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WO2024176314A1 - 内燃機関の制御装置、車両、及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

内燃機関の制御装置、車両、及び内燃機関の制御方法 Download PDF

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Publication number
WO2024176314A1
WO2024176314A1 PCT/JP2023/006060 JP2023006060W WO2024176314A1 WO 2024176314 A1 WO2024176314 A1 WO 2024176314A1 JP 2023006060 W JP2023006060 W JP 2023006060W WO 2024176314 A1 WO2024176314 A1 WO 2024176314A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control
combustion engine
internal combustion
fuel
way catalyst
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/006060
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2024176314A9 (ja
Inventor
章広 新庄
Original Assignee
本田技研工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 本田技研工業株式会社 filed Critical 本田技研工業株式会社
Priority to PCT/JP2023/006060 priority Critical patent/WO2024176314A1/ja
Publication of WO2024176314A1 publication Critical patent/WO2024176314A1/ja
Publication of WO2024176314A9 publication Critical patent/WO2024176314A9/ja

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine control device, a vehicle, and an internal combustion engine control method.
  • Patent Document 1 discloses a technology in which the amount of oxygen flowing into a three-way catalyst during fuel cut is estimated by an air-fuel ratio sensor, and if it is determined that the amount of oxygen has exceeded a threshold, control is performed to cancel the fuel cut, and then, after a predetermined time has elapsed, ignition is cut off to put the three-way catalyst into a reduced state (rich).
  • the air-fuel ratio near the three-way catalyst may become excessively rich, which may cause torque fluctuations (torque increase) in the internal combustion engine, making it difficult to accelerate smoothly and affecting ride comfort.
  • the present invention aims to provide an internal combustion engine control technology that enables smooth vehicle acceleration without cutting off the ignition and quickly restores the exhaust gas purification ability of the three-way catalyst. This will ultimately contribute to mitigating or reducing the impact of climate change.
  • a control device for an internal combustion engine is a control device for an internal combustion engine, comprising: a three-way catalyst arranged in an exhaust passage, the three-way catalyst absorbing oxygen or releasing the absorbed oxygen in accordance with an air-fuel ratio of exhaust gas; a control unit that controls the internal combustion engine using a detection value of an oxygen sensor that detects an oxygen concentration of exhaust gas flowing into the three-way catalyst and a detection value of a pressure sensor that measures an in-cylinder pressure of a cylinder in the internal combustion engine; The control unit performing a first injection amount control for increasing a fuel injection amount from a fuel injector and a first opening control for decreasing an air amount by closing a throttle opening of a throttle valve at a timing after a fuel cut in which fuel supply to the internal combustion engine is stopped or after a lean burn; The amount of air in the first opening control is controlled based on the detection value of the pressure sensor, and exhaust gas generated by combustion of the fuel injected in the first injection amount control is supplied to the three-way catalyst.
  • Another aspect of the present invention relates to a method for controlling an internal combustion engine, the method including: a three-way catalyst arranged in an exhaust passage, the three-way catalyst absorbing oxygen or releasing the absorbed oxygen in accordance with an air-fuel ratio of exhaust gas; a control step of controlling the internal combustion engine using a detection value of an oxygen sensor that detects an oxygen concentration of exhaust gas flowing into the three-way catalyst and a detection value of a pressure sensor that measures an in-cylinder pressure of a cylinder in the internal combustion engine, In the control step, performing a first injection amount control for increasing a fuel injection amount from a fuel injector and a first opening control for decreasing an air amount by closing a throttle opening of a throttle valve at a timing after a fuel cut in which fuel supply to the internal combustion engine is stopped or after a lean burn; The amount of air in the first opening control is controlled based on the detection value of the pressure sensor, and exhaust gas generated by combustion of the fuel injected in the first injection amount control is supplied to the three-way catalyst.
  • the present invention allows for smooth vehicle acceleration without cutting off the ignition, and also makes it possible to quickly restore the exhaust gas purification ability of the three-way catalyst.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a vehicle to which the technology of an embodiment can be applied.
  • 1 is a diagram illustrating a control device for an internal combustion engine according to an embodiment; 4 is a timing chart of a control process executed by the control device.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a processing flow in the control device for the internal combustion engine according to the embodiment.
  • ⁇ Configuration> 1 shows an example of a vehicle to which the technology of the embodiment can be applied, and in particular shows a side view (right side view) of a saddle-type vehicle 100.
  • the vehicle 100 of the embodiment is an example of a motorcycle having a front wheel FW and a rear wheel RW, but the present invention is also applicable to a control device for an internal combustion engine in other types of four-wheeled vehicles.
  • the vehicle 100 has a body frame 101 that forms its skeleton, a front wheel steering section 102 is supported at the front end of the body frame 101, and a swing arm 103 is supported at the rear end so that it can swing freely.
  • the front wheel steering section 102 includes a pair of left and right front forks 102a that support the front wheels FW, and a steering handle 102b attached to the upper parts of the pair of front forks 102a.
  • the front end of the swing arm 103 is supported by the body frame 101 so that it can swing freely, and the rear end supports the rear wheel RW.
  • the body frame 101 supports an internal combustion engine 106 and a transmission 107.
  • the internal combustion engine 106 includes a main body 110 consisting of a crankcase, a cylinder block, and a cylinder head, an intake passage 111, and an exhaust passage 112.
  • the internal combustion engine 106 is an in-line four-cylinder four-cycle engine.
  • the output of the internal combustion engine 106 is transmitted to the rear wheel RW via the transmission 107 and a chain transmission mechanism (not shown).
  • a fuel tank 105 is disposed above the internal combustion engine 106, and a seat 104 on which the rider sits is disposed behind the fuel tank 105.
  • An air cleaner box 108 into which outside air is introduced is disposed inside the fuel tank 105.
  • an air cleaner 108a connected to an outside air introduction duct and air funnels 111a constituting an intake passage 111 are disposed, and the air filtered by the air cleaner 108a can be introduced into the main body 110 via the air funnels 111a.
  • the intake passage 111 includes an air funnel 111a, throttle valve 111b, and intake pipe 111c provided for each cylinder, and the intake pipe 111c is connected to the intake port of the main body 110.
  • a fuel injection device (injector) 3 is provided for each cylinder and injects fuel into the intake port.
  • the exhaust passage 112 includes exhaust pipes 112a-1 (first exhaust pipe), exhaust pipe 112a-2 (second exhaust pipe), exhaust pipe 112a-3 (third exhaust pipe), and exhaust pipe 112a-4 (fourth exhaust pipe) for each cylinder connected to the exhaust port, a collecting pipe section 112b where these exhaust pipes 112-1 to 112a-4 are joined, a three-way catalyst 112c, and a muffler 112d.
  • the exhaust pipe 112a-1 corresponds to the first cylinder CL1
  • the exhaust pipe 112a-2 corresponds to the second cylinder CL2
  • the exhaust pipe 112a-3 corresponds to the third cylinder CL3
  • the exhaust pipe 112a-4 fourth exhaust pipe
  • the control device 1 is a device that controls the internal combustion engine 106, and includes a control unit (ECU) 2.
  • the control unit 2 includes a processing unit 21, a storage unit 22 such as RAM or ROM, and an interface unit 23 that relays the transmission and reception of signals between an external device and the processing unit 21.
  • the processing unit 21 is a processor represented by a CPU, and executes programs stored in the storage unit 22 to control the operation of the internal combustion engine 106. In addition to the programs executed by the processing unit 21, various data are stored in the storage unit 22.
  • the interface unit 23 receives the detection results of the various sensors 5 to 13 via a signal processing circuit (not shown), and the processing unit 21 controls the fuel injection device 3 and the throttle valve 111b for each cylinder via a drive circuit (not shown) based on the input detection results.
  • the control unit 2 controls the internal combustion engine 106 using the detection results of the various sensors 5 to 13.
  • the crank angle sensor 5 detects the rotation angle of the crankshaft (not shown) of the internal combustion engine 106 and supplies a signal corresponding to the rotation angle of the crankshaft to the control unit 2.
  • the crank angle sensor 5 includes a cylinder discrimination sensor, a TDC sensor, and a CRK sensor.
