JP2014211099A - エンジン制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料噴射の増量制御を伴うエンジン始動中にエンジン停止要求があった場合、排気エミッションを改善しつつ、燃費の悪化を抑制しながらエンジンを停止させることができるエンジン制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン制御装置は、エンジン12の停止要求を検知するエンジン停止要求検知部90と、エンジン12の停止要求が検知された場合、触媒雰囲気がストイキ状態になる時間を、増量制御時に比べて早めるように燃料噴射を制御する燃料噴射制御部92と、ストイキ状態になってからエンジン12を停止させるエンジン停止部94とを有する。このように、エンジン12停止前に、ストイキ状態に回復させることで、排気エミッションを改善させることができる。また、ストイキ状態に回復させる時間を早めることで、エンジン12の運転時間が短くなり、燃費の悪化が抑制される。
【選択図】図2

Description

本発明はエンジン制御装置に関し、特に、エンジン始動時の触媒機能回復運転中におけるエンジン停止制御の改良に関する。
エンジンの気筒からの排気に含まれる有害成分(CO,HC,NOx等)を浄化するために、一般的に、排気通路に排気浄化触媒が設けられている。この排気浄化触媒における浄化作用は、混合気が理論空燃比で燃焼されるときに最もその効率が高くなる。そこで、エンジン動作時には、混合気の実空燃比を理論空燃比に一致させ、排気浄化触媒による排気浄化性能を最大限に高めるように、燃料噴射量の制御が行われている。
また、近年では、燃料消費量を抑制するという観点から、アイドル状態にあるときはエンジンを停止させ、車両発進時にはエンジンを再始動させるという、いわゆるエンジンの自動停止及び自動始動を行う内燃機関自動車が知られている。また、ハイブリッド自動車においても、走行中にエンジンの自動停車及び自動始動が行われる。
エンジンの始動時には、通常、実空燃比が理論空燃比よりもリッチになるように燃料噴射量を一時的に増量することで、排気浄化触媒を暖機して触媒の早期活性化を図っている。しかし、このようなエンジン始動時の最中にエンジンが停止した場合、次にエンジンが始動するときに窒素酸化物(NOx)が排気されて排気エミッションの状態が悪化してしまう可能性がある。このため、こうした排気エミッションの状態の悪化を抑制することが課題として挙げられている。
下記特許文献1には、エンジンが自動停止する場合、まず排気浄化触媒内がストイキ状態となるように燃料噴射量を設定し、ストイキ状態となってからエンジンを停止する技術が記載されている。
下記特許文献2には、エンジン始動時に、燃料を一時増量して、排気浄化触媒へ一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC)のような可燃性分を供給することによって、酸素を捕捉した触媒を還元処理する制御が記載されている。
下記特許文献3には、エンジンの自動始動時に、実空燃比が理論空燃比よりもリッチになるように燃料噴射量を増量補正し、実空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に変化したときから前記増量補正における増量値の減量を開始する制御が記載されている。このように、エンジンの始動時に燃料噴射量の増量を行うと、触媒の還元処理が促進されて排気エミッションの状態の向上を図ることができる。そして、実空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に変化したときから燃料噴射量の増量値の減量を開始することにより、実空燃比が過剰にリッチになってしまうといった不具合の発生を抑制することができる。
特開2007−154664号公報 特開2002−327640号公報 特開2005−36790号公報
上記特許文献3に開示されるようなエンジン制御においては、エンジン始動時の噴射燃料の増量後、その増量値を減らすことで、触媒雰囲気をリッチ側からストイキ状態に復帰させることができる。このようなエンジン始動時における触媒機能回復運転をしている間に、エンジン停止が要求される場合がある。この場合、上記特許文献1に記載されるように、触媒雰囲気がストイキ状態となるように燃料噴射量を制御した後にエンジンを停止させると、エンジン停止が遅れてしまうため、遅れた分燃費が悪化してしまうという問題がある。一方、燃料噴射量の制御途中にエンジンを停止させると、触媒雰囲気がリッチ状態のままになってしまい、次のエンジン始動時に排気エミッションの状態が悪化してしまうという問題がある。
