JP3888222B2 - 過給手段と排気浄化手段を備えた内燃機関の停止制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の停止を制御する装置に係り、より詳細には、排気により吸気を加圧するターボチャージャと排気を浄化する触媒コンバータとを備えた内燃機関の停止を制御する装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガスによりタービンを駆動し、該タービンにより圧縮機を駆動して機関への吸気を加圧するターボチャージャは周知である。かかるターボチャージャには、機関始動時に機関の立ち上がりに対比してその立ち上がりに遅れが生ずる。そこで、かかるターボチャージャを機関駆動と電動駆動とが組み合わされたハイブリッド車の内燃機関に設けた場合に、機関始動時のターボチャージャの立ち上がりの遅れを電動機により補うことが特開平11‐148388に於いて提案されている。
【０００３】
また、同じくターボチャージャをハイブリット車の内燃機関に設けた場合に、発電能力を高めるためターボチャージャに発電機を組み込むことが特開平6‐257453に於いて提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ターボチャージャには、上記の通り機関始動時に機関の立ち上がりに対比して立ち上がりに遅れを生ずるが、機関停止時には、機関の停止に対比して停止遅れを生ずる。これらはいずれも、ターボチャージャが慣性エネルギを保持しやすい均一な回転装置であることと、その上作動中には数万ｒｐｍに達する高速回転を行っていることとによっている。
【０００５】
一方、内燃機関に於いては、吸気弁と排気弁の開弁期間の間に重なりがあり、多気筒内燃機関に於いては、それが機関の回転位相に対して順次均等にずれて生ずるので、機関の吸気系と排気系とは常時ほぼどこかの気筒を介して連通している。従って、機関が停止される際に燃料の遮断に対比してターボチャージャの停止が遅れると、機関を通過して排気系に酸素が排出され、排気系に触媒コンバータが設けられている現今の車輌に於いては、触媒コンバータの酸素による劣化や所謂Ｏ2ストレージが生ずる。
【０００６】
本発明は、上記の点に着目し、ターボチャージャによる過給と触媒コンバータによる排気浄化を行う内燃機関に関し、触媒コンバータの酸素劣化やＯ2ストレージを抑制すべく内燃機関の停止を制御する装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するものとして、本発明は、排気により吸気を加圧するターボチャージャと排気を浄化する触媒コンバータとを備えた内燃機関の停止を制御する内燃機関停止制御装置にして、ターボチャージャ回転数が所定のしきい値以上である限りまたはターボチャージャ回転数が所定の期間内に所定のしきい値以上でなくなると予測されない限り機関停止指令に応答して燃料を遮断しないようターボチャージャ回転数と燃料遮断の少なくとも一方を他方に関連して制御する関連制御手段を有することを特徴とする内燃機関停止制御装置を提供するものである。
【０００９】
また、前記関連制御手段は、機関停止指令に応答してターボチャージャ回転数を下げる制御を行うようになっていてよく、この場合、ターボチャージャ回転数を下げる制御は、内燃機関の空燃比を所定の範囲内に維持しつつ出力を下げる制御と内燃機関に発電負荷を掛ける制御のいずれか一方または両方であってよい。
【００１０】
【発明の作用及び効果】
上記の如く、排気により吸気を加圧するターボチャージャと排気を浄化する触媒コンバータとを備えた内燃機関の停止を制御する装置が、機関停止指令に応答してターボチャージャ回転数と燃料遮断の少なくとも一方を他方に関連して制御する関連制御手段を有していれば、内燃機関を停止させようとするとき、内燃機関の燃料を遮断した状態でターボチャージャが大きく回転し、それによって多量の空気が酸素を含んだまま機関を通過して触媒コンバータへ送られることを回避し、触媒コンバータの酸素劣化やＯ2ストレージを抑制することができる。
【００１１】
