JP3664748B2 - 触媒保護のための燃料カット制御方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、主として自動車用の内燃機関において用いられる触媒の異常加熱を防止するための燃料カット制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、内燃機関において、排気ガスを浄化するために用いられる触媒は、燃焼しない混合気いわゆる生ガスにより酸化反応を起こして、異常に発熱をする可能性があることから、そのような状態になる前に生ガスの供給を停止するべく燃料の供給を中止(燃料カット)する制御を行うものが知られている。このような触媒保護のための燃料カット制御方法としては、例えば、特公昭63−43572号公報に記載のもののように、吸気管内絶対圧力が所定値より低く、かつエンジン回転数が所定の回転数以上の場合に燃料カットを実行し、前記所定値を触媒の温度が過剰に高くなる圧力よりも高く、かつエンジン回転数に応じて設定するようにしたものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のものにあっては、エンジン回転数と吸気管内絶対圧力とにより燃料カットを行う領域を設定しているものの、エンジンのばらつきによる差、燃料噴射弁の公差さらには環境条件等の差などにより、必ずしもその設定された燃料カット領域が常に最適な領域に設定されるものとはならない場合がある。つまり、エンジンの状態が必ずしも設定された回転数と吸気管内絶対圧力で決定されるものではなく、そのために設定された燃料カット領域がエンジンの要求する値よりも上になっている場合ではドライバビリティの悪化を伴う可能性があり、また下に設定された場合には燃料カットが実行されずに生ガスが触媒に接触し、触媒温度が異常値を示すことになる可能性がある。
【0004】
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本願は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明に係る触媒保護のための燃料カット制御方法は、内燃機関の運転状態が所定の燃料供給休止条件を満たす運転状態となった時点から所定の遅延時間後に燃焼室への燃料供給を休止する触媒保護のための燃料カット制御方法であって、所定の遅延時間内において燃焼室内の燃焼状態を判定し、燃焼状態が良好である場合には、燃料供給休止の実行が遅れるように次回の燃料供給休止条件を緩和することを特徴とする。
また、このような構成において、燃焼状態の判定は、燃焼室内に発生するイオン電流の特性を検出し、検出したイオン電流の特性に基づくものであることが好ましい。
【0006】
本発明におけるイオン電流の特性とは、最大値、所定時間内の積分値、最大値が出現した位置(クランク角度換算)、持続時間等を指すものである。これらのものは、検出した際のそのままの値を採用するものであってもよいし、また平均、なまし等の演算処理を施したものであってもよい。
【0007】
【作用】
このような構成のものであれば、内燃機関の燃焼室内の燃焼状態を判定することになり、その燃焼状態により次回の燃料供給休止条件を緩和するので、燃料供給の運転領域が拡大される。つまり、次回の所定の燃料供給休止条件は、燃焼状態が良好である場合には、燃料供給休止の実行が遅れるように緩和される。これにより、内燃機関の運転状態が次回の所定の燃料供給休止条件を満たす運転状態となるまでの、燃料を供給した状態での運転期間が長くなり、燃料供給休止によるドライバビリティの悪化を防止する。
【0008】
【実施例】
以下、本発明の第1の実施例を、図面を参照して説明する。
【0009】
図1に概略的に示したエンジン100は自動車用の4気筒のもので、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バルブ2が配設され、その下流側にはサージタンク3が設けられている。サージタンク3に連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁5が設けてあり、この燃料噴射弁5を、電子制御装置6により制御するようにしている。燃料噴射弁5は、それぞれの気筒に対して1つ取り付けられており、それぞれの気筒の吸入行程に同期して独立に作動して(同期噴射)、各気筒毎に燃料を供給するように構成される。また排気系20には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのO2センサ21が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒22の上流の位置に取り付けられている。
