JP6218033B2

JP6218033B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP6218033B2
Application number: JP2013269723A
Authority: JP
Inventors: 康之大河原
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: JP2015124701A

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に内燃機関の停止時に酸素濃度を確保する内燃機関の制御装置に関する。

従来、車両のエンジン（内燃機関）を停止した場合に、排気が排気通路（排気経路）に滞留することがあるが、エンジンの吸気弁と排気弁との開状態がオーバラップすると、排気通路からエンジンの燃焼室よりも上流に排気が逆流してしまう可能性がある。このような状態になると、次回のエンジン始動時に、酸素濃度の低い排ガスに対してエンジンの始動を要求することになり、酸素不足から始動性の悪化を招く恐れがある。

これに対し、例えば、先行技術文献のように、触媒の上流側酸素濃度と下流側酸素濃度とに基づいて排気が排気通路を逆流したか否かを判定し、排気が排気通路を逆流したとの判定からエンジンの始動不良を予測し、掃気を行う装置が知られている。

特開２００７−２３９５７０号公報

ところが、上記の特許文献１では、内燃機関を完全に停止してから酸素濃度を確保するための対策を講じていることから、エンジン（内燃機関）の始動時には燃焼に必要な酸素濃度（燃焼限界濃度）が確保されていることの確実性は低くかった。

そこで、この発明は、燃焼に必要な酸素濃度が確保された状態で内燃機関を完全に停止させることにより、酸素濃度の低下に起因する内燃機関の始動性の悪化や排気特性の悪化を防止できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

この発明は、複数の気筒を有する内燃機関の稼動を制御する内燃機関の制御装置において、イグニッションスイッチがオフになったとき、前記複数の気筒のうち一部の気筒の稼動を停止し、前記内燃機関の吸気経路に設けられた空気吸入手段による空気の吸入量を制御し、前記内燃機関の排気経路に設けられた酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度が所定の濃度以上の場合に、前記複数の気筒全ての稼動を停止することを特徴とする。

この発明は、燃焼に必要な酸素濃度が確保された状態で内燃機関を完全に停止させることにより、酸素濃度の低下に起因する内燃機関の始動性の悪化や排気特性の悪化を防止することができる。

図１は内燃機関の制御装置のシステム構成図である。（実施例）図２は内燃機関の制御のフローチャート図である。（実施例）図３は内燃機関の制御のタイムチャート図である。（実施例）図４は内燃機関の各部の酸素濃度（Ｏ２）を示す図である。（実施例）図５は内燃機関の停止時の酸素濃度（Ｏ２）の推移を示す図である。（従来例）

従来、イグニッションスイッチがオフされて内燃機関が完全に停止すると、排気は吸気経路側へ逆流する。そして、この排気が吸気経路内に逆流しているにもかかわらず、内燃機関を始動させると、逆流した排気によって吸気経路内の酸素濃度が低下するため、燃焼不良が生じ、内燃機関の始動性の悪化や、排気特性の悪化を招くおそれがある。
例えば、図４および図５に示されるように、内燃機関によって燃料を理論空燃比で燃焼すると、排気経路の排気は無酸素状態となり、このような燃焼状態において、内燃機関を停止することによって、温度の高い無酸素の排気が上方の吸気経路側へ逆流を起こす。
具体的には、内燃機関が運転中の場合、図４に示されるように、エアクリーナ、吸気経路における酸素濃度は２０％であり、燃焼に十分な酸素濃度が確保されているが、一方で、燃焼室、触媒後における酸素濃度は０％となり、排気は無酸素状態であることが分かる。このような酸素濃度の低い排気が吸気経路側へ逆流すると、ラインＫで示されるように、吸気通路における空気は燃焼に必要な酸素濃度（燃焼限界酸素濃度）１４％以下となり、燃焼室において燃焼不良を発生させる一因となる可能性があった。
また、図５に示されるように、内燃機関の完全暖機の停止後、ソーク時（１番気筒の排気上死点（ＴＯＰ）に合わせ、屋外ソーク）の吸気マニホルド内の酸素濃度の推移であって、Ｎ＝６回、毎回同じ速度で減少するとは限らないことが分かる。しかし、内燃機関の始動不良が発生しやすい１４％以下となる場合は、１５分〜２時間程度のソークでは、頻度が高いと推定される。
そこで、この発明は、燃料噴射中止に基づく減筒制御によって停止させた気筒から排気経路に滞留している排気を排出することにより、燃焼に必要な酸素濃度が確保された状態で内燃機関を完全に停止させ、酸素濃度の低下に起因する内燃機関の始動性の悪化や排気特性の悪化を防止する。具体的には、複数の気筒のうち一部の気筒の稼動を停止し、内燃機関の吸気経路に設けられた空気吸入手段による空気の吸入量を制御して実現するものである。
なお、図４において、内燃機関が運転中の場合、エアクリーナ、吸気経路における酸素濃度は２０％であり、燃焼室、触媒後における酸素濃度は０％であることを示しているが、この数値は実施形態の一つであり、この数値に限定されない。すなわち、図４のグラフにおける「内燃機関が運転中」のラインは、内燃機関によって燃焼が行われる前は、燃焼可能な酸素濃度が確保されていること、内燃機関によって燃焼が行われた後は、燃焼不良を起こす可能性のある酸素濃度になっていることを示している。

