JPWO2020095536A1 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

ハイブリッド用エンジンにおいて、排気悪化を抑制しつつ、触媒の活性化温度を保持することが可能な内燃機関制御装置を提供する。このため、本発明の内燃機関制御装置は、ハイブリッド自動車用エンジンにおける内燃機関を制御する。内燃機関は、排気ガス中の有害物質を浄化する触媒と、触媒の温度を検知する触媒温度検知部とを有する。そして、内燃機関制御装置は、触媒温度検知部によって検知した触媒の温度が所定温度に達していない場合に、触媒の温度を昇温するための触媒温度昇温制御を実施してモータリングする。

Description

本発明は、内燃機関制御装置に関する。

内燃機関を動力源としたハイブリッド自動車用エンジン(以下、ハイブリッド用エンジン)は、大気汚染を抑制するエンジン構成の一手段として、広く知られている。ハイブリッド用エンジンは、走行用バッテリを搭載しない従来型自動車エンジン(以下、従来エンジン)と同様に、触媒を用いてエンジンの排気を浄化するのが一般的である。

ハイブリッド用エンジンは、走行用バッテリによる電力のアシストが付随することで、従来エンジンと比べて、エンジンの使用頻度が低いという特徴がある。特に、街乗り走行のような、ストップ＆ゴーを繰り返すシーンでは、バッテリによる走行(以下、バッテリ走行)の時間が長くなるので、エンジンの停止時間が長くなる傾向がある。したがって、ハイブリッド用エンジンは、従来エンジンに比べて、燃費及び排気において、メリットを有することが多い。

一方、ハイブリッド用エンジンは、従来エンジンと比べてエンジンの停止時間が長いため、走行中にエンジンシステムの下流側に存在する三元触媒の温度(以下、触媒温度)が低下しやすい傾向にある。三元触媒の触媒活性化は、触媒温度に大きく依存し、触媒温度がある基準値を下回ると、炭化水素類や窒素酸化物及び一酸化炭素などの浄化率が低下し、エンジンシステム全体の排気性能が低下してしまう。

触媒温度の低下を抑制するには、例えば、触媒温度を推定し、基準値を下回った場合に、エンジンを始動させる制御を実施することが考えられる。しかし、この場合は、外気の温度条件及びエアコンのＯＮ/ＯＦＦの状況によって頻繁にエンジンを始動する必要があり、結果として排気性能を向上させることができない課題があった。

このような課題を解決する手段としては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されたハイブリッド用エンジンは、エンジンの始動時もしくは始動前に、バッテリを動力源としたモータジェネレータによりエンジンをモータリング運転させつつ、スロットル弁を閉じると共にＥＧＲ弁を開け、触媒の上流側に設置したヒータにより触媒を加熱する。そして、ヒータに熱せられた空気が、ＥＧＲ配管を通って吸気配管へ還流し、内燃機関で圧縮された後、再度触媒を暖める還流経路を通ることで、触媒暖機を効果的に実施する。

また、特許文献２には、ハイブリッドディーゼルエンジンにおいて、吸排気バルブを閉じてエンジンのモータリングを実行し、混合気圧縮及びピストン摺動による摩擦熱の生成によって、エンジンを暖機する制御方法が開示されている。

特開２０１１−０１１６４７号公報 特開２００４−３２４４４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明では、触媒の上流側にヒータを設ける必要があり、構成部品が増加してしまう。また、特許文献２に開示された制御方法では、吸排気バルブを全閉しているため、触媒へ排気熱のエネルギー供給が実施されない。したがって、触媒温度が低下したまま、エンジン始動を実施することになり、触媒が活性化温度に達するまでに時間を要する。また、触媒が活性化温度に達するまでエンジンの排気が外気へ排出されることになるので、大気汚染の原因となる。

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、ハイブリッド用エンジンにおいて、排気悪化を抑制しつつ、触媒の活性化温度を保持することが可能な内燃機関制御装置を提供することにある。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の内燃機関制御装置は、ハイブリッド自動車用エンジンにおける内燃機関を制御する。内燃機関は、排気ガス中の有害物質を浄化する触媒を有する。そして、内燃機関制御装置は、触媒の温度を検知する触媒温度検知部と、触媒温度検知部によって検知した触媒の温度が所定温度に達していない場合に、触媒の温度を昇温するための触媒温度昇温制御を実施してモータリングを実施する制御部とを備える。

上記構成の内燃機関制御装置によれば、排気悪化を抑制しつつ、触媒の活性化温度を保持することができる。
なお、上述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態に係るハイブリット用エンジンを備えた車両の構成例を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る内燃機関及び内燃機関制御装置（ＥＣＵ）を示す概略構成図である。 吸気バルブと排気バルブの可変バルブ機構を備えた内燃機関の吸排気バルブプロフィールを説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係る内燃機関制御装置（ＥＣＵ）における触媒温度推定演算部を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係る内燃機関制御装置（ＥＣＵ）による触媒の活性化温度処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る触媒温度昇温制御による内燃機関の状態量の変化を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る触媒温度昇温制御による内燃機関の状態量の変化を説明する図である。 本発明の第３の実施形態に係る触媒温度昇温制御による内燃機関の状態量の変化を説明する図である。 本発明の第４の実施形態に係る触媒温度昇温制御による内燃機関の状態量の変化を説明する図である。

１.第１の実施形態
以下、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関制御装置について、図１〜図６を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

［車両の構成］
まず、第１の実施形態にかかるハイブリット用エンジンを備えた車両の構成例について、図１を参照して説明する。
図１は、ハイブリット用エンジンを備えた車両の構成例を示す概略構成図である。

図１に示すように、車両１は、内燃機関の一例を示すエンジン２とモータ３とを有するハイブリッドシステムの車両である。図１に示すように、車両１は、エンジン２と、モータ３と、シャフト４と、このシャフト４に接続されているタイヤ５と、ジェネレータ６と、インバータ７と、バッテリ８と、を備えている。また、車両１には、車両制御システム１０が設けられている。