【0010】
そして、燃焼室10の天井部分に対応する位置には、スパークプラグ18が取り付けてある。スパークプラグ18には、ダイオード31を介してイグナイタ32とイグニションコイル33が電気的に接続されている。スパークプラグ18、イグナイタ32及びイグニションコイル33を、標準的には点火系IGSとしており、電流の回り込みを防止するダイオード23、33を含めるものであってもよい。イグナイタ32を除くこの点火系IGSは、図1には1系統しか図示していないが、それぞれの気筒に対して1系統ずつ接続されるものである。なお、エンジン100は、4気筒のものに限定されるものではなく、3気筒や12気筒等のものであってもよい。
【0011】
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おり、その入力インターフェース9には、サージタンク3内の圧力を検出するための吸気圧センサ13から出力される吸気圧信号a、エンジン100の回転状態を検出するためのカムポジションセンサ14から出力される気筒判別信号G1とクランク角度基準位置信号G2とエンジン回転数信号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、スロットルバルブ2の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ16からのLL信号d、エンジンの冷却水温を検出するための水温センサ17からの水温信号e、上記した空燃比センサ21からの電流信号hなどが入力される。一方、出力インターフェース11からは、燃料噴射弁5に対して燃料噴射信号fが、またイグナイタ32に対して点火信号IGtを含む複数の信号が出力されるようになっている。なお、図示しないが、電子制御装置6には、アナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器が内蔵されている。
【0012】
またスパークプラグ18には、高圧ダイオード23を介してイオン電流を測定するためのバイアス用電源24及びイオン電流測定用回路25が接続されて、イオン電流検出系IDLを構成している。このバイアス用電源24を含むイオン電流測定用回路25それ自体は、当該分野で知られている種々のものが使用でき、気筒毎のイオン電流を検出するために、気筒数と同数が、つまり1つの気筒に対して1つのイオン電流検出系IDLが設けられるものである。
【0013】
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とカムポジションセンサ14から出力される回転数信号bとをおもな情報とし、エンジン100の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間TPを補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間Tを決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁5を制御して、エンジン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内蔵してある。また、エンジン100の運転状態が所定の燃料供給休止条件を満たす運転状態となった時点から所定の遅延時間後に燃焼室10への燃料供給を休止する触媒保護のための燃料カット制御にあって、所定の遅延時間内において燃焼室10内の燃焼状態を判定し、燃焼状態が良好である場合には、燃料供給休止の実行が遅れるように次回の燃料供給休止条件を緩和するプログラムが記憶されている。そして、燃焼状態の判定は、燃焼室内に発生するイオン電流の特性を検出し、検出したイオン電流の特性に基づいて行われるようにプログラムされている。このような燃料カット制御は、アイドルスイッチ16からのLL信号dがオフとなり、アイドル運転状態からわずかにスロットルバルブ2が開いた低負荷状態になった後、所定の遅延時間を経過した時点から燃料カットが実行される。これによって、未燃焼の混合気が排気ガス中に混ざって三元触媒22に到達することが未然に防止される。
【0014】
この燃料カット制御プログラムの概要は図2〜3に示すようなものである。
【0015】
