JP6323996B2

JP6323996B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP6323996B2
Application number: JP2013134585A
Authority: JP
Inventors: 哲郎大西; 和也安田; 丹　功; 功丹
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: JP2015010489A

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関の制御装置に関する。

車両に搭載された内燃機関において、その運転状況に応じて燃料噴射を一時中断する燃料カットを行うことが知られている（例えば、下記特許文献を参照）。通常、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あるときに、燃料カットを開始する。そして、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの条件が成立したときに、燃料カットを終了、燃料噴射を再開する。

上述の通り、燃料カット終了条件には、エンジン回転数の低下が含まれている。燃料カットの期間を少しでも引き延ばして燃費性能を向上させるには、燃料カット中のエンジン回転の減速を遅らせる必要がある。そのために、アクセルペダルの踏込量が０またはほぼ０である燃料カット中にスロットルバルブを敢えて開き、内燃機関の吸気抵抗ひいてはポンピングロスを低減させるようにしている。

内燃機関が惰性で回転を続ける燃料カット中は、燃料成分を含まない空気が気筒から排気通路を経由して排気浄化用の触媒に流入する。これにより、触媒に多量の酸素が吸着し、同触媒によるＮＯ_xの還元能力が低下する。ＮＯ_xの還元能力を回復させるには、触媒に吸蔵されている酸素を速やかに放出、消費させる必要がある。

そこで、燃料カットの終了後、燃料噴射量を増量補正して混合気の空燃比をリッチ化し、燃料カット中に触媒に吸蔵された酸素の放出を促すことが従来より行われてきた。

特開２０１２−１５９００３号公報

燃料カット期間を延長することは、それ自体は燃費性能の向上に寄与する一方で、燃料カット終了後に触媒内の吸蔵酸素をパージするべく燃料噴射量を増量しなければならないという背反を抱えている。

従前の燃料カット終了後の燃料増量補正では、燃料噴射機会毎の噴射量の増分を一定（例えば、インジェクタの開弁時の開度を５％拡大）とし、かつその増量補正の実行期間の長さを一定（例えば、燃料カット終了条件の成立後３秒間増量補正を実行）としていた。つまり、燃料噴射の補正量の総量は常に一定であった。

しかしながら、燃料カット中に触媒に吸蔵される酸素の量は、燃料カット期間の長さ、換言すれば燃料カット中に触媒に流入する空気の総流量に応じて変動する。故に、燃料カット終了条件の成立時点で触媒に吸蔵されている酸素の量は、常に一定ではない。にもかかわらず、燃料カット終了後に一定量の燃料噴射の増量補正を行うと、燃料噴射量が吸蔵酸素量に対して不足し、触媒内の酸素を十分にパージできずにＮＯ_xの排出増を招くおそれがあった。

本発明は、燃費の一層の改善を図りながら、内燃機関における燃料カットの終了後のＮＯ_xの排出を抑制することを所期の目的としている。

本発明では、燃料カット条件の成立に伴い燃料噴射を一時中止する燃料カットを実施し、燃料カット終了条件の成立に伴い燃料カットを終了するとともに燃料噴射量の増量補正を行うものであって、燃料カット中に排気浄化用の触媒に吸蔵された酸素量を示唆するパラメータである燃料カット終了条件成立前の燃料カット期間の長さ及び燃料カット終了条件成立時の触媒の温度に基づいて、前記増量補正における燃料噴射量の補正量の総量を決定し、その増量補正における補正量の総量は、燃料カット終了条件成立時の触媒の温度との関係において、当該温度が低いほど多く、かつ、前記燃料カット終了条件の成立後１．５秒間のうちに前記総量分の燃料の噴射を完了できるように前記増量補正中の燃料噴射機会毎の噴射量を決定する、または、前記燃料カット終了条件の成立後３秒間のうちに前記総量分の燃料の噴射を完了できるように前記増量補正中の燃料噴射機会毎の噴射量を決定するとともに燃料噴射機会毎の噴射量の増分を増量補正の開始直後に最大としその後逓減させる、内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、燃費の一層の改善を図りながら、内燃機関における燃料カットの終了後のＮＯ_xの排出を抑制することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。同実施形態の内燃機関の制御装置が実施する処理の手順例を示すフロー図。同実施形態の内燃機関の制御装置が実施する制御の内容を説明するタイミング図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