エンジン２の駆動軸には、ジェネレータ６が接続されている。そして、エンジン２とジェネレータ６は、電力を発生する発電機を構成する。エンジン２とジェネレータ６で発電された電力は、モータ３又はバッテリ８に供給される。これにより、バッテリ８が充電される。

モータ３は、バッテリ８に充電された電力、又はエンジン２とジェネレータ６で発電された電力により駆動する。モータ３が駆動することで、シャフト４を介してタイヤ５が回転する。

車両１は、バッテリ８に蓄えられた電力でモータ３を駆動して走行するパターンと、エンジン２とジェネレータ６で発電された電力でモータ３を駆動して走行するパターンを有している。さらに、車両１は、高負荷時には、バッテリ８の電力とエンジン２とジェネレータ６で発電された電力でモータ３を駆動して走行するパターンを有している。

さらに、減速時には、車両１は、タイヤ５からの運動エネルギーによりモータ３及びインバータ７が回転し、発電を行う。そして、モータ３及びインバータ７によって発電された電力は、バッテリ８に充電される。

また、車両１は、上述したエンジン２、モータ３やバッテリ８等を制御する車両制御システム１０を有している。車両制御システム１０は、内燃機関制御装置の一具体例を示すエンジン制御装置１１と、バッテリ制御装置１２と、電動機制御装置１３と、統合制御装置１４とを備えている。

エンジン制御装置１１、バッテリ制御装置１２、電動機制御装置１３及び統合制御装置１４は、通信線１６を介して互いに種々の情報を送受信する。通信線１６としては、例えば、多重通信線が用いられ、ＣＡＮ（Controller Area Network）プロトコルに基づくネットワークを構成する。なお、通信線１６としては、多重通信線に限定されるものではない。

統合制御装置１４は、車両１に設けた各種センサや、エンジン制御装置１１、バッテリ制御装置１２及び電動機制御装置１３から受信した情報から運転者の操作及び車両の状態を検出する。そして、統合制御装置１４は、車両１の走行パターンを判定し、制御指令データを、エンジン制御装置１１、バッテリ制御装置１２及び電動機制御装置１３に送信する。

ＥＣＵ（Engine Control Unit）であるエンジン制御装置１１は、統合制御装置１４から送信された制御指令データに基づいて、内燃機関であるエンジン２の制御を行う。また、エンジン制御装置１１は、エンジン２から各種情報を取得し、統合制御装置１４に通信線を介して出力する。

バッテリ制御装置１２は、バッテリ８の残容量であるＳＯＣ（State Of Charge）を取得する。以下、単にＳＯＣと称す。そして、バッテリ制御装置１２は、取得したＳＯＣを統合制御装置１４に通信線１６を介して出力する。

電動機制御装置１３は、統合制御装置１４から送信された制御指令データに基づいて、モータ３及びインバータ７の駆動を制御する。また、電動機制御装置１３は、モータ３やインバータ７から各種情報を取得し、取得した情報を統合制御装置１４に通信線１６を介して出力する。

統合制御装置１４、エンジン制御装置１１、バッテリ制御装置１２及び電動機制御装置１３は、それぞれ例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、を有している。ＲＡＭは、ＣＰＵの作業領域として使用され、ＲＯＭは、ＣＰＵが実行するプログラム等を記憶している。

［内燃機関の構成］
次に、図２を参照して内燃機関であるエンジン２の構成について説明する。
図２は、エンジン２及びエンジン制御装置１１を示す概略構成図である。

図２に示すエンジン２は、筒内噴射型のエンジンである。エンジン２は、吸入行程、圧縮行程、燃焼（膨張）行程、排気行程の４行程を繰り返す４サイクルエンジンであり、例えば、４つの気筒（シリンダ）を備えた多気筒エンジンである。なお、エンジン２が有する気筒の数は、４つに限定されるものではなく、６つ又は８つ以上の気筒を有していてもよい。

エンジン２は、シリンダ２１と、ピストン２２と、クランクシャフト２３と、吸気バルブ２４と、排気バルブ２５とを有している。シリンダ２１には、吸気流路を形成する吸気管２７と、排気流路を形成する排気管２８とが連通されている。吸気管２７には、吸気流路を絞ってシリンダ２１に流入するガスの量を制御するためのスロットル弁３１が設けられている。

スロットル弁３１は、アクセルペダル踏量とは独立して弁開度を制御することができる電子制御式スロットル弁である。吸気管２７におけるスロットル弁３１の上流には、エアフローセンサ３２が取り付けられている。エアフローセンサ３２は、吸気管２７に流入するガスの温度及び流入量を検出する。また、吸気管２７におけるスロットル弁３１の下流には、吸気マニホールド３３が設けられている。吸気マニホールド３３には、温度及び圧力センサ３４が組み付けられている。

シリンダ２１には、燃料噴射装置３６と、点火プラグ３７と、水温センサ３８が設けられている。燃料噴射装置３６は、燃料供給配管及びコモンレールを介して燃料が貯蔵された燃料タンク（不図示）に接続されており、燃料をシリンダ２１内に噴射する。点火プラグ３７は、シリンダ２１内に電極部を露出させ、スパークによって可燃混合気を引火する。水温センサ３８は、シリンダ２１を冷却する冷却水の温度を測定する。

吸気バルブ２４は、シリンダ２１における吸気ポートに開閉可能に配置されており、排気バルブ２５は、シリンダ２１における排気ポートに開閉可能に配置されている。本実施形態では、吸気バルブ２４及び排気バルブ２５の開閉の位相を連続的に可変とする可変バルブ機構を採用しており、吸気側カムシャフト及び排気側カムシャフトを有している。

