JP6686863B2

JP6686863B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP6686863B2
Application number: JP2016244806A
Authority: JP
Inventors: 紘史橋之口; 啓一明城; 良行正源寺; 勇喜野瀬; 英二生田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: JP2018096355A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

エンジンの排気系には排気ガスを浄化するための触媒が設けられている。触媒の排ガス浄化能力を有効に発揮させるためには、触媒昇温を行い、触媒の温度を活性化温度まで上昇させる必要がある。

特許文献１では、複数の気筒のうち任意の気筒において筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ燃焼を実行し、他の気筒において筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン燃焼を実行し、複数の気筒の空燃比の平均が理論空燃比となるよう各気筒での燃料噴射量を制御することで、触媒昇温を促進している。

特開２０１２−５７４９２号公報

リッチ燃焼とリーン燃焼とを別々の気筒で実行させる触媒昇温制御の実行中は、気筒毎に空燃比や点火時期などの燃焼制御パラメータが異なる。このため、触媒昇温制御の実行中は、触媒昇温制御を実行していない場合とは異なるエンジンの回転変動が生じる可能性がある。したがって、エンジンの回転変動量によって失火を判定する場合、触媒昇温制御の実行によって、失火判定の判定精度が低下するおそれがある。

そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、リッチ燃焼とリーン燃焼とを別々の気筒で実行させる触媒昇温制御に起因して、失火判定の判定精度が低下するのを抑制することを課題とする。

かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関の制御装置は、内燃機関の複数の気筒のうち、任意の気筒で筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ燃焼を実行させ、他の気筒で筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン燃焼を実行させ、前記複数の気筒からの排気を浄化する触媒を昇温する触媒昇温制御を実行する実行部と、前記内燃機関の回転変動量を算出する変動量算出部と、前記回転変動量が第１閾値よりも大きい場合に、失火が発生していると判定する失火判定部と、前記触媒昇温制御の実行中に、前記回転変動量が前記第１閾値よりも小さな第２閾値を超えた場合、前記触媒昇温制御時における前記リッチ燃焼を実行する気筒における空燃比と前記リーン燃焼を実行する気筒における空燃比との差分を、前記回転変動量が前記第２閾値未満の場合の前記差分よりも小さくする制御部と、を備え、前記第２閾値は、前記触媒昇温制御に起因して、前記回転変動量が前記触媒昇温制御を実行していない場合よりも大きくなることによって、前記失火の判定精度が低下しないよう、前記触媒昇温制御が実行されている間設定される閾値である。

本明細書開示の内燃機関の制御装置によれば、リッチ燃焼とリーン燃焼とを別々の気筒で実行させる触媒昇温制御に起因して、失火判定の判定精度が低下するのを抑制することができる。

図１は、実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用したエンジンシステムの構成を示す概略図である。図２は、ＥＣＵが実行する空燃比変更処理の一例を示すフローチャートである。図３は、空燃比変更処理におけるリッチ気筒での空燃比及びリーン気筒での空燃比の変化の一例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

まず、図１を参照し、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステム１の構成を示す概略図である。

図１に示すように、エンジンシステム１は、内燃機関２０を備えている。内燃機関２０は、シリンダブロック２１に形成された燃焼室２３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室２３内でピストン２４を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関２０は車両用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、本実施形態では、気筒＃１〜＃４を備える４気筒エンジンであるものとする。なお、内燃機関２０が備える気筒数は、本実施形態に限定されるものではない。

内燃機関２０のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが気筒ごとに設けられている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室２３内の混合気に点火するための点火プラグ２７が気筒ごとに取り付けられている。

各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介してサージタンク１８に接続されている。サージタンク１８の上流側には吸気管１０が接続されており、吸気管１０の上流端にはエアクリーナ１９が設けられている。そして吸気管１０には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１５と、電子制御式スロットルバルブ１３とが組み込まれている。

また、各気筒の吸気ポートには、燃料を吸気ポート内に噴射するインジェクタ１２が設置されている。インジェクタ１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Ｖｉの開弁時に燃焼室２３に吸入され、ピストン２４で圧縮され、点火プラグ２７で点火燃焼させられる。

