JP5949942B2 - 内燃機関の運転制御装置および方法 - Google Patents

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Description

本発明は、圧縮点火方式の内燃機関から排出された排気に含まれるＨＣやＣＯなどを抑制し得る運転制御装置および方法に関する。
近年、内燃機関に対する厳しい排気規制に対処するため、内燃機関の始動時に排気浄化装置の活性化を促進させたり、内燃機関の運転中にその活性状態を維持したりすることが必要となっている。このため、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に排気加熱装置を組み込んだ内燃機関が特許文献１などで提案されている。この排気加熱装置は、排気中に加熱ガスを生成し、この生成された加熱ガスを下流側の排気浄化装置に供給することにより、排気浄化装置の活性化を促進させたり、活性状態を維持したりするものである。このため、排気加熱装置は、燃料を加熱して着火させることにより、加熱ガスを生成させるグロープラグ（以下、これを排気グロープラグと記述する）と、この排気グロープラグに向けて燃料を噴射する燃料添加弁とを一般的に有する。
特開２０１２−１０７６３４号公報 特開２００７−６４１６４号公報
内燃機関からの排気に含まれるＨＣやＣＯの量を低減するため、通常、排気浄化装置には酸化触媒コンバーターが組み込まれている。この酸化触媒コンバーターがＨＣやＣＯに対して浄化機能を発揮するためには、酸化触媒コンバーターはその活性化温度（例えば１５０℃）以上になっている必要がある。このため、酸化触媒コンバーターが非活性状態にある場合、これを迅速かつ効率よく活性化することが望まれる。しかしながら、特に内燃機関の冷態始動時などにおいては、内燃機関からの排気温が低い上に空燃比がリッチ傾向にあるため、上述した排気加熱装置を使用することが困難となる。
排気に含まれるＨＣやＣＯの量を低減する他の方法として、特許文献２に開示されているような、いわゆるアフターグロー制御を行うことが知られている。これは、内燃機関の気筒に配されたグロープラグ（以下、これを筒内グロープラグと記述する）を内燃機関の始動後も継続的に加熱し続けることにより、燃料の着火・燃焼性を高めて内燃機関からの排気に含まれるＨＣやＣＯを低減する方法である。
本発明者らは、このアフターグロー制御と先の排気加熱装置とを組み合わせ、内燃機関の冷態始動時であっても車外に排出される排気に含まれるＨＣやＣＯの量を低減し得るシステムの構築を企図しようとした。しかしながら、単にこれらの技術を組み合わせただけでは、筒内グロープラグおよび排気グロープラグに対する電力消費量が増大し、他の補機類に対する供給電力が不足したり、発電機を駆動するために燃費の悪化を招いたりしてしまうことが判明した。
本発明の目的は、筒内グロープラグおよび排気グロープラグの消費電力量を抑制しつつ、特に内燃機関の冷態始動時であっても排気に含まれるＨＣやＣＯなどを最小限に抑え得る運転制御装置および方法を提供することにある。
本発明の第１の形態は、圧縮点火方式の内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記内燃機関の燃焼室に臨むように配されて前記燃料噴射弁から前記燃焼室に噴射された燃料の着火・燃焼を促進させるための筒内グロープラグと、前記内燃機関の暖機の有無の必要性に関連するパラメーターを取得する機関暖機パラメーター取得手段と、この機関暖機パラメーター取得手段にて取得されたパラメーターをあらかじめ設定された機関暖機判定パラメーターと比較して前記内燃機関の暖機の必要性の有無を判定する機関暖機判定手段と、前記内燃機関からの排気が導かれる排気通路に配された排気浄化装置と、前記排気浄化装置よりも上流側の排気通路に燃料を添加する燃料添加弁と、この燃料添加弁よりも下流側の前記排気通路に配されて当該燃料添加弁から前記排気通路に添加された燃料を着火・燃焼させるための排気グロープラグと、前記排気浄化装置に組み込まれた触媒コンバーターの温度を取得する触媒温度取得手段と、この触媒温度取得手段にて取得された前記触媒コンバーターの温度をあらかじめ設定された触媒暖機判定温度と比較して前記触媒コンバーターの暖機の必要性の有無を判定する触媒暖機判定手段と、前記機関暖機判定手段および触媒暖機判定手段の判定結果に基づいて前記燃料噴射弁および燃料添加弁の作動ならびに筒内グロープラグおよび排気グロープラグの通電時期をそれぞれ制御する制御手段とを具え、前記機関暖機判定手段および触媒暖機判定手段においてそれぞれ暖機が必要であると判断された場合、前記排気グロープラグへの通電開始よりも先に前記筒内グロープラグに対して通電が開始されるように、前記機関暖機判定パラメーターが前記触媒暖機判定温度よりも低い温度に対応して設定された内燃機関の運転制御装置であって、前記制御手段は、前記触媒温度取得手段にて取得された前記触媒コンバーターの温度をあらかじめ設定された排気グロープラグ加熱開始判定温度と比較して前記排気グロープラグの通電開始時期を判定する排気グロー通電開始判定手段を含み、前記排気グロープラグ加熱開始判定温度は、前記機関暖機判定パラメーターよりも高い温度かつ前記触媒暖機判定温度よりも低い温度に対応して設定されていることを特徴とするものである。
