JP2016048059A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化触媒の温度の推定精度が高い内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】停止条件が成立した場合に内燃機関ＥＧを停止し、内燃機関ＥＧの停止中に再始動条件が成立した場合に内燃機関ＥＧを再始動する内燃機関ＥＧの制御装置において、エンジン駆動検出部において内燃機関ＥＧの停止を検出した場合に、内燃機関ＥＧ及び排気浄化触媒１２７の少なくとも一方のパラメータに基づいて、内燃機関ＥＧに供給される吸入空気を燃焼させることなく排気通路１２５へ排気する空転操作を開始するか否かを判定するエンジン空転開始判定部と、前記空転操作を実行するスタータモータ１３８と、排気浄化触媒１２７の下流側に設けられた温度センサ１３４と、スタータモータ１３８が始動した場合に、温度センサ１３４による温度実測値に基づいて排気浄化触媒１２７の温度を推定し、触媒温度推定値を求める第２の触媒温度推定部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。

停車又は発進の動作等を検知してエンジンの自動停止及び自動再始動を行う機能を備えるエンジンの制御装置として、エンジンの自動停止中に排気浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、当該温度検出手段により検出した排気浄化触媒の温度に基づいてエンジンの再始動を行う再始動制御手段と、を備えたものが知られている（特許文献１）。このエンジンの制御装置では、エンジンの冷却を行う冷却水の温度であるエンジン水温と、エンジンの停止時間と、に基づいて排気浄化触媒の温度を推定し、この排気浄化触媒の推定温度に基づいてエンジンの再始動を行う（上記特許文献１の段落［００２４］参照）。

特開２０１０−０１９１７８号公報

しかしながら、上記従来のエンジンの制御装置では、排気浄化触媒の温度に対して間接的なパラメータであるエンジン水温と、エンジンの停止時間と、に基づいて排気浄化触媒の温度を推定しているため、エンジンの自動停止時間が長くなるにつれて、排気浄化触媒の推定温度と排気浄化触媒の実温度との差が大きくなり、自動停止中の排気浄化触媒の温度を精度良く検出又は推定することが困難となる、という問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、排気浄化触媒の温度の推定精度が高い内燃機関の制御装置を提供することである。

本発明は、内燃機関の停止状態において内燃機関の空転操作を開始する判定を行い、当該空転操作を実行した場合に排気浄化触媒の下流側の温度センサにより求められた実測値に基づいて、排気浄化触媒の温度を推定することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、内燃機関の停止状態において、当該内燃機関が空転操作を実行することで排気通路内に未燃空気を流下させ、排気浄化触媒と未燃空気とを直接的に接触させる。これにより、排気浄化触媒の熱が未燃空気に伝わるのでその熱交換後の未燃空気の温度の実測値を検出し、当該実測値に基づいて排気浄化触媒の温度を推定する。この結果、停止状態の継続時間が長くなった場合でも当該排気浄化触媒の温度を精度良く推定することができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置を適用した内燃機関を示すブロック図である。 本発明に係る内燃機関の制御装置を示すブロック図である。 図２の内燃機関の制御装置の温度推定処理手順の一例（アイドリングストップ時）を示すフローチャートである。 図３の温度推定処理のタイムチャートである。 図３のステップＳＴ４で用いられる推定出口温度と停止継続時間との関係を示す制御マップである。 図３のステップＳＴ４で用いられる出口温度変化量とエンジン冷却水温度との関係を示す制御マップである。 図３のステップＳＴ４で用いられる出口温度変化量と外気温度との関係を示す制御マップである。 図３のステップＳＴ４で用いられる出口温度変化量と走行速度との関係を示す制御マップである。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本例に係る内燃機関の制御装置２１を適用した内燃機関ＥＧを示すブロック図、図２は本例に係る内燃機関の制御装置２１を示すブロック図である。なお図２は、図１に示す内燃機関ＥＧの構成から温度推定処理を実行する内燃機関の制御装置２１に関係する構成のみを抽出して示したものである。

本例に係る内燃機関の制御装置２１が適用される車両は、内燃機関ＥＧのみを走行駆動源とする車両と、内燃機関ＥＧとモータとを走行駆動源とするハイブリッド車両の両方を含み、以下の実施形態では主として内燃機関ＥＧのみによる車両の構成を説明し、ハイブリッド車両に特有の構成については特記するものとする。また本例の内燃機関の制御装置２１は、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンのほか軽油を燃料とするディーゼルエンジンにも適用することができ、以下の実施形態では主としてガソリンエンジンの構成について説明し、ディーゼルエンジン特有の構成については特記するものとする。さらに本例に係る内燃機関の制御装置２１は、フットブレーキを踏んで車両が停車した場合に内燃機関が一時的に停止するアイドリングストップ制御を実行する車両に適用することができ、以下の実施形態ではその説明を適宜行うものとする。なお、アイドリングストップ制御は内燃機関のみによる車両にもハイブリッド車両にも適用することができる。

