JP2009262677A - 内燃機関の触媒劣化抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の燃焼を安定させつつ、触媒の劣化を抑制する。
【解決手段】内燃機関の触媒劣化抑制装置（１）は、内燃機関（１１）と、モータ・ジェネレータ（２１、２２）と、蓄電池（３２）と、触媒（１４）と、燃料供給手段（１５）と、空気供給手段（１７）とを備える車両における内燃機関の触媒劣化抑制装置である。該内燃機関の触媒劣化抑制装置は、触媒の温度を検出する温度検出手段（４１）と、蓄電池の充電量を検出する充電量検出手段（４２）と、車両の減速時において、検出された温度が温度閾値より高いことを条件に、燃料の供給を継続するように燃料供給手段を制御すると共に、検出された充電量に応じて、供給される空気の供給空気量が空気量閾値より多く、且つ内燃機関の機関トルクが正トルクから負トルクへ移行するように空気供給手段を制御する制御手段（３１）とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関及びモータ・ジェネレータを備えるハイブリッド車等の車両における内燃機関の触媒劣化抑制装置の技術分野にかんする。

この種の装置として、例えば、車両減速時において触媒装置が設定温度以上である時に、内燃機関におけるフューエルカットを禁止すると共に、駆動軸に連結されたモータ・ジェネレータを発電機として作動させて蓄電装置を充電する触媒劣化抑制装置が提案されている（特許文献１参照）。或いは、触媒の温度が所定値を上回り、且つ蓄電池を充電することが好ましくない場合は、内燃機関への燃料供給量に上限値を設定すると共に、内燃機関に負のトルクが発生するように制御する制御装置が提案されている（特許文献２参照）。

尚、特許文献３には、駆動軸に制動パワーが要求された時に、内燃機関を一旦ゼロトルクで運転制御する。その後、点火進角を徐々に所定量まで遅角側に制御して、エンジンに供給する燃料をカットすることにより、高負荷運転状態にある内燃機関を停止させる際のトルク変化を抑制して、ドライバビリティを向上させる技術が開示されている。

特開２００７−１８２２２８号公報 特開２００４−３２４４２４号公報 特開２００４−１６９５７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、蓄電池の充電量が飽和してしまうと、蓄電池を充電することができなくなってしまう。すると、フューエルカットを実行せざるをえなくなり、結果として、触媒が劣化する可能性があるという技術的問題点がある。他方、特許文献２に記載の技術では、内燃機関に負のトルクが発生している場合、内燃機関の燃焼が不安定になる可能性があるという技術的問題点がある。尚、特許文献３に記載の技術では、触媒の劣化を抑制することは極めて困難であるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の燃焼を安定させつつ、触媒の劣化を抑制することができる、内燃機関の触媒劣化抑制装置を提供することを課題とする。

本発明の内燃機関の触媒劣化抑制装置は、上記課題を解決するために、内燃機関と、モータ・ジェネレータと、該モータ・ジェネレータに電力を供給する蓄電池と、前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、前記内燃機関に空気を供給する空気供給手段とを備える車両における前記内燃機関の触媒劣化抑制装置であって、前記触媒の温度を検出する温度検出手段と、前記蓄電池の充電量を検出する充電量検出手段と、前記車両の減速時において、前記検出された温度が温度閾値より高いことを条件に、前記燃料の供給を継続するように前記燃料供給手段を制御すると共に、前記検出された充電量に応じて、前記供給される空気の供給空気量が空気量閾値より多く、且つ前記内燃機関の機関トルクが正トルクから負トルクへ移行するように前記空気供給手段を制御する制御手段とを備える。

本発明の内燃機関の触媒劣化抑制装置によれば、当該内燃機関の触媒劣化抑制装置が搭載される車両は、例えばエンジンである内燃機関と、モータ・ジェネレータ（電動発動機）と、該モータ・ジェネレータに電力を供給する蓄電池と、内燃機関の排気通路に設けられた、例えば三元触媒等である触媒と、内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、内燃機関に空気を供給する空気供給手段とを備える。

