JP4051536B2 - 触媒熱劣化抑制装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒熱劣化抑制装置に係り、詳しくは、触媒温度が許容温度以上になる場合には触媒コンバータが酸化雰囲気となるのを抑えて触媒コンバータの熱劣化を確実に防止する技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
エンジンの排気系に介装される触媒コンバータは、高温且つ酸化雰囲気（リーン空燃比）になるほどシンタリング（担体に担持された粒子が高温下で互いに凝集して粒子径が大きくなる現象）等により熱劣化し易いという問題がある。
特に、近年においては、ＣＯ2低減（燃料消費量低減）を図ることを目的として車両の減速時に内燃機関への燃料供給を全気筒または一部気筒について一時的に停止（燃料カット）する減速燃料カット装置を搭載した車両が実用化されており、このような減速燃料カット装置を搭載した車両では、燃料カットした気筒から空気のみが排出されることになるため、燃料カット時には排気空燃比がリーン空燃比となり易く、上記問題は顕著である。
【０００３】
また、最近では、通常の運転域で希薄（リーン）燃焼を行う内燃機関が実用化されているが、このような内燃機関の場合、燃料カット時と同様に触媒コンバータが酸化雰囲気（リーン空燃比）且つ高温になる機会が多くなる。
そこで、触媒コンバータの温度を温度センサにより検出し、触媒温度が高温となるときには減速燃料カットを禁止するよう構成した装置が、例えば特開昭５５−１３７３３９号公報等に開示されている。
【０００４】
また、触媒床温を吸入空気流量から推定し、触媒床温が高いときには減速燃料カットを禁止するよう構成した装置、或いはエンジン回転速度と負荷に応じて減速燃料カットを禁止するよう構成した装置が、例えば特開平８−１４４８１４号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記温度センサを用いて触媒温度を検出する方法の場合、温度センサを触媒担体に取付けることは困難であるため、直接的に触媒温度を正確に検出することはできず、温度センサを触媒コンバータのいずれかの位置に取り付けたとしても測定誤差が生じるという問題がある。
【０００６】
そして、触媒温度を検出する方法の場合、該検出された触媒温度に基づき燃料カットを禁止したとしても、排ガスの輸送遅れ及び触媒コンバータの熱容量が大きいことによる温度上昇の応答遅れがあるため、触媒上流側の高温の排ガスにより触媒コンバータが昇温し続け、熱劣化に至るという問題がある。
さらに、温度センサを設けることでコストアップに繋がるという問題もある。
【０００７】
また、触媒温度を吸入空気流量から推定する方法の場合には、排気温度を全く考慮していないため、推定精度が低いという問題がある。
また、エンジン回転速度と負荷に応じて燃料カットを禁止する方法の場合には、触媒コンバータは熱容量が大きいために触媒昇温に応答遅れがあり、触媒は直ぐには昇温しないのであるが、瞬時々々の運転条件に基づいて燃料カットを禁止してしまうため、燃料カット終了時期が早すぎて燃費等の効率が悪いという問題もある。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、触媒コンバータの熱劣化をコストアップなく且つ効率よく確実に防止可能な触媒熱劣化抑制装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の有害物質を浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータの温度を予め予測する触媒温度予測手段と、排気流量を検出する排気流量検出手段と、車両が所定の運転状態にあるときには内燃機関への燃料供給を停止する燃料噴射制御手段とを備え、前記触媒温度予測手段は、前記排気流量検出手段により検出される排気流量に基づき、排気流量が所定流量以下のときは該排気流量の増大に応じて増加し、所定流量より大きいときは前記触媒コンバータの許容温度よりも高い所定温度で概ね一定となるように前記触媒コンバータの温度を予測し、前記燃料噴射制御手段は、前記触媒温度予測手段により予測される触媒温度と前記触媒コンバータの許容温度との差及び前記排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づき前記許容温度に対する熱の増減量の相関値を求め、該熱の増減量の相関値の加減算値が所定値以上のときには、前記内燃機関への燃料供給の停止を禁止することを特徴としている。
【００１６】
即ち、触媒温度予測手段により予測される触媒コンバータの温度と触媒コンバータの許容温度との差及び排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づいて許容温度に対する熱の増減量の相関値を求め、さらにこの熱の増減量の相関値の加減算値（積算値）を求め、当該加減算値が所定値以上となるときには、内燃機関への燃料供給の停止（燃料カット）を禁止する。
この際、排気流量が所定流量以下のときは該排気流量の増大に応じて増加し、所定流量より大きいときは概ね一定となるという触媒温度特性を利用して、触媒コンバータの温度が良好に予測され、触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量が当該排気流量による触媒コンバータの予測温度に基づいて適正に求められる。
【００１７】
従って、触媒コンバータに流入する該触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量が触媒コンバータの予測温度に基づき適正に求められ、当該熱量の熱によって許容温度を越える可能性が高いと推定されるときには、燃料カットが禁止されて排気空燃比がリーン空燃比となることが防止され、触媒コンバータが高温且つ酸化雰囲気となることが好適に防止される。これにより、温度センサを触媒コンバータに設けることなくコストアップなく触媒コンバータの熱劣化が防止される。
【００１８】
また、許容温度を越える可能性が低いようなときには、燃料カットを禁止することなく可能な限り燃料カットを継続できるので、燃費の向上を図りながら効率よく触媒コンバータの熱劣化が防止される。
また、請求項２の発明では、さらに、前記触媒温度予測手段により予測される触媒温度をフィルタ処理し触媒予測温度フィルタ値を求める触媒予測温度フィルタ手段を有し、前記燃料噴射制御手段は、前記触媒予測温度フィルタ手段により求められた触媒予測温度フィルタ値と前記触媒コンバータの許容温度との差及び前記排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づき前記許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めることを特徴としている。
従って、触媒温度予測手段により予測される触媒温度を触媒予測温度フィルタ手段によってフィルタ処理することにより、触媒コンバータの熱容量が大きいことによる応答遅れを考慮して許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めるようにでき、触媒コンバータの熱劣化がより一層効率よく防止される。
また、請求項３の発明では、車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の有害物質を浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータの温度を予測する触媒温度予測手段と、排気流量を検出する排気流量検出手段と、内燃機関の燃焼空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、前記触媒温度予測手段は、前記排気流量検出手段により検出される排気流量に基づき、排気流量が所定流量以下のときは該排気流量の増大に応じて増加し、所定流量より大きいときは前記触媒コンバータの許容温度よりも高い所定温度で概ね一定となるように前記触媒コンバータの温度を予測し、前記空燃比制御手段は、前記触媒温度予測手段により予測される触媒温度と前記触媒コンバータの許容温度との差及び前記排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づき前記許容温度に対する熱の増減量の相関値を求め、該熱の増減量の相関値の加減算値が所定値以上のときには、燃焼空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御することを特徴としている。
【００１９】
従って、触媒コンバータに流入する該触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量が触媒コンバータの予測温度に基づき適正に求められ、当該熱量の熱によって許容温度を越える可能性が高いと推定されるときには、燃焼空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御することで排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となってリーン空燃比となることが防止され、触媒コンバータが高温且つ酸化雰囲気となることが好適に防止される。これにより、温度センサを触媒コンバータに設けることなくコストアップなく触媒コンバータの熱劣化が確実に防止される。
【００２０】
また、請求項４の発明では、さらに、前記触媒温度予測手段により予測される触媒温度をフィルタ処理し触媒予測温度フィルタ値を求める触媒予測温度フィルタ手段を有し、前記空燃比制御手段は、前記触媒予測温度フィルタ手段により求められた触媒予測温度フィルタ値と前記触媒コンバータの許容温度との差及び前記排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づき前記許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めることを特徴としている。
従って、触媒温度予測手段により予測される触媒温度を触媒予測温度フィルタ手段によってフィルタ処理することにより、触媒コンバータの熱容量が大きいことによる応答遅れを考慮して許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めるようにでき、触媒コンバータの熱劣化がより一層効率よく防止される。
【００２１】
また、請求項５の発明では、さらに、機関負荷を検出する負荷検出手段を有し、前記触媒温度予測手段は、前記排気流量検出手段により検出される排気流量と前記負荷検出手段により検出される機関負荷とに応じて触媒温度を予測するものであって、機関負荷が大きいほど排気流量に対する触媒温度の増加度合いが大きくなることを特徴としている。
【００２２】
