JP2014129750A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】触媒が高温時であっても、触媒が劣化することが無く、かつドライバビリティのフィーリングが良好な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供すること。
【解決手段】車両に適用された内燃機関1の排気浄化用の触媒と、車両が減速中に内燃機関への燃料供給を停止する燃料停止制御部31と、触媒の温度が第3設定温度以上であるとき、燃料停止制御を禁止する燃料停止禁止制御部34とを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置24において、設定期間中に車両の加速度が切り替えられたことを判定する加速度切替判定部36と、触媒の温度が第3設定温度より低い第2設定温度以上であり、加速度の切替が検出されたとき、内燃機関への燃料噴射量を増加させる第2燃料増加制御部37とを備える。
【選択図】図1

Description

この発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に、排気浄化用の触媒が過剰に高温となることを防止することができる内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
内燃機関に備えられた排気浄化用の触媒においては、内燃機関の運転状態が高負荷である場合、燃料噴射制御装置が例えば燃料停止制御を実行し、混合気が希薄化(リーン化)すると、触媒と高温な酸素が結合し酸化が促進され、一時的に浄化能力が低下する問題があった。
従来、このような問題を解決するために、内燃機関の燃料噴射制御装置であって、内燃機関の排気通路に排気浄化用の触媒を備えると共に、減速時に燃料供給手段による燃料供給を停止する燃料カット手段を備えた内燃機関において、前記触媒の温度を推定する触謀温度推定手段と、該触媒温度推定手段の推定値と予め設定した所定温度とを比較する比較手段と、該比較手段の比較結果から推定触媒温度値が所定温度以上である時、前記燃料カット手段による燃料供給の停止を禁止する燃料カット禁止手段とを含んで構成したものが開示されている(特許文献1)。
この発明によれば、排気浄化用の触媒の温度が高温と推定された時には、機関運転状態が燃料停止条件を満たした場合でも燃料停止を行わず、燃料供給手段による燃料供給を実行する。従って、触媒の高温時における、燃料停止による空然比の希薄化(リーン化)を防ぐことができ、高温の触媒が希薄雰囲気の混合気に曝されることがなく、高温の酸素が触媒表面に付着することによって生じる排気浄化触媒の一時的な劣化を防止できるようになるものである。
特開平7−197834
ところで、図6に示すように、燃料噴射制御装置は、車両が減速を開始(t1)すると内燃機関への燃料供給を停止し、加速を開始(t2)すると燃料供給を再開し、その後、減速を開始(t3)すると燃料供給を停止する。燃料噴射制御装置は、触媒の温度が排気系保護の温度閾値以上になると、燃料噴射量を通常(一点鎖線)よりも増加量A1(実線)だけ増加させる(t4−t5)ことで、触媒が高温となることを防止する。
燃料噴射制御装置は、t3−t5のように短い設定期間での連続する加速、減速運転を行うと、急激な触媒の温度上昇により燃料停止禁止の温度閾値に到達(t6)するので、燃料停止禁止制御により燃料停止を禁止して、触媒の劣化を防止する。燃料停止制御の実行に対して、燃料停止禁止制御を実行する場合に、t6−t7のようにエンジン回転数の降下が緩やかになる(B1)。従って、t5−t7の運転がt3−t5と同様の運転(例えば、スロットル開度の変化量がt5−t7とt3−t5とで同じ)でも、エンジン回転数の降下挙動に差が生じることで、ドライバビリティのフィーリングが悪化する問題がある。
前記のように加速と減速とを交互に切り替えるように車両を運転する場合、燃料噴射制御装置は、燃料停止制御の実行と非実行とを繰り返すことになる。このとき、燃料停止の非実行時には、触媒は燃焼した排気ガスにより高温となり、その後、燃料停止が実行されると、酸素が流入し触媒で排気ガス中の未燃ガスが酸化することでさらに高温となる現象が繰り返されることになる。
