(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出ガスを浄化する触媒を備えた内燃機関において、車両の減速状態を検出して燃料供給を停止する燃料制御手段と、触媒の温度を導出する触媒温度導出手段とを有し、
燃料制御手段には、触媒温度導出手段で導出された触媒の温度が所定値以上の場合は減速運転状態であっても間欠的に燃料を供給すると共に、触媒温度導出手段で導出された触媒の温度が高いほど燃料停止の周期を長くする機能が備えられていることを特徴とする内燃機関の燃料制御装置。
【請求項２】
排出ガスを浄化する触媒を備えた内燃機関において、車両の減速状態を検出して燃料供給を停止する燃料制御手段と、触媒の温度を導出する触媒温度導出手段とを有し、
燃料制御手段には、触媒温度導出手段で導出された触媒の温度が所定値以上の場合は減速運転状態であっても間欠的に燃料を供給すると共に、触媒温度導出手段で導出された触媒の温度が高いほど燃料供給時間に対する燃料停止時間の割合を小さくする機能が備えられていることを特徴とする内燃機関の燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライバビリティを悪化させることなく排出ガスを浄化する触媒の劣化の低減を企図した内燃機関の燃料制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の内燃機関には、排出ガスの浄化処理を行うために排気管に触媒が備えられている。また、燃費の改善や減速時の減速感を維持する等のために、自動車の減速時に所定の燃料供給停止条件を満たした場合には、内燃機関への燃料の供給を停止する燃料カットが実行されるようになっている。排気管中に備えられた触媒は排出ガスの高熱にさらされるため、高負荷走行中（例えば高速走行中）には触媒が高温になることがある。この状態で燃料カットを実行すると、高温の触媒に高濃度の酸素が流入して触媒が酸化雰囲気となり劣化が生じる（浄化率が低減する）虞がある。
【０００３】
そこで従来から、例えば、特開平8-312421号公報や特開平9-217642号公報で示されているように、触媒温度が高い場合には、減速時であっても燃料カットを禁止する内燃機関の制御装置が提案されている。従来の内燃機関の制御装置では、触媒温度が高い場合に燃料カットを禁止することで触媒が劣化することが防止され触媒が保護されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来の内燃機関の制御装置では、触媒温度が高い場合には、減速時であっても燃料カットを禁止しているため、高温時における触媒の保護は行えるがトルクが発生しエンジンブレーキ力が低減する問題があった。このため、触媒温度によって減速時にエンジンブレーキ力が得られる場合と得られない場合とがあり、ドライバビリティが悪化していた。因みに、特開平11-257131号には、減速運転状態での燃料カット時に触媒への酸素蓄積量が飽和するのを防止するために、間欠的な燃料供給を行う技術が開示されているが、高温時における触媒の保護といった思想は何ら示されていない。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、減速時の適切なエンジンブレーキ力の保持と高温時の触媒保護とを両立させることができる内燃機関の燃料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】
上記目的を達成するため本発明では、車両が減速状態にあるときに燃料制御手段により燃料供給を停止してエンジンブレーキ力を確保し、触媒温度導出手段により触媒の温度が所定温度以上であることが導出された場合、間欠的に燃料を供給して触媒が酸化雰囲気になることを抑えて劣化を防止し、減速時の適切なエンジンブレーキ力の保持と高温時の触媒保護とを両立させる。
【０００７】
そして、触媒温度導出手段で導出された触媒の温度が高いほど燃料停止の周期を長くすることで、燃料が多めに供給されてエンジンブレーキ力を保持しつつ高温時の触媒保護が確実に行える。また、触媒の温度が高いほど燃料供給時間に対する燃料停止時間の割合を小さくすることで、燃料が多めに供給されてエンジンブレーキ力を保持しつつ高温時の触媒保護が確実に行える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の実施形態例を説明する。図示の実施形態例は、混合気の空燃比を理論空燃比よりも燃料希薄側に制御して燃焼室内に燃料を直接噴射するようにした火花点火式の多気筒型筒内噴射内燃機関を例に挙げて説明してある。図１には本発明の一実施形態例に係る制御装置を備えた内燃機関の概略構成、図２には燃料カット運転のフローチャート、図３には燃料カット運転の駆動パルスの状況、図４には触媒の劣化状況を表すグラフを示してある。
【０００９】
