JP2019085915A - 車両の排気浄化システムの制御装置および制御方法 - Google Patents

車両の排気浄化システムの制御装置および制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】排気浄化触媒の活性度に応じて燃料消費を抑制して速やかに排気浄化触媒を加熱できる車両の排気浄化システムの制御装置および制御方法を提供する。【解決手段】制御装置（４０）は、車両の内燃機関（１０）の排気通路（１１）に設けられる排気浄化触媒（２１）と、電力の供給により排気浄化触媒を加熱する電気加熱装置（２３）とを備える排気浄化システム（２０）を制御する。この制御装置は、排気浄化触媒の活性度を取得する活性度取得部（４３）と、車両の起動操作が行われることを条件として排気浄化触媒の活性度に基づいて電気加熱装置によって排気浄化触媒を加熱する加熱制御部（４２）と、電気加熱装置による加熱開始後に内燃機関の始動要求があることを条件として排気浄化触媒の活性度に基づいて内燃機関の排気熱量の追加量を算出する算出部（４４）と、排気熱量の追加量に基づいて内燃機関の排気熱量を制御する駆動制御部（４１）とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の排気浄化システムの制御装置および制御方法に関する。
車両の内燃機関の排気系には、内燃機関を運転したときに排出される排気を浄化するための排気浄化触媒が備えられている。排気浄化触媒としては、例えば、ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘ等の有害成分を浄化可能な三元触媒が知られている。
排気浄化触媒の活性度は、触媒温度に依存する。排気浄化触媒の温度が活性温度に達していない場合には、内燃機関の始動が阻害されたり、排気の浄化が不十分になったりすることがある。このため、排気を十分に浄化するために、内燃機関を運転する際には、排気浄化触媒の温度を活性温度まで加熱しておくことが好ましい。排気浄化触媒の加熱は、例えば、排気浄化触媒を通過する内燃機関からの排気や、ヒータ等を用いて排気浄化触媒を電気的に加熱する電気加熱触媒（ＥＨＣ：Electrically Heated Catalyst）システムによって行うことができる。
特許文献１には、ハイブリッド車両において、車両の走行時に内燃機関の始動要求があったとき、排気浄化触媒の温度が活性温度以下である場合に、排気浄化触媒を加熱する技術が記載されている。この技術では、二次電池の残存容量（ＳＯＣ）が排気浄化触媒を加熱するために十分でないと判断した場合には、内燃機関の点火時期を遅角制御して排気熱量を大きくし、排気によっても排気浄化触媒を加熱する。
特開平１０−２８８０２８号公報
特許文献１では、排気浄化触媒が活性温度以下であるとき、二次電池の電池容量が十分であるか否かによって、内燃機関の排気熱量を大きくするか否かを決定する。このため、排気浄化触媒の温度が活性温度よりも大幅に低く、急速に加熱する必要があっても、内燃機関の排気熱量を大きくする制御は行われず、排気浄化触媒の温度上昇が遅くなる場合がある。また、排気浄化温度が活性温度付近の温度であっても、二次電池の電池容量が不十分であれば、内燃機関の排気熱量を大きくする制御が行われ、排気温度を過度に高めて必要以上に燃料を消費する場合がある。
上記の課題に鑑み、本発明は、排気浄化触媒の活性度に応じて燃料消費を抑制して速やかに排気浄化触媒を加熱できる車両の排気浄化システムの制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、車両の内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、電力の供給により前記排気浄化触媒を加熱する電気加熱装置と、を備える排気浄化システムを制御する制御装置を提供する。この制御装置は、前記排気浄化触媒の活性度を取得する活性度取得と、前記車両の起動操作が行われることを条件として、前記排気浄化触媒の前記活性度に基づいて前記電気加熱装置によって前記排気浄化触媒を加熱する加熱制御部と、前記電気加熱装置による加熱開始後に、前記内燃機関の始動要求があることを条件として、前記排気浄化触媒の前記活性度に基づいて前記内燃機関の排気熱量の追加量を算出する算出部と、前記排気熱量の追加量に基づいて前記内燃機関の排気熱量を制御する駆動制御部と、を備える。
