(57)【要約】【課題】内燃機関の再始動性を確保しつつ触媒の劣化を抑制する内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】吸気通路上に設けられたスロットル弁と、排気通路上に設けられた触媒と、排気弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング機構と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の停止条件が成立してかつ前記触媒の温度が所定の閾値以上の場合に、前記内燃機関が停止することにより前記触媒周辺の空燃比がリーン雰囲気になるか否かを判定する判定部と、前記判定部により肯定判定がなされた場合に、前記停止条件成立後での前記内燃機関の停止動作期間中において、所定期間に亘って前記スロットル弁を開弁させつつ、前記バルブタイミング機構を制御して前記判定部により否定判定がなされた場合よりも前記排気弁の開弁時期及び閉弁時期を遅角させる制御部と、を備えた内燃機関の制御装置。【選択図】図２
2019173733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路上に設けられたスロットル弁と、排気通路上に設けられた触媒と、排気弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング機構と、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の停止条件が成立してかつ前記触媒の温度が所定の閾値以上の場合に、前記内燃機関が停止することにより前記触媒周辺の空燃比がリーン雰囲気になるか否かを判定する判定部と、
前記判定部により肯定判定がなされた場合に、前記停止条件成立後での前記内燃機関の停止動作期間中において、所定期間に亘って前記スロットル弁を開弁させつつ、前記バルブタイミング機構を制御して前記判定部により否定判定がなされた場合よりも前記排気弁の開弁時期及び閉弁時期を遅角させる制御部と、を備えた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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンの停止動作期間中に所定期間に亘ってスロットル弁を開弁状態に維持することにより、ピストンの停止位置をエンジンの停止後の再始動に適した範囲内に収束させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２４７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで内燃機関の排気通路上には触媒が設けられている。上記の技術のようにエンジンの停止動作期間中にスロットル弁を開弁状態に維持すると、燃料を含まない吸気がエンジンの燃焼室を介して触媒側に排出され、触媒周辺がリーン雰囲気となる場合がある。ここで触媒が高温の場合に触媒周辺がリーン雰囲気となると、触媒が劣化する可能性がある。
【０００５】
そこで本発明は、内燃機関の再始動性を確保しつつ触媒の劣化を抑制す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】
【０００６】
上記目的は、吸気通路上に設けられたスロットル弁と、排気通路上に設けられた触媒と、排気弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング機構と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の停止条件が成立してかつ前記触媒の温度が所定の閾値以上の場合に、前記内燃機関が停止することにより前記触媒周辺の空燃比がリーン雰囲気になるか否かを判定する判定部と、前記判定部により肯定判定がなされた場合に、前記停止条件成立後での前記内燃機関の停止動作期間中において、所定期間に亘って前記スロットル弁を開弁させつつ、前記バルブタイミング機構を制御して前記判定部により否定判定がなされた場合よりも前記排気弁の開弁時期及び閉弁時期を遅角させる制御部と、を備えた内燃機関の制御装置によって達成できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、内燃機関の再始動性を確保しつつ触媒の劣化を抑制する内燃機関の制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施例の内燃機関の制御装置が適用されたガソリンエンジンを示した概略構成図である。
【図２】図２は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。
【図３】図３は、吸気弁及び排気弁のリフト量と開閉時期を示した図である。
【図４】図４は、本制御の一例を示したタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本実施例の内燃機関の制御装置が適用されたガソリンエンジン（以下、エンジンと称する）２０を示した概略構成図である。エンジン２０は、内燃機関の一例である。エンジン２０は、ピストン２４が収納されたシリンダブロック２１上に設置されたシリンダヘッド２２内の燃焼室２３内で混合気を燃焼させて、ピストン２４を往復動させる。ピストン２４の往復動は、クランクシャフト２６の回転運動に変換される。シリンダブロック２１の下部には、潤滑用のオイルを貯留したオイルパン２１ａが設けられている。尚、図示はしていないが、エンジン２０は４つの気筒を有した直列４気筒エンジンであるがこれに限定されない。
