JP3627561B2 - 多気筒内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は多気筒内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、機関始動時に一部の気筒への燃料供給を休止し、かつ触媒の早期活性化を実現する多気筒内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、多気筒内燃機関の冷間始動時に、一部の気筒への燃料噴射を休止(Fuel Cut)し、該気筒から排出される排気ガスを酸素濃度の高い燃料分を含まない2次空気として触媒コンバータへ供給し、触媒によるHC、COの酸化反応を促進させ、触媒の早期活性化を図った制御が行われている。
【0003】
例えば、特開平7−83148号公報には、多気筒内燃機関において、機関の冷間始動時に、多気筒の内、一部の気筒を空燃比がリッチとなるリッチ運転し、他の気筒を空燃比がリーンとなるように燃料噴射量を減量またはフューエルカットを実行してリーン運転するとともに、リッチ運転する気筒に対しては点火時期を遅角補正し、リーン運転する気筒に対しては点火時期を進角補正する制御を各気筒交互に行うことにより、良好なアイドル安定性を確保しつつ触媒の早期活性化を促進する技術が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平7−83148号公報に開示された多気筒内燃機関の制御装置は、機関の冷間始動時に、一部の気筒でリーン運転するので、排気系が冷却されてしまい、触媒の活性開始温度、換言すれば触媒の反応促進温度に到達するまでの時間が遅くなるという問題がある。
【0005】
それゆえ、本発明は上記問題を解決し、機関始動時に一部の気筒への燃料供給を休止し、かつ触媒の早期活性化を実現する多気筒内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決する本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置は、複数の気筒を有する内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、前記内燃機関の冷間始動時に、前記複数の気筒の内、一部の気筒をリッチ運転するとともに、他の気筒をリーン運転するよう空燃比を制御する始動時空燃比制御手段と、前記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段とを備え、前記始動時空燃比制御手段が、前記内燃機関の冷間始動時に、前記触媒温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度が所定温度に到達するまでは、該所定温度に到達した以降に設定する空燃比よりリッチに空燃比を設定する多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、前記内燃機関から排出され前記排気浄化触媒へ流入する排気ガスの空燃比が該排気浄化触媒の暖機効率を略最高とするように、リーン運転する気筒から排出される空気量(酸素量)に応じてリッチ運転する気筒へ供給する燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を備えた、ことを特徴とする。
上記構成により、排気浄化触媒の活性開始温度に到達するまでは活性開始温度に到達した以降より空燃比がリッチとなるように各気筒での燃料噴射を実行するので、機関始動時の空気量が減少し排気浄化触媒の空冷が回避される。
また、上記燃料噴射量補正手段により、排気浄化触媒の暖機効率を略最高とする空燃比の排気ガスを排気浄化触媒へ流入させるので、機関始動開始から排気浄化触媒を暖機完了させるまでの時間を短縮する。
なお、上記リーン運転は内燃機関の燃料噴射量を減少する方法または燃料噴射を中止する方法で運転されることである。
本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、前記内燃機関の冷間始動時に、前記触媒温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度が所定温度に到達するまでは前記始動時空燃比制御手段により全気筒をリッチ運転させ、該排気浄化触媒の温度が該所定温度を超えてからは該始動時空燃比制御手段により一部の気筒のリーン運転を開始させるリーン開始制御手段を備える。
【0007】
上記構成により、排気浄化触媒の活性開始温度に到達するまでは暖機を行うため全気筒で燃料増量噴射し活性開始温度に到達してからは一部気筒をリッチ運転するとともに他の気筒をリーン運転することを開始するので、機関始動開始から排気浄化触媒を暖機完了させるまでの時間を短縮する。
本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、前記始動時空燃比制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて、例えば内燃機関の負荷状態または排気浄化装置の温度に応じてリーン運転する気筒の数を徐々に増加する。
【0008】
上記始動時空燃比制御手段により、活性開始温度に到達してから複数の気筒のリーン運転を同時に開始せずに、リーン運転する気筒の数を徐々に増加するので、排気浄化触媒への急激な2次空気の流入による排気浄化触媒の温度低下を防止し、機関始動開始から排気浄化触媒を暖機完了させるまでの時間を短縮する。
