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