JP4628539B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料遮断からの復帰時におけるＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減するエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両が所定の減速走行へ移行したときに燃料遮断（燃料カット）を行うことで、燃費の向上、排気エミッションの低減を図ることは既に知られている。
【０００３】
ところで、走行中に燃料カットが行なわれると、触媒内を燃料の無い空気のみが通過するので、それまで触媒内に吸着されていたＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）は浄化され、燃料カットが長時間継続した場合、触媒内は酸素が過剰に存在する状態となり、ＮＯｘ浄化還元能力が低下してしまう。
【０００４】
これを防止するため、エンジンが燃料カットから復帰したとき、エンジンへ供給する混合気の空燃比を一時的にリッチ化し、触媒内に還元剤であるＣＯや未燃ＨＣを送り込み、触媒内の酸素過剰状態を速やかに解消し、ＮＯｘ浄化能力を回復させる技術が種々提案されている。
【０００５】
ところが、燃料カットからの復帰後、リッチな混合気を燃焼室へ供給した場合でも、触媒のＮＯｘ浄化能力が回復するまでは、触媒で排気ガス中のＮＯｘが充分に浄化されないので、排気ガス特性が一時的に悪化する不都合がある。
【０００６】
これに対処するに、例えば特開平１１−１０７８２６号公報には、燃料遮断中は排気弁の閉弁状態を維持することで、酸素を多量に含む新気の排気系への排出を防止し、燃料カット復帰時の空燃比特性の悪化を防止する技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記先行技術に開示されている技術では、燃料カット中に排気弁の開弁動作を遮断させるためのアクチュエータ機構（例えば、特公昭６３−２４１３１号公報に開示されている制御シリンダ）が特別に必要とするため、このようなアクチュエータ機構を備えていない通常のエンジンに採用することができず、汎用性に乏しい。
【０００８】
更に、排気弁の閉弁状態を維持するためのアクチュエータ機構を必要とするため、構造が複雑化し、製造コストが嵩んでしまう不都合がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、排気弁の開弁動作を遮断させるアクチュエータ機構を必要とせず、既存のエンジンに対しても容易に適用が可能で、汎用性に優れると共に、低コストで製造することの可能なエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明によるエンジンの制御装置は、車両の運転状態に応じてエンジンへ供給する燃料の遮断及び遮断からの復帰を判定する燃料供給遮断判定手段と、上記車両の運転状態に応じて燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、上記車両の運転状態に応じて点火カットを行なう点火カット手段とを備え、上記燃料カット手段は、上記燃料供給遮断判定手段で燃料供給の遮断と判定した場合に、燃料供給が遮断されている間の上記車両の触媒の酸素吸着量に基づき点火カット回数を設定し、燃料供給の復帰と判定した場合に、上記燃料噴射量設定手段で設定した復帰時燃料噴射量を燃料噴射対象気筒に噴射すると共に、上記点火カット回数に従い上記燃料噴射対象気筒の点火カットを行うことを特徴とする。
【００１１】
このような構成では、燃料噴射が遮断されている状態から復帰する際に、車両の運転状態に応じて設定した燃料噴射量をエンジンへ供給すると共に点火を設定時間遮断することで、未燃ガスに含まれているＣＯや未燃ＨＣを触媒へ供給し触媒内の過酸素状態を解消する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。図１、図２に本発明の第１実施の形態を示す。図１にエンジン制御系の概略図を示す。
【００１７】
同図の符号１はエンジンで、このエンジン１の吸気マニホルド２にインジェクタ３が配設され、この吸気マニホルド２に連通する吸気管４の上流にエアクリーナ５が固設され、更に、このエアクリーナ５の直下流に、吸入空気量Ｇａを検出する吸入空気量センサ６が配設されている。又、燃焼室１ａに点火プラグ７の発火部が臨まされている。
