JP2004011431A

JP2004011431A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2004011431A
Application number: JP2002161843A
Authority: JP
Inventors: Toshio Inoue; 井上　敏夫
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-03
Also published as: JP4036034B2

Abstract

【課題】排気ガス浄化効率を向上可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】電子制御ユニットＥＣＵは、前段触媒ＣＴ１に蓄積される酸素量がリッチとなり、且つ、後段触媒ＣＴ２に蓄積される酸素量がリーンとなるように、内燃機関Ｅの動力発生期間（Ｔ１）の終了時から始まる空転期間（Ｔ２）を設定する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−１０４５８８号公報は内燃機関の制御装置について開示している。この装置では、燃料が遮断されてから内燃機関が再起動するまでに触媒に蓄えられた酸素量（Ｏ_２ストレージ量）に応じて、燃料噴射量を調整してＮＯｘ排出を抑制したハイブリッド車両の内燃機関が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、蓄積されるべき酸素量を制御すれば更に排気ガス浄化効率を達成することができる。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、排気ガス浄化効率を向上可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、動力発生期間においては燃焼によって生じた排気ガスを排気通路を介して外部に放出し、空転期間においては燃焼が生じない状態の排気ガスを排気通路を介して外部に放出する内燃機関の制御装置において、排気通路内には上流側から前段触媒及び後段触媒が順次設けられており、前段触媒は排気ガスに含まれるＣＯ及びＨＣの酸化作用を有し、後段触媒は排気ガスに含まれるＮＯｘの還元作用を有し、この制御装置は、前段触媒に蓄積される酸素量がリッチとなり、且つ、後段触媒に蓄積される酸素量がリーンとなるように、内燃機関の動力発生期間の終了時から始まる空転期間を設定することを特徴とする。
【０００５】
本制御装置は、前段触媒において蓄積酸素量がリッチとなるように排気ガスを排気通路に流すので、酸素量が増えることでＣＯ及びＨＣの酸化作用が促進される。また、後段触媒では酸素量がリーンとなるとなるためＮＯｘの還元作用が促進される。したがって、再度、内燃機関を始動したときには、双方の触媒の酸素量が酸化作用及び還元作用を既に有しているので、排気ガス浄化効率を向上させることができる。
【０００６】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、動力発生期間においては燃焼によって生じた排気ガスを排気通路を介して外部に放出し、空転期間においては燃焼が生じない状態の排気ガスを排気通路を介して外部に放出する内燃機関の制御装置において、排気通路内には酸素量依存性の排気ガス浄化作用を有する触媒が設けられており、制御装置は、内燃機関の動力発生期間の直前の空転期間を、触媒に蓄積される酸素量に応じて設定することを特徴とする。
【０００７】
本制御装置は、空転期間を触媒に蓄積される酸素量に応じて設定するので、この後に続く内燃機関の動力発生機関においては、適正な酸素量が触媒に蓄積されていることになり、触媒における排気ガス浄化効率を向上させることができる。
【０００８】
特に、上記いずれの制御装置においても、当該制御装置が、内燃機関の燃焼室に供給される燃料が遮断されるように、空転期間においては、内燃機関を制御すれば、触媒内における酸素量を早期に向上させることができる。
【０００９】
また、上記内燃機関が車両に搭載されるものであり、制御装置は、内燃機関が、所定の停止条件が成立した場合には自動的に停止し、所定の始動条件が成立した場合には自動的に始動するように、内燃機関を制御する場合には、自動的に内燃機関を停止させることができるので、停止時に電動機を駆動させることができるハイブリッド車両や、エコラン車等の超高燃費車両に適用することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１は実施の形態に係る内燃機関の制御装置（電子制御ユニットＥＣＵ）を有する動力システムのブロック図である。本形態の内燃機関Ｅは車両に搭載されているものとする。
