特開 2024-77669 車両の制御方法及び車両の制御装置

(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】P2024077669

(43)【公開日】2024-06-10

(54)【発明の名称】車両の制御方法及び車両の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/04 20060101AFI20240603BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20240603BHJP

   F01N 11/00 20060101ALI20240603BHJP

【ＦＩ】

F02D41/04

F01N3/20 B

F01N11/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022189745

(22)【出願日】2022-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】柳 琳

(72)【発明者】

【氏名】西 大紀

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 桂

(72)【発明者】

【氏名】露木 毅

(72)【発明者】

【氏名】久保田 洋輔

【テーマコード（参考）】

3G091

3G301

【Ｆターム（参考）】

3G091AA17

3G091AB03

3G091BA01

3G091CA26

3G091DA02

3G091EA01

3G091EA07

3G091EA18

3G091EA34

3G091EA36

3G091HA08

3G091HA36

3G091HA37

3G091HA42

3G301HA01

3G301JA21

3G301KA27

3G301NE13

3G301PD03Z

3G301PD04Z

3G301PD12Z

3G301PE01Z

3G301PE03Z

3G301PF03Z

(57)【要約】

【課題】内燃機関の排気通路に直列に配置された排気浄化用の２つの触媒の双方に対して適切なリッチスパイクを実施する。
【解決手段】コントロールユニット２１は、燃料カットの実施直後に、マニホールド触媒１４及び床下触媒１５の排気浄化能力の再生を促進させるために行う第１リッチスパイク及び第２リッチスパイクを制御する。第１リッチスパイク及び第２リッチスパイクは、当量比が理論当量比よりもリッチ側となるように、燃料噴射量を一時的に増量するものである。第１リッチスパイクは、マニホールド触媒１４の排気浄化能力の再生を促進させる。第２リッチスパイクは、床下触媒１５の排気浄化能力の再生を促進させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気通路に排気浄化用の２つの触媒が直列に配置された車両の制御方法において、
車両の走行中に所定の燃料カット条件が成立すると上記内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁の燃料噴射を停止する燃料カットを実施し、上記燃料カット中に所定の燃料カットリカバー条件が成立すると上記燃料噴射弁からの燃料噴射を再開し、
上記燃料カットの終了後に、上流側に位置する第１触媒の酸素ストレージ量に基づいて燃料噴射量を一時的に増量する第１リッチスパイクを実施するとともに、下流側に位置する第２触媒に供給される触媒供給熱量に応じて上記第１リッチスパイクの実施後に燃料噴射量を一時的に増量する第２リッチスパイクを実施することを特徴とする車両の制御方法。

【請求項2】

上記第２リッチスパイクは、上記第１リッチスパイクの実施後に実施することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御方法。

【請求項3】

上記第２リッチスパイクは、上記第２触媒の温度によらず予め設定された所定時間実施することを特徴とする請求項２に記載の車両の制御方法。

【請求項4】

上記第２リッチスパイクは、上記触媒供給熱量が所定値未満の場合には実施しないことを特徴とする請求項３に記載の車両の制御方法。

【請求項5】

上記第１リッチスパイクは、上記第１触媒の触媒温度が高くなるほど実施時間を長くすることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御方法。

【請求項6】

上記第１リッチスパイクは、上記酸素ストレージ量が多くなるほど実施時間を長くすることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御方法。

【請求項7】

内燃機関の排気通路に配置された排気浄化用の第１触媒と、
上記第１触媒の下流側に配置された排気浄化用の第２触媒と、
車両の走行中に所定の燃料カット条件が成立すると上記内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁の燃料噴射を停止する燃料カットを実施し、上記燃料カット中に所定の燃料カットリカバー条件が成立すると上記燃料噴射弁からの燃料噴射を再開させる第１制御部と、
上記燃料カットの終了後の上記第１触媒の酸素ストレージ量に基づいて燃料噴射量を一時的に増量する第１リッチスパイクを制御する第２制御部と、
上記第２触媒に供給される触媒供給熱量に応じて上記第１リッチスパイクの実施後に燃料噴射量を一時的に増量する第２リッチスパイクを制御する第３制御部と、を有することを特徴とする車両の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気通路に排気浄化用の２つの触媒が直列に配置された車両の制御方法及び車両の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両の走行中に所定の燃料カット条件が成立すると燃料噴射弁からの燃料噴射を中止する燃料カットを実施する内燃機関が広く知られている。

