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JP7314919B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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JP7314919B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
たとえば下記の特許文献1には、排気を浄化する触媒を昇温させる昇温処理の実行中に失火が検出された場合、昇温処理を中止するための閾値を変更してより早い段階で昇温処理を中止するようにした装置が記載されている。
特開2018-162721号公報
他方、発明者は、内燃機関の軸トルクがゼロではないときにおいて、触媒を昇温させる昇温処理として、一部の気筒への燃料供給を停止するとともに残りの気筒への燃料供給を行うことを検討した。ここで、そうした昇温処理の実行中に失火が生じると触媒に供給される燃料量が増加するため、触媒が過昇温されるおそれがある。
上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、排気通路に排気を浄化する触媒を備えるとともに複数の気筒を有した内燃機関に適用される。この制御装置は、前記複数の気筒のうちの一部の気筒への燃料供給を停止するとともに前記一部の気筒以外の残りの気筒への燃料供給を実施することにより前記触媒を昇温させる昇温処理を実行するとともに、失火を検出する失火検出処理と、各気筒において燃焼制御を実行した回数のうちで前記失火検出処理にて検出された失火の回数が規定値以上であるか否かを判定する判定処理と、失火の回数が前記規定値以上である場合には、失火の回数が前記規定値未満である場合と比べて前記触媒の昇温量を低減させる低減処理とを実行する。
同構成によれば、失火の回数が規定値以上である場合には、低減処理の実行を通じて触媒の昇温量が低減されるため、失火発生時の触媒の過昇温を抑えることができる。
また、上記制御装置において、前記低減処理は、前記一部の気筒への燃料供給の停止を中止して当該一部の気筒への燃料供給を開始する処理を含んでもよい。
同構成によれば、低減処理が実行されることにより、燃料供給が停止されていた一部の気筒への燃料供給が開始されるため、その気筒から排出される排気中の空気量が減少する。従って、触媒に供給される未燃燃料が失火の発生によって増えたとしても、同触媒に供給される空気の量が減少するようになるため、触媒の過昇温を抑えることができる。
また、上記制御装置において、前記低減処理は、燃料供給が開始される前記一部の気筒の混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるように当該気筒への燃料供給量を調整してもよい。
同構成によれば、燃料供給が開始される一部の気筒の混合気の空燃比をストイキにする場合と比較して、気筒から排出される排気中の空気量が多くなるため、触媒の昇温効果がある程度得られるようになる。従って、触媒の過昇温を抑えつつも当該触媒の昇温を実施することができる。
また、上記制御装置において、前記低減処理は、前記昇温処理の実行に際して所定期間内に燃料供給が停止される気筒の数を減らす処理を含んでもよい。
同構成によれば、低減処理が実行されることにより、所定期間内において触媒に供給される空気の量が減少するため、触媒の過昇温を抑えることができる。
また、上記制御装置において、前記低減処理は、前記残りの気筒への燃料供給量を減少させる処理を含んでもよい。
同構成によれば、低減処理が実行されることにより、燃料供給が実施されていた残りの気筒への燃料供給量が減少されるため、それらの気筒から排出される排気中の未燃燃料量が減少する。従って、触媒に供給される未燃燃料が失火の発生によって増えたとしても、同触媒に供給される未燃燃料量は減少するようになるため、触媒の過昇温を抑えることができる。
第1実施形態にかかる駆動系および制御装置の構成を示す図。 同実施形態にかかる制御装置による再生処理に関する手順を示すフローチャート。 同実施形態にかかる制御装置が実行する失火検出処理に関する手順を示すフローチャート。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理に関する手順を示すフローチャート。 第2実施形態にかかる制御装置が実行する処理に関する手順を示すフローチャート。 第3実施形態にかかる制御装置が実行する処理に関する手順を示すフローチャート。 第4実施形態にかかる制御装置が実行する処理に関する手順を示すフローチャート。 他の実施形態にかかる制御装置が実行する処理に関する手順を示すフローチャート。 他の実施形態にかかる制御装置が実行する処理に関する手順を示すフローチャート。 他の実施形態にかかる制御装置が実行する処理に関する手順を示すフローチャート。
<第1実施形態>
以下、内燃機関の制御装置の第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、内燃機関10は、気筒#1~#4の4つの気筒を備えている。内燃機関10の吸気通路12には、スロットルバルブ14が設けられている。吸気通路12の下流部分である吸気ポート12aには、吸気ポート12aに燃料を噴射するポート噴射弁16が設けられている。吸気通路12に吸入された空気やポート噴射弁16から噴射された燃料は、吸気バルブ18の開弁に伴って燃焼室20に流入する。燃焼室20には、筒内噴射弁22から燃料が噴射される。また、燃焼室20内の空気と燃料との混合気は、点火プラグ24の火花放電に伴って燃焼に供される。そのときに生成される燃焼エネルギは、クランク軸26の回転エネルギに変換される。
燃焼室20において燃焼に供された混合気は、排気バルブ28の開弁に伴って、排気として排気通路30に排出される。排気通路30には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒32と、ガソリンパティキュレートフィルタ(GPF34)とが設けられている。なお、本実施形態では、GPF34として、PMを捕集するフィルタに三元触媒が担持されたものを想定している。
