KR100475203B1 - 내연 기관과 무단 변속기를 구비한 차량의 제어 장치와 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연 기관(1)과 그 출력 회전수를 제어할 수 있는 무단 변속기(17)를 갖는 차량의 제어 장치가 제공된다. 상기 제어 장치의 컨트롤러는 요구되고 있는 출력을 행하기 위해서 상기 내연 기관이 소비하는 연료량에 배기 계통에 배치된 배기 정화 장치가 소비하는 연료량을 가산한 합산 연료 소비량이 최소가 되는 제 1 운전점을 최적 운전점으로서 구하고, 상기 내연 기관의 운전 상태가 상기 최적 운전점에서의 운전 상태가 되도록, 상기 내연 기관의 기관 부하를 제어하고 상기 무단 변속기의 변속비를 제어한다.

Description

내연 기관과 무단 변속기를 구비한 차량의 제어 장치와 그 제어 방법{Control apparatus and method for vehicle having internal combustion engine and continuously variable transmission}

본 발명은 디젤 기관 등의 내연 기관의 출력측에 무단 변속기를 연결한 구동기구를 구비한 차량의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 연비(撚費)를 악화시키지 않고서, 배기 중의 오염 물질의 양이 저감되도록 내연 기관의 출력을 제어하는 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 디젤 기관 등의 내연 기관의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 배기를 정화하는 촉매를 배기 계통에 구비하고 있는 내연 기관의 제어 장치에 관한 것이다.

디젤 기관 등의 내연 기관은 연료를 연소시켜 동력을 출력하므로, 불가피하게 배기가 생기지만, 지구 환경 보전 등의 관점에서, 내연 기관으로부터 발생하는 배기를 가급적으로 청정화하는 것이 요구되고 있다. 내연 기관의 배기에 포함되는 오염 물질의 한 예가, 질소 산화물(NOx)이나 탄화수소나 스모크 등의 미립자 배출물(PM)이며, 그 배출량을 저감시키는 것이 요구되고 있다.

NOx는 연료의 연소 조건이, 비교적 고온이고 또한 산화 분위기의 경우에 발생하기 쉽고, 따라서 공연비(즉, 내연 기관에서 연소되는 혼합기의 공기와 연료의 비율)가 이론 공연비(14.5)보다 크고 또한 이론 공연비에 가까운 값(16∼17)일 경우에 발생하기 쉽다. 그 때문에, NOx의 배출량을 저감시키기 위해서는 공연비를 이 값보다 작게 또는 크게 하면 좋지만, 공연비를 저하시키면, 연료의 공급량이 증대하기 때문에, 연비가 악화되어 버린다. 또한, 공연비를 크게 하면, 그 정도에 따라 연소 불안정하게 되어 연비가 악화되어 버린다. 이와 같이, 연비 특성과 NOx 배출 특성은 상반되는 관계에 있어, 한쪽의 특성을 향상시키면, 다른쪽의 특성이 악화된다. 이러한 관계는 NOx와 미립자 배출물 사이에도 성립하여, 한쪽의 배출량을 과도하게 저하시키면 다른쪽의 배출량이 크게 증대한다.

그래서 종래, 내연 기관의 출력측에 무단 변속기를 연결하는 것에 의해, 내연 기관의 회전수를 어느 정도 임의로 제어할 수 있는 것에 착안하여, 연비 특성과 NOx 배출 특성을 양립시키는 것이 시도되고 있다. 그 한 예가 일본 특개평4-255541호 공보에 기재되어 있다. 이 공보에 기재된 장치는 공연비를 이론 공연비 혹은 그것보다 리치(rich)하게 한 운전 상태와, 공연비를 이론 공연비보다 크게 한 린(lean) 운전 상태의 각각에 대하여 연비 특성과 NOx 배출 특성을 구해 두고, 주행 상태나 요구 구동량 등에 기초하는 출력을 얻는 운전 상태에 대하여, 연비 특성 및 NOx 배출 특성을 평가하여, 이들 양쪽의 특성이 양립하는 운전 상태를 선택하도록 구성되어 있다.

상기의 공보에 기재된 제어 장치에 의하면, 실제의 출력에 따른 등출력선 상에서, 린 운전과 이론 공연비 운전(화학량론적 운전)의 어느 것이, 연료 소비율과 NOx 배출율을, 보다 잘 양립시키는지를 평가하여, 평가가 좋은 운전 상태를 선택할 수 있다. 그러나, 이러한 구성에서는 등출력선 상에서의 린 운전과 화학량론적 운전의 어느 하나를 선택하는 근거를 주지만, 최적 운전 상태를 결정하는 것으로는 되지 않는다. 즉, 연료 소비율 및 질소 산화물의 배출량이 엔진 회전수 및 엔진 토크에 대하여 변화하는 특성을 갖는 경우, 연료 소비율 및 질소 산화물 배출량을 함께 최소로 하는 최적 운전점을 결정하게 되지는 않고, 반드시 실용 상의 요구를 만족할 수는 없다.

또한, 최근에는 NOx 등의 환경 오염 물질의 배출 규제가 점점 더 엄격해지는 경향에 있고, 상술한 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 내연 기관의 운전 상태 혹은 연소 상태를 변경함으로써는 최신의 배출 규제를 통과(clear)하는 것이 곤란하게 되고 있다. 이러한 엄격한 NOx의 배출 규제에 적합하게 하기 위해서, 연비 특성 및 NOx 배출 특성을 양립시키도록 차량의 운전 상태를 제어하고, 미립자 배출물을 배기 경로에 설치한 필터로 포착하거나, 촉매를 사용하여, 내연 기관의 배기를 정화하는 것이 시도되고 있다.

그 촉매로서, NOx 흡장 환원형 촉매가 알려져 있다. 이 촉매는 예를 들면 내연 기관이, 공연비가 큰 린 상태에서 운전되어 발생한 배기 가스 중의 NOx를 질산성질소(nitrate nitrogen)로서 흡수하고, 그 흡수량이 미리 정한 양까지 증대한 상태에서, 촉매에서의 반응 분위기를 환원 분위기로 하는 것에 의해, 흡장하고 있는 질산성질소를 환원하여 질소 가스로서 방출시킨다. 또한 그 경우, 발생기의 산소(활성 산소)가 생기기 때문에, 촉매에 부착된 매연을 산화시킬 수 있다.

이 종류의 촉매를 사용하는 경우, NOx의 흡장량이 어느 정도 증대한 시점에서, 분위기를 일시적으로 환원 분위기로 할 필요가 있다. 환원 분위기로 하는 제어로서, 연료나 암모니아 등의 환원제를 배기 중에 공급하는 방법이나 내연 기관에 대한 연료의 공급량을 증대시켜 공연비를 저하시키는 방법 등이 알려져 있다. 그러나, 미반응의 암모니아가 차량으로부터 배출되는 것은 바람직하지 못하기 때문에, 통상은 환원제로서 연료가 사용된다. 따라서 상술한 NOx 흡장 환원형 촉매를 사용한 경우에는 흡장한 NOx를 환원하여 방출하기 위해서 연료를 소비하게 된다.

이와 같이, NOx 흡장 환원형 촉매를 사용한 경우, 내연 기관에서 연소시키는 연료와, NOx의 정화를 위한 연료를 소비하게 되지만, 종래에는 전자(前者)의 연료 소비량만을 고려한 제어밖에 행해지고 있지 않기 때문에, 연비의 향상을 도모하는 점에서 더욱 개량할 여지가 있었다. 또한, 상기의 공보에 기재된 장치는 등출력선 상에서의 린 운전과 화학량론적 운전의 어느 하나를 선택하는 근거를 주지만, NOx 등의 배기 중의 오염 물질을 제거하기 위해서 소비되는 연료의 양도 고려하여 최적 운전 상태를 결정하는 것으로는 되어 있지 않기 때문에, 상술한 NOx 흡장 환원형 촉매를 사용한 경우에는 반드시 연비가 최적으로는 되지 않을 가능성이 있었다.

더욱이, 상기의 필터나 촉매 등을 포함하는 소위 배기 처리 장치는 무제한으로 배기를 정화할 수 있는 것은 아니며, 그 기능이나 활성을 회복시키는 것도 필요하다. 또한, 그 기능이나 활성을 회복시키기 위한 처리를 요하기까지의 운전 계속시간이나 회복 처리의 내용이 내연 기관의 운전에 영향을 미치는 경우가 있다. 따라서 연비 등의 내연 기관의 운전에 요구되는 기술 사항과 배기의 정화 요구의 양립을 도모할 필요가 있지만, 종래에는 그것을 위해 유효한 장치 혹은 기술이 반드시 충분하게는 개발되어 있지 않고, 또한 상기의 공보에도 그 종류의 기술이 개시되어 있지 않다.

본 발명의 하나의 목적은 연비를 악화시키지 않고서, 배기 중의 오염 물질의 양을 저감할 수 있는 차량의 제어 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 배기의 정화를 위한 환원제의 사용도 감안하여 연비를 향상시킬 수 있는 내연 기관의 제어 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 배기의 정화와 연비의 향상을 양립시킬 수 있는 내연 기관의 제어 장치를 제공하는 것이다.

상기 및/또는 다른 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 측면에 따르면, 기관 부하를 제어가능한 내연 기관과, 그 출력측에 연결되어, 상기 내연 기관의 출력 회전수를 제어할 수 있는 무단 변속기를 갖는 차량의 제어 장치가 제공된다. 이 제어 장치는 상기 내연 기관의 배기 계통에 배치된, 배기를 정화하고 배기의 정화를 위해 연료를 소비하는 배기 정화 장치와, (a) 요구되고 있는 출력을 행하기 위해서 상기 내연 기관이 소비하는 연료량에 상기 배기 정화 장치가 소비하는 연료량을 가산한 합산 연료 소비량이 최소가 되는 제 1 운전점을 최적 운전점으로서 구하고, (b) 상기 내연 기관의 운전 상태가 상기 최적 운전점에서의 운전 상태가 되도록, 상기 내연 기관의 기관 부하를 제어하고 상기 무단 변속기의 변속비를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

상기의 차량에서는 내연 기관을 구동하는 것에 의해, 연료가 연소되고 배기 정화 장치로 배기를 정화할 때에 연료가 소비된다. 이러한 내연 기관에서의 연소와 배기 정화 장치에서의 소비를 합친 연료의 소비량이 합산 연료 소비량이고, 요구되고 있는 출력을 행하는 것에 따른 합산 연료 소비량이 최소가 되는 내연 기관의 운전점이 구해진다. 예를 들면, 소정의 출력으로 소정 시간 동안, 상기 내연 기관을 운전한 경우의 연료 소비량과, 그 소정 시간 동안에 배출되는 배기 중의 소정의 오염 물질을 규제치까지 저하시키는데 요하는 연료 소비량을 가산한 합산 연료 소비량이, 요구되고 있는 출력에 대하여 최소가 되는 운전점이 구해진다.

그리고 그 운전점에서 운전이 이루어지도록, 내연 기관의 연료 공급량 혹은 흡입공기량 등의 제어량과 무단 변속기를 변경하는 것에 의한 내연 기관의 출력 회전수가 제어된다. 그 결과, 배기 정화 장치에 의해서 배기가 정화되기 때문에, 보다 엄격한 배기에 관한 규제치를 통과할 수 있고, 또한 동시에 연비의 악화를 방지할 수 있다.

본 발명의 제 2 측면에 따르면, 기관 부하를 제어가능한 내연 기관과, 그 출력측에 연결되고, 상기 내연 기관의 출력 회전수를 제어할 수 있는 무단 변속기를 갖는 차량의 제어 장치가 제공된다. 해당 제어 장치는 상기 내연 기관의 배기 계통에 배치된, 배기를 정화하고 배기의 정화를 위해 연료를 소비하는 배기 정화 장치를 구비한다. 상기 배기 정화 장치가 유효하게 기능하고 있지 않는 경우, 상기 제어 장치의 컨트롤러는 요구에 적합한 토크를 출력하고 또한 연비에 우선하여 배기 중의 오염 물질량이 적은 운전 상태를 상기 내연 기관에 대하여 지시하며, 상기 배기 정화 장치가 유효하게 기능하고 있는 경우에는 요구에 적합한 토크를 출력하고 또한 내연 기관이 배출하는 오염 물질의 양에 우선하여 연비가 적은 운전 상태를 상기 내연 기관에 대하여 지시한다.

상기 차량에 있어서는 내연 기관을 구동하는 것에 의해, 연료가 연소되고 배기 정화 장치로 배기를 정화할 때에 연료가 소비된다. 그 배기 정화 장치가 유효하게 기능하고 있지 않는 경우, 연비가 적어지는 것에 우선하여 배기 중의 오염 물질의 양이 적어지는 상태에서 내연 기관이 운전된다. 이에 대하여, 배기 정화 장치가 유효하게 기능하고 있는 경우에는 내연 기관이 배출하는 오염 물질의 양이 상대적으로 증대한 경우가 있더라도, 연비가 적어지는 운전 상태가 선택되고, 그 운전 상태에서 내연 기관을 구동하는 지시가 출력된다. 그 경우, 오염 물질은 배기 정화 장치가 유효하게 기능하여 제거되기 때문에, 차량으로부터의 오염 물질의 배출량이 삭감된다. 그 결과, 오염 물질의 발생 자체가 억제되고, 혹은 오염 물질이 배기 정화 장치로 제거되기 때문에, 보다 엄격한 배기 규제에 적합한 차량으로 할 수 있다.

본 발명의 제 3 측면에 따르면, 기관 부하를 제어가능한 내연 기관과, 그 출력측에 연결되고, 상기 내연 기관의 출력 회전수를 제어할 수 있는 무단 변속기를 갖고, 상기 내연 기관이 상기 기관 부하와 출력 회전수에 의해서 정해진 운전점에서 운전되는 차량의 제어 장치가 제공된다. 본 제어 장치의 컨트롤러는 상기 내연 기관의 출력을 일정하게 유지하여 운전 상태를 변화시킨 경우의 연비의 변화 비율과 배기 중의 소정의 오염 물질의 발생량의 변화 비율과의 비율이, 상기 내연 기관의 복수의 출력에 대하여 같아지는 운전점을 목표 운전점으로서 설정하고, 상기 내연 기관의 운전 상태가, 요구되고 있는 출력에 대한 상기 목표 운전점에서의 운전 상태가 되도록 한다.