このような運転状態であっては、触媒の温度が急激に上昇するため、触媒の温度を推定して高温を検出したときには既に浄化能力が低下するほどの温度に達することがあり、燃料停止の禁止制御が間に合わなくなる恐れがある。
そこで、この発明は上記の問題に鑑みて成されたものであり、触媒が高温時であっても、触媒が劣化することが無く、かつドライバビリティのフィーリングが良好な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
この発明は、車両に適用された内燃機関の排気浄化用の触媒と、前記車両が減速中に前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料停止制御部と、前記触媒の温度が第3設定温度以上であるとき前記燃料停止制御を禁止する燃料停止禁止制御部とを備えた内燃機関の制御装置において、設定期間中に前記車両の加速度が切り替えられたことを判定する加速度切替判定部と、前記触媒の温度が前記第3設定温度より低い第2設定温度以上であり、前記加速度の切替が検出されたとき、前記内燃機関への燃料噴射量を増加させる第2燃料増加制御部とを備えることを特徴とする。
この発明の内燃機関の燃料噴射制御装置は、設定期間中に加速度の切替が行われたことを検出する加速度切替判定部を備え、触媒の温度が燃料停止禁止制御が実行される第3設定温度より低い第2設定温度以上に高温となり、かつ加速度の切替が検出されたとき、燃料噴射量を増加させる第2燃料増加制御部を備える。
このため、この発明は、触媒の温度が急激に上昇することを燃料停止禁止制御が実行される前に検出でき、触媒の温度が第3設定温度に達する前に燃料を増量させて、触媒が高温となることを防ぐことができる。従って、加速度の切替による触媒の急激な温度上昇を防止でき、触媒の温度が第3設定温度に達することを抑止できる。また、触媒の温度は、第3設定温度に達することが無いため、燃料停止制御部は、車両が減速中に燃料供給を停止することができ、減速フィーリングを常に一定に保つことができる。
図1は内燃機関の燃料噴射制御装置のシステム構成図である。(実施例) 図2は燃料噴射制御装置の制御フローチャートである。(実施例) 図3は加速度切替判定のフローチャートである。(実施例) 図4は燃料噴射制御装置の制御タイムチャートである。(実施例) 図5は加速度切替判定のフローチャートである。(変形例) 図6は燃料噴射制御装置の制御タイムチャートである。(従来例)
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
図1〜図4は、この発明の実施例を示すものである。図1において、車両に搭載された内燃機関1は、燃焼室2に連通する吸気ポート3及び排気ポート4にそれぞれ吸気弁5及び排気弁6を備え、吸気弁5及び排気弁6を開閉する吸気カム軸7および排気カム軸8を有している。
前記内燃機関1は、吸気系として、エアクリーナ9と吸気管10とスロットルボディ11とサージタンク12と吸気マニホルド13とを順次に接続し、吸気ポート3に連通する吸気通路14を備えている。スロットルボディ11の吸気通路14には、吸気量を調整するスロットル弁15を有している。スロットル弁15は、アクセルペダル16の踏込み、放し操作に連動して開閉され、燃焼室2に供給される吸気量を調整する。
また、内燃機関1は、排気系として、排気マニホルド17と触媒コンバータ18と排気管19とを順次に接続し、排気ポート4に連通する排気通路20を備えている。触媒コンバータ18には、排気浄化用の触媒21を内蔵している。
さらに、内燃機関1は、燃料を供給する燃料噴射装置22として、吸気ポート3に燃料を噴射する燃料噴射弁23を備えている。燃料噴射弁23は、燃料タンクから圧送される燃料を噴射し、燃焼室2に供給する。