従って、排気流量に対する触媒温度の増加度合いは機関負荷が大きいほど大きくなるという触媒温度特性を利用して、触媒コンバータの温度がより一層良好に予測され、触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量が当該触媒コンバータの予測温度に基づいて適正に求められる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、本発明に係る触媒熱劣化抑制装置の概略構成図が示されており、以下、同図に基づき当該触媒熱劣化抑制装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、燃料噴射モードを切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を実施可能な筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比（リッチＡ／Ｆ）での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比（リーンＡ／Ｆ）での運転（リーン空燃比運転）が実現可能である。
【００２５】
同図に示すように、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４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。
点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。また、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能である。
【００２６】
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ており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド１０には、吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４及びスロットル弁１４の開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６並びに吸入空気量を計測する吸気量センサ１８が設けられている。吸気量センサ１８としては、例えばカルマン渦式エアフローセンサが用いられる。
【００２７】
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ており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。
なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
【００２８】
排気マニホールド１２には排気管（排気通路）２０が接続されており、この排気管２０には、排気浄化触媒装置として三元触媒（触媒コンバータ）３０が介装されている。三元触媒３０は、担体に活性貴金属として銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）のいずれかを有して構成され、ＨＣ、ＣＯを酸化するとともにＮＯxを還元、除去可能に構成された三元触媒である。
【００２９】
なお、排気管２０には、Ｏ2センサ２２が設けられている。
ＥＣＵ４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ４０により、エンジン１を含めた触媒熱劣化抑制装置の総合的な制御が行われる。
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ１６、吸気量センサ１８、Ｏ2センサ２２やエンジン１のクランク角度を検出するクランク角センサ４２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、ＴＰＳ１６により検出されるスロットル開度情報からはエンジン負荷（機関負荷）Ｌが演算され、クランク角センサ４２により検出されるクランク角度からはエンジン回転速度Ｎeが演算される。
【００３０】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度等の各信号がそれぞれ出力される。これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施され、適正なタイミングで適正な開度となるようスロットル弁１４が開閉操作される。詳しくは、各種センサ類からの検出情報に基づいて燃焼空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）が設定され、当該燃焼Ａ／Ｆに応じて燃料噴射量、スロットル開度等が設定される。
【００３１】
また、当該エンジン１では、車両の減速走行時において燃料供給を停止し、燃料カットを実施することが可能に構成されている（燃料噴射制御手段）。詳しくは、エンジン１は、運転者がアクセルペダル（図示せず）の踏み込みを中止し且つエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度以上の場合に、燃料噴射弁６からの燃料噴射を停止して燃料カット可能に構成されている。なお、燃料カットは、全気筒について実施するようにしてもよいし、一部気筒についてのみ実施することもできる。
【００３２】
以下、このように構成された本発明に係る触媒熱劣化抑制装置の作用について説明する。
先ず、第１実施例を説明する。
図２を参照すると、本発明の第１実施例に係る触媒熱劣化抑制制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同図に沿って説明する。
【００３３】
ステップＳ１２では、触媒許容温度Ｔmax（触媒によって異なる値であり、例えば、７５０〜９００℃）に対する現在の熱の増減量に相関のある値として増減量ｑを次式(1)より算出する。
ｑ＝（Ｔex−Ｔmax）・Ｖex …(1)
ここに、Ｔexは排気温度であり、エンジン回転速度Ｎeとエンジン負荷Ｌとに応じて予め設定されたマップ（図示せず）から求められる（排気温度検出手段）。なお、排気通路に排気温センサを設け、当該排気温センサから排気温度Ｔexを直接検出するようにしてもよい。
【００３４】
また、Ｖexは排気流量（l/s）であり、例えば次式(2)より算出される（排気流量検出手段）。
Ｖex＝（体積効率)・(エンジン排気量(ml))・Ｎe(rpm)／(６０・２） …(2)
なお、排気流量は吸入空気量とほぼ同等であるので、排気流量Ｖexとして吸気量センサ１８により検出される吸入空気量を使用するようにしてもよい。
【００３５】
ステップＳ１４では、上記のように求めた増減量ｑをルーチンの実行周期毎に加減算、即ち積算し、加減算値Ｑfを求める（Ｑf＝Ｑf＋ｑ）。即ち、排気温度Ｔexが触媒許容温度Ｔmaxよりも高い場合には、上記式(1)における（Ｔex−Ｔmax）の値は正であり、前回値Ｑfに増減量ｑを加算する一方、排気温度Ｔexが触媒許容温度Ｔmaxよりも低い場合には、（Ｔex−Ｔmax）の値は負であり、前回値Ｑfから増減量ｑを減算する。
【００３６】
なお、加減算値Ｑfの初期値は値０とされ、前回値Ｑfから増減量ｑを減算して加減算値Ｑfの値が負となるような場合には、加減算値Ｑfは増減量ｑが再度加算されるまで値０にクリップされる。即ち、加減算値Ｑfの最低値は値０に保持される。
ステップＳ１６では、このように求めた加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定された場合には、ステップＳ１７に進む。
【００３７】
加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定されたような場合には、排気温度Ｔexが触媒許容温度Ｔmaxを越えるような熱量の熱が相当量三元触媒３０に供給されるような状況と判断できる。即ち、本発明では、触媒許容温度Ｔmaxを越えるような熱量を排気温度Ｔexに基づき加減算値Ｑfとして求めることで、排ガスの輸送遅れを考慮して予め三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高いか否かを事前に推定するようにしており、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定されたような場合には、相当量の熱によって三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が極めて高い状況と推定できる。
【００３８】
従って、このように加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定されたような場合には、ステップＳ１７に進み、現在燃料カットモードであるか否かを判別する。即ち、運転者がアクセルペダルの踏み込みを中止し且つエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度以上であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で燃料カットモードでない場合には、ステップＳ２０に進む。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で燃料カットモードと判定された場合には、ステップＳ１８に進み、燃料カットモードにあっても、燃料カットを禁止し、燃料供給を停止しないようにする。この場合、燃焼Ａ／ＦはストイキオまたはリッチＡ／Ｆに制御する。
【００３９】
燃焼Ａ／Ｆの制御はオープンループ制御であってもよいし、Ｏ2センサ２２によるフィードバック制御であってもよい。フィードバック制御とするときは、フィードバックゲイン（積分ゲイン、比例ゲイン、微分ゲイン）或いはフィードバック補正係数の上下限クリップ値を通常制御時とは別設定にするのがよい。また、Ａ／Ｆ学習については禁止する。
【００４０】
一方、ステップＳ１６の判別結果が偽（Ｎｏ）で、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1より小さいと判定された場合には、三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性は低いと考えられ、ステップＳ２０に進み、通常制御として燃料カットを実施する。
即ち、本発明では、加減算値Ｑfというパラメータを用いることで、三元触媒３０の温度が触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高いか低いかを現実に即して適切に推定するようにしており、三元触媒３０の温度が触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高いと推定される場合には、実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える前に予め燃料カットを禁止し、三元触媒３０の温度が触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が低いと推定される場合にのみ燃料カットを実施する。
【００４１】
このように三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える前に予め燃料カットを禁止するようにすると、通常燃料カットを行う場合には、吸入した空気がそのまま排気通路に排出されて排気通路内のＯ2濃度が増加し、排気空燃比がリーンＡ／Ｆ（酸化雰囲気）となるのであるが、排気空燃比がリーンＡ／Ｆとなることが防止される。これにより、三元触媒３０が高温且つ酸化雰囲気となることを防止でき、三元触媒３０のシンタリング等による熱劣化を好適に防止することができる。
【００４２】
