JP4036034B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開2000−104588号公報は内燃機関の制御装置について開示している。この装置では、燃料が遮断されてから内燃機関が再起動するまでに触媒に蓄えられた酸素量(O2ストレージ量)に応じて、燃料噴射量を調整してNOx排出を抑制したハイブリッド車両の内燃機関が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、蓄積されるべき酸素量を制御すれば更に排気ガス浄化効率を達成することができる。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、排気ガス浄化効率を向上可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、動力発生期間においては燃焼によって生じた排気ガスを排気通路を介して外部に放出し、空転期間においては燃焼が生じない状態の排気ガスを排気通路を介して外部に放出する内燃機関の制御装置において、内燃機関のクランク軸を外力によって回転させることで内燃機関の空転が行われ、排気通路内には上流側から前段触媒及び後段触媒が順次設けられており、前段触媒は排気ガスに含まれるCO及びHCの酸化作用を有し、後段触媒は排気ガスに含まれるNOxの還元作用を有し、この制御装置は、前段触媒内において酸素不足であると判定される場合には、前段触媒に蓄積される酸素量がリッチとなり、且つ、後段触媒に蓄積される酸素量がリーンとなるように、内燃機関の動力発生期間の終了時から始まる空転期間を設定することを特徴とする。
【0005】
本制御装置は、前段触媒において蓄積酸素量がリッチとなるように排気ガスを排気通路に流すので、酸素量が増えることでCO及びHCの酸化作用が促進される。また、後段触媒では酸素量がリーンとなるとなるためNOxの還元作用が促進される。したがって、再度、内燃機関を始動したときには、双方の触媒の酸素量が酸化作用及び還元作用を既に有しているので、排気ガス浄化効率を向上させることができる。
【0006】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、動力発生期間においては燃焼によって生じた排気ガスを排気通路を介して外部に放出し、空転期間においては燃焼が生じない状態の排気ガスを前記排気通路を介して外部に放出する内燃機関の制御装置において、内燃機関のクランク軸を外力によって回転させることで前記内燃機関の空転が行われ、排気通路内には上流側から前段触媒及び後段触媒が順次設けられており、前段触媒は排気ガスに含まれるCO及びHCの酸化作用を有し、後段触媒は排気ガスに含まれるNOxの還元作用を有し、制御装置は、前記前段触媒内において酸素不足であると判定される場合には、前段触媒に蓄積される酸素量がリッチとなり、且つ、後段触媒に蓄積される酸素量がリーンとなるように、内燃機関の前記動力発生期間の直前の空転期間を設定することを特徴とする。
【0007】
本制御装置は、空転期間を触媒に蓄積される酸素量に応じて設定するので、この後に続く内燃機関の動力発生機関においては、適正な酸素量が触媒に蓄積されていることになり、触媒における排気ガス浄化効率を向上させることができる。
【0008】
特に、上記いずれの制御装置においても、当該制御装置が、内燃機関の燃焼室に供給される燃料が遮断されるように、空転期間においては、内燃機関を制御すれば、触媒内における酸素量を早期に向上させることができる。
【0009】
また、上記内燃機関が車両に搭載されるものであり、制御装置は、内燃機関が、所定の停止条件が成立した場合には自動的に停止し、所定の始動条件が成立した場合には自動的に始動するように、内燃機関を制御する場合には、自動的に内燃機関を停止させることができるので、停止時に電動機を駆動させることができるハイブリッド車両や、エコラン車等の超高燃費車両に適用することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【0011】
図1は実施の形態に係る内燃機関の制御装置(電子制御ユニットECU)を有する動力システムのブロック図である。本形態の内燃機関Eは車両に搭載されているものとする。
【0012】
