(57)【要約】【課題】暖機運転後に空気量及び燃料をアイドリング状態よりも増量して触媒コンバータの早期活性化を図るにおいて、吹け上がり現象を生じることなくトルクを回収する。【解決手段】暖機運転中はスロットル開度Ｑをアイドリング開度Ｑ０より大きい開度Ｑ１に設定しており、これに伴って点火時期を遅角させている。点火時期の遅角量θに応じてオルタネータ２１を駆動することで、トルクを回収する。スロットル開度Ｑを一定で点火時期によってトルク制御を正確に行えるため、吹け上がり現象は生じない。点火時期の制御とオルタネータの仕事率（発電量）制御とはタイムラグ無しで行えるため、応答性に優れている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス浄化のための触媒コンバータとクランク軸の動力で駆動されるオルタネータとを備えており、冷機始動後にスロットル開度をアイドリング状態よりも大きくすると共に点火時期を遅角する暖機促進制御が行われる構成であって、
前記暖機促進制御期間中、前記オルタネータが、前記点火時期の遅角量が大きいと発電量を少なくして遅角量が小さいと発電量が大きくなるように、点火時期の遅角量に応じて発電量を変えた状態で駆動される、
触媒コンバータ付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、暖機運転制御に特徴を有する火花点火式の触媒コンバータ付き内燃機関に関し、特に、車両用内燃機関を好適な対象にしている。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両用火花点火式内燃機関は、排気ガス浄化のために触媒コンバータを備えているが、触媒コンバータはある程度の温度に昇温しないと活性化しないという特性がある。そこで、冷機始動後の触媒コンバータの早期活性化を図るため、スロットル開度をアイドリング状態よりも大きくすることで早期暖機を図ると共に、空気量及び燃料の増大による吹け上がり防止（トルク変動防止）のため、点火時期を遅角することが行われている。しかし、これでは燃料の無駄が発生するという問題があった。
【０００３】
他方、特許文献１には、暖機運転後にオルタネータを駆動して機関のトルクを増大させることで、排気ガスを早期に改善することが記載されている。この特許文献１は、暖機運転中にオルタネータを積極的に駆動することで排気ガス量を増大して触媒コンバータを早期昇温させるものであり、燃費を改善しつつ触媒コンバータを早期活性化できると言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５６１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、特許文献１には点火時期の遅角制御について何ら言及しておらず、従って、トルクの制御は単に空気量と燃料噴射量との調節に依存していると推測される。すなわち、出力の制御はスロットル開度の制御で行っていると推測される。しかし、単なるスロットル開度の制御のみでは、スロットル開度がそのままトルク変動として現れるため微調整が難しくて、回転数が瞬間的に上昇する吹け上がり現象が発生するおそれもある。
【０００６】
また、例えば外気温度が非常に低い場合、大量の空気及び燃料を供給させなければならない場合があるが、特許文献１では、オルタネータをフルに駆動するためのトルクを発生させるために必要な空気量よりも多い空気（及び燃料）が供給されると、オルタネータの駆動分以上のトルクはそのまま回転数の増大につながるため、騒音が発生したり運転者に不快感を与えたりするおそれがある。
【０００７】
更に、スロットルバルブを調整してから出力変化に至るには若干のタイムラグがあるため、回転数が急激に落ちたり上昇したりする現象が生じるおそれもある。つまり、特許文献１は制御の応答性に劣るとも言える。
【０００８】
本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の内燃機関は、排気ガス浄化のための触媒コンバータとクランク軸の動力で駆動されるオルタネータとを備えており、冷機始動後にスロットル開度をアイドリング状態よりも大きくすると共に点火時期を遅角する暖機促進制御が行われる構成であって、前記暖機促進制御期間中、前記オルタネータが、前記点火時期の遅角量が大きいと発電量を少なくして遅角量が小さいと発電量が大きくなるように、点火時期の遅角量に応じて発電量を変えた状態で駆動される。
【００１０】
