JP2023078939A

JP2023078939A - エンジン装置

Info

Publication number: JP2023078939A
Application number: JP2021192280A
Authority: JP
Inventors: 幸弘岡部; Yukihiro Okabe; 友貴二之湯; Tomoki Ninoyu; 憲二井下; Kenji Inoshita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2023-06-07

Abstract

【課題】酸素吸蔵触媒における酸素吸蔵量をより適正に算出する。【解決手段】エンジン装置は、複数気筒の内燃機関として構成され、排気中の酸素を吸蔵する酸素吸蔵触媒を含む浄化触媒を有する浄化装置が排気系に取り付けられたエンジンと、エンジンを制御する制御装置とを備える。制御装置は、エンジンの全気筒に対する燃料噴射の停止要求の存在とエンジンの少なくとも一つの気筒への燃料噴射の停止の実行とを確認したときに全気筒燃料噴射停止中であると判定する。全気筒の燃料噴射を停止したときに全気筒燃料噴射停止中であると判定するものに比して、全気筒で燃料噴射を停止するまでの一部の気筒で燃料噴射が停止されているときの酸素吸蔵量も算出するから、酸素吸蔵触媒における酸素吸蔵量をより適正に算出することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン装置に関し、詳しくは、複数気筒の内燃機関として構成され、排気中の酸素を吸蔵する酸素吸蔵触媒を含む浄化触媒を有する浄化装置が排気系に取り付けられたエンジンを備えるエンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置としては、特定の条件が成立した場合に気筒を休止させる気筒休止運転も行なう内燃機関の制御装置において、特定の条件が成立した場合に吸気弁や排気弁の閉弁状態を保持して燃料噴射を停止するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、特定の条件が成立時にバッテリの電圧が閾値以下の場合、燃料噴射を停止するタイミングを遅らせる。バッテリ電圧の低下によって吸気弁や排気弁を閉弁状態とするまでに要する時間がバッテリ電圧が正常な場合より長くなるが、燃料噴射を停止するタイミングを正常な場合よりも遅らせることにより、その遅らせている間、噴射された燃料による燃焼によって酸素を消費し、触媒に酸素が流れないようにし、触媒の劣化を抑制している。

特開２０１１－１５３５９５号公報

上述のエンジン装置などでは、全気筒の燃料噴射を停止する全気筒フューエルカット中であるとの判定は、実際に全気筒の燃料噴射の停止が行なわれたときに行なわれる場合が多い。その場合、短時間で全気筒フューエルカットから復帰すると、全気筒フューエルカット中であるとの判定が行なわれてから酸素吸蔵触媒に吸蔵される酸素吸蔵量を算出するため、全気筒フューエルカット中であると判定されるまでの一部の気筒で燃料噴射が停止されているときの酸素吸蔵量は算出されない。このため、算出される酸素吸蔵量が吸蔵した酸素を消費するために空燃比をリッチとするリッチ制御を行なうための閾値を超えることができず、リッチ制御が実行されない場合が生じ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が増加するおそれが生じる。

本発明のエンジン装置は、酸素吸蔵触媒における酸素吸蔵量をより適正に算出することを主目的とする。

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置は、
複数気筒の内燃機関として構成され、排気中の酸素を吸蔵する酸素吸蔵触媒を含む浄化触媒を有する浄化装置が排気系に取り付けられたエンジンと、
前記エンジンを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記エンジンの全気筒に対する燃料噴射の停止要求の存在と前記エンジンの少なくとも一つの気筒への燃料噴射の停止の実行とを確認したときに全気筒燃料噴射停止中であると判定する、
ことを特徴とする。

