JP2018178889A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の排ガス浄化性能を早期に発揮させ、かつブレーキ性能の低下を抑制すること。【解決手段】ＥＣＵ６４は、エンジン１２に設けられた点火プラグ３０の点火時期を触媒５８の温度に応じて異なる遅角に調整する。ただし、点火時期の遅角量は、触媒５８の劣化度が低くかつエンジン１２の慣らし度合が高いほど、抑制されるように補正される。【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、内燃機関の点火時期を排ガス浄化触媒（以下、単に「触媒」と言う。）の温度に応じて異なる遅角に調整する、制御装置に関する。

エンジンの排ガスを浄化する触媒は、低温では不活性状態で浄化性能を発揮しないため、エンジンが始動されると、早期に触媒を暖機してこれを活性化状態にする必要がある。そこで、特許文献１では、エンジン始動直後に吸入空気量つまりエンジン回転数を増大させるべく、点火時期を遅角側に設定するようにしている。

特開平１０−２９９６３１号公報

吸入空気量を増大させるためにはスロットルバルブの開度を増大させる必要があるところ、スロットルバルブの開度を増大させると、スロットルバルブの下流側の負圧ひいてはブレーキブースタに作用する負圧が低下してしまう。また、フリクションロスはエンジンの慣らし度合が低いほど大きいため、慣らし度合が低い時期においてはスロットルバルブの開度がより増大し、ブレーキブースタに作用する負圧がさらに低下してしまう。このような負圧の低下は、ブレーキ性能の低下を引き起こす。

それゆえに、この発明の主たる目的は、排ガス浄化性能を早期に発揮させることができ、かつブレーキ性能の低下を抑制することができる、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、内燃機関の点火時期を排ガス浄化触媒の温度に応じて異なる遅角に調整する制御装置であって、排ガス浄化触媒の劣化度が低くかつ内燃機関の慣らし度合が高いほど点火時期の遅角量を抑制するようにした、制御装置である。

内燃機関の点火時期を遅角させることで、排ガス浄化触媒の性能を早期に発揮させることができる。また、排ガス浄化触媒の劣化度が低くかつ内燃機関の慣らし度合が高いほど点火時期の遅角量を抑制することで、ブレーキ性能の低下を抑制することができる。

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。 図１に示すＥＣＵによって参照されるテーブルの一例を示す図解図である。 図１に示すＥＣＵによって参照される別のテーブルの一例を示す図解図である。 図１に示すＥＣＵの動作の一部を示すタイミング図である。 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、３つの気筒１４１〜１４３を有する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。吸気管３２は、気筒１４１〜１４３の上流の位置で３つに分岐する。一方、排気管３６は、気筒１４１〜１４３の下流の位置で３つから１つに集約される。気筒１４１〜１４３の各々に設けられた燃焼室１６は、吸気弁１８を介して吸気管３２と連通し、排気弁２０を介して排気管３６と連通する。

吸気管３２の分岐点には、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。また、サージタンク４４よりも上流の位置には、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とが設けられる。

さらに、サージタンク４４よりも下流の位置には、吸気管３２に燃料を噴射するべく気筒１４１〜１４３の各々に割り当てられた燃料噴射装置４０が設けられる。一方、排気管３６の集約点よりも下流の位置には、触媒５８を有するマフラー５６が設けられる。

また、エンジン１２は、ラジエータホース（図示せず）を循環する冷却水によって冷却される。ここで、ラジエータホースにはサーモスタット５４が設けられ、冷却水の温度はサーモスタット５４によって検知される。なお、マフラー５６は排気管３６と直結されるため、冷却水の温度は触媒５８の温度とみなすことができる。

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、ＥＣＵ６４は、エンジン１２を始動するべく図２に示すリレー７２をオンする。バッテリ７４の電力はオン状態のリレー７２を介してスタータ７６に供給され、スタータ７６はバッテリ７４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。

エンジン１２が始動すると、ＥＣＵ６４は、アイドル状態が維持されるように、バルブモータ４２を通してスロットルバルブ３８の開度を調整する。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、ＥＣＵ６４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、エンジン回転センサ５２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に示すトランスミッション６６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６８を介してオルタネータ７０の回転軸７０ｓに伝達される。回転軸７０ｓの回転力は電力に変換され、変換された電力はバッテリ７４に蓄えられる。

