(57)【要約】【課題】触媒の到達温度をより一層正確に推定することにより、燃費及び排気エミッションの悪化を十分に低減させることができる内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供することにある。【解決手段】排気ガスが持つ熱量Ｑ１と（Ｓ３０４）、触媒の酸化反応で発生する熱量Ｑ２とを求め（Ｓ３０６）、その総熱量Ｑ（Ｓ３０８）から、所定時間経過後における触媒上昇温度Ｄｃａｌを各ルーチン毎に算出して、触媒床温Ｔｃａｌを推定する。【選択図】　図５
2004060563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に供給する燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、
内燃機関の運転状態に応じて燃料の基本噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、
内燃機関からの排気を清浄化する触媒の過熱状態に応じて、前記基本噴射量に対する増量補正分を設定する補正量設定手段とを備えており、
前記補正量設定手段は、
前記排気温度、機関負荷及び空燃比をもとに、触媒反応による熱量と排気から触媒に与えられる熱量とをそれぞれ推定し、この推定した両熱量をもとに、所定時間経過後における触媒の到達温度を推定する推定手段と、
前記推定手段によって推定された触媒の推定温度が所定の触媒上限温度を超える場合に、この触媒の推定温度が触媒上限温度以下となるために低減すべき低減熱量を、前記触媒の推定温度と触媒上限温度との偏差に応じて求める低減熱量演算手段と、
この求めた低減熱量が、排気から触媒に与える熱量の低下分と触媒反応による熱量の低下分との和として得られる低下熱量と一致するように、前記基本噴射量に対する増量補正分を設定する設定手段とを備える内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項２】
内燃機関に供給する燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、
内燃機関の運転状態に応じて燃料の基本噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、
内燃機関からの排気を清浄化する触媒の過熱状態に応じて、前記基本噴射量に対する補正量として増量補正分を設定する補正量設定手段とを備えており、
前記補正量設定手段は、
排気の空燃比が理論空燃比の場合における触媒の到達温度を、機関負荷と機関回転数とに応じて推定する第１推定手段と、
前記排気温度、吸入空気量及び空燃比をもとに、触媒反応による熱量と排気から触媒に与えられる熱量とをそれぞれ推定し、この推定した両熱量をもとに、所定時間経過後における触媒の到達温度を推定する第２推定手段と、
第１推定手段で推定した触媒の到達温度と第２推定手段で推定した触媒の到達温度の双方が、ともに所定の触媒上限温度を超えた場合に、前記基本噴射量に対する増量補正を開始させる補正開始制御手段とを備える内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項３】
前記補正量設定手段は、さらに、
前記第２推定手段によって推定された触媒の推定温度が所定の触媒上限温度を超える場合に、この触媒の推定温度が触媒上限温度以下となるために低減すべき低減熱量を、前記触媒の推定温度と触媒上限温度との偏差に応じて求める低減熱量演算手段と、
この求めた低減熱量が、排気から触媒に与える熱量の低下分と触媒反応による熱量の低下分との和として得られる低下熱量と一致するように、前記基本噴射量に対する増量補正分を設定する設定手段とを備える請求項２記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に、内燃機関の運転状態に応じて、触媒床温が過熱状態となることが予想される場合には、燃料の増量補正を実行して触媒床温の上昇を抑制させる内燃機関の燃料噴射量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス中に含まれるＣＯ及びＨＣの酸化とＮＯｘの還元とを同時に行って、この三成分をそれぞれＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２に清浄化する触媒コンバータ（排気ガス清浄化装置）が内燃機関の排気系に搭載されている。そして、内燃機関が高負荷・高回転で運転されることで排気系が過熱状態になり、高温の排気ガスがこの触媒コンバータに流入することで、触媒が劣化することが問題となる。
【０００３】
一般に、触媒コンバータに流入する排気ガスの温度は、内燃機関の回転数の上昇や負荷の増大などに応じて上昇する。また、回転数や負荷等が一定の場合には、内燃機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比（λ＝１）付近で最高となり、空燃比が燃料リッチとなるに連れて、この排気ガスの温度が低下することが知られている。
