(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
内燃機関の燃料の一種であるガソリンの添加剤として、無鉛のMMT(メチルシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル)等が使用されている。MMTは、ガソリンエンジン等の内燃機関の各気筒の燃焼室において燃焼されてマンガン酸化物を生成する。内燃機関の排出ガス中に含まれたマンガン酸化物は、内燃機関のエキゾーストマニホールドの下流に設けられた触媒コンバータを経て大気開放されるようになっている。
【0003】
しかし、排出ガス中のマンガン酸化物は、触媒コンバータを構成する触媒担体の触媒床温度が高いと、触媒担体に固着して目詰まりを起こす可能性がある。触媒担体が目詰まりを起こすと、排出ガスの流通が妨げられるので、内燃機関の背圧が高くなる可能性がある。内燃機関の背圧が高くなると、触媒装置では触媒担体の上流側端面に過剰な背圧が加圧される。そして、触媒を触媒担体に保持する力より背圧が大きくなると、触媒が下流側に脱落することがある。また、内燃機関の背圧が高くなると、排気バルブを閉じる際の抵抗が大きくなり、ラッシュアジャスタが伸びきってダンパとなるオイルが過剰に吸い込まれてしまい、排気バルブが不完全閉弁状態になることがある。さらに、内燃機関の背圧が高くなると、内燃機関の出力が低下して、加速が悪くなり車両の走行性能が悪化することがある。
【0004】
従来、所定の運転状態である場合に燃料カットを実行する内燃機関の制御装置において、触媒床温度の上昇に起因した触媒の劣化を防止するために、触媒床温度を検出し、この触媒床温度が所定の値よりも高い場合に、燃料カットの実行を禁止するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。この内燃機関の制御装置によれば、燃料カットの実行を禁止すると、混合気の空気濃度が低くなる分、燃料が燃焼しにくくなり、排出ガスの温度が低下する。これにより、触媒床温度の上昇が抑えられ、触媒の劣化を防止できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、従来の内燃機関の制御装置にあっては、マンガン酸化物による触媒担体の目詰まりを防止することについては考慮されておらず、このため、触媒担体の目詰まりによる触媒の脱落や、車両走行性能の悪化等が懸念される。
【0007】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、マンガン酸化物による触媒担体の目詰まりを防止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】
【0008】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記目的達成のため、(1)排気通路に排気浄化用の触媒担体を有し、所定の運転状態である場合に燃料カットを実行する内燃機関の制御装置であって、マンガン含有情報を通知するマンガン含有通知手段と、前記内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出手段と、アクセルオフ状態を検出するアクセルオフ検出手段と、を備え、前記マンガン含有通知手段によりマンガン含有情報が通知されるとともに、前記空燃比検出手段により空燃比がリッチ状態であると検出されたことを条件として、前記触媒担体の触媒床温度を求め、前記触媒床温度が予め設定した設定温度を上回っているとともに、アクセルオフ検出手段によりアクセルオフ状態であると検出されたことを条件として、前記燃料カットの実行を禁止するよう構成する。
【0009】
高負荷条件後の減速フューエルカット等により空燃比がリッチ状態からリーン状態になった場合、触媒担体上で残存燃料が燃焼して触媒床温度が上昇し、マンガン酸化物が触媒担体の上流側端部に固着する。
【0010】
本発明の構成により、内燃機関の制御装置は、マンガン含有情報が通知されるとともに、空燃比がリッチ状態であると検出された場合に、触媒担体の触媒床温度を求める。内燃機関の制御装置は、触媒床温度が予め設定した設定温度を上回っているとともに、アクセルオフ状態であると検出された場合に、燃料カットの実行を禁止する。これにより、触媒床温度の上昇が抑えられ、触媒担体に目詰まりが発生しない。
【0011】
上記(1)に記載の内燃機関の制御装置においては、(2)前記マンガン含有通知手段は、前記燃料に含まれるマンガンを検出するマンガン検出センサによって構成される。
【0012】
この構成により、内燃機関の制御装置は、マガン検出センサからのマンガン含有情報に基づき、内燃機関の燃料にマンガンが含まれているか否かを判断する。つまり、運転者の意思とは別に、内燃機関の燃料にマンガンが含まれているか否かを、自動的に決定することができる。
