JP5227286B2

JP5227286B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5227286B2
Application number: JP2009237628A
Authority: JP
Inventors: 淳三井; 智弘西; 完太辻
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: JP2011085052A

Description

本発明は、残留する燃料を掃気する掃気手段を備える内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関が機関停止条件成立により停止した直後に、モータによる内燃機関のモータリングを実行し、吸気通路内に発生する空気の流れを利用し、吸気通路に付着している燃料を強制的に掃気することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この提案では、内燃機関のモータリングを行うモータが掃気手段になっている。

特開２００４−１４４０３０号公報

内燃機関の停止直後に、吸気通路に残留する燃料の掃気を行うと、インジェクタにかかる燃圧が十分に低下しない状態で吸気通路が負圧化されるため、インジェクタから燃料が漏出し、掃気効果を十分に得ることができない場合があった。

そこで、本発明は、始動時のエミッションに含まれる未燃成分を低減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。

本発明は、内燃機関の気筒毎に備えられる燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料タンク内の燃料を供給する燃料供給手段と、燃焼室内を掃気する掃気手段とを備える内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射弁にかかる燃圧を把握する燃圧把握手段を有し、
前記燃料噴射弁による前記燃料の供給の停止および前記燃料供給手段の停止を伴う前記内燃機関の停止後で、前記燃圧が低下し前記燃料噴射弁から燃料が漏れることがない所定閾値以下であると判定したときに、前記掃気手段に掃気を実施させることを特徴としている。

これによれば、燃圧が前記所定閾値以下になり、燃料噴射弁から燃料が漏れなくなってから、掃気を実施するため、掃気後、燃料が漏れることは無いので、掃気後に行われる内燃機関の始動時のエミッションに含まれる未燃成分を低減できる。

また、本発明では、前記燃焼室からの排気を浄化する浄化装置が活性状態か否かを判定する活性状態判定手段を有し、
前記浄化装置が活性状態でないと判定されたときは、前記燃圧が前記燃料噴射弁から燃料が漏れることがない所定値以下であると判定したときであっても、前記掃気手段による掃気の実施を禁止することが好ましい。

これによれば、掃気は浄化装置が活性状態であるときに実施されるので、掃気された燃料を含む排気を浄化装置で浄化することができる。

本発明によれば、始動時のエミッションに含まれる未燃成分を低減可能な内燃機関の制御装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る制御装置を備えた内燃機関の構成図である。本発明の実施形態に係る制御装置が実施する機関停止方法と掃気方法のフローチャートである。（ａ）燃料噴射許可フラグと、（ｂ）ＣＡＴ温度と、（ｃ）ＮＥと、（ｄ）燃圧と、（ｅ）残ＨＣのタイミングチャートである。内燃機関の構成図であり、（ａ）は燃料が漏れている様子を示し、（ｂ）は燃料が滞留している様子を示し、（ｃ）は掃気が実施されている様子を示している。ＮＥ−ＰＢ平面（マトリックス）に対するＣＡＴ温度マップである。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

図１に、本発明の実施形態に係る制御装置２を備えた内燃機関１の構成図を示す。内燃機関１は、シリンダ１１、ピストン１２、コンロッド１４、クランクシャフト１５、フライホイール１６とＮＥセンサ１８を有している。シリンダ１１とピストン１２で囲まれた空間が燃焼室１３となり、燃焼室１３で連続的に燃料が爆発する。この爆発でピストン１２がシリンダ１１内を往復運動し、この往復運動がコンロッド１４を介してクランクシャフト１５に伝達され、クランクシャフト１５及びフライホイール１６が回転運動する。フライホイール１６の近傍にはＮＥセンサ１８が設けられている。フライホイール１６は、クランクシャフト１５と一体となって回転するので、フライホイール１６の回転速度ＮＥをＮＥセンサ１８で検出できる。そして、制御装置２は、ＮＥセンサ１８からクランクシャフト１５の回転速度ＮＥを取得することができる。