本実施形態の制御装置たるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（運転者が要求する機関出力、いわば要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、触媒４１の温度を検出する温度センサから出力される触媒温度信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数及び吸気圧、吸気温等を基に気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、エンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態のＥＣＵ０は、運転状況に応じて、気筒１への燃料供給を中断する燃料カットを実行する。図２に、車両が減速する際にＥＣＵ０が実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ０は、所定の燃料カット条件が成立したときに（ステップＳ１）、燃料カット、即ちインジェクタ１１からの燃料噴射を停止する（ステップＳ２）。ステップＳ１では、少なくとも、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あることを以て、燃料カット条件が成立したものと判断する。

因みに、燃料カット条件が成立したとしても、即時に燃料噴射を停止するわけではない。エンジントルクが比較的大きい段階で、急に燃料供給を遮断すると、エンジン回転数や車速がステップ的に急落するトルクショックが発生し、運転者を含む搭乗者に衝撃を感じさせる。このトルクショックを軽減するべく、燃料カット条件が成立した後、遅延時間の経過を待ってから、はじめて燃料噴射を停止する。この遅延時間中には、点火タイミングを遅角補正し、エンジントルクを積極的に低下させる。

燃料カット中、点火プラグ１２による火花放電は、続行してもよいし、停止してもよい。火花放電を継続すれば、点火プラグ１２の電極の温度を維持して燃料供給再開後の点火燃焼を安定させることができる。火花放電を停止すれば、電気エネルギの消費を抑制することができる。

燃料カット中は、スロットルバルブ３２をアクセルペダルの踏込量（０または０に近い）に依拠しない開度に開いておく（ステップＳ３）。この操作は、燃料カット中の内燃機関のポンピングロスを低減してエンジン回転の減速を遅らせるために行う。ステップＳ３におけるスロットルバルブ３２の開度は、一定値としてもよいし、車速等に応じて増減させてもよいが、何れにせよ比較的大きな開度とする。

また、ＥＣＵ０は、燃料噴射を停止している燃料カット期間の長さを計数する（ステップＳ４）。

燃料カット中に所定の燃料カット終了条件が成立したときには（ステップＳ５）、燃料カットを終了することとし、燃料噴射（及び、点火）を再開する。ステップＳ５では、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等のうち何れかを以て、燃料カット終了条件が成立したものと判断する。

燃料カット終了条件の成立以後は、スロットルバルブ３２の開度を、アクセルペダルの踏込量に応じた開度に追従させることは言うまでもない。

その上で、ＥＣＵ０は、燃料カットの終了後、燃料カット中に触媒４１に吸蔵された酸素をパージしてＮＯ_xの還元性能を回復させるべく、燃料噴射量の増量補正を行う。

燃料噴射量の増量補正においては、まず、燃料カット終了条件成立前の燃料カット期間の長さ、及び燃料カット終了条件成立時の触媒４１の温度に基づいて、燃料噴射量の補正量の総量を決定する（ステップＳ６）。

燃料カット期間の長さ及び触媒４１の温度は、燃料カット中に触媒４１に吸蔵された酸素の量を示唆する。燃料カット期間が長いほど、触媒４１に流入する空気の量が多くなり、触媒４１の吸蔵酸素量も多くなる。また、燃料カット終了条件成立時の触媒４１の温度が低いほど、燃料カット中により多くの量の空気が触媒４１に流入したことが伺われ、やはり吸蔵酸素量が多くなると考えられる。増量補正における燃料噴射量の補正量の総量は、触媒４１の吸蔵酸素量が多いほど多くする必要がある。

ＥＣＵ０のメモリには予め、燃料カット期間の長さ及び触媒４１の温度と、燃料噴射量の補正量の総量との関係を規定したマップデータが格納されている。ステップＳ６にて、ＥＣＵ０は、燃料カット終了条件成立前に計数していた燃料カット期間の長さと、燃料カット終了条件の成立時にセンサを介して実測された触媒４１の温度とをキーとして当該マップを検索し、設定するべき燃料噴射量の補正量の総量を知得する。

