(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行中の環境状態に基づいて求められたオゾン生成パターンを利用して、排出されるべき排気成分の排出比率を決定する排出比率決定手段と、
決定された前記排出比率の排気ガスが排出されるように、内燃機関に対する制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記排出比率決定手段は、前記車両のエミッションが少なくとも所定値よりも小さくなるように、前記排気成分の排出比率を決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。
【請求項３】
前記オゾン生成パターンは、オゾン生成に対する前記排気成分の寄与度を示していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記排気成分の排出比率は、ＨＣとＮＯｘとの排出比率であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エミッションが低減されるように制御を行う内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、オゾン（Ｏ３）を生成しやすい排気成分の排出が低減されるように制御を行う技術が知られている。例えば、特許文献１には、環境制限に基づいてオゾン生成が抑制されるべきエリアでは、排ガス特性が厳しいＮＯｘ吸蔵触媒の浄化処理を実施しないようにナビ情報に基づいて浄化処理のスケジューリングを行う技術が記載されている。特許文献２には、大気中でのオゾン生成に影響が大きいＨＣ成分の始動時排出量を低減するために、始動時に燃料から抽出された軽質成分を供給する技術が記載されている。更に、特許文献３には、大気中でのオゾン生成に影響が大きいＨＣ成分の始動時排出量を低減するために、キャニスタ温度に応じて点火時期やＥＧＲ量を調整する技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５１１６０１号公報
【特許文献２】特開平７−１８９８３４号公報
【特許文献３】特開平９−２４２６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、オゾンは、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）、ＰＭ（Particulate Matter）等が大気中で反応して生成することが知られている。そのため、オゾン生成量は、車両の走行中の大気条件（温度や風速など）や地形等に大きく影響を受ける。しかしながら、上記した特許文献１乃至３に記載された技術では、車両の走行中の大気条件や地形等を考慮して制御を行ってはいない。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車両の走行中の環境状態を考慮に入れて、オゾンの生成を適切に抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、内燃機関の制御装置は、車両の走行中の環境状態に基づいて求められたオゾン生成パターンを利用して、排出されるべき排気成分の排出比率を決定する排出比率決定手段と、決定された前記排出比率の排気ガスが排出されるように、内燃機関に対する制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記の内燃機関の制御装置は、エミッションが低減されるように制御を行う装置である。排出比率決定手段は、車両の走行中の環境状態に基づいて求められたオゾン生成パターンを利用して、排気ガスにおける排気成分の排出比率を決定する。具体的には、排出比率決定手段は、オゾン生成パターンを参照することによって、オゾン生成量が低減されるような排気成分の排出比率を決定する。こうするのは、オゾン生成量を示すオゾン生成パターンは、環境状態（大気条件（温度や風速など）や地形等）によって変化するからである。また、制御手段は、決定された排出比率の排気ガスが排出されるように内燃機関に対して制御を行う。これにより、内燃機関の制御装置は、車両の外部の環境状態によらずに、オゾンの生成を適切に抑制することが可能となる。
【０００８】
上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記排出比率決定手段は、前記車両のエミッションが少なくとも所定値よりも小さくなるように、前記排気成分の排出比率を決定する。