図１に示すように、内燃機関ＥＧの吸気通路１１１には、エアーフィルタ１１２、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１３、吸入空気流量を制御するスロットルバルブ１１４、コレクタ１１５及び吸気温度センサ１１７が設けられている。スロットルバルブ１１４には、当該スロットルバルブ１１４の開度を調整するＤＣモータ等のアクチュエータ１１６が設けられている。このスロットルバルブアクチュエータ１１６は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成するように、エンジンコントロールユニット１１からの駆動信号に基づき、スロットルバルブ１１４の開度を電子制御する。なお、アクセルペダルにはアクセル開度センサ１３６が設けられ、アクセルペダル操作量の検出信号をエンジンコントロールユニット１１へ出力する。また、スロットルバルブ１１４の開度を検出するスロットルセンサ１１６ａが設けられ、その検出信号をエンジンコントロールユニット１１へ出力する。なお、スロットルセンサ１１６ａはアイドルスイッチとしても機能させることができる。

コレクタ１１５から各気筒に分岐した燃料噴射ポート１１１ａに臨ませて、燃料噴射バルブ１１８が設けられている。燃料噴射バルブ１１８は、エンジンコントロールユニット１１において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、図外の燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を吸気通路１１１の燃料噴射ポート１１１ａに噴射する。このとき、本例の内燃機関ＥＧにおいては、フットブレーキ操作、変速機コントロールユニットからのシフトポジション信号、エンジン回速度等のエンジン運転状態に基づいてアイドリングストップ制御を実行し、アイドリングストップ条件が成立したらピストン及びクランクの駆動を含めて内燃機関ＥＧを一時的に停止し、その後アイドリングストップ条件が不成立となったら内燃機関ＥＧを再始動する。

シリンダ１１９と、当該シリンダ１１９内を往復移動するピストン１２０の冠面と、吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２が設けられたシリンダヘッドとで囲まれる空間が燃焼室１２３を構成する。点火プラグ１２４は、各気筒の燃焼室１２３に臨んで装着され、エンジンコントロールユニット１１からの点火信号に基づいて吸入混合気に対して点火を行う。なお、ディーゼルエンジンや圧縮自己着火型ガソリンエンジン（ＨＣＣＩ）にあっては、点火プラグ１２４は省略される。

排気通路１２５には、排気中の特定成分、例えば酸素濃度を検出することにより排気、ひいては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１２６が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。この空燃比センサ１２６は、リッチ・リーン出力する酸素センサであってもよいし、空燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサであってもよい。また、排気通路１２５には、排気を浄化するための排気浄化触媒１２７が設けられている。この排気浄化触媒１２７としては、ストイキ（理論空燃比，λ＝１、空気重量／燃料重量＝１４．７）近傍において排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣを酸化するとともに、窒素酸化物ＮＯｘの還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、或いは排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣの酸化を行う酸化触媒を用いることができる。さらに、排気通路１２５の排気浄化触媒１２７の下流側には、排気中の特定成分、例えば酸素濃度を検出し、リッチ・リーン出力する酸素センサ１２８が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。ここでは、酸素センサ１２８の検出値により、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を補正することで、空燃比センサ１２６の劣化等に伴う制御誤差を抑制する等のために（いわゆるダブル空燃比センサシステム採用のために）、下流側酸素センサ１２８を設けて構成したが、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行わせるだけでよい場合には、酸素センサ１２８を省略することができる。なお、図１において１２９はマフラである。

なお、エンジンコントロールユニット１１は、クランク角センサ１３１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントすることで、又はクランク基準角信号の周期を計測することでエンジン回転速度Ｎｅを検出することができる。

内燃機関ＥＧの冷却ジャケット１３２には、水温センサ１３３が当該冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット１３２内の冷却水温度を検出し、これをエンジンコントロールユニット１１へ出力する。また、エンジンルーム内にはサーミスタなどから構成されて車室外の温度を検出する外気温度センサ１３５が設けられ、この検出信号はエンジンコントロールユニット１１に出力される。さらに変速機などの駆動系にはリードスイッチやホール素子などから構成されて車両の走行速度を検出する車速センサ１３７が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１に出力される。また図示は省略するが、変速機のコントロールユニットは、変速機のシフトポジション（変速段）をエンジンコントロールユニット１１からの要求により出力する（図１にシフトポジション信号にて示す）。なお、本実施形態における「水温センサ１３３」が本発明の「内燃機関温度検出手段」の一例に相当し、本実施形態における「外気温度センサ１３５」が本発明の「外気温度検出手段」の一例に相当し、本実施形態における「車速センサ１３７」が本発明の「車速検出手段」の一例に相当し、本実施形態における「冷却水温度」が本発明の「内燃機関の本体の温度」の一例に相当する。

