特開 2024-54714 内燃機関の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024054714

(43)【公開日】2024-04-17

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 43/00 20060101AFI20240410BHJP

   F01N 3/22 20060101ALI20240410BHJP

   F02D 41/30 20060101ALI20240410BHJP

【ＦＩ】

F02D43/00 301K

F01N3/22 301B

F02D41/30

F02D43/00 301H

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022161125

(22)【出願日】2022-10-05

(71)【出願人】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001520

【氏名又は名称】弁理士法人日誠国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】兼松 崇

【テーマコード（参考）】

3G091

3G301

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G091AB01

3G091BA21

3G091DA10

3G091EA08

3G091EA18

3G091FB03

3G091FC08

3G301JA32

3G301LA01

3G301MA01

3G301NA08

3G301PA11Z

3G301PD12Z

3G384BA05

3G384BA13

3G384DA52

3G384ED07

3G384FA04Z

3G384FA37Z

3G384FA46Z

(57)【要約】

【課題】触媒の高温劣化を防止することができる内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】内燃機関への吸入空気量を調整するスロットルバルブと、内燃機関から排出された排気ガスを浄化する触媒と、内燃機関に燃料を噴射するインジェクタとを備えた内燃機関の制御装置であって、触媒温度Ｔｃａｔが所定値Ｔｔｈ以上である場合に、燃料噴射量を増量するようインジェクタを制御する制御部を備え、制御部は、燃料噴射量の増量に応じた所望の燃料噴射がなされていないと判定した場合に、スロットルバルブの開度を制限するスロットル開度制限制御を実行する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関への吸入空気量を調整するスロットル弁と、前記内燃機関から排出された排気ガスを浄化する触媒と、前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記触媒の温度である触媒温度を取得する触媒温度取得部と、
前記触媒温度取得部により取得された前記触媒温度が所定値以上である場合に、燃料噴射量を増量するよう前記燃料噴射弁を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料噴射量の増量に応じた所望の燃料噴射がなされていないと判定した場合に、前記スロットル弁の開度を制限するスロットル開度制限制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。

【請求項2】

前記内燃機関が、実空燃比を検出する実空燃比検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記実空燃比と目標空燃比との差に基づいて、前記燃料噴射量の増量に応じた所望の燃料噴射がなされているか否かを判定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。

【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】

特許文献１には、排気浄化触媒が高温のときに燃料カットの実行を禁止するエンジンの制御装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－２２３３９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、内燃機関が高回転高負荷領域を連続して運転すると、燃焼室から排出される排気ガスを浄化する触媒が高温になりやすい。このため、エンジン制御装置内で運転パターンに適合した排気系温度モデル（排ガス温度モデル、触媒温度モデルなど）を用いて、触媒の温度が高温かどうかの判定が行われることがある。

【0005】

触媒温度が高温であると判定された場合、燃料噴射量を増量して触媒の高温劣化を回避することが行われることがある。

【0006】

しかしながら、燃料噴射するインジェクタがエンジン制御装置の指示する通りに燃料噴射できなかった場合には、触媒が高温になることで劣化し、排気ガスの酸化還元反応の能力を失ってしまう可能性がある。

【0007】

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、触媒の高温劣化を防止することが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】

本発明は、上記目的を達成するため、内燃機関への吸入空気量を調整するスロットル弁と、前記内燃機関から排出された排気ガスを浄化する触媒と、前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備えた内燃機関の制御装置であって、前記触媒の温度である触媒温度を取得する触媒温度取得部と、前記触媒温度取得部により取得された前記触媒温度が所定値以上である場合に、燃料噴射量を増量するよう前記燃料噴射弁を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料噴射量の増量に応じた所望の燃料噴射がなされていないと判定した場合に、前記スロットル弁の開度を制限するスロットル開度制限制御を実行する構成を有する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、触媒の高温劣化を防止することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関及びその制御装置の概略構成図である。

【図2】図２は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置によって実行される触媒高温抑制制御の処理の流れ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】

【0011】

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関への吸入空気量を調整するスロットル弁と、内燃機関から排出された排気ガスを浄化する触媒と、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備えた内燃機関の制御装置であって、触媒の温度である触媒温度を取得する触媒温度取得部と、触媒温度取得部により取得された触媒温度が所定値以上である場合に、燃料噴射量を増量するよう燃料噴射弁を制御する制御部と、を備え、制御部は、燃料噴射量の増量に応じた所望の燃料噴射がなされていないと判定した場合に、スロットル弁の開度を制限するスロットル開度制限制御を実行することを特徴とする。

