(57)【要約】【課題】内燃機関の部品を保護し、且つ、排気成分の悪化を抑制しつつもドライバビリティの悪化を極力改善できるようにした内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＣＰＵ３２は、三元触媒２４の昇温要求が生じることを条件に、気筒＃１〜＃４のいずれか１つを、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、残りを、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とするディザ制御を実行する。ＣＰＵ３２は、ディザ制御を実行しているときに、内燃機関１０の制御量の制御に所定以上の異常が生じていると判定すると、内燃機関１０の部品を保護すべくリッチ燃焼気筒の空燃比とリーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を制限する。また、ＣＰＵ３２は、所定以上の異常は確認されないものの回転変動が大きくなる場合、同絶対値を、排気成分を許容範囲に保てる範囲で制限する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とし、
前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、
前記内燃機関の制御量の制御に所定以上の異常が生じていると判定する場合、該異常が生じていないと判定する場合と比較して前記リッチ燃焼気筒の空燃比と前記リーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくする部品保護処理と、
前記所定以上の異常が生じていないと判定される場合であって前記内燃機関のクランク軸の回転変動が所定以上であると判定する場合、前記リッチ燃焼気筒の空燃比と前記リーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくする振動抑制処理と、を実行し、
前記部品保護処理では、前記振動抑制処理よりも前記リッチ燃焼気筒の空燃比と前記リーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくする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、複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１には、排気浄化触媒（排気浄化装置）の昇温要求がある場合、一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、残りの気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とするディザ制御処理を実行する制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１６９６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ディザ制御による排気浄化装置の昇温性能は、リッチ燃焼気筒の空燃比とリーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値が大きいほど大きい。一方、同絶対値が大きいほど回転変動が大きくなりやすい。このため、ディザ制御では、回転変動がドライバビリティの低下を招くことがない範囲で、昇温性能を確保する上で必要な上記絶対値を設定することとなる。ただし、たとえば燃料噴射弁の経年劣化や内燃機関の圧縮比の個体差等に起因して、回転変動が想定以上に大きくなり、これによりドライバビリティの低下を招くおそれがある。しかし、ドライバビリティの改善を図るべく上記絶対値を小さくする場合、昇温性能が低下し、排気浄化装置の浄化能力の低下を招くおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決すべく、内燃機関の制御装置は、複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とし、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、前記内燃機関の制御量の制御に所定以上の異常が生じていると判定する場合、該異常が生じていないと判定する場合と比較して前記リッチ燃焼気筒の空燃比と前記リーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくする部品保護処理と、前記所定以上の異常が生じていないと判定される場合であって前記内燃機関のクランク軸の回転変動が所定以上であると判定する場合、前記リッチ燃焼気筒の空燃比と前記リーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくする振動抑制処理と、を実行し、前記部品保護処理では、前記振動抑制処理よりも前記リッチ燃焼気筒の空燃比と前記リーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくする。
【０００６】