【００１２】
内燃機関Ｅは、吸気工程、圧縮工程、爆発工程及び排気工程を繰り返し、動力を発生する装置である。吸気工程において、吸気通路ｉを介して吸入された外気は、各気筒の燃焼室内に送り込むまれる。圧縮工程においてはピストンが吸気の圧縮を行う。爆発工程においては、吸気と燃料の混合気を燃焼させ、ピストンを運動させる。この混合気は、燃焼室内に供給された燃料と外気を混合してなる。燃料供給は、吸気経路ｉ内において行われることとしてもよいが、吸入工程や圧縮工程における燃焼室内において行うこともできる。
【００１３】
燃焼室に燃料を供給し、当該燃料を燃焼させることにより、各気筒内のピストンを運動させ、動力を発生する。内燃機関Ｅの各気筒内から排出される排気ガスは排気通路ｅを介して外部に排出される。
【００１４】
燃焼室内において燃焼が生じない状態においても、内燃機関Ｅのピストンは、クランク軸にリンクしているため、このクランク軸を外力によって回転させると、ピストンが往復運動し、内燃機関Ｅの空転が行われる。燃焼室において、燃焼が生じない状態は、燃料供給又は燃料の着火を禁止することによって形成することができる。
【００１５】
内燃機関Ｅのクランク軸は電動機Ｍ／Ｇにリンクしており、電動機Ｍ／Ｇはクランク軸を回転させることもできる。電動機Ｍ／Ｇはクランク軸の回転力を受けて発電を行う発電機としても機能することができる。
【００１６】
電子制御ユニットＥＣＵには、複数のセンサＳからの情報が入力される。センサＳは、車両状態を検出するものであり、アクセル開度センサ、制動力検出センサ、車輪速検出センサ、ヨーレートセンサ、排気通路ｅ内に設けられるＯ_２センサ、バッテリー電圧検出センサ、エンジン回転数検出センサ、クランク角検出センサ等である。内燃機関Ｅの燃焼室にはインジェクタから燃料が供給されるが、電子制御ユニットＥＣＵは当該インジェクタへの制御信号により、内燃機関Ｅの燃焼室に供給される燃料の量を制御することができる。
【００１７】
電子制御ユニットＥＣＵは、センサＳからの入力に応じて内燃機関Ｅ及び電動機Ｍ／Ｇを制御する。
【００１８】
内燃機関Ｅは、動力発生期間（Ｔ１）においては燃焼によって生じた排気ガスを排気通路ｅを介して外部に放出し、空転期間（Ｔ２）においては燃焼が生じない状態の排気ガスを排気通路ｅを介して外部に放出する。この内燃機関Ｅは間欠的に動力を発生したり、空転を行ったりする。すなわち、動力発生期間（Ｔ１）、空転期間（Ｔ２）の前後関係は着目する時間帯に応じて異なる。
【００１９】
排気通路ｅ内には上流側から前段触媒ＣＴ１及び後段触媒ＣＴ２が順次設けられている。前段触媒ＣＴ１及び後段触媒ＣＴ２は三元触媒である。前段触媒ＣＴ１は排気ガスに含まれるＣＯ及びＨＣの酸化作用を少なくとも有し、後段触媒ＣＴ２は排気ガスに含まれるＮＯｘの還元作用を少なくとも有する。三元触媒においては、酸素量が多い場合には酸化作用は促進され、逆に還元作用は抑制される。内燃機関Ｅからの排気ガスは排気通路ｅを介して触媒ＣＴ１，ＣＴ２内に導入される。
【００２０】
以下、電子制御ユニットＥＣＵによる内燃機関Ｅの制御について説明する。
【００２１】
図２は燃料カットフラグとエンジン回転数のタイミングチャートである。時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの動力発生期間（Ｔ１）においては内燃機関Ｅの燃焼室に燃料が供給され、この燃料は燃焼し、内燃機関Ｅは動力を発生している。時刻ｔ_１以降は燃料カットフラグがたつので、内燃機関Ｅの燃焼室への燃料供給が停止する。従来、燃料カットフラグがたつと、エンジン回転数は急速に低下し、時刻ｔ_２においては零となっていた。
【００２２】
本例の制御では、燃料カットフラグがたった後も内燃機関Ｅを空転させ、エンジン回転数を期間（Ｔ２）の間維持し、その後、時刻ｔ_３においてエンジン回転数を零とする。空転期間（Ｔ２）は従来よりも長くなる。
【００２３】
