JP7052637B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、触媒コンバータの基材の排気上流側の端面にマイクロ波吸収体を塗布し、このマイクロ波吸収体にマイクロ波を照射することができるように構成された内燃機関が開示されている。また特許文献１には、この内燃機関の制御装置が、内燃機関の始動前にマイクロ波をマイクロ波吸収体に照射して基材の端面を加熱しつつ、内燃機関をモータリングして排気通路に微量の空気を流すことで基材の端面を通過する際に熱交換されて高温になった空気によって基材全体を加熱し、内燃機関の始動前に排気浄化機能を活性化させる制御を実施することが開示されている。

特開２０１７－１４１８０３号公報

しかしながら、前述した特許文献１では、マイクロ波をマイクロ波吸収体に照射して基材の端面を加熱し、基材の端面を通過する際に熱交換されて高温になった空気によって基材全体を加熱することで、基材内部の排気浄化触媒を昇温し、排気浄化機能を活性化させていた。すなわち、排気浄化機能を活性化させるためには、基材全体の温度を排気浄化触媒の活性化温度以上まで昇温させる必要があり、排気浄化機能を活性化させるために必要な熱エネルギが大きくなる傾向にあった。そのため、マイクロ波の照射時間が長くなる傾向にあり、マイクロ波照射装置を駆動するための電力量が多くなるという問題点があった。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、排気エミッションの低減を図りつつ、マイクロ波照射装置を駆動するための電力量を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様による内燃機関は、機関本体と、機関本体の排気通路に設けられ、基材の内部に形成された触媒コート層に少なくとも酸化機能を有する排気浄化触媒とマイクロ波吸収体とが含まれている触媒装置と、触媒装置にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置と、を備える。そして、この内燃機関を制御するため制御装置は、排気浄化触媒の温度が所定温度未満の場合に機関始動要求が生じたときは、マイクロ波照射装置によって触媒装置にマイクロ波を照射すると共に、機関本体から排出される排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな所定のリーン空燃比となるように機関本体を運転するように構成されている。

本発明のこの態様によれば、排気エミッションの低減を図りつつ、マイクロ波照射装置を駆動するための電力量を抑制することができる。

図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関、及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。 図２Ａは、触媒コート層の構成の一例を示す図である。 図２Ｂは、触媒コート層の構成の一例を示す図である。 図２Ｃは、触媒コート層の構成の一例を示す図である。 図３は、触媒温度とＨＣ浄化率との関係を、触媒コンバータに流入する排気の空燃比毎に示した図である。 図４は、本発明の第１実施形態による触媒暖機制御について説明するフローチャートである。 図５は、第１暖機処理について説明するフローチャートである。 図６は、第２暖機処理について説明するフローチャートである。 図７は、本発明の第１実施形態による触媒暖機制御の動作について説明するタイムチャートである。 図８は、本発明の第２実施形態による車両の概略システム図である。 図９は、本発明の第２実施形態による触媒暖機制御について説明するフローチャートである。 図１０は、本発明の第２実施形態による触媒暖機制御の動作について説明するタイムチャートである。 図１１は、本発明の第３実施形態による触媒暖機制御について説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００、及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。

内燃機関１００は、機関本体１と、吸気装置２０と、排気装置３０と、を備える。内燃機関１００は、例えば車両に搭載されて、車両を走行させるための駆動力を発生させる。

機関本体１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上面に固定されたシリンダヘッド３と、を備える。

シリンダブロック２には、複数のシリンダ４が形成される。シリンダ４の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ４の内部を往復運動するピストン５が収められる。ピストン５は、コンロッド（図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）と連結されており、クランクシャフトによってピストン５の往復運動が回転運動に変換される。シリンダヘッド３の内壁面、シリンダ４の内壁面及びピストン冠面によって区画された空間が燃焼室６となる。

シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３の一方の側面に開口すると共に燃焼室６に開口する吸気ポート７と、シリンダヘッド３の他方の側面に開口すると共に燃焼室６に開口する排気ポート８と、が形成される。

またシリンダヘッド３には、燃焼室６と吸気ポート７との開口を開閉するための吸気弁９と、燃焼室６と排気ポート８との開口を開閉するための排気弁１０と、吸気弁９を開閉駆動する吸気カムシャフト１１と、排気弁１０を開閉駆動する排気カムシャフト１２と、が取り付けられる。

さらにシリンダヘッド３には、燃焼室６内に燃料を噴射するための燃料噴射弁１３と、燃料噴射弁１３から噴射された燃料と空気との混合気を燃焼室６内で点火するための点火プラグ１４と、が取り付けられる。本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンを用いているが、他の燃料を用いることもできる。なお、燃料噴射弁１３は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように取り付けてもよい。

吸気装置２０は、吸気ポート７を介してシリンダ４内に空気を導くための装置であって、エアクリーナ２１と、吸気管２２と、吸気マニホールド２３と、電子制御式のスロットル弁２４と、エアフローメータ２１１と、を備える。

エアクリーナ２１は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。

吸気管２２は、一端がエアクリーナ２１に連結され、他端が吸気マニホールド２３のサージタンク２３ａに連結される。吸気管２２によって、エアクリーナ２１を介して吸気管２２内に流入してきた空気（吸気）が吸気マニホールド２３のサージタンク２３ａに導かれる。

吸気マニホールド２３は、サージタンク２３ａと、サージタンク２３ａから分岐してシリンダヘッド側面に形成されている各吸気ポート７の開口に連結される複数の吸気枝管２３ｂと、を備える。サージタンク２３ａに導かれた空気は、吸気枝管２３ｂを介して各シリンダ４内に均等に分配される。このように、吸気管２２、吸気マニホールド２３及び吸気ポート７が、各シリンダ４内に空気を導くための吸気通路を形成する。

スロットル弁２４は、吸気管２２内に設けられる。スロットル弁２４は、スロットルアクチュエータ２５によって駆動され、吸気管２２の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータ２５によってスロットル弁２４の開度（以下「スロットル開度」という。）の調整することで、各シリンダ４内に吸入される吸気量が調整される。スロットル開度は、スロットルセンサ２１２によって検出される。

エアフローメータ２１１は、スロットル弁２４よりも上流側の吸気管２２内に設けられる。エアフローメータ２１１は、吸気管２２内を流れる空気の流量（以下「吸気量」という。）を検出する。

排気装置３０は、燃焼室６内で生じた燃焼ガス（排気）を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド３１と、排気管３２と、排気後処理装置３３と、空燃比センサ２１３と、排気温度センサ２１４と、を備える。

排気マニホールド３１は、シリンダヘッド側面に形成されている各排気ポート８の開口と連結される複数の排気枝管３１ａと、排気枝管３１ａを集合させて１本にまとめた集合管３１ｂと、を備える。

排気管３２は、一端が排気マニホールド３１の集合管３１ｂに連結され、他端が外気に開口している。各シリンダ４から排気ポート８を介して排気マニホールド３１に排出された排気は、排気管３２を流れて外気に排出される。