本発明においては、内燃機関の始動直後は排気浄化装置の触媒コンバーターの温度が低いため、触媒コンバーターの浄化性能が低い状態にある。従って、この状態では筒内グロープラグに対する通電を用いたアフターグロー制御を行う方が効果的にＨＣやＣＯを低減することができる。しかしながら、触媒コンバーターの温度が上昇してこれが活性温度近傍に達した場合、アフターグロー制御を継続するよりも、排気加熱装置によって触媒コンバーターを加熱して触媒コンバーターによる浄化を行った方がより少ない電力消費量でＨＣ，ＣＯを効率よく浄化することができる。
本発明の第１の形態による内燃機関の運転制御装置において、排気グロープラグの温度を取得する排気グロー温度取得手段をさらに具え、機関暖機判定手段が内燃機関の暖機の終了を判断した場合か、排気グロー温度取得手段により取得された排気グロープラグの温度が燃料の着火温度以上になった場合、制御手段は筒内グロープラグへの通電を終了するものであってよい。
排気通路を流れる排気流量を取得する排気流量取得手段をさらに具え、制御手段は、この排気流量取得手段にて取得された排気流量が多いほど排気グロープラグに対する通電開始時期が遅くなるように、排気グロープラグ加熱開始判定温度を高く補正する手段をさらに含むことができる。
本発明の第２の形態は、(ａ) 内燃機関の暖機の必要性の有無に関連したパラメーターを取得するステップと、(ｂ) この(ａ)のステップにて取得されたパラメーターをあらかじめ設定された機関暖機判定パラメーターと比較して前記内燃機関の暖機の必要性の有無を判定するステップと、(ｃ) この(ｂ)のステップにて前記内燃機関の暖機が必要であると判断された場合、前記内燃機関の燃焼室に臨むように配された第１のグロープラグを加熱するステップと、(ｄ) この(ｃ)のステップの実行後に前記燃焼室に燃料を噴射してこれを着火・燃焼させるステップと、(ｅ) 前記内燃機関からの排気が導かれる排気通路に配された排気浄化装置の触媒コンバーターの温度を取得するステップと、(ｆ) この(ｅ)のステップにて取得された前記触媒コンバーターの温度をあらかじめ設定された触媒暖機判定温度と比較して前記触媒コンバーターの暖機の必要性の有無を判定するステップと、(ｇ) この(ｆ)のステップにて前記触媒コンバーターの暖機が必要であると判断された場合、前記排気浄化装置よりも上流側の排気通路にて第２のグロープラグを加熱するステップと、(ｈ) 前記第２のグロープラグが燃料の着火温度以上になった場合に前記排気通路に燃料を添加して前記第２のグロープラグによりこれを着火・燃焼させるステップとを具えた内燃機関の運転制御方法であって、前記(ｂ)のステップおよび前記(ｆ)のステップにてそれぞれ暖機が必要であると判断された場合、前記(ｇ)および(ｈ)のステップよりも先に前記(ｃ)および(ｄ)のステップが実行されるように、前記機関暖機判定パラメーターは前記触媒暖機判定温度よりも低い温度に対応して設定され、前記(ｇ)のステップは、前記(ｅ)のステップにて取得された前記触媒コンバーターの温度をあらかじめ設定された第２のグロープラグ加熱開始判定温度と比較して前記(ｇ)のステップの開始時期を判定するステップを含み、前記第２のグロープラグ加熱開始判定温度は、前記機関暖機判定パラメーターよりも高い温度かつ前記触媒暖機判定温度よりも低い温度に対応して設定されていることを特徴とするものである。
本発明の第２の形態による内燃機関の運転制御方法において、(ｃ)のステップは、(ｂ)のステップにて内燃機関の暖機が終了したとの判定結果か、(ｇ)のステップにて排気グロープラグが燃料の着火温度以上になった場合に終了するものであってよい。
(ｃ)のステップの終了時期が(ｈ)のステップの開始時期の後であってよい。
(ｉ) 排気通路を流れる排気流量を取得するステップと、(ｊ) この(ｉ)のステップにて取得された排気流量が多いほど(ｇ)のステップにおける排気グロープラグの加熱開始時期が遅くなるように、排気グロープラグ加熱開始判定温度を高く補正するステップとをさらに具えることができる。
本発明によると、筒内グロープラグおよび排気グロープラグに対する通電期間を部分的に重複させることにより、電力消費量を抑制することができる。しかも、排気グロープラグに通電してから実際に触媒コンバーターが活性温度にまで上昇するまでの期間、排気に含まれるＨＣ，ＣＯの量をアフターグロー制御によって抑制することが可能となる。
内燃機関の暖機が終了するか、排気グロープラグが燃料の着火温度以上になった場合、筒内グロープラグに対する通電を終了することにより、アフターグロー制御による電力消費量の増大を抑制することができる。
排気通路への燃料の添加後に筒内グロープラグに対する通電を終了する場合、排気グロープラグに通電して実際に触媒コンバーターが活性温度にまで上昇するまでの期間、アフターグロー制御を有効に活用させることができる。
排気通路を流れる排気流量が多いほど排気グロープラグに対する通電の開始時期が遅くなるように、排気グロープラグ加熱開始判定温度を高く補正することにより、排気グロープラグに対する無駄な電力消費を回避することが可能となる。
本発明を圧縮点火方式の内燃機関が搭載された車両に適用した一実施形態のシステム概念図である。 図１に示した実施形態における主要部の制御ブロック図である。 図１に示した実施形態において、筒内グロープラグおよび排気グロープラグの通電時期と燃料の添加時期との関係を模式的に表すタイムチャートである。 図１に示した実施形態における排気加熱手順を図４Ｂと共に表すフローチャートである。 図１に示した実施形態における排気加熱手順を図４Ａと共に表すフローチャートである。 図４Ａに示したフラグリセットのサブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