多気筒型筒内噴射内燃機関としては、例えば、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジン（筒内噴射エンジン）１が適用される。筒内噴射エンジン１は、例えば、燃焼モード（運転モード）を切り換えることで、吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）が実施可能となっている。そして、この筒内噴射エンジン１は、理論空燃比（ストイキ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能となっており、特に、圧縮行程噴射モードでは、吸気行程でのリーン空燃比運転よりも大きな空燃比となる超リーン空燃比での運転が可能となっている。
【００１０】
図１に示すように、筒内噴射エンジン１のシリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ３が取り付けられると共に、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁４が取り付けられている。燃焼室５内には燃料噴射弁４の噴射口が開口し、燃料噴射弁４から噴射される燃料が燃焼室５内に直接噴射されるようになっている。筒内噴射エンジン１のシリンダ６にはピストン７が上下方向に摺動自在に支持され、ピストン７の頂面には半球状に窪んだキャビティ８が形成されている。キャビティ８により、図１では時計回りの逆タンブル流を発生させるようになっている。
【００１１】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成され、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド９の他端にはドライブバイワイヤ（ＤＢＷ）方式の電動スロットル弁（ＥＴＶ）２１が接続され、ＥＴＶ２１にはスロットル開度θthを検出するスロットルポジションセンサ２２が設けられている。また、筒内噴射エンジン１には、クランク角を検出するクランク角センサ２３が設けられ、クランク角センサ２３はエンジン回転速度Neを検出可能となっている。
【００１２】
また、シリンダヘッド２には各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成され、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。また、排気マニホールド１０には図示しないＥＧＲ装置が設けられている。一方、排気マニホールド１０には排気管１１が接続され、排気管１１には触媒１３を介して図示しないマフラーが接続されている。触媒１３には触媒温度導出手段としての温度センサ１５が設けられ、温度センサ１５により触媒１３の温度が検出（導出）される。
【００１３】
車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１が設けられ、このＥＣＵ３１には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。ＥＣＵ３１によって筒内噴射エンジン１を含めた本実施形態の内燃機関の総合的な制御が実施される。各種センサ類の検出情報はＥＣＵ３１に入力され、ＥＣＵ３１は各種センサ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや燃料噴射量を始めとして点火時期等を決定し、燃料噴射弁４や点火プラグ３等を駆動制御する。
【００１４】
筒内噴射エンジン１では、吸気マニホールド９から燃焼室５内に流入した吸気流が逆タンブル流を形成し、圧縮行程中期以降に燃料を噴射して逆タンブル流を利用しながら燃焼室５の頂部中央に配設された点火プラグ３の近傍のみに少量の燃料を集め、点火プラグ３から離隔した部分で極めてリーンな空燃比状態とする。点火プラグ３の近傍のみをストイキ又はリッチな空燃比とすることで、安定した層状燃焼（層状超リーン燃焼）を実現しながら燃料消費を抑制する。
【００１５】
また、筒内噴射エンジン１から高出力を得る場合には、燃料噴射弁４からの燃料を吸気行程に噴射することにより燃焼室５全体に均質化し、燃焼室５内をストイキやリーン空燃比の混合気状態にさせて予混合燃焼を行う。もちろん、ストイキもしくはリッチ空燃比の方がリーン空燃比よりも高出力が得られるため、この際にも、燃料の霧化及び気化が十分に行なわれるようなタイミングで燃料噴射を行ない、効率よく高出力を得るようにしている。
【００１６】
