JP2016089680A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【構成】エンジン１２への燃料の噴射を中断する燃料カットは、燃料カット条件が満足された時点から燃焼噴射条件が満足される時点までの期間（特定期間）に実行される。エンジン１２から排出された排ガスは、マフラー６２に設けられた触媒６４によって浄化される。ＥＣＵ７２は、燃料カット中に触媒６４に吸蔵された酸素を消費するべく、燃料を触媒６４に供給する。ただし、燃料カット中はスロットルバルブ３４が全開にされ、これによって触媒６４が冷却される。
【効果】触媒６４に供給する燃料の量が抑制され、燃費の向上が図られる。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、内燃機関への燃料の噴射を既定条件が満足される特定期間に中断する燃料カット機能を有する、内燃機関の制御装置に関する。

この種の制御装置の一例が、特許文献１に開示されている。この背景技術によれば、コーストストップ条件が成立した場合に内燃機関の燃焼が停止されるところ、内燃機関の回転が停止する直前に燃料が噴射される。燃料噴射量は触媒に吸着した酸素の量に基づいて調整され、これによって燃料カットによる触媒の過酸素状態を適切に解消することができる。

特開２０１３−１８９９５１号公報

しかし、特許文献１では、触媒に吸着した酸素の量の検出方法が詳しく開示されておらず、燃料噴射量を高精度で調整することができない。これは、触媒への過剰な燃料供給ひいては燃費の低下を引き起こす。

それゆえに、この発明の主たる目的は、燃費を高めることができる、内燃機関の制御装置を提供することである。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関への燃料の噴射を既定条件が満足される特定期間に中断する燃料カット機能を有する内燃機関の制御装置であって、内燃機関から排出されたガスを浄化する触媒に特定期間に吸蔵された酸素を消費するべく燃料を触媒に供給する供給手段、および供給手段による供給に先立って触媒を冷却する冷却手段を備える。

触媒に吸蔵される酸素の量は、触媒温度の低下に伴って減少し、酸素の消化に要する燃料の量もまた、触媒温度の低下に伴って減少する。そこで、この発明では、触媒への燃料の供給に先立って触媒を冷却するようにしている。これによって、触媒に供給する燃料の量が抑制され、燃費の向上が図られる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この実施例の車両の要部構成の一部を示すブロック図である。 この実施例の車両の要部構成の他の一部を示すブロック図である。 燃料カット時の吸入空気量と外気温と触媒の温度低下量との関係の一例を示すグラフである。 触媒温度と酸素吸蔵量との関係の一例を示すグラフである。 図１に示すＥＣＵの動作の一部を示すフロー図である。 他の実施例に搭載されたマフラーの一例を示す図解図である。 触媒温度から目標温度を差し引いた差分温度と冷却水噴射量との関係の一例を示すグラフである。 他の実施例に適用されるＥＣＵの動作の一部を示すフロー図である。

図１および図２を参照して、この実施例の車両１０は、エンジン（内燃機関）１２を動力源として備える。気筒１４に設けられた燃焼室１６には、吸気弁１８を介して吸気通路３０が接続され、排気弁２０を介して排気通路３２が接続される。なお、図１では単一の気筒１４しか示していないが、エンジン１２は複数の気筒１４，１４，…を有する。吸気通路３０は、吸気弁１８の上流の位置で各気筒１４に分岐する。

吸気通路３０には、運転席に配置されたアクセルペダル６６の踏力に応じて開度が変わる単一のスロットルバルブ３４と、吸気通路３０に燃料を噴射するべく各気筒１４に割り当てられた燃料噴射装置３６とが設けられる。スロットルバルブ３４よりも下流でかつ燃料噴射装置３６よりも上流の位置（吸気通路３０の分岐位置）には、空気流量を平準化するためのサージタンク４４が設けられる。

