(57)【要約】【課題】排ガス浄化触媒の浄化機能を可及的に長期に亘って維持することにより、排ガスを悪化させることなく浄化機能の回復の機会を確保する。【解決手段】排ガスの浄化能力を運転中に回復することのできる触媒が内燃機関の排気系統に配置された排ガス浄化触媒を有する車両の制御装置であって、浄化能力の回復操作を実行できないことを判断する回復条件判断手段（ステップＳ３）と、浄化能力の回復操作を実行できない場合に触媒の浄化能力の余裕量が所定値以下になったことを判断する浄化余裕判断手段（ステップＳ５）と、触媒の浄化能力の余裕量が所定値以下になる以前は燃費を優先した内燃機関の運転制御をおこない、かつ触媒の浄化能力の余裕量が所定値以下なった後は大気汚染物質の発生量を抑制する内燃機関の運転制御をおこなう運転モード変更手段（ステップＳ６）とを備えている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスの浄化能力を運転中に回復することのできる触媒が内燃機関の排気系統に配置された排ガス浄化触媒を有する車両の制御装置において、
前記浄化能力の回復操作を実行できないことを判断する回復条件判断手段と、
前記浄化能力の回復操作を実行できない場合に前記触媒の浄化能力の余裕量が所定値以下になったことを判断する浄化余裕判断手段と、
前記触媒の浄化能力の余裕量が所定値以下になる以前は燃費を優先した前記内燃機関の運転制御をおこない、かつ前記触媒の浄化能力の余裕量が所定値以下なった後は大気汚染物質の発生量を抑制する前記内燃機関の運転制御をおこなう運転モード変更手段と
を備えていることを特徴とする排ガス浄化触媒を有する車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関から発生する排ガスを浄化する触媒を備えた車両の制御装置に関し、特にその排ガス浄化触媒の浄化機能を運転中に回復させることのできる車両の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の排ガス浄化触媒として、吸蔵還元型の触媒が従来、知られている。これは、空燃比をリーン側に設定して運転するなどのことにより酸化雰囲気にある場合には、燃料の燃焼で生じたＮＯｘ　を硝酸態窒素の形で吸蔵し、これに対して空燃比をリッチ側に設定するなどのことにより還元雰囲気とすることにより、硝酸態窒素を還元して窒素分を放出する機能を有する触媒である。このような吸蔵還元型触媒を用いることにより、リーン空燃比での運転期間を長くすることができ、燃費を向上させることができる。
【０００３】
また、特開２０００−１１０６０１号公報には、排ガス再循環量を増大するなどのことによって不活性ガスの吸入量を増大することにより燃焼温度を下げ、煤やＮＯｘ　の発生量を抑制する運転方法が記載されている。この低温燃焼は、低中負荷でかつ高回転状態で実行され、燃焼温度が低いために、空燃比をリッチ側に設定しても煤やＮＯｘ　の排出を低減できる。したがって上記の吸蔵還元型触媒のＮＯｘ　吸蔵量を低下させるために、空燃比を一時的にリッチにするいわゆるリッチスパイクを低温燃焼時に実施すれば、リッチスパイクに伴う煤やＮＯｘ　の排出を抑制することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように吸蔵還元型の触媒を使用すれば、排ガスに含まれるＮＯｘ　を還元して窒素として放出できるので、ＮＯｘ　の発生量が相対的に多いリーン燃焼をおこなうことができ、車両の燃費を向上させることができる。すなわち、通常の運転時には、燃費を優先した内燃機関の制御をおこなうことができる。しかしながら、ＮＯｘ　の吸蔵量には限度があるから、吸蔵したＮＯｘ　を所定期間毎に還元して放出する必要がある。そのための上記のリッチスパイクは、ＮＯｘ　の吸蔵量が予め定めた所定値に達した時点で実行することとしている。その所定値は、路面状況などの要因で高負荷運転が継続された場合であっても、ＮＯｘ　吸蔵量が直ちに限度に達しないように、ＮＯｘ　吸蔵量にある程度の余裕を残して設定されている。
【０００５】