内燃機関Eは、吸気工程、圧縮工程、爆発工程及び排気工程を繰り返し、動力を発生する装置である。吸気工程において、吸気通路iを介して吸入された外気は、各気筒の燃焼室内に送り込むまれる。圧縮工程においてはピストンが吸気の圧縮を行う。爆発工程においては、吸気と燃料の混合気を燃焼させ、ピストンを運動させる。この混合気は、燃焼室内に供給された燃料と外気を混合してなる。燃料供給は、吸気経路i内において行われることとしてもよいが、吸入工程や圧縮工程における燃焼室内において行うこともできる。
【0013】
燃焼室に燃料を供給し、当該燃料を燃焼させることにより、各気筒内のピストンを運動させ、動力を発生する。内燃機関Eの各気筒内から排出される排気ガスは排気通路eを介して外部に排出される。
【0014】
燃焼室内において燃焼が生じない状態においても、内燃機関Eのピストンは、クランク軸にリンクしているため、このクランク軸を外力によって回転させると、ピストンが往復運動し、内燃機関Eの空転が行われる。燃焼室において、燃焼が生じない状態は、燃料供給又は燃料の着火を禁止することによって形成することができる。
【0015】
内燃機関Eのクランク軸は電動機M/Gにリンクしており、電動機M/Gはクランク軸を回転させることもできる。電動機M/Gはクランク軸の回転力を受けて発電を行う発電機としても機能することができる。
【0016】
電子制御ユニットECUには、複数のセンサSからの情報が入力される。センサSは、車両状態を検出するものであり、アクセル開度センサ、制動力検出センサ、車輪速検出センサ、ヨーレートセンサ、排気通路e内に設けられるO2センサ、バッテリー電圧検出センサ、エンジン回転数検出センサ、クランク角検出センサ等である。内燃機関Eの燃焼室にはインジェクタから燃料が供給されるが、電子制御ユニットECUは当該インジェクタへの制御信号により、内燃機関Eの燃焼室に供給される燃料の量を制御することができる。
【0017】
電子制御ユニットECUは、センサSからの入力に応じて内燃機関E及び電動機M/Gを制御する。
【0018】
内燃機関Eは、動力発生期間(T1)においては燃焼によって生じた排気ガスを排気通路eを介して外部に放出し、空転期間(T2)においては燃焼が生じない状態の排気ガスを排気通路eを介して外部に放出する。この内燃機関Eは間欠的に動力を発生したり、空転を行ったりする。すなわち、動力発生期間(T1)、空転期間(T2)の前後関係は着目する時間帯に応じて異なる。
【0019】
排気通路e内には上流側から前段触媒CT1及び後段触媒CT2が順次設けられている。前段触媒CT1及び後段触媒CT2は三元触媒である。前段触媒CT1は排気ガスに含まれるCO及びHCの酸化作用を少なくとも有し、後段触媒CT2は排気ガスに含まれるNOxの還元作用を少なくとも有する。三元触媒においては、酸素量が多い場合には酸化作用は促進され、逆に還元作用は抑制される。内燃機関Eからの排気ガスは排気通路eを介して触媒CT1,CT2内に導入される。
【0020】
以下、電子制御ユニットECUによる内燃機関Eの制御について説明する。
【0021】
図2は燃料カットフラグとエンジン回転数のタイミングチャートである。時刻t0から時刻t1までの動力発生期間(T1)においては内燃機関Eの燃焼室に燃料が供給され、この燃料は燃焼し、内燃機関Eは動力を発生している。時刻t1以降は燃料カットフラグがたつので、内燃機関Eの燃焼室への燃料供給が停止する。従来、燃料カットフラグがたつと、エンジン回転数は急速に低下し、時刻t2においては零となっていた。
【0022】
本例の制御では、燃料カットフラグがたった後も内燃機関Eを空転させ、エンジン回転数を期間(T2)の間維持し、その後、時刻t3においてエンジン回転数を零とする。空転期間(T2)は従来よりも長くなる。
【0023】
ここで、内燃機関Eの動力発生期間(T1)の終了時から始まる空転期間(T2)について考える。動力発生期間(T1)が終了すると、前段触媒CT1に蓄積される酸素量がリッチとなり、且つ、後段触媒CT2に蓄積される酸素量がリーンとなるように空転期間(T2)を設定し、内燃機関Eの空転を行う。内燃機関Eの空転によって、排気通路eを通って、前段触媒CT1に排気ガス(酸素)が供給されるが、後段触媒CT2まで至る酸素の量は、前段触媒CT1に至るものに対して相対的に少ない。
【0024】
前段触媒CT1において蓄積酸素量がリッチとなるように排気ガスを排気通路eに流すので、酸素量が増えることでCO及びHCの酸化作用が促進される。また、後段触媒CT2では酸素量がリーンとなるとなるためNOxの還元作用が促進される。したがって、再度、内燃機関Eを始動したときには、双方の触媒CT1,CT2の酸素量が酸化作用及び還元作用を既に有しているので、排気ガス浄化効率を向上させることができる。
