JP2011157906A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン運転中に所定の燃料カット条件が成立している期間に燃料カットを実行するエンジン制御システムにおいて、燃料カット復帰直後の触媒のＮＯｘ浄化率の低下を抑える。
【解決手段】燃料カット実行中に、吸入空気量の積算値等に基づいて触媒３１のリーン度合を推定し、推定した触媒３１のリーン度合が所定値以上になったときに、所定量の燃料を供給して触媒３１のリーン度合（Ｏ₂ ストレージ量）を低減させる。ここで、燃料カット実行中に供給する燃料の量は、触媒３１のリーン度合を中立状態付近まで低減するのに必要な量に設定する。燃料カット実行中の一時的な燃料の供給は、燃料噴射弁２０を一時的に開弁して行っても良いし、或は、燃料蒸発ガスパージシステムのパージ制御バルブを一時的に開弁して燃料を供給するようにしても良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）の運転中に所定の燃料カット条件が成立している期間に燃料噴射弁の燃料噴射を停止する燃料カットを実行する内燃機関の制御装置に関する発明である。

車両減速中に、所定の燃料カット条件（例えばスロットル全閉且つエンジン回転速度が燃料カット復帰回転速度以上であること）が成立すると、燃料カットを実行して燃費を節約し、その後、エンジン回転速度が燃料カット復帰回転速度以下になった時点で、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開始するようにしている。また、エンジン回転速度が許容上限回転速度を越えた場合も、燃料カットが実行されて、エンジン回転上昇が抑えられ、エンジンが保護される。

燃料カット中は、吸入空気がそのままエンジンシリンダ内を素通りして排気通路に設置された触媒に流入することになるため、触媒に過剰な酸素（Ｏ₂ ）が供給されて、触媒のＯ₂ ストレージ量（酸素吸蔵量）が増加して触媒のリーン度合が増加する。このように、燃料カット中に触媒のリーン度合が増加して過リーン状態になると、燃料カット復帰後に排出ガス中のＮＯｘの浄化率が低下してＮＯｘ排出量が増加してしまう。

この対策として、下記の特許文献１〜３に記載されているように、燃料カット復帰時に燃料噴射量を一時的に増量補正して空燃比をリッチ化して触媒のリーン度合（Ｏ₂ ストレージ量）を低減するようにしたものがある。

特開２００５−１８０２８２号公報 特開２００９−３６１１７号公報 特開２００３−１６６４１４号公報

しかし、上記特許文献１〜３の技術では、いずれも燃料カット復帰後に空燃比をリッチ化して触媒のリーン度合を低減するようにしているため、燃料カット復帰後に触媒が過リーン状態から中立状態付近に復帰するまでの暫くの間は、ＮＯｘ浄化率が低下するという課題があった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、燃料カット復帰直後の触媒のＮＯｘ浄化率の低下を抑えることができる内燃機関の制御装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排気通路に排出ガス浄化用の触媒を設置すると共に、内燃機関の運転中に所定の燃料カット条件が成立している期間に燃料噴射弁の燃料噴射を停止する燃料カットを実行する燃料カット制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、前記燃料カット制御手段は、燃料カット実行中の所定時期に一時的に燃料を供給して前記触媒のリーン度合を低減させるようにしたものである。このように、燃料カット実行中の所定時期に一時的に燃料を供給すれば、燃料カット実行中に触媒が過リーン状態になることを防止できるため、燃料カット復帰直後の触媒のリーン度合を従来より低減させることができて、燃料カット復帰直後の触媒のＮＯｘ浄化率の低下を抑えることができる。

この場合、燃料カット実行中に一時的に燃料を供給する時期は、例えば、所定時間経過毎、吸入空気量の積算値が所定値に達する毎、所定走行距離毎であっても良く、要は、燃料カット実行中に触媒が過リーン状態にならないように間欠的に燃料を供給すれば良い。

また、請求項２のように、燃料カット実行中に触媒のリーン度合を推定し、当該リーン度合が所定値以上になったときに所定量の燃料を供給するようにしても良い。このようにすれば、燃料カット実行中に触媒が過リーン状態になる前に触媒のリーン度合に応じた適正な量の燃料を供給することができ、燃料カット復帰直後の触媒のリーン度合を確実に低減させることができる。

或は、請求項３のように、燃料カット実行中に触媒のリーン度合を推定し、燃料カット実行中に一時的に供給する燃料量を触媒のリーン度合に応じて制御するようにしても良い。このようにしても、燃料カット実行中に触媒のリーン度合に応じた適正な量の燃料を供給することができ、燃料カット復帰直後の触媒のリーン度合を確実に低減させることができる。

また、請求項４のように、燃料カット実行中の所定時期に燃料噴射弁又は燃料蒸発ガスパージシステムのパージ制御バルブを一時的に開弁して燃料を供給するようにしても良い。或は、触媒早期暖機制御時等に内燃機関の排気通路のうちの触媒の上流側に燃料（ＨＣ）を添加する燃料添加装置を搭載した内燃機関の場合は、燃料カット実行中の所定時期に一時的に燃料添加装置を作動させて燃料を供給するようにしても良い。いずれの場合も、内燃機関の既存の機器を利用して燃料を触媒に供給することができ、燃料を触媒に供給する装置を新たに設ける必要がなく、低コストで本発明を実現できる。