排気後処理装置３３は、触媒コンバータ３４と、マイクロ波照射装置３５と、を備える。

触媒コンバータ３４は、排気の流れ方向に沿った複数の通路を有する基材３４１の表面に触媒コート層３４２（図２Ａ～図２Ｃ参照）を形成したものであり、排気管３２に設けられる。触媒コート層３４２には、少なくとも酸化機能を有する排気浄化触媒（酸化触媒や三元触媒など）として、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの担体、およびその担体に担持された白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属が含まれていると共に、マイクロ波を吸収して発熱する炭化ケイ素粒子（ＳｉＣ粒子）などのマイクロ吸収体が含まれている。

排気浄化機能を活性化させることで、排気浄化触媒として酸化触媒を用いた場合には、排気中の有害物質であるハイドロカーボン（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化させて除去することができる。また排気浄化触媒として三元触媒を用いた場合には、これらの未燃ガス（ＨＣ及びＣＯ）に加えて、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を窒素（Ｎ_２）に還元して除去することができる。

触媒コート層３４２は、例えば図２Ａに示すように、基材３４１の表面に触媒コート層３４２を１層だけ形成した単層構造としてもよいし、図２Ｂに示すように、基材３４１の表面に触媒コート層３４２を複数形成した多層構造としてもよい。なお図２Ｂの例では、上層及び下層の２層構造を示している。そして多層構造の場合は、図２Ｃに示すように、マイクロ波吸収体の発熱作用によって昇温させて活性化させたい触媒コート層３４２（図２Ｃの例では上層の触媒コート層）、すなわち、特に活性化させたい排気浄化触媒が存在する触媒コート層３４２にのみ、マイクロ波吸収体が含まれるようにしても良い。

本実施形態では、図２Ｃに示すように、触媒コート層３４２を２層構造として上層の触媒コート層にマイクロ波吸収体が含まれるようしている。また本実施形態では、基材３４１の排気流れ方向上流側の領域にマイクロ波吸収体が含まれるようにしている。

図１に戻り、マイクロ波照射装置３５は、マイクロ波電源３５１と、マイクロ波発振器３５２と、伝送ケーブル３５３と、マイクロ波照射アンテナ３５４と、を備える。

マイクロ波電源３５１は、マイクロ波発振器３５２と電気的に接続されており、マイクロ波発振器３５２でマイクロ波を発生させるために必要な電力をマイクロ波発振器３５２に対して供給する。マイクロ波電源３５１は、専用の電源であってもよいし、また内燃機関１００が車両に搭載されている場合であれば、車両用のバッテリであってもよい。

マイクロ波発振器３５２は、マイクロ波電源３５１の電力によって駆動されて、所定周波数のマイクロ波を発生させる。

伝送ケーブル３５３は、マイクロ波発振器３５２で発生させたマイクロ波をマイクロ波照射アンテナ３５４まで伝送するためのケーブルであって、一端がマイクロ発振器に接続され、他端がマイクロ波照射アンテナ３５４に接続される。

マイクロ波照射アンテナ３５４は、触媒コンバータ３４よりも排気流れ方向上流側に位置する排気管３２の内部に配置される。マイクロ波照射アンテナ３５４は、伝送ケーブル３５３を介して伝送されてきたマイクロ波を触媒コンバータ３４に照射する。これにより、触媒コンバータ３４の触媒コート層３４２に含まれるマイクロ波吸収体を発熱させ、触媒コート層３４２に含まれる排気浄化触媒を直接的に加熱することができるので、例えば基材３４１を加熱する場合と比較して、排気浄化機能を効率的に活性化させることができる。

空燃比センサ２１３は、排気マニホールド３１の集合管３１ｂに設けられ、第１触媒コンバータ３４に流入する排気の空燃比（以下「排気空燃比」という。）を検出する。

排気温度センサ２１４は、触媒コンバータ３４よりも下流側の排気管に設けられ、触媒コンバータ３４から流出した排気の温度（以下「排気温度」という。）Ｔｅｘを検出する。

電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。

入力ポート２０５には、前述したエアフローメータ２１１などの出力信号以外にも、外気温度Ｔｏを検出するための外気温度センサ２１５の出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。

出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して、燃料噴射弁１３などの各制御部品に接続される。

電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。

電子制御ユニット２００は、空燃比センサ２１３によって検出される排気空燃比が目標排気空燃比となるように、内燃機関１００を制御する。具体的には電子制御ユニット２００は、排気空燃比が目標排気空燃比となるように、排気空燃比に基づいて燃料噴射弁１３からの燃料噴射量をフィードバック制御する。

また電子制御ユニット２００は、内燃機関の冷間始動時など、触媒コンバータ３４の排気浄化機能を活性化させる必要があるときに、触媒コンバータ３４を暖機するための触媒暖機制御を実施する。

ここで本実施形態のように、マイクロ波照射装置３５を備える場合には、マイクロ波照射装置３５を駆動してマイクロ波照射アンテナ３５４から触媒コンバータ３４にマイクロ波を照射することで、触媒コート層３４２に含まれるマイクロ波吸収体を発熱させ、触媒コート層３４２に含まれる排気浄化触媒を直接的に加熱して早期に活性化させることができる。排気浄化機能を早期に活性化させることで、排気エミッションの低減を図ることができる。

一方で、マイクロ波照射装置３５の駆動時には電力が消費されることになる。マイクロ波照射装置３５を駆動するために使用される電力は、基本的に内燃機関１００の動力を利用して発電された電力となる。したがって、燃費の悪化を抑制するには、マイクロ波照射装置３５の駆動時間をできるだけ短縮してマイクロ波照射装置３５による電力消費量を抑制しつつ、排気浄化触媒による排気浄化作用が早期に得られるような暖機制御を実施することが望ましい。

そこで本願発明者らが鋭意研究を行った結果、排気空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御して内燃機関１００を運転させつつ、マイクロ波照射装置３５を駆動することで、マイクロ波照射装置３５による電力消費量を抑制しつつ、排気浄化触媒による排気浄化作用を早期に得ることができることが分かった。

図３は、触媒コンバータ３４内の排気浄化触媒の温度（以下「触媒温度」という。）と、触媒コンバータ３４内における排気中のハイドロカーボンの浄化率（以下「ＨＣ浄化率」という。）との関係を、触媒コンバータ３４に流入する排気の空燃比毎に示した図である。

図３に示すように、ＨＣ浄化率が所定の浄化率となる触媒温度は、排気空燃比に応じて変化する。具体的には、排気空燃比を理論空燃比に制御して内燃機関１００を運転させた場合と比較して、排気空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御して内燃機関１００を運転させた場合には、ＨＣ浄化率が所定の浄化率となる触媒温度が低くなり、逆に排気空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に制御して内燃機関１００を運転させた場合には、ＨＣ浄化率が所定の浄化率となる触媒温度が高くなる。

