(57)【要約】    【課題】  低温始動時の暖機中の白煙発生を防止する。    【解決手段】  空燃比が、燃焼室温度に応じて求めた燃焼安定限界相当の上限値（安定した燃焼が得られる上限値）を上回る場合には、気筒休止制御を行うことにより、燃焼を行う気筒あたりの燃料噴射量を増加させて空燃比を小さくすること構成とした。これにより、低温状態でのエンジン始動後のように燃焼室温度が低い場合でも、失火によるエンジン回転の変動および白煙の発生を抑制できる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比を検出する手段と、機関運転状態に応じて空燃比上限値を設定する手段と、各気筒への燃料噴射量を増減させる燃料噴射量制御装置と、を備えた内燃機関において、検出した空燃比が設定した空燃比上限値を上回るときに、少なくとも１つの気筒への燃料噴射を休止することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の状態は、燃焼室温度であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃焼室温度は内燃機関の冷却水温度と機関始動後からの経過時間との少なくとも一方によって推定される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制御装置。
【請求項４】
始動時および始動直後のアイドル運転時に、前記少なくとも１つの気筒への燃料噴射を休止する制御を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記空燃比上限値の代わりに、燃焼室温度に応じて燃料噴射量下限値を設定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃料噴射量制御手段は、アイドル運転時において目標アイドル回転速度を維持するように各気筒への燃料噴射量を増減させる機能を有し、前記検出した空燃比が前記空燃比上限値を上回るときは、少なくとも1つの気筒への燃料噴射を休止し、目標アイドル回転速度を維持するように残りの気筒への燃料噴射量を増量させ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制御装置。
【請求項７】
燃料噴射を休止する気筒を、サイクル毎に入れ換えることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における始動時および始動後の排気浄化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやリーン燃焼を行うガソリンエンジン等の内燃機関では、低温での始動および始動直後では、燃焼室温度が低いために燃焼が不安定となり、失火などによって白煙が発生する。
これを避けるため、特許文献１に記載されたものでは、エンジン各気筒への燃料噴射量を調整し、エンジン始動時の失火などによる白煙の排出を抑えるような制御を行っている。
【０００３】
また、特許文献２に記載されたものでは、機械式過給機を備え、過給機の作動ガスをバイパスさせるバルブを設けたディーゼルエンジンについて、低温始動直後で、燃焼室温度が低く白煙が排出されやすい運転状態を速やかに解消するため、バイパスバルブを閉じ、過給機仕事（負荷）を発生させ、燃料噴射量を増加させ、エンジンの暖機時間の短縮を図ろうとするものがあった。
【特許文献１】特開平８−１８９３９３号公報
【特許文献２】特開平６−２９４３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、エンジン始動時はピストンおよび各軸受部の潤滑油温が低いためフリクションが大きいことから、エンジン回転速度を所定の回転速度に維持するための燃料噴射量は多い（図６中Ａ）。時間経過につれ軸受部の温度が上昇し、潤滑油の粘度が低下してくると、同じエンジン回転速度を維持するために要する燃料噴射量は徐々に低下してくる（図６中Ｂ）。さらに、噴射量が低下してくると、空燃比が燃料の着火に適した値よりも大きく（リーンに）なる。この結果、失火が発生し、高濃度の白煙（未燃燃料）が排出される場合がある（図６中Ｃ）。
【０００５】
この失火を、上記特許文献１のような各気筒への燃料噴射量の制御のみで抑制するためには燃料噴射量の増加で対応することになるが、するとエンジン回転速度が上昇してしまう恐れがある。
また、上記特許文献２では、過給機により吸気圧を高める結果、吸入空気量は増加するため、過給機非作動状態に比べて空燃比はかえって大きくなる。このため、さらに着火不能の状態に陥る可能性があり、失火による回転変動および白煙の悪化を招くおそれがある。
