JP6966910B2

JP6966910B2 - エンジン制御装置

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Publication number: JP6966910B2
Application number: JP2017186788A
Authority: JP
Inventors: 勉中野
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2021-11-17
Anticipated expiration: 2037-09-27
Also published as: JP2019060308A

Description

本発明は、エンジンを制御するエンジン制御装置に関する。

車両の排気流路内には、炭化水素（hydrocarbon：ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）といった規制物質を浄化するための触媒が設けられている。ただし、触媒は、排気ガスに混入したエンジンオイル中のリン（Ｐ）等の被毒物質によって永久被毒されてしまう。

そこで、リンに対する被毒耐性を高める技術として、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）を触媒に含有させる技術（例えば、特許文献１）が開示されている。

特開２００３−４７８４８号公報

しかし、エンジンの運転状態によっては、排気ガスへのエンジンオイルの混入量が想定より多くなり、触媒の被毒量が設計値を超える場合がある。この場合、触媒の浄化性能を維持できなくなるおそれがある。

そこで、本発明は、触媒の浄化性能を維持することが可能なエンジン制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のエンジン制御装置は、排気ガスに含まれる被毒物質による触媒の被毒量を導出する被毒量導出部と、所定の走行期間ごとに、前記被毒量が所定の閾値以上であるか否かを判定する被毒量判定部と、前記被毒量が前記閾値以上であると判定された場合、次回の前記走行期間において、エンジンに対し、前記排気ガスへの前記被毒物質の混入を抑制する処理を実行する制御処理実行部と、を備え、前記被毒物質は、エンジンオイルに含まれており、前記被毒量導出部は、前記触媒を通過するエンジンオイルの量、および、前記被毒物質による前記触媒の被毒率に基づいて、前記被毒量を導出する。

また、前記被毒量導出部は、エンジン負荷およびエンジン回転数に基づいて前記触媒を通過するエンジンオイルの量を導出してもよい。

また、前記被毒量導出部は、前記排気ガスの温度および前記排気ガスの流速に基づいて前記被毒物質による前記触媒の被毒率を導出してもよい。

また、前記排気ガスへの前記被毒物質の混入を抑制する処理は、前記エンジンへの燃料の供給をカットする際にスロットル開度を制御する処理、および、前記エンジン回転数を制御する処理のいずれか一方または両方であってもよい。

本発明によれば、触媒の浄化性能を維持することが可能となる。

エンジン制御装置の構成を示す概略図である。エンジン制御処理の流れを説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジン制御装置１の構成を示す概略図である。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

図１に示すように、エンジン制御装置１は、エンジン２およびＥＣＵ３（Engine Control Unit）が設けられており、ＥＣＵ３によってエンジン２全体が駆動制御される。エンジン２は、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０と一体形成されたクランクケース１２と、シリンダブロック１０に連結されたシリンダヘッド１４とが設けられている。

シリンダブロック１０には、複数のシリンダ１６が形成されており、シリンダ１６には、ピストン１８が摺動自在にコネクティングロッド２０に支持される。そして、シリンダヘッド１４と、シリンダ１６と、ピストン１８の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室２２として形成される。

また、エンジン２には、クランクケース１２によってクランク室２４が形成されており、クランク室２４内にクランクシャフト２６が回転自在に支持される。クランクシャフト２６には、コネクティングロッド２０を介してピストン１８が連結される。

シリンダヘッド１４には、吸気ポート２８および排気ポート３０が燃焼室２２に連通するように形成される。

吸気ポート２８には、インテークマニホールド３２を含む吸気流路３４が接続される。吸気ポート２８は、インテークマニホールド３２に臨む吸気の上流側に１つの開口が形成されるとともに、燃焼室２２に臨む下流側に２つの開口が形成されており、上流から下流に向かう途中で流路が２つに分岐される。吸気ポート２８と燃焼室２２との間には、吸気バルブ３６の先端が位置し、不図示のカムシャフトの回転に伴って吸気バルブ３６が吸気ポート２８を燃焼室２２に対して開閉する。

