JP2006104985A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンから排出される温室効果ガスの排出量をオンラインで直接的もしくは間接的に検出し、もって、エンジンの機差（個体差）、経時変化等による性能差に対応することができて、温室効果ガスの排出量を効果的に抑制することができるようにされたエンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】 エンジン（１０）から排出される二酸化炭素等の温室効果ガスの排出量を直接的もしくは間接的に検出する温室効果ガス排出量検出手段（３００）を備える。温室効果ガス排出量検出手段（３００）は、例えば、燃焼室（１７）及び／又は触媒（５０）下流から排出される二酸化炭素の濃度を直接的もしくは間接的に検出する二酸化炭素濃度検出手段と、燃焼室（１７）及び／又は触媒（５０）下流から排出される排ガス流量を直接的もしくは間接的に検出する排ガス流量検出手段と、を備えてなる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、エンジン（の燃焼室や触媒下流）から排出される二酸化炭素等の温室効果ガスの排出量をオンラインで直接的もしくは間接的に検出（推定）して、エンジンの機差（個体差）、経時変化等による性能差に対応することができ、もって、温室効果ガスの排出量増大を効果的に抑制することができるようにされたエンジンの制御装置に関する。

近年、世界規模の地球温暖化問題及びエネルギー問題への取り組みを背景として、自動車においても低燃費のエンジンが要求されている。リーンバーンエンジンはその最たるものであり、例えば筒内噴射エンジンは燃焼室内に直接燃料を噴射し、混合気を成層化し、空燃比４０以上での燃焼を可能とされているので、従来の理論空燃比で運転するエンジンと比較して燃費低減に有効なエンジンである。リーンバーンエンジンにおいては、温室効果ガスである二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量も低減されるが、排ガス規制で排出量が決められているＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘと同様に、その排出量が定量的に制限されつつある。ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘは、オンボードで、その排出量が所定値を超えると、運転者等に報知する装置が備えられている。一方、ＣＯ_２排出量においては、診断規制が本格化していないことを背景として、オンボードでその排出量を推定（もしくは検出）し、運転者等に報知する装置については、備えられていないのが実状である。

従来、例えば、下記特許文献１においては、一般家庭から排出される二酸化炭素を予測する装置として、過去の所定期間内の気象条件と二酸化炭素の排出量との相関関係に基づいて、将来の気象予測から、将来の二酸化炭素排出量を予測する装置が開示されている。しかし、本装置は、気象条件に基づいて例えば一般家庭の二酸化炭素排出量を予測するものであり、したがって、上記自動車エンジンの温室効果ガスをオンボード検出し得るものではない。

また、下記特許文献２においては、水処理施設の建設段階において、建設資材及び建設エネルギーから二酸化炭素排出量を演算する装置が開示されている。しかし、本装置は、その対象が水処理施設に特化したものであり、建設資材及び建設エネルギーを入力情報としたものである。したがって、上記自動車エンジンの温室効果ガスをオンボード検出し得るものではない。

さらに、下記特許文献３においては、排出ガス中に含まれる温室効果ガスの濃度を計測するガス分析計と排出ガスの流量を求める流量計と、計測された温室効果ガスの濃度と排出ガス流量から温室効果ガスの排出量を求め、温室効果ガス排出量の積算値に基づいて、温室効果ガス排出費Ｐを演算する装置が開示されている。しかし、本装置においては、直接温室効果ガスを検出する装置を備えるものであり、装置も大型化するので、上記のような自動車エンジンの温室効果ガスをオンボード検出するには、コスト面及び実用面からの課題がある。

上記事情に鑑み、本発明は、自動車用エンジンから排出される温室効果ガスの排出量を直接的もしくは間接的に検出でき、それを温室効果ガス排出量抑制に役立てることができるようにされたエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
特開２００３−３４４５５５号公報 特開２００４−１２６８４３号公報 特開２００３−７６７４７号公報

前記目的を達成すべく、本発明に係るエンジンの制御装置の第１態様は、エンジン（の燃焼室及び／又は触媒下流）から排出される温室効果ガスの排出量を直接的もしくは間接的に検出する温室効果ガス排出量検出手段を備える（図１参照）。

