JP2021070417A

JP2021070417A - 触媒暖機制御装置

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Publication number: JP2021070417A
Application number: JP2019198904A
Authority: JP
Inventors: 康正大西; Yasumasa Onishi
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2021-05-06
Anticipated expiration: 2039-10-31
Also published as: JP7289599B2

Abstract

【課題】エンジンの状態に応じた適切な触媒暖機制御を行うことができる、触媒暖機制御装置を提供する。【解決手段】排ガス浄化用の触媒の暖機を開始する条件が成立すると（Ｓ１：ＹＥＳ）、エンジンの状態に基づいて、オルタネータの発電トルクの目標値である目標オルタトルクが設定される。そして、その設定された目標オルタトルクに基づいて、オルタネータの発電トルクが制御される（Ｓ２：オルタトルク制御）。【選択図】図２

Description

本発明は、排気浄化用の触媒の暖機を制御する触媒暖機制御装置に関する。

エンジンを駆動源とする車両では、エンジンの始動直後に、排ガスに含まれる有害物質の排出量の低減のために、排気浄化用の触媒（たとえば、三元触媒）の暖機が行われる。

触媒の暖機のための制御の一例では、触媒に流入する排ガスの温度を上昇させるために、点火時期が遅角（リタード）されるとともに、エンジンの吸入空気量が増加される。また、触媒に流入する排ガスを多くするために、エンジンの目標回転数が高く設定される。

この制御では、エンジンの回転数が高くなるので、エンジン音が大きくなる。そこで、別の触媒暖機制御の手法として、触媒の暖機が必要であるときに、車両に搭載されている電気負荷をオフ状態からオン状態に切り替えて、オルタネータの発電量を増加させ、エンジンに負荷を与えることにより、エンジンの回転数を低下させる手法が提案されている。

特開２０１４−１８５６１１号公報

しかし、その提案に係る手法では、エンジンの状態にかかわらず、電気負荷がオフ状態からオン状態に切り替えられることによりオルタネータの発電量が一様に増加されるので、必ずしも適切な触媒暖機制御が行われるとは限らない。

本発明の目的は、エンジンの状態に応じた適切な触媒暖機制御を行うことができる、触媒暖機制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る触媒暖機制御装置は、エンジンと、エンジンからの排ガスを浄化するための触媒と、エンジンの回転によって発電するオルタネータとを搭載した車両に適用されて、触媒の暖機を制御する触媒暖機制御装置であって、触媒の暖機を開始する条件が成立した場合に、エンジンの状態に基づいて、オルタネータの発電トルクの目標値である目標オルタトルクを設定する目標オルタトルク設定手段と、目標オルタトルク設定手段により設定される目標オルタトルクに基づいて、オルタネータの発電トルクを制御するオルタトルク制御手段とを含む。

この構成によれば、触媒の暖機を開始する条件が成立すると、エンジンの状態に基づいて、オルタネータの発電トルクの目標値である目標オルタトルクが設定される。そして、その設定された目標オルタトルクに基づいて、オルタネータの発電トルクが制御される。これにより、エンジンの状態に応じた負荷（オルタネータの発電トルク）がエンジンに付与されるので、エンジンの吸入空気量がエンジンの状態に応じて変化し、これに伴い、エンジンからの排気量がエンジンの状態に応じて変化する。その結果、エンジンの状態に応じた適切な触媒暖機制御を達成することができる。

触媒暖機制御装置は、オルタネータの発電電圧の目標値である目標オルタ電圧を設定する目標オルタ電圧設定手段と、目標オルタ電圧設定手段により設定される目標オルタ電圧に基づいて、オルタネータの発電電圧を制御するオルタ電圧制御手段とをさらに含む構成であり、オルタトルク制御手段による制御中に、エンジンの始動後の積算吸入空気量が目標積算吸入空気量に到達したことに応じて、オルタトルク制御手段による制御が終了されて、オルタ電圧制御手段による制御が開始されてもよい。

触媒暖機制御装置は、オルタトルク制御手段による制御の終了後、当該制御中のエンジンの状態に基づいて、目標オルタトルク設定手段による目標オルタトルクの設定を学習する学習手段をさらに備えていてもよい。

