特許 7196391 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-19

(45)【発行日】2022-12-27

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/14 20060101AFI20221220BHJP

   F02D 41/02 20060101ALI20221220BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20221220BHJP

【ＦＩ】

F02D41/14

F02D41/02

F02D45/00

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2017215925

(22)【出願日】2017-11-08

(65)【公開番号】P2019085948

(43)【公開日】2019-06-06

【審査請求日】2020-05-26

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】明城 啓一

(72)【発明者】

【氏名】野瀬 勇喜

(72)【発明者】

【氏名】伴 美紗子

(72)【発明者】

【氏名】生田 英二

(72)【発明者】

【氏名】正源寺 良行

【審査官】北村 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２５６９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０９５５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２２２０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０９２５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０７６６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６９６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６６５１４２２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２６５４６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２００４－００４６８２２（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開平０５－０３３７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２７１６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８７６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－２２９３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－１６６９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２１７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４１／１４

Ｆ０２Ｄ ４１／０２

Ｆ０２Ｄ ４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とし、
前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、
前記排気浄化装置の上流側に設けられた空燃比センサによって検出される空燃比を目標値にフィードバック制御すべく前記燃料噴射弁から噴射される噴射量を補正するフィードバック処理と、
前記ディザ制御処理が実行されている場合、実行されていない場合よりも前記フィードバック処理のゲインを小さくする低減処理と、を実行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、複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば特許文献１には、排気浄化触媒（排気浄化装置）の上流側の空燃比センサの検出値を目標値にフィードバック制御すべく、噴射量を補正する制御装置が記載されている。この制御装置は、排気浄化装置の昇温要求がある場合、一部の気筒における空燃比を理論空燃比よりもリッチとし、残りの気筒における空燃比を理論空燃比よりもリーンとするディザ制御処理を実行する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１６９６６５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、ディザ制御の実行時には、空燃比センサの検出値が、ディザ制御に起因して変動し、これによって空燃比の制御性が低下するおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決すべく、内燃機関の制御装置は、複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とし、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、空燃比センサによって検出される空燃比を目標値にフィードバック制御すべく前記燃料噴射弁から噴射される噴射量を補正するフィードバック処理と、前記ディザ制御処理が実行されている場合、実行されていない場合よりも前記フィードバック処理のゲインを小さくする低減処理と、を実行する。

【0006】

上記構成では、ディザ制御処理が実行されている場合に実行されていない場合よりもフィードバック制御のゲインを小さくする。これにより、ディザ制御処理に起因して空燃比センサによって検出される空燃比がディザ制御処理を実行していない場合と比較して大きく変動する場合であっても、フィードバック制御の安定性が損なわれる事態に陥ることを抑制でき、ひいては空燃比の制御性の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。

【図2】同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、内燃機関の制御装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０において、吸気通路１２から吸入された空気は、過給機１４を介して各気筒の燃焼室１６に流入する。燃焼室１６には、燃料を噴射する燃料噴射弁１８と、火花放電を生じさせる点火装置２０とが設けられている。燃焼室１６において、空気と燃料との混合気は、燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路２２に排出される。排気通路２２のうちの過給機１４の下流には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒２４が設けられている。

【0009】

制御装置３０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量（トルク、排気成分等）を制御するために、燃料噴射弁１８や点火装置２０等の内燃機関１０の操作部を操作する。この際、制御装置３０は、三元触媒２４の上流側の空燃比センサ４０によって検出される空燃比Ａｆや、クランク角センサ４４の出力信号Ｓｃｒ、エアフローメータ４６によって検出される吸入空気量Ｇａを参照する。制御装置３０は、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３４、およびＲＡＭ３６を備えており、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２が実行することにより上記制御量の制御を実行する。

【0010】

図２に、制御装置３０が実行する処理の１つを示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。

【0011】

図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ３２は、クランク角センサ４４の出力信号Ｓｃｒに基づき算出された回転速度ＮＥと吸入空気量Ｇａとに基づきベース噴射量Ｑｂを算出する（Ｓ１０）。ベース噴射量Ｑｂは、燃焼室１６における混合気の空燃比を目標空燃比に開ループ制御するための操作量である開ループ操作量である。次にＣＰＵ３２は、ディザ制御時であるか否かを判定する（Ｓ１２）。そしてＣＰＵ３２は、ディザ制御時ではないと判定する場合（Ｓ１２：ＮＯ）、空燃比フィードバック制御の比例ゲインＫｐに、通常ゲインＫｐＨを代入する（Ｓ１４）。これに対し、ＣＰＵ３２は、ディザ制御時であると判定する場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、比例ゲインＫｐに、ディザ時ゲインＫｐＬを代入する（Ｓ１６）。ディザ時ゲインＫｐＬは、通常時ゲインＫｐＨよりも小さい値である。

