JP2009293472A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フレックス燃料車両において、燃料消費量を悪化させることなく触媒の暖機を促進することが可能な車両の制御装置を提供する。
【解決手段】車両の制御装置は、フレックス燃料車両に搭載される。車両の制御装置は、燃料供給手段と、配合割合決定手段と、を有する。燃料供給手段は、配合割合決定手段が決定した燃料の配合割合に基づき、エンジンに燃料を供給する。配合割合決定手段は、ガソリンとアルコールとの配合割合を決定する。さらに、配合割合決定手段は、点火時期が遅角された場合に、アルコールの配合割合を減らす。このようにすることで、車両の制御装置は、触媒を暖機するため点火時期を遅角させた場合であっても、燃料消費量の悪化を抑制することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の燃料を使用して走行する車両に搭載される車両の制御装置に関する。

従来から、複数の燃料を使用し、走行中においてその配合割合を可変にして走行する車両が知られている。例えば、特許文献１には、冷間始動の触媒暖機時は、揮発性の高い燃料比率を揮発性の低い燃料比率よりも高くし燃焼効率を向上させることで、排気温度を上げて触媒を暖機する技術が記載されている。その他にも、本発明に関連のある技術が特許文献２に記載されている。

特開２００５−０９０２７１号公報 特開２００５−１５５４６９号公報

ところで、エンジン条件により、ガソリンとアルコールの噴射割合を可変にするフレックス燃料車両において、点火時期を遅角することによって、排気温度を上げて触媒の暖機をすることが行われる。しかし、点火時期を遅角することにより、燃料消費が悪化してしまう。特許文献１及び２には、上記の問題は何ら検討されていない。

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、フレックス燃料車両において、燃料消費量を悪化させることなく触媒の暖機を促進することが可能な車両の制御装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、ガソリンとアルコールとを任意の配合割合により燃料としてエンジンに供給する燃料供給手段と、前記配合割合を決定する配合割合決定手段と、を備え、前記配合割合決定手段は、点火時期が遅角になる場合に、上記配合割合のうちアルコールの配合割合を減らすことを特徴とする。

上記の車両の制御装置は、いわゆるフレックス燃料車両に搭載される。車両の制御装置は、燃料供給手段と、配合割合決定手段と、を有する。燃料供給手段及び配合割合決定手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。燃料供給手段は、配合割合決定手段が決定した燃料の配合割合に基づき、エンジンに燃料を供給する。配合割合決定手段は、ガソリンとアルコールとの配合割合を決定する。さらに、配合割合決定手段は、点火時期が遅角された場合に、アルコールの配合割合を減らす。一般に、点火時期が遅角となった場合、燃料効率が下がるため、燃料消費量が悪化する。一方、燃料の空燃比は、ガソリンの方が、アルコールよりも大きい。即ち、アルコールの配合割合が高いほど、燃料消費量が多くなる。従って、車両の制御装置は、燃料の配合割合のうち、ガソリンの配合割合を上げ、アルコールの配合割合を下げることにより、燃料消費量の悪化を抑制することが可能となる。

上記の車両の制御装置の一態様は、前記配合割合決定手段は、点火時期が遅角になる場合において、前記エンジンの条件に基づき、点火通常時と点火遅角時とに対応する前記アルコールの配合割合と燃料消費量とのマップを生成し、当該マップに基づき点火時期の遅角による燃料消費量の増量を抑制するように前記配合割合を決定する。この態様では、配合割合決定手段は、エンジン回転数やスロットル開度などのエンジン条件に応じて、点火通常時と点火遅角時とに対応する前記アルコールの配合割合と燃料消費量とのマップを生成する。そして、配合割合決定手段は、このマップに基づき燃料消費量の増量を抑制するように配合割合を決定する。このようにすることで、車両の制御装置は、燃料消費量の悪化を抑制するために必要な燃料の配合割合を適切に決定することができる。