  • the cylinder discrimination sensor outputs a pulse signal (called a CYL signal) at a specified crank angle for a specific cylinder of the internal combustion engine 106.
  • the TDC sensor outputs a pulse signal (called a TDC signal) at a crank angle a certain crank angle before top dead center (TDC) at the start of the intake stroke of each cylinder (every 180 crank angles in a four-cylinder engine).
  • the TDC sensor detects when the piston (not shown) of the internal combustion engine 106 has reached top dead center (top dead center timing), and generates a TDC pulse each time it detects this and outputs it to the processing unit 21.
  • the interval between TDC pulses indicates the interval at which each cylinder of the internal combustion engine 106 is located at top dead center, i.e., the interval between explosion strokes.
  • the CRK sensor detects when the crankshaft (not shown) of the internal combustion engine 106 has rotated a specified angle (crank angle), and generates a rotation CRK pulse each time it detects and outputs it to the processing unit 21.
  • the CRK sensor outputs a pulse signal (called a CRK signal) at a constant crank angle period (e.g., 30 degree period) that is shorter than the TDC signal.
  • the oxygen sensors 7a and 7b are provided in the exhaust passage 112 and detect the oxygen concentration of the exhaust gas.
  • An LAF sensor Linear air fuel ratio sensor
  • the oxygen sensor 7a first oxygen sensor
  • the oxygen sensor 7b second oxygen sensor
  • the control unit 2 can determine the oxidation state of the three-way catalyst 112c by using the detection result of the oxygen sensor 7b provided downstream of the three-way catalyst 112c.
  • the three-way catalyst 112c purifies components such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas, and the muffler 112d suppresses exhaust noise.
  • the three-way catalyst 112c has the function of absorbing (storing) oxygen or releasing oxygen depending on the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 112c.
  • the three-way catalyst 112c absorbs the excess oxygen contained in the exhaust gas.
  • the three-way catalyst 112c releases the oxygen necessary to oxidize the unburned gas, reducing the oxidation state.
  • the opening sensor 6 detects the opening of the four throttle valves 111b which open and close in conjunction with each other.
  • the water temperature sensor 8 detects the coolant temperature of the internal combustion engine 106.
  • the atmospheric pressure sensor 9 detects the atmospheric pressure.
  • the vehicle speed sensor 10 detects the traveling speed of the vehicle 100.
  • the intake pressure sensor 11 is an intake pipe absolute pressure sensor which detects the intake pressure immediately downstream of the throttle valve 111b.
  • the intake air temperature sensor 12 detects the intake air temperature downstream of the intake pressure sensor 11.
  • the in-cylinder pressure sensor 13 pressure sensor is provided in the combustion chamber of the internal combustion engine and measures the in-cylinder pressure of the cylinder.
  • the in-cylinder pressure sensor 13 samples the in-cylinder pressure for each combustion cycle, for example, every 1 degree of crank angle, between the start of the intake stroke and the end of the exhaust stroke (crank angle: -360 degrees to 360 degrees), and stores the sampled value in the memory unit 22.
  • the cylinder pressure sensor 13 can use the detection signal to determine the cylinder pressure in the first cylinder CL1, the second cylinder CL2, the third cylinder CL3, and the fourth cylinder CL4.
  • the cylinder pressure sensor 13 detects changes in the cylinder pressure and outputs a detection signal representing the amount of change in the cylinder pressure to the control unit 2.
  • the control unit 2 calculates the torque of the internal combustion engine using the detection signal from the in-cylinder pressure sensor 13.
  • the control unit 2 calculates the mean effective pressure using the detection signal from the in-cylinder pressure sensor 13 sampled during the compression stroke and expansion stroke of the combustion cycle of each cylinder, and calculates the torque of the internal combustion engine 106 (hereinafter also referred to as the in-cylinder pressure calculated torque) using the calculated mean effective pressure.
  • the control unit 2 controls the operation of the internal combustion engine 106 based on the detection results of the various sensors 5 to 13 described above. For example, the control unit 2 controls the internal combustion engine 106 using the detection value of the oxygen sensor 7b, which detects the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 112c, and the detection value of the in-cylinder pressure sensor 13, which measures the in-cylinder pressure of each cylinder in the internal combustion engine 106.
  • the control unit 2 feeds back the detection result of the oxygen sensor 7b to control the fuel injection amount.
  • ⁇ Processing> 3 is a timing chart of the control process executed by the control device 1 of the internal combustion engine 106.
  • the control unit 2 of the control device 1 gradually increases the throttle opening (TH opening) with the fuel injection amount cut.
  • the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 112c contains a large amount of oxygen, so that the exhaust gas has a leaner air-fuel ratio than stoichiometric when the internal combustion engine 106 is operating.
  • the amount of oxygen absorbed by the three-way catalyst 112c increases.
  • the detection signal (detection value) of the oxygen sensor 7b shows a decreasing tendency.
  • the control unit 2 determines that the state of the three-way catalyst 112c is an oxidized state in which the amount of oxygen absorption is saturated at a timing when a predetermined time T1 (first time) has elapsed since the timing (P1: first timing) when the detection signal (detection value) of the oxygen sensor 7b, which indicates a decreasing tendency, reaches a threshold value.
  • the control unit 2 determines that the state of the three-way catalyst 112c is an oxidized state and driving force is required at the rider's request at the timing (P2: second timing) after a fuel cut in which fuel supply to the internal combustion engine 106 is stopped or after lean burn, the control unit 2 performs injection amount control (first injection amount control) to increase the fuel injection amount, and opening control (first opening control) to close the throttle opening to reduce the amount of air.
  • the control unit 2 controls the amount of air in the opening control (first opening control) based on the torque value based on the detection value of the in-cylinder pressure sensor 13.
  • the control unit 2 supplies exhaust gas generated by the combustion of the fuel injected by the injection amount control (first injection amount control) to the three-way catalyst 112c, causing the three-way catalyst 112c to release the oxygen absorbed therein.
  • the detection signal (detection value) of the oxygen sensor 7b shows an increasing tendency (for example, region R) after the timing (P2) after fuel cut or lean burn.
  • the increase in the detection signal (detection value) of the oxygen sensor 7b indicates that oxygen absorbed (stored) in the three-way catalyst 112c is being released.
  • the control unit 2 determines that oxygen has been released from the three-way catalyst 112c to a level where the reduction reaction can be promoted, and performs injection amount control (second injection amount control) to reduce the fuel injection amount, and opening control (second opening control) to open the throttle opening to increase the amount of air.
  • injection amount control second injection amount control
  • opening control second opening control
  • the state of the three-way catalyst 112c changes from an oxidation state in which the amount of oxygen absorbed is saturated to a state in which oxygen can be absorbed (a state in which the three-way catalyst 112c is reduced), and the amount of oxygen stored in the three-way catalyst 112c (oxygen absorption capacity) is restored.
  • the fuel injection amount is controlled to inject more fuel than the reference fuel injection amount (reference injection amount).
  • the throttle opening is controlled to be smaller than the reference opening (reference opening).
  • control unit 2 controls the amount of air in the opening control (first opening control) so that the torque calculated based on the detection value of the in-cylinder pressure sensor 13 follows the target torque.
  • the throttle opening to be controlled to be smaller than the reference opening (reference opening).
  • the fuel injection amount to be greater than the reference fuel injection amount (reference injection amount).
  • the fuel injection amount can be supplied up to the upper limit while satisfying the rider's required driving force. By drawing rich fuel into the cylinder and burning it, exhaust gas containing unburned gas can be supplied to the three-way catalyst 112c.
  • the three-way catalyst 112c undergoes a reduction reaction with the supplied unburned gas, reducing the amount of oxygen.
  • the air-fuel ratio temporarily decreases within time T2
  • the state of the three-way catalyst 112c changes from an oxidation state in which the amount of oxygen absorbed is saturated to a state in which oxygen can be absorbed (the three-way catalyst 112c is in a reduced state), and the amount of oxygen stored in the three-way catalyst 112c (oxygen absorption capacity) is restored.
  • the torque is the torque output from the internal combustion engine 106
  • the dashed line is the target torque value
  • the solid line is the torque calculated using the detection signal (detection value) of the internal cylinder pressure sensor 13 (internal cylinder pressure calculated torque).
