JP4449243B2 - 車輌用内燃機関の触媒酸化度推定を伴う運転方法 - Google Patents

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排気浄化触媒を備え、所定の機関一時停止条件が成立したとき内燃機関を一時停止するよう構成された車輌の内燃機関運転方法に係る。
【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過多となった排気が通されると、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。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るが、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。このように排気系の排気浄化触媒は、機関停止の直後から酸素を貯えた状態となるので、機関一時停止後の機関再始動時には、やはり一時的な燃料増量を行い、排気浄化触媒を還元処理するのが望ましい。
【０００４】
エコラン車やハイブリッド車に於いて、機関一時停止後長時間を経ずして機関が再始動されるとき、機関一時停止時に燃料遮断後の機関の空転により排気浄化触媒に貯えられる酸素の量は、機関の一時停止に先立つ機関の運転状態が、例えば通常のアイドル運転である如く、空燃比に関して正規の運転状態にあったときには、略正確に推定することができ、従って機関再始動時に触媒の還元処理のために一時追加すべき燃料の量を正確に制御することができる。しかし、一時停止に先立つ内燃機関の運転が燃料遮断（フューエルカット）運転であったり或いは燃料増量運転であったりすると、機関一時停止時に排気浄化触媒に貯えられる酸素の量を正確に推定することが困難となる。かかる状態では、続く機関の再始動に当って、触媒の還元処理のために一時追加すべき燃料の量を正しく制御することができない。
【０００５】
本発明は、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、所定の機関一時停止条件が成立したとき内燃機関を一時停止し、機関再始動に当って該排気浄化触媒の還元処理のために燃料の一時増量を行うよう構成された車輌用内燃機関に於ける上記の問題に着目し、これを克服して更に改良された車輌用内燃機関の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、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、所定の機関一時停止条件が成立したとき該機関を一時停止させ、機関再始動に当って前記排気浄化触媒の還元処理のために燃料増量を行なうよう構成された車輌の内燃機関運転方法にして、前記所定の機関一時停止条件が成立したときにも、前記排気浄化触媒の酸素貯え量が所定の範囲内にないと推定されるときには機関一時停止を禁止することを特徴とする内燃機関運転方法を提案するものである。
【０００７】
上記の如き内燃機関運転方法に於いて、一つの実施例として、内燃機関が所定の時間を越えて燃料遮断運転されたとき、排気浄化触媒の酸素貯え量は前記所定の範囲内にないと推定してよい。
【０００８】
或いはまた、上記の如き内燃機関運転方法に於いて、他の一つの実施例として、内燃機関が所定の時間を越えて燃料増量運転されたとき、前記排気浄化触媒の酸素貯え量は前記所定の範囲内にないと推定してよい。
【０００９】
内燃機関の燃料遮断運転により排気浄化触媒の酸素貯え量が前記所定の範囲内にないと推定したときには、該燃料遮断運転が終了してから所定の時間の経過を待って該推定を取消してよい。
【００１０】
また同様に、内燃機関の燃料増量運転により排気浄化触媒の酸素貯え量が前記所定の範囲内にないと推定したときには、該燃料増量運転が終了してから所定の時間の経過を待って該推定を取消してよい。
【００１１】
いずれの場合にも、機関一時停止条件が成立しているにも拘らず上記の如く排気浄化触媒の酸素の貯え量が所定の範囲内にないとの推定により機関一時停止を禁止したときには、内燃機関を所定の時間に亙って好ましくは理論空燃比の如き所定の空燃比にて運転した後、該禁止を解除するようにしてよい。
【００１２】
【発明の作用及び効果】
