JP5589541B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特開２００２−２４２７１１号公報に開示されているように、触媒の温度を調節する観点から、可変動弁装置における吸気弁の開弁特性を制御する内燃機関の制御装置が知られている。触媒は、過昇温（ＯＴとも称される）を招くような高温状態を避け、その触媒作用を発揮させるための適正な温度範囲内に置かれることが好ましい。この点、上記公報は、吸気弁の開弁特性調節による触媒の温度調整手法を開示している。上記公報にかかる技術によれば、高速高負荷状態からの減速時には、吸気弁を開く時期が吸気上死点前に制御される。これにより、新気の吸入量を増大させて、触媒の冷却作用を高めることができる。

特開２００２−２４２７１１号公報 特開２００３−１２０２６７号公報 特開２００８−０３８６０２号公報 特開２００３−１２０３６８号公報 特開２００７−１６１２０９号公報 特開２００２―３０３２３１号公報 特開２００１−２０７８７９号公報

上記従来の技術では、内燃機関の減速時に、触媒へ流れ込むガス（新気）の量を調節することで、触媒の温度を調節している。上記従来の技術では、そのガス量の調節を、可変動弁装置にかかる弁体の開弁特性を変更する手法を用いることで実現している。内燃機関の減速時においては僅かな時間で床温を安定させることが要求されるため、触媒供給ガス量を高い応答性で制御できることが求められる。この点、可変動弁装置にかかる弁体の開弁特性を変更する手法によれば、高い応答性で、触媒供給ガス量の調節を図ることができる。

しかしながら、減速時においては、機関回転数の変化も考慮に入れる必要がある。例えば単純に作用角を大きくして空気量を増加させようとした場合、機関回転数の低下によって空気量が減少してしまい、意図する量のガスが触媒へと供給されないおそれがある。この点に関し、従来の技術にはいまだ改善の余地が残されていた。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の減速の際に触媒の過昇温抑制を行うことができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の吸気弁の開弁特性を変更可能な可変動弁手段と、
前記内燃機関の排気通路に備えられた触媒が所定の高温条件下にある場合、前記内燃機関の減速を行うときに、前記内燃機関の機関回転数の低下度合を相対的に小さくするように前記吸気弁の開弁特性を制御する制御手段と、
を備え、
前記内燃機関は、ディーゼル機関であり、
前記内燃機関の排気通路には、前記触媒と一体に又は個別に、パティキュレートフィルタが備えられており、
前記パティキュレートフィルタで捕集したパティキュレートマターを燃焼除去することで前記パティキュレートフィルタを再生する再生手段を備え、
前記制御手段は、前記再生手段による前記パティキュレートフィルタの再生中において前記内燃機関の排気通路に備えられた触媒が所定の高温条件下にある場合、前記内燃機関の減速を行うときに、前記触媒への供給空気量を第１の割合で低下させる第１特性に前記吸気弁の開弁特性を設定し、
前記再生手段による前記パティキュレートフィルタの再生中に前記触媒の温度が低くなりすぎるおそれがあることを示す所定条件が成立した場合、前記触媒への供給空気量を前記第１の割合よりも大きな第２の割合で低下させる第２特性に前記吸気弁の開弁特性を設定することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記制御手段は、前記内燃機関の前記減速中に、少なくとも前記触媒の過昇温が抑制される程度の量のガスが前記触媒に流れ込む大きさの機関回転数に前記内燃機関の機関回転数がおかれるように、前記吸気弁の開弁特性を制御することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または２の発明のいずれか１つにおいて、
前記制御手段は、前記内燃機関のポンプ損失が小さくなるように前記吸気弁の開弁特性を制御する手段と、吸気弁の閉じる時期を相対的に遅らせるように前記吸気弁の開弁特性を制御する手段のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、
前記所定条件は、前記触媒の温度が変化する速度に基づいて前記触媒の温度が低くなりすぎるおそれがあるか否かを判別するものであることを特徴とする。
また、第５の発明は、第１〜４の発明のいずれか１つにおいて、
前記可変動弁手段は、前記触媒が前記高温条件下になくかつ前記所定条件も成立しない通常時には、前記吸気弁の開弁特性を通常特性に設定し、
前記第１特性は、前記通常特性のリフトよりも高い第１リフトまたは／および前記通常特性の作用角よりも大きな第１作用角を有する特性であり、
前記第２特性は、前記通常特性のリフトよりも低い第２リフトまたは／および前記通常特性の作用角よりも小さい第２作用角を有する特性であることを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関の減速の際に触媒の温度上昇を抑制したいときには、機関回転数の低下度合を小さくすることによって、触媒への供給ガス量の減少度合を小さくすることができる。これにより、減速時に機関回転数の低下により触媒供給ガス量が不足してしまうことを抑制し、触媒の過昇温を抑制することができる。また、触媒が高温に置かれるパティキュレートフィルタ再生中において必要と認められる場合に、触媒の過昇温を抑制するための適当な対処措置を、開弁特性の制御により迅速に行うことができる。また、触媒床温が低くなりすぎるおそれのある場合には、吸入空気量低減を行ってパティキュレートフィルタの再生時間の短縮を図ることもできる。

