JP4158181B2

JP4158181B2 - エンジン制御装置

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Publication number: JP4158181B2
Application number: JP2006091423A
Authority: JP
Inventors: 元康末永; 浩司和田; 雅和宮迫
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP2007263056A; US7559192B2; US20070227122A1

Description

この発明は、エンジンの失火によって排気ガス温度が上昇し、触媒の損傷が予測される場合に、失火が発生した気筒に対する燃料カットを行うエンジン制御装置に関する。

従来のエンジンの制御装置は、運転状態に応じて燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、排気温度の異常上昇を検出する排気温度異常上昇検出手段と、排気温度検出手段が排気温度の異常上昇を検出したときに失火気筒を判定する失火気筒判定手段と、失火気筒判定手段に判定された失火気筒に対する燃料カットを行う燃料カット手段とを備えている。
排気温度異常上昇検出手段は、排気温度がエンジン回転数に応じて予め設定された第１の設定温度を越えた場合に、排気温度の異常上昇と判断して燃料カットを行い、このとき、燃料噴射量設定手段は、燃料噴射量を基本燃料噴射量に設定して燃料噴射量のリッチ化を禁止する。
また、燃料カット手段は、排気温度が予め設定された第２の設定温度以下となったときに、燃料カットを解除（以下、「燃料カット復帰」と称する）している（例えば、特許文献１参照）。

上記従来装置では、排気温度を条件として燃料カットを実施しているので、エンジンの運転状態を考慮した燃料カット復帰を行うことができない。
そのため、触媒に損傷を与える高負荷領域で燃料カット復帰を行い、大量の未燃燃料を触媒に流入させるおそれがある。
また、失火の原因が、低温時の燃焼不良等の一過性の原因であった場合でも、排気温度が予め設定された第２の設定温度以下になるまで燃料カットを継続する。

特開２００１−２０７９２号公報

従来のエンジンの制御装置では、大量の未燃燃料を触媒に流入させるおそれがあるので、触媒の温度が急激に上昇して異常な高温になり、触媒の損傷が発生するという問題点があった。
また、排気温度を検出するために、温度センサを設ける必要があり、コストが上昇するという問題点もあった。
また、失火の原因が一過性の原因であった場合でも、排気温度が予め設定された第２の設定温度以下になるまで燃料カットが継続されるので、例えば４気筒エンジンの場合、３気筒で運転する事になり、所望の出力を得ることができないという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、コストを上げることなく、触媒を損傷から確実に保護するとともに、エンジンを本来の出力性能に戻して、動力性能を回復させることができるエンジン制御装置を提供することにある。

この発明に係るエンジン制御装置は、エンジンの排気系に設けられ、排気ガスを浄化する触媒と、エンジンに設けられた各種センサと、各種センサの出力に基づいて、少なくともエンジン回転速度および充填効率を含む運転状態を算出する運転状態算出手段と、運転状態に基づいて、エンジンの燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、燃料噴射量に応じて、任意の気筒に燃料を噴射するインジェクタを駆動させるインジェクタ駆動手段と、各種センサの出力に基づいて、失火の有無を判定して実失火率を算出する実失火率算出手段と、運転状態に対応して、触媒の損傷が予測される損傷失火状態を判定するための失火率を判定用失火率としてあらかじめ算出する触媒損傷判定用失火率算出手段と、実失火率と判定用失火率とを比較して、実失火率が判定用失火率よりも大きくなった際に損傷失火状態と判定し、失火の発生した気筒に対して燃料カットを行う触媒損傷失火判定手段と、損傷失火状態が判定された時点の実失火率を、損傷失火状態判定時失火率として記憶する失火率記憶手段と、所定条件を満たした場合に、インジェクタ駆動手段に駆動許可信号を出力して、燃料カットから復帰させる燃料カット復帰手段とを備え、燃料カット復帰手段は、損傷失火状態判定時失火率よりも判定用失火率が大きくなった際に、所定条件を満たすと判定するものである。

この発明のエンジン制御装置によれば、触媒損傷失火判定手段が、実失火率と判定用失火率とを比較して、触媒の損傷失火状態が判定された場合に、失火の発生した気筒に対して燃料カットを行う。
また、燃料カット復帰手段が、損傷失火状態判定時失火率よりも判定用失火率が大きくなった際に、インジェクタ駆動手段に駆動許可信号を出力して、燃料カット復帰を行う。
そのため、運転状態に基づいて、触媒が損傷しない領域で燃料カット復帰を行うことができるので、コストを上げることなく、触媒を損傷から確実に保護するとともに、エンジンを本来の出力性能に戻して、動力性能を回復させることができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。なお、一般的なエンジン１には、複数の気筒２が設けられているが、以下の実施の形態では、そのうちの２つの気筒２について説明する。

