JP2021161876A - Device for controlling internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
通常、機関始動時には、スタータモータにより機関をクランキングし、機関回転数が或る程度上昇すると燃料の供給が開始されて、自力運転が開始される(例えば特許文献1を参照)。この場合、機関が自力運転を開始するまでのクランキング中は、機関から機関排気通路内に空気が排出され続け、従って、機関排気通路内に排気浄化用触媒が配置されている場合には、この間、排気浄化用触媒に空気が供給され続けることになる。 Normally, when the engine is started, the engine is cranked by a starter motor, and when the engine speed rises to some extent, fuel supply is started and self-operation is started (see, for example, Patent Document 1). In this case, during cranking until the engine starts its own operation, air continues to be discharged from the engine into the engine exhaust passage, and therefore, if an exhaust purification catalyst is arranged in the engine exhaust passage, if During this time, air will continue to be supplied to the exhaust gas purification catalyst.
ところが、機関始動時に、排気浄化用触媒が高温となっていた場合には、クランキング中に排気浄化用触媒に空気が供給され続けると、排気浄化用触媒上に残留している未燃成分の酸化反応が活発となり、このとき発生する酸化反応熱により、排気浄化用触媒の温度が極度に上昇することになる。その結果、排気浄化用触媒が劣化するという問題を生ずる。 However, if the exhaust gas purification catalyst is at a high temperature when the engine is started, if air is continuously supplied to the exhaust gas purification catalyst during cranking, the unburned components remaining on the exhaust gas purification catalyst will be present. The oxidation reaction becomes active, and the heat of the oxidation reaction generated at this time causes the temperature of the exhaust gas purification catalyst to rise extremely. As a result, there arises a problem that the exhaust gas purification catalyst deteriorates.
上記問題を解決するために、本発明によれば、機関排気通路内に配置された排気浄化用触媒と、機関始動時に機関をクランキングするための駆動装置を具備した内燃機関の制御装置において、機関停止時に該触媒の温度が設定温度以上であるときには、駆動装置により、機関を、機関始動時の回転方向とは逆回転方向にクランキングする内燃機関の制御装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to the present invention, in an internal combustion engine control device provided with an exhaust purification catalyst arranged in an engine exhaust passage and a drive device for cranking the engine when the engine is started. When the temperature of the catalyst is equal to or higher than the set temperature when the engine is stopped, the drive device provides a control device for an internal combustion engine that cranks the engine in a direction opposite to the direction of rotation when the engine is started.
機関を、機関始動時の回転方向とは逆回転方向にクランキングすると、機関シリンダ内に機関排気通路内の排気ガスが吸入される。その結果、機関始動時に機関をクランキングすると、機関からは排気ガスが排出され、排気浄化用触媒には排気ガスが供給される。従って、機関始動時に、排気浄化用触媒が高温となっていた場合であっても、排気浄化用触媒上において酸化反応が生じないために酸化反応熱が発生することがなく、従って、排気浄化用触媒が劣化することがなくなる。 When the engine is cranked in the direction opposite to the rotation direction when the engine is started, the exhaust gas in the engine exhaust passage is sucked into the engine cylinder. As a result, when the engine is cranked when the engine is started, the exhaust gas is discharged from the engine, and the exhaust gas is supplied to the exhaust purification catalyst. Therefore, even if the exhaust gas purification catalyst is at a high temperature at the time of starting the engine, the oxidation reaction heat is not generated because the oxidation reaction does not occur on the exhaust gas purification catalyst, and therefore, for exhaust gas purification. The catalyst will not deteriorate.