クランク軸26には、歯部42が設けられたクランクロータ40が結合されている。歯部42は、クランク軸26の複数の回転角度のそれぞれを示す。クランクロータ40には、基本的には、10°CA間隔で歯部42が設けられているものの、隣接する歯部42間の間隔が30°CAとなる箇所である欠け歯部44が1箇所設けられている。これは、クランク軸26の基準となる回転角度を示すためのものである。
クランク軸26は、動力分割装置を構成する遊星歯車機構50のキャリアCに機械的に連結されている。遊星歯車機構50のサンギアSには、第1モータジェネレータ52の回転軸52aが機械的に連結されている。また、遊星歯車機構50のリングギアRには、第2モータジェネレータ54の回転軸54aと駆動輪60とが機械的に連結されている。第1モータジェネレータ52の端子には、インバータ56によって交流電圧が印加される。また、第2モータジェネレータ54の端子には、インバータ58によって交流電圧が印加される。
制御装置70は、内燃機関10を制御対象とし、その制御量としてのトルクや排気成分比率等を制御するために、スロットルバルブ14、ポート噴射弁16、筒内噴射弁22、及び点火プラグ24等の内燃機関10の各種操作部を操作する。例えば、制御装置70は、アクセルセンサ83によって検出されるアクセルペダルの操作量であるアクセル操作量ACCPおよび車速センサ84によって検出される車速SP等に基づいて車両に対する要求トルクTr*を算出する。そして、制御装置70は、要求トルクTr*等に基づいて内燃機関10に対する要求出力Pe*を算出する。そして、制御装置70は、要求出力Pe*を効率よく内燃機関10から出力させることが可能な目標回転速度Ne*及び機関トルク指令値Te*を算出する。そして制御装置70は、その機関トルク指令値Te*が得られるように吸入空気量、ポート噴射弁16や筒内噴射弁22の燃料噴射量、混合気の点火時期などを制御する。また、制御装置70は、燃料噴射量の設定に際して各種の要求に基づいた増量補正を行う。例えば、制御装置70は、内燃機関10の始動時に実施される始動時増量や、内燃機関10の冷間始動時に実施される暖機増量や、燃料カットからの復帰時に実施される復帰増量などを実施する。
また、制御装置70は、第1モータジェネレータ52を制御対象とし、その制御量である回転速度を制御すべく、インバータ56を操作する。
また、制御装置70は、第2モータジェネレータ54を制御対象とし、その制御量であるトルクを制御すべくインバータ58を操作する。図1には、スロットルバルブ14、ポート噴射弁16、筒内噴射弁22、点火プラグ24、およびインバータ56,58のそれぞれの操作信号MS1~MS6を記載している。
制御装置70は、内燃機関10の制御量を制御するために、エアフローメータ80によって検出される吸入空気量Ga、クランク角センサ82の出力信号Scr、水温センサ86によって検出される水温THWを参照する。また、制御装置70は、排気圧センサ88によって検出されるGPF34に流入する排気の圧力Pex、及び三元触媒32の上流側の空燃比センサ89によって検出される空燃比AFfを参照する。また、制御装置70は、第1モータジェネレータ52や第2モータジェネレータ54の制御量を制御するために、第1モータジェネレータ52の回転角を検知する第1回転角センサ90の出力信号Sm1、および第2モータジェネレータ54の回転角を検知する第2回転角センサ92の出力信号Sm2を参照する。
制御装置70は、CPU72、ROM74、記憶装置75、および周辺回路76を備えており、それらが通信線78によって通信可能とされている。ここで、周辺回路76は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路や、電源回路、リセット回路等を含む。制御装置70は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72が実行することにより制御量を制御する。
図2に、本実施形態にかかる制御装置70が実行する処理の手順を示す。図2に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72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、各処理のステップ番号を表現する。
図2に示す一連の処理において、CPU72は、まず、機関回転速度NE、充填効率η及び水温THWを取得する(S10)。機関回転速度NEは、CPU72により、出力信号Scrに基づいて算出される。また、充填効率ηは、CPU72により、吸入空気量Ga及び機関回転速度NEに基づいて算出される。
次に、CPU72は、機関回転速度NE、充填効率η及び水温THWに基づき、堆積量DPMの更新量ΔDPMを算出する(S12)。ここで、堆積量DPMは、GPF34に捕集されているPMの量である。詳しくは、CPU72は、機関回転速度NE、充填効率η及び水温THWに基づいて排気通路30に排出される排気中のPMの量を算出する。また、CPU72は、機関回転速度NE及び充填効率ηに基づいてGPF34の温度を算出する。そしてCPU72は、排気中のPMの量やGPF34の温度に基づいて更新量ΔDPMを算出する。
次にCPU72は、堆積量DPMを、更新量ΔDPMに応じて更新する(S14)。
次に、CPU72は、フラグFが「1」であるか否かを判定する(S16)。フラグFは、「1」である場合に、GPF34のPMを燃焼除去するための昇温処理を実行していることを示し、「0」である場合にそうではないことを示す。
CPU72は、フラグFが「0」であると判定する場合(S16:NO)、堆積量DPMが再生実行値DPMH以上であるか否かを判定する(S18)。再生実行値DPMHは、GPF34が捕集したPM量が多くなっており、PMを除去することが望まれる値に設定されている。
