JP2018159320A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの始動後において触媒を活性させるタイミングを早めること。【解決手段】エンジン１２が始動すると、燃焼室１６への燃料噴射量をリッチ側およびリーン側に交互に振るディザ制御が実行される。このとき、ＥＣＵ５８は、燃焼室１６内で発生したイオン電流に基づいてリーン側の燃焼期間を検出し、検出された燃焼期間が基準値よりも短くなるように燃料噴射量の振れ幅を調整する。【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、エンジン始動後のディザ制御によって排気浄化触媒（以下では、単に「触媒」と言う。）を活性させる、内燃機関の制御装置に関する。

この種の制御装置の一例が、特許文献１に開示されている。この文献によれば、エンジンが始動すると、燃料噴射量を燃焼毎に増減させる（排気空燃比を理論空燃比に対してリッチ側およびリーン側に交互に振る）ディザ制御が行われる。触媒温度は、リッチ燃焼およびリーン燃焼の繰り返しによって上昇する。この結果、触媒の暖機効果が促進され、エンジン始動後の早期の段階で触媒を活性させることができる。

特開平５−３３７０５号公報

しかし、ディザ制御は、酸素濃度センサを利用した排気空燃比のフィードバック制御が開始された後に、実行可能となる。実際には、当該フィードバック制御の開始までに１０秒程度かかるため、ディザ制御を実行できるタイミングは、エンジン始動から１０秒程度経過した後である。

一方、従来の排出ガス燃費試験法であるＪＣ０８モードは、エンジン始動から２６秒後の走り出しを想定しているのに対して、新試験法であるＷＬＴＣモードは、エンジン始動から１１秒後の走り出しを想定している。したがって、ＷＬＴＣモードの下では、ディザ制御を実行するための時間を確保できず、ひいては触媒を活性させることができない。

それゆえに、この発明の主たる目的は、内燃機関の始動後において触媒を活性させるタイミングを早めることができる、内燃機関の制御装置を提供することである。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の始動後に燃焼室への燃料噴射量をリッチ側およびリーン側に交互に振るディザ制御を実行する制御装置であって、燃焼室内で発生したイオン電流に基づいてリーン側の燃焼期間を検出する検出手段、および検出手段によって検出された燃焼期間が基準値よりも短くなるように燃料噴射量の振れ幅を調整する調整手段を備える。

燃料噴射量のディザ制御は、燃焼室内で発生したイオン電流に基づいて行われる。また、燃料噴射量の振れ幅は、リーン側の燃焼期間が基準値よりも短くなるように調整される。これによって、内燃機関の始動後において触媒を活性させるタイミングを早めることができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この実施例の車両の要部構成の一部を示すブロック図である。 この実施例の車両の要部構成の他の一部を示すブロック図である。 ディザ制御による燃料噴射量の変化の一例を示すグラフである。 図１に示すＥＣＵの動作の一部を示すフロー図である。

図１および図２を参照して、この実施例の車両１０は、４ストローク型のエンジン（内燃機関）１２を動力源として備える。気筒１４に設けられた燃焼室１６には、吸気弁１８を介して吸気管３２が接続され、排気弁２０を介して排気管３６が接続される。なお、図１では単一の気筒１４しか示していないが、エンジン１２は複数の気筒１４を有する。吸気管３２は、吸気弁１８の上流の位置で各気筒１４に分岐する。

吸気管３２には、大気から粉塵を分離するエアクリーナ３４と、バルブモータ４２によって開度が調整される単一のスロットルバルブ３８と、吸気管３２に燃料を噴射するべく各気筒１４に割り当てられた燃料噴射装置４０とが設けられる。スロットルバルブ３８よりも下流でかつ燃料噴射装置４０よりも上流の位置（吸気管３２の分岐位置）には、空気流量を平準化するためのサージタンク４４が設けられる。なお、吸気管３２の圧力は、吸気管圧力センサ４８によって検知される。

イグニッションキー（図示せず）によってＩＧオン操作が行われると、ＥＣＵ５８は、エンジン１２を始動するべく図２に示すリレー６８をオンする。バッテリ７０の電力はオン状態のリレー６８を介してスタータ７２に供給され、スタータ７２はバッテリ７０の電力によってクランキングを実行する。これによって、エンジン１２が始動する。