第２の発明によれば、内燃機関の減速中に、触媒の過昇温抑制効果を確保する観点から必要と認められる程度の高い機関回転数を確保することができる。

第３の発明によれば、ポンプ損失が小さくなるように吸気弁の開弁特性を制御することにより、機関回転数の低下度合を小さくすることができる。あるいは、圧縮仕事を小さくすることにより、機関回転数の低下度合を小さくすることができる。

第４の発明によれば、触媒温度の実際の挙動に基づいて触媒温度が過度に低下するおそれがあることを判別できる。
第５の発明によれば、触媒床温が高くなりそうな場合には吸入空気量増大を行うことで触媒床温の上昇を抑制するとともに、その一方で、触媒床温が低くなりすぎるおそれのある場合には吸入空気量低減を行うことでパティキュレートフィルタの再生時間の短縮を図ることができる。

本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態における可変動弁装置の変形例を説明するための図である。

実施の形態．
［実施の形態の構成］
以下、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の構成を説明する。自動車用内燃機関を制御する装置として好適に用いられる。本実施形態においては、ディーゼル機関を前提とする。なお、気筒数や気筒の配列方式等の具体的構造は特に述べないが、自動車用内燃機関としては複数の気筒を備えるものが一般的である。

本実施形態においては、内燃機関を制御する制御装置として、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が用いられる。ＥＣＵは、内燃機関のセンサ系統からの信号を取得して、機関回転数、負荷を検出することができる。センサ系統には、車両や内燃機関の制御に必要な各種のセンサ（例えば内燃機関の冷却水温を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵの入力側に接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、燃料噴射弁の各種構成のアクチュエータが接続されている。

本実施形態においては、内燃機関に可変動弁装置が取り付けられている。この可変動弁装置は、位相可変、リフト可変などの各種のタイプの公知の可変動弁装置を用いることができる。可変動弁装置の具体的構成は各種のものが公知であり、新規な事項ではないため、詳細な説明は省略する。ＥＣＵは、可変動弁装置と接続している。ＥＣＵの制御により、可変動弁装置がその開弁特性を変更可能な弁体（吸気弁、排気弁）を対象にして、開弁特性を操作することができる。

本実施形態においては、排気系に、ディーゼルパティキュレート捕集装置が備えられている。このディーゼルパティキュレート捕集装置は、パティキュレートフィルタを含んでいる。ディーゼルパティキュレート捕集装置の構成は各種のものが公知であるためこれらを用いればよく、本実施形態においては具体的構成の説明は省略する。具体的には、例えば、排気通路（排気管）に触媒とパティキュレートフィルタが個別に取り付けられた構成のものや、排気ガスを浄化するための触媒とパティキュレートフィルタが一体化されたもの（例えば、セラミックス等のディーゼルパティキュレートフィルタ基材に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を塗布したものなど）がある。また、本実施形態においては、内燃機関に、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼除去させるための構成が備えられているものとする。

本実施形態においては、内燃機関の排気系に、触媒の床温を検出する構成が備えられている。具体的には、触媒の入口出口のガス温度を検知する排気温度センサを設け、ＥＣＵと接続する。なお、モデル等を用いた予測（推定）による床温推定プログラムをＥＣＵにおいて実行させても良い。

［実施の形態の動作］
図１乃至３は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の動作を説明するための図である。図１は、本実施形態にかかる、床温維持と触媒過昇温回避の両立するための制御の内容を説明するための図である。図２は、本実施形態にかかる、内燃機関の減速時の触媒過昇温回避のための制御の内容を説明するための図である。図３は、本実施形態にかかる制御におけるバルブタイミングを示す図である。

（触媒供給ガス量の増減の制御）
可変動弁装置においては、吸気弁の開弁特性を変更することで、吸入空気量を変化させることができる。吸入空気量を変化させた場合、排気通路へと流出するガスの量も変わり、触媒に流れ込むガスの量が変わる。可変動弁装置を制御して内燃機関の減速時に多くのガス（新気）を触媒へ供給することにより、持ち去り熱量を増加させて触媒の過昇温を抑制することができる。

