JP5092855B2

JP5092855B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP5092855B2
Application number: JP2008101290A
Authority: JP
Inventors: 誠平井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-04-09
Also published as: JP2009250165A

Description

本発明は、アルコール含有燃料を使用する内燃機関の空燃比制御に関する。

環境汚染防止などの観点から、エンジンの燃料としてアルコールを使用することが行われている。アルコール含有燃料を使用するエンジンにおける空燃比制御の一例が特許文献１に記載されている。また、他に関連する技術を記載する文献として、特許文献２及び３が挙げられる。

特開平５−２７２３８３号公報特開平１１−３１５７４２号公報特許第２９０７５４９号公報

アルコール含有燃料を使用する場合、アルコール濃度が高いと、吸気ポート壁面への燃料の付着などの増加によりエンジンから排出されるＨＣ（炭化水素）は増加する。また、アルコール含有燃料を使用すると燃焼温度が低下するため、触媒の活性化が遅れ、排気浄化能力が低下する。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、アルコール含有燃料を使用する内燃機関の始動時において、適切に空燃比を制御して触媒暖機を促進し、エミッションの悪化を防止することを目的とする。

本発明の１つの観点では、内燃機関の空燃比制御装置は、燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、前記内燃機関の始動後に触媒暖機の要求がある場合、前記内燃機関の始動時から所定のリーン制御時間にわたり空燃比をリーンに制御する空燃比制御手段と、を備え、前記空燃比制御手段は、前記リーン制御時間において、空燃比を所定のリーン空燃比に維持し、かつ、前記アルコール濃度が高いほど前記リーン制御時間を長くする。

上記の空燃比制御装置では、内燃機関の触媒暖機が要求される場合には、空燃比制御手段は、所定のリーン制御時間にわたり空燃比をリーンに制御する。空燃比をリーンに維持することにより、燃焼温度を高くし、触媒の暖機を促進する。ここで、燃料中のアルコール濃度が高いほど、リーン制御時間は長く設定される。これにより、トータルのＨＣ量が減少するとともに、ＮＯｘの排出を悪化させることなく触媒の暖機を促進することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

図１は、本発明を適用した内燃機関の空燃比制御装置の概略構成を示す。なお、図１において実線の矢印は吸排気の流れを示し、破線の矢印は信号の流れを示す。

内燃機関（以下、「エンジン」と呼ぶ。）は、気筒（シリンダ）１内にピストン２を有し、ピストン２の上部に燃焼室３が形成される。なお、図１では図示の便宜上、単一の気筒１が示されているが、実際にはエンジンは複数の気筒を有する。また、このエンジンは、アルコール含有燃料の使用可能に構成されている。

気筒１には、吸気通路４と、排気通路１０とが接続されている。また、気筒１の上部には、点火プラグ９と、吸気バルブ８と、排気バルブ１１とが設けられている。吸気バルブ８を開くことにより吸気通路４と燃焼室３とが連通し、吸気が燃焼室３に導入される。排気バルブを開くことにより、排気通路１０と燃焼室３とが連通し、排気が排気通路１０へ排出される。吸気バルブ８及び排気バルブ１１の開閉はＥＣＵ２０により制御される。点火プラグ９は、ＥＣＵ２０から与えられる制御信号Ｓ４に基づいて、燃焼室内の混合気に点火し、混合気を燃焼させる。

吸気通路４には、エアフローメータ５、スロットルバルブ６、燃料噴射弁７が設けられている。エアフローメータ５は、吸気通路４に流れる吸気（新気）の流量を計測し、検出信号Ｓ１をＥＣＵ２０に出力する。スロットルバルブ６は、ＥＣＵ２０から供給される制御信号Ｓ２により開閉制御され、燃焼室３へ供給される吸気量を調整する。

燃料噴射弁７は吸気ポートに設けられ、ＥＣＵ２０から供給される制御信号Ｓ３に従って燃料を噴射する。燃料は燃料タンク１５に貯蔵されており、図示しない燃料ポンプにより汲み上げられ、燃料通路１６を通じて燃料噴射弁７へ送られる。燃料通路１６には、燃料中のアルコール濃度を検出するエタノールセンサ１７が設けられている。エタノールセンサ１７は、燃料中のアルコール濃度を示す検出信号Ｓ７をＥＣＵ２０へ供給する。なお、エタノールセンサ１７は本発明におけるアルコール濃度検出手段に相当する。

排気通路１０には、酸素（Ｏ_２）センサ１２と、排気浄化触媒１３と、温度センサ１４とが設けられている。酸素センサ１２は、排気中の酸素濃度を検出し、検出信号Ｓ５をＥＣＵ２０へ送る。排気浄化触媒１３は、例えば三元触媒などとすることができ、排気中のＮＯｘなどを浄化する。温度センサ１４は排気浄化触媒１３の温度を検出し、検出信号Ｓ６をＥＣＵ２０へ送る。なお、温度センサ１４は、図示のように排気浄化触媒１３の温度を直接検出する代わりに、排気浄化触媒１３の入口又は出口の排気の温度を検出することにより、間接的に排気浄化触媒１３の温度を検出するようにしてもよい。

ＥＣＵ２０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有し、空燃比制御装置１００の各要素を制御する。

次に、空燃比制御装置１００による、エンジン始動後の空燃比制御について説明する。通常、エンジンの始動直後は排気浄化触媒１３の温度は低く、十分に活性化していないため、本来の排気浄化能力が得られない。そこで、エンジンの始動後に触媒暖機が要求される場合には、所定時間にわたって理論空燃比（ストイキ）よりも希薄（リーン）な空燃比を目標空燃比として空燃比フィードバック（ＦＢ）制御を行う（以下、「リーンＦＢ制御」とも呼ぶ）。リーンＦＢ制御の実行中は、ストイキを目標空燃比とする場合と比較して燃焼温度が高くなるので、排気浄化触媒１３を迅速に暖機することができる。その後は、目標空燃比をストイキとして空燃比ＦＢ制御を行う。