吸気側カムシャフトが回転することで、吸気バルブ２４が駆動し、シリンダ２１の吸気ポートを開閉する。この吸気バルブ２４には、吸気バルブ２４の開閉位相を検知するための吸気バルブセンサ３９が取り付けられている。また、排気側カムシャフトが回転することで、排気バルブ２５が駆動し、シリンダ２１の排気ポートを開閉する。この排気バルブ２５には、排気バルブ２５の開閉位相を検知するための排気バルブセンサ４０が取り付けられている。

ピストン２２は、燃焼圧力によりシリンダ２１内を往復運動する。このピストン２２には、クランクシャフト２３がコンロッド４１を介して接続されている。そして、ピストン２２の往復運動がクランクシャフト２３により回転運動に変換される。

クランクシャフト２３には、クランク角度センサ４２が取り付けられている。クランク角度センサ４２は、クランクシャフト２３の回転と位相を検出し、その検出結果をエンジン制御装置１１に出力する。エンジン制御装置１１は、クランク角度センサ４２の出力に基づいて、エンジン（内燃機関）２の回転速度を検出することができる。

排気管２８には、排気ガスの温度と圧力とを検知する温度及び圧力センサ４３が取り付けられている。排気管２８における温度及び圧力センサ４３の下流には、空燃比センサ４４が設けられている。空燃比センサ４４は、排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出し、その検出結果をエンジン制御装置１１に出力する。エンジン制御装置１１は、空燃比センサ４４の検出結果に基づいて、燃料噴射装置３６から供給される燃料噴射量が目標空燃比となるように、フィードバック制御を行う。

排気管２８における空燃比センサ４４の下流には、三元触媒４５が設けられている。三元触媒４５は、排気ガス中に含まれる、例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質を浄化する。

エンジン制御装置（ＥＣＵ）１１には、上述したエアフローセンサ３２、温度及び圧力センサ３４、水温センサ３８、吸気バルブセンサ３９、排気バルブセンサ４０、クランク角度センサ４２、温度及び圧力センサ４３、空燃比センサ４４等の各種センサ接続されている。また、エンジン制御装置１１には、吸気バルブ２４、排気バルブ２５、スロットル弁３１、燃料噴射装置３６、点火プラグ３７等の各種アクチュエータが接続されている。

エンジン制御装置１１は、スロットル弁３１、燃料噴射装置３６、可変機構付き吸排気バルブ２４，２５等のアクチュエータに制御信号を出力し、各種アクチュエータの駆動を制御する。また、エンジン制御装置１１は、上述した各種センサから供給された検出結果（信号）に基づいて、エンジン（内燃機関）２の運転状態を検知する。

さらに、エンジン制御装置１１は、エンジン（内燃機関）２の運転状態に応じて、点火プラグ３７により行う点火のタイミングを決定する。なお、ここでは、エンジン制御装置１１から燃料噴射装置３６に出力する制御信号を噴射パルス信号と呼び、点火プラグ３７に出力する制御信号を点火信号と呼ぶ。

［可変バルブ機構の動作］
次に、可変バルブ機構の動作について、図３を参照して説明する。
図３は、吸気バルブ２４と排気バルブ２５の可変バルブ機構を備えた内燃機関の吸排気バルブプロフィールを説明する図である。

上述したように、本実施形態では、位相可変型の可変バルブ機構を採用している。図３に示すように、位相可変型の可変バルブ機構では、バルブの開いている期間（以下、バルブ作用角）を一定として、位相のみを変化させることができる。そして、エンジン制御装置１１のＣＰＵにおける可変バルブ機構を制御する部分が、本発明に係る制御部の第１の具体例となる。

［触媒温度検知部］
次に、触媒温度検知部について、図４を参照して説明する。
図４は、触媒温度推定演算部を説明する図である。

図４に示すように、エンジン制御装置（ＥＣＵ）１１は、触媒温度検知部の一具体例を示す触媒温度推定演算部１８を有している。触媒温度推定演算部１８は、吸気管２７から流入するガスの量である吸気量、外気温度、燃料噴射量、冷却水温度、点火プラグ３７の点火時期に基づいて、触媒温度推定演算を実施し、触媒推定温度を算出する。

吸気量及び外気温度は、エアフローセンサ３２によって検出される。燃料噴射量は、燃料噴射装置３６に出力する噴射パルス信号に基づいて検出される。冷却水温度は、水温センサ３８によって検出される。このように、冷却水温度等を用いて触媒推定温度を得る場合は、特別なセンサ等を設けずに触媒の温度を検知することができ、部品点数の削減を図ることができる。

なお、本発明に係る触媒温度検知部としては、三元触媒４５の温度を検出する触媒温度センサであってもよい。触媒温度センサは、三元触媒４５の上流から下流の間に設けられ、触媒温度センサの検出結果は、エンジン制御装置１１に送られる。

［エンジン制御装置による触媒の活性化温度処理］
次に、エンジン制御装置１１による触媒の活性化温度処理について、図５を参照して説明する。
図５は、内燃機関制御装置（ＥＣＵ）による触媒の活性化温度処理を示すフローチャートである。

まず、エンジン制御装置１１は、バッテリ８の残容量（ＳＯＣ）がＬｉｍｉｔ１よりも小さいか否かを判定する（Ｓ１）。Ｌｉｍｉｔ１は、本発明に係る第３の閾値に対応する。バッテリ８のＳＯＣは、バッテリ制御装置１２から統合制御装置１４を介してエンジン制御装置１１に供給される。なお、バッテリ８のＳＯＣは、バッテリ８からエンジン制御装置１１へ直接供給されるようにしてもよい。

Ｌｉｍｉｔ１（第３の閾値）は、触媒温度昇温制御やモータリングにバッテリ８の電力を使用可能と判定する際のＳＯＣの閾値を示す。例えば、減速時には、タイヤ５からの運動エネルギーによりモータ３及びインバータ７が回転して発電を行う。この場合に、バッテリ８のＳＯＣが十分にあれば、電力が余ることになり、その余っている電力で触媒温度昇温制御やモータリングを行って、三元触媒４５の温度を昇温することができる。

