JP6915490B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置に関する。

たとえば特許文献１には、触媒装置（触媒）の昇温要求がある場合、一部の気筒を、その空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるリッチ燃焼気筒とし、残りの気筒を、その空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるリーン燃焼気筒とするディザ制御を実行する制御装置が記載されている。

特開２００４−２１８５４１号公報

ところで、内燃機関の燃焼室内の温度領域には、点火装置の火花放電に先立って混合気が自着火する現象が生じやすい領域がある。自着火が生じると、燃焼室内の温度が上昇するため、連続して自着火が生じやすくなり、連続して自着火が生じる場合には、ディザ制御自体を停止せざるを得なくなり、結果として、ディザ制御による昇温効果が低下する。

上記課題を解決すべく、内燃機関の制御装置は、複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とし、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、前記ディザ制御処理が実行されているときに自着火を検出する検出処理と、前記検出処理によって自着火が検出された場合、自着火が生じた気筒の噴射量を前記ディザ制御処理によって要求される量に対して増量する増量処理と、を実行する。

上記構成では、ディザ制御中に自着火が生じると、増量処理によって、自着火が生じた気筒の噴射量を増量することにより、自着火が生じた気筒を冷却する。これにより、その気筒において自着火が連続して生じる事態となることを抑制できる。このため、自着火が生じた後もディザ制御を継続することが可能となる。

一実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。

以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０において、吸気通路１２から吸入された空気は、過給機１４を介して各気筒の燃焼室１６に流入する。燃焼室１６には、燃料を噴射する燃料噴射弁１８と、火花放電を生じさせる点火装置２０とが設けられている。燃焼室１６において、空気と燃料との混合気は、燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路２２に排出される。排気通路２２のうちの過給機１４の下流には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒２４が設けられている。

制御装置３０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量（トルク、排気成分等）を制御するために、燃料噴射弁１８や点火装置２０等の内燃機関１０の操作部を操作する。この際、制御装置３０は、三元触媒２４の上流側の空燃比センサ４０によって検出される空燃比Ａｆや、クランク角センサ４４の出力信号Ｓｃｒ、エアフローメータ４６によって検出される吸入空気量Ｇａ、ノッキングセンサ４８の出力信号Ｓｎを参照する。制御装置３０は、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３４、およびＲＡＭ３６を備えており、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２が実行することにより上記制御量の制御を実行する。

図２に、制御装置３０が実行する処理の１つを示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。

図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ３２は、まず、ディザ制御による三元触媒２４の昇温要求があるか否かを判定する（Ｓ１０）。本実施形態では、三元触媒２４の暖機要求が生じていることと、硫黄被毒回復処理の実行要求が生じていることとの論理和が真である場合に、ディザ制御による昇温要求があると判定する。ここで、三元触媒２４の暖機要求は、内燃機関１０の始動からの吸入空気量Ｇａの積算値ＩｎＧａが第１規定値Ｉｎｔｈ１以上である旨の条件（ア）と、積算値ＩｎＧａが第２規定値Ｉｎｔｈ２以下である旨の条件（イ）との論理積が真である場合に生じるものとする。ここで、第２規定値Ｉｎｔｈ２は、第１規定値Ｉｎｔｈ１よりも大きい。なお、条件（ア）は、三元触媒２４の上流側の端部の温度が活性温度となっていると判定される条件である。また、条件（イ）は、三元触媒２４の全体が未だ活性状態となっていないと判定される条件である。一方、硫黄被毒回復処理の実行要求は、硫黄被毒量が所定量以上となる場合に生じるものとする。ここで、ＣＰＵ３２は、図２とは別の処理で、燃料噴射弁１８の噴射量の積算値に基づき硫黄被毒量を算出する。

ＣＰＵ３２は、昇温要求があると判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ベース噴射量Ｑｂにフィードバック操作量ＫＡＦを乗算することによって要求噴射量Ｑｄを算出する（Ｓ１２）。ここで、ベース噴射量Ｑｂは、燃焼室１６における混合気の空燃比を目標空燃比に開ループ制御するための操作量である開ループ操作量であり、ＣＰＵ３２により、クランク角センサ４４の出力信号Ｓｃｒに基づき算出された回転速度ＮＥと吸入空気量Ｇａとに基づき算出される。一方、フィードバック操作量ＫＡＦは、フィードバック制御量である空燃比Ａｆを目標値Ａｆ＊にフィードバック制御するための操作量である。本実施形態では、目標値Ａｆ＊と空燃比Ａｆとの差を入力とする比例要素、積分要素、および微分要素の各出力値の和を、ベース噴射量Ｑｂの補正比率δとし、フィードバック操作量ＫＡＦを、「１＋δ」とする。

