特許 7459761 触媒暖機装置

(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】2024-03-25

(45)【発行日】2024-04-02

(54)【発明の名称】触媒暖機装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/06 20060101AFI20240326BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

F02D41/06

F01N3/20 D

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020183491

(22)【出願日】2020-11-02

(65)【公開番号】P2022073480

(43)【公開日】2022-05-17

【審査請求日】2023-09-04

(73)【特許権者】

【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】末廣 和雅

【審査官】北村 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３５３５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－９０２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２８６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－３１０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－１５９１０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４１／０６

Ｆ０１Ｎ ３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の気筒を有する内燃機関から排出された排気を浄化する触媒と、
前記複数の気筒のそれぞれに独立して燃料を噴射する複数のインジェクタと、
前記触媒の暖機が必要なときには、前記複数の気筒の一部の気筒をリッチ気筒として設定し、前記一部の気筒とは異なる気筒をリーン気筒として設定して、前記リッチ気筒では空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼し、前記リーン気筒では空燃比が理論空燃比よりも大きい空燃比で燃焼するように前記インジェクタを制御する制御部と、
を備える触媒暖機装置であって、
前記制御部は、燃料噴射を継続している間は前記リッチ気筒を変更せず、燃料噴射を一旦停止して燃料噴射を復帰させるときに、前記リッチ気筒を燃料噴射の停止前とは異なる前記気筒に変更する触媒暖機装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、触媒暖機装置に関する。

【背景技術】

【0002】

触媒の暖機が要求されているときに、複数の気筒のうち任意の気筒をリーン気筒、リーン気筒とは別の気筒をリッチ気筒として設定し、リーン気筒では理論空燃比より大きな空燃比で燃焼させ、リッチ気筒では理論空燃比より小さな空燃比で燃焼させる制御が行なわれる。

【0003】

この制御は、触媒の暖機を目的として実施される制御であるため、エンジン冷却水の水温も低く、エンジンが暖機過程である場合がほとんどと考えられる。エンジン冷機状態から暖機過程での燃料リッチは、デポジット発生やカーボン形成の原因になる。このため、特定気筒がリッチ気筒である状態が長時間継続すると、この気筒にデポジットやカーボンが堆積しやすい。

【0004】

特許文献１には、空燃比がストイキよりもリーンになるように燃料を噴射するリーン噴射と、空燃比がストイキよりもリッチになるように燃料を噴射するリッチ噴射とを、リッチ噴射が同一気筒に対して連続しないようなパターンで切り換えることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００４－３５３５５２号公報

【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、エンジンサイクル毎にリッチ気筒とリーン気筒を変化させると、変化頻度が大きく、燃焼不安定が発生する可能性があるという課題があった。

【0007】

そこで、本発明は、触媒暖機時にデポジットやカーボンの堆積を避け、安定した燃焼状態にすることができる触媒暖機装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため本発明は、複数の気筒を有する内燃機関から排出された排気を浄化する触媒と、前記複数の気筒のそれぞれに独立して燃料を噴射する複数のインジェクタと、前記触媒の暖機が必要なときには、前記複数の気筒の一部の気筒をリッチ気筒として設定し、前記一部の気筒とは異なる気筒をリーン気筒として設定して、前記リッチ気筒では空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼し、前記リーン気筒では空燃比が理論空燃比よりも大きい空燃比で燃焼するように前記インジェクタを制御する制御部と、を備える触媒暖機装置であって、前記制御部は、燃料噴射を継続している間は前記リッチ気筒を変更せず、燃料噴射を一旦停止して燃料噴射を復帰させるときに、前記リッチ気筒を燃料噴射の停止前とは異なる前記気筒に変更するものである。

【発明の効果】

【0009】

このように、本発明によれば、触媒暖機時にデポジットやカーボンの堆積を避け、安定した燃焼状態にすることができる。

【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触媒暖機装置を搭載する車両の要部の構成図である。

【図2】図２は、本発明の一実施例に係る触媒暖機装置の燃料噴射制御処理の手順を示すフローチャートである。

【図3】図３は、本発明の一実施例に係る触媒暖機装置の燃料噴射制御処理による燃料噴射の変化を示すタイムチャートである。

【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触媒暖機装置は、複数の気筒を有する内燃機関から排出された排気を浄化する触媒と、複数の気筒のそれぞれに独立して燃料を噴射する複数のインジェクタと、触媒の暖機が必要なときには、複数の気筒の一部の気筒をリッチ気筒として設定し、一部の気筒とは異なる気筒をリーン気筒として設定して、リッチ気筒では空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼し、リーン気筒では空燃比が理論空燃比よりも大きい空燃比で燃焼するようにインジェクタを制御する制御部と、を備える触媒暖機装置であって、制御部は、燃料噴射を継続している間はリッチ気筒を変更せず、燃料噴射を一旦停止して燃料噴射を復帰させるときに、リッチ気筒を燃料噴射の停止前とは異なる気筒に変更するよう構成されている。

