JP2007032320A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転条件に応じた円滑な燃料カット制御を行なう。
【解決手段】 エンジンＥＣＵは、燃料カット条件の成立時（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、Ｓ１１０により、その時点での車速を基準値Ｖｔｈと比較する。走行状態時（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）には、Ｓ１２０により、急速な燃料カットの実行によって減速ショックが大きくならないように、燃料カット条件成立時点から実際に燃料噴射が停止されるまでのディレイ期間ＴｆｄをＴ１確保する。これに対して、停車状態時には、ディレイ期間を走行状態時と同様に確保すると、燃料カット前に燃焼室での失火が発生することにより触媒が過高温となる危険性がある。このため、エンジンＥＣＵは、停車状態時の燃料カットでは、ディレイ期間Ｔｆｄを走行状態時よりも短いＴ２に設定する。
【選択図】 図３

Description

この発明は内燃機関の制御装置に関し、より特定的には、所定の運転条件時に内燃機関への燃料供給を停止する（以下、燃料カットとも称する）制御を行なう制御装置に関する。

従来から、特許文献１（特開平８−１４４８１４号公報）等に開示されるように、内燃機関の電子制御式燃料噴射制御装置において所定の運転状態時に内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット制御が行なわれている。代表的には、スロットルが全閉でエンジン回転数が所定回転数以上のときに、燃料供給が不必要な減速状態にあると判断して、燃料噴射の停止により燃費および排気性状の向上ならびに触媒の加熱防止を図る減速時燃料カットが行なわれている。また、エンジン回転速度がレッドゾーン以上へ上昇することによるエンジン破損を防止するために、所定の限界回転速度以上で燃料噴射を停止して回転速度の上昇を抑える高回転時燃料カットや、所定以上の高速・高回転数状態が所定時間継続した場合に燃料噴射を停止する最高速燃料カットも知られている。

特に、特許文献１では、触媒温度検出手段によって検出された触媒温度が所定値よりも高い場合に、燃料供給停止制御の実行を停止することにより、高温リーン雰囲気に伴う触媒の劣化を防止するための対策を図ることが開示されている。
特開平８−１４４８１４号公報

実際に燃料カット制御を行なう場合には、減速ショック等を緩和して運転快適性を確保する観点から、スロットル弁全閉等の所定の燃料カット条件の成立から燃料供給を実際に停止するまでの間にディレイ期間を設定することが必要とされる。

したがって、上記ディレイ期間の長さを適切に設定することが円滑に燃料カット制御を行なうために必要である。特に、ディレイ期間の設定が不適切で燃焼室内の失火を招くと、失火後燃料カット開始までの期間に触媒へ未燃燃料が排出されるので、燃料カット開始後に触媒においてこの未燃燃料の残留分とエアーとが反応することにより、排気系の過高温を招く可能性がある。

この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あって、この発明の目的は、内燃機関の制御装置において、運転状況に応じて燃料カットを円滑に行なうことである。

この発明による内燃機関の制御装置は、所定の運転条件の成立時に内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットを実行可能である。制御装置は、検知手段と、ディレイ期間設定手段と、燃料カット開始手段とを備える。検知手段は、所定の運転条件の成立を検知する。ディレイ期間設定手段は、検知手段によって所定の運転条件の成立が検知されたときに、運転条件の成立時点から燃料カットの開始までのディレイ期間をその時点での車速に応じて設定する。燃料カット開始手段は、検知手段による所定の運転条件の成立時点からディレイ期間設定手段によって設定されたディレイ期間の経過時点より、燃料カットを開始する。

上記内燃機関の制御装置によれば、所定の運転条件（燃料カット条件）の成立時に燃料カットを開始するまでのディレイ期間を車速に応じて可変に設定できる。したがって、ディレイ期間が短すぎる場合に問題となる減速ショックの発生と、ディレイ期間が長すぎる場合に問題となる燃焼室での失火に起因する触媒温度上昇の発生とを回避するように、運転状況（車速）に応じてディレイ期間を適切に設定できる。これにより、状況に応じて燃料カットを円滑に行なえる。

好ましくは、この発明による内燃機関の制御装置では、ディレイ期間設定手段は、車速が基準速度よりも高いときにディレイ期間を第１の期間に設定する一方で、車速が基準速度以下のときにはディレイ期間を第１の期間よりも短い第２の期間に設定する。特に、基準速度は、車両が停止しているか否かを判断するための値に設定される。

