(57)【要約】【課題】この発明は、スカベンジ領域の直後に燃料カットが実行される場合であっても、触媒温度が耐熱温度を超えることを抑制でき燃費影響も小さい内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】気筒内に吸気を過給する過給機と、前記気筒から排出された排気を浄化する触媒とを備える内燃機関の制御装置において、運転領域がスカベンジ領域にある場合に、前記気筒内を掃気するスカベンジ制御を実行する。前記スカベンジ制御を実行しない通常時の判定温度を記憶し、前記触媒の温度が前記判定温度よりも高い場合に、前記触媒の温度上昇を抑制する。さらに、前記スカベンジ制御を実行するスカベンジ時に、前記判定温度を、より低い温度に変更する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に吸気を過給する過給機と、前記気筒から排出された排気を浄化する触媒とを備える内燃機関の制御装置において、
運転領域がスカベンジ領域にある場合に、前記気筒内を掃気するスカベンジ制御を実行するスカベンジ制御手段と、
前記触媒の耐熱温度よりも低く設定された前記スカベンジ制御を実行しない通常時の判定温度を記憶する記憶手段と、
前記触媒の温度が前記判定温度よりも高い場合に、前記触媒の温度上昇を抑制する触媒温度上昇抑制手段と、
前記スカベンジ制御を実行するスカベンジ時に、前記判定温度を、より低い温度に変更する判定温度変更手段と、
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】
前記スカベンジ制御は、過給域かつバルブオーバーラップ領域において、前記気筒内を掃気可能なバルブオーバーラップ期間を設定すること、
を特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
運転状態に応じた基本燃料噴射量を取得する手段を更に備え、
前記記憶手段により記憶される判定温度は、前記スカベンジ制御を実行しない通常時の燃料噴射量の増量開始判定温度であり、
前記触媒温度上昇抑制手段は、前記触媒の温度が前記増量開始判定温度よりも高い場合に、前記基本燃料噴射量を増量補正し、
前記判定温度変更手段は、前記スカベンジ制御を実行するスカベンジ時に、前記増量開始判定温度を、より低い温度に変更すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記触媒温度上昇抑制手段は、前記触媒の温度が前記判定温度よりも高い場合に、前記バルブオーバーラップ期間を短縮補正すること、
を特徴とする請求項２又は３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記判定温度変更手段により変更される前記判定温度の変更値は、前記スカベンジ時のエンジン回転数、エンジン負荷、及びバルブオーバーラップ量に基づいて算出されること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項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】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、過給機を備えた内燃機関が知られている。また、本公報には、高回転高負荷領域において、吸気バルブと排気バルブとの間でバルブオーバーラップ期間を確保することが開示されている。これにより、燃焼室を介した吸気側から排気側へのガスの吹き抜けを利用して、筒内残留ガスを十分に掃気させることができる。このような掃気（スカベンジング）によれば、高回転高負荷領域において、エンジン出力を効果的に高めることができる。
【０００３】
また、特許文献４には、燃料カット条件が成立した場合に、触媒温度センサにより検出された触媒温度が、燃料カット禁止判定ルーチンにおいて算出された閾値温度以上であれば、燃料カットを禁止することが開示されている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５５６０３号公報
【特許文献２】特開平１１−２２９９１５号公報
【特許文献３】特開平１１−１８２２８９号公報
【特許文献４】特開２０１１−０６９３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
