JP3637858B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、燃料消費率の向上等を目的として減速時に内燃機関へ燃料を供給するのを停止する制御（以下、燃料カット又はＦ／Ｃという）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の電子制御式燃料噴射制御装置においては、スロットルバルブが全閉で機関回転数が所定値以上のときに、燃料供給の不必要な減速状態にあると判断し、燃料消費率の向上を図るべく、燃料噴射を一時的に停止する燃料カットが行われている。
【０００３】
一方、内燃機関の排気系に設けられた排気ガス浄化用の触媒コンバータ内の触媒が高温状態（８００°Ｃ〜９００°Ｃ以上）になると、僅かに触媒温度が上昇するだけで触媒の劣化の進行度合いは急激に大となる。そこで、例えば、特開平８−１４４８１４号公報においては、触媒の温度が高いときに減速時の燃料カットを禁止することにより、触媒が高温リーン雰囲気に晒されるのを回避し、触媒の劣化を防止することが提案されている。そして、燃料カットを禁止することに加え、空燃比をストイキ（理論空燃比）にフィードバック制御することにより、触媒劣化の抑制と燃費の向上とを図ることも行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、急減速時（特に高回転時）においては、減速時にスロットルを急閉しても機関回転数が下がり切らず、気筒当たりの燃料噴射量が極小となる。そして、インジェクタが噴射可能な最小噴射時間以下の噴射時間が演算された場合には、噴射を行うと空燃比がずれるため、燃料噴射は行われず、即ち、燃料カット（極小噴射量時燃料カットと呼ぶ）が一瞬入ることとなる。
【０００５】
また、減速直後には、負圧が大きくなる方向に変化することで、吸気壁面に付着していた燃料が剥ぎ取られてそのまま触媒に流入する。加えて、前述の極小噴射量時燃料カットにより触媒に酸素が供給される。そのため、触媒上で燃焼が起こり、触媒温度が２０°Ｃ以上急激に増大する。結果として、空燃比のストイキ制御を行っても触媒温度の上昇を抑制することができず、単に燃費の悪化を招くだけとなる。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、触媒の劣化を抑制しつつ燃費の悪化を最小限に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にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、触媒高温状態にない減速時には燃料供給を停止する一方、触媒高温状態における減速時には燃料を供給して空燃比をストイキ又はリッチに制御する内燃機関の制御装置において、減速度の大きい急減速状態を検出する急減速状態検出手段と、触媒高温状態における減速時にあっても、前記急減速状態検出手段によって急減速状態が検出されるときには、燃料供給を禁止する燃料供給禁止手段と、を設けたことを特徴とする、内燃機関の制御装置が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、前記急減速状態検出手段は、インジェクタが噴射可能な最小噴射時間以下の噴射時間が演算された場合に実行される燃料供給停止が発生する可能性がある急減速状態を検出する。
【０００９】
前述のように、触媒高温状態における減速時にあっても、急減速の場合には、空燃比のストイキ制御を実行しても触媒温度の上昇を抑制することができないが、上述の如く構成された、本発明に係る内燃機関の制御装置においては、そのような場合に燃料供給が停止（燃料カット）されるため、燃費の向上を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置を備えた内燃機関の全体概要図である。内燃機関１は、車両搭載用の直列多気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン機関である。機関１は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３を備えている。シリンダブロック２には、上下方向へ延びる複数個のシリンダ４が紙面の厚み方向へ並設され、各シリンダ４内には、ピストン５が往復動可能に収容されている。各ピストン５は、コネクティングロッド６を介し共通のクランクシャフト７に連結されている。各ピストン５の往復運動は、コネクティングロッド６を介してクランクシャフト７の回転運動に変換される。
【００１２】
シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となっている。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室８とを連通させる吸気ポート９及び排気ポート１０がそれぞれ設けられている。これらのポート９及び１０を開閉するために、シリンダヘッド３には吸気バルブ１１及び排気バルブ１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能に支持されている。また、シリンダヘッド３において、バルブ１１及び１２の上方には、それぞれ吸気側カムシャフト１３及び排気側カムシャフト１４が回転可能に設けられている。カムシャフト１３及び１４には、バルブ１１及び１２を駆動するためのカム１５及び１６がそれぞれ取り付けられている。カムシャフト１３及び１４の端部にそれぞれ設けられたタイミングプーリ１７及び１８は、クランクシャフト７の端部に設けられたタイミングプーリ１９へタイミングベルト２０により連結されている。なお、カムシャフト１３及び１４の回転速度は、クランクシャフト７の回転速度の１／２に減速せしめられる。