ずなわち、エンジンの燃焼室及び／又は触媒下流から排出される排ガス中に含まれる温室効果ガスの排出量を直接的もしくは間接的に検出（推定）する手段を備え、オンラインで常時あるいは所定頻度で、温室効果ガス排出量を検出（推定）するものである。検出手段としては、後述のように、温室効果ガスを直接検出可能なセンサであってもよいし、あるいは、後述のように、既存センサの出力から推定し、間接的に検出するのもよい。前者は、精度の観点で有利であり、後者は、コストの面で有利であると言える。また、エンジンの排気通路には、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の一部の排ガス成分を浄化するために触媒が備えられているのが一般的である。例えば、三元性能を有する触媒の場合、ＨＣ、ＣＯ等の還元剤を酸化する際に、二酸化炭素が生成される。このとき、触媒下流における二酸化炭素濃度は、エンジンアウト（燃焼室から排出される排ガス）のそれよりも増加することがある。したがって、本第１態様においては、エンジンアウト排ガス中の温室効果ガスの検出にとどまらず、触媒内での化学反応により生成される温室効果ガスの検出をも行い、テールパイプ（排気通路における触媒より下流部分）において、排出される温室効果ガスの排出量をより正確に検出することを提案するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第２態様は、前記温室効果ガスの排出量に関わるエンジンデバイスの診断を個々に行う診断手段を備え、前記温室効果ガス排出量検出手段は、前記診断手段の診断結果に基づいて、前記温室効果ガスの排出量を間接的に検出するようにされる（図２参照）。

すなわち、例えば、温室効果ガスの排出量の最たるものとして、二酸化炭素があるが、前述のように二酸化炭素は、エンジンの運転空燃比（燃焼に供せられる混合気の空燃比）により変化し、リーンであるほど減少する。したがって、例えば、リーン運転に関わるエンジンデバイスの状態あるいは性能を診断し、その診断結果に応じて定まるリーン運転性能から二酸化炭素の排出量を演算して推定する（間接的に検出）する手段を備えるものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第３態様は、前記温室効果ガス排出量検出手段は、前記エンジンから排出される二酸化炭素の量を直接的もしくは間接的に検出するようにされる（図３参照）。

すなわち、前述のように温室効果ガスの最たるものとして、二酸化炭素の排出量を検出することを明記するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第４態様は、前記温室効果ガス排出量検出手段は、前記エンジンの燃焼室及び／又は触媒下流から排出される二酸化炭素の濃度を直接的もしくは間接的に検出する二酸化炭素濃度検出手段と、前記エンジンの燃焼室及び／又は触媒下流から排出される排ガス流量を直接的もしくは間接的に検出する排ガス流量検出手段と、を備える（図４参照）。

すなわち、二酸化炭素排出量を、排ガス中の二酸化炭素濃度と排ガス流量から求めるものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第５態様は、前記排ガス流量検出手段は、前記エンジンの燃焼室及び／又は触媒下流から排出される単位時間あたりの排ガス流量を直接的もしくは間接的に検出するようにされる。
すなわち、排ガス流量を単位時間あたりの排ガス流量とすることで、過渡運転時等における排ガス流量の変化に対応するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第６態様は、前記二酸化炭素濃度検出手段は、前記エンジンの排気通路に配在された二酸化炭素センサを備え、該センサにより直接的に二酸化炭素濃度を検出するようにされる。

すなわち、二酸化炭素濃度検出手段として、二酸化炭素センサで直接的に検出することを明記するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第７態様は、前記二酸化炭素濃度検出手段は、前記エンジンの運転状態に基づいて、前記二酸化炭素濃度を間接的に検出するようにされる。

すなわち、二酸化炭素濃度検出手段として、二酸化炭素濃度を直接検出するのではなく、二酸化炭素濃度と相関のあるエンジンの運転状態を既存のセンサ等から検出し、この運転状態に基づいて、二酸化炭素濃度を間接的に検出（推定）する。エンジンの運転状態としては、例えば、エンジン回転数、エンジントルク、空燃比、ＥＧＲ率等が挙げられる。

本発明に係るエンジンの制御装置の第８態様は、前記二酸化炭素濃度検出手段は、前記エンジンの燃焼室から排出される二酸化炭素濃度を直接的もしくは間接的に検出する手段と、前記触媒で新たに生成される二酸化炭素の濃度を直接的もしくは間接的に検出する手段と、を備える（図６参照）。

すなわち、前述のように、例えば、三元触媒をエンジンの排気通路に備える場合、該触媒において、ＨＣ、ＣＯ等を酸化する際に、二酸化炭素が生成される。このとき、触媒下流における二酸化炭素濃度は、エンジンアウト（燃焼室から排出された排ガス）のそれよりも増加する。したがって、本第８態様においては、エンジンアウト排ガス中の温室効果ガスの検出にとどまらず、触媒内での化学反応により生成される温室効果ガスの検出も行い、テールパイプ（排気通路における触媒より下流部分）において、排出される温室効果ガスの排出量をより正確に検出することを提案するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第９態様は、第７態様における、エンジンの運転状態の少なくとも一つは、エンジンの運転空燃比とされる。