  • the control unit 2 controls the torque of the internal combustion engine 106 based on the detection signal of the internal cylinder pressure sensor 13. Then, at the timing (P2) after fuel cut or lean burn, the control unit 2 controls the air amount in the opening control and the fuel injection amount in the injection amount control based on the detection value of the internal cylinder pressure sensor 13, and performs opening control (first opening control) that closes the throttle opening while satisfying the rider's required driving force and reduces the air amount.
  • the time T2 during which the air-fuel ratio temporarily decreases can be kept as short as possible, while the amount of oxygen stored in the three-way catalyst 112c (oxygen absorption capacity) can be quickly restored.
  • FIG. 4 is a flowchart explaining the flow of the control process executed by the control device 1 of the internal combustion engine 106.
  • the control unit 2 of the control device 1 calculates the mean effective pressure using the detection signal sampled from the in-cylinder pressure sensor 13 during the compression stroke and expansion stroke of the combustion cycle of each cylinder, and calculates the torque of the internal combustion engine 106 (hereinafter also referred to as the in-cylinder pressure calculated torque) using the calculated mean effective pressure.
  • the control unit 2 determines whether the combustion state (operating state) after fuel cut or lean burn (air-fuel ratio is lean) is stoichiometric.
  • the control unit 2 controls the operation of the internal combustion engine 106 based on the detection results of the various sensors 5 to 13, and the control unit 2 determines the operating state of the internal combustion engine 106 based on the detection results of the various sensors 5 to 13. If the combustion state after fuel cut or lean burn is not stoichiometric (S20-NO), the control unit 2 advances the process to S70.
  • control unit 2 sets the target air-fuel ratio to the theoretical air-fuel ratio (stoichiometric).
  • control unit 2 determines whether the air-fuel ratio acquired based on the detection signal of the oxygen sensor 7b (measured air-fuel ratio) is rich or lean with respect to the theoretical air-fuel ratio (stoichiometric), and controls the fuel injection amount and fuel injection timing to match the theoretical air-fuel ratio (stoichiometric).
  • control unit 2 In S90, the control unit 2 generates a control signal to control the opening of the throttle valve 111b according to the calculated intake air volume that satisfies the rider's required driving force.
  • the control signal is output to the throttle valve 111b via the interface section 23. This adjusts the opening of the throttle valve 111b, causing the calculated intake air volume to flow into the intake pipe 111c.
  • the control unit 2 judges the combustion state (operating state) of the internal combustion engine 106 based on the detection results of the various sensors 5 to 13, and if the combustion state after fuel cut or lean burn is stoichiometric (S20-YES), the control unit 2 advances the process to S30.
  • the operating state of the internal combustion engine 106 corresponds to the state after the lean operating state and after the fuel cut of the fuel injection amount (P2) as described in the timing chart of FIG. 3.
  • control unit 2 determines whether the detection value of the oxygen sensor 7b is lower than the threshold value, and if the detection value of the oxygen sensor 7b is higher than the threshold value (S30-NO), the control unit 2 advances the process to S70. Then, in S70 to S90, the control unit 2 performs the same process as described above.
  • the state in which the detection value of the oxygen sensor 7b is higher than the threshold value corresponds to the state in which the detection signal of the oxygen sensor 7b is on the rich side higher than the threshold value, as described in the timing chart of FIG. 3.
  • the control unit 2 advances the process to S40.
  • control unit 2 sets the target air-fuel ratio to rich.
  • control unit 2 controls the fuel injection amount and the timing of fuel injection so as to enrich the air-fuel ratio (measured air-fuel ratio) obtained based on the detection signal of the oxygen sensor 7b.
  • the control unit 2 enriches the air-fuel ratio (measured air-fuel ratio) obtained based on the detection signal of the oxygen sensor 7b, and controls the amount of intake air to satisfy the rider's required driving force.
  • the control unit 2 then generates a control signal for controlling the opening of the throttle valve 111b according to the calculated amount of intake air, and outputs it to the throttle valve 111b via the interface section 23.
  • the opening of the throttle valve 111b is adjusted, and the calculated amount of intake air (intake amount) flows into the intake pipe 111c.
  • control unit 2 In controlling the fuel injection amount, as shown in the timing chart of Figure 3, the control unit 2 increases the fuel injection amount so that the exhaust gas air-fuel ratio goes from lean to rich (S50). Also, as shown in the timing chart of Figure 3, in controlling the throttle opening (TH opening), the control unit 2 gradually changes the throttle opening (TH opening) to meet the rider's required driving force (S60).
  • the control unit 2 determines that the state of the three-way catalyst 112c is an oxidation state in which the amount of oxygen absorption is saturated when a predetermined time T1 (first time) has elapsed since the timing (P1: first timing) when the detection signal (detection value) of the oxygen sensor 7b, which indicates a decreasing trend, reaches a threshold value.
  • the control unit 2 determines that the state of the three-way catalyst 112c is an oxidation state, and at the timing (P2) after fuel cut or lean burn, the control unit 2 controls the amount of air based on the detection value of the in-cylinder pressure sensor 13 and performs opening control (first opening control) to adjust the throttle opening.
  • the control unit 2 controls the throttle valve 111b to adjust the intake air volume (intake volume).
  • intake volume reduction control is performed to reduce the intake volume by controlling the throttle valve 111b to close, but this is not limited to the example.
  • intake volume reduction control may be performed to reduce the intake volume by controlling the opening and closing characteristics of the intake valve (e.g., valve timing and valve lift amount).
  • the control unit 2 controls the fuel injection device 3 (injector) to increase the amount of fuel injected.
  • the control unit 2 also controls an ignition device (not shown) consisting of a spark plug, an igniter, etc., to perform ignition control. Due to the combustion of the injected fuel, the torque of the internal combustion engine 106 increases compared to the torque during lean burn or fuel cut.
  • the control unit 2 supplies exhaust gas containing unburned gas generated by rich fuel combustion to the three-way catalyst 112c while controlling to adjust the intake air amount (intake amount) and to increase the fuel injection amount.
  • exhaust gas containing unburned gas is supplied to the three-way catalyst 112c, so that the oxygen that is insufficient for oxidizing the unburned gas can be released from the three-way catalyst 112c, which is in an oxidation state where the amount of oxygen absorbed is saturated (oxygen purge).
  • the detection signal (detection value) of the oxygen sensor 7b shows an increasing trend (for example, region R in FIG. 3).
  • the control unit 2 determines that the state of the three-way catalyst 112c is in a state in which the reduction reaction can be promoted.
  • the control unit 2 controls the fuel injection device 3 (injector) to perform injection amount control (second injection amount control) that reduces the amount of fuel injected.
  • the control unit 2 also controls an ignition device (not shown) to perform ignition control.
  • the control unit 2 monitors torque fluctuations based on the detection signal (detection value) of the in-cylinder pressure sensor 13, and adjusts the amount of air in the opening control (second opening control) so that the torque change falls within a predetermined range. This makes it possible to smooth out torque fluctuations before and after a series of fuel injection controls (for example, areas P1 to P3 in Figure 3). The torque fluctuations of the vehicle can be smoothed out without any steps, improving the ride comfort of the vehicle occupants.
  • the control device 1 of this embodiment By controlling fuel injection and throttle opening using the control device 1 of this embodiment, the time T2 during which the air-fuel ratio temporarily decreases can be kept as short as possible, while the amount of oxygen stored in the three-way catalyst 112c (oxygen absorption capacity) can be quickly restored.
  • the control device 1 of this embodiment enables smooth acceleration of the vehicle without cutting off ignition, and allows the exhaust gas purification capacity of the three-way catalyst to be quickly restored.
  • the control unit (2) a first injection amount control for increasing the amount of fuel injected from the fuel injection device (3) and a first opening control for closing the throttle opening of the throttle valve (111b) to reduce the amount of air at a timing (P2) after a fuel cut in which fuel supply to the internal combustion engine is stopped or after a lean burn is started;
  • the amount of air in the first opening control is controlled based on the detection value of the pressure sensor (13), and exhaust gas generated by combustion of the fuel injected by the first injection amount control is supplied to the three-way catalyst
  • the control device of configuration 1 allows for smooth vehicle acceleration without cutting off the ignition, and also makes it possible to quickly restore the exhaust gas purification ability of the three-way catalyst.
