WO2021024011A1

WO2021024011A1 - 内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置

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Publication number: WO2021024011A1
Application number: PCT/IB2019/001264
Authority: WO
Inventors: 越後亮
Original assignee: 日産自動車株式会社; ルノーエス．ア．エス．
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2021-02-11
Also published as: JP7190048B2; CN114341476A; EP4008888A4; JPWO2021024011A1; CN114341476B; EP4008888A1; US20220282682A1

Abstract

車両（1）は、駆動用モータ（5）の駆動力のみで走行する走行モードを有するハイプリッド車両である。車両（1）には、理論空燃比よりもリーンとなる空燃比で運転可能な内燃機関（10）が搭載されている。内燃機関（10）の運転は、コントロールユニット（41）によって制御されている。コントロールユニット（41）は、内燃機関（10）の排気通路（31）に設けられた下流側排気浄化触媒（33）のNOx吸着率を考慮して運転中の内燃機関（10）を停止するか否かを判定する。

Description

内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置

　本発明は、ハイブリッド車両に搭載された内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置に関する。

　内燃機関とモータジェネレータとの少なくとも一方の出力で車両の駆動力を発生させて走行可能なハイブリッド車両が従来から知られている。

　例えば、特許文献１のハイブリッド車両は、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸着し、吸着したＮＯｘを排気空燃比がリッチのときに脱離還元浄化するＮＯｘトラップ触媒を有している。

　この特許文献１のハイブリッド車両は、内燃機関の運転と停止が、車両駆動力とバッテリの充電残量に基づく運転要否判断に基づいて制御されている。

　また、特許文献１のハイブリッド車両は、内燃機関の運転中にＮＯｘトラップ触媒に吸着されたＮＯｘ吸着量が所定の吸着限界量を超えると、排気空燃比をリッチにして還元雰囲気にすることで吸着したＮＯｘを脱離還元浄化している。

特開２００９−３５１１７号公報

　しかしながら、この特許文献１のハイブリッド車両においては、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸着量が吸着限界量に近いときに運転要否判断に基づいて内燃機関を停止させてしまうと、内燃機関の再始動後に排気空燃比がリーンとなるような運転するとすぐにＮＯｘ吸着量が所定の吸着限界量を超えることになる。そのため、特許文献１においては、内燃機関の再始動後に、排気空燃比がリーンとなるような運転をしてもすぐに排気空燃比がリッチとなるような運転に切り替えなければならない場合がある。

　つまり、特許文献１は、内燃機関再始動後のリーン空燃比で運転中に、空燃比をリッチ空燃比へ切り替え、ＮＯｘ除去後に空燃比をリーン空燃比へ戻すといった空燃比の切り替えが行われる可能性があり、燃費や排気性能が悪化してしまう虞がある。

　本発明の内燃機関は、電動機の駆動力のみで走行する走行モードを有するハイブリッド車両に搭載され、理論空燃比よりもリーンとなる空燃比で運転可能である。そして、運転中の内燃機関は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ吸着率を考慮して停止するか否かを判定する。

　これによって、例えばＮＯｘ吸着率が高いとき内燃機関を停止させ易くするなどの方策を取ることが可能になり、停止した内燃機関の再始動時にＮＯｘを除去すれは良いので、理論空燃比よりもリーンとなる空燃比で運転中に理論空燃比よりもリッチとなる空燃比に切り替え、ＮＯｘ除去後に再びリーン空燃比に戻すような空燃比切り替えの発生を抑制することが可能となる。その結果、内燃機関は、総じて燃費や排気性能の悪化を抑制することが可能となる。

本発明が適用される車両の駆動システムの概略を模式的に示した説明図。本発明に係る内燃機関のシステム構成の概略を模式的に示した説明図。比較例における内燃機関の動作の一例を示すタイミングチャート。本発明に係る内燃機関の動作の一例を示すタイミングチャート。ＮＯｘ吸着率毎に用意された電力閾値算出マップの一例を示す説明図。本発明に係る内燃機関の制御の流れの一例を示すフローチャート。

　以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

　図１は、本発明が適用される車両１の駆動システムの概略を模式的に示した説明図である。図２は、本発明に係る内燃機関１０のシステム構成の概略を模式的に示した説明図である。

　車両１は、例えばハイブリッド車両であって、駆動輪２を駆動する駆動ユニット３と、駆動輪２を駆動するための電力を発電する発電ユニット４と、を有している。

　駆動ユニット３は、駆動輪２を回転駆動する電動機としての駆動用モータ５と、駆動用モータ５の駆動力を駆動輪２に伝達する第１ギヤトレーン６及びディファレンシャルギヤ７と、を有している。駆動用モータ５には、発電ユニット４で発電された電力等が充電されたバッテリ８から電力が供給される。

　発電ユニット４は、駆動用モータ５に供給する電力を発電する発電機９と、発電機９を駆動する内燃機関１０と、内燃機関１０の回転を発電機９に伝達する第２ギヤトレーン１１と、を有している。

