(57)【要約】【課題】トルク変動や失火を抑制しつつエンジン始動時のエミッション低減を図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を備え、当該切替制御部は、前記排出ガス低減制御から前記触媒暖機促進制御への切り替えの際に、少なくとも空燃比をリッチ側に移行すると共に点火時期を遅角側に移行する切替制御を行う。この切替制御には、目標とするリッチ側空燃比及び遅角側点火時期へ段階的に移行させるなまし制御が含まれる。これにより、排出ガス抑制制御から触媒暖機促進制御へ切り替えられる際のトルク変動や失火を抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項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を備え、
当該切替制御部は、前記排出ガス低減制御から前記触媒暖機促進制御への切り替えの際に、少なくとも空燃比をリッチ側に移行すると共に点火時期を遅角側に移行する切替制御を行い、
当該切替制御には、目標とするリッチ側空燃比及び遅角側点火時期へ段階的に移行させるなまし制御が含まれることを特徴としたエンジン制御装置。
【請求項２】
前記切替制御部は、前記なまし制御を行うときに、空燃比をリッチ側へ移行させた後に点火時期を遅角側へ移行させることを特徴とした請求項１記載のエンジン制御装置。
【請求項３】
前記切替制御部が、前記切替制御を行うときに、当該切替制御によって遅角側に切り替えられる点火時期に対応させた吸気量を設定する演算部を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０６７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の排気浄化装置のように、空燃比Ａ／Ｆをリーンからリッチへ切り替えたり、触媒暖機を促進するために点火遅角制御に切り替えたりすることは有効であると考えられる。
しかしながら、Ａ／Ｆや点火時期を急速に切り替えることはトルク変動を生じさせたり、失火を招来したりするおそれがある。
【０００５】
そこで、本明細書開示のエンジン制御装置は、トルク変動や失火を抑制しつつエンジン始動時のエミッション低減を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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を備え、当該切替制御部は、前記排出ガス低減制御から前記触媒暖機促進制御への切り替えの際に、少なくとも空燃比をリッチ側に移行すると共に点火時期を遅角側に移行する切替制御を行い、当該切替制御には、目標とするリッチ側空燃比及び遅角側点火時期へ段階的に移行させるなまし制御が含まれることを特徴としている。
【０００７】
このようなエンジン制御装置とすることにより、空燃比、点火時期を段階的に切り替えることができるのでトルク変動や失火を抑制することができる。
【０００８】
このようなエンジン制御装置では、前記切替制御部は、前記なまし制御を行うときに、空燃比をリッチ側へ移行させた後に点火時期を遅角側へ移行させることが望ましい。点火時期の遅角制御が行われると、エンジンはトルクが低下し、失火を招きやすい。そこで、まず、空燃比をリッチ側に移行させ、燃焼限界に余裕を持たせた後に遅角させる。これにより、失火を抑制することができる。
【０００９】
また、このようなエンジン制御装置では、前記切替制御部が、前記切替制御を行うときに、当該切替制御によって遅角側に切り替えられる点火時期に対応させた吸気量を設定する演算部を備えた構成とすることができる。このような演算部を備え、トルク低下を補正することにより、失火を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書開示のエンジン制御装置によれば、トルク変動や失火を抑制しつつエンジン始動時のエミッション低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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】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】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】図４は、Ａ／Ｆ−ＳＡマップの一例である。
【図５】図５は、水温−ＳＡマップの一例である。
【図６】図６は、水温−Ａ／Ｆマップの一例である。
【図７】図７は、ＳＡ−Ａ／Ｆ−ｇａマップの一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【実施例】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。切替制御部は、排出ガス低減制御から前記触媒暖機促進制御への切り替えの際に、空燃比をリッチ側に移行すると共に点火時期を遅角側に移行する切替制御を行う。この切替制御には、目標とするリッチ側空燃比及び遅角側点火時期へ段階的に移行させるなまし制御が含まれる。
【００１８】
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。
【００１９】
