(57)【要約】【課題】この発明は、アルコール燃料の噴射量が増量される場合に、燃料カットを適切なタイミングで実行及び禁止することを目的とする。【解決手段】ＥＣＵ６０は、燃料中のアルコール濃度Ｅとエンジン水温Ｔwとに基いて燃料増量値Ｈを算出し、この燃料増量値Ｈを燃料噴射量に反映させる。また、エンジンの予測回転数Ｒが上限判定値以上Ｒ1である場合には、燃料増量値Ｈ及び予測回転数Ｒが小さくなる許可領域のみにおいて燃料カットを許可し、燃料増量値Ｈまたは予測回転数Ｒが許可領域から外れる禁止領域において燃料カットを禁止する。これにより、多量の未燃燃料が触媒２４に付着し易い領域では燃料カットを禁止し、未燃燃料の後燃え等により触媒２４が過熱状態となるのを防止することができる。従って、触媒２４を劣化や損傷から保護し、ＦＦＶ等の排気エミッションを向上させることができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコール成分を含む燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料が燃焼して生じた排気ガスを浄化する触媒と、
燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
少なくとも燃料中のアルコール濃度と機関温度とに基いて、前記燃料噴射弁の基本燃料噴射量に対する噴射燃料の増量分である燃料増量値を算出する増量補正手段と、
内燃機関の運転状態に基いて予測される機関回転数の予測値である予測回転数が所定の上限判定値以上である場合に、前記燃料増量値または当該燃料増量値と相関があるパラメータと前記予測回転数とに基いて、燃料カットの許可及び禁止を判定する燃料カット判定手段と、
燃料カットが許可された場合にのみ、前記燃料噴射弁を停止して燃料カットを実行する燃料カット手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料カット判定手段は、前記燃料増量値及び前記予測回転数がそれぞれの許可判定値よりも小さくなる所定の領域において燃料カットを許可し、前記燃料増量値と前記予測回転数のうち少なくとも一方が前記許可領域から外れて大きくなる領域において燃料カットを禁止する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記予測回転数が前記上限判定値未満の場合でも、前記燃料増量値または前記パラメータと前記触媒の温度とに基いて燃料カットの許可及び禁止を判定する他の燃料カット判定手段を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃料カット手段により燃料カットが許可されても、燃料カットに起因するトルク変動量が許容限度を超える場合に、燃料カットを禁止するトルク変動回避手段を備えてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
吸気バルブの開弁特性を可変に設定する可変動弁機構と、
燃料カットが禁止された場合に、前記可変動弁機構により前記吸気バルブの開弁特性を変更して吸入空気量を制限する吸気量制限手段と、
を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
少なくとも燃料の蒸発速度に対応するパラメータに基いて前記触媒に到達する未燃燃料の量を推定する未燃燃料量推定手段を備え、
前記燃料カット判定手段は、燃料カットの許可及び禁止を判定するときに、前記未燃燃料量推定手段により推定された未燃燃料量の推定値も判定結果に反映させる構成としてなる請求項１または３に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＦＦＶ（Flexible-Fuel Vehicle）等の車両に搭載され、運転状態に応じて燃料カットを行う機能を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００１−１５２９４２号公報）に開示されているように、触媒の温度状態に基いて燃料カットの禁止及び許可を行う構成とした内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、触媒温度が高い場合に、燃料カットを禁止して触媒の熱劣化を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５２９４２号公報
【特許文献２】特開２００７−１２０３８９号公報
【特許文献３】特開平１１−５０８８５号公報
【特許文献４】特開２００６−１１２２８９号公報