すなわち、排気空燃比をリーン空燃比に制御して内燃機関１００を運転させることで、ＨＣを浄化（酸化）させることが可能になる触媒温度を低くすることができる。したがって、仮にＨＣ浄化率が所定の浄化率となるまでマイクロ波照射装置３５を駆動して排気浄化触媒の加熱を行う場合には、排気空燃比をリーン空燃比に制御して内燃機関１００を運転させることで、排気空燃比を理論空燃比やリッチ空燃比に制御して内燃機関１００を運転させる場合よりも、マイクロ波照射装置３５の駆動時間を短くすることができる。

そこで本実施形態では、図３に示すように、排気空燃比を所定のリーン空燃比に制御して内燃機関１００を運転させたときにＨＣ浄化率が所定の浄化率（例えば８０％）となる触媒温度を第１触媒温度Ｔｔｈ１とし、排気空燃比を理論空燃比に制御して内燃機関１００を運転させたときにＨＣ浄化率が所定の浄化率（例えば８０％）となる触媒温度を第２触媒温度Ｔｔｈ２とすると、触媒温度が第１触媒温度Ｔｔｈ１未満のときは、マイクロ波照射装置３５を駆動しつつ、排気空燃比をリーン空燃比に制御して内燃機関１００を運転させることとした。

そして、触媒温度が第１触媒温度Ｔｔｈ１以上になったときは、排気空燃比をリーン空燃比に制御して内燃機関１００を運転させたまま、マイクロ波照射装置３５を停止させることとした。これは、触媒温度が第１触媒温度Ｔｔｈ１になった後は、排気空燃比をリーン空燃比に制御して内燃機関１００を運転させることで、所定の浄化率以上でＨＣを浄化（酸化）させることができるため、ＨＣを浄化（酸化）させたときの反応熱によって触媒温度を第２触媒温度Ｔｔｈ２まで上昇させることができるようになるためである。

そして、触媒温度が第２触媒温度Ｔｔｈ２になった後は、排気空燃比を理論空燃比に制御して内燃機関１００を運転させても、所定の浄化率以上でＨＣを浄化できるようになるため、基本的に排気空燃比を理論空燃比に制御して内燃機関１００を運転させることとした。

図４は、この本実施形態による触媒暖機制御について説明するフローチャートである。

ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、内燃機関１００の始動時における触媒温度（以下「初期触媒温度」という。）Ｔｃａｔ_ｉｎｉを算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、内燃機関１００を前回停止したときの触媒温度（以下「停止時触媒温度」）Ｔｃａｔｓと、内燃機関１００を前回停止してからの経過時間（以下「機関停止時間」という。）と、外気温度Ｔｏと、に基づいて、初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉを算出する。初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉは、機関停止時間が長くなるほど、停止時触媒温度Ｔｃａｔｓから外気温度Ｔｏに向かって低下していく。

ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉが第１触媒温度Ｔｔｈ１未満か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉが第１触媒温度Ｔｔｈ１未満であれば、ステップＳ３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉが第１触媒温度Ｔｔｈ１以上であれば、ステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、第１暖機処理を実施する。第１暖機処理は、基本的にマイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を実施しつつ、排気空燃比が所定のリーン空燃比となるように内燃機関１００を運転させる制御（リーン制御）を実施して暖機を行う処理である。第１暖機処理の内容については、図５を参照して後述する。

ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉが第２触媒温度Ｔｔｈ２未満か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉが第２触媒温度Ｔｔｈ２未満であれば、ステップＳ５の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉが第２触媒温度Ｔｔｈ２以上であれば、触媒の暖機は不要と判断して触媒暖機制御を終了する。

ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、第２暖機処理を実施する。第２暖機処理は、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を実施せずに、リーン制御を実施して暖機を行う処理である。第２暖機処理の内容については、図６を参照して後述する。

図５は、第１暖機処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ３１において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を開始すると共に内燃機関１００を始動させ、排気空燃比が暖機制御時用の所定のリーン空燃比（例えば１５～１６程度）となるように内燃機関１００を運転させるリーン制御を開始する。

ステップＳ３２において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブル等を参照し、初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉに基づいて、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を継続する時間の上限値（以下「マイクロ波最大照射時間」という。）ｔｍ_ｔｈを算出する。マイクロ波最大照射時間ｔｍ_ｔｈは、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を実施しつつ、目標空燃比をリーン空燃比に設定して内燃機関１００を運転させたときに、触媒温度が第１触媒温度Ｔｔｈ１に達しているとみなすことができる時間である。マイクロ波最大照射時間ｔｍ_ｔｈは、初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉが高くなるほど短くなる。

ステップＳ３３において、電子制御ユニット２００は、本ルーチンとは別途に算出している触媒温度の現在値（以下「現在触媒温度」という。）Ｔｃａｔを読み込み、現在触媒温度Ｔｃａｔが第１触媒温度Ｔｔｈ１以上か否かを判定する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、触媒温度前回値Ｔｃａｔｚに、単位時間当たりの触媒温度変化量ΔＴｃａｔを加算することで、現在触媒温度Ｔｃａｔを算出している。なお、触媒温度前回値Ｔｃａｔｚの初期値は、初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉとされる。また、触媒温度変化量ΔＴｃａｔは、例えば触媒温度前回値Ｔｃａｔｚと排気温度Ｔｅｘとに基づいて触媒コンバータ３４に対する熱量の収支を計算することで算出することができる。電子制御ユニット２００は、現在触媒温度Ｔｃａｔが第１触媒温度Ｔｔｈ１以上であれば、ステップＳ３４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、現在触媒温度Ｔｃａｔが第１触媒温度Ｔｔｈ１未満であれば、ステップＳ３５の処理に進む。

ステップＳ３４において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を停止する。

ステップＳ３５において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を開始してからの経過時間（以下「マイクロ波照射時間」という。）ｔｍが、マイクロ波最大照射時間ｔｍ_ｔｈ以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射時間ｔｍがマイクロ波最大照射時間ｔｍ_ｔｈ以上になっていれば、現在触媒温度Ｔｃａｔが第１触媒温度Ｔｔｈ１未満であってもステップＳ３４の処理に進んでマイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を停止する。これは、例えば排気温度センサ２１４の故障によって排気温度Ｔｅｘを正確に検出できなくなると、触媒温度を正確に算出できなくなって現在触媒温度Ｔｃａｔが第１触媒温度Ｔｔｈ１以上にならない場合が有り得るため、このような場合を考慮したものである。そして電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射時間ｔｍがマイクロ波最大照射時間ｔｍ_ｔｈ未満であれば、一定の時間を空けてステップＳ３３の処理に戻る。

ステップＳ３６において、電子制御ユニット２００は、現在触媒温度Ｔｃａｔを読み込み、現在触媒温度Ｔｃａｔが第２触媒温度Ｔｔｈ２以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、現在触媒温度Ｔｃａｔが第２触媒温度Ｔｔｈ２以上であれば、ステップＳ３７の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、現在触媒温度Ｔｃａｔが第２触媒温度Ｔｔｈ２未満であれば、ステップＳ３８の処理に進む。

ステップＳ３７において、電子制御ユニット２００は、リーン制御を終了して内燃機関１００の目標排気空燃比を通常運転時用の目標排気空燃比（基本的には理論空燃比）に設定し、第１暖機処理を終了させる。