図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。
図１に示すように、車両に搭載された内燃機関１は、複数の気筒として、例えば、４つの第１気筒〜第４気筒を有する多気筒用の内燃機関である。
この内燃機関１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とシリンダヘッドカバー４とを備える。
シリンダブロック２には、気筒毎に、ピストン５が摺動するシリンダ６が形成されているとともに、ピストン５の上面で燃焼室７が形成されている。
シリンダヘッド３には、吸気ポート８と排気ポート９とが形成されているとともに、吸気弁１０と排気弁１１とが取り付けられ、さらに、吸気カム軸１２と排気カム軸１３とが配設されている。また、シリンダヘッド３の上部には、略中央部位で点火プラグ１４が配置されている。

また、内燃機関１は、吸気マニホルド１５と吸気管１６とによって形成された吸気経路１７を備えるとともに、排気マニホルド１８と排気管１９とによって形成された排気経路２０を備える。吸気経路１７は、吸気ポート８に連通する。排気経路２０は、排気ポート９に連通する。
吸気マニホルド１５の上流側には、サージタンク２１が設けられている。また、このサージタンク２１の上流側には、スロットルバルブ２２を備えたスロットルボディ２３が設けられている。また、吸気管１６の上流端には、エアクリーナ２４が取り付けられている。吸気マニホルド１５には、吸気ポート８側へ燃料を噴射する燃料噴射弁２５が取り付けられている。
排気管１９には、触媒（三元触媒）２６が取り付けられている。
内燃機関１の吸気経路１７としてのスロットルボディ２３には、空気吸入手段２７が設けられている。この空気吸入手段２７は、内燃機関１への空気の吸入量（制御空気量）を制御するものであって、スロットルバルブ２２を迂回するバイパス通路２８と、このバイパス通路２８を開閉する空気制御バルブとしてのＩＳＣバルブ（アイドル・スピード・コントロール・バルブ）２９とを備える。

内燃機関１には、この内燃機関１の稼動を制御する制御装置３０が設けられる。この制御装置３０は、制御手段（ＥＣＭ）３１を備える。
制御手段３１には、点火プラグ１４と、燃料噴射弁２５と、ＩＳＣバルブ２９とが接続している。そして、制御手段３１は、点火プラグ１４を作動して点火時期を制御し、また、燃料噴射弁２５を作動して燃料噴射量を制御し、さらに、ＩＳＣバルブ（空気量制御弁）２９を作動して空気の吸入量（制御空気量：バイパス空気量）を制御する。
また、制御手段３１には、スロットルバルブ２２のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ３２と、内燃機関１への吸入空気量を検出するエアフローセンサ３３と、シリンダヘッド３に取り付けられて冷却水温度を検出する水温センサ３４と、シリンダブロック２に取り付けられてノックキングを検出するノックセンサ３５と、スロットルボディ２３に取り付けられて吸気圧力を検出する圧力センサ３６と、触媒２６の上流側の排気経路２０に設けられて空燃比を検出する空燃比センサ３７と、触媒２６の下流側の排気経路２０に設けられて酸素濃度（Ｏ２）を検出する酸素濃度検出手段としての酸素濃度センサ３８とが接続している。
また、制御手段３１には、イグニッションキーを回したときにオンするイグニッションスイッチ（図面上では「ＩＧ」と記す）３９と、内燃機関１の回転数をエンジン回転数として検出するエンジン回転数センサ４０とが接続している。
なお、エンジン回転数センサ４０の代わりに、クランク角センサ（図示しない）を設け、クランク角センサによって検出された内燃機関１のクランク角度に基づいてエンジン回転数を求めてもよい。