図1は、本発明を、車両用ハイブリッドエンジンシステムに適用した場合が示されている。なお、図1は、代表的なハイブリッドエンジンシステムを図解的に示しており、本発明は、その他の種々の形式のハイブリッドエンジンシステムに適用することができる。図1を参照すると、1は内燃機関、2はモータジェネレータ、3は内燃機関1およびモータジェネレータ2の出力伝達経路を切換えるための切換え装置、4は電池、5はモータジェネレータ制御装置、6はROM、RAM等のメモリとCPU(マイクロプロセッサ)を備えた電子制御ユニットを夫々示す。これら内燃機関1、切換え装置3およびモータジェネレータ制御装置5は、電子制御ユニット6から出力される制御信号によって制御される。
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a vehicle hybrid engine system. Note that FIG. 1 illustrates a typical hybrid engine system, and the present invention can be applied to various other types of hybrid engine systems. Referring to FIG. 1, 1 is an internal combustion engine, 2 is a motor generator, 3 is a switching device for switching the output transmission paths of the
モータジェネレータ2により車両を駆動するときには、電子制御ユニット6から出力される制御信号に基づいて、モータジェネレータ2の出力が出力軸に伝達されるように出力伝達経路が切換え装置3により切換えられ、このとき電池4からモータジェネレータ2に供給される電力がモータジェネレータ制御装置5によって制御される。また、モータジェネレータ2および内燃機関1により車両を駆動するときには、電子制御ユニット6から出力される制御信号に基づいて、モータジェネレータ2の出力および内燃機関1の出力が出力軸に伝達されるように出力伝達経路が切換え装置3により切換えられる。
When the vehicle is driven by the
一方、電池4を充電すべきときには、モータジェネレータ2がジェネレータとして機能するようにモータジェネレータ5の機能が切換えられ、内燃機関1の出力によってモータジェネレータ2が駆動されるように出力伝達経路が切換え装置3により切換えられる。このとき、モータジェネレータ2により発電された電力により電池4の充電作用が行われる。また、車両減速運転時には、モータジェネレータ制御装置5によって、モータジェネレータ2がジェネレータとして機能するようにモータジェネレータ5の機能が切換えられ、出力軸の回転力によってモータジェネレータ2が駆動されるように出力伝達経路が切換え装置3により切換えられる。このとき、モータジェネレータ2により発電された電力により電池4の充電作用が行われる。即ち、このとき、回生制御が行われる。
On the other hand, when the
一方、内燃機関1を始動するときには、モータジェネレータ2の出力により内燃機関1を駆動し得るように、出力伝達経路が切換え装置3により切換えられる。このとき、内燃機関1は、モータジェネレータ2の出力により、機関運転時の回転方向にクランキングされる。また、図1に示されるハイブリッドエンジンシステムでは、内燃機関1の作動が停止せしめられたときに、モータジェネレータ2の出力により、内燃機関1を機関運転時の回転方向と逆回転方向にクランキング可能である。この逆回転方向のクランキング作用は車両停止時に行われ、このときには、例えば、モータジェネレータ2が内燃機関1の始動時と逆回転方向に回転され、モータジェネレータ2の出力によりエンジン1を駆動し得るように、出力伝達経路が切換え装置3により切換えられる。
On the other hand, when the
図1に示される内燃機関1は、1番気筒#1、2番気筒#2、3番気筒#3、4番気筒#4を有する4気筒4サイクル機関からなる。なお、本発明は、4気筒以外の気筒数を有する内燃機関に適用することができるが、以下、本発明を4気筒4サイクル機関に適用した場合を例にとって、本発明について説明する。さて、図1において、7は吸気マニホルド、8はスロットル弁、9は排気マニホルド、10は排気通路、11は排気通路7内に配置された排気浄化用触媒を夫々示す。図1に示される例では、触媒8は三元触媒からなる。一方、図1には示されていないが、各気筒には夫々、燃料噴射弁と点火栓とが設けられており、これら燃料噴射弁と点火栓は、電子制御ユニット6から出力される制御信号によって制御される。また、図1に示されるように、触媒11には、触媒11の温度を検出するための温度センサ12が取付けられており、この温度センサ12の出力信号は、電子制御ユニット6に入力される。また、内燃機関1には、クランクシャフトの回転角および回転方向を検出可能なクランク角センサ13が取付けられており、このクランク角センサ13の出力信号は、電子制御ユニット6に入力される。
The
ところで、図1に示されるような内燃機関1では、内燃機関1を始動するときには、モータジェネレータ2の出力により内燃機関1をクランキングし、機関回転数が或る程度上昇すると燃料の供給が開始されて、自力運転が開始される。この場合、内燃機関1が自力運転を開始するまでのクランキング中は、通常、内燃機関1から排気通路10内に空気が排出され続け、従って、触媒11に空気が供給され続ける。一方、例えば、燃費低減のために内燃機関1の高負荷運転と運転停止とが交互に繰り返されるような運転システムが用いられているような場合には、運転停止中であっても、触媒11の温度は、750度以上の高温に維持されており、従って、運転停止後、内燃機関1が始動されるときであっても、触媒11の温度は、高温となっている。
