JP4258557B2

JP4258557B2 - 内燃機関装置および内燃機関装置の制御方法

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Publication number: JP4258557B2
Application number: JP2007110844A
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Inventors: 仁己杉本
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Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
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Description

本発明は、排気系に浄化触媒が設けられた内燃機関と、該内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記内燃機関の排気の一部を吸気系に導入する排気導入手段と、前記内燃機関の温度を反映する温度反映物理量を検出する温度反映物理量検出手段とを備える内燃機関装置および内燃機関装置の制御方法に関する。

従来、この種の内燃機関装置としては、排気ガスを吸気側に環流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を搭載するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、エンジン水温などに基づいてＥＧＲ率を設定してこのＥＧＲ率で排気ガスが吸気側に供給されるようＥＧＲ弁の開閉を制御することにより、排気温度を低下させてエンジン温度の過度の上昇を防止することができるとしている。
特開平０７−３１７６０６号公報

ところで、ＥＧＲ装置は、上述したように、エンジン温度（エンジン水温）の上昇を抑制することに用いることができる他、排気温度を低下させてエンジンの排気系に設けられた触媒の温度上昇を抑制するために用いることもできる。一般に、エンジン温度が低いときにはエンジンの燃焼状態が悪化するから、ＥＧＲを行なうことは困難となる。このため、例えば、冷間時にエンジンを始動した直後に運転者がアクセルペダルを大きく踏み込んで走行しているときなど触媒温度が急激に上昇すると、エンジン水温は低いが触媒温度は高い状態が生じ、ＥＧＲを行なうことができない結果、触媒温度の上昇を抑制することができなくなる。これに対して、触媒温度の上昇を抑制するためにこうしたＥＧＲ制御に代えて触媒温度が高いときには常に燃料噴射弁から噴射する燃料を増量して余剰の燃料による気化潜熱を利用して触媒を冷却することも考えられるが、燃料消費量が増えるから、燃費が悪化してしまう。

本発明の内燃機関装置および内燃機関装置の制御方法は、燃費の悪化をできる限り抑えながら浄化触媒の過熱を抑制することを主目的とする。

本発明の内燃機関装置および内燃機関装置の制御方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の内燃機関装置は、
排気系に浄化触媒が設けられた内燃機関を有する内燃機関装置であって、
前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気の一部を吸気系に導入する排気導入手段と、
前記内燃機関の温度を反映する温度反映物理量を検出する温度反映物理量検出手段と、
前記浄化触媒の温度上昇を抑制すべき所定条件が成立したとき、前記検出された温度反映物理量により反映される前記内燃機関の温度が所定温度以上のときには前記内燃機関の排気の一部を吸気系に導入することにより前記浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう前記排気導入手段を制御する第１の制御を実行し、前記検出された温度反映物理量により反映される前記内燃機関の温度が前記所定温度未満のときには前記内燃機関に噴射する燃料を増量することにより前記浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう前記燃料噴射手段を制御する第２の制御を実行する温度上昇抑制制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明の内燃機関装置では、浄化触媒の温度上昇を抑制すべき所定条件が成立したとき、内燃機関の温度が所定温度以上のときには内燃機関の排気の一部を吸気系に導入することにより浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう排気導入手段を制御する第１の制御を実行し、内燃機関の温度が所定温度未満のときには内燃機関に噴射する燃料を増量することにより浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう燃料噴射手段を制御する第２の制御を実行する。したがって、浄化触媒の過熱をより確実に抑制することができると共に浄化触媒の温度上昇を抑制するための燃料消費をできる限り少なくすることができる。

こうした本発明の内燃機関装置において、前記温度上昇抑制制御手段は、前記第２の制御を実行している最中には、前記検出された機関温度反映物理量により反映される前記内燃機関の温度が前記所定温度未満から前記所定温度以上となったときでも前記第２の制御を継続して実行する手段であるものとすることもできる。こうすれば、第１の制御と第２の制御との切り替えに起因して内燃機関の状態が不安定となるのを回避することができる。

また、本発明の内燃機関装置において、前記温度上昇抑制制御手段は、前記排気導入手段に異常が生じたときには、前記検出された温度反映物理量により反映される前記内燃機関の温度に拘わらず前記第２の制御を実行する手段であるものとすることもできる。こうすれば、排気導入手段に異常が生じたときでも浄化触媒の過熱を抑制することができる。