エコラン車やハイブリッド車に於ける機関一時停止条件は、車輌の運行上、内燃機関を一時停止しても車輌の運行に支障が生じないという条件である。これらの車輌に於ける機関の一時停止は、燃料資源の節約と大気環境保全を目的とするものであり、このうち機関一時停止による大気環境保全は、ＣＯ₂排出量の抑制である。しかし内燃機関の停止と再始動を行なうエコラン車やハイブリッド車には、上記の通り機関の一時停止とその再始動の度に排気浄化触媒に酸素が貯えられ、それに対して機関再始動時に触媒の還元処理が行なわれるとしても、それが不足するとＮＯxが排出され、逆に触媒の還元処理のために行われる燃料の一時増量が多過ぎるとＣＯやＨＣが排出されるという問題があり、しかもエコラン車やハイブリッド車に於ける機関の一時停止と再始動とは頻繁に行われるので、それに伴う触媒の還元処理の不備が大気環境保全に及ぼす影響をなくす方が、機関停止による燃料節減とＣＯ₂排出削減よりもその重要度が高いと考えられる。
【００１３】
そこで、上記の如く、所定の機関一時停止条件が成立したときにも、それに先立つ内燃機関の運転状況の如何により、排気浄化触媒の酸素貯え量が所定の範囲内に制御されていない状態、即ちそれが所定の範囲内にないと推定されるときには、機関一時停止条件の成立に応じて機関を一時停止させるよりも、機関一時停止を禁止する制御を行う方が、大気環境保全の上からより有効であると考えられる。
【００１４】
排気浄化触媒の酸素貯え量が所定の範囲内にないと推定されるべき一つの機関運転状態は、機関が所謂フューエルカットと称される燃料遮断状態にて運転されるときである。そこで内燃機関が所定の時間を越えて燃料遮断運転されたときには、排気浄化触媒の酸素貯え量は所定の範囲内にないと推定し、このようなときには機関一時停止条件が成立しても機関一時停止を禁止する制御を行うことにより、機関一時停止後の再始動に当って触媒の実際の酸素貯え量が触媒還元制御によるその推定値と異なることによって機関始動時一時燃料増量に狂いが生じてＮＯx或いはＣＯやＨＣが大気中へ放出されるという好ましからざる事態の発生を回避することができる。
【００１５】
同様に、機関が燃料増量運転されたときには、排気浄化触媒の酸素貯え状態は機関の通常運転時とは異なっており、その状況は触媒還元制御に於ける推定値とは異なっている可能性が大きいので、内燃機関が所定の時間を越えて燃料増量運転されたときにも、大気浄化触媒の酸素貯え量は所定の範囲内にないと推定し、かかる状況に於いても、機関一時停止条件が成立しても、その実行を禁止するのが、総合的大気環境保全の上からより好ましいと考えられる。
【００１６】
燃料遮断運転や燃料増量運転は、一般に内燃機関の運転中、随時、短時間だけ行われるので、燃料遮断運転により排気浄化触媒の酸素貯え量が所定の範囲内にないと推定された後でも、該燃料遮断運転が終了した時点より或る所定の時間が経過すれば、触媒の酸素貯え量は触媒還元制御の対象となる正規の状態に復すると推定されてよい。従って、かかる時間経過の後には、燃料遮断運転による触媒の酸素貯え量の所定の範囲内からの外れは解消したと推定し、その後に機関一時停止条件が成立したときにはそれに従って機関一時停止が行われるようにしてよい。
【００１７】
同様に、機関の燃料増量運転により触媒の酸素貯え量が所定の範囲内より外れたと推定されたときにも、その後燃料増量運転が終了し、その時点より所定の時間が経過したときには、触媒の酸素貯え量は触媒還元制御の対象となる正規の値に復したと推定し、機関一時停止条件の成立に応じて通常通り機関一時停止が行われるようにしてよい。
【００１８】
更にまた、機関一時停止条件が成立しているにも拘らず触媒の酸素貯え量が所定の範囲内にないと推定され、機関一時停止を禁止したときには、それより機関を所定時間に亙って理論空燃比または触媒の酸素貯え状態を正確に推定できる他の任意の所定の空燃比にて運転するようにすれば、それによって触媒の酸素貯え量を触媒還元制御に対し正確に把握できる値とすることができ、そのようにして早期に機関の一時停止の禁止を解除するようにすれば、機関一時停止条件の成立期間を可及的に有効に使用して機関を一時停止させ、ＣＯ₂の排出を抑制し、しかも機関再始動時にＮＯx、ＣＯ或いはＨＣを排出させないようにすることができる。
【００１９】
【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１および図２は、Ａ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。
【００２０】
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、制御は数十マイクロ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。
【００２１】
ステップ１にては、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、数十マイクロ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。
【００２２】