【0012】

ＣＰＵ３２は、Ｓ１４，Ｓ１６の処理が完了する場合、フィードバック制御量である空燃比Ａｆを目標値Ａｆ＊にフィードバック制御するための操作量であるフィードバック操作量ＫＡＦを算出する（Ｓ１８）。詳しくはＣＰＵ３２は、目標値Ａｆ＊と空燃比Ａｆとの差Δを入力とする比例要素、積分要素、および微分要素の各出力値の和を、ベース噴射量Ｑｂの補正比率δとし、フィードバック操作量ＫＡＦを、「１＋δ」とする。そして、ＣＰＵ３２は、ベース噴射量Ｑｂにフィードバック操作量ＫＡＦを乗算した値を、要求噴射量Ｑｄに代入する（Ｓ２０）。

【0013】

次に、ＣＰＵ３２は、三元触媒２４の昇温要求があるか否かを判定する（Ｓ２２）。本実施形態では、三元触媒２４の暖機要求が生じていることと、硫黄被毒回復処理の実行要求が生じていることとの論理和が真である場合に、昇温要求があると判定する。ここで、三元触媒２４の暖機要求は、内燃機関１０の始動からの吸入空気量Ｇａの積算値ＩｎＧａが第１規定値Ｉｎｔｈ１以上である旨の条件（ア）と、積算値ＩｎＧａが第２規定値Ｉｎｔｈ２以下である旨の条件（イ）との論理積が真である場合に生じるものとする。ここで、第２規定値Ｉｎｔｈ２は、第１規定値Ｉｎｔｈ１よりも大きい。なお、条件（ア）は、三元触媒２４の上流側の端部の温度が活性温度となっていると判定される条件である。また、条件（イ）は、三元触媒２４の全体が未だ活性状態となっていないと判定される条件である。一方、硫黄被毒回復処理の実行要求は、硫黄被毒量が所定量以上となる場合に生じるものとする。ここで、ＣＰＵ３２は、図２とは別の処理で、要求噴射量Ｑｄの積算値に基づき硫黄被毒量を算出する。

【0014】

ＣＰＵ３２は、昇温要求がないと判定する場合（Ｓ２２：ＮＯ）、噴射量指令値Ｑ＊に要求噴射量Ｑｄを代入する（Ｓ２４）。そしてＣＰＵ３２は、燃料噴射弁１８から噴射量指令値Ｑ＊に応じた量の燃料を噴射すべく、燃料噴射弁１８に操作信号ＭＳ２を出力する（Ｓ２６）。

【0015】

これに対し、ＣＰＵ３２は、昇温要求があると判定する場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、要求噴射量Ｑｄの補正要求値（噴射量補正要求値α）を算出して出力する（Ｓ２８）。噴射量補正要求値αは、内燃機関１０の気筒＃１～＃４のそれぞれから排出される排気全体の成分を、気筒＃１～＃４の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等としつつも、燃焼対象とする混合気の空燃比を気筒間で異ならせるディザ制御によって要求される要求噴射量Ｑｄの補正量である。ここで、本実施形態にかかるディザ制御では、第１の気筒＃１～第４の気筒＃４のうちの１つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとするリッチ燃焼気筒とし、残りの３つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン燃焼気筒とする。そして、リッチ燃焼気筒における噴射量を、上記要求噴射量Ｑｄの「１＋α」倍とし、リーン燃焼気筒における噴射量を、要求噴射量Ｑｄの「１－（α／３）」倍とする。リーン燃焼気筒とリッチ燃焼気筒との上記噴射量の設定によれば、気筒＃１～＃４のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、内燃機関１０の各気筒＃１～＃４から排出される排気全体の成分を、気筒＃１～＃４の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等とすることができる。なお、上記噴射量の設定によれば、気筒＃１～＃４のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、各気筒において燃焼対象とされる混合気の燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となる。なお、燃空比とは、空燃比の逆数のことである。

【0016】

詳しくは、ＣＰＵ３２は、内燃機関１０の動作点を規定する回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに基づき、噴射量補正要求値αを可変設定する。ここで、負荷率ＫＬは、燃焼室１６内に充填される空気量を示すパラメータであり、ＣＰＵ３２により、吸入空気量Ｇａに基づき算出される。負荷率ＫＬは、基準流入空気量に対する、１気筒の１燃焼サイクル当たりの流入空気量の比である。ちなみに、基準流入空気量は、回転速度ＮＥに応じて可変設定される量としてもよい。

【0017】

そして、ＣＰＵ３２は、燃料噴射の対象となる気筒がリッチ燃焼気筒であるか否かを判定する（Ｓ３０）。ＣＰＵ３２は、リッチ燃焼気筒であると判定する場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、噴射量指令値Ｑ＊に、「Ｑｄ・（１＋α）」を代入し（Ｓ３２）、Ｓ２６の処理に移行する。これに対し、ＣＰＵ３２は、リーン燃焼気筒であると判定する場合（Ｓ３０：ＮＯ）、噴射量指令値Ｑ＊に、「Ｑｄ・｛１－（α／３）｝」を代入し（Ｓ３４）、Ｓ２６の処理に移行する。