本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、前記始動時空燃比制御手段は、前記触媒温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度が目標温度に到達したとき、リーン運転する気筒の数を減らす。
【0009】
上記始動時空燃比制御手段により、排気浄化触媒の温度が目標温度に到達したとき、リーン運転する気筒の数を減らすので、排気浄化触媒の過昇温による劣化を防止する。
【0010】
本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、前記排気通路内の前記排気浄化触媒の下流に配置された第2排気浄化触媒と、前記第2排気浄化触媒の温度を検出する第2温度検出手段と、前記内燃機関が暖機状態か否かを判定する暖機判定手段と、前記内燃機関の暖機状態および前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度に応じて前記複数の気筒の内、一部の気筒への燃料噴射を停止するよう制御する部分気筒停止制御手段とを備え、部分気筒停止制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒温度と前記第2温度検出手段により検出された前記第2排気浄化触媒の温度とに基づいて、前記燃料噴射を停止する一部の気筒の数を可変する停止気筒数可変手段を備えるよう構成する。
また、本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、前記内燃機関が暖機状態か否かを判定する暖機判定手段と、前記内燃機関の暖機状態および前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒温度に応じて前記複数の気筒の内、一部の気筒への燃料噴射を停止するよう制御する部分気筒停止制御手段を備え、前記部分気筒停止制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒温度に基づいて、前記停止した一部の気筒への燃料噴射を再開するよう構成する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置の第1実施形態の概略構成図である。図中、参照番号1は機関、2は吸気マニホールド、3は排気マニホールド、4は燃料噴射弁、5は排気マニホールド3内に配設され、機関1の始動時に早期に活性化される排気浄化用の触媒コンバータ、6は排気マニホルド3に接続された排気管、7は排気管6の途中に設けられHC、CO、NOxの3成分を同時に浄化する三元触媒を内蔵した主触媒としての触媒コンバータ、8は排気マニホールド3内の触媒コンバータ5上流に配設され、機関1から排出された排気ガス中の酸素濃度から空燃比を検出する第1空燃比センサ、9は排気管6内の触媒コンバータ7下流に配設され、機関1から排出され触媒コンバータ7を通過した排気ガス中の酸素濃度から空燃比を検出する第2空燃比センサ、11は触媒コンバータ5通過後の排気ガスの温度Texを検出する排気温センサ、20は電子制御ユニット(ECU)である。
【0012】
電子制御ユニット(ECU)20は、例えばデジタルコンピュータからなり、機関1の冷間始動時に機関1の複数の気筒の内、一部の気筒をリッチ運転するとともに他の気筒をリーン運転するよう空燃比を制御する始動時空燃比制御手段を機能させるものである。ECU20は、図示しない双方向性バスによって相互に接続されたROM、RAM、B.(バッテリバックアップ)RAM、CPU、入力ポートおよび出力ポートを具備する。
【0013】
吸気マニホールド2は図示しない吸気管に接続されており、吸気管の先端にはエアフローメータ(図示せず)が配設されている。エアフローメータは吸入空気量に比例したアナログの出力電圧を発生し、この出力電圧はECU20内のA/D変換器(図示せず)を介して入力ポートに入力される。
機関1のウォータジャケット(図示せず)に配設される水温センサ13は機関1の冷却水温THWを検出し、その水温THWに比例したアナログ電圧をA/D変換器を介して入力ポートに入力する。
【0014】
機関1のディストリビュータ(図示せず)には2つのクランク角センサ14A、14Bが設けられ、クランク角センサ14Aはクランク角に換算して720°CA毎の基準位置を検出して出力パルス信号を発生し、クランク角センサ14Bはクランク角に換算して30°CA毎の位置を検出して出力パルス信号を発生する。これらの出力パルス信号は入力ポートに入力され、クランク角センサ14Bの出力パルス信号はCPUの割込端子にも入力される。クランク角センサ14A、14Bの出力パルス信号から、例えば機関1の回転数NEが演算される。一方、出力ポートはECU20内の駆動回路(図示せず)を介して燃料噴射弁4に接続されている。燃料噴射弁4から吸気マニホルド2内へ噴射される燃料噴射量は、空燃比が目標空燃比、本実施形態では理論空燃比になるように燃料噴射弁4を駆動回路により開弁する時間を可変することにより制御される。
【0015】
なお、CPUの割込は、A/D変換器によるA/D変換終了時やクランク角センサ14Bの出力パルス信号の受信時に発生する。A/D変換器を介して入力ポートへ入力されたデジタルデータはA/D変換毎に読取られRAMに格納される。機関1の回転数NEもクランク角センサ14Bの出力パルス信号がCPUの割込端子に入力される毎に演算されRAMに格納される。つまり、RAMに格納される機関1のデータは絶えず更新される。