これにより、目標オルタトルクをより適切に設定することができ、触媒暖機制御による触媒の一層良好な暖機を達成することができる。

本発明によれば、エンジンの状態に応じた適切な触媒暖機制御を行うことができ、その触媒暖機制御により触媒の良好な暖機を達成することができる。

本発明の一実施形態に係る触媒暖機制御装置が適用された車両の要部の構成を示す図である。触媒暖機制御の流れを示すフローチャートである。触媒暖機制御時のエンジン回転数、オルタトルクおよびオルタ電圧の時間変化を示す図である。エンジン水温の範囲と目標オルタトルクとの関係を定めたテーブルを示す図である。エンジン水温の範囲（目標オルタトルク）ごとにエンジン回転数とオルタネータのフィールド電流のデューティ比との関係を定めたテーブルを示す図である。バッテリ液温の範囲と目標オルタ電圧との関係を定めたテーブルを示す図である。目標オルタトルク学習処理の流れを示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜触媒暖機制御装置＞
図１は、本発明の一実施形態に係る触媒暖機制御装置が適用された車両１の要部の構成を示す図である。

車両１は、エンジン２を駆動源とする自動車である。エンジン２は、たとえば、３気筒４ストロークのガソリンエンジンである。

エンジン２の各気筒の吸気ポートには、インテークマニホールドが接続されている。インテークマニホールドには、外気が吸気管１１を通して取り込まれる。インテークマニホールドと吸気管１１との間には、吸入空気量を調整するための電子スロットルバルブ（図示せず）が設けられている。

インテークマニホールドから各気筒に吸入される空気は、たとえば、エンジン２に配設されたインジェクタ（燃料噴射弁）から各気筒内に直接噴射された燃料と混合され、所定空燃比の混合気とされる。そして、エンジン２の各気筒に設けられた点火プラグがスパーク（電気放電）することにより混合気が燃焼する。

燃焼後の排ガスは、各気筒からエキゾーストマニホールドに排出される。エキゾーストマニホールドには、排気管１２が接続されており、排ガスは、エキゾーストマニホールドおよび排気管１２を通過し、排気管１２の途中に設けられた排気浄化用の触媒１３で有害成分が浄化されて大気中に排出される。触媒１３は、たとえば、排ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを除去する三元触媒である。

車両１には、エンジン２のクランキングのためのスタータ３と、エンジン２の回転によって発電するオルタネータ（ＡＬＴ）４とが設けられている。また、車両１には、１２Ｖ（ボルト）の鉛電池からなるバッテリ５が搭載されている。

バッテリ５からスタータ３への給電経路上には、スタータリレーが設けられている。スタータリレーがオンにされて、バッテリ５からスタータ３に電圧が供給されると、スタータ３によりエンジン２がクランキングされる。そして、エンジン２がクランキングされながら、エンジン２の点火プラグがスパークすることにより、エンジン２が始動する。

オルタネータ４は、ロータ、ステータおよびボルテージレギュレータを備えている。ロータは、エンジン２のクランクシャフトの回転に伴って回転する。ロータには、フィールドコイル（ロータコイル）が設けられている。回転しているロータのフィールドコイルにボルテージレギュレータからフィールド電流（励磁電流）が供給されることにより、ステータに設けられているステータコイルに電磁誘導による三相交流電流が流れる。三相交流電流は、整流器で直流電圧に整流される。オルタネータ４は、直流電力を発電電力として出力し、この発電電力が電源ラインを介してバッテリ５に供給されることにより、バッテリ５が充電される。

車両１には、マイコン（マイクロコントローラユニット）を含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）６が備えられている。マイコンには、たとえば、ＣＰＵ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリが内蔵されている。図１には、１つのＥＣＵ６のみが示されているが、車両１には、各部を制御するため、ＥＣＵ６と同様の構成を有する複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ６を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

ＥＣＵ６には、エンジン回転センサ２１、エンジン水温センサ２２、エアフロセンサ２３およびバッテリ液温センサ２４が接続されている。

エンジン回転センサ２１は、エンジン２の回転（クランクシャフトの回転）に同期したパルス信号を検出信号として出力する。ＥＣＵ６は、エンジン回転センサ２１の検出信号からエンジン２の回転数であるエンジン回転数を求める。

エンジン水温センサ２２は、エンジン２を流通する冷却水の温度（エンジン水温）に応じた検出信号を出力する。ＥＣＵ６は、エンジン水温センサ２２の検出信号からエンジン水温を求める。

