JP4244658B2 - 筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置、及び触媒の過昇温抑制方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替える筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置、及びそうした筒内噴射式内燃機関の排気系に設けられた触媒の過昇温を抑制する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような筒内噴射式内燃機関では、吸気行程噴射時には、気筒内に燃料を均質に混合させた状態で燃焼が行われ、圧縮行程噴射時には、点火プラグ近傍に燃料を偏在させた状態で燃焼が行われる。
【０００３】
なお高回転運転域で圧縮行程噴射を行うときには、気流の乱れにより混合気が拡散されるため、低回転運転域で圧縮行程噴射を行うときよりも空燃比を高くする必要がある。これにより、高回転運転域では、吸気行程噴射よりも圧縮行程噴射の方が燃費が悪化してしまう。また高回転低負荷運転域で圧縮行程噴射を行うと、燃費の悪化に加え、点火プラグがくすぶり易くなるといった問題もある。そのため通常、高回転運転域では、圧縮行程噴射を使用しないようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３２８９８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸気行程噴射時には、吸入空気量及び燃料噴射量がある程度よりも少なくなると、それに伴う気流強度の減少によって気筒内での燃料と空気とを良好に混合することができなくなる。このときの気筒内では、圧縮行程のピストンの押し上げにより、図１（ａ）に示すように、可燃な濃い混合気がピストンの頂面近傍に偏在した状態となり、点火プラグ近傍に可燃な混合気が十分に存在しなくなってしまうことから、安定した燃焼の維持が困難となってしまう。そのため、上記のような高回転低負荷運転域での吸気行程噴射中に、安定した燃焼の維持が不能となるまでに燃料噴射量が低下されると、燃料カットを実施せざるを得なくなる。
【０００６】
燃料カットが実施されると、触媒を通過する排気ガス中の酸素量が過剰となって触媒での酸化反応が促進されてしまい、触媒が昇温するようになる。そのため、触媒の過昇温を抑制する上では、そうした燃料カットの実施は、できる限り避けることが望ましい。しかし従来においては、そうした燃料カットによる触媒の過昇温を有効に抑制する対策はなされていないのが実情である。
【０００７】
ちなみに、特許文献１には、燃料カット復帰後に、吸気行程、圧縮行程の何れの時期に燃料噴射を行うかを燃料カットの実施期間の長さに応じて決定する技術が開示されている。しかしこの技術は、燃料カット中のピストンの頂面温度の低下度合いに応じて燃料カット復帰後の燃料噴射時期を変更することで、その頂面温度の低下に起因する燃焼悪化の抑制と燃費性の向上との両立を図るものであり、上記のような触媒の過昇温を抑制するような効果はない。
【０００８】
本発明はこうした問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料カットによる触媒の過昇温を効果的に抑制することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替え、前記圧縮行程噴射の許容最小噴射量が前記吸気行程噴射の許容最小噴射量よりも少量に設定されるとともに、前記圧縮行程噴射及び前記吸気行程噴射のそれぞれの実行中に燃料噴射量が各行程噴射時の許容最小噴射量未満となると燃料カットが実施される筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、吸気行程噴射中に燃料噴射量が吸気行程噴射時の許容最小噴射量未満となり且つ排気系に設けられる触媒が燃料カットが実施された場合に過昇温する可能性があると判断される所定温度以上となることを条件に、燃料噴射方式を圧縮行程噴射に切り替える切替手段を備えることをその要旨とする。
【００１０】
上述したように吸気行程噴射では、燃料噴射量が少なくなると、点火プラグ近傍に可燃な混合気を集めることができなくなり、安定して燃焼を維持することが困難となる。これに対して圧縮行程噴射では、図１（ｂ）に示すように、燃料噴射量が少なくても、可燃な濃い混合気を点火プラグ近傍に集めることができる。そのため、圧縮行程噴射時には、吸気行程噴射時に比して、より少ない燃料噴射量で安定して燃焼を行うことができる。
【００１１】
上記構成では、吸気行程噴射中に、その吸気行程噴射において安定した燃焼を維持可能な燃料噴射量の下限値である許容最小噴射量未満に燃料噴射量が減量されるまでは、吸気行程噴射が行われる。そして燃料噴射量がその許容最小噴射量未満まで減量されて、吸気行程噴射での安定した燃焼の維持が不能となると、触媒が所定温度以上となることを条件に切替手段によって燃料噴射方式が圧縮行程噴射に切り替えられる。
【００１２】
よって上記構成では、吸気行程噴射の継続が不能となり本来ならば燃料カットが行われる領域であっても、排気系に設けられる触媒が所定温度以上となるときには圧縮行程噴射が行われるため、燃料カットの頻度が低減されるようになる。また、上記切替手段による吸気行程噴射から圧縮行程噴射への切り替えが、その必要があるときに限り行われるようになるため、効率的に触媒の過昇温を抑制することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替え、前記圧縮行程噴射の許容最小噴射量が前記吸気行程噴射の許容最小噴射量よりも少量に設定されるとともに、前記圧縮行程噴射及び前記吸気行程噴射のそれぞれの実行中に燃料噴射量が各行程噴射時の許容最小噴射量未満となると燃料カットが実施される筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、吸気行程噴射中に燃料噴射量が吸気行程噴射時の許容最小噴射量未満となり且つ排気系に設けられる触媒の燃料カットに起因した過昇温を抑制する昇温抑制要求有りとなることを条件に、燃料噴射方式を圧縮行程噴射に切り替える切替手段を備えることをその要旨とする。
【００１５】
上記構成では、吸気行程噴射中に、その吸気行程噴射において安定した燃焼を維持可能な燃料噴射量の下限値である許容最小噴射量未満に燃料噴射量が減量されるまでは、吸気行程噴射が行われる。そして燃料噴射量がその許容最小噴射量未満まで減量されて、吸気行程噴射での安定した燃焼の維持が不能となると、触媒の昇温抑制要求有りを条件に切替手段によって燃料噴射方式が圧縮行程噴射に切り替えられる。
よって、吸気行程噴射の継続が不能となり本来ならば燃料カットが行われる領域であっても、排気系に設けられる触媒の昇温抑制要求有りとなるときには圧縮行程噴射が行われるため、燃料カットの頻度が低減されるようになる。また、上記切替手段による吸気行程噴射から圧縮行程噴射への切り替えが、その必要があるときに限り行われるようになるため、効率的に触媒の過昇温を抑制することができる。
【００１６】
更に請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記切替手段は、高回転低負荷運転域での吸気行程噴射中に、前記圧縮行程噴射への切り替えを行うことをその要旨とする。
【００１７】
上記構成では、高回転低負荷運転域で、燃料カットの頻度を抑えつつ、許容される限り吸気行程噴射が行われるため、より顕著な触媒の過昇温抑制効果が得られる。
