JP2018188995A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間始動時にも、多量の未燃ＨＣが大気中に放出されるのを制限しつつ、吸気通路内壁面上の燃料の量を低減する。【解決手段】内燃機関１は、スロットル弁２４下流の吸気通路内に配置された吸気流制御弁２６と、吸気流制御弁下流の吸気通路内に配置された燃料噴射弁１１と、電子制御ユニット４０と、を備える。電子制御ユニットは、機関運転を停止すべきときには、停止処理運転を行った後に機関運転を停止するように構成されており、さらに、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁の開度が小さいときには、前記開度が大きいときに比べて、停止処理運転中の吸気流制御弁の開度を大きくする、ように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

スロットル弁下流の吸気通路内に燃料噴射弁を配置し、機関を停止すべきときに、燃料の供給を停止しつつモータリングを行い、それにより、吸気通路内を流れる吸気流でもって吸気通路の内壁面上の燃料を除去するようにした内燃機関が公知である（例えば、特許文献１参照）。このようにすると、機関を始動すべきときに吸気通路内壁面上に付着している燃料の量が低減されるので、機関始動時に大気中に放出される未燃ＨＣ量が低減される。また、特許文献１には、スロットル弁下流かつ燃料噴射弁上流の吸気通路内に配置され、燃焼室内に形成されるスワール流の強度を制御するためのスワール流制御弁も開示されている。

特開２００４−１４４０３０号公報

ところで、特許文献１において、機関を停止すべきときにスワール流制御弁の開度を小さくして吸気通路内の吸気流を高めれば、吸気通路内壁面上の燃料を良好に除去することができると考えられる。しかしながら、このような高速の吸気流が用いられると、吸気通路内壁面から除去されて燃焼室内に流入する燃料に、寸法が比較的大きな燃料塊の形の燃料が含まれるおそれがある。あるいは、高速の吸気流によって、燃料が例えば排気弁下方の燃焼室の内壁面上に付着するおそれがある。このような燃料塊の形の燃料、又は、燃焼室内壁面上に付着した燃料は良好に燃焼しにくい。このため、機関が停止されたときに、燃焼室内、及び、燃焼室から触媒までの排気通路内に、多量の未燃ＨＣが残留するおそれがある。その結果、次いで冷間状態のもとで機関運転が再開されると、多量の残留未燃ＨＣが触媒で浄化されることなく大気に排出されるおそれがある。

本発明によれば、スロットル弁下流の吸気通路内に配置された吸気流制御弁と、前記吸気流制御弁下流の吸気通路内に配置された燃料噴射弁と、機関運転を停止すべきときには、停止処理運転を行った後に機関運転を停止するように構成されている、電子制御ユニットと、を備え、前記電子制御ユニットはさらに、前記停止処理運転直前の機関運転時における前記吸気流制御弁の開度が小さいときには、前記開度が大きいときに比べて、前記停止処理運転中の前記吸気流制御弁の開度を大きくする、ように構成されている、内燃機関の制御装置が提供される。

冷間始動時にも、多量の未燃ＨＣが大気中に放出されるのを制限しつつ、吸気通路内壁面上の燃料の量を低減することができる。

内燃機関の全体図である。 本発明による実施例における停止処理運転中の吸気流制御弁の開度Ｄｓｔの線図である。 停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁の開度が比較的大きいときの、本発明による実施例の機関停止制御を説明するタイムチャートである。 停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁の開度が比較的小さいときの、本発明による実施例の機関停止制御を説明するタイムチャートである。 本発明による別の実施例における停止処理運転中の吸気流制御弁の開度Ｄｓｔの線図である。 本発明による実施例の機関停止制御を実行するためのフローチャートである。

図１を参照すると、１は内燃機関、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６はシリンダヘッド３内に形成された吸気ポート、７は吸気弁、８はシリンダヘッド３内に形成された排気ポート、９は排気弁、１０は燃焼室５内に配置された点火栓、をそれぞれ示す。吸気ポート６内には吸気ポート６内に燃料を噴射するように構成されている燃料噴射弁１１が配置される。また、シリンダブロック２には、機関冷却水温を検出するように構成されている水温センサ１２が取り付けられる。機関冷却水温は機関温度、特に吸気ポート６の内壁面の温度を表している。

吸気ポート６は吸気枝管２０を介してサージタンク２１に連結され、サージタンク２１は吸気ダクト２２を介してエアクリーナ２３に連結される。吸気ダクト２２内には電子制御式のスロットル弁２４が配置される。また、スロットル弁２４上流の吸気ダクト２２内には吸入空気量を検出するように構成されている吸入空気量センサ又はエアフロメータ２５が配置される。また、スロットル弁２４下流の吸気通路、例えば吸気枝管２０内には電子制御式の吸気流制御弁２６が配置される。したがって、燃料噴射弁１１は吸気流制御弁２６の下流に位置する。

