JP3702798B2 - 内燃機関の触媒劣化抑制装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒の劣化を抑えつつエンジンブレーキ力を発生させる内燃機関の触媒劣化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車（車両）に搭載されたエンジン（内燃機関）は、排気ガスを浄化するために排気路に三元触媒、リーンＮＯｘ触媒、ＨＣ吸着触媒等といった触媒の取付けが行われている。
【０００３】
こうした触媒は、高温状態で、かつ酸化雰囲気になると、劣化しやすい特性がある。具体的には触媒が高温状態となる状況としては、例えば高速運転（高負荷リッチ運転）のときである。この状態のときは、触媒は酸化雰囲気ではないが、その後、酸化雰囲気になる状況になると、触媒は熱劣化を生じる。
【０００４】
自動車のエンジンは、このような触媒の熱劣化を抑えるために、高速運転から減速するときに制約が課せられる。
【０００５】
この点を述べれば、エンジンは、通常、自動車が減速する減速運転時は、減速の促進、減速時における減速感を得るために、シリンダへ供給される燃料をカットした燃料カット運転が行われる。これは、減速時にエンジンの燃料カットを行わないと、減速中でもエンジンからトルクが発生することになり、エンジンブレーキ力が低減するためである。
【０００６】
ところが、触媒は、高速運転（高負荷運転）からの減速の際、エンジンの燃料カットを行うと、高温状態になっているのに加え酸化雰囲気となるので、熱劣化が促進される状態となってしまう。
【０００７】
このため、高速運転（高負荷運転）からの減速には、触媒の保護（劣化抑制）のため、酸化雰囲気にしないよう燃料カットした運転を禁止して、燃料の供給を継続したまま、他の手段で、燃料供給がもたらすエンジンブレーキの低下が補えるような、大きなエンジンブレーキ力を発生させることが求められる。
【０００８】
そのため、従来では、エンジンの吸入行程で、吸気路に有るスロットル弁を絞り、このときの絞り損失、すなわち吸気損失で、高速運転からの減速の際、エンジンブレーキ力を発生させて、低下するエンジンブレーキ性能を補うことが行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸入行程の絞り損失だけで、燃料供給がもたらすエンジンブレーキの低下を補うような、大きなエンジンブレーキ力を発生させるためには、スロットル弁は、かなり絞り量を増大させなければならない。
【００１０】
ところが、絞り量が増大すると、エンジンの吸気入口となるマニホールド内の圧力が低下して、エンジンは低圧下での燃焼となるので、燃焼状態が悪化するおそれがある。
【００１１】
このため、絞り量は、良好な燃焼を確保するために大きく設定することは難しく、満足するようなエンジンブレーキ性能が確保できない事情がある。
【００１２】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、触媒の熱劣化を抑制しつつ、燃料カット禁止がもたらすエンジンブレーキ低下を補える大きなエンジンブレーキ力が確保できる車両用内燃機関の触媒劣化抑制装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の触媒劣化抑制装置は、排気路に触媒を有し車両減速時には燃料の供給をカットした運転が可能な内燃機関の触媒の温度を検知するセンサと、排気路の絞り制御が可能で、車両減速時の燃料供給カット運転のとき絞り制御される排気絞り部と、車両減速時、触媒の温度が所定温度以上のとき、燃料カットを禁止するとともに排気絞り部を、燃料供給カット運転時よりも小さな絞り開度で絞り制御する制御手段とを有した構造を採用して、燃焼が発生するトルクに対抗する大きなエンジンブレーキ力が得られるようにした。
【００１４】
これにより、触媒の熱劣化を抑えつつ、燃料カット禁止がもたらすエンジンブレーキ性能の低下を補うような、大きなエンジンブレーキ力が確保される。
【００１５】
請求項２に記載の触媒劣化抑制装置は、さらに上記目的に加え、低圧下での燃焼悪化が抑制されるよう、内燃機関の吸気路も、排気路と共に絞り制御される構造にして、燃焼安定性を確保しつつ、容易に大きなエンジンブレーキが確保されるようにした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１および図２に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明を適用した例えば自動車に搭載される車両用内燃機関の周辺構造を示していて、図中１は、内燃機関、例えば筒内噴射型火花式のレシプロガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）のエンジン本体である。
