JP2024065320A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関から排出される粒子状物質の量が昇温制御によって増加することを抑える。【解決手段】制御装置70は、機関負荷を高めることで排気通路30に設けられたGPF34の温度を高める昇温制御を実行する。昇温制御の実行を許可する条件として、内燃機関10のピストン頂面の温度が既定の判定値以上であることを含む。【選択図】図1[Problem] To suppress an increase in the amount of particulate matter emitted from an internal combustion engine due to temperature rise control. [Solution] A control device (70) executes temperature rise control to increase the temperature of a GPF (34) provided in an exhaust passage (30) by increasing the engine load. Conditions for allowing the execution of temperature rise control include the temperature of the piston top surface of an internal combustion engine (10) being equal to or higher than a predetermined judgment value. [Selected Figure] Figure 1
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.
たとえば特許文献1に記載の内燃機関は、排気通路に排気浄化部材であるフィルタが設けられている。そして、フィルタに捕集された粒子状物質の量が閾値以上になると、フィルタの温度を高める昇温制御を行うようにしている。 For example, the internal combustion engine described in Patent Document 1 has a filter, which is an exhaust purification member, in the exhaust passage. When the amount of particulate matter trapped in the filter reaches or exceeds a threshold value, temperature control is performed to increase the temperature of the filter.
ところで、上記昇温制御のひとつとして、内燃機関の負荷を高めることにより排気の温度を高めるといった制御がある。しかし、内燃機関の状態によっては、内燃機関の負荷増大に際しての燃料噴射量の増加により燃焼室から排出される粒子状物質の量が増えるおそれがあり、この場合には、例えば排気浄化部材に捕集される粒子状物質の量が増える可能性もある。 One type of temperature rise control is to increase the exhaust temperature by increasing the load on the internal combustion engine. However, depending on the state of the internal combustion engine, the amount of particulate matter emitted from the combustion chamber may increase due to an increase in the fuel injection amount when the load on the internal combustion engine increases. In this case, for example, the amount of particulate matter captured by the exhaust purification member may increase.
上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、機関負荷を高めることで排気通路に設けられた排気浄化部材の温度を高める昇温制御が実行される内燃機関の制御装置である。そして、前記昇温制御の実行を許可する条件として、前記内燃機関のピストン頂面の温度が既定の判定値以上であることを含んでいる。 The control device for an internal combustion engine that solves the above problem is a control device for an internal combustion engine that executes temperature rise control to raise the temperature of an exhaust purification member provided in an exhaust passage by increasing the engine load. The conditions for allowing the execution of the temperature rise control include the temperature of the piston top surface of the internal combustion engine being equal to or higher than a predetermined judgment value.
ピストン頂面の温度が低いと、ピストン頂面に触れた燃料が気化せずに不完全燃焼するなどの理由により、燃焼室から排出される粒子状物質の量は増える傾向がある。この点を鑑み、同構成では、ピストン頂面の温度が既定の判定値以上の場合に昇温制御を実行するようにしている。従って、ピストン頂面の温度が低いときには昇温制御が実行されないため、昇温制御の実行により粒子状物質の排出量が増えることを抑えることができる。 When the temperature of the piston top surface is low, the amount of particulate matter emitted from the combustion chamber tends to increase due to reasons such as fuel touching the piston top surface not vaporizing and burning incompletely. In consideration of this, in this configuration, temperature rise control is executed when the temperature of the piston top surface is equal to or higher than a predetermined judgment value. Therefore, since temperature rise control is not executed when the temperature of the piston top surface is low, it is possible to suppress an increase in particulate matter emissions due to the execution of temperature rise control.
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。
<内燃機関及び駆動系及び制御装置の構成>
図1に示すように、内燃機関10は、気筒#1~#4の4つの気筒を備えている。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。燃焼室20には、筒内噴射弁22から燃料が噴射される。また、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。
Hereinafter, an embodiment of a control device for an internal combustion engine will be described with reference to the drawings.
