JP7757945B2 - エンジンシステム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンシステムに関する。

エンジンの複数の気筒のうち特定の気筒に対して燃料カットを実行して残りの気筒に対しては燃料噴射量を増量する。これにより触媒が暖機される（例えば特許文献１参照）。

特開２０２１－１６７５８５号公報

燃料噴射量が増量されている気筒で燃焼状態が悪化して、エンジンの運転状態が不安定となるおそれがある。

そこで本発明は、エンジンの運転状態の悪化を抑制しつつ触媒を暖機できるエンジンシステムを提供することを目的とする。

上記目的は、第１及び第２気筒を有したエンジンと、前記エンジンの排気通路に設けられた触媒と、前記エンジンの制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記触媒の暖機要求がある場合、前記第１気筒への燃料の供給を停止して前記第２気筒への燃料を供給する特定気筒燃料カット処理を実行する燃料カット制御部と、前記特定気筒燃料カット処理の実行中に、前記特定気筒燃料カット処理の停止中の場合よりも、前記第２気筒での燃料噴射量を所定の増量率で増量する噴射量制御部と、前記特定気筒燃料カット処理の実行中に、前記特定気筒燃料カット処理の停止中の場合よりも、前記第２気筒での圧縮行程での燃料噴射時期を進角させる噴射時期制御部と、を含む、エンジンシステムによって達成できる。

前記制御装置は、前記第２気筒での吸気行程噴射率と圧縮行程噴射率とを制御する噴射比率制御部を含み、前記特定気筒燃料カット処理の実行中での前記エンジンの回転数及びトルクの少なくとも一つの単位時間当たりの変動量が閾値よりも大きい場合、前記特定気筒燃料カット処理の実行中での前記変動量が前記閾値以下の場合よりも、前記噴射比率制御部は前記吸気行程噴射率を増大させて前記圧縮行程噴射率を減少させてもよい。

前記増量率が閾値よりも大きい場合、前記増量率が前記閾値以下の場合よりも、前記噴射時期制御部は前記燃料噴射時期を進角させてもよい。

上記のエンジンシステムは、前記特定気筒燃料カット処理の実行中に前記エンジンのトルクをアシストするモータを備えていてもよい。

本発明によれば、エンジンの運転状態の悪化を抑制しつつ触媒を暖機できるエンジンシステムを提供できる。

図１は、エンジンシステムの概略構成図である。 図２は、エンジンの概略構成図である。 図３は、ＥＣＵが実行する触媒暖機制御の一例を示したフローチャートである。

［エンジンシステムの概略構成］
図１は、本実施例のエンジンシステム１の概略構成図である。本実施例では、エンジンシステム１はハイブリッド車両に搭載されている。エンジンシステム１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００、エンジン１０、第１モータジェネレータ（以下「第１ＭＧ（Motor Generator）」と称する）１４、第２モータジェネレータ（以下「第２ＭＧ」と称する）１５、ＰＣＵ（Power Control Unit）１７、バッテリ１８、動力分割機構５０、伝達機構５１、変速機５２、駆動軸５３、ディファレンシャル５４、及び駆動輪５５を含む。エンジン１０は、本実施例では４つの気筒♯１～♯４を有している。エンジン１０は複数の気筒を有していれば、気筒数は４つに限定されない。エンジン１０はガソリンエンジンであるが、これに限定されずディーゼルエンジンであってもよい。エンジン１０、第１ＭＧ１４、及び第２ＭＧ１５は、エンジンシステム１の走行用動力源である。

第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１５はそれぞれ、電力供給によりトルクを出力するモータとしての機能と、トルクが付与されることにより回生電力を発生する発電機としての機能とを有する。第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１５は、ＰＣＵ１７を介してバッテリ１８に電気的に接続されている。ＰＣＵ１７は、バッテリ１８から第１ＭＧ１４又は第２ＭＧ１５に電力を供給する。ＰＣＵ１７は、バッテリ１８に第１ＭＧ１４又は第２ＭＧ１５において発電された回生電力を受給させる。