【００１８】
一方、排気マニホルド８に連通する排気管９の中途に触媒１０が介装され、この触媒１０の直下流に、排気ガス中の酸素濃度を電圧値ＶＯ2により検出する酸素濃度検出手段の一例であるリヤＯ2センサ（以下「ＲＯ2センサ」と略称）１１が配設されている。
【００１９】
又、符号１２はエンジンの運転状態を制御する制御装置（ＥＣＵ）で、この制御装置１２の入力側に吸入空気量センサ６、ＲＯ2センサ１１、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ１３、車速Ｖｓを検出する車速センサ１４、アクセルペダル開放状態でＯＮ動作するアイドルスイッチ１５等、車両の運転状態を検出するセンサ、スイッチ類が接続されており、出力側に、図示しない駆動回路を介してインジェクタ３、点火プラグ７が接続されている。
【００２０】
制御装置１２では、センサ、スイッチ類からの出力信号に基づき減速走行時の燃料カット条件を判定し、燃料カット条件成立時は、エンジンへの燃料供給を遮断する、いわゆる燃料カット処理を行ない、又、燃料カット条件成立の状態から燃料カット条件不成立へ切換えられたときは、エンジンに対する燃料供給を復帰させる、いわゆる燃料カット復帰処理を行なう。
【００２１】
そして、燃料カット復帰後は所定点火回数が経過するまで、点火プラグ７に対する点火信号の出力を停止する、いわゆる点火カット処理を行なう。
【００２２】
この燃料カット制御、及び燃料カット復帰制御は、図２に示すフローチャートに従って処理される。このルーチンはエンジン始動後所定周期で起動され、先ず、ステップＳ１で、減速走行時の燃料カット条件が成立しているか否かを調べる。
【００２３】
この減速燃料カット成立条件は、例えばエンジン回転数センサ１３で検出したエンジン回転数Ｎｅと車速センサ１４で検出した車速Ｖｓとアイドルスイッチ１５の出力信号とに基づいて判定し、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数以上、車速Ｖｓが設定車速以上で、且つ、アイドルスイッチ１５がＯＮのアクセルペダル開放状態のとき、減速燃料カット条件成立と判定する。
【００２４】
例えば、エンジン始動後の発進操作、及び通常走行時は、少なくともアクセルペダルが踏み込まれているため、アイドルスイッチ１５がＯＦＦ状態にあり、従って、減速燃料カット条件不成立と判断し、ステップＳ２へ進む。
【００２５】
ステップＳ２では、燃料カットフラグＦｃｕｔの値を参照する。この燃料カットフラグＦｃｕｔの初期値は０に設定されているため、発進走行から通常走行へ移行する過程では、初期値（Ｆｃｕｔ＝０）に設定されたままであり、ステップＳ３へ進み、通常制御を実行して、ルーチンを抜ける。
【００２６】
一方、通常走行から減速走行へ移行し、ステップＳ１で減速燃料カット条件成立と判定されると、ステップＳ４へ分岐し、燃料カットフラグＦｃｕｔをセットし（Ｆｃｕｔ←１）、ステップＳ５へ進み、インジェクタ３からの燃料噴射を遮断する燃料カット処理を行ない、ステップＳ６へ進み、タイマにより燃料カット時間Ｔを計時し（Ｔ←Ｔ＋ΔＴ 但し、ΔＴ：演算周期）、ルーチンを抜ける。
【００２７】
そして、ステップＳ１で減速燃料カット条件不成立と判定されるまで、ステップＳ１→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６のルーチンを繰り返し実行し、減速燃料カット条件不成立と判定されると、ステップＳ１からステップＳ２へ進み、燃料カットフラグＦｃｕｔの値を参照する。減速燃料カット条件不成立と判断されて最初のルーチン実行時の燃料カットフラグＦｃｕｔの値はセットされているため、ステップＳ７へ進み、ステップＳ７以下で、燃料カット復帰処理を１回のみ実行する。
【００２８】
先ず、ステップＳ７では復帰時燃料噴射量τを、
τ＝Ｃ１・Ｔ
から算出する。但し、Ｃ１は触媒容量に応じて決定される定数である。
【００２９】
すなわち、燃料カット時間Ｔにより触媒１０の酸素吸着量を推定し、燃料カット復帰時に供給すべき燃料噴射量を算出する。
【００３０】
そして、ステップＳ８へ進み、復帰時燃料噴射量τに対応する駆動信号を噴射対象インジェクタ３へ出力し、復帰時燃料噴射を一回のみ噴射させ、次いで、ステップＳ９へ進み、点火カット信号を点火駆動回路へ出力し、復帰時噴射対象気筒の点火を一回のみカットする。