上記の車両の制御装置の他の一態様は、前記エンジンの排気通路上に触媒を有する車両に搭載され、前記触媒が第１の触媒温度未満の場合、点火時期を遅角する点火時期制御手段をさらに備える。点火時期制御手段は、例えばＥＣＵである。第１の触媒温度は、例えば触媒の活性温度に設定される。このようにすることで、車両の制御装置は、触媒が第１の触媒温度に達していない場合に、触媒の暖機を実行することができる。また、上述したように、触媒の暖機のために点火時期を遅角した場合であっても、車両の制御装置は、燃料消費量の悪化を防ぐことが可能となる。

好適には、前記アルコールはエタノールである。このようにすることで、車両の制御装置を本発明に好適に適用することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

[車両の制御装置の構成]
まず、本実施形態に係る車両の制御装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る車両の制御装置１００の概略構成の一例を示すブロック図である。図１において、実線の矢印は吸気及び排気の流れを示し、破線の矢印は制御信号を示す。車両の制御装置１００は、エンジン３と、触媒７と、第１のタンク１１と、第２のタンク１５と、を含む。

エンジン３は、複数の種類の燃料を使用することが可能なエンジンである。本実施形態において、エンジン３は、第１のタンク１１からガソリン燃料の供給を受けるとともに、第２のタンク１５からアルコール燃料（ここでは、エタノールとする。）の供給を受ける。また、エンジン３は、吸気通路２を介して空気（吸気）が供給される。エンジン３には、点火装置８が設けられている。点火装置８は、ＥＣＵ１０から供給される制御信号Ｓ５により指示される点火時期において気筒内に封入された混合気に点火する。

吸気通路２には、エンジン３内部への流入量を調整するスロットル弁６が配置されている。スロットル弁６は、ＥＣＵ１０から供給される制御信号Ｓ４により開閉制御され、エンジン３へ供給される吸気量を調整する。更に、エンジン３には排気通路４が接続されており、燃焼によって発生した排気ガスは排気通路４より排出される。

第１のタンク１１は、ガソリン燃料を貯蔵するタンクである。第１のタンク１１に貯蔵されたガソリン燃料は、図示しない燃料ポンプによって汲み上げられ、第１の燃料通路１２を通じて第１の燃料噴射弁１３へ送られる。第１の燃料噴射弁１３は、ＥＣＵ１０から送信される制御信号Ｓ２に基づきガソリン燃料をエンジン３へ供給する。

第２のタンク１５は、エタノール燃料を貯蔵するタンクである。第２のタンク１５に貯蔵されたエタノール燃料は、図示しない燃料ポンプによって汲み上げられ、第２の燃料通路１６を通じて第２の燃料噴射弁１７へ送られる。第２の燃料噴射弁１７は、ＥＣＵ１０から送信される制御信号Ｓ３に基づきエタノール燃料をエンジン３へ供給する。

排気通路４上には、触媒７が配置されている。触媒７には、温度センサ２１が設けられている。温度センサ２１は、検出した触媒７の温度（以後、「触媒温度」と呼ぶ。）を検出し、その検出値を示す検出信号Ｓ１をＥＣＵ１０へ供給する。

ＥＣＵ１０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備える。ＥＣＵ１０は、制御信号Ｓ５により点火時期を遅角させ、触媒７の暖機を行う。また、ＥＣＵ１０は、後述するように、エンジン３へ供給する燃料のガソリン燃料とエタノール燃料との配合割合（以後、単に「配合割合」と呼ぶ。）を決定する。そして、ＥＣＵ１０は、制御信号Ｓ２及びＳ３により、決定した配合割合により各燃料をエンジン３へ供給する。さらに、ＥＣＵ１０は、制御信号Ｓ４により、スロットル弁６の開度（以後、「スロットル開度」と呼ぶ。）を制御する。従って、ＥＣＵ１０は、本発明における点火時期制御手段、燃料供給手段及び配合割合決定手段として機能する。

なお、上述の車両の制御装置１００の構成は一例であり、本発明が適用可能な構成はこれに限定されない。例えば、第１の燃料噴射弁１３と第２の燃料噴射弁１７は、いずれか一方が吸気通路２上に設けられていてもよい。また、車両の制御装置１００は、排気通路４上に複数の触媒を有してもよい。この場合、ＥＣＵ１０は、例えば、複数の触媒から検出される触媒温度のうち、最も低い触媒温度に基づき点火時期の制御を行う。