この本発明のエンジン装置では、エンジンの全気筒に対する燃料噴射の停止要求の存在とエンジンの少なくとも一つの気筒への燃料噴射の停止の実行とを確認したときに全気筒燃料噴射停止中であると判定する。このため、全気筒の燃料噴射を停止したときに全気筒燃料噴射停止中であると判定するものに比して、全気筒で燃料噴射を停止するまでの一部の気筒で燃料噴射が停止されているときの酸素吸蔵量も算出される。この結果、酸素吸蔵触媒における酸素吸蔵量をより適正に算出することができ、酸素吸蔵触媒に吸蔵した酸素を消費するために空燃比をリッチとするリッチ制御をより適正に行なうことができ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出をより適正に抑制することができる。

ここで、前記制御装置は、前記エンジンの全気筒に対する燃料噴射の停止を要求したことを示す燃料噴射停止要求フラグに基づいて前記エンジンの全気筒に対する燃料噴射の停止要求の存在を確認するものとしてもよい。また、前記制御装置は、前記エンジンの各気筒毎に燃料噴射の停止を実行したことを示す気筒毎の燃料噴射停止フラグを設定し、前記気筒毎の燃料噴射停止フラグのうちの少なくとも一つが燃料噴射の停止の実行を示しているときに前記エンジンの少なくとも一つの気筒への燃料噴射の停止の実行を確認するものとしてもよい。また、前記制御装置は、前記全気筒燃料噴射停止中であると判定したときに前記浄化装置の前記酸素吸蔵触媒への酸素の吸蔵量の算出を開始するものとしてもよい。

本発明の一実施例としてのエンジン装置１１を備える自動車１０の構成の概略を示す構成図である。電子制御ユニット７０により実行される全気筒フューエルカット判定処理の一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジン装置１１を備える自動車１０の構成の概略を示す構成図である。実施例の自動車１０は、図示するように、エンジン１２と、エンジン１２をクランキングするためのスタータ（図示省略）と、エンジン１２からの動力を変速して駆動輪ＤＷにデファレンシャルギヤＤＦを介して連結された駆動軸ＤＳに伝達する変速機ＴＭと、エンジン１２やスタータ、変速機ＴＭを制御する制御装置としての電子制御ユニット７０とを備える。実施例のエンジン装置１１としては、主として、エンジン１２と電子制御ユニット７０とが相当する。

エンジン１２は、例えばガソリンや軽油などを燃料として吸気、圧縮、膨張（爆発燃焼）、排気の４行程により動力を出力する複数気筒（例えば。４気筒や６気筒など）の内燃機関として構成されている。このエンジン１２は、気筒毎の筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁２６と、点火プラグ３０とを有する。エンジン１２は、エアクリーナ２２により清浄された空気を吸気管２３に吸入してスロットルバルブ２４を通過させて更に吸気バルブ２８を介して燃焼室２９に吸入する。また、吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁２６から燃料を噴射し、点火プラグ３０による電気火花により爆発燃焼させる。そして、爆発燃焼によるエネルギにより押し下げられるピストン３２の往復運動をクランクシャフト１４の回転運動に変換する。燃焼室２９から排気バルブ３３を介して排気管３４に排出される排気は、浄化装置３５を介して外気に排出される。浄化装置３５は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）を浄化する触媒や排気中の酸素を吸蔵する酸素吸蔵触媒からなる触媒３５ａを有する。なお、酸素吸蔵触媒は、演算された酸素吸蔵量が閾値以上に至ったときに空燃比をリッチとするリッチ制御を行なうことによって浄化装置３５に供給される未燃焼燃料を吸蔵した酸素により燃焼させることによって再生される。こうした酸素吸蔵触媒による酸素の吸蔵と消費により、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑制する。

