CN108457758B - 用于内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于内燃机的控制装置。用于内燃机的控制装置包括电子控制单元。电子控制单元被构造成：通过如下方式来执行使催化剂的温度升高的升温处理，即：将多个气缸中的至少一个气缸的空燃比控制为浓空燃比，将其它气缸中的每个气缸的空燃比控制为稀空燃比，并且点燃燃料；以及在升温处理的执行期间存在燃料切断要求并且催化剂的温度等于或高于阈值的情形中，通过在禁止燃料的点燃的同时允许燃料喷射继续，来允许升温处理继续。

Description

用于内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的控制装置。
背景技术
通过将内燃机的多个气缸中的一个气缸的空燃比控制为浓空燃比并将其它气缸中的每个气缸的空燃比控制为稀空燃比来升高催化剂的温度的升温处理是已知的(例如，参考日本未审专利申请公开No.2012-057492(JP 2012-057492 A))。
发明内容
在升温处理的执行期间，一旦执行切断燃料，内燃机的燃料喷射就停止。因此，仅进气通过催化剂，而没有燃料被供给到催化剂，因此催化剂的温度可能降低。
本发明提供了一种用于内燃机的控制装置，所述控制装置能够在存在燃料切断要求的情形中抑制催化剂的温度的降低。
本发明的一个方面涉及一种用于内燃机的控制装置。该控制装置包括电子控制单元。该电子控制单元构造成：通过如下方式来执行使净化来自内燃机的多个气缸的排气的催化剂的温度升高的升温处理，即：将气缸中的至少一个气缸的空燃比控制为低于理论空燃比的浓空燃比，将其它气缸中的每个气缸的空燃比控制为高于所述理论空燃比的稀空燃比，并且点燃燃料；判定升温处理的执行是否正在进行；判定在升温处理的执行期间是否存在停止内燃机的燃料喷射的燃料切断要求；判定与催化剂的温度相关的参数是否指示催化剂的温度等于或高于阈值；以及在升温处理的执行期间存在燃料切断要求并且催化剂的温度等于或高于阈值的情况中，通过在禁止燃料的点燃的同时允许燃料喷射继续，来允许升温处理继续。
根据本发明的方面，在升温处理的执行期间存在燃料切断要求并且催化剂的温度等于或高于阈值的情形中，燃料喷射在燃料的点燃被禁止的情况下继续。因此，未点燃且未燃烧的燃料被供给到催化剂，并且通过催化剂的温度在催化剂周围燃烧。因此，即使在存在燃料切断要求的情形中，升温处理也继续并且催化剂的温度降低也被抑制。
在根据本发明的方面的控制装置中，电子控制单元可被构造成执行升温处理，使得浓空燃比和稀空燃比之间的差异在禁止燃料的点燃的情形中比在执行燃料的点燃的情形中小。
在根据本发明的方面的控制装置中，电子控制单元可被构造成在所述参数指示催化剂的温度低于阈值的情形中，在禁止升温处理的情况下执行燃料切断。
根据本发明的方面，能够提供如下一种用于内燃机的控制装置，该控制装置能够在存在燃料切断要求的情形中抑制催化剂的温度降低。
附图说明
将在下文中参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：
图1是发动机系统的示意性构造图；
图2是图示了由ECU执行的控制的示例的流程图；
图3是示出了使升温处理继续的情形的时序图；并且
图4是示出了根据改型示例的使升温处理继续的情形的时序图。
具体实施方式
图1是发动机系统1的示意性构造图。作为用于行驶的动力源的发动机20被安装在发动机系统1中。净化来自发动机20的排气的三元催化剂31也被安装在发动机系统1中。发动机20中的活塞24在空气燃料混合物在设置在气缸体21的上部中的气缸盖22的燃烧室23中燃烧时往复运动。发动机20是内燃机的示例并且是具有四个气缸的直列四缸发动机。然而，发动机20不限于此，只要其具有多个气缸即可。
