JP5098729B2

JP5098729B2 - エンジンの制御方法および装置

Info

Publication number: JP5098729B2
Application number: JP2008071237A
Authority: JP
Inventors: 一保堂園; 隆文寺本; 賢治森本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-03-19
Also published as: JP2009228443A

Description

本発明は、エンジンの制御方法および装置に関するものである。

エンジン、特に自動車用エンジンにあっては、エンジンの排気通路に排気ガス浄化触媒を設けることが一般的となっている。また、エンジンの中には、２種類の燃料（例えば、液体燃料としてのガソリンと気体燃料としての水素あるいは天然ガス）を選択的に使い分けるようにしたデュアルフュエルエンジンがある。気体燃料として例えばガソリンを使用したときは、大きなエンジントルクを確保できる一方において、排気エミッションとしては好ましくない状態となる。この一方、気体燃料（例えば水素）を使用したときは、液体燃料を使用した場合に比して小さなエンジントルクとなるが、排気エミッションが良好になる。

特許文献１には、液体燃料と気体燃料とを選択的に使用する場合に、排気ガス浄化触媒が活性化温度未満のときは、使用燃料として排気エミッションが相対的に良好になる気体燃料に設定するものが開示されている。また、特許文献２には、水素とガソリンとの混合燃料を使用しつつ、排気ガス浄化触媒の早期活性化のために、水素をリッチ化することが開示されている。
特開２０００−２１３３９４号公報特開２００６−１２５２６７号公報

ところで、第１燃料と該第１燃料よりも相対的に排気エミッションが良好な第２燃料との排気２種類の燃料を使い分ける場合に、エンジンに供給する使用燃料を乗員によってマニュアル選択させることが考えられる。この場合、排気ガス浄化触媒が所定温度未満のとき（活性化していないとき）に、第１燃料が選択されていると、排気ガス浄化の上で好ましくないものとなる。また、排気ガス浄化触媒の早期活性化のために、単に空燃比をリッチ化したり点火時期を遅角させることは、燃費が悪化することになる。

排気ガス浄化を優先して、第１燃料が選択されている状態であっても、排気ガス浄化触媒が所定温度未満のときは、使用燃料として排気エミッションの良好な第２燃料に自動設定することが考えられる。しかしながら、この場合は、排気ガス浄化触媒が所定温度に上昇するまでの間、乗員の意思に反した第２燃料を使い続けることになり、乗員は違和感を大きく感じるものとなる。特に、冷間始動時のように排気ガス浄化触媒の温度が相当に低い場合は、排気ガス浄化触媒が所定温度にまで上昇するには相当に長い時間を要することになるため、乗員の違和感というものが顕著になる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、２種類の燃料を乗員のマニュアル選択によって使い分ける場合に、排気ガス浄化触媒の温度が低い状態において、排気エミッションと燃費と乗員の違和感についてそれぞれ高い次元で満足できるようにしたエンジンの制御方法および装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明による制御方法にあっては次のような第１の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
第１燃料と該第１燃料に比して相対的に排気エミッションの良好な第２燃料とを選択的に使用可能とされたエンジンの制御方法であって、
前記第１燃料と第２燃料とのうち乗員によってマニュアル選択されたいずれか一方の燃料をエンジンに供給する使用燃料とする第１ステップと、
エンジンの排気通路に設けられた排気ガス浄化触媒が所定温度未満のときには、前記第１ステップによって選択された燃料に優先して前記第２燃料を使用燃料として自動設定する第２ステップと、
排気ガス浄化触媒が前記所定温度未満のときに、前記第１ステップで選択された燃料と前記第２ステップで自動設定された燃料とが相違するときは相違しない場合に比して、前記排気ガス浄化触媒の温度上昇が促進されるように空燃比を相対的にリッチに設定する第３ステップと、
前記第１ステップで選択された燃料が前記第１燃料であるときに、前記第２ステップで前記第２燃料が自動設定されている状態において排気ガス浄化触媒が前記所定温度以上となったときは、使用燃料を前記第１燃料に戻す第４ステップと、
を備えているようにしてある。

