(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に排気浄化触媒を備えると共に、吸気通路に設けたスロットル弁が全閉の減速時に燃料供給手段による燃料供給を停止する燃料カット手段を備えた内燃機関において、
前記排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、
機関本体に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
吸気通路に設けたスロットル弁が全閉の減速時に前記触媒温度推定手段の推定値と予め設定した所定温度とを比較する温度比較手段と、
吸気通路に設けたスロットル弁が全閉の減速時に前記吸入空気量検出手段の検出値と予め設定した所定値とを比較する空気量比較手段と、
前記両比較手段の比較結果から触媒の推定温度が所定温度以上、且つ、吸入空気の検出量が所定値以上の時に前記燃料カット手段による燃料カットを禁止して空燃比をリッチ制御する燃料カット禁止手段と、
を備え、
前記両比較手段の比較結果から触媒の推定温度が所定温度以上、且つ、吸入空気の検出量が所定値未満の時には前記燃料カット手段により燃料カットを行うことを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置。
【請求項２】
減速開始後に前記燃料カット手段による燃料カットが実行されたか否かを判定する判定手段を設け、該判定手段で燃料カット実行判定が行われた後は減速終了時まで前記燃料カット禁止手段による燃料カット禁止動作を停止する構成とした請求項１記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
【請求項３】
前記触媒温度推定手段が、機関運転状態に基づいて演算される基本燃料噴射量と機関回転速度とから触媒温度を推定する構成である請求項１又は２記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料供給制御装置に関し、詳しくは、減速時の燃料供給制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の燃料供給制御装置として、減速運転時には出力が要求されないことから、燃料カット（燃料供給の停止）して燃費性能の向上を図る技術が知られている。
しかし、減速時に燃料カットした場合、燃焼室に流入した空気がそのまま排出され、排気浄化触媒への酸素供給量が増大して酸化反応が急激に促進されるため、触媒温度が過度に上昇して触媒の性能低下や触媒担体の劣化を招く虞れがある。
【０００３】
かかる問題を解消するため、例えば特願平５−３５１７０２号等に提案されたものがある。
このものは、触媒温度を監視し、減速時に触媒温度が所定温度以上ある場合には、燃料カットを禁止し空燃比がリッチとなるよう燃料供給を行うようにしている。これにより、高温の空気中の酸素と触媒との酸化反応に起因する触媒の過度な温度上昇を防止するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料カットの禁止判定に伴いリッチ制御に移行した時、減速時の吸入空気量が、例えば補助空気制御バルブ等の故障やバラツキ等により極めて少なくなることがあり、基準充填効率以下になると安定した燃焼が得られず失火し易くなって、機関の運転性の低下等を招くという問題がある。
【０００５】
本発明は上記の実情に鑑みなされたものであり、減速時の燃料カットに伴う排気浄化触媒の劣化を防止しつつ、減速時の機関運転性能の安定化等を図った内燃機関の燃料供給制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明では、図１に示すように、内燃機関の排気通路に排気浄化触媒を備えると共に、吸気通路に設けたスロットル弁が全閉の減速時に燃料供給手段による燃料供給を停止する燃料カット手段を備えた内燃機関において、前記排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、機関本体に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、吸気通路に設けたスロットル弁が全閉の減速時に前記触媒温度推定手段の推定値と予め設定した所定温度とを比較する温度比較手段と、吸気通路に設けたスロットル弁が全閉の減速時に前記吸入空気量検出手段の検出値と予め設定した所定値とを比較する空気量比較手段と、前記両比較手段の比較結果から触媒の推定温度が所定温度以上、且つ、吸入空気の検出量が所定値以上の時に前記燃料カット手段による燃料カットを禁止して空燃比をリッチ制御する燃料カット禁止手段とを備え、前記両比較手段の比較結果から触媒の推定温度が所定温度以上、且つ、吸入空気の検出量が所定値未満の時には前記燃料カット手段により燃料カットを行う構成とした。
【０００７】