ＥＣＵ３１では、スロットルポジションセンサ２２からのスロットル開度θthとクランク角センサ２３からのエンジン回転速度Neとに基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち、目標平均有効圧Peが求められ、更に、この目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとに応じてマップ（図示せず）より燃料噴射モードが設定される。例えば、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとが共に小さいときは、燃料噴射モードは圧縮行程噴射モードとされて燃料が圧縮行程で噴射され、一方、目標平均有効圧Peが大きくなり、あるいはエンジン回転速度Neが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料が吸気行程で噴射される。そして、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとから各燃料噴射モードでの制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標Ａ／Ｆに基づいて決定される。
【００１７】
また、ＥＣＵ３１では、スロットルポジションセンサ２２により検出されるスロットル開度θth（もしくは図示しないアクセル開度センサにより検出されるアクセル開度）とクランク角センサ２３により検出されるエンジン回転速度Neとに基づいて、減速運転が判断される。例えば、減速運転の条件は、エンジン回転速度Neが900rpm以上でかつスロットル開度θthが所定開度以下（アクセル開度全閉）とされている。減速運転の条件が成立した場合、燃料の供給を停止する燃料カット運転が実行される（燃料制御手段）。これにより、減速時のエンジンブレーキ力が確保される。
【００１８】
また、ＥＣＵ３１には、温度センサ１５により検出される触媒１３の温度が所定値以上の場合には、減速運転状態であっても間欠的に燃料を供給する機能が備えられている。これにより、触媒１３の温度が高い場合の減速運転時に燃料が間欠的に供給されて触媒１３が酸化雰囲気になることが抑えられ、熱劣化が防止される。
【００１９】
従って、減速時の適切なエンジンブレーキ力の保持と高温時の触媒１３の保護とを両立させることが可能になる。
【００２０】
尚、触媒温度導出手段としては、温度センサ１５に限らず、排気温度、スロットル開度、マニホールド圧、エンジン回転速度、正味平均有効圧、図示平均有効圧、Ａ／Ｎ、吸入空気量、排気流量、排気流速、排気Ａ／Ｆのうち、少なくとも一つ以上を用い、これらの情報に基づいて触媒温度を推測（導出）することも可能である。
【００２１】
エンジンブレーキ力を確保するためには、必ずしも全気筒の燃料を停止させる必要はない。また、触媒１３は高温になると直ちに熱劣化するものでもない。これは、触媒１３の温度が、例えば、1000℃を超える場合でも、ストイキフィードバック運転、即ち、全体のトータル空燃比はストイキであるが１秒程度の周期で空燃比がリッチとリーンとを繰り返して0.3 秒間程度は酸化状態となっている運転では、熱劣化速度が極めて遅いことから判断できる。
【００２２】
このため、触媒１３が高温の状態で減速時の燃料カット運転において、燃料カットを長期間継続せずに短期間燃料カットした後燃料を噴射することにより、即ち、減速運転状態であっても間欠的に燃料を供給することにより、触媒１３が高温で酸化雰囲気となる期間を短期間とさせて熱劣化が防止されると共に、エンジンブレーキ力が確保されることになる。
【００２３】
因みに、高温酸化での触媒１３の劣化は、触媒に流入する酸素量が多いほど劣化度合いが大きくなるため、燃料カット運転時の流入酸素量とフィードバック運転時の流入酸素量とでは、燃料カット運転時の方が流入酸素量は多い。このため、酸化状態の期間、即ち燃料カット期間はフィードバック運転時のリーン期間よりは短くする必要がある。
【００２４】
上述した減速運転状態であっても間欠的に燃料を供給する制御の状況を図２に基づいて説明する。
【００２５】
ステップＳ１で正の値の条件下でカウンタの値が減算され（カウンタ−１）、ステップＳ２で温度センサ１５の検出値（触媒１３の温度）Tcatが所定値T1（例えば、800 ℃) 以上であるか否かが判断される。ステップＳ２で触媒１３の温度Tcatが所定値T1以上であると判断された場合、ステップＳ３で減速中か否かが判断される。ステップＳ３で減速中であると判断された場合、ステップＳ４でカウンタが０ではないか否かが判断される。ステップＳ４でカウンタが０ではないと判断された場合、ステップＳ５で燃料噴射が実行されてリターンとなる。ステップＳ４でカウンタが０であると判断された場合、ステップＳ６で燃料カットが実行される。つまり、触媒１３の温度Tcatが所定値T1以上で減速中である場合、カウンタが０になるまでは燃料噴射を実行し、カウンタが０になった時に燃料カットが実行され、間欠的に燃料が供給される。
【００２６】
燃料カットが実行された後、ステップＳ７で温度センサ１５の検出値（触媒１３の温度）Tcatが第２所定値T2（例えば、850 ℃) 未満か否か、即ち、触媒１３の温度が高くなっているか否かが判断される。触媒１３の温度Tcatが第２所定値T2未満であると判断された場合、ステップＳ８でカウンタを所定の回数Ｓにセットしてリターンとなる。つまり、触媒１３の温度が所定値T1以上で、しかも減速中に、高くなっていなければ、燃料を噴射するパルスが立ち上がる回数Ｓのうち（Ｓサイクルに）１回を燃料カットとする燃料カット運転が実行される。例えば、回数Ｓを４回とした場合、図３（ａ）に示したように、４回のパルスのうち１回を駆動させずに４サイクルに１回の燃料カットを行い間欠的に燃料が供給される。