前記燃料噴射弁23は、内燃機関1の燃料噴射制御装置24に接続されている。燃料噴射制御装置24には、内燃機関1のエンジン回転数や車両の車速を算出するためにクランク軸のクランク角を検出するクランク角センサ25と、内燃機関1の吸気量を検出する吸気量センサ26と、アクセルペダル16の変化量を検出するアクセルペダルセンサ27と、触媒21よりも上流側の排気通路20の排気中の酸素量を検出する酸素センサ28と、を接続している。
燃料噴射制御装置24は、前記燃料噴射装置22の燃料噴射弁23による燃料供給を制御する燃料噴射制御部29を備え、前記各種センサ25〜27が検出する各種検出値から機関負荷を算出する機関負荷算出部30を備えている。燃料噴射制御部29は、酸素センサ28が検出する酸素濃度に基づき、機関負荷算出部30が算出する機関負荷に応じて燃料噴射量を算出し、燃料噴射弁23を駆動して算出された噴射量の燃料を燃焼室2に噴射供給する。
燃料噴射制御装置24は、燃料停止制御部31を備えている。燃料停止制御部31は、車両が減速中に燃料噴射制御部29による燃料噴射弁23の駆動を停止し、内燃機関1への燃料供給を停止する。
前記燃料噴射制御装置24は、各種センサ25〜27が検出する各種検出値に基づいて排気の温度Teを予測する排気温度予測部32を備え、予測された排気温度Teと各種センサ25〜27が検出する各種検出値に基づいて触媒21の温度Tcを予測する触媒温度予測部33を備えている。具体的には、排気温度予測部32は、内燃機関1のエンジン回転数と機関負荷に基づき、排気温度Teを予測する。その後、触媒温度予測部33は、予測された排気温度Teと内燃機関1の運転時間に基づき、触媒21の温度Tcを予測する。なお、簡略的に、触媒21の予測温度Tcが、予測された排気温度Teと等しいとみなし、予測された排気温度Teを触媒21の予測温度Tcの代わりに用いることもできる。
燃料噴射制御装置24は、図4に示すように、燃料噴射を制御するための触媒21の温度として、第1設定温度T1と、第1設定温度T1よりも高い第2設定温度T2と、第2設定温度T2よりも高い第3設定温度T3と、を設定している。第1設定温度T1は、排気系保護のために燃料噴射量の増加を判定するための触媒21の温度閾値である。第2設定温度T2は、設定期間中に車両が加速と減速とを交互に切り替える運転を行ったことを判定するための触媒21の温度閾値である。第3設定温度T3は、燃料停止制御部31による燃料停止制御の禁止を判定するための触媒21の温度閾値である。
燃料噴射制御装置24は、触媒温度予測部33の予測した触媒21の温度Tcが第3設定温度以上であるとき、燃料停止制御部31による燃料停止制御を禁止する燃料停止禁止制御部34を備えている。燃料停止禁止制御部34は、第3設定温度T3以上では燃料停止制御を禁止することで、燃料停止による空然比の希薄化を防ぎ、触媒21の一時的な劣化を防止する。
また、燃料噴射制御装置24は、触媒温度予測手段33の予測した触媒21の温度Tcが第2設定温度T2より低い第1設定温度T1以上となると、内燃機関1への燃料噴射弁23による燃料噴射量を増加させる第1燃料増加制御部35を備えている。第1燃料増加制御部35は、第1設定温度T1以上では燃料噴射量を通常よりも増加量A1だけ増加させることで、触媒21が高温となることを防止する。
前記燃料噴射制御装置24は、設定期間S中に車両の加速度が切り替えられたことを判定する加速度切替判定部36を備えている。加速度切替判定部36は、燃料停止制御部31による燃料停止制御の実行状態(燃料停止制御の実行と停止)に基づき、加速度の切替(車両が加速と減速とを交互に切り替える運転)が行われたか否かを判定する。
燃料噴射制御装置24は、触媒温度予測手段33の予測した触媒21の温度Tcが第3設定温度T3より低い第2設定温度T2以上であり、加速度切替判定部36により車両の加速度の切替が検出されたとき、内燃機関1への燃料噴射量を増加させる第2燃料増加制御部37を備えている。この第2燃料増加制御部37は、第1燃料増加制御部35により増加量A1だけ増加された燃料噴射量にさらに増加量A2を加えて、内燃機関1への燃料噴射量を増加させる。
前記第2燃料増加制御部37は、設定期間中の燃料停止制御が実行中である時間を計測する計測部38を備えている。第2燃料増加制御部37は、計測部38が計測する燃料停止制御が実行中である時間が長いほど、燃料噴射量の増加量A2を大きくする。
