(57)【要約】【課題】氷によりＥＧＲ通路が狭められること等を抑止できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、内燃機関の始動後に、ＥＧＲ通路内に凝縮水及び／又は氷が存在している推定される条件として予め定められている氷存在推定条件が満たされているか否かを判断し、氷存在推定条件が満たされていると判断した場合（Ｓ１０３；ＹＥＳ）に、触媒の上流側端面におけるＥＧＲ通路の分岐部の近傍に、複数の気筒の中で最も多くガスが流入する気筒に対して、空燃比をリッチ側、リーン側に交互に切り替える空燃比リッチ・リーン制御又は点火時期を遅角させる点火遅角制御を行う（Ｓ１０５）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関であって、排気を浄化するための触媒が配設された排気通路と、前記排気通路における前記触媒の近傍かつ上流側の部分から分岐したＥＧＲ通路とを備えた内燃機関の制御装置において、
内燃機関の始動後に、前記ＥＧＲ通路内に凝縮水及び／又は氷が存在している推定される条件として予め定められている氷存在推定条件が満たされているか否かを判断し、前記氷存在推定条件が満たされていると判断した場合に、前記触媒の上流側端面における前記ＥＧＲ通路の分岐部の近傍に、前記複数の気筒の中で最も多くガスが流入する気筒に対して、空燃比をリッチ側とリーン側に交互に切り替える空燃比リッチ・リーン制御又は点火時期を遅角させる点火遅角制御を行う
ことを特徴と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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部ＥＧＲ装置を備えた内燃機関では、内燃機関の停止中に、ＥＧＲ通路内の残留ＥＧＲガスから凝縮水が生ずることがある。そして、ＥＧＲ通路内に凝縮水が存在していると、内燃機関の再始動時の燃焼が不安定化する等の問題が生じ得る。そのため、内燃機関の停止要求時に、一部の気筒に対して燃料カットを行い、燃料カットした気筒から排出される空気により、ＥＧＲ通路等のＥＧＲガスの流通経路内のＥＧＲガスを掃気することが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０５９９２１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８５８９７号公報
【特許文献３】特開２０１３−０５３５５８号公報
【特許文献４】特開２００６−３４２６９８号公報
【特許文献５】特開２００４−３４６７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような制御を行ってもＥＧＲ通路内には或る程度の量の凝縮水が生ずる。そのため、寒冷地等で、ＥＧＲ通路の壁温が十分に高温にならない短時間の運転が繰り返された場合には、ＥＧＲ通路内で氷が成長して氷によってＥＧＲ通路が狭まってしまうことや閉塞してしまうことがある。
【０００５】
ＥＧＲ通路内に比較的に大きな氷が固着していると、ＥＧＲ通路にて所望量の排気ガス（ＥＧＲガス）を環流させることが出来なくなる。従って、燃費やエミッションやドライバビリティが悪化してしまう。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、氷によりＥＧＲ通路が狭められることや、ＥＧＲ通路内の凝縮水／氷により始動時の内燃機関の燃焼が不安定化することを抑止できる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の、複数の気筒を有する内燃機関であって、排気を浄化するための触媒が配設された排気通路と、前記排気通路における前記触媒の近傍かつ上流側の部分から分岐したＥＧＲ通路とを備えた内燃機関の制御装置において、内燃機関の始動後に、前記ＥＧＲ通路内に凝縮水及び／又は氷が存在している推定される条件として予め定められている氷存在推定条件が満たされているか否かを判断し、前記氷存在推定条件が満たされていると判断した場合に、前記触媒の上流側端面における前記ＥＧＲ通路の分岐部の近傍に、前記複数の気筒の中で最も多くガスが流入する気筒に対して、空燃比をリッチ側とリーン側に交互に切り替える空燃比リッチ・リーン制御又は点火時期を遅角させる点火遅角制御を行う構成を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＥＧＲ通路内の氷の融解及び水の気化を促進できるため、氷によりＥ
ＧＲ通路が狭められることや、ＥＧＲ通路内の凝縮水／氷により始動時の内燃機関の燃焼が不安定化することを抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用した内燃機関システムの概略構成図である。
【図２】図２は、触媒、ＥＧＲ通路、酸素センサの位置関係の説明図である。
【図３】図３は、ＥＣＵが行う始動用制御処理の流れ図である。
【図４】図４は、暖機促進制御の制御対象となる気筒を説明するための図である。