CPU72は、堆積量DPMが再生実行値DPMH以上であると判定する場合(S18:YES)、昇温処理の実行条件が成立するか否かを判定する(S20)。ここで実行条件は、例えば以下の条件(A)及び条件(B)の論理積が真である旨の条件とすればよい。
条件(A):内燃機関10に対するトルクの指令値である機関トルク指令値Te*が所定値Teth以上である旨の条件。
条件(B):内燃機関10の機関回転速度NEが所定速度以上である旨の条件。
CPU72は、昇温処理の実行条件が成立すると判定する場合(S20:YES)、昇温処理を実行して、フラグFに「1」を代入する(S22)。この昇温処理として、CPU72は、部分気筒フューエルカット処理を実行する。
この部分気筒フューエルカット処理は、複数の気筒のうちの一部の気筒への燃料供給を停止するとともに、当該一部の気筒以外の残りの気筒への燃料供給を実施する処理であり、停止処理と増量処理とを含む。
停止処理は、気筒#1のポート噴射弁16及び筒内噴射弁22からの燃料噴射を停止することにより同気筒#1への燃料供給を停止する処理である。なお、この停止処理が実施される気筒を以下ではフューエルカット気筒といい、フューエルカット気筒以外の残りの気筒、つまり燃料が供給されて混合気の燃焼が実施される気筒を燃焼気筒という。また、本実施形態では、1燃焼サイクル毎に上記停止処理を1回を実行する。
増量処理は、排気系に未燃燃料を供給するとともに、上記停止処理に伴う機関出力の低下を補うために、気筒#2、気筒#3、及び気筒#4の各燃焼気筒に供給される空気量及び燃料量を上記停止処理の非実行時よりも増量する処理である。この増量処理の実行に際しては、スロットルバルブ14の開度調整を通じて燃焼気筒の吸入空気量が増量されるとともに、燃焼気筒における混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるように、ポート噴射弁16や筒内噴射弁22から噴射される燃料噴射量が増量される。
この部分気筒フューエルカット処理は、排気通路30に酸素と未燃燃料とを排出し、GPF34の温度を上昇させてGPF34が捕集したPMを燃焼除去するための処理である。すなわち、排気通路30に酸素と未燃燃料を排出することにより、三元触媒32等において未燃燃料を燃焼させ排気の温度を上昇させ、ひいてはGPF34の温度を上昇させることができる。また、GPF34に酸素を供給することによって、GPF34が捕集したPMを燃焼除去することができる。
一方、上記S16の処理にて、CPU72は、フラグFが「1」であると判定する場合(S16:YES)、堆積量DPMが停止用閾値DPML以下であるか否かを判定する(S26)。停止用閾値DPMLは、GPF34に捕集されているPMの量が十分に小さくなり、昇温処理を停止させてもよい値に設定されている。CPU72は、堆積量DPMが停止用閾値DPML以下であると判定する場合(S26:YES)、部分気筒フューエルカット処理の実行を停止することにより昇温処理を停止して、フラグFに「0」を代入する(S28)。
なお、CPU72は、S22,S28の処理を完了する場合や、S18,S20の処理において否定判定する場合には、図2に示す一連の処理を一旦終了する。
図3に、制御装置70が実行する失火検出処理の手順を示す。図3に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72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。
図3に示す一連の処理において、CPU72は、まず、クランク軸26が30°CA回転するのに要する時間T30を取得する(S30)。時間T30は、出力信号Scrに基づいてクランク軸26が30°CAだけ回転する時間がCPU72によって計時されることにより算出される。
次に、CPU72は、「m=0,1,2,3,…」として、時間T30[m+1]に時間T30[m]を代入し、時間T30[0]にS30の処理で新たに取得した時間T30を代入して、それらを記憶装置75に記憶する(S32)。このS32の処理は、時間T30の後のカッコ内の変数を、過去のものほど数字が大きくなるようにするための処理である。この処理により、カッコ内の変数の値が1つ大きい場合には、30°CAだけ前の時間T30を示すこととなる。
次に、CPU72は、現在のクランク軸26の回転角度が、気筒#1~#4のいずれかの圧縮上死点を基準としてATDC150°CAであるか否かを判定する(S34)。
CPU72は、ATDC150°CAであると判定する場合(S34:YES)、ATDC150°CAであると判定された気筒において燃焼制御が実行されたか、つまり混合気を燃焼させるための燃料噴射及び点火が実行されたか否かを判定する(S36)。換言すれば、上述した再生処理によって燃焼制御が停止されている気筒、つまりフューエルカット気筒ではないか否かを判定する。
CPU72は、燃焼制御が実行されたと判定する場合(S36:YES)、上記いずれかの気筒を失火の有無の判定対象として、判定対象となる気筒の回転変動量ΔT30[0]を算出する(S38)。詳しくは、CPU72は、最新の時間T30[0]から時間T30[4]を減算する。ここで、T30[4]は、判定対象となる気筒のTDCから30°CA回転するのに要した時間である。そのため、失火が生じていない場合には、時間T30[0]は、時間T30[4]よりも小さくなることから、回転変動量ΔT30[0]は、負となる。これに対し、失火が生じる場合、回転変動量ΔT30[0]は正となる。
次に、CPU72は、回転変動量ΔT30[0]が変動量閾値Δth以上であるか否かを判定する(S40)。この処理は、判定対象となる気筒において失火が生じたか否かを判定する処理である。たとえば、CPU72は、変動量閾値Δthを、機関回転速度NEや充填効率ηに応じて可変設定することとしてもよい。もっとも、変動量閾値Δthを定めるパラメータは、充填効率ηのように負荷を示す変数と機関回転速度NEとに限らない。たとえば、過去の回転変動量ΔT30と所定値との和であってもよい。ここで、過去の回転変動量ΔT30としては、圧縮上死点の出現タイミングが360°の整数倍だけ過去となって且つ、燃焼制御が停止されていない気筒における量とする。なお、その場合の所定値も、負荷を示す変数や機関回転速度NEに応じて可変設定してもよい。
