JP5353729B2

JP5353729B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP5353729B2
Application number: JP2010013315A
Authority: JP
Inventors: 英夫中井; 義幸干場; 隆井上; 尚人藤永
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: JP2011149396A

Description

本発明は、車両に用いて好適な、エンジンの制御装置に関するものである。

従来より、車両のエンジンから大気に排出される排気ガスを浄化することが求められている。このため、エンジンを搭載する車両には、排気浄化触媒が搭載されることが一般的である。
もっとも、一般的な排気浄化触媒が浄化性能を発揮するためには、ある程度の温度（いわゆる、活性化温度）まで熱せられる必要がある。このため、特にエンジンが冷態始動した場合には、排気浄化触媒を素早く昇温させることが、排気ガスの浄化という観点からは重要な事項である。

なお、排気浄化触媒の昇温手法の一例としては、エンジンの点火プラグによる点火時期を通常運転時よりもリタード（遅角）させる手法がある。このような技術を示す文献としては、例えば、以下の特許文献１が挙げられる。

特開平１０−４７０３９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような点火時期を遅角させる制御を単に実行しただけでは、エンジンの燃焼効率が低下してしまい、燃料の消費量が通常時よりも増大してしまう。
つまり、大気に放出される排気ガスの性能を向上させるべく、触媒の昇温を行なうと、一方で、燃費の悪化を招いてしまうという課題が生じてしまうのである。

本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、燃費性能と排気ガス浄化性能との双方を高い次元で実現させることが出来る、エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のエンジンの制御装置は、点火プラグを有するエンジン内で冷却水を循環させるウォータポンプと、該エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化触媒とが設けられた車両に用いられる、エンジンの制御装置であって、該冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、該排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、該冷却水温度検出手段によって検出された該冷却水温度と該触媒温度検出手段によって検出された該触媒温度とに基づいて該排気浄化触媒を昇温させる昇温制御手段とを備え、該昇温制御手段は、該冷却水温度が水温閾値よりも低い場合には該ウォータポンプを停止させ、さらに、該ウォータポンプの作動または停止に応じて、該触媒温度が触媒温閾値未満である場合に該点火プラグの点火時期の遅角量を可変とし、かつ、該点火プラグの点火時期の遅角量を、該ウォータポンプが作動中であるときよりも、該ウォータポンプが停止中であるときの方が、小さくなるように設定することを特徴としている。

また、本発明のエンジンの制御装置は、該ウォータポンプは、電動式ウォータポンプであることも特徴としている。
また、本発明のエンジンの制御装置は、該ウォータポンプと該エンジンとの間に介装され該ウォータポンプと該エンジンとを機械的に断接するクラッチ機構をさらに備え、該ウォータポンプは、該エンジンの動力によって駆動する機械式ウォータポンプであり、該昇温制御手段は、該冷却水温度が該水温閾値よりも低い場合には該クラッチ機構を切断状態にすることで該ウォータポンプの作動を停止させることも特徴としている。

また、本発明のエンジンの制御装置は、該昇温制御手段は、該エンジンの始動が開始されてから所定期間作動することも特徴としている。

本発明のエンジンの制御装置によれば、燃費性能と排気ガス浄化性能との双方を高い次元で実現させることが出来る。

本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置の全体構成を示す模式的なブロック図である。本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置による制御を示す模式的なフローチャートである。本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置による制御を示す模式的なタイムチャートである。

図１に示すように、車両１０に搭載されたエンジン１のシリンダヘッド２には点火プラグ１１が設けられている。この点火プラグ１１の先端はシリンダ３の燃焼室４に突出している。また、この点火プラグ１１には高電圧の電力を供給する点火コイル（図示略）が接続されている。
また、シリンダヘッド２には、吸気ポート５が形成されている。また、この吸気ポート５は、吸気弁１４によって開閉されるようになっている。

つまり、この吸気弁１４は、クランクシャフト７の回転に応じて回転する吸気カムシャフト（図示略）の吸気カム（図示略）に追従して往復運動するようになっている。これにより、燃焼室４に対して吸気ポート５を開閉することが出来るようになっている。
また、シリンダヘッド２には、排気ポート６が形成されている。また、この排気ポート６は、排気弁２４によって開閉されるようになっている。