エアフロセンサ２３は、吸気管１１を流れる外気の瞬時流量である吸入空気量に応じた検出信号を出力する。ＥＣＵ６は、エアフロセンサ２３の検出信号から吸入空気量を求める。

バッテリ液温センサ２４は、バッテリ５に封入されているバッテリ液の液温（バッテリ液温）に応じた検出信号を出力する。ＥＣＵ６は、バッテリ液温センサ２４の検出信号からバッテリ液温を求める。

ＥＣＵ６は、各種センサの検出信号から取得した情報および／または他のＥＣＵから入力される種々の情報などに基づいて、エンジン２の始動、停止および出力調整などのため、エンジン２の電子スロットルバルブ、インジェクタおよび点火プラグ、ならびにスタータ３などを制御する。

また、ＥＣＵ６は、各種センサの検出信号から取得した情報および／または他のＥＣＵから入力される種々の情報などに基づいて、オルタネータ４のフィールド電流のデューティ比ＦＤＵＴＹを設定し、その設定したデューティ比ＦＤＵＴＹに応じた指令をオルタネータ４に出力する。これにより、オルタネータ４では、ボルテージレギュレータからフィールドコイルに、デューティ比ＦＤＵＴＹのフィールド電流が供給される。

＜触媒暖機制御＞
図２は、触媒暖機制御の流れを示すフローチャートである。図３は、触媒暖機制御時のエンジン２の回転数（エンジン回転数）、ならびにオルタネータ４の発電トルク（オルタトルク）および発電電圧（オルタ電圧）の時間変化を示す図である。

触媒暖機制御は、排気浄化用の触媒１３を暖機するための制御である。車両１のイグニッションスイッチがオン（ＩＧ−ＯＮ）されて、エンジン２が始動される際には、ＥＣＵ６により、触媒暖機制御が実行される。

触媒暖機制御では、第１条件が成立しているか否かが判断される（ステップＳ１）。第１条件は、エンジン２が完全に冷えており、バッテリ５が充電可能な温度範囲であり、エンジン水温が一定温度よりも高く、エンジン回転数が一定回転数よりも高く、かつ、エンジン２の始動後の積算吸入空気量が目標積算吸入空気量未満であるという条件である。第１条件には、具体的に、次の１〜５の条件が含まれる。
１．イグニッションスイッチのオンまでにオフされていた時間（ＩＧ−ＯＦＦ時間）が５時間以上である。
２．バッテリ液温が−２５℃以上７０℃以下の範囲内である。
３．エンジン水温が１５℃以上である。
４．エンジン回転数が５００ｒｐｍ以上である。
５．エンジン２の始動後の積算吸入空気量が２００ｇ未満である。

第１条件が成立する場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、オルタトルク制御が実行される（ステップＳ２）。オルタトルク制御では、オルタネータ４の発電トルクの目標値である目標オルタトルクが設定される。ＥＣＵ６の不揮発性メモリには、エンジン水温の範囲と目標オルタトルクとの関係がテーブルの状態で記憶されており、目標オルタトルクは、そのテーブルに従って、エンジン水温に応じた値に設定される。たとえば、図４に示されるように、エンジン水温が１５℃以上２０℃未満である場合には、目標オルタトルクが値Ａ（Ｎｍ）に設定され、エンジン水温が２０℃以上３０℃未満である場合には、目標オルタトルクが値Ａよりも小さい値Ｂ（Ｎｍ）に設定され、エンジン水温が３０℃以上４０℃未満である場合には、目標オルタトルクが値Ｂよりも小さい値Ｃ（Ｎｍ）に設定され、エンジン水温が４０℃以上６０℃未満である場合には、目標オルタトルクが値Ｃよりも小さい値Ｄ（Ｎｍ）に設定され、エンジン水温が６０℃以上８０℃未満である場合には、目標オルタトルクが値Ｄよりも小さい値Ｅ（Ｎｍ）に設定され、エンジン水温が８０℃以上９０℃未満である場合には、目標オルタトルクが値Ｅよりも小さい値Ｆ（Ｎｍ）に設定され、エンジン水温が９０℃以上である場合には、目標オルタトルクが値Ｆよりも小さい値Ｇ（Ｎｍ）に設定される。

