JP2007064097A - エンジンの停止制御 - Google Patents

Abstract

【課題】再始動時にも排気浄化触媒の浄化効率が維持されるようにエンジンを停止させる。
【解決手段】 エンジン１は、エンジン１の出力軸に回転を伝達することができるモータジェネレータ３を備える。エンジン１を停止させる際、エンジン１の燃料噴射を継続したままモータジェネレータ３の発電トルクを増大させることによってエンジン１の出力軸を制動し、エンジン１の出力軸の回転が停止するか所定の低回転以下まで低下したらエンジン１の燃料噴射を停止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排気浄化触媒の浄化効率を維持するためのエンジンの停止制御に関する。

エンジンの排気通路には排気を浄化するための三元触媒が設けられている。三元触媒は、排気中のエミッション（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を同時に浄化する触媒であり、その浄化効率を最大にするには、触媒雰囲気を理論空燃比に保つ必要がある。このため、エンジンコントールユニットは、エンジンの空燃比をリッチ状態とリーン状態とで交互に切り換え、触媒雰囲気が理論空燃比に保たれるようにしている。

しかしながら、エンジンは、燃料噴射を停止することによって停止させるので、燃料噴射を停止してからエンジンの回転が停止するまでの間、空気（酸素）のみが触媒に送られる状態になり、触媒雰囲気がリーン状態となる。触媒雰囲気がリーン状態になると触媒に貯蔵されている酸素の量が増えるので、エンジンを再始動する際のＮＯｘの浄化効率が落ち、大気中へのＮＯｘの排出量が増大してしまう。

この問題は、エンジンを搭載した車両すべてにおいて起こる問題であるが、ハイブリッド車両やアイドルストップ車両においてはエンジンの停止、再始動を頻繁に繰り返すため、特に顕著となる。

この点に関し、特開２００４−１７６７１０公報は、エンジンを停止させる際、燃料噴射量を増大してから燃料噴射を停止することで、触媒雰囲気がリーン状態になるのを防止する技術を開示している。この方法によれば、再始動する際に触媒の浄化効率が落ちるのを防止できるが、エンジンを停止させる前に燃料噴射量を増大させる処理を行う必要があるので、エンジンが停止するまでの時間が長くなってしまう。

本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたもので、再始動時にも排気浄化触媒の浄化効率が維持されるようにエンジンを停止させることを目的とする。

本発明に係るエンジンは、エンジンの出力軸に回転を伝達することができるモータを備え、エンジンを停止させる際、エンジンの燃料噴射を継続したままモータで発電トルクを発生させることでエンジンの出力軸を制動し、エンジンの出力軸の回転が停止するか所定の低回転速度以下まで低下したらエンジンの燃料噴射を停止する。

上記構成によれば、エンジンが回転を止める直前まで燃料噴射が行われ、触媒には燃焼ガスが送られるので、触媒に空気が流入して触媒雰囲気がリーン状態となることがなく、再始動時にＮＯｘ浄化性能が悪化するのを防止できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明が適用されるハイブリッド車両の概略構成を示したものである。この車両は、動力源としてエンジン１、第１のモータジェネレータ（ＭＧ１）２、第２のモータジェネレータ（ＭＧ２）３とを備えている。これらの動力は変速機７、変速機出力軸４、トランスファーユニット８を介して駆動輪９へと伝達される。

変速機７は、３要素１自由度の差動機構、例えば、遊星歯車機構であり、第１の回転要素には第２のモータジェネレータ３、第２の回転要素にはエンジン１、第３の回転要素には第１のモータジェネレータ２及び変速機出力軸４がそれぞれ接続されている。図２は、変速機７の共線図であり、エンジン１及び第１のモータジェネレータ２の動力で走行しつつ、第２のモータジェネレータ３で発電している状態（実線）から、第２のモータジェネレータ３の発電トルクを増大させてエンジン停止状態（破線）に遷移するときの様子を示している。これに示されるように、第２のモータジェネレータ３の発電トルクを増大すれば、エンジン１の回転速度を低下させ、エンジン１を停止させることができる。

エンジン１は、アクセル操作から独立してスロットル弁開度を変更することができる電子制御式のスロットル弁を備えており、吸入空気量を自由に調節することができる。また、エンジンの排気通路１１には三元触媒１２が設けられており、三元触媒１２は、触媒雰囲気が理論空燃比のときに排気中のエミッション（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を最大効率でもって浄化する。

モータジェネレータ２、３は３相交流式のモータであり、モータジェネレータ２、３には、電圧、電流の制御用としてのインバータ１３を介してバッテリ１４が接続されている。バッテリ１４は、モータジェネレータ２、３が力行動作するときに必要な電力をモータジェネレータ２、３に供給するのに用いられ、また、モータジェネレータ２、３が、エンジン１の動力によって発電動作するとき、あるいは、車両減速時に回生動作するときに、発電電力、回生電量を蓄えるのにも用いられる。