電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７１やＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、フラッシュメモリ７４、入出力ポートを有するマイクロコンピュータを備える。電子制御ユニット７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット７０に入力される信号としては、例えば、エンジン１２のクランクシャフト１４の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４ａからのクランク角θｃｒや、エンジン１２の冷却水の温度を検出する水温センサ１５からの冷却水温Ｔｗを挙げることができる。吸気バルブ２８を開閉するインテークカムシャフトの回転位置や排気バルブ３３を開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１６からのカム角θｃｉ，θｃｏも挙げることができる。スロットルバルブ２４のポジション（開度）を検出するスロットルポジションセンサ２４ａからのスロットル開度ＴＨや、吸気管２３のスロットルバルブ２４よりも上流側に取り付けられたエアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａ、吸気管２３のスロットルバルブ２４よりも上流側に取り付けられた温度センサ２３ｔからの吸気温Ｔａも挙げることができる。排気管３４の浄化装置３５よりも上流側に取り付けられたフロント空燃比センサ３７からのフロント空燃比ＡＦ１や、排気管３４の浄化装置３５よりも下流側に取り付けられたリヤ空燃比センサ３８からのリヤ空燃比ＡＦ２も挙げることができる。変速機ＴＭの入力軸に取り付けられた回転数センサからの変速機ＴＭの入力軸の回転数や、変速機ＴＭの出力軸に取り付けられた回転数センサからの変速機ＴＭの出力軸の回転数も挙げることができる。イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号ＩＧや、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰも挙げることができる。アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ８７からの車速Ｖも挙げることができる。

電子制御ユニット７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット７０から出力される信号としては、例えば、エンジン１２のスロットルバルブ２４への制御信号や、筒内噴射弁２６への制御信号、点火プラグ３０への制御信号を挙げることができる。また、スタータ（図示省略）への制御信号や変速機ＴＭへの制御信号も挙げることができる。

電子制御ユニット７０は、クランクポジションセンサ１４ａからのクランク角θｃｒに基づいて、エンジン１２の回転数Ｎｅを演算している。また、電子制御ユニット７０は、エアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａとエンジン１２の回転数Ｎｅとに基づいて、エンジン１２の負荷率（エンジン１２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比）ＫＬを演算している。さらに、電子制御ユニット７０は、水温センサ１５からの冷却水温Ｔｗやエンジン１２の回転数Ｎｅおよび負荷率ＫＬに基づいて、浄化装置３５の浄化触媒３５ａの温度Ｔｃを推定している。

こうして構成された実施例の自動車１０では、電子制御ユニット７０は、アクセル開度Ａｃｃや車速Ｖに基づいて変速機ＴＭの目標変速段Ｇｓ＊を設定し、変速機ＴＭの変速段Ｇｓが目標変速段Ｇｓ＊となるように変速機ＴＭを制御する。また、アクセル開度Ａｃｃや車速Ｖ、変速機ＴＭの変速段Ｇｓに基づいてエンジン１２の目標トルクＴｅ＊を設定し、エンジン１２が目標トルクＴｅ＊に基づいて運転されるように、エンジン１２の吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御などを行なう。

次に、実施例の自動車１０が搭載するエンジン装置１１の動作、特に全気筒フューエルカットする際の判定動作について説明する。図２は、電子制御ユニット７０により実行される全気筒フューエルカット判定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、エンジン１２の運転中で全気筒フューエルカットが判定されていないときに繰り返し実行される。

全気筒フューエルカット判定処理が実行されると、電子制御ユニット７０は、まず、全気筒フューエルカットの要請がなされているか否かを判定する（ステップＳ１００）。全気筒フューエルカットの要請は、実施例では、例えば所定車速以上でアクセルオフされた条件などの全気筒フューエルカット実行条件が成立したときに全気筒フューエルカットフラグＦａｌｌに値１を設定することにより行なう。したがって、ステップＳ１０の処理は、全気筒フューエルカットフラグＦａｌｌが値１であるか否かを判定する処理となる。ステップＳ１００で全気筒フューエルカットの要請がなされていない（全気筒フューエルカットフラグＦａｌｌは値１ではない）と判定したときには、全気筒フューエルカットの判定を行なう前提条件が成立していないと判断し、本処理を終了する。