さらに、本発明の内燃機関装置において、前記温度上昇抑制制御手段は、前記内燃機関が所定の高負荷領域で運転されているときに前記所定条件が成立したとして制御する手段であるものとすることもできるし、前記温度上昇抑制制御手段は、前記浄化触媒の温度が所定触媒温度以上のときに前記所定条件が成立したとして制御する手段であるものとすることもできる。

また、本発明の内燃機関装置において、前記温度反映物理量検出手段は、前記内燃機関の冷却水の温度を検出する手段であるものとすることもできる。

また、本発明の内燃機関装置において、駆動軸に動力を出力する動力出力装置に組み込まれる上述した各態様のいずれかの本発明の内燃機関装置であって、前記動力出力装置は、前記駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とにトルクを出力する電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、を備える装置であるものとすることもできる。この場合、前記電力動力入出力手段は、動力を入出力可能な発電機と、前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸と前記駆動軸の３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の１軸に動力を入出力する３軸式の動力入出力手段とを備える手段であるものとすることもできる。

本発明の内燃機関装置の制御方法は、
排気系に浄化触媒が設けられた内燃機関と、該内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記内燃機関の排気の一部を吸気系に導入する排気導入手段と、前記内燃機関の温度を反映する温度反映物理量を検出する温度反映物理量検出手段とを備える内燃機関装置の制御方法であって、
前記浄化触媒の温度上昇を抑制すべき所定条件が成立したとき、前記検出された温度反映物理量により反映される前記内燃機関の温度が所定温度以上のときには前記内燃機関の排気の一部を吸気系に導入することにより前記浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう前記排気導入手段を制御する第１の制御を実行し、前記検出された温度反映物理量により反映される前記内燃機関の温度が前記所定温度未満のときには前記内燃機関に噴射する燃料を増量することにより前記浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう前記燃料噴射手段を制御する第２の制御を実行する
ことを特徴とする。

本発明の内燃機関装置の制御方法によれば、浄化触媒の温度上昇を抑制すべき所定条件が成立したとき、内燃機関の温度が所定温度以上のときには内燃機関の排気の一部を吸気系に導入することにより浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう排気導入手段を制御する第１の制御を実行し、内燃機関の温度が所定温度未満のときには内燃機関に噴射する燃料を増量することにより浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう燃料噴射手段を制御する第２の制御を実行する。したがって、浄化触媒の過熱をより確実に抑制することができると共に浄化触媒の温度上昇を抑制するための燃料消費をできる限り少なくすることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例である内燃機関装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。ここで、内燃機関装置としては、エンジン２２と、このエンジン２２を運転制御するエンジン用電子制御ユニット２４とが該当する。

エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な６気筒の内燃機関として構成されており、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共に気筒毎に設けられた燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃料室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。この浄化装置１３４の後段には、排気を吸気側に供給するＥＧＲ管１５２が取り付けられており、エンジン２２は、不燃焼ガスとしての排気を吸入側に供給して空気と排気とガソリンの混合気を燃焼室に吸引することができるようになっている。

エンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵ２４ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットルポジション，吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からのエアフローメータ信号ＡＦ，同じく吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温，空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦ，酸素センサ１３５ｂからの酸素信号，浄化装置１３４に取り付けられた触媒温度センサ１３５ｃからの触媒温度Ｔｃなどが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁１２６への駆動信号や、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号、吸気バルブ１２８の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号，吸気側に供給する排気の供給量を調節するＥＧＲバルブ１５４への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータを出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅを演算したり、最大吸入空気量に対するエアフローメータ１４８からのエアフローメータ信号ＡＦに基づく吸入空気量の割合としての負荷率ＫＬを演算している。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

また、エンジン２２の制御としては、要求トルクＴｒ＊や車速Ｖに基づいて不燃焼ガスとしての排気を吸入側に導入する際の排気の吸入空気量に対する割合の目標値である目標排気導入率ＥＧＲ＊を設定し、この設定した目標排気導入率ＥＧＲ＊に対応する開度だけ開弁するようＥＧＲバルブ１５４を駆動制御すると共にアクセル開度Ａｃｃや要求トルクＴｒ＊に対応する吸気弁開閉タイミングとなるよう可変バルブタイミング機構１５０を制御し、エンジン２２から出力すべき目標トルクＴｅ＊と目標排気導入率ＥＧＲ＊とに対応するスロットル開度となるようスロットルバルブ１２４を制御し、吸入空気量に対して理論空燃比となる燃料噴射量が適当なタイミングで燃料噴射弁１２６から噴射されるよう燃料噴射弁１２６を制御する。ここで、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｒｅｆ未満のときには、排気を吸気側に導入すると燃焼状態が悪くなることから、目標排気導入率ＥＧＲ＊は値０に設定され、排気の吸気側への導入は行なわれない。