内燃機関ＥＧは、スタータモータ１３８を用いてクランクシャフト１３０を回転駆動することにより始動する。このスタータモータ１３８は回転軸の先端にピニオンギア１３９を備え、ピニオンギア１３９はクランクシャフト１３０に固定されたドライブプレート又はフライホイール１４０の外周縁部に形成されたギアと噛合する。また、スタータモータ１３８は、アクチュエータ（不図示）を用いてピニオンギア１３９を回転軸方向に移動させる機能を備えている。

イグニッションスイッチがＯＮすると、スタータモータ１３８が起動してピニオンギア１３９が回転駆動し、アクチュエータにより回転軸が伸長してピニオンギア１３９がドライブプレート１４０に形成されたギアと噛合する。これによりクランクシャフト１３０が所定速度で回転し、内燃機関ＥＧが始動する。なお、本実施形態における「スタータモータ１３８」が本発明の「空転実行手段」の一例に相当する。

ハイブリッド車両は、内燃機関及び／又はモータを走行駆動源とし、車両の運転状態や走行駆動用バッテリの充電状態に応じた各種の走行モードが設定されている。たとえば、車両の運転状態などに応じて、内燃機関のみで走行するモードと、モータのみで走行するモードと、内燃機関及びモータの両方で走行するモードを切り替える。このうち内燃機関のみで走行するモードをＥＧ走行モード、モータのみで走行するモードをＥＶ走行モード、内燃機関及びモータの両方で走行するモードをＨＥＶ走行モードと称する。これら走行モードの切り替えは、図１に示すエンジンコントロールユニット１１とバッテリの充放電等を制御するバッテリコントロールユニット（不図示）とを統括する車両コントロールユニット（不図示）により制御され、ＥＶ走行モードを含む走行モードの制御信号（図１に「ＥＶ走行モード信号」として示す。）がエンジンコントロールユニット１１に出力される。ハイブリッド車両における内燃機関の始動は、走行駆動用モータと、当該走行駆動用モータと内燃機関との間に設けられたクラッチの断接操作により行うことができる。また、上述したスタータモータを走行駆動用モータとは別に設け、このスタータモータにより内燃機関を始動してもよい。

既述したように、各種センサ類からの検出信号（運転パラメータ）は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータからなるエンジンコントロールユニット１１に入力され、当該エンジンコントロールユニット１１は、センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて、スロットルバルブ１１４の開度を制御し、燃料噴射バルブ１１８を駆動し、点火プラグ１２４のＯＮ／ＯＦＦを制御して燃料噴射量と燃料噴射時期と点火タイミングとを制御する。

排気通路１２５の排気浄化触媒１２７の下流側の近傍には、本例に係る温度センサ１３４が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。この温度センサ１３４は、内燃機関ＥＧの空転操作が実行された場合に、吸入通路１１１から吸入され燃焼室１２３からエキゾーストマニホールドを含む排気通路１２５に流下した未燃空気と、排気浄化触媒１２７と、が直接的に接触した熱交換後に未燃空気の温度を検出し、検出した温度実測値Ｔ１をエンジンコントロールユニット１１に出力する。そして、エンジンコントロールユニット１１は、排気浄化触媒１２７の不活性化防止のため、排気浄化触媒１２７の温度を推定する制御を行う。以下、排気浄化触媒の温度推定の制御手順を説明する。

本例の排気浄化触媒１２７の温度の推定は、図２に示す制御ブロックと、図３に示す制御ルーチンによって実行される。以下に具体的な制御の構成を説明する。

本例の内燃機関の制御装置２１は、図２に示すように、エンジン駆動検出部２１１と、停止時間計測部２１２と、第１の触媒温度推定部２１３と、第２の触媒温度推定部２１４と、エンジン空転開始判定部２１５と、エンジン始動判定部２１６と、を備える。図２の最左列は入力パラメータを示し、上述した内燃機関ＥＧの各種構成部品より検出されるものである。

なお、本実施形態における「内燃機関の制御装置２１」が本発明の「内燃機関の制御装置」の一例に相当し、本実施形態における「エンジン駆動検出部２１１」が本発明の「停止検出手段」の一例に相当し、本実施形態における「停止時間計測部２１２」が本発明の「停止時間計測手段」の一例に相当し、本実施形態の「第１の触媒温度推定部２１３」が本発明の「初期温度推定手段」の一例に相当し、本実施形態の「第２の第２の触媒温度推定部２１４」が本発明の「温度推定手段」の一例に相当し、本実施形態の「エンジン空転開始判定部２１５」が本発明の「空転開始判定手段」の一例に相当し、本実施形態の「エンジン始動判定部２１６」が本発明の「再始動指令手段」の一例に相当する。

