JP2008151025A

JP2008151025A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2008151025A
Application number: JP2006339548A
Authority: JP
Inventors: Masateru Nishiyama; 征輝西山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】車両停車中にエンジンを自動停止させる機能を備えたシステムにおいて、減速時燃料カット復帰直後に自動停止する場合でも、自動停止状態から再始動する時のＮＯｘ排出量を低減できるようにする。
【解決手段】減速時燃料カット中に減速状態とブレーキ作動状態を監視して、それらの挙動から減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測する。その結果、減速時燃料カット復帰直後に自動停止しないと予測した場合は、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を、減速時燃料カット中に増加した触媒のＯ₂ストレージ量をＮＯｘ浄化率を確保できるレベルに低減するのに必要な補正量（通常量）に設定する。減速時燃料カット復帰直後に自動停止すると予測した場合は、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を、自動停止しないと予測される場合の補正量（通常量）よりも増加させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両停車中に内燃機関（エンジン）を自動停止させる機能を備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、エンジン自動停止装置（いわゆるアイドリングストップ装置）を搭載した車両が増加しつつある。このエンジン自動停止装置は、例えば、運転者が車両を停車させるときにエンジンを自動的に停止させ、その後、運転者が車両を発進させようとする操作（ブレーキ解除操作等）を行ったときにエンジンを自動的に始動させるようにしている。

一般に、車両減速中に、所定の減速時燃料カット条件（例えばスロットル全閉且つエンジン回転速度が減速時燃料カット復帰回転速度以上であること）が成立すると、減速時燃料カットを実行して燃費を節約し、その後、エンジン回転速度が減速時燃料カット復帰回転速度以下になった時点で、減速時燃料カットから復帰して燃料噴射を再開始するようにしている。この場合、減速時燃料カット中は、吸入空気がそのままエンジンシリンダ内を素通りして排気通路に設置された触媒に流入することになるため、触媒に過剰な酸素（Ｏ₂）が供給されて、触媒のＯ₂ストレージ量（酸素吸蔵量）が増加する。このように、触媒のＯ₂ストレージ量が増加すると、排出ガス中のＮＯｘ（リーン成分）の浄化率が低下してＮＯｘ排出量が増加してしまう。

この対策として、特許文献１（特開２００３−１７２１７６号公報）に示すように、減速時燃料カット復帰時に燃料噴射量を一時的に増量補正して触媒のＯ₂ストレージ量を低減するようにしたものがある。
特開２００３−１７２１７６号公報（第１頁）

エンジン自動停止装置を搭載した車両では、減速時燃料カット復帰直後に自動停止条件が成立して停止時燃料カットを実行してエンジンを自動停止させる場合がある。このような場合は、減速時燃料カット復帰時に燃料噴射量を従来と同じ量だけ増量補正して触媒のＯ₂ストレージ量を低減しても、その後の自動停止中に排気管のテールパイプから流入する外気（大気）に触媒が晒されてＯ₂ストレージ量が増加するため、自動停止状態から再始動する時の触媒のＯ₂ストレージ量が多くなってしまい、再始動時のＮＯｘ浄化率が低下してＮＯｘ排出量が増加してしまうという欠点があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、減速時燃料カット復帰直後に自動停止する場合でも、自動停止状態から再始動する時の触媒のＯ₂ストレージ量をＮＯｘ浄化率を確保できるレベルに収めることができ、再始動時のＮＯｘ排出量を低減することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の運転中に所定の自動停止条件が成立したときに停止時燃料カットを実行して内燃機関を停止させる自動停止制御手段と、内燃機関の運転中に減速時燃料カット条件が成立している期間に減速時燃料カットを実行する減速時燃料カット手段と、減速時燃料カット復帰時に燃料噴射量を一時的に増量補正して排出ガス浄化用の触媒のＯ₂ストレージ量を低減する燃料増量補正手段とを備えた内燃機関の制御装置において、減速時燃料カット中に減速状態とブレーキ作動状態とに基づいて減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測する自動停止予測手段を備え、前記燃料増量補正手段は、前記自動停止予測手段により減速時燃料カット復帰直後に自動停止すると予測されたときに減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を自動停止しないと予測される場合よりも増加させるようにしたものである。

要するに、減速時燃料カット中に減速状態とブレーキ作動状態を監視すれば、それらの挙動から減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測できるため、減速時燃料カット復帰直後に自動停止すると予測された場合は、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を自動停止しないと予測される場合よりも増加させるものである。このようにすると、減速時燃料カット復帰直後に自動停止すると予測された場合は、減速時燃料カット復帰直後の触媒のＯ₂ストレージ量がＨＣ、ＣＯ等（リッチ成分）の浄化率を確保できるレベルよりも少なくなる可能性があるが、減速時燃料カット復帰直後に自動停止するため、排出ガス中のＨＣ、ＣＯ等の浄化率がほとんど低下することはならず、しかも、自動停止中に触媒のＯ₂ストレージ量が増加するため、自動停止状態から再始動する時の触媒のＯ₂ストレージ量をＮＯｘ浄化率を確保できるレベルまで回復させることができ、再始動時のＮＯｘ排出量を低減することができる。