【0025】
特に、空転期間(T1)においては、電子制御ユニットECUが、内燃機関Eの燃焼室に供給される燃料が遮断されるように、当該内燃機関Eを制御すれば、前段触媒CT1内における酸素量を早期に向上させることができる。
【0026】
図3は電子制御ユニットECUによる制御のフローチャートである。燃料供給が遮断され、内燃機関Eにおけるクランク軸の回転の停止指令がある場合(S1)、前段触媒CT1内において酸素不足であるかどうかを判定し(S2)、酸素不足である場合には、上述の条件を満たす所定期間(T2)空転した後(S3)、クランク軸の回転を停止する(S4)。クランク軸の回転が停止すると、内燃機関Eの吸気バルブも閉じられ、前段触媒CT1及び後段触媒CT2への酸素供給も停止する。また、ステップS2において酸素不足でない場合には、空転は行わず、そのまま内燃機関Eにおけるクランク軸の回転を停止させる。
【0027】
次に、内燃機関起動時の空転制御について説明する。
【0028】
図4は燃料カットフラグ、エンジン回転数及び触媒OSC(蓄積酸素量)のタイミングチャートである。
【0029】
電子制御ユニットECUは、動力発生期間においては燃焼によって生じた排気ガスを排気通路eを介して外部に放出し、空転期間(T2)においては燃焼が生じない状態の排気ガスを排気通路eを介して外部に放出する。
【0030】
排気通路e内には、酸素量依存性の排気ガス浄化作用を有する前述の触媒CT1,CT2が設けられている。電子制御ユニットECUは、内燃機関Eの動力発生期間(T1)の直前の空転期間(T2)を、触媒CT1,CT2に蓄積される酸素量に応じて設定する。蓄積される酸素量の設定は上述の通りである。
【0031】
すなわち、前段触媒CT1において蓄積酸素量がリッチとなるように排気ガス(酸素)を排気通路eに流し、後段触媒CT2において蓄積酸素量がリーンとなるとなるように排気ガスを流す。
【0032】
詳説すれば、内燃機関Eは時刻t0から時刻t1までは停止しており、この状態で触媒内酸素が不足している場合には、内燃機関Eのクランク軸を回転させて吸気を行う。時刻t1から時刻t3まで回転を行って、十分に排気ガス(酸素)が触媒CT1内に行き渡ってから、燃料カットフラグを下げ、内燃機関Eに燃料を供給する。なお、時刻t1から時刻t2までの空転では十分な酸素が蓄積されない。
【0033】
このように、電子制御ユニットECUは、空転期間(T2)を触媒CT1,CT2に蓄積される酸素量に応じて設定するので、この後に続く内燃機関Eの動力発生機関(T1)においては、適正な酸素量が触媒に蓄積されていることになり、触媒CT1,CT2における排気ガス浄化効率を向上させることができる。
【0034】
また、本例でも、空転期間(T2)においては、電子制御ユニットECUが、内燃機関Eの燃焼室に供給される燃料が遮断されるように、内燃機関Eを制御しており、触媒CT1内における酸素量を早期に向上させることができる。燃料カットフラグが取り下げられるのは、蓄積酸素量が十分な量に到達してからであるが、過多である必要はない。
【0035】
図5は電子制御ユニットECUによる制御のフローチャートである。初期状態では内燃機関Eは停止している。燃料供給が遮断された状態で、内燃機関Eの起動指令がある場合(S11)、前段触媒CT1内において酸素不足であるかどうかを判定し(S12)、酸素不足である場合には、上述の条件を満たす所定期間(T2)空転した後(S13)、燃料供給を開始して内燃機関Eを起動する(S14)。また、ステップS12において酸素不足でない場合には、空転は行わず、内燃機関Eを起動する。
【0036】
また、ハイブリッド車両において、走行中に内燃機関Eの動力発生を行えない場合、すなわち、起動指令があるにも拘らず上述の燃料供給カットがされている期間(T2)においては、電動機M/Gによって走行パワーをアシストし、運転者の違和感を低減させる。
【0037】
なお、上述の蓄積酸素量の決定であるが、車両設計に応じて予め記憶装置内に格納されていてもよいが、酸素センサからの信号を用いて空気の到達を検知し、かかる酸素量から触媒内での蓄積酸素量を求め、当該蓄積酸素量になるように空転期間(T2)を決定し、フィードバック制御を行ってもよい。