まず、ステップS1では、燃料カット復帰時の運転状態を把握するための判定パラメータを計算する。判定パラメータとしては、代表的には、点火タイミングすなわちクランク角にして180°CAの期間中のピーク値、積分値(瞬時値の積算値)等が挙げられる。このステップS1の具体的な処理は、図3に示すものが好ましい。すなわち、図3のものは、イオン電流の特性である瞬時値IONADの積算値SIONとピーク値IMAXとを検出するルーチンである。まず、イオン電流をA/D変換し(ステップS21)、得られた変換値であるイオン電流の瞬時値IONADを記憶装置8に記憶し(ステップS22)、積算値SIONの計算(ステップS23)に移行する。積算値SIONは、瞬時値IONADが得られる毎に更新されるもので、下式により演算され、記憶装置8に記憶される。
【0016】
SION=SION+IONAD
そして、積算値SIONが算出されると、その時記憶した瞬時値IONADがその時点までのイオンピーク値IMAXを上回っているか否かを判定し(ステップS24)、上回っている場合はイオンピーク値IMAXを今回の瞬時値IONADとして更新し(ステップS25)、下回っている場合はイオンピーク値IMAXの更新は行わない。このA/D変換処理ルーチンは、例えば4〜5ミリ秒毎に実行されるものである。
【0017】
イオン電流は、それぞれの気筒毎に、点火毎に計測されるもので、上記したようにA/D変換により瞬時値IONADを求めてその特性を検出するものである。通常、イオン電流は、放電開始直後にバイアス用電源24からスパークプラグ18にバイアス電圧を印加すると、放電後の燃焼時において燃焼の具合に応じて燃焼室10に流れる。正常燃焼の場合、イオン電流は点火直後急激に流れた後、上死点TDC手前で減少した後再び増加し、燃焼圧が最大となるクランク角近傍でイオン電流の値が最大となるピーク値IONPになる(図4に示す)。したがって、イオン電流の計測は、エンジン回転数NEに応じて設定されるA/D変換周期(クランク角換算による)で上死点TDCからA/D変換を開始して、そのアナログ電流値をディジタルデータである瞬時値IONADとし、得られた瞬時値IONADを上死点TDCから順に昇順となるデータ番号DTnを付して記憶装置8のRAMに記憶することにより行われる。そして、計測開始から所定時間内の瞬時値IONADを積算することにより、イオン電流の積分値たる積算値SIONが得られる。また、記憶された瞬時値IONADを、その都度1回の計測におけるその時点の最大値と比較することにより、最大値すなわちイオンピーク値IMAXを得ることも可能となる。A/D変換は、上死点TDCから所定の時間、例えばクランク角に換算して30°CAだけ行うようにする。以上に述べたように、変換値にデータ番号DTnを付しておけば、イオンピーク値IMAXが発生した位置(クランク角換算による)についても容易に特定できることになる。
【0018】
次に、ステップS2では、触媒保護のためのOT燃料カットにおける所定の遅延時間たるディレイ期間であるか否かを判定し、ディレイ期間であればステップS3に進み、そうでなければステップS8に移行する。OT燃料カット制御に移行する判定自体は、従来と同じであってよい。ディレイ期間である場合は、ステップS3にて記憶装置8に記憶されている積算値SIONに基づいて、下式によりパラメータ積算値SSIONを演算する。
【0019】
SSION=SSION+SION
このパラメータ積算値SSIONは規定回数Mの演算により求められるようになっており、それゆえステップS4では、その規定回数Mの積算が終了したか否かを判定し、終了した場合にはステップS5に進み、終了していない場合にはステップS8に移行する。今、パラメータ積算値SSIONの演算が所定回数終了したものとすると、ステップS5において、そのパラメータ積算値SSIONが第1設定値K1未満か否かを判定し、未満である場合にはステップS6に進み、以上である場合はステップS9に移行する。パラメータ積算値SSIONが第1設定値K1未満の場合、ステップS6において、OTカットラインを上昇させる、つまり、燃料カットの判定を行う燃料噴射時間である判定噴射時間を所定時間ΔT(例えば50〜100μ秒)だけ長くして、多量の未燃焼の混合気が三元触媒22に到達するのを防止するべく、燃料カットが実行されるように判定基準たるOTカットラインを設定するものである。
【0020】
一方、パラメータ積算値SSIONが第1設定値K1以上である場合には、ステップS9において、パラメータ積算値SSIONが第2設定値K2以上であるか否かを判定し、以上である場合にはステップS10に進んで、OTカットラインを下げて設定する、つまり、判定噴射時間を所定時間ΔTだけ短く設定する。逆に、第2設定値K2未満の場合にはステップS8に移行する。OTカットラインは、図5に示すように、エンジン回転数NEに対する有効噴射時間TAUにより設定されている。そして、初期設定値として、各エンジン回転数NEに対して判定噴射時間が設定してあり、その判定噴射時間に所定時間ΔTが増減されて、OTカットラインが拡張されている。