この場合、請求項２のように、自動停止予測手段により減速時燃料カット復帰直後に自動停止しないと予測されたときには、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を減速時燃料カット中に増加した触媒のＯ₂ストレージ量をＮＯｘ浄化率を確保できるレベルに低減するのに必要な量（以下「通常量」という）に設定するようにすると良い。このようにすれば、減速時燃料カット復帰直後に自動停止しない場合に、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正により、触媒のＯ₂ストレージ量をＮＯｘ浄化率を確保できるレベルまで低減することができ、減速時燃料カット復帰後のＮＯｘ浄化率の低下を防ぐことができる。

また、請求項３のように、自動停止予測手段により減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測困難であるときには、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を前記通常量又はそれよりも多い量に設定するようにすると良い。このようにすれば、減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測困難である場合でも、通常量又はそれ以上の燃料増量補正量を確保することができ、従来以上のＮＯｘ浄化率を確保することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。また、吸気管１２には、スロットルバルブ１５をバイパスするバイパス通路２５が設けられ、このバイパス通路２５に、アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）２６が設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、各気筒のシリンダヘッドには、点火プラグ２１が取り付けられている。エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２７や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２８が取り付けられている。

一方、エンジン１１の排気管２２の途中には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を低減させる三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等の触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの酸素濃度等のガス成分濃度、空燃比、リッチ／リーンのいずれかを検出する排出ガスセンサ２４，２５（酸素センサ、空燃比センサ等）が設けられている。尚、本発明は、触媒２３の下流側に排出ガスセンサ２５が設けられていない構成のものにも適用して実施できることは言うまでもない。

上述した各種のセンサ出力は、エンジン制御装置（以下「エンジンＥＣＵ」と表記する）２９に入力される。このエンジンＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。このエンジンＥＣＵ２９は、エンジン運転中に各排出ガスセンサ２４，２５の出力に基づいてエンジン１１に供給する混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する。

また、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、エンジン自動停止・再始動を制御する自動停止制御手段として、自動停止制御装置（以下「エコランＥＣＵ」と表記する）３０がエンジンＥＣＵ２９と相互に通信できるように設けられている。このエコランＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、エンジン運転中に所定の自動停止条件（例えば暖機後のアイドルでブレーキスイッチがオンし且つ車速が所定値以下であること）が成立した時点で、自動停止要求（燃料カット要求）をエンジンＥＣＵ２９に出力する。エンジンＥＣＵ２９は、エコランＥＣＵ３０から自動停止要求を受信した時点で、直ちに停止時燃料カットを実行して燃料噴射弁２０の燃料噴射を停止させてエンジン１１を自動停止させる。その後、エコランＥＣＵ３０は、運転者が車両を発進させようとする操作（例えばブレーキ解除操作、アクセル踏込み操作、Ｄレンジへのシフト操作等）を検出した時点で、再始動条件が成立して、エンジン１１のクランキングを開始し、燃料噴射弁２０の燃料噴射を再開させてエンジン１１を再始動させる。

更に、エンジンＥＣＵ２９は、車両減速中に、所定の減速時燃料カット条件（例えばスロットル全閉且つエンジン回転速度が減速時燃料カット復帰回転速度以上であること）が成立している期間に減速時燃料カットを実行する減速時燃料カット手段として機能すると共に、減速時燃料カット復帰時に燃料噴射量を一時的に増量補正して触媒２３のＯ₂ストレージ量（酸素吸蔵量）を低減する燃料増量補正手段として機能する。

ところで、減速時燃料カット復帰直後に自動停止条件が成立して停止時燃料カットを実行してエンジン１１を自動停止させる場合がある。このような場合は、減速時燃料カット復帰時に燃料噴射量を従来と同じ量だけ増量補正して触媒２３のＯ₂ストレージ量を低減しても、その後の自動停止中に排気管２２のテールパイプから流入する外気（大気）に触媒２３が晒されてＯ₂ストレージ量が増加するため、自動停止状態から再始動する時の触媒２３のＯ₂ストレージ量が多くなってしまい、再始動時のＮＯｘ浄化率が低下してＮＯｘ排出量が増加してしまうことになる。