【０００４】
このため、触媒コンバータに流入する排気ガスの温度が比較的低温となる常用領域では空燃比を理論空燃比付近に制御し、高負荷・高回転領域では、空燃比を理論空燃比よりも燃料リッチに制御して、排気ガスの温度上昇を抑える制御が実施される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような排気ガス温度の過熱防止制御では、触媒温度がそのクライテリア温度（信頼性基準温度）を越えないように排気ガスの温度を制御しており、例えば特開平１０−１０３１３４号では、排気ガス温度をもとに触媒コンバータにおける触媒温度を推定し、この触媒温度が目標触媒温度となるような制御を実施しており、この際、内燃機関の負荷状態や変化する空燃比に対応した補正処理を行って触媒温度を推定している。一般に触媒温度を推定する際には、排気ガス側が持つ熱量と、この熱量を受ける触媒担体の熱容量とをもとに、触媒床温の温度上昇を推定している。
【０００６】
一方、空燃比をリッチ側に制御するように燃料の増量補正を実行すると、その分、燃費及び排気エミッションを悪化させることになるため、噴射燃料の増量補正は最小限に抑えることが望ましい。
【０００７】
このためには、触媒コンバータにおける触媒温度を極めて正確に推定することが必要となるが、時々刻々変化する様々な運転状態に応じて好適に推定処理を行うには、運転状態の変化に応じた各種の補正処理が必要となる。そして、このような触媒温度の推定処理に対してより一層の正確性・信頼性を期すほど、その補正処理のための各種の条件設定が増加し、かつ、個々の条件を最適に設定するには極めて困難であり、補正処理が極めて複雑化してしまう。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決すべく成されたものであり、その目的は、内燃機関の運転状態が変化した場合にも推定処理に変更を加えることなく、触媒の到達温度をより一層正確に推定して、燃費及び排気エミッションの悪化を十分に低減させることができる内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関に供給する燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、内燃機関の運転状態に応じて燃料の基本噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、内燃機関からの排気を清浄化する触媒の過熱状態に応じて、基本噴射量に対する増量補正分を設定する補正量設定手段とを備えており、補正量設定手段は、排気温度、機関負荷及び空燃比をもとに、触媒反応による熱量と排気から触媒に与えられる熱量とをそれぞれ推定し、この推定した両熱量をもとに、所定時間経過後における触媒の到達温度を推定する推定手段と、推定手段によって推定された触媒の推定温度が所定の触媒上限温度を超える場合に、この触媒の推定温度が触媒上限温度以下となるために低減すべき低減熱量を、触媒の推定温度と触媒上限温度との偏差に応じて求める低減熱量演算手段と、この求めた低減熱量が、排気から触媒に与える熱量の低下分と触媒反応による熱量の低下分との和として得られる低下熱量と一致するように、基本噴射量に対する増量補正分を設定する設定手段とを備えて構成する。
【００１０】
このように推定手段では、触媒の到達温度を推定する際に、排気から触媒に与えられる熱量に加えて、機関負荷や空燃比などから触媒での反応状態を予測して酸化反応による熱量も考慮することで、触媒の到達温度を実際の到達温度に即するように、より一層厳密に推定できる。また、このようにして触媒の到達温度を推定することで、内燃機関の運転状態が大きく変化した場合にも同一の推定処理によって、正確かつ厳密に推定できる。
【００１１】
また、設定手段では、触媒の推定温度が触媒上限温度以下となるために低減すべき低減熱量が、排気から触媒に与える熱量の低下分に加えて、さらに触媒反応による熱量の低下分も考慮した低下熱量と一致するように、増量補正分を設定するので、余分な増量分を含めることなく、増量補正分を極めて厳密に設定できる。
【００１２】
さらに、触媒の推定温度が触媒上限温度となるように、より正確に制御することが可能となるため、触媒上限温度を実際の触媒クライテイア温度（信頼性基準温度）に設定した場合も十分な信頼性を確保できる。
【００１３】