  • the control unit controls the fuel injection amount in the first injection amount control based on the detection value of the pressure sensor (13).
  • the control device of configuration 2 can supply exhaust gas containing unburned gas to the three-way catalyst by injecting as much fuel as possible and performing combustion without cutting off ignition.
  • exhaust gas containing unburned gas is supplied to the three-way catalyst, the three-way catalyst releases the oxygen that is insufficient to oxidize the exhaust gas containing unburned gas that has been supplied. This changes the state of the three-way catalyst from an oxidation state in which the amount of oxygen absorbed is saturated to a state in which oxygen can be absorbed, and the amount of oxygen stored in the three-way catalyst (oxygen absorption capacity) is restored.
  • the control unit (2) supplies the exhaust gas generated by the combustion of the fuel injected by the first injection amount control to the three-way catalyst via the exhaust passage from the timing (P2) after the fuel cut or the lean burn to the timing (P3) when the detection value of the oxygen sensor, which shows an increasing tendency, reaches a threshold value, and releases the oxygen absorbed in the three-way catalyst;
  • a second injection amount control is performed to reduce the amount of fuel injected from the fuel injection device (3), and a second opening control is performed to close the throttle opening of the throttle valve to increase the amount of air.
  • the control device of configuration 3 performs fuel injection control and throttle opening control to shorten the time T2 during which the air-fuel ratio temporarily decreases as much as possible, while quickly recovering the amount of oxygen stored in the three-way catalyst 112c (oxygen absorption capacity).
  • the control device of configuration 3 enables smooth acceleration of the vehicle without cutting off ignition, and makes it possible to quickly recover the exhaust gas purification capacity of the three-way catalyst.
  • the control unit (2) monitors the change in torque of the internal combustion engine based on the detection value of the pressure sensor (13), and adjusts the amount of air in the second opening control so that the change in torque falls within a predetermined range.
  • the control device of configuration 4 can smooth out torque fluctuations before and after a series of fuel injection controls to bring the state of the three-way catalyst 112c into a state in which the reduction reaction can be promoted. This can smooth out torque fluctuations in the vehicle without any steps, improving the ride comfort of the vehicle's occupants.
  • a vehicle is equipped with the control device (1) described in any one of items 1 to 4. According to the vehicle of configuration 5, it is possible to provide a vehicle equipped with a control device that enables smooth acceleration of the vehicle without cutting off the ignition and can quickly restore the exhaust gas purification ability of the three-way catalyst.
  • a method for controlling an internal combustion engine (106) in which a three-way catalyst (112C) that absorbs oxygen or releases the absorbed oxygen in accordance with the air-fuel ratio of exhaust gas is disposed in an exhaust passage comprising: a control step of controlling the internal combustion engine using a detection value of an oxygen sensor (7b) that detects an oxygen concentration of exhaust gas flowing into the three-way catalyst and a detection value of a pressure sensor (13) that measures an in-cylinder pressure of a cylinder in the internal combustion engine,
  • a first injection amount control for increasing the amount of fuel injected from the fuel injection device (3) and a first opening control for closing the throttle opening of the throttle valve (111b) to reduce the amount of air at a timing (P2) after a fuel cut in which fuel supply to the internal combustion engine is stopped or after a lean burn is started;
  • the amount of air in the first opening control is controlled based on the detection value of the pressure sensor (13), and exhaust gas generated by combustion of the fuel injected by the first injection amount control is supplied to the three