【００１３】
吸気ポート９には、エアクリーナ３１、スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４等を備えた吸気通路３０が接続されている。機関１外部の空気（外気）は、燃焼室８へ向けて吸気通路３０の各部３１，３２，３３及び３４を順に通過する。また、スロットルバルブ３２をバイパスするアイドルアジャスト通路３５には、アイドル時の空気流量を調節するためのアイドル回転数制御弁（ＩＳＣＶ）３６が設けられている。吸気マニホルド３４には、各吸気ポート９へ向けて燃料を噴射するインジェクタ４０が取付けられている。燃料は、燃料タンク４１に貯蔵されており、そこから燃料ポンプ４２によりくみ上げられ、燃料配管４３を経てインジェクタ４０に供給される。そして、インジェクタ４０から噴射される燃料と吸気通路３０内を流れる空気とからなる混合気は、吸気バルブ１１を介して燃焼室８へ導入される。
【００１４】
この混合気に着火するために、シリンダヘッド３にはスパークプラグ５０が取付けられている。点火時には、点火信号を受けたイグナイタ５１が、点火コイル５２の１次電流の通電及び遮断を制御し、その２次電流が、点火ディストリビュータ５３を介してスパークプラグ５０に供給される。
【００１５】
燃焼した混合気は、排気ガスとして排気バルブ１２を介して排気ポート１０に導かれる。排気ポート１０には、排気マニホルド６１、触媒コンバータ６２等を備えた排気通路６０が接続されている。触媒コンバータ６２には、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯx （窒素酸化物）の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されている。こうして触媒コンバータ６２において浄化された排気ガスが大気中に排出される。なお、本発明の適用対象となる触媒は、三元触媒（白金系、パラジウム系）、酸化触媒等、いずれでもよく、特には限定されない。
【００１６】
機関１には以下の各種センサが取付けられている。吸気通路３０には、吸入空気量（流量ＱＡ）を検出するためのエアフローメータ７０が取り付けられている。吸気通路３０において、スロットルバルブ３２の近傍には、その軸３２ａの回動角度を検出するためのスロットル開度センサ７２が設けられている。また、スロットルバルブ３２が全閉状態のときには、アイドルスイッチ８２がオンとなり、その出力であるスロットル全閉信号がアクティブとなる。また、車両のアクセルペダルの近傍には、アクセル踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ７７が設けられている。また、車両のブレーキペダルの近傍には、ブレーキ踏み込み量を検出するブレーキセンサ７８が設けられている。さらに、排気通路６０の途中には、排気ガス中の残存酸素濃度を検出するためのＯ2 センサ７５が取付けられている。
【００１７】
ディストリビュータ５３には、クランクシャフト７の回転に同期して回転するロータが内蔵されており、クランクシャフト７の基準位置を検出するためにロータの回転に基づいてクランク角（ＣＡ）に換算して７２０°ＣＡごとに基準位置検出用パルスを発生させるクランク基準位置センサ８０が設けられ、また、クランクシャフト７の回転速度（機関回転数ＮＥ）を検出するためにロータの回転に基づいて３０°ＣＡごとに回転数検出用パルスを発生させクランク角センサ８１が設けられている。
【００１８】
機関電子制御装置（エンジンＥＣＵ）９０は、燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回転数制御等を実行するマイクロコンピュータシステムである。燃料噴射制御には、減速時の燃料カット制御が含まれる。ところで、前述のように、触媒の温度（触媒床温）が高いときに燃料カットを実行すると、それに伴い発生するリーンな排気ガスが触媒に流入するが、かかる高温リーン雰囲気の下では触媒が劣化することが知られている。
【００１９】
図２は、車速、空燃比及び触媒床温の挙動を実験的に求めたタイムチャートであって、燃料カット時における触媒床温の上昇を説明する図である。この図によれば、減速時に燃料カット（Ｆ／Ｃ）を実行したことに伴い空燃比（Ａ／Ｆ）が大きな値すなわちリーンとなるが、それと同時に触媒床温が上昇し始め、約２０°Ｃ上昇することがわかる。このような状況の下では触媒の劣化の進行度合いは急激に大となるため、前述のように、触媒の温度が高いときには減速時の燃料カットが禁止され、空燃比をストイキ（理論空燃比）にフィードバック制御することが行われる。
【００２０】