本発明によれば、車両の起動操作があったときに、排気浄化触媒の活性度に基づいて速やかに電気加熱装置によって排気浄化触媒が加熱される。また、算出部は、内燃機関の始動要求があることを条件として、排気浄化触媒の活性度に基づいて内燃機関の排気熱量の追加量を算出し、駆動制御部は、算出された追加量に基づいて、内燃機関の排気熱量を制御する。このため、排気浄化触媒の活性度に応じて適切に電気加熱装置による加熱量と内燃機関の排気熱量とを制御することができ、燃料消費とこれに伴う排気の排出を抑制して速やかに排気浄化触媒を加熱することができる。
また、本発明は、上記の制御装置によって実現可能な、排気浄化システムの制御方法を提供する。この制御方法は、排気浄化触媒の活性度を取得する活性度取得ステップと、前記車両の起動操作が行われることを条件として、前記排気浄化触媒の前記活性度に基づいて前記電気加熱装置によって前記排気浄化触媒を加熱する加熱制御ステップと、前記電気加熱装置による加熱開始後に、前記内燃機関の始動要求があることを条件として、前記排気浄化触媒の前記活性度に基づいて前記内燃機関の排気熱量の追加量を算出する算出ステップと、前記排気熱量の追加量に基づいて前記内燃機関の排気熱量を制御する駆動制御ステップと、を含む。
実施形態に係る排気浄化システムの制御装置を含む、車両の駆動システムの構成を示す図。 排気浄化触媒の活性度と温度の関係図。 排気熱量と不足エネルギーの関係図。 放熱エネルギーと車速の関係図。 半活性時の排気熱量、加速度および排気中のＨＣ量の関係図。 実施形態に係る排気浄化システムの制御方法を示すフローチャート。 一実施形態に係る排気浄化システムの制御に係るタイムチャート。 一実施形態に係る排気浄化システムの制御に係るタイムチャート。 一実施形態に係る排気浄化システムの制御に係るタイムチャート。
図１に示すように、車両の駆動システム１は、内燃機関１０と、内燃機関１０からの排気を浄化する排気浄化システム２０と、動力機構３０と、インバータ３７と、高電圧バッテリ３８と、制御装置４０とを備えている。
動力機構３０は、第１のモータジェネレータ（以下、「第１のＭＧ」と表記する）３１と、第２のモータジェネレータ（以下「第２のＭＧ」と表記する）３２と、動力分割機構３３と、減速ギヤ機構３４とを備えている。主に内燃機関１０と第２のＭＧ３２が車輪３５を駆動する動力源となる。内燃機関１０のクランク軸と第１のＭＧ３１の回転軸と第２のＭＧ３２の回転軸とが動力分割機構３３（例えば遊星ギヤ機構）を介して連結され、第２のＭＧ３２の回転軸が減速ギヤ機構３４を介して車軸３６に連結されている。
第１のＭＧ３１と第２のＭＧ３２は、インバータ３７を介して高電圧バッテリ３８に接続されている。第１のＭＧ３１および第２のＭＧ３２は、それぞれインバータ３７を介して高電圧バッテリ３８と電力を授受するようになっている。
排気浄化システム２０は、内燃機関１０の排気通路１１内に設けられる排気浄化触媒層２１と、粒子除去層２２とを備えている。排気浄化触媒層２１は、三元触媒（３ｗａｙ触媒）等の排気浄化触媒を備える層である。粒子除去層２２は、ガソリン・パティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）、ＧＰＦに触媒を担持した４ｗａｙ−ＧＰＦ等の主に排気中の粒子状物質を除去するための層である。
なお、図１では、排気通路１１の上流に排気浄化触媒層２１を１層設け、その下流に粒子除去層２２を１層設けているが、この層数および順序に限定されない。また、排気浄化触媒層２１の浄化能力によっては、粒子除去層２２を設置する必要が無い場合もある。また、図１では、排気浄化触媒層２１と粒子除去層２２は、排気通路１１において内燃機関１０に近い位置に設置されているが、内燃機関１０から離れた位置に設置してもよい。内燃機関１０から離れた位置に排気浄化触媒層２１、粒子除去層２２を設置すると、各層２１，２２を通過する排気の温度が低くなり、圧力損失を低減させることができる。
排気浄化触媒層２１の排気浄化触媒を加熱するために、電気加熱装置に相当するＥＨＣ２３と、ＥＨＣ用の電源回路２４が設けられている。ＥＨＣ２３は、排気浄化触媒が担持された導電性抵抗体であり、排気浄化触媒層２１の一部を構成している。ＥＨＣ２３は、電源回路２４に接続されている。高電圧バッテリ３８から電源回路２４を介してＥＨＣ２３に電力を供給し、ＥＨＣ２３の導電性抵抗体に通電することで、この導電性抵抗体がヒータとして機能し、排気浄化触媒を含む排気浄化触媒層２１を加熱することができる。