【0016】
次に、ECU20により達成される本発明による部分気筒停止制御のフローチャートを以下詳細に説明する。
図2は第1の部分気筒停止制御のフローチャートである。本制御は図1に示す第1実施形態に適用される。また、本制御ルーチンは所定の周期、例えば100ms毎に実行される。先ず、ステップ201では、機関1の水温THWが所定の温度範囲内(α<THW<β)か否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ202へ進み、その判別結果がNOのときはステップ205へ進む。ここで、αは0°Cにβは80°Cに設定され、水温THWが0°C以下の極低温下では機関を搭載した車両のドライバビリティを重視するため部分気筒停止制御を行わない。また、水温THWが80°C以上の機関の暖機完了後では触媒コンバータ5も暖機完了しているので部分気筒停止制御を行わない。
【0017】
以下、図2以降の説明において、単に触媒と記すものは触媒コンバータ5に内臓された触媒を示す。
ステップ202では、触媒コンバータ5から排出される触媒出ガスの排気温Texが第1の所定温度γ(γは例えば180°C)を以上となったか否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ203へ進み、その判別結果がNOのときはステップ205へ進む。ここで、γを180°Cとするのは、触媒の温度が略200°Cのときの触媒出ガスの排気温度が約180°Cと推定されるからであり、触媒は約200°Cに到達すると、触媒の各部分でHCを酸化させる排気浄化の反応を開始するからである。ステップ203では、排気温Texが第2の所定温度η(ηは例えば700°C)を超えたか否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ205へ進み、その判別結果がNOのときはステップ204へ進む。ここで、η=700°Cは触媒が十分活性化されたとみなされるときの排気温度である。
【0018】
ステップ201〜203の実行により、機関の冷却水温THWがα<THW<βかつ排気温Texがγ≦Tex≦ηと判定されたとき、すなわち機関の暖機が完了しておらず、かつ触媒が排気浄化の反応を開始してから十分活性化されるまでの間と判定されたときに、ステップ204へ進み、部分気筒停止制御を実行する。一方、ステップ201〜203の実行により、機関の冷却水温THWがTHW≦αまたはβ≦THWか、あるいは排気温TexがTex<γまたはη<Texと判定されたとき、すなわち機関が極低温のときかまたは暖機完了したとき、あるいは触媒が排気浄化の反応を開始する前かまたは触媒が十分活性化されたと判定されたとき、ステップ205へ進み、部分気筒停止制御を禁止する。
【0019】
図3は機関始動時の部分気筒停止と触媒温度変化との関係を示す図である。横軸は機関の始動開始からの経過時間を示し、縦軸は触媒コンバータ5内に設けられた触媒の温度を示す。図3は機関がFI(First Idling)放置、すなわち機関の始動開始後アイドル回転数のまま放置されたときの触媒温度の変化の実験結果を示す。曲線31は部分気筒停止制御を全く実行しない場合の、曲線32は機関の始動開始から部分気筒停止制御を実行し続けた場合の、曲線33は機関の始動開始から時刻t1まで部分気筒停止制御を実行せずに時刻t1から部分気筒停止制御を実行した場合の、それぞれの触媒の温度変化を示す。この時刻t1は触媒が約200°Cの温度になり触媒の各部分でHCを酸化させる排気浄化の反応を開始する時刻である。
【0020】
曲線31と32を比較すると、部分気筒停止制御を実行しない曲線31の方が部分気筒停止制御を実行する曲線32より早くに200°Cの触媒温度に到達することが判る。一方、触媒の温度が200°Cに到達すると部分気筒停止制御を実行して2次空気を触媒へ供給する方が所謂「後燃え」現象により触媒の温度が200°Cから急上昇し、触媒の50%浄化温度、すなわち触媒の浄化反応が触媒の50%の部分で反応しているときの触媒温度としての350°Cには曲線32の方が曲線31より早くに到達することが判る。以下、触媒の温度が後燃え現象により急上昇を開始する温度200°Cを触媒の反応促進温度と呼ぶ。
【0021】
次に、曲線31、32および33を比較すると、200°Cの触媒温度に到達する時刻は曲線31と33ともに同時であるが、曲線33は触媒温度200°Cから急上昇し、触媒の50%浄化温度350°Cへ曲線31、32より早くに到達することが判る。
図4は第2の部分気筒停止制御のフローチャートである。本制御は図1に示す第1実施形態において排気温センサ11が設けられてない実施形態に適用されるものである。本制御では、機関から排出される排気ガスの温度を検出する排気温センサの代わりに、触媒温度を機関の始動開始から機関へ吸入される空気量の積算値(以下、積算空気量と記す)sumga から予測する。
【0022】
本制御ルーチンは所定の周期、例えば100ms毎に実行される。先ず、ステップ401では、図2のステップ201と同様に機関1の水温THWが所定の温度範囲内(α<THW<β)か否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ402へ進み、その判別結果がNOのときはステップ407へ進む。ここで、積算空気量と触媒温度との関係を示すマップについて説明する。
【0023】
