JP5975082B2

JP5975082B2 - 内燃機関の制御システム

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Publication number: JP5975082B2
Application number: JP2014196516A
Authority: JP
Inventors: 嘉明浜本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: US10302033B2; WO2016046617A1; US20170292464A1; JP2016070071A

Description

本発明は、内燃機関の制御システムに関する。

内燃機関と電動モータとを搭載するハイブリッド車両において、触媒の温度を高めるために、点火時期を遅角させることが知られている。ここで、点火時期を遅角するだけでは、機関回転速度が低下してしまうため、点火時期の遅角に合わせて、吸入空気量及び燃料噴射量を増加させることが望ましい。このときには、触媒の温度が低いために、排気中の有害物質の浄化が困難となる虞がある。このため、触媒に流入する排気中の有害物質の量は少ないことが好ましい。

ここで、内燃機関と電動モータとを搭載するハイブリッド車両において、点火時期を遅角させて一定時間が経過した後に、吸入空気量を増加させることにより、排気中の有害物質を低減させつつ触媒の温度を上昇させることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−１２４８２６号公報特開２００５−００９４７４号公報特開２００３−２４７４１７号公報

吸入空気量が増加すると機関トルクが増加することがあるが、ハイブリッド車両では、電動モータ（発電機としてもよい。）による発電を実施することで、機関トルクの増加分を吸収することができる。しかし、バッテリが満充電の状態となりバッテリへの充電が制限されると、電動モータによる発電も困難となる。そうすると、吸入空気量を増加させることが困難となり、点火時期の遅角量を増加させることも困難となる。したがって、触媒暖機に時間がかかる虞がある。

また、触媒の温度を速やかに上昇させようとして、点火時期の遅角量を過度に大きくしたり、機関トルクを過度に増加させたりすると、内燃機関から排出される有害物質の量が増加する虞がある。そして、触媒の温度が低い状態では、有害物質の浄化が困難な場合もある。すなわち、点火時期の遅角量や機関トルクの増加量によっては、触媒から流れ出る有害物質の量が増加し得る。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、触媒から有害物質が流れ出ることを抑制しつつ、触媒の温度を速やかに高めることにある。

上記課題を達成するために本発明は、
内燃機関と電動モータとを備えたハイブリッド車両における該内燃機関の排気通路に設けられる触媒の温度を上昇させる制御装置を備えた内燃機関の制御システムにおいて、
前記制御装置は、
前記触媒の温度が該触媒において排気の浄化が始まる温度である所定温度以上で且つバッテリへの充電が制限されていない場合には、機関負荷、機関回転速度、点火時期の遅角
量の少なくとも１つを徐々に増加させ、
前記触媒の温度が前記所定温度以上で且つバッテリへの充電が制限されている場合には、機関負荷を一定にすると共に、機関回転速度又は点火時期の遅角量の少なくとも一方を徐々に増加させる。

触媒の温度が所定温度以上であっても、完全に活性化するまでは排気の浄化能力が低い。そして、触媒の温度が所定温度以上であって完全に活性化するまでは、触媒の温度が高くなるほど触媒の浄化能力が高くなる。ここで、機関負荷の増加、機関回転速度の増加、点火時期の遅角の少なくとも１つを実施すれば、内燃機関からより多くの熱を排出させることができる。すなわち、機関負荷の増加、機関回転速度の増加、点火時期の遅角の何れの場合であっても、単位時間当たりの燃料噴射量の増加を伴うため、単位時間当たりに触媒へ供給される熱の量を、より多くすることができる。このため、触媒の温度を速やかに上昇させることができる。なお、点火時期を遅角するだけでは、機関回転速度が低下してしまうため、点火時期の遅角に合わせて、吸入空気量及び燃料噴射量を増加させることが望ましい。

ここで、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量が増加するほど、触媒の昇温効果が高い。しかし、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量が増加するほど、排気中の有害物質（被浄化物質）が増加し得る。触媒が完全に活性化していれば浄化可能な有害物質の量であっても、触媒の温度が所定温度以上で且つ触媒が完全に活性化していない場合には、有害物質を浄化し切れない虞がある。このため、触媒が完全に活性化する前に、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量を過度に増加させると、触媒の温度を上昇させることはできても、触媒から有害物質が流れ出る虞がある。

これに対し、機関負荷、機関回転速度、点火時期の遅角量の少なくとも１つを徐々に増加させることにより、触媒から流れ出る有害物質を低減することができる。すなわち、機関負荷、機関回転速度、点火時期の遅角量の少なくとも１つを増加させることにより、触媒の温度が上昇すると、触媒の浄化能力が高くなる。触媒の浄化能力が高くなった分、より多くの有害物質を浄化することが可能となる。より多くの有害物質を浄化することが可能となれば、その分、内燃機関から排出される有害物質の量が増加したとしても、触媒で浄化し得る。したがって、触媒において浄化可能な有害物質の量が増加すれば、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量をさらに増加させることができる。これを繰り返すことにより、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量の少なくとも１つを徐々に増加させることができる。すなわち、触媒の温度上昇にしたがって、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量の少なくとも１つを徐々に増加させたとしても、触媒から有害物質が流れ出ることを抑制できる。そして、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量の少なくとも１つを徐々に増加させることにより、触媒の温度上昇を促進させることができる。

