特開 2024-179849 内燃機関を備える車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024179849

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】内燃機関を備える車両

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/10 20060101AFI20241219BHJP

【ＦＩ】

F02D41/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023099092

(22)【出願日】2023-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井上 敏夫

【テーマコード（参考）】

3G301

【Ｆターム（参考）】

3G301HA01

3G301JA25

3G301KA09

3G301KA12

3G301LB01

3G301MA01

3G301ND03

3G301NE15

3G301NE23

3G301PD02Z

(57)【要約】

【課題】高負荷運転移行時において、空燃比荒れが生じても効果的に燃料リーン状態を抑制又は回避できる車両を提供する。
【解決手段】内燃機関を備える車両２は、内燃機関４から排出される排ガスを浄化する触媒を備える排ガス浄化装置２０と、排ガス中の残留酸素濃度を検知する酸素センサ３０、３２と、残留酸素濃度に基づいて内燃機関４に供給される燃料に関する空燃比を制御するフィードバック制御を行う制御装置４０と、を備えている。制御装置４０は、高負荷運転移行後の所定期間、燃料を減量する下限値を設定して空燃比を補正する。こうすることで、高負荷運転移行時に、空燃比荒れが生じても、燃料リーン状態を抑制又は回避して、ＮＯｘ排出量を抑制できる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関を備える車両であって、
前記内燃機関から排出される排ガスを浄化する触媒を備える排ガス浄化装置と、
前記排ガス中の残留酸素濃度を検知する酸素センサと、
前記残留酸素濃度に基づいて前記内燃機関に供給される燃料に関する空燃比を制御するフィードバック制御を行う制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、高負荷運転移行後の所定期間、燃料を減量する下限値を設定して空燃比を補正する、車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、内燃機関を備える車両に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関を備える車両においては、排ガス中の成分を酸化・還元して浄化するため触媒を備える排ガス浄化装置を備えている。こうした車両は、排ガス中の残留酸素濃度を検知する酸素センサを備え、残留酸素濃度に基づいて内燃機関における空気と燃料の混合比（以下、空燃比という。）を推定し、燃料を補正して空燃費を一定範囲に維持するフィードバック制御が行われている。

【0003】

フィードバック制御は、運転負荷にかかわらず燃料量を制御して空燃比を制御する。エンジンの高負荷移行時も、フィードバック制御により燃料を減量してリーン側に制御することで、ＮＯｘ排出量が増加しやすい傾向にあることが知られている。例えば、特許文献１には、加速時などの高負荷運転移行時に、空燃比がリッチ側に向かうようにフィ－ドバック制御に関する補正係数を設定することが記載されている。これにより、ＮＯｘ排出量が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－２５７４８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、高負荷運動移行時にあっては、検知される空燃比が大きく変動してその振幅が大きくなる現象（空燃比荒れ）が発生する場合がある。補正係数の設定では、空燃比荒れが発生した際、十分に燃料リーン状態を回避できない場合がある。

【0006】

本明細書は、高負荷運転移行時において、空燃比荒れが生じても効果的に燃料リーン状態を抑制又は回避できる車両を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本明細書が開示する技術は、内燃機関を備える車両に関する。この車両は、内燃機関から排出される排ガスを浄化する触媒を備える排ガス浄化装置と、排ガス中の残留酸素濃度を検知する酸素センサと、残留酸素濃度に基づいて内燃機関に供給される燃料に関する空燃比を制御するフィードバック制御を行う制御装置と、を備える。制御装置は、高負荷運転移行後の所定期間、燃料を減量する下限値を設定して空燃比を補正する。

【0008】

この車両によれば、高負荷運転移行後一定期間、空燃比荒れが発生した場合であっても、燃料の減量の下限値を設定することにより空燃比が燃料リーン側になりすぎないように補正できる。このため、従来のフィードバック制御による燃料リーン状態を効果的に抑制又は回避して、ＮＯｘ排出量を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】車両の構成を示す図である。

【図2】制御装置によって実行される空燃比の下限値制御プロセスの一例を示す図である。

【図3】ハイブリッド車両の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の車両２の実施形態について、適宜図面を参照して説明する。図１に示す車両２は、エンジン４と、排ガス浄化装置２０と、酸素センサ３０、３２と、エンジン４を制御する制御装置４０と、を備えている。