上記第１の解決手法によれば、排気ガス浄化触媒が所定温度未満のときは、エンジンに供給する使用燃料として排気エミッションが相対的に良好な第２燃料に強制的に設定することによって、排気ガス浄化の上で好ましいものとなる。また、第１燃料がマニュアル選択されている場合に限って、強制的に第２燃料に設定した状態で排気ガス浄化触媒の温度上昇促進のための運転を行うので、マニュアル選択されている燃料にかかわらず常に排気ガス浄化触媒の温度上昇促進の運転を行う場合に比して、燃費の上でも好ましいものとなり、これに加えて、排気ガス浄化触媒が早期活性化されて、マニュアル選択されている燃料と相違する燃料を使用燃料とする運転状態を極力短くして、運転者が違和感を感じてしまう事態を防止あるいは低減する上で好ましいものとなる。なお、マニュアル選択されている燃料が第２燃料のときは、排気ガス浄化触媒の温度上昇促進のための運転が行われないことになるが、この場合は、乗員が選択した燃料と使用燃料とが同じなので、運転者が違和感を感じないものとなる。

また、前記第３ステップでは、空燃比を相対的にリッチに設定することによって前記排気ガス浄化触媒の温度上昇を促進させるので、空燃比のリッチ化という簡単な手法によって、排気ガス浄化触媒の温度上昇を促進させることができる。さらに、排気ガス浄化触媒が所定温度以上になったときは、乗員の要求する使用燃料へすみやかに復帰させる上で好ましいものとなる。

上記第１の解決手法を前提とした好ましい態様として、前記第３ステップでは、点火時期を相対的に遅角することによって前記排気ガス浄化触媒の温度上昇をさらに促進させる、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、点火時期の遅角という簡単な手法を追加的に行って、排気ガス浄化触媒の温度上昇をさらに促進させることができる。

前記目的を達成するため、本発明による制御方法にあっては次のような第２の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項３に記載のように、
第１燃料と該第１燃料に比して相対的に排気エミッションの良好な第２燃料とを選択的に使用可能とされたエンジンの制御装置であって、
エンジンの排気通路に設けられた排気ガス浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、
乗員によってマニュアル操作され、前記第１燃料と第２燃料とのいずれか一方の燃料を選択する燃料選択手段と、
前記燃料選択手段によって選択された燃料をエンジンに供給する使用燃料として設定すると共に、前記排気ガス浄化触媒が所定温度未満のときには、該燃料選択手段によって選択された燃料に優先して前記第２燃料を使用燃料として自動設定する燃料設定手段と、
排気ガス浄化触媒が前記所定温度未満のときに、前記燃料選択手段で選択された燃料と前記自動設定された燃料とが相違するときは相違しない場合に比して、前記排気ガス浄化触媒の温度上昇が促進されるように空燃比を相対的にリッチに設定する運転状態変更手段と、
を備え、
前記燃料設定手段は、前記燃料選択手段で選択された燃料が前記第１燃料であるときに、前記第２燃焼が自動設定されている状態において前記排気ガス浄化触媒が前記所定温度以上となったときは、使用燃料を該第１燃料に戻す、
ようにしてある。上記第２の解決手法によれば、請求項１に対応した制御を行う装置が提供される。

上記第２の解決手法を前提とした好ましい態様として、前記運転状態変更手段は、点火時期を相対的に遅角することによって前記排気ガス浄化触媒の温度上昇をさらに促進させる、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、請求項２に対応した制御装置が提供される。

本発明によれば、２種類の燃料を乗員のマニュアル選択によって使い分ける場合に、排気エミッションと燃費と乗員の違和感についてそれぞれ高い次元で満足させることができる。