一方、一般に、内燃機関の制御装置においては、インジェクタが噴射可能な最小噴射時間以下の噴射時間が演算された場合（すなわち、インジェクタの流量特性でリニアリティがないところや明らかに燃焼できない小噴射時間領域の場合）には、噴射を行うと空燃比がずれるため、燃料噴射を実行しない。この場合の燃料カットをここでは極小噴射量時燃料カットと呼ぶこととする。図３は、ＥＣＵ９０によって実行される極小噴射量時燃料カットの実行制御手順を示すフローチャートである。図３の例においては、ステップ１０２、１０４及び１０６に示すように、極小噴射量時燃料カットの実行条件は、燃料噴射時間ＴＡＵが７００μｓ以下で且つ機関回転数ＮＥが２４００ｒｐｍ以上である。また、ステップ１０２、１０８及び１１０に示すように、極小噴射量時燃料カットの実行状態から通常状態に復帰するための条件は、燃料噴射時間ＴＡＵが９００μｓ以上で且つ機関回転数ＮＥが２３００ｒｐｍ以下である。
【００２１】
したがって、触媒劣化防止のために減速時の燃料カットを禁止して空燃比フィードバック制御を実施しても、急減速のためにスロットル急閉後の機関回転数が下がり切らず、気筒当たりの燃料噴射量が極小となる場合には、前述した極小噴射量時燃料カットが実行され、触媒に酸素が供給される。また、減速直後には、負圧が大きくなる方向に変化することで、吸気壁面に付着していた燃料が剥ぎ取られてそのまま触媒に流入する。結果として、触媒上で燃焼が起こる。このように、急減速時には、減速時の燃料カットを禁止して空燃比のストイキ制御を行っても触媒温度の上昇を抑制することができず、単に燃費の悪化を招くだけとなる。
【００２２】
図４は、車速、機関回転数及び空燃比の挙動を例示するタイムチャートであって、減速時燃料カット及び極小噴射量時燃料カットの発生の様子を示す図である。この図に示される例では、最初の減速時には減速時燃料カットが実行されて空燃比が約５秒間リーンとなる一方、２回目の減速時には減速時燃料カットが禁止されるものの極小噴射量時燃料カットが実行されて空燃比が一瞬だけリーンとなっている。そして、一瞬だけ発生する極小噴射量時燃料カットの場合も、減速時燃料カットの場合とほぼ同様の触媒温度の上昇を引き起こすことが実験的に判明している。
【００２３】
そこで、本発明は、たとえ触媒高温状態における減速時にあっても、空燃比フィードバック制御実行中に極小噴射量時燃料カットが発生してしまい触媒温度上昇を抑制することができないような急減速の場合には、減速時燃料カットを実行して燃費の向上を確保する。以下、具体的な処理手順について説明する。
【００２４】
図５は、触媒床温を推定すべくＥＣＵ９０によって実行される触媒床温推定ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。このルーチンは、所定の周期で実行される。触媒床温は、吸入空気流量ＱＡにより推定することができる。ただし、触媒床温は、吸入空気流量の変化に対して一定の遅延時間を有して緩やかにその変化が現れる。そのため、吸入空気流量ＱＡの変化を一定時間遅延させて反映する遅延吸入空気流量ＤＱＡ（ディレーＱＡ）をもって触媒床温とする。
【００２５】
まず、ステップ２０２では、エアフローメータ７０の出力に基づき現在の吸入空気流量ＱＡを検出する。次に、ステップ２０４では、その現在の吸入空気流量ＱＡが前回算出された吸入空気流量ＱＡＯより大きいか否かを判定し、大きい場合には、ステップ２０６に進んで、所定量ＱＡＣだけ遅延吸入空気流量ＤＱＡを増大させ、そうでない場合には、ステップ２０８に進んで、所定量ＱＡＤだけ遅延吸入空気流量ＤＱＡを減少させる。最後に、ステップ２１０では、今回算出されたＱＡを次回の利用のためにＱＡＯとして記憶する。こうして求められる遅延吸入空気流量ＤＱＡは、吸入空気流量ＱＡを緩やかな速度で追従するものであり、触媒床温を反映する量として利用することが可能である。なお、触媒床温を検出する方法としては、触媒に熱電対等の温度センサを設けて直接的に検出してもよい。
【００２６】
図６は、ＥＣＵ９０によって実行される減速時燃料カット実行制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。この減速時燃料カット実行制御ルーチンは、次の燃料噴射時期において減速時燃料カットを実行すべきか否かを判断するものである。そして、本ルーチンは、触媒床温が高いときには原則として減速時燃料カットを禁止するものであるが、触媒高温状態における減速時にあっても、急減速状態が検出されるときには、燃料供給を禁止する、すなわち燃料カットを実行しようというものである。
【００２７】
まず、ステップ３０２では、減速時燃料カット実行の前提条件として、アイドルスイッチ８２がオン、すなわちスロットルバルブ３２が全閉状態となっており、かつ、機関回転数ＮＥが所定値以上であるかどうかを判定する。ステップ３０２の判定結果がＮＯのとき、すなわち前提条件が不成立のときには、本ルーチンを終了する一方、ステップ３０２の判定結果がＹＥＳのとき、すなわち前提条件が成立するときには、ステップ３０４に進む。
【００２８】
