JP2021183820A

JP2021183820A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2021183820A
Application number: JP2020089184A
Authority: JP
Inventors: 雄大越智; Takehiro Ochi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-05-21
Filing date: 2020-05-21
Publication date: 2021-12-02

Abstract

【課題】排気浄化触媒の劣化を抑制することができる内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒２ａと、排気浄化触媒２ａの低温時に、排気浄化触媒２ａが高温劣化しないように定められた触媒暖機時間に基づいて、排気浄化触媒２ａの暖機を行う制御部と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、制御部が、内燃機関から排出される排気エネルギーが大きい程、触媒暖機時間を短く設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

特許文献１には、排気浄化触媒の暖機制御において、暖機制御時間を設定し、当該暖機制御時間に基づいて排気浄化触媒の暖機を実施する技術が開示されている。

特開２０１４−０５１２５５号公報

特許文献１で開示された技術では、例えばエンジン負荷が高い時は、排気浄化触媒の温度が上昇しやすく、暖機制御時間よりも早いタイミングで排気浄化触媒が高温となり、排気浄化触媒が劣化してしまう可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排気浄化触媒の劣化を抑制することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の低温時に、前記排気浄化触媒が高温劣化しないように定められた触媒暖機時間に基づいて、前記排気浄化触媒の暖機を行う制御部と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記制御部が、前記内燃機関から排出される排気エネルギーが大きい程、前記触媒暖機時間を短く設定することを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、排気エネルギーが大きい程、触媒暖機時間を短くすることにより、排気浄化触媒の温度が急激に昇温することによる劣化を抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用した車両の概略的な構成を示す図である。図２は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が実行する制御の一例を示すタイムチャートである。図３は、本発明の効果を説明するためのグラフである。図４は、本発明の効果を説明するためのグラフである。図５は、排気浄化触媒の負荷と、遅角耐性、排気エネルギー、ＮＯ_Ｘ量、ＨＣ量およびＨＣ＋ＮＯ_Ｘ積算量との関係を示す図である。図６は、車両のテールパイプのエミッションを計測し、排気浄化触媒の暖機の早期化の効果を検証した例を示す図である。図７は、通常時に使用可能なＳＯＣと、Ｆ．Ｉ．（フューエルインジェクション）時に使用可能なＳＯＣと、を模式的に示す図である。

本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用した車両１の構成について、図１を参照しながら説明する。車両１は、エンジン２と、排気浄化触媒２ａと、発電機３と、インバータ４と、バッテリ５と、走行用のモータ６と、駆動輪７と、ＥＣＵ８と、を備えている。

エンジン２は、周知の内燃機関によって構成されている。排気浄化触媒２ａは、エンジン２から排出された排ガスを浄化するためのものであり、エンジン２の排気通路に設置されている。排気浄化触媒２ａは、例えば排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化・還元作用によって除去・浄化する機能を有している。

発電機３は、発電機能に加えてモータ機能を有する発電用モータジェネレータである。また、モータ６は、モータ機能に加えて発電機能を有する駆動用モータジェネレータである。発電機３は、インバータ４を介してモータ６と電気的に接続されている。

バッテリ５には、モータ６を駆動させるための電力が充電される。このバッテリ５は、インバータ４を介して発電機３およびモータ６と電気的に接続されている。なお、発電機３で発電された電力は、バッテリ５に充電せずに発電機３からインバータ４を介してモータ６に供給されてもよい。

車両１では、エンジン２から出力された動力によって発電機３を駆動させて発電した電力を、バッテリ５に蓄える。車両１の加速時（力行時）には、バッテリ５から出力された電力によってモータ６を駆動させることにより、モータ６から出力された動力によって駆動輪７を駆動させる。また、車両１の制動時（回生時）には、駆動輪７からモータ６に伝達される外力によってモータ６を発電機として機能させて、モータ６で発電した電力をバッテリ５に蓄える。また、車両１は、モータ６のみで走行するＥＶ走行と、エンジン２およびモータ６を併用するＨＶ走行と、を行うことが可能である。

ＥＣＵ８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主要構成部品とした電子制御装置（Electronic Control Unit）であり、各種プログラムを実行する。ＥＣＵ８は、本発明における制御部として機能する。

ＥＣＵ８は、排気浄化触媒２ａの低温時に、当該排気浄化触媒２ａが高温劣化しないように定められた触媒暖機時間に基づいて、排気浄化触媒２ａの暖機を行う。その際、ＥＣＵ８は、エンジン２から排出される排気エネルギーが大きい程、触媒暖機時間を短く設定する。なお、排気エネルギーには、エンジン負荷やＭＧ回生量等も含まれる。

図２は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が実行する制御の一例を示すタイムチャートである。同図において、実線は本発明の数値を示しており、破線は従来の一般的なガソリン車（コンベ車）の数値を示している。また、同図の「Ｆ．Ｉ．」は、フューエルインジェクション（燃料噴射）のことを示している。