【0013】
上記(1)に記載の内燃機関の制御装置においては、(3)前記マンガン含有通知手段は、前記燃料にマンガンが含まれていることを、運転者の操作により通知する設定スイッチによって構成される。
【0014】
この構成により、内燃機関の制御装置は、設定スイッチからのマンガン含有情報に基づき、内燃機関の燃料にマンガンが含まれているか否かを判断する。つまり、運転者の意思に応じて、内燃機関の燃料にマンガンが含まれているか否かを、択一的に決定することができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、マンガン酸化物による触媒担体の目詰まりを防止できる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、本発明が適用される内燃機関を、内燃機関としての直列4気筒のガソリンエンジン(以下、単にエンジンという)を利用するガソリン車に適用したものとしている。
【0019】
図1に示すように、本実施の形態のエンジン1は、エンジン本体2と、吸気装置3と、排気装置4と、アクセルオフ検出手段5と、マンガン含有通知手段6と、ECU(Electronic Control Unit)7とを含んで構成されている。本実施の形態では、内燃機関の制御装置は、ECU7を含んで構成されるとともに、後述するインジェクタ26を制御するようになっている。
【0020】
エンジン本体2は、シリンダブロック10と、シリンダヘッド20とを備えている。シリンダブロック10およびシリンダヘッド20は、4つのシリンダ11を備えている。シリンダ11は、鉛直方向を長手方向にして設けられている。
【0021】
シリンダブロック10は、ピストン12と、コネクティングロッド13と、クランクシャフト14と、クランク角センサ15とを備えている。ピストン12は、シリンダ11内で往復動可能に設けられている。ピストン12は、コネクティングロッド13に回転可能に連結されている。コネクティングロッド13は、クランクシャフト14に回転可能に連結されている。クランク角センサ15は、クランクシャフト14の回転数を検出してECU7に入力するようになっている。
【0022】
また、エンジン本体2では、シリンダブロック10とシリンダヘッド20とピストン12とによって、燃焼室16が形成されている。エンジン本体2は、燃焼室16において燃料と空気との混合気を所望のタイミングで燃焼させることによりピストン12を往復動させ、コネクティングロッド13を介してクランクシャフト14を回転させるようになっている。
【0023】
クランクシャフト14には、図示しないフライホイール等を介して、モータリング手段としてのスタータ17が接続されている。スタータ17は、例えば、直流モータにより構成されている。スタータ17は、エンジン1をモータリング可能になっている。すなわち、スタータ17が駆動することにより、フライホイール等を介してクランクシャフト14が回転され、エンジン1を始動することができる。
【0024】
シリンダヘッド20は、吸気ポート21と、吸気バルブ22と、図示しない吸気カムシャフトと、排気ポート23と、排気バルブ24と、図示しない排気カムシャフトと、点火プラグ25と、インジェクタ26とを備えている。吸気ポート21は、吸気装置3の吸気通路と燃焼室16とを連通する。吸気バルブ22は、昇降により吸気ポート21と燃焼室16との間を開閉し、吸気装置3の吸気通路から燃焼室16への吸入空気Aの導入を制御するようになっている。吸気カムシャフトは、吸気バルブ22を昇降させる。
【0025】
排気ポート23は、燃焼室16と排気装置4の排気通路とを連通する。排気バルブ24は、昇降により燃焼室16と排気ポート23との間を開閉し、燃焼室16から排気装置4の排気通路への排出ガスGの排出を制御するようになっている。排気カムシャフトは、排気バルブ24を昇降させる。
【0026】
吸気バルブ22は、開弁時に燃焼室16を吸気通路に連通させ、排気バルブ24は、開弁時に燃焼室16を排気通路に連通させるようになっている。そして、吸気バルブ22の開弁により燃焼室16が吸気通路に連通した状態でピストン12が下降するとき、燃焼室16は、吸気通路を通して吸入空気Aを吸入することができる。また、排気バルブ24の開弁により燃焼室16が排気通路に連通した状態でピストン12が上昇するとき、燃焼室16は、排気通路を通して排出ガスGを排出することができる。
【0027】