CPU72は、変動量閾値Δth以上であると判定する場合(S40:YES)、失火が生じた旨の判定をして失火を検出する(S42)。そして、CPU72は、失火カウンタCmfをインクリメントする(S44)。
なお、CPU72は、S44の処理を完了する場合や、S34,S36,S40の処理において否定判定する場合には、図3に示す一連の処理を一旦終了する。
図4に、制御装置70が実行する失火率の算出処理の手順を示す。図4に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72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。
図4に示す一連の処理において、CPU72は、まず気筒#1~#4のいずれかの圧縮上死点であるか否かを判定する(S50)。CPU72は、いずれかの気筒の圧縮上死点であると判定する場合(S50:YES)、その気筒において再生処理により燃焼制御を停止しているか否かを判定する(S52)。換言すれば、その気筒においてフューエルカット処理を実行しているか否かを、つまり燃焼制御の停止処理を実行しているか否かを判定する。そして、CPU72は、燃焼制御を実行していると判定する場合(S52:NO)、有効カウンタCeをインクリメントする(S54)。この有効カウンタCeの値は、燃焼制御の実行回数、つまり気筒において混合気が燃焼するように燃料噴射及び点火が行われた回数を示す。そして、CPU72は、有効カウンタCeが規定値Ceth以上であるか否かを判定する(S56)。
CPU72は、有効カウンタCeが規定値Ceth以上であると判定する場合(S56:YES)、今現在の失火カウンタCmfを取得する(S58)。
次に、CPU72は、失火率Crを算出する(S60)。失火率Crは、各気筒において燃焼制御を実行した回数のうちで上記失火検出処理にて検出された失火の回数が占める割合を示す値であり、本実施形態では、S58で取得した失火カウンタCmfの値をS56で肯定判定された時点での有効カウンタCeの値で除した値である(Cr=Cmf/Ce)。
次に、CPU72は、判定閾値Crthを設定する(S62)。
判定閾値Crthは、昇温処理の実行中における失火の発生により三元触媒32が過昇温となるか否かを判定するための値であり、そうした状態において三元触媒32が過昇温状態になるおそれのある失火率の最低値が機関回転速度NE及び内燃機関10の負荷を示す充填効率ηに基づいて設定される。なお、機関回転速度NEが高いほど、あるいは充填効率ηの値が大きいほど排気の温度は高くなるため、三元触媒32は過昇温状態になりやすい。そのため、本実施形態では、機関回転速度NEが高いほど、あるいは充填効率ηの値が大きいほど判定閾値Crthの値は小さくなるようにしているが、より簡易的には判定閾値Crthを固定値としてもよい。
こうして判定閾値Crthを設定すると、次に、CPU72は、S70で取得した失火率Crが判定閾値Crth以上であるか否かを判定する(S64)。このS64における判定処理は、各気筒において燃焼制御を実行した回数のうちで上記失火検出処理にて検出された失火の回数が規定値Sth以上であるか否かを判定する処理となっている。なお、当該規定値Sthとしては「1」以上の値を適宜設定することができる。
そして、失火率Crが判定閾値Crth以上であると判定する場合(S64:YES)、CPU72は、現在のフラグFが「1」であるか否か、つまり昇温処理が実行されているか否かを判定する(S66)。
そして、現在のフラグFが「1」であると判定する場合(S66:YES)、CPU72は、三元触媒32の昇温量を低減させる低減処理を実行する(S68)。この低減処理として、CPU72は、昇温処理を中止する処理を実行する。つまり部分気筒フューエルカット処理の実行を中止する処理を実行する。こうして部分気筒フューエルカット処理の実行が中止されると、フューエルカット気筒への燃料供給の停止が中止されて当該フューエルカット気筒への燃料供給が開始される。この燃料供給の開始に際しては、それまでフューエルカット気筒となっていた気筒の混合気の空燃比がストイキとなるように燃料噴射量が調整される。また、部分気筒フューエルカット処理の実行が中止されると、燃焼気筒に供給される空気量及び燃料量の増量が中止されて、燃焼気筒の混合気の空燃比がストイキあるいは弱リーンとなるように燃料噴射量が減量される。
一方、S64の処理にて失火率Crが判定閾値Crth未満であると判定する場合(S64:NO)や、S66の処理にてフラグFが「1」ではないと判定する場合(S66:NO)には、CPU72は、失火カウンタCmf、有効カウンタCe、及び失火率Crを初期化する(S70)。
なお、CPU72は、S68、S70の処理を完了する場合や、S50,S56の処理において否定判定する場合や、S52の処理にて肯定判定する場合には、図4に示す一連の処理を一旦終了する。
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。
(1)失火率Crが判定閾値Crth以上であり(図4のS64:YES)、失火の回数が規定値以上である場合には、上述した低減処理の実行(図4のS68)を通じて三元触媒32の昇温量が低減されるため、失火発生時の三元触媒32の過昇温を抑えることができる。
(2)上記低減処理として、上記昇温処理を中止する処理を実行するようにしている。この昇温処理を中止する処理は、フューエルカット気筒への燃料供給の停止を中止して当該フューエルカット気筒への燃料供給を開始する処理となっている。こうして燃料供給が停止されていたフューエルカット気筒への燃料供給が開始されると、その気筒での混合気の燃焼が開始されるため、同気筒から排出される排気中の空気量が減少する。従って、三元触媒32に供給される未燃燃料が失火の発生によって増えたとしても、三元触媒32に供給される空気の量が減少するようになるため、三元触媒32の過昇温を抑えることができる。