  • the control method of configuration 6 does not cut off the ignition, allowing for smooth vehicle acceleration and enabling the three-way catalyst to quickly recover its ability to purify exhaust gas.
  • Control device 3: Fuel injection device, 4: Ignition device, 7a, 7b: Oxygen sensor, 13: In-cylinder pressure sensor (pressure sensor), 106: Internal combustion engine, 112: Exhaust passage, 112a-1: Exhaust pipe (first exhaust pipe), 112a-2: Exhaust pipe (second exhaust pipe), 112a-3: Exhaust pipe (third exhaust pipe), 112a-4: Exhaust pipe (fourth exhaust pipe), 112b: Collecting pipe, 112c: Three-way catalyst, 112d: Muffler

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Abstract

三元触媒が排気通路に配置された内燃機関の制御装置は、三元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を検知する酸素センサの検出値と、内燃機関における気筒の筒内圧を計測する圧力センサの検出値と、を用いて、内燃機関を制御する制御ユニットを備える。制御ユニットは、内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット後もしくはリーンバーン後のタイミングで、燃料噴射装置からの燃料噴射量を増加させる第１噴射量制御と、スロットル弁のスロットル開度を閉じて、空気量を減少させる第１開度制御とを行い、圧力センサの検出値に基づいて、第１開度制御における空気量を制御し、第１噴射量制御により噴射された燃料の燃焼により生成された排気ガスを三元触媒に供給する。

Description

内燃機関の制御装置、車両、及び内燃機関の制御方法
　本発明は、内燃機関の制御装置、車両、及び内燃機関の制御方法に関する。
　従来より気候変動の緩和または影響軽減を目的とした取り組みが継続され、この実現に向けて特許文献１には、燃料カット中に、三元触媒に流入する酸素量を空燃比センサにより推定し、酸素量が閾値を超えたと判断された場合には、燃料カットを解除する制御を行った後、所定の時間経過した場合に、点火カットして、三元触媒を還元状態（リッチ化）にする技術が開示されている。
特開２０２２－１１７７００号公報
　しかしながら、燃料カットを解除する状態では、乗員が車両を加速させる動作を行う状況が想定されるが、燃料カットを解除し、かつ、所定時間経過後に点火カットした場合に、内燃機関のトルク変動（トルク減少）が発生することになり、急激なトルクの変動が生じることにより、乗り心地に影響を及ぼす場合が生じ得る。
　点火カットを解除しない場合には、三元触媒付近の空燃比が過度にリッチとなる可能性があり、その場合には、内燃機関にトルク変動（トルク増加）が発生することになり、スムーズに加速できず、乗り心地に影響を及ぼす場合が生じ得る。
　空燃比が過度にリッチとならないように燃料噴射量を減らす場合、三元触媒付近の空燃比をリッチ化するために要する時間が増えることにより、三元触媒による排気ガス浄化能力の回復時間が増えてしまう。
　本発明は、上記の課題に鑑みて、点火カットを行わず、スムーズな車両の加速を可能にするとともに、三元触媒による排気ガスの浄化能力を早期に回復させることが可能な内燃機関の制御技術の提供を目的とする。そして、延いては気候変動の緩和または影響軽減に寄与するものである。
　本発明の一態様の内燃機関の制御装置は、排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収し、または吸収した前記酸素を放出する三元触媒が排気通路に配置された内燃機関の制御装置であって、
　前記三元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を検知する酸素センサの検出値と、前記内燃機関における気筒の筒内圧を計測する圧力センサの検出値と、を用いて、前記内燃機関を制御する制御ユニットを備え、
　前記制御ユニットは、
　前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット後もしくはリーンバーン後のタイミングで、燃料噴射装置からの燃料噴射量を増加させる第１噴射量制御と、スロットル弁のスロットル開度を閉じて、空気量を減少させる第１開度制御とを行い、
　前記圧力センサの検出値に基づいて、前記第１開度制御における前記空気量を制御し、前記第１噴射量制御により噴射された燃料の燃焼により生成された排気ガスを前記三元触媒に供給する。
　本発明の他の態様の内燃機関の制御方法は、排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収し、または吸収した前記酸素を放出する三元触媒が排気通路に配置された内燃機関の制御方法であって、
　前記三元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を検知する酸素センサの検出値と、前記内燃機関における気筒の筒内圧を計測する圧力センサの検出値と、を用いて、前記内燃機関を制御する制御工程を有し、
　前記制御工程では、
　前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット後もしくはリーンバーン後のタイミングで、燃料噴射装置からの燃料噴射量を増加させる第１噴射量制御と、スロットル弁のスロットル開度を閉じて、空気量を減少させる第１開度制御とを行い、
　前記圧力センサの検出値に基づいて、前記第１開度制御における前記空気量を制御し、前記第１噴射量制御により噴射された燃料の燃焼により生成された排気ガスを前記三元触媒に供給する。
　本発明によれば、点火カットを行わず、スムーズな車両の加速を可能にするとともに、三元触媒による排気ガスの浄化能力を早期に回復させることが可能になる。
実施形態の技術を適用可能な車両の一例を示す図。 実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する図。 制御装置によって実行される制御処理のタイミングチャート。 実施形態に係る内燃機関の制御装置における処理の流れを説明する図。
　以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
　＜構成＞
　図１は実施形態の技術を適用可能な車両の例を示し、特に、鞍乗型の車両１００の側面図（右側面図）を示す。本実施形態の車両１００は、前輪ＦＷと後輪ＲＷとを備えた自動二輪車を例示するが、本発明は他の形式の四輪車両における内燃機関の制御装置にも適用可能である。
　車両１００は、その骨格をなす車体フレーム１０１を備え、車体フレーム１０１の前端には前輪操向部１０２が支持され、後端にはスイングアーム１０３が揺動自在に支持されている。前輪操向部１０２は、前輪ＦＷを支持する左右一対のフロントフォーク１０２ａと、一対のフロントフォーク１０２ａの上部に取り付けられる操向ハンドル１０２ｂとを含む。スイングアーム１０３は、その前端が車体フレーム１０１に揺動自在に支持され、その後端には後輪ＲＷが支持されている。
　前輪ＦＷと後輪ＲＷとの間の領域において、車体フレーム１０１には内燃機関１０６と変速機１０７とが支持されている。内燃機関１０６は、クランクケース、シリンダブロック及びシリンダヘッドからなる本体１１０と、吸気通路１１１、排気通路１１２とを含む。本実施形態の場合、内燃機関１０６は直列４気筒の４サイクルエンジンである。内燃機関１０６の出力は変速機１０７及び不図示のチェーン伝動機構を介して後輪ＲＷに伝達される。
　内燃機関１０６の上方には燃料タンク１０５が配置されており、燃料タンク１０５の後方にはライダが着座するシート１０４が配置されている。燃料タンク１０５の内側には、外気が導入されるエアクリーナボックス１０８が配置されている。エアクリーナボックス１０８の内部空間には、外気の導入ダクトに接続されたエアクリーナ１０８ａと、吸気通路１１１を構成するエアファンネル１１１ａが配置されており、エアクリーナ１０８ａで濾過された空気がエアファンネル１１１ａを介して本体１１０へ導入可能に構成されている。
　図１に加えて図２を参照して内燃機関１０６の吸排気系の構成並びに本発明の一実施形態に係る制御装置１について説明する。
　吸気通路１１１は、気筒毎に設けられた、エアファンネル１１１ａ、スロットル弁１１１ｂ及び吸気管１１１ｃを含み、吸気管１１１ｃは本体１１０の吸気ポートに接続されている。燃料噴射装置（インジェクタ）３は、気筒毎に設けられ、吸気ポートに燃料を噴射する。排気通路１１２は、排気ポートに接続される気筒毎の排気管１１２ａ－１（第１排気管）、排気管１１２ａ－２（第２排気管）、排気管１１２ａ－３（第３排気管）及び排気管１１２ａ－４（第４排気管）と、これら排気管１１２－１～１１２ａ－４を合流させた集合管部１１２ｂと、三元触媒１１２ｃと、消音器１１２ｄとを含む。排気管１１２ａ－１（第１排気管）は第１気筒ＣＬ１に対応し、排気管１１２ａ－２（第２排気管）は第２気筒ＣＬ２に対応する。また、排気管１１２ａ－３（第３排気管）は第３気筒ＣＬ３に対応し、排気管１１２ａ－４（第４排気管）は第４気筒ＣＬ４に対応する。
