(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された内燃機関の排気通路に排気浄化用触媒が設けられるとともに、該内燃機関の回転速度又は車速を所定の上限値以下に制限する該内燃機関の制御装置において、
該排気浄化用触媒の触媒温度を検出又は推定する触媒温度検知手段と、
該触媒温度検知手段により検知された該触媒温度が所定温度以下の場合には、燃料カット制御により該制限を行ない、該触媒温度が該所定温度よりも高い場合には、スロットル弁の開度をアクセル開度に対応した本来の開度よりも低下させることにより該制限を行なう制御手段とをそなえている
ことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
該触媒温度検知手段は、該触媒の温度を検出する触媒温度センサが含まれることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
該触媒温度検知手段は、該触媒温度センサと、
該触媒に蓄積した未燃物の蓄積量を検知する未燃物量検知手段とをそなえている
ことを特徴とする、請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載され排気通路に排気浄化用触媒が設けられた内燃機関の制御装置に関し、特に内燃機関の回転速度又は車速を所定値以下に制限する、内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジン回転速度又は車速が所定の上限値に達すると燃料カットを行なうことでエンジン回転速度又は車速を上限値以下に制限する技術が一般的に知られている。
このような技術の一例として、例えば、特開平０５−０４４５５１号公報には、ニュートラル状態では、非ニュートラル状態よりも燃料カット回転数を低く設定して、非ニュートラル状態ではエンジン性能を最大限に発揮し、且つ、ニュートラル状態ではエンジンの過回転を確実に回避できるようにした技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の技術では、排気通路に排気浄化用触媒（以下、単に触媒ともいう）を介装されている場合、触媒温度が高温となって触媒が熱劣化したり、溶損したりする虞がある。
つまり、このような燃料カットによるエンジン回転速度制御又は車速制御では、ドライバが該上限値を越える出力要求を継続していると、エンジン回転速度又は車速が所定の上限値を越えると燃料カットが行なわれ、燃料カット直前や燃料カットによりエンジン回転速度又は車速が所定の上限値以下になった場合には、エンジン回転速度又は車速を所定の上限値まで上昇（又は復帰）させるために、通常空燃比がリッチとされる。
【０００４】
この際、燃料カット時には、燃料を殆ど含まない空気が触媒に流入し、一方、燃料カットの前後には、燃料過多のリッチな空燃比下で未燃分を多く含んだ排気が触媒に流入する。したがって、触媒に未燃物と多量の酸素とが交互に供給されることとなって、未燃物が触媒上で繰り返し燃焼して触媒を過剰に昇温させるため、触媒が熱劣化したり、溶損したりしてしまう虞が生じるのである。特に、筒内噴射内燃機関（筒内噴射エンジン）では、燃焼室内に燃料を直接噴射するため、このような燃料カット制御に対する空燃比の応答性が高いため、触媒の熱劣化や溶損を一層招きやすい。
【０００５】
また、特開平８−１６５９４２号公報には、触媒温度が所定温度よりも高くなった場合、又は、エンジンが所定の高回転，高負荷状態で所定時間継続して運転され触媒温度が所定温度よりも高くなる虞のある場合には、スロットル弁開度を徐々に下げていくことにより、排気通路に介装された触媒の熱劣化や溶損を防止できるようにした技術が開示されている。しかし、この技術は、エンジン回転速度又は車速を所定の上限値に制限することを目的とするものではなく、触媒温度を所定温度以下に抑えることを目的としており、エンジン回転速度が所定値以下であったとしても、触媒温度が所定温度よりも高くなった場合には、スロットル弁開度が強制的に下げられてしまう。このため、運転者の出力要求に反してスロットル弁開度制御（吸入空気量制御）によりエンジン出力を強制的に低下させる頻度が高くなって走行フィーリングを大幅に低下させてしまうという課題がある。
