JP2016121593A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リッチ噴射時に一酸化炭素や炭化水素の排出量が増大する懸念を軽減すること。【解決手段】内燃機関１２から排出された燃焼ガスは、排気通路３４を経て触媒５２に供給される。内燃機関１２への燃料噴射が燃料カット機能によって一時的に停止されると、触媒５２に吸蔵された酸素量が増大する。リッチ噴射は、触媒５２に吸蔵された酸素量を適正化するべく燃料カットの終了後に実行される。エンジンＥＣＵ６０は、触媒５２の下流側の酸素濃度を検出して触媒５２の劣化度を判別し、判別された劣化度と燃料カットの時間長とに基づいてリッチ噴射量を調整する。【選択図】図１

Description

この発明は、燃料噴射制御装置に関し、特に、排気浄化触媒が設けられた排気通路に燃焼ガスを排出する内燃機関への燃料噴射を一時的に停止する燃料カット機能を有し、排気浄化触媒に吸蔵された酸素量を適正化するべく燃料カットの終了後にリッチ噴射を行う、燃料噴射制御装置に関する。

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。この装置によれば、燃料噴射量は、三元触媒の近傍に設けられたＡ／Ｆセンサによる空燃比が目標空燃比になるように、フィードバック制御される。また、燃料噴射は、内燃機関の運転状態に基づく所定の条件下において停止される。これを踏まえて、目標空燃比は、燃料カットからフィードバック制御への移行時において、一時的にリッチ側に設定される。燃料カットによって三元触媒に吸蔵された酸素はリッチ噴射によって放出され、これによって三元触媒の浄化能力の低下が回避される。

特開平８−１９３５３７号公報

三元触媒の浄化能力は時間の経過によっても劣化し、この経年劣化は酸素吸蔵能力の低下をも引き起こす。ここで、酸素吸蔵能力の低下はリッチ噴射量の抑制を可能とするところ、リッチ噴射量を当初のままとすると、燃費の悪化に加えて、一酸化炭素や炭化水素の排出量の増大をもたらす。

それゆえに、この発明の主たる目的は、リッチ噴射時に一酸化炭素や炭化水素の排出量が増大する懸念を軽減することができる、燃料噴射制御装置を提供することである。

この発明に係る燃料噴射制御装置は、排気浄化触媒が設けられた排気通路に燃焼ガスを排出する内燃機関への燃料噴射を一時的に停止する燃料カット機能を有し、排気浄化触媒に吸蔵された酸素量を適正化するべく燃料カットの終了後にリッチ噴射を行う燃料噴射制御装置であって、排気浄化触媒の下流側の酸素濃度を検出して排気浄化触媒の劣化度を判別する判別手段、および判別手段によって判別された劣化度と燃料カットの時間長とに基づいてリッチ噴射量を調整する調整手段を備える。

排気浄化触媒の浄化能力の劣化は酸素吸蔵能力の低下も引き起こし、酸素吸蔵能力の低下はリッチ噴射量の抑制を可能とすることを踏まえて、この発明では、排気浄化触媒の劣化度を判別してリッチ噴射量を調整するようにしている。これによって、リッチ噴射時に一酸化炭素や炭化水素の排出量が増大する懸念を軽減することができる。

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。 触媒の上流側の酸素濃度に基づいて算出された空燃比の変化の一例を示す波形図である。 図１に示すエンジンＥＣＵの動作の一部を示すフロー図である。 燃料カット時間とリッチ噴射係数との関係の一例を示すグラフである。 触媒の劣化度と触媒劣化係数との関係の一例を示すグラフである。 触媒の劣化度と目標空燃比との関係の一例を示すグラフである。 図１に示すエンジンＥＣＵの動作の他の一部を示すフロー図である。 図１に示すエンジンＥＣＵの動作のその他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３２が接続され、排気弁２０を介して排気通路３４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３２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３２には、運転席に配置されたアクセルペダル５８の踏力に応じて開度が変わる単一のスロットルバルブ３６と、吸気通路３２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３８とが設けられる。スロットルバルブ３６よりも下流でかつ燃料噴射装置３８よりも上流の位置（吸気通路３２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４６と、吸気通路３２に生じた負圧つまり吸入空気圧を検知する負圧センサ４８とが設けられる。