また、実際に三元触媒３０の温度が触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高くなるまでは燃料カットを禁止しないことになるので、可能な限り燃料カットを継続することができることになり、燃費の向上を図りながら効率よく触媒コンバータの熱劣化を防止することができる。
また、温度センサを三元触媒３０に設けなくてもよいので、コストアップなく三元触媒３０の熱劣化を防止できる。
【００４３】
なお、ステップＳ１２は、燃料カットが実施されている間も継続して実行され、増減量ｑが継続して算出されるが、燃料カット中にあっては、排気温度Ｔexは上述のマップとは別設定のマップ（図示せず）から求められる。
次に、第２実施例を説明する。
第２実施例では、第１実施例に対し、上記図２の制御ルーチンのステップＳ１２において、排気温度Ｔexの代わりに排気温度Ｔexの一次フィルタ値、即ち排気温度フィルタ値Ｔfexを使用する。
【００４４】
つまり、第２実施例では、ステップＳ１２において、触媒許容温度Ｔmax（例えば、７５０〜９００℃）に対する現在の熱の増減量に相関のある値として増減量ｑを次式(3)より算出する。
ｑ＝（Ｔfex−Ｔmax）・Ｖex …(3)
ここに、排気温度フィルタ値Ｔfexは排気温度Ｔexに基づき次式(4)より求められる（排気温度フィルタ手段）。
【００４５】
Ｔfex(n)＝ｋ・Ｔex＋（１−ｋ）・Ｔfex(n-1) …(4)
ここに、ｋはフィルタ定数（例えば、０．０５）であり、Ｔfex(n)は今回値を示し、Ｔfex(n-1)は前回値を示す。なお、フィルタ定数ｋは温度上昇時と下降時で別設定とすることが望ましい。これは、上昇時と下降時とで温度変化のメカニズムが異なるためである。また、排気温度Ｔexは、上述したように、エンジン回転速度Ｎeとエンジン負荷Ｌとに応じて予め設定されたマップ（図示せず）から求めてもよく、排気通路に排気温センサを設け、当該排気温センサから直接検出するようにしてもよい。
【００４６】
このように、排気温度Ｔexの代わりに排気温度フィルタ値Ｔfexを用いるようにすると、実際には、三元触媒３０は熱容量が大きいために直ぐには昇温せず、温度上昇に応答遅れがあるのであるが、このような応答遅れを考慮して触媒許容温度Ｔmaxに対する熱の増減量ｑ、ひいては加減算値Ｑfを求めることができ、より現実に即した燃料カットの実施可否判別を行うようにできる。これにより、燃料カットをより適切に禁止するようにでき、三元触媒３０の熱劣化をより一層効率よく防止することができる。
【００４７】
次に、第３実施例を説明する。
第３実施例では、第１実施例に対し、上記図２の制御ルーチンのステップＳ１２において、排気温度Ｔexの代わりに三元触媒３０の予測温度、即ち触媒予測温度Ｔpcatを使用する。
つまり、第３実施例では、ステップＳ１２において、触媒許容温度Ｔmax（例えば、７５０〜９００℃）に対する現在の熱の増減量に相関のある値として増減量ｑを次式(5)より算出する。
【００４８】
ｑ＝（Ｔpcat−Ｔmax）・Ｖex …(5)
ここに、触媒予測温度Ｔpcatは排気流量Ｖexに応じて求められる。詳しくは、図３に示すように、触媒予測温度Ｔpcatと排気流量Ｖexとの関係（触媒温度特性）が予め実験等によりマップ化されており、触媒予測温度Ｔpcatは当該マップより読み取られる（触媒温度予測手段）。具体的には、排気流量Ｖexが所定流量Ｖ1以下のときには触媒予測温度Ｔpcatは排気流量Ｖexに応じて増加し、所定流量Ｖ1を越えると触媒予測温度Ｔpcatは所定温度Ｔ1（例えば、８００〜９５０℃であって触媒許容温度Ｔmaxより大きな値）で概ね一定となる。即ち、排気流量Ｖexが大きな領域では、排気流量Ｖexに対する触媒温度の増加度合いを小さくする（ここでは、所定温度Ｔ1で一定）。なお、所定流量Ｖ1を越えると触媒予測温度Ｔpcatが一定となるのは、排気流量Ｖexがある程度以上大きくなると、排気による触媒冷却作用が大きくなって熱の持ち去り量が多くなるためである。
【００４９】
そして、第１実施例の場合と同様、上記のように求めた増減量ｑをルーチンの実行周期毎に加減算、即ち積算し、加減算値Ｑfを求め（Ｑf＝Ｑf＋ｑ）（ステップＳ１４）、当該加減算値Ｑfを用いて燃料カットの実施可否判別を行う（ステップＳ１６）。
即ち、第３実施例では、触媒許容温度Ｔmaxを越えるような熱量を排気流量Ｖexからの触媒予測温度Ｔpcatに基づき加減算値Ｑfとして求めることで、排ガスの輸送遅れ及び三元触媒３０の熱容量が大きいことによる応答遅れを考慮して三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高いか否かを事前に予測するようにしており、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定されたような場合には、上記第1実施例の場合と同様、相当量の熱によって三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が極めて高い状況と予測できる。
【００５０】
従って、このように加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定されたような場合には、燃料カットモードにあっても、燃料カットを禁止し、燃料供給を停止しないようにし（ステップＳ１８）、一方ステップＳ１６の判別結果が偽（Ｎｏ）で、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1より小さいと判定された場合には、燃料カットを実施する（ステップＳ２０）。
【００５１】
このようにしても、上記第1実施例の場合と同様に、温度センサを三元触媒３０に設けることなくコストアップなく三元触媒３０が高温且つ酸化雰囲気となることを防止でき、燃費の向上を図りながら効率よく三元触媒３０の熱劣化を防止することができる。
なお、触媒予測温度Ｔpcatについては排気流量Ｖexとエンジン負荷Lとに応じて求めるようにしてもよい。詳しくは、図４に示すように、エンジン負荷Lに応じた触媒予測温度Ｔpcatと排気流量Ｖexとの関係（触媒温度特性）が予め実験等によりマップ化されており、触媒予測温度Ｔpcatを当該マップより読み取るようにしてもよい。具体的には、エンジン負荷Lが低負荷の場合には（一点鎖線）、排気流量Ｖexに対する触媒予測温度Ｔpcatの増加度合い（特性直線の傾き）が小さく、排気流量Ｖexが所定流量Ｖ3以下のときに触媒予測温度Ｔpcatが排気流量Ｖexに応じて増加し、所定流量Ｖ3を越えると触媒予測温度Ｔpcatが所定温度Ｔ1（例えば、８００〜９５０℃であって触媒許容温度Ｔmaxより大きな値）で一定となり、一方、エンジン負荷Lが高負荷の場合には（破線）、排気流量Ｖexに対する触媒予測温度Ｔpcatの増加度合い（特性直線の傾き）が大きく、排気流量Ｖexが所定流量Ｖ2以下のときに触媒予測温度Ｔpcatが排気流量Ｖexに応じて増加し、所定流量Ｖ2を越えると触媒予測温度Ｔpcatが所定温度Ｔ1で一定となるようにしてもよい。
【００５２】
即ち、排気流量Ｖexに対する触媒予測温度Ｔpcatの増加度合い、即ち特性直線の傾きはエンジン負荷Lに応じて概ね一義的に求めることができ、このエンジン負荷Lに対する傾きを予め記憶しておくことにより、排気流量Ｖex及びエンジン負荷Lから触媒予測温度Ｔpcatを求めることができる。また、触媒予測温度Ｔpcatを排気流量Ｖex及びエンジン負荷Lに対する３次元マップとして求めてもよい。
【００５３】
さらに、これら触媒予測温度Ｔpcat、排気流量Ｖex、エンジン負荷Lに関する特性値はＡ／Ｆ（リッチ、ストイキオ、リーン）毎に別設定とすることが望ましい。これは、リッチ運転時には燃料冷却により排気温度が低下する等、Ａ／Ｆに応じてこれらの特性の関係が異なったものとなるためである。
このようにすれば、触媒予測温度Ｔpcatをより一層良好に予測でき、より適正に熱の増減量ｑ、ひいては加減算値Ｑfを求めることができる。
【００５４】
次に、第４実施例を説明する。
第４実施例では、第３実施例に対し、上記図２の制御ルーチンのステップＳ１２において、触媒予測温度Ｔpcatの代わりに触媒予測温度Ｔpcatの一次フィルタ値、即ち触媒予測温度フィルタ値Ｔfpcatを使用する。
つまり、第４実施例では、ステップＳ１２において、触媒許容温度Ｔmax（例えば、７５０〜９００℃）に対する現在の熱の増減量に相関のある値として増減量ｑを次式(6)より算出する。
【００５５】
ｑ＝（Ｔfpcat−Ｔmax）・Ｖex …(6)
ここに、触媒予測温度フィルタ値Ｔfpcatは触媒予測温度Ｔpcatに基づき次式(7)より求められる。
Ｔfpcat(n)＝ｋ・Ｔpcat＋（１−ｋ）・Ｔfpcat(n-1) …(7)
ここに、ｋはフィルタ定数（例えば、０．０５）であり、Ｔfpcat(n)は今回値を示し、Ｔfpcat(n-1)は前回値を示す。なお、フィルタ定数ｋは触媒予測温度Ｔpcatの上昇時と下降時で別設定とすることが望ましい。これは、上昇時と下降時とで温度変化のメカニズムが異なるためである。また、触媒予測温度Ｔpcatは、上述したように、図３に示すマップから読み出してもよいし、図４に示すマップから読み出してもよい。
【００５６】
このように、触媒予測温度Ｔpcatの代わりに触媒予測温度フィルタ値Ｔfpcatを用いるようにすると、上記第２実施例の場合と同様、温度上昇の応答遅れを考慮して触媒許容温度Ｔmaxに対する熱の増減量ｑ、ひいては加減算値Ｑfを求めることができ、より現実に即した燃料カットの実施可否判別を行うようにできる。これにより、燃料カットをより適切に禁止するようにでき、三元触媒３０の熱劣化をより一層効率よく防止することができる。
【００５７】
次に、第５実施例を説明する。
図５を参照すると、本発明の第５実施例に係る触媒熱劣化抑制制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同図に沿って説明する。
ステップＳ３０では、上記図２のステップＳ１２と同様に、触媒許容温度Ｔmax（例えば、７５０〜９００℃）に対する現在の熱の増減量に相関のある値として増減量ｑを排気温度Ｔexに基づく式(1)または排気温度フィルタ値Ｔfexに基づく式(3)より算出する。
【００５８】
そして、ステップＳ３２では、上記図２のステップＳ１４と同様に、上記のように求めた増減量ｑをルーチンの実行周期毎に加減算、即ち積算し、加減算値Ｑfを求める（Ｑf＝Ｑf＋ｑ）。
ステップＳ３４では、上記図２のステップＳ１６と同様に、このように求めた加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定され、相当量の熱によって三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が極めて高い状況と推定された場合には、ステップＳ３６に進む。
【００５９】
ステップＳ３６では、燃焼Ａ／ＦをストイキオまたはリッチＡ／Ｆにする。つまり、燃焼Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆとしないようにする（空燃比制御手段）。
一方、ステップＳ３４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1より小さいと判定された場合には、三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性は低いと考えられ、ステップＳ３８に進み、通常制御を実施する。即ち、各種センサ類からの検出情報に基づいて燃焼Ａ／Ｆを設定する。
