JP2021127709A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化装置の昇温制御中におけるドライバビリティの悪化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】複数の気筒を有し、排気通路に排気を浄化する排気浄化装置が設けられた内燃機関の制御装置であって、前記複数の気筒のうち少なくとも１つへの燃料の供給を停止し、残りの気筒のうち少なくとも１つの気筒ではリッチ燃焼を実行することで、前記排気浄化装置の昇温制御を行う昇温制御部と、前記昇温制御の実行中における前記内燃機関の回転数を、前記昇温制御を実行しないときの前記内燃機関の回転数に比べて高くする回転数制御部と、を具備する内燃機関の制御装置。【選択図】図３

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の排気通路には、触媒およびフィルタなど、内燃機関から発生する排気を浄化する排気浄化装置が設けられる。触媒としては、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する三元触媒などが用いられる。フィルタは粒状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集する。触媒のＳＯｘ吸着量が許容量に達したとき、触媒を昇温するために、内燃機関の複数の気筒のうち、一部の気筒の空燃比を理論空燃比よりもリッチとし、他の気筒の空燃比を理論空燃比よりもリーンとする、ディザ制御を行う技術が開発されている（特許文献１など）。

特開２００４−２１８５４１号公報

排気浄化装置を昇温させることで、排気浄化装置に堆積したＰＭを燃焼する。昇温制御においては、内燃機関の一部の気筒で燃料の供給を行わない（フューエルカット）。フューエルカット中の気筒からはトルクが発生せず、内燃機関の回転変動が大きくなり、ドライバビリティが悪化する恐れがある。そこで、排気浄化装置の昇温制御中におけるドライバビリティの悪化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、複数の気筒を有し、排気通路に排気を浄化する排気浄化装置が設けられた内燃機関の制御装置であって、前記複数の気筒のうち少なくとも１つへの燃料の供給を停止し、残りの気筒のうち少なくとも１つの気筒ではリッチ燃焼を実行することで、前記排気浄化装置の昇温制御を行う昇温制御部と、前記昇温制御の実行中における前記内燃機関の回転数を、前記昇温制御を実行しないときの前記内燃機関の回転数に比べて高くする回転数制御部と、を具備する内燃機関の制御装置によって達成できる。

排気浄化装置の昇温制御中におけるドライバビリティの悪化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（ａ）はハイブリッド車両を例示する模式図である。図１（ｂ）は内燃機関を例示する模式図である。 図２は振動の大きさを示す模式図である。 図３（ａ）はＥＣＵが実行する処理を例示するフローチャートである。図３（ｂ）は実施形態におけるタイムチャートである。 図４（ａ）は内燃機関を例示する模式図である。図４（ｂ）は実施形態におけるタイムチャートである。

＜第１実施形態＞
（ハイブリッド車両）
図１（ａ）はハイブリッド車両１を例示する模式図である。ハイブリッド車両１は、内燃機関１０、モータジェネレータ（Motor Generator、モータＭＧ１およびモータＭＧ２）、バッテリ３０、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えるハイブリッド車両である。

ハイブリッド車両１ではＨＶ走行とＥＶ走行が可能である。ＨＶ走行では内燃機関１０の運転とモータＭＧの運転とを協働させる。ＥＶ走行では内燃機関１０を運転させず、バッテリ３０の電力を利用しモータＭＧの運転で走行する。

内燃機関１０は例えばガソリンなどの燃料を燃焼し動力を出力するガソリンエンジンである。内燃機関１０は燃焼後の排気を後述の排気通路を通じてハイブリッド車両１の外に排出する。モータＭＧ１およびモータＭＧ２はバッテリ３０から供給される電力で駆動する。

プラネタリギヤ１４は、ダンパ１２を介して内燃機関１０の不図示のクランクシャフトに接続され、かつモータＭＧ１およびモータＭＧ２に接続される。モータＭＧ２はデファレンシャルギヤ１６を介してハイブリッド車両１の駆動輪１ａに接続される。内燃機関１０、モータＭＧ１、モータＭＧ２が発生させる駆動力が駆動輪１ａに伝達され、ハイブリッド車両１は走行する。

バッテリ３０は例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池などを含む。インバータ２０はモータＭＧ１、およびバッテリ３０に電気的に接続される。インバータ２２はモータＭＧ２、およびバッテリ３０に電気的に接続される。インバータ２０はモータＭＧ１が発生させる交流電力を直流電力に変換しバッテリ３０に供給し、バッテリ３０の直流電力を交流電力に変換しモータＭＧ１に供給する。インバータ２２も同様に直流電力と交流電力との変換を行う。ハイブリッド車両１は、外部の電源とバッテリ３０との間で電力の入力および出力が可能なプラグインハイブリッド車両でもよい。