なお、排気浄化触媒層２１においては、排気浄化触媒の全てがＥＨＣ２３に係る導電性抵抗体に担持されていてもよいし、排気浄化触媒の一部がＥＨＣ２３に係る導電性抵抗体に担持されていてもよい。例えば、排気浄化触媒の担体の上流側が導電性抵抗体によって形成され、下流型が非伝導体によって形成されており、上流側の排気浄化触媒のみがＥＨＣ２３によって加熱できるものであってもよい。ＥＨＣ２３に通電すれば、排気浄化触媒層２１全体が加熱されるため、ＥＨＣ２３を構成する導電性抵抗体に担持されていない排気浄化触媒についても間接的に加熱することができる。また、本実施形態では、ＥＨＣを例示して説明するが、電気加熱装置は、通電することによって排気浄化触媒を加熱可能な機構を有する装置であればよい。
ＥＨＣ２３に供給する電力は、電源回路２４により制御される。電源回路２４には、スイッチング回路等を備えた通電電力制御部（図示せず）が設けられ、この通電電力制御部で高電圧バッテリ３８から供給される電力を電圧変換や平滑化してＥＨＣ２３に供給する。
排気浄化システム２０は、さらに、排気浄化触媒層２１の入口および出口に設けられた排気センサ２５，２６と、ＥＨＣ２３を通過する排気温度を検出するために排気浄化触媒層２１に設けられた温度センサ２７とを備えている。排気センサ２５，２６は、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ（空燃比センサ、酸素センサ等）である。
制御装置４０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）であり、マイクロコンピュータを主体として構成されている。制御装置４０は、駆動制御部４１と、加熱制御部４２と、活性度取得部４３と、算出部４４とを備えている。駆動制御部４１は、車両の運転状態に応じて、内燃機関１０を制御すると共にインバータ３７を制御して第１のＭＧ３１，第２のＭＧ３２を制御する。加熱制御部４２は、電源回路２４を制御してＥＨＣ２３の通電電力を制御する。活性度取得部４３は、排気浄化触媒の活性度を取得する。算出部４４は、内燃機関１０の始動要求があることを条件として、取得された排気浄化触媒の活性度に基づいて、内燃機関１０の排気熱量の追加量を算出する。駆動制御部４１は、算出部４４で算出された排気熱量の追加量に基づいて、内燃機関１０の排気熱量を制御する。
制御装置４０には、車両に搭載された各種センサ５０からの信号が入力される。各種センサ５０は、具体的には、外気温センサ５１、車速を検出する車速センサ５２、アクセル開度（アクセルペダルの操作量）を検出するアクセルセンサ５３等を例示することができる。制御装置４０には、さらに、シフトレバーの操作位置を検出するシフトスイッチ、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ等からの信号が入力されてもよい。
制御装置４０は、車両の走行時には、内燃機関１０の動力を動力分割機構３３によって第１のＭＧ３１側と車軸３６側の二系統に分割し、その一方の系統の出力で車軸３６を駆動して車輪３５を駆動し、他方の系統の出力で第１のＭＧ３１を駆動して第１のＭＧ３１で発電する。そして、得られた発電電力で、第２のＭＧ３２を駆動して第２のＭＧ３２の動力でも車軸３６を駆動して車輪３５を駆動する。更に、急加速時には、第１のＭＧ３１の発電電力の他に高電圧バッテリ３８の電力も第２のＭＧ３２に供給して、第２のＭＧ３２の駆動分を増加させる。
減速時には、車輪３５の動力で第２のＭＧ３２を駆動して第２のＭＧ３２を発電機として作動させることで、車両の運動エネルギーを第２のＭＧ３２で電力に変換して高電圧バッテリ３８に回収（充電）する減速回生（回生ブレーキ）を行う。
制御装置４０は、例えば、発進時や低負荷時（内燃機関１０の燃費効率が悪い領域）は、内燃機関１０を停止状態に維持して、高電圧バッテリ３８の電力で第２のＭＧ３２を駆動し、この第２のＭＧ３２の動力で車輪３５を駆動して走行するＥＶ走行を行う。
内燃機関１０を始動する場合には、高電圧バッテリ３８の電力で第１のＭＧ３１を駆動し、この第１のＭＧ３１の動力を動力分割機構３３を介して内燃機関１０のクランク軸に伝達することで、内燃機関１０のクランク軸を回転駆動し、内燃機関１０を始動する。
加熱制御部４２は、内燃機関１０を始動する際に、必要に応じてＥＨＣ２３に通電し、排気浄化触媒を加熱する。なお、内燃機関１０の駆動中には、内燃機関１０からの排気が排気浄化触媒層２１および粒子除去層２２を通過するため、排気によっても排気浄化触媒層２１が加熱されることがある。