次に、こうして構成されたハイブリッド自動車２０が搭載する動力出力装置に組み込まれた内燃機関装置の動作、特に浄化装置１３４の触媒の温度を調整する際の動作について説明する。図４は、エンジンＥＣＵ２４により実行される触媒温度調整制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、数十ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

触媒温度調整制御ルーチンが実行されると、エンジンＥＣＵ２４のＣＰＵ２４ａは、まず、エンジン２２の回転数Ｎｅや負荷率ＫＬ，水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｗ，触媒温度センサ１３５ｃからの触媒温度Ｔｃなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅは、クランクポジションセンサ１４０により検出されたクランクシャフト２６のクランクポジションに基づいて演算されたものを入力するものとした。また、エンジン２２の負荷率ＫＬは、エアフローメータ１４８からのエアフローメータ信号ＡＦに基づいて演算されたものを入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力した触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃｒｅｆ以上か否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、閾値Ｔｃｒｅｆは、浄化装置１３４の触媒の適正温度範囲の上限よりも若干低い温度として８５０℃や９００℃，９５０℃などのように設定されている。触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃｒｅｆ未満のときには、浄化装置１３４の触媒は適正温度範囲内と判断し、燃料増量実行フラグＦに値０を設定して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。

触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃｒｅｆ以上のときには、浄化装置１３４の触媒の温度上昇を抑制すべきと判断し、入力エンジン２２の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上か否か（ステップＳ１３０）、ＥＧＲバルブ１５４が正常に機能するか否か（ステップＳ１４０）、燃料増量実行フラグＦが値０であるか否か（ステップＳ１５０）、をそれぞれ判定する。エンジン２２の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上であり、ＥＧＲバルブ１５４が正常に機能し、燃料増量実行フラグＦが値０であるときには、入力したエンジン２２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて排気導入率ＥＧＲ＊を設定し（ステップＳ１６０）、設定した排気導入率ＥＧＲ＊に対応する開度だけ開弁するようＥＧＲバルブ１５４を制御して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。ここで、排気導入率ＥＧＲ＊は、実施例では、エンジン２２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬと排気導入率ＥＧＲ＊との関係を予め求めて排気導入率設定用マップとしてＲＯＭ２４ｂに記憶しておき、回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとが与えられるとマップから対応する排気導入率ＥＧＲ＊を導出して設定するものとした。排気導入率設定用マップの一例を図４に示す。図示するように、排気導入率ＥＧＲ＊は、エンジン２２が高回転数で高負荷率の高負荷運転領域で運転されているときに排気の温度が高くなり浄化装置１３４の触媒が高温となりやすいことから、回転数Ｎｅが高いほど負荷率ＫＬが高いほど大きな値が設定される。こうして、エンジン２２の排気の一部を吸気側に導入する排気導入制御を実行することにより、排気（不活性ガス）による熱容量の増加によってエンジン２２の排気の温度を低下させることができ、浄化装置１３４の触媒の温度上昇を抑制することができる。

ステップＳ１３０でエンジン２２の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ未満と判定されたときには、燃料増量実行フラグＦを値１に設定し（ステップＳ１８０）、入力したエンジン２２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて吸入空気量に対して理論空燃比となる燃料噴射量に対して増量すべき燃料増量αを設定して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。燃料増量αは、実施例では、エンジン２２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬと燃料増量αとの関係を予め求めて燃料増量設定用マップとしてＲＯＭ２４ｂに記憶しておき、回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとが与えられるとマップから対応する燃料増量αを導出して設定するものとした。燃料増量設定用マップの一例を図５に示す。図示するように、燃料増量αは、エンジン２２が高回転数で高負荷率の高負荷運転領域で運転されているときに排気の温度が高くなり浄化装置１３４の触媒が高温となりやすいことから、回転数Ｎｅが高いほど負荷率ＫＬが高いほど大きな値が設定される。こうして、吸入空気量に対して理論空燃比となる燃料噴射量に対して燃料増量αだけ増量して燃料噴射弁１２６から燃料噴射する燃料増量制御を実行することにより、余剰の燃料による気化潜熱を利用した冷却効果によって浄化装置１３４の触媒の温度上昇を抑制することができる。