また、内燃機関１は、燃焼室１３に連通する吸気ポート７と、この吸気ポート７を開閉する吸気バルブ９と、燃料を吸気ポート７内に噴射する燃料噴射弁５と、燃圧をかけた燃料を燃料噴射弁５に供給する燃料供給手段４とを有している。燃料供給手段４は、燃料を貯留させておく燃料タンクと、燃料に高圧の燃圧をかけて圧送する燃料ポンプと、脈動等の時間的な圧力変動が起こらないように燃料噴射弁５に供給される側の燃料の燃圧を高圧かつ一定に保持するプレッシャレギュレータとを有している。そして、燃圧を高められた燃料は燃料噴射弁５から吸気ポート７内に噴射される。吸気ポート７内に噴射された燃料は、吸気バルブ９が開いている吸気行程中に、吸気ポート７まで導かれてきた空気と共に、燃焼室１３内に導入され、燃焼室１３で爆発することになる。なお、燃料ポンプは、吸排気バルブ９、１０用のカムシャフトの端に取り付けられたカムの回転によって稼動させてもよいし、電動の燃料ポンプを用いてもよい。

また、内燃機関１は、燃焼室１３に連通する排気ポート８と、この排気ポート８を開閉する排気バルブ１０と、排気ポート８に接続する排気管１７と、排気管１７の途中に接続される浄化装置（ＣＡＴ）６と、吸気管２３の近傍に設けられ吸気管２３内の圧力（ＰＢ）を計測するＰＢセンサ１９と、ＣＡＴ６の近傍に設けられＣＡＴ６の温度を計測する温度センサ２０を有している。燃焼室１３内に導入された燃料と空気は、燃焼室１３内で点火され爆発・燃焼する。燃焼後の排気ガスは、排気バルブ１０が開いている排気行程中に排気ポート８に入り、排気管１７を経てＣＡＴ６で浄化されてから外界へ排気される。

また、内燃機関１は、図１に示すように、掃気手段３と、掃気手段３の回転運動をクランクシャフト１５へ伝達させるベルト２１を有している。図１では、クランクシャフト１５からベルト２１を介して動力を伝達させ電力に変換させるＡＣＧ（補機、交流発電機）を、動力源となるモータとして用い、掃気手段３として機能させている例を示している。なお、掃気手段３としては、これに限らず、フライホイール１６を直に回転させるスタータモータを用いてもよく、ハイブリッド車にあっては、ハイブリッドモータを用いてもよい。すなわち、掃気手段３としては、ＡＣＧ、スタータモータ、ハイブリッドモータ等のモータを用いることができる。まず、内燃機関１の始動時には、制御装置２が掃気手段（モータ、スタータ（モータ））３を制御して回転させ、いわゆる、モータリングが実施される。このモータリングによりクランクシャフト１５及びフライホイール１６が回転し、ピストン１２が往復運動する。この始動時に吸気行程にある気筒では、吸気バルブ９が開いているので、燃料噴射弁５から燃料を噴射すると、燃焼室１３内に燃料が導入される。そして、モータリングにより、吸気行程、圧縮行程を経て、燃料に点火されて、燃料が爆発（初爆、膨張行程）する。この初爆により、掃気手段（モータ、スタータ）３の回転によらなくても、クランクシャフト１５及びフライホイール１６は回転を維持可能になり、制御装置２は、初動時の制御から、内燃機関１の通常運転の制御に移行して行く。