しかし、機関負荷を増加させる場合には、電動モータによる発電及びバッテリへの充電を伴う。ここで、バッテリには、充電可能な容量があるため満充電の状態になると、バッテリへの充電が制限される。この場合、電動モータによる発電が困難となり得る。したがって、機関負荷を増加させることも困難となる。このような場合には、機関負荷を徐々に増加させることを実施せずに一定とし、機関回転速度または点火時期の遅角量を徐々に増加させることで、触媒の温度を上昇させる。

なお、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量を徐々に増加させるときには、時間の経過と共に連続的に増加させてもよく、段階的に増加させてもよい。また、触媒から有害物質が流れ出ないように、触媒の温度に応じて、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量を連続的に増加させてもよく、段階的に増加させてもよい。機関負荷
、機関回転速度、または点火時期の遅角量は、内燃機関から排出される有害物質が最も少なくなる値、または、内燃機関から排出される有害物質が許容範囲内となる値を始点とし、この始点となる値から徐々に増加させてもよい。点火時期の遅角量を徐々に増加させるときの点火時期の始点は、触媒の温度が所定温度未満のときの点火時期としてもよい。また、点火時期の遅角量を徐々に増加させるときの点火時期の始点は、触媒が完全に活性化した状態における点火時期よりも遅角した値とする。また、機関負荷または機関回転速度を徐々に増加させるときの機関負荷または機関回転速度の始点は、触媒の温度が所定温度未満のときの機関負荷または機関回転速度としてもよい。

また、前記制御装置は、
前記触媒の温度が前記所定温度未満の場合には、機関負荷、機関回転速度、及び点火時期の遅角量を一定とし、
且つ、
前記触媒の温度が前記所定温度未満の場合の、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量は、前記触媒の温度が前記所定温度以上の場合において、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量を徐々に増加させるときの最大値よりも、小さな値にすることができる。

触媒の温度が所定温度未満の場合には、触媒において排気を浄化することが困難であるため、内燃機関１から排出される有害物質の量が少ないほうが望ましい。ここで、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量を増加させると、内燃機関からの有害物質の排出量が増加してしまう。この場合、有害物質の浄化が困難となる虞がある。一方、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量を一定とすることで、有害物質の排出量が増加することを抑制できる。さらに、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量を、これらの値を徐々に増加させるときの最大値よりも小さな値に設定することにより、内燃機関から排出される有害物質の量を比較的少なくすることができる。このような場合であっても、触媒の温度は徐々に上昇する。なお、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量は、内燃機関から排出される有害物質の量が許容範囲内となるように設定してもよく、内燃機関から排出される有害物質の量が最も少なくなるように設定してもよい。また、機関負荷、機関回転速度、点火時期の遅角量の中で、触媒の温度が所定温度以上の場合に徐々に増加させないものは、触媒が完全に活性化するまで、触媒の温度にかかわらず、一定の値としてもよい。

前記制御装置は、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量を徐々に増加させるときには、前記触媒の温度に応じて増加させることができる。

すなわち、触媒の温度上昇にしたがって、触媒の浄化能力が上昇し、より多くの有害物質を浄化することができる。この浄化可能となる有害物質の量に合わせて、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量を増加させていけば、触媒から有害物質が流れ出ることを抑制しつつ、触媒の温度をより速やかに上昇させることができる。触媒に流入する有害物質の量が該触媒で浄化可能な量となるように、触媒の温度に応じて、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量を設定してもよい。

本発明によれば、触媒から有害物質が流れ出ることを抑制しつつ、触媒の温度を速やかに高めることができる。

実施例に係るハイブリッド車両の概略構成を示す図である。点火時期と触媒暖機時間との関係を示した図である。点火時期と触媒の暖機のために要する総燃料噴射量との関係を示した図である。点火時期と単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量との関係を示した図である。機関回転速度と触媒暖機時間との関係を示した図である。機関回転速度と触媒の暖機のために要する総燃料噴射量との関係を示した図である。機関回転速度と単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量との関係を示した図である。機関負荷と触媒暖機時間との関係を示した図である。機関負荷と触媒の暖機のために要する総燃料噴射量との関係を示した図である。機関負荷と単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量との関係を示した図である。触媒昇温制御のフローチャートである。触媒昇温制御を実施したときの各種値の推移を示したタイムチャートである。触媒昇温制御を実施したときの各種値の推移を示したタイムチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１は、本実施例に係るハイブリッド車両１００の概略構成を示す図である。ハイブリッド車両１００には内燃機関１が搭載されている。なお、内燃機関１は、ガソリン機関である。また、ハイブリッド車両１００には、電動モータ２が搭載されている。この電動モータ２により、内燃機関１のクランク軸を回転させることやハイブリッド車両１００を駆動することができる。また、内燃機関１を動力源として電動モータ２により発電することができる。電動モータ２には、電気配線を介してバッテリ２０が接続されている。