吸気流制御弁２６は吸気枝管２０（吸気通路）の流路面積を制御することにより、吸気ポート６（吸気通路）内の吸気流を制御するように構成されている。吸気流制御弁２６の開度が小さくなると、吸気枝管２０の流路面積が小さくなって、吸気ポート６内における吸気の流速が高くされる。逆に、吸気流制御弁２６の開度が大きくなると、吸気枝管２０の流路面積が大きくなって、吸気ポート６内における吸気の流速が低くされる。本発明による実施例では、吸気流制御弁２６は、燃焼室５内に形成される旋回流の強度を制御するように構成されている旋回流制御弁から構成される。この場合、旋回流には、シリンダ軸線回りのスワール流と、シリンダ軸線に垂直な軸線回りのタンブル流とが含まれる。なお、旋回流の強度は例えば、機関回転数に対する旋回流の角速度の比によって表される。

本発明による実施例では、機関運転時における吸気流制御弁２６の開度は機関運転状態（例えば、機関負荷及び機関回転数）に基づいて制御される。

一方、排気ポート８は排気マニホルド３０を介して排気管３１に連結され、排気管３１は触媒３２の入口に連結される。触媒３２の出口には排気管３３が連結される。

更に図１を参照すると、電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。水温センサ１２及び吸入空気量センサ２５の出力電圧はそれぞれ対応するＡ／Ｄ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に、アクセルペダル４９にはアクセルペダル４９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５０が接続され、負荷センサ５０の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に、クランク角を検出するように構成されているクランク角センサ５１が入力ポート４５に接続される。一方、出力ポート４６はそれぞれ対応する駆動回路４８を介して、点火栓１０、燃料噴射弁１１、スロットル弁２４のアクチュエータ、及び、吸気流制御弁２６のアクチュエータにそれぞれ接続される。

さて、本発明による実施例では、機関運転を停止すべきときには、停止処理運転が一時的に行われる。本発明による実施例では、停止処理運転はアイドリング運転である。停止処理運転は例えばあらかじめ定められた一定時間にわたり行われる。次いで、機関運転が停止される。すなわち、燃料噴射弁１１による燃料噴射作用及び点火栓１０による点火作用が停止される。

本発明による実施例では、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔは、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐに基づいて設定される。すなわち、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐが小さいときには、前記開度Ｄｐが大きいときに比べて、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔが大きくされる。図２には、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔの一例が示される。図２に示される例では、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐがあらかじめ定められた設定開度Ｄｘよりも小さいときには、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔは比較的大きな開度ＤＬとされ、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐが設定開度Ｄｘよりも大きいときには、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔは比較的小さな開度ＤＳとされる。比較的大きな開度ＤＬは例えば吸気流制御弁２６の最大開度である。比較的小さな開度ＤＳは例えば吸気流制御弁２６の最小開度である。

図３は、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐが設定開度Ｄｘよりも大きい場合を示している。図３において、時間ｔａ１は機関運転を停止すべき信号が発せられたタイミングを示している。時間ｔａ１よりも前では内燃機関１において通常運転が行われている。すなわち、燃料噴射作用が行われており、したがって燃料噴射量ＱＦがゼロよりも大きい。また、機関回転数ＮＥがゼロよりも高い。一方、上述したように、このときの吸気流制御弁２６の開度Ｄｐは設定開度Ｄｘよりも大きい。その結果、吸気ポート６内の吸気流速が比較的低いので、このとき吸気ポート６の内壁面上に付着している燃料量ＱＦＷは図３にＸａで示されるように、比較的多い。また、このとき燃焼室５から排出される排気ガス中に含まれる微粒子の量ＰＭ又は数ＰＮは図３にＹａで示されるように、比較的少ない。

次いで、時間ｔａ１になると、停止処理運転、すなわち本発明による実施例ではアイドリング運転が開始される。その結果、燃料噴射量ＱＦが減少され、機関回転数ＮＥが低下される。一方、吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔが比較的小さな開度ＤＳとされる。その結果、吸気ポート６内の吸気流速が比較的高くなる。それにより、吸気ポート６の内壁面上に付着している燃料量ＱＦＷが図３にＺａで示されるように減少され、このときの減少幅は比較的大きい。また、排気ガス中に含まれる微粒子の量ＰＭ又は数ＰＮは図３にＷａで示されるように一時的に増大し、このときの増大幅は比較的大きい。