すなわち、二酸化炭素濃度と相関のあるエンジンの運転状態の最たるものとして、エンジンの運転空燃比を明記するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１０態様は、前記第８態様における二酸化炭素濃度検出手段は、直接的もしくは間接的に検出された触媒入口もしくは触媒内部の空燃比に基づいて、前記触媒で新たに生成される二酸化炭素濃度を間接的に検出（推定）するようにされる。

すなわち、触媒において生成される二酸化炭素濃度と相関のあるエンジンの運転状態の最たるものとして、触媒入口あるいは触媒内部の空燃比を直接的もしくは間接的に検出することを明記するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１１態様は、前記第８態様における二酸化炭素濃度検出手段は、直接的もしくは間接的に検出された触媒温度に基づいて、前記触媒で新たに生成される二酸化炭素濃度を間接的に検出するようにされる。

すなわち、前述のように、例えば、三元性能を有する触媒において、ＨＣ、ＣＯ等を酸化する際に、二酸化炭素が生成されるが、該触媒は、所定温度以上で活性化する。したがって、触媒温度に基づいて、触媒で生成される二酸化炭素量を間接的に検出（推定）するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１２態様は、前記診断手段は、前記エンジンデバイスとして、電制スロットル弁、燃料噴射弁、ＥＧＲバルブ、燃料ポンプ、及びリーンＮＯｘ触媒のうちの少なくとも一つの状態もしくは性能を診断するようにされる。

すなわち、前述のように、二酸化炭素は、エンジンの運転空燃比により変化し、リーンであるほど減少する。したがって、例えば、リーン運転に関わるエンジンデバイスとしては、電制スロットル、燃料噴射弁、ＥＧＲバルブ、燃料ポンプ、及びリーンＮＯｘ触媒等が挙げられる。リーンＮＯｘ触媒が劣化すると、ＮＯｘ排出量を所定値に以内に収めるために、リッチスパイク（貯蔵ＮＯｘの浄化処理）の頻発及びリーン運転の短縮化により、二酸化炭素排出量が増加する。このことから、リーンＮＯｘ触媒もリーン運転性能に関わるデバイスとして挙げるものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１３態様は、前記直接的もしくは間接的に検出された温室効果ガス排出量に基づいて、前記エンジンの制御パラメータを設定する手段を備える（図７参照）。

すなわち、エンジンの機差（個体差）、経時変化及び環境変化に伴い、温室効果ガスの排出量が変化した場合、その検出にとどまらず、エンジンを制御することで、温室効果ガスの排出量増加を抑制するものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１４態様は、前記第３態様におけるエンジンの制御パラメータを設定する手段は、エンジンの目標空燃比を設定する手段を備える。

すなわち、二酸化炭素濃度と相関のあるエンジンの運転状態の最たるものとして、エンジンの運転空燃比を設定する手段を備えるものである。

本発明に係るエンジンの制御装置の第１５態様は、前記直接的もしくは間接的に検出された温室効果ガス排出量もしくは該温室効果ガス排出量に基づいた情報を、外部に報知する手段を備える（図８参照）。

すなわち、エンジンシステム内で解決可能な場合は、対応するものの、不可能な場合は、運転者等に通報し、所定の処置を行うよう促すものである。あるいは、個々のエンジンにおける温室効果ガス排出量を外部に出力することで、例えば、集中処理し、所定地域内に存在する自動車から排出される温室効果ガスの総量をより正確に演算するものである。

一方、本発明に係る自動車は、前記した第１態様から第１５態様のいずれかに記載の制御装置が適用されたエンジンを搭載していることを特徴としている。

この場合、前記制御手段は、好ましくは、自動車の走行距離を直接的もしくは間接的に検出する手段と、所定走行距離における温室効果ガス排出量を演算する手段と、を備える。

すなわち、所定走行距離あたりの温室効果ガスを排出量を演算し、該エンジンもしくは該自動車の温室効果ガス排出性能とするものである。

本発明によれば、エンジンから排出される温室効果ガスの排出量をオンラインで直接的もしくは間接的に検出するようにされるので、エンジンの機差（個体差）、経時変化等による性能差に対応することができ、温室効果ガスの排出量を効果的に抑制することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
図９は、本発明に係る制御装置の第１実施形態を、それが適用された車載用エンジンの一例と共に示す概略構成図である。