制御手段３１は、イグニッションスイッチ３９がオフになったとき、複数の気筒のうち一部の気筒の稼動を停止し、空気吸入手段２７による空気の吸入を制御する。
また、制御手段３１は、内燃機関１の排気経路２０に設けられた酸素濃度センサ３８により検出される酸素濃度が第１の所定濃度（例えば、１４％）以上（酸素濃度≧１４％）の場合に、複数の気筒全て（４つの気筒）の稼動を停止する。なお、図３に示すように、酸素濃度が２０％を、大気酸素濃度（約２０〜２１％）とみなす。
更に、制御手段３１は、内燃機関１の排気経路２０に設けられた酸素濃度センサ３８により検出される酸素濃度が前記第１の所定濃度（例えば、１４％：燃焼限度濃度）未満（酸素濃度＜１４％）の場合に、停止する一部の気筒の数を増やし、空気吸入手段２７による空気の吸入量を増加する。
前記第１の所定濃度（例えば、１４％）は、少なくとも内燃機関１の始動に必要な酸素濃度である。
なお、第１の所定濃度は、上記のように１４％に限定されず、次回の内燃機関の始動時において燃焼に必要な酸素濃度が確保されるような値であればよく、任意に設定可能である。

次に、この実施例に係る内燃機関１の制御を、図２のフローチャート及び図３のタイムチャートに沿って説明する。
図２に示すように、制御手段３１のプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、先ず、イグニッションスイッチ３９がオフ（ＩＧＯＦＦ）か否かを判断する（ステップＡ０２）。このステップＡ０２がＮＯの場合には、この判断を継続する。
このステップＡ０２がＹＥＳの場合には、１つの気筒（例えば、第１気筒）の稼働を停止する（１気筒による減筒）（ステップＡ０３）（図３の時間ｔ１〜ｔ２で示す）。従って、この実施例では、図３に示すように、内燃機関１は、２５％の減筒となる。
そして、排気経路２０の掃気を高めるために、ＩＳＣバルブ２９の開度を増加する（ステップＡ０４）（図３の時間ｔ１〜ｔ５における第１の空気量Ｇ１で示す）。この場合、減筒時のトルクをつなぐために、ＩＳＣバルブ２９の開度を、一気に開けないで、所定の第１の空気量Ｇ１とする。
また、上記の停止した気筒の次の気筒（例えば、第２気筒）の点火時期を進角する（ステップＡ０５）（図３の時間ｔ２〜ｔ３における第１の進角量Ｓ１で示す）。このように、点火時期を第１の進角量Ｓ１で進角することにより、減筒後のトルクをつなぐため、すなわち、燃料噴射中止による減筒制御に起因する急激なトルク変動を抑制するため、車両のショック低減を図ることができる。
その後、酸素濃度が第１の所定濃度（１４％）以上（酸素濃度≧１４％）か否かを判断する（ステップＡ０６）。
このステップＡ０６がＮＯの場合には、酸素濃度が第１の所定濃度（１４％）未満（酸素濃度＜１４％）であり、停止する一部の気筒の数を増やすように、２つの気筒（例えば、第１気筒と第３気筒）の稼働を停止する（２気筒による減筒）（ステップＡ０７）（図３の時間ｔ５〜ｔ６、時間ｔ７〜ｔ８で示す）。従って、この実施例では、図３に示すように、内燃機関１は、５０％の減筒となる。
そして、排気経路２０の掃気を高めるために、ＩＳＣバルブ２９の開度を増加する（ステップＡ０８）。この場合でも、減筒時のトルクをつなぐために、すなわち、燃料噴射中止による減筒制御に起因する急激なトルク変動を抑制するために、ＩＳＣバルブ２９の開度を、一気に開けないで、段階的に増加する。つまり、制御手段３１は、ＩＳＣバルブ２９の開度を、図３に示すように、時間ｔ５〜ｔ７において前記第１の空気量Ｇ１よりも多い第２の空気量Ｇ２と、さらに、時間ｔ７〜時間ｔ１０において前記第２の空気量Ｇ２よりも多い第３の空気量Ｇ３となるように、段階的に開度を制御する。
また、減筒後のトルクをつないで、すなわち、燃料噴射中止による減筒制御に起因する急激なトルク変動を抑制して、車両のショック低減を図るために、上記の停止した２つの気筒（例えば、第１気筒と第３気筒）の次の気筒（例えば、第２気筒と第４気筒）の点火時期を進角する（ステップＡ０９）（図３の時間ｔ６〜ｔ７における第２の進角量Ｓ２、時間ｔ８〜ｔ９における第３の進角量Ｓ３で示す）。
その後、酸素濃度が他の設定濃度である第２の所定濃度（２０％）以上（酸素濃度≧２０％）か否か、又は、エンジン回転数が零（０）（エンジン回転数＝０）か否かを判断する（ステップＡ１０）。このステップＡ１０がＮＯの場合には、前記ステップＡ０７に戻す。
前記ステップＡ０６がＹＥＳで、酸素濃度が第１の所定濃度（１４％）以上（酸素濃度≧１４％）の場合、又は、前記ステップＡ１０がＹＥＳで、酸素濃度が第２の所定濃度（２０％）以上（酸素濃度≧２０％）の場合には、全気筒（４つの気筒）の稼働を停止し（つまり、内燃機関１の停止）（ステップＡ１１）（図３の時間ｔ９で示す）、そして、排気経路２０の掃気を高めるために、ＩＳＣバルブ２９の開度を増加し（図３の時間ｔ１０において前記第３の空気量Ｇ３よりも多い第４の空気量Ｇ４で示す）、その後、点火時期を零（０）とし（図３の時間ｔ１１で示す）、プログラムをエンドとする（ステップＡ１２）。