コントローラ２０には、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル操作量センサ３１、車速を検出する車速センサ３２、エンジン１の回転速度を検出する回転速度センサ３３、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメータ３４、ブレーキペダルの操作状態を検出するブレーキセンサ３５、排気空燃比を検出するＯ₂センサ３６、バッテリ１４の電圧を検出する電圧センサ３７、バッテリ１４の電流を検出する電流センサ３８、セレクトレバー位置を検出するレバー位置センサ３９、イグニッションスイッチ４０からの検出信号が入力される。

コントローラ２０は、検出されたアクセル操作量、車速に基づき要求駆動力を判断し、要求駆動力が実現されるようエンジン１のトルク、モータジェネレータ２、３のトルクを制御する。

走行中、エンジン１の点火時期はＸ°ＢＴＤＣ（Ｘ＞０）に設定される。また、エンジン１の燃料噴射量は、エンジン１の回転速度と吸入空気量に基づき設定され、Ｏ₂センサ３６の検出値が交互にリッチ状態（理論空燃比よりも燃料が多い状態）、リーン状態（理論空燃比よりも燃料が少ない状態）となり、触媒１２の触媒雰囲気がほぼ理論空燃比に維持されるように、Ｏ₂センサ３６の検出値に基づいて燃料噴射補正値λを変更する制御を行う（以下、「λコントロール」という。）。

ところで、上記ハイブリッド車両においては、エンジン１の動力に頼らなくてもモータジェネレータ２、３の動力によって走行することができ、バッテリ１４の充電量が十分であるとき等、運転状態によってはエンジン１を停止させる。

しかしながら、従来のように燃料噴射を停止することでエンジン１を停止させると、燃料噴射を停止してからエンジン１の回転が停止するまでの間、空気のみが触媒１２に流入して触媒雰囲気がリーン状態となり、触媒１２が貯蔵する酸素の量が増大してしまう。貯蔵する酸素の量が増大すると、再始動時にこの貯蔵された酸素が放出されて触媒雰囲気がリーン状態となるので、触媒１２のＮＯｘ浄化能力が低下し、大気中に排出されるＮＯｘの量が増大する原因となる。

そこで、本発明に係るハイブリッド車両では、以下に説明するエンジン１の停止制御を行う。この停止制御においては、エンジン１の燃料噴射を継続したまま第２のモータジェネレータ３に発電させることでエンジン１の出力軸を制動し、エンジン１の出力軸の回転が停止、あるいは、所定の低回転速度まで停止したところで燃料噴射を中止することでエンジン１を停止させる。

図３は、エンジン停止制御のメインルーチンを示したフローチャートであり、コントローラ２０において１０ｍｓｅｃ毎に実行される。

これによると、まず、ステップＳ１ではイグニッションキーがＯＦＦになっているか判断し、ステップＳ２ではエンジン１の停止条件が成立しているか判断する。エンジン１の停止条件は、例えば、バッテリ１４の充電量が十分で、エンジン１の動力に頼らずモータジェネレータ２、３のみでの走行が可能と判断されるときに成立したと判断する。

イグニッションキーがＯＦＦあるいはエンジン１の停止条件が成立していると判断されたときは、ステップＳ３に進み、エンジン停止フラグを１にセットする。エンジン停止フラグが１になると、図５に示されるエンジン停止処理によってエンジン１が停止され、これについては後述する。

ステップＳ４では、エンジン停止処理によってエンジン１のトルクが低下することによる駆動力の減少を補うべく、第１のモータジェネレータ２の駆動トルクを増大させ、車両の総駆動力が変動しないようにする。

ステップＳ５では、第２のモータジェネレータ２の発電トルクをステップ的に所定値まで増大させる。発電トルク、すなわちエンジン１の負荷トルクをステップ的に増大させるのは、図４に示すように、徐々に負荷トルクを増大させる場合に比べてエンジン１の回転速度の低下代が大きくなって、短時間でエンジン１を停止させることができ、しかも、より小さい負荷トルクでエンジン１を停止させることができるので、エンジン１の停止時の振動を小さく抑えられるからである。

ステップＳ６では、エンジン１の回転速度が所定値Ｎｓｔｐ以下になったか判断し、所定値Ｎｓｔｐ以下でなければ上記処理を繰り返し、所定値Ｎｓｔｐ以下にならばステップＳ７に進む。所定値Ｎｓｔｐはゼロあるいはゼロ近傍の値に設定される。