かかる関連制御手段によれば、まずターボチャージャ回転数に関連して燃料遮断を制御し、例えばターボチャージャ回転数が所定のしきい値以上でないことを燃料遮断のための一つの条件にすることができ、ターボチャージャの回転数がその作動により多量の空気を機関排気系に排出させるような値にある状態にて燃料が遮断されることを回避することができる。
【００１２】
内燃機関の停止が運転者によるキースイッチオフにより指令される場合、その多くは機関がすでにアイドル運転状態ないしそれに近い状態にあるときであり、燃料の遮断にターボチャージャ回転数が所定のしきい値以上でないとの条件が付けられても、車輌の運転性が損なわれることは殆どないと考えられる。
【００１３】
また、内燃機関がハイブリット車の内燃機関であり、機関の停止が車輌運転制御装置の制御判断により行われる場合には、ターボチャージャ回転数が所定のしきい値以上でなくなるまで燃料遮断を遅らせるよう、車輌運転制御装置による機関運転制御に僅かの修正を加えることは、車輌の運転上何らの支障を来たさないと考えられる。
【００１４】
更に、上記の燃料遮断許可条件の一つとしてのターボチャージャ回転数が所定のしきい値以上でないということを、ターボチャージャ回転数が所定の期間内に所定のしきい値以上でなくなるとの予測に置き換えれば、機関停止を過度に遅らせることなく、触媒コンバータを酸素劣化やＯ2ストレージから保護することを確実に達成することができ、かかる制御により燃費が悪化することを回避することができる。
【００１５】
一方、ターボチャージャ回転数と燃料遮断の少なくとも一方を他方に関連して制御する上記の関連制御手段を、燃料遮断に対しターボチャージャ回転数を下げる制御を行う手段として作動させれば、内燃機関が車輌の内燃機関であり、機関出力が車輌の運転状況等に応じて高出力状態から急速に停止されてよいとき、触媒コンバータに酸素劣化やＯ2ストレージの問題を生ずることなく早急に機関を停止させることができ、燃費の改善に寄与することができる。
【００１６】
前記関連制御手段が内燃機関の空燃比を所定の範囲内に維持しつつその出力を下げる制御を行うことができれば、機関の燃焼室へ供給される空気と燃料の比を理論空燃比ないしその近傍に維持しつつ両者の供給量を低下させ、機関内に於ける混合気の燃焼状態を常に良好に保ち、酸素も未燃成分も排気系へ排出されないようにしつつ機関出力を下げ、排気ガスの排出量を下げることによりターボチャージャの回転数を下げることができる。
【００１７】
また、かかる関連制御手段が、内燃機関に発電機による発電負荷を掛ける手段を含んでいれば、内燃機関に発電負荷を掛けることにより内燃機関の回転を減速させ、それに応じて排気ガスの排出量を低下させ、これによってターボチャージャの回転速度を低下させることを回生発電と共に行うことができ、これは電力需要の高いハイブリット車に於いては特に有効である。この場合、燃料の遮断は、発電負荷を掛けてから行われてよいが、掛ける前に行われてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に於いては、本発明をハイブリット車の内燃機関に適用した例として説明する。但し、本発明は通常の機関駆動車の内燃機関にも適用可能である。
【００１９】
添付の図１は、ハイブリット車駆動構造の一例を示す概略図である。図に於いて、１は内燃機関であり、２は一対の駆動輪である。内燃機関１のクランク軸（図示せず）は、遊星歯車機構よりなる動力分配装置３を介して、発電機４と、主として電動機として作動するが発電機としても作動する電動装置（ここでは一応電動機と称する）５に連結されている。動力分配装置３は、遊星歯車機構のキャリアにて内燃機関のクランク軸と連結され、サンギヤにて発電機４と連結され、リングギヤにて電動機５と連結されたものであり、更に電動機５との連結部にてそこに設けられた歯車６とそれに噛み合う差動歯車装置７を介して一対の駆動輪２と連結されている。尚、途中の各軸部材は自明のため説明を省略する。発電機４と電動機５はいずれも交流仕様のものであり、交流と直流の間の変換を行うインバータ８を介して蓄電装置９と電気的に接続されている。
【００２０】
