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CN102482974B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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CN102482974B
CN102482974B CN201080037371.7A CN201080037371A CN102482974B CN 102482974 B CN102482974 B CN 102482974B CN 201080037371 A CN201080037371 A CN 201080037371A CN 102482974 B CN102482974 B CN 102482974B
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Abstract

内燃机控制装置，搭载于车辆，具备发动机、催化剂和控制单元。发动机是把气体燃料及液体燃料作为燃料进行运转的双燃料发动机。控制单元，当在使用液体燃料时催化剂的温度超过了规定的上限值的情况下，把空燃比设为浓空燃比，并且使气体燃料的比例增大。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及具备内燃机(发动机)的车辆控制。
背景技术
以往，已知在催化剂成为高温的情况下，通过增加燃料喷射量，使废气温度降低的技术。例如，专利文献1公开了如下的技术：对于含有乙醇的燃料，在催化剂温度升温到上限温度以上时，使乙醇燃料比例增加。在这种情况下，由于蒸发热量和燃烧温度不同，使催化剂温度减小并抑制了催化剂劣化。另外，专利文献2公开了如下的技术：为了防止排气系统温度过度升温，基于燃料的含氧燃料比例来变更进行燃料切断的温度的设定。
专利文献1：日本特开2008-133726号公报
专利文献2：日本特开2009-257248号公报
在液体燃料的燃料喷射量增加时，进气口和燃烧室内的燃料附着量变大。因此，之后，在伴随减速进行燃料切断时，上述的未燃燃料流入到排气系统，由于未燃燃料和大量的氧气促进了催化剂内的氧化反应，有可能使催化剂温度升温并且进一步使催化剂劣化。
发明内容
本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于，提供能够在降低催化剂温度的同时抑制催化剂的劣化的内燃机控制装置。
本发明的一个观点是内燃机的控制装置，具备：发动机，能够把气体燃料及液体燃料作为燃料来运转；催化剂，用于净化上述发动机的废气；和控制单元，当使用上述液体燃料时，在上述催化剂的温度超过了规定的上限值的情况下，使空燃比为浓空燃比并且使上述气体燃料的比例增大。
上述内燃机控制装置搭载于车辆，具备发动机、催化剂和控制单元。发动机是把气体燃料及液体燃料作为燃料来进行运转的双燃料发动机。控制单元，例如，是ECU(Electronic Control Unit)，当使用液体燃料时，在催化剂的温度超过了规定的上限值的情况下，把空燃比设为浓空燃比并且使气体燃料的比例增大。在此，所谓“气体燃料的比例”是指把气体燃料作为燃料来使用的比例。另外，所谓“把空燃比设为浓空燃比”是指使空燃比向浓空燃比侧转移。这样，内燃机控制装置，在催化剂温度成为高温而为了防止劣化使催化剂温度降低的情况下，把空燃比设为浓空燃比并且使气体燃料的比例增加。由此，内燃机控制装置，可以防止在进气口和气缸内未燃燃料过度附着，可以抑制燃料切断时的催化剂劣化及催化剂升温。另外，内燃机控制装置，通过使同一质量下的体积比液体燃料大的气体燃料的使用比例增加，可以使针对燃料室的进气量及填充效率降低，使催化剂温度降低。另外，内燃机控制装置，通过在增加燃料时使气体燃料的比例增加，可以实现低排放化。