エンジン駆動検出部２１１は、アクセル開度センサ１３６から求められるアクセル踏込量と、クランク角センサ１３１から求められるエンジン回転速度と、水温センサ１３３から求められる冷却水温度と、車速センサ１３７から求められる走行速度と、フットブレーキセンサから求められるフットブレーキのＯＮ／ＯＦＦ信号と、変速機コントロールユニットから入力するシフトポジション信号と、ハイブリット車両にあっては車両コントロールユニットから入力するＥＶ走行モード信号（ＯＮ／ＯＦＦ指令信号）と、に基づいて、内燃機関ＥＧが停止しているか否かを検出する。なお、クラッチ付き車両にあってはクラッチセンサから求められるクラッチの入切に基づいて、内燃機関ＥＧが停止しているか否か検出してもよい。

アイドリングストップ制御は、特に限定されないが、例えば内燃機関ＥＧの回転速度が所定値以下で、シフトポジションがニュートラル又はクラッチペダルが踏み込まれている場合又はこれに加えてフットブレーキが踏み込まれている場合に条件（本発明の「内燃機関停止条件」の一例に相当）が成立する。アイドリングストップ制御の条件が成立すると、ピストン１２０及びクランクシャフト１３０の駆動を含めて内燃機関ＥＧを一時的に停止する。これにより、燃焼室１２３における燃焼は中断し、吸気通路１１１から排気通路１２５に至るガスの流れも停止する。

なお、ハイブリッド車両にあっては、車両コントロールユニットにてＥＶ走行モードの条件が成立すると、ＥＶ走行モードのＯＮ指令が出力される。これにより、ピストン１２０及びクランクシャフト１３０の駆動を含めて内燃機関ＥＧが一時的に停止し、燃焼室１２３における燃焼も、吸気通路１１１から排気通路１２５に至るガスの流れも停止する。

エンジン駆動検出部２１１は、上述した内燃機関ＥＧにおける停止状態から駆動状態へ移行したことも検出する。アイドリングストップ制御にあっては、例えばフットブレーキを放してアクセルペダルを踏み込むなどすることでアイドリングストップ制御の成立条件が不成立となり（本発明の「内燃機関再始動条件」の一例に相当）、内燃機関ＥＧが再始動したことを検出する。またハイブリッド車両にあっては、例えばアクセルペダルを踏み込んで走行負荷が増加することでＥＶ走行モードの成立条件が不成立となり、ＥＧ走行モード又はＨＥＶ走行モードに切り替わることで内燃機関ＥＧが再始動したことを検出する。

停止時間計測部２１２は、タイマーカウンタで構成され、エンジン駆動検出部２１１にて検出された停止状態の開始時にカウントを開始し、再始動したときにカウントを終了し、停止状態の開始から再始動までの時間を計測する。ここで計測した停止状態の開始から再始動までの時間を停止継続時間ｔと称するが、この値ｔは第１の触媒温度推定部２１３に出力される。

第１の触媒温度推定部２１３は、内燃機関ＥＧの停止状態の開始時における排気浄化触媒１２７出口の温度実測値Ｔ０と、停止時間計測部２１２から出力される停止継続時間ｔと、に基づいて、所定の演算式により排気浄化触媒１２７出口の温度を推定し、出口温度推定値Ｔ２を求める。そして、求めた出口温度推定値Ｔ２に基づいて、所定の演算式により排気浄化触媒１２７の初期温度を推定し、初期温度推定値Ｔ３を求める。さらに、第１の触媒温度推定部２１３は、求めた初期温度推定値Ｔ３を、水温センサ１３３から求められる冷却水温度と、外気温度センサ１３５から求められる外気温度と、車速センサ１３７から求められる走行速度と、に基づいて補正する。第１の触媒温度推定部２１３は、この初期温度推定値Ｔ３を第２の触媒温度推定部２１４に出力する。

第２の第２の触媒温度推定部２１４は、温度センサ１３４から求められる排気浄化触媒１２７出口の温度実測値Ｔ１（空転時の実測値）と、第１の触媒温度推定部２１３から出力される初期温度推定値Ｔ３と、に基づいて、所定の演算式により排気浄化触媒１２７の温度を推定し、触媒温度推定値Ｔ４を求める。そして、第２の触媒温度推定部２１４は、求めた触媒温度推定値Ｔ４をエンジン空転開始判定部２１５及びエンジン始動判定部２１６に出力する。

エンジン空転開始判定部２１５は、第２の触媒温度推定部２１４から出力される触媒温度推定値Ｔ４に基づいて、内燃機関ＥＧの停止時に空転操作を開始するか否かの判断を行う。本例でいう内燃機関ＥＧの空転操作とは、吸気通路１１１から吸入した外気を燃焼させることなく（燃料カット及び非点火）、排気通路１２５を介して排気させることをいう。このエンジン空転開始判定部２１５は、触媒温度推定値Ｔ４が空転操作開始閾値Ｔｃ１以下となると内燃機関ＥＧの空転操作を開始する判定を行い、触媒温度推定値Ｔ４がエンジン始動閾値Ｔｃ２に達するまで内燃機関ＥＧの空転操作を開始する判定を所定の時間間隔で行い続ける。また、エンジン空転開始判定部２１５は、内燃機関ＥＧの空転操作を開始する判定を行った場合は、スタータモータ１３８を始動する指令を出力する。