【００１０】
エンジン２０のシリンダヘッド２２には、吸気ポート１０ｉを開閉する吸気弁４２と、排気ポート３０ｅを開閉する排気弁４４とが気筒ごとに設けられている。また、シリンダヘッド２２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。
【００１１】
また、エンジン２０は、排気弁４４のバルブタイミングを変更する排気動弁機構５４を備えている。排気動弁機構５４は、例えば１つの排気弁４４に対応して排気側カムシャフトに駆動カムが設けられており、駆動カムにより排気弁４４を開閉する。駆動カムは、排気側カムシャフトに対して位相を変更可能に連結されている。これにより、排気弁４４の開弁時期及び閉弁時期を進角又は遅角側に変更することができる。尚、排気側カムシャフトに対する駆動カムの位相は、オイルコントロールバルブにより調整される油圧に応じて切り替えられる。尚、油圧式の排気動弁機構５４の代わりに、電動式の動弁機構を採用してもよい。
【００１２】
各気筒の吸気ポート１０ｉ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の上流側には吸気通路１０が接続されており、吸気通路１０の上流端にはエアクリーナ１９が設けられている。そして吸気通路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、電子制御式のスロットル弁１３とが設けられている。
【００１３】
また、各気筒の吸気ポート１０ｉには、燃料を吸気ポート１０ｉ内に噴射するポート噴射弁１２が設置されている。ポート噴射弁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４２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。
【００１４】
各気筒の排気ポート３０ｅは気筒毎の枝管を介して排気通路３０に接続されている。排気通路３０には、三元触媒３１が設けられている。三元触媒３１は、リーン雰囲気では酸素（Ｏ２）を吸着しながらＮＯｘを還元（Ｎ２に浄化）する。他方、リッチ雰囲気では、酸素を放出しながらＨＣおよびＣＯを酸化（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２に浄化）する。三元触媒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。
【００１５】
ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、及びＲＯＭ（Read Only Memory）を備える。ＥＣＵ６０は、ＲＡＭやＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することによりエンジン２０を制御する。ＥＣＵ６０は、エンジン２０の制御装置である。
【００１６】
ＥＣＵ６０には、上述の点火プラグ２７、スロットル弁１３及びポート噴射弁１２が電気的に接続されている。またＥＣＵ６０には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１、スロットル弁１３のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１４、吸入空気量を検出するエアフローメータ１５、空燃比センサ３３、クランクシャフト２６のクランク角を検出するクランク角センサ２５、エンジン２０の冷却水の温度を検出する水温センサ２９や、その他の各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ６０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、スロットル弁１３、ポート噴射弁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、ＥＣＵ６０は、排気動弁機構５４に供給される油圧を調整するオイルコントロールバルブに電気的に接続され、このオイルコントロールバルブを制御することにより排気動弁機構５４の駆動を制御し、排気弁４４の駆動を制御する。尚、油圧式の排気動弁機構５４の代わりに、電動式の動弁機構を用いた場合には、ＥＣＵ６０は、電動式の動弁機構に設けられたモータの駆動を制御することによって排気弁４４の駆動を制御してもよい。
【００１７】
ここで、ＥＣＵ６０は、所定の停止条件が成立した場合にエンジン２０を停止させるが、エンジン２０の再始動性を考慮して、ピストン２４の停止位置を適切な範囲内で収束させる。具体的には、停止動作が開始されると、燃料噴射が停止される燃料カットが実行されると共に、スロットル弁１３が所定の開度で所定期間に亘って開弁状態に維持される。これにより、エンジン２０が惰性で回転している最中に燃焼室２３内には空気が導入され、この燃焼室２３内での空気が上死点に近づくピストン２４の移動への抵抗となり、ピストン２４は上死点よりも下方側の所定範囲内に停止する確率が高くなる。例えばピストン２４の停止位置が上死点であった場合には、再始動時に燃焼室２３内の空気量が少ないことにより、燃焼エネルギーを十分に得ることができなくなる可能性がある。上述したようにエンジン２０の停止動作中にスロットル弁１３を所定の開度で所定期間に亘って開状態に維持されるため、エンジン２０の再始動に適した位置でピストン２４を停止させることができる。