かかる構成において、減速が開始されて両比較手段の比較結果から、触媒推定温度が所定温度以上、且つ、吸入空気量が所定値以上の時には、燃料供給を行っても吸入空気量が十分で失火の虞れがないことから、触媒の温度上昇を防ぐために燃料カット条件を満たした場合でも燃料カットを行わず燃料供給手段により空燃比がリッチとなるよう燃料供給が行われる。また、触媒推定温度が高い場合でも、吸入空気量が所定値より少ない時は機関の安定性を保つために燃料カット条件が満たされた場合には燃料カットを行う。この場合、吸入空気量自体が極めて少ないので、燃料カットした場合でも触媒が劣化する心配はない。
【０００８】
また、請求項２記載の発明では、減速開始後に前記燃料カット手段による燃料カットが実行されたか否かを判定する判定手段を設け、該判定手段で燃料カット実行判定が行われた後は減速終了時まで前記燃料カット禁止手段による燃料カット禁止動作を停止する構成とした。
かかる構成によれば、減速開始後に一旦燃料カットが実行された後は、減速運転が終了するまでは燃料供給を行わない。これにより、燃料カットで温度が低下した燃焼室に燃料を供給することに起因して燃焼状態が悪化し失火するのを防止できる。
【０００９】
また、請求項３記載の発明では、前記触媒温度推定手段を、機関運転状態に基づいて演算される基本燃料噴射量と機関回転速度とから触媒温度を推定する構成とした。
これにより、触媒温度を検出するための温度センサを設ける必要がなく、部品点数を少なくできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
本発明の第１の実施形態の構成を示す図２において、機関本体１には、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。前記吸気通路２には、エアクリーナ４、吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ５、アクセルペダルと連動して吸入空気流量Ｑを制御するスロットル弁６が設けられている。また、吸気通路２には、スロットル弁６をバイパスする補助空気通路７が設けられ、該補助空気通路７には後述するコントロールユニット２０により減速時の吸入空気量を制御すべく開閉制御される補助空気制御バルブ８が介装されている。前記スロットル弁６には、スロットル開度ＴＶＯを検出すると共に、スロットル全閉位置を検出するアイドルスイッチを兼ねるスロットルセンサ９が設けられている。また、吸気通路２のマニホールド部分には気筒毎に燃料供給手段としての電磁式の燃料噴射弁１０が設けられている。燃料噴射弁１０は、コントロールユニット２０からの噴射パルス信号によって開弁駆動され、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を噴射供給する。
【００１１】
また、排気通路３には、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ１１が設けられ、その下流側に、内部に排気中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮＯＸ  の還元を行って浄化する排気浄化触媒としての三元触媒を備える触媒コンバータ１２が介装されている。
尚、三元触媒としては、ハニカム形状等のモノリス触媒、メタル触媒、或いはステンレスウール製、ペレット形等如何なるものであっても構わない。また、本実施例では、理論空燃比において高いＮＯＸ  、ＣＯ、ＨＣの浄化率を発揮する三元触媒について説明するが、勿論酸化触媒等であってもよい。
【００１２】
更に、機関本体１には、冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１３及びクランク軸の回転に同期してクランク単位角信号及びクランク基準角信号を出力するクランク角センサ１４が設けられている。このクランク角センサ１４からのクランク単位角信号を一定時間カウントするか、又はクランク基準角信号の周期を計測して機関回転速度Ｎが検出される。尚、１５は、車室内のキースイッチに設けられスタート信号を出力するスタートスイッチである。
【００１３】
コントロールユニット20は、ＣＰＵ21，ＲＯＭ22，ＲＡＭ23及び入出力ポート（Ｉ／Ｏポート）24を備えたマイクロコンピュータを内蔵しており、エアフローメータ５からの吸入空気流量Ｑ信号とクランク角センサ14からの機関回転速度Ｎ信号とに基づいて基本燃料噴射量ＴP（＝Ｋ・Ｑ／Ｎ，Ｋは定数）を演算すると共に、前記酸素センサ11で検出される酸素濃度に基づいて空燃比を目標空燃比（理論空燃比）に近づけるように、空燃比フィードバック補正係数αを比例積分制御によって演算する。そして、前記基本燃料噴射量Ｔｐを前記空燃比フィードバック補正係数α及び各種補正係数ＣＯＥＦや電圧補正分ＴS等によって補正することで、燃料噴射量Ｔi（＝ＴP×α×ＣＯＥＦ＋ＴS）を演算し、この燃料噴射量Ｔiに従って燃料噴射弁10を駆動制御する。また、クランク角センサ14からのクランク単位角信号に基づいて所定の時期に点火信号を発生し点火プラグ16を点火させて混合気を燃焼させる。