【図５】図５は、始動用制御処理の内容を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】図６は、ＥＧＲ通路内に氷が生成された場合に生ず得る問題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１に、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用した内燃機関システムの概略構成を示す。
【００１２】
この内燃機関システムは、車両に搭載されるシステムである。図１に示してあるように、内燃機関システムは、内燃機関１０、本実施形態に係る内燃機関の制御装置としてのＥＣＵ(Electronic Control Unit）４０等を備える。
【００１３】
内燃機関１０は、点火プラグ１１及びインジェクタ１２が各気筒に設けられている３気筒の内燃機関（火花点火式エンジン）である。内燃機関１０には、冷却水の温度を測定するための温度センサ２１、クランクシャフトの回転角を検出するためのクランク角センサ（図示略）等が取り付けられている。
【００１４】
内燃機関１０の各吸気ポート（図示略）には、インテークマニホールド（以下、インマニとも表記する）１４を介して吸気通路１５が接続されている。吸気通路１５の途中には、インマニ１４に供給される空気量を調整するためのスロットルバルブ２２が設けられている。また、吸気通路１５のスロットルバルブ２２よりも上流側の部分には、吸入空気量を測定するためのエアフローメータ２３が設けられている。
【００１５】
内燃機関１０の各排気ポート（図示略）には、エキゾーストマニホールド（以下、エキマニとも表記する）１６を介して排気通路１７が接続されている。
【００１６】
エキマニ１６のコレクター部には、空燃比を測定するための空燃比センサ２６が設けられている。また、排気通路１７の途中には、三元触媒等の触媒２８が配設されている。
【００１７】
排気通路１７とインマニ１４との間は、ＥＧＲ（排気ガス再循環）を行うためのＥＧＲ通路３０によって連通されている。ＥＧＲ通路３０には、ＥＧＲ通路３０によってインマニ１４に戻される排気ガス（以下、ＥＧＲガスと表記する）の量を制御するためのＥＧＲバルブ３２と、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラー３１と、ＥＧＲ通路３０の壁温を測定するための温度センサ２５とが取り付けられている。
【００１８】
図２に示してあるように、ＥＧＲ通路３０は、排気通路１７の、触媒２８近傍の触媒２８よりも上流側の部分から分岐している。また、排気通路１７の、触媒２８近傍の触媒２８よりも上流側の部分には、排気中の酸素濃度を測定するための酸素センサ２４も取り付
けられている。
【００１９】
ＥＣＵ４０（図１）は、上記した各種センサや、イグニッションキー、アクセル開度センサ３５等からの信号に基づき、本内燃機関システムの各部（点火プラグ１１、インジェクタ１２等）を統合的に制御するユニットである。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）等で構成されており、ＥＣＵ４０のフラッシュＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラム（ファームウェア）が記憶されている。
【００２０】
以下、ＥＣＵ４０の機能を、本実施形態に係る内燃機関の制御装置としての機能を中心に説明する。
【００２１】
ＥＣＵ４０は、ユーザ（ドライバ）から内燃機関１０の始動が指示された場合（イグニッションキーに対して所定の操作がなされた場合）、図３に示した手順の始動用制御処理を実行するように、構成（プログラミング）されている。
【００２２】
すなわち、内燃機関１０の始動時（クランキングによる内燃機関１０の始動後）、ＥＣＵ４０は、まず、内燃機関１０に対する始動制御を開始する（ステップＳ１０１）。このステップＳ１０１にてＥＣＵ４０が開始する始動制御は、火花点火式内燃機関用のＥＣＵが内燃機関の始動時に行うものと同様に、冷却水温度に応じて空燃比を変更しながら内燃機関１０を始動する制御である。
【００２３】
次いで、ＥＣＵ４０は、始動制御を行いながら、ステップＳ１０２にて、暖機促進制御実行可能条件が満たされるのを待機（監視）している状態となる。詳細については後述するが、暖機促進制御実行可能条件とは、暖機促進制御を開始できる条件として予め設定されている条件のことである。
【００２４】
暖機促進制御実行可能条件が満たされた場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、氷存在推定条件が満たされているか否かを判断する（ステップＳ１０３）。
【００２５】
氷存在推定条件は、その時点（ステップＳ１０３の判断の実行時点）においてＥＧＲ通路３０内に氷及び／又は凝縮水が存在していることが推定される条件として予め定められている条件である。この氷存在推定条件としては、例えば、以下のようなものを採用することが出来る。