しかしながら、上記所定値を小さい値に設定した場合には、ＮＯｘ　吸蔵量が限界に達しにくくなる反面、吸蔵量の回復のためのリッチスパイクを頻繁に繰り返すことになり、また触媒の使用効率が低くなってしまう。これとは反対に、上記の所定値を大きい値に設定した場合には、ＮＯｘ　吸蔵量の余裕が少なくなるので、高負荷運転が継続された場合にＮＯｘ　吸蔵量が限界に達しやすく、また低温燃焼をおこなうことができないので、吸蔵できないＮＯｘ　が車両から放出されてしまう可能性が高くなる。
【０００６】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、リッチスパイクなどの触媒機能の回復操作や低温燃焼をおこなえない場合が継続していてもＮＯｘ　などの大気の汚染要因の放出量を低減もしくは抑制することのできる制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、この発明は、排ガスの浄化能力を運転中に回復することのできる触媒が内燃機関の排気系統に配置された排ガス浄化触媒を有する車両の制御装置において、前記浄化能力の回復操作を実行できないことを判断する回復条件判断手段と、前記浄化能力の回復操作を実行できない場合に前記触媒の浄化能力の余裕量が所定値以下になったことを判断する浄化余裕判断手段と、前記触媒の浄化能力の余裕量が所定値以下になる以前は燃費を優先した前記内燃機関の運転制御をおこない、かつ前記触媒の浄化能力の余裕量が所定値以下なった後は大気汚染物質の発生量を抑制する前記内燃機関の運転制御をおこなう運転モード変更手段とを備えていることを特徴とする制御装置である。
【０００８】
したがってこの発明の制御装置では、内燃機関で発生した排ガスが前記触媒を通過することにより浄化される。すなわち、排ガス中の大気汚染物質が除去される。その結果、触媒の浄化能力が次第に低下し、その余裕が低減するので、浄化能力の回復操作が実行されるが、その回復操作を実行できない場合、触媒の浄化能力の余裕量が所定値以下になったか否かが判断される。触媒の浄化能力の余裕がその所定値以下にならない状態では、燃費を低減することを優先する態様で内燃機関が制御され、また触媒の浄化能力の余裕が所定値以下になった場合には、大気汚染物質の発生量が可及的に少なくなるように内燃機関の運転が制御される。その結果、触媒が浄化能力を失うまでの時間を長くして、前記回復操作を実行できる機会を増大させ、排ガスの悪化が未然に防止される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。先ず、この発明で対象とする車両について説明すると、図３において、内燃機関１の出力側に変速機２が連結されている。その内燃機関１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼して動力を出力する動力装置であって、その排気系統に、吸蔵還元型触媒などの排ガス浄化触媒３を備えている。また、この内燃機関１は、吸入空気量や排ガス再循環量（ＥＧＲ量）、燃料供給量（燃料噴射量）などを電気的に制御できるように構成されており、その結果、燃費を優先した運転モードや大気汚染物質の発生を優先的に抑制する運転モードを選択できるようになっている。
【００１０】
一方、変速機２は、入力回転数と出力回転数との比率を変更することにより、駆動トルクを増減する機構であって、無段変速機や有段変速機を採用することができる。なお、変速機２は、その入力側に連結されている内燃機関１の回転数を変更するように機能するので、内燃機関１を適宜に制御する点では、無段変速機（ＣＶＴ）が好ましい。
【００１１】
そして、その変速機２の出力側にデファレンシャルギヤ４が連結され、このデファレンシャルギヤ４から左右の駆動輪５にトルクを伝達するようになっている。
【００１２】