【００１４】
また、コントロールユニット20は、更に、スロットルセンサ９からスロットル弁６の全閉信号が発生した時（減速時）に、例えばクランク角センサ14からの機関回転速度Ｎ信号等に基づいて燃料の供給を停止する燃料カット機能を有する。更に、機関回転速度Ｎと機関負荷となる基本燃料噴射量Ｔｐとから、マップを用いて触媒温度ＴCAを推定し、この推定温度ＴCAと予め設定した所定温度ＴCHとを比較すると共に、機関本体１に機関の単位回転当り吸入される吸入空気量に比例する前記基本燃料噴射量ＴPと失火限界判定値として予め設定した所定値ＴPMFとを比較する。そして、触媒推定温度ＴCAが所定温度ＴCH以上、且つ、基本燃料噴射量ＴPが所定値ＴPMF以上の時に触媒は高温且つ燃料供給しても失火する虞れがないと判断し、この場合に、前記燃料カットを禁止して空燃比をリッチ制御する燃料カット禁止機能をも備えている。従って、コントロールユニット20が、燃料カット手段、触媒温度推定手段、吸入空気量検出手段、温度比較手段、空気量比較手段及び燃料カット禁止手段の機能を備えている。
【００１５】
次に、図３のフローチャートに従って減速時の燃料供給制御動作を説明する。ステップ１（図ではＳ１と記す。以下同様）では、各センサ信号を読み込む。ステップ２では、クランク角センサ１４で検出される機関回転速度Ｎとエアフローメータ５で検出される吸入空気流量Ｑとから基本燃料噴射量ＴＰ  を演算する。
ステップ３では、スロットルセンサ９の信号に基づきスロットル弁６が全閉の減速状態か否かを判定する。ここで、減速であれば（ＹＥＳ）、ステップ６に進む。減速でなければ（ＮＯ）、ステップ４に進み、演算した基本燃料噴射量ＴＰ  と機関回転速度Ｎとから図４に示すマップから触媒温度ＴＣＡを推定し、ステップ５で通常の空燃比制御を実行する。
【００１６】
ステップ６に進んだ場合は、燃料カット条件が成立しているか否かを判断する。成立していない場合（ＮＯ）は、ステップ５の通常の空燃比制御を実行し、成立している場合はステップ７に進む。
ステップ７では、減速前に推定した触媒温度ＴCAと予め設定した所定温度ＴCHを比較し、ＴCA≧ＴCHの場合はステップ８に進む。ＴCA＜ＴCHの場合は、触媒温度が低く燃料カットしても触媒温度が過度に上昇することはなく触媒の劣化はないと判断してステップ10に進み燃料カットを実行する。
【００１７】
ＴCA≧ＴCHでステップ８に進んだ場合は、ステップ２で演算した基本燃料噴射量ＴPと予め設定した所定値ＴPMFを比較する。ＴP≧ＴPMFの場合は、吸入空気量が十分であり燃料供給しても失火の心配はないと判断してステップ９に進み、触媒温度の上昇を防止すべく燃料供給を行って空燃比リッチ制御を実行する。一方、ＴP＜ＴPMFの場合は、吸入空気量が少なく失火の虞れがあると判断してステップ10に進み、燃料カットを行う。
【００１８】
このように、触媒温度ＴＣＡが高い状態の減速時に、補助空気制御バルブ８の故障等に起因して吸入空気量が極めて少なくなり失火の虞れがある場合は、リッチ制御を行わずに燃料カット条件が成立した時に燃料カットを実行するので、吸入空気不足によるリッチ制御時の失火を防止でき、機関の運転性の安定性を向上できる。また、燃料カットしても、触媒コンバータ１２に流入する空気量が極めて少ないので、触媒温度の過度の上昇を招くことはない。
【００１９】
また、吸入空気量が失火する虞れがない量の時は、触媒温度の上昇を防止すべくリッチ制御を実行するので、従来と同様に触媒の劣化等を防止できる。
次に第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、ハード構成は図２に示す第１の実施形態と同様であり、ソフトウエア構成が異なるので、ここではハード構成の説明は省略しソフトウエア構成についてのみ図５のフローチャートに従って説明する。
【００２０】
ステップ２１では、各センサ信号を読み込み、ステップ２２では、クランク角センサ１４で検出される機関回転速度Ｎとエアフローメータ５で検出される吸入空気流量Ｑとから基本燃料噴射量ＴＰ  を演算し、ステップ２３では、スロットルセンサ９の信号に基づきスロットル弁６が全閉の減速状態か否かを判定する。ここまで第１の実施形態と同様の動作である。
【００２１】
ステップ２３で、減速と判定された時（ＹＥＳ）は、ステップ２７に進む。減速でない場合（ＮＯ）、ステップ２４に進み、フラグＦＬＧＯを０にセットし、ステップ２５に進む。
ステップ２５では、演算した基本燃料噴射量ＴＰ  と機関回転速度Ｎとから図４のマップから触媒温度ＴＣＡを推定し、ステップ２６に進み、通常の空燃比制御を実行する。
【００２２】
一方、ステップ２７に進んだ場合は、予め設定した第１の燃料カット回転速度ＮＣＵＴ１と検出した機関回転速度Ｎとを比較し、Ｎ＞ＮＣＵＴ１の場合にステップ２８に進む。