【０００９】
この態様では、排出比率決定手段は、車両のエミッションが少なくとも所定値（予め定められている規制値など）よりも小さくなるように、排気成分の排出比率を決定する。即ち、排出比率決定手段は、オゾン生成パターン及びエミッションに基づいて排出比率を決定する。これにより、上記の内燃機関の制御装置は、エミッションの悪化を抑制しつつ、車両の走行中の環境状態によらずに適切にオゾンの生成を抑制することが可能となる。
【００１０】
上記の内燃機関の制御装置において好適には、前記オゾン生成パターンは、オゾン生成に対する前記排気成分の寄与度を示している。この場合、オゾン生成パターンは、オゾンの生成に影響を与える排気成分の排出量によって表される。即ち、オゾン生成パターンは、排気成分の排出量の関係と、オゾン生成量とによって表される。
【００１１】
好適な実施形態では、前記排気成分の排出比率は、ＨＣとＮＯｘとの排出比率である。ＨＣ及びＮＯｘは大気中でのオゾン生成に影響が大きいため、上記の内燃機関の制御装置は、ＨＣとＮＯｘとの排出比率を決定することによって内燃機関の制御を行う。この場合、オゾン生成パターンは、ＨＣ排出量とＮＯｘ排出量によって表される。即ち、オゾン生成パターンは、ＨＣとＮＯｘの寄与度を示すものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１３】
［車両の構成］
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の概略構成を示す図である。なお、図１では、実線の矢印がガスの流れを示し、破線の矢印が信号の入出力を示している。
【００１４】
車両１００は、主に、内燃機関１と、触媒２と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）３と、吸気通路４と、排気通路５と、燃料噴射弁６と、Ａ／Ｆセンサ７と、環境状態取得部８と、を備えている。
【００１５】
内燃機関１は、吸気通路４から吸気が供給され、吸気と燃料の混合気を燃焼室内で爆発させて動力を発生する。内燃機関１は、ガソリンエンジンなどによって構成される。また、内燃機関１は、燃焼によって生成された排気ガスを排気通路５へ排出する。
【００１６】
触媒２は、排気通路５上に設けられており、内燃機関１から排出される排気ガスを浄化する。例えば、触媒２は、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）などを浄化する三元触媒などを用いることができる。
【００１７】
燃料噴射弁６は、内燃機関１に供給する燃料の量（燃料噴射量）を調整することが可能な装置である。燃料噴射弁６は、ＥＣＵ３から供給される制御信号Ｓ６によって制御される。Ａ／Ｆセンサ７は、触媒２の上流側の排気通路５上に設けられている。Ａ／Ｆセンサ７は、排気ガスのＡ／Ｆ（空燃比）を検出し、検出したＡ／Ｆに対応するする検出信号Ｓ７をＥＣＵ３に出力する。
【００１８】
環境状態取得部８は、車両１００の走行中の大気条件（温度や風速など）や地形など（以下では、これらをまとめて「環境状態」と呼ぶ。）を取得する装置である。環境状態取得部８は、温度センサ（不図示）から温度を取得したり、ＧＰＳ（Global Positioning System）機能を有するナビゲーションシステムから車両１００の位置情報などを取得したりする。環境状態取得部８は、取得した環境状態に対応する信号Ｓ８をＥＣＵ３に供給する。
【００１９】
ＥＣＵ３は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。本実施形態では、ＥＣＵ３は、オゾンの生成を抑制しつつ、排気ガスのエミッションを低減するために、内燃機関１に対する制御を行う。この場合、ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆセンサ７から供給される検出信号Ｓ７、及び環境状態取得部８から供給される環境状態に対応する信号Ｓ８に基づいて制御を行う。具体的には、燃料噴射弁６に対して制御信号Ｓ６を供給することにより燃料噴射量を調整することによって、Ａ／Ｆを目標Ａ／Ｆに設定するためのフィードバック制御を行う。
【００２０】
［オゾン生成抑制制御］