상기의 제어 장치에 있어서는 출력을 일정하게 유지한 채로 내연 기관의 부하 및 회전수를 변화시킨 경우의 연비의 변화 비율과 내연 기관에서의 오염 물질의 발생량의 변화 비율과의 비율이 구해지고, 그 비율이, 복수의 출력에 대하여 같아지는 운전점이 목표 운전점으로서 설정되며, 요구되고 있는 출력에 대한 상기 목표 운전점에서의 운전이 되도록 내연 기관의 운전 상태가 제어된다. 그 결과, 연비 및 차량으로부터 배출되는 오염 물질량이 삭감된다.

본 발명의 제 4 측면에 따르면, 기관 부하를 제어가능한 내연 기관과, 그 출력측에 연결되어, 상기 내연 기관의 출력 회전수를 제어할 수 있는 무단 변속기를 갖고, 상기 내연 기관이 상기 기관 부하와 출력 회전수에 의해서 정해진 운전점에서 운전되는 차량의 제어 장치가 제공된다. 본 제어 장치의 컨트롤러는 상기 내연 기관의 출력 상태가, 소정의 오염 물질의 발생량이 미리 정한 기준치 이하가 되는 저출력 상태에서는 상기 배기 중의 소정의 오염 물질의 양이 각 출력마다 거의 일정하게 되는 상기 내연 기관의 운전점을 상기 목표 운전점으로서 설정하고, 상기 내연 기관의 운전 상태가, 요구되고 있는 출력에 대한 상기 목표 운전점에서의 운전 상태가 되도록 한다.

내연 기관을 저출력으로 운전하고 있는 경우, 즉 소정의 오염 물질의 발생량이 소정치 이하가 되는 저출력 상태에서는 요구되고 있는 출력이 변화한 경우, 상기 오염 물질의 발생량이 종전과 같아지도록, 즉 일정하게 되도록 운전점이 설정되어, 그 운전점에서의 내연 기관의 운전이 실행된다. 그 경우, 연비의 악화 정도가 적다. 그 결과, 오염 물질의 배출량이 적고, 또한 연비가 양호한 운전을 행할 수 있다.

본 발명의 제 5 측면에 따르면, 배기 중의 소정의 오염 물질을 정화하는 촉매가 배기 계통에 설치되고, 상기 촉매는 상기 오염 물질을 흡장하고 환원제의 존재 하에서 상기 오염 물질을 환원하여 방출하는 내연 기관의 제어 장치가 제공된다. 이 제어 장치의 컨트롤러는 상기 환원제를 공급하는 시점에 상기 내연 기관에서 연소되는 혼합기의 공기 과잉율을 저하시킨다. 바람직한 예에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 내연 기관의 출력을 변화시키지 않도록 상기 공기 과잉율을 저하시킨다.

상기의 구성에 있어서는 내연 기관이 혼합기를 연소시키는 것에 의해 발생한 배기가, 그 배기 계통에 설치된 촉매에 공급되고, 소정의 오염 물질이 정화된다. 구체적으로는 그 오염 물질이 촉매에 일단 흡장되고, 그 후, 환원 분위기에서 환원되어 방출된다. 그 환원 분위기는 환원제를 공급하는 것에 의해 생기지만, 환원제가 공급되는 시점에서의 공기 과잉율이 저하된다. 그 공기 과잉율의 저하는 내연 기관에 대한 연료 공급량의 증대를 포함하지만, 내연 기관의 출력이 변화하지 않도록 환원제가 공급되어도 좋다. 그 결과, 환원제가 공급된 시점에서의 분위기는 산화의 정도가 낮은 분위기로 되어 있기 때문에, 배기의 정화를 위해 공급된 환원제가, 상기 오염 물질을 환원하기 이전에 산화되어 버리는 사태를 방지하거나 억제할 수 있고, 그 결과, 환원제의 소비를 포함하여, 전체로서의 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제 6 측면에 따르면, 연료의 연소에 따라서 제 1과 제 2 배출물을 발생시키는 내연 기관으로서, 배기 중의 상기 제 1 배출물의 양을 감소시키도록 운전 상태를 변경함에 따라서 상기 제 2 배출물의 양이 증대한 내연 기관의 제어 장치가 제공된다. 이 제어 장치의 컨트롤러는 상기 내연 기관의 운전 중에 있어서의 상기 제 1 및 제 2 배출물의 어느 하나의 배출 이력을 판정하여, 상기 어느 하나의 배출물의 배출 이력에 기초하여 상기 내연 기관의 운전 상태를 변경한다.

상기의 제어 장치에 있어서, 상기 어느 하나의 배출물의 배출 이력은 상기 어느 것인가의 배출물의 배출량을 적산함으로써 판정하여도 좋고, 혹은 상기 각 배출물 각각의 배출량을 개별로 적산함으로써 판정하여도 좋다. 또한, 상기 어느 것인가의 배출물의 배출량 또는 상기 적산치가 저하하도록 상기 내연 기관의 운전 상태가 변경되어도 좋고, 혹은 상기 각 배출물의 배출량의 적산치 중 증대한 적산치가 저하하도록 상기 내연 기관의 운전 상태를 변경하여도 좋다. 더욱이 연비가 최소가 되는 운전 상태로부터 다른 운전 상태 즉 상기의 어느 것인가의 요구를 만족하는 운전 상태로 변경하여도 좋다. 또, 운전 상태를 변경하는 경우, 내연 기관의 출력이 변화하지 않도록(직전의 출력을 유지하도록) 운전 상태를 변경하여도 좋다.

상기의 배출물을 포함하는 배기가 내연 기관의 운전 중에 계속하여 배출되면, 그 배출물에 대한 배출 이력이 판정되어, 그 판정 결과에 기초하여 내연 기관의 운전 상태가 변경되고, 예를 들면 배출량의 적산치가 많아진 경우에, 그 배출물의 배출량이 저하하도록 운전 상태가 변경된다. 여기서, 운전 상태는 내연 기관의 부하나 회전수 등이다. 이러한 운전 상태의 변경이 실행되기 이전의 내연 기관의 운전 상태는 연비가 최소가 되는 운전 상태로 할 수 있고, 그렇게 함으로써, 연비의 양호한 소위 최적 운전점을 중심으로 하여 운전 상태가 변경되고, 배기의 정화를 촉진할 수 있고 연비를 향상시키커나, 혹은 연비의 악화를 방지할 수 있다.

본 발명의 제 7 측면에 따르면, 연료의 연소에 따라 제 1과 제 2 배출물을 발생시키는 내연 기관으로서, 배기 중의 상기 제 1 배출물의 양을 감소시키도록 운전 상태를 변경함에 따라서 상기 제 2 배출물의 양이 증대하고, 또한 적어도 어느 하나의 배출물의 양을 감소시켜 배기를 정화하는 배기 처리 장치가 배기 경로에 설치된 내연 기관의 제어 장치가 제공된다. 본 제어 장치의 컨트롤러는 상기 어느 하나의 배출물의 양을 감소시키는 상기 배기 처리 장치의 배기 정화 능력을 구하고, 구해진 배기 정화 능력에 기초하여 상기 내연 기관의 운전 상태를 변경한다.

상기의 제어 장치에 있어서, 상기 배기 처리 장치는 NOx와 미립자 배출물의 양을 감소시켜 배기를 정화하는 촉매라도 좋다. 또한, 상기 내연 기관의 운전 계속 시간의 적산치 또는 그 적산치에 대응하는 다른 소정의 적산치에 기초하여 상기 배기 정화 능력을 판정하여도 좋고, 혹은 상기 배기 처리 장치에 의해서 흡장한 소정의 배출물의 양에 기초하여 상기 배기 정화 능력을 판정하여도 좋다. 더욱이, 상기 배기 처리 능력의 저하에 따라 상기 배기 처리 장치에 의해서 처리되는 상기 어느 하나의 배출물의 배출량이 저하하도록 상기 내연 기관의 운전 상태를 변경하여도 좋다. 상기 컨트롤러는 또한, 상기 내연 기관의 운전 중에 있어서의 어느 하나의 배출물의 배출 이력을 판정하여도 좋고, 판정된 배출 이력과 상기 배기 정화 능력에 기초하여 내연 기관의 운전 상태를 변경하여도 좋다. 그 경우, 그 배출 이력은 상기 각 배출물의 배출량을 적산함으로써 판정하여도 좋고, 또한 상기 배기 정화 능력은 상기 배기 처리 장치에 의한 상기 각 배출물 각각에 대하여 구하여도 좋다. 더욱이, 각 배출물의 배출량의 적산치 및 각 배출물에 대한 배기 정화 능력에 기초하여 운전 상태를 변경하여도 좋다. 더욱이, 연비가 최소가 되는 운전 상태로부터 다른 운전 상태 즉 상기의 어느 하나의 요구를 만족하는 운전 상태로 변경하여도 좋다. 또한, 운전 상태를 변경하는 경우, 내연 기관의 출력이 변화하지 않도록(직전의 출력을 유지하도록), 운전 상태를 변경하여도 좋다.

상기의 내연 기관에서는 내연 기관을 운전하는 것에 의해 발생한 배기 중의 어느 하나의 배출물이, 배기 처리 장치에 의해서 감소되어, 배기가 정화된다. 그 배기 처리 장치의 처리 능력이, 배기의 처리가 계속하는 것에 의해 점차로 변화하고, 그 변화한 배기 정화 능력이 구해진다. 그 배기 정화 능력에 기초하여 내연 기관의 운전 상태가 변경되고, 예를 들면 정화 능력이 저하한 배출물의 배출량이 저하하도록, 예를 들면 부하 혹은 회전수가 증대 또는 저하된다. 이러한 운전 상태의 변경이 실행되기 이전의 내연 기관의 운전 상태는 연비가 최소가 되는 운전 상태로 할 수 있고, 그렇게 함으로써, 연비가 양호한 소위 최적 운전점을 중심으로 하여 운전 상태가 변경되고, 배기의 정화를 촉진할 수 있는 동시에 연비를 향상시키고, 혹은 연비의 악화를 방지할 수 있다.

본 발명의 제 8 측면에 따르면, 연료의 연소에 의해서 미립자 배출물을 발생하고, 또한 그 미립자 배출물을 처리하는 처리 장치를 배기 경로에 구비한 내연 기관의 제어 장치가 제공된다. 본 제어 장치의 컨트롤러는 상기 처리 장치가 상기 미립자 배출물에 의해서 적어도 부분적으로 폐색(閉塞)하고 있는 소정의 폐색 상태에 있는지의 여부를 판정하여, 상기 처리 장치가 상기 소정의 폐색 상태에 있다고 판정된 경우에 그 처리 장치의 폐색 상태를 경감시키도록 상기 내연 기관의 운전 상태를 변경한다.

상기 컨트롤러는 상기 배기 경로에서의 압력 또는 연소되는 혼합기의 공연비에 기초하여 상기 폐색 상태를 판정하여도 좋다. 또한, 상기 미립자 배출물의 배출량을 감소시키도록 상기 내연 기관의 운전 상태를 변경하여도 좋고, 혹은 상기 배기 경로에서의 배기의 온도가 높아지도록 상기 내연 기관의 운전 상태를 변경하여도 좋다. 더욱이 연비가 최소가 되는 운전 상태로부터 다른 운전 상태로 변경하여도 좋다. 또, 운전 상태를 변경하는 경우, 내연 기관의 출력이 변화하지 않도록(직전의 출력을 유지하도록), 운전 상태를 변경하여도 좋다.

상기의 내연 기관에서는 연료의 연소에 의해서 생긴 미립자 배출물이 배기 경로에 설치된 처리 장치에 포착되고, 산화 등의 처리가 실시된다. 그 포착량과 처리량의 불일치가 원인으로 되어 처리 장치에 폐색 상태가 발생하는 경우가 있고, 그 폐색 상태가 판정되면, 폐색 상태를 경감시키도록 내연 기관의 운전 상태가 변경된다. 예를 들면, 폐색의 원인이 된 미립자 배출물의 배출량이 저하하도록, 혹은 처리 장치에 부착되어 있는 미립자 배출물을 제거하도록 운전 상태가 변경된다. 그 결과, 미립자 배출물이 그대로 배출되는 등의 사태를 미연에 피할 수 있고, 또한 운전 상태가 변경되기 직전의 내연 기관의 운전 상태를 연비가 최적으로 되는 운전 상태로 함으로써, 운전 상태의 변경에 기인하는 연비의 악화가 억제되기 때문에, 연비가 양호하게 된다.

본 발명의 제 9 측면에 따르면, 연료의 연소에 의해서 생긴 배기의 일부를 흡기측으로 되돌리는 배기 재순환 장치를 구비한 내연 기관의 제어 장치가 제공된다. 본 제어 장치의 컨트롤러는 상기 배기 재순환 장치가 소정의 폐색 상태에 있는지의 여부를 판정하여, 상기 배기 재순환 장치가 상기 소정의 폐색 상태에 있다고 판정된 경우에 그 배기 재순환 장치의 폐색 상태를 경감시키도록 상기 내연 기관의 운전 상태를 변경한다.

상기 컨트롤러는 상기 배기 경로에 있어서의 압력 또는 소정의 센서로 검출되는 공연비에 기초하여 상기 폐색 상태를 판정하여도 좋다. 또한, 상기 내연 기관으로부터 배출되는 미립자 배출물의 양이 저하하도록 상기 내연 기관의 운전 상태를 변경하여도 좋고, 혹은 상기 배기 재순환 장치의 내부를 유통하는 배기의 양이 증대하도록 상기 내연 기관의 운전 상태를 변경하여도 좋다. 또는 연비가 최소가 되는 운전 상태로부터 다른 운전 상태로 변경하여도 좋다. 또, 운전 상태를 변경하는 경우, 내연 기관의 출력이 변화하지 않도록(직전의 출력을 유지하도록), 운전 상태를 변경하여도 좋다.