図示のエンジン１０は、例えば４つの気筒を有する多気筒エンジンであって、シリンダ１２と、このシリンダ１２の各気筒＃１、＃２、＃３、＃４内に摺動自在に嵌挿されたピストン１５と、を有し、該ピストン１５上方には燃焼室１７が画成される。燃焼室１７には、点火プラグ３５が臨設されている。

燃料の燃焼に供せられる空気は、吸気通路２０の始端部に設けられたエアクリーナ２１から取り入れられ、エアフローセンサ２４を通り、電制スロットル弁２５を通ってコレクタ２７に入り、このコレクタ２７から前記吸気通路２０の下流端（吸気ポート）に配在された吸気弁２８を介して各気筒#１、#２、#３、#４の燃焼室１７に吸入される。また、前記燃焼室１７には、燃料噴射弁３０が臨設されている。

燃焼室１７に吸入された空気と燃料噴射弁３０から噴射された燃料との混合気は、点火プラグ３５により点火されて爆発燃焼せしめられ、その燃焼廃ガス（排ガス）は、燃焼室１７から排気弁４８を介して排気通路４０の上流部分を形成する個別通路部４０Ａに排出され、その個別通路部４０Ａから排気集合部４０Ｂを通って排気通路４０に配備されたリーンＮＯｘ触媒５０に流入して浄化された後、外部に排出される。リーンＮＯｘ触媒５０は、リーン運転時は、エンジン（燃焼室１７）から排出されるＮＯｘを貯蔵し、リッチ運転することで、貯蔵ＮＯｘを脱離、浄化せしめる機能を持つ。

また、排気通路４０におけるリーンＮＯｘ触媒５０より下流側にはＯ_２センサ５１が配在され、排気通路４０における触媒５０より上流側の排気集合部４０Ｂ付近にはＡ／Ｆセンサ５２が配在されている。

前記Ａ／Ｆセンサ５２は、排気中に含まれる酸素の濃度に対して線形の出力特性を持つ。排気中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっており、したがって、酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ５２により、前記排気集合部４０Ｂにおける空燃比を求めることが可能となる。また、前記Ｏ_２センサ５１からの信号により、リーンＮＯｘ触媒５０下流の酸素濃度もしくはストイキに対してリッチもしくはリーンであるかを求めることができる。

また、燃焼室１７から排気通路４０に排出された排気ガスの一部は、必要に応じてＥＧＲ通路４１を介して吸気通路２０に導入され、吸気通路２０の分岐通路部を介して各気筒の燃焼室１７に還流される。前記ＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲ率を調整するためのＥＧＲバルブ４２が介装されている。

そして、本実施形態の制御装置１においては、エンジン１０の種々の制御を行うため、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット１００が備えられている。

コントロールユニット１００は、基本的には、図１０に示される如くに、ＣＰＵ１０１、入力回路１０２、入出力ポート１０３、ＲＡＭ１０４、ＲＯＭ１０５等で構成される。

コントロールユニット１００には、入力信号として、エアフローセンサ２４により検出される吸入空気量に応じた信号、スロットルセンサ３４により検出されるスロットル弁２５の開度に応じた信号、クランク角センサ３７から得られるクランクシャフト１８の回転（エンジン回転数）・位相をあらわす信号、排気通路４０における触媒５０より下流側に配在されたＯ_２センサ５１により検出される排気ガス中の酸素濃度に応じた信号、排気通路４０における触媒５０より上流側の排気集合部４０Ｂに配在されたＡ／Ｆセンサ５２により検出される酸素濃度（空燃比）に応じた信号、シリンダ１２に配設された水温センサ１９により検出されるエンジン冷却水温に応じた信号、アクセルセンサ３６から得られるアクセルペダル３９の踏み込み量（運転者の要求トルクを示す）に応じた信号、車速センサ２９から得られる当該エンジン１０が搭載された自動車の車速に応じた信号等が供給される。

コントロールユニット１００においては、Ａ／Ｆセンサ５２、Ｏ_２センサ５１、スロットルセンサ３４、エアフローセンサ２４、クランク角センサ３７、水温センサ１６、及びアクセルセンサ３６、等の各センサの出力が入力され、入力回路１０２にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート１０３に送られる。入力ポートの値はＲＡＭ１０４に保管され、ＣＰＵ１０１内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ１０５に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ操作量を表す値はＲＡＭ１０４に保管された後、出力ポート１０３に送られる。