１０はターボチャージャであり、内燃機関１の排気マニホールド１１を経て排出される排気によりタービン１２を駆動することによりこれと連結されたポンプ１３を駆動し、吸気マニホールド１４へ向けて送られる吸気を加圧して機関の過給を行うようになっている。タービン１２を出た排気は触媒コンバータ１５を備えた排気系を経て排出される。１６はターボチャージャの吸気吸込み口に設けられエアクリーナである。
【００２１】
内燃機関１と発電機４と電動機５の作動は車輌運転制御装置１７により制御され、またターボチャージャの作動、特にその回転数は、内燃機関１の制御を介して車輌運転制御装置１７により制御される。車輌運転制御装置１７は、マイクロコンピュータを備え、そこに組み込まれた制御プログラムと車輌の運行状態に関する種々の情報に基づいて制御計算を行い、それに基づいて内燃機関をはじめとする車輌の種々の作動装置を制御するものであり、その基本的構成は既に周知のものである。車輌運転制御装置１７には、キースイッチよりそのオンオフに関する信号、アクセルペダルおよびブレーキペダルより車輌運転に関する運転者の意思を示す信号、機関回転数センサより機関回転数を示す信号、車速センサより車速を示す信号、ターボチャージャ回転数センサ１８よりターボチャージャの回転数を示す信号、蓄電装置９より蓄電装置の充電状態を示す信号、その他の図にては省略されている種々の信号が供給されている。
【００２２】
車輌運転制御装置１７は、これらの各信号に基づいて制御計算を行い、吸気絞り装置１９および燃料噴射装置２０を操作して内燃機関の運転を制御し、車輌の運行状態と蓄電装置９の充電状態に応じて車輌を機関駆動と電動駆動との間に切り換える。また車輌運転制御装置１７は、蓄電装置９の充電状態に応じて発電機４を作動させて蓄電装置の充電を行い、更に車輌の減速或いは制動走行時には、電動機５を発電機として作動させて車輌の運動エネルギを電気エネルギとして回収し、蓄電装置９を充電する回生発電を行う。
【００２３】
特に本発明に関しては、車輌運転制御装置１７は、キースイッチからの信号に基づき内燃機関が運転者の意志により停止されようとしているか否かの情報を受け、またその他の信号に基づく車輌のハイブリッド駆動制御に於いて内燃機関を自動停止させるか否かの制御判断を行い、機関停止に当たって必要に応じて上に記載したターボチャージャの回転数と燃料遮断の少なくとも一方を他方に関連して制御する関連制御手段として作動する。尚、このハイブリッド駆動装置では、キースイッチがオフとされてもそのことで直ちに車輌運転制御装置１７を含むその他の装置の電源が遮断されることはなく、各装置の電源の遮断は車輌運転制御装置１７の制御の下に行われるようになっている。以下に、本発明による内燃機関停止制御装置のターボチャージャ回転数と燃料遮断の関連制御に関する機関停止制御を実施例について詳細に説明する。
【００２４】
図２は、そのような関連制御に関する機関停止制御の一つの実施例を示すフローチャートである。この制御は、内燃機関が新たに始動されると同時に開始される。制御が開始されると、ステップ１０にて、キースイッチがオフとされたか否かが判断される。答がノーであるときには、制御はステップ２０へ進み、車輌運転制御装置１７のハイブリット運転制御判断により機関が自動停止されるか否かが判断される。答がいずれもノーである限り、制御はステップ１０の前に戻り、ステップ１０または２０により内燃機関が停止されようとすることの監視を続ける。
【００２５】
ステップ１０または２０の何れか一方でも答がイエスになれば、制御はステップ３０へ進み、ターボチャージャの回転数Ｎがある所定のしきい値Ｎsより高いか否かが判断される。このしきい値Ｎsの値は、ターボチャージャの回転数がこの程度までなら、内燃機関への燃料の供給を直ちに遮断しても、上述のターボチャージャの惰性回転により機関を経て触媒コンバータへ送り込まれる空気により触媒の酸素劣化やＯ2ストレージが問題となるような恐れはない回転数である。
【００２６】