【特許文献５】特開２００７−３０３３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術は、アルコール燃料を使用しない通常のガソリンエンジンにおいて、一定の効果を得ることができる。しかし、この制御をＦＦＶ等の車両に適用する場合には、次のような問題が生じる。一般に、アルコール燃料は、ガソリンと比較して気化し難いので、ＦＦＶにおいて低温状態で加速が行われるとき（低温加速時）には、燃料噴射量が大きく増量される傾向がある。この結果、低温加速時には、多量の未燃燃料が触媒に到達しており、この状態で燃料カットが実行されて触媒に酸素が供給されると、触媒内で未燃燃料の燃焼（後燃え）が生じ易い。即ち、従来技術では、低温加速時などに、未燃燃料の後燃えによって触媒の劣化や損傷が生じたり、排気エミッションや運転性が悪化するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、低温始動等によりアルコール燃料の噴射量が増量される場合に、燃料カットを適切なタイミングで実行及び禁止し、排気エミッションや運転性を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、アルコール成分を含む燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料が燃焼して生じた排気ガスを浄化する触媒と、
燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
少なくとも燃料中のアルコール濃度と機関温度とに基いて、前記燃料噴射弁の基本燃料噴射量に対する噴射燃料の増量分である燃料増量値を算出する増量補正手段と、
内燃機関の運転状態に基いて予測される機関回転数の予測値である予測回転数が所定の上限判定値以上である場合に、前記燃料増量値または当該燃料増量値と相関があるパラメータと前記予測回転数とに基いて、燃料カットの許可及び禁止を判定する燃料カット判定手段と、
燃料カットが許可された場合にのみ、前記燃料噴射弁を停止して燃料カットを実行する燃料カット手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明によると、前記燃料カット判定手段は、前記燃料増量値及び前記予測回転数がそれぞれの許可判定値よりも小さくなる所定の領域において燃料カットを許可し、前記燃料増量値と前記予測回転数のうち少なくとも一方が前記許可領域から外れて大きくなる領域において燃料カットを禁止する構成としている。
【０００８】
第３の発明は、前記予測回転数が前記上限判定値未満の場合でも、前記燃料増量値または前記パラメータと前記触媒の温度とに基いて燃料カットの許可及び禁止を判定する他の燃料カット判定手段を備える。
【０００９】
第４の発明は、前記燃料カット手段により燃料カットが許可されても、燃料カットに起因するトルク変動量が許容限度を超える場合に、燃料カットを禁止するトルク変動回避手段を備える。
【００１０】
第５の発明は、吸気バルブの開弁特性を可変に設定する可変動弁機構と、
燃料カットが禁止された場合に、前記可変動弁機構により前記吸気バルブの開弁特性を変更して吸入空気量を制限する吸気量制限手段と、を備える。
【００１１】
第６の発明は、少なくとも燃料の蒸発速度に対応するパラメータに基いて前記触媒に到達する未燃燃料の量を推定する未燃燃料量推定手段を備え、
前記燃料カット判定手段は、燃料カットの許可及び禁止を判定するときに、前記未燃燃料量推定手段により推定された未燃燃料量の推定値も判定結果に反映させる構成としている。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、アルコール燃料の使用により燃料増量値が増加して、多量の未燃燃料が触媒に付着し易い場合には、燃料カットを禁止することができる。これにより、未燃燃料の後燃え等により触媒が過熱状態となるのを防止し、触媒を劣化や損傷から保護することができ、排気エミッションを向上させることができる。
【００１３】
第２の発明によれば、燃料増量値及び予測回転数が小さく、触媒に付着する未燃燃料の量が比較的少ない場合には、燃料カットにより内燃機関の過回転を防止することができる。また、予測回転数が上限判定値以上となっても、燃料増量値または予測回転数が大きく、触媒に付着する未燃燃料の量が多い場合には、燃料カットを禁止することができる。
【００１４】
第３の発明によれば、予測回転数が上限判定値未満の状態でも、燃料増量値または触媒温度が大きい場合には、触媒の劣化や損傷が生じ易いと判断し、燃料カットを禁止することができる。従って、高回転以外の理由により燃料カットの要求が生じた場合でも、燃料カットを的確なタイミングで禁止し、触媒を保護することができる。
【００１５】
第４の発明によれば、トルク変動回避手段は、燃料カット手段により燃料カットが許可されても、燃料カットに起因するトルク変動量が許容限度を超える場合に、燃料カットを禁止することができる。これにより、トルクショックを防止し、運転性を向上させることができる。
【００１６】
第５の発明によれば、吸気量制限手段は、燃料カットが禁止された状態において、機関回転数の過剰な上昇や未燃燃料の後燃えが生じないように空気量を適切に制限することができる。従って、内燃機関の過回転や触媒の過熱を防止し、システムを保護することができる。