【００６０】
即ち、第５実施例では、加減算値Ｑfというパラメータを用いることで、三元触媒３０の温度が触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高いか低いかを現実に即して適切に推定するようにしており、三元触媒３０の温度が触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高いと推定される場合には、実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える前に予め燃焼Ａ／ＦをストイキオまたはリッチＡ／ＦにしてリーンＡ／Ｆとしないようにしている。
【００６１】
このようにすると、排気空燃比がリーンＡ／Ｆとなることが防止される。これにより、三元触媒３０が高温且つ酸化雰囲気となることを防止でき、三元触媒３０の熱劣化を好適に防止することができる。
また、温度センサを三元触媒３０に設けなくてもよいので、コストアップなく三元触媒３０の熱劣化を防止できる。
【００６２】
次に、第６実施例を説明する。
第６実施例では、第５実施例に対し、上記図５の制御ルーチンのステップＳ３０において、上記第３実施例の場合と同様、排気温度Ｔexの代わりに触媒予測温度Ｔpcatを使用する。
つまり、第６実施例では、ステップＳ３０において、触媒許容温度Ｔmax（例えば、７５０〜９００℃）に対する現在の熱の増減量に相関のある値として増減量ｑを触媒予測温度Ｔpcatに基づく式(5)または触媒予測温度フィルタ値Ｔfpcatに基づく式(6)より算出する。
【００６３】
そして、第５実施例の場合と同様、上記のように求めた増減量ｑをルーチンの実行周期毎に加減算、即ち積算し、加減算値Ｑfを求め（Ｑf＝Ｑf＋ｑ）（ステップＳ３２）、当該加減算値Ｑfを用いて燃焼Ａ／ＦをストイキオまたはリッチＡ／Ｆにするか否かの判別を行い（ステップＳ３４）、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定されたような場合には、燃焼Ａ／ＦをストイキオまたはリッチＡ／Ｆにし（ステップＳ３６）、一方加減算値Ｑfが所定値Ｑ1より小さいと判定された場合には、通常制御とする（ステップＳ３８）。
【００６４】
このようにしても、上記第５実施例の場合と同様に、温度センサを三元触媒３０に設けることなくコストアップなく三元触媒３０が高温且つ酸化雰囲気となることを防止でき、三元触媒３０の熱劣化を防止することができる。
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明の実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
【００６５】
例えば、上記実施形態では触媒コンバータとして三元触媒３０を用いたが、触媒コンバータはＮＯx触媒等いかなるものであってもよい。
また、触媒コンバータを複数備えるようにしてもよい。この場合、各々の触媒コンバータに対して本発明を別々に適用し、いずれかの触媒コンバータが「燃料カット禁止」または「Ａ／ＦをストイキオまたはリッチＡ／Ｆとする」と判定されたとき、他の触媒コンバータでの判定に拘わらず「燃料カット禁止」または「Ａ／ＦをストイキオまたはリッチＡ／Ｆとする」制御を実施するのがよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１の触媒熱劣化抑制装置によれば、触媒温度予測手段により予め予測される触媒コンバータの温度と触媒コンバータの許容温度との差及び排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づいて許容温度に対する熱の増減量の相関値を求め、さらにこの熱の増減量の相関値の加減算値（積算値）を求め、当該加減算値が所定値以上となるときには、前記内燃機関への燃料供給の停止（燃料カット）を禁止するので、触媒コンバータに流入する該触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量を触媒コンバータの予測温度に基づき適正に求めるようにでき、当該熱量の熱によって許容温度を越える可能性が高いと推定されるときには、燃料カットを禁止して排気空燃比がリーン空燃比となることを防止し、触媒コンバータが高温且つ酸化雰囲気となることを好適に防止することができる。これにより、温度センサを触媒コンバータに設けることなくコストアップなく触媒コンバータの熱劣化を防止することができる。
この際、排気流量が所定流量以下のときは該排気流量の増大に応じて増加し、所定流量より大きいときは概ね一定となるという触媒温度特性を利用することにより、触媒コンバータの温度を良好に予測でき、触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量を当該排気流量による触媒コンバータの予測温度に基づいて適正に求めることができる。
【００７０】
また、許容温度を越える可能性が低いようなときには、燃料カットを禁止することなく可能な限り燃料カットを継続できるので、燃費の向上を図りながら効率よく触媒コンバータの熱劣化を防止することができる。
また、請求項２の触媒熱劣化抑制装置によれば、触媒温度予測手段により予測される触媒温度を触媒予測温度フィルタ手段によってフィルタ処理するので、触媒コンバータの熱容量が大きいことによる応答遅れを考慮して許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めるようにでき、触媒コンバータの熱劣化をより一層効率よく防止することができる。
また、請求項３の触媒熱劣化抑制装置によれば、触媒温度予測手段により予め予測される触媒コンバータの温度と触媒コンバータの許容温度との差及び排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づいて許容温度に対する熱の増減量の相関値を求め、さらにこの熱の増減量の相関値の加減算値（積算値）を求め、当該加減算値が所定値以上となるときには、燃焼空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するので、触媒コンバータに流入する該触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量を触媒コンバータの予測温度に基づき適正に求めるようにでき、当該熱量の熱によって許容温度を越える可能性が高いと推定されるときには、燃焼空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御して排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比としてリーン空燃比とならないようにし、触媒コンバータが高温且つ酸化雰囲気となることを好適に防止することができる。これにより、温度センサを触媒コンバータに設けることなくコストアップなく触媒コンバータの熱劣化を確実に防止することができる。
この際、排気流量が所定流量以下のときは該排気流量の増大に応じて増加し、所定流量より大きいときは概ね一定となるという触媒温度特性を利用することにより、触媒コンバータの温度を良好に予測でき、触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量を当該排気流量による触媒コンバータの予測温度に基づいて適正に求めることができる。
【００７１】
また、請求項４の触媒熱劣化抑制装置によれば、触媒温度予測手段により予測される触媒温度を触媒予測温度フィルタ手段によってフィルタ処理するので、触媒コンバータの熱容量が大きいことによる応答遅れを考慮して許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めるようにでき、触媒コンバータの熱劣化をより一層効率よく防止することができる。
【００７２】
また、請求項５の触媒熱劣化抑制装置によれば、排気流量に対する触媒温度の増加度合いは機関負荷が大きいほど大きくなるという触媒温度特性を利用することにより、触媒コンバータの温度をより一層良好に予測でき、触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量を当該触媒コンバータの予測温度に基づいて適正に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る触媒熱劣化抑制装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１乃至第４実施例に係る触媒熱劣化抑制制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】触媒予測温度Ｔpcatと排気流量Ｖexとの関係（触媒温度特性）を示すマップである。
【図４】エンジン負荷Lに応じた触媒予測温度Ｔpcatと排気流量Ｖexとの関係（触媒温度特性）を示すマップである。
【図５】本発明の第５、第６実施例に係る触媒熱劣化抑制制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン本体
６ 燃料噴射弁
１２ 排気マニホールド
１４ スロットル弁
１６ ＴＰＳ
１８ 圧力センサ
２０ 排気管
３０ 三元触媒（触媒コンバータ）
４０ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
４２ クランク角センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒熱劣化抑制装置に係り、詳しくは、触媒温度が許容温度以上になる場合には触媒コンバータが酸化雰囲気となるのを抑えて触媒コンバータの熱劣化を確実に防止する技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
エンジンの排気系に介装される触媒コンバータは、高温且つ酸化雰囲気（リーン空燃比）になるほどシンタリング（担体に担持された粒子が高温下で互いに凝集して粒子径が大きくなる現象）等により熱劣化し易いという問題がある。
特に、近年においては、ＣＯ2低減（燃料消費量低減）を図ることを目的として車両の減速時に内燃機関への燃料供給を全気筒または一部気筒について一時的に停止（燃料カット）する減速燃料カット装置を搭載した車両が実用化されており、このような減速燃料カット装置を搭載した車両では、燃料カットした気筒から空気のみが排出されることになるため、燃料カット時には排気空燃比がリーン空燃比となり易く、上記問題は顕著である。
【０００３】
また、最近では、通常の運転域で希薄（リーン）燃焼を行う内燃機関が実用化されているが、このような内燃機関の場合、燃料カット時と同様に触媒コンバータが酸化雰囲気（リーン空燃比）且つ高温になる機会が多くなる。
そこで、触媒コンバータの温度を温度センサにより検出し、触媒温度が高温となるときには減速燃料カットを禁止するよう構成した装置が、例えば特開昭５５−１３７３３９号公報等に開示されている。
【０００４】
