JP3982178B2 - 有害ガス成分排出抑制型車輌 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輌のエンジン（本願では内燃機関）より大気へＮＯｘが排出されることを抑制することに係る。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯによる大気汚染を防止するため、現今の車輌には通常これらの大気汚染成分を相互に反応させて無害のＮ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏとする機能を有する三元触媒の如き触媒を内蔵する触媒コンバータが設けられている。
【０００３】
一方、エネルギ資源の節約と環境保全のために、車輌運転中に生ずる信号待ちや道路渋滞による車輌の一時停車或いは緩走時の如くエンジンの一時停止が許容され或いは望まれる所定の条件が成立したとき、エンジンを一時停止させることが考えられ、エコランと称されて一部の自動車等の車輌に於いて実施されている。更に、エンジンと電動モータとの組合せによって車輌を駆動するハイブリッド車に於いては、車輌の一時停車時や道路渋滞による緩走時だけでなく、より広汎な車輌の運転状態に於いても、車輌駆動をモータ駆動にし、エンジンを一時停止させることが行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンの排気系にＮＯｘ浄化触媒を含む触媒コンバータが設けられていると、エンジンの停止に関連して新たな問題が生ずる。それは、エンジンの停止は当然のことながら燃料の供給を遮断することにより行なわれるが、回転しているエンジンは燃料が遮断されただけでは直ちには回転を停止せず、惰性によって幾分かの回転を続けるので、その間、酸素に富む吸気がそのまま触媒コンバータへ排出され、触媒コンバータは、エンジン停止の都度、酸素を蓄えた状態となることである。かかる状態にて次にエンジンが始動されると、エンジン排気中にあってＮＯｘと共に触媒コンバータへ送られてきたＨＣやＣＯは、触媒コンバータの作用によってＮＯｘと反応してこれを無害のＮ2に変える前に、触媒コンバータに蓄えられていた酸素と反応し、ＮＯｘが浄化されずに排出されることになる。
【０００５】
かかる問題は、エンジンの停止と再始動が頻繁に行なわれるエコラン車やハイブリッド車に於いて特に重大である。本発明は、かかる問題に対処し、エンジン停止に伴うＮＯｘ浄化触媒の酸素による機能低下を抑制することをＨＣやＣＯの排出を来すことなく行なうことのできる車輌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、エンジンと、該エンジンに少なくとも一時的に駆動連結されるモータと、前記モータの電源となる蓄電装置と、少なくとも前記エンジンにより選択的に駆動されて前記蓄電装置を充電するジェネレータと、前記エンジンの排気を浄化する触媒コンバータとを備えた車輌にして、
前記エンジンの燃料供給を制御する第一の手段と、
車輌の走行状態に基づいて前記エンジンを停止させる条件が成立したことおよびエンジンを再始動させる条件が成立したことを判断する第二の手段と、
前記第二の手段により前記エンジン停止条件が成立したことが判断されたことに応じて前記第一の手段に作用して前記エンジンの燃料供給を遮断させ、その際エンジン停止時に前記触媒コンバータに貯えられる酸素の量を該触媒コンバータが貯えることのできる酸素の飽和量とするよう、前記モータまたは前記ジェネレータの作動を伴って、前記エンジンの燃料遮断後の回転量を制御する第三の手段と、
前記第二の手段により前記エンジン再始動条件が成立したことが判断されたことに応じて前記モータと前記第一の手段とに作用して前記エンジンを回転駆動しつつ燃料供給を再開させ、その際前記触媒コンバータを通過してＨＣが排出されることを抑制しつつ前記触媒コンバータのＮＯｘ浄化機能が該触媒コンバータに蓄えられた酸素により妨害されることを抑制する量のＨＣを該触媒コンバータへ排出するよう、前記エンジンの燃料供給を一時的に増量させる第四の手段と
を有することを特徴とする車輌を提供するものである。
【０００７】
上記の如き車輌に於いて、前記第三の手段は、エンジン停止時に前記触媒コンバータに蓄えられる酸素の量を前記所定の範囲内に整えるため、燃料遮断開始時の前記エンジンの回転数を所定の範囲の回転数とするよう前記エンジンの作動を制御するようになっていてよい。
【０００８】