一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気管３０に接続されている。排気管３０には、触媒３１が設けられている。なお排気ポート、枝管及び排気管３０により排気通路が形成される。触媒３１の上流側には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３３が設置されている。空燃比センサ３３は、いわゆる広域空燃比センサであり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した値の信号を出力する。

エンジンシステム１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ５０は、実行部、変動量算出部、失火判定部、及び制御部を備える内燃機関の制御装置の一例である。

ＥＣＵ５０には、上述の点火プラグ２７、スロットルバルブ１３及びインジェクタ１２等が電気的に接続されている。またＥＣＵ５０には、前述のエアフローメータ１５、空燃比センサ３３、内燃機関２０のクランク角を検出するクランク角センサ２５のほか、アクセル開度を検出するアクセル開度センサやその他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ２７、スロットルバルブ１３、インジェクタ１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。

また、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ２５の検出値に基づいて、失火が発生したか否かを判定する。より具体的には、ＥＣＵ５０は、先ず、各気筒の燃焼行程において、その圧縮上死点を始点としてクランクシャフトが３０°ＣＡ回転するのに要する時間Ｔを計測する。そして、この時間Ｔと前回計測した上記時間（Ｔｉ）との差（＝Ｔ−Ｔｉ）を回転変動量ΔＴとして算出する。そして、この回転変動量ΔＴが、第１閾値の一例である失火判定閾値よりも大きい場合に、失火が発生したと判定する。

また、ＥＣＵ５０は、触媒３１を昇温するための触媒昇温制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ５０は、４つの気筒のうち任意の気筒を、筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ燃焼が実行されるリッチ気筒に設定する。また、ＥＣＵ５０は、他の気筒を、筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン燃焼が実行されるリーン気筒に設定する。ここで、触媒３１は、触媒３１に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ、例えば１４．５５）近傍のときにその浄化能力が高くなる。そのため、ＥＣＵ５０は、リッチ気筒でリッチ燃焼が実行され、リーン気筒でリーン燃焼が実行され、全ての気筒の空燃比の平均が理論空燃比となるように、各気筒への燃料噴射量を制御する。具体的には、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ３３により検出された空燃比が理論空燃比に一致するように、各気筒への燃料噴射量をフィードバック制御する。なお、触媒３１に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比に一致しなくてもよく、理論空燃比を含む所定の範囲内にあればよい。

また、ＥＣＵ５０は、触媒昇温制御が開始されると、内燃機関２０の回転変動量ΔＴに基づいてリッチ気筒及びリーン気筒の空燃比を変更する空燃比変更処理を実行する。

図２は、ＥＣＵ５０が実行する空燃比変更処理の一例を示すフローチャートである。図２の処理は、触媒昇温要求がＯＮになると開始される。

触媒昇温要求がＯＮになると、ＥＣＵ５０は、リッチ気筒及びリーン気筒の空燃比がリッチ気筒及びリーン気筒毎に予め定められた目標空燃比初期値となるように各気筒への燃料噴射量を制御する（ステップＳ１１）。例えば、図３において、時刻ｔ１に触媒昇温要求がＯＮになると、ＥＣＵ５０は、リーン気筒の空燃比が、理論空燃比よりも大きなリーン気筒目標空燃比初期値となるように、リーン気筒への燃料噴射量を制御する。また、ＥＣＵ５０は、リッチ気筒の空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ気筒目標空燃比初期値となるよう、リッチ気筒への燃料噴射量を制御する。

次に、ＥＣＵ５０は、内燃機関２０の回転変動量ΔＴが、失火判定閾値よりも小さい触媒昇温制御用判定閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。触媒昇温制御用判定閾値は、第２閾値の一例である。

回転変動量ΔＴが触媒昇温制御用判定閾値未満である場合（ステップＳ１３／ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、現在の空燃比での触媒昇温制御を継続する（ステップＳ１５）。例えば、図３の時刻ｔ１〜ｔ２では、回転変動量ΔＴが触媒昇温制御用判定閾値未満であるため、ＥＣＵ５０は、各気筒の空燃比が目標空燃比初期値となるよう触媒昇温制御を継続する。