図２に示すように、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置のＥＣＵ８は、排気浄化触媒２ａの暖機時にモータ６で回生しながらエンジン負荷を増加させる。この時、ＭＧ回生量にかかわらず、エンジン回転数を所定値に制御する。そして、ＭＧ回生量が多い程、スロットルバルブを開き、空気量を増加させると同時に点火時期を遅角させることにより、排気浄化触媒２ａの暖機の早期化を行う。

また、ＥＣＵ８は、触媒暖機時間を設定し、ＭＧ回生量が多い程、当該触媒暖機時間を短く設定する。また、ＥＣＵ８は、バッテリ５の温度（以下、「バッテリ温度」という）を計測または測定し、当該バッテリ温度に基づいてＭＧ回生量を増減させる。すなわち、ＥＣＵ８は、ＳＯＣ（State Of Charge）によってＭＧ回生量を変化させず、バッテリ温度が低い程、ＭＧ回生量を減少させる。また、ＥＣＵ８は、図示しない吸気圧センサ、エアフロのどちらかが故障した場合にも、遅角量を減らさずに排気浄化触媒２ａの暖機を行う。

図３および図４は、本発明の効果を説明するためのグラフである。図３において、（ａ）は排気浄化触媒２ａの後端の温度を、（ｂ）は炭化水素（ＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の積算量（以下、「ＨＣ＋ＮＯ_Ｘ積算量」という）を示している。また、図４において、（ａ）は遅角耐性を、（ｂ）はＨＣ＋ＮＯ_Ｘ積算量を、（ｃ）は暖機時間中における燃料消費量を、示している。また、図３および図４で示した従来技術および本発明の排気浄化触媒２ａの負荷と回生出力の条件を、表１に示す。

図３に示すように、本発明では、触媒暖機の負荷増加によって点火遅角耐性が向上し、暖機時間が短縮する。これにより、図４に示すように、暖気までのエミッションおよび燃料消費量が低減する（暖機後にアイドルに戻した場合）。

図５は、排気浄化触媒２ａの負荷と、遅角耐性、排気エネルギー、ＮＯ_Ｘ量、ＨＣ量およびＨＣ＋ＮＯ_Ｘ積算量との関係を示す図である。同図の（ａ）に示すように、排気浄化触媒２ａの負荷が増加することにより、遅角耐性は増加する。また、同図の（ｂ）に示すように、排気浄化触媒２ａの負荷が増加することにより、排気エネルギーは増加する。また、同図の（ｃ）に示すように、排気浄化触媒２ａの負荷が増加することにより、ＮＯ_Ｘ量は増加する。また、同図の（ｄ）に示すように、遅角量が増加することにより、ＨＣ量は減少する。また、同図の（ｅ）に示すように、排気浄化触媒２ａの負荷が増加することにより、ＨＣ＋ＮＯ_Ｘ積算量は増加する。

図６は、車両１のテールパイプのエミッションを計測し、排気浄化触媒２ａの暖機の早期化の効果を検証した例を示している。同図において、（ａ）は排気浄化触媒２ａの温度と触媒浄化率との関係を、（ｂ）は排気浄化触媒２ａの負荷と排気浄化触媒２ａの先端１０ｍｍの暖機時間との関係を、（ｃ）は排気浄化触媒２ａの負荷と排気浄化触媒２ａの後端１０ｍｍの暖機時間との関係を、（ｄ）は排気浄化触媒２ａの負荷と排気浄化触媒２ａの後端１０ｍｍの暖機時間との関係を、（ｅ）は排気浄化触媒２ａの負荷と排気浄化触媒２ａの後端１０ｍｍを暖機するまでの燃料消費量との関係を、示している。

図６の（ｃ）に示すように、排気浄化触媒２ａの負荷および遅角が増加することにより、エミッションが低減する。また、同図の（ｅ）に示すように、排気浄化触媒２ａの負荷および遅角が増加することにより、燃料消費量が低減する。

図７は、通常時に使用可能なＳＯＣと、Ｆ．Ｉ．時に使用可能なＳＯＣと、を模式的に示している。ここで、バッテリ５のＳＯＣが多い場合、通常は充電しないため、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の制御を実行できないおそれがある。そこで、以下の表２に示すように、想定される最小の容量のバッテリ５で本実施形態の制御を実行した場合のＳＯＣ増加量を試算した。

表２に示すように、試算されたＳＯＣ増加量は４．９ｐｔであるため、本実施形態の制御によって排気浄化触媒２ａを暖機する場合は、バッテリ５への充電を許容する。これにより、バッテリ５のＳＯＣが多い場合であっても、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の制御を実行することが可能となる。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、排気エネルギーが大きい程、触媒暖機時間を短くすることにより、排気浄化触媒２ａの温度が急激に昇温することによる劣化を抑制することができる。

以上、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

１車両
２エンジン
２ａ排気浄化触媒
３発電機
５バッテリ
６モータ
７駆動輪
８ＥＣＵ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の低温時に、前記排気浄化触媒が高温劣化しないように定められた触媒暖機時間に基づいて、前記排気浄化触媒の暖機を行う制御部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記制御部は、前記内燃機関から排出される排気エネルギーが大きい程、前記触媒暖機時間を短く設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。