JP2010168949A - 内燃機関の制御装置、FFV(FlexibleFuelVehicle) - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ECU50は、リッチリーン制御を実行可能である。リッチリーン制御は、排気ガスが、未燃成分を含むリッチ排気ガスと酸素を含むリーン排気ガスとに交互に変化するように、内燃機関10の#1〜#4気筒の燃料噴射量を制御する。内燃機関10の燃料性状センサ24の出力に基づいて、燃料のアルコール濃度が取得される。燃料のアルコール濃度が高いほど、リッチリーン制御のΔA/Fが大きく設定される。
【選択図】図2
Description
内燃機関から排気触媒に向かって排出される排気ガスが、未燃成分を含むリッチ排気ガスと酸素を含むリーン排気ガスとに交互に変化するように、内燃機関の気筒の空燃比をリッチ空燃比およびリーン空燃比に制御するリッチリーン制御手段と、
前記内燃機関の燃料タンク内の燃料のアルコール類または/およびエーテル類の濃度を取得する濃度取得手段と、
前記濃度取得手段が取得したアルコール類または/およびエーテル類の濃度が高いほど、前記リッチリーン制御手段の制御時のリーン空燃比をリーン側に設定するリーン度合い制御手段と、
を備えることを特徴とする。
前記濃度取得手段が取得したアルコール類または/およびエーテル類の濃度が高いほど、前記リッチリーン制御手段の制御時のリッチ空燃比をリッチ側に設定するリッチ度合い制御手段を備えることを特徴とする。
前記リーン度合い制御手段または/および前記リーン度合い制御手段は、前記内燃機関のNOx排出量がピークとなる付近の空燃比を回避するように、空燃比を不連続的に変化させる空燃比制限手段を含むことを特徴とする。
前記内燃機関の排気触媒の外部または/および内部の温度を、検知または/および推定により取得する温度取得手段と、
前記温度取得手段が取得した温度に基づいて、前記排気触媒の環境が低温側であるほど前記排気触媒を加熱する熱量が多くなるように、前記リッチリーン制御手段の制御内容を変更する制御内容変更手段と、
を備えることを特徴とする。
前記制御内容変更手段が、
前記リッチリーン制御手段の制御時において、前記排気触媒の温度が低温側であるほど、リーン空燃比をリーン側にかつリッチ空燃比をリッチ側に、それぞれ大きくする空燃比変更手段と、
前記排気触媒の温度が低温側であるほど、前記リッチリーン制御手段の制御を継続する時間を長く設定する時間変更手段と、
前記排気触媒の温度が低温側であるほど、前記内燃機関の機関回転数を上昇させる回転数変更手段と、
前記排気触媒の温度が低温側であるほど、前記内燃機関の点火時期を遅角する点火時期変更手段と、
のうち、少なくとも1つの手段を含むことを特徴とする。
前記内燃機関が2つ以上の気筒を備え、前記2つ以上の気筒がそれぞれ燃料噴射弁および点火プラグを備え、
さらに、
前記リッチリーン制御手段が、
前記2つ以上の気筒のうち、一部の気筒をリッチ空燃比で、残りの気筒をリーン空燃比で、それぞれ燃焼させるように、前記2つ以上の気筒のそれぞれの燃料噴射量を制御する気筒別空燃比制御手段と、
前記気筒別空燃比制御手段がリッチ空燃比に設定した気筒の点火時期を遅角する遅角補正手段、および、前記気筒別空燃比制御手段がリーン空燃比に設定した気筒の点火時期を進角する進角補正手段のうち、少なくとも一方の手段と、
を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
前記リッチリーン制御手段が設定したリッチ空燃比とリーン空燃比との差が、大きいほど、前記遅角補正手段の遅角量または/および前記進角補正手段の進角量を大きく設定する点火時期補正量設定手段を備えることを特徴とする。
前記リッチリーン制御手段が、その制御開始後に、前記排気触媒に対して、前記リッチ排気ガスと前記リーン排気ガスのうち最初にリーン排気ガスが流れ込むように、内燃機関の気筒の空燃比を制御することを特徴とする。
前記内燃機関が2つ以上の気筒を備え、前記2つ以上の気筒がそれぞれ燃料噴射弁を備え、
前記リッチリーン制御手段が、前記内燃機関の各気筒の空燃比が所定サイクル数毎にリッチ空燃比とリーン空燃比との間で切り換るように、各気筒の燃料噴射量を制御するサイクル毎空燃比変更手段をさらに備えることを特徴とする。
前記内燃機関が2つ以上の気筒を備え、前記2つ以上の気筒がそれぞれ燃料噴射弁を備え、