一方、回転変動量ΔＴが触媒昇温制御用判定閾値以上となった場合（ステップＳ１３／ＮＯ）、ＥＣＵ５０は、リッチ気筒の空燃比とリーン気筒の空燃比との差分を、回転変動量ΔＴが触媒昇温制御用判定閾値未満であるときの差分よりも小さくする（ステップＳ１７）。例えば、図３の時刻ｔ２において、回転変動量ΔＴが触媒昇温制御用判定閾値以上となったとする。この場合、ＥＣＵ５０は、リーン気筒では、燃焼時の空燃比を現在の空燃比よりも小さくするよう燃料噴射量を現在の燃料噴射量よりも増量し、リッチ気筒では、燃焼時の空燃比を現在の空燃比よりも大きくするよう燃料噴射量を現在の燃料噴射量よりも減量する。これにより、リッチ気筒の空燃比とリーン気筒の空燃比との差分が、回転変動量ΔＴが触媒昇温制御用判定閾値未満であるときの差分（例えば、時刻ｔ１〜ｔ２における差分）よりも小さくなる。リッチ気筒の空燃比とリーン気筒の空燃比との差分を小さくすることにより、図３の時刻ｔ２以降に示すように、触媒昇温制御による回転変動量ΔＴが抑制されるため、触媒昇温制御に起因して失火判定の判定精度が低下するのを抑制できる。また、失火判定の判定精度に影響を与えない範囲で最大限の触媒昇温効果を達成することができる。

ステップＳ１５又はステップＳ１７の実行後、ＥＣＵ５０は、触媒昇温要求がＯＦＦになったか否かを判断する（ステップＳ１９）。触媒昇温要求がＯＮのままの場合（ステップＳ１９／ＮＯ）、ステップＳ１３に戻る。一方、ＥＣＵ５０は、触媒昇温要求がＯＦＦになった場合（ステップＳ１９／ＹＥＳ）、各気筒の目標空燃比を初期値に戻して（ステップＳ２１）、図２の処理を終了する。

以上、詳細に説明したように、本実施形態にかかるＥＣＵ５０は、内燃機関２０の複数の気筒のうち、任意の気筒で筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ燃焼を実行させ、他の気筒で筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン燃焼を実行させ、複数の気筒からの排気を浄化する触媒３１を昇温する触媒昇温制御を実行する。また、ＥＣＵ５０は、内燃機関２０の回転変動量ΔＴを算出し、回転変動量ΔＴが失火判定閾値（第１閾値）よりも大きい場合に、失火が発生していると判定する。さらに、ＥＣＵ５０は、触媒昇温制御の実行中に、回転変動量ΔＴが失火判定閾値よりも小さな触媒昇温制御用判定閾値（第２閾値）を超えた場合、触媒昇温制御時においてリッチ燃焼を実行するリッチ気筒における空燃比とリーン燃焼を実行するリーン気筒における空燃比との差分を、回転変動量ΔＴが触媒昇温制御用判定閾値未満の場合の差分よりも小さくする。これにより、触媒昇温制御による回転変動量ΔＴが抑制されるため、触媒昇温制御に起因して失火判定の判定精度が低下するのを抑制できる。また、失火判定の判定精度に影響を与えない範囲で最大限の触媒昇温効果を達成することができる。

上記実施形態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。

２０内燃機関
３１触媒
５０ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）

Claims

内燃機関の複数の気筒のうち、任意の気筒で筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ燃焼を実行させ、他の気筒で筒内における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン燃焼を実行させ、前記複数の気筒からの排気を浄化する触媒を昇温する触媒昇温制御を実行する実行部と、
前記内燃機関の回転変動量を算出する変動量算出部と、
前記回転変動量が第１閾値よりも大きい場合に、失火が発生していると判定する失火判定部と、
前記触媒昇温制御の実行中に、前記回転変動量が前記第１閾値よりも小さな第２閾値を超えた場合、前記触媒昇温制御時における前記リッチ燃焼を実行する気筒における空燃比と前記リーン燃焼を実行する気筒における空燃比との差分を、前記回転変動量が前記第２閾値未満の場合の前記差分よりも小さくする制御部と、
を備え、
前記第２閾値は、前記触媒昇温制御に起因して、前記回転変動量が前記触媒昇温制御を実行していない場合よりも大きくなることによって、前記失火の判定精度が低下しないよう、前記触媒昇温制御が実行されている間設定される閾値である、
内燃機関の制御装置。