JP2006077715A - 空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数内燃機関を搭載した車両において、排気浄化触媒の過熱を抑制することができる空燃比制御装置を提供する。
【解決手段】 空燃比制御装置１は、メインエンジン１０と、サブエンジン２０と、メインエンジン１０とサブエンジン２０の排気ガスを集合させる集合部１８０を有する排気管１７０と、集合部１８０の下流に配置される排気浄化触媒４０とを備える内燃機関の空燃比制御装置であって、排気浄化触媒４０の温度を検出する触媒温度センサ４１と、メインエンジン１０の空燃比を検出する空燃比センサ４２と、触媒温度が所定温度以上である場合において、メインエンジン１０の空燃比がリッチであるときにサブエンジン２０の空燃比をストイキまたはリッチに制御し、メインエンジン１０の空燃比がリーンであるときにサブエンジン２０の空燃比をストイキまたはリーンに制御するエンジンＥＣＵ５０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、主エンジンとは別に補助エンジンを備えている複数内燃機関の空燃比制御装置に関する。

２基のエンジンを搭載し、走行状況に応じてエンジンの一方または双方を使用して走行するように構成された車両が特許文献１に記載されている。この車両によれば、主エンジンの排気は、排気マニホールドを通じてターボチャージャーのタービンに供給される。タービンから排出された排気は、排気管を通じて排気浄化触媒に供給されて浄化される。浄化された排気は、排気浄化触媒の下流に設けられた排気管からサイレンサを介して外部に排出される。一方、補助エンジンの排気は、排気マニホールドを通じて排気浄化触媒の下流に設けられた排気管に排出され、主エンジンの排気と集合された後、外部に排出される。
特開平６−９３８５５号公報

上記車両では、補助エンジンから排出された排気ガスは排気浄化触媒の下流で主エンジンの排気ガスと集合されて外部に排出されるため、補助エンジンから排出された排気ガス中の有害ガス成分が浄化されずに外部に排出される。

補助エンジンの排気ガスをも浄化するには補助エンジンの排気ガスを排気浄化触媒の上流で主エンジンの排気ガスと集合させる手法が考えられる。

ただし、補助エンジンの排気ガスと主エンジンの排気ガスを排気浄化触媒の上流側で集合する構成とした場合、両エンジンの運転状態によっては、未燃焼の炭化水素等が排気ガス中の酸素と排気浄化触媒中で酸化反応を起こし、排気浄化触媒が過熱するおそれがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、複数内燃機関を搭載した車両において、排気浄化触媒の過熱を抑制することができる空燃比制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る空燃比制御装置は、内燃機関である主エンジンと、主エンジンより小排気量の補助エンジンと、主エンジンの排気ガスと補助エンジンの排気ガスとを集合させる集合部を有する排気通路と、排気通路上の集合部の下流に配置される排気浄化触媒と、を備える内燃機関の空燃比制御装置において、排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、主エンジンの空燃比を検出する空燃比検出手段と、触媒温度検出手段により検出された排気浄化触媒の温度が所定温度以上である場合において、空燃比検出手段により検出された主エンジンの空燃比がリッチであるときに補助エンジンの空燃比をストイキまたはリッチに制御し、主エンジンの空燃比がリーンであるときに補助エンジンの空燃比をストイキまたはリーンに制御する空燃比制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る空燃比制御装置によれば、排気浄化触媒が所定温度以上の高温状態にある場合において、主エンジンがリッチ運転され排気ガス中に多量の未燃成分が含まれるときには、補助エンジンの空燃比がストイキまたはリッチに制御され、補助エンジンからの残留酸素の排出が抑制される。一方、主エンジンがリーン運転され排気ガス中に多量の残留酸素が含まれるときには、補助エンジンの空燃比がストイキまたはリーンに制御され、補助エンジンからの未燃成分の排出が抑制される。そのため、主エンジンの排気ガスと補助エンジンの排気ガスとが排気浄化触媒上流で集合された場合であっても、排気浄化触媒中で排気ガス中の酸素と未燃成分との酸化反応が促進されない。その結果、排気浄化触媒の過熱を抑制することが可能となる。

また、上記主エンジンは車両を駆動し、補助エンジンは車両用補機を駆動することが好ましい。

この場合、車両駆動用の主エンジンの空燃比を変化させることなく、車両用補機駆動用の補助エンジンの空燃比を制御することにより、未燃成分の酸化反応による排気浄化触媒の昇温を抑制することができる。そのため、ドライバビリティを悪化させることなく排気浄化触媒の過熱を抑制することが可能となる。

本発明によれば、主エンジンの空燃比がリッチであるときに補助エンジンの空燃比をストイキまたはリッチに制御し、主エンジンの空燃比がリーンであるときに補助エンジンの空燃比をストイキまたはリーンに制御する構成としたので、複数内燃機関を搭載した車両において、排気浄化触媒の過熱を抑制することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。

