JP4984595B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両制御装置に関し、詳しくは内燃機関の排気に燃料を供給して空燃比を低下させる空燃比低下制御を行う場合の車両制御に関する。

ディーゼル機関などの内燃機関の排気通路に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という。）を配置し、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）を除去して排気を浄化する技術が知られている。

排気通路にＮＯｘ触媒が備えられている場合には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力を再生するために、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘあるいは硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」という。）を放出及び還元して除去する必要がある。そのために、例えばＮＯｘ触媒より上流の排気通路に取り付けた還元剤添加弁から還元剤である燃料を供給し、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチ（理論空燃比以下）に低下させている。

そして、排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチに低下させた状態を所定時間以上保持できるように、内燃機関の出力トルクが変動しないような関係を保つ制御を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１９０２１０号公報 特開平８−６１０５２号公報 特開平８−１４３７８号公報 特開２００２−１０６３３４号公報

しかしながら、上記の内燃機関の出力トルクが変動しないような関係を保つ制御を実行している最中に要求トルクの変化に対応するためにシフトチェンジを行う場合には、機関回転速度の急激な変化が生じる。そして、機関回転速度の急激な変化に起因して排気流量の急激な変化が生じ、目標空燃比となるように排気の空燃比を制御することが困難となる場合があった。

本発明の目的とするところは、車両制御装置において、空燃比低下制御中の駆動伝達状態の変更による制御悪化をより好適に抑制可能な技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の排気に燃料を供給して空燃比を低下させる空燃比低下制御を行うことで、排気浄化触媒の性能を再生する車両制御装置において、
内燃機関からの駆動伝達状態を所定時期に変更する駆動伝達変更手段と、
前記空燃比低下制御中については、前記駆動伝達変更手段による駆動伝達状態の変更の時期を前記所定時期よりも遅延させる又は前記駆動伝達変更手段による駆動伝達状態の変更を禁止する制御手段と、
を備えたことを特徴とする車両制御装置である。

ここで、所定時期は、通常の運転状態、具体的には空燃比低下制御が行われていない状況において、駆動伝達変更手段が駆動伝達変更要求を受けた後に駆動伝達状態の変更を実行する予め定められた時期である。

空燃比低下制御中に内燃機関の駆動伝達状態が変更されると、機関回転速度の急激な変化が生じる。そして、機関回転速度の急激な変化に起因して排気浄化触媒に流入する排気流量の急激な変化が生じ、目標空燃比となるように排気の空燃比を制御することが困難になるというような制御悪化が生じる場合があった。そこで、本発明は、空燃比低下制御中に、駆動伝達変更手段による駆動伝達状態の変更の時期を所定時期よりも遅延させる又は駆動伝達変更手段による駆動伝達状態の変更を禁止することとした。

これによると、空燃比低下制御中については駆動伝達状態の変更の時期が遅延する又は駆動伝達状態の変更が禁止されるので、遅延させている間や禁止している間には、機関回転速度は急激に変化せず排気浄化触媒に流入する排気流量の急激な変化は生じない。このため、遅延させている間や禁止している間は、目標空燃比となるように排気の空燃比を安定して制御することができる。よって、空燃比低下制御中の内燃機関の駆動伝達変更による制御悪化をより好適に抑制することができる。

前記制御手段は、前記駆動伝達変更手段による駆動伝達状態の変更に伴い内燃機関の機関回転速度の変化幅が所定量より大きくなると予想される場合に、前記空燃比低下制御中については、前記駆動伝達変更手段による駆動伝達状態の変更の時期を前記所定時期よりも遅延させる又は前記駆動伝達変更手段による駆動伝達状態の変更を禁止するとよい。

ここで、所定量とは、機関回転速度の変化幅がそれより大きくなると、機関回転速度の急激な変化に起因して排気浄化触媒に流入する排気流量の急激な変化が生じ、目標空燃比となるように排気の空燃比を制御することが困難になる臨界量である。