図１は本発明の実施例１におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。 図２は実施例１の燃料カット時触媒中立化制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図３は実施例１の燃料カット時触媒中立化制御の実行例を示すタイムチャートである。 図４は実施例２の燃料カット時触媒中立化制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図３に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。

内燃機関であるエンジン１１の吸気管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の下流側には、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１０等のアクチュエータによって駆動されるスロットルバルブ１５と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に吸入空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。尚、本発明は、図１に示すような筒内噴射エンジンに限定されず、吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に燃料噴射弁を取り付けた吸気ポート噴射エンジンや、筒内噴射と吸気ポート噴射を併用するデュアル噴射エンジンにも適用可能である。

エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１の火花放電によって各気筒内の混合気に点火される。また、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冷却水温センサ２２や、所定クランク角毎にパルスを出力するクランク角センサ２３が取り付けられ、このクランク角センサ２３の出力パルス間隔に基づいてエンジン回転速度が検出され、クランク角センサ２３の出力パルスのカウント値等に基づいてクランク角が検出される。

一方、エンジン１１の排気管３０には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側に排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する排出ガスセンサ３２（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。

上述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３３に入力される。このＥＣＵ３３は、マイクロコンピュータを主体として構成され、そのＲＯＭ（記憶媒体）に記憶されたエンジン制御用の各ルーチンを実行することで、点火時期、燃料噴射量、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

また、ＥＣＵ３３は、特許請求の範囲でいう燃料カット制御手段としても機能し、車両減速中に所定の燃料カット条件（例えばスロットル全閉且つエンジン回転速度が燃料カット復帰回転速度以上であること）が成立したときに、燃料噴射弁２０の燃料噴射を停止する燃料カットを実行して燃費を節約し、その後、エンジン回転速度が燃料カット復帰回転速度以下になった時点で、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開始するようにしている。また、エンジン回転速度が許容上限回転速度を越えた場合も、燃料カットが実行されて、エンジン回転上昇が抑えられ、エンジン１１が保護される。

更に、ＥＣＵ３３は、後述する図２の燃料カット時触媒中立化制御ルーチンを実行することで、燃料カット実行中に触媒３１のリーン度合を推定し、図３に示すように、触媒３１のリーン度合が所定値以上になったときに所定量の燃料を供給して触媒３１のリーン度合（Ｏ₂ ストレージ量）を低減させるようにしている。ここで、燃料カット実行中に一時的に供給する燃料の量は、触媒３１のリーン度合を中立状態付近まで低減するのに必要な量に設定されている。以下、図２の燃料カット時触媒中立化制御ルーチンの処理内容を説明する。

図２の燃料カット時触媒中立化制御ルーチンは、ＥＣＵ３３の電源オン中（イグニッションスイッチのオン中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう燃料カット制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、燃料カット実行中（燃料カットフラグ＝ＯＮ）であるか否かを判定し、燃料カット実行中でない場合（燃料カットフラグ＝ＯＦＦ）の場合には、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

これに対し、上記ステップ１０１で、燃料カット実行中（燃料カットフラグ＝ＯＮ）であると判定されれば、ステップ１０２に進み、触媒３１のリーン度合（Ｏ₂ ストレージ量）を算出する。この際、燃料カット開始（又は前回の燃料供給終了）からの吸入空気量の積算値や経過時間が増加するほど、触媒３１のリーン度合が増大することを考慮して、例えば、燃料カット開始（又は前回の燃料供給終了）からの吸入空気量の積算値又は経過時間等に基づいて触媒３１のリーン度合をマップ又は数式等により算出するようにすれば良い。

この後、ステップ１０３に進み、触媒３１のリーン度合が所定値以上であるか否かを判定する。ここで、所定値は、触媒３１のリーン度合の飽和レベルよりもある程度低い値に設定されている。このステップ１０３で、触媒３１のリーン度合が所定値未満と判定されれば、そのまま本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０３で、触媒３１のリーン度合が所定値以上であると判定されれば、ステップ１０４に進み、触媒中立化制御フラグをＯＮして、次のステップ１０５で、所定量の燃料を供給して触媒３１のリーン度合を低減させる。ここで、燃料カット実行中に一時的に供給する燃料の量は、触媒３１のリーン度合を中立状態付近まで低減するのに必要な量に設定されている。燃料カット実行中の一時的な燃料の供給は、燃料噴射弁２０を一時的に開弁して行っても良いし、或は、燃料タンク内の燃料蒸発ガスをキャニスタ内に吸着する燃料蒸発ガスパージシステムのパージ制御バルブを一時的に開弁して燃料を供給するようにしても良い。或は、触媒早期暖機制御時等にエンジン１１の排気管３０のうちの触媒３１の上流側に燃料（ＨＣ）を添加する燃料添加装置を搭載している場合は、一時的に燃料添加装置を作動させて燃料を供給するようにしても良い。