次に、作用を説明する
内燃機関1の燃料噴射制御装置24は、図2に示すように、制御のプログラムがスタートすると(101)、触媒温度予測部33の予測した触媒21の温度Tcが、第2設定温度T2より低い第1設定温度T1以上であるかを判断する(102)。
この判断(102)がNOの場合は、リターンする(106)。この判断(102)がYESの場合は、触媒21が過熱温度に達する可能性があると判断し、排気系保護のために燃料噴射量を通常よりも増加量A1だけ増加させる(103)。この制御は、第1燃料増加制御部35が、触媒21の予測温度Tcを取得して実行する。なお、燃料噴射量の増加量A1は、触媒21の予測温度Tcが高いほど多くなるようにしても良い。
燃料噴射量を増加(103:YES)させた後、加速度切替判定部36により車両の加速と減速との切り替えが交互に連続して行われた(加速度の切替が行われた)かを判断する(104)。
この判断(104)においては、図3に示すように、判定のプログラムがスタートすると(201)、加速度切替判定部36により設定期間S中に燃料停止制御部31による燃料停止制御の実行と停止の切替が行われたか否かを判断する(202)。なお、この設定期間S中に燃料停止制御が実行された時間は、第2燃料増加制御部37の計測部38により計測されて保存され、後段の燃料噴射量の増加の処理(105)において、燃料噴射量の増加量A2を決定する際に用いられる。
前記判断(202)がYESの場合は、触媒温度予測部33の予測した触媒21の温度Tcが第3設定温度T3より低い第2設定温度T2以上であるかを判断する(203)。この判断(203)がYESの場合は、加速度の切替が有り(切換判定フラグFc=1)と判定し(204)、図2の判断(104)にリターンする(205)。
これに対して、前記判断(202)がNOの場合、また、前記判断(203)がNOの場合は、加速度の切替が無し(切換判定フラグFc=0)と判定し(206)、図2の判断(104)にリターンする(205)。
前記図2の判断(104)において、加速度の切替が無しでNOの場合は、リターンする(106)。前記図2の判断(104)において、加速度の切替が有りでYESの場合は、前記ステップ(103)において増加量A1だけ増加された燃料噴射量にさらに増加量A2を加えて燃料噴射量を増加し(105)、リターンする(106)。
前記燃料噴射量の増加量A2は、第2燃料増加制御部37によって行われる。なお、第2燃料増加制御部37による燃料噴射量の増加量A2は、設定期間S中に燃料停止制御が実行された時間(減速時間)が長いほど、大きくするようにしても良い。触媒21の温度は、減速中に燃料停止判定が成立し、燃料停止制御が実行されたとき上昇する。従って、減速時間が長いほど燃料噴射量の増加量A2を大きくすれば、触媒21の急激な温度の上昇を抑制できる一方、加速期間が多いときには、燃料消費量を少なくすることができる。
内燃機関1の燃料噴射制御装置24は、図4に示すように、車両が減速を開始(t1)すると内燃機関1への燃料供給を停止し、加速を開始(t2)すると燃料供給を再開し、その後、減速を開始(t3)すると燃料供給を停止する。燃料噴射制御装置24は、触媒21の温度Tcが排気系保護の温度閾値である第1設定温度T1以上になると、燃料噴射量を通常よりも増加量A1だけ増加(t4−t5)させる。
このとき、燃料噴射制御装置24は、t3−t5のように短時間での連続する加速、減速運転を行うとで、触媒21の温度Tcが燃料停止禁止の温度閾値である第3設定温度T3より低い第2設定温度T2以上になると、通常(一点鎖線)よりも増加量A1だけ増加された燃料噴射量(実線)に、さらに増加量A2を加えて燃料噴射量を増加(破線)することで、従来よりも触媒21の温度を低く制御することができる。
燃料噴射制御装置24は、t3−t5のように短い設定時間Sでの連続する加速、減速運転を行って、触媒21の温度Tcが第2設定温度T2以上になった場合、前記のように触媒21の温度を従来よりも低く制御しているため、t6において燃料停止制御時の急激な触媒21の温度上昇でも、触媒21の温度Tcが燃料停止禁止の温度閾値である第3設定温度T3に到達することがない。