点火プラグ25は、燃焼室16内に火花点火可能に露出して設けられている。点火プラグ25は、ECU7によって、点火時期を制御されるようになっている。インジェクタ26は、吸気ポート21内に燃料を噴射可能に露出して設けられている。インジェクタ26は、燃料噴射量を調整するためのニードルバルブと、ECU7からの駆動信号よってニードルバルブを開閉するソレノイドとを有している。ニードルバルブの燃料流入口には、燃料ポンプ(図示せず)から燃料が、所定の圧力で送給されるようになっている。ニードルバルブが開くと、インジェクタ26から吸気ポート21に噴射される燃料と、吸気ポート21に導入された吸入空気Aと混ざり合い、燃焼室16内に混合気が送り込まれるようになっている。
【0028】
吸気装置3は、吸気口管30と、エアクリーナ31と、吸気管32と、エアフローメータ33と、スロットルバルブ34と、サージタンク35と、吸気マニホールド36と、温度センサ37とを備えている。エアクリーナ31は、吸気装置3の上流部で、内蔵するフィルタにより吸入空気Aから粉塵等を除去して清浄化するようになっている。エアフローメータ33は、吸入空気Aの吸入流量を検出してECU7に入力するようになっている。温度センサ37は、吸入空気Aの温度を検出してECU7に入力するようになっている。
【0029】
スロットルバルブ34は、エアクリーナ31とサージタンク35との間に設けられるとともに、電子制御式で各シリンダ11に供給される吸入空気Aの吸入流量を調節するようになっている。吸気マニホールド36は、吸気管32と各シリンダ11とを接続している。
【0030】
吸入空気Aは、吸気口管30から、エアクリーナ31→スロットルバルブ34→サージタンク35→吸気マニホールド36という順で流通されて、各シリンダ11に流入されるようになっている。また、吸気マニホールド36と各シリンダ11との接続により、エンジン本体2と吸気装置3とが接続されている。
【0031】
排気装置4は、排気マニホールド40と、排気管41と、背圧計測手段としての背圧センサ42と、排気後処理器43と、テールパイプ44と、空燃比計測手段としてのO
2センサ45とを備えている。
【0032】
排気マニホールド40は、各シリンダ11から排出された排出ガスGを流通させる。この排気マニホールド40と各シリンダ11との接続により、エンジン本体2と排気装置4とが接続されている。排気管41は、排気マニホールド40と排気後処理器43とを接続している。背圧センサ42は、排気管41での排出ガスGの圧力を計測可能となっており、計測したガス圧をECU7に入力するようになっている。O
2センサ45は、排気管41での排出ガスGの酸素濃度に基づき、空燃比A/Fを計測可能となっており、計測した空燃比A/FをECU7に入力するようになっている。
【0033】
排気後処理器43は、酸化触媒コンバータ(CCo)46と、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)47とを備えている。排気後処理器43の構成は特に限られず、公知のまたは新規のものを使用することができる。
【0034】
本実施の形態では、酸化触媒コンバータ46は、筒状のケーシング46aと、ケーシング46aに内蔵される触媒担体46bとを備えている。触媒担体46bに担持される触媒物質としては、例えば、Pt/CeO
2、Mn/CeO
2、Fe/CeO
2、Ni/CeO
2、Cu/CeO
2等を用いることができる。酸化触媒コンバータ46は、排出ガスG中に含まれるHCやCO等の未燃成分をO
2と反応させ、CO、CO
2、H
2O等に酸化して浄化するようになっている。ディーゼルパティキュレートフィルタ47は、PM(粒子状物質)を捕集するようになっている。したがって、排気装置4は、排出ガスGを浄化する触媒を備えている。
【0035】
テールパイプ44は、排気後処理器43の下流側に接続されている。テールパイプ44の下流側端部は大気に開放されている。このため、排気後処理器43を通過した排出ガスGは、テールパイプ44を経て大気に放出されるようになっている。
【0036】
アクセルオフ検出手段5は、アクセルオフ状態を検出するものであり、アクセルオフ状態となったときに、ECU7にアクセルオフ情報を入力するようになっている。アクセルオフ検出手段5の一例としては、アクセル開度センサを用いることができる。
【0037】
マンガン含有通知手段6は、エンジン1の燃料にマンガンが含まれていることを通知するものであり、ECU7にマンガン含有情報を入力するようになっている。マンガン含有通知手段6の一例としては、車両の燃料タンクに供給された燃料にマンガンが含まれているか否かを検出し、燃料がマンガンを含有している場合に、マンガン含有情報を通知するように構成されたマンガン検出センサを用いることができる。また、マンガン含有通知手段6の他の例としては、車両の燃料タンクに供給された燃料にマンガンが含まれていることを認識した運転者の操作により、マンガン含有情報を通知するように構成された設定スイッチを用いることができる。
