JP5332833B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクセル操作量に対するスロットルバルブの制御特性を決定するモードとして、通常モードと、その通常モードに比してスロットル開度がより大きくなるように前記制御特性の設定されたパワーモードとを有し、機関始動時に燃料噴射量を増量することで空燃比を一時的にリッチとして、機関停止中に排気浄化用の三元触媒に吸蔵された酸素を放出させる内燃機関の制御装置に関する。

車両にあっては、運転者の高い駆動力要求を満すため、パワーモードを設定することがある。そうした車両では、運転者がパワーモードを選択すると、駆動力を高めるべく車両の駆動特性が変更される。なおパワーモードとしては、変速機のシフト特性を変化させることで車両の駆動特性を変更するものと、内燃機関の出力特性を変化させることで車両の駆動特性を変更するものとがある。そして後者の場合、アクセル操作量に対するスロットルバルブの制御特性を決定するモードとして、通常モードと、その通常モードに比してスロットル開度がより大きくなるように上記制御特性の設定されたパワーモードとを設定することになる。従来、そうした通常モード、パワーモードの設定された内燃機関の制御装置としては、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。

一方、車両に搭載される内燃機関において、ガソリン等を燃料とするものにおいては、排気通路に三元触媒が設けられており、同機関の燃焼室において燃焼する空気と燃料との空燃比を理論空燃比に制御することにより、三元触媒において排気中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの３成分を適切に浄化するようにしている。この三元触媒は、内燃機関の停止中に、活性化した状態のまま空気に曝されると、酸素を吸蔵するようになる。そのため、機関始動時に燃焼室で燃焼する混合気の空燃比を理論空燃比に制御すると、三元触媒における酸素濃度が高い状態で排気が同触媒を通過することとなり、ＮＯｘの浄化を図ることが困難となる。そこで、機関始動時には、燃料の量を予め設定された所定量増量して混合気の空燃比を理論空燃比よりも低い所定の低空燃比に制御することにより、排気の酸素濃度を低下させ、これにより三元触媒に吸蔵された酸素を排気中に放出させるようにしている。

特開２００７−０９１０７３号公報

ところで、アクセル操作量に対するスロットルバルブの制御特性を切り換え可能な内燃機関において、排気通路に三元触媒が設けられる場合にも、機関始動時には燃焼室で燃焼する混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな所定の低空燃比に制御する必要がある。

ここで、機関始動時に通常モードが選択されている場合には、燃焼室に供給される燃料の量を予め設定された所定量増量することにより、始動時の空燃比を所定の低空燃比とする。一方、内燃機関においてパワーモードが選択される場合には、アクセル操作量に対応した本来の機関出力よりも高い機関出力が得られるように、燃焼室に供給される燃料及び空気が増量されている。したがって、機関始動時にパワーモードが設定されている場合に、燃焼室に供給される燃料の量を上記通常モードと同じ上記所定量増量しても、混合気の空燃比を機関始動時に適した所定の低空燃比とすることはできないことになる。そのため、燃焼室で燃焼する混合気の空燃比が所定の低空燃比よりも高くなり三元触媒から酸素を適切に放出させることができず、これにより三元触媒の酸素濃度が高い状態で排気が触媒を通過してＮＯｘの浄化が図れないといった事態が生じることがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、パワーモードの選択時においても、機関始動時に三元触媒から酸素を適切に放出させることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するため、請求項１〜３に記載の発明は、アクセル操作量に対するスロットルバルブの制御特性を決定するモードとして、通常モードと、その通常モードに比してスロットル開度がより大きくなるように前記制御特性の設定されたパワーモードとを有し、機関始動時に燃料噴射量を増量することで空燃比を一時的にリッチとして、機関停止中に排気浄化用の三元触媒に吸蔵された酸素を放出させる内燃機関の制御装置において、パワーモードの設定時にあっては、機関始動から規定の時間が経過するまでは、通常モードの制御特性で前記スロットルバルブを制御することをその要旨としている。

上記構成では、アクセル操作量に対するスロットルバルブの制御特性を決定するモードとして、通常モードとパワーモードとの２つのモードが設定されている。パワーモードでは、通常モードに比してスロットル開度がより大きくなるようにスロットルバルブの制御特性が設定されており、同じアクセル操作量でも通常モードに比して大きいエンジン出力が得られるようになっている。