ステップＳ７では、燃料噴射停止フラグを１にセットし、ステップＳ８では第２のモータジェネレータ３の発電トルクをゼロにする。

図５はエンジン停止制御のうち、エンジン停止処理に関する部分を示したフローチャートであり、図３に示したフローチャートと同じく、コントローラ２０において１０ｍｓｅｃ毎に実行される。

これによると、まず、ステップＳ１１では、エンジン停止フラグの状態を判断し、１になっていればステップＳ１２に進み、そうでない場合は処理を終了する。

ステップＳ１２では、エンジン１のλコントロールを停止する。

ステップＳ１３では、λコントロール停止時のエンジン１の空燃比がリーン状態かどうかを判断し、リーン状態であればステップＳ１４に進んでエンジン１の燃料噴射量を増大し、エンジン１の空燃比を所定のリッチ状態に固定する。

ステップＳ１５では、エンジン１の点火時期を遅角し、点火時期をＹ°ＢＴＤＣ（Ｙ＜０）に設定する。点火時期を遅らせることで、エンジン１のトルクを低下させることができ、また、図６に示すように、エンジン１の回転速度を低下させることができる。点火時期Ｙ°ＢＴＤＣはエンジン１の燃焼安定性を悪化させない範囲でできるだけ遅角側に設定される。さらに、ステップＳ１５では、スロットル弁開度を全閉とし、エンジン１の吸入空気量を低下させ、エンジン１のトルク、回転速度をさらに低下させる。

ステップＳ１６では、燃料噴射停止フラグの状態を判断し、１になっていればステップＳ１７に進んでエンジン１の燃料噴射を停止してエンジン１を停止させ、そうでない場合は上記処理を繰り返す。

したがって、上記車両においては、エンジン１を停止する際、エンジン１の出力軸を第２のモータジェネレータ３の発電トルクで制動し(図３、ステップＳ５）、エンジン１の回転速度が所定値Ｎｓｔｐまで低下したときに燃料噴射を停止し、エンジン１を停止するのであるが(図５、ステップＳ１７）、このとき、点火時期を遅角し、スロットル弁開度を全閉として、エンジン１のトルクと回転速度を十分に低下させているので（図５、ステップＳ１５）、第２のモータジェネレータ３の発電トルクがエンジン１の出力軸に作用するときの振動を抑えることができる。

図７は、上記ハイブリッド車両においてエンジン１が停止されるときの様子を示したタイムチャートである。

時刻Ｔ１以前は、エンジン１と第１のモータジェネレータ２の動力で走行するとともに、第２のモータジェネレータ３で発電し、その発電電力でバッテリ１４を充電している（図２の実線で示す状態）。このとき、エンジン１の空燃比はλコントロールによりリッチとリーンの間で変動し、触媒１２の触媒雰囲気は、ほぼ理論空燃比に保たれている。また、このときのエンジン１の点火時期はＸ°ＢＴＤＣ（Ｘ＞０）に設定されている。

時刻Ｔ１でバッテリ１４の充電量が所定量まで上昇する等によりエンジン１の停止条件が成立すると、まず、エンジン１の点火時期がＹ°ＢＴＤＣ（Ｙ＜０）まで遅角され、スロットル弁開度が減らされて、エンジン１のトルクと回転速度が低下させられる。点火時期は直ちに遅角されるが、スロットル弁開度の減少にはスロットル弁をアクチュエータで駆動する機械的な動作を伴うので、スロットル弁開度がゼロになるのは時刻Ｔ２になってからである。

このとき、第２のモータジェネレータ３の発電トルクがステップ的に増大され、これによってエンジン１の出力軸が制動され、エンジン１の回転速度はさらに低下する。また、エンジン１のトルクの減少に合わせて、第１のモータジェネレータ２の駆動トルクが増大され、駆動輪９に伝達されるトルクが変化しないようにする。

また、この例では、λコントロール停止時のエンジン１の空燃比がリーン状態となっているので、燃料噴射量を増大し、以後、エンジン１の空燃比をリッチ状態に固定する。これは、触媒１２にリッチ状態の排気を送ることで触媒１２が貯蔵している酸素を放出させ、これによって再始動時の触媒１２のＮＯｘ浄化能力を高めるためである。

エンジン１の回転速度がさらに低下し、時刻Ｔ３で所定値Ｎｓｔｐまで低下すると燃料噴射が停止されるとともに第２のモータジェネレータ３の発電トルクがゼロにされ、時刻Ｔ４でエンジン１が完全に停止する。

なお、ここでは点火時期の遅角化、スロットル弁開度全閉とほぼ同時に第２のモータジェネレータ３の発電トルクを増大させているが、点火時期の遅角化とスロットル弁開度の全閉によってエンジン１のトルクが低下するのを待って、第２のモータジェネレータ３の発電トルクを増大させるようにしてもよい。

