JP4985663B2

JP4985663B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4985663B2
Application number: JP2009012068A
Authority: JP
Inventors: 卓角岡; 重正広岡; 信一三谷; 聡吉嵜; 哲佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: JP2010168990A

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の排気を冷却する冷却装置がある。冷却装置としては、内燃機関の排気ポートと排気マニホールドとの間に設けられているものや、排気マニホールド周囲に設けられているものがある（特許文献１参照）。冷却装置内部に冷媒が流通することにより、排気が冷却される。このような冷却装置においては、例えば、高負荷運転時に排気を冷却することにより、高温の排気に晒されることに起因した触媒の劣化が抑制される。また、触媒を内燃機関に比較的近い位置に設けることにより、冷間始動時では高温の排気が触媒に導入されて触媒を早期に活性化温度まで昇温させることができる。

特開昭６３−２０８６０７号公報

第１バンクと第２バンクとを有した内燃機関がある。第１バンク側から排出された排気を冷却する第１冷却装置と、第２バンク側から排出された排気を冷却する第２冷却装置とを設けた場合、第１冷却装置と第２冷却装置とで冷却効果に差が生じる恐れがある。冷却効果に差があると、第１排気から第１触媒が受ける熱量と、第２排気から第２触媒が受ける熱量との間にも差が生じる。この結果、第１触媒と第２触媒との間で劣化度合に差が生じるおそれがある。これにより排気エミッションに影響を与える恐れがある。

本発明の目的は、複数の触媒間における劣化度合の差が抑制された内燃機関の制御装置を提供することである。

上記目的は、第１及び第２バンクを有した内燃機関本体と、前記第１バンク側から排出された第１排気を冷却する第１冷却装置と、前記第２バンク側から排出された第２排気を冷却する第２冷却装置と、前記第１冷却装置によって冷却された前記第１排気を浄化する第１触媒と、前記第２冷却装置によって冷却された前記第２排気を浄化する第２触媒と、前記第１冷却装置の冷却効果と前記第２冷却装置の冷却効果とを推定する推定部と、前記推定部による推定結果に応じて、前記第１排気から前記第１触媒が受ける熱量と前記第２排気から前記第２触媒が受ける熱量との差が小さくなるように前記内燃機関本体の運転状態を制御する機関制御部と、を備えた内燃機関の制御装置によって達成できる。第１触媒と第２触媒とが受ける熱量の差が抑制されることにより、第１触媒と第２触媒との劣化度合の差を抑制できる。

本発明によれば、複数の触媒間における劣化度合の差が抑制された内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は、内燃機関の制御装置の一実施形態の説明図である。図２は、冷却水の経路を示した図である。図３は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。

以下、図面を参照して実施例について説明する。

図１は、内燃機関の制御装置の一実施形態の説明図である。エンジン本体１０は、一対のバンク１２Ｌ、１２Ｒを有している。バンク１２Ｌ、１２Ｒは、互いに傾けて配置されている。エンジン本体１０は、いわゆるＶ型エンジンである。バンク１２Ｌには３つの気筒１４Ｌからなる気筒群を有している。バンク１２Ｒにも同様に気筒１４Ｒを有している。また、バンク１２Ｌには、気筒１４Ｌ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１５Ｌが設けられている。同様に、バンク１２Ｒにも、気筒１４Ｒ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１５Ｒが設けられている。

バンク１２Ｌに対しては吸気通路４Ｌ及び排気マニホールド５Ｌが接続され、バンク１２Ｒに対しては吸気通路４Ｒ及び排気マニホールド５Ｒが接続されている。吸気通路４Ｌ、４Ｒは、それぞれ、吸入空気量を調整するためのスロットル弁６Ｌ、６Ｒが設けられている。

排気マニホールド５Ｌ、５Ｒの下端部には、それぞれ触媒２０Ｌ、２０Ｒが設けられている。触媒２０Ｌ、２０Ｒは、それぞれバンク１２Ｌ，１２Ｒ側の気筒から排出された排気を浄化する。排気マニホールド５Ｌ、５Ｒには、それぞれ空燃比センサ９Ｌ、９Ｒが取り付けられている。また、排気マニホールド５Ｌ、５Ｒには、それぞれ温度センサ９ａＬ、９ａＲが取り付けられている。

