(57)【要約】【課題】内燃機関の冷間時における排気微粒子の量を低減可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】本発明の制御装置は、理論空燃比又は理論空燃比近傍の空燃比が目標空燃比に設定されるストイキ燃焼モードと、ストイキ燃焼モードの目標空燃比よりもリーン側の空燃比が目標空燃比に設定されるリーン燃焼モードとに運転モードを切り替え可能な内燃機関１０に適用される。本発明の制御装置では、内燃機関１０の始動後から所定温度に上昇するまでの間に運転モードをストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り替える場合、内燃機関１０の空燃比がストイキ燃焼モードの目標空燃比からリーン側にステップ状に変化するように内燃機関１０に供給する燃料量を減少させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
理論空燃比又は前記理論空燃比近傍の空燃比が目標空燃比に設定されるストイキ燃焼モードと、前記ストイキ燃焼モードの目標空燃比よりもリーン側の空燃比が目標空燃比に設定されるリーン燃焼モードと、に運転モードを切り替え可能な内燃機関に適用される制御装置において、
前記内燃機関の始動後から所定温度に上昇するまでの間に前記運転モードを前記ストイキ燃焼モードから前記リーン燃焼モードに切り替える場合、前記内燃機関の空燃比が前記ストイキ燃焼モードの目標空燃比からリーン側にステップ状に変化するように前記内燃機関に供給する燃料量を減少させる空燃比制御手段を備えている制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、理論空燃比又は理論空燃比近傍の空燃比が目標空燃比に設定されるストイキ燃焼モードと、ストイキ燃焼モードの目標空燃比よりもリーン側の空燃比が目標空燃比に設定されるリーン燃焼モードとに運転モードを切り替え可能な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両に搭載される内燃機関の制御方法として、車両運行中に内燃機関を停止させる機関停止モードを終了して内燃機関を再始動した場合には、機関停止モード中に算出した排気浄化触媒の酸素吸蔵量に基づいて内燃機関の空燃比を制御する制御方法が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０８３１２１号公報
【特許文献２】特開平９−００４４９３号公報
【特許文献３】特開２００５−００９４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知のように内燃機関の停止中は内燃機関の温度が低下する。再始動時に内燃機関の燃焼室や吸気ポートの温度が低いと燃料が気化し難くなり、排気微粒子（ＰＭ、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）の量が増加するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、内燃機関の冷間時における排気微粒子の量を低減可能な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】
本発明の制御装置は、理論空燃比又は前記理論空燃比近傍の空燃比が目標空燃比に設定されるストイキ燃焼モードと、前記ストイキ燃焼モードの目標空燃比よりもリーン側の空燃比が目標空燃比に設定されるリーン燃焼モードと、に運転モードを切り替え可能な内燃機関に適用される制御装置において、前記内燃機関の始動後から所定温度に上昇するまでの間に前記運転モードを前記ストイキ燃焼モードから前記リーン燃焼モードに切り替える場合、前記内燃機関の空燃比が前記ストイキ燃焼モードの目標空燃比からリーン側にステップ状に変化するように前記内燃機関に供給する燃料量を減少させる空燃比制御手段を備えている（請求項１）。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の制御装置によれば、内燃機関の始動後から内燃機関の温度が所定温度に上昇するまでの間に運転モードをストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り替える場合には、内燃機関の空燃比がリーン側にステップ状に変化するように燃料量を減少させる。このように燃料量を減少させることにより吸気ポートや燃焼室に付着する燃料量を低減できる。そのため、内燃機関の冷間時における排気微粒子の量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関が搭載されたハイブリッド車両を概略的に示す図。
【図２】車両の走行中に連続切替制御にて運転モードをリーン燃焼モードに切り替えたときのエンジンの空燃比、エンジンのパワー、吸入負荷率、スロットル開度、燃料噴射量、及び第２ＭＧから出力されるアシストパワーの時間変化の一例を示す図。
【図３】車両の走行中にステップ切替制御にて運転モードをリーン燃焼モードに切り替えたときのエンジンの空燃比、エンジンのパワー、吸入負荷率、スロットル開度、燃料噴射量、及び第２ＭＧから出力されるアシストパワーの時間変化の一例を示す図。