吸気通路３０にはまた、スロットルバルブ３４を迂回する単一のバイパス流路３８が接続される。また、バイパス流路３８には、ＩＳＣＶ４０が設けられる。ＩＳＣＶ４０はステッパモータ４２を駆動源とする電子開閉式のバルブであり、ＩＳＣＶ４０の開度はステッパモータ４２の回転位置に応じて変化する。バイパス流路３８内の空気流量は、このようなＩＳＣＶ４０の開度に依存する。

イグニッションキー（図示せず）によってＩＧオン操作が行われると、ＥＣＵ（制御装置）７２は、エンジン１２を始動するべく図２に示すリレー６０をオンする。バッテリ５８の電力はオン状態のリレー６０を介してスタータ５２に供給され、スタータ５２はバッテリ５８の電力によってクランキングを実行する。これによって、エンジン１２が始動する。

アイドリング時は、スロットルバルブ３４が閉じられる。空気は、バイパス流路３８を経て燃焼室１６に供給される。バイパス流路３８内の空気流量つまりＩＳＣＶ４０の開度は、エンジン１２の回転数に基づいて調整される。燃料噴射装置３６から噴射される燃料の量は、ＩＳＣＶ４０の開度に基づいて制御される。噴射された燃料とバイパス流路３８を流れる空気との混合気は、後述するリッチ噴射時を除いて、理論空燃比を示す。

アクセルペダル６６が踏み込まれると、スロットルバルブ３４が開かれる。吸気通路３０内の空気流量は、ＩＳＣＶ４０およびスロットルバルブ３４の開度に依存する。燃料噴射装置３６から噴射される燃料の量は、吸気通路３０内の空気流量（スロットルバルブ３４およびＩＳＣＶ４０の開度）に基づいて制御される。これによって、理論空燃比を示す混合気が得られる。

混合気は、吸気弁１８が開かれたときに燃焼室１６に供給される。供給された混合気は、コンロッド２４を介してクランクシャフト２６と結合されたピストン２２が上死点に達する直前に、図示しない点火プラグによって点火される。ピストン２２は、混合気の爆発によって上下動し、これによってクランクシャフト２６が回転する。

クランクシャフト２６にはフライホイール２８が装着され、クランクシャフト２６の回転数つまりエンジン１２の回転数のぶれはフライホイール２８によって抑制される。なお、エンジン１２の回転数は、フライホイール２８の近傍に設けられたロータリエンコーダ４６によって測定される。

クランクシャフト２６の回転力は、図２に示すトルクコンバータ４８および無段変速機５０を介して、ドライブシャフト（図示せず）に伝達される。これによって、車両１０が前進または後進する。クランクシャフト２６の回転力はまた、ベルト５４を介してオルタネータ５６の回転軸５６ｓに伝達される。回転軸５６ｓの回転力は電力に変換され、変換された電力はバッテリ５８に蓄えられる。

図１に戻って、混合気の燃焼後の空気つまり排ガスは、排気弁２０が開かれたときに燃焼室１６から排出され、排気通路３２を介してマフラー６２に供給される。排ガスに含有する窒素酸化物は、マフラー６２に設けられた触媒６４によって浄化され、その後に車両１０の外部に排出される。

車両１０が坂を下り始めたときや交差点で減速するときにアクセルペダル６６から足が離されると、ＥＣＵ７２は、燃料カット条件が満足されたとみなし、燃料カットを実行する。これによって、燃料噴射装置３６からの燃料の噴射が停止される。車両１０が停止する前にアクセルペダル６６が再度踏み込まれると、ＥＣＵ７２は、燃料噴射条件が満足されたとみなし、燃料噴射を再開する。燃料噴射装置３６は燃料を噴射し、これによって車両１０が加速する。このように、車両１０は、燃料カット条件が満足されたときにエンジン１２への燃料の噴射を中断する燃料カット機能を有する。