ここで、オゾンの生成を抑制するために行われる制御（以下では、この制御を「オゾン生成抑制制御」と呼ぶ。）について、図２及び図３を用いて説明する。
【００２１】
本実施形態では、エミッションの悪化を抑制しつつ、車両１００の走行中の環境状態によらずに適切にオゾンの生成を抑制するために、オゾン生成抑制制御を行う。このオゾン生成抑制制御は、前述したＥＣＵ３によって実行される。詳しくは、ＥＣＵ３は、車両１００の走行中の環境状態に基づいて算出したオゾン生成パターンを利用して、オゾン生成量が低減されるような排気成分の排出比率（排気ガス組成）を決定する。そして、ＥＣＵ３は、決定された排気成分の排出比率が得られるように内燃機関１に対する制御を行う。このように、ＥＣＵ３は、本発明に係る内燃機関の制御装置として機能すると共に、排出比率決定手段、及び制御手段として動作する。
【００２２】
より詳しくは、ＥＣＵ３は、環境状態取得部８から供給される環境状態に基づいて、大気計算モデルなどを用いることによってオゾン生成パターンを算出する。このオゾン生成パターンは、ＨＣ排出量及びＮＯｘ排出量によって表され、オゾン生成に対するＨＣ及びＮＯｘの寄与度を示している。ＨＣ及びＮＯｘはオゾンの生成に大きく影響を与えるため、本実施形態では、ＨＣ及びＮＯｘを用いてオゾン生成パターンを表現している。そして、ＥＣＵ３は、算出されたオゾン生成パターンに基づいて、オゾン生成量が低減されるようなＨＣとＮＯｘとの排出比率（ＨＣ排出量とＮＯｘ排出量との比率）を決定する。このようなオゾン生成パターンに基づいて排出比率を決定することにより、オゾンの生成を抑制することが可能となる。
【００２３】
更に、ＥＣＵ３は、車両１００のエミッションが少なくとも所定値（規制値）よりも小さくなるように、排気成分の排出比率を決定する。具体的には、ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆを変化させたときにおいてＨＣ排出量及びＮＯｘ排出量が両方とも規制値よりも十分に小さくなる場合の、ＨＣ排出量とＮＯｘ排出量との関係（以下、単に「エミッション最適関係」と呼ぶ。）に基づいて、ＨＣとＮＯｘとの排出比率を決定する。即ち、ＥＣＵ３は、前述したオゾン生成パターンとエミッション最適関係の両方に基づいて、ＨＣとＮＯｘとの排出比率を決定する。そして、ＥＣＵ３は、上記のように決定されたＨＣとＮＯｘとの排出比率が得られるＡ／Ｆを求め、このＡ／Ｆを目標Ａ／Ｆに設定して燃料噴射量などをフィードバック制御する。エミッション最適関係に基づいて決定された排出比率を用いてフィードバック制御を行うことにより、エミッションの悪化を抑制しつつ、オゾンの生成を抑制することが可能となる。
【００２４】
ここで、ＨＣ及びＮＯｘにおけるエミッション最適関係について詳細に説明する。本実施形態では、ＥＣＵ３は、エミッション最適関係を満たすＨＣとＮＯｘとの排出比率の中から、最終的に設定すべきＨＣとＮＯｘとの排出比率を決定する。具体的には、エミッション最適関係は、Ａ／Ｆを変化させた際のＨＣ排出量及びＮＯｘ排出量の関係から得られる。より詳しくは、エミッション最適関係は、Ａ／Ｆを変化させたときにおいてＨＣ排出量及びＮＯｘ排出量が規制値よりも十分小さい場合の、ＨＣ排出量とＮＯｘ排出量との関係を示している。なお、エミッション最適関係は、予め実験などによって求められ、ＥＣＵ３内のＲＯＭなどに記憶されている。
【００２５】
図２は、エミッション最適関係を具体的に説明するための図である。図２は、横軸にＡ／Ｆを示し、縦軸にＨＣ又はＮＯｘの排出量を示している。具体的には、実線で示す曲線５１はＨＣ排出量を示し、破線で示す曲線５２はＮＯｘ排出量を示している。更に、直線５３は、ＨＣ排出量及びＮＯｘ排出量の規制値を示している（以下、この直線５３を「規制ライン５３」と呼ぶ）。曲線５１及び曲線５２より、ＨＣ排出量が多いときにはＮＯｘ排出量が少なくなり、ＨＣ排出量が少ないときにはＮＯｘ排出量が多くなることがわかる。即ち、Ａ／Ｆを変化させた場合、ＨＣ排出量とＮＯｘ排出量はトレードオフの関係になっている。
【００２６】
また、Ａ／Ｆが領域５４（以下、この領域５４を「Ａ／Ｆ最適領域５４」と呼ぶ。）内にあるときに、ＨＣ排出量とＮＯｘ排出量の両方が規制ライン５３よりも十分に小さくなっていることがわかる。本実施形態では、このようなＡ／Ｆ最適領域５４におけるＨＣ排出量とＮＯｘ排出量との関係を、エミッション最適関係として用いる。
【００２７】