ＥＣＵ４０は、例えば内燃機関１０を制御するエンジンＥＣＵ、モータＭＧ１およびモータＭＧ２を制御するモータＥＣＵ、バッテリ３０を制御する電池ＥＣＵを含む。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置を備える制御装置であり、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。

（内燃機関）
図１（ｂ）は内燃機関１０を例示する模式図である。内燃機関１０は例えば４つの気筒＃１〜＃４を有する４気筒エンジンである。気筒＃１〜＃４それぞれに燃料噴射弁３２、および不図示の点火プラグが設けられている。内燃機関１０の気筒＃１〜＃４には、吸気通路５０および排気通路５２が接続されている。

吸気通路５０にはエアフローメータ５１および温度センサ５３が設けられ、不図示のスロットルバルブなどが設けられている。エアフローメータ５１は吸気の流量を測定する。温度センサ５３は吸気の温度を測定する。吸気は吸気通路５０から４つの気筒へと導入される。燃料噴射弁３２から噴射された燃料と空気とは各気筒内において混合気を形成し、燃焼する。燃焼後の排気は気筒から排気通路５２から排出される。

排気通路５２には上流側から順に、空燃比センサ５７、圧力センサ５４、排気浄化装置６０、圧力センサ５５が設けられている。空燃比センサ５７は空燃比を検出する。排気浄化装置６０はＧＰＦ（Gasoline Particle Filter）および触媒を含む。ＧＰＦは例えばハニカム構造のフィルタであり、排気中のＰＭを捕集する。触媒は例えば三元触媒であり、ＧＰＦの壁面にコーティングされており、排気中のＣＯおよびＮＯｘなどを浄化する。後述のように、排気浄化装置６０に捕集されたＰＭを燃焼して除去する、昇温制御が行われる。

圧力センサ５４は排気浄化装置６０よりも上流側に設けられ、排気浄化装置６０の上流側における排気通路５２内の圧力を検出する。圧力センサ５５は排気浄化装置６０よりも下流側に設けられ、排気浄化装置６０の下流側における排気通路５２内の圧力を検出する。

回転数センサ５６は内燃機関１０の回転数を検出する。Ｇセンサ５９はハイブリッド車両１の振動を検出する。

ＥＣＵ４０は、エアフローメータ５１から吸気の流量を取得し、温度センサ５３から吸気の温度を取得する。ＥＣＵ４０は、空燃比センサ５７から空燃比を取得し、圧力センサ５４および５５から圧力を取得し、回転数センサ５６から内燃機関１０の回転数を取得し、Ｇセンサ５９から振動を取得する。ＥＣＵ４０は燃料噴射弁３２からの燃料噴射量を制御し、排気浄化装置６０の昇温制御を行う昇温制御部として機能する。ＥＣＵ４０は、図１（ａ）に示すプラネタリギヤ１４などを制御することで、内燃機関１０の回転数を制御する回転数制御部としても機能する。ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の停止および駆動を制御し、例えば車速が所定の速度以下になったときなどに内燃機関１０を間欠停止させる（アイドリングストップ機能）。

（昇温制御）
排気浄化装置６０の昇温制御について説明する。ＥＣＵ４０は、圧力センサ５４および５５から圧力を取得し、排気浄化装置６０の上流側の圧力と下流側の圧力との差を取得する。排気浄化装置６０に堆積するＰＭの量が増加するほど、圧力差は大きくなる。ＰＭの堆積量が所定量以上になった場合、ＥＣＵ４０は昇温制御を実行する。

昇温制御において、ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の４つの気筒＃１〜＃４のうち、例えば１つの気筒において燃料噴射弁３２からの燃料の噴射を停止する（フューエルカット、ＦＣ：Fuel Cut）。ＥＣＵ４０は、他の３つの気筒においては、空燃比が理論空燃比よりも濃くなるように燃料の噴射を実施させ、リッチ燃焼を行う。

フューエルカットした気筒からは、他の気筒に比べて多くの酸素が排気通路５２に供給される。リッチ燃焼を行う３つの気筒からは、排気および未燃燃料が排気通路５２に供給される。十分な量の酸素および未燃燃料が、排気浄化装置６０に供給され、触媒において反応する。反応熱が発生することでＧＰＦの温度が上昇し、堆積したＰＭを燃焼し、除去することができる。

フューエルカット実施中の気筒はトルクを発生させない。トルク低下によって内燃機関１０の回転変動が発生し、ドライバビリティが悪化する恐れがある。フューエルカットが行われる時間が長いほど、トルクが低下して回転変動が生じる時間も長くなり、回転変動のドライバビリティへの影響は大きくなる。