本発明の目的は、燃料噴射の増量制御を伴うエンジン始動中にエンジン停止要求があった場合、排気エミッションを改善しつつ、燃費の悪化を抑制しながらエンジンを停止させることができるエンジン制御装置を提供することにある。
本発明は、エンジンの始動時に燃料噴射の増量制御を行うエンジン制御装置において、エンジンの停止要求を検知するエンジン停止要求検知部と、燃料噴射の増量制御中にエンジン停止要求検知部により停止要求が検知された場合、触媒雰囲気がストイキ状態になる時間を、停止要求が無い増量制御時に比べて早めるように燃料噴射を制御する燃料噴射制御部と、触媒雰囲気がストイキ状態になってから、エンジンを停止させるエンジン停止部とを有することを特徴とする。
また、燃料噴射制御部は、燃料噴射の増量値を減衰させる割合を、停止要求が無い増量制御時に比べて大きくすることができる。
また、燃料噴射制御部は、燃料噴射の増量値を減衰させる減衰係数を、停止要求が無い場合の減衰係数よりも大きい値として用いることができる。
また、燃料噴射制御部は、燃料噴射の増量値を減衰させる減衰フィードバックゲインを、停止要求が無い場合のフィードバックゲインより高い値として用いることができる。
また、エンジン制御装置を搭載するハイブリッド自動車であることが好適である。
本発明のエンジン制御装置によれば、燃料噴射の増量制御を伴うエンジン始動中にエンジン停止要求があった場合、排気エミッションを改善しつつ、燃費の悪化を抑制しながらエンジンを停止させることができる。
本実施形態に係るハイブリッド自動車の構成を示す図である。 エンジンの構成を示す図である。 エンジン始動時の触媒機能回復運転を説明する図である。 本実施形態に係るエンジン停止の制御動作を示すフローチャートである。 別の態様のハイブリッド自動車の構成を示す図である。 別の態様のハイブリッド自動車の構成を示す図である。 別の態様のハイブリッド自動車の構成を示す図である。 別の態様のハイブリッド自動車の構成を示す図である。
以下、本発明に係るエンジン制御装置の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、エンジンとモータの出力により走行するハイブリッド自動車を挙げ、このハイブリッド自動車に使用されるエンジン制御装置について説明する。なお、本発明は、上記のようなハイブリッド自動車に限らず、エンジンの出力で走行する走行車両であれば、どのような車両にも適用できる。
図1は、本実施形態に係るハイブリッド自動車の構成を示す図である。ハイブリッド自動車10には、原動機として内燃機関(以下、エンジンという)12と、モータMG1,MG2とが搭載されている。これらの原動機12、MG1,MG2は、動力分配統合機構14を構成する遊星歯車機構の三要素にそれぞれ接続されている。すなわち、エンジン12がクランクシャフト16を介してプラネタリギヤに、モータMG1がサンギヤに、また、モータMG2がリングギヤにそれぞれ接続されている。また、動力分配統合機構14のリングギヤには、駆動軸18が接続されており、この駆動軸18から各原動機12,MG1,MG2の動力が、デファレンシャルギヤ20を介して駆動輪22に伝達される。エンジン12の具体的な構成については、後で説明する。
また、ハイブリッド自動車10は、モータMG1,MG2をそれぞれ駆動するインバータ24,25と、インバータ24,25を介してモータMG1,MG2と電力をやり取りするバッテリ26とを備える。
また、ハイブリッド自動車10は、エンジン12を制御するエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)28と、モータMG1,MG2を制御するモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)30と、バッテリ26を制御するバッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)32と、これらのECU28,30,32に接続され、車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット(以下、HVECUという)34とを有する。
