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発明の名称 内燃機関の制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−16665(P2007−16665A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−197846(P2005−197846)
出願日 平成17年7月6日(2005.7.6)
代理人 【識別番号】100099645
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 晃司
発明者 河合 高志 / 小谷 武史
要約 課題
過渡的な過進角状態を回避して排気中の有害物質の排出を抑制できる内燃機関の制御装置を提供する。

解決手段
本発明の内燃機関の制御装置は、理論空燃比よりもリーン側に設定された限界目標空燃比で内燃機関が運転されるように内燃機関の空燃比を制御する。そして、内燃機関のトルク変動レベルが所定レベルを超えた場合、内燃機関の点火時期を補正した後に所定時間経過後、内燃機関の燃料噴射量を増量補正する。
特許請求の範囲
【請求項1】
理論空燃比よりもリーン側に設定された限界目標空燃比で内燃機関が運転されるように前記内燃機関の空燃比を制御する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の点火時期を補正する点火時期補正手段と、前記内燃機関の燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、空燃比をリッチ側に変化させる必要が生じた場合に、前記点火時期補正手段にて点火時期が補正された後に前記燃料噴射量補正手段にて燃料噴射量が増量補正されるように点火時期と燃料噴射量とを制御する運転状態制御手段と、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】
前記運転状態制御手段は、空燃比をリッチ側に変化させる必要が生じた場合、前記点火時期補正手段にて点火時期が遅角側に補正された後に前記燃料噴射量補正手段にて燃料噴射量が増量補正されるように点火時期と燃料噴射量とを制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項3】
前記運転状態制御手段は、空燃比をリーン側に変化させる必要が生じた場合、前記燃料噴射量補正手段にて燃料噴射量が減量補正された後に前記点火時期補正手段にて点火時期が進角側に補正されるように点火時期と燃料噴射量とを制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項4】
前記運転状態制御手段は、点火時期が補正されてから燃料噴射量の補正が開始されるまでの間、及び燃料噴射量が補正されてから点火時期の補正が開始されるまでの間に、処理を所定時間待つ待ち処理を実行し、
点火時期が補正されてから燃料噴射量の補正が開始されるまでの所定時間が、燃料噴射量が補正されてから点火時期の補正が開始されるまでの間の所定時間よりも長めに設定されていることを特徴とする請求項3に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】
本発明は、理論空燃比よりもリーン側に設定された限界目標空燃比で運転される希薄燃焼内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
希薄燃焼内燃機関の制御装置として、内燃機関の空燃比を現状よりもリーン側若しくはリッチ側に変更する場合、燃料噴射量を変更した後に点火時期を変更するものが知られている(特許文献1)。また、理論空燃比よりもリーン側に設定されたリーン領域からリッチ側に設定されたリッチ領域へ運転状態を切り替える場合に、切り替え前の点火時期を切り替え後所定時間経過するまで維持するようにした制御装置がある(特許文献2)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献3がある。
【0003】
【特許文献1】特開平8−210165号公報
【特許文献2】特開平6ー193539号公報
【特許文献3】国際公開第00/39444号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一般に、排気中の有害物質(例えば窒素酸化物)の排出及び内燃機関のトルク変動の増加を抑制できる最適な点火時期は、空燃比がリッチ側に変化するほど遅角側に変化する傾向がある。上述した特許文献の制御装置によれば、燃料噴射量を変えてから点火時期を変更するため、空燃比をリッチ側に変更する過程で点火時期が進角側にずれた過渡的な過進角状態になるおそれがある。
【0005】
そこで、本発明は、過渡的な過進角状態を回避して排気中の有害物質の排出を抑制できる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】
