JP2011174393A

JP2011174393A - 電気加熱式触媒装置

Info

Publication number: JP2011174393A
Application number: JP2010037837A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Kadowaki; 美徳門脇; Hiroshi Sato; 洋佐藤; Akihiro Yanagiuchi; 昭宏柳内; Takuya Yamamoto; 拓也山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2011-09-08

Abstract

【課題】不必要な作動を抑えて消費電力を低減することができる電気加熱式触媒装置を提供する。
【解決手段】モータ２０とエンジン１０を組み合わせて走行するハイブリッド車両に設けられるＥＨＣ１００であって、前記モータ２０に電力を供給するバッテリ４０と、前記エンジン１０の排気経路１５に設けられる触媒６０と、前記触媒６０を前記バッテリ４０の電力の通電により加熱するヒータ７０と、前記ヒータ７０の通電を制御するＥＣＵ５０と、現在から所定時間先までの将来における車両に関する情報である、先の車両情報を有するナビゲーションシステム８０と、前記触媒６０の温度を検出する触媒温度センサ５１と、を具備し、前記ＥＣＵ５０は、前記触媒温度センサ５１によって検出される触媒温度と、前記ナビゲーションシステム８０が有する先の車両情報と、基づいて、前記ヒータ７０の通電を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気加熱式触媒装置であって、特にハイブリッド車両に設けられる電気加熱式触媒装置の制御技術に関する。

電気加熱式触媒装置（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＨｅａｔｅｄＣａｔａｌｙｓｔ、以下ＥＨＣ）は、エンジンの排気経路に設けられる触媒装置であって、触媒に組み込まれた電気ヒータの加熱によって触媒を活性化して、排気ガス中の有害物質を浄化する装置として公知である（例えば、特許文献１）。ＥＨＣは、排気温度が低く触媒が活性化しないときであっても、排気ガス中の有害物質を浄化できる点で有効に用いられる。

例えば、ハイブリッド車両では、モータのみでの走行中からＥＨＣによって触媒を加熱しておくことで、排気ガス温度の低いエンジン始動直後であっても排気ガス中の有害物質を効率的に浄化できる。しかし、エンジン始動直後であっても高負荷でのエンジン始動であれば、早期に排気ガス温度が上昇することで触媒が活性化されるため、ＥＨＣを作動する必要はない。ＥＨＣは、走行するモータのバッテリによって電力が提供されるため、不必要なＥＨＣの作動はバッテリ電力を余剰に消費することになり、ひいてはハイブリッド車両の燃費が悪化する原因となっていた。

特開平０９−１５８７１６号公報

解決しようとする課題は、不必要な作動を抑えて消費電力を低減することができる電気加熱式触媒装置を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、モータとエンジンを組み合わせて走行するハイブリッド車両に設けられる電気加熱式触媒装置であって、前記モータに電力を供給するバッテリと、前記エンジンの排気経路に設けられる触媒と、前記触媒を前記バッテリの電力の通電により加熱するヒータと、前記ヒータの通電を制御する制御手段と、現在から所定時間先までの将来における車両に関する情報である、先の車両情報を有するナビゲーションシステムと、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、を具備し、前記制御手段は、前記触媒温度検出手段によって検出される触媒温度と、前記ナビゲーションシステムが有する先の車両情報と、に基づいて、前記ヒータの通電を制御する、ものである。

本発明の電気加熱式触媒装置によれば、電気加熱式触媒装置の不必要な作動を抑えて、消費電力を低減することができる。

本発明の実施形態に係る電気加熱式触媒装置の構成を示した構成図。実施形態１である通電制御のフローを示すフロー図。同じく作用を示す時系列のグラフ図。実施形態２である通電制御のフローを示すフロー図。同じく作用を示す時系列のグラフ図。実施形態３である通電制御のフローを示すフロー図。同じく作用を示す時系列のグラフ図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施形態に係る電気加熱式触媒装置の構成を示した構成図、図２は実施形態１である通電制御のフローを示すフロー図、図３は同じく作用を示す時系列のグラフ図である。
図４は実施形態２である通電制御のフローを示すフロー図、図５は同じく作用を示す時系列のグラフ図、図６は実施形態３である通電制御のフローを示すフロー図である。
図７は同じく作用を示す時系列のグラフ図である。