在上述内燃机控制装置的一方式中，上述控制单元，在使上述空燃比为浓空燃比并且使上述气体燃料的比例增大后，把返回到使该比例增大前的状态的时刻设为从燃料切断恢复的时刻。这样，内燃机控制装置，通过把气体燃料的比例返回到原样的时刻设定为从燃料切断恢复的时刻，可以在燃料切断时对燃烧室内进行扫气。从而，内燃机控制装置，在重新开始原来的燃料喷射控制时，可以避免由于使气体燃料的比例增加带来的影响。
在上述内燃机控制装置的其他的一方式中，上述控制单元，在加速时或/和变速器变速时实施使上述空燃比为浓空燃比并且使上述气体燃料的比例增大的控制。由此，内燃机控制装置，可以在加速时和变速器变速时，防止在进气口和气缸内未燃燃料过度附着，可以抑制燃料切断时的催化剂劣化及催化剂升温。另外，内燃机控制装置，可以使针对燃料室的进气量及填充效率降低，从而使催化剂温度降低。另外，内燃机控制装置，通过在增加燃料时使气体燃料的比例增加，可以实现低排放化。
附图说明
图1是表示应用了本发明的内燃机控制装置的燃料喷射系统的一例的图。
图2是用于说明液体燃料运转时及气体燃料运转时的催化剂温度的变化的时序图的一例。
图3是表示加速行驶时的第3控制的处理概要的时序图的一例。
图4是表示同时执行了第1控制及第2控制的情况下的处理顺序的流程图的一例。
图5是表示第3控制的处理顺序的流程图的一例。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选的实施方式进行说明。
内燃机的概略构成
图1表示应用了本发明的内燃机控制装置的燃料喷射系统100。图中的实线箭头表示气体的流动的一例。
燃料喷射系统100主要具备发动机1、第1燃料喷射阀2、第2燃料喷射阀3、浪涌调整槽4、节气门5、进气通路6、空气滤清器7、排气通路8和催化剂10。
发动机1具备4个汽缸11，各汽缸11借助于进气歧管与共用的浪涌调整槽4连接。而且，在各汽缸11分别设置了用于喷射气体燃料的的第1燃料喷射阀2和用于喷射液体燃料的的第2燃料喷射阀3。在此，对于气体燃料，例如，CNG(Compressed Natural Gas)、LPG(LiquefiedPetroleum Gas)、LNG(Liquefied Natural Gas)等属于此。另外，液体燃料，例如，是汽油、轻油、甲醇和乙醇等醇类或这些的混合燃料。
浪涌调整槽4，借助于进气通路6而与空气滤清器7连接，在进气通路6内配置了节气门5。基于ECU50的控制信号控制该节气门5的开度(以后，称为“节气门开度Thr”。)。另一方面，各汽缸11借助于共用的排气歧管与排气通路8连接。而且，在排气通路8上设置了三元催化剂即催化剂10。
ECU50具备未图示的CPU(Central Processing Unit)、ROM(ReadOnly Memory)及RAM(Random Access Memory)等，对燃料喷射系统100的各构成部件进行各种控制。例如，ECU50，基于来自各种传感器的检测信号，进行第1燃料喷射阀2及第2燃料喷射阀3的控制。另外，ECU50，在规定的运转状态下判断为催化剂10是高温的情况下，进行使催化剂10的温度(以后，称作“催化剂温度Tb”。)降低的控制。这样，ECU50是本发明中的控制单元的一例。
[控制方法]
接着，对ECU50执行的控制，具体地进行说明。ECU50通过执行以下说明的第1控制～第3控制，在降低催化剂温度Tb的同时，抑制催化剂10的劣化。
此外，在下面，所谓“气体燃料运转”是指执行了基于第1燃料喷射阀2的燃料喷射的运转即使用了气体燃料的运转，所谓“液体燃料运转”是指执行了基于第2燃料喷射阀3的燃料喷射的运转即使用了液体燃料的运转。另外，所谓“燃料切断”是指停止一部分或全部的汽缸11的燃料喷射。此外，所谓“从燃料切断恢复”是指从燃料切断状态重新开始燃料喷射。另外，
(第1控制)