[制御方法]
次に、ＥＣＵ１０が行う制御について説明する。まず、ＥＣＵ１０は、触媒７の触媒温度が低温の場合には、点火時期を遅角することで触媒７の暖機を実行する。一例として、ＥＣＵ１０は、温度センサ２１から検出される検出信号Ｓ１に基づき、触媒温度が所定温度Ｔ（以後、「第１の触媒温度Ｔ」と呼ぶ。）未満であるか否か監視を行う。第１の触媒温度Ｔは、例えば、触媒７の活性温度に設定される。そして、ＥＣＵ１０は、触媒温度が第１の触媒温度Ｔ未満の場合、点火時期を遅角する。これにより、ＥＣＵ１０は、排気温度を上昇させることができ、触媒７の暖機を実行することができる。

しかし、点火時期を遅角させた場合（以後、「点火遅角時」と呼ぶ。）、燃焼効率が下がり、燃料消費量（燃費）が悪化してしまう。従って、本実施形態において、ＥＣＵ１０は、点火時期を遅角させるとともに、燃料の配合割合を変更することで、燃料消費量を抑制する。具体的には、ＥＣＵ１０は、エタノール燃料の配合割合を小さくし、ガソリン燃料の配合割合を大きくする。このようにすることで、ＥＣＵ１０は、燃料消費量を悪化させることなく、触媒の暖機を促進させることが可能となる。

これについて詳細を述べる。理論空燃比は、燃料の種類によって異なる。本実施形態においてエンジン３に使用される燃料の理論空燃比は、ガソリン燃料が１４．７（レギュラーガソリンの場合）、エタノールが９である。従って、エンジン３へ供給する燃料に対するエタノールの配合割合（以後、「エタノール濃度」とも表現する。）が小さいほど、燃料消費量は少なくなり、エタノール濃度が高いほど、燃料消費量が多くなる。一方、点火時期を遅角させた場合、燃料消費量は増加する。従って、ＥＣＵ１０は、点火時期の遅角に起因して増大する燃料消費量分を、エタノール濃度を小さくなるように燃料の配合割合を変更することに起因して減少する燃料消費量分により補う。これにより、車両の制御装置１００は、燃料消費量を悪化させることなく、触媒７の暖機を実行することが可能となる。

次に、ＥＣＵ１０が行う具体的なエタノール濃度の決定方法の一例について説明する。以後の説明において、点火時期を遅角する前の車両の制御装置１００の状態を「点火通常時」と表現する。点火通常時の点火時期は、例えば、ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）である。また、以後の説明において「遅角量」は、ＥＣＵ１０が点火時期を遅角した際の点火時期の遅角量を表す。

まず、ＥＣＵ１０は、点火時期を遅角する際、現在のエンジン条件における点火通常時と点火遅角時とのそれぞれについての燃料消費量とエタノール濃度との関係（マップ）を作成する。ここで、ＥＣＵ１０は、エンジン条件として、例えば、エンジン回転数やスロットル開度を用いる。そして、ＥＣＵ１０は、作成したマップに基づき、現在（点火通常時）の燃料消費量と同一となる点火遅角時のエタノール濃度を算出する。これにより、ＥＣＵ１０は、点火遅角時において燃料消費量が悪化しないように、具体的にエタノール濃度を決定することができる。

図２は、ＥＣＵ１０が作成するマップの一例を示す。即ち、図２は、あるエンジン条件における点火通常時と点火遅角時とのそれぞれについてのエタノール濃度と燃料消費量との関係を示すグラフの一例である。また、図２のグラフの縦軸は、点火通常時におけるエタノール濃度が０％のときの燃料消費量を１として表示している。