図１において、ＥＧはエンジンで、第１気筒Ｅ１と第２気筒Ｅ２との２つの気筒を有するバンケル式のロータリピストンエンジンとされている。各気筒Ｅ１とＥ２とに対する吸気の供給は、共通吸気通路１から分岐吸気通路２を介して行われる。各気筒Ｅ１とＥ２に対する燃料の供給は、それぞれ第１、第２の２つの燃料噴射弁１１あるいは１２から行われる。第１燃料噴射弁１１は、分岐吸気通路２に燃料噴射を行うもので、第１燃料としての液体燃料となるガソリンを噴射するようになっている（第１燃料噴射弁１１は、図示を略すガソリンを貯溜した燃料タンクに接続されている）。また、第２燃料噴射弁１２は、気筒内に直接燃料噴射を行うもので、第２燃料としての気体燃料としての水素を噴射するようになっている（第２燃料噴射弁１２は、図示を略す水素を貯溜した燃料タンクに接続されている）。また、エンジンＥＧの排気通路２０には、排気ガス浄化触媒２１が接続されている。なお、図１中、１３はスロットル弁、１４は点火プラグ、１５はロータ、１６はロータハウジングである。

図１中、Ｕは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）である。このコントローラＵには、センサあるいはスイッチ３１〜３５からの信号が入力される。センサ３１は、吸入空気量を検出するものである。センサ３２は、スロットル弁の開度を検出するものである。センサ３３は、エンジン回転数を検出するものである。センサ３４は、排気ガス浄化触媒２１の温度を検出するものである。スイッチ３５は、運転席付近に設けられて、乗員（運転者）によってマニュアル操作されるもので、使用燃料として、ガソリン（第１燃料）か水素（第２燃料）のいずれか一方を選択するものとなっている。一方、コントローラＵは、燃料噴射弁１１，１２や点火プラグ１４を制御する。

次に、コントローラＵの制御内容について、主として使用燃料に着目して、図２〜図４を参照しつつ説明する。まず、センサ３４で検出される温度が、所定温度（排気ガス浄化触媒２１の活性化温度）以上のときを前提として説明する。コントローラＵは、乗員によってマニュアル操作されるスイッチ３５によって選択された（指令された）燃料が、エンジンに供給される使用燃料となるように制御を行う。すなわち、スイッチ３５によってガソリンが選択されているときは、ガソリン用として設定された第１燃料噴射弁１１からのみ燃料噴射を実行させる。また、スイッチ３５によって水素が選択されているときは、水素用として設定された第２燃料噴射弁１２からのみ燃料噴射を実行させる。なお、燃料噴射量は、既知のように、吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて決定され、スロットル開度に応じて燃料噴射量が補正される（加速補正や減速補正）。

次に、センサ３４で検出される温度が、所定温度未満のときは、コントローラＵは次のようにして使用燃料の設定を行う。すなわち、図２に示すように、乗員によって水素がマニュアル選択されているときは、排気ガス浄化触媒２１が所定温度に上昇するまでの間は、水素を使用燃料とし、しかも、空燃比は空気過剰率λが２．０というように相対的にリーンな状態とされる。空燃比が相対的にリーンとされるために、燃費の上で好ましいものとなる。また、乗員によって選択された燃料とエンジンＥＧに供給される使用燃料とが同じであるため、燃料の相違による違和感というものは乗員は感じないものとなる。さらに、水素はガソリンに比して相対的に排気エミッションが良好なため、排気ガス浄化の上でも好ましいものとなる。なお、排気ガス浄化触媒２１が所定温度以上となった後は、乗員によって選択されている水素がそのまま使用燃料とされる。勿論、その後に乗員によってガソリンが選択されたときは、使用燃料がガソリンに切換えられる。

