(57)【要約】【課題】筒内噴射弁及びポート噴射弁の２種の燃料噴射弁を備えたエンジンにおける好適な触媒装置の昇温制御を実現する。【解決手段】昇温制御中（Ｓ１００：ＹＥＳ）のリッチ燃焼運転を行うときの燃料噴射を、筒内噴射弁の先端温度が高い状態にあるとき（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、及びデポジット堆積量が多い状態にあるとき（Ｓ１２０：ＹＥＳ）のいずれかの場合には筒内噴射モードで行い（Ｓ１５０）、それ以外の場合にはポート噴射モードで行う（Ｓ１６０）ようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁と、排気中の未燃燃料成分を酸化する触媒装置と、を備えるエンジンに適用されて、理論空燃比よりもリーン側の空燃比で燃焼を行うリーン燃焼運転と理論空燃比よりもリッチ側の空燃比で燃焼を行うリッチ燃焼運転とを交互に行うことで前記触媒装置を昇温する昇温制御を行うエンジン制御装置において、
前記筒内噴射弁の先端温度が高い状態にあるとき、及び前記筒内噴射弁に堆積しているデポジットの量が多い状態にあるとき、のいずれかの場合には、前記リッチ燃焼運転中の燃料噴射を前記筒内噴射弁により行い、前記筒内噴射弁の先端温度が高い状態になく、かつ前記筒内噴射弁に堆積しているデポジットの量が多い状態にない場合には、前記リッチ燃焼運転中の燃料噴射を前記ポート噴射弁により行う
エンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に設置された触媒装置の昇温制御を行うエンジン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用のエンジンの多くには、排気の有害成分を浄化するための触媒装置が排気通路に設置されている。また、そうした触媒装置として、一酸化炭素や炭化水素などの排気中の未燃成分を酸化して浄化する機能を有したものがある。そして、従来、特許文献１に見られるように、理論空燃比よりもリーン側の空燃比で燃焼を行うリーン燃焼と理論空燃比よりもリッチ側の空燃比で燃焼を行うリッチ燃焼との切替えを繰り返すことで、そうした触媒装置を昇温するエンジンの制御技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０２２７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンには、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁と、の２種の燃料噴射弁を備えたものがある。こうしたエンジンでは、気筒で燃焼する燃料のすべてを筒内噴射弁で噴射する筒内噴射モード、同燃料のすべてをポート噴射弁で噴射するポート噴射モード、及び同燃料の一部を筒内噴射弁で噴射し、残りの燃料をポート噴射弁で噴射する噴き分けモードの３つの噴射モードで燃料噴射を行える。従来、こうしたエンジンでの噴射モードの切替えに関する制御技術についての様々な提案がなされている。しかしながら、そうした噴射モードの切替えが可能なエンジンにおいて、上記のようなリーン燃焼、リッチ燃焼の切替えによる触媒装置の昇温制御を実施する際の噴射モードの選択についての提案はなされておらず、更なる改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するエンジン制御装置は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁と、排気中の未燃燃料成分を酸化する触媒装置と、を備えるエンジンに適用される。そして、同エンジン制御装置は、理論空燃比よりもリーン側の空燃比で燃焼を行うリーン燃焼運転と理論空燃比よりもリッチ側の空燃比で燃焼を行うリッチ燃焼運転とを交互に行うことで触媒装置を昇温する昇温制御を行っている。
【０００６】
リーン燃焼運転時には気筒内での燃焼で酸素が余剰し、リッチ燃焼時には気筒内での燃焼で燃料が余剰する。そのため、リーン燃焼運転中の触媒装置には余剰酸素を含んだ排気が導入され、同触媒装置内が酸化雰囲気となる。この状態でリッチ燃焼運転を行って未燃燃料を含んだ排気を触媒装置に導入すると、同触媒装置の内部で未燃燃料が燃焼して、その燃焼による発熱で触媒装置の温度が上昇する。そのため、リーン燃焼運転とリッチ燃焼運転とを交互に行うことで、触媒装置を昇温できる。