上述したように、ガソリン燃料の理論空燃比より、エタノール燃料の理論空燃比の方が低い。よって、図２に示すように、点火通常時のグラフ及び点火遅角時のグラフは、ともに、エタノール濃度が高くなるほど燃料消費量が増える。また、図２に示すように、エタノール濃度が同一の場合、点火遅角時の燃料消費量は、点火通常時の燃料消費量よりも大きい。そして、ＥＣＵ１０は、図２に示すような燃料消費量とエタノール濃度とのマップを点火通常時から点火遅角時への移行前において作成する。マップ作成の一例として、ＥＣＵ１０は、複数の遅角量及びエンジン条件のパターンに対応する図２のグラフ（マップ）を予め保持しておく。ＥＣＵ１０が保持するグラフは、例えば実験等により予め算出しておく。そして、ＥＣＵ１０は、遅角量及び現在のエンジン条件に一番近いパターンに対応するグラフを抽出する。その他、ＥＣＵ１０は、現在のエンジン条件及び遅角量から理論上の計算により上述のマップを作成してもよい。

次に、ＥＣＵ１０が図２のマップに基づきエタノール濃度を決定する方法の一例について述べる。ここで、車両の制御装置１００は、点火通常時において、図２に示す「状態ａ」にあるとする。即ち、ＥＣＵ１０は、点火通常時において、エタノール濃度を「Ａ」％とした配合割合により燃料をエンジン３へ供給していたものとする。そして、ＥＣＵ１０は、触媒７の暖機のため、点火通常時から点火遅角時に移行する場合、エタノール濃度を「Ａ」％から「Ｂ」％へ変更する。即ち、図２に示すように、車両の制御装置１００は、「状態ａ」から「状態ｂ」へ移行する。言い換えると、ＥＣＵ１０は、作成したマップに基づき、点火通常時の燃料消費量と点火遅角時の燃料消費量とが同一となるようなエタノール濃度を決定する。従って、車両の制御装置１００は、状態ａと状態ｂとにおいて、燃料消費量が変化していない。よって、ＥＣＵ１０は、点火遅角時において燃料消費量が増大するのを抑制することができる。

また、ＥＣＵ１０は、点火時期を遅角する場合、スロットル開度を変更する。具体的には、ＥＣＵ１０は、点火遅角時におけるスロットル開度を、点火通常時におけるスロットル開度に比べ高く設定する。これについて図３を用いて説明する。図３は、あるエンジン条件下における点火通常時と点火遅角時とのそれぞれについてのスロットル開度とエタノール濃度との関係を示すグラフの一例である。図３に示すように、ＥＣＵ１０は、車両の制御装置１００を状態ａから状態ｂへ移行させる。即ち、ＥＣＵ１０は、点火遅角時において、スロットル開度を上げる。具体的には、ＥＣＵ１０は、点火遅角時のスロットル開度を、例えば、現在のエンジン条件や遅角量に基づき、理論上または実験上において適正な値に設定する。これにより、ＥＣＵ１０は、点火遅角時において、適切に燃料を燃焼させ、エンジン回転数等を維持してエンジン３を稼働させることが可能となる。

[処理フロー］
次に、図４に示すフローチャートを用いて本実施形態に係る処理を説明する。この処理は、ＥＣＵ１０によって、所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ＥＣＵ１０は、現在のエンジン回転数及びスロットル開度を読み込む（ステップＳ１）。これにより、ＥＣＵ１０は、現在のエンジン条件を把握する。次に、ＥＣＵ１０は、触媒温度を読み込む（ステップＳ２）。ＥＣＵ１０は、触媒温度を、例えば温度センサ２１の検出信号Ｓ１から取得する。

そして、ＥＣＵ１０は、触媒温度が第１の触媒温度Ｔ未満であるか確認する（ステップＳ３）。そして、触媒温度が第１の触媒温度Ｔ以上のとき（ステップＳ３；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、触媒７の暖機を行う必要はないと判断し、フローチャートの処理を終了する。

一方、触媒温度が第１の触媒温度Ｔ未満の場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、触媒７の暖機を行う必要があると判断し、以下のステップＳ４乃至Ｓ９の処理を実行する。

まず、ＥＣＵ１０は、遅角量及びスロットル開度の変更値を算出する（ステップＳ４）。ＥＣＵ１０は、例えば、予め定めた遅角量を設定してもよく、触媒温度に応じて遅角量を設定してもよい。また、ＥＣＵ１０は、スロットル開度の変更値を遅角量やエンジン条件に基づき適正な値に設定する。