図5は機関の積算空気量と触媒温度との関係を示すマップである。図5において横軸は機関の始動開始から機関へ吸入される積算空気量sumga を示し、縦軸はsumga の変化に応じて変化する触媒温度の測定結果による実験値を示す。sumga =εは触媒が部分的に排気浄化の反応を開始する温度200°Cに到達した時の積算空気量であり、sumga =κは触媒が十分活性化される温度700°Cに到達した時の積算空気量である。このように実験値から求められた機関の積算空気量と触媒温度との関係を示すマップはROMに格納される。
【0024】
再び図4のフローチャートに戻る。ステップ402では、積算空気量 sumgaが触媒温度700°Cに相当する所定量κを超えたか否かを判別し、その判別結果がYESのときは触媒が十分活性化される温度に到達したとみなしてステップ408へ進み、その判別結果がNOのときはステップ403へ進む。
ステップ403では、積算空気量 sumgaが触媒温度200°Cに相当する所定量ε以上となったか否かを判別し、その判別結果がYESのときは触媒が部分的に排気浄化の反応を開始する温度に到達したとみなしてステップ404へ進み、その判別結果がNOのときはステップ407へ進む。
【0025】
ステップ404では、部分気筒停止制御が所定時間δ、例えば50秒だけ実行されたか否かを CFCAT>δ(=500)から判別し、その判別結果がYESのときはステップ407へ進み、その判別結果がNOのときはステップ405へ進む。ステップ405では、部分気筒停止制御時間計測用のカウンタ CFCATに1を加算してステップ406へ進む。
【0026】
ステップ401でNOと判別されたときやステップ403でNOと判別されたとき、ステップ407へ進みカウンタ CFCATを0にリセットする。このカウンタ CFCATを用いる理由は、図5で示した機関の積算空気量 sumgaと触媒温度との関係は部分気筒停止制御を実行していないときの全気筒運転時の実験結果を用いているので、ε≦sumga ≦κの部分気筒停止制御の実行中は sumgaから触媒温度を予測できないからである。
【0027】
ステップ401〜404の実行により、機関の冷却水温THWがα<THW<βかつ積算空気量sumga がε≦sumga ≦κと判定されたとき、すなわち機関の暖機が完了しておらず、触媒が排気浄化の反応を開始してから十分活性化されるまでの間であって、かつ部分気筒停止制御時間 CFCATが CFCAT≦δと判定されたとき、ステップ406へ進み、部分気筒停止制御を実行する。一方、ステップ401〜404の実行により、機関の冷却水温THWがTHW≦αまたはβ≦THWか、あるいは積算空気量sumga がsumga <εまたはκ<sumga のとき、すなわち機関が極低温のときか暖機完了したと判定されたときか、あるいは触媒が排気浄化の反応を開始する前かまたは触媒が十分活性化されたと判定されたとき、ステップ408へ進み、部分気筒停止制御を禁止する。
【0028】
次に、部分気筒停止制御を実行する気筒の数を機関の運転状態、例えば触媒の温度変化を考慮して変更する実施形態について以下に説明する。
図6は機関始動時の段階的部分気筒停止制御と触媒温度変化との関係を示す図である。図6は多気筒機関、例えば6気筒の機関の始動時を示し、図中、曲線61は部分気筒停止を実行しないときの触媒の温度変化を示し、曲線62は2気筒を同時に停止したときの触媒の温度変化を示し、曲線63は1気筒だけ停止したときの触媒の温度変化を示し、曲線64は1気筒停止し所定時間経過後に2気筒を停止したときの触媒の温度変化を示す。
【0029】
曲線62、63および64を比較すると、時刻t1に触媒の温度が反応促進温度200°Cに到達した後、曲線62の2気筒同時停止制御の場合は、時刻t1から触媒へ過剰の2次空気が供給されるので、触媒の温度は一定期間低下した後再び上昇し、やがて触媒の50%浄化温度350°Cに到達する。曲線63の1気筒停止制御の場合は、時刻t1からの触媒への2次空気の供給により触媒の温度は短時間低下するものの即座に再上昇する。しかしながら、曲線62の2気筒同時停止制御と比して機関の始動を開始してから触媒の温度が50%浄化温度350°Cに到達するまでの時間は長くなることが判る。しかるに、曲線64の時刻t1に1気筒を停止した後時刻t2に2気筒を停止するような段階的気筒停止制御の場合は、時刻t1からの触媒への2次空気の供給により触媒の温度は短時間低下するものの即座に再上昇する。次いで触媒の温度が反応促進温度200°Cを少し超えた、例えば220°Cに到達する時刻t2から停止する気筒の数を増やして触媒へ供給する2次空気の量を増量することにより触媒の温度が50%浄化温度350°Cに到達するまでの時間は曲線62や63の場合と比して短くなることが判る。
【0030】
次に、上述の段階的部分気筒停止制御をフローチャートを用いて説明する。
図7は第3の部分気筒停止制御のフローチャートである。本制御は図1に示す第1実施形態に適用される。また、本制御ルーチンは所定の周期、例えば100ms毎に実行される。先ず、ステップ701では、図2のステップ201と同様に機関1の水温THWが所定の温度範囲内(α<THW<β)か否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ702へ進み、その判別結果がNOのときはステップ708へ進む。
【0031】
ステップ702では、触媒出ガスの排気温Texが第2の所定温度η(ηは例えば700°C)を超えたか否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ708へ進み、その判別結果がNOのときはステップ703へ進む。ここで、η=700°Cは触媒が十分活性化されたとみなされるときの触媒出ガスの排気温度である。ステップ703では、1気筒停止制御実行中か否かをフラグにより判定し、YESと判定されたときはステップ704へ進み、NOと判定されたときはステップ706へ進む。