尚、燃料供給手段は、内燃機関内に（典型的には、気筒内に）燃料を供給してもよいし（即ち、直噴式の内燃機関）、例えば内燃機関の吸気通路内に燃料を供給してもよい。

温度検出手段は、触媒の温度を検出する。尚、温度検出手段は、例えば温度センサを備えて構成され、直接的に触媒の温度を検出してもよいし、例えば供給される燃料の量、内燃機関の回転数等、何らかの物理量又はパラメータに基づいて触媒の温度を算出又は演算してもよい（即ち、間接的に触媒の温度を検出してもよい）。充電量検出手段は、蓄電池の充電量を検出する。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えて構成される制御手段は、車両の減速時において、検出された温度が温度閾値より高いことを条件に、燃料の供給を継続するように（即ち、フューエルカットを実行しないように）燃料供給手段を制御すると共に、検出された充電量に応じて、供給される空気の供給空気量が空気量閾値より多く、且つ内燃機関の機関トルクが正トルクから負トルクへ移行するように空気供給手段を制御する。

ここに、本発明に係る「温度閾値」とは、車両の減速時において、燃料の供給を継続するように燃料供給手段を制御すると共に、検出された充電量に応じて、供給される空気の供給空気量が所定範囲内、且つ内燃機関の機関トルクが正トルクから負トルクへ移行するように空気供給手段を制御するか否かを決定する値であり、予め固定値として又は何らかのパラメータに応じた可変値として設定される値である。

このような温度閾値は、経験的若しくは実験的に又はシミュレーションによって、例えば、触媒の温度と、触媒が空気に触れた場合の劣化の度合いとの関係を求め、該求められた関係に基づいて、触媒の劣化の度合いが顕著に悪化する温度又は該温度より所定値だけ低い温度として設定すればよい。

また、本発明に係る「空気量閾値」とは、内燃機関が失火する空気量又は該空気量より所定量だけ多い空気量を意味する。

「検出された充電量に応じて、内燃機関の機関トルクが正トルクから負トルクへ移行するように空気供給手段を制御する」とは、典型的には、検出された充電量が多くなるに従って、機関トルクが正トルクから負トルクへ移行するように空気供給手段を制御することを意味し、より具体的には、次のように空気供給手段を制御することを意味する。

検出された充電量が、例えば蓄電池の満充電量の５０％より少ない場合、制御手段は、内燃機関によりモータ・ジェネレータが回転されることによって、蓄電池の充電が可能な機関トルクが発生する供給空気量を供給する空気供給手段を制御する。検出された充電量が、例えば満充電量の５０％より多く８０％より少ない場合、制御手段は、機関トルクがゼロトルク近傍となる供給空気量を供給するように空気供給手段を制御する。検出された充電量が、例えば満充電量の８０％に達した場合、制御手段は、機関トルクが負トルクとなる供給空気量を供給するように空気供給手段を制御する。尚、この場合は、機関トルクを補うようにモータ・ジェネレータがトルクを発生することにより蓄電池の電力が消費される。

尚、供給空気量が変更される際には、内燃機関のトルク変動量が、例えばドライバビリティに影響を与えないように、徐々に供給空気量が所定の空気量となるように空気供給手段が制御される。

本願発明者の研究によれば、車両の減速時には、フューエルカット（即ち、内燃機関への燃料供給の停止）を実行することにより、燃費効率を向上させることができる。しかしながら、触媒の温度が比較的高い場合、フューエルカットを実行すると、触媒内がリーンとなり触媒が劣化してしまう。他方で、フューエルカットを禁止すると共に、内燃機関によりモータ・ジェネレータを発電機として作動させて蓄電池を充電したり、内燃機関に負トルクが発生するように制御したりする技術が提案されているが、充電量が上限値に達した際にフューエルカットを実行せざるをえなくなったり、内燃機関の燃焼が不安定になったりするおそれがあることが判明している。

しかるに本発明では、制御手段により、車両の減速時において、検出された温度が温度閾値より高いことを条件に、燃料の供給を継続するように燃料供給手段が制御されると共に、検出された充電量に応じて、供給される空気の供給空気量が空気量閾値より多く、且つ内燃機関の機関トルクが正トルクから負トルクへ移行するように空気供給手段が制御される。

このため、比較的高温の触媒が空気に触れることによる劣化を抑制することができると共に、内燃機関の燃焼を安定させることができる。

本発明の内燃機関の触媒劣化抑制装置の一態様では、前記制御手段は、前記検出された温度が前記温度閾値より高いか否かを判定する判定手段を含み、前記減速時において、前記検出された温度が前記温度閾値より高いと判定された場合に、前記燃料の供給を継続するように前記燃料供給手段を制御すると共に、前記検出された充電量に応じて、前記供給空気量が前記空気量閾値より多く、且つ前記機関トルクが正トルクから負トルクへ移行するように前記空気供給手段を制御し、前記減速時において、前記検出された温度が前記温度閾値より低いと判定された場合に、前記燃料の供給を停止するように前記燃料供給手段を制御する。