【０００６】
本発明は、このように、内燃機関の回転速度又は車速を所定値（上限値）以下に制限する場合に、燃料カットと復帰とを繰り返すと触媒には酸素と未燃物とが交互に供給されて未燃物が触媒上で燃焼して触媒が劣化してしまう現象に着目し創案されたもので、内燃機関の回転速度又は車速を所定値以下に制限するにあたって、燃料カット制御による安定性の高い制御を可能な限り利用しながら、走行フィーリングの低下を極力抑制しつつ排気浄化用触媒の過昇温による熱劣化や溶損を防止できるようにした、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の内燃機関の制御装置では、触媒温度検知手段により、車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用触媒の触媒温度が所定温度以下であることが検知された場合には、燃料カット制御により内燃機関の回転速度又は車速が所定値以下に制限され、触媒温度が所定温度よりも高い場合には、スロットル弁の開度をアクセル開度に対応した本来の開度よりも低下させることにより該制限が行なわれる（請求項１）。
このとき、触媒温度検出手段として触媒の温度を検出する触媒温度センサを含むことが好ましい（請求項２）。
また、触媒温度センサに加えて、触媒に蓄積した未燃物の蓄積量を検知する未燃物量検知手段をそなえていることも好ましい（請求項３）。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１及び図２は本発明の一実施形態としての内燃機関の制御装置について示す図である。なお、本実施形態では、内燃機関に、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射内燃機関（筒内噴射エンジン，以下、単にエンジンとも言う）を適用した例を示す。
【０００９】
本発明の制御装置がそなえられる筒内噴射エンジンは、図１に示すように構成されており、燃焼室１には、吸気通路２および排気通路３が連通しうるように接続されており、吸気通路２と燃焼室１とは吸気弁４によって、排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって、それぞれ連通制御されるようになっている。また、吸気通路２には、エアクリーナ２ａ，吸入空気量を検出するエアフローセンサ（ＡＦＳ）２ｂ，吸入空気量を制御するスロットル弁２ｃ，スロットル弁２ｃの開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）２ｄが設けられており、スロットル弁２ｃは、アクセルペダルの踏込量とは独立して作動可能な電子制御式スロットル弁（ＥＴＶ）により構成されている。また、排気通路３には、排気中のＯ2濃度を検出するＯ2センサ３ａ，排気浄化用触媒としての三元触媒（以下、単に触媒とも言う）６，触媒６の直ぐ上流の排気温度を触媒６の温度ＴCとして検出する触媒温度センサ（触媒温度検知手段）３ｂ，図示しないマフラが設けられている。また、燃焼室１には、インジェクタ８が燃焼室１へ燃料を直接噴射すべくその開口を燃焼室１に臨ませるように配置されている。
【００１０】
このような構成により、スロットル弁２ｃの開度に応じエアクリーナ２ａを通じて吸入された空気が、吸気弁４の開放により燃焼室１内に吸入され、燃焼室１内のピストン上面に形成された半球状の凹部１ａにより縦渦（逆タンブル流）に生成されて、ＥＣＵ２０からの信号に基づいてインジェクタ８から噴射された燃料と混合されるようになっている。そして、燃焼室１内で点火プラグ７を適宜のタイミングで点火させることにより、この混合気を燃焼させてエンジントルクを発生させたのち、排気が燃焼室１内から排気通路３へ排出され、触媒６で浄化されてから、マフラで消音されて排出されるようになっている。
【００１１】
なお、このエンジンには、上述したＡＦＳ２ｂ，ＴＰＳ２ｄ，Ｏ2センサ３ａ，触媒温度センサ３ｂの他に、例えば、クランクシャフト９に付設されたクランク角検出装置９ａ等の種々のセンサが設けられており、これらのセンサからの検出情報がＥＣＵ２０へ送られるようになっている。