　本実施例の車両１は、内燃機関１０を動力としては使用しないいわゆるシリーズハイブリッド車両である。すなわち、本実施例の車両１は、内燃機関１０が発電専用であり、駆動用モータ５が駆動輪２を駆動して走行する。車両１は、例えば、バッテリ８のバッテリ残量が少なくなると、バッテリ８を充電するために内燃機関１０を駆動して発電機９で発電する。つまり、車両１は、駆動用モータ５の駆動力のみで走行する走行モードを有するものである。

　駆動用モータ５は、車両１の直接的な駆動源であり、例えばバッテリ８からの交流電力により駆動する。駆動用モータ５は、例えば、ロータに永久磁石を用いた同期型モータからなっている。

　また、駆動用モータ５は、車両１の減速時に発電機として機能する。すなわち、駆動用モータ５は、車両減速時の回生エネルギーを電力としてバッテリ８に充電可能な発電電動機である。

　第１ギヤトレーン６は、駆動用モータ５の回転を減速し、モータトルクを増大して走行駆動トルクを確保するものである。

　第１ギヤトレーン６は、例えば２段減速によるギヤトレーンであり、駆動ユニット第１ギヤ１３を備えたモータ軸１４と、駆動ユニット第２ギヤ１５及び駆動ユニット第３ギヤ１６を備えた第１アイドラー軸１７と、を有している。モータ軸１４は、駆動用モータ５の回転軸である。

　駆動ユニット第１ギヤ１３は、駆動ユニット第２ギヤ１５と噛み合わされている。

　駆動ユニット第３ギヤ１６は、ディファレンシャルギヤ７の入力側に設けられた入力側ギヤ１８と噛み合わされている。

　ディファレンシャルギヤ７は、第１ギヤトレーン６から入力側ギヤ１８を介して入力された駆動トルクを、左右のドライブシャフト１９、１９を介して左右の駆動輪２、２に伝達する。ディファレンシャルギヤ７は、左右の駆動輪２、２の回転数差を許容しつつ、左右の駆動輪２、２に同じ駆動トルクを伝達することができる。

　発電機９は、例えば、ロータに永久磁石を用いた同期型モータからなっている。発電機９は、内燃機関１０に発生した回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、例えばバッテリ８を充電する。また、発電機９は、内燃機関１０を駆動する電動機としての機能も有しており、内燃機関１０の始動時にスタータモータとして機能する。つまり、発電機９は、発電電動機であり、発電した電力をバッテリ８に供給可能で、かつバッテリ８からの電力により回転駆動可能である。

　なお、発電機９で発電した電力は、運転状態に応じて、例えばバッテリ８に充電するのではなく駆動用モータ５に直接供給するようにしてよい。また、内燃機関１０は、例えば、発電機９とは異なる専用のスタータモータにより始動するようにしてもよい。

　第２ギヤトレーン１１は、内燃機関１０と発電機９とを連結するギヤトレーンである。第２ギヤトレーン１１は、発電ユニット第１ギヤ２３を備えたエンジン軸２４と、発電ユニット第２ギヤ２５を備えた第２アイドラー軸２６と、発電ユニット第３ギヤ２７を備えた発電機入力軸２８と、を有している。

　第２ギヤトレーン１１は、発電運転時には、内燃機関１０の回転数を増速して発電機９に必要なエンジントルクを伝達する。第２ギヤトレーン１１は、発電機９がスタータとして機能するときには、発電機９の回転数を減速して内燃機関１０に必要なモータトルクを伝達する。

　エンジン軸２４は、内燃機関１０のクランクシャフト（図示せず）と同期回転する。発電機入力軸２８は、発電機９のロータ（図示せず）と同期回転する。

　発電ユニット第１ギヤ２３は、発電ユニット第２ギヤ２５と噛み合わされている。発電ユニット第３ギヤ２７は、発電ユニット第２ギヤ２５と噛み合わされている。つまり、発電ユニット第２ギヤ２５には、発電ユニット第１ギヤ２３及び発電ユニット第３ギヤ２７が噛み合わされている。

　内燃機関１０は、空燃比を変更可能なものである。内燃機関１０は、例えば、車両１のフロント側に位置するエンジンルーム内に配置されるガソリンエンジンである。

　図２に示すように、内燃機関１０の排気通路３１には、上流側排気浄化触媒３２とＮＯｘ浄化触媒としての下流側排気浄化触媒３３が設けられている。

　上流側排気浄化触媒３２は、例えば、三元触媒からなっている。三元触媒は、内燃機関１０から排出された排気を浄化するものであり、空気過剰率が略「１」のとき、すなわち排気空燃比が略理論空燃比となるときに、流入する排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの三成分の浄化率が揃って高くなるものである。

　下流側排気浄化触媒３３は、上流側排気浄化触媒３２よりも下流側に位置している。下流側排気浄化触媒３３は、ＮＯｘトラップ触媒（ＬＮＴ；Ｌｅａｎ　ＮＯｘ　Ｔｒａｐ　Ｃａｔａｌｙｓｔ）からなっている。ＮＯｘトラップ触媒は、空燃比が理論空燃比よりリーンの運転時に排気中のＮＯｘを吸着し、空燃比が理論空燃比よりリッチとなる運転時にＮＯｘを脱離、還元（浄化）するものである。換言すると、ＮＯｘトラップ触媒は、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸着し、吸着したＮＯｘを排気空燃比がリッチのときに排気中のＨＣ（ハイドロカーボン）、ＣＯを還元剤として用いて脱離還元浄化するものである。