また、演算部は、積算空気量記憶部に記憶された積算された吸気量から触媒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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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Ｏ２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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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Ｓ４１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。
【００２８】
ステップＳ４１では、移行先の空燃比Ａ／Ｆ及び点火時期ＳＡを算出する。すなわち、排出ガス抑制制御中の空燃比Ａ／Ｆ及び点火時期ＳＡを示す点Ａ１からの移動先の点Ｂ１における空燃比Ａ／Ｆ及び点火時期ＳＡを算出する。
【００２９】
Ａ／Ｆ及び点火時期ＳＡの移行は、図４に示すＡ／Ｆ−ＳＡマップに基づいて行われる。図４には、比較例の燃焼限界と、その比較例の燃焼限界が適用されるときの等トルク変動線の一例としてＴｆ＝x２が描かれている。この比較例は、ＴＣＶ１２が用いられていないときの一例を示している。これに対し、ＡＩ１０及びＴＣＶ１２を用いる本実施例におけるある等トルク変動線がＴｆ＝ｘ１として描かれている。図４中、ハッチングで示した領域Ａは、ＴＣＶを活用することにより、リーン化が可能となり、利用可能となった領域を示している。等トルク変動線Ｔｆ＝ｘ１は、この領域Ａを通過している。また、点Ａ１は、この領域Ａ内に存在している。一方、図４中、ハッチングで示した領域Ｂは、ＡＩ１０を活用することにより比較例より遅角可能となった領域である。移動先の点Ｂ１はこの領域Ｂ内に存在している。
【００３０】
移行先の点Ｂ１は、図５に示す水温−ＳＡマップ、図６に示す水温−Ａ／Ｆマップに基づいて求められる。なお、水温は、水温センサ１３により取得される。また、移行先の点ＢのＡ／Ｆや、ＳＡは、水温に代えて外気温や積算空気量に基づいて算出するようにすることができる。
【００３１】
ステップＳ４１で移行先の点Ｂ１のＡ／Ｆ、ＳＡを求めた後は、ステップＳ４２へ進む。ステップＳ４２では、なまし制御を開始する。すなわち、目標とするＢ１点のリッチ側空燃比及び遅角側点火時期へ段階的に移行させる。ここで、Ａ／Ｆの一回の移動量（なまし量）は予め定められており、Ａ／Ｆについてａとされている。なお、なまし量は、水温や外気温、積算空気量等に基づく可変量としてもよい。
【００３２】
ステップＳ４２におけるなまし制御は、Ａ／Ｆをａだけ増量することから開始する。すなわち、なまし制御を行うときに、空燃比Ａ／Ｆをリッチ側へ移行させた後に点火時期ＳＡを遅角側へ移行させる。このようにＡ／Ｆを先に移行させることにより、トルク低減を回避し、失火を抑制することができる。
【００３３】
Ａ／Ｆをａだけリッチ側に増加させた後は、ステップＳ４３へ進む。ステップＳ４３では、ＳＡの遅角量（値）ｂを算出する。ここで、遅角量ｂは、図４に示すＡ／Ｆ−ＳＡマップおいて、等トルク変動線Ｔｆ＝ｘ１に沿うように行う。これにより、ドラビリの悪化を抑制することができる。遅角量ｂが算出されたら、ＳＡをｂだけ遅角側に移行させる。ｂの移行が済んだら、次は再びＡ／Ｆをａ分だけリッチ側に移行させる。これを点Ｂ１に到達するまで繰り返し、段階的な移行を行う。なお、Ｔｆ＝ｘ１を燃焼限界から所定の余裕を確保しておくことにより失火が抑制される。本実施例では、等トルク変動線と燃焼限界との余裕分を比較例と同等になるように設定している。
【００３４】
ステップＳ４３では、演算部は、遅角量ｂの算出と共に、この遅角されたＳＡに対応する吸気量ｇａを算出する。すなわち切替制御によって遅角側に切り替えられる点火時期ＳＡに対応させた吸気量ｇａが設定される。
この吸気量ｇａは、図７に示すＳＡ−Ａ／Ｆ−ｇａマップに基づいて設定される。Ａ−Ａ／Ｆ−ｇａマップは、三次元のマップである。ここで、Ａ／Ｆを示すｃ１、ｃ２、ｃ３は、ｃ３＞ｃ２＞ｃ１の関係を有している。すなわち、図７に示すＳＡ−Ａ／Ｆ−ｇａマップは、左上に行くほどリーンな状態を示し、右下に行くほどリッチな状態を示している。これは、等しい吸気量ｇａとした場合に、Ａ／Ｆがリッチであるほど、高トルクとなり、吸気量ｇａは小さくてもよく、Ａ／Ｆがリーンであるほど、低トルクとなり、吸気量ｇａは大きくしたいという要求を反映したものとなっている。
このようなＳＡ−Ａ／Ｆ−ｇａマップに基づいて吸気量ｇａが設定されることによりトルク低下が補正され、失火が抑制される。
【００３５】
以上のようなステップＳ４１〜ステップＳ４３の処理を終えた後は、ステップＳ４４において、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は開状態である。ＴＣＶ１２は閉状態である。ＴＣＶ１２は、閉状態とすることにより、ＡＩ１０を二次空気の導入を行う状態と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。
【００３６】
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。
また、排出ガス抑制制御から触媒暖機促進制御へ切り替えられる際のトルク変動や失火を抑制することができる。
【００３７】
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。
【符号の説明】
【００３８】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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