また、触媒床温を吸入空気流量から推定し、触媒床温が高いときには減速燃料カットを禁止するよう構成した装置、或いはエンジン回転速度と負荷に応じて減速燃料カットを禁止するよう構成した装置が、例えば特開平８−１４４８１４号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記温度センサを用いて触媒温度を検出する方法の場合、温度センサを触媒担体に取付けることは困難であるため、直接的に触媒温度を正確に検出することはできず、温度センサを触媒コンバータのいずれかの位置に取り付けたとしても測定誤差が生じるという問題がある。
【０００６】
そして、触媒温度を検出する方法の場合、該検出された触媒温度に基づき燃料カットを禁止したとしても、排ガスの輸送遅れ及び触媒コンバータの熱容量が大きいことによる温度上昇の応答遅れがあるため、触媒上流側の高温の排ガスにより触媒コンバータが昇温し続け、熱劣化に至るという問題がある。
さらに、温度センサを設けることでコストアップに繋がるという問題もある。
【０００７】
また、触媒温度を吸入空気流量から推定する方法の場合には、排気温度を全く考慮していないため、推定精度が低いという問題がある。
また、エンジン回転速度と負荷に応じて燃料カットを禁止する方法の場合には、触媒コンバータは熱容量が大きいために触媒昇温に応答遅れがあり、触媒は直ぐには昇温しないのであるが、瞬時々々の運転条件に基づいて燃料カットを禁止してしまうため、燃料カット終了時期が早すぎて燃費等の効率が悪いという問題もある。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、触媒コンバータの熱劣化をコストアップなく且つ効率よく確実に防止可能な触媒熱劣化抑制装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の有害物質を浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータの温度を予め予測する触媒温度予測手段と、排気流量を検出する排気流量検出手段と、車両が所定の運転状態にあるときには内燃機関への燃料供給を停止する燃料噴射制御手段とを備え、前記触媒温度予測手段は、前記排気流量検出手段により検出される排気流量に基づき、排気流量が所定流量以下のときは該排気流量の増大に応じて増加し、所定流量より大きいときは前記触媒コンバータの許容温度よりも高い所定温度で概ね一定となるように前記触媒コンバータの温度を予測し、前記燃料噴射制御手段は、前記触媒温度予測手段により予測される触媒温度と前記触媒コンバータの許容温度との差及び前記排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づき前記許容温度に対する熱の増減量の相関値を求め、該熱の増減量の相関値の加減算値が所定値以上のときには、前記内燃機関への燃料供給の停止を禁止することを特徴としている。
【００１６】
即ち、触媒温度予測手段により予測される触媒コンバータの温度と触媒コンバータの許容温度との差及び排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づいて許容温度に対する熱の増減量の相関値を求め、さらにこの熱の増減量の相関値の加減算値（積算値）を求め、当該加減算値が所定値以上となるときには、内燃機関への燃料供給の停止（燃料カット）を禁止する。
この際、排気流量が所定流量以下のときは該排気流量の増大に応じて増加し、所定流量より大きいときは概ね一定となるという触媒温度特性を利用して、触媒コンバータの温度が良好に予測され、触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量が当該排気流量による触媒コンバータの予測温度に基づいて適正に求められる。
【００１７】
従って、触媒コンバータに流入する該触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量が触媒コンバータの予測温度に基づき適正に求められ、当該熱量の熱によって許容温度を越える可能性が高いと推定されるときには、燃料カットが禁止されて排気空燃比がリーン空燃比となることが防止され、触媒コンバータが高温且つ酸化雰囲気となることが好適に防止される。これにより、温度センサを触媒コンバータに設けることなくコストアップなく触媒コンバータの熱劣化が防止される。
【００１８】
また、許容温度を越える可能性が低いようなときには、燃料カットを禁止することなく可能な限り燃料カットを継続できるので、燃費の向上を図りながら効率よく触媒コンバータの熱劣化が防止される。
また、請求項２の発明では、さらに、前記触媒温度予測手段により予測される触媒温度をフィルタ処理し触媒予測温度フィルタ値を求める触媒予測温度フィルタ手段を有し、前記燃料噴射制御手段は、前記触媒予測温度フィルタ手段により求められた触媒予測温度フィルタ値と前記触媒コンバータの許容温度との差及び前記排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づき前記許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めることを特徴としている。
従って、触媒温度予測手段により予測される触媒温度を触媒予測温度フィルタ手段によってフィルタ処理することにより、触媒コンバータの熱容量が大きいことによる応答遅れを考慮して許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めるようにでき、触媒コンバータの熱劣化がより一層効率よく防止される。
また、請求項３の発明では、車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の有害物質を浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータの温度を予測する触媒温度予測手段と、排気流量を検出する排気流量検出手段と、内燃機関の燃焼空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、前記触媒温度予測手段は、前記排気流量検出手段により検出される排気流量に基づき、排気流量が所定流量以下のときは該排気流量の増大に応じて増加し、所定流量より大きいときは前記触媒コンバータの許容温度よりも高い所定温度で概ね一定となるように前記触媒コンバータの温度を予測し、前記空燃比制御手段は、前記触媒温度予測手段により予測される触媒温度と前記触媒コンバータの許容温度との差及び前記排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づき前記許容温度に対する熱の増減量の相関値を求め、該熱の増減量の相関値の加減算値が所定値以上のときには、燃焼空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御することを特徴としている。
【００１９】
従って、触媒コンバータに流入する該触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量が触媒コンバータの予測温度に基づき適正に求められ、当該熱量の熱によって許容温度を越える可能性が高いと推定されるときには、燃焼空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御することで排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となってリーン空燃比となることが防止され、触媒コンバータが高温且つ酸化雰囲気となることが好適に防止される。これにより、温度センサを触媒コンバータに設けることなくコストアップなく触媒コンバータの熱劣化が確実に防止される。
【００２０】
また、請求項４の発明では、さらに、前記触媒温度予測手段により予測される触媒温度をフィルタ処理し触媒予測温度フィルタ値を求める触媒予測温度フィルタ手段を有し、前記空燃比制御手段は、前記触媒予測温度フィルタ手段により求められた触媒予測温度フィルタ値と前記触媒コンバータの許容温度との差及び前記排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づき前記許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めることを特徴としている。
従って、触媒温度予測手段により予測される触媒温度を触媒予測温度フィルタ手段によってフィルタ処理することにより、触媒コンバータの熱容量が大きいことによる応答遅れを考慮して許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めるようにでき、触媒コンバータの熱劣化がより一層効率よく防止される。
【００２１】
また、請求項５の発明では、さらに、機関負荷を検出する負荷検出手段を有し、前記触媒温度予測手段は、前記排気流量検出手段により検出される排気流量と前記負荷検出手段により検出される機関負荷とに応じて触媒温度を予測するものであって、機関負荷が大きいほど排気流量に対する触媒温度の増加度合いが大きくなることを特徴としている。
【００２２】
従って、排気流量に対する触媒温度の増加度合いは機関負荷が大きいほど大きくなるという触媒温度特性を利用して、触媒コンバータの温度がより一層良好に予測され、触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量が当該触媒コンバータの予測温度に基づいて適正に求められる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、本発明に係る触媒熱劣化抑制装置の概略構成図が示されており、以下、同図に基づき当該触媒熱劣化抑制装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、燃料噴射モードを切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を実施可能な筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比（リッチＡ／Ｆ）での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比（リーンＡ／Ｆ）での運転（リーン空燃比運転）が実現可能である。
【００２５】
同図に示すように、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４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。
点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。また、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能である。
【００２６】
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ており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド１０には、吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４及びスロットル弁１４の開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６並びに吸入空気量を計測する吸気量センサ１８が設けられている。吸気量センサ１８としては、例えばカルマン渦式エアフローセンサが用いられる。
【００２７】