つまり、この排気弁２４は、クランクシャフト７の回転に応じて回転する排気カムシャフト（図示略）の排気カム（図示略）に追従して往復運動するようになっている。これにより、燃焼室４に対して排気ポート６を開閉することが出来るようになっている。
そして、このエンジン１には、吸気弁１４および排気弁２４のバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構３０Ａが設けられている。

吸気ポート５には、吸気マニホールド１５の下流端が接続されている。
また、吸気マニホールド１５には、吸気流量を制御するスロットルバルブ１６が設けられている。
また、吸気マニホールド１５には、電磁式の燃料噴射弁２１が取り付けられている。この燃料噴射弁２１には、燃料パイプ２２を介し、図示しない燃料タンクから燃料が供給されるようになっている。

排気ポート６には、排気マニホールド２５の上流端が接続されている。この排気マニホールド２５の下流端には、排気管２６が接続されている。また、この排気管２６には、三元触媒（排気浄化触媒）２７が設けられている。
この三元触媒２７は、コージライト製の担体に、白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ）といった貴金属が担持された触媒であって、エンジン１から排出された排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ）および窒素化合物（ＮＯｘ）を、窒素（Ｎ₂），二酸化炭素（ＣＯ₂）および水（Ｈ₂Ｏ）へ化学変化させることで、排気ガスを浄化することが出来るようになっている。

そして、この三元触媒２７は、活性化温度（３００℃程度）以上に熱せられると、排気ガスの浄化性能を十分に発揮することが出来る特性を有している。
三元触媒２７の上流側における排気管２６には、排気温度センサ２８が設けられている。この排気温度センサ２８は、三元触媒２７に流入する排気ガスの温度Ｔ_EXを検出するものである。なお、この排気温度センサ２８による検出結果Ｔ_EXは、後述するＥＣＵ(Electric Control Unit)４０によって読み込まれるようになっている。

また、このエンジン１は水冷エンジンである。つまり、このエンジン１の内部にはウォータジャケット（図示略）が形成され、このウォータジャケット内を流通する冷却水によってエンジン１は冷却されるようになっている。この冷却水は、電動式ウォータポンプ３０によって加圧され、ウォータジャケット内を流通するようになっている。
電動式ウォータポンプ３０は、電気モータ３１と、この電気モータ３１によって駆動されるインペラ３２とを有している。

つまり、この電気モータ３１が、バッテリ（図示略）または発電機（図示略）から供給される電力によって作動し、インペラ３２を回転させることで、冷却水をウォータジャケット内に吐出することが出来るようになっている。
また、このエンジン１には、冷却水の温度Ｔ_Wを検出する冷却水温センサ１２が設けられている。なお、この冷却水温センサ１２による検出結果Ｔ_Wは、後述するＥＣＵ４０に読み込まれるようになっている。

また、このエンジン１には、クランクシャフト７の角度θ_CLを検出するクランクシャフト角度センサ２３も設けられている。なお、このクランクシャフト角度センサ２３の検出結果θ_CLも、ＥＣＵ４０によって読み込まれるようになっている。
このＥＣＵ４０は、いずれも図示しないメモリやＣＰＵ(Central Processing Unit)を有する電子制御ユニットである。また、このＥＣＵ４０のメモリには、いずれもソフトウェアとして、エンジン回転数演算部（エンジン回転数演算手段）４１，触媒温度推定部（触媒温度検出手段）４２，点火制御部（点火制御手段）４３，ウォータポンプ制御部（ウォータポンプ制御手段）４４および昇温制御部（昇温制御手段）４５が記録されている。

エンジン回転数演算部４１は、クランクシャフト角度センサ２３によって検出されたクランクシャフト角度θ_CLに基づいて、エンジン１の回転数Ｎ_Eを演算するものである。
触媒温度推定部４２は、排気温度センサ２８によって検出された排気ガス温度Ｔ_EXに基づいて、三元触媒２７の温度Ｔ_CCを推定するものである。
点火制御部４３は、点火プラグ１１による点火時期を制御するものである。