過給機を備える内燃機関において、吸気バルブから排気バルブへの吸気新気の吹き抜けが発生するスカベンジ領域（過給域、且つバルブオーバーラップ領域）では、吸気行程のオーバーラップ時に空燃比リーンの新気が吹き抜ける。一方、燃焼室から排出される燃焼ガスは、吸気行程で吹き抜けた空気量分だけ空気が不足した状態で燃焼するため、空燃比リッチである。そのため、それぞれのガスが交互に触媒に到達して反応し触媒温度が上昇する。特に、このスカベンジ（掃気）制御直後の燃料カット（以下、Ｆ／Ｃとも記す。）制御時には、触媒内の燃料と新気との反応が多く、触媒温度が急激に上昇し、触媒の耐熱温度を超えるおそれがある。また、特許文献４では、燃料カットを禁止することで触媒温度の上昇を抑制することとしているが、燃料カットを禁止すれば燃費が悪化するため改善の余地がある。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、スカベンジ領域の直後に燃料カットが実行される場合であっても、触媒温度が耐熱温度を超えることを抑制でき、燃費影響も小さい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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
気筒内に吸気を過給する過給機と、前記気筒から排出された排気を浄化する触媒とを備える内燃機関の制御装置において、
運転領域がスカベンジ領域にある場合に、前記気筒内を掃気するスカベンジ制御を実行するスカベンジ制御手段と、
前記触媒の耐熱温度よりも低く設定された前記スカベンジ制御を実行しない通常時の判定温度を記憶する記憶手段と、
前記触媒の温度が前記判定温度よりも高い場合に、前記触媒の温度上昇を抑制する触媒温度上昇抑制手段と、
前記スカベンジ制御を実行するスカベンジ時に、前記判定温度を、より低い温度に変更する判定温度変更手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記スカベンジ制御は、過給域かつバルブオーバーラップ領域において、前記気筒内を掃気可能なバルブオーバーラップ期間を設定することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
運転状態に応じた基本燃料噴射量を取得する手段を更に備え、
前記記憶手段により記憶される判定温度は、前記スカベンジ制御を実行しない通常時の燃料噴射量の増量開始判定温度であり、
前記触媒温度上昇抑制手段は、前記触媒の温度が前記増量開始判定温度よりも高い場合に、前記基本燃料噴射量を増量補正し、
前記判定温度変更手段は、前記スカベンジ制御を実行するスカベンジ時に、前記増量開始判定温度を、より低い温度に変更すること、を特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第２又は第３の発明において、
前記触媒温度上昇抑制手段は、前記触媒の温度が前記判定温度よりも高い場合に、前記バルブオーバーラップ期間を短縮補正することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、
前記判定温度変更手段により変更される前記判定温度の変更値は、前記スカベンジ時のエンジン回転数、エンジン負荷、及びバルブオーバーラップ量に基づいて算出されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、スカベンジ時の判定温度を通常時の判定温度よりも低い温度に変更することができる。その結果、通常時よりも早期に触媒の温度上昇を抑制する制御を実行することができる。このため、本発明によれば、スカベンジ制御直後に燃料カットが実行される場合であっても、触媒温度が耐熱温度を超えることを抑制できる。また、燃料カットの実行を禁止しないため、燃費影響も小さい。
【００１３】
第２の発明によれば、過給域においてバルブオーバーラップ期間を設定することで気筒内を掃気することができる。
【００１４】
第３の発明によれば、触媒の温度がスカベンジ時の判定温度よりも高い場合に、基本燃料噴射量を増量補正することができる。燃料噴射量の増量により、触媒の温度上昇を抑制することができる。
【００１５】
第４の発明によれば、触媒の温度がスカベンジ時の判定温度よりも高い場合に、バルブオーバーラップ期間を短縮補正することができる。バルブオーバーラップ期間の短縮により、新気吹き抜けが減少するため、触媒の温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
第５の発明によれば、エンジン回転数、エンジン負荷、及びバルブオーバーラップ量に基づいて判定温度の変更値を算出することができる。そのため、運転状態に応じた適切な判定温度を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概念構成図である。
【図２】スカベンジ領域において排気通路に排出されるガスの空燃比の変動について説明するための図である。