モータECU30には、モータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサと、モータMG1,MG2に印加される電流を検出する電流センサとが接続されている(共に図示せず)。モータECU30は、これらのセンサからの入力信号に基づいてインバータ24,25へスイッチング制御信号を出力する。また、モータECU30は、HVECU34からの制御信号によってモータMG1,MG2を制御するとともに、モータMG1,MG2の運転状態に関するデータをHVECU34に出力する。
バッテリECU32には、バッテリ26の端子間電圧を検出する電圧センサと、バッテリ26の充放電電流を検出する電流センサと、バッテリ26の温度を検出する温度センサとが接続されている(共に図示せず)。バッテリECU32は、これらのセンサからの入力信号に基づいてバッテリ26の状態を管理する。また、バッテリECU32は、バッテリ26の状態に関するデータをHVECU34に出力する。
HVECU34には、イグニッションスイッチ36と、シフトレバー38の操作位置を検出するシフトポジションセンサ39と、アクセルペダル40の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ41と、ブレーキペダル42の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ43と、車速を検出する車速センサ44とが接続されている。そして、HVECU34は、各種ECU28,30,32に対して各種制御信号やデータのやりとりを行う。
次に、エンジン12の構成について、図2を用いて説明する。エンジン12は、燃焼室内の混合気を点火プラグ50により点火することで燃焼させる火花点火内燃機関である。しかし、本発明はこの構成に限定されず、エンジン12が圧縮着火内燃機関であってもよい。
エンジン12は、ピストン52が往復運動するシリンダ54と、ピストン52にコンロッドを介して接続され、ピストン52の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト16とを有する。シリンダ54には、これの内部にある燃料室に燃料を噴射する燃料噴射弁56と、燃料噴射弁56の燃料噴射によって生成される混合気に点火する点火プラグ50とが設けられる。
また、エンジン12は、燃焼室に通じ、この燃焼室内の吸排気を行う通路である吸気通路58と排気通路60とを有する。吸気通路58には、空気を清浄するエアクリーナ62と、空気流量を調整するスロットルバルブ64が設けられる。一方、排気通路60には、排気に含まれる有害成分(CO,HC,NOxなど)を浄化する浄化装置66が設けられる。浄化装置66は、白金(Pt)やパラジウム(Pd)などの酸化触媒と、ロジウム(Rh)などの還元触媒と、セリア(CeO2)などの助触媒などで構成される浄化触媒(三元触媒)67を有する。
シリンダ54には、これを開閉する弁として吸気バルブ68と排気バルブ70が設けられ、吸気バルブ68を介して吸気通路58が、排気バルブ70を介して排気通路60がそれぞれ接続されている。吸気及び排気バルブ68,70は、カムやバルブスプリングなどで構成されるバルブシステム72の駆動により開閉される。
ピストン52の動作により、吸気通路58を介して外部より導入された空気は、吸気バルブ68の開弁に伴って燃焼室に吸入される。吸入された空気は、燃料噴射弁56から噴射された燃料と混合して混合気になり、点火プラグ50から発生される電気火花によって、点火されて爆発燃焼する。この爆発燃焼に伴うピストン52の直線運動が、クランクシャフト16により回転運動に変換される。爆発燃焼した混合気は、排気になり、排気バルブ70の開弁に伴って排出され、排気通路60を介し外部に放出される。