상기의 내연 기관에서는 연료의 연소에 의해서 발생한 배기의 일부가, 내연 기관의 흡기측으로 되돌려지고, 그것에 따라 연소 온도가 저하된다. 그 배기의 재순환이 계속적으로 행해지는 것에 의해 배기 재순환 장치에 폐색이 생기는 경우가 있고, 그 폐색 상태가 판정되면, 그 폐색 상태를 경감시키도록 내연 기관의 운전 상태가 변경된다. 예를 들면, 폐색의 원인으로 되어 있는 물질을 산화시켜 제거하고, 혹은 기류로 배제하여, 그 물질의 내연 기관에서의 생성량이 적어지도록, 부하나 회전수 등의 운전 상태가 변경된다. 그 경우, 운전 상태가 변경되기 직전의 운전 상태를, 연비가 최소가 되는 운전 상태를 기준으로 설정된 것으로 하는 것에 의해, 연비가 향상된다. 또한 운전 상태의 변경에 의해서 내연 기관의 출력이 변경되지 않도록 제어함으로써, 내연 기관을 탑재한 차량의 거동의 변화가 방지 또는 억제된다.

본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이들의 실시예의 차량 혹은 내연 기관의 제어 장치에서 제어되는 대상이 되는 내연 기관은 디젤 기관이나 가솔린 엔진 등의 연료를 연소시켜 동력을 출력하는 동력 장치이며, 한 예로서 차량에 탑재되어 주로 주행을 위한 동력원으로서 사용되는 내연 기관이다. 도 2에 직접분사식의 디젤 기관(이하, 간단히 엔진이라고 기재한다; 1)을 차량의 동력원으로서 사용한 예를 모식적으로 도시하고 있다. 이 엔진(1)은 기통(실린더)의 내부에 연료를 직접 분사하는 형식의 내연 기관으로서, 고압에서의 연료의 분사를 가능하게 하기 위해서, 코몬 레일(common rail)식의 전자 제어 연료 분사 시스템(2)이 구비되어 있다. 이 전자 제어 연료 분사 시스템(2)은 공지된 구조의 것을 사용할 수 있다.

또한, 도 2에 도시하는 엔진(1)은 배기 터빈식의 과급기 즉 터보 과급기(3)가 구비되어 있다. 그 압축기(compresser; 4)의 흡입구에 공기 정화기(5)를 사이에 장착한 흡기 파이프(6)가 접속되어 있고, 또한 그 압축기(4)의 토출구에는 흡기 온도를 낮추기 위한 인덕터 냉각기(7)를 개재하여 흡입 매니폴드(8)가 접속되어 있다.

또한, 각 실린더에 연통되어 있는 배기 매니폴드(9)가, 상기 터보 과급기(3)에 있어서의 터빈(10)의 유입구에 접속되어 있다. 또한 그 터빈(10)에 있어서의 유출구에는 배기 정화 촉매를 구비한 촉매 컨버터(11)가 접속되어 있다. 이 촉매 컨버터(11)의 상류측에, 공연비 센서(12)와 촉매 컨버터(11)에 유입하는 배기의 압력을 검출하는 압력 센서(13)가 배치되어 있다. 또한, 촉매 온도를 검출하기 위한 온도 센서(14)가 설치되어 있다. 이 배기 매니폴드(9)로부터 촉매 컨버터(11)를 거쳐서 대기로의 개방구(도시하지 않음)까지의 경로가 배기 경로로 되어 있다.

또 여기서, 배기 정화 촉매에 대하여 설명하면, 도 2에 도시하는 예에서는 NOx 흡장 환원형 촉매가 사용되고 있다. 이것은 산화 분위기에서 배기 중의 오염 물질의 하나인 NOx를 질산성질소의 형태로 흡장하고, 환원 분위기에 있어서, 그 흡장하고 있는 질산성질소를 환원하여 질소 가스로서 방출하는 기능을 구비하고 있다. 또한, NOx의 흡장 시 및 환원 시에 활성 산소를 발생하기 때문에, 그 활성산소 및 배기 중의 산소에 의해서, 표면에 부착하고 있는 매연(PM)을 산화하여 제거하는 기능을 구비하고 있다. 따라서 이 배기 정화 촉매의 분위기를, 산화 분위기와 환원 분위기로 소정 시간마다 변화시킬 필요가 있고, 이러한 분위기의 변경을, 공연비를 공기 과잉한 린 공연비와 연료의 양을 상대적으로 증대시킨 리치 공연비로 바꾸는 것에 의해 실행하도록 되어 있다. 또, 배기 정화 촉매로부터 질소물을 방출시키기 위해서 공연비를 리치하게 하는 제어는 일시적으로 좋고, 이러한 공연비의 일시적인 리치화를 「리치 스파이크(rich spike)」라고 부르고 있다.

더욱이, 도 2에 도시하는 엔진(1)은 배기 중의 NOx를 저감시키기 위해서, 배기 가스 재순환 장치가 설치되어 있다. 이 배기 가스 재순환 장치는 재순환시키는 배기를 냉각하는 EGR 냉각기(15) 및 재순환의 실행·정지의 제어와 재순환율(EGR 율)을 일정하게 유지하는 제어를 행하는 EGR 밸브(16)를 구비한다. 이들 EGR 냉각기(15) 및 EGR 밸브(16)를 개재하여, 상기 배기 매니폴드(9)와 흡입 매니폴드(8)가 접속되어 있다.

이 엔진(1)의 출력측에 무단 변속기(CVT; 17)가 연결되어 있다. 이 무단 변속기(17)는 변속비를 연속적으로 변화시킬 수 있는 변속기이고, 벨트식 무단 변속기나 트랙션(traction)식(toroidal) 무단 변속기가 채용되어 있다.

상기의 엔진(1)에 있어서의 연료 분사량이나 그 분사 타이밍, 배기 가스 재순환의 실행·정지, 스로틀 밸브(도시하지 않음)의 개방도 등을 전기적으로 제어하기 위한 엔진용 전자 제어 장치(E-ECU; 18)와, 무단 변속기(17)를 제어하는 변속기용 전자 제어 장치(T-ECU; 19)가 설치되어 있다. 이들의 전자 제어 장치(18, 19)는 마이크로컴퓨터를 주체로 하여 구성되어 있고, 액셀 개방도 등으로 나타나는 출력 요구량이나 차속, 엔진 수온, 무단 변속기(17)의 오일온도, 상기 각 센서(12, 13, 14)의 검출 신호 등에 기초하여, 스로틀 개방도나 연료 분사량(즉 엔진 부하), 혹은 무단 변속기(17)에서의 변속비(즉 엔진 회전수) 등을 제어하도록 구성되어 있다.

상기의 엔진(1)에서는 각 실린더의 내부에 연료를 분사하여 연소시키고, 그것에 따라 생기는 기계적 에너지를 구동력으로서 출력한다. 그 때문에 소비되는 연료의 양은 출력 요구량을 만족하는 범위에서 가급적 적은 양으로 제어된다. 또한, 실린더에서의 연료의 연소에 따라 생기는 NOx 등의 오염 물질이 촉매 컨버터(11)에서 촉매로 흡장되고, 그 흡장량이 포화하기 이전에 배기 중의 연료의 양을 증대시켜 환원 분위기로 하여, 촉매에 흡장하고 있는 질산성질소를 환원하여 질소 가스로서 방출시킨다. 즉, 배기의 정화를 위해 연료의 공급량을 증대시켜 연료를 소비한다. 이와 같이, 엔진(1)의 구동을 위해 연료를 소비함과 동시에, 배기를 정화하기 위해서, 바꿔 말하면, 대기 오염 물질의 차량으로부터의 배출량을 저하시키기 위해서 연료를 소비한다. 이 경우의 연료가, 촉매를 환원 분위기로 하는 환원제에 상당한다.

따라서 출력의 단위량에 대한 연료의 소비량은 엔진(1)을 구동하기 위한 소비량과 배기를 정화하기 위한 연료의 소비량을 합친 합산 연료 소비량이 된다. 본 발명에 따른 제어 장치는 그 합산 연료 소비량이 최소가 되도록 엔진(1) 및 무단 변속기(17)를 제어한다. 보다 구체적으로는 출력 요구량에 따른 토크가 되도록 엔진(1)의 흡입 공기량 및/또는 연료 분사량을 제어하고, 또한 그 요구되고 있는 출력을 최소의 연료 소비율로 달성하도록 무단 변속기(17)의 변속비 즉 엔진 회전수를 제어한다.

상기의 합산 연료 소비량이 최소가 되는 엔진(1)의 운전점은 이하와 같이 주어진다. 즉, 배기와 함께 차량으로부터 방출되는 오염 물질, 예를 들면 NOx의 배출 규제치는 차속이나 그 계속시간 등에 의해서 주행 모드를 정하고, 차량을 그 주행 모드에 따라서 주행시킨 경우의 배출량으로서 정해지고 있다. 따라서 그 주행 모드에서의 상기 합산 연료 소비량 즉 모드 연료 소비량 (g)F는 하기의 수학식 1로 나타난다.

여기서, pi는 엔진(1)의 출력(k W), ti는 모드 주행 중의 출력 pi의 계속 시간(h), tidl은 아이들링의 계속 시간(h), si는 출력 pi의 등출력선 상의 연비율 SFC(Specific Fuel Consumption)(g/k Wh), sidl은 아이들링 상태에서의 연료 소비율(g/h), ni는 출력 pi의 등출력선 상의 NOx 배출량(g/k Wh), nidl은 아이들링 상태에서의 NOx 배출량(g/h), k는 배기 정화 촉매를 환원 분위기로 하기 위한 상술한 리치 스파이크일 때의 필요 연료량과 그 때 환원하는 NOx 량의 비율(리치 스파이크 연료량/NOx량), Nt는 목표 NOx 배출량(규제치 이하의 소정의 NOx 배출량)이다.

상기 수학식 1의 우변에서, 아이들링 연료 소비량(tidl*sidl) 및 아이들링 NOx 배출량(tidl*nidl) 및 목표 NOx 배출량 Nt은 주행 상태에 관계하지 않는 일정치이므로, 수학식 1은 하기의 수학식 2와 같이 다시 기재된다.

이 수학식 2에 있어서, pi는 차량에 탑재되어 있는 엔진(1)에 따라서 정해지고, 또한 소정의 출력 pi에서의 주행 시간 ti는 NOx 등의 오염 물질의 배출 규제치를 정하고 있는 주행 모드에 의해서 결정된다. 그 주행 모드의 일 예를 선도로 나타내면, 도 3과 같다. 따라서 모드 연료 소비량 F를 최소로 하기 위해서는 수학식 2의 우변에 있어서의 (si+k*ni)가 최소가 되도록 엔진(1)의 동작 상태를 제어하면 좋아진다. 즉, 요구되고 있는 출력에 따른 등출력선 상에서의 연비와 그 등출력선 상에서의 NOx 배출량을 연료 환산한 값과의 합이 최소가 되는 운전점을 선택하여, 엔진(1)을 그 운전점에서 운전하도록 부하 및 회전수를 제어하면 좋다.

그런데, 엔진(1)의 출력은 토크와 회전수의 곱이므로, 등출력선은 토크와 엔진 회전수를 파라미터로서 도 1에 도시하는 바와 같이 표시된다. 이 선도에 연비율 SFC를 겹쳐서 나타내면, 가는 실선과 같다. 또한, NOx 배출량은 파선으로 도시하는 것과 같다. 또, 연비율 SFC 및·NOx 배출량은 모두 동일한 값이 되는 점을 연결한 선(등고선)으로 나타나고 있고, 각각의 등고선의 중심측에서 작은 값이 된다. 이 도 1로부터 알려진 바와 같이, 연비율 SFC의 등고선에 대하여 NOx 배출량을 나타내는 등고선이 저 토크측(저부하측)에 있으므로, 소정의 출력을 얻기 위한 연료 소비량을 억제하면, NOx의 발생량이 증대하여, NOx의 제거를 위해 요하는 연료 소비량이 증대한다. 즉 연비와 NOx 배출량은 상반되는 관계에 있다.

합산 연비율에 상당하는 상기의 (si+k*ni)는 도 1의 굵은 실선으로 나타난다. 그 합산 연료 소비율의 최소치를 연결하는 선이, NOx의 흡장과 환원을 필요 충분하게 실행할 수 있는 상태에서의, 연료 소비량이 가장 적은 최적 연비선이 된다. 또, 엔진 회전수의 제어가능한 최저 회전수가 정해져 있기 때문에, 최적 연비선은 그 최저 회전수에서 직선이 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치는 적어도 정상적인 주행 상태에 있어서는 액셀 개방도 등으로 나타나는 출력 요구량에 대응하는 등출력선과 상기의 최적 연비선과의 교점으로서 구해지는 최적 운전점에서 엔진(1)을 구동하도록 엔진(1) 및 무단 변속기(17)를 제어한다. 그 제어의 방법은 목표 엔진 회전수 Net를 제외하고, 무단 변속기를 사용한 종래 알려져 있는 제어와 동일하다. 그 일 예를 도 4에 도시하고 있다.

도 4에 있어서, 우선, 액셀 개방도 Acc 및 차속 V에 기초하여 목표 구동력 Fd가 구해진다(블록 B1). 여기서 액셀 개방도 Acc는 액셀 페달(도시하지 않음)의 밟음량을 전기적으로 처리하여 얻어진 제어 데이터로서, 가속 또는 감속 요구 즉 구동력에 대한 요구를 나타내는 파라미터로서 채용되어 있다. 따라서 차속을 일정하게 유지하는 순항 컨트롤(cruise control)을 위한 구동 요구의 신호를 액셀 개방도 Acc로 바꾸는 파라미터로서 채용할 수도 있다. 또한 차속에 대해서도 동일하고, 차속 V와 일대일의 관계에 있는 다른 적절한 회전 부재의 회전수를 차속 V로 바꿔 채용할 수 있다.