請求項２にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関に供給する燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、内燃機関の運転状態に応じて燃料の基本噴射量を設定する基本噴射量設定手段と、内燃機関からの排気を清浄化する触媒の過熱状態に応じて、基本噴射量に対する補正量として増量補正分を設定する補正量設定手段とを備えており、補正量設定手段は、排気の空燃比が理論空燃比の場合における触媒の到達温度を、機関負荷と機関回転数とに応じて推定する第１推定手段と、排気温度、吸入空気量及び空燃比をもとに、触媒反応による熱量と排気から触媒に与えられる熱量とをそれぞれ推定し、この推定した両熱量をもとに、所定時間経過後における触媒の到達温度を推定する第２推定手段と、第１推定手段で推定した触媒の到達温度と第２推定手段で推定した触媒の到達温度の双方が、ともに所定の触媒上限温度を超えた場合に、基本噴射量に対する増量補正を開始させる補正開始制御手段とを備えて構成する。
【００１４】
このような補正開始制御手段を備えることで、例えば、排気の空燃比が理論空燃比となるとうに空燃比フィードバック制御が実行されている場合にも、第１推定手段で推定された触媒の到達温度が触媒上限温度を超えただけでは、補正量設定手段による増量補正分の設定処理が開始されず、この後、第２推定手段の推定結果を受けて触媒の到達温度が触媒上限温度を超えるまで、補正量設定手段の制御処理の開始時期が遅延する。このようないわゆる制御開始の遅延期間を設けることができ、これにより、基本噴射量に対する増量補正が真に必要な状況の直前まで、排気の空燃比を理論空燃比に維持する空燃比フィードバック制御を実施することができる。
【００１５】
請求項３にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項２における内燃機関の燃料噴射制御装置において、補正量設定手段は、さらに、第２推定手段によって推定された触媒の推定温度が所定の触媒上限温度を超える場合に、この触媒の推定温度が触媒上限温度以下となるために低減すべき低減熱量を、前記触媒の推定温度と触媒上限温度との偏差に応じて求める低減熱量演算手段と、この求めた低減熱量が、排気から触媒に与える熱量の低下分と触媒反応による熱量の低下分との和として得られる低下熱量と一致するように、基本噴射量に対する増量補正分を設定する設定手段とを備えて構成する。
【００１６】
補正量設定手段が、このような低減熱量演算手段と設定手段とを備えることで、排気から触媒に与えられる熱量に加えて、機関負荷や空燃比などから触媒での反応状態を予測して酸化反応による熱量も考慮して増量補正分が設定されるため、余分な増量分を含めることなく、増量補正分が極めて厳密に設定される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態につき、添付図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１及び図２に、第１の実施形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置の構成を概略的に示す。
【００１９】
内燃機関１０の吸気通路には、吸入空気量の脈動を吸収するサージタンク１１、吸入空気量を測定するエアフローメータ２０を順に配設している。エアフローメータ２０の下流側には、吸入空気を内燃機関１０の各気筒に分流させる吸気マニホールド１３を接続しており、この吸気マニホールド１３の各分岐端は、内燃機関１０における各気筒の吸気ポートに連通している。各気筒の燃焼室における排気ポートには、それぞれ排気マニホールド１４の分岐端を接続しており、排気マニホールド１４の集合端部には、排気ガス中の未燃成分をいわゆる三元触媒によって清浄化する触媒コンバータ１５を接続しており、触媒コンバータ１５によって浄化された排気ガスが排気管１６を経由して排出される。
【００２０】
また、内燃機関１０の回転数（エンジン回転数）を回転数センサ２１によって検出し、排気ガス中の空燃比は排気マニホールド１４の集合部付近に配設した空燃比センサ２２によって検出する。また、触媒コンバータ１５の入口付近には、触媒コンバータ１５に流入する排気ガスの温度（触媒入りガス温度）を検出する排気温度センサ２３を配設している。
【００２１】
図１では図示を省略したが、このほかにも、スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサ２４、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ２５、冷却水の温度を検出する水温センサ２６、クランク軸の回転角を検出するクランク角センサ２７等を備えており、各センサの検出結果をもとに、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）３０では、各気筒にそれぞれ燃料を噴射するフューエルインジェクタ４０の動作制御を実行する。なお、クランク角センサ２７の検出結果をもとに内燃機関１０の回転数を検出してもよい。
【００２２】
フューエルインジェクタ４０は、制御装置３０内に設けられた駆動回路３１から与えられる動作制御信号に応じて燃料噴射孔を開閉する機構を備えており、フューエルインジェクタ４０の燃料噴射孔からは、開孔時間に応じた燃料が間欠的に噴射されるため、動作制御信号によって開閉デューティー比を制御することで、所定時間毎に噴射される燃料の噴射量を変更するシステムとなっている。