【0032】
ステップ704では、触媒出ガスの排気温Texが第1の所定温度γ(γは例えば180°C)以上となったか否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ705へ進み、その判別結果がNOのときはステップ708へ進む。ここで、γを180°Cとするのは、触媒の温度が略200°Cのときの触媒出ガスの排気温度が約180°Cと推定されるからであり、触媒は約200°Cに到達すると、触媒の各部分でHCを酸化させる排気浄化の反応を開始するからである。
【0033】
ステップ706では、排気温Texが第3の所定温度δ(=220°C)を超えたか否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ707へ進み、その判別結果がNOのときは本ルーチンを終了する。ここで、第3の所定温度δ=220°Cは、時刻t1から1気筒停止制御による2次空気供給により触媒の浄化反応が開始された後触媒の温度が反応促進温度200°Cを少し超えたことを確認できる温度として設定したものである。
【0034】
ステップ701〜704および706の実行により、機関の冷却水温THWがα<THW<βかつ排気温Texがγ≦Tex≦δと判定されたとき、すなわち機関の暖機が完了しておらず、かつ触媒が排気浄化の反応を開始した後であって触媒の温度が反応促進温度200°Cを少し超えるまでの間であると判定されたとき、ステップ705へ進み、1気筒停止制御を実行し、機関の冷却水温THWがα<THW<βかつ排気温Texがδ≦Tex≦ηと判定されたとき、すなわち機関の暖機が完了しておらず、かつ触媒の温度が反応促進温度200°C以上であって触媒が十分活性化されるまでの間と判定されたとき、ステップ707へ進み、2気筒停止制御を実行する。一方、ステップ701〜704および706の実行により、機関の冷却水温THWがTHW≦αまたはβ≦THWか、あるいは排気温TexがTex<γまたはη<Texと判定されたとき、すなわち機関が極低温のときかまたは暖機完了したとき、あるいは触媒が排気浄化の反応を開始する前かまたは触媒が十分活性化されたと判定されたとき、ステップ708へ進み、部分気筒停止制御を禁止する。
【0035】
上述の第3の部分気筒停止制御において、停止する気筒の数を1気筒から2気筒へ増加する際に、機関の運転状態として触媒の温度が反応促進温度を超えて上昇したことを確認することを条件としたが、これに代えて機関の運転状態として負荷を条件とし、機関の負荷状態に応じて停止する気筒の数を変更してもよい。この場合、機関の負荷が高負荷な程高トルクを必要とするので停止する気筒の数を少なく設定する。
【0036】
また、図7を用いて上述した第3の部分気筒停止制御は、排気温センサにより検出された触媒の推定温度に基づき部分気筒停止制御を実行するものであるが、この第3の部分気筒停止制御は排気温センサに変えて積算空気量から推定した触媒の温度に基づいて部分気筒停止制御を実行してもよい。
また、上述の第3の部分気筒停止制御は6気筒機関において2気筒まで停止する例で説明したが、例えば8気筒機関において3気筒まで停止したり、12気筒機関において4気筒まで停止したりするなど、停止する気筒の数は使用する機関に応じて適宜選択できる。
【0037】
図8は本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置の第2実施形態の概略構成図である。図8に示す第2実施形態の概略構成図は、排気温センサ12が排気管6内の触媒コンバータ7の下流に配設された点を除き図1に示す第1実施形態の概略構成図と同一である。
図9は第4の部分気筒停止制御のフローチャートである。本制御は図8に示す第2実施形態に適用される。第4の部分気筒停止制御は、第1触媒(S/C)が暖機されてから第2触媒(M/C)が暖機されるまでの間、部分気筒停止制御を実行する気筒の数が多過ぎると第1触媒としてのスタート・キャタリスト(S/C)の温度がOT(Over Temperature)を超え、その結果オーバーヒートして劣化する恐れがあるので、これを防止すべく部分気筒停止制御を実行する気筒の数を最適制御しつつ第2触媒としてのメイン・キャタリスト(M/C)が暖機されるまで部分気筒停止制御を行うものである。
【0038】
本制御ルーチンは所定の周期、例えば100ms毎に実行される。先ず、ステップ901では、図2のステップ201と同様に機関1の水温THWが所定の温度範囲内(α<THW<β)か否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ902へ進み、その判別結果がNOのときはステップ911へ進む。
ステップ902では、部分気筒停止制御を実行中か否かをフラグにより判定し、YESと判定されたときはステップ906へ進み、NOと判定されたときはステップ903へ進む。ステップ903では、第1触媒(S/C)出ガスの第1排気温Tex1が第1の所定温度γ(=180°C)以上となったか否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ904へ進み、その判別結果がNOのときはステップ911へ進む。ここで、γを180°Cとするのは、第1触媒(S/C)の温度が略200°Cのときの第1触媒出ガスの排気温度が約180°Cと推定されるからであり、第1触媒は約200°Cに到達すると、第1触媒の各部分でHCを酸化させる排気浄化の反応を開始するからである。