次に、上記したエミッション最適関係とオゾン生成パターンとを用いて、ＨＣとＮＯｘとの排出比率を決定する方法について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ３は、エミッション最適関係を満たすＨＣとＮＯｘとの排出比率の中から、オゾン生成パターンを参照することによって、オゾン生成量が最も少ない排出比率を最終的に設定すべき排出比率として決定する。
【００２８】
図３は、ＨＣとＮＯｘとの排出比率を決定する方法を具体的に説明するための図である。
【００２９】
図３は、横軸にＨＣ排出量を示し、縦軸にＮＯｘ排出量を示している。破線で示す曲線ｘ１〜ｘ３は、環境状態Ｘであるときのオゾン生成パターンを示している。また、実線で示す曲線ｙ１〜曲線ｙ３は、環境状態Ｙであるときのオゾン生成パターンを示している。これらのオゾン生成パターンは、環境状態取得部８が取得した環境状態を大気計算モデルなどに代入することによって算出される。算出されたオゾン生成パターンは、ＨＣ排出量及びＮＯｘ排出量に基づいて表されており、ＨＣ排出量及びＮＯｘ排出量に対応するオゾン生成量を示している。また、曲線ｘ１〜ｘ３及び曲線ｙ１〜ｙ３においては、同一の曲線上でＨＣ排出量とＮＯｘ排出量を変化させた場合には、同一のオゾン生成量となる。このように、曲線ｘ１〜ｘ３及び曲線ｙ１〜ｙ３に示すように、オゾン生成パターンは環境状態に応じて様々に変化することがわかる。
【００３０】
一方、太線で示す曲線Ｃは、ＨＣ排出量とＮＯｘ排出量のエミッション最適関係を示している。このエミッション最適関係は、エミッションが規制値よりも十分小さいときの、ＨＣ排出量とＮＯｘ排出量との関係を示している。言い換えると、Ａ／Ｆ最適領域５４におけるＨＣ排出量とＮＯｘ排出量との関係を示している（図２参照）。
【００３１】
ＥＣＵ３は、環境状態Ｘであるときには、曲線ｘ１〜曲線ｘ３のいずれかと、エミッション最適関係を示す曲線Ｃとを用いて排出比率を決定する。環境状態Ｘにおいては、曲線ｘ１で示すオゾン生成量、曲線ｘ２で示すオゾン生成量、曲線ｘ３で示すオゾン生成量の順に、オゾン生成量が多くなる。この場合、エミッション最適関係を満たすＨＣとＮＯｘとの排出比率においては、曲線ｘ１〜ｘ３のうち曲線ｘ１が、オゾン生成量が最も少ない。したがって、ＥＣＵ３は、環境状態Ｘにおいては、曲線ｘ１と曲線Ｃとを用いて排出比率を決定する。具体的には、ＥＣＵ３は、曲線ｘ１と曲線Ｃの交点Ａに対応する排出比率を求める。
【００３２】
一方、ＥＣＵ３は、環境状態Ｙであるときには、曲線ｙ１〜曲線ｙ３のいずれかと、エミッション最適関係を示す曲線Ｃとを用いて排出比率を決定する。環境状態Ｙにおいては、曲線ｙ１で示すオゾン生成量、曲線ｙ２で示すオゾン生成量、曲線ｙ３で示すオゾン生成量の順に、オゾン生成量が多くなる。この場合、エミッション最適関係を満たすＨＣとＮＯｘとの排出比率においては、曲線ｙ１〜ｙ３のうち曲線ｙ２が、オゾン生成量が最も少ない。したがって、ＥＣＵ３は、曲線ｙ２と曲線Ｃを用いて排出比率を決定する。具体的には、ＥＣＵ３は、曲線ｙ２と曲線Ｃの交点Ｂに対応する排出比率を求める。
【００３３】
なお、上記のようにしてＨＣとＮＯｘとの排出比率が決定された場合、ＥＣＵ３は、決定された排出比率が得られるＡ／Ｆを、Ａ／Ｆ最適領域５４（図２参照）におけるＨＣとＮＯｘとの排出比率の関係を参照して求める。即ち、ＥＣＵ３は、決定された排出比率が得られるＡ／Ｆを逆算する。そして、ＥＣＵ３は、このようにして求められたＡ／Ｆを目標Ａ／Ｆに設定してフィードバック制御を実行する。この場合、ＥＣＵ３は、求められた目標Ａ／Ｆに対応するフィードバック定数を決定し、これを用いてＡ／Ｆのフィードバック制御を実行する。
【００３４】
このように、本実施形態に係るオゾン生成抑制制御によれば、エミッションの悪化を抑制しつつ、車両１００の走行中の環境状態によらずに適切にオゾンの生成を抑制することが可能となる。
【００３５】
［オゾン生成抑制処理］
次に、オゾン生成抑制制御において具体的に行われる処理（オゾン生成抑制処理）について、図４を用いて説明する。
【００３６】
図４は、本実施形態に係るオゾン生成抑制処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ３によって繰り返し実行される。