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、燃料遮断条件が成立しているか否かが判断される。これは機関の停止とは別に、機関を所謂フューエルカット状態にて運転するための条件が成立しているか否かを判断するものである。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、フラッグＦ1が１にセットされているか否かが判断される。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、従って制御開始後制御が初めてステップ４に至ったときには、答はノーである。そこで制御はステップ５へ進み、他の一つのフラッグＦ2が１にセットされる。次いで制御はステップ６へ進み、タイマ１がセットされる。次いでステップ７にてフラッグＦ1が１にセットされる。これより制御がこのフローチャートを巡って再びステップ４に至ったときには、答はイエスとなるので、その後は制御はステップ８へ進み、ここでタイマ１がタイムアウトしたか否かが判断される。当初は当然答はノーであるので、制御はこれよりステップ９をバイパスして戻るが、制御がステップ４よりステップ８へ進む経路を通ってタイマ１の設定時間まで循環すると、ステップ８の答はイエスに転じ、これより制御はステップ９へ進み、ここで他の一つのフラッグＦ3が１にセットされる。従って、このフラッグＦ3が１にセットされたことは、燃料遮断による機関の運転が或る所定の時間以上継続して実行されたことを示す。
【００２３】
ステップ２に戻ってみると、ここでの答がノーであることは、当初から燃料遮断条件が成立していない場合と、一旦燃料遮断条件が成立し、制御がステップ３へ進んで燃料遮断が実行された後、燃料遮断条件が消滅した場合とを含む。そこで制御はステップ１０にてフラッグＦ2が１であるか否かを判断し、答がイエスのとき、即ち燃料遮断が実行されていたときには、制御はステップ１１へ進み、ここで燃料遮断を解除する。このとき制御はステップ１２へ進み、フラッグＦ2を０にリセットし、更にステップ１３にて他の一つのタイマ２がセットされる。そして制御はステップ１４にてフラッグＦ4を１にセットし、以後いずれかの経路を経てステップ１へ戻る。その後、燃料遮断条件が成立することなく制御がステップ２よりステップ１０に至ると、答はノーであり、制御はステップ１５へ進み、ここでフラッグＦ4が１であるか否かが判断される。制御がステップ１１、１２、１３、１４の経路を経た後ステップ１５に至ったときには、答はイエスであり、このときには制御はステップ１６へ進み、ここでステップ１３にてセットされたタイマ２がタイムアウトしたか否かが判断される。当初は答は当然ノーであり、制御はこれよりステップ１７をバイパスして再循環するが、タイマ２にてセットされた所定時間が経過すると、ステップ１６の答はイエスに転ずる。そこで制御はステップ１７へ進み、フラッグＦ３が０にリセットされる。
【００２４】
以上のステップ１〜１７によれば、燃料遮断条件が成立し、燃料遮断がタイマ１にてセットされた所定時間以上実行されたときには、フラッグＦ3が１にセットされ、こうして１にセットされたフラッグＦ3は、燃料遮断が解除されたとき、その時点よりタイマ２にてセットされた所定の時間が経過したとき０にリセットされる。
【００２５】
ステップ１〜１７のいずれを通ったときにも、制御は次いでステップ１８に至り、ここで燃料増量条件が成立しているか否かが判断される。これは内燃機関の運転状態が燃料増量制御装置を作動させて燃料増量を行うべき運転状態になっているか否かを判断するものである。答がイエスのときには、制御はステップ１９へ進み、燃料増量が実行される。次いで制御はステップ２０へ進み、フラッグＦ5が１であるか否かが判断される。制御が一度後述のステップ２３を通るまでは答はノーであり、制御はステップ２１へ進み、ここでフラッグＦ6が１にセットされ、更に制御はステップ２２へ進み、ここでタイマ３がセットされる。次いで制御はステップ２３へ進み、ここでフラッグＦ5が１にセットされる。
燃料増量が実行され、制御がステップ２３を一度通過した後、再びステップ２０へ巡って来たときには、答はイエスとなり、制御はステップ２４へ進み、ここでステップ２２にてセットしたタイマ３がタイムアウトしたか否かが判断される。当初は答はノーであるが、そのうちタイマ３にてセットされた所定時間が経過すると、ステップ２４の答はイエスに転じ、これより制御はステップ２５へ進み、フラッグＦ7が１にセットされる。
【００２６】