本発明の内燃機関の制御装置は、理論空燃比よりもリーン側に設定された限界目標空燃比で内燃機関が運転されるように前記内燃機関の空燃比を制御する内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の点火時期を補正する点火時期補正手段と、前記内燃機関の燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、空燃比をリッチ側に変化させる必要が生じた場合に、前記点火時期補正手段にて点火時期が補正された後に前記燃料噴射量補正手段にて燃料噴射量が増量補正されるように点火時期と燃料噴射量とを制御する運転状態制御手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。
【0007】
この発明によれば、空燃比をリッチ側に変化させる必要が生じた場合には、点火時期が補正された後に燃料噴射量が増量補正されるので、点火時期の過渡的な過進角状態を回避することができ排気中の有害物質の排出を抑制できる。
【0008】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記運転状態制御手段は、空燃比をリッチ側に変化させる必要が生じた場合、前記点火時期補正手段にて点火時期が遅角側に補正された後に前記燃料噴射量補正手段にて燃料噴射量が増量補正されるように点火時期と燃料噴射量とを制御してもよい(請求項2)。この場合、点火時期が遅角側に補正されるので、空燃比をリッチ側に変化させる過程で、より確実に点火時期の過渡的な過進角状態を回避できる。
【0009】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記運転状態制御手段は、空燃比をリーン側に変化させる必要が生じた場合、前記燃料噴射量補正手段にて燃料噴射量が減量補正された後に前記点火時期補正手段にて点火時期が進角側に補正されるように点火時期と燃料噴射量とを制御してもよい(請求項3)。この場合、空燃比をリーン側に変化させる場合に、燃料噴射量が減量補正された後に点火時期が進角側に補正されるので、リーン側へ空燃比を変化させる過程においても、点火時期の過渡的な過進角状態を回避することができる。
【0010】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記運転状態制御手段は、点火時期が補正されてから燃料噴射量の補正が開始されるまでの間、及び燃料噴射量が補正されてから点火時期の補正が開始されるまでの間に、処理を所定時間待つ待ち処理を実行し、点火時期が補正されてから燃料噴射量の補正が開始されるまでの所定時間が、燃料噴射量が補正されてから点火時期の補正が開始されるまでの間の所定時間よりも長めに設定されてもよい(請求項4)。この場合、空燃比をリッチ側に変化させる場合には、点火時期が補正されてから所定時間経過後に燃料噴射量が増量補正され、空燃比をリーン側に変化させる場合には、燃料噴射量が補正されてから所定時間経過後に点火時期が補正される。しかも、点火時期が補正されてから燃料噴射量の補正が開始されるまでの待ち時間が、燃料噴射量が補正されてから点火時期の補正が開始されるまでの間の待ち時間よりも長めに設定されているので、燃料噴射量の補正に対する応答性が点火時期の補正に対する応答性よりも劣ることをカバーできる。従って、点火時期の過渡的な過進角状態を確実に回避できる。
【発明の効果】
【0011】
以上説明したように、本発明によれば、空燃比をリッチ側に変化させる過程で、点火時期が補正された後に燃料噴射量が増量補正されるので、点火時期の過渡的な過進角状態を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
(第1の実施形態)
図1は本発明の内燃機関の制御装置を搭載した車両の全体構成を示している。車両1は複数種類の動力源を組み合わせたハイブリッド車両であり、走行用の動力源として直列4気筒の火花点火型ガソリンエンジン(以下単にエンジンという。)3と2つのモータジェネレータ(以下MGと称する。)4、5とを備えている。エンジン3の吸気通路10には、空気濾過用のエアクリーナ12、及び空気流量を調整可能なスロットルバルブ13がそれぞれ設けられ、排気通路11にはエンジン3の空燃比(A/F)に対応した信号を出力するA/Fセンサ14、排気ガス中の有害成分を浄化する周知の三元触媒15、16がそれぞれ設けられている。排気通路11の上流側の触媒15は下流側の触媒16よりも容量が小さく、主として始動時の暖機用の触媒として機能する。エンジン3とMG4、5とはそれぞれの出力軸が動力分割機構6に接続されている。MG4は固定子40と回転子41とを有し三相交流電力で駆動されて主に電動機として機能する。MG5もMG4と略同様の構成であるが、固定子50と回転子51とを有しエンジン3の動力を受けて発電する三相交流発電機として主に機能する。MG4及びMG5はモータ用制御装置21を介してバッテリ18に接続される。モータ用制御装置21はインバータを備え、インバータはバッテリ18の直流電流を交流電流に変換してMG4に供給し、MG5が発電した交流電流を直流電流に変換してバッテリ18に蓄電する。
【0013】