【００１８】
一方、請求項４に記載の発明は、燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替え、前記圧縮行程噴射の許容最小噴射量が前記吸気行程噴射の許容最小噴射量よりも少量に設定されるとともに、前記圧縮行程噴射及び前記吸気行程噴射のそれぞれの実行中に燃料噴射量が各行程噴射時の許容最小噴射量未満となると燃料カットが実施される筒内噴射式内燃機関の排気系に設けられた触媒の過昇温を抑制する方法であって、燃料噴射量が吸気行程噴射時の許容最小噴射量以上である限りは吸気行程噴射を行い、吸気行程噴射中に燃料噴射量が前記許容最小噴射量未満となり且つ前記触媒が燃料カットが実施された場合に過昇温する可能性があると判断される所定温度以上となったことを条件に圧縮行程噴射を行うことで、前記触媒の過昇温を抑制することをその要旨とする。
また、請求項５に記載の発明は、燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替え、前記圧縮行程噴射の許容最小噴射量が前記吸気行程噴射の許容最小噴射量よりも少量に設定されるとともに、前記圧縮行程噴射及び前記吸気行程噴射のそれぞれの実行中に燃料噴射量が各行程噴射時の許容最小噴射量未満となると燃料カットが実施される筒内噴射式内燃機関の排気系に設けられた触媒の過昇温を抑制する方法であって、燃料噴射量が吸気行程噴射時の許容最小噴射量以上である限りは吸気行程噴射を行い、吸気行程噴射中に燃料噴射量が前記許容最小噴射量未満となり且つ前記触媒の燃料カットに起因した過昇温を抑制する昇温抑制要求有りとなったことを条件に圧縮行程噴射を行うことで、前記触媒の過昇温を抑制することをその要旨とする。
【００１９】
上記請求項４及び請求項５の方法では、吸気行程噴射の継続が不能となり本来ならば燃料カットが行われる領域であっても、触媒が所定温度以上又は触媒の昇温抑制要求有りとなるときには圧縮行程噴射が行われるため、燃料カットの頻度を抑え、触媒の過昇温を抑制することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を、図を参照して詳細に説明する。
図２に示すように、本実施形態の適用される車載用の筒内噴射式内燃機関１０は大きくは、吸気通路１１、燃焼室１２、及び排気通路１３を備えて構成されている。吸気通路１１には、スロットルモータ１２ａにより駆動されるスロットルバルブ１４が配設され、燃焼室１２には、インジェクタ１５及び点火プラグ１６が配設されている。また排気通路１３には、触媒の担持された触媒コンバータ１７が配設されている。
【００２１】
機関運転中には、外部から取り込まれた空気が吸気通路１１を通じて燃焼室１２に導入される。このときの燃焼室１２に導入される空気量は、スロットルバルブ１４の開度制御を通じて調整される。
【００２２】
燃焼室１２には、インジェクタ１５から燃料が直接噴射され、吸気通路１１から導入された空気と混合される。そしてその燃料と空気との混合気は、点火プラグ１６からの火花放電により点火され、燃焼される。燃焼によって生じた排ガスは、排気通路１３に排出され、触媒コンバータ１７に担持された触媒により浄化される。
【００２３】
こうした筒内噴射式内燃機関１０の燃料噴射制御は、同図に示す電子制御装置（ＥＣＵ）２０により行われる。電子制御装置２０は、機関制御に係る各種処理を実行する中央演算処理装置、機関制御用のプログラムやその制御に必要な情報が記憶されるメモリ、外部から信号が入力される入力ポート、外部に信号を出力するための出力ポート等を備えて構成されている。
【００２４】
電子制御装置２０の入力ポートには、機関運転状況を検出する各種のセンサ、例えば機関回転速度ｎｅを検出する回転速度センサ２１、アクセル操作量ａｃｃｐを検出するアクセルセンサ２２、アクセルオフを検出するアイドルスイッチ２３などが接続されている。一方、電子制御装置２０の出力ポートには、スロットルモータ１２ａ、インジェクタ１５、点火プラグ１６のイグナイタ等が接続されている。
【００２５】
この電子制御装置２０による燃料噴射制御においては、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で燃料噴射方式が切り替えられている。吸気行程噴射では、吸気行程中にインジェクタ１５から燃料を噴射させることで、燃焼室１２内に均質に分散された混合気を形成させている。圧縮行程噴射では、点火直前の圧縮行程中にインジェクタ１５から燃料を噴射させることで、点火プラグ１６の近傍に可燃な濃い混合気が偏在されるようにしている。
【００２６】
またそうした燃料噴射制御においては、燃料噴射量ｑｃａｌや燃料噴射時期が、機関回転速度ｎｅやアクセル操作量ａｃｃｐ等に基づき算出され、その算出結果に基づいて必要な量の燃料が必要な時期に噴射されるようにインジェクタ１５が駆動される。またそうした燃料噴射量ｑｃａｌや燃料噴射時期の設定に併せ、最適な燃焼状態が得られるように点火プラグ１６による点火時期や吸入空気量なども調整される。
【００２７】
以上のように構成された本実施形態では、車両減速時にインジェクタ１５からの燃料噴射を停止して失火の防止や燃費向上を図る減速時燃料カット制御が実施されている。ここでの減速時燃料カット制御では、燃料カットの開始条件、及び燃料カットからの復帰条件が次のように設定されている。
【００２８】
燃料カットの開始条件は、次の（ａ１）、（ａ２）が共に成立することとなっている。
（ａ１）アクセルオフ、すなわちアクセル操作量ａｃｃｐが「０」であること。
電子制御装置２０は、これをアイドルスイッチ２３の検出信号ｉｄｌがオンとなることに基づき判断している。
（ａ２）機関回転速度ｎｅが燃料カット回転速度ＮＥＨ以上であること。
【００２９】
一方、燃料カットからの復帰条件は、次の（ｂ１）、（ｂ２）のいずれかが成立することとなっている。
（ｂ１）アクセルオフでないこと。電子制御装置２０は、これをアイドルスイッチ２３の検出信号ｉｄｌがオフとなることに基づき判断している。
（ｂ２）機関回転速度ｎｅが復帰回転速度ＮＥＬ以下であること。この復帰回転速度ＮＥＬには、燃料カット回転速度ＮＥＨよりも小さい値が設定されている。
【００３０】
燃料カットの開始条件が成立すると、その旨を指令する燃料カット指令信号がオンされ、それに応じて燃料噴射量ｑｃａｌが、通常のアクセルオフ時の値から「０」に向けて漸減される。また、その開始条件成立後に復帰条件が成立すると、上記燃料カット指令信号がオフとされ、それに応じて燃料噴射量ｑｃａｌが通常のアクセルオフ時の値に向けて漸増される。このように、ここでは燃料カットの開始時及び燃料カットからの復帰時に、燃料噴射量ｑｃａｌを漸減、漸増させることで、トルクショックの発生を抑えている。
【００３１】
なお、燃料噴射量ｑｃａｌがある程度よりも少なくなると、燃焼の安定化が図れなくなってしまう。そのため、実際に燃料カットが開始されるのは、燃料噴射量ｑｃａｌが「０」まで減少されるよりも前となり、実際に燃料カットからの復帰がなされるのは、燃料噴射量ｑｃａｌの「０」からの漸増の開始時よりも後となる。
【００３２】
ちなみに、こうした減速時燃料カットが実施されるのは、上記のようにアクセルオフ且つ機関回転速度ｎｅが燃料カット回転速度ＮＥＨ以上のときであり、高回転低負荷運転域でのことである。
【００３３】
さて燃料カット中は、排気通路１３に空気がそのまま排出されるため、触媒コンバータ１７を流過する酸素量が過剰となり、触媒の酸化反応が促進されて、触媒温度が上昇してしまう。そこで、本実施形態では、そうした燃料カット中の温度上昇による触媒の過昇温を抑制するための「過昇温抑制制御」を実施している。
