JP2012241691A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の運転状態が過回転領域である場合に、過回転領域で燃料の供給の停止と再開とが繰り返される場合に、触媒の保護を図る。
【解決手段】内燃機関が排気系に触媒を備えてなり、内燃機関に対する燃料の供給を制御する燃料供給制御装置であって、内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段と、燃料を供給する燃料供給手段と、燃料供給手段に対して、検出した機関回転数が第一の回転数を上回ったときに燃料供給を停止させ、第一の回転数よりも低い第二の回転数を下回ったときに燃料供給を再開させる燃料供給制御手段とを備え、燃料供給制御手段が、過回転領域において燃料の供給を再開する際に、理論空燃比よりリーンとなる空燃比となるように燃料を供給するよう燃料供給手段を制御し、触媒の温度の過度の昇温を抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関が過回転領域において運転される際の触媒の劣化を抑制できる内燃機関の燃料供給装置に関するものである。

従来、エンジンの運転状態が過回転領域である際に、エンジン回転数のさらなる上昇を抑制するために、燃料の供給を停止する過回転燃料カット制御を実施するものが知られている。例えば、特許文献１に記載のものは、エンジンの排気ガス温度の増大を防止してエンジンの過熱防止性能を向上させるために、過回転燃料カット（燃料の供給停止）を実施した後にエンジン回転数が燃料の供給を再開するための燃料カット復帰回転数以下になった場合に、燃料の供給を再開する。この燃料の供給再開において、エンジンの負荷と車速との少なくとも一方に応じて、燃料供給量をリーン化させる構成である。

通常、過回転領域において、過回転燃料カットと燃料カット復帰（燃料の供給再開）とを断続的に継続すると、触媒の温度が過度に上昇してしまうことがある。これは、エンジンの運転状態が過回転領域である場合には出力空燃比での運転であるため空燃比がリッチであることが殆どであり、一方、過回転燃料カットを実施しているときはエンジンから排出されるガスが空気で希釈されることになるため、結果として触媒に流入するガスの空燃比がそれより以前のリッチな空燃比よりリーンとなり、触媒の温度を上昇させてしまうことに起因する。

特に、過回転燃料カット制御を実施するような運転状況下は、高回転高負荷運転状態である場合が多く、空燃比も理論空燃比よりもよりリッチな場合が多い。このような運転状況において、過回転燃料カットと燃料カット復帰とを繰り返すと、触媒に流入するガスの空燃比は、触媒の温度が最も上昇する理論空燃比に近づく。特許文献１のものでは、燃料カット復帰の際に燃料供給量をリーン化させるので、このことを促進させてしまうことになる。このように、流入するガスの空燃比が理論空燃比に近似することで、触媒の温度を上昇させる状況になると、ひいては触媒の劣化や溶損を招くことになった。

特開平９‐１９５８２９号公報

そこで本発明は以上の点に着目し、過回転領域で燃料の供給の停止と再開とが繰り返される場合に、触媒の保護を図ることを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関の燃料供給装置は、内燃機関が排気系に触媒を備えてなり、内燃機関に対する燃料の供給を制御する燃料供給制御装置であって、内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段と、燃料を供給する燃料供給手段と、燃料供給手段に対して、検出した機関回転数が第一の回転数を上回ったときに燃料供給を停止させ、第一の回転数よりも低い第二の回転数を下回ったときに燃料供給を再開させる燃料供給制御手段とを備え、燃料供給制御手段が、過回転領域において燃料の供給を再開する際に、理論空燃比よりリーンとなる空燃比となるように燃料を供給するよう燃料供給手段を制御し、触媒の温度の過度の昇温を抑制することを特徴とする。

このような構成によれば、燃料の供給の再開後は、理論空燃比よりリーンとなる空燃比となるように燃料を供給することにより、燃焼温度が最も高くなる理論空燃比の場合より燃焼温度が低くなり、触媒に入る排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンとなり、触媒の温度を低減することが可能になる。

本発明は、以上説明したような構成であり、触媒の温度を低減することができるので、触媒が溶損することを回避することができ、また触媒の劣化を抑制することができる。しかも、燃料の供給の再開時に理論空燃比よりリーンとなる空燃比で燃料を供給するので、燃費を向上させることができ、トルク変動を抑制することによりドライバビリティを向上させることができる。

本発明の実施形態のエンジンの概略構成説明図。 同実施形態の制御手順を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に概略的にその一気筒の構成を示したエンジン１００は自動車用のもので、その吸気系１には図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットル弁２を配設するとともに、このスロットル弁２を迂回するバイパス通路３を設け、このバイパス通路３にアイドル回転数制御用の流量制御弁４を介設している。