针对发动机20的气缸盖22中的每个气缸，设置了打开和关闭进气端口的进气门Vi以及打开和关闭排气端口的排气门Ve。气缸盖22的顶部附接有用于每个气缸的用于点燃燃烧室23中的空气燃料混合物的火花塞27。
每个气缸的进气端口经由每个气缸的支管连接到稳压罐18。进气管10被连接到稳压罐18的上游侧。空气滤清器19被设置在进气管10的上游端处。在进气管10上，用于进气量检测的空气流量计15和电子控制节气门13以该顺序从进气管10的上游侧设置。
用于将燃料喷射到进气端口中的燃料喷射阀12被安装在每个气缸的进气端口处。从燃料喷射阀12喷射的燃料通过与进气混合而形成空气燃料混合物。当进气门Vi打开时，空气燃料混合物被抽吸到燃烧室23中。然后，空气燃料混合物被活塞24压缩，被火花塞27点燃，并且燃烧。可以替代将燃料喷射到进气端口中的燃料喷射阀12设置将燃料直接喷射到气缸中的燃料喷射阀。可替代地，可同时设置将燃料喷射到气缸中的燃料喷射阀和将燃料喷射到进气端口中的燃料喷射阀。
每个气缸的排气端口经由每个气缸的支管连接到排气管30。三元催化剂31被设置在排气管30上。三元催化剂31具有氧存储容量并且除去NOx、HC和CO。在三元催化剂31中，一个或多个包括诸如氧化铝(Al2O3)的催化剂载体和承载在催化剂载体上的催化剂金属(诸如铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Rh))的催化剂层形成在诸如堇青石的基材(特别是蜂窝基材)上。三元催化剂31是净化从发动机20的气缸排放的排气的催化剂的示例。三元催化剂31可以是氧化催化剂或者是涂覆有氧化物催化剂的汽油微粒过滤器。
用于检测排气的空燃比的空燃比传感器33被安装在三元催化剂31的上游侧上。空燃比传感器33是所谓的广域空燃比传感器，其能够连续地检测相对宽的范围上的空燃比。空燃比传感器33输出与空燃比成比例的值的信号。
发动机系统1设置有电子控制单元(ECU)50。ECU 50设置有中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、存储装置等。ECU 50通过执行存储在ROM或存储装置中的程序来控制发动机20。ECU 50是用于发动机20的控制装置的示例。另外，ECU 50执行预定控制(后文中描述)。该控制通过功能上通过CPU、ROM和RAM实现的ECU 50的升温处理单元、升温处理判定单元、燃料切断要求判定单元、催化剂温度判定单元和燃料切断执行单元来实现。其细节将在后文中描述。
火花塞27、节气门13、燃料喷射阀12等被电连接到ECU 50。另外，用于加速器操作量检测的加速器操作量传感器11、检测节气门13的节气门开度的节气门开度传感器14、用于进气量检测的空气流量计15、空燃比传感器33、检测曲柄轴26的曲柄角度的曲柄角度传感器25、检测发动机20的冷却剂的温度的冷却剂温度传感器29和各种其它传感器经由A/D转换器(未图示)等被电连接到ECU 50。ECU 50进行点火正时控制、燃料喷射量控制、燃料喷射正时控制、节气门开度控制等，并且基于通过各种传感器等检测到的值来控制火花塞27、节气门13、燃料喷射阀12等，使得获得期望的输出。
下面将描述由ECU 50进行的目标空燃比设定。目标空燃比是根据发动机20的状态设定的。在稳定且非瞬态的正常运行状态下，理论空燃比被设定为目标空燃比。一旦目标空燃比被设定，就对喷射到每个气缸中的燃料喷射量进行反馈控制，使得通过空燃比传感器33检测到的空燃比对应于目标空燃比。
