JP2011236862A - 多気筒内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】気筒別空燃比の間の差(空燃比気筒間インバランス)の大きさを表わす「インバランス指標値」が、触媒の上流に配置された空燃比センサの出力値に基づいて取得される。インバランス指標値により表わされる空燃比気筒間インバランスの大きさが、第1の程度以上且つ第1の程度より大きい第2の程度未満のとき、エミッション量低減制御の実行が「制限」され、第2の程度以上のとき、エミッション量低減制御の実行が「禁止」される。エミッション量低減制御としては、パージ制御、EGR制御、AI増量制御、冷間VVT制御、触媒暖機遅角制御、SCV制御等が挙げられる。
【選択図】図10
Description
図1は、本装置を、4サイクル・火花点火式・多気筒(直列4気筒)・内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図1は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
次に、本装置による空燃比フィードバック制御の概要について説明する。本装置は、上流側空燃比センサ77の出力値Vabyfs、及び下流側空燃比センサ78の出力値Voxsに基づいて、混合排ガスの空燃比を、理論空燃比と一致するようにフィードバック制御する。
次に、本装置によるエミッション量低減制御の概要について説明する。本装置は、エミッション量低減制御として、パージ制御、EGR制御、AI増量制御、冷間VVT制御、触媒暖機遅角制御、及び、SCV制御を実行する。以下、各制御について順に簡単に説明する。
パージ制御は、上述したパージシステム(図3を参照)を利用して行われる。パージ制御は、所定条件下、パージ制御弁49を開状態とすることにより燃料タンク45内に貯留された燃料の蒸発により発生した燃料ガスを吸気通路へ導き、且つ、各燃料噴射弁39から噴射される燃料の量を(上述した空燃比フィードバック量により調整された量から)減少する制御である。
EGR制御は、上述した「EGRシステム」を利用して行われる。EGR制御は、所定条件下、EGR弁55を開状態とすることにより排気通路内の排ガスを吸気通路に導く制御である。この動作は、外部EGRとも呼ばれる。
AI増量制御は、上述した「二次空気供給システム」(図4を参照)を利用して行われる。AI増量制御は、所定条件下、電磁弁66を開状態とし(従って、ASV63を開状態とし)且つエアポンプ62を作動することにより上流側触媒53の上流側の集合排気通路に空気を導入し、且つ、各燃料噴射弁39から噴射される燃料の量を(上述した空燃比フィードバック量により調整された量から)増大する制御である。
冷間VVT制御は、上述したVVTシステムを利用して行われる。冷間VVT制御は、所定条件下、吸気弁32の開閉タイミング、及び/又は、排気弁35の開閉タイミングを(通常の非冷間VVT制御時と比較して)調整して燃焼室25内の既燃ガスが吸気弁32の周囲を介して吸気通路に吹き返す量(既燃ガス吹き返し量)を(通常の非冷間VVT制御時と比較して)増大し、且つ、各燃料噴射弁39から噴射される燃料の量を(上述した空燃比フィードバック量により調整された量から)減少する制御である。既燃ガス吹き返し量を増大する動作は、内部EGRとも呼ばれる。非冷間VVT制御時における、吸気弁32の開閉タイミング、及び/又は、排気弁35の開閉タイミングは、内燃機関10の運転状態に基づいて(上述した各種センサの出力結果に基づいて)決定される。
触媒暖機遅角制御は、所定条件下、点火プラグ37の点火時期を(通常の非触媒暖機遅角制御時と比較して)遅角する制御である。非触媒暖機遅角制御時における点火時期は、内燃機関10の運転状態に基づいて(上述した各種センサの出力結果に基づいて)決定される。
SCV制御は、上述した吸気流調整システムを利用して行われる。SCV制御は、内燃機関10の運転状態に応じてSCV44を開閉する制御である。SCV44を閉状態とするのは、吸気流速を高めてスワールの流速を高めることにより噴射された燃料の霧化を促進するためである。SCV44を開状態とするのは、吸気抵抗を小さくしてより多くの空気を燃焼室25に吸入させるためである。このように、SCV制御によれば、内燃機関10の冷間始動直後のアイドリング状態等の燃料が霧化し難く且つスワール流速が小さいとき、SCV44を閉状態とすることで噴射された燃料の霧化を促進して、燃焼室25から排出される排ガス中の未燃物(HC、CO等)の量を低減することができる。また、それ以外のとき、SCV44を開状態とすることでより多くの空気を燃焼室25内に吸入させて、内燃機関10の最大出力を向上させることができる。
次に、空燃比気筒間インバランス発生時について説明する。「空燃比気筒間インバランス」とは、気筒間における空燃比のばらつきを指す。空燃比気筒間インバランスは、例えば、燃料噴射弁39からの実際の噴射量の気筒間のばらつき、吸気弁32の実際の最大リフト量の気筒間のばらつき、EGRシステムにより吸気通路に還流された排ガスの量の各気筒への分配のばらつき等に起因して発生し得る。
次に、空燃比気筒間インバランスが発生している場合において上述した種々のエミッション量低減制御が実行される場合の弊害について、順に考察する。
上述したように、パージ制御では、各気筒の燃料噴射量は、吸気通路に導かれた燃料ガス分の推定値だけ減少される。空燃比気筒間インバランス発生している場合、この推定値の推定精度が不正確になり易いと考えられる。従って、この推定値が実際値よりも大き目に推定された場合、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃料噴射量を減少し過ぎることに起因して空燃比が過度のリーンとなり失火等が発生するという問題が発生し得る。
上述したように、EGR制御が実行されると、燃焼室内のガスのうち不活性ガスの割合が高くなる。このことは、燃焼が不安定になり易いことを意味する。従って、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃焼が過度に不安定となり失火等が発生するという問題が発生し得る。
上述したように、AI増量制御では、各気筒の燃料噴射量は、上流側触媒53の上流側に導かれた空気の量の推定値を理論空燃比で除した値だけ増大される。空燃比気筒間インバランス発生している場合、この推定値の推定精度が不正確になり易いと考えられる。従って、この推定値が実際値よりも大き目に推定された場合、特に、「リッチ気筒」において、燃料噴射量を増大し過ぎることに起因して空燃比が過度のリッチとなり失火等が発生するという問題が発生し得る。
上述したように、冷間VVT制御では、各気筒の燃料噴射量は、霧化された燃料ガスの増大分の推定値だけ減少される。空燃比気筒間インバランス発生している場合、この推定値の推定精度が不正確になり易いと考えられる。従って、この推定値が実際値よりも大き目に推定された場合、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃料噴射量を減少し過ぎることに起因して空燃比が過度のリーンとなり失火等が発生するという問題が発生し得る。
上述したように、触媒暖機遅角制御が実行されると、点火時期が遅角される。このことは、燃焼が不安定になり易いことを意味する。従って、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃焼が過度に不安定となり失火等が発生するという問題が発生し得る。
