JP2005069029A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳細には機関運転中に運転空燃比の切り換えを行う内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
リーン空燃比の混合気での運転を行う内燃機関(リーンバーンエンジン)では、運転の大部分の運転領域でリーン空燃比の運転が行われる。また、リーン空燃比運転領域を拡大する目的で過給機を設けた過給リーンバーンエンジンでは、高負荷運転時にもリーン空燃比運転が可能となる。このため、過給リーンバーンエンジンでは、リーン空燃比混合気では燃焼が不安定になりやすい一部の軽負荷領域で理論空燃比混合気で運転を行う以外はほぼ全運転領域でリーン空燃比運転が行われる。このため、例えば軽負荷領域(理論空燃比運転領域)から加速のために機関負荷が増大したような場合等、機関運転中に理論空燃比からリーン空燃比への切り換えが生じる場合がある。
【0003】
また、流入する排気空燃比がリーンのときに排気中の窒素酸化物(NOX)を吸収または吸着により吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になったときに、排気中のCO等の還元成分やHC成分などにより吸蔵したNOXを還元浄化するNOX吸蔵還元触媒を排気浄化触媒として用いる場合には、リーン空燃比運転中にNOX吸蔵還元触媒が吸蔵したNOXの量が増大する毎に運転空燃比を短時間リッチ空燃比に切り換えて運転を行い、NOX吸蔵還元触媒にリッチ空燃比の排気を供給して触媒が吸蔵したNOXを還元浄化するリッチスパイク操作を行う必要がある。
【0004】
このため、NOX吸蔵還元触媒を排気浄化触媒として用いるリーンバーンエンジンではリッチスパイク操作実行毎に比較的頻繁に理論空燃比またはリッチ空燃比とリーン空燃比との間で運転空燃比の切り換えが行われる。
ところが、過給リーンバーンエンジンの場合、自然吸気の場合に較べて空燃比の切り換え時、特にリッチまたは理論空燃比からリーン空燃比への切り換え時に機関出力トルクの変動が大きくなる問題が生じる。
【0005】
機関出力トルクは燃焼室内で燃焼する燃料量により定まる。このため、加速時にリッチまたは理論空燃比からリーン空燃比に切り換える場合、機関出力トルクの変動を防止するためには(すなわち、燃料量を同一に維持するためには)、空燃比をリーンにするために大幅に機関の吸入空気量を増大する必要がある。また、理論空燃比運転領域からの加速などでは、燃料量を増大する必要があることから更に大幅に機関の吸入空気量を増大する必要がある。
【0006】
このため、リーン空燃比への切り換え時にはスロットル弁開度は大きく増大する。ところが、過給リーンバーンエンジンでは、通常のスロットル弁開度変化に対する吸入空気量増大の応答遅れに加えて、過給圧の上昇遅れによるいわゆるターボラグのために吸入空気量増大の遅れが生じる。機関への燃料供給量は吸入空気量と空燃比とに応じて定まる。ところが、リーン空燃比への切り換え時には吸入空気量が切り換え後の目標値に到達するまでの間は機関への燃料供給量は実際の吸入空気量に対して空燃比をリーンに維持する量に制御されるため、切り換え後、吸入空気量が目標値に到達するまでは燃料供給量は切り換え前に較べて減少することになる。
【0007】
このため、空燃比切り換え後には一時的に機関出力トルクが低下してしまい、車両搭載機関などでは車両加速性能の悪化、駆動力の変動などが生じ運転性能が悪化する問題がある。
機関出力トルクの不足を補う方法としては、例えばハイブリッド車などのように電動モーターとエンジンとの両方で車両を駆動することが可能な機関の場合には、機関出力トルクが不足するときに機関に加えて電動モーターを作動させて機関出力の不足を補うモーターアシスト運転が有効である。
【0008】
ところが、ハイブリッド車両においても電動モーターに電力を供給する蓄電池(バッテリー)の充電量(SOC)が低下するとモーターを運転することができなくなり、モーターアシスト運転を行うことはできなくなる。
リーンバーンエンジンに関するものではないが、ハイブリッド車両におけるSOC低下時にモーターアシスト運転ができなくなる問題の対策としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。
【0009】
特許文献1では、例えばハイブリッド車輌において、エンジンのみの走行、エンジンとモーターと両方での走行(モーターアシスト)、モーターのみの走行、エンジン走行時の充電、等の各運転モードにおいて、アクセル操作量などの運転条件が同じであれば車両の駆動力が常に一定になるように制御する場合に、SOCが低下してモーターアシストを行えない場合に、電子制御スロットル弁の特性や変速機の変速特性を変更することにより車輌の駆動力を常にほぼ一定に維持する制御装置を開示している。
【0010】
【特許文献1】
特開平10−3776号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献1のように電子制御スロットル弁の特性や変速機の変速特性の変更などでは、比較的小さな駆動力増大しか得ることができない。このため、リーンバーンエンジン、特に過給リーンバーンエンジンにおけるリッチまたは理論空燃比からリーン空燃比への切り換え時などのように、比較的急激かつ大幅なトルク変動を補うことはできず、バッテリーSOC低下等でモーターアシストを使用できない場合には車輌の運転性の低下を招く問題が生じてしまう。
【0012】
ところで、実際にはリッチまたは理論空燃比からリーン空燃比に空燃比を切り換える際に、機関への燃料供給量が大きく変化しないように、吸入空気量の変化速度に合わせて目標空燃比を徐々に変化させれば、空燃比切り換えに伴う機関出力トルクの変動を小さくすることは可能である。
ところが、このように徐々に機関空燃比を変化させた場合には、機関空燃比はリッチまたは理論空燃比から切り換え後の目標リーン空燃比に至る間に中間の空燃比にとどまる時間が長くなる問題がある。排気浄化触媒としてNOX吸蔵還元触媒を使用している場合には、リーン空燃比では排気中のNOXを吸収するが、実際には触媒のNOX吸蔵量が増大すると触媒のNOX吸蔵能力は低下する。このため、触媒のNOX吸蔵量が増大すると、理論空燃比に比較的近いリーン空燃比(例えば空燃比で15から20程度の、いわゆる弱リーン領域)の雰囲気では、機関のNOX排出量が増大するためにNOX吸蔵還元触媒からNOXが浄化されないまま放出される場合がある。通常、リーン空燃比運転では目標空燃比は20以上のいわゆる強リーン空燃比とされているが、リッチまたは理論空燃比からリーン空燃比への空燃比切り換え時にこの弱リーン空燃比領域にとどまる時間が長くなると、それだけ大気に放出されるNOX量が増大する可能性があるため、好ましくない。
【0013】
従って、空燃比切り換え時にはできるだけ空燃比が弱リーン空燃比領域にとどまることを避ける必要があり、空燃比を徐々に変化させて機関出力トルクの変動抑制する対応策は採用することができない。
本発明は、上記問題に鑑み、リーンバーンエンジンでの空燃比の切り換え、特にリッチまたは理論空燃比からリーン空燃比への切り換えの際に機関出力トルクの低下を防止し、車輌の運転性の低下を生じることを防止するとともに、排気空燃比が弱リーン空燃比領域にとどまる時間を短縮して空燃比切り換えによる排気性状の悪化を防止可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明によれば、機関運転中に、運転空燃比を理論空燃比または所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比との間で切り換える内燃機関の制御装置であって、前記空燃比切り換え時に機関吸入空気量を調節して切り換え後の空燃比における機関駆動力を調節し、前記空燃比切り換え開始時から吸入空気量が予め定めた値に到達するまでの間、機関を理論空燃比で運転することにより空燃比切り換え時の機関出力変動を防止する、内燃機関の制御装置が提供される。
【0015】
すなわち、請求項1の発明では、空燃比切り換え時に切り換え開始と同時に機関空燃比が切り換え後の目標空燃比(例えば、強リーン空燃比)になるように機関への燃料供給量を制御するのではなく、切り換え初期の機関吸入空気量が充分に増大していない間は機関空燃比が理論空燃比になるように機関への燃料供給量を制御する。これにより、空燃比切り換え時の機関出力トルクの低下が抑制される。
【0016】
また、本発明では、空燃比切り換え時の上記理論空燃比運転は、目標リーン空燃比に切り換えを行った場合に機関出力トルクの低下幅が許容できる程度まで吸入空気量が増大したときに中止され、空燃比は理論空燃比から目標リーン空燃比に切り換える。これにより、機関が中間空燃比(例えば弱リーン空燃比)で運転される時間が最小になり、NOX吸蔵還元触媒を用いた場合にも排気性状の悪化が防止される。