或は、上記の如き車輌に於いて、前記第三の手段は、エンジン停止時に前記触媒コンバータに蓄えられる酸素の量を前記所定の範囲内に整えるため、前記エンジンの回転位相が所定の位相範囲内にきたとき燃料遮断を開始させるように前記第一の手段に作用するようになっていてよい。
【００１０】
上記いづれの場合にも、上記の如き車輌に於いて、前記第三の手段は、燃料遮断開始時の前記触媒コンバータの温度を所定の範囲の温度とするように前記エンジンの作動を制御するようになっていてよく、これによってエンジン停止時に前記触媒コンバータに蓄えられる酸素の量を前記所定の範囲内により正確に整えることができる。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
上記の如く燃料遮断によりエンジンが停止されるとき、燃料遮断後の惰性によるエンジン空転によって触媒コンバータが酸素を蓄えた状態になるとしても、もしその酸素蓄え量が該触媒コンバータが貯えることのできる酸素の飽和量とされれば、触媒コンバータの酸素飽和蓄え量は自然に触媒コンバータの温度に応じた所定量となるので、エンジン停止時の触媒コンバータの酸素蓄え量を触媒コンバータの温度に基づき正確に把握することができ、従ってまた触媒コンバータの温度を制御することにより触媒コンバータの酸素蓄え量を確実に制御することができ、次のエンジン始動時に該酸素蓄え量に応じて燃料供給量を臨時に適量増量して触媒コンバータへ適量のＨＣを送り込み、これを触媒コンバータに蓄えられた酸素と反応させることにより、触媒コンバータを通過してＨＣが排出されることを抑制しつつ、触媒コンバータに蓄えられた酸素により触媒コンバータのＮＯｘ浄化機能が妨害されることを抑制することができる。この場合の追加燃料の供給は、正規の燃料供給タイミングを保って上乗せ増量されても、或は正規のタイミングによる燃料供給とは別のタイミングにてなされてもよい。
【００１２】
燃料遮断後のエンジン空転により触媒コンバータ内に持ち込まれる酸素の量は、燃料遮断開始時のエンジン回転数によって左右されるので、前記第三の手段が、燃料遮断に先立って燃料遮断開始時のエンジンの回転数を所定の回転数範囲内に整えるようになっていれば、エンジン停止時に触媒コンバータに蓄えられる酸素の量をより正確に所定の範囲内に整えることができる。エンジンの回転数を所定の回転数範囲内に整える制御は、エンジンの吸気制御の他に、前記モータによるエンジンの駆動或は前記ジェネレータによるエンジンの制動によって行なわれてもよい。
【００１３】
また、燃料遮断後のエンジン空転により触媒コンバータ内に持ち込まれる酸素の量は、燃料遮断開始時のエンジン回転位相によって左右されるので、エンジン回転位相が所定の位相範囲内にきたときを選んで前記第三の手段が前記第一の手段に作用して燃料遮断を開始させるようになっていれば、このことによって燃料遮断後のエンジン空転により触媒コンバータ内に持ち込まれる酸素量を所定の範囲内に整えることができる。
【００１５】
また、燃料遮断後のエンジン空転により触媒コンバータ内に持ち込まれる酸素の量が同じでも、触媒コンバータの温度が異なれば、触媒コンバータに蓄えられる酸素の量は異なり、触媒コンバータの温度が高いと蓄え率は高くなるので、燃料遮断後のエンジン空転により触媒コンバータ内に持ち込まれる酸素の量を燃料遮断開始時のエンジン回転数によって制御する場合にも、或は燃料遮断開始時のエンジン回転位相によって制御する場合にも、更に、前記第三の手段が、燃料遮断開始時の触媒コンバータの温度を所定の温度範囲内に整えるように、エンジンの作動を制御するよになっていれば、エンジン一時停止時に触媒コンバータに蓄えられる酸素量をより正確に所定の範囲内に整えることができる。尚、触媒コンバータの温度制御は、エンジンに於ける燃料供給量、吸気供給量または点火時期のいづれかの制御、またはこれらの組合せ制御によって行われてよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照して、本発明を実施例について詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明による有害ガス成分排出抑制型車輌をハイブリッド車に於いて実施した場合の動力源の構造を解図的に示す図である。図１に於いて、１はエンジンであり、エンジンには遊星歯車機構を備えた駆動連結装置２を介してジェネレータ（発電機）３とモータ（電動機）４とが互いに動力を伝達し合う関係に連結されている。更に、これらの駆動連結体には、図の解図的表示では、モータの軸部を介して変速機５が連結されており、エンジン、ジェネレータ、モータはこの変速機および一対の車軸６ａ、６ｂを経て駆動輪７ａ、７ｂと動力伝達関係に連結されている。尚、図示の解図的表示では、変速機５の一部に差動歯車機構８が組み込まれており、変速機5を経て一対の車軸６ａ、６ｂに伝達される回転動力は車軸６ａ、６ｂに差動的に伝達されるようになっている。