燃料の供給後に、ステップ１０６に進み、触媒中立化制御フラグをＯＦＦに切り替えて本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例１によれば、燃料カット実行中に触媒３１のリーン度合を推定し、触媒３１のリーン度合が所定値以上になったときに所定量の燃料を供給して触媒３１のリーン度合を低減させるようにしたので、燃料カット実行中に触媒３１が過リーン状態になることを防止できて、燃料カット復帰直後の触媒３１のリーン度合を従来より低減させることができて、燃料カット復帰直後の触媒３１のＮＯｘ浄化率の低下を抑えることができる。

上記実施例１では、燃料カット実行中に触媒３１のリーン度合が所定値以上になったときに所定量の燃料を供給するようにしたが、本発明の実施例２では、図４の燃料カット時触媒中立化制御ルーチンを実行することで、燃料カット実行中に触媒３１のリーン度合を推定すると共に、所定期間が経過したときに、触媒３１のリーン度合に応じた量の燃料を供給するようにしている。その他の事項は、上記実施例１と同じである。

本実施例２で実行する図４の燃料カット時触媒中立化制御ルーチンは、ＥＣＵ３３の電源オン中（イグニッションスイッチのオン中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう燃料カット制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、燃料カット実行中（燃料カットフラグ＝ＯＮ）であるか否かを判定し、燃料カット実行中でない場合（燃料カットフラグ＝ＯＦＦ）の場合には、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

これに対し、上記ステップ２０１で、燃料カット実行中（燃料カットフラグ＝ＯＮ）であると判定されれば、ステップ２０２に進み、触媒３１のリーン度合（Ｏ₂ ストレージ量）を前記実施例１と同様の方法で算出する。

この後、ステップ２０３に進み、燃料カット開始（又は前回の燃料供給終了）から所定期間が経過したか否かを判定する。ここで、所定期間は、例えば、予め設定された所定時間であっても良いし、所定走行距離を走行するまでの期間であっても良いし、或は、エンジン回転速度の降下量が所定値に達するまでの期間であっても良い。要は、燃料カット実行中に触媒３１のリーン度合が飽和レベルに達する時期よりも前に所定期間が経過するように設定すれば良い。

このステップ２０３で、まだ所定期間が経過していないと判定されれば、そのまま本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ２０３で、所定期間が経過したと判定されれば、ステップ２０４に進み、触媒中立化制御フラグをＯＮして、次のステップ２０５で、触媒３１のリーン度合に応じて燃料供給量をマップ又は数式等により算出する。これにより、触媒３１のリーン度合が大きくなるほど、燃料供給量が多くなるように設定される。

この後、ステップ２０６に進み、上記ステップ２０５で算出した燃料供給量相当分の燃料を供給して触媒３１のリーン度合を低減させる。ここで、燃料の供給は、例えば、燃料噴射弁２０を一時的に開弁して行っても良いし、或は、燃料蒸発ガスパージシステムのパージ制御バルブを一時的に開弁して燃料を供給するようにしても良い。或は、触媒早期暖機制御時等にエンジン１１の排気管３０のうちの触媒３１の上流側に燃料（ＨＣ）を添加する燃料添加装置を搭載している場合は、一時的に燃料添加装置を作動させて燃料を供給するようにしても良い。

燃料の供給後に、ステップ２０７に進み、触媒中立化制御フラグをＯＦＦに切り替えて本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例２では、燃料カット実行中に触媒３１のリーン度合を推定すると共に、所定期間が経過したときに、触媒３１のリーン度合に応じた量の燃料を供給するようにしているため、燃料カット実行中に触媒３１のリーン度合に応じた適正な量の燃料を供給することができて、燃料カット復帰直後の触媒３１のリーン度合を確実に低減させることができ、燃料カット復帰直後の触媒３１のＮＯｘ浄化率の低下を抑えることができる。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、１５…スロットルバルブ、１８…吸気管圧力センサ、３０…排気管、３１…触媒、３３…ＥＣＵ（燃料カット制御手段）

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に排出ガス浄化用の触媒を設置すると共に、内燃機関の運転中に所定の燃料カット条件が成立している期間に燃料噴射弁の燃料噴射を停止する燃料カットを実行する燃料カット制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記燃料カット制御手段は、燃料カット実行中の所定時期に一時的に燃料を供給して前記触媒のリーン度合を低減させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料カット制御手段は、燃料カット実行中に前記触媒のリーン度合を推定し、当該リーン度合が所定値以上になったときに所定量の燃料を供給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。
3. 前記燃料カット制御手段は、燃料カット実行中に前記触媒のリーン度合を推定し、燃料カット実行中に一時的に供給する燃料量を前記触媒のリーン度合に応じて制御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。
4. 前記燃料カット制御手段は、燃料カット実行中の所定時期に前記燃料噴射弁又は燃料蒸発ガスパージシステムのパージ制御バルブを一時的に開弁して燃料を供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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