【００２３】
ここで、制御装置３０において実行する燃料噴射量の制御処理について説明する。
【００２４】
図３は、燃料の噴射量設定ルーチンを示すフローチャートであり、一定のクランク角度毎（例えば３６０°ＡＣ毎）に実行される。このルーチンでは、フューエルインジェクタ４０の燃料噴射時間（開閉デューティー比）に対応する燃料の噴射量ＴＡＵを設定する。
【００２５】
このルーチンが起動すると、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と記す）１０２では、各種センサで検出された検出結果のうち、吸入空気量ＧＡとエンジン回転数ＮＥの値を読み込み、続くＳ１０４では、「Ｋ」を所定の定数（Ｋ＞０）として、基本噴射量ＴＡＵＰを、ＴＡＵＰ＝Ｋ＊ＧＡ／ＮＥとして設定する。
【００２６】
続くＳ１０６では、後述する別の設定ルーチンによって設定処理がなされた空燃比補正係数ＦＡＦと、増量補正係数ＦＯＴＰとを読み込み、続くＳ１０８において、燃料の噴射量ＴＡＵを、ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ＊ＦＡＦ＊ＦＯＴＰとして設定する。
【００２７】
続くＳ１１０では、このようにして算出された燃料の噴射量ＴＡＵを、制御装置３０における駆動回路３１にセットして、このルーチンを終了する。これにより噴射量ＴＡＵに応じた量の燃料がフューエルインジェクタ４０から噴射される。
【００２８】
次に、空燃比フィードバックの制御処理について、図４のフローチャートに沿って概略的に説明する。なお、このルーチンは所定時間間隔、例えば４ｍｓ毎に起動する。
【００２９】
このルーチンが起動するとＳ２０２に進み、空燃比フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かを判断する。例えば、冷却水温が所定温度以下の時、機関始動中、暖機増量中、パワー増量中、燃料カット中などの際は、空燃比フィードバック制御の実行条件が不成立の場合である。
【００３０】
このように空燃比フィードバック条件が不成立の場合には、Ｓ２０２で「Ｎｏ」と判断してＳ２０４に進み、空燃比補正係数ＦＡＦの値としてＦＡＦ＝１．０を設定する。この後Ｓ２１０に進んで、Ｓ２０４で設定された空燃比補正係数ＦＡＦの値が、今回のルーチンにおける空燃比補正係数ＦＡＦの値として最終的に設定され、このルーチンを終了する。これにより空燃比のフィードバック制御が実行されていない状態となる。
【００３１】
一方、空燃比フィードバック条件が成立している場合には、Ｓ２０２で「Ｙｅｓ」と判断してＳ２０６に進み、後述する触媒過熱防止のための燃料噴射量の増量制御が実行中であるか否かを示すＯＴＰフラグが、実行されていない状況を示すＯＦＦに設定されているかを判断する。燃料噴射量の増量制御が実行中の場合には、Ｓ２０６で「Ｎｏ」と判断されて前述したＳ２０４以降の処理が実行され、空燃比補正係数ＦＡＦの値がＦＡＦ＝１．０として設定される。すなわち、空燃比フィードバック制御条件が成立している場合であっても、燃料噴射量の増量制御が実行中の場合には、この間、空燃比フィードバック制御が中断され、ＦＡＦ＝１．０に強制的に設定される。
【００３２】
これに対し、燃料噴射量の増量制御が実行されていない状況では、Ｓ２０６で「Ｙｅｓ」と判断されてＳ２０８に進み、空燃比補正係数ＦＡＦの設定処理が実行される。このＳ２０８で実行される処理は、一般に知られている公知の処理であり、例えば空燃比がリッチ状態からリーン状態に反転すると、燃料噴射量を増加させるべく、空燃比フィードバック係数ＦＡＦを段階的に増加させ、反対に、空燃比がリーン状態からリッチ状態に反転すると、燃料噴射量を減少させるべく、空燃比フィードバック係数ＦＡＦを段階的に減少させる処理が実行される。
【００３３】
このようにして、Ｓ２０８において空燃比補正係数ＦＡＦが設定されると、Ｓ２１０に進んで、Ｓ２０８で設定された空燃比補正係数ＦＡＦの値が、今回のルーチンにおける空燃比補正係数ＦＡＦの値として最終的に設定され、このルーチンを終了する。
【００３４】
このような空燃比フィードバック制御ルーチンを実行することにより、排気ガス中の空燃比が理論空燃比に維持されるように、基本噴射量ＴＡＵＰに対する補正係数としての、空燃比補正係数ＦＡＦが設定される。
【００３５】
次に、図５における燃料増量補正設定ルーチンについて説明する。
燃料増量補正設定ルーチンでは、触媒コンバータ１５における触媒床温がそのクライテリア温度を超えないよう、基本噴射量ＴＡＵＰに対して増量補正分を設定して、触媒コンバータ１５に流入する排気ガスの温度上昇を防止している。
【００３６】
この燃料増量補正設定ルーチンは、所定時間間隔、例えば４ｍｓ毎に起動する。このルーチンが起動すると、Ｓ３０２に進み、吸入空気量ＧＡ、排気ガスの空燃比Ａ／Ｆ、触媒入りガス温度Ｔｇａｓの検出結果をそれぞれ読み込む。