ディザ制御では、ディザ制御によってリッチ燃焼気筒とリーン燃焼気筒との空燃比を異ならせることから、全ての気筒の燃焼状態を最も安定な状態に制御することが困難であり、燃焼が悪化しやすい傾向を有する。一方、内燃機関の制御量の制御に所定以上の異常が生じている場合、燃焼制御に異常がある可能性が高い。そのため、上記異常が生じると、ディザ制御による燃焼が悪化しやすい傾向が顕在化し、内燃機関の部品の劣化が促進されるおそれがある。そこで上記構成では、部品保護処理によって、リッチ燃焼気筒の空燃比とリーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくすることにより、部品を保護する。一方、所定以上の異常が生じていないと判定される場合であって回転変動が所定以上である場合には、リッチ燃焼気筒の空燃比とリーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくしつつも部品保護処理時よりも大きい値とする。これにより、排気成分の悪化を抑制しつつもドライバビリティの悪化を極力改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。
【図２】同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０は、車両に搭載される。内燃機関１０において、吸気通路１２から吸入された空気は、過給機１４を介して各気筒の燃焼室１６に流入する。燃焼室１６には、燃料を噴射する燃料噴射弁１８と、火花放電を生じさせる点火装置２０とが設けられている。燃焼室１６において、空気と燃料との混合気は、燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路２２に排出される。排気通路２２のうちの過給機１４の下流には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒２４が設けられている。
【０００９】
制御装置３０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量（トルク、排気成分等）を制御するために、燃料噴射弁１８や点火装置２０等の内燃機関１０の操作部を操作する。この際、制御装置３０は、三元触媒２４の上流側の空燃比センサ４０によって検出される空燃比Ａｆや、クランク角センサ４４の出力信号Ｓｃｒ、エアフローメータ４６によって検出される吸入空気量Ｇａを参照する。制御装置３０は、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３４、およびＲＡＭ３６を備えており、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２が実行することにより上記制御量の制御を実行する。
【００１０】
図２に、制御装置３０が実行する処理の１つを示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。
【００１１】
図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ３２は、空燃比を目標空燃比に制御するうえで燃料噴射弁１８が噴射すべき噴射量である要求噴射量Ｑｄを算出する（Ｓ１０）。詳しくはＣＰＵ３２は、まず、回転速度ＮＥと吸入空気量Ｇａとに基づきベース噴射量Ｑｂを算出する。ベース噴射量Ｑｂは、燃焼室１６における混合気の空燃比を目標空燃比に開ループ制御するための操作量である開ループ操作量である。次にＣＰＵ３２は、フィードバック制御量である空燃比Ａｆを目標値Ａｆ＊にフィードバック制御するための操作量であるフィードバック操作量ＫＡＦを算出する。詳しくはＣＰＵ３２は、目標値Ａｆ＊と空燃比Ａｆとの差Δを入力とする比例要素、積分要素、および微分要素の各出力値の和を、ベース噴射量Ｑｂの補正比率δとし、フィードバック操作量ＫＡＦを、「１＋δ」とする。そして、ＣＰＵ３２は、ベース噴射量Ｑｂにフィードバック操作量ＫＡＦを乗算した値を、要求噴射量Ｑｄに代入する。なお、回転速度ＮＥは、ＣＰＵ３２により、クランク角センサ４４の出力信号Ｓｃｒに基づき、図２に示す処理とは別の処理によって算出される。
【００１２】
次に、ＣＰＵ３２は、三元触媒２４の昇温要求があるか否かを判定する（Ｓ１２）。本実施形態では、三元触媒２４の暖機要求が生じていることと、硫黄被毒回復処理の実行要求が生じていることとの論理和が真である場合に、昇温要求があると判定する。ここで、三元触媒２４の暖機要求は、内燃機関１０の始動からの吸入空気量Ｇａの積算値ＩｎＧａが第１規定値Ｉｎｔｈ１以上である旨の条件（ア）と、積算値ＩｎＧａが第２規定値Ｉｎｔｈ２以下である旨の条件（イ）との論理積が真である場合に生じるものとする。ここで、第２規定値Ｉｎｔｈ２は、第１規定値Ｉｎｔｈ１よりも大きい。なお、条件（ア）は、三元触媒２４の上流側の端部の温度が活性温度となっていると判定される条件である。また、条件（イ）は、三元触媒２４の全体が未だ活性状態となっていないと判定される条件である。一方、硫黄被毒回復処理の実行要求は、硫黄被毒量が所定量以上となる場合に生じるものとする。ここで、ＣＰＵ３２は、図２とは別の処理で、要求噴射量Ｑｄの積算値に基づき硫黄被毒量を算出する。
【００１３】
ＣＰＵ３２は、昇温要求がないと判定する場合（Ｓ１２：ＮＯ）、噴射量指令値Ｑ＊に要求噴射量Ｑｄを代入する（Ｓ１４）。そしてＣＰＵ３２は、燃料噴射弁１８から噴射量指令値Ｑ＊に応じた量の燃料を噴射すべく、燃料噴射弁１８に操作信号ＭＳ２を出力する（Ｓ１６）。
【００１４】