本発明を圧縮点火方式の多気筒内燃機関が搭載された車両に応用した一実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。
本実施形態におけるエンジンシステムの主要部を模式的に図１に示し、その主要部の制御ブロックを概略的に図２に示す。なお、図１にはエンジン１０の吸排気のための動弁機構や消音器の他に、このエンジン１０の補機として一般的な排気ターボ式過給機やＥＧＲ装置なども省略されている。また、エンジン１０の円滑な運転のために必要とされる各種センサー類もその一部が便宜的に省略されていることに注意されたい。
エンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１０ａ内に直接噴射することにより、自然着火させる自着火方式の多気筒内燃機関である。
燃料噴射弁１１から燃焼室１０ａ内に供給される燃料の量および噴射タイミングは、運転者によるアクセルペダル１２の踏み込み量と、車両の運転状態とに基づいてＥＣＵ(Electronic Control Unit)１３により制御される。アクセルペダル１２の踏み込み量はアクセル開度センサー１４により検出され、その検出情報がＥＣＵ１３に出力され、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量などを設定するために用いられる。
本発明における制御手段としてのＥＣＵ１３は、このアクセル開度センサー１４や後述する各種センサー類などからの情報に基づき、車両の運転状態を判定する運転状態判定部１３ａと、燃料噴射設定部１３ｂと、燃料噴射弁駆動部１３ｃとを有する。燃料噴射設定部１３ｂは、運転状態判定部１３ａでの判定結果に基づいて燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量や噴射時期を設定する。燃料噴射弁駆動部１３ｃは、燃料噴射設定部１３ｂにて設定された量の燃料が設定された時期に燃料噴射弁１１から噴射されるように、燃料噴射弁１１の作動を制御する。
燃焼室１０ａにそれぞれ臨む吸気ポート１５ａおよび排気ポート１５ｂが形成されたシリンダーヘッド１５には、図示しない動弁機構が組み込まれている。先の燃料噴射弁１１も本発明の第１のグロープラグとしての筒内グロープラグ１６と共にこのシリンダーヘッド１５に組み込まれている。
エンジン１０の冷態始動時に燃料噴射弁１１から燃焼室１０ａに噴射された燃料を着火させるための筒内グロープラグ１６は、車載の図示しない電源にＥＣＵ１３の暖機判定部１３ｄおよび筒内グロープラグ駆動部１３ｅを介して接続している。
ＥＣＵ１３の暖機判定部１３ｄは、エンジン１０の暖機の必要性の有無と後述する排気浄化装置１７の暖機の必要性の有無とをそれぞれ判断する。このため、シリンダーブロック１８には、ここに形成されたウォータージャケット１８ａを流れる冷却水の温度ＴＷを検出してこれをＥＣＵ１３に出力する水温センサー１９が本発明における機関暖機パラメーター取得手段として組み付けられている。この暖機判定部１３ｄでの判定結果に従い、筒内グロープラグ駆動部１３ｅは、筒内グロープラグ１６に対する通電および非通電を切り替える。より具体的には、冷却水温ＴＷがあらかじめ設定した暖機要求判定温度ＴＷＬ以下、例えば５０℃以下の場合、暖機判定部１３ｄはエンジン１０の暖機が必要であると判定し、筒内グロープラグ駆動部１３ｅにより筒内グロープラグ１６に対する通電を開始させる。つまり、この暖機要求判定温度ＴＷＬは本発明における機関暖機判定パラメーターに相当する。また冷却水温ＴＷがあらかじめ設定した暖機終了判定温度ＴＷＨ以上、例えば８０℃以上の場合にはエンジン１０の暖機が不要であると判定し、筒内グロープラグ駆動部１３ｅにより筒内グロープラグ１６に対する通電を停止させる。
このように、本実施形態では内燃機関の暖機の有無の必要性に関連するパラメーターとして冷却水温ＴＷを採用したが、このパラメーターとしてエンジンオイルの温度を採用することも可能である。
吸気ポート１５ａに連通するようにシリンダーヘッド１５に連結されて吸気ポート１５ａと共に吸気通路２０ａを画成する吸気管２０には、スロットルアクチュエーター２１を介して吸気通路２０ａの開度を調整するためのスロットル弁２２が組み込まれている。また、スロットル弁２２よりも上流側の吸気管２０には、吸気通路２０ａを流れる吸気の流量を検出してこれをＥＣＵ１３に出力するエアーフローメーター２３が取り付けられている。
ＥＣＵ１３は、スロットル開度設定部１３ｆと、スロットル弁駆動部１３ｇとをさらに有する。スロットル開度設定部１３ｆは、先の運転状態判定部１３ａでの判定結果に基づいてスロットル弁２２の開度を設定する。スロットル弁駆動部１３ｇは、スロットル弁２２がスロットル開度設定部１３ｆにて設定された開度となるように、スロットルアクチュエーター２１の作動を制御する。
ピストン１８ｂが往復動するシリンダーブロック１８には、連接棒１８ｃを介してピストン１８ｂが連結されるクランク軸１８ｄの回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ１３に出力するクランク角センサー２４が取り付けられている。ＥＣＵ１３の運転状態判定部１３ａは、このクランク角センサー２４からの情報に基づき、クランク軸１８ｄの回転位相やエンジン回転速度などを実時間で把握する。