【００３７】
続くＳ３０４では、排気ガスが持つ熱量Ｑ１を、触媒入りガス温度Ｔｇａｓと吸入空気量ＧＡとの積として求めることができるため、触媒入りガス温度Ｔｇａｓと吸入空気量ＧＡより、排気ガスが持つ熱量Ｑ１を算出する。そして続くＳ３０６では、触媒入りガス温度Ｔｇａｓ、吸入空気量ＧＡ及び排気ガスの空燃比Ａ／Ｆをもとに、触媒の酸化反応によって発生する熱量Ｑ２を求める。これは、予め実験的に求めた値をマップ化したものを用いて、触媒入りガス温度Ｔｇａｓ、吸入空気量ＧＡ及び排ガスの空燃比Ａ／Ｆをもとにマップ検索し、触媒の酸化反応によって発生する熱量Ｑ２を設定する。また、触媒の酸化反応による発熱量は、所定の演算式によっても算出することが可能であり、触媒入りガス温度Ｔｇａｓ、吸入空気量ＧＡ及び排ガスの空燃比Ａ／Ｆをもとに随時演算を行い、この演算結果を設定しても良い。
【００３８】
続くＳ３０８では、Ｓ３０４で求めた熱量Ｑ１とＳ３０６で求めた熱量Ｑ２とをもとに、総熱量ＱをＱ＝Ｑ１＋Ｑ２として設定し、続くＳ３１０では、このような総熱量Ｑが触媒に作用した場合に、触媒床温が次の演算タイミングまでに上昇する温度となる、触媒上昇温度Ｄｃａｌを算出する。この場合、触媒上昇温度Ｄｃａｌは総熱量Ｑと触媒熱容量とから求めることができ、触媒熱容量は、触媒の比熱、密度、熱伝導率などで規定される触媒特性値であって、用いられる触媒に応じた所定の値が設定されている。
【００３９】
後述するＳ３３６で示すように、前回のルーチンにおいて、次の演算タイミングにおける触媒床温の推定演算を行った結果を、触媒床温Ｔｃａｌｏｌｄとして保存しており、続くＳ３１２では、この触媒床温Ｔｃａｌｏｌｄを読み込むと共に、この触媒床温Ｔｃａｌｏｌｄに対してＳ３１０で算出された触媒上昇温度Ｄｃａｌを加算して、次の演算タイミングにおける触媒床温の推定結果を、触媒床温Ｔｃａｌとして設定する。
【００４０】
続くＳ３１４では、Ｓ３１２で設定した触媒床温Ｔｃａｌ、すなわち次の演算タイミングにおける触媒床温の推定値が、この触媒のクライテリア温度Ｔｂを越えるかを判断する。触媒床温Ｔｃａｌがクライテリア温度Ｔｂを越えない場合には（Ｓ３１４で「Ｎｏ」）、Ｓ３２６に進み、触媒の過熱防止のために燃料噴射量が増量中であるか否かを示すＦＯＴフラグが、増量中であることを示す「ＯＮ」に設定されているかを判断する。この時点ではまだ実行されていないため（Ｓ３２６で「Ｎｏ」）、Ｓ３３２に進んで、基本噴射量ＴＡＵＰに対する増量補正係数ＦＯＴＰの値をＦＯＴＰ＝１．０に設定する。これにより、触媒過熱防止のための燃料増量補正は行われない状況となる。この後、Ｓ３３４に進んでＦＯＴフラグをＯＦＦにセットして、燃料噴射量の増量補正が実行されていないことを示す。
【００４１】
この後、Ｓ３３６に進み、今回のルーチンで推定した触媒床温Ｔｃａｌの値によってＴｃａｌｏｌｄを更新して、このルーチンを終了する。
【００４２】
一方、先のＳ３１４で「Ｙｅｓ」、すなわちＳ３１２で求めた触媒床温Ｔｃａｌがクライテリア温度Ｔｂを越えている場合には、Ｓ３１６以降に進んで、触媒床温がクライテリア温度Ｔｂを越えないように、排気ガスの温度を低下させると共に触媒の酸化反応による反応熱を抑えることで、触媒床温の上昇を抑制させるべく燃料噴射量の増量補正を実行する。
【００４３】
すなわち、Ｓ３１６では、まず触媒床温Ｔｃａｌとクライテリア温度Ｔｂとの温度偏差ｄをｄ＝Ｔｃａｌ−Ｔｂとして設定する。ここで、Ｔｃａｌ（℃）まで上昇し得る触媒床温の上昇をＴｂまでに抑えるために、低減すべき熱量を低減熱量ｑとすると、低減熱量ｑは、温度偏差ｄに前述した既知の触媒熱容量を乗じることで算出することができる。そこで続くＳ３１８では、温度偏差ｄと触媒熱容量とをもとに低減熱量ｑを算出する。
【００４４】
空燃比を燃料リッチにすることで、触媒入りガス温度Ｔｇａｓが低下すると共に、触媒の酸化反応が低減される。従って、続くＳ３２０では、吸入空気量の値がＳ３０２において読み込んだＧＡの場合に、空燃比がどの程度の燃料リッチ状態となった場合に、触媒入りガス温度Ｔｇａｓの低下分と、触媒の酸化反応の低減分との合計が、低減熱量ｑに一致するかについて算出する。この処理は、例えばＳ３０４〜Ｓ３１２の処理をいわば逆に辿ることにより求めることが可能であり、予め実験的に或いは演算により、吸入空気量ＧＡと低減熱量ｑとに応じた要求空燃比Ｒａｂｆを求めてマップ化しておき、吸入空気量ＧＡと低減熱量ｑとをもとに、対応する要求空燃比Ｒａｂｆを設定する。
【００４５】
続くＳ３２２では、Ｓ３２０で設定された要求空燃比Ｒａｂｆと、理論空燃比に対応する１４．７とをもとに、触媒の過熱を抑制させるために設定する増量補正係数ＦＯＴＰの値を、ＦＯＴＰ＝１４．７／Ｒａｂｆとして設定する。続くＳ３２４では、ＯＴＰフラグをＯＮにセットすることにより、燃料噴射量の増量制御が実行中であることを示す。そしてＳ３３６に進み、今回のルーチンのＳ３１２で設定された触媒床温Ｔｃａｌを触媒床温の前回値となるＴｃａｌｏｌｄとして設定し、このルーチンを終了する。