排気ポート３０には、エキゾーストマニホールド３８を含む排気流路４０が接続される。排気ポート３０は、燃焼室２２に臨む排気の上流側に２つの開口が形成されるとともに、エキゾーストマニホールド３８に臨む下流側に１つの開口が形成されており、上流から下流に向かう途中で流路が１つに統合される。排気ポート３０と燃焼室２２との間には、排気バルブ４２の先端が位置し、不図示のカムシャフトの回転に伴って排気バルブ４２が排気ポート３０を燃焼室２２に対して開閉する。

また、シリンダヘッド１４には、先端が燃焼室２２内に位置するようにインジェクタ４４および点火プラグ４６が設けられており、吸気ポート２８を介して燃焼室２２に流入した空気に対してインジェクタ４４から燃料が噴射される。そして、空気と燃料との混合気が、所定のタイミングで点火プラグ４６に点火されて燃焼する。かかる燃焼により、ピストン１８がシリンダ１６内で往復運動を行い、その往復運動が、コネクティングロッド２０を通じてクランクシャフト２６の回転運動に変換される。

吸気流路３４には、上流側から順に、エアクリーナ４８、スロットル弁５０が設けられている。エアクリーナ４８は、外気から吸入された空気に混合する異物を除去する。スロットル弁５０は、アクセル（不図示）の開度に応じてアクチュエータ５２により開閉駆動され、燃焼室２２へ送出する空気量を調節する。

排気流路４０内には、触媒６０が設けられる。触媒６０は、例えば、三元触媒（Three-Way Catalyst）であって、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を含んで構成され、燃焼室２２から排出された排気ガス中の規制物質（炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ））を浄化（除去）する。

また、エンジン制御装置１には、アクセル開度センサ７０、スロットル開度センサ７２、クランク角センサ７４、フローメータ７６、排気温度センサ７８が設けられる。

アクセル開度センサ７０は、アクセルペダルの踏み込み量を検出する。スロットル開度センサ７２は、スロットル弁５０の開度（エンジン負荷）を検出する。クランク角センサ７４は、クランクシャフト２６近傍に設けられており、クランクシャフト２６が所定角度回転する毎にパルス信号を出力する。フローメータ７６は、吸気流路３４内におけるスロットル弁５０の下流に設けられており、スロットル弁５０を通過し燃焼室２２へ供給される空気量を検出する。排気温度センサ７８は、排気流路４０における排気ガスの温度を検出する。

ＥＣＵ３は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなり、エンジン２を統括制御する。本実施形態では、ＥＣＵ３は、エンジン制御処理を実行する際、駆動制御部１１０、被毒量導出部１１２、被毒量判定部１１４として機能する。

駆動制御部１１０は、クランク角センサ７４によって検出されたパルス信号に基づいて現時点のエンジン回転数を導出し、導出したエンジン回転数、および、アクセル開度センサ７０によって検出されたアクセル開度に基づき、予め記憶された目標マップを参照して目標トルクおよび目標エンジン回転数を導出する。

また、駆動制御部１１０は、導出した目標エンジン回転数および目標トルクに基づいて、各シリンダ１６に供給する目標空気量を決定し、決定した目標空気量に基づいて、目標スロットル開度を決定する。そして、駆動制御部１１０は、決定した目標スロットル開度でスロットル弁５０が開口するように、アクチュエータ５２を駆動する。

また、駆動制御部１１０は、決定した目標空気量に基づいて、例えば理論空燃比（λ＝１）となる燃料量を目標噴射量として決定し、決定した目標噴射量の燃料をピストン１８の吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタ４４から噴射させるために、インジェクタ４４の目標噴射時期および目標噴射期間を決定する。そして、駆動制御部１１０は、決定した目標噴射時期および目標噴射期間でインジェクタ４４を駆動することで、インジェクタ４４から目標噴射量の燃料を噴射させる。

また、駆動制御部１１０は、導出した目標エンジン回転数、および、クランク角センサ７４によって検出されるパルス信号に基づいて、点火プラグ４６の目標点火時期を決定する。そして、駆動制御部１１０は、決定した目標点火時期で点火プラグ４６を点火させる。

ところで、ピストン１８、コネクティングロッド２０、クランクシャフト２６等のエンジン２の各部品には、潤滑油としてエンジンオイルが供給されている。燃焼室２２は、ピストン１８が下死点に向かって移動する際に負圧となる。この際、エンジンオイルは、シリンダブロック１０とピストン１８との間に形成される間隙（クリアランス）から燃焼室２２に進入し、排気ガスに混入される。エンジンオイルに含まれるリン等の被毒物質は、触媒６０を永久被毒する。