ステップＳ３８において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を停止してからの、リーン制御の継続時間（以下「リーン制御継続時間」という。）ｔｗが、所定の上限値（以下「第１リーン制御最大継続時間」という。）ｔｗ_ｔｈ１以上になっているか否かを判定する。第１リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ１は、触媒温度を第１触媒温度Ｔｔｈ１まで昇温させた後、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を実施せずにリーン制御を実施したときに、触媒温度が第２触媒温度Ｔｔｈ２に達しているとみなすことができる時間である。本実施形態では、第１リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ１を、予め設定された所定値としている。

電子制御ユニット２００は、リーン制御継続時間ｔｗが、第１リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ１以上であれば、現在触媒温度Ｔｃａｔが第２触媒温度Ｔｔｈ２未満であってもステップＳ３７の処理に進んでリーン制御を終了させる。そして電子制御ユニット２００は、リーン制御継続時間ｔｗが第１リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ１未満であれば、一定の時間を空けてステップＳ３６の処理に戻る。

図６は、第２暖機処理の内容について説明するフローチャートである。

ステップＳ５１において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を実施せずに内燃機関１００を始動させ、排気空燃比が暖機制御時用の所定のリーン空燃比（例えば１５～１６程度）となるように内燃機関１００を運転させるリーン制御を開始する。

ステップＳ５２において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブル等を参照し、初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉに基づいて、第２暖機処理においてリーン制御を継続する時間の上限値（以下「第２リーン制御最大継続時間」という。）ｔｗ_ｔｈ２を算出する。

第２リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ２は、触媒温度が初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉの状態から、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を実施せずにリーン制御を実施したときに、触媒温度が第２触媒温度Ｔｔｈ２に達しているとみなすことができる時間である。第２リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ２は、初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉが高くなるほど短くなる。

ステップＳ５３において、電子制御ユニット２００は、現在触媒温度Ｔｃａｔを読み込み、現在触媒温度Ｔｃａｔが第２触媒温度Ｔｔｈ２以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、現在触媒温度Ｔｃａｔが第２触媒温度Ｔｔｈ２以上であれば、ステップＳ５４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、現在触媒温度Ｔｃａｔが第２触媒温度Ｔｔｈ２未満であれば、ステップＳ５５の処理に進む。

ステップＳ５４において、電子制御ユニット２００は、リーン制御を終了して内燃機関１００の目標排気空燃比を通常運転時用の目標排気空燃比（基本的には理論空燃比）に設定し、第２暖機処理を終了させる。

ステップＳ５５において、電子制御ユニット２００は、第２暖機処理を開始してからのリーン制御継続時間ｔｗが、第２リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ２以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、リーン制御継続時間ｔｗが、第２リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ２以上であれば、触媒温度Ｔｃａｔが第２触媒温度Ｔｔｈ２未満であってもステップＳ５４の処理に進んでリーン制御を終了させる。そして電子制御ユニット２００は、リーン制御継続時間ｔｗが第２リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ２未満であれば、一定の時間を空けてステップＳ５３の処理に戻る。

図７は、本実施形態による触媒暖機制御の動作について説明するタイムチャートである。

時刻ｔ１で、例えば車両のスタートスイッチがＯＮとなって内燃機関１００の始動要求が生じると、触媒暖機制御が開始される。図７に示す例では、時刻ｔ１における触媒温度、すなわち初期触媒温度Ｔｃａｔ_ｉｎｉが第１触媒温度Ｔｔｈ１未満なので、第１暖機処理が実施される。すなわち、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を開始すると共に内燃機関１００を始動させ、排気空燃比が暖機制御時用の所定のリーン空燃比（例えば１５～１６程度）となるように内燃機関１００を運転させるリーン制御が開始される。

これにより、時刻ｔ１以降は、排気浄化触媒が、排気熱、及びマイクロ波吸収体が発する熱を受けて加熱されることになるため、触媒温度が上昇していく。

時刻ｔ２で、現在触媒温度Ｔｃａｔが第１触媒温度Ｔｔｈ１に達すると、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射が停止されるが、時刻ｔ２以降も排気空燃比をリーン空燃比に制御して内燃機関１００を運転させることで、所定の浄化率以上でＨＣを酸化させることができるため、ＨＣを酸化させたときの反応熱によって触媒温度がさらに上昇していく。

時刻ｔ３で、現在触媒床温Ｔｃａｔが第２触媒温度Ｔｔｈ２に達すると、リーン制御を終了して、第１暖機処理を終了させる。時刻ｔ３以降は、内燃機関１００の目標排気空燃比は、基本的に通常運転時用の目標排気空燃比（図７に示す例では理論空燃比）に設定される。

以上説明した本実施形態による内燃機関１００は、機関本体１と、機関本体１の排気通路に設けられ、基材３４１の内部に形成された触媒コート層３４２に、少なくとも酸化機能を有する排気浄化触媒と、マイクロ波吸収体と、が含まれている触媒コンバータ３４（触媒装置）と、触媒コンバータ３４にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置３５と、を備える。そして、この内燃機関１００を制御するための電子制御ユニット２００（制御装置）は、排気浄化触媒の温度が所定温度未満の場合に機関始動要求が生じたときは、マイクロ波照射装置３５によって触媒コンバータ３４にマイクロ波を照射すると共に、機関本体１から排出される排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな所定のリーン空燃比となるように機関本体１を運転するように構成されている。本実施形態では、前記所定温度を、排気空燃比がリーン空燃比となるように機関本体１を運転したときに、触媒コンバータ３４において所定の排気浄化性能が得られる排気浄化触媒の温度、すなわち第１触媒温度Ｔｔｈ１としている。

これにより、排気浄化触媒の温度が所定温度（第１触媒温度Ｔｔｈ１）未満のときには、排気熱、及びマイクロ波吸収体が発する熱の双方によって、排気浄化触媒を加熱することができる。このとき本実施形態では、触媒コート層３４２に含まれるマイクロ波吸収体を発熱させ、触媒コート層３４２に含まれる排気浄化触媒を直接的に加熱することができるので、排気浄化触媒を効率的に加熱することができ、結果として排気浄化触媒の昇温速度を高めることができる。

そして、排気空燃比がリーン空燃比となるように機関本体１を運転させることで、排気空燃比が理論空燃比やリッチ空燃比となるように機関本体１を運転させた場合と比較して、触媒コンバータ３４において所定の排気浄化性能が得られる排気浄化触媒の温度を低くすることができる。

すなわち本実施形態によれば、排気浄化触媒の昇温速度を速めつつ、触媒コンバータ３４において所定の排気浄化性能が得られる排気浄化触媒の温度を低くすることができるため、排気エミッションの低減を図ることができると共に、排気浄化触媒を加熱するためにマイクロ波照射装置３５を駆動しなければならない時間も短くすることができる。そのため、マイクロ波照射装置３５を駆動する際に消費される電力量を抑えて燃費の悪化を抑制することができる。