運転席に設けられたブレーキペダル５０が踏み込まれると、ブレーキ踏力はブレーキブースタ４８を介してブレーキ機構（図示せず）に伝達される。ブレーキブースタ４８の負圧室はチェックバルブ４６を介して吸気管３２と連通し、ブレーキブースタ４８は、インマニ負圧（吸気管３２に生じている負圧）ないしブースタ負圧（負圧室に生じている負圧）と大気圧との差分を利用してドライバのブレーキ踏力を助勢する。したがって、車両１０は小さいブレーキ踏力で速やかに減速する。

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５６に供給される。触媒５８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。

排気管３６のうち触媒５８の上流側の位置には主酸素濃度センサ６０が設けられ、排気管３６のうち触媒５８の下流側の位置には補助酸素濃度センサ６２が設けられる。ＥＣＵ６４は、主酸素濃度センサ６０の出力電圧を参照して、燃料噴射量を理論空燃比に対応する量に調整する。補助酸素濃度センサ６２の出力電圧を参照したＥＣＵ６４の動作については、後述する。

図６を参照して、車両１０が坂を下り始めたときや交差点で減速するときにアクセルペダルから足が離されると、ＥＣＵ６４は、燃料カット機能をオンする。これによって、燃料噴射装置４０からの燃料の噴射が停止される。車両１０が停止する前にアクセルペダルが再度踏み込まれると、ＥＣＵ６４は、燃料カット機能をオフする。燃料噴射装置４０は燃料を噴射し、これによって車両１０が加速する。

ここで、フラグＦＬＧｆｃは、燃料カット機能がオフ状態のときＬレベルに設定され、燃料カット機能がオン状態のときＨレベルに設定される。また、補助酸素濃度センサ６２の出力電圧は、燃料カット機能がオン状態のとき０Ｖまで低下する一方、燃料カット機能がオフ状態のとき０．７Ｖまで上昇する。

さらに、燃料カット機能がオン状態からオフ状態に切り替えられた場合に、補助酸素濃度センサ６２の出力電圧が０．５Ｖまで回復するのに要する時間つまり電圧回復時間は、触媒５８の排ガス浄化性能が劣化するほど短くなる。

たとえば、排ガス浄化性能が高ければ、補助酸素濃度センサ６２の出力電圧は９秒かけて０．５Ｖまで回復し、排ガス浄化性能が低ければ、補助酸素濃度センサ６２の出力電圧は３秒かけて０．５Ｖまで回復する。

触媒５８は、低温では不活性状態で浄化性能を発揮しないため、エンジン１２が始動されると、早期に触媒５８を暖機してこれを活性化状態にする必要がある。ここで、触媒５８の暖機は通常、点火プラグ３０の点火時期を遅角側に設定し、吸入空気量つまりエンジン１２回転数を増大させることで実現される。

ただし、吸入空気量を増大させるためにはスロットルバルブ３８の開度を増大させる必要があるところ、スロットルバルブ３８の開度を増大させると、スロットルバルブ３８の下流側のインマニ負圧ひいてはブレーキ負圧が低下する。

また、フリクションロスはエンジン１２の慣らし度合が低いほど大きいため、慣らし度合が低い時期においてはスロットルバルブ３８の開度がより増大し、ブースタ負圧がさらに低下してしまう。このような負圧の低下は、ブレーキ性能の低下を引き起こす。

そこで、この実施例では、図３に示すテーブルＴＢＬ１および図４に示すテーブルＴＢＬ２をメモリ６４ｍに準備し、図５に示すフロー図に従う触媒暖機制御を繰り返し実行するようにしている。なお、このフロー図に対応する制御プログラムは、メモリ６４ｍに記憶される。

図３を参照して、テーブルＴＢＬ１には、サーモスタット５４によって検知された水温と点火時期の遅角量との対応関係が記載される。具体的には、遅角量は、−１０℃の水温に対して０°を示し、０℃の水温に対して０°を示し、１５℃の水温に対して−１０°を示し、３０℃の水温に対して−１０°を示し、６０℃の水温に対して−５°を示し、７０℃の水温に対して０°を示す。