【0003】

例えば、特許文献１、２には、このような燃料カットを実施した後の排気浄化用触媒の酸素ストレージ量を推定し、排気浄化用触媒の触媒温度と推定した酸素ストレージ量とに応じて燃料噴射量を一時的に増量するリッチスパイクを行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－１４００１１号公報

【特許文献2】特開２０１３－１５０６５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、排気通路に２つの排気浄化用触媒を直列に配置した場合、下流側に位置する下流側排気浄化触媒の温度は、上流側に位置する上流側排気浄化触媒の温度に比べて精度良く推定できないという問題がある。すなわち、内燃機関の排気通路に２つの排気浄化用触媒を直列に配置された車両においては、触媒温度に応じてリッチスパイクを実施して酸素ストレージ量を低減する際に、上流側排気浄化触媒及び下流側排気浄化触媒の双方に対して適切なリッチスパイクを行う上で更なる改善の余地がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の車両は、燃料カットの終了後に、上流側に位置する第１触媒の酸素ストレージ量に基づいて燃料噴射量を一時的に増量する第１リッチスパイクを実施するとともに、下流側に位置する第２触媒に供給される触媒供給熱量に応じて上記第１リッチスパイクの実施後に燃料噴射量を一時的に増量する第２リッチスパイクを実施することを特徴としている。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、第１触媒及び第２触媒の双方に対して、適切なリッチスパイクを実施することが可能となり、第１触媒及び第２触媒の酸素ストレージ量を適切に低減して、排気性能の悪化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明が適用される車両のシステム構成の概略を模式的に示した説明図。

【図2】燃料カット後に第１リッチスパイクのみが実施された場合を示すタイミングチャート。

【図3】燃料カット後に第２リッチスパイクが実施する場合を示すタイミングチャート。

【図4】燃料カット後に第２リッチスパイクが実施しなかった場合を示すタイミングチャート。

【図5】本発明に係る車両の制御の流れを示すフローチャート。

【図6】本発明に係る車両の制御の流れを示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【0010】

図１は、本発明が適用される車両のシステム構成の概略を模式的に示した説明図である。

【0011】

内燃機関１は、例えば直列多気筒の火花点火式内燃機関であって、ガソリンを燃料とし、自動車等の車両に駆動源として搭載されるものである。すなわち、内燃機関１は、内燃機関１が搭載された車両の駆動輪（図示せず）を駆動する。

【0012】

内燃機関１の燃焼室２には、吸気弁３を介して吸気ポート４の下流側端が接続され、排気弁５を介して排気ポート６の上流側端が接続されている。

【0013】

吸気ポート４には、吸気ポート４内に燃料（例えばガソリン）を噴射する燃料噴射弁７が配置されている。燃料噴射弁７から噴射された燃料は、燃焼室２内で点火プラグ８により点火される。

【0014】

吸気ポート４の上流側端には、吸気通路９に接続されている。吸気通路９には、吸気（空気）が流れる方向の上流側から順に、エアクリーナ１０、吸入空気量を検出するエアフローメータ１１、後述するコントロールユニット２１からの制御信号によって開度が制御される電動のスロットル弁１２が配置されている。

【0015】

排気ポート６の下流側端には、排気通路１３に接続されている。排気通路１３には、排気が流れる方向の上流側から順に、第１触媒としてのマニホールド触媒１４と、第２触媒としての床下触媒１５が配置されている。マニホールド触媒１４及び床下触媒１５は、例えば三元触媒を用いたものである。三元触媒は、理論空燃比を中心とするいわゆるウィンドウに空燃比がある場合に最大の転化効率をもって排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを同時に浄化できるものである。