図１において、エンジン１には、筒状の気筒２と、クランクシャフト３に接続されたピストン４とによって、燃料と空気とが混合した混合気が吸入されて燃焼する燃焼室５が形成されている。
ここで、ピストン４は、気筒２の軸線方向に往復自在に設けられている。また、クランクシャフト３には、クランクシャフト３と一体で回転するクランクプレートの突起からクランク角を検出して、クランク信号を出力するクランク角センサ（各種センサ）６が設けられている。また、気筒２には、エンジン１を冷却するための冷却水の温度を計測して、水温信号を出力する水温センサ（水温計測手段）７が設けられている。

気筒２には、気筒２内に空気を吸入する吸気管８と、燃焼室５内で混合気が燃焼して生成された排気ガスを排出する排気管９とが接続されている。
また、気筒２には、燃焼室５と吸気管８との間を開閉する吸気弁１０と、燃焼室５と排気管９との間を開閉する排気弁１１とが取り付けられている。吸気弁１０および排気弁１１を開閉させるカムシャフト１２には、カム角を検出してカム信号を出力するカム角センサ（各種センサ）１３が設けられている。
また、気筒２の頂部には、燃焼室５に供給された混合気に点火するスパークプラグ１４と、スパークプラグ１４に火花を飛ばすための電流を発生させる点火コイル１５とが設けられている。

吸気管８の下流側で吸気弁１０の近傍には、燃焼室５に燃料を噴射するインジェクタ１６が取り付けられている。インジェクタ１６には、燃料タンク１７からフューエルポンプ１８を介して燃料が供給される。
また、吸気管８の上流側には、吸入空気量を調節するスロットルバルブ１９と、スロットルバルブ１９の開度を検出して、スロットル信号を出力するスロットルセンサ（各種センサ）２０とが取り付けられている。また、スロットルバルブ１９の上流側には、吸入空気量を計測して、エアフローセンサ信号を出力するエアフローセンサ（吸入空気量計測手段）２１が設けられている。

排気管９の下流側には、排気ガス中の有毒物質である炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）および一酸化炭素（ＣＯ）を浄化する三元触媒（触媒）２２が設けられている。
また、三元触媒２２の上流側には、触媒上流側の排気ガスの空燃比を検出する第１Ｏ２センサ２３が設けられている。また、三元触媒２２の下流側には、三元触媒２２を通過した排気ガスの空燃比を検出する第２Ｏ２センサ２４が設けられている。第１Ｏ２センサ２３および第２Ｏ２センサ２４は、空燃比のフィードバック制御に用いられる。

ここで、スパークプラグ１４、インジェクタ１６、スロットルバルブ１９等のアクチュエータ類に対する制御量の演算、制御信号の出力、空燃比制御を含む燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回転速度制御、吸気制御等のエンジン制御は、エンジン制御装置の要部を構成するＥＣＵ（電子制御装置：ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）２５によって行われる。

図２は、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置のＥＣＵ２５を示すブロック図である。
図２において、ＥＣＵ２５は、運転状態算出手段２６と、燃料噴射量算出手段２７と、インジェクタ駆動手段２８と、実失火率算出手段２９と、触媒損傷判定用失火率算出手段３０と、触媒損傷失火判定手段３１と、失火率記憶手段３２と、燃料カット復帰手段３３とを備えている。

ＥＣＵ２５は、演算処理を実行するＣＰＵ、プログラムデータや固定値データを記憶するＲＯＭ、および格納されているデータを更新して順次書き換えられるＲＡＭを有するマイクロコンピュータ（図示せず）で構成されている。また、ＥＣＵ２５を構成する各ブロックは、ＲＯＭ内にソフトウェアとして記憶されている。

運転状態算出手段２６は、エンジン１に設けられた各種センサ（クランク角センサ６、水温センサ７、カム角センサ１３、スロットルセンサ２０、エアフローセンサ２１、第１Ｏ２センサ２３、第２Ｏ２センサ２４）から出力される各信号に基づいて、少なくともエンジン回転速度および充填効率を含む運転状態を算出する。
燃料噴射量算出手段２７は、運転状態算出手段２６から出力される運転状態に基づいて、エンジン１の燃料噴射量を算出する。
インジェクタ駆動手段２８は、燃料噴射量算出手段２７から出力される燃料噴射量に応じて、任意の気筒２に燃料を噴射するインジェクタ１６を駆動させる。

実失火率算出手段２９は、クランク角センサ６から出力されるクランク信号に基づいて、失火の有無を判定して実失火率Ｒｔを算出する。
触媒損傷判定用失火率算出手段３０は、運転状態算出手段２６から出力される運転状態に基づいて、三元触媒２２の損傷が予測される損傷失火状態を判定するための判定用失火率ＪＲｎ（ｎ＝１、２、・・・、ｎ）を算出する。
触媒損傷失火判定手段３１は、実失火率Ｒｔと定用失火率とを比較して、三元触媒２２の損傷失火状態が判定された場合に、インジェクタ駆動手段２８に駆動禁止信号を出力し、失火の発生した気筒２に対して燃料カットを行う。

失火率記憶手段３２は、三元触媒２２の損傷失火状態が判定された時点の実失火率Ｒｔを、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍとして記憶する。
燃料カット復帰手段３３は、判定用失火率ＪＲｎが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きくなった場合に、所定条件を満たすとしてインジェクタ駆動手段２８に駆動許可信号を出力し、燃料カット復帰を行う。

