(57)【要約】【課題】冷機始動時に点火時期を遅角させることで排気温度を上昇させて排気浄化触媒３７の早期活性化を図る場合に、排気浄化触媒３７の早期活性化による排気性能の向上とエンジントルクの制御精度とを両立する。【解決手段】現在のエンジン回転速度及び負荷に応じた通常点火時期を設定し、排気浄化触媒３７を早期活性化させるための目標点火時期を設定し、通常点火時期から目標点火時期へ補正することによって低下するエンジントルクを補うために空気量を増量する。【選択図】図２
2015010590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷機始動時に排気浄化触媒を早期に活性化させることを目的として、排気温度を上昇させるために点火時期を遅角側へ補正する内燃機関の制御装置において、
現在のエンジン回転速度及び負荷に応じた通常点火時期を設定する通常点火時期設定手段と、
前記排気浄化触媒を早期活性化させるための目標点火時期を設定する目標点火時期設定手段と、
前記通常点火時期から前記目標点火時期へ補正することによって低下するエンジントルクを補うために空気量を増量する空気量増量手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関は、駆動源として電動機も併せ持つハイブリッド車両用の内燃機関であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記目標点火時期設定手段は、エンジン回転速度、負荷、冷却水温、バルブタイミング、走行状態、排気浄化触媒の活性状態、λコントロールを実行しているか否か、又は筒内ガス流動の状態に応じて、そして前記内燃機関がハイブリッド車両用である場合にはさらにアイドル回転速度フィードバック制御の状態に応じて、前記目標点火時期を設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
冷機始動時に排気浄化触媒を早期に活性化させることを目的として、排気温度を上昇させるために点火時期を遅角側へ補正する内燃機関の制御方法において、
現在のエンジン回転速度及び負荷に応じた通常点火時期を設定し、
前記排気浄化触媒を早期活性化させるための目標点火時期を設定し、
前記通常点火時期から前記目標点火時期へ補正することによって低下するエンジントルクを補うために空気量を増量することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の冷機始動時におけるトルク制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を冷機始動した場合に、排気浄化触媒の活性化を促進させるために、点火時期を遅角側へ補正することが知られている。このような冷機始動時の制御の例として、特許文献１には、冷却水温に応じて点火時期遅角量を決定し、エンジン回転速度及び負荷（空気量）に基づいて算出した通常点火時期を、点火時期遅角量を用いて補正する制御が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１６３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記文献の制御は、冷機始動直後から高精度のエンジントルク制御が要求される場合には適さない。例えば、内燃機関と電動機とを駆動源として併せ持つハイブリッド車両では、電動機をモータとして使用するのか、発電機として使用するのかに応じて内燃機関に要求されるエンジントルクが変化する。そこで、ハイブリッドコントローラにより内燃機関の目標エンジントルクが設定され、これを実現するようにエンジンコントローラが内燃機関を制御する。このようなハイブリッド車両において上述した点火時期の補正制御を行なう場合には、点火時期の遅角により低下するエンジントルクを補うために空気量を増量する必要がある。しかし、空気量を変更すると、補正の対象となる通常点火時期が変化するので、点火時期遅角量が一定であっても最終的な点火時期が変化してしまう。そして、最終的な点火時期が変化するとエンジントルクの低下量も変化し、それを補うための空気増量量も変化する。
【０００５】
このように、上記文献の制御を冷機始動直後からエンジントルクを高精度に制御する必要がある内燃機関に適用すると、点火時期及び空気量の制御が安定しない。
【０００６】
そこで本発明では、冷機始動直後からエンジントルクを高精度に制御する必要がある内燃機関について、排気浄化触媒の早期活性化による排気性能の向上とエンジントルクの制御精度とを両立することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によれば、機関始動後に排気浄化触媒を早期に活性化させるために点火時期を遅角補正する内燃機関の制御装置が提供される。内燃機関の制御装置は、現在のエンジン回転速度及び負荷に応じた通常点火時期を設定する通常点火時期設定手段と、排気浄化触媒を早期活性化させるための目標点火時期を設定する目標点火時期設定手段と、を備える。さらに、通常点火時期から目標点火時期へ補正することによって低下するエンジントルクを補うために空気量を増量する空気量増量手段を備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記態様によれば、排気浄化触媒を早期活性化させるための目標点火時期を直接設定しているので、遅角量を設定して通常点火時期から遅角させる場合のようにエンジン回転速度が不安定になることがない。したがって、点火時期の遅角による排気浄化触媒の早期活性化と、エンジントルクの制御精度とを両立できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態を適用する車両の概略構成図である。