この流量制御弁４は、スロットル弁２がほぼ全閉となった際のアイドル回転数制御において、エンジン１００の温度である冷却水温に基づく開度で開かれるものである。この場合冷却水温が低いほどその開度を大きくして、流量制御弁４は開かれる。これは、メカニカルロスの多い低温時に、回転変動に対する耐力を大きくするためである。この流量制御弁４は、スロットル弁２が開いている時、つまりアクセルペダルが操作されている時にも開かれている。

吸気系１にはさらに、燃料噴射弁５が設けてあり、この燃料噴射弁５や前記流量制御弁４を、電子制御装置６により制御するようにしている。エンジン自体は、この分野で広く知られているものを用いることができる。

一方、排気系２０には、排気ガスの浄化のための三元触媒２１が、また三元触媒２１の上流には排気ガスの空燃比を検出するためのＯ₂センサ２２がそれぞれ取り付けてある。

電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。入力インターフェース９には、サージタンク１２内の圧力を検出する吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ１４から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１５から出力される車速信号ｃ、スロットル弁２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６から出力されるＩＤＬ信号ｄ、エンジン温度であるエンジン１００の冷却水温を検知するための水温センサ１７から出力される水温信号ｅ、Ｏ₂センサ２２から出力される空燃比信号ｇ等が入力される。また、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して、演算された燃料噴射時間に対応する駆動信号ｆが、また流量制御弁４に対しては、演算デューティ比に基づく制御信号ｇが、点火プラグ２３に対しては、点火信号ｋが、それぞれ出力される。

電子制御装置６には、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ１４から出力される回転数信号ｂを主な情報として燃料噴射弁５の開成時間を決定し、その決定により燃料噴射弁５を制御して負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させるためのプログラムが格納してある。

また、電子制御装置６には、エンジン回転数が第一の回転数である過回転燃料カット回転数を上回ったときに燃料を停止し、過回転燃料カット回転数よりも低い第二の回転数である過回転燃料カット復帰回転数を下回ったときに燃料供給を再開するものであり、過回転領域において燃料の供給を再開する際に、理論空燃比よりリーンとなる空燃比となるように燃料を供給するための過回転時燃料供給制御プログラムが格納してある。この過回転時燃料供給制御プログラムは、エンジン１００の運転状態が過回転領域である場合に実行する。過回転領域は、エンジン回転数が所定回転数以上で、且つスロットル弁２の開度が一定以上であることを条件として設定される。図２により、過回転時燃料供給制御プログラムの制御手順を説明する。

まずステップＳ１において、エンジン回転数を検出する。エンジン回転数は、回転数センサ１４から出力される回転数信号ｂに基づいて検出する。従って、回転数センサ１４と電子制御装置６により回転数検出手段が構成される。

ステップＳ２では、検出したエンジン回転数が過回転燃料カット回転数を上回ったか否かを判定する。過回転燃料カット回転数は、エンジン１００の特性に応じて設定するものである。検出したエンジン回転数が過回転燃料カット回転数を上回ったと判定した場合はステップＳ３を実行し、燃料の供給を停止する。

ステップＳ３において、燃料の供給を停止した後、ステップＳ４では、燃料の供給停止を継続している運転状態でのエンジン回転数を検出する。すなわち、一旦過回転燃料カット回転数を上回って燃料の供給を停止した場合、エンジン回転数が過回転燃料カット復帰回転数を下回るまで、燃料の供給停止状態を継続するものである。

ステップＳ５では、ステップＳ４において検出したエンジン回転数が過回転燃料カット復帰回転数を下回ったか否かを判定する。ステップＳ５において、検出したエンジン回転数が過回転燃料カット復帰回転数を下回るまでは、ステップＳ４とステップＳ５とを繰り返し実行する。一方、検出したエンジン回転数が過回転燃料カット復帰回転数を下回った場合は、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、空燃比が理論空燃比よりリーンとなるようにして燃料の供給を再開する。燃料の供給の再開後は、エンジン回転数が過回転燃料カット回転数を上回るか、運転領域が過回転領域以外となるまで、空燃比が理論空燃比よりリーンになる燃料噴射量により、燃料の供給が継続される。この実施形態では、燃料の供給を再開する際の燃料の供給は、上述した理論空燃比よりリーンになる空燃比になるように実施するとともに、１回目の燃料の供給停止時の燃焼温度以下の燃焼温度となる空燃比になるように実施する。燃料噴射弁５と電子制御装置６とで、燃料供給手段及び燃料供給制御手段が構成される。