【0016】

マニホールド触媒１４は、排気マニホールドの集合部に設けられている。床下触媒１５は、例えば車両の床下に配置される。

【0017】

排気通路１３には、空燃比センサ１６と酸素センサ１７が設けられている。空燃比センサ１６は、マニホールド触媒１４の上流側に配置されている。つまり、空燃比センサ１６は、マニホールド触媒１４の入口側における排気の空燃比を検出する。空燃比センサ１６は、空燃比に応じた略リニアな出力特性を有するものである。酸素センサ１７は、マニホールド触媒１４の下流側となり、床下触媒１５の上流側となる位置に配置されている。酸素センサ１７は、排気空燃比のリッチ／リーンのみを検出するものである。つまり、酸素センサ１７は、マニホールド触媒１４の出口側における排気空燃比のリッチ／リーンを検出する。換言すると、酸素センサ１７は、床下触媒１５の入口側における排気空燃比のリッチ／リーンを検出する。

【0018】

また、内燃機関１は、クランクシャフト（図示せず）のクランク角を検出するクランク角センサ１８、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ１９等の各種センサを備えている。クランク角センサ１８は、内燃機関１の機関回転数を検出可能なものである。

【0019】

上述した各種センサ類の検出信号は、コントロールユニット２１に入力される。

【0020】

コントロールユニット２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータである。

【0021】

コントロールユニット２１は、各種センサ類の検出信号等に基づいて、燃料噴射弁７から噴射される燃料の噴射量や噴射時期、内燃機関１（点火プラグ８）の点火時期、吸入空気量等を最適に制御する。

【0022】

コントロールユニット２１は、所定の燃料カット条件が成立すると、内燃機関１への燃料供給を停止する燃料カットを実施する。燃料カット条件は、例えば、暖機完了後に機関回転数が所定の燃料カット回転数以上でアクセル開度が所定開度以下となっている減速中に成立する。コントロールユニット２１は、燃料カット中に、所定の燃料カットリカバー条件が成立すると、内燃機関１への燃料供給を再開する。燃料カットリカバー条件は、例えば、アクセル開度が所定開度よりも大きくなった場合や、アクセルペダルが踏み込まれることなく機関回転数が所定の燃料カットリカバー回転数以下となった場合に成立する。つまり、コントロールユニット２１は、第１制御部に相当する。

【0023】

また、マニホールド触媒１４及び床下触媒１５は、燃料カットを実施したことにより多量の酸素が吸着されてＮＯｘを還元しにくい状態となっている。

【0024】

そこで、コントロールユニット２１は、燃料カットの実施直後に、マニホールド触媒１４及び床下触媒１５の排気浄化能力（ＮＯｘ還元能力）の再生を促進させるために行う第１リッチスパイク及び第２リッチスパイクを制御する。第１リッチスパイク及び第２リッチスパイクは、当量比が理論当量比よりもリッチ側となるように、燃料噴射量を一時的に増量するものである。換言すると、第１リッチスパイク及び第２リッチスパイクは、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側となるように、燃料噴射量を一時的に増量するものである。つまり、コントロールユニット２１は、第２制御部及び第３制御部に相当する。

【0025】

第１リッチスパイクは、上述した燃料カットの終了後に、マニホールド触媒１４の温度及びマニホールド触媒１４の酸素ストレージ量に基づいて実施する。つまり、第１リッチスパイクは、マニホールド触媒１４の排気浄化能力（ＮＯｘ還元能力）の再生を促進させるものである。

【0026】

マニホールド触媒１４の触媒温度は、例えば、内燃機関１からマニホールド触媒１４までの物理モデルを用い、内燃機関１の吸入空気量、内燃機関１のトルク、内燃機関１の空燃比等の内燃機関１の運転状態に基づいて推定する。なお、マニホールド触媒１４の温度は、温度センサで検出するようにしてもよい。

