JP2010185321A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の劣化が進行した場合であっても適切なエミッション低減措置を採ることを課題とする。
【解決手段】エンジン制御装置は、排出ガス低減制御と触媒暖機促進制御との切り替えを行う切替制御部と、触媒劣化判定手段と、前記触媒劣化判定手段による判定結果に基づいて、前記排出ガス低減制御と前記触媒暖機促進制御との切替タイミングを算出する演算部と、を、備えている。これにより、経年時間が進行し、積算走行距離が伸びて触媒の劣化が進行した場合であっても排出ガス低減制御と触媒暖機促進制御との切り替えを適切に行うことができ、エミッション低減を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン制御装置に関する。

従来、コールド始動直後の排気浄化性能を向上させることを課題とする内燃機関の排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献１）。この排気浄化装置は、始動直後に、先ず空燃比をリーンに制御してエンジン出ガス（排出ガス）流量の低減、より具体的にはＨＣ（炭化水素）排出量の低減を優先させている。その後、エンジン出口でのＮＯｘ濃度に相関するパラメータ、又は触媒温度に基づいてリーンからリッチに切り替えて、ＮＯｘの浄化性能を優先させる。

特開２００３−２０６７８８号公報

ところで、排気浄化を行うための触媒は、その使用期間が延びるに従って劣化が進行する。
このような触媒の劣化は、触媒活性のタイミングを変化させ、また、触媒活性に必要な投入熱量（投入エネルギー量）の増加を招く。この結果、エンジン出ガス流量の抑制を優先させる制御と、ＮＯｘの浄化性能を優先させる制御との適切な切り替えタイミングにズレを生じさせることがある。このような制御切替のタイミングのズレは、適切なエミッション低減の面から望ましくない。
前記従来の排気浄化装置は、このような観点からの制御は何ら行われておらず、エミッション低減の面で改良の余地があった。

そこで、本明細書開示のエンジン制御装置は、触媒の劣化が進行した場合であっても適切なエミッション低減措置を採ることを課題とする。

かかる課題を解決するための、本明細書開示のエンジン制御装置は、排出ガス低減制御と触媒暖機促進制御との切り替えを行う切替制御部と、触媒劣化判定手段と、前記触媒劣化判定手段による判定結果に基づいて、前記排出ガス低減制御と前記触媒暖機促進制御との切替タイミングを算出する演算部と、を、備えたことを特徴としている。

このようなエンジン制御装置によれば、エンジンの経年変化、熱ストレス等に起因する触媒の劣化に応じて触媒暖機促進制御が行われるので、エンジン始動時に触媒を早期に活性温度に到達させることができる。この結果、冷間時の排気ガス浄化率を向上させることができる。

このようなエンジン制御装置における、前記切替制御部は、空燃比制御手段、筒内へ導入される気流の変更手段、点火時期変更手段のうち、少なくとも一つを用いて前記排出ガス低減制御と触媒暖機促進制御との切り替えを行うことことができる。ここで、気流の変更手段は、例えば、ＴＣＶ（タンブルコントロールバルブ）や、ＳＣＶ（スワールコントロールバルブ）等である。空燃比制御手段による空燃比の変更や、点火時期変更手段による点火時期の変更によりエミッションを低減することができる。特に、排出ガス低減制御において、空燃比をリーン側に設定することは、排出ガスを低減する効果を得る点で有効である。このような排出ガス低減制御を行う際に気流の変更手段を用いることによってリーン限界の拡大、点火遅角限界の拡大を図ることができ、より一層のエミッションの低減が可能となる。

このようなエンジン制御装置における、前記演算部は、エンジン始動時からの時間に基づいて切替タイミングを変更することができる。エンジン始動時に、始動時増量によってエンジン始動後の所定時間内はリッチ状態となることを考慮したものである。このような始動時増量が行われる状況下において、排出ガス量の低減を効率よく行うために、排出ガス低減制御を一定時間だけ行うようにすることができる。また、エンジン始動時から所定時間Ｔ１経過時を切替タイミングに設定することができる。