また、ＥＣＵ６の不揮発性メモリには、図５に示されるように、エンジン水温の範囲（目標オルタトルク）ごとに、エンジン回転数とオルタネータ４のフィールド電流のデューティ比ＦＤＵＴＹとの関係がテーブルの状態で記憶されている。オルタネータ４の発電トルクであるオルタトルクが目標オルタトルクまで一気に立ち上げられると、エンジン２に付与される負荷が急増して、エンジン２の回転安定性が損なわれ、場合によっては、エンジンストールが発生する。そこで、図３に示されるように、エンジン回転数の上昇に伴って目標オルタトルクがエンジン水温に応じた目標オルタトルクまで段階的に引き上げられるように、エンジン回転数に応じたデューティ比ＦＤＵＴＹが設定されている。これにより、オルタトルクが徐々に増加し、エンジン２の回転安定性を損なわずに（エンジンストールを発生させずに）、オルタトルクをエンジン水温に応じた目標オルタトルクに近づけることができる。

その後、エンジン２の始動後の積算吸入空気量が目標積算吸入空気量に到達したか否かが判断される（ステップＳ３）。エンジン２の始動後の積算吸入空気量が目標積算吸入空気量に到達していない場合には（ステップＳ３のＮＯ）、オルタトルク制御の実行が継続される（ステップＳ２）。

エンジン２の始動後の積算吸入空気量が目標積算吸入空気量に到達すると（ステップＳ３のＹＥＳ）、オルタトルク制御が終了されて、オルタ電圧制御が開始される（ステップＳ４）。オルタ電圧制御が開始されると、触媒暖機制御が終了となる。オルタ電圧制御では、オルタネータ４の発電電圧の目標値である目標オルタ電圧が設定される。ＥＣＵ６の不揮発性メモリには、バッテリ液温の範囲と目標オルタ電圧との関係がテーブルの状態で記憶されており、目標オルタ電圧は、そのテーブルに従って、バッテリ液温に応じた値に設定される。たとえば、図６に示されるように、バッテリ液温が１５℃以上２０℃未満である場合には、目標オルタ電圧が値ａ（Ｖ）に設定され、バッテリ液温が２０℃以上３０℃未満である場合には、目標オルタ電圧が値ａよりも小さい値ｂ（Ｖ）に設定され、バッテリ液温が３０℃以上４０℃未満である場合には、目標オルタ電圧が値ｂよりも小さい値ｃ（Ｖ）に設定され、バッテリ液温が４０℃以上６０℃未満である場合には、目標オルタ電圧が値ｃよりも小さい値ｄ（Ｖ）に設定され、バッテリ液温が６０℃以上８０℃未満である場合には、目標オルタ電圧が値ｄよりも小さい値ｅ（Ｖ）に設定され、バッテリ液温が８０℃以上９０℃未満である場合には、目標オルタ電圧が値ｅよりも小さい値ｆ（Ｖ）に設定され、バッテリ液温が９０℃以上である場合には、目標オルタ電圧が値ｆよりも小さい値ｇ（Ｖ）に設定される。

＜目標オルタトルク学習処理＞
図７は、目標オルタトルク学習処理の流れを示すフローチャートである。

オルタトルク制御が終了すると、ＥＣＵ６により、その終了したオルタトルク制御で設定されていた目標オルタトルクを学習補正するための目標オルタトルク学習処理が実行される。

目標オルタトルク学習処理では、まず、終了したオルタトルク制御中に第２条件が成立したか否かが判断される（ステップＳ１１）。第２条件は、エンジン回転数の急激な低下（たとえば、エンジン回転数を取得するサンプリング周期で３０ｒｐｍを超える低下）またはエンジンストールの少なくとも一方が発生したという条件である。

第２条件が成立していない場合（ステップＳ１１のＮＯ）、第２条件が連続して成立した回数を表す学習変更フラグ１_ｎが０にリセットされて（ステップＳ１２）、目標オルタトルク学習処理が終了される。

第２条件が成立した場合には（ステップＳ１１のＹＥＳ）、学習変更フラグ１_ｎの値がインクリメント（＋１）される（ステップＳ１３）。また、第２条件が過去に成立した回数を表す学習変更フラグ２_ｎの値がインクリメント（＋１）される（ステップＳ１４）。学習変更フラグ２_ｎは、たとえば、車両１の工場出荷時に０にリセットされている。

