JP3815256B2 - 車輌用間歇運転内燃機関のＮＯｘ排出抑制運転方法 - Google Patents

車輌用間歇運転内燃機関のＮＯｘ排出抑制運転方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輌用内燃機関の運転方法に係り、特に内燃機関の排気系に酸素を貯える機能を有する排気浄化触媒を備え、所定の機関休止条件が成立したとき機関を一時休止させ、該機関休止条件が消滅したとき機関を作動復帰させるよう構成された車輌の機関を、機関一時休止に伴うＮＯｘの排出を抑制して運転する方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
現在、自動車等の車輌の内燃機関の排気系には、一般に三元触媒等の排気浄化触媒が設けられている。この種の排気浄化触媒は、内燃機関の排気中に含まれる有害成分であるＮＯxとＣＯまたはＨＣとを相互に反応させて無害のＮ2、ＣＯ2またはＨ2Ｏに変換せしめるものであるが、これらの酸化成分と還元成分との間の平衡に対し酸素が多過となった排気或は空気が通されると、酸素を貯える性質を有する。内燃機関が長時間に亙って停止されたときには、排気浄化触媒は当然大気中の酸素に曝されるので、触媒は酸素を飽和限度まで貯えた状態となる。排気浄化触媒が酸素を貯えた状態にあると、ＮＯxに対する浄化機能が低下する。そこで、これに対処して、機関の始動時には、触媒に貯られている酸素の量に見合って燃料の供給量を理論空燃比に対する値よりも一時的に増量し、増量分の燃料により触媒を還元処理することが知られまた実施されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、燃料資源の節約と大気環境保全の必要から、車輌の運行中であっても、信号待ちや渋滞による車輌の一時停止時や内燃機関によるよりも電動機による駆動の方がより好ましい走行時に内燃機関を一時停止させる、エコラン車やハイブリッド車が脚光を浴びて来ている。エコラン車やハイブリッド車に於ける車輌運行中の機関一時停止は、現在のところ通常高々１０分程度であり、その程度の時間の間に排気系の出口から空気が侵入することにより排気浄化触媒が酸素を貯えた状態になることはないが、内燃機関の停止は燃料の供給を遮断することにより行われ、内燃機関は燃料遮断後も数回に亙って回転するので、その間、排気系には燃料成分を含まない空気が排出され、排気浄化触媒は酸素を貯える。
【０００４】
また、特に本件出願人が現在製造販売しているハイブリッド車は、添付の図１にその概略を示す如き駆動構造を有しているが、かかる構造の場合、内燃機関の作動を一時停止させるべく機関への燃料の供給を遮断しても、機関は空転を続けることがある。即ち、図１に示す構造に於いて、１は内燃機関であり、機関は遊星歯車機構を備えた駆動連結装置２を介して発電機３と電動機４とに連結されており、電動機軸の部分に、変速機５を介して一対の駆動輪６ａ、６ｂの車軸７ａ、７ｂが差動歯車機構８を経て連結されており、ここには従来の車輌駆動系に常備されていたクラッチが設けられていない。これは、車輪の回転数と車輪への入力トルク（正と負がある）を、駆動連結装置２の遊星歯車機構を介しての、機関と電動機の回転数と出力トルクおよび発電機の回転数と負荷トルクの合成により制御するものである。従って、車輌が減速状態にあったり、或は車輌が電動駆動状態にあり、機関出力が不要であって機関への燃料の供給が遮断されており、機関は回転を停止していてよいときにも、車輌の運行状況によっては機関は実質的に休止している状態で回転を続けることがある。かかる機関の空転を含めた機関の停止をここでは特に機関休止ということにする。尚、図１に於いて、９はバッテリその他の蓄電装置、１０はインバータ、１１は機関の排気系に設けられた三元触媒等による触媒コンバータ、１２は電気式制御装置であり、電気式制御装置には、本発明の作動に関係する情報として、アクセルペダルの踏み込み量Ｄｐを示すに信号、車速Ｓｖを示す信号、クランク角θｅを示す信号、エンジンの温度Ｔｅを示す信号、触媒コンバータの温度Ｔｃを示す信号が入力されるようになっている。