なお、実失火率Ｒｔは、スパークプラグ１４の所定動作回数に対する失火数の割合として算出され、実失火率Ｒｔが判定用失火率ＪＲｎよりも大きくなった場合に、三元触媒２２の損傷失火状態が判定される。
また、判定用失火率ＪＲｎは、エンジン回転速度と充填効率とによって決まる複数の運転状態毎に、失火を継続させて、三元触媒２２を損傷させない限界の温度まで上昇する失火率を予め実験等によって調べて設定した値であり、例えばＲＯＭ内にマップとして記憶されている。

図３は、この発明の実施の形態１による運転状態と判定用失火率ＪＲｎとの関係を示す説明図である。
図３において、エンジン１の運転状態は、エンジン回転速度および充填効率に応じて４つの領域に分類されている。判定用失火率ＪＲｎは、この領域毎に異なる４つの判定用失火率ＪＲ１〜ＪＲ４がそれぞれ設定されている。

ここで、実失火率Ｒｔが同じであれば、運転状態が高回転高負荷状態（エンジン回転速度および充填効率がともに大きい状態）であるほど、単位時間に三元触媒２２に流入する未燃燃料が増加し、三元触媒２２内での燃焼によって発生する熱量の増加が大きくなるので、三元触媒２２の損傷が早くなる。
そのため、図３に示すように、高回転高負荷領域（エンジン回転速度および充填効率がともに大きい領域）であるほど、判定用失火率ＪＲｎは低く設定され、三元触媒２２が限界温度ＴＬに達する前に燃料カットが行われるようになっている。

以下、図１〜図３とともに、図４のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置の動作について説明する。このフローチャートに示した動作は、所定の周期毎に実行される。
まず、触媒損傷失火判定手段３１は、実失火率Ｒｔが、三元触媒２２の損傷失火状態を判定するための判定用失火率ＪＲｎ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４１）。
ステップＳ４１において、実失火率Ｒｔが判定用失火率ＪＲｎ以上である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、失火率記憶手段３２は、損傷失火状態が判定された時点の実失火率Ｒｔを、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍとして記憶する（ステップＳ４２）。

次に、触媒損傷失火判定手段３１は、インジェクタ駆動手段２８に駆動禁止信号を出力し、失火の発生した気筒２に対して燃料カットを行う（ステップＳ４３）。
これにより、三元触媒２２への未燃燃料の流入を防止することができるので、三元触媒２２の温度が低減され、三元触媒２２を損傷から保護することができる。
続いて、燃料カットの開始後、燃料カット復帰手段３３は、判定用失火率ＪＲｎが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４４）。

ステップＳ４４において、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍが判定用失火率ＪＲｎ以上である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ステップＳ４３に移行して燃料カットを継続する。
すなわち、運転状態が、損傷失火状態判定時と同等、あるいはさらに高回転高負荷状態である場合には、三元触媒２２に未燃燃料が流入した際に触媒温度が急激に上昇する可能性があるので、燃料カットを継続する。

一方、運転状態の変化により、ステップＳ４４において、判定用失火率ＪＲｎが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、燃料カット復帰手段３３は、インジェクタ駆動手段２８に駆動許可信号を出力し、燃料カット復帰を行い（ステップＳ４５）、図４の処理を終了する。
また、ステップＳ４１において、実失火率Ｒｔが判定用失火率ＪＲｎよりも小さい（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、損傷失火状態が判定されず、通常運転を継続したまま、図４の処理を終了する。

以下、図１〜図４とともに、図５のタイミングチャートを参照しながら、図４のフローチャートに示したエンジン制御装置の動作について補足説明する。
図５は、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置の動作を補足説明するタイミングチャートである。

図５において、まず、運転状態が変化してエンジン回転速度および充填効率が大きくなると、図３に示すように判定用失火率ＪＲｎが低くなり、時刻ｔ１で実失火率Ｒｔが判定用失火率ＪＲｎ以上となる。
続いて、このときの実失火率Ｒｔが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍとして記憶されるとともに、燃料カット状態フラグが「Ｈ」にセットされて、失火の発生した気筒２に対する燃料カットが行われる。

これにより、三元触媒２２への未燃燃料の流入を防止することができるので、燃料カットの開始後、実失火率Ｒｔが低減するとともに、三元触媒２２の温度が限界温度ＴＬに達することなく低減する。
なお、燃料カットが行われていない気筒２によって、時間の経過とともにエンジン１の暖機が進行するので、エンジン１の温度を示す水温は、次第に上昇する。

次に、運転状態が変化してエンジン回転速度および充填効率が小さくなると、判定用失火率ＪＲｎが高くなり、時刻ｔ２で判定用失火率ＪＲｎが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きくなる。
続いて、燃料カット状態フラグが「Ｌ」にセットされて燃料カット復帰が行われる。
このとき、エンジン１の暖機は、さらに進行しているので、水温はさらに上昇する。
そのため、失火の原因が、低温時の燃焼不良等の一時的な原因であった場合に、水温の上昇によって燃料の揮発性が増加し、燃料が燃焼可能な状態になっている。