次に、ＣＰＵ３２は、内燃機関１０の気筒＃１〜＃４のそれぞれから排出される排気全体の成分を、気筒＃１〜＃４の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等としつつも、燃焼対象とする混合気の空燃比を気筒間で異ならせるディザ制御による要求噴射量Ｑｄの補正要求値（噴射量補正要求値α）を算出して出力する（Ｓ１４）。ここで、本実施形態にかかるディザ制御では、第１の気筒＃１〜第４の気筒＃４のうちの１つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとするリッチ燃焼気筒とし、残りの３つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン燃焼気筒とする。そして、リッチ燃焼気筒における噴射量を、上記要求噴射量Ｑｄの「１＋α」倍とし、リーン燃焼気筒における噴射量を、要求噴射量Ｑｄの「１−（α／３）」倍とする。リーン燃焼気筒とリッチ燃焼気筒との上記噴射量の設定によれば、気筒＃１〜＃４のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、内燃機関１０の各気筒＃１〜＃４から排出される排気全体の成分を、気筒＃１〜＃４の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等とすることができる。なお、上記噴射量の設定によれば、気筒＃１〜＃４のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、各気筒において燃焼対象とされる混合気の燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となる。なお、燃空比とは、空燃比の逆数のことである。

詳しくは、ＣＰＵ３２は、内燃機関１０の動作点を規定する回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに基づき、噴射量補正要求値αを可変設定する。ここで、負荷率ＫＬは、燃焼室１６内に充填される空気量を示すパラメータであり、ＣＰＵ３２により、吸入空気量Ｇａに基づき算出される。負荷率ＫＬは、基準流入空気量に対する、１気筒の１燃焼サイクル当たりの流入空気量の比である。ちなみに、基準流入空気量は、回転速度ＮＥに応じて可変設定される量としてもよい。

次にＣＰＵ３２は、ノッキングセンサ４８の出力信号Ｓｎに基づき、点火装置２０の火花放電が生じるタイミング（点火時期）以前に燃焼室１６内で混合気の燃焼が生じているか否かを、換言すれば自着火が生じているか否かを判定する（Ｓ１６）。この処理は、点火時期以前に、燃焼に伴う振動をノッキングセンサ４８が検知するか否かの判定処理となる。

ＣＰＵ３２は、自着火が生じていないと判定する場合（Ｓ１６：ＮＯ）、今回、燃料噴射の対象となる気筒がリッチ燃焼気筒であるか否かを判定する（Ｓ１８）。そしてＣＰＵ３２は、リッチ燃焼気筒であると判定する場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、噴射量指令値Ｑ＊に、「Ｑｄ・（１＋α）」を代入する（Ｓ２０）。これに対し、ＣＰＵ３２は、リーン燃焼気筒であると判定する場合（Ｓ１８：ＮＯ）、噴射量指令値Ｑ＊に、「Ｑｄ・｛１−（α／３）｝」を代入する（Ｓ２２）。そしてＣＰＵ３２は、燃料噴射弁１８から噴射量指令値Ｑ＊に応じた量の燃料を噴射すべく、燃料噴射弁１８に操作信号ＭＳ２を出力する（Ｓ２４）。

一方、ＣＰＵ３２は自着火を検出する場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、要求噴射量Ｑｄの増量係数Ｋを算出する（Ｓ２６）。ここで、ＣＰＵ３２は、回転速度ＮＥが大きいほど増量係数Ｋを大きい値に算出し、負荷率ＫＬが大きいほど増量係数Ｋを大きい値に算出する。ここで、「Ｋ・Ｑｄ＞Ｑｄ・（１＋α）」である。次にＣＰＵ３２は、要求噴射量Ｑｄに増量係数Ｋを乗算した値を噴射量指令値Ｑ＊に代入する（Ｓ２８）。そしてＣＰＵ３２は、Ｓ２４の処理に移行する。

なお、ＣＰＵ３２は、Ｓ２４の処理が完了する場合や、Ｓ１０の処理において否定判定する場合には、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。

