JP2013047467A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の始動後のＨＣの排出量をより一層低減する。
【解決手段】内燃機関の始動直後に空燃比をリッチ化する燃料増量補正を行うとともに、排気ガス浄化用の触媒がある程度以上暖機されたかどうかを判定し、触媒がある程度以上暖機されたと判定した場合に、強制的に一回燃料供給を遮断する燃料カット制御を行う。これにより、燃料成分を含まない空気を触媒に送り込み、暖機運転に起因した触媒内の空燃比リッチの雰囲気をパージ、即ち触媒内の酸素ストレージ量を回復するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に関する。

冷間始動の際等、内燃機関の各部が冷えているとフリクションロスが大きくなる。また、排気ガス浄化用の触媒が冷えていると排気ガス中に含まれる有害成分の浄化能が落ちる。そこで、内燃機関の始動直後からしばらくの間は、燃料噴射量を増量補正したり、アイドル回転数を上昇させたりして、機関の各部や触媒の昇温を促す暖機を行うことが通例となっている（例えば、下記特許文献を参照）。

暖機のための燃料噴射量の増量により、触媒内の雰囲気は空燃比リッチ、即ち酸素欠乏の傾向となる。このため、内燃機関の始動後に一時的にＨＣの浄化率が低下し、ＨＣの排出量が増加するきらいがあった。

特開２００６−２８３６４０号公報

本発明は、上記の問題に初めて着目してなされたものであって、内燃機関の始動後のＨＣの排出量をより一層低減することを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関の始動直後に空燃比をリッチ化する燃料増量補正を行うとともに、排気ガス浄化用の触媒がある程度以上暖機されたかどうかを判定し、触媒がある程度以上暖機されたと判定した場合に、少なくとも一回燃料供給を遮断する燃料カット制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。

つまり、触媒がある程度以上暖機された時点で敢えて強制的に燃料カットを入れ、燃料成分を含まない空気を触媒に送り込むようにしたのである。

本発明によれば、内燃機関の始動後のＨＣの排出量をより一層低減することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の全体構成を示す図。 同実施形態の制御装置による制御における機関温度と燃料カット許可回転数との関係を示す図。 同実施形態の制御装置による制御における始動時機関温度と積算吸気量の閾値との関係を示す図。 同実施形態の制御装置が始動後制御において実行する処理の手順例を示すフローチャート。 同実施形態の制御装置による制御例を示すタイミングチャート。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、例えば三気筒の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４とを備えている。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットル弁３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び三元触媒４１を配置している。

内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサから出力されるアクセル開度要求信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される温度・圧力信号ｄ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、吸気カムシャフトの端部にあるタイミングセンサから出力されるクランク角度信号及び気筒判別用信号ｆ、排気カムシャフトの端部にあるタイミングセンサから所定クランク角度の回転毎に出力される排気カム信号ｇ等が入力される。出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｈ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｉ、スロットル弁３３に対して開度操作信号ｊ等を出力する。アクセルペダルの踏込量は、運転者が指令する要求負荷（エンジン出力）と捉えることができる。

ＥＣＵ２のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ２は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インタフェースを介して取得し、それらに基づいて吸気量や要求燃料噴射量、点火時期等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｈ、ｉ、ｊを出力インタフェースを介して印加する。上記制御入力ｈ、ｉ、ｊの算定手法は、既知の内燃機関の運転制御と同様とすることができるので、詳細な解説は割愛する。

本実施形態の制御装置たるＥＣＵ２は、内燃機関の始動（完爆）直後から、気筒１に充填されるガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御する、燃料噴射量の増量補正を行う。この始動時増量補正は、内燃機関の各部や触媒４１を暖機してその温度を速やかに高める意図である。

だが、始動時増量補正は燃費の面では不利であるので、できる限り減らしたい。加えて、触媒４１内の雰囲気が空燃比リッチとなり、酸素の欠乏のために触媒４１に吸蔵している酸素量が減少し、有害物質の一種であるＨＣの浄化率が低下する。

以上に鑑み、本実施形態では、触媒４１の温度がある程度以上高まった状態にあると判断したときに、敢えて一回ないし少数回のサイクルにおいて燃料カットを実行し、燃料成分を含まない空気を触媒４１に送り込むこととしている。

元来、車載のＥＣＵ２は、減速時に燃料カットを行うことで燃費を稼いでいる。ＥＣＵ２は、所定の燃料カット条件が成立した場合に、インジェクタ１１からの燃料噴射（及び、点火プラグによる点火）を停止する燃料カットを開始する。燃料カット条件は、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、なおかつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上ある、等である。

燃料カット中、所定の燃料カット終了条件が成立した暁には、燃料カットから復帰してインジェクタ１１からの燃料噴射（及び、点火）を再開する。燃料カット終了条件は、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、または、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数にまで低下した、等である。

その上で、ＥＣＵ２は、始動時増量補正を実施している期間に触媒４１がある程度以上暖められたと判断したならば、前記燃料カット許可回転数を一時的にエンジンストールを引き起こさない限界近くまで引き下げることで、半ば強制的に燃料カットを誘発する。