内燃機関１には、排気通路３が接続されている。排気通路３の途中には、触媒４が設けられている。触媒４は、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元
型ＮＯx触媒などである。触媒４は、温度に応じて排気の浄化性能が変化する。触媒４の
温度が、該触媒４において排気の浄化が始まる温度である所定温度未満の場合には、該触媒４において排気を浄化することができない。なお、以下では、触媒４は、ＨＣ及びＮＯｘを浄化可能な三元触媒として説明する。

触媒４よりも上流側の排気通路３には、該排気通路３を流通する排気の温度を測定する温度センサ５が取り付けられている。温度センサ５は、排気の温度に応じた信号を出力する。この温度センサ５の出力信号に基づいて、触媒４の温度が求められる。なお、触媒４に温度センサを取り付けて、該触媒４の温度を測定することもできる。また、内燃機関１の運転状態に基づいて、触媒４の温度を推定することもできる。

内燃機関１には、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁６が設けられている。なお、燃料噴射弁６は、内燃機関１の吸気通路内に燃料を噴射するものであってもよい。さらに、内燃機関１には、気筒内で電気火花を発生させる点火プラグ７が設けられている。また、内
燃機関１には、吸気通路８が接続されており、該吸気通路８には、スロットル９が設けられている。

そして、内燃機関１には、該内燃機関１及び電動モータ２を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１及び電動モータ２等を制御する。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。

ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１２、および機関回転速度を検知するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。

ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁６、点火プラグ７、及びスロットル９が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１０はこれらの機器を制御する。

また、ＥＣＵ１０には、バッテリ２０が接続されており、該ＥＣＵ１０は、バッテリ２０の残容量（ＳＯＣ）を算出する。また、ＥＣＵ１０には、電動モータ２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０は電動モータ２への通電や電動モータ２における発電を制御する。

そしてＥＣＵ１０は、内燃機関１の始動時等において、触媒４の温度が低い場合には、該触媒４の温度を上昇させるための制御（以下、触媒昇温制御という。）を行う。触媒昇温制御では、点火プラグ７における点火時期の遅角、機関回転速度の増加、機関負荷の増加の少なくとも１つを行う。なお、機関負荷の増加は、バッテリ２０のＳＯＣによっては行わない。

ここで、図２は、点火時期と触媒暖機時間との関係を示した図である。触媒暖機時間は、触媒４の暖機完了までに要する時間である。図２に示されるように、点火時期を遅角させるほど、単位時間当たりに触媒４へ供給する熱をより多くすることができるため、触媒暖機時間が短くなる。

図３は、点火時期と触媒４の暖機のために要する総燃料噴射量との関係を示した図である。横軸は、図２と対応している。触媒４の暖機のために要する総燃料噴射量は、触媒４の暖機完了までに、該触媒４の暖機のために要する燃料の総量である。ここで、点火時期の遅角量が増加するほど、燃料噴射弁６から単位時間当たりに噴射する燃料の量が増加するが、触媒４の温度が速やかに上昇することにより、触媒４の暖機完了までの時間が短縮される。このため、触媒４の暖機完了までに要する総燃料噴射量は、点火時期の遅角量が大きいほど、少なくなる。図３に示されるように、総燃料噴射量には極大値が存在しており、総燃料噴射量の極大値に相当する点火時期よりも遅角量が大きくなるほど、総燃料噴射量が少なくなる。したがって、点火時期の遅角量を総燃料噴射量が極大値となる点火時期よりも増加させることにより、燃料の消費量を低減することができるため、燃費の悪化を抑制することができる。

図４は、点火時期と単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量との関係を示した図である。横軸は、図２及び図３と対応している。ＨＣ及びＮＯｘの排出量は、内燃機関１から単位時間当たりに排出されるＨＣ及びＮＯｘの質量である。ＨＣ及びＮＯｘの排出量には極小値が存在しており、ＨＣ及びＮＯｘの排出量の極小値に相当する点火時期Ｂよりも遅角量が大きくなるほど、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が多くなる。したがっ
て、点火時期の遅角量を増加させることにより、排気中のＨＣ及びＮＯｘの量が増加し得る。