排気ポート１５ｂに連通するようにシリンダーヘッド１５に連結され、排気ポート１５ｂと共に排気通路２５ａを画成する排気管２５には、排気加熱装置２６と、先の排気浄化装置１７とがその上流側から順に配されている。
燃焼室１０ａ内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための本実施形態における排気浄化装置１７は、ＤＯＣ(Diesel Oxidation Catalyst)１７ａと、ＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)１７ｂと、ＮＳＲ(NOX Storage-Reduction)触媒コンバーター１７ｃとを含む。これらは排気通路２５ａに沿ってその上流側から順に配されているが、排気浄化装置１７の構成に関しては本実施形態以外の周知の構成を適宜採用することができる。ＤＯＣ１７ａとＤＰＦ１７ｂとの間の排気通路２５ａには、ＮＳＲ触媒コンバーター１７ｃの床温ＴＣを取得するための排気温ＴＥを検出してこれをＥＣＵ１３に出力する排気温センサー２７が組み込まれている。つまり、本実施形態における排気温センサー２７は、先のエアーフローメーター２３と共に本発明における触媒温度取得手段として機能する。ＥＣＵ１３の暖機判定部１３ｄは、この排気温センサー２７およびエアーフローメーター２３からの情報に基づき、ＮＳＲ触媒コンバーター１７ｃの床温ＴＣを推定して排気浄化装置１７の暖機の必要性の有無を判定する。基本的に、触媒床温ＴＣが本発明における触媒暖機判定温度に対応するＮＳＲ触媒コンバーター１７ｃの暖機開始判定温度ＴＣＬ以下、例えば１８０℃以下と判断した場合、排気浄化装置１７の暖機が必要であると判定する。なお、排気温ＴＥおよひ排気流量から触媒床温ＴＣを推定する方法は周知であり、ＤＰＦ１７ｂやＮＳＲ触媒コンバーター１７ｃなどの比熱や熱伝導率などに基づいて連続的にＥＣＵ１３にて算出することができる。この場合、ＮＳＲ触媒コンバーター１７ｃよりも下流側の排気通路２５ａを流れる排気温を併せて検出することにより、さらに高精度に触媒床温ＴＣを推定することが可能である。
このように、本実施形態では排気温ＴＥおよび排気流量に基づいて触媒床温ＴＣを推定するようにしたが、ＮＳＲ触媒コンバーター１７ｃの床温ＴＣを直接検出する触媒温度センサーをＮＳＲ触媒コンバーター１７ｃに組み込むことも可能である。この場合、上述した排気温センサー２７が不要となることは言うまでもない。
排気浄化装置１７よりも上流側の排気通路２５ａに配される排気加熱装置２６は、エンジン１０から排気浄化装置１７に導かれる排気を加熱し、排気浄化装置１７の迅速な活性化および活性状態の保持を行うためのものである。本実施形態における排気加熱装置２６は、燃料添加弁２６ａと、本発明による第１のグロープラグとしての排気グロープラグ２６ｂとを具えている。
燃料添加弁２６ａは、基本的な構成が通常の燃料噴射弁１１と同じものであり、通電時間を制御することによって、任意の量の燃料を任意の時間間隔で排気通路２５ａにパルス状に供給することができるようになっている。燃料添加弁２６ａから排気通路２５ａに供給される１回あたりの燃料の量は、吸入空気量などを含む車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ１３の燃料添加設定部１３ｈにより設定される。吸入空気量に関する情報はエアーフローメーター２３の出力から取得される。より具体的には、燃料添加設定部１３ｈは、先の触媒暖機開始判定温度ＴＣＬよりも高く設定された目標触媒加熱温度ＴＣＨと、排気温センサー２７によって検出される現在の排気温ＴＥから推定される触媒温度ＴＣとの差に基づき、排気通路２５ａに添加すべき燃料量を算出する。そして、エアーフローメーター２３からの吸入空気量に関する情報に基づき、この燃料があらかじめ設定した所定の空燃比となるように燃料添加弁２６ａからの燃料の噴射周期を設定する。
ＥＣＵ１３の燃料添加弁駆動部１３ｉは、燃料添加設定部１３ｈにて設定された量の燃料が所定の空燃比となるように、燃料添加弁２６ａの駆動期間と駆動周期とを制御する。この場合、燃料添加弁２６ａの作動は、燃料添加を開始してから積算される燃料添加量が燃料添加設定部１３ｈにて設定された燃料添加量に達するまで行われる。
燃料添加弁２６ａから排気通路２５ａに添加された燃料を着火させるための本発明の第２のグロープラグとしての排気グロープラグ２６ｂは、車載の図示しない電源にＥＣＵ１３の暖機判定部１３ｄおよび排気グロープラグ駆動部１３ｊを介して接続している。
通常、排気浄化装置１７の暖機が必要な場合、燃料添加弁２６ａから排気通路２５ａに燃料を添加してこれを排気グロープラグ２６ｂにより着火燃焼させるべき運転状態となった時点で、排気グロープラグ２６ｂに対する通電が開始される。そして、燃料添加弁２６ａから排気通路２５ａに添加された燃料が安定して着火・燃焼し得るような温度（以下、これを目標グロープラグ加熱温度と記述する）ＴＧＯ以上に排気グロープラグ２６ｂの発熱部の温度が昇温した後、燃料添加弁２６ａから排気通路２５ａへと燃料が添加される。