加熱制御部４２は、活性度取得部４３が取得する排気浄化触媒の活性度に基づいて、ＥＨＣ２３に通電するか否かを決定してもよい。活性度取得部４３は、例えば、温度センサ２７の検知する、排気浄化触媒層２１の温度に基づいて、排気浄化触媒の活性度を判定してもよい。なお、温度センサ２７の検知する排気浄化触媒層２１の温度は、排気浄化触媒層２１が担持する排気浄化触媒の温度として取り扱うことができる。また、活性度取得部４３は、排気センサ２５，２６の検知する排気浄化触媒層２１の入口および出口の排気中の浄化対象成分（例えば、ＮＯｘやＨＣ等）の成分量に基づいて、排気浄化触媒の活性度を判定してもよい。
排気浄化触媒の活性度は、触媒温度に依存する。排気浄化触媒の温度が活性温度に達していないと、内燃機関１０の始動が阻害される場合や、排気浄化システム２０による排気の浄化が不十分になる場合がある。
排気浄化触媒の活性度は、例えば、排気浄化触媒のＮＯｘ浄化能力（触媒の有する最大浄化能力を１００％とする指標）を用いて評価することができる。図２に示すように、排気浄化触媒のＮＯｘ浄化能力は、触媒温度Ｔに依存し、触媒温度が３００〜４００℃程度の温度範囲において、急激に上昇する。ここで、ＮＯｘ浄化能力が９５％となる温度を全活性温度Ｔａとし、５０％となる温度を半活性温度Ｔｓとする。排気浄化触媒の活性度は、触媒温度Ｔに依存して変化し、Ｔ＜Ｔｓの場合には未活性、Ｔｓ≦Ｔ＜Ｔａの場合には半活性、Ｔ≧Ｔａの場合には全活性と評価できる。
なお、排気浄化触媒のＮＯｘ浄化能力は、排気浄化触媒の活性度の指標の一例であり、排気に含まれる他の浄化対象成分（例えば、炭化水素成分、ＣＯ等）の浄化能力を排気浄化触媒の活性度の指標として用いてもよい。
加熱制御部４２は、温度センサ２７の検知値と全活性温度Ｔａとの温度差に基づいて、排気浄化触媒の触媒温度Ｔが全活性温度Ｔａに到達するまでに必要なエネルギーを不足エネルギーＥとして算出し、不足エネルギーＥの大きさに基づいて、ＥＨＣ２３に通電してもよい。または、加熱制御部４２は、排気浄化触媒の活性度が半活性または未活性である場合には、所定の出力でＥＨＣ２３に通電し、全活性の場合には、通電しないようにしてもよい。
加熱制御部４２は、排気浄化触媒の活性度に加えて、別の指標を用いてＥＨＣ２３に通電するか否かを決定してもよい。例えば、高電圧バッテリ３８を保護するために、外気温や電池容量（ＳＯＣ）が所定値以上の場合にのみ、ＥＨＣ２３に通電してもよい。
算出部４４は、内燃機関１０の始動要求があった場合に、活性度取得部４３が取得した排気浄化触媒の活性度に基づいて、内燃機関１０の排気熱量の追加量を算出する。ここで、排気熱量の追加量とは、内燃機関１０の通常の運転条件において発生する排気熱量に対して上乗せさせる排気熱量である。排気熱量を追加しない場合には、排気による排気浄化触媒の温度上昇が顕在化しない。算出部４４は、排気浄化触媒の活性度の上昇に応じて排気熱量の追加量を小さくすることが好ましい。また、排気浄化触媒の活性度が高いほど不足エネルギーＥは小さくなる。このため、不足エネルギーＥが小さくなるほど排気熱量の追加量を小さくすることが好ましい。
一方で、内燃機関１０の排気熱量の追加量が大き過ぎる場合には、内燃機関１０の駆動に支障を来す場合がある。このため、図３に示すように、不足エネルギーがＥｓを超える未活性の領域では、排気熱量の追加量は内燃機関１０について許容される最大値Ｗｍａｘに設定することが好ましい。なお、Ｅｓは、触媒温度が半活性温度Ｔｓのときの不足エネルギーを示している。また、許容される排気熱量の最大値Ｗｍａｘは、内燃機関１０の燃費や、内燃機関１０や排気浄化触媒層２１の出口ガス中の排気中のエミッション量が悪化し過ぎない値である。
また、不足エネルギーがＥｓ以下の正の値である半活性の領域では、活性度または不足エネルギーＥの変化に応じて排気熱量の追加量を変化させることが好ましい。排気熱量の追加量は、活性度または不足エネルギーＥの変化に追随して変化するものであってもよいし、活性度または不足エネルギーＥに対して多段階に設けた複数の閾値を超えるごとにステップ状に変化するものであってもよい。