このように、点火時期の遅角量を増加していくと、触媒暖機時間が減少し、総燃料噴射量も減少するが、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が増加してしまう。ここで、触媒４において単位時間当たりに浄化可能なＨＣ及びＮＯｘの量は、触媒４の温度に応じて定まる。単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が増加したとしても、触媒４で浄化することができる範囲内であれば、大気中へＨＣ及びＮＯｘが放出されることを抑制できる。触媒４の浄化性能は、該触媒４の温度の上昇と共に高くなるため、触媒４の浄化性能の上昇に応じて点火時期の遅角量を増加させれば、ＨＣ及びＮＯｘを浄化しつつ、触媒暖機時間及び総燃料噴射量を減少させることができる。

ただし、触媒４の温度が低すぎると、ＨＣ及びＮＯｘを浄化することは困難となる。ここで、触媒４の温度が、該触媒４において排気の浄化が始まる所定温度以上であれば、触媒４の温度上昇に従ってＨＣ及びＮＯｘの浄化性能が高くなる。一方、触媒４の温度が、所定温度未満の場合には、触媒４においてＨＣ及びＮＯｘを浄化することは困難となる。このため、触媒４の温度が所定温度未満の場合には、ＨＣ及びＮＯｘの排出量が少ないほうが望ましい。したがって、触媒４の温度が所定温度未満の場合には、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が少なくなる点火時期で一定とすることにより、大気中へ放出されるＨＣ及びＮＯｘの量を少なくすることができる。

図５は、機関回転速度と触媒暖機時間との関係を示した図である。機関回転速度が高くなるほど、単位時間当たりに触媒４へ供給する熱をより多くすることができるため、触媒暖機時間は短くなる。

図６は、機関回転速度と触媒４の暖機のために要する総燃料噴射量との関係を示した図である。横軸は、図５と対応している。ここで、機関回転速度が増加するほど、燃料噴射弁６から単位時間当たりに噴射する燃料の量が増加するが、触媒４の温度が速やかに上昇することにより、触媒４の暖機完了までの時間が短縮される。このため、触媒４の暖機完了までに要する総燃料噴射量は、機関回転速度が高いほど、少なくなる。したがって、機関回転速度を増加させることにより、燃料の消費量を低減することができるため、燃費の悪化を抑制することができる。

図７は、機関回転速度と単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量との関係を示した図である。横軸は、図５及び図６と対応している。機関回転速度が高くなるほど、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が多くなる。したがって、機関回転速度を増加させることにより、排気中のＨＣ及びＮＯｘの量が増加し得る。

このように、機関回転速度を増加していくと、触媒暖機時間が減少し、総燃料噴射量も減少するが、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が増加してしまう。ここで、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が増加したとしても、触媒４で浄化することができれば、大気中へＨＣ及びＮＯｘが放出されることを抑制できる。触媒４の浄化性能は、該触媒４の温度の上昇と共に高くなるため、触媒４の浄化性能の上昇に応じて機関回転速度を増加させれば、ＨＣ及びＮＯｘを浄化しつつ、触媒暖機時間及び総燃料噴射量を減少させることができる。

ただし、上述のように、触媒４の温度が所定温度未満の場合には、ＨＣ及びＮＯｘの排出量が少ないほうが望ましい。したがって、触媒４の温度が所定温度未満の場合には、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が少なくなる機関回転速度で一定とすることにより、大気中へ放出されるＨＣ及びＮＯｘの量を少なくすることができる。なお、機関回転
速度を低くし過ぎると、騒音や振動が発生するため、騒音や振動が許容範囲となるように機関回転速度を決定してもよい。

図８は、機関負荷と触媒暖機時間との関係を示した図である。機関負荷が高くなるほど、単位時間当たりに触媒４へ供給する熱をより多くすることができるため、触媒暖機時間が短くなる。

図９は、機関負荷と触媒４の暖機のために要する総燃料噴射量との関係を示した図である。横軸は、図８と対応している。ここで、機関負荷が増加するほど、燃料噴射弁６から単位時間当たりに噴射する燃料の量が増加するが、触媒４の温度が速やかに上昇することにより、触媒４の暖機完了までの時間が短縮される。このため、触媒４の暖機完了までに要する総燃料噴射量は、機関負荷が高いほど、少なくなる。したがって、機関負荷を増加させることにより、燃料の消費量を低減することができるため、燃費の悪化を抑制することができる。

図１０は、機関負荷と単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量との関係を示した図である。横軸は、図８及び図９と対応している。機関負荷が高くなるほど、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が多くなる。したがって、機関負荷を増加させることにより、排気中のＨＣ及びＮＯｘの量が増加し得る。

このように、機関負荷を増加していくと、触媒暖機時間が減少し、総燃料噴射量も減少するが、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が増加してしまう。ここで、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が増加したとしても、触媒４で浄化することができれば、大気中へＨＣ及びＮＯｘが放出されることを抑制できる。触媒４の浄化性能は、該触媒４の温度の上昇と共に高くなるため、触媒４の浄化性能の上昇に応じて機関負荷を増加させれば、ＨＣ及びＮＯｘを浄化しつつ、触媒暖機時間及び総燃料噴射量を減少させることができる。

