JP2006283701A

JP2006283701A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2006283701A
Application number: JP2005106326A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nishigori; 貴志錦織; Shigemasa Hirooka; 重正広岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、スロットルバルブの固着を回避しつつ、燃料カット実行時に触媒の酸化状態が進行するのを遅らせることができ、これにより、触媒の劣化抑制効果をより向上させることを目的とする。
【解決手段】減速時に燃料カットを実行する。当該燃料カットの実行条件の成立時点t0において、固定許容開度(1.20deg)より小さい瞬間許容開度(0.43)にまで、スロットル開度TAを瞬間的に制御する。そして、当該瞬間許容開度に瞬間的に制御された後は、スロットル開度TAを徐々に固定許容開度まで開くように制御する。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、電子制御式スロットルバルブを備えて減速時に燃料カットを実行する内燃機関に適用するための装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。
に関する。

従来、例えば特許文献１には、減速時に燃料カットを実行する内燃機関の制御装置が開示されている。そして、この制御装置は、吸気バルブの開弁時期やリフト量を変更可能な機構を備えている。この制御装置では、減速時の燃料カット実行時に吸気バルブの開弁時間を短くすることで、燃焼室へ吸入される空気量を少なくすることとしている。燃料カットの実行中は、触媒を通過する空気に含まれる酸素によって触媒の劣化が進行し易くなる。上記従来の技術によれば、燃料カット実行時の吸入空気量を減らすことで、触媒が劣化するのを抑制することができる。

特開平１０−１１５２３４号公報特開２０００−４５８２７号公報

上述した従来の技術以外の手法にも、電子制御式のスロットルバルブを備え、減速燃料カット時にスロットル開度をアイドル開度より小さい開度まで閉じることで、当該燃料カット時に触媒の劣化抑制制御を行う技術が知られている。電子制御式のスロットルバルブは、バルブが吸気通路に固着するのを防止すべく、通常、バルブのばらつき等を考慮した所定の開度（以下、「固定許容開度」）より小さい開度には制御されないように構成されている。触媒の劣化を抑制するためには、燃料カット開始直後の触媒の還元状態を極力維持することで、触媒が酸化状態になるのを極力遅らせたい。しかしながら、燃料カット実行時に触媒への酸素供給をできるだけ抑えるべく、スロットルバルブを前記の固定許容開度を越えて機構上可能な限界開度まで閉じ、その開度を維持させることとすると、スロットルバルブが固着してしまう恐れがある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、スロットルバルブの固着を回避しつつ、燃料カット実行時に触媒の酸化状態が進行するのを遅らせることができ、これにより、触媒の劣化抑制効果をより向上させることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の減速時に燃料カットを行う燃料カット実行手段と、当該燃料カットの実行中にスロットルバルブの開度が全閉目標スロットル開度となるように制御するスロットル制御手段とを備える内燃機関の制御装置であって、
前記スロットル制御手段は、
減速時に燃料カット実行条件の成立が判定された場合に、固定許容開度より小さい瞬間許容開度を前記全閉目標スロットル開度として設定する第一目標スロットル開度設定手段と、
実スロットル開度が前記瞬間許容開度となった時点で、前記固定許容開度を前記全閉目標スロットル開度として設定する第二目標スロットル開度設定手段とを含むことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記第一目標スロットル開度設定手段は、当該燃料カット実行条件が成立した時点で、前記瞬間許容開度を前記全閉目標スロットル開度として設定することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記スロットル制御手段は、実スロットル開度が前記瞬間許容開度となった時点で、前記固定許容開度に向けて前記スロットルバルブを徐々に開いていくことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を可変とする可変動弁機構を駆動して内部排気ガス再循環量を増減させる可変バルブタイミング制御手段と、吸気通路と排気通路とを連通する排気ガス還流通路の途中に設けられるEGR弁の開度を調整して外部排気ガス再循環量を増減させるEGR弁制御手段の少なくとも一方を含むEGR制御手段を備え、
減速時の燃料カット時に前記EGR制御手段により排気ガス再循環量を増量することを特徴とする。