【００３１】
その結果、燃料カット復帰直後に、排気系に未燃ガスが排出され、触媒１０に吸着されている酸素が未燃ガスに含まれている未燃ＨＣ，ＣＯと反応し、Ｈ2Ｏ，ＣＯ2となって排出され、触媒１０の過酸素状態が解消される。
【００３２】
その後、ステップＳ１０へ進み、燃料カットフラグＦｃｕｔとタイマで計時した燃料カット時間Ｔをクリアして、ルーチンを抜ける。
【００３３】
そして、次回のルーチン実行時は、ステップＳ２からステップＳ３へ進み、点火カットから通常点火へ復帰させて通常運転へ移行する。このときの燃焼により排気ガス中のＮＯｘが触媒１０に流入した場合、この触媒１０には燃料カット復帰直後に排出された未燃ガスにより還元剤となるＨＣが存在しているため、このＨＣによりＮＯｘを還元浄化させることができる。
【００３４】
このように、本実施の形態では、復帰時燃料噴射量τを、触媒１０の酸素吸着量の推定値に基づいて設定しているため、通常運転へ移行したときのＮＯｘの排出を抑制することができると共に、余分な未燃ＨＣの排出を削減することができる。
【００３５】
又、図３に本発明の第２実施の形態による制御ルーチンを示す。本実施の形態では、触媒１０の酸素吸着量を減速燃料カット中の吸入空気量の積算値から推定する。
【００３６】
この場合、ステップＳ１１〜Ｓ１５は、図２のステップＳ１〜Ｓ５に対応しており、同様な処理を実行する。そして、ステップＳ１６において、減速燃料カット中の吸入空気量Ｇａを積算し（ΣＧａ＝ΣＧａ＋Ｇａ）、ルーチンを抜ける。
【００３７】
又、減速燃料カット復帰と判断されて、ステップＳ１１，Ｓ１２からステップＳ１７へ進むと、復帰時燃料噴射量τを、
τ＝Ｃ２・ΣＧａ
から算出する。但し、Ｃ２は触媒容量に応じて決定される定数である。
【００３８】
この場合、減速燃料カット中の触媒１０の酸素吸着量を、吸入空気量Ｇａの積算値ΣＧａに基づいて推定するようにしたので、触媒１０の酸素吸着量をより正確に推定することができる。
【００３９】
そして、ステップＳ１８へ進み、復帰時燃料噴射量τに対応する駆動信号を噴射対象インジェクタ３へ出力し、復帰時燃料噴射を一回のみ噴射させた後、ステップＳ１９へ進み、点火カット信号を点火駆動回路へ出力し、復帰時燃料噴射量τが供給された気筒（噴射対象気筒）の点火を一回のみカットする。
【００４０】
その後、ステップＳ２０へ進み、燃料カットフラグＦｃｕｔと積算値ΣＧａとを共にクリアして、ルーチンを抜ける。
【００４１】
このように、本実施の形態では、触媒１０の酸素吸着量を、減速燃料カット中の吸入空気量Ｇａの積算値ΣＧａに基づいて推定しているので、触媒１０の酸素吸着量をより正確に推定することができ、最適な復帰時燃料噴射量τを求めることができる。そのため、ＮＯｘの排出を抑制しつつ、余分な未燃ＨＣの排出をより一層削減することができる。
【００４２】
又、図４に本発明の第３実施の形態による制御ルーチンを示す。本実施の形態では、燃料カット中のＲＯ2センサ１１の出力値ＶＯ2を読込み、触媒１０から排出される空気中の酸素濃度を検出し、この酸素濃度から、触媒１０内の酸素過剰（リーン）状態を検出し、リーン状態の検出時間から触媒１０の酸素吸着量を推定する。
【００４３】
この場合、ステップＳ２１〜Ｓ２５は、図２のステップＳ１〜Ｓ５に対応しており、同様な処理を実行する。そして、ステップＳ２６において、ＲＯ2センサ１１の出力値ＶＯ2を読込み、ステップＳ２７で、この出力値ＶＯ2とリーン判定閾値Ｖｏとを比較し、Ｖ≦Ｖｏ（リーン）のときはステップＳ２８へ進み、リーン時間ＴＶを計時し（ＴＶ←ＴＶ＋ΔＴＶ 但し、ΔＴＶ：演算周期）、ルーチンを抜ける。又、Ｖ＞Ｖｏのときは、そのままルーチンを抜ける。
【００４４】
ところで、減速燃料カット中は、触媒１０を通過する酸素により、それまで触媒１０内に吸着されていたＨＣ、ＣＯは浄化され、次いで触媒１０内に酸素が吸着される。その結果、触媒１０から排出される酸素濃度は徐々に高くなる。リーン判定閾値Ｖｏは、触媒１０内に酸素が吸着され始めるときのＲＯ2センサ１１の出力値ＶＯ2を実験などから求めて設定したもので、本実施の形態ではＶｏ≒０．２（Ｖ）に設定されている。
【００４５】
尚、排気系に触媒が複数設けられており、各触媒の直下流にＲＯ2センサが配設されている場合には、各ＲＯ2センサの出力値に基づき、燃料カット中の各触媒内のリーン状態を検出した時間を検出し、それらの総時間をリーン時間ＴＶとして設定する。
【００４６】
