JP2020169604A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ショックを抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を制御することで、前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒に供給する吸気の量を制御する吸気制御部と、前記内燃機関への燃料の供給を制御する燃料制御部と、を具備し、前記燃料制御部は前記燃料の供給を停止し、かつ前記吸気制御部は前記スロットルバルブを開き前記触媒に吸気を供給する第１の制御を行い、前記第１の制御の終了後から所定時間の間、前記燃料制御部は前記燃料の供給を停止し、かつ前記吸気制御部は前記スロットルバルブの開度を、前記第１の制御中における前記スロットルバルブの開度に比べて小さくする第２の制御を行い、前記所定時間の経過後に、前記燃料制御部は前記燃料を供給する第３の制御を開始する内燃機関の制御装置。【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。
内燃機関の排気を浄化するために、排気通路には触媒が設けられている。しかし触媒が過度に高温になる恐れがある。内燃機関への燃料の供給を停止（フューエルカット）して、スロットルバルブの開度を増加させて吸気を触媒に供給し、温度を低下させる技術がある（特許文献１など）。
特開２００２−３７１８３６号公報
上記のような吸気の供給後に燃料の供給を開始すると、筒内の吸気量が多いため内燃機関のトルクが増大し、大きなショックが発生する恐れがある。そこで、ショックを抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
上記目的は、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を制御することで、前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒に供給する吸気の量を制御する吸気制御部と、前記内燃機関への燃料の供給を制御する燃料制御部と、を具備し、前記燃料制御部は前記燃料の供給を停止し、かつ前記吸気制御部は前記スロットルバルブを開き前記触媒に吸気を供給する第１の制御を行い、前記第１の制御の終了後から所定時間の間、前記燃料制御部は前記燃料の供給を停止し、かつ前記吸気制御部は前記スロットルバルブの開度を、前記第１の制御中における前記スロットルバルブの開度に比べて小さくする第２の制御を行い、前記所定時間の経過後に、前記燃料制御部は前記燃料を供給する第３の制御を開始する内燃機関の制御装置によって達成できる。
前記内燃機関は、クランクケースと前記吸気通路とに接続され、前記クランクケースから前記吸気通路にブローバイガスを導入するＰＣＶ通路を有してもよい。
前記燃料はアルコールを含んでもよい。
前記内燃機関のシフトレバーのポジションを取得するポジション取得部を具備し、前記シフトバーのポジションがニュートラルポジションになったことに応じて、前記吸気制御部は前記第１の制御を終了して前記第２の制御を行ってもよい。
前記所定時間の間、電動機により前記内燃機関の回転数を制御する回転数制御部を具備してもよい。
ショックを抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供できる。
図１は車両を例示する模式図である。 図２はエンジンシステムを例示する模式図である。 図３は比較例におけるタイムチャートである。 図４は第１実施形態におけるタイムチャートである。 図５はＥＣＵが実行する制御を例示するフローチャートである。
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本実施例の内燃機関の制御装置について説明する。まず、制御装置が適用される車両およびエンジンシステムについて説明する。
（ハイブリッド車両）
