JP2007032476A - Internal combustion engine control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は多気筒内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a multi-cylinder internal combustion engine.
一般に内燃機関においては、排気ガスの通路に触媒を設置し、排気ガス中の有害物質を除去する等して排気ガスを浄化するようにしている。そして、このような目的で用いられる触媒は、通常、その温度がある程度高い場合、すなわち、いわゆる活性化温度以上にある場合に充分な排気ガス浄化作用を発揮する。このため、内燃機関の運転時には上記触媒の温度を上記活性化温度以上に維持することが望ましく、また特に冷間始動時には触媒の温度を迅速に上昇させることが望ましい。 In general, in an internal combustion engine, a catalyst is installed in an exhaust gas passage to purify the exhaust gas by removing harmful substances in the exhaust gas. The catalyst used for such a purpose usually exhibits a sufficient exhaust gas purification action when its temperature is high to some extent, that is, when it is above the so-called activation temperature. For this reason, it is desirable to maintain the temperature of the catalyst above the activation temperature during operation of the internal combustion engine, and it is desirable to rapidly increase the temperature of the catalyst particularly during cold start.
また、多気筒内燃機関、例えば四気筒内燃機関において、排気の脈動の相互干渉をなくして高出力を引き出す等の目的で、各気筒を排気行程が隣り合わない気筒から成るグループに分け、各気筒からの排気ガスが上記グループ毎に独立に過給機のタービンへ導かれるように排気管を構成したもの(いわゆる、ツインエントリーターボ)が公知である(例えば特許文献1参照)。すなわち、このような内燃機関においては、通常、各気筒からの排気枝管がまず上記グループ毎の小排気管にまとめられ、これら各小排気管が上記過給機のタービンまで配設されるようになっている。そしてこの場合、上記タービン以降は上記小排気管からの排気ガスがまとめられ一つの集合排気管を通って上記触媒まで導かれることになる。 Further, in a multi-cylinder internal combustion engine, for example, a four-cylinder internal combustion engine, each cylinder is divided into a group consisting of cylinders whose exhaust strokes are not adjacent to each other for the purpose of drawing out a high output by eliminating mutual interference of exhaust pulsation. A so-called twin entry turbo is known in which an exhaust pipe is configured so that the exhaust gas from the engine is guided to the turbocharger turbine independently for each group (see, for example, Patent Document 1). That is, in such an internal combustion engine, the exhaust branch pipes from the respective cylinders are first gathered into small exhaust pipes for each group, and these small exhaust pipes are arranged up to the turbine of the supercharger. It has become. In this case, after the turbine, the exhaust gas from the small exhaust pipe is collected and guided to the catalyst through one collecting exhaust pipe.
ところで、上述したように冷間始動時には触媒の温度を迅速に上昇させることが望ましいのであるが、触媒の温度は排気ガスが流通することによって上昇せしめられるので、冷間始動時には触媒に流入する排気ガスの温度を高くすることが望ましいことになる。触媒に流入する排気ガスの温度は、燃焼室から排出されるときの排気ガスの温度の他、燃焼室から触媒に至るまでの排気ガス通路中において排気ガス中に含まれている未燃燃料がどの程度燃焼するかによっても影響を受ける。 By the way, as described above, it is desirable to quickly increase the temperature of the catalyst at the time of cold start. However, since the temperature of the catalyst is raised by circulation of the exhaust gas, the exhaust gas flowing into the catalyst at the time of cold start. It would be desirable to increase the temperature of the gas. The temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst is not only the temperature of the exhaust gas when exhausted from the combustion chamber, but also the unburned fuel contained in the exhaust gas in the exhaust gas passage from the combustion chamber to the catalyst. It is also affected by how much it burns.
そして、この燃焼室から触媒に至るまでの排気ガス通路中において排気ガス中に含まれている未燃燃料が燃焼する現象(以下、「後燃え現象」という)は、この排気ガス通路中の温度(すなわち、この排気ガス通路中における排気ガスの温度)がある程度高くないと生じ難いため、触媒に流入する排気ガスの温度を高くするためにはこの排気ガス通路中の温度を高く維持することが非常に重要となる。つまり、この排気ガス通路中の温度を高く維持することによって、単純に排気ガスの温度が下がらないことに加え、後燃え現象による排気ガス温度の上昇を生じさせることができる。 A phenomenon in which unburned fuel contained in the exhaust gas burns in the exhaust gas passage from the combustion chamber to the catalyst (hereinafter referred to as “post-combustion phenomenon”) is caused by the temperature in the exhaust gas passage. (That is, the temperature of the exhaust gas in the exhaust gas passage) is difficult to occur unless the temperature is high to some extent. Therefore, in order to increase the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst, the temperature in the exhaust gas passage must be kept high. Very important. That is, by keeping the temperature in the exhaust gas passage high, the exhaust gas temperature cannot be simply lowered, and the exhaust gas temperature can be increased due to the afterburning phenomenon.
一方、例えば上述したツインエントリーターボを備えた内燃機関のように、各気筒から触媒に至るまでの排気ガス通路が、上記触媒に連接される集合排気ガス通路部分と、少なくとも一つの気筒から延在し上記集合排気ガス通路部分へと連接される複数の小排気ガス通路部分とから構成されている場合には、各小排気ガス通路部分によってその中を流通する排気ガスの温度を維持する性能(特許請求の範囲を含め、本願では「温度維持性能」という)が異なる場合がある。すなわち例えば、各気筒の配置等の関係で上記小排気ガス通路部分の長さが異なる場合には、同通路部分の長さが長い場合の方が通路を構成する部材の表面積や熱容量が大きいため、上記温度維持性能が劣ることになる。 On the other hand, the exhaust gas passage from each cylinder to the catalyst extends from the collective exhaust gas passage portion connected to the catalyst and at least one cylinder, for example, as in the internal combustion engine having the twin entry turbo described above. And a plurality of small exhaust gas passage portions connected to the collective exhaust gas passage portion, each of the small exhaust gas passage portions maintains the temperature of the exhaust gas flowing therethrough ( In the present application, including the scope of claims, the term “temperature maintenance performance” may differ. That is, for example, when the length of the small exhaust gas passage portion is different due to the arrangement of each cylinder, the surface area and the heat capacity of the members constituting the passage are larger when the length of the passage portion is longer. The temperature maintenance performance is inferior.
そして、このような場合に上記触媒を昇温すべく全気筒において同様の制御を行うと、上記温度維持性能の高い小排気ガス通路部分においては上記後燃え現象が生じるものの、上記温度維持性能の低い小排気ガス通路部分においては上記後燃え現象が生じないためにそこを通る排気ガスの温度が低くなってしまう可能性がある。そしてこの温度の低い排気ガスが上記温度維持性能の高い小排気ガス通路部分からの排気ガスと合流すると排気ガス全体の温度が下がり、それによってその後の上記後燃え現象の発生を阻害してしまう恐れがある。このようになると、排気ガス中の未燃燃料の充分な燃焼が行われない上に触媒の迅速な昇温も行えないため、エミッションが悪化してしまう恐れがある。 In such a case, if the same control is performed for all the cylinders to raise the temperature of the catalyst, the afterburning phenomenon occurs in the small exhaust gas passage portion where the temperature maintenance performance is high, but the temperature maintenance performance is improved. In the low small exhaust gas passage portion, the above-mentioned post-burn phenomenon does not occur, so that the temperature of the exhaust gas passing there may be lowered. And if this low temperature exhaust gas merges with the exhaust gas from the small exhaust gas passage portion with the above high temperature maintenance performance, the temperature of the exhaust gas as a whole may drop, thereby hindering the subsequent occurrence of the afterburning phenomenon. There is. In this case, the unburned fuel in the exhaust gas is not burned sufficiently and the catalyst cannot be quickly heated, so that the emission may be deteriorated.
本発明は以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、各気筒から触媒に至るまでの排気ガス通路が、上記触媒に連接される集合排気ガス通路部分と、少なくとも一つの気筒から延在し上記集合排気ガス通路部分へと連接される複数の小排気ガス通路部分とから構成されていて、同複数の小排気ガス通路部分のうちの少なくとも二つの小排気ガス通路部分は上記温度維持性能が互いに異なるように構成されている多気筒内燃機関において、エミッションの悪化を抑制しつつ上記触媒の温度を迅速に上昇させることのできる、多気筒内燃機関の制御装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas passage from each cylinder to the catalyst, a collective exhaust gas passage portion connected to the catalyst, and at least one A plurality of small exhaust gas passage portions extending from the cylinder and connected to the collective exhaust gas passage portion, and at least two of the plurality of small exhaust gas passage portions are Provided is a control device for a multi-cylinder internal combustion engine capable of rapidly raising the temperature of the catalyst while suppressing deterioration of emissions in a multi-cylinder internal combustion engine configured so that the temperature maintenance performance is different from each other. It is.
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された多気筒内燃機関の制御装置を提供する。 The present invention provides a control device for a multi-cylinder internal combustion engine described in each claim as a means for solving the above-mentioned problems.
