JP5118655B2

JP5118655B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP5118655B2
Application number: JP2009021788A
Authority: JP
Inventors: 直雅内田
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2029-02-02
Also published as: JP2010174862A

Description

本発明は、点火時期を遅角制御し、排気系に介装した触媒の早期活性化を促進するエンジンの制御装置に関する。

エンジンの排気ガスを浄化するため排気系に介装された触媒は、エンジンの冷態始動直後等には温度が低いため、十分な排気ガス浄化性能を得られない。このため、従来から、エンジンでの燃焼タイミングを遅くして後燃えにより生じる高温の排気ガスを積極的に触媒に送り込み、触媒の温度を早期に上げる早期触媒昇温制御が行われている。この早期触媒昇温制御としては、点火時期を遅角（リタード）することにより排気行程に近い段階で燃焼を行わせ、温度の高い排気ガスを触媒に導いて触媒の早期活性化を促進する技術が一般的に採用されている。

例えば、特許文献１には、一般的に用いられるであろう燃料（中でも比較的重質の燃料）を使用したことを想定し、エンジン回転数とエンジン負荷（例えば、エンジン回転数とアクセル開度とから設定されるエンジン要求トルク）とをパラメータとして、触媒の早期活性化を図るに最適な点火時期を、シミュレーション或いは実験等によって求める技術が開示されている。

特開２００１−５９４７０号公報

特許文献１に開示されている技術は、触媒の早期活性化を図るに最適な点火時期を決定するオープン制御であり、通常制御用の点火時期マップに対し、最悪に近い条件であっても主として低負荷領域においてトルク変動を生じない範囲で遅角量を増加させたマップ値により点火時期を決定している。

すなわち、特許文献１の技術では、点火時期の遅角量は、燃料やエンジンのばらつきを考慮してもトルク変動が生じない範囲に設定されるため、燃料の重質度やエンジンのバラツキによっては、設定された遅角量より大きな遅角量を設定してもトルク変動が発生しない場合がある。このため、触媒を有効に昇温させる上で改善の余地がある。

一方、点火時期遅角制御は、排気昇温に有効であっても、点火時期の遅角自体はエンジンの効率を落としている上に、最悪の場合ストールすることもある。従って、触媒の早期活性化を図る場合には、むやみに点火時期の遅角量を増やせば良いものでもなく、エンジンの安定性を確保した上で触媒の早期活性化を可能とする適正な点火時期遅角制御が必要とされる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、点火時期を適正に遅角制御してエンジンの安定性確保と触媒の早期活性化とを実現することのできるエンジンの制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明によるエンジンの制御装置は、点火時期を遅角制御し、排気系に介装した触媒の早期活性化を促進するエンジンの制御装置において、エンジン始動時に点火時期を通常制御時の値よりも初期リタード量だけ遅角化し、上記触媒の到達温度を推定する触媒温度推定部と、上記触媒の推定到達温度が設定温度以下且つ点火時期の遅角化を停止する判定条件が成立しないとき、エンジンの吸入空気量に基づいて設定したリタード増量分を上記初期リタード量に加えて点火時期を更に遅角化する点火時期リタード量増量部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、点火時期を適正に遅角制御してエンジンの安定性を確保しつつ触媒の早期活性化を図ることができる。

エンジン制御系の構成図早期触媒昇温リタード制御に係る機能ブロック図エンジン始動直後の早期触媒昇温第１制御ルーチンのフローチャート空気量−リタード増加量マップの特性を示す説明図エンジン始動後の早期触媒昇温第２制御ルーチンのフローチャート

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施の一形態に係り、図１はエンジン制御系の構成図、図２は早期触媒昇温リタード制御に係る機能ブロック図、図３はエンジン始動直後の早期触媒昇温第１制御ルーチンのフローチャート、図４は空気量−リタード増加量マップの特性を示す説明図、図５はエンジン始動後の早期触媒昇温第２制御ルーチンのフローチャートである。