又、減速燃料カット復帰と判断されて、ステップＳ２１，Ｓ２２からステップＳ２９へ進むと、復帰時燃料噴射量τを、
τ＝Ｃ３・ＴＶ
から算出する。但し、Ｃ３は触媒容量に応じて決定される定数である。
【００４７】
この場合、減速燃料カット中の触媒１０の酸素吸着量を、触媒１０の直下流に配設したＲＯ2センサ１１の出力値に基づいて推定するようにしたので、触媒１０の酸素過剰の度合いをリアルタイムで復帰時燃料噴射量τに反映させることができ、従って、ＮＯｘの排出を抑制しつつ、余分な未燃料ＨＣの排出をより一層削減することができる。
【００４８】
次いで、ステップＳ３０へ進み、復帰時燃料噴射量τに対応する駆動信号を噴射対象インジェクタ３へ出力し、復帰時燃料噴射を一回のみ噴射させた後、ステップＳ３１へ進み、点火カット信号を点火駆動回路へ出力し、噴射対象気筒の点火を一回のみカットする。
【００４９】
その後、ステップＳ３２へ進み、燃料カットフラグＦｃｕｔとリーン時間ＴＶとをクリアして、ルーチンを抜ける。
【００５０】
このように、本実施の形態では、触媒１０の酸素吸着量を、減速燃料カット中のＲＯ2センサ１１で検出した出力値ＶＯ2に基づき、この出力値ＶＯ2がリーン状態を検出した時間に基づいて推定しているので、触媒１０の酸素吸着量をよりリアルタイムに把握することで、最適な復帰時燃料噴射量τを求めることができる。そのため、ＮＯｘの排出、及び余分なＨＣの排出をより一層削減することができる。
【００５１】
又、図５に本発明の第４実施の形態を示す。本実施の形態では燃料カット時間に応じ、点火カットから通常点火への復帰時間を可変設定するものである。
【００５２】
すなわち、ステップＳ４１〜Ｓ４６は、図２のステップＳ１〜Ｓ６に対応しており、同様な処理を実行する。
【００５３】
そして、減速燃料カット復帰と判断されて、ステップＳ４１，Ｓ４２からステップＳ４７へ進むと、燃料カット時間Ｔに基づきテーブル参照により燃料カットレベルを設定する。尚、燃料カットレベルと燃料カット時間Ｔとの関係は、予め実験などから求めたものである。この場合、減速燃料カット中の触媒１０の酸素吸着量を推定できるものであれば、燃料カット時間Ｔ以外のパラメータを採用しても良い。
【００５４】
次いで、ステップＳ４８へ進み、燃料カットレベルに基づき基準点火カット回数ｎを、テーブル参照により設定する。尚、燃料カットレベルと基準点火カット回数ｎとの関係は、予め実験などから求めて設定されている。
【００５５】
続く、ステップＳ４９で基準点火カット回数ｎに基づき燃料カット復帰回転数Ｒを、
Ｒ＝Ｎｏ＋Ｃ４・ｎ
から算出する。但し、Ｎｏは通常運転へ移行する際のエンジン回転数（以下「基本復帰回転数」と称する）の予測値で、減速燃料カット中のエンジン回転数Ｎｅの変化率に基づいて設定される。Ｃ４は触媒容量に基づいて決定される固定値である。
【００５６】
すなわち、燃料カット復帰回転数Ｒは、基本復帰回転数Ｎｏよりもいくつ前に復帰時燃料噴射を開始するかを、点火カット数で決定するものである。
【００５７】
次いで、ステップＳ５０へ進み、減速燃料カット復帰後のエンジン回転数Ｎｅと燃料カット復帰回転数Ｒとを比較し、Ｒ≦Ｎｅの場合は、そのままルーチンを抜ける。
【００５８】
そして、エンジン回転数Ｎｅが燃料カット復帰回転数Ｒ未満（Ｎｅ＞Ｒ）になったとき、ステップＳ５１へ進み、予め設定されている固定値τｏで復帰時燃料噴射量τを設定する（τ←τｏ）。固定値τｏは、未燃ガスが触媒１０を通過する際に、この未燃ガスに含まれている未燃ＨＣが、触媒１０を通過して外部に排出されないレベルに設定された必要最小限の燃料量である。
【００５９】
その後、ステップＳ５２へ進み、復帰時燃料噴射量τに対応する駆動信号を噴射対象インジェクタ３へ出力し、当該インジェクタ３から復帰時燃料噴射を噴射させる。
【００６０】
次いで、ステップＳ５３へ進み、点火カット信号を点火駆動回路へ出力し、噴射対象気筒の点火をカットし、ステップＳ５４へ進み、点火カット回数をカウントし、ステップＳ５５で、この点火カットカウント値とステップＳ４８で設定した基準点火カット回数ｎとを比較し、点火カットカウント値が基準点火カット回数ｎ未満のときは、ステップＳ５２へ戻り、次の噴射対象気筒のインジェクタ３に対し、復帰時燃料噴射量τに対応する駆動信号を出力し、ステップＳ５３で当該気筒の点火をカットする。
【００６１】