請求項1に記載の発明は、各気筒から触媒に至るまでの排気ガス通路が、上記触媒に連接される集合排気ガス通路部分と、少なくとも一つの気筒から延在し上記集合排気ガス通路部分へと連接される複数の小排気ガス通路部分とから構成されていて、同複数の小排気ガス通路部分のうちの少なくとも二つの小排気ガス通路部分は、同小排気ガス通路部分を流通する排気ガスの温度を維持する性能である温度維持性能が互いに異なるように構成されている多気筒内燃機関において、上記触媒の温度を上昇させるべきときには、各小排気通路部分からの排気ガスが合流するときに上記温度維持性能が相対的に低い小排気ガス通路部分からの排気ガスが合流することによって排気ガス全体の温度が低下するのを抑制するように、異なる温度維持性能を有する小排気ガス通路部分へ連通する気筒もしくは気筒群毎に、燃焼空燃比と点火時期の少なくとも一方を異なる値に制御することを特徴とする、多気筒内燃機関の制御装置を提供する。 According to the first aspect of the present invention, an exhaust gas passage extending from each cylinder to the catalyst extends from the collective exhaust gas passage portion connected to the catalyst and at least one cylinder to the collective exhaust gas passage portion. A plurality of small exhaust gas passage portions connected to each other, and at least two of the plurality of small exhaust gas passage portions are exhaust gas flowing through the small exhaust gas passage portion. In a multi-cylinder internal combustion engine configured so that the temperature maintenance performance, which is the performance of maintaining the temperature of the engine, is different from each other, when the temperature of the catalyst is to be raised, when the exhaust gas from each small exhaust passage portion joins Different temperature maintenance performance so that the exhaust gas from the small exhaust gas passage part where the temperature maintenance performance is relatively low merges to prevent the temperature of the entire exhaust gas from decreasing. For each cylinder or group of cylinders communicating the small exhaust gas passage portion having, and controlling at least one different value of the ignition timing and the combustion air-fuel ratio, to provide a control apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine.
上述したように、エミッション向上の観点から内燃機関の冷間始動時には触媒の温度を迅速に上昇させることが望ましい。一方、このような触媒の温度を上昇させるべきときに上述したような多気筒内燃機関において全気筒の燃焼空燃比と点火時期をそれぞれ同一にして運転を行った場合には、上記温度維持性能が相対的に低い小排気ガス通路部分においては排気ガスの温度が下がり易く、またそのために上記後燃え現象が生じ難いため、結果としてそこを通る排気ガスの温度が上記温度維持性能が相対的に高い小排気ガス通路部分を通る排気ガスの温度に比べて相当に低くなってしまう可能性がある。そして更に、このような上記温度維持性能が相対的に低い小排気ガス通路部分からの温度の低い排気ガスが合流することによって排気ガス全体の温度が低下し、その後の上記後燃え現象の発生を阻害してしまう恐れもある。このようになると、排気ガス中の未燃燃料の充分な燃焼が行われない上に触媒の迅速な昇温も行えないため、エミッションが悪化してしまう恐れがある。 As described above, from the viewpoint of improving emissions, it is desirable to quickly raise the temperature of the catalyst when the internal combustion engine is cold started. On the other hand, when the temperature of such a catalyst is to be raised and the multi-cylinder internal combustion engine as described above is operated with the combustion air-fuel ratio and ignition timing of all the cylinders being the same, the temperature maintenance performance is In a relatively low small exhaust gas passage portion, the temperature of the exhaust gas is likely to decrease, and therefore, the above-described post-burn phenomenon is unlikely to occur. As a result, the temperature of the exhaust gas passing therethrough has a relatively high temperature maintenance performance. There is a possibility that the temperature of the exhaust gas passing through the small exhaust gas passage is considerably lower. In addition, the exhaust gas having a low temperature from the small exhaust gas passage portion having a relatively low temperature maintaining performance joins to lower the temperature of the entire exhaust gas, and the subsequent afterburn phenomenon is generated. There is also a risk of obstruction. In this case, the unburned fuel in the exhaust gas is not burned sufficiently and the catalyst cannot be quickly heated, so that the emission may be deteriorated.
これに対し、請求項1に記載の発明では、上記触媒の温度を上昇させるべきときには、各小排気通路部分からの排気ガスが合流するときに上記温度維持性能が相対的に低い小排気ガス通路部分からの排気ガスが合流することによって排気ガス全体の温度が低下するのを抑制するように、異なる温度維持性能を有する小排気ガス通路部分へ連通する気筒もしくは気筒群毎に、燃焼空燃比と点火時期の少なくとも一方を異なる値に制御するようになっている。このようにすることによって、各小排気通路部分からの排気ガスが合流したときに排気ガス全体の温度が低下するのを抑制できるので、その後の上記後燃え現象が促進され、それによって排気ガス中の未燃燃料が減少せしめられると共に排気ガス全体の温度の更なる上昇を図ることができる。そしてその結果、エミッションの悪化を抑制しつつ上記触媒の温度を迅速に上昇させることができる。 On the other hand, in the first aspect of the invention, when the temperature of the catalyst is to be raised, the small exhaust gas passage having relatively low temperature maintenance performance when the exhaust gases from the respective small exhaust passage portions merge. Combustion air-fuel ratio for each cylinder or cylinder group communicating with the small exhaust gas passage portion having different temperature maintaining performance is controlled so that the exhaust gas from the portion merges and the temperature of the entire exhaust gas is prevented from decreasing. At least one of the ignition timings is controlled to a different value. By doing so, it is possible to suppress a decrease in the temperature of the entire exhaust gas when the exhaust gases from the respective small exhaust passage portions merge, so that the above-described afterburning phenomenon is promoted, and thereby, in the exhaust gas. As a result, unburned fuel can be reduced and the temperature of the entire exhaust gas can be further increased. As a result, the temperature of the catalyst can be quickly raised while suppressing the deterioration of emissions.
請求項2に記載の発明では請求項1に記載の発明において、上記触媒の温度を上昇させるべきときには、各小排気通路部分からの排気ガスが合流したときの排気ガス全体の温度が予め定めた第1の温度以上となるように、異なる温度維持性能を有する小排気ガス通路部分へ連通する気筒もしくは気筒群毎に、燃焼空燃比と点火時期の少なくとも一方を異なる値に制御するようになっている。
In the invention according to
請求項2に記載の発明のようにすれば、上記予め定めた第1の温度を適切に設定することによって、排気ガスの合流後において上記後燃え現象を確実に生じさせ且つ促進させることができる。そしてこれにより、請求項1に記載の発明と同様、排気ガス中の未燃燃料が減少せしめられると共に排気ガス全体の温度の更なる上昇を図ることができ、その結果、エミッションの悪化を抑制しつつ上記触媒の温度を迅速に上昇させることができる。 According to the second aspect of the present invention, the afterburning phenomenon can be reliably generated and promoted after the exhaust gas is merged by appropriately setting the first predetermined temperature. . As a result, as in the first aspect of the invention, the unburned fuel in the exhaust gas can be reduced and the temperature of the entire exhaust gas can be further increased. As a result, the deterioration of emissions can be suppressed. In addition, the temperature of the catalyst can be rapidly increased.
請求項3に記載の発明では請求項1または2に記載の発明において、上記触媒の温度を上昇させるべきときには、上記温度維持性能が相対的に低い小排気ガス通路部分へ連通する気筒もしくは気筒群において、同小排気ガス通路部分からの排気ガスの合流するときの温度が予め定めた第2の温度以上になるように燃焼空燃比と点火時期の少なくとも一方を制御するようになっている。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, when the temperature of the catalyst is to be increased, a cylinder or a group of cylinders communicating with a small exhaust gas passage portion having a relatively low temperature maintenance performance. In this case, at least one of the combustion air-fuel ratio and the ignition timing is controlled so that the temperature when the exhaust gas from the small exhaust gas passage portion becomes equal to or higher than a predetermined second temperature.
上記温度維持性能が相対的に低い小排気ガス通路部分においては排気ガスの温度が下がり易く、またそのために上記後燃え現象を生じさせるのが困難である。このため、上記触媒の温度を上昇させるべきときに上記温度維持性能が相対的に低い小排気ガス通路部分へ連通する気筒もしくは気筒群においては、上記小排気ガス通路部分における後燃え現象の促進よりも排気ガス合流時における排気ガス全体の温度の低下抑制に重点をおいた制御を実施することが好ましい。このようなことから、請求項3に記載の発明のようにすれば、上記予め定めた第2の温度を適切に設定することによって、効率的且つ確実に請求項1に記載の発明と同様の作用及び効果を得ることができる。
In the small exhaust gas passage portion where the temperature maintenance performance is relatively low, the temperature of the exhaust gas tends to decrease, and it is difficult to cause the afterburning phenomenon. For this reason, in a cylinder or a group of cylinders communicating with the small exhaust gas passage portion where the temperature maintenance performance is relatively low when the temperature of the catalyst is to be raised, the afterburning phenomenon is promoted in the small exhaust gas passage portion. However, it is preferable to perform control with an emphasis on suppression of a decrease in the temperature of the entire exhaust gas at the time of exhaust gas merging. For this reason, according to the invention described in
請求項4に記載の発明では請求項3に記載の発明において、上記触媒の温度を上昇させるべきときには、上記温度維持性能が相対的に高い小排気ガス通路部分へ連通する気筒もしくは気筒群において、同小排気ガス通路部分からの排気ガスが合流するときにおける排気ガス中に含まれる未燃燃料の量が予め定めた量以下になるように燃焼空燃比と点火時期の少なくとも一方を制御するようになっている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, when the temperature of the catalyst is to be increased, in the cylinder or the cylinder group communicating with the small exhaust gas passage portion where the temperature maintaining performance is relatively high, To control at least one of the combustion air-fuel ratio and the ignition timing so that the amount of unburned fuel contained in the exhaust gas when the exhaust gas from the small exhaust gas passage portion merges is equal to or less than a predetermined amount It has become.