しかしながら、暖機判定部１３ｄがエンジン１０の暖機と排気浄化装置１７の暖機とが同時に必要であると判断した場合、まずエンジン１０の暖機処理が優先して行われる。そして、触媒温度ＴＣがエンジン１０の暖機終了時点での排気浄化装置１７を流れる排気の一般的な温度よりも多少低い温度（以下、これをグロープラグ通電開始温度と記述する）ＴＣＭ以上に昇温した時点で、排気加熱装置２６を用いた排気浄化装置１７の暖機処理を開始する。つまり、エンジン１０の暖機処理に遅れて排気加熱装置２６を用いた排気浄化装置１７の暖機処理が実行され、エンジン１０の暖機処理の終了後に排気加熱装置２６を用いた排気浄化装置１７の暖機処理が終了することとなる。
図３を用いてこのような制御手順を模式的に説明すると、時刻ｔ０にてエンジン１０の暖機処理のために筒内グロープラグ１６に対する通電が始まり、エンジン１０の暖機処理が実行される。次いで、時刻ｔ１にて触媒温度ＴＣがグロープラグ通電開始温度ＴＣＭに達したことにより、排気加熱装置２６による排気浄化装置１７の暖機のために排気グロープラグ２６ｂに対する通電が始まる。そして、排気グロープラグ２６ｂが目標グロープラグ加熱温度ＴＧＯに達した時刻ｔ２にて筒内グロープラグ１６に対する通電が止められ、エンジン１０の暖機処理を終える。同時に、燃料添加弁２６ａから排気通路２５ａに燃料の添加が開始され、触媒温度ＴＣが目標触媒加熱温度ＴＣＨに達する時刻ｔ３まで排気加熱装置２６による排気浄化装置１７の暖機が実行される。時刻ｔ１から時刻ｔ２までが２つのグロープラグ１６，２６ｂに対して同時に電力を供給する状態となっているが、これが車両の運転状態によって変化することはいうまでもない。
従って、上述した本実施形態におけるグロープラグ通電開始温度ＴＣＭが本発明における排気グロープラグ加熱開始判定温度に相当し、暖機判定部１３ｄが排気グロープラグ２６ｂの通電開始時期を判定する排気グロー通電開始判定手段としても機能する。
このような制御を行う理由は以下の通りである。すなわち、エンジン１０の冷態始動直後は排気浄化装置１７に組み込まれたＤＯＣ１７ａやＮＳＲ触媒コンバーター１７ｃが非活性状態にあるため、エンジン１０側にて排気中に含まれるＨＣやＣＯの量を低減することが好ましい。エンジン１０の暖機が進行して排気通路２５ａを流れる排気温が上昇して来ると、排気浄化装置１７を用いて排気を浄化した方が燃費の点で好ましくなる。この場合、筒内グロープラグ１６に対する通電を継続していると電力消費量が多くなってしまい、結果として燃費の低下につながる。このため、グロープラグ通電開始温度ＴＣＭとして例えば１００℃程度に昇温した段階で排気グロープラグ２６ｂに対する通電を開始し、冷却水温ＴＷが８０℃以上に昇温した段階で筒内グロープラグ１６に対する通電を遮断する。これにより、消費電力を抑制しつつ効率のよい暖機を行うことが可能となる。
なお、エアーフローメーター２３によって検出される吸入空気量、すなわち排気流量が多いほど、排気グロープラグ２６ｂの発熱部がつよく冷却され、燃料の着火性が悪化する。このため、本実施形態では排気流量が多いほど先のグロープラグ通電開始温度ＴＣＭを高く補正し、排気加熱装置２６の作動を遅らせるようにしている。つまり、本実施形態におけるエアーフローメーター２３は、排気通路２５ａを流れる排気流量を取得するための排気流量取得手段としても機能する。
排気グロープラグ２６ｂにはその発熱部の温度を検出してこれをＥＣＵ１３に出力する周知のグロー温度センサー２８が組み込まれている。排気グロープラグ駆動部１３ｊは、グロー温度センサー２８からの検出情報に基づいて排気グロープラグ２６ｂに対する通電量を制御し、排気グロープラグ２６ｂを目標グロープラグ加熱温度ＴＧＯ以上に昇温させる。
ＥＣＵ１３の運転状態判定部１３ａは、燃料添加弁２６ａから排気通路２５ａに燃料を添加してこれを排気グロープラグ２６ｂにより着火燃焼させるべき運転状態にあるか否かを判定する。このような運転状態は、一般的にアイドル運転時などのようなアクセル開度が０％の状態や、エンジン１０の低回転低負荷運転時が該当する。つまり、運転状態判定部１３ａは、アクセル開度センサー１４の開度が例えば５％以下かつエンジン回転速度があらかじめ設定した値以下の場合、排気通路２５ａに燃料を添加してこれを着火燃焼させるべき運転状態にあると判断する。
ＥＣＵ１３は、周知のワンチップマイクロプロセッサであり、図示しないデータバスにより相互接続されたＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリおよび入出力インターフェースなどを含む。このＥＣＵ１３は、円滑なエンジン１０の運転がなされるように、上述したセンサー１４，１９，２４，２７，２８およびエアーフローメーター２３などからの検出信号に基づいて所定の演算処理を行う。そして、予め設定されたプログラムに従って燃料噴射弁１１，筒内グロープラグ１６，スロットルアクチュエーター２１，燃料添加弁２６ａ，排気グロープラグ２６ｂなどの作動を制御する。
吸気通路２０ａから燃焼室１０ａ内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１０ａ内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、通常はピストン１８ｂの圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気が排気浄化装置１７を通って無害化された状態で排気管２５から大気中に排出される。
