WO2004101979A1 - 内燃機関の触媒劣化抑制装置 - Google Patents

Abstract

本発明による内燃機関の触媒劣化抑制装置は、車両減速時において機関排気系に配置された触媒装置が設定温度以上である時に、内燃機関におけるフューエルカットを禁止すると共に、車両駆動軸６に連結された第一のモータ・ジェネレータＭＧ２を発電機として作動させて蓄電装置８を充電する。

Description

明 細 書 内燃機関の触媒劣化抑制装置 技術分野

本発明は、 内燃機関の触媒劣化抑制装置に関する。 背景技術

機関排気系には排気ガスを浄化するための触媒装置が配置されて いる。 触媒装置に担持された貴金属触媒等の触媒は、 高温時におい て酸素過剰の雰囲気に晒されるとシンタリ ングを起こして劣化する 機関減速時において、 一般的には、 フューエルカッ トが実施され るが、 触媒高温時においてフューエルカッ トを実施すると、 リーン 状態の排気ガスによって前述したように触媒劣化を引き起こすため に、 触媒高温時には、 機関減速時であってもフューエルカッ トを禁 止することが提案されている。 （例えば、 特開平 1 0— 2 5 2 5 3 2号公報、 特開 2 0 0 1 — 5 9 4 4 4号公報、 特開平 1 0— 2 8 0 9 9 0号公報、 特開平 1 1 一 1 0 7 8 2 5号公報、 及び、 特開平 1 0— 2 4 8 1 1 4号公報参照。 ）

前述の従来技術において、 フューエルカツ トが禁止された時に、 内燃機関は吸入空気量を機関停止しない最小限と して運転すると し ているが、 これでは、 フューエルカッ ト時に比較してエンジンブレ ーキが不十分となり、 良好な車両減速を実現することができない。 発明の開示

従って、 本発明の目的は、 良好な車両減速を実現して触媒高温時 における触媒劣化を抑制するこ とができる内燃機関の触媒劣化抑制 装置を提供することである。

本発明によれば、 車両減速時において機関排気系に配置された触 媒装置が設定温度以上である時に、 内燃機関におけるフューエル力 ッ トを禁止すると共に、 車両駆動軸に連結された第一のモータ · ジ エネレータを発電機と して作動させて蓄電装置を充電することを特 徴とする内燃機関の触媒劣化抑制装置が提供される。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明による触媒劣化抑制装置が取り付けられる内燃機 関の駆動系を示す概略図であり、

図 2は、 三軸式動力入出力装置における回転数及びトルクの関係 を示す共線図であり、

図 3は、 車両減速時におけるアクセルペダルの踏み込み量 L、 内 燃機関の トルク T e、 内燃機関の回転数 N e、 及び、 触媒装置の温 度 T Mの変化を示すタイムチャートである。 発明を実施するための最良の形態

図 1 は、 本発明による触媒劣化抑制装置が取り付けられる内燃機 関の駆動系を示す概略図である。 同図において、 1 は内燃機関であ り、 1 aは内燃機関 1 の出力軸である。 内燃機関 1 は、 例えば、 ガ ソリ ンエンジンであり、 理論空燃比での運転を実施する。 機関吸気 系に設けられたス口 ッ トル弁は、 アクセルペダルに機械的に連結さ れているものではなく、 ステップモータ等のァクチユエータによつ て自由に開度制御可能なものである。 機関排気系には、 排気ガスを 浄化するための触媒装置と して三元触媒コンパータが配置されてい る。 M G 2は第一のモータ · ジェネレータであり、 M G 1 は第二の モータ · ジェネレータである。

内燃機関 1 、 M G 1 、 M G 2は、 公知の三軸式動力入出力装置 2 に連結されている。 三軸式動力入出力装置 2は、 最内側のサンギヤ 2 a、 サンギヤ 2 aに嚙合する複数のプラネタリギヤ 2 b、 及び、 プラネタリギヤ 2 bに嚙合する最外側のリ ングギヤ 2 cを具備して いる。 M G 1の回転子はサンギヤ 2 aに接続され、 内燃機関 1の出 力軸 1 aは複数のブラネタリギヤ 2 bの中心軸線を回転可能に支持 する リ ング状のプラネタリ キャリア 2 dに接続され、 M G 2の回転 子はリ ングギヤ 2 cに接続されている。

このよ うな構成を可能とするために、 本実施形態においては、 M G 1の回転子及びサンギヤ 2 a と、 回転子とサンギヤ 2 a とを接続 する接続軸とは、 内燃機関 1の出力軸 1 aが貫通するために中空と されている。 また、 リ ングギヤ 2 cには動力取り出しギヤ 2 eが取 り付けられ、 この動力取り出しギヤ 2 e と、 動力伝達ギヤ 3 とがチ エ ーンベル ト 4により連結されている。 動力伝達ギヤ 3は、 ディフ ァレンシャルギヤ 5に嚙合して車両駆動軸 6へ動力を伝達する。