さらには、算出部４４は、活性度に加えて、車両の速度や加速度に基づいて、排気熱量の追加量を算出してもよい。具体的には、車速センサ５２やアクセルセンサ５３の検知値に基づいて、排気熱量の追加量を算出してもよい。例えば、算出部４４は、不足エネルギーＥと、排気浄化触媒層２１からの放熱エネルギーとに基づいて排気熱量の追加量を算出してもよい。図４に示すように、排気浄化触媒層２１からの放熱エネルギーは、車速が大きくなるほど大きくなり、排気浄化触媒の温度が高くなるほど大きくなる。算出部４４は、車速センサ５２によって検知される車速と、温度センサ２７を用いて算出した排気浄化触媒の温度に基づいて、放熱エネルギーを算出することができる。
また、算出部４４は、内燃機関１０からの排気に含まれる浄化対象成分量に基づいて、排気熱量の追加量を算出してもよい。例えば、図５（ａ）（ｂ）に示すように、排気熱量と車両の加速度によって、排気中の炭化水素（ＨＣ）成分量が変化する。なお、図５（ａ）には、内燃機関１０から排出される排気中のＨＣ成分量が実線の等高線（矢印方向ほど成分量が多い）で示されており、図５（ｂ）には、排気浄化触媒層２１の出口の排気中のＨＣ成分量が実線の等高線（矢印方向ほど成分量が多い）で示されている。図５（ｂ）に点線で示す等高線は、図５（ａ）に示すＨＣ成分量の等高線である。また、図５（ｂ）の直線Ｌ１は、排気熱量の追加量が０となるラインを示しており、直線Ｌ２は、排気熱量の追加量の最大値（図３に示すＷｍａｘ）を示している。
図５（ａ）に示すように、排気熱量が大きくなるほど、内燃機関１０から排出される排気中のＨＣ成分量が増大する。また、図５（ｂ）に示すように、車両の加速度が大きくなるほど、排気浄化触媒層２１の出口の排気中のＨＣ成分量が増大する。車両の加速度は、車両のアクセル開度に比例するため、算出部４４は、アクセルセンサ５３の検知値に基づいて、ＨＣ成分量が少なくなる領域内で排気熱量の追加量を算出することが好ましい。
直線Ｌ１より排気熱量が小さくなると、排気によって排気浄化触媒を加熱することができない。また、直線Ｌ２よりも排気熱量が大きくなると、燃費が悪化し過ぎたり、排気中のＨＣ量が大きくなり過ぎたりする。このため、排気熱量が、直線Ｌ１と直線Ｌ２とに挟まれた領域となるように、排気熱量の追加量を算出することが好ましい。具体的には、例えば、排気浄化触媒の活性度が未活性である場合には、加速度に対して、直線Ｌ２上にある排気熱量となるように、その追加量を算出することが好ましい。また、例えば、排気浄化触媒の活性度が半活性である場合には、加速度に対して、直線Ｌ１と直線Ｌ２とに挟まれた領域内となるように全排気熱量（追加量を含む）を設定し、排気浄化触媒が加熱されて活性度が全活性に近づくに従って、直線Ｌ２から直線Ｌ１に向かって全排気熱量を小さくすることが好ましい。
駆動制御部４１は、算出部４４が算出した排気熱量の追加量に基づいて、内燃機関１０の排気熱量を追加する制御を行う。例えば、内燃機関１０の点火遅角量、内燃機関１０のアイドリング時における目標回転数、要求発電量を通常の制御値よりも増大させることによって、排気熱量を追加することができる。
以下、図６を用いて、制御装置４０が実行する排気浄化システム２０の制御方法を説明する。この制御方法は、排気浄化触媒の活性度を取得する活性度取得ステップ（ステップＳ１０３）と、車両の起動操作が行われることを条件として、排気浄化触媒の活性度に基づいて電気加熱装置によって排気浄化触媒を加熱する加熱制御ステップ（ステップＳ１０１，Ｓ１０４〜Ｓ１０６）と、内燃機関１０の始動要求があることを条件として、排気浄化触媒の前記活性度に基づいて内燃機関１０の排気熱量の追加量を算出する算出ステップ（ステップＳ１０７〜ステップＳ１１０）と、算出した排気熱量の追加量に基づいて、内燃機関１０の排気熱量を制御する駆動制御ステップ（ステップＳ１１１）と、を含む。
まず、ステップＳ１０１では、車両が起動状態にあるか否かについて判定される。例えば、車両がＲｅａｄｙ−ＯＮ状態である場合に、車両が起動状態であると判定される。車両が起動状態である場合には、ステップＳ１０２に進む。車両が起動状態でない場合には、処理を終了する。
ステップＳ１０２では、外気温および高電圧バッテリ３８のＳＯＣの値を参照し、ＥＨＣ２３に通電可能か否かについて判定される。例えば、外気温が所定温度以上かつＳＯＣが所定値以上である場合に、ＥＨＣ２３に通電可能であると判定する。通電可能と判定された場合には、ステップＳ１０３に進む。通電不能と判定された場合には、処理を終了する。
ステップＳ１０３では、排気浄化触媒の活性度が取得され、ステップＳ１０４に進む。排気浄化触媒の活性度は、例えば、温度センサ２７の検知する排気浄化触媒層２１の温度に基づいて得られるものであってもよいし、排気センサ２５，２６の検知する排ガス中の浄化対象成分量に基づいて得られるものであってもよい。