バンク１２Ｌの排気ポート（不図示）と排気マニホールド５Ｌとの間には、冷却装置４０Ｌが設けられている。同様に、バンク１２Ｒの排気ポート（不図示）と排気マニホールド５Ｒとの間には、冷却装置４０Ｒが設けられている。冷却装置４０Ｌ、４０Ｒは、冷却装置に相当する。冷却装置４０Ｌ、４０Ｒについては詳しくは後述する。

スロットル弁６Ｌ、６Ｒの開度は、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）７Ｌ、７Ｒにより、バンク１２Ｌ、２Ｒ毎に個別に制御される。また、燃料噴射弁１５Ｌ、１５Ｒから噴射される燃料量も、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒにより個別に制御される。ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、燃料噴射弁１５Ｌ、１５Ｒから噴射される燃料をカットすることができる。ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、詳しくは後述するが、推定部、機関制御部に相当する。

また、空燃比センサ９Ｌ、９Ｒは、排気の空燃比に応じた検出信号をそれぞれＥＣＵ７Ｌ、７Ｒに出力する。ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、それぞれ空燃比センサ９Ｌ、９Ｒからの出力に基づいて、それぞれ気筒１４Ｌ、１４Ｒへの燃料噴射量を制御することにより、空燃比をフィードバック制御する。ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは通信回線８を介して双方向に通信可能である。通信回線８を介して情報を交換することにより、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、担当するバンクの運転制御のために、他のバンクの運転状態に関する情報を参照可能である。

図２は、冷却水（冷媒）の経路を示した図である。図２に示すように、冷却水の経路上には、ラジエータ７２、インレット７４、ポンプ７６などが配置されている。主経路８２は、インレット７４、ポンプ７６、エンジン本体１０、ラジエータ７２の順に冷却水を循環させる。主経路８２は、エンジン本体１０のリアジョイント部１９からラジエータ７２に冷却水を循環させる。補助経路８８は、インレット７４、ポンプ７６、エンジン本体１０、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒ、Ｖバンクパイプ６０の順に冷却水を循環させる。補助経路８８は、リアジョイント部１９から分岐して、それぞれ冷却装置４０Ｌ、４０Ｒ内に冷却水を流通させる分岐経路８６Ｌ、８６Ｒを含む。

ポンプ７６は電動式であり、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒからの指令に基づいて作動する。冷却水は、インレット７４からエンジン本体１０へと流れる。冷却水は、まずエンジン本体１０のブロック側ウォータジャケット１１ｗに流入し、次に、ヘッド側ウォータジャケット１２Ｌｗ、１２Ｒｗに流入する。ヘッド側ウォータジャケット１２Ｌｗ、１２Ｒｗから排出された冷却水は、リアジョイント部１９で合流する。リアジョイント部１９には、主経路８２と補助経路８８とが連結されている。主経路８２を流れる冷却水は、リアジョイント部１９からラジエータ７２に流れ、ラジエータ７２で冷却水は放熱する。

分岐経路８６Ｌには、上流側から下流側に順に流量制御弁３２Ｌ、流量センサ３４Ｌ、冷却装置４０Ｌが配置されている。冷却装置４０Ｌ内に冷却水が流通する。冷却装置４０Ｌ内に冷却水が流通することにより、バンク１２Ｌの気筒１４Ｌから排出された排気の温度を低下させることができる。換言すれば、冷却装置４０Ｌは、触媒２０Ｌが排気から受ける熱量を減少させる。分岐経路８６Ｒ、流量制御弁３２Ｒ、流量センサ３４Ｒ、冷却装置４０Ｒについても同様である。

冷却装置４０Ｌの前後には、水温センサ５２Ｌ、５４Ｌがそれぞれ配置されている。同様に、冷却装置４０Ｒの前後には、水温センサ５２Ｒ、５４Ｒがそれぞれ配置されている。水温センサ５２Ｌ、５４Ｌは、検出信号をＥＣＵ７Ｌに出力し、水温センサ５２Ｒ、５４Ｒは、検出信号をＥＣＵ７Ｒに出力する。ＥＣＵ７Ｌは、水温センサ５２Ｌからの出力により冷却装置４０Ｌに流入する前の冷却水の温度を検出でき、水温センサ５４Ｌからの出力により冷却装置４０Ｌから流出した冷却水の温度を検出できる。ＥＣＵ７Ｒも、同様に、水温センサ５２Ｒ、５４Ｒからの出力により冷却装置４０Ｒに流入する前の冷却水の温度、流出後の冷却水の温度を検出できる。