一方、内燃機関１の停止時には、掃気手段（モータ、スタータ）３は、吸気通路、すなわち、吸気ポート７と燃焼室１３内を掃気する。内燃機関１の停止時には、燃料噴射弁５による燃料の噴射は止まり、燃焼室１３内での燃料の爆発は起こらないので、掃気手段（モータ、スタータ）３によらなければ、ピストン１２の往復運動をさせることはできない。具体的に、内燃機関１の停止時には、制御装置２が掃気手段（モータ、スタータ）３を制御して回転させ、いわゆる、モータリングが実施される。このモータリングでクランクシャフト１５及びフライホイール１６が回転することにより、ピストン１２が往復運動して燃焼室１３の容積が変動すると共に、吸気バルブ９と排気バルブ１０が開閉して、空気のポンピングが行われ、空気の流れが生じる。空気は、吸気ポート７、燃焼室１３、排気ポート８、排気管１７、ＣＡＴ６を、この順に流れる。空気は、吸気ポート７と燃焼室１３を流れる際に、壁面等に付着している燃料を気化させながら進む。このことで、吸気ポート７と燃焼室１３に残留していた燃料を除去する、いわゆる掃気することができる。そして、空気は、燃料を含んだままＣＡＴ６まで流れ、ＣＡＴ６にて空気に含まれていた燃料が除かれる。なお、図１では、１つの気筒を記載し、他の気筒の記載を省略している。すなわち、内燃機関１は複数の気筒を有し、各気筒は燃焼サイクルがずれる以外は同じ構造をしている。例えば、各気筒毎に燃料噴射弁５が備えられている。

また、内燃機関１は、制御装置２を有している。制御装置２は、内燃機関１の始動時の制御、停止時の掃気を含んだ制御、始動後から停止前までの通常運転の制御が行われている。制御装置２は、燃圧把握手段２ａと、活性状態判定手段２ｂと、タイマ２ｃを有している。

燃圧把握手段２ａは、燃料噴射弁５にかかっている現在の燃圧の大きさを把握し、特に、燃圧の大きさが漏れの発生しない所定（圧力）閾値以下であるか否かを判定可能な程度に、その燃圧の大きさを把握する。したがって、燃圧の把握として、燃圧センサを燃料噴射弁５の近傍に装着して燃圧を検出し、直接的にこの燃圧を把握してもよい。また、内燃機関１の停止時には、燃料噴射弁５による燃料噴射が止まるのに合わせて、燃料供給手段４の、特に、燃料ポンプの運転も止められる。このため、燃料噴射弁５にかかる燃圧は、内燃機関１の停止直後から、徐々に低下する。そして、燃圧が前記所定（圧力）閾値まで低下すれば漏れは発生しなくなる。ここで、燃圧の低下する状況は内燃機関１の停止毎に略同様であると考えられ、内燃機関１の停止から、燃圧が前記所定（圧力）閾値に低下するまでの時間は、内燃機関１の停止毎に略一定になる。そこで、内燃機関１の停止から燃圧が前記所定（圧力）閾値以下に低下するまでの一定時間を、所定時間閾値に設定できる。そして、燃圧の把握として、タイマ２ｃで内燃機関１の停止からの時刻（時間）を計測し、この計測時間が、漏れの発生しない所定時間閾値以上であるか否かを判定することにより、間接的に、現在の燃圧の大きさを把握する。制御装置２は、燃圧が前記所定閾値以下になり、内燃機関１の停止からの計測時間が前記所定時間閾値以上になり、燃料噴射弁５から燃料が漏らなくなってから、掃気を実施させる。掃気後に燃料が漏れることは無いので、掃気後に行われる内燃機関１の始動時のエミッションに含まれる未燃成分（燃料）を低減できる。

