチ化フラグＦＲＩＣＨが「０」でなかったときは、直ちにステップＳ２４に進む。前回のリッチ化フラグＦＲＩＣＨが「０」であったとき、すなわち、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「０」から「１」に変化した直後であるときは、ダウンカウントタイマｔｍＲを、故障時リッチ化時間ＴＲＦにセットしてスタートさせる（ステップＳ２３）。上述したように、故障時リッチ化時間ＴＲＦは、ステップＳ２８でセットされる正常時リッチ化時間ＴＲＮより、長いリッチ化継続時間である。

ステップＳ２４では、エンジン回転数ＮＥ及びアクセルペダル操作量ＡＰに応じて、ＳＯＣＭＤＦマップ（図示せず）及びＰＣＨＣＭＤＦマップ（図示せず）を検索し、故障時目標ＳＣＶ開度ＳＯＣＭＤＦ及び故障時目標過給圧ＰＣＨＣＭＤＦを算出する。故障時目標ＳＣＶ開度ＳＯＣＭＤＦは、スロットル弁駆動装置１５が故障しているときに適用されるＳＣＶ１４の目標弁開度であり、ＳＣＶ１４を閉じて吸入空気量ＧＡを減少させるべく、ステップＳ２９で算出される正常時目標ＳＣＶ開度ＳＯＣＭＤＮより、小さい弁開度に設定されている。また、故障時目標過給圧ＰＣＨＣＭＤＦは、スロットル弁駆動装置１５が故障しているときに適用される目標過給圧であり、過給圧ＰＣＨを低下させて吸入空気量ＧＡを減少させるべく、ステップＳ２９で算出される正常時目標過給圧ＰＣＨＣＭＤＮより、低圧に設定されている。

ここで、スロットル弁駆動装置１５が故障しているときに用いられるＳＯＣＭＤＦマップは、その設定値ＳＯＣＭＤＦと、スロットル弁駆動装置１５が正常であるときの設定値ＳＯＣＭＤＮとの差ΔＳＯＣＭＤ（＝ＳＯＣＭＤＮ−ＳＯＣＭＤＦ）が、エンジン回転数ＮＥが低下するほど、またアクセルペダル操作量ＡＰが低下するほど、増加するように設定されている。また、スロットル弁駆動装置１５が故障しているときに用いられるＰＣＨＣＭＤＦマップは、その設定値ＰＣＨＣＭＤＦと、スロットル弁駆動装置１５が正常であるときの設定値ＰＣＨＣＭＤＮとの差ΔＰＣＨＣＭＤ（＝ＰＣＨＣＭＤＮ−ＰＣＨＣＭＤＦ）が、エンジン回転数ＮＥが低下するほど、またアクセルペダル操作量ＡＰが低下するほど、増加するように設定されている。

ステップＳ２５では、算出された故障時目標ＳＣＶ開度ＳＯＣＭＤＦを、目標ＳＣＶ開度ＳＯＣＭＤとして設定し、算出された故障時目標過給圧ＰＣＨＣＭＤＦを、目標過給圧ＰＣＨＣＭＤとして設定する。
続く、ステップＳ２６では、故障時目標空燃比ＡＦＣＭＤＦを、目標空燃比ＡＦＣＭＤとして設定する。故障時目標空燃比ＡＦＣＭＤＦは、上述したように、ステップＳ３１で設定される正常時目標空燃比ＡＦＣＭＤＮに比して、リーン側に設定されている。ステップＳ２６実行後は、前記ステップＳ３２進む。

なお、図示しない処理により、ＳＣＶ開度ＳＯが目標ＳＣＶ開度ＳＯＣＭＤとなるように、ＳＣＶ１４が制御されるとともに、過給圧ＰＣＨが目標過給圧ＰＣＨＣＭとなるようにタービン１０のベーン開度が制御される。また、ＬＡＦセンサ２３により検出された空燃比が、目標空燃比ＡＦＣＭＤとなるように、燃料噴射量ＴＯＵＴが制御される。

図４の処理によれば、空燃比のリッチ化を行う際、スロットル弁駆動装置１５が故障しているときには、ＳＣＶ１４を閉じて吸入空気量ＧＡを減少させるべく、目標ＳＣＶ開度ＳＯＣＭＤが、正常時目標ＳＣＶ開度ＳＯＣＭＤＮより、小さい故障時目標ＳＣＶ開度ＳＯＣＭＤＦに設定される。ＳＣＶ１４が閉じられると、吸入空気量ＧＡが減少し、空燃比のリッチ化のために、燃料噴射量ＴＯＵＴを大幅に増加させる必要が無くなる。したがって、リッチ化による燃費の悪化とトルクショックの発生を抑制することができる。

また、目標過給圧ＰＣＨＣＭＤが、正常時目標過給圧ＰＣＨＣＭＤＮより、低圧である故障時目標過給圧ＰＣＨＣＭＤＦに設定される。ＳＣＶ１４により吸入空気量制御が行われるのは、全ての吸気ポート２Ａ、２Ｂではなく、吸気ポート２Ｂのみであるため、スロットル弁１３に比べて制御できる吸入空気量ＧＡの範囲が狭い。したがって、吸入空気量ＧＡを減少させるべく、過給圧ＰＣＨを低下させることにより、ＳＣＶ１４による吸入空気量ＧＡの減量をより適切に行うことができる。