【０００５】
本発明は、エコラン車やハイブリッド車に於ける車輌運行中の機関一時休止に纏わる機関休止状態に関する上記の如き或はその他の可能な多様性とそれ伴なう排気浄化触媒の酸素貯え状態の多様性に鑑み、こうして機関一時休止毎に種々の態様に酸素を貯える排気浄化触媒をより効果的に還元処理し、排気浄化触媒の酸素貯えに起因して機関の作動復帰時にＮＯｘが排出されることを抑制することのできる機関の間歇運転方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するものとして、本発明は、排気系に酸素を貯える機能を有する排気浄化触媒を備え、車輌の運行中に回転が一時停止される車輌用の内燃機関にして、所定の機関休止条件が成立することにより燃料の供給が遮断され一時的に実質的に休止させた後にも少なくとも数回転に亙って空転し、前記機関休止条件が消滅したときには作動復帰される内燃機関の、該機関の一時休止に伴うＮＯｘの排出を抑制するための運転方法であって、機関一時休止のために燃料の供給を遮断した後前記機関が空転する間に該機関の回転数が第一のしきい値を下回ったときには、前記機関へ燃料を一時供給して前記排気浄化触媒に貯えられた酸素を低減させる過程を含むことを特徴とする機関運転方法を提案するものである。
【０００７】
上記に如き機関運転方法に於いて、更に、機関一時休止のために燃料の供給を遮断した後機関が空転する間に作動要求に応じて機関の作動復帰をする際に、該機関の回転数が前記第一のしきい値を上回っているときには、燃料の正規の供給に先立って機関へ燃料を一時供給して排気浄化触媒に貯えられた酸素を低減させるようになっていてよい。また、燃料の正規の供給に先立って機関へ燃料を一時供給して排気浄化触媒に貯えられた酸素を低減させる過程は、該機関の回転数がクランキングを要することなく燃料の供給のみで機関が作動復帰できる第二のしきい値を下回っているときにクランキングが実行される場合には、クランキングの初期に行われるようになっていてよい。なお、上記の燃料一時供給は、通常通り点火装置を作動させて行われてよく、或いは点火装置を作動させないで行われてもよい。
【０００８】
また、回転が一時停止させられる内燃機関の排気浄化触媒に貯えられた酸素を低減させるためには、機関が燃料の供給を遮断した後に一時休止状態にあるときに機関への作動要求に応じて該機関を作動復帰をする際に、該機関の回転数がクランキングを要することなく燃料の供給のみで前記機関が作動復帰できる所定のしきい値を下回っているか否かを判断し、下回っているときには、機関作動復帰のためにクランキングを実行し、且、クランキングの初期に機関へ燃料を一時供給して排気浄化触媒に貯えられた酸素を低減させるようになっていてもよいことは理解されるべきである。その場合、機関の回転数が所定のしきい値を上回っているときには、クランキングを実行することなく燃料の正規の供給に先立って機関への燃料の一時供給が実行されるようになっていてよい。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
機関の一時休止のため機関への燃料の供給が遮断されても、機関は少なくとも数回転にわたって空転し、排気浄化触媒が酸素を蓄えることとなるのも、かかる機関空転が原因であるが、かかる機関空転中の一時期を選んで燃料の一時供給を行なえば、機関空転によってもたらされる酸素を貯えようとする排気浄化触媒をその場で還元処理し、機関の作動復帰時にＮＯｘが排出されることを抑制することができる。
【００１０】