このような本実施形態による触媒暖機手順を図４Ａ，図４Ｂ，図５に示すフローチャートに従って説明する。
まずＳ１１のステップにて排気温センサー２７により検出された排気温ＴＥに基づいて推定される触媒温度ＴＣが先の暖機開始判定温度ＴＣＬ以下か否かを判定する。ここで、触媒温度ＴＣが暖機開始判定温度ＴＣＬ以下である、すなわち排気浄化装置１７を加熱し、これを活性化させる必要があると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行してエンジン暖機フラグがセットされているか否かを判定する。最初はエンジン暖機フラグがセットされていないので、Ｓ１３のステップに移行し、水温センサー１９によって検出される冷却水温ＴＷが先の暖機要求判定温度ＴＷＬよりも低いか否かを次に判定する。ここで、冷却水温ＴＷが暖機要求判定温度ＴＷＬよりも低い、すなわちエンジン１０の暖機を行う必要があると判断した場合には、Ｓ１４のステップに移行する。そして、筒内グロープラグ１６に通電し、筒内グロープラグ１６を加熱すると共にエンジン暖機フラグをセットした後、Ｓ１５のステップに移行する。
このように、排気浄化装置１７の暖機が必要な状態であっても、エンジン１０の暖機が同時に必要な場合には、筒内グロープラグ１６に通電してエンジン１０の暖機を優先させるようにしている。この結果、排気加熱装置２６を作動させた場合よりも、低温状態にあるエンジン１０から排気通路２５ａへと排出される排気に含まれるＨＣやＣＯなどの量を抑制することができる。
先のＳ１２のステップにてエンジン暖機フラグがセットされていると判断した場合にもＳ１５のステップに移行し、触媒温度ＴＣが先のグロープラグ通電開始温度ＴＣＭ以上か否かを判定する。ここで触媒温度ＴＣがグロープラグ通電開始温度ＴＣＭ以上である、すなわち排気加熱装置２６による排気の加熱が有効であると判断した場合には、Ｓ１６のステップに移行する。また、先のＳ１３のステップにて冷却水温ＴＷが暖機要求判定温度ＴＷＬ以上である、すなわちエンジン１０を暖機する必要がないと判断した場合にもＳ１６のステップに移行する。
Ｓ１６のステップでは、排気通路２５ａに燃料を添加してこれを着火させることができるような運転状態にあるか否かを判定する。ここで、排気通路２５ａに燃料を添加してこれを着火させることができるような運転状態にあると判断した場合には、Ｓ１７のステップに移行して触媒暖機フラグがセットされているか否かを判定する。最初は触媒暖機フラグがセットされていないので、Ｓ１８のステップに移行して排気グロープラグ２６ｂに通電し、排気グロープラグ２６ｂを加熱すると共に触媒暖機フラグをセットした後、Ｓ１９のステップに移行する。先のＳ１７のステップにて触媒暖機フラグがセットされていると判断した場合にもＳ１９のステップ移行し、燃料が着火・燃焼する目標グロープラグ加熱温度ＴＧＯ以上に通電状態にある排気グロープラグ２６ｂが昇温しているか否かを判定する。ここで、排気グロープラグ２６ｂの温度ＴＧが目標グロープラグ加熱温度ＴＧＯ以上である、すなわち燃料を排気通路２５ａに添加することができると判断した場合には、Ｓ２０のステップにてエンジン暖機フラグがセットされているか否かを判定する。ここでエンジン暖機フラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ２１のステップに移行して筒内グロープラグ１６を非通電状態にすると共にエンジン暖機フラグをリセットした後、Ｓ２２のステップに移行する。先のＳ２０のステップにてエンジン暖機フラグがセットされていないと判断した場合にもＳ２２のステップに移行し、燃料添加弁２６ａから排気通路２５ａへの燃料の添加を開始する。これにより着火・燃焼して高温となった排気を排気浄化装置１７へと導き、排気浄化装置１７の暖機を促進させる。
このように、排気グロープラグ２６ｂの温度ＴＧが目標グロープラグ加熱温度ＴＧＯ以上となった場合に筒内グロープラグ１６に対する通電を停止することにより、排気に含まれるＨＣやＣＯなどの排出を効率よく抑制することができる。しかも、２つのグロープラグ１６，２６ｂの同時通電に伴う電力消費を抑制することが可能となる。
上述したＳ２２のステップに続き、Ｓ２３のステップにて添加フラグがセットされているか否かを判定する。最初は添加フラグがセットされていないので、Ｓ２４のステップにて添加フラグをセットした後、Ｓ２５のステップに移行する。また、Ｓ２３のステップにて添加フラグがセットされていると判断した場合にもＳ２５のステップに移行し、触媒温度ＴＣが目標触媒加熱温度ＴＣＨ以上か否かを判定する。ここで触媒温度ＴＣが目標触媒加熱温度ＴＣＨ以上である、すなわち排気浄化装置１７の暖機が終了したと判断した場合には、Ｓ２６のステップに移行して燃料添加弁２６ａからの燃料の添加を終了すると共に排気グロープラグ２６ｂに対する通電を止める。同時に、触媒暖機フラグならびに添加フラグをそれぞれリセットした後、Ｓ１１のステップに戻って上述した処理を繰り返す。
先のＳ２５のステップにて触媒温度ＴＣが目標触媒加熱温度ＴＣＨ未満である、すなわち燃料添加弁２６ａからの燃料添加をさらに続ける必要があると判断した場合には、Ｓ１１のステップに戻って上述した処理を繰り返す。