(3)上記低減処理として、上記昇温処理を中止する処理を実行するようにしている。この昇温処理を中止する処理は、燃焼気筒への燃料供給量を減少させる処理となっている。こうして燃焼気筒への燃料供給量が減少されると、燃焼気筒から排出される排気中の未燃燃料量が減少する。従って、三元触媒32に供給される未燃燃料が失火の発生によって増えたとしても、三元触媒32に供給される未燃燃料量は減少するようになるため、三元触媒32の過昇温を抑えることができる。
(4)CPU72は、堆積量DPMが閾値DPMth以上となる場合、昇温処理を実行する。これにより、気筒#1の吸気行程において吸入された空気は、燃焼に供されることなく、気筒#1の排気行程において排気通路に流出する。また、気筒#2~#4の混合気は、理論空燃比よりもリッチとされることから、気筒#2~#4から排気通路30に排出された排気中には、未燃燃料が多量に含まれる。排気通路30に排出された酸素と未燃燃料とは、三元触媒32等で燃焼に供されることにより、GPF34の温度を上昇させる。また、排気通路30に流出した空気中の酸素は、GPF34においてPMを酸化させる。これにより、PMを燃焼して除去することができる。
<第2実施形態>
以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心にして説明する。
図5に、本実施形態にかかる処理の手順を示す。図5に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72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、図5において、図4に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付与している。
図5に示す一連の処理において、CPU72は、先に説明したS50からS66までの各処理を順次実行する。
そして、SS66の処理にてフラグFが「1」であると判定する場合(S66:YES)、CPU72は、三元触媒32の昇温量を低減させる低減処理を実行する(S68a)。この低減処理として、CPU72は、フューエルカット気筒への燃料供給の停止を中止して当該フューエルカット気筒への燃料供給を開始する処理を実行する。この燃料供給の開始に際しては、それまでフューエルカット気筒となっていた気筒の混合気の空燃比がストイキとなるように燃料噴射量が調整される。
そして、CPU72は、S68a、S70の処理を完了する場合や、S50,S56の処理において否定判定する場合や、S52の処理にて肯定判定する場合には、図5に示す一連の処理を一旦終了する。
このように本実施形態では、上記S68aにおける低減処理として、フューエルカット気筒への燃料供給の停止を中止して当該フューエルカット気筒への燃料供給を開始する処理を行うようにしている。そのため、昇温処理の実行中に失火が起きても、上記(3)以外の作用効果を得ることができる。
<第3実施形態>
以下、第3実施形態について、第1実施形態との相違点を中心にして説明する。
図6に、本実施形態にかかる処理の手順を示す。図6に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72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、図6において、図4に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付与している。
図6に示す一連の処理において、CPU72は、先に説明したS50からS66までの各処理を順次実行する。
そして、SS66の処理にてフラグFが「1」であると判定する場合(S66:YES)、CPU72は、三元触媒32の昇温量を低減させる低減処理を実行する(S68b)。この低減処理として、CPU72は、燃焼気筒への燃料供給量を減少させる処理を実行する。つまり、燃焼気筒に供給される空気量及び燃料量の増量を中止して、燃焼気筒の混合気の空燃比がストイキあるいは弱リーンとなるように燃料噴射量を減量する処理を実行する。
そして、CPU72は、S68b、S70の処理を完了する場合や、S50,S56の処理において否定判定する場合や、S52の処理にて肯定判定する場合には、図6に示す一連の処理を一旦終了する。
このように本実施形態では、上記S68bにおける低減処理として、燃焼気筒への燃料供給量を減少させる処理を行うようにしている。そのため、昇温処理の実行中に失火が起きても、上記(2)以外の作用効果を得ることができる。
<第4実施形態>
以下、第3実施形態について、第1実施形態との相違点を中心にして説明する。
図7に、本実施形態にかかる処理の手順を示す。図7に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72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、図7において、図4に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付与している。
図7に示す一連の処理において、CPU72は、先に説明したS50からS66までの各処理を順次実行する。
そして、SS66の処理にてフラグFが「1」であると判定する場合(S66:YES)、CPU72は、三元触媒32の昇温量を低減させる低減処理を実行する(S68c)。この低減処理として、CPU72は、上記停止処理の実行頻度を低下させる処理を実行する。つまり、昇温処理の実行に際して所定期間内に燃料供給が停止される気筒の数を減らす処理を実行する。例えば、本実施形態では、上記停止処理を1回実行する燃焼サイクルの繰り返し周期を、1燃焼サイクル毎から2燃焼サイクル毎に変更する処理を実行する。なお、変更後の繰り返し周期は「2燃焼サイクル毎」以外の周期でもよい。
