阅读说明：本技术 内燃机的控制装置及控制方法 (Control device and control method for internal combustion engine ) 是由 野濑勇喜 池田悠人 正源寺良行 安藤广和 于 2019-08-02 设计创作，主要内容包括：提供一种内燃机的控制装置及控制方法。内燃机的控制装置构成为控制内燃机。内燃机具备缸内喷射阀、端口喷射阀、点火装置、排气通路及三元催化剂装置。控制装置具备燃料导入处理部。燃料导入处理部构成为,实施使导入到汽缸的燃料与空气的混合气不在该汽缸内燃烧而向排气通路导入的燃料导入处理。燃料导入处理部构成为,在仅缸内喷射阀及端口喷射阀中的端口喷射阀执行燃料喷射的状态下实施燃料导入处理。(A control device and a control method for an internal combustion engine are provided. The control device for an internal combustion engine is configured to control the internal combustion engine. An internal combustion engine is provided with an in-cylinder injection valve, a port injection valve, an ignition device, an exhaust passage, and a three-way catalyst device. The control device is provided with a fuel introduction processing part. The fuel introduction processing unit is configured to perform fuel introduction processing for introducing a mixture of fuel and air introduced into the cylinder into the exhaust passage without combusting the mixture in the cylinder. The fuel introduction processing unit is configured to perform the fuel introduction processing in a state where fuel injection is performed by only one of the in-cylinder injection valve and the port injection valve.)

内燃机的控制装置及控制方法

技术领域

本公开涉及在排气通路设置有三元催化剂装置的内燃机的控制装置及控制方法。

背景技术

在美国专利申请公开第2014/0041362号说明书中记载了一种缸内喷射式的内燃机，其具备设置于排气通路的三元催化剂装置、设置于该排气通路中的比三元催化剂装置靠下游的位置的颗粒捕集用的捕集器、以及向汽缸内喷射燃料的缸内喷射阀。在这样的内燃机中，通过将在汽缸内生成的颗粒向捕集器捕集，可抑制该颗粒向外气的放出。由于捕集到的颗粒会逐渐在捕集器堆积，所以若放任该堆积不管，则最终可能会因堆积的颗粒而导致捕集器堵塞。

对此，上述内燃机在车辆的惯性行驶中通过实施用于将三元催化剂装置升温的燃料导入处理，从而通过燃烧来净化堆积于捕集器的颗粒。在燃料导入处理中，通过在停止了火花塞的火花的状态下实施缸内喷射阀的燃料喷射，使混合气不在汽缸内燃烧而向排气通路导入。此时的导入到排气通路的未燃的混合气向三元催化剂装置流入并在该三元催化剂装置内燃烧。当通过因该燃烧而产生的热而三元催化剂装置的温度提高后，从该三元催化剂装置流出而向捕集器流入的气体的温度也会变高。并且，当接受高温的气体的热而捕集器的温度上升为颗粒的着火点时，堆积于该捕集器的颗粒燃烧而被净化。

此外，已知有采用双喷射方式作为燃料喷射方式的内燃机。在双喷射方式中，由向进气端口内喷射燃料的端口喷射阀、和向汽缸内喷射燃料的缸内喷射阀这两种燃料喷射阀来进行燃料喷射。与此相对，虽然在上述文献中公开了缸内喷射式的内燃机中的燃料导入处理的实施方案，但尚未提出关于双喷射方式的内燃机中的燃料导入处理的具体的实施方案的提案。

发明内容

第1技术方案提供一种构成为控制内燃机的控制装置。内燃机具备：缸内喷射阀，向汽缸内喷射燃料；端口喷射阀，向进气端口内喷射燃料；点火装置，利用火花对导入到汽缸内的混合气进行点火；排气通路，供从汽缸内排出的气体流动；及三元催化剂装置，设置于排气通路，另外，上述内燃机的控制装置具备燃料导入处理部，该燃料导入处理部构成为，实施使导入到汽缸的燃料与空气的混合气不在该汽缸内燃烧而向排气通路导入的燃料导入处理。燃料导入处理部构成为，在仅缸内喷射阀及端口喷射阀中的端口喷射阀执行燃料喷射的状态下实施燃料导入处理。