なお、本願発明における点火時期の遅角制御には、遅角量がゼロの場合も含んでいる。また、オルタネータの仕事率と点火時期の遅角量との関係は固定的でもよいし、例えばスロットル開度に応じて制御マップ自体を変更する可変式とすることも可能である。暖機促進制御中のスロットル開度は一定でもよいし、何らかの要因に基づいて増減させてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明では、点火時期の遅角量に応じてオルタネータの駆動率を調整するものであるため、大きなトルク変動が生じないように点火時期を遅角して吹け上がりを防止しつつ、オルタネータを駆動してトルクを有効利用することができる。従って、燃費の向上に貢献できる。また、点火時期を遅角制御するものであるため、オルタネータを１００％駆動するのに必要な量よりも多い空気（及び燃料）を供給しつつ安定したトルクを確保することも可能であり、このため、吹け上がりを防止しつつ早期暖機を図ることができる。
【００１２】
更に、点火時期の制御もオルタネータの仕事率制御（発電量制御）もタイムラグなしで正確に行えるため、制御の正確さに優れていて微調整も正確に行えるのであり、これにより、トルクが瞬間的に変動することによる回転数の急激な上昇や急激な低下を防止できる。この面からも、吹け上がりを的確に防止できる。
【００１３】
つまり、スロットル開度を調整してから燃焼に反映されるまでには若干のタイムラグがあるのに対して、点火時期を変更するとその変更は燃焼の変化として即座に現れると共に、オルタネータの仕事率は励磁電流を調節することで即座に変更できるため、点火時期の調節によるトルク変動とオルタネータの仕事率の変動との間にタイムラグはなくて、回転数が瞬間的に上昇したり低下したりする現象を防止できるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る内燃機関の模式図である。
【図２】作用を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１では内燃機関の概略を模式的に示している。内燃機関は、シリンダブロック１とこれに重ね固定されたシリンダヘッド２とを主要要素とする機関本体３を備えており、シリンダブロック１にはピストン４が摺動自在に嵌まってシリンダボア５が形成されており、ピストン４の往復動は連接棒を介してクランク軸６の回転に変換される。
【００１６】
シリンダヘッド２には、シリンダブロック１のシリンダボア５に対応して吸気ポート７と排気ポート８との対が形成されており、吸気ポート７には吸気マニホールド９が連通して、排気ポート８には排気マニホールド１０が連通している。排気マニホールド１０には吸気通路１１が接続されており、吸気通路１１に、電子的に開閉制御されるスロットルバルブ１２を介在させている。また、シリンダヘッド２にはシリンダボア５に対向した凹所１３が形成されており、凹所１３の中央部に点火プラグ１４を設けている。
【００１７】
排気マニホールド１０の出口には触媒コンバータ１６の入口が接続されており、触媒コンバータ１６の出口に排気管１７が接続されている。排気マニホールド１０や排気管１７は排気通路を構成するものであり、従って、触媒コンバータ１６は排気通路に介挿されている。
【００１８】
クランク軸６はシリンダブロック１の一側面の外側に突出しており、この突出した端部に回転数検知ロータ１８と補機駆動プーリ１９とを固定している。回転数検知ロータ１８は外周に多数の歯が形成されたギア状に形成されており、外周の歯を回転センサ２０で検知することで、クランク軸６の回転及び角速度を細かく検知することができる。なお、回転センサ２０はシリンダブロック１の一側面に固定されたチェーンカバー（図示せず）に固定されており、補機駆動プーリ１９はチェーンカバーの外側に配置されている。
【００１９】
また、内燃機関はオルタネータ２１とウォータポンプ２２とを有しており、オルタネータ２１とウォータポンプ２２とは補機駆動ベルト１９で駆動される。オルタネータ２１とウォータポンプ２１とは、クランク軸６の軸心方向から見て左右に振り分けて配置されている。オルタネータ２１は、励磁巻線に流れる励磁電流の強さを調節して仕事率（発電量）を調節できる制御回路２３を備えている。オルタネータ２１はバッテリー２４に結線されているが、発電された電力は、バッテリー２４に充電されずに何らかの仕事２５（例えばライトの点灯）にそのまま使用することもできる。
【００２０】