【図３】燃料噴射量の増量補正による本発明の触媒温度上昇抑制制御について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１９】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概念構成図である。図１に示すシステムは、火花点火式の内燃機関（以下、単にエンジンとも記す。）１０を備えている。内燃機関１０は、車両等に搭載され、その動力源とされる。図１に示す内燃機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００２０】
内燃機関１０には、空気を筒内に取り込むための吸気通路１２と、筒内から排気ガスを排出するための排気通路１４とが接続されている。吸気通路１２の入口近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１６が設けられている。エアフローメータ１６の下流には、過給機１８のコンプレッサ１８ａが配置されている。過給機１８は、コンプレッサ１８ａと一体的に連結され排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン１８ｂを備えている。また、コンプレッサ１８ａは、タービン１８ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。
【００２１】
コンプレッサ１８ａの下流側の吸気通路１２には、コンプレッサ１８ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ２０が配置されている。インタークーラ２０の下流には、吸気通路１２を流れる空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ２２が配置されている。スロットルバルブ２２の下流には、空気を各気筒に分配するインテークマニホールド２４が設けられている。インテークマニホールド２４の下流には、気筒毎に吸気ポート２６が設けられている。なお、インテークマニホールド２４と吸気ポート２６は、吸気通路１２の一部を構成している。
【００２２】
吸気ポート２６の近傍には、気筒（燃焼室）内に向けて吸気ポート２６内に燃料をポート噴射するポートインジェクタ２８が設けられている。吸気通路１２の下流端には、気筒内と吸気通路１２との間を開閉する吸気バルブ２９が設けられている。気筒内には、燃料を気筒内に直接噴射する筒内インジェクタ３０や、混合気に点火するための点火プラグ３２が設けられている。
【００２３】
排気通路１４の上流端には、気筒内と排気通路１４との間を開閉する排気バルブ３４が設けられている。排気バルブ３４の下流には、排気ガスのエネルギによって回転するタービン１８ｂが配置されている。タービン１８ｂの下流には、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒３６が設けられている。触媒３６として、例えば三元触媒が用いられる。
【００２４】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む記憶回路を備えた演算処理装置により構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、上述したエアフローメータ１６の他、クランク角及びクランク角速度を検出するためのクランク角センサ５２、スロットルバルブ２２の下流の吸気圧力を検出するための吸気圧力センサ５４等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。
【００２５】
ＥＣＵ５０の出力側には、上述したスロットルバルブ２２、ポートインジェクタ２８、筒内インジェクタ３０、点火プラグ３２、可変バルブタイミング装置（以下、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）という。）５６等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＶＶＴ５６は、吸気バルブ２９及び排気バルブ３４の少なくとも一方のバルブタイミングを変更することができる。
【００２６】