そして、CPU72は、S68c、S70の処理を完了する場合や、S50,S56の処理において否定判定する場合や、S52の処理にて肯定判定する場合には、図7に示す一連の処理を一旦終了する。
このように本実施形態では、上記S68cにおける低減処理として、昇温処理の実行に際して所定期間内に燃料供給が停止される気筒の数を減らす処理を行うようにしている。そのため、所定期間内において三元触媒32に供給される空気の量が減少するようになる。従って、三元触媒32に供給される未燃燃料が失火の発生によって増えたとしても、三元触媒32に供給される空気の量が減少するようになるため、三元触媒32の過昇温を抑えることができる。従って、本実施形態でも、上記第2実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。各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。
・低減処理では、三元触媒32に供給される空気の量を低減するためにフューエルカット気筒への燃料供給の停止を中止して同フューエルカット気筒への燃料供給を開始したが、その他の態様で三元触媒32に供給される空気の量を低減してもよい。以下、そうした例を(A)及び(B)に示す。
(A)低減処理によるフューエルカット気筒への燃料供給の開始に際しては、フューエルカット気筒となっていた気筒の混合気の空燃比がリーンとなるようにその気筒への燃料供給量を調整してもよい。この場合には、燃料供給が開始されるフューエルカット気筒の混合気の空燃比をストイキにする場合と比較して、気筒から排出される排気中の空気量が多くなるため、三元触媒32の昇温効果がある程度得られるようになる。従って、三元触媒32の過昇温を抑えつつも三元触媒32の昇温を実施することができる。なお、この変形例の場合には、三元触媒32に供給される未燃燃料の量が多いほど三元触媒32の昇温量が小さくなるように低減処理を実行することが望ましい。例えば、失火率Crと判定閾値Crthとの差が大きいときほど空燃比のリーン度合いを小さくして三元触媒32に供給される空気の量を少なくするようにしてもよい。
(B)スロットルバルブの開度を小さくして吸入空気量を減らしてもよい。これは例えば内燃機関10の要求出力Pe*を低下させたり、要求出力Pe*の上限ガード値を小さくするなどにより具現化することができる。なお、そうした要求出力Pe*の低下分は、上述したモータジェネレータの出力で補うようにしてもよい。
・低減処理では、燃焼気筒への燃料供給量を低減するために、燃焼気筒の混合気の空燃比がストイキあるいは弱リーンとなるように燃料噴射量を減量したが、その他の態様で燃料供給量を低減してもよい。以下、そうした例を(C)~(E)に示す。
(C)低減処理の実行に際しては、燃焼気筒への燃料供給量を減少させつつ混合気の空燃比はリッチとなるように、昇温処理実行時のリッチ度合いを低下させてもよい。なお、この変形例の場合にも、三元触媒32に供給される未燃燃料の量が多いほど三元触媒32の昇温量が小さくなるように低減処理を実行することが望ましい。例えば、失火率Crと判定閾値Crthとの差が大きいときほど空燃比のリッチ合いを小さくして三元触媒32に供給される未燃燃料の量を少なくするようにしてもよい。
(D)スロットルバルブの開度を小さくして吸入空気量を減らすことにより燃料噴射量が減量されるようにしてもよい。これは例えば内燃機関10の要求出力Pe*を低下させたり、要求出力Pe*の上限ガード値を小さくするなどにより具現化することができる。なお、そうした要求出力Pe*の低下分は、上述したモータジェネレータの出力で補うようにしてもよい。
(E)上述した始動時増量や、暖機増量や、復帰増量などが実行されている場合には、それらの増量値を減らすようにしてもよい。また、それらの増量値は時間経過や機関温度の上昇に伴って徐々に減衰されていくのであるが、そうした減衰速度を速めるようにしてもよい。
・未燃燃料の増加による三元触媒32の過昇温は、失火以外の要因、例えば内燃機関10の温度が低い場合にも起こり得る。そこで、制御装置70は、機関低温時における三元触媒32の過昇温を抑えるために以下の処理を実行してもよい。
図8に、制御装置70が実行する処理の手順を示す。図8に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72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、図8において、図4に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付与している。
図8に示す一連の処理にて、CPU72は、まず未燃燃料が増加する運転状態か否かを判定する(S80)。このS80においてCPU72は、一例として示す以下の条件(a)~(f)のうちのいずれかが成立する場合に、未燃燃料が増加する運転状態であると判定する。
(a)センサ等で検出した内燃機関10の冷却水温が規定値以下である。
(b)センサ等で検出した内燃機関10の油温が規定値以下である。
(c)機関始動後の経過時間が規定値以下である。
(d)直近の機関停止時間が規定値以上である。
(e)燃料カットから復帰してからの経過時間が規定値以下である。
(f)直近の燃料カット実行時間が規定値以上である。
なお、上記の各規定値は、未燃燃料が増加する運転状態であることを判定するために設定された適合値である。
そして、未燃燃料が増加する運転状態であると判定する場合(S80:YES)、CPU72は、フラグFが「1」であるか、つまり昇温処理が実行されているか否かを判定する(S82)。そして、フラグFが「1」であると判定する場合(S82:YES)、CPU72は、上述したS68の処理、つまり上記低減処理を実行して、本処理を一旦終了する。なお、低減処理として上述したS68aの処理や、S68bの処理や、S68cの処理を実行してもよい。