吸気通路３２にはまた、スロットルバルブ３６を迂回する単一のバイパス流路４０が接続される。また、バイパス流路４０には、ＩＳＣＶ４２が設けられる。ＩＳＣＶ４２はステッパモータ４４を駆動源とする電子開閉式のバルブであり、ＩＳＣＶ４２の開度はステッパモータ４４の回転位置に応じて変化する。バイパス流路４０内の空気流量は、このようなＩＳＣＶ４２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、エンジンＥＣＵ（制御装置）６０は、エンジン１２を始動するべく図２に示すリレー６８をオンする。バッテリ７４の電力はオン状態のリレー６８を介してスタータ６６に供給され、スタータ６６はバッテリ７４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。

アイドル状態では、スロットルバルブ３６が閉じられる。空気は、バイパス流路４０を経て燃焼室１６に供給される。ＩＳＣＶ４２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３８から噴射される燃料の量は、負圧センサ４８の検知結果と後述する酸素濃度センサ５４の検知結果とに基づいて制御される。噴射された燃料と吸入空気との混合気は、後述するリッチ噴射時を除いて、メモリ６０ｍに保存された目標空燃比（＝環境性能を考慮した最適な空燃比であり、理論空燃比に近似）を示す。

ドライバがアクセルペダル５８を踏み込むと、スロットルバルブ３６が開かれる。吸入空気量は、ＩＳＣＶ４２およびスロットルバルブ３６の開度に依存する。上述と同様、燃料噴射装置３８から噴射される燃料の量は、負圧センサ４８の検知結果と酸素濃度センサ５４の検知結果とに基づいて制御される。混合気は、上述と同様、目標空燃比を示す。

なお、スロットルバルブ３６の開度は開度センサ（図示せず）によって検知され、検知結果はエンジンＥＣＵ６０に与えられる。

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、点火プラグ３０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。

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６２および無段変速機６４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が前進または後退する。クランクシャフト２６の回転力はまた、ベルト７０を介してオルタネータ７２の回転軸７２ｓに伝達される。回転軸７２ｓの回転力は電力に変換され、変換された電力はバッテリ７４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燃焼ガスは、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３４を介してマフラー５０に供給される。マフラー５０に設けられた排気浄化触媒（以下、単に「触媒」という。）５２は、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素，炭化水素および窒素酸化物を酸化・還元し、水，二酸化炭素および窒素を生成する。車両１０からは、こうして浄化されたガスが排出される。

排気通路３４のうち触媒５２の上流側の位置には酸素濃度センサ５４が設けられ、排気通路３４のうち触媒５２の下流側の位置には酸素濃度センサ５６が設けられる。

エンジンＥＣＵ６０は、上流側の酸素濃度センサ５４の検知結果と吸気通路３２に設けられた負圧センサ４８の検知結果とに基づいて通常噴射時の燃料噴射量を制御するべく、図４に示す通常噴射制御処理を繰り返し実行する。なお、この通常噴射制御処理ならびに後述するリッチ噴射制御処理および数値制御処理は、不揮発性のメモリ６０ｍに記憶される。

図４を参照して、ステップＳ１では酸素濃度センサ５４を利用して触媒５２の上流側の酸素濃度を検出し、ステップＳ３では負圧センサ４８を利用して吸入空気圧を検出する。ステップＳ５では検出された酸素濃度および吸入空気圧に基づいて現時点の空燃比を算出し、ステップＳ７では算出された空燃比がメモリ６０ｍに保存された目標空燃比を上回るか否かを判別する。判別結果がＹＥＳであればステップＳ９で燃料噴射量を増大させ、判別結果がＮＯであればステップＳ１１で燃料噴射量を減少させる。今回の処理は、こうして燃料噴射量が調整された後に終了する。

したがって、燃料噴射量は、目標空燃比が得られる噴射量を基準として増減を繰り返す。換言すれば、ステップＳ５で算出される空燃比は、図３に示すように目標空燃比を基準として増減を繰り返す。