動力分割機構５０は、エンジン１０のクランクシャフト、第１ＭＧ１４の回転軸、及び動力分割機構５０の出力軸を機械的に連結する。動力分割機構５０の出力軸は、伝達機構５１に連結されている。第２ＭＧ１５の回転軸は、伝達機構５１に連結されている。伝達機構５１は、変速機５２に連結されている。変速機５２は、駆動軸５３に連結されている。伝達機構５１、変速機５２、駆動軸５３、及びディファレンシャル５４を介して、エンジン１０、第１ＭＧ１４、及び第２ＭＧ１５の各駆動力が駆動輪５５に伝達される。

変速機５２は、第２ＭＧ１５と駆動軸５３との間に設けられた有段式の自動変速機である。変速機５２は、ＥＣＵ１００の制御によりギア比を変更する。

ＥＣＵ１００は、車両の走行制御に係る各種演算処理を行う演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、制御装置の一例である。ＥＣＵ１００は、後述する燃料カット制御部、噴射量制御部、噴射時期制御部、及び噴射比率制御部を機能的に実現する。

ＥＣＵ１００には、イグニッションスイッチ７１、水温センサ７２、クランク角センサ７３、エアフローメータ７４、及びアクセル開度センサ７５からの信号が入力される。イグニッションスイッチ７１は、イグニッションのオンオフ状態を検出する。水温センサ７２は、エンジン１０の冷却水の温度を検出する。クランク角センサ７３は、エンジン１０のクランクシャフトの回転速度であるエンジン回転速度を検出する。エアフローメータ７４は、エンジン１０に導入される吸入空気量を検出する。アクセル開度センサ７５は、アクセルペダルの操作位置を検出する。

［エンジンの概略構成］
図２は、エンジン１０の概略構成図である。エンジン１０は、気筒♯１、ピストン３１、コネクティングロッド３２、クランクシャフト３３、吸気通路３５、吸気弁３６、排気通路３７、排気弁３８を有している。図２には、エンジン１０が有する４つの気筒♯１～♯４のうち気筒♯１を例示している。以下、気筒♯１～♯４は同じ構成であるため、気筒♯１について説明する。気筒♯１では混合気の燃焼が行われる。ピストン３１は、気筒♯１に往復動可能に収容され、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフト３３にコネクティングロッド３２を介して連結されている。コネクティングロッド３２及びクランクシャフト３３は、ピストン３１の往復運動をクランクシャフト３３の回転運動に変換する。

気筒♯１には筒内噴射弁４１ｄが設けられている。筒内噴射弁４１ｄは、気筒♯１内に直接燃料を噴射する。吸気通路３５には、吸気ポート３５ｐに向けて燃料を噴射するポート噴射弁４１ｐが設けられている。気筒♯１には、吸気通路３５を通じて導入された吸気と筒内噴射弁４１ｄ及びポート噴射弁４１ｐが噴射した燃料との混合気を火花放電により点火する点火装置４２が設けられている。尚、筒内噴射弁４１ｄ及びポート噴射弁４１ｐの少なくとも一方が設けられていればよい。

吸気通路３５は、気筒♯１の吸気ポート３５ｐに吸気弁３６を介して接続されている。排気通路３７は、気筒♯１の排気ポート３７ｐに排気弁３８を介して接続されている。吸気通路３５には、上述したエアフローメータ７４、及び吸入空気量を制御するスロットル弁４０が設けられている。

排気通路３７には、上流側から触媒４３、及びＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）４４が設けられている。触媒４３は例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒金属を含み、酸素吸蔵能を有し、ＮＯｘ、ＨＣ及びＣＯを浄化する。ＧＰＦ４４は、多孔質セラミックス構造体であり、排気ガス中の排気微粒子（以下、ＰＭ（Particulate Matter）と称する）を捕集する。

スロットル弁４０は、その開度が増減することにより、気筒♯１内に導入される吸入空気量を増減させることができる。スロットル弁４０の開度は、ＥＣＵ１００からの要求開度に従って制御される。

［触媒暖機制御］
図３は、ＥＣＵ１００が実行する触媒暖機制御の一例を示したフローチャートである。本制御は、イグニッションがオンの状態で所定の周期ごとに繰り返し実行される。ＥＣＵ１００は触媒暖機要求があるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＮｏの場合には本制御は終了する。