図３は、センサ３４で検出される排気ガス浄化触媒２１の温度が所定温度未満のときに、乗員によってガソリンが選択されている場合を示すものである。この場合は、センサ３４で検出される温度が所定温度まで上昇するまでの間、使用燃料が自動的に（強制的に）水素とされる。ただし、空燃比は、図２の場合よりも相対的にリッチな例えば１．６とされる。空燃比をリッチにすることにより、リッチにしない場合に比して、排気ガス浄化触媒２１の温度上昇が促進されることになる（図４の特性図参照で、図４はエンジントルクを同一とした場合を示す）。図３で示す場合も、水素を使用しているために、排気エミッションの上で好ましいものとなる。また、空燃比を相対的にリッチにするために燃費の上では好ましくないが、排気ガス浄化触媒２１の温度上昇が促進されるために、燃費悪化となる状態を短い時間とすることができる。さらに、乗員が選択しているガソリンとは相違する水素を使用しているために、乗員は違和感を感じやすいが、排気ガス浄化触媒２１の早期活性化が図られるために、違和感を感じる時間を極力短くすることができる。なお、排気ガス浄化触媒２１が所定温度以上となった後は、使用燃料がスイッチ３５によって選択されているガソリンへすみやかに切換えられる。勿論、その後にスイッチ３５によって水素が選択されたときは、使用燃料が水素に切換えられる。

図５は、前述したコントローラＵの制御内容を示すフローチャートであり、以下この図５について説明する。なお、以下の説明でＳはステップを示す。まず、Ｓ１において、エンジンの始動要求（イグニッションスイッチがＯＮ）があるか否かが判別される。このＳ１の判別でＮＯのときはＳ１へ戻る。Ｓ１の判別でＹＥＳのときは、Ｓ２において、センサ３４で検出される排気ガス浄化触媒２１の温度が読み込まれる。

上記Ｓ２の後、Ｓ３において、センサ３４で検出される温度が所定温度（排気ガス浄化触媒２１の活性化温度）に達しているか否かが判別される。このＳ３の判別でＹＥＳのときは、Ｓ４において、スイッチ３５によって選択されている燃料がそのまま、エンジンＥＧに供給される使用燃料とされる。

前記Ｓ３の判別でＮＯのときは、Ｓ５において、スイッチ３５によって選択されている燃料の種類が読み込まれる。この後、Ｓ６において、水素が選択されているか否かが判別される。このＳ６の判別でＹＥＳのときは、Ｓ７以降の処理が行われるが、この処理は図２の制御内容に相当する。すなわち、Ｓ７において、水素を使用燃料として設定し、Ｓ８において空燃比を相対的にリーンな２．０に設定し、Ｓ９において、スイッチ３５による燃料の選択を禁止する（スイッチ３５の操作を不能にしたり、スイッチ３５の信号を無視する処理）。この後、Ｓ１０において、センサ３４によって検出される排気ガス浄化触媒２１の温度が読み込まれた後、Ｓ１１において、排気ガス浄化触媒２１の温度が所定温度に達したか否かが判別される。このＳ１１の判別でＮＯのときは、Ｓ１０に戻る。Ｓ１１の判別でＹＥＳのときは、Ｓ１２において、スイッチ３５による燃料の選択を許可した後、Ｓ１３において、スイッチ３５によって選択されている燃料を使用燃料に設定する。この後は、Ｓ１４において、通常のエンジン制御へ復帰される（使用燃料がスイッチ３５による選択状態に応じたものとされ、空気過剰率λが水素の場合は２．０、ガソリンの場合は１．０に設定される）。

前記Ｓ６の判別でＮＯのとき、つまりスイッチ３５によってガソリンが選択されているときは、Ｓ１５以降の処理が行われるが、この場合は図３の制御内容となる。すなわち、Ｓ１５において使用燃料が水素に自動設定され、Ｓ１６において空燃比が相対的にリッチな１．６に設定され、Ｓ１７において、スイッチ３５による燃料の選択が禁止される。Ｓ１７の後、Ｓ１８〜Ｓ２１の処理が行われるが、この処理は、Ｓ１０〜Ｓ１３と同じなので、重複した説明は省略する。Ｓ２１の後は、Ｓ１４へ移行される。