上記温度維持性能が相対的に高い小排気ガス通路部分においては上記後燃え現象を生じさせ易い。このため、上記触媒の温度を上昇させるべきときに上記温度維持性能が相対的に高い小排気ガス通路部分へ連通する気筒もしくは気筒群においては、上記小排気ガス通路部分における後燃え現象の促進により重点をおいた制御を実施することが好ましい。 In the small exhaust gas passage portion where the temperature maintaining performance is relatively high, the afterburning phenomenon is likely to occur. For this reason, in a cylinder or a group of cylinders that communicate with the small exhaust gas passage portion where the temperature maintenance performance is relatively high when the temperature of the catalyst is to be increased, the afterburning phenomenon is promoted in the small exhaust gas passage portion. It is preferable to implement control with emphasis.
これに対し、請求項4に記載の発明によれば、上記触媒の温度を上昇させるべきときに上記温度維持性能が相対的に高い小排気ガス通路部分へ連通する気筒もしくは気筒群において、同小排気ガス通路部分からの排気ガスが合流するときにおける排気ガス中に含まれる未燃燃料の量が予め定めた量以下になるように燃焼空燃比と点火時期の少なくとも一方を制御するようになっている。そしてこの制御は、上記小排気ガス通路部分において排気ガス中に含まれる未燃燃料を充分に燃焼させるようにして排気ガス合流時における排気ガス中の未燃燃料の量を低下させることを意図した制御、すなわち上記小排気ガス通路部分における後燃え現象を促進させる制御である。このようなことから、請求項4に記載の発明のようにすることによって、効率的且つ確実に請求項1に記載の発明と同様の作用及び効果を得ることができる。
On the other hand, according to the invention described in
請求項5に記載の発明では請求項1から4の何れかに記載の発明において、上記温度維持性能が異なるのは上記小排気通路部分の長さが異なることに起因していて、長さの短い小排気通路部分の直径が長さの長い小排気通路部分の直径よりも小さくされている。
In the invention according to
請求項5に記載に発明のようにすることによって、長さの短い小排気通路部分の温度維持性能を更に向上することができ、その内部での後燃え現象を促進することができる。これにより触媒到達時の排気ガスの温度を上昇させることができると共に排気ガス中に含まれる未燃燃料の量も減少させることができる。そしてこの結果、エミッションの向上を図ることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the temperature maintaining performance of the small exhaust passage portion having a short length can be further improved, and the afterburning phenomenon inside thereof can be promoted. As a result, the temperature of the exhaust gas when it reaches the catalyst can be raised, and the amount of unburned fuel contained in the exhaust gas can also be reduced. As a result, emission can be improved.
なお、上記小排気通路部分の長さが短い場合には、小排気通路部分の直径を小さくしてもその小排気通路部分に排気行程のタイミングの干渉しない気筒を連通させるようにすれば内燃機関の性能上の問題が生じるのを避けることができる。 When the length of the small exhaust passage portion is short, an internal combustion engine can be provided by connecting a cylinder that does not interfere with the timing of the exhaust stroke to the small exhaust passage portion even if the diameter of the small exhaust passage portion is reduced. The performance problems can be avoided.
請求項6に記載の発明では請求項1から5の何れかに記載の発明において、上記多気筒内燃機関は過給機を備えており、上記各小排気ガス通路部分に対しては上記過給機のタービンをバイパスするバイパス通路であって同バイパス通路を流通する排気ガスの量を制御するバイパス弁を有しているバイパス通路が設けられていて、上記触媒の温度を上昇させるべきときには、上記温度維持性能の相対的に高い小排気ガス通路部分に対して設けられている上記バイパス弁の開度が上記温度維持性能の相対的に低い小排気ガス通路部分に対して設けられている上記バイパス弁の開度よりも小さくなるように制御されるようになっている。 According to a sixth aspect of the invention, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, the multi-cylinder internal combustion engine includes a supercharger, and the supercharger is provided to each of the small exhaust gas passage portions. A bypass passage that bypasses the turbine of the machine and has a bypass valve that controls the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage, and when the temperature of the catalyst is to be raised, The bypass provided for the small exhaust gas passage portion having a relatively low temperature maintaining performance, and the opening degree of the bypass valve provided for the small exhaust gas passage portion having a relatively high temperature maintaining performance. Control is made to be smaller than the opening of the valve.
上記バイパス弁の開度が小さくされると、そのバイパス弁が設けられた上記バイパス通路に対応する上記小排気ガス通路部分における後燃え現象が促進される。一方、上記バイパス弁の開度が大きくされると、そのバイパス弁が設けられた上記バイパス通路に対応する上記小排気ガス通路部分からより温度の高い排気ガスが上記集合排気ガス通路部分へと流入するようになる。このようなことから、請求項6に記載の発明のようにすると、上記温度維持性能の相対的に高い小排気ガス通路部分においては後燃え現象がより促進されるようになり、上記温度維持性能の相対的に低い小排気ガス通路部分からはより温度の高い排気ガスが上記集合排気ガス通路部分へと流入するようになる。そしてこの結果、請求項6に記載の発明のようにすることによって、エミッションの悪化を更に抑制しつつ上記触媒の温度をより迅速に上昇させることができる。
When the opening degree of the bypass valve is reduced, the afterburning phenomenon in the small exhaust gas passage portion corresponding to the bypass passage provided with the bypass valve is promoted. On the other hand, when the opening degree of the bypass valve is increased, exhaust gas having a higher temperature flows into the collective exhaust gas passage portion from the small exhaust gas passage portion corresponding to the bypass passage provided with the bypass valve. Will come to do. For this reason, according to the sixth aspect of the invention, the afterburning phenomenon is further promoted in the small exhaust gas passage portion having a relatively high temperature maintaining performance, and the temperature maintaining performance is improved. From the relatively low small exhaust gas passage portion, higher temperature exhaust gas flows into the collective exhaust gas passage portion. As a result, according to the invention described in
請求項7に記載の発明によれば請求項1から6の何れかに記載の発明において、上記多気筒内燃機関にはモータジェネレータが連結されていて、上記触媒の温度を上昇させるべきときに異なる温度維持性能を有する小排気ガス通路部分へ連通する気筒もしくは気筒群毎に燃焼空燃比と点火時期の少なくとも一方を異なる値に制御する場合には、気筒間の発生トルクの差を上記モータジェネレータで吸収するように同モータジェネレータを制御するようになっている。 According to a seventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to sixth aspects, a motor generator is connected to the multi-cylinder internal combustion engine, which differs when the temperature of the catalyst should be raised. When controlling at least one of the combustion air-fuel ratio and the ignition timing to a different value for each cylinder or cylinder group communicating with the small exhaust gas passage portion having the temperature maintaining performance, the difference in generated torque between the cylinders is controlled by the motor generator. The motor generator is controlled to absorb.
上記気筒もしくは気筒群毎に燃焼空燃比や点火時期を異なる値に制御すると、気筒間で発生トルクに差が生ずる場合がある。請求項7に記載の発明のようにすれば、このような気筒間の発生トルクの差が上記モータジェネレータによって吸収されるので、上述したようなエミッションの悪化を抑制しつつ上記触媒の温度を迅速に上昇させるための制御を実施することによって生じ得るトルク変動を抑制することができる。 If the combustion air-fuel ratio and ignition timing are controlled to different values for each cylinder or cylinder group, there may be a difference in generated torque between the cylinders. According to the seventh aspect of the present invention, since the difference in torque generated between the cylinders is absorbed by the motor generator, the temperature of the catalyst is quickly increased while suppressing the deterioration of the emission as described above. Torque fluctuations that can be caused by carrying out the control for increasing the speed can be suppressed.
各請求項に記載の発明は、各気筒から触媒に至るまでの排気ガス通路が、上記触媒に連接される集合排気ガス通路部分と、少なくとも一つの気筒から延在し上記集合排気ガス通路部分へと連接される複数の小排気ガス通路部分とから構成されていて、同複数の小排気ガス通路部分のうちの少なくとも二つの小排気ガス通路部分は上記温度維持性能が互いに異なるように構成されている多気筒内燃機関において、エミッションの悪化を抑制しつつ上記触媒の温度を迅速に上昇させることができるという共通の効果を奏する。 In the invention described in each claim, an exhaust gas passage extending from each cylinder to the catalyst extends from the collective exhaust gas passage portion connected to the catalyst and at least one cylinder to the collective exhaust gas passage portion. A plurality of small exhaust gas passage portions connected to each other, and at least two small exhaust gas passage portions of the plurality of small exhaust gas passage portions are configured to have different temperature maintaining performance from each other. In the multi-cylinder internal combustion engine, there is a common effect that the temperature of the catalyst can be quickly raised while suppressing the deterioration of the emission.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals are assigned to the same members.