【００１７】
第６の発明によれば、燃料カットの可否を判定するときに、未燃燃料の量も考慮することができる。従って、他のパラメータによれば燃料カットが許可されるような状況でも、触媒に付着する未燃燃料が多い場合には、燃料カットを禁止して触媒を確実に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。
【図２】燃料中のアルコール（エタノール）濃度と蒸気圧との関係を示す特性線図である。
【図３】冷間始動時に発生する未燃燃料の量（ＮＭＯＧ）をアルコールの濃度別に示す特性線図である。
【図４】燃料中のアルコール濃度Ｅとエンジン水温Ｔwとに基いて燃料増量値Ｈを設定するための特性線図である。
【図５】予測回転数Ｒと燃料増量値Ｈとに基いて燃料カットの可否を判定するためのデータマップである。
【図６】燃料カットの実行前，後における触媒温度の変化を示す特性線図である。
【図７】触媒温度Ｔcと燃料増量値Ｈとに基いて燃料カットの可否を判定するためのデータマップである。
【図８】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【図９】実施の形態の１の変形例において、予測回転数Ｒ（または触媒温度Ｔc）とエンジン水温Ｔwとに基いて燃料カットの可否を判定するためのデータマップである。
【図１０】本発明の実施の形態２において、吸気温度及び筒内圧に対する蒸発速度定数Ｃeの特性を示す特性線図である。
【図１１】気液相対速度及び筒内圧に対する蒸発速度定数Ｃeの特性を示す特性線図である。
【図１２】気液相対速度及び吸気温度に対する蒸発速度定数Ｃeの特性を示す特性線図である。
【図１３】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図９を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、ＦＦＶ等の車両に搭載される内燃機関として多気筒型のエンジン１０を備えている。エンジン１０は、例えばメタノール、エタノール等のアルコール成分を含む燃料（アルコール燃料）及びガソリンが使用可能となっている。なお、図１は、エンジン１０に搭載された複数気筒のうちの１気筒を例示したものである。エンジン１０の各気筒には、ピストン１２により燃焼室１４が形成されており、ピストン１２はクランク軸１６に連結されている。また、エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１８を備えており、吸気通路１８には、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２０が設けられている。
【００２０】
一方、エンジン１０は、各気筒の排気ガスを排出する排気通路２２を備えており、排気通路２２には、排気ガスを浄化する三元触媒等の触媒２４が設けられている。また、エンジンの各気筒は、例えば吸気通路１８（吸気ポート）及び燃焼室１４内（筒内）にそれぞれ燃料を噴射する２つの燃料噴射弁２６，２８と、混合気に点火する点火プラグ３０と、吸気通路１８を筒内に対して開閉する吸気バルブ３２と、排気通路２２を筒内に対して開閉する排気バルブ３４とを備えている。なお、本発明では、必ずしも２つの燃料噴射弁２６，２８を備える必要はなく、一方の燃料噴射弁のみを用いてもよい。
【００２１】
また、エンジン１０は、吸気側及び排気側の可変動弁機構３６，３８を備えている。まず、吸気側について説明すると、吸気可変動弁機構３６は、例えば日本特開２００８−４５４６０号公報に記載されているような公知の構成を有している。具体的に説明すると、吸気可変動弁機構３６は、それぞれ揺動可能に支持された２本のアームと、アクチュエータにより回転駆動される制御軸とを有している。各アームが連結された状態では、吸気バルブ用の駆動カムから一方のアームにカム力が入力されると、このカム力が他方のアームに伝達され、吸気バルブ３２が開閉する。また、カム力に対する他方のカムの揺動量は、制御軸の回転角に応じて変化し、これに伴って吸気バルブ３２の開弁特性（開閉タイミング及びリフト量）が変化するように構成されている。
【００２２】
なお、本発明では、可変動弁機構３６として、例えば特開２００７−１６７１０号公報に記載されている電磁駆動式の動弁機構等や、特開２０００−８７７６９号公報に号公報に記載されているＶＶＴ（Variable Valve Timing system）等を用いてもよい。一方、排気可変動弁機構３８も、吸気可変動弁機構３６とほぼ同様に構成されており、排気バルブ３４の開弁特性を可変に設定することができる。なお、本実施の形態では、２つの可変動弁機構３６，３８を用いる場合を例示したが、本発明はこれに限らず、吸気可変動弁機構３６のみを搭載する構成としてもよい。
【００２３】