当通过燃料导入处理向排气通路导入未燃的混合气时，未燃的混合气向三元催化剂装置流入并在该三元催化剂装置内燃烧。并且，通过因该燃烧而产生的热，三元催化剂装置的温度即催化剂温度提高。若此时的燃料喷射量过多，则有时催化剂温度会过度上升。此外，关于能够使催化剂温度在温度不会过度上升的范围内适度地上升的燃料喷射量(以下，记为适当喷射量)，吸入空气量越少则其越少，内燃机转速越高则其越少。

另一方面，燃料喷射阀每一次喷射的燃料喷射量中存在成为下限的量，即最小喷射量。在上述的适当喷射量小于最小喷射量的情况下，不再能将催化剂温度的上升保留在适度的范围内。另一方面，缸内喷射阀具有高的燃料喷射压以向接受活塞的压缩而成为高压的汽缸内喷射燃料。缸内喷射阀的最小喷射量比端口喷射阀的最小喷射量多。因而，在由缸内喷射阀进行燃料导入处理中的燃料喷射的情况下，与由端口喷射阀进行该燃料喷射的情况相比，容易成为适当喷射量小于最小喷射量的状况。关于这一点，上述内燃机的控制装置中的燃料导入处理部在仅缸内喷射阀及端口喷射阀中的端口喷射阀执行燃料喷射的状态下实施燃料导入处理。因而，在具备端口喷射阀及缸内喷射阀这两种燃料喷射阀的内燃机中，能够合适地实施用于使混合气不在汽缸中燃烧而向排气通路导入的排气导入处理。

第2技术方案提供一种控制内燃机的控制方法。所述内燃机具备：缸内喷射阀，向汽缸内喷射燃料；端口喷射阀，向进气端口内喷射燃料；点火装置，利用火花对导入到所述汽缸内的混合气进行点火；排气通路，供从所述汽缸内排出的气体流动；及三元催化剂装置，设置于所述排气通路。所述方法包括实施使导入到所述汽缸的燃料与空气的混合气不在该汽缸内燃烧而向所述排气通路导入的燃料导入处理的步骤。所述燃料导入处理在仅所述缸内喷射阀及所述端口喷射阀中的所述端口喷射阀执行燃料喷射的状态下进行。

附图说明

图1是示出内燃机的控制装置的实施方式的构成的示意图。

图2是设置于该控制装置的燃料导入处理部所执行的燃料导入处理例程的流程图。

图3是示出该燃料导入处理部的燃料导入处理的实施方案的时间图。

具体实施方式

以下，参照图1～图3详细地说明内燃机的控制装置的一实施方式。

如图1所示，内燃机10具备具有收纳活塞11的汽缸12的汽缸体13、和固定于汽缸体13的汽缸盖14。活塞11经由连杆15连结于曲轴16。连杆15及曲轴16构成将汽缸12内的活塞11的往复运动变换为曲轴16的旋转运动的曲轴机构。

在汽缸12连接有作为向该汽缸12的空气的导入路的进气通路17、和作为因汽缸12内的燃烧而产生的排气的排出路的排气通路26。在汽缸盖14形成有成为进气通路17中的向汽缸12连接的连接部分的进气端口20、和成为排气通路26中的向汽缸12连接的连接部分的排气端口27。另外，在汽缸盖14设置有相对于进气端口20选择性地开闭汽缸12的气门即进气门21、和相对于排气端口27选择性地开闭汽缸12的气门即排气门28。而且，在汽缸盖14设置有向进气端口20内喷射燃料的端口喷射阀22、和向汽缸12内喷射燃料的缸内喷射阀23。另外，在汽缸盖14设置有利用火花对导入到汽缸12内的混合气进行点火的点火装置24。