ステップＳ１でＹｅｓの場合、ＥＣＵ１００は特定気筒燃料カット処理を実行する（ステップＳ２）。特定気筒燃料カット処理は、気筒♯１～♯４のうち何れかの気筒への燃料の供給を停止し、残りの気筒に対しては燃料を供給する処理である。本実施例では、気筒♯１に対しては燃料の供給が停止され、気筒♯２～♯４には燃料が供給される。尚、本実施例では気筒♯２～♯４のそれぞれでは筒内噴射弁４１ｄにより、分割噴射が実行される。具体的には、吸気行程と圧縮行程とで燃料がそれぞれ噴射される。尚、特定気筒燃料カット処理の実行中は、排気の空燃比に基づいて燃料噴射量や吸入空気量を制御するフィードバック制御は停止される。ステップＳ２は、燃料カット制御部が実行する処理の一例である。気筒♯１は第１気筒の一例である。気筒♯２は第２気筒の一例である。

ＥＣＵ１００は、燃料カットの対象外の気筒♯２～♯４での各燃料噴射量を、特定気筒燃料カット処理が実行されていない場合よりも増量する（ステップＳ３）。これにより、気筒♯１への燃料供給の停止に伴う、エンジン１０のトルクの低下を抑制できる。また、燃料噴射量の増量により、早期に触媒４３の暖機を完了させることができる。

燃料噴射量の増量率の上限値は、（全気筒数／噴射気筒数）［％］で表すことができる。噴射気筒数とは、燃料カットの対象外の気筒数である。本実施例では、気筒♯２～♯４の各燃料噴射量の増大率は、最大で約１３３［％］である。増量率の上限値をこのように設定することにより、特定気筒燃料カット処理の実行時での総燃料噴射量を、特定気筒燃料カット処理の停止時での総燃料噴射量以下に抑えることができる。これにより、燃費の悪化を抑制しつつエミッションの悪化も抑制できる。尚、増量率は、エンジン１０の回転数や吸入空気量に応じた可変値であってもよいし、固定値であってもよい。本実施例では、増量率が可変値として説明する。ステップＳ３は、噴射量制御部が実行する処理の一例である。

次にＥＣＵ１００は、特定気筒燃料カット処理の実行に伴うエンジン１０のトルクを第１ＭＧ１４によりアシストする（ステップＳ４）。エンジン１０のトルクは、燃料カットが実行されている気筒の爆発行程に相当する期間で一時的に低下する。このようなエンジン１０のトルクの低下を補うように、第１ＭＧ１４のトルクが制御される。例えば、ＥＣＵ１００は、燃料カットが実行されている気筒の爆発行程をクランク角センサ７３の検出値に基づいて把握する。ＥＣＵ１００は、この爆発行程の期間に第１ＭＧ１４のトルクが一時的に増大するように、ＰＣＵ１７を制御する。これにより、ドライバビリティを確保することができる。

ＥＣＵ１００は、燃料噴射量の増量率が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５）。閾値は、混合気が形成される時間が確保されて燃焼状態に影響を与えない増量率の上限値に設定されている。増量率が閾値よりも大きいと、噴射期間が長期化して燃焼状態が悪化する恐れがあるからである。閾値は、予め実験結果又はシミュレーション結果に基づいて定められている。ステップＳ５でＮｏの場合には、本制御は終了する。

ステップＳ５でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００は圧縮行程での燃料噴射の開始時期を所定の進角量だけ進角させる（ステップＳ６）。これにより混合気の形成時間を確保することができ、燃焼状態を安定化させることができる。ステップＳ６は、噴射時期制御部が実行する処理の一例である。

次にＥＣＵ１００は、単位時間当たりのエンジン１０の回転数の変動量が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ７）。エンジン１０の回転数は、クランク角センサ７３の検出値に基づいて算出される。この場合の閾値は、例えばドライバビリティに影響を与えないエンジン１０の回転数の変動量の上限値に設定されている。ステップＳ７でＮｏの場合にＥＣＵ１００は、単位時間当たりのエンジン１０のトルクの変動量が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ８）。この場合の閾値も、例えばドライバビリティに影響を与えないエンジン１０のトルクの変動量の上限値に設定されている。エンジン１０のトルクは、例えばエンジン１０に連結された第１ＭＧ１４に供給される電流値とエンジン１０の回転数に基づいて算出してもよい。また、エンジン１０のトルクは、例えばエンジン１０の回転数、スロットル弁４０の開度等の各種状態量から算出してもよい。ステップＳ８でＮｏの場合には本制御は終了する。