活性状態判定手段２ｂは、燃焼室１３からの排気を浄化するＣＡＴ６が、活性状態か否かを判定する。ＣＡＴ６は、所定温度閾値以上で、排気を浄化可能な活性状態になる。したがって、ＣＡＴ６が活性状態か否かの判定では、具体的には、ＣＡＴ６の温度が前記所定温度閾値以上か否かの判定を行うことになる。このため、ＣＡＴ６の温度を把握することが必要になる。ＣＡＴ６の温度の把握には、温度センサ２０をＣＡＴ６の近傍に装着して、直接的にこのＣＡＴ６の温度を把握してもよい。また、ＣＡＴ６の温度は、燃焼室１３における燃料の爆発に伴う発熱により、前記所定温度閾値以上まで昇温されている。したがって、昇温されたＣＡＴ６の温度の高低は、燃焼室１３における燃料の爆発の状況に依存する。具体的には、爆発の発生頻度が高ければ高いほどＣＡＴ６の温度は高くなる。そして、爆発の発生頻度はクランクシャフト１５の回転速度ＮＥに比例するので、回転速度ＮＥが高ければ高いほどＣＡＴ６の温度は高くなる。また、ＣＡＴ６の温度は、吸気管２３内の圧力（ＰＢ）に基づいて把握する。内燃機関１の爆発に要する空気量が分かることにより、ＣＡＴ６の温度が推定できるのであるが、内燃機関１の爆発に要する空気量は吸気管２３内の圧力（ＰＢ）から推定できるので、吸気管２３内の圧力（ＰＢ）からＣＡＴ６の温度が推定できるのである。そして、吸気管２３内の圧力（ＰＢ）が大きいほど、内燃機関１の爆発に要する空気量を多くでき、ＣＡＴ６の温度を高くすることができる。これらから、現在の回転速度ＮＥと吸気管２３内の圧力（ＰＢ）に基づいて、現在のＣＡＴ６の温度を間接的に把握することができる。すなわち、内燃機関１の停止時においては、その停止時直前の回転速度ＮＥと吸気管２３内の圧力（ＰＢ）に基づいて、その停止時のＣＡＴ６の温度を間接的に把握することができる。内燃機関１が停止すると、熱源を失い、放熱により、ＣＡＴ６の温度は、内燃機関１の停止直前の温度から、徐々に低下する。この低下の程度は、前記放熱の経路によって決定され、その放熱の経路及び温度低下の程度は、内燃機関１の停止毎に略同様であると考えられる。停止時のＣＡＴ６の温度（さらには、回転速度ＮＥと吸気管２３内の圧力（ＰＢ））と停止から現在までの経過時間（計測時刻）に基づいて、現在におけるＣＡＴ６の温度を、間接的に把握することができる。この把握されたＣＡＴ６の温度が前記所定温度閾値以上か否かの判定を行うことになる。そして、制御装置２は、ＣＡＴ６が活性状態か否かが判定できる。制御装置２は、ＣＡＴ６が活性状態でないと判定されたときは、掃気手段３による掃気の実施を禁止できる。掃気はＣＡＴ６が活性状態であるときに実施されるので、掃気された燃料を含む排気（空気）をＣＡＴ６で浄化することができる。

図２に、本発明の実施形態に係る制御装置２が実施する機関停止方法と掃気方法のフローチャートを示す。機関停止方法は、内燃機関１の稼働中からスタートしている。まず、機関停止方法について説明し、次に掃気方法について説明する。

まず、機関停止方法のステップＳ１０で、制御装置２が、機関停止条件が成立したか否かの判定を行う。機関停止条件としては、手動の停止では、例えば、イグニションスイッチ（ＩＧ）がオフされたことが条件となる。また、アイドルストップの成立条件も、機関停止条件となる。アイドルストップの成立条件としては、例えば、ブレーキペダルを車両が停止しても踏み続けているといった条件や、エアコン等の電気機器で消費されている電力が所定値以下であるといった条件等が設定されている。そして、機関停止条件が成立した場合（ステップＳ１０、Ｙｅｓ）は、ステップＳ１１へ進むと共に掃気方法をスタートさせる。機関停止条件が成立していない場合（ステップＳ１０、Ｎｏ）は、ステップＳ１０へ戻り、機関停止条件が成立するまでステップＳ１０が繰り返される。

次に、ステップＳ１１で、制御装置２は、図３（ａ）に示すように、ステップＳ１０での機関停止条件の成立を受けて、燃料噴射許可フラグを、フラグを立てた状態の「１」から倒した状態の「０」にしている。燃料噴射許可フラグを立てた（燃料噴射許可フラグ＝１）ことにより、制御装置２は、燃料噴射弁５が燃料を噴射するのを停止させる。これにより、燃焼室１３での燃料の爆発が起きなくなり、クランクシャフト１５とフライホイール１６の回転速度ＮＥは、図３（ｃ）に示すように低下して、その回転は停止し、内燃機関１が停止する。また、図３（ｂ）に示すように、ＣＡＴ６の温度も、低下を始める。