ステップ３０４では、前述の触媒床温推定ルーチンによって求められている触媒床温相当量ＤＱＡを所定の判定基準値と比較することにより、触媒が高温（８００°Ｃ〜９００°Ｃ以上）であるか否かを判定する。なお、触媒床温を温度センサにより直接検出する場合には、その温度センサの出力により判定する。触媒床温が基準値よりも低いときには、高温リーン雰囲気に起因する触媒劣化のおそれがないため、ステップ３１０に進み、減速時Ｆ／Ｃ実行状態とする。
【００２９】
一方、触媒床温が基準値よりも高いときには、触媒劣化のおそれがあり、従来技術によればＦ／Ｃの実行を禁止する条件にある。しかし、本実施形態においては、ステップ３０６に進み、減速度の大きい急減速状態にあるか否かを判定する。この急減速状態にあるか否かの判断は、ブレーキセンサ７８によって検出されるブレーキ踏み力に基づいて行われるか、又はアクセル開度センサ７７によって検出されるアクセル開度の戻し量及び戻しスピードに基づいて行われ、その判断のために、前述した極小噴射量時燃料カットが発生する可能性がある急減速状態を検出するための基準値が予め実験的に求められている。なお、機関回転数が高いほど、極小噴射量時燃料カットが入りやすいため、急減速という条件に、機関回転数が一定値以上という条件を加えて判断してもよい。
【００３０】
そして、急減速状態にあるときには、触媒の高温リーン雰囲気を防止すべく空燃比フィードバック制御を行っても、その実行中に極小噴射量時燃料カットが発生してしまい、触媒温度上昇を抑制することができないと判断されるため、ステップ３１０に進み、減速時Ｆ／Ｃ実行状態として燃費の向上を図る。
【００３１】
一方、急減速状態にないときには、触媒の高温リーン雰囲気を防止すべく、ステップ３０８に進み、アイドル自立制御を実行する。すなわち、排気空燃比がストイキになるように空燃比をフィードバック制御する。なお、別の実施形態として、ストイキよりも若干リッチに制御することにより、触媒への酸素供給を完全になくすようにしてもよい。また、アイドル自立制御は、減速開始から所定期間だけ行い、その後は減速時燃料カットに切り換えることにより、燃費の向上を図るようにしてもよい。あるいは、減速開始から触媒床温が７８０°Ｃ以上の期間だけアイドル自立制御を行い、その後は減速時燃料カットに切り換えるようにしても燃費の向上を図ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リーンな排気の流入により触媒劣化が促進される触媒高温状態における減速時にあっても、空燃比ストイキ制御による触媒温度上昇抑止が極小噴射量時燃料カットにより成功しないような急減速の場合には、減速時燃料カットが禁止されることなく実行されるため、燃費の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置を備えた内燃機関の全体概要図である。
【図２】車速、空燃比及び触媒床温の挙動を例示するタイムチャートであって、燃料カット時における触媒床温の上昇を説明する図である。
【図３】ＥＣＵによって実行される極小噴射量時燃料カット実行制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】車速、機関回転数及び空燃比の挙動を例示するタイムチャートであって、減速時燃料カット及び極小噴射量時燃料カットの発生の様子を示す図である。
【図５】ＥＣＵによって実行される触媒床温推定ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図６】ＥＣＵによって実行される減速時燃料カット実行制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…直列４気筒４ストロークサイクルレシプロガソリンエンジン
２…シリンダブロック
３…シリンダヘッド
４…シリンダ
５…ピストン
６…コネクティングロッド
７…クランクシャフト
８…燃焼室
９…吸気ポート
１０…排気ポート
１１…吸気バルブ
１２…排気バルブ
１３…吸気側カムシャフト
１４…排気側カムシャフト
１５…吸気側カム
１６…排気側カム
１７，１８，１９…タイミングプーリ
２０…タイミングベルト
３０…吸気通路
３１…エアクリーナ
３２…スロットルバルブ
３２ａ…スロットルバルブの軸
３３…サージタンク
３４…吸気マニホルド
３５…アイドルアジャスト通路
３６…アイドル回転数制御弁（ＩＳＣＶ）
４０…インジェクタ
４１…燃料タンク
４２…燃料ポンプ
４３…燃料配管
５０…点火プラグ
５１…イグナイタ
５２…点火コイル
５３…点火ディストリビュータ
６０…排気通路
６１…排気マニホルド
６２…触媒コンバータ
７０…エアフローメータ
７２…スロットル開度センサ
７５…Ｏ2 センサ
７７…アクセル開度センサ
７８…ブレーキセンサ
８０…クランク基準位置センサ
８１…クランク角センサ
８２…アイドルスイッチ
９０…機関電子制御装置（エンジンＥＣＵ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、燃料消費率の向上等を目的として減速時に内燃機関へ燃料を供給するのを停止する制御（以下、燃料カット又はＦ／Ｃという）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の電子制御式燃料噴射制御装置においては、スロットルバルブが全閉で機関回転数が所定値以上のときに、燃料供給の不必要な減速状態にあると判断し、燃料消費率の向上を図るべく、燃料噴射を一時的に停止する燃料カットが行われている。