燃料増量条件が当初から成立していないとき、或いは一度燃料増量条件が成立し、ステップ１９〜２３を通って燃料増量が実行された後、燃料増量条件が消滅したときには、ステップ１８の答はノーとなるので、このとき制御はステップ２６へ進み、フラッグＦ6が１であるか否かが判断される。燃料増量が実行された後にこのステップに至ったときには、その答はイエスであり、このときには制御はステップ２７へ進み、ここで燃料増量が解除され、次いでステップ２８にてフラッグＦ6が０にリセットされる。次いでステップ２９にてタイマ４がセットされ、次いでステップ３０にてフラッグＦ8が１にセットされる。
【００２７】
燃料増量を解除した後、或いは当初から燃料増量が行われていないときには、ステップ２６の答はノーであり、このとき制御はステップ３１へ進み、ここでフラッグＦ8が１であるか否かが判断される。制御がステップ２７にて燃料増量を解除した後ステップ３１に至ったときには、答はイエスであり、このとき制御はステップ３２へ進み、ステップ２９にてセットしたタイマ４がタイムアウトしたか否かが判断される。当初は答はノーであり、制御はステップ３３をバイパスして再循環する。しかし燃料増量解除よりタイマ４にてセットされた所定時間が経過すると、ステップ３２の答はイエスに転じるので、このとき制御はステップ３３へ進み、フラッグＦ7が０にリセットされる。かくしてステップ１８〜３３により、燃料増量条件が成立し、燃料増量がタイマ３にて設定された所定時間以上に亙って実行されたときには、フラッグＦ7が１にセットされる。そして１にセットされたフラッグＦ7は、燃料増量条件の消滅により燃料増量が解除されたときには、その時点よりタイマ４にてセットされる所定の時間が経過したところで０にリセットされる。
【００２８】
ステップ１にて繰返し読込まれたデータに基づき、ステップ２〜１４内の経路をそのときの燃料遮断に関する運転状態に応じて通過し、またステップ１８〜３３内の経路をそのときの燃料増量に関する運転状態に応じて通過した制御は、次いでステップ３４に至り、ここで機関一時停止条件が成立しているか否かが判断される。この制御系を備えたエコラン車或いはハイブリッド車が信号待ち或いは渋滞停車等の状態となって機関一時停止条件が成立すると、答はイエスとなり、制御はステップ３５へ進み、フラッグＦ１１が１であるか否かが判断される。このフラッグは後程ステップ４９にて１にセットされるものであり、それまでは０であるので、ステップ３５の答はノーであり、制御はステップ３６へ進み、ここでフラッグＦ3が１であるか否かが判断される。フラッグＦ3が１であることは、燃料遮断がタイマ１にてセットされた所定の時間以上実行され、まだ燃料遮断が解除されてないか、或いはそれが解除されていても解除の時点よりタイマ２にてセットされた所定時間が経過していない状態である。答がノーのときには制御はステップ３７へ進み、また答がイエスのときには制御はステップ４３へ進む。
【００２９】
ステップ３７にては、フラッグＦ7が１であるか否かが判断される。フラッグＦ7が１であることは、燃料増量がタイマ３にてセットされた所定の時間以上実行され、それがまだ解除されていないか或いはそれが解除された時点よりまだタイマ４にてセットされた所定時間が経過していないことを意味する。ステップ３６および３７の答がいずれもノーであるときには、制御はステップ３８へ進み、機関の一時停止が実行される。このとき制御はステップ３９にてフラッグＦ9を１にセットする。
【００３０】
ステップ３６および３７の答がいづれもノーであり、機関一時停止条件が成立し続けている間、制御はステップ３８および３９を通って循環し、機関一時停止の実行が続けられる。
【００３１】
機関一時停止条件が消滅したとき、或いは当初から機関一時停止条件が成立していないときには、ステップ３４の答はノーとなり、このとき制御はステップ４０へ進み、フラッグＦ9が１であるか否かが判断される。機関一時停止が実行された後機関一時停止条件が消滅することにより制御がステップ４０に至ったときには、答はイエスであり、このときには制御はステップ４１へ進み、機関一時停止が解除され、次いでステップ４２にてフラッグＦ９、Ｆ１１、Ｆ３、Ｆ７がいづれも０にリセットされる。当初から機関一時停止条件が成立していないときには、ステップ４０の答はノーであり、このときには制御は直ちにステップ１へ戻る。
【００３２】