ステップＳ１２で、制御装置２は、燃料供給手段４による燃料噴射弁５への燃料の供給を停止させる。具体的には、燃料供給手段４における燃料ポンプの運転を停止させたり、プレッシャレギュレータの燃圧制御をオフし開弁させたりする。このことにより、図３（ｄ）に示すように、燃料噴射弁５に印加する燃圧が低下を始める。以上で機関停止方法が終了する。

次に、掃気方法について説明する。まず、掃気方法のステップＳ１で、制御装置２が、燃料噴射弁５による燃料の噴射が停止したか否かの判定を行う。具体的には、燃料噴射許可フラグが倒れた状態の「０」か否かの判定を行う。そして、機関停止方法のステップＳ１１に連動して、燃料噴射許可フラグが「０」となり、燃料の噴射が停止している場合（ステップＳ１、Ｙｅｓ）は、ステップＳ２へ進む。燃料噴射許可フラグが「１」のままで、燃料の噴射が停止していない場合（ステップＳ１、Ｎｏ）は、ステップＳ１へ戻り、燃料噴射許可フラグが「０」となり、燃料の噴射が停止するまでステップＳ１が繰り返される。

次に、ステップＳ２で、制御装置２が、タイマ２ｃによる時刻の計測をスタートさせる。図３（ａ）に示すように、タイマ２ｃが、燃料噴射の停止直後からの時刻を計測することにより、燃料噴射の停止直後からの経過時間を取得することができる。一方、図４（ａ）に示すように、燃料２２が、燃料噴射弁５から吸気ポート７内に漏れ、図４（ｂ）に示すように、燃料２２が吸気ポート７内に滞留する。そして、図３（ｅ）に示すように、漏れ燃料２２分だけ内燃機関１に残っている炭化水素（ＨＣ）が上昇する。

ステップＳ３で、制御装置２の燃圧把握手段２ａが、燃料噴射弁５に印加している燃圧を把握する。図４（ａ）に示すように、燃料２２が吸気ポート７内に噴射されるポート噴射タイプの制御装置２では、タイマ２ｃによる前記経過時間（計測時刻）を取得することにより、間接的に燃圧の把握を行う。図示は省略するが、燃料２２が燃焼室１３内に噴射される直噴タイプの制御装置２では、燃料噴射弁５の近傍に取り付けられた燃圧センサ（図示省略）で燃料噴射弁５に印加している燃圧を検出させることにより、直接的に燃圧を把握（取得）する。

ステップＳ４で、制御装置２が、燃料２２の吸気ポート７内へ又は燃焼室１３内への漏れが発生しないか否かの判定を行う。具体的には、図３（ｄ）に示すように、タイマ２ｃによる前記経過時間（計測時刻）が、漏れの止まる時間である所定時間閾値以上になったか否かを判定する。又は、燃圧センサによる燃圧が、漏れの止まる燃圧である所定圧力閾値以下になったか否かを判定する。そして、タイマ２ｃによる経過時間が所定時間閾値以上となり、又は、燃圧センサによる燃圧が所定圧力閾値以下となり、燃料２２の吸気ポート７内へ又は燃焼室１３内への漏れが発生していないと判定する場合（ステップＳ４、Ｙｅｓ）は、ステップＳ５へ進む。タイマ２ｃによる経過時間が所定時間閾値以上とならず、又は、燃圧センサによる燃圧が所定圧力閾値以下とならず、燃料２２の吸気ポート７内へ又は燃焼室１３内への漏れが発生していないと判定されない場合（ステップＳ４、Ｎｏ）は、ステップＳ３へ戻り、ステップＳ４で燃料２２の漏れが発生していないと判定されるまで、ステップＳ３とＳ４が繰り返される。