【００１８】
しかしながら、エンジン２０の停止動作中にスロットル弁１３を所定の期間に亘って開弁状態に維持されることにより、燃焼室２３から排気通路３０に燃料を含まない吸気が排出されて、三元触媒３１周辺がリーン雰囲気となる場合がある。ここで、三元触媒３１が高温状態でかつリーン雰囲気下に所定期間おかれると、三元触媒３１の劣化が促進される可能性がある。アルミナ上に担持したロジウム触媒が高温の酸化雰囲気に晒された場合、ロジウムの大部分がアルミナ担体内に拡散（固溶）し、ＣＯ酸化活性反応が大きく低下すると考えられるからである。従ってＥＣＵ６０は、エンジン２０の再始動性を確保しつつ三元触媒３１の劣化を抑制するために、以下の制御を実行する。この制御は、ＥＣＵ６０により機能的に実現される判定部及び制御部により実現される。
【００１９】
図２は、ＥＣＵ６０が実行する制御の一例を示したフローチャートである。最初に、エンジン２０の停止条件が成立したか否かが判定される（ステップＳ１）。エンジン２０の停止条件とは、例えばアクセル開度がゼロになった場合である。ステップＳ１で否定判定の場合には、本制御は終了する。
【００２０】
ステップＳ１で肯定判定の場合、三元触媒３１の温度が閾値以上であるか否かが判定される（ステップＳ３）。三元触媒３１内の温度は、例えば不図示の排気温度センサの出力値に基づいて推定してもよく、又はエンジン２０の運転状態から三元触媒３１を推定してもよい。また、三元触媒３１より上流の排気通路３０に温度センサが取り付けられている場合には、その温度センサの出力値と排気温度センサの出力値との差に基づいて、三元触媒３１の温度を推定してもよい。ステップＳ３で否定判定の場合には、エンジン２０の停止動作を開始する（ステップＳ５）。具体的には、燃料カットを実行して所定期間に亘ってスロットル弁１３を開弁状態に維持する。これにより、上述したようにピストン２４の停止位置を、エンジン２０の再始動に適した範囲内に収束させることができる。
【００２１】
ステップＳ３で肯定判定の場合には、エンジン２０の停止により三元触媒３１周辺がリーン雰囲気となるか否かが判定される（ステップＳ７）。具体的には、以下のようにして判定される。
【００２２】
最初にエンジン２０の停止条件が成立した場合での三元触媒３１周辺の排気ガスの空燃比に、エンジン２０の停止直後での三元触媒３１周辺の空燃比の変化量を加算することにより、エンジン２０の停止直後での三元触媒３１周辺の予測空燃比を算出する。ここで、エンジン２０の停止条件が成立した場合には、停止動作の準備のためにエンジン２０の運転状態は所定の定常状態に制御され、排気通路３０内での排気ガスの空燃比は排気通路３０内での位置によらずに略一定とみなせる。即ち、エンジン２０の停止条件が成立した場合では、排気通路３０に設けられた空燃比センサ３３の検出値が三元触媒３１周辺の排気ガスの空燃比とみなすことができる。また、エンジン２０の停止直後での三元触媒３１周辺の空燃比の変化量は、予め実験により取得されてＥＣＵ６０のＲＯＭに記憶されたマップを参照して算出される。このマップは、エンジン２０の停止直前でのエンジン２０の回転速度やスロットル開度、排気弁４４のバルブタイミングに応じて、エンジン２０の停止前後での三元触媒３１周辺の空燃比の変化量が規定されている。尚、エンジン２０の停止直後とは、エンジン２０の回転速度がゼロとなった時点、即ち、クランクシャフト２６の回転が停止した時点を意味する。
【００２３】
このようにして算出されたエンジン２０の停止直後での三元触媒３１周辺の予測空燃比が、予め定められた目標値よりもリッチ側であればステップＳ７で否定判定がなされ、目標値よりもリーン側であればステップＳ７で肯定判定がなされる。ここで、上記の目標値とは、エンジン２０の停止直後であっても三元触媒３１が劣化しない三元触媒３１周辺の空燃比である。ステップＳ７の処理は、エンジン２０の停止条件が成立してかつ三元触媒３１の温度が所定の閾値以上の場合に、エンジン２０が停止することにより三元触媒３１周辺の空燃比がリーン雰囲気になるか否かを判定する判定部が実行する処理の一例である。
【００２４】
ステップＳ７で否定判定の場合には、ステップＳ５が実行される。エンジン２０の停止により三元触媒３１が劣化するとは予測されないためである。
【００２５】
ステップＳ７で肯定判定の場合には、三元触媒３１周辺がリーン雰囲気となることを抑制可能であるか否かが判定される（ステップＳ９）。具体的には、以下のようにして判定される。
【００２６】