在第1控制中，概略地说，ECU50，在执行液体燃料运转的运转区域中当催化剂温度Tb超过了规定的上限温度的情况下，进行燃料喷射量的增加(以后也称作“燃料增加”。)，并且切换到气体燃料运转。由此，ECU50，在抑制催化剂10的劣化的同时，使催化剂温度Tb降低。
对此，具体地进行说明。首先，ECU50，在是执行液体燃料运转过程中时，判定催化剂温度Tb是否比规定的上限温度(以后，称作“上限温度Tbth”。)大。例如基于实验等将上限温度Tbth设定为不可能产生催化剂10劣化的催化剂温度Tb的上限值。
具体来说，ECU50，例如，基于发动机1的负载和发动机1的转速来推定催化剂温度Tb。而且，ECU50，在发动机1处于高旋转高负载的规定的运转区域时，推定为催化剂温度Tb比上限温度Tbth大。在其他的例中，ECU50，基于设置于排气通路8上的未图示的温度传感器来测定废气温度。而且，ECU50，根据该废气温度来推定催化剂温度Tb，并与上限温度Tbth进行比较。此外，在另外的例中，ECU5Q，基于设置于催化剂10内的未图示的温度传感器来检测催化剂温度Tb，并与上限温度Tbth进行比较。
而且，ECU50，在催化剂温度Tb比上限温度Tbth大的情况下，进行燃料增加而把空燃比设为浓空燃比并且从液体燃料运转切换到气体燃料运转。由此，ECU50，作为第1控制下的第1效果，可以防止起因于在进气口和汽缸11的汽缸内附着燃料这一情况的燃料切断时的催化剂温度Tb的上升及催化剂10的劣化。此外，ECU50，通过在燃料增加时从液体燃料运转切换到气体燃料运转，作为第1控制下的第2效果，可以有效地使催化剂温度Tb降低。即，ECU50，通过在燃料增加时切换为同一质量下的体积比液体燃料大的气体燃料，可以使填充效率及进气量降低，从而使废气的温度降低。另外，一般地，在比理论空燃比浓的情况下，与液体燃料相比，气体燃料排放低。从而，ECU50，通过在燃料增加时进行气体燃料运转，作为第1控制下的第3效果，可以实现低排放化。
对上述的效果，参照图2，进一步补充说明。图2是用于说明液体燃料运转时及气体燃料运转时的催化剂温度Tb的变化的时序图的一例。图2按从上向下的顺序表示：表示起因于节气门开度Thr、催化剂温度Tb上升的燃料增加的“燃料增加”；燃料切断的有无；表示发动机1的转速的“发动机转速Ne”；表示在进气口和气缸内未燃烧而残存的燃料的量的“未燃燃料”；和催化剂温度Tb。另外，在图2中，曲线“B1”～“B4”表示在液体燃料运转时和气体燃料运转时共用的各部件的时间变化。另外，曲线“B5”表示液体燃料运转时的未燃燃料的时间变化，曲线“B6”表示气体燃料运转时的未燃燃料的时间变化。此外，曲线“B7”表示液体燃料运转时的催化剂温度T”的时间变化，曲线“B8”表示气体燃料运转时的催化剂温度Tb的时间变化。
首先，在时刻“t1”，起因于驾驶者的油门操作等，节气门开度Thr上升(参照曲线B1)。由此，发动机1成为高负载状态，当是液体燃料运转时和气体燃料运转时的任意一种情况时，都随着废气的温度上升，催化剂温度Tb也上升(参照曲线B7、B8)。
而且，在时刻t1以后的时刻“t2”，ECU50，随着催化剂温度Tb上升，使燃料增加上升(参照曲线B2)。由此，ECU50，使燃料的汽化潜热增大，使废气的温度降低。另一方面，在时刻t2以后，随着燃料增加，未燃燃料增加(参照曲线B5、B6)。而且，在时刻t2以后，如图2所示那样，与气体燃料运转时相比，液体燃料运转时未燃燃料变多。即，对于气体燃料来说，不会在进气口和燃料室内附着燃料，所以与液体燃料相比，未燃燃料变少。
接着，在时刻t2以后的时刻“t3”，节气门开度Thr下降(参照曲线B1)。与此相伴，ECU50进行减速运转并开始燃料切断(参照曲线B3)，而且，在是液体燃料运转的情况下，在燃料切断时大量排出未燃燃料，在催化剂10中促进氧化反应。即，在这种情况下，催化剂10成为高温且氧化环境的条件下(参照曲线B7)。其结果是，催化剂10，有可能发生贵金属的烧结而使性能劣化。