【0039】
ステップ904では、第2触媒(M/C)の出ガスの第2排気温Tex2が第5の所定温度θ(=600°C)を超えたか否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ911へ進み、その判別結果がNOのときはステップ905へ進む。ここで、θ=600°Cは第2触媒が十分活性化されたとみなされるときの第2触媒出ガスの排気温度である。
【0040】
ステップ906では、第1排気温Tex1が第3の所定温度δ(=220°C)を超えたか否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ907へ進み、その判別結果がNOのときはステップ904へ進む。ここで、第3の所定温度δは時刻t1から1気筒停止制御による2次空気供給により第1触媒の浄化反応が開始されてから第1触媒の温度が上昇し始めたことを確認できる温度として、例えば220°Cを設定する。
【0041】
ステップ907では、第1触媒の出ガスの第1排気温Tex1が第4の所定温度λ(=700°C)を超えたか否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ904へ進み、その判別結果がNOのときはステップ910へ進む。ここで、η=700°Cは第1触媒が十分活性化されたとみなされかつ第1触媒をOTから保護できる温度のときの第1触媒出ガスの排気温度である。
【0042】
ステップ905では1気筒停止制御を実行し、ステップ910では2気筒停止制御を実行し、ステップ911では部分気筒停止制御を禁止する。
図9を用いて説明した第4の部分気筒停止制御は、第1および第2排気温センサにより検出された第1および第2触媒の各推定温度に基づき部分気筒停止制御を実行するものであるが、この第4の部分気筒停止制御はこれら排気温センサに代えて機関の積算空気量から推定した各触媒の温度に基づいて第4の部分気筒停止制御と同様な制御を実行してもよい。
【0043】
また、上述の第4の部分気筒停止制御は6気筒機関において2気筒まで停止する例で説明したが、例えば8気筒機関において3気筒まで停止したり、12気筒機関において4気筒まで停止したりするなど、停止する気筒の数は使用する機関に応じて適宜選択できる。
図10は多気筒機関の始動時における各触媒の温度変化を示す図であり、(A)はS/Cの温度変化を示す図であり、(B)はM/Cの温度変化を示す図である。図10において横軸は時間を示し、縦軸は各触媒の温度を示す。
【0044】
図10の(A)において、曲線101は前述の第3の部分気筒停止制御を実行したときのS/Cの温度変化を示し、曲線102はS/Cが過昇温(OT)しないように前述の第4の部分気筒停止制御を実行したときのS/Cの温度変化を示し、曲線103は前述の第3の部分気筒停止制御を実行しS/Cの暖機完了を確認した後に部分気筒停止制御を禁止したときのS/Cの温度変化を示し、曲線104は1気筒停止制御のみを実行したときのS/Cの温度変化を示し、曲線105は、部分気筒停止制御を全く行わないときのS/Cの温度変化を示し、曲線106はS/Cが触媒の反応促進温度(200°C)に到達した後2気筒停止制御を実行したときのS/Cの温度変化を示す。
【0045】
一方、図10の(B)において、曲線112はS/CがOTしないように第4の部分気筒停止制御を実行したときのM/Cの温度変化を示し、曲線113は第3の部分気筒停止制御を実行しS/Cの暖機完了を確認した後に部分気筒停止制御を禁止したときのM/Cの温度変化を示し、曲線115は部分気筒停止制御を全く行わないときのM/Cの温度変化を示す。
【0046】
図11は触媒入ガスの空燃比と触媒温度との関係を示すマップである。図11において横軸は機関から排出された排気ガスが第1触媒へ流入する直前の第1触媒入ガスの空燃比を示し、縦軸は第1触媒の温度を示す。図11から、第1触媒入ガスの空燃比が理論空燃比(14.6)のとき、第1触媒の反応が最も活性化されるので第1触媒の温度も最も高いことが判る。
【0047】
したがって、部分気筒停止制御実行中の機関へ供給する燃料噴射量は、第1触媒入ガスの空燃比が理論空燃比になるように休止中の気筒の数、言い換えるなら休止気筒から排出される空気量(酸素量)に応じて決定されることが第1触媒の早期活性化に必要である。このため、部分気筒停止制御実行中に、休止せずに噴射を実行する稼働気筒から機関へ供給する燃料噴射量を算出するためには、稼働気筒の空燃比を休止中の気筒の数に応じて次式のように算出することが必要である。8気筒機関を例にとって下記のように算出された空燃比に応じて燃料噴射量を算出し、燃料噴射を実行すれば、第1触媒入ガスの空燃比は理論空燃比となり、第1触媒の早期暖機が達成される。
【0048】
休止気筒が1つのとき稼働気筒の空燃比は14.6×(7/8)=12.8に、休止気筒が2つのとき稼働気筒の空燃比は14.6×(6/8)=11.0に、休止気筒が3つのとき稼働気筒の空燃比は14.6×(5/8)=9.1に、休止気筒が4つのとき稼働気筒の空燃比は14.6×(4/8)=7.3に、それぞれ設定する。
【0049】