この対策として、本実施例では、エンジンＥＣＵ２９は、減速時燃料カット中に減速状態（エンジン回転速度低下率と車速度低下率等）とブレーキ作動状態（ブレーキスイッチのＯＮ／ＯＦＦ等）を監視して、それらの挙動から減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測する自動停止予測手段として機能し、減速時燃料カット復帰直後に自動停止しないと予測した場合は、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を、減速時燃料カット中に増加した触媒２３のＯ₂ストレージ量をＮＯｘ浄化率を確保できるレベルに低減するのに必要な補正量（通常量）に設定する。

一方、減速時燃料カット復帰直後に自動停止すると予測した場合は、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を、自動停止しないと予測される場合の補正量（通常量）よりも増加させた自動停止時増量補正量に設定する。この際、自動停止時増量補正量は、自動停止中のＯ₂ストレージ量の増加分を消費するのに必要な燃料量を推測して、その燃料量だけ通常量よりも増加させた値に設定すれば良い。

また、減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測困難である場合は、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を、前記通常量と自動停止時増量補正量との中間値に設定する。或は、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を通常量に設定したり、自動停止時増量補正量に設定しても良く、要は、通常量又はそれよりも多い量に設定すれば良い。以下の説明では、自動停止の予測困難の場合の燃料増量補正量を「予測困難時増量補正量」という。

以上説明した減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正は、エンジンＥＣＵ２９によって図２の減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正ルーチンに従って次のように実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、イグニッションスイッチがＯＮ（オン）であるか否かを判定し、イグニッションスイッチがＯＦＦ（オフ）であれば、ＯＮされるまで待機する。

その後、イグニッションスイッチがＯＮされた時点で、ステップ１０２に進み、減速時燃料カット条件が成立しているか否かを、次の３つの条件(1) 〜(3) を全て満たすか否かで判定する。

(1) エンジン１１が暖機後であること
(2) スロットル全閉（アクセル全閉）であること
(3) エンジン回転速度が減速時燃料カット復帰回転速度以上であること
これら３つの条件(1) 〜(3) のうちのいずれか１つでも満たさない条件があれば、減速時燃料カット条件が成立せず、減速時燃料カットが実行されない。

これに対して、上記３つの条件(1) 〜(3) が全て満たされば、減速時燃料カット条件が成立していると判断して、ステップ１０３に進み、減速時燃料カットフラグをＯＮして、減速時燃料カットを実行する。

この後、ステップ１０４とステップ１０５で、次のようにして減速時燃料カット中に減速状態とブレーキ作動状態とに基づいて減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測する。まず、ステップ１０４で、ブレーキスイッチがＯＮ（ブレーキ作動中）であるか否かを判定し、ブレーキスイッチがＯＦＦであれば、減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測困難であると判断して、ステップ１１１に進み、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を予測困難時増量補正量に設定する。この予測困難時増量補正量は、(a) 通常量、(b) 自動停止時増量補正量、(c) 通常量と自動停止時増量補正量との中間値のいずれかに設定される。

一方、上記ステップ１０４で、ブレーキスイッチがＯＮ（ブレーキ作動中）であると判定されれば、ステップ１０５に進み、次の２つの条件(i) 、(ii)を共に満すか否かで、減速時燃料カット復帰直後に自動停止すると予測されるか否かを判定する。

(i) エンジン回転速度の低下率が所定値Ｋ1 よりも急激であること
エンジン回転速度低下率＜所定値Ｋ1
（又は｜エンジン回転速度低下率｜＞｜所定値Ｋ1 ｜）
(ii)車速度の低下率が所定値Ｋ2 よりも急激であること
車速度低下率＜所定値Ｋ2
（又は｜車速度低下率｜＞｜所定値Ｋ2 ｜）
尚、上記(ii)の条件に代えて、車速度が所定値Ｋ3 未満であることを条件とするようにしても良い。

このステップ１０５で「Ｙｅｓ」と判定された場合、つまり減速時燃料カット中にエンジン回転速度と車速度が共に急速に低下する場合（又は車速度が所定値Ｋ3 未満である場合）は、ステップ１０８に進み、減速時燃料カット復帰直後に自動停止すると予測して、ステップ１０９に進み、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を自動停止時増量補正量に設定する。この自動停止時増量補正量は、通常量よりも大きい増量補正量に設定されている。

一方、上記ステップ１０５で「Ｎｏ」と判定されれば、ステップ１０６に進み、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を、減速時燃料カット中に増加した触媒２３のＯ₂ストレージ量をＮＯｘ浄化率を確保できるレベルに低減するのに必要な補正量（通常量）に設定する。

以上説明した本実施例の減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正の一例を図３のタイムチャートを用いて説明する。図３には、減速時燃料カット復帰直後に自動停止する場合を実線で示し、自動停止しない場合を一点鎖線で示している。

図３の例では、時刻ｔ2 まで、減速時燃料カット条件が成立して減速時燃料カットフラグがＯＮにセットされ、減速時燃料カットが実行される。そして、この減速時燃料カット中の時刻ｔ1 に、ブレーキペダルが踏み込まれてブレーキスイッチがＯＮする。