在进气通路17设置有检测在该进气通路17中流动的空气的流量(吸入空气量GA)的空气流量计18。而且，在进气通路17中的比空气流量计18靠下游的位置设置有作为用于调整吸入空气量GA的气门的节气门19。另一方面，在排气通路26设置有在将排气中的CO及HC氧化的同时将NOx还原的三元催化剂装置29。另外，在排气通路26中的比三元催化剂装置29靠下游的位置设置有颗粒捕集用的捕集器30。而且，在排气通路26中的比三元催化剂装置29靠上游的位置设置有检测在排气通路26中流动的气体的氧浓度，即混合气的空燃比ABYF的空燃比传感器31。另外，在排气通路26中的三元催化剂装置29与捕集器30之间设置有检测从三元催化剂装置29流出的气体的温度即催化剂出气体温度THC的催化剂出气体温度传感器32。

内燃机10的控制装置33构成为具有执行用于控制的运算处理的运算处理电路、和存储有控制用的程序、数据的存储器的微计算机。对控制装置33输入上述的空气流量计18、空燃比传感器31、催化剂出气体温度传感器32的检测信号。另外，对控制装置33输入检测曲轴16的旋转角即曲轴角θc的曲轴角传感器34、检测车辆的行驶速度即车速V的车速传感器35、以及检测加速器踏板36的操作量即加速器开度ACC的加速器位置传感器37的检测信号。并且，控制装置33基于上述的传感器34～37的检测结果，通过控制节气门19的开度、端口喷射阀22及缸内喷射阀23的燃料喷射量和正时、点火装置24的火花的实施正时(点火正时)等参数，从而根据车辆的行驶状况来控制内燃机10的运转状态。此外，控制装置33根据曲轴角θc的检测结果来运算内燃机10的转速(内燃机转速NE)。

内燃机10的燃烧运转中的控制装置33根据该内燃机10的运转状况(内燃机转速NE、吸入空气量GA等参数)而从端口喷射模式、缸内喷射模式以及分流喷射模式中选择喷射模式来进行燃料喷射控制。在端口喷射模式中由端口喷射阀22喷射要求的量的燃料的全部，在缸内喷射模式中由缸内喷射阀23喷射要求的量的燃料的全部。并且，在分流喷射模式中，由端口喷射阀22喷射要求的量的燃料的一部分，由缸内喷射阀23喷射剩余的燃料。

而且，控制装置33具备燃料导入处理部33A作为处理电路，该燃料导入处理部33A实施用于将设置于排气通路26的三元催化剂装置29升温的燃料导入处理。燃料导入处理部33A构成为，通过在停止了点火装置24的火花的状态下执行燃料喷射来实施燃料导入处理。此外，在本实施方式中，燃料导入处理部33A以防止捕集器30的堵塞为目的来实施燃料导入处理。

图2示出燃料导入处理的实施涉及的燃料导入处理例程的流程图。本例程在控制装置33的起动中，由燃料导入处理部33A每隔规定的控制周期反复执行。

当本例程的处理开始后，首先在步骤S100中，燃料导入处理部33A判定燃料导入处理的实施标志是否处于设立状态。并且，在燃料导入处理的实施标志处于清除状态的情况下(否(NO))，就这样结束此次的本例程的处理。在该实施标志处于设立状态的情况下(是(YES))，处理进入步骤S110。此外，燃料导入处理的实施标志是以处于设立状态来表示燃料导入处理的实施条件成立的标志，是以处于清除状态来表示该实施条件不成立的标志。在本实施方式中，以使得在满足下述的条件(1)～(3)的全部的情况下成立的方式设定燃料导入处理的实施条件。

(1)燃料切断执行标志处于设立状态。燃料切断执行标志是表示在车辆的惯性行驶中停止内燃机10的燃料喷射及火花(点火)的、所谓的减速时燃料切断的执行条件成立的标志。具体而言，在加速器开度ACC为0且车速V为一定的值以上的情况下设立燃料切断执行标志。并且，在该标志设立后加速器踏板36被踩踏而要求了车辆的再加速的情况或者车速V下降为规定的恢复速度以下的情况下，清除燃料切断执行标志。