最初に、エンジン２０の停止直後に三元触媒３１周辺がリーン雰囲気とならないようにするために必要となる、空燃比の変化量の制限値を算出する。空燃比の変化量の制限値は、上述した目標値から、上述したエンジン２０の停止条件が成立した場合に取得された空燃比センサ３３の検出値を減算した値である。この制限値に基づいて、予め実験により取得されてＥＣＵ６０のＲＯＭに記憶されたマップを参照して、エンジン２０の停止動作の実行中に三元触媒３１に供給される空気量の必要制限量（ｇ／ｓ）が算出される。このマップは、エンジン２０の回転速度に応じて規定されている。次に、エンジン２０の回転速度に応じて、エンジン２０の停止動作実行中に排気弁４４のバルブタイミング及びスロットル開度を制御することにより、エンジン２０の停止動作の実行中に三元触媒３１に供給される空気量を上述した制限量だけ制限することが可能か否かが判定される。尚、ＥＣＵ６０のＲＯＭには、予め実験により取得された、エンジン２０の回転速度毎の、排気弁４４のバルブタイミングに応じた三元触媒３１に供給される空気量を制限可能な制限量を規定したマップが記憶されている。また、ＥＣＵ６０のＲＯＭには、予め実験により取得された、エンジン２０の回転速度毎の、スロットル開度に応じた三元触媒３１に供給される空気量を制限可能な制限量を規定したマップが記憶されている。このようなマップを参照して、三元触媒３１に供給される空気量から算出された制限量の分だけ制限することが可能か否かが判定される。
【００２７】
ステップＳ９で否定判定の場合には、エンジン２０を停止させることなくアイドル運転状態で待機させる（ステップＳ１１）。このように、エンジン２０の停止条件が成立した場合であっても、三元触媒３１周辺がリーン雰囲気となることを抑制できないと判定された場合には、エンジン２０の運転を継続することにより、エンジン２０の停止よりも三元触媒３１の劣化を抑制することが優先される。
【００２８】
ステップＳ９で肯定判定の場合、エンジン２０の停止動作を開始して、所定期間に亘ってスロットル弁１３を所定開度で開弁させつつ、排気動弁機構５４を制御して上述したステップＳ５が実行される場合より排気弁４４の開弁時期及び閉弁時期を遅角させる（ステップＳ１３）。所定期間に亘ってスロットル弁１３を開弁させることにより、燃焼室２３内に導入される吸気量が確保され、ピストン２４の停止位置をエンジン２０の再始動に適した範囲内に収束させることができる。また、排気弁４４の開弁時期及び閉弁時期を遅角することにより、排気弁４４の開閉により燃焼室２３から排出される吸気量を制限でき、これによってもピストン２４の停止位置をエンジン２０の再始動に適した範囲内に収束させることができる。
【００２９】
また、三元触媒３１に供給される空気量も制限されるため、三元触媒３１周辺がリーン雰囲気となることも抑制され、三元触媒３１の劣化が抑制される。ステップＳ１３の処理は、ステップＳ７で肯定判定がなされた場合に、停止条件成立後でのエンジン２０の停止動作期間中において、所定期間に亘ってスロットル弁１３を開弁させつつ、排気動弁機構５４を制御してステップＳ７で否定判定がなされた場合よりも排気弁４４の開弁時期及び閉弁時期を遅角させる制御部が実行する処理の一例である。
【００３０】
図３は、吸気弁４２及び排気弁４４のリフト量と開閉時期を示した図である。図３では、縦軸は吸気弁４２及び排気弁４４のそれぞれのリフト量を示し、横軸はクランク角を示している。図３の例では、排気弁４４の開弁時期を上死点付近にまで遅角させ、排気弁４４の閉弁時期を吸気行程の後半にまで遅角させた場合を例に示している。このように排気行程で排気弁４４の開閉が抑制されるため、エンジン２０の停止動作中に三元触媒３１に供給される空気量を制限できる。
【００３１】
図４は、本制御の一例を示したタイミングチャートである。図４では、車速、アクセル開度、エンジン２０の回転数、排気弁４４のバルブタイミング、及びスロットル開度を示している。時刻ｔ１でアクセル開度がゼロに制御されてエンジン２０の停止条件が成立し、上述したステップＳ３、Ｓ７、及びＳ９で肯定判定がなされると、時刻ｔ２でエンジン２０の停止動作が開始される。停止動作が開始されると、上述したように燃料カットが実行されエンジン２０の回転速度は低下し、所定期間に亘ってスロットル弁１３が開弁され、かつ排気弁４４の開弁時期及び閉弁時期が遅角される。これにより、ピストン２４の停止位置はエンジン２０の再始動に適した所望の範囲内に収束され、かつ三元触媒３１の劣化も抑制される。時刻ｔ３でエンジン２０の回転数が略ゼロになった後には、スロットル弁１３は全閉に制御される。
【００３２】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３３】
上記実施例では、ピストン２４の停止位置をエンジン２０の再始動に適した範囲内に収束させつつ三元触媒３１の劣化が抑制されるように、スロットル弁１３の開度や排気弁４４の遅角量が制御されるが、三元触媒３１の劣化を最優先に抑制する場合には、スロットル弁１３の開度を最小開度に制御し、排気弁４４の遅角量を最大遅角量に制御することが好ましい。
【００３４】
エンジン２０の停止動作中に外部ＥＧＲ弁を調整することにより、ピストン２４の停止位置をエンジン２０の再始動に適した範囲内に収束させつつ三元触媒３１に流れる空気量を制限するように構成してもよい。また、上述したスロットル弁１３の制御と排気弁４４のバルブタイミングの制御に加えて、このような外部ＥＧＲ弁を制御してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０  吸気通路
１３  スロットル弁
２０  エンジン
２３  燃焼室
２４  ピストン
３０  排気通路
３１  三元触媒
４４  排気弁
５４  排気動弁機構（バルブタイミング機構）
６０  ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）
【図１】
2019173733.tif 000003
【図２】
2019173733.tif 000004
【図３】
2019173733.tif 000005
【図４】
2019173733.tif 000006