図１は車両１を例示する模式図である。図１に示すように、車両１はハイブリッドシステム９および内燃機関１０（エンジン）を搭載するハイブリッド車両であり、駆動輪１ａおよび１ｂを有する。車両１は、バッテリ２が外部電源により充電可能なプラグインハイブリッド車両でもよい。内燃機関１０は燃料を燃焼させて動力を発生させる。燃料は例えばガソリン、またはガソリンとアルコールとを含む燃料である。
ハイブリッドシステム９は、バッテリ２、インバータ３、モータジェネレータ（ＭＧ：Motor Generator、電動機）４および５、動力分割機構６、リダクションギヤ７および減速機８を含む。ＭＧ４および５は、モータ機能（力行）および発電機能（回生）を有し、インバータ３を介してバッテリ２に接続されている。
動力分割機構６は例えばサンギヤ、プラネタリギヤおよびリングギヤを含む遊星歯車から構成され、内燃機関１０およびＭＧ４に連結され、かつ減速機８を介して駆動輪１ａに連結されている。内燃機関１０が出力する動力は、動力分割機構６により駆動輪１ａ側とＭＧ４側とに分割して伝達される。リダクションギヤ７はＭＧ５に連結され、減速機８を介して駆動輪１ａに連結されている。ＭＧ５が出力する動力はリダクションギヤ７および減速機８を介して駆動輪１ａに伝達される。
バッテリ２が放電する直流電力はインバータ３により交流電力に変換され、ＭＧ４または５に供給される。バッテリ２の充電に際しては、ＭＧ４または５が発電する交流電力はインバータ３により直流電力に変換され、バッテリ２に供給される。バッテリ２には電力の昇圧および降圧を行うコンバータが接続されてもよい。ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０は、内燃機関１０、ＭＧ４および５を制御する。
（エンジンシステム）
図２はエンジンシステム１００を例示する模式図である。エンジンシステム１００は内燃機関１０とＥＣＵ５０を備える。
内燃機関１０はシリンダヘッド１１とシリンダブロック１２とを有する。シリンダブロック１２の内部には、ピストン１４、コンロッド１５、およびクランクシャフト１６が収納されている。シリンダヘッド１１、シリンダブロック１２およびピストン１４により、内燃機関１０の筒内に燃焼室１３が形成される。ピストン１４はコンロッド１５によりクランクシャフト１６に連結されている。シリンダヘッド１１には、点火プラグ１８、吸気バルブ２６、排気バルブ２７、および燃料噴射弁３０が設けられ、吸気通路２０および排気通路２１が接続されている。
吸気通路２０には、上流側から下流側にかけて、エアクリーナ２２、エアフローメータ２３、スロットルバルブ２４が設けられている。エアクリーナ２２は外部から流入する空気から粉塵などを除去する。エアフローメータ２３は吸入空気量を取得する。スロットルバルブ２４は例えば不図示のアクチュエータなどにより駆動し、吸入空気量（吸気量）を調節する。開度が大きくなると吸気量は多くなり、開度が小さくなると吸気量は少なくなる。
吸気バルブ２６が開くことで、空気は吸気通路２０から燃焼室１３へと導入される。燃料噴射弁３０から噴射された燃料と空気とは混合気を形成し、ピストン１４で圧縮され、点火プラグ１８は混合気に点火する。点火によりピストン１４は燃焼室１３内を上下に往復運動し、クランクシャフト１６が回転する。燃焼後の排気は排気通路２１から排出される。
排気通路２１には触媒２５および空燃比センサ２８が設けられている。触媒２５は例えば三元触媒であり、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒金属を含み、酸素吸蔵能を有し、ＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する。空燃比センサ２８は空燃比を検出する。排気通路２１にはフィルタが設けられてもよい。
ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）通路４０の一端はシリンダブロック１２のクランクケース１２ａに接続され、他端は吸気通路２０のスロットルバルブ２４より下流側に接続されている。ＰＣＶ通路４０の途中にはＰＣＶバルブ４２が設けられている。燃焼室１３からクランクケース１２ａに漏れ出すブローバイガスは、ＰＣＶ通路４０を通じて吸気通路２０に供給され、吸気とともに内燃機関１０に導入される。ＰＣＶバルブ４２の開度によってブローバイガスの流量が調整される。