【図４】車両制御装置が実行するリーン燃焼切替制御ルーチンを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の制御装置をハイブリッド車両に搭載された内燃機関に適用した一形態を説明する。図１は、ハイブリッド車両１を概略的に示している。車両１は、内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１０と、第１モータ・ジェネレータ（以下、第１ＭＧと略称することがある。）２と、第２モータ・ジェネレータ（以下、第２ＭＧと略称することがある。）３とを備えている。エンジン１０は、４つの気筒１０ａが一方向に向かって並べられた直列４気筒の火花点火式の４サイクル内燃機関として構成されている。また、エンジン１０は、いわゆるリーンバーンエンジンとして構成されている。エンジン１０は、ストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの間で運転モードを切り替えることができる。ストイキ燃焼モードでは、理論空燃比（ストイキ）又はその近傍の空燃比（Ａ／Ｆ）、例えばＡ／Ｆ＝１４．５が目標空燃比に設定され、エンジン１０は空燃比がこの目標空燃比になるように運転される。一方、リーン燃焼モードでは、ストイキ燃焼モードの目標空燃比よりもリーン側の空燃比、例えばＡ／Ｆ＝２５．０が目標空燃比に設定され、エンジン１０は空燃比がこの目標空燃比になるように運転される。
【００１０】
第１ＭＧ２及び第２ＭＧ３は、ハイブリッド車両に搭載されて電動機及び発電機として機能する周知のものである。そのため、これらの詳細な説明を省略する。エンジン１０の出力軸１１、第１ＭＧ２の出力軸２ａ、及び第２ＭＧ３の出力軸３ａは、動力分割機構４に接続されている。動力分割機構４は、エンジン１０、第１ＭＧ２、及び第２ＭＧ３の接続状態を切り替えてエンジン１０、第１ＭＧ２、及び第２ＭＧ３の出力の伝達先を切り替える周知のものである。動力分割機構４には、例えば遊星歯車機構等が用いられる。動力分割機構４からの出力は、デファレンシャル機構等の伝達機構５を介して駆動輪６に伝達される。
【００１１】
エンジン１０の各気筒１０ａには、吸気通路１２及び排気通路１３がそれぞれ接続されている。吸気通路１２には、吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ１４が設けられている。また、吸気通路１２には、吸入空気量に応じた信号を出力するエアフローメータ１５が設けられている。吸気通路１２は、各気筒１０ａの吸気ポート１２ａを含んでいる。この図に示すように、各吸気ポート１２ａには、インジェクタ１６が設けられている。インジェクタ１６は、吸気ポート１２ａ内に燃料を噴射可能な周知のものである。
【００１２】
エンジン１０は、車両制御装置２０にて制御される。車両制御装置２０は、第１ＭＧ２及び第２ＭＧ３も制御する。車両制御装置２０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。車両制御装置２０は、車両１を適切に走行させるための各種制御プログラムを保持している。車両制御装置２０は、これらのプログラムを実行することによりエンジン１０及び各ＭＧ２、３等の制御対象に対する制御を行っている。車両制御装置２０は、例えばエンジン１０の回転数及び負荷等に基づいて各気筒１０ａに供給すべき燃料量を算出し、算出した燃料量の燃料が各気筒１０ａに供給されるように各インジェクタ１６の動作を制御する。車両制御装置２０には、車両１に係る情報を取得するための種々のセンサが接続されている。車両制御装置２０には、例えば車両１の速度（車速）に対応した信号を出力する車速センサ２１及びエンジン１０の回転数に応じた信号を出力するクランク角センサ２２等が接続されている。また、車両制御装置２０には、エアフローメータ１５も接続されている。この他にも車両制御装置２０には種々のセンサやスイッチ等が接続されているが、それらの図示は省略した。
【００１３】
次に車両制御装置２０が実行する制御の一部について説明する。車両制御装置２０は、車両１の走行状態、例えば車速等に応じて車両１の走行モードを切り替える。車両１の走行モードとしては、ＥＶモード及びハイブリッドモード等が設けられている。ＥＶモードでは、エンジン１０を停止させ、第２ＭＧ３のみで駆動輪６を駆動する。ハイブリッドモードでは、エンジン１０を運転して主にエンジン１０で駆動輪６を駆動し、車両への要求駆動力が大きい場合には第２ＭＧ３でエンジン１０をアシストする。車両制御装置２０は、車速が予め設定した判定速度未満の場合には、走行モードをＥＶモードに切り替える。一方、車速が判定速度以上の場合には、走行モードをハイブリッドモードに切り替える。ＥＶモードでは、エンジン１０を停止させる。そのため、車両制御装置２０は、車速が判定速度未満になるとエンジン１０を停止させ、車速が判定速度以上になるとエンジン１０を始動する。なお、この走行モードの切替方法は、ハイブリッド車両に適用される周知の切替方法と同じである。そのため、切替方法の詳細な説明は省略する。
【００１４】