図４を参照して、テーブルＴＢＬ２には、エンジン回転回数（慣らし度合）と触媒５８の排ガス浄化性能の劣化度（電圧回復時間）とに応じて規定される補正係数が記載される。具体的には、電圧回復時間が０秒または３秒の場合、補正係数は、０ｋｍ相当〜１００００ｋｍ相当のエンジン回転回数に対応して“１”を示す。

また、電圧回復時間が６秒の場合、補正係数は、０ｋｍ相当のエンジン回転回数に対応して“０．９”を示し、１０００ｋｍ相当のエンジン回転回数に対応して“０．８５”を示し、５０００ｋｍ相当のエンジン回転回数に対応して“０．８”を示し、１００００ｋｍ相当のエンジン回転回数に対応して“０．７５”を示す。

さらに、電圧回復時間が９秒の場合、補正係数は、０ｋｍ相当のエンジン回転回数に対応して“０．８５”を示し、１０００ｋｍ相当のエンジン回転回数に対応して“０．８”を示し、５０００ｋｍ相当のエンジン回転回数に対応して“０．７５”を示し、１００００ｋｍ相当のエンジン回転回数に対応して“０．７”を示す。

また、電圧回復時間が１２秒の場合、補正係数は、０ｋｍ相当のエンジン回転回数に対応して“０．８”を示し、１０００ｋｍ相当のエンジン回転回数に対応して“０．７５”を示し、５０００ｋｍ相当のエンジン回転回数に対応して“０．７”を示し、１００００ｋｍ相当のエンジン回転回数に対応して“０．６５”を示す。

図５を参照して、ステップＳ１では、遅角作動条件が成立したか否かを判別する。ここで、遅角作動条件は、エンジン回転回数が数百ｋｍ相当の回転回数に達するという条件と、フラグＦＬＧｆｃがＨレベルからＬレベルに更新されるという条件とを含む。

判別結果がＮＯであれば、そのまま今回の触媒暖機制御を終了する。一方、判別結果がＹＥＳであれば、ステップＳ３に進み、サーモスタット５４を通して冷却水の温度を検出する。検出された水温は、触媒５８の温度とみなすことができる。ステップＳ５では、ステップＳ３で検出された水温に対応する遅角量をテーブルＴＢＬ１から検出する。

ステップＳ７では、補助酸素濃度センサ６２の出力電圧を繰り返し検出して、電圧回復時間を測定する。ステップＳ９では、エンジン回転センサ５２の出力に基づいてエンジン１２の回転回数を検出する。ステップＳ１１では、ステップＳ７で測定された電圧回復時間とステップＳ９で検出された回転回数とに対応する補正係数をテーブルＴＢＬ２から検出する。

ステップＳ１３では、ステップＳ５で検出された遅角量にステップＳ１１で検出された補正係数を掛け算して、遅角量を補正する。点火プラグ３０は、こうして補正された遅角量に対応する時期に点火される。今回の触媒暖機制御は、ステップＳ１３の処理の後に終了する。

以上の説明から分かるように、ＥＣＵ６４は、エンジン１２に設けられた点火プラグ３０の点火時期を触媒５８の温度に応じて異なる遅角に調整する。ただし、点火時期の遅角量は、触媒５８の劣化度が低くかつエンジン１２の慣らし度合が高いほど、抑制されるように補正される。

エンジン１２の点火時期を遅角させることで、触媒５８の排ガス浄化性能を早期に発揮させることができる。また、触媒５８の劣化度が低くかつエンジン１２の慣らし度合が高いほど点火時期の遅角量を抑制することで、ブレーキ性能の低下を抑制することができる。

１０ …車両
１２ …エンジン
１６ …燃焼室
３２ …吸気管
３６ …排気管
５８ …触媒
６０ …主酸素濃度センサ
６２ …補助酸素濃度センサ
６４ …ＥＣＵ

Claims (1)

1. 内燃機関の点火時期を排ガス浄化触媒の温度に応じて異なる遅角に調整する制御装置であって、
   前記排ガス浄化触媒の劣化度が低くかつ前記内燃機関の慣らし度合が高いほど前記点火時期の遅角量を抑制するようにした、制御装置。

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