一方、先のＳ１９のステップにて排気グロープラグ２６ｂの温度ＴＧが目標グロープラグ加熱温度ＴＧＯ未満である、すなわち燃料を排気通路２５ａに添加しても継続的に着火・燃焼させることができないと判断した場合には、Ｓ２７のステップに移行する。そして、冷却水温ＴＷが暖機終了判定水温ＴＷＨ以上であるか否かを判定し、ここで冷却水温ＴＷが暖機終了判定温度ＴＷＨ以上である、すなわちエンジン１０の暖機が完了していると判断した場合には、Ｓ２６ａのステップに移行する。ここでエンジン暖機フラグがセットされているか否かを判定し、ここでエンジン暖機フラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ２９のステップに移行する。ここで筒内グロープラグ１６に対する通電を止めると共にエンジン暖機フラグをリセットした後、Ｓ１１のステップに戻る。
Ｓ２７のステップにて冷却水温ＴＷが暖機終了判定温度ＴＷＨ未満である、すなわちエンジン１０の暖機が完了していないと判断した場合には、Ｓ１１のステップに戻って上述した処理を繰り返す。同様に、Ｓ２６ａのステップにてエンジン暖機フラグがセットされていないと判断した場合もＳ１１のステップに戻る。
先のＳ１６のステップにて排気通路２５ａに燃料を添加してこれを着火させることができるような運転状態にはないと判断した場合には、Ｓ１１のステップに戻って上述した処理を繰り返す。同様に、Ｓ１５のステップにて触媒温度ＴＣがグロープラグ通電開始温度ＴＣＭ未満である、すなわち排気加熱装置２６を作動させるよりも、筒内グロープラグ１６を用いてＨＣやＣＯなどを削減させたほうが効率がよいと判断した場合も、Ｓ１１のステップに戻る。
一方、先のＳ１１のステップにて触媒温度ＴＣが暖機開始判定温度ＴＣＬよりも高い、すなわち排気浄化装置１７の暖機処理を行う必要がないと判断した場合には、Ｓ３０のフラグリセットのサブルーチンに進む。
このサブルーチンの詳細は図５に示されており、まずＳ３０１のステップにて添加フラグがセットされているか否かを判定する。ここで添加フラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ３０２のステップにて燃料添加弁２６ａからの燃料の添加を終了すると共に排気グロープラグ２６ｂに対する通電を止める。さらに、セット状態にあるすべてのフラグ（エンジン暖機フラグ，触媒暖機フラグ，添加フラグ）をリセットして終了する。
Ｓ３０１のステップにて添加フラグがセットされていないと判断した場合には、Ｓ３０３のステップに移行して今度は触媒暖機フラグがセットされているか否かを判定する。ここで触媒暖機フラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ３０４のステップに移行して排気グロープラグ２６ｂに対する通電を止めると共に触媒暖機フラグをリセットして終了する。
Ｓ３０３のステップにて触媒暖機フラグがリセットされていると判断した場合には、Ｓ３０５のステップに移行してエンジン暖機フラグがセットされているか否かを判定する。ここでエンジン暖機フラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ３０６のステップに移行して筒内グロープラグ１６に対する通電を止めると共にエンジン暖機フラグをリセットして終了する。
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
１０ エンジン
１０ａ 燃焼室
１１ 燃料噴射弁
１３ ＥＣＵ
１３ａ 運転状態判定部
１３ｄ 暖機判定部
１３ｅ 筒内グロープラグ駆動部
１３ｉ 燃料添加弁駆動部
１３ｊ 排気グロープラグ駆動部
１６ 筒内グロープラグ
１７ 排気浄化装置
１７ｃ ＮＳＲ触媒コンバーター
１９ 水温センサー
２３ エアーフローメーター
２５ 排気管
２５ａ 排気通路
２６ 排気加熱装置
２６ａ 燃料添加弁
２６ｂ 排気グロープラグ
２７ 排気温センサー
２８ グロー温度センサー
ＴＷ 冷却水温
ＴＷＬ 暖機要求判定温度
ＴＷＨ 暖機終了判定温度
ＴＣ 触媒温度
ＴＣＬ 暖機開始判定温度
ＴＣＨ 目標触媒加熱温度
ＴＧＯ 目標グロープラグ加熱温度
ＴＣＭ グロープラグ通電開始温度

Claims (7)

  1. 圧縮点火方式の内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
    前記内燃機関の燃焼室に臨むように配されて前記燃料噴射弁から前記燃焼室に噴射された燃料の着火・燃焼を促進させるための第１のグロープラグと、
    前記内燃機関の暖機の有無の必要性に関連するパラメーターを取得する機関暖機パラメーター取得手段と、
    この機関暖機パラメーター取得手段にて取得されたパラメーターをあらかじめ設定された機関暖機判定パラメーターと比較して前記内燃機関の暖機の必要性の有無を判定する機関暖機判定手段と、
    前記内燃機関からの排気が導かれる排気通路に配された排気浄化装置と、
    前記排気浄化装置よりも上流側の排気通路に燃料を添加する燃料添加弁と、
    この燃料添加弁よりも下流側の前記排気通路に配されて当該燃料添加弁から前記排気通路に添加された燃料を着火・燃焼させるための第２のグロープラグと、
    前記排気浄化装置に組み込まれた触媒コンバーターの温度を取得する触媒温度取得手段と、
    この触媒温度取得手段にて取得された前記触媒コンバーターの温度をあらかじめ設定された触媒暖機判定温度と比較して前記触媒コンバーターの暖機の必要性の有無を判定する触媒暖機判定手段と、