(2)正在要求三元催化剂装置29的升温。如上所述，在本实施方式中，为了以基于堆积于捕集器30的颗粒的燃烧的净化为目的的三元催化剂装置29的升温而实施燃料导入处理。控制装置33根据内燃机10的运转状态来推定堆积于捕集器30的颗粒的量。控制装置33在该推定量超过了一定的值时要求三元催化剂装置29的升温。

(3)从排气通路26内扫出了已燃气体。在内燃机10的燃烧刚停止后，在排气通路26内残留有已燃气体。在本实施方式中，从排气通路26内的气体成为从已燃气体置换为空气的状态起开始燃料导入处理。具体而言，根据减速时燃料切断持续了一定的时间以上这一情况，判定为扫出了上述已燃气体。

在燃料导入处理的实施标志处于设立状态(S100：是)，从而处理进入步骤S110时，在该步骤S110中，设定端口喷射模式作为内燃机10的喷射模式。然后，在接下来的步骤S120中，进行端口喷射阀22的要求喷射量及要求喷射正时的运算。

燃料导入处理部33A在进行此时的端口喷射阀22的要求喷射量的运算时，首先基于吸入空气量GA来决定向三元催化剂装置29投入的每单位时间的燃料的量即催化剂燃料投入量。燃料导入处理中的三元催化剂装置29接受因该三元催化剂装置29的内部中的燃料的燃烧而产生的热，另一方面，由通过的气体夺走热。催化剂燃料投入量越多则此时的三元催化剂装置29所接受的热量越大，通过三元催化剂装置29的气体的流量越多则被夺走的热量越大。在汽缸12中不进行燃烧的燃料导入处理中，通过三元催化剂装置29的气体的流量与吸入空气量GA大致相等。因而，若催化剂燃料投入量相同，则与吸入空气量GA多时相比，在该吸入空气量GA少时催化剂温度更容易上升。于是，在本实施方式中，以使得在该吸入空气量GA少时成为比吸入空气量GA多时少的量的方式决定催化剂燃料投入量。接着，燃料导入处理部33A基于催化剂燃料投入量和内燃机转速NE，运算出与催化剂燃料投入量相应的量的燃料投入所需的每一次喷射的端口喷射阀22的喷射量来作为要求喷射量的值。即，根据内燃机转速NE求出内燃机10的每单位时间的燃料喷射的次数，运算出催化剂燃料投入量除以该喷射的次数而得到的商来作为要求喷射量的值。

另外，燃料导入处理部33A如下述那样设定端口喷射阀22的要求喷射正时。在进行内燃机10的燃烧运转中的端口喷射模式或分流喷射模式下的端口喷射阀22的燃料喷射时，控制装置33以使得在进气门21打开前开始燃料喷射的方式设定端口喷射阀22的喷射正时。并且，由此，可延长从喷射到汽缸12内的燃烧为止的时间，从而促进喷射出的燃料的汽化。与此相对，燃料导入处理部33A以使得在进气门21打开后开始燃料喷射的方式设定燃料导入处理中的端口喷射阀22的喷射正时。这是基于以下的理由。在燃料导入处理中，不进行汽缸12中的燃烧，燃料在向三元催化剂装置29流入之前汽化即可。另一方面，端口喷射阀22喷射出的燃料的一部分附着于进气端口20的壁面、进气门21。与在进气门21的关闭中的进气端口20内的进气的流动停滞的期间进行燃料喷射的情况相比，在进气正在进气端口20内流动的期间进行燃料喷射的情况下这样的燃料的附着量变少。因而，在本实施方式中，通过将进气门21打开后的从进气端口20向汽缸12流入的气流变强的正时设定为要求喷射正时，可抑制燃料附着。

接着，在步骤S130中，燃料导入处理部33A判定要求喷射量是否为端口喷射阀22的最小喷射量以上。在此，在要求喷射量为最小喷射量以上的情况下(S130：是)，在步骤S140中，在根据要求喷射量及要求喷射正时的运算结果而指示了向端口喷射阀22的燃料喷射后，结束此次的本例程的处理。与此相对，在要求喷射量小于端口喷射阀22的最小喷射量的情况下(S130：否)，燃料导入处理部33A不指示燃料喷射，即不实施燃料喷射，结束此次的本例程的处理。