【図２】図２は、内燃機関の概略構成図である。
【図３】図３は、排気浄化触媒を早期活性化させるための制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態を適用する車両の概略構成図である。本車両は、内燃機関１と変速機３との間に駆動源としても機能するモータジェネレータ（以下、ＭＧともいう）２を備えるハイブリッド車両である。内燃機関１のクランク軸１ＡとＭＧ２の回転シャフト４の間には第１クラッチ９が介装され、ＭＧ２の回転シャフト４と変速機３の入力軸５との間には第２クラッチ１０が介装されている。内燃機関１及びＭＧ２の出力は、変速機３及びプロペラシャフト６、差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。
【００１２】
ＭＧ２は例えばリチウムイオンバッテリのようなバッテリ１１からの電力により駆動され、また、ＭＧ２で発電した電力はバッテリ１１へ蓄えられる。
【００１３】
内燃機関１の点火時期制御、燃料噴射量制御、バルブタイミング制御、筒内ガス流動制御等はエンジンコントローラ２０が実行する。第１クラッチ９の締結制御はクラッチコントローラ２１が実行する。ＭＧ２の力行、発電の切り替え等の制御はモータコントローラ２２が実行する。変速機３の変速制御や第２クラッチ１０の締結制御は変速機コントローラ２３が実行する。バッテリ１１の充放電制御はバッテリコントローラ２４が実行する。
【００１４】
各コントローラ２０−２４は、ＣＡＮ通信にてハイブリッドコントローラ２５と連結されており、ハイブリッドコントローラ２５からの指示に応じてそれぞれの制御を実行する。
【００１５】
例えば、ハイブリッドコントローラ２５は、エンジンコントローラ２０、モータコントローラ２２、バッテリコントローラ２４等から受信したエンジン回転速度、ドライバ要求、モータ回転速度、バッテリ残量、バッテリ入出力パワー等に応じて、目標のエンジントルクを決定する。また、一般的なアイドル回転速度フィードバック制御（以下、ＥＮＧアイドル回転速度制御ともいう）と、ＭＧ２を力行又は発電させて内燃機関１の回転速度を目標値に一致させる制御（以下、ＭＧアイドル回転速度制御ともいう）とを、バッテリ１１の残充電量等に応じて選択的に切り替える。
【００１６】
なお、各コントローラ２０−２５は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。各コントローラ２０−２５を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
【００１７】
図２は、内燃機関１の概略構成図である。
【００１８】
吸気バルブ３２を開閉する吸気カムシャフト３３には、吸気バルブ３２の開閉タイミング（バルブタイミング）を変更し得る可変動弁機構３４が備えられる。なお、排気バルブ３５を開閉する排気カムシャフト３６にも可変動弁機構を備えるようにしてもよい。
【００１９】
吸気通路３０には、吸気流れの上流側から順に、吸入空気量（単に空気量ともいう）を調整するスロットルバルブ４０と、筒内４１にガス流動を生成するためのタンブルコントロールバルブ（以下、ＴＣＶともいう）４２と、吸気通路内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁３９と、が備えられる。排気通路３１には、例えば三元触媒等の排気浄化触媒３７が介装されている。なお、ＴＣＶ４２に代えてスワールコントロールバルブ（以下、ＳＣＶともいう）としてもよい。
【００２０】
エンジンコントローラ２０には、負荷算出等に用いるアクセルペダル開度を検出するアクセルペダル開度センサ５０、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ５１、及び冷却水温を検出する水温センサの各検出信号が読み込まれる。その他にも、ＴＣＶ４２の開閉状態、可変動弁機構３４の変換角、及び排気浄化触媒３７の活性状態についての情報も読み込まれる。排気浄化触媒３７の活性状態は、排気浄化触媒３７のベッド温度に基づいて推定する。ベッド温度は、排気浄化触媒３７の入口に温度センサを配置し、入口の温度から推定してもよいし、エンジン回転速度、負荷、運転時間等から公知の方法で推定してもよい。
【００２１】
そして、エンジンコントローラ２０はこれら検出信号及びハイブリッドコントローラ２５から指令された目標エンジントルクに基づいて、燃料噴射弁３９の噴射量、点火プラグ３８の点火時期、及びＴＣＶ４２の開閉制御等を制御する。