ステップＳ５で、制御装置２の活性状態判定手段２ｂが、ＣＡＴ６の温度を把握する。ＣＡＴ６の温度は、ＣＡＴ６の近傍に装着した温度センサ２０で、直接的に把握（取得）してもよい。また、機関停止前のＣＡＴ６の温度は、図５に示すように、クランクシャフト１５の回転速度ＮＥが高ければ高いほど高くなり、吸気管２３内の圧力（ＰＢ）が高ければ高いほど高くなるＮＥ−ＰＢ平面（マトリックス）に対するＣＡＴ温度のマップにより得られる。これらから、機関停止前の回転速度ＮＥと吸気管２３内の圧力（ＰＢ）に基づいて、機関停止前及び停止時のＣＡＴ６の温度を間接的に把握することができる。内燃機関１が停止すると、図３（ｂ）に示すように、ＣＡＴ６の温度は、把握可能な内燃機関１の停止直前の温度から、徐々に低下する。タイマ２ｃによる内燃機関１の停止から現在までの経過時間（計測時刻）に基づいて、低下した温度分を考慮した現在におけるＣＡＴ６の温度を、間接的に把握することができる。

ステップＳ６で、活性状態判定手段２ｂは、ＣＡＴ６が現在活性状態であり、排気を浄化可能か否かを判定する。具体的には、直接的又は間接的に把握したＣＡＴ６の温度が、図３（ｂ）に示すように、モータリング許可温度となる所定温度閾値以上か否かの判定を行う。そして、ＣＡＴ６の温度が所定温度閾値以上と判定され、ＣＡＴ６が現在活性状態であり、排気を浄化可能であると判定する場合（ステップＳ６、Ｙｅｓ）は、ステップＳ７へ進みモータリングによる掃気を実施する。ＣＡＴ６の温度が所定温度閾値以上と判定されず、ＣＡＴ６が現在活性状態でなく、排気を浄化可能でないと判定する場合（ステップＳ６、Ｎｏ）は、ステップＳ７の掃気を実施することなく、掃気方法を終了する。

ステップＳ７で、制御装置２は、掃気手段３を駆動して、モータリングによる掃気を実施する。モータリングを行うと、図３（ｃ）に示すように、クランクシャフト１５の回転速度ＮＥが上昇する。クランクシャフト１５の回転（モータリング）により、燃料２２が、吸気ポート７、燃焼室１３を経由してＣＡＴ６へ送られる。燃料２２は、ＣＡＴ６で浄化された後に内燃機関１の外部に排気（掃気）される。この掃気により、図３（ｅ）に示すように、残りＨＣは、漏れ燃料分も含めて低減することができる。また、機関始動条件が成立して内燃機関１が始動しても、掃気後に残りＨＣの漏れ燃料分は生じないので、残りＨＣのレベルが通常運転レベルより高くなることは無く、始動時のエミッションに含まれる未燃成分を低減することができる。なお、掃気は、掃気時間が所定時間（５〜１０秒間）に達したときに停止してもよいし、又は、クランクシャフト１５の回転数が所定回転数（１５〜２０回転）に達したときに停止してもよい。
なお、実施形態では、ポート噴射エンジンを例に説明したが、直噴エンジンでは、燃料２２は、吸気ポート７ではなく、燃焼室１３内に漏れる点が異なるだけで、直噴エンジンでも本発明が適用できることは明らかである。

１内燃機関
２制御装置
２ａ燃圧把握手段
２ｂ活性状態判定手段
２ｃタイマ
３掃気手段（モータ、スタータ）
４燃料供給手段
５燃料噴射弁
６浄化装置（ＣＡＴ）
１５クランクシャフト

Claims

内燃機関の気筒毎に備えられる燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料タンク内の燃料を供給する燃料供給手段と、燃焼室内を掃気する掃気手段とを備える内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射弁にかかる燃圧を把握する燃圧把握手段を有し、
前記燃料噴射弁による前記燃料の供給の停止および前記燃料供給手段の停止を伴う前記内燃機関の停止後で、前記燃圧が低下し前記燃料噴射弁から燃料が漏れることがない所定閾値以下であると判定したときに、前記掃気手段に掃気を実施させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記燃焼室からの排気を浄化する浄化装置が活性状態か否かを判定する活性状態判定手段を有し、
前記浄化装置が活性状態でないと判定されたときは、前記燃圧が前記燃料噴射弁から燃料が漏れることがない所定値以下であると判定したときであっても、前記掃気手段による掃気の実施を禁止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。