【０００３】
一方、内燃機関の排気系に設けられた排気ガス浄化用の触媒コンバータ内の触媒が高温状態（８００°Ｃ〜９００°Ｃ以上）になると、僅かに触媒温度が上昇するだけで触媒の劣化の進行度合いは急激に大となる。そこで、例えば、特開平８−１４４８１４号公報においては、触媒の温度が高いときに減速時の燃料カットを禁止することにより、触媒が高温リーン雰囲気に晒されるのを回避し、触媒の劣化を防止することが提案されている。そして、燃料カットを禁止することに加え、空燃比をストイキ（理論空燃比）にフィードバック制御することにより、触媒劣化の抑制と燃費の向上とを図ることも行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、急減速時（特に高回転時）においては、減速時にスロットルを急閉しても機関回転数が下がり切らず、気筒当たりの燃料噴射量が極小となる。そして、インジェクタが噴射可能な最小噴射時間以下の噴射時間が演算された場合には、噴射を行うと空燃比がずれるため、燃料噴射は行われず、即ち、燃料カット（極小噴射量時燃料カットと呼ぶ）が一瞬入ることとなる。
【０００５】
また、減速直後には、負圧が大きくなる方向に変化することで、吸気壁面に付着していた燃料が剥ぎ取られてそのまま触媒に流入する。加えて、前述の極小噴射量時燃料カットにより触媒に酸素が供給される。そのため、触媒上で燃焼が起こり、触媒温度が２０°Ｃ以上急激に増大する。結果として、空燃比のストイキ制御を行っても触媒温度の上昇を抑制することができず、単に燃費の悪化を招くだけとなる。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、触媒の劣化を抑制しつつ燃費の悪化を最小限に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にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、触媒高温状態にない減速時には燃料供給を停止する一方、触媒高温状態における減速時には燃料を供給して空燃比をストイキ又はリッチに制御する内燃機関の制御装置において、減速度の大きい急減速状態を検出する急減速状態検出手段と、触媒高温状態における減速時にあっても、前記急減速状態検出手段によって急減速状態が検出されるときには、燃料供給を禁止する燃料供給禁止手段と、を設けたことを特徴とする、内燃機関の制御装置が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、前記急減速状態検出手段は、インジェクタが噴射可能な最小噴射時間以下の噴射時間が演算された場合に実行される燃料供給停止が発生する可能性がある急減速状態を検出する。
【０００９】
前述のように、触媒高温状態における減速時にあっても、急減速の場合には、空燃比のストイキ制御を実行しても触媒温度の上昇を抑制することができないが、上述の如く構成された、本発明に係る内燃機関の制御装置においては、そのような場合に燃料供給が停止（燃料カット）されるため、燃費の向上を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置を備えた内燃機関の全体概要図である。内燃機関１は、車両搭載用の直列多気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン機関である。機関１は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３を備えている。シリンダブロック２には、上下方向へ延びる複数個のシリンダ４が紙面の厚み方向へ並設され、各シリンダ４内には、ピストン５が往復動可能に収容されている。各ピストン５は、コネクティングロッド６を介し共通のクランクシャフト７に連結されている。各ピストン５の往復運動は、コネクティングロッド６を介してクランクシャフト７の回転運動に変換される。
【００１２】
シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となっている。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室８とを連通させる吸気ポート９及び排気ポート１０がそれぞれ設けられている。これらのポート９及び１０を開閉するために、シリンダヘッド３には吸気バルブ１１及び排気バルブ１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能に支持されている。また、シリンダヘッド３において、バルブ１１及び１２の上方には、それぞれ吸気側カムシャフト１３及び排気側カムシャフト１４が回転可能に設けられている。カムシャフト１３及び１４には、バルブ１１及び１２を駆動するためのカム１５及び１６がそれぞれ取り付けられている。カムシャフト１３及び１４の端部にそれぞれ設けられたタイミングプーリ１７及び１８は、クランクシャフト７の端部に設けられたタイミングプーリ１９へタイミングベルト２０により連結されている。なお、カムシャフト１３及び１４の回転速度は、クランクシャフト７の回転速度の１／２に減速せしめられる。