【００２２】
また、エンジンコントローラ２０は、冷機始動後であって排気浄化触媒３７が未活性状態の場合には、早期活性化を図るため、点火時期を遅角補正して排気温度を上昇させる。その際に、ハイブリッドコントローラ２５から指令された目標エンジントルクを実現する必要があるので、点火時期の遅角によって低下するトルクを補うために空気量を増量する。以下、この冷機始動後であって排気浄化触媒３７が未活性状態の場合の制御について説明する。
【００２３】
図３は、排気浄化触媒３７を早期活性化させるためにエンジンコントローラ２０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、例えば数ミリ秒程度の間隔で繰り返し実行される。
【００２４】
ステップＳ１０で、エンジンコントローラ２０はエンジン回転速度及び充填効率から通常点火時期を算出する。通常点火時期とは、内燃機関１が暖機状態の場合に、エンジン回転速度と負荷とで定まる運転点毎に設定された点火時期であり、ここでは最適点火時期（ＭＢＴ）とする。また、本ステップでの通常点火時期の算出は、充填効率に対して点火時期を割り付けたテーブルをエンジン回転速度毎に作成しておき、当該テーブルを検索することによって行う。なお、充填効率はアクセルペダル開度、可変動弁機構３４の変換角、スロットルバルブ４０の開度等を用いた公知の方法により算出する。また、各テーブルは、充填効率が高くなるほど遅角側の点火時期が設定されている。
【００２５】
ステップＳ２０で、エンジンコントローラ２０は点火時期リタード許可条件が成立しているか否かを、機関始動時の冷却水温、機関始動からの経過時間、及び機関始動後に排気浄化触媒３７に供給された推定熱量等に基づいて判定する。
【００２６】
機関始動時の冷却水温は、冷機始動か否かを判定するために用いる。機関始動からの経過時間は、後述する推定熱量の算出、及び内燃機関１が安定して点火時期を遅角できる状態となっていることの判定に用いる。機関始動後に排気浄化触媒３７に供給された推定熱量は、排気浄化触媒３７が活性化したか否かを推定するために用いる。
【００２７】
例えば、排気浄化触媒３７が未活性状態で冷機始動し、内燃機関１が安定するだけの時間が経過し、かつ排気浄化触媒３７が活性化していないと判断できる場合に、点火時期リタード許可条件が成立していると判定する。一方、冷機始動後にまだ内燃機関１が安定していない場合、始動時に暖機状態である場合、または排気浄化触媒３７が活性化したと推定できる場合には点火時期リタード条件が非成立であると判定する。なお、ＭＧアイドル回転速度制御の場合は、始動直後からエンジン回転速度が安定するので、冷機始動後ただちに点火時期を遅角させることができる。
【００２８】
上記のように、本ステップは、機関始動直後は点火時期の遅角制御を実行してよいか否かを判定する機能を果たし、点火時期の遅角制御を開始した後は、遅角制御を終了するか否かを判定する機能を果たす。
【００２９】
ステップＳ２０で点火時期リタード条件成立と判定した場合はステップＳ３０の処理を実行し、点火時期リタード条件非成立と判定した場合はステップＳ４０の処理を実行する。
【００３０】
ステップＳ３０で、エンジンコントローラ２０は排気低減用の点火時期を算出し、これを目標点火時期として設定する。排気低減用の点火時期とは、冷機始動時に排気浄化触媒３７の早期活性化を狙って排気温度を上昇させる場合の点火時期であり、通常点火時期より遅角した点火時期である。
【００３１】
ここで、排気低減用の点火時期を算出する方法の一例について説明する。
【００３２】
一般的な点火時期の算出と同様に、排気低減用の点火時期をエンジン回転速度と目標エンジントルクとに割り付けたマップ（以下、回転速度/トルクマップともいう）を検索する。
【００３３】
ただし、排気低減に適した点火時期は種々の条件により異なる。例えば、非走行時にはアイドル回転速度の変動を抑制する必要があり、走行時にはサージ（過剰な遅角による前後振動）を抑制する必要があるので、排気低減に適した点火時期は異なる。また、ＴＣＶ４２の開閉状態、つまり筒内ガス流動の状態によって燃焼安定度が異なるので、遅角可能な範囲が異なる。同様に、可変動弁機構３４の変換角、つまりバルブタイミングによっても燃焼安定度が異なる。さらに、ＭＧアイドル回転速度制御の場合は、ＭＧ２でエンジン回転速度を制御することによりＥＮＧアイドル回転速度制御の場合よりアイドル回転速度が安定するので、遅角可能な範囲が広くなる。また、λコントロールを実行中か否か、及び冷却水温によっても燃焼安定度は異なる。そして、排気浄化触媒３７の温度が活性化温度に近づくほど、遅角量を小さくできる。
【００３４】
そこで、まずＥＮＧアイドル回転速度制御の場合とＭＧアイドル回転速度制御の場合とに分ける。そして、それぞれの場合について、走行時用、非走行時用、ＴＣＶ４２が開のとき用、ＴＣＶ４２が閉のとき用の回転速度/エンジントルクマップと、可変動弁機構３４の変換角に応じた回転速度/エンジントルクマップと、を作成しておく。
【００３５】