上述したように、SCV制御では、例えば、冷間始動直後のアイドリング状態でないとき、SCV44が開状態とされる。SCV44が開状態とされることは、吸気流速が低くなり(従って、スワール流速が低くなり)、燃焼が不安定になり易いことを意味する。従って、特に、燃焼限界が低い「リーン気筒」において、燃焼が過度に不安定となり失火等が発生するという問題が発生し得る。
次に、空燃比気筒間インバランスの発生の検出について説明する。空燃比気筒間インバランスを検出するためには、気筒別空燃比の間の差(不均衡の程度、相違の程度)を表わす指標値を取得する必要がある。気筒別空燃比とは、各気筒に供給される混合気の空燃比を指す。以下、この指標値を「インバランス指標値」と呼ぶ。また、説明の便宜上、「全気筒(上流側空燃比センサ77に到達する排ガスを排出している全ての気筒)において各一回の燃焼行程が終了するのに要するクランク角が経過する期間」を、「単位燃焼サイクル期間」と呼ぶ。4気筒・4サイクル・エンジンの場合、単位燃焼サイクル期間は720°クランク角である。
以上のことを考慮して、本装置では、空燃比気筒間インバランスが発生していると判定される場合において、上述した種々のエミッション量低減制御が実行される条件が成立している場合、エミッション量低減制御の実行が「制限」若しくは「禁止」される。
Claims (8)
- 複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用される制御装置であって、
前記複数の気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路に配設されて、前記集合排気通路を通過する排ガスである混合排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する空燃比センサと、
前記複数の気筒のそれぞれに対応して配設されるとともに前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料をそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁と、
前記混合排ガスの空燃比が理論空燃比と一致するように、前記複数の気筒に対して共通する空燃比フィードバック量を前記空燃比センサの出力値に基づいて算出するフィードバック量算出手段と、
前記空燃比フィードバック量に基づいて前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を調整することで前記混合排ガスの空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記内燃機関を搭載する車両から前記内燃機関に起因して排出される有害物質の排出量を低減する制御であるエミッション量低減制御を実行する低減制御実行手段と、
を備えた、多気筒内燃機関の制御装置であって、
前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気の空燃比である複数の気筒別空燃比の間の相違の程度が大きいほど大きくなるか又は小さくなるインバランス指標値を前記空燃比センサの出力値に基づいて取得するインバランス指標値取得手段を備え、
前記低減制御実行手段は、
前記インバランス指標値により表される前記相違の程度が大きいとき、前記相違の程度が小さいときに比べて、前記エミッション量低減制御の実行を制限するように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。 - 請求項1に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記内燃機関の吸気弁及び/又は排気弁の開閉タイミングを調整して前記燃焼室内の既燃ガスが前記吸気弁の周囲を介して前記内燃機関の吸気通路に吹き返す量を増大するとともに前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を減少する制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量の減少量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記インバランス指標値取得手段は、
前記インバランス指標値として、前記空燃比センサの出力値により表される空燃比である検出空燃比の時間微分値に基づく値を取得するように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。 - 請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記車両の燃料タンク内に貯留された燃料の蒸発により発生した燃料ガスを前記内燃機関の吸気通路へ導くとともに前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を減少する制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量の減少量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記内燃機関の排気通路内の排ガスを前記内燃機関の吸気通路へ導く制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記排ガスを前記吸気通路へ導く量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。 - 請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記内燃機関の排気通路に介装された触媒の上流側の排気通路に空気を導入するとともに前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量を増大する制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記複数の燃料噴射弁のそれぞれから噴射される燃料の量の増大量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。 - 請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記エミッション量低減制御として、前記内燃機関の点火プラグの点火時期を遅角する制御を実行し、前記エミッション量低減制御の実行を制限するために、前記点火時期の遅角量を小さくするように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。 - 請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置において、
前記低減制御実行手段は、
前記インバランス指標値により表される前記相違の程度が第1の程度以上且つ前記第1の程度よりも大きい第2の程度未満のとき、前記エミッション量低減制御の実行を制限し、前記インバランス指標値により表される前記相違の程度が前記第2の程度以上のとき、前記エミッション量低減制御の実行を禁止するように構成された、多気筒内燃機関の制御装置。
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