이들의 액셀 개방도 Acc와 차속 V에 기초하는 목표 구동력 Fd의 결정은 미리 준비한 맵에 기초하여 행한다. 구체적으로는 액셀 개방도 Acc를 파라미터로서 차속 V와 구동력 Fd의 관계를 맵으로서 미리 정해 둔다. 그 경우, 대상으로 하는 차량의 특성을 반영하도록 구동력 Fd를 정한다. 그리고 그 맵에 기초하여 목표 구동력 Fd가 구해진다.

블록 B1에서 구해진 목표 구동력 Fd와 현재의 차속 V에 기초하여 목표 출력 P가 구해진다(블록 B2). 즉 목표 출력 P는 목표 구동력 Fd와 차속 V의 곱이다.

변속비를 제어하기 위해서, 그 목표 출력 P에 대응한 목표 엔진 회전수 Net가 구해진다(블록 B3). 상술한 바와 같이 정상 주행 상태에서는 최적 연비선에 의거하여 제어되므로, 목표 출력 P에 도달한 시점에서의 운전 상태는 최적 연비선 상의 운전점에서의 운전 상태가 된다. 즉 목표 출력 P에 도달한 시점에서는 엔진(1)은 최적 연비선에 기초하는 상태로 제어되므로, 목표 엔진 회전수 Net는 도 1에 도시하는 최적 연비선에 기초하여 출력과 회전수를 정한 목표 엔진 회전수 테이블(선도)을 이용하여 구해진다.

이 목표 엔진 회전수 Net와 검출된 실제의 엔진 회전수 Ne에 기초하여 변속제어 장치가 실 엔진 회전수를 목표 엔진 회전수가 되도록 변속비를 제어한다(블록 B4). 이 변속 제어 장치는 구체적으로는 상술한 도 2에 도시하는 변속기용 전자 제어 장치(19)이다.

한편, 엔진(1)을 제어하기 위해서, 상기의 목표 출력 P와 현재의 엔진 회전수 Ne에 기초하여 목표 엔진 토크 To를 구한다(블록 B5). 이것은 예를 들면 목표출력 P를 현재의 엔진 회전수 Ne로 나누는 것에 의해 실행된다. 또, 도 4에 도시하는 식은 단위를 일치시키기 위한 처리를 행한 것이다. 여기서, 엔진 회전수 Ne로 바꿔 엔진(1)의 출력축의 각속도(角速度)를 채용할 수도 있다.

이렇게 하여 구해진 목표 엔진 토크 To가 되도록 엔진 토크 제어 장치가 엔진(1)을 제어한다(블록 B6). 구체적으로는 상술한 도 2에 도시하는 엔진용 전자 제어 장치(E-ECU; 18)에 의해서 연료 분사량 혹은 전자 스로틀 밸브(도시하지 않음)의 개방도가 제어된다.

이와 같이 출력 토크와 회전수가 제어된 것에 의해 설정되는 엔진(1)의 운전 상태 즉 운전점은 출력 요구량에 따른 최적 연비선 상의 운전점이다. 따라서 연비와 NOx의 배출량이 모두 최소가 되는 상태로 엔진(1)이 운전되고, 더구나 배기 중의 오염 물질인 NOx의 양을 상기 촉매 컨버터(11)에 의해서 목표치까지 저감할 수 있다. 바꿔 말하면, NOx 등의 배기 중의 오염 물질에 관한 보다 엄격한 배출 규제를 통과할 수 있는 데다가, 연비를 양호한 것으로 할 수 있다.

그런데, 엔진(1)의 배기를 상기의 촉매 컨버터(11)에 의해서 이른바 후 처리하는 경우, 촉매 컨버터(11)를 기대하는 바대로 기능시키기 위해서는 그 촉매의 온도를 활성 온도 이상으로 유지할 필요가 있다. 그리고, 촉매의 온도는 배기가 갖는 열 및 촉매로 발생하는 반응에 의한 열로 상승 또는 유지된다. 따라서 엔진(1)으로부터 발생하는 배기의 온도가 낮은 경우에는 촉매 컨버터(11)에 있어서의 촉매의 온도가 저하할 가능성이 있다. 그 경우, 도 1에 도시하는 최적 연비선 상의 운전점에서 엔진(1)을 동작시키고 있으면, 배기 정화 촉매의 활성이 저하하여, 차량으로부터 배출되는 오염 물질의 양이 증대할 가능성이 있다.

이러한 부적합함을 피하기 위해서, 엔진 배기 온도가 낮은 영역에서는 엔진(1)의 운전점을 상술한 최적 연비선의 운전점으로부터 벗어난 운전점에 설정한다. 도 5는 그 제어 예를 설명하기 위한 흐름도이고, 우선, 스텝 1에서 엔진 배기온도가 낮은 영역인지의 여부가 판단된다. 그 판단은 예를 들면 엔진(1)의 배기 계통에 설치한 온도 센서 또는 냉각수온 센서에 의해서 검출한 온도에 기초하여 행하여도 좋고, 혹은 스로틀 개방도 혹은 연료 분사량인 어떤 부하의 기초하여 추정하여 처리하여도 좋다.

이 스텝 S1에서 부정적으로 판단된 경우에, 배기 온도가 특히 낮아지기 때문에, 스텝 S2에서, 통상 대로 엔진(1)의 운전점을 도 1에 도시하는 최적 연비선 상의 운전점에 설정한다. 즉 이 최적 연비선에 기초하여 정해지는 엔진 회전수가 되도록 무단 변속기(17)의 변속비를 제어한다.

이에 대하여 스텝 S1에서 긍정적으로 판단된 경우에는 스텝 S3에서, 엔진(1)의 운전점을, 도 1에 도시하는 최적 연비선 상의 운전점과는 다른 운전점에 설정한다. 한 예로서, 엔진 회전수가 미리 정한 소정치 이하의 상태에서는 최적 연비선 상의 운전점에 대하여 고부하·저회전수측으로 어긋난 운전점에서 엔진(1)을 동작시킨다. 그 운전점을 도시하면, 도 6의 굵은 실선 A와 같다.

운전점을 최적 연비선 상의 운전점에서 실선 A 상의 운전점으로 변경하는 것에 의해, 엔진(1)으로부터의 배기 온도가 높아지고, 그 결과, 배기 정화 촉매가 배기로부터 열을 받아 그 촉매상 온도가 높아져서 그 활성을 유지하거나, 또는 활성을 촉진할 수 있다. 특히 디젤 기관에서는 연료 공급량(연료 분사량)을 증가시켜 공기 과잉율이 낮은 영역에서의 운전이 되기 때문에, 배기 온도의 상승 효과가 높아진다. 따라서, 배기 정화 촉매의 활성이 저조한 상태에서의 운전 시간이 짧아지기 때문에, 운전점을 고부하·저회전수측으로 변경하였다고 해도, 차량으로부터 배기와 함께 배출되는 오염 물질의 전체로서의 양을 적게 할 수 있다.

또한, 운전점을 변경하는 다른 예는 엔진 회전수가 미리 정한 소정치 이하의 상태에서는 최적 연비선 상의 운전점에 대하여 저부하·고회전수측으로 어긋난 운전점에서 엔진(1)을 동작시키는 예이다. 그 운전점을 도시하면, 도 6의 굵은 실선 B와 같다.

운전점을 최적 연비선 상의 운전점에서 실선 B 상의 운전점으로 변경하는 것에 의해, 연비가 저하하지만, NOx 배출량이 최소가 되는 운전점으로 근접해 가기 때문에, 배기 정화 촉매에서의 NOx를 제거 기능이 저하하고 있더라도, 엔진(1)에서 발생하는 NOx량 자체가 적기 때문에, 결국, 차량으로부터 배출되는 NOx량을 전체로서 적게 할 수 있다.

또, 도 6의 실선 A 상의 운전점으로 변경하는 제어와, 실선 B 상의 운전점으로 변경하는 제어는, 반대의 제어가 되지만, 연비율이나 NOx 배출 특성, 배기 온도 특성, NOx 정화 촉매의 특성 등은 엔진 혹은 차량마다 다르기 때문에, 엔진(1)마다 혹은 차량마다 어느 것인가 유리한 운전점의 변경을 하면 좋다.

상술한 촉매 컨버터(11)가 기능하고 있지 않는 경우, 혹은 촉매 컨버터(11)를 구비하고 있지 않는 차량에서는 배기의 정화를 위해 연료를 소비하지 않기 때문에, 도 6에 도시하는 최적 연비선 상의 운전점이 반드시 연비 및 NOx 배출량이 최적으로 되는 운전점으로는 되지 않는다. 그런 경우에, 연비율 SFC가 작고, 또한 엔진(1)에서의 NOx 등의 오염 물질의 발생량이 적은 운전점을 선택하여 엔진(1)을 제어한다. 이하 그 제어 예를 설명한다.

엔진(1)의 등출력선 및 연비율 SFC 및 NOx 배출량을, 출력 토크와 엔진 회전수를 파라미터로서 선도로 도시하면, 도 7과 같다. 한편, 소정의 주행 모드로 차량이 주행한 경우의 연료 소비량 F와 NOx 배출량 N은, 수학식 3으로 나타난다.

그래서, 목표로 하는 NOx 배출량을 만족하고, 또한 연료 소비량 F가 최소가 되는 (si, ni)의 조합을 구하기 위해서, 소정의 출력 pi에 대한 si와 ni의 관계를 나타내면, 도 8과 같다. 즉, 각 등출력선을 따라서 (dsi/dl)와 (dni/dl)을 구하고, 양자의 비(dsi/dni; 즉 연비 변화율/NOx 변화율)를 구한다.

소정의 운전 상태로부터 NOx 배출량을 감소시켜 목표치에 맞추는 경우, (dsi/dni)가 가장 작은 등출력선 상의 포인트를 이동시키면 연비 악화가 최소가 된다. 이 생각을 각 등출력선 상에서 반복하여, 목표로 하는 NOx 배출량을 달성한다고 생각하면, 소정의 NOx 목표치에 대하여 연비 최적으로 되는 선은 각 등출력선에 있어서의 (dsi/dni)의 값이 같은 점을 연결하게 된다. 이것을, 도 7에 (등 dSFC/dNOx 선)으로서 도시하고 있다.

또한, 각 출력의 모드 내 빈도(ti*pi)를 고려하더라도 사정은 같다. 즉 각 출력의 모드 내 빈도(ti*pi)를 고려한 경우, 도 9에 도시하는 바와 같이, 연비축 및 NOx축의 양 방향으로 빈도만큼 그려지게 되고, 연비와 NOx의 관계는 서로 유사한 형상이 된다. 따라서 「연비 변화율/NOx 변화율」의 값은 변하지 않는다.

상기의 (등 dSFC/dNOx선)은 도 7에 도시하는 바와 같이 복수개 그릴 수 있고, 어떤 것이 최적 연비선이 될지는 NOx 목표치 및 주행 모드 및 엔진에 따라서 다르다. 따라서 실제로 차량의 제어를 행하는 경우에는 실험적으로 최적 연비선을 구해 두고, 그 데이터를 예를 들면 맵의 값으로서 전자 제어 장치(18)에 기억시켜 두고, 이것을 예를 들면 상술한 도 4에 도시하는 블록 B3을 이용하여 목표 엔진 회전수를 구한다. 또한, 대응할 수 있는 목표치는 NOx 최적선(등출력선 상에서의 NOx 배출량이 최소가 되는 점을 연결하는 선)에서의 NOx 배출량이 하한이 된다.

따라서 본 실시예에 따른 제어 장치에서는 엔진(1)에서 발생하는 NOx의 양을 목표치로 유지하면서, 연료의 소비량을 최소로 할 수 있다. 그것을 위해, 엔진(1)에서 발생한 NOx 등의 오염 물질을 제거하는 촉매 등의 제거 수단을 구비하고 있지 않는 경우, 혹은 그 제거 수단이 유효하게 기능하고 있지 않는 경우라도, 배기에 관한 규제치를 만족하는 차량으로 할 수 있고 연비가 뛰어난 차량을 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이 도 7에 도시하는 최적 연비선은 차량에 탑재하고 있는 촉매 컨버터(11)가 유효하게 기능하고 있지 않는 경우에 채용할 수 있고, 따라서 촉매 컨버터(11)를 구비한 차량에서는 도 7에 도시하는 최적 연비선과 도 6에 도시하는 최적 연비선 혹은 이것을 변경한 실선 A 및 실선 B의 연비선(작동선)과의 양쪽을 구비하며, 배기 정화 수단인 촉매 컨버터(11)가 유효하게 기능하고 있는 경우와 유효하게 기능하고 있지 않는 경우에서, 이들의 연비선을 전환하여 예를 들면 상기 블록 B3을 사용하여, 엔진 회전수를 각 상황에 따라서 연비가 양호하게 되는 회전수로 제어할 수 있다.

예를 들면 도 10에 도시하는 바와 같이, 우선 스텝 S11에서, 촉매가 활성전인지의 여부가 판단된다. 이것은 한 예로서 촉매 온도에 기초하여 판단할 수 있다. 촉매 온도가 활성 온도 이상으로서 이미 활성 상태로 되어 있는 것에 의해 스텝 S11에서 부정적으로 판단된 경우에는 촉매에 의한 배기의 정화가 가능하므로, 스텝 S12에 있어서 도 6에 기초하여 정해지는 엔진(1)의 운전점이 설정된다. 이에 대하여, 촉매 온도가 활성 온도 미만이고 촉매가 활성을 나타내지 않는 상태이기 때문에 스텝 S11에서 긍정적으로 판단된 경우에는 촉매에 의한 배기의 정화를 할 수 없기 때문에, 엔진(1)에서 발생하는 NOx 량을 저감하는 것을 우선하기 위해서, 스텝 S13에 있어서 도 7에 기초하여 정해지는 엔진(1)의 운전점이 설정된다.

그 경우, 도 7에 도시하는 최적 연비선을 사용한 제어에서는 연비에 우선하여, 엔진(1)에서 발생하는 NOx의 양을 저감시키는 제어가 된다. 또한, 도 6에 도시하는 최적 연비선 또는 이것에 기초하는 각 실선 A, B를 사용한 제어에서는 엔진(1)에서 발생하는 NOx의 양에 우선하여 연비를 저감시키는 제어가 된다.