また、本実施の形態のシステムは、エンジンの制御に必要な各種のセンサからなるセンサ系統と、エンジンの運転状態を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）６０とを備えている。まず、センサ系統について述べると、クランク角センサ４０は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力するもので、エアフローセンサ４２は、エンジンの吸入空気量を検出する。また、水温センサ４４はエンジン冷却水の温度（エンジン水温）を検出し、空燃比センサ４６は排気空燃比を連続的な値として検出し、触媒温度センサ４８は触媒２４の床温（触媒温度）を検出する。
【００２４】
また、アルコール濃度センサ５０は、燃料中のアルコール濃度を検出するもので、本実施の形態のアルコール濃度検出手段を構成している。センサ系統には、この他にも、アクセル操作量（アクセルペダルの踏込み量）を検出するセンサ等を含む各種のセンサが含まれており、各センサはＥＣＵ６０の入力側に接続されている。ＥＣＵ６０の出力側には、スロットルバルブ２０、燃料噴射弁２６，２８、点火プラグ３０、可変動弁機構３６，３８等のアクチュエータが接続されている。
【００２５】
そして、ＥＣＵ６０は、センサ系統により検出したエンジンの運転情報に基いて各アクチュエータを駆動し、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ４０の出力に基いてエンジン回転数（機関回転数）とクランク角とを検出し、エアフローセンサ４２により吸入空気量を検出する。また、エンジン回転数と吸入空気量とに基いて負荷率（機関負荷）を算出し、吸入空気量、負荷率、燃料中のアルコール濃度等に基いて燃料噴射量を算出する。このとき、ＥＣＵ６０は、後述のように、エンジン水温等に基いて燃料噴射量を増量補正する。また、ＥＣＵ６０は、クランク角に基いて燃料噴射時期及び点火時期を決定する。そして、燃料噴射時期が到来した時点で燃料噴射弁２６，２８を駆動し、点火時期が到来した時点で点火プラグ３０を駆動する。これにより、各気筒で混合気を燃焼させ、エンジンを運転することができる。また、ＥＣＵ６０は、空燃比センサ４６の出力等に基いて、排気空燃比が目標空燃比（理論空燃比）と一致するように燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比制御を実行する。
【００２６】
［実施の形態１の特徴］
一般に、ガソリンエンジンにおいては、エンジン回転数が規定の上限回転数に到達した場合に、燃料カットを実行して回転数を低下させる制御（以下、高回転燃料カットと称す）が知られている。しかし、アルコール燃料の使用時には、噴射燃料が気化し難いため、上記状況で燃料カットを実行すると、未燃燃料が触媒２４に到達することになり、触媒の劣化や損傷が生じ易い。以下、図２及び図３を参照して、この問題について説明する。図２は、燃料中のアルコール（エタノール）濃度と蒸気圧との関係を示す特性線図である。この図に示すように、アルコール燃料は、燃料中のアルコール濃度が高くなるにつれて気化し難くなる。特に、低温での加速時（低温加速時）には、燃料噴射量が大きく増量されるので、気化し切れない多量の未燃燃料が触媒２４に付着し易い。
【００２７】
図３は、冷間始動時に発生する未燃燃料の量（ＮＭＯＧ）をアルコールの濃度別に示したものである。図３中の下図おいて、「Ｅ８５」及び「Ｅ０」は、それぞれアルコール濃度が８５％と０％の燃料を用いた場合のＮＭＯＧを示している。ＮＭＯＧは、特に始動〜Ｆ．Ｉ．（ファーストアイドル運転）にかけて増加する傾向がある。このように多量の未燃燃料が高温の触媒に付着した状態で、燃料カットにより触媒に空気（酸素）が供給されると、未燃燃料の後燃え等により触媒が過熱状態となり、場合によっては触媒が溶損する。この現象は、アルコール燃料の使用時において、低温での加速から燃料カットへと移行した場合に特に発生し易い。一方、図３中の上図は、エンジン回転数の変化を示している。アルコール燃料は、その特性上、層流火炎速度が速く、ＭＢＴ（Minimum spark advance for Best Torque）が遅角側に移動するので、ガソリンと比較して同一の点火時期におけるトルクが増加する。このため、燃料カットの実行時には、ガソリンよりも大きなトルクショック（トルク段差）が発生し易い。
【００２８】
（第１の燃料カット判定制御）
上記問題を解決するために、本実施の形態では、加速時等に予測されるエンジン回転数の予測値（予測回転数）Ｒが所定の上限判定値Ｒ1以上の場合に、後述の燃料増量値Ｈと予測回転数Ｒとに基いて高回転燃料カットの許可及び禁止を判定する構成としている。ここで、上限判定値Ｒ1は、高回転燃料カットの要否を判定するための判定値であり、エンジンの上限回転数（所謂レッドゾーン）に応じて予め設定されている。従来のガソリンエンジンでは、予測回転数Ｒが上限判定値Ｒ1となった場合に、高回転での燃料カットを無条件で実行する。