すなわち、失火の原因が、例えば点火系の故障等永続的な原因であれば、失火が継続するので、図４のステップＳ４１において再度損傷失火状態が判定されて燃料カットが行われ、三元触媒２２が保護される。
また、失火の原因が、低温時の燃焼不良等の一過性の原因であれば、水温の上昇によって燃料の揮発性が増して失火が解消されるので、図４のステップＳ４１において損傷失火状態が判定されず、通常運転が継続される。

この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置によれば、触媒損傷失火判定手段３１が、実失火率Ｒｔと判定用失火率ＪＲｎとを比較して、三元触媒２２の損傷失火状態が判定された場合に、失火の発生した気筒２に対して燃料カットを行う。
また、燃料カット復帰手段３３が、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも判定用失火率ＪＲｎが大きくなった際に、インジェクタ駆動手段２８に駆動許可信号を出力して、燃料カット復帰を行う。
そのため、運転状態に基づいて、三元触媒２２が損傷しない領域で燃料カット復帰を行うことができるので、コストを上げることなく、三元触媒２２を損傷から確実に保護することができる。

また、失火の原因が、例えば冷機状態での重質系燃料の使用による燃焼不良等の一過性の原因であった場合に、燃料カットが行われない気筒２によってエンジン１の暖機が進行し、水温の上昇によって燃料の揮発性が増加する。
そのため、燃料カット復帰が行われた際に通常運転を再開することができるので、エンジン１を本来の出力性能に戻して、動力性能を回復させることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、判定用失火率ＪＲｎが切り換わる境界近傍で運転状態（エンジン回転数および充填効率）が変化すると、判定用失火率ＪＲｎが実失火率Ｒｔあるいは損傷失火状態判定時失火率Ｒｍと頻繁に交差するので、燃料カットと燃料カット復帰とが繰り返して行われる。
以下に、図６のタイミングチャートを参照しながら、判定用失火率ＪＲｎが切り換わる境界近傍で運転状態が変化した場合のエンジン制御装置の動作について説明する。

図６において、まず、運転状態が変化すると、一点鎖線で示すように判定用失火率ＪＲｎが変化し、時刻ｔ３で実失火率Ｒｔが判定用失火率ＪＲｎ以上となる。
続いて、このときの実失火率Ｒｔが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍとして記憶されるとともに、燃料カット状態フラグが「Ｈ」にセットされて、失火の発生した気筒２に対する燃料カットが行われる。
次に、運転状態の変化によって時刻ｔ４で判定用失火率ＪＲｎが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きくなり、一点鎖線で示すように燃料カット状態フラグが「Ｌ」にセットされて燃料カット復帰が行われる。

以下、時刻ｔ５、ｔ６、ｔ７で判定用失火率ＪＲｎが実失火率Ｒｔあるいは損傷失火状態判定時失火率Ｒｍと交差し、燃料カットと燃料カット復帰とが繰り返して行われる。
また、失火カウンタは、スパークプラグ１４の点火回数をカウントして、次に失火率を算出するまでの残り時間（失火率算出間隔）を計測している。また、実失火率算出手段２９は、この失火率算出間隔で実失火率Ｒｔを算出し、触媒損傷失火判定手段３１も、この間隔で三元触媒２２の損傷失火状態を判定している。

そのため、燃料カット復帰が行われた後、次に損傷失火状態が判定されるまでの期間は、図６の一点鎖線で示すように、三元触媒２２の温度が限界温度ＴＬに達した状態で未燃燃料が三元触媒２２に流入するので、三元触媒２２の損傷が進む可能性がある。

そこで、判定用失火率ＪＲｎから予め所定失火率αを減算することにより、燃料カット復帰を行う条件を変更することが望ましい。
これにより、燃料カット開始時よりも判定用失火率ＪＲｎが充分大きい領域、すなわち、触媒温度が上昇しにくい領域で燃料カット復帰が行われるので、燃料カットと燃料カット復帰とが繰り返して行われることがなく、三元触媒２２の損傷を防止することができる。

以下に、判定用失火率ＪＲｎから所定失火率αを減算して、復帰判定用補正失火率ＪＲｒ（＝ＪＲｎ−α）を算出する処理について説明する。
ここでは、実施の形態１と同種のものについては、同一符号の後に「Ａ」を付して、詳述は省略する。

図７は、この発明の実施の形態２に係るエンジン制御装置のＥＣＵ２５Ａを示すブロック図である。
図７において、ＥＣＵ２５Ａは、判定用失火率ＪＲｎから所定失火率αを減算して復帰判定用補正失火率ＪＲｒを算出する判定用失火率補正手段３４を備えている。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

以下、図６および図７とともに、図８のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態２に係るエンジン制御装置の動作について説明する。
なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
燃料カットの開始後、燃料カット復帰手段３３は、復帰判定用補正失火率ＪＲｒが、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５１）。