【0012】

これにより、本発明の一実施の形態に係る触媒暖機装置は、触媒暖機時にデポジットやカーボンの堆積を避け、安定した燃焼状態にすることができる。

【実施例】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る触媒暖機装置について詳細に説明する。

【0014】

図１において、本発明の第一実施例に係る触媒暖機装置を搭載した車両１は、内燃機関としてのエンジン２と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを含んで構成される。

【0015】

エンジン２には、４つの円筒状の気筒１０が形成されており、これらの気筒１０は直列に配置されている。各気筒１０には、ピストン１１が往復に移動できるように収納されている。エンジン２は、ピストン１１が気筒１０を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行う４サイクルのエンジンによって構成されている。

【0016】

本実施例において、エンジン２は、直列４気筒のエンジンによって構成されているものとするが、本発明においては、直列３気筒エンジン、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、Ｖ型１２気筒エンジンまたは水平対向６気筒エンジン等の種々の型式のエンジンによって構成されていてもよい。

【0017】

以下の説明において、４つの気筒１０に対してエンジン２の一端側から＃１、＃２、＃３、＃４の符号を付し、各気筒１０を「気筒＃１」、「気筒＃２」、「気筒＃３」または「気筒＃４」ともいう。

【0018】

エンジン２には、その出力軸として図示しないクランクシャフトが設けられている。各気筒＃１、＃２、＃３、＃４に収納されたピストン１１は、その往復運動を回転運動に変換する図示しないコネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結されている。

【0019】

したがって、エンジン２は、気筒＃１、＃２、＃３、＃４で燃料と空気との混合気を燃焼させることによりピストン１１を往復に移動させ、クランクシャフトを回転させることにより、車両１を駆動させる駆動力を発生するようになっている。

【0020】

本実施例のエンジン２は、気筒＃１、気筒＃２、気筒＃４、気筒＃３の順での各行程が行われるようになっているため、気筒＃１と気筒＃２、気筒＃２と気筒＃４、気筒＃４と気筒＃３、および気筒＃３と気筒＃１は、クランク角度で１８０°離れている。このため、気筒＃１と気筒＃４はクランク角度で３６０°離れている。また、気筒＃２と気筒＃３はクランク角度で３６０°離れている。

【0021】

エンジン２には、吸気マニホールド２０が設けられている。吸気マニホールド２０は、外気を吸入するための図示しない吸気通路に連通している。すなわち、吸気マニホールド２０は、吸気通路と各気筒＃１、＃２、＃３、＃４とを連通している。

【0022】

各気筒＃１、＃２、＃３、＃４の吸気マニホールド２０には、インジェクタ２１がそれぞれ設けられており、このインジェクタ２１は、吸気マニホールド２０を介して気筒＃１、＃２、＃３、＃４に向けて液体燃料を噴射するようになっている。すなわち、エンジン２には４つのインジェクタ２１が設けられている。

【0023】

インジェクタ２１は、ＥＣＵ３によって制御されるソレノイドコイルおよびニードルバルブを有している。各インジェクタ２１には、液体燃料として、例えばガソリンが所定の圧力で供給される。

【0024】

インジェクタ２１は、ＥＣＵ３によってソレノイドコイルが通電されると、ニードルバルブを開いて、気筒＃１、＃２、＃３、＃４に向けて液体燃料を噴射するようになっている。

【0025】

エンジン２には、排気を車外に排出するための排気マニホールド３０が設けられている。排気マニホールド３０は、図示しない排気通路に連通している。すなわち、排気マニホールド３０は、排気通路と各気筒＃１、＃２、＃３、＃４とを連通している。

【0026】

排気マニホールド３０には、触媒３１が設けられている。触媒３１は、一般に、排気に含まれる未燃炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害物質を除去することができる三元触媒を備えている。この三元触媒は、好ましくはＮＯｘ含有率の高い排気からでも、ＮＯｘを除去する機能を有するものが用いられる。
触媒３１の上流側には排気中の酸素濃度を検出する排気センサ３２が設けられている。

【0027】

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

【0028】

コンピュータユニットのＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが格納されている。すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、コンピュータユニットは、本実施例におけるＥＣＵ３として機能する。

【0029】

ＥＣＵ３の入力ポートには、排気センサ３２、車速センサ４０、イグニッションスイッチ４１、アクセル開度センサ４２、ブレーキスイッチ４３等の各種センサ類が接続されている。