また、この例ではエンジン１の回転速度が所定値Ｎｓｔｐまで低下したところで燃料噴射を停止しているが、回転速度がゼロになってから燃料噴射を停止してもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明による作用効果をまとめると次の通りである。

本発明によれば、エンジン１を停止させる際、エンジン１の燃料噴射を継続したまま第２のモータジェネレータ３の発電トルクによってエンジン１の出力軸を制動し、エンジン１の出力軸の回転が停止するか所定の低回転速度（Ｎｓｔｐ）以下まで低下したらエンジン１の燃料噴射を停止するので、エンジン１の停止直前まで燃料噴射が継続され、触媒１２には燃焼ガスが送られるので、触媒１２に空気が流入して触媒雰囲気がリーン状態となることがなく、再始動時のＮＯｘ浄化性能が悪化するのを防止することができる。

また、エンジン１を停止させる際、エンジン１の空燃比がリーン状態のときはリッチ状態となるようエンジン１の燃料噴射量を増大するので、エンジン１が停止するか所定の低回転速度以下まで低下するまでリッチ状態の燃焼ガスが触媒１２に送られ、触媒１２に蓄えられている酸素が放出される。これにより、再始動時の触媒１２のＮＯｘ浄化能力を高め、始動時に大気中に排出されるＮＯｘの量を低減することができる。

また、第２のモータジェネレータ３の発電トルクを増大させてエンジン１を停止させているが、発電トルクをステップ的に増大させるようにしたことにより、徐々に負荷トルクを増大させる場合に比べてエンジン１の回転速度の低下代が大きくなり、より小さい負荷トルクでエンジン１を停止させ、停止時の振動を小さく抑えることができる。

また、エンジン１を停止させる際、エンジン１のトルクを低下させる。具体的には、エンジン１の点火時期を遅角し、スロットル弁開度を全閉にして吸入空気量を低下させることにより、エンジン１のトルクを低下させる。これにより、第２のモータジェネレータ３の発電トルクによってエンジン１が制動されるときの振動を抑えることができる。

なお、ここではエンジン１のトルクを低下させるために点火時期の遅角化とスロットル弁開度全閉の両方を行っているが、いずれか一方のみを行うようにしてもよく、また、燃料噴射時期、バルブタイミングの調整等、他の方法でトルクを低下させるようにしてもよい。

また、本発明は、エンジンの停止、再始動を頻繁に繰り返すハイブリッド車両に適用した場合に最も効果があるが、通常のエンジン駆動車両であっても当然ながらエンジンの停止、再始動が行われるので、本発明を適用すれば同様に再始動時の排気浄化性能を向上させることが可能である。

本発明に係るハイブリッド車両の概略構成図である。 変速機の動作を説明するための共線図である。 エンジンの点火時期と回転速度の関係を示した図である。 エンジンの負荷トルクと回転速度の関係を示した図である。 エンジン停止制御のメインルーチンの内容を示したフローチャートである。 エンジン停止制御のうちエンジン停止に関する部分の内容を示したフローチャートである。 エンジン停止制御が行われるときの様子を示したタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 第１のモータジェネレータ（ＭＧ１）
３ 第２のモータジェネレータ（ＭＧ２）
７ 変速機
９ 駆動輪
１２ 触媒
２０ 変速機

Claims (6)

1. 三元触媒を排気通路に備えたエンジンにおいて、
   前記エンジンの出力軸に回転を伝達することができるモータと、
   前記エンジンを停止させる際、前記エンジンの燃料噴射を継続したまま前記モータで発電トルクを発生させて前記エンジンの出力軸を制動し、前記エンジンの出力軸の回転が停止するか所定の低回転速度以下まで低下したら前記エンジンの燃料噴射を停止するエンジン停止制御手段と、
   を備えたことを特徴とするエンジン。
2. 前記エンジン停止制御手段は、前記エンジンを停止させる際、前記エンジンの空燃比がリーン状態のときはリッチ状態となるよう前記エンジンの燃料噴射量を増大することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 前記エンジン停止制御手段は、前記エンジンを停止させる際、前記モータの発電トルクをステップ的に増大させることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
4. 前記エンジン停止制御手段は、前記エンジンを停止させる際、前記エンジンのトルクを低下させることを特徴とする請求項１から３のいずれかひとつに記載のエンジン。
5. 前記エンジン停止制御手段は、前記エンジンの点火時期を遅角することで前記エンジンのトルクを低下させることを特徴とする請求項４に記載のエンジン。
6. 前記エンジン停止制御手段は、前記エンジンの吸入空気量を減少させることで前記エンジンのトルクを低下させることを特徴とする請求項４に記載のエンジン。

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