【００４６】
このようにＳ３１４において「Ｙｅｓ」、すなわち所定時間経過後における、推定される触媒床温Ｔｃａｌがクライテリア温度Ｔｂを越えている期間は、触媒床温Ｔｃａｌがクライテリア温度Ｔｂに一致するように、Ｓ３２２において増量補正係数ＦＯＴＰが常時設定されることになる。
【００４７】
このような増量補正係数ＦＯＴＰの設定処理が継続されるうち、所定時間経過後における触媒床温Ｔｃａｌがクライテリア温度Ｔｂ以下となった場合には、Ｓ３１４で「Ｎｏ」と判断されてＳ３２６に進み、この時点でＯＴＰフラグがＯＮにセットされているか（燃料噴射量の増量制御が実行中であるか）を判断する。Ｓ３２４においてＯＴＰフラグがＯＮにセットされているため、「Ｙｅｓ」と判断されてＳ３２８に進み、Ｓ３２０と同様な処理により要求空燃比Ｒａｂｆを算出する。
【００４８】
そして、Ｓ３３０に進み、Ｓ３２８で算出された要求空燃比Ｒａｂｆが１４．７以上であるか、すなわち算出された要求空燃比Ｒａｂｆがリーンであるかを判断する。このＳ３２８以降の処理に進む状況は、増量補正係数ＦＯＴＰの作用によって、空燃比がリッチ側に補正されている状況であり、Ｓ３３０で「Ｎｏ」、すなわちＳ３２８で算出された要求空燃比Ｒａｂｆがリッチである場合には、触媒床温Ｔｃａｌがクライテリア温度Ｔｂ以下に推移するものの、触媒床温Ｔｃａｌがクライテリア温度Ｔｂを越えないようにするため、基本燃料噴射量に対する増量補正が継続して必要な状況である。そこで、Ｓ３２８で算出された要求空燃比Ｒａｂｆがリッチである場合（Ｓ３３０で「Ｎｏ」）には、前述したＳ３２２に進んで、Ｓ３２８で算出した要求空燃比Ｒａｂｆをもとに、増量補正係数ＦＯＴＰを設定する。
【００４９】
これに対し、Ｓ３２８で算出された要求空燃比Ｒａｂｆが、リーン或いは理論空燃比である場合（Ｓ３３０で「Ｙｅｓ」）には、基本燃料噴射量に対する増量補正が不要な領域であり、空燃比を理論空燃比に制御する空燃比フィードバック制御を直ちに開始させることが、燃費や排気エミッションを低減させる観点からも望ましい。この場合にはＳ３２２に進んで増量補正係数ＦＯＴＰ＝１．０に設定し、この後、Ｓ３３４に進みＯＴＰフラグをＯＦＦにリセットして、燃料噴射量の増量制御が行われていないことを示す。そしてＳ３３６に進んで触媒床温Ｔｃａｌを触媒床温の前回値となるＴｃａｌｏｌｄとして設定し、このルーチンを終了する。
【００５０】
通常、このような制御処理では、制御上用いる触媒のクライテリア温度Ｔｂとしては、触媒の実際のクライテリア温度よりも低い温度を設定し、その分、基本燃料噴射量に対する増量補正分を多くとって対応している。この点、本実施形態で示す制御処理を実行することにより、排気ガスから触媒に与えられる熱量に加えて、触媒の反応状態を予測して酸化反応による発熱量も考慮するため、触媒の到達温度をより一層厳密に推定し、かつ制御することが可能となるため、信頼性の高い制御処理を実施することができる。このため、制御上設定する触媒のクライテリア温度Ｔｂとして、触媒の実際のクライテリア温度を設定することも可能であり、これにより基本燃料噴射量に対する増量補正分を必要最低限に抑えられ、燃費及び排気エミッションの悪化をより一層低減させることが可能となる。
【００５１】
第２の実施形態について説明する。
前述した第１の実施形態では、触媒入りガス温度Ｔｇａｓを排気温度センサ２３によって検出する場合について説明したが、他の手法により触媒入りガス温度Ｔｇａｓを検知する場合の実施形態を図６のフローチャートに示す。
【００５２】
このルーチンは所定の時間間隔、例えば４ｍｓ毎に起動する。まずＳ４０２では吸入空気量ＧＡ、排気ガスの空燃比Ａ／Ｆ、エンジン回転数ＮＥの検出結果をそれぞれ読み込む。続くＳ４０４では、例えば図７に示す排気ガス温度マップから、触媒入りガス温度Ｔｇａｓを設定する。この排気ガス温度マップは、各空燃比Ａ／Ｆ毎に、エンジン回転数ＮＡと吸入空気量ＧＡとに応じた触媒入りガス温度Ｔｇａｓをマップ化して備えており、まず、Ｓ４０２で読み込んだ排気ガスの空燃比Ａ／Ｆに対応する排気ガス温度マップを特定し、この特定したマップをもとに、エンジン回転数ＮＥと吸入空気量ＧＡとに応じた排気ガス温度を読み込み、触媒入りガス温度Ｔｇａｓとして設定する。
【００５３】
以降の処理は、図５に示すフローチャートと同一であり、図５に示した処理ステップと同一の処理ステップには、同一のステップ番号を付して示し、説明は省略する。
【００５４】
増量補正係数ＦＯＴＰ設定ルーチンとして、図６に示すルーチンを採用した場合には、排気温度センサ２３が不要となり、その分、部品点数が低減され、また、排気温度の好適な計測が困難な場合にも、運転状況に応じて排気温度を好適に推定することが可能となる。
【００５５】
第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態にかかる増量補正係数設定ルーチンについて、図８のフローチャートに沿って説明する。
【００５６】