これによると、駆動伝達状態の変更に伴い内燃機関の機関回転速度の変化幅が所定量より大きくなると予想される場合、すなわち、機関回転速度は急激に変化し排気浄化触媒に流入する排気流量の急激な変化が生じると予想される場合に、空燃比低下制御中については駆動伝達状態の変更の時期が遅延する又は駆動伝達状態の変更が禁止される。このため、空燃比低下制御中における駆動伝達状態の変更時期の遅延や駆動伝達状態の変更の禁止の機会を必要最低限に少なくして、運転性悪化を抑制することができる。

なお、内燃機関の機関回転速度の変化幅が所定量より大きくなると予想される駆動伝達状態の変更としては、例えば、シフトチェンジやロックアップクラッチによる内燃機関と変速機との間の接続状態の切り替えが挙げられる。

前記駆動伝達変更手段は、内燃機関に連結され変速線マップに従ってシフトチェンジを行うことによって内燃機関からの駆動伝達状態を変更する変速機であり、前記制御手段は、前記空燃比低下制御中については、前記変速線マップを通常用の変速線マップよりシフトチェンジの時期を遅延させた空燃比低下制御用変速線マップに切り替えることにより、前記変速機による駆動伝達状態の変更の時期を前記所定時期よりも遅延させるとよい。

これによると、空燃比低下制御中については、空燃比低下制御用変速線マップに切り替え、シフトチェンジの時期を遅延するので、遅延させている間には、機関回転速度は急激に変化せず排気浄化触媒に流入する排気流量の急激な変化は生じない。このため、遅延させている間は、目標空燃比となるように排気の空燃比を安定して制御することができる。よって、空燃比低下制御中のシフトチェンジによる制御悪化をより好適に抑制することができる。

前記駆動伝達変更手段は、内燃機関と変速機との間の接続状態を切り替えることによって内燃機関からの駆動伝達状態を変更するロックアップクラッチであり、前記制御手段は
、前記空燃比低下制御中については、前記ロックアップクラッチによる前記接続状態の切り替えを禁止することにより、前記ロックアップクラッチによる駆動伝達状態の変更を禁止するとよい。

これによると、空燃比低下制御中についてはロックアップクラッチによる前記接続状態の切り替えを禁止するので、空燃比低下制御の間には、機関回転速度は急激に変化せず排気浄化触媒に流入する排気流量の急激な変化は生じない。このため、空燃比低下制御の間は、目標空燃比となるように排気の空燃比を安定して制御することができる。よって、空燃比低下制御中のロックアップクラッチによる内燃機関と変速機との間の接続状態の切り替えによる制御悪化をより好適に抑制することができる。

本発明によると、車両制御装置において、空燃比低下制御中の内燃機関の駆動伝達状態の変更による制御悪化をより好適に抑制可能となる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係る車両制御装置を適用する内燃機関とその排気系及び駆動伝達系の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関であり、各気筒の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えている。

内燃機関１からは排気通路２が延びている。排気通路２は、下流にて不図示のマフラーと接続されている。排気通路２の途中には、内燃機関１の気筒から排出される排気を浄化するための吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）３が配置されている。

また、ＮＯｘ触媒３より上流側の排気通路２には、排気通路２内を流通する排気中に還元剤たる燃料を供給する燃料添加弁４が取り付けられている。

一方、内燃機関１からは出力軸５が不図示の駆動輪へ出力を伝達するべく、変速機６に連結されている。

変速機６は、内燃機関１の発生トルクを流体を介して入力するトルクコンバータ７と、該トルクコンバータ７の出力を入力して変速出力する多段式の変速歯車機構８と、これらを駆動する不図示の油圧機構と、から構成され、変速線マップに従ってシフトチェンジを行い、内燃機関１からの駆動伝達状態を変更するものである。不図示の油圧機構は、複数の電磁弁９が組み込まれており、複数の電磁弁９の開閉の組み合わせを切り替えることにより、クラッチやバンドブレーキ類への油圧供給／停止が行われ、所望の変速段への変速が行われる。