点火プラグ３５に対する作動信号は点火出力回路１１６内の一次側コイルの通流時はＯＮとなり、非通流時はＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされる。点火時期はＯＮからＯＦＦになる時点である。出力ポート１０３にセットされた点火プラグ３５用の信号は点火出力回路１１６で点火に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグ３５に供給される。また、燃料噴射弁３０の駆動信号（空燃比制御信号）は開弁時ＯＮ、閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路１１７で燃料噴射弁３０を開弁するのに十分なエネルギーに増幅されて燃料噴射弁３０に供給される。電制スロットル弁２５の目標開度を実現する駆動信号は、電制スロットル弁駆動回路１１８を経て、電制スロットル弁３０に送られる。

コントロールユニット１００ではＡ／Ｆセンサ５２の信号からリーンＮＯｘ触媒５０上流の空燃比を算出し、Ｏ_２センサ５１の信号から、触媒５０下流の酸素濃度もしくはストイキに対してリッチもしくはリーンであるかを算出する。また、両センサ５１、５２の出力を用いて触媒５０の浄化効率が最適となるよう燃料噴射量もしくは吸入空気量を逐次補正するフィードバック制御を行う。

次に、コントロールユニット１００が、温室効果ガスである二酸化炭素の排出量を直接的もしくは間接的に検出する際の処理内容を具体的に説明する。

図１１は、コントロールユニット１００による制御システムを表した機能ブロック図で、空気先行型トルクベース制御の主要部である。本制御システムは、目標トルク演算手段２１０、目標空気量演算手段２２０、目標スロットル開度演算手段２３０、ＥＴＣ（電制スロットル弁）制御手段２４０、目標空燃比演算手段２５０、実空気量演算手段２６０、燃料噴射量演算手段２７０、及び二酸化炭素排出量演算手段３００からなる。

まず、目標トルク演算手段２１０でアクセル開度から目標トルクを演算する。次に目標トルクと目標空燃比から目標空気量を演算し、目標空気量を実現する目標スロットル開度を演算し、ＥＴＣ制御手段２４０にて、スロットル開度を開度センサ３４の出力に基づいてＦ／Ｂ制御する。エアフロセンサ２４で検出された実空気量と目標空燃比から燃料噴射量を演算する。なお、二酸化炭素排出量演算手段３００のみが本発明に関わるものであり、それ以外の演算手段仕様は、すでに公知であり多くの資料が存在するので、ここでは、詳細は省略する。以下、二酸化炭素排出量演算手段３００の詳細について説明する。

＜二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量演算手段３００＞
本演算手段３００では、単位走行距離あたりに、エンジン１０の燃焼室１７から排出される（エンジンアウトの）二酸化炭素の量を演算する。具体的には、図１２に示されるように、エンジン空燃比、目標ＥＧＲ率、目標エンジントルク、エンジン回転数を入力とするエンジンアウトＣＯ_２濃度演算手段３１０において、エンジンアウトＣＯ_２濃度を演算し、エアフロセンサ２４から得られる吸入空気量（質量流量）から、排ガス流量（体積流量）を求め、前記エンジンＣＯ_２濃度に乗じることで、ＣＯ_２排出量（体積流量）を求める。ＣＯ_２排出量（体積流量）をＣＯ_２排出量（質量流量）に換算し、車速センサ２９の出力を積分し得られた走行距離で割ることで、単位走行距離あたりのＣＯ_２排出量（質量）を求める。

本処理は、例えば、１０ｍｓ程度が考えられるが、目標精度に応じて、演算周期を最適化するのもよい。

＜エンジンアウトＣＯ_２濃度演算手段３１０＞
本演算手段３１０では、エンジン１０の燃焼室１７から排出される（エンジンアウトの）二酸化炭素の濃度を演算する。具体的には図１３に示されるように、Ａ／Ｆセンサ５２の出力であるエンジンアウト（燃焼室１７から排出される排ガス）の空燃比と、目標ＥＧＲ率から、ＣＯ_２濃度基本値を演算し、目標エンジントルク及びエンジン回転数からＣＯ_２濃度補正値を演算し、双方を乗じて、エンジンアウトＣＯ_２濃度とする。なお、ＣＯ_２濃度基本値及びＣＯ_２濃度補正値の演算に用いられるマップは、対象エンジンの試験結果等から予め決めるのもよい。なお、ここでは、目標ＥＧＲ率の演算方法は、明記していないが、例えば、目標トルク、目標回転数等から、目標ＥＧＲ率を演算する等が考えられる。

以上のように、本実施形態では、燃焼室１７から排出される二酸化炭素の量を、エンジンアウトＣＯ_２濃度演算手段３１０で求められる二酸化炭素濃度とエアフロセンサ２４から得られる吸入空気量（質量流量）に基づいて算出される排ガス流量（体積流量）とから、エンジンアウト（燃焼室１７から排出される）二酸化炭素の量を間接的に検出（推定）するようにされる。