【0018】

なお、ＣＰＵ３２は、Ｓ２６の処理が完了する場合には、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
以下、本実施形態の作用および効果について説明する。

【0019】

ＣＰＵ３２は、三元触媒２４の昇温要求が生じると、ディザ制御を実行する。この場合、リッチ燃焼気筒の排気成分とリーン燃焼気筒の排気成分とが異なることから、空燃比センサ４０によって検出される空燃比Ａｆが、ディザ制御を実行していない場合よりも大きく変動することがある。そしてその場合、回転速度ＮＥなどが変化した際、空燃比フィードバック制御の制御周期と、ディザに起因した空燃比Ａｆの変動等が干渉し、フィードバック制御が共振、発散に陥り、空燃比制御の制御性が低下するおそれがある。そこで、本実施形態では、ディザ制御を実行する場合、フィードバック制御の比例ゲインＫｐを、ディザ制御が実行されていない場合よりも小さい値とする。これにより、比例ゲインＫｐを小さくしない場合と比較して、フィードバック制御が発散しにくくなることから、空燃比制御の制御性の低下を抑制できる。

【0020】

ちなみに、上記実施形態では、空燃比センサ４０を、気筒＃１～＃４のそれぞれが排出する排気が合流した部分の排気成分を感知するものとしたが、これに代えて、合流した部分よりも上流側において、気筒毎にその排出した排気成分を感知する空燃比センサを設けることも考えられる。この場合、それぞれの空燃比センサが検出する空燃比をその気筒の目標値にフィードバック制御するなら、フィードバック制御が共振、発散に陥ることを抑制することが可能となる。ただしその場合、制御が煩雑となる。

【0021】

＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。排気浄化装置は、三元触媒２４に対応し、ディザ制御処理は、Ｓ２６～Ｓ３４の処理に対応し、フィードバック処理は、Ｓ１８，Ｓ２０の処理に対応し、低減処理は、Ｓ１２～Ｓ１６の処理に対応する。

【0022】

＜その他の実施形態＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0023】

・上記実施形態は、ディザ制御が実行される場合に実行されない場合と比較して、比例ゲインＫｐを小さい値としたが、これに限らない。たとえば比例ゲインＫｐに加えて、積分ゲインＫｉを小さい値としてもよく、またたとえば、比例ゲインＫｐに加えて微分ゲインＫｄを小さい値としてもよく、さらにたとえば、比例ゲインＫｐに加えて積分ゲインＫｉおよび微分ゲインＫｄを小さい値としてもよい。また、比例ゲインＫｐを小さい値とすることも必須ではなく、たとえば積分ゲインＫｉのみを小さい値としたり、微分ゲインＫｄのみを小さい値としたりしてもよい。なお、補正比率δを、比例要素、積分要素および微分要素の各出力値の和とすることも必須ではなく、たとえば比例要素および積分要素の出力値の和であってもよく、またたとえば比例要素および微分要素の和であってもよく、またたとえば比例要素の出力値としてもよい。また、たとえば積分要素および微分要素の和であってもよい。

【0024】

・上記実施形態では、空燃比センサ４０によって検出される空燃比Ａｆが、空燃比センサ４０の出力値自体であるのか否かについて、特に記載しなかったが、たとえば出力値にローパスフィルタ処理を施した値を空燃比Ａｆとしてもよい。これは、たとえば、今回の出力値ＡＯＵＴ（ｎ）、前回の空燃比Ａｆ（ｎ－１）、および「１」よりも大きい数Ｎを用いて、今回の空燃比Ａｆ（ｎ）を、前回の空燃比Ａｆ（ｎ－１）に、「｛ＡＯＵＴ（ｎ）－Ａｆ（ｎ－１）｝／Ｎ」を加算した値とすることにより実現できる。この場合であっても、たとえば気筒毎の空燃比の変動をある程度は検知可能な時定数を設定する場合には、空燃比Ａｆがディザ制御に起因して変動するために、フィードバック制御が不安定となるおそれがあるため、フィードバック処理のゲインを小さくすることが有効である。また、噴射量補正要求値αを大きくするほど、ローパスフィルタ処理によって空燃比Ａｆからディザ制御による変動を除きにくくなるため、噴射量補正要求値αが大きい場合にもフィードバック制御が不安定となるおそれがあるため、フィードバック処理のゲインを小さくすることが有効である。

【0025】

・内燃機関としては、４気筒の内燃機関に限らない。また、燃料噴射弁としては、燃焼室１６に燃料を噴射するものに限らず、吸気通路１２に燃料を噴射するものであってもよい。

【符号の説明】

【0026】

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…過給機、１６…燃焼室、１８…燃料噴射弁、２０…点火装置、２２…排気通路、２４…三元触媒、３０…制御装置、３２…ＣＰＵ、３４…ＲＯＭ、３６…ＲＡＭ、４０…空燃比センサ、４４…クランク角センサ、４６…エアフローメータ。

【図1】

【図2】