また、機関の一時休止により機関の回転が或る所定のしきい値回転数以下に下がるときには、機関の作動復帰はクランキングによってなされる。機関のクランキング始動は、機関を電動機により駆動してその回転数を次第に上昇させ、該回転数が或る所定の高さに達したところで燃料の噴射を開始するものである。従って、クランキングによる機関始動が行われるときには、機関の作動復帰のため燃料の燃焼が開始される以前に、少なくとも機関がクランキングされ始めてから機関回転数が上記の所定高さに達するまでの間の機関空転時間がある。従って、このクランキング初期の空転時間を選んで燃料を一時供給すれば、これによっても機関のクランキングによる作動復帰に何らの遅れを生じさせることなく、機関の作動復帰のための燃料の燃焼が開始される以前に、暖機状態にあって酸素を貯えている排気浄化触媒を、該可燃成分により直ちに還元処理し、機関の作動復帰時にＮＯｘが排出されることを抑制することができる。
【００１１】
また、機関が一時休止されても上記のしきい値回転数以上で空転を続けているときには、新たに機関への作動要求により機関を一時休止空転状態より作動復帰させるとき、クランキングは必要ないので、作動要求が出されたことに応答して燃料の正規の供給を行なうには、クランキングを行なう場合に比して時間的余裕がある。そこで、このときには、機関への作動要求が出されたことに対して燃料の正規の供給を開始する前に、燃料一時供給を行なうことにより、空転中の排気流に乗せて触媒還元用の燃料を排気浄化触媒まで運ばせ、機関への作動要求に対する機関の作動復帰に何ら遅れを感じさせることなく、暖機状態にあって酸素を貯えている排気浄化触媒を、直ちに還元処理し、機関の作動復帰時にＮＯｘが排出されることを抑制することができる。
【００１２】
【発明の実施の態様】
以下に本発明を上に記載したいくつかの実施の態様を総合的に含む一つの実施例について詳細に説明する。添付の図２、３および４は、それぞれＡ及びＢの部分にて互いに繋ぎ合わされることにより、そのような総合的実施例に於ける制御の流れを示すフローチャートである。
【００１３】
このフローチャートに示す制御は、図には示されていない車輌のイグニッションスイッチの閉成により車輌の運行が開始されると同時に開始され、この種の制御技術に於いて周知の通り、制御の実行中、制御は数十ミリセカンド程度の周期にてかかるフローチャートを巡って循環する。
【００１４】
ステップ１にては、図１に示した如き制御に必要なデータの読込みが行われる。フローチャートを通った制御は最後のリターンよりステップ１へ戻るので、ステップ１にては、数十ミリセカンド毎に車輌の運行状態に基づく読込みデータの更新が行われることになる。
【００１５】
ステップ２にては、ステップ１にて読込まれたデータに基づき、機関一時休止条件が成立しているか否かが判断される。この判断は、種々の態様にて行なわれてよく、その詳細は本発明の対象ではない。答がイエスのときには、制御はステップ３へ進み、燃料遮断が実行される。次いで制御はステップ４へ進み、燃料遮断が実行されたことを示すフラッグＦ1が１にセットされる。この技術分野に於いては周知の通り、この種のフラッグは制御の開始時に全て０にリセットされるものであり、以後に使用される各フラッグのいづれもそうである。
【００１６】
ステップ５に於いては、フラッグＦ２が１にセットされているか否かが判断される。制御が初めてここに至ったときには、Ｆ２は０であるので、制御はステップ６へ進み、機関回転数Ｎｅが或るしきい値Ｎｅｏ以上であるか否かが判断される。このしきい値Ｎｅｏは、機関がこれ以上の回転数にて空転しているときには、機関が一時休止に入ったときの触媒還元処理は行わないようにするための基準値である。後述の如く、燃料遮断後にＮｅがＮｅｏを下回らなければ、触媒還元処理は機関の作動復帰が求められたときに行なうこととなる。答がノーのとき、即ち機関回転数がＮｅｏ以下に下がっているときには、制御はステップ７へ進み、フラッグ２が１にセットされ、これにてステップ６での判断が固定される。次いで制御はステップ８へ進み、フラッグＦ３が１であるか否かが判断される。このフラッグＦ３は後程制御がステップ１６に至ったときに１にセットされるものであり、それまでは０にリセットされている。答がノーである限り、制御はステップ９へ進む。
【００１７】
