JP2023046837A - Control device for 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.
例えば、特許文献1に記載の制御装置は、内燃機関の燃焼室から排気通路に排出される粒子状物質の排出量を機関回転速度や機関負荷などに基づいて算出するようにしている。 For example, the control device described in Patent Literature 1 calculates the amount of particulate matter discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine to the exhaust passage based on the engine rotation speed, the engine load, and the like.
上記のごとく粒子状物質の排出量を算出する場合には、内燃機関の燃料の重質度が既定の範囲内に収まっていることを前提にして算出モデルの適合が行われる。なお、燃料の重質度とは、例えば50%留出温度などで示される値であり、この50%留出温度が高いほど、燃料の重質度は高く、燃料の揮発性は悪くなる。そして、燃料の重質度が高くなると、内燃機関の燃焼室で発生する粒子状物質の量は多くなる傾向がある。 When calculating the emission amount of particulate matter as described above, the calculation model is adapted on the assumption that the heaviness of the fuel of the internal combustion engine is within a predetermined range. The heaviness of the fuel is a value indicated by, for example, the 50% distillation temperature. As the fuel becomes heavier, the amount of particulate matter generated in the combustion chamber of the internal combustion engine tends to increase.
そのため、想定した範囲よりも重質度の高い燃料が使用されると、粒子状物質の実際の排出量と算出される排出量との間の乖離が大きくなるおそれがある。 Therefore, if fuel with a higher degree of heaviness than the assumed range is used, there is a possibility that the discrepancy between the actual emission amount of particulate matter and the calculated emission amount will increase.
上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、内燃機関の燃焼室から排気通路に排出される粒子状物質の排出量を算出する処理を実行する。この制御装置は、機関始動時に燃料噴射を開始してから混合気が着火するまでに要した噴射回数を計測する処理と、前記噴射回数が多い場合には、前記噴射回数が少ない場合と比べて、算出される前記排出量が多くなるように同排出量を補正する処理と、を実行する。 A control device for an internal combustion engine that solves the above problems executes a process of calculating the amount of particulate matter discharged from a combustion chamber of the internal combustion engine to an exhaust passage. This control device measures the number of injections required from the start of fuel injection at engine startup until the mixture ignites, and when the number of injections is large, compared to the case where the number of injections is small. , and a process of correcting the emission amount so that the calculated emission amount increases.
燃料の重質度が高くなると、燃料の揮発性が低下する。そのため、機関始動時においては、燃料噴射を開始してから混合気が着火するまでに要する噴射回数が多くなる傾向がある。そこで、同構成では、そうした噴射回数が多い場合には、少ない場合と比べて、算出される粒子状物質の排出量が多くなるように同排出量を補正するようにしている。従って、燃料の重質度に応じて粒子状物質の排出量が算出されるようになる。そのため、粒子状物質の実際の排出量と算出される排出量との乖離を抑えることができる。 The higher the fuel's heaviness, the lower the fuel's volatility. Therefore, when the engine is started, the number of injections required from the start of fuel injection until the mixture ignites tends to increase. Therefore, in the same configuration, when the number of times of injection is large, compared to when the number of times of injection is small, the emission amount of particulate matter is corrected so that the calculated amount of emission of particulate matter is larger. Therefore, the emission amount of particulate matter is calculated according to the degree of heaviness of the fuel. Therefore, the divergence between the actual emission amount of particulate matter and the calculated emission amount can be suppressed.