前記リッチリーン制御手段が、前記内燃機関の一部の気筒の空燃比が第1の順番でリッチ空燃比とリーン空燃比とで交互に切り換り、前記内燃機関の残りの気筒が前記第1の順番とは反対の第2の順番でリッチ空燃比とリーン空燃比とで交互に切り換るように、前記一部の気筒と前記残りの気筒の燃料噴射量をそれぞれ制御する気筒毎空燃比変更手段をさらに備えることを特徴とする。
第1乃至第10の発明のいずれか1つの発明にかかる内燃機関の制御装置によって内燃機関が制御されることを特徴とする。
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1にかかる内燃機関の制御装置の構成を模式的に示す。実施の形態1の内燃機関は、FFV(Flexible Fuel Vehicle)に搭載される車両用内燃機関である。実施の形態1の内燃機関は、広範囲にわたる濃度のエタノール燃料を使用可能であるものとする。
以下、実施の形態1の動作を説明する。先ず、本願発明者が見出した知見として、ガソリンとアルコール燃料の相違がリッチリーン制御に及ぼす影響を説明する。続いて、実施の形態1の動作の内容を説明する。
ガソリンとアルコール燃料との間には、下記の(i)〜(iii)の相違点がある。
アルコール燃料は、一般的に、ガソリンに比して燃焼性が良いという特徴がある。通常、失火防止など機関運転状態の安定性確保のために、内燃機関の空燃比にはリーン側やリッチ側に限界が設けられている。以下、このリーン側の限界を「リーン限界」とも称し、このリッチ側の限界を「リッチ限界」とも称す。アルコール燃料では、良好な燃焼性により、ガソリンに比して、よりリーン側にリーン限界が存在している。
高濃度アルコール燃料の場合、ガソリンに比して、排気ガスの温度が、一般的に50℃〜100℃程度低い。これは、下記の化学式(1)、(2)で例示するように、アルコール燃料は、ガソリンに比して、排気ガス中の水分が多く熱容量が大きいことに起因する。
ガソリン : C7H13.3 + 10.33(O2 + 3.79N2) → 7CO2 + 6.66H2O + 39.1N2 + 4.19MJ ・・・(1)
エタノール : 3.44C2H5OH + 10.33(O2 + 3.79N2) → 6.88CO2 + 10.32H2O + 39.1N2 + 4.24MJ ・・・(2)
ガソリンとアルコール燃料とで同じ条件のリッチリーン制御を行うと、この排気ガス温度の相違に起因して、期待する触媒暖機効果が安定して得られないおそれがある。
既述したように、リッチリーン制御は、排気触媒に対して未燃成分と酸素とを供給する制御である。排気触媒の加熱効果は、未燃成分と酸素との酸化反応量に応じて変わる。その酸化反応量は、排気触媒に流入する未燃成分の量と酸素の量とに直接的な影響を受ける。未燃成分の量が異なるにもかかわらず、ガソリン時と同じ空燃比でリッチリーン制御を行うと、期待する触媒暖機効果が安定して得られないおそれがある。
そこで、実施の形態1では、排気触媒36を暖めるためのリッチリーン制御の内容を、燃料性状センサ24で検知されたアルコール濃度に応じて変更することとした。図2は、実施の形態1において用いられるΔA/Fのマップの模式図である。ここで、「ΔA/F」とは、リッチリーン制御における、リッチ空燃比とリーン空燃比との差を意味する。実施の形態1の場合には、#1気筒および#4気筒の空燃比と、#3気筒および#2気筒の空燃比との差である。
以下、図3を用いて、実施の形態1において実行される具体的処理を説明する。図3は、実施の形態1においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。実施の形態1では、FFVにおいて、長時間に渡るアイドリングにより排気触媒36の温度が低下する場合を想定する。一旦活性状態まで昇温した排気触媒が、温度の低下によりその活性を失うことを、以下、「失活」とも称す。
実施の形態1では、アルコール濃度に応じて、リッチ空燃比をよりリッチ側に、リーン空燃比をよりリーン側に設定した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。アルコール濃度が高いほど、リーン空燃比をリーン側に設定するのみでもよい。これにより、高リーン限界という利点を活かして、排気触媒36への酸素供給量を増加させることができる。