上記内燃機関の制御装置によれば、低速時（特に停車時）には燃料カットによる減速ショックが発生しない点、また、特に停車中のレーシング（高速空転）後に燃料カットを行なう場合にディレイ期間を長く取ると、軽負荷側の燃焼限界を超えることによる失火（軽負荷失火）につながる可能性がある点を考慮して、低速時（特に停車時）におけるディレイ期間を短く設定して、燃焼室での失火に起因する触媒温度上昇の発生を防止することができる。また、走行中では高回転であっても、失火限界を超えるような軽負荷状態を避けるための空気量補正を、運転快適性（ドライバビリティ）を損なうことなく実行できるため、ある程度ディレイ期間を確保しても軽負荷失火の可能性が低い。このため、非低速中（走行中）には、ディレイ期間を確保して、燃料カット時の減速ショックの軽減を図ることができる。

あるいは好ましくは、この発明による内燃機関の制御装置では、ディレイ期間設定手段は、内燃機関への吸入空気量を調節するスロットル弁の全閉状態が検知され、かつ、内燃機関の回転数が所定値よりも高いときに、所定の運転条件の成立を検知する。

上記内燃機関の制御装置によれば、燃料供給が不必要な減速状態時に燃料噴射を停止することができるので、燃費および排気性状の向上ならびに触媒の加熱防止を図ることができる。

この発明による内燃機関の制御装置によれば、燃焼室での失火による触媒での過高温発生および運転時の減速ショックの発生を防止して、運転状況に応じて円滑な燃料カット制御を行なうことができる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中における同一または相当部分には同一符号を付してその詳細な説明は繰返さないものとする。

図１に、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）により制御されるエンジンシステムの概略構成図を示す。

図１を参照して、エンジン１００の燃焼に必要な空気は、エアクリーナ２で濾過され、スロットルボディ５を通ってサージタンク（インテークマニホールド）１１で各気筒の吸気管１３に分配される。なお、その吸入空気量は、スロットルボディ５に設けられたスロットル弁６により調節されるとともに、エアフローメータ４により計測される。また、吸入空気温度は、吸気温センサ３により検出される。さらに、吸気管圧力は、バキュームセンサ１２によって検出される。

また、スロットル弁６の開度は、スロットル開度センサ９により検出される。また、スロットル弁６が全閉状態のときには、アイドルスイッチ１０がオンとなり、その出力であるスロットル全閉信号がアクティブとなる。

またスロットル弁６をバイパスするアイドルアジャスト回路７には、アイドル時の空気流量を調節するためのアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）８が設けられている。

一方、燃料タンク１５に貯蔵された燃料は、燃料ポンプ１７により汲み上げられ、燃料配管１９を経て燃料噴射弁２１により吸気管１３に噴射される。

吸気管１３ではそのような空気と燃料とが混合され、その混合気は、吸気弁２３を介してエンジン本体すなわち気筒（シリンダ）１００に吸入される。

気筒１００において、混合気はピストンにより圧縮された後、イグナイタおよびスパークプラグにより点火されて爆発・燃焼し、動力を発生する。

なお、点火ディストリビュータ４３には、その軸がたとえばクランク角（ＣＡ）に換算して７２０°ＣＡ毎に基準位置検出用パルスを発生するクランク角センサ４５、および３０°ＣＡ毎に基準位置検出用パルスを発生するクランク角センサ４７が設けられている。また、エンジン１００は、冷却水通路４９に導かれた冷却水により冷却され、その冷却水温度は、水温センサ５１によって検出される。

燃焼した混合気は、排気ガスとして排気弁２４を介して排気マニホールド２７に放出され、次いで排気管２９に導かれる。なお、排気管２９には排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ３１が設けられている。さらに、それより下流の排気系には、触媒コンバータ３３が設けられており、その触媒コンバータ３３には、排気ガス中の未燃成分の酸化と窒素酸化物の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されている。こうして触媒コンバータにおいて浄化された排気ガスが大気中に排出される。

エンジン電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）６０は、燃料噴射制御、点火電気制御、アイドル回転速度制御などを実行するマイクロコンピュータシステムである。