【0011】

エンジン４は、本明細書における内燃機関の一例であり、特に限定しないで、車両に搭載して使用できる内燃機関であればよい。図１におけるエンジン４は、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンである。エンジン４は、図示はしないが、燃焼室を備えるとともに、燃料噴射機構、燃料タンク、燃焼用ガスである空気の吸気機構及び排ガスの排気機構を備えている。

【0012】

排ガス浄化装置２０は、エンジン４が備える排ガスの排気機構における排気通路に備えられている。排ガス浄化装置２０は、不完全燃焼成分である炭化水素、一酸化炭素を酸化し、副生成分であるＮＯｘを還元する公知の三元触媒が収容された触媒コンバータ２２を備えている。触媒コンバータ２２を経由して浄化された排ガスが大気中に排出される。

【0013】

酸素センサ３０、３２は、エンジン４からの排ガス中の残留酸素濃度を検出する。酸素センサ３０は、触媒コンバータ２２よりも上流側に備えられ、酸素センサ３２は、触媒コンバータ２２よりも下流側に備えられている。

【0014】

制御装置４０は、エンジン４における空燃比制御（燃料噴射制御）を含む各種のエンジン４における制御を実行する。制御装置４０は、通常、ＣＰＵなどのプロセッサと、メモリ等を備えるコンピュータとして構成されている。制御装置４０は、エンジン４が備える酸素センサ３０、３２を含む各種センサ及びユーザによる運転負荷に関する入力装置からの入力信号に基づいて、エンジン４に関する各種動作を制御する。

【0015】

次に、図２を参照して制御装置４０による空燃比下限値制御プロセスについて説明する。図２には、空燃比下限値制御プロセスの一例としてのフローチャートを示す。プロセッサは、このプロセスを、所定のクロック数で繰り返し実行している。また、プロセッサは、酸素センサ３０、３２によって検出される残留酸素濃度に基づく通常の空燃比のフィードバック制御も別途実行している。

【0016】

プロセッサは、エンジン４が、加速時などの高負荷運転に移行したタイミングが到来したかどうかを監視する（ステップＳ１０）。プロセッサは、前回のプロセス実行時においては、高負荷運転条件が成立しないが、今回プロセス実行時には、高負荷運転条件が成立するときに、高負荷運転移行タイミングが到来したと判定する。高負荷運転条件は、例えば、エンジン回転数、アクセル開度、吸入空気量負荷率、吸入空気量などのいずれか又は２種以上の入力値とこれらについて予め定められた基準値を超えたかどうかなどで設定される。典型的には、前回プロセス実行時には、エンジン回転数及び／又は吸入空気負荷率が基準値を超えていないが、今回プロセス実行時には、これらの基準値を超えたとき、高負荷運転移行タイミングが到来したと判定する。

【0017】

プロセッサが、高負荷運転移行タイミングが到来したと判定したとき、プロセッサは、既にカウントが開始及び継続されている高負荷運転移行後カウンタ（以下、単に、高負荷移行後カウンタという。）をクリアしてこのプロセスを終了する（ステップＳ２０）。高負荷移行後カウンタは、ステップＳ１０により高負荷運転移行タイミングの到来が判定されたときに別途カウント開始され、次に高負荷運転移行タイミングの到来が判定されるまで継続してカウントされている。

【0018】

高負荷移行後カウンタは、高負荷運転移行後において、フィードバック制御によって空燃比のリーン状態が生じやすい又は空燃比荒れ現象が発生しやすい期間に対応して設定されている。高負荷移行後カウンタは、例えば、高負荷運転移行からの所定の経過時間に直接対応するカウンタ値であってもよいし、高負荷運転移行後からのエンジン４に対する空気流入量の積算量に対応するカウンタ値であってもよい。

【0019】

プロセッサは、ステップＳ１０において、例えば、前回プロセス時も高負荷運転条件が成立し、今回プロセスでも高負荷運転条件が成立するとき、高負荷運転へ移行したタイミングであると判定できない。すなわち、既に、高負荷運転に移行しているとき、プロセッサは、高負荷移行後カウンタに基づいて高負荷運転移行後の所定期間内であるかどうかを判定する（ステップＳ３０）。

【0020】

プロセッサが、高負荷移行後カウンタに基づいて、高負荷運転移行後所定期間内であると判定するとき（ＹＥＳであるとき）、フィードバック制御による燃料を減量させる際の下限値（ガード値）を新たに設定する（ステップＳ４０）。この下限値は、例えば、フィードバック制御によって空燃比が燃料リーンに制御されるときにおいてＮＯｘを抑制できる程度の下限値に設定される。こうした下限値は、例えば、実測値やシミュレーションなどによって設定することができる。空燃比フィードバック補正率の下限値を、例えば、０％、又は、－５％などと設定する。