ステップ２８では、予め設定した第２の燃料カット回転速度ＮＣＵＴ２（ＮＣＵＴ１＜ＮＣＵＴ２）と検出した機関回転速度Ｎとを比較し、Ｎ≦ＮＣＵＴ２の場合にステップ２９に進む。Ｎ＞ＮＣＵＴ２の場合は、過剰機関回転速度と判断して無条件でステップ３３に進み、フラグＦＬＧＯを１にセットし、ステップ３４で燃料カットを行う。
【００２３】
ステップ28でＮ≦ＮＣＵＴ２と判定されステップ29に進んだ場合は、減速前に推定した触媒温度ＴCAと所定温度ＴCHを比較し、ＴCA≧ＴCHの場合はステップ30に進む。ＴCA＜ＴCHの場合は、触媒温度が低く燃料カットしても触媒温度が過度に上昇することはなく触媒の劣化はないと判断してステップ33及びステップ34に進み、フラグＦＬＧＯを１にセットし燃料カットを実行する。
【００２４】
ＴCA≧ＴCHでステップ30に進んだ場合は、ステップ22で演算した基本燃料噴射量ＴPと所定値ＴPMFを比較する。ＴP≧ＴPMFの場合は、ステップ31に進む。ＴP＜ＴPMFの場合は、吸入空気量が少なくリッチ制御を実行しても失火の虞れがあると判断してステップ33、ステップ34に進み、フラグＦＬＧＯ＝１にセットし燃料カットを行う。
【００２５】
ＴＣＡ≧ＴＣＨ且つＴＰ  ≧ＴＰＭＦ  の場合、即ち、触媒温度が高く吸入空気量が十分である場合は、ステップ３１でフラグＦＬＧＯが１か否かを判定する。ここで、フラグＦＬＧＯ＝０の時は、減速開始から未だ燃料カットが実行されていないと判断してステップ３２に進み、リッチ制御を実行する。また、フラグＦＬＧＯ＝１の時は、減速開始後に燃料カットが実行されたと判断しリッチ制御条件成立にも拘らずステップ３４に進み燃料カットを実行する。
【００２６】
ステップ２７で、Ｎ≦ＮＣＵＴ１と判定された時（ＮＯ）は、ステップ３５に進みＦＬＧＯ＝１にセットし、ステップ２５及びステップ２６に進み、触媒温度ＴＣＡを推定し通常の空燃比制御を実行する。
即ち、第２の実施形態の構成では、第１の実施形態と同様に、触媒温度が高く吸入空気量が十分の時はリッチ制御を実行して触媒温度の上昇を防止しているが、減速中に一旦燃料カットが実行された場合には、その減速運転中においてその後にリッチ制御条件が成立してもリッチ制御を行わない。一旦燃料カットが実行されると、燃料カットに伴い燃焼室壁温が低下し、この状態で燃焼させると燃焼状態が悪化し失火を招き易くなり、また、燃焼によりトルクが発生して運転性が低下する。従って、燃料カット後の燃料供給を停止することで、このような燃焼状態や運転性の低下を防止することができる。
【００２７】
尚、触媒温度を推定する場合、触媒コンバータ１２の入口に温度センサを設け、触媒入口温度から推定してもよいが、上述した各実施の形態で説明したように、基本燃料噴射量と機関回転速度とからマップを用いて触媒温度を推定するようにすれば、温度センサを用いずに触媒温度の推定ができ、部品数を少なくできる利点がある。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、触媒が高温と推定される運転状態の場合でも、吸入空気量が極めて少なく燃料供給して燃焼させると失火する虞れのある時は燃料カットを実行し、吸入空気量が十分な場合には空燃比をリッチ制御する構成としたので、スロットル弁が全閉の減速時の運転性の低下を防止できると共に、触媒の酸化反応に伴う触媒温度の過度の上昇も防止できる。また、燃料カットした場合でも吸入空気量が極めて少ないので、触媒温度の過度の上昇を招く虞れはない。
【００２９】
また、請求項２記載の発明によれば、同一減速中において燃料カット後の燃料噴射を防止する構成としたので、燃焼室壁温の低下に起因する失火やトルク発生による運転性の低下を防止できる。
また、請求項３記載の発明によれば、触媒温度推定用の温度センサが不要となるので、部品数を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を説明するブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態の構成図
【図３】同上実施形態の動作を説明するフローチャート
【図４】同上実施形態に使用する触媒温度の推定マップ
【図５】本発明の第２の実施形態の動作を説明するフローチャート
【符号の説明】
１    機関本体
２    吸気通路
３    排気通路
５    エアフローメータ
６    スロットル弁
７    補助空気通路
８    補助空気制御バルブ
９    スロットルセンサ
１０    燃料噴射弁
１１    酸素センサ
１２    触媒コンバータ
１４    クランク角センサ
２０    コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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