　制御装置１は、内燃機関１０６を制御する装置であり、制御ユニット（ＥＣＵ）２を含む。制御ユニット２は、処理部２１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部２２と、外部デバイスと処理部２１との信号の送受信を中継するインタフェース部２３と、を含む。処理部２１は、ＣＰＵに代表されるプロセッサであり、記憶部２２に記憶されたプログラムを実行し、内燃機関１０６の駆動を制御する。記憶部２２には、処理部２１が実行するプログラムの他、各種のデータが格納される。インタフェース部２３には、各種のセンサ５～１３の検知結果が不図示の信号処理回路を介して入力され、処理部２１は入力された検知結果に基づいて不図示の駆動回路を介して気筒毎の燃料噴射装置３及びスロットル弁１１１ｂを制御する。制御ユニット２は、各種のセンサ５～１３の検知結果を用いて、内燃機関１０６を制御する。
　クランク角度センサ５は、内燃機関１０６のクランク軸（図示せず）の回転角度を検知し、クランク軸の回転角度に応じた信号を制御ユニット２に供給する。クランク角度センサ５は、気筒判別センサ、ＴＤＣセンサ及びＣＲＫセンサを含む。
　気筒判別センサは内燃機関１０６の特定の気筒に関し、所定のクランク角度でパルス信号（ＣＹＬ信号という。）を出力する。
　ＴＤＣセンサは、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で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）パルス信号（ＴＤＣ信号という。）を出力する。ＴＤＣセンサは、内燃機関１０６のピストン（図示せず）が上死点に来たこと（上死点タイミング）を検知し、検知毎にＴＤＣパルスを生成して処理部２１に出力する。各気筒が作動している場合、ＴＤＣパルスの間隔は、内燃機関１０６の各気筒が上死点に位置する間隔、すなわち、爆発工程の間隔を示す。
　ＣＲＫセンサは、内燃機関１０６のクランクシャフト（図示せず）が所定角度（クランクアングル）だけ回転したことを検知し、検知毎に回転ＣＲＫパルスを生成して処理部２１に出力する。ＣＲＫセンサは、ＴＤＣ信号より短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）でパルス信号（ＣＲＫ信号という。）を出力する。これらの信号は、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、及び、内燃機関１０６の回転数ＮＥの検知に使用される。
　酸素センサ７ａ、７ｂは、排気通路１１２に設けられており、排気ガスの酸素濃度を検知する。なお、酸素センサ７ａ、７ｂの代わりにＬＡＦセンサ（Linear air fuel ratioセンサ））を用いてもよい。本実施形態の場合、酸素センサ７ａ（第１酸素センサ）は、三元触媒１１２ｃよりも、上流側の集合管部１１２ｂに設けられており、酸素センサ７ｂ（第２酸素センサ）は、三元触媒１１２ｃよりも下流側の集合管部１１２ｂに設けられている。制御ユニット２は、三元触媒１１２ｃの下流側に設けられた酸素センサ７ｂの検知結果を用いることにより、三元触媒１１２ｃの酸化の状態を判定することができる。三元触媒１１２ｃは排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の成分の浄化を行い、消音器１１２ｄは排気音を抑制する。
　三元触媒１１２ｃは、三元触媒１１２ｃに流入する排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収（貯蔵）、または酸素を放出する機能を有する。排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側にあるとき、三元触媒１１２ｃは、排気ガスにおいて過剰に含まれる酸素を吸収する。一方、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側であるとき、三元触媒１１２ｃは、未燃ガスを酸化させるのに必要な酸素を放出して、酸化状態を還元化する。
　開度センサ６は、連動して開閉する４つのスロットル弁１１１ｂの開度を検知する。水温センサ８は内燃機関１０６の冷却水温度を検知する。大気圧センサ９は大気圧を検知する。車速センサ１０は車両１００の走行速度を検知する。吸気圧センサ１１はスロットル弁１１１ｂの直ぐ下流において吸気圧を検知する吸気管内絶対圧センサである。吸気温センサ１２は、吸気圧センサ１１の下流側において吸気温を検知する。筒内圧センサ１３（圧力センサ）は、内燃機関の燃焼室に設けられ、気筒の筒内圧を計測する。筒内圧センサ１３は、１燃焼サイクルごとに、吸気行程の開始時点から排気行程の終了時点までの間（クランク角：－３６０度～３６０度）において、例えばクランク角１度ごとに筒内圧をサンプリングし、記憶部２２に記憶する。筒内圧センサ１３は、検出信号を用いて、第１気筒ＣＬ１、第２気筒ＣＬ２、第３気筒ＣＬ３、及び第４気筒ＣＬ４における筒内圧を求めることができる。筒内圧センサ１３は、各筒内圧の変化を検出し、筒内圧の変化量を表す検出信号を制御ユニット２に出力する。
　制御ユニット２は、筒内圧センサ１３からの検出信号を用いて、内燃機関のトルクを算出する。制御ユニット２は、各気筒の燃焼サイクルの圧縮行程及び膨張行程においてサンプリングされた筒内圧センサ１３からの検出信号を用いて平均有効圧を算出し、算出した平均有効圧を用いて、内燃機関１０６のトルク（以下、筒内圧算出トルクともいう）を算出する。
　制御ユニット２は、上述の各種センサ５～１３の検知結果に基づいて内燃機関１０６の駆動を制御する。例えば、制御ユニット２は、三元触媒１１２ｃに流入する排気ガスの酸素濃度を検知する酸素センサ７ｂの検出値と、内燃機関１０６における各気筒の筒内圧を計測する筒内圧センサ１３の検出値と、を用いて、内燃機関１０６を制御する。制御ユニット２は、空燃比を所定の空燃比に維持する場合、酸素センサ７ｂの検知結果をフィードバックして、燃料噴射量を制御する。
　＜処理＞
　図３は、内燃機関１０６の制御装置１によって実行される制御処理のタイミングチャートである。制御装置１の制御ユニット２は、燃料噴射量をカットした状態で、スロットル開度（ＴＨ開度）を徐々に増加させる。この制御状態では、三元触媒１１２ｃに流入する排気ガスには酸素が多量に含まれた状態になるため、内燃機関１０６の運転状態において、排気ガスはストイキに比べてリーンな空燃比になる。リーンな空燃比における運転状態では、三元触媒１１２ｃに吸収される酸素量が増大していく。酸素センサ７ｂの検出信号（検出値）は減少傾向を示す。
　制御ユニット２は、減少傾向を示す酸素セン７ｂの検出信号（検出値）が閾値に到達したタイミング（Ｐ１：第１のタイミング）から所定の時間Ｔ１（第１時間）が経過したタイミングで、三元触媒１１２ｃの状態を酸素の吸収量が飽和した酸化状態と判定する。制御ユニット２は、三元触媒１１２ｃの状態が酸化状態と判定しており、内燃機関１０６への燃料供給を停止する燃料カット後もしくはリーンバーン後のタイミング（Ｐ２：第２のタイミング）で、ライダーの要求により駆動力が必要とされた場合、制御ユニット２は、燃料噴射量を増加させる噴射量制御（第１噴射量制御）と、スロットル開度を閉じて、空気量を減少させる開度制御（第１開度制御）と、を行う。制御ユニット２は、筒内圧センサ１３の検出値に基づくトルク値に対して、開度制御（第１開度制御）における空気量を制御する。また、制御ユニット２は、噴射量制御（第１噴射量制御）により噴射された燃料の燃焼により生成された排気ガスを三元触媒１１２ｃに供給し、三元触媒１１２ｃに吸収された酸素を放出させる。
　ライダーの要求により駆動力が必要とされた場合、燃料カット後もしくはリーンバーン後のタイミング（Ｐ２）以降において、酸素センサ７ｂの検出信号（検出値）は増加傾向を示す（例えば、領域Ｒ）。酸素センサ７ｂの検出信号（検出値）の上昇は、三元触媒１１２ｃに吸収（貯蔵）された酸素が放出されていることを示す。
　増加傾向を示す酸素センサ７ｂの検出信号（検出値）が、閾値に到達したタイミング（Ｐ３：第３のタイミング）で、制御ユニット２は、還元反応を促進できる状態まで三元触媒１１２ｃから酸素が放出されたものと判断し、燃料噴射量を減少させる噴射量制御（第２噴射量制御）と、スロットル開度を開いて、空気量を増加させる開度制御（第２開度制御）と、を行う。
　増加傾向を示す酸素センサ７ｂの検出信号（検出値）が、閾値に到達したタイミング（Ｐ３）以降では、三元触媒１１２ｃの状態は、酸素の吸収量が飽和した酸化状態から、酸素を吸収することが可能な状態（三元触媒１１２ｃが還元化された状態）になり、三元触媒１１２ｃにおける酸素の貯蔵量（酸素の吸収能力）は回復する。
　燃料カット後もしくはリーンバーン後のタイミング（Ｐ２）から、増加傾向を示す酸素センサ７ｂの検出値が閾値に到達するタイミング（Ｐ３）までの時間Ｔ２において、燃料噴射量の制御により、燃料を、基準となる燃料噴射量（基準噴射量）に比べて、多くの燃料を噴射している。また、時間Ｔ２において、スロットル開度の制御により、スロットル開度を、基準となる開度（基準開度）よりも更に小さく制御している。スロットル開度を通常の基準開度よりも小さく制御して、吸入空気量を減らしつつ、燃料噴射量を通常の基準噴射量よりも増やす制御を行うことにより、気筒内に吸入する単位体積あたりの空気量あたりの燃料を増やすことができる。リッチな状態の燃料を気筒内に吸入して燃焼を行うことにより、時間Ｔ２内において未燃ガスを含む排気ガスを三元触媒１１２ｃに供給することができる。ここで、制御ユニット２は、筒内圧センサ１３の検出値に基づいて算出したトルクが、目標トルクに追従するように、開度制御（第１開度制御）における空気量を制御する。これにより、スロットル開度を、基準となる開度（基準開度）よりも更に小さく制御することができる。これにより、燃料噴射量を、基準となる燃料噴射量（基準噴射量）よりも更に多くの燃料を噴射することができる。ライダー要求駆動力を満足しつつ、燃料噴射量を上限値まで供給することができる。リッチな状態の燃料を気筒内に吸入して燃焼を行うことにより、未燃ガスを含む排気ガスを三元触媒１１２ｃに供給することができる。