この態様によれば、比較的容易にして、検出された温度が温度閾値より高いか否かを判定することができ、実用上非常に有利である。

例えばメモリ、プロセッサ、コンパレータ等を備えて構成される判定手段は、温度検出手段によって検出された温度が温度閾値より高いか否かを判定する。車両の減速時に、温度閾値より高いと判定された場合、制御手段は、燃料の供給を継続するように燃料供給手段を制御すると共に、検出された充電量に応じて、供給空気量が前記空気量閾値より多く、且つ機関トルクが正トルクから負トルクへ移行するように空気供給手段を制御する。

他方、車両の減速時に、温度閾値より低いと判定された場合、制御手段は、典型的には、燃料の供給を停止するように（即ち、フューエルカットを実行するように）燃料供給手段を制御する。これにより、燃費効率を向上させることができ、実用上非常に有利である。尚、検出された温度と温度閾値とが「等しい」場合には、どちらかの場合に含めて扱えばよい。

本発明の内燃機関の触媒劣化抑制装置の他の態様では、前記減速時において、前記検出された温度が温度閾値より高く、且つ前記検出された充電量が充電量閾値に達したことを条件に、前記制御手段は、前記燃料の供給を継続するように前記燃料供給手段を制御すると共に、前記供給空気量が前記空気量閾値より多く、且つ前記機関トルクが負トルクとなるように前記空気供給手段を制御する。

この態様によれば、蓄電池が過充電状態となることを防止することができ、実用上非常に有利である。

尚、本発明に係る「充電量閾値」とは、機関トルクが負トルクとなるように空気供給手段を制御するか否かを決定する値であり、予め固定値として又は何らかのパラメータに応じた可変値として設定される値である。このような充電量閾値は、経験的若しくは実験的に又はシミュレーションによって、例えば機関トルクを正トルクから負トルクへ移行するまでの期間と、該期間中に充電される電力量との関係を求めて、該求められた関係に基づいて、満充電量から所定値だけ小さい値として設定すればよい。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。

以下、本発明の内燃機関の触媒劣化抑制装置に係る実施形態を、図１乃至図４を参照して説明する。ここに、図１は、本実施形態に係る触媒劣化抑制装置の構成を示すブロック図である。尚、図中の一点鎖線は、電力の流れを示している。

図１において、本実施形態に係る触媒劣化抑制装置１が搭載される車両は、エンジン１１、モータ・ジェネレータ２１及び２２、動力分配機構２３、ダンパ２４並びにバッテリ３２を備えて構成されている。

エンジン１１には、吸気通路１２及び排気通路１３が夫々接続されている。吸気通路１２には、燃料タンク１６に貯留されている、例えばガソリン等の燃料１６ａをデリバリパイプ１５ａを介して供給可能な燃料噴射弁１５、及びスロットルバルブ１７が設けられている。排気通路１３には、例えば三元触媒等の触媒１４が設けられている。

尚、本実施形態に係る「エンジン１１」、「燃料噴射弁１５」、「スロットルバルブ１７」及び「バッテリ３２」は、夫々、本発明に係る「内燃機関」、「燃料供給手段」、「空気供給手段」及び「蓄電池」の一例である。

モータ・ジェネレータ２１は、ロータ２１１及びステータ２１２を備えて構成されており、モータ・ジェネレータ２２は、ロータ２２１及びステータ２２２を備えて構成されている。

動力分配機構２３は、プラネタリキャリア２３４、サンギヤ２３５、プラネタリギヤ２３６、リングギヤ２３７及び動力取出ギヤ２３８を備えて構成されている。プラネタリキャリア２３４に接続されているキャリア軸２３１は、ダンパ２４を介してエンジン１１のクランクシャフト１１１に接続されている。サンギヤ２３５に接続されているサンギヤ軸２３２は、ロータ２１１に接続されている。リングギヤ２３７に接続されているリングギヤ軸２３３は、ロータ２２１に接続されている。動力取出ギヤ２３８は、図示しないチェーンベルトを介して、駆動軸２５２の一端に接続されている動力伝達ギヤ２５１に動力を伝達可能である。