M G 1及び M G 2は同期電動発電機と して構成されており、 それ ぞれの回転子には永久磁石が取り付けられ、 また、 それぞれの固定 子 卷回された三相コイルが、 インパータを有する制御装置 7を介 して、 蓄電装置と してのパッテリ 8に電気的に接続されている。 三 相コイルによって形成される磁界を制御装置 7によ り制御して、 M G 1及び M G 2のそれぞれを、 パッテリ 8に蓄えられた電気工ネル ギを使用して三軸式動力入出力装置 2へトルクを発生する電動機と して、 また、 三軸式動力入出力装置 2からの トルクを使用してパッ テリ 8を充電する発電機と して機能させることができる。

三軸式動力入出力装置 2における三軸 （サンギヤ 2 a、 ブラネタ リ キャリア 2 d、 及びリ ングギヤ 2 c ) における回転数及びトルク の関係は、 図 2に示す共線図を使用すれば簡単に表すことができる 。 図 2において、 縦軸は三軸の回転数を示し、 横軸は三軸の座標位 置を示している。 サンギヤ 2 aの座標を S とし、 リ ングギヤの座標 を Rとした時には、 プラネタリキャリア 2 dの座標 Cは、 S と Rを 1 ： pに内分する位置となる。 ここで、 pは、 リ ングギヤ 2 cの歯 数 n r に対するサンギヤの歯数 n sの比であり、 すなわち、 p = n s / n rである。

現在において、 内燃機関 1 の回転数、 すなわち、 プラネタ リ キヤ リア 2 dの回転数が N eであり、 リ ングギヤ 2 cの回転数が N rで ある時には、 図 2において、 点 （C， N e ) と点 （R， N r ) とを 通る直線 （動作共線） を描く と、 この直線上の座標 Sに対する回転 数 N s がサンギヤ 2 aの回転数となる。 ここで、 プラネタリ キヤリ ァ 2 dの回転数 N eが低い時には、 サンギヤ 2 aの回転数が 0より 小さくなり、 すなわち、 サンギヤ 2 aは逆回転することもある。 三 軸の回転数には、 このよ うな関係があるために、 任意の二軸の回転 数に基づき残り一軸の回転数を決定することができる。

トルクに関しては、 内燃機関 1の トルク、 すなわち、 プラネタ リ キャリア 2 dのトルク T eが座標 Cにおいて動作共線に作用し、 こ の トルク T e を座標 S及び Rにおいて動作共線に作用する トルク T e s と T e r とに分離する。 トルク T e s及び T e r は、 それぞれ 次式により表される。

T e s = T e * p / ( 1 + p )

T e r = T e * 1 / ( 1 + )

動作共線が、 この状態で安定するためには、 動作共線の力の釣り 合いをとれば良い。 すなわち、 座標 Sにおいては、 T e s と大きさ が同じで反対向きの トルク T m 1 を作用させ、 座標 Rにおいては、 リ ングギヤ 2 cから出力される トルク T r と大きさが同じで反対向 きのトルク となるように、 T e r に加えて トルク Tm 2を作用させ る。 トルク Tm lは MG 1により発生し、 トルク Tm 2は MG 2に より発生する。 この時において、 トルク Tm l は、 プラネタ リキヤ リア 2 dの トルク T e と反対向きであるために、 MG 1 は発電機と して動作すること となり、 トルク Tm l と回転数 N s との積で表さ れる電気工ネルギ P m l をパッテリ 8へ回生する。 一方、 トルク T m 2は、 プラネタリキャ リ ア 2 dの トルク T e と同じ向きであるた めに、 MG 2は電動機として動作すること となり、 トルク T m 2 と 回転数 N r との積で表される電気工ネルギ P m 2をパッテリ 8から 消費する。 ここで、 内燃機関 1の トルク T e と回転数 N e との積と 、 リ ングギヤ 2 cから出力される トルク T r と回転数 N r との積と が等しくなれば、 MG 1 における回生電気工ネルギ P m 1 と MG 2 における消費電気工ネルギ P m 2 とが等しくなり、 すなわち、 車両 は内燃機関 1の トルクだけによつて走行することとなる。

内燃機関 1 は効率の高い状態で運転され、 この時にリ ングギヤ 2 c力 らの出力 トルクが図 2に示すように必要トルクよ り小さければ 、 MG 2は電動機と して機能して トルクアシス トを実施し、 リ ング ギヤ 2 c力ゝらの出力 トルクが必要トルクよ り大きければ、 M G 2は 発電機として機能して不必要な トルクを電気工ネルギと して回生す る。 こ う して、 内燃機関 1は非常に低燃費で運転することが可能と なる。 また、 車両加速時において、 内燃機関 1 を加速すると燃費が 悪化するために、 この時にも MG 2を電動機と して機能させる。 M G 1は、 スタータモータと しても機能する。