ここで、内燃機関Ｅの動力発生期間（Ｔ１）の終了時から始まる空転期間（Ｔ２）について考える。動力発生期間（Ｔ１）が終了すると、前段触媒ＣＴ１に蓄積される酸素量がリッチとなり、且つ、後段触媒ＣＴ２に蓄積される酸素量がリーンとなるように空転期間（Ｔ２）を設定し、内燃機関Ｅの空転を行う。内燃機関Ｅの空転によって、排気通路ｅを通って、前段触媒ＣＴ１に排気ガス（酸素）が供給されるが、後段触媒ＣＴ２まで至る酸素の量は、前段触媒ＣＴ１に至るものに対して相対的に少ない。
【００２４】
前段触媒ＣＴ１において蓄積酸素量がリッチとなるように排気ガスを排気通路ｅに流すので、酸素量が増えることでＣＯ及びＨＣの酸化作用が促進される。また、後段触媒ＣＴ２では酸素量がリーンとなるとなるためＮＯｘの還元作用が促進される。したがって、再度、内燃機関Ｅを始動したときには、双方の触媒ＣＴ１，ＣＴ２の酸素量が酸化作用及び還元作用を既に有しているので、排気ガス浄化効率を向上させることができる。
【００２５】
特に、空転期間（Ｔ１）においては、電子制御ユニットＥＣＵが、内燃機関Ｅの燃焼室に供給される燃料が遮断されるように、当該内燃機関Ｅを制御すれば、前段触媒ＣＴ１内における酸素量を早期に向上させることができる。
【００２６】
図３は電子制御ユニットＥＣＵによる制御のフローチャートである。燃料供給が遮断され、内燃機関Ｅにおけるクランク軸の回転の停止指令がある場合（Ｓ１）、前段触媒ＣＴ１内において酸素不足であるかどうかを判定し（Ｓ２）、酸素不足である場合には、上述の条件を満たす所定期間（Ｔ２）空転した後（Ｓ３）、クランク軸の回転を停止する（Ｓ４）。クランク軸の回転が停止すると、内燃機関Ｅの吸気バルブも閉じられ、前段触媒ＣＴ１及び後段触媒ＣＴ２への酸素供給も停止する。また、ステップＳ２において酸素不足でない場合には、空転は行わず、そのまま内燃機関Ｅにおけるクランク軸の回転を停止させる。
【００２７】
次に、内燃機関起動時の空転制御について説明する。
【００２８】
図４は燃料カットフラグ、エンジン回転数及び触媒ＯＳＣ（蓄積酸素量）のタイミングチャートである。
【００２９】
電子制御ユニットＥＣＵは、動力発生期間においては燃焼によって生じた排気ガスを排気通路ｅを介して外部に放出し、空転期間（Ｔ２）においては燃焼が生じない状態の排気ガスを排気通路ｅを介して外部に放出する。
【００３０】
排気通路ｅ内には、酸素量依存性の排気ガス浄化作用を有する前述の触媒ＣＴ１，ＣＴ２が設けられている。電子制御ユニットＥＣＵは、内燃機関Ｅの動力発生期間（Ｔ１）の直前の空転期間（Ｔ２）を、触媒ＣＴ１，ＣＴ２に蓄積される酸素量に応じて設定する。蓄積される酸素量の設定は上述の通りである。
【００３１】
すなわち、前段触媒ＣＴ１において蓄積酸素量がリッチとなるように排気ガス（酸素）を排気通路ｅに流し、後段触媒ＣＴ２において蓄積酸素量がリーンとなるとなるように排気ガスを流す。
【００３２】
詳説すれば、内燃機関Ｅは時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までは停止しており、この状態で触媒内酸素が不足している場合には、内燃機関Ｅのクランク軸を回転させて吸気を行う。時刻ｔ_１から時刻ｔ_３まで回転を行って、十分に排気ガス（酸素）が触媒ＣＴ１内に行き渡ってから、燃料カットフラグを下げ、内燃機関Ｅに燃料を供給する。なお、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの空転では十分な酸素が蓄積されない。
【００３３】
このように、電子制御ユニットＥＣＵは、空転期間（Ｔ２）を触媒ＣＴ１，ＣＴ２に蓄積される酸素量に応じて設定するので、この後に続く内燃機関Ｅの動力発生機関（Ｔ１）においては、適正な酸素量が触媒に蓄積されていることになり、触媒ＣＴ１，ＣＴ２における排気ガス浄化効率を向上させることができる。
【００３４】
また、本例でも、空転期間（Ｔ２）においては、電子制御ユニットＥＣＵが、内燃機関Ｅの燃焼室に供給される燃料が遮断されるように、内燃機関Ｅを制御しており、触媒ＣＴ１内における酸素量を早期に向上させることができる。燃料カットフラグが取り下げられるのは、蓄積酸素量が十分な量に到達してからであるが、過多である必要はない。
【００３５】
図５は電子制御ユニットＥＣＵによる制御のフローチャートである。初期状態では内燃機関Ｅは停止している。燃料供給が遮断された状態で、内燃機関Ｅの起動指令がある場合（Ｓ１１）、前段触媒ＣＴ１内において酸素不足であるかどうかを判定し（Ｓ１２）、酸素不足である場合には、上述の条件を満たす所定期間（Ｔ２）空転した後（Ｓ１３）、燃料供給を開始して内燃機関Ｅを起動する（Ｓ１４）。また、ステップＳ１２において酸素不足でない場合には、空転は行わず、内燃機関Ｅを起動する。