ただし、燃料カットが実行されると、燃料成分を含まない空気が触媒６４に供給され、触媒６４の温度に依存する量の酸素が触媒６４に吸蔵される。触媒６４による窒素酸化物の還元能力つまり浄化能力は、触媒６４に酸素が吸蔵されることで低下する。

ここで、触媒６４の浄化能力の低下は、燃焼噴射の再開時にリッチ噴射を実行することで回避できる。しかし、リッチ噴射のために上乗せすべき燃料の量を適正化するには、リッチ噴射の時点における触媒６４の温度を検出する必要がある。また、触媒６４に吸蔵される酸素の量は、触媒６４の温度の低下に伴って減少し、酸素の消化に要する燃料の量もまた、触媒６４の温度の低下に伴って減少する。

そこで、この実施例では、燃料カット中にスロットルバルブ３４を全開にし、燃焼カット中の吸入空気量および外気温に基づいてリッチ噴射の時点における触媒６４の温度を検出し、そして検出された温度に対応する量の燃料を上乗せしたリッチ噴射を実行するようにしている。

スロットルバルブ３４を全開にすれば、触媒６４に供給される排ガス量が最大化され、触媒６４を最大限に冷却することができる。これによって、触媒６４に供給する燃料の量が抑制され、燃費の向上が図られる。

具体的には、ＥＣＵ７２は、図３〜図４の各々に示すグラフを参照して図５に示すフロー図に従う処理を実行する。なお、図３のグラフは、燃料カット時の吸入空気量と外気温と触媒６４の温度低下量との関係を示す。図４のグラフは、触媒６４の温度と触媒６４に吸蔵された酸素の量との関係を示す。また、図５に示すフロー図に対応する制御プログラムは、ＥＣＵ７２に設けられた不揮発性のメモリ７２ｍに記憶される。

図５を参照して、ステップＳ１では燃料カット条件が満足されたか否かを繰り返し判別する。判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されるとステップＳ３に進み、燃料カットを実行する。これによって、燃料噴射装置３６からの燃料の噴射が停止される。ステップＳ５では、スロットルバルブ３４，ＩＳＣＶ４０の開度と燃料噴射装置３６の設定とに基づいて単位時間当たりの吸入空気量および燃料噴射量を算出し、ロータリエンコーダ４６の出力に基づいてエンジン１２の回転数を算出し、こうして得られた吸入空気量，燃料噴射量および回転数に基づいて現時点の触媒６４の温度を算出する。

ステップＳ５の処理が完了すると、ステップＳ７でスロットルバルブ３４を全開にする。これによって、燃料カット中に触媒６４に供給される排ガスの量が最大化される。ステップＳ７の処理が完了すると、燃料噴射条件が成立したか否かをステップＳ９で繰り返し判別する。

判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されるとステップＳ１１に進み、スロットルバルブ３４の開度を元に戻す。ステップＳ１３では、燃料カット中に吸入した空気量をエンジン１２の回転数と燃料カットが実行された時間とに基づいて算出し、ステップＳ１５では、温度センサ６８を通して外気温を測定する。

ステップＳ１７では、ステップＳ１３で算出された空気量とステップＳ１５で測定された外気温とを図３に示すグラフに相当する関数に適用して、燃料カットに起因する触媒６４の温度の低下量を算出する。

ステップＳ１９では、ステップＳ１７で算出された低下量をステップＳ５で算出された温度から減算して、現時点の触媒６４の温度を算出する。ステップＳ２１では、ステップＳ１９で算出された温度を図４に示すグラフに相当する関数に適用して、触媒６４の酸素吸蔵量を取得する。ステップＳ２３では、触媒６４に吸蔵された酸素の消化に要する燃料の量をステップＳ２１で取得した酸素吸蔵量に基づいて算出する。