［第２実施形態］
本第２実施形態では、テールパイプ４０Ｃ（排気通路４０における触媒５０の下流部分）の二酸化炭素排出量を間接的に検出する。

前述した第１実施形態で参照した図９、図１０、図１１は、本実施形態と共通であるので、重複説明を省略する。以下、第１実施形態のもの（３００）とは異なる構成の二酸化炭素排出量演算手段４００の詳細について説明する。

＜二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量演算手段４００＞
本演算手段４００では、単位走行距離あたりに、排気通路４０の触媒５０下流部分を構成するテールパイプ４０Ｂから排出される二酸化炭素の量を演算する。具体的には、図１４に示されるように、エンジン空燃比、目標ＥＧＲ率、目標エンジントルク、エンジン回転数を入力とするエンジンアウトＣＯ_２濃度演算手段４１０において、エンジンアウトＣＯ_２濃度を演算する。また、エンジン空燃比、目標ＥＧＲ率、触媒温度を入力とする触媒生成ＣＯ_２濃度演算手段４２０において、触媒５０内で発生するＨＣ、ＣＯ等の酸化反応で生成される触媒生成ＣＯ_２濃度を演算する。エンジンアウトＣＯ_２濃度に触媒生成ＣＯ_２濃度を加え、テールパイプＣＯ_２濃度とする。エアフロセンサ２４から得られる吸入空気量（質量流量）から、排ガス流量（体積流量）を求め、前記テールパイプＣＯ_２濃度に乗じることで、ＣＯ_２排出量（体積流量）を求める。ＣＯ_２排出量（体積流量）をＣＯ_２排出量（質量流量）に換算し、車速センサ２９の出力を積分し得られた走行距離で割ることで、単位走行距離あたりのＣＯ_２排出量（質量）を求める。

本処理は、例えば、１０ｍｓ程度が考えられるが、目標精度に応じて、演算周期を最適化するのもよい。

＜エンジンアウトＣＯ_２濃度演算手段４１０＞
本演算手段４１０では、エンジン１０の燃焼室１７から排出される（エンジンアウトの）二酸化炭素の濃度を演算する。具体的には図１３に示されるもの（３１０）と同じであるので、重複説明を省略する。

＜触媒生成ＣＯ_２濃度演算手段４２０＞
本演算手段４２０では、触媒５０で生成される二酸化炭素の濃度を演算する。具体的には、図１５に示されるように、Ａ／Ｆセンサ５２の出力であるエンジンアウト（燃焼室１７から排出された排ガス）の空燃比と、目標ＥＧＲ率から、ＣＯ_２濃度基本値を演算し、触媒温度からＣＯ_２濃度補正値を演算し、双方を乗じて、触媒生成ＣＯ_２濃度とする。なお、ＣＯ_２濃度基本値及びＣＯ_２濃度補正値の演算に用いられるマップは、対象触媒の試験結果等から予め決めるのもよい。

［第３実施形態］
第３実施形態では、テールパイプ４０Ｃ（触媒下流）の二酸化炭素排出量を直接的に検出する。

前述した第１及び第２実施形態で参照した図９、図１０、図１１は、本実施形態と共通であるので、重複説明を省略する。ただし、第１及び第２実施形態において、排気通路４０における触媒５０の下流に配在されているＯ_２センサ５１に代えて、本実施形態では、ＣＯ_２センサ５３が用いられる。以下、第１及び第２実施形態のもの（３００、４００）とは異なる構成の二酸化炭素排出量演算手段５００の詳細について説明する。以下二酸化炭素排出量演算手段の詳細について説明する。

＜二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量演算手段５００＞
本演算手段５００では、単位走行距離あたりに、テールパイプ４０Ｃ（触媒下流）から排出される二酸化炭素の量を演算する。具体的には、図１６に示されるように、触媒５０下流のＣＯ_２センサ５３の出力をテールパイプＣＯ_２濃度とする。エアフロセンサ２４から得られる吸入空気量（質量流量）から、排ガス流量（体積流量）を求め、前記テールパイプＣＯ_２濃度に乗じることで、ＣＯ_２排出量（体積流量）を求める。ＣＯ_２排出量（体積流量）をＣＯ_２排出量（質量流量）に換算し、車速センサ２９の出力を積分し得られた走行距離で割ることで、単位走行距離あたりのＣＯ_２排出量（質量）を求める。