<内燃機関、駆動系、及び制御装置の構成>
以下、内燃機関の制御装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、内燃機関10は、例えば気筒#1~気筒#4といった4つの気筒を備えている。
<Configuration of Internal Combustion Engine, Drive System, and Control Device>
An embodiment of a control device for an internal combustion engine will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
内燃機関10の吸気通路12には、スロットルバルブ14が設けられている。
吸気通路12の下流部分である吸気ポート12aには、吸気ポート12aに燃料を噴射するポート噴射弁16が設けられている。吸気通路12に吸入された空気やポート噴射弁16から噴射された燃料は、吸気バルブ18の開弁に伴って燃焼室20に流入する。
A
An intake port 12a, which is a downstream portion of the
また、内燃機関10のシリンダヘッドには、燃焼室20に直接燃料を噴射する筒内噴射弁22が設けられている。
燃焼室20内の空気と燃料との混合気は、点火プラグ24の火花放電に伴って燃焼に供される。そのときに生成される燃焼エネルギは、クランク軸26の回転エネルギに変換される。
A cylinder head of the
The air-fuel mixture in the
燃焼室20において燃焼に供された混合気は、排気バルブ28の開弁に伴って、排気として排気通路30に排出される。排気通路30には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒32と、排気中の粒子状物質(以下、PMという)を捕集するガソリンパティキュレートフィルタ(GPF34)とが設けられている。なお、本実施形態では、GPF34として、PMを捕集するフィルタに三元触媒が担持されたものを想定している。
The air-fuel mixture combusted in the
クランク軸26は、動力分割装置を構成する遊星歯車機構50のキャリアCに機械的に連結されている。遊星歯車機構50のサンギアSには、第1モータジェネレータ52の回転軸52aが機械的に連結されている。また、遊星歯車機構50のリングギアRには、第2モータジェネレータ54の回転軸54aと駆動輪60とが機械的に連結されている。第1モータジェネレータ52の端子には、インバータ56によって交流電圧が印加される。また、第2モータジェネレータ54の端子には、インバータ58によって交流電圧が印加される。
The
制御装置70は、内燃機関10を制御対象とし、その制御量としてのトルクや排気成分比率等を制御するために、スロットルバルブ14、ポート噴射弁16、筒内噴射弁22、及び点火プラグ24等の内燃機関10の各種操作部を操作する。また、制御装置70は、第1モータジェネレータ52を制御対象とし、その制御量である回転速度を制御すべく、インバータ56を操作する。また、制御装置70は、第2モータジェネレータ54を制御対象とし、その制御量であるトルクを制御すべくインバータ58を操作する。図1には、スロットルバルブ14、ポート噴射弁16、筒内噴射弁22、点火プラグ24、及びインバータ56,58のそれぞれの操作信号MS1~MS6を記載している。
The
制御装置70は、内燃機関10の制御量を制御するために、エアフローメータ80によって検出される吸入空気量Ga、クランク角センサ82の出力信号Scr、水温センサ86によって検出される水温THWを参照する。また、制御装置70は、車速センサ84によって検出される車速SPや、排気圧センサ88によって検出される値であってGPF34に流入する排気の圧力Pexを参照する。また、制御装置70は、第1モータジェネレータ52や第2モータジェネレータ54の制御量を制御するために、第1モータジェネレータ52の回転角を検知する第1回転角センサ90の出力信号Sm1、及び第2モータジェネレータ54の回転角を検知する第2回転角センサ92の出力信号Sm2を参照する。
The
制御装置70は、CPU72、ROM74、記憶装置75、及び周辺回路76を備えており、それらが通信線78によって通信可能とされている。ここで、周辺回路76は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路や、電源回路、リセット回路等を含む。制御装置70は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72が実行することにより制御量を制御する。
The
<制御装置が実行する処理>
制御装置70は、出力信号Scrに基づいて機関回転速度NEを算出する。また、制御装置70は、機関負荷率KLを算出する。機関負荷率KLは、燃焼室20に充填される空気量を定めるパラメータであり、基準流入空気量に対する1気筒の1燃焼サイクル当たりの流入空気量の比である。なお、基準流入空気量は、機関回転速度NEに応じて可変設定される量としてもよい。
<Processing executed by the control device>
制御装置70は、燃焼室20から排気通路30に排出されるPMの量であるPM排出量PMdを所定周期毎に算出する。すなわち、制御装置70は、機関回転速度NE、機関負荷率KL、及び水温THWに基づいてPM排出量PMdのベース値PMbを所定周期毎に算出する。そして、後述の補正値Hをベース値PMbに乗算することにより、PM排出量PMdを算出する(PMd=PMb×H)。