まず、図１を用いて、本実施形態に係る空燃比制御装置１を備えた内燃機関の全体構成について説明する。

メインエンジン（主エンジン）１０およびサブエンジン（補助エンジン）２０は、ともにガソリンを燃料とする内燃機関である。メインエンジン１０は主として車両を駆動するためのエンジンである。サブエンジン２０は、メインエンジン１０より排気量が小さいエンジンであって、主として車両用補機（以下単に「補機」という）３０を駆動する。例えば、メインエンジン１０は、排気量が３０００ｃｃ程度の多気筒エンジンであり、サブエンジン２０は、排気量が１００〜１５０ｃｃ程度の単気筒エンジンである。また、サブエンジン２０としては、ロングストローク化や膨張比を大きくすること等により熱効率を向上させたエンジンが好適に用いられる。

メインエンジン１０には、インテークマニホールド１４０を介して吸気管１２０が接続されている。この吸気管１２０には、上流側からエアクリーナ１００、エアフローメータ１１０、電子制御式スロットルバルブ１３０が配設されている。また、インテークマニホールド１４０には、燃料を噴射するインジェクタ１５０が取付けられている。一方、メインエンジン１０には、エキゾーストマニホールド１６０を介して排気管１７０が接続されている。

排気管１７０には、排気浄化触媒４０が配設されている。排気浄化触媒４０には、排気浄化触媒４０の温度を検出する触媒温度センサ４１が取付けられている。この触媒温度センサ４１は触媒温度検出手段として機能する。排気管１７０上の排気浄化触媒４０上流側には、メインエンジン１０から排出された排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ４２が取付けられている。この空燃比センサ４２は空燃比検出手段として機能する。

排気浄化触媒４０は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を二酸化炭素（ＣＯ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）及び窒素（Ｎ_２）に清浄化するものである。

エアクリーナ１００から吸入された空気は、電子制御式スロットルバルブ１３０により絞られ、インテークマニホールド１４０内を通り、メインエンジン１０に形成された各シリンダに吸入される。シリンダ内では、吸入空気とインジェクタ１５０から供給された燃料との混合気が燃焼し、燃焼後の排気ガスはエキゾーストマニホールド１６０へ排出される。

メインエンジン１０にはトランスミッション１８が接続されている。混合気が燃焼することにより発生した駆動力は、トランスミッション１８へ伝達される。トランスミッション１８に伝達された駆動力は、さらにディファレンシャル及びドライブシャフト等を介して駆動輪に伝達され、車両が駆動される。

サブエンジン２０には、吸気管２２０と排気管２６０が接続されている。吸気管２２０には、上流側からエアクリーナ２００、エアフローメータ２１０、電子制御式スロットルバルブ２３０、インジェクタ２５０が配設されている。また、サブエンジン２０には、サブエンジン２０を始動するスタータモータ２１が取付けられている。

エアクリーナ２００から吸入された吸入空気は、電子制御式スロットルバルブ２３０により絞られてサブエンジン２０に形成されたシリンダに吸入される。シリンダ内では、吸入空気とインジェクタ２５０から供給された燃料との混合気が燃焼し、燃焼後の排気ガスは排気管２６０へ排出される。排気管２６０は、排気浄化触媒４０の上流に設けられている集合部１８０においてメインエンジン１０の排気管１７０と集合されている。これにより、排気管２６０に排出されたサブエンジン２０の排気ガスは、メインエンジン１０の排気ガスと集合され、排気浄化触媒４０により浄化される。

サブエンジン２０と集合部１８０との間には、サブエンジン２０から排出された排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ４３が取付けられている。

メインエンジン１０のクランクシャフト１２には、電磁的にその解放及び係合を行うことができる電磁クラッチ１３を介してメインクランクプーリー１４が接続されている。電磁クラッチ１３は駆動力断続手段として機能する。電磁クラッチ１３が係合された場合、メインエンジン１０から出力された駆動力は、電磁クラッチ１３を介してメインクランクプーリー１４に伝達される。

一方、サブエンジン２０のクランクシャフト２３には、サブクランクプーリー２４が接続されている。サブエンジン２０から出力された駆動力は、サブクランクプーリー２４に伝達される。本実施形態において、サブクランクプーリー２４には、大径プーリー２４ａと大径プーリー２４ａより直径の小さい小径プーリー２４ｂとを備えたダブルプーリーを用いた。

小径プーリー２４ｂとメインクランクプーリー１４にはベルトＢ１が掛けられており、ベルトＢ１により小径プーリー２４ｂとメインクランクプーリー１４との間、すなわちサブエンジン２０とメインエンジン１０との間で駆動力の伝達が行われる。

