JP4604361B2

JP4604361B2 - 内燃機関用制御装置

Info

Publication number: JP4604361B2
Application number: JP2001021336A
Authority: JP
Inventors: 辰則加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2021-01-30
Also published as: JP2002227639A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路に２次空気を導入し排気ガスを浄化する内燃機関用制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関において、エアクリーナと排気通路とを２次空気通路にて接続し、この２次空気通路途中に内燃機関の運転状態に応じて生じる吸入負圧によって開閉される負圧制御弁を配設し、２次空気通路から２次空気を排気通路の上流側に導入し排気ガスを浄化するものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のものでは、負圧制御弁が減速時のみ吸入負圧によって閉弁状態とされ２次空気の導入を禁止される。つまり、通常運転時には、２次空気が導入されっぱなしであり、排気通路の下流側に三元触媒を設置しても排気ガスを効率良く浄化することができないという不具合があった。また、２次空気の導入によって内燃機関の機関回転数が大きく変動するという不具合もあった。
【０００４】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、内燃機関の排気通路に２次空気を導入し排気ガスを効率良く浄化すると共に、この際における機関回転数の変動を抑制可能な内燃機関用制御装置の提供を課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関用制御装置によれば、２次空気導入手段で減速状態検出手段による車両の減速状態、負荷状態検出手段による内燃機関の負荷状態、空燃比検出手段による排気ガスの空燃比のうち少なくとも何れか１つに応じて２次空気制御弁が駆動され、内燃機関の排気通路の上流側に２次空気が導入される。例えば、車両が減速状態または内燃機関が高負荷域にあるときには、２次空気導入が禁止され、また、車両が減速状態でなく内燃機関が軽負荷域にあるときには、オープン制御で２次空気制御弁が駆動され２次空気が導入され、そして、車両が減速状態でなく内燃機関が中負荷域にあるときには、排気ガスの空燃比に応じたフィードバック制御で２次空気制御弁が駆動され２次空気が導入される。これにより、内燃機関の排気通路に２次空気が適切に導入され、排気ガスが効率良く浄化される。
【０００６】
更に、機関回転数検出手段による内燃機関の機関回転数と負荷状態とに基づき、または内燃機関の冷却水温に基づき点火時期設定手段で設定される基本点火時期が、各種センサ情報及び内燃機関の排気通路に導入される２次空気制御弁からの２次空気量、または２次空気制御弁の駆動信号に基づき補正値演算手段で算出される補正値によって補正され、点火時期演算手段で最終的な制御のための点火時期が算出される。このように、各種センサ情報に応じた補正値に加え、導入される２次空気量に応じた補正値が考慮された点火時期制御によれば、排気ガスを効率良く浄化する際における内燃機関の機関回転数の変動が抑制され極めて安定化される。
【０００７】
そして、２次空気導入手段では、内燃機関が軽負荷域にあるときにはオープン制御、また、内燃機関が中負荷域にあるときには排気ガスの空燃比に応じたフィードバック制御で前記２次空気制御弁が駆動され２次空気が導入される。これにより、内燃機関の排気通路に２次空気が適切に導入され、排気ガスが効率良く浄化される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用制御装置が適用された２輪車における内燃機関とその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１０】
図１において、内燃機関１は４気筒４サイクルの火花点火式として構成され、その吸入空気は上流側からエアクリーナ２、吸気通路３、スロットルバルブ４を通過して吸気通路３内でインジェクタ（燃料噴射弁）５から噴射された燃料と混合され、所定空燃比の混合気として吸気ポート６から各気筒内に分配供給される。また、内燃機関１のシリンダヘッドには気筒毎に点火プラグ７が配設され、点火タイミング毎に点火コイル／イグナイタ８から高電圧が各気筒の点火プラグ７に印加され、各気筒内の混合気に点火される。そして、内燃機関１の各気筒で燃焼された排気ガスは排気ポート１１から排気通路１２の下流側に配設された三元触媒１３を通過して大気中に排出される。
【００１１】