【0027】

マニホールド触媒１４の酸素ストレージ量は、例えば、酸素センサ１７の出力信号を用いて算出可能（推定可能）である。酸素ストレージ量の算出は、コントロールユニット２１で実施される。

【0028】

第１リッチスパイクは、基本第１リッチスパイク量（基本第１リッチスパイク実施時間）に第１リッチスパイク温度補正関数を乗じて得られた第１リッチスパイク量（第１リッチスパイク実施時間）に応じて実施される。つまり、第１リッチスパイクは、第１リッチスパイク量に対応する第１リッチスパイク実施時間の間実施される。第１リッチスパイク量は、酸素ストレージ量とマニホールド触媒１４の触媒温度を考慮して算出される。

【0029】

基本第１リッチスパイク量（基本第１リッチスパイク実施時間）は、燃料カット中にマニホールド触媒１４に蓄積された酸素ストレージ量に基づいて算出される。基本第１リッチスパイク量（基本第１リッチスパイク実施時間）は、酸素ストレージ量が多くなるほど大きく（長く）なる。

【0030】

第１リッチスパイク温度補正関数は、マニホールド触媒１４の触媒温度に依存する関数であり、マニホールド触媒１４の触媒温度が高いほど、第１リッチスパイク量が大きく（第１リッチスパイク実施時間が長く）なるように基本第１リッチスパイク量（基本第１リッチスパイク実施時間）を補正するものである。

【0031】

第１リッチスパイクは、マニホールド触媒１４の触媒温度が高くなるほど、また酸素ストレージ量が多くなるほど実施時間が長くなる。

【0032】

第１リッチスパイク量は、酸素ストレージ量とマニホールド触媒１４の触媒温度を考慮することで精度良く算出される。

【0033】

第２リッチスパイクは、第１リッチスパイクの実施後に第１リッチスパイクに連続するよう実施される。第２リッチスパイクは、床下触媒１５の排気浄化能力（ＮＯｘ還元能力）の再生を促進させるものである。

【0034】

ここで、床下触媒１５の触媒温度は、例えば、内燃機関１から床下触媒１５までの物理モデルを用い、内燃機関１の吸入空気量、内燃機関１のトルク、内燃機関１の空燃比等の内燃機関１の運転状態に基づいて推定することも可能である。しかしながら、内燃機関１から床下触媒１５までの物理モデルを用いて推定する場合、内燃機関１から床下触媒１５までの距離が長くなるため、その間に低下する排気温度の低下量の推定誤差が大きくなり、総じて床下触媒１５の温度を精度良く推定できない虞がある。つまり、内燃機関１から床下触媒１５までの物理モデルを用いて推定する床下触媒１５の触媒温度を推定する場合には、床下触媒１５が活性化していない状態を誤って活性化していると判定して第２リッチスパイクを行い、排気性能が悪化する虞がある。

【0035】

そこで、第２リッチスパイクは、床下触媒１５に供給される触媒供給熱量が所定値Ｑ以上の場合に床下触媒１５が活性化された状態であると判定して実施する。つまり、第２リッチスパイクは、触媒供給熱量が所定値Ｑ未満であれば実施されない。所定値Ｑは、床下触媒１５の活性化が担保されるように予め設定されるものである。

【0036】

また、第２リッチスパイクは、触媒供給熱量が所定値Ｑ以上であれば、触媒供給熱量の多寡によらず、予め設定された一定時間実施される。つまり、第２リッチスパイクは、床下触媒１５の触媒温度によらず一定時間実施される。第２リッチスパイクは、床下触媒１５の酸素ストレージ量を最大値と仮定したときに、例えば酸素ストレージ量が最大値の５０％まで減少するように実施される。