シリンダブロック１２に設けられたクランク角センサ１７はエンジンの回転数を検出する。車速センサ４４は車両１の速度を検出する。シフトレバー４６は運転席の近傍に設けられ、例えばＤ（ドライブ）レンジ、Ｎ（ニュートラル）レンジ、Ｒ（リバース）レンジ、Ｐ（パーキング）レンジなどへ操作可能である。ポジションセンサ４８はシフトレバー４６のポジションを検出する。
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置等を備え、記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ５０は、ハイブリッドシステム９および内燃機関１０制御し、ＭＧの動力のみで車両１が走行するＥＶモードと、ＭＧおよび内燃機関１０の動力で走行するＨＶモードとを切り替える。
ＥＣＵ５０は、上述のクランク角センサ１７、点火プラグ１８、エアフローメータ２３、スロットルバルブ２４、空燃比センサ２８、燃料噴射弁３０、ＰＣＶバルブ４２、車速センサ４４、およびポジションセンサ４８と電気的に接続されている。ＥＣＵ５０はクランク角センサ１７から回転数を取得し、エアフロ―メータ２３から吸入空気量を取得し、空燃比センサ２８から空燃比を取得し、車速センサ４４から車速を取得する。ＥＣＵ５０は、点火プラグ１８の点火時期を制御する。
ＥＣＵ５０は、ポジションセンサ４８からシフトレバー４６のポジションを取得し、ポジションにしたがい内燃機関１０のレンジを制御する。例えばシフトレバー４６のポジションがＮ（ニュートラル）である場合、内燃機関１０をＮレンジとし、内燃機関１０のトルクが駆動輪１ａおよび１ｂに伝達されないように制御する。ＥＣＵ５０はカウンタの機能を有し、カウントすることで時間を計測する。
ＥＣＵ５０はＰＣＶバルブ４２の開度を取得し、かつ制御する。ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ２４の開度（スロットル開度）を取得し、かつスロットル開度を制御することで、吸気量を制御する吸気制御部として機能する。ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁３０からの燃料の噴射時期および噴射量を制御する燃料制御部として機能する。
図３は比較例におけるタイムチャートである。図４は第１実施形態におけるタイムチャートである。後述のように、第１実施形態では期間ｔ１〜ｔ２にスロットルバルブ２４の開度を小さくする。比較例はスロットル開度を小さくする期間を有さない。図３および図４の上段から下段にかけて、車速、Ｎレンジフラグ、内燃機関１０への始動要求、ＯＴ防止制御フラグ、自立実行フラグ、吸気量、スロットル開度、燃料噴射を示す。図４の最下段はカウンタのカウントＣを示す。
図３および図４は車両１が減速している例である。図３および図４の時間ｔ１以前、車両１は減速中であり、エンジンブレーキのために燃料の噴射を停止する（フューエルカット、Ｆ／Ｃ）。
図２に示したエンジンシステム１００では、エタノールなどのアルコールを含む燃料（アルコール燃料）を使用することがある。アルコール燃料はガソリンに比べて気化が悪いため、潤滑油に混入し、オイル希釈が発生しやすい。潤滑油に混入した燃料中のアルコール成分は沸点付近の温度で急激に気化する。例えばエタノールは７８℃で急激に揮発する。こうした蒸発燃料はブローバイガスに混入し、ＰＣＶ通路４０を通り吸気通路２０で吸気に合流する。
Ｆ／Ｃ中に吸気は燃焼せずに排気通路２１に流れる。吸気に含まれる揮発した燃料も排気通路２１に流れ、触媒２５に到達する。触媒２５において燃料と酸素とが反応することで触媒２５の温度が上昇する、いわゆる触媒ＯＴが発生することがある。触媒ＯＴにより触媒２５の排気浄化性能が低下し、エミッションが悪化する恐れがある。そこで触媒２５を冷却し、触媒ＯＴを抑制する。図３および図４のｔ１以前の期間のように、ＯＴ防止制御フラグがオンの間、スロットルバルブ２４の開度をＡ１まで大きくし、吸気の流量を増加させることで、触媒２５を冷却する（触媒ＯＴ防止制御、第１の制御）。これにより触媒ＯＴを抑制することができる。