第１の発明によれば、スロットルバルブが吸気通路に固着するのを回避しつつ、燃料カット実行時に触媒の酸化状態が進行するのを遅らせることができ、これにより、触媒の劣化抑制効果をより向上させることができる。また、本発明によれば、瞬間許容開度へのスロットルバルブの制御を瞬間的に行うこととしているため、強制復帰が到来するまでに事前にバルブ固着の有無を判断することができ、強制復帰時の迅速なスロットルバルブの動作を阻害することがない。

第２の発明によれば、燃料カット開始直後の触媒の還元状態を効果的に長く維持することができる。

第３の発明によれば、燃料カット実行時に触媒の酸化状態が進行するのを効果的に遅らせることができる。

第４の発明によれば、燃料カット実行時に吸気管圧力の過大な負圧化を抑制しつつ、触媒劣化抑制効果をより向上させることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図を示す。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、燃焼室１２が形成されている。燃焼室１２には、吸気通路１４および排気通路１６が連通している。吸気通路１４には、スロットルバルブ１８が配置されている。スロットルバルブ１８は、アクセル開度に基づいてスロットルモータ２０により駆動される電子制御式のスロットルバルブである。スロットルバルブ１８の近傍には、スロットル開度TAを検出するためのスロットル開度センサ２２が配置されている。

内燃機関１０は、複数の気筒を有する多気筒式の機関であり、図１は、そのうちの一気筒の断面を示している。内燃機関１０が備える個々の気筒には、吸気通路１４に通じる吸気ポート、および排気通路１６に通じる排気ポートが設けられている。吸気ポートには、その内部に燃料を噴射するための燃料噴射弁２４が配置されている。また、吸気ポートおよび排気ポートには、それぞれ、燃焼室１２と吸気通路１４、或いは燃焼室１２と排気通路１６を導通状態または遮断状態とするための吸気弁２６および排気弁２８が設けられている。

また、内燃機関１０の排気通路１６には、排気ガスを浄化するための上流触媒(SC)３０および下流触媒(UF)３２が直列に配置されている。これらの触媒３０、３２は、所定の酸素吸蔵容量を有しており、その範囲内で酸素を吸蔵することができる。これらの触媒３０、３２は、排気ガス中にHCやCOなどの未燃成分が含まれている場合は、吸蔵している酸素を放出することでそれらの未燃成分を酸化し、また、排気ガス中に酸素やNOxなどが多く含まれている場合は、余剰な酸素を吸蔵することができる。

図１に示すシステムは、ECU(Electronic Control Unit)３４を備えている。ECU３４には、上述したセンサに加え、アクセル開度PAを検出するためのアクセルポジションセンサ３６、およびエンジン回転数を検出するためのクランク角センサ３８が接続され、また、上述した各種アクチュエータが接続されている。ECU３４は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。

上記のように構成された本実施形態のシステムは、内燃機関１０の運転中にスロットル開度TAがアイドル開度とされた場合に、燃料の噴射を停止する処理、つまり、燃料カット(F/C)を実行する。F/Cの実行中は、燃料噴射が行われないことから、触媒（上流触媒３０および下流触媒３２）に流れ込むガスは極端にリーンに偏ったものとなる。F/C開始直後は、触媒が還元状態に最も近い状態にある。その後、触媒は、高温の触媒にリーンなガスが流入することで酸化状態となるため、その劣化が進行し易くなる。触媒の劣化を抑制するという観点では、F/C開始直後の還元状態を極力長く維持したいという要求がある。

電子制御式のスロットルバルブ１８は、通常、バルブのばらつきを考慮した所定の開度（以下、「固定許容開度」と称する）より小さい開度には制御されないように構成される。より具体的には、この固定許容開度は、そのような開度に維持されても、スロットルバルブ１８が吸気通路１４に固着してしまうことがないように設定された開度である。従って、換言すると、F/C開始直後の触媒の還元状態を良好に維持する目的で、F/C実行中にスロットル開度TAを前記の固定許容開度を越えて機構上可能な限界開度まで閉じ、その開度を維持させることとすると、スロットルバルブ１８が固着してしまう恐れが生ずる。そこで、本実施形態のシステムでは、スロットルバルブ１８の固着を回避しつつ、F/C開始直後の還元状態を良好に維持すべく、以下の図２に示すような制御を実行することとしている。