本処理は、例えば、１０ｍｓ程度が考えられるが、目標精度に応じて、演算周期を最適化するのもよい。

［第４実施形態］
第４実施形態では、リーンＮＯｘ触媒５０の劣化診断に基づいて、テールパイプ４０Ｃ（触媒下流）での二酸化炭素排出量を間接的に検出する。

本実施形態においては、リーンＮＯｘ触媒５０の性能診断がオンラインで実施され、該触媒５０の性能に応じて、リーン運転中のＮＯｘ排出量（未貯蔵量）が所定値となるようリッチスパイクタイミングが制御される。該触媒５０が劣化するとリーン時のＮＯｘ貯蔵性能が低下するため、未貯蔵ＮＯｘ量を所定値に抑えるために、リッチスパイク頻度が高くなる。これに伴い、二酸化炭素排出量演算手段で演算される二酸化炭素排出量も増加し、二酸化炭素排出量が所定値以上となると（該触媒が所定レベルまで劣化すると）、ＣＯ_２排出量異常として、外部へ報知するものである。

前述した第１及び第２実施形態で参照した図９、図１０は、本実施形態と共通であるので、重複説明を省略する。ただし、図１７は、第１、第２、第３実施形態で参照した図１１に対応する、コントロールユニット１００による制御システムを表した機能ブロック図で、空気先行型トルクベース制御の主要部である。本制御システムは、目標トルク演算手段２１０、目標空気量演算手段２２０、目標スロットル開度演算手段２３０、ＥＴＣ（電制スロットル弁）制御手段２４０、目標空燃比演算手段２５０、実空気量演算手段２６０、燃料噴射量演算手段２７０、及び二酸化炭素排出量演算手段６００（第２実施形態のもの４００と略同じ構成）に加えて、リーンＮＯｘ触媒診断手段７１０及びＣＯ_２排出量異常判定手段７２０が追加されている。それ以外は同様であるので詳述しない。また、リーンＮＯｘ触媒の診断方法及びオンラインでの制御最適化法については、特許文献、非特許文献等に多くの公知例があるので、ここでは詳述しないが、図１８にリーンＮＯｘ触媒の診断方式、図１９及び図２０に目標空燃比演算手段の一例を示しておく。

以下、二酸化炭素排出量演算手段６００、ＣＯ_２排出量異常判定手段７２０の詳細について説明する。

＜二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量演算手段６００＞
本演算手段６００では、単位走行距離あたりに、テールパイプ４０Ｃ（触媒下流）から排出される二酸化炭素の量を演算する。具体的には、図１４に示される第２実施形態のもの（４００）と同じ構成であるので、ここでは詳述しない。

＜ＣＯ_２排出量異常判定手段７２０＞
本判定手段７２０では、ＣＯ_２排出量の異常判定を行う。具体的には、図２１に示されるように、二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量演算手段で演算された単位走行距離あたりのＣＯ_２排出量（質量）が所定値以上のとき、以上報知フラグをＯＮにするものである。

本実施形態では、ＣＯ_２排出量が所定値を越えると、外部へ報知する方式としたが、ＣＯ_２排出量の絶対値そのものを、外部（運転者、集中管理システム等）へ報知するのもよい。

また、前述した如くにして、直接的もしくは間接的に検出された二酸化炭素排出量に基づいて、エンジンの制御パラメータ、例えば、目標空燃比を設定するようにしてもよい。これにより、二酸化炭素排出量を一層効果的に抑えることができる。

本発明に係る制御装置の第１態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第２態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第３態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第４態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第７態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第８態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１３態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１５態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１実施形態をそれが適用されたエンジンと共に示す概略構成図。 第１実施形態におけるコントロールユニットの内部構成図。 第１実施形態の制御システム図。 第１実施形態における二酸化炭素排出量演算手段の説明に供される図。 第１実施形態におけるエンジンアウトＣＯ_２濃度演算手段の説明に供される図。 第２実施形態における二酸化炭素排出量演算手段の説明に供される図。 第２実施形態における触媒生成ＣＯ_２濃度演算手段の説明に供される図。 第３実施形態における二酸化炭素排出量演算手段の説明に供される図。 第４実施形態の制御システム図。 第４実施形態のリーンＮＯｘ触媒診断手段の説明に供される図。 第４実施形態の目標空燃比演算手段の説明に供される図。 第４実施形態のリーンＮＯｘ触媒モデルの説明に供される図。 第４実施形態のＣＯ_２排出量異常判定手段の説明に供される図。