【0038】
ECU7は、中央演算処理装置としてのCPU(Central Processing Unit)と、固定されたデータの記憶を行うROM(Read Only Memory)と、一時的にデータを記憶するRAM(Random Access Memory)と、書き換え可能な不揮発性のメモリからなるバックアップメモリと、A/D変換器やバッファ等を有する入力インターフェース回路と、駆動回路等を有する出力インターフェース回路とを含んで構成されている。
【0039】
例えば、ROMには、本実施の形態に係る触媒担体目詰まり防止プログラムやマップ等が記憶され、記憶装置として機能するようになっている。CPUは、このROMに記憶された触媒担体目詰まり防止プログラムやマップに基づいて演算処理を実行するようになっている。また、本実施の形態では、車両の制御プログラムは、ECU7によって予め決められた時間間隔(例えば、10ms)ごとに実行されるようになっている。
【0040】
RAMには、本実施の形態に係るエンジン1の燃料にマンガンが含まれているか否かを記憶するマンガン含有フラグが設定されている。前述したマンガン含有通知手段6としてのマンガン検出センサが、マンガン含有情報を通知した場合、あるいは、前述したマンガン含有通知手段6としての設定スイッチが、マンガン含有情報を通知した場合に、マンガン含有フラグをオンに設定するようになっている。
【0041】
ECU7の入力インターフェース回路には、アクセルオフ検出手段5、マンガン含有通知手段6、クランク角センサ15、エアフローメータ33、温度センサ37、背圧センサ42およびO
2センサ45等が接続されている。これらアクセルオフ検出手段5、マンガン含有通知手段6、クランク角センサ15、エアフローメータ33、温度センサ37、背圧センサ42およびO
2センサ45等により得た情報は、ECU7に取り込まれるようになっている。
【0042】
ECU7の出力インターフェース回路には、点火プラグ25、インジェクタ26のソレノイドおよびスロットルバルブ34を駆動するスロットルモータ(図示せず)等が接続されている。そして、ECU7が、エンジン1の運転制御、例えば、点火プラグ25による火花点火、インジェクタ26による燃料噴射、あるいはスロットルバルブ34の開度制御等を実行するようになっている。
【0043】
本実施の形態の内燃機関の制御装置は、アクセルオフ検出手段5と、マンガン含有通知手段6と、O
2センサ45と、を備え、マンガン含有情報が通知されるとともに、空燃比A/Fがリッチ状態であることを条件として、触媒担体46bの触媒床温度を求め、触媒床温度が予め設定した設定温度を上回っているとともに、アクセルオフ状態であることを条件として、燃料カットの実行を禁止するようになっている。触媒床温度と比較される設定温度とは、触媒担体46bに担持されている触媒が活性化され、かつマンガン酸化物が触媒担体46bに固着し得ない範囲に含まれる温度である。なお、設定温度は、排出ガスG中のマンガン酸化物の性状に応じて適宜設定することができる。
【0045】
ここでは、本実施の形態における内燃機関の制御装置の動作について、
図2に示すフローチャートを参照して説明する。このフローチャートは、ECU7のCPUによって、RAMを作業領域として実行される触媒担体目詰まり防止プログラムの実行内容を表す。
【0046】
触媒担体目詰まり防止プログラムの実行に先立って、CPUが、マンガン含有通知手段6からのマンガン含有情報に基づき、エンジン1の燃料にマンガンが含まれていると判断した場合は、マンガン含有フラグをオンにする。そして、ECU7が、マンガン含有フラグがオンであるか否かを判断する(ステップS1)。ECU7が、マンガン含有フラグがオンでないと判断した場合は(ステップS1;NO)、処理をメインルーチンに戻す。これにより、エンジン1の燃料にマンガンが含まれていない場合は、以下の触媒担体目詰まり防止プログラムを実行する必要がないので、処理を簡易化することができる。
【0047】
ECU7が、マンガン含有フラグがオンであると判断した場合は(ステップS1;YES)、ECU7は、空燃比A/Fがリッチ状態であるか否かを検出する(ステップS2)。空燃比A/Fがリッチ状態であるか否かは、O
2センサ45により検出された排出ガスGの酸素濃度に基づき、ECU7が判断する。ECU7が、空燃比A/Fがリッチ状態でないと判断した場合は(ステップS2;NO)、処理をメインルーチンに戻す。
【0048】