【００２９】
予測回転数Ｒは、加速時にエンジン回転数が到達すると予測される見込み回転数であり、例えばエンジンの運転状態や運転者のアクセル操作等に基いてデータマップから算出される。また、燃料増量値Ｈは、冷間時等に燃料噴射量を増量させるためのパラメータであり、図４に示すように、燃料中のアルコール濃度Ｅとエンジン水温Ｔwとに基いて可変に設定される。この図に示すように、燃料増量値Ｈは、エンジン水温Ｔwが低いほど、また、アルコール濃度Ｅが高いほど、増加するように設定されている。そして、燃料噴射制御では、エンジンの吸入空気量や負荷率等に基いて算出された基本燃料噴射量に対して、燃料増量値Ｈを含む各種の補正項が加算されることにより、最終的な燃料噴射量が算出される。なお、上記説明では、燃料増量値Ｈの算出に用いる機関温度の一例としてエンジン水温を例示したが、機関温度としては、潤滑油の温度等を用いてもよい。
【００３０】
次に、図５は、予測回転数Ｒと燃料増量値Ｈとに基いて燃料カットの可否を判定するためのデータマップである。本実施の形態では、図５に示すように、燃料増量値Ｈ及び予測回転数Ｒがそれぞれの許可判定値よりも小さくなる所定の領域（許可領域）において燃料カットを許可し、燃料増量値Ｈと予測回転数Ｒのうち少なくとも一方が許可領域から外れて大きくなる領域（禁止領域）において燃料カットを禁止する。なお、燃料増量値Ｈの許可判定値と予測回転数Ｒの許可判定値は、図５のデータマップにおける許可領域と禁止領域との境界として得られるものである。
【００３１】
ここで、許可領域は、高回転燃料カットを実行しても触媒温度が許容限度以下となる領域に対応するもので、許可領域と禁止領域との境界は、次のように設定される。図６は、燃料カットの実行前，後における触媒温度の変化を示す特性線図である。この図に示すように、燃料カットの実行時には、燃料増量値Ｈが増加するほど、触媒温度が大きく上昇する傾向がある。そして、燃料増量値Ｈがある程度以上増加すると、触媒温度が許容限度（性能担保上限温度）を超えて上昇し、劣化や溶損が生じ易くなる。
【００３２】
また、燃料カットの実行時には、エンジン回転数が高くなるにつれて空気の供給量が増加し、触媒温度が上昇する傾向があり、ある程度以上の回転数では、触媒温度が許容限度よりも高くなる。従って、図５中の許可領域は、これらの傾向に基いて、燃料カットを実行した場合の触媒温度が許容限度以下となる領域として設定されている。そして、本実施の形態では、高回転燃料カットの要求が生じた場合（予測回転数Ｒ≧上限判定値Ｒ1が成立する場合）に、図５に示すデータマップに基いて燃料カットの可否を判定し、燃料カットが許可された場合にのみ、燃料噴射弁２６，２８を停止して燃料カットを実行する。
【００３３】
本制御によれば、燃料増量値及び予測回転数が小さく、触媒に付着する未燃燃料の量が比較的少ない場合には、燃料カットによりエンジンの過回転を防止することができる。また、高回転燃料カットの要求が生じても、燃料増量値または予測回転数が大きく、触媒に付着する未燃燃料の量が多い場合には、燃料カットを禁止することができる。
【００３４】
（第２の燃料カット判定制御）
上記第１の燃料カット判定制御では、高回転燃料カットの可否を判定したが、エンジンの運転中には、高回転燃料カットの要求が生じていない場合（予測回転数Ｒ＜上限判定値Ｒ1が成立する場合）でも、減速時燃料カット等のような他の燃料カット要求が生じることがある。この場合にも、燃料増量値Ｈの大きさや触媒の温度状態によっては、燃料カットにより触媒の劣化、損傷が生じる虞れがあるので、本実施の形態では、以下に述べる第２の燃料カット判定制御を実行する構成としてもよい。
【００３５】
第２の燃料カット判定制御では、予測回転数Ｒ＜上限判定値Ｒ1が成立する場合において、触媒温度Ｔcと燃料増量値Ｈとに基いて燃料カットの許可及び禁止を判定する。図７は、これらのパラメータに基いて燃料カットの可否を判定するためのデータマップである。このデータマップは、燃料増量値Ｈ及び触媒温度Ｔcがそれぞれの許可判定値よりも小さくなる所定の許可領域において燃料カットを許可し、燃料増量値Ｈと触媒温度Ｔcのうち少なくとも一方が許可領域から外れて大きくなる禁止領域において、燃料カットを禁止するように設定されている。また、燃料増量値Ｈの許可判定値と触媒温度Ｔcの許可判定値は、図７のデータマップにおける許可領域と禁止領域との境界として得られる。この境界は、前記第１の燃料カット判定制御の場合とほぼ同様に、燃料カットを実行した場合の触媒温度が許容限度以下となるように設定されている。
【００３６】
本制御によれば、予測回転数Ｒが上限判定値Ｒ1未満の状態でも、燃料増量値Ｈまたは触媒温度Ｔcが大きい場合には、触媒の劣化や損傷が生じ易いと判断し、燃料カットを禁止することができる。従って、高回転以外の理由により燃料カットの要求が生じた場合でも、燃料カットを的確なタイミングで禁止し、触媒２４を保護することができる。
