JP7409498B2 - 内燃機関の制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、排気系に電気加熱触媒を備えた内燃機関の制御方法および制御装置に関する。

内燃機関の冷間始動直後の排気性能向上のために、通電により強制的な加熱が可能な電気加熱触媒を排気系に用いることが知られている。内燃機関の始動前に電気加熱触媒に通電して予熱しておくことで、始動後、早期に排気浄化作用を得ることができる。

特許文献１には、通電量の総和が目標通電量に達するまで電気加熱触媒の通電を行うことが開示されている。また、内燃機関の始動要求によって通電が中断された場合には、予熱中断中の冷却分を考慮して予熱再開後の通電量を大きくする構成となっている。

電気加熱触媒の温度を直接に検出することは一般に困難であり、例えば通電開始からの通電量の積算などによって予熱中の電気加熱触媒の温度が逐次推定される。しかし、予熱中に何らかの予期せぬ原因でエンジンコントローラの電源が一時的に喪失すると、推定温度の情報が失われてしまう。そのため、電源が回復したときに、通常の冷間時と同様の予熱が初期状態から行われることとなり、仮に電気加熱触媒が高温のまま予熱が再開されると、電気加熱触媒が過度に加熱され、電気加熱触媒の故障を招来する可能性がある。特許文献１には、このような課題に関する開示はない。

特開２０１５－０７５０６８号公報

この発明は、エンジンコントローラの電源喪失により推定温度の情報が予熱中に喪失したときに、エンジンコントローラの電源回復後、電気加熱触媒の温度低下のための冷却期間が経過するまでは、電気加熱触媒の通電を禁止する。

このように冷却期間を与えることで、通常の予熱を行っても過度の温度上昇を招来しない程度の温度に電気加熱触媒が温度低下するまで通電が禁止され、電気加熱触媒が確実に保護される。

この発明に係る内燃機関のシステム構成を概略的に示す説明図。 第１実施例の処理の流れを示すフローチャート。 第２実施例の処理の流れを示すフローチャート。 予熱中の時間経過に伴う電気加熱触媒の温度およびＳＯＣの変化を示すタイムチャート。 電気加熱触媒の通電停止後の温度低下の状態を示す特性図。 ＳＯＣの変化量ΔＳＯＣと冷却期間となる時間ｔｃ２との関係を示す特性図。 第３実施例に対応した内燃機関のシステム構成を示す説明図。 第３実施例の処理の流れを示すフローチャート。 第４実施例に対応した内燃機関のシステム構成を示す説明図。 第４実施例の処理の流れを示すフローチャート。

図１は、この発明に係る内燃機関１のシステム構成を概略的に示す説明図である。内燃機関１は、例えばガソリンを燃料とする火花点火式内燃機関である。ハイブリッド車両ではない車両では、変速機とともに内燃機関１が車両に搭載され、内燃機関１の出力でもって車両が直接に駆動される。いわゆるパラレルハイブリッド車両では、電動モータとともに内燃機関１が車両に搭載され、電動モータと内燃機関１との双方が走行駆動源として利用される。いわゆるシリーズハイブリッド車両では、内燃機関１は発電機を駆動するために用いられ、発電した電力でもって電動モータによる走行が行われる。

内燃機関１は、吸気系（図示せず）と排気系とを備えている。排気系を構成する排気通路２は、内燃機関１から車両後端へと延びている。内燃機関１が排出する排気を浄化するために、触媒装置が排気系に設けられている。触媒装置として、図示例では、排気通路２の中で排気マニホルド２ａの出口付近に設けられるプリ触媒３と、このプリ触媒３よりも下流側に位置し、かつ車両の床下に配置されるメイン触媒４と、を含んでいる。

プリ触媒３は、さらに、当該プリ触媒３の上流側部分を構成する電気加熱触媒５と、下流側部分を構成する触媒６と、を含んでおり、両者が１つのケーシング内に収容されている。電気加熱触媒５は、例えば、通電により発熱する発熱体を触媒担体として、その表面に三元触媒や酸化触媒となる適宜な触媒金属をスラリとしてコーティングした構成となっている。あるいは独立したヒータを触媒担体に組み合わせた構成であってもよい。触媒６は、例えば、微細な通路を形成したモノリスセラミックス担体の表面に三元触媒や酸化触媒となる適宜な触媒金属をスラリとしてコーティングしたものである。