ステップ９に於いては、触媒還元処理許可条件が成立しているか否かが判断される。これは、主として触媒の温度が所定の活性化温度以上に暖機しているか否かを確認するものであり、また触媒温度が高過ぎては還元処理によって過熱を生じる虞れがあることも考慮するものである。答がイエスのときには、制御はステップ１０へ進むが、答がノーのときには、以下の制御は見送られる。
【００１８】
ステップ１０に於いては、フラッグＦ４が１であるか否かが判断され、答がノーのときには制御はステップ１１へ進み、タイマ１がセットされ、ステップ１２にてフラッグＦ４が１にセットされる。これらのステップ１０〜１２は、ここでタイマ１をスタートさせるためのものである。
【００１９】
次いでステップ１３にて、タイマ１がタイムアウトしたか否かが判断される。答がノーのときには、制御はステップ１４へ進み、触媒還元のための燃料の一時供給（噴射）が行なわれる。これは、通常通り点火装置を作動させつつ行なうか、点火装置を作動させないで行なうかの、二通りのいづれかによって行なわれてよい。この燃料一時供給は、タイマ１にてセットされた時間だけ行なわれ、その時間が経過すると、制御はステップ１５へ進み、燃料の一時供給を停止し、ステップ１６にて触媒還元用燃料一時供給が終了したことを示すフラッグＦ３が１にセットされる。従って、ここで触媒還元用燃料一時供給が終了まで行なわれたときには、以後新たに機関一時休止が行なわれるまで、制御はステップ１〜８を通って循環しつつ、ステップ２の答がノーに転ずるのに待機する。
【００２０】
機関一時休止期間が過ぎ、或はその途中でアクセルペダルが踏込まれること等により機関への出力要求が出されると、ステップ２の答がイエスよりノーに転ずる。これより制御はステップ１７へ進み、フラッグＦ４が１にセットされているか否かが判断される。答がノーのときは、制御はステップ１８へ進み、機関回転数Ｎｅがクランキングを要することなく燃料の供給再開のみで機関が作動復帰できる所定のしきい値回転数Ｎｅｃｏ以上であるか否かが判断される。答がノーのときには、制御はステップ１９へ進み、フラッグＦ４が１にセットされ、これにてステップ１８での判断が固定される。これより制御がステップステップ２０へ進んだときには、ここでクランキングが行なわれる。
【００２１】
クランキングが開始されると、ステップ２１にて機関回転数Ｎｅが機関のクランキングによる始動時正規燃料の供給（噴射）を開始すべき所定の回転数Ｎｅｃ２に達したか否かが判断される。答がノーである限り制御はステップ２２へ進む。ステップ２２にては、フラッグＦ３が１にセットされているか否かが判断される。フラッグＦ３は、先のステップ１４にて開始された燃料一時供給が終了したときステップ１６にて１にセットされるものであり、フラッグＦ３が１にセットされているときには、触媒の還元は済んでおり、クランキング時には最早その必要はないので、このときには制御はそのままステップ１へ戻り、クランキングを行ないつつステップ２２を通って循環し、ＮｅがＮｅｃ２に達するのを待つ。
【００２２】
ステップ２２の答がノーのきには、制御はステップ２３へ進み、先のステップ９と同じ触媒還元処理許可条件が成立しているか否かが判断される。そして答がイエスであれば、制御はステップ２４へ進み、機関回転数Ｎｅが、Ｎｅｃ２より低い回転数であって、クランキングの初期に触媒還元のための燃料一時供給を行ったときそれを終了する所定のしきい値Ｎｅｃ１に達したか否かが判断される。当初は答はノーであるので、制御はステップ２５へ進み、触媒還元のための燃料の一時供給が開始される。このクランキング初期に行なう燃料一時供給は、通常通り点火装置を作動させて行なわれてもよいが、ここでは一つのより好ましい実施例として、点火装置を作動させないで行なわれる。この場合、燃料一時供給の量は、Ｎｅｃ１の値の設定により所望の値に設定できる。そしてステップ２４の答がノーよりイエスに転じると、ステップ２６にて燃料一時供給は停止される。
【００２３】