【００１８】
９は蓄電装置であり、インバータ１０を経てジェネレータ３およびモータ４と電気的に接続されている。ジェネレータはエンジンまたは車輌減速走行中の車輌慣性の一方または両方により駆動されることにより発電を行なって蓄電装置を充電し、モータはこの蓄電装置を電源として適宜車輌を駆動する。尚、図１の構成では、ジェネレータ３とモータ４とは別々の装置として設けられているが、これら両者はモータ・ジェネレータと称される一体の装置であって、電気回路の切換えによりモータまたはジェネレータとして作動するものにより置き換えられてもよい。従って本願にて図１の実施例を離れてモータと称する手段は、図示のモータ４の如き電動機能のみを有する手段とモータ・ジェネレータと称される電動機能と発電機能の両方を有する手段の両方を含むものである。同様に本願にて図１の実施例を離れてジェネレータと称する手段は、図示のジェネレータ３の如き発電機能のみを有する手段とモータ・ジェネレータと称される電動機能と発電機能の両方を有する手段の両方を含むものである。
【００１９】
エンジンにはその排気系に三元触媒等による触媒コンバータ１１が設けられ、エンジン排気中に含まれるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを相互に反応させてこれらを無害のＮ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏに変換するようになっている。そして、エンジン１、ジェネレータ３、モータ４、変速機５の作動は、コンピュータを組み込んだ電気式制御装置１２により以下に説明される要領にて制御され、本発明による有害ガス成分の排出を抑制した車輌の運転が行なわれる。電気式制御装置１２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、エンジンの温度Ｔｅを示す信号、エンジンクランク軸の回転位相θｅ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。
【００２０】
次に、図１に示す如き構成を備えた有害ガス成分排出抑制型車輌の本発明に係わる作動を一つの実施例について図２に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２１】
図には示されていないキースイッチの閉成により車輌の運転が開始されると、ステップ１０にて図１に示す如き必要なデータの読込みが行われ、次いでステップ２０にて読み込まれたデータに基づき車輌の駆動制御が行なわれる。これには勿論運転者による操舵および車速制御が含まれる。そして、そのような運転者の意図を踏まえた車輌駆動制御の中から、ステップ３０に於いて、ハイブリッド車として車輌運行中にエンジンを停止する条件が成立したか否かの判断が行われる。判断結果がノーである限り、制御はステップ１０の前に戻る。
【００２２】
車輌運行中に所定の時間を超える信号待ちや道路渋滞によるかなりの緩走または所定の時間を超える車輌停止或は電動走行への切換えの如くエンジンの一時停止が許容され或いは望まれる所定の条件が成立し、そのことがステップ３０にて判断されると、制御はステップ４０へ進み、エンジン回転数ＮｅがＮ１≦Ｎｅ≦Ｎ２なる所定の回転数範囲内にあるか否かが判断される。Ｎ１及びＮ２の値は、例として８００rpm±８０rpm程度であってよい。答えがイエスであれば、制御はそのまま次のステップ５０へ進むが、答えがノーのときには、制御はステップ６０へ進み、エンジン回転数を所定の回転数範囲内に整える制御が行なわれる。これは燃料供給量または空気供給量のいづれか一方または両方の制御、或はジェネレータ３の負荷をエンジンに課する制御、またはモータ４によりエンジンを加速する制御、或はこれら各制御のいくつかの組合せであってよい。ステップ６０の後、制御はステップ１０へ戻り、再度ステップ４０による判断が行なわれる。ステップ６０によるエンジン回転数の一度の増減は、エンジン回転数が好ましい態様にて段階的に増減される度合に設定されてよい。
【００２３】
ステップ５０に於いては、エンジンの或る一つ、例えば第一気筒について、クランク軸の位相角θｅが上死点（ＴＤＣ）を中心とする或る微小角度±Δθの範囲に来る瞬間が検出され、その瞬間を捉えて制御はステップ７０へ進む。但し、燃料遮断の開始の瞬間を一つの気筒についての上死点±Δθの位相範囲とするのは一つの実施例である。