Ｓ１において、バッテリ８のＳＯＣがＬｉｍｉｔ１以上であると判定したとき（Ｓ１がＮＯ判定の場合）、エンジン制御装置１１は、Ｓ７の処理に移行する。一方、Ｓ１において、バッテリ８のＳＯＣがＬｉｍｉｔ１よりも小さいと判定したとき（Ｓ１がＹＥＳ判定の場合）、エンジン制御装置１１は、バッテリ８のＳＯＣがＬｉｍｉｔ２よりも小さいか否かを判定する（Ｓ２）。Ｌｉｍｉｔ２は、本発明に係る第２の閾値に対応する。

Ｓ２において、バッテリ８のＳＯＣがＬｉｍｉｔ２以上であると判定したとき（Ｓ２がＮＯ判定の場合）、エンジン制御装置１１は、ＥＶ走行可能と判定し、ＥＶ走行を実施する（Ｓ３）。すなわち、Ｌｉｍｉｔ２（第２の閾値）は、ＥＶ走行可能と判定する際のＳＯＣの閾値を示す。Ｓ３の処理において、エンジン制御装置１１は、エンジン２とジェネレータ６で発電を行わない。また、Ｓ３の処理後、エンジン制御装置１１は、触媒の活性化温度処理を終了する。

一方、Ｓ２において、バッテリ８のＳＯＣがＬｉｍｉｔ２よりも小さいと判定したとき（Ｓ２がＹＥＳ判定の場合）、エンジン制御装置１１は、燃料噴射装置３６による燃料噴射が停止中であるか否かを判別する（Ｓ４）。Ｓ４において、燃料噴射装置３６による燃料噴射が停止中でないと判定したとき（Ｓ４がＮＯ判定の場合）、すなわち、エンジン２とジェネレータ６で発電中である場合に、エンジン制御装置１１は、触媒の活性化温度処理を終了する。

一方、Ｓ４において、燃料噴射装置３６による燃料噴射が停止中であると判定したとき（Ｓ４がＹＥＳ判定の場合）、エンジン制御装置１１は、三元触媒４５の温度（触媒温度）が所定温度よりも低いか否かを判定する（Ｓ５）。

三元触媒４５の温度（触媒温度）は、上述したように、触媒温度推定演算部１８（図４参照）によって算出される。また、所定温度は、三元触媒４５が活性化し、炭化水素類や窒素酸化物及び一酸化炭素などの浄化率が所定の水準に達する温度（活性化温度）から一定もしくは可変の範囲内の温度である。

Ｓ５において、三元触媒４５の温度（触媒温度）が所定温度以上であると判定したとき（Ｓ５がＮＯ判定の場合）、エンジン制御装置１１は、触媒の活性化温度処理を終了する。すなわち、エンジン制御装置１１は、三元触媒４５が活性化する温度に達しているため、三元触媒４５を昇温する必要は無いと判断する。

一方、Ｓ５において、三元触媒４５の温度（触媒温度）が所定温度よりも低いと判定したとき（Ｓ５がＹＥＳ判定の場合）、エンジン制御装置１１は、バッテリ８のＳＯＣがＬｉｍｉｔ３よりも大きいか否かを判定する（Ｓ６）。すなわち、エンジン制御装置１１は、三元触媒４５が活性化する温度に達していないため、三元触媒４５を昇温する必要があると判断する。また、Ｌｉｍｉｔ３は、本発明に係る第１の閾値に対応する。

Ｓ６において、バッテリ８のＳＯＣがＬｉｍｉｔ３以下であると判定したとき（Ｓ６がＮＯ判定の場合）、エンジン制御装置１１は、燃料噴射装置３６による燃料の噴射を開始する（Ｓ７）。すなわち、Ｓ７の処理において、エンジン制御装置１１は、エンジン２とジェネレータ６で発電を行う。Ｓ７の処理後、エンジン制御装置１１は、触媒の活性化温度処理を終了する。

Ｌｉｍｉｔ３（第１の閾値）は、エンジン２とジェネレータ６で発電を行う必要があると判定する際のＳＯＣの閾値を示す。すなわち、エンジン２とジェネレータ６で発電を行う必要がある場合は、後で説明する触媒温度昇温制御を行わない又は停止する。なお、Ｌｉｍｉｔ３は、Ｌｉｍｉｔ２よりも小さく、Ｌｉｍｉｔ２は、Ｌｉｍｉｔ１よりも小さい（Ｌｉｍｉｔ３＜Ｌｉｍｉｔ２＜Ｌｉｍｉｔ１）。

一方、Ｓ６において、バッテリ８のＳＯＣがＬｉｍｉｔ３よりも大きいと判定したとき（Ｓ６がＮＯ判定の場合）、又はＳ１において、バッテリ８のＳＯＣがＬｉｍｉｔ１以上であると判定したとき（Ｓ１がＮＯ判定の場合）、エンジン制御装置１１は、吸気バルブセンサ３９及び排気バルブセンサ４０から検知した吸排気バルブ２４，２５の位相角を読み込む（Ｓ８）。

また、エンジン制御装置１１は、Ｓ８の処理において、温度及び圧力センサ３４により吸気マニホールド３３内の温度を読み込む。そして、エンジン制御装置１１は、圧縮上死点におけるシリンダ２１内の温度を推定する。

次に、エンジン制御装置１１は、吸排気バルブ２４，２５の位相角、及び圧縮上死点におけるシリンダ２１内の温度に基づいて、触媒温度昇温制御を実施する（Ｓ９）。この触媒温度昇温制御については、後で詳しく説明する。