符号の説明

１０ エンジン
１７ 燃焼室
１９ 水温センサ
２０ 吸気通路
２１ エアクリーナ
２４ エアフローセンサ
２５ 電制スロットル弁
２７ コレクタ
２８ スロットル開度センサ
２９ 車速センサ
３０ 燃料噴射弁
３４ スロットル開度センサ
３５ 点火プラグ
３７ クランク角（エンジン回転数）センサ
３９ アクセル開度センサ
４０ 排気通路
４０Ｂ 排気集合部
４０Ｃ テールパイプ
５０ リーンＮＯｘ触媒
５１ 酸素センサ
５２ Ａ／Ｆセンサ
１００ コントロールユニット
３００ 二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量演算手段（第１実施形態）
３１０ エンジンアウトＣＯ_２濃度演算手段
４００ 二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量演算手段（第２実施形態）
４１０ エンジンアウトＣＯ_２濃度演算手段
５００ 二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量演算手段（第３実施形態）
６００ 二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量演算手段（第４実施形態）
７１０ リーンＮＯｘ触媒診断手段
７２０ ＣＯ_２排出量異常判定手段

Claims (17)

1. エンジンから排出される温室効果ガスの排出量を直接的もしくは間接的に検出する温室効果ガス排出量検出手段を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記温室効果ガスの排出量に関わるエンジンデバイスの診断を個々に行う診断手段を備え、前記温室効果ガス排出量検出手段は、前記診断手段の診断結果に基づいて、前記温室効果ガスの排出量を間接的に検出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記温室効果ガス排出量検出手段は、前記エンジンから排出される二酸化炭素の量を直接的もしくは間接的に検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
4. 前記温室効果ガス排出量検出手段は、前記エンジンの燃焼室及び／又は触媒下流から排出される二酸化炭素の濃度を直接的もしくは間接的に検出する二酸化炭素濃度検出手段と、前記エンジンの燃焼室及び／又は触媒下流から排出される排ガス流量を直接的もしくは間接的に検出する排ガス流量検出手段と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの制御装置。
5. 前記排ガス流量検出手段は、前記エンジンの燃焼室及び／又は触媒下流から排出される単位時間あたりの排ガス流量を直接的もしくは間接的に検出することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの制御装置。
6. 前記二酸化炭素濃度検出手段は、前記エンジンの排気通路に配在された二酸化炭素センサを備え、該センサにより直接的に二酸化炭素濃度を検出することを特徴とする請求項４又は５に記載のエンジンの制御装置。
7. 前記二酸化炭素濃度検出手段は、前記エンジンの運転状態に基づいて、前記二酸化炭素濃度を間接的に検出することを特徴とする請求項４又は５に記載のエンジンの制御装置。
8. 前記二酸化炭素濃度検出手段は、前記エンジンの燃焼室から排出される二酸化炭素濃度を直接的もしくは間接的に検出する手段と、前記触媒で新たに生成される二酸化炭素の濃度を直接的もしくは間接的に検出する手段と、を備えていることを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
9. 前記エンジンの運転状態の少なくとも一つは、エンジンの運転空燃比であること特徴とする請求項７に記載のエンジンの制御装置。
10. 前記二酸化炭素濃度検出手段は、直接的もしくは間接的に検出された触媒入口もしくは触媒内部の空燃比に基づいて、前記触媒で新たに生成される二酸化炭素濃度を間接的に検出することを特徴とする請求項８に記載のエンジンの制御装置。
11. 前記二酸化炭素濃度検出手段は、直接的もしくは間接的に検出された触媒温度に基づいて、前記触媒で新たに生成される二酸化炭素濃度を間接的に検出することを特徴とする請求項８に記載のエンジンの制御装置。
12. 前記診断手段は、前記エンジンデバイスとして、電制スロットル弁、燃料噴射弁、ＥＧＲバルブ、燃料ポンプ、及びリーンＮＯｘ触媒のうちの少なくとも一つの状態もしくは性能を診断するようにされていることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
13. 前記直接的もしくは間接的に検出された温室効果ガス排出量に基づいて、前記エンジンの制御パラメータを設定する手段を備えていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
14. 前記エンジンの制御パラメータを設定する手段は、エンジンの目標空燃比を設定する手段を備えていることを特徴とする請求項１３に記載のエンジンの制御装置。
15. 前記直接的もしくは間接的に検出された温室効果ガス排出量もしくは該温室効果ガス排出量に基づいた情報を、外部に報知する手段を備えていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載の制御装置が適用されたエンジンを搭載した自動車。
17. 前記制御手段は、自動車の走行距離を直接的もしくは間接的に検出する手段と、所定走行距離における温室効果ガス排出量を演算する手段と、を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の自動車。

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