【0017】
請求項2に記載の発明によれば、リッチ空燃比または理論空燃比からリーン空燃比への前記空燃比切り換え時の前記理論空燃比運転時に、機関吸入空気量が前記予め定めた値より小さい所定値以上になったときに更に機関点火時期の遅角を行う、請求項1に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【0018】
請求項2の発明では更に、機関吸入空気量が所定値以上になったときには機関点火時期の遅角を行う。これにより、更にリーン空燃比への切り換え時に理論空燃比運転を行うことにより機関出力トルクが大幅に増大することが防止される。点火時期の遅角を開始する上記所定値は、例えば機関を理論空燃比で運転する場合に、運転者のアクセルペダル踏み込み量(アクセル開度)に応じて設定される目標吸入空気量とされる。
【0019】
請求項3に記載の発明によれば、前記機関は機関出力軸の回転を補助する電動アシストモーターと、該アシストモーターに電力を供給する蓄電池とを備え、更に、蓄電池の充電量が予め定めた値以上の場合には、前記空燃比切り換え時に前記理論空燃比運転を行わず、前記電動アシストモーターにより機関出力軸の回転捕補助を行うとともに空燃比を直ちに切り換え後の空燃比に切り換え、前記蓄電池の充電量が前記予め定めた値以下の場合には、前記空燃比切り換え時に前記理論空燃比運転を行う、請求項1または請求項2に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【0020】
すなわち、請求項3の発明では、ハイブリッド車両用機関などのように電動アシストモーターを備えた機関で空燃比の切り換えを行う場合に、バッテリのSOCが十分に高い場合には空燃比切り換え時にモーターアシストを行うことにより機関出力トルクの変動(低下)を防止し、SOCが低下してモーターアシストを使えない場合にのみ空燃比切り換え時に請求項1または2の空燃比を一時的に理論空燃比に保持する制御を行う。
これにより、ハイブリッド車両においてもSOCの有無にかかわらず、空燃比切り換え時のトルク変動と排気ガス性状の悪化との両方が防止される。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明をハイブリッド車用内燃機関に適用した場合の構成概略を示す図である。
図1において、100はハイブリッド車両全体、101は車両100の車体、103は車輪、10は車両100の車体101に搭載された動力ユニットを示す。
動力ユニット10は、内燃機関1、機関1の出力軸に動力切り替え機構3を介して連結されたモータージェネレータ(モーター兼発電機)5、モータージェネレータ5がジェネレータとして作動しているときにその出力電力(交流電力)を直流電力に変換してバッテリー9を充電するとともに、モータージェネレータ5がモータとして作動するときにバッテリー9からの直流電流を任意の電圧と周波数とを有する交流電力に変換してモータージェネレータ5に供給するコンバータ付きインバータ7とを備えている。
【0022】
本実施形態では、内燃機関1は4気筒4サイクル過給ガソリン機関とされ、リッチ空燃比からリーン空燃比まで広い空燃比範囲で運転可能な、過給リーンバーンエンジンとされている。
機関1の出力軸とモータージェネレータ5の入出力軸とは、動力切り換え機構3を介して、車両100の車輪103を駆動するトランスミッション2に連結されている。
【0023】
動力機構3はトランスミッション2と機関1出力軸、モータージェネレータ5の入出力軸との相互の連結と遮断とを行う。すなわち、動力切り換え機構3は、内燃機関1出力軸のみ、或いはモータージェネレータ5入出力軸のみ、若しくは両方を同時にトランスミッション2に接続し車輪103を駆動すること、或いは、内燃機関1の出力軸とモータージェネレータ5の入出力軸とを、トランスミッション2から遮断した状態で接続し、モータージェネレータ5による発電や機関1の始動時クランキングなどを行うことを可能とするものである。
【0024】
本実施形態では、内燃機関1の排気管15にはNOX吸蔵還元触媒17が配置されている。NOX吸蔵還元触媒17は、機関1の排気空燃比がリーンのときに排気中のNOX成分を吸収または吸着、若しくはその両方により触媒内に吸蔵し、機関1の排気空燃比がリッチになったときに排気中のHC成分やCO等の還元成分を用いて吸蔵したNOXを還元浄化する触媒である。
【0025】
図1に30で示すのは、機関1の制御を行う電子制御ユニット(ECU)である。ECU30は、本実施形態では公知の構成のマイクロコンピュータとされ、前述の動力切り換え機構3やモータージェネレータ5、コンバータ付きインバータ7等の各機器の作動モードを制御している他、本実施形態では後述する空燃比の切り換え時のトルク変動抑制制御を行っている。
【0026】
図2に示すように、ECU30の入出力ポートにはこれらの制御を実行するため、機関1の吸気通路に配置されたエアフローメータ301から機関吸入空気量に対応した信号が、また、アクセルペダル(図示せず)近傍に配置されたアクセル開度センサ303から車両運転者のアクセルペダル踏み込み量(アクセル開度)を表す信号と、機関吸気通路のスロットル弁(図示せず)近傍に配置されたスロットル開度センサ305からスロットル弁開度を表す信号が、それぞれ入力されている。
【0027】
更にECU30には、機関1のクランク軸(図示せず)近傍に設けられたクランク角センサ307からクランク軸回転速度に対応したパルス信号と、機関排気通路に設けられた排気空燃比センサ309から機関排気空燃比(運転空燃比)を表す信号が入力されている他、バッテリコントローラー311からバッテリの充電状態(SOC)を表す信号が、それぞれ入力されている。
【0028】
また、ECU30の入出力ポートは、機関1の燃料噴射弁331、点火回路333に接続され、機関1の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期をそれぞれ制御している他、機関1の電子制御スロットル弁335のアクチュエータに接続されている。
電子制御スロットル弁335は、ステッパモータ等のアクチュエータを備え、アクセルペダルと機械的に連結されることなく、ECU30からの指令に応じた開度をとることができるスロットル弁である。
【0029】
更に、ECU30の入出力ポートは、ハイブリッド制御コンピュータ340に接続されている。ハイブリッド制御コンピュータ340は、ECU30からの指令に応じて動力ユニット10のモータージェネレータ5や動力切り換え機構3を制御し、ハイブリッド車両100の走行モード(エンジン走行、モーターアシスト走行、モーター走行、充電走行など)の切り換え制御を行う他、本実施形態では、後述するように機関1の空燃比切り換え時に行うモーターアシスト運転の制御を行っている。
【0030】
次に、本実施形態における空燃比の切り換えについて説明する。
本実施形態では、機関1は過給機の回転数が低い一部の軽負荷運転領域で理論空燃比運転が行われる他、ほぼ他の全部の領域でリーン空燃比(空燃比20以上)の運転が行われる。
従って、軽負荷領域からの加速時などでは機関出力トルクの増大のため理論空燃比からリーン空燃比への運転空燃比の切り換えが行われる。
このような加速のためのリーン空燃比切り換えにおいては、切り換え後に速やかに機関出力トルクを増大させる必要がある。
【0031】
また、本実施形態では、NOX吸蔵還元触媒17が使用されているが、機関がリーン空燃比で運転されると、NOX吸蔵還元触媒17にはリーン空燃比の排気が流入し、排気中のNOX成分がNOX吸蔵還元触媒17に吸蔵されるため、NOX吸蔵還元触媒17のNOX吸蔵量が増大する。
【0032】
このため、機関1のリーン空燃比運転がある程度続きNOX吸蔵還元触媒17のNOX吸蔵量が所定のレベルまで増大すると、ECU30は機関1を短時間リッチ空燃比で運転し、NOX吸蔵還元触媒17にリッチ空燃比の排気を供給するリッチスパイク操作を行うことにより触媒17に吸蔵されたNOXを還元浄化することが必要となる。すなわち、NOX吸蔵還元触媒17のリッチスパイク実行時には機関の空燃比はリーン空燃比とリッチ空燃比との間で切り換えられる。
【0033】
この場合、リッチスパイク操作時終了後はリーン空燃比運転が再開されるためリッチ空燃比からリーン空燃比への切り換えが行われるが、この切り換え時には切り換えの前後で機関出力トルクは同一になることが好ましい。
前述したように、リッチ空燃比または理論空燃比からリーン空燃比への切り換え(復帰)時に、同一の機関出力トルク(燃料量)を維持するためには機関吸入空気量を大幅に増大する必要がある。また、加速時等のように切り換え後に機関出力を増大させるためには、更に吸入空気量を増大させる必要がある。
【0034】
ところが、特に本実施形態のように過給リーンバーンエンジンを使用しているような場合には、通常の吸気系の応答遅れに加えてターボラグによる遅れが生じ、比較的緩やかにしか吸入空気量が増大しない。