By the way, in the
しかしながら、このように機関始動時に、触媒11が高温となっていた場合に、クランキング中に触媒11に空気が供給され続けると、触媒11上に残留している未燃成分の酸化反応が活発となり、このとき発生する酸化反応熱により、触媒11の温度が極度に上昇することになる。その結果、触媒11が劣化してしまう。そこで、本発明では、機関始動時に、触媒11が高温となっている可能性が高い場合には、触媒11において酸化反応熱の発生を引き起こさない排気ガスを触媒11に供給し得るように、内燃機関1の作動を制御するようにしている。次に、このことについて、図2および図3を参照しつつ説明する。
However, when the
図1に示される内燃機関1の点火順序は、1−3−4−2であり、図2および図3には、上から順に、1番気筒#1、3番気筒#3、4番気筒#4、2番気筒#2の夫々のシリンダの行程の状態が示されている。最初に図2を参照すると、図2には、内燃機関1が自力運転しているときに機関停止要求が発せられ、燃料噴射が停止されると共に点火作用が停止されたときの各シリンダの行程の状態が示されている。機関停止要求が発せられて燃料噴射および点火作用が停止されると、通常は、図2に示されるように、機関停止要求が発せられた後、内燃機関1が1回転した位のところで機関が停止する。この場合、機関が停止したときには、全ての気筒のシリンダ内が新気で満たされている。
The firing order of the
即ち、1番気筒#1、3番気筒#3、4番気筒#4、2番気筒#2のいずれの気筒でも、機関停止要求が発せられて燃料噴射および点火作用が停止された後においては、吸気行程時に吸入された新気が燃焼せしめられることなくシリンダ内に留まっているので、機関停止時にはシリンダ内が新気で満たされることになる。従って、この状態で、機関を始動すべく、クランキングが行われると、内燃機関1が自力運転を開始するまでのクランキング中は、各シリンダから排気通路10内に空気が排出され続け、従って、触媒11に空気が供給され続けることになる。そこで本発明では、機関始動時に、触媒11に空気が供給されないように、機関停止時に、内燃機関1を逆回転させるようにしている。
That is, in any of the
図3は、図2の機関停止時の状態から内燃機関1を逆回転したときの各シリンダの行程の状態が示されている。なお、図3は、内燃機関1を1サイクルだけ逆回転するようにした第1実施例を示している。内燃機関1を逆回転すると、1番気筒#1におけるように機関停止時に膨張行程であった場合には圧縮行程となり、3番気筒#3におけるように機関停止時に圧縮行程であった場合には膨張行程となり、4番気筒#4におけるように機関停止時に吸気行程であった場合には、開弁している吸気弁を介してシリンダ内のガスを吸気マニホルド内に排出する排気行程となり、2番気筒#2におけるように機関停止時に排気行程であった場合には、開弁している排気弁を介して排気通路からシリンダへ排気ガスを吸入する吸気行程となる。従って、内燃機関1を逆回転したときの各シリンダの行程の状態は図3に示されるようになる。
FIG. 3 shows the state of the stroke of each cylinder when the
内燃機関1を逆回転したときの各シリンダの行程の状態が、図3に示されるようになるため、内燃機関1を1サイクルだけ逆回転すると、1番気筒#1、3番気筒#3、4番気筒#4、2番気筒#2の全てのシリンダ内が排気ガスで満たされることになる。即ち、1番気筒#1および3番気筒#3では、内燃機関1が1サイクルだけ逆回転せしめられると、その間において、新気をシリンダ内から吸気マニホルド7内に排出する排気行程が行われ、次いで、排気マニホルド9からシリンダへ排気ガスを吸入する吸気行程が行われ、その後、吸入された排気ガスは排出されることなくシリンダ内に充填され続けられるので、逆回転完了時には、シリンダ内が排気ガスで満たされることになる。
Since the stroke state of each cylinder when the
一方、4番気筒#4では、内燃機関1が逆回転され始めたときには、新気をシリンダ内から吸気マニホルド7内に排出する排気行程が行われ、次いで、排気マニホルド9からシリンダへ排気ガスを吸入する吸気行程が行われ、次いで、内燃機関1の逆回転が終了するころには、吸入した排気ガスの一部をシリンダ内から吸気マニホルド7内に排出する排気行程が行われる。従って、逆回転完了時には、シリンダ内が排気ガスで満たされることになる。また、2番気筒#2では、内燃機関1が逆回転され始めたときには、排気マニホルド9からシリンダへ排気ガスを吸入する吸気行程が行われる。このとき、シリンダ内には新気が残留しているので、シリンダ内は新気と排気ガスの混合ガスとなる。次いで、この混合ガスは、排気行程時にシリンダ内から吸気マニホルド7内に排出され、次いで、内燃機関1の逆回転が終了するころには、排気マニホルド9からシリンダへ排気ガスを吸入する吸気行程が行われる。従って、逆回転完了時には、シリンダ内が排気ガスで満たされることになる。
On the other hand, in the
このように、内燃機関1を1サイクルだけ逆回転すると、1番気筒#1、3番気筒#3、4番気筒#4、2番気筒#2の全てのシリンダ内が排気ガスで満たされることになる。従って、内燃機関1を始動するために、モータジェネレータ2の出力により内燃機関1のクランキングが行われたときには、少なくとも1サイクルの間は、内燃機関1から排気マニホルド9内に排気ガスが排出され続け、従って、触媒11に排気ガスが供給され続けることになる。従って、このとき、触媒11が高温であったとしても、触媒11上において酸化反応が生じないために酸化反応熱が発生することがなく、従って、触媒11が劣化することがなくなる。