そして、ＥＣＵ０は、ステップＳ６にて決定した総量分燃料の噴射を一定時間内に完了できるように、増量補正中の燃料噴射機会毎の噴射量を決定する（ステップＳ７）。

ここでは、一つの気筒１における一つのサイクル（吸気−圧縮−膨張−排気の一連を、一サイクルとする）中に発生する燃料噴射（ポート噴射式の内燃機関では、吸気行程中の噴射）を、一度の燃料噴射機会と定義している。一度の燃料噴射機会において、実際の燃料噴射即ちインジェクタ１１の開弁が複数回に亘って実行されることもあり得る。また、燃料噴射量は、インジェクタ１１の開弁時の開度、開弁時間または開弁回数を通じて制御される。よって、ステップＳ７では、燃料噴射機会毎のインジェクタ１１の開度、開弁時間または開弁回数を決定することになる。

図３に、燃料カット終了後の増量補正における燃料噴射量の補正量の推移を例示する。（ａ）は本実施形態の基本例における補正量の推移を表し、（ｂ）は本実施形態の変形例における補正量の推移を表している。並びに、（ｃ）は本実施形態に対する比較例における補正量の推移を表し、（ｄ）は従来の補正量の推移を表している。これら各グラフの網点を施した部分の面積が、燃料カット終了後の増量補正における燃料噴射の補正量の総量に相当する。

従来の制御（ｄ）では、燃料カット終了後の増量補正において、燃料噴射機会毎の噴射量の増分を触媒４１の吸蔵酸素量如何によらず常に一定（例えば、インジェクタ１１の開弁時の開度を５％拡大）とし、かつその増量補正の実行期間の長さも一定（例えば、燃料カット終了条件の成立後３秒間増量補正を実行）としていた。要するに、図３（ｄ）のグラフの形状及び網点部分の面積は常に一定であった。

これに対し、本実施形態の基本例の制御（ａ）では、従来の制御と比べて増量補正の実行期間を短縮（例えば、燃料カット終了条件の成立後１．５秒間増量補正）し、その分だけ燃料噴射機会毎の噴射量の増分を大きく（例えば、インジェクタ１１の開弁時の開度を１０％拡大）している。燃料噴射機会毎の噴射量の増分は、増量補正の実行期間中一定である。ステップＳ６にて決定された燃料噴射の補正量の総量が多い、つまりは触媒４１の吸蔵酸素量が多い場合には、図３（ａ）に鎖線で示しているように燃料噴射機会毎の噴射量の増分を大きくすることで、当該グラフの網点部分の面積を拡大させる。増量補正の実行期間を（１．５秒を超えて）延長する、即ち図３（ａ）のグラフを横軸方向に引き延ばすことは行わない。

また、本実施形態の変形例の制御（ｂ）では、増量補正の実行期間の長さを従来の制御と同等（例えば、３秒）としつつ、燃料噴射機会毎の噴射量の増分を、増量補正の開始直後に最大（例えば、インジェクタ１１の開弁時の開度を１０％拡大）とし、その後逓減させることとしている。ステップＳ６にて決定された燃料噴射の補正量の総量が多い場合には、図３（ｂ）に鎖線で示しているように燃料噴射機会毎の噴射量の増分を大きくすることで、当該グラフの網点部分の面積を拡大させる。増量補正の実行期間を（３秒を超えて）延長する、即ち図３（ｂ）のグラフを横軸方向に引き延ばすことは行わない。

翻って、比較例の制御（ｄ）では、増量補正の実行期間の長さを従来の制御と同等（例えば、３秒）としつつ、燃料噴射機会毎の噴射量の増分を、増量補正の開始直後に最小とし、その後逓増させることとしている。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の各グラフの網点部分の面積は、互いに等しい。このような推移に沿って燃料カット終了後の燃料増量補正を実行することを前提として、一定の走行パターンに準拠したモード走行実験を行った結果、従来の制御（ｄ）によるＮＯ_xの排出量は８ｍｇ／ｋｍであったのに対して、本実施形態の基本例の制御（ａ）及び変形例の制御（ｂ）による排出量は６ｍｇ／ｋｍに減少した。さらに、本実施形態の制御（ａ）及び（ｂ）による燃料消費量は、従来の制御（ｄ）と比べてそれぞれ２．４％、０．７％減少した。比較例の制御（ｃ）については、ＮＯ_xの排出量は従来の制御（ｄ）よりも減少したものの、燃料消費量は従来の制御（ｄ）よりも増加した。