ステップＳ１０４では、排気浄化触媒の触媒温度Ｔが全活性温度Ｔａに到達するまでに必要なエネルギーが不足エネルギーＥとして算出され、ステップＳ１０５に進む。例えば、排気浄化触媒の実際の温度（例えば、ステップＳ１０４の時点での温度Ｔ１）と、全活性温度Ｔａとの温度差ΔＴ（例えば、ΔＴ＝Ｔａ−Ｔ１）を用いて、不足エネルギーＥが算出される。
ステップＳ１０５では、ＥＨＣ２３に通電して排気浄化触媒を加熱する必要があるか否かについて判定される。Ｅ＞０である場合には、排気浄化触媒の加熱は必要であると判定され、ステップＳ１０６に進み、ＥＨＣ２３への通電が実施される。Ｅ≦０である場合には、排気浄化触媒の加熱は不要であると判定され、処理を終了する。
ステップＳ１０６の実行後には、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、内燃機関１０が起動状態であるか否かについて判定される。内燃機関１０が駆動している場合には、ステップＳ１０８に進み、不足エネルギーＥｆが算出される。内燃機関１０が駆動していない場合には、ステップＳ１１２に進み、ＥＨＣ２３による排気浄化触媒の加熱が継続される。
不足エネルギーＥｆは、ステップＳ１０４で算出した不足エネルギーＥと同様の方法によって算出することができる。例えば、排気浄化触媒の実際の温度（例えば、ステップＳ１０８の時点での温度Ｔ２）と、全活性温度Ｔａとの温度差ΔＴ（例えば、ΔＴ＝Ｔａ−Ｔ２）を用いて、不足エネルギーＥｆを算出してもよい。ステップＳ１０８において不足エネルギーＥｆが再算出された後、ステップＳ１０９に進む。
ステップＳ１０９では、排気熱量を追加して排気浄化触媒を加熱する必要があるか否かについて判定される。具体的には、不足エネルギーＥｆについて、Ｅｆ＞０である場合には、排気熱量の追加は必要であると判定され、ステップＳ１１０に進む。Ｅｆ≦０である場合には、排気熱量の追加は不要であると判定され、ステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１０では、内燃機関１０の排気熱量の追加量が算出される。排気熱量の追加量は、不足エネルギーＥｆの関数として算出される。例えば、図３に示すように、Ｅｆ＞Ｅｓの場合（未活性の場合）には、排気熱量の追加量は内燃機関１０の最大設定値Ｗｍａｘ（例えば、図５の直線Ｌ２に相当する値）としてもよい。また、０＜Ｅｆ≦Ｅｓの場合（半活性の場合）には、Ｅｆの減少に従い変化量が小さくなる曲線を描いて減少するように排気熱量の追加量が算出されてもよい。ステップＳ１１０の後、ステップＳ１１１では、算出された追加量に基づいて排気熱量を追加する制御が行われ、さらに、ステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１２では、ステップＳ１０４の時点から現時点までに排気浄化触媒の加熱に投入されたエネルギー（投入エネルギー）Ｅｈが算出される。投入エネルギーＥｈは、例えば、高電圧バッテリ３８からＥＨＣ２３に供給した電力と、内燃機関１０からの排気温度の経時変化とに基づいて算出されてもよい。また、投入エネルギーＥｈは、例えば、排気浄化触媒の比熱と、ステップＳ１１２の時点での排気浄化触媒の温度Ｔ３と、ステップＳ１０４の時点での排気浄化触媒の温度Ｔ１との差：Ｔ３−Ｔ１に基づいて算出されてもよい。ステップＳ１１２の実行後、ステップＳ１１３に進む。
ステップＳ１１３では、排気浄化触媒の加熱が完了しているか否かについて判定される。具体的には、ステップＳ１０３で算出された不足エネルギーＥと、ステップＳ１１２で算出された投入エネルギーＥｈとの大小が比較される。そして、Ｅｈ＜Ｅである場合には、ステップＳ１０１に戻り、Ｅｈ≧Ｅである場合には、処理が終了される。ステップＳ１１２，Ｓ１１３の処理に替えて、ステップＳ１１２の前の時点での排気浄化触媒の活性度が全活性であるか否かによって、排気浄化触媒の加熱が完了しているか否かについて判定されてもよい。具体的には、例えば、ステップＳ１１２の前の時点での排気浄化触媒の温度Ｔ３を取得し、Ｔ３＜Ｔａである場合には、ステップＳ１０１に戻り、Ｔ３≧Ｔａである場合には、処理が終了されてもよい。