また、回転数は振動の大きさにも影響する。図２は振動の大きさを示す模式図である。横軸は内燃機関１０の回転数を表し、縦軸はＧセンサ５９が検出する振動の大きさ（振れ幅）を表す。図２に示すように回転数が低いほど振れ幅が大きくなり、回転数が高いほど振れ幅は小さくなる。回転変動の影響を小さくし、ドライバビリティの悪化を抑制するためには、内燃機関１０の回転数を高めることが有効である。

図３（ａ）はＥＣＵ４０が実行する処理を例示するフローチャートである。ＥＣＵ４０は、圧力センサ５４および５５から取得した圧力の差を算出し、差圧に基づき排気浄化装置６０におけるＰＭの堆積量ｄを推定する（ステップＳ１０）。ＥＣＵ４０は堆積量ｄが閾値ｄｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。否定判定（Ｎｏ）の場合、昇温制御を実行せず、図３（ａ）の処理は終了する。

肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ４０は昇温制御を実行する（ステップＳ１４）。ＥＣＵ４０は、内燃機関１０のうち例えば１つの気筒においてフューエルカットを実行し、フューエルカットされる気筒以外の気筒においては理論空燃比での燃焼時に比べて燃料噴射量を増加させ、リッチ燃焼を実施させる。排気浄化装置６０が昇温されることで、ＰＭが燃焼・除去され、排気浄化装置６０が再生される。

ＥＣＵ４０は、例えばプラネタリギヤ１４を制御することなどにより、内燃機関１０の回転数を昇温制御前に比べて上昇させる（ステップＳ１６）。ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の間欠停止を禁止する（ステップＳ１８）。すなわち、アイドリングストップなどを行わず、内燃機関１０の回転を継続させる。ステップＳ１８の後、処理は終了する。

図３（ｂ）は第１実施形態におけるタイムチャートである。上から順に排気浄化装置６０の昇温制御の要求フラグ、内燃機関１０の負荷、回転数、間欠停止の実行フラグを表す。実線は第１実施形態を示し、破線は比較例１を示す。比較例１では図３（ａ）のステップのうち回転数の上昇（ステップＳ１６）および間欠停止の禁止（ステップＳ１８）を行わない。

時間ｔ１以前、ＰＭの堆積量ｄは閾値ｄｔｈ未満であり、図３（ｂ）の昇温制御の要求フラグはオフである。内燃機関１０の回転数はＮｅ１であり、間欠停止の実行フラグはオフである。時間ｔ１において、ＰＭの堆積量ｄが閾値ｄｔｈ以上になると、図３（ｂ）の昇温制御の要求フラグがオンになる（図３（ａ）のステップＳ１２）。ＥＣＵ４０は、１つの気筒でフューエルカットし、他の気筒でリッチ燃焼する、昇温制御を行う。

破線で示す比較例１においては、昇温制御の要求フラグがオンになる時間ｔ１以降も、回転数はＮｅ１である。時間ｔ２〜ｔ３の期間では、時間ｔ２より前に比べて負荷が低下する。このとき回転数はＮｅ１より低いＮｅ３になり、間欠停止の実行フラグはオンになる。つまり、昇温制御の実行中、内燃機関は回転数Ｎｅ１、またはＮｅ１より低い回転数Ｎｅ３で運転する。回転数が低いことにより、フューエルカットした気筒がトルクを発生させない時間が長くなる。このため回転変動の影響が大きくなり、ドライバビリティが悪化しやすい。

一方、実線で示す第１実施形態においては、昇温制御の要求フラグがオンになる時間ｔ１に、内燃機関１０の回転数はＮｅ１からＮｅ２に上昇する（図３（ａ）のステップＳ１６）。ＥＣＵ４０は間欠停止の実行フラグをオフに維持する（図３（ａ）のステップＳ１８）。図３（ｂ）の時間ｔ２〜ｔ３の期間では負荷が低下するが、回転数はＮｅ２を維持し、間欠停止の実行フラグはオフを維持する。したがって昇温制御の実行中、内燃機関１０は回転数Ｎｅ２で運転し続ける。時間ｔ４において昇温フラグはオフになり、ＥＣＵ４０は昇温制御を停止し、内燃機関１０の回転数をＮｅ２からＮｅ１に低下させる。

第１実施形態によれば、ＥＣＵ４０は、４つの気筒＃１〜＃４のうち例えば１つの気筒でフューエルカットを行い、３つの気筒でリッチ燃焼を行う。ＥＣＵ４０は、昇温制御中の内燃機関１０の回転数を、昇温制御を行わないときの回転数Ｎｅ１に比べて高いＮｅ２とする。これにより比較例１に比べて、フューエルカットした気筒がトルクを発生させない時間が短くなる。この結果、回転変動の影響が小さくなり、ドライバビリティの悪化が抑制される。

図２に示すように、回転数が高くなると振れ幅が低下する。したがってドライバビリティの悪化が抑制される。回転数Ｎｅ２は例えば回転数Ｎｅ１の１．５倍以上、２倍以上などである。