【００１３】
吸気ポート９には、エアクリーナ３１、スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４等を備えた吸気通路３０が接続されている。機関１外部の空気（外気）は、燃焼室８へ向けて吸気通路３０の各部３１，３２，３３及び３４を順に通過する。また、スロットルバルブ３２をバイパスするアイドルアジャスト通路３５には、アイドル時の空気流量を調節するためのアイドル回転数制御弁（ＩＳＣＶ）３６が設けられている。吸気マニホルド３４には、各吸気ポート９へ向けて燃料を噴射するインジェクタ４０が取付けられている。燃料は、燃料タンク４１に貯蔵されており、そこから燃料ポンプ４２によりくみ上げられ、燃料配管４３を経てインジェクタ４０に供給される。そして、インジェクタ４０から噴射される燃料と吸気通路３０内を流れる空気とからなる混合気は、吸気バルブ１１を介して燃焼室８へ導入される。
【００１４】
この混合気に着火するために、シリンダヘッド３にはスパークプラグ５０が取付けられている。点火時には、点火信号を受けたイグナイタ５１が、点火コイル５２の１次電流の通電及び遮断を制御し、その２次電流が、点火ディストリビュータ５３を介してスパークプラグ５０に供給される。
【００１５】
燃焼した混合気は、排気ガスとして排気バルブ１２を介して排気ポート１０に導かれる。排気ポート１０には、排気マニホルド６１、触媒コンバータ６２等を備えた排気通路６０が接続されている。触媒コンバータ６２には、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯx （窒素酸化物）の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されている。こうして触媒コンバータ６２において浄化された排気ガスが大気中に排出される。なお、本発明の適用対象となる触媒は、三元触媒（白金系、パラジウム系）、酸化触媒等、いずれでもよく、特には限定されない。
【００１６】
機関１には以下の各種センサが取付けられている。吸気通路３０には、吸入空気量（流量ＱＡ）を検出するためのエアフローメータ７０が取り付けられている。吸気通路３０において、スロットルバルブ３２の近傍には、その軸３２ａの回動角度を検出するためのスロットル開度センサ７２が設けられている。また、スロットルバルブ３２が全閉状態のときには、アイドルスイッチ８２がオンとなり、その出力であるスロットル全閉信号がアクティブとなる。また、車両のアクセルペダルの近傍には、アクセル踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ７７が設けられている。また、車両のブレーキペダルの近傍には、ブレーキ踏み込み量を検出するブレーキセンサ７８が設けられている。さらに、排気通路６０の途中には、排気ガス中の残存酸素濃度を検出するためのＯ2 センサ７５が取付けられている。
【００１７】
ディストリビュータ５３には、クランクシャフト７の回転に同期して回転するロータが内蔵されており、クランクシャフト７の基準位置を検出するためにロータの回転に基づいてクランク角（ＣＡ）に換算して７２０°ＣＡごとに基準位置検出用パルスを発生させるクランク基準位置センサ８０が設けられ、また、クランクシャフト７の回転速度（機関回転数ＮＥ）を検出するためにロータの回転に基づいて３０°ＣＡごとに回転数検出用パルスを発生させクランク角センサ８１が設けられている。
【００１８】
機関電子制御装置（エンジンＥＣＵ）９０は、燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回転数制御等を実行するマイクロコンピュータシステムである。燃料噴射制御には、減速時の燃料カット制御が含まれる。ところで、前述のように、触媒の温度（触媒床温）が高いときに燃料カットを実行すると、それに伴い発生するリーンな排気ガスが触媒に流入するが、かかる高温リーン雰囲気の下では触媒が劣化することが知られている。
【００１９】
図２は、車速、空燃比及び触媒床温の挙動を実験的に求めたタイムチャートであって、燃料カット時における触媒床温の上昇を説明する図である。この図によれば、減速時に燃料カット（Ｆ／Ｃ）を実行したことに伴い空燃比（Ａ／Ｆ）が大きな値すなわちリーンとなるが、それと同時に触媒床温が上昇し始め、約２０°Ｃ上昇することがわかる。このような状況の下では触媒の劣化の進行度合いは急激に大となるため、前述のように、触媒の温度が高いときには減速時の燃料カットが禁止され、空燃比をストイキ（理論空燃比）にフィードバック制御することが行われる。
【００２０】
一方、一般に、内燃機関の制御装置においては、インジェクタが噴射可能な最小噴射時間以下の噴射時間が演算された場合（すなわち、インジェクタの流量特性でリニアリティがないところや明らかに燃焼できない小噴射時間領域の場合）には、噴射を行うと空燃比がずれるため、燃料噴射を実行しない。この場合の燃料カットをここでは極小噴射量時燃料カットと呼ぶこととする。図３は、ＥＣＵ９０によって実行される極小噴射量時燃料カットの実行制御手順を示すフローチャートである。図３の例においては、ステップ１０２、１０４及び１０６に示すように、極小噴射量時燃料カットの実行条件は、燃料噴射時間ＴＡＵが７００μｓ以下で且つ機関回転数ＮＥが２４００ｒｐｍ以上である。また、ステップ１０２、１０８及び１１０に示すように、極小噴射量時燃料カットの実行状態から通常状態に復帰するための条件は、燃料噴射時間ＴＡＵが９００μｓ以上で且つ機関回転数ＮＥが２３００ｒｐｍ以下である。