ステップＳ５１において、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍが復帰判定用補正失火率ＪＲｒ以上である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ステップＳ４３に移行して燃料カットを継続する。
一方、運転状態の変化により、ステップＳ５１において、復帰判定用補正失火率ＪＲｒが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、燃料カット復帰手段３３は、インジェクタ駆動手段２８に駆動許可信号を出力し、燃料カット復帰を行い（ステップＳ４５）、図８の処理を終了する。

以下、図７とともに、図６のタイミングチャートを参照しながら、図８のフローチャートに示したエンジン制御装置の動作について補足説明する。
図６において、まず、運転状態が変化すると、実線で示すように判定用失火率ＪＲｎが変化し、時刻ｔ３で実失火率Ｒｔが判定用失火率ＪＲｎ以上となる。
続いて、このときの実失火率Ｒｔが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍとして記憶されるとともに、燃料カット状態フラグが「Ｈ」にセットされて、失火の発生した気筒２に対する燃料カットが行われる。

ここで、判定用失火率補正手段３４によって復帰判定用補正失火率ＪＲｒが算出され、燃料カット復帰手段３３は、復帰判定用補正失火率ＪＲｒが、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きい場合に、燃料カット復帰を行うので、時刻ｔ３以降燃料カット復帰は行われず、実線で示すように燃料カット状態フラグが「Ｈ」で保持される。
これにより、三元触媒２２への未燃燃料の流入を防止することができる。

この発明の実施の形態２に係るエンジン制御装置によれば、判定用失火率補正手段３４が、判定用失火率ＪＲｎから所定失火率αを減算して復帰判定用補正失火率ＪＲｒを算出し、燃料カット復帰手段３３が、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも復帰判定用補正失火率ＪＲｒが大きくなった際に、インジェクタ駆動手段２８に駆動許可信号を出力して、燃料カット復帰を行う。
そのため、運転状態が変わってもすぐに燃料カット復帰が行われることがなく、限界温度ＴＬに対して充分に余裕がある領域で燃料カット復帰が行われるので、三元触媒２２の温度が限界温度ＴＬに達した状態で未燃燃料が三元触媒２２に流入することがなく、三元触媒２２を損傷から、さらに確実に保護することができる。

実施の形態３．
一般的に、運転状態が高回転高負荷状態（エンジン回転速度および充填効率がともに大きい状態）の場合には、三元触媒２２への未燃燃料の流入がなくても、触媒温度が高温になる。また、損傷失火状態は、定常運転状態での失火に対して許容温度の限界となる失火率に基づいて判定されている。
そのため、上記実施の形態１では、高回転高負荷運転の直後、三元触媒２２が高温になっている状態で燃料カット復帰を行うと、再び失火が発生した場合に、三元触媒２２に未燃燃料が流入するので、三元触媒２２の温度が限界温度ＴＬを超過して、三元触媒２２が損傷する可能性がある。
以下に、図９のタイミングチャートを参照しながら、高回転高負荷状態で燃料カット復帰を行う場合のエンジン制御装置の動作について説明する。

図９において、まず、運転状態が変化すると、判定用失火率ＪＲｎが変化し、時刻ｔ８で実失火率Ｒｔが判定用失火率ＪＲｎ以上となる。
続いて、このときの実失火率Ｒｔが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍとして記憶されるとともに、燃料カット状態フラグが「Ｈ」にセットされて、失火の発生した気筒２に対する燃料カットが行われる。

次に、運転状態の変化によって時刻ｔ９で判定用失火率ＪＲｎが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きくなり、一点鎖線で示すように燃料カット状態フラグが「Ｌ」にセットされて燃料カット復帰が行われる。
このとき、失火が発生すると、三元触媒２２に未燃燃料が流入し、図９の一点鎖線で示すように、三元触媒２２の温度が限界温度ＴＬを超過して、三元触媒２２の損傷が進む可能性がある。

そこで、三元触媒２２の温度を触媒推定温度Ｔｅとして推定し、触媒推定温度Ｔｅを考慮して燃料カット復帰を行うことが望ましい。
以下に、触媒推定温度Ｔｅを算出し、触媒推定温度Ｔｅを考慮して燃料カット復帰を行う処理について説明する。
ここでは、実施の形態１と同種のものについては、同一符号の後に「Ｂ」を付して、詳述は省略する。

図１０は、この発明の実施の形態３に係るエンジン制御装置のＥＣＵ２５Ｂを示すブロック図である。
図１０において、ＥＣＵ２５Ｂは、エアフローセンサ２１から出力されるエアフローセンサ信号と、燃料噴射量算出手段２７で算出される燃料噴射量とに基づいて、失火を伴わない正常燃焼時の三元触媒２２の温度を触媒推定温度Ｔｅとして推定する触媒温度推定手段３５を備えている。
一般的に、吸入空気量が多い場合には、エンジン１で発生する熱量が増大するので、三元触媒２２に与える熱量も増加して触媒温度が上昇する。一方、燃料カットを行うと、エンジン１からの熱量供給を停止することになるので、触媒温度は低下する。
触媒温度推定手段３５は、これらの原理を利用して触媒推定温度Ｔｅを推定している。