ステップ３０の答がイエスであると、制御はステップ４０へ進み、吸気流量Ｑaの制御目標値Ｑatを現在の値より或る適当な漸減値ΔＱaだけ減ずる制御が行われる。次いで制御はステップ５０へ進み、実際の吸気流量Ｑaに理論空燃比の逆数αを乗じ、吸気流量Ｑaにて理論空燃比による燃焼を達成するために供給すべき燃料流量Ｑfが計算される。かかる吸気流量の目標値Ｑatおよび燃料流量Ｑfの計算結果は、それが出るたび直ちに車輌運転制御装置１７による吸気絞り装置１９と燃料噴射装置２０の操作に反映され、内燃機関はその吸気流量と燃料流量とを漸減されることにより次第に出力を下げ、その排気流量も下がり、それに伴ってターボチャージャの回転数も低下していく。その様子は後に説明する図３に示されている。尚、ステップ４０に於けるＱatは、直ちにアイドル運転時の吸気量目標値となるよう、ΔＱaは現在の吸気量目標値とアイドル運転時用吸気量目標値の差とされてもよい。
【００２７】
図示の実施例では、これに次いで更に、ステップ６０にて、発電機４の発電負荷或いは電動機５を発電モードにて作動させることによる発電負荷を内燃機関に掛ける制御が行われる。但し、ステップ６０は省略されてもよく、また逆にステップ４０および５０が省略され、ステップを６０のみが実行されてもよい。次いで制御はステップ７０へ進み、ターボチャージャ回転数低減制御中であることを示すフラグＦが１にセットされる。ステップ３０の答がイエスである間は、制御はステップ３０〜７０を所定の制御サイクルにて繰り返し行い、ターボチャージャ回転数が低下げられる。
【００２８】
こうしてターボチャージャの回転数を低下させる処置が行われると、やがてターボチャージャの回転数ＮはＮs以下に下がり、ステップ３０の答はイエスからノーに転ずる。これより制御はステップ８０へ進み、フラグＦが１であるか否かが判断される。ステップ４０〜６０のターボチャージャ回転数低減制御が行われたときにはフラグＦは１になっているので、制御はステップ９０へ進み、吸気の供給が遮断され（Ｑa＝０）、燃料の供給も遮断され（Ｑf＝０）、ステップ６０にて内燃機関にかけられた発電負荷も解除される。これにて本発明による制御は終了する。ただ、吸気は吸気絞り弁が全閉位置まで閉じられても、機関が惰性回転し、吸気管に負圧が作用している間は、一般にアイドルスピード制御装置（ＩＳＣ）を経て幾分かの空気が流れるので、吸気量は図３に示されている如く幾分かの遅れを伴って０となる。尚、ステップ３０の答が最初からノーであるときには、フラグＦは制御の最初に０にリセットされたままであることから答はノーであり、このときにはターボチャージャ回転数低減制御は不要であり、制御はそのまま終了する。
【００２９】
上記の如き本発明によるターボチャージャ回転数に関する内燃機関停止制御が行われることにより、図３に示す如く、時点ｔ₁にて機関停止の指令が出されても、ターボチャージャの回転数Ｎが上記のしきい値Ｎs以上である限り、出力を下げつつも内燃機関の運転は、ターボチャージャの回転数がＮsに下がる時点ｔ₂まで続けられ、こうして燃料が直ちに遮断された場合にターボチャージャの惰性回転により触媒コンバータに多量の空気が導入されて触媒コンバータに酸素劣化やＯ2ストレージが生ずることが確実に回避される。
【００３０】
図４は、図２に示した実施例に於ける制御の一部を修正した他の一つの実施例を示す同様のフローチャートである。図４において、図２におけるステップに対応するステップは図２に於けると同じステップ番号により示されている。図４の実施例に於いては、ステップ６０に続くステップ１００に於いて、このフローサイクルのステップ３０にて確認されたターボチャージャの回転数Ｎnが前回のフローサイクルの際ステップ３０にて確認されたターボチャージャの回転数Ｎn-1に対してなす偏差ΔＮが計算され、次いでステップ１１０にて、この状態でターボチャージャの減速が進むとき、所定の比較的小さい時間Δｔの経過後にターボチャージャの回転数は尚まだしきい値Ｎs以上であるか否かが判断される。ステップ１１０の答えがイエスであれば、制御はステップ４０の前に戻されるが、答がノーであれば、ここで制御はステップ９０へ進み、図２に於いて説明された要領による機関停止処理が行われる。かかる予測制御が行われることにより、ターボチャージャの回転数が実際にしきい値Ｎsまで下がる前に、ターボチャージャの回転数がある所定の減速度にて確実に低下しつつあることを確認の上、燃料の遮断を早めることができる。
【００３１】