図1は、本発明を筒内噴射型火花点火式四気筒内燃機関に適用した場合について説明するための図である。図1を参照すると、1は内燃機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各燃焼室2内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、3aは点火栓、4は吸気マニホルドをそれぞれ示す。各気筒部分の#1〜#4はそれぞれ第一気筒から第四気筒を示している。また、5は機関冷却水の温度を検出する冷却水温度センサであり、36は内燃機関の出力軸である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a case where the present invention is applied to an in-cylinder injection spark ignition type four-cylinder internal combustion engine. Referring to FIG. 1, 1 is an internal combustion engine body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each
吸気マニホルド4は下流側吸気ダクト6を介して過給機7のコンプレッサ7aの出口に連結され、コンプレッサ7aの入口は上流側吸気ダクト8及びエアフローメータ9を介してエアクリーナ10に連結される。下流側吸気ダクト6内にはステップモータ11により駆動されるスロットル弁12が配置され、更に下流側吸気ダクト6周りには同吸気ダクト6内を流れる吸入空気を冷却するためのインタークーラ13が配置される。図1に示される構成では機関冷却水がインタークーラ13内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
The
一方、図1に示されているように本実施形態において排気マニホルドは、第一気筒と第四気筒からの排気ガスを過給機7のタービン7bの入口へと導くように構成された第一の小排気マニホルド17(第一の小排気ガス通路部分を構成する)と、第二気筒と第三気筒からの排気ガスを過給機7のタービン7bの入口へと導くように構成された第二の小排気マニホルド18(第二の小排気ガス通路部分を構成する)とから構成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, in this embodiment, the exhaust manifold is configured to guide exhaust gases from the first cylinder and the fourth cylinder to the inlet of the turbine 7 b of the
本実施形態の内燃機関においては、通常、第一気筒、第三気筒、第四気筒、第二気筒の順に爆発が行われるようになっている。したがって、ここでは排気行程が隣り合わない気筒同士が同じグループにまとめられ、各気筒からの排気ガスがそのグループ毎に独立に過給機7のタービン7bへ導かれるように排気マニホルドが構成されていると言える。そしてこのようにすると排気の脈動の相互干渉をなくすことができ、それによって高出力を引き出す等の効果を得ることができる。
In the internal combustion engine of the present embodiment, the explosion is normally performed in the order of the first cylinder, the third cylinder, the fourth cylinder, and the second cylinder. Therefore, the exhaust manifold is configured so that the cylinders whose exhaust strokes are not adjacent to each other are grouped in the same group, and the exhaust gas from each cylinder is guided to the turbine 7b of the
過給機7のタービン7bの出口は排気管14を介して排気ガスを浄化する触媒15を内蔵したケーシング16に連結される。ケーシング16には触媒15の温度を検出もしくは推定するための温度センサ21が取付けられている。なお、このような温度センサ21を設けることなく、機関の運転状態と触媒15の温度との関係を予め求めておき、機関の運転状態に基づいて触媒15の温度を推定することもできる。
The outlet of the turbine 7b of the
また、本実施形態においては上記第一及び第二の小排気マニホルド17、18のそれぞれに対して、排気ガスの一部が上記過給機7のタービン7bをバイパスして流れるようにするバイパス通路19、20が設けられている。更に各バイパス通路19、20には、それぞれのバイパス通路を流通する排気ガスの量を制御するバイパス弁19a、20aが設けられている。
Further, in the present embodiment, a bypass passage for allowing a part of the exhaust gas to flow through the turbine 7b of the
また、燃料噴射弁3は燃料供給管31を介して燃料リザーバ、いわゆるデリバリパイプ32に連結される。このデリバリパイプ32内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ33から燃料が供給され、デリバリパイプ32内に供給された燃料は各燃料供給管31を介して燃料噴射弁3に供給される。デリバリパイプ32にはデリバリパイプ32内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ34が取付けられ、燃料圧センサ34の出力信号に基づいてデリバリパイプ32内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ33の吐出量が制御される。
The
電子制御ユニット50はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス51によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)52、RAM(ランダムアクセスメモリ)53、CPU(マイクロプロセッサ)54、入力ポート55及び出力ポート56を具備する。エアフローメータ9、冷却水温度センサ5、温度センサ21及び燃料圧センサ34等の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器57を介して入力ポート55に入力される。
The
また、アクセルペダル44にはアクセルペダル44の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ45が接続され、負荷センサ45の出力電圧は対応するAD変換器57を介して入力ポート55に入力される。更に、入力ポート55には、クランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ46が接続される。
一方、出力ポート56は対応する駆動回路58を介して燃料噴射弁3、点火栓3a、スロットル弁12駆動用ステップモータ11、バイパス弁19a、20a及び燃料ポンプ33等に接続される。
The
On the other hand, the
ところで、本実施形態において、上述した触媒15はその温度がある程度高い場合、すなわち、いわゆる活性化温度以上にある場合に充分な排気ガス浄化作用を発揮するという性質を有している。このため、内燃機関の運転時には上記触媒15の温度を上記活性化温度以上に維持することが望ましく、また特に冷間始動時には上記触媒15の温度を迅速に上昇させることが望ましい。
By the way, in the present embodiment, the
ここで上記触媒15の温度は排気ガスが流通することによって上昇せしめられるので、冷間始動時には上記触媒15に流入する排気ガスの温度を高くすることが望ましいことになる。上記触媒15に流入する排気ガスの温度は、各燃焼室2から排出されるときの排気ガスの温度の他、各燃焼室2から上記触媒15に至るまでの排気ガス通路中において排気ガス中に含まれている未燃燃料がどの程度燃焼するかによっても影響を受ける。
Here, since the temperature of the
そして、この燃焼室2から上記触媒15に至るまでの排気ガス通路中において排気ガス中に含まれている未燃燃料が燃焼するという後燃え現象は、この排気ガス通路中の温度(すなわち、この排気ガス通路中における排気ガスの温度)がある程度高くないと生じ難いことがわかっている。すなわち言い換えれば、上記後燃え現象は、上記排気ガス通路中の温度(すなわち、上記排気ガス通路中における排気ガスの温度)がある特定の温度Tα以上のときに生じ易くなると言える。
The afterburning phenomenon that unburned fuel contained in the exhaust gas burns in the exhaust gas passage from the
このため、上記触媒15に流入する排気ガスの温度を高くするためにはこの排気ガス通路中の温度を上記後燃え現象が生じ易くなる温度Tα以上に高く維持することが非常に重要となる。つまり、この排気ガス通路中の温度を上記特定温度Tα以上に高く維持することによって、単純に排気ガスの温度が下がらないことに加え、後燃え現象による排気ガス温度の上昇を生じさせることができる。
For this reason, in order to increase the temperature of the exhaust gas flowing into the
一方、本実施形態の内燃機関のように、各気筒から上記触媒15に至るまでの排気ガス通路が、上記触媒15に連接される集合排気ガス通路部分(すなわち、過給機7のタービン7bの入口から上記触媒15に至るまでの部分)と、少なくとも一つの気筒から延在し上記集合排気ガス通路部分へと連接される複数の小排気ガス通路部分(すなわち、上記第一及び第二の小排気マニホルド17、18)とから構成されている場合には、各小排気ガス通路部分によってその中を流通する排気ガスの温度を維持する性能、すなわち温度維持性能が異なる場合がある。
On the other hand, as in the internal combustion engine of the present embodiment, the exhaust gas passage from each cylinder to the
すなわち例えば、本実施形態では図1からも分かるように各気筒の配置の関係で、第一気筒と第四気筒からの排気ガスを導く上記第一の小排気マニホルド17の方が第二気筒と第三気筒からの排気ガスを導く上記第二の小排気マニホルド18よりも長くなっている。このような場合、長さの長い上記第一の小排気マニホルド17の方が、それを構成する部材の表面積(放熱面積)や熱容量が大きいため、上記温度維持性能が劣ることになる。
That is, for example, as can be seen from FIG. 1, in the present embodiment, the first
そして、このような場合に上記触媒15を昇温すべく全気筒において同様の制御を行うと、上記温度維持性能の高い小排気ガス通路部分である上記第二の小排気マニホルド18においては上記後燃え現象が生じるものの、上記温度維持性能の低い小排気ガス通路部分である上記第一の小排気マニホルド17においては上記後燃え現象が生じないためにそこを通る排気ガスの温度が低くなってしまう可能性がある。そしてこの温度の低い排気ガスが上記温度維持性能の高い小排気ガス通路部分である上記第二の小排気マニホルド18からの排気ガスと合流すると排気ガス全体の温度が下がり、それによってその後の上記後燃え現象の発生を阻害してしまう恐れがある。このようになると、排気ガス中の未燃燃料の充分な燃焼が行われない上に上記触媒15の迅速な昇温も行えないため、エミッションが悪化してしまう恐れがある。
In such a case, if the same control is performed in all cylinders in order to raise the temperature of the
そこで本実施形態では以上のような点を考慮し、以下で説明するような特別な制御を行って、エミッションの悪化を抑制しつつ上記触媒15の温度を迅速に上昇させるようにしている。なお、以下で説明する本実施形態における制御は、基本的には燃焼空燃比(すなわち、燃焼室2内における平均空燃比)AFと、排気ガスの温度Teg及び排気ガス中に含まれる未燃燃料の量Hcqとの間に図2に示されるような関係があることを利用している。そこで、具体的な制御の説明の前に、ここでまずこの図2に示されている関係と本実施形態で実施される制御との関係について簡単に説明する。
In view of the above, in the present embodiment, special control as described below is performed to rapidly increase the temperature of the
すなわち、図2は内燃機関の点火時期を一定とした場合における燃焼空燃比AFと排気ガスの温度Teg及び排気ガス中に含まれる未燃燃料の量Hcqとの関係の一例を示したものである。より詳細には、図中の実線で示された曲線Teg1は、上記第一の小排気マニホルド17からの排気ガスの上記過給機7のタービン7bの入口における温度の燃焼空燃比AFとの関係を示し、一点鎖線で示された曲線Teg2は、上記第二の小排気マニホルド18からの排気ガスの上記過給機7のタービン7bの入口における温度の燃焼空燃比AFとの関係を示している。また、図中の実線で示された曲線Hcq1は、上記過給機7のタービン7bの入口において上記第一の小排気マニホルド17からの排気ガス中に含まれている未燃燃料の量の燃焼空燃比AFとの関係を示し、一点鎖線で示された曲線Hcq2は、上記過給機7のタービン7bの入口において上記第二の小排気マニホルド18からの排気ガス中に含まれている未燃燃料の量の燃焼空燃比AFとの関係を示している。