また上記構成では、機関始動時に燃料噴射量を増量することで空燃比を一時的にリッチとして、機関停止中に排気浄化用の三元触媒に吸蔵された酸素を放出させるようにしている。このときのスロットルバルブをパワーモードの制御特性で制御すると、通常モード時に比して、スロットルバルブがより大きく開かれることとなり、燃焼室に供給される空気量、燃料量がより増大されるようになる。そのため、上記機関始動時の燃料噴射量の増量を通常モード時と同じ量だけ行ったとしても、燃料噴射量の増量の割合は小さくなってしまうため、空燃比を十分にリッチ化できず、三元触媒に吸蔵された酸素を満足に放出できない虞がある。

その点、上記構成では、パワーモードの設定時にあっても、機関始動から規定の時間が経過するまでは、通常モードの制御特性でスロットルバルブが制御されるようになっている。すなわち、機関始動から規定の時間が経過するまでは、パワーモードでのスロットル制御が一時的に無効化されるようになる。そのため、機関始動時の燃料噴射量の増量による空燃比のリッチ化を好適に行うことができるようになる。したがって上記構成によれば、パワーモードの選択時においても、機関始動時に三元触媒から酸素を適切に放出させることができるようになる。
とくに、請求項１に記載の発明は、機関始動から前記規定の時間が経過したら、前記パワーモードの制御特性で前記スロットルバルブを制御することをその要旨としている。

ところで上記のような機関始動時の燃料噴射量の増量による触媒吸蔵酸素の放出は、三元触媒が活性化した状態でなければ、あまり意味の無いものとなる。すなわち、三元触媒が不活性であれば、機関停止中の酸素吸蔵はあまり生じず、また三元触媒の活性前に触媒に吸蔵された酸素を放出できたとしても、触媒が十分に暖機されて活性化するまでは、触媒の排気浄化作用は得られない。

一方、近年には、停車時にアイドリングストップを自動実行する車両や内燃機関とモーターとの２つの駆動源を有するハイブリッド車両が実用されており、これらの車両では、トリップ中に内燃機関がしばしば間欠休止されることがある。こうした間欠休止状態からの機関始動時であれば、内燃機関の休止期間が短いことから、三元触媒の活性状態が維持された状態で内燃機関が始動されることになる。そのため、請求項２に記載のように、上記のようなパワーモード設定時における通常モードの制御特性でのスロットルバルブの制御を、内燃機関の間欠休止状態からの機関始動時に限って実施するようにすれば、機関始動時に三元触媒から酸素を適切に放出させつつも、そのためには不要なパワーモードの無効化を回避することができるようになる。

なお上述のような内燃機関の間欠休止が行われる車両では、運転者のアクセルペダルの踏み込みによるもの以外にも、バッテリーのチャージ不足などにより内燃機関が自動始動されることによっても、間欠休止状態からの機関始動がなされることがある。ただし、アクセルペダルの踏み込みによるもの以外の場合、始動後の内燃機関はアイドル状態となり、スロットルバルブは小開度とされるため、パワーモードであれ、通常モードであれ、燃焼室に供給される燃料、空気の量にはほとんど違いがないことになる。そのため、請求項３に記載のように、上述のようなパワーモード設定時における通常モードの制御特性でのスロットルバルブの制御を、アクセルペダルの踏み込みに応じた間欠休止状態からの機関始動時に限って実施すれば、機関始動時に三元触媒から酸素を適切に放出させつつも、そのためには不要なパワーモードの無効化を回避することができるようになる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の適用される内燃機関の構成を模式的に示す略図。 同実施形態でのパワーモード時と通常モード時のアクセル操作量に対するスロットルバルブの制御特性の設定を示すグラフ。 同実施形態に採用される始動時スロットル制御ルーチンのフローチャート。

以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態の適用される内燃機関の構成を模式的に示したものである。なおこの内燃機関は、同内燃機関とモーターとの２つの駆動源を有するハイブリッド車両に搭載されるものとなっている。

同図に示すように、内燃機関は大きくは、吸気通路１０、燃焼室１１及び排気通路１２を備えている。吸気通路１０にはその上流から、吸気を浄化するエアクリーナー１３、吸入空気量を検出するエアフローメーター１４、吸入空気量を調節するスロットルバルブ１５、燃料を噴射するインジェクター１８が配設されている。なおスロットルバルブ１５はスロットルモーター１６により駆動され、その開度はスロットルセンサー１７により検出されるようになっている。