In this way, when the
一方、上述したように、内燃機関1を1サイクルだけ逆回転すると、4番気筒#4では、吸入した排気ガスの一部がシリンダ内から吸気マニホルド7内に排出され、この排気ガスは4番気筒#4の吸気弁近くの吸気マニホルド7内に滞留している。また、2番気筒#2では、内燃機関1を1サイクルだけ逆回転すると、新気と排気ガスの混合ガスがシリンダ内から吸気マニホルド7内に排出され、この新気と排気ガスの混合ガスは4番気筒#4の吸気弁近くの吸気マニホルド7内に滞留している。従って、内燃機関1を始動するために、モータジェネレータ2の出力により内燃機関1のクランキングが開始されると、4番気筒#4の吸気弁近くの吸気マニホルド7内に滞留している排気ガスは、4番気筒#4のシリンダ内に吸入され、2番気筒#2の吸気弁近くの吸気マニホルド7内に滞留している、新気と排気ガスの混合ガスは、2番気筒#2のシリンダ内に吸入される。従って、図2および図3に示される例では、4番気筒#4および2番気筒#2の次に吸気行程が到来する1番気筒#1から、即ち、3番目に吸気行程が到来する気筒から、シリンダ内に新気が供給されることになる。従って、図2および図3に示される例では、内燃機関1を始動するためにクランキングが開始されたときには、例えば、クランキング開始後、3番目に吸気行程が到来する気筒から、燃料噴射と点火作用が開始される。
On the other hand, as described above, when the
次に、機関停止時に、吸気弁とスロットル弁8間の吸気マニホルド7内が排気ガスで満たされるまで、内燃機関1を逆回転するようにした第2実施例について説明する。例えば、内燃機関1の排気量が2リットルで、吸気弁とスロットル弁8間の吸気マニホルド7の容積が5リットルの場合、機関停止時に、内燃機関1を5回転だけ逆回転させると、吸気マニホルド7内が排気ガスで満たされる。従って、この場合、第2実施例では、機関停止時に、内燃機関1が5回転だけ逆回転される。一方、このように、機関停止時に、内燃機関1が5回転だけ逆回転された場合、機関始動時において、吸気マニホルド7内の全ての排気ガスを排気マニホルド9内に排出させるためには、内燃機関1が5回転だけクランキングさせる必要がある。従って、この場合、第2実施例では、機関始動時には、内燃機関1が5回転だけクランキングされた後、燃料噴射と点火作用が開始される。
Next, a second embodiment in which the
汎用的な表現を用いると、この第2実施例では、2・吸気マニホルドの容積/内燃機関の排気量=Nとした場合、機関停止時には、内燃機関1がN回転だけ逆回転され、機関始動時には内燃機関1がN回転だけクランキングされた後、燃料噴射と点火作用が開始される。ところで、機関始動時には、スロットル弁8が閉じられているので、内燃機関1がN回転だけクランキングされると、その間に吸気マニホルド7内の負圧が大きくなる。吸気マニホルド7内の負圧が大きくなると、シリンダ内に供給される新気量が少なくなる。この第2実施例では、このようにシリンダ内に供給される新気量が少なくなってから燃料噴射と点火作用が開始されるので、燃焼せしめられる混合気量が少なくなり、それにより、機関始動時に発生する未燃HC量を低減することができる。従って、この第2実施例では、機関始動時に発生する未燃HC量を低減しつつ、触媒11が劣化するのを阻止することができる。
To use a general expression, in this second embodiment, when the volume of the intake manifold / the displacement of the internal combustion engine = N, the
このように本発明による実施例では、機関排気通路10内に配置された排気浄化用触媒11と、機関始動時に機関をクランキングするための駆動装置を具備した内燃機関の制御装置において、機関停止時に触媒11の温度CTが設定温度TX以上であるときには、駆動装置により、機関が、機関始動時の回転方向とは逆回転方向にクランキングされる。
As described above, in the embodiment according to the present invention, the engine is stopped in the control device of the internal combustion engine provided with the
次に、図4を参照しつつ、機関が停止されるときに行われる機関停止制御について説明する。図4は、この機関停止制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは、繰り返し実行されているメインルーチンの中で実行される。 Next, with reference to FIG. 4, the engine stop control performed when the engine is stopped will be described. FIG. 4 shows a routine for executing this engine stop control, and this routine is executed in the main routine that is repeatedly executed.