上記の制御によって実現される排気浄化システム２０の挙動について、図７〜図９のタイムチャートを参照して説明する。図７〜図９のタイムチャートでは、横軸は時間軸を示し、縦軸は、それぞれ図の上方から順に、車速、車両の起動状態、ＥＨＣの通電状態、排気浄化触媒層２１の温度、不足エネルギーＥ、ＥＨＣ印加電圧、排気浄化触媒の活性度、排気熱量、排気熱量追加の有無、アクセル開度を示している。図７〜図９は、それぞれ、内燃機関１０の始動要求があったときの排気浄化触媒の活性度が未活性、半活性、全活性の場合を示している。
図７に示すように、時刻ｔ１において車両が起動状態となったため、不足エネルギーＥが算出される。その結果、排気浄化触媒が未活性であり加熱が必要であると判定され、ＥＨＣ２３への通電が実施される。ＥＨＣ２３への通電が継続され、排気浄化触媒層２１の温度が時間とともに上昇する。
時刻ｔ２において、アクセルオンされ、内燃機関１０の始動が要求されたため、不足エネルギーが算出される。その結果、排気浄化触媒が未活性であると判定され、排気熱量の追加量は内燃機関１０について許容される最大値Ｗｍａｘに設定される。なお、図７の排気熱量について、時刻ｔ２〜ｔ４に破線は、排気熱量の追加量が０である場合を示しており、実線と破線との差が排気熱量の追加量に相当する。また、アクセルオンされている期間中、車速が上昇する。
ＥＨＣ２３と内燃機関１０からの排気との双方からの加熱によって、排気浄化触媒層２１の温度が上昇し、時刻ｔ３において半活性温度Ｔｓに到達したため、不足エネルギーが略線形に減少するのに応じて、内燃機関１０の排気熱量の追加量は略線形に減少する。排気浄化触媒層２１の温度がさらに上昇し、時刻ｔ４において全活性温度Ｔａに到達する。時刻ｔ４において、不足エネルギーが０に到達しており、内燃機関１０の排気熱量の追加は停止され、ＥＨＣ２３への通電が停止される。また、時刻ｔ４において、アクセルオフされ、車速は一定となる。
図８に示すように、時刻ｔ１１において車両が起動状態となったため、不足エネルギーＥが算出される。その結果、排気浄化触媒が未活性であり加熱が必要であると判定され、ＥＨＣ２３への通電が実施される。ＥＨＣ２３への通電が継続され、排気浄化触媒層２１の温度が時間とともに上昇する。
時刻ｔ１２において、アクセルオンされ、内燃機関１０の始動が要求されたため、不足エネルギーが算出される。その結果、排気浄化触媒が未活性であると判定され、排気熱量の追加量は内燃機関１０について許容される最大値に設定される。なお、図８の排気熱量について、時刻ｔ１２〜ｔ１４に破線は、排気熱量の追加量が０である場合を示しており、実線と破線との差が排気熱量の追加量に相当する。また、アクセルオンされている期間中、車速が上昇する。
ＥＨＣ２３と内燃機関１０からの排気との双方からの加熱によって、排気浄化触媒層２１の温度が上昇し、時刻ｔ１２後、直ちに時刻ｔ１３において半活性温度Ｔｓに到達したため、不足エネルギーが略線形に減少するのに応じて内燃機関１０の排気熱量の追加量は略線形に減少する。排気浄化触媒層２１の温度がさらに上昇し、時刻ｔ１４において全活性温度Ｔａに到達する。時刻ｔ１４において、不足エネルギーが０に到達しており、内燃機関１０の排気熱量の追加は停止され、ＥＨＣ２３への通電が停止される。時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までのアクセルオンされている期間中は、内燃機関１０は通常の運転条件で運転されており、一定の排気熱量が得られるが、排気熱量の追加量は０であるため、排気浄化触媒の温度は上昇しない。また、時刻ｔ１５において、アクセルオフされ、車速は一定となる。
図９に示すように、時刻ｔ２１において車両が起動状態となったため、不足エネルギーＥが算出される。その結果、排気浄化触媒が未活性であり加熱が必要であると判定され、ＥＨＣ２３への通電が実施される。ＥＨＣ２３への通電が継続され、排気浄化触媒層２１の温度が時間とともに上昇する。
ＥＨＣ２３の加熱によって、排気浄化触媒層２１の温度が上昇し、時刻ｔ２２において半活性温度Ｔｓに到達したため、不足エネルギーの減少に応じて内燃機関１０の排気熱量の追加量が減少される。排気浄化触媒層２１の温度がさらに上昇し、時刻ｔ２３において全活性温度Ｔａに到達する。時刻ｔ２４において、不足エネルギーが０に到達しており、ＥＨＣ２３への通電が停止される。
