JP2006307728A - 内燃機関の触媒暖機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
内燃機関の燃焼状態を悪化させることなく、排気管に接続された触媒装置の暖機を行う内燃機関の触媒暖機装置を提供する。
【解決手段】
内燃機関の排気管に接続された触媒装置を暖機するために、内燃機関への噴射燃料を増量する触媒暖機時燃料増量手段と、補機の負荷を内燃機関に加える外部負荷増量手段とを備える構成とした。触媒暖機時燃料増量手段による燃料増量に伴う内燃機関の発生トルクの増量分を、外部負荷増量手段により加えられた負荷で吸収させる構成としたため、内燃機関の燃焼状態を悪化させることなく、触媒暖機を促進できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された触媒暖機制御装置に関する。

内燃機関の排気通路に配置された触媒装置は、燃焼後に発生する排気ガス中のNOｘ、或いは未燃焼燃料を浄化することによって、直接大気中に放出されることを防ぐ機能を有する。触媒装置の浄化作用を有効に発揮させるためには、触媒温度を所定温度以上とする必要があり、通常、内燃機関の始動時等、触媒温度が低い時には触媒温度を早期に所定温度まで上昇させる触媒暖機制御を行っている。
上記のような触媒暖機制御として、内燃機関へ供給される燃料を増量し、燃焼熱を上昇させることで、触媒暖機を促進する技術が考えられている。

一方で、内燃機関に燃料増量を行うことは、触媒装置の暖機促進には効果があるものの、ドライバの意図とは別に、燃料の増量に伴い内燃機関の出力トルクが増大するため、ドライバに違和感を与える虞がある。また、特にアイドル時には内燃機関の暖機時に燃料増量により所定のアイドル回転数を維持できないという問題がある。

この問題の対処方法として、触媒暖機のための燃料増量時、点火時期を遅角制御して、燃料増量に伴う内燃機関の出力トルクの増大を抑制する技術が知られている。

特開平５−２６１３８

しかしながら、内燃機関の出力増大分を点火時期の遅角制御で抑制しようとすると、燃焼状態を最適化した最適点火時期から外れることになるため、燃焼状態の悪化に伴い、燃焼変動が生じ、ドライバに違和感を与える虞がある。

本発明は上記問題に鑑み、内燃機関の燃焼変動を抑制しながら、触媒暖機制御によって増大される内燃機関の出力トルクを吸収することを目的としている。

具体的には、燃料増量に伴う出力トルクの増分を外部負荷で吸収することで、触媒暖機時の内燃機関の燃焼変動を防ぐ触媒暖機制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、内燃機関の排気通路に配置された触媒装置と、前記触媒装置の触媒暖機制御時に内燃機関へ供給される燃料を増量する触媒暖機時燃料増量手段と、内燃機関への外部負荷を増大する外部負荷増大手段と、を備えた内燃機関の触媒暖機制御装置において、前記触媒暖機時燃料増量手段により内燃機関へ供給される燃料が増量された場合には、前記外部負荷増大手段により外部負荷を増大すること、を特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、触媒暖機時において内燃機関の出力トルクの増大を、外部負荷を増大することで吸収するため、燃焼変動を抑えることができる。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記外部負荷増大手段は、前記触媒暖機時燃料増量手段による燃料増量に伴う内燃機関の出力トルク増大分に相当する外部負荷の増大を行うこと、を特徴としている。

請求項２記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、内燃機関の出力トルクの増大分に見合った外部負荷の増大を行うため、ドライバが意図しないトルクを車軸に伝達することが防止される。よって、ドライバへ違和感を与えることがなくなる。

請求項３記載の発明は、請求項１及至２記載の発明において、前記内燃機関の出力軸に連結され、前記内燃機関の動力により駆動される補機を有し、前記外部負荷増大手段は前記補機の負荷を増大すること、を特徴としている。
請求項３記載の発明によれば、外部負荷増大手段は補機の負荷を増大させることであり
、好ましくは、油圧ポンプである。例えば、油圧式パワーステアリングポンプは、内燃機関の出力軸に連結され、内燃機関に加える負荷を変更する制御が行える。よって、パワーステアリングポンプを外部負荷とする場合、容易に、かつ運転状態に悪影響を与えることなく外部負荷を増大できる。
請求項４記載の発明は、請求項１及至３記載の発明において、前記触媒装置の触媒暖機制御は、前記内燃機関のアイドル状態時に行うこと、を特徴としている。