また、燃料カット復帰手段３３Ｂは、判定用失火率ＪＲｎが、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きくなり、かつ触媒推定温度Ｔｅが予め任意に設定される所定触媒温度ＣＴ１よりも小さい場合に、インジェクタ駆動手段２８に駆動許可信号を出力し、燃料カット復帰を行う。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

以下、図９および図１０とともに、図１１のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態３に係るエンジン制御装置の動作について説明する。
なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
燃料カットの開始後、燃料カット復帰手段３３Ｂは、触媒推定温度Ｔｅが所定触媒温度ＣＴ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ６１）。

ステップＳ６１において、触媒推定温度Ｔｅが所定触媒温度ＣＴ１よりも小さい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合、燃料カット復帰手段３３Ｂは、判定用失火率ＪＲｎが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４４）。
一方、ステップＳ６１において、触媒推定温度Ｔｅが所定触媒温度ＣＴ１以上である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ステップＳ４３に移行して燃料カットを継続する。

以下、図１０とともに、図９のタイミングチャートを参照しながら、図１１のフローチャートに示したエンジン制御装置の動作について補足説明する。
図９において、まず、運転状態が変化すると、判定用失火率ＪＲｎが変化し、時刻ｔ８で実失火率Ｒｔが判定用失火率ＪＲｎ以上となる。
続いて、このときの実失火率Ｒｔが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍとして記憶されるとともに、燃料カット状態フラグが「Ｈ」にセットされて、失火の発生した気筒２に対する燃料カットが行われる。

ここで、判定用失火率ＪＲｎが、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きくなり、かつ触媒推定温度Ｔｅが予め任意に設定される所定触媒温度ＣＴ１よりも小さい場合に、燃料カット復帰手段３３Ｂが、燃料カット復帰を行う。
そのため、時刻ｔ８での燃料カットの開始後、触媒推定温度Ｔｅが所定触媒温度ＣＴ１よりも小さくなる時刻ｔ１２まで燃料カット復帰は行われず、実線で示すように燃料カット状態フラグが「Ｈ」で保持される。

この発明の実施の形態３に係るエンジン制御装置によれば、触媒温度推定手段３５が、触媒推定温度Ｔｅを推定し、燃料カット復帰手段３３Ｂは、判定用失火率ＪＲｎが、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きくなり、かつ触媒推定温度Ｔｅが予め任意に設定される所定触媒温度ＣＴ１よりも小さい場合に、インジェクタ駆動手段２８に駆動許可信号を出力して、燃料カット復帰を行う。
そのため、三元触媒２２の温度が十分に低下した状態で燃料カット復帰が行われるので、燃料カット復帰を行う直前の運転状態に関わらず、三元触媒２２を損傷からさらに確実に保護することができる。

実施の形態４．
上記実施の形態１では、失火の原因が、例えば冷機状態での重質系燃料の使用による燃焼不良等であり、燃料カット復帰が行われてもエンジン１の暖機が進行せず、燃焼性が改善されていない場合には、再び失火が発生して損傷失火状態が判定され、燃料カットが行われる。
そのため、低温環境や低回転低負荷運転など、エンジン１の温度が上昇しにくい状態が継続していると、燃焼性が改善されずに燃料カットと燃料カット復帰とが繰り返して行われる。また、一般的に、エンジン１の温度が低い場合には、エンジン１の暖機を促進させるために、通常時と比較して、多くの燃料を噴射する。
以下に、図１２のタイミングチャートを参照しながら、エンジン１の温度が上昇しにくい状態が継続した場合のエンジン制御装置の動作について説明する。

図１２において、まず、運転状態が変化すると、判定用失火率ＪＲｎが変化し、時刻ｔ１４で実失火率Ｒｔが判定用失火率ＪＲｎ以上となる。
続いて、このときの実失火率Ｒｔが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍとして記憶されるとともに、燃料カット状態フラグが「Ｈ」にセットされて、失火の発生した気筒２に対する燃料カットが行われる。

次に、運転状態の変化によって時刻ｔ４で判定用失火率ＪＲｎが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きくなり、一点鎖線で示すように燃料カット状態フラグが「Ｌ」にセットされて燃料カット復帰が行われる。
以下、時刻ｔ１５、ｔ１６、ｔ１７、ｔ１９で判定用失火率ＪＲｎが実失火率Ｒｔあるいは損傷失火状態判定時失火率Ｒｍと交差し、燃料カットと燃料カット復帰とが繰り返して行われる。
そのため、エンジン１の温度が低い状態で三元触媒２２に未燃燃料が流入すると、触媒温度が異常に上昇しやすく、三元触媒２２を損傷させる可能性がある。

そこで、エンジン１を冷却するための冷却水の温度を計測して、冷却水温を考慮して燃料カット復帰を行うことが望ましい。
以下に、冷却水温を測定し、冷却水温を考慮して燃料カット復帰を行う処理について説明する。
ここでは、実施の形態１と同種のものについては、同一符号の後に「Ｃ」を付して、詳述は省略する。