車両１０が坂を下り始める場面や交差点の手前で減速する場面においてドライバがアクセルペダル５８から足を離すと、スロットルバルブ３６が完全に閉じられる。エンジンＥＣＵ６０は、燃料カット条件が満足されたとみなして燃料カットを実行する。これによって、燃料噴射装置３８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５８が再度踏み込まれると、スロットルバルブ３６が再度開かれる。エンジンＥＣＵ６０は、燃料噴射条件が満足されたとみなして、燃料噴射装置３８による燃料噴射を再開する。これによって、車両１０が加速する。

このように、車両１０は燃料噴射を一時的に停止する燃料カット機能を有するところ、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５２に供給され、酸素が触媒５２によって吸蔵される。酸素の吸蔵は触媒５２の浄化能力の低下を引き起こすため、浄化能力を回復させるためには、燃料噴射装置３８に燃料を多めに噴射させるリッチ噴射を燃料カット終了直後に実行し、触媒５２から酸素を放出する必要がある。

ただし、触媒５２は時間の経過とともに劣化し、これと同時に酸素吸蔵能力もまた低下する。また、酸素吸蔵能力の低下は、リッチ噴射量の抑制を可能とする。そこで、この実施例では、燃料カットの時間長と触媒５２の劣化度とに基づいてリッチ噴射量（＝リッチ噴射時の燃料噴射量）を調整するようにしている。これによって、リッチ噴射時に一酸化炭素や炭化水素の排出量が増大したり、リッチ噴射に起因して燃費が低下する懸念を軽減することができる。

具体的には、エンジンＥＣＵ６０は、図８に示すリッチ噴射制御処理を繰り返し実行する。この処理では、燃料カットの時間長とリッチ噴射係数との関係を示す図５のグラフが参照されるとともに、触媒５２の劣化度に相関する触媒劣化係数が参照される。なお、図５のグラフおよび触媒劣化係数のいずれも、メモリ６０ｍに保存される。

まず、現時点の状態が燃料カット状態であるか否かをステップＳ２１で判別する。判別結果がＮＯであればステップＳ２５に進み、燃料カット条件が満足されたか否かを判別する。判別結果がＹＥＳであればステップＳ２７で燃料カットを実行してから今回の処理を終了し、判別結果がＮＯであれば速やかに今回の処理を終了する。

ステップＳ２１の判別結果がＹＥＳであれば、燃料噴射条件が満足されたか否かをステップＳ２３で判別する。判別結果がＮＯであれば速やかに今回の処理を終了する一方、判別結果がＹＥＳであればステップＳ２９に進む。

ステップＳ２９では、燃料カットが行われた時間長を測定する。ステップＳ３１では、測定された時間長を図５に示すグラフに適用してリッチ噴射係数を取得する。ステップＳ３３では、触媒劣化係数をメモリ６０ｍから取得する。ステップＳ３５では、こうして取得されたリッチ噴射係数および触媒劣化係数を掛け合わせて、リッチ噴射量を算出する。ステップＳ３７では、算出されたリッチ噴射量に従うリッチ噴射を実行し、その後に今回の処理を終了する。

車両１０にとって最適な空燃比つまり目標空燃比は、触媒５２の劣化度によって異なる。そこで、この実施例では、メモリ６０ｍに保存された触媒劣化係数および目標空燃比を触媒５２の劣化度を判別して更新するべく、車両１０の走行距離が任意の距離（例えば１０００ｋｍ）に達した毎の定速走行の期間に、図９に示す数値制御処理を任意の回数（例えば７万５千回）繰り返す。

まずステップＳ４１で、酸素濃度センサ５６を利用して触媒５２の下流側の酸素濃度を検出する。次にステップＳ４３で、負圧センサ４８を利用して吸入空気圧を検出する。ステップＳ４５では検出された酸素濃度および吸入空気圧に基づいて現時点の空燃比を算出する。ステップＳ４７では算出された空燃比から理論空燃比を引き算して両者の差分を算出し、ステップＳ４９では算出された差分を積分する。ここで、積分の対象は、今回の任意の回数（例えば７万５千回）の処理によって得られる７万５千個の差分である。