筒内噴射エンジンについてさらに説明すると、筒内噴射エンジンでは、このように燃焼室１内で吸入空気を逆タンブル流に生成することにより、点火プラグ７近傍に少量の燃料を集めて層状燃焼させ、混合気全体としては極めてリーンな空燃比での燃焼（希薄燃焼）が可能となっている。そして、筒内噴射エンジンは、燃料噴射の態様として、このようにリーンな空燃比下で運転を行なうリーン運転モードと、空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍となるようにＯ2センサ３ａからの検出情報等に基づいてフィードバック制御を行なうストイキ運転モードと、リッチな空燃比で運転を行なうリッチ運転モードとが設けられている。なお、リーン運転での運転をリーン運転、ストイキ運転モードでの運転をストイキ運転、リッチ運転モードでの運転をリッチ運転という。
【００１２】
そして、このような運転モードの選択、即ち目標空燃比の設定は、ＥＣＵ２０により運転状態に応じて行なわれるようになっている。
つまり、ＥＣＵ２０は、ＴＰＳ２ｄ及びクランク角検出手段９ａの検出情報に基づきエンジン負荷Ｐｅ及びエンジン回転速度Ｎｅ（運転状態）を計算し、この運転状態に応じてエンジンの運転モードを設定するようになっており、エンジン負荷Ｐｅ及びエンジン回転速度Ｎｅが大きくなるほど、リーン運転，ストイキ運転，リッチ運転の順に運転モードを設定するようになっている。
【００１３】
さらに、ＥＣＵ２０は、設定された各運転モード毎に予め記憶されたマップを用いて、エンジン運転状態（エンジン負荷Ｐｅ及びエンジン回転速度Ｎｅ）に応じて具体的な目標空燃比を設定するか、又は、Ｏ2センサ３ａの出力に基づいて目標空燃比を設定するようになっているのである。
また、本実施形態では、ＥＣＵ２０内の機能として構成されるエンジン回転速度制限手段（制御手段）２１と、上述した触媒温度センサ３ｂとからなるエンジン回転速度制御装置（内燃機関の制御装置）がそなえられている。
【００１４】
エンジン回転速度制限手段２１は、エンジン回転速度Ｎｅが許容回転速度の上限値（所定値）Ｎ0よりも高くなると、エンジン回転速度Ｎｅが上限値Ｎ0以下になるようにエンジン回転速度制御を行なうもので、触媒温度センサ３ｂからの検出情報に基づき触媒温度ＴCが所定温度Ｔ0以下であると判定された場合には、インジェクタ８の作動を制御して燃料カットすることにより、かかるエンジン回転速度制御を行ない、触媒温度ＴCが所定温度Ｔ0よりも高いと判定された場合には、スロットル弁２ｃの開度を制御して吸入空気量を制御することにより、かかるエンジン回転速度制御を行なうようになっている。
【００１５】
従来技術の課題として説明したように、燃料カットによるエンジン回転速度制御では、エンジン回転速度Ｎｅが上限値Ｎ0を越えると燃料カットが行なわれ、この燃料カットによりエンジン回転速度Ｎｅが上限値Ｎ0以下になると今度は燃料を噴射してエンジン回転速度Ｎｅを上限値Ｎ0まで上昇（復帰）させる。
この際、燃料カット時には、燃料を殆ど含まない空気が触媒６に流入し、復帰時には、エンジン回転速度Ｎｅが上限値Ｎ0付近であるため、空燃比はリッチとされて、未燃分を多く含んだ排気が触媒６に流入する。したがって、触媒６に未燃物と多量の酸素とが交互に供給されることとなって、これにより未燃物が触媒６上で繰り返し燃焼して触媒温度ＴCが上昇して、この触媒６が熱劣化したり、溶損したりしてしまう虞がある。
【００１６】
そこで、本制御装置では、触媒温度ＴCが所定温度Ｔ0よりも高く、このまま燃料カットを行なうと、触媒温度ＴCが昇温して耐熱温度を越えてしまい触媒６が熱劣化や溶損を起こすことが予想される場合には、スロットル弁２ｃの開度をアクセル開度に対応した本来の開度よりも低下させることにより、エンジン出力を低下させて、エンジン回転速度を低下させるようになっている。つまり、エンジン回転速度Ｎｅが上限値Ｎ0よりも高くなったときには、スロットル弁２ｃの開度を所定開度まで下げて吸入空気量を減少させて、減少した吸入空気量と設定した空燃比とに応じてインジェクタ８の作動を制御して燃料噴射量を減少させて、その後、エンジン回転速度Ｎｅが上限値Ｎ0よりも低下したときには、スロットル弁２ｃの開度を上げて吸入空気量及び燃料噴射量を増加させてエンジン回転速度Ｎｅを上限値Ｎ0まで上昇させる。以降、このようなスロットル弁２ｃの開閉を交互に繰り返すようになっている。
