JP6737156B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

エンジンの排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設けられている。触媒の排ガス浄化能力を有効に発揮させるためには、触媒昇温を行い、触媒の温度を活性化温度まで上昇させる必要がある。

特許文献１では、複数の気筒のうち任意の気筒において筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ燃焼を実行し、他の気筒において筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン燃焼を実行し、複数の気筒の空燃比の平均が理論空燃比となるよう各気筒での燃料噴射量を制御することで、触媒昇温を促進している。

特開２０１２−５７４９２号公報

リッチ燃焼とリーン燃焼とを別々の気筒で実行させる触媒昇温制御において、空燃比の理論空燃比からの増量割合（以下、ディザ振幅という）を大きくすればするほど、昇温効果は大きくなる。しかしながら、ディザ振幅が大きい場合、触媒昇温制御の開始及び終了時、空燃比の急激な変化に伴いトルクショックが発生するおそれがある。

一方、車両の加速減速時又は変速時のショック低減やシフトチェンジの早期化などのために、点火時期を遅角させてエンジン発生トルクを抑制することがある。このときに、触媒昇温制御が実行中であると、特にリーン燃焼を実行する気筒においては失火に対する点火時期の遅角余裕がないため、わずかな点火時期遅角が失火を引き起こす可能性があり、点火時期遅角要求が制限され、エンジン発生トルクが希望通りにコントロールできないおそれがある。

そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、リッチ燃焼とリーン燃焼とを別々の気筒で実行させる触媒昇温制御において、触媒昇温制御の開始及び終了による空燃比の急激な変化に伴うトルクショックを低減するとともに、点火時期遅角制御による失火の発生を抑制することを課題とする。

かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関の制御装置は、内燃機関の複数の気筒のうち、任意の気筒で筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ燃焼を実行させ、他の気筒で筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン燃焼を実行させ、前記複数の気筒からの排気を浄化する触媒を昇温する触媒昇温制御を実行する実行部と、前記触媒昇温制御の開始要求がなされた場合、各前記気筒の燃焼時の空燃比を前記触媒昇温制御実行時の目標空燃比となるまで徐変させ、前記触媒昇温制御の終了要求がなされた場合、前記各気筒の燃焼時の空燃比を、前記触媒昇温制御の終了後の前記内燃機関の運転状態に応じた目標空燃比となるまで徐変させる徐変処理部と、前記徐変中に、ノッキング抑制の目的以外の点火時期遅角要求がなされた場合、前記各気筒の燃焼時の空燃比を前記内燃機関の運転状態に応じた目標空燃比とするまでの時間を、前記ノッキング抑制の目的以外の点火時期遅角要求がない場合よりも短縮する時間短縮部と、を備える。

本明細書開示の内燃機関の制御装置によれば、リッチ燃焼とリーン燃焼とを別々の気筒で実行させる触媒昇温制御において、触媒昇温制御の開始及び終了による空燃比の急激な変化に伴うトルクショックを低減するとともに、点火時期遅角制御による失火の発生を抑制することができる。

図１は、実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用したエンジンシステムの構成を示す概略図である。 図２は、ＥＣＵが実行する触媒昇温制御からの復帰処理の一例を示すフローチャートである。 図３は、触媒昇温制御からの復帰処理におけるリッチ気筒での空燃比及びリーン気筒での空燃比の変化の一例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

まず、図１を参照し、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステム１の構成を示す概略図である。

図１に示すように、エンジンシステム１は、内燃機関２０を備えている。内燃機関２０は、シリンダブロック２１に形成された燃焼室２３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室２３内でピストン２４を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関２０は車両用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、本実施形態では、気筒＃１〜＃４を備える４気筒エンジンであるものとする。なお、内燃機関２０が備える気筒数は、本実施形態に限定されるものではない。

内燃機関２０のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに設けられている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室２３内の混合気に点火するための点火プラグ２７が気筒ごとに取り付けられている。