【００２６】
・氷存在推定条件＃１：ステップＳ１０３の判断の実行時点におけるＥＧＲ通路３０の壁温（温度センサ２６による温度の測定結果）が、露点温度以下である。
・氷存在推定条件＃２：ステップＳ１０３の判断の実行時点におけるＥＧＲ通路３０の壁温が、露点温度以下であり、内燃機関１０の前回の停止時におけるＥＧＲ通路３０の壁温が露点温度以下である。
【００２７】
すなわち、ステップＳ１０３の判断の実行時点におけるＥＧＲ通路３０の壁温が露点温度以下である場合、ＥＧＲ通路３０内に氷及び／又は凝縮水が存在している可能性がある。従って、氷存在推定条件＃１が満たされているか否かを判断すれば、その時点においてＥＧＲ通路３０内に氷及び／又は凝縮水が存在しているか否かを推定することが出来る。
【００２８】
また、内燃機関１０の前回の停止時におけるＥＧＲ通路３０の壁温が露点温度を超えている場合、ＥＧＲ通路３０内に氷及び／又は凝縮水が存在していたとしてもその量は僅かなものである。従って、氷存在推定条件＃２を用いておけば、僅かな氷及び／又は凝縮水
しか存在していないにも拘わらず、ＥＧＲ通路３０内に氷及び／又は凝縮水が存在していると判定されないようにすることが出来る。
【００２９】
尚、氷存在推定条件＃２を使用する場合、ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の停止時（例えば、イグニッションキーがＡＣＣ位置に変更された時）に、ＥＧＲ通路３０の壁温を測定して内部に記憶するように、構成（プログラミング）される。
【００３０】
氷存在推定条件が満たされていなかった場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０４にて、始動制御終了条件（例えば、冷却水温≧冷却水温閾値）が満たされるのを待機（監視）する。そして、ＥＣＵ４０は、始動制御終了条件が満たされたときに、この始動用制御処理を終了して、通常の制御を開始する。
【００３１】
一方、氷存在推定条件が満たされていた場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、触媒２８の上流側端面におけるＥＧＲ通路３０の分岐部の近傍に最も多くガスが流入する気筒に対する暖機促進制御を開始する（ステップＳ１０５）。
【００３２】
ここで、『触媒２８の上流側端面におけるＥＧＲ通路３０の分岐部の近傍』とは、『触媒２８の、排気の流れ方向から見て排気通路１７のＥＧＲ通路３０の分岐部と対向する部分の近傍』のことである。従って、『触媒２８の上流側端面におけるＥＧＲ通路３０の分岐部の近傍に最も多くガスが流入する気筒』（以下、暖機促進制御対象気筒とも表記する）は、例えば、内燃機関１０の各気筒からの排気の主流成分が図４に示したように触媒２８に流入する場合には、排気通路１７におけるＥＧＲ通路３０の分岐部に最も近いゾーン２に排気の主流成分が流入する気筒＃１となる。
【００３３】
また、暖機促進制御とは、空燃比をリッチ側、リーン側に交互に切り替える空燃比リッチ・リーン制御、又は、点火時期を遅角させる点火遅角制御のことである。尚、暖機促進制御として空燃比リッチ・リーン制御が実行される場合、通常、空燃比リッチ・リーン制御の実行中における暖機促進制御対象気筒以外の気筒の空燃比のフィードバック制御は、停止される。
【００３４】
ステップＳ１０５の処理の完了後のＥＣＵ４０の動作を説明する前に、ここで、ステップＳ１０２にてＥＣＵ４０が満たされることを監視する暖機促進制御実行可能条件の具体例を説明しておくことにする。
【００３５】
既に説明したように、暖機促進制御実行可能条件は、暖機促進制御を開始できる条件である。また、暖機促進制御は、空燃比リッチ・リーン制御、又は、点火遅角制御である。
【００３６】
暖機促進制御として空燃比リッチ・リーン制御を行うためには、空燃比センサ２６の活性化が完了している（空燃比センサ２６の温度が所定温度まで上昇している）ことが必要である。従って、暖機促進制御が空燃比リッチ・リーン制御である場合には、暖機促進制御実行可能条件として、通常、空燃比センサ２６の活性化が完了している（空燃比センサ２６のインピーダンスが所定インピーダンスとなっている）という条件が使用される。
【００３７】
一方、暖機促進制御として点火遅角制御を行うためには、空燃比センサ２６の活性化が完了している必要はない。そのため、暖機促進制御が点火遅角制御である場合には、内燃機関１０の燃焼が安定した後に暖機促進制御が開始されるようにするために、暖機促進制御実行可能条件として、『始動後の吸入空気量の積算値が所定値以上となる』といったような条件が使用される。
【００３８】
以下、ステップＳ１０５の処理の完了後のＥＣＵ４０の動作を説明する。
ステップＳ１０５の処理を終えたＥＣＵ４０は、ステップＳ１０６にて、ＥＧＲ通路３０の壁面温度が、予め設定されている規定値以上となるのを待機する。尚、ＥＧＲ通路３０の壁面温度と比較される規定値としては、通常、露点温度や、露点温度以上の温度が使用される。
【００３９】