【００１７】
そして、上述したように、空燃比はＥＣＵ２０により設定されるが、このような吸入空気量制御の際には、燃料カットによるエンジン回転速度制御のように未燃物の付着した触媒６に極めて大量の酸素が導入されることはなく、未燃物の燃焼は緩慢となり触媒６の過剰な昇温が防止されるのである。
本発明の一実施形態としてのエンジン回転速度制御装置は上述のように構成されているので、例えば図２に示すようにエンジン回転速度制御が行なわれる。つまり、ステップＡ１０で、エンジン回転速度Ｎｅと上限値Ｎ0との比較が行なわれ、エンジン回転速度Ｎｅが上限値Ｎ0よりも大きければ、エンジン１は過回転しているため、エンジン回転速度Ｎｅを上限値Ｎ0以下にすべくエンジン回転速度制御を行なう必要があるとしてステップＡ２０に進み、一方、エンジン回転速度Ｎｅが上限値Ｎ0以下であれば、ステップＡ５０に進み、通常通りの燃料噴射及び吸入空気量の制御（通常制御）、即ち、アクセル開度に応じた制御が行なわれて、リターンする。
【００１８】
そして、ステップＡ２０では、触媒温度ＴCと所定温度Ｔ0との比較が行なわれ、触媒温度ＴCが所定温度Ｔ0よりも高ければ、ステップＡ３０に進み、スロットル弁２ｃを開度制御して吸入空気量の流量制御を行なうことにより、かかるエンジン回転速度制御が行なわれ、一方、触媒温度ＴCが所定温度Ｔ0よりも高くなければ、ステップＡ４０に進み、燃料カットにより、かかるエンジン回転速度制御が行なわれる。
【００１９】
したがって、本エンジン回転速度制御装置によれば、エンジン回転速度を上限値Ｎ0以下にするエンジン回転速度制御において、燃料カットによる安定性の高い制御且つ低燃費運転を極力行ないつつ、燃料カットを行なうと触媒６の熱劣化を招く虞のある場合には、吸入空気量制御により触媒６を劣化或いは溶損を招来しないようにしながら、かかるエンジン回転速度制御を行なうことができるという利点がある。
【００２０】
また、触媒６の劣化又は溶損を防止するための吸入空気量制御は、触媒温度が所定温度よりも高く、エンジン回転速度Ｎｅが上限値Ｎ0を越えた場合に限って行なわれるので、走行フィーリングの低下を極力抑制することができるという利点もある。
なお、本発明の内燃機関の制御装置は、上述の実施形態のものに限定されるものでなく、種々変形して実施することができる。
【００２１】
例えば、上述の実施形態では、内燃機関の制御装置は、エンジン回転速度（内燃機関の回転速度）を所定値以下に制限するように構成されているが、車速を所定値（上限値）以下に制限するように構成してもよい。
また、スロットル弁２ｃの開度制御（吸入空気量の制御）は単純なオン・オフ制御であってもよい。つまり、吸入空気量を減少させる態様としてスロットル弁２ｃを全閉（アイドル開度）とすることも考えられる。
【００２２】
また、上述の実施形態では、スロットル弁２ｃの開度制御は、特に応答遅れを考慮した制御を行なっていないが、応答遅れを考慮して、比例制御，積分制御，微分制御の内の少なくとも一つを用いて制御を行なうようにしてもよい。また、スロットルモデル，吸入空気量モデル及び燃焼モデルの内少なくとも１つのモデルを用いたシミュレーションにより、スロットル弁開度に対するエンジンの筒内に吸入される吸入空気量，エンジンの筒内（燃焼室内）の燃焼状態ひいてはエンジンの出力トルクを推定し、この推定結果に基づき、スロットル弁開度を制御するようにしてもよい。この場合、最適な出力トルクが得られるようにスロットル弁開度を制御して、エンジン回転速度制御の際の走行フィーリングを快適なものとすることができる。
【００２３】
さらに、上述の実施形態では、触媒温度検知手段を触媒温度センサ３ｂ単独により構成しているが、触媒６に蓄積した未燃物の蓄積量を検知する未燃物量検知手段を加えて、触媒温度センサ３ｂと未燃物量検知手段とから触媒温度検知手段を構成してもよい。つまり、燃料カットを行なった場合の触媒温度を、触媒温度センサ３ｂにより検出された触媒温度ＴCと、未燃物量検知手段により検知された蓄積量の未燃物が燃焼した場合に予想される触媒６の昇温ΔＴとの合計として推定し、この推定された触媒温度が触媒６の耐熱温度を越える虞のある場合には、吸入空気量制御によるエンジン回転速度制御を行なうようにするのである。