いま、冷間時にエンジン２２が始動された直後に運転者がアクセルペダル８３を大きく踏み込んで走行している場合を考える。この場合、エンジン２２は比較的高回転数で高トルクの高負荷領域で運転されるから、排気は高温となり、浄化装置１３４の触媒の温度が急激に上昇する。このため、場合によってはエンジン２２の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上となる前に浄化装置１３４の触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃｒｅｆ以上となる。冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときにはエンジン２２の燃焼が不安定となるから、排気の一部を吸気側に導入する排気導入制御を実行することができない。実施例では、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときには吸入空気量に対して理論空燃比となる燃料噴射量に対して燃料増量αだけ増量する燃料増量制御を実行するから、排気導入制御を実行できないときでも浄化装置１３４の触媒の温度上昇を抑制することができる。このとき、燃料増量制御によって燃料増量αの分だけ燃料を余分に噴射することになるから、燃費は悪化するが、燃料増量制御は冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときに限って行なうから、燃費の悪化は最小限に抑えられる。

ステップＳ１３０で冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上と判定されたがステップＳ１４０でＥＧＲバルブ１５４に異常が生じていると判定されたときには、排気導入制御を行なうことができないため、ステップＳ１３０で冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上と判定されステップＳ１４０でＥＧＲバルブ１５４が正常に機能すると判定されたが燃料増量実行フラグＦが値１のときには、既に燃料増量制御が実行されており燃料増量制御から排気導入制御に切り替えることによってエンジン２２の状態が不安定となるのを回避するために、エンジン２２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて排気導入率ＥＧＲ＊を設定してＥＧＲバルブ１５４を制御する排気導入制御を実行して（ステップＳ１６０，Ｓ１７０）、本ルーチンを終了する。

以上説明した実施例の内燃機関装置によれば、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃｒｅｆ以上のとき、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときにはエンジン２２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて目標排気導入率ＥＧＲ＊を設定し設定した目標排気導入率ＥＧＲ＊に相当する開度だけ開弁するようＥＧＲバルブ１５４を制御する排気導入制御を実行し、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときにはエンジン２２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて燃料増量αを設定し吸入空気量に対して理論空燃比となる燃料噴射量に対して燃料増量αだけ燃料を増量する燃料増量制御を実行するから、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ未満で排気導入制御を実行することができないときでも浄化装置１３４の触媒の温度上昇を抑制することができると共に触媒の温度上昇を抑制するために常に燃料増量制御を実行するものに比して燃費の悪化を抑制することができる。しかも、燃料増量制御を実行している最中に冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上となったときでも燃料増量制御を継続して実行するから、燃料増量制御から排気導入制御に切り替えることによってエンジン２２の状態が不安定となるのを回避することができる。さらに、ＥＧＲバルブ１５４に異常が生じているときには冷却水温Ｔｗに拘わらず燃料増量制御を実行するから、ＥＧＲバルブ１５４に異常が生じているときでも対処することができる。

実施例の内燃機関装置では、燃料増量制御を実行している最中には、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上となったときでも燃料増量制御を継続して実行するものとしたが、場合によっては排気導入制御に切り替えるものとしても差し支えない。

実施例の内燃機関装置では、ＥＧＲバルブ１５４が正常に機能しうるか否かを判定しＥＧＲバルブ１５４に異常が生じていると判定されたときには燃料増量制御を実行するものとしたが、触媒温度調整制御ルーチンにおいてはこうしたＥＧＲバルブ１５４の異常を判定しないものとしても構わない。

実施例の内燃機関装置では、触媒温度センサ１３５ｃにより検出された触媒温度Ｔｃに基づいて浄化装置１３４の触媒の温度上昇を抑制すべきか否かを判定したが、これに限られず、エンジン２２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとを用いてエンジン２２が高回転数で高トルクの高負荷領域で運転されているか否かにより浄化装置１３４の触媒の温度上昇を抑制すべきか否かを判定するものとしてもよいし、他のパラメータを用いて浄化装置１３４の触媒の温度上昇を抑制すべきか否かを判定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図６の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図６における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図７の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。更に、図８の変形例の自動車３２０に例示するように、エンジン２２からの動力をオートマチックトランスミッション３３０により変速して駆動輪６３ａ，６３ｂ側に出力して走行する通常の自動車の構成としても構わない。