補機３０にはプーリー３２が取付けられている。プーリー３２にはベルトＢ２が掛けられており、大径プーリー２４ａが回転されることによりプーリー３２が回転され、補機３０が駆動される。なお、ベルトＢ２により駆動される補機３０としては、オルタネータ（発電機）、ウォーターポンプ、パワーステアリングポンプ、エアコンコンプレッサ等があるが、図１においては簡単のため一の補機のみを示し、他の補機類の図示を省略した。

メインエンジン１０およびサブエンジン２０の運転は、電子制御装置（以下「エンジンＥＣＵ」という）５０によって制御される。エンジンＥＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、このマイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭおよびバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等によって構成されている。

エンジンＥＣＵ５０には、上述した電磁クラッチ１３、エアフローメータ１１０，２１０、電子制御式スロットルバルブ１３０，２３０、インジェクタ１５０，２５０の他、スタータモータ２１に対する電力供給を断続するスタータリレー５１やクランクポジションセンサなどの各種センサが接続されている。

また、エンジンＥＣＵ５０は、電磁クラッチ１３の解放並びに係合を行うドライバ、インジェクタ１５０，２５０を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、および電子制御式スロットルバルブ１３０，２３０を開閉する電動モータを駆動するモータドライバ等を備えている。

エンジンＥＣＵ５０は、各種センサからの出力値に基づいて、空燃比（燃料噴射量）や点火時期などの最適値を算出し、算出した値に基づいて、メインエンジン１０およびサブエンジン２０の運転を総合的に制御する。すなわち、エンジンＥＣＵ５０はサブエンジン２０の空燃比を制御する空燃比制御手段として機能する。

次に、図２を用いて、空燃比制御装置１の動作について説明する。図２は、空燃比制御装置１によるサブエンジン２０の空燃比制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、エンジンＥＣＵ５０によって行われるものであり、車両の電源がオンされてからオフされるまでの間、所定のタイミングで繰り返し実行される。

ステップＳ１００では、触媒温度センサ４１により検出された排気浄化触媒４０の温度が所定温度以上であるか否かについての判断が行われる。ここで、所定温度は、排気浄化触媒４０の劣化が開始される温度よりも若干低い温度、例えば７５０℃に設定される。なお、触媒温度の時間変化を考慮して所定温度を設定してもよい。

ステップＳ１００が肯定された場合、すなわち触媒温度が所定温度以上であると判断された場合には、ステップＳ１０２に処理が移行する。一方、ステップＳ１００が否定された場合、すなわち触媒温度が所定温度より低いと判断された場合には、本処理から一旦抜ける。

ステップＳ１０２では、サブエンジン２０が停止中であるか否かについての判断が行われる。なお、停止中とはサブエンジン２０のクランクシャフト２３が回転していない状態、すなわちサブエンジン２０のポンピングが停止され排気ガスの排出がない状態をいう。したがって、サブエンジン２０への燃料供給等がカットされているときであっても、サブエンジン２０のクランクシャフト２３が回転しているときは停止中とはされない。

ここで、サブエンジン２０が停止しているときには本処理から一旦抜ける。一方、サブエンジン２０が停止中ではないと判断されたときには、ステップＳ１０４に処理が移行する。

ステップＳ１０４では、空燃比センサ４２の出力に応じて、メインエンジン１０の空燃比がリッチであるか否かについての判断が行われる。ここで、メインエンジン１０の空燃比がリッチであると判断された場合には、ステップＳ１０６に処理が移行する。一方、メインエンジン１０の空燃比がリッチではないと判断された場合には、ステップＳ１１２に処理が移行する。

ステップＳ１０６では、サブエンジン２０の燃料カット運転条件が成立したか否かについての判断が行われる。ここで、サブエンジン２０の燃料カット運転条件が成立している場合にはステップＳ１０８に処理が移行する。一方、サブエンジン２０の燃料カット運転条件が成立していない場合には、ステップＳ１１０に処理が移行する。

ステップＳ１０８では、サブエンジン２０の燃料カット運転が禁止される。すなわち、メインエンジン１０がリッチ運転されているときには、サブエンジン２０の燃料カット運転条件が成立している場合であっても、サブエンジン２０の燃料供給はカットされない。その後、ステップＳ１１０に処理が移行する。

ステップＳ１１０では、サブエンジン２０の空燃比がストイキまたはリッチに制御される。その結果、サブエンジン２０からの残留酸素の排出が抑制される。その後、本処理から一旦抜ける。

ステップＳ１０４が否定された場合、ステップＳ１１２では、サブエンジン２０の燃料カット運転条件が成立したか否かについての判断が行われる。ここで、サブエンジン２０の燃料カット運転条件が成立している場合にはステップＳ１１４に処理が移行する。一方、サブエンジン２０の燃料カット運転条件が成立していない場合には、ステップＳ１１６に処理が移行する。