<Configuration of the internal combustion engine, drive system, and control device>
As shown in FIG. 1, an
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、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。これら三元触媒やGPFは、排気を浄化する排気浄化部材である。
The air-fuel mixture burned 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、およびインバータ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を参照する。また、制御装置70は、水温センサ86によって検出される内燃機関10の冷却水の温度である冷却水温THW、空燃比センサ88によって検出される空燃比AFを参照する。また、制御装置70は、リングギアRの回転角を検知する出力側回転角センサ89の出力信号Sp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を参照する。また、制御装置70は、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。また、制御装置70は、アクセルセンサ94によって検出されるアクセルペダルの踏み込み量であるアクセル操作量ACCPを参照する。なお、制御装置70は、クランク角センサ82の出力信号Scrに基づいて機関回転速度NEを演算する。また、制御装置70は、機関回転速度NE及び吸入空気量GAに基づいて機関負荷率KLを演算する。機関負荷率KLは、全負荷状態で内燃機関10を定常運転したときのシリンダ流入空気量に対する、現在のシリンダ流入空気量の比率を表している。なお、シリンダ流入空気量は、吸気行程において各気筒のそれぞれに流入する空気の量である。また、制御装置70は、出力側回転角センサ89の出力信号Spに基づいて内燃機関10を搭載した車両の車速SPを演算する。
The
制御装置70は、CPU72、ROM74、記憶装置75、および周辺回路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
例えば、制御装置70は、ポート噴射弁16や筒内噴射弁22の燃料噴射制御を実施する。また、制御装置70は、点火プラグ24の点火時期制御を実施する。また、制御装置70は、混合気の空燃比を、機関運転状態に基づいて設定される目標空燃比AFtに制御するための空燃比制御を実施する。また、制御装置70は、アクセル操作量ACCP及び車速SPに基づいて車両の走行に必要な要求トルクを算出する。また、制御装置70は、車両の要求トルクを満たすように内燃機関10の要求出力Peや、第1モータジェネレータ52及び第2モータジェネレータ54の出力トルクを制御する。
For example, the
また、制御装置70は、機関回転速度NE、充填効率η及び冷却水温THWなどに基づき、GPF34に捕集されている粒子状物質の量である堆積量DPMを算出する。そして、堆積量DPMが、再生実行値DPMH以上であるか否かを判定する。再生実行値DPMHは、GPF34が捕集した粒子状物質の量が多くなっており、粒子状物質を除去することが望まれる値に設定されている。そして、堆積量DPMが再生実行値DPMH以上であると判定すると、制御装置70は、捕集した粒子状物質をGPF34から除去する昇温制御の実行を要求する昇温要求を行う。そして、昇温制御の実行を許可する条件が成立する場合には、昇温制御を実行する。
The
<ピストン頂面の温度を算出する処理について>
制御装置70は、内燃機関10のピストン頂面の温度であるピストン頂面温度THpを算出する。
<Calculating the piston top temperature>
The
図2に、ピストン頂面温度THpの算出についてその処理手順を示す。図2に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72が所定周期に繰り返し実行することにより実現される。なお、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。
Figure 2 shows the process for calculating the piston top temperature THp. The process shown in Figure 2 is realized by the
図2に示す一連の処理において、CPU72は、まず、冷却水温THW、吸入空気量GA、点火時期AOPを取得する(S100)。
次に、CPU72は、冷却水温THWに基づいてピストン頂面温度THpの基本値であるベース温度THpbを算出する(S110)。S110の処理において、CPU72は、予め用意されたマップあるいはモデル式を用いてベース温度THpbを算出する。
In the series of processes shown in FIG. 2, the
Next, the
次に、CPU72は、吸入空気量GA及び点火時期AOPに基づいて温度補正値THhを算出する(S120)。温度補正値THhは、ベース温度THpbと実際のピストン頂面温度との乖離を補正するための値である。S120の処理において、CPU72は、予め用意されたマップあるいはモデル式を用いて温度補正値THhを算出する。
Next, the
次に、CPU72は、ピストン頂面温度THpを算出する(S130)。S130の処理において、CPU72は、ベース温度THpbに温度補正値THhを加算した値をピストン頂面温度THpに代入する。
Next, the
そして、CPU72は、本処理を一旦終了する。
<昇温制御の実行可否判定処理について>
制御装置70は、上述した昇温制御の実行を許可する条件が成立か否かを判定する。そして、実行を許可する条件が成立する場合には、昇温制御を実行する。この昇温制御の実行可否判定の処理手順を図3に示す。図3に示す処理も、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72が所定周期に繰り返し実行することにより実現される。
Then, the
<Regarding the process for determining whether or not to execute temperature rise control>
The
図3に示す一連の処理において、CPU72は、上述したGPF34の昇温要求があるか否かを判定する(S200)。そして、CPU72は、GPF34の昇温要求があると判定する場合(S200:YES)、ピストン頂面温度THpを取得する(S210)。
In the series of processes shown in FIG. 3, the
次に、CPU72は、ピストン頂面温度THpが既定の判定値THpref以上であるか否かを判定する(S220)。判定値THprefは、昇温制御の実行に伴う粒子状物質の排出量増加を抑えることのできるピストン頂面温度THpの最低温度であり、予め設定されている。
Next, the
S220の処理にて、ピストン頂面温度THpが判定値THpre以上であると判定する場合(S220:YES)、CPU72は、現在の目標空燃比AFtを取得する(S230)。