メイン触媒４は、触媒６と同様に、例えば、微細な通路を形成したモノリスセラミックス担体の表面に三元触媒や酸化触媒となる適宜な触媒金属をスラリとしてコーティングした構成となっている。

なお、プリ触媒３やメイン触媒４の一部に、排気微粒子を捕集する微粒子フィルタを組み合わせた構成も可能である。

電気加熱触媒５の通電は、エンジンコントローラ８によって制御される。なお、図示例では、エンジンコントローラ８が車両の一般的な電装品に電力供給を行う１２ボルトバッテリ（図示せず）を電源としているのに対し、電気加熱触媒５は、より大きな電力供給が可能な４８ボルトバッテリ（図示せず）を電源としている。電気加熱触媒５は、リレーやスイッチング素子等を介して４８ボルトバッテリから電力供給を受ける。なお、１２ボルトバッテリを電気加熱触媒５の電源としてもよい。

エンジンコントローラ８は、内燃機関１の図示しない燃料噴射弁による燃料噴射量や噴射時期の制御、図示しない点火プラグによる点火時期の制御、図示しないスロットル弁の開度制御、などに代表される内燃機関１の種々の制御を実行するものである。これらの内燃機関１の制御の一つとして、冷間始動時における電気加熱触媒５の予熱のための通電が制御される。エンジンコントローラ８には、種々のセンサや他のコントローラから多数の検出信号が入力される。例えば、代表的なセンサとして、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフロメータ１１、内燃機関１の回転速度を検出するクランク角センサ１２、冷却水温を検出する水温センサ１３、潤滑油温を検出する油温センサ１４、空燃比フィードバック制御のために排気通路２において排気空燃比を検出する空燃比センサ１５、等の検出信号がエンジンコントローラ８に入力されている。また、電気加熱触媒５に電力供給を行う４８ボルトバッテリの状態を監視するバッテリコントローラ１６が、当該４８ボルトバッテリの充電量つまりＳＯＣを示す信号をエンジンコントローラ８に供給している。さらに、内燃機関１の始動前に予熱を開始するためのトリガーとして、車両の運転席ドアの開動作を検出するドアスイッチ１７がエンジンコントローラ８に接続されている。

この実施例では、基本的に車両の運転席ドアが開いたときに、電気加熱触媒５への通電が開始され、つまり、電気加熱触媒５の予熱が開始される。なお、冷却水温などから暖機状態にあることが示された場合には予熱は行わない。予熱開始後は、電気加熱触媒５への通電量の積算などによって電気加熱触媒５の温度が逐次推定される。この推定温度が所定温度に達したら、予熱完了と判断して、電気加熱触媒５の通電が終了する。

このような予熱を行っている中で、正常な予熱完了の前に、何らかの予期せぬ原因によってエンジンコントローラ８の電源が一時的に喪失すると、推定温度の情報が失われてしまう。このような場合に、電源が回復したときに通常の予熱を再開してしまうと、電気加熱触媒５が過度に高温となってしまうことがあり、好ましくない。エンジンコントローラ８の電源の喪失の例としては、エンジンコントローラ８の電源となる１２ボルトバッテリの交換、電源ラインの断線、瞬間的な電圧低下、等が挙げられる。

本発明では、このような一時的な電源の喪失に対して電気加熱触媒５を保護するために、電気加熱触媒５を一旦温度低下させた後に、予熱の開始を許可する。

図２は、第１実施例の処理の流れを示すフローチャートである。なお、このフローチャートは、コンピュータプログラムそのものを表したものではなく、処理の流れを時系列に沿って示した説明的なフローチャートである。まず、運転席ドアが開いたことを検出すると、電気加熱触媒５（フローチャート等ではＥＨＣと略記する）への通電つまり予熱が開始される（ステップ１）。その後、エンジンコントローラ８（フローチャート等ではＥＣＭと略記する）の電源が喪失（切断）される事象が生じたかどうかを判定する（ステップ２）。予熱完了までエンジンコントローラ８の電源喪失がなければ、前述したように電気加熱触媒５の推定温度が所定温度に達することで通電が終了する。