That is, FIG. 2 shows an example of the relationship between the combustion air-fuel ratio AF, the exhaust gas temperature Teg, and the amount Hcq of unburned fuel contained in the exhaust gas when the ignition timing of the internal combustion engine is constant. . More specifically, a curve Teg1 indicated by a solid line in the drawing represents the relationship between the combustion air-fuel ratio AF of the temperature of the exhaust gas from the first
この図から明らかなように、排気ガスの温度Teg及び排気ガス中に含まれる未燃燃料の量Hcqは燃焼空燃比AFによって変化する。また、これらの関係は上記小排気通路部分である上記第一及び第二の小排気マニホルド17、18の上記温度維持性能によっても変化する。更に、この図において燃焼空燃比AFをAF1とした場合には、上記第一及び第二の小排気マニホルド17、18からの排気ガスのそれぞれに対し、排気ガス中の未燃燃料の量Hcqが最も少なくなっている。また、燃焼空燃比AFをAF2とした場合には、上記第一及び第二の小排気マニホルド17、18からの排気ガスのそれぞれに対し、排気ガスの温度Tegが最も高くなっている。
As is clear from this figure, the exhaust gas temperature Teg and the amount Hcq of unburned fuel contained in the exhaust gas vary depending on the combustion air-fuel ratio AF. These relationships also vary depending on the temperature maintenance performance of the first and second
ここで、この図に基づいて機関始動時に上記触媒15を昇温する場合の燃焼空燃比制御について考えてみると、エミッションの悪化を抑制しつつ上記触媒15を迅速に昇温するためには、排気ガスの温度Tegをある程度高く維持できるのであれば、燃焼空燃比AFを排気ガス中の未燃燃料の量Hcqを少なくできる燃焼空燃比AF1にするのが好ましい。しかしながら、実際には燃焼空燃比AFを上記AF1にすると、上記温度維持性能の低い小排気ガス通路部分である上記第一の小排気マニホルド17においては排気ガスの温度が低くなってしまい、排気ガスの合流後において排気ガス全体の温度を下げ、結果としてその後の上記後燃え現象の発生を阻害してしまう可能性がある。
Here, considering the combustion air-fuel ratio control in the case where the temperature of the
そして、以上のことを考慮すると、排気ガスの温度Tegをある程度高く維持できる上記温度維持性能の高い小排気ガス通路部分である上記第二の小排気マニホルド18に連通されている気筒、すなわち第二気筒及び第三気筒においては、燃焼空燃比AFを後燃え現象を促進し排気ガス中の未燃燃料の量Hcqを少なくできる燃焼空燃比AF1にするのが好ましい一方、上記温度維持性能の低い小排気ガス通路部分である上記第一の小排気マニホルド17に連通されている気筒、すなわち第一気筒及び第四気筒においては、燃焼空燃比AFを排気ガスの温度Tegを高くする燃焼空燃比AF2にすることが好ましいと考えられる。
In consideration of the above, the cylinder communicated with the second
以下で説明する本実施形態における制御は基本的にはこのような考えに基づいたものである。すなわち、本実施形態における制御は簡単に言えば、上記触媒15の温度を上昇させるべきときには、各小排気通路部分からの排気ガスが合流するときに上記温度維持性能が相対的に低い小排気ガス通路部分からの排気ガスが合流することによって排気ガス全体の温度が低下するのを抑制するように、異なる温度維持性能を有する小排気ガス通路部分へ連通する気筒群毎に、燃焼空燃比を異なる値に制御するというものである。
Control in the present embodiment described below is basically based on such an idea. That is, the control in the present embodiment is simply described. When the temperature of the
また、より詳細には、本実施形態における制御では、上記触媒15の温度を上昇させるべきときには、各小排気通路部分からの排気ガスが合流したときの排気ガス全体の温度が予め定めた第1の温度Tx以上となるように、異なる温度維持性能を有する小排気ガス通路部分へ連通する気筒群毎に、燃焼空燃比を異なる値に制御するようになっている。ここで、上記第1の温度Txは、例えば、上述した特定温度Tα以上の温度とされる。
More specifically, in the control according to the present embodiment, when the temperature of the
そして、以上のような制御が行われると、各小排気通路部分からの排気ガスが合流したときに排気ガス全体の温度が低下するのを抑制でき上記第1の温度Tx以上に維持できるので、その後の上記後燃え現象が促進され、それによって排気ガス中の未燃燃料が減少せしめられると共に排気ガス全体の温度の更なる上昇を図ることができる。そしてその結果、エミッションの悪化を抑制しつつ上記触媒15の温度を迅速に上昇させることができる。
And when the above control is performed, it is possible to suppress the temperature of the entire exhaust gas from being lowered when the exhaust gases from the respective small exhaust passage portions are merged, so that the temperature can be maintained above the first temperature Tx. Thereafter, the afterburning phenomenon is promoted, whereby unburned fuel in the exhaust gas is reduced and the temperature of the entire exhaust gas can be further increased. As a result, the temperature of the
以下、図3を参照しつつ本実施形態で実施される制御について具体的に説明する。図3は本実施形態において機関始動時における燃料噴射量、点火時期、バイパス弁19a、20aの開度等を設定するために実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、ここでは各気筒への吸入空気量を考慮して燃料噴射量が設定されるため、燃料噴射量を設定することは燃焼空燃比を設定することと同義である。また、本実施形態の内燃機関では機関始動時において、この制御ルーチンを実施することによって設定される燃料噴射量、点火時期、バイパス弁の開度等に基づいて制御がなされるようになっている。
Hereinafter, the control performed in the present embodiment will be specifically described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a control routine of control executed in order to set the fuel injection amount, ignition timing, opening degree of the
本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ101において内燃機関が運転中であるか否かが判定される。ステップ101において内燃機関が運転中ではないと判定されるとステップ125に進む。ステップ125では、機関冷却水温度Twの始動前の値(すなわち、始動前機関冷却水温度)Twbが取込まれると共に、後述する積算値Avの値が初期化される(すなわち、Av=0とされる)。そしてその後、本制御ルーチンは一旦終了し再度始めから繰り返される。
When this control routine starts, it is first determined in
一方、ステップ101において内燃機関が運転中であると判定されるとステップ103に進む。ステップ103では機関冷却水温度Twが予め定めた基準冷却水温度Twc未満であるか否かが判定される。この判定はすなわち機関が冷間始動されたか否かの判定であり、より詳細には内燃機関が冷間状態にあるか否かの判定である。上記基準冷却水温度Twcはこのような趣旨で予め適切に設定される。
On the other hand, if it is determined in
ステップ103において機関冷却水温度Twが上記基準冷却水温度Twc未満ではない、すなわち予め定めた基準冷却水温度Twc以上であると判定される場合は、内燃機関が既に冷間状態にはないと判定された場合であり、この場合にはステップ127に進む。ステップ127に進むとそこで上記積算値Avの値が初期化され(すなわち、Av=0とされ)、その後、本制御ルーチンは一旦終了して再度始めから繰り返される。
If it is determined in
一方、ステップ103において機関冷却水温度Twが上記基準冷却水温度Twc未満であると判定される場合は、内燃機関が未だ冷間状態にあると判定された場合であり、この場合にはステップ105に進む。ステップ105に進んだ場合には、そこで内燃機関がアイドリング状態にあるか否かが判定される。本実施形態においては、内燃機関の搭載された車両の速度がほぼゼロであり、且つアクセルペダル44の踏込み量Lがほぼゼロであるときに内燃機関がアイドリング状態であると判定される。
On the other hand, when it is determined in
ステップ105において内燃機関がアイドリング状態ではないと判定された場合には、ステップ127に進み、そこで上記積算値Avの値が初期化され(すなわち、Av=0とされ)、その後、本制御ルーチンは一旦終了して再度始めから繰り返される。一方、ステップ105において内燃機関がアイドリング状態であると判定された場合には、ステップ107に進む。
If it is determined in
ステップ107では、積算値Avの積算が開始もしくは継続される。本実施形態においてこの積算値Avは内燃機関の始動後の吸入空気量の積算値である。すなわち、今回の内燃機関の始動後、最初にステップ107の制御が実施された場合には上記吸入空気量の積算が開始され、それ以外の場合、すなわち今回の内燃機関の始動後、二度目以降にステップ107の制御が実施された場合であって既に積算が開始されている場合には上記吸入空気量の積算が継続される。この積算値Avは後述するステップ113における判定で用いられる。なお、他の実施形態ではこの積算値Avを内燃機関の始動後の経過時間としてもよい。
In
ステップ107に続いてはステップ109に進む。ステップ109では第二気筒及び第三気筒における燃料噴射量及び点火時期が決定される。ここで上記第二気筒及び第三気筒は共に上述した温度維持性能の高い第二の小排気マニホルド18に連通する気筒である。したがって、ここでは上記燃料噴射量が、上記第二気筒及び第三気筒における燃焼空燃比が後燃え現象を促進し排気ガスの合流時において排気ガス中の未燃燃料の量Hcqが少なくなるような燃焼空燃比(すなわち上述した図2におけるAF1に相当するような空燃比)となる燃料噴射量に決定されるようになっている。
Following
より詳細には本実施形態においては、ここで決定される燃料噴射量は、上記第二気筒及び第三気筒における燃焼空燃比がこれらの気筒からの排気ガス中の未燃燃料の量Hcqが合流時において予め定めた量(すなわち、基準となる許容量)以下になるような燃焼空燃比となる燃料噴射量とされる。 More specifically, in the present embodiment, the fuel injection amount determined here is the same as the combustion air-fuel ratio in the second cylinder and the third cylinder, and the amount Hcq of unburned fuel in the exhaust gas from these cylinders is merged. The fuel injection amount at which the combustion air-fuel ratio becomes equal to or smaller than a predetermined amount (that is, a reference allowable amount) at the time is set.