또한, 촉매 컨버터(11) 등의 배기 정화 수단을 구비하고 있지 않는 차량에서는 상기의 도 7에 도시하는 최적 연비선 상의 운전점에서 엔진(1)을 운전하도록 제어한다. 그 제어는 구체적으로는 그 최적 연비선에 기초하는 맵을 사용하여 상술한 블록 B3에서 목표 엔진 회전수를 구하고, 그 목표 엔진 회전수를 달성하도록 무단 변속기(17)의 변속비를 제어하는 것에 의해 실행된다.

그런데, 도 7에 도시하는 바와 같이, 연비의 극소점은 고부하측에 있어, 이에 대하여 NOx의 배출량의 극소점은 저부하측에 있기 때문에, 소정의 목표 NOx 량에 대하여 연비가 최소가 되는 운전점 또는 최적 연비선은 이들의 극소점의 중간에 위치하게 된다. 그리고, 각 출력마다의 연비가 최소가 되는 점을 연결하는 최적 연비선 또는 엔진 작동선은 저부하·저회전수의 영역, 바꾸어 말하면 출력 토크와 회전수를 파라미터로 한 선도에 있어서의 NOx 배출량의 극소점보다 저회전수측에서 또한 고부하측(고 토크측)의 영역에서는 NOx 배출량이 같은 점을 연결한 등NOx 선에 근사한 곡선이 된다. 따라서 이 영역에서의 적어도 일부에서는 엔진(1)의 목표 운전점을, 등NOx 선을 따라서 설정한 엔진 작동선 상의 점으로 하여도 좋다.

이렇게 하여 얻어진 엔진 작동선의 한 예를 도 11에 도시하고 있다. 이 도 11에 도시하는 엔진 작동선 상에 엔진(1)의 목표 운전점을 설정한 경우, NOx의 배출량이 증가하는 일은 없지만, 상술한 도 7의 최적 연비선 상의 운전점보다도 연비가 증대하게 된다. 그러나, 그 연비의 악화의 정도는 약간이고, 실용상, 거의 지장이 생기지 않는다.

상기 도 11에 도시하는 엔진 작동선에 기초하여 엔진(1)을 제어하는 경우, 상술한 각 구체예에 있어서의 제어와 동일하게 실행하면 좋다. 즉 도 11에 도시하는 엔진 작동선에 기초하는 목표 엔진 회전수의 맵을 준비하여, 이것을 이용하여 상기 도 4의 블록 B3에서 목표 엔진 회전수를 구하면 좋다.

또, 상기의 예에서는 NOx를 배기 중의 오염 물질로 한 예를 나타내었지만, 본 발명은 상술한 각 구체예에 한정되지 않은 것이고, NOx 이외의 다른 물질의 배출량인 저감시키는 제어 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 상기의 구체예로서는 특히 언급하고 있지 않지만, 도 6이나 도 7, 도 11에 도시하는 등NOx 선은 EGR 등의 다른 NOx 저감 제어를 실행한 경우의 특성선을 도시하고 있다. 더욱이, 상기의 구체예에서는 공연비를 저하시켜 배기 정화 수단인 촉매에 연료를 공급하도록 구성하였지만, 이것 대신에, 배기 중에 직접 연료를 부가하여 촉매에 공급하도록 구성하여도 좋다.

다음에, 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연 기관의 제어 장치 및 방법을 설명한다. 또, 이 제어 장치의 제어 대상이 되는 내연 기관으로서는 도 2에 도시하는 직접분사식의 디젤 기관(1)을 채용할 수 있다.

상기의 엔진(1)은 요구 구동량에 따라서 연비가 최소가 되도록 제어된다. 그 제어의 한 예를 간단하게 설명하면, 요구 구동량을 나타내는 액셀 개방도와 차속에 기초하여 목표 구동력이 구해지고, 그 목표 구동력과 차속에 기초하여 목표 출력이 구해진다. 이 목표 출력에 기초하여, 한쪽에서는 목표 엔진 회전수가 구해진다. 이것은 예를 들면, 각 출력에 대하여 연비가 최소가 되는 엔진 회전수를 미리 구한 맵을 준비해 두고, 목표 출력과 그 맵으로부터 목표 엔진 회전수를 구하는 것에 의해 행하면 좋다. 그리고, 그 목표 엔진 회전수를 달성하기 위해서, 상기의 무단 변속기(17)의 변속비가 제어된다.

다른 한편, 상기의 목표 출력과 엔진 회전수에 기초하여 목표 엔진 토크가 구해진다. 그리고, 그 목표 엔진 토크를 출력하도록 엔진 부하(구체적으로는 스로틀 개방도 또는 연료 분사량)가 제어된다.

상기한 바와 같이 설정되는 엔진 회전수 및 엔진 부하로 결정되는 운전점은 연비가 최소가 되는 최적 연비선 상에서의 운전점이 되고, 그 공연비(엔진(1)에서 연소되는 혼합기의 연료량과 공기량의 비율)는 이론 공연비보다 큰 값이 된다. 즉 공기가 과잉된 혼합기가 된다. 따라서 통상의 주행 시에는 엔진(1)을 이 최적 연비선 상의 운전점에서 운전하기 때문에, 통상의 주행 시의 공연비는 이론 공연비보다 희박한 (린) 공연비가 된다.

엔진(1)에 있어서의 연료의 연소에 따라서 NOx가 발생하고, 그 NOx는 배기 계통에 설치되어 있는 상술한 흡장 환원형 촉매에 의해서 흡장된다. 엔진(1)의 운전이 계속되는 것에 의해, 그 촉매에 의한 NOx의 흡장량이 증대하기 때문에, 소정시간마다 환원제를 공급하여 환원 분위기로 하는 것에 의해, 즉 리치 스파이크를 실행하는 것에 의해, 촉매에 흡장되어 있는 질산성질소를 환원하여 질소 가스로 하여, 외기에 방출한다. 이 리치 스파이크는 예를 들면, 연료 분사 시간을 적산하여, 그 적산치가 미리 설정한 기준치에 달한 경우에 실행된다. 그 경우, 이 실시예에 관련된 제어 장치는 환원제공급시에 혼합기의 공기 과잉율(공연비)을, 통상의 주행할 때와는 달라지도록 제어한다. 그 제어 예를 이하에 설명한다.

도 12는 그 제어 예를 도시하는 흐름도이고, 소정의 단시간 △t마다 실행된다. 우선 스텝 S21에서, 환원제 공급 처리 중인지의 여부가 판단된다. 이것은 상술한 촉매에 의한 NOx의 흡장량이 소정치에 도달하고, 그 질소분을 환원하여 방출시키기 위해서 환원제를 공급하는 제어가 개시되고 있는지의 여부의 판단이며, 상술한 연료 분사 시간의 적산치나 그 적산치가 기준치에 도달하는 것에 의해 출력된 소정의 신호 등에 기초하여 판단할 수 있다.

상기 스텝 S21에서 부정적으로 판단된 경우, 즉 환원제의 공급 처리 중이 아닌 경우, 스텝 S22에서 통상의 엔진 목표 회전수가 설정되고, 또한 스텝 S23에서 통상의 엔진 부하가 설정된다. 이 스텝 S22 및 스텝 S23의 제어는 상술한 최적 연비선 상에서의 운전점에서의 엔진(1)의 운전을 하기 위한 제어이고, 요구 구동량을 나타내는 액셀 개방도나, 그 시점의 차속, 맵, 엔진 회전수 등에 기초하여 전자 제어 장치(18, 19)에서 연산되어 실행된다.

이에 대하여 스텝 S21에서 긍정적으로 판단된 경우, 즉 환원제의 공급 처리 중인 것이 판단된 경우에는 스텝 S24에 있어서 환원제 투입 시의 목표 엔진 회전수가 설정된다. 또한 동시에, 스텝 S25에 있어서 환원제 투입 시의 목표 엔진 부하가 설정된다. 이 스텝 S24 및 스텝 S25의 제어는 환원제 공급 처리의 판단이 성립한 시점의 엔진 출력을 변화시키지 않고, 혼합기의 공기 과잉율을 저하시키는 제어이며, 구체적으로는 그 시점의 엔진 출력에 일치하는 등출력선에, 통상의 운전 시의 공기 과잉율에 일치하는 등공기 과잉율선보다도 작은 등공기 과잉율선(이론 공연비 이상의 공연비에 상당하는 공기 과잉율선)이 교차하는 점으로서 구해지는 운전점이 되도록 목표 엔진 회전수 및 목표 엔진 부하가 설정된다.

이것을 도면에 도시하면, 도 13과 같다. 도 13에서, 환원제의 공급 처리의 판단이 성립하기까지의 통상의 운전 시에는 최적 연비선 상의 운전점(A 점)에서 운전되고 있다. 그 상태에서 환원제의 공급처리의 판단이 성립하면, A 점이 속하는 등출력선 상에서 공기 과잉율이 작은 운전점(B 점)이 운전점으로서 설정되고, 그 B 점에 대응하는 엔진 회전수가 되며, 또한 엔진 토크가 되도록 제어된다. 그 경우의 엔진 회전수의 제어는 구체적으로는 상술한 무단 변속기(17)의 변속비를 제어하는 것에 의해 실행된다. 또한, 엔진 토크는 스로틀 개방도 또는 연료 분사량을 제어하는 것에 의해 제어된다.

이러한 제어는 최적 연비선 상의 통상의 각 운전 상태에 대하여 실행되고, 따라서 환원제 투입 시의 작동선(운전점을 연결하는 선)은 도 13에 도시하는 바와 같이, 최적 연비선보다 고부하측에 거의 평행하게 그린 선이 된다. 또, 상기의 B 점 혹은 환원제 투입 시의 작동선은 실험 등에 기초하여 미리 설정되어 있는 운전점 또는 작동선이다.

상기 스텝 S24 및 스텝 S25의 제어가 실행된 상태, 즉 혼합기의 공기 과잉율을 저하시켜 공연비를 이론 공연비에 근접한 상태에서, 환원제의 공급이 실행된다. 그 환원제의 공급의 한 예가, 상술한 리치 스파이크이고, 공연비가 이론 공연비보다 작은 값이 되는 정도로 연료의 공급량(분사량)이 일시적으로 증대된다. 그 결과, 엔진(1)의 실린더로부터 배출되는 배기 중에 미연소의 연료가 잔존하여, 이것이 상술한 촉매에 운반되어, 촉매가 환원 분위기에 놓인다. 그 때문에, 촉매에 흡장되어 있는 질산성질소가 환원되어 질소 가스가 되어 방출되고, 촉매로의 흡장량이 저감한다.

이 리치 스파이크에 의한 환원의 과정에서, 엔진(1)에서의 공기 과잉율이 저하되고 있기 때문에, 환원제로서 공급된 연료가 촉매에 도달하기 이전에 연소하여 버리는 양이 적어진다. 즉, 환원제로서 공급된 연료가 엔진 부하의 증대로서 기능하는 것이 방지되거나 또는 억제되기 때문에, 엔진 부하의 증대나 그것에 따른 연료의 소비가 방지되거나 또는 억제되어 연비의 악화가 회피 또는 억제된다. 또한, 엔진 부하가 증대하지 않기 때문에, 엔진 토크 또는 구동 토크가 증대하여 쇼크나 진동 등의 거동 변화를 방지하거나 억제할 수 있다.

또한, 공기 과잉율을 저하시키는 것에 의해, 연소에 의해서 생긴 열을 흡수하는 공기량이 적어지고, 또한 연료량의 상대적인 증대에 의해서 발열량이 증대하기 때문에, 촉매 온도가 높아진다. 그것에 따라 촉매의 활성이 촉진되기 때문에, 그 경우에는 배기의 정화율이 향상하여, 배기 가스의 배출 규제를, 더욱 통과하기 쉽다.

상술한 제어 예에서는 스텝 S24 및 스텝 S25에서 변속비를 작게 하여 엔진 회전수를 저하시키고 엔진 회전수의 저하에 따라 엔진 부하를 증대시키는 것에 의해서 공기 과잉율을 저하시키고 있다. 그러나, 이것 대신에, 다른 수단으로 공기 과잉율을 저하시키는 것으로 하여도 좋다. 그 예를 도 14에 도시하고 있다.

이 도 14에 도시하는 예는 통상의 운전 시에 과급을 하고 있는 경우의 예이고, 이 도 14에 도시하는 흐름도는 소정의 단시간 △t마다 실행된다. 이 도 14에 도시하는 제어 예에서는 우선 스텝 S31에 있어서, 환원제의 공급 처리 중인지의 여부가 판단된다. 이것은 상술한 도 12에 있어서의 스텝 S21과 동일한 제어이다. 이 스텝 S21에서 부정적으로 판단된 경우, 즉 통상의 운전 상태의 경우에는 스텝 S32에 있어서 통상의 목표 과급압이 설정된다. 한 예로서 상술한 최적 연비선 상의 운전점에 상당하는 공연비가 되도록 과급압이 설정된다.

이에 대하여 환원제의 공급 처리 중인 것에 의해 스텝 S31에서 긍정적으로 판단된 경우에는 스텝 S33에 있어서 과급압으로서 환원제 투입 시의 과급압이 설정된다. 이것은 예를 들면 도 13에 도시하는 B 점에서의 공연비를 달성하는 과급압이고, 스텝 S31의 판단이 된 시점의 과급압에 대하여 저압의 과급압이다. 또한, 그 압력치는 미리 정해 둘 수 있게 된다. 또, 과급압은 가변 노즐 터보를 채용하고 있는 경우에는 그 노즐 각도에 의해 제어하고, 또한 웨이스트 게이트 밸브(Waste Gate Valve)의 개폐 혹은 개방도에 의해서 제어하면 좋다.