これに対し、ＣＰＵ３２は、昇温要求があると判定する場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、要求噴射量Ｑｄの補正要求値（噴射量補正要求値α）のベース値（ベース要求値α０）を算出する（Ｓ１８）。噴射量補正要求値αは、内燃機関１０の気筒＃１〜＃４のそれぞれから排出される排気全体の成分を、気筒＃１〜＃４の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等としつつも、燃焼対象とする混合気の空燃比を気筒間で異ならせるディザ制御によって要求される要求噴射量Ｑｄの補正量である。ここで、本実施形態にかかるディザ制御では、第１の気筒＃１〜第４の気筒＃４のうちの１つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとするリッチ燃焼気筒とし、残りの３つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン燃焼気筒とする。そして、リッチ燃焼気筒における噴射量を、上記要求噴射量Ｑｄの「１＋α」倍とし、リーン燃焼気筒における噴射量を、要求噴射量Ｑｄの「１−（α／３）」倍とする。リーン燃焼気筒とリッチ燃焼気筒との上記噴射量の設定によれば、気筒＃１〜＃４のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、内燃機関１０の各気筒＃１〜＃４から排出される排気全体の成分を、気筒＃１〜＃４の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等とすることができる。なお、上記噴射量の設定によれば、気筒＃１〜＃４のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、各気筒において燃焼対象とされる混合気の燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となる。なお、燃空比とは、空燃比の逆数のことである。
【００１５】
詳しくは、ＣＰＵ３２は、内燃機関１０の動作点を規定する回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに基づき、ベース要求値α０を可変設定する。なお、本実施形態では、硫黄被毒回復処理と触媒暖機処理とで、ベース要求値α０がゼロよりも大きくなる動作点が異なっている。ここで、負荷率ＫＬは、燃焼室１６内に充填される空気量を示すパラメータであり、ＣＰＵ３２により、吸入空気量Ｇａに基づき算出される。負荷率ＫＬは、基準流入空気量に対する、１気筒の１燃焼サイクル当たりの流入空気量の比である。ちなみに、基準流入空気量は、回転速度ＮＥに応じて可変設定される量としてもよい。
【００１６】
次にＣＰＵ３２は、ベース要求値α０がゼロよりも大きいか否かを判定する（Ｓ２０）。そしてＣＰＵ３２は、ゼロであると判定する場合（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ１４の処理に移行する。一方、ＣＰＵ３２は、ゼロよりも大きいと判定する場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、内燃機関１０の部品を保護する要求があるか否かを判定する（Ｓ２２）。この処理は、内燃機関１０の制御量の制御に所定以上の異常が生じているか否かの判定処理となる。すなわち、内燃機関１０の制御量の制御に所定以上の異常が生じている場合、想定した制御が正常になされないため、内燃機関１０の部品の劣化を招くおそれがあるとして、部品を保護する要求があると判定する。具体的には、たとえば、クランク角センサ４４の出力信号Ｓｃｒに基づき把握されるクランク軸の回転変動量Δωの絶対値が規定値ΔｔｈＨ以上となることを検知した場合や、空燃比Ａｆを目標値にフィードバック制御する積分要素の出力値の絶対値が所定以上の状態が継続したりする場合に、制御量の制御に所定以上の異常が生じていると判定する。なお、回転変動量Δωは、燃焼の悪化度合いを定量化するパラメータであり、圧縮上死点を１回のみ含む所定角度間隔の回転速度（瞬時回転速度ω）を、圧縮上死点の出現タイミングが時系列的に隣り合う一対の気筒のうちの先に圧縮上死点が出現する気筒における値から後に圧縮上死点が出現する気筒における値を減算した値である。燃焼が悪化してトルクが低下する場合、回転変動量Δωは、負で絶対値が大きい値となる。
【００１７】
ＣＰＵ３２は、部品保護要求がないと判定する場合（Ｓ２２：ＮＯ）、クランク軸の回転変動量Δωの絶対値が上記規定値ΔｔｈＨよりも小さい所定値ΔｔｈＬ以上であるか否かを判定する（Ｓ２４）。この処理は、制御量の制御に所定以上の異常が生じているわけではないものの、ドライバビリティの悪化をもたらすか否かを判定するものである。なお、ベース要求値α０は、ドライバビリティを許容範囲内に保つ値に適合されている。しかし、燃料噴射弁１８の個体差や経年劣化、内燃機関１０の圧縮比の個体差やデポジット付着等に起因した経年変化に起因して、ベース要求値α０がドライバビリティが許容範囲から外れる事態が生じえ、Ｓ２４の処理は、この事態を検知する処理である。
【００１８】
ＣＰＵ３２は、所定値ΔｔｈＬ未満であると判定する場合（Ｓ２４：ＮＯ）、噴射量補正要求値αに、ベース要求値α０を代入する（Ｓ２６）。そして、ＣＰＵ３２は、燃料噴射の対象となる気筒がリッチ燃焼気筒であるか否かを判定する（Ｓ２８）。ＣＰＵ３２は、リッチ燃焼気筒であると判定する場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、噴射量指令値Ｑ＊に、「Ｑｄ・（１＋α）」を代入し（Ｓ３０）、Ｓ１６の処理に移行する。これに対し、ＣＰＵ３２は、リーン燃焼気筒であると判定する場合（Ｓ２８：ＮＯ）、噴射量指令値Ｑ＊に、「Ｑｄ・｛１−（α／３）｝」を代入し（Ｓ３２）、Ｓ１６の処理に移行する。