このため、切り換え直後は目標リーン空燃比を維持するために燃料量が低減されてしまい、機関出力トルクが減少してしまう問題が生じる。図3は加速時の理論空燃比からリーン空燃比への切り換え時を例にとって上記機関出力トルク低下を説明するタイミング図である。
【0035】
図3において、カーブAは加速時のスロットル弁開度TAの変化、Bは吸入空気量Gaの変化、Cは燃量噴射補正量FAFの変化を示す。本実施形態では、ECU30は、機関吸入空気量Gaに応じて機関への燃料噴射量QINJを決定している。すなわち、本実施形態では、燃料噴射量QINJは、QINJ=Ga×FAFとして算出される。機関空燃比は、燃料噴射補正量FAFの値を変化させることにより調節される。
【0036】
例えば理論空燃比(空燃比A/F=14.6)運転におけるFAFの値をFAFSとすると、リーン空燃比運転(A/F=25)におけるFAFの値FAFLはFAFL=(14.6/25)FAFSとなる。
また、図3のカーブD及びDLは機関出力トルクTQの変化を示し、カーブDは加速時の理想的なトルク変化(上昇)、カーブDLは実際のトルク変化を、それぞれ示している。
【0037】
更に、カーブEは機関空燃比A/Fの変化を示す。
カーブAからEは理論空燃比運転からの加速時のリーン空燃比への切り換えを示しており、理論空燃比(A/F=14.6)で定常運転中に、横軸(時間軸)ts点で加速がスタートした場合を示している。
加速が開始されると(ts)、スロットル弁開度TA(カーブA)は切り換え後の目標開度TA0までステップ状に増大され、同時に燃料噴射補正量FAFは、FAFSからFAFLにステップ状に低減される(カーブC)。また、スロットル弁開度TAが増大したため、機関吸入空気量Gaは増大を始めるが、ターボラグなどのため、その増大速度は比較的遅く、スロットル弁開度TAに対応する目標吸入空気量Ga0に到達するのは時点teになる(カーブB)。
【0038】
このため、加速開始時(ts)には、吸入空気量Gaは増大していないにもかかわらず、FAFがステップ状にFAFLまで低下するため燃料噴射量は大幅に低下して、機関出力トルクTQは大幅に落ち込む(カーブDL)。
その後、時間の経過とともに吸入空気量Gaは増大し、それとともに実際の機関出力TQも増大して時点teで目標トルクに到達するものの、スムーズな加速を得るために必要なトルク変化(カーブD)と比較するとトルクの低下が大きくなり目標トルクに到達する時間も長くなる。
【0039】
但し、この場合には空燃比A/Fは、理論空燃比(A/F=14.6)からリーン空燃比(A/F=25)にステップ状に切り換えられ、中間の空燃比にとどまる時間は最小となる(カーブE)。
前述したように、図3の場合でもステップ状に空燃比を切り換えるのではなく、吸入空気量Gaの増大に応じて徐々に空燃比を切り換えれば機関出力トルクの変動は防止される。しかし、本実施形態ではNOX吸蔵還元触媒17を用いた排気浄化を行っているため、弱リーン空燃比(A/F=15〜20程度)の空燃比では、NOX吸蔵還元触媒17から未浄化のNOXが放出される可能性がある。このため、空燃比切り換えの際には空燃比が中間の弱リーン空燃比にとどまる時間を可能な限り短くするために、カーブEに示したようにステップ状に空燃比を理論空燃比から強リーン空燃比(A/F=25)に切り換えているのである。
【0040】
本実施形態では、バッテリSOCが十分に高い場合には、上記空燃比切り換え時にモータージェネレータ5を作動させてモーターアシストを行ない、車両100の駆動トルクが理想的カーブDに一致するようにしている。すなわち、機関出力トルクの不足分(斜線部分)をモータージェネレータ5出力で補うことにより、駆動トルクの変動を抑制しスムーズな加速を得るようにしている。
【0041】
ところが、バッテリSOCが不足するような場合には、モーターアシストを行うことができないため、車両駆動トルクにはカーブDLのようにトルク変動が生じる問題がある。
本実施形態ではリーン空燃比への切り換え時に運転空燃比を所定時間理論空燃比に維持することにより、モータアシストを行えない場合にもトルク変動を抑制することを可能としている。
【0042】
図4は、本実施形態におけるモーターアシストなしの空燃比切り換え操作を説明する図3と同様なタイミング図である。図4において、カーブAからEは図3と同様、それぞれスロットル弁開度TA、吸入空気量Ga、燃料噴射補正量FAF、機関出力トルクTQ、空燃比A/Fを表している他、カーブIは機関の点火時期を示している。また、機関出力トルクカーブにおいて、Dは理想的な出力トルク変化、DLは図3と同じ従来の実際のトルク変化を表し、DSは本実施形態の機関出力トルク変化を示す。
【0043】
図4の加速では、加速開始時tsにスロットル弁開度TAをTA0までステップ状に増大するが、燃料補正量FAFは理論空燃比相当値FAFSにセットされる(カーブC)。
このため、本実施形態では切り換え時に空燃比がリーンにならないため燃料噴射量は低下しない。従って、実際の機関出力トルクDSは低下することなく増大し、従来のトルク変化DLより大きくなり、理想的なトルク変化よりやや高くなる。
【0044】
ところが、FAFを理論空燃比相当値FAFSに維持したまま吸入空気量Gaが増大すると、機関の出力トルクが過大になり、運転者の予期した以上の駆動トルクがでてしまう。そこで、本実施形態では時点t1になるとカーブIに示すように点火時期の遅角を開始する。
ここで、時点t1は、機関吸入空気量Gaが理論空燃比相当空気量Gasに到達した時点である(カーブB)。
【0045】
前述したように本実施形態では電子制御スロットル弁が使用されており、スロットル弁開度はアクセルペダルとは機械的に連結されていない。本実施形態ではスロットル弁開度は運転者のアクセルペダル踏み込み量(アクセル開度)と機関回転数と、機関運転空燃比とに応じて予め設定されている。この場合、アクセル開度、機関回転数が同一であっても理論空燃比運転の場合にはスロットル弁開度は小さく設定され吸入空気量は小さくなるが、燃料噴射量はアクセル開度と機関回転数とが同一であれば機関空燃比にかかわらずほぼ同じになる。
【0046】
理論空燃比相当空気量Gasは、目標リーン空燃比におけるスロットル弁開度(カーブA)と同じアクセル開度で理論空燃比運転を行った場合の目標吸入空気量である。前述したように、機関の燃料噴射量が同一であれば理論空燃比運転であろうとリーン空燃比運転であろうと機関出力トルクはほぼ同一となる。理論空燃比相当空気量は、加速時の目標リーン空燃比における目標吸入空気量Ga0で機関に噴射される燃料量と同じ量の燃料で理論空燃比運転をした時の吸入空気量である。
【0047】
言い換えれば、吸入空気量Gasで理論空燃比運転を行った場合の機関出力トルクはリーン空燃比運転時の目標吸入空気量Ga0でリーン空燃比運転を行った場合の機関出力トルクとほぼ同一となる。
すなわち、本実施形態では加速開始後も理論空燃比運転を続けるため、機関吸入空気量が目標Ga0より小さいGasに到達した時点t1で、リーン空燃比運転での最終到達目標トルクTQ0(カーブDS)に到達してしまい、これ以上吸入空気量が増大すると機関出力トルクが過大になってしまう。
これを防止するため、本実施形態では加速開始後も理論空燃比運転を続けるものの、吸入空気量が理論空燃比相当空気量Gasに到達した時点(t1)からは点火時期IGの遅角を開始するととにも吸入空気量Gaの増大に応じて遅角量を増大させて、理論空燃比運転時の機関出力トルクが最終到達目標トルクTQ0以上にならないようにトルク制御を行っているのである。
【0048】
これにより、時点t1以後は、吸入空気量Gaが増大しても機関出力トルクはほぼ最終到達目標トルクTQ0に維持されるようになる。
この状態で時点t2になると、点火時期の遅角は中止され燃料補正量FAFは理論空燃比相当値FAFSとリーン空燃比相当値FAFLとの間の所定値FAF2までステップ状に低減される。ここで、FAF2は弱リーン空燃比よりやや高い空燃比を得ることができる値とされ、時点t2は吸入空気量Gaの値が燃料噴射補正量と点火時期とをステップ状に変化させても、変化前後の機関出力トルク変動が許容範囲内になる時点であり、詳細には実際の機関を用いた実験により決定される。
【0049】
すなわち、時点t2では点火時期遅角が中止されるとともに、燃料噴射補正量FAFがステップ状に低減されるが、機関出力トルクDSはほとんど変化せず、更に空燃比A/F(カーブE)は理論空燃比から弱リーン空燃比よりやや高い空燃比までステップ状に変化する。
そして、その後燃料噴射補正量FAFは吸入空気量Gaの増大に応じて徐々に低減され、吸入空気量が最終目標空気量Ga0に到達した時点teでリーン空燃比相当値FAFLになり(カーブC)、空燃比はリーン運転目標空燃比である強リーン空燃比(A/F=25)に到達する。
【0050】