空転操作開始閾値Ｔｃ１及びエンジン始動閾値Ｔｃ２は、排気浄化触媒１２７の活性温度を基に設定されている。具体的には、空転操作開始閾値Ｔｃ１及びエンジン始動閾値Ｔｃ２は、排気浄化触媒１２７の活性温度よりも所定温度だけ高温側の値としている。さらに、エンジン始動閾値Ｔｃ２は、空転操作開始閾値Ｔｃ１よりも低温側の値としている。なお、本実施形態における「空転操作開始閾値Ｔｃ１」が本発明の「第１の閾値」の一例に相当し、本実施形態における「エンジン始動閾値Ｔｃ２」が本発明の「第２の閾値」の一例に相当する。

エンジン始動判定部２１６は、第２の触媒温度推定部２１４から出力される触媒温度推定値Ｔ４に基づいて、内燃機関ＥＧの始動をするか否かの判定を行う。エンジン始動判定部２１６は、触媒温度推定値Ｔ４がエンジン始動閾値Ｔｃ２以下となると内燃機関ＥＧの始動をする判定を行う。

次に、図３，図４を参照して、本実施形態に係る内燃機関ＥＧの制御手順を説明する。以下の処理はエンジンコントロールユニット１１内にインストールされた内燃機関ＥＧの制御プログラムによって実行される。本実施形態に係る内燃機関の制御は、図２の第２の触媒温度推定部２１４において求められる触媒温度推定値Ｔ４に基づいて、内燃機関ＥＧの空転操作の開始の判定、又は内燃機関ＥＧの始動の判定を行うものである。その際に、触媒温度推定値Ｔ４が空転操作開始閾値Ｔｃ１以下であるとエンジン空転開始判定部２１５により内燃機関ＥＧの空転操作を開始する判定を行い、さらに、触媒温度推定値Ｔ４がエンジン始動閾値Ｔｃ２以下となるとエンジン始動判定部２１６により内燃機関ＥＧの始動をする判定を行う。

図３に示す制御ルーチンは、車速センサ１３７により検出される走行速度がゼロでない車両走行中に実行される。まずステップＳＴ１にてフットブレーキセンサにより検出されるフットブレーキ信号がＯＮであって、変速機コントロールユニットからのシフトポジション信号としてニュートラル信号が入力され、エンジン回転速度が所定の回転速度以下となると、ステップＳＴ２にてアイドリングストップ制御が実行される。これにより、ピストン１２０及びクランクシャフト１３０の駆動を含めて内燃機関ＥＧが一時的に停止し、燃焼室１２３における燃焼が中断するため、内燃機関ＥＧが停止状態となる。なお、図４のタイムチャートにおけるｔ０が内燃機関ＥＧの停止状態の開始時に相当する。

ステップＳＴ３では、停止時間計測部２１２により停止継続時間ｔのカウントを開始する。このタイムカウントはステップＳＴ９のエンジン始動が検出されるステップＳＴ１０まで行われる。

ステップＳＴ４では、排気浄化触媒１２７の初期温度を推定し、初期温度推定値Ｔ３を求める。具体的には、第１の触媒温度推定部２１３は、予め定められた推定出口温度マップを用いて、温度センサ１３４で検出された内燃機関ＥＧの停止状態の開始時における排気浄化触媒１２７出口の温度実測値Ｔ０と、停止継続時間ｔと、から排気浄化触媒１２７出口の温度を推定し、出口温度推定値Ｔ２を求める。そして、求めた出口温度推定値Ｔ２に基づいて、所定の演算式により排気浄化触媒１２７の初期温度を推定し、初期温度推定値Ｔ３を求める。図５に推定出口温度マップの例を示す。内燃機関ＥＧの停止継続時間ｔが長いほど、排気通路１２５が外気によって冷却されるので、排気浄化触媒１２７の出口温度は初期温度Ｔ０から降下するものと推定される。

また、本実施形態では、第１の触媒温度推定部２１３は、求められた初期温度推定値Ｔ３を、冷却水温度と、外気温度と、走行速度と、に基づいて補正する。具体的には、まず、第１の触媒温度推定部２１３は、予め定められた第１の温度変化量マップを用いて、水温センサ１３３から求められる冷却水温度から排気浄化触媒１２７の温度変化量Ｔ５を演算する。図６に第１の温度変化量マップの例を示す。冷却水温度が高いほど排気通路１２５が高温になっているので、排気浄化触媒１２７の出口温度の変化量は小さくなる。