【実施例0012】

以下、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置について図面を参照して説明する。

【0013】

図１に示すように、本発明の一実施例に係る内燃機関１は、例えば直列４気筒のガソリンエンジンで構成されている。なお、内燃機関１の気筒数は４気筒に限られない。

【0014】

内燃機関１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に締結されたシリンダヘッド３とを含んで構成されている。シリンダブロック２には、シリンダ５が形成されている。シリンダ５には、シリンダ５内を上下に往復動可能なピストン６が収納されている。また、シリンダ５の上部には、燃焼室７が設けられている。

【0015】

内燃機関１は、シリンダ５内でピストン６が往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルのガソリンエンジンである。

【0016】

ピストン６は、コネクティングロッド８を介してクランクシャフト９に連結されている。コネクティングロッド８は、ピストン６の往復運動をクランクシャフト９の回転運動に変換する。

【0017】

シリンダヘッド３には、点火プラグ１０と、吸気ポート１１と、排気ポート１２とが設けられている。点火プラグ１０は、燃焼室７内に電極を突出させた状態でシリンダヘッド３に設けられ、図示しないイグナイタによってその点火時期が調整される。

【0018】

吸気ポート１１は、燃焼室７と後述する吸気通路１６ａとを連通している。吸気ポート１１には、吸気バルブ１４が設けられている。排気ポート１２は、燃焼室７と後述する排気通路２６ａとを連通している。排気ポート１２には、排気バルブ２４が設けられている。

【0019】

吸気バルブ１４及び排気バルブ２４は、クランクシャフト９との間に巻き掛けられた図示しないタイミングチェーンまたはタイミングベルトによって開閉される。

【0020】

また、シリンダヘッド３の吸気ポート１１側には、吸気管１６が接続されている。吸気管１６の内部には、吸気ポート１１と連通する吸気通路１６ａが形成されている。吸気通路１６ａには、電子制御式のスロットル弁としてのスロットルバルブ１８が設けられている。

【0021】

スロットルバルブ１８は、後述するＥＣＵ５０に電気的に接続されている。したがって、スロットルバルブ１８は、ＥＣＵ５０からの指令信号に応じてスロットル開度が制御されることで、内燃機関１への吸入空気量を調整する。

【0022】

また、内燃機関１は、インジェクタ１３を備えている。インジェクタ１３は、ポート噴射式の燃料噴射弁であり、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって圧送された燃料を、吸気ポート１１を介して燃焼室７に噴射する。

【0023】

このように構成された内燃機関１において、吸気通路１６ａを通過する空気は、スロットルバルブ１８により流量が調整された後、吸気ポート１１に導入される。そして、吸気ポート１１に導入された空気は、インジェクタ１３から噴射された燃料と混合され、燃焼室７に導入される。

【0024】

シリンダヘッド３の排気ポート１２側には、排気管２６が接続されている。排気管２６の内部には、排気ポート１２と連通する排気通路２６ａが形成されている。排気通路２６ａ上には、触媒２７が設けられている。触媒２７は、燃焼室７から排出された排気ガスを浄化する。触媒２７は、排気ガス中に含まれる有害物質である炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を同時に浄化する三元触媒からなる。

【0025】

上述のように構成された内燃機関１は、内燃機関の制御装置としてのＥＣＵ（Engine Control Unit）５０によってその運転状態が制御されるようになっている。ＥＣＵ５０は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用するとともにＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うようになっている。ＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等が予め記憶されている。

【0026】

ＥＣＵ５０の入力側には、ＣＡＮ等の規格の通信ラインを介して、水温センサ２８、Ｏ２センサ２９、排気温センサ３０、クランク角センサ３２、吸気温センサ４１、エアフローセンサ４２、アクセル開度センサ４３等の各種センサ類が接続されている。

【0027】

水温センサ２８は、シリンダブロック２に形成されたウォータジャケット２ａ内を流通する冷却水の温度（冷却水温度）、すなわちエンジン水温を検出する。

【0028】

Ｏ２センサ２９は、触媒２７よりも排気方向上流側に設けられている。Ｏ２センサ２９は、空燃比に対して理論空燃比を基準にしてリッチ側とリーン側とで出力が急変する出力特性を有する酸素センサである。なお、酸素センサとしては、Ｏ２センサ２９に代えて、空燃比に対してリニアな出力特性を有するＡ／Ｆセンサを用いてもよい。

【0029】

排気温センサ３０は、内燃機関１から排出され触媒２７に流入する排気ガスの温度（以下、「排気温」という）を検出し、検出信号をＥＣＵ５０に出力する。

【0030】

クランク角センサ３２は、クランクシャフト９の回転角度を検出し、検出信号をＥＣＵ５０に出力する。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ３２から入力された検出信号に基づきエンジン回転速度を算出する。