ただし、触媒４の温度が所定温度未満の場合には、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が少ないほうが望ましい。したがって、触媒４の温度が所定温度未満の場合には、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が少なくなる機関負荷で一定とすることにより、大気中へ放出されるＨＣ及びＮＯｘの量を少なくすることができる。

ところで、本実施例では、上述のように機関負荷を増加させる場合に、電動モータ２を用いている。すなわち、本実施例では、機関負荷を増加させたときの増加分で発電を行っている。ここで、電動モータ２で発電するときには、生じた電気をバッテリ２０へ充電する必要がある。しかし、バッテリ２０が満充電の状態であると、バッテリ２９へ充電することができない。このため、バッテリ２０が満充電の状態では、電動モータ２における発電が困難となるため、機関負荷を増加させることが困難となる。これに対して、本実施例では、バッテリ２０に充電可能な場合に限り触媒昇温制御において機関負荷を増加させる。

一方、点火時期の遅角量を増加させる場合、及び、機関回転速度を増加させる場合には、電動モータ２において発電を行う必要はない。したがって、バッテリ２０が満充電の状態であっても、点火時期の遅角量の増加または機関回転速度の増加を行うことができる。例えば、バッテリ２０が満充電の状態で且つ機関回転速度を増加させた場合には、該電動モータ２で発電を行わないようにすればよい。

なお、機関負荷または機関回転速度を増加させる場合には、スロットル９を開いてもよい。さらに、機関負荷または機関回転速度を増加させる場合には、これらが触媒４の温度
に応じた目標値となるように、電動モータ２またはスロットル９のフィードフォアード制御またはフィードバック制御を行ってもよい。また、内燃機関１の動力を分割する動力分割機構、または、内燃機関１と車輪との間において回転速度を変化させる変速機を備えているハイブリッドシステムの場合には、機関回転速度を増加させることによってハイブリッド車両１００の速度が増加しないように、機関回転速度の増加に合わせて動力分割機構または変速機を制御してもよい。また、内燃機関１を用いてハイブリッド車両１００を駆動しているときに点火時期の遅角量の増加、機関負荷の増加、または機関回転速度の増加を行うことが困難な場合には、ハイブリッド車両１００が電動モータ２のみで駆動されている場合に限って、すなわち、内燃機関１ではハイブリッド車両１００を駆動していない場合に限って、点火時期の遅角量の増加、機関負荷の増加、または機関回転速度の増加を行ってもよい。さらに、電動モータ２を用いてハイブリッド車両１００を駆動しているときに点火時期の遅角量の増加、機関負荷の増加、または機関回転速度の増加を行うことが困難な場合には、ハイブリッド車両１００が内燃機関１のみで駆動されている場合に限って、すなわち、電動モータ２ではハイブリッド車両１００を駆動していない場合に限って、点火時期の遅角量の増加、機関負荷の増加、または機関回転速度の増加を行ってもよい。

図１１は、触媒昇温制御のフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。

ステップＳ１０１では、触媒４の温度が検出される。触媒４の温度は温度センサ５により検出することができるが、内燃機関１の運転状態に基づいて推定することもできる。

ステップＳ１０２では、触媒昇温制御中であるか否か判定される。本ステップでは、触媒暖機が完了していないか否か判定される。すなわち、本ステップでは、ステップＳ１０１で検出される触媒４の温度が、触媒４の暖機が完了する温度よりも低いか否か判定される。触媒４の暖機が完了する温度とは、触媒４が完全に活性化したとすることのできる温度である。この温度は、触媒４に要求される浄化能力を発揮することができる温度としてもよい。なお、例えば、内燃機関１の始動後であって、冷却水温度が閾値未満の場合に、触媒昇温制御が実施されることもある。このため、例えば、内燃機関１の始動後であって冷却水温度が閾値未満の場合で、且つ、触媒４の暖機が完了する温度よりも低い場合に、ＥＣＵ１０は、触媒昇温制御中であると判定してもよい。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。

ステップＳ１０３では、触媒の温度が所定温度以上であるか否か判定される。所定温度は、触媒４において排気中のＨＣ及びＮＯｘの少なくとも一部が浄化可能となる温度である。所定温度は、ＨＣ及びＮＯｘの浄化が始まる温度としてもよい。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５では、第一制御が実施される。第一制御では、内燃機関１からの単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量を低減するために、点火時期、機関回転速度、機関負荷を、一定の値に維持する。さらに、第一制御における機関負荷、機関回転速度、または点火時期は、後述する第二制御または第三制御において、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量を徐々に増加させたと仮定した場合の最大値よりも、小さな値に設定する。本ステップＳ１０５では、触媒４の温度が低くＨＣ及びＮＯｘの浄化が困難であることから、内燃機関１から排出されるＨＣ及びＮＯｘの量が、最も少なくなる、又は、許容範囲内となるように、点火時期、機関回転速度、機関負荷を設定する。