図３（ａ）のステップＳ１８に示すように、ＥＣＵ４０は間欠運転を停止する。すなわち、間欠運転よりも昇温制御が優先して実行され、排気浄化装置６０が効果的に再生される。

上記の例では４つの気筒のうち１つの気筒でフューエルカットを行い、残り３つの気筒でリッチ燃焼を行う。フューエルカットを行う気筒は１つでもよいし、２つ以上でもよい。リッチ燃焼を行う気筒は、フューエルカットする気筒以外の気筒のうち、すべてでもよいし、１つでもよい。つまり、ＥＣＵ４０は、複数の気筒のうち少なくとも１つの気筒ではフューエルカットし、残りの気筒の少なくとも１つではリッチ燃焼とする、ディザ制御を実行する。フューエルカットおよびリッチ燃焼が行われない気筒では、例えば理論空燃比での燃焼が行われる。内燃機関１０は４気筒エンジンとしたが、複数の気筒を有していればよい。つまり気筒の数は２つ以上であり、４つ以下でもよいし、４つ以上でもよい。

図１（ａ）に示すハイブリッド車両１のモータＭＧ１およびモータＭＧ２は、フューエルカット中に駆動してトルクを発生させてもよい。モータＭＧ１およびモータＭＧ２から出力されるトルクによって、フューエルカットによる内燃機関１０のトルクの減少を補い、ドライバビリティの低下を抑制することができる。

排気浄化装置６０は、図１（ｂ）に示すようにＧＰＦに触媒をコーティングしたものでもよいし、例えばＧＰＦと触媒とを別個に触媒を配置してもよい。また、排気浄化装置６０はＧＰＦに代えてディーゼルパーティクルフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particle Filter）を含んでもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る車両はハイブリッド車両ではなく、内燃機関１０のみを駆動源とする車両である。図４（ａ）は第２実施形態に係る内燃機関１０を例示する模式図である。内燃機関１０はトランスミッション６２に連結されている。トランスミッション６２は例えばシフトを段階的に切り替え可能なオートマチックトランスミッションである。ＥＣＵ４０はトランスミッション６２のシフトを制御する。他の構成は図１（ｂ）と同じである。

ＥＣＵ４０は図３（ａ）の処理を行う。ＥＣＵ４０は、例えばトランスミッション６２のシフトを下げる、内燃機関１０とトランスミッション６２との結合を緩めるなどして、回転数を上昇させる（ステップＳ１６）。他のステップは第１実施形態と同じである。

図４（ｂ）は第２実施形態におけるタイムチャートである。実線は第２実施形態を示し、破線は比較例２を示す。比較例２では図３（ａ）のステップのうち回転数の上昇（ステップＳ１６）および間欠停止の禁止（ステップＳ１８）を行わない。昇温制御の要求フラグ、負荷、回転数、間欠停止の実行フラグは第１実施形態と同じである。

図４（ｂ）の最下段はトランスミッション６２のシフトを表す。実線で示す第２実施形態におけるフューエルカット中（ｔ１〜ｔ４）のシフトは、破線で示す比較例２に比べて低い。シフトダウンにより内燃機関１０の回転数がＮｅ１より高いＮｅ２に上昇する。

第２実施形態によれば、比較例２に比べて、フューエルカット中の気筒がトルクを発生させない時間が短くなる。この結果、回転変動の影響が小さくなり、ドライバビリティの悪化が抑制される。トランスミッション６２は無段変速機（ＣＶＴ）でもよい。ＥＣＵ４０は回転数がＮｅ１からＮｅ２になるようにトランスミッション６２を制御すればよい。

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。

１０ 内燃機関
１２ ダンパ
１４ プラネタリギヤ
１６ デファレンシャルギヤ
２０、２２ インバータ
３０ バッテリ
３２ 燃料噴射弁
４０ ＥＣＵ
５０ 吸気通路
５１ エアフローメータ
５２ 排気通路
５３ 温度センサ
５４、５５ 圧力センサ
５６ 回転数センサ
５７ 空燃比センサ
６０ 排気浄化装置
６２ トランスミッション

Claims (1)

1. 複数の気筒を有し、排気通路に排気を浄化する排気浄化装置が設けられた内燃機関の制御装置であって、
   前記複数の気筒のうち少なくとも１つへの燃料の供給を停止し、残りの気筒のうち少なくとも１つの気筒ではリッチ燃焼を実行することで、前記排気浄化装置の昇温制御を行う昇温制御部と、
   前記昇温制御の実行中における前記内燃機関の回転数を、前記昇温制御を実行しないときの前記内燃機関の回転数に比べて高くする回転数制御部と、を具備する内燃機関の制御装置。
   

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