また本実施形態による電子制御ユニット２００は、排気浄化触媒の温度が所定温度（第１触媒温度Ｔｔｈ１）以上になったときは、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を停止するように構成されている。そして、排気浄化触媒の温度が、所定温度（第１触媒温度Ｔｔｈ１）よりも高い温度であって、排気空燃比が理論空燃比となるように機関本体１を運転したときに触媒コンバータ３４において所定の排気浄化性能が得られる温度（すなわち第２触媒温度Ｔｔｈ２）以上になったときは、排気空燃比が理論空燃比となるように機関本体１を運転するように構成されている。

このように、排気浄化触媒の温度が、触媒コンバータ３４において所定の排気浄化性能が得られる温度になった時点でマイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を停止することで、排気エミッションの低減を図りつつ、マイクロ波照射装置３５を駆動する際に消費される電力量を最小限に抑えることができる。

また、排気浄化触媒の温度が所定温度（第１触媒温度Ｔｔｈ１）以上になった後も、排気空燃比をリーン空燃比に制御して機関本体１を運転させることで、触媒コンバータ３４において排気中のＨＣを酸化させることができるため、そのときの反応熱によって、触媒温度を第２触媒温度Ｔｔｈ２まで上昇させることができる。そして触媒温度を第２触媒温度Ｔｔｈ２以上になった後は、排気空燃比が理論空燃比となるように機関本体１を運転することで、燃焼安定性及び高負荷領域における出力性能を確保することができる。

なお本実施形態では、前述したように所定温度を第１触媒温度Ｔｔｈ１としていたが、所定温度を第２触媒温度Ｔｔｈ２として、排気浄化触媒の温度が第２触媒温度Ｔｔｈ２未満の場合に機関始動要求が生じたときに、マイクロ波照射装置３５によって触媒コンバータ３４にマイクロ波を照射すると共に、機関本体１から排出される排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな所定のリーン空燃比となるように機関本体１を運転するようにしてもよい。そして、排気浄化触媒の温度が第２触媒温度Ｔｔｈ２以上になったときに、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を停止すると共に、排気空燃比が理論空燃比となるように機関本体１を運転するようにしてもよい。

このように、排気浄化触媒の温度が第１触媒温度Ｔｔｈ１以上になった後も、第２触媒温度Ｔｔｈ２以上になるまでマイクロ波の照射を継続することで、排気浄化触媒の温度が第１触媒温度Ｔｔｈ１以上になった時点でマイクロ波の照射を停止する場合よりも、排気浄化触媒の温度を第２触媒温度Ｔｔｈ２まで早期に昇温させることができる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、ハイブリッド車両に内燃機関１００を搭載し、ＥＶ走行中にマイクロ波照射装置３５を駆動して触媒コンバータ３４の暖機を行う点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図８は、本実施形態による車両の概略システム図である。

本実施形態による車両は、車両駆動源としての内燃機関１００及び走行モータ３００と、内燃機関１００及び走行モータ３００を制御するための電子制御ユニット２００と、を備え、内燃機関１００又は走行モータ３００の一方又は双方の駆動力によって車両を走行させることができるように構成されたハイブリッド車両である。内燃機関１００及び電子制御ユニット２００の構成は、第１実施形態と同様である。

このようなハイブリッド車両の場合、車両始動後は基本的に走行モータ３００の駆動力のみで車両を走行させるＥＶ走行を実施し、ＥＶ走行中に触媒コンバータ３４の暖機を実施することで、その後に内燃機関１００を始動する必要が生じたときの排気エミッションの低減を図ることができる。そこで本実施形態では、ＥＶ走行中にマイクロ波照射装置３５を駆動して触媒コンバータ３４を暖機させることとした。以下、この本実施形態による触媒暖機制御について説明する。

図９は、本実施形態による触媒暖機制御について説明するフローチャートである。

ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、ＥＶ走行中における現在触媒温度Ｔｃａｔが第２触媒温度Ｔｔｈ２未満か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、現在触媒温度Ｔｃａｔが第２触媒温度Ｔｔｈ２未満であれば、ステップＳ１２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、現在触媒温度Ｔｃａｔが、第２触媒温度Ｔｔｈ２以上であれば、触媒の暖機は不要と判断して触媒暖機制御を終了する。

なお、ＥＶ走行開始時（車両始動時）における現在触媒温度Ｔｃａｔは、第１実施形態と同様に、内燃機関１００を前回停止したときの触媒温度（停止時触媒温度）Ｔｃａｔｓと、内燃機関１００を前回停止してからの経過時間（機関停止時間）と、外気温度Ｔｏと、に基づいて算出することができる。また、後述するステップＳ１６の処理に進んでマイクロ波の照射を停止した後の現在触媒温度Ｔｃａｔは、ステップＳ１６でマイクロ波の照射を停止したときの現在触媒温度Ｔｃａｔ（第２触媒温度Ｔｈ２に相当）と、マイクロ波の照射を停止してからの経過時間と、外気温度Ｔｏと、に基づいて算出することができる。

ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を開始する。

ステップＳ１３において、電子制御ユニット２００は、機関始動要求の有無を判定する。電子制御ユニット２００は、機関始動要求が無ければステップＳ１４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関始動要求が有ればステップＳ１７の処理に進む。本実施形態では電子制御ユニット２００は、例えば車両用バッテリ（図示せず）のバッテリ充電量が所定の充電量未満になったときや、車両の駆動力が所定の駆動力以上になったときに、機関始動要求が有ると判定する。

ステップＳ１４において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射中における触媒温度Ｔｃａｔ１を算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、マイクロ波の照射開始時における触媒温度と、マイクロ波照射時間ｔｍとに基づいて、マイクロ波照射中における触媒温度Ｔｃａｔ１を算出している。

ステップＳ１５において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射中における触媒温度Ｔｃａｔ１が、第２触媒温度Ｔｔｈ２以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射中における触媒温度Ｔｃａｔ１が、第２触媒温度Ｔｔｈ２以上であれば、ステップＳ１６の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射中における現在触媒温度Ｔｃａｔが、第２触媒温度Ｔｔｈ２未満であれば、一定の時間を空けてステップＳ１３の処理に戻る。

ステップＳ１６において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を一旦停止し、一定の時間を空けた後、本ルーチンに従った処理を再開する。

ステップＳ１７において、電子制御ユニット２００は、機関始動要求が生じたときの触媒温度Ｔｃａｔ２を算出する。電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射中に機関始動要求が生じてステップＳ１７に進んだ場合は、マイクロ波照射中における触媒温度Ｔｃａｔ１を、機関始動要求が生じたときの触媒温度Ｔｃａｔ２として算出する。一方でマイクロ波の照射を実施していないときにステップＳ１７に進んだ場合は、ステップＳ１１におけるＥＶ走行中の現在触媒温度Ｔｃａｔを、機関始動要求が生じたときの触媒温度Ｔｃａｔ２として算出する。