【０００６】
本発明は、低温始動時において失火を招くことなく、速やかに暖機を完了できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため本発明は、空燃比を検出する手段と、機関運転状態に応じて空燃比上限値を設定する手段と、各気筒への燃料噴射量を増減させる燃料噴射量制御装置と、を備えた内燃機関において、検出した空燃比が設定した空燃比上限値を上回るときに、少なくとも１つの気筒への燃料噴射を休止する構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
このようにすれば、設定された空燃比上限値を超えるときは、少なくとも１つの気筒への燃料噴射を休止することで、燃料噴射される気筒では燃焼噴射量が増量されて、設定された空燃比上限値以下に制御されるため、失火を生じさせることなく、安定した燃焼状態を得ることができる。この結果、暖機中においても白煙の悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１において、エンジン（ディーゼルエンジン等の内燃機関）１の燃料噴射システムは、コモンレール２、電磁弁により燃料の噴射をＯＮ−ＯＦＦするインジェクタ３、および、図示しないサプライポンプから構成されるコモンレール式燃料噴射システムを採用している。
【００１０】
また、排気通路４には空燃比を検出する空燃比センサ５が取り付けられている。ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）６には、回転速度センサ７から検出されたエンジン回転速度信号Ｎｅ、アクセル開度センサ８から検出されたアクセル開度信号Ａｃｃ、水温センサ９から検出されたエンジン冷却水温度信号Ｔｗ、エアフロメータ１０で検出された吸入空気流量信号Ｑａおよび空燃比センサ５から検出された空燃比信号ＡＦＲが入力され、ＥＣＵ６は、これら各信号に基づいて目標燃料噴射量を演算し、さらに、該目標燃料噴射量とコモンレール２内の圧力に応じて、インジェクタ３の電磁弁の開弁時間を演算し、電磁弁への作動指令信号を出力する。
【００１１】
次に、図２、３のフローチャートにより、第１実施形態での制御の流れを説明する。なお、このフローチャートは、エンジンがアイドル運転状態にある場合の制御内容を示すものである。
ステップ１では、各センサから、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃ、エンジン水温Ｔｗ、空燃比ＡＦＲをそれぞれ読込む。
【００１２】
ステップ２では、エンジン水温Ｔｗと、エンジン始動からの経過時間ＴＩＭとから、図４のマップを用いて燃焼室温度ＴＣＷを求める。なお、経過時間ＴＩＭは、コントロールユニット６のカウンタ機能によって演算する。このように、燃焼室温度を、エンジン水温Ｔｗと始動からの経過時間ＴＩＭとによって推定する構成とすれば、簡素な演算で比較的精度の高い推定が可能となる。
【００１３】
ステップ３では、燃焼室温度ＴＣＷを用いて図５のテーブルより、空燃比上限値ＡＦＲ＿ＵＰＲを設定する。燃焼室温度ＴＣＷが低いときほど、リッチ度合いを大きくしないと安定した燃焼を得ることが難しいので、空燃比上限値ＡＦＲ＿ＵＰＲが小さく（リッチに）設定されている。
ステップ４では、気筒休止制御フラグＦＬＡＧの値が０であるかどうか判定する（ＦＬＡＧの初期値は０とする）。
【００１４】
フラグＦＬＡＧが０の場合はステップ５で、空燃比ＡＦＲが前記空燃比上限値ＡＦＲ＿ＵＰＲより小さいかを判定する。
ステップ５で空燃比ＡＦＲが空燃比上限値ＡＦＲ＿ＵＰＲより小さい場合、つまり、安定した燃焼が確保されていると判断された場合は、ステップ６に進み、気筒休止制御フラグＦＬＡＧをメモリに記録し、終了する。
【００１５】
また、ステップ５で空燃比ＡＦＲが空燃比上限値ＡＦＲ＿ＵＰＲより大きいと判定された場合は、ステップ７に進み、を設定する。例えば、初回は休止気筒数Ｎ＝１と設定する。
ステップ８では、燃料噴射休止気筒以外の燃焼気筒で、目標アイドル回転速度を維持するのに必要な燃料噴射量Ｑｆｃを次式のように算出する。
【００１６】
Ｑｆｃ＝Ｑｔｏ×Ｎｔｏ／（Ｎｔｏ−Ｎ）
但し、Ｑｔｏ：総燃料噴射量、Ｎｔｏ：総気筒数
Ｓ９では、燃焼気筒における空燃比ＡＦＲｃを次式のように算出する。
ＡＦＲｃ＝Ｑａ／Ｑｆｃ
Ｓ１０で、前記燃焼気筒における空燃比ＡＦＲｃが前記空燃比上限値ＡＦＲ＿ＵＰＲから所定の余裕代ＡＦｍ１を減算した安定燃焼が保証される空燃比より小さいかを判定し、この判定が肯定されたときは、Ｓ１１へ進んで前記休止気筒数Ｎ分の気筒への燃料噴射を休止する。