図１を用いて、本発明の実施形態である電気加熱式触媒装置（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＨｅａｔｅｄＣａｔａｌｙｓｔ，以下ＥＨＣ）１００について説明する。
ＥＨＣ１００は、エンジン１０とモータ２０を組み合わせて走行するハイブリッド車両に設けられている。なお、ハイブリッド車両の詳細な説明については省略する。ＥＨＣ１００は、バッテリ４０と、制御手段としてのＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ（以下ＥＣＵ）５０と、触媒温度検出手段としての触媒温度センサ５１と、触媒６０と、ヒータ７０と、ナビゲーションシステム８０と、を具備している。

エンジン１０の排気経路１５には、触媒６０が配置されている。なお、排気経路１５には、ＥＨＣ１００の触媒６０の他にも触媒装置が設けられているものとする。触媒６０にはヒータ７０が組み込まれ、触媒６０に近接して触媒温度センサ５１が配置されている。バッテリ４０には、モータ２０およびヒータ７０が接続され、モータ２０はバッテリ４０の電力によって駆動し、ヒータ７０はバッテリ４０の電力の通電によって加熱する構成とされている。

ＥＣＵ５０には、バッテリ４０と、触媒温度センサ５１と、ヒータ７０と、ナビゲーションシステム８０と、が接続されている。ＥＣＵ５０は、バッテリからヒータ７０へ電力を供給するための通電を制御する通電制御手段としての機能を有しており、当該機能によりヒータ７０を加熱することで、触媒６０を加熱して活性化させることができる。

ＥＣＵ５０には触媒温度センサ５１によって検出された触媒６０の温度が入力され、ＥＣＵ５０は、入力された触媒６０の温度を判定する触媒温度判定手段としての機能を有している。触媒６０の温度が所定温度より低い場合には触媒６０が活性化されず、同時に排気温度も低いことから排気経路１５に設けられたその他の触媒装置の触媒が活性化されない。ＥＨＣ１００は、ＥＣＵ５０の触媒温度判定手段としての機能により触媒６０の温度が予め設定された所定の触媒温度よりも低いと判断した場合には、ＥＣＵ５０のヒータ７０に対する通電制御手段としての機能によって、ヒータ７０を加熱することで、触媒６０を活性化させて排気経路１５の有害物質を浄化することができる。

ＥＣＵ５０は、ナビゲーションシステム８０が有している現在から所定時間先までの「先の車両情報」を取得することができる。「先の車両情報」とは、本実施形態において、現在から所定時間先までの総合的な車両情報であって、現在から所定時間先までの通過予定ルートにおける勾配率Ｇ、渋滞の有無、減速帯の有無、目的地到達時間、信号停止の有無、所定時間先のハイブリッド車両のバッテリ残量Ｃを含む、将来における車両に関する情報である。また、ＥＣＵ５０は、上述したそれぞれの「先の車両情報」を判定する車両情報判定手段としての機能を有し、さらに各種演算機能を有している。
［第一実施形態］