各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介してサージタンク１８に接続されている。サージタンク１８の上流側には吸気管１０が接続されており、吸気管１０の上流端にはエアクリーナ１９が設けられている。そして吸気管１０には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１５と、電子制御式スロットルバルブ１３とが組み込まれている。

また、各気筒の吸気ポートには、燃料を吸気ポート内に噴射するインジェクタ１２が設置されている。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Ｖｉの開弁時に燃焼室２３に吸入され、ピストン２４で圧縮され、点火プラグ２７で点火燃焼させられる。

一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気管３０に接続されている。排気管３０には、触媒３１が設けられている。なお排気ポート、枝管及び排気管３０により排気通路が形成される。触媒３１の上流側には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３３が設置されている。空燃比センサ３３は、いわゆる広域空燃比センサであり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。

エンジンシステム１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ５０は、実行部、徐変処理部、及び時間短縮部を備える内燃機関の制御装置の一例である。

ＥＣＵ５０には、上述の点火プラグ２７、スロットルバルブ１３及びインジェクタ１２等が電気的に接続されている。またＥＣＵ５０には、前述のエアフローメータ１５、空燃比センサ３３、内燃機関２０のクランク角を検出するクランク角センサ２５のほか、アクセル開度を検出するアクセル開度センサやその他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ２７、スロットルバルブ１３、インジェクタ１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。

また、ＥＣＵ５０は、触媒３１を昇温するための触媒昇温制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ５０は、４つの気筒のうち任意の気筒を、筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ燃焼が実行されるリッチ気筒に設定する。また、ＥＣＵ５０は、他の気筒を、筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン燃焼が実行されるリーン気筒に設定する。ここで、触媒３１は、触媒３１に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ、例えば１４．５５）近傍のときにその浄化能力が高くなる。そのため、ＥＣＵ５０は、リッチ気筒でリッチ燃焼が実行され、リーン気筒でリーン燃焼が実行され、全ての気筒の空燃比の平均が理論空燃比となるように、各気筒への燃料噴射量を制御する。具体的には、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ３３により検出された空燃比が理論空燃比に一致するように、各気筒への燃料噴射量をフィードバック制御する。なお、触媒３１に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比に一致しなくてもよく、理論空燃比を含む所定の範囲内にあればよい。

また、ＥＣＵ５０は、上述した触媒昇温制御からの復帰処理を実行する。図２は、ＥＣＵ５０が実行する復帰処理の一例を示すフローチャートである。図２の処理は、触媒昇温制御が開始されると実行される。

触媒昇温制御が開始されると、ＥＣＵ５０は、各気筒の空燃比を触媒昇温制御時の目標空燃比まで徐々に変化させる触媒昇温制御開始時空燃比徐変処理を開始する（ステップＳ１１）。例えば、図３の時刻ｔ１に触媒昇温制御要求がＯＮとなると、ＥＣＵ５０は、触媒昇温制御開始時空燃比徐変処理を開始する。これにより、図３の時刻ｔ１〜ｔ２に示すように、リッチ気筒及びリーン気筒の空燃比が触媒昇温制御時の目標空燃比まで徐々に変化するので、触媒昇温制御の開始による空燃比の急激な変化に伴ってトルクショックが発生するのを抑制することができる。

次に、ＥＣＵ５０は、瞬時点火時期遅角要求があるか否かを判断する（ステップＳ１３）。瞬時点火時期遅角要求とは、ノッキング抑制を目的とした点火時期の遅角要求以外の点火時期遅角要求であり、例えば、瞬間的にトルクを下げるためになされる点火時期遅角要求である。瞬時点火時期遅角要求としては、例えば、変速ショックを低減するための点火時期遅角要求や、フューエルカット前後のトルクを抑制するための点火時期遅角要求が挙げられる。