另一方面，在气体燃料运转的情况下，在时刻t3的燃料切断时的未燃燃料比液体燃料运转时少(参照曲线B5、B6)。因此，在是气体燃料运转时，即使在燃料切断过程中，也可抑制起因于未燃燃料排出的催化剂温度Tb的上升及催化剂10的劣化，与液体燃料运转时相比，催化剂温度Tb提前降低(参照曲线B7、B8)。
如以上那样，ECU50，在催化剂高温时燃料增加时执行了液体燃料运转的情况下，未燃燃料大量地残留于发动机1内。其结果是，有可能促进催化剂温度Tb的上升及催化剂10的劣化。考虑以上，ECU50，在催化剂温度Tb比上限温度Tbth大的情况下，增加燃料喷射量来将空燃比设为浓空燃比，并且从液体燃料运转切换到气体燃料运转。由此，EGU50，可以抑制在进气口和汽缸11的汽缸内附着燃料，从而在降低催化剂温度Tb的同时抑制催化剂10的劣化。
(第2控制)
在第2控制中，除了第1控制以外，ECU50，在基于第1控制从液体燃料运转切换到气体燃料运转的情况下，将重新切换到液体燃料运转的时刻设为燃料切断的恢复时刻。
对此，具体地进行说明。首先，ECU50，当在液体燃料运转过程中催化剂温度Tb比上限温度Tbth大的情况下，基于第1控制进行燃料增加，并且切换到气体燃料运转。之后，ECU50，直到从燃料切断恢复时为止，继续气体燃料运转。而且，ECU50，在减速时开始燃料切断，在其恢复时从气体燃料运转向液体燃料运转切换。由此，ECU50，在切换燃料时，可以对燃烧室内利用空气进行一次扫气，来排除由于之前使用的燃料残存带来的影响。
另外，优选，在从燃料切断恢复时，ECU50，对于利用气体燃料最后进行了燃烧的汽缸11的接下来的进行燃烧冲程的汽缸11，从该汽缸11开始进行液体燃料的喷射。由此，ECU50，可以使各汽缸11均等地利用空气进行扫气，可以可靠地排除之前使用的燃料残存的影响。
(第3控制)
在第3控制中，代替第1控制及第2控制，或者除此以外还，ECU50，在液体燃料运转时，当执行点火正时的延迟的加速时和变速器变速时催化剂温度Tb比上限温度Tbth大的情况下，进行燃料增加并且切换到气体燃料运转。由此，ECU50，在实现低排放化的同时，使催化剂温度Tb降低。
对此，参照图3的时序图进行说明。图3是表示加速行驶时的第3控制的处理概要的时序图的一例。图3从上向下的顺序表示催化剂温度Tb、点火正时、催化剂高温时的燃料增加、气体燃料运转的有无、液体燃料运转的有无。此外，在时序图开始时，设为ECU50进行液体燃料运转。
首先，在时刻“t11”，ECU50，与变速器变速等相对应，使点火正时延迟一定时间(参照曲线C2)。但是，在这种情况下，ECU50，根据催化剂温度Tb在上限温度Tbth以下这一情况，判断为不需要降低催化剂温度Tb，从而不进行燃料增加(参照曲线C3)。
接着，在时刻“t12”，随着发动机1的废气温度上升，催化剂温度Tb超过上限温度Tbth(参照曲线C1)。而且，在时刻t12以后的时刻“t13”，ECU50由于变速器变速等而再次把点火正时设定为延迟(参照曲线C2)。这时，ECU50，根据在时刻t12催化剂温度Tb已经超过了上限温度Tbth这一情况，随着点火正时的延迟而进行燃料增加(参照曲线C3)，进而从液体燃料运转切换到气体燃料运转(参照曲线C4、C5)。这样，ECU50，通过在燃料增加时向气体燃料运转切换，可以使填充效率及进气量降低，并有效地使废气温度降低。
而且，ECU50，在使点火正时返回到通常的时刻“t14”，停止燃料增加，并且从气体燃料运转向液体燃料运转切换(参照曲线C3～C5)。这样，ECU50，在进行燃料增加而成为浓空燃比的运转区域中，通过进行气体燃料运转，可以实现低排放化。
[处理流程]
接着，对本实施方式中的处理顺序进行说明。以下，首先，在使用图4对同时执行了第1控制及第2控制时的处理流程进行说明后，使用图5对执行了第3控制时的处理流程进行说明。
(第1控制及第2控制)
图4是表示同时执行第1控制及第2控制时的处理顺序的流程图的一例。由ECU50按照规定的周期反复执行图4所示的流程图。