【００２４】
次いでステップ７０に於いて、触媒コンバータの触媒温度ＴｃがＴ１≦Ｔｃ≦Ｔ２なる所定の温度範囲内にあるか否かが判断される。Ｔ２は、それ以上の温度では触媒の酸素を蓄える度合が高くて好ましくないような温度であって、且つ燃料供給量の制御、吸気供給量の制御、または点火時期の制御等により触媒温度を揃えやすい温度に設定されてよく、Ｔ１はＴ２に対し適度の調整範囲を与える温度とされてよい。そして、答えがイエスのときには、制御は直ちにステップ８０へ進み、燃料遮断が行なわれる。これに対し答えがノーのときには、制御はステップ９０へ進み、燃料供給量の制御、吸気供給量の制御、または点火時期の制御等により触媒温度を調整する制御が行なわれる。この触媒温度制御も、ステップ６０のエンジン回転数制御と同じく、ステップ７０の答えがイエスに転ずるまでステップ１０に戻りつつ段階的に行なわれてよい。
【００２５】
かくしてステップ８０に於いて燃料の遮断が行なわれると、燃料遮断後のエンジン空転によりエンジン停止後の触媒コンバータ１１に蓄えられた酸素の量は常に所定の範囲内に整えられるので、エンジンが次に始動されるとき、かかる所定範囲内にある酸素量に対し、丁度これと反応し、余剰分を生ずることのない量のＨＣやＣＯを触媒コンバータへ送り込み、排気性状および燃費を悪化させることなく、該酸素をＨＣやＣＯと反応させ、ＮＯｘの浄化が該酸素により妨げられないようにする量の追加燃料が臨時に増量されればよい。燃料の追加供給は、既に記した通り正規の燃料供給タイミングを保って上乗せ増量されても、或は正規のタイミングによる燃料供給とは別のタイミングにてなされてもよい。そのような燃料の追加供給の制御は、ステップ２０について記載した車輛駆動制御によりエンジン一時停止後の再始動時に行なわれる。
【００２６】
尚、以上に説明した図２のフローチャートは、本発明による制御についての三つ可能性の全てを一つのフローチャートに組み込んだものであり、本発明の目的を実質的に達成のためには、その全てが必要というのではない。ステップ４０と６０とにより燃料遮断に先立ってエンジンの回転数を所定の回転数範囲内に整える制御と、ステップ５０により燃料遮断に当たってエンジンの回転位相を所定の位相範囲内に整える制御とは、いづれか一つが行なわれればよく、またステップ７０と９０とにより燃料遮断に先立って触媒温度を所定の温度範囲内に整える制御は、上記のエンジン回転数制御またはエンジン回転位相のいづれか一方と組み合わされてよく、或は省略されてもよい。
【００２７】
以上の過程を経てエンジンが停止されると、触媒コンバータ内に蓄えられた酸素の量は、燃料遮断開始時のエンジン回転数Ｎｅまたはクランク軸位相角θｅ或いはこれら両方の組合わせと、更にはその時の触媒コンバータの温度によって制御された既知の量となっているので、エンジンの再始動に当たっては、触媒コンバータによるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ相互間反応に先立って触媒コンバータ内に蓄えられた酸素はＨＣおよびＣＯと反応して除去されるよう、それに丁度見合った追加のＨＣおよびＣＯを触媒コンバータへ供給すべく、エンジンの燃料供給が一時的に増量されればよい。
【００２８】
図３は、図１に示す如き構成を備えた有害ガス成分排出抑制型車輌の本発明に係わる作動を他の一つの実施例について示す図２と同様のフローチャートである。図３に於いて、図２に於けるステップと同じ作動をなすステップは、図２に於けると同じステップ番号にて示されている。
【００２９】
この実施例に於いては、ステップ３０にてエンジン停止条件が成立したことが判断されると、次のステップ８０に於いて直ちに燃料遮断が行なわれ、その後でエンジン停止後に触媒コンバータに蓄えられる酸素量を制御する処置がとられる。それには、ステップ１００に於いてエンジンの回転を制御しつつ、ステップ１１０に於いて触媒コンバータに保持された酸素の量Ｑｓを推定することが行なわれる。この場合のエンジン回転の制御は、エンジンの慣性による回転を吸気絞りまたはジェネレータ負荷或はこれら両方により制御しつつ終了させる要領、或はエンジンの慣性による回転の低下をモータにより補助して緩やかにさせつつ終了させる要領にて行なわれてよい。かかるエンジン回転の制御により燃料遮断後のエンジン回転量が把握されるので、これによってエンジン停止後に触媒コンバータに蓄えられる酸素量を推定することができる。