図２に、内燃機関の温度と燃料カット許可回転数及び燃料カット復帰回転数との関係を示す。図２中、実線が暖機完了後の平常の燃料カット許可回転数、破線が燃料カット復帰回転数である。燃料カット許可回転数、復帰回転数ともに、冷却水温が低いほど回転数が高くなる。即ち、冷却水温が低いほど、運転者がアクセルペダルの踏み込みを緩めたとしても燃料カットに突入しにくくなり、また燃料カットから復帰しやすくなる。

そして、図２の鎖線が、始動時増量補正中に触媒４１がある程度以上暖められたと判断したときの燃料カット許可回転数である。この許可回転数は、平常の許可回転数よりも低く、復帰回転数よりも高い。

本実施形態にあって、ＥＣＵ２は、気筒１に充填された吸気の積算量を触媒４１の暖機の度合いを示す指標として参照する。ＥＣＵ２は、内燃機関の始動直後からの積算吸気量が閾値に達したことを以て、触媒４１の温度がある程度以上高まったものと判断する。サイクル毎に気筒１に充填される吸気量は、吸気温及び吸気圧並びにエンジン回転数に基づいて推算することができる。

図３に示すように、積算吸気量と比較される閾値は、内燃機関の始動時における機関の温度に依存する。閾値は、始動時の冷却水温が低いほど高く設定する。これは、たとえ積算吸気量が同等であったとしても、先の機関停止から一昼夜経過しているような文字通りの冷間始動と、先の機関停止から十数分程度しか経っていないような短時間での再始動とでは、触媒４１の温度状況が異なってくるからである。

図４に、内燃機関の始動後にＥＣＵ２が実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ２は、内燃機関が完爆した（ステップＳ１）直後に、始動時増量補正として燃料噴射量の増量を行う（ステップＳ２）。また、内燃機関が完爆した直後から、気筒１に充填された吸気量の積算値の計数を開始する（ステップＳ４）。並びに、内燃機関の完爆直後における冷却水温を基に、計数している積算吸気量と比較される閾値を決定する（ステップＳ３）。

そして、決定した閾値と計数している積算吸気量とを比較し（ステップＳ５）、積算吸気量が閾値に達したならば、一回ないし少数回のサイクルにおいて燃料噴射を停止する燃料カットを実行する（ステップＳ６）。具体的には、燃料カット許可回転数を引き下げて燃料カットを誘発する。

一回ないし少数回の燃料カットを完遂したら（ステップＳ７）、燃料噴射を再開する（ステップＳ８）。その後は、引き下げていた燃料カット許可回転数を本来の値に戻す。

なお、燃料噴射量の始動時増量補正は、積算吸気量が閾値を上回るよりも前に終了することが多い。始動時増量補正の終了後は、原則として、気筒１に充填されるガスの空燃比を目標空燃比、特に理論空燃比に収束させるように燃料噴射量を制御する。

図５に、本実施形態のＥＣＵ２による内燃機関の始動後の制御の例を示す。図示例では、始動直後しばらくの間は始動時燃料補正により空燃比をリッチに制御し、その後に理論空燃比への制御に移行している。そして、始動後からの積算吸気量が閾値を超え、触媒４１がある程度以上暖まったと判断されたときに燃料カットを行う。始動時増量補正に起因して、始動後の触媒４１内の酸素吸蔵量は減少し、ＨＣの浄化率を低下させることとなるが、燃料カットにより酸素吸蔵量が回復し、ＨＣの浄化率も向上する。のみならず、燃料カットにより触媒４１に送り込んだ酸素が、触媒４１内に残存している燃料成分と反応して昇温するため、触媒４１の温度を速やかに上昇させる効果をも奏し得る。

本実施形態では、内燃機関の始動直後に空燃比をリッチ化する燃料増量補正を行うとともに、排気ガス浄化用の触媒４１がある程度以上暖機されたかどうかを判定し、触媒４１がある程度以上暖機されたと判定した場合に、少なくとも一回燃料供給を遮断する燃料カット制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置２を構成した。

本実施形態の制御装置２によれば、始動時増量補正に起因した触媒４１内の酸素量の減少を補い、始動後のＨＣの浄化率を改善することができるだけでなく、酸素と燃料成分との反応を利用して触媒４１を昇温させることも可能となる。従って、始動後における燃料噴射量の増量分やアイドル回転数の増分を減らすことができ、燃費の向上にも資する。

燃料カット制御は空燃比リーン制御よりも弊害が少なく、制御として単純であり、制御装置２の設計に費やすコストも少なく済む。また、他の部材や機構を内燃機関に追加する必要もない。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、触媒４１の暖機の度合いを示す指標として積算空気量を参照していたが、積算空気量に替えて、エンジン回転数及び／または冷却水温等から現在の触媒の温度を推測し、その推測した温度が閾値に達したときに触媒４１がある程度以上暖機されたものとして燃料カットを実行するものとしてもよい。あるいは、触媒４１の温度を計測するセンサを実装し、実測の触媒４１温度を閾値と比較して燃料カットを実行してもよい。

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関に利用することができる。

１…気筒
１１…インジェクタ
２…制御装置（ＥＣＵ）
４１…触媒

Claims (1)

1. 内燃機関の始動直後に空燃比をリッチ化する燃料増量補正を行うとともに、
   排気ガス浄化用の触媒がある程度以上暖機されたかどうかを判定し、
   触媒がある程度以上暖機されたと判定した場合に、少なくとも一回燃料供給を遮断する燃料カット制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images