図２を用いて、ＥＨＣ１００における通電制御の手順の第一実施形態について説明する。
なお、本実施形態の通電制御Ｓ１００の開始時には、ハイブリッド車両はモータ２０によって走行しており、現在から所定時間Ｔｂ先までにエンジン１０をＯＮとするタイミングがあるものとする。
ステップＳ１０１において、触媒温度センサ５１にて検出された触媒温度ＴｈがＥＣＵ５０に入力され、ＥＣＵ５０は、入力された触媒温度Ｔｈが所定の触媒温度Ｔｈａ以下であるかどうかを判断し、触媒温度Ｔｈａ以下であればステップＳ１０２へ移行する。
次に、ステップＳ１０２において、現在から所定時間Ｔｂ先までの通過予定ルートにおける勾配率Ｇ、並びに、所定時間Ｔｂ先のハイブリッド車両のバッテリ４０のバッテリ残量Ｃを含む「先の車両情報」をナビゲーションシステム８０から取得する。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０３において、上述した車両情報判定手段の機能により勾配率Ｇが所定の勾配率Ｇａ以上であるかを判断し、所定の勾配率Ｇａ以上であればステップ１０４に移行する。なお、勾配率Ｇが所定の勾配率Ｇａ以上であるかの判断は、例えば、勾配率Ｇが上り勾配であるか否かの判断とすることができる。また、ＥＣＵ５０は、前記勾配率Ｇからエンジン１０をＯＮとするタイミングを算出する。

ＥＣＵ５０は、ステップ１０４において、ＯＮとされた際のエンジン１０の負荷Ｌを勾配率Ｇから演算機能によって算出し、算出した負荷Ｌが所定の負荷Ｌａ以下であるかどうかを判断し、負荷Ｌａ以下であればステップＳ１０５へ移行する。
ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０５において、上述した車両情報判定手段の機能によりバッテリ残量Ｃが所定のバッテリ残量Ｃａ以上であるかを判断し、所定のバッテリ残量Ｃａ以上であればステップ１０６に移行する。

つまり、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０１において触媒温度Ｔｈが所定の触媒温度Ｔｈａ以下であると判断し、かつステップＳ１０３において勾配率Ｇが所定の勾配率Ｇａ以上であると判断し、かつステップ１０４においてエンジン１０の負荷Ｌが所定の負荷Ｌａ以下であると判断し、かつステップＳ１０５においてバッテリ残量Ｃが所定のバッテリ残量Ｃａ以上であると判断した場合には、ＥＨＣ１００を作動する必要があると判断し、ステップＳ１０６において、ヒータ７０をＯＮとする。

そして、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０７において、ヒータ７０をＯＮとしてからの経過時間Ｔが所定時間Ｔａ以上であるか否かの判断を行い、前記経過時間Ｔが所定時間Ｔａ以上であれば、ステップＳ１０８においてヒータ７０をＯＦＦとする。なお、経過時間Ｔは、例えば、ＥＣＵ５０に備えられるタイマなどにより計測することができる。

一方、ステップＳ１０１において触媒温度Ｔｈが所定の触媒温度Ｔｈａよりも高いと判断された場合、またはステップＳ１０３において勾配率Ｇが所定の勾配率Ｇａよりも低いと判断された場合、またはステップ１０４においてエンジン１０の負荷Ｌが所定の負荷Ｌａよりも大きいと判断された場合、またはステップＳ１０５においてバッテリ残量Ｃが所定のバッテリ残量Ｃａよりも少ないと判断された場合には、ヒータ７０はＯＮとされない。

つまり、ＥＣＵ５０は、触媒温度Ｔｈが所定の触媒温度Ｔｈａよりも高いと判断するか、勾配率Ｇが所定の勾配率Ｇａよりも低いと判断するか、エンジン１０の負荷Ｌが所定の負荷Ｌａよりも大きいと判断するか、またはバッテリ残量Ｃが所定のバッテリ残量Ｃａよりも少ないと判断するかの、少なくとも何れか一つの条件を満足する場合には、ヒータ７０をＯＮとしない。

図３を用いて、通電制御Ｓ１００を実施した場合の作用、つまり触媒温度Ｔｈの変化、エンジン１０のＯＮ・ＯＦＦ状態、ヒータ７０のＯＮ・ＯＦＦ状態の一例について説明する。
なお、図３のグラフにおいて、横軸は時系列を示し、縦軸は触媒温度Ｔｈ、エンジン１０のＯＮ又はＯＦＦの状態、ヒータ７０のＯＮ又はＯＦＦの状態、を示している。また、図３は、ステップＳ１４０において、上述した勾配率Ｇが所定の勾配率Ｇａ以上である場合を示している。