本明細書開示のエンジン制御装置によれば、エンジン始動時のエミッションを低減することができる。

図１は、エンジン制御装置が組み込まれたエンジンの概略構成を模式的に示した説明図である。 図２は、エンジン制御装置が行う制御の一例を示すフロー図である。 図３は、切替タイミングを算出するマップの一例である。 図４は、制御結果を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、エンジン１００の概略構成を模式的に示した説明図である。エンジン１００には、本実施例のエンジン制御装置１が組み込まれている。
エンジン１００は、シリンダブロックとシリンダヘッドとが組み合わされて形成されるエンジン本体２を有する。このエンジン本体２には、吸気管３と排気管４とが接続されている。吸気管３には、燃料噴射弁５が装着されている。また、吸気管３には、スロットル弁６とエアフロメータ７が配置されている。燃料噴射弁５、スロットル弁６、エアフロメータ７は、ＥＣＵ（Electronic control unit）８に電気的に接続されている。

排気管４には、触媒（スタートキャタリスト；ＳＣ）９が配置されている。また、排気管４の触媒９の上流側には、二次空気を導入するエアインジェクション（ＡＩ）１０が装着されている。ＡＩ１０は、エアポンプ１０ａとエアスイッチングバルブ１０ｂとを含んでいる。これらは、ＥＣＵ８に電気的に接続されている。

また、エンジン１００は、点火プラグ１１を備えている。この点火プラグ１１は、ＥＣＵ８に電気的に接続されており、ＥＣＵ８の点火指令に基づいて、筒内の混合気への点火を行う。エンジン１００は、筒内に導入される気流の変更手段としてのＴＣＶ（タンブルコントロールバルブ）１２を備えている。ＴＣＶ１０は、ＥＣＵ８に電気的に接続されている。また、エンジン１００は、水温センサ１３を備えている。この水温センサ１３もＥＣＵ８に電気的に接続されている。

ＥＣＵ８は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、中央演算装置（ＣＰＵ）、入出力ポート、デジタルアナログコンバータ（ＤＡコンバータ）、アナログデジタルコンバータ（ＡＤコンバータ）等を双方向バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータとして構成されている。

このようなＥＣＵ８には、切替制御部、触媒劣化判定手段としての触媒劣化判定部を備えている。触媒劣化判定部には、積算走行距離記憶部、積算空気量記憶部が含まれる。切替制御部は、排出ガス低減制御と触媒暖機促進制御とを切り替える。ＥＣＵ８は、積算走行距離記憶部に記憶された積算走行距離から触媒劣化判定を行う。具体的には、ＥＣＵ８は、触媒９の最大酸素吸蔵量（以下、「Ｃｍａｘ」という）の評価を行い、触媒劣化判定を行う。ＥＣＵ８が備える演算部は、このＣｍａｘを参照し、排出ガス低減制御と触媒暖機促進制御との切替タイミングを算出する。積算走行距離が伸びると、これに伴って触媒９の劣化が進行するため、積算走行距離に基づく制御を行うことにより、ロバスト性を向上させることができる。触媒９は、その劣化が進行すると、触媒活性に要する時間、熱量等に変化が生じ、活性し難くなる。そこで、触媒暖機促進制御への切り替えのタイミングを早くする。

また、演算部は、積算空気量記憶部に記憶された空気量から触媒９の床温を推定し、この触媒９の床温が予め定めた温度以上となった状態を切替タイミングに設定することもできる。床温が触媒活性温度に近い一定温度以上となっていると、適切なリッチガスを触媒に通過させることにより、触媒９での反応を起こすことができる。これにより触媒９の温度をさらに上昇させることができる。特に、ＡＩ１０を作動させ、二次空気を導入することにより、酸素を供給することになる。ＡＩ増量によるリッチガスも存在するようになればさらに効果が見込める。すなわち、適切な床温に達したタイミングで排出ガス低減制御から触媒暖機促進制御へ切り替えることができる。