The
また、制御装置70は、GPF34から除去されたPMの量であるPM再生量PMsをGPF34の温度などに基づいて所定周期毎に算出する。こうして所定周期毎に算出されるPM排出量PMdやPM再生量PMsなどに基づき、制御装置70は、GPF34に堆積しているPMの量であるPM堆積量DPMを算出する。
In addition, the
図2に、上記補正値Hを算出するために制御装置70が実行する処理を示す。なお、本処理は、内燃機関10の機関始動が開始されると、制御装置70のCPU72が処理を開始する。ちなみに、内燃機関10の機関始動が開始されると、クランク軸26のクランキング、燃料噴射弁からの燃料噴射、点火プラグによる点火が開始される。また、以下では、先頭に「S」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。
FIG. 2 shows processing executed by the
図2に示す一連の処理において、CPU72は、まず、機関始動時の水温THWである始動時水温THWsが既定の判定値THWsref以下であるか否かを判定する(S100)。機関始動時の混合気の着火性は、始動時水温THWsが低いときほど、内燃機関10の燃料の重質度の影響を受けやすい。そこで、判定値THWsrefとしては、そうした燃料の重質度の影響を受けやすい水温が予め設定されている。なお、燃料の重質度とは、例えば50%留出温度などで示される値であり、この50%留出温度が高いほど、燃料の重質度は高く、燃料の揮発性は悪くなることから内燃機関10の始動性は低下する。また、燃料の重質度が高くなると、燃焼室20で発生するPMの量は多くなり、PM排出量は増える傾向がある。
In the series of processes shown in FIG. 2, the
そして、始動時水温THWsが判定値THWsref以下であると判定する場合(S100:YES)、CPU72は、噴射回数Nの計測を開始する(S110)。噴射回数Nは、機関始動に伴って燃料噴射を開始してからの燃料噴射回数である。なお、ポート噴射弁16及び筒内噴射弁22の双方から燃料が噴射される、いわゆる分割噴射が機関始動時に実施される場合には、ポート噴射弁16または筒内噴射弁22のうちのいずれか一方の噴射回数が噴射回数Nに計数される。また、S110の実行時において、噴射回数Nの計測が既に開始されている場合には、CPU72は、噴射回数Nの計測を継続する。
If it is determined that the starting water temperature THWs is equal to or lower than the determination value THWsref (S100: YES), the
次に、CPU72は、機関始動を開始してから混合気が初めて着火したか否かを判定する(S120)。このS120での着火判定は適宜行うことができる。例えば、機関回転速度NEが既定の判定値以上となった場合に肯定判定してもよい。あるいは、機関回転速度NEの上昇量が既定の判定値以上となった場合に肯定判定してもよい。あるいは、燃焼室20内の圧力を検出する筒内圧センサを備える場合には、その筒内圧センサで検出される圧力が既定の判定値以上となった場合に肯定判定してもよい。
Next, the
S120にて否定判定される場合、つまり、機関始動を開始してからまだ混合気が着火していない場合には、CPU72は、未着火回数Nnfに対して現在の噴射回数Nを代入する(S130)。なお、未着火回数Nnfの初期値は「0」である。そして、S120にて肯定判定されるまで、CPU72は、S120及びS130の各処理を繰り返し実行する。
If the determination in S120 is negative, that is, if the air-fuel mixture has not yet ignited after the start of the engine, the
S120にて肯定判定される場合、CPU72は、現在の未着火回数Nnfを取得する(S140)。ここで取得する未着火回数Nnfの値は、機関始動時において燃料噴射を開始してから混合気が着火するまでに要した噴射回数を示す値である。
When the determination in S120 is affirmative, the
次に、CPU72は、未着火回数Nnfに基づいて上記補正値Hを算出する(S150)。S150の処理において、CPU72は、未着火回数Nnfが多いほど、補正値Hの値が大きくなるように同補正値Hを算出する。なお、補正値Hは、「1」以上の値であり、当該補正値Hが大きいときほど、算出されるPM排出量PMdの値は大きくなる。
Next, the
そして、S150の処理を終了した場合や、S100の処理において否定判定する場合には、CPU72は、図2に示す一連の処理を終了する。
<作用及び効果>
本実施形態の作用及び効果について説明する。
Then, when the process of S150 is finished, or when a negative determination is made in the process of S100, the
<Action and effect>
The action and effect of this embodiment will be described.