こうして触媒の還元処理が終了した後もクランキングは続けられ、機関回転数が更に上昇してやがてステップ２１の答がノーよりイエスに転ずると、制御はステップ２７へ進み、クランキング始動時の正規の燃料供給が開始され、機関はこれより自力で回転数を増大させる。その結果を見届けるべく、制御はステップ２８へ進み、フラッグＦ５が１であるか否かが判断され、最初の一度だけ答がノーであることによりステップ２９へ進み、タイマ２がセットされ、次いでステップ３０にてフラッグＦ５が１にセットされる。ステップ３１に於いては、機関回転数Ｎｅが、機関が順調に始動したことを示す所定のしきい値Ｎｅｃ３に達したか否かが判断される。最初のうちは、答はまだノーであり、制御はステップ３２へ進み、タイマ２がタイムアウトしたか否かが判断される。そして答がノーであれば、制御はステップ１へ戻り、データを読み直しつつ制御を続ける。機関が正常に始動すれば、その内ステップ３１の答はノーよりイエスに転ずるので、そのときには制御はステップ３３へ進み、Ｆ１からＦ５までの全てのフラッグが０にリセットされ、ここで制御装置は最初の状態に戻り、次の機関一時休止の制御に備えた状態となる。
【００２４】
しかし、機関が何らかの原因により正常に始動せず、ステップ３１の答がノーのまま時が経ち、ステップ３２の答がノーよりイエスに転ずると、制御はステップ３４へ進み、機関が始動に失敗したことを運転者に示す警報が発せられる。このとき図示の実施例では制御はここで終る。但しこれは一つの実施例であり、ステップ３２の答がイエスとなったとき、更に何らかの自動制御が行なわれてもよく、そのとき何のような自動制御を施すかは、本発明の対象ではない。
【００２５】
ステップ１８の答がノーのとき、即ち機関一時休止後、機関の作動復帰が求められたとき、機関の回転数ＮｅがＮｅｃｏ以上であるときには、制御はステップ３５へ進み、フラッグＦ１が１であるか否かが判断される。ここで答がノーとなるのは、そもそも機関一時休止の燃料遮断が未だ行なわれていないときであり、このときには制御はステップ３６へ進み、機関出力要求に応じた正規の燃料供給が続けられる。
【００２６】
ステップ３５の答がイエスのときには、制御はステップ３７へ進み、フラッグＦ３が１であるか否かが判断される。フラッグＦ３は機関が一時休止に入ったとき機関が回転している間に触媒還元用の燃料一時供給が行なわれ、それが終了したとき１にセットされるものである。従って、フラッグＦ３が１にセットされているときには、改めて触媒還元処理を行なう必要はないので、制御はステップ３６へ向かう。
【００２７】
ステップ３７の答がノーのときには、制御はステップ３８へ進み、フラッグＦ６が１にセットされているか否かが判断される。このフラッグＦ６は後程制御がステップ４６に至ったとき１にセットされるものであり、それまでは０にリセットされている。次いでステップ３９にて先のステップ９または２３と同じ触媒還元処理許可条件が成立しているか否かが判断され、答がイエスであれば、制御はステップ４０へ進む。次いでステップ４０にてフラッグＦ７が１にセットされているか否かが判断される、このステップ４０とこれに続くステップ４１および４２は、新たなタイマ３をスタートさせるためのものである。こうしてタイマ３をスタートさせた後、制御はステップ４３へ進み、タイマ３がタイムアウトしたか否か、即ち次のステップ４４にて開始された触媒還元用燃料一時供給が所定時間行なわれたか否かが判断される。ここでタイマ３による設定時間だけ行なわれてステップ４５にて終了される燃料一時供給は、通常通り点火装置を作動させて行なわれてもよいが、図示の実施例では一つのより好ましい実施例として点火装置を作動させないで行なわれる。この点火なし燃料一時供給は、機関の作動復帰がクランキングなしで、燃料の正規供給への復帰のみで可能なとき、正規燃料供給への復帰に先立って触媒還元のために行なわれるものである。かかる燃料一時供給は、一度の機関一時休止に対し一度行なわれればよいので、それがステップ４５にて終了し、ステップ４６にてそのことを示すフラッグＦ６が１にセットされた後には、制御はステップ３８よりステップ３６へ向かう経路をとる。そして制御がステップ３６に達したときには、ステップ４７にてフラッグＦ１〜Ｆ７の全てが０にリセットされ、制御は次の機関一時休止に備えた状態となる。
【００２８】