另外，ECU 50执行升温处理，用以将三元催化剂31的温度升高到激活温度和再生温度，在所述激活温度下，三元催化剂31被激活，在所述再生温度下，沉积在三元催化剂31中的硫化合物(SOx)被解吸。具体地，ECU 50是升温处理单元的示例，所述升温处理单元通过如下方式执行使净化来自气缸的排气的三元催化剂31的温度升高的升温处理，即：将发动机20的气缸中的至少一个气缸的空燃比控制为低于理论空燃比的浓空燃，将其它气缸中的每个气缸的空燃比控制为高于理论空燃比的稀空燃比，并且将燃料点燃。升温处理也称为抖动控制。在本示例中，在气缸#1至气缸#4当中，气缸#1的空燃比被控制为低于理论空燃比的浓空燃比，而气缸#2至气缸#4中的每个气缸的空燃比被控制为高于理论空燃比的稀空燃比。
具体地，在升温处理期间的空燃比控制是用以通过进行增量修正以使得空燃比以预定比率超过与目标空燃比对应的燃料喷射量而将气缸#1的空燃比控制为浓空燃比，并且通过进行减量修正以使得空燃比以预定比率低于与目标空燃比对应的燃料喷射量而将气缸#2至气缸#4中的每个气缸的空燃比控制为稀空燃比。在增量/减量比率为例如20％的情形中，以相对于与目标空燃比对应的燃料喷射量的15％的增量修正将气缸#1的空燃比控制为浓空燃比，并且以相对于与目标空燃比对应的燃料喷射量的5％的减量修正将气缸#2至气缸#4中的每个气缸的空燃比控制为稀空燃比。通过以上所述地指定的增量/减量比率，气缸#1至气缸#4的空燃比的平均值被维持在理论空燃比处。一旦升温处理被如上所述地执行，则从被控制为具有浓空燃比的气缸#1排出的多余的燃料附着到三元催化剂31并且通过从设定为具有稀空燃比的气缸排出的排气在稀气氛中燃烧。作为结果，三元催化剂31的温度升高。一旦开始升温处理的执行，就将升温处理执行标志从OFF切换为ON。在升温处理中指定增量/减量比率，使得气缸#1至气缸#4的空燃比的平均值为理论空燃比。然而，本发明不限于此，只要平均空燃比处于包括理论空燃比的预定范围内并且三元催化剂31的温度能够升高即可。
在一些情形中，ECU 50接收停止向发动机20喷射燃料的燃料切断要求。在例如加速器操作量变成零的情形中要求燃料切断。在例如加速器操作量变成大于零的情形中不要求燃料切断。
在升温处理执行期间，一旦燃料喷射由于燃料切断的执行而停止，则只有发动机20中的进气被供给到三元催化剂31。因此，三元催化剂31的温度可能降低。在这方面，在升温处理执行期间要求燃料切断的情形中，ECU 50通过在禁止燃料的点燃的同时允许燃料喷射继续，来允许升温处理继续。
图2是图示了由ECU 50执行的控制的示例的流程图。在图2中图示的控制以预定周期被重复执行。ECU 50判定升温处理的执行是否正在进行(步骤S1)，并且在否定判定的情形中终止该控制。步骤S1的处理是判定升温处理的执行是否正在进行的升温处理判定单元执行的处理的示例。
在步骤S1中肯定判定的情形中，ECU 50判定是否存在燃料切断要求(步骤S3)。然后，在否定判定的情形中终止该控制。步骤S3的处理是判定在升温处理的执行期间是否存在停止向发动机喷射燃料的燃料切断要求的燃料切断要求判定单元执行的处理的示例。
在步骤S3中肯定判定的情形中，ECU 50判定三元催化剂31的温度是否等于或高于阈值(步骤S5)。所述阈值是用于判定在未燃烧燃料被供给到三元催化剂31的情形中未燃烧的燃料是否能够通过三元催化剂31的温度来燃烧的温度，如下文中描述。三元催化剂31的温度可以例如基于发动机20的负荷和转速来估算或通过温度传感器来检测。
三元催化剂31的温度可以不如上所述地被估算或检测。例如，在许多情形中，三元催化剂31的温度随着发动机20的冷却剂温度降低而降低。因此，ECU 50可以在发动机20的冷却剂的温度低于预定值的情形中判定发动机20的冷启动正在进行并且三元催化剂31的温度低于阈值，并且在发动机20的冷却剂的温度高于预定值的情形中判定发动机20已经暖机完成并且三元催化剂31的温度等于或高于阈值。在发动机20的启动开始之后达到预定曲柄转速之前，三元催化剂31的温度随着发动机20的启动开始之后的曲柄转速增大而上升。因此，ECU 50可以在发动机20的启动开始之后曲柄轴26尚未达到预定转速的情形中判定三元催化剂31尚未完全加热并且三元催化剂31的温度低于阈值，并且在发动机20的启动开始之后曲柄轴26以预定曲柄转速旋转或者以更高的转速旋转的情形中判定三元催化剂31的温度等于或高于阈值。如上所述，发动机20的冷却剂的温度、发动机20的启动开始之后的曲柄轴26的转速等以及三元催化剂31的温度对应于与三元催化剂31的温度相关的参数。步骤S5的处理是判定与三元催化剂31的温度相关的参数是否指示三元催化剂31的温度等于或高于阈值的催化剂温度判定单元执行的处理的示例。