ステップＳ１００で全気筒フューエルカットの要請がなされている（全気筒フューエルカットフラグＦａｌｌは値１である）と判定したときには、いずれかの気筒別フューエルカットフラグＦ（ｎ）が値１であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。気筒別フューエルカットフラグＦ（ｎ）は、４気筒エンジンの場合には気筒毎にフラグＦ（１）～Ｆ（４）の４個であり、６気筒エンジンの場合には気筒毎にフラグＦ（１）～Ｆ（６）の６個であり、対応する気筒に対してフューエルカット（燃料噴射停止）を実行したときに対応するフラグＦ（ｎ）に値１が設定されるものである。ステップＳ１１０では、全気筒のうちの少なくとも１つの気筒に対してフューエルカット（燃料噴射停止）が行なわれたか否かを判定する処理となる。ステップＳ１１０で全ての気筒別フューエルカットフラグＦ（ｎ）が値１ではないと判定したときには、まだいずれの気筒でもフューエルカットは実行されていないと判断し、本処理を終了する。

ステップＳ１１０でいずれかの気筒別フューエルカットフラグＦ（ｎ）が値１であると判定したときには、全気筒フューエルカットと判定し（ステップＳ１２０）、浄化装置３５の酸素吸蔵触媒における酸素吸蔵量の計算を開始して（ステップＳ１３０）、本処理を終了する。

以上説明した実施例の自動車１０が搭載するエンジン装置１１では、全気筒フューエルカットの要請がなされていると判定し、且つ、全気筒のうちのいずれかの気筒別フューエルカットフラグＦ（ｎ）が値１であると判定したときに、全気筒フューエルカットを判定し、浄化装置３５における酸素吸蔵触媒の酸素吸蔵量の計算を開始する。これにより、全ての気筒別フューエルカットフラグＦ（ｎ）が値１であると判定したときに全気筒フューエルカットを判定するものに比して、浄化装置３５の酸素吸蔵触媒における酸素吸蔵量の計算をより適正に行なうことができる。この結果、浄化装置３５の酸素吸蔵触媒に吸蔵した酸素を消費するために空燃比をリッチとするリッチ制御をより適正に行なうことができ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出をより適正に抑制することができる。

実施例のエンジン装置１１では、エンジン１２は、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁２６を備えるものとした。しかし、これに加えてまたは代えて、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁を備えるものとしてもよい。

実施例では、エンジン１２からの動力を用いて走行するエンジン車としての自動車１０が備えるエンジン装置１１の形態とした。しかし、エンジンに加えてモータを備えるハイブリッド車が備えるエンジン装置の形態としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン１２が「エンジン」に相当し、電子制御ユニット７０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

１０自動車、１１エンジン装置、１２エンジン、１４クランクシャフト、１４ａクランクポジションセンサ、１５水温センサ、１６カムポジションセンサ、２２エアクリーナ、２３吸気管、２３ａエアフローメータ、２３ｔ温度センサ、２４スロットルバルブ、２４ａスロットルポジションセンサ、２６筒内噴射弁、２８吸気バルブ、２９燃焼室、３０点火プラグ、３２ピストン、３３排気バルブ、３４排気管、３５浄化装置、３５ａ浄化触媒、３７フロント空燃比センサ、３８リヤ空燃比センサ、７０電子制御ユニット、７１ＣＰＵ、７２ＲＯＭ、７３ＲＡＭ、７４フラッシュメモリ、８０イグニッションスイッチ、８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８５ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８７車速センサ。

Claims

複数気筒の内燃機関として構成され、排気中の酸素を吸蔵する酸素吸蔵触媒を含む浄化触媒を有する浄化装置が排気系に取り付けられたエンジンと、
前記エンジンを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記エンジンの全気筒に対する燃料噴射の停止要求の存在と前記エンジンの少なくとも一つの気筒への燃料噴射の停止の実行とを確認したときに全気筒燃料噴射停止中であると判定する、
ことを特徴とするエンジン装置。