【００２４】
この場合、例えば、排気通路３の触媒６の上流側及び下流側に未燃物の濃度を検出するＨＣセンサやＣＯセンサのようなガスセンサを介装し、これらのガスセンサにより未燃物量検知手段を構成すればよい。これにより、上流側と下流側とのガスセンサ検出値の差を積算することで触媒６に蓄積した未燃物量を推定することができる。また、未燃物量検知手段をＥＣＵ２０内の機能として構成し、目標燃空比（燃空比：空燃比の逆数）から理論燃空比を差し引いた値、即ち、単位吸入空気量あたりの燃焼に寄与しない燃料量に、ＡＦＳ２ｂにより検出された吸入空気量を乗じて単位時間当たりに発生する未燃物量を求め、この未燃物量を積算していくことにより未燃物蓄積量を推定するようにしてもよい。この場合、排気通路３に空燃比センサを設けて、この空燃比センサにより検出された実空燃比を目標空燃比の代わりに使用するとより正確に未燃物蓄積量を推定することができる。
【００２５】
また、未燃物量検知手段を、触媒６の出入口の排気差圧を検出する差圧検出手段により構成し、この差圧検出手段により検出された排気差圧が所定値よりも大きい場合には、触媒６に所定量よりも多くの未燃物が蓄積したと判定して、吸入空気量制御によるエンジン回転速度制御を行なうようにしてもよい。但し、排気差圧は、未燃物量だけでなく排気量等に応じても変化するので、排気量検出手段を設け、この排気量検出手段の検出結果に基づき補正を行なう必要がある。この場合、排気量の代わりに一般的に車両にそなえられるＡＦＳ２ｂにより検出された吸入空気量で近似して補正してもよい。
【００２６】
また吸入空気量制御によるエンジン回転速度制御を行なう際、エンジントルクを安定して保持できるように、かかる吸入空気量の変化に応じて点火プラグ７による点火タイミングを可変制御するように構成してもよい。
また、上述の実施形態では、本発明の制御装置を、排気浄化用触媒として三元触媒をそなえた内燃機関に適用しているが、リーンＮＯX触媒又は三元触媒とリーンＮＯX触媒とをそなえた内燃機関に適用してもよい。
【００２７】
さらに、本発明の制御装置は、筒内噴射内燃機関だけでなく、燃料カット可能な内燃機関に広く適用しうるもので、例えば、吸気通路で燃料噴射を行なうポート噴射内燃機関にも適用できるものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の内燃機関の制御装置によれば、触媒温度検知手段により、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用触媒の触媒温度が、所定温度以下であることが検知された場合には、燃料カット制御により、内燃機関の回転速度又は車速が所定値以下に制限され、触媒温度が所定温度よりも高い場合には、スロットル弁の開度をアクセル開度に対応した本来の開度よりも低下させることにより該制限が行なわれるので、内燃機関の回転速度又は車速を上限値以下に制限するにあたって、燃料カット制御による安定性の高い制御を可能な限り利用しながら、走行フィーリングの低下を極力抑制しつつ排気浄化用触媒の過昇温による熱劣化や溶損を防止できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての内燃機関の制御装置の機能構成を内燃機関の全体構成とともに示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の一実施形態としての内燃機関の制御装置の制御を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
３  排気通路
３ｂ  触媒温度センサ（触媒温度検知手段）
６  三元触媒（排気浄化用触媒）
２１  エンジン回転速度制限手段（制御手段）
【図１】
0003817994.tif 000002
【図２】
0003817994.tif 000003