【００１７】
また、前記Ｓ１０での判定が否定されたときは、Ｓ１１で休止気筒数を１カウントアップして更新した後、Ｓ７へ戻り、Ｓ１０の判定が肯定されるまで同操作を繰り返し、肯定されたときにＳ１１へ進んで所定数の気筒への燃料噴射を休止する。
ここで燃料噴射を休止する気筒は固定しても良いが、サイクル毎に変えても良く、燃焼室温度をより均一に上昇させることが出来る。
【００１８】
次いで、ステップ１３では気筒休止制御フラグＦＬＡＧを１にセットした後、ステップ６へ進んで終了する。この結果、アイドル回転速度を維持するための総燃料噴射量は変わらないまま、燃料噴射する気筒数が減少するので、１気筒あたりの燃料噴射量が増加する。すなわち燃料噴射されて燃焼する気筒の空燃比が空燃比上限値ＡＦＲ＿ＵＰＲより小さくなって安定した燃焼性を確保できる。
【００１９】
また、ステップ４で気筒休止制御フラグＦＬＡＧが０ではない、すなわち、気筒休止制御動作中であると判断された場合は、ステップ１４へ進み、気筒休止制御開始後の新たな運転状態において、空燃比センサ５により検出された総気筒数Ｎｔｏでの空燃比ＡＦＲと、休止気筒数Ｎとに基づいて、燃焼気筒における想定空燃比ＡＦＲｓを算出する。
ＡＦＲｓ＝ＡＦＲ×（Ｎｔｏ−Ｎ）／Ｎｔｏ
ステップ１５では想定空燃比ＡＦＲｓと空燃比上限値ＡＦＲ＿ＵＰＲとの差が、しきい値ＡＦｍよりも小さいか判定する。この判定が肯定された場合は、想定空燃比ＡＦＲｓが空燃比上限値ＡＦＲ＿ＵＰＲよりも大きいか、または想定空燃比ＡＦＲｓが空燃比上限値ＡＦＲ＿ＵＰＲよりも小さいとしても両者の差が少ないため、安定した燃焼性を維持するには気筒休止制御を継続する必要があると判断し、ステップ６へ進んで気筒休止制御を継続する。
【００２０】
一方、ステップ１５で判定が否定された場合、すなわち、燃焼気筒の想定空燃比ＡＦＲｓが上限値ＡＦＲ＿ＵＰＲに対して一定値ＡＦｍ以上の余裕がある場合は、気筒休止制御を終了しても安定した燃焼性を確保できると判断し、ステップ１６へ進んで気筒休止制御を終了し、ステップ１５で気筒休止制御フラグＦＬＡＧを０とする。
本実施形態では空燃比ＡＦＲを直接検知しているが、別に検知した吸入空気量と燃料噴射量とから空燃比ＡＦＲを求めても良く、この場合、空燃比センサ５を省略できる。また、想定空燃比ＡＦＲｓは各気筒で燃料噴射量を検出または算出し、該燃料噴射量と各気筒の吸入空気量とから求めても良い。
【００２１】
さらに、始動時あるいは始動直後のアイドル運転時は、低速のためシリンダ吸入空気量が略一定（大気圧で満たした量）なので、空燃比上限値を設定する代わりに、該空燃比上限値を満たす燃料噴射量下限値で設定してもよく、この場合、エアフロメータ１０も省略することができる。
以上、本実施形態では、空燃比が、燃焼室温度に応じて求めた上限値（安定した燃焼が得られる上限値）を上回る場合には、気筒休止制御を行うことにより、燃焼を行う気筒あたりの燃料噴射量を増加させて空燃比を小さくすることができる。このため、図６に示すように、低温状態でのエンジン始動後のように燃焼室温度が低い場合でも、失火によるエンジン回転の変動および白煙の発生を抑制できる。
【００２２】
さらに、この気筒休止制御は空燃比が上限値に対して十分な余裕代を持つまで続ける構成（ステップ１５から１７）としているため、気筒休止制御が終了した場合でも、すぐに空燃比が上限値に達することを回避できるため、制御動作が終了した場合でも、すぐに空燃比が上限値に達することを回避できるため、最小限の切り換え回数で安定した燃焼状態を得ることができる。
【００２３】
また、本実施形態では、ディーゼルエンジンを例に説明したが、リーン燃焼ガソリンエンジンにおいても、本発明を同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る実施形態のシステム構成図
【図２】実施形態における制御内容を示すフローチャート（前段）
【図３】実施形態における制御内容を示すフローチャート（後段）
【図４】燃焼室温度を推定するためのマップ
【図５】燃焼室温度と空燃比上限値の関係を示すテーブル
【図６】低温始動時におけるエンジン作動状態を示す図
【符号の説明】
【００２５】
１    エンジン
３    インジェクタ
４    排気通路
５    空燃比センサ
６    エンジンコントロールユニット
７    回転速度センサ
８    アクセル開度センサ
９    水温センサ
１０    エアフロメータ
【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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