さらに、内燃機関１における吸入空気量やＥＧＲ量もしくは燃料噴射量などを制御するための電子制御装置（Ｅ−ＥＣＵ）６が設けられている。また、変速機２の変速比を制御するための電子制御装置（Ｔ−ＥＣＵ）７が設けられている。これらの電子制御装置６，７は、それぞれマイクロコンピュータを主体として構成されたものであって、予め記憶させられているプログラムおよびデータならびに入力されるデータに基づいて演算をおこなって必要な制御指令信号を出力するように構成されている。そして、内燃機関１を制御する電子制御装置６には、前記触媒でのＮＯｘ　吸蔵量を示すデータを含む各種のデータが入力されている。さらに、各電子制御装置６，７は相互にデータ通信可能に接続されている。
【００１３】
上記の車両を対象としたこの発明の制御装置は、触媒３でのＮＯｘ　の吸蔵量が所定量に達した場合に、吸蔵したＮＯｘ　を還元して放出する操作を実行する。すなわちＮＯｘ　の吸蔵量が増大すると、触媒３での浄化能力の余裕が少なくなるので、燃費を一時的にリッチ側に切り換えて触媒３の雰囲気を還元雰囲気とする。したがってこのような操作がこの発明の浄化能力の回復操作に相当する。しかしながら、高負荷運転が要求されているなどの車両の走行状態によっては浄化能力の回復操作を実行できない場合があるので、そのような場合、この発明の制御装置は、以下に述べるように制御をおこなう。
【００１４】
図１はその制御例を示しており、先ず、前記の触媒３が吸蔵しているＮＯｘ　の量ΣＮＯｘ　が所定のしきい値Ａ未満か否かが判断される（ステップＳ１）。このしきい値Ａは、リッチスパイクなどの回復操作を実行するべきＮＯｘ　吸蔵量を規定したものであり、触媒３による排ガス浄化能力の余裕がある程度減少したことを示す数値である。また、触媒３が吸蔵しているＮＯｘ　の量ΣＮＯｘ　は、触媒３に付設したセンサーからの信号によって求めることができ、また空燃比および燃料の噴射時間などから算出することもできる。
【００１５】
このステップＳ１で肯定的に判断されれば、触媒が吸蔵しているＮＯｘ　の量が未だ少ないことになるので、内燃機関１の制御モードとして通常の制御モードが設定される（ステップＳ２）。この通常の制御モードとは、燃費が可及的に良好になる燃費優先の制御モードである。すなわち、変速機２として無段変速機を搭載している車両では、アクセル開度と車速とから要求駆動力を求めるとともに、その要求駆動力と車速とに基づいて要求出力を算出し、その出力を得るための吸入空気量もしくは燃料噴射量を求めて内燃機関１を制御する一方、要求出力を最小燃費で得るための回転数を求め、その回転数となるように無段変速機を制御する。
【００１６】
このように内燃機関１を制御するための運転制御線の一例を図２に示してある。図２において、細い破線が等燃費率線を示しており、燃費を優先した通常の制御線は、各等燃費率線における出力（＝トルク×回転数）が最も大きくなる点を結んだ線（図２の実線）で表される。
【００１７】
一方、吸蔵したＮＯｘ　の量ΣＮＯｘ　がしきい値Ａ以上になったことによりステップＳ１で否定的に判断された場合には、浄化能力の回復操作に相当するリッチスパイクが実行可能か否かが判断される（ステップＳ３）。例えば低車速状態でアクセルペダルが大きく踏み込まれているなどの高負荷状態では空燃比がストイキ状態あるいはリッチ側に設定されているので、リッチスパイクを実行することができず、このような場合には、ステップＳ３で否定的に判断される。またこれとは反対に、中低負荷状態であれば、ステップＳ３で肯定的に判断される。
【００１８】
このステップＳ３で肯定的に判断された場合には、触媒３が吸蔵しているＮＯｘ　の量ΣＮＯｘ　が既に前記しきい値Ａ以上になっているので、リッチスパイクが実行される（ステップＳ４）。その後、ステップＳ２に進んで、通常の制御モードで内燃機関１の制御が実行される。
【００１９】
これとは反対にステップＳ３で否定的に判断された場合には、リッチスパイクを実行できないので、そのまま運転を継続する。そして、触媒３が吸蔵したＮＯｘ　の量ΣＮＯｘ　が上記のしきい値Ａより大きい第２のしきい値（Ａ＋ΔＡ）未満か否かが判断される（ステップＳ５）。
【００２０】
このステップＳ５で肯定的に判断された場合には、従前の制御を継続するために、ステップＳ２に進んで、通常の制御モードで内燃機関１の制御が実行される。これに対して触媒３が吸蔵したＮＯｘ　の量ΣＮＯｘ　が第２のしきい値（Ａ＋ΔＡ）以上になってステップＳ５で否定的に判断された場合には、内燃機関１の運転制御モードとして、ＮＯｘ　の発生量の削減を優先するモードが選択される（ステップＳ６）。これは、吸入空気量もしくは燃料噴射量を少なくし、かつエンジン回転数を高くするモードであり、その制御線を図２に太い破線で示してある。