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ており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。
なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
【００２８】
排気マニホールド１２には排気管（排気通路）２０が接続されており、この排気管２０には、排気浄化触媒装置として三元触媒（触媒コンバータ）３０が介装されている。三元触媒３０は、担体に活性貴金属として銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）のいずれかを有して構成され、ＨＣ、ＣＯを酸化するとともにＮＯxを還元、除去可能に構成された三元触媒である。
【００２９】
なお、排気管２０には、Ｏ2センサ２２が設けられている。
ＥＣＵ４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ４０により、エンジン１を含めた触媒熱劣化抑制装置の総合的な制御が行われる。
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ１６、吸気量センサ１８、Ｏ2センサ２２やエンジン１のクランク角度を検出するクランク角センサ４２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、ＴＰＳ１６により検出されるスロットル開度情報からはエンジン負荷（機関負荷）Ｌが演算され、クランク角センサ４２により検出されるクランク角度からはエンジン回転速度Ｎeが演算される。
【００３０】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度等の各信号がそれぞれ出力される。これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施され、適正なタイミングで適正な開度となるようスロットル弁１４が開閉操作される。詳しくは、各種センサ類からの検出情報に基づいて燃焼空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）が設定され、当該燃焼Ａ／Ｆに応じて燃料噴射量、スロットル開度等が設定される。
【００３１】
また、当該エンジン１では、車両の減速走行時において燃料供給を停止し、燃料カットを実施することが可能に構成されている（燃料噴射制御手段）。詳しくは、エンジン１は、運転者がアクセルペダル（図示せず）の踏み込みを中止し且つエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度以上の場合に、燃料噴射弁６からの燃料噴射を停止して燃料カット可能に構成されている。なお、燃料カットは、全気筒について実施するようにしてもよいし、一部気筒についてのみ実施することもできる。
【００３２】
以下、このように構成された本発明に係る触媒熱劣化抑制装置の作用について説明する。
先ず、第１実施例を説明する。
図２を参照すると、本発明の第１実施例に係る触媒熱劣化抑制制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同図に沿って説明する。
【００３３】
ステップＳ１２では、触媒許容温度Ｔmax（触媒によって異なる値であり、例えば、７５０〜９００℃）に対する現在の熱の増減量に相関のある値として増減量ｑを次式(1)より算出する。
ｑ＝（Ｔex−Ｔmax）・Ｖex …(1)
ここに、Ｔexは排気温度であり、エンジン回転速度Ｎeとエンジン負荷Ｌとに応じて予め設定されたマップ（図示せず）から求められる（排気温度検出手段）。なお、排気通路に排気温センサを設け、当該排気温センサから排気温度Ｔexを直接検出するようにしてもよい。
【００３４】
また、Ｖexは排気流量（l/s）であり、例えば次式(2)より算出される（排気流量検出手段）。
Ｖex＝（体積効率)・(エンジン排気量(ml))・Ｎe(rpm)／(６０・２） …(2)
なお、排気流量は吸入空気量とほぼ同等であるので、排気流量Ｖexとして吸気量センサ１８により検出される吸入空気量を使用するようにしてもよい。
【００３５】
ステップＳ１４では、上記のように求めた増減量ｑをルーチンの実行周期毎に加減算、即ち積算し、加減算値Ｑfを求める（Ｑf＝Ｑf＋ｑ）。即ち、排気温度Ｔexが触媒許容温度Ｔmaxよりも高い場合には、上記式(1)における（Ｔex−Ｔmax）の値は正であり、前回値Ｑfに増減量ｑを加算する一方、排気温度Ｔexが触媒許容温度Ｔmaxよりも低い場合には、（Ｔex−Ｔmax）の値は負であり、前回値Ｑfから増減量ｑを減算する。
【００３６】
なお、加減算値Ｑfの初期値は値０とされ、前回値Ｑfから増減量ｑを減算して加減算値Ｑfの値が負となるような場合には、加減算値Ｑfは増減量ｑが再度加算されるまで値０にクリップされる。即ち、加減算値Ｑfの最低値は値０に保持される。
ステップＳ１６では、このように求めた加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定された場合には、ステップＳ１７に進む。
【００３７】
加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定されたような場合には、排気温度Ｔexが触媒許容温度Ｔmaxを越えるような熱量の熱が相当量三元触媒３０に供給されるような状況と判断できる。即ち、本発明では、触媒許容温度Ｔmaxを越えるような熱量を排気温度Ｔexに基づき加減算値Ｑfとして求めることで、排ガスの輸送遅れを考慮して予め三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高いか否かを事前に推定するようにしており、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定されたような場合には、相当量の熱によって三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が極めて高い状況と推定できる。
【００３８】
従って、このように加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定されたような場合には、ステップＳ１７に進み、現在燃料カットモードであるか否かを判別する。即ち、運転者がアクセルペダルの踏み込みを中止し且つエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度以上であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で燃料カットモードでない場合には、ステップＳ２０に進む。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で燃料カットモードと判定された場合には、ステップＳ１８に進み、燃料カットモードにあっても、燃料カットを禁止し、燃料供給を停止しないようにする。この場合、燃焼Ａ／ＦはストイキオまたはリッチＡ／Ｆに制御する。
【００３９】
燃焼Ａ／Ｆの制御はオープンループ制御であってもよいし、Ｏ2センサ２２によるフィードバック制御であってもよい。フィードバック制御とするときは、フィードバックゲイン（積分ゲイン、比例ゲイン、微分ゲイン）或いはフィードバック補正係数の上下限クリップ値を通常制御時とは別設定にするのがよい。また、Ａ／Ｆ学習については禁止する。
【００４０】
一方、ステップＳ１６の判別結果が偽（Ｎｏ）で、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1より小さいと判定された場合には、三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性は低いと考えられ、ステップＳ２０に進み、通常制御として燃料カットを実施する。
即ち、本発明では、加減算値Ｑfというパラメータを用いることで、三元触媒３０の温度が触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高いか低いかを現実に即して適切に推定するようにしており、三元触媒３０の温度が触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高いと推定される場合には、実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える前に予め燃料カットを禁止し、三元触媒３０の温度が触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が低いと推定される場合にのみ燃料カットを実施する。
【００４１】
このように三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える前に予め燃料カットを禁止するようにすると、通常燃料カットを行う場合には、吸入した空気がそのまま排気通路に排出されて排気通路内のＯ2濃度が増加し、排気空燃比がリーンＡ／Ｆ（酸化雰囲気）となるのであるが、排気空燃比がリーンＡ／Ｆとなることが防止される。これにより、三元触媒３０が高温且つ酸化雰囲気となることを防止でき、三元触媒３０のシンタリング等による熱劣化を好適に防止することができる。
【００４２】
また、実際に三元触媒３０の温度が触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高くなるまでは燃料カットを禁止しないことになるので、可能な限り燃料カットを継続することができることになり、燃費の向上を図りながら効率よく触媒コンバータの熱劣化を防止することができる。
また、温度センサを三元触媒３０に設けなくてもよいので、コストアップなく三元触媒３０の熱劣化を防止できる。
【００４３】
なお、ステップＳ１２は、燃料カットが実施されている間も継続して実行され、増減量ｑが継続して算出されるが、燃料カット中にあっては、排気温度Ｔexは上述のマップとは別設定のマップ（図示せず）から求められる。
次に、第２実施例を説明する。
第２実施例では、第１実施例に対し、上記図２の制御ルーチンのステップＳ１２において、排気温度Ｔexの代わりに排気温度Ｔexの一次フィルタ値、即ち排気温度フィルタ値Ｔfexを使用する。
【００４４】
つまり、第２実施例では、ステップＳ１２において、触媒許容温度Ｔmax（例えば、７５０〜９００℃）に対する現在の熱の増減量に相関のある値として増減量ｑを次式(3)より算出する。
ｑ＝（Ｔfex−Ｔmax）・Ｖex …(3)
ここに、排気温度フィルタ値Ｔfexは排気温度Ｔexに基づき次式(4)より求められる（排気温度フィルタ手段）。
【００４５】
Ｔfex(n)＝ｋ・Ｔex＋（１−ｋ）・Ｔfex(n-1) …(4)
ここに、ｋはフィルタ定数（例えば、０．０５）であり、Ｔfex(n)は今回値を示し、Ｔfex(n-1)は前回値を示す。なお、フィルタ定数ｋは温度上昇時と下降時で別設定とすることが望ましい。これは、上昇時と下降時とで温度変化のメカニズムが異なるためである。また、排気温度Ｔexは、上述したように、エンジン回転速度Ｎeとエンジン負荷Ｌとに応じて予め設定されたマップ（図示せず）から求めてもよく、排気通路に排気温センサを設け、当該排気温センサから直接検出するようにしてもよい。
【００４６】