【００３４】
この過昇温抑制制御では、減速時燃料カット制御中の燃料噴射方式が次のように決定される。
＜触媒温度が低いとき＞
触媒温度が十分に低く、触媒が過昇温となる虞のないときには、次のように燃料噴射方式を決定する。
（ｃ１）燃料噴射量ｑｃａｌが、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ以上のときには、吸気行程噴射を行う。
（ｃ２）燃料噴射量ｑｃａｌが、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となり、吸気行程噴射を行なえなくなったときには、燃料カットを行う。
【００３５】
ここでの吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮとは、吸気行程噴射において安定した燃焼を維持可能な燃料噴射量の下限値を示している。
この場合には、燃料噴射量ｑｃａｌを漸減しつつ吸気行程噴射を行い、その吸気行程噴射の継続が不能となった時点で燃料カットが開始される。また燃料カットからの復帰は、吸気行程噴射が可能となった時点で行われ、その復帰後には、吸気行程噴射が行われる。
【００３６】
＜触媒温度が高いとき＞
触媒温度が高く、触媒のそれ以上の昇温を抑制する必要があるときには、次のように燃料噴射方式を決定する。
（ｄ１）燃料噴射量ｑｃａｌが、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ以上のときには、吸気行程噴射を行う。
（ｄ２）燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満、且つ圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮ以上のときには、圧縮行程噴射を行う。
（ｄ３）燃料噴射量ｑｃａｌが圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮ未満のときには、燃料カットを行う。
【００３７】
ここでの圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮとは、圧縮行程噴射において安定した燃焼を維持可能な燃料噴射量の下限値を示している。上述したように点火プラグ１６の周囲に可燃な濃い混合気を形成することのできる圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮは、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮよりも少量となる。
【００３８】
この場合には、燃料噴射量ｑｃａｌを漸減しつつ吸気行程噴射を行い、その吸気行程噴射の継続が不能となった時点で、燃料カットを行う代わりとして圧縮行程噴射が行われる。そして圧縮行程噴射も不能となった時点で燃料カットが開始される。一方、燃料カットからの復帰も、圧縮行程噴射が可能となった時点で行われ、その復帰後も吸気行程噴射が可能となるまでは圧縮行程噴射が行われる。したがって、この場合には、触媒温度が低いときよりも、燃料カットの開始、復帰がなされる燃料噴射量ｑｃａｌが少なくなり、燃料カット期間が短縮されるようになる。
【００３９】
こうした過昇温抑制制御によれば、触媒が所定温度以上でその昇温抑制が要求されているときには、高回転低負荷運転域での吸気行程噴射中に燃料噴射量がその許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となると、燃料噴射方式が圧縮行程噴射に切り替えられるようになる。よって本実施形態では、そうした過昇温抑制制御を実施する電子制御装置２０が上記「切替手段」に対応している。
【００４０】
図３に、そうした過昇温抑制制御ルーチンのフローチャートを示す。このルーチンの処理は、機関運転中に電子制御装置２０によって周期的に繰り返し実行される。
【００４１】
本ルーチンに処理が移行すると、まずステップＳ１００及びステップＳ１１０で、上述した減速時燃料カットの開始条件が成立しているか否かが判断される。すなわちステップＳ１００では、アイドルスイッチ２３の検出信号ｉｄｌに基づき、アクセルオフであるか否かが判断され、ステップＳ１１０では、機関回転速度ｎｅが燃料カット回転速度ＮＥＨ以上であるか否かが判断される。そして、燃料カットの開始条件が成立していると判断された場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ、且つＳ１１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１２０以降の処理が実施される。
【００４２】
ステップＳ１２０では、そのときの燃料噴射量ｑｃａｌが、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満であるか否かが判断され、そうでないならば、すなわち吸気行程噴射が可能であれば、吸気行程噴射が行われる（Ｓ１５０）。
【００４３】
一方、燃料噴射量ｑｃａｌが、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満であれば（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、ステップＳ１３０で触媒温度推定値ｔｈｃａが判定値ＴＨＣＡＨを上回っているか否かが判断される。ここでの触媒温度推定値ｔｈｃａは、それまでの機関回転速度ｎｅや燃料噴射量ｑｃａｌ等の推移から、現状の触媒温度を推定したものである。また判定値ＴＨＣＡＨには、触媒の過昇温を回避するための昇温抑制の必要の有無を判断する基準となる触媒温度であり、過昇温と判断される触媒温度よりもある程度低い温度がその値に設定されている。
【００４４】
ここで、触媒温度推定値ｔｈｃａが判定値ＴＨＣＡＨ以下となっており（Ｓ１３０：ＮＯ）、触媒の昇温抑制の必要がないと判断されたときには、燃料カットが行われる（Ｓ１７０）。
【００４５】
一方、触媒温度推定値ｔｈｃａが判定値ＴＨＣＡＨを超えており（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、触媒の昇温抑制が必要なときには、ステップＳ１４０で燃料噴射量ｑｃａｌが圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮ未満であるか否かが判断される。そして、燃料噴射量ｑｃａｌが圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮ以上であり（Ｓ１４０：ＮＯ）、圧縮行程噴射が可能であれば、圧縮行程噴射が行われ（Ｓ１６０）、そうでないならば（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、燃料カットが行われる（Ｓ１７０）。
【００４６】
図４に、こうした昇温抑制制御の制御例を示す。
同図に示すように時刻ｔ１に減速時燃料カットの開始条件が成立し、その実施を指令する燃料カット指令信号がオンとなると、その時点から燃料噴射量ｑｃａｌが「０」へと漸減され始める。そして時刻ｔ２には、燃料噴射量ｑｃａｌは、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮまで低減されている。
【００４７】