이와 같이, 과급압을 낮추어 공기 과잉율을 작게 하면, 상술한 도 12에 도시하는 제어 예와 마찬가지로, 환원제로서 공급한 연료가 배기 가스중의 공기와 연소하여 소비되어 버리는 것을 방지하거나 억제할 수 있고, 그 결과, 연료의 쓸데없는 소비를 방지하거나 억제하여 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 촉매 온도가 낮은 경우에는 그 온도를 높게 하여 배기 정화 성능을 향상시킬 수 있다.

또, 상기의 각 구체예에서는 엔진 회전수를 저하시키고, 또한 엔진 부하를 증대시키는 것에 의해 공기 과잉율을 저하시키거나, 혹은 과급압을 저하시키는 것에 의해 공기 과잉율을 저하시키도록 구성하였지만, 본 발명에서는 이들의 수단 이외에, 예를 들면 엔진의 흡기 밸브나 배기 밸브의 개폐 타이밍을 조정하여 실린더의 내부에 흡입하는 공기량을 적게 하는 것에 의해, 공기 과잉율을 저하시키도록 구성하는 것도 가능하게 된다. 또한, 배기 정화 촉매를 환원 분위기로 하기 위한 환원제는 혼합기의 생성을 위해 실린더의 내부에 공급하는 연료라도 좋고, 혹은 배기 밸브가 연 상태로 실린더의 내부에 분사하여 배기에 혼입시키는 연료라도 좋으며, 혹은 배기 계통의 어느 것인가에 직접 공급하는 적절한 환원제라도 좋다. 더욱이, 본 발명에서 대상으로 하는 엔진은 배기로 구동하는 터보 과급기에 한정되지 않고, 엔진 또는 모터로 구동하는 슈퍼 과급기를 구비한 엔진이라도 좋다. 그리고, 본 발명에 있어서의 촉매는 상술한 흡장 환원형 촉매 이외의 촉매라도 좋고, 또한 그 정화 대상 물질은 NOx에 한정되지 않는다.

다음에, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내연 기관의 제어 장치 및 방법을 설명한다. 또, 이 제어 장치의 제어 대상이 되는 내연 기관으로서도, 도 2에 도시하는 직접분사식의 디젤 기관(1)을 채용할 수 있다.

상기 엔진(1)은 기본적으로는 요구 구동량에 따라서 연비가 최소가 되도록 제어된다. 그 제어의 한 예를 간단하게 설명하면, 요구 구동량을 나타내는 액셀 개방도와 차속에 기초하여 목표 구동력이 구해지고, 그 목표 구동력과 차속에 기초하여 목표 출력이 구해진다. 이 목표 출력에 기초하여, 한쪽에서는 목표 엔진 회전수가 구해진다. 이것은 예를 들면, 각 출력에 대하여 연비가 최소가 되는 엔진 회전수를 미리 구하고, 이것을 맵으로서 미리 준비해 두고, 목표 출력과 그 맵으로부터 목표 엔진 회전수를 구하는 것에 의해 행하면 좋다. 그리고, 그 목표 엔진 회전수를 달성하기 위해서, 상기 무단 변속기(17)의 변속비가 제어된다.

다른 한편, 상기의 목표 출력과 엔진 회전수에 기초하여 목표 엔진 토크가 구해진다. 그리고, 그 목표 엔진 토크를 출력하도록 엔진 부하(구체적으로는 스로틀 개방도 또는 연료 분사량)가 제어된다.

상기한 바와 같이 설정되는 엔진 회전수 및 엔진 부하로 결정하는 운전점은 연비가 최소가 되는 최적 연비선 상에서의 운전점이 되고, 그 공연비(엔진(1)에서 연소되는 혼합기의 연료량과 공기량의 비율)는 이론 공연비보다 큰 값이 된다. 즉 공기가 과잉한 혼합기가 된다. 따라서 통상의 주행 시에는 엔진(1)을 이 최적 연비선 상의 운전점에서 운전하기 때문에, 통상의 주행 시의 공연비는 이론 공연비보다 린 공연비가 된다. 또, 발진시나 급가속시 등의 운전 상태를 급격히 변경시키는 과도 상태에서는 최적 연비선을 벗어난 운전점에서 엔진(1)이 운전되고, 그 상황에 따라서는 매연이 발생하여, 상술한 촉매 컨버터(11)로 포착되거나, 혹은 일부가 배기 재순환 장치에 유입되는 경우가 있다.

엔진(1)에 있어서의 연료의 연소에 따라 NOx가 발생하고, 그 NOx는 배기 계통에 설치되어 있는 상술한 흡장 환원형 촉매에 의해서 흡장된다. 엔진(1)의 운전이 계속하는 것에 의해, 그 촉매에 의한 NOx의 흡장량이 증대하기 때문에, 소정 시간마다 환원제를 공급하여 환원 분위기로 하는 것에 의해, 즉 리치 스파이크를 실행하는 것에 의해, 촉매에 흡장되어 있는 질산성질소를 환원하여 질소 가스로 하여, 외기에 방출한다. 이 리치 스파이크는 예를 들면, 연료 분사 시간을 적산하여, 그 적산치가 미리 설정한 기준치에 도달한 경우에 실행된다. 즉, 엔진(1)에서 발생하는 NOx의 양은 엔진 부하나 엔진 회전수 등의 운전 상태와 상관 관계가 있고, 또한 NOx의 흡장량은 엔진(1)으로부터 배출되는 NOx의 농도나 그 계속 시간과 상관 관계가 있으므로, 연료 분사량이나 그 시간을 적산함으로써 NOx의 양을 적산할 수 있다. 따라서 엔진(1)의 운전 상태마다의 연료 분사 시간을 적산하는 것에 의해, 리치 스파이크의 실행 타이밍을 결정할 수 있다.

또한, 매연 등의 미립자 배출물(PM)의 양은 공연비를 작게 한 고부하측에서 적어진다. 즉, 미립자 배출물과 NOx는, 한쪽의 배출량을 저하시키도록 엔진(1)의 운전 상태를 변경하면 다른쪽의 배출량이 증대하는 관계에 있고, 또한 각각의 양에는 어느 정도의 상관이 있다. 따라서 연료 분사량이나 그 계속 시간의 적산치에 기초하여 NOx의 배출량을 구할 수 있는 동시에, 미립자 배출물의 배출량을 구할 수 있다.

이 실시예의 제어 장치는 상기 NOx나 미립자 배출물 등의 배기 중의 오염 물질의 방출을 억제하여 그 배출 규제를 통과하고, 동시에 연비의 악화를 방지 하거나 억제하기 위해서, 배기의 상태에 기초하여 엔진(1)의 운전 상태를 변경하도록 구성되어 있다. 그 제어 예를 이하에 설명한다.

도 15는 그 제어 예를 도시하는 흐름도이고, 소정의 단시간 △t마다 실행된다. 도 15에 있어서, 목표로 하는 운전 상태 즉 목표 운전점을 구하기 위해서, 우선, 스텝 S41에 있어서 NOx 배출량의 적산치가 구해진다. 이것은 예를 들면, 현재의 NOx의 배출량을 엔진 회전수와 엔진 부하(또는 엔진 토크)를 파라미터로 하는 맵으로부터 구하고, 혹은 그 맵의 보간치로서 구하고, 그 값을 전회의 NOx 배출량적산치에 더하는 것에 의해, 연산할 수 있다.

이것과 동일하게 하여, 스텝 S42에 있어서 미립자 배출물(PM)의 배출량의 적산치가 구해진다. 즉, 현재의 PM의 배출량을 엔진 회전수와 엔진 부하(또는 엔진 토크)를 파라미터로 하는 맵으로부터 구하고, 혹은 그 맵의 보간치로서 구하며, 그 값을 전회의 PM 배출량 적산치에 더하는 연산에 의해, PM 배출량 적산치가 연산된다.

이들 NOx나 PM의 적산이 가능한 것은 상술한 바와 같이, 각각의 배출량과 엔진(1)의 운전 상태와 상관 관계가 있는 것에 기초하여 있고, 따라서 상기 스텝 S41 혹은 스텝 S42는 NOx나 PM의 배출 이력을 판정하게 된다. 또한, 상술한 바와 같이, NOx의 배출량과 PM의 배출량은 상반되는 관계에 있고, 더욱이 서로 어느 정도의 상관이 있으므로, 어느 한쪽의 배출량 또는 그 적산치에 의해서, 다른쪽의 배출량 또는 그 적산치를 구할 수 있다.

다음에, 스텝 S43에 있어서, 상기 각 배출량 적산치에 기초하여 목표 엔진 회전수 결정용 변수 K가 구해진다. 이 변수 K는 한 예로서, NOx 배출량 적산치와 PM 배출량 적산치를 파라미터로 하는 평가 함수 F를 미리 준비하고, 그 평가 함수 F에 기초하여 연산하여 구해진다. 그 평가 함수 F는 예를 들면,

이러한 평가 함수 F에 따르면, 엔진(1)을 계속하여 운전하는 것에 의해 NOx 배출량이 PM 배출량에 대하여 많으면, 상기의 변수 K가 커지고, 반대로 PM의 배출량이 많으면, 변수 K가 작아진다.

이렇게 하여 구한 변수 K에 기초하여, 스텝 S44에 있어서, 목표 엔진 회전수가 구해진다. 그 한 예를 설명하면, 연비가 최소가 되는 최적 연비 운전점 또는 현시점의 운전점에 대하여 고부하측에 PM의 배출량이 적어지는 PM 감소 목표 회전수를 미리 설정하고 연비가 최소가 되는 최적 연료 소비율 운전점 또는 현시점의 운전점에 대하여 저부하측에 NOx의 배출량이 적어지는 NOx 감소 목표 회전수를 미리 설정해 두고, 전자의 PM 감소 목표 회전수에 (1-K)를 곱한 회전수와, 후자의 NOx 감소 목표 회전수에 변수 K를 곱한 회전수를 가산하여, 목표 엔진 회전수로 한다.

도 16을 참조하면, 엔진 회전수와 엔진 토크(엔진 부하)를 파라미터로서 PM 감소 작동선과 NOx 감소 작동선이 도시되어 있고, 이들의 선은 예를 들면 연비가 최소가 되는 최적 연비선을 사이에 끼우고, 소정량 고부하측 및 저부하측에 설정된 운전점을 연결하는 선이다. 소정의 출력으로 엔진(1)을 운전하고 있는 상태에 있어서 상기의 변수 K가 구해지면, 그 출력에서의 PM 감소 회전수(즉 그 출력에서의 등출력선과 PM 감소 작동선의 교점으로 정해지는 엔진 회전수)에 상기 (1-K)를 곱한 회전수와, 그 출력에서의 NOx 감소 회전수(즉 그 출력에서의 등출력선과 NOx 감소 작동선의 교점으로 정해지는 엔진 회전수)에 상기 변수 K를 곱한 회전수와의 합의 회전수가 구해진다. 그 회전수는 변수 K가 「0.5」보다 크면, NOx 감소 작동선 집합의 회전수가 되고, 또한 반대로 「0.5」보다도 작으면, PM 감소 작동선 집합의 회전수가 된다. 그 회전수를 도 16에서는 등출력선 상의 동그라미 표시로 도시하고 있다.

상술한 바와 같이, 액셀 개방도 등에 기초하여 목표 구동력이 구해지고, 그 목표 구동력이나 차속 등에 기초하여 목표 출력이 구해지므로, 도 15의 스텝 S45에 있어서, 그 목표 출력과 목표 엔진 회전수에 기초하여 목표 엔진 부하가 구해진다. 그 연산은 예를 들면 도 15의 스텝 S45에 기재되어 있는 식에 기초하여 행할 수 있다. 이 목표 엔진 부하나 상기 목표 엔진 회전수는 NOx나 PM의 배출 이력 또는 그 배출량 적산치에 기초하여 구해지고, 요구 구동량이나 주행 상태 등의 변화에 기인하는 것이 아니므로, 목표 엔진 회전수나 목표 엔진 부하에 의해서 정해지는 운전 상태는 직전의 출력을 유지하도록 등출력선 상에서 변경된다. 그리고, 목표 엔진 회전수는 상기 무단 변속기(17)의 변속비를 제어하는 것에 의해 달성되고, 또한 목표 엔진 부하는 연료 분사량을 제어하는 것에 의해 달성된다.

따라서 상기 도 15에 도시하는 제어 예에서는 NOx의 배출량 적산치가 커지면, 변수 K가 커지는 것에 의해, 운전 상태는 NOx 감소 작동선으로 나타나는 운전점에 가까운 운전 상태가 되고, 또한 반대로 PM 배출량 적산치가 커지면, 변수 K가 작아지는 것에 의해, 운전 상태는 PM 감소 작동선으로 나타나는 운전점에 가까운 운전 상태가 된다. 결국, 배출량 적산치가 큰 배출 물질의 양을 감소시키는 방향으로 엔진(1)의 운전 상태가 변경된다. 또, 상술한 바와 같이 NOx의 배출량과 PM의 배출량은 어느 정도의 상관이 있어 어느 한쪽의 배출 이력 또는 배출 적산치에 기초하여 다른쪽의 배출의 상태를 알 수 있기 때문에, 어느 한쪽의 배출량 또는 그 적산치에 기초하여 운전 상태를 변경할 수도 있다.

상기 도 15에 도시하는 제어를 실행하는 장치에 의하면, 배출 특성이 상반되는 NOx와 PM의 배출량에 기초하여, 어느 하나의 배출량 적산치 즉 합계로서의 배출량이 증대한 경우에, 그 증대한 오염 물질의 배출량이 저하하도록 엔진(1)의 운전 상태가 변경된다. 그 때문에, NOx와 PM의 어느 하나가 과잉으로 배출되는 사태를 미연에 회피할 수 있기 때문에, 배기에 대한 배출규제를 통과하기 쉽게 되고, 또한 동시에 연비를 향상시킬 수 있다.

또, 상술한 바와 같이, 리치 스파이크를 행하는 것에 의해 NOx 흡장 환원형 촉매의 흡장 능력이 회복하기 때문에, 상기의 NOx 배출량 적산치는 리치 스파이크의 실행에 의해서 리셋되고, 또한 PM이 필터에 포착된 후, 소각되는 경우에는 그 소각의 실행에 의해서 PM 배출량 적산치는 리셋된다.