【0031】

吸気温センサ４１は、吸気通路１６ａにおけるスロットルバルブ１８の上流側を通過する空気の温度（吸気温度）を検出し、検出信号をＥＣＵ５０に出力する。

【0032】

エアフローセンサ４２は、吸気通路１６ａにおけるスロットルバルブ１８の下流側を通過する空気の量（吸入空気量）を検出し、検出信号をＥＣＵ５０に出力する。

【0033】

アクセル開度センサ４３は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出し、検出信号をＥＣＵ５０に出力する。

【0034】

ＥＣＵ５０の出力側には、ＣＡＮ等の規格の通信ラインを介して、前述した点火プラグ１０、インジェクタ１３、スロットルバルブ１８等の各種装置が接続されている。

【0035】

ＥＣＵ５０は、ドライバによる操作や内燃機関１の運転状態等に基づいて、点火プラグ１０、インジェクタ１３及びスロットルバルブ１８を制御する。また、ＥＣＵ５０は、通信ラインを介して各種のセンサ、アクチュエータ及び他の制御ユニットと通信する通信機能を有する。

【0036】

ＥＣＵ５０は、インジェクタ１３への通電を制御することで、内燃機関１への燃料噴射時期すなわち燃料噴射タイミング、及び、燃料噴射量を制御する制御部５１としての機能を有する。ＥＣＵ５０は、後述するように触媒高温抑制制御中、所定条件を満たした場合に燃料噴射量を増量するようインジェクタ１３を制御するようになっている。

【0037】

ＥＣＵ５０は、例えば内燃機関１の運転状態に基づき、排気系温度モデルを用いた演算により触媒温度を推定し、その推定した触媒温度を触媒２７の触媒温度Ｔｃａｔとして取得する触媒温度取得部５２としての機能を有する。排気系温度モデルを用いた演算式は、ＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶されている。

【0038】

ＥＣＵ５０は、上述の通り推定した触媒温度Ｔｃａｔが所定値Ｔｔｈ以上の高温状態にあるか否かを判定する触媒温度高温判定部５３としての機能を有する。前述の所定値Ｔｔｈは、触媒２７が劣化し、排気ガスの酸化還元反応の能力を失う可能性があると判断できる温度の下限であって、予め実験的に求めてＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶されている。

【0039】

ＥＣＵ５０は、内燃機関１の運転状態に基づいて目標空燃比ＡＦｔを算出する目標空燃比算出部５４としての機能を有する。ここで、後述する触媒高温抑制制御中における目標空燃比ＡＦｔは、触媒２７が高温にならないような、つまり触媒２７が劣化しない温度を保持できるような燃料量に応じた空燃比であり、例えば理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定される。

【0040】

ＥＣＵ５０は、Ｏ２センサ２９から入力される検出信号に基づいて、内燃機関１の実空燃比ＡＦｒを検出する実空燃比検出部５５としての機能を有する。

【0041】

ＥＣＵ５０は、触媒温度取得部５２により取得された触媒温度Ｔｃａｔが所定値Ｔｔｈ以上である場合に、燃料噴射量を所定量増量するようインジェクタ１３を制御する触媒高温抑制制御を実行するようになっている。

【0042】

触媒高温抑制制御が実行されると、燃焼室７内の温度が低下し、燃焼室７から排気される排気ガスの温度も低下する。これにより、触媒２７に流入する排気ガスの温度が低下し、触媒２７の高温化が抑制される。

【0043】

ＥＣＵ５０は、上述の触媒高温抑制制御中に、燃料噴射量の増量に応じた所望の燃料噴射がなされていないと判定した場合に、スロットルバルブ１８の開度（以下、「スロットル開度」という）を制限するスロットル開度制限制御を実行するようになっている。

【0044】

上述の所望の燃料噴射がなされている状態とは、触媒高温抑制制御によって触媒２７の高温化が抑制可能な空燃比を実現可能な燃料噴射の状態であって、以下の方法により判定可能である。

【0045】

具体的には、ＥＣＵ５０は、実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｔとの差ΔＡＦに基づいて、燃料噴射量の増量に応じた所望の燃料噴射がなされているか否かを判定する。ＥＣＵ５０は、前述の差ΔＡＦが所定の閾値ΔＡＦｔｈ以上である場合に、燃料噴射量の増量に応じた所望の燃料噴射がなされていないと判定する。

【0046】

実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｔとの差ΔＡＦは、例えば、「ΔＡＦ＝ＡＦｒ－ＡＦｔ」又は「ΔＡＦ＝｜ＡＦｔ－ＡＦｒ｜」の計算により求められる。

【0047】

スロットル開度制限制御では、ＥＣＵ５０は、内燃機関１の負荷すなわちエンジン負荷と、エンジン回転速度とに基づいて、図示しないスロットル開度制限マップを参照することによりスロットル開度を制限する。