【００１８】
このエンジン本体１は、気筒２ａが形成されたシリンダブロック２、同ブロック２の上端部に搭載されたシリンダヘッド３、シリンダブロック２の下端部に取付けられたオイルパン４を有して構成してある。
【００１９】
このうちシリンダブロック２の気筒２ａ内には、ピストン５が往復可能に収めてある。またシリンダヘッド３の下面には、気筒２ａと組合う燃焼室６が形成してある。この燃焼室６の中央部には点火プラグ３ａが組込んである。この点火プラグ３ａを挟む燃焼室６の一側には、該燃焼室６からシリンダヘッド３の上端部に延びる直立形の吸気ポート８が形成され、他側には燃焼室６からシリンダブロック２の幅方向一側に延びる排気ポート７が形成してある。これら吸・排気ポート７，８の燃焼室６端には、それぞれカムシャフト駆動式の吸気弁９、排気弁１０が組込んである。さらに吸気ポート８寄りの部位には、気筒２ａ内へ向けて燃料を噴射する電子制御式のインジェクタ１１が組込まれている。そして、各吸気弁９、排気弁１０、インジェクタ１１の動作から、気筒２ａ内で、所定の燃焼サイクル（例えば吸気、圧縮、爆発、排気の４サイクル）を行わせる構造にしてある。
【００２０】
また吸気ポート８の入口は、吸気マニホールド１３、サージタンク１４、電子制御のスロットル弁１５、エアフローセンサ（図示しない）、エアクリーナ（図示しない：いずれも吸気ポートと共に吸気路を構成する機器）で形成される通路を順に通じて、大気に開口していて、大気から気筒２ａへ燃焼に必要な燃焼空気が取り込めるようにしている。排気ポート７の出口は、排気マニホールド１７、排気管１８、触媒１９（三元触媒、リーンＮＯｘ触媒、ＨＣ吸着触媒等）、テールパイプ２０（いずれも排気ポートと共に排気路を構成する機器）で形成される通路を順に通じて、大気に開口していて、エンジンから排出された排ガスが大気へ排出されるようにしている。なお、２４は触媒１９の温度を検知する温度センサ（例えば触媒入口に設置）を示す。
【００２１】
エンジン各部の電子制御機器（インジェクタ１１、スロットル弁１５、エアフローセンサなど）は、例えばマイクロコンピュータで構成されたＥＣＵ２１（制御手段に相当）に接続してある。このＥＣＵ２１には、アクセル開度センサ（図示しない）からのアクセル開度信号、エンジン回転数を検知するエンジン回転センサ（図示しない）からのエンジン回転数信号、エアフローセンサからの吸気流量信号などから、エンジンの運転状態に応じた各種目標値を算出し、これらの値にしたがいスロットル弁１５の開度やインジェクタ１１の燃料噴射量や噴射タイミングを制御する機能が設定されている。
【００２２】
またＥＣＵ２１には、自動車の走行中、アクセル開度信号、エンジン回転数信号、ブレーキペダル操作に連動してオンオフするブレーキスイッチ（図示しない）のブレーキ信号などにより、例えば中・高速運転からの減速を検知すると、インジェクタ１１の燃料噴射を止める燃料カット機能（燃料カットモード）と、該減速運転のうち、触媒劣化をもたらす触媒１９が高温状態となる減速運転［例えば高速運転（高負荷運転）からの減速］は、熱劣化から触媒１９を保護するべく燃料カットを禁止、すなわち燃料噴射を続けさせる機能（燃料カット禁止モード）とが設定されている。なお、燃料カットは、予め定められているリカバリ噴射開始回転数までエンジン回転数が低下すると解除される。
【００２３】
一方、排気路、例えば触媒１９下流のテールパイプ２０には、触媒劣化抑制装置２３を構成する例えば常開式の電子制御式の絞り弁２５（排気絞り部に相当）が設けられている。この絞り弁２５の絞りは、例えばテールパイプ２０の通路が全開する位置からほぼ全閉となる位置まで変えられ、絞り弁２５の絞りにより、エンジンの排気損失の増大を可能にしている。
【００２４】
そして、この絞り弁２５が、ＥＣＵ２１によって、触媒１９が高温状態となる減速運転のとき（燃料カット禁止運転）、すなわち温度センサ２４で検知される触媒温度が所定温度（例えば触媒２３の耐熱温度から適時定めた最適な値）以上となるとき、大きく絞り側に制御されるようにしてある。
【００２５】
具体的には、ＥＣＵ２１には、燃料カット禁止モードのときに用いられる絞り弁２５の開度を定める所定値Ａ１と、燃料カットモードのときに用いられる絞り弁２５の開度を定める所定値Ａ２とが定めてある。これら各所定値Ａ１，Ａ２は、いずれもエンジンの運転条件（エンジン回転速度、体積効率、正味平均有効圧、吸入空気量、マニホールド圧、排気体積流量、排気質量流量、燃料カット継続時間、排圧、あるいはこれらと相関のある指標のうちの１以上から得られる条件）に応じて予め最適化されたマップ値（固定値を含む）から設定してある。例えば所定値Ａ１は、減速運転中の燃焼で発生するトルクを打ち消しながら減速状況に適した減速を行う排気損失を生じさせる開度、具体的には全閉位置や全閉付近の閉位置などが設定される。所定値Ａ２は、燃料カットと組合って減速状況に適した減速を行う排気損失を生じさせる開度、具体的には例えば所定値Ａ１より開いた位置となる値が設定される（Ａ１≦Ａ２）。なお、Ａ２が全開であってもよい。