アイドル状態では、スロットルバルブ３８は、アイドル状態を維持できる開度を示すように、バルブモータ４２によって調整される。エアクリーナ３４を経た吸入空気の量は、スロットルバルブ３８によって規定され、燃料噴射装置４０の燃料噴射量は、理論空燃比（＝１４．６）を示す混合気が生成されるように調整される。

この状態からアクセルペダル（図示せず）が踏み込まれると、ＥＣＵ５８は、バルブモータ４２を駆動する。スロットルバルブ３８はバルブモータ４２によって開かれ、これによって、理論空燃比を保ちつつ吸入空気量および燃料噴射装置４０の燃料噴射量が増大する。

混合気は、吸気弁１８が開かれたときに燃焼室１６に供給される。供給された混合気は、コンロッド２４を介してクランクシャフト２６と結合されたピストン２２が上死点に達する直前に、点火プラグ３０によって点火される。ピストン２２は、混合気の爆発によって上下動し、これによってクランクシャフト２６が回転する。クランクシャフト２６にはフライホイール２８が装着され、クランクシャフト２６の回転数つまりエンジン１２の回転数のぶれはフライホイール２８によって抑制される。また、エンジン１２の回転数は、ロータリエンコーダ４６によって検知される。

クランクシャフト２６の回転力は、図２に示すトルクコンバータ６０および無段変速機６２を介して、ドライブシャフト（図示せず）に伝達される。これによって、車両１０が前進または後進する。クランクシャフト２６の回転力はまた、ベルト６４を介してオルタネータ６６の回転軸６６ｓに伝達される。回転軸６６ｓの回転力は電力に変換され、変換された電力はバッテリ７０に蓄えられる。

図１に戻って、混合気を燃焼した後の空気つまり燃焼ガスは、排気弁２０が開かれたときに燃焼室１６から排出され、排気管３６を介してマフラー５０に供給される。マフラー５０に設けられた触媒５２は、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素，炭化水素および窒素酸化物を酸化・還元し、水，二酸化炭素および窒素を生成する。車両１０からは、こうして浄化されたガスが排出される。ただし、一酸化炭素，炭化水素および窒素酸化物を完全に酸化・還元できる訳ではなく、一酸化炭素，炭化水素および窒素酸化物の各々の一部は浄化ガスに混在する。

排気管３６のうち触媒５２の上流側の位置には主酸素センサ５４が設けられ、排気管３６のうち触媒５２の下流側の位置には補助酸素センサ５６が設けられる。ＥＣＵ５８は、主酸素センサ５４および補助酸素センサ５６の各々によって検知された酸素濃度に基づいて、燃料噴射量を理論空燃比に対応する量に調整する。

ところで、燃料噴射量をリッチ側およびリーン側に交互に振るディザ制御をエンジン１２の始動時に実行すると、触媒５２の暖機効果が促進され、エンジン１２を始動した後の早期の段階で触媒５２を活性させることができる。ここで、従来型のディザ制御は、主酸素センサ５４および補助酸素センサ５６の検知結果に基づいて実行されていた。

しかし、従来型のディザ制御は、主酸素センサ５４および補助酸素センサ５６を利用した空燃比のフィードバック制御が開始された後に、実行可能となる。実際には、当該フィードバック制御の開始までに１０秒程度かかるため、従来型のディザ制御を実行できるタイミングは、エンジン１２の始動から１０秒程度経過した後であった。

一方、従来の排出ガス燃費試験法であるＪＣ０８モードは、エンジン１２の始動から２６秒後の走り出しを想定しているのに対して、新排出ガス燃費試験法であるＷＬＴＣモードは、エンジン１２の始動から１１秒後の走り出しを想定している。したがって、ＷＬＴＣモードの下では、従来型のディザ制御を実行するための時間を確保できず、ひいては触媒を活性させることができない。