したがって、従来の制御ではt6−t7に実線で示すように燃料停止禁止とする運転において、この燃料噴射制御装置24の制御ではt6−t7破線で示すように燃料停止禁止とする運転にならない、つまり燃料停止とする運転になる。このため、従来の制御ではエンジン回転数の降下が緩やかになる(図6のB1)ことに対して、この燃料噴射制御装置24の制御ではエンジン回転数の降下が速くなり(図4のB2)、t1−t7間の加速、減速運転においてエンジン回転数の降下挙動に差が生じないことで、ドライバビリティのフィーリング悪化を防ぐことができる。
このように、内燃機関1の燃料噴射制御装置24は、設定期間S中に加速度の切替が行われたことを検出する加速度切替判定部36を備え、触媒21の温度が燃料停止禁止制御が実行される第3設定温度T3より低い第2設定温度T2以上に高温となり、かつ加速度の切替が検出されたとき、燃料噴射量を増加量A2だけ増加させる第2燃料増加制御部37を備えている。
このため、内燃機関1の燃料噴射制御装置24は、触媒21の温度Tcが急激に上昇することを燃料停止禁止制御が実行される前に検出でき、触媒21の温度Tcが第3設定温度T3に達する前に燃料を増量させて、触媒21が高温となることを防ぐことができる。従って、加速度の切替による触媒21の急激な温度上昇を防止でき、触媒21の温度Tcが第3設定温度T3に達することを抑止できる。また、これにより触媒21の温度は、第3設定温度T3に達することが無くなるため、燃料停止制御部31は、車両が減速中に燃料供給を停止することができ、減速フィーリングを常に一定に保つことができる。
前記加速度切替判定部36は、燃料停止制御の実行と停止との切替を検出して、加速度の切替が行われたものと判定するため、触媒21の温度が上昇することを確実に検出することができる。
前記第2燃料増加制御部37は、設定期間S中の燃料停止制御が実行中である時間を計測する計測部38を備え、燃料停止制御が実行中の時間が長いほど、燃料噴射の増加量を大きくする。設定期間S中に燃料停止実行時間が長くなる場合、非実行(つまり燃料噴射を行っている)期間は、相対的に短くなる。従って、燃料噴射量が増加したとしても、短い時間しか燃料が噴射されないため、触媒21の温度上昇を抑止する効果が小さくなってしまう。そこで、第2燃料増加制御部37は、燃料停止制御の実行時間が長いほど、燃料噴射の増加量が大きくなるように制御することで、触媒21の温度上昇の抑止効果を確実に発生させることができる。
前記燃料噴射制御装置24は、触媒21の温度Tcが第2設定温度T2より低い第1設定温度T1以上となると、内燃機関1への燃料噴射量を通常よりも増加量A1だけ増加させる第1燃料増加制御部35を備えているので、第2燃料増加制御部37が第2設定温度によって増加量A2の燃料増加制御を実行する前に、第2設定温度T2より低い第1設定温度T1によって燃料を増加量A1だけ増加させるため、触媒21の温度上昇を緩やかにし、触媒温度Tcが第3設定温度T3に達する前に確実に第2燃料増加制御部37による燃料増加制御を実行させることができる。
上述実施例においては、図3に示すように、加速度の切換の判定(104)を燃料停止制御の実行と停止の切替が行われたか否かにより判断したが、図5に示すように、車両に設けられたアクセルペダル16の変化量に基づき判定することができる。
図5に示すように、図2の加速度の切換の判断(104)において、判定のプログラムがスタートすると(301)、加速度切替判定部36により設定期間S中にアクセルペダル16の踏込み、放し操作の変化量により加速度の切替が行われたか否かを判断する(302)。なお、この設定期間S中にアクセルペダル16が放し操作された時間は、第2燃料増加制御部37の計測部38により計測されて保存され、後段の燃料噴射量の増加の処理(105)において、燃料噴射量の増加量A2を決定する際に用いられる。