エアクリーナ２内には吸気温センサ２１が配設され、吸気温センサ２１によってエアクリーナ２内に流入される吸気温ＴＨＡが検出される。また、吸気通路３には吸気圧センサ２２が配設され、吸気圧センサ２２によってスロットルバルブ４の下流側の吸気圧ＰＭが検出される。そして、スロットルバルブ４にはスロットル開度センサ２３が配設され、スロットル開度センサ２３によってスロットルバルブ４のスロットル開度ＴＡが検出される。また、内燃機関１のシリンダブロックには水温センサ２４が配設され、水温センサ２４によって内燃機関１内の冷却水温ＴＨＷが検出される。そして、内燃機関１のクランクシャフト（図示略）にはクランク角センサ２５が配設され、クランク角センサ２５によって内燃機関１の機関回転数ＮＥが検出される。更に、内燃機関１のカムシャフト（図示略）にはカム角センサ２６が配設され、カム角センサ２６によって内燃機関１のカムシャフト回転角θ2 が検出される。
【００１２】
また、排気通路１２内の三元触媒１３の上流側には酸素（Ｏ₂ ）センサ２７が配設され、酸素センサ２７によって内燃機関１から排出される排気ガスに基づく空燃比λが検出される。なお、酸素センサ２７に替えて空燃比（Ａ／Ｆ）センサを配設し、内燃機関１から排出される排気ガスに基づく空燃比λをリニアに検出してもよい。この他、変速機（図示略）のギヤ位置ＧＰを検出するギヤ位置センサ２８、バッテリ（図示略）の電源電圧ＶB を検出する電源電圧センサ２９がそれぞれ配設されている。
【００１３】
一方、燃料タンク３１内から燃料ポンプ３２で汲上げられた燃料は、燃料配管３３、燃料フィルタ３４、燃料配管３５、デリバリパイプ３６の順に圧送され、各気筒のインジェクタ５に分配供給される。デリバリパイプ３６内の余剰燃料は、プレッシャレギュレータ３７、リターン配管３８の経路にて燃料タンク３１内に戻される。このプレッシャレギュレータ３７によってデリバリパイプ３６内の燃圧（燃料圧力）と吸気圧との差圧が一定になるようにデリバリパイプ３６内の燃圧が調整される。
【００１４】
更に、エアクリーナ２と内燃機関１の排気ポート１１直後の排気通路１２とが２次空気通路４１にて接続され、その２次空気通路４１途中にはエアクリーナ２からの空気を２次空気として、排気通路１２内に適宜、導入するための２次空気制御弁４２が配設されている。
【００１５】
内燃機関１の運転状態を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）５０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ５１、制御プログラムを格納したＲＯＭ５２、各種データを格納するＲＡＭ５３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ５４等を中心に論理演算回路として構成され、上述の各種センサからの検出信号を入力する入力ポート５５及びインジェクタ５、燃料ポンプ３２、２次空気制御弁４２等の各種アクチュエータや点火コイル／イグナイタ８に各制御信号を出力する出力ポート５６等に対しバス５７を介して接続されている。
【００１６】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用制御装置で使用されているＥＣＵ５０内のＣＰＵ５１における２次空気量制御の処理手順を示す図２のフローチャートに基づいて説明する。なお、この２次空気量制御ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ５１にて繰返し実行される。
【００１７】
図２において、ステップＳ１０１では、車両が減速状態にあるかが判定される。この車両が減速状態にあるか否かは、クランク角センサ２５にて検出された信号間隔に基づく機関回転数ＮＥまたはスロットル開度センサ２３にて検出されたスロットル開度ＴＡまたは吸気圧センサ１２にて検出された吸気圧ＰＭ等により判定される。ステップＳ１０１の判定条件が成立せず、即ち、車両が減速状態以外にあるときにはステップＳ１０２に移行して、内燃機関１の運転状態が高負荷域にあるかが判定される。この内燃機関１の運転状態が高負荷域にあるか否かは、機関回転数ＮＥまたはスロットル開度ＴＡまたは吸気圧ＰＭ等により判定される。この高負荷域は、この他、ギヤ位置センサ２８からの変速機のギヤ位置ＧＰまたはクラッチ（図示略）からのクラッチ信号、更には、車速センサ（図示略）にて検出された車速信号から判定してもよい。
【００１８】
ステップＳ１０２の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１の運転状態が高負荷域以外にあるときにはステップＳ１０３に移行し、内燃機関１の運転状態が軽負荷域にあるかが判定される。この内燃機関１の運転状態が軽負荷域にあるか否かは、機関回転数ＮＥまたはスロットル開度ＴＡまたは吸気圧ＰＭ等により判定される。この軽負荷域は、この他、高負荷域と同様、変速機のギヤ位置ＧＰまたはクラッチ信号、更には、車速信号から判定してもよい。ステップＳ１０３の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１の運転状態が軽負荷域以外の中負荷域にあるときにはステップＳ１０４に移行し、フィードバック制御によって２次空気が導入され、本ルーチンを終了する。