その後、第３条件が成立しているか否かが判断される（ステップＳ１５）。第３条件は、たとえば、学習変更フラグ１_ｎが表す値が２以上という条件である。第３条件が成立していない場合（ステップＳ１５のＮＯ）、目標オルタトルク学習処理が終了される。

第３条件が成立している場合（ステップＳ１５のＹＥＳ）、学習値α_ｎがそれまでの学習値α_ｎ−１に所定値を加えた値に設定され（ステップＳ１６）、以降のオルタトルク制御では、先に終了したオルタトルク制御で設定されていた目標オルタトルクから学習値α_ｎを減じた値が目標オルタトルクとして設定される。所定値は、０以上５未満の範囲内の値であり、たとえば、０．５である。

その後さらに、第４条件が成立しているか否かが判断される（ステップＳ１７）。第４条件は、たとえば、学習変更フラグ２_ｎが表す値が１０以上という条件である。第４条件が成立していない場合（ステップＳ１７のＮＯ）、目標オルタトルク学習処理が終了される。

第４条件が成立している場合（ステップＳ１７のＹＥＳ）、学習値αｎが先に終了したオルタトルク制御で設定されていた目標オルタトルクに設定されて（ステップＳ１８）、目標オルタトルク学習処理が終了される。この場合、以降のオルタトルク制御では、目標オルタトルクから学習値α_ｎ、つまり先に終了したオルタトルク制御で設定されていた目標オルタトルクを減じた値、すなわち、０が目標オルタトルクとして設定される。言い換えると、先に終了したオルタトルク制御の実行時のエンジン水温におけるオルタトルク制御が禁止される。

＜作用効果＞
以上のように、触媒１３の暖機を開始する条件が成立すると、エンジン２の状態に基づいて、オルタネータ４の発電トルクの目標値である目標オルタトルクが設定される。そして、その設定された目標オルタトルクに基づいて、オルタネータ４の発電トルクが制御（オルタトルク制御）される。これにより、エンジン２の状態に応じた負荷（オルタネータ４の発電トルク）がエンジン２に付与されるので、エンジン２の吸入空気量がエンジン２の状態に応じて変化し、これに伴い、エンジン２からの排気量がエンジン２の状態に応じて変化する。その結果、エンジン２の状態に応じた適切な触媒暖機制御を達成することができる。

また、オルタトルク制御が終了すると、その終了したオルタトルク制御で設定されていた目標オルタトルクが学習補正されるので、以降のオルタトルク制御では、目標オルタトルクをより適切に設定することができ、触媒暖機制御による触媒１３の一層良好な暖機を達成することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態で挙げられた具体的な数値は、単なる一例に過ぎず、適宜変更されるとよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：車両
２：エンジン
４：オルタネータ
６：ＥＣＵ（触媒暖機制御装置、目標オルタトルク設定手段、オルタトルク制御手段、目標オルタ電圧設定手段、オルタ電圧制御手段、学習手段）
１３：触媒

Claims

エンジンと、前記エンジンからの排ガスを浄化するための触媒と、前記エンジンの回転によって発電するオルタネータとを搭載した車両に適用されて、前記触媒の暖機を制御する触媒暖機制御装置であって、
前記触媒の暖機を開始する条件が成立した場合に、前記エンジンの状態に基づいて、前記オルタネータの発電トルクの目標値である目標オルタトルクを設定する目標オルタトルク設定手段と、
前記目標オルタトルク設定手段により設定される前記目標オルタトルクに基づいて、前記オルタネータの発電トルクを制御するオルタトルク制御手段と、を含む、触媒暖機制御装置。
前記オルタネータの発電電圧の目標値である目標オルタ電圧を設定する目標オルタ電圧設定手段と、
前記目標オルタ電圧設定手段により設定される前記目標オルタ電圧に基づいて、前記オルタネータの発電電圧を制御するオルタ電圧制御手段と、をさらに含み、
前記オルタトルク制御手段による制御中に、前記エンジンの始動後の積算吸入空気量が目標積算吸入空気量に到達したことに応じて、前記オルタトルク制御手段による制御が終了されて、前記オルタ電圧制御手段による制御が開始される、請求項１に記載の触媒暖機制御装置。
前記オルタトルク制御手段による制御の終了後、当該制御中の前記エンジンの状態に基づいて、前記目標オルタトルク設定手段による前記目標オルタトルクの設定を学習する学習手段をさらに含む、請求項１または２に記載の触媒暖機制御装置。