ステップＳ１１４では、サブエンジン２０の燃料カット運転が実行される。すなわち、メインエンジン１０がリーン運転されている場合には、サブエンジン２０の燃料カット運転条件が成立したときに、サブエンジン２０への燃料供給がカットされる。その後、本処理から一旦抜ける。

ステップＳ１１６では、サブエンジン２０の空燃比がストイキまたはリーンに制御される。その結果、サブエンジン２０からの未燃成分の排出が抑制される。その後、本処理から一旦抜ける。

本実施形態によれば、排気浄化触媒４０が所定温度以上の高温状態にある場合において、メインエンジン１０がリッチ運転され、排気ガス中に炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯ等の未燃成分が多量に含まれるときには、サブエンジン２０の空燃比がストイキまたはリッチに制御され、サブエンジン２０からの残留酸素の排出が抑制される。一方、メインエンジン１０がリーン運転され、排気ガス中に残存酸素が多量に含まれるときには、サブエンジン２０の空燃比がストイキまたはリーンに制御され、サブエンジン２０からの未燃成分の排出が抑制される。そのため、排気浄化触媒４０内での残存酸素と未燃成分との酸化反応を抑制することができる。その結果、排気浄化触媒４０の過熱を抑制することが可能となる。

また、本実施形態によれば、メインエンジン１０がリッチ運転され、排気ガス中に炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯ等の未燃成分が多量に含まれるときには、サブエンジン２０の燃料カット運転が禁止され、酸素を大量に含む空気が排気浄化触媒４０に排出されることが防止される。そのため、排気浄化触媒４０内での残存酸素と未燃成分との酸化反応を抑制することができる。その結果、排気浄化触媒４０の過熱を抑制することが可能となる。

一方、メインエンジン１０がリーン運転されているときには、排気ガス中に含まれる未燃成分の量が少ないので、サブエンジン２０の燃料供給がカットされることによって酸素を大量に含む空気が排気浄化触媒４０に排出されたとしても、排気浄化触媒４０内での残留酸素と未燃成分との酸化反応が促進されない。本実施形態によれば、メインエンジン１０がリーン運転されているときには、サブエンジン２０の燃料カットが許可されるので、サブエンジン２０の燃料消費量を低減することが可能となる。

さらに、本実施形態によれば、車両駆動用のメインエンジン１０の空燃比を変化させることなく、補機駆動用のサブエンジン２０の空燃比を制御することにより、排気ガス中の残留酸素と未燃成分との酸化反応による排気浄化触媒４０の昇温を抑制することができる。そのため、ドライバビリティを悪化させることなく排気浄化触媒の過熱を抑制することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、排気浄化触媒４０の触媒温度を触媒温度センサ４１により直接的に検出したが、メインエンジン１０の運転状態（例えば、吸入空気量、燃料供給量、点火時期、エンジン回転数等）に基づいて触媒温度を推定することもできる。

また、上記実施形態では、メインエンジン１０の空燃比を空燃比センサ４２の出力値から求めたが、エアフローメータ１１０により検出された吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて算出してもよい。

実施形態に係る空燃比制御装置を備えた内燃機関の全体構成を示す図である。 実施形態に係る空燃比制御装置による補助エンジンの空燃比制御の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１…空燃比制御装置、１０…メインエンジン、１３…電磁クラッチ、２０…サブエンジン、３０…補機、４０…排気浄化触媒、４１…触媒温度センサ、４２，４３…空燃比センサ、５０…エンジンＥＣＵ、１３０，２３０…電子制御式スロットルバルブ、１６０…エキゾーストマニホールド、１７０，２６０…エキゾーストパイプ、１８０…集合部、Ｂ１，Ｂ２…ベルト。

Claims (2)

1. 内燃機関である主エンジンと、前記主エンジンより小排気量の補助エンジンと、前記主エンジンの排気ガスと前記補助エンジンの排気ガスとを集合させる集合部を有する排気通路と、前記排気通路上の前記集合部の下流に配置される排気浄化触媒と、を備える内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
   前記主エンジンの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記触媒温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度が所定温度以上である場合において、前記空燃比検出手段により検出された前記主エンジンの空燃比がリッチであるときに前記補助エンジンの空燃比をストイキまたはリッチに制御し、前記主エンジンの空燃比がリーンであるときに前記補助エンジンの空燃比をストイキまたはリーンに制御する空燃比制御手段と、を備えることを特徴とする空燃比制御装置。
2. 前記主エンジンは、車両を駆動し、前記補助エンジンは、車両用補機を駆動することを特徴とする請求項１に記載の空燃比制御装置。
   

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