【００１９】
一方、ステップＳ１０３の判定条件が成立、即ち、内燃機関１の運転状態が軽負荷域にあるときにはステップＳ１０５に移行し、オープン制御によって２次空気が導入され、本ルーチンを終了する。なお、内燃機関１の運転状態が軽負荷域にあるときには、排気ガス中における窒素酸化物（ＮＯx ）の排出割合は少なく、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）の排出割合が多いためオープン制御による２次空気の導入によって、空燃比をストイキ（理論空燃比）近傍またはストイキ以上のリーン側とすれば、排気ガスを精度良く浄化することができるのである。一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立、即ち、車両が減速状態にあるとき、またはステップＳ１０２の判定条件が成立、即ち、内燃機関１の運転状態が高負荷域にあるときにはステップＳ１０６に移行し、２次空気導入が禁止され、本ルーチンを終了する。
【００２０】
次に、上述の処理による内燃機関１の運転状態の負荷域に応じた２次空気量の導入状態について、図３及び図４に示すタイムチャートを参照して説明する。ここで、図３は２次空気制御弁４２のリニア制御による２次空気量の導入状態、図４は２次空気制御弁４２のオン／オフ制御による２次空気量の導入状態をそれぞれ示すタイムチャートである。
【００２１】
図３に示すように、内燃機関１の運転状態の中負荷域に応じたフィードバック制御では、２次空気制御弁４２のリニア制御によって２次空気通路４１を通って２次空気量が排気通路１２内に導入され、内燃機関１の運転状態の軽負荷域に応じたオープン制御では、２次空気制御弁４２の全開制御によって２次空気通路４１を通って内燃機関１の運転状態に応じた２次空気量が排気通路１２内に導入されている。これにより、内燃機関１の排気通路１２に２次空気が適切に導入されることとなり、排気ガスを効率良く浄化することができる。
【００２２】
また、図４に示すように、内燃機関１の運転状態の中負荷域に応じたフィードバック制御では、２次空気制御弁４２のオン／オフ制御によって２次空気通路４１を通って２次空気量が導入され、内燃機関１の運転状態の軽負荷域に応じたオープン制御では、２次空気制御弁４２の全開制御によって２次空気通路４１を通って内燃機関１の運転状態に応じた２次空気量が導入されている。これにより、内燃機関の排気通路１２に２次空気が適切に導入されることとなり、排気ガスを効率良く浄化することができる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用制御装置で使用されているＥＣＵ５０内のＣＰＵ５１における点火時期演算の処理手順を示す図５のフローチャートに基づき、図６を参照して説明する。ここで、図６は図５で２次空気量をパラメータとして２次空気補正進角を算出するマップである。なお、この点火時期演算ルーチンは上述の図２による２次空気量制御ルーチンが実施された際の機関回転数ＮＥの変動を抑制するものであり、各気筒の燃焼タイミング毎にＣＰＵ５１にて繰返し実行される。
【００２４】
図５において、まず、ステップＳ２０１でクランク角センサ２５にて検出された信号間隔に基づく機関回転数ＮＥが読込まれる。次にステップＳ２０２に移行して、このときの負荷として例えば、スロットル開度センサ２３にて検出されたスロットル開度ＴＡが読込まれる。次にステップＳ２０３に移行して、その他の各種センサ情報として例えば、冷却水温ＴＨＷ、吸気温ＴＨＡ、大気圧等が読込まれる。
【００２５】
次にステップＳ２０４に移行して、周知のように機関回転数ＮＥ及びスロットル開度ＴＡをパラメータとするマップ（図示略）に基づき基本点火時期が算出される。そして、ステップＳ２０５に移行し、このときの各種センサ信号として、冷却水温ＴＨＷ、吸気温ＴＨＡ、スロットル開度ＴＡ変化に基づき点火時期の各種補正値が算出される。また、冷却水温ＴＨＷが低いときには、基本点火時期を冷却水温ＴＨＷに基づき算出してもよい。
【００２６】
次にステップＳ２０６に移行して、内燃機関１の運転状態が軽負荷域にあるかが判定される。この内燃機関１の運転状態が軽負荷域にあるか否かは、機関回転数ＮＥまたはスロットル開度ＴＡまたは吸気圧センサ１２にて検出された吸気圧ＰＭ等により判定される。この他、ギヤ位置センサ２８からの変速機のギヤ位置ＧＰがニュートラル、かつクラッチ（図示略）からのクラッチ信号がオン（接続）のとき軽負荷域にあるとしてもよい。ステップＳ２０６の判定条件が成立、即ち、内燃機関１の運転状態が軽負荷域にあればステップＳ２０７に移行し、図６のマップに基づき、このとき導入される２次空気量に応じた点火時期補正値としての２次空気補正進角が算出される。なお、このとき導入される２次空気量は、２次空気制御弁４２の開弁状態、機関回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＭ等をパラメータとするマップ（図示略）に基づき算出される。また、簡易的に、２次空気制御弁４２のオン／オフ状態、または開度に基づき点火時期補正値を算出してもよい。