その後、エンジン制御装置１１は、モータリングを実施する（Ｓ１０）。ここで、モータリングは、燃焼を行わずにバッテリ８の電力によってクランクシャフト２３（出力軸）を廻すことである。Ｓ１０の処理後、エンジン制御装置１１は、処理をＳ５に移行する。

［触媒温度昇温制御］
次に、図５に示す触媒の活性化温度処理のＳ９にて行われる触媒温度昇温制御について、図６を参照して説明する。
図６は、第１の実施形態に係る触媒温度昇温制御による内燃機関の状態量の変化を説明する図である。

図６に示すＥＶＯ（Exhaust Valve Open）は、排気バルブ開時期を表し、ＥＶＣ（Exhaust Valve Close）は、排気バルブ閉時期を表す。また、図６に示すＩＶＯ（Intake Valve Open）は、吸気バルブ開時期を表し、ＩＶＣ（Intake Valve Close）は、吸気バルブ閉時期を表す。

図６（ａ）は、第１の実施形態におけるエンジン２の触媒温度昇温制御を実施しない場合のバルブタイミングを表す。また、図６（ｂ）は、第１の実施形態に係る触媒温度昇温制御を実施した場合のバルブタイミングを表す。

第１の実施形態に係る触媒温度昇温制御では、可変バルブ機構によって有効圧縮比を増加させる。すなわち、第１の実施形態に係る触媒温度昇温制御では、位相可変型の可変バルブ機構を用いて、吸気バルブ２４と排気バルブ２５の位相を操作して、図６（ａ）に示すバルブ開閉プロフィールから、図６（ｂ）に示すバルブ開閉プロフィールに変化させる。具体的には、ＥＶＯを圧縮上死点に近づけると共に、ＩＶＣを下死点に近づける。

図６（ｃ）は、第１の実施形態の触媒温度昇温制御を複数サイクル実施した場合と実施しなかった場合の、シリンダ２１内の温度(以下、筒内温度)と、温度及び圧力センサ４３によって検出したでの排気ガスの温度(以下、排気温度)と、三元触媒４５の温度（以下、触媒温度）を表す。

筒内温度は、ピストン２２の下降とともに下がり始め、排気バルブ２５が開く（ＥＶＯ）と、シリンダ２１内のガスが保持していた熱エネルギーが排気流路に流入するため、筒内温度は更に下降する。この際、ＥＶＯが圧縮上死点に近づくほど、圧縮上死点で空気が圧縮された際の熱エネルギーをより多く排気流路へ導くことができる。したがって、触媒温度昇温制御を実施してＥＶＯを圧縮上死点に近づけた場合は、触媒温度昇温制御を実施しない場合に比べて、触媒温度を上昇させることが可能となる。

また、ＩＶＣを下死点に近づけることにより、エンジン２の有効圧縮比が増加し、圧縮行程上死点での筒内温度が上昇する。その結果、次サイクルにおける排気温度が上昇し、触媒温度が上昇する。したがって、触媒温度昇温制御を実施してＩＶＣを下死点に近づけた場合は、触媒温度昇温制御を実施しない場合に比べて、触媒温度を上昇させることが可能となる。

このような触媒温度昇温制御を複数サイクルにおいて実施することにより、燃料噴射装置３６による燃料の噴射を実施してシリンダ２１内に流入したガスを燃焼させたり、ヒータを用いたりすることなく、三元触媒４５を暖機する（昇温する）ことが可能となる。その結果、排気悪化を効果的に抑制しつつ、触媒温度を活性化温度以上に保持することができる。

なお、本実施形態に係る触媒温度昇温制御では、ＥＶＯを圧縮上死点に近づけると共に、ＩＶＣを下死点に近づけた。しかし、本発明に係る触媒温度昇温制御としては、ＥＶＯを圧縮上死点に近づけるのみでもよく、また、ＩＶＣを下死点に近づけけるのみでもよい。

２.第２の実施形態［触媒温度昇温制御］
以下、本発明の第２の実施形態に係る内燃機関制御装置について、図７を参照して説明する。
図７は、第２の実施形態に係る触媒温度昇温制御による内燃機関の状態量の変化を説明する図である。

第２の実施形態に係る内燃機関制御装置は、上述の第１の実施形態に係る内燃機関制御装置と同様の構成を有しており、異なる点は、触媒温度昇温制御である。そのため、ここでは、第２の実施形態に係る触媒温度昇温制御について説明し、第１の実施形態と共通する構成及び処理についての説明を省略する。

図７（ａ）は、第１の実施形態に係るエンジン２の触媒温度昇温制御において、膨張行程中のバルブタイミングを表す。また、図７（ｂ）は、触媒温度昇温制御における排気行程中のバルブタイミングを表す。

第２の実施形態に係る触媒温度昇温制御では、排気行程中に可変バルブ機構を用いて、ＥＶＯを排気行程の後半（後期）もしくは吸気行程の前半（前期）に行う。この際、吸気バルブ２４のバルブタイミングは、変化させてもさせなくてもよい。

図７（ｃ）は、第２の実施形態の触媒温度昇温制御を複数サイクル実施した場合と、第１の実施形態の触媒温度昇温制御を複数サイクル実施した場合の、筒内温度と、排気温度と、触媒温度を表す。

図７（ｂ）に示すように、第２の実施形態の触媒温度昇温制御により、排気バルブ２５を吸気行程中にも開くことにより、シリンダ２１内に吸気管２７からガスが流入すると共に、排気管２８からのガスが再流入する。排気管２８におけるガス（排気ガス）は、触媒温度昇温制御により温度が上昇しているため、吸気管２７のみからガスが流入する場合よりも、筒内温度が上昇する。すなわち、ＩＶＣ時点での筒内温度が第１の実施形態よりも上昇する。