ステップ３６又は３７の少なくともいずれか一方の答がイエスであるときには、制御はステップ３７へ進み、ここでフラッグＦ１０が１であるか否かが判断される。制御が最初にこのステップに至ったときには答はノーであり、制御はステップ４４へ進み、ここで内燃機関の空燃比を一例として理論空燃比に設定すること、即ちこれより内燃機関を理論空燃比にて運転することが行われる。次いで制御はステップ４５へ進み、タイマ５がセットされ、次いでステップ４６にてフラッグＦ１０が１にセットされる。この後、制御が再循環してステップ４３に至ったときには、その答はイエスとなるので、制御はステップ４７へ進み、ここでタイマ５がタイムアウトしたか否かが判断される。当初は当然答はノーであるが、或る時間が経過してタイマ５がタイムアウトすると、答はイエスに転ずる。これより制御はステップ４８へ進み、内燃機関の理論空燃比による運転が解除される。そしてステップ４９にてフラッグＦ１０が零にリセットされ、フラッグＦ１１が１にセットされる。かくしてフラッグＦ１１が１にセットされると、そのとき尚機関一時停止条件が成立しており、制御がステップ３５へ進むと、ここで答がイエスになることによって制御はステップ３６および３７をバイパスするので、たとえこのときフラッグＦ3またはＦ7が１にセットされた状態のままとなっていても、これより制御は３８へ進み、機関一時停止が実行される。
【００３３】
かくして、上記の如きフローチャートによる制御が行われれば、ステップ３４にて機関一時停止条件が成立していると判断されるときにも、ステップ３６或いは３７に於ける答がイエスであって、内燃機関が所定の時間を越えて燃料遮断運転され、或いは所定の時間を越えて燃料増量運転されることにより、排気浄化触媒の酸素貯え量が触媒還元処理制御を実効あるものにする正規の所定の範囲内から外れ、それが未だ正規の状態に回復されていないと推測されるときには、機関一時停止実行を行わないことによって、機関一時停止に伴う再始動時にＮＯx、ＣＯ、ＨＣの如き有害成分が大気へ排出されることを回避することができ、また機関一時停止条件が成立しているにも拘わらず、そのように機関一時停止の実行を禁止するときには、機関を先ず所定時間に亙って理論空燃比等の所定の空燃比にて運転することにより触媒の酸素貯え量を正確に推定できる状態に戻し、然る後、尚まだ機関一時停止条件が成立しているときには、これより機関一時停止を実行することにより、エコラン車やハイブリッド車の効果を最大限に発揮させることができることが理解されよう。
【００３４】
尚、上述の通り、図１および２によるフローチャートは、本発明による車輌用内燃機関の触媒酸化度推定を伴う運転方法の幾つかの局面をその詳細な実施例によ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よいことは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により車輌用内燃機関の触媒酸化度推定を伴う運転方法の一つの総合的実施例の前半部を示すフローチャート。
【図２】図１に続く上記運転方法の後半部を示すフローチャート。

Claims (6)

1. 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、所定の機関一時停止条件が成立したとき該機関を一時停止させ、機関再始動に当って前記排気浄化触媒の還元処理のために燃料増量を行なうよう構成された車輌の内燃機関運転方法にして、前記所定の機関一時停止条件が成立したときにも、前記排気浄化触媒の酸素貯え量が所定の範囲内にないと推定されるときには機関一時停止を禁止することを特徴とする内燃機関運転方法。
2. 前記内燃機関が所定の時間を越えて燃料遮断運転されたとき、前記排気浄化触媒の酸素貯え量は前記所定の範囲内にないと推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関運転方法。
3. 前記内燃機関が所定の時間を越えて燃料増量運転されたとき、前記排気浄化触媒の酸素貯え量は前記所定の範囲内にないと推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関運転方法。
4. 前記内燃機関の燃料遮断運転により前記排気浄化触媒の酸素貯え量が前記所定の範囲内にないと推定したときには、該燃料遮断運転が終了してから所定の時間の経過を待って該推定を取消すことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関運転方法。
5. 前記内燃機関の燃料増量運転により前記排気浄化触媒の酸素貯え量が前記所定の範囲内にないと推定したときには、該燃料増量運転が終了してから所定の時間の経過を待って該推定を取消すことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関運転方法。
6. 前記機関一時停止条件が成立しているにも拘らず前記排気浄化触媒の酸素貯え量が前記所定の範囲内にないとの推定により機関一時停止を禁止したときには、該内燃機関を所定の時間に亙って所定の空燃比にて運転した後、該禁止を解除することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の内燃機関運転方法。

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