【００２７】
一方、ステップＳ２０６の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１の運転状態が軽負荷域以外の高負荷域または中負荷域にあるときにはステップＳ２０７がスキップされる。次にステップＳ２０８に移行して、ステップＳ２０４で算出された基本点火時期に対してステップＳ２０５で算出された各種補正値、更に、内燃機関１の運転状態が軽負荷域にあるときにはステップＳ２０７で算出された２次空気補正進角がそれぞれ反映されることで最適な点火時期が算出され、本ルーチンを終了する。
【００２８】
次に、上述の処理による２次空気量の導入に伴う点火時期及び機関回転数の遷移状態について、図７及び図８に示すタイムチャートを参照して説明する。ここで、図７は２次空気制御弁４２により２次空気量が徐変するとき、図８は２次空気制御弁４２により２次空気量が導入／停止を繰返すときの点火時期及び機関回転数の遷移状態をそれぞれ示すタイムチャートである。
【００２９】
図７において、２次空気制御弁４２によって導入される２次空気量の徐変に伴って点火時期の補正がないときには、従来例として破線にて示すように、機関回転数ＮＥに上下変動が生じている。これに対して、２次空気制御弁４２によって導入される２次空気量の徐変に伴って点火時期が進角側から遅角側または遅角側から進角側へと補正され徐変されているときには、図７に本実施例として実線にて示すように、機関回転数ＮＥに変動が見られず極めて安定化されている。
【００３０】
また、図８において、２次空気制御弁４２の駆動信号による２次空気量の導入／停止の繰返しに伴って点火時期の補正がないときには、従来例として破線にて示すように、機関回転数ＮＥに上下変動が生じている。これに対して、２次空気制御弁４２によって導入される２次空気量に応じて点火時期が進角側または遅角側に変動されているときには、図８に本実施例として実線にて示すように、機関回転数ＮＥに変動が見られず極めて安定化されている。
【００３１】
このように、本実施例の内燃機関用制御装置は、内燃機関１の排気通路１２の上流側に新たな空気としての２次空気を導入自在な２次空気制御弁４２と、車両（図示略）の減速状態を機関回転数ＮＥまたはスロットル開度ＴＡまたは吸気圧ＰＭ等により検出する減速状態検出手段としてのクランク角センサ２５またはスロットル開度センサ２３または吸気圧センサ１２と、内燃機関１の負荷状態を機関回転数ＮＥまたはスロットル開度ＴＡまたは吸気圧ＰＭ等により検出する負荷状態検出手段としてのクランク角センサ２５またはスロットル開度センサ２３または吸気圧センサ１２と、内燃機関１の排気通路１２内における排気ガスの空燃比λを検出する空燃比検出手段としての酸素（Ｏ₂ ）センサ２７と、車両の減速状態、内燃機関１の負荷状態、排気ガスの空燃比λのうち少なくとも何れか１つに応じて２次空気制御弁４２を駆動し、２次空気を導入するＥＣＵ５０のＣＰＵ５１にて達成される２次空気導入手段とを具備するものである。
【００３２】
つまり、車両が減速状態または内燃機関１が高負荷域にあるときには、２次空気制御弁４２による２次空気導入が禁止され、また、車両が減速状態でなく内燃機関１が軽負荷域にあるときには、オープン制御で２次空気制御弁４２が全開制御され２次空気が導入され、そして、車両が減速状態でなく内燃機関１が中負荷域にあるときには、排気ガスの空燃比λに応じたフィードバック制御で２次空気制御弁４２がリニア制御またはオン／オフ制御され２次空気が導入される。これにより、内燃機関１の排気通路１２に２次空気が適切に導入されることとなり、排気ガスを効率良く浄化することができる。
【００３３】
また、本実施例の内燃機関用制御装置は、更に、内燃機関１の機関回転数ＮＥを検出する機関回転数検出手段としてのクランク角センサ２５と、内燃機関１の機関回転数ＮＥと内燃機関１の機関回転数ＮＥまたはスロットル開度ＴＡまたは吸気圧ＰＭ等により検出される負荷状態とに基づき、または内燃機関１の冷却水温ＴＨＷに基づき基本点火時期を設定するＥＣＵ５０のＣＰＵ５１にて達成される点火時期設定手段と、各種センサ情報及び２次空気制御弁４２からの２次空気量、または２次空気制御弁４２の駆動信号に基づき基本点火時期に対する補正値を算出するＥＣＵ５０のＣＰＵ５１にて達成される補正値演算手段と、前記補正値演算手段による補正値に基づき基本点火時期を補正し、最終的な点火時期を算出するＥＣＵ５０のＣＰＵ５１にて達成される点火時期演算手段とを具備するものである。
【００３４】