ステップＳ１０５における点火時期は、触媒昇温制御が実施されていない場合に設定される点火時期よりも遅角させた値である。触媒昇温制御が実施されていない場合には、例えば燃費が最良となるように、点火時期が設定される。この燃費が最良となる点火時期よりも、内燃機関１から排出されるＨＣ及びＮＯｘが最も少なくなる点火時期のほうが遅角側になる。したがって、燃費が最良となる点火時期よりも、点火時期を遅角させることにより、内燃機関１から排出されるＨＣ及びＮＯｘを減少させることができる。ここで、触媒４の温度が所定温度未満の場合には、内燃機関１から排出されるＨＣ及びＮＯｘがそのまま大気中へ放出されるため、内燃機関１から排出されるＨＣ及びＮＯｘが許容範囲内となるように、点火時期を決定する。この場合、図４において、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が許容範囲内で、点火時期の遅角量が最も大きくなるように設定してもよい。また、図４において、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が最も少なくなるような点火時期に設定してもよい。そして、このときに設定される点火時期を、触媒４の温度が所定温度以上となるまで維持する。

ステップＳ１０５における機関回転速度は、図７において、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が許容範囲内となる機関回転速度の中で、最も高くなるように設定してもよい。また、可及的に機関回転速度を低くしてもよい。この場合、機関回転速度を低くし過ぎると、騒音や振動が許容範囲を超える虞があるため、騒音や振動が許容される範囲で、機関回転速度を決定してもよい。そして、このときに設定される機関回転速度を、触媒４の温度が所定温度以上となるまで維持する。

ステップＳ１０５における機関負荷は、図１０において、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が許容範囲内となる機関負荷の中で、最も高くなるように設定してもよい。また、機関負荷を可及的に小さくしてもよい。そして、このときに設定される機関負荷を、触媒４の温度が所定温度以上となるまで維持する。

このように、ステップＳ１０５において、点火時期、機関回転速度、機関負荷の少なくとも１つを設定し、触媒４の温度が所定温度以上となるまでこれらの値を維持することで、大気中へのＨＣ及びＮＯｘの放出を抑制しつつ、触媒４の温度を速やかに上昇させることができる。なお、ステップＳ１０５においては、後述するＳＯＣにかかわらず、機関負荷を増加させてもよい。これは、第一制御を実施するときには、機関負荷及び機関回転速度が低いために、電動モータ２における発電量が少ないので、ＳＯＣはほとんど増加しないと考えられるためである。ただし、後述のステップＳ１０４及びステップＳ１０７と同様にして、ＳＯＣが所定ＳＯＣ以上の場合には、機関負荷を増加させないようにしてもよい。

次に、ステップＳ１０４では、バッテリ２０の残容量（ＳＯＣ）が所定ＳＯＣ未満であるか否か判定される。本ステップでは、バッテリ２０に充電可能であるか否か判定している。すなわち、所定ＳＯＣは、バッテリ２０に充電ができないＳＯＣとして設定される。所定ＳＯＣは、満充電時のＳＯＣとしてもよい。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０６では、第二制御が実施される。第二制御では、点火時期の遅角、機関回転速度の増加、機関負荷の増加の少なくとも１つが実施される。さらに、第二制御では、点火時期の遅角量、機関回転速度の増加量、機関負荷の増加量が、触媒４の温度に応じて設定される。

ステップＳ１０６において、点火時期を遅角させる場合の点火時期の遅角量は、内燃機関１からのＨＣ及びＮＯｘの排出量が、触媒４で浄化可能な量となるように設定される。
すなわち、点火時期の遅角量が増加するほど触媒暖機時間が短くなり（図２参照）、且つ、総燃料噴射量が少なくなる（図３参照）が、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が多くなる（図４参照）ため、ＨＣ及びＮＯｘの排出量が触媒４において浄化可能な量となる範囲で点火時期の遅角量を最も大きくする。そうすると、触媒４の温度上昇にしたがって、点火時期の遅角量を増加させることになる。すなわち、触媒昇温制御が実施されているときに、触媒４の温度に応じて、点火時期の遅角量を徐々に増加させることになる。なお、点火時期の遅角量は、触媒４から流れ出るＨＣ及びＮＯｘの量が許容範囲内となるように設定してもよい。点火時期の遅角量の増加は、第一制御における点火時期の遅角量から開始してもよい。また、触媒４の温度の検出が困難な場合などは、時間の経過と共に触媒４の温度が上昇するものとして、時間の経過と共に点火時期の遅角量を増加させてもよい。さらに、点火時期の遅角量は、連続的に増加させてもよく、段階的に増加させてもよい。触媒４の温度と、点火時期の遅角量と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておき、触媒４の温度に応じて点火時期の遅角量を設定してもよい。

