JP3890828B2 - 内燃機関の燃料カット制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料制御装置、特に、エンジンが過回転になったときや車速が上限値に達した時に燃料カットを行なうエンジンの燃料カット制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の過回転や最高車速を制限することを目的として、内燃機関の回転数あるいは車速が所定の上限値に達すると燃科カットをすることで、内燃機関の出力の増大を抑制する技術が一般的に知られている。なお、その一例が特開平５−４４５５１号公報に開示される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開平５−４４５５１号公報等の従来例では、エンジンが高回転域に達し、燃料カット回転数を上回ると燃料カットし、下回ると運転者の出力要求を満たすべく燃料供給を再開する復帰制御に入る。すなわち、燃料カットと復帰が繰り返されてエンジン回転数が燃料カット回転数近傍に保持されることとなる。しかしながら、この燃料カットと復帰を繰り返す状態が継続した場合、排気系に装着された、触媒（例えば三元触媒）には酸素と未燃燃料が交互に供給され、触媒上で酸素と未燃燃料が反応し、触媒の温度が過度に上昇してしまう。このように、高回転域で燃料カットと復帰が繰り返される状況が発生すると、触媒温度が高くなり過ぎ、触媒の熱劣化や溶損を招き、触媒の耐久性が低下するという問題がある。なお、エンジン回転数に代えて、車速が最高車速を上回る場合に燃料カットと復帰が繰り返されるように構成された場合も同様の問題がある。
【０００４】
本発明は、上述の課題に基づき、エンジンの過回転や最高車速を規制するための燃料カットと復帰が繰り返して行われたとしても、触媒温度の過度の上昇を抑え、触媒の熱劣化や溶損による耐久性の低下を防止することができる内燃機関の燃料カット制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、排気経路に排気浄化用の触媒装置が設けられ、内燃機関の回転数あるいは車速が所定のカット上限値に達すると燃料カットと復帰を繰り返して上記回転数あるいは車速を上記カット上限値と同値より所定量小さい復帰上限値を繰り返す状態の領域に制御する内燃機関の燃料カット制御装置において、上記復帰上限値より小さく設定された継続時間判定回転数あるいは継続時間判定車速を用いて上記燃料カットと復帰を繰り返す状態を判断し、同状態が継続する時間が設定値に達すると上記回転数あるいは車速が触媒温度抑制用の所定値に低下するまで燃料カットを実行することを特徴としている。
【０００６】
このように、復帰上限値より小さく設定された継続時間判定回転数あるいは継続時間判定車速を用いて、燃料カットと復帰を繰り返す状態を判断し、同状態が継続する時間が設定値に達すると、内燃機関の回転数あるいは車速が触媒温度抑制用の所定値に低下するまで燃料カットを実行する。このため、この燃料カットを実行している間は触媒に空気だけが供給されて連続した触媒の温度上昇を防止でき、触媒の温度低下を図れ、触媒の異常昇温による熱劣化や溶損による耐久性の低下を防止できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１には本発明による内燃機関の燃料カット制御装置を内装したエンジン１を示した。ここでのエンジン１は４気筒の筒内噴射式エンジンであり、このエンジン１の本体２にはその長手方向（紙面垂直方向）に４つのシリンダＳ（１つのみ示した）が配備され，各シリンダＳの上部には燃焼室Ｃが形成され、各燃焼室Ｃは図示しないカム軸に駆動される吸、排気弁ｖ、ｖを備える。図示しないカム軸には第１気筒の基準位置信号δを出力するカム角センサ２０が配備される。エンジン本体２の下部にはピストン３と連動するクランクシャフト４が配備され、その一端には単位クランク角信号θｃを出力しこれに基づくエンジン回転数Ｎｅ情報を出力できるクランク角センサ５が配備される。クランク角センサ５及びカム角センサ２０は後述のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）６に検出信号を出力する。