エンジンECU28には、エンジン12の運転状態を検出する各種センサが接続されている。これらのセンサは、例えば、クランクシャフト16の回転位置を検出するクランクポジションセンサ74と、エンジン12の冷却水の温度を検出する水温センサ75と、筒内の圧力を検出する圧力センサ76と、吸気及び排気バルブ68,70を開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ77と、スロットバルブ64のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ78と、吸入空気の流量を検出するエアフローメータ79と、吸入空気の温度を検出する温度センサ80と、排気通路60に取り付けられた空燃比センサ81と、排気通路60に取り付けられた酸素センサ82とである。エンジンECU28は、これらのセンサからの入力信号に基づいて、スロットルバルブ64のポジションを調整するスロットルモータ83と、バルブシステム72を制御するイグニッションコイル84とへ制御信号を出力する。また、エンジンECU28は、HVECU34からの制御信号によってエンジン12を運転制御するとともに、エンジン12の運転状態に関するデータをHVECU34に出力する。
また、エンジンECU28は、浄化装置66の浄化触媒67による排気浄化性能を最大限に高めるように、エンジン12の始動時に燃料噴射の増量制御を行う。通常、エンジン12を始動すると、まずエンジン12が空転するので、浄化触媒67が筒内から排出される酸素を多く捕捉する。このとき、実空燃比は理論空気比よりリーン側である。そこで、エンジンECU28は、エンジン12が始動された時点から、燃料噴射量の増量を行う。この増量分に正規の燃料噴射量を加算した値が、実際に使用される燃料量である。このような燃料噴射量の増量により、有害成分を含む排気が浄化触媒67に供給され、この排気により浄化触媒67に捕捉された酸素が消費されて、実空燃比が理論空燃比よりもリッチになる。そして、燃料噴射量の増量値は直ちに減衰される。この減衰作動には、時間の経過とともに増量値が漸減するように予め所定の係数が設定されている。この増量値の減衰により、触媒雰囲気をリッチからストイキ状態へと回復させている。
本実施形態のエンジンECU28は、このような燃料噴射の増量制御を伴うエンジン12始動中にエンジン12の停止要求があった場合、最適なエンジン停止制御を行っている。その制御を実現するために、本実施形態のエンジンECU28は、エンジン12の停止要求を検知するエンジン停止要求検知部90と、エンジン12の停止要求が検知された場合、触媒雰囲気がストイキ状態になる時間を、停止要求が無い増量制御時に比べて早めるように燃料噴射を制御する燃料噴射制御部92と、ストイキ状態になってからエンジン12を停止させるエンジン停止部94とを有することを特徴とする。このように、エンジン12停止前に、ストイキ状態に回復させることで、排気エミッションを改善させることができる。また、ストイキ状態に回復させる時間を、停止要求が無い時より早めることで、エンジン12の運転時間が短くなり、燃費の悪化を抑制することができる。
次に、エンジン12始動時の触媒機能回復運転中におけるエンジン停止制御について、図3を用いて説明する。図3の上部のグラフは、時間経過に伴うエンジン12の回転数を示すグラフであり、真ん中のグラフは、時間経過に伴う燃料噴射量の増量値の推移を示すグラフであり、下部のグラフは、時間経過に伴う空燃比(A/F)の推移を示すグラフである。図中の時間t1は、エンジン12の始動開始時点であり、時間t2は、エンジン12の停止要求を検知した時点であり、時間t3は、停止要求が検知された場合におけるエンジン12の停止時点であり、時間t4は、従来における、停止要求が無い増量制御によりストイキ状態に回復する時点である。停止要求が検知された場合とは、例えばアクセルが所定開度以下となった場合が挙げられる。
エンジン12は、時間t1において所定の回転数で回転し始める。このとき、エンジン12の空転により浄化触媒67には多くの酸素が捕捉されるので、実空燃比は理想空燃比よりリーン側へ移行する。そして、エンジン12始動開始時点とほぼ同時期に燃料噴射量が増量される。そうすると、浄化触媒67に供給され始める排気により、浄化触媒67に捕捉された酸素が消費されて、実空燃比は理想空燃比よりリッチ側へと移行する。燃料噴射量の増量値は、予め設定された、停止要求が無い場合の減衰係数に基づいて減衰していく。