図３において、触媒６０の温度Ｔｈは、現在に至るまで低下傾向にあり、現在時点では触媒温度Ｔｈは所定の触媒温度Ｔｈａと等しくなっている。
また、ＥＣＵ５０は、取得した通過予定ルートの勾配率Ｇが所定の勾配率Ｇａ以上であると判断しており、この勾配率Ｇの大きさに基づいて、現在から所定時間Ｔｂ先までの間におけるエンジン１０をＯＮとするタイミングＴｅを算出している。

このように、現在より先に、触媒温度Ｔｈが所定の触媒温度Ｔｈａよりも低くなり、エンジン１０を所定タイミングＴｅにてＯＮとする状況において、ＥＣＵ５０はエンジン１０の負荷Ｌの大きさおよびバッテリ残量Ｃに基づいて、ヒータ７０をＯＮとするか否かの判断を行う。図３に示した場合では、ＥＣＵ５０が、エンジン１０の負荷Ｌが所定の負荷Ｌａよりも大きいと判断したか、またはバッテリ残量Ｃが所定のバッテリ残量Ｃａよりも少ないと判断したため、ヒータ７０をＯＮとすることなくＯＦＦとしたまま、ＥＨＣ１００を作動しない制御が行われている。

このような構成とすることで、ＥＨＣ１００の不必要な作動を抑え、バッテリ４０の消費電力を低減でき、ひいてはハイブリッド車両の燃費向上を図ることができる。
［第二実施形態］

図４を用いて、ＥＨＣ１００における通電制御の手順の第二実施形態について説明する。
なお、本実施形態の通電制御Ｓ２００の開始時には、ハイブリッド車両はモータ２０によって走行しているものとする。
ステップＳ２０１において、触媒温度センサ５１にて検出された触媒温度ＴｈがＥＣＵ５０に入力され、ＥＣＵ５０は、入力された触媒温度Ｔｈが所定の触媒温度Ｔｈａ以下であるかどうかを判断し、触媒温度Ｔｈａ以下であればステップＳ２０２へ移行する。
次に、ステップ２０２において、現在から所定時間Ｔｂ先までの通過予定ルートにおける勾配率Ｇ、渋滞の有無、および減速帯の有無、を含む「先の車両情報」をナビゲーションシステム８０から取得する。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ２０３において、上述した車両情報判定手段の機能により勾配率Ｇが所定の勾配率Ｇａ以下であるかを判断し、上述した渋滞の有無について判断し、上述した減速帯の有無について判断し、これらの判断中において、勾配率Ｇａ以下である、渋滞が有る、および減速帯が有る、とする判断のうち少なくとも一つが成立すればステップ２０４に移行する。なお、勾配率Ｇが所定の勾配率Ｇａ以下であるかの判断は、例えば、勾配率Ｇが下り勾配であるか否かの判断とすることができる。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ２０４において、上述の勾配率Ｇａや渋滞の有無や減速帯の有無などの「先の車両情報」により、現在から所定時間Ｔｂ先までにおいてエンジン１０をＯＮとするタイミングがないと判断する。また、バッテリ４０のバッテリ残量Ｃを取得する。

さらに、ステップ２０５において、ＥＣＵ５０は、取得したバッテリ残量Ｃと、渋滞の位置と、減速帯の位置と、からヒータ７０をＯＮとするタイミングを決定する。

ＥＣＵ５０は、ステップ２０６において、決定したタイミングでヒータ７０をＯＮとする。そして、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２０７において、ヒータ７０をＯＮとしてからの経過時間Ｔが所定時間Ｔａ以上であるか否かの判断を行い、前記経過時間Ｔが所定時間Ｔａ以上であれば、ステップＳ２０８においてヒータ７０をＯＦＦとする。前記経過時間Ｔは、例えばＥＣＵ５０に備えられるタイマなどにより計測することができる。