【０００８】
更に、各シリンダＳの上側内壁面のほぼ中央位置には点火プラグ７が配備され、側端位置には燃料噴射用のインジェクタ８が配備される。
燃焼室Ｃに接続された吸気ポート９には、インテークマニホールド１１、サージタンク１２、サージタンク１２に続く延長管１３及び図示しないエアクリーナがこの順で接続される。図示しないエアクリーナ内には吸気量Ｑａ情報を出力するエアフローセンサ１４と、吸気温度Ｔａ情報を出力する大気温センサ１５及び大気圧Ｐａ情報を出力する大気圧センサ１６が装着され、これら各情報はＥＣＵ６に出力される。さらに、延長管１３内にはスロットル弁１７が配備され、同弁のスロットル開度θｓ情報がスロットル開度センサ１８によりＥＣＵ６に出力される。またエンジン１の水温Ｔｗ情報を検出する水温センサ１９が配備され、その検出信号はＥＣＵ６に出力されている。
【０００９】
各シリンダＳの上側内壁面の側端位置に配備されるインジェクタ８（図１には第１気筒のみのインジェクタを示す）はデリバリパイプ２６に連結され、その一端は図示しない高圧パイプを介し燃料ポンプ２７に接続され、このポンプ側より高圧化された燃料が供給される。インジェクタ８は図示しない針弁駆動用のソレノイドを備え、同ソレノイドが各気筒誤とに配備される駆動用ドライバ２８（図１には第１気筒のみのドライバを示す）を介してＥＣＵ６に接続され、同ＥＣＵ６の噴射信号に応じて筒内に燃料噴射を行うように構成される。
【００１０】
更に、ＥＣＵ６には点火駆動手段を介して各気筒の点火プラグ７が接続される。ここで，排気上死点と圧縮上死点とが３６０°ずれた行程位相関係にある第１気筒♯１、第４気筒♯４の点火プラグ７が共に結線されて単一の点火駆動手段としての点火ユニット２５ａに接続され、図示しない第２気筒♯２、第３気筒♯３の両プラグ７が共に結線されて単一の点火駆動手段としての点火ユニット２５ｂに接続される。点火ユニット２５ａ、２５ｂは第１のグループである気筒♯１，♯４と、第２のグループである気筒♯２，♯３がクランク角１８０°の間隔を保って、目標点火時期θｏｂに交互にグループ点火を行うよう駆動する。
【００１１】
燃焼室Ｃに接続された排気ポートはエキゾーストマニホールド２１、排気管２２及び触媒コンバータ２３を順次連結しており、その下流端は図示しないマフラーに接続される。触媒コンバータ２３の筒状のハウジング内には三元触媒２３１が流路方向に直列状に配備され、これにより、ストイキオ運転時には燃焼室Ｃからの排ガスを受け、ＣＯ（一酸化炭素），ＨＣ（炭化水素），ＮＯｘ（窒素酸化物）を無害化処理して排気する。なお、排気管２２の下流端には排気路の排ガス中の酸素濃度、即ち，空燃比Ａ／Ｆ情報をＥＣＵ６に出力するＯ₂センサ２４が配備されている。更に、ここでは筒内噴射エンジンの排気路に三元触媒を配備しているが、リーン運転時に排出されるＮＯｘを浄化するためのリーンＮＯｘ触媒を三元触媒２３１の直上流に配置したり、排気管２２の上流部にウォームアップ触媒を配備したものであってもよい。
【００１２】
ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）６はマイクロコンピュータによってその要部が形成され、制御回路６０１、記憶回路６０２、入出力回路６０３及び図示しない電源回路等で構成される。ＥＣＵ６の入出力回路６０３には、吸気温センサ１５より吸気温度Ｔａが、エアフローセンサ１４より吸気量Ｑａが、水温センサ１９より冷却水温Ｔｗが、スロットル開度センサ１８よりスロットル開度θｓが、Ｏ₂センサ２４より排気中の酸素濃度情報がそれぞれ入力される。