このように、排気温度Ｔexの代わりに排気温度フィルタ値Ｔfexを用いるようにすると、実際には、三元触媒３０は熱容量が大きいために直ぐには昇温せず、温度上昇に応答遅れがあるのであるが、このような応答遅れを考慮して触媒許容温度Ｔmaxに対する熱の増減量ｑ、ひいては加減算値Ｑfを求めることができ、より現実に即した燃料カットの実施可否判別を行うようにできる。これにより、燃料カットをより適切に禁止するようにでき、三元触媒３０の熱劣化をより一層効率よく防止することができる。
【００４７】
次に、第３実施例を説明する。
第３実施例では、第１実施例に対し、上記図２の制御ルーチンのステップＳ１２において、排気温度Ｔexの代わりに三元触媒３０の予測温度、即ち触媒予測温度Ｔpcatを使用する。
つまり、第３実施例では、ステップＳ１２において、触媒許容温度Ｔmax（例えば、７５０〜９００℃）に対する現在の熱の増減量に相関のある値として増減量ｑを次式(5)より算出する。
【００４８】
ｑ＝（Ｔpcat−Ｔmax）・Ｖex …(5)
ここに、触媒予測温度Ｔpcatは排気流量Ｖexに応じて求められる。詳しくは、図３に示すように、触媒予測温度Ｔpcatと排気流量Ｖexとの関係（触媒温度特性）が予め実験等によりマップ化されており、触媒予測温度Ｔpcatは当該マップより読み取られる（触媒温度予測手段）。具体的には、排気流量Ｖexが所定流量Ｖ1以下のときには触媒予測温度Ｔpcatは排気流量Ｖexに応じて増加し、所定流量Ｖ1を越えると触媒予測温度Ｔpcatは所定温度Ｔ1（例えば、８００〜９５０℃であって触媒許容温度Ｔmaxより大きな値）で概ね一定となる。即ち、排気流量Ｖexが大きな領域では、排気流量Ｖexに対する触媒温度の増加度合いを小さくする（ここでは、所定温度Ｔ1で一定）。なお、所定流量Ｖ1を越えると触媒予測温度Ｔpcatが一定となるのは、排気流量Ｖexがある程度以上大きくなると、排気による触媒冷却作用が大きくなって熱の持ち去り量が多くなるためである。
【００４９】
そして、第１実施例の場合と同様、上記のように求めた増減量ｑをルーチンの実行周期毎に加減算、即ち積算し、加減算値Ｑfを求め（Ｑf＝Ｑf＋ｑ）（ステップＳ１４）、当該加減算値Ｑfを用いて燃料カットの実施可否判別を行う（ステップＳ１６）。
即ち、第３実施例では、触媒許容温度Ｔmaxを越えるような熱量を排気流量Ｖexからの触媒予測温度Ｔpcatに基づき加減算値Ｑfとして求めることで、排ガスの輸送遅れ及び三元触媒３０の熱容量が大きいことによる応答遅れを考慮して三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高いか否かを事前に予測するようにしており、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定されたような場合には、上記第1実施例の場合と同様、相当量の熱によって三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が極めて高い状況と予測できる。
【００５０】
従って、このように加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定されたような場合には、燃料カットモードにあっても、燃料カットを禁止し、燃料供給を停止しないようにし（ステップＳ１８）、一方ステップＳ１６の判別結果が偽（Ｎｏ）で、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1より小さいと判定された場合には、燃料カットを実施する（ステップＳ２０）。
【００５１】
このようにしても、上記第1実施例の場合と同様に、温度センサを三元触媒３０に設けることなくコストアップなく三元触媒３０が高温且つ酸化雰囲気となることを防止でき、燃費の向上を図りながら効率よく三元触媒３０の熱劣化を防止することができる。
なお、触媒予測温度Ｔpcatについては排気流量Ｖexとエンジン負荷Lとに応じて求めるようにしてもよい。詳しくは、図４に示すように、エンジン負荷Lに応じた触媒予測温度Ｔpcatと排気流量Ｖexとの関係（触媒温度特性）が予め実験等によりマップ化されており、触媒予測温度Ｔpcatを当該マップより読み取るようにしてもよい。具体的には、エンジン負荷Lが低負荷の場合には（一点鎖線）、排気流量Ｖexに対する触媒予測温度Ｔpcatの増加度合い（特性直線の傾き）が小さく、排気流量Ｖexが所定流量Ｖ3以下のときに触媒予測温度Ｔpcatが排気流量Ｖexに応じて増加し、所定流量Ｖ3を越えると触媒予測温度Ｔpcatが所定温度Ｔ1（例えば、８００〜９５０℃であって触媒許容温度Ｔmaxより大きな値）で一定となり、一方、エンジン負荷Lが高負荷の場合には（破線）、排気流量Ｖexに対する触媒予測温度Ｔpcatの増加度合い（特性直線の傾き）が大きく、排気流量Ｖexが所定流量Ｖ2以下のときに触媒予測温度Ｔpcatが排気流量Ｖexに応じて増加し、所定流量Ｖ2を越えると触媒予測温度Ｔpcatが所定温度Ｔ1で一定となるようにしてもよい。
【００５２】
即ち、排気流量Ｖexに対する触媒予測温度Ｔpcatの増加度合い、即ち特性直線の傾きはエンジン負荷Lに応じて概ね一義的に求めることができ、このエンジン負荷Lに対する傾きを予め記憶しておくことにより、排気流量Ｖex及びエンジン負荷Lから触媒予測温度Ｔpcatを求めることができる。また、触媒予測温度Ｔpcatを排気流量Ｖex及びエンジン負荷Lに対する３次元マップとして求めてもよい。
【００５３】
さらに、これら触媒予測温度Ｔpcat、排気流量Ｖex、エンジン負荷Lに関する特性値はＡ／Ｆ（リッチ、ストイキオ、リーン）毎に別設定とすることが望ましい。これは、リッチ運転時には燃料冷却により排気温度が低下する等、Ａ／Ｆに応じてこれらの特性の関係が異なったものとなるためである。
このようにすれば、触媒予測温度Ｔpcatをより一層良好に予測でき、より適正に熱の増減量ｑ、ひいては加減算値Ｑfを求めることができる。
【００５４】
次に、第４実施例を説明する。
第４実施例では、第３実施例に対し、上記図２の制御ルーチンのステップＳ１２において、触媒予測温度Ｔpcatの代わりに触媒予測温度Ｔpcatの一次フィルタ値、即ち触媒予測温度フィルタ値Ｔfpcatを使用する。
つまり、第４実施例では、ステップＳ１２において、触媒許容温度Ｔmax（例えば、７５０〜９００℃）に対する現在の熱の増減量に相関のある値として増減量ｑを次式(6)より算出する。
【００５５】
ｑ＝（Ｔfpcat−Ｔmax）・Ｖex …(6)
ここに、触媒予測温度フィルタ値Ｔfpcatは触媒予測温度Ｔpcatに基づき次式(7)より求められる。
Ｔfpcat(n)＝ｋ・Ｔpcat＋（１−ｋ）・Ｔfpcat(n-1) …(7)
ここに、ｋはフィルタ定数（例えば、０．０５）であり、Ｔfpcat(n)は今回値を示し、Ｔfpcat(n-1)は前回値を示す。なお、フィルタ定数ｋは触媒予測温度Ｔpcatの上昇時と下降時で別設定とすることが望ましい。これは、上昇時と下降時とで温度変化のメカニズムが異なるためである。また、触媒予測温度Ｔpcatは、上述したように、図３に示すマップから読み出してもよいし、図４に示すマップから読み出してもよい。
【００５６】
このように、触媒予測温度Ｔpcatの代わりに触媒予測温度フィルタ値Ｔfpcatを用いるようにすると、上記第２実施例の場合と同様、温度上昇の応答遅れを考慮して触媒許容温度Ｔmaxに対する熱の増減量ｑ、ひいては加減算値Ｑfを求めることができ、より現実に即した燃料カットの実施可否判別を行うようにできる。これにより、燃料カットをより適切に禁止するようにでき、三元触媒３０の熱劣化をより一層効率よく防止することができる。
【００５７】
次に、第５実施例を説明する。
図５を参照すると、本発明の第５実施例に係る触媒熱劣化抑制制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同図に沿って説明する。
ステップＳ３０では、上記図２のステップＳ１２と同様に、触媒許容温度Ｔmax（例えば、７５０〜９００℃）に対する現在の熱の増減量に相関のある値として増減量ｑを排気温度Ｔexに基づく式(1)または排気温度フィルタ値Ｔfexに基づく式(3)より算出する。
【００５８】
そして、ステップＳ３２では、上記図２のステップＳ１４と同様に、上記のように求めた増減量ｑをルーチンの実行周期毎に加減算、即ち積算し、加減算値Ｑfを求める（Ｑf＝Ｑf＋ｑ）。
ステップＳ３４では、上記図２のステップＳ１６と同様に、このように求めた加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定され、相当量の熱によって三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が極めて高い状況と推定された場合には、ステップＳ３６に進む。
【００５９】
ステップＳ３６では、燃焼Ａ／ＦをストイキオまたはリッチＡ／Ｆにする。つまり、燃焼Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆとしないようにする（空燃比制御手段）。
一方、ステップＳ３４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1より小さいと判定された場合には、三元触媒３０の温度が実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性は低いと考えられ、ステップＳ３８に進み、通常制御を実施する。即ち、各種センサ類からの検出情報に基づいて燃焼Ａ／Ｆを設定する。
【００６０】
即ち、第５実施例では、加減算値Ｑfというパラメータを用いることで、三元触媒３０の温度が触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高いか低いかを現実に即して適切に推定するようにしており、三元触媒３０の温度が触媒許容温度Ｔmaxを越える可能性が高いと推定される場合には、実際に触媒許容温度Ｔmaxを越える前に予め燃焼Ａ／ＦをストイキオまたはリッチＡ／ＦにしてリーンＡ／Ｆとしないようにしている。
【００６１】
このようにすると、排気空燃比がリーンＡ／Ｆとなることが防止される。これにより、三元触媒３０が高温且つ酸化雰囲気となることを防止でき、三元触媒３０の熱劣化を好適に防止することができる。
また、温度センサを三元触媒３０に設けなくてもよいので、コストアップなく三元触媒３０の熱劣化を防止できる。
【００６２】
次に、第６実施例を説明する。
第６実施例では、第５実施例に対し、上記図５の制御ルーチンのステップＳ３０において、上記第３実施例の場合と同様、排気温度Ｔexの代わりに触媒予測温度Ｔpcatを使用する。
つまり、第６実施例では、ステップＳ３０において、触媒許容温度Ｔmax（例えば、７５０〜９００℃）に対する現在の熱の増減量に相関のある値として増減量ｑを触媒予測温度Ｔpcatに基づく式(5)または触媒予測温度フィルタ値Ｔfpcatに基づく式(6)より算出する。
【００６３】
そして、第５実施例の場合と同様、上記のように求めた増減量ｑをルーチンの実行周期毎に加減算、即ち積算し、加減算値Ｑfを求め（Ｑf＝Ｑf＋ｑ）（ステップＳ３２）、当該加減算値Ｑfを用いて燃焼Ａ／ＦをストイキオまたはリッチＡ／Ｆにするか否かの判別を行い（ステップＳ３４）、加減算値Ｑfが所定値Ｑ1以上と判定されたような場合には、燃焼Ａ／ＦをストイキオまたはリッチＡ／Ｆにし（ステップＳ３６）、一方加減算値Ｑfが所定値Ｑ1より小さいと判定された場合には、通常制御とする（ステップＳ３８）。