また、演算部は、エンジン始動時からの時間に基づいて切替タイミングを変更する構成としてもよい。ＥＣＵ８は、計時部を備えており、エンジン始動後の時間を計測することができる。エンジン冷間始動後、数秒間は、回転数変動、エミッションが大きいため、その間は、排出ガス低減制御を継続する趣旨である。
具体的には、ＥＣＵ８は、エンジン始動時から予め定めた所定時間Ｔ１経過時を切替タイミングとして設定することができる。すなわち、触媒劣化判定に基づいて算出された切替タイミングがエンジン始動時からＴ１の時点よりも前であるときは、エンジン始動時からＴ１経過時を切替タイミングに設定し直す。

ＥＣＵ８は、空燃比制御手段として用いられる空燃比制御部、点火時期変更手段として用いられる点火時期変更部を備えている。ＥＣＵ８が備える切替制御部は、空燃比制御部、ＴＣＶ１２、点火時期変更部を制御することによって排出ガス低減制御と触媒暖機促進制御との切り替えを行う。

次に、以上のように構成されるエンジン制御装置１において行われる制御につき、説明する。エンジン制御装置１は、上述のようにＥＣＵ８が備える切替制御部によって、排出ガス低減制御と触媒暖機促進制御との切り替えを行う。ここで排出ガス低減制御の制御方針は、以下の如くである。すなわち、Ａ／Ｆの増量係数をリーン側に振り、点火時期は進角側に振る。また、リーン限界を拡大すべく、ＴＣＶ１２を閉状態とする。また、ＡＩ１０による二次空気の導入は行わない。ただし、エンジン始動時の水温等に応じて二次空気を導入するようにしてもよい。
一方、触媒暖機促進制御の制御方針は以下の如くである。すなわち、Ａ／Ｆの増量係数をリッチ側に振り、点火時期は遅角側に振る。また、ＴＣＶ１２を閉状態とする。また、ＡＩ１０による二次空気の導入を行う状態としておく。

ＥＣＵ８が行うエンジン制御の一例を図２のフロー図に示す。
エンジン始動後、ＥＣＵ８は、ステップＳ１において、排出ガス低減制御に入る。排出ガス低減制御は、前記のようにＡ／Ｆの増量係数をリーン側に振り、点火時期は進角側に振る。このとき、ＡＩ１０は二次空気の導入を行わない状態である。ＴＣＶ１２は閉状態である。

次に、ＥＣＵ８は、ステップＳ２において排出ガス低減制御から触媒暖機促進制御への切替タイミングを設定する。切替タイミングの設定は、エンジン１００が備えるＡ／ＦセンサとＯ_２センサの波形により算出されるＣｍａｘに基づいて行われる。図３は、横軸に触媒９の経年時間をとり、縦軸に切替タイミングをとったマップの一例である。図３に示すように、経年変化と相関関係を有する。このため、切替タイミングの設定は、経年時間を図３に示すマップに当てはめることによって行うこともできる。また、前記のようにＡ／ＦセンサとＯ２センサの波形により算出されるＣｍａｘに経年時間を考慮して切替タイミングを設定するようにすることもできる。

なお、図３における経年時間は走行距離に置き換えて表現されている。これは、経年時間が増すと、走行距離が増えていると想定されることに基づくものである。これにより、触媒９の劣化を積算走行距離によって評価することができる。ＥＣＵ８は、前記のように積算走行距離記憶部を有しており、この積算走行距離記憶部に記憶された走行距離から切替タイミングＴｘを算出することができる。

走行距離が伸びるに従って触媒９の劣化が進行し、Ｃｍａｘの値は低下する。その結果、触媒９は活性化し難い状態となる。このような触媒９の劣化の進行に対し、切替タイミングＴｘは、走行距離が伸びるほど、早くなるように設定されている。すなわち、Ｃｍａｘの低下に従って触媒暖機促進制御への切替タイミングＴｘが早くなるように設定されている。触媒暖機促進制御へ切り替えが早期に実行されることにより、触媒暖機に費やされる時間を確保することができる。