【００２６】
そして、ＥＣＵ２１には、通常の減速運転時、すなわち燃料カットモードのとき、所定値Ａ２にしたがって絞り弁２５を制御し、触媒１９の保護を伴う減速運転時、すなわち燃料カット禁止モードのとき、所定値Ａ１にしたがって絞り弁２５を絞り制御する機能が設定されている。
【００２７】
この制御によって、エンジンの排気損失を利用して、触媒１９を保護する燃料カット禁止モードの際、吸気系に燃焼悪化をきたすような負担を強いずに、十分なエンジンブレーキ力が発生されるようにしている。この排気損失を利用したエンジンブレーキの制御フローが図２に示されている。
【００２８】
この制御フローを参照してエンジンブレーキ制御について説明すれば、今、自動車が定常走行しているとする。
【００２９】
このとき、ＥＣＵ３１は、アクセル開度、エンジン回転数、ブレーキスイッチ信号などを監視していて（ステップＳ１）、減速運転でなければ、エンジンの運転状態に応じて求まる各種目標値にしたがって、インジェクタ１１の燃料噴射量や噴射タイミング、さらにはスロットル弁１５を制御する（ステップＳ２；通常制御）。なお、このとき絞り弁２５は全開している。
【００３０】
一方、走行中、運転者がブレーキ操作して、減速走行運転に移ったとする。
【００３１】
この減速中、触媒温度が所定温度値（例えば８００℃）を下回り（ステップＳ３）、ＥＣＵ２１は、熱劣化をもたらす状況にはならないと判断すると、燃料カットモード（ステップＳ４）に切換え、インジェクタ１１からの燃料噴射を停止させる。そして、絞り弁２５を、運転条件に応じたマップ値から定めた所定値Ａ２の絞り開度になるよう制御する（ステップＳ５）。
【００３２】
他方、減速走行が例えば高速走行（高負荷運転）からの減速で、触媒１９の温度が所定温度（例えば８００℃）以上に上昇すると、ＥＣＵ２１は、熱劣化をきたす状況になると判断して、燃料カット禁止モード（ステップＳ６）に切換え、燃料噴射を継続する。そして、絞り弁２５を、運転条件に応じたマップ値から定めた所定値Ａ１の絞り開度になるよう制御する（ステップＳ７）。
【００３３】
すると、エンジンは、燃焼を続けながら、排圧が上昇（排気路の絞りによる）する。これで、エンジンは排気損失が上昇する挙動を表わす。
【００３４】
ここで、所定値Ａ１は、燃焼により発生するトルクを打ち消して、それ以上のエンジンブレーキ力を生み出すのに必要な排気損失が確保される絞り値（例えば全閉）に定められている。
【００３５】
つまり、自動車は、この排気損失がもたらすエンジンブレーキ力が加わりながら減速される（燃料カット禁止減速走行）。
【００３６】
それ故、満足するエンジンブレーキを得ることができる。
【００３７】
図３は、本発明の第２の実施形態を示す。
【００３８】
本実施形態は、排気損失だけでなく、吸気路の絞り、例えばスロットル弁１５（吸気絞り部に相当）の絞り制御も併用して、より大きなエンジンブレーキ力が確保されるようにしたものである。
【００３９】
具体的には、ＥＣＵ２１には、燃料カット禁止モードのときに用いられるスロットル弁１５の開度を定める所定値Ｂ１と、燃料カットモードのときに用いられるスロットル弁１５の開度を定める所定値Ｂ２とが定めてある。これら所定値Ｂ１，Ｂ２も、所定値Ａ１，Ａ２のときと同様、エンジンの運転条件に応じて最適化されたマップ値（固定値を含む）から設定してある。例えば所定値Ｂ１は、燃焼状態が悪化しない範囲内で、排気損失と組合って減速状況に適した減速を行う吸気損失を生じさせる開度が設定される。所定値Ｂ２は、燃料カットおよび排気損失と組合って減速状況に適した減速を行う吸気損失を生じさせる開度が設定される。
【００４０】
そして、ＥＣＵ２１により、燃料カットモードのときは、ステップＳ５で行われる絞り弁２５の絞りを主として、これに併用して、副としてステップＳ８に示される所定値Ｂ２にしたがったスロットル弁１５の絞りを行い、発生する吸気損失と排気損失との双方から、十分な大きなエンジンブレーキ力が発生されるようにしている。
【００４１】
また燃料カット禁止モードのときは、ステップＳ７で行われる絞り弁２５の絞りを主として、これに併用して、副としてステップＳ９に示される所定値Ｂ１にしたがった燃焼悪化をきたさない範囲でのスロットル弁１５の絞りを行い、発生する吸気損失と排気損失との双方から、十分な大きなエンジンブレーキ力が発生されるようにしている。
【００４２】
こうした吸気損失と排気損失とを組合せて、エンジンブレーキ力を確保する構造でも、第１の実施形態と同様の効果を奏する。特に吸気損失と排気損失とを組合せる構造は、低圧下での燃焼のおそれがない吸気路の絞りによる吸気損失でエンジンブレーキ力を生み出しているから、難しいとされていた触媒１９の熱劣化、さらには燃焼悪化を抑えつつ、燃料カット禁止がもたらすエンジンブレーキ性能を補う、大きなエンジンブレーキ力が確保できる利点がある。むろん、燃料カットモードでも、より大きなエンジンブレーキ力の確保されることはいうまでもない。