顺便一提，在燃料切断执行标志处于设立状态但燃料导入处理的实施标志处于清除状态的情况下，控制装置33执行内燃机10的减速时燃料切断。即，此时的控制装置33停止端口喷射阀22及缸内喷射阀23双方的燃料喷射，并且停止点火装置24的火花。由此，在燃料切断执行标志处于设立状态的情况下实施减速时燃料切断及燃料导入处理中的任一个，在任一情况下均停止内燃机10的燃烧运转。

对本实施方式的作用及效果进行说明。

图3示出本实施方式中的燃料导入处理的实施方案的一个例子。在图3中，在从时刻t1到时刻t3为止的期间，燃料切断执行标志处于设立状态，在该期间，停止内燃机10的燃烧运转。顺便一提，在该图的例子中，时刻t1以前的期间及时刻t3以后的期间的内燃机10的燃烧运转在缸内喷射模式下进行。

当在时刻t1设立了燃料切断执行标志时，停止点火装置24的火花和端口喷射阀22及缸内喷射阀23的燃料喷射，开始内燃机10的减速时燃料切断。并且，之后，在排气通路26的扫气完成了的时刻t2设立燃料导入处理的实施标志。

当在时刻t2设立了燃料导入处理的实施标志时，开始端口喷射阀22的燃料喷射。另一方面，此时点火装置24的火花保持停止的状态。因而，此时的由端口喷射阀22喷射出的燃料不在汽缸12中燃烧而以未燃状态向排气通路26排出。即，导入到汽缸12的燃料与空气的混合气不在该汽缸12内燃烧而以未燃的状态向排气通路26导入。导入到排气通路26的未燃的混合气向三元催化剂装置29流入并在该三元催化剂装置29的内部燃烧。并且，通过因该燃烧而产生的热而三元催化剂装置29的温度(以下，记为催化剂温度)提高。当催化剂温度提高时，从三元催化剂装置29流出并向捕集器30流入的气体的温度也会变高，接受该气体的热而捕集器30的温度也提高。由此，当捕集器30的温度成为颗粒的着火点以上时，堆积于该捕集器30的颗粒燃烧而被净化。

当在时刻t3清除了燃料切断执行标志时，同时也清除燃料导入处理的实施标志。并且，在该时刻t3再次开始点火装置24的火花，并且开始缸内喷射阀23的燃料喷射，通过缸内喷射模式而再次开始内燃机10的燃烧运转。

如上所述，本实施方式中的燃料导入处理部33A通过端口喷射阀22来执行燃料导入处理中的燃料喷射。即，燃料导入处理部33A在仅缸内喷射阀23及端口喷射阀22中的端口喷射阀22执行燃料喷射的状态下实施燃料导入处理。

若向燃料导入处理中的三元催化剂装置29投入了过大的量的燃料，则催化剂温度可能会过度上升。另一方面，端口喷射阀22无法使每一次喷射的燃料喷射量小于最小喷射量，所以若在要求喷射量小于最小喷射量的情况下实施端口喷射阀22的燃料喷射，则会向三元催化剂装置29投入过大的量的燃料。于是，在本实施方式中，在要求喷射量小于端口喷射阀22的最小喷射量的情况下(S130：否)，不实施燃料喷射。此外，在这样的情况下，在内燃机10的运转状态(内燃机转速NE、吸入空气量GA)处于要求喷射量小于端口喷射阀22的最小喷射量的状态的期间，基于燃料导入处理的三元催化剂装置29的升温会停滞。