実施例では、ハイブリッド自動車２０に搭載された動力出力装置に組み込まれた内燃機関装置として説明したが、ハイブリッド自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載された動力出力装置に組み込まれた内燃機関装置の形態としたり、建設設備などの移動体以外の動力出力装置に組み込まれた内燃機関装置の形態としたり、動力出力装置に組み込まれていない内燃機関装置の形態としたりするものとしてもよい。また、内燃機関装置の制御方法の形態としてもよい。

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、燃料噴射弁１２６や燃料噴射弁１２６を制御するエンジンＥＣＵ２４が「燃料噴射手段」に相当し、ＥＧＲ管１５２やＥＧＲバルブ１５４，ＥＧＲバルブ１５４を制御するエンジンＥＣＵ２４が「排気導入手段」に相当し、水温センサ１４２が「温度反映物理量検出手段」に相当し、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃｒｅｆ以上のとき、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときにはエンジン２２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて目標排気導入率ＥＧＲ＊を設定し設定した目標排気導入率ＥＧＲ＊に相当する開度だけ開弁するようＥＧＲバルブ１５４を制御する排気導入制御を実行し、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときにはエンジン２２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて燃料増量αを設定し吸入空気量に対して理論空燃比となる燃料噴射量に対して燃料増量αだけ燃料を増量する燃料増量制御を実行する図３の触媒温度調整制御ルーチンを実行するエンジンＥＣＵ２４が「温度上昇抑制制御手段」に相当する。また、動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とが「電力動力入出力手段」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当する。ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「燃料噴射手段」としては、燃料噴射弁１２６や燃料噴射弁１２６を制御するエンジンＥＣＵ２４に限定されるものではなく、内燃機関に燃料を噴射するものであれば如何なるものとしても構わない。「排気導入手段」としては、ＥＧＲ管１５２やＥＧＲバルブ１５４，ＥＧＲバルブ１５４を制御するエンジンＥＣＵ２４に限定されるものではなく、内燃機関の吸気系に供給される排気の吸入空気量に対する割合である排気供給割合を調整して排気を吸気系に供給するものであれば如何なるものとしても構わない。「温度上昇抑制制御手段」としては、触媒温度Ｔｃが閾値Ｔｃｒｅｆ以上のとき、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときにはエンジン２２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて目標排気導入率ＥＧＲ＊を設定し設定した目標排気導入率ＥＧＲ＊に相当する開度だけ開弁するようＥＧＲバルブ１５４を制御する排気導入制御を実行し、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときにはエンジン２２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて燃料増量αを設定し吸入空気量に対して理論空燃比となる燃料噴射量に対して燃料増量αだけ燃料を増量する燃料増量制御を実行するものに限定されるものではなく、浄化触媒の温度上昇を抑制すべき所定条件が成立したとき、温度反映物理量検出手段により検出された温度反映物理量により反映される内燃機関の温度が所定温度以上のときには内燃機関の排気の一部を吸気系に導入することにより浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう排気導入手段を制御する第１の制御を実行し、温度反映物理量検出手段により検出された温度反映物理量により反映される内燃機関の温度が所定温度未満のときには内燃機関に噴射する燃料を増量することにより浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう燃料噴射手段を制御する第２の制御を実行するものであれば如何なるものとしても構わない。「電力動力入出力手段」としては、動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とを組み合わせたものや対ロータ電動機２３０に限定されるされるものではなく、駆動軸に接続されると共に駆動軸とは独立に回転可能に内燃機関の出力軸に接続され電力と動力の入出力を伴って駆動軸と出力軸とにトルクを出力するものであれば如何なるものとしても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動発電機など、動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの発電機であっても構わない。「３軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構３０に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて４以上の軸に接続されるものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる作動作用を有するものなど、駆動軸と出力軸と発電機の回転軸との３軸に接続され３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、自動車産業などに利用可能である。