    前記機関暖機判定手段および触媒暖機判定手段の判定結果に基づいて前記燃料噴射弁および燃料添加弁の作動ならびに第１および第２のグロープラグの通電時期をそれぞれ制御する制御手段と
    を具え、前記機関暖機判定手段および触媒暖機判定手段においてそれぞれ暖機が必要であると判断された場合、前記第２のグロープラグへの通電開始よりも先に前記第１のグロープラグに対して通電が開始されるように、前記機関暖機判定パラメーターが前記触媒暖機判定温度よりも低い温度に対応して設定された内燃機関の運転制御装置であって、
    前記制御手段は、前記触媒温度取得手段にて取得された前記触媒コンバーターの温度をあらかじめ設定された第２グロープラグ加熱開始判定温度と比較して前記第２のグロープラグの通電開始時期を判定する第２グロー通電開始判定手段を含み、
    前記第２グロープラグ加熱開始判定温度は、前記機関暖機判定パラメーターよりも高い温度かつ前記触媒暖機判定温度よりも低い温度に対応して設定されていることを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
  2. 前記第２のグロープラグの温度を取得する第２グロー温度取得手段をさらに具え、前記機関暖機判定手段が前記内燃機関の暖機の終了を判断した場合か、第２グロー温度取得手段により取得された前記第２のグロープラグの温度が燃料の着火温度以上になった場合、前記制御手段は前記第１のグロープラグへの通電を終了することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の運転制御装置。
  3. 前記排気通路を流れる排気流量を取得する排気流量取得手段をさらに具え、前記制御手段は、この排気流量取得手段にて取得された排気流量が多いほど前記第２のグロープラグに対する通電開始時期が遅くなるように、前記第２グロープラグ加熱開始判定温度を高く補正する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の運転制御装置。
  4. (ａ) 内燃機関の暖機の必要性の有無に関連したパラメーターを取得するステップと、
    (ｂ) この(ａ)のステップにて取得されたパラメーターをあらかじめ設定された機関暖機判定パラメーターと比較して前記内燃機関の暖機の必要性の有無を判定するステップと、
    (ｃ) この(ｂ)のステップにて前記内燃機関の暖機が必要であると判断された場合、前記内燃機関の燃焼室に臨むように配された第１のグロープラグを加熱するステップと、
    (ｄ) この(ｃ)のステップの実行後に前記燃焼室に燃料を噴射してこれを着火・燃焼させるステップと、
    (ｅ) 前記内燃機関からの排気が導かれる排気通路に配された排気浄化装置の触媒コンバーターの温度を取得するステップと、
    (ｆ) この(ｅ)のステップにて取得された前記触媒コンバーターの温度をあらかじめ設定された触媒暖機判定温度と比較して前記触媒コンバーターの暖機の必要性の有無を判定するステップと、
    (ｇ) この(ｆ)のステップにて前記触媒コンバーターの暖機が必要であると判断された場合、前記排気浄化装置よりも上流側の排気通路にて第２のグロープラグを加熱するステップと、
    (ｈ) 前記第２のグロープラグが燃料の着火温度以上になった場合に前記排気通路に燃料を添加して前記第２のグロープラグによりこれを着火・燃焼させるステップと
    を具えた内燃機関の運転制御方法であって、
    前記(ｂ)のステップおよび前記(ｆ)のステップにてそれぞれ暖機が必要であると判断された場合、前記(ｇ)および(ｈ)のステップよりも先に前記(ｃ)および(ｄ)のステップが実行されるように、前記機関暖機判定パラメーターは前記触媒暖機判定温度よりも低い温度に対応して設定され、
    前記(ｇ)のステップは、前記(ｅ)のステップにて取得された前記触媒コンバーターの温度をあらかじめ設定された第２グロープラグ加熱開始判定温度と比較して前記(ｇ)のステップの開始時期を判定するステップを含み、前記第２グロープラグ加熱開始判定温度は、前記機関暖機判定パラメーターよりも高い温度かつ前記触媒暖機判定温度よりも低い温度に対応して設定されていることを特徴とする内燃機関の運転制御方法。
  5. 前記(ｃ)のステップは、前記(ｂ)のステップにて前記内燃機関の暖機が終了したとの判定結果か、前記(ｇ)のステップにて前記第２のグロープラグが燃料の着火温度以上になった場合に終了することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の運転制御方法。
  6. 前記(ｃ)のステップの終了時期が前記(ｈ)のステップの開始時期の後であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の内燃機関の運転制御方法。
  7. (ｉ) 前記排気通路を流れる排気流量を取得するステップと、
    (ｊ) この(ｉ)のステップにて取得された排気流量が多いほど前記(ｇ)のステップにおける前記第２のグロープラグの加熱開始時期が遅くなるように、前記第２グロープラグ加熱開始判定温度を高く補正するステップと
    をさらに具えたことを特徴とする請求項４から請求項６の何れかに記載の内燃機関の運転制御方法。
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