그런데, 엔진(1)에 있어서의 연료의 연소에서 생긴 배기는 상술한 촉매 컨버터(11) 등의 소위 배기 처리 장치로 처리된 후에 대기 중에 방출되기 때문에, 그 배기 처리 장치의 처리 능력이 NOx나 PM의 대기 중에의 배출량에 영향을 미친다. 따라서 그 배기 처리 장치의 처리 능력을 가미하여 엔진(1)의 운전 상태의 제어를 실행하는 것에 의해, 보다 정밀도가 좋은 제어가 가능하게 된다.

도 17은 그 제어 예를 도시하는 흐름도이고, 상술한 도 15에 도시하는 제어 예에 있어서의 목표 엔진 회전수 결정용 변수 K를, 배기 처리 장치의 NOx 처리 능력과 PM 처리 능력을 감안하여 결정하도록 구성한 예를 도시하고 있다. 즉 스텝 S42에 계속되는 스텝 S61에서는 NOx 처리 능력 지표가 산출되고, 더욱이 이것에 계속되는 스텝 S62로서는 PM 처리 능력 지표가 산출된다.

상술한 NOx 흡장 환원형 촉매를 배기 처리 장치에 사용하고 있는 경우에는 NOx의 흡장량이 증대한 것에 의해 그 처리 능력이 점차로 저하하기 때문에, NOx 처리 능력은 리치 스파이크를 실행한 후의 엔진(1)의 운전 시간이나 주행 거리에 의해서 산출 또는 추정할 수 있다. 혹은 배기 처리 장치의 배출측의 NOx 량(또는 농도)을 적절한 센서로 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 NOx 처리 능력을 산출하거나, 또는 추정할 수 있다.

PM 처리 능력은 NOx의 흡장 환원 처리와 더불어 PM의 산화 처리를 행하는 촉매의 경우에는 NOx의 처리 능력의 산출 또는 추정과 동일하게 하여, 산출 또는 추정할 수 있다. 또한, PM을 포착하는 필터를 사용하고 있는 경우에는 그 필터의 재생을 한 후의 엔진(1)의 운전 시간이나 주행 거리 등에 기초하여 산출하거나, 또는 추정할 수 있다.

스텝 S62에 계속되는 스텝 S70에서는 이렇게 하여 구해진 각 처리 능력을 수치 처리한 각 처리 능력 지표와, NOx 및 PM의 각 배출량 적산치를 파라미터로 하는 평가 함수 G에 기초하여, 목표 엔진 회전수 결정용 변수 K가 산출된다. 그 평가 함수 G는 예를 들면,

또, 이 평가 함수 G에서는 각 처리 능력 지표로서, 각 처리 능력이 높을 수록 작은 값이 되는 지표가 채용된다.

스텝 S70에 계속되는 스텝 S44에서, 이렇게 하여 구해진 변수 K에 기초하여 목표 엔진 회전수가 구해지고, 계속되는 스텝 S45에 있어서, 또한 그 목표 엔진 회전수와 목표 출력에 기초하여 목표 엔진 부하가 구해진다. 그리고, 무단 변속기(17)의 변속비나 연료 분사량을 제어하는 것에 의해, 이들의 목표치가 달성되는 것은 상술한 제어 예와 동일하다.

따라서 도 17에 도시하는 제어 예에서는 NOx의 배출량이 많은 것에 의해 그 적산치가 커지고, 혹은 배기 처리 장치에 의한 NOx의 처리 능력이 저하하면, 목표 엔진 회전수 결정용 변수 K의 값이 커져, 그 결과, 도 16에 도시하는 바와 같이, 엔진(1)의 운전 상태는 등출력선 상에 있고, NOx 감소 작동선에 가까운 운전 상태에 설정된다. 또한 반대로, PM의 배출량이 많은 것에 의해 그 적산치가 커지고, 혹은 배기 처리 장치에 의한 PM의 처리 능력이 저하하면, 목표 엔진 회전수 결정용 변수 K의 값이 작아지며, 그 결과, 도 16에 도시하는 바와 같이, 엔진(1)의 운전 상태는 등출력선 상에 있어, PM 감소 작동선에 가까운 운전 상태에 설정된다.

바꿔 말하면, 도 17에 도시하는 제어 예에서는 배기 처리 장치에 의한 처리 능력에 여유가 있는 배출물의 양이 상대적으로 증대하도록 엔진(1)의 운전 상태를 변경하게 되기 때문에, NOx와 PM의 어느 하나가 과잉으로 배출되는 사태를 미연에 회피하여, 배기에 대한 규제를 통과하기 쉽게 된다. 또한 운전 상태의 변경을 최적 연비선 상의 운전 상태로부터의 변경으로 하는 것에 의해, 연비의 악화를 방지하거나 또는 연비의 악화를 억제할 수 있다.

또, 상기의 각 처리 능력 지표는 리치 스파이크나 PM의 소각 처리 혹은 필터에 대한 배기의 역류 등의 회복 처리의 실행에 의해서 리셋된다. 또한, 각 처리 능력 지표는 상술한 배출물의 퇴적(흡장)량 이외에, 배기 처리 장치의 온도나 촉매의 피독의 정도 등의 예측치 또는 계측치에 의해 구하여도 좋다.

탄화수소를 주성분으로 하는 연료를 연소시키는 내연 기관, 특히 디젤 기관의 배기에, 미연소 탄화수소(HC)나 매연 등의 미립자 배출물(PM)이 혼입되어 있는 것은 널리 알려지고 있다. 이 종류의 PM은 대기를 오염하기 때문에, 그 배출량을 배출 규제치 이하로 억제할 필요가 있고, 일반적으로는 상술한 촉매나 필터로 일단 포착한 후, 산화 등의 처리를 실시하고 있다. 그 때문에, 촉매나 필터 등의 배기 처리 장치에는 시간의 경과와 함께 PM의 퇴적량이 증대하고, 이것이 원인이 되어 배기의 통로가 폐색 상태가 되는 경우가 있다. 그 경우, 배기의 정화 성능이 저하하고, 특히 상술한 NOx 흡장 환원형 촉매에 있어서는 PM의 퇴적량의 증대에 의해서 NOx의 정화 성능도 저하하는 경우가 있다. 그래서 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 장치는 NOx 흡장 환원형 촉매나 필터 등을 포함하는 배기 처리 장치의 폐색 상태에 기초하여 엔진(1)의 운전 상태를 변경한다.

도 18은 그 제어 예를 도시하는 흐름도이고, 소정의 단시간 △t마다 실행되어 엔진(1)의 목표 운전점을 설정하도록 구성되어 있다. 이 도 18에 도시하는 예는 디젤 기관으로부터 PM을 포착하여 산화 처리하고, NOx를 흡장 환원형 처리하는 촉매 컨버터(DPNR)를 갖는 엔진(1)을 대상으로 하는 제어 예이고, 우선 스텝 S71에 있어서, DPNR의 압력 손실이 상승하였는지의 여부가 판단된다. DPNR가 폐색 상태로 하면 그 상류측(유입측)의 압력이 상승하기 때문에, 스텝 S71의 판단은 촉매 컨버터(11)에 설치한 압력 센서(13)의 검출치에 기초하여 행할 수 있다. 또한, DPNR에 폐색 상태가 생기면, 배기의 재순환량이 증대하여 공연비가 커지는 변화가 생기기 때문에, 상술한 공연비 센서(12)의 검출치에 기초하여 DPNR의 폐색 상태를 판단할 수 있다.

이 스텝 S71에서 부정적으로 판단된 경우에는 배기 처리 장치의 상태에 기초하여 엔진(1)의 운전 상태를 변경하는 요인이 특별히 생기지는 않기 때문에, 스텝 S72에 있어서 통상의 목표 회전수(엔진 회전수)가 설정되고, 또한 스텝 S73에 있어서 통상의 목표 엔진 부하가 설정된다. 이들의 목표 엔진 회전수 및 목표 엔진 부하는 전술한 최적 연비선을 따라서 엔진(1)을 운전하는 경우에 설정되는 회전수 및 부하이다.

이에 대하여 스텝 S71에서 긍정적으로 판단된 경우에는 스텝 S74에 있어서, 폐색 상태를 경감 또는 회복하기 위한 목표 엔진 회전수 즉 막힘 회복 제어시의 목표 회전수가 설정된다. 또한, 출력을 유지하면서 목표 엔진 회전수를 변경하는 것에 의해서, 스텝 S75에 있어서 목표 엔진 부하 즉 막힘 회복 제어 시의 목표 엔진 부하가 설정된다. 바꿔 말하면, 폐색 상태를 경감시키거나, 혹은 해소하기 위해서 적합한 운전 상태가 설정된다.

구체적으로는 상기 폐색 상태는 PM의 퇴적이 원인으로 되어 있기 때문에, PM의 배출량이 적어지는 운전 상태가 설정된다. 예를 들면 운전점이, 등출력선 상에서 고부하·저회전수측으로 변경된다. 혹은 PM의 연소(산화)를 촉진하기 위해서 배기 온도가 높아지는 운전 상태로 변경된다. 그 때에 설정되는 엔진 회전수는 폐색 상태의 판정이 성립한 시점의 회전수에 대하여 소정의 회전수를 감산 또는 가산한 회전수로 하여도 좋고, 혹은 그 시점의 요구 출력량이나 차속에 기초하여 정해지는 최적 연비선 상의 운전점에서의 회전수에 대하여, 폐색 상태에 기초하여 정해지는 회전수를 감산 또는 가산한 회전수로 하여도 좋다.

이 도 18에 도시하는 제어를 실행하는 제어 장치에 따르면, 배기 처리 장치의 폐색 상태를 판정하여 그 폐색 상태를 경감 또는 해소하도록 엔진(1)의 운전 상태를 변경하기 때문에, 배기 처리 장치의 폐색 즉 처리 능력의 저하를 회피 또는 방지할 수 있고, 그 결과, 상기의 엔진(1)을 탑재한 차량의 배기를 규제치 이하의 청정한 것으로 유지할 수 있다. 또한, 배기 계통의 폐색 상태를 신속하게 해소하여 연비가 양호한 운전이 가능하게 된다.

또, 배기 처리 장치로서, 배기의 유입 방향을 반전하는 장치를 사용한 경우에는 도 18에 도시하는 제어를, 배기의 유입 방향의 반전과 더불어 실행하는 것으로 하여도 좋다.

배기가 유통하는 유로의 폐색 상태는 상기의 촉매 컨버터(11) 이외에, 배기 재순환 장치에서도 생길 가능성이 있다. 즉, 배기 재순환 장치에는 배기 온도를 저하시키기 위한 EGR 냉각기(15)가 설치되어 있고, 이 EGR 냉각기(15)에서는 유로 면적이 작은 다수의 유통로를 설치하여, 배기로부터의 방열 면적을 넓게 하고 있어, 그것에 따라 유로 면적이 작은 각 유로에 PM이 부착하여 퇴적하기 쉽게 되어 있다.

이러한 배기 재순환 장치에서 폐색 상태가 발생하면, 배기의 재순환이 적정하게 실행되지 않는 것에 의해 NOx의 배출량이 증대하고, 이것을 억제하기 위해서 공연비를 작게 하는 것에 의해 연료 소비율이 악화되는 등의 사태가 생길 가능성이 있다. 그래서 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어 장치에서는 EGR 냉각기(115)에서의 폐색 상태가 판정된 경우에는 아래와 같이 제어한다.

도 19는 그 제어 예를 도시하는 흐름도이고, 소정의 단시간 △t마다 실행되어 엔진(1)의 목표 운전점을 설정하도록 구성되어 있다. 도 19에 있어서, 우선 스텝 S81이 실시되고, EGR 냉각기(15)의 압력 손실이 상승하였는지의 여부가 판단된다. 그 EGR 냉각기(15)에서의 압력 손실은 그 유입측과 유출측의 압력을 검출하여, 그 차압으로서 구하는 것이 가장 확실하지만, 이것 대신에, 상술한 압력 센서(13)에 의한 검출 압력이나 공연비 센서(12)에 의한 검출치에 기초하여 판단할 수도 있다.

이 스텝 S81에서 부정적으로 판단된 경우에는 스텝 S82에 있어서 통상의 목표 엔진 회전수가 설정되고, 또한 스텝 S83에 있어서 그 회전수에 기초하여 통상의 목표 엔진 부하가 설정된다. 이들의 스텝 S82 및 스텝 S83의 제어는 상술한 도 18에 도시하는 스텝 S72 및 스텝 S73과 동일한 제어이다.

이에 대하여 스텝 S81에서 긍정적으로 판단된 경우에는 스텝 S84에 있어서, EGR 냉각기(15)의 폐색 상태를 경감 또는 회복하기 위한 목표 엔진 회전수 즉 막힘 회복 제어 시의 목표 회전수가 설정된다. 더욱이, 스텝 S85에 있어서, 출력을 유지하면서 목표 엔진 회전수를 변경하는 것에 의해 목표 엔진 부하 즉 막힘 회복 제어 시의 목표 엔진 부하가 설정된다. 바꿔 말하면, 폐색 상태를 경감시키고, 혹은 해소하기 위해서 양호한 운전 상태가 설정된다.

이들 스텝 S84 및 스텝 S85의 제어는 상술한 도 18에서의 스텝 S74 및 스텝 S75의 제어와 동종의 제어이고, 폐색 상태가 발생하고 있는 개소가, 배기 처리 장치와 EGR 냉각기(15)의 상이가 있는 것에 의한 제어 상의 약간의 상이가 있을 뿐이다. 즉, 상기의 폐색 상태는 PM의 퇴적이 원인으로 되어 있기 때문에, PM의 배출량이 적어지는 운전 상태가 설정된다.

예를 들면 운전점이, 등출력선 상에서 고부하·저회전수측으로 변경된다. 혹은 PM의 연소(산화)를 촉진하기 위해서 배기 온도가 높아지는 운전 상태로 변경된다. 더욱이, 퇴적된 PM이 날아가 버리기 때문에, 배기 유량이 증대한 운전 상태(고회전수·저부하의 운전 상태)로 변경된다.

