JP6915479B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
1.内燃機関の制御装置は、複数の気筒から排出された排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とし、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、前記フィルタに捕集されている粒子状物質の量が多い場合に少ない場合よりも前記ディザ制御処理が実行される前記内燃機関の運転領域を拡大する処理、および前記フィルタに捕集されている粒子状物質の量が多い場合に少ない場合よりも前記ディザ制御処理における前記リッチ燃焼気筒のリッチ化度合いと前記リーン燃焼気筒のリーン化度合いとを大きくする処理の2つの処理のうちの少なくとも1つの処理を含む拡大処理と、を実行する。
図1に示す内燃機関10において、吸気通路12から吸入された空気は、過給機14を介して気筒#1〜#4のそれぞれの燃焼室16に流入する。気筒#1〜#4のそれぞれには、燃料を噴射する燃料噴射弁18と、火花放電を生じさせる点火装置20とが設けられている。燃焼室16において、空気と燃料との混合気は、燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路22に排出される。排気通路22のうちの過給機14の下流には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒24が設けられている。さらに、排気通路22のうち三元触媒24の下流には、ガソリンパティキュレートフィルタ(GPF26)が設けられている。
ベース噴射量算出処理部M10は、クランク角センサ46の出力信号Scrに基づき算出された回転速度NEと吸入空気量Gaとに基づき、燃焼室16における混合気の空燃比を目標空燃比に開ループ制御するための操作量である開ループ操作量として、ベース噴射量Qbを算出する。
フィードバック処理部M14は、フィードバック制御量である空燃比Afを目標値Af*にフィードバック制御するための操作量であるフィードバック操作量KAFを算出する。本実施形態では、目標値Af*と空燃比Afとの差を入力とする比例要素、積分要素、および微分要素の各出力値の和を、フィードバック操作量KAFとする。
要求値出力処理部M18は、内燃機関10の気筒#1〜#4のそれぞれから排出される排気全体の成分を、気筒#1〜#4の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等としつつも、燃焼対象とする混合気の空燃比を気筒間で異ならせるディザ制御の噴射量補正要求値αを算出して出力する。ここで、本実施形態にかかるディザ制御では、第1の気筒#1〜第4の気筒#4のうちの1つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとするリッチ燃焼気筒とし、残りの3つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン燃焼気筒とする。そして、リッチ燃焼気筒における噴射量を、上記要求噴射量Qdの「1+α」倍とし、リーン燃焼気筒における噴射量を、要求噴射量Qdの「1−(α/3)」倍とする。リーン燃焼気筒とリッチ燃焼気筒との上記噴射量の設定によれば、気筒#1〜#4のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、内燃機関10の各気筒#1〜#4から排出される排気全体の成分を、気筒#1〜#4の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等とすることができる。なお、上記噴射量の設定によれば、気筒#1〜#4のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、各気筒において燃焼対象とされる混合気の燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となる。なお、燃空比とは、空燃比の逆数のことである。
図4に、要求値出力処理部M18の処理のうちの図3の処理とは別の処理の手順を示す。図4に示す処理は、ROM34に記憶されたプログラムをCPU32がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、PM堆積量DPMが徐々に増加していく過程に沿って図4の処理を説明する。
CPU32は、PM堆積量DPMが多くなるにつれて、モードC、モードB、モードAの順にモードを変化させる。CPU32は、モードCにおいては、図5の回転速度NEjおよび負荷率KLmの動作点PCでディザ制御を実行するものの、負荷率KLが閾値KLc未満となる場合には、ディザ制御を実行しない。これに対し、CPU32は、モードBとなる場合、たとえば回転速度NEjおよび負荷率KLkの動作点PBでディザ制御を実行する。特に、CPU32は、動作点PBでは、噴射量補正要求値αを、動作点PCのときと比較して大きい値に設定する。ただし、モードBの場合、負荷率KLが閾値KLb未満の場合には、ディザ制御を実行しない。これに対し、CPU32は、モードAとなる場合、たとえば回転速度NEjおよび負荷率KLjの動作点PAでディザ制御を実行する。特に、CPU32は、動作点PAでは、噴射量補正要求値αを、動作点PBのときと比較して大きい値に設定する。