If the processing of S220 determines that the piston top surface temperature THp is equal to or higher than the judgment value THpre (S220: YES), the
次に、CPU72は、目標空燃比AFtが既定の判定値AFtref以上であるか否かを判定する(S240)。判定値AFtrefは、未燃燃料の増加に伴う粒子状物質の排出量増加を抑えることのできる空燃比の最小値(例えば14.0など)であり、予め設定されている。
Next, the
S240の処理にて、目標空燃比AFtが既定の判定値AFtref以上であると判定する場合(S240:YES)、CPU72は、昇温制御を実行する(S250)。昇温制御として、CPU72は、例えば点火時期を遅角することにより排気の温度を高める処理と、この点火時期遅角による機関出力の低下を補うために機関負荷を高める増大処理とを実施する。また、昇温制御として、CPU72は、例えば、第1モータジェネレータ52及び第2モータジェネレータ54の出力トルクを低下させる一方、そのトルク低下を補うために内燃機関10の要求出力Peを高める処理を実施する。これらの処理は、いずれも機関負荷を高めることで排気通路に設けられた排気浄化部材の温度を高める処理である。
When it is determined in the process of S240 that the target air-fuel ratio AFt is equal to or greater than the predetermined reference value AFtref (S240: YES), the
上記S220の処理にて否定判定される場合、または上記S240の処理にて否定判定される場合、CPU72は、低減制御を実施する(S260)。低減制御は、内燃機関10の燃焼室20から排出される粒子状物質の数や量を低減させる処理である。低減制御として、CPU72は、例えば点火時期の遅角を禁止する。このようにして点火時期の遅角が禁止されると、当該遅角による機関出力の低下を補うための機関負荷の増大処理は実施されなくなる。また、低減制御として、CPU72は、例えば、第1モータジェネレータ52及び第2モータジェネレータ54の出力トルクを高める一方、そのトルク増加の分だけ内燃機関10の要求出力Peを低下させる処理を実施する。これらの処理は、いずれも機関負荷の制御を通じて燃焼室20から排出される粒子状物質を低減させる処理である。
When the above-mentioned S220 processing makes a negative judgment, or when the above-mentioned S240 processing makes a negative judgment, the
そして、上記S200の処理にて否定判定される場合、あるいは上記S250の処理や上記S260の処理を実行すると、CPU72は、本処理を終了する。
<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。
If a negative determination is made in the process of S200, or after the process of S250 or the process of S260 is executed, the
<Action and Effects>
The operation and effects of this embodiment will be described.
(1)ピストン頂面の温度が低いと、ピストン頂面に触れた燃料が気化せずに不完全燃焼するなどの理由により、燃焼室20から排出される粒子状物質の量は増える傾向がある。この点を鑑み、本実施形態では、冷却水温THW及び吸入空気量GA及び点火時期AOPに基づき、ピストン頂面の温度であるピストン頂面温度THpを算出している。そして、昇温制御の実行を許可する条件として、内燃機関10のピストン頂面の温度が既定の判定値THpref以上であることを含んでいる。そのため、ピストン頂面温度THpが判定値THpref以上の場合に昇温制御は実行される(図3のS220:YES)。従って、ピストン頂面の温度が低いときには昇温制御が実行されないため、昇温制御の実行により粒子状物質の排出量が増えることを抑えることができる。
(1) When the temperature of the piston top surface is low, the amount of particulate matter discharged from the
(2)混合気の空燃比がリッチの場合には、燃焼に際して未燃の燃料が増えることにより燃焼室20から排出される粒子状物質の量は増える傾向がある。この点を鑑み、本実施形態では、昇温制御の実行を許可する条件として、混合気の目標空燃比AFtが既定の判定値AFtref以上であることを含んでいる。そのため、目標空燃比AFtが判定値AFtref以上であり、未燃の燃料が少ない場合に昇温制御は実行される(図3のS240:YES)。従って、燃焼に際して未燃の燃料が多いときに昇温制御を実行することにより粒子状物質の排出量が増えることを抑えることができる。
(2) When the air-fuel ratio of the mixture is rich, the amount of particulate matter emitted from the
(3)ピストン頂面の温度が既定の判定値THprefよりも低い場合には、燃焼室20から排出される粒子状物質の量は増える傾向がある。また、混合気の目標空燃比が既定の判定値AFtrefよりも小さい場合にも、燃焼室20から排出される粒子状物質の量は増える傾向がある。この点、本実施形態では、昇温制御の実行を許可する条件が成立しない場合には、燃焼室20から排出される粒子状物質を低減させる低減制御が実行される。つまりピストン頂面温度THpが判定値THprefよりも低い場合や、目標空燃比AFtが判定値AFtrefよりも小さい場合には低減制御が実行される。従って、燃焼室20から排出される粒子状物質の量が増えることを抑えることができる。
(3) When the temperature of the piston top surface is lower than the predetermined judgment value THpref, the amount of particulate matter discharged from the
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。上記実施形態および以下の変更例は、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。 The above embodiment can be modified as follows. The above embodiment and the following modified examples can be combined together to the extent that no technical contradiction exists.