図２は、本実施形態のシステムの特徴的動作を説明するための図である。より具体的には、図２中に実線で示す波形は、スロットル開度TAが4deg程度から徐々に固定許容開度（1.20deg）まで閉じるように制御された運転状態の一例を示している。一方の図２中に破線で示す波形は、本実施形態のシステムにおける減速F/C時のスロットル開度TAの変化を表している。

すなわち、本実施形態のシステムでは、減速時にF/C実行条件の成立が検知された時点t0において、上記固定許容開度より小さい瞬間許容開度（0.43deg）にまで、スロットル開度TAを瞬間的に制御することとしている。ここでいう瞬間許容開度とは、機構上閉じることが可能な限界開度にほぼ等しい開度であり、また、経時的に吸気通路１４の内壁に堆積されていくデポジットを掻き落とすために使用される開度である。そして、本実施形態のシステムでは、当該瞬間許容開度に瞬間的に制御された後は、スロットル開度TAを徐々に固定許容開度まで開くように制御している。

図３は、上記の機能を実現するために、ECU３４が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、例えば8ms毎に周期的に実行されるものとする。図３に示すルーチンでは、先ず、減速時のF/C実行中か否かが判別される（ステップ１００）。その結果、減速F/Cの実行中でないと判定された場合には、X固定フラグがゼロにリセットされる（ステップ１０２）。

一方、上記ステップ１００において、減速F/Cの実行中であると判定された場合には、次いで、当該F/Cからの復帰要求があるか否かが判別される（ステップ１０４）。その結果、復帰要求が未だ発せられていない場合には、次いで、X固定フラグがゼロであるか否かが判別される（ステップ１０６）。その結果、X固定フラグがゼロであると認められた場合、すなわち、今回の処理サイクルが減速F/C実行条件の成立後の初回であると判定された場合には、瞬間許容開度（例えば、図２に示す0.43deg）が全閉目標スロットル開度として設定される（ステップ１０８）。

次に、実スロットル開度TAが現在の全閉目標スロットル開度に達したか否かが判別される（ステップ１１０）。その結果、全閉目標スロットル開度＝実スロットル開度が不成立であると判定された場合には、速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、全閉目標スロットル開度＝実スロットル開度が成立すると判定された場合には、固定許容開度（例えば、図２に示す1.20deg）が全閉目標スロットル開度として設定され（ステップ１１２）、X固定フラグが1にセットされる（ステップ１１４）。

上記ステップ１０６において、X固定フラグがゼロでないと判定された場合、すなわち、今回の処理サイクルが減速F/C実行条件の成立後の２回目以降であると判定された場合には、上記ステップ１１２において、全閉目標スロットル開度は瞬間許容開度ではなく、直ちに固定許容開度とされる。

また、上記ステップ１０４において、F/Cからの復帰要求があると認められた場合には、通常の目標スロットル開度、すなわち、アクセル開度に基づく目標スロットル開度が目標スロットル開度として設定される（ステップ１１６）。

以上説明した通り、図３に示すルーチンによれば、減速時にF/C実行条件の成立が認められると、瞬間的に絞ることが可能なスロットル開度TAの限界である瞬間許容開度にまでスロットルバルブ１８が閉じられ、その後、当該瞬間許容開度から固定許容開度に向けてスロットルバルブ１８が徐々に開くように制御される。このように、スロットルバルブ１８が固定許容開度より小さい開度に制御される状態を瞬間的としているため、スロットルバルブ１８の固着を回避しつつ、減速時のF/C開始直後に触媒が還元状態に良好に維持されるようにすることができる。また、瞬間許容開度とした後に、スロットルバルブ１８を固定許容開度に向けて徐々に開くようにしているため、F/C実行時の触媒への酸素供給を抑えることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、減速F/C時における触媒の劣化抑制効果をより向上させることができる。