図１において、符号１はエンジンであり、このエンジン１の上部にシリンダヘッド２が設けられ、このシリンダヘッド２に、エンジン１の燃焼室１ａに連通する吸気ポート３と排気ポート４とが設けられている。また、シリンダヘッド２には、吸気ポート３を開閉する吸気弁５と排気ポート４を開閉する排気弁６とが配設され、更に、燃焼室１ａ内に先端の放電電極を露呈する点火プラグ７が取り付けられている。

また、吸気ポート３には、吸気マニホルド８が連通され、この吸気マニホルド８の吸気ポート３直上流側に、インジェクタ９が燃料噴射口を吸気弁５の方向へ指向した状態で配設されている。吸気マニホルド８は吸気通路１０に連通され、この吸気通路１０の中途にスロットル弁１１が配設されている。

スロットル弁１１は、本実施の形態においては、その弁開度を電子制御される電子制御式スロットル弁であり、スロットル弁１１を駆動するモータ等のスロットルアクチュエータ２０が連設され、このスロットル弁１１の上流側に、エアクリーナ１２が配設されている。一方、排気ポート４は、排気マニホルド１３を介して排気通路１４に連通され、この排気通路１４の中途に触媒１５が介装されている。

一方、符号５０は、エンジン１を電子的に制御する電子制御装置（ＥＣＵ）であり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェイス等からなるマイクロコンピュータを中心として構成され、その他、Ａ／Ｄ変換器、タイマ、カウンタ、各種ロジック回路等の周辺回路を備えている。ＥＣＵ５０には、運転状態を検出する各種スイッチ・センサ類が入力側に接続され、また、エンジン１に備えられた各種機器類が出力側に接続されている。

更には、ＥＣＵ５０は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信プロトコルに基づく車内ネットワーク（図示せず）に接続される他の複数のＥＣＵ、例えば、変速機を制御するトランスミッションＥＣＵやブレーキを制御するブレーキＥＣＵ等の他の複数のＥＣＵとのデータ通信により各種制御情報が入力される。

ＥＣＵ５０の入力側に接続されるスイッチ・センサ類としては、吸気通路１０のエアクリーナ１２直下流に設けられて吸入空気量を検出する吸入空気量センサ３０、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ３１、排気通路１４の触媒１５上流側に配設された空燃比センサ３２、クランク角を検出するクランク角センサ３３、アクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ３４、スロットル弁１１の開度を検出するスロットル開度センサ３５等が備えられている。

一方、ＥＣＵ５０の出力側に接続される機器類としては、上述のインジェクタ９、スロットルアクチュエータ２０、点火プラグ７に接続される点火コイル（図示せず）をＯＮ，ＯＦＦするイグナイタ２１、その他、エアコン用コンプレッサ、発電機、油圧ポンプ等の補機類の作動を制御する制御弁やリレー等が備えられている。

ＥＣＵ５０は、エンジン運転状態を検出するセンサ・スイッチ類からの信号、車内ネットワークを介して入力される各種制御情報に基づいて、各種制御量を演算し、燃料噴射量制御、点火時期制御等のエンジン制御を実行する。燃料噴射量制御においては、例えば、アクセルペダルの踏込量からドライバーの要求するエンジントルク（目標エンジントルク）を演算し、この目標エンジントルクに対応した吸入空気量の目標値（目標吸入空気量）から所定の空燃比とするための燃料量を決定し、この燃料量をインジェクタ９を介して吸気ポート３に噴射する。

また、点火時期制御においては、例えば、吸入空気量及びエンジン回転数に基づいて基本点火時期を設定し、この基本点火時期に、ノッキング、冷却水温等による各種補正を加えて最終的な点火時期を演算する。そして、この最終的な点火時期に対応する点火コイルの通電開始タイミング及び通電終了タイミングをセットし、セットされたタイミングでイグナイタ２１を介して点火プラグ７をスパークさせ、筒内の混合気を燃焼させる。