そして、第１の触媒温度推定部２１３は、予め定められた第２の温度変化量マップを用いて、外気温度センサ１３５から求められる外気温度から排気浄化触媒１２７の温度変化量Ｔ６を演算する。図７に第２の温度変化量マップの例を示す。外気温度が高いほど排気浄化触媒１２７の出口温度の変化量は小さくなる。

そして、第１の触媒温度推定部２１３は、予め定められた第３の温度変化量マップを用いて、車速センサ１３７から求められる走行速度から排気浄化触媒１２７の温度変化量Ｔ７を演算する。図８に第３の温度変化量マップの例を示す。走行速度が大きいほど排気通路１２５に当たる風速が大きくなるで、排気浄化触媒１２７の出口温度の変化量は大きくなる。

なお、内燃機関ＥＧは、アイドリングストップ制御の条件が成立しており、内燃機関ＥＧは停止状態であるため、内燃機関ＥＧの停止状態が開始する前における所定期間の走行速度を車両コントロールユニットから読み出して、排気浄化触媒１２７の温度変化量Ｔ７を演算する。ちなみに、ハイブリット車両にあっては、車両コントロールユニットにてＥＶ走行モードの条件が成立すると、ＥＶ走行モードのＯＮ指令が出力され、内燃機関ＥＧは一時的に停止するが、車両は走行を継続している。このため、走行中の車両の車速センサ１３７から検出される走行速度を用いて、排気浄化触媒１２７の温度変化量を演算する。

そして、第１の触媒温度推定部２１３は、初期温度推定値Ｔ３を、温度変化量Ｔ５〜Ｔ７に基づいて、従来公知の演算式により補正する。なお、本実施形態における「内燃機関ＥＧの停止継続時間ｔ」、「冷却水温度」、及び「外気温度」が本発明の「内燃機関の運転状態値」の一例に相当し、本実施形態における「走行速度」が本発明の「内燃機関が搭載された車両の運転状態値」の一例に相当する。

このステップＳＴ４では、初期温度推定値Ｔ３は、第２の触媒温度推定部２１４に出力されるが、エンジン空転開始判定部２１５により内燃機関ＥＧの空転操作を開始する判定が行われ、スタータモータ１３８により内燃機関ＥＧの空転操作が実行される前においては、第２の触媒温度推定部２１４は、この初期温度推定値Ｔ３を触媒温度推定値Ｔ４としてエンジン空転開始判定部２１５へ出力する。なお、エンジン空転開始判定部２１５により内燃機関ＥＧの空転操作が実行する判定が行われ、スタータモータ１３８により内燃機関ＥＧの空転操作が実行された場合については、後に詳細に説明する。

ステップＳＴ５では、エンジン空転開始判定部２１５により、触媒温度推定値Ｔ４が、予め設定された空転操作開始閾値Ｔｃ１以下か否かを判断し、触媒温度推定値Ｔ４が空転操作開始閾値Ｔｃ１以上である場合は（Ｔ４＞Ｔｃ１）、ステップＳＴ５に戻ってステップＳＴ４〜ステップＳＴ５を繰り返す。触媒温度推定値Ｔ４が空転操作開始閾値Ｔｃ１以下の場合は（Ｔ４＜Ｔｃ１）、ステップＳＴ６へ進む。図４のタイムチャートにおけるｔ１が、触媒温度推定値Ｔ４が空転操作開始閾値Ｔｃ１にまで降温した時に相当する。

ステップＳＴ６では、ステップＳＴ５で触媒温度推定値Ｔ４が空転操作開始閾値Ｔｃ１以下の場合に、エンジン空転開始判定部２１５がスタータモータ１３８を始動する指令を出力し、これによりスタータモータ１３８が始動する。この結果、内燃機関ＥＧの空転操作が実行され、吸気通路１１１から吸入された外気が燃焼することなく排気通路１２５を介して排気される。これにより、未燃空気（吸入空気）が排気通路１２５内を流下し、排気浄化触媒１２７と、未燃空気と、が直接的に接触し、排気浄化触媒１２７の熱が未燃空気に伝わる。

ステップＳＴ７では、第２の触媒温度推定部２１４により、温度センサ１３４から出力される排気浄化触媒１２７出口の温度実測値Ｔ１と、初期温度推定値Ｔ３と、から排気浄化触媒１２７の温度を推定し、触媒温度推定値Ｔ４を求める。

温度センサ１３４では、排気浄化触媒１２７出口の温度を検出するが、エンジン空転開始判定部２１５により内燃機関ＥＧの空転操作が実行する判定が行われ、スタータモータ１３８により内燃機関ＥＧの空転操作が実行されることで、排気通路１２５内に未燃空気が流下し、排気浄化触媒１２７と直接的に接触することで排気浄化触媒１２７の熱が伝わる。これにより、未燃空気に伝わった熱量に応じた高い温度実測値Ｔ１が検出される。