ここで、トルクコンバータ７には、内燃機関１と変速機６との接続状態を切り替えるロックアップクラッチを備えている。ロックアップクラッチの接続によって、内燃機関１と変速機６との出力軸が直結するロックアップ制御（Ｌ／Ｕ）や、内燃機関１と変速機６との出力軸がすべりながら連結するフレックスロックアップ制御（ＦＬ／Ｕ）が行われる。ロックアップクラッチは、Ｌ／ＵやＦＬ／Ｕといった制御で内燃機関１と変速機６との接続状態を切り替えることにより、内燃機関１からの駆動伝達状態を変更するものである。

また、内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる制御コンピュータである。ＥＣＵ１０のＲＯＭには、空燃比低下制御を実行するためのアプリケーションプログラムや、変速機６で変速制御を行うための変速線マップを記憶している。

ＥＣＵ１０には、燃料添加弁４が電気的に接続されており、ＥＣＵ１０が燃料添加弁４の燃料供給／停止や燃料供給量を調節することが可能になっている。また、ＥＣＵ１０には、不図示の油圧機構の電磁弁９が電気的に接続されており、ＥＣＵ１０が電磁弁９の開閉を制御しクラッチやバンドブレーキ類への油圧供給／停止が行われる。

ここで、内燃機関１に配置されるＮＯｘ触媒３は、ＮＯｘ触媒３に流入する排気の空燃比がリーン（理論空燃比以上）であるときには、排気中のＮＯｘを吸蔵して大気中に放出しないようにし、ＮＯｘ触媒３に流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチであるときには、吸蔵されていたＮＯｘを放出及び還元して除去するものである。また、ＮＯｘ触媒３は、ＮＯｘ触媒３に流入する排気の空燃比がリーンであるときには、排気中のＳＯｘをも吸蔵してしまう。

このため、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合には、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーンとなり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯｘあるいはＳＯｘがＮＯｘ触媒３に吸蔵されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯｘ触媒３のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸蔵されずに大気中へ放出されてしまう。

特に、内燃機関１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーンの混合気が燃焼され、それに応じて排気の空燃比がリーンとなるため、ＮＯｘ触媒３のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し易い。

したがって、内燃機関１が希薄燃焼されている場合には、ＮＯｘ触媒３のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前にＮＯｘ触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させると共に燃料の濃度を高め、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＮＯｘあるいはＳＯｘを放出及び還元する必要がある。

このため、ＥＣＵ１０は、ＲＯＭに記憶されたアプリケーションプログラムに従って、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒回復処理といった、ＮＯｘ触媒３に流入する排気の空燃比を比較的短い周期でリッチとする、リッチスパイク制御などの空燃比低下制御を実行する。なお、本発明の空燃比低下制御は、排気の空燃比が低下できればよく、リッチスパイク制御に限られるものではない。

なお、ＮＯｘ還元処理は、スパイク的に燃料添加弁４から排気中へ燃料を添加させることにより、ＮＯｘ触媒３に流入する排気の空燃比をリッチとし、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＮＯｘを放出及び還元する処理である。

ＳＯｘ被毒回復処理は、スパイク的に燃料添加弁４から排気中へ燃料を添加させることにより、添加した燃料をＮＯｘ触媒３において酸化させ、酸化反応に伴う熱によって触媒温度を６００℃〜８００℃に昇温させると共にＮＯｘ触媒３に流入する排気の空燃比をリッチとし、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＳＯｘを放出及び還元させる処理である。

ここで、空燃比低下制御中に、シフトアップが行われると、機関回転速度が急激に速くなる。そして、機関回転速度が急激に速くなることに起因してＮＯｘ触媒３に流入する排
気流量が急激に増加し、目標空燃比となるように排気の空燃比を制御することが困難になる。

そこで、本実施例では、空燃比低下制御中については、通常用の変速線マップよりシフトアップの時期を遅延させた空燃比低下制御用変速線マップに切り替えて変速制御するようにしている。

ここで、本実施例の空燃比低下制御に関する変速制御の制御ルーチンについて、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、空燃比低下制御の実行の度に周期的に実行されるルーチンである。このルーチンが本発明の制御手段に相当する。