つまり、内燃機関１の機関回転数ＮＥと負荷状態とに基づき、または内燃機関１の冷却水温ＴＨＷに基づき設定される基本点火時期が、各種センサ情報及び内燃機関１の排気通路１２に導入される２次空気制御弁４２からの２次空気量、または２次空気制御弁４２の駆動信号に基づく補正値によって補正され、最終的な制御のための点火時期が算出される。このように、各種センサ情報に応じた補正値に加え、導入される２次空気量に応じた補正値が考慮された点火時期制御によれば、排気ガスを効率良く浄化する際における内燃機関１の機関回転数ＮＥの変動が抑制され極めて安定化されたものとなる。
【００３５】
そして、本実施例の内燃機関用制御装置のＥＣＵ５０のＣＰＵ５１にて達成される２次空気導入手段は、内燃機関１が軽負荷域にあるときには、オープン制御で２次空気制御弁４２を駆動し、また、内燃機関１が中負荷域にあるときには、排気ガスの空燃比λに応じたフィードバック制御で２次空気制御弁４２を駆動するものである。したがって、内燃機関１が軽負荷域にあるときにはオープン制御、また、内燃機関１が中負荷域にあるときには排気ガスの空燃比λに応じたフィードバック制御で２次空気制御弁４２が駆動され２次空気が導入される。これにより、内燃機関１の排気通路１２に２次空気が適切に導入され、排気ガスが効率良く浄化される。
【００３６】
ところで、上記実施例では、２輪車への適用について述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、内燃機関の排気通路に２次空気を導入し排気ガスを浄化するシステムであれば同様の作用・効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用制御装置が適用された２輪車における内燃機関とその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用制御装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける２次空気量制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は図２の処理で２次空気制御弁のリニア制御による２次空気量の導入状態を示すタイムチャートである。
【図４】図４は図２の処理で２次空気制御弁のオン／オフ制御による２次空気量の導入状態を示すタイムチャートである。
【図５】図５は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用制御装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける点火時期演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は図５で２次空気量をパラメータとして２次空気補正進角を求めるマップである。
【図７】図７は図５の処理で２次空気制御弁により２次空気量が徐変するときの点火時期及び機関回転数の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図８】図８は図５の処理で２次空気制御弁により２次空気量が導入／停止を繰返すときの点火時期及び機関回転数の遷移状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１内燃機関
１２排気通路
２７酸素（Ｏ₂ ）センサ
４２２次空気制御弁
５０ＥＣＵ（電子制御ユニット）

Claims

内燃機関の排気通路の上流側に新たな空気としての２次空気を導入自在な２次空気制御弁と、
車両の減速状態を検出する減速状態検出手段と、
前記内燃機関の負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、
前記内燃機関の排気通路内における排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記車両の減速状態、前記内燃機関の負荷状態、前記排気ガスの空燃比のうち少なくとも何れか１つに応じて前記２次空気制御弁を駆動し、２次空気を導入する２次空気導入手段と、
前記内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
前記内燃機関の機関回転数と前記内燃機関の負荷状態とに基づき、または前記内燃機関の冷却水温に基づき基本点火時期を設定する点火時期設定手段と、
各種センサ情報及び前記２次空気制御弁からの２次空気量、または前記２次空気制御弁の駆動信号に基づき前記基本点火時期に対する補正値を算出する補正値演算手段と、
前記補正値演算手段による前記補正値に基づき前記基本点火時期を補正し、最終的な点火時期を算出する点火時期演算手段とを具備し、
２次空気量の増加に応じて遅角制御し、２次空気量の減少に応じて遅角制御を解除すると共に、前記２次空気導入手段により、前記内燃機関が軽負荷域にあるときには、オープン制御で前記２次空気制御弁を駆動し、また、前記内燃機関が中負荷域にあるときには、排気ガスの空燃比に応じたフィードバック制御で前記２次空気制御弁を駆動することを特徴とする内燃機関用制御装置。