図4に示すように、本実施形態では、加速の際の理論空燃比からリーン空燃比への切り換え時に、切り換え開始時から機関吸入空気量が所定値に到達するまで(時点t2)理論空燃比運転を継続するとともに、空気量が理論空燃比相当空気量Gasに到達後(時点t1)は点火時期を遅角することにより、モーターアシストを行うことなく空燃比切り換え時の機関出力変動と排気性状の悪化とを防止している。
【0051】
次に、図5はNOX吸蔵還元触媒17の吸蔵NOX還元のためのリッチスパイク操作終了時のリッチ空燃比からリーン空燃比への切り換え操作を示す、図4と同様なタイミング図である。
図5に示すように、リッチスパイク操作実行中(時点ts以前)には、吸入空気量Gaは理論空燃比運転を行う場合と同一に維持され、燃料噴射補正量FAFがリッチ空燃比相当値FAFRにセットされ(カーブC)、機関運転空燃比A/Fは、例えば13程度のリッチ空燃比に維持される。この場合、燃料増大に伴う機関出力増大を防止するために、点火時期IGは遅角保持されている(カーブI)。
【0052】
この状態でリッチスパイクが終了すると(時点ts)、スロットル弁開度はステップ状にリーン空燃比運転時の目標開度TA0まで増大され(カーブA)、吸入空気量Gaは理論空燃比相当空気量Gasから増大を開始する(カーブB)。そして、燃料噴射補正量FAFはリッチ空燃比相当値FAFRから理論空燃比相当値FAFSにステップ状に低減され(カーブC)、空燃比A/Fは理論空燃比になる(カーブE)。また、この状態では空気量は既に理論空燃比相当値Gasになっているため、機関点火時期IGは一旦遅角量をゼロに戻されたあと、空気量Gaの増大に応じて遅角量が増大していく(カーブI)。
【0053】
これにより、機関出力トルクTQはほぼ一定値TQ0に維持される(カーブDS)。図5のカーブDLはリッチスパイク終了時に直ちに燃料噴射補正量をリーン空燃比相当値FAFLまでステップ状に低減した場合を示している。この場合、大きなトルク変動が生じるが、本実施形態(カーブDS)ではこのトルク変動が生じることが防止される。
【0054】
なお、本実施形態においても、時点t1になると点火時期の遅角は中止され、燃料噴射補正量FAFは、理論空燃比相当値から図4と同じFAF2までステップ状に低減され、その後吸入空気量Gaの増大に応じてリーン空燃比相当値FAFLまで徐々に低減される。すなわち、本実施形態においても、時点t1からteまでの期間には、図4の時点t2からteまでの期間と同一の操作が行われるのである。
【0055】
これにより、本実施形態においてもモーターアシストが得られない場合の理論空燃比からリーン空燃比への切り換え時に機関出力トルク変動と排気性状の悪化とを防止することが可能となる。
図6は、ECU30により実行される本実施形態の空燃比切り換え操作を説明するフローチャートである。本実施形態では、リッチまたは理論空燃比からリーン空燃比への切り換え時に、バッテリSOCが所定値以上である場合にはモータージェネレータ5を作動させてモーターアシストを行いながら空燃比の切り換えを実行し、SOCが所定値以下である場合には、図4、図5で説明した空燃比切り換え制御を行う。
【0056】
図6の切り換え操作では、まずステップ601で現在リッチ空燃比または理論空燃比で機関が運転されているか否かが判断される。リッチ空燃比または理論空燃比で運転されていない場合には、リーン空燃比への切り換えは生じないため、本操作は直ちに終了する。
また、現在機関がリッチ空燃比またはリーン空燃比で運転されている場合には、次にステップ603で現在リーン空燃比への切り換えが要求されているか否か(例えば加速開始、リッチスパイク終了等)が判定され、リーン空燃比への切り換え要求がない場合にはそのまま本操作を終了する。
【0057】
ステップ603でリーン空燃比への切り換え要求がある場合は、次にステップ605で現在バッテリSOCが所定値SOC0以下になっているか否かを判定する。SOC0は、モータージェネレータ5を使用可能なSOCの下限値である。
ステップ605でSOC≧SOC0であった場合、すなわち空燃比切り換え時にモータージェネレータ5を使用することができる場合には、次にステップ607に進み、リーン空燃比への切り換えを行うとともにモーターアシスト操作を行う。これにより、図3に示したように、機関空燃比は直ちにリーン空燃比運転目標値に切り換えられ、機関出力は大きく変動するもののモータージェネレータ5によるトルクが加わるため、全体として図3カーブDに示すような理想的な駆動力変化を得ることができる。
【0058】
ステップ605でSOC<SOC0であった場合、すなわちバッテリの充電量が低くモーターアシストを使うことができない場合には、次にステップ609に進み、図4、図5に示したように、モーターアシストを行うことなく理論空燃比での運転を介してリーン空燃比への切り換えを行う。これにより、モーターアシストが得られない場合であっても、空燃比切り換えに伴う出力トルクの変動と排気性状の悪化が防止される。
【0059】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、モーターアシストを用いずに空燃比切り換え時の機関出力トルク変動と排気ガス性状の悪化を防止可能とする、共通の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明をハイブリッド車用内燃機関に適用した場合の実施形態の全体構成概略を示す図である。
【図2】電子制御ユニット(ECU)の入力と出力とを説明する図である。
【図3】モーターアシストを伴う空燃比切り換えを説明する図である。
【図4】モーターアシストを用いない理論空燃比からリーン空燃比への空燃比切り換え操作を説明する図である。
【図5】モーターアシストを用いないリッチ空燃比からリーン空燃比への空燃比切り換え操作を説明する図である。
【図6】本実施形態の空燃比切り換え制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
1…内燃機関
3…動力切り換え機構
5…モータージェネレータ
9…バッテリー
17…NOX吸蔵還元触媒
30…電子制御ユニット(ECU)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine control device, and more particularly to an internal combustion engine control device that switches an operating air-fuel ratio during engine operation.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine (lean burn engine) that operates with a lean air-fuel ratio air-fuel mixture, a lean air-fuel ratio operation is performed in most of the operating region. In addition, a supercharged lean burn engine provided with a supercharger for the purpose of expanding the lean air-fuel ratio operation region enables lean air-fuel ratio operation even during high load operation. For this reason, in a supercharged lean burn engine, lean air-fuel ratio operation is performed in almost all operating regions except that the lean air-fuel mixture is operated with the stoichiometric air-fuel mixture in some light load regions where combustion tends to be unstable. Is done. For this reason, for example, when the engine load increases due to acceleration from the light load region (theoretical air-fuel ratio operation region), switching from the theoretical air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio may occur during engine operation.
[0003]