【００２７】
一方、ステップＳ７で温度センサ１５の検出値（触媒１３の温度）Tcatが第２所定値T2（例えば、850 ℃) 以上であると判断された場合、ステップＳ９でカウンタを所定の回数Ｓにαを加えた値にセットしてリターンとなる。つまり、触媒１３の温度が所定値T1以上で、しかも減速中に、高くなっていれば、燃料を噴射するパルスが立ち上がる回数Ｓをα増加し、Ｓ＋αのうち（Ｓ＋αサイクルに）１回を燃料カットとする燃料カット運転が実行される。即ち、触媒１３の温度が高いほど燃料停止の周期を長くするようになっている。例えば、回数Ｓを４回としαを１とした場合、図３（ｂ）に示したように、５回のパルスのうち１回を駆動させずに５サイクルに１回の燃料カットを行い間欠的に燃料が供給される。
【００２８】
図４に点線で示した、燃料カット運転を行わない時のTHC 浄化率の低下状態に対し、回数Ｓのうち（Ｓサイクルに）１回を燃料カットとする燃料カット運転を実行すると、図４に太実線で示したように、燃料カット運転を行わない時に比べてTHC 浄化率の低下が少ないことが判る。回数Ｓ＋αのうち（Ｓ＋αサイクルに）１回を燃料カットとする燃料カット運転を実行すると、図４に細実線で示したように、更にTHC 浄化率の低下が少ないことが判る。
【００２９】
上述したように、触媒１３の温度がTcatが所定値T1以上の減速運転時に燃料が間欠的に供給されて触媒１３が酸化雰囲気になることが抑えられ、熱劣化が防止される。また、触媒１３の温度がTcatが第２所定値T2以上になって高くなるほど燃料カットの周期が長くなり、燃料が多めに供給されてエンジンブレーキ力を保持しつつ高温時の触媒保護が確実に行える。
【００３０】
尚、燃料カットの周波数は、上述した実施形態例ではＳサイクルもしくはＳ＋αサイクルの一定周期となっているが、その他の高周波数（例えば２０サイクルで５回連続燃料カット等）でもよく、また、不規則な周波数としてもよい。また、実施形態例のように燃料カットの周波数を固定するものに限らず、運転状態や触媒１３の状態により燃料カットの周波数を可変にすることも可能である。また、図３（ａ）に示したように、燃料供給のパルス幅Ｍに対して燃料カットのパルス幅ｍの幅を小さくして単位期間中の燃料供給サイクル数に対して燃料カットサイクル数を小さくすることも可能である。
【００３１】
上述した実施形態例で、燃料供給を間欠的に行う際にエンジンブレーキ力をより確保するために、燃焼が不安定にならない限度で点火時期をリタードして発生トルクを小さくするようにしてもよい。この場合、エンジンブレーキ力が確保されると同時に、燃料カット突入・離脱時の唐突感等の減速フィーリングも改善することが可能になる。
【００３２】
上記実施形態例では、内燃機関として、燃焼室内に燃料を直接噴射するよようにした火花点火式の機関を例に挙げて説明したが、ディーゼルエンジンや、吸気管に燃料を噴射し混合気を燃焼室に導入する火花点火式のエンジンに適用することも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の内燃機関の制御装置は、車両が減速状態にあるときに燃料制御手段により燃料供給を停止し、触媒温度導出手段により触媒の温度が所定温度以上であることが導出された場合に間欠的に燃料を供給するようにしたので、エンジンブレーキ力を確保し、触媒が酸化雰囲気になって劣化が生じることを抑えることができる。この結果、減速時の適切なエンジンブレーキ力の保持と高温時の触媒保護とを両立させる。
【００３４】
また、触媒温度導出手段で導出された触媒の温度が高いほど燃料停止の周期を長くするようにしたので、触媒が高温のときは燃料が多めに供給され、エンジンブレーキ力を保持しつつ高温時の触媒保護が確実に行える。また、触媒の温度が高いほど燃料供給時間に対する燃料停止時間の割合を小さくするようにしたので、触媒が高温のときは燃料が多めに供給されてエンジンブレーキ力を保持しつつ高温時の触媒保護が確実に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る制御装置を備えた内燃機関の概略構成図。
【図２】燃料カット運転のフローチャート。
【図３】燃料カット運転の駆動パルスの状況を表すタイムチャート。
【図４】触媒の劣化状況を表すグラフ。
【符号の説明】
１  筒内噴射エンジン
４  燃料噴射弁
１３  触媒
１５  温度センサ
３１  電子制御ユニット（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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