そこで、リンに対する被毒耐性を高めた触媒６０を採用することが考えられる。しかし、エンジン２の運転状態によっては、排気ガスへのエンジンオイルの混入量が想定より多くなり、触媒６０の被毒量が設計値を超える場合がある。触媒６０の被毒量が設計値以下である場合には問題はないが、被毒量が設計値を超えると、触媒６０の浄化性能が維持できなくなるおそれがある。

また、ピストン１８の外周に設けられるピストンリングの張力を増加させることでクリアランスを小さくし、燃焼室２２へのエンジンオイルの進入量を低減させることが考えられる。しかし、ピストンリングの張力を増加させると、ピストン１８（ピストンリング）とシリンダ１６との摩擦が増加し、燃費が悪化してしまう。

そこで、本実施形態では、被毒量導出部１１２が、被毒物質による触媒６０の被毒量を導出し、被毒量判定部１１４が、所定の走行期間ごとに、被毒量が所定の閾値以上であるか否かを判定する。そして、被毒量が閾値以上である場合に、制御処理実行部として機能する駆動制御部１１０が所定の制御処理を実行することで、ピストンリングの張力を増加させることなく、触媒６０の被毒量を設計値以下に維持する。以下、被毒量導出部１１２、被毒量判定部１１４、制御処理実行部として機能する駆動制御部１１０の具体的な構成について詳述する。

被毒量導出部１１２は、排気ガスに含まれる被毒物質による触媒６０の被毒量を導出する。具体的に説明すると、被毒量導出部１１２は、触媒６０を通過するエンジンオイルの量（以下、「エンジンオイルの通過量」と称する）と、被毒物質による触媒６０の被毒率とに基づいて、触媒６０の被毒量を導出する。以下、エンジンオイルの通過量を導出する通過量導出処理、被毒率を導出する被毒率導出処理、および、被毒量を導出する被毒量導出処理について詳細に説明する。

（通過量導出処理）
被毒量導出部１１２は、駆動制御部１１０が導出したエンジン回転数と、スロットル開度センサ７２が検出したエンジン負荷とに基づいて、不図示のメモリに予め記憶された通過量マップを参照し、現時点におけるエンジンオイルの通過量、および、現時点において触媒６０を通過する排気ガスの流量をそれぞれ導出する。

通過量マップは、実測値に基づいて作成され、エンジン回転数およびエンジン負荷に対し、エンジンオイルの通過量と、排気ガスの流量とが対応付けられたマップである。通過量マップでは、エンジン回転数が大きくなるほど、エンジンオイルの通過量が大きくなっており、エンジン負荷が大きくなるほど、エンジンオイルの通過量が小さくなっている。

（被毒率導出処理）
被毒量導出部１１２は、まず、上記通過量導出処理で導出した排気ガスの流量と、排気流路４０の流路断面積に基づいて、現時点における排気ガスの流速を導出する。そして、被毒量導出部１１２は、排気温度センサ７８が検出した排気ガスの温度と、導出した排気ガスの流速とに基づいて、不図示のメモリに予め記憶された被毒率マップを参照し、現時点の被毒率を導出する。

被毒率マップは、実測値に基づいて作成され、排気ガスの温度および排気ガスの流速に対し、被毒率が対応付けられたマップである。被毒率マップでは、排気ガスの温度が高いほど、被毒率が高くなっており、排気ガスの流速が低いほど、被毒率が高くなっている。

（被毒量導出処理）
被毒量導出部１１２は、上記通過量導出処理で導出した現時点でのエンジンオイルの通過量と、上記被毒率導出処理で導出した現時点での被毒率とを乗算し、現時点（単位時間あたり）の触媒６０の被毒量を導出する。そして、被毒量導出部１１２は、現時点の触媒６０の被毒量を、前回までの触媒６０の被毒量の積算値に加算する。こうして、触媒６０の被毒量が導出されることとなる。