更に、入出力回路６０３には単位角、例えば３０°毎のクランク角信号ｄθと基準位置信号δがクランク角センサ５及びカム角センサ２０より入力されている。
記憶回路６０２には図３に示す燃料カット制御処理のプログラム等が記憶処理される。
【００１３】
ここでのＥＣＵ６はエンジン制御機能を備え、エンジン１の運転域判定制御、燃料噴射制御処理、点火制御処理等の周知の制御処理に加え、特に、燃料カット制御処理を行う。
すなわち、図２に示すように、ＥＣＵ６は燃料カット制御手段として内燃機関の回転数が所定のカット上限値Ｎｅ１に達すると燃料カットと復帰を繰り返してエンジン回転数Ｎｅをカット上限値Ｎｅ１以下に制御し、しかも、燃料カットと復帰を繰り返す状態の領域（図２の符号Ｅ域参照）が継続する時間に相関する指標値を算出し、すなわち、ここでは継続時間判定回転数Ｎｅ２を上回る回転域である、燃料カットと復帰を繰り返す状態の領域Ｅに継続して達している経過時間がカウントされ、その値が設定値Ｔ１に達するとエンジン回転数が触媒温度抑制用の所定値（ここでは温度抑制回転数Ｎｅ３）に低下するまで燃料カットを継続して実行するよう機能する。なお、このように、燃料カットと復帰を繰り返す状態の領域Ｅに継続して達している経過時間のカウントに代えて、時間に相関する指標値として、燃料カットと復帰が連続的に繰り返される回数を用い、この回数をカウントするよう構成してもよい。
【００１４】
上述のところで、カット上限値Ｎｅ１は運転者の出力要求がアクセルオンとして継続した際に許容される限界エンジン回転数として設定される。継続時間判定回転数Ｎｅ２はカット上限値Ｎｅ１より小さい復帰上限値Ｎｅ１’（＝Ｎｅ１−α）より僅かに小さく設定され，燃料カットと復帰を繰り返す状態の領域Ｅの経過時間を連続して算出できるように設定される。なお、復帰上限値Ｎｅ１’はカット上限値Ｎｅ１より所定量αだけ小さく設定され、すなわち、ヒステリシスを設け、これにより、燃料カットと復帰処理とのハンチングを防止するようにしている。
【００１５】
温度抑制回転数Ｎｅ３はエンジン１がこの回転数の近傍で継続運転された場合に触媒の温度上昇を確実に抑え、熱劣化や溶損を防止できる値として適宜設定される。設定値Ｔ１は燃料カットと復帰を繰り返す状態の領域Ｅで連続運転された際に、触媒温度Ｃｔｅｍが溶損限界値Ｃｔｅｍ１（図２参照）に達する直前までの時間幅として適宜設定される。
【００１６】
次に、本発明の内燃機関の燃料カット制御装置を内装したエンジン１の制御動作を説明する。
図３に示すように、ここでの燃料カット制御処理では、まず、ステップｓ１で触媒保護制御中フラグＦＦＬＧがオン（ＦＦＬＧ＝１）か否か判断し、たとえば、時点ｔ１でオフ（ＦＦＬＧ＝０）でステップｓ２に進む。ステップｓ２ではエンジン回転数Ｎｅがカット上限値Ｎｅ１を上回るか否か判断し、たとえば時点ｔ２で上回ると判断すると、ステップｓ３で燃料カットフラグをオン（ＦＣＦＬＧ＝１）するように制御し、ステップｓ６及びｓ７に進む。
【００１７】
一方、ステップｓ２でエンジン回転数Ｎｅがカット上限値Ｎｅ１以下としてステップｓ４に達すると、ここでエンジン回転数Ｎｅが復帰上限値Ｎｅ１’（＝Ｎｅ１−α）以下か否か判断し、上回る間はステップｓ６及びｓ７に進む。ステップｓ４において、たとえば時点ｔ３で復帰上限値Ｎｅ１’以下と判定されると、ステップｓ５に達し、燃料カットフラグをオフ（ＦＣＦＬＧ＝０）し、燃料噴射域と判断して運転者の出力要求に沿った燃料噴射制御が再開され（その結果、エンジン回転数Ｎｅはカット上限値Ｎｅ１に向け再度上昇する）、ステップｓ６及びｓ７に進む。ここでは、カット上限値Ｎｅ１が復帰上限値Ｎｅ１’より所定量αだけ小さく、ヒステリシスを設けたので、燃料カットと復帰処理とがハンチングすることを防止できる。
【００１８】