ところで、 車両減速時において、 一般的には、 内燃機関 1ではフ ユーエル力ッ トを実施してエンジンブレーキを発生させると共に燃 料消費を低減する。 しかしながら、 機関排気系に設けられている触 媒装置が、 例えば、 7 0 0 ° C以上の高温である時に、 フューエル カッ トに伴う リーン状態の排気ガス （空気） が触媒装置へ流入する と、 触媒装置に担持されている貴金属触媒はシンタリ ングを起こし て劣化してしまう。 本発明は、 この触媒劣化を抑制することを意図 し、 制御装置 7が触媒劣化抑制装置と して内燃機関 1 、 M G 1、 及 び M G 2を制御する。

図 3は、 車両減速時におけるアクセルペダルの踏み込み量 L、 内 燃機関 1の トルク T e、 内燃機関の回転数 N e、 及び、 触媒装置の 温度、 すなわち、 触媒温度 T Mの変化を示すタイムチャートである 。 時刻 t 1において、 アクセルペダルが開放され、 アクセルペダル の踏み込み量が 0 となると、 ス ロ ッ トル弁によ り吸入空気量を急激 に減少させる。 それによ り、 実際的には多少の遅れがあるが、 内燃 機関 1 の トルク T e も急激に減少する。 内燃機関 1 の出力軸の トル ク T eは、 内燃機関 1 の自身フ リ ク シ ョ ン等を相殺して、 丁度 0 と なるまで減少させられ、 その後は、 0を維持して推移するよ うに、 機関回転数を考慮してスロッ トル弁により吸入空気量が制御される 内燃機関 1の トルク T eを 0 とする運転によって車両は減速する が、 フューエルカツ トを実施した時ほど大きなエンジンブレーキを 発生させることはできず、 良好な車両減速を意図して、 車両駆動軸 6ヘリ ングギヤ 2 c等を介して連結された M G 2を発電機と して作 動し、 車両駆動軸 6へ負荷を作用させて車両を十分に減速させる。

こ う して、 M G 2により発電された電気工ネルギはパッテリ 8に 蓄えられること となるが、 無制限にパッテリ 8を充電させることは できず、 パッテリ 8の充電量が設定値に達した時には、 M G 2を発 電機と して作動することはできなくなる。 この時点で車両減速が殆 ど完了していれば問題ないが、 依然と して車両減速を持続しなけれ ばならない時には、 内燃機関においてフューエルカツ トを開始する 。 又は、 内燃機関において、 図 3に点線で示すように、 出力軸の ト ルク T e と しては 0より低く、 自身慣性力を利用して機関停止しな いように吸入空気量を最小限として運転する。

前述した内燃機関の出力軸トルク T e を 0 とする運転は、 機関停 止しないように吸入空気量を最小限とする運転に比較して、 吸入空 気量を多くすることができ、 それによ り、 排気ガス量が多くなつて 触媒装置を比較的良好に冷却することが可能であり、 パッテリ 8の 充電量が設定値に達するまでには、 触媒温度を高温判断の閾値 T M ' より低くすることができる。 それによ り、 フューエルカッ トを開 始しても触媒劣化は発生しない。 また、 内燃機関を、 機関停止しな いように吸入空気量を最小限と して運転させる場合には、 排気ガス の空燃比がリーンとはならないために、 触媒装置が依然として高温 度であったと しても、 触媒劣化を防止することができる。 この一方 で、 フューエルカツ ト時に比較してエンジンブレーキ力は小さくな り、 車両減速性は多少犠牲にされる。 ， 内燃機関 1のトルク T e を低下させると、 実際的には多少の遅れ があるが、 内燃機関 1の回転数 N eは点線のよ うに低下すること と なる。 本実施形態では、 内燃機関 1 の トルク T e の低下と同時に、 内燃機関 1の出力軸 1 aにサンギヤ 2 a及びプラネタ リ ギヤ 2 b等 を介して連結された M G 1 を電動機と して作動させ、 トルク T eは 低下しても内燃機関 1の回転数 N eは低下しないよ うにしている。 もちろん、 この場合には、 ス ロ ッ トル弁を開弁してス ロ ッ トル弁を 通過する単位時間当たりの吸入空気量は増大させられる。 1サイク ル当たりの吸入空気量は変化しないために、 吸気弁の開弁期間及び リ フ ト量の少なく とも一方によつて吸入空気量が制御される場合に は、 これらを特に変化させる必要はない。 それによ り、 内燃機関 1 の回転数 N e を低下させない時刻 t 2までにおいて、 触媒装置へは リーンではない多量の排気ガスが流入するために、 触媒装置の温度