一方、燃焼室１１には、その内部に供給された燃料と空気との混合気を点火する点火プラグ１９が配設されている。また排気通路１２には、排気の酸素濃度を検出する空燃比センサー２０と、排気を浄化する三元触媒２１とが配設されている。

こうした内燃機関の制御を司る電子制御ユニット２２は、機関制御に係る各種演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、機関制御のためのプログラムやデータの記憶された読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果やセンサー信号等が一時記憶されるランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、外部との信号の授受を司る入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えて構成されている。こうした電子制御ユニット２２には、上記エアフローメーター１４、スロットルセンサー１７、空燃比センサー２０を始めとする各種センサーの検出信号が入力されている。そして電子制御ユニット２２は、それらセンサーの検出信号に基づいて、スロットルモーター１６、インジェクター１８、点火プラグ１９等に指令信号を出力することで、スロットル制御、燃料噴射制御、点火時期制御等の機関制御を実施する。

なお、この内燃機関はハイブリッド車両に搭載されるものであり、モーターのみで走行するときなど、内燃機関の動力が不要なときには、内燃機関は間欠休止されるようになっている。こうした内燃機関の間欠休止に係る制御も、電子制御ユニット２２により行われる。また電子制御ユニット２２は、間欠休止中に、バッテリーのチャージが不足するときなどに、内燃機関を自動的に始動させる制御も実施している。

一方、こうした内燃機関の搭載された車両の運転室には、アクセル操作量を検出するアクセルセンサー２３と、後述するパワーモードの有効、無効を切り換えるためのパワースイッチ２４とが設置されている。そしてアクセルセンサー２３の検出信号及びパワースイッチ２４のＯＮ／ＯＦＦ信号も、電子制御ユニット２２に入力されている。

さて以上のように構成された本実施形態の内燃機関の制御装置では、アクセル操作量に対するスロットルバルブ１５の制御特性を決定するモードとして、通常モードと、その通常モードに比してスロットル開度がより大きくなるように上記制御特性の設定されたパワーモードとを備えている。図２は、パワーモード時と通常モード時のアクセル操作量に対するスロットルバルブ１５の制御特性の設定態様を示している。同図に示されるように、パワーモード時には、通常モード時に比して、同一アクセル操作量でのスロットル開度が大きく設定されるようになっている。なおパワーモードと通常モードとの切り換えは、運転者が上記パワースイッチ２４の操作を通じてパワーモードの有効、無効を切り換えることで行われるようになっている。

また本実施形態では、電子制御ユニット２２は、間欠休止状態からの機関始動時に、燃料噴射量を増量して、空燃比を一時的にリッチとすることで、機関停止中に三元触媒２１に吸蔵された酸素を放出させるようにしている。このときのスロットルバルブ１５をパワーモードの制御特性で制御すると、通常モード時に比して、スロットルバルブ１５がより大きく開かれることとなり、燃焼室１１に供給される空気量、燃料量がより増大されるようになる。そのため、上記機関始動時の燃料噴射量の増量を通常モード時と同じ量だけ行ったとしても、燃料噴射量の増量の割合は小さくなってしまうため、空燃比を十分にリッチ化できず、三元触媒に吸蔵された酸素を満足に放出できない虞がある。

そこで本実施形態では、パワーモードの設定時において、アクセルペダルの踏み込みに応じた間欠休止上体からの機関始動に際しては、その機関始動から規定の時間が経過するまでの間、パワーモードを一時的に無効化し、通常モードの制御特性でスロットルバルブ１５を制御するようにしている。そのため、機関始動時の燃料噴射量の増量による空燃比のリッチ化を好適に行うことができるようになり、パワーモードの選択時においても、機関始動時に三元触媒２１から酸素を適切に放出させることができるようになっている。

図３は、こうした態様での機関始動時のスロットル制御に係る始動時スロットル制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、車両の起動中、電子制御ユニット２２により周期的に繰り返し実施されるものとなっている。