次いで、時間ｔａ２になると、停止処理運転が終了され、機関運転が停止される。その結果、燃料噴射量ＱＦがゼロにされ、機関回転数ＮＥはゼロに向けて低下する。また、吸気ポート６の内壁面上に付着している燃料量ＱＦＷの変化は次第に小さくなり、排気ガス中の微粒子の量ＰＭ又は数ＰＮはゼロに向けて減少する。一方、図３に示される例では、このときの吸気流制御弁２６の開度は開度Ｄｓｔに保持される。

これに対し、図４は、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐが設定開度Ｄｘよりも小さい場合を示している。図４において、時間ｔｂ１は機関運転を停止すべき信号が発せられたタイミングを示している。時間ｔｂ１よりも前では内燃機関１において通常運転が行われている。一方、上述したように、このときの吸気流制御弁２６の開度Ｄｐは設定開度Ｄｘよりも小さい。その結果、吸気ポート６内の吸気流速が比較的高いので、このとき吸気ポート６の内壁面上に付着している燃料量ＱＦＷは図４にＸｂで示されるように、比較的少ない。また、このとき燃焼室５から排出される排気ガス中に含まれる微粒子の量ＰＭ又は数ＰＮは図４にＹｂで示されるように、比較的多い。

次いで、時間ｔｂ１になると、停止処理運転又はアイドリング運転が開始される。その結果、燃料噴射量ＱＦが減少され、機関回転数ＮＥが低下される。一方、吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔが比較的大きな開度ＤＬとされる。その結果、吸気ポート６内の吸気流速が比較的低くなる。それにより、吸気ポート６の内壁面上に付着している燃料量ＱＦＷが図４にＺｂで示されるように減少され、このときの減少幅は比較的小さい。また、排気ガス中に含まれる微粒子の量ＰＭ又は数ＰＮは図３にＷｂで示されるように一時的に増大し、このときの増大幅は比較的小さい。

次いで、時間ｔｂ２になると、停止処理運転が終了され、機関運転が停止される。その結果、燃料噴射量ＱＦがゼロにされ、機関回転数ＮＥはゼロに向けて低下する。また、吸気ポート６の内壁面上に付着している燃料量ＱＦＷの変化は次第に小さくなり、排気ガス中の微粒子の量ＰＭ又は数ＰＮはゼロに向けて減少する。一方、図４に示される例では、このときの吸気流制御弁２６の開度は開度Ｄｓｔに保持される。

すなわち、本発明による実施例では、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐが比較的大きいとき、すなわち機関運転を停止すべきときに吸気ポート６の内壁面上に付着している燃料量が比較的多いときには、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔが比較的小さくされ、それによって吸気ポート６内の吸気流速が比較的高くされる。その結果、吸気ポート６の内壁面上に付着している燃料が良好に除去される。なお、この場合、図３においてＷａでもって示されるように、排気ガス中に含まれる微粒子の量ＰＭ又は数ＰＮが一時的に増大するけれども、通常運転中の微粒子量は図３にＹａで示されるように比較的少ない。したがって、機関運転全体で考えれば、このような微粒子の量ＰＭ又は数ＰＮの一時的な増大は許容される。

一方、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐが比較的小さいとき、すなわち機関運転を停止すべきときに吸気ポート６の内壁面上に付着している燃料量が比較的少ないときには、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔが比較的大きくされ、それによって吸気ポート６内の吸気流速が比較的低くされる。その結果、吸気ポート６から除去された燃料が比較的大きな塊の形で燃焼室５に流入するのが制限される。あるいは、排気弁９下方の燃焼室５の内壁面上に付着する燃料の量が制限される。したがって、排気ガス中に含まれる微粒子の量ＰＭ又は数ＰＮが少なく維持される。すなわち、機関運転が停止されたときに、燃焼室５内、及び、燃焼室５から触媒３２までの排気通路内に残留する未燃ＨＣの量が低減される。したがって、その後に冷間始動が行われたとしても、このとき大気中に放出される未燃ＨＣの量が制限される。なお、この場合、図４においてＺｂでもって示されるように、吸気ポート６の内壁面上に付着している燃料量は比較的少なく、吸気ポート６の吸気流速を高める必要性は低い。

動力源として内燃機関及び電気モータを備える、いわゆるハイブリッド車両や、自動停止条件（例えば、ブレーキオン、車速ゼロ、かつ、Ｎレンジ選択、など）が成立すると機関運転を自動的に停止し、機関運転停止中に自動再始動条件（例えば、アクセルオン、かつ、Ｄレンジ選択、など）が成立すると内燃機関を自動的に再始動する、いわゆるエコラン車、では、比較的短い時間インターバルでもって、内燃機関の始動及び停止が繰り返されることがある。この時間インターバルが短いと、機関温度が高くなる前に機関運転が停止されるおそれがある。したがって、機関温度が低い状態、すなわち冷間状態で機関始動が繰り返されるおそれがある。本発明による実施例では、このような車両においても、機関始動時に大気中に放出される未燃ＨＣを確実に制限することができる。