また、流量制御弁３２Ｌ、３２Ｒは、それぞれＥＣＵ７Ｌ、７Ｒからの指令により、分岐経路８６Ｌ、８６Ｒを開閉する。流量制御弁３２Ｌ、３２Ｒが閉じている場合には、冷却水は主経路８２のみに流れる。流量制御弁３２Ｌ、３２Ｒが開いている場合には、冷却水は主経路８２及び補助経路８８を流れる。

ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、水温センサ５２Ｌ、５４Ｌ、５２Ｒ、５４Ｒからの出力に応じて、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒ内の冷却水の状態を判定し、判定結果に応じてエンジン本体１０の運転状態を変更する。以下に、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒが実行する制御について説明する。

図３は、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒが実行する制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、水温センサ５２Ｌ、５４Ｌ、５２Ｒ、５４Ｒからの出力に基づいて、冷却水の温度を検出し、流量センサ３４Ｌ、３４Ｒからの出力に基づいて、冷却水の流量を検出し、温度センサ９ａＬ、９ａＲからの出力に基づいて排気温度を検出する（ステップＳ１）。詳細には、ＥＣＵ７Ｌは、水温センサ５２Ｌから出力される流入前温度、水温センサ５４Ｌから出力される流出後温度を検出する。ＥＣＵ７Ｒは、水温センサ５２Ｒから出力される流入前温度、水温センサ５４Ｒから出力される流出後温度を検出する。

次に、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、上記検出結果に基づいて、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒのそれぞれの冷却効果を推定する（ステップＳ２）。例えば、冷却装置４０Ｌ内を流通する冷却水の流量が冷却装置４０Ｒを流通する冷却水の流量よりも低く、バンク１２Ｌからの排気の温度が、バンク１２Ｒからの排気の温度よりも高い場合には、冷却装置４０Ｌの冷却効果が、冷却装置４０Ｒに比べて低下していると推定できる。または、冷却装置４０Ｌ内を流通する冷却水の流量が冷却装置４０Ｒを流通する冷却水の流量よりも低く、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒにそれぞれ流入する前の冷却水の温度が略同一であり、冷却装置４０Ｌから流出後の冷却水の温度が、冷却装置４０Ｒから流出後の冷却水の温度よりも高い場合には、冷却装置４０Ｌの冷却効果が、冷却装置４０Ｒに比べて低下していると推定できる。このように、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒの冷却効果を推定する推定する推定部に相当する。

ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、冷却装置４０Ｌの冷却効果と冷却装置４０Ｒの冷却効果との差が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。冷却効果の差とは、冷却装置４０Ｌ、４０Ｒ間における、冷却効果に相関したパラメータの差である。冷却効果に相関したパラメータとは、例えば、冷却水の流量、冷却水の流入前温度、流出後温度、排気温度により算出される。冷却効果の差が所定値未満の場合には、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、この一連の制御を終了する。

冷却装置４０Ｌの冷却効果と冷却装置４０Ｒの冷却効果との差が所定値以上の場合には、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、空燃比を変更する（ステップＳ４）。詳細には、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、触媒２０Ｌ，２０Ｒがそれぞれ排気から受ける熱量の差が小さくなるように、バンク１２Ｌ側からの排気の空燃比とバンク１２Ｒ側からの排気の空燃比とが異なるように変更する。

例えば、冷却装置４０Ｌの冷却効果が冷却装置４０Ｒに比べて大きく低下している場合には、ＥＣＵ７Ｌは、ＥＣＵ７Ｒにより制御されるバンク１２Ｒ側の空燃比に比べて、バンク１２Ｌ側の空燃比をリッチ側に制御する。さらに詳細には、バンク１２Ｒ側とバンク１２Ｌ側とに導入される吸入空気量を一定にしつつ、燃料噴射量をバンク１２Ｌ側で増量する。これにより、バンク１２Ｌ側からの排気の温度が低下する。従って、バンク１２Ｌ側からの排気の温度とバンク１２Ｒ側からの排気の温度との差が小さくなる。これにより、触媒２０Ｌが排気から受ける熱量と触媒２０Ｒが排気から受ける熱量との差は小さくなる。従って、触媒２０Ｌと触媒２０Ｒとの劣化度合の差が抑制される。従って、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、排気から触媒２０Ｌが受ける熱量と排気から触媒２０Ｒが受ける熱量との差が小さくなるようにエンジン本体１０の運転状態を制御する機関制御部に相当する。