【0037】

触媒供給熱量は、例えば、内燃機関１の機関回転数、点火時期、吸気空気量、燃料噴射量に基づいて算出可能（推定可能）である。触媒供給熱量の算出は、コントロールユニット２１で実施される。触媒供給熱量は、床下触媒１５の入口側に供給される熱量の積算値である。

【0038】

図２は、燃料カット後に第１リッチスパイクのみが実施された場合を示すタイミングチャートである。

【0039】

図２の時刻ｔ１は、燃料カット条件が成立し、燃料カットが開始されるタイミングである。

【0040】

図２の時刻ｔ２は、燃料カットリカバー条件が成立し、燃料カットが終了するタイミングである。第１リッチスパイクを実施する際にオン（ＯＮ ）となる第１リッチスパイク要求フラグは、図２の時刻ｔ２のタイミングでオフ（ＯＦＦ）からオンに切り替わる。第１リッチスパイクは、時刻ｔ２における第１リッチスパイク量に応じた期間実施される。←ここ
図２の時刻ｔ３は、第１リッチスパイク要求フラグがオンからオフに切り替わるタイミングである。つまり、第１リッチスパイクは、図２の時刻ｔ２～時刻３の間実施される。図２中の時刻ｔ３は、図２中の時刻ｔ２のタイミングにおける第１リッチスパイク量に応じて設定される。←ここ
図３は、燃料カット後に第２リッチスパイクが実施する場合を示すタイミングチャートである。

【0041】

図３の時刻ｔ１は、燃料カット条件が成立し、燃料カットが開始されるタイミングである。

【0042】

図３の時刻ｔ２は、燃料カットリカバー条件が成立し、燃料カットが終了するタイミングである。第１リッチスパイク要求フラグは、図３の時刻ｔ２のタイミングでオフ（ＯＦＦ）からオンに切り替わる。

【0043】

図３の時刻ｔ３は、第１リッチスパイク要求フラグがオンからオフに切り替わるタイミングである。第２リッチスパイクを実施する際にオン（ＯＮ ）となる第２リッチスパイク要求フラグは、図３の時刻ｔ３のタイミングでオフ（ＯＦＦ）からオンに切り替わる。図３の例では、時刻ｔ２のタイミングで触媒供給熱量が所定値Ｑ以上となっているので、第２リッチスパイク要求フラグが時刻ｔ３のタイミングでオンとなっている。

【0044】

第２リッチスパイクは、第１リッチスパイクと連続して実施することにより、排気性能の悪化（ＮＯｘの発生）を抑制することができる。第１リッチスパイクと第２リッチスパイクとを連続して実施しない場合には、その間に排気性能が悪化（ＮＯｘの発生）する虞がある。

【0045】

図３中の時刻ｔ４は、図３中の時刻ｔ３から予め設定された所定時間経過したタイミングである。図３中の時刻ｔ４は、第２リッチスパイク要求フラグがオンからオフに切り替わるタイミングである。第２リッチスパイクは、図３の時刻ｔ３～時刻４の間実施される。

【0046】

図４は、燃料カット後に第２リッチスパイクが実施しなかった場合を示すタイミングチャートである。

【0047】

図４の時刻ｔ１は、燃料カット条件が成立し、燃料カットが開始されるタイミングである。

【0048】

図４の時刻ｔ２は、燃料カットリカバー条件が成立し、燃料カットが終了するタイミングである。第１リッチスパイク要求フラグは、図４の時刻ｔ２のタイミングでオフ（ＯＦＦ）からオンに切り替わる。

【0049】

図４の時刻ｔ３は、第１リッチスパイク要求フラグがオンからオフに切り替わるタイミングである。図４の例では、時刻ｔ２のタイミングで触媒供給熱量が所定値Ｑ未満なので、第２リッチスパイク要求フラグは、時刻ｔ３のタイミングでオンになることはなく、第２リッチスパイクは実施されない。