　上流側排気浄化触媒３２と下流側排気浄化触媒３３との間には、上流側ＮＯｘセンサ４２ａが配置されている。下流側排気浄化触媒３３の下流側には、下流側ＮＯｘセンサ４２ｂが配置されている。つまり、下流側排気浄化触媒３３の前後には、ＮＯｘセンサ４２が配置されている。上流側ＮＯｘセンサ４２ａ及び下流側ＮＯｘセンサ４２ｂは、排気中のＮＯｘ濃度を検出するものである。上流側ＮＯｘセンサ４２ａ及び下流側ＮＯｘセンサ４２ｂの検出信号は、コントロールユニット４１に入力されている。

　コントロールユニット４１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータである。

　コントロールユニット４１には、吸入空気量を検出するエアフローメータ４３、クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ４４、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ４５、車速を検出する車速センサ４６、内燃機関１０の冷却水温度を検出する水温センサ４７、内燃機関１０の潤滑油温度を検出する油温センサ４８等の各種センサ類の検出信号が入力されている。クランク角センサ４４は、内燃機関１０の機関回転数を検出可能なものである。

　コントロールユニット４１は、アクセル開度センサ４５の検出値を用いて、車両走行に必要な電力量である消費電力を算出する。なお、車両の消費電力は、駆動用モータ５が消費する電力とその他の補機類が消費する電力の和であるが、予め離散的に設定してある複数の電力設定値のうち、この和に近い電力設定値を選択して車両の消費電力としても良い。また、コントロールユニット４１は、バッテリ８の充電容量に対する充電残量の比率であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）を検出可能となっている。

　コントロールユニット４１は、下流側排気浄化触媒３３に吸着されているＮＯｘ吸着量から下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率を算出している。下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率は、下流側排気浄化触媒３３に吸着可能なＮＯｘ量の最大値（吸着限界値）に対するＮＯｘ吸着量の比率である。

　コントロールユニット４１は、上流側ＮＯｘセンサ４２ａの検出値と下流側ＮＯｘセンサ４２ｂの検出値の差分を用いて下流側排気浄化触媒３３に吸着されているＮＯｘ吸着量を算出している。

　なお、コントロールユニット４１は、例えば内燃機関１０の機関回転数及び燃料噴射量をパラメータとして予めコントロールユニット４１のＲＯＭに記憶してある所定のデータ等から検索して、単位時間当たりのＮＯｘ吸着量を求め、これを積算して下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着量を算出するようにしてもよい。また、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着量は、上記以外の公知の各種方法で算出するようにしてもよい。

　コントロールユニット４１は、各種センサ類の検出信号に基づいて、内燃機関１０の点火時期、吸入空気量等を最適に制御するとともに、内燃機関１０の空燃比を制御している。つまり、コントロールユニット４１は、内燃機関１０の運転を制御する制御部に相当する。

　コントロールユニット４１は、内燃機関１０を運転する際に、基本的には空燃比をリーン空燃比（理論空燃比よりもリーンとなる空燃比）となるように制御し、リーン空燃比では燃焼安定性が確保できないような場合は空燃比を理論空燃比または理論空燃比よりもリッチとなる空燃比となるよう制御する。また、コントロールユニット４１は、後述するリッチスパイクを実施する場合には、空燃比を理論空燃比よりもリッチとなる空燃比となるよう制御する。

　そして、コントロールユニット４１は、内燃機関１０の運転中に所定の停止要求が発生すると内燃機関１０を停止（自動停止）し、車両１の走行中で内燃機関１０の停止中に所定の始動要求が発生すると内燃機関１０を再始動（自動再始動）する。

　コントロールユニット４１は、内燃機関１０の運転中に、車両の消費電力が、車速とバッテリ８のＳＯＣと下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率に応じて設定される電力閾値以下になった場合や、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が予め設定された所定の第１ＮＯｘ吸着率閾値Ａ１以上になった場合に、停止要求が発生したと判定している。

　電力閾値は、例えば、ＮＯｘ吸着率毎に用意された複数の電力閾値算出マップ（後述）を用いて算出される。電力閾値は、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が高くなるほど大きくなるよう設定されている。これによって、内燃機関１０は、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が高くなるほど停止しやすくなる。

　第１ＮＯｘ吸着率閾値Ａ１は、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率の限界（ＮＯｘ吸着率１００％）に近い値であり、本実施例では例えばＮＯｘ吸着率９５％に設定している。

　そして、コントロールユニット４１は、車両１の運転中で内燃機関１０の停止中に、車両の消費電力が電力閾値よりも大きくなった場合や、バッテリ８のＳＯＣが所定のＳＯＣ下限値以下になった場合に、始動要求が発生したと判定している。

　下流側排気浄化触媒３３は、内燃機関１０の空燃比をリーン空燃比として運転するとＮＯｘ吸着率が増加するため、吸着されたＮＯｘを脱離還元させるＮＯｘパージを行う必要がある。