尚、上述の通り、図２、３および４によるフローチャートは、本発明による車輌用間歇運転内燃機関のＮＯｘ排出抑制運転方法の幾つかの局面をその詳細な実施例について総合的に組み込んだものであり、本発明はこれら全ての局面に於ける制御の全てを実行することに限られるものではなく、本発明の範囲内にてこれらの局面を適宜選択して実行してもよいことは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイブリッド車の駆動系の一例を示す概略図。
【図２】本発明による車輌用間歇運転内燃機関のＮＯｘ排出抑制運転方法の一つの総合的実施例の一部を示すフローチャート。
【図３】Ａの部分にて図２のＡの部分につながる図２と同様の図。
【図４】Ｂの部分にて図３のＢの部分につながる図２および図３と同様の図。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…駆動連結装置
３…発電機
４…電動機
５…変速機
６ａ、６ｂ…車軸
７ａ、７ｂ…車輪
８…差動歯車機構
９…蓄電装置
１０…インバータ
１１…触媒コンバータ
１２…電気式制御装置

Claims (5)

  1. 排気系に酸素を貯える機能を有する排気浄化触媒を備え、車輌の運行中に回転が一時停止させられる車輌用の内燃機関にして、所定の機関休止条件が成立することにより燃料の供給が遮断され一時的に実質的に休止させた後にも少なくとも数回転に亙って空転し、前記機関休止条件が消滅したときには作動復帰される内燃機関の、該機関の一時休止に伴うＮＯｘの排出を抑制するための運転方法であって、機関一時休止のために燃料の供給を遮断した後前記機関が空転する間に該機関の回転数が第一のしきい値（Ｎｅｏ）を下回ったときには、前記機関へ燃料を一時供給して前記排気浄化触媒に貯えられた酸素を低減させる過程を含むことを特徴とする機関運転方法。
  2. 請求項１の機関運転方法であって、更に、前記機関一時休止のために燃料の供給を遮断した後前記機関が空転する間に前記機関の作動復帰をする際に該機関の回転数が前記第一のしきい値（Ｎｅｏ）を上回っているときには、燃料の正規の供給に先立って前記機関へ燃料を一時供給して前記排気浄化触媒に貯えられた酸素を低減させる過程を含むことを特徴とする機関運転方法。
  3. 請求項２の機関運転方法であって、該機関の回転数がクランキングを要することなく燃料の供給のみで前記機関が作動復帰できる第二のしきい値（Ｎｅｃｏ）を下回っているときに、前記燃料の正規の供給に先立って前記機関へ燃料を一時供給して前記排気浄化触媒に貯えられた酸素を低減させる過程は、前記機関作動復帰のためのクランキングの初期に行われることを特徴とする機関運転方法。
  4. 排気系に酸素を貯える機能を有する排気浄化触媒を備え、車輌の運行中に回転が一時停止させられる車輌用の内燃機関にして、所定の機関休止条件が成立することにより燃料の供給が遮断され一時的に実質的に休止させた後にも少なくとも数回転に亙って空転し、前記機関休止条件が消滅したときには作動復帰される内燃機関の、該機関の一時休止に伴うＮＯｘの排出を抑制するための運転方法であって、燃料の供給を遮断した後に該機関の回転数がクランキングを要することなく燃料の供給のみで前記機関が作動復帰できる所定のしきい値（Ｎｅｃｏ）を下回っているときに前記機関への作動要求に応じて作動復帰をする場合には、前記機関作動復帰のためにクランキングを実行することと、前記クランキングの初期に燃料の正規の供給に先立って前記機関へ燃料を一時供給して前記排気浄化触媒に貯えられた酸素を低減させることを特徴とする機関運転方法。
  5. 請求項４の機関運転方法であって、前記機関の回転数が前記所定のしきい値を上回っているときに前記機関への作動要求に応じて作動復帰をする場合には、前記クランキングを実行することなく燃料の正規の供給に先立って前記機関へ燃料を一時供給して前記排気浄化触媒に貯えられた酸素を低減させることを特徴とする機関運転方法。
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