ウォータポンプ制御部４４は、電動式ウォータポンプ３０を制御するものである。より具体的に、このウォータポンプ制御部４４は、電動式ウォータポンプ３０の電動モータ３１の回転数を変更することが出来るようになっている。また、このウォータポンプ制御部４４は、電動モータ３１の回転数をゼロにすることで、エンジン１内での冷却水の流通を停止させることも出来るようになっている。

昇温制御部４５は、冷却水温度センサ１２によって検出された冷却水温度Ｔ_Wと、触媒温度推定部４２によって推定された触媒温度Ｔ_CCとに基づいて、エンジン１から排出される排気ガスを高めることで、三元触媒２７を昇温させるものである。
より具体的に、この昇温制御部４５は、冷却水温度Ｔ_Wが水温閾値Ｔ_Wth（例えば、６０℃程度）よりも低い状態である場合には、ウォータポンプ制御部４４を介して、電動式ウォータポンプ３０の作動を停止させるようになっている。

また、この昇温制御部４５は、電動式ウォータポンプ３０の作動を停止させてもなお、触媒温度Ｔ_CCが触媒温閾値Ｔ_CCth（例えば、３００℃程度）よりも低い場合には、点火制御部４３を介して、点火プラグ１１の点火時期を遅角させるようになっている。また、このとき、昇温制御部４５による点火時期の遅角量は、比較的小さく（例えば、上死点以前〜上死点に）設定されている。

また、この昇温制御部４５は、冷却水温度Ｔ_Wが水温閾値Ｔ_Wth以上（Ｔ_W≧Ｔ_Wth）である場合、ウォータポンプ制御部４４を介して、電動式ウォータポンプ３０を作動させるようになっている。
さらに、昇温制御部４５は、電動式ウォータポンプ３０を作動させた際に、触媒温度Ｔ_CCが触媒温閾値Ｔ_CCthよりも低いと（Ｔ_CC＜Ｔ_CCth）、点火制御部４３を介して、点火プラグ１１の点火時期を遅角させるようになっている。また、このとき、昇温制御部４５による点火時期の遅角量は、比較的大きく（例えば、上死点〜上死後５度程度に）設定されている。

また、この昇温制御部４５は、エンジン回転数演算部４１によって演算されたエンジン回転数Ｎ_Eが、回転数閾値（例えば、６００ｒｐｍ程度）以上になってから、所定期間（例えば、１分間程度）の間のみ、作動するようになっている。
本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。

図２のフローチャートに示すように、まず、ステップＳ１１において、ＥＣＵ４０が、排気温度センサ２８によって検出された排気ガスの温度Ｔ_EX，冷却水温センサ１２によって検出された冷却水温度Ｔ_W、および、クランクシャフト角度センサ２３により検出されたクランクシャフト角度θ_CLを読み込む（ステップＳ１１）。
そして、昇温制御部４５は、読み込んだ冷却水温度Ｔ_Wが水温閾値Ｔ_Wthよりも低い（Ｔ_W＜Ｔ_Wth）場合には（ステップＳ１２のＹｅｓルート）、ウォータポンプ制御部４４を介して、電動式ウォータポンプ３０の作動を停止させる（ステップＳ１３）。

その後、さらに、昇温制御部４５は、電動式ウォータポンプ３０の作動を停止させても（ステップＳ１３）、触媒温度Ｔ_CCが触媒温閾値Ｔ_CCth（例えば、３００℃程度）よりも低い（Ｔ_CC＜Ｔ_CCth）場合には、点火制御部４３を介して、点火プラグ１１の点火時期を遅角させる（ステップＳ１５）。なお、このステップＳ１５における点火遅角量は比較的小さい。

一方、ステップＳ１４において、触媒温度Ｔ_CCが触媒温閾値Ｔ_CCth（例えば、３００℃程度）以上である（Ｔ_CC≧Ｔ_CCth）場合に（ステップＳ１４のＮｏルート）、昇温制御部４５は、点火制御部４３を介した点火プラグ１１の点火時期の遅角制御は行なわない。
また、読み込んだ冷却水温度Ｔ_Wが水温閾値Ｔ_Wth以上（Ｔ_W≧Ｔ_Wth）の場合（ステップＳ１２のＮｏルート）、昇温制御部４５は、ウォータポンプ制御部４４を介して、電動式ウォータポンプ３０を作動させる（ステップＳ１６）。