　そこで、コントロールユニット４１（内燃機関１０）は、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘパージを行う場合に、例えば内燃機関１０の燃料噴射量を一時的に増量して空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比とするリッチスパイクを実施する。

　図３は、比較例における内燃機関１０の動作の一例を示すタイミングチャートである。図３に示す比較例では、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が吸着限界（１００％）に達したタイミングで下流側排気浄化触媒３３に吸着されたＮＯｘを脱離還元している。

　比較例では、図３の時刻ｔ１のタイミングで内燃機関１０の停止要求が発生し、リーン空燃比で運転中の内燃機関１０を停止している。

　内燃機関１０は、図３の時刻ｔ２のタイミングで内燃機関１０の始動要求が発生したため、図３の時刻ｔ２のタイミングで再始動し、リーン空燃比による運転を再開している。下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率は、内燃機関１０が停止している図３の時刻ｔ１~ｔ２の間は増減していない。

　内燃機関１０は、図３の時刻ｔ３のタイミングで内燃機関１０の停止要求が発生したため、図３の時刻ｔ３のタイミングで停止している。下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率は、図３の時刻ｔ２のタイミングで始動してから時刻ｔ３のタイミングで内燃機関１０が停止するまで増加している。

　内燃機関１０は、図３の時刻ｔ４のタイミングで内燃機関１０の始動要求が発生したため、図３の時刻ｔ４のタイミングで再始動し、リーン空燃比による運転を再開している。下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率は、内燃機関１０が停止している図３の時刻ｔ３~ｔ４の間は増減していない。

　そして、下流側排気浄化触媒３３のＮＯ吸着率は、図３の時刻ｔ４のタイミングから増加し、図３の時刻ｔ５のタイミングで吸着限界（１００％）に達している。そのため、コントロールユニット４１（内燃機関１０）は、図３の時刻ｔ５のタイミングからリッチスパイクを開始する。このリッチスパイクは、下流側排気浄化触媒３３に吸着されたＮＯｘが全て脱離還元するように実施される。つまり、リッチスパイクは、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が０％になるまで実施される。

　内燃機関１０は、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着量が「０」となった図３の時刻ｔ６のタイミングで、リッチスパイクを終了し、リーン空燃比による運転を再開している。下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率は、図３の時刻ｔ６のタイミングから増加している。

　図３に示す比較例においては、内燃機関１０をリーン空燃比で運転中にＮＯｘパージが必要になるため、「リーン空燃比→リッチ空燃比→リーン空燃比」と内燃機関１０の運転中に空燃比の切り替えを２回行う必要がある。ここで、リーン空燃比からリッチ空燃比への切り替えや、リッチ空燃比からリーン空燃比への切り替えは、内燃機関１０の燃費性能や排気性能を悪化させる要因となる。

　そこで、本実施例では、内燃機関１０の始動時にＮＯｘパージを実施することで、運転中の内燃機関１０における空燃比の切り替え回数を減少させる。そのために、内燃機関１０は、リーン空燃比で運転中に下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が吸着限界（１００％）とならないように、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が高くなると停止する。

　具体的には、内燃機関１０をリーン空燃比で運転中に下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が吸着限界（１００％）とならないように、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が限界に達する前に内燃機関１０を停止させておき、内燃機関１０の始動要求が発生したタイミングでＮＯｘパージを実施する。

　詳述すると、コントロールユニット４１は、車両の消費電力が車速とバッテリ８のＳＯＣと下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率とに応じて設定される電力閾値以下になると、停止要求が発生したものとして内燃機関１０を停止する。換言すると、コントロールユニット４１は、車両１の車速と、バッテリ８のＳＯＣと、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率と、を用いて運転中の内燃機関１０を停止するか否かを判定する。

　また、コントロールユニット４１は、内燃機関１０の運転中に、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が第１ＮＯｘ吸着率閾値Ａ１以上になった場合にも停止要求が発生したものとして内燃機関１０を停止する。

　これによって、内燃機関１０は、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着量が限界に達する前に停止することが可能となる。そのため、内燃機関１０は、下流側排気浄化触媒３３に吸着されたＮＯｘを除去するために、理論空燃比よりもリーンとなる空燃比で運転中に理論空燃比よりもリッチとなる空燃比に切り替えずにすませることが可能となる。

　つまり、内燃機関１０は、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ除去のために、リーン空燃比で運転中に空燃比をリッチ空燃比へ切り替え、ＮＯｘ除去後に空燃比をリーン空燃比へ戻すといった一連の空燃比の切り替えをせずにすませることが可能となり、運転中の空燃比切り替え回数を上述した比較例に対して減少させることが可能となる。その結果、内燃機関１０は、総じて燃費や排気性能の悪化を抑制することが可能となる。

　また、コントロールユニット４１は、内燃機関１０の始動時に、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が第１ＮＯｘ吸着率閾値Ａ１値以上の場合には、空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン運転を禁止する。