これらのマップから、走行中か否か、ＴＣＶ４２が開か閉か、可変動弁機構３４の変換角に応じて検索した値を、冷却水温、排気浄化触媒３７の温度、λコントロールの状態等に応じて補正及び重み付け合成することによって排気低減用の点火時期を算出する。
【００３６】
なお、点火時期算出用のマップとしては、点火時期をエンジン回転速度と負荷とに割り付けたマップを用い、一般的には負荷情報として空気量を用いる。しかし、本ルーチンでは、空気量は後述する空気量補正の影響を受けるので、空気量ではなく目標エンジントルクを用いる。
【００３７】
フローチャートの説明に戻る。
【００３８】
ステップＳ４０で、エンジンコントローラ２０は通常点火時期を目標点火時期として設定する。
【００３９】
ステップＳ５０で、エンジンコントローラ２０は、ＥＮＧアイドル回転速度制御中なのかＭＧアイドル回転速度制御中なのか、及び目標エンジントルク等に応じて、現在の運転状態における点火時期変化速度を算出する。点火時期変化速度とは、現在の点火時期から目標点火時期へ変化させる際の変化速度である。点火時期の変更は電気信号を変更すれば終了するので、点火時期だけを変更するのであれば、このような変化速度を設定する必要は無い。しかし、後述する空気量補正を行なう場合に、空気量の変化には応答遅れが生じるため、本ステップのように現在の運転状態に応じた点火時期変化速度を設定する。
【００４０】
ステップＳ６０で、エンジンコントローラ２０は目標点火時期に向けて、点火時期変化速度にて点火時期を変化させる。
【００４１】
ステップＳ７０で、エンジンコントローラ２０は現在の点火時期と通常点火時期とを比較し、現在の点火時期が通常点火時期より遅角側であればリタード有りと判断してステップＳ８０の処理を実行する。一方、現在の点火時期が通常点火時期と同じ又は進角側の場合は、ステップＳ９０で空気量補正を実行しないことを決定して、今回のルーチンを終了する。
【００４２】
ステップＳ８０で、エンジンコントローラ２０は点火時期の遅角により低下したトルクを補うための空気量補正を実行する。空気量補正の手法は公知の手法を用いればよい。例えば、具体的には、点火時期の遅角によるトルク低下量を算出し、この低下量に応じて空気量補正倍率を決定し、空気量補正倍率に基づいてスロットルバルブ４０の開度を変更する。
【００４３】
次に、本実施形態による作用効果について説明する。
【００４４】
（１）機関始動後に排気浄化触媒３７を早期に活性化させるために点火時期を遅角補正する場合に、現在のエンジン回転速度及び負荷に応じた通常点火時期を設定し、排気浄化触媒３７を早期活性化させるための目標点火時期を設定する。そして、通常点火時期から目標点火時期へ補正することによって低下するエンジントルクを補うために空気量を増量する。このように、通常点火時期に対する補正量を設定するのではなく、排気低減のための最終的な点火時期を目標点火時期として設定するので、空気量補正を行なった場合に、目標点火時期が変動してアイドル回転速度が不安定になることを防止できる。
【００４５】
（２）内燃機関１は、駆動源としてＭＧ２も併せ持つハイブリッド車両用の内燃機関１である。ハイブリッド車両の場合、冷機始動後の点火時期遅角中にもＭＧ２による発電を行ない、バッテリ１１の残充電量等に応じて内燃機関１への要求トルクが変化するので、特に、機関始動直後から高精度なエンジントルク制御が要求される。したがって、本実施形態の制御が特に有効である。
【００４６】
なお、本実施形態では、冷機始動直後から高精度なエンジントルク制御が要求される例としてハイブリッド車両用の内燃機関１を用いたが、これに限られるわけではない。ハイブリッド車両以外の内燃機関１であっても、本実施形態を適用することで、冷機始動直後の排気性能を向上させることができる。
【００４７】
（３）目標点火時期を、エンジン回転速度、目標エンジントルク（負荷）、冷却水温、可変動弁機構３４の変換角（バルブタイミング）、走行中か非走行中か（走行状態）、排気浄化触媒３７の活性状態、λコントロールを実行しているか否か、又は筒内ガス流動の状態（ＴＣＶ４２の開閉）に応じて設定する。そしてハイブリッド車両の場合はさらにＥＮＧアイドル回転速度制御かＭＧアイドル回転速度制御かに応じて設定する。上記のパラメータを用いて目標点火時期を設定することで、燃費悪化及び排気悪化の抑制と、エンジントルクの制御精度とを両立できる。
【００４８】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４９】
１    内燃機関
２    モータジェネレータ（電動機）
３    変速機
９    第１クラッチ
１０  第２クラッチ
２０  エンジンコントローラ
２５  ハイブリッドコントローラ
３４  可変動弁機構
３７  排気浄化触媒
４０  スロットルバルブ
４２  タンブルコントロールバルブ
Ｓ１０  通常点火時期設定手段
Ｓ３０  目標点火時期設定手段
Ｓ８０  空気量増量手段
【図１】
2015010590.tif 000003
【図２】
2015010590.tif 000004
【図３】
2015010590.tif 000005