【0030】

排気センサ３２は、排気中の酸素濃度を検出し、検出結果をＥＣＵ３に送信するようになっている。車速センサ４０は、車両１の速度を検出し、検出結果をＥＣＵ３に送信するようになっている。イグニッションスイッチ４１は、車両１のシステムの起動操作の有無と、エンジン２の始動操作の有無を検出し、検出結果をＥＣＵ３に送信するようになっている。

【0031】

アクセル開度センサ４２は、運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの開度であるアクセル開度を検出し、検出結果をＥＣＵ３に送信するようになっている。ブレーキスイッチ４３は、運転者により図示しないブレーキペダルが踏み込まれたことを検出し、検出結果をＥＣＵ３に送信するようになっている。

【0032】

本実施例において、ＥＣＵ３は、排気センサ３２の検出結果に基づいて、空燃比が設定された空燃比となるように燃料噴射量を調整する。

【0033】

ＥＣＵ３は、アクセルペダルがオフされアクセル開度がゼロとなったとき、車速が所定値より高い場合には、インジェクタ２１による燃料噴射を中止する燃料カットを実施する。ＥＣＵ３は、燃料カット中に車速が所定値以下に低下した場合には、燃料カットから復帰して、インジェクタ２１による燃料噴射を再開させる。

【0034】

また、ＥＣＵ３は、所定の自動停止条件が成立するとエンジン２を自動的に停止させるアイドリングストップを実行する。ＥＣＵ３は、アイドリングストップ後に、所定の再始動条件が成立した場合には、エンジン２を再始動させる。

【0035】

自動停止条件としては、例えば、車速が所定車速以下であること、ブレーキペダルが踏み込まれたこと、アクセル開度が所定開度以下であること、などの全てが成立したことを条件とする。一方、再始動条件としては、例えば、車速が所定車速より高いこと、ブレーキペダルの踏み込みがないこと、アクセル開度が所定開度より大きいこと、などの何れかが成立したことを条件とする。

【0036】

ＥＣＵ３は、触媒３１の暖機が必要であると判定した場合に、複数の気筒１０のうち、空燃比が理論空燃比よりも大きい空燃比で燃焼するように燃料を噴射するリーン気筒と、空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼するように燃料を噴射するリッチ気筒とを設定して燃料噴射を行なう触媒暖機駆動を実施する。

【0037】

ＥＣＵ３は、例えば、エンジン２の始動直後のエンジン冷却水の温度が所定温度より低い場合に、触媒３１の暖機が必要であると判定する。

【0038】

ＥＣＵ３は、燃料噴射が継続している間はリッチ気筒及びリーン気筒の設定を変更せず、燃料噴射を一旦停止した後、燃料噴射を復帰させるときに、リッチ気筒を燃料噴射の停止前とは異なる気筒１０に変更する。

【0039】

ＥＣＵ３は、例えば、イグニッションスイッチ４１がオフされエンジン２が停止されて燃料噴射が停止され、その後イグニッションスイッチ４１がオンされて燃料噴射を復帰させるときに、リッチ気筒を燃料噴射の停止前のリッチ気筒とは異なる気筒１０に変更する。

【0040】

ＥＣＵ３は、例えば、燃料カットを行ない、燃料カットから復帰して燃料噴射を復帰させるときに、リッチ気筒を燃料噴射の停止前のリッチ気筒とは異なる気筒１０に変更する。

【0041】

ＥＣＵ３は、例えば、アイドリングストップを実行し、アイドリングストップからのエンジン２の再始動により燃料噴射を復帰させるときに、リッチ気筒を燃料噴射の停止前のリッチ気筒とは異なる気筒１０に変更する。

【0042】

ＥＣＵ３は、例えば、気筒１０毎に、前回の触媒３１の暖機時に空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼するように燃料を噴射するリッチ噴射を行なったか否かを示す前回リッチ記憶を記憶している。ＥＣＵ３は、例えば、リッチ噴射を行なった気筒１０に対応する前回リッチ記憶に１を設定する。

【0043】

ＥＣＵ３は、触媒３１の暖機が必要であると判定したときに前回リッチ記憶を参照し、前回リッチ記憶が１であれば、空燃比が理論空燃比よりも大きい空燃比で燃焼するように燃料を噴射するリーン噴射を行ない、前回リッチ記憶にゼロを設定する。

【0044】

ＥＣＵ３は、触媒３１の暖機が必要であると判定したときに前回リッチ記憶を参照し、前回リッチ記憶がゼロであれば、リッチ噴射を行ない、前回リッチ記憶に１を設定する。

【0045】

前回リッチ記憶は、イグニッションスイッチ４１がオフされても保持されるようになっている。

【0046】

以上のように構成された本実施例に係る触媒暖機装置による燃料噴射制御処理について、図２を参照して説明する。なお、以下に説明する燃料噴射制御処理は、ＥＣＵ３が動作を開始すると開始され、予め設定された時間間隔で実行される。