このルーチンは、例えば、空燃比フィードバック制御の実行条件が成立したタイミングで起動し、この後は、所定時間経過毎（例えば１ｍｓ毎）に起動する。
【００５７】
まずＳ５０２では、吸入空気量ＧＡ、エンジン回転数ＮＥの検出結果をそれぞれ読み込み、続くＳ５０４では、図９に示す触媒温度マップをもとに、読み込んだ吸入空気量ＧＡ、エンジン回転数ＮＥの値に応じた触媒温度を読み込み、触媒温度Ｔｃａｔとする。図９の触媒温度マップは、空燃比が理論空燃比（λ＝１）で安定した状況の触媒温度を示しており、空燃比が理論空燃比（λ＝１）の場合における、吸入空気量ＧＡ及びエンジン回転数ＮＥに応じた触媒床温を規定したマップである。この時点で排気ガスの空燃比が理論空燃比（λ＝１）に維持されるように空燃比のフィードバック制御が実行されているため、空燃比λ＝１の場合における触媒温度マップを用いている。
【００５８】
続くＳ５０６では、Ｓ５０４で設定した触媒温度Ｔｃａｔが、触媒のクライテリア温度Ｔｂよりも高温であるかを判断する。触媒温度Ｔｃａｔが、触媒のクライテリア温度Ｔｂ以下の場合には（Ｓ５０６で「Ｎｏ」）、Ｓ５２６に進み、Ｓ５０４で読み込んだ触媒温度Ｔｃａｔを、次の演算タイミングにおける触媒温度Ｔｃａｔｏｌｄとして設定する。従って、このルーチンが１ｍｓ毎に起動する場合には、１ｍｓ後の触媒温度がＴｃａｔｏｌｄとして設定される。
【００５９】
この後、Ｓ５２８に進んで増量補正係数ＦＯＴＰ＝１．０に設定し、Ｓ５３０に進みＯＴＰフラグをＯＦＦにセットして、燃料噴射量の増量制御が行われていないことを示し、このルーチンを終了する。
【００６０】
これに対し、Ｓ５０４で設定した触媒温度Ｔｃａｔが触媒のクライテリア温度Ｔｂよりも高温である場合には（Ｓ５０６で「Ｙｅｓ」）、Ｓ５０８に進み、先に図７に示した排気ガス温度マップのうちで、空燃比λ＝１の場合におけるマップから、吸入空気量ＧＡ、エンジン回転数ＮＥに応じた排気ガス温度を読み込み、この値を触媒入りガス温度Ｔｇａｓとして設定する。
【００６１】
続くＳ５１０では、図６のフローチャートにおけるＳ３０４、Ｓ３０６と同様にして、触媒入りガス温度Ｔｇａｓと吸入空気量ＧＡとをもとに、排気ガスが持つ熱量Ｑ１と、触媒の酸化反応によって発生する熱量Ｑ２とをそれぞれ求める。なおこの際、排気ガスの空燃比はλ＝１の理論空燃比であるとする。そして続くＳ５１２では、求めた熱量Ｑ１と熱量Ｑ２とをもとに、総熱量ＱをＱ＝Ｑ１＋Ｑ２として設定する。
【００６２】
続くＳ５１４では、先に説明したＳ３１０と同様な演算手法により、この総熱量Ｑが触媒に作用した場合に、触媒温度が次のルーチンにおける演算タイミング（次のルーチンが１ｍｓ毎に起動する場合には、１ｍｓ後）までに上昇する温度となる、触媒上昇温度Ｄｃａｌを算出する。
【００６３】
そしてＳ５１６では、例えば先のＳ５２６で設定した触媒温度Ｔｃａｔｏｌｄに対して、触媒上昇温度Ｄｃａｌを加算し、その結果を触媒温度Ｔｃａｔｏｌｄの値として更新する。これにより、次回の演算タイミングにおける触媒温度Ｔｃａｔｏｌｄの値が更新される。
【００６４】
続く５１８では、Ｓ５１６で更新した触媒温度Ｔｃａｔｏｌｄが、この触媒のクライテリア温度Ｔｂを越えるかを判断する。触媒温度Ｔｃａｔｏｌｄがクライテリア温度Ｔｂを越えない場合には（Ｓ５１８で「Ｎｏ」）、先に説明したＳ５２８に進んで増量補正係数ＦＯＴＰ＝１．０に設定し、Ｓ５３０に進みＯＴＰフラグをＯＦＦにセットして、燃料噴射量の増量制御が行われていないことを示し、このルーチンを終了する。
【００６５】
これに対し、触媒温度Ｔｃａｔｏｌｄがクライテリア温度Ｔｂを越える場合には（Ｓ５１８で「Ｙｅｓ」）、Ｓ５２０に進んでＯＴＰフラグをＯＮにセットして、燃料噴射量の増量制御が開始されたことを示す。そして、続くＳ６００では、図５或いは図６のフローチャートで示した一連の、増量補正係数ＦＯＴＰの設定処理が実行される。
【００６６】
Ｓ６００で増量補正係数ＦＯＴＰが設定された後、Ｓ５２４に進み、Ｓ６００で実施された増量補正係数ＦＯＴＰの設定処理によって、ＯＴＰフラグがＯＦＦにリセットされたかを判断し、「Ｎｏ」の場合には再びＳ６００に戻り、増量補正係数ＦＯＴＰの設定処理が継続される。従って、Ｓ６００における増量補正係数ＦＯＴＰの設定処理が一度開始されると、このＳ６００の設定処理においてＯＴＰフラグがＯＦＦにリセットされるまで、Ｓ６００が繰り返し実行される。そして、Ｓ６００における増量補正係数ＦＯＴＰの設定処理で、ＯＴＰフラグがＯＦＦにリセットされると、Ｓ５２４で「Ｙｅｓ」と判断されて、このルーチンが終了する。
【００６７】
このように図８のルーチンは、主として、増量補正係数ＦＯＴＰの設定処理の開始タイミングを規定したルーチンであり、触媒温度Ｔｃａｔが触媒のクライテリア温度Ｔｂよりも高温となった場合であっても（Ｓ５０６で「Ｙｅｓ」）、次の演算タイミングの際に到達している触媒温度Ｔｃａｔｏｌｄが、この触媒のクライテリア温度Ｔｂを越えていない場合には（Ｓ５１８で「Ｎｏ」）、Ｓ６００の増量補正係数ＦＯＴＰ設定処理が開始されず、この触媒温度Ｔｃａｔｏｌｄがクライテリア温度Ｔｂを越えるまで、Ｓ６００の開始タイミングが遅延される。