【０００７】
一方、気筒内の酸素量が完全燃焼に必要な量に満たない状態で燃焼が行われるリッチ燃焼運転時には、リーン燃焼運転時や理論空燃比で燃焼を行うストイキ燃焼運転時に比べて微粒子物質の排出量が多くなる。一方、燃料噴射を筒内噴射弁で行った場合には、ポート噴射弁で行った場合に比べて、燃料が霧化し難いことから、微粒子物質が生成され易くなる。そのため、昇温制御のリッチ燃焼運転中の燃料噴射を筒内噴射弁で行うと、微粒子物質の排出量が特に多くなってしまう。ただし、筒内噴射弁の燃料噴射を停止してポート噴射弁だけが燃料噴射を行う状態が続くと、筒内噴射弁の先端温度の上昇やその噴口へのデポジットの堆積が許容可能な範囲を超えて進行する虞がある。
【０００８】
そこで、上記エンジン制御装置では、筒内噴射弁の先端温度が高い状態にあるとき、及び筒内噴射弁に堆積しているデポジットの量が多い状態にあるとき、のいずれかの場合には、リッチ燃焼運転中の燃料噴射を筒内噴射弁により行っている。そして、筒内噴射弁の先端温度が高い状態になく、かつ筒内噴射弁に堆積しているデポジットの量が多い状態にない場合には、リッチ燃焼運転中の燃料噴射をポート噴射弁により行っている。そのため、筒内噴射弁の先端温度の上昇やデポジットの堆積を抑えつつ、昇温制御中の微粒子物質の排出を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】エンジン制御装置の一実施形態の構成を模式的に示す図。
【図２】同エンジン制御装置で実施される噴射モード選択ルーチンのフローチャート。
【図３】筒内噴射モード、ポート噴射モードのそれぞれにおける空燃比と微粒子物質の生成量との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、エンジン制御装置の一実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、エンジン１０は、ピストン１１を収容する気筒１２が設けられたシリンダブロック１３と、シリンダブロック１３に固定されたシリンダヘッド１４と、を備えている。ピストン１１は、コネクティングロッド１５を介してクランク軸１６に連結されている。コネクティングロッド１５及びクランク軸１６は、気筒１２内でのピストン１１の往復運動をクランク軸１６の回転運動に変換するクランク機構を構成する。
【００１１】
気筒１２には、同気筒１２への空気の導入路である吸気通路１７と、気筒１２内での燃焼により生じた排ガスの排出路である排気通路２６と、が接続されている。シリンダヘッド１４には、吸気通路１７における気筒１２への接続部分となる吸気ポート２０と、排気通路２６における気筒１２への接続部分となる排気ポート２７と、が形成されている。また、シリンダヘッド１４には、吸気ポート２０に対して気筒１２を開閉する弁である吸気バルブ２１と、排気ポート２７に対して気筒１２を開閉する弁である排気バルブ２８と、が設けられている。さらに、シリンダヘッド１４には、吸気ポート２０内に燃料を噴射するポート噴射弁２２と、気筒１２内に燃料を噴射する筒内噴射弁２３と、が設けられている。また、シリンダヘッド１４には、気筒１２内に導入された混合気をスパークにより点火する点火装置２４が設けられている。
【００１２】
吸気通路１７には、同吸気通路１７を流れる空気の流量（吸入空気量ＧＡ）を検出するエアフローメータ１８が設けられている。さらに、吸気通路１７におけるエアフローメータ１８よりも下流側の部分には、吸入空気量ＧＡを調整するための弁であるスロットルバルブ１９が設けられている。一方、排気通路２６には、排ガス中のＣＯ、ＨＣを酸化すると同時にＮＯｘを還元する三元触媒装置２９が設置されている。また、排気通路２６における三元触媒装置２９よりも下流側の部分には、微粒子物質捕集用のフィルタ３０が設置されている。さらに、排気通路２６における三元触媒装置２９よりも上流側の部分には、気筒１２で燃焼した空燃比ＡＢＹＦを検出する空燃比センサ３１が設置されている。また、排気通路２６における三元触媒装置２９とフィルタ３０との間の部分には、三元触媒装置２９から流出したガスの温度である触媒出ガス温度ＴＨＣを検出する触媒出ガス温度センサ３２が設置されている。