図１３は、この発明の実施の形態４に係るエンジン制御装置のＥＣＵ２５Ｃを示すブロック図である。
図１３において、ＥＣＵ２５Ｃは、三元触媒２２の損傷失火状態が判定された時点の冷却水温を、損傷失火状態判定時水温ＷＴ１として記憶する水温記憶手段３６と、損傷失火状態判定時水温ＷＴ１からの水温変化量を算出する水温変化量算出手段３７とを備えている。

また、燃料カット復帰手段３３Ｃは、損傷失火状態判定時水温ＷＴ１が低水温状態として設定された下限水温ＷＴｃよりも低い場合に、損傷失火状態判定時水温ＷＴ１からの水温上昇量が予め任意に設定される所定水温ＷＴ２以上になったときであって、かつ判定用失火率ＪＲｎが、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きくなった際に、インジェクタ駆動手段２８に駆動許可信号を出力し、燃料カット復帰を行う。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

以下、図１２および図１３とともに、図１４のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態４に係るエンジン制御装置の動作について説明する。
なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
まず、水温記憶手段３６は、損傷失火状態が判定された時点の冷却水温を、損傷失火状態判定時水温ＷＴ１として記憶する（ステップＳ７１）。

続いて、燃料カットの開始後、燃料カット復帰手段３３Ｃは、損傷失火状態判定時水温ＷＴ１が下限水温ＷＴｃよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ７２）。
ステップＳ７２において、損傷失火状態判定時水温ＷＴ１が下限水温ＷＴｃよりも小さい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合、燃料カット復帰手段３３Ｃは、冷却水温が損傷失火状態判定時水温ＷＴ１から所定水温ＷＴ２上昇したか否かを判定する（ステップＳ７３）。

ステップＳ７３において、冷却水温が損傷失火状態判定時水温ＷＴ１から所定水温ＷＴ２上昇した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合、およびステップＳ７２において、損傷失火状態判定時水温ＷＴ１が下限水温ＷＴｃ以上である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、燃料カット復帰手段３３Ｃは、判定用失火率ＪＲｎが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４４）。
一方、ステップＳ７３において、冷却水温が損傷失火状態判定時水温ＷＴ１から所定水温ＷＴ２上昇していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ステップＳ４３に移行して燃料カットを継続する。

以下、図１３とともに、図１２のタイミングチャートを参照しながら、図１４のフローチャートに示したエンジン制御装置の動作について補足説明する。
図１２において、まず、運転状態が変化すると、判定用失火率ＪＲｎが変化し、時刻ｔ１４で実失火率Ｒｔが判定用失火率ＪＲｎ以上となる。
続いて、このときの実失火率Ｒｔが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍとして記憶されるとともに、燃料カット状態フラグが「Ｈ」にセットされて、失火の発生した気筒２に対する燃料カットが行われる。

ここで、燃料カット復帰手段３３Ｃは、損傷失火状態判定時水温ＷＴ１、低水温状態として設定された下限水温ＷＴｃ、および予め任意に設定される所定水温ＷＴ２が、上記の所定の条件を満たした場合に、燃料カット復帰を行う。
そのため、時刻ｔ１４での燃料カットの開始後、冷却水温が損傷失火状態判定時水温ＷＴ１から所定水温ＷＴ２上昇する時刻ｔ１８まで燃料カット復帰は行われず、実線で示すように燃料カット状態フラグが「Ｈ」で保持される。

この発明の実施の形態４に係るエンジン制御装置によれば、水温記憶手段３６が、三元触媒２２の損傷失火状態が判定された時点の冷却水温を、損傷失火状態判定時水温ＷＴ１として記憶し、水温変化量算出手段３７が、損傷失火状態判定時水温ＷＴ１からの水温変化量を算出する。また、燃料カット復帰手段３３Ｃが、損傷失火状態判定時水温ＷＴ１が低水温状態として設定された下限水温ＷＴｃよりも低い場合に、損傷失火状態判定時水温ＷＴ１からの水温上昇量が予め任意に設定される所定水温ＷＴ２以上になったときであって、かつ判定用失火率ＪＲｎが、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きくなった際に、インジェクタ駆動手段２８に駆動許可信号を出力し、燃料カット復帰を行う。
そのため、失火の原因が、例えば冷機状態での重質系燃料の使用による燃焼不良等であった場合に、エンジン１の温度が十分に上昇してから燃料カット復帰を行うことにより、燃料の揮発性が増加して失火を伴わずに運転を再開させることができるので、触媒温度の異常な上昇を防止し、三元触媒２２を損傷からさらに確実に保護することができる。

なお、上記実施の形態３および４では、燃料カットの開始後、燃料カット復帰手段は、判定用失火率ＪＲｎが損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きいか否かを判定するとしたが、これに限定されない。
実施の形態２に示したように、燃料カット復帰手段は、燃料カットの開始後、復帰判定用補正失火率ＪＲｒが、損傷失火状態判定時失火率Ｒｍよりも大きいか否かを判定してもよい。
これらの場合、運転状態が変わってもすぐに燃料カット復帰が行われることがなく、限界温度ＴＬに対して充分に余裕がある領域で燃料カット復帰が行われるので、三元触媒２２の温度が限界温度ＴＬに達した状態で未燃燃料が三元触媒２２に流入することがなく、三元触媒２２を損傷から、さらに確実に保護することができる。