ＥＣＵ８は、ステップＳ３において、制御切替条件が成立したか否かを判断する。制御切替条件は、エンジン始動後、ステップＳ２で設定した時間Ｔｘが経過したか否かである。ＥＣＵ８は、エンジン始動後Ｔｘが経過しているときはＹｅｓと判断し、ステップＳ４へ進む。一方、Ｎｏと判断したときは、再びステップＳ３の処理を繰り返す。

ステップＳ４では、触媒暖機促進制御へ切り替える。
触媒暖機促進制御は、前記のようにＡ／Ｆの増量係数をリッチ側に振り、点火時期は遅角側に振る。このとき、ＡＩ１０は二次空気を導入する状態である。ＴＣＶ１２は閉状態である。ＴＣＶ１２は、閉状態とすることにより、ＡＩ１０により二次空気を導入することの効果をサポートし、より暖機を促進させることができる。

図４は、エンジン始動後、排出ガス抑制制御を経て触媒暖機促進制御へ切り替えた場合のエミッション低減効果を示すグラフである。図４には、ＡＩ１０のみを作動させた場合と、ＡＩ１０とＴＣＶ１２の双方を作動させた場合の結果を比較して示している。
まず、エンジンが始動するとエンジン回転数が立ち上がる。このとき、ＡＩ１０のみを用いる場合、ＡＩ１０は二次空気の導入を行う状態としている。一方、ＴＣＶ１２を併用する場合は、ＡＩ１０は二次空気の導入を行わない状態としている。ＴＣＶ１２を用いる場合、増量係数は、ＡＩ１０のみを用いる場合と比較して小さくて済む。これは、ＴＣＶ１２を用いることによりリーン限界が拡大されたことに起因する。なお、ＡＩ１０のみを用いた場合、エンジン始動後、即座にＡＩ１０を二次空気の導入を行う状態としているため、データ上は、リーン状態が観測されている。

エンジン始動からＴｘが経過し、触媒暖機促進制御へ切り替えると、ＴＣＶ１２を併用する場合もＡＩ１０を二次空気の導入を行う状態とする。触媒９の中央付近の温度も即座に上昇し始め活性温度に近づく。

以上のような制御が行われることにより、図４中のＨＣ量が示すようにＡＩ１０のみを用いた場合と比較して、ＴＣＶ１２を併用した場合のエミッションを低減することができている。エミッション低減は、エンジン始動直後のみならず、車両が走り始め、車速が上がり始めた後にも認められる。

このような制御は、触媒９の劣化を考慮して切替タイミングＴｘを適切に設定することにより、より効果を向上させることができる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１…エンジン制御装置 ２…エンジン本体
３…吸気管 ４…排気管
５…燃料噴射弁 ６…スロットル弁
７…エアフロメータ ８…ＥＣＵ
９…触媒 １０…ＡＩ（エアインジェクション）
１１…点火プラグ １２…ＴＣＶ（タンブルコントロールバルブ）
１３…水温センサ １００…エンジン

Claims (4)

1. 排出ガス低減制御と触媒暖機促進制御との切り替えを行う切替制御部と、
   触媒劣化判定手段と、
   前記触媒劣化判定手段による判定結果に基づいて、前記排出ガス低減制御と前記触媒暖機促進制御との切替タイミングを算出する演算部と、
   を、備えたことを特徴としたエンジン制御装置。
2. 前記切替制御部は、
   空燃比制御手段、筒内へ導入される気流の変更手段、点火時期変更手段のうち、少なくとも一つを用いて前記排出ガス低減制御と触媒暖機促進制御との切り替えを行うことを特徴とした請求項１記載のエンジン制御装置。
3. 前記演算部は、
   エンジン始動時からの時間に基づいて切替タイミングを変更することを特徴とした請求項１又は２記載のエンジン制御装置。
4. 前記演算部は、
   エンジン始動時から所定時間Ｔ１経過時を前記切替タイミングとしたことを特徴とする請求項３記載のエンジン制御装置。

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