以上のように、この実施例においては、図４のラインＬで示すように、内燃機関１の始動時に、酸素濃度を、第１の設定濃度（１４％）と第２の設定濃度（２０％）との間の範囲（燃料の燃焼に必要な酸素濃度）に確保することが可能となる。
この結果、燃料噴射中止による減筒制御によって停止させた気筒から排気経路２０に滞留している排気を排出することにより、燃焼に必要な酸素濃度が確保された状態で内燃機関１を完全に停止させるため、酸素濃度の低下に起因する内燃機関１の始動性の悪化や排気特性の悪化を防止することができる。
なお、図２において、第１の所定濃度および第２の所定濃度は、予め設定された第１の設定濃度および第２の設定濃度であってもよい。また、これらは、運転状態に応じた値に適宜変更可能であってもよい。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、各種内燃機関に適用可能である。

１内燃機関
２シリンダブロック
３シリンダヘッド
７燃焼室
１４点火プラグ
１７吸気経路
１９排気管
２０排気経路
２６触媒
２７空気吸入手段
２８バイパス通路
２９ＩＳＣバルブ
３０制御装置
３１制御手段（ＥＣＭ）
３８酸素濃度センサ（酸素濃度検出手段）
３９イグニッションスイッチ

Claims

複数の気筒を有する内燃機関の稼動を制御する内燃機関の制御装置において、
イグニッションスイッチがオフになったとき、前記複数の気筒のうち一部の気筒の稼動を停止し、前記内燃機関の吸気経路に設けられた空気吸入手段による空気の吸入量を制御し、
前記内燃機関の排気経路に設けられた酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度が所定の濃度以上の場合に、前記複数の気筒全ての稼動を停止することを特徴とする内燃機関の制御装置。
複数の気筒を有する内燃機関の稼動を制御する内燃機関の制御装置において、
イグニッションスイッチがオフになったとき、前記複数の気筒のうち一部の気筒の稼動を停止し、前記内燃機関の吸気経路に設けられた空気吸入手段による空気の吸入量を制御し、
前記内燃機関の排気経路に設けられた酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度が所定の濃度未満の場合に、停止する一部の気筒の数を増やし、前記空気吸入手段による空気の吸入量を増加することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の前記排気経路に設けられた前記酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度が所定の濃度未満の場合に、停止する一部の気筒の数を増やし、前記空気吸入手段による空気の吸入量を増加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。
前記所定の濃度は、少なくとも前記内燃機関の始動に必要な酸素濃度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。