本発明の一実施例である内燃機関装置が組み込まれた動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。エンジンＥＣＵ２４により実行される触媒温度調整制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。排気導入率設定用マップの一例を示す説明図である。燃料増量設定用マップの一例を示す説明図である。変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。変形例の自動車３２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２４エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２４ａＣＰＵ、２４ｂＲＯＭ、２４ｃＲＡＭ、２６クランクシャフト、２８ダンパ、３０動力分配統合機構、３１サンギヤ、３２リングギヤ、３２ａリングギヤ軸、３３ピニオンギヤ、３４キャリア、３５減速ギヤ、４０モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２インバータ、４３，４４回転位置検出センサ、５０バッテリ、５１温度センサ、５２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４電力ライン、６０ギヤ機構、６２デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ駆動輪、６４ａ，６４ｂ車輪、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、８０イグニッションスイッチ、８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８５ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８車速センサ、１２２エアクリーナ、１２４スロットルバルブ、１２６燃料噴射弁、１２８吸気バルブ、１３０点火プラグ、１３２ピストン、１３４浄化装置、１３５ａ空燃比センサ、１３５ｂ酸素センサ、１３５ｃ触媒温度センサ、１３６スロットルモータ、１３８イグニッションコイル、１４０クランクポジションセンサ、１４２水温センサ、１４４カムポジションセンサ、１４６スロットルバルブポジションセンサ、１４８エアフローメータ、１４９温度センサ、１５０可変バルブタイミング機構、１５２ＥＧＲ管、１５４ＥＧＲバルブ、１５６温度センサ、２３０対ロータ電動機、２３２インナーロータ、２３４アウターロータ、３２０自動車、３３０オートマチックトランスミッション、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

排気系に浄化触媒が設けられた内燃機関を有する内燃機関装置であって、
前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気の一部を吸気系に導入する排気導入手段と、
前記内燃機関の温度を反映する温度反映物理量を検出する温度反映物理量検出手段と、
前記浄化触媒の温度上昇を抑制すべき所定条件が成立したとき、前記検出された温度反映物理量により反映される前記内燃機関の温度が所定温度以上のときには前記内燃機関の排気の一部を吸気系に導入することにより前記浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう前記排気導入手段を制御する第１の制御を実行し、前記検出された温度反映物理量により反映される前記内燃機関の温度が前記所定温度未満のときには前記内燃機関に噴射する燃料を増量することにより前記浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう前記燃料噴射手段を制御する第２の制御を実行する温度上昇抑制制御手段と
を備える内燃機関装置。
前記温度上昇抑制制御手段は、前記第２の制御を実行している最中には、前記検出された機関温度反映物理量により反映される前記内燃機関の温度が前記所定温度未満から前記所定温度以上となったときでも前記第２の制御を継続して実行する手段である請求項１記載の内燃機関装置。
前記温度上昇抑制制御手段は、前記排気導入手段に異常が生じたときには、前記検出された温度反映物理量により反映される前記内燃機関の温度に拘わらず前記第２の制御を実行する手段である請求項１または２記載の内燃機関装置。
前記温度上昇抑制制御手段は、前記内燃機関が所定の高負荷領域で運転されているときに前記所定条件が成立したとして制御する手段である請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関装置。
前記温度上昇抑制制御手段は、前記浄化触媒の温度が所定触媒温度以上のときに前記所定条件が成立したとして制御する手段である請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関装置。
前記温度反映物理量検出手段は、前記内燃機関の冷却水の温度を検出する手段である請求項１ないし５いずれか記載の内燃機関装置。
駆動軸に動力を出力する動力出力装置に組み込まれる請求項１ないし６いずれか記載の内燃機関装置であって、
前記動力出力装置は、前記駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とにトルクを出力する電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、を備える装置である
内燃機関装置。
前記電力動力入出力手段は、動力を入出力可能な発電機と、前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸と前記駆動軸の３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の１軸に動力を入出力する３軸式の動力入出力手段とを備える手段である請求項７記載の内燃機関装置。
排気系に浄化触媒が設けられた内燃機関と、該内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記内燃機関の排気の一部を吸気系に導入する排気導入手段と、前記内燃機関の温度を反映する温度反映物理量を検出する温度反映物理量検出手段とを備える内燃機関装置の制御方法であって、
前記浄化触媒の温度上昇を抑制すべき所定条件が成立したとき、前記検出された温度反映物理量により反映される前記内燃機関の温度が所定温度以上のときには前記内燃機関の排気の一部を吸気系に導入することにより前記浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう前記排気導入手段を制御する第１の制御を実行し、前記検出された温度反映物理量により反映される前記内燃機関の温度が前記所定温度未満のときには前記内燃機関に噴射する燃料を増量することにより前記浄化触媒の温度上昇が抑制されるよう前記燃料噴射手段を制御する第２の制御を実行する
ことを特徴とする内燃機関装置の制御方法。