【0038】
また、電子制御ユニットECUは、蓄積酸素量の推定値から、酸素量の要求量を演算し、演算された要求量となるように空転期間T2を逐次設定することができる。
【0039】
内燃機関Eは停止時に電動機を駆動させることができるハイブリッド車両に搭載することができる。
【0040】
電子制御ユニットECUは、内燃機関Eが、所定の停止条件が成立した場合には自動的に停止し、所定の始動条件が成立した場合には自動的に始動するように、内燃機関Eを制御している。所定の停止条件とは、内燃機関Eに動力を発生させるよりも電動機M/Gを駆動した方が燃費が向上する場合であり、所定の始動条件とは電動機M/Gの駆動のみでは所望の走行状態が形成できない場合である。
【0041】
なお、上述の内燃機関Eは、エコラン車等の超高燃費車両に適用することができる。
【0042】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、排気ガス浄化効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る内燃機関の制御装置(電子制御ユニットECU)を有する動力システムのブロック図である。
【図2】燃料カットフラグとエンジン回転数のタイミングチャートである。
【図3】電子制御ユニットECUによる制御のフローチャートである。
【図4】燃料カットフラグ、エンジン回転数及び触媒OSC(蓄積酸素量)のタイミングチャートである。
【図5】電子制御ユニットECUによる制御のフローチャートである。
【符号の説明】
CT1…前段触媒、CT2…後段触媒、E…内燃機関、e…排気通路、ECU…電子制御ユニット、i…吸気通路、M/G…電動機、S…センサ。

Claims (4)

  1. 動力発生期間においては燃焼によって生じた排気ガスを排気通路を介して外部に放出し、空転期間においては燃焼が生じない状態の排気ガスを前記排気通路を介して外部に放出する内燃機関の制御装置において、
    前記内燃機関のクランク軸を外力によって回転させることで前記内燃機関の空転が行われ、
    前記排気通路内には上流側から前段触媒及び後段触媒が順次設けられており、
    前記前段触媒は前記排気ガスに含まれるCO及びHCの酸化作用を有し、
    前記後段触媒は前記排気ガスに含まれるNOxの還元作用を有し、
    前記制御装置は、前記前段触媒内において酸素不足であると判定される場合には、前記前段触媒に蓄積される酸素量がリッチとなり、且つ、前記後段触媒に蓄積される酸素量がリーンとなるように、前記内燃機関の動力発生期間の終了時から始まる前記空転期間を設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 動力発生期間においては燃焼によって生じた排気ガスを排気通路を介して外部に放出し、空転期間においては燃焼が生じない状態の排気ガスを前記排気通路を介して外部に放出する内燃機関の制御装置において、
    前記内燃機関のクランク軸を外力によって回転させることで前記内燃機関の空転が行われ
    前記排気通路内には上流側から前段触媒及び後段触媒が順次設けられており、
    前記前段触媒は前記排気ガスに含まれるCO及びHCの酸化作用を有し、
    前記後段触媒は前記排気ガスに含まれるNOxの還元作用を有し、
    前記制御装置は、前記前段触媒内において酸素不足であると判定される場合には、前記前段触媒に蓄積される酸素量がリッチとなり、且つ、前記後段触媒に蓄積される酸素量がリーンとなるように、前記内燃機関の前記動力発生期間の直前の空転期間を設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 前記内燃機関の燃焼室に供給される燃料が遮断されるように、前記空転期間においては、前記内燃機関を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記内燃機関は車両に搭載されるものであり、
    前記制御装置は、前記内燃機関が、所定の停止条件が成立した場合には自動的に停止し、所定の始動条件が成立した場合には自動的に始動するように、前記内燃機関を制御することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
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