図２にリーンＦＢ制御における空燃比の制御例を示す。図２のグラフ３１において、横軸はエンジン始動後の経過時間を示し、縦軸は空燃比を示す。グラフ３１が示すように、エンジン始動時には一時的に燃料の増量が行われるため空燃比は一時的にリッチになるが、その後ＥＣＵ２０は所定のリーンＦＢ制御時間Ｔにわたって目標空燃比を所定のリーン空燃比に保ち、リーンＦＢ制御を実行する。その後、リーンＦＢ制御時間Ｔが経過すると、ＥＣＵ２０は、目標空燃比をストイキに変更し、空燃比ＦＢ制御を実行する。このように、エンジン始動直後で触媒暖機が必要な場合には、リーンＦＢ制御を実行することにより触媒の暖機が促進される。なお、空燃比の制御は、ＥＣＵ２０が燃料噴射弁７から噴射される燃料量を制御することにより行われる。

さて、一般的にアルコール含有燃料を使用する場合、アルコールを含まない燃料を使用する場合と比較して、燃焼温度は低下するため、触媒の暖機は遅れる傾向となる。一方、燃焼温度が低下するため、エンジンから排出される排気中のＮＯｘは低減される。そこで、本発明では、燃料中のアルコール濃度を検出し、アルコール濃度が高いほど、リーンＦＢ制御時間Ｔを長くする。これにより、まず空燃比がリーンに維持される期間が長くなるため、トータルで排出されるＨＣの量が低減できる。また、ＮＯｘの排出を悪化させることなく、触媒の暖機を十分に行ってエミッションの悪化を防止することができる。なお、ＥＣＵ２０は、上記のようにリーンＦＢ制御時間Ｔを長くしても、その際の目標空燃比、空気量、点火時期などは変更しないので、燃焼状態は変化せず、燃焼の悪化、失火などが発生する恐れはない。

リーンＦＢ制御時間を長くする場合の空燃比の制御例を図２の破線のグラフ３２に示す。グラフ３２が示すように、アルコール濃度が高い場合のリーンＦＢ制御時間Ｔは、アルコール濃度が通常濃度であるときのリーンＦＢ制御時間Ｔよりも長くなっている。

図３は、燃料中のアルコール濃度とリーンＦＢ制御時間との関係を示すマップの一例である。横軸は燃料中のアルコール濃度を示し、縦軸はリーンＦＢ制御時間Ｔを示す。図示のように、燃料中のアルコール濃度が高いほど、リーンＦＢ制御時間Ｔを長くする。

図４は、本実施形態による空燃比制御のフローチャートである。この制御は、ＥＣＵ２０が、図１に示す各要素からの検出信号に基づいて実行する。

まず、ＥＣＵ２０は、エンジンの始動要求があるか否かを判定する（ステップＳ１）。エンジンの始動要求が無い場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、処理は終了する。エンジンの始動要求がある場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は排気浄化触媒１３の暖機要求があるか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、ＥＣＵ２０は、温度センサ１４が出力する検出信号Ｓ６に基づいて、触媒の温度が活性温度に達しているか否かを判定し、触媒暖機の要否を判断する。触媒暖機要求が無い場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は通常の空燃比ＦＢ制御を実行する（ステップＳ８）。

触媒暖機要求がある場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０はエタノールセンサ１７の検出信号Ｓ７に基づいて燃料中のアルコール濃度を検出し（ステップＳ３）、図３に例示するマップを参照してリーンＦＢ制御時間Ｔを決定する。前述のように、アルコール濃度が高いほど、リーンＦＢ制御時間Ｔは長くなる。

続いて、ＥＣＵ２０はエンジンを始動し（ステップＳ５）、リーンＦＢ制御を実行する（ステップＳ６）。そして、ＥＣＵ２０は、ステップＳ４で決定したリーンＦＢ制御時間Ｔが経過するまでリーンＦＢ制御を継続し、リーンＦＢ制御時間Ｔが経過したときに（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、通常の空燃比ＦＢ制御を実行する（ステップＳ８）。即ち、ＥＣＵ２０は目標空燃比をストイキに設定し、空燃比ＦＢ制御を実行する。

以上のように、本発明では、エンジン始動後における触媒暖機のための空燃比リーンＦＢ制御において、燃料中のアルコール濃度が高いほどリーンＦＢ制御時間を長くする。これにより、排気のＮＯｘを悪化させることなく、ＨＣを低減し、触媒の暖機を促進することができる。

実施形態による内燃機関の空燃比制御装置の概略構成を示す。エンジン始動時における空燃比リーンＦＢ制御の例を示す。アルコール濃度とリーンＦＢ制御時間の関係を規定するマップの例である。実施形態による空燃比制御のフローチャートである。

符号の説明

１気筒
４吸気通路
７燃料噴射弁
１０排気通路
１２酸素センサ
１３排気浄化触媒
１４温度センサ
１５燃料タンク
１７エタノールセンサ
２０ＥＣＵ

Claims

内燃機関の空燃比制御装置であって、
燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
前記内燃機関の始動後に触媒暖機の要求がある場合、前記内燃機関の始動時から所定のリーン制御時間にわたり空燃比をリーンに制御する空燃比制御手段と、を備え、
前記空燃比制御手段は、前記リーン制御時間において、空燃比を所定のリーン空燃比に維持し、かつ、前記アルコール濃度が高いほど前記リーン制御時間を長くすることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。