そして、昇温制御部４５は、触媒温度Ｔ_CCが触媒温閾値Ｔ_CCthよりも低い（Ｔ_CC＜Ｔ_CCth）場合には（ステップＳ１７のＹｅｓルート）、点火制御部４３を介して、点火プラグ１１の点火時期を遅角させる（ステップＳ１８）。なお、このステップＳ１８における点火遅角量は比較的大きい。
つまり、ステップＳ１５およびステップＳ１８として上述したように、昇温制御部４５は、電動式ウォータポンプ３０が作動している場合に比べ、電動式ウォータポンプ３０が停止している場合の方が、点火制御部４３による点火時期の遅角量が小さくなるように、点火制御部４３を制御する。

なお、触媒温度Ｔ_ＣＣが触媒温閾値Ｔ_ＣＣｔｈ以上（Ｔ_ＣＣ≧Ｔ_ＣＣｔｈ）の場合（ステップＳ１７のＮｏルート）、昇温制御部４５は、点火制御部４３を介した点火プラグ１１の点火時期の遅角制御は行なわない。
ここで、改めて、図３を用いて、昇温制御部４５による、ウォータポンプ制御部４４を介した電動式ウォータポンプ３０の制御、および、点火制御部４３を介した点火プラグ１１の点火時期制御が行なわれた場合の作用を説明する。なお、図３中、実線は、本実施形態において、昇温制御部４５によるウォータポンプ３０および点火プラグ１１の制御を示し、一点鎖線は、このような制御を行わなかった場合（即ち、従来技術の一例）を示す。

この図３のタイムチャートに示すように、昇温制御部４５によって、まず、電動ウォータポンプ３０の作動が停止される（図３（Ｆ）参照）。このとき、電動ウォータポンプ３０の作動を停止してもまだ三元触媒３７の温度Ｔ_CCが触媒温閾値Ｔ_CCth未満である期間（図３（Ｇ）参照）、昇温制御部４５は、点火プラグ１１の点火時期が比較的小さな遅角量で遅らせる（図３（Ｈ）参照）。なお、点火時期の遅角に伴いエンジン１の吸入空気量Ｑinは僅かに増大補正されている。

そして、昇温制御部４５による上述の制御により、図３（Ｅ）に示すように、本実施形態に係る本発明は従来技術に比べ、冷却水温度Ｔ_Wの昇温を促進させることが出来る。これにより、排気ガス性能の向上を示す一例ではあるが、エンジン１から排出される排気ガスに含まれる総炭化水素（Total Hydrocarbon; THC）量が、従来技術に比べて抑制されていることがわかる（図３（Ｃ）参照）。

また、冷却水温度Ｔ_Wの昇温促進に伴い、三元触媒３７の昇温も促進することが出来る（図３（Ｇ）参照）。つまり、触媒温度Ｔ_CCを素早く昇温させることで、三元触媒３７をより短い時間で活性化させることが可能となる。したがって、排気管２６の下流端２６ａでの排気ガス中のＴＨＣ量が、従来技術に比べて抑制されていることがわかる（図３（Ｄ）参照）。

また、このとき、従来技術に比べ、本実施形態に係る本発明においては、エンジン１の燃料消費量がより抑制されていることがわかる（図３（Ａ）参照）。
したがって、本実施形態に係る本発明によれば、エンジン１の燃費性能と三元触媒２７の排気ガス浄化性能との双方を高い次元で実現させることが出来る。
また、本実施形態においては、電動式ウォータポンプ３０を採用しているので、よりきめ細やかに、冷却水の流通を制御することが出来る。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが出来る。その一例を以下に示す。
上述の実施形態においては、エンジン１に可変動弁機構３０Ａが設けられている場合について説明したが、これに限定するものではない。

また、上述の実施形態においては、排気浄化触媒が三元触媒２７である場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、ＮＯｘトラップ触媒，酸化触媒（ＤＯＣ; Diesel Oxidation Catalyst）といった種々の触媒であってもよい。また、白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ）といった貴金属層（触媒層）が形成されたＮＯｘトラップ触媒やＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ； Diesel Particulate Filter）を排気浄化触媒としてもよい。