被毒量判定部１１４は、所定の走行期間（ドライビングサイクル：例えば、走行距離が１万ｋｍとなる期間）ごとに、触媒６０の被毒量が所定の閾値以上であるか否かを判定する。詳細に説明すると、被毒量判定部１１４は、ドライビングサイクルの終了時ごとに、触媒６０の被毒量が所定の閾値以上であるか否かを判定する。ここで、閾値Ｔｈは、下記式（１）で示される。
閾値Ｔｈ＝｛Ｋ × （ＤＲ／ＳＳ）｝ × ｎ …式（１）
式（１）において、Ｋは、所定の最大想定走行期間（例えば、走行距離が２４万ｋｍとなる期間）の経過時において予め規定されている触媒６０の被毒量の許容値を示す。ＤＲは、ドライビングサイクルの走行距離を示す。ＳＳは、最大想定走行期間の走行距離を示す。ｎは、現在のドライビングサイクルの回数を示す。なお、触媒６０の被毒量の許容値Ｋは、触媒６０を通過した排気ガス中の規制物質の濃度が規制値未満となる浄化性能を維持できる被毒量の最大値である。

駆動制御部１１０は、被毒量判定部１１４によって、被毒量が閾値以上であると判定された場合に、次回のドライビングサイクルにおいて、エンジン２に対し、排気ガスへの被毒物質の混入を抑制する処理（以下、「混入抑制処理」と称する）を実行する。

具体的に説明すると、駆動制御部１１０は、混入抑制処理として、エンジン２への燃料の供給をカットする際（例えば、減速時）に、アクチュエータ５２を制御してスロットル弁５０の開度を大きくする処理を実行する。これにより、燃焼室２２の圧力を高くする（負圧の程度を下げる）ことができ、クランクケース１２から燃焼室２２へのエンジンオイルの進入量を低減することが可能となる。なお、この際、駆動制御部１１０は、目標とする減速度を維持できる範囲で、スロットル弁５０の開度を調整する。

また、駆動制御部１１０は、混入抑制処理として、エンジン回転数を小さくする処理を実行する。これにより、ピストン１８がシリンダブロック１０を摺動する回数（ピストン１８がシリンダ１６を往復する回数）を低減することができ、クランクケース１２から燃焼室２２へのエンジンオイルの進入量を低減することが可能となる。

（エンジン制御処理）
続いて、制御処理実行部として機能する駆動制御部１１０、被毒量導出部１１２、被毒量判定部１１４によるエンジン制御処理について説明する。図２は、エンジン制御処理の流れを説明するフローチャートである。また、本実施形態において、所定の時間間隔毎に生じる割込によってエンジン制御処理が繰り返し実行される。

（ステップＳ１１０）
被毒量導出部１１２は、上記通過量導出処理を実行して、現時点における、触媒６０に対するエンジンオイルの通過量を導出する。

（ステップＳ１２０）
被毒量導出部１１２は、上記被毒率導出処理を実行して、現時点における触媒６０の被毒率を導出する。

（ステップＳ１３０）
被毒量導出部１１２は、上記被毒量導出処理を実行して、前回までの被毒量の積算値に、今回導出した被毒量を加算する。

（ステップＳ１４０）
駆動制御部１１０は、ドライビングサイクルの終了タイミングであるか否かを判定する。その結果、駆動制御部１１０は、ドライビングサイクルの終了タイミングではないと判定した場合には、ステップＳ１５０に処理を移し、ドライビングサイクルの終了タイミングであると判定した場合には、ステップＳ１８０に処理を移す。

（ステップＳ１５０）
駆動制御部１１０は、後述する抑制フラグがオンであるか否かを判定する。その結果、駆動制御部１１０は、抑制フラグがオンであると判定した場合、ステップＳ１６０に処理を移し、抑制フラグがオンではないと判定した場合、ステップＳ１７０に処理を移す。

（ステップＳ１６０）
駆動制御部１１０は、上記混入抑制処理を実行し、当該エンジン制御処理を終了する。例えば、駆動制御部１１０は、混入抑制処理として、エンジン２への燃料の供給をカットする際（例えば、減速時）に、アクチュエータ５２を制御してスロットル弁５０の開度を大きくする処理を実行する。また、駆動制御部１１０は、混入抑制処理として、エンジン回転数を小さくする処理を実行する。

（ステップＳ１７０）
駆動制御部１１０は、通常の制御処理を実行して、当該エンジン制御処理を終了する。

（ステップＳ１８０）
被毒量判定部１１４は、ステップＳ１３０で導出した被毒量（積算値）が閾値Ｔｈ以上であるか否かを判定する。その結果、被毒量判定部１１４は、被毒量が閾値Ｔｈ以上であると判定した場合には、ステップＳ１９０に処理を移し、被毒量が閾値Ｔｈ以上ではないと判定した場合には、ステップＳ２００に処理を移す。