請求項４記載の発明によれば、アイドル時に、内燃機関の燃焼変動を抑制しながら触媒暖機を促進することができる。
請求項５記載の発明は、請求項１及至４記載の発明において、前記内燃機関は点火時期を制御する点火時期制御手段を備え、前記触媒装置の触媒暖機制御時には、更に前記点火時期制御手段により点火時期を遅角させること、を特徴とすることを特徴としている。
外部負荷の増大が内燃機関に反映されるまでには、時間がかかる場合があり、外部負荷が内燃機関に反映されるまでの間、内燃機関の回転数が変動することによって、ドライバに違和感を与える虞がある。請求項５記載の発明によれば、出力トルクに対するレスポンスが速い点火時期の変更を行うため、外部負荷の増大により内燃機関のトルク増大分を吸収すると共に遅角制御により内燃機関のトルク増大を迅速に抑制することで、ドライバへの違和感を防止できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１から図８までは、本発明の実施の一形態に係わり、図１は内燃機関系の全体図、図２、及び図３は本発明の制御のフローチャート、図５は制御装置（以下「ＥＣＵ」と称す）の構成図、図６はパワーステアリングポンプ圧と吸入空気量との相関図、図７は補機の構成図、図８はパワーステアリングの構成図、図８は本発明を実施した場合の触媒装置の温度上昇を表した図である。

先ず、図１、図４に基づいて本発明に用いる内燃機関の全体構成について説明する。図１において、１００は、内燃機関であり、この内燃機関のシリンダブロック１０２の上部にはシリンダヘッド１０３が設けられ、シリンダヘッド１０３には、吸気ポート１０４、及び排気ポート１０５が形成されている。吸気ポート１０４、及び排気ポート１０５はそれぞれ、吸気弁１０６、排気弁１０７が備えられ、それぞれの弁はシリンダ１０８内に供給される混合気の量、時期を制御し、シリンダ１０８外へ排出する燃焼ガスの量、時期を制御している。

シリンダブロック１０２の内部にはピストン１０９が摺動可能に収納されている。本実施例の内燃機関は多気筒内燃機関であり、シリンダブロック１０２内には、複数のピストン１０９が収納されている。また、シリンダブロック１０２内部のピストン１０９上方側には、燃焼室が形成されており、燃焼室上部には点火プラグ１１０が配設される。

吸気ポート１０４は内燃機関の各気筒と、吸気管を連通させており、吸気管には、スロットルバルブ１１１が設けられ、スロットルバルブ１１１は、内燃機関への吸入空気量を制御する。スロットルバルブ１１１の近傍には、スロットルバルブ１１１の開度を検知するスロットルセンサ２０２が配置されており、スロットルバルブ１１１が全閉となったときに、アイドル状態を検知するアイドルスイッチ２０３が設けられている。

燃料タンク内の燃料は燃料ポンプにより昇圧され、吸気ポート１０４に取り付けられたインジェクタ１１２へ送りこまれる。インジェクタ１１２は、内燃機関への吸入空気量、回転数、等の種々の外部入力値により、噴射時間を制御することで、内燃機関へ供給される燃料の量を制御している。

吸気管とサージタンク１１５の間には、スロットルバルブ１１１を迂回したバイパス通路が設けられ、バイパス通路にはアイドル・スピード・コントロール・バルブ１１３（以下、「ＩＳＣＶ」と称す）が備えられている。ＩＳＣＶ１１３は、スロットルバルブ１１１が閉じられた内燃機関のアイドル時に、ＩＳＣＶ１１３を駆動するアクチュエータ１１４がデューティ比制御され、ＩＳＣＶ１１３の開弁度を制御する。外部から供給される駆動信号によってそのデューティ比を任意に変更することができる。
サージタンク１１５には、吸気圧を検出する吸気圧センサ２０５が設けられている。また、吸気管上流には吸気温センサ２０１が設けられており、当該吸気温センサ２０１により吸気温度が検出されるようになっている。

排気ポート１０５は内燃機関の各気筒と、排気管とを連通させており、排気管には触媒装置１１９が設けられている。

次に、図４に基づいてＥＣＵ２００の構成を説明する。ＥＣＵ２００は中央集積回路（ＣＰＵ）２１０、所定の制御プログラムやマップ等を予め記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２０９、CPUの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０８を備えている。そして、これら各部と外部入力回路、外部出力回路とを接続した理論演算回路として構成されている。