例えばＦ／Ｃ中のＮレンジへのシフトおよびハイブリッドシステム９の異常などにより、内燃機関１０の駆動を開始することがある。例えば図３および図４の例では、時間ｔ１にシフトレバー４６がＮレンジにセットされ、Ｎレンジフラグがオンになる。内燃機関１０への始動要求がオンになると、燃料噴射および燃焼を開始し、内燃機関１０が自立して運転し、車両１は内燃機関１０の駆動力で走行する。
図３に示す比較例では、時間ｔ１において吸気量が多い状態で燃料噴射および燃焼を行うことになる。このため、内燃機関１０のトルクが増加し、ショックが発生する恐れがある。一方、図４に示す第１実施形態では、内燃機関１０の駆動を開始する前に、時間ｔ１〜ｔ２にわたる期間においてスロットルバルブ２４の開度をＡ１からＡ２へと小さくする（第２の制御）。これにより吸気量を低下させ、ショックを抑制する。
図５はＥＣＵ５０が実行する制御を例示するフローチャートである。ＥＣＵ５０はスロットル開度をＡ１として触媒ＯＴ防止制御を行う（ステップＳ１０）。ＥＣＵ５０は、触媒ＯＴ防止制御中であるか否か判定する（ステップＳ１２）。否定判定（Ｎｏ）の場合、制御は終了する。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ５０は、内燃機関１０への始動要求があるか否かを判定する（ステップＳ１４）。否定判定の場合、ＥＣＵ５０はカウンタをキャンセルし（ステップＳ１６）、制御を終了する。すなわち、図４の時間ｔ１以前のように、始動要求がオフであり、ＯＴ防止制御フラグがオンである。このとき、スロットル開度はＡ１であることにより吸気量が増加し、触媒２５が冷却される。なお、カウンタはカウントを開始しない。
図４の時間ｔ１に示すように、例えばシフトレバー４６のポジションがＮレンジになることに応じて始動要求がオンになる。このときステップＳ１４で肯定判定となり、ＥＣＵ５０はスロットル開度をＡ１からＡ２に縮小する（ステップＳ１８、第２の制御）。ＥＣＵ５０はカウンタを作動させ（ステップＳ２０）、カウンタのカウントＣが所定値Ｃｔｈ以上になったか否かを判定する（ステップＳ２２）。否定判定の場合、ＥＣＵ５０はステップＳ２２を繰り返す。肯定判定の場合、ＯＴ防止制御フラグがオフになり、自立運転の実行フラグ（自立実行フラグ）がオンになり、ＥＣＵ５０は内燃機関１０の自立運転を開始する（ステップＳ２４、図４の時間ｔ２）。具体的にＥＣＵ５０は、燃料噴射弁３０による燃料の供給、および燃焼室１３内での燃焼を開始する（第３の制御）。その後、図５の制御は終了する。
第１実施形態によれば、ＥＣＵ５０は、Ｆ／Ｃ中にスロットル開度をＡ１として、触媒２５を冷却する触媒ＯＴ防止制御を行う。その後、ｔ１〜ｔ２の期間中、ＥＣＵ５０はスロットル開度をＡ１より小さいＡ２に維持する。時間ｔ２において、ＥＣＵ５０は燃料噴射および燃焼を開始し、内燃機関１０を自立運転させる。スロットル開度がＡ２に絞られることで吸気量が低下する。吸気量が低下した状態で内燃機関１０の自立運転を開始することで、ショックを抑制することができる。
内燃機関１０はＰＣＶ通路４０を有する。揮発した燃料はブローバイガスに混入し、ＰＣＶ通路４０を流れ、吸気とともに内燃機関１０に導入される。燃料が触媒２５に到達することで触媒ＯＴが発生する恐れがある。特に、アルコールを含む燃料は潤滑油に混入しやすい。アルコール成分は沸点付近の温度では急激に気化し、ブローバイガスに混入する恐れがある。第１実施形態によれば、ＥＣＵ５０は、触媒ＯＴ防止制御を実施した後、内燃機関１０の自立運転開始前にスロットル開度をＡ２にする。これにより、触媒ＯＴを抑制し、かつ自立運転開始時のショックを抑制することもできる。
例えばハイブリッドシステム９の異常などでＥＶモードでの走行が困難な場合、内燃機関１０を始動させ、退避走行を行う。このときＥＣＵ５０は、シフトレバー４６のポジションを取得し、ポジションがＮレンジになったことに応じて始動要求がオンになる（図４の時間ｔ１）。ＥＣＵ５０は、自立運転の開始前にスロットル開度をＡ２に低下せる。これによりショックの抑制が可能である。内燃機関１０の始動後は、内燃機関１０の動力により退避走行が可能である。開度Ａ２はＡ１より小さければよく、例えばアイドリングに対応する開度でもよいし、全閉の開度でもよい。