　未燃ガスを含む排気ガスが三元触媒１１２ｃに供給されると、三元触媒１１２ｃは、供給された未燃ガスにより還元反応し酸素を減少させる。これにより、空燃比は、時間Ｔ２内において一時的に低減するものの、三元触媒１１２ｃの状態は、酸素の吸収量が飽和した酸化状態から、酸素を吸収することが可能な状態（三元触媒１１２ｃが還元化された状態）になり、三元触媒１１２ｃにおける酸素の貯蔵量（酸素の吸収能力）は回復する。
　トルクは内燃機関１０６から出力されるトルクであり、破線はトルクの目標値であり、実線は筒内圧センサ１３の検出信号（検出値）を用いて算出されたトルク（筒内圧算出トルク）を示す。必要以上にトルクが大きくならないように、制御ユニット２は、筒内圧センサ１３の検出信号に基づいて、内燃機関１０６のトルクの制御を行う。そして、燃料カット後もしくはリーンバーン後のタイミング（Ｐ２）で、制御ユニット２は、筒内圧センサ１３の検出値に基づいて、開度制御における空気量、及び噴射量制御における燃料噴射量を制御し、ライダーの要求駆動力を満足しつつスロットル開度を閉じて、空気量を減少させる開度制御（第１開度制御）と、を行う。
　本実施形態の制御装置１による燃料噴射制御、スロットル開度制御を行うことにより、空燃比が一時的に低減する時間Ｔ２をできるだけ短時間にしつつ、三元触媒１１２ｃにおける酸素の貯蔵量（酸素の吸収能力）を早期に回復することができる。
　図４は、内燃機関１０６の制御装置１によって実行される制御処理の流れを説明するフローチャートである。Ｓ１０において、制御装置１の制御ユニット２は、各気筒の燃焼サイクルの圧縮行程及び膨張行程においてサンプリングされた筒内圧センサ１３からの検出信号を用いて平均有効圧を算出し、算出した平均有効圧を用いて、内燃機関１０６のトルク（以下、筒内圧算出トルクともいう）を算出する。
　Ｓ２０において、制御ユニット２は、燃料カット後、又はリーンバーン後（空燃比がリーン）の燃焼状態（運転状態）がストイキであるか判定する。制御ユニット２は、各種センサ５～１３の検知結果に基づいて内燃機関１０６の駆動を制御しており、制御ユニット２は、各種センサ５～１３の検知結果に基づいて、内燃機関１０６の運転状態を判定する。燃料カット後、又はリーンバーン後の燃焼状態がストイキでない場合（Ｓ２０－ＮＯ）、制御ユニット２は、処理をＳ７０に進める。
　Ｓ７０において、制御ユニット２は、空燃比の目標を理論空燃比（ストイキ）に設定する。Ｓ８０において、制御ユニット２は、酸素センサ７ｂの検出信号に基づいて取得した空燃比（計測空燃比）が理論空燃比（ストイキ）に対して、リッチな運転状態であるか、リーンの運転状態であるかを判定し、理論空燃比（ストイキ）に合わせるように燃料噴射量、及び燃料噴射のタイミングを制御する。
　Ｓ９０において、制御ユニット２は、ライダーの要求駆動力を満たす算出した吸入空気量に従って、スロットル弁１１１ｂの開度を制御する制御信号を生成する。制御信号は、インタフェース部２３を経由してスロットル弁１１１ｂに出力される。これにより、スロットル弁１１１ｂの開度が調整されることによって、算出された吸入空気量が吸気管１１１ｃに流れる。
　一方、Ｓ２０の判定処理において、制御ユニット２は、各種センサ５～１３の検知結果に基づいて、内燃機関１０６の燃焼状態（運転状態）を判定し、燃料カット後、又はリーンバーン後の燃焼状態がストイキである場合（Ｓ２０－ＹＥＳ）、制御ユニット２は、処理をＳ３０に進める。内燃機関１０６の運転状態は、図３のタイミングチャートで説明した、リーンの運転状態後、燃料噴射量の燃料カット後(Ｐ２)以降の状態に対応する。
　Ｓ３０において、制御ユニット２は、酸素センサ７ｂの検出値が閾値より低いか判定し、酸素センサ７ｂの検出値が閾値より高い場合（Ｓ３０－ＮＯ）、制御ユニット２は処理をＳ７０に進める。そして、制御ユニット２は、Ｓ７０～Ｓ９０において、先に説明した処理と同様の処理を行う。酸素センサ７ｂの検出値が閾値より高い状態は、図３のタイミングチャートで説明した、酸素センサ７ｂの検出信号が、閾値よりも高いリッチ側にある状態に対応する。
　一方、Ｓ３０の判定処理において、酸素センサ７ｂの検出値が閾値より低い場合（Ｓ３０－ＹＥＳ）、制御ユニット２は処理をＳ４０に進める。
　Ｓ４０において、制御ユニット２は、空燃比の目標をリッチに設定する。
　Ｓ５０において、制御ユニット２は、酸素センサ７ｂの検出信号に基づいて取得した空燃比（計測空燃比）をリッチ化するように燃料噴射量、及び燃料噴射のタイミングを制御する。
　そして、Ｓ６０において、制御ユニット２は、酸素センサ７ｂの検出信号に基づいて取得した空燃比（計測空燃比）をリッチ化し、ライダーの要求駆動力を満たすように、吸入空気量を制御する。そして、制御ユニット２は、算出した吸入空気量に従って、スロットル弁１１１ｂの開度を制御する制御信号を生成し、インタフェース部２３を経由してスロットル弁１１１ｂに出力する。これにより、スロットル弁１１１ｂの開度が調整されることによって、算出された吸入空気量（吸気量）が吸気管１１１ｃに流れる。
　燃料噴射量の制御では、図３のタイミングチャートに示すように、制御ユニット２は、排気ガスの空燃比がリーンからリッチの運転状態になるように、燃料噴射量を増量した状態に制御する（Ｓ５０）。また、図３のタイミングチャートに示すように、スロットル開度（ＴＨ開度）の制御では、制御ユニット２は、スロットル開度（ＴＨ開度）をライダーの要求駆動力を満たすように徐々に変化させる（Ｓ６０）。
　Ｓ５０及びＳ６０において、制御ユニット２は、減少傾向を示す酸素セン７ｂの検出信号（検出値）が閾値に到達したタイミング（Ｐ１：第１のタイミング）から所定の時間Ｔ１（第１時間）が経過したタイミングで、三元触媒１１２ｃの状態を酸素の吸収量が飽和した酸化状態と判定する。制御ユニット２は、三元触媒１１２ｃの状態が酸化状態と判定しており、燃料カット後もしくはリーンバーン後のタイミング（Ｐ２）で、制御ユニット２は、筒内圧センサ１３の検出値に基づいて、空気量を制御し、スロットル開度を調整する開度制御（第１開度制御）と、を行う。
　制御ユニット２は、スロットル弁１１１ｂを制御して吸入空気量（吸気量）を調整させる。なお、実施形態では、スロットル弁１１１ｂを閉じる制御を行うことで吸気量を減少させる吸気減量制御を行うようにしているが、この例に限定されず、例えば、吸気バルブの開閉特性（例えばバルブタイミングやバルブリフト量）を制御して吸気量を減少させる吸気減量制御を行うようにしても良い。
　また、燃料カット後もしくはリーンバーン後のタイミング（Ｐ２）で、制御ユニット２は、燃料噴射装置３（インジェクタ）を制御して、燃料噴射量を増加させる。また、制御ユニット２は、点火プラグ、イグナイタ等からなる不図示の点火装置を制御して点火制御を行う。噴射された燃料の燃焼により、内燃機関１０６のトルクは、リーンバーン時もしくは燃料カット時のトルクに比べて増加する。
　制御ユニット２は、吸入空気量（吸気量）を調整させる制御と、燃料噴射量を増加させる制御と、を行いつつ、リッチな燃料の燃焼により発生した、未燃ガスを含む排気ガスを三元触媒１１２ｃに供給する。時間Ｔ２において、未燃ガスを含む排気ガスを三元触媒１１２ｃに供給することにより、酸素の吸収量が飽和した酸化状態である三元触媒１１２ｃから、未燃ガスを酸化させるために不足している酸素を放出させることができる（酸素パージ）。三元触媒１１２ｃから酸素が放出されることにより、酸素センサ７ｂの検出信号（検出値）は増加傾向を示す（例えば図３の領域Ｒ）。
　制御ユニット２は、増加傾向を示す酸素センサ７ｂの検出信号（検出値）が、閾値に到達したタイミング（Ｐ３）で、制御ユニット２は、三元触媒１１２ｃの状態を、還元反応を促進できる状態と判定する。還元反応を促進できる状態と判定したタイミング（Ｐ３）で、三元触媒１１２ｃの状態を、還元反応を促進できる状態と判定したタイミング（Ｐ３）で、制御ユニット２は、燃料噴射装置３（インジェクタ）を制御して、燃料噴射量を減少させる噴射量制御（第２噴射量制御）を行う。また、制御ユニット２は、不図示の点火装置を制御して点火制御を行う。
　制御ユニット２は、筒内圧センサ１３の検出信号（検出値）に基づいてトルクの変動を監視し、トルクの変化が所定の範囲内になるように、開度制御（第２開度制御）における空気量を調整する。これにより、一連の燃料噴射制御の前後におけるトルク変動を、滑らかにすることができる（例えば、図３の領域Ｐ１～Ｐ３）。車両のトルク変動を、段差なく滑らかにすることができ、車両の乗員の乗り心地を向上させることができる。
　本実施形態の制御装置１による燃料噴射制御、スロットル開度制御を行うことにより、空燃比が一時的に低減する時間Ｔ２をできるだけ短時間にしつつ、三元触媒１１２ｃにおける酸素の貯蔵量（酸素の吸収能力）を早期に回復することができる。本実施形態の制御装置１によれば、点火カットを行わず、スムーズな車両の加速を可能にするとともに、三元触媒による排気ガス浄化能力を早期に回復させることが可能になる。
　[実施形態のまとめ]
　上記実施形態は、少なくとも以下の、内燃機関の制御装置、車両、及び内燃機関の制御方法を開示する。