そして、時間t2において、エンジン停止要求検知部90がエンジン12の停止要求を検知する。エンジン12の停止要求が検知されると、燃料噴射制御部92は、触媒雰囲気がリッチ側からストイキ状態へ復帰する時間を、停止要求が無い増量制御時に比べ早めるように燃料噴射を制御する。具体的には、燃料噴射制御部92が、燃料噴射の増量値を減衰させる割合を、停止要求が無い増量制御時に比べて大きくし、触媒雰囲気がストイキ状態へ復帰する時間を早める。このような制御により、図3の真ん中のグラフに示されるように、停止要求が無い増量制御時における減衰の推移(図中の一点鎖線)により増量値が0になる時間t4に比べ、より速い時間t3に増量値が0になる。そして、図3の下部のグラフに示されるように、時間t3において、触媒雰囲気をストイキ状態へ復帰させることができる。
燃料噴射の増量値の減衰の程度を、停止要求が無い時のものより大きくするためには、予め設定された、停止要求が無い時の減衰係数に対してより大きく予め設定された減衰係数を用いることができる。なお、本実施形態はこの構成に限定されずに、減衰の程度を変化させることができる。例えば、空燃比センサ81または酸素センサ82の検出値に基づいて燃料噴射弁56から噴射される燃料噴射量をフィードバック補正することにより、早期に触媒雰囲気をストイキ状態へ復帰させることができる。このようなフィードバック制御においては、エンジン12の停止要求があった場合、予め設定された、停止要求が無いときの減衰フィードバックゲインより高いフィードバックゲインを用い、燃料噴射の増量値をより大きく減衰するように設定してもよい。
このように、本実施形態のエンジン制御装置においては、エンジン12の停止要求があったときに増量値の減衰の割合をより大きくすることで、通常時における触媒機能回復時間t4より早い時間t3で触媒機能を回復させることができる。そして、触媒機能が回復した時間t3でエンジン12を停止させるので、排気エミッションの改善が図られている。また、通常時においては、触媒機能が回復した時間t4以降でエンジン12を停止させていたが、本制御においてはその時間より早い時間t3でエンジン12を停止させるので、エンジン12の運転時間が通常時より短くなり、燃費の悪化を抑制することができる。なお、エンジン12の停止要求を検知した時間t2でエンジン12を直ちに停止させた場合、燃費の悪化は抑制されるものの、図3の下部の図の二点鎖線で示されるように、実空燃比が理論空燃比に比べてリッチ側の状態のままになってしまい、排気エミッションの改善は見込めない。
次に、燃料噴射の増量制御を伴うエンジン12始動時にエンジン12の停止要求があった場合における燃料噴射の制御動作について、図4を用いて説明する。図4は、燃料噴射の制御動作の一例を示すフローチャートである。この制御動作は、燃料噴射の増量制御を伴ってエンジン12が始動した時点をスタートとする。
ステップS101では、エンジン12の停止要求があったか否かが判断される。エンジン12の停止要求があった場合、ステップS102に進む。一方、エンジン停止要求が無かった場合、ステップ105に進み、通常通りの噴射燃料の増量値の減衰を行い、本制御は終了する。
ステップS102では、始動時における燃料噴射の増量値が減衰中であるか否かが判断される。増量値が減衰中である場合、S103に進み、通常の増量制御時に比べ増量値の減衰を早期化させる。そして、S104に進み、減衰が終了し増量値が0になった後に、エンジン12が停止され、本制御動作が終了する。
本実施形態のエンジン12の停止制御によれば、エンジン12停止前に、積極的にストイキ状態に回復させることで、排気エミッションを改善させることができる。また、ストイキ状態に回復させる時間を通常時より早めることで、エンジン12の運転時間が短くなるので、燃費を向上させることができる。
本実施形態においては、ハイブリッド自動車10の動力伝達機構が、モータMG2からの動力を、駆動軸18に出力するように構成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。図5に示されるように、モータMG2からの動力を、駆動輪22とは異なる駆動輪23が接続される駆動軸19に出力するように構成されてもよい。