外部入力回路には、吸気温センサ２０１、スロットルセンサ２０２、アイドルスイッチ２０３、吸気圧センサ２０５、回転数センサ２０６からの信号が入力され、入力された信号に基づいて、ＩＳＣＶ１１３、ＩＳＣＶ駆動用アクチュエータ１１４が制御される。

次に、図６に基づいて補機類についての説明を行う。内燃機関の動力は、ピストン１０９の上下運動がコンロッド１２０を介してクランクシャフトの回転運動に変換され、クランクシャフトプーリ３０５の回転に同期して、パワーステアリングポンププーリ３０７、オルタネータプーリ３０２、ウォーターポンププーリ３０３、エアコンプーリ３０４、が回転し、それぞれの補機へ動力が伝達される。

パワーステアリングポンププーリ３０７は、パワーステアリングポンプ４０１に連結される。パワーステアリングポンプ４０１は、パワーステアリング４０２を制御する作動油を加圧するものである。パワーステアリング４０２は、ステアリングホイール４０３の操作によって、ラック４０５を変位させる際、ラック４０５の変位を油圧によって補助するものである。ステアリングホイール４０３の回転力はピニオン４０４に伝達可能とされており、ピニオン４０４はラック４０５と係合されている。また、ラック４０５はパワーシリンダー４０６内のピストン４０７と連結されている。そして、パワーシリンダー４０６及び、ピストン４０７によって区画される左室４０８、右室４０９には、パワーステアリングポンプ４０１によって加圧された作動油がバルブを介して適宜供給される。このバルブ部による左室４０８、右室４０９への作動油の供給は、ステアリングホイール４０３の操作に応じて行われる。

パワーステアリングポンプ４０１からの作動油流量は、流量制御弁によって制御されており、流量制御弁の弁を閉じることで、ポンプ圧力を上昇させることができ、必要以上の流量が供給された場合には、供給された作動油を図示しない作動油タンクに循環させる。あるいは、パワーステアリングポンプの吐出側を、逆止弁４１０を介して蓄圧機４１１に連通させ、蓄圧機４１１にて蓄えられた高圧の作動油を、適宜ステアリング操作の補助に用いる構成としてもよい。上記構成により、触媒暖機のための負荷増大が行われても、その負荷増大分を有効に利用することができる。

エアコンプーリ３０４は、エアコン用コンプレッサに、ウォーターポンププーリ３０３はウォーターポンプに、オルタネータプーリ３0２はオルタネータに、それぞれ連結され、内燃機関の動力が伝達することにより駆動される。

内燃機関のクランクシャフトは、ベルト、あるいはチェーンを介して、各プーリーと連結されており、上記の構成により、パワーステアリングポンプ４０１、エアコン用コンプレッサ、オルタネータ、及びウォーターポンプへ内燃機関の動力を適宜供給することができる。

上記構成に基づき、本実施例では、ＥＣＵ２００は、次の制御を行う。
・ 燃料噴射制御
燃料タンク内の燃料は燃料ポンプにより昇圧されてインジェクタに送られ、インジェクタに送られた燃料圧力は、一定値となるように制御されている。そのため、開弁時間を制御すれば、燃料噴射量を制御することができる。吸気圧センサは吸気圧を検出し、内燃機関への吸入空気量を算出する。吸入空気量に基づき、ＥＣＵ２００は吸入空気量と、燃料との比が理論空燃比となるように基本噴射時間となるインジェクタの開弁時間を算出する。

ここで、内燃機関の回転数が変化した場合等、すなわち内燃機関の運転状態が変化した場合は、吸入空気量にも変化が生じるので、吸入空気量に基づいて、公知の方法により基本噴射時間に補正を行う。従って、燃料噴射量は、吸入空気量に応じて増大する。
・ ＩＳＣＶ制御
内燃機関がアイドル状態であることを検知した場合、ＩＳＣＶ制御用アクチュエータを駆動させる。内燃機関のアイドル時はＩＳＣＶ１１３の開度に応じた空気量が内燃機関に供給されるので内燃機関の回転数を制御できる。従って、スロットルバルブ１１１が全閉状態であっても、ＩＳＣＶ１１３が開弁制御されていれば内燃機関に空気が導入されることになる。
・ 点火時期制御
内燃機関への吸入空気量、回転数により、内燃機関の運転状況に応じた基本点火時期を算出する。また、基本点火時期に基づいて、冷却水温等、運転状況に応じた進角量、遅角量の補正すると共に、本発明に基づいた触媒暖機時の遅角量の補正値を決定する。