また、上述の実施形態においては、排気温度センサ２８によって検出された排気ガス温度Ｔ_EXに基づいて、触媒温度推定部４２が、三元触媒２７の温度Ｔ_CCを推定する場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、排気浄化触媒の内部に温度センサ（触媒温度検出手段）を設け、より直接的に触媒温度を検出するようにしてもよい。
また、上述の実施形態においては、電動式ウォータポンプ３０を採用した場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、この電動式ウォータポンプ３０に代えて、エンジンの動力によって駆動する機械式のウォータポンプを採用してもよい。但し、この場合、機械式ウォータポンプとエンジンのクランクシャフトとの間には、機械式ウォータポンプとクランクシャフトとを機械的に断接するクラッチ機構をさらに備えることが好ましい。また、この場合、昇温制御手段は、冷却水温度が所定の水温閾値よりも低い状態でエンジンが始動した際、クラッチ機構を切断状態にすることで、ウォータポンプの作動を停止させればよい。このように、一般的に広く用いられている機械式ウォータポンプを採用することで、コストの低減や信頼性の向上に寄与することが出来る。

また、上述の実施形態においては、エンジン回転数演算部４１によって演算されたエンジン回転数Ｎ_Eが、回転数閾値（例えば、６００ｒｐｍ程度）以上になってから、所定期間（例えば、１分間程度）の間のみ、昇温制御部４５が作動するようになっている場合について説明した。つまり、これにより、昇温制御部４５の処理負荷を低減することが可能となり、ＥＣＵ４０の消費電力を低減することが可能となる。もっとも、本発明は、このような実施形態に限定するものではなく、昇温制御手段が、エンジンの始動開始後の経過時間に関わらず作動するようにしてもよい。

本発明は、車両の製造産業などに利用可能である。
本発明は、自動車産業や動力出力装置の製造産業などにも利用可能である。

１エンジン
１１点火プラグ
１２水温センサ（冷却水温度検出手段）
２７三元触媒（排気浄化触媒）
３０電動式ウォータポンプ（ウォータポンプ）
４２触媒温度推定部（触媒温度検出手段）
４５昇温制御部（昇温制御手段）
Ｔ_CC 触媒温度
Ｔ_CCth 触媒温閾値
Ｔ_W 冷却水温度
Ｔ_Wth 水温閾値

Claims

点火プラグを有するエンジン内で冷却水を循環させるウォータポンプと、該エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化触媒とが設けられた車両に用いられる、エンジンの制御装置であって、
該冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、
該排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
該冷却水温度検出手段によって検出された該冷却水温度と該触媒温度検出手段によって検出された該触媒温度とに基づいて該排気浄化触媒を昇温させる昇温制御手段とを備え、
該昇温制御手段は、
該冷却水温度が水温閾値よりも低い場合には該ウォータポンプを停止させ、さらに、
該ウォータポンプの作動または停止に応じて、該触媒温度が触媒温閾値未満である場合に該点火プラグの点火時期の遅角量を可変とし、
かつ、該点火プラグの点火時期の遅角量を、該ウォータポンプが作動中であるときよりも、該ウォータポンプが停止中であるときの方が、小さくなるように設定
することを特徴とする、エンジンの制御装置。
該ウォータポンプは、電動式ウォータポンプであることを特徴とする、請求項１記載のエンジンの制御装置。
該ウォータポンプと該エンジンとの間に介装され該ウォータポンプと該エンジンとを機械的に断接するクラッチ機構をさらに備え、
該ウォータポンプは、
該エンジンの動力によって駆動する機械式ウォータポンプであり、
該昇温制御手段は、
該冷却水温度が該水温閾値よりも低い場合には該クラッチ機構を切断状態にすることで該ウォータポンプの作動を停止させることを特徴とする、請求項１または２記載のエンジンの制御装置。
該昇温制御手段は、
該エンジンの始動が開始されてから所定期間作動する
ことを特徴とする、請求項１〜３いずれか１項に記載のエンジンの制御装置。