上述したようにエンジン１０には、運転モードとしてストイキ燃焼モード及びリーン燃焼モードが設けられている。走行モードがハイブリッドモードの場合、車両制御装置２０はエンジン１０への要求出力等に応じてこれら運転モードを切り替える。具体的には、車両制御装置２０は、例えばエンジン１０への要求出力が小さくエンジン１０を低回転低トルクで運転する場合には運転モードをリーン燃焼モードに切り替える。一方、車両制御装置２０は、エンジン１０を高回転で運転する場合や高トルクで運転する場合には運転モードをストイキ燃焼モードに切り替える。また、エンジン１０を速やかに始動するため、エンジン１０の始動時には運転モードをストイキ燃焼モードに切り替える。
【００１５】
図２〜図４を参照して、車両制御装置２０がエンジン１０の運転モードをストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り替えるために実行する制御について説明する。車両制御装置２０は、運転モードをリーン燃焼モードに切り替える際の制御として、空燃比を徐々に変化させる連続切替制御と、空燃比をステップ状に変化させるステップ切替制御とを備えている。図２を参照して連続切替制御について説明する。この図は、車両１の走行中に連続切替制御にて運転モードをリーン燃焼モードに切り替えたときのエンジン１０の空燃比、エンジン１０のパワー、吸入負荷率、スロットル開度、燃料噴射量、及び第２ＭＧ３から出力されるアシストパワーの時間変化の一例を示している。なお、この図に示したように吸入負荷率は吸気量と比例する。この図に示すように、連続切替制御では、燃料噴射量は変更せず、吸気量を増加させることによって空燃比をリーン側に変化させる。そのため、エンジン１０のパワーは変化しない。したがって、第２ＭＧ３からパワーを出力する必要がない。この図に示した例では、エンジン１０の空燃比をリーン側に変化させるべく時刻ｔ１にスロットルバルブ１４を開けている。この際、スロットルバルブ１４は、エンジン１０の空燃比がリーン燃焼モードの目標空燃比になる開度まで開けられる。これにより吸気量が徐々に増加するので、エンジン１０の空燃比が徐々にリーン側に変化する。そして、時刻ｔ２においてエンジン１０の空燃比がリーン燃焼モードの目標空燃比に到達している。
【００１６】
次に図３を参照してステップ切替制御について説明する。この図は車両１の走行中にステップ切替制御にて運転モードをリーン燃焼モードに切り替えたときのエンジン１０の空燃比、エンジン１０のパワー、吸入負荷率、スロットル開度、燃料噴射量、及び第２ＭＧ３から出力されるアシストパワーの時間変化の一例を示している。この図に示すように、ステップ切替制御では、吸気量を増加させるとともに燃料噴射量を減少させて空燃比をリーン側に変化させる。この図に示すように、この際には、燃料噴射量をステップ状に減少させ、その後徐々に元の値まで戻す。この場合、エンジン１０のパワーが一時的に低下するので、第２ＭＧ３からアシストパワーを出力する。このアシストパワーは、エンジン１０のパワーが低下しても駆動輪６に伝達されるトルクが変動しないように第２ＭＧ３から出力される。この図に示した例では、エンジン１０の空燃比をリーン側に変化させるべく時刻ｔ１１にスロットルバルブ１４を開けるとともに燃料噴射量を低下させている。そのため、エンジン１０の空燃比がステップ状にリーン側に変化している。また、これによりエンジン１０のパワーが低下するので、第２ＭＧ３からアシストパワーが出力されている。その後、燃料噴射量を徐々に元の値に戻し、時刻ｔ１２において運転モードの切り替えが完了している。
【００１７】
車両制御装置２０は、エンジン１０の始動後から所定期間の間にエンジン１０の運転モードをリーン燃焼モードに切り替える場合は、ステップ切替制御にて運転モードを切り替える。それ以外の場合は、連続切替制御で運転モードをリーン燃焼モードに切り替える。
【００１８】
図４は、エンジン１０の運転モードをストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り替えるために車両制御装置２０が実行するリーン燃焼切替制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、エンジン１０がストイキ燃焼モードで運転されているときに所定の周期で繰り返し実行される。
【００１９】
この制御ルーチンにおいて車両制御装置２０は、まずステップＳ１１で車両１の状態を取得する。車両１の状態としては、例えば現在のエンジン１０の運転モード、車速、エンジン１０の回転数、及び吸気量等が取得される。また、この処理ではエンジン１０のトルクも取得される。なお、エンジン１０のトルクは、吸気量等に基づいて算出する周知の算出方法を用いて取得すればよい。さらに、この処理では、エンジン１０が始動されてから経過した時間も取得される。車両制御装置２０は、この制御ルーチンとは別のルーチンにおいてエンジン１０の始動後から経過した時間をタイマでカウントしている。この処理では、このタイマの値が始動後の経過時間として取得される。なお、このタイマは、車両１の走行モードがＥＶモードに切り替わってエンジン１０を停止させた場合に、ゼロにリセットされる。そして、例えば走行モードがＥＶモードからハイブリッドモードに切り替えられ、エンジン１０が始動された場合にカウントが開始される。この処理では、この他にも車両１の状態に関係する種々の情報が取得されるが、それらの説明は省略する。
【００２０】