ステップＳ１０６において、機関回転速度を増加させる場合の機関回転速度の増加量は、内燃機関１からのＨＣ及びＮＯｘの排出量が、触媒４で浄化可能な量となるように設定される。すなわち、機関回転速度が増加するほど触媒暖機時間が短くなり（図５参照）、且つ、総燃料噴射量が少なくなる（図６参照）が、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が多くなる（図７参照）ため、ＨＣ及びＮＯｘの排出量が触媒４において浄化可能な量となる範囲で機関回転速度を最も高くする。そうすると、触媒４の温度上昇にしたがって、機関回転速度を増加させることになる。すなわち、触媒昇温制御が実施されているときに、機関回転速度を徐々に増加させることになる。なお、機関回転速度の増加量は、触媒４から流れ出るＨＣ及びＮＯｘの量が許容範囲内となるように設定してもよい。機関回転速度の増加は、第一制御における機関回転速度から開始してもよい。また、触媒４の温度の検出が困難な場合などは、時間の経過と共に触媒４の温度が上昇するものとして、時間の経過と共に機関回転速度を増加させてもよい。さらに、機関回転速度は、連続的に増加させてもよく、段階的に増加させてもよい。触媒４の温度と、機関回転速度と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておき、触媒４の温度に応じて機関回転速度を設定してもよい。

ステップＳ１０６において、機関負荷を増加させる場合の機関負荷の増加量は、内燃機関１からのＨＣ及びＮＯｘの排出量が、触媒４で浄化可能な量となるように設定される。すなわち、機関負荷が増加するほど触媒暖機時間が短くなり（図８参照）、且つ、総燃料噴射量が少なくなる（図９参照）が、単位時間当たりのＨＣ及びＮＯｘの排出量が多くなる（図１０参照）ため、ＨＣ及びＮＯｘの排出量が触媒４において浄化可能な量となる範囲で機関負荷を最も高くする。そうすると、触媒４の温度上昇にしたがって、機関負荷を増加させることになる。すなわち、触媒昇温制御が実施されているときに、機関負荷を徐々に増加させることになる。なお、機関負荷の増加量は、触媒４から流れ出るＨＣ及びＮＯｘの量が許容範囲内となるように設定してもよい。機関負荷の増加は、第一制御における機関負荷から開始してもよい。また、触媒４の温度の検出が困難な場合などは、時間の経過と共に触媒４の温度が上昇するものとして、時間の経過と共に機関負荷を増加させてもよい。さらに、機関負荷は、連続的に増加させてもよく、段階的に増加させてもよい。触媒４の温度と、機関負荷と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておき、触媒４の温度に応じて機関負荷を設定してもよい。

このように、ステップＳ１０６において、触媒４の温度に応じた、点火時期の遅角、機関回転速度の増加、機関負荷の増加の少なくとも１つを実施し、これらの値を徐々に増加させることで、大気中へのＨＣ及びＮＯｘの放出を抑制しつつ、触媒４の温度を速やかに上昇させることができる。さらに、触媒４の温度上昇に要する燃料量を低減することができるため、燃費の悪化を抑制し得る。

一方、ステップＳ１０７では、第三制御が実施される。第三制御では、点火時期の遅角または機関回転速度の増加の少なくとも１つが実施される。さらに、第三制御では、点火時期の遅角量または機関回転速度の増加量が、触媒４の温度に応じて設定される。第三制御では、バッテリ２０への充電が制限されているため、触媒４の温度に応じて機関負荷を徐々に増加させることは実施しない。点火時期の遅角または機関回転速度の増加は、ステップＳ１０６と同様に実施される。機関負荷は、第一制御と同じ値に設定してもよい。

ここで、内燃機関１の始動直後は、触媒４の温度が低いためにステップＳ１０５において第一制御が実施される。第一制御が繰り返し実施されることにより触媒４の温度が上昇する。そして、触媒４の温度が所定温度以上になると、ステップＳ１０６またはステップＳ１０７へ進み、第二制御または第三制御が実施され、触媒４の温度がさらに上昇する。第二制御を実施中にＳＯＣが所定ＳＯＣ以上になると、第三制御に切り換わる。一方、第三制御を実施中にＳＯＣが所定ＳＯＣ未満になると、第二制御に切り換わる。そして、ステップＳ１０２において、触媒暖機が完了したと判定された場合に、第二制御または第三制御が終了する。このようにして、触媒４の温度を速やかに上昇させることができる。