【００１３】
エンジン１０の制御を司る電子制御ユニット３３は、制御のための演算処理を実行する演算処理回路と、制御用のプログラムやデータを記憶したメモリと、を有したマイクロコンピュータとして構成されている。電子制御ユニット３３には、上述のエアフローメータ１８、空燃比センサ３１、触媒出ガス温度センサ３２の検出信号が入力されている。また、電子制御ユニット３３には、クランク軸１６の回転角であるクランク角θｃを検出するクランク角センサ３４、エンジン冷却水の温度ＴＨＷを検出する水温センサ３５、及びアクセルペダル３６の操作量であるアクセル開度ＡＣＣを検出するアクセルポジションセンサ３７の検出信号が入力されている。そして、電子制御ユニット３３は、これらセンサの検出結果に基づき、スロットルバルブ１９の開度、ポート噴射弁２２及び筒内噴射弁２３の燃料噴射の量や時期、点火装置２４の点火時期等を制御することで、車両の走行状況に応じてエンジン１０の運転状態を制御している。なお、電子制御ユニット３３は、クランク角θｃの検出結果からエンジン回転数ＮＥを演算している。
【００１４】
エンジン１０の燃焼運転中の電子制御ユニット３３は、同エンジン１０の運転状況（機関回転数ＮＥ、吸入空気量ＧＡなど）に応じて、ポート噴射モード、筒内噴射モード、及び噴き分けモードの中から噴射モードを選択して燃料噴射制御を行っている。ポート噴射モードでは要求される量の燃料のすべてをポート噴射弁２２により噴射し、筒内噴射モードでは要求される量の燃料のすべてを筒内噴射弁２３により噴射する。そして、噴き分けモードでは、要求される量の燃料の一部をポート噴射弁２２により、残りの燃料を筒内噴射弁２３により噴射する。
【００１５】
ところで、エンジン１０では、排気中の微粒子物質をフィルタ３０で捕集することで、微粒子物質の外気放出を抑えている。フィルタ３０には、捕集した微粒子物質が次第に堆積していくが、これを放置するとフィルタ３０が目詰まりしてしまう。そこで、電子制御ユニット３３は、目詰まりが生じる前に、フィルタ３０に堆積した微粒子物質を燃焼して浄化するフィルタ再生処理を行うようにしている。
【００１６】
フィルタ再生処理では、理論空燃比よりもリーン側の空燃比で燃焼を行うリーン燃焼運転と理論空燃比よりもリッチ側の空燃比で燃焼を行うリッチ燃焼運転とを交互に行うことで三元触媒装置２９を昇温する昇温制御が行われる。リーン燃焼運転中の三元触媒装置２９には、気筒１２での燃焼で余剰した酸素を含んだ排気が流入し、リッチ燃焼運転中の三元触媒装置２９には、気筒１２で燃え残った未燃燃料を含んだ排気が流入する。昇温制御では、リーン燃焼運転により三元触媒装置２９内を酸化雰囲気とした後にリッチ燃焼運転を行うことで、三元触媒装置２９内で未燃燃料を燃焼している。三元触媒装置２９内で未燃燃料が燃焼すると、三元触媒装置２９から流出してフィルタ３０に流入する排気の温度が高まり、その高温となった排気の熱でフィルタ３０が昇温するようになる。そして、フィルタ再生処理では、微粒子物質を燃焼可能な温度にフィルタ３０が昇温するまで昇温制御を行った後に、リーン燃焼運転等により余剰酸素を含んだ排気をフィルタ３０に供給して堆積した微粒子物質を燃焼することで、フィルタ３０の再生を図っている。
【００１７】
ところで、上記のようにエンジン１０は、ポート噴射弁２２、及び筒内噴射弁２３の２種の燃料噴射弁を備えている。こうしたエンジン１０では、筒内噴射モード、ポート噴射モード、及び噴き分けモードの３つの噴射モードで燃料噴射を行える。筒内噴射モードでは、気筒１２で燃焼する燃料のすべてを筒内噴射弁２３で噴射し、ポート噴射モードでは、同燃料のすべてをポート噴射弁２２で噴射する。また、噴き分けモードでは、気筒１２で燃焼する燃料の一部を筒内噴射弁２３で噴射し、残りの燃料をポート噴射弁２２で噴射する。電子制御ユニット３３は、エンジン１０の運転状況に応じて燃料の噴射モードを切り替えている。
【００１８】
図２に、噴射モード選択ルーチンのフローチャートを示す。電子制御ユニット３３は、エンジン１０の運転中に同ルーチンの処理を既定の制御周期ごとに繰り返し実行する。