Further, when the inflowing exhaust air-fuel ratio is lean, nitrogen oxides (NO in the exhaust) X ) Is absorbed or absorbed, and when the exhaust air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio, NO is stored by reducing components such as CO or HC components in the exhaust. X NO to reduce and purify X When the storage reduction catalyst is used as an exhaust purification catalyst, NO is applied during lean air-fuel ratio operation. X NO stored by the storage reduction catalyst X The air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio for a short time each time the amount of X NO stored in the catalyst by supplying rich air-fuel ratio exhaust gas to the storage reduction catalyst X It is necessary to perform a rich spike operation to reduce and purify.
[0004]
For this reason, NO X In a lean burn engine using an occlusion reduction catalyst as an exhaust purification catalyst, the operating air-fuel ratio is switched between the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio relatively frequently every time the rich spike operation is executed.
However, in the case of a supercharged lean burn engine, there arises a problem that the fluctuation of the engine output torque becomes large when the air-fuel ratio is switched, particularly when the rich or stoichiometric air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio, compared to the case of natural intake.
[0005]
The engine output torque is determined by the amount of fuel combusted in the combustion chamber. Therefore, when switching from rich or stoichiometric air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio during acceleration, the air-fuel ratio is made lean to prevent fluctuations in engine output torque (ie, to maintain the same fuel amount). Therefore, it is necessary to greatly increase the intake air amount of the engine. Further, in acceleration from the stoichiometric air-fuel ratio operation region, etc., it is necessary to increase the amount of fuel. Therefore, it is necessary to further increase the intake air amount of the engine.
[0006]
For this reason, the throttle valve opening greatly increases when switching to the lean air-fuel ratio. However, in the supercharged lean burn engine, in addition to the response delay of the increase in the intake air amount with respect to the normal change in the throttle valve opening, a delay in the increase in the intake air amount occurs due to the so-called turbo lag due to the increase in the boost pressure. The amount of fuel supplied to the engine is determined according to the intake air amount and the air-fuel ratio. However, at the time of switching to the lean air-fuel ratio, the fuel supply amount to the engine is controlled to an amount that maintains the air-fuel ratio lean relative to the actual intake air amount until the intake air amount reaches the target value after switching. Therefore, after the switching, the fuel supply amount is reduced as compared with before the switching until the intake air amount reaches the target value.
[0007]
For this reason, after the air-fuel ratio switching, the engine output torque temporarily decreases, and in a vehicle-mounted engine or the like, there is a problem that the vehicle acceleration performance deteriorates, the driving force fluctuates and the driving performance deteriorates.
In order to compensate for the shortage of engine output torque, for example, in the case of an engine that can drive a vehicle with both an electric motor and an engine, such as a hybrid vehicle, the engine In addition, motor-assisted operation is effective to operate the electric motor to compensate for the lack of engine output.
[0008]
However, even in a hybrid vehicle, when the amount of charge (SOC) of a storage battery (battery) that supplies electric power to the electric motor decreases, the motor cannot be operated, and motor-assisted operation cannot be performed.