制御装置１は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３１、温度センサ４１、充電量センサ４２及びねじれ角センサ４３を備えて構成されている。ここに、本実施形態に係る「温度センサ４１」及び「充電量センサ４２」は、夫々、本発明に係る「温度検出手段」及び「充電量検出手段」の一例である。また、本実施形態に係る「ＥＣＵ３１」は、本発明に係る「制御手段」及び「判定手段」の一例である。本実施形態では、各種電子制御用のＥＣＵ３１の一部を、制御装置１の一部として用いている。

次に、以上のように構成された触媒劣化抑制装置１を搭載する車両の走行中において、ＥＣＵ３１が実行する触媒劣化抑制処理について、図２のフローチャートを参照して説明する。

図２において、先ず、ＥＣＵ３１は、例えばエンジン１１の回転数、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量、ブレーキペダル（図示せず）の踏み込み量等を検出することによって、当該車両の動作状態を取得する。続いて、該取得された動作状態から当該車両の減速時であると判定した場合、ＥＣＵ３１は、温度センサ４１を介して、触媒１４の温度を取得する（ステップＳ１０１）。

次に、ＥＣＵ３１は、取得された温度が温度閾値より高いか否かを判定する（ステップＳ１０２）。温度閾値より低いと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ３１は、典型的には、燃料１６ａの供給を停止するように燃料供給弁１５を制御して（ステップＳ１１１）、一旦処理を終了する。他方、温度閾値より高いと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３１は、充電量センサ４２を介して、バッテリ３２の充電量を取得する（ステップＳ１０３）。

次に、ＥＣＵ３１は、取得された充電量が、例えばバッテリ３２の満充電量の５０％である充電量αより小さいか否かを判定する（ステップＳ１０４）。充電量αより大きいと判定された場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ＥＣＵ３１は、取得された充電量が、充電量αより大きく、且つ例えばバッテリ３２の満充電量の８０％である充電量βより小さいか否かを判定する（ステップＳ１０６）。尚、本実施形態に係る「充電量β」は、本発明に係る「充電量閾値」の一例である。

ここで、充電量α及び充電量βについて、図３を参照して説明を加える。ここに、図３は、バッテリの充電量を示す概念図である。尚、図中の網掛け部分は、車両の通常の走行時において充電量が変動する範囲を示している。

図３に示すように、充電量αは、網掛け部分の上限値まで比較的余裕のある値として設定されている。他方、充電量βは、網掛け部分の上限値として設定されている。

再び、図２に戻り、ステップＳ１０４の処理において、充電量αより小さいと判定された場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３１は、フューエルカットを実行しないように燃料供給弁１５を制御すると共に、エンジン１１に供給される空気の供給空気量が、図４に示す供給空気量Ａの範囲内になるようにスロットルバルブ１７を制御する（ステップＳ１０５）。

尚、図４は、供給空気量とエンジントルクとの関係を示す特性図である。図中の空気量ａ１は、エンジン１１が失火してしまう空気量であり、空気量ａ３は、エンジン１１のトルクがゼロとなる空気量であり、空気量ａ４は、通常の走行時における供給空気量の下限値である。ここに、本実施形態に係る「空気量ａ１」は、本発明に係る「空気量閾値」の一例である。空気量ａ２は、空気量ａ１より所定量だけ多い値（例えば、何らかの原因により供給される空気の量が揺らいだとしても、空気量ａ１を下回ることのない値）として設定されており、空気量ａ５は、空気量ａ４より所定量だけ多い値として設定されている。

尚、ＥＣＵ３１は、例えばスロットルバルブ１７の開度、エンジン１１の回転数等に基づいて、供給空気量を推定すればよい。また、ＥＣＵ３１は、典型的には、供給空気量が変化することに起因するエンジン１１のトルク変動量が、例えばドライバビリティに影響を与えずに変動するように、徐々に所定の供給空気量に近づくようにスロットルバルブ１７を制御する。

ステップＳ１０６の処理において、充電量αより大きく且つ充電量βより小さいと判定された場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３１は、フューエルカットを実行しないように燃料供給弁１５を制御すると共に、エンジン１１に供給される空気の供給空気量が、図４に示す供給空気量Ｂの範囲内になるようにスロットルバルブ１７を制御する（ステップＳ１０７）。他方、充電量βより大きいと判定された場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、ＥＣＵ３１は、フューエルカットを実行しないように燃料供給弁１５を制御すると共に、エンジン１１に供給される空気の供給空気量が、図４に示す供給空気量Ｃの範囲内になるようにスロットルバルブ１７を制御する（ステップＳ１０８）。