図12は第5の部分気筒停止制御のフローチャートである。本制御は図1に示す第1実施形態に適用される。本制御は、部分気筒停止制御により第1触媒が暖機されても排気系、例えば排気マニホルドが十分に暖機されていない場合や排気マニホルドが暖機されていてもアイドル等により機関から排出される排気ガスの温度が低い場合に、部分気筒停止制御を禁止してしまうと第1触媒の熱が排気系に奪われ、第1触媒の温度低下を招く恐れがある。これを防止するため、この第5の部分気筒停止制御では、第1触媒の再冷却防止のため、第1触媒出ガス温度が低下したとき、再び部分気筒停止制御を実行するものである。本制御ルーチンは所定の周期、例えば100ms毎に実行される。先ず、ステップ1201では、図2のステップ201と同様に機関1の水温THWが所定の温度範囲内(α<THW<β)か否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ1202へ進み、その判別結果がNOのときはステップ1204へ進む。
【0050】
次いで、ステップ1202では、部分気筒停止制御を実行中か否かをフラグにより判定し、部分気筒停止制御を実行中と判定されたときはステップ1205へ進み、部分気筒停止制御を禁止中と判定されたときはステップ1203へ進む。ステップ1203では、第1触媒出ガスの排気温Texがκ1(κ1=500°C)より大か否かを判別し、Tex>κ1のときはステップ1204へ進み、Tex≦κ1のときはステップ1208へ進む。ステップ1203で排気温Texがκ1以下に低下したと判別されたときはステップ1208で1気筒停止制御を実行して第1触媒の再冷却を防止する。
【0051】
ステップ1205では、1気筒停止制御を実行中か否かをフラグにより判定し、1気筒停止制御を実行中と判定されたときはステップ1206へ進み、1気筒停止制御を実行中でなく2気筒停止制御を実行中と判定されたときはステップ1209へ進む。ステップ1206では、第1触媒出ガスの排気温Texがκ2(κ2=700°C)より大か否かを判別し、Tex>κ2のときはステップ1204へ進み、Tex≦κ2のときはステップ1207へ進む。ここで、κ2は1気筒停止制御実行時に第1触媒(S/C)が過昇温(OT)とならないように設定される第1触媒出ガスの排気温度である。
【0052】
ステップ1207では、第1触媒出ガスの排気温Texがκ3(κ3=600°C)より大か否かを判別し、Tex>κ3のときはステップ1208へ進み、Tex≦κ3のときはステップ1209へ進む。ステップ1207で排気温Texがκ3以下に低下したと判別されたときはステップ1210で2気筒停止制御を実行して第1触媒の再冷却を防止する。
【0053】
ステップ1209では、第1触媒出ガスの排気温Texがκ4(κ4=800°C)より大か否かを判別し、Tex>κ4のときはステップ1208へ進み、Tex≦κ4のときはステップ1210へ進む。ここで、κ4は2気筒停止制御実行時に第1触媒(S/C)が過昇温(OT)とならないように設定される第1触媒出ガスの排気温度である。
【0054】
ステップ1204では、部分気筒停止制御を禁止し、ステップ1208では1気筒停止制御を実行し、ステップ1210では2気筒停止制御を実行する。
上述した実施形態において、触媒コンバータ5、7は、電気加熱式触媒(EHC)を設けた触媒コンバータであってもよい。
また、上述した実施形態では、一部気筒の燃料の噴射を中止する部分気筒停止制御により、リーン運転を実行する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は燃料噴射量を減少して気筒から排出される酸素量を多くすることでリーン運転を実行してもよい。また、本発明は希薄燃焼内燃機関や筒内噴射式内燃機関に適用してもよい。
本発明はまた、上述した実施形態の他に、排気浄化触媒の温度が所定温度に到達するまでは、複数気筒の内、一部の気筒を弱リーンとするとともに、他の気筒をリッチとし、所定温度に到達した以降には、前記一部の気筒を強リーンとすることを許可する実施形態としてもよい。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多気筒内燃機関の空燃比制御装置によれば、排気浄化触媒の活性開始温度に到達するまでは暖機増量により全気筒から燃料噴射し活性開始温度に到達してからは一部気筒によるリーン運転を開始するので、機関始動開始から排気浄化触媒を暖機完了させるまでの時間を短縮でき、機関から排出される排気エミッションの触媒による浄化を早期に開始できる。
また、本発明の多気筒内燃機関の空燃比制御装置における燃料噴射量補正手段は、排気浄化触媒の暖機効率を略最高とする空燃比の排気ガスを排気浄化触媒へ流入させるので、機関始動開始から排気浄化触媒を暖機完了させるまでの時間を短縮できる。
【0056】
また、本発明の多気筒内燃機関の空燃比制御装置における始動時空燃比制御手段は、活性開始温度に到達してから複数の気筒のリーン運転を同時に開始せずに、リーン運転する気筒の数を徐々に増加するので、排気浄化触媒への急激な2次空気の流入による排気浄化触媒の温度低下を防止し、機関始動開始から排気浄化触媒を暖機完了させるまでの時間を短縮できる。
【0057】
また、本発明の多気筒内燃機関の空燃比制御装置における始動時空燃比制御手段は、排気浄化触媒の温度が目標温度に到達したとき、リーン運転する気筒の数を減らすので、排気浄化触媒の過昇温による劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置の第1実施形態の概略構成図である。
【図2】第1の部分気筒停止制御のフローチャートである。
【図3】機関始動時の部分気筒停止と触媒温度変化との関係を示す図である。
【図4】第2の部分気筒停止制御のフローチャートである。