その結果、圧縮行程における筒内温度が上昇し、排気温度が第１の実施形態よりも高くなり、その熱が三元触媒４５へ供給される。したがって、排気悪化を効果的に抑制しつつ、第１の実施形態よりも触媒温度を高く保持することが可能となる。第２の実施形態の触媒温度昇温制御では、外気温度が低くても確実に触媒活性化温度以上に触媒温度を昇温させることが可能となり、１サイクル中の触媒温度上昇効果が高くなる。

第２の実施形態の触媒温度昇温制御は、特定の１つのシリンダー（気筒）で実施してもよいし、複数のシリンダー（気筒）で実施してもよい。また、第２の実施形態では、排気行程中に可変バルブ機構を用いて、排気バルブ２５の開閉時期を移動（変化）させている。しかし、本発明に係る触媒温度昇温制御としては、吸排気バルブ２４，２５とピストン２２の干渉を考慮すれば、排気行程以外で排気バルブ２５の開閉時期を移動させてもよい。

３.第３の実施形態［触媒温度昇温制御］
以下、本発明の第３の実施形態に係る内燃機関制御装置について、図８を参照して説明する。
図８は、第３の実施形態に係る触媒温度昇温制御による内燃機関の状態量の変化を説明する図である。

第３の実施形態に係る内燃機関制御装置は、上述の第１の実施形態に係る内燃機関制御装置と同様の構成を有しており、異なる点は、触媒温度昇温制御である。そのため、ここでは、第３の実施形態に係る触媒温度昇温制御について説明し、第１の実施形態と共通する構成及び処理についての説明を省略する。

第３の実施形態に係る内燃機関制御装置は、行程容積を変更可能な行程容積可変機構を備えている。なお、行程容積は、ピストン２２が下死点から上死点まで動く行程で排出される容積である。行程容積可変機構としては、例えば、ピストンオフセット量を変化させる機構や、コンロッド長を変化させる機構を適用することができる。また、エンジン制御装置１１のＣＰＵにおける行程容積可変機構を制御する部分が、本発明に係る制御部の第２の具体例となる。

図８（ａ）は、第１の実施形態におけるエンジン２の触媒温度昇温制御を実施しない場合のバルブタイミングを表す。図７（ｂ）は、第３の実施形態の触媒温度昇温制御を実施した場合の行程容積と、触媒温度昇温制御を実施しない場合の行程容積を表す。

第３の実施形態に係る触媒温度昇温制御は、行程容積可変機構を制御してシリンダ２１の行程容積を増大させる。すなわち、第３の実施形態に係る触媒温度昇温制御は、触媒温度昇温制御を実施しない場合よりも行程容積を増大させる。

図７（ｃ）は、第３の実施形態に係る触媒温度昇温制御を複数サイクル実施した場合と、触媒温度昇温制御を実施しない場合の、筒内温度と、排気温度と、触媒温度を表す。第３の実施形態に係る触媒温度昇温制御を実施した場合は、行程容積が増大して、機械圧縮比が増大する。これにより、圧縮上死点における筒内温度が上昇するため、ＥＶＯにおける排気温度が上昇する。その結果、触媒温度昇温制御を実施しない場合に比べて、触媒温度を上昇させることが可能となる。

このような触媒温度昇温制御を複数サイクルにおいて実施することにより、燃料噴射装置３６による燃料の噴射を実施してシリンダ２１内に流入したガスを燃焼させたり、ヒータを用いたりすることなく、三元触媒４５を暖機する（昇温する）ことが可能となる。その結果、排気悪化を効果的に抑制しつつ、触媒温度を活性化温度以上に保持することができる。

また、第３の実施形態に係る触媒温度昇温制御は、可変バルブ機構を有していない内燃機関であっても、燃料の噴射やヒータを用いたりすることなく、三元触媒４５を暖機する（昇温する）ことが可能である。

４.第４の実施形態［触媒温度昇温制御］
以下、本発明の第４の実施形態に係る内燃機関制御装置について、図９を参照して説明する。
図９は、第４の実施形態に係る触媒温度昇温制御による内燃機関の状態量の変化を説明する図である。

第４の実施形態に係る内燃機関制御装置は、上述の第１の実施形態に係る内燃機関制御装置と同様の構成を有しており、異なる点は、触媒温度昇温制御である。そのため、ここでは、第３の実施形態に係る触媒温度昇温制御について説明し、第１の実施形態と共通する構成及び処理についての説明を省略する。

第４の実施形態に係る内燃機関制御装置は、第１の実施形態に係る内燃機関制御装置と同様に、可変バルブ機構を備えている。また、第４の実施形態に係る内燃機関制御装置は、第３の実施形態に係る内燃機関制御装置と同様に、行程容積を変更可能な行程容積可変機構を備えている。

図９（ａ）は、第１の実施形態におけるエンジン２の触媒温度昇温制御を実施しない場合のバルブタイミングを表す。図９（ｂ）は、第４の実施形態の触媒温度昇温制御を実施した場合のバルブタイミングと行程容積を表す。

図９（ｂ）に示すように、第４の実施形態に係る触媒温度昇温制御は、第３の実施形態と同様に、行程容積可変機構を制御してシリンダ２１の行程容積を増大させる。また、第４の実施形態に係る触媒温度昇温制御は、第１の実施形態と同様に、吸気バルブ２４と排気バルブ２５の位相を操作して、ＥＶＯを圧縮上死点に近づけると共に、ＩＶＣを下死点に近づける。

図９（ｃ）は、第４の実施形態に係る触媒温度昇温制御を複数サイクル実施した場合と、第１の実施形態に係る触媒温度昇温制御を複数サイクル実施した場合の、筒内温度と、排気温度と、触媒温度を表す。

第４の実施形態に係る触媒温度昇温制御を実施した場合は、行程容積が増大して、機械圧縮比が増大する。さらに、ＩＶＣを下死点に近づけることにより、エンジン２の有効圧縮比が増加する。その結果、第１の実施形態に係る触媒温度昇温制御よりも、圧縮上死点における筒内温度が上昇する。したがって、ＥＶＯにおける排気温度が上昇することになり、第１の実施形態に係る触媒温度昇温制御を実施した場合に比べて、早期に触媒温度を上昇させることが可能となる。