ＣＰＵ３２は、Ｓ１６の処理において自着火を検出すると、ディザ制御自体を停止することなく、自着火が生じた気筒について、その燃焼サイクル中に例外的にディザ制御による噴射量よりも増量された噴射量「Ｋ・Ｑｄ」の燃料を噴射することにより、自着火が生じた気筒を冷却する。これにより、自着火が連続的に生じることを抑制できることから、その後は、ディザ制御の要求通りに燃料を噴射することができる。したがって、ディザ制御による三元触媒２４の昇温効果を高く維持することができる。

以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する効果が得られる。
（１）リーン燃焼気筒は、もともとの噴射量が少ないため、もともとの噴射量を増量したところで自着火抑制効果が低くなるおそれがある。そこで、自着火を生じた気筒がリッチ燃焼気筒であるかリーン燃焼気筒であるかにかかわらず、噴射量「Ｋ・Ｑｄ」の燃料を噴射することにより、自着火の抑制効果を確保した。

（２）自着火した場合の噴射量の増量量を、内燃機関１０の動作点に応じて可変設定した。これにより、過度に増量量が多くなることを抑制できることから、空燃比の乱れを極力抑制できる。

＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。排気浄化装置は、三元触媒２４に対応し、ディザ制御処理は、Ｓ１８〜Ｓ２４の処理に対応し、検出処理は、Ｓ１６の処理に対応し、増量処理は、Ｓ２６，Ｓ２８の処理に対応する。

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、ノッキングセンサ４８の出力信号Ｓｎに基づき自着火を検出したが、これに限らない。たとえば、燃焼室１６内の圧力（筒内圧）を検出するセンサの出力信号に基づき、点火時期に先立って筒内圧が大きく上昇する場合に自着火を検出するなどしてもよい。

・上記実施形態では、負荷率ＫＬに基づき増量係数Ｋを可変設定したが、内燃機関１０の負荷としては、負荷率ＫＬに限らず、たとえば、ベース噴射量Ｑｂであってもよく、またたとえばアクセル操作量等であってもよい。

・増量係数Ｋを可変設定するパラメータとしては、回転速度ＮＥおよび負荷に限らない。たとえば、内燃機関１０の冷却水の温度等、内燃機関１０の温度を示すパラメータであってもよい。この場合、内燃機関１０の温度が高い場合に低い場合よりも増量係数Ｋを大きい値に算出すればよい。またたとえば、吸気バルブの閉弁タイミングが可変設定可能な内燃機関１０においては、閉弁タイミングに応じて増量係数Ｋを可変設定してもよい。

・増量係数Ｋを可変設定すること自体必須ではない。
・上記実施形態では、自着火が生じた場合、次の燃焼サイクルにおいて自着火が生じた気筒の噴射量を増量したが、噴射量の増量が間に合うのであれば、自着火が生じた燃焼サイクルにおいて自着火が生じた気筒において噴射量を増量してもよい。

・内燃機関としては、４気筒の内燃機関に限らない。また、燃料噴射弁としては、燃焼室１６に燃料を噴射するものに限らず、吸気通路１２に燃料を噴射するものであってもよい。ただし、その場合、自着火が生じた場合、その燃焼サイクルにおいて自着火が生じた気筒において噴射量を増量できないと思われるため、次の燃焼サイクルにおいて自着火が生じた気筒の噴射量を増量する。

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…過給機、１６…燃焼室、１８…燃料噴射弁、２０…点火装置、２２…排気通路、２４…三元触媒、３０…制御装置、３２…ＣＰＵ、３４…ＲＯＭ、３６…ＲＡＭ、４０…空燃比センサ、４４…クランク角センサ、４６…エアフローメータ、４８…ノッキングセンサ。

Claims (1)

1. 複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、点火装置と、を備える内燃機関を制御対象とし、
   前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、
   前記ディザ制御処理が実行されているときに自着火を検出する検出処理と、
   前記検出処理によって自着火が検出された場合、自着火が生じた気筒の噴射量を前記ディザ制御処理によって要求される量に対して増量する増量処理と、を実行し、
   前記増量処理は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度が大きいほど増量量を大きくする処理を含んで且つ、前記自着火が生じた気筒が前記リーン燃焼気筒である場合、該リーン燃焼気筒の噴射量を前記リッチ燃焼気筒の噴射量よりも増量させる処理を含む内燃機関の制御装置。
   

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