また、CPU72は、S80,S82の処理において否定判定する場合には、図8に示す一連の処理を一旦終了する。
こうした変更例によれば、機関低温時における三元触媒32の過昇温を抑えることができる。
・失火の発生時や機関低温時などにおいて未燃燃料が増加すると、上記空燃比AFfは理論空燃比よりもリッチを示すようになる。そこで、制御装置70は、未燃燃料の増加による三元触媒32の過昇温を抑えるために以下の処理を実行してもよい。
図9に、制御装置70が実行する処理の手順を示す。図9に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72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、図9において、図8に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付与している。
図9に示す一連の処理にて、CPU72は、まず現在の空燃比AFfが規定値AFfref以下であるか否かを、つまり現在の空燃比AFfが規定値AFfrefと同一または規定値AFfrefよりもリッチ側の値であるか否かを判定する(S900)。規定値AFfrefは、理論空燃比よりもリッチ側の値であって低減処理を実施することなく昇温処理を実行している場合に三元触媒32が過昇温になるか否かを判定するための値である。例えば、規定値AFfrefとして、三元触媒32が過昇温になるおそれのある未燃燃料量の最低量から昇温処理の実行時において三元触媒32に供給される未燃燃料量の最大量を減じた量の未燃燃料が三元触媒32に供給される場合の空燃比AFfを設定することができる。そして、空燃比AFfが規定値AFfref以下である場合には、低減処理を実施することなく昇温処理を実行している場合に三元触媒32が過昇温になるおそれがあると判定される。
CPU72は、空燃比AFfが規定値AFfref以下であると判定する場合(S90:YES)、次にフラグFが「1」であるか、つまり昇温処理が実行されているか否かを判定する(S82)。そして、フラグFが「1」であると判定する場合(S82:YES)、CPU72は、上述したS68の処理、つまり上記低減処理を実行して、本処理を一旦終了する。なお、低減処理として上述したS68aの処理や、S68bの処理や、S68cの処理を実行してもよい。
また、CPU72は、S90,S82の処理において否定判定する場合には、図9に示す一連の処理を一旦終了する。
こうした変更例によれば、未燃燃料の増加による三元触媒32の過昇温を抑えることができる。
・三元触媒32の過昇温を抑えるために、制御装置70は、以下の処理を実行してもよい。
図10に、制御装置70が実行する処理の手順を示す。図10に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72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。
図10に示す一連の処理にて、CPU72は、まず増量値が規定値α未満であるか否かを判定する(S100)。増量値は、昇温処理以外の処理による燃料噴射量の増量補正値の和であり、例えば始動時増量、暖機増量、復帰増量などの各種増量値の和である。また、規定値αは、そうした各種増量補正と昇温処理とが実行された場合に三元触媒32が過昇温になるか否かを判定するための値である。例えば、規定値αとして、三元触媒32が過昇温となるおそれのある未燃燃料量の最低量から昇温処理の実行時において三元触媒32に供給される未燃燃料量の最大量を減じた値を設定することができる。
そして、増量値が規定値α未満であると判定する場合には(S100:YES)、昇温処理を実行しても未燃燃料量は三元触媒32の過昇温を抑えることができる量となることから、CPU72は昇温処理の実行を許可して(S102)、本処理を一旦終了する。
一方、増量値が規定値α以上であると判定する場合には(S100:NO)、昇温処理を実行すると未燃燃料量は三元触媒32が過昇温となる量を超えるおそれがあることから、CPU72は、昇温処理の実行を禁止して(S104)、本処理を一旦終了する。
こうした変更例によれば、未燃燃料の増加による三元触媒32の過昇温を抑えることができる。なお、この変更例にあって昇温処理の実行が禁止から許可に変更された場合には、昇温処理による昇温量を徐々に高めていくようにしてもよい。この場合には、三元触媒32に供給される空気量や燃料量の急増が抑えられるため、三元触媒32の過昇温をより適切に抑えることができる。
また、この変更例におけるS100の処理を、上述したS90の処理に変更する。そして、S90の処理にて否定判定される場合には、S102の処理を実行する一方、S90の処理にて肯定判定される場合には、S104の処理を実行するようにしてもよい。この場合でも、同様な作用効果を得ることができる。
・失火検出処理では、回転変動量ΔT30として、120ATDC~150ATDCの区間の回転に要する時間T30[0]からTDC~30ATDCの区間の回転に要する時間T30[4]を減算した値としたが、これに限らない。たとえば、失火の判定対象となる気筒のTDC~30ATDCの区間の回転に要する時間T30から、1つ前に圧縮上死点となった気筒のTDC~30ATDCの区間の回転に要する時間T30を減算した値としてもよい。
・失火検出処理では、圧縮上死点の出現間隔以下の回転角度間隔におけるクランク軸26の回転速度の変動量である回転変動量を、同回転角度間隔の回転に要する時間同士の差によって定量化したが、これに限らず、比によって定量化してもよい。
・失火検出処理では、回転速度の変動量である回転変動量を時間にて定量化したが、これに限らず、角速度によって定量化してもよい。
・失火検出処理では、クランク軸26の回転速度の変動量に基づいて失火を検出したが、この他、たとえば燃焼室20内の圧力を検出する筒内圧センサを備え、その検出値の挙動に基づいて失火を検出したり、クランク軸26の軸トルクを算出あるいは検出して同軸トルクの挙動に基づいて失火を検出したりしてもよい。