ステップＳ１８において、電子制御ユニット２００は、機関始動要求が生じたときの触媒温度Ｔｃａｔ２が、第１触媒温度Ｔｔｈ１未満か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関始動要求が生じたときの触媒温度Ｔｃａｔ２が、第１触媒温度Ｔｔｈ１未満であればステップＳ１９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関始動要求が生じたときの触媒温度Ｔｃａｔ２が、第１触媒温度Ｔｔｈ１以上であればステップＳ２５の処理に進む。

ステップＳ１９において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波の照射を継続しつつ内燃機関１００を始動させ、排気空燃比が暖機制御時用の所定のリーン空燃比（例えば１５～１６程度）となるように内燃機関１００を運転させるリーン制御を開始する。

ステップＳ２０において、電子制御ユニット２００は、機関始動要求が生じたときの触媒温度Ｔｃａｔ２に基づいて、マイクロ波最大照射時間ｔｍ_ｔｈを算出する。本実施形態におけるマイクロ波最大照射時間ｔｍ_ｔｈは、触媒温度がＴｃａｔ２の状態から、マイクロ波の照射を実施しつつリーン制御を実施したときに、触媒温度が第１触媒温度Ｔｔｈ１に達しているとみなすことができる時間である。

ステップＳ２１において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射時間ｔｍがマイクロ波最大照射時間ｔｍ_ｔｈ以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射時間ｔｍがマイクロ波最大照射時間ｔｍ_ｔｈ以上であれば、ステップＳ２２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射時間ｔｍがマイクロ波最大照射時間ｔｍ_ｔｈ未満であれば、一定の時間を空けて、再度ステップＳ２１の処理を行う。

ステップＳ２２において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を停止する。

ステップＳ２３において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を停止してからのリーン制御継続時間ｔｗが、第１リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ１以上になっているか否かを判定する。第１リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ１は、第１実施形態と同様に、触媒温度を第１触媒温度Ｔｔｈ１まで昇温させた後、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を実施せずに排気空燃比がリーン空燃比となるように内燃機関１００を運転させたときに、触媒温度が第２触媒温度Ｔｔｈ２に達しているとみなすことができる時間である。

電子制御ユニット２００は、リーン制御継続時間ｔｗが、第１リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ１以上であれば、ステップＳ２４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、リーン制御継続時間ｔｗが第１リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ１未満であれば、一定の時間を空けて再度ステップＳ２３の処理を行う。

ステップＳ２４において、電子制御ユニット２００は、リーン制御を終了して内燃機関１００の目標排気空燃比を通常運転時用の目標排気空燃比（基本的には理論空燃比）に設定し、触媒暖機制御を終了させる。

ステップＳ２５において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波の照射を停止すると共に内燃機関１００を始動させ、排気空燃比が暖機制御時用の所定のリーン空燃比（例えば１５～１６程度）となるように内燃機関１００を運転させるリーン制御を開始する。

ステップＳ２６において、電子制御ユニット２００は、機関始動要求が生じたときの触媒温度Ｔｃａｔ２に基づいて、リーン制御を継続する時間の上限値（以下「第３リーン制御最大継続時間」という。）ｔｗ_ｔｈ３を算出する。

第３リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ３は、触媒温度がＴｃａｔ２の状態から、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を実施せずに排気空燃比がリーン空燃比となるように内燃機関１００を運転させたときに、触媒温度が第２触媒温度Ｔｔｈ２に達しているとみなすことができる時間である。第３リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ３は、機関始動要求が生じたときの触媒温度Ｔｃａｔ２が高いときほど短くなる。

ステップＳ２７において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を停止してからのリーン制御継続時間ｔｗが、第３リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ３以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、リーン制御継続時間ｔｗが、第３リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ３以上であれば、ステップＳ２４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、リーン制御継続時間ｔｗが第３リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ３未満であれば、一定の時間を空けて再度ステップＳ２７の処理を行う。

図１０は、本実施形態による触媒暖機制御の動作について説明するタイムチャートである。

時刻ｔ１１で、車両のスタートスイッチがＯＮになると、触媒暖機制御が開始される。図１０に示す例では、時刻ｔ１１において機関始動要求がないため、内燃機関１００を停止したまま走行モータ３００の駆動力によるＥＶ走行が開始されると共に、時刻ｔ１１における触媒温度、すなわちＥＶ走行中における現在触媒温度Ｔｃａｔが第２触媒温度Ｔｔｈ２未満なので、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射が開始される。

時刻ｔ１２で、マイクロ波照射中に機関始動要求が生じると、機関始動要求が生じたときの触媒温度Ｔｃａｔ２が、第１触媒温度Ｔｔｈ１未満か否かが判定される。図１０に示す例では、機関始動要求が生じたときの触媒温度Ｔｃａｔ２が、第１触媒温度Ｔｔｈ１未満なので、マイクロ波の照射を継続しつつ、内燃機関が始動されてリーン制御が開始される。

時刻ｔ１３で、マイクロ波照射時間ｔｍがマイクロ波最大照射時間ｔｍ_ｔｈ以上になると、触媒温度が第１触媒温度Ｔｔｈ１に達したと判定して、マイクロ波の照射を停止する。そして時刻ｔ１４で、リーン制御継続時間ｔｗが第１リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ１以上になると、触媒温度が第２触媒温度Ｔｔｈ２に達したと判定して、リーン制御を終了する。

以上説明した本実施形態によれば、電子制御ユニット２００は、機関始動要求が生じる前の走行モータ３００の駆動力による走行中に、排気浄化触媒の温度が第２触媒温度（すなわち排気空燃比が理論空燃比となるように機関本体１を運転した場合に触媒コンバータ３４において所定の排気浄化性能が得られる温度）Ｔｔｈ２未満のときは、マイクロ波照射装置３５によって触媒コンバータ３４（触媒装置）にマイクロ波を照射するように構成されている。

これにより、内燃機関１００の始動前に触媒コンバータ３４の暖機を実施することができるので、その後に内燃機関１００を始動する必要が生じたときの排気エミッションの低減を図ることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、内燃機関１００が始動されるまでの猶予時間を予測することで算出し、猶予時間が所定時間未満になったときにマイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を開始する点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図１１は、本実施形態による触媒暖機制御について説明するフローチャートである。なお、図１１のフローチャートにおいて、ステップＳ１９、及びステップＳ２１からステップＳ２５までの処理は、前述した第２実施形態と同様の処理を実施しているため、ここでは説明を省略する。

ステップＳ３１において、電子制御ユニット２００は、現在触媒温度Ｔｃａｔが、第２触媒温度Ｔｔｈ２未満が否かを判定する。電子制御ユニット２００は、現在触媒温度Ｔｃａｔが、第２触媒温度Ｔｔｈ２未満であればステップＳ３２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、現在触媒温度Ｔｃａｔが、第２触媒温度Ｔｔｈ２以上であれば、触媒の暖機は不要と判断して触媒暖機制御を終了する。

ステップＳ３２において、電子制御ユニット２００は、現時刻から内燃機関１００の始動が予想される時刻までの時間間隔を、内燃機関１００が始動されるまでの猶予時間ｔ_ｅｓとして算出する。