【００３７】
（第３の燃料カット判定制御）
燃料カットの実行時には、前述のようにトルクショックが発生し、運転性が悪化することがある。このため、本実施の形態では、上記第１，第２の燃料カット判定制御により燃料カットが許可されても、当該燃料カットに起因するトルク変動量が許容限度を超える場合に、トルク変動の回避を目的として燃料カットを禁止してもよい。ここで、燃料カットに起因するトルク変動量は、燃料増量Ｈが大きいほど、また、予測回転数が高いほど大きくなる特性がある。この特性はデータマップ等としてＥＣＵ６０に予め記憶されており、ＥＣＵ６０は、当該データマップに基いて算出したトルク変動量と許容限度との大小関係を判定する。この制御によれば、燃料カットにより生じるトルクショックを防止し、運転性を向上させることができる。
【００３８】
（吸気量制限制御）
また、上記第１〜第３の燃料カット判定制御の何れかにより燃料カットを禁止した場合には、吸気量制限制御を実行してもよい。吸気量制限制御では、吸気可変動弁機構３６により吸気バルブ３２のリフト量を減少させ、筒内への流入空気量を抑制する。この制御によれば、燃料カットを禁止した状態において、エンジン回転数の過剰な上昇や未燃燃料の後燃えが生じないように空気量を適切に制御することができる。従って、エンジンの過回転や触媒の過熱を防止し、システムを保護することができる。
【００３９】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図８を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰返し実行されるものとする。図８に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、燃料中のアルコール濃度Ｅを検出し、ステップ１０２では、前述の燃料増量値Ｈを算出する。なお、基本噴射量の算出処理は、図８と異なるルーチンで並列に実行されるので、本ルーチンには記載していない。次に、ステップ１０４では、高回転燃料カットの要否、即ち、予測回転数Ｒが上限判定値Ｒ1以上であるか否かを判定する。
【００４０】
そして、ステップ１０４の判定が成立した場合には、ステップ１０６において、予測回転数Ｒと燃料増量値Ｈとに基いて図５のデータマップから燃料カットの可否を判定する。この判定結果は後述のステップ１１２に反映される。一方、ステップ１０４の判定が不成立の場合には、減速時燃料カット等を含む他の燃料カットの要求があるか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ１１０において、触媒温度Ｔcと燃料増量値Ｈとに基いて図７のデータマップから燃料カットの可否を判定する。この判定結果はステップ１１２に反映される。
【００４１】
次に、ステップ１１２では、前記ステップ１０６またはステップ１１０の判定結果に基いて、燃料カットを許可するか否かを判定する。ここで、燃料カットが許可された場合には、ステップ１１４において、トルク変動量が許容限度以下であるか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップ１１６において、燃料カットを実行する。そして、燃料カットの実行後には、ステップ１１８において、噴射燃料を燃焼させる通常の運転を開始する。一方、ステップ１１２，１１４の何れかで判定が不成立となった場合には、燃料カットが禁止されたので、ステップ１２０では、前述した吸気量制限制御の実行状態を示すフラグを「ＯＮ」に設定し、ステップ１２２では、吸気可変動弁機構３６により吸気量制限制御（ＧＡ低減運転）を実行する。
【００４２】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、アルコール燃料の使用により燃料増量値Ｈが増加して、多量の未燃燃料が触媒２４に付着し易い場合には、燃料カットを禁止することができる。これにより、低温加速時等においても、未燃燃料の後燃え等により触媒２４が過熱状態となるのを防止し、触媒２４を劣化や損傷から保護することができ、ＦＦＶ等の排気エミッションを向上させることができる。
【００４３】
なお、前記実施の形態１では、図８中のステップ１０２が請求項１における増量補正手段の具体例を示し、ステップ１０６，１１２が請求項１，２における燃料カット判定手段の具体例を示している。また、ステップ１１０，１１２は、請求項３における他の燃料カット判定手段の具体例を示し、ステップ１１４は、請求項４におけるトルク変動回避手段の具体例を示し、ステップ１１６は、請求項１における燃料カット手段の具体例を示し、ステップ１２２は、請求項５における吸気量制限手段の具体例を示している。
【００４４】