【００２１】
したがって、触媒劣化防止のために減速時の燃料カットを禁止して空燃比フィードバック制御を実施しても、急減速のためにスロットル急閉後の機関回転数が下がり切らず、気筒当たりの燃料噴射量が極小となる場合には、前述した極小噴射量時燃料カットが実行され、触媒に酸素が供給される。また、減速直後には、負圧が大きくなる方向に変化することで、吸気壁面に付着していた燃料が剥ぎ取られてそのまま触媒に流入する。結果として、触媒上で燃焼が起こる。このように、急減速時には、減速時の燃料カットを禁止して空燃比のストイキ制御を行っても触媒温度の上昇を抑制することができず、単に燃費の悪化を招くだけとなる。
【００２２】
図４は、車速、機関回転数及び空燃比の挙動を例示するタイムチャートであって、減速時燃料カット及び極小噴射量時燃料カットの発生の様子を示す図である。この図に示される例では、最初の減速時には減速時燃料カットが実行されて空燃比が約５秒間リーンとなる一方、２回目の減速時には減速時燃料カットが禁止されるものの極小噴射量時燃料カットが実行されて空燃比が一瞬だけリーンとなっている。そして、一瞬だけ発生する極小噴射量時燃料カットの場合も、減速時燃料カットの場合とほぼ同様の触媒温度の上昇を引き起こすことが実験的に判明している。
【００２３】
そこで、本発明は、たとえ触媒高温状態における減速時にあっても、空燃比フィードバック制御実行中に極小噴射量時燃料カットが発生してしまい触媒温度上昇を抑制することができないような急減速の場合には、減速時燃料カットを実行して燃費の向上を確保する。以下、具体的な処理手順について説明する。
【００２４】
図５は、触媒床温を推定すべくＥＣＵ９０によって実行される触媒床温推定ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。このルーチンは、所定の周期で実行される。触媒床温は、吸入空気流量ＱＡにより推定することができる。ただし、触媒床温は、吸入空気流量の変化に対して一定の遅延時間を有して緩やかにその変化が現れる。そのため、吸入空気流量ＱＡの変化を一定時間遅延させて反映する遅延吸入空気流量ＤＱＡ（ディレーＱＡ）をもって触媒床温とする。
【００２５】
まず、ステップ２０２では、エアフローメータ７０の出力に基づき現在の吸入空気流量ＱＡを検出する。次に、ステップ２０４では、その現在の吸入空気流量ＱＡが前回算出された吸入空気流量ＱＡＯより大きいか否かを判定し、大きい場合には、ステップ２０６に進んで、所定量ＱＡＣだけ遅延吸入空気流量ＤＱＡを増大させ、そうでない場合には、ステップ２０８に進んで、所定量ＱＡＤだけ遅延吸入空気流量ＤＱＡを減少させる。最後に、ステップ２１０では、今回算出されたＱＡを次回の利用のためにＱＡＯとして記憶する。こうして求められる遅延吸入空気流量ＤＱＡは、吸入空気流量ＱＡを緩やかな速度で追従するものであり、触媒床温を反映する量として利用することが可能である。なお、触媒床温を検出する方法としては、触媒に熱電対等の温度センサを設けて直接的に検出してもよい。
【００２６】
図６は、ＥＣＵ９０によって実行される減速時燃料カット実行制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。この減速時燃料カット実行制御ルーチンは、次の燃料噴射時期において減速時燃料カットを実行すべきか否かを判断するものである。そして、本ルーチンは、触媒床温が高いときには原則として減速時燃料カットを禁止するものであるが、触媒高温状態における減速時にあっても、急減速状態が検出されるときには、燃料供給を禁止する、すなわち燃料カットを実行しようというものである。
【００２７】
まず、ステップ３０２では、減速時燃料カット実行の前提条件として、アイドルスイッチ８２がオン、すなわちスロットルバルブ３２が全閉状態となっており、かつ、機関回転数ＮＥが所定値以上であるかどうかを判定する。ステップ３０２の判定結果がＮＯのとき、すなわち前提条件が不成立のときには、本ルーチンを終了する一方、ステップ３０２の判定結果がＹＥＳのとき、すなわち前提条件が成立するときには、ステップ３０４に進む。
【００２８】
ステップ３０４では、前述の触媒床温推定ルーチンによって求められている触媒床温相当量ＤＱＡを所定の判定基準値と比較することにより、触媒が高温（８００°Ｃ〜９００°Ｃ以上）であるか否かを判定する。なお、触媒床温を温度センサにより直接検出する場合には、その温度センサの出力により判定する。触媒床温が基準値よりも低いときには、高温リーン雰囲気に起因する触媒劣化のおそれがないため、ステップ３１０に進み、減速時Ｆ／Ｃ実行状態とする。
【００２９】