上記の実験によれば、燃料カット終了条件の成立直後から短期間の内にできるだけ多くの量の燃料を噴射することが、ＮＯ_xの排出量の削減及び実用燃費の良化に有効であることが明らかとなった。特に、アクセルペダルが踏まれたことで燃料カットを終了する場合には、車両の再加速のためにスロットルバルブ３２の開度が拡大して気筒１に充填される吸気量が逓増してゆく。従って、吸気量が比較的少ない燃料噴射再開初期の段階で多量の燃料を噴射することが、触媒４１の吸蔵酸素のパージにとって肝要であり、また同じ加速レスポンス（車両の加速度）を得るためにも有利となる。

ＥＣＵ０は、燃料カット終了後の増量補正期間において、気筒１に充填される吸気量等を基に算定される基本燃料噴射量（に対応したインジェクタ１１の基本開度、基本開弁時間または基本開弁回数）に、補正量である燃料噴射機会毎の噴射量の増分（に対応したインジェクタ１１の開度の増分、開弁時間の増分または開弁回数の増分）を加味して、実際の燃料噴射量（に対応したインジェクタ１１の開度、開弁時間または開弁回数）を決定し、燃料噴射を遂行する。

本実施形態では、燃料カット条件の成立に伴い燃料噴射を一時中止する燃料カットを実施し、燃料カット終了条件の成立に伴い燃料カットを終了するとともに燃料噴射量の増量補正を行うものであって、燃料カット中に排気浄化用の触媒４１に吸蔵された酸素量を示唆するパラメータ（燃料カット期間の長さ及び触媒４１の温度）に基づいて、前記増量補正における燃料噴射量の補正量（増分）の総量を決定し、かつ、一定時間（基本例（ａ）では１．５秒、変形例（ｂ）では３秒）内に前記総量分の燃料の噴射を完了できるように、前記増量補正中の燃料噴射機会毎の噴射量を決定することを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、燃費の一層の改善を図りながら、内燃機関における燃料カットの終了後のＮＯ_xの排出を抑制することが可能となる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、燃料カット中に触媒４１に流入した空気の量を計数しておき、ステップＳ６にて、その空気量に基づいて増量補正における燃料噴射量の補正量の総量を決定するようにしてもよい。当該空気量は、触媒４１に吸蔵された酸素量を示唆するパラメータとなる。当該空気量は、燃料カット中の各気筒１の吸気行程にて気筒１に充填された吸気量を積算することにより求められる。

燃料カット終了後の増量補正における燃料噴射機会毎の噴射量を決定するステップＳ７にて、そのときの車両の加速度が大きいほど、燃料噴射機会毎の噴射量を増すようにすることも好ましい。車両の加速度を示唆するパラメータの例としては、燃料カット終了条件成立以後にセンサを介して実測されるアクセル開度、吸気圧、吸気量、エンジン回転数または車速の単位時間当たりの変化量等を挙げることができる。

燃料カット終了後の燃料噴射量の増量補正期間は、その上限となる一定時間（例えば、基本例（ａ）では１．５秒、変形例（ｂ）では３秒）の範囲内で、ステップＳ６にて決定した補正量の総量分の燃料を噴射できる限りにおいて、伸縮して構わない。

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
１２…点火プラグ
４１…触媒

Claims

燃料カット条件の成立に伴い燃料噴射を一時中止する燃料カットを実施し、燃料カット終了条件の成立に伴い燃料カットを終了するとともに燃料噴射量の増量補正を行うものであって、
燃料カット中に排気浄化用の触媒に吸蔵された酸素量を示唆するパラメータである燃料カット終了条件成立前の燃料カット期間の長さ及び燃料カット終了条件成立時の触媒の温度に基づいて、前記増量補正における燃料噴射量の補正量の総量を決定し、その増量補正における補正量の総量は、燃料カット終了条件成立時の触媒の温度との関係において、当該温度が低いほど多く、
かつ、前記燃料カット終了条件の成立後１．５秒間のうちに前記総量分の燃料の噴射を完了できるように前記増量補正中の燃料噴射機会毎の噴射量を決定する、または、前記燃料カット終了条件の成立後３秒間のうちに前記総量分の燃料の噴射を完了できるように前記増量補正中の燃料噴射機会毎の噴射量を決定するとともに燃料噴射機会毎の噴射量の増分を増量補正の開始直後に最大としその後逓減させる、内燃機関の制御装置。