実施の形態2は、実施の形態1と同様のハードウェア構成を備える。実施の形態2は、実施の形態1において、図2のマップに代えて、図4のマップを用いる事により実現される。窒素酸化物(NOx)の排出量が16.0近辺の空燃比でピークを迎えることが公知である。そこで、実施の形態2では、実施の形態1においてΔA/Fを変更する際、NOx排出量がピークとなる空燃比近辺を回避することとした。具体的には、実施の形態1では、リーン空燃比が16.0およびリッチ空燃比が13.0となる組み合わせ、すなわち、ΔA/F=3.0となる組み合わせを、回避する。実施の形態2では、図4に示すように、ΔA/F=3.0付近で、アルコール濃度とΔA/Fの特性を示す直線(以下、便宜上「ΔA/F特性」とも称す)が、不連続的に変化している。
排気触媒の失活は、外気温を含めた、排気触媒の温度環境の影響を強く受ける。低温環境であるほど、排気触媒が速やかに冷えるからである。特に、様々な温度環境地域で使用されるFFVは、外気温がマイナスとなるような寒冷地で運転されることもある。外気温が低ければ、失活防止のためにまたは失活からの復帰のために排気触媒に与えるべき熱量も多くなる。そこで、実施の形態3では、内燃機関10に外気温センサを更に装備し、外気温に応じてリッチリーン制御の内容を変更する。
実施の形態1のリッチリーン制御では、#1気筒および#4気筒をリッチ空燃比に制御し、#3気筒および#2気筒をリーン空燃比に制御した。このとき、各気筒の点火プラグ18a〜18dで、点火時期SAが全て同じ扱いの場合、#1気筒および#4気筒と#3気筒および#2気筒とでは、発生トルクが異なる。これは、空燃比に応じて、MBT(Minimum advance for the best torque)が異なるからである。
排気触媒36が低活性状態にある場合、未燃成分のみが排気触媒36内部に流入しても所望の酸化反応が得られない。そこで、実施の形態5では、先ず排気触媒36内部をある程度のリーン雰囲気にしたうえで(換言すれば、ある程度の酸素を吸蔵させた上で)、その後に未燃成分を供給することとした。具体的には、実施の形態5では、リッチリーン制御を開始する際に(図3又は図5のステップS114で)、リーン気筒(#2気筒または#3気筒)から燃焼行程を開始する。これにより、排気触媒36に対して、最初にリーン排気ガスを供給することができる。
個々の気筒から排出される排気ガスは、排気触媒36の排気ガス入口側表面に対して、常に一様に(均等に)当たるわけではない。このため、各々の気筒の空燃比をリッチ空燃比またはリーン空燃比に固定した場合、排気触媒に流れ込む未燃成分や酸素の分布にムラが生じてしまうおそれがある。図7は、図1の排気触媒36の拡大図であり、図8は、図7のA−A線に沿う排気触媒36の模式的断面図である。図8に示すように、#1〜#4気筒の排気ガスが、それぞれ、排気触媒36の特定の領域に支配的に当たる。このようなムラは、排気枝管の形状や、排気触媒の搭載位置などにも起因する。このようなムラが生ずると、未燃成分と酸素のバランスの良い反応が妨げられてしまう。
実施の形態7は、実施の形態6とは異なる手法により、リッチリーン制御時における、排気触媒に対する排気ガスの当たりのムラを抑制することができる。実施の形態7では、#1気筒と#4気筒の空燃比を1燃焼サイクル毎にリッチ→リーン→リッチ→・・・の順番で切り換えるように、燃料噴射弁14a、14dを制御する。また、実施の形態7では、#2気筒と#3気筒の空燃比を1燃焼サイクル毎にリーン→リッチ→リーン→・・・の順番で切り換えるように、燃料噴射弁14b、14cを制御する。
18 点火プラグ 20 燃料タンク
22 燃料配管 24 燃料性状センサ
30 吸気通路 32 排気通路
34 空燃比センサ 36 排気触媒
37 排気温度センサ
Claims (11)
- 内燃機関から排気触媒に向かって排出される排気ガスが、未燃成分を含むリッチ排気ガスと酸素を含むリーン排気ガスとに交互に変化するように、内燃機関の気筒の空燃比をリッチ空燃比およびリーン空燃比に制御するリッチリーン制御手段と、
前記内燃機関の燃料タンク内の燃料のアルコール類または/およびエーテル類の濃度を取得する濃度取得手段と、