首先，ECU50检测发动机1的运转状态(步骤S101)。具体来说，ECU50，检测当前使用了液体燃料或气体燃料的哪一种，是否在执行燃料切断过程中，是否是在执行伴随于催化剂温度Tb的高温化的燃料增加的过程中。
接着，ECU50判定是否处于液体燃料运转的运转区域(步骤S102)。例如，ECU50，基于当前的运转状态等，参照规定的映射，判定是否在液体燃料运转的运转区域。而且，ECU50，在判断为是液体燃料运转的运转区域的情况下(步骤S102：是)，进入步骤S103的处理。另一方面，ECU50，在判断为不是液体燃料运转的运转区域的情况下(步骤S102：否)，即在判断为是应该执行气体燃料运转的运转区域的情况下，执行气体燃料运转(步骤S106)。另外，这时，ECU50，在满足了应该执行燃料增加的条件的情况下，也执行燃料增加。
接着，ECU50检测催化剂温度Tb(步骤S103)。具体来说，ECU50，也可以基于发动机1的负载及转速来推定催化剂温度Tb，还可以基于设置于催化剂10的温度传感器等的检测值来检测催化剂温度Tb。
而且，ECU50判定催化剂温度Tb是否比上限温度Tbth大(步骤S104)。在此，对于上限温度Tbth，例如，基于实验等预先设定为不可能产生催化剂10劣化的催化剂温度Tb的上限。而且，ECU50，在催化剂温度Tb比上限温度Tbth大的情况下(步骤S104：是)，进入步骤S105的处理。另一方面，ECU50，在判断为催化剂温度Tb是在上限温度Tbth以下的情况下(步骤S104：否)，判断为不需要执行用于催化剂温度Tb的降低的燃料增加及向气体燃料运转的切换，进入步骤S107的处理。
接着，ECU50，判定燃料增加的条件是否成立(步骤S105)。具体来说，ECU50，在是催化剂温度Tb以外的条件的用于进行燃料增加的各种条件存在的情况下，判断这些条件是否已满足。
而且，FCU50，在判断为燃料增加的条件成立的情况下(步骤S105：是)，执行基于气体燃料运转的燃料增加(步骤S106)。即，ECU50，进行燃料增加，并且从液体燃料运转切换到气体燃料运转。由此，ECU50，可以抑制由于燃料增加而在进气口和气缸内残存未燃燃料的情况并抑制燃料切断时的催化剂10的劣化及催化剂温度Tb的升温，并且利用填充效率的降低及进气量的降低使废气温度及催化剂温度Tb降低。另一方面，ECU50，在判断为燃料增加的条件不成立的情况下(步骤S105：否)，进入步骤S107的处理。
接着，对步骤S107以后的处理进行说明。ECU50，在催化剂温度Tb在上限温度Tbth以下(步骤S104：否)或燃料增加的条件不成立的情况下(步骤S105：否)，判定是否是执行燃料切断的过程中(步骤S107)。而且，ECU50，在判断为是执行燃料切断过程中的情况下(步骤S107：是)，执行液体燃料运转(步骤S108)。例如，ECU50，在步骤S106中从液体燃料运转切换到气体燃料运转后，重新执行流程图，在液体燃料运转的运转区域(步骤S102：是)且催化剂温度Tb在上限温度Tbth以下的情况下(步骤S104：是)，在执行燃料切断后进行液体燃料运转。由此，ECU50，可以对各汽缸11内的燃烧室进行扫气，可以排除起因于之前使用的燃料残存于汽缸内等带来的影响。
另一方面，ECU50，在判断为不是执行燃料切断的过程中的情况下(步骤S107：否)，结束流程图的处理。
(第3控制)
图5是表示第3控制的处理顺序的流程图的一例。ECU50，例如，按照规定的周期反复执行图5所示的处理。
首先，ECU50检测发动机1的运转状态(步骤S201)。接着，ECU50判定是否是液体燃料运转的运转区域(步骤S202)。而且，ECU50，在是液体燃料运转的运转区域的情况下(步骤S202：是)，进入步骤S203的处理。另一方面，ECU50，在判断为不是液体燃料运转的运转区域的情况下(步骤S202：否)，即判断为是气体燃料运转的运转区域的情况下，执行气体燃料运转(步骤S206)。另外，这时，ECU50，在满足了应该执行燃料增加的条件的情况下，进行燃料增加。