また、ステップＳ２０１において触媒温度Ｔｈが所定の触媒温度Ｔｈａよりも高いと判断された場合、またはステップＳ２０３において勾配率Ｇが所定の勾配率Ｇａよりも高く、かつ渋滞が無く、かつ減速帯が無いと判断された場合には、ヒータ７０はＯＮとされない。
つまり、ＥＣＵ５０は、触媒温度Ｔｈが所定の触媒温度Ｔｈａよりも高いと判断するか、勾配率Ｇが所定の勾配率Ｇａよりも高く、かつ渋滞が無く、かつ減速帯が無いと判断するかの、少なくとも何れか一つの条件を満足する場合には、ヒータ７０をＯＮとしない。

図５を用いて、通電制御Ｓ２００を実施した場合の作用、つまり触媒温度Ｔｈの変化、エンジン１０のＯＮ・ＯＦＦ状態、ヒータ７０のＯＮ・ＯＦＦ状態の一例について説明する。
なお、図５のグラフにおいて、横軸は時系列を示し、縦軸は触媒温度Ｔｈ、エンジン１０のＯＮ又はＯＦＦの状態、ヒータ７０のＯＮ又はＯＦＦの状態を示している。また、図５は、ステップＳ２１３において、勾配率Ｇａ以下であった場合を示している。

図５において、触媒６０の温度Ｔｈは、現在に至るまで低下傾向にあり、現在の時点では触媒温度Ｔｈは所定の触媒温度Ｔｈａと等しくなっている。
また、ＥＣＵ５０は、取得した通過予定ルートの勾配率Ｇが所定の勾配率Ｇａ以下であると判断するとともに、この勾配率Ｇ、および渋滞の有無や減速帯の有無等、その他の「先の車両情報」に基づいて、現在から所定期間Ｔｂ先までの間に、通過予定ルートにおいてエンジン１０をＯＮするタイミングがないと判断している。
このように、現在から所定期間Ｔｂ先までの間にエンジン１０がＯＮされないと判断した上で、ＥＣＵ５０は、バッテリ残量Ｃと、渋滞の位置と、減速帯の位置と、からヒータ７０をＯＮとするタイミングを、現在から所定期間Ｔｂ先までの期間内における所定のタイミングにおいて決定する。

この場合、ヒータ７０をＯＮとするタイミングは、例えばエンジン１０がＯＮされる予測時刻において触媒温度Ｔｈが所定の触媒温度Ｔｈａにまで上昇するようなタイミングに設定される。また、ヒータ７０の加熱効率を向上させる観点からは、触媒温度Ｔｈができるだけ低い領域にある状態でヒータ７０をＯＮとすることが望ましい。

このような構成とすることで、ＥＨＣ１００の不必要な作動を抑え、バッテリ４０の消費電力を低減でき、ひいてはハイブリッド車両の燃費向上を図ることができる。
［第三実施形態］

図６を用いて、ＥＨＣ１００における通電制御の手順の第三実施形態について説明する。
なお、本実施形態の通電制御Ｓ３００の開始時には、ハイブリッド車両はモータ２０によって走行しているものとする。
ステップＳ３０１において、触媒温度センサ５１にて検出された触媒温度ＴｈがＥＣＵ５０に入力され、ＥＣＵ５０は、入力された触媒温度Ｔｈが所定の触媒温度Ｔｈａ以下であるかどうかを判断し、触媒温度Ｔｈａ以下であればステップＳ３０２へ移行する。
次に、ステップ３０２において、現在から所定時間Ｔｂ先までの通過予定ルートにおける目的地到達時間、信号停止の有無、およびバッテリ残量Ｃ、を含む「先の車両情報」をナビゲーションシステム８０から取得する。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ３０３において、上述した目的地到達時間、信号停止の有無、に基づいてエンジン１０をＯＮとするかどうかを判断し、エンジン１０をＯＮとするならばステップＳ３０４へ移行する。
次に、ステップＳ３０４において、バッテリ残量Ｃが所定のバッテリ残量Ｃａ以上であるかを判断し、所定のバッテリ残量Ｃａ以上であればステップ３０５に移行する。