ステップＳ７又はＳ８でＹｅｓの場合にＥＣＵ１００は、吸気行程噴射率を増大させて前記圧縮行程噴射率を減少させる（ステップＳ９）。分割噴射は、１燃焼サイクル内で複数回にわたって燃料を噴射することである。本実施例では、吸気行程の前半、吸気行程の後半、及び圧縮行程でそれぞれ燃料噴射が行われる。具体的にはＥＣＵ１００は、吸気行程噴射率を増大させ圧縮行程噴射率を減少させる。例えば、吸気行程の前半、吸気行程の後半、及び圧縮行程での各噴射の比率が６：２：２であった場合、この比率から６．５：２．５：１に変更される。圧縮行程噴射率が減少することにより、混合気の成層度合を弱めて、点火装置４２近傍の空燃比が過剰にリッチ化することを回避できる。これによりエンジン１０の回転数やトルクの変動を抑制して、ドライバビリティを確保することができる。ステップＳ９は、噴射比率制御部が実行する処理の一例である。

尚、ステップＳ７及びＳ８の一方のみを実行してもよい。走行動力源としてエンジンのみが搭載されたエンジン車両のエンジンシステムに、本実施例の内容を適用してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ ハイブリッド車両
１０ エンジン
１４ 第１モータジェネレータ
４３ 触媒
１００ ＥＣＵ（制御装置、燃料カット制御部、噴射量制御部、噴射時期制御部、噴射比率制御部）

Claims (1)

1. ハイブリッド車両に搭載されるエンジンシステムであって、
   第１、第２、第３、及び第４気筒を有したエンジンと、
   前記エンジンの排気通路に設けられ、酸素吸蔵能を有し、ＮＯｘ、ＨＣ及びＣＯを浄化する触媒と、
   前記エンジンの制御装置と、を備え、
   前記第１、第２、第３、及び第４気筒のそれぞれは、筒内噴射弁により燃料が噴射され、
   前記制御装置は、
   前記触媒の暖機要求がある場合、前記第１気筒への燃料の供給を停止して前記第２、第３、及び第４気筒への燃料を供給する特定気筒燃料カット処理を実行する燃料カット制御部と、
   前記特定気筒燃料カット処理の実行中に、前記特定気筒燃料カット処理の停止中の場合よりも、前記第２、第３、及び第４気筒でのそれぞれの燃料噴射量を所定の増量率で増量する噴射量制御部と、
   前記特定気筒燃料カット処理の実行中に、前記特定気筒燃料カット処理の停止中の場合よりも、前記第２、第３、及び第４気筒でのそれぞれの圧縮行程での燃料噴射時期を進角させる噴射時期制御部と、を含み、
   前記所定の増量率の上限値は、全気筒数である４を噴射気筒数である３で除した値であり、
   前記制御装置は、前記第２、第３、及び第４気筒でのそれぞれの吸気行程噴射率と圧縮行程噴射率とを制御する噴射比率制御部を含み、
   前記特定気筒燃料カット処理の実行中での前記エンジンの回転数及びトルクの少なくとも一つの単位時間当たりの変動量が閾値よりも大きい場合、前記特定気筒燃料カット処理の実行中での前記変動量が前記閾値以下の場合よりも、前記噴射比率制御部は前記吸気行程噴射率を増大させて前記圧縮行程噴射率を減少させ、
   前記閾値は、ドライバビリティに影響を与えない前記変動量の上限値に設定されており、
   前記特定気筒燃料カット処理の実行中に前記エンジンのトルクをアシストするモータを備え、
   前記モータは、前記特定気筒燃料カット処理の実行中であって前記第１気筒の爆発行程の期間に一時的に当該モータのトルクが増大するように制御される、エンジンシステム。