Although not related to the lean burn engine, for example,
[0009]
In
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-10-3776
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, only a relatively small increase in driving force can be obtained by changing the characteristics of the electronically controlled throttle valve and the speed change characteristics of the transmission as in
[0012]
By the way, in actuality, when the air-fuel ratio is switched from the rich or stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is gradually adjusted according to the change speed of the intake air amount so that the fuel supply amount to the engine does not change greatly. If it is changed, it is possible to reduce the fluctuation of the engine output torque accompanying the air-fuel ratio switching.
However, when the engine air-fuel ratio is gradually changed in this way, the engine air-fuel ratio becomes longer during the period from the rich or stoichiometric air-fuel ratio to the target lean air-fuel ratio after switching. There is. NO as an exhaust purification catalyst X When using an NOx storage reduction catalyst, the lean air-fuel ratio will reduce NO in the exhaust. X In fact, the catalyst NO X When the amount of occlusion increases, the catalyst NO X The storage capacity is reduced. For this reason, the catalyst NO X When the amount of occlusion increases, in an atmosphere of a lean air-fuel ratio that is relatively close to the stoichiometric air-fuel ratio (for example, a so-called weak lean region having an air-fuel ratio of about 15 to 20), the engine NO X NO due to increased emissions X NO from the storage reduction catalyst X May be released without being purified. Usually, in the lean air-fuel ratio operation, the target air-fuel ratio is set to a so-called strong lean air-fuel ratio of 20 or more. However, when the air-fuel ratio is switched from the rich or stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, the time remaining in this weak lean air-fuel ratio region The longer it gets, the more NO released into the atmosphere X This is not preferable because the amount may increase.
[0013]
Therefore, it is necessary to avoid the air-fuel ratio from staying in the weak lean air-fuel ratio region as much as possible at the time of air-fuel ratio switching, and it is not possible to adopt a countermeasure that gradually changes the air-fuel ratio and suppresses fluctuations in engine output torque.
In view of the above problems, the present invention prevents a decrease in engine output torque when switching an air-fuel ratio in a lean burn engine, particularly when switching from a rich or stoichiometric air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio, thereby reducing the drivability of the vehicle. It is an object of the present invention to provide a control device for an internal combustion engine that can prevent the deterioration of exhaust properties due to air-fuel ratio switching by reducing the time during which the exhaust air-fuel ratio remains in a weak lean air-fuel ratio region.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided a control device for an internal combustion engine that switches an operating air-fuel ratio between a stoichiometric air-fuel ratio or a predetermined rich air-fuel ratio and a predetermined lean air-fuel ratio during engine operation, The engine intake air amount is adjusted at the time of air-fuel ratio switching, the engine driving force at the air-fuel ratio after switching is adjusted, and the engine is theoretically operated from the start of the air-fuel ratio switching until the intake air amount reaches a predetermined value. A control device for an internal combustion engine is provided that prevents engine output fluctuations during air-fuel ratio switching by operating at an air-fuel ratio.
[0015]
That is, in the first aspect of the invention, the fuel supply amount to the engine is controlled so that the engine air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio after switching (for example, the strong lean air-fuel ratio) simultaneously with the start of switching at the time of air-fuel ratio switching. However, the amount of fuel supplied to the engine is controlled so that the engine air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio while the engine intake air amount at the beginning of switching is not sufficiently increased. As a result, a decrease in engine output torque at the time of air-fuel ratio switching is suppressed.
[0016]
In the present invention, the stoichiometric air-fuel ratio operation at the time of switching the air-fuel ratio is stopped when the intake air amount increases to an extent that the reduction range of the engine output torque can be tolerated when switching to the target lean air-fuel ratio. The air-fuel ratio is switched from the stoichiometric air-fuel ratio to the target lean air-fuel ratio. This minimizes the time that the engine is operated at an intermediate air / fuel ratio (e.g., a weak lean air / fuel ratio). X Even when an occlusion reduction catalyst is used, deterioration of exhaust properties is prevented.
[0017]
According to the second aspect of the present invention, the engine intake air amount is smaller than the predetermined value during the theoretical air-fuel ratio operation when the air-fuel ratio is switched from the rich air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio. The control apparatus for an internal combustion engine according to
[0018]
Further, the engine ignition timing is retarded when the engine intake air amount exceeds a predetermined value. As a result, the engine output torque is prevented from significantly increasing by performing the theoretical air-fuel ratio operation at the time of switching to the lean air-fuel ratio. For example, when the engine is operated at a stoichiometric air-fuel ratio, the predetermined value for starting the retard of the ignition timing is a target intake air amount that is set according to the accelerator pedal depression amount (accelerator opening) of the driver. .
[0019]
According to a third aspect of the present invention, the engine includes an electric assist motor that assists rotation of the engine output shaft, a storage battery that supplies electric power to the assist motor, and a charge amount of the storage battery is predetermined. When the air-fuel ratio is greater than or equal to the value, the theoretical air-fuel ratio operation is not performed when the air-fuel ratio is switched, the engine assist shaft rotation is assisted by the electric assist motor, and the air-fuel ratio is immediately switched to the air-fuel ratio after switching. 3. The control device for an internal combustion engine according to
[0020]
That is, according to the third aspect of the present invention, when switching the air-fuel ratio in an engine equipped with an electric assist motor such as a hybrid vehicle engine, if the SOC of the battery is sufficiently high, the motor assist is performed when the air-fuel ratio is switched. To prevent the engine output torque from fluctuating (decreasing) and temporarily holding the air-fuel ratio of
As a result, even in the hybrid vehicle, both the torque fluctuation at the time of switching the air-fuel ratio and the deterioration of the exhaust gas property are prevented regardless of the presence or absence of the SOC.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration when the present invention is applied to an internal combustion engine for a hybrid vehicle.
In FIG. 1, 100 denotes the entire hybrid vehicle, 101 denotes a vehicle body of the
The
[0022]
In this embodiment, the
The output shaft of the
[0023]
The
[0024]
In the present embodiment, NO is provided in the exhaust pipe 15 of the
[0025]
1 is an electronic control unit (ECU) that controls the
[0026]
As shown in FIG. 2, in order to execute these controls on the input / output port of the
[0027]
Further, the
[0028]
The input / output port of the
The electronically controlled
[0029]
Further, the input / output port of the
[0030]
Next, switching of the air-fuel ratio in this embodiment will be described.
In the present embodiment, the
Therefore, at the time of acceleration from the light load region, the operating air-fuel ratio is switched from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio in order to increase the engine output torque.
In such lean air-fuel ratio switching for acceleration, it is necessary to increase the engine output torque immediately after switching.
[0031]
In the present embodiment, NO X The
[0032]
For this reason, the lean air-fuel ratio operation of the
[0033]
In this case, the lean air-fuel ratio operation is resumed after the end of the rich spike operation, so that the rich air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio. At this time, the engine output torque may be the same before and after the switching. preferable.
As described above, it is necessary to significantly increase the engine intake air amount in order to maintain the same engine output torque (fuel amount) when switching (returning) from the rich air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio. is there. Further, in order to increase the engine output after switching such as during acceleration, it is necessary to further increase the intake air amount.
[0034]
However, especially when a supercharged lean burn engine is used as in the present embodiment, a delay due to a turbo lag occurs in addition to a normal response delay of the intake system, and the intake air amount is relatively moderate. Does not increase.