ステップＳ２５では、ステップＳ２３で算出された量の燃料を上乗せしたリッチ噴射を実行する。燃料噴射装置３６からは、理論空燃比が得られる燃料よりも多めの量の燃料が噴射される。多めの燃料は不燃ガスとして触媒６４に供給され、触媒６４に吸蔵された酸素は供給された不燃ガスによって消費される。

リッチ噴射が完了すると、ステップＳ２７で通常噴射を再開する。燃料噴射装置３６からは、理論空燃比が得られる量の燃料が噴射される。これによって、エンジン１２が通常状態で稼働する。ステップＳ２７の処理が完了すると、ステップＳ１に戻る。

以上の説明から分かるように、エンジン１２への燃料の噴射を中断する燃料カットは、燃料カット条件が満足された時点から燃焼噴射条件が満足される時点までの期間（特定期間）に実行される。エンジン１２から排出された排ガスは、マフラー６２に設けられた触媒６４によって浄化される。ＥＣＵ７２は、燃料カット中に触媒６４に吸蔵された酸素を消費するべく、燃料を触媒６４に供給する(S25)。ただし、燃料カット中はスロットルバルブ３４が全開にされ(S7)、これによって触媒６４が冷却される。

触媒６４に吸蔵される酸素の量は、触媒６４の温度の低下に伴って減少し、酸素の消化に要する燃料の量もまた、触媒６４の温度の低下に伴って減少する。そこで、この実施例では、触媒６４への燃料の供給に先立って触媒６４を冷却するようにしている。これによって、触媒６４に供給する燃料の量が抑制され、燃費の向上が図られる。

なお、この実施例では、燃料カット中にスロットルバルブ３４を全開にすることで触媒６４を冷却するようにしている。しかし、図６に示すように冷却水噴射装置７４をマフラー６２に取り付け、図５に示すステップＳ１９〜Ｓ２５の処理に代えて図８に示すステップＳ３１〜Ｓ３５の処理を実行するようにしてもよい。

この場合、図５に示すステップＳ７およびＳ１１の処理は省略してもよい。また、図８に示す処理では、図７に示すグラフ（触媒６４の温度から目標温度を差し引いた差分温度と冷却水噴射量との関係を示すグラフ）に相当する関数が参照される。

図８を参照して、ステップＳ３１では、ステップＳ１９で算出された触媒６４の温度を目標温度（＝６００℃）に下げるために必要な冷却水の量を算出する。この算出を行うときに図７に示すグラフに相当する関数が用いられる。ステップＳ３３では、算出された量の冷却水を触媒６４に噴射するべく、冷却水噴射装置７４を駆動する。これによって、触媒６４の温度が目標温度にまで低下する。ステップＳ３５では、目標温度に対応する燃料を上乗せしたリッチ噴射を実行する。リッチ噴射が完了すると、ステップＳ２７に進む。

車両１０を時速１００ｋｍで走行させたとき、触媒６４の温度は約８００℃まで上昇する。ただし、図４に示すグラフから分かるように、触媒６４の温度を６００℃まで下げると、酸素吸蔵量は約半分まで低下し、酸素を消化するために必要な燃料の量もまた約半分まで低下する。このことから、触媒６４の温度を目標温度まで下げることで、触媒６４に供給する燃料の量が抑制され、燃費の向上が図られることが分かる。

１０ …車両
１２ …エンジン
１６ …燃焼室
３０ …吸気通路
３２ …排気通路
４６ …ロータリエンコーダ
６４ …触媒
６６ …アクセルペダル
６８ …温度センサ
７０ …時計回路
７２ …ＥＣＵ
７４ …冷却水噴射装置

Claims (1)

1. 内燃機関への燃料の噴射を既定条件が満足される特定期間に中断する燃料カット機能を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関から排出されたガスを浄化する触媒に前記特定期間に吸蔵された酸素を消費するべく前記燃料を前記触媒に供給する供給手段、および
   前記供給手段による供給に先立って前記触媒を冷却する冷却手段を備える、内燃機関の制御装置。
   
   

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