接着，ECU50检测催化剂温度Tb(步骤S203)。而且，ECU50判定催化剂温度Tb是否比上限温度Tbth大(步骤S204)。而且，ECU50，在催化剂温度Tb比上限温度Tbth大的情况下(步骤S204：是)，进入步骤S205的处理。另一方面，ECU50，在判断为催化剂温度Tb在上限温度Tbth以下的情况下(步骤S204：否)，执行液体燃料运转(步骤S207)。在这种情况下，ECU50不执行伴随催化剂温度Tb的高温化的燃料增加。
接着，ECU50，判定是否是点火延迟控制过程中并且燃料增加的条件成立(步骤S205)。具体来说，ECU50，判断是否是因为是加速时或变速器变速时而使点火正时延迟，以及是否是燃料增加的条件成立。而且，ECU50，在是点火延迟控制过程中并且燃料增加的条件成立的情况下(步骤S205：是)，执行基于气体燃料运转的燃料增加(步骤S206)。即，ECU50，在点火延迟控制过程中进行燃料增加并且从液体燃料运转切换到气体燃料运转。通过这样做，ECU50，可以实现燃料增加过程中的低排放化并且使进气量及填充效率降低，而使废气温度降低。
另一方面，ECU50，在不是点火延迟控制过程中或燃料增加的条件不成立的情况下(步骤S205：否)，执行液体燃料运转(步骤S207)。
[变形例]
在第1控制～第3控制的说明中，ECU50，在催化剂温度Tb超过上限温度Tbth并且满足了规定的条件的情况下，从液体燃料运转切换到气体燃料运转。但是，能够应用本发明的方法不限定于此。
取而代之，ECU50，在催化剂温度Tb超过上限温度Tbth并且满足了规定的条件的情况下，也可以使使用于发动机1的燃烧的燃料之中的气体燃料的使用比例增加。即，在这种情况下，ECU50也可以在继续使用液体燃料的同时，使气体燃料的使用比例增大。据此，ECU50，也与上述的实施方式同样，可以在抑制燃料增加时的未燃燃料的增加的同时，使填充效率及进气量降低而使催化剂温度Tb降低。
对此，参照图4、图5的流程图进一步具体地说明。例如，ECU50，在图4中，当燃料增加的条件成立的情况下(步骤S105：是)，执行燃料增加，并且使使用于发动机1的燃烧的燃料之中的气体燃料的比例增加。另外，ECU50，在执行步骤S106后，重新执行流程图的处理，在判断为是执行燃料切断过程中的情况下(步骤S107：是)，将气体燃料的使用比例返回到原样。同样地，在图5中，ECU50，在是点火延迟控制过程中并且燃料增加的条件成立的情况下(步骤S205：是)，执行燃料增加，并且使使用于发动机1的燃烧的燃料之中的气体燃料的比例增加。
附图标记说明
1...发动机；2...第1燃料喷射阀；3...第2燃料喷射阀；4...浪涌调整槽；5...节气门...6...进气通路；7...空气滤清器；8...排气通路；10...催化剂；50...ECU；100...燃料喷射系统。

Claims (3)

1.一种内燃机的控制装置，其中，具备：
发动机，能够把气体燃料及液体燃料作为燃料来运转；
催化剂，用于净化上述发动机的废气；和
控制单元，
该内燃机的控制装置的特征在于，所述控制单元进行如下控制：
即、当使用上述液体燃料时，在上述催化剂的温度超过了规定的上限值的情况下，使空燃比为浓空燃比并且使上述气体燃料的比例增大。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，
上述控制单元在使上述空燃比为浓空燃比并且使上述气体燃料的比例增大后，使该比例返回到原来比例的时刻为从燃料切断恢复的时刻。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其中，
上述控制单元在加速时或／和变速器变速时实施使上述空燃比为浓空燃比并且使上述气体燃料的比例增大的控制。
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