　これにより、下流側排気浄化触媒３３は、内燃機関１０がリーン空燃比で運転中に、ＮＯｘ吸着率が吸着限界に達してしまうことを回避することが可能となる。
そのため、内燃機関１０は、排気性能の悪化を抑制することができる。

　そして、コントロールユニット４１は、車両の消費電力が後述する閾値変化領域Ｃの電力閾値より小さくなって内燃機関１０を停止した後の始動時である場合、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘパージを実施するために空燃比を少なくとも理論空燃比よりもリッチにする。また、内燃機関１０の始動時に下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が第１ＮＯｘ吸着率閾値Ａ１以上の場合、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘパージを実施するために空燃比を少なくとも理論空燃比よりもリッチにする。

　これによって、内燃機関１０は、始動時に下流側排気浄化触媒３３に吸着されたＮＯｘを除去することが可能となり、リーン空燃比で運転中に下流側排気浄化触媒３３に吸着されたＮＯｘを除去するために空燃比をリッチ空燃比に切り替えないようにできる。つまり、内燃機関１０は、リーン空燃比で運転中に、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘを除去するためにリッチ空燃比での運転に変更し、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘを除去後にリーン空燃比での運転に変更するといった空燃比の切り換えが不要となる。

　また、コントロールユニット４１は、内燃機関１０の始動時にリーン空燃比では燃焼安定性を確保できない場合、すなわち内燃機関１０の始動時に空燃比を理論空燃比または理論空燃比よりもリッチな空燃比とする必要がある場合、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が第１ＮＯｘ吸着率閾値Ａ１よりも小さい所定の第２ＮＯｘ吸着率閾値Ａ２以上であれば、空燃比を理論空燃比よりもリッチにして内燃機関１０の始動し、下流側排気浄化触媒３３に吸着されたＮＯｘを除去する。

　このように、内燃機関１０の始動時にリーン空燃比で運転できないような場合にＮＯｘパージを実施することで、効率良く下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘを除去することができる。

　なお、内燃機関１０の始動時に空燃比を理論空燃比または理論空燃比よりもリッチとする必要がある場合、すなわち内燃機関１０の始動時に空燃比をリーン空燃比にできない場合としては、内燃機関１０の始動直後に空燃比をリーン空燃比としない運転領域で運転する場合、内燃機関１０の冷却水温度が低い場合、内燃機関１０の潤滑油温度が低い場合等がある。また、第２ＮＯｘ吸着率閾値Ａ２は、第１ＮＯｘ吸着率閾値Ａ１よりも小さい値であればよく、本実施例では例えばＮＯｘ吸着率３０％に設定している。なお、第２ＮＯｘ吸着率閾値Ａ２は、ＮＯｘ吸着率０％として設定することも可能である。

　図４は、上述した本発明の実施例に係る内燃機関１０の動作の一例を示すタイミングチャートである。図４に示す本実施例では、内燃機関１０の始動時にＮＯｘパージを実施することで、運転中の内燃機関１０における空燃比の切り替え回数を減少させる。

　本実施例の内燃機関１０では、図４の時刻ｔ１のタイミングで内燃機関１０の停止要求が発生し、リーン空燃比で運転中の内燃機関１０を停止している。

　内燃機関１０は、図４の時刻ｔ２のタイミングで内燃機関１０の始動要求が発生したため、図４の時刻ｔ２のタイミングで再始動し、リーン空燃比による運転を再開している。下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率は、内燃機関１０が停止している図４の時刻ｔ１~ｔ２の間は増減していない。

　内燃機関１０は、図４の時刻ｔ３のタイミングで車両の消費電力が閾値変化領域Ｃの電力閾値よりも小さくなって内燃機関１０の停止要求が発生したため、図４の時刻ｔ３のタイミングで停止している。下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率は、図４の時刻ｔ２のタイミングで始動してから時刻ｔ３のタイミングで内燃機関１０が停止するまで増加している。

　内燃機関１０は、図４の時刻ｔ４のタイミングで内燃機関１０の始動要求が発生したため、図４の時刻ｔ４のタイミングで再始動する。下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率は、内燃機関１０が停止している図４の時刻ｔ３~ｔ４の間は増減していない。

　そして、コントロールユニット４１（内燃機関１０）は、図４の時刻ｔ４のタイミングで車両の消費電力が閾値変化領域Ｃの電力閾値より小さくなって内燃機関１０を停止した後の始動であるため、図４の時刻ｔ４のタイミングからリッチスパイクを開始する。このリッチスパイクは、下流側排気浄化触媒３３に吸着されたＮＯｘが全て脱離還元するように実施される。つまり、リッチスパイクは、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が０％になるまで実施される。

　内燃機関１０は、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着量が「０」となった図４の時刻ｔ５のタイミングで、リッチスパイクを終了し、リーン空燃比による運転を再開している。下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率は、図４の時刻ｔ６のタイミングから増加している。

　図４に示す上述した実施例においては、内燃機関１０をリーン空燃比で運転中にＮＯｘパージが必要となることを回避することができる。つまり、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘパージは、停止中の内燃機関１０を始動する際に実施される。そのため、上述した実施例におけるＮＯｘパージに伴う内燃機関１０の空燃比の切り替えは、リッチ空燃比からリーン空燃比への切り換えのみとなる。つまり、内燃機関１０の運転中に空燃比の切り替えを１回行うことで、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘパージが可能となるため、内燃機関１０の燃費性能や排気性能の悪化を抑制することができる。