在步骤S5中肯定判定的情形中，在禁止火花塞27点燃燃料(步骤S7a)的情况下使燃料喷射继续(步骤S9a)。作为结果，在发动机20中不发生燃料燃烧的情况下将燃料供给到三元催化剂31，并且燃料通过三元催化剂31的温度在三元催化剂31周围燃烧。换言之，升温处理继续。因此，抑制了三元催化剂31的温度降低。在点燃禁止状态下的每个气缸的空燃比被控制为与在点燃执行状态下的升温处理中相同的空燃比。
由于禁止燃料的点燃，所以即使燃料喷射继续，发动机20的输出也不增大。因此，在执行燃料切断的情形中的发动机20的输出状态与在存在燃料切断要求时在不点燃的情况下使升温处理继续的情形中的发动机20的输出状态大体上彼此相同。因此，升温处理能够在响应燃料切断要求的内燃机的输出状态下继续。步骤S7a的处理和步骤S9a的处理是在升温处理的执行期间存在燃料切断要求的情形中由升温处理单元执行以使得通过在禁止燃料点燃的情况下使燃料喷射继续而使升温处理继续的处理的示例。
随后，ECU 50再次判定是否存在燃料切断要求(步骤S11a)。在肯定判定的情形中，继续步骤S7a的处理和步骤S9a的处理。在否定判定的情形中，取消燃料点燃的禁止(步骤S13a)。然后，只要存在升温要求，就执行需要燃料点燃的升温处理。
在步骤S5中否定判定的情形中，禁止升温处理(S7b)并且执行燃料切断(步骤S9b)。换言之，燃料喷射自身以及燃料点燃都被禁止。一旦在三元催化剂31的温度低的状态下执行类似于步骤S7a和步骤S9a的处理，未燃烧的燃料可能在没有被三元催化剂31的热燃烧的情况下通过三元催化剂31，因而排气排放可能恶化并且可能浪费燃料。因此，在本示例中，如上所述，在三元催化剂31的温度低的状态下禁止升温处理并且执行燃料切断，因此抑制了排气排放的恶化和燃料的浪费。步骤S7b的处理和步骤S9b的处理是在三元催化剂31的温度低于阈值的情形中由燃料切断执行单元执行以使得禁止升温处理并且执行燃料切断的处理的示例。
随后，ECU 50再次判定是否存在燃料切断要求(步骤S11b)。在肯定判定的情形中，继续步骤S7b的处理和步骤S9b的处理。在否定判定的情形中，取消升温处理的禁止，并且进行从燃料切断到正常运行状态的返回(步骤S15b)。在该情形中，由于燃料切断的执行，三元催化剂31很可能具有低温度，因此在从燃料切断返回之后再次执行需要点燃的升温处理。
下文中，将参考在图3中图示的时序图描述升温处理继续的情形。在图3中图示了升温处理执行标志、燃料切断要求标志、燃料切断执行标志、点燃禁止标志和燃料喷射量。
一旦在时间t1处执行升温处理，升温处理执行标志就从OFF切换到ON，通过增量修正将气缸#1的燃料喷射量控制为浓空燃比，并且通过减量修正将气缸#2至气缸#4中的每个气缸的燃料喷射量控制为稀空燃比。点燃禁止标志维持为OFF，并且执行需要点燃的升温处理。以气缸#1、#3、#4、#2的顺序执行燃料喷射。
一旦在时间t2处燃料切断要求标志在升温处理的执行期间从OFF切换到ON，就在燃料切断执行标志维持为OFF的情况下将点燃禁止标志从OFF切换到ON，并且使燃料喷射继续。换言之，不需要点燃的升温处理继续，并且抑制三元催化剂31的温度降低。升温处理执行标志维持为ON。
一旦在时间t3处燃料切断要求标志从ON切换为OFF，点燃禁止标志就从ON切换为OFF，并且再次执行需要点燃的升温处理。一旦在时间t4处升温处理停止，升温处理执行标志就从ON切换为OFF。