ＥＣＵ５０は、各種センサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを駆動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。例えば、クランク角センサ５２の出力に基づいてクランク角やエンジン回転数を算出し、エアフローメータ１６の出力に基づいて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量、エンジン回転数、吸気圧力等に基づいてエンジンの負荷（負荷率）を算出する。吸入空気量、負荷等に基づいて燃料噴射量を算出する。基本燃料噴射量として、例えば排気空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）とする噴射量が設定される。基本燃料噴射量に基づいて、ポートインジェクタ２８と筒内インジェクタ３０の燃料噴射量を算出する。クランク角に基づいて燃料噴射時期や点火時期を決定する。そして、これらの時期が到来したときに、インジェクタ２８、３０及び点火プラグ３２を駆動する。これにより、筒内で混合気を燃焼させ、内燃機関１０を運転することができる。
【００２７】
図２は、スカベンジ領域において排気通路１４に排出されるガスの空燃比の変動について説明するための図である。ここで、スカベンジ領域とは、過給域かつバルブオーバーラップ領域であり、ＥＣＵ５０がＶＶＴ５６により気筒内を掃気可能なバルブオーバーラップ期間を設定することでスカベンジ制御が実行される。
【００２８】
図２の（Ａ）は、スカベンジ中のバルブオーバーラップ期間の吸気行程を示す図である。ＶＶＴ５６により気筒内を掃気可能なバルブオーバーラップ期間が設定されると、新気の一部が排気通路１４に吹き抜ける。そのため、触媒３６に到達するガスの空燃比はリーンとなる。
【００２９】
図２の（Ｂ）は、バルブオーバーラップ期間経過後の吸気行程を示す図である。このとき、燃焼室内は、（Ａ）で吹き抜けた空気量だけ空気が不足した状態にある。そのため、筒内インジェクタ３０から基本燃料噴射量に基づく燃料噴射量が噴射されると、筒内の混合ガスの空燃比はリッチとなる。
【００３０】
図２の（Ｃ）は、（Ｂ）後の排気行程を示す図である。筒内の混合ガスはリッチであるため、排気通路に排出される燃焼ガスもリッチとなる。そのため、リッチなガスが触媒３６に到達することとなる。
【００３１】
図２の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、スカベンジ領域では、触媒に到達するガスはリーンとリッチを繰り返しながら触媒３６内で反応し、触媒温度は上昇する。特に、スカベンジ制御直後に燃料カットが実行される場合には、触媒３６内の燃料と新気との反応が多く、触媒温度は急激に上昇する。そのため、触媒温度が触媒耐熱温度を超えないように制御することが望まれる。
【００３２】
［実施の形態１における特徴的制御］
そこで、本実施形態のシステムでは、まず、触媒耐熱温度よりも低く設定された判定温度を超えた場合に、触媒３６の温度上昇を抑制する制御を備える。そして、スカベンジ制御を実行するスカベンジ時には、判定温度を、スカベンジ制御を実行しない通常時の判定温度に比して低く再設定することとした。これによれば、スカベンジ時は通常時に比して判定温度が低くなるため、早期に触媒３６の温度上昇を抑制する制御が実行される。その結果、スカベンジ制御直後に燃料カットが実行される場合であっても、触媒耐熱温度を超えることを抑制でき、部品保護性が向上する。
【００３３】
具体的制御の一例として、燃料増量により触媒温度の上昇を抑制する制御について説明する。図３は、燃料噴射量の増量補正による本発明の触媒温度上昇抑制制御について説明するための図である。図３には、燃料カットフラグ６０のＯＮ／ＯＦＦと、触媒耐熱温度６２と、部品保護のため設定される通常時の増量開始判定温度６４と、スカベンジ中の増量開始判定温度６６が表されている。
【００３４】
スカベンジ制御を実行していない通常時においては、実線６８に示すように、通常時の増量開始判定温度６４に達すると基本燃料噴射量を増量補正する制御が開始される。これにより、その後の触媒温度の上昇が抑制される。この判定温度６４は、時刻Ｔ１において燃料カットが実行されても、触媒耐熱温度に達しないように実験等により定められ、ＥＣＵ５０に記憶されている。
【００３５】
しかしながら、スカベンジ制御直後に燃料カットが実行される場合には、実線７０に示すように触媒３６の温度が大きく上昇するため、通常時の増量開始判定温度６４を判定温度としたのでは、触媒耐熱温度６２を超えてしまうおそれがある。そこで、本発明では、スカベンジ中には、判定温度を通常時よりも低いスカベンジ中の増量開始判定温度６６に再設定する。これにより、通常時に比して低い触媒温度で、早期に基本燃料噴射量の増量補正が開始される。その結果、時刻Ｔ１において燃料カット（Ｆ／Ｃ）が実行される場合であっても、触媒温度が耐熱上限温度を超えることを抑制できる。
【００３６】