内燃機関の減速時においては僅かな時間で床温を安定させることが要求されるため、触媒供給ガス量を高い応答性で制御できることが求められる。この点、可変動弁装置にかかる弁体の開弁特性を変更する手法によれば、高い応答性で、触媒供給ガス量の調節を図ることができる。

また、パティキュレートフィルタの再生中においては、パティキュレートフィルタ温度が高温となるような環境を確保することで、再生時間を短くすることができる。パティキュレートフィルタの再生にエネルギ投入が必要である場合、具体的には、例えば、ヒータによる加熱や排気ガスへの燃料添加などが必要である場合、再生時間が短ければその分だけ燃費の面で有利である。この点、可変動弁装置にかかる弁体の開弁特性を変更する手法によれば、触媒過昇温のおそれがあるときには直ちに上記の触媒供給ガス量増大を行い、そうでない場合には触媒供給ガス量を少なくしてパティキュレートフィルタ再生時間の短縮化を図ることができる。

図１は、本実施形態にかかる、床温維持と触媒過昇温回避の両立するための制御の内容を説明するための図であり、触媒床温と触媒供給ガス量を経時的に示す図である。図１において、実線のグラフが本実施形態にかかる制御による特性である。一方、波線で示すグラフＢａｓｅは、本実施形態にかかる制御を適用しない場合に予想される特性である。図１における符号１０の部分のように、触媒床温が高くなりそうな場合には、図３（ａ）の開弁特性２０に示すように、通常時に比して大作用角・高リフトとすることによる吸入空気量増大を行う。これにより、触媒床温の上昇を抑制する。一方、図１における符号１２の部分のように、触媒床温が低くなりすぎるおそれのある場合には、図３（ｂ）の開弁特性２２に示すように、通常時に比して小作用角・低リフトとすることによる吸入空気量低減を行う。これにより、パティキュレートフィルタの再生時間の短縮を図る。

なお、パティキュレートフィルタ再生時間を可能な限り短縮する観点からは、触媒過昇温回避の観点で許容しうる範囲内で最大限に高い床温となるように、上述の触媒供給ガス量の制御を実行することが好ましい。

（機関回転数の低下度合の抑制制御）
本実施形態においては、触媒の過昇温（ＯＴ）の危険性が大きい場合、機関回転数の低下度合（減速度）を抑制するようにバルブタイミングを制御する。具体的には、高リフト化によるポンプ損失の低減や、吸気弁を閉じる時期を遅くすることで圧縮仕事を小さくする。

図２の上段に示すように、内燃機関の減速時に、機関回転数を、通常（Ｂａｓｅ）の場合に比して、相対的に緩やかな傾きで減少させる。これにより、図２の下段に示すように、通常（Ｂａｓｅ）の場合に比して、触媒供給ガス量を相対的に緩やかな傾きで減少させる。

図３（ｃ）は、本実施形態における制御を行った場合の吸気弁のバルブタイミングを示す。図３（ｃ）に示す開弁特性２４のように、通常時に比して、大作用角・高リフトでのポンプ損失低減をするとともに吸気弁を閉じる時期を遅くすることで圧縮仕事を小さくする。

内燃機関の減速時において開弁特性制御による吸入空気量調節を図る場合には、機関回転数の変化も考慮に入れる必要がある。例えば単純に作用角を大きくして空気量を増加させようとした場合、機関回転数の低下によって空気量が減少してしまい、意図する量のガスが触媒へと供給されないおそれがある。この点、本実施形態によれば、そのような問題の発生を防止するように、触媒への供給ガス量を確保することができる。

また、パティキュレートフィルタの再生中に内燃機関の減速を行う場合、触媒が所定の高温条件下にあるときに、上記制御を行うことが好ましい。具体的には、先ず、前述した排気温度センサなどの触媒床温検出用の構成を介して、ＥＣＵにおいて触媒床温を検出する。この触媒床温が所定値以上である場合に、触媒の過昇温のおそれのある高温条件が成立したものとみなして、上記制御を実行してもよい。これにより、触媒が高温に置かれるパティキュレートフィルタ再生中において必要と認められる場合に、触媒の過昇温を抑制するための適当な措置を、即座にかつ確実に施すことができる。また、本実施形態によれば、必要なときに迅速に過昇温抑制を行いその効果を享受することができる。従って、触媒の過昇温が問題とならない間は、可能な限り、パティキュレートフィルタを高温環境下に置くことができる。その結果、触媒の過昇温の抑制を確実に行いつつも、可能な限りパティキュレートフィルタ再生時間短縮を重視することができる。