すなわち、エンジン１００は、過回転領域で運転されているので、燃料の供給停止時までは理論空燃比よりリッチな出力空燃比により運転されている。この場合、燃焼温度は、理論空燃比における燃焼温度よりは低温ではあるが、空燃比がリーンである場合と同程度かあるいはリーンである場合よりは高温である。従って、燃料の供給を再開する際には、理論空燃比よりリーンで、且つ１回目の燃料の供給停止時の燃焼温度以下の燃焼温度となる空燃比になるように燃料を供給することで、三元触媒２１に流入するガスの温度を低減するものである。

ステップＳ７では、エンジン１００の運転状態が過回転領域であるか否かを判定する。運転状態が過回転領域であると判定した場合は、ステップＳ１を再度実行する。従って、運転状態が過回転領域である場合は、ステップＳ１〜ステップＳ６を繰り返し実行するものである。

このような構成において、エンジン１００が過回転領域において運転され、エンジン回転数が過回転燃料カット回転数を上回ると（ステップＳ２において（「Ｙｅｓ」）、燃料の供給を停止する。この後、エンジン回転数が過回転燃料カット復帰回転数を下回るまで燃料の供給停止を継続するので、エンジン回転数はその間に漸次下降する（ステップＳ３〜ステップＳ５）。燃料の供給停止からエンジン回転数が過回転燃料カット復帰回転数を下回るまでの間、燃料の供給を継続して停止しているので、三元触媒２１内には酸素を多量に含むガスが流入する。これにより、三元触媒内２１内の空燃比が、燃料の供給停止前のリッチな空燃比の状態から、流入するガスによって希釈されることで一時的に理論空燃比に近くなる。従って、三元触媒２１の温度が、流入したガスと内部に滞留していた空燃比がリッチなガスとが反応することで、燃料の供給停止の初期段階において一時的に上昇しその後下降する。

この後、エンジン回転数が過回転燃料カット復帰回転数を下回ると（ステップＳ５において「Ｙｅｓ」）、理論空燃比よりリーンな空燃比で、且つ１回目の燃料の供給停止時の燃焼温度以下の燃焼温度となる空燃比になるように燃料を供給する（ステップＳ６）。これにより、燃焼温度が理論空燃比の場合のものより低下するとともに、三元触媒２１に流入するガスの空燃比が理論空燃比よりリーンになるので、三元触媒２１内での反応熱も低下する。

従来のものでは、空燃比をその時の運転状態に応じて出力空燃比で燃料の供給を再開した際に、燃料の供給停止により空燃比がリーンになった三元触媒２１にリッチな空燃比のガスが流入することにより、三元触媒２１の温度が上昇する。しかしながら、この実施形態にあっては、過回転領域において、燃料の供給停止と、供給再開とを繰り返し実施する場合、燃料の供給再開を、理論空燃比よりリーンな空燃比で、且つ１回目の燃料の供給停止時の燃焼温度以下の燃焼温度となる空燃比になるように燃料を供給することで、三元触媒２１内の空燃比が理論空燃比よりリーンな空燃比に変化する。この結果、理論空燃比より空燃比がリーンであるために、三元触媒２１の温度が過度に上昇することを抑制することができる。

従って、熱による三元触媒２１の劣化を抑制することができ、加えて三元触媒２１が溶損することを回避することができる。さらに、過回転領域において燃料の供給停止と供給再開とを繰り返す運転状態において、上述したように空燃比を理論空燃比よりリーンにするように燃料の供給を再開することで燃焼温度が低下しているので、エンジン１００への熱負荷を低減することができる。

また、燃料の供給の再開に際しては、空燃比が理論空燃比よりリーンになるようにして燃料を供給するので、燃料の消費量が減り、燃費を向上させることができる。また、燃料の供給再開時に、空燃比が理論空燃比よりリーンになるように燃料を供給することで、空燃比がリッチである場合よりトルクが低くなるので、燃料の供給停止と供給再開との繰り返しの間、トルクの高低差を小さくすることができ、ドライバビリティを改善することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の活用例として、排気系に触媒を備える内燃機関が挙げられる。

５…燃料噴射弁
６…電子制御装置
１４…回転数センサ
２０…排気系
２１…三元触媒

Claims (1)

1. 内燃機関が排気系に触媒を備えてなり、内燃機関に対する燃料の供給を制御する燃料供給制御装置であって、
   内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段と、
   燃料を供給する燃料供給手段と、
   燃料供給手段に対して、検出した機関回転数が第一の回転数を上回ったときに燃料供給を停止させ、第一の回転数よりも低い第二の回転数を下回ったときに燃料供給を再開させる燃料供給制御手段とを備え、
   燃料供給制御手段が、過回転領域において燃料の供給を再開する際に、理論空燃比よりリーンとなる空燃比となるように燃料を供給するよう燃料供給手段を制御し、触媒の温度の過度の昇温を抑制する内燃機関の燃料供給装置。

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