　また、内燃機関１０の始動時にリッチスパイクを行うことで、始動時増量のＨＣを利用しつつＮＯｘパージが可能となる。

　なお、車両１は、バッテリ８の容量を大きくすれば、ＳＯＣバランスが次回始動後の充電で容易に確保可能となる。

　図５は、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率（ＬＮＴ吸着率）毎に用意された複数の電力閾値算出マップの一例を示したものである。なお、電力閾値算出マップは、図示した以外のＮＯｘ吸着率（ＬＮＴ吸着率）に対応したマップを数多く用意しておいてもよい。

　図５には、ＮＯｘ吸着率（ＬＮＴ吸着率）０％の電力閾値算出マップ、ＮＯｘ吸着率（ＬＮＴ吸着率）７０％の電力閾値算出マップ、ＮＯｘ吸着率（ＬＮＴ吸着率）８０％の電力閾値算出マップ、ＮＯｘ吸着率（ＬＮＴ吸着率）９０％の電力閾値算出マップを示している。なお、各マップにおいては、便宜上、バッテリ８のＳＯＣが低い領域については具体的な数値の表示を省略し、バッテリ８のＳＯＣが高い領域の閾値のみ具体的な数値を表示している。各マップにおいて、具体的な数値が表示されていない領域にも、実際には電力閾値が設定されている。電力閾値は、例えば、車速が同一であれば、バッテリ８のＳＯＣが低くなるほど小さい値が設定される。

　各電力閾値算出マップは、基本的には、車両１の車速とバッテリ８のＳＯＣとが同じ条件であれば下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率によらず他の電力閾値算出マップと同じ電力閾値が設定されている。ただし、ＮＯｘ吸着率が高い電力閾値算出マップは、車両１の車速が低くバッテリ８のＳＯＣが高い所定の閾値変化領域Ｃにおいて、ＮＯｘ吸着率が低い電力閾値算出マップとは異なる電力閾値が設定されている。換言すると、各電力閾値算出マップのうちＮＯｘ吸着率が高い電力閾値算出マップは、ＮＯｘ吸着率が低い電力閾値算出マップと異なる値が設定された所定の閾値変化領域Ｃを有している。

　閾値変化領域Ｃに設定された電力閾値は、閾値変化領域Ｃが設定されないＮＯｘ吸着率が低い電力閾値算出マップにおける同一条件（車両１の車速とバッテリ８のＳＯＣ）の電力閾値よりも大きい値が設定されている。換言すると、電力閾値は、車両１の車速が低く、バッテリ８のＳＯＣが高く、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が高い、所定の閾値変化領域Ｃにおいて設定される値が、車両１の車速が低く、バッテリ８のＳＯＣが高く、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が低い、所定の通常領域において設定される値と異なっている。

　閾値変化領域Ｃは、本実施例では、図５中のＮＯｘ吸着率８０％の電力閾値算出マップ及びＮＯｘ吸着率９０％の電力閾値算出マップに設定されている。また、閾値変化領域Ｃは、本実施例では、図５中のＮＯｘ吸着率７０％の電力閾値算出マップ及びＮＯｘ吸着率０％の電力閾値算出マップに設定されていない。

　閾値変化領域Ｃは、具体的には、図５中のＮＯｘ吸着率８０％の電力閾値算出マップ及びＮＯｘ吸着率９０％の電力閾値算出マップの太線に囲まれた領域である。詳述すると、ＮＯｘ吸着率８０％の電力閾値算出マップにおける閾値変化領域Ｃは、車速１０ｋｍ、バッテリ８のＳＯＣが８０％及び８５％の領域と、車速２０ｋｍ、バッテリ８のＳＯＣが８０％及び８５％の領域と、を合わせた領域である。また、ＮＯｘ吸着率９０％の電力閾値算出マップにおける閾値変化領域Ｃは、車速１０ｋｍ、バッテリ８のＳＯＣが７５％、８０％及び８５％の領域と、車速２０ｋｍ、バッテリ８のＳＯＣが８５％の領域と、を合わせた領域である。

　閾値変化領域Ｃは、内燃機関１０を早く停止させて始動時にＮＯｘパージ（空燃比を理論空燃比よりもリッチにして下流側排気浄化触媒３３に吸着されたＮＯｘを除去）することで燃費が向上する領域である。換言すると、ＮＯｘ吸着率の高い電力閾値算出マップは、内燃機関１０を早く停止させて始動時に空燃比を理論空燃比よりもリッチにして下流側排気浄化触媒３３に吸着されたＮＯｘを除去することで燃費が向上する領域（閾値変化領域Ｃ）の電力閾値の値を高く設定している。

　なお、ＮＯｘ吸着率０％の電力閾値算出マップとＮＯｘ吸着率７０％の電力閾値算出マップとは、同一となっている。つまり、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が０％から７０％までは、車両１の車速とバッテリ８のＳＯＣが同一条件であれば、全ての領域で下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率によらず電力発閾値は同じ値となっている。