・ピストン頂面温度THpを他の態様で算出したり、センサなどで検出するようにしてもよい。
・図3に示したS230の処理とS240の処理とを省略してもよい。この場合でも、上記(2)以外の作用及び効果を得ることができる。
The piston top temperature THp may be calculated in a different manner or may be detected by a sensor or the like.
The processes of S230 and S240 shown in Fig. 3 may be omitted. Even in this case, the same effects and advantages as those described above in (2) can be obtained.
・図3に示したS260の処理を省略してもよい。この場合でも、上記(3)以外の作用及び効果を得ることができる。
・昇温制御は、GPF34に捕集された粒子状物質を除去するための制御であったが、他の目的で実施される昇温制御でもよい。例えば触媒の暖機を図るための昇温制御でもよい。
The process of S260 shown in Fig. 3 may be omitted. Even in this case, the effects and advantages other than the above item (3) can be obtained.
The temperature increase control is performed to remove the particulate matter trapped in the
・図3に示したS250の処理で実施される昇温制御として、以下の(a)、(b)に記載の処理や、(c)に記載の制御などを適宜追加してもよい。
(a)フューエルカット中に燃料を噴射することにより、未燃の燃料を排気浄化部材に導入する処理。
The temperature rise control performed in the process of S250 shown in FIG. 3 may include the following processes (a) and (b) and the control (c), as appropriate.
(a) A process of introducing unburned fuel into an exhaust gas purification member by injecting fuel during a fuel cut.
(b)内燃機関10の複数の気筒のうち一部の気筒への燃料供給を停止するとともに残りの気筒には燃料を供給する処理。なお、このとき燃料を供給する気筒における空燃比は理論空燃比よりもリッチにする。
(b) A process for stopping fuel supply to some of the cylinders of the
(c)複数の気筒のうち一部の気筒をリッチ気筒に設定し、残りの気筒をリーン気筒に設定するディザ制御。リッチ気筒では、理論空燃比よりも低い空燃比で燃焼が行われる。リーン気筒では、理論空燃比よりも高い空燃比で燃焼が行われる。 (c) Dither control in which some of the cylinders are set as rich cylinders and the remaining cylinders are set as lean cylinders. In rich cylinders, combustion occurs at an air-fuel ratio lower than the theoretical air-fuel ratio. In lean cylinders, combustion occurs at an air-fuel ratio higher than the theoretical air-fuel ratio.
・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。
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およ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、処理装置およ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 a device equipped with a
・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、車両の原動機が内燃機関10のみの車両であってもよい。
The vehicle is not limited to a series-parallel hybrid vehicle, but 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, for example, a vehicle whose prime mover is only an
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
52a…回転軸
54…第2モータジェネレータ
54a…回転軸
56…インバータ
58…インバータ
60…駆動輪
70…制御装置
72…CPU
74…ROM
Reference Signs List 50: Planetary gear mechanism 52:
74...ROM
Claims (4)
前記昇温制御の実行を許可する条件として、前記内燃機関のピストン頂面の温度が既定の判定値以上であることを含む
内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine in which a temperature rise control is performed to raise a temperature of an exhaust purification member provided in an exhaust passage by increasing an engine load,
A control device for an internal combustion engine, wherein a condition for permitting execution of the temperature increase control includes a temperature of a piston top surface of the internal combustion engine being equal to or higher than a predetermined judgment value.
請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein the condition for permitting execution of the temperature increase control includes a target air-fuel ratio of the mixture being equal to or greater than a predetermined judgment value.
請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。 3. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising a process for calculating the temperature of the piston top surface based on a cooling water temperature, an intake air amount, and an ignition timing.
請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。
3. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising: a control for reducing particulate matter emitted from a combustion chamber when the condition for permitting execution of the temperature increase control is not satisfied.
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