For this reason, immediately after switching, the amount of fuel is reduced to maintain the target lean air-fuel ratio, resulting in a problem that the engine output torque is reduced. FIG. 3 is a timing chart for explaining the decrease in the engine output torque, taking as an example the switching from the stoichiometric air-fuel ratio during acceleration to a lean air-fuel ratio.
[0035]
In FIG. 3, curve A represents a change in throttle valve opening TA during acceleration, B represents a change in intake air amount Ga, and C represents a change in fuel injection correction amount FAF. In the present embodiment, the
[0036]
For example, if the FAF value in the stoichiometric air-fuel ratio (air-fuel ratio A / F = 14.6) operation is FAFS, the FAF value FAFL in the lean air-fuel ratio operation (A / F = 25) is FAFL = (14.6 / 25 ) FAFS.
Also, curves D and DL in FIG. 3 show changes in engine output torque TQ, curve D shows an ideal torque change (increase) during acceleration, and curve DL shows an actual torque change.
[0037]
Further, curve E shows the change in engine air-fuel ratio A / F.
Curves A to E show switching from the stoichiometric air-fuel ratio operation to the lean air-fuel ratio at the time of acceleration, and the horizontal axis (time axis) ts during steady operation at the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.6). The case where acceleration starts at a point is shown.
When acceleration is started (ts), the throttle valve opening TA (curve A) is changed to the target opening TA after switching. 0 The fuel injection correction amount FAF is decreased stepwise from FAFS to FAFL (curve C). Further, since the throttle valve opening TA has increased, the engine intake air amount Ga starts to increase. However, because of the turbo lag, the increase speed is relatively slow, and the target intake air amount Ga corresponding to the throttle valve opening TA. 0 The time point te is reached (curve B).
[0038]
For this reason, at the start of acceleration (ts), although the intake air amount Ga does not increase, the fuel injection amount is greatly reduced because the FAF is stepped down to FAFL, and the engine output torque TQ Falls significantly (curve DL).
Thereafter, the intake air amount Ga increases with the passage of time, and the actual engine output TQ also increases and reaches the target torque at the time te, but the torque change necessary for obtaining smooth acceleration (curve D) As compared with, the decrease in torque becomes larger and the time to reach the target torque becomes longer.
[0039]
However, in this case, the air-fuel ratio A / F is switched from the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.6) to the lean air-fuel ratio (A / F = 25) in a stepped manner, and the time during which the air-fuel ratio remains at the intermediate air-fuel ratio Is minimized (curve E).
As described above, even if the air-fuel ratio is not switched stepwise in the case of FIG. 3, the engine output torque is prevented from changing if the air-fuel ratio is gradually switched according to the increase of the intake air amount Ga. However, in this embodiment, NO X Since exhaust gas purification using the
[0040]
In the present embodiment, when the battery SOC is sufficiently high, the
[0041]
However, when the battery SOC is insufficient, the motor assist cannot be performed, so that there is a problem that the vehicle driving torque has a torque fluctuation like the curve DL.
In the present embodiment, the torque fluctuation can be suppressed even when the motor assist cannot be performed by maintaining the operating air-fuel ratio at the theoretical air-fuel ratio for a predetermined time when switching to the lean air-fuel ratio.
[0042]
FIG. 4 is a timing chart similar to FIG. 3 for explaining the air-fuel ratio switching operation without motor assistance in the present embodiment. In FIG. 4, curves A to E represent the throttle valve opening TA, the intake air amount Ga, the fuel injection correction amount FAF, the engine output torque TQ, and the air-fuel ratio A / F, respectively, as in FIG. Indicates the ignition timing of the engine. In the engine output torque curve, D represents an ideal output torque change, DL represents the same conventional actual torque change as in FIG. 3, and DS represents the engine output torque change of the present embodiment.
[0043]
In the acceleration of FIG. 4, the throttle valve opening TA is set to TA at the acceleration start time ts. 0 The fuel correction amount FAF is set to the theoretical air-fuel ratio equivalent value FAFS (curve C).
For this reason, in this embodiment, since the air-fuel ratio does not become lean at the time of switching, the fuel injection amount does not decrease. Therefore, the actual engine output torque DS increases without decreasing, becomes larger than the conventional torque change DL, and becomes slightly higher than the ideal torque change.
[0044]
However, if the intake air amount Ga increases while maintaining the FAF at the stoichiometric air-fuel ratio equivalent value FAFS, the output torque of the engine becomes excessive, and a driving torque more than expected by the driver is generated. Therefore, in the present embodiment, at time t1, the ignition timing is retarded as shown by curve I.
Here, the time point t1 is a time point when the engine intake air amount Ga reaches the stoichiometric air-fuel ratio equivalent air amount Gas (curve B).
[0045]
As described above, an electronically controlled throttle valve is used in this embodiment, and the throttle valve opening is not mechanically connected to the accelerator pedal. In this embodiment, the throttle valve opening is set in advance according to the accelerator pedal depression amount (accelerator opening) of the driver, the engine speed, and the engine operating air-fuel ratio. In this case, even if the accelerator opening and the engine speed are the same, the throttle valve opening is set small and the intake air amount is small in the theoretical air-fuel ratio operation, but the fuel injection amount is the same as the accelerator opening and the engine speed. If the numbers are the same, they are almost the same regardless of the engine air-fuel ratio.
[0046]
The stoichiometric air-fuel ratio equivalent air amount Gas is a target intake air amount when the stoichiometric air-fuel ratio operation is performed at the same accelerator opening as the throttle valve opening (curve A) at the target lean air-fuel ratio. As described above, if the fuel injection amount of the engine is the same, the engine output torque is almost the same regardless of whether it is the theoretical air-fuel ratio operation or the lean air-fuel ratio operation. The theoretical air-fuel ratio equivalent air amount is the target intake air amount Ga at the target lean air-fuel ratio during acceleration. 0 This is the intake air amount when the theoretical air-fuel ratio operation is performed with the same amount of fuel that is injected into the engine.
[0047]
In other words, the engine output torque when the theoretical air-fuel ratio operation is performed with the intake air amount Gas is the target intake air amount Ga during the lean air-fuel ratio operation. 0 The engine output torque when the lean air-fuel ratio operation is performed is almost the same.
That is, in this embodiment, since the theoretical air-fuel ratio operation is continued even after the acceleration is started, the engine intake air amount is set to the target Ga. 0 The final target torque TQ for the lean air-fuel ratio operation at the time t1 when the gas reaches smaller Gas 0 If (curve DS) is reached and the intake air amount further increases, the engine output torque becomes excessive.
In order to prevent this, in the present embodiment, the theoretical air-fuel ratio operation is continued even after the acceleration is started, but the retard of the ignition timing IG is started from the time (t1) when the intake air amount reaches the stoichiometric air-fuel ratio equivalent air amount Gas. Then, the retard amount is increased in accordance with the increase of the intake air amount Ga, and the engine output torque during the theoretical air-fuel ratio operation becomes the final target torque TQ. 0 Torque control is performed so as not to become above.
[0048]
Thereby, after the time point t1, even if the intake air amount Ga increases, the engine output torque is almost the final target torque TQ. 0 Will be maintained.