【0021】
このようにして次回のOTカットラインが検定された後は、制御は、ステップS7に進み、パラメータ積算値SSION及び規定回数Mを初期化(=0)し、さらにステップS8において、積算値SION及びイオンピーク値IMAXを初期化する。なお、この実施例では、規定回数Mの積算値SIONの積算を行うことにより、実質的に燃焼の判定を行うパラメータ積算値SSIONを算出しているが、イオンピーク値IMAXを用いて燃焼の判定をおこなうものであってよい。
【0022】
このような構成にあって、アクセルペダルがわずかに踏み込まれ、ほぼアイドル運転状態と同等にエンジンが運転されて、OT燃料カット制御に移行し、燃料噴射時間がOTカットラインに達した状態で、ディレイ期間中である場合に、判定パラメータの積算演算が規定回数M実行されると、イオン電流の特性であるパラメータ積算値SSIONにより燃焼状態が判定され、第1設定値K1を下回っている場合にはOTカットラインを現行のものより上げて、すなわち判定噴射時間に所定時間ΔTを加算した噴射時間に設定する。この場合の制御は、ステップS1→S2→S3→S4→S5→S6→S7→S8と進行する。一方、パラメータ積算値SSIONが第2設定値K2を上回る場合には、OTカットラインを下げて、すなわち判定噴射時間から所定時間ΔTを減じた噴射時間に設定するもので、制御は、ステップS1→S2→S3→S4→S5→S9→S10→S7→S8と進行する。
【0023】
したがって、エンジンの運転状態が良好な場合つまりイオン電流のパラメータ積算値SSIONが第2設定値K2以上の場合は、失火する可能性があるような運転範囲までOT燃料カットの実行を遅らせることができ、触媒の異常過熱を防止するとともにドライバビリティの悪化を防止する。また、これとは逆の場合には、OT燃料カットの実行を早くしてエンジンストールを防止し、かつ触媒の異常過熱を防止する。
【0024】
なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例ではイグナイタ32を用いた点火系IGSを説明したが、ディストリビュータを利用するものであってもよい。
【0025】
その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、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。
【0026】
【発明の効果】
本発明は、以上に詳述したように、所定の遅延時間内において燃焼室内の燃焼状態を判定し、燃焼状態が良好である場合には、燃料供給休止の実行が遅れるように次回の燃料供給休止条件を緩和するので、内燃機関のその時の運転状態にあわせて、あるいは内燃機関毎の固有の特性にあわせて燃料供給休止条件を設定できることになり、触媒が異常に過熱することを効果的に未然に防止することができるとともに、燃料供給休止を極力抑えてドライバビリティを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の請求項1に係る発明の第1の実施例を示す概略構成説明図。
【図2】同実施例の制御手順を示すフローチャート。
【図3】同実施例の制御手順を示すフローチャート。
【図4】同実施例における典型的なイオン電流の波形を示す波形図。
【図5】同実施例における作用説明図。
【符号の説明】
5…燃料噴射弁
6…電子制御装置
7…中央演算処理装置
8…記憶装置
9…入力インターフェース
10…燃焼室
11…出力インターフェース
24…バイアス用電源
25…イオン電流測定用回路
Claims (2)
- 内燃機関の運転状態が所定の燃料供給休止条件を満たす運転状態となった時点から所定の遅延時間後に燃焼室への燃料供給を休止する触媒保護のための燃料カット制御方法であって、
所定の遅延時間内において燃焼室内の燃焼状態を判定し、
燃焼状態が良好である場合には、燃料供給休止の実行が遅れるように次回の燃料供給休止条件を緩和することを特徴とする内燃機関の燃料制御方法。 - 燃焼状態の判定は、燃焼室内に発生するイオン電流の特性を検出し、検出したイオン電流の特性に基づくものであることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料制御方法。
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JP10309094A JP3664748B2 (ja) | 1994-05-17 | 1994-05-17 | 触媒保護のための燃料カット制御方法 |
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