(1)燃料の重質度が高くなると、燃料の揮発性が低下する。そのため、機関始動時においては、燃料噴射を開始してから混合気が着火するまでに要する噴射回数は多くなる傾向がある。そこで、PM排出量PMdのベース値PMbに乗算する補正値Hを次のように算出するようにしている。すなわち、未着火回数Nnfが多いときほど、補正値Hは大きい値となるようにしている。従って、未着火回数Nnfが多い場合には、少ない場合と比べて、算出されるPM排出量PMdは多くなるように同排出量は補正される。そのため、燃料の重質度に応じてPM排出量PMdは算出されるようになる。従って、PMの実際の排出量と算出される排出量との乖離を抑えることができるようになる。 (1) As the weight of the fuel increases, the volatility of the fuel decreases. Therefore, when the engine is started, the number of injections required from the start of fuel injection to the ignition of the air-fuel mixture tends to increase. Therefore, the correction value H to be multiplied by the base value PMb of the PM discharge amount PMd is calculated as follows. That is, the larger the number of non-ignition times Nnf, the larger the correction value H. Therefore, when the number of non-ignitions Nnf is large, the calculated PM emission amount PMd is corrected so as to be larger than when it is small. Therefore, the PM emission amount PMd is calculated according to the degree of weight of the fuel. Therefore, it is possible to suppress the divergence between the actual emission amount of PM and the calculated emission amount.
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。 It should be noted that the above embodiment can be implemented with the following modifications. The above embodiments and the following modifications can be combined with each other within a technically consistent range.
・機関始動時において燃料噴射を開始してから混合気が着火するまでに要したサイクル数を計測する。そして、その計測したサイクル数を上記未着火回数Nnfの代用値としてもよい。 ・Measure the number of cycles required from the start of fuel injection to the ignition of the air-fuel mixture when the engine is started. Then, the measured number of cycles may be used as a substitute value for the number of non-ignition times Nnf.
・機関始動時において混合気の点火を開始してから混合気が着火するまでに要した点火回数を計測する。そして、その計測した点火回数を上記未着火回数Nnfの代用値としてもよい。 ・Measure the number of ignitions required from the start of ignition of the air-fuel mixture until the air-fuel mixture ignites when the engine is started. Then, the measured number of ignitions may be used as a substitute value for the number of non-ignitions Nnf.
・機関始動を開始してから混合気が着火するまでに要した時間を計測する。そして、その計測した時間が長いときほど、上記補正値Hの値が大きくなるように同補正値Hを算出してもよい。なお、この変更例の場合には、内燃機関10をクランキングするモータに電力を供給するバッテリの電圧が計測時間に影響を与える。そのため、例えばクランキング中のバッテリの電圧を取得する。そして、計測した時間や補正値Hを取得したバッテリ電圧に応じて補正するようにしてもよい。
・Measure the time required from the start of the engine to the ignition of the air-fuel mixture. Then, the correction value H may be calculated such that the longer the measured time, the larger the correction value H becomes. In the case of this modification, the voltage of the battery that supplies electric power to the motor that cranks the
・機関始動時において燃料噴射を開始してから混合気が着火するまでに要した時間Tを計測する。そして、その計測した時間T及びクランクキング中の機関回転速度NEに基づき、燃料噴射を開始してから混合気が着火するまでにクランク軸26が回転した回数を算出する。そして、その算出した回転回数に「2」を乗算することにより、上記の未着火回数Nnfを算出してもよい。
• Measure the time T required from the start of fuel injection to the ignition of the air-fuel mixture when the engine is started. Then, based on the measured time T and the engine speed NE during cranking, the number of rotations of the
・所定周期毎に算出されるベース値PMbに補正値Hを乗算するようにした。この他、1トリップ中の総燃料噴射量を算出する。そして、その算出した総燃料噴射量に補正値Hを乗算することにより、1トリップ中のPM排出量PMdの総量を算出するようにしてもよい。 - The correction value H is multiplied by the base value PMb calculated at each predetermined cycle. In addition, the total fuel injection amount during one trip is calculated. Then, by multiplying the calculated total fuel injection amount by the correction value H, the total PM emission amount PMd during one trip may be calculated.