（ステップＳ１９０）
被毒量判定部１１４は、抑制フラグをオンして、当該エンジン制御処理を終了する。

（ステップＳ２００）
被毒量判定部１１４は、抑制フラグがオンになっている場合には、抑制フラグをオフして、当該エンジン制御処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態にかかるエンジン制御装置１およびエンジン制御装置１を用いたエンジン制御処理によれば、エンジン２の運転状態に拘らず、触媒６０の被毒量を設計値以下とすることができる。これにより、触媒６０の浄化性能を維持することが可能となる。また、ピストンリングの張力に拘らず、触媒６０の浄化性能を維持することができる。このため、ピストンリングの張力を低減することができ、燃費を向上させることが可能となる。したがって、触媒６０の浄化性能の維持と、燃費の向上の両立を図ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、上記実施形態において、被毒量導出部１１２が、エンジンオイルの通過量および被毒物質による触媒６０の被毒率に基づいて被毒量を導出する構成を例に挙げて説明した。しかし、被毒量導出部１１２は、他の方法で被毒量を導出してもよい。例えば、排気流路４０に被毒物質を検知する被毒物質検知センサを設けておき、被毒量導出部１１２は、被毒物質検知センサの検知結果に基づいて、被毒量を導出してもよい。

また、上記実施形態において、被毒量導出部１１２が、エンジン負荷およびエンジン回転数に基づいてエンジンオイルの通過量を導出する構成を例に挙げて説明した。しかし、被毒量導出部１１２は、他の方法でエンジンオイルの通過量を導出してもよい。例えば、排気流路４０にエンジンオイルを検知するエンジンオイル検知センサを設けておき、被毒量導出部１１２は、エンジンオイル検知センサの検知結果に基づいてエンジンオイルの通過量を導出してもよい。

また、上記実施形態において、被毒量導出部１１２が、排気ガスの温度および排気ガスの流速に基づいて被毒物質による触媒６０の被毒率を導出する構成を例に挙げて説明した。しかし、被毒量導出部１１２は、被毒率を導出せずともよく、例えば、固定値としてもよい。

また、上記実施形態において、駆動制御部１１０が、混入抑制処理として、エンジン２への燃料の供給をカットする際にスロットル開度を制御する処理、および、エンジン回転数を制御する処理を両方実行する構成を例に挙げて説明した。しかし、駆動制御部１１０は、エンジン２への燃料の供給をカットする際にスロットル開度を制御する処理、および、エンジン回転数を制御する処理のいずれか一方を混入抑制処理として実行してもよい。

本発明は、エンジンを制御するエンジン制御装置に利用できる。

１エンジン制御装置
１１０駆動制御部（制御処理実行部）
１１２被毒量導出部
１１４被毒量判定部

Claims

排気ガスに含まれる被毒物質による触媒の被毒量を導出する被毒量導出部と、
所定の走行期間ごとに、前記被毒量が所定の閾値以上であるか否かを判定する被毒量判定部と、
前記被毒量が前記閾値以上であると判定された場合、次回の前記走行期間において、エンジンに対し、前記排気ガスへの前記被毒物質の混入を抑制する処理を実行する制御処理実行部と、
を備え、
前記被毒物質は、エンジンオイルに含まれており、
前記被毒量導出部は、前記触媒を通過するエンジンオイルの量、および、前記被毒物質による前記触媒の被毒率に基づいて、前記被毒量を導出するエンジン制御装置。
前記被毒量導出部は、エンジン負荷およびエンジン回転数に基づいて前記触媒を通過するエンジンオイルの量を導出する請求項１に記載のエンジン制御装置。
前記被毒量導出部は、前記排気ガスの温度および前記排気ガスの流速に基づいて前記被毒物質による前記触媒の被毒率を導出する請求項１または２に記載のエンジン制御装置。
前記排気ガスへの前記被毒物質の混入を抑制する処理は、前記エンジンへの燃料の供給をカットする際にスロットル開度を制御する処理、および、前記エンジン回転数を制御する処理のいずれか一方または両方である請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。