このときの触媒温度推定値ｔｈｃａが判定値ＴＨＣＡＨ以上となっているため、その時刻ｔ２に燃料噴射方式が吸気行程噴射から圧縮行程噴射に切り替えられる。この時刻ｔ２までは、吸気行程噴射が行われているため、燃料噴射量ｑｃａｌの減量に応じて触媒温度は低下している。
【００４８】
圧縮行程噴射は、燃料噴射量ｑｃａｌが圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮを下回る時刻ｔ３まで行われ、その時刻ｔ３からは燃料カットが開始される。
【００４９】
さてこの制御例では、時刻ｔ４に、上述の復帰条件が成立して燃料カット指令信号がオフとされている。そしてこの時刻ｔ４より、燃料噴射量ｑｃａｌが「０」から漸増される。
【００５０】
そして時刻ｔ５に、燃料噴射量ｑｃａｌが圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮまで増大されると、圧縮行程噴射によって燃料カットからの復帰が行われる。よってこの制御例では、時刻ｔ３から時刻ｔ５まで燃料カットが行われている。ちなみにこの間には、燃料噴射量ｑｃａｌが「０」でなくても、インジェクタ１５からの燃料噴射は停止されている。
【００５１】
更に時刻ｔ６に燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮまで増大されると、圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り替えられる。
このように本実施形態では、触媒の昇温抑制が必要なときには、燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となったときに、燃料カットを行う代りに圧縮行程噴射を行うことで、燃料カット期間の短縮を図っている。
【００５２】
なお同図には、燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮとなったときに燃料カットを行った場合の触媒温度推定値ｔｈｃａの推移が、一点鎖線で併せ示されている。この場合、時刻ｔ２から時刻ｔ６まで燃料カットが行われ、その間、触媒が昇温されることとなる。これに対して本実施形態では、燃料カット期間が時刻ｔ３から時刻ｔ５までと短縮されているため、減速時燃料カットの実施に伴う触媒の昇温が効果的に抑制されている。
【００５３】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、吸気行程噴射中に燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となるときに、燃料噴射方式を圧縮行程噴射に切り替えるようにしている。そのため、燃料カット実施の頻度が低減され、燃料カット中の触媒への過剰酸素供給による触媒の過昇温を効果的に抑制することができる。
【００５４】
（２）本実施形態では、上記圧縮行程噴射への燃料噴射方式の切り替えを、触媒温度推定値ｔｈｃａが判定値ＴＨＣＡＨよりも高く、触媒の昇温抑制が必要なときにのみ行うようにしている。そのため、触媒の昇温抑制が不要なときには燃料カットの頻度が高められ、より効率的に触媒の過昇温の抑制を図ることができる。
【００５５】
（３）本実施形態では、吸気行程噴射中に燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となるときに、燃料噴射方式を圧縮行程噴射に切り替えることで、燃料カットの開始直前、及び燃料カットからの復帰直後の燃料噴射量ｑｃａｌをより少なくすることができる。そのため、燃料カットの開始時や、燃料カットからの復帰時のトルクショックの更なる低減を図ることができる。
【００５６】
なお、上記実施形態は次のように変更して実施することもできる。
・触媒温度を実測し、上記過昇温抑制制御でのステップＳ１３０での判断を、その実測値に基づき行うようにしても良い。
【００５７】
・触媒の昇温抑制の必要性の有無を判断できるのであれば、触媒温度以外に基づいて上記ステップＳ１３０の判断を行うようにしても、上記（２）の効果を得ることができる。
【００５８】
・減速時燃料カットの開始条件や復帰条件は、上記実施形態で例示したものに限らず、適宜変更しても良い。
・上記過昇温抑制制御でのステップＳ１３０での判断を省略しても良い。すなわち、燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となるときの吸気行程噴射から圧縮行程噴射への燃料噴射方式の切り替えを、触媒の昇温抑制が必要なときに限り行うようにせず、昇温抑制の必要性の有無に拘わらず、常に行うようにしても良い。その場合にも、上記（１）の効果を得ることはできる。
【００５９】
・上記実施形態の過昇温抑制制御での燃料噴射方式の設定態様を、減速時燃料カット制御の実施時以外の状況に適用するようにしても良い。要は、減速時燃料カット制御の実施時以外であれ、燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となるときに、燃料噴射方式を吸気行程噴射から圧縮行程噴射に切り替えるようにすれば、同様に触媒の過昇温を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸気行程噴射時（ａ）及び圧縮行程噴射時（ｂ）の気筒内の混合気の様相を示す模式図。
【図２】本発明の一実施形態についてその全体構造を示す模式図。
【図３】同実施形態の過昇温抑制制御のフローチャート。
【図４】同過昇温抑制制御の制御例を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１０…筒内噴射式内燃機関、１１…吸気通路、１２…燃焼室、１３…排気通路、１４…スロットルバルブ、１４ａ…スロットルモータ、１５…インジェクタ、１６…点火プラグ、１７…触媒コンバータ、２０…電子制御装置（ＥＣＵ）、２１…回転速度センサ、２２…アクセルセンサ、２３…アイドルスイッチ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替える筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置、及びそうした筒内噴射式内燃機関の排気系に設けられた触媒の過昇温を抑制する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような筒内噴射式内燃機関では、吸気行程噴射時には、気筒内に燃料を均質に混合させた状態で燃焼が行われ、圧縮行程噴射時には、点火プラグ近傍に燃料を偏在させた状態で燃焼が行われる。
【０００３】
なお高回転運転域で圧縮行程噴射を行うときには、気流の乱れにより混合気が拡散されるため、低回転運転域で圧縮行程噴射を行うときよりも空燃比を高くする必要がある。これにより、高回転運転域では、吸気行程噴射よりも圧縮行程噴射の方が燃費が悪化してしまう。また高回転低負荷運転域で圧縮行程噴射を行うと、燃費の悪化に加え、点火プラグがくすぶり易くなるといった問題もある。そのため通常、高回転運転域では、圧縮行程噴射を使用しないようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３２８９８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸気行程噴射時には、吸入空気量及び燃料噴射量がある程度よりも少なくなると、それに伴う気流強度の減少によって気筒内での燃料と空気とを良好に混合することができなくなる。このときの気筒内では、圧縮行程のピストンの押し上げにより、図１（ａ）に示すように、可燃な濃い混合気がピストンの頂面近傍に偏在した状態となり、点火プラグ近傍に可燃な混合気が十分に存在しなくなってしまうことから、安定した燃焼の維持が困難となってしまう。そのため、上記のような高回転低負荷運転域での吸気行程噴射中に、安定した燃焼の維持が不能となるまでに燃料噴射量が低下されると、燃料カットを実施せざるを得なくなる。