・GPF34の上流側にPM量を計測するPMセンサを設ける。そして、そのPMセンサで計測される実際のPM排出量PMrと算出されたPM排出量PMdとの差から上記補正値Hを算出してもよい。
- A PM sensor for measuring the amount of PM is provided on the upstream side of the
・給油後に算出された上記補正値Hは、次回給油されるまで更新することなくそのまま利用してもよい。また、算出された上記補正値Hは、温間始動後のPM排出量PMdの算出にも利用してよい。 - The correction value H calculated after refueling may be used as it is without being updated until the next refueling. The calculated correction value H may also be used to calculate the PM emission amount PMd after the warm start.
・上述したPM排出量PMdやPM再生量PMsなどから算出される上記PM堆積量DPMを第1PM堆積量DPM1とする。また、GPF34の上流側と下流側との圧力差に基づいて算出されるPM堆積量を第2PM堆積量DPM2とする。そして、第1PM堆積量DPM1と第2PM堆積量DPM2との差に基づいて上記補正値Hを算出してもよい。なお、この変更例及び上記S150の処理にてそれぞれ補正値Hが算出された場合には、例えばいずれか一方の補正値Hを無効にしてもよい。
The PM deposition amount DPM calculated from the above-mentioned PM discharge amount PMd, PM regeneration amount PMs, etc. is set as a first PM deposition amount DPM1. Also, let the PM deposition amount calculated based on the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the
・GPF34としては、三元触媒が担持されたフィルタに限らず、フィルタのみであってもよい。また、GPF34としては、排気通路30のうちの三元触媒32の下流に設けられるものに限らない。また、三元触媒32を、排気に含まれる成分を酸化する酸化触媒に置き換えてもよい。
- The
・制御装置としては、CPU72とROM74とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理するたとえばASIC等の専用のハードウェア回路を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の(a)~(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置及びプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置及びプログラム格納装置を備えたソフトウェア実行装置や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。
- The control device is not limited to one that includes the
・車両としては、シリーズ・パラレルハイブリッド車に限らず、たとえばパラレルハイブリッド車やシリーズハイブリッド車であってもよい。もっとも、ハイブリッド車に限らず、たとえば、車両の動力発生装置が内燃機関10のみの車両であってもよい。
- The vehicle is not limited to a series/parallel hybrid vehicle, and may be, for example, a parallel hybrid vehicle or a series hybrid vehicle. However, the vehicle is not limited to a hybrid vehicle, and may be a vehicle having only the
10…内燃機関
12…吸気通路
12a…吸気ポート
14…スロットルバルブ
16…ポート噴射弁
18…吸気バルブ
20…燃焼室
22…筒内噴射弁
24…点火プラグ
26…クランク軸
28…排気バルブ
30…排気通路
32…三元触媒
34…GPF
50…遊星歯車機構
52…第1モータジェネレータ
54…第2モータジェネレータ
60…駆動輪
70…制御装置
72…CPU
74…ROM
80…エアフローメータ
82…クランク角センサ
86…水温センサ
88…排気圧センサ
DESCRIPTION OF
50...
74 ROM
80 Air flow
Claims (1)
機関始動時に燃料噴射を開始してから混合気が着火するまでに要した噴射回数を計測する処理と、
前記噴射回数が多い場合には、前記噴射回数が少ない場合と比べて、算出される前記排出量が多くなるように同排出量を補正する処理と、を実行する
内燃機関の制御装置。 A control device that executes a process of calculating an amount of particulate matter discharged from a combustion chamber of an internal combustion engine to an exhaust passage,
A process of measuring the number of injections required from the start of fuel injection at engine startup until the mixture ignites;
A control device for an internal combustion engine that corrects the emission amount so that the calculated emission amount increases when the number of injections is high compared to when the number of injections is low.
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