そして、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲ通路３０の壁面温度が規定値以上となった場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）、この始動用制御処理（図３の処理）を終了して、通常の制御を開始する。
【００４０】
次に、暖機促進制御が空燃比リッチ・リーン制御であり、暖機促進制御実行可能条件が空燃比センサ２６の活性化完了であり、氷存在推定条件が氷存在推定条件＃２であり、暖機促進制御対象気筒が気筒＃１である場合を例に、ＥＣＵ４０による内燃機関１０の制御内容をさらに具体的に説明する。
【００４１】
上記場合には、図５に模式的に示してあるように、内燃機関１０の停止時にＥＧＲ通路３０の壁温（図５では、壁面温度）Ｔ１が測定されて記憶される。
【００４２】
そして、内燃機関１０の再始動後、空燃比センサ２６の活性化が完了したと判定されたときに（図３：ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、氷存在推定条件＃２が満たされているか否かが判断される（ステップＳ１０３）。
【００４３】
図５に示してあるケースでは、ステップＳ１０３の判断の実行時点におけるＥＧＲ通路３０の壁温Ｔ２も、内燃機関１０の前回の停止時におけるＥＧＲ通路３０の壁温Ｔ１も露点温度以下である。そのため、暖機促進制御対象気筒である気筒＃１に対する暖機促進制御（空燃比リッチ・リーン制御）が開始されて、触媒２８のゾーン２の温度が上昇する。そして、ＥＧＲ通路３０の分岐部が触媒２８のゾーン２の近傍に位置している（図２参照）ので、ＥＧＲ通路３０の壁温が、いずれの気筒に対しても空燃比リッチ・リーン制御が行われていない場合よりも速く上昇する。
【００４４】
そして、暖機促進制御（空燃比リッチ・リーン制御）は、ＥＧＲ通路３０の壁温が露点温度以上となるまで継続する制御であると共に、内燃機関１０の始動時に、氷存在推定条件が満たされていた場合には常に行われる制御である。また、始動用制御処理は、暖機促進制御を１個の気筒に対してのみ行う処理である。従って、上記内容の始動用制御処理によれば、ドライバビリティがさほど悪くならない形で、氷によりＥＧＲ通路３０が狭められることや、ＥＧＲ通路３０内の凝縮水／氷により始動時の内燃機関の燃焼が不安定化することを抑止することできる。
【００４５】
また、ＥＧＲ通路３０は、排気通路１７の、触媒２８よりも上流側の触媒２８近傍の部分から分岐しており、酸素センサ２４は、排気通路１７の、触媒２８よりも上流側の触媒２８近傍の部分に設けられている。ＥＧＲ通路３０内に或る程度の量の氷／凝縮水が存在している状態で内燃機関１０を始動すると、酸素センサ２４が故障（破損）してしまうことがあり得る。具体的には、ＥＧＲ通路３０内に或る程度の量の氷が存在している状態で内燃機関１０を始動すると、図６に模式的に示したように、ＥＧＲ通路３０の壁温上昇により、ＥＧＲ通路３０の内壁面に固着していた氷が溶けて水や小径の氷として排気通路１７内に侵入する。排気通路１７内に侵入した水や氷が高温の触媒２８の表面に接触すると、水の触媒との接触部分が膜沸騰により膨張して水が飛散する。そして、酸素センサ２８の構成要素であるジルコニア素子は、高温となっている。そのため、上記のようにして飛散した水が酸素センサ２８に当たって熱応力により酸素センサ２８が故障（破損）してしまうことがあるのであるが、上記内容の始動用制御処理によれば、そのような酸素センサ２８の故障（破損）の発生も抑止できることになる。
【００４６】
《変形形態》
上記した技術は、各種の変形を行うことが出来るものである。例えば、ＥＧＲ通路３０に温度センサ２５が設けられていない場合には、ＥＧＲ通路３０の壁温を、吸入空気量及び排気温度の履歴から算出（推定）しても良い。また、氷存在推定条件として、氷存在推定条件＃１、＃２とは異なる条件（例えば、外気温が０℃以下）を採用しておいても良い。
【００４７】
また、ＥＣＵ４０により制御される内燃機関１０が、上記したものとは具体的な構成が異なる内燃機関（例えば、排気通路１７の、触媒２８よりも上流側の部分に、別の触媒が設けられている内燃機関、酸素センサ２４と触媒２８との間の間隔が飛散水による酸素センサ２４の故障が生じないように定められている内燃機関、気筒数が３ではない内燃機関）であっても良いことは当然のことである。
【符号の説明】
【００４８】
１０  内燃機関
１１  点火プラグ
１２  インジェクタ
１４  インテークマニホールド
１５  吸気通路
１６  エキゾーストマニホールド
１７  排気通路
２１，２５  温度センサ
２２  スロットルバルブ
２３  エアフローメータ
２４  酸素センサ
２６  空燃比センサ
２８  触媒
３０  ＥＧＲ通路
３１  ＥＧＲクーラー
３２  ＥＧＲバルブ
３５  アクセル開度センサ
４０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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