本ルーチンの処理が開始されると、ＥＣＵ１０は、まず、Ｓ１０１においては、空燃比低下制御中であるか否かの判定を行う。具体的には、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁４から燃料を間欠的に添加する指令をＥＣＵから出力している場合や、排気通路２に設けられた空燃比センサ１１が排気の空燃比がリッチであると検出している場合に、空燃比低下制御中であると判定し、そうでない場合は、空燃比低下制御中ではないと判定する。

そして、ＥＣＵ１０は、空燃比低下制御中であれば、Ｓ１０２に移行する。また、空燃比低下制御中でなければ、Ｓ１０３に移行する。

ＥＣＵ１０は、Ｓ１０２においては、通常用の変速線マップよりシフトアップの時期を運転性上許容される程度に遅延させた空燃比低下制御用変速線マップに切り替え、空燃比低下制御中において変速制御する。

なお、変速線マップは、予め実験などからシフトアップの時期を定めたものであり、アクセル開度と車速をパラメータとして用いている。また、通常用の変速線マップは、空燃比低下制御中ではない、通常の運転状態の際に用いられる変速線マップである。そして、空燃比低下制御用変速線マップは、空燃比低下制御中において用いられる、通常用の変速線マップよりシフトアップの時期を運転性上許容される程度に遅延させた変速線マップである。

Ｓ１０２では、空燃比低下制御中は、通常時と同一のアクセル開度や車速であってもシフトアップし難いようにしている。言い換えれば、空燃比低下制御中は、シフトアップを遅延させるようにしている。このため、遅延させている間には、シフトアップにより機関回転速度が急激に速くならずＮＯｘ触媒３に流入する排気流量は急激に増加しない。このため、遅延させている間は、目標空燃比となるように排気の空燃比を安定して制御することができる。よって、空燃比低下制御中のシフトアップによる制御悪化をより好適に抑制することができる。

一方、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３においては、空燃比低下制御中ではないので、通常用の変速線マップに切り替え変速制御し、本ルーチンの処理を一旦終了する。

また、空燃比低下制御中に、Ｌ／Ｕ、ＦＬ／Ｕが行われると、機関回転速度が急激に低下することに起因してＮＯｘ触媒３に流入する排気流量が急激に減少し、目標空燃比となるように排気の空燃比を制御することが困難になる。

そこで、本実施例では、空燃比低下制御中については、Ｌ／Ｕ、ＦＬ／Ｕを禁止するようにしている。

ここで、本実施例の空燃比低下制御に関するＬ／Ｕ、ＦＬ／Ｕの禁止制御の制御ルーチンについて、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、空燃比低下制御の実行の度に周期的に実行されるルーチンである。このルーチンが本発明の制御手段に相当する。

本ルーチンの処理が開始されると、ＥＣＵ１０は、まず、Ｓ２０１においては、空燃比低下制御中であるか否かの判定を行う。具体的には、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁４から燃料を間欠的に添加する指令をＥＣＵから出力している場合や、排気通路２に設けられた空燃比センサ１１が排気の空燃比がリッチであると検出している場合に、空燃比低下制御中であると判定し、そうでない場合は、空燃比低下制御中ではないと判定する。

そして、ＥＣＵ１０は、空燃比低下制御中であれば、Ｓ２０２に移行する。また、空燃比低下制御中でなければ、Ｓ２０３に移行する。

ＥＣＵ１０は、Ｓ２０２においては、Ｌ／Ｕ、ＦＬ／Ｕを禁止し、空燃比低下制御中においてＬ／Ｕ、ＦＬ／Ｕの要求が発生してもその要求を拒否する。

つまり、空燃比低下制御中については、Ｌ／Ｕ、ＦＬ／Ｕが禁止されることになる。このため、空燃比低下制御中には、Ｌ／Ｕ、ＦＬ／Ｕにより機関回転速度が急激に低下せずＮＯｘ触媒３に流入する排気流量は急激に減少しない。このため、空燃比低下制御中は、目標空燃比となるように排気の空燃比を安定して制御することができる。よって、空燃比低下制御中のＬ／Ｕ、ＦＬ／Ｕによる制御悪化をより好適に抑制することができる。