【0047】

ステップＳ１において、ＥＣＵ３は、触媒３１の暖機が必要な触媒暖機モードであるか否かを判定する。触媒暖機モードであると判定した場合には、ＥＣＵ３は、ステップＳ２の処理を実行する。

【0048】

触媒暖機モードでないと判定した場合には、ＥＣＵ３は、ステップＳ５の処理を実行する。

【0049】

ステップＳ２において、ＥＣＵ３は、燃料噴射が復帰したか否かを判定する。燃料噴射が復帰したと判定した場合には、ＥＣＵ３は、ステップＳ３の処理を実行する。燃料噴射が復帰していないと判定した場合には、ＥＣＵ３は、ステップＳ４の処理を実行する。

【0050】

ステップＳ３において、ＥＣＵ３は、リッチ気筒の設定変更を行なう。ステップＳ３の処理を実行した後、ＥＣＵ３は、ステップＳ４の処理を実行する。

【0051】

ステップＳ４において、ＥＣＵ３は、リーン気筒とリッチ気筒とを設定して燃料噴射を行なう触媒暖機駆動を実施する。ステップＳ４の処理を実行した後、ＥＣＵ３は、燃料噴射制御処理を終了する。

【0052】

ステップＳ５において、ＥＣＵ３は、通常の燃料噴射量による通常駆動を行なう。ステップＳ５の処理を実行した後、ＥＣＵ３は、燃料噴射制御処理を終了する。

【0053】

このような燃料噴射制御処理による動作について図３を参照して説明する。
時刻ｔ１において、触媒暖機モードになると、前回リッチ記憶に基づいて、前回リッチ記憶がゼロの気筒＃１、気筒＃４はリッチ噴射され、前回リッチ記憶が１にされる。前回リッチ記憶が１の気筒＃２、気筒＃３はリーン噴射され、前回リッチ記憶がゼロにされる。

【0054】

時刻ｔ２において、燃料カットが発生すると、燃料噴射は停止され、前回リッチ記憶は維持される。

【0055】

時刻ｔ３において、燃料カットから復帰し、燃料噴射が復帰すると、前回リッチ記憶に基づいて、前回リッチ記憶が１の気筒＃１、気筒＃４はリーン噴射され、前回リッチ記憶がゼロにされる。前回リッチ記憶がゼロの気筒＃２、気筒＃３はリッチ噴射され、前回リッチ記憶が１にされる。

【0056】

時刻ｔ４において、触媒暖機モードが解除されると、通常の制御により燃料噴射が行われ、前回リッチ記憶は維持される。

【0057】

このように、本実施例では、ＥＣＵ３は、触媒３１の暖機が必要な暖機モードにおいて、リッチ気筒とリーン気筒を設定してインジェクタ２１により燃料噴射させ、燃料噴射を継続している間はリッチ気筒を変更せず、燃料噴射を一旦停止して燃料噴射を復帰させるときに、リッチ気筒を燃料噴射の停止前のリッチ気筒とは異なる気筒１０に変更する。

【0058】

これにより、燃料噴射が継続しているときにはリッチ気筒を変更しないため、安定した燃焼状態にすることができる。

【0059】

また、燃料噴射が一旦停止して燃料噴射が復帰されるときに、リッチ気筒を燃料噴射の停止前とは異なる気筒１０に変更するため、安定した燃焼状態にすることができる。

【0060】

また、リッチ気筒を燃料噴射の停止前とは異なる気筒１０に変更するため、特定気筒が集中的に燃料リッチになる状況を避けて、デポジットやカーボンの堆積を避けることができる。

【0061】

本実施例では、各種センサ情報に基づきＥＣＵ３が各種の判定や算出を行なう例について説明したが、これに限らず、車両１が外部サーバ等の車外装置と通信可能な通信部を備え、該通信部から送信された各種センサの検出情報に基づき車外装置によって各種の判定や算出が行なわれ、その判定結果や算出結果を通信部で受信して、その受信した判定結果や算出結果を用いて各種制御を行なってもよい。

【0062】

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】

【0063】

１ 車両
２ エンジン（内燃機関）
３ ＥＣＵ（制御部）
１０ 気筒
２１ インジェクタ
３１ 触媒
３２ 排気センサ
４０ 車速センサ
４１ イグニッションスイッチ
４２ アクセル開度センサ
４３ ブレーキスイッチ

【図1】

【図2】

【図3】