【０００６】
燃料カットが実施されると、触媒を通過する排気ガス中の酸素量が過剰となって触媒での酸化反応が促進されてしまい、触媒が昇温するようになる。そのため、触媒の過昇温を抑制する上では、そうした燃料カットの実施は、できる限り避けることが望ましい。しかし従来においては、そうした燃料カットによる触媒の過昇温を有効に抑制する対策はなされていないのが実情である。
【０００７】
ちなみに、特許文献１には、燃料カット復帰後に、吸気行程、圧縮行程の何れの時期に燃料噴射を行うかを燃料カットの実施期間の長さに応じて決定する技術が開示されている。しかしこの技術は、燃料カット中のピストンの頂面温度の低下度合いに応じて燃料カット復帰後の燃料噴射時期を変更することで、その頂面温度の低下に起因する燃焼悪化の抑制と燃費性の向上との両立を図るものであり、上記のような触媒の過昇温を抑制するような効果はない。
【０００８】
本発明はこうした問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料カットによる触媒の過昇温を効果的に抑制することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替え、前記圧縮行程噴射の許容最小噴射量が前記吸気行程噴射の許容最小噴射量よりも少量に設定されるとともに、前記圧縮行程噴射及び前記吸気行程噴射のそれぞれの実行中に燃料噴射量が各行程噴射時の許容最小噴射量未満となると燃料カットが実施される筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、吸気行程噴射中に燃料噴射量が吸気行程噴射時の許容最小噴射量未満となり且つ排気系に設けられる触媒が燃料カットが実施された場合に過昇温する可能性があると判断される所定温度以上となることを条件に、燃料噴射方式を圧縮行程噴射に切り替える切替手段を備えることをその要旨とする。
【００１０】
上述したように吸気行程噴射では、燃料噴射量が少なくなると、点火プラグ近傍に可燃な混合気を集めることができなくなり、安定して燃焼を維持することが困難となる。これに対して圧縮行程噴射では、図１（ｂ）に示すように、燃料噴射量が少なくても、可燃な濃い混合気を点火プラグ近傍に集めることができる。そのため、圧縮行程噴射時には、吸気行程噴射時に比して、より少ない燃料噴射量で安定して燃焼を行うことができる。
【００１１】
上記構成では、吸気行程噴射中に、その吸気行程噴射において安定した燃焼を維持可能な燃料噴射量の下限値である許容最小噴射量未満に燃料噴射量が減量されるまでは、吸気行程噴射が行われる。そして燃料噴射量がその許容最小噴射量未満まで減量されて、吸気行程噴射での安定した燃焼の維持が不能となると、触媒が所定温度以上となることを条件に切替手段によって燃料噴射方式が圧縮行程噴射に切り替えられる。
【００１２】
よって上記構成では、吸気行程噴射の継続が不能となり本来ならば燃料カットが行われる領域であっても、排気系に設けられる触媒が所定温度以上となるときには圧縮行程噴射が行われるため、燃料カットの頻度が低減されるようになる。また、上記切替手段による吸気行程噴射から圧縮行程噴射への切り替えが、その必要があるときに限り行われるようになるため、効率的に触媒の過昇温を抑制することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替え、前記圧縮行程噴射の許容最小噴射量が前記吸気行程噴射の許容最小噴射量よりも少量に設定されるとともに、前記圧縮行程噴射及び前記吸気行程噴射のそれぞれの実行中に燃料噴射量が各行程噴射時の許容最小噴射量未満となると燃料カットが実施される筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、吸気行程噴射中に燃料噴射量が吸気行程噴射時の許容最小噴射量未満となり且つ排気系に設けられる触媒の燃料カットに起因した過昇温を抑制する昇温抑制要求有りとなることを条件に、燃料噴射方式を圧縮行程噴射に切り替える切替手段を備えることをその要旨とする。
【００１５】
上記構成では、吸気行程噴射中に、その吸気行程噴射において安定した燃焼を維持可能な燃料噴射量の下限値である許容最小噴射量未満に燃料噴射量が減量されるまでは、吸気行程噴射が行われる。そして燃料噴射量がその許容最小噴射量未満まで減量されて、吸気行程噴射での安定した燃焼の維持が不能となると、触媒の昇温抑制要求有りを条件に切替手段によって燃料噴射方式が圧縮行程噴射に切り替えられる。
よって、吸気行程噴射の継続が不能となり本来ならば燃料カットが行われる領域であっても、排気系に設けられる触媒の昇温抑制要求有りとなるときには圧縮行程噴射が行われるため、燃料カットの頻度が低減されるようになる。また、上記切替手段による吸気行程噴射から圧縮行程噴射への切り替えが、その必要があるときに限り行われるようになるため、効率的に触媒の過昇温を抑制することができる。
【００１６】
更に請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記切替手段は、高回転低負荷運転域での吸気行程噴射中に、前記圧縮行程噴射への切り替えを行うことをその要旨とする。
【００１７】
上記構成では、高回転低負荷運転域で、燃料カットの頻度を抑えつつ、許容される限り吸気行程噴射が行われるため、より顕著な触媒の過昇温抑制効果が得られる。
【００１８】
一方、請求項４に記載の発明は、燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替え、前記圧縮行程噴射の許容最小噴射量が前記吸気行程噴射の許容最小噴射量よりも少量に設定されるとともに、前記圧縮行程噴射及び前記吸気行程噴射のそれぞれの実行中に燃料噴射量が各行程噴射時の許容最小噴射量未満となると燃料カットが実施される筒内噴射式内燃機関の排気系に設けられた触媒の過昇温を抑制する方法であって、燃料噴射量が吸気行程噴射時の許容最小噴射量以上である限りは吸気行程噴射を行い、吸気行程噴射中に燃料噴射量が前記許容最小噴射量未満となり且つ前記触媒が燃料カットが実施された場合に過昇温する可能性があると判断される所定温度以上となったことを条件に圧縮行程噴射を行うことで、前記触媒の過昇温を抑制することをその要旨とする。
また、請求項５に記載の発明は、燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替え、前記圧縮行程噴射の許容最小噴射量が前記吸気行程噴射の許容最小噴射量よりも少量に設定されるとともに、前記圧縮行程噴射及び前記吸気行程噴射のそれぞれの実行中に燃料噴射量が各行程噴射時の許容最小噴射量未満となると燃料カットが実施される筒内噴射式内燃機関の排気系に設けられた触媒の過昇温を抑制する方法であって、燃料噴射量が吸気行程噴射時の許容最小噴射量以上である限りは吸気行程噴射を行い、吸気行程噴射中に燃料噴射量が前記許容最小噴射量未満となり且つ前記触媒の燃料カットに起因した過昇温を抑制する昇温抑制要求有りとなったことを条件に圧縮行程噴射を行うことで、前記触媒の過昇温を抑制することをその要旨とする。
【００１９】