その後、点火カットカウント値が基準点火カット回数ｎ以上となったときステップＳ５６へ進み、燃料カットフラグＦｃｕｔとタイマの燃料カット時間Ｔとをクリアして、ルーチンを抜ける。
【００６２】
そして、次回のルーチン実行時は、ステップＳ４２からステップＳ４３へ進み、点火カットから通常点火へ復帰させて通常運転へ移行させる。このときの燃焼により排気ガス中のＮＯｘが触媒１０に流入した場合、この触媒１０には燃料カット復帰直後に排出された未燃ガスにより還元剤となるＨＣが存在しているため、このＨＣによりＮＯｘを還元浄化させることができる
尚、本実施の形態では、減速燃料カット中から減速燃料カット復帰へ移行し、更に減速燃料カット復帰移行後、エンジン回転数Ｎｅが燃料カット復帰回転数Ｒ未満になるまでは、燃料カット状態が継続されているため、その間、点火を継続させても燃焼には影響しないので、点火或いは点火カットの何れの制御を行なっても良い。
【００６３】
このように、本実施の形態によれば、点火カット回数に応じて燃料カット復帰回転数Ｒが可変設定されるので、減速燃料カット復帰直後から通常制御へ移行する迄の時間は、実質的に変化せず、運転フィーリングの悪化やエンジンストールを有効に防止することができる。
【００６４】
又、復帰時燃料噴射量τを、未燃ガスに含まれているＨＣが触媒１０を通過して外部に排除されない程度の必要最小限のレベルに設定し、燃料カット時間に基づいて設定される点火カット回数毎に復帰時燃料噴射量τを噴射させるようにしたので、一度に多量の未燃ガスが触媒に供給されることが無く、減速燃料カット復帰後のＮＯｘの排出を抑制しつつ、余分なＨＣの排出を低減することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、燃料遮断からの復帰後、通常運転へ移行する際の触媒の浄化能力をソフト的手段により速やかに回復させるようにしたので、排気弁の開弁動作を遮断するアクチュエータ機構が不要となり、構造が簡素化されるばかりでなく、ソフト的に対応できるため、既存のエンジンに対しても適用することが可能で、汎用性に優れ、低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施の形態によるエンジン制御系の概略図
【図２】同、減速燃料カット復帰時制御ルーチンを示すフローチャート
【図３】第２実施の形態による減速燃料カット復帰時制御ルーチンを示すフローチャート
【図４】第３実施の形態による減速燃料カット復帰時制御ルーチンを示すフローチャート
【図５】第４実施の形態による減速燃料カット復帰時制御ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
１ エンジン
１１ ＲＯ2センサ（酸素濃度検出手段）
Ｇａ 吸入空気量
ｎ 点火カット回数
Ｔ 燃料カット時間
ΣＧａ （吸入空気量の）積算値
τ 復帰時燃料噴射量

Claims (3)

1. 車両の運転状態に応じてエンジンへ供給する燃料の遮断及び遮断からの復帰を判定する燃料供給遮断判定手段と、
   上記車両の運転状態に応じて燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、
   上記車両の運転状態に応じて点火カットを行なう点火カット手段とを備え、
   上記燃料カット手段は、上記燃料供給遮断判定手段で燃料供給の遮断と判定した場合に、燃料供給が遮断されている間の上記車両の触媒の酸素吸着量に基づき点火カット回数を設定し、燃料供給の復帰と判定した場合に、上記燃料噴射量設定手段で設定した復帰時燃料噴射量を燃料噴射対象気筒に噴射すると共に、上記点火カット回数に従い上記燃料噴射対象気筒の点火カットを行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 上記燃料噴射量設定手段は、上記燃料供給遮断判定手段により燃料供給の復帰と判定した場合に、復帰時燃料噴射量を固定値で設定し、該復帰時燃料噴射量を燃料噴射対象気筒に対し点火カット毎に噴射させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
3. 上記固定値は、未燃ガスが上記触媒を通過する際に、該未燃ガスに含まれている未燃ＨＣが上記触媒を通過して外部に排出されない最小限の燃料量であることを特徴とする請求項２記載のエンジンの制御装置。

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