猶予時間ｔ_ｅｓは、車両のドアが開かれてから内燃機関１００が始動されるまでの時間や、車両の運転席にドライバが座ってから内燃機関１００が始動されるまでの時間などはある程度決まった時間となるので、例えば車両のドアが開かれたことや、車両の運転席にドライバが座ったことを検知することで算出することができる。また、電子制御ユニット２００が外部のクラウドサーバと通信可能に構成されている場合であれば、クラウドサーバに集約された自車両の過去の走行情報などのデータをクラウドサーバから取得し、当該走行情報から猶予時間ｔ_ｅｓを算出することもできる。また内燃機関１００がハイブリッド車両に搭載されている場合であれば、クラウドサーバに集約された自車両や他車両の走行情報や地図情報などから走行負荷を予測することによって、猶予時間ｔ_ｅｓを算出することもできる。

ステップＳ３３において、電子制御ユニット２００は、猶予時間ｔ_ｅｓが、暖機開始判定閾値ｔ_ｔｈ以下であるか否かを判定する。暖機開始判定閾値ｔ_ｔｈは、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を開始してから、触媒温度を第２触媒温度Ｔｔｈ２まで昇温させるのに必要な時間に相当する値である。

したがって、猶予時間ｔ_ｅｓが暖機開始判定閾値ｔ_ｔｈ以下である場合には、マイクロ波の照射を開始して触媒暖機を開始し、内燃機関１００の始動が予想されるまでの間に触媒暖機を行うことが望ましい。そこで本実施形態では、猶予時間ｔ_ｅｓが暖機開始判定閾値ｔ_ｔｈ以下の場合には、ステップＳ３６以降の処理に進んで、マイクロ波の照射を開始することとした。

一方で、猶予時間ｔ_ｅｓが暖機開始判定閾値ｔ_ｔｈより大きいときは、まだ触媒暖機までに時間的な余裕があるため、この時点からマイクロ波の照射を開始すると、電力を無駄に消費するおそれがある。そこで本実施形態では、猶予時間ｔ_ｅｓが暖機開始判定閾値ｔ_ｔｈより大きいときは、ステップＳ３４以降の処理に進んで、猶予時間ｔ_ｅｓが暖機開始判定閾値ｔ_ｔｈ未満になるまでマイクロ波の照射（すなわち触媒暖機）を行わずに待機することとした。

なおステップＳ３４でマイクロ波を照射しているかを判定し、マイクロ波を照射していた場合にはステップＳ３５でマイクロ波の照射を停止しているのは、以下の理由によるものである。すなわち、猶予時間ｔ_ｅｓが暖機開始判定閾値ｔ_ｔｈ以下となって一旦ステップＳ３６に進んでマイクロ波の照射が開始された後、ステップＳ３７からステップＳ３２に戻って猶予時間ｔ_ｅｓが新たに算出されたときに、猶予時間ｔ_ｅｓが長くなる方向に変化する場合があり、その結果、猶予時間ｔ_ｅｓが暖機開始判定閾値ｔ_ｔｈより大きくなる場合があるためである。

ステップＳ３６において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を開始する。

ステップＳ３７において、電子制御ユニット２００は、内燃機関１００が実際に始動されたか否かを判定する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、機関回転速度が所定回転速度以上になったときに、内燃機関１００が始動されたと判定する。電子制御ユニット２００は、内燃機関１００が実際に始動された場合には、ステップＳ３８の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、内燃機関１００がまだ始動されていない場合には、一定の時間を空けてステップＳ３２の処理に戻り、猶予時間ｔ_ｅｓを新たに算出する。

ステップＳ３８において、電子制御ユニット２００は、内燃機関１００が実際に始動されたときの触媒温度Ｔｃａｔ３を算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、ステップＳ３６でマイクロ波の照射を開始してからの経過時間（マイクロ波照射時間）ｔｍに基づいて、内燃機関１００が実際に始動されたときの触媒温度Ｔｃａｔ３を算出する。

ステップＳ３９において、電子制御ユニット２００は、内燃機関１００が実際に始動されたときの触媒温度Ｔｃａｔ３が、第１触媒温度Ｔｔｈ１未満か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、内燃機関１００が実際に始動されたときの触媒温度Ｔｃａｔ３が、第１触媒温度Ｔｔｈ１未満であればステップＳ１９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、内燃機関１００が実際に始動されたときの触媒温度Ｔｃａｔ３が、第１触媒温度Ｔｔｈ１以上であればステップＳ２５の処理に進む。

ステップＳ４０において、電子制御ユニット２００は、内燃機関１００が実際に始動されたときの触媒温度Ｔｃａｔ３に基づいて、マイクロ波最大照射時間ｔｍ_ｔｈを算出する。本実施形態におけるマイクロ波最大照射時間ｔｍ_ｔｈは、触媒温度がＴｃａｔ３の状態からマイクロ波の照射を実施しつつリーン制御を実施したときに、触媒温度が第１触媒温度Ｔｔｈ１に達しているとみなすことができる時間であり、内燃機関１００が実際に始動されたときの触媒温度Ｔｃａｔ３が高いときほど短くなる。

ステップＳ４１において、電子制御ユニット２００は、内燃機関１００が実際に始動されたときの触媒温度Ｔｃａｔ３に基づいて、リーン制御を継続する時間の上限値（以下「第４リーン制御最大継続時間」という。）ｔｗ_ｔｈ４を算出する。

第４リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ４は、触媒温度がＴｃａｔ３の状態から、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を実施せずに排気空燃比がリーン空燃比となるように内燃機関１００を運転させたときに、触媒温度が第２触媒温度Ｔｔｈ２に達しているとみなすことができる時間である。第４リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ４は、内燃機関１００が実際に始動されたときの触媒温度Ｔｃａｔ３が高くなるほど短くなる。

ステップＳ４２において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を停止してからのリーン制御継続時間ｔｗが、第４リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ４以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、リーン制御継続時間ｔｗが、第４リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ４以上であれば、ステップＳ２４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、リーン制御継続時間ｔｗが第４リーン制御最大継続時間ｔｗ_ｔｈ４未満であれば、一定の時間を空けて再度ステップＳ４２の処理を行う。

以上説明した本実施形態によれば、電子制御ユニット２００は、機関始動要求が生じるまでの猶予時間ｔ_ｅｓを算出し、猶予時間ｔ_ｅｓが所定時間以下のときに、マイクロ波照射装置３５によって触媒コンバータ３４（触媒装置）にマイクロ波を照射するように構成されている。そして所定時間は、機関本体１の運転を行わずにマイクロ波照射装置３５によって触媒コンバータ３４にマイクロ波を照射した場合に、排気浄化触媒の温度を、排気空燃比が理論空燃比となるように機関本体１を運転したときに触媒コンバータ３４において所定の排気浄化性能が得られる温度まで上昇させることが可能な時間とされる。