ＥＣＵ５０は、ｔ１〜ｔ２の間、ＭＧ４により内燃機関１０の回転数を制御し、例えばアイドリング時の回転数（アイドル回転数）程度とする。このため自立運転の開始時に内燃機関１０がアイドル回転数で運転し、エンジンストップが抑制される。なお、ＥＣＵ５０は、自立運転中のスロットル開度をアイドル回転数に対応する大きさに制御する。
車両１はハイブリッド車両以外の車両でもよく、例えば内燃機関１０のみを動力とする車両でもよい。触媒ＯＴ防止制御から内燃機関１０の始動に移行する際のショックを抑制することができる。
図４に示すように、カウントＣがＣｔｈに達する期間ｔ１〜ｔ２に吸気量は十分に低下する。このためショックは抑制される。ＥＣＵ５０は、例えばエアフロ―メータ２３などから吸気量を取得し、吸気量が所定量まで低下したときに内燃機関１０の自立運転を開始してもよい。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１ 車両
１ａ、１ｂ 駆動輪
２ バッテリ
４、５ ＭＧ
６ 動力分割機構
７ リダクションギヤ
８ 減速機
９ ハイブリッドシステム
１０ 内燃機関
１１ シリンダヘッド
１２ シリンダブロック
１２ａ クランクケース
１３ 燃焼室
１４ ピストン
１５ コンロッド
１６ クランクシャフト
１７ クランク角センサ
１８ 点火プラグ
２０ 吸気通路
２１ 排気通路
２２ エアクリーナ
２３ エアフロ―メータ
２４ スロットルバルブ
２５ 触媒
２６ 吸気バルブ
２７ 排気バルブ
２８ 空燃比センサ
３０ 燃料噴射弁
４０ ＰＣＶ通路
４２ ＰＣＶバルブ
４４ 車速センサ
４６ シフトレバー
４８ ポジションセンサ
５０ ＥＣＵ
１００ エンジンシステム

Claims (5)

  1. 内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を制御することで、前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒に供給する吸気の量を制御する吸気制御部と、
    前記内燃機関への燃料の供給を制御する燃料制御部と、を具備し、
    前記燃料制御部は前記燃料の供給を停止し、かつ前記吸気制御部は前記スロットルバルブを開き前記触媒に吸気を供給する第１の制御を行い、
    前記第１の制御の終了後から所定時間の間、前記燃料制御部は前記燃料の供給を停止し、かつ前記吸気制御部は前記スロットルバルブの開度を、前記第１の制御中における前記スロットルバルブの開度に比べて小さくする第２の制御を行い、
    前記所定時間の経過後に、前記燃料制御部は前記燃料を供給する第３の制御を開始する内燃機関の制御装置。
  2. 前記内燃機関は、クランクケースと前記吸気通路とに接続され、前記クランクケースから前記吸気通路にブローバイガスを導入するＰＣＶ通路を有する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記燃料はアルコールを含む請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記内燃機関のシフトレバーのポジションを取得するポジション取得部を具備し、
    前記シフトバーのポジションがニュートラルポジションになったことに応じて、前記吸気制御部は前記第１の制御を終了して前記第２の制御を行う請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記所定時間の間、電動機により前記内燃機関の回転数を制御する回転数制御部を具備する請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
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