　内燃機関１０は、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が高くなると早く停止させて始動時にＮＯｘパージをすることで燃費が向上する場合がある。

　そのため、電力閾値は、車両１の車速が低くバッテリ８のＳＯＣが高い閾値変化領域Ｃにおいて、通常領域とは異なる値が設定されている。また閾値変化領域Ｃは、ＮＯｘ吸着率が高くなるほど広くなる。

　そこで、閾値変化領域Ｃに設定されている電力閾値を用いた結果により内燃機関１０を停止した場合には、始動時に空燃比を理論空燃比よりもリッチにして下流側排気浄化触媒３３に吸着されたＮＯｘを除去している。つまり、車両の消費電力が閾値変化領域Ｃの電力閾値以下になることによって内燃機関１０を停止した場合には、内燃機関１０の始動時に空燃比を理論空燃比よりもリッチにして、下流側排気浄化触媒３３に吸着されたＮＯｘを除去している。

　なお、図５に示す電力閾値算出マップの電力閾値の値は、実機に応じて適宜設定されるものであり、図５に例示した値に限定されるものではない。

　そして、閾値変化領域Ｃの範囲は、図５に例示した範囲に限定されるものではなく、実機によって拡大あるいは縮小させてもよい。また、閾値変化領域Ｃは、実機によっては、例えばＮＯｘ吸着率８０％以下のマップに設定される可能性がある。

　図６は、上述した実施例における内燃機関１０の制御の流れの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、車両１の走行中に、コントロールユニット５１により所定時間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。

　ステップＳ１では、内燃機関１０が運転中であるか否かを判定する。ステップＳ１で内燃機関１０の運転中であると判定した場合は、ステップＳ２へ進む。ステップＳ１で内燃機関１０の運転中でないと判定した場合は、ステップＳ５へ進む。

　ステップＳ２では、車両１の車速、バッテリ８のＳＯＣ、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率等の各種パラメータを読み込んでいる。

　ステップＳ３では、内燃機関１０の停止要求が発生したか否かを判定する。ステップＳ３で内燃機関１０の停止要求が発生した判定した場合には、ステップＳ４へ進み、運転中の内燃機関１０を停止する。ステップＳ３で内燃機関１０の停止要求が発生していないと判定した場合には、今回のルーチンを終了する。

　ステップＳ５では、内燃機関１０の始動要求が発生したか否かを判定する。ステップＳ５で内燃機関１０の始動要求が発生した判定した場合には、ステップＳ６へ進む。ステップＳ５で内燃機関１０の始動要求が発生していないと判定した場合には、今回のルーチンを終了する。

　ステップＳ６では、現在内燃機関１０が停止しているのは閾値変化領域Ｃにて車両の消費電力が電力閾値以下になった結果であるか否かを判定する。ステップＳ６で内燃機関１０が閾値変化領域Ｃにて車両の消費電力が電力閾値以下になった結果停止していると判定した場合には、ステップＳ７へ進む。ステップＳ６で内燃機関１０が閾値変化領域Ｃにて車両の消費電力が電力閾値以下になった結果停止しているのではないと判定した場合には、ステップＳ８へ進む。

　ステップＳ７では、内燃機関１０の始動時に下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘパージを実施している。すなわち、内燃機関１０は、空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比として始動し、下流側排気浄化触媒３３に吸着されたＮＯｘが全て脱離還元するまでこのリッチ空燃比を維持する。つまり、ステップＳ７では、内燃機関１０の始動時に下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が０％になるまでリッチスパイクを実施する。

　ステップＳ８では、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が第１ＮＯｘ吸着率閾値Ａ１以上であるか否かを判定する。ステップＳ８で下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が第１ＮＯｘ吸着率閾値Ａ１以上と判定した場合には、ステップＳ７へ進む。ステップＳ８で下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が第１ＮＯｘ吸着率閾Ａ１値未満であると判定した場合には、ステップＳ９へ進む。

　ステップＳ９では、内燃機関１０が冷機状態であるか否かを判定する。具体的には、内燃機関１０の冷却水温度が予め設定された所定の水温閾値（温度閾値）以下であるか否か、または内燃機関１０の潤滑油温度が予め設定された所定の油温閾値（温度閾値）以下であるか否かを判定する。内燃機関１０の冷却水温度及び潤滑油温度の少なくとも一方が温度閾値以下であれば内燃機関１０が冷機状態であると判定する。なお、内燃機関１０の冷却水温度及び潤滑油温度の双方が温度閾値以下のとき内燃機関１０が冷機状態であると判定してもよい。

　ステップＳ９で内燃機関１０が冷機状態と判定した場合には、ステップＳ１０へ進む。ステップＳ９で内燃機関１０が冷機状態ではないと判定した場合には、ステップＳ１１へ進む。

　ステップＳ１０では、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が第２ＮＯｘ吸着率閾値Ａ２以上であるか否かを判定する。ステップＳ１０で下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が第２ＮＯｘ吸着率閾値Ａ２以上と判定した場合には、ステップＳ７へ進む。ステップＳ１０で下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が第２ＮＯｘ吸着率閾値Ａ２未満であると判定した場合には、ステップＳ１２へ進む。