【0050】

図５は、上述した実施例の車両に搭載された内燃機関１の制御の流れを示すフローチャートである。

【0051】

ステップＳ１では、燃料カット条件が成立したか否かを判定する。ステップＳ１において燃料カット条件が成立したと判定された場合には、ステップＳ２へ進み燃料カットを実施（開始）する。ステップＳ１において燃料カット条件が成立したと判定されなかった場合には、今回のルーチンを終了する。

【0052】

ステップＳ３では、燃料カットリカバー条件が成立したか否かを判定する。ステップＳ３において燃料カットリカバー条件が成立したと判定された場合には、ステップＳ４へ進み燃料カットを終了する。ステップＳ３において燃料カットリカバー条件が成立していないと判定された場合には、ステップＳ２へ進み燃料カットを継続する。

【0053】

ステップＳ５では、触媒供給熱量が所定値Ｑ以上であるか否かを判定する。ステップＳ５において触媒供給熱量が所定値Ｑ以上であると判定された場合は、ステップＳ６へ進み、その後ステップＳ７へ進む。ステップＳ５において触媒供給熱量が所定値Ｑ未満であると判定された場合は、ステップＳ８へ進む。

【0054】

ステップＳ６では、第１リッチスパイクを実施する。ステップＳ７では、第２リッチスパイクを実施する。ステップＳ８では、第１リッチスパイクを実施する。

【0055】

図６は、上述した実施例の車両に搭載された内燃機関１の制御の流れを示すブロック図である。

【0056】

ステップＳ１１では、マニホールド触媒１４の触媒温度を推定する。ステップＳ１２では、触媒供給熱量を算出する。ステップＳ１３では、マニホールド触媒１４の触媒温度、酸素センサ１７からの検出信号、エアフローメータ１１の検出信号である吸入吸気量、燃料カット情報等を用いて所定のタイミングで第１リッチスパイク量を算出し、第１リッチスパイクを実施する。

【0057】

ステップＳ１４では、ステップＳ１３で算出された第１リッチスパイク量、もしくは後述するステップＳ１６で算出された第２リッチスパイク量に基づいて目標空燃比を算出する。ステップＳ１５では、内燃機関１の空燃比がステップＳ１４で算出された目標空燃比となるような燃料噴射弁７からの燃料噴射量を算出する。ステップＳ１６では、触媒供給熱量と、ステップＳ１３からの第１リッチスパイク要求フラグのオン／オフ情報を用いて所定のタイミングで第２リッチスパイク量を算出する。

【0058】

以上説明してきたように、車両は、燃料カットの実施後に、マニホールド触媒１４及び床下触媒１５に対してそれぞれ適切なリッチスパイク（マニホールド触媒１４に対しては第１リッチスパイク、床下触媒１５に対しては第２リッチスパイク）を実施することが可能となる。そのため、車両は、燃料カットの実施後に、マニホールド触媒１４及び床下触媒１５の酸素ストレージ量をそれぞれ適切に低減することができ、内燃機関１の排気性能の悪化を抑制することができる。

【0059】

以上、本発明の具体的な実施例を説明してきたが、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0060】

例えば、第２リッチスパイクは、第１リッチスパイクを終了したタイミングで触媒供給熱量が所定値Ｑ以上の場合に実施するようにしてもよい。すなわち、第２リッチスパイクは、第１リッチスパイクを終了したタイミングで触媒供給熱量が所定値Ｑ未満の場合に実施しないようにしてもよい。

【0061】

上述した実施例は、車両の制御方法及び車両の制御装置に関するものである。

【符号の説明】

【0062】

１…内燃機関
２…燃焼室
３…吸気弁
４…吸気ポート
５…排気弁
６…排気ポート
７…燃料噴射弁
８…点火プラグ
９…吸気通路
１０…エアクリーナ
１１…エアフローメータ
１２…スロットル弁
１３…排気通路
１４…マニホールド触媒
１５…床下触媒
１６…空燃比センサ
１７…酸素センサ
１８…クランク角センサ
１９…アクセル開度センサ
２１…コントロールユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】