本実施形態では、このような燃料噴射量が内燃機関のアイドリング状態におけるスロットル弁開度及び機関回転数等に基づいて定まる吸入空気量も考慮して予め求められて対応する点火時期と共にマップ化されており、ステップ109ではこのマップに基づいて適切な燃料噴射量と点火時期が求められるようになっている。
In this embodiment, such a fuel injection amount is obtained in advance in consideration of the intake air amount determined based on the throttle valve opening, the engine speed, etc. in the idling state of the internal combustion engine, and is mapped together with the corresponding ignition timing. In
ステップ109において上記第二気筒及び第三気筒における燃料噴射量及び点火時期が決定されるとステップ111に進む。ステップ111では基準積算値Cvが決定される。この基準積算値Cvは、後続するステップ113において上記積算値Avと比較して、内燃機関の始動後の吸入空気量の積算値(あるいは、他の実施形態では内燃機関の始動後の経過時間)に基づいて、まだ上記触媒15の温度を上昇させるべき状態にあるか否かを判定するためのものである。本実施形態においてこの基準積算値Cvはこのような趣旨を考慮し、ステップ125で取込まれた始動前機関冷却水温度Twbに基づいて適切に決定される。なお、通常は上記始動前機関冷却水温度Twbが低いほど上記基準積算値Cvは大きくなる。
When the fuel injection amount and ignition timing in the second and third cylinders are determined in
ステップ111で基準積算値Cvが決定されるとステップ113に進む。ステップ113では上述したように上記基準積算値Cvと上記積算値Avとが比較される。ステップ113において上記基準積算値Cvが上記積算値Avよりも大きいと判定される場合は、まだ上記触媒15の温度を上昇させるべき状態にあると判定される場合であり、この場合にはステップ115に進んで第一気筒及び第四気筒における燃料噴射量及び点火時期が決定される。
When the reference integrated value Cv is determined in
ここで上記第一気筒及び第四気筒は共に上述した温度維持性能の低い第一の小排気マニホルド17に連通する気筒である。また、上述したようにステップ115に進む場合はまだ上記触媒15の温度を上昇させるべき状態にある場合である。したがって、ここでは燃料噴射量が、上記第一気筒及び第四気筒における燃焼空燃比がこれらの気筒からの排気ガスの合流時における温度Tegが高くなるような燃焼空燃比(すなわち上述した図2におけるAF2に相当するような空燃比)となる燃料噴射量に決定されるようになっている。
Here, the first cylinder and the fourth cylinder are both cylinders communicating with the first
より詳細には本実施形態においては、ここで決定される燃料噴射量は、上記第一気筒及び第四気筒における燃焼空燃比が、これらの気筒からの排気ガスの合流時における温度が予め定めた第2の温度Ty以上になるような燃焼空燃比となる燃料噴射量である。なおここで上記第2の温度Tyは、例えば合流したときの排気ガス全体の温度が上述した第1の温度Tx以上となるような温度であり、予め適切に定められる。 More specifically, in the present embodiment, the fuel injection amount determined here is determined in advance by the combustion air-fuel ratio in the first cylinder and the fourth cylinder, and the temperature when the exhaust gas from these cylinders merges. This is the fuel injection amount at which the combustion air-fuel ratio becomes higher than the second temperature Ty. Here, the second temperature Ty is a temperature at which, for example, the temperature of the whole exhaust gas when combined is equal to or higher than the first temperature Tx described above, and is appropriately determined in advance.
本実施形態では、上記のような燃料噴射量が内燃機関のアイドリング状態におけるスロットル弁開度及び機関回転数等に基づいて定まる吸入空気量も考慮して予め求められて対応する点火時期と共にマップ化されており、ステップ115ではこのマップに基づいて適切な燃料噴射量と点火時期が求められるようになっている。なお、通常はステップ115において決定される燃料噴射量で実現しようとする燃焼空燃比は上記ステップ109において決定される燃料噴射量で実現しようとする燃焼空燃比よりも小さい。
In the present embodiment, the fuel injection amount as described above is determined in advance in consideration of the intake air amount determined based on the throttle valve opening, the engine speed, etc. in the idling state of the internal combustion engine, and is mapped together with the corresponding ignition timing. In
ステップ115において上記第一気筒及び第四気筒における燃料噴射量及び点火時期が決定されるとステップ117に進み、対応するバイパス弁19aの開度が決定される。ここで決定されるバイパス弁19aの開度は、上記触媒15を昇温するのに適切な量の排気ガスが上記第一の小排気マニホルド17内から過給機7のタービン7bをバイパスして流れるようにする開度である。すなわち、この場合、過給機7のタービン7bをバイパスした高温の排気ガスを上記触媒15に供給するようにして同触媒15を迅速に昇温するようにする。なお、本実施形態では上記のような適切な開度が事前に求められており、ステップ117ではその開度がバイパス弁19aの開度として取込まれることになる。
When the fuel injection amount and the ignition timing in the first cylinder and the fourth cylinder are determined in
ステップ117において上記パイパス弁19aの開度が決定されるとステップ123に進む。ステップ123では、ステップ109において決定された上記第二気筒及び第三気筒における燃料噴射量及び点火時期に対応するバイパス弁20aの開度が決定される。ここでバイパス弁20aの開度は、上記ステップ117で決定されたバイパス弁19aの開度よりも小さい開度であって上記第二の小排気マニホルド18における上記後燃え現象を促進させるような開度に決定される。
When the opening degree of the
すなわち、この場合、バイパス弁20aの開度を小さくして過給機7のタービン7bをバイパスする排気ガスの量を少なくし、上記タービン7bの上流における圧力を増加して上記後燃え現象を促進させるようにする。このようにすることで排気ガス温度を上昇させると共に排気ガス中の未燃燃料の量を減らすことができる。なお、本実施形態では上記のような適切な開度が事前に求められており、ステップ123ではその開度がバイパス弁20aの開度として取込まれることになる。ステップ123において上記バイパス弁20aの開度が決定されると本制御ルーチンは一旦終了して再度始めから繰り返される。
That is, in this case, the opening degree of the
一方、ステップ113において上記基準積算値Cvが上記積算値Av以下であると判定される場合は、既に上記触媒15の温度を上昇させるべき状態にはないと判定される場合であり、この場合にはステップ119に進んで上記第一気筒及び第四気筒における燃料噴射量及び点火時期が決定される。
On the other hand, when it is determined in
上述したように上記第一気筒及び第四気筒は共に温度維持性能の低い第一の小排気マニホルド17に連通する気筒であるが、ステップ119に進む場合はある程度暖機が進み、既に上記触媒15の温度を上昇させるべき状態にはない場合である。このようなことからここでは燃料噴射量が、上記第一気筒及び第四気筒における燃焼空燃比が後燃え現象を促進し排気ガスの合流時において排気ガス中の未燃燃料の量Hcqが少なくなるような燃焼空燃比(すなわち上述した図2におけるAF1に相当するような空燃比)となる燃料噴射量に決定されるようになっている。
As described above, the first cylinder and the fourth cylinder are both cylinders communicating with the first
より詳細には本実施形態においては、ここで決定される燃料噴射量は、上記第一気筒及び第四気筒における燃焼空燃比がこれらの気筒からの排気ガス中の未燃燃料の量Hcqが合流時において予め定めた量(すなわち、基準となる許容量)以下になるような燃焼空燃比となる燃料噴射量とされる。 More specifically, in the present embodiment, the fuel injection amount determined here is the same as the combustion air-fuel ratio in the first cylinder and the fourth cylinder, which is the amount of unburned fuel in the exhaust gas from these cylinders Hcq. The fuel injection amount at which the combustion air-fuel ratio becomes equal to or smaller than a predetermined amount (that is, a reference allowable amount) at the time is set.