上記請求項４及び請求項５の方法では、吸気行程噴射の継続が不能となり本来ならば燃料カットが行われる領域であっても、触媒が所定温度以上又は触媒の昇温抑制要求有りとなるときには圧縮行程噴射が行われるため、燃料カットの頻度を抑え、触媒の過昇温を抑制することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を、図を参照して詳細に説明する。
図２に示すように、本実施形態の適用される車載用の筒内噴射式内燃機関１０は大きくは、吸気通路１１、燃焼室１２、及び排気通路１３を備えて構成されている。吸気通路１１には、スロットルモータ１２ａにより駆動されるスロットルバルブ１４が配設され、燃焼室１２には、インジェクタ１５及び点火プラグ１６が配設されている。また排気通路１３には、触媒の担持された触媒コンバータ１７が配設されている。
【００２１】
機関運転中には、外部から取り込まれた空気が吸気通路１１を通じて燃焼室１２に導入される。このときの燃焼室１２に導入される空気量は、スロットルバルブ１４の開度制御を通じて調整される。
【００２２】
燃焼室１２には、インジェクタ１５から燃料が直接噴射され、吸気通路１１から導入された空気と混合される。そしてその燃料と空気との混合気は、点火プラグ１６からの火花放電により点火され、燃焼される。燃焼によって生じた排ガスは、排気通路１３に排出され、触媒コンバータ１７に担持された触媒により浄化される。
【００２３】
こうした筒内噴射式内燃機関１０の燃料噴射制御は、同図に示す電子制御装置（ＥＣＵ）２０により行われる。電子制御装置２０は、機関制御に係る各種処理を実行する中央演算処理装置、機関制御用のプログラムやその制御に必要な情報が記憶されるメモリ、外部から信号が入力される入力ポート、外部に信号を出力するための出力ポート等を備えて構成されている。
【００２４】
電子制御装置２０の入力ポートには、機関運転状況を検出する各種のセンサ、例えば機関回転速度ｎｅを検出する回転速度センサ２１、アクセル操作量ａｃｃｐを検出するアクセルセンサ２２、アクセルオフを検出するアイドルスイッチ２３などが接続されている。一方、電子制御装置２０の出力ポートには、スロットルモータ１２ａ、インジェクタ１５、点火プラグ１６のイグナイタ等が接続されている。
【００２５】
この電子制御装置２０による燃料噴射制御においては、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で燃料噴射方式が切り替えられている。吸気行程噴射では、吸気行程中にインジェクタ１５から燃料を噴射させることで、燃焼室１２内に均質に分散された混合気を形成させている。圧縮行程噴射では、点火直前の圧縮行程中にインジェクタ１５から燃料を噴射させることで、点火プラグ１６の近傍に可燃な濃い混合気が偏在されるようにしている。
【００２６】
またそうした燃料噴射制御においては、燃料噴射量ｑｃａｌや燃料噴射時期が、機関回転速度ｎｅやアクセル操作量ａｃｃｐ等に基づき算出され、その算出結果に基づいて必要な量の燃料が必要な時期に噴射されるようにインジェクタ１５が駆動される。またそうした燃料噴射量ｑｃａｌや燃料噴射時期の設定に併せ、最適な燃焼状態が得られるように点火プラグ１６による点火時期や吸入空気量なども調整される。
【００２７】
以上のように構成された本実施形態では、車両減速時にインジェクタ１５からの燃料噴射を停止して失火の防止や燃費向上を図る減速時燃料カット制御が実施されている。ここでの減速時燃料カット制御では、燃料カットの開始条件、及び燃料カットからの復帰条件が次のように設定されている。
【００２８】
燃料カットの開始条件は、次の（ａ１）、（ａ２）が共に成立することとなっている。
（ａ１）アクセルオフ、すなわちアクセル操作量ａｃｃｐが「０」であること。
電子制御装置２０は、これをアイドルスイッチ２３の検出信号ｉｄｌがオンとなることに基づき判断している。
（ａ２）機関回転速度ｎｅが燃料カット回転速度ＮＥＨ以上であること。
【００２９】
一方、燃料カットからの復帰条件は、次の（ｂ１）、（ｂ２）のいずれかが成立することとなっている。
（ｂ１）アクセルオフでないこと。電子制御装置２０は、これをアイドルスイッチ２３の検出信号ｉｄｌがオフとなることに基づき判断している。
（ｂ２）機関回転速度ｎｅが復帰回転速度ＮＥＬ以下であること。この復帰回転速度ＮＥＬには、燃料カット回転速度ＮＥＨよりも小さい値が設定されている。
【００３０】
燃料カットの開始条件が成立すると、その旨を指令する燃料カット指令信号がオンされ、それに応じて燃料噴射量ｑｃａｌが、通常のアクセルオフ時の値から「０」に向けて漸減される。また、その開始条件成立後に復帰条件が成立すると、上記燃料カット指令信号がオフとされ、それに応じて燃料噴射量ｑｃａｌが通常のアクセルオフ時の値に向けて漸増される。このように、ここでは燃料カットの開始時及び燃料カットからの復帰時に、燃料噴射量ｑｃａｌを漸減、漸増させることで、トルクショックの発生を抑えている。
【００３１】
なお、燃料噴射量ｑｃａｌがある程度よりも少なくなると、燃焼の安定化が図れなくなってしまう。そのため、実際に燃料カットが開始されるのは、燃料噴射量ｑｃａｌが「０」まで減少されるよりも前となり、実際に燃料カットからの復帰がなされるのは、燃料噴射量ｑｃａｌの「０」からの漸増の開始時よりも後となる。
【００３２】
ちなみに、こうした減速時燃料カットが実施されるのは、上記のようにアクセルオフ且つ機関回転速度ｎｅが燃料カット回転速度ＮＥＨ以上のときであり、高回転低負荷運転域でのことである。
【００３３】
さて燃料カット中は、排気通路１３に空気がそのまま排出されるため、触媒コンバータ１７を流過する酸素量が過剰となり、触媒の酸化反応が促進されて、触媒温度が上昇してしまう。そこで、本実施形態では、そうした燃料カット中の温度上昇による触媒の過昇温を抑制するための「過昇温抑制制御」を実施している。
【００３４】
この過昇温抑制制御では、減速時燃料カット制御中の燃料噴射方式が次のように決定される。
＜触媒温度が低いとき＞
触媒温度が十分に低く、触媒が過昇温となる虞のないときには、次のように燃料噴射方式を決定する。
（ｃ１）燃料噴射量ｑｃａｌが、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ以上のときには、吸気行程噴射を行う。
（ｃ２）燃料噴射量ｑｃａｌが、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となり、吸気行程噴射を行なえなくなったときには、燃料カットを行う。
【００３５】
ここでの吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮとは、吸気行程噴射において安定した燃焼を維持可能な燃料噴射量の下限値を示している。
この場合には、燃料噴射量ｑｃａｌを漸減しつつ吸気行程噴射を行い、その吸気行程噴射の継続が不能となった時点で燃料カットが開始される。また燃料カットからの復帰は、吸気行程噴射が可能となった時点で行われ、その復帰後には、吸気行程噴射が行われる。
【００３６】
＜触媒温度が高いとき＞
触媒温度が高く、触媒のそれ以上の昇温を抑制する必要があるときには、次のように燃料噴射方式を決定する。
（ｄ１）燃料噴射量ｑｃａｌが、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ以上のときには、吸気行程噴射を行う。
（ｄ２）燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満、且つ圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮ以上のときには、圧縮行程噴射を行う。