この減速時燃料カット中に、減速状態（エンジン回転速度低下率と車速度低下率等）とブレーキ作動状態（ブレーキスイッチのＯＮ／ＯＦＦ等）とに基づいて減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測し、その予測結果に応じて、減速時燃料カット復帰時（時刻ｔ2 ）に減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を設定する。例えば、減速時燃料カット復帰直後に自動停止すると予測した場合は、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を、自動停止しないと予測される場合の補正量（通常量）よりも増加させる（自動停止時増量補正量に設定する）。

図３に実線で示す例では、減速時燃料カット復帰直後（時刻ｔ3 ）に自動停止条件が成立して停止時燃料カットフラグをＯＮし、停止時燃料カットを実行してエンジン１１を自動停止させる。その後、運転者が車両を発進させようとする操作（例えばブレーキ解除操作、アクセル踏込み操作、Ｄレンジへのシフト操作等）を検出した時点ｔ4 で、再始動条件が成立して停止時燃料カットフラグをＯＦＦし、エンジン１１のクランキングを開始して、その直後（時刻ｔ5 ）に燃料噴射弁２０の燃料噴射を再開させてエンジン１１を再始動させる。

以上説明した本実施例によれば、減速時燃料カット中に減速状態とブレーキ作動状態を監視して、それらの挙動から減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測し、減速時燃料カット復帰直後に自動停止すると予測された場合は、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を自動停止しないと予測される場合よりも増加させるようにしたので、減速時燃料カット復帰直後に自動停止すると予測された場合は、減速時燃料カット復帰直後の触媒２３のＯ₂ストレージ量がＨＣ、ＣＯ等（リッチ成分）の浄化率を確保できるレベルよりも少なくなる可能性があるが、減速時燃料カット復帰直後に自動停止するため、排出ガス中のＨＣ、ＣＯ等の浄化率がほとんど低下することはならず、しかも、自動停止中に触媒２３のＯ₂ストレージ量が増加するため、自動停止状態から再始動する時の触媒２３のＯ₂ストレージ量をＮＯｘ浄化率を確保できるレベルまで回復させることができ、再始動時のＮＯｘ排出量を低減することができる。

しかも、減速時燃料カット復帰直後に自動停止しないと予測された場合は、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を減速時燃料カット中に増加した触媒２３のＯ₂ストレージ量をＮＯｘ浄化率を確保できるレベルに低減するのに必要な量（通常量）に設定するようにしたので、減速時燃料カット復帰直後に自動停止しない場合に、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正により、触媒２３のＯ₂ストレージ量をＮＯｘ浄化率を確保できるレベルまで低減することができ、減速時燃料カット復帰後のＮＯｘ浄化率の低下を防ぐことができる。

また、減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測困難である場合は、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を通常量又はそれよりも多い量に設定するようにしたので、減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測困難である場合でも、通常量又はそれ以上の燃料増量補正量を確保することができ、従来以上のＮＯｘ浄化率を確保することができる。

本発明の一実施例を示すエンジン制御システム全体の概略構成図である。減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正ルーチンの流れを示すフローチャートである。減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正の一例を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管、２３…触媒、２４，２５…排出ガスセンサ、２９…エンジンＥＣＵ（減速時燃料カット手段，燃料増量補正手段，自動停止予測手段）、３０…エコランＥＣＵ（自動停止制御手段）

Claims

内燃機関の運転中に所定の自動停止条件が成立したときに停止時燃料カットを実行して内燃機関を停止させる自動停止制御手段と、内燃機関の運転中に減速時燃料カット条件が成立している期間に減速時燃料カットを実行する減速時燃料カット手段と、減速時燃料カット復帰時に燃料噴射量を一時的に増量補正して排出ガス浄化用の触媒のＯ₂ストレージ量を低減する燃料増量補正手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
減速時燃料カット中に減速状態とブレーキ作動状態とに基づいて減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測する自動停止予測手段を備え、
前記燃料増量補正手段は、前記自動停止予測手段により減速時燃料カット復帰直後に自動停止すると予測されたときに減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を自動停止しないと予測される場合よりも増加させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記燃料増量補正手段は、前記自動停止予測手段により減速時燃料カット復帰直後に自動停止しないと予測されたときに、減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を減速時燃料カット中に増加した前記触媒のＯ₂ストレージ量をＮＯｘ浄化率を確保できるレベルに低減するのに必要な量（以下「通常量」という）に設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記燃料増量補正手段は、前記自動停止予測手段により減速時燃料カット復帰直後に自動停止するか否かを予測困難であるときに減速時燃料カット復帰時の燃料増量補正量を前記通常量又はそれよりも多い量に設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。