(1)モードCと比較してモードBでは、噴射量補正要求値αとしてより大きい値を許容し、回転速度NEおよび負荷率KLにて定められる内燃機関10の動作点のより広い集合(運転領域)において、ディザ制御処理を実行した。これにより、フィルタ再生処理が実行される頻度を向上させることができ、ひいては、PM堆積量DPMが過度に大きくなることを抑制できる。
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。[1]フィルタは、GPF26に対応し、ディザ制御処理は、補正係数算出処理部M20、ディザ補正処理部M22、乗算処理部M24、補正係数算出処理部M26、ディザ補正処理部M28、および噴射量操作処理部M30の処理、およびS40,S48,S58の処理に対応する。拡大処理は、S14,S20,S46,S56の処理に対応する。[2]第1の回転速度は、NEjに対応し、第1の量、第2の量、第1の負荷および第2の負荷の組み合わせは、(Dthc,Dthb,KLm,KLk),(Dthc,Dtha,KLm,KLj)または(Dthb,Dtha,KLk,KLj)に対応する。[3]第1の量、第2の量、第1の負荷および第2の負荷の組み合わせは、(Dthc,Dthb,KLm,KLk)に対応し、報知機器は、注意喚起灯52に対応する。[4]第2の量、第3の量、第2の負荷、および第3の負荷は、(Dthb,Dtha,KLk,KLj)に対応する。[5]第2の量は、Dthaに対応し、警告処理は、S16の処理に対応する。
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。
・「報知機器、報知処理について」
上記実施形態では、モードBの場合、負荷率KLが閾値KLc以上であっても報知処理を実行したがこれに限らない。たとえば、モードBであって負荷率KLが閾値KLc未満であって且つ閾値KLb以上である場合に限って報知処理を実行してもよい。またたとえば、モードBであって負荷率KLが閾値KLc未満であって且つ閾値KLb以上となることで報知処理を開始し、負荷率KLが閾値KLc以上となった後であってもモードBが解消されない限り、報知処理を継続してもよい。
なお、モードBにおいて報知処理を実行すること自体必須ではない。
警告情報出力装置としては、警告灯50に限らず、たとえば警告するための音声信号を出力する装置であってもよい。
・「拡大処理について」
値αa,αb,αcと補正係数Ka,Kb,Kcとを用いる代わりに、動作点を示すパラメータを入力変数とし噴射量補正要求値αを出力変数とするマップデータをROM34に記憶し、CPU32により噴射量補正要求値αをマップ演算してもよい。
上記実施形態では、PM堆積量DPMを、上流側圧力Puおよび下流側圧力Pdの差圧と、吸入空気量Gaとに基づきマップ演算したがこれに限らない。たとえば、吸入空気量Gaが規定値以上である場合、上記マップ演算を行い、規定値未満の場合には、回転速度NE,負荷率KL、内燃機関10の冷却水の温度(水温THW)および空燃比Afに基づき推定してもよい。これはたとえば、次のようにして実行できる。すなわち、回転速度NEおよび負荷率KLを入力変数とし単位時間当たりのPM堆積増加量を出力変数とするマップデータと、水温THWを入力変数とし水温補正係数を出力変数とするマップデータと、空燃比Afを入力変数とし空燃比補正係数を出力変数とするマップデータとをROM34に記憶しておく。そして、CPU32によりPM堆積増加量をマップ演算した後、これに水温補正係数および空燃比補正係数を乗算してPM堆積増加量を算出し、これによって、PM堆積量DPMを逐次増量補正する。なお、吸入空気量Gaが規定値以上である状態から規定値未満となる状態に移行した場合、PM堆積量DPMの初期値は、上記差圧に基づき算出された値とすればよい。また、吸入空気量Gaが規定値未満の状態から規定値以上の状態に切り替わる場合、差圧に基づき算出されるPM堆積量DPMを用いる。
噴射量補正要求値αを、回転速度NEおよび負荷率KLに加えて、水温THWに基づき可変設定してもよい。またたとえば、回転速度NEおよび水温THW、または負荷率KLおよび水温THWの2つのパラメータのみに基づいて可変設定してもよく、またたとえば、上記3つのパラメータのうちの1つのパラメータのみに基づいて可変設定してもよい。また、たとえば内燃機関10の動作点を特定するパラメータとして回転速度NEおよび負荷率KLを用いる代わりに、負荷としての負荷率KLに代えて、たとえば負荷としてのアクセル操作量を用いてもよい。また、回転速度NEおよび負荷に代えて、吸入空気量Gaに基づき可変設定してもよい。
上記実施形態では、リッチ燃焼気筒の数よりもリーン燃焼気筒の数を多くしたが、これに限らない。たとえば、リッチ燃焼気筒の数とリーン燃焼気筒の数とを同一としてもよい。またたとえば、全ての気筒#1〜#4を、リーン燃焼気筒かリッチ燃焼気筒かにするものに限らず、たとえば1つの気筒の空燃比を目標空燃比としてもよい。さらに、1燃焼サイクル内で、筒内充填空気量が同一であるなら燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となることも必須ではない。たとえば、上記実施形態のように4気筒の場合において、筒内充填空気量が同一であるなら、5ストロークにおける燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となるようにしてもよく、3ストロークにおける燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となるようにしてもよい。