エンジンコントローラ８の電源が切断されたときには、これに伴って電気加熱触媒５への通電が停止する（ステップ３）。その後、エンジンコントローラ８の電源が回復（ステップ４）したら、エンジンコントローラ８は、この電源回復した時点からの経過時間を計測するタイマｔの計測を開始する（ステップ５）。そして、このタイマｔの値を、予め設定した所定の閾値ｔｃ１と比較する（ステップ６）。タイマｔの値つまり電源回復からの経過時間が閾値ｔｃ１以下である間は、ステップ９として示すように、電気加熱触媒５への通電（予熱）が禁止される。また、この間に内燃機関１の始動要求があれば、ステップ１０として示すように、電気加熱触媒５の予熱を経ずに内燃機関１が始動される。

電源回復からの経過時間ｔが閾値ｔｃ１を越えたら、ステップ７として示すように、電気加熱触媒５への通電つまり予熱が通常通りに実行される。つまり、電気加熱触媒５が冷機状態にあるものとみなした初期からの予熱が再度実行される。そして、内燃機関１の始動要求に応じて内燃機関１が始動される（ステップ８）。なお、予熱に要する時間は、例えば数秒程度である。

閾値ｔｃ１は、自然放熱による冷却期間に相当し、エンジンコントローラ８の電源喪失までの間に電気加熱触媒５が仮に予熱完了温度まで温度上昇していたと仮定して、電気加熱触媒５（とりわけそのヒータ部分）がある温度（予熱を再開しても支障がない温度）にまで低下するのに十分な時間、として設定されている。例えば、数十秒～数分程度となる。つまり、電源喪失から電源回復までの時間は計測し得ないため、電源回復時に電気加熱触媒５が予熱完了温度付近にある可能性も考慮して、必要な時間に冷却期間が固定的に設定される。

このように、上記第１実施例では、エンジンコントローラ８の電源喪失により推定温度の情報が予熱中に喪失したときに、エンジンコントローラ８の電源回復後、電気加熱触媒５の温度低下のための冷却期間が経過するまでは、電気加熱触媒５の通電が禁止される。そのため、再度の予熱（通電）による電気加熱触媒５の過度の温度上昇が回避される。

次に、図３は、第２実施例の処理の流れを示すフローチャートである。ステップ１１～１５は、第１実施例のステップ１～５と同様であり、運転席ドアが開いたことを検出すると、電気加熱触媒５への通電つまり予熱が開始される（ステップ１１）。その後、エンジンコントローラ８の電源が喪失（切断）される事象が生じたかどうかを判定する（ステップ１２）。

エンジンコントローラ８の電源が切断されたときには、これに伴って電気加熱触媒５への通電が停止する（ステップ１３）。その後、エンジンコントローラ８の電源が回復（ステップ１４）したら、エンジンコントローラ８は、この電源回復した時点からの経過時間を計測するタイマｔの計測を開始する（ステップ１５）。

ここで、第２実施例では、電気加熱触媒５への通電開始から通電の中断（エンジンコントローラ８の電源喪失）までの間の通電量を示すパラメータとして、４８ボルトバッテリのＳＯＣの変化量ΔＳＯＣを求め、このΔＳＯＣに基づいて冷却期間に相当する閾値ｔｃ２を決定する（ステップ１６）。

以降の流れは第１実施例と同様であり、ステップ１７において、タイマｔの値を上記の閾値ｔｃ２と比較する。タイマｔの値つまり電源回復からの経過時間が閾値ｔｃ２以下である間は、ステップ２０として示すように、電気加熱触媒５への通電（予熱）が禁止される。また、この間に内燃機関１の始動要求があれば、ステップ２１として示すように、電気加熱触媒５の予熱を経ずに内燃機関１が始動される。

電源回復からの経過時間ｔが閾値ｔｃ２を越えたら、ステップ１８として示すように、電気加熱触媒５への通電つまり予熱が通常通りに実行される。つまり、電気加熱触媒５が冷機状態にあるものとみなした初期からの予熱が再度実行される。そして、内燃機関１の始動要求に応じて内燃機関１が始動される（ステップ１９）。