また、ＥＣＵ５０は、エンジン始動時等の触媒１５が十分に活性していない運転状態においては、点火時期の遅角（リタード）制御を実施して触媒を早期に昇温させ、触媒１５で排気を良好に浄化可能とする。触媒１５を早期に昇温させるための点火時期リタード制御（早期触媒昇温リタード制御）は、点火時期と吸入空気量とに基づいて触媒の到達温度を推定し、この触媒の到達温度が設定温度以下のとき、点火時期リタードに対して安定した回転を維持するに必要なエンジンの耐力を考慮して実施される。

このため、ＥＣＵ５０は、早期触媒昇温リタード制御に係る機能として、図２に示すように、触媒温度推定部５１，点火時期リタード判定部５２，点火時期リタード量増量部５３，点火時期リタード解除部５４を備えている。

触媒温度推定部５１は、エンジン始動直後に点火時期を初期リタード量だけ遅角化し、触媒１５の到達温度を推定する。この触媒の到達温度は、アイドル時の目標回転数が一定であり、その状態で触媒温度に影響を与えるパラメータは、点火時期と空気量であることに基づいて推定する。

点火時期リタード判定部５２は、触媒１５の推定到達温度が設定温度を超えているか否か、及び点火時期のリタードを停止する判定条件が成立するか否かを判定する。そして、、推定到達温度が設定温度以下で且つリタード停止の判定条件が成立しないとき、点火時期リタード量増量部５３に点火時期リタードの強化を指示し、リタード停止の判定条件が成立すると、点火時期リタード解除部５４に点火時期リタードの停止を指示する。

触媒の推定到達温度に対する判定閾値となる設定温度は、触媒１５が排気ガスを十分に浄化可能な温度であり、触媒１５の仕様に応じて予め設定されている。また、リタード停止の判定条件として、本実施の形態においては、点火時期リタードに対して安定した回転を維持するに必要なエンジン耐力を判定する条件、点火時期リタードを停止して進角側への復帰を判定する第１キャンセル条件、点火時期リタードを全て中止するか否かを判定するための第２のキャンセル条件を設定している。

エンジン耐力の判定は、アイドル運転時等の低負荷運転領域においてエンジン回転のバラツキに影響する要素は主として空気量であることから、主として空気量をモニタし、空気量が大きければエンジンの耐力無しと判定する。これは、アイドル時のエンジン回転数は、アイドル時の空気量に基づくフィードバック制御で一定のアイドル回転数に収束するよう制御されており、エンジン回転数をアイドル回転数に維持するために必要な空気量が多い程、エンジン耐力が小さいと判断できるためである。

第１キャンセル条件は、エンジンの回転が最小限の基準を維持できるか否かを判断するための条件であり、燃費、排気ガスの浄化率、車両品質上の商品価値等の基準が好ましくはないが、エンジン回転数を許容可能なレベルに維持できるリタード量を実験等により求めて判定閾値とする。点火時期リタード量がこの判定閾値を超えたときには、点火時期リタードを停止し、進角側へ復帰させる。

第２キャンセル条件は、第１キャンセル条件よりも判定基準を厳しくした条件である。この第２キャンセル条件の判定閾値は、エンジンの回転が維持できなくなる限界の点火時期リタード量を実験等で求めて判定閾値とし、点火時期リタード量がこの判定閾値を超えたときには、点火時期リタード制御を全て中止させる。

点火時期リタード量増量部５３は、点火時期リタード判定部５２から点火時期リタードの強化を指示されたとき、そのときの実空気量と予め設定した空気量との差分に応じて初期リタード量に対するリタード量の増加分を決定し、初期リタード量にこの増加分を加えて点火時期のリタードを強化する。すなわち、触媒昇温は、冷間始動直後の短い時間であるため、エンジンの状態を見ながらリタード量を少しずつ増加するのではなく、空気量から初期リタード量に対するリタードの増加分を決定し、点火時期リタードを強化する。