【００６４】
このようにしても、上記第５実施例の場合と同様に、温度センサを三元触媒３０に設けることなくコストアップなく三元触媒３０が高温且つ酸化雰囲気となることを防止でき、三元触媒３０の熱劣化を防止することができる。
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明の実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
【００６５】
例えば、上記実施形態では触媒コンバータとして三元触媒３０を用いたが、触媒コンバータはＮＯx触媒等いかなるものであってもよい。
また、触媒コンバータを複数備えるようにしてもよい。この場合、各々の触媒コンバータに対して本発明を別々に適用し、いずれかの触媒コンバータが「燃料カット禁止」または「Ａ／ＦをストイキオまたはリッチＡ／Ｆとする」と判定されたとき、他の触媒コンバータでの判定に拘わらず「燃料カット禁止」または「Ａ／ＦをストイキオまたはリッチＡ／Ｆとする」制御を実施するのがよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１の触媒熱劣化抑制装置によれば、触媒温度予測手段により予め予測される触媒コンバータの温度と触媒コンバータの許容温度との差及び排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づいて許容温度に対する熱の増減量の相関値を求め、さらにこの熱の増減量の相関値の加減算値（積算値）を求め、当該加減算値が所定値以上となるときには、前記内燃機関への燃料供給の停止（燃料カット）を禁止するので、触媒コンバータに流入する該触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量を触媒コンバータの予測温度に基づき適正に求めるようにでき、当該熱量の熱によって許容温度を越える可能性が高いと推定されるときには、燃料カットを禁止して排気空燃比がリーン空燃比となることを防止し、触媒コンバータが高温且つ酸化雰囲気となることを好適に防止することができる。これにより、温度センサを触媒コンバータに設けることなくコストアップなく触媒コンバータの熱劣化を防止することができる。
この際、排気流量が所定流量以下のときは該排気流量の増大に応じて増加し、所定流量より大きいときは概ね一定となるという触媒温度特性を利用することにより、触媒コンバータの温度を良好に予測でき、触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量を当該排気流量による触媒コンバータの予測温度に基づいて適正に求めることができる。
【００７０】
また、許容温度を越える可能性が低いようなときには、燃料カットを禁止することなく可能な限り燃料カットを継続できるので、燃費の向上を図りながら効率よく触媒コンバータの熱劣化を防止することができる。
また、請求項２の触媒熱劣化抑制装置によれば、触媒温度予測手段により予測される触媒温度を触媒予測温度フィルタ手段によってフィルタ処理するので、触媒コンバータの熱容量が大きいことによる応答遅れを考慮して許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めるようにでき、触媒コンバータの熱劣化をより一層効率よく防止することができる。
また、請求項３の触媒熱劣化抑制装置によれば、触媒温度予測手段により予め予測される触媒コンバータの温度と触媒コンバータの許容温度との差及び排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づいて許容温度に対する熱の増減量の相関値を求め、さらにこの熱の増減量の相関値の加減算値（積算値）を求め、当該加減算値が所定値以上となるときには、燃焼空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するので、触媒コンバータに流入する該触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量を触媒コンバータの予測温度に基づき適正に求めるようにでき、当該熱量の熱によって許容温度を越える可能性が高いと推定されるときには、燃焼空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御して排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比としてリーン空燃比とならないようにし、触媒コンバータが高温且つ酸化雰囲気となることを好適に防止することができる。これにより、温度センサを触媒コンバータに設けることなくコストアップなく触媒コンバータの熱劣化を確実に防止することができる。
この際、排気流量が所定流量以下のときは該排気流量の増大に応じて増加し、所定流量より大きいときは概ね一定となるという触媒温度特性を利用することにより、触媒コンバータの温度を良好に予測でき、触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量を当該排気流量による触媒コンバータの予測温度に基づいて適正に求めることができる。
【００７１】
また、請求項４の触媒熱劣化抑制装置によれば、触媒温度予測手段により予測される触媒温度を触媒予測温度フィルタ手段によってフィルタ処理するので、触媒コンバータの熱容量が大きいことによる応答遅れを考慮して許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めるようにでき、触媒コンバータの熱劣化をより一層効率よく防止することができる。
【００７２】
また、請求項５の触媒熱劣化抑制装置によれば、排気流量に対する触媒温度の増加度合いは機関負荷が大きいほど大きくなるという触媒温度特性を利用することにより、触媒コンバータの温度をより一層良好に予測でき、触媒コンバータの許容温度を越えるような熱量を当該触媒コンバータの予測温度に基づいて適正に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る触媒熱劣化抑制装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１乃至第４実施例に係る触媒熱劣化抑制制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】触媒予測温度Ｔpcatと排気流量Ｖexとの関係（触媒温度特性）を示すマップである。
【図４】エンジン負荷Lに応じた触媒予測温度Ｔpcatと排気流量Ｖexとの関係（触媒温度特性）を示すマップである。
【図５】本発明の第５、第６実施例に係る触媒熱劣化抑制制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン本体
６ 燃料噴射弁
１２ 排気マニホールド
１４ スロットル弁
１６ ＴＰＳ
１８ 圧力センサ
２０ 排気管
３０ 三元触媒（触媒コンバータ）
４０ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
４２ クランク角センサ
Claims (5)
- 車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の有害物質を浄化する触媒コンバータと、
前記触媒コンバータの温度を予測する触媒温度予測手段と、
排気流量を検出する排気流量検出手段と、
車両が所定の運転状態にあるときには内燃機関への燃料供給を停止する燃料噴射制御手段とを備え、
前記触媒温度予測手段は、前記排気流量検出手段により検出される排気流量に基づき、排気流量が所定流量以下のときは該排気流量の増大に応じて増加し、所定流量より大きいときは前記触媒コンバータの許容温度よりも高い所定温度で概ね一定となるように前記触媒コンバータの温度を予測し、
前記燃料噴射制御手段は、前記触媒温度予測手段により予測される触媒温度と前記触媒コンバータの許容温度との差及び前記排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づき前記許容温度に対する熱の増減量の相関値を求め、該熱の増減量の相関値の加減算値が所定値以上のときには、前記内燃機関への燃料供給の停止を禁止することを特徴とする触媒熱劣化抑制装置。 - さらに、前記触媒温度予測手段により予測される触媒温度をフィルタ処理し触媒予測温度フィルタ値を求める触媒予測温度フィルタ手段を有し、
前記燃料噴射制御手段は、前記触媒予測温度フィルタ手段により求められた触媒予測温度フィルタ値と前記触媒コンバータの許容温度との差及び前記排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づき前記許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めることを特徴とする、請求項１記載の触媒熱劣化抑制装置。 - 車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の有害物質を浄化する触媒コンバータと、
前記触媒コンバータの温度を予測する触媒温度予測手段と、
排気流量を検出する排気流量検出手段と、
内燃機関の燃焼空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、
前記触媒温度予測手段は、前記排気流量検出手段により検出される排気流量に基づき、排気流量が所定流量以下のときは該排気流量の増大に応じて増加し、所定流量より大きいときは前記触媒コンバータの許容温度よりも高い所定温度で概ね一定となるように前記触媒コンバータの温度を予測し、
前記空燃比制御手段は、前記触媒温度予測手段により予測される触媒温度と前記触媒コンバータの許容温度との差及び前記排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づき前記許容温度に対する熱の増減量の相関値を求め、該熱の増減量の相関値の加減算値が所定値以上のときには、燃焼空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御することを特徴とする触媒熱劣化抑制装置。 - さらに、前記触媒温度予測手段により予測される触媒温度をフィルタ処理し触媒予測温度フィルタ値を求める触媒予測温度フィルタ手段を有し、
前記空燃比制御手段は、前記触媒予測温度フィルタ手段により求められた触媒予測温度フィルタ値と前記触媒コンバータの許容温度との差及び前記排気流量検出手段により検出される排気流量の積に基づき前記許容温度に対する熱の増減量の相関値を求めることを特徴とする、請求項３記載の触媒熱劣化抑制装置。 - さらに、機関負荷を検出する負荷検出手段を有し、
前記触媒温度予測手段は、前記排気流量検出手段により検出される排気流量と前記負荷検出手段により検出される機関負荷とに応じて触媒温度を予測するものであって、機関負荷が大きいほど排気流量に対する触媒温度の増加度合いが大きくなることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載の触媒熱劣化抑制装置。
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