時刻ｔ２４において、アクセルオンされ、内燃機関１０の始動が要求されたため、不足エネルギーが算出される。その結果、排気浄化触媒が全活性であると判定され、排気熱量を追加することなく、内燃機関１０が運転される。時刻ｔ２４から時刻ｔ２５までのアクセルオンされている期間中は、内燃機関１０は通常の運転条件で運転されており、一定の排気熱量が得られるが、排気熱量の追加量は０であるため、排気浄化触媒の温度は上昇しない。時刻ｔ２５においてアクセルオフされるまで車速は上昇し、その後、一定車速となる。
上記のとおり、制御装置４０によれば、車両の起動操作があったときに、排気浄化触媒の活性度に基づいて速やかにＥＨＣ２３によって排気浄化触媒が加熱される。また、算出部４４は、内燃機関１０の始動要求があることを条件として、排気浄化触媒の活性度に基づいて内燃機関１０の排気熱量の追加量を算出し、駆動制御部４１は、算出された追加量に基づいて、内燃機関１０の排気熱量を制御する。このため、排気浄化触媒の活性度に応じて適切にＥＨＣ２３による加熱量と内燃機関１０の排気熱量とを制御することができ、燃料消費を抑制して速やかに排気浄化触媒を加熱することができる。
なお、実施形態では、制御装置４０が１つの制御ユニットで構成されている場合を例示して説明したが、これに限定されない。例えば、制御装置４０は、ハイブリッド車全体を総合的に制御するハイブリッドＥＣＵ、内燃機関１０を制御する内燃機関ＥＣＵ、インバータ３７を制御してＭＧ３１，３２を制御するＭＧ−ＥＣＵ等の複数の制御ユニットで構成されていてもよい。この場合、ハイブリッドＥＣＵが、内燃機関ＥＣＵやＭＧ−ＥＣＵ等との間で制御信号やデータ信号等を送受信して、内燃機関ＥＣＵやＭＧ−ＥＣＵ等によって内燃機関１０やＭＧ３１，３２を制御するようにしてもよい。また、内燃機関ＥＣＵとＭＧ−ＥＣＵのうちの一方で電源回路２４を制御してＥＨＣ２３の通電電力を制御するようにしてもよいし、電源回路２４を制御してＥＨＣ２３の通電電力を制御する専用のＥＣＵを設けるようにしてもよい。
１０…内燃機関、１１…排気通路、２０…排気浄化システム、２１…排気浄化触媒層、 ２３…ＥＨＣ、４０…制御装置、４１…駆動制御部、４２…加熱制御部、４３…活性度取得部、４４…算出部

Claims (5)

  1. 車両の内燃機関（１０）の排気通路（１１）に設けられる排気浄化触媒（２１）と、電力の供給により前記排気浄化触媒を加熱する電気加熱装置（２３）と、を備える排気浄化システム（２０）を制御する制御装置（４０）であって、
    前記排気浄化触媒の活性度を取得する活性度取得部（４３）と、
    前記車両の起動操作が行われることを条件として、前記排気浄化触媒の前記活性度に基づいて前記電気加熱装置によって前記排気浄化触媒を加熱する加熱制御部（４２）と、
    前記電気加熱装置による加熱開始後に、前記内燃機関の始動要求があることを条件として、前記排気浄化触媒の前記活性度に基づいて前記内燃機関の排気熱量の追加量を算出する算出部（４４）と、
    前記排気熱量の追加量に基づいて、前記内燃機関の排気熱量を制御する駆動制御部（４１）と、を備える、制御装置。
  2. 前記算出部は、前記排気浄化触媒の活性度の上昇に応じて前記排気熱量の追加量を小さくする請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記算出部は、前記車両の速度または加速度の少なくともいずれか一方に基づいて、前記排気熱量の追加量を算出する請求項１または２に記載の制御装置。
  4. 前記算出部は、前記内燃機関からの排気に含まれる浄化対象成分量に基づいて、前記排気熱量の追加量を算出する請求項１〜３のいずれかに記載の制御装置。
  5. 車両の内燃機関（１０）の排気通路（１１）に設けられる排気浄化触媒（２１）と、電力の供給により前記排気浄化触媒を加熱する電気加熱装置（２３）と、を備える排気浄化システム（２０）の制御方法であって、
    前記排気浄化触媒の活性度を取得する活性度取得ステップ（Ｓ１０３）と、
    前記車両の起動操作が行われることを条件として、前記排気浄化触媒の前記活性度に基づいて前記電気加熱装置によって前記排気浄化触媒を加熱する加熱制御ステップ（Ｓ１０１，Ｓ１０４〜Ｓ１０６）と、
    前記内燃機関の始動要求があることを条件として、前記排気浄化触媒の前記活性度に基づいて前記内燃機関の排気熱量の追加量を算出する算出ステップ（Ｓ１０７〜Ｓ１１０）と、
    前記排気熱量の追加量に基づいて、前記内燃機関の排気熱量を制御する駆動制御ステップ（Ｓ１１１）と、を含む、制御方法。
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