次のステップＳ１２において車両制御装置２０は、エンジン１０の運転モードをリーン燃焼モードに切り替える必要があるか否か判定する。上述したように、エンジン１０を低回転低トルクで運転する場合に、運転モードをリーン燃焼モードに切り替える。そのため、例えば、エンジン１０の回転数が予め設定した判定回転数以下であり、かつエンジン１０のトルクが予め設定した判定トルク以下の場合に、運転モードをリーン燃焼モードに切り替える必要があると判定すればよい。なお、判定回転数及び判定トルクは、エンジン１０の仕様等に応じて適宜に設定すればよい。運転モードをリーン燃焼モードに切り替える必要がないと判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２１】
一方、運転モードをリーン燃焼モードに切り替える必要があると判定した場合はステップＳ１３に進み、車両制御装置２０はエンジン１０を始動してから経過した時間が所定の判定時間未満か否か判定する。この判定時間には、例えば吸気ポート１２ａや燃焼室の温度が外気温から燃料を十分に気化できる所定温度に上昇するまでに要する時間が設定される。始動後の経過時間が判定時間未満と判定した場合はステップＳ１４に進み、車両制御装置２０はステップ切替制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２２】
一方、始動後の経過時間が判定時間以上と判定した場合はステップＳ１５に進み、車両制御装置２０は連続切替制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２３】
以上に説明したように、本発明によれば、エンジン１０を始動してから判定時間が経過するまでの間にエンジン１０の運転モードをストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り替える場合には、エンジン１０の空燃比がリーン側にステップ状に変化するように燃料噴射量を減少させる。上述したように、判定時間には吸気ポート１２ａや燃焼室の温度が外気温から燃料を十分に気化できる所定温度に上昇するまでに要する時間が設定される。そのため、このように燃料噴射量を減少させることにより吸気ポート１２ａや燃焼室に付着する燃料量を低減できる。したがって、エンジン１０の冷間時における排気微粒子（ＰＭ）の量を低減できる。
【００２４】
なお、図４のステップＳ１２〜Ｓ１４の実行することにより、車両制御装置２０が本発明の空燃比制御手段として機能する。
【００２５】
吸気ポート１２ａや燃焼室の温度が所定温度まで上昇したか否かを判定する方法は、エンジン１０を始動してから経過した時間を用いて判定する方法に限定されない。例えば、吸気ポート１２ａや燃焼室の温度を取得し、その温度に基づいてこれらの温度が所定温度まで上昇したか否か判定してよい。なお、吸気ポート１２ａや燃焼室の温度は、これらの箇所に温度センサを設けて取得してもよいし、エンジン１０の冷却水の温度などから推定してもよい。
【００２６】
上述した形態において、判定時間はエンジン１０を停止させていた時間に応じて補正してもよい。周知のようにエンジン１０の温度は、エンジン１０を停止させていた時間が長くなるほど外気温に近づいてゆく。そのため、エンジン１０を停止させていた時間が短時間、例えば数分程度であれば、エンジン１０の温度は殆ど低下しない。したがって、この場合には、エンジン１０の始動直後から吸気ポート１２ａや燃焼室の温度が高い。そこで、エンジン１０を始動までにエンジン１０を停止させていた時間が短いほど判定時間が短くなるように、判定時間を補正してもよい。
【００２７】
また、吸気ポート１２ａや燃焼室の温度を測定もしくは推定し、その温度に基づいて判定時間を補正してもよい。なお、この場合には、測定もしくは推定した温度が高いほど判定時間を短くすればよい。
【００２８】
なお、上述した形態では、駆動輪６のトルク変動を抑制するためにステップ切替制御時におけるエンジン１０のパワーの低下を第２ＭＧ３でアシストしたが、このトルク変動を許容する場合には第２ＭＧ３によるアシストは行わなくてもよい。
【００２９】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関の気筒数は４気筒に限定されず、３気筒以上又は５気筒以上であってもよい。また、吸気ポートに燃料を供給するポート噴射型の内燃機関に限定されず、気筒内に直接燃料を噴射する直噴型の内燃機関に本発明を適用してもよい。さらに本発明はディーゼル式の内燃機関に適用してもよい。
【００３０】
本発明が適用される内燃機関は、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関に限定されない。例えば、走行用動力源として内燃機関のみが搭載される車両の内燃機関に本発明を適用してもよい。また、アイドリングストップ制御が適用される内燃機関に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０  内燃機関
２０  車両制御装置（空燃比制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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