この第２実施例では、予熱再開までの待ち時間となる冷却期間が第１実施例に比較して短く与えられる。すなわち、図４は、電源喪失前の通電開始からの経過時間に応じたＳＯＣと電気加熱触媒５（とりわけそのヒータ部分）の変化を示している。図示するように、運転席ドアの開動作等に伴って予熱が開始され、電気加熱触媒５の温度が徐々に上昇するとともに、４８ボルトバッテリの充電量つまりＳＯＣが徐々に低下していく。エンジンコントローラ８の電源喪失があると、その後の電気加熱触媒５の温度（推定温度）は不明となる。一方、ＳＯＣについては、通電開始時点のＳＯＣの値ＳＯＣ１がエンジンコントローラ８もしくはバッテリコントローラ１６の不揮発性メモリに格納されている。そして、電源回復時点のＳＯＣの値ＳＯＣ２は、バッテリコントローラ１６によって例えば４８ボルトバッテリの電圧に基づいて推定される。従って、両者の差ΔＳＯＣ（＝ＳＯＣ１－ＳＯＣ２）を求めることができ、このＳＯＣの変化量ΔＳＯＣは、基本的に、予熱開始から電源喪失までの期間において電気加熱触媒５に与えられた熱量ひいては電源喪失時点の電気加熱触媒５の温度に相関する。

電源回復時点の電気加熱触媒５の温度は正しく知ることができないが、少なくとも電源喪失時点の温度を上回ることはない。図５は、電気加熱触媒５の電源回復時点の温度とその後の自然冷却の時間経過に伴う温度変化を示したもので、ある温度（予熱を再開しても支障がない温度）にまで低下するのに必要な時間は、電源回復時点の推定温度が高いほど長くなる。なお、図中の数値は一例である。

従って、このような関係から、図６に示すように、ＳＯＣの変化量ΔＳＯＣに応じて閾値ｔｃ２となる時間を設定することができ、変化量ΔＳＯＣが大きいほど閾値ｔｃ２が大きく設定される。

このように、上記第２実施例では、電源喪失時点の電気加熱触媒５の温度を推定して冷却期間となる閾値ｔｃ２が設定されるので、予熱再開までの待ち時間となる冷却期間が、予熱完了温度を前提とした第１実施例よりも短くなり、早期に予熱を再開することができる。

次に、図８は、第３実施例のフローチャートを示しており、また図７は、この第３実施例に対応した内燃機関１のシステム構成を示している。

第３実施例は、図７に示すように、いわゆるシリーズハイブリッド車両として発電機２１を駆動する内燃機関１に適用される。シリーズハイブリッド車両では、駆動輪は図示しない走行用モータによって駆動され、内燃機関１は発電用に用いられる。

第３実施例では、後述するように、電気加熱触媒５の冷却期間の間、モータ・ジェネレータからなる発電機２１を駆動源として内燃機関１のモータリングが行われる。このモータリングによって内燃機関１の吸気系から排気系へとガスが流れるので、電気加熱触媒５が強制的に冷却される。

また、この実施例では、電気加熱触媒５の下流側（出口側）に、電気加熱触媒５を通過したガスの温度を検出する温度センサ２２が配置されている。好ましい一実施例では、温度センサ２２は、プリ触媒３のケーシングの中で、上流側の電気加熱触媒５と下流側の触媒６との境界付近に配置されている。モータリングによってプリ触媒３をガスが通流すると、電気加熱触媒５の温度に応じた検出値が温度センサ２２によって測定される。従って、ガスが通流している間は、温度センサ２２によって実質的に電気加熱触媒５の温度を検出することができる。

図８のフローチャートにおいて、ステップ３１～３５は、第１実施例のステップ１～５と同様であり、運転席ドアが開いたことを検出すると、電気加熱触媒５への通電つまり予熱が開始される（ステップ３１）。その後、エンジンコントローラ８の電源が喪失（切断）される事象が生じたかどうかを判定する（ステップ３２）。

エンジンコントローラ８の電源が切断されたときには、これに伴って電気加熱触媒５への通電が停止する（ステップ３３）。その後、エンジンコントローラ８の電源が回復（ステップ３４）したら、エンジンコントローラ８は、この電源回復した時点からの経過時間を計測するタイマｔの計測を開始する（ステップ３５）。