【００３６】
また、ハイブリッド車両において、走行中に内燃機関Ｅの動力発生を行えない場合、すなわち、起動指令があるにも拘らず上述の燃料供給カットがされている期間（Ｔ２）においては、電動機Ｍ／Ｇによって走行パワーをアシストし、運転者の違和感を低減させる。
【００３７】
なお、上述の蓄積酸素量の決定であるが、車両設計に応じて予め記憶装置内に格納されていてもよいが、酸素センサからの信号を用いて空気の到達を検知し、かかる酸素量から触媒内での蓄積酸素量を求め、当該蓄積酸素量になるように空転期間（Ｔ２）を決定し、フィードバック制御を行ってもよい。
【００３８】
また、電子制御ユニットＥＣＵは、蓄積酸素量の推定値から、酸素量の要求量を演算し、演算された要求量となるように空転期間Ｔ２を逐次設定することができる。
【００３９】
内燃機関Ｅは停止時に電動機を駆動させることができるハイブリッド車両に搭載することができる。
【００４０】
電子制御ユニットＥＣＵは、内燃機関Ｅが、所定の停止条件が成立した場合には自動的に停止し、所定の始動条件が成立した場合には自動的に始動するように、内燃機関Ｅを制御している。所定の停止条件とは、内燃機関Ｅに動力を発生させるよりも電動機Ｍ／Ｇを駆動した方が燃費が向上する場合であり、所定の始動条件とは電動機Ｍ／Ｇの駆動のみでは所望の走行状態が形成できない場合である。
【００４１】
なお、上述の内燃機関Ｅは、エコラン車等の超高燃費車両に適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、排気ガス浄化効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る内燃機関の制御装置（電子制御ユニットＥＣＵ）を有する動力システムのブロック図である。
【図２】燃料カットフラグとエンジン回転数のタイミングチャートである。
【図３】電子制御ユニットＥＣＵによる制御のフローチャートである。
【図４】燃料カットフラグ、エンジン回転数及び触媒ＯＳＣ（蓄積酸素量）のタイミングチャートである。
【図５】電子制御ユニットＥＣＵによる制御のフローチャートである。
【符号の説明】
ＣＴ１…前段触媒、ＣＴ２…後段触媒、Ｅ…内燃機関、ｅ…排気通路、ＥＣＵ…電子制御ユニット、ｉ…吸気通路、Ｍ／Ｇ…電動機、Ｓ…センサ。

Claims

動力発生期間においては燃焼によって生じた排気ガスを排気通路を介して外部に放出し、空転期間においては燃焼が生じない状態の排気ガスを前記排気通路を介して外部に放出する内燃機関の制御装置において、
前記排気通路内には上流側から前段触媒及び後段触媒が順次設けられており、
前記前段触媒は前記排気ガスに含まれるＣＯ及びＨＣの酸化作用を有し、
前記後段触媒は前記排気ガスに含まれるＮＯｘの還元作用を有し、
前記制御装置は、前記前段触媒に蓄積される酸素量がリッチとなり、且つ、前記後段触媒に蓄積される酸素量がリーンとなるように、前記内燃機関の動力発生期間の終了時から始まる前記空転期間を設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
動力発生期間においては燃焼によって生じた排気ガスを排気通路を介して外部に放出し、空転期間においては燃焼が生じない状態の排気ガスを前記排気通路を介して外部に放出する内燃機関の制御装置において、
前記排気通路内には酸素量依存性の排気ガス浄化作用を有する触媒が設けられており、
前記制御装置は、前記内燃機関の前記動力発生期間の直前の空転期間を、前記触媒に蓄積される酸素量に応じて設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の燃焼室に供給される燃料が遮断されるように、前記空転期間においては、前記内燃機関を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関は車両に搭載されるものであり、
前記制御装置は、前記内燃機関が、所定の停止条件が成立した場合には自動的に停止し、所定の始動条件が成立した場合には自動的に始動するように、前記内燃機関を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。