【００３０】
そして上記の如きエンジン回転制御の過程にて、ステップ１２０に於いて触媒コンバータに保持されたと推定される酸素量Ｑｓが、触媒コンバータが保持し得る最大酸素量、即ち飽和酸素量Ｑsoに達したか否かが判断される。飽和酸素量Ｑsoはステップ１０にて読み込まれた触媒コンバータ温度Ｔｃに基づいて定められる。答えがノーである限り制御はステップ１０へ戻り、データを読み直しつつステップ１００および１１０の制御が続けられる。そして触媒コンバータに保持されたと推定される酸素量Ｑｓが飽和酸素量Ｑsoに達し、ステップ１２０の答えがイエスに転ずると、制御はステップ１３０へ進み、ここでエンジンの回転（空転）が停止される。このエンジン回転停止には、ジェネレータ３の負荷或はモータ４の逆作動が用いられてよい。
【００３１】
この実施例に於いても、以上の過程を経てエンジンが停止されると、触媒コンバータ内に蓄えられた酸素の量は、その時の触媒コンバータの温度より分かる飽和蓄え量となっているので、エンジンの再始動に当たっては、触媒コンバータによるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ相互間反応に先立って触媒コンバータ内に蓄えられた酸素をＨＣおよびＣＯとの反応により除去すべく、それに丁度見合ったエンジン燃料の一時的増量が行なわれればよい。
【００３２】
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、かかる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】本発明による有害ガス成分排出抑制型車輌をハイブリッド車に於いて実施した場合の動力源の構造を解図的に示す図。
【図２】本発明による有害ガス成分排出抑制型車輌のエンジン停止制御を組合せ的実施例について示すフローチャート。
【図３】本発明による有害ガス成分排出抑制型車輌のエンジン停止制御を更に他の一つの実施例について示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン
２…駆動連結装置
３…ジェネレータ
４…モータ
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
１３…遮断弁

Claims (4)

  1. エンジンと、該エンジンに少なくとも一時的に駆動連結されるモータと、前記モータの電源となる蓄電装置と、少なくとも前記エンジンにより選択的に駆動されて前記蓄電装置を充電するジェネレータと、前記エンジンの排気を浄化する触媒コンバータとを備えた車輌にして、
    前記エンジンの燃料供給を制御する第一の手段と、
    車輌の走行状態に基づいて前記エンジンを停止させる条件が成立したことおよびエンジンを再始動させる条件が成立したことを判断する第二の手段と、
    前記第二の手段により前記エンジン停止条件が成立したことが判断されたことに応じて前記第一の手段に作用して前記エンジンの燃料供給を遮断させ、その際エンジン停止時に前記触媒コンバータに貯えられる酸素の量を該触媒コンバータが貯えることのできる酸素の飽和量とするよう、前記モータまたは前記ジェネレータの作動を伴って、前記エンジンの燃料遮断後の回転量を制御する第三の手段と、
    前記第二の手段により前記エンジン再始動条件が成立したことが判断されたことに応じて前記モータと前記第一の手段とに作用して前記エンジンを回転駆動しつつ燃料供給を再開させ、その際前記触媒コンバータを通過してＨＣが排出されることを抑制しつつ前記触媒コンバータのＮＯｘ浄化機能が該触媒コンバータに蓄えられた酸素により妨害されることを抑制する量のＨＣを該触媒コンバータへ排出するよう、前記エンジンの燃料供給を一時的に増量させる第四の手段と
    を有することを特徴とする車輌。
  2. 前記第三の手段は、燃料遮断開始時の前記エンジンの回転数を所定の範囲の回転数とするよう前記エンジンの作動を制御することを特徴とする請求項１に記載の車輌。
  3. 前記第三の手段は、前記エンジンの回転位相が所定の位相範囲内にきたとき燃料遮断を開始させるように前記第一の手段に作用することを特徴とする請求項１または２に記載の車輌。
  4. 前記第三の手段は、燃料遮断開始時の前記触媒コンバータの温度を所定の範囲の温度とするように前記エンジンの作動を制御することを特徴とする請求項１〜３のいづれかに記載の車輌。
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