仮にスロットルバルブ１８の固着が生じたとすると、実際にスロットルバルブ１８を動作させるまでは、バルブの固着の有無を検知することはできない。また、アクセル要求に基づくF/Cからの強制復帰の開始時点（図２における時点t1）は予め検知できるものではないため、F/C中は、強制復帰の指令が発せられるのに備えて、スロットル開度TAを所定の要求開度に何時でも迅速に開くことができる状態でなければならない。しかし、スロットルバルブ１８が固定許容開度より小さい開度に維持されていると、バルブ固着のリスクが高まるのと同時に、実際にバルブ固着が起きていた場合には、スロットルバルブ１８を強制駆動して固着から脱出させる必要があるためバルブの動作に遅れが生じてしまう（図２中に一点鎖線で示す波形を参照）。これに対し、本実施形態の手法によれば、F/C開始直後に瞬間的にスロットル開度TAが固定許容開度より小さい瞬間許容開度となるようにしているため、強制復帰に先立って、事前にバルブ固着の発生の有無を判断することができ、万が一バルブ固着が生じた場合であっても、スロットルバルブ１８を強制駆動する等によって、その後に到来が予想される強制復帰に予め対処することが可能となる（図２中に二点鎖線で示す波形を参照）。

また、吸気通路１４の内壁には、既述した通り、デポジットが経時的に堆積されていくが、上述した本実施形態の手法によれば、スロットルバルブ１８を瞬間許容開度にまで常時動作させているため、デポジットが堆積する前に掻き落とすことができるという効果も得られる。

尚、上述した実施の形態１においては、ECU３４が、内燃機関１０の減速時にF/Cを実行することにより前記第１の発明における「燃料カット実行手段」が、上記ステップ１００〜１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「スロットル制御手段」が、上記ステップ１００〜１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「第一目標スロットル開度設定手段」が、上記ステップ１００〜１０６、および１１０〜１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「第二目標スロットル開度設定手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図４は、本発明の実施の形態２の構成を説明するための図である。尚、図４において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図４に示す内燃機関４０のシステムは、吸気弁２６を駆動するための吸気可変動弁（VVT）機構４２と、排気弁２８を駆動するための排気可変動弁（VVT）機構４４とを備えている。可変動弁機構４２、４４は、それぞれ、クランク軸の回転と同期して吸気弁２６および排気弁２８を開閉させると共に、それらの開弁特性（開弁時期、作用角、リフト量など）を変更することができる。また、内燃機関４０は、吸気カム軸の近傍にカム角センサ４６を備えている。カム角センサ４６は、クランク角センサ３８と同様の構成を有するセンサである。カム角センサ４６の出力によれば、吸気カム軸の回転位置（進角量）などを検知することができる。図４に示すシステムは、以上の点を除き、図１に示すシステムと同様の構成を有している。

上述した実施の形態１のシステムでは、減速時のF/C実行時には、触媒の劣化を抑制すべく、スロットルバルブ１８を瞬間的に瞬間許容開度に制御し、その後、固定許容開度となるように制御している。その結果、当該F/Cの開始後は、吸気管圧力が大きく負圧化し易い状態が形成される。この際、吸気管圧力が過大に負圧化すると、内燃機関４０においてオイル上がりが発生し、オイル消費量が増大する事態が生ずる。そこで、本実施形態のシステムは、触媒の劣化を抑制しつつ、以下の示す手法で、減速F/C実行中に吸気管圧力が過大に負圧化するのを抑制している。

図４に示すシステムによれば、吸気可変動弁機構４２により吸気弁２６の開弁位相を進角（より具体的には開弁タイミングを進角）することにより、バルブオーバーラップ期間、つまり、吸気弁２６と排気弁２８が共に開弁状態となる期間を延ばすことができる。そして、吸気管圧力が負圧状況下にある減速時のF/C実行中に、バルブオーバーラップ期間が延びれば、吸気弁２６の開弁後に吸気通路１４に逆流する既燃ガス量、つまり、内部EGR量が増加する。吸気管圧力は、スロットルバルブ１８の下流におけるガス量が多いほど大気圧に近づく。そして、そのガス量は、スロットルバルブ１８を通過した新気ガスの量と、バルブオーバーラップの期間中に生じた内部EGRガス量との和である。このため、内部EGR量が十分に多量であれば、スロットル開度TAが如何に小さくても、吸気管圧力が過度に負圧化することはない。