図4を参照すると、まず初めにステップ20において、内燃機関1の運転停止を要求する機関停止要求が発せられているか否かが判別される。機関停止要求が発せられていないときには処理サイクルを終了する。これに対し、機関停止要求が発せられているときには、ステップ21に進んで、温度センサ12の出力信号に基づき、触媒11の温度CTが、予め設定された温度TX、例えば、750℃よりも高いか否かが判別される。なお、この場合、電子制御ユニット6において、機関の運転履歴に基づき触媒11の温度CTを推定し、温度センサ12の検出値に代えて触媒11の温度CTの推定値を用い、ステップ21において、この触媒11の温度CTの推定値が、予め設定された温度TX、例えば、750℃よりも高いか否かを判別するようにしてもよい。ステップ21において、温度センサ12により検出された触媒11の温度CTが設定温度TXよりも高くないと判別されたとき、或いは、電子制御ユニット6において算出された触媒11の温度CTの推定値が設定温度TXよりも高くないと判別されたときには、ステップ27に進んで、燃料噴射と点火作用が停止される。次いで、処理サイクルを終了する。
With reference to FIG. 4, first, in
これに対し、ステップ21において、温度センサ12により検出された触媒11の温度CTが設定温度TXよりも高いと判別されたとき、或いは、電子制御ユニット6において算出された触媒11の温度CTの推定値が設定温度TXよりも高いと判別されたときには、ステップ22に進んで、燃料噴射と点火作用が停止される。次いで、ステップ23に進んで、機関が停止したか否かが判別される。機関が停止すると、ステップ24に進んで、モータジェネレータ2の出力により内燃機関1を逆回転方向に駆動するクランキングが行われる。次いで、ステップ25に進んで、内燃機関1が逆方向にN回、回転せしめられたか否かが判別される。この場合、第1実施例では、N=1とされ、第2実施例では、Nの値は吸気マニホルド7の容積と内燃機関1の排気量から決定される。ステップ25において、内燃機関1が逆方向にN回、回転せしめられていないと判別されたときには、ステップ24に戻って内燃機関1が逆回転され続ける。次いで、内燃機関1が逆方向にN回、回転せしめられたと判別されたときには、内燃機関1の逆回転駆動が停止され、ステップ26に進んで、逆回転フラグがセットされる。次いで、処理サイクルを終了する。
On the other hand, in
次に、図5を参照しつつ、機関が始動されるときに行われる機関始動制御について説明する。図5は、この機関始動制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンも、繰り返し実行されているメインルーチンの中で実行される。 Next, the engine start control performed when the engine is started will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a routine for executing this engine start control, and this routine is also executed in the main routine that is repeatedly executed.
図5を参照すると、まず初めにステップ30において、内燃機関1の始動を要求する機関始動要求が発せられているか否かが判別される。機関始動要求が発せられていないときには処理サイクルを終了する。これに対し、機関始動要求が発せられているときには、ステップ31に進んで、逆回転フラグがセットされているか否かが判別される。逆回転フラグがセットされていないと判別されたときには、ステップ35にジャンプして、燃料噴射と点火作用が開始される。次いで、処理サイクルを終了する。
With reference to FIG. 5, first, in
これに対し、ステップ31において、逆回転フラグがセットされていると判別されたとき、即ち、機関停止時に内燃機関1が逆回転駆動されていたときには、ステップ32に進んで、逆回転フラグがリセットされる。次いで、ステップ33に進んで、機関を始動するためにモータジェネレータ2の出力により内燃機関1を回転駆動するクランキングが行われる。次いで、ステップ34に進んで、内燃機関1がN回、回転せしめられたか否かが判別される。この場合、前述したように、第1実施例では、N=1とされ、第2実施例では、Nの値は吸気マニホルド7の容積と内燃機関1の排気量から決定される。ステップ34において、内燃機関1がN回、回転せしめられていないと判別されたときには、ステップ33に戻って内燃機関1が回転され続ける。次いで、内燃機関1がN回、回転せしめられたと判別されたときには、ステップ35進んで、例えば、3番目に吸気行程が到来する気筒から、燃料噴射と点火作用が開始される。次いで、処理イクルを終了する。
On the other hand, when it is determined in
1 内燃機関
2 モータジェネレータ
3 切換え装置
4 電池
5 モータジェネレータ制御装置
6 電子制御ユニット
10 排気通路
11 触媒
12 温度センサ
1
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