【００６８】
このようなルーチンを実行することにより、増量補正係数ＦＯＴＰの設定制御が開始されるタイミングを遅延させる遅延期間を設けることができ、これにより、基本噴射量に対する増量補正が真に必要な状況の直前まで、排気の空燃比を理論空燃比に維持する空燃比フィードバック制御を実施することができる。
【００６９】
以上説明した各実施形態では、内燃機関の負荷状態を示す値として、吸入空気量を検出する場合について説明したが、この他にも、例えば、サージタンク１１内の吸気負圧を、吸入空気量の代用特性値として用いることもできる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置は、排気から触媒に与えられる熱量に加えて、機関負荷や空燃比などから触媒での反応状態を予測して酸化反応による熱量も常に考慮して、触媒の到達温度を推定する推定手段を備える構成を採用した。
【００７１】
これにより、内燃機関の運転状態が変化した場合にも推定処理に変更を加えることなく、実際の到達温度に即するように、触媒の到達温度をより一層厳密に推定できる。このため、触媒上限温度を実際の触媒クライテイア温度まで引き上げることができ、その分、不要な燃料増分を設定することなく、燃費及び排気エミッションの悪化を十分に低減させることが可能となる。
【００７２】
請求項２にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置は、第１推定手段と第２推定手段でそれぞれ推定した触媒の到達温度が、触媒上限温度を超えた場合に、基本噴射量に対する増量補正を開始させる補正開始制御手段を備える構成を採用した。
【００７３】
従って、触媒反応の熱量と排気の熱量との双方を考慮して第２推定手段で推定された触媒の到達温度が触媒上限温度を超えるまで、補正量設定手段の制御処理の開始時期が遅延する、いわゆる制御開始の遅延期間を設けることができる。これにより、基本噴射量に対する増量補正が真に必要な状況の直前まで、排気の空燃比を理論空燃比に維持する空燃比フィードバック制御を実施することができるので、燃費及び排気エミッションの悪化を十分に低減させることが可能となる。
【００７４】
請求項３にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項２における補正量設定手段が、低減熱量演算手段と設定手段とを備えることにより、排気から触媒に与えられる熱量に加えて、触媒での反応状態を予測して酸化反応による熱量も考慮して増量補正分を設定することが可能となり、このため、増量補正量として余分な増量分を含めることなく、増量補正分を極めて厳密に設定することが可能となり、これにより、燃費及び排気エミッションの悪化を十分に低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の燃料噴射制御装置の構成を概略的に示す構成図である。
【図２】制御装置における入出力関係を示すブロック図である。
【図３】噴射量設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】空燃比フィードバック制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】増量補正係数設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態かかる増量補正係数設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】吸入空気量とエンジン回転数とに応じた排気ガス温度をマップ化した排気ガス温度マップである。
【図８】第３の実施形態かかる増量補正係数設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】空燃比λ＝１における、吸入空気量とエンジン回転数とに応じた触媒温度をマップ化した触媒温度マップである。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１３…吸気マニホールド、１４…排気マニホールド、
１５…触媒コンバータ、２０…エアーフローメータ、２１…回転数センサ、
２２…空燃比センサ、２３…排気温度センサ、３０…電子制御装置、
４０…フューエルインジェクタ。
【図１】
2004060563.tif 000003
【図２】
2004060563.tif 000004
【図３】
2004060563.tif 000005
【図４】
2004060563.tif 000006
【図５】
2004060563.tif 000007
【図６】
2004060563.tif 000008
【図７】
2004060563.tif 000009
【図８】
2004060563.tif 000010
【図９】
2004060563.tif 000011