ただし、1燃焼サイクルにおいて、リッチ燃焼気筒とリーン燃焼気筒との双方が存在する期間が少なくとも2燃焼サイクルに1回以上は生じることが望ましい。換言すれば、所定期間において筒内充填空気量が同一であるなら燃空比の平均値の逆数を目標空燃比とする際、所定期間を2燃焼サイクル以下とすることが望ましい。ここで、たとえば所定期間を2燃焼サイクルとして2燃焼サイクルの間に1度だけリッチ燃焼気筒が存在する場合、リッチ燃焼気筒とリーン燃焼気筒との出現順序は、リッチ燃焼気筒をR、リーン燃焼気筒をLとすると、たとえば「R,L,L,L,L,L,L,L」となる。この場合、所定期間よりも短い1燃焼サイクルの期間であって「R,L,L,L」となる期間が設けられており、気筒#1〜#4のうちの一部がリーン燃焼気筒であり、別の気筒がリッチ燃焼気筒となっている。ちなみに、1燃焼サイクルとは異なる期間における燃空比の平均値の逆数を目標空燃比とする場合には、内燃機関が吸気行程において一旦吸入した空気の一部を吸気バルブが閉弁するまでに吸気通路に吹き戻す量が無視できることが望ましい。
上記構成では、排気浄化装置として、三元触媒24およびGPF26を例示したがこれに限らない。たとえばGPF26のみであってもよい。ただし、その場合、ディザ制御による昇温効果を高めるうえでは、GPF26に、酸素吸蔵能力を付与することが望ましい。
制御装置としては、CPU32とROM34とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の(a)〜(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、1または複数のソフトウェア処理回路および1または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。
内燃機関としては、4気筒の内燃機関に限らない。たとえば直列6気筒の内燃機関であってもよい。またたとえば、V型の内燃機関等、第1の排気浄化装置と第2の排気浄化装置とを備え、それぞれによって排気が浄化される気筒が異なるものであってもよい。
燃料噴射弁としては、燃焼室16に燃料を噴射するものに限らず、たとえば吸気通路12に燃料を噴射するものであってもよい。ディザ制御の実行時に空燃比フィードバック制御をすることは必須ではない。
Claims (4)
- 複数の気筒から排出された排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とし、
前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、
前記フィルタに捕集されている粒子状物質の量が多い場合に少ない場合よりも前記ディザ制御処理が実行される前記内燃機関の運転領域を拡大する処理、および前記フィルタに捕集されている粒子状物質の量が多い場合に少ない場合よりも前記ディザ制御処理における前記リッチ燃焼気筒のリッチ化度合いと前記リーン燃焼気筒のリーン化度合いとを大きくする処理の2つの処理のうちの少なくとも1つの処理を含む拡大処理と、を実行し、
前記運転領域は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度および負荷によって定まる領域である内燃機関の制御装置。 - 前記捕集されている粒子状物質の量が第1の量であり前記内燃機関の回転速度が第1の回転速度であって且つ負荷が第1の負荷である場合、前記ディザ制御処理を実行し、前記捕集されている粒子状物質の量が第1の量であり前記内燃機関の回転速度が前記第1の回転速度であって且つ負荷が前記第1の負荷よりも小さい第2の負荷の場合、前記ディザ制御処理を実行せず、
前記拡大処理は、前記捕集されている粒子状物質の量が前記第1の量よりも多い第2の量であり、前記内燃機関の回転速度が前記第1の回転速度であって且つ負荷が前記第2の負荷である場合、前記捕集されている粒子状物質の量が前記第1の量であり前記内燃機関の回転速度が前記第1の回転速度であって且つ負荷が前記第1の負荷である場合よりも前記リッチ燃焼気筒のリッチ化度合いと前記リーン燃焼気筒のリーン化度合いとを大きくしつつ前記ディザ制御処理を実行する処理を含む請求項1記載の内燃機関の制御装置。 - 前記第1の回転速度であって前記第2の負荷である場合における前記ディザ制御処理を実行するのに先立ち、報知機器を操作して、前記内燃機関のクランク軸の回転変動が大きくなりうる旨を報知する報知処理を実行する請求項2記載の内燃機関の制御装置。
- 前記捕集されている粒子状物質の量が前記第2の量であり、前記内燃機関の回転速度が前記第1の回転速度であって且つ負荷が前記第2の負荷よりも小さい第3の負荷である場合、前記ディザ制御を実行せず、
前記拡大処理は、前記捕集されている粒子状物質の量が前記第2の量よりも多い第3の量であり、前記内燃機関の回転速度が前記第1の回転速度であって且つ負荷が前記第3の負荷である場合、前記捕集されている粒子状物質の量が前記第2の量であり前記内燃機関の回転速度が前記第1の回転速度であって且つ前記負荷が前記第2の負荷である場合よりも前記リッチ燃焼気筒のリッチ化度合いと前記リーン燃焼気筒のリーン化度合いとを大きくしつつ前記ディザ制御処理を実行する請求項2または3記載の内燃機関の制御装置。
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