以上実施形態について説明したが、本発明は、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範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。排気ガス浄化触媒２１の温度上昇促進は、空燃比のリッチ化に加えて例えば点火時期を遅角させることによって行うようにしてもよい（空燃比のリッチ化と合わせて行う）。ハイブリッド車に搭載されるエンジンに適用することもでき、この場合、エンジンＥＧの出力を、車両駆動用として利用してもよく、あるいは車両駆動用としては利用しないものであってもよい（車両駆動用のモータへ給電するための発電機の駆動専用）。アイドルストップを行う車両（特に自動車）のエンジン用としても好適となる。２種類の燃料としては、ガソリンと水素に限らず、例えば、ガソリン、水素、天然ガス、バイオエタノール等適宜の燃料の中から選択することができる。図５のフローチャートに示す各ステップあるいはステップ群は、その機能に実現する手段として表現できるものである。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明が適用されたエンジンの全体系統図。排気ガス浄化触媒が所定温度未満のときに、水素がマニュアル選択されているときの制御内容を示すタイムチャート。排気ガス浄化触媒が所定温度未満のときに、ガソリンがマニュアル選択されているときの制御内容を示すタイムチャート。空気過剰率と排気ガス温度との関係を示す特性図。本発明の制御例を示すフローチャート。

ＥＧ：エンジン
Ｅ１、Ｅ２：気筒
１１：第１燃料噴射弁（第１燃料としてのガソリン用）
１２：第２燃料噴射弁（第２燃料としての水素用）
１４：点火プラグ
２０：排気通路
２１：排気ガス浄化触媒
３４：センサ（排気ガス浄化触媒の温度検出）
３５：スイッチ（燃料のマニュアル選択用）
Ｕ：コントローラ

Claims

第１燃料と該第１燃料に比して相対的に排気エミッションの良好な第２燃料とを選択的に使用可能とされたエンジンの制御方法であって、
前記第１燃料と第２燃料とのうち乗員によってマニュアル選択されたいずれか一方の燃料をエンジンに供給する使用燃料とする第１ステップと、
エンジンの排気通路に設けられた排気ガス浄化触媒が所定温度未満のときには、前記第１ステップによって選択された燃料に優先して前記第２燃料を使用燃料として自動設定する第２ステップと、
排気ガス浄化触媒が前記所定温度未満のときに、前記第１ステップで選択された燃料と前記第２ステップで自動設定された燃料とが相違するときは相違しない場合に比して、前記排気ガス浄化触媒の温度上昇が促進されるように空燃比を相対的にリッチに設定する第３ステップと、
前記第１ステップで選択された燃料が前記第１燃料であるときに、前記第２ステップで前記第２燃料が自動設定されている状態において排気ガス浄化触媒が前記所定温度以上となったときは、使用燃料を前記第１燃料に戻す第４ステップと、
を備えていることを特徴とするエンジンの制御方法。
請求項１において、
前記第３ステップでは、点火時期を相対的に遅角することによって前記排気ガス浄化触媒の温度上昇をさらに促進させる、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
第１燃料と該第１燃料に比して相対的に排気エミッションの良好な第２燃料とを選択的に使用可能とされたエンジンの制御装置であって、
エンジンの排気通路に設けられた排気ガス浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、
乗員によってマニュアル操作され、前記第１燃料と第２燃料とのいずれか一方の燃料を選択する燃料選択手段と、
前記燃料選択手段によって選択された燃料をエンジンに供給する使用燃料として設定すると共に、前記排気ガス浄化触媒が所定温度未満のときには、該燃料選択手段によって選択された燃料に優先して前記第２燃料を使用燃料として自動設定する燃料設定手段と、
排気ガス浄化触媒が前記所定温度未満のときに、前記燃料選択手段で選択された燃料と前記自動設定された燃料とが相違するときは相違しない場合に比して、前記排気ガス浄化触媒の温度上昇が促進されるように空燃比を相対的にリッチに設定する運転状態変更手段と、
を備え、
前記燃料設定手段は、前記燃料選択手段で選択された燃料が前記第１燃料であるときに、前記第２燃焼が自動設定されている状態において前記排気ガス浄化触媒が前記所定温度以上となったときは、使用燃料を該第１燃料に戻す、
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項３において、
前記運転状態変更手段は、点火時期を相対的に遅角することによって前記排気ガス浄化触媒の温度上昇をさらに促進させる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。