尚、空燃比の変更の度合については、冷却効果の差に相関して決定してもよい。例えば、冷却効果の差が大きいほど、バンク１２Ｌ側とバンク１２Ｒ側とでの空燃比の差が大きくなるように制御してもよい。

例えば、流量制御弁３２Ｌ、３２Ｒの開度を制御することにより、冷却水の流量を変更して、冷却効果の差を抑制することが考えられる。しかしながら、エンジン本体１０が搭載される車両のスペース上の問題や、コストの問題によって、これら流量制御弁を設けることが出来ない場合がある。このような場合であっても、上記のように空燃比を変更することにより、冷却装置４０Ｌの冷却効果と冷却装置４０Ｒの冷却効果との差を抑制できる。

尚、上記ステップＳ４の処理は以下のように変更してもよい。例えば、スロットル弁６Ｌ、６Ｒの開度を変更することにより、バンク１２Ｌ側の気筒１４Ｌに導入される吸入空気量と、バンク１２Ｒ側の気筒１４Ｒに導入される吸入空気量とが異なるように変更してもよい。吸入空気量が減少すると、燃焼に用いられる酸素量も減少するため、排気の温度が低下するからである。

例えば、冷却装置４０Ｌの冷却効果が冷却装置４０Ｒに比べて大きく低下している場合には、ＥＣＵ７Ｌは、ＥＣＵ７Ｒにより制御されるスロットル弁６Ｒの開度よりも、スロットル弁６Ｌの開度が小さくなるように制御する。これによっても、触媒２０Ｌ、２０Ｒがそれぞれ排気から受ける熱量の差が抑制される。尚、吸入空気量の低下の度合は、冷却効果の差に相関して決定してもよい。例えば、冷却効果の差が大きいほど、バンク１２Ｌ側とバンク１２Ｒ側とでそれぞれ導入される吸入空気量の差が大きくなるように制御してもよい。

また、バンク１２Ｌ、１２Ｒ側にそれぞれ設けられた可変動弁機構を用いて、１サイクル当りに気筒１４Ｌに導入される新気量と、１サイクル当りに気筒１４Ｒに導入される新気量とに差が生じるように変更してもよい。具体的には、気筒１４Ｌ側と気筒１４Ｒ側とで可変動弁機構の作用角又は位相角を変更することにより行う。気筒内に導入される新気量が少ないほど、排気温度は低下するからである。例えば、位相角を変更することにより吸気弁と排気弁との双方が開らいているオーバーラップ期間を変更でき、これにより新気量を変更することができる。

また、上記のように、バンク１２Ｌ側とバンク１２Ｒ側とで空燃比や吸入空気量などを変更した場合、出力トルクが急落するトルク段差が発生してドライバビリティが悪化する恐れがある。従って、上記の空燃比又は吸入空気量の変更と共に、発生トルクが大きい側のバンク側での点火時期を、発生トルクが小さい側のバンクに比して、遅角側に制御してもよい。これにより、トルク段差が抑制されドライバビリティの悪化を防止しつつ、触媒２０Ｌと触媒２０Ｒとが受ける熱量の差を抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

７Ｌ、７ＲＥＣＵ
１２Ｌ、１２Ｒバンク
５Ｌ、５Ｒ排気マニホールド
６Ｌ、６Ｒスロットル弁
９ａＬ、９ａＲ温度センサ
１０エンジン本体
１４Ｌ、１４Ｒ気筒
１５Ｌ、１５Ｒ燃料噴射弁
２０Ｌ、２０Ｒ触媒
４０Ｌ、４０Ｒ冷却装置
５２Ｌ、５２Ｒ、５４Ｌ、５４Ｒ水温センサ
８２主経路
８８補助経路

Claims

第１及び第２バンクを有した内燃機関本体と、
前記第１バンク側から排出された第１排気を冷却する第１冷却装置と、
前記第２バンク側から排出された第２排気を冷却する第２冷却装置と、
前記第１冷却装置によって冷却された前記第１排気を浄化する第１触媒と、
前記第２冷却装置によって冷却された前記第２排気を浄化する第２触媒と、
前記第１冷却装置の冷却効果と前記第２冷却装置の冷却効果とを推定する推定部と、
前記推定部による推定結果に応じて、前記第１排気から前記第１触媒が受ける熱量と前記第２排気から前記第２触媒が受ける熱量との差が小さくなるように前記内燃機関本体の運転状態を制御する機関制御部と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。