【図5】機関の積算空気量と触媒温度との関係を示すマップである。
【図6】機関始動時の段階的部分気筒停止制御と触媒温度変化との関係を示す図である。
【図7】第3の部分気筒停止制御のフローチャートである。
【図8】本発明による多気筒内燃機関の空燃比制御装置の第2実施形態の概略構成図である。
【図9】第4の部分気筒停止制御のフローチャートである。
【図10】多気筒機関の始動時における各触媒の温度変化を示す図であり、(A)はS/Cの温度変化を示す図であり、(B)はM/Cの温度変化を示す図である。
【図11】触媒入ガスの空燃比と触媒温度との関係を示すマップである。
【図12】第5の部分気筒停止制御のフローチャートである。
【符号の説明】
1…多気筒機関
2…吸気マニホルド
3…排気マニホルド
4…燃料噴射弁
5…第1触媒(S/C)コンバータ
6…排気管
7…第2触媒(M/C)コンバータ
8、9…空燃比センサ
11、12…排気温センサ
20…電子制御ユニット(ECU)
Claims (7)
- 複数の気筒を有する内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、前記内燃機関の冷間始動時に、前記複数の気筒の内、一部の気筒をリッチ運転するとともに、他の気筒をリーン運転するよう空燃比を制御する始動時空燃比制御手段と、前記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段とを備え、前記始動時空燃比制御手段が、前記内燃機関の冷間始動時に、前記触媒温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度が所定温度に到達するまでは、該所定温度に到達した以降に設定する空燃比よりリッチに空燃比を設定する多気筒内燃機関の空燃比制御装置において、
前記内燃機関から排出され前記排気浄化触媒へ流入する排気ガスの空燃比が該排気浄化触媒の暖機効率を略最高とするように、リーン運転する気筒から排出される空気量に応じてリッチ運転する気筒へ供給する燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を備えた、
ことを特徴とする多気筒内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記内燃機関の冷間始動時に、前記触媒温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度が所定温度に到達するまでは前記始動時空燃比制御手段により全気筒をリッチ運転させ、該排気浄化触媒の温度が該所定温度を超えてからは該始動時空燃比制御手段により一部の気筒のリーン運転を開始させるリーン開始制御手段を備えた請求項1に記載の多気筒内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記始動時空燃比制御手段は、前記排気浄化触媒の温度に応じてリーン運転する気筒の数を徐々に増加する請求項2に記載の多気筒内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記始動時空燃比制御手段は、前記内燃機関の負荷状態に応じてリーン運転する気筒の数を徐々に増加する請求項2に記載の多気筒内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記始動時空燃比制御手段は、前記触媒温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度が目標温度に到達したとき、リーン運転する気筒の数を減らす請求項3または4に記載の多気筒内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記排気通路内の前記排気浄化触媒の下流に配置された第2排気浄化触媒と、
前記第2排気浄化触媒の温度を検出する第2温度検出手段と、
前記内燃機関が暖機状態か否かを判定する暖機判定手段と、
前記内燃機関の暖機状態および前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒の温度に応じて前記複数の気筒の内、一部の気筒への燃料噴射を停止するよう制御する部分気筒停止制御手段とを備え、
部分気筒停止制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒温度と前記第2温度検出手段により検出された前記第2排気浄化触媒の温度とに基づいて、前記燃料噴射を停止する一部の気筒の数を可変する停止気筒数可変手段を備えた、
請求項1乃至5の何れか一つに記載の多気筒内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記内燃機関が暖機状態か否かを判定する暖機判定手段と、
前記内燃機関の暖機状態および前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒温度に応じて前記複数の気筒の内、一部の気筒への燃料噴射を停止するよう制御する部分気筒停止制御手段を備え、
前記部分気筒停止制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記排気浄化触媒温度に基づいて、前記停止した一部の気筒への燃料噴射を再開する、
請求項1乃至5の何れか一つに記載の多気筒内燃機関の空燃比制御装置。
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