【0021】

燃料を減量させる際の下限値が設定されることにより、フィードバック制御によって、燃料リーン側に空燃比が制御されようとしても、設定された下限値を超えて燃料が減量されないため、燃料リーン状態が抑制又は回避されてＮＯｘ排出量を抑制できる。また、高負荷運転移行時に空燃比荒れが生じても、空燃比荒れにかかわらず、確実に、燃料リーン状態が抑制又は回避される。

【0022】

プロセッサが、高負荷移行後カウンタに基づいて高負荷運転移行後の所定期間内であると判定できないとき（ＮＯであるとき）、プロセッサはこの処理を終了する。高負荷移行後カウンタが所定値を超えて高負荷運転移行後所定期間内でないときには、もはや空燃比の燃料リーン側制御によるＮＯｘ排出量の増加や空燃比荒れを考慮する必要性がないためである。

【0023】

プロセッサは、繰り返しこの空燃比下限値制御プロセスを実行し、高負荷運転移行タイミングの到来を監視し、必要に応じて、燃料の減量の下限値を設定する。

【0024】

以上説明したように、車両２によれば、エンジン４が高負荷運転移行後所定期間内は、燃料の減量の下限値を新たに設定して、フィードバック制御による燃料リーン側への制御を抑制する。こうすることで、空燃費荒れが生じても、高負荷運転時の燃料リーン状態によるＮＯｘ排出量を抑制できる。

【0025】

なお、以上の説明では、車両２は、その駆動装置としてエンジン４のみを備えるものとしたが、ハイブリッド車両（ＨＢＥＶ）６２においても、エンジン４のフィードバック制御において同様の燃料の減量の下限値を設定することができる。

【0026】

図３に示すハイブリッド車両６２の一例を示す。なお、車両２と共通する要素は同一の符号で示している。ハイブリッド車両６２は、発電機７０、走行用モータ７２、インバータ７４、及び、バッテリ７６を備えている。発電機７０は、図示しない動力伝達機構を介してエンジン４と接続されている。発電機７０は、インバータ７４を介してバッテリ７６に電気的に接続されている。発電機７０によって発電された電力は、インバータ７４を介してバッテリ７６に供給される。

【0027】

走行用モータ７２は、図示しない動力分配機構及び減速機構を介して、図示しない駆動輪に接続されている。走行用モータ７２は、バッテリ７６からインバータ７４を介して供給される電力を利用して駆動される。制御装置４０は、ハイブリッド車両６２の各要素の動作を制御する。

【0028】

こうしたハイブリッド車両６２では、図２に示す空燃比下限値制御プロセスを開始するかどうかのトリガープロセスを別途実行する。このトリガープロセスは、高負荷運転時に走行用モータ７２によるアシストができない条件下でのみ、図２に示す空燃比制御プロセスを開始するというプロセスである。このプロセスでは、例えば、プロセッサは、走行用モータ７２によるアシストのための電力が所定値以下であるときの他、バッテリ温度が所定温度以上の高温であるとき、同温度が所定温度以下の低温であるとき等、バッテリ出力が制限される状況かどうかを監視する。プロセッサが、走行用モータ７２によるアシストができない条件を充足すると判定したときには、既述の空燃比下限値制御プロセスを開始して、このトリガープロセスを終了する。一方、プロセッサが、走行用モータ７２によるアシストができない条件を充足しないとき、すなわち、モータアシストを利用できる状況のときには、既述の空燃比下限値制御プロセスを開始しないとして、このトリガープロセスを終了する。このトリガープロセスは、所定のクロック数で繰り返し実行される。

【0029】

こうすることで、ハイブリッド車両６２においても、高負荷運転移行時に走行用モータ７２のアシストを利用できないとき、空燃比荒れが生じても、エンジン４における燃料リーン状態を抑制又は回避して、ＮＯｘの排出を抑制できる。

【符号の説明】

【0030】

２：車両、４：エンジン、２０：排ガス浄化装置、２２：触媒コンバータ、３０、３２：酸素センサ、４０：制御装置、６２：ハイブリッド車両、７０：発電機、７２：走行用モータ、７４：インバータ、７６：バッテリ

【図1】

【図2】

【図3】