（ｄ３）燃料噴射量ｑｃａｌが圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮ未満のときには、燃料カットを行う。
【００３７】
ここでの圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮとは、圧縮行程噴射において安定した燃焼を維持可能な燃料噴射量の下限値を示している。上述したように点火プラグ１６の周囲に可燃な濃い混合気を形成することのできる圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮは、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮよりも少量となる。
【００３８】
この場合には、燃料噴射量ｑｃａｌを漸減しつつ吸気行程噴射を行い、その吸気行程噴射の継続が不能となった時点で、燃料カットを行う代わりとして圧縮行程噴射が行われる。そして圧縮行程噴射も不能となった時点で燃料カットが開始される。一方、燃料カットからの復帰も、圧縮行程噴射が可能となった時点で行われ、その復帰後も吸気行程噴射が可能となるまでは圧縮行程噴射が行われる。したがって、この場合には、触媒温度が低いときよりも、燃料カットの開始、復帰がなされる燃料噴射量ｑｃａｌが少なくなり、燃料カット期間が短縮されるようになる。
【００３９】
こうした過昇温抑制制御によれば、触媒が所定温度以上でその昇温抑制が要求されているときには、高回転低負荷運転域での吸気行程噴射中に燃料噴射量がその許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となると、燃料噴射方式が圧縮行程噴射に切り替えられるようになる。よって本実施形態では、そうした過昇温抑制制御を実施する電子制御装置２０が上記「切替手段」に対応している。
【００４０】
図３に、そうした過昇温抑制制御ルーチンのフローチャートを示す。このルーチンの処理は、機関運転中に電子制御装置２０によって周期的に繰り返し実行される。
【００４１】
本ルーチンに処理が移行すると、まずステップＳ１００及びステップＳ１１０で、上述した減速時燃料カットの開始条件が成立しているか否かが判断される。すなわちステップＳ１００では、アイドルスイッチ２３の検出信号ｉｄｌに基づき、アクセルオフであるか否かが判断され、ステップＳ１１０では、機関回転速度ｎｅが燃料カット回転速度ＮＥＨ以上であるか否かが判断される。そして、燃料カットの開始条件が成立していると判断された場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ、且つＳ１１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１２０以降の処理が実施される。
【００４２】
ステップＳ１２０では、そのときの燃料噴射量ｑｃａｌが、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満であるか否かが判断され、そうでないならば、すなわち吸気行程噴射が可能であれば、吸気行程噴射が行われる（Ｓ１５０）。
【００４３】
一方、燃料噴射量ｑｃａｌが、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満であれば（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、ステップＳ１３０で触媒温度推定値ｔｈｃａが判定値ＴＨＣＡＨを上回っているか否かが判断される。ここでの触媒温度推定値ｔｈｃａは、それまでの機関回転速度ｎｅや燃料噴射量ｑｃａｌ等の推移から、現状の触媒温度を推定したものである。また判定値ＴＨＣＡＨには、触媒の過昇温を回避するための昇温抑制の必要の有無を判断する基準となる触媒温度であり、過昇温と判断される触媒温度よりもある程度低い温度がその値に設定されている。
【００４４】
ここで、触媒温度推定値ｔｈｃａが判定値ＴＨＣＡＨ以下となっており（Ｓ１３０：ＮＯ）、触媒の昇温抑制の必要がないと判断されたときには、燃料カットが行われる（Ｓ１７０）。
【００４５】
一方、触媒温度推定値ｔｈｃａが判定値ＴＨＣＡＨを超えており（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、触媒の昇温抑制が必要なときには、ステップＳ１４０で燃料噴射量ｑｃａｌが圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮ未満であるか否かが判断される。そして、燃料噴射量ｑｃａｌが圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮ以上であり（Ｓ１４０：ＮＯ）、圧縮行程噴射が可能であれば、圧縮行程噴射が行われ（Ｓ１６０）、そうでないならば（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、燃料カットが行われる（Ｓ１７０）。
【００４６】
図４に、こうした昇温抑制制御の制御例を示す。
同図に示すように時刻ｔ１に減速時燃料カットの開始条件が成立し、その実施を指令する燃料カット指令信号がオンとなると、その時点から燃料噴射量ｑｃａｌが「０」へと漸減され始める。そして時刻ｔ２には、燃料噴射量ｑｃａｌは、吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮまで低減されている。
【００４７】
このときの触媒温度推定値ｔｈｃａが判定値ＴＨＣＡＨ以上となっているため、その時刻ｔ２に燃料噴射方式が吸気行程噴射から圧縮行程噴射に切り替えられる。この時刻ｔ２までは、吸気行程噴射が行われているため、燃料噴射量ｑｃａｌの減量に応じて触媒温度は低下している。
【００４８】
圧縮行程噴射は、燃料噴射量ｑｃａｌが圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮを下回る時刻ｔ３まで行われ、その時刻ｔ３からは燃料カットが開始される。
【００４９】
さてこの制御例では、時刻ｔ４に、上述の復帰条件が成立して燃料カット指令信号がオフとされている。そしてこの時刻ｔ４より、燃料噴射量ｑｃａｌが「０」から漸増される。
【００５０】
そして時刻ｔ５に、燃料噴射量ｑｃａｌが圧縮行程噴射時の許容最小噴射量ＱＣＭＩＮまで増大されると、圧縮行程噴射によって燃料カットからの復帰が行われる。よってこの制御例では、時刻ｔ３から時刻ｔ５まで燃料カットが行われている。ちなみにこの間には、燃料噴射量ｑｃａｌが「０」でなくても、インジェクタ１５からの燃料噴射は停止されている。
【００５１】
更に時刻ｔ６に燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮまで増大されると、圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り替えられる。
このように本実施形態では、触媒の昇温抑制が必要なときには、燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となったときに、燃料カットを行う代りに圧縮行程噴射を行うことで、燃料カット期間の短縮を図っている。
【００５２】