At time t2 in this state, the retard of the ignition timing is stopped, and the fuel correction amount FAF is reduced stepwise to a predetermined value FAF2 between the theoretical air-fuel ratio equivalent value FAFS and the lean air-fuel ratio equivalent value FAFL. Here, FAF2 is set to a value at which an air-fuel ratio slightly higher than the weak lean air-fuel ratio can be obtained. At time t2, even if the value of the intake air amount Ga changes the fuel injection correction amount and the ignition timing in steps, This is the time when the engine output torque fluctuation before and after the change falls within the allowable range, and is determined in detail by an experiment using an actual engine.
[0049]
That is, at the time point t2, the ignition timing retardation is stopped and the fuel injection correction amount FAF is reduced stepwise, but the engine output torque DS hardly changes and the air-fuel ratio A / F (curve E) is further reduced. The air-fuel ratio changes stepwise from the stoichiometric air-fuel ratio to a slightly higher air-fuel ratio than the weak lean air-fuel ratio.
Thereafter, the fuel injection correction amount FAF is gradually reduced as the intake air amount Ga increases, and the intake air amount becomes the final target air amount Ga. 0 At the time te when the air-fuel ratio reaches the lean air-fuel ratio equivalent value FAFL (curve C), the air-fuel ratio reaches the lean air-fuel ratio (A / F = 25) which is the lean operation target air-fuel ratio.
[0050]
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, when switching from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio at the time of acceleration, the stoichiometric air-fuel ratio is reached from the start of switching until the engine intake air amount reaches a predetermined value (time point t2). While the operation is continued, after the air amount reaches the stoichiometric air-fuel ratio equivalent air amount Gas (time point t1), the ignition timing is retarded, so that the engine output fluctuation and the exhaust property at the time of air-fuel ratio switching without motor assist are performed. And prevent the deterioration.
[0051]
Next, FIG. X Occlusion NO of
As shown in FIG. 5, during the rich spike operation (before time ts), the intake air amount Ga is maintained the same as when the stoichiometric air-fuel ratio operation is performed, and the fuel injection correction amount FAF is the rich air-fuel ratio equivalent value FAFR. (Curve C), the engine operating air-fuel ratio A / F is maintained at a rich air-fuel ratio of about 13, for example. In this case, the ignition timing IG is held at a retarded angle (curve I) in order to prevent an increase in engine output accompanying an increase in fuel.
[0052]
When the rich spike ends in this state (time point ts), the throttle valve opening is stepped to the target opening TA during lean air-fuel ratio operation. 0 (Curve A), and the intake air amount Ga starts to increase from the stoichiometric air-fuel ratio equivalent air amount Gas (curve B). The fuel injection correction amount FAF is reduced stepwise from the rich air-fuel ratio equivalent value FAFR to the stoichiometric air-fuel ratio equivalent value FAFS (curve C), and the air-fuel ratio A / F becomes the stoichiometric air-fuel ratio (curve E). In this state, since the air amount has already reached the stoichiometric air-fuel ratio equivalent value Gas, after the engine ignition timing IG is once returned to zero, the retard amount is increased according to the increase in the air amount Ga. Increasing (Curve I).
[0053]
As a result, the engine output torque TQ is substantially constant TQ. 0 (Curve DS). A curve DL in FIG. 5 shows a case where the fuel injection correction amount is reduced stepwise to the lean air-fuel ratio equivalent value FAFL immediately after the end of the rich spike. In this case, a large torque fluctuation occurs, but in this embodiment (curve DS), the torque fluctuation is prevented from occurring.
[0054]
Also in the present embodiment, when the time t1 is reached, the retard of the ignition timing is stopped, and the fuel injection correction amount FAF is reduced stepwise from the stoichiometric air-fuel ratio equivalent value to the same FAF2 as in FIG. 4, and then the intake air amount It is gradually reduced to a lean air-fuel ratio equivalent value FAFL as Ga increases. That is, also in this embodiment, the same operation as the period from time t2 to te in FIG. 4 is performed in the period from time t1 to te.
[0055]
As a result, even in this embodiment, it is possible to prevent engine output torque fluctuations and deterioration of exhaust properties when switching from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio when motor assist cannot be obtained.
FIG. 6 is a flowchart illustrating the air-fuel ratio switching operation of the present embodiment that is executed by the
[0056]
In the switching operation of FIG. 6, first, at
If the current engine is operating at a rich air-fuel ratio or a lean air-fuel ratio, it is next determined in
[0057]
If there is a request for switching to the lean air-fuel ratio in
In
[0058]
In
[0059]
【The invention's effect】
According to the invention described in each claim, there is a common excellent effect that can prevent fluctuations in engine output torque and deterioration of exhaust gas properties at the time of air-fuel ratio switching without using motor assist.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration outline of an embodiment when the present invention is applied to an internal combustion engine for a hybrid vehicle.
FIG. 2 is a diagram illustrating input and output of an electronic control unit (ECU).
FIG. 3 is a diagram illustrating air-fuel ratio switching with motor assist.
FIG. 4 is a diagram illustrating an air-fuel ratio switching operation from a theoretical air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio without using motor assist.
FIG. 5 is a diagram illustrating an air-fuel ratio switching operation from a rich air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio without using motor assist.
FIG. 6 is a flowchart illustrating air-fuel ratio switching control according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
1. Internal combustion engine
3. Power switching mechanism
5. Motor generator
9 ... Battery
17 ... NO X Occlusion reduction catalyst
30 ... Electronic control unit (ECU)
Claims (3)
前記空燃比切り換え時に機関吸入空気量を調節して切り換え後の空燃比における機関駆動力を調節し、
前記空燃比切り換え開始時から吸入空気量が予め定めた値に到達するまでの間、機関を理論空燃比で運転することにより空燃比切り換え時の機関出力変動を防止する、内燃機関の制御装置。A control device for an internal combustion engine that switches an operating air-fuel ratio between a stoichiometric air-fuel ratio or a predetermined rich air-fuel ratio and a predetermined lean air-fuel ratio during engine operation,
Adjusting the engine intake air amount at the time of air-fuel ratio switching and adjusting the engine driving force at the air-fuel ratio after switching,
A control apparatus for an internal combustion engine, which prevents engine output fluctuation at the time of air-fuel ratio switching by operating the engine at a stoichiometric air-fuel ratio from the start of the air-fuel ratio switching until the intake air amount reaches a predetermined value.
更に、蓄電池の充電量が予め定めた値以上の場合には、前記空燃比切り換え時に前記理論空燃比運転を行わず、前記電動アシストモーターにより機関出力軸の回転捕補助を行うとともに空燃比を直ちに切り換え後の空燃比に切り換え、前記蓄電池の充電量が前記予め定めた値以下の場合には、前記空燃比切り換え時に前記理論空燃比運転を行う、請求項1または請求項2に記載の内燃機関の制御装置。The engine includes an electric assist motor that assists rotation of the engine output shaft, and a storage battery that supplies electric power to the assist motor.
Further, when the charge amount of the storage battery is equal to or greater than a predetermined value, the theoretical air-fuel ratio operation is not performed when the air-fuel ratio is switched, the engine assist shaft rotation is assisted by the electric assist motor, and the air-fuel ratio is immediately set. 3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein when the charge amount of the storage battery is equal to or less than the predetermined value, the theoretical air-fuel ratio operation is performed when the air-fuel ratio is switched. Control device.
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