【００４３】
なお、図３に示す制御フローにおいて、ステップＳ８およびステップＳ９以外については、図２の制御フローと同じなので、ステップＳ８，９以外の説明は省略した。
【００４４】
図４は、本発明の第３の実施形態を示す。
【００４５】
本実施形態は、絞り弁２５の上流側のテールパイプ２０部分に、冷却部、例えばテールパイプ２０の一部に蛇腹パイプ２７ａを設けてなる放熱部２７を形成して、絞り弁２６の直前で、排ガスの熱を放熱部２７から放熱させる構造にしたものである。
【００４６】
同構造により、絞り弁２５の熱的負担は、絞り弁２５の上流で行われる放熱部２７の放熱により、低減されるようになり、たとえ耐熱温度が低い絞り弁２５でも、排気損失を用いたエンジンブレーキ力の確保ができる利点がある。もちろん、冷却部は、放熱部２７以外の構造で放熱面積を拡大させた構造、例えばパイプの外周面にフィンを取付ける構造であっても、フィンと蛇腹パイプ２７ａとを併用した構造であっても、その他の構造であっても構わない。
【００４７】
但し、図４において、図１と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。
【００４８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば上述した実施形態では、排気絞り部として、排気管に絞り弁を設けた例を挙げたが、これに限らず、他の排気路部分に弁を設けた構造でも構わない。むろん、吸気絞り部も、スロットル弁でなく、他の吸気路部分に設けた弁を用いても構わない。また上述した実施形態では、絞り弁を触媒の下流側に設けた例を挙げたが、これに限らず、触媒の上流側に設けてもよく、この配置だと、絞り弁から上流側の排気路容積が減少するために、燃料カットモード、燃料カット禁止モードの応答性が良好になる利点がある。また上述した実施形態では、内燃機関として筒内噴射式のガソリンエンジンを挙げたが、これに限らず、吸気マニホールド内に燃料を噴射する構造のガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどでもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、燃料カット禁止を伴う車両減速運転時、絞りがもたらす排気損失で、燃焼が発生するトルクに対抗する大きなエンジンブレーキ力を確保することができる。
【００５０】
したがって、触媒の熱劣化を抑えつつ、燃料カット禁止がもたらすエンジンブレーキ性能の低下を補う、大きなエンジンブレーキの確保ができる。
【００５１】
請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加え、低圧下での燃焼悪化を抑制しつつ吸気損失がもたらすエンジンブレーキ力の相乗により、容易に、より大きなエンジンブレーキが確保できるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る触媒劣化抑制装置が組込まれたエンジン周辺の構成を示す図。
【図２】同触媒劣化装置における減速走行時の制御を示すフローチャート。
【図３】本発明の第２の実施形態の要部となる減速走行時の制御を示すフローチャート。
【図４】本発明の第３の実施形態の要部となるエンジン周辺の構成を示す図。
【符号の説明】
１…エンジン本体
１５…電子制御スロットル弁（吸気絞り部）
２９…触媒
２１…ＥＣＵ（制御手段）
２４…温度センサ
２５…絞り弁（排気絞り部）。

Claims (2)

1. 排気路に触媒を有し車両減速時には燃料の供給をカットした運転が可能な内燃機関の前記触媒の温度を検知するセンサと、
   前記排気路の絞り制御が可能で、前記車両減速時の燃料供給カット運転のとき絞り制御される排気絞り部と、
   前記車両減速時、前記触媒の温度が所定温度以上のとき、前記燃料カットを禁止するとともに前記排気絞り部を、前記燃料供給カット運転時よりも小さな絞り開度で絞り制御する制御手段と
   を具備したことを特徴とする内燃機関の触媒劣化抑制装置。
2. 前記内燃機関は、吸気路に絞り制御可能な吸気絞り部を有し、
   前記前記制御手段は、車両減速時、前記触媒の温度が所定温度以上のとき、前記燃料カットを禁止するとともに前記吸気絞り部の絞り制御と前記排気絞り部の絞り制御との双方を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化抑制装置。

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