なお、図２における機関回転数の低下度合の傾きは、触媒供給ガス量が少なくとも触媒の過昇温が抑制される程度の量となるような傾きに定めることが好ましい。

なお、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ側で可変動弁装置の制御が行われることにより前記第１の発明における「可変動弁手段」が実現され、前述した「機関回転数の低下度合の抑制制御」において図３（ｃ）にかかる開弁特性２４が実現されることで、前記第１の発明における「減速時制御手段」が実現されている。

なお、例えば吸気絞り弁（いわゆるＤスロットル）によって、触媒供給ガス量を低減したり増加したりする手法が考えられる。しかしながら、吸気絞り弁の場合、シリンダから吸気絞り弁までの間の容積が大きいため、高い応答性を有する制御が困難である。空気量変化までに数サイクルが必要であるとすると、触媒の過昇温抑制を即座に行うことができない。そうすると、触媒過昇温をより安全に避けるために、触媒の床温はある程度犠牲にしつつ、多目の触媒供給ガス量を確保するという措置を取らざるを得ない。この点、可変動弁装置を用いればサイクリックに空気量の制御を行うことができるため、パティキュレートフィルタ再生時間短縮を重視した制御を実行しつつ、触媒過昇温が懸念される場合には直ちに触媒ガス供給量を増加させることができる。

図４は、本発明の実施の形態における可変動弁装置の変形例を説明するための図であり、リフト可変システムにおけるバルブリフト特性の例を示す図である。図において符号３０を付した矢印のように位相が可変なものを用いても、作用角可変なものを用いても良いし、図において符号３２を付した矢印のようにリフト量も複数段階可変又は連続可変なものを用いても良い。

なお、実施の形態では、前述したように、「触媒供給ガス量の増減の制御」および「機関回転数の低下度合の抑制制御」の双方を行った。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。「機関回転数の低下度合の抑制制御」のみを行っても良い。

２０、２２、２４ 開弁特性

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気弁の開弁特性を変更可能な可変動弁手段と、
   前記内燃機関の排気通路に備えられた触媒が所定の高温条件下にある場合、前記内燃機関の減速を行うときに、前記内燃機関の機関回転数の低下度合を相対的に小さくするように前記吸気弁の開弁特性を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記内燃機関は、ディーゼル機関であり、
   前記内燃機関の排気通路には、前記触媒と一体に又は個別に、パティキュレートフィルタが備えられており、
   前記パティキュレートフィルタで捕集したパティキュレートマターを燃焼除去することで前記パティキュレートフィルタを再生する再生手段を備え、
   前記制御手段は、前記再生手段による前記パティキュレートフィルタの再生中において前記内燃機関の排気通路に備えられた触媒が所定の高温条件下にある場合、前記内燃機関の減速を行うときに、前記触媒への供給空気量を第１の割合で低下させる第１特性に前記吸気弁の開弁特性を設定し、
   前記再生手段による前記パティキュレートフィルタの再生中に前記触媒の温度が低くなりすぎるおそれがあることを示す所定条件が成立した場合、前記触媒への供給空気量を前記第１の割合よりも大きな第２の割合で低下させる第２特性に前記吸気弁の開弁特性を設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記内燃機関の前記減速中に、少なくとも前記触媒の過昇温が抑制される程度の量のガスが前記触媒に流れ込む大きさの機関回転数に前記内燃機関の機関回転数がおかれるように、前記吸気弁の開弁特性を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記内燃機関のポンプ損失が小さくなるように前記吸気弁の開弁特性を制御する手段と、吸気弁の閉じる時期を相対的に遅らせるように前記吸気弁の開弁特性を制御する手段のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記所定条件は、前記触媒の温度が変化する速度に基づいて前記触媒の温度が低くなりすぎるおそれがあるか否かを判別するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記可変動弁手段は、前記触媒が前記高温条件下になくかつ前記所定条件も成立しない通常時には、前記吸気弁の開弁特性を通常特性に設定し、
   前記第１特性は、前記通常特性のリフトよりも高い第１リフトまたは／および前記通常特性の作用角よりも大きな第１作用角を有する特性であり、
   前記第２特性は、前記通常特性のリフトよりも低い第２リフトまたは／および前記通常特性の作用角よりも小さい第２作用角を有する特性であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

Images