点火時期リタード解除部５４は、点火時期リタード判定部５２から第１キャンセル条件の成立による点火時期リタードの停止を指示されたとき、点火時期を進角側に設定値ずつ徐々に戻す。この点火時期を進角側へ戻す際には、リタード増量分より小さな値の設定値を用い、エンジン状態を良くなるかモニタしながら点火時期リタードを設定値ずつ徐々に戻す。一方、第２キャンセル条件の成立による点火時期リタードの停止を指示されたときには、点火時期リタード制御を全て中止する。

以上の処理は、図３，図５のフローチャートに示すプログラム処理によって実行される。以下、これらのプログラム処理について説明する。

図３のフローチャートは、エンジンの始動直後のアイドル時に１回だけ実行される早期触媒昇温第１制御ルーチンを示し、最初のステップＳ１において、点火時期リタード量のイニシャル値（初期リタード量）をセットする。こイニシャル値は、エンジン温度を冷却水温で代表し、この冷却水温に基づくマップを予め作成しておき、このマップに基づいて決定する。

次にステップＳ２へ進み、点火時期リタードの実行によって到達する触媒１５の温度を、アイドル時の点火時期と吸入空気量センサ３０で計測した吸入空気量とに基づいて推定する。具体的には、アイドル時の点火時期と空気量と触媒の昇温完了を期待する時刻（例えば２７ｓｅｃ後）での触媒温度との関係を事前に計測してマップを作成し、ＥＣＵ５０のメモリ内に記憶しておく。そして、アイドル時の点火時期と吸入空気量センサ３０で計測した吸入空気量とに基づいてマップを参照し、触媒１５の到達温度を推定する。

続くステップＳ３では、ステップＳ２で推定した温度が設定温度より上か否かを調べる。そして、ステップＳ３で触媒の推定温度が設定温度を超えている場合には本ルーチンを終了し、触媒の推定温度が設定温度以下の場合、ステップＳ４へ進んで第１キャンセル条件が成立するか否かを調べる。この第１キャンセル条件が成立し、エンジン回転が許容可能なレベルにある場合には、本ルーチンを終了し、第１キャンセル条件が成立しない場合、ステップＳ４からステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、吸入空気量センサ３０を介して現状の空気量Ｑrealをモニタし、そのモニタ結果により推定したエンジン状態からエンジン耐力を調べる。続くステップＳ６では、空気量のモニタに加えて、以下の（１）〜（４）に示す各パラメータについての判定を行い、エンジン耐力を調べる。
（１）エンジン回転数の回転変動量ΔＮｅ
回転変動量Ｎｅが判定値より大きい場合、エンジンの耐力が小さいと判断する。
（２）アイドル時のエンジン回転数の標準偏差ＩＤＬσ
エンジン回転数の標準偏差ＩＤＬσが判定値より大きい場合、エンジン回転のバラツキが大きく、エンジンの耐力が小さいと判断する。
（３）アイドル時の点火時期の標準偏差ＩＧσ
点火時期の標準偏差ＩＧσが判定値より大きい場合、エンジンの燃焼状態が安定せず、エンジンの耐力が小さいと判断する。
（４）エンジン回転数の回転落ち（エンジン回転数と所定の設定回転数との比較）
回転落ちが発生している場合、エンジンの耐力が小さいと判断する。

その結果、ステップＳ５における空気量によるエンジン耐力の判定、或いはステップＳ６における（１）〜（４）の条件によるエンジン耐力の判定において、エンジン耐力が小さいとの判定が一つもない場合には、エンジンの耐力有りとしてステップＳ６からステップＳ７へ進む。

ステップＳ７では、現状の空気量Ｑrealと予め設定した設定空気量Ｑsetとの差分ΔＱに基づいて、点火時期リタード量のイニシャル値に対する増加分ΔＩＧを決定し、この増加分ΔＩＧだけ点火時期のリタード量を増加させて本ルーチンを終了する。リタード量の増加分は、例えば、図４に示すように、空気量の差分ΔＱに対して最適なリタード量の増加分ΔＩＧを予め実験等により求めてマップ（空気量−リタード増加量マップ）を作成しておき、この空気量−リタード増加量マップを補間計算付きで参照して決定する。