第２の触媒温度推定部２１４は、所定期間における排気浄化触媒１２７出口の温度実測値Ｔ１の温度変化量に基づいて、初期温度推定値Ｔ３を補正することで、排気浄化触媒１２７の温度を推定し、触媒温度推定値Ｔ４を求める。この所定期間は、例えば、エンジン空転開始判定部２１５により内燃機関ＥＧの空転操作を開始する判定を行った時点から開始し、排気通路１２５内を流下するガス流速に基づいて設定するものである。なお、排気浄化触媒１２７の温度補正値を求める方法としては、特に上述に限定されず、例えば、所定期間における排気浄化触媒１２７出口の温度実測値の最大値に基づいて、排気浄化触媒１２７の温度を補正してもよい。

上述のように求められた温度実測値Ｔ１は、空転操作が実行されることで排気浄化触媒１２７と直接的に接触し、熱交換を行った後の未燃空気の温度の実測値であり、この温度実測値Ｔ１の変化量に基づいて初期温度推定値Ｔ３を補正し、排気浄化触媒１２７の温度を推定するので、排気浄化触媒１２７の温度の推定精度が向上する。

ステップＳＴ８では、エンジン始動判定部２１６により、ステップＳＴ７で求められた触媒温度推定値Ｔ４が、予め設定されたエンジン始動閾値Ｔｃ２以下か否かを判断し、触媒温度推定値Ｔ４がエンジン始動閾値Ｔｃ２以上である場合は（Ｔ４＞Ｔｃ２）、所定の時間間隔が経過した後にステップＳＴ４に戻ってステップＳＴ４〜ステップＳＴ８を繰り返す。ステップＳＴ４に戻ると、第２の触媒温度推定部２１４は、再度排気浄化触媒１２７の温度を推定し、触媒温度推定値Ｔ４を求める。そして、ステップＳＴ５において、エンジン空転開始判定部２１５により触媒温度推定値Ｔ４が空転操作開始閾値Ｔｃ１以下か否かを判断する。触媒温度推定値Ｔ４が空転操作開始閾値Ｔｃ１以下である場合は（Ｔ４＜Ｔｃ１）、ステップＳＴ６において、エンジン空転開始判定部２１５によりスタータモータ１３８を始動する指令が出力され、これにより、スタータモータ１３８が始動し、空転操作が再度実行される。図４のタイムチャートにおけるｔ２が、エンジン空転開始判定部２１５により再度、内燃機関ＥＧの空転開始の判定が行われた時に相当する。

触媒温度推定値Ｔ４がエンジン始動閾値Ｔｃ２以下の場合は（Ｔ４＜Ｔｃ２）、ステップＳＴ９へ進む。図４のタイムチャートにおけるｔ３が、触媒温度推定値Ｔ４がエンジン始動閾値Ｔｃ２にまで降温した時に相当する。

ステップＳＴ９では、エンジン始動判定部２１６により、ステップＳＴ７で演算された触媒温度推定値Ｔ４がエンジン始動閾値Ｔｃ２以下の場合に内燃機関ＥＧを始動する指令を出力し、内燃機関ＥＧを始動する。ステップＳＴ１０では、停止時間計測部２１２は、内燃機関ＥＧが始動したことに伴い停止継続時間ｔのカウントを停止する。

そして、シフトポジションが走行ポジションに切り替えられ、フットブレーキセンサより検出されるフットブレーキ信号がＯＦＦとなり、アクセルペダルが踏み込まれることで、運転者の要求に応じて車両が加速する。これにより、車両は停止状態から走行状態へ移行する。図４のタイムチャートにおけるｔ４が、車両が走行状態へ移行した時に相当する。

次に、本実施形態における内燃機関ＥＧの制御装置の効果について説明する。

本実施形態では、内燃機関ＥＧの停止状態において、当該内燃機関ＥＧが空転操作を実行することで排気通路１２５内に未燃空気を流下させ、排気浄化触媒１２７と未燃空気とを直接的に接触させる。これにより、排気浄化触媒１２７の熱が未燃空気に伝わるのでその熱交換後の未燃空気の温度実測値Ｔ１を温度センサ１３４により検出し、当該温度実測値Ｔ１に基づいて排気浄化触媒の温度を推定する。この結果、停止状態の継続時間が長くなった場合でも排気浄化触媒１２７の温度を精度良く推定することができる。

また、本実施形態では、スタータモータ１３８により内燃機関ＥＧの空転操作が実行される前に出口温度推定値Ｔ２から初期温度推定値Ｔ３を求め、スタータモータ１３８により内燃機関ＥＧの空転操作が実行されることで温度センサ１３４により検出される温度実測値Ｔ１の変化量に基づいて、初期温度推定値Ｔ３を補正して排気浄化触媒１２７の温度を推定する。これにより、排気浄化触媒１２７の温度をさらに精度良く推定することができる。