【００２１】
このような運転モードは、内燃機関１用の電子制御装置６によって内燃機関１のスロットル開度や燃料噴射量を制御し、かつ変速機２用の電子制御装置７によって変速比を制御することによって達成される。このように内燃機関１を制御することにより、燃料の燃焼量が少なくなって燃焼温度が低くなるので、燃費が低下するものの、ＮＯｘ　の発生量が少なくなる。したがって、触媒３が吸蔵しているＮＯｘ　の量ΣＮＯｘ　が既に大きくなっていて、浄化機能の余裕が少なくなっているとしても、追加されるＮＯｘ　吸蔵量が抑制されるために、排ガス中のＮＯｘ　の吸蔵が継続され、車両からのＮＯｘ　の排出量が直ちに増大することはない。
【００２２】
そして、このように内燃機関１を制御してＮＯｘ　の発生量を抑制している間に、高負荷運転から中低負荷運転に切り替われば、直ちにリッチスパイクが可能になるので、触媒３の浄化機能を回復させることができ、その結果、車両からのＮＯｘ　排出量が所期通りに少なくなる。言い換えれば、この発明に係る上記の制御装置によれば、触媒３の浄化能力の余裕が少なくなった場合、その浄化能力の回復操作を実行できなければ、内燃機関１の運転制御モードを変更して大気汚染物質の発生量を抑制するので、排気を悪化させることなく触媒３の浄化能力を回復させる機会を確保することができ、その結果、排ガスの悪化を有効に防止することができる。
【００２３】
ここで上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、図１に示すステップＳ３の機能的手段が、この発明の回復条件判断手段に相当し、ステップＳ５の機能的手段が、この発明の浄化余裕判断手段に相当し、ステップＳ６の機能的手段が、この発明の運転モード変更手段に相当する。
【００２４】
なお、この発明は上記の具体例に限定されないのであって、車両の動力源は単一の内燃機関に限らず、モータなどの他の動力源を併用したいわゆるハイブリッド車であってもよい。また、変速機は、上述した無段変速機以外に、有段式の自動変速機であってもよく、その場合、変速比を段階的に変化させることになるが、上述したＮＯｘ　発生量の削減を優先する運転モードは、できるだけ低速段側の変速比を多用するように変速点を設定することにより実行できる。さらに、上記の具体例では、内燃機関の運転制御線として二本の線を用意し、これらの制御線のいずれかに即して内燃機関を制御し、あるいは運転モードをこれら二種類のモードに変更するように構成したが、この発明では、さらに多種類の制御線を設定し、多種類の運転モードに切り替えられるように構成してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、触媒の浄化能力の回復操作を実行できない場合、触媒の浄化能力の余裕量が所定値以下にならない状態では、燃費を低減することを優先する態様で内燃機関を制御し、また触媒の浄化能力の余裕が所定値以下になった場合には、大気汚染物質の発生量が可及的に少なくなるように内燃機関を制御するので、触媒が浄化能力を失うまでの時間を長くして、前記回復操作を実行できる機会を増大させ、排ガスの悪化を未然に防止することができ、また併せて燃費の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の制御装置による制御例を説明するためのフローチャートである。
【図２】その制御で選択される制御線の例を示す模式図である。
【図３】この発明で対象とする車両の駆動系統の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、　２…変速機、　３…触媒、　６，７…電子制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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