そこで、この実施例では、燃焼中に燃焼室１６内で発生したイオン電流を点火プラグ３０を通して検出することで、燃焼室１６内の燃焼状態を判別するようにしている。こうして得られた判別結果を参照することで、エンジン１２の始動後の早いタイミングでディザ制御を開始することができ、ひいては触媒５２を活性させるタイミングを早めることができる。

このような制御を実行するべく、ＥＣＵ５８は、エンジン１２の始動に応答して図４に示すフロー図に従う処理を実行する。なお、このフロー図に対応する制御プログラムは、メモリ５８ｍｍに記憶される。

ステップＳ１では、燃焼期間および燃焼変動を対象とするイオンフィードバック制御を開始する。このとき、燃料噴射量は固定され、燃料期間および燃焼変動は、燃焼室１６内で発生しかつ点火プラグ３０を通して検出されたイオン電流に基づいて検出される。

ステップＳ３では、検出された燃料期間および燃焼変動に基づいて燃料の重質を判定する。ステップＳ５では判定結果が重質であるか否かを判別し、判別結果がＹＥＳであれば通常のＡ／Ｆ制御（主酸素センサ５４および補助酸素センサ５６の検知結果に基づく空燃比制御）に速やかに移行する一方、判別結果がＮＯであればステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、ステップＳ１で開始されたイオンフィードバック制御を停止し、ステップＳ９では、燃料噴射量をリッチ側およびリーン側に交互に振るディザ制御を開始する。なお、燃料噴射量の当初の振れ幅は、理論空燃比に対応する噴射量を中央値として、“Ｗ１”に設定される（図３参照）。

ステップＳ１１では、燃焼室１６内で発生かつ点火プラグ３０を通して検出されたイオン電流に基づいて、リーン側の燃焼期間を検出する。ステップＳ１３では、検出された燃料期間が基準値ＲＥＦよりも短いか否かを判別する。

ステップＳ１３の判別結果がＮＯであれば、ステップＳ１５で燃料噴射量の振れ幅（ディザ幅）を縮小する。燃料噴射量の振れ幅は、理論空燃比に対応する噴射量を中央値として“Ｗ２”に調整され（図３参照）、これによって、リーン側の燃料噴射量が増大する。ステップＳ１５の処理が完了すると、ステップＳ１１に戻る。

なお、ディザ制御中のＡ／Ｆ変動に起因するトルク変動は、ディザ制御に同期した点火時期の補正によって抑制される。また、燃料噴射量が調整されると、これに合わせて点火時期の補正量も調整される。

ステップＳ１３の判別結果がＹＥＳであれば、通常のＡ／Ｆ制御に移行する。この結果、空燃比は、主酸素センサ５４および補助酸素センサ５６の検知結果に基づいて制御される。

以上の説明から分かるように、エンジン１２が始動すると、燃焼室１６への燃料噴射量をリッチ側およびリーン側に交互に振るディザ制御が実行される。このとき、ＥＣＵ５８は、燃焼室１６内で発生したイオン電流に基づいてリーン側の燃焼期間を検出し(S11)、検出された燃焼期間が基準値ＲＥＦよりも短くなるように燃料噴射量の振れ幅を調整する(S13, S15)。

これによって、エンジン１２の始動後において触媒５２を活性させるタイミングを早めることができる。換言すれば、エンジン１２の始動後の早いタイミングで高い排気浄化性能が得られる。また、燃焼期間が基準値ＲＥＦよりも短くなるように燃料噴射量の振れ幅を調整することで、失火を防止することができる。

１０ …車両
１２ …エンジン
１６ …燃焼室
３０ …点火プラグ
３２ …吸気管
３６ …排気管
５２ …触媒
５４ …主酸素センサ
５６ …補助酸素センサ
５８ …ＥＣＵ

Claims (1)

1. 内燃機関の始動後に燃焼室への燃料噴射量をリッチ側およびリーン側に交互に振るディザ制御を実行する制御装置であって、
   前記燃焼室内で発生したイオン電流に基づいて前記リーン側の燃焼期間を検出する検出手段、および
   前記検出手段によって検出された燃焼期間が基準値よりも短くなるように前記燃料噴射量の振れ幅を調整する調整手段を備える、制御装置。

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