T Mを急激に低下させることができる。

その後に、 内燃機関 1の回転数 N e を低下させても、 点線で示す 内燃機関 1 の トルク T eの低下と同時に回転数 N eを低下させる場 合に比較して、 実線で示すように、 触媒装置の温度 T Mを時刻 t 3 において高温判断の閾値 T M ' まで早期に低下させることができる 。 それにより、 時刻 t 3以降においては、 触媒劣化を心配すること なく内燃機関 1においてフューエルカッ トを開始することができ、 大きなエンジンブレーキを発生させて良好な車両減速が実現可能で ある。

また、 M G 1 を電動機と して作動することによ り、 パッテリ 8の 電気工ネルギは消費されて M G 2の発電によ りパッテリ 8が過充電 となる可能性を低減することができ、 M G 2を発電機と して使用可 能な期間を延長することが可能となる。

本実施形態において、 トルク T eの低下時において内燃機関 1の 回転数 N eを低下しないようにしたが、 もちろん、 M G 1 を電動機 として作動して僅かでも内燃機関 1の回転数 N e を高めれば、 触媒 装置の冷却及びパッテリ 8の過充電防止に効果がある。 しかしなが ら、 M G 1によつて内燃機関 1 の回転数をできる限り高めることが 好ましい。

本実施形態では三軸式動力入出力装置 2が使用されているが、 こ れは本発明を限定するものではなく、 M G 1 と しては、 車両駆動軸 に直接的又はギヤ等を介して間接的に連結されたモータ · ジエネレ ータであれば良く、 M G 2 としては、 内燃機関の出力軸に、 直接的 又はギヤ等を介して間接的に連結されたモータ · ジェネレータであ れば良い。 また、 M G 1が設けられていなくても、 自動変速機が設 けられている場合には、 自動変速機のシフ トダウンによって、 トル ク T eを 0 としたまま内燃機関 1の回転数を高めるようにしても、 多量の排気ガスによって触媒装置を良好に冷却することができる。

このように、 本発明による内燃機関の触媒劣化抑制装置によれば 、 車両減速時において機関排気系に配置された触媒装置が設定温度 以上である時に、 内燃機関におけるフューエルカツ トを禁止すると 共に、 車両駆動軸に連結された第一のモータ · ジェネ レータを発電 機と して作動させて蓄電装置を充電するようになつている。 それに よ り、 高温度の触媒装置にはリ一ン状態の排気ガスが流入しないた めに触媒劣化を抑制することができ、 また、 フューエルカッ トを実 施しないために大きなエンジンブレーキを発生させることはできな いが.、 第一のモータ · ジェネレータが発電機として作動されて車両 駆動軸に負荷を作用するために、 良好な車両減速も実現される。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 車両減速時において機関排気系に配置された触媒装置が設定 温度以上である時に、 内燃機関におけるフューエルカツ トを禁止す ると共に、 車両駆動軸に連結された第一のモータ · ジェネレータを 発電機と して作動させて蓄電装置を充電することを特徴とする内燃 機関の触媒劣化抑制装置。

2 . 前記フューエルカッ トが禁止される時に、 前記内燃機関は前 記内燃機関の出力軸トルクが 0 となるようにして運転することを特 徴とする請求項 1 に記載の内燃機関の触媒劣化抑制装置。

3 . 前記フューエルカッ トが禁止される時に、 自動変速機による シフ トダウンによって前記内燃機関の回転数を高めることを特徴と する請求項 1又は 2に記載の内燃機関の触媒劣化抑制装置。

4 . 前記フューエルカッ トが禁止される時に、 前記内燃機関の出 力軸に連結された第二のモータ · ジヱネレータを電動機と して作動 させて前記内燃機関の回転数を高めることを特徴とする請求項 1又 は 2に記載の内燃機関の触媒劣化抑制装置。

5 . 前記第二のモータ · ジェネレータは、 電動機と して前記蓄電 装置に蓄えられた電気工ネルギを使用することを特徴とする請求項 4に記載の内燃機関の触媒劣化抑制装置。

6 . 前記蓄電装置の充電量が設定値に達した時には、 前記第一の モータ · ジ ネレータの発電機としての作動を停止して、 前記内燃 機関において前記フューエルカツ トを開始することを特徴とする請 求項 1から 5のいずれか一項に記載の内燃機関の触媒劣化抑制装置

7 . 前記蓄電装置の充電量が設定値に達した時には、 前記第一の モータ ' ジェネレータの発電機と しての作動を停止して、 前記内燃 機関は吸入空気量を機闋停止しない最小限と して運転することを特 徴とする請求項 1又は ₂に記載の内燃機関の触媒劣化抑制装置。