瞬時点火時期遅角要求がない場合（ステップＳ１３／ＮＯ）、ＥＣＵ５０は、各気筒の空燃比が触媒昇温制御時の目標空燃比に到達したか否かを判断する（ステップＳ１５）。

各気筒の空燃比が触媒昇温制御時の目標空燃比に到達していない場合（ステップＳ１５／ＮＯ）、ステップＳ１３に戻る。一方、各気筒の空燃比が触媒昇温制御時の目標空燃比に到達した場合（ステップＳ１５／ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、瞬時点火時期遅角要求があるか否かを判断する（ステップＳ２１）。

瞬時点火時期遅角要求がない場合（ステップＳ２１／ＮＯ）、ＥＣＵ５０は、触媒昇温制御の終了を要求する終了要求がある否かを判断する（ステップＳ２５）。例えば、ＥＣＵ５０は、図３の時刻ｔ２に示すように、触媒昇温制御要求がＯＦＦになった場合に、終了要求があったと判断する。

触媒昇温制御の終了要求があった場合（ステップＳ２５／ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、各気筒の空燃比を、触媒昇温制御の終了後の内燃機関２０の運転状態に応じて設定される目標空燃比まで徐々に変化させる触媒昇温制御終了時空燃比徐変処理を開始する（ステップＳ２７）。ＥＣＵ５０は、例えば、図３の時刻ｔ２において触媒昇温制御要求がＯＦＦとなると、触媒昇温制御終了時空燃比徐変処理を開始する。そして、ＥＣＵ５０は、図３の時刻ｔ２〜ｔ３に示すように、各気筒の空燃比を内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比まで徐々に変化させる。

触媒昇温制御終了時空燃比徐変処理の開始後、ＥＣＵ５０は、瞬時点火時期遅角要求があるか否かを判断する（ステップＳ２９）。瞬時点火時期遅角要求がない場合（ステップＳ２９／ＮＯ）、ＥＣＵ５０は、各気筒の空燃比が、内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比に到達したか否かを判断する（ステップＳ３３）。図３では、例えば、時刻ｔ３において、各気筒の空燃比が内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比に到達しているため、時刻ｔ３において、ステップＳ３３の判断がＹＥＳとなる。

各気筒の空燃比が、内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比に到達していない場合（ステップＳ３３／ＮＯ）、ステップＳ２９に戻るが、各気筒の空燃比が、内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比に到達した場合（ステップＳ３３／ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、図２の処理を終了する。触媒昇温制御の終了時に瞬時点火時期遅角要求がない場合、各気筒の空燃比が内燃機関２０に応じた目標空燃比まで徐々に変化するので、触媒昇温制御の終了による空燃比の急激な変化に伴ってトルクショックが発生するのを抑制することができる。

一方、ステップＳ２７の触媒昇温制御終了時空燃比徐変処理の開始後、瞬時点火時期遅角要求があった場合（ステップＳ２９／ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、触媒昇温制御終了時空燃比徐変処理を中止し、各気筒の空燃比を、内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比とする（ステップＳ３１）。例えば、図３の時刻ｔ４において、触媒昇温制御要求がＯＦＦとなったため、ＥＣＵ５０が、触媒昇温制御終了時空燃比徐変処理を開始したとする（ステップＳ２７）。ここで、図３に示すように、時刻ｔ５において、瞬時点火時期遅角要求がＯＮとなると、ステップＳ２９の判断が肯定され、ＥＣＵ５０は、触媒昇温制御終了時空燃比徐変処理を中止し、各気筒の空燃比を、内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比とする（ステップＳ３１）。これにより、失火の発生を抑制できる。

なお、触媒昇温制御の終了要求がない場合（ステップＳ２５／ＮＯ）、ステップＳ２１に戻る。

各気筒の空燃比が触媒昇温制御時の目標空燃比に到達した後（ステップＳ１５／ＹＥＳ）に瞬時点火時期遅角要求があった場合（ステップＳ２１／ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、触媒昇温制御終了時空燃比徐変処理を行わずに、各気筒の空燃比を、内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比とする（ステップＳ２３）。例えば、図３の時刻ｔ６に示すように、瞬時点火時期遅角要求がＯＮになった場合、ＥＣＵ５０は、触媒昇温制御終了時空燃比徐変処理を行わず、各気筒の空燃比を内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比とする。これにより、失火の発生が抑制される。