内燃機関は、制御手段としてＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）２６を備えており、スロットルバルブ１２、回転センサ２０、オルタネータ２１の制御回路２３はＥＣＵ２６に電気的に接続されている。また、機関本体３は例えば冷却水温度を検知する温度センサ２７を備えており、温度センサ２７もＥＣＵ２６に接続されている。更に、触媒コンバータ１６は酸素濃度等を検知する複数の触媒センサ２８を備えており、触媒センサ２８もＥＣＵ２６に接続されている。図示していないが、内燃機関は吸気系に燃料を噴射する燃料噴射ノズルも備えており、ＥＣＵ２６により、燃料噴射ノズルからスロットル開度に応じた量の燃料が噴射される。
【００２１】
(2).暖機促進の制御態様
次に、図２を参照して暖機促進制御の態様を説明する。図２のうち（Ａ）では、外気温度が低い状態での機関始動後の触媒コンバータ１６の温度変化を示しており、温度がＫ１に至ると暖機は終了したものとされる。なお、触媒コンバータ１６の温度は直接検知してもよいし、温度センサ２７による機関温度から推測してもよい。
【００２２】
外気温度が低い状態では、始動と共に、（Ｂ）に示すように、スロットル開度Ｑはアイドリング開度Ｑ０よりも大きい値Ｑ１として、アイドリング状態よりも大きい空気が気筒に供給される（燃料は空気量に応じて増加するので、空気量の増大は燃料の増大も意味している。）。暖機運転が終了したら、スロットルバルブ１２はアイドリング開度Ｑ０に絞られる。
【００２３】
そして、単に空気量を増大させただけでは回転数が上昇して吹け上がり現象が生じるので、基本制御として、（Ｃ）のように、点火時期を基準点からθ１だけ遅角する。これにより、吹け上がりを防止できる。更に、（Ｄ）に示すように、点火時期の遅角量θ１に応じてオルタネータ２１で発電させる。
【００２４】
オルタネータ２１の仕事率（発電率）は、（Ｅ）に示すような関係式（マップ）に基づいて算定している。すなわち、スロットル開度Ｑが一定の下では遅角量θが小さくなるほどトルクは増大するので、増大したトルクを吸収するように、点火時期の遅角量θの大きさに反比例してオルタネータ２１の仕事率Ｗを増大させている。
【００２５】
（Ｅ）の関係式では点火時期の遅角量は０から始まっており、この場合は、遅角量が０のときにオルタネータ２１の仕事率が１００％になるように設定している。他方、（Ｆ）の関係式では、点火時期はプラスの最小値θ０から始まるようになっており、この場合は、θ０のときにオルタネータ２１の仕事率Ｗが１００％になるように設定している。
【００２６】
（Ｅ）にしても（Ｆ）にしても、点火時期の遅角量θとオルタネータ２１の仕事率との関係は固定的である必要はなく、条件（例えば外気温度）の変化に応じて傾きを変えたり上下にシフトさせたりすることが可能である。点火時期の遅角量θとオルタネータ２１の仕事率との関係式を変えることは、異なる暖機運転ごとに変更する場合と、１回の暖機運転においてオルタネータ２１の仕事率を変えることとの両方を含んでおり、（Ｄ）では、一点鎖線により、１回の暖機運転においてオルタネータ２１の仕事率Ｗが変化している状態を表示している（１回の暖機運転でオルタネータ２１の仕事率Ｗを変化させる場合は、段階的に変化させてもよい。）。
【００２７】
また、クランク軸６の回転数に応じてオルタネータ２１の仕事率又は点火時期の遅角量若しくは両方を補正することも可能である。すなわち、予め暖機回転数を設定しておき、回転センサ２０で検知した実際の回転数が暖機回転数を上回る場合はオルタネータ２１の仕事率を高くするか点火時期を遅角するか又は両方の制御を行い、実際の回転数が暖機回転数を下回り場合は逆の制御を行うのである。その他、本願発明は様々の態様で実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本願発明は実際に内燃機関に適用できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００２９】
１  シリンダブロック
２  シリンダヘッド
４  ピストン
６  クランク軸
９  吸気マニホールド
１０  排気マニホールド
１２  スロットルバルブ
１４  点火プラグ
１６  触媒コンバータ
１７  排気管
１９  補機駆動ベルト
２１  オルタネータ
２４  バッテリー
２６  ＥＣＵ
２７  温度センサ
【図１】
2014145264.tif 000003
【図２】
2014145264.tif 000004