一方、ステップＳ５における空気量によるエンジン耐力の判定、或いはステップＳ６における（１）〜（４）の条件によるエンジン耐力の判定において、何れか一つでもエンジン耐力が小さいと判定された場合には、エンジン耐力無しとして点火時期リタード量を増加することなく本ルーチンを終了する。

以上の早期触媒昇温第１制御ルーチンが終了すると、次に、図５に示す早期触媒昇温第２制御ルーチンが触媒昇温が完了するまで所定サイクル毎に実行される。

この早期触媒昇温第２制御ルーチンでは、最初のステップＳ１１において、第２キャンセル条件が成立するか否かを調べる。第２キャセル条件が成立せず、エンジンの回転を維持できる場合、ステップＳ１１からステップＳ１２へ進んで第１キャンセル条件が成立するか否かを調べる。その結果、第１キャンセル条件が不成立の場合、すなわち点火時期リタードを停止するとエンジン回転が許容可能なレベルを維持できない場合には、現在の点火時期リタード量を維持したまま本ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１２において第１キャンセル条件が成立し、エンジン回転が許容可能なレベルにある場合には、ステップＳ１２からステップＳ１３へ進み、リタードされた点火時期を進角方向に設定値ずつ徐々に戻し、ルーチンを抜ける。ステップＳ１３で点火時期リタードが戻された後は、次のサイクルで実行される早期触媒昇温第２制御ルーチンの最初のステップＳ１１において、点火時期リタードを戻した後のエンジン状態が調べられ、第２キャンセル条件が判定される。そして、第２キャンセル条件が成立しない間は、上述の点火時期リタード制御が継続され、第２キャンセル条件の成立によってエンジン回転が維持できないとき、ステップＳ１１からステップＳ１４へ進んで点火時期リタードを全て中止する。

このように本実施の形態においては、エンジン始動時に点火時期を通常制御時の値よりも初期リタード量だけ遅角化して触媒の到達温度を推定し、この推定した到達温度が設定温度以下で点火時期の遅角化を停止する所定の判定条件が成立しないとき、エンジンの吸入空気量に基づいて設定したリタード増量分を初期リタード量に加えて点火時期を遅角化する。

これにより、燃料やエンジンのバラツキに拘わらず、エンジンの変動が発生しない限界内で点火時期を適正にリタードさせると共にエンジンの安定性を確保することができ、触媒を有効に昇温させて早期活性化を図ることができる。

１エンジン
１４排気通路
１５触媒
３０吸入空気量センサ
５０電子制御装置
５１触媒温度推定部
５２点火時期リタード判定部
５３点火時期リタード量増量部
５４点火時期リタード解除部

Claims

点火時期を遅角制御し、排気系に介装した触媒の早期活性化を促進するエンジンの制御装置において、
エンジン始動時に点火時期を通常制御時の値よりも初期リタード量だけ遅角化し、上記触媒の到達温度を推定する触媒温度推定部と、
上記触媒の推定到達温度が設定温度以下且つ点火時期の遅角化を停止する判定条件が成立しないとき、エンジンの吸入空気量に基づいて設定したリタード増量分を上記初期リタード量に加えて点火時期を更に遅角化する点火時期リタード量増量部と
を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
上記リタード増量分を、エンジンの実吸入空気量と予め設定した空気量との差分に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
上記判定条件が成立するとき、上記リタード増量分より小さい値で点火時期を進角方向に徐々に戻すことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
上記触媒の到達温度を、点火時期と吸入空気量とに基づいて推定することを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載のエンジンの制御装置。
上記初期リタード量を、エンジン温度に基づいて設定することを特徴とする請求項１〜４の何れか一に記載のエンジンの制御装置。