図５は、更に他の一つの実施例を示す同様のフローチャートである。このフローチャートにおいても、図２或いは図４のフローチャートに於けるステップに対応するステップは同じステップ番号により示されている。この実施例に於いては、ステップ１０または２０の答がイエスになることにより機関停止が指令されると、まずステップ２５にて燃料が遮断される。その後、制御はステップ３０へ進み、ターボチャージャ回転数Ｎがしきい値Ｎs以上であ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６０へ進み、内燃機関に発電負荷を掛けることにより機関回転を制動し、より早期に機関回転数を下げて排気の排出量を下げ、ターボチャージャの回転数を下げることが行われる。尚、この場合、ステップ８０に続くステップ９５にては、吸気を遮断することと発電負荷を解除することが行なわれる。
【００３２】
このように燃料遮断が行なわれた後でも、燃料遮断に対してターボチャージャ回転数を下げる処置がとられることにより、触媒コンバータの酸素劣化やＯ2ストレージを抑制することができる。
【００３３】
以上に於いては本発明をいくつかの実施例について詳細に説明したが、これらの実施例について本発明の範囲内にて種々の修正が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をハイブリット車の内燃機関に適用した例としてハイブリット車駆動構造の一例を示す概略図。
【図２】本発明の内燃機関停止制御装置によるターボチャージャ回転数と燃料遮断の関連制御に関する内燃機関停止制御の一つの実施例を示すフローチャート。
【図３】図２に示す内燃機関停止制御による機関停止時のターボチャージャ回転数と吸気量および燃料噴射量の経過を示すグラフ。
【図４】本発明の内燃機関停止制御装置によるターボチャージャ回転数と燃料遮断の関連制御に関する内燃機関停止制御の他の一つの実施例を示すフローチャート。
【図５】本発明の内燃機関停止制御装置によるターボチャージャ回転数と燃料遮断の関連制御に関する内燃機関停止制御の更に他の一つの実施例を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…車輪
３…動力分配装置
４…発電機
５…電動機
６…歯車
７…差動歯車装置
８…インバータ
９…蓄電装置
１０…ターボチャージャ
１１…排気マニホールド
１２…タービン
１３…ポンプ
１４…吸気マニホールド
１５…触媒コンバータ
１６…エアクリーナ
１７…車輌運転制御装置
１８…ターボチャージャ回転数センサ
１９…吸気絞り装置
２０…燃料噴射装置

Claims (5)

1. 排気により吸気を加圧するターボチャージャと排気を浄化する触媒コンバータとを備えた内燃機関の停止を制御する内燃機関停止制御装置にして、ターボチャージャ回転数が所定のしきい値以上である限り機関停止指令に応答して燃料を遮断しないようターボチャージャ回転数と燃料遮断の少なくとも一方を他方に関連して制御する関連制御手段を有することを特徴とする内燃機関停止制御装置。
2. 排気により吸気を加圧するターボチャージャと排気を浄化する触媒コンバータとを備えた内燃機関の停止を制御する内燃機関停止制御装置にして、ターボチャージャ回転数が所定の期間内に所定のしきい値以上でなくなると予測されない限り機関停止指令に応答して燃料を遮断しないようターボチャージャ回転数と燃料遮断の少なくとも一方を他方に関連して制御する関連制御手段を有することを特徴とする内燃機関停止制御装置。
3. 前記関連制御手段は、機関停止指令に応答してターボチャージャ回転数を下げる制御を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関停止制御装置。
4. 前記のターボチャージャ回転数を下げる制御は、内燃機関の空燃比を所定の範囲内に維持しつつその出力を下げることを含むことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関停止制御装置。
5. 前記のターボチャージャ回転数を下げる制御は、内燃機関に発電負荷を掛けることを含むことを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関停止制御装置。

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