在下文中，将描述不需要点燃的升温处理的改型示例。在本改型示例中，在不需要点燃的升温处理期间控制的浓空燃比和稀空燃比之间的差异被控制为使得该差异小于在需要点燃的升温处理期间控制的浓空燃比和稀空燃比之间的差异。图4是示出了根据改型示例的升温处理继续的情形的时序图。执行不需要点燃的升温处理的时间t2至时间t3的时段的燃料喷射量的增量/减量比率低于需要点燃的升温处理的执行正在进行的时段的燃料喷射量的增量/减量比率。例如，时间t1至时间t2的时段和时间t3至时间t4的时段的需要点燃的升温处理中的增量比率和减量比率分别为15％和5％。相比之下，时间t2至时间t3的时段的不需要点燃的升温处理中的增量比率和减量比率分别为7.5％和2.5％。
已知三元催化剂31的温度升高的程度趋向于随着作为增量比率和减量比率的总和的增量/减量比率减小而减小，即，随着浓空燃比和稀空燃比之间的差异减小而减小。在浓空燃比和稀空燃比之间的差异减小时，每个缸的空燃比变成更接近理论空燃比。因此，在不需要点燃的升温处理的执行期间三元催化剂31的温度的过度升高被抑制。
在根据改型示例的不需要点燃的升温处理期间，使燃料喷射继续，使得气缸中的所有气缸的空燃比的平均值达到理论空燃比。然而，本发明不限于此。例如，可以只有用于实现浓空燃比的燃料增量比率低于用于需要点燃的升温处理的增量比率，或者可以只有用于实现稀空燃比的燃料减量比率低于用于需要点燃的升温处理的减量比率。在存在燃料切断要求的情形中，不必保证发动机20的输出，因此每个气缸的空燃比可被控制为浓空燃比或稀空燃比，而不存在保证发动机20的输出方面的约束。
在改型示例中，燃料切断要求标志和点燃禁止标志从OFF切换到ON的时间t2处于在气缸#1、#3的喷射时刻之间的一个周期的中间，且在该情形中，在该周期终止后，从气缸#1开始降低增量/减量比率。然而，本发明不限于此。也可降低在燃料切断要求标志和点燃禁止标志从OFF切换为ON之后立即进行喷射的气缸中的增量/减量比率。
本发明不限于在上文中已经详细描述的具体示例。本发明能够在权利要求中所述的发明的范围内以各种方式改型和改变。
在示例和改型示例中，在升温处理期间，通过相对于实现目标空燃比的燃料喷射量进行增量修正/减量修正来实现浓空燃比和稀空燃比。然而，本发明不限于此。换言之，在升温处理期间，气缸中的任一个气缸的目标空燃比可被设定为浓空燃比，并且其它气缸的目标空燃比可被直接设定为稀空燃比。

Claims (2)

1.一种用于内燃机的控制装置，所述控制装置的特征在于包括电子控制单元，所述电子控制单元被构造成：
通过如下方式来执行使净化来自所述内燃机的多个气缸的排气的催化剂的温度升高的升温处理，即：将所述气缸中的至少一个气缸的空燃比控制为低于理论空燃比的浓空燃比，将其它气缸中的每个气缸的空燃比控制为高于所述理论空燃比的稀空燃比，并且点燃燃料；
判定所述升温处理的执行是否正在进行；
判定在所述升温处理的执行期间是否存在停止所述内燃机的燃料喷射的燃料切断要求；
判定与所述催化剂的温度相关的参数是否指示所述催化剂的温度等于或高于阈值；以及
在所述升温处理的执行期间存在所述燃料切断要求并且所述催化剂的温度等于或高于所述阈值的情形中，通过在禁止燃料的点燃的同时允许燃料喷射继续，来允许所述升温处理继续，
其中，所述电子控制单元被构造成执行所述升温处理，使得所述浓空燃比和所述稀空燃比之间的差异在禁止燃料的点燃的情形中比在执行燃料的点燃的情形中小。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述电子控制单元被构造成在所述参数指示所述催化剂的温度低于所述阈值的情形中，在禁止所述升温处理的情况下执行燃料切断。
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