本ルーチンの処理が開始されるとまずステップＳ１００において、昇温制御の実行中であるか否かが判定される。そして、昇温制御の実行中である場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）にはステップＳ１１０に、昇温制御の実行中でない場合（Ｓ１００：ＮＯ）にはステップＳ１４０に、それぞれ処理が進められる。
【００１９】
ステップＳ１４０に処理が進められると、そのステップＳ１４０において、エンジン回転数ＮＥ、エンジン冷却水の温度ＴＨＷ等に基づく噴射モードの選択が行われた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。これにより、本実施形態では、昇温制御を実行していない場合には、エンジン１０の暖機状況や運転領域に応じて、気筒１２内での良質な混合気の形成に適した噴射モードを選択するようにしている。
【００２０】
一方、昇温制御中であり、ステップＳ１１０に処理が進められた場合には、筒内噴射弁２３のデポジット堆積量が既定の判定値Ａ以上であるか否かが判定される。そして、デポジット堆積量が判定値Ａ以上の場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）にはステップＳ１５０に処理が進められ、そのステップＳ１５０において筒内噴射モードが選択された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。これに対して、デポジット堆積量が判定値Ａ未満の場合（Ｓ１１０：ＮＯ）にはステップＳ１２０に処理が進められる。なお、電子制御ユニット３３は、エンジン１０の運転状況に応じて筒内噴射弁２３のデポジット堆積量を推定している。
【００２１】
ステップＳ１２０に処理が進められると、そのステップＳ１２０において、筒内噴射弁２３の先端温度が既定の判定値Ｂ以上であるか否かが判定される。そして、先端温度が判定値Ｂ以上の場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）には上述のステップＳ１５０に処理が進められて、筒内噴射モードが選択された後に今回の本ルーチンの処理が終了される。また、先端温度が判定値Ｂ未満の場合（Ｓ１２０：ＮＯ）、ステップＳ１３０に処理が進められる。なお、電子制御ユニット３３は、デポジット堆積量と同様に、エンジン１０の運転状況に応じて筒内噴射弁２３の先端温度を推定している。
【００２２】
ステップＳ１３０に処理が進められると、そのステップＳ１３０において、リッチ燃焼運転の実施中であるか否かが判定される。そして、リッチ燃焼運転の実施中である場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）にはステップＳ１６０に処理が進められ、そのステップＳ１６０においてポート噴射モードが選択された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。これに対して、リッチ燃焼運転の実施中でない場合（Ｓ１３０：ＮＯ）、すなわちリーン燃焼運転の実施中である場合には、上述のステップＳ１４０に処理が進められる。
【００２３】
以上のように構成された本実施形態のエンジン制御装置の作用及び効果について説明する。
エンジン１０は、通常は、空燃比を理論空燃比として燃焼を行うストイキ燃焼運転を行っている。これに対して、フィルタ再生処理における昇温制御中は、リーン燃焼運転とリッチ燃焼運転とが行われる。昇温制御でのリッチ燃焼運転中は、気筒１２内の酸素が燃料の完全燃焼に必要な量に満たない状態で燃焼が行われるため、燃焼により生成される微粒子物質の量が多くなる。リッチ燃焼運転中の気筒１２内での微粒子物質の生成量は、噴射モードによっても変化する。
【００２４】
図３に、筒内噴射モード、ポート噴射モードのそれぞれにおける空燃比と微粒子物質の生成量との関係を示す。ポート噴射モードでは、吸気ポート２０から気筒１２内に流入する際の気流により吸気中への燃料の撹拌が進む分、筒内噴射モードの場合よりも燃料の霧化が促進される。そのため、同図に示すように、ポート噴射モードよりも筒内噴射モードの方が、同一の空燃比での微粒子物質の生成量は多くなる。一方、昇温制御は、フィルタ３０の微粒子物質の堆積量が多くなったときに実行される。そのため、リッチ燃焼運転時に多量の微粒子物質が気筒１２から排出されると、そのすべてをフィルタ３０で捕集し切れずに外気放出される虞がある。