さらに、第４の実施形態に係る触媒温度昇温制御を実施した場合は、ＥＶＯを圧縮上死点に近づけることにより、圧縮上死点で空気が圧縮された際の熱エネルギーをより多く排気流路へ導くことができる。したがって、第４の実施形態に係る触媒温度昇温制御を実施した場合は、第１の実施形態に係る触媒温度昇温制御を実施した場合に比べて、早期に触媒温度を上昇させることが可能となる。

５.まとめ
以上説明したように、上述した第１〜第４の実施形態に係る内燃機関制御装置（エンジン制御装置１１）は、ハイブリッド自動車（車両１）用の内燃機関（エンジン２）を制御する。内燃機関は、排気ガス中の有害物質を浄化する触媒（三元触媒４５）を有する。そして、内燃機関制御装置は、触媒の温度を検知する触媒温度検知部（触媒温度推定演算部１８）と、触媒温度検知部によって検知した触媒の温度が所定温度に達していない場合に、触媒の温度を昇温するための触媒温度昇温制御を実施してモータリングを実施する制御部とを備える。これにより、ガスを燃焼させたり、ヒータを用いたりすることなく、触媒を暖機する（昇温する）ことができる。その結果、排気悪化を効果的に抑制しつつ、触媒温度を活性化温度以上に保持することができる。
なお、上記特許文献１に記載された発明において、触媒の上流側にヒータを設けずに、エンジンをモータリング運転する制御を行っても、触媒を暖機する程度の排気熱及び排気エンタルピを生成することは困難である。

また、上述した第１〜第４の実施形態に係る触媒温度昇温制御では、内燃機関の有効圧縮比を増加させる制御もしくは機械圧縮比を増加させる制御の少なくとも一つを実施して、内燃機関の排気温度を昇温させる。これにより、内燃機関の有効圧縮比を増加させる機構、或は機械圧縮比を増加させる機構の少なくとも１つを備えていれば、ガスを燃焼させたり、ヒータを用いたりすることなく、触媒を暖機する（昇温する）ことができる。

また、上述した第１、第２、第４の実施形態に係る触媒温度昇温制御は、可変バルブ機構によって排気バルブ（排気バルブ２５）の開き時期を上死点に近づける制御である。これにより、上死点で空気が圧縮された際の熱エネルギーをより多く排気流路へ導くことができ、触媒温度を上昇させることができる。

また、上述した第１、第２、第４の実施形態に係る触媒温度昇温制御は、可変バルブ機構によって吸気バルブ（吸気バルブ２４）の閉じ時期を下死点に近づける制御である。これにより、内燃機関の有効圧縮比が増加し、圧縮行程上死点での筒内温度を上昇させることができる。その結果、次サイクルにおける排気ガスの温度(排気温度)が上昇し、触媒温度を上昇させることができる。

また、上述した第３、第４の実施形態に係る触媒温度昇温制御は、行程容積可変機構によって内燃機関の行程容積を増加させる制御である。これにより、内燃機関の機械圧縮比が増大し、圧縮上死点における筒内温度が上昇するため、排気バルブ（排気バルブ２５）の開き時期における排気ガスの温度(排気温度)を上昇させることができる。その結果、触媒温度を上昇させることができる。

また、上述した第２の実施形態に係る触媒温度昇温制御は、吸気バルブ（吸気バルブ２４）と排気バルブ（排気バルブ２５）からシリンダ（シリンダ２１）にガスを流入させる制御である。これにより、排気管（排気管２８）の温度が上昇しているガス（排気ガス）もシリンダ内に流入するため、吸気管（吸気管２７）のみからガスが流入する場合よりも、シリンダ内の温度（筒内温度）を上昇させることができる。

また、上述した第１〜第４の実施形態に係る内燃機関制御装置では、触媒温度検知部として触媒温度推定演算部１８を適用した。そして、触媒温度推定演算部１８は、シリンダ（シリンダ２１）を冷却する冷却水の温度を用いて触媒（三元触媒４５）の推定温度を算出する。これにより、特別なセンサ等を設けずに触媒の温度を検知することができ、部品点数の削減を図ることができる。

また、上述した第１〜第４の実施形態に係る内燃機関制御装置の制御部（ＣＰＵ）は、バッテリの残容量が第１の閾値（Ｌｉｍｉｔ３）よりも小さい場合に、触媒温度昇温制御を停止する。これにより、バッテリの残容量が第１の閾値（Ｌｉｍｉｔ３）よりも小さい場合に、内燃機関（エンジン２）を動力源にすることができる。

また、上述した第１〜第４の実施形態に係る内燃機関制御装置の制御部（ＣＰＵ）は、バッテリの残容量が第１の閾値（Ｌｉｍｉｔ３）以上であって第２の閾値（Ｌｉｍｉｔ２）よりも小さい場合、又は、第２の閾値よりも大きい値である第３の閾値（Ｌｉｍｉｔ１）よりも大きい場合に、触媒温度昇温制御を実施する。バッテリの残容量が第１の閾値以上であって第２の閾値よりも小さい場合は、動力源を内燃機関（エンジン２）に切り替える準備として、触媒を暖機する（昇温する）ことができる。また、バッテリの残容量が第３の閾値よりも大きい場合は、余剰電力があると判断して、余剰電力で触媒を暖機する（昇温する）ことができる。

また、上述した第１〜第４の実施形態に係る内燃機関制御装置の制御部（ＣＰＵ）は、燃料噴射装置３６による燃料噴射が停止中であるか否かを判定し、燃料噴射が停止中であると判定した場合に、触媒温度昇温制御を実施する。これにより、燃料噴射装置３６による燃料噴射が行われているときに触媒温度昇温制御が実施されないようにすることができる。