在此，考虑由缸内喷射阀23替代端口喷射阀22来进行燃料导入处理中的燃料喷射。缸内喷射阀23需要向接受由活塞11进行的压缩而成为高压的汽缸12内喷射燃料，所以将该缸内喷射阀23的燃料的喷射压设为大幅度地高于端口喷射阀22的压力。另一方面，对于端口喷射阀22及缸内喷射阀23中的任一个，在一次喷射所需的时间中均存在成为下限的时间(最小喷射时间)。喷射压越高则最小喷射时间内的通过燃料喷射所喷射的燃料的量(最小喷射量)越多。技术上难以将缸内喷射阀23的最小喷射时间设为大幅度地短于端口喷射阀22的最小喷射时间的时间，所以缸内喷射阀23的最小喷射量比端口喷射阀22的最小喷射量多。由此，在由缸内喷射阀23来进行燃料导入处理中的燃料喷射的情况下，与由端口喷射阀22来进行的情况相比，要求喷射量小于最小喷射量而成为停止燃料喷射的状况的机会变多。由此，与由缸内喷射阀23来进行相比，在由端口喷射阀22来进行的情况下在能够通过燃料导入处理来将三元催化剂装置29升温的机会多这一点上有利。

另外，当缸内喷射阀23喷射燃料时，燃料会附着于该缸内喷射阀23的喷射口、其周边。在不进行汽缸12中的燃烧的燃料导入处理中，汽缸12内的温度低，成为附着于缸内喷射阀23的喷射口、其周边的燃料的汽化难以进展的状态。因而，在由缸内喷射阀23来进行燃料导入处理中的燃料喷射的情况下，有时在大量的燃料附着于喷射口、其周边的状态下再次开始内燃机10的燃烧运转。并且，之后，通过暴露于汽缸12内的燃烧的热而沉积物化的附着燃料，可能会使缸内喷射阀23的喷射口发生堵塞。由此，与由缸内喷射阀23来进行燃料导入处理中的燃料喷射相比，在由端口喷射阀22来进行燃料导入处理中的燃料喷射的情况下在可抑制向缸内喷射阀23的喷射口的沉积物的堆积这一点上也有利。

本实施方式能够如以下这样变更而实施。本实施方式及以下的变更例能够在技术上不矛盾的范围内互相组合而实施。

·在上述实施方式中，通过在停止了点火装置24的火花的状态下进行燃料喷射来向排气通路26导入未燃的混合气。此外，能够通过点火装置24的火花来进行汽缸12内的混合气的点火的正时限定于压缩上止点附近的期间。即，存在即使执行火花，汽缸12内的混合气也不燃烧的期间。由此，通过在这样的期间执行点火装置24的火花并进行燃料喷射，也能够实施将未燃的混合气向排气通路26导入的燃料导入处理。

·在上述实施方式中，以基于堆积于捕集器30的颗粒的燃烧的净化为目的实施了燃料导入处理，但也可以为了其以外的目的下的三元催化剂装置29的升温而进行该燃料导入处理。例如，在催化剂温度下降而三元催化剂装置29的排气净化能力下降时，可考虑为了恢复该排气净化能力而进行催化剂升温控制。

·在上述实施方式中，在车辆的惯性行驶中的减速时燃料切断的执行条件成立时进行了燃料导入处理，但只要是能够在停止了内燃机10的燃烧的状态下维持曲轴16的旋转的状况即可，也可以在车辆的惯性行驶中以外的状况下实施燃料导入处理。在除了内燃机之外还搭载有马达作为驱动源的混合动力车辆中，存在能够在停止了内燃机的燃烧运转的状态下利用马达的动力来使曲轴旋转的混合动力车辆。在这样的混合动力车辆中，也能够一边利用马达的动力使曲轴旋转一边实施燃料导入处理。

·作为控制装置33或燃料导入处理部33A，不限于具备CPU和存储器且执行软件处理的构成。例如，也可以具备对在上述各实施方式中进行软件处理的处理中的至少一部分进行硬件处理的专用的硬件电路(例如ASIC等)。即，控制装置或燃料导入处理部33A是以下的(a)～(c)中的任一构成即可。(a)具备根据程序来执行上述处理的全部的处理装置和存储程序的ROM等程序存储装置。(b)具备根据程序来执行上述处理的一部分的处理装置及程序存储装置、和执行剩余的处理的专用的硬件电路。(c)具备执行上述处理的全部的专用的硬件电路。在此，具备处理装置及程序存储装置的软件处理电路、专用的硬件电路也可以是多个。即，上述处理由具备一个或多个软件处理电路及一个或多个专用的硬件电路中的至少一方的处理电路执行即可。