さらに、目標空燃比ＡＦＣＭＤが、リッチ化度合の大きい値に設定された正常時目標空燃比ＡＦＣＭＤＮに比して、リーン側である故障時目標空燃比ＡＦＣＭＤＦに設定される。上述したようにＳＣＶ１４は、スロットル弁１３に比べて制御できる吸入空気量ＧＡの範囲が狭いので、リッチ化のための目標空燃比ＡＦＣＭＤをよりリーン側に設定することにより、リッチ化のための燃料噴射量ＴＯＵＴの増加分を減少させることができる。その結果、燃費の悪化とトルクショックの発生を確実に抑制することができる。

上述した実施形態では、ＮＯｘ浄化装置１１が排気浄化手段に相当し、スロットル弁１３及びスロットル弁駆動装置１５が吸入空気量制御手段に相当し、ＳＣＶ弁１４が流量制御手段に相当する。またＥＣＵ２０が故障時制御手段、故障検出手段及びリッチ化手段を構成する。具体的には、図４のステップＳ２１が故障検出手段に相当し、ステップＳ２２〜Ｓ２６が故障時制御手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、ＳＣＶ開度ＳＯを制御して、吸入空気量ＧＡの減量を行ったが、エンジン１に、各気筒の吸気弁の開弁時間や弁リフト量を制御する開弁量制御機構（図示せず）を設け、該開弁量制御機構により、吸気弁の開弁時間や弁リフト量を制御して、吸入空気量ＧＡの減量を行ってもよい。その場合、開弁量制御装置及び吸気弁が、流量制御手段を構成する。

また上述した実施形態では、燃料噴射弁１２により、１気筒当たり１回の主噴射を行う場合において、その主噴射の燃料噴射量ＴＯＵＴを増量して、排気空燃比のリッチ化（排気中の還元剤量の増量）を行うようにしたが、主噴射に加えてポスト噴射（主噴射の後に実行される補助的な燃料噴射）を実行して、排気空燃比のリッチ化を行うようにしてもよい。また、排気管４内に燃料、水素、アンモニアといった還元剤を直接供給する機構を、還元剤供給手段として設け、この還元剤供給手段により、還元剤の増量を行うようにしてもよい。ポスト噴射や還元剤供給手段により、還元剤量の増量を行う場合には、排気の空燃比に対応する目標空燃比を設定し、ＬＡＦセンサ２３により検出される排気空燃比が目標空燃比に一致するように、ポスト噴射量または還元剤供給手段による還元剤供給量の制御を行うようにする。

また上述した実施形態では、ディーゼル内燃機関の制御に本発明を適用した例を示したが、これに限るものではなく、ガソリン内燃機関の制御にも、本発明は適用可能である。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 吸入空気量とスワール制御弁の弁開度との関係を説明するための図である。 空燃比のリッチ化継続時間と、空燃比のリッチ化継続中にＮＯｘ浄化装置に流入する還元成分の積算量との関係を説明するための図である。 リーンバーン運転とリッチ化運転との切換制御を行う空燃比切換制御処理のフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ 吸気管
４ 排気管
８ ターボチャージャ
９ コンプレッサ
１０ タービン
１１ ＮＯｘ浄化装置（排気浄化手段）
１３ スロットル弁（吸入空気量制御手段）
１４ スワール制御弁（流量制御手段）
１５ スロットル弁駆動装置（吸入空気量制御手段）
２０ 電子制御ユニット（故障時制御手段、故障検出手段、リッチ化手段）
２５ アクセルセンサ
２６ クランク角度位置センサ

Claims (3)

1. １つの気筒に対応して複数の吸気ポートが設けられた内燃機関の制御装置であって、前記機関の排気系に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段と、前記複数の吸気ポートの集合部より上流の吸気管に設けられ、前記機関に吸入される空気量を制御する吸入空気量制御手段と、該吸入空気量制御手段の開度を減少させて、前記排気浄化手段に流入する排気の空燃比をリッチ化するリッチ化手段と、前記複数の吸気ポートの一部に設けられ、該一部の吸気ポートを介して前記機関に吸入される空気量を制御することにより前記機関の燃焼室内にスワールを発生させるための流量制御手段とを備える内燃機関の制御装置において、
   前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記機関より駆動される車両のアクセルペダルの操作量を検出するアクセルペダル操作量検出手段と、
   前記吸入空気量制御手段の故障を検出する故障検出手段と、
   前記排気の空燃比のリッチ化において、前記吸入空気量制御手段の故障が検出されたときには、前記機関に吸入される空気量を、前記流量制御手段により減少させるべく、前記流量制御手段に供給する流量制御量を減少させる故障時制御手段とを備え、
   前記故障時制御手段は、前記機関回転数が低下するほど前記流量制御量の減少量を増加させ、また前記アクセルペダル操作量が低下するほど前記流量制御量の減少量を増加させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記機関には過給機が設けられており、前記故障時制御手段は、過給圧を減少させるべく、前記過給機に供給する過給圧制御量を減少させる制御を行い、前記機関回転数が低下するほど前記過給圧制御量の減少量を増加させ、また前記アクセルペダル操作量が低下するほど前記過給圧制御量の減少量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記故障時制御手段は、前記吸入空気量制御手段の故障が検出されていないときに比べて、前記排気の空燃比をリーン側に設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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