これにより、内燃機関１００の始動が予想される時期にあわせて触媒コンバータ３４の暖機が終了するようにマイクロ波の照射を行うことができるため、排気エミッションの低減を図りつつ、マイクロ波照射装置３５を駆動する際に消費される電力量を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば上記の各実施形態では、内燃機関の始動時から排気空燃比がリーン空燃比となるように機関本体１の運転を行っていたが、機関始動直後における燃焼の安定性を確保するために、始動直後は排気空燃比がリッチ空燃比となるように機関本体１を運転し、その後、リーン空燃比に制御するようにしてもよい。

また上記の第３実施形態で説明した触媒暖機制御を、第２実施形態で説明した触媒暖機制御と組み合わせる場合には、猶予時間ｔ_ｅｓが暖機開始判定閾値ｔ_ｔｈ（所定時間）よりも大きいときは、ＥＶ走行中において排気浄化触媒の温度が第２触媒温度Ｔｔｈ２未満であっても、マイクロ波照射装置３５によるマイクロ波の照射を実施しないにようにすることができる。

１ 機関本体
３４ 触媒コンバータ（触媒装置）
３４１ 基材
３４２ 触媒コート層
３５ マイクロ波照射装置
１００ 内燃機関
２００ 電子制御ユニット（制御装置）
３００ 走行モータ

Claims (10)

1. 機関本体と、
   前記機関本体の排気通路に設けられ、基材の内部に形成された触媒コート層に、少なくとも酸化機能を有する排気浄化触媒と、マイクロ波吸収体と、が含まれている触媒装置と、
   前記触媒装置にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置と、
   を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、当該内燃機関又は走行モータの一方又は双方の駆動力によって走行可能な車両に搭載されており、
   前記排気浄化触媒の温度が所定温度未満の場合に機関始動要求が生じたときは、前記マイクロ波照射装置によって前記触媒装置にマイクロ波を照射すると共に、前記機関本体から排出される排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな所定のリーン空燃比となるように前記機関本体を運転し、
   前記機関始動要求が生じる前の前記走行モータの駆動力による走行中において、前記排気浄化触媒の温度が、前記排気の空燃比が理論空燃比となるように前記機関本体を運転した場合に前記触媒装置において所定の排気浄化性能が得られる温度未満のときは、前記マイクロ波照射装置によって前記触媒装置にマイクロ波を照射し、
   前記機関始動要求が生じるまでの猶予時間を算出し、
   前記猶予時間が所定時間以下のときに、前記マイクロ波照射装置によって前記触媒装置にマイクロ波を照射し、
   前記猶予時間が所定時間よりも長いときは、前記排気浄化触媒の温度が、前記排気の空燃比が理論空燃比となるように前記機関本体を運転した場合に前記触媒装置において所定の排気浄化性能が得られる温度未満であっても、前記マイクロ波照射装置によるマイクロ波の照射を実施しないように構成される、
   内燃機関の制御装置。
2. 機関本体と、
   前記機関本体の排気通路に設けられ、基材の内部に形成された触媒コート層に、少なくとも酸化機能を有する排気浄化触媒と、マイクロ波吸収体と、が含まれている触媒装置と、
   前記触媒装置にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置と、
   を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
   前記排気浄化触媒の温度が所定温度未満の場合に機関始動要求が生じたときは、前記マイクロ波照射装置によって前記触媒装置にマイクロ波を照射すると共に、前記機関本体から排出される排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな所定のリーン空燃比となるように前記機関本体を運転し、
   前記機関始動要求が生じるまでの猶予時間を算出し、
   前記猶予時間が所定時間以下のときに、前記マイクロ波照射装置によって前記触媒装置にマイクロ波を照射するように構成され、
   前記所定時間は、
   前記機関本体の運転を行わずに前記マイクロ波照射装置によって前記触媒装置にマイクロ波を照射した場合に、前記排気浄化触媒の温度を、前記排気の空燃比が理論空燃比となるように前記機関本体を運転したときに前記触媒装置において所定の排気浄化性能が得られる温度まで上昇させることが可能な時間である、
   内燃機関の制御装置。
3. 前記所定温度は、前記排気の空燃比が前記リーン空燃比となるように前記機関本体を運転したときに、前記触媒装置において所定の排気浄化性能が得られる温度である、
   請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記排気浄化触媒の温度が前記所定温度以上になったときは、前記マイクロ波照射装置によるマイクロ波の照射を停止する、
   請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記排気浄化触媒の温度が、前記所定温度よりも高い温度であって、前記排気の空燃比が理論空燃比となるように前記機関本体を運転したときに前記触媒装置において所定の排気浄化性能が得られる温度以上になったときは、前記排気の空燃比が理論空燃比となるように前記機関本体を運転する、
   請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記所定温度は、前記排気の空燃比が理論空燃比となるように前記機関本体を運転したときに、前記触媒装置において所定の排気浄化性能が得られる温度である、
   請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記排気浄化触媒の温度が前記所定温度以上になったときは、前記マイクロ波照射装置によるマイクロ波の照射を停止すると共に、前記排気の空燃比が理論空燃比となるように前記機関本体を運転する、
   請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記所定時間は、
   前記機関本体の運転を行わずに前記マイクロ波照射装置によって前記触媒装置にマイクロ波を照射した場合に、前記排気浄化触媒の温度を、前記排気の空燃比が理論空燃比となるように前記機関本体を運転したときに前記触媒装置において所定の排気浄化性能が得られる温度まで上昇させることが可能な時間である、
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記マイクロ波吸収体は、前記触媒コート層内において、前記酸化機能を有する前記排気浄化触媒の近傍に配置されている、
   請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
10. 機関本体と、
    前記機関本体の排気通路に設けられ、基材の内部に形成された触媒コート層に、少なくとも酸化機能を有する排気浄化触媒と、マイクロ波吸収体と、が含まれている触媒装置と、
    前記触媒装置にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置と、
    を備える内燃機関の制御方法であって、
    前記内燃機関は、当該内燃機関又は走行モータの一方又は双方の駆動力によって走行可能な車両に搭載されており、
    前記排気浄化触媒の温度が所定温度未満の場合に機関始動要求が生じたときは、前記マイクロ波照射装置によって前記触媒装置にマイクロ波を照射すると共に、前記機関本体から排出される排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな所定のリーン空燃比となるように前記機関本体を運転し、
    前記機関始動要求が生じる前の前記走行モータの駆動力による走行中において、前記排気浄化触媒の温度が、前記排気の空燃比が理論空燃比となるように前記機関本体を運転した場合に前記触媒装置において所定の排気浄化性能が得られる温度未満のときは、前記マイクロ波照射装置によって前記触媒装置にマイクロ波を照射し、
    前記機関始動要求が生じるまでの猶予時間を算出し、
    前記猶予時間が所定時間以下のときに、前記マイクロ波照射装置によって前記触媒装置にマイクロ波を照射し、
    前記猶予時間が所定時間よりも長いときは、前記排気浄化触媒の温度が、前記排気の空燃比が理論空燃比となるように前記機関本体を運転した場合に前記触媒装置において所定の排気浄化性能が得られる温度未満であっても、前記マイクロ波照射装置によるマイクロ波の照射を実施しない、
    内燃機関の制御方法。

Images