・図3に示した失火検出処理において、S42の処理を省略して、S40にて肯定判定される場合には、次にS44の処理を実行するようにしてもよい。
・昇温処理の実行を許可する所定の条件としては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、上記条件(A)及び条件(B)の2つの条件に関しては、それらのうちの1つのみを含んでもよい。また、所定の条件に上記2つの条件以外の条件が含まれてもよい。
・増量処理では、停止処理に伴う機関出力の低下を補うために、フューエルカット気筒以外の残りの気筒における混合気の燃焼制御の実行に際して燃焼室20に供給される空気量及び燃料量を停止処理の非実行時よりも増量するようにした。この他、停止処理に伴う機関出力の低下を例えば上述したモータジェネレータの出力で補うことができる場合などには、増量処理にて燃料量のみを増量させてもよい。
・部分気筒フューエルカット処理を実行する処理としては、上述した再生処理に限らない。たとえば、内燃機関10の出力を調整するために一部の気筒における燃料の供給を停止する処理であってもよい。また、たとえば、1部の気筒において異常が生じた場合に、その気筒における燃焼制御を停止する処理であってもよい。また、たとえば、三元触媒32の酸素吸蔵量が規定値以下となる場合に、一部の気筒のみ燃焼制御を停止し、残りの気筒における混合気の空燃比を理論空燃比とする制御を実行する処理であってもよい。
・堆積量DPMの推定処理としては、図2において例示したものに限らない。たとえば、GPF34の上流側と下流側との圧力の差と吸入空気量Gaとに基づき堆積量DPMを推定してもよい。具体的には、圧力の差が大きい場合に小さい場合よりも堆積量DPMを大きい値に推定し、圧力の差が同一であっても、吸入空気量Gaが小さい場合に大きい場合よりも堆積量DPMを大きい値に推定すればよい。ここで、GPF34の下流側の圧力を一定値とみなす場合、差圧に代えて上記圧力Pexを用いることができる。
・上述した部分気筒フューエルカット処理の実行時に燃焼制御を停止する気筒の数は「1」であったが、燃焼制御を停止する気筒の数は、「気筒数-1」を最大値として適宜変更することができる。また、燃焼制御を停止する気筒を予め定められた気筒に固定することは必須ではない。たとえば、1燃焼サイクル毎に、燃焼制御を停止する気筒を変更してもよい。
・GPF34としては、三元触媒が担持されたフィルタに限らず、フィルタのみであってもよい。また、GPF34としては、排気通路30のうちの三元触媒32の下流に設けられるものに限らない。また、三元触媒32を、排気に含まれる成分を酸化する酸化触媒に置き換えてもよい。また、排気浄化装置としてGPF34を備えること自体必須ではない。たとえば、排気浄化装置が三元触媒32のみからなる場合であっても、一部の気筒で燃焼制御を停止することにより、酸素吸蔵量が規定値以下となっている三元触媒32に酸素を供給する際には、上記各実施形態やそれらの変更例に例示した処理を実行することが有効である。
・制御装置としては、CPU72とROM74とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理するたとえばASIC等の専用のハードウェア回路を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の(a)~(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア実行装置や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。
・車両としては、シリーズ・パラレルハイブリッド車に限らず、たとえばパラレルハイブリッド車やシリーズハイブリッド車であってもよい。もっとも、ハイブリッド車に限らず、たとえば、車両の動力発生装置が内燃機関10のみの車両であってもよい。
10…内燃機関
20…燃焼室
50…遊星歯車機構
52…第1モータジェネレータ
54…第2モータジェネレータ
70…制御装置

Claims (5)

  1. 排気通路に排気を浄化する触媒を備えるとともに複数の気筒を有した内燃機関に適用されて、
    前記複数の気筒のうちの一部の気筒への燃料供給を停止するとともに前記一部の気筒以外の残りの気筒への燃料供給を実施することにより前記触媒を昇温させる昇温処理を実行するとともに、
    失火を検出する失火検出処理と、
    各気筒において燃焼制御を実行した回数のうちで前記失火検出処理にて検出された失火の回数が規定値以上であるか否かを判定する判定処理と、
    失火の回数が前記規定値以上である場合には、失火の回数が前記規定値未満である場合と比べて前記触媒の昇温量を低減させる低減処理と、を実行する内燃機関の制御装置。
  2. 前記低減処理は、前記一部の気筒への燃料供給の停止を中止して当該一部の気筒への燃料供給を開始する処理を含む請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記低減処理は、燃料供給が開始される前記一部の気筒の混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるように当該気筒への燃料供給量を調整する請求項2に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記低減処理は、前記昇温処理の実行に際して所定期間内に燃料供給が停止される気筒の数を減らす処理を含む請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記低減処理は、前記残りの気筒への燃料供給量を減少させる処理を含む請求項1から4のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
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