なお同図には、燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮとなったときに燃料カットを行った場合の触媒温度推定値ｔｈｃａの推移が、一点鎖線で併せ示されている。この場合、時刻ｔ２から時刻ｔ６まで燃料カットが行われ、その間、触媒が昇温されることとなる。これに対して本実施形態では、燃料カット期間が時刻ｔ３から時刻ｔ５までと短縮されているため、減速時燃料カットの実施に伴う触媒の昇温が効果的に抑制されている。
【００５３】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、吸気行程噴射中に燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となるときに、燃料噴射方式を圧縮行程噴射に切り替えるようにしている。そのため、燃料カット実施の頻度が低減され、燃料カット中の触媒への過剰酸素供給による触媒の過昇温を効果的に抑制することができる。
【００５４】
（２）本実施形態では、上記圧縮行程噴射への燃料噴射方式の切り替えを、触媒温度推定値ｔｈｃａが判定値ＴＨＣＡＨよりも高く、触媒の昇温抑制が必要なときにのみ行うようにしている。そのため、触媒の昇温抑制が不要なときには燃料カットの頻度が高められ、より効率的に触媒の過昇温の抑制を図ることができる。
【００５５】
（３）本実施形態では、吸気行程噴射中に燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となるときに、燃料噴射方式を圧縮行程噴射に切り替えることで、燃料カットの開始直前、及び燃料カットからの復帰直後の燃料噴射量ｑｃａｌをより少なくすることができる。そのため、燃料カットの開始時や、燃料カットからの復帰時のトルクショックの更なる低減を図ることができる。
【００５６】
なお、上記実施形態は次のように変更して実施することもできる。
・触媒温度を実測し、上記過昇温抑制制御でのステップＳ１３０での判断を、その実測値に基づき行うようにしても良い。
【００５７】
・触媒の昇温抑制の必要性の有無を判断できるのであれば、触媒温度以外に基づいて上記ステップＳ１３０の判断を行うようにしても、上記（２）の効果を得ることができる。
【００５８】
・減速時燃料カットの開始条件や復帰条件は、上記実施形態で例示したものに限らず、適宜変更しても良い。
・上記過昇温抑制制御でのステップＳ１３０での判断を省略しても良い。すなわち、燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となるときの吸気行程噴射から圧縮行程噴射への燃料噴射方式の切り替えを、触媒の昇温抑制が必要なときに限り行うようにせず、昇温抑制の必要性の有無に拘わらず、常に行うようにしても良い。その場合にも、上記（１）の効果を得ることはできる。
【００５９】
・上記実施形態の過昇温抑制制御での燃料噴射方式の設定態様を、減速時燃料カット制御の実施時以外の状況に適用するようにしても良い。要は、減速時燃料カット制御の実施時以外であれ、燃料噴射量ｑｃａｌが吸気行程噴射時の許容最小噴射量ＱＩＭＩＮ未満となるときに、燃料噴射方式を吸気行程噴射から圧縮行程噴射に切り替えるようにすれば、同様に触媒の過昇温を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸気行程噴射時（ａ）及び圧縮行程噴射時（ｂ）の気筒内の混合気の様相を示す模式図。
【図２】本発明の一実施形態についてその全体構造を示す模式図。
【図３】同実施形態の過昇温抑制制御のフローチャート。
【図４】同過昇温抑制制御の制御例を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１０…筒内噴射式内燃機関、１１…吸気通路、１２…燃焼室、１３…排気通路、１４…スロットルバルブ、１４ａ…スロットルモータ、１５…インジェクタ、１６…点火プラグ、１７…触媒コンバータ、２０…電子制御装置（ＥＣＵ）、２１…回転速度センサ、２２…アクセルセンサ、２３…アイドルスイッチ。
Claims (5)
- 燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替え、前記圧縮行程噴射の許容最小噴射量が前記吸気行程噴射の許容最小噴射量よりも少量に設定されるとともに、前記圧縮行程噴射及び前記吸気行程噴射のそれぞれの実行中に燃料噴射量が各行程噴射時の許容最小噴射量未満となると燃料カットが実施される筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
吸気行程噴射中に燃料噴射量が吸気行程噴射時の許容最小噴射量未満となり且つ排気系に設けられる触媒が燃料カットが実施された場合に過昇温する可能性があると判断される所定温度以上となることを条件に、燃料噴射方式を圧縮行程噴射に切り替える切替手段を備えることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替え、前記圧縮行程噴射の許容最小噴射量が前記吸気行程噴射の許容最小噴射量よりも少量に設定されるとともに、前記圧縮行程噴射及び前記吸気行程噴射のそれぞれの実行中に燃料噴射量が各行程噴射時の許容最小噴射量未満となると燃料カットが実施される筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
吸気行程噴射中に燃料噴射量が吸気行程噴射時の許容最小噴射量未満となり且つ排気系に設けられる触媒の燃料カットに起因した過昇温を抑制する昇温抑制要求有りとなることを条件に、燃料噴射方式を圧縮行程噴射に切り替える切替手段を備えることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記切替手段は、高回転低負荷運転域での吸気行程噴射中に、前記圧縮行程噴射への切り替えを行う請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替え、前記圧縮行程噴射の許容最小噴射量が前記吸気行程噴射の許容最小噴射量よりも少量に設定されるとともに、前記圧縮行程噴射及び前記吸気行程噴射のそれぞれの実行中に燃料噴射量が各行程噴射時の許容最小噴射量未満となると燃料カットが実施される筒内噴射式内燃機関の排気系に設けられた触媒の過昇温を抑制する方法であって、
燃料噴射量が吸気行程噴射時の許容最小噴射量以上である限りは吸気行程噴射を行い、吸気行程噴射中に燃料噴射量が前記許容最小噴射量未満となり且つ前記触媒が燃料カットが実施された場合に過昇温する可能性があると判断される所定温度以上となったことを条件に圧縮行程噴射を行うことで、前記触媒の過昇温を抑制することを特徴とする触媒の過昇温抑制方法。 - 燃料噴射方式を吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で切り替え、前記圧縮行程噴射の許容最小噴射量が前記吸気行程噴射の許容最小噴射量よりも少量に設定されるとともに、前記圧縮行程噴射及び前記吸気行程噴射のそれぞれの実行中に燃料噴射量が各行程噴射時の許容最小噴射量未満となると燃料カットが実施される筒内噴射式内燃機関の排気系に設けられた触媒の過昇温を抑制する方法であって、
燃料噴射量が吸気行程噴射時の許容最小噴射量以上である限りは吸気行程噴射を行い、吸気行程噴射中に燃料噴射量が前記許容最小噴射量未満となり且つ前記触媒の燃料カットに起因した過昇温を抑制する昇温抑制要求有りとなったことを条件に圧縮行程噴射を行うことで、前記触媒の過昇温を抑制することを特徴とする触媒の過昇温抑制方法。
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