【００３７】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ３は、環境状態取得部８から供給される環境状態に基づいてオゾン生成パターンを算出する。具体的には、ＥＣＵ３は、ＲＯＭなどに記憶された大気計算モデルを読み出し、取得された環境状態を大気計算モデルに代入することによってオゾン生成パターンを算出する。このように算出されるオゾン生成パターンは、ＨＣ排出量及びＮＯｘ排出量によって表現され、オゾン生成に対するＨＣとＮＯｘの寄与度を示す。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０２に進む。
【００３８】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ３は、ステップＳ１０１で算出されたオゾン生成パターンと、エミッション最適関係に基づいて、ＨＣとＮＯｘとの排出比率を算出する。エミッション最適関係は、エミッションが規制値よりも十分小さくなるときのＨＣ排出量とＮＯｘ排出量との関係を示しており、ＥＣＵ３内のＲＯＭなどに記憶されている。具体的には、ＥＣＵ３は、エミッション最適関係を満たすＨＣとＮＯｘとの排出比率の中から、オゾン生成パターンを参照することによってオゾン生成量が最も小さくなる排出比率を決定する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０３に進む。
【００３９】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ３は、ステップＳ１０２で決定されたＨＣとＮＯｘとの排出比率に対応するＡ／Ｆを求め、求められたＡ／Ｆからフィードバック定数を決定する。この場合、ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆ最適領域５４（図２参照）におけるＨＣとＮＯｘとの排出比率の関係を参照することによって、決定された排出比率が得られるＡ／Ｆを逆算する。そして、ＥＣＵ３は、得られたＡ／Ｆを目標Ａ／Ｆに設定して、この目標Ａ／Ｆに対応するフィードバック定数を決定する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０４に進む。
【００４０】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ３は、ステップＳ１０３で決定されたフィードバック定数を用いてフィードバック制御を実行する。この場合、ＥＣＵ３は、燃料噴射弁６に対して制御信号Ｓ６を供給することにより燃料噴射量を制御することによって、Ａ／Ｆを目標Ａ／Ｆに設定するための制御を行う。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【００４１】
このようなオゾン生成抑制処理を実行することにより、エミッションの悪化を抑制しつつ、車両１００の走行中の環境状態によらずに適切にオゾンの生成を抑制することが可能となる。
【００４２】
［変形例］
本発明は、Ａ／Ｆのフィードバック制御を実行することに限定はされない。他の例では、内燃機関１がディーゼルエンジンである場合、ＥＣＵ３は、Ａ／Ｆのフィードバック制御を実行する代わりに、燃料の噴射時期やＥＧＲ量などを制御することができる。
【００４３】
また、本発明は、算出されたオゾン生成パターンを用いて排気成分の排出比率を決定することに限定はされない。他の例では、ＥＣＵ３がオゾン生成パターンを算出する代わりに、既に算出されたオゾン生成パターンを外部から取得し、外部から取得したオゾン生成パターンを用いて排出比率を決定することができる。この場合、オゾン生成パターンの算出のために演算処理を行う必要がないため、ＥＣＵ３における計算負荷を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の概略構成を示す図である。
【図２】エミッション最適関係を具体的に説明するための図である。
【図３】ＨＣとＮＯｘとの排出比率を決定する方法を具体的に説明するための図である。
【図４】本実施形態に係るオゾン生成抑制処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１  内燃機関
２  触媒
３  ＥＣＵ
６  燃料噴射弁
７  Ａ／Ｆセンサ
８  環境状態取得部
１００  車両
【図１】
0004552860.tif 000002
【図２】
0004552860.tif 000003
【図３】
0004552860.tif 000004
【図４】
0004552860.tif 000005