さて本ルーチンが開始されると、電子制御ユニット２２はステップＳ１０１において、パワースイッチ２４が「ＯＮ」であるか否かを確認する。ここでパワースイッチ２４が「ＯＦＦ」であれば（Ｓ１０１：ＮＯ）、通常モードとなっているため、電子制御ユニット２２は、ステップＳ１０５に進み、そのステップＳ１０５において、通常モードにてスロットルバルブ１５の開度制御を実施して、今回の本ルーチンの処理を終了する。

一方、パワースイッチ２４が「ＯＮ」であれば（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２２は、通常は、ステップＳ１０６に進み、そのステップＳ１０６において、パワーモードにてスロットルバルブ１５の開度制御を実施して、今回の本ルーチンの処理を終了する。ただし、電子制御ユニット２２は、現在が間欠休止状態からの機関始動中であり（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、しかもその機関始動がアクセルペダルの踏み込み（アクセルオン）によるものであり（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、且つ始動後の経過時間が規定の時間α未満であれば（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５に進み、そのステップＳ１０５において、通常モードにてスロットルバルブ１５の開度制御を実施して、今回の本ルーチンの処理を終了する。すなわち、このときには、パワーモードは一時的に無効化されるようになる。

以上説明した本実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、電子制御ユニット２２は、アクセル操作量に対するスロットルバルブ１５の制御特性を決定するモードとして、通常モードと、その通常モードに比してスロットル開度がより大きくなるように上記制御特性の設定されたパワーモードとを設けている。また電子制御ユニット２２は、機関始動時に燃料噴射量を増量することで空燃比を一時的にリッチとして、機関停止中に排気浄化用の三元触媒２１に吸蔵された酸素を放出させるようにしている。そして本実施形態では、電子制御ユニット２２は、パワーモードの設定時にあっても、機関始動から規定の時間αが経過するまでは、通常モードの制御特性でスロットルバルブ１５を制御するようにしている。すなわち、本実施形態では、機関始動から規定の時間αが経過するまでは、パワーモードでのスロットル制御が一時的に無効化されるようになる。そのため、機関始動時の燃料噴射量の増量による空燃比のリッチ化を好適に行うことができるようになり、パワーモードの選択時においても、機関始動時に三元触媒２１から酸素を適切に放出させることができるようになる。

（２）本実施形態では、パワーモード設定時における通常モードの制御特性でのスロットルバルブ１５の制御を、内燃機関の間欠休止状態からの機関始動時に限って実施するようにしている。三元触媒２１が不活性であれば、機関停止中の酸素吸蔵はあまり生じず、また三元触媒２１の活性前に触媒に吸蔵された酸素を放出できたとしても、触媒が十分に暖機されて活性化するまでは、触媒の排気浄化作用は得られない。一方、間欠休止状態からの機関始動時であれば、内燃機関の休止期間が短いことから、三元触媒２１の活性状態が維持された状態で内燃機関が始動されることになる。そのため、上記のようなパワーモード設定時における通常モードの制御特性でのスロットルバルブの制御を、内燃機関の間欠休止状態からの機関始動時に限って実施するようにすれば、機関始動時に三元触媒２１から酸素を適切に放出させつつも、そのためには不要なパワーモードの無効化を回避することができるようになる。

（３）本実施形態では、パワーモード設定時における通常モードの制御特性でのスロットルバルブ１５の制御を、間欠休止状態からのアクセルペダルの踏み込みに応じた機関始動時に限って実施するようにしている。内燃機関の間欠休止が行われる車両では、運転者のアクセルペダルの踏み込みによるもの以外にも、バッテリーのチャージ不足などにより内燃機関が自動始動されることによっても、間欠休止状態からの機関始動がなされることがある。ただし、アクセルペダルの踏み込みによるもの以外の場合、始動後の内燃機関はアイドル状態となり、スロットルバルブ１５は小開度とされるため、パワーモードであれ、通常モードであれ、燃焼室１１に供給される燃料、空気の量にはほとんど違いがないことになる。そのため、上述のようなパワーモード設定時における通常モードの制御特性でのスロットルバルブ１５の制御を、間欠休止状態からのアクセルペダルの踏み込みに応じた機関始動時に限って実施するようにすれば、機関始動時に三元触媒２１から酸素を適切に放出させつつも、そのためには不要なパワーモードの無効化を回避することができるようになる。