前記濃度取得手段が取得したアルコール類または/およびエーテル類の濃度が高いほど、前記リッチリーン制御手段の制御時のリーン空燃比をリーン側に設定するリーン度合い制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記濃度取得手段が取得したアルコール類または/およびエーテル類の濃度が高いほど、前記リッチリーン制御手段の制御時のリッチ空燃比をリッチ側に設定するリッチ度合い制御手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記リーン度合い制御手段または/および前記リーン度合い制御手段は、前記内燃機関のNOx排出量がピークとなる付近の空燃比を回避するように、空燃比を不連続的に変化させる空燃比制限手段を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関の排気触媒の外部または/および内部の温度を、検知または/および推定により取得する温度取得手段と、
前記温度取得手段が取得した温度に基づいて、前記排気触媒の環境が低温側であるほど前記排気触媒を加熱する熱量が多くなるように、前記リッチリーン制御手段の制御内容を変更する制御内容変更手段と、
を備え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。 - 前記制御内容変更手段が、
前記リッチリーン制御手段の制御時において、前記排気触媒の温度が低温側であるほど、リーン空燃比をリーン側にかつリッチ空燃比をリッチ側に、それぞれ大きくする空燃比変更手段と、
前記排気触媒の温度が低温側であるほど、前記リッチリーン制御手段の制御を継続する時間を長く設定する時間変更手段と、
前記排気触媒の温度が低温側であるほど、前記内燃機関の機関回転数を上昇させる回転数変更手段と、
前記排気触媒の温度が低温側であるほど、前記内燃機関の点火時期を遅角する点火時期変更手段と、
のうち、少なくとも1つの手段を含むことを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関が2つ以上の気筒を備え、前記2つ以上の気筒がそれぞれ燃料噴射弁および点火プラグを備え、
さらに、
前記リッチリーン制御手段が、
前記2つ以上の気筒のうち、一部の気筒をリッチ空燃比で、残りの気筒をリーン空燃比で、それぞれ燃焼させるように、前記2つ以上の気筒のそれぞれの燃料噴射量を制御する気筒別空燃比制御手段と、
前記気筒別空燃比制御手段がリッチ空燃比に設定した気筒の点火時期を遅角する遅角補正手段、および、前記気筒別空燃比制御手段がリーン空燃比に設定した気筒の点火時期を進角する進角補正手段のうち、少なくとも一方の手段と、
を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記リッチリーン制御手段が設定したリッチ空燃比とリーン空燃比との差が、大きいほど、前記遅角補正手段の遅角量または/および前記進角補正手段の進角量を大きく設定する点火時期補正量設定手段を備えることを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記リッチリーン制御手段が、その制御開始後に、前記排気触媒に対して、前記リッチ排気ガスと前記リーン排気ガスのうち最初にリーン排気ガスが流れ込むように、内燃機関の気筒の空燃比を制御することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関が2つ以上の気筒を備え、前記2つ以上の気筒がそれぞれ燃料噴射弁を備え、
前記リッチリーン制御手段が、前記内燃機関の各気筒の空燃比が所定サイクル数毎にリッチ空燃比とリーン空燃比との間で切り換るように、各気筒の燃料噴射量を制御するサイクル毎空燃比変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関が2つ以上の気筒を備え、前記2つ以上の気筒がそれぞれ燃料噴射弁を備え、
前記リッチリーン制御手段が、前記内燃機関の一部の気筒の空燃比が第1の順番でリッチ空燃比とリーン空燃比とで交互に切り換わり、前記内燃機関の残りの気筒が前記第1の順番とは反対の第2の順番でリッチ空燃比とリーン空燃比とで交互に切り換わるように、前記一部の気筒と前記残りの気筒の燃料噴射量をそれぞれ制御する気筒毎空燃比変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置によって内燃機関が制御されることを特徴とするFFV(Flexible Fuel Vehicle)。
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