ＲＯＭ（Read Only Memory）６２に格納されたプログラムに従って、ＣＰＵ(Central Processing unit)６１は、各センサからの信号をＡ／Ｄ変換回路６４または入力インターフェイス回路６５を介して入力し、その入力信号に基づいて演算処理を実行し、その演算結果に基づいて出力インターフェイス回路６６を介して各種アクチュエータ用制御信号を出力する。ＲＡＭ（Random Access Memory）６３は、その演算・制御処理過程における一時的なデータ記憶場所として使用される。また、これらのＥＣＵ内の各構成要素は、システムバス６９において接続されている。

点火制御時期は、エンジン回転速度および各センサからの信号により、エンジンの状態を総合的に判定し、最適な点火時期を決定してイグナイタに点火信号を送るものである。また、アイドル回転速度制御は、アイドルスイッチ１０からのスロットル全閉信号などによってアイドル状態を検出し、ＩＳＣＶ８を制御して空気量を調節することにより、最適なアイドル回転速度を維持するものである。

燃料噴射制御は、基本的にはエアフローメータ４により計測される吸入空気流量とクランク角センサ４５から得られるエンジン回転速度とから算出されるエンジン１回転当りの吸入空気量について、所定の空燃比を達成すべく燃料噴射量すなわち燃料噴射弁２１による噴射時間を演算し、所定のクランク角に達した時点で燃料を噴射するものである。

なお、吸入空気量は、バキュームセンサ１２から得られる吸気管圧力とエンジン回転速度とによって推定してもよい。そして、この演算の際、スロットル開度センサ９、水温センサ５１、吸気温センサ３、Ｏ₂センサ３１等からの信号に基づく補正が加えられる。

エンジンＥＣＵ６０による燃料噴射制御には、所定の燃料カット条件の成立時に燃料供給を停止する燃料カット制御が含まれる。代表的には、スロットル弁６が全閉状態で、かつ、エンジン回転数が所定回転数以上のときに、燃料供給が不必要な減速状態にあると判断して燃料カットが行なわれる。なお、燃料カットについては、所定の限界回転速度以上での高回転時燃料カットや、所定以上の高速・高回転数状態が所定時間継続した場合の最高速燃料カットも可能であるが、本発明の実施の形態では、スロットル全閉状態に応答して開始される燃料カットについて主に説明する。

図２は、燃料カットの開始時における制御動作を説明する動作波形図である。
図２を参照して、スロットル弁６が全閉（スロットル開度＝０）となる時刻ｔ０で、スロットル全閉信号がアクティブとされる。スロットル全閉信号のアクティブ期間において、エンジン回転数が基準値Ｎｔｈ以上であると、燃料カット条件が成立する。

燃料カット条件成立フラグがアクティブとされると、図３に示すフローチャートに従って設定されるディレイ期間Ｔｆｄが経過した時刻ｔ１より、燃料カットが実行されて燃料噴射弁２１からの燃料噴射が停止される。ディレイ期間Ｔｆｄは、タイマー（図示せず）によって計時される経過時間あるいは、燃料噴射回数または点火回数（すなわち、経過サイクル数）等として決定できる。

図３を参照して、エンジンＥＣＵ６０は、燃料カット条件の成立時（ステップＳ１００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１１０により、その時点での車速を基準値Ｖｔｈと比較する。たとえば、ステップＳ１１０では、走行状態と停車状態とを区別可能なように、基準値Ｖｔｈは、零近傍に設定される。

走行状態時（ステップＳ１１０のＹＥＳ判定時）には、エンジンＥＣＵ６０は、ステップＳ１２０により、急速な燃料カットの実行によって減速ショックが大きくならないように考慮してディレイ期間ＴｆｄをＴ１確保する。

これに対して、停車状態時（ステップＳ１１０のＹＥＳ判定時）では、レーシング後等の比較的エンジン回転数が高い状態でディレイ期間を走行状態時と同等に確保すると、燃焼限界を超える軽負荷状態となって、燃料カット前に燃焼室での失火（軽負荷失火）につながる可能性がある。このような燃焼室内の失火を招くと、失火後燃料カット開始までの期間に触媒へ未燃燃料が排出されるので、燃料カット開始後に触媒においてこの未燃燃料の残留分とエアーとが反応することにより、過高温の発生を招く可能性がある。