また、前記実施の形態１では、燃料カットの可否を判定するためのパラメータとして、予測回転数Ｒ及び燃料増量値Ｈを用いる場合（図５）と、触媒温度Ｔc及び燃料増量値Ｈを用いる場合（図７）について例示した。しかし、本発明では、図９に示す変形例のように、燃料増量値Ｈに代えて、燃料増量値Ｈと相関があるパラメータ（例えば、エンジン水温Ｔw）を用いる構成としてもよい。ここで、図９は、実施の形態の１の変形例において、予測回転数Ｒとエンジン水温Ｔw（または触媒温度Ｔc）とに基いて燃料カットの可否を判定するためのデータマップである。
【００４５】
燃料増量値Ｈは、前述の図４に示すように、エンジン水温Ｔwが高くなるほど減少するように設定される。この設定に基いて、図５及び図６中の燃料増量値Ｈをエンジン水温Ｔwに置換えることにより、図９に示すデータマップを得ることができる。そして、変形例では、図５及び図７に示すデータマップの少なくとも一方に代えて、図９に示すデータマップに基いて燃料カットの可否を判定する。具体的には、エンジン水温Ｔwが第１の許可判定値よりも高くなり、かつ、予測回転数Ｒ（触媒温度Ｔc）が第２の許可判定値よりも小さくなる所定の許可領域において燃料カットを許可する。一方、エンジン水温Ｔwが許可領域から外れて低くなるか、または予測回転数Ｒ（触媒温度Ｔc）が許可領域から外れて大きくなる禁止領域において燃料カットを禁止する。なお、第１，第２の許可判定値は、図９のデータマップにおける許可領域と禁止領域との境界として得られる。この構成によっても前述の作用効果を得ることができる。
【００４６】
実施の形態２．
次に、図１０乃至図１３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御に加えて、未燃燃料の量を考慮することを特徴としている。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４７】
［実施の形態２の特徴］
本実施の形態では、燃料の蒸発速度に対応するパラメータ（蒸発速度定数Ｃe）に基いて触媒２４に到達する未燃燃料の量Ｑを推定し、燃料カットの可否を判定するときに、推定した未燃燃料量Ｑを判定結果に反映させる構成としている。まず、蒸発速度定数Ｃeについて説明すると、燃料噴射弁から噴射された燃料の液滴は徐々に気化するので、液滴の粒径及び表面積は時間が経過するにつれて小さくなる。蒸発速度定数Ｃeは、燃料の液滴の表面積が減少するときの速度（表面積の単位時間当たりの変化量）に相当している。即ち、蒸発速度定数Ｃeと、噴射燃料の液滴の初期粒径Ｄ0と、時間Δｔが経過した後における液滴の粒径Ｄ1との間には、下記（１）式が成立する。また、（１）式を時間微分することにより、下記（２）式を得ることができる。ここで、λg、θg、θw、Ｌ、ρlは、それぞれ気体の熱伝達率[Ｗ／ｍ・Ｋ]、気体の温度[Ｋ]、液体の表面温度[Ｋ]、蒸発潜熱[Ｊ／ｋｇ]、燃料密度[ｋｇ／ｍ３]である。
【００４８】
Ｄ1２＝Ｄ0２−Ｃe×Δｔ      ・・・（１）
ｄＤ２／ｄｔ＝−Ｃe＝−８λg×（θg−θw）／Ｌρl      ・・・（２）
【００４９】
このように定義される蒸発速度定数Ｃeは、図１０乃至図１２に示すように、筒内圧、吸気温度（外気温度）、気液相対速度等に応じて変化する。ここで、図１０は、吸気温度及び筒内圧に対する蒸発速度定数Ｃeの特性を示し、図１１は、気液相対速度及び筒内圧に対する蒸発速度定数Ｃeの特性を示し、図１２は、気液相対速度及び吸気温度に対する蒸発速度定数Ｃeの特性を示している。なお、気液相対速度とは、気相と液相の相対的な速度差を表す公知のパラメータであり、熱伝達率を求める際のレイノルズ数の算出に用いられる。また、上記各特性データは、エタノール燃料において得られるものである。
【００５０】
図１０乃至図１２に示すように、蒸発速度定数Ｃeは、吸気温度が高いほど、また、筒内圧が低いほど、増加する特性を有しており、更に、気相と液相の相対的な速度差である気液相対速度が大きいほど、増加する特性を有している。また、図１０乃至図１２に示す特性データは、例えば燃料温度が２５[℃]で、噴射燃料の初期粒径が１００[μｍ]である状態（基準の状態）において得られるもので、蒸発速度定数Ｃeは、基準の状態に対して燃料温度が高くなるほど、また、初期粒径が小さくなるほど、増加する特性を有している。なお、初期粒径は、燃料噴射弁の仕様（例えば噴射孔径、燃料の噴射圧）、吸気負圧等に基いて求めることができる。
【００５１】
従って、蒸発速度定数Ｃeの算出処理では、まず、筒内圧、吸気温度及び気液相対速度に基いて上記各特性データを参照することにより、前記基準の状態における蒸発速度定数Ｃeを算出する。そして、この算出値を、噴射燃料の温度及び初期粒径に基いて補正することにより、最終的な蒸発速度定数Ｃeを算出することができる。
【００５２】
次の処理では、触媒２４に到達する未燃燃料の量Ｑを推定する。詳しく述べると、未燃燃料量Ｑは、燃料噴射量Ｆと、噴射燃料が触媒に到達するまでの時間ｔと、蒸発速度定数Ｃeに基いて下記（３）式により算出される。
【００５３】
Ｑ＝（Ｆ−Ｃe×ｔ）×Ｋ      ・・・（３）
【００５４】