ここで、第３実施例では、発電機２１を用いて内燃機関１をモータリングする（ステップ３６）。このモータリングによって上述したように電気加熱触媒５をガスが流れ、強制的な冷却がなされる。

次のステップ３７において、タイマｔの値を閾値ｔｃ３と比較する。閾値ｔｃ３は、モータリングによる強制的な冷却を前提として適宜に設定される。タイマｔの値つまり電源回復からの経過時間が閾値ｔｃ３以下である間は、ステップ４１として示すように、電気加熱触媒５への通電（予熱）が禁止される。また、この間に内燃機関１の始動要求があれば、ステップ４２として示すように、電気加熱触媒５の予熱を経ずに内燃機関１が始動される。

電源回復からの経過時間ｔが閾値ｔｃ３を越えたら、ステップ３８として示すように、電気加熱触媒５への通電つまり予熱が通常通りに実行される。つまり、電気加熱触媒５が冷機状態にあるものとみなした初期からの予熱が再度実行される。そして、内燃機関１の始動要求に応じて内燃機関１が始動される（ステップ３９）。

ここで、この第３実施例では、さらにステップ４０において温度センサ２２により検出される電気加熱触媒５の温度Ｔｅｃを閾値温度Ｔ１と比較し、経過時間ｔが閾値ｔｃ３以下である間に電気加熱触媒５の温度Ｔｅｃが閾値温度Ｔ１以下となった場合には、予熱の再開を許可する。

このように、第３実施例では、内燃機関１をモータリングすることで電気加熱触媒５の強制的な冷却を行うことができる。従って、予熱の再開までの待ち時間となる冷却期間を自然冷却の場合よりも短くすることができる。

また、モータリングにより排気通路２内でのガス流動を生成することで下流の温度センサ２２による電気加熱触媒５の温度検出が可能となる。従って、実際に電気加熱触媒５が閾値温度Ｔ１に低下したことを検出して予熱の再開を行うことができる。

なお、第３実施例では、経過時間ｔの閾値ｔｃ３が第１実施例と同様に固定的に設定されているが、第２実施例と同様にＳＯＣの変化量ΔＳＯＣに基づいて閾値ｔｃ３を可変的に設定するようにしてもよい。

また、この第３実施例は、シリーズハイブリッド車両に限らず、内燃機関１を何らかの外部駆動源で駆動し得る構成であれば適用が可能である。

次に、図１０は、第４実施例のフローチャートを示しており、また図９は、この第４実施例に対応した内燃機関１のシステム構成を示している。

第４実施例は、図９に示すように、排気通路２の電気加熱触媒５に二次空気を供給可能な二次空気ポンプ３１を備えた構成となっている。二次空気ポンプ３１は、二次空気通路３１ａを介して電気加熱触媒５上流側の排気通路２に接続されている。

第４実施例では、後述するように、電気加熱触媒５の冷却期間の間、二次空気ポンプ３１を駆動し、二次空気の通流による電気加熱触媒５の強制的な冷却を行う。

また、この実施例では、第３実施例と同様に、電気加熱触媒５の下流側（出口側）に、電気加熱触媒５を通過したガスの温度を検出する温度センサ２２が配置されている。好ましい一実施例では、温度センサ２２は、プリ触媒３のケーシングの中で、上流側の電気加熱触媒５と下流側の触媒６との境界付近に配置されている。二次空気がプリ触媒３を通流することで、第３実施例と同様に、温度センサ２２によって実質的に電気加熱触媒５の温度を検出することができる。

図１０のフローチャートは、ステップ５６を除いて、図８の第３実施例のフローチャートと同様である。すなわち、運転席ドアが開いたことを検出すると、電気加熱触媒５への通電つまり予熱が開始される（ステップ５１）。その後、エンジンコントローラ８の電源が喪失（切断）される事象が生じたかどうかを判定する（ステップ５２）。

エンジンコントローラ８の電源が切断されたときには、これに伴って電気加熱触媒５への通電が停止する（ステップ５３）。その後、エンジンコントローラ８の電源が回復（ステップ５４）したら、エンジンコントローラ８は、この電源回復した時点からの経過時間を計測するタイマｔの計測を開始する（ステップ５５）。