このため、エンジンＥＣＵ６０は、停車状態時には、ディレイ期間Ｔｆｄを走行状態時よりも短いＴ２に設定する。なお、走行状態時は、高回転でも燃焼限界を超える軽負荷状態となる可能性が低いため、ディレイ期間Ｔｆｄを確保しても燃焼室での失火につながる可能性は低い。

一方、燃料カット条件の不成立時（ステップＳ１００のＮＯ判定時）には、燃料カットにおけるディレイ期間の設定は不要であるため、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０を実行することなく、ディレイ設定処理は終了される。

上記のように、本発明の実施の形態では、燃料カット条件成立時に燃料カットを開始するまでのディレイ期間を車速に応じて可変に設定する。これにより、ディレイ期間が短すぎる場合に問題となる減速ショックの発生と、ディレイ期間が長すぎる場合に問題となる燃焼室での失火に起因する触媒温度上昇の発生とを回避するように、運転状況（車速）に応じてディレイ期間を適切に設定できる。

本実施の形態では、ディレイ期間Ｔｆｄを、停車状態および走行状態で区別して設定する例を示したが、車速区分を細分化して、さらに細密にディレイ期間の設定を行なってもよい。または、車速以外の運転条件（たとえば、エンジン回転数）に応じて、または、車速と他の運転条件との組合せに応じて、ディレイ期間を可変設定することも可能である。

なお、本発明の実施の形態では、吸気通路噴射用の燃料噴射弁を有するエンジンにおける燃料カットを例示したが、本発明の適用は、このような燃料噴射弁の配置形式に限定されるものではない。すなわち、筒内直接噴射用の燃料噴射弁を有するエンジンや、吸気通路噴射用および筒内直接噴射用の両方の燃料噴射弁を有するエンジン等、燃料カットを行なうエンジンに対して共通に、本願発明を適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵにより制御されるエンジンシステムの概略構成図である。 燃料カットの開始時における制御動作を説明する動作波形図である。 本発明の実施の形態による燃料カット制御でのディレイ設定制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

２ エアクリーナ、３ 吸気温センサ、４ エアフローメータ、５ スロットルボディ、６ スロットル弁、７ アイドルアジャスト回路、８ アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）、９ スロットル開度センサ、１０ アイドルスイッチ、１２ バキュームセンサ、１３ 吸気管、１５ 燃料タンク、１７ 燃料ポンプ、１９ 燃料配管、２１ 燃料噴射弁、２３ 吸気弁、２４ 排気弁、２７ 排気マニホールド、２９ 排気管、３１ Ｏ₂センサ、３３ 触媒コンバータ、４３ 点火ディストリビュータ、４５，４７ クランク角センサ、４９ 冷却水通路、５１ 水温センサ、６０ エンジンＥＣＵ、１００ エンジン（気筒）、Ｎｔｈ 基準値（エンジン回転数に関する燃料カット条件）、Ｔｆｄ 燃料カットディレイ期間、Ｖｔｈ 基準値（車速）。

Claims (4)

1. 所定の運転条件の成立時に内燃機関への燃料供給を停止する燃料カットを実行可能な内燃機関の制御装置であって、
   前記所定の運転条件の成立を検知する検知手段と、
   前記検知手段によって前記所定の運転条件の成立が検知されたときに、前記運転条件の成立時点から前記燃料カットの開始までのディレイ期間を、その時点での車速に応じて設定するディレイ期間設定手段と、
   前記検知手段による前記所定の運転条件の成立時点から前記ディレイ期間設定手段によって設定されたディレイ期間の経過時点より、前記燃料カットを開始する燃料カット開始手段とを備える、内燃機関の制御装置。
2. 前記ディレイ期間設定手段は、前記車速が基準速度よりも高いときに前記ディレイ期間を第１の期間に設定する一方で、前記車速が基準速度以下のときには前記ディレイ期間を前記第１の期間よりも短い第２の期間に設定する、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記基準速度は、車両が停止しているか否かを判断するための値に設定される、請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記検知手段は、前記内燃機関への吸入空気量を調節するスロットル弁の全閉状態が検知され、かつ、前記内燃機関の回転数が所定値以上であるときに、前記所定の運転条件の成立を検知する、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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