上述のステップＳ１０５、Ｓ１０７又はＳ１０８の処理と並行して、ＥＣＵ３１は、ねじれ角センサ４３を介してダンパ２４のねじれ角を取得し、該取得されたねじれ角、及びＥＣＵ３１に予め格納されているダンパ２４のねじれ特性に基づいて、エンジン１１のトルクを検出する（ステップＳ１０９）。続いて、ＥＣＵ３１は、検出されたトルクに応じたフィードバック制御を実行する（ステップＳ１１０）。

具体的には例えば、今回検出されたトルクと前回検出されたトルクとの差（即ち、トルク変動量）が、所定値より大きいことを条件に、スロットルバルブ１７の開度の変化量が小さくなるようにスロットルバルブ１７を制御する。ここに、「所定値」は、供給空気量が変化することに起因するエンジン１１のトルク変動量が、例えばドライバビリティに影響を与えないであろうと予測される値として設定すればよい。

上述のステップＳ１０５、Ｓ１０７又はＳ１０８の処理と並行して、逐次、エンジン１１のトルクを検出し、フィードバック制御を実行することによって、例えばドライバビリティに影響を与えることなく、供給空気量が所定の供給空気量の範囲内になるように、スロットルバルブ１７を制御することができ、実用上非常に有利である。

尚、ＥＣＵ３１は、上述のステップＳ１０５、Ｓ１０７及びＳ１０８の処理において、スロットルバルブ１７を制御することに加えて、エンジン１１の点火時期を変更するように、例えばディストリビュータ（図示せず）等を制御してもよい。

尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の触媒劣化抑制装置もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の実施形態に係る触媒劣化抑制装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るＥＣＵが実行する触媒劣化抑制処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るバッテリの充電量を示す概念図である。 供給空気量とエンジントルクとの関係を示す特性図である。

符号の説明

１…触媒劣化抑制装置、１１…エンジン、１２…吸気通路、１３…排気通路、１４…触媒、１５…燃料供給弁、１６…燃料タンク、１６ａ…燃料、１７…スロットルバルブ、２１、２２…モータ・ジェネレータ、２３…動力分配機構、２４…ダンパ、３１…ＥＣＵ、３２…バッテリ、４１…温度センサ、４２…充電量センサ、４３…ねじれ角センサ

Claims (3)

1. 内燃機関と、モータ・ジェネレータと、該モータ・ジェネレータに電力を供給する蓄電池と、前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、前記内燃機関に空気を供給する空気供給手段とを備える車両における前記内燃機関の触媒劣化抑制装置であって、
   前記触媒の温度を検出する温度検出手段と、
   前記蓄電池の充電量を検出する充電量検出手段と、
   前記車両の減速時において、前記検出された温度が温度閾値より高いことを条件に、前記燃料の供給を継続するように前記燃料供給手段を制御すると共に、前記検出された充電量に応じて、前記供給される空気の供給空気量が空気量閾値より多く、且つ前記内燃機関の機関トルクが正トルクから負トルクへ移行するように前記空気供給手段を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の触媒劣化抑制装置。
2. 前記制御手段は、
   前記検出された温度が前記温度閾値より高いか否かを判定する判定手段を含み、
   前記減速時において、前記検出された温度が前記温度閾値より高いと判定された場合に、前記燃料の供給を継続するように前記燃料供給手段を制御すると共に、前記検出された充電量に応じて、前記供給空気量が前記空気量閾値より多く、且つ前記機関トルクが正トルクから負トルクへ移行するように前記空気供給手段を制御し、
   前記減速時において、前記検出された温度が前記温度閾値より低いと判定された場合に、前記燃料の供給を停止するように前記燃料供給手段を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化抑制装置。
3. 前記減速時において、前記検出された温度が温度閾値より高く、且つ前記検出された充電量が充電量閾値に達したことを条件に、前記制御手段は、前記燃料の供給を継続するように前記燃料供給手段を制御すると共に、前記供給空気量が前記空気量閾値より多く、且つ前記機関トルクが負トルクとなるように前記空気供給手段を制御す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触媒劣化抑制装置。

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