상기 도 19에 도시하는 제어를 실행하는 제어 장치에 의하면, 배기 재순환 장치의 폐색 상태를 판정하여 그 폐색 상태를 경감 또는 해소하도록 엔진(1)의 운전 상태를 변경하기 때문에, 배기 재순환 장치의 폐색 즉 NOx 저감 기능의 저하를 회피 또는 방지할 수 있고, 그 결과, 상기의 엔진(1)을 탑재한 차량의 배기를 규제치 이하의 청정한 것으로 유지할 수 있다. 또한, 배기 계통의 폐색 상태를 신속하게 해소하여 연비가 양호한 운전이 가능하게 된다.

또, 상기의 구체예에서는 변속기로서 무단 변속기를 연결한 엔진(1)을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 상기의 구체예에 한정되지 않으며, 내연 기관에 연결되는 변속기는 유단식의 변속기라도 좋다. 또한, 운전 상태의 변경을, 엔진 회전수 및 엔진 부하를 변경하는 것에 의해 변경하도록 구성하였지만, 이것과는 달리, 혹은 이들과 동시에, 과급기(3)에 의한 과급압을 변경하는 것으로 하여도 좋다. 또한, 본 발명에서 배출 특성이 서로 상반되는 특성으로 되는 배출물은 NOx와 PM으로 한정되는 것은 아니며, 다른 적절한 물질이라도 좋다.

본 발명에 의하여, 연비를 악화시키지 않고서, 배기 중의 오염 물질의 양을 저감할 수 있는 차량의 제어 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 등출력선 상의 연비율과 NOx 배출량에 대응하는 연료 소비량과 합산한 최적 연비선의 한 예를 도시하는 선도.

도 2는 본 발명의 실시예로서의 제어 장치의 제어 대상인 내연 기관을 탑재한 차량의 동력 계통의 한 예를 모식적으로 도시하는 도면.

도 3은 주행 모드의 한 예를 도시하는 선도.

도 4는 무단 변속기를 이용하여 엔진의 회전수와 엔진 토크를 개별로 제어하는 제어 예를 도시하는 블록도.

도 5는 배기 온도에 기초하여 운전점을 변경하는 제어 예를 설명하기 위한 흐름도.

도 6은 배기 온도에 기초하여 변경한 최적 연비선(엔진 작동선)의 예를 도시하는 선도.

도 7은 배기 정화 촉매를 사용하지 않는 경우의 최적 연비선의 예를 도시하는 선도.

도 8은 소정의 등출력선에 따른 연비율 si, NOx 배출량 ni, dsi/dl, dni/dl, dsi/dni를 도시하는 선도.

도 9는 소정의 출력에 대한 dsi/dni를 소정의 주행 모드에 따라서 나타낸 예를 도시하는 선도.

도 10은 배기 정화 촉매의 활성 전후에서 운전점을 변경하는 제어 예를 설명하기 위한 흐름도.

도 11은 저출력 영역에서는 등NOx 선에 근사시킨 엔진 작동선의 일 예를 도시하는 선도.

도 12는 본 발명의 일 실시예로서의 제어 장치에 의한 제어 예를 도시하는 흐름도.

도 13은 공기 과잉율을 저하시킨 경우의 내연 기관의 운전점의 변화를 도시하는 선도.

도 14는 본 발명의 한 실시예로서의 제어 장치에 의한 제어 예를 도시하는 흐름도.

도 15는 본 발명의 한 실시예로서의 제어 장치에 의한 제어 예를 도시하는 흐름도.

도 16은 엔진 회전수와 엔진 토크(엔진 부하)를 파라미터로서 운전 상태를 도시하는 선도.

도 17은 본 발명의 한 실시예로서의 제어 장치에 의한 제어 예를 도시하는 흐름도.

도 18은 본 발명의 한 실시예로서의 제어 장치에 의한 제어 예를 도시하는 흐름도.

도 19는 본 발명의 한 실시예로서의 제어 장치에 의한 제어 예를 도시하는 흐름도.

Claims (24)

1. 기관 부하를 제어가능한 내연 기관(1)과, 해당 내연 기관의 출력측에 연결되고, 상기 내연 기관의 출력 회전수를 제어할 수 있는 무단 변속기(17)를 갖는 차량의 제어 장치에 있어서,

   상기 내연 기관의 배기 계통에 배치된, 배기를 정화하고 배기의 정화를 위해 연료를 소비하는 배기 정화 수단(11)과,

   요구되고 있는 출력을 행하기 위해서 상기 내연 기관이 소비하는 연료량에 상기 배기 정화 장치가 소비하는 연료량을 가산한 합산 연료 소비량이 최소가 되는 제 1 운전점을 최적 운전점으로서 구하는 최적 운전점 산출 수단(B3)과,

   상기 내연 기관의 운전 상태가 상기 최적 운전점에서의 운전 상태가 되도록, 상기 내연 기관의 기관 부하를 제어하고, 상기 무단 변속기의 변속비를 제어하는 운전 제어 수단(B4, B6, S3)을 구비하고 있는 차량의 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 최적 운전점 산출 수단(B3)은 상기 내연 기관의 배기 온도에 따라서, 상기 최적 운전점을, 상기 합산 연료 소비량이 최소인 상기 제 1 운전점으로 바꾸고, 상기 제 1 운전점에 대하여 고부하 또는 저회전수측의 제 2 운전점 또는 저부하 및 고회전수측의 제 3 운전점에 설정하는 차량의 제어 장치.
3. 기관 부하를 제어가능한 내연 기관(1)과, 해당 내연 기관의 출력측에 연결되고, 상기 내연 기관의 출력 회전수를 제어할 수 있는 무단 변속기(17)를 갖는 차량의 제어 장치에 있어서,

   상기 내연 기관의 배기 계통에 배치된, 배기를 정화하고 배기의 정화를 위해 연료를 소비하는 배기 정화 수단(11)과,

   상기 배기 정화 장치가 유효하게 기능하고 있지 않는 경우에는 요구에 적합한 토크를 출력하고 또한 연비에 우선하여 배기 중의 오염 물질량이 적은 운전 상태를 상기 내연 기관에 대하여 지시하고, 상기 배기 정화 장치가 유효하게 기능하고 있는 경우에는 요구에 적합한 토크를 출력하고 또한 내연 기관이 배출하는 오염 물질의 양에 우선하여 연비가 적은 운전 상태를 상기 내연 기관에 대하여 지시하는 운전 상태 지시 수단(B3, B4, S11, S12)을 구비한 차량의 제어 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 배기 정화 장치가 유효하게 기능하고 있지 않는 경우에는 상기 운전 상태 지시 수단은 상기 내연 기관의 등출력선에 따른 방향에서의 연비의 변화 비율과 배기 중 오염 물질의 변화 비율과의 비율이 같은 운전점을 연결하는 선상의 점을 목표 운전점으로 하고,

   상기 배기 정화 장치가 유효하게 기능하고 있는 경우에는 상기 운전 상태 표시 수단은 요구되고 있는 출력을 행하기 위해서 상기 내연 기관이 소비하는 연료량에 상기 배기 정화 장치로 소비하는 연료량을 가산한 합산 연료 소비량이 최소가 되는 운전점에 기초하여 설정한 운전점을 목표 운전점으로 하는 차량의 제어 장치.
5. 기관 부하를 제어가능한 내연 기관(1)과, 해당 내연 기관의 출력측에 연결되고, 상기 내연 기관의 출력 회전수를 제어할 수 있는 무단 변속기(17)를 갖고, 상기 내연 기관이 상기 기관 부하와 출력 회전수에 의해서 정해진 운전점에서 운전되는 차량의 제어 장치에 있어서,

   상기 내연 기관의 출력을 일정하게 유지하여 운전 상태를 변화시킨 경우의 연비의 변화 비율과 배기 중의 소정의 오염 물질의 발생량의 변화 비율과의 비율이, 상기 내연 기관의 복수의 출력에 대하여 같아지는 운전점을 목표 운전점으로서 설정하는 목표 운전점 설정 수단(B3)과,

   상기 내연 기관의 운전 상태가, 요구되고 있는 출력에 대한 상기 목표 운전점에서의 운전 상태가 되도록 하는 수단을 구비한 차량의 제어 장치.
6. 기관 부하를 제어가능한 내연 기관(1)과, 해당 내연 기관의 출력측에 연결되고, 상기 내연 기관의 출력 회전수를 제어할 수 있는 무단 변속기(17)를 갖고, 상기 내연 기관이 상기 기관 부하와 출력 회전수에 의해서 정해진 운전점에서 운전되는 차량의 제어 장치에 있어서,

   상기 내연 기관의 출력 상태가, 소정의 오염 물질의 발생량이 미리 정해진 기준치 이하가 되는 저출력 상태에서는 상기 배기 중의 소정의 오염 물질의 양이 각 출력마다 거의 일정하게 되는 상기 내연 기관의 운전점을 상기 목표 운전점으로서 설정하는 목표 운전점 설정 수단(B3)과,

   상기 내연 기관의 운전 상태가, 요구되고 있는 출력에 대한 상기 목표 운전점에서의 운전 상태가 되도록 하는 수단(B4)을 구비한 차량의 제어 장치.
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13. 기관 부하를 제어가능한 내연 기관(1)과, 해당 내연 기관의 출력측에 연결되고, 상기 내연 기관의 출력 회전수를 제어할 수 있는 무단 변속기(17)를 갖는 차량의 제어 방법에 있어서,

    배기 정화 장치가 상기 내연 기관의 배기 계통에 배치되어, 배기를 정화하고 배기의 정화를 위해 연료를 소비하는, 상기 제어 방법은,

    요구되고 있는 출력을 행하기 위해서 상기 내연 기관이 소비하는 연료량에 상기 배기 정화 장치가 소비하는 연료량을 가산한 합산 연료 소비량이 최소가 되는 제 1 운전점을 최적 운전점으로서 구하는 스텝, 및

    상기 내연 기관의 운전 상태가 상기 최적 운전점에서의 운전 상태가 되도록, 상기 내연 기관의 기관 부하를 제어하고 상기 무단 변속기의 변속비를 제어하는 스텝을 포함하는 차량의 제어 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 내연 기관의 배기 온도에 따라서, 상기 최적 운전점은 상기 합산 연료 소비량이 최소가 되는 상기 제 1 운전점으로 바꾸고, 상기 제 1 운전점에 대하여 고부하 및 저회전수측의 제 2 운전점 또는 저부하 및 고회전수측의 제 3 운전점에 설정되는 차량의 제어 방법.
15. 기관 부하를 제어가능한 내연 기관(1)과, 해당 내연 기관의 출력측에 연결되고, 상기 내연 기관의 출력 회전수를 제어할 수 있는 무단 변속기(17)를 갖는 차량의 제어 방법에 있어서,

    배기 정화 장치(11)가 상기 내연 기관의 배기 계통에 배치되고, 배기를 정화하고 배기의 정화를 위해 연료를 소비하는, 상기 제어 방법은,

    상기 배기 정화 장치가 유효하게 기능하고 있지 않는 경우에는 요구에 적당한 토크를 출력하여 또한 연료 소비율에 우선하고 배기 중의 오염 물질량이 적은 운전 상태를 상기 내연 기관에 대하여 지시하는 스텝, 및

    상기 배기 정화 수단이 유효하게 기능하고 있는 경우에는 요구에 적당한 토크를 출력하고 또한 내연 기관이 배출하는 오염 물질의 양에 우선하여 연비가 적은 운전 상태를 상기 내연 기관에 대하여 지시하는 스텝을 포함하는 차량의 제어 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 배기 정화 장치가 유효하게 기능하고 있지 않는 경우에는 상기 내연 기관의 등출력선에 따른 방향에서의 연비의 변화 비율과 배기 중 오염 물질의 변화 비율과의 비율이 같은 운전점을 연결하는 선상의 점이 목표 운전점에 설정되고,

    상기 배기 정화 장치가 유효하게 기능하고 있는 경우에는 요구되고 있는 출력을 행하기 위해서 상기 내연 기관이 소비하는 연료량에 상기 배기 정화 장치로 소비하는 연료량을 가산한 합산 연료 소비량이 최소가 되는 운전점에 기초하여 설정한 운전점이 목표 운전점에 설정되는 차량의 제어 방법.
17. 기관 부하를 제어가능한 내연 기관(1)과, 해당 내연 기관의 출력측에 연결되고, 상기 내연 기관의 출력 회전수를 제어할 수 있는 무단 변속기(17)를 갖고, 상기 내연 기관이 상기 기관 부하와 출력 회전수에 의해서 정해진 운전점에서 운전되는 차량의 제어 방법에 있어서,

    상기 내연 기관의 출력을 일정하게 유지하여 운전 상태를 변화시킨 경우의 연비의 변화 비율과 배기 중의 소정의 오염 물질의 발생량의 변화 비율과의 비율이, 상기 내연 기관의 복수의 출력에 대하여 같이 되는 운전점을 목표 운전점으로서 설정하는 스텝, 및

    상기 내연 기관의 운전 상태가, 요구되고 있는 출력에 대한 상기 목표 운전점에서의 운전 상태가 되도록 하는 스텝을 포함하는 차량의 제어 방법.
18. 기관 부하를 제어가능한 내연 기관(1)과, 해당 내연 기관의 출력측에 연결되고, 상기 내연 기관의 출력 회전수를 제어할 수 있는 무단 변속기(17)를 갖고, 상기 내연 기관이 상기 기관 부하와 출력 회전수에 의해서 정해진 운전점에서 운전되는 차량의 제어 방법에 있어서,

    상기 내연 기관의 출력 상태가, 소정의 오염 물질의 발생량이 미리 정해진 기준치 이하가 되는 저출력 상태에서는 상기 배기 중의 소정의 오염 물질의 양이 각 출력마다 거의 일정하게 되는 상기 내연 기관의 운전점을 상기 목표 운전점으로서 설정하는 스텝을 포함하는 차량의 제어 방법.
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