【0048】

これにより、スロットル開度が小さくされて吸入空気量が減少することから、実空燃比ＡＦｒが小さくなる。この結果、実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｔとの差ΔＡＦも小さくなり、その差ΔＡＦを所定の閾値ΔＡＦｔｈ未満に抑えることができる。よって、上述の所望の燃料噴射が実現され、触媒２７の高温化が抑制される。

【0049】

スロットル開度制限マップは、エンジン負荷とエンジン回転速度とをパラメータとして、制限されたスロットル開度が対応付けられたマップであり、予め実験的に求めてＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶されている。スロットル開度制限マップにおいては、エンジン負荷が高い程、又はエンジン回転速度が高い程、若しくは双方が高い程、スロットル開度の制限量が大きくなるよう定義されている。エンジン負荷は、例えば、内燃機関１の吸入空気量とエンジン回転速度とから算出される。

【0050】

次に、図２のフローチャートを参照して、本実施例に係るＥＣＵ５０によって実行される触媒高温抑制制御の処理の流れについて説明する。この触媒高温抑制制御の処理は、所定の短い周期で繰り返し実行される。

【0051】

図２に示すように、ＥＣＵ５０は、排気系温度モデルを用いた演算により触媒温度Ｔｃａｔを推定する（ステップＳ１）。

【0052】

次いで、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１で推定した触媒温度Ｔｃａｔが所定値Ｔｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ＥＣＵ５０は、ステップＳ２において触媒温度Ｔｃａｔが所定値Ｔｔｈ以上でないと判定した場合には、処理をステップＳ１に戻す。

【0053】

ＥＣＵ５０は、ステップＳ２において触媒温度Ｔｃａｔが所定値Ｔｔｈ以上であると判定した場合には、触媒２７が高温劣化する可能性のある高温状態にあると判断して、触媒高温抑制制御を実行して燃料噴射量を所定量増量する（ステップＳ３）。

【0054】

次いで、ＥＣＵ５０は、実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｔとの差ΔＡＦが所定の閾値ΔＡＦｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４では、ＥＣＵ５０は、触媒高温抑制制御による燃料噴射量の増量に応じた所望の燃料噴射がなされているか否かを判定する。

【0055】

ＥＣＵ５０は、ステップＳ４において実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｔとの差ΔＡＦが所定の閾値ΔＡＦｔｈ以上でないと判定した場合には、本処理を終了する。

【0056】

ＥＣＵ５０は、ステップＳ４において実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｔとの差ΔＡＦが所定の閾値ΔＡＦｔｈ以上であると判定した場合には、スロットル開度制限制御を実行してスロットル開度を制限して（ステップＳ５）、本処理を終了する。

【0057】

以上のように、本実施例に係る内燃機関の制御装置は、触媒高温抑制制御中に、燃料噴射量の増量に応じた所望の燃料噴射がなされていないと判定した場合に、スロットル開度を制限するスロットル開度制限制御を実行するよう構成されている。

【0058】

この構成により、本実施例に係る内燃機関の制御装置は、スロットル開度制限制御によって吸入空気量を抑えることができ、触媒２７が高温劣化するような高温状態を回避可能な所望の燃料噴射を行うことができる。これにより、触媒２７の高温劣化を防止することができる。

【0059】

また、本実施例に係る内燃機関の制御装置は、実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｔとの差ΔＡＦに基づいて、燃料噴射量の増量に応じた所望の燃料噴射がなされているか否かを判定するよう構成されている。

【0060】

この構成により、本実施例に係る内燃機関の制御装置は、実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｔとの差ΔＡＦに基づき容易に、燃料噴射量の増量に応じた所望の燃料噴射がなされているか否かを判定することができる。

【0061】

なお、本実施例においては、燃料噴射弁としてポート噴射式のインジェクタ１３を用いた例について説明したが、これに限らず、燃料噴射弁として直噴式のインジェクタを用いてもよい。

【0062】

また、本実施例において、ＥＣＵ５０は、排気系温度モデルを用いた演算により触媒温度を推定したが、これに限らず、例えば、排気温センサ３０により検出した排気温に基づき、触媒温度モデルを用いた演算により触媒温度を推定してもよい。

【0063】

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

【符号の説明】

【0064】

１ 内燃機関
７ 燃焼室
１０ 点火プラグ
１３ インジェクタ（燃料噴射弁）
１８ スロットルバルブ（スロットル弁）
２７ 触媒
２９ Ｏ２センサ
３０ 排気温センサ
５０ ＥＣＵ
５１ 制御部
５２ 触媒温度取得部
５３ 触媒温度高温判定部
５４ 目標空燃比算出部
５５ 実空燃比検出部
Ｔｃａｔ 触媒温度
Ｔｔｈ 所定値
ＡＦｒ 実空燃比
ＡＦｔ 目標空燃比
ΔＡＦ 差
ΔＡＦｔｈ 所定の閾値

【図1】

【図2】