ステップｓ６及びｓ７では、エンジン回転数Ｎｅが継続時間判定回転数Ｎｅ２を上回り、その状態の領域Ｅでの経過時間をカウンタＣＵＴＴＮでカウントし、そのカウント値が設定値Ｔ１を上回るか否か判断し、たとえば、時点ｔ４で下回ると，この周期での制御を終了し、たとえば、時点ｔ５で上回ると、すなわち、触媒温度Ｃｔｅｍが溶損限界値Ｃｔｅｍ１に達する直前であると判断すると、ステップｓ８に進み、燃料カットフラグをオン（ＦＣＦＬＧ＝１）し、ステップｓ９で触媒保護制御中フラグＦＦＬＧをオン（ＦＦＬＧ＝１）し、リターンする。
【００１９】
ステップｓ１で触媒保護制御中フラグＦＦＬＧがオン（ＦＦＬＧ＝１）でステップｓ１０に達すると、ここではエンジン回転数Ｎｅが温度抑制回転数Ｎｅ３以下か否か判断し、たとえば時点ｔ６で上回ると判断する間はステップｓ１１に進み、ここで燃料カットフラグオン（ＦＣＦＬＧ＝１）を継続し、たとえば時点ｔ７で以下（Ｎｅ≦Ｎｅ３）と判断すると、すなわち、触媒温度Ｃｔｅｍが溶損限界値Ｃｔｅｍ１より十分に低下したと判断すると、ステップｓ１２で燃料カットフラグをオフ（ＦＣＦＬＧ＝０）し、運転者の出力要求を満たすべく、燃料噴射を再開させ、ステップｓ１３に進んで、触媒保護制御中フラグＦＦＬＧをオフ（ＦＦＬＧ＝０）し、リターンする。
そして、図示しない燃料噴射制御ルーチンでは、ＦＣＦＬＧ＝１か否か判断し、ＦＣＦＬＧ＝１の場合は燃料カットを実行し、ＦＣＦＬＧ＝１でない時、すなわち、ＦＣＦＬＧ＝０のときには、運転者の出力要求を満たすべく燃料噴射制御実行される。
【００２０】
上述のように、図１の内燃機関の燃料カット制御装置を内装したエンジン１は燃料カットと復帰を繰り返してエンジン回転数Ｎｅをカット上限値Ｎｅ１以下に制御し、これにより、エンジン回転数が過度に上昇することを抑制でき、特に、燃料カットと復帰を繰り返す状態の領域Ｅで運転が継続することにより、触媒温度が上昇しても、その時の指標値である継続時間判定回転数Ｎｅ２を上回る回転域での経過時間をＣＵＴＴＮでカウントし、その値が設定値Ｔ１に達すると、一旦、燃料カットを継続して実行する（ステップｓ６〜ｓ９）。この間は触媒に空気だけが供給されて連続した触媒の温度上昇を防止でき、触媒の温度低下を図れ、触媒の異常昇温による熱劣化や溶損による耐久性の低下を防止することができる。そして、エンジン回転数が触媒温度抑制用の所定値（ここでは温度抑制回転数Ｎｅ３）に低下すると、触媒温度が低下し、熱劣化が生じないと見做し、運転者の出力要求を満たすべく、燃料噴射を再開させることができる（ステップｓ１０〜ｓ１２）。
【００２１】
特に、ここでは、触媒温度の検出用の温度センサ等を使用しないため、システム構成が簡素でコスト増を防止できる。更に、ここでは、エンジン回転数Ｎｅがカット上限値Ｎｅ１を越えると燃料カットし、同カット上限値より所定量α小さな復帰上限値を下回ると復帰処理を行うように制御するために、カット上限値より復帰上限値Ｎｅ１’を若千低く設定し、ヒステリシスを設けたので、燃料カットと復帰処理とがハンチングすることを防止できる。なお、このヒステリシスの設定を排除し、すなわち、カット上限値Ｎｅ１と復帰上限値Ｎｅ１’を同一の上限値にし、制御の簡素化を図ってもよい。
図１のエンジン１は、触媒温度抑制用の所定値である温度抑制回転数Ｎｅ３を一定値としていたが、車速や外気温により、温度抑制回転数Ｎｅ３が可変設定されるようにしても良い。
【００２２】