上記（３）式において、（Ｃe×ｔ）は、噴射燃料が触媒に到達するまでに気化した燃料の気化量に相当する値であり、基本的には、この値を燃料噴射量Ｆから減算したものが未燃燃料量Ｑに相当すると考えられる。また、補正係数Ｋは、燃焼に寄与する燃料や壁面に付着する燃料等に応じて未燃燃料量Ｑが減少する分を補正するための係数であり、１よりも小さい値に設定される。なお、補正係数Ｋは、エンジン水温、空燃比等に応じて変化させる構成としてもよい。
【００５５】
そして、本実施の形態では、このように算出した未燃燃料量Ｑと、燃料増量値Ｈと、予測回転数Ｒ（または触媒温度Ｔc）とに基いて、燃料カットの可否を判定する。即ち、燃料カットの実行時には、未燃燃料量Ｑが増加するほど、触媒の劣化や損傷が生じ易くなる。従って、第１の燃料カット判定制御では、燃料増量値Ｈ、予測回転数Ｒ及び未燃燃料量Ｑがそれぞれの許可判定値よりも小さくなる所定の許可領域において燃料カットを許可し、これらのパラメータのうち少なくとも１つが許可領域から外れて大きくなる禁止領域において燃料カットを禁止する。また、第２の燃料カット判定制御では、燃料増量値Ｈ、触媒温度Ｔc及び未燃燃料量Ｑがそれぞれの許可判定値よりも小さくなる所定の許可領域において燃料カットを許可し、これらのパラメータのうち少なくとも１つが許可領域から外れて大きくなる禁止領域において燃料カットを禁止する。
【００５６】
なお、これらの燃料カット判定制御において、禁止領域と許可領域は、燃料増量値Ｈ、予測回転数Ｒ（触媒温度Ｔc）及び未燃燃料量Ｑをパラメータとする３次元のデータマップにより設定され、それぞれのパラメータの許可判定値は、禁止領域と許可領域との境界として得られるものである。また、許可領域は、実施の形態１と同様に、燃料カットを実行した場合の触媒温度が許容限度以下となる領域として設定されている。
【００５７】
［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
次に、図１３を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。この図に示すルーチンは、実施の形態１の図８に示すルーチンに対して、ステップ２００，２０２，２０４のみが異なるものであるため、これらのステップ以外の処理については説明を省略する。図１３に示すルーチンにおいて、ステップ２００では、前述の方法により未燃燃料量Ｑを推定する。また、ステップ２０２では、燃料増量値Ｈ、予測回転数Ｒ及び未燃燃料量Ｑに基いて３次元のデータマップを参照することにより、燃料カットの可否を判定する。一方、ステップ２０４では、燃料増量値Ｈ、触媒温度Ｔc及び未燃燃料量Ｑに基いて３次元のデータマップを参照することにより、燃料カットの可否を判定する。そして、ステップ２０２，２０４の判定結果は、ステップ１１２に反映される。
【００５８】
このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。しかも、本実施の形態では、燃料カットの可否を判定するときに未燃燃料量Ｑも考慮するので、他のパラメータによれば燃料カットが許可されるような状況でも、触媒２４に付着する未燃燃料の量が多い場合には、燃料カットを禁止して触媒を確実に保護することができる。
【００５９】
なお、前記実施の形態２では、図１３中のステップ２００が請求項６における未燃燃料量推定手段の具体例を示し、ステップ２０２，２０４は、請求項６における燃料カット判定手段の具体例を示している。また、実施の形態２では、燃料増量値Ｈ、予測回転数Ｒ（触媒温度Ｔc）及び未燃燃料量Ｑに基いて燃料カットの可否を判定する構成としたが、本発明では、実施の形態１の変形例と実施の形態２とを組合わせることにより、エンジン水温Ｔw、予測回転数Ｒ（触媒温度Ｔc）及び未燃燃料量Ｑに基いて燃料カットの可否を判定する構成としてもよい。
【００６０】
また、前記各実施の形態では、アルコール燃料としてエタノール燃料を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、エタノール以外の他のアルコール成分にも広く適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０  エンジン
１２  ピストン
１４  燃焼室
１６  クランク軸
１８  吸気通路
２０  スロットルバルブ
２２  排気通路
２４  触媒
２６，２８  燃料噴射弁
３０  点火プラグ
３２  吸気バルブ
３４  排気バルブ
３６，３８  可変動弁機構（弁停止機構）
４０  クランク角センサ
４２  エアフローセンサ
４４  水温センサ
４６  空燃比センサ
４８  触媒温度センサ
５０  アルコール濃度センサ（アルコール濃度検出手段）
６０  ＥＣＵ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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