【００２５】
これに対して本実施形態では、昇温制御のリッチ燃焼運転時には、基本的には、微粒子物質の排出を抑えるため、ポート噴射モードにより燃料噴射を行うようにしている。ただし、筒内噴射弁２３の燃料噴射を停止してポート噴射弁２２だけが燃料噴射を行う状態が続くと、筒内噴射弁２３の先端温度の上昇やその噴口へのデポジットの堆積が許容可能な範囲を超えて進行する虞がある。そこで、本実施形態では、筒内噴射弁２３の先端温度が高い状態にあるとき、及び筒内噴射弁２３に堆積しているデポジットの量が多い状態にあるとき、のいずれかの場合には、リッチ燃焼運転中の燃料噴射を筒内噴射モードで行うようにしている。筒内噴射弁２３から燃料噴射が行われば、筒内噴射弁２３内の燃料が入れ替わり、また噴射した燃料により熱が持ち去られることから、筒内噴射弁２３の先端温度が低下する。さらに、噴口に堆積したデポジットが燃料噴射により押し流されるため、デポジット堆積量が減少するようにもなる。
【００２６】
ちなみに、本実施形態では、昇温制御のリーン燃焼運転時には、基本的には、エンジン１０の運転領域や暖機状況に応じて、気筒１２内での良質な混合気の形成に適した噴射モードを選択している。ただし、筒内噴射弁２３の先端温度が高い場合やデポジット堆積量が多い場合には、リーン燃焼運転でも筒内噴射モードで燃料噴射を行って、筒内噴射弁２３の先端温度の低下やデポジット堆積量の低減を図るようにしている。
【００２７】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、リーン燃焼運転時の燃料噴射を、筒内噴射弁２３のデポジット堆積量が多い場合や先端温度が高い場合には筒内噴射モードで行い、それ以外の場合にはエンジン１０の運転状況に応じて噴射モードを切り替えて行うようにしていた。リーン燃焼運転時の燃料の噴射態様は、これに限らず適宜に変更してもよい。例えば、リーン燃焼運転時の燃料噴射をリッチ燃焼運転時と同様に、筒内噴射弁２３のデポジット堆積量が多い場合や先端温度が高い場合には筒内噴射モードで、それ以外の場合にはポート噴射モードで、それぞれ行うようにしてもよい。また、リーン燃焼運転時には、筒内噴射弁２３のデポジット堆積量や先端温度に関わらず、噴射モードを選択するようにしてもよい。
【００２８】
・上記実施形態の適用対象となるエンジン１０には、排気通路２６におけるフィルタ３０よりも上流側の部分に、排気中の未燃燃料成分を酸化すると同時に排気中の窒素酸化物を還元する三元触媒装置２９が設置されていた。こうした三元触媒装置２９の代わりに、窒素酸化物の還元を行わずに未燃燃料成分の酸化だけを行う酸化触媒装置が設置されたエンジン１０でも、リーン燃焼運転とリッチ燃焼運転とを交互に行うことで、フィルタ３０を昇温することが可能である。また、フィルタ３０に酸化触媒を担持した場合には、その排気上流側に触媒装置が設置されていない場合にも、リーン燃焼運転及びリッチ燃焼運転の交互実施を通じてフィルタ３０の昇温が可能となる。このような構成のエンジンでも、上記実施形態におけるリッチ燃焼運転時の噴射モードの選択に係る制御を適用することで、筒内噴射弁２３の先端温度の上昇やデポジットの堆積を抑えつつ、昇温制御中の微粒子物質の排出を抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００２９】
１０…エンジン、１１…ピストン、１２…気筒、１３…シリンダブロック、１４…シリンダヘッド、１５…コネクティングロッド、１６…クランク軸、１７…吸気通路、１８…エアフローメータ、１９…スロットルバルブ、２０…吸気ポート、２１…吸気バルブ、２２…ポート噴射弁、２３…筒内噴射弁、２４…点火装置、２６…排気通路、２７…排気ポート、２８…排気バルブ、２９…三元触媒装置、３０…フィルタ、３１…空燃比センサ、３２…触媒出ガス温度センサ、３３…電子制御ユニット、３４…クランク角センサ、３５…水温センサ、３６…アクセルペダル、３７…アクセルポジションセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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