ここで、第４実施例では、第３実施例のモータリングに代えて、二次空気ポンプ３１を作動させる（ステップ５６）。この二次空気の供給によって電気加熱触媒５をガスが流れ、強制的な冷却がなされる。

次のステップ５７において、タイマｔの値を閾値ｔｃ４と比較する。閾値ｔｃ４は、二次空気供給による強制的な冷却を前提として適宜に設定される。タイマｔの値つまり電源回復からの経過時間が閾値ｔｃ４以下である間は、ステップ６１として示すように、電気加熱触媒５への通電（予熱）が禁止される。また、この間に内燃機関１の始動要求があれば、ステップ６２として示すように、電気加熱触媒５の予熱を経ずに内燃機関１が始動される。

電源回復からの経過時間ｔが閾値ｔｃ４を越えたら、ステップ５８として示すように、電気加熱触媒５への通電つまり予熱が通常通りに実行される。つまり、電気加熱触媒５が冷機状態にあるものとみなした初期からの予熱が再度実行される。そして、内燃機関１の始動要求に応じて内燃機関１が始動される（ステップ５９）。

またステップ４０において温度センサ２２により検出される電気加熱触媒５の温度Ｔｅｃを閾値温度Ｔ１と比較し、経過時間ｔが閾値ｔｃ４以下である間に電気加熱触媒５の温度Ｔｅｃが閾値温度Ｔ１以下となった場合には、予熱の再開を許可する。

このように、第４実施例では、二次空気供給によって電気加熱触媒５の強制的な冷却を行うことができる。従って、予熱の再開までの待ち時間となる冷却期間を自然冷却の場合よりも短くすることができる。

また、第３実施例と同様に、排気通路２内でのガス流動を生成することで下流の温度センサ２２による電気加熱触媒５の温度検出が可能となる。従って、実際に電気加熱触媒５が閾値温度Ｔ１に低下したことを検出して予熱の再開を行うことができる。

なお、第４実施例では、経過時間ｔの閾値ｔｃ４が第１実施例と同様に固定的に設定されているが、第２実施例と同様にＳＯＣの変化量ΔＳＯＣに基づいて閾値ｔｃ３を可変的に設定するようにしてもよい。

Claims (7)

1. 電気加熱触媒を排気系に備え、内燃機関の始動前に電気加熱触媒に通電して予熱を開始し、逐次推定される電気加熱触媒の推定温度が所定温度に達するまで予熱を行う内燃機関の制御方法であって、
   エンジンコントローラの電源喪失により推定温度の情報が予熱中に喪失したときに、
   エンジンコントローラの電源回復後、電気加熱触媒の温度低下のための冷却期間が経過するまでは、電気加熱触媒の通電を禁止する、内燃機関の制御方法。
2. 上記冷却期間を、電源回復時に電気加熱触媒が上記所定温度にあるとみなした場合に必要な所定の時間に固定的に設定する、請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
3. 予熱開始時点におけるバッテリの充電量と電源回復時のバッテリの充電量とから電源喪失までの電気加熱触媒の通電量を求め、上記冷却期間を、上記通電量が大であるほど長い時間となるように可変的に設定する、請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
4. 上記冷却期間の間、内燃機関を外部駆動源によりモータリングして電気加熱触媒に空気を通流させる、請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
5. 上記冷却期間の間、上記排気系の電気加熱触媒上流側から二次空気ポンプにより二次空気の供給を行う、請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
6. 上記電気加熱触媒の下流側に温度センサを設け、この温度センサの検出温度に基づいて電気加熱触媒が温度低下したと判定したときに冷却期間を終了する、請求項４または５に記載の内燃機関の制御方法。
7. 排気系に電気加熱触媒を備えた内燃機関と、
   内燃機関の始動前に電気加熱触媒に通電して予熱を開始し、逐次推定される電気加熱触媒の推定温度が所定温度に達するまで予熱を行うエンジンコントローラと、
   を備えてなる内燃機関の制御装置であって、
   上記エンジンコントローラは、当該エンジンコントローラの電源喪失により推定温度の情報が予熱中に喪失したときに、電源回復後、電気加熱触媒の温度低下のための冷却期間が経過するまでは、電気加熱触媒の通電を禁止するように構成されている、内燃機関の制御装置。

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