一方、触媒床温が基準値よりも高いときには、触媒劣化のおそれがあり、従来技術によればＦ／Ｃの実行を禁止する条件にある。しかし、本実施形態においては、ステップ３０６に進み、減速度の大きい急減速状態にあるか否かを判定する。この急減速状態にあるか否かの判断は、ブレーキセンサ７８によって検出されるブレーキ踏み力に基づいて行われるか、又はアクセル開度センサ７７によって検出されるアクセル開度の戻し量及び戻しスピードに基づいて行われ、その判断のために、前述した極小噴射量時燃料カットが発生する可能性がある急減速状態を検出するための基準値が予め実験的に求められている。なお、機関回転数が高いほど、極小噴射量時燃料カットが入りやすいため、急減速という条件に、機関回転数が一定値以上という条件を加えて判断してもよい。
【００３０】
そして、急減速状態にあるときには、触媒の高温リーン雰囲気を防止すべく空燃比フィードバック制御を行っても、その実行中に極小噴射量時燃料カットが発生してしまい、触媒温度上昇を抑制することができないと判断されるため、ステップ３１０に進み、減速時Ｆ／Ｃ実行状態として燃費の向上を図る。
【００３１】
一方、急減速状態にないときには、触媒の高温リーン雰囲気を防止すべく、ステップ３０８に進み、アイドル自立制御を実行する。すなわち、排気空燃比がストイキになるように空燃比をフィードバック制御する。なお、別の実施形態として、ストイキよりも若干リッチに制御することにより、触媒への酸素供給を完全になくすようにしてもよい。また、アイドル自立制御は、減速開始から所定期間だけ行い、その後は減速時燃料カットに切り換えることにより、燃費の向上を図るようにしてもよい。あるいは、減速開始から触媒床温が７８０°Ｃ以上の期間だけアイドル自立制御を行い、その後は減速時燃料カットに切り換えるようにしても燃費の向上を図ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リーンな排気の流入により触媒劣化が促進される触媒高温状態における減速時にあっても、空燃比ストイキ制御による触媒温度上昇抑止が極小噴射量時燃料カットにより成功しないような急減速の場合には、減速時燃料カットが禁止されることなく実行されるため、燃費の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置を備えた内燃機関の全体概要図である。
【図２】車速、空燃比及び触媒床温の挙動を例示するタイムチャートであって、燃料カット時における触媒床温の上昇を説明する図である。
【図３】ＥＣＵによって実行される極小噴射量時燃料カット実行制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】車速、機関回転数及び空燃比の挙動を例示するタイムチャートであって、減速時燃料カット及び極小噴射量時燃料カットの発生の様子を示す図である。
【図５】ＥＣＵによって実行される触媒床温推定ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図６】ＥＣＵによって実行される減速時燃料カット実行制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…直列４気筒４ストロークサイクルレシプロガソリンエンジン
２…シリンダブロック
３…シリンダヘッド
４…シリンダ
５…ピストン
６…コネクティングロッド
７…クランクシャフト
８…燃焼室
９…吸気ポート
１０…排気ポート
１１…吸気バルブ
１２…排気バルブ
１３…吸気側カムシャフト
１４…排気側カムシャフト
１５…吸気側カム
１６…排気側カム
１７，１８，１９…タイミングプーリ
２０…タイミングベルト
３０…吸気通路
３１…エアクリーナ
３２…スロットルバルブ
３２ａ…スロットルバルブの軸
３３…サージタンク
３４…吸気マニホルド
３５…アイドルアジャスト通路
３６…アイドル回転数制御弁（ＩＳＣＶ）
４０…インジェクタ
４１…燃料タンク
４２…燃料ポンプ
４３…燃料配管
５０…点火プラグ
５１…イグナイタ
５２…点火コイル
５３…点火ディストリビュータ
６０…排気通路
６１…排気マニホルド
６２…触媒コンバータ
７０…エアフローメータ
７２…スロットル開度センサ
７５…Ｏ2 センサ
７７…アクセル開度センサ
７８…ブレーキセンサ
８０…クランク基準位置センサ
８１…クランク角センサ
８２…アイドルスイッチ
９０…機関電子制御装置（エンジンＥＣＵ）
Claims (1)
- スロットルバルブが全閉状態で且つ機関回転数が所定値以上である状態を減速時として検出し、触媒高温状態にない減速時には燃料供給を停止する一方、触媒高温状態における減速時には燃料を供給して空燃比をストイキ又はリッチに制御する内燃機関の制御装置において、
インジェクタが噴射可能な最小噴射時間以下の噴射時間が演算された場合に実行される一瞬の燃料供給停止が発生する可能性がある急減速状態を検出する急減速状態検出手段と、
触媒高温状態における減速時にあっても、前記急減速状態検出手段によって急減速状態が検出されているときには、継続して燃料供給を禁止する燃料供給禁止手段と、
を設けたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
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