一方、触媒昇温制御開始時空燃比徐変処理中に瞬時点火時期遅角要求があった場合（ステップＳ１３／ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、触媒昇温制御終了時空燃比徐変処理を行わずに、各気筒の空燃比を内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比とする（ステップＳ１７）。例えば、図３の時刻ｔ７に示すように、触媒昇温制御開始時空燃比徐変処理中に瞬時点火時期遅角要求がＯＮになった場合、ＥＣＵ５０は、触媒昇温制御終了時空燃比徐変処理を行わず、各気筒の空燃比を内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比とする。これにより、失火の発生が抑制される。

以上、詳細に説明したように、本実施形態にかかるＥＣＵ５０は、内燃機関２０の複数の気筒のうち、任意の気筒で筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ燃焼を実行させ、他の気筒で筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン燃焼を実行させ、複数の気筒からの排気を浄化する触媒を昇温する触媒昇温制御を実行し、触媒昇温制御の開始要求がなされた場合、各気筒の燃焼時の空燃比を触媒昇温制御実行時の目標空燃比となるまで徐変させ、触媒昇温制御の終了要求がなされた場合、各気筒の燃焼時の空燃比を、触媒昇温制御の終了後の内燃機関の運転状態に応じた目標空燃比となるまで徐変させ、触媒昇温制御の実行中、又は、徐変中に、ノッキング抑制の目的以外の点火時期遅角要求がなされた場合、各気筒の燃焼時の空燃比を内燃機関の運転状態に応じた目標空燃比とするまでの時間を、ノッキング抑制の目的以外の点火時期遅角要求がない場合よりも短縮する。触媒昇温制御の開始及び終了時、瞬時点火時期遅角要求がない場合には、各気筒の空燃比は触媒昇温制御時の目標空燃比又は内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比となるまで徐々に変化するため、空燃比の急激な変化に伴うトルクショックを抑制することができる。一方、瞬時点火時期遅角要求がある場合には、各気筒の空燃比を内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比とするまでの時間を瞬時点火時期遅角要求がない場合よりも短縮するため、失火の発生を抑制することができる。

なお、上記実施形態において、瞬時点火時期遅角要求がなされた場合、ＥＣＵ５０は、空燃比の徐変処理をせずに内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比にしていたが、空燃比徐変速度を増加させ（徐変の傾きを大きくする）、各気筒の空燃比を内燃機関２０の運転状態に応じた目標空燃比とするまでの時間を、瞬時点火時期遅角要求がない場合よりも短縮してもよい。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１ エンジンシステム
２０ 内燃機関
３１ 触媒
５０ ＥＣＵ（内燃機関の制御装置、実行部、徐変処理部、時間短縮部）

Claims (1)

1. 内燃機関の複数の気筒のうち、任意の気筒で筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ燃焼を実行させ、他の気筒で筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン燃焼を実行させ、前記複数の気筒からの排気を浄化する触媒を昇温する触媒昇温制御を実行する実行部と、
   前記触媒昇温制御の開始要求がなされた場合、各前記気筒の燃焼時の空燃比を前記触媒昇温制御実行時の目標空燃比となるまで徐変させ、前記触媒昇温制御の終了要求がなされた場合、前記各気筒の燃焼時の空燃比を、前記触媒昇温制御の終了後の前記内燃機関の運転状態に応じた目標空燃比となるまで徐変させる徐変処理部と、
   前記徐変中に、ノッキング抑制の目的以外の点火時期遅角要求がなされた場合、前記各気筒の燃焼時の空燃比を前記内燃機関の運転状態に応じた目標空燃比とするまでの時間を、前記ノッキング抑制の目的以外の点火時期遅角要求がない場合よりも短縮する時間短縮部と、
   を備える内燃機関の制御装置。
   

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