ステップＳ４５の処理では触媒５２の下流側の酸素濃度が参照されるため、ステップＳ４５で算出される空燃比は、触媒５２の劣化が進むほど減少し、かつ理論空燃比との開きが大きくなる。したがって、ステップＳ４７で算出される差分およびステップＳ４９で算出される積分値は、触媒５２の劣化が進むほど大きく減少する。

ステップＳ５１では、ステップＳ４９で実行された積分処理の回数が任意の回数（例えば７万５千回）に達したか否かを判別する。判別結果がＮＯであれば速やかに今回の処理を終了する一方、判別結果がＹＥＳであればステップＳ５３〜Ｓ５５の処理を経て今回の処理を終了する。

ステップＳ５３では、任意の回数（例えば７万５千回）の積分処理によって得られた積分値を“７５０００”で割り算し、割り算値を新たな触媒劣化係数として求める。触媒劣化係数は、“０”を基準として、触媒５２の劣化が進むほど減少する（図６参照）。メモリ６０ｍに保存された触媒劣化係数は、こうして算出された触媒劣化係数によって更新される。

なお、ステップＳ５３で算出される割り算値は、ステップＳ４５で算出された７万５千個の空燃比の各々と理論空燃比との差分の平均値であり、ステップＳ４５で算出された７万５千個の空燃比の平均値と理論空燃比との差分でもある。したがって、触媒劣化係数は、このような差分を表す差分係数と定義することもできる。

ステップＳ５５では、ステップＳ５３で算出された触媒劣化係数に基づいて目標空燃比を算出する。目標空燃比は、理論空燃比を基準として、触媒５２の劣化が進むほど増大する（図７参照）。メモリ６０ｍに保存された目標空燃比は、こうして算出された目標空燃比によって更新される。

以上の説明から分かるように、内燃機関１２から排出された燃焼ガスは、排気通路３４を経て触媒５２に供給される。内燃機関１２への燃料噴射が燃料カット機能によって一時的に停止されると、触媒５２に吸蔵された酸素量が増大する。リッチ噴射は、触媒５２に吸蔵された酸素量を適正化するべく燃料カットの終了後に実行される。エンジンＥＣＵ６０は、触媒５２の下流側の酸素濃度を検出して触媒５２の劣化度を判別し(S41~S49)、判別された劣化度と燃料カットの時間長とに基づいてリッチ噴射量を調整する(S29~S35, S51~S53)。

触媒５２の浄化能力の劣化は酸素吸蔵能力の低下も引き起こし、酸素吸蔵能力の低下はリッチ噴射量の抑制を可能とする。これを踏まえて、この実施例では、触媒５２の劣化度を判別してリッチ噴射量を調整するようにしている。これによって、リッチ噴射時に一酸化炭素や炭化水素の排出量が増大する懸念を軽減することができる。

なお、この実施例では、吸入空気量は、ＩＳＣＶ４２およびスロットルバルブ３６によって制御される。しかし、ＩＳＣＶ４２およびバイパス流路４０を省いて、電子制御スロットルバルブを設けるようにしてもよい。この場合、エンジンＥＣＵ６０は、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサの検知結果を取得し、取得した検知結果に基づいてスロットルバルブ３６の開度を制御する。また、ＩＳＣＶ４２が省略されるため、アイドル状態でのエンジン１２の回転数は、スロットルバルブ３６の開度のみによって制御される。

１０ …車両
１２ …エンジン
１６ …燃焼室
３２ …吸気通路
３４ …排気通路
５２ …触媒
５４，５６ …酸素濃度センサ
５８ …アクセルペダル
６０ …エンジンＥＣＵ

Claims (1)

1. 排気浄化触媒が設けられた排気通路に燃焼ガスを排出する内燃機関への燃料噴射を一時的に停止する燃料カット機能を有し、前記排気浄化触媒に吸蔵された酸素量を適正化するべく燃料カットの終了後にリッチ噴射を行う燃料噴射制御装置であって、
   前記排気浄化触媒の下流側の酸素濃度を検出して前記排気浄化触媒の劣化度を判別する判別手段、および
   前記判別手段によって判別された劣化度と前記燃料カットの時間長とに基づいてリッチ噴射量を調整する調整手段を備える、燃料噴射制御装置。

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