すなわち、ステップ119に進む場合には上記第一の小排気マニホルド17も既にある程度暖められているため、温度維持性能が低くてもそこで上記後燃え現象を生ずることが可能であると考えられる。そのため、ここでは排気ガス中の未燃燃料の量を低減することを重視した制御が行われるようになっている。
That is, when proceeding to step 119, since the first
本実施形態では、上述したような燃料噴射量が内燃機関のアイドリング状態におけるスロットル弁開度及び機関回転数等に基づいて定まる吸入空気量も考慮して予め求められて対応する点火時期と共にマップ化されており、ステップ119ではこのマップに基づいて適切な燃料噴射量と点火時期が求められるようになっている。
In the present embodiment, the fuel injection amount as described above is determined in advance in consideration of the intake air amount determined based on the throttle valve opening, the engine speed, etc. in the idling state of the internal combustion engine, and is mapped together with the corresponding ignition timing. In
ステップ119において上記第一気筒及び第四気筒における燃料噴射量及び点火時期が決定されるとステップ121に進み、対応するバイパス弁19aの開度が決定される。ここではバイパス弁19aの開度は、上述したステップ123におけるバイパス弁20aの開度と同様、上記ステップ117で決定されたバイパス弁19aの開度よりも小さい開度であって上記第一の小排気マニホルド17における上記後燃え現象を促進させるような開度に決定される。
When the fuel injection amount and the ignition timing in the first cylinder and the fourth cylinder are determined in
すなわち、この場合、バイパス弁19aの開度を小さくして過給機7のタービン7bをバイパスする排気ガスの量を少なくし、上記タービン7bの上流における圧力を増加して上記後燃え現象を促進させるようにする。このようにすることで排気ガス温度を上昇させると共に排気ガス中の未燃燃料の量を減らすことができる。なお、本実施形態では上記のような適切な開度が事前に求められており、ステップ121ではその開度がバイパス弁19aの開度として取込まれることになる。ステップ121において上記バイパス弁19aの開度が決定されるとステップ123に進む。ステップ123では上述したようにして上記バイパス弁20aの開度が決定され、その後本制御ルーチンは一旦終了して再度始めから繰り返される。
なお、他の実施形態においては上記ステップ113における判定を上記触媒15の温度に基づいて行うようにしてもよい。
That is, in this case, the opening degree of the
In other embodiments, the determination in
図4は、図3に示された制御ルーチンが実施された場合における内燃機関始動後の第一の小排気マニホルド17の温度と第一及び第四気筒の燃焼空燃比の経時変化の一例を示したものである。第一の小排気マニホルド17の温度に関しては、図3に示された制御ルーチンが実施された場合が実線で示され、第一及び第四気筒の燃焼空燃比がリーン側の空燃比であるAF1とされた場合が一点鎖線で示され、リッチ側の空燃比であるAF2とされた場合が二点鎖線で示されている。
FIG. 4 shows an example of changes over time in the temperature of the first
この図の例では、時刻t0に内燃機関が始動されており、それから時刻t1までは第一及び第四気筒の燃焼空燃比がリッチ側の空燃比であるAF2とされている。時刻t1において上記積算値Avが上記基準積算値Cv以上になったと判定され、第一及び第四気筒の燃焼空燃比がリッチ側の空燃比であるAF2からリーン側の空燃比であるAF1に切換えられている。時刻t1においては第一の小排気マニホルド17の温度は上記特定温度Tαを超えており、同小排気マニホルド17内においても充分に上記後燃え現象が生じる状態となっている。
In the example of this figure, the internal combustion engine is started at time t0, and until that time t1, the combustion air-fuel ratios of the first and fourth cylinders are AF2 that is the rich air-fuel ratio. At time t1, it is determined that the integrated value Av is equal to or higher than the reference integrated value Cv, and the combustion air-fuel ratio of the first and fourth cylinders is switched from AF2 that is the rich air-fuel ratio to AF1 that is the lean air-fuel ratio. It has been. At time t1, the temperature of the first
なお、本実施形態においては図1にも示されているように長さの短い小排気通路部分である第二の小排気マニホルド18の直径が長さの長い小排気通路部分である第一の小排気マニホルド17の直径よりも小さくされている。このようにすることによって、長さの短い小排気通路部分である第二の小排気マニホルド18の熱容量や放熱面積を減少することが可能となり温度維持性能を更に向上することができるので、その内部での後燃え現象を促進することができる。そしてこれにより触媒到達時の排気ガスの温度を上昇させることができると共に排気ガス中に含まれる未燃燃料の量も減少させることができる。そしてこの結果、エミッションの向上を図ることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the second
なお、ここでは上記第二の小排気マニホルド18の長さが短いため、その直径を小さくしても(すなわち例えば、一気筒分の排気ガス量に対応する直径としても)そこへ排気行程のタイミングの干渉しない気筒(すなわち第二気筒と第三気筒)を連通させるようにすれば内燃機関の性能上の問題が生じるのを避けることができる。
Here, since the length of the second
更に、本実施形態においては、上記ステップ109、ステップ115及びステップ119における点火時期の決定において、各気筒における発生トルクが同じになるような点火時期に決定されるようになっている。すなわち、これまでの説明から分かるように図3に示した制御ルーチンが実施される場合、第一及び第四気筒と第二及び第三気筒とはそれぞれ異なる燃焼空燃比となるように制御される場合がある。そしてこのような場合には、気筒間で発生トルクに差が生じる可能性がある。これに対し本実施形態では、燃焼空燃比の異なる気筒群毎に点火時期を異なる値に設定するようにし、気筒間で発生トルクに差が生じないようにしている。より具体的には、本実施形態では燃焼空燃比の低い気筒では燃焼空燃比の高い気筒よりも遅角された点火時期が設定されるようになっている。そしてこのようにすることで上述したような気筒群毎の燃焼空燃比制御を実施することによって生じ得るトルク変動を抑制することができる。
Further, in the present embodiment, the ignition timing is determined so that the generated torque in each cylinder becomes the same in the determination of the ignition timing in the above-mentioned
また、他の実施形態では、上述したような気筒間における発生トルクの差をモータジェネレータによって吸収するようにしてもよい。図5はこの場合の構成について説明するための図である。図5に示された構成は基本的に図1に示された構成と同様であり、共通する部分については説明を省略する。 In another embodiment, the difference in generated torque between the cylinders as described above may be absorbed by a motor generator. FIG. 5 is a diagram for explaining the configuration in this case. The configuration shown in FIG. 5 is basically the same as the configuration shown in FIG. 1, and the description of common parts is omitted.