【００１９】
一方、ＣＰＵ３２は、所定値ΔｔｈＬ以上であると判定する場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、ベース要求値α０が、前回の噴射量補正要求値α（ｎ−１）から所定量Δαを減算した値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ３４）。ＣＰＵ３２は、減算した値以下であると判定する場合（Ｓ３４：ＮＯ）、Ｓ２６の処理に移行する。一方、ＣＰＵ３２は、減算した値よりも大きいと判定する場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、前回の噴射量補正要求値α（ｎ−１）から所定量Δαを減算した値を、噴射量補正要求値αに代入する（Ｓ３６）。次にＣＰＵ３２は、噴射量補正要求値αが、通常時下限値αｔｈＨよりも小さいか否かを判定する（Ｓ３８）。ここで、ＣＰＵ３２は、通常時下限値αｔｈＨを、触媒暖機処理時と硫黄被毒回復処理時とで各別に設定している。触媒暖機処理時においては、通常時下限値αｔｈＨは、排気成分の悪化を所定以下に抑制できる下限値とされている。また、硫黄被毒回復処理時においては、通常時下限値αｔｈＨは、硫黄被毒回復処理を実行可能な下限値に設定されている。そしてＣＰＵ３２は、通常時下限値αｔｈＨよりも小さいと判定する場合（Ｓ３８：ＹＥＳ）、噴射量補正要求値αに、通常時下限値αｔｈＨを代入する（Ｓ４０）。
【００２０】
これに対し、ＣＰＵ３２は、部品保護要求があると判定する場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ベース要求値α０がフェールセーフ時上限値αｔｈＬよりも大きいか否かを判定する（Ｓ４２）。フェールセーフ時上限値αｔｈＬは、通常時下限値αｔｈＨよりも小さい値であり、部品を保護する上での噴射量補正要求値αの上限値である。そして、ＣＰＵ３２は、フェールセーフ時上限値αｔｈＬよりも大きいと判定する場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、噴射量補正要求値αに、フェールセーフ時上限値αｔｈＬを代入する（Ｓ４４）。一方、ＣＰＵ３２は、フェールセーフ時上限値αｔｈＬ以下であると判定する場合（Ｓ４２：ＮＯ）、噴射量補正要求値αに、ベース要求値α０を代入する（Ｓ４６）。
【００２１】
ＣＰＵ３２は、Ｓ２６，Ｓ４０，Ｓ４４，Ｓ４６の処理が完了する場合や、Ｓ３８の処理において否定判定する場合、Ｓ２８の処理に移行する。なお、ＣＰＵ３２は、Ｓ１６の処理が完了する場合には、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
【００２２】
以下、本実施形態の作用および効果について説明する。
ＣＰＵ３２は、ディザ制御の実行時に、回転変動量Δωの絶対値が規定値ΔｔｈＨ以上とまではいかないものの、所定値ΔｔｈＬ以上となると判定する場合、ドライバビリティを改善すべく、通常時上限値αｔｈＬ以上とする条件下、噴射量補正要求値αを減少補正する。これにより、三元触媒２４の下流の排気成分の悪化を抑制しつつも、ドライバビリティを極力改善できる。
【００２３】
一方、ＣＰＵ３２は、部品保護要求が生じる場合、噴射量補正要求値αを、フェールセーフ時上限値αｔｈＬ以下とする。すなわち、内燃機関１０の制御量の制御に所定以上の異常が生じている場合、ディザ制御によるリッチ燃焼気筒の空燃比やリーン燃焼気筒の空燃比が理論空燃比からずれるために燃焼が悪化しやすい傾向が顕在化し、内燃機関１０の燃料噴射弁１８や点火装置２０、三元触媒２４等の部品の劣化を促進するおそれがある。このため、それら部品を保護すべく、噴射量補正要求値αを回転変動量Δωの絶対値が所定値ΔｔｈＬ以上となる場合よりも小さい値に制限する。
【００２４】
＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。ディザ制御処理は、Ｓ１８，Ｓ２６〜Ｓ３２，Ｓ１６の処理に対応し、部品保護処理は、Ｓ４２〜Ｓ４６の処理に対応し、振動抑制処理は、Ｓ２４，Ｓ３４〜Ｓ４０の処理に対応する。
【００２５】
＜その他の実施形態＞
なお、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。本実施形態および以下の変更例は、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。
【００２６】
・内燃機関１０の制御に所定以上の異常が生じているか否かの判定処理としては上記実施形態で例示したものに限らない。たとえば、排気温度が所定温度以上となる場合に所定以上の異常が生じていると判定してもよい。
【００２７】
・内燃機関としては、４気筒の内燃機関に限らない。また、燃料噴射弁としては、燃焼室１６に燃料を噴射するものに限らず、吸気通路１２に燃料を噴射するものであってもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…過給機、１６…燃焼室、１８…燃料噴射弁、２０…点火装置、２２…排気通路、２４…三元触媒、３０…制御装置、３２…ＣＰＵ、３４…ＲＯＭ、３６…ＲＡＭ、４０…空燃比センサ、４４…クランク角センサ、４６…エアフローメータ。
【図１】
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【図２】
2019085947.tif 000004