また、本実施形態では、初期温度推定値Ｔ３を冷却水温度と、外気温度と、走行速度と、から求められる排気浄化触媒１２７の温度変化量に基づいて補正することで、排気浄化触媒１２７の温度をさらに精度良く推定することができる。

また、本実施形態では、求められた触媒温度推定値Ｔ４が空転操作開始閾値Ｔｃ１以下の場合に、エンジン空転開始判定部２１５により内燃機関ＥＧの空転操作を実行する判定を行うことで、不要な内燃機関ＥＧの空転操作により排気浄化触媒１２７が冷却されるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、求められた触媒温度推定値Ｔ４が排気浄化触媒１２７の活性温度を基に設定されたエンジン始動閾値Ｔｃ２以下の場合に、エンジン始動判定部２１６により内燃機関ＥＧの再始動を実行する判定を行うことで、排気浄化触媒１２７の暖機を目的とした内燃機関ＥＧの再始動の回数を低減すると共に、排気浄化触媒１２７の活性温度が確保される。この結果、燃費の低減を図ると共に、エミッションの低減を図ることができる。

ＥＧ…内燃機関
１１…エンジンコントロールユニット
１１１…吸気通路
１１２…エアーフィルタ
１１３…エアフローメータ
１１４…スロットルバルブ
１１５…コレクタ
１１６…スロットルバルブアクチュエータ
１１６ａ…スロットルセンサ
１１７…吸気温度センサ
１１８…燃料噴射バルブ
１１９…シリンダ
１２０…ピストン
１２１…吸気バルブ
１２２…排気バルブ
１２３…燃焼室
１２４…点火プラグ
１２５…排気通路
１２６…空燃比センサ
１２７…排気浄化触媒
１２８…酸素センサ
１２９…マフラ
１３０…クランク軸
１３１…クランク角センサ
１３２…冷却ジャケット
１３３…水温センサ
１３４…温度センサ
１３５…外気温度センサ
１３６…アクセル開度センサ
１３７…車速センサ
１３８…スタータモータ
１３９…ピニオンギア
１４０…ドライブプレート又はフライホイール

Claims (6)

1. 排気通路に排気浄化触媒を備えた内燃機関であって、所定の内燃機関停止条件が成立した場合に前記内燃機関を停止し、前記内燃機関の停止中に所定の内燃機関再始動条件が成立した場合に前記内燃機関を再始動する内燃機関に対し、その制御を実行する制御装置において、
   前記内燃機関の停止を検出する停止検出手段と、
   前記停止検出手段により前記内燃機関の停止を検出した場合に、前記内燃機関及び前記排気浄化触媒の少なくとも一方の状態値に基づいて、前記内燃機関に供給される吸入空気を燃焼させることなく前記排気通路へ排気する空転操作を開始するか否かを判定する空転開始判定手段と、
   前記空転開始判定手段により前記空転操作を開始する判定を行った場合に、前記空転操作を実行する空転実行手段と、
   前記排気浄化触媒の前記排気通路の下流側に設けられた温度センサと、
   前記空転操作を実行した場合の前記温度センサによる実測値に基づいて前記排気浄化触媒の温度を推定し、前記排気浄化触媒の温度推定値を求める温度推定手段と、を備える内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記停止検出手段により前記内燃機関の停止を検出した場合に、前記内燃機関の運転状態値に基づいて前記空転操作が実行される前の排気浄化触媒の温度を推定し、前記排気浄化触媒の初期温度推定値を求める初期温度推定手段を備え、
   前記温度推定手段は、前記実測値に基づいて前記初期温度推定値を補正することで前記排気浄化触媒の温度推定値を求める内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記初期温度推定手段は、前記初期温度推定値を、前記内燃機関及び前記内燃機関が搭載された車両の少なくとも一方の運転状態値に基づいて補正する内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の停止継続時間を検出する停止時間計測手段と、
   前記内燃機関の本体の温度を検出する内燃機関温度検出手段と、
   前記内燃機関の外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   前記車両の所定期間における走行速度を検出する車速検出手段と、
   をさらに備え、
   前記初期温度推定手段は、前記初期温度推定値を、前記停止継続時間、前記内燃機関の本体の温度、前記外気温度又は前記走行速度のうち少なくとも１つに基づいて補正する内燃機関の制御装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記空転開始判定手段は、前記温度推定値が第１の閾値以下の場合に前記空転操作を開始する判定を行う内燃機関の制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記温度推定値が、前記第１の閾値より低い第２の閾値以下の場合に前記内燃機関の再始動の指令を出力する再始動指令手段をさらに備える内燃機関の制御装置。

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