動力分割機構6はサンギア60、リングギア61、プラネタリギア62、及びプラネタリキャリア63を備えた遊星歯車機構であり、プラネタリギア62はサンギア60及びリングギア61のそれぞれと噛み合って、プラネタリキャリア63に回転自在に連結される。サンギア60はMG5の回転子51と一体回転可能に連結され、リングギア61はMG4の回転子41と一体回転可能に連結される。プラネタリキャリア63はエンジン3のクランクシャフト8と連結される。動力分割機構6から取り出された動力は減速機構7を介して駆動輪9に伝達される。
【0014】
図1の車両1では、主に電動機として機能するMG4とエンジン3とのそれぞれの駆動力配分が制御されてエネルギー効率が最適となるように運転される。例えば、エンジン3の効率が低下する低負荷領域ではエンジン3を停止してMG4の動力のみを利用する運転モードが用いられる。また、エンジン3だけではトルクが不足する場合はMG4によりアシストして駆動輪9を駆動する運転モードが用いられる。更に、バッテリの蓄電量が不足しているときは、エンジン3でMG5を駆動して発電し、その発電した電力を利用してMG4により駆動輪9を駆動する運転モードを用いることもできる。また、エンジン3は、燃費の低減を図るため通常燃焼モードと理論空燃比よりもリーン側に設定された限界目標空燃比で運転される希薄燃焼モードとの間で、運転モードが適宜に切り替えられる。希薄燃焼モードではリーン側に設定された限界目標空燃比で運転されるように空燃比が制御される。
【0015】
エンジン3やモータ用制御装置21(MG4、MG5)に対する制御は制御装置20により行われる。制御装置20はマイクロプロセッサとRAM、ROM等の周辺装置とを組み合わせたコンピュータとして構成され、種々のセンサの出力信号を参照しつつ所定のプログラムに従ってモータ用制御装置21によるMG4、5の動作制御、エンジン3の燃料噴射装置(不図示)による燃料噴射の制御、エンジン3の点火装置(不図示)による点火時期の制御等の各種制御を実行する。
【0016】
制御装置20が参照するセンサは必要に応じて適宜定めてよいが、本実施形態に関連して参照されるセンサとしては、A/Fセンサ14、エンジン3の機関回転数(回転速度)やクランク角を検出できるクランク位置センサ23、図示しないがエンジン3の気筒内圧力を検出する燃焼圧センサ、エンジン3の冷却水温を検出できる冷却水温センサ等がある。また、上述した希薄燃焼モードによる運転時に実行される空燃比制御では、エンジン3のトルク変動が考慮されるが、このトルク変動はMG5のトルク反力を検出し、このトルク反力に基づいて算出される。
【0017】
次に、図2〜図4を参照して制御装置20がエンジン3に対して行う制御の概要を説明する。図2(a)はエンジン3の点火時期に対する窒素酸化物(NOx)の関係を示し、図2(b)はエンジン3の点火時期に対するエンジン3のトルク変動量の関係を示している。図2(a)及び(b)は、共に同一のA/Fに対するものである。これらの図から明らかなように、点火時期が早いほど、即ち点火時期が進角側に変化するほどNOx排出量が増大し、トルク変動が小さくなる。逆に、点火時期が遅いほど、即ち点火時期が遅角側に変化するほどNOx排出量が減少し、トルク変動が大きくなる。このように、NOx排出量とトルク変動量は点火時期の変化に応じて相反する傾向を示すため、NOx排出量とトルク変動量の増大をそれぞれ抑制する観点からA/F毎に最適な点火時期Tmを設定できる。本実施形態ではトルク変動量が0.4Nm以下になるように最適な点火時期TmがA/F毎に設定されている。
【0018】
図3は最適な点火時期TmとA/Fとの関係を示している。制御装置20は希薄燃焼モードにおいて、限界目標空燃比の変化に応じて最適な点火時期Tmとなるように点火時期を補正する。例えば、限界目標空燃比がリッチ側へ変化し、運転状態をa11からa22へ変化させる際には、制御装置20はまずA/Fを維持しつつ点火時期をa11からa12へ向かって遅角側に補正し、その後A/Fをa12からa22へ向かってリッチ側に補正する。また、限界目標空燃比がリーン側に変化し、運転状態をa11からa33へ変化させる際には、制御装置20はまず点火時期を維持しつつA/Fをa11からa31へ向かってリーン側に補正し、その後点火時期をa31からa33に向かって進角側に補正する。このように、運転状態をa11からa22へ、又はa11からa33へ変化させる過程で、過進角状態のa21やa13を避けることができる。そのため過渡的な過進角状態を回避でき、NOx排出量の増大を抑制できる。
【0019】
図4は以上の制御を実現するために制御装置20が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムは制御装置20のROMに格納されており、所定のタイミングで読み出されて繰り返し実行される。まず、ステップS1において、エンジン3が希薄燃焼モードによる運転中(リーン運転中)か否かを判定する。リーン運転中でない場合は今回のルーチンを終了する。一方、リーン運転中であるときは、ステップS2に進みトルク変動レベルが所定レベルThよりも大きいか否かを判定する。トルク変動はMG5より得たトルク反力に基づいて算出される。所定レベルThは、クランク位置センサ23の出力に基づいてエンジン3の機関回転数が大きくなるほど大きな値に設定される。
【0020】