図４は、本発明の特徴的制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。判定温度の初期値として、通常時の増量開始判定温度６４が設定されている。図４に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、ドライバからスカベンジ領域の使用要求があるか否かを判定する（ステップＳ１００）。使用要求なしと判定される場合には、ＥＣＵ５０は、図３に示すスカベンジ後Ｆ／Ｃ時の触媒温度の上昇代（Ａ）＝０、すなわち、初期値通り、通常時の増量開始判定温度６４が判定温度となる（ステップＳ１１０）。
【００３７】
一方、使用要求ありと判定される場合には、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、エンジン負荷、バルブオーバーラップ量からスカベンジ後Ｆ／Ｃ時の触媒温度の上昇代（Ａ）を推定する（ステップＳ１２０）。例えば、予め実験等に基づいて、エンジン回転数、エンジン負荷、バルブオーバーラップ量と、上昇代（Ａ）との関係をマップ等に定めてＥＣＵ５０に記憶させておき、このマップ等からエンジン回転数等に応じた上昇代（Ａ）を取得することができる。
【００３８】
そして、ＥＣＵ５０は、通常時の増量開始判定温度６４（図３）から、上昇代（Ａ）を減算した値をスカベンジ中の増量開始判定温度６６（図３）とする（ステップＳ１３０）。これを判定温度として触媒３６の推定温度と比較する（ステップＳ１４０）。触媒３６の推定温度は、運転履歴等に基づいて推定可能である。他ルーチンにおいて、触媒３６の推定温度＞スカベンジ中の増量開始判定温度６６の判定条件が成立するか否かが所定時間毎に判定され、判定条件が成立する場合には、基本燃料噴射量を増量補正する制御が開始される。例えば、筒内インジェクタ３０による燃料噴射量が増量される。
【００３９】
なお、ステップＳ１１０において上昇代（Ａ）＝０に設定された場合には、他ルーチンにおいて、触媒３６の推定温度＞通常時の増量開始判定温度６４の判定条件が成立するか否かが所定時間毎に判定され、判定条件が成立する場合には、基本燃料噴射量を増量補正する制御が開始される。
【００４０】
以上説明したように、図４に示すルーチンによれば、スカベンジ中は、通常時に比して判定温度が下げられる。そのため、早期に触媒３６の温度上昇を抑制する制御が実行される。その結果、スカベンジ制御直後に燃料カットが実行される場合であっても、触媒耐熱温度を超えることを抑制でき、部品保護性が向上する。また、本ルーチンによれば、燃料カットの実行を禁止しないため、燃費悪化を抑制することができる。
【００４１】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、触媒温度上昇抑制手段として、ステップＳ１４０で基本燃料噴射量を増量補正することとしている。しかし、触媒温度上昇抑制手段はこれに限定されるものではない。例えば、触媒温度が判定温度よりも高い場合に、スカベンジ中のバルブオーバーラップ期間を短縮補正することとしても良い。
【００４２】
尚、上述した実施の形態１においては、過給機１８が前記第１の発明における「過給機」に、触媒３６が前記第１の発明における「触媒」に、ＥＣＵ５０が前記第１の発明における「記憶手段」に、それぞれ相当している。また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１２０〜ステップＳ１３０の処理を実行することにより前記第１及び第３の発明における「判定温度変更手段」が、上記ステップＳ１４０の処理を実行することにより前記第１及び第３の発明における「触媒温度上昇抑制手段」が、それぞれ実現されている。更に、実施の形態１においては、上記ステップＳ１２０において算出される上昇代（Ａ）が前記第５の発明における「変更値」に対応している。
【符号の説明】
【００４３】
１０  内燃機関（エンジン）
１２  吸気通路
１４  排気通路
１６  エアフローメータ
１８、１８ａ、１８ｂ  過給機、コンプレッサ、タービン
２２  スロットルバルブ
２４  インテークマニホールド
２６  吸気ポート
２８  ポートインジェクタ
２９  吸気バルブ
３０  筒内インジェクタ
３２  点火プラグ
３４  排気バルブ
３６  触媒
５０  ＥＣＵ
５２  クランク角センサ
５４  吸気圧力センサ
５６  ＶＶＴ
６０  燃料カットフラグ
６２  触媒耐熱温度
６４  通常時の増量開始判定温度
６６  スカベンジ中の増量開始判定温度
【図１】
2013253498.tif 000003
【図２】
2013253498.tif 000004
【図３】
2013253498.tif 000005
【図４】
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