本実施形態のシステムにおいても、減速時のF/C実行中に上記のようなEGR導入制御を行いつつ、触媒の劣化抑制効果をより向上させるべく、減速F/Cの開始直後にスロットルバルブ１８を瞬間的に瞬間許容開度に制御した後に、固定許容開度に向けてスロットルバルブ１８を徐々に開くこととしている。このような制御は、上記図３に示すルーチンと同様のルーチンをECU４８に実行させることにより実現可能である。従って、以上説明した本実施形態のシステムによれば、吸気管圧力の過大な負圧化を防ぎつつ、触媒の劣化抑制効果をより向上させることができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、吸気可変動弁機構４２の状態を変えることによりバルブオーバーラップ期間を変化させることにより、減速時のF/C実行中のEGRガス量を増量させる内部EGR制御が適用されている内燃機関４０に対して、本発明のスロットルバルブ１８の制御を行うこととしているが、本発明において、減速時のF/C実行中のEGRガス量を増量させる手法はこれに限定されるものではない。すなわち、吸気通路と排気通路とを連通する排気ガス還流通路を備え、当該排気ガス還流通路の途中にEGR弁を設けることとし、減速時のF/C実行中にEGR弁の開度を適当に調整することにより、吸気通路１４を介して燃焼室１２に排気ガスを還流させる外部EGR制御を用いた手法であってもよい。

尚、上述した実施の形態２においては、吸気可変動弁機構４２を駆動して内部EGR量を増減させることにより前記第４の発明における「可変バルブタイミング制御手段」および「EGR制御手段」が実現されており、また、上述した実施の形態２の変形例においては、EGR弁の開度を調整して外部EGR量を増減させることにより前記第４の発明における「EGR弁制御手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。本発明の実施の形態１のシステムの特徴的動作を説明するための図である。本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態２の構成を説明するための図である。

符号の説明

１０、４０内燃機関
１４吸気通路
１６排気通路
１８電子制御式スロットルバルブ
２４燃料噴射弁
３０上流触媒
３２下流触媒
３４、４８ ECU(Electronic Control Unit)
４２吸気可変動弁（VVT）機構
４４排気可変動弁（VVT）機構

Claims

内燃機関の減速時に燃料カットを行う燃料カット実行手段と、当該燃料カットの実行中にスロットルバルブの開度が全閉目標スロットル開度となるように制御するスロットル制御手段とを備える内燃機関の制御装置であって、
前記スロットル制御手段は、
減速時に燃料カット実行条件の成立が判定された場合に、固定許容開度より小さい瞬間許容開度を前記全閉目標スロットル開度として設定する第一目標スロットル開度設定手段と、
実スロットル開度が前記瞬間許容開度となった時点で、前記固定許容開度を前記全閉目標スロットル開度として設定する第二目標スロットル開度設定手段とを含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記第一目標スロットル開度設定手段は、当該燃料カット実行条件が成立した時点で、前記瞬間許容開度を前記全閉目標スロットル開度として設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
前記スロットル制御手段は、実スロットル開度が前記瞬間許容開度となった時点で、前記固定許容開度に向けて前記スロットルバルブを徐々に開いていくことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を可変とする可変動弁機構を駆動して内部排気ガス再循環量を増減させる可変バルブタイミング制御手段と、吸気通路と排気通路とを連通する排気ガス還流通路の途中に設けられるEGR弁の開度を調整して外部排気ガス再循環量を増減させるEGR弁制御手段の少なくとも一方を含むEGR制御手段を備え、
減速時の燃料カット時に前記EGR制御手段により排気ガス再循環量を増量することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。