トルク変動のレベルが所定レベルThを超えている場合には、ステップS3〜S5の処理を実行しA/Fをリッチ側に補正して燃焼の安定化を図る。ステップS3では点火時期を遅角側に補正する。この補正値は、A/Fの変化量に補正値が対応付けられたマップを制御装置20のROMに予め記憶させておき、このマップを参照することで取得できる。次にステップS4では待ち処理を行う。制御装置20はステップS3の実行からの経過時間を計測するタイマを有している。このタイマ値が所定時間D1を超えるまではステップS5の処理の開始が規制される。所定時間D1はエンジン3の負荷(燃料噴射量、機関回転数)によって変化する値であり、負荷が大きいほど点火時期の補正に対する応答性が向上するので、負荷が大きいときほど短い時間に設定される。ステップS4において所定時間D1の経過が判定された場合には、ステップS5に進みエンジン3の燃料噴射量を増量補正しステップS1に処理を戻す。燃料噴射量の補正値はトルク変動レベルに応じて設定される。
【0021】
一方、トルク変動レベルが所定レベルTh以下であるときは、エンジン3の燃焼状態が良好と評価できるので、ステップS6〜S8の処理を実行して空燃比を更にリーン側に補正する。ステップS6ではエンジン3の燃料噴射量を減量補正する。この補正量は予め定めておいてもよいし、エンジン3の運転状態に応じて変化させてもよい。次にステップS7で待ち処理を行う。この所定時間D2は、燃料噴射量の補正に対する応答性が点火時期の補正に対する応答性よりも劣るため、ステップS4の所定時間D1よりも長めに設定される。次に、ステップS8で点火時期を進角側に補正し処理をステップS1に戻す。
【0022】
図4の制御によれば、トルク変動レベルに基づいてA/Fが適宜に補正され、そして点火時期についてもA/Fに応じた最適な点火時期に補正される。更に、A/Fがリッチ側に補正される場合には点火時期が遅角側に補正されてから燃料噴射量が増量補正され、反対に、A/Fがリーン側に補正される場合には燃料噴射量が減量補正されてから点火時期が進角側へ補正される。しかも、点火時期の補正後、所定時間D1経過してから燃料噴射量が補正され、また、燃料噴射量の補正後、所定時間D2経過してから点火時期が補正される。そして、これらの所定時間D1、D2は点火時期の補正に対する応答及び燃料噴射量の補正に対する応答を考慮してそれぞれ設定されている。従って、点火時期の過渡的な過進角状態を確実に回避できる。
【0023】
図4のルーチンを制御装置20が実行することにより、制御装置20が本発明の運転状態制御手段として、図4のステップS3又はS8を実行することにより制御装置20が本発明の点火時期補正手段として、図4のステップS5又はS6を実行することにより制御装置20が本発明の燃料噴射量補正手段として、それぞれ機能する。また、図4のステップS2のトルク変動レベルが所定レベルを超えることが本発明における空燃比をリッチ側に変化させる必要が生じた場合に相当し、トルク変動レベルが所定レベル以下であることが本発明における空燃比をリーン側に変化させる場合に相当する。
【0024】
本発明は以上の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態で実施してもよい。以上の形態では、いわゆるハイブリッド車両に搭載される内燃機関の制御装置として本発明を実施したが、本発明は理論空燃比よりもリーン側にA/Fが制御される内燃機関であれば、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関以外にも適用できる。A/Fをリッチ側又はリーン側に変化させる必要性は種々の場合が想定されるので、トルク変動のレベルが所定レベルを超えた場合、又は所定レベル以下である場合に制限されるものではない。
【0025】
トルク変動レベルを検出する方法は、MG5のトルク反力に基づくものに制限されるものではなく、例えば燃焼圧センサが検出する圧力変化から推定してもよいし、トルク変動を直接検出できるトルクセンサを設け、このセンサからトルク変動レベルを検出してもよい。
【0026】
上述した実施形態では、内燃機関の点火時期及び燃料噴射量の補正に関して、内燃機関のトルク変動の増加及び排気中の有害成分の排出が抑制されるように空燃比の変化に応じて点火時期を補正するとともに、内燃機関のトルク変動のレベルに応じて燃料噴射量を補正する形態を説明したが、本発明は点火時期及び燃料噴射量の補正の形態に制限はない。従って、点火時期及び燃料噴射量が何らかの目的で補正される内燃機関であれば、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の実施形態に係る制御装置を搭載した車両の全体構成を示した図。
【図2】NOx排出量及びトルク変動量と点火時期との関係を示した図。
【図3】最適な点火時期とA/Fとの関係を示した図。
【図4】本発明の実施形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【符号の説明】
【0028】
3 火花点火型ガソリンエンジン(内燃機関)
20 制御装置




 

 


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