一方、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０３においては、空燃比低下制御中ではないので、Ｌ／Ｕ、ＦＬ／Ｕを許可し、本ルーチンの処理を一旦終了する。

このように、本実施例では、空燃比低下制御中に、機関回転速度の急激な変化に起因してＮＯｘ触媒３に流入する排気流量の急激な変化が生じ、目標空燃比となるように排気の空燃比を制御することが困難になるというような制御悪化が生じる場合に、その原因となるシフトアップの時期を遅延させたり、Ｌ／Ｕ、ＦＬ／Ｕを禁止したりする。これにより、空燃比低下制御中のシフトアップやＬ／Ｕ、ＦＬ／Ｕによる制御悪化をより好適に抑制することができる。

なお、上記実施例では、空燃比低下制御中のシフトアップについて説明したが、シフトダウンにより、機関回転速度が急激に低下することに起因してＮＯｘ触媒に流入する排気流量が急激に減少し、目標空燃比となるように排気の空燃比を制御することが困難になることも考えられる。よって、シフトアップだけでなく、シフトダウンも含むシフトチェンジという概念において、空燃比低下制御中については、変速線マップを通常用の変速線マップよりシフトチェンジの時期を遅延させた空燃比低下制御用変速線マップに切り替えることにより、変速機による駆動伝達状態の変更の時期を通常時よりも遅延させることが本発明に包含される。

また、上記実施例では、空燃比低下制御中のＬ／Ｕ、ＦＬ／Ｕの禁止について説明したが、Ｌ／Ｕ、ＦＬ／Ｕを解除することにより、機関回転速度が急激に速くなることに起因してＮＯｘ触媒に流入する排気流量が急激に増加し、目標空燃比となるように排気の空燃比を制御することが困難になることも考えられる。よって、Ｌ／Ｕ、ＦＬ／Ｕの禁止だけでなく、Ｌ／Ｕ、ＦＬ／Ｕの解除の禁止も含むロックアップクラッチによる内燃機関と変速機との間の接続状態の切り替えの禁止という概念において、空燃比低下制御中については、ロックアップクラッチによる内燃機関と変速機との間の接続状態の切り替えを禁止することにより、ロックアップクラッチによる駆動伝達状態の変更を禁止することが本発明
に包含される。

上記実施例では、排気へ燃料供給する燃料添加弁を有する構成であった。しかし、本発明は、内燃機関の気筒内または吸気ポート内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を用いて、排気の排出と共に燃料噴射を行うこと（アフター噴射）による燃料供給にも適用できる。

本発明に係る車両制御装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

車両制御装置を適用する内燃機関とその排気系及び駆動伝達系の概略構成を示す図である。 空燃比低下制御に関する変速制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 空燃比低下制御に関するＬ／Ｕ、ＦＬ／Ｕの禁止制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ ＮＯｘ触媒
４ 燃料添加弁
５ 出力軸
６ 変速機
７ トルクコンバータ
８ 変速歯車機構
９ 電磁弁
１０ ＥＣＵ
１１ 空燃比センサ

Claims (2)

1. 内燃機関の排気に燃料を供給して空燃比を低下させる空燃比低下制御を行うことで、排気浄化触媒の性能を再生する車両制御装置において、
   内燃機関と変速機との間の接続状態を切り替えることによって内燃機関からの駆動伝達状態を変更するロックアップクラッチと、
   前記空燃比低下制御中については、前記ロックアップクラッチによる前記接続状態の切り替えを禁止することにより、前記ロックアップクラッチによる駆動伝達状態の変更を禁止する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車両制御装置。
2. 前記制御手段は、前記ロックアップクラッチによる駆動伝達状態の変更に伴い内燃機関の機関回転速度の変化幅が所定量より大きくなると予想される場合に、前記空燃比低下制御中については、前記ロックアップクラッチによる駆動伝達状態の変更を禁止することを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。

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