また、本実施形態においては、ハイブリッド自動車10の動力伝達機構が、エンジン12からの動力を、動力分配統合機構14のプラネタリギヤとリングギヤを介して駆動軸18に出力するように構成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。図6に示されるように、エンジン12と駆動軸18とが、インナーロータ222とアウターロータ224とを有する対ロータ電動機230を介して接続されてもよい。この場合、エンジン12のクランクシャフト16にはインナーロータ222が接続され、駆動軸18にはアウターロータ224が接続され、エンジン12からの動力の一部を駆動軸18に伝達可能にするとともに、残余の動力を電力に変換することができる。
また、本実施形態においては、ハイブリッド自動車10の動力伝達機構が、エンジン12からの動力を、動力分配統合機構14のプラネタリギヤとリングギヤを介して駆動軸18に出力するとともに、モータMG2からの動力を、駆動軸18に出力するように構成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。図7に示されるように、エンジン12がクラッチ318を介してモータMGに接続され、モータMGが変速機320を介して駆動軸18に接続されるよう構成されてもよい。この場合、エンジン12からの動力を、モータMGと変速機320とを介して駆動軸18に出力するとともに、モータMGからの動力を、変速機330を介して駆動軸18に出力することができる。または、図8に示されるように、エンジン12と駆動軸18が変速機420を介して接続され、モータMGが駆動軸19に接続されるように構成されてもよい。これらの態様のように、原動機としてエンジン12とモータMGとを備えるハイブリッド自動車であれば、どのような形態の動力伝達機構を備えるものであっても本発明を適用することができる。
10 ハイブリッド自動車、12 エンジン、14 動力分配統合機構、16 クランクシャフト、18,19 駆動軸、20 デファレンシャルギヤ、22,23 駆動輪、24,25 インバータ、26 バッテリ、28 エンジンECU、30 モータECU、32 バッテリECU、34 HVECU、36 イグニッションスイッチ、38 シフトレバー、39 シフトポジションセンサ、40 アクセルペダル、41 アクセルペダルポジションセンサ、42 ブレーキペダル、43 ブレーキペダルポジションセンサ、44 車速センサ、50 点火プラグ、52 ピストン、54 シリンダ、56 燃料噴射弁、58 吸気通路、60 排気通路、62 エアクリーナ、64 スロットルバルブ、66 浄化装置、67 浄化触媒、68 吸気バルブ、70 排気バルブ、72 バルブシステム、74 クランクポジションセンサ、75 水温センサ、76 圧力センサ、77 カムポジションセンサ、78 スロットルバルブポジションセンサ、79 エアフローメータ、80 温度センサ、81 空燃比センサ、82 酸素センサ、83 スロットルモータ、84 イグニッションコイル、90 エンジン停止要求部、92 燃料噴射制御部、94 エンジン停止部。

Claims (5)

  1. エンジンの始動時に燃料噴射の増量制御を行うエンジン制御装置において、
    エンジンの停止要求を検知するエンジン停止要求検知部と、
    燃料噴射の増量制御中にエンジン停止要求検知部により停止要求が検知された場合、触媒雰囲気がストイキ状態になる時間を、停止要求が無い増量制御時に比べて早めるように燃料噴射を制御する燃料噴射制御部と、
    触媒雰囲気がストイキ状態になってから、エンジンを停止させるエンジン停止部と、
    を有することを特徴とするエンジン制御装置。
  2. 請求項1に記載のエンジン制御装置において、
    燃料噴射制御部は、燃料噴射の増量値を減衰させる割合を、停止要求が無い増量制御時に比べて大きくする、
    ことを特徴とするエンジン制御装置。
  3. 請求項2に記載のエンジン制御装置において、
    燃料噴射制御部は、燃料噴射の増量値を減衰させる減衰係数を、停止要求が無い場合の減衰係数よりも大きい値として用いる、
    ことを特徴とするエンジン制御装置。
  4. 請求項2に記載のエンジン制御装置において、
    燃料噴射制御部は、燃料噴射の増量値を減衰させる減衰フィードバックゲインを、停止要求が無い場合のフィードバックゲインより高い値として用いる、
    ことを特徴とするエンジン制御装置。
  5. 請求項1から4のいずれか1つに記載のエンジン制御装置を搭載するハイブリッド自動車。
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