図１２は、触媒昇温制御を実施したときの各種値の推移を示したタイムチャートである。図１２は、バッテリ２０のＳＯＣが所定ＳＯＣ未満の場合であり、第一制御及び第二制御を実施した場合を示している。実線は、本実施例に係る触媒昇温制御を実施した場合を示し、破線は、ステップＳ１０５で実施する処理を、触媒４の温度が所定温度以上となった場合にも継続した場合を示している。Ｔ１からＴ２の期間で第一制御が実施され、Ｔ２からＴ３の期間で第二制御が実施される。

内燃機関１が始動して、Ｔ１で示される時点に到達すると、触媒昇温制御が開始される。図１２においては、点火時期が遅角される。このときには、触媒温度が所定温度未満であるため、点火時期の遅角量は一定となる。機関回転速度及び機関負荷も一定の値に維持される。このＴ１で示される時点以降に触媒４の温度が徐々に上昇する。

Ｔ２で示される時点において触媒温度が所定温度に達する。Ｔ２で示される時点以降には、触媒４の温度上昇に合わせて、機関回転速度を徐々に増加させ、点火時期の遅角量を徐々に増加させ、さらに、機関負荷を徐々に増加させている。そして、Ｔ３で示される時点において触媒４の温度が、触媒暖機の完了する温度に達すると（すなわち、ステップＳ１０２で否定判定がなされると）、触媒昇温制御が終了する。

一方、図１３は、触媒昇温制御を実施したときの各種値の推移を示したタイムチャートである。図１３は、バッテリ２０のＳＯＣが所定ＳＯＣ以上の場合であり、第一制御及び第三制御を実施した場合を示している。Ｔ１からＴ２の期間で第一制御が実施され、Ｔ２からＴ３の期間で第三制御が実施される。Ｔ２で示される時点までは、図１２場合と同様の処理が実施される。図１３では、Ｔ２で示した時点以降には、触媒４の温度上昇に合わせて、機関回転速度及び点火時期の遅角量が徐々に増加されるが、機関負荷は一定のまま維持される。このようにしても、触媒温度を上昇させることができる。

以上説明したように本実施例によれば、触媒４の温度がＨＣ及びＮＯｘの浄化が困難な温度である場合（すなわち所定温度未満の場合）には、内燃機関１からのＨＣ及びＮＯｘの排出量が少なくなるように点火時期、機関回転速度、機関負荷の少なくとも１つを設定するため、ＨＣ及びＮＯｘが大気中へ放出されることを抑制しつつ、触媒４の温度を速やかに上昇させることができる。

さらに、触媒４の温度がＨＣ及びＮＯｘを浄化可能な温度まで上昇した後は、触媒４の
浄化能力に応じて、点火時期の遅角量、機関回転速度の増加量、機関負荷の増加量の少なくとも１つを徐々に大きくすることで、ＨＣ及びＮＯｘが大気中へ放出されることを抑制しつつ、触媒４の温度を速やかに上昇させることができる。さらに、触媒昇温制御を実施する期間を短縮することができるため、燃費の悪化を抑制し得る。

また、バッテリ２０の充電が制限されている場合には、機関負荷の増加を制限している。このような場合でも、点火時期の遅角量または機関回転速度の増加量の少なくとも１つを徐々に大きくすることで、ＨＣ及びＮＯｘが大気中へ放出されることを抑制しつつ、触媒４の温度を速やかに上昇させることができる。

１内燃機関
２電動モータ
３排気通路
４触媒
５温度センサ
６燃料噴射弁
７点火プラグ
８吸気通路
９スロットル
１０ＥＣＵ
１１アクセルペダル
１２アクセル開度センサ
１３クランクポジションセンサ
２０バッテリ
１００ハイブリッド車両

Claims

内燃機関と電動モータとを備えたハイブリッド車両における該内燃機関の排気通路に設けられる触媒の温度を上昇させる制御装置を備えた内燃機関の制御システムにおいて、
前記制御装置は、
前記触媒の温度が該触媒において排気の浄化が始まる温度である所定温度以上で且つバッテリへの充電が制限されていない場合には、機関負荷、機関回転速度、点火時期の遅角量の少なくとも１つを徐々に増加させ、
前記触媒の温度が前記所定温度以上で且つバッテリへの充電が制限されている場合には、機関負荷を一定にすると共に、機関回転速度又は点火時期の遅角量の少なくとも一方を徐々に増加させる、
内燃機関の制御システム。
前記制御装置は、
前記触媒の温度が前記所定温度未満の場合には、機関負荷、機関回転速度、及び点火時期の遅角量を一定とし、
且つ、
前記触媒の温度が前記所定温度未満の場合の、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量は、前記触媒の温度が前記所定温度以上の場合において、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量を徐々に増加させるときの最大値よりも、小さな値にする、
請求項１に記載の内燃機関の制御システム。
前記制御装置は、機関負荷、機関回転速度、または点火時期の遅角量を徐々に増加させるときには、前記触媒の温度に応じて増加させる請求項１に記載の内燃機関の制御システム。