以下、上記装置を備えた車両において、本発明の特徴である触媒暖機時の制御内容の第１の実施例について説明する。図２において、ステップＳ１１で内燃機関が始動されたことが確認され、ルーチンが開始されると、ステップＳ１２で目標とするアイドル回転数が決定される。ここで、目標アイドル回転数は吸気温度、シフト位置、エアコンのオン／オフ等の情報に基づいて決定される
。算出した目標アイドル回転数に基づき、ＩＳＣＶ用駆動アクチュエータ１１４に駆動信号を出力する。

次に、ステップＳ１３において、始動時の冷却水温、始動後の吸入空気量の積算値が算出される
。上述のように燃料噴射量は吸入空気量に基づいて、算出されるので、始動後の吸入空気量の積算値から内燃機関へ供給された燃料の量が算出することができる。触媒装置は、内燃機関へ供給された燃料の燃焼熱を利用して、暖機が促進されるので、供給された燃料の量からの触媒装置１１９の温度上昇が算出され、始動時の冷却水温と、始動後の吸入空気量の積算値から、触媒装置１１９の温度を求めることができる。
ステップＳ１３で触媒装置１１９の温度に基づいて、触媒装置の暖機が完了していないと判断した場合には、ステップＳ１４でパワーステアリングポンプ油圧の増大設定、及び吸入空気量増量値の設定を行う。

パワーステアリングポンプ４０１は、内燃機関の出力軸に連結されたパワーステアリングプーリ３０７で駆動される構成となっているので、パワーステアリングポンプ４０１の油圧を上昇させる制御を行うことで、内燃機関に負荷を与えることができる。

すなわち、内燃機関へ吸入空気量を増量することによる出力の増加分に相当する負荷をパワーステアリングポンプ４０１から生じる外部負荷により、吸収することで、内燃機関に生じる出力トルクを抑制することができる。

ステップＳ１４において、増量させる吸入空気量と、増加させるパワーステアリングのポンプ圧力との関係は図５のマップに示す相関関係を持たせている。このマップはＥＣＵ２００のＲＯＭ内に格納されて、ＥＣＵ２００は、吸入空気量に応じたパワーステアリングポンプ圧力を適宜マップから読み込み、パワーステアリングポンプ４０１の圧力を制御している。

また、ステップＳ１３において、暖機が完了していると判断した場合には、ステップＳ１６へ進みパワーステアリングポンプ４０１の油圧が上昇しているか否かの判断を行う。パワーステアリングポンプ４０１の油圧が上昇している場合は、パワーステアリングポンプ４０１の油圧の減圧設定、及び吸入空気量減量値の設定を行う。パワーステアリングポンプ４０１の油圧を下げると、図５の相関図に基づき、内燃機関に加わる外部負荷は減少する。そのパワーステアリングポンプ４０１の油圧の低下に応じて、ＩＳＣＶ１１３の開度を減少、すなわち吸入空気量を減少させ、出力トルクを抑制し、ステップＳ１８へ進み、本ルーチンを終了する。

或いは、ステップＳ１６において、パワーステアリングポンプ４０１の油圧が上昇していないと判断した場合は、ステップＳ１７における制御をする必要がないので、ステップＳ１８へ進み、本ルーチンを終了する。
また、本発明の第２の実施例として、以下の制御内容を行うこともできる。第１の実施例と同様のステップについての説明は省略する。図３において、ステップ１４までは、第１の実施例で行った制御内容と同一である。ステップ１４で、パワーステアリングポンプ４０１の油圧を上昇させ、吸入空気量を上昇させた後、ステップＳ１５にて、内燃機関の点火時期の遅角制御を行い、再度目標回転数と、回転数センサ２０６によって検出された実回転数とを一致させる。

パワーステアリングポンプ４０１から内燃機関へ負荷が反映されるまでには、その応答に遅れがあり、即座に反映されるわけではない。そこで、ステップＳ１５においては、パワーステアリングポンプ４０１の負荷が内燃機関へ反映されるまでの所定期間を、点火時期を遅角制御することで、内燃機関のトルク増大を抑制する制御を行うことが可能である。

よって、目標回転数に対して、実回転数が高い場合に、点火時期の遅角制御を実行し、シリンダ１０８内での燃焼圧、内燃機関の出力トルクを抑制することができる。

本件発明をポート噴射型内燃機関を中心に説明をしたが、同様の制御構成を、直噴型内燃機関に適用しても良い。この場合、ステップＳ１５の吸入空気量増量値の設定を燃料噴射量の増量値へ変更することで、本件発明を実施することができる。