ECU7が、空燃比A/Fがリッチ状態であると判断した場合は(ステップS2;YES)、ECU7は、触媒担体46bの触媒床温度を算出するとともに、触媒床温度が予め設定した設定温度を上回っているか否かを判断する(ステップS3)。ECU7は、例えば、エンジン回転数Neと、エンジン負荷LDe(体積効率VE)とに基づき、触媒床温度を算出する。具体的には、クランク角センサ15により得られるクランク角からエンジン回転数Neを求め、エアフローメータ33により得られる吸入空気Aの吸入流量を、温度センサ37により得られる吸入空気Aの温度に基づいて補正し、エンジン1の体積効率VEを求めている。さらに、エンジン回転数Neおよびエンジン負荷LDeから排気温度を求め、この排気温度と、予め把握してある触媒担体46bの熱容量とに基づき、触媒担体46bの温度変化量を逐次算出し、この温度変化量を積算した値を、触媒床温度としている。そして、ECU7が、触媒床温度が予め設定した設定温度を上回っていないと判断した場合は(ステップS3;NO)、処理をメインルーチンに戻す。
【0049】
ECU7が、触媒床温度が予め設定した設定温度を上回っていると判断した場合は(ステップS3;YES)、ECU7は、アクセルオフ検出手段5からのアクセルオフ情報に基づき、アクセルオフ状態であるか否かを判断する(ステップS4)。ECU7が、アクセルオフ状態でないと判断した場合は(ステップS4;NO)、処理をメインルーチンに戻す。
【0050】
ECU7が、アクセルオフ状態であると判断した場合は(ステップS4;YES)、燃料カットの実行を所定時間だけ禁止する(ステップS5)。具体的には、ECU7は、インジェクタ26のソレノイドに駆動信号を出力してニードルバルブを開閉させ、インジェクタ26から吸気ポート21内に燃料が噴射されるようにする。すなわち、空燃比A/Fがリッチ状態であるときに、燃料カットの実行を禁止すると、混合気の酸素濃度が相対的に低下して、燃料が燃焼しにくくなるとともに、排出ガスGの温度が低下する。これにより、触媒床温度の上昇が抑えられ、触媒担体46bに目詰まりが発生しない。
【0051】
このように、触媒担体46bにマンガン酸化物による目詰まりが発生しないので、エンジン1の背圧が高くならず、触媒担体46bに担持されている触媒が、過剰な背圧によって脱落することがない。また、エンジン1の出力が低下せず、車両の走行性能が悪化することがない。
【0052】
エンジン1の排出ガスGに含まれているマンガン酸化物は、排出ガスGに随伴して大気開放されるか、あるいは、触媒担体46bに堆積した後、車両の振動により振り落とされ、排出ガスGに随伴して大気開放される。また、ECU7は、燃料カットの実行を所定時間だけ禁止した後は、処理をメインルーチンに戻す。
【0053】
なお、ECU7は、マンガン含有フラグがオンでないと判断した場合(ステップS1;NO)、空燃比A/Fがリッチ状態でないと判断した場合(ステップS2;NO)、触媒担体46bの触媒床温度が予め設定した設定温度を上回っていないと判断した場合(ステップS3;NO)、アクセルオフ状態でないと判断した場合(ステップS4;NO)には、車両の運転状況に応じて燃料カットを実行するようになっている。
【0054】
以上のように、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置によれば、ECU7は、エンジン1の燃料がマンガンを含んでいるとともに、空燃比A/Fがリッチ状態である場合に、触媒担体46bの触媒床温度を求める。そして、ECU7は、触媒床温度が予め設定した設定温度を上回っているとともに、アクセルオフ状態である場合に、燃料カットの実行を禁止する。これにより、触媒床温度の上昇が抑えられ、触媒担体46bに目詰まりが発生しない。すなわち、触媒担体46bの目詰まりを防止できるので、触媒担体46bに担持されている触媒が、過剰な背圧によって脱落することがない。また、エンジン1の出力が低下せず、車両の走行性能が悪化することがない。
【0055】
本実施の形態に係る内燃機関の制御装置によれば、マンガン含有通知手段6にマンガン検出センサを用いることにより、運転者の意思とは別に、エンジン1の燃料にマンガンが含まれているか否かを、自動的に決定することができる。
【0056】
本実施の形態に係る内燃機関の制御装置によれば、マンガン含有通知手段6に設定スイッチを用いることにより、運転者の意思に応じて、内燃機関の燃料にマンガンが含まれているか否かを、択一的に決定することができる。
【0057】
上述した本実施の形態の内燃機関の制御装置においては、車両をガソリン車とした場合について説明している。しかしながら、本発明に係る内燃機関の制御装置においては、これに限られず、例えば車両を駆動源としてエンジンと駆動用電動機の両方を備えたハイブリッド車としてもよい。
【0058】
以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、マンガン酸化物による触媒担体の目詰まりを防止できるという効果を奏するものであり、内燃機関の制御装置全般に有用である。