次に、ＥＣＵ１０は、点火通常時と点火遅角時とにそれぞれ対応する燃料消費量とエタノール濃度とのマップを作成する（ステップＳ５）。具体的には、ＥＣＵ１０は、現在のエンジン条件やステップＳ４で算出した遅角量に基づき、図２に示すような燃料消費量とエタノール濃度とのマップを作成する。

そして、ＥＣＵ１０は、点火遅角時において、点火通常時と同一燃料消費量となるエタノール濃度Ｂを算出する（ステップＳ６）。具体的には、ＥＣＵ１０は、ステップＳ５において導出したマップを用い、点火通常時の燃料消費量を参照することで、点火遅角時におけるエタノール濃度Ｂを算出する。これにより、ＥＣＵ１０は、点火遅角時において、燃料消費量の悪化を抑制することが可能なエタノール濃度Ｂを具体的に算出することが可能となる。

次に、ＥＣＵ１０は、エタノール濃度Ｂが０％未満であるか確認する（ステップＳ７）。そして、エタノール濃度Ｂが０％未満の場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、ステップＳ４において算出した遅角量または現在のエンジン条件では、配合割合を変更しても、必ず燃料消費量が増大してしまうと判断し、フローチャートの処理を終了する。その後、例えば、ＥＣＵ１０は、遅角量をより小さく設定し、または所定時間後にフローチャートの処理を再び開始する。

一方、エタノール濃度Ｂが０％以上である場合(ステップＳ７；Ｎｏ)、ＥＣＵ１０は、算出したエタノール濃度Ｂにて燃料噴射を行う（ステップＳ８）。ＥＣＵ１０は、例えば制御信号Ｓ２及びＳ３を送信することにより、噴射する燃料がエタノール濃度Ｂになるように制御する。

そして、ＥＣＵ１０は、点火時期の遅角及びスロットル開度の変更を行う（ステップＳ９）。具体的には、ＥＣＵ１０は、ステップＳ４において算出した遅角量だけ点火時期を遅角する。また、ＥＣＵ１０は、制御信号Ｓ４により、スロットル開度を、ステップＳ４において算出したスロットル開度の変更値に設定する。

以上の処理により、ＥＣＵ１０は、燃料消費量を悪化させることなく、触媒７の暖機を促進させることができる。

車両の制御装置の概略構成の一例を示す図である。 点火通常時及び点火遅角時にそれぞれ対応する燃料消費量とエタノール濃度との関係を示すグラフの一例である。 点火通常時及び点火遅角時にそれぞれ対応するスロットル開度とエタノール濃度との関係を示すグラフの一例である。 本実施形態における処理の手順を表すフローチャートである。

符号の説明

２ 吸気通路
３ エンジン
４ 排気通路
６ スロットル弁
７ 触媒
１０ ＥＣＵ
１１ 第１のタンク
１３ 第１の燃料噴射弁
１５ 第２のタンク
１７ 第２の燃料噴射弁
１００ 車両の制御装置

Claims (4)

1. ガソリンとアルコールとを任意の配合割合により燃料としてエンジンに供給する燃料供給手段と、
   前記配合割合を決定する配合割合決定手段と、を備え、
   前記配合割合決定手段は、点火時期が遅角になる場合に、上記配合割合のうちアルコールの配合割合を減らすことを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記配合割合決定手段は、点火時期が遅角になる場合において、前記エンジンの条件に基づき、点火通常時と点火遅角時とに対応する前記アルコールの配合割合と燃料消費量とのマップを生成し、当該マップに基づき点火時期の遅角による燃料消費量の増量を抑制するように前記配合割合を決定する請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記エンジンの排気通路上に触媒を有する車両に搭載され、
   前記触媒が第１の触媒温度未満の場合、点火時期を遅角する点火時期制御手段をさらに備える請求項１または２に記載の車両の制御装置。
4. 前記アルコールはエタノールである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両の制御装置。

Images