以上、本発明の内燃機関制御装置の実施形態について、その作用効果も含めて説明した。しかしながら、本発明の内燃機関制御装置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

また、上述した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、上述した第１〜第４の実施形態は、エンジン２を発電用の動力源とした、いわゆるシリーズ方式の車両１に、本発明に係る触媒温度昇温制御を適用した。しかし、本発明に係る触媒温度昇温制御は、シリーズ方式の車両に適用することに限定されず、例えば、搭載している複数の動力源（モータとエンジン）を車輪の駆動に使用する、いわゆるパラレル方式の車両に適用することもできる。また、本発明に係る触媒温度昇温制御は、エンジンからのトルクを動力分割機構により分割し、発電機と駆動軸とへ振り分ける、いわゆるシリーズパラレル（スプリット）方式の車両に適用することもできる。

また、上述した第１〜第４の実施形態では、触媒として三元触媒４５を適用した。しかし、本発明に係る触媒としては、三元触媒に限定されず、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を適用することもできる。

１・・・車両、 ２・・・エンジン、 ３・・・モータ、 ４・・・シャフト、 ５・・・タイヤ、 ６・・・ジェネレータ、 ７・・・インバータ、 ８・・・バッテリ、 １０・・・車両制御システム、 １１・・・エンジン制御装置（内燃機関制御装置）、 １２・・・バッテリ制御装置、 １３・・・電動機制御装置、 １４・・・統合制御装置、 １８・・・触媒温度推定演算部、 ２１・・・シリンダ、 ２２・・・ピストン、 ２３・・・クランクシャフト、 ２４・・・吸気バルブ、 ２５・・・排気バルブ、 ２７・・・吸気管、 ２８・・・排気管、 ３１・・・スロットル弁、 ３２・・・エアフローセンサ、 ３３・・・吸気マニホールド、 ３４，４３・・・温度及び圧力センサ、
３６・・・燃料噴射装置、 ３７・・・点火プラグ、 ３８・・・水温センサ、 ３９・・・吸気バルブセンサ、 ４０・・・排気バルブセンサ、 ４１・・・コンロッド、 ４２・・・クランク角度センサ、 ４４・・・空燃比センサ、 ４５・・・三元触媒

Claims (13)

1. ハイブリッド自動車用の内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、
   前記内燃機関は、排気ガス中の有害物質を浄化する触媒を有し、
   前記触媒の温度を検知する触媒温度検知部と、
   前記触媒温度検知部によって検知した前記触媒の温度が所定温度に達していない場合に、前記触媒の温度を昇温するための触媒温度昇温制御を実施してモータリングを実施する制御部と、を備える
   ことを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記触媒温度昇温制御では、前記内燃機関の有効圧縮比を増加させる制御もしくは機械圧縮比を増加させる制御の少なくとも一つを実施して、前記内燃機関の排気温度を昇温させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記内燃機関は、排気バルブの開閉時期を可変にする可変バルブ機構を有しており、
   前記触媒温度昇温制御は、前記排気バルブの開き時期を上死点に近づける制御である
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記内燃機関は、吸気バルブの開閉時期を可変にする可変バルブ機構を有しており、
   前記触媒温度昇温制御は、前記吸気バルブの閉じ時期を下死点に近づける制御である
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関制御装置。
5. 前記内燃機関の行程容積を変更可能な行程容積可変機構を有し、
   前記触媒温度昇温制御は、前記行程容積可変機構によって前記内燃機関の行程容積を増加させる制御である
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関制御装置。
6. 前記触媒温度昇温制御は、前記内燃機関の吸気バルブと排気バルブからシリンダにガスを流入させる制御である
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
7. 前記触媒温度検知部は、前記内燃機関のシリンダを冷却する冷却水の温度を用いて前記触媒の推定温度を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
8. 前記制御部は、バッテリの残容量が第１の閾値よりも小さい場合に、前記触媒温度昇温制御を停止する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
9. 前記制御部は、バッテリの残容量が前記第１の閾値以上であって第２の閾値よりも小さい場合、又は、前記触媒の温度に関わらず前記バッテリの残容量が前記第２の閾値よりも大きい値である第３の閾値よりも大きい場合に、前記触媒温度昇温制御を実施する
   ことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関制御装置。
10. 前記制御部は、前記内燃機関の燃料噴射が停止中であるか否かを判定し、前記燃料噴射が停止中であると判定した場合に、前記触媒温度昇温制御を実施する
    ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
11. ハイブリッド自動車用の内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、
    前記内燃機関は、排気ガス中の有害物質を浄化する触媒を有し、
    前記触媒の温度を検知する触媒温度検知部と、
    前記触媒温度検知部によって検知した前記触媒の温度が所定温度に達していない場合に、前記内燃機関の有効圧縮比を増加させる制御もしくは機械圧縮比を増加させる制御を実施してモータリングを実施する制御部と、を備える
    ことを特徴とする内燃機関制御装置。
12. 前記触媒温度検知部によって検知した前記触媒の温度が所定温度に達していない場合に、前記制御部は、前記内燃機関の有効圧縮比を増加させる制御もしくは機械圧縮比を増加させる制御に加えて、前記内燃機関の吸気バルブと排気バルブからシリンダにガスを流入させる制御を行う
    ことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関制御装置。
13. ハイブリッド自動車用の内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、
    前記内燃機関は、排気ガス中の有害物質を浄化する触媒を有し、
    前記触媒の温度を検知する触媒温度検知部と、
    前記触媒温度検知部によって検知した前記触媒の温度が所定温度に達していない場合に、前記内燃機関の吸気バルブと排気バルブからシリンダにガスを流入させる制御を実施してモータリングを実施する制御部と、を備える
    ことを特徴とする内燃機関制御装置。

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