　構成１．排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収し、または吸収した前記酸素を放出する三元触媒（１１２Ｃ）が排気通路に配置された内燃機関(１０６)の制御装置(１)であって、
　前記三元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を検知する酸素センサ(７ｂ)の検出値と、前記内燃機関における気筒の筒内圧を計測する圧力センサ(１３)の検出値と、を用いて、前記内燃機関を制御する制御ユニット(２)を備え、
　前記制御ユニット(２)は、
　前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット後もしくはリーンバーン後のタイミング(Ｐ２)で、燃料噴射装置(３)からの燃料噴射量を増加させる第１噴射量制御と、スロットル弁(１１１ｂ)のスロットル開度を閉じて、空気量を減少させる第１開度制御とを行い、
　前記圧力センサ(１３)の検出値に基づいて、前記第１開度制御における前記空気量を制御し、前記第１噴射量制御により噴射された燃料の燃焼により生成された排気ガスを前記三元触媒に供給する。
　構成１の制御装置によれば、点火カットを行わず、スムーズな車両の加速を可能にするとともに、三元触媒による排気ガスの浄化能力を早期に回復させることが可能になる。
　構成２．前記制御ユニットは、前記圧力センサ(１３)の検出値に基づいて、前記第１噴射量制御における前記燃料噴射量を制御する。
　構成２の制御装置によれば、点火カットを行わず、できるだけ多くの燃料を噴射し、燃焼を行うことにより、未燃ガスを含む排気ガスを三元触媒に供給することができる。未燃ガスを含む排気ガスが三元触媒に供給されると、三元触媒は、供給された未燃ガスを含む排気ガスを酸化させるのに不足している酸素を放出する。これにより、三元触媒の状態は、酸素の吸収量が飽和した酸化状態から、酸素を吸収することが可能な状態になり、三元触媒における酸素の貯蔵量（酸素の吸収能力）は回復する。
　構成３．前記制御ユニット(２)は、前記燃料カット後もしくは前記リーンバーン後のタイミング(Ｐ２)から、増加傾向を示す前記酸素センサの検出値が閾値に到達するタイミング(Ｐ３)まで、前記第１噴射量制御により噴射された前記燃料の燃焼により生成された前記排気ガスを、前記排気通路を介して前記三元触媒に供給し、前記三元触媒に吸収された酸素を放出させ、
　前記酸素センサ（７ｂ）の検出値が前記閾値に到達するタイミング(Ｐ３)で、前記燃料噴射装置（３）からの前記燃料噴射量を減少させる第２噴射量制御と、前記スロットル弁のスロットル開度を閉じて、空気量を増加させる第２開度制御とを行う。
　構成３の制御装置によれば、燃料噴射制御、スロットル開度制御を行うことにより、空燃比が一時的に低減する時間Ｔ２をできるだけ短時間にしつつ、三元触媒１１２ｃにおける酸素の貯蔵量（酸素の吸収能力）を早期に回復することができる。構成３の制御装置によれば、点火カットを行わず、スムーズな車両の加速を可能にするとともに、三元触媒による排気ガス浄化能力を早期に回復させることが可能になる。
　構成４．前記制御ユニット(２)は、前記圧力センサ(１３)の検出値に基づいて前記内燃機関のトルクの変化を監視し、前記トルクの変化が所定の範囲内になるように、前記第２開度制御における前記空気量を調整する。
　構成４の制御装置によれば、三元触媒１１２ｃの状態が、還元反応を促進できる状態にするための一連の燃料噴射制御の前後におけるトルク変動を、滑らかにすることができる。車両のトルク変動を、段差なく滑らかにすることができ、車両の乗員の乗り心地を向上させることができる。
　構成５．車両は、項目１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置(１)を備える。 
　構成５の車両によれば、点火カットを行わず、スムーズな車両の加速を可能にするとともに、三元触媒による排気ガスの浄化能力を早期に回復させることが可能な制御装置を備える車両を提供することができる。
　構成６．排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収し、または吸収した前記酸素を放出する三元触媒（１１２Ｃ）が排気通路に配置された内燃機関(１０６)の制御方法であって、
　前記三元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を検知する酸素センサ(７ｂ)の検出値と、前記内燃機関における気筒の筒内圧を計測する圧力センサ(１３)の検出値と、を用いて、前記内燃機関を制御する制御工程を有し、
　前記制御工程では、
　前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット後もしくはリーンバーン後のタイミング(Ｐ２)で、燃料噴射装置(３)からの燃料噴射量を増加させる第１噴射量制御と、スロットル弁(１１１ｂ)のスロットル開度を閉じて、空気量を減少させる第１開度制御とを行い、
　前記圧力センサ(１３)の検出値に基づいて、前記第１開度制御における前記空気量を制御し、前記第１噴射量制御により噴射された燃料の燃焼により生成された排気ガスを前記三元触媒に供給する。
　構成６の制御方法によれば、点火カットを行わず、スムーズな車両の加速を可能にするとともに、三元触媒による排気ガスの浄化能力を早期に回復させることが可能になる。
　発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。
　１：制御装置、３：燃料噴射装置、４：点火装置、７a,７b：酸素センサ、１３：筒内圧センサ（圧力センサ）、１０６：内燃機関、１１２：排気通路、１１２ａ－１：排気管（第１排気管）、１１２ａ－２：排気管（第２排気管）、１１２ａ－３：排気管（第３排気管）、１１２ａ－４：排気管（第４排気管）、１１２ｂ：集合管部、１１２ｃ：三元触媒、１１２ｄ：消音器

Claims (6)

  1. 　排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収し、または吸収した前記酸素を放出する三元触媒が排気通路に配置された内燃機関の制御装置であって、
    　前記三元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を検知する酸素センサの検出値と、前記内燃機関における気筒の筒内圧を計測する圧力センサの検出値と、を用いて、前記内燃機関を制御する制御ユニットを備え、
    　前記制御ユニットは、
    　前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット後もしくはリーンバーン後のタイミングで、燃料噴射装置からの燃料噴射量を増加させる第１噴射量制御と、スロットル弁のスロットル開度を閉じて、空気量を減少させる第１開度制御とを行い、
    　前記圧力センサの検出値に基づいて、前記第１開度制御における前記空気量を制御し、前記第１噴射量制御により噴射された燃料の燃焼により生成された排気ガスを前記三元触媒に供給することを特徴とする制御装置。
  2. 　前記制御ユニットは、前記圧力センサの検出値に基づいて、前記第１噴射量制御における前記燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記制御ユニットは、前記燃料カット後もしくは前記リーンバーン後のタイミングから、増加傾向を示す前記酸素センサの検出値が閾値に到達するタイミングまで、前記第１噴射量制御により噴射された前記燃料の燃焼により生成された前記排気ガスを、前記排気通路を介して前記三元触媒に供給し、前記三元触媒に吸収された酸素を放出させ、
    　前記酸素センサの検出値が前記閾値に到達するタイミングで、前記燃料噴射装置からの前記燃料噴射量を減少させる第２噴射量制御と、前記スロットル弁のスロットル開度を閉じて、空気量を増加させる第２開度制御とを行うことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
  4. 　前記制御ユニットは、前記圧力センサの検出値に基づいて前記内燃機関のトルクの変化を監視し、前記トルクの変化が所定の範囲内になるように、変動前記第２噴射量制御における前記燃料の噴射量と、前記第２開度制御における前記空気量とを、調整することを特徴する請求項３に記載の制御装置。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置を備える車両。
  6. 　排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸収し、または吸収した前記酸素を放出する三元触媒が排気通路に配置された内燃機関の制御方法であって、
    　前記三元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を検知する酸素センサの検出値と、前記内燃機関における気筒の筒内圧を計測する圧力センサの検出値と、を用いて、前記内燃機関を制御する制御工程を有し、
    　前記制御工程では、
    　前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット後もしくはリーンバーン後のタイミングで、燃料噴射装置からの燃料噴射量を増加させる第１噴射量制御と、スロットル弁のスロットル開度を閉じて、空気量を減少させる第１開度制御とを行い、
    　前記圧力センサの検出値に基づいて、前記第１開度制御における前記空気量を制御し、前記第１噴射量制御により噴射された燃料の燃焼により生成された排気ガスを前記三元触媒に供給することを特徴とする制御方法。
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