また、本件発明において、吸入空気量の増量制御に関して、ＩＳＣＶ１１３を用いて行った場合を説明したが、電子制御式スロットル弁を用いて吸入空気量制御を行うことを適用してもよい。
本件発明において、外部負荷についてパワーステアリングポンプを用いて説明したが、オルタネータ、ウォーターポンプ、エアコンを外部負荷として適用してもよい。

本実施例では、内燃機関へ供給する燃料を増量させ、内燃機関の出力トルクの発生分を
、パワーステアリングポンプ４０１からの外部負荷によって、吸収させたので、燃焼変動を抑制しながら、触媒装置の暖機の促進をすることができる。図８において、実線が本発明を実施した場合、点線が従来の場合として、触媒装置の温度上昇の様子を表した。本発明を実施することにより、エンジン回転の変動を抑制すると共に、触媒暖機完了までの時間が短縮できた。

その他、列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。

内燃機関系の全体図、 本発明の第１の実施例の制御のフローチャート 本発明の第２の実施例の制御のフローチャート、 ＥＣＵ２００の構成図、 パワーステアリングポンプ圧と吸入空気量との相関図、 補機の構成図、 パワーステアリングの構成図、 本発明を実施した場合の触媒装置の温度を表した図

符号の説明

１００・・・内燃機関、 １０２・・・シリンダブロック、 １０３・・・シリンダヘッド、 １０４・・・吸気ポート、 １０５・・・排気ポート、 １０６・・・吸気弁、 １０７・・・排気弁
、 １０８・・・シリンダ、１０９・・・ピストン、 １１０・・・点火プラグ、 １１１・・・スロットルバルブ、 １１２・・・インジェクタ、 １１３・・・自動変速機 １１４・・・ＩＳＣＶ駆動用アクチュエータ、 １１５・・・サージタンク、 １１９・・・触媒装置、 １２０・・・コンロッド、
２０１・・・吸気温センサ、 ２０２・・・スロットルセンサ、 ２０３・・・アイドルスイッチ
、 ２０５・・・吸気圧センサ、 ２０６・・・回転数センサ、 ２０７・・・ニュートラルスタートスイッチ、
３０１・・・アイドラプーリ、 ３０２・・・オルタネータプーリ、 ３０３・・・ウォーターポンププーリ、 ３０４・・・エアコンプーリ、 ３０５・・・クランクシャフトプーリ、 ３０６・・・オートテンショナ、 ３０７・・・パワーステアリングポンププーリ、
４０１・・・パワーステアリングポンプ、 ４０２・・・パワーステアリング、 ４０３・・・ステアリングホイール、 ４０４・・・ピニオン、 ４０５・・・ラック、 ４０６・・・パワーシリンダー、 ４０７・・・ピストン、 ４０８・・・左室、 ４０９・・・右室、４１０・・・逆止弁、
４１１・・・蓄圧機、 ４１２・・・流量制御弁

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に配置された触媒装置と、
   前記触媒装置の触媒暖機制御時に内燃機関へ供給される燃料を増量する触媒暖機時燃料増量手段と、
   内燃機関への外部負荷を増大する外部負荷増大手段と、
   を備えた内燃機関の触媒暖機制御装置において、
   前記触媒暖機時燃料増量手段により内燃機関へ供給される燃料が増量された場合には、
   前記外部負荷増大手段により外部負荷を増大すること、
   を特徴とする内燃機関の触媒暖機制御装置
   
2. 前記外部負荷増大手段は、
   前記触媒暖機時燃料増量手段による燃料増量に伴う
   内燃機関の出力トルク増大分に相当する外部負荷の増大を行うこと、
   を特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒暖機制御装置
   
3. 前記内燃機関の出力軸に連結され、
   前記内燃機関の動力により駆動される補機を有し、
   前記外部負荷増大手段は前記補機の負荷を増大させること、
   を特徴とする請求項１乃至２記載の内燃機関の触媒暖機制御装置
   
4. 前記触媒装置の触媒暖機制御は、
   前記内燃機関のアイドル状態時に行うこと、
   を特徴とする請求項１乃至３記載の内燃機関の触媒暖機制御装置
   
5. 前記内燃機関は点火時期を制御する点火時期制御手段を備え、
   前記触媒装置の触媒暖機制御時には、
   更に前記点火時期制御手段により点火時期を遅角させること、
   を特徴とする請求項１乃至４記載の内燃機関の触媒暖機装置