ＥＣＵ５０は、ステップ３０５において、ヒータ７０をＯＮとする。そして、ＥＣＵ５０は、ステップＳ３０６において、ヒータ７０をＯＮとしてからの経過時間Ｔが所定時間Ｔａ以上であるか否かの判断を行い、前記経過時間Ｔが所定時間Ｔａ以上であれば、ステップＳ３０７においてヒータ７０をＯＦＦとする。前記経過時間Ｔは、例えばＥＣＵ５０に備えられるタイマなどにより計測することができる。

また、ステップＳ３０１において触媒温度Ｔｈが所定の触媒温度Ｔｈａよりも高いと判断された場合、またはステップＳ３０３においてエンジン１０をＯＮとしないと判断された場合、またはステップ３０４においてバッテリ残量Ｃが所定のバッテリ残量Ｃａよりも少ないと判断された場合には、ヒータ７０はＯＮとされない。

つまり、ＥＣＵ５０は、触媒温度Ｔｈが所定の触媒温度Ｔｈａよりも高いと判断するか、エンジン１０をＯＮとしないと判断するか、またはバッテリ残量Ｃが所定のバッテリ残量Ｃａよりも少ないと判断するかの、少なくとも何れか一つの条件を満足する場合には、ヒータ７０をＯＮとしない。

図７を用いて、通電制御Ｓ３００を実施した場合の作用、つまり触媒温度Ｔｈの変化、エンジン１０のＯＮ・ＯＦＦ状態、ヒータ７０のＯＮ・ＯＦＦ状態の一例について説明する。
なお、図７のグラフにおいて、横軸は時系列を示し、縦軸は触媒温度Ｔｈ、エンジン１０のＯＮ又はＯＦＦの状態、ヒータ７０のＯＮ又はＯＦＦの状態を示している。また、図７は、ステップＳ３０３において、現在から所定時間Ｔｂ先までの通過予定ルートで信号停止があるため、エンジン１０をＯＮとする判断をしなかった場合を示している。

図７において、触媒６０の温度Ｔｈは、現在に至るまで低下傾向にあり、現在時点では触媒温度Ｔｈは所定の触媒温度Ｔｈａと等しくなっている。
また、ＥＣＵ５０は、取得した「先の車両情報」によりエンジン１０をＯＮとする判断をしていない（現在から所定時間Ｔｂ先までの間にエンジン１０はＯＮされない）。
すなわち、ＥＣＵ５０は、現在から所定期間Ｔｂ先までの間に、通過予定ルートにおいてエンジン１０をＯＮとするタイミングがないと判断したため、ヒータ７０をＯＮとせず、ＥＨＣ１００を作動しないものとしている。

このような構成とすることで、ＥＨＣ１００の不必要な作動を抑え、バッテリ４０の消費電力を低減でき、ひいてはハイブリッド車両の燃費向上を図ることができる。

１０エンジン
２０モータ
４０バッテリ
５０ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＨｅａｔｅｄＣａｔａｌｙｓｔ
５１触媒温度センサ
６０触媒
７０ヒータ
１００ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＨｅａｔｅｄＣａｔａｌｙｓｔ

Claims

モータとエンジンを組み合わせて走行するハイブリッド車両に設けられる電気加熱式触媒装置であって、
前記モータに電力を供給するバッテリと、
前記エンジンの排気経路に設けられる触媒と、
前記触媒を前記バッテリの電力の通電により加熱するヒータと、
前記ヒータの通電を制御する制御手段と、
現在から所定時間先までの将来における車両に関する情報である、先の車両情報を有するナビゲーションシステムと、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
を具備し、
前記制御手段は、前記触媒温度検出手段によって検出される触媒温度と、前記ナビゲーションシステムが有する先の車両情報と、に基づいて、前記ヒータの通電を制御する、電気加熱式触媒装置。