図5を参照すると、この構成では内燃機関の出力軸36にモータジェネレータ37が連結され、更に変速機35が連結されている。このモータジェネレータ37は内燃機関の駆動力とは別個に駆動力を発生する電気モータとしての機能と、外力によって駆動されて発電を行う発電機としての機能の両方を備えている。
Referring to FIG. 5, in this configuration, a motor generator 37 is connected to the
図5に示される構成ではこのモータジェネレータ37は内燃機関の出力軸36上に取付けられ且つ外周面に複数個の永久磁石を取付けたロータ38と、回転磁界を形成する励磁コイルを巻設したステータ39とを具備した交流同期電動機のような構成を有している。ステータ39の励磁コイルはモータジェネレータ制御回路40に接続され、このモータジェネレータ制御回路40は直流高電圧を発生するバッテリ41に接続される。
In the configuration shown in FIG. 5, the motor generator 37 is mounted on an
上述したようにモータジェネレータ37を外力により駆動する状態にすると発電機として作動せしめることができ、このとき発生した電力がバッテリ41に回生される。モータジェネレータ37を発電機として作動せしめる場合にはモータジェネレータ制御回路40によりモータジェネレータ37によって発生せしめられた電力がバッテリ41に回生されるように制御される。
As described above, when the motor generator 37 is driven by an external force, it can be operated as a generator, and the electric power generated at this time is regenerated in the battery 41. When the motor generator 37 is operated as a generator, the motor
なお、この構成では電子制御ユニット50の入力ポート55に変速機35の変速比または変速段、及び変速機35の出力軸30の回転数等を表わす種々の信号も入力されるようになっている。また、出力ポート56は対応する駆動回路58を介して変速機35にも接続されている。更に出力ポート56はモータジェネレータ制御回路40を介してモータジェネレータ37へ接続されている。
In this configuration, various signals representing the gear ratio or speed of the
この実施形態では以上のような構成において、上述したような気筒間における発生トルクの差をモータジェネレータ37によって吸収するようにしている。すなわち、図3に示した制御ルーチンによる制御が実施され、上記触媒15の温度を上昇させるべく上記第一及び第四気筒における燃焼空燃比が上記第二及び第三気筒における燃焼空燃比よりも小さくされた場合を例にとると、より大きなトルクの発生する上記第一及び第四気筒の膨張行程が到来するタイミングにおいてモータジェネレータ37によるトルク吸収制御が実施されるようになっている。つまりこの場合、トルク差の発生が周期的であり予測可能であることから、それに応じてモータジェネレータ37を制御することによってトルク差を吸収することができる。
In this embodiment, in the configuration as described above, the difference in generated torque between the cylinders as described above is absorbed by the motor generator 37. That is, the control by the control routine shown in FIG. 3 is performed, and the combustion air-fuel ratio in the first and fourth cylinders is smaller than the combustion air-fuel ratio in the second and third cylinders in order to increase the temperature of the
より詳細には、まず図3に示した制御ルーチンによる制御が実施されて決定された上記第一及び第四気筒における燃焼空燃比及び点火時期、並びに上記第二及び第三気筒における燃焼空燃比及び点火時期等に基づいて、上記第一及び第四気筒において発生するトルクと上記第二及び第三気筒において発生するトルクとが算出される。次にこれら算出されたトルクの差が算出され、吸収すべきトルク差が求められる。そして、より大きなトルクが発生する上記第一及び第四気筒の膨張行程が到来するタイミングで上記の吸収すべきトルク差の分だけトルクを吸収するように上記モータジェネレータ37が制御される。 More specifically, first, the combustion air-fuel ratio and ignition timing in the first and fourth cylinders determined by the control by the control routine shown in FIG. 3 and the combustion air-fuel ratio in the second and third cylinders are determined. Based on the ignition timing and the like, the torque generated in the first and fourth cylinders and the torque generated in the second and third cylinders are calculated. Next, the calculated torque difference is calculated, and the torque difference to be absorbed is obtained. The motor generator 37 is controlled so as to absorb the torque corresponding to the torque difference to be absorbed at the timing when the expansion strokes of the first and fourth cylinders at which a larger torque is generated.
このようにすると、上述したように気筒群毎に燃焼空燃比や点火時期を制御することによって生じ得るトルク変動を抑制することができる。また、この場合、モータジェネレータ37によるトルク吸収限界までは気筒間の発生トルク差を大きくすることが許容されるので、エミッションの悪化を抑制しつつ上記触媒15の温度をより迅速に上昇させるという目的のために、より適した燃焼空燃比や点火時期を気筒群毎に設定することが可能となる。
In this way, as described above, torque fluctuations that can be caused by controlling the combustion air-fuel ratio and ignition timing for each cylinder group can be suppressed. Further, in this case, since it is allowed to increase the generated torque difference between the cylinders until the torque absorption limit by the motor generator 37, the object of increasing the temperature of the
なお、以上では四気筒内燃機関の場合を例にとって説明しているが、本発明は六気筒、八気筒、十気筒といった他の多気筒内燃機関にも適用可能である。また、以上では過給機を有する内燃機関を例にとって説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく過給機を有していない内燃機関にも適用可能である。 In the above description, the case of a four-cylinder internal combustion engine has been described as an example. However, the present invention can also be applied to other multi-cylinder internal combustion engines such as six cylinders, eight cylinders, and ten cylinders. In the above description, an internal combustion engine having a supercharger has been described as an example. However, the present invention is not limited to this and can be applied to an internal combustion engine having no supercharger.
また、以上では異なる温度維持性能を有する小排気ガス通路部分へ連通する気筒群毎に燃焼空燃比と点火時期の両方を異なる値に制御するかのように説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、同様の効果を得るために、異なる温度維持性能を有する小排気ガス通路部分へ連通する気筒群(もしくは気筒)毎に、燃焼空燃比と点火時期の何れか一方を異なる値に制御するようにしてもよい。 In the above description, both the combustion air-fuel ratio and the ignition timing are controlled to be different values for each cylinder group communicating with the small exhaust gas passage portions having different temperature maintenance performances. In order to obtain the same effect, one of the combustion air-fuel ratio and the ignition timing is set for each cylinder group (or cylinder) communicating with the small exhaust gas passage portion having different temperature maintaining performance. You may make it control to a different value.
すなわち例えば、図2と同様に示すことができる燃焼空燃比を一定とした場合の点火時期と排気ガスの温度Teg及び排気ガス中に含まれる未燃燃料の量Hcqとの関係に基づいて、上記気筒群(もしくは気筒)毎に点火時期を異なる値に制御するようにしてもよい。なお、このような場合にはトルク変動を抑制するために上述したようにモータジェネレータを用いるのが有効である。 That is, for example, based on the relationship between the ignition timing when the combustion air-fuel ratio is constant as shown in FIG. 2, the temperature Teg of the exhaust gas, and the amount Hcq of unburned fuel contained in the exhaust gas, The ignition timing may be controlled to a different value for each cylinder group (or cylinder). In such a case, it is effective to use the motor generator as described above in order to suppress the torque fluctuation.
1 内燃機関本体
3 燃料噴射弁
12 スロットル弁
15 触媒
17 第一の小排気マニホルド
18 第二の小排気マニホルド
19a、20a バイパス弁
37 モータジェネレータ
41 バッテリ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
上記触媒の温度を上昇させるべきときには、各小排気通路部分からの排気ガスが合流するときに上記温度維持性能が相対的に低い小排気ガス通路部分からの排気ガスが合流することによって排気ガス全体の温度が低下するのを抑制するように、異なる温度維持性能を有する小排気ガス通路部分へ連通する気筒もしくは気筒群毎に、燃焼空燃比と点火時期の少なくとも一方を異なる値に制御することを特徴とする、多気筒内燃機関の制御装置。 An exhaust gas passage extending from each cylinder to the catalyst is connected to the collective exhaust gas passage portion connected to the catalyst, and a plurality of small exhaust gases extending from at least one cylinder and connected to the collective exhaust gas passage portion. At least two small exhaust gas passage portions of the plurality of small exhaust gas passage portions, and the temperature is a performance that maintains the temperature of the exhaust gas flowing through the small exhaust gas passage portion. In a multi-cylinder internal combustion engine configured to have different maintenance performances,
When the temperature of the catalyst is to be raised, the exhaust gas from the small exhaust gas passage portions having relatively low temperature maintenance performance when the exhaust gases from the respective small exhaust passage portions are joined together, so that the entire exhaust gas To control at least one of the combustion air-fuel ratio and the ignition timing to a different value for each cylinder or cylinder group communicating with the small exhaust gas passage portion having different temperature maintaining performance so as to suppress the temperature of the engine from decreasing. A control device for a multi-cylinder internal combustion engine.
上記触媒の温度を上昇させるべきときには、上記温度維持性能の相対的に高い小排気ガス通路部分に対して設けられている上記バイパス弁の開度が上記温度維持性能の相対的に低い小排気ガス通路部分に対して設けられている上記バイパス弁の開度よりも小さくなるように制御されることを特徴とする、請求項1から5の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置。 The multi-cylinder internal combustion engine includes a supercharger, and each small exhaust gas passage portion is a bypass passage that bypasses the turbine of the supercharger, and the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage is reduced. A bypass passage having a bypass valve to be controlled is provided;
When the temperature of the catalyst is to be raised, the small exhaust gas in which the degree of opening of the bypass valve provided for the small exhaust gas passage portion having a relatively high temperature maintaining performance is relatively low. The control device for a multi-cylinder internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the control device is controlled so as to be smaller than an opening degree of the bypass valve provided for the passage portion. .
上記触媒の温度を上昇させるべきときに異なる温度維持性能を有する小排気ガス通路部分へ連通する気筒もしくは気筒群毎に燃焼空燃比と点火時期の少なくとも一方を異なる値に制御する場合には、気筒間の発生トルクの差を上記モータジェネレータで吸収するように該モータジェネレータを制御することを特徴とする、請求項1から6の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置。 A motor generator is connected to the multi-cylinder internal combustion engine,
When controlling at least one of the combustion air-fuel ratio and the ignition timing to a different value for each cylinder or cylinder group communicating with the small exhaust gas passage portion having different temperature maintaining performance when the temperature of the catalyst should be raised, 7. The control apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 1, wherein the motor generator is controlled so that a difference in torque generated between the motor generator is absorbed by the motor generator.
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