　ステップＳ１１では、空燃比をリーンとしない運転領域であるか否かを判定している。具体的には、例えばアクセル開度が全開となり始動直後から最高出力で内燃機関を運転するような場合に、空燃比をリーンとしない運転領域であると判定する。ステップＳ１１で空燃比をリーンとしない運転領域と判定した場合には、ステップＳ１０へ進む。ステップＳ１１で空燃比をリーンとしない運転領域ではないと判定した場合には、ステップＳ１３へ進む。

　ステップＳ１２では、内燃機関１０を理論空燃比または理論空燃比よりもリッチな空燃比で始動している。ステップＳ１２では、始動時増量等を行った場合、内燃機関１０を空燃比が理論空燃比よりもリッチになる。

　ステップＳ１３では、内燃機関１０をリーン空燃比で始動している。

　以上、本発明の具体的な実施例を説明してきたが、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

　例えば、内燃機関１０は、上述した実施例においてはガソリンエンジンであったが、ディーゼルエンジンであってもよい。

　また、上述した実施例では、内燃機関１０がシリーズハイブリッド車両に搭載されているが、本発明は、シリーズハイブリッド車両への適用に限定されるものではなく、電動機の駆動力のみで走行する走行モード（例えばＥＶモード）を有するハイブリッド車両に適用することも可能である。

　例えば、パラレルハイブリッド車両に本発明を適用した場合には、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が高くなるほど電力閾値が大きくなるよう設定されているので、下流側排気浄化触媒３３のＮＯｘ吸着率が高くなるほどＥＶモードになりやすくなる。

　上述した実施例は、内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置に関するものである。

Claims

　電動機の駆動力のみで走行する走行モードを有するハイブリッド車両に搭載され、理論空燃比よりもリーンとなる空燃比で運転可能な内燃機関の制御方法であって、
　内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ吸着率を考慮して運転中の内燃機関を停止するか否かを判定する内燃機関の制御方法。
　上記ＮＯｘ吸着率が高いとき、上記ＮＯｘ吸着率が低いときと比べ、内燃機関を停止して上記電動機に電力を供給するバッテリの電力により走行するバッテリ走行が行われ易くする請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
　上記ＮＯｘ吸着率が高いほど内燃機関の停止を許可する判定条件を緩和する請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
　上記ＮＯｘ吸着率が高いほど大きくなる電力閾値を設定し、上記ハイブリッド車両の消費電力が上記電力閾値より小さいとき内燃機関の停止を許可する請求項３に記載の内燃機関の制御方法。
　上記電力閾値は、上記ハイブリッド車両の車速と上記電動機に電力を供給するバッテリのＳＯＣと上記ＮＯｘ吸着率とに応じて設定される請求項４に記載の内燃機関の制御方法。
　上記ＮＯｘ吸着率が所定の第１ＮＯｘ吸着率閾値以上になると内燃機関を停止する請求項１~５のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
　内燃機関の始動時に、上記ＮＯｘ吸着率が所定の第１ＮＯｘ吸着率閾値以上の場合には、空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン運転を禁止する請求項１~６のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
　内燃機関の始動時に、上記ＮＯｘ吸着率が所定の第１ＮＯｘ吸着率閾値以上の場合には、内燃機関の始動時に上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを除去するために空燃比を少なくとも理論空燃比よりもリッチにする請求項６または７に記載の内燃機関の制御方法。
　始動時に空燃比を理論空燃比または理論空燃比よりもリッチな空燃比とする必要がある場合、上記ＮＯｘ吸着率が上記第１ＮＯｘ吸着率閾値よりも小さい所定の第２ＮＯｘ吸着率閾値以上であれば、空燃比を理論空燃比よりもリッチにして内燃機関を始動し、上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを除去する請求項７または８に記載の内燃機関の制御方法。
　上記電力閾値は、上記車速が低く、上記バッテリのＳＯＣが高く、上記ＮＯｘ吸着率が高い所定の閾値変化領域において設定される値が、上記車速が低く、上記バッテリのＳＯＣが高く、上記ＮＯｘ吸着率が低い所定の通常領域において設定される値と異なる請求項５に記載の内燃機関の制御方法。
　上記閾値変化領域は、内燃機関を早く停止させて始動時に空燃比を理論空燃比よりもリッチにしてＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを除去することで燃費が向上する領域である請求項１０に記載の内燃機関の制御方法。
　上記ハイブリッド車両の消費電力が上記閾値変化領域の電力閾値以下になることによって内燃機関を停止した場合には、内燃機関の始動時に空燃比を理論空燃比よりもリッチにして、上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを除去する請求項１０または１１に記載の内燃機関の制御方法。
　電動機の駆動力のみで走行する走行モードを有するハイブリッド車両に搭載され、理論空燃比よりもリーンとなる空燃比で運転可能な内燃機関と、上記内燃機関を制御する制御部と、を有し、
　上記制御部は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ吸着率を考慮して運転中の内燃機関を停止するか否かを判定する内燃機関の制御装置。