上述のところにおいて、図１のエンジン１の燃料カット制御手段としてのＥＣＵ６は、エンジン回転数Ｎｅが所定のカット上限値Ｎｅ１や復帰上限値Ｎｅ１’に達する際に燃料カットと復帰を繰り返してエンジン回転数Ｎｅをカット上限値Ｎｅ１以下に制御していたが、これに代えて、車速Ｖを車速センサ３０で取り込み、図４に示すように、車速Ｖが所定のカット上限値Ｖ１に達する際に燃料カットし、復帰上限値Ｖ１’（＝Ｖ１−β）で復帰する状態を繰り返して車速をＶ１以下に制御してもよい。この場合、燃料カットと復帰を繰り返す状態の領域（図４の符号Ｅ’域参照）が継続する時間に相関する指標値を算出し、すなわち、ここでは継続時間判定車速Ｖ２を上回る回転域である、燃料カットと復帰を繰り返す状態の領域Ｅ’に達している経過時間がカウントされ、その値が設定値Ｔ２に達すると車速Ｖが媒温度抑制用の所定値（ここでは温度抑制車速Ｖ３）に低下するまで燃料カットを継続して実行するよう機能する。このような燃料カット制御処理を行うと共に、その他の制御を、図１のエンジン回転数に応じた燃料カット制御処理の場合とほぼ同様に行うことで、図１のエンジンと同様の作用、効果を得ることができる。また、この場合も、ヒステリシスの設定は排除しても良い。
【００２３】
上述のエンジン１は筒内噴射式エンジンであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸気ポート噴射式エンジンにも同様に適用でき、同様の作用効果を得ることができる。また、上述の各実施形態は触媒の温度検出用センサは使用しないものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、該温度センサを設け、設定温度以上の領域でのみ、本発明を適用するようにしても良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明は、復帰上限値より小さく設定された継続時間判定回転数あるいは継続時間判定車速を用いて、燃料カットと復帰を繰り返す状態を判断し、同状態が継続する時間が設定値に達すると、内燃機関の回転数あるいは車速が触媒温度抑制用の所定値に低下するまで燃料カットを実行するようにしたので、この燃料カットを実行している間は触媒に空気だけが供給されて連続した触媒の温度上昇を防止でき、触媒の温度低下を図れ、触媒の異常昇温による熱劣化や溶損による耐久性の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例としての内燃機関の燃料カット制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。
【図２】図１のエンジンの燃料カット制御時におけるエンジン回転数及び触媒温度の変化特性線図である。
【図３】図１のエンジンで用いる燃料カット制御処理のフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施形態例が適用されたエンジンの燃料カット制御時における車速及び触媒温度の変化特性線図である。
【符号の説明】
１ エンジン
５ クランク角センサ
６ ＥＣＵ
２２ 排気管
２３ 触媒コンバータ
３０ 車速センサ
ＣＵＴＴＮ 燃料カットと復帰を繰り返す状態が継続する時間
Ｅ，Ｅ’ 燃料カットと復帰を繰り返す状態の運転域
Ｎｅ エンジン回転数
Ｎｅ１，Ｖ１ カット上限値
Ｎｅ１’，Ｖ１’ 復帰上限値
Ｎｅ２ 継続時間判定回転数
Ｎｅ３ 温度抑制回転数
Ｔ１ 設定値
Ｖ 車速

Claims (1)

1. 排気経路に排気浄化用の触媒装置が設けられ、内燃機関の回転数あるいは車速が所定のカット上限値に達すると燃料カットと復帰を繰り返して上記回転数あるいは車速を上記カット上限値と同値より所定量小さい復帰上限値を繰り返す状態の領域に制御する内燃機関の燃料カット制御装置において、
   上記復帰上限値より小さく設定された継続時間判定回転数あるいは継続時間判定車速を用いて、上記燃料カットと復帰を繰り返す状態を判断し、同状態が継続する時間が設定値に達すると上記回転数あるいは車速が触媒温度抑制用の所定値に低下するまで燃料カットを実行することを特徴とする内燃機関の燃料カット制御装置。

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