この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置のＥＣＵを示すブロック図である。この発明の実施の形態１による運転状態と判定用失火率との関係を示す説明図である。この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置の動作を補足説明するタイミングチャートである。この発明の実施の形態２に係るエンジン制御装置において、判定用失火率が切り換わる境界近傍で運転状態が変化した場合の動作を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態２に係るエンジン制御装置のＥＣＵを示すブロック図である。この発明の実施の形態２に係るエンジン制御装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態３に係るエンジン制御装置において、高回転高負荷状態で燃料カット復帰を行う場合の動作を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態３に係るエンジン制御装置のＥＣＵを示すブロック図である。この発明の実施の形態３に係るエンジン制御装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態４に係るエンジン制御装置において、エンジンの温度が上昇しにくい状態が継続した場合の動作を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態４に係るエンジン制御装置のＥＣＵを示すブロック図である。この発明の実施の形態４に係るエンジン制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１エンジン、２気筒、６クランク角センサ（各種センサ）、７水温センサ（水温計測手段）、１３カム角センサ（各種センサ）、１６インジェクタ、２０スロットルセンサ（各種センサ）、２１エアフローセンサ（吸入空気量計測手段）、２２三元触媒（触媒）、２５、２５Ａ〜２５ＣＥＣＵ、２６運転状態算出手段、２７燃料噴射量算出手段、２８インジェクタ駆動手段、２９実失火率算出手段、３０触媒損傷判定用失火率算出手段、３１触媒損傷失火判定手段、３２失火率記憶手段、３３、３３Ｂ、３３Ｃ燃料カット復帰手段、３４判定用失火率補正手段、３５触媒温度推定手段、３６水温記憶手段、３７水温変化量算出手段、ＣＴ１所定触媒温度、ＪＲｎ判定用失火率、ＪＲｒ復帰判定用補正失火率、Ｒｍ損傷失火状態判定時失火率、Ｒｔ実失火率、Ｔｅ触媒推定温度、ＷＴ１損傷失火状態判定時水温、ＷＴ２所定水温、α 所定失火率。

Claims

エンジンの排気系に設けられ、排気ガスを浄化する触媒と、
前記エンジンに設けられた各種センサと、
前記各種センサの出力に基づいて、少なくともエンジン回転速度および充填効率を含む運転状態を算出する運転状態算出手段と、
前記運転状態に基づいて、前記エンジンの燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量に応じて、任意の気筒に燃料を噴射するインジェクタを駆動させるインジェクタ駆動手段と、
前記各種センサの出力に基づいて、失火の有無を判定して実失火率を算出する実失火率算出手段と、
前記運転状態に対応して、前記触媒の損傷が予測される損傷失火状態を判定するための失火率を判定用失火率としてあらかじめ算出する触媒損傷判定用失火率算出手段と、
前記実失火率と前記判定用失火率とを比較して、前記実失火率が前記判定用失火率よりも大きくなった際に前記損傷失火状態と判定し、失火の発生した前記気筒に対して燃料カットを行う触媒損傷失火判定手段と、
前記損傷失火状態が判定された時点の実失火率を、損傷失火状態判定時失火率として記憶する失火率記憶手段と、
所定条件を満たした場合に、前記インジェクタ駆動手段に駆動許可信号を出力して、前記燃料カットから復帰させる燃料カット復帰手段とを備え、
前記燃料カット復帰手段は、前記損傷失火状態判定時失火率よりも前記判定用失火率が大きくなった際に、前記所定条件を満たすと判定することを特徴とするエンジン制御装置。
前記判定用失火率から所定失火率を減算して復帰判定用補正失火率を算出する判定用失火率補正手段をさらに備え、前記燃料カット復帰手段は、前記損傷失火状態判定時失火率よりも前記復帰判定用補正失火率が大きくなった際に、前記所定条件を満たすと判定することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
前記各種センサは、前記エンジンの吸入空気量を計測する吸入空気量計測手段を含み、
前記吸入空気量計測手段と前記燃料噴射量算出手段との出力に基づいて、正常燃焼時の前記触媒の温度を触媒推定温度として推定する触媒温度推定手段をさらに備え、
前記燃料カット復帰手段は、触媒推定温度が所定触媒温度より小さい場合に、前記燃料カットから復帰させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン制御装置。
前記各種センサは、前記エンジンの冷却水温を計測する水温計測手段を含み、
前記損傷失火状態が判定された時点の水温を、損傷失火状態判定時水温として記憶する水温記憶手段と、
前記損傷失火状態判定時水温からの水温上昇量を算出する水温変化算出手段とをさらに備え、
前記燃料カット復帰手段は、前記損傷失火状態判定時水温が所定の下限水温よりも低い場合に、前記損傷失火状態判定時水温からの前記水温上昇量が、所定水温以上になった際に、前記燃料カットから復帰させることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載のエンジン制御装置。