図５には、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔの別の例が示される。図５に示される例では、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐが小さくなるにつれて、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔは大きくされる。

したがって、概念的に表現すると、本発明による実施例の電子制御ユニット４０は、機関運転を停止すべきときには、停止処理運転を行った後に機関運転を停止するように構成されており、さらに、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐが小さいときには、前記開度Ｄｐが大きいときに比べて、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔを大きくする、ように構成されている、ということになる。

さらに、本発明による実施例では、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔは、停止処理運転直前の機関運転時における機関冷却水温ＴＨＷｐにも基づいて設定される。具体的には、停止処理運転直前の機関運転時における機関冷却水温ＴＨＷｐがあらかじめ定められた設定温度ＴＨＷｐｘよりも高いときには、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐに関わらず、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔが比較的大きな開度ＤＬに設定される。停止処理運転直前の機関運転時における機関冷却水温ＴＨＷｐが比較的高いときには、吸気ポート６に付着した燃料が蒸発しやすいので、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐに関わらず、このとき吸気ポート６の内壁面上に付着している燃料量ＱＦＷは比較的少ない。そこで、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐが比較的小さい場合と同様に、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔが比較的大きくされる。

これに対し、停止処理運転直前の機関運転時における機関冷却水温ＴＨＷｐが設定温度ＴＨＷｐｘよりも低いときには、上述したように、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐに基づいて停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔが設定される。このようにしているのは、停止処理運転直前の機関運転時における機関冷却水温ＴＨＷｐが比較的低いときには、このとき吸気ポート６の内壁面上に付着している燃料量ＱＦＷは、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐに依存するからである。したがって、停止処理運転直前の機関運転時における機関冷却水温ＴＨＷｐに応じて、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔが適切に制御される。なお、設定温度ＴＨＷｐｘは例えば６０℃である。

図６は本発明による実施例の上述した機関停止制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。図６を参照すると、ステップ１００では、機関運転中であるか否かが判別される。機関運転が停止されているときには処理サイクルを終了する。機関運転中であるときには次いでステップ１０１に進み、機関運転を停止すべきか否かが判別される。機関運転を停止すべきでないときには処理サイクルを終了する。機関運転を停止すべきときには次いでステップ１０２に進み、停止処理運転直前の機関運転時における機関冷却水温ＴＨＷｐが設定温度ＴＨＷｐｘよりも低いか否かが判別される。ＴＨＷｐ＜ＴＨＷｐｘのときには次いでステップ１０３に進み、停止処理運転直前の機関運転時における吸気流制御弁２６の開度Ｄｐが設定開度Ｄｘよりも大きいか否かが判別される。Ｄｐ＞Ｄｘのときには次いでステップ１０４に進み、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔが比較的小さな開度ＤＳに設定される。次いでステップ１０６に進む。これに対し、ステップ１０２においてＴＨＷｐ≧ＴＨＷｐｘのとき、又は、ステップ１０３においてＤｐ≦Ｄｘのときにはステップ１０５に進み、停止処理運転中の吸気流制御弁２６の開度Ｄｓｔが比較的大きな開度ＤＬに設定される。次いでステップ１０６に進む。ステップ１０６では停止処理運転が一時的に行われる。続くステップ１０７では機関運転が停止される。

これまで述べてきた本発明による実施例では、停止処理運転が開始されると（図３のｔａ１，図４のｔｂ１）、吸気流制御弁２６の開度が上述の開度Ｄｓｔに設定される。これに対し、本発明による別の実施例（図示しない）では、停止処理運転が開始された後、種々の停止前処理が終了した後に、吸気流制御弁２６の開度が上述の開度Ｄｓｔに設定される。この停止前処理には、例えば可変動弁機構をあらかじめ定められた設定位置（例えば、最遅角）まで戻す処理、吸気ポート６の内壁面上に付着したデポジットを噴射燃料により洗い流す処理、種々の制御の学習、などが含まれる。

１ 内燃機関
６ 吸気ポート
１１ 燃料噴射弁
２４ スロットル弁
２６ 吸気流制御弁
４０ 電子制御ユニット

Claims (1)

1. スロットル弁下流の吸気通路内に配置された吸気流制御弁と、
   前記吸気流制御弁下流の吸気通路内に配置された燃料噴射弁と、
   機関運転を停止すべきときには、停止処理運転を行った後に機関運転を停止するように構成されている、電子制御ユニットと、
   を備え、
   前記電子制御ユニットはさらに、前記停止処理運転直前の機関運転時における前記吸気流制御弁の開度が小さいときには、前記開度が大きいときに比べて、前記停止処理運転中の前記吸気流制御弁の開度を大きくする、ように構成されている、
   内燃機関の制御装置。

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