上記実施形態は、次のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、アクセルペダルの踏み込みに応じた間欠休止状態からの機関始動時に限り、パワーモード設定時における通常モードの制御特性でのスロットルバルブ１５の制御を、すなわちパワーモードの一時的な無効化を実施するようにしている。もっとも、小開度においても、パワーモードと通常モードとでスロットル開度に有為な差異があるのであれば、バッテリーのチャージ不足等による内燃機関の自動始動時にも、パワーモード設定時における通常モードの制御特性でのスロットルバルブ１５の制御を実施するようにしても良い。

・上記実施形態では、間欠休止状態からの機関始動時に限り、パワーモード設定時における通常モードの制御特性でのスロットルバルブ１５の制御を、すなわちパワーモードの一時的な無効化を実施するようにしている。ただし、間欠休止状態からのもの以外の機関始動時にも、燃料噴射量の増量による三元触媒２１の吸蔵酸素の放出を実施するのであれば、そうした機関始動時にも、パワーモード設定時における通常モードの制御特性でのスロットルバルブ１５の制御を実施するようにしても良い。

・上記実施形態では、パワースイッチ２４の操作により、パワーモードと通常モードとが切り換えられるようになっていたが、アクセルペダルの操作状況から運転者のパワー要求を判定して、自動的にパワーモードを設定するようにすることもできる。この場合にも、パワーモードの設定時にあっても、機関始動から規定の時間が経過するまでは、通常モードの制御特性でスロットルバルブ１５を制御するようにすれば、機関始動時に三元触媒２１から酸素を適切に放出させることができるようになる。

・上記実施形態では、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関を制御対象とする場合について記載したが、本発明は、ハイブリッド車両に搭載されるもの以外の内燃機関にもその適用が可能であり、特に間欠休止を実施する内燃機関の適用が好適なものとなっている。

１０…吸気通路、１１…燃焼室、１２…排気通路、１３…エアクリーナー、１４…エアフローメーター、１５…スロットルバルブ、１６…スロットルモーター、１７…スロットルセンサー、１８…インジェクター、１９…点火プラグ、２０…空燃比センサー、２１…三元触媒、２２…電子制御ユニット、２３…アクセルセンサー、２４…パワースイッチ。

Claims (3)

1. アクセル操作量に対するスロットルバルブの制御特性を決定するモードとして、通常モードと、その通常モードに比してスロットル開度がより大きくなるように前記制御特性の設定されたパワーモードとを有し、機関始動時に燃料噴射量を増量することで空燃比を一時的にリッチとして、機関停止中に排気浄化用の三元触媒に吸蔵された酸素を放出させる内燃機関の制御装置において、
   パワーモードの設定時にあっては、機関始動から規定の時間が経過するまでは、通常モードの制御特性で前記スロットルバルブを制御し、機関始動から前記規定の時間が経過したら、前記パワーモードの制御特性で前記スロットルバルブを制御する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. アクセル操作量に対するスロットルバルブの制御特性を決定するモードとして、通常モードと、その通常モードに比してスロットル開度がより大きくなるように前記制御特性の設定されたパワーモードとを有し、機関始動時に燃料噴射量を増量することで空燃比を一時的にリッチとして、機関停止中に排気浄化用の三元触媒に吸蔵された酸素を放出させる内燃機関の制御装置において、
   パワーモードの設定時にあっては、機関始動から規定の時間が経過するまでは、通常モードの制御特性で前記スロットルバルブを制御し、
   前記パワーモード設定時における前記通常モードの制御特性での前記スロットルバルブの制御は、内燃機関の間欠休止状態からの機関始動時に限って実施される
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. アクセル操作量に対するスロットルバルブの制御特性を決定するモードとして、通常モードと、その通常モードに比してスロットル開度がより大きくなるように前記制御特性の設定されたパワーモードとを有し、機関始動時に燃料噴射量を増量することで空燃比を一時的にリッチとして、機関停止中に排気浄化用の三元触媒に吸蔵された酸素を放出させる内燃機関の制御装置において、
   パワーモードの設定時にあっては、機関始動から規定の時間が経過するまでは、通常モードの制御特性で前記スロットルバルブを制御し、
   前記パワーモード設定時における前記通常モードの制御特性での前記スロットルバルブの制御は、アクセルペダルの踏み込みに応じた間欠休止状態からの機関始動時に限って実施される
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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