前記判断(302)がYESの場合は、触媒温度予測部33の予測した触媒21の温度Tcが第3設定温度T3より低い第2設定温度T2以上であるかを判断する(303)。この判断(303)がYESの場合は、加速度の切替が有り(切換判定フラグFc=1)と判定し(304)、図2の判断(104)にリターンする(305)。
これに対して、前記判断(302)がNOの場合、また、前記判断(303)がNOの場合は、加速度の切替が無し(切換判定フラグFc=0)と判定し(306)、図2の判断(104)にリターンする(305)。
このように、加速度切替判定部36は、車両に設けられたアクセルペダル16の踏込み、放し操作の変化量に基づき、加速度の切替が行われたか否かを判定するため、燃料停止制御が実行されることを早期に判定し、第2燃料増加制御部37による燃料増加制御の実行時期を早めることができる。
なお、加速度切替判定部36による加速度の切換の判定は、クランク角センサ25によって求められた車速の変化量で、加速から減速へ切り替わったことを検出して行うこともでき、また、吸気量センサ26によって求められた吸気量の変化量や内燃機関1のスロットルバルブのバルブ開度の変化量で、加速から減速へ切り替わったことを検出して行うこともできる。
この発明は、触媒が高温時であっても、触媒が劣化することが無く、触媒の温度上昇を確実に抑止することができるものであり、四輪車や二輪車などに搭載される内燃機関の燃料噴射制御に適用することができる。
1 内燃機関
2 燃焼室
3 吸気ポート
4 排気ポート
14 吸気通路
15 スロットル弁
16 アクセルペダル
20 排気通路
22 燃料噴射装置
23 燃料噴射弁
24 燃料噴射制御装置
25 クランク角センサ
26 吸気量センサ
27 アクセルペダルセンサ
28 酸素センサ
29 燃料噴射制御部
30 機関負荷算出部
31 燃料停止制御部
32 排気温度予測部
33 触媒温度予測部
34 燃料停止禁止制御部
35 第1燃料増加制御部
36 加速度切替判定部
37 第2燃料増加制御部
38 計測部

Claims (5)

  1. 車両に適用された内燃機関の排気浄化用の触媒と、前記車両が減速中に前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料停止制御部と、前記触媒の温度が第3設定温度以上であるとき前記燃料停止制御を禁止する燃料停止禁止制御部とを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、設定期間中に前記車両の加速度が切り替えられたことを判定する加速度切替判定部と、前記触媒の温度が前記第3設定温度より低い第2設定温度以上であり、前記加速度の切替が検出されたとき、前記内燃機関への燃料噴射量を増加させる第2燃料増加制御部とを備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  2. 前記加速度切替判定部は、前記燃料停止制御部による燃料停止制御の実行状態に基づき、前記加速度の切替が行われたか否かを判定することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  3. 前記第2燃料増加制御部は、前記設定期間中の前記燃料停止制御が実行中である時間を計測する計測部を備え、前記時間が長いほど前記燃料噴射量の増加量を大きくすることを特徴とする請求2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  4. 前記加速度切替判定部は、前記車両に設けられたアクセルペダルの変化量に基づき、前記加速度の切替が行われたか否かを判定することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  5. 前記燃料噴射制御装置は、前記触媒の温度が前記第2設定温度より低い第1設定温度以上となると前記内燃機関への燃料噴射量を増加させる第1燃料増加制御部を備えることを特徴とする請求項1〜4記載の内燃機関の燃料噴射制御装置
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