(57)【要約】【課題】触媒の温度を高精度に算出できるようにした内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＣＰＵ５２は、内燃機関１０の冷却水の温度（水温ＴＷＨ）と排気通路２２の温度との差に基づき、排気通路２２の温度を更新する。ＣＰＵ５２は、排気通路２２の温度と三元触媒２４に流入する流体の温度との差に基づき、流入する流体の温度を更新する。ＣＰＵ５２は、三元触媒２４に流入する流体の温度に基づき三元触媒２４の温度を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に触媒が設けられた内燃機関に適用され、
前記触媒の温度の推定用の演算パラメータとしての単一の前記排気通路の温度と前記内燃機関の冷却水の温度との差に基づき、前記排気通路の温度が前記冷却水の温度よりも高いほど、前記排気通路の温度低下量が大きいとして前記排気通路の温度を更新する通路温度算出処理と、
前記排気通路の温度と前記触媒に流入する流体の温度との差に基づき、前記排気通路の温度が前記流体の温度よりも高いほど前記流体の温度を高い値に更新する温度算出処理と、
前記触媒に流入する流体の温度が高い場合に低い場合よりも前記触媒の温度を高い値に算出する触媒温度算出処理と、を実行する触媒温度算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に触媒が設けられた内燃機関に適用される触媒温度算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば下記特許文献１には、内燃機関が停止した後の触媒温度の初期値を、停止した時点の触媒温度とし、停止した時点の入り口温度を、目標温度として、触媒温度を目標温度の１次遅れ処理によって算出する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１８３５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記１次遅れ処理では、触媒の温度を必ずしも正確に算出できないことが発明者によって見出された。特に、車両の駆動系として回転電機を備えて且つバッテリを車両の外部から電力を供給することによって充電可能ないわゆるプラグインハイブリッド車においては、内燃機関の停止期間が長くなる傾向があることから、この問題は深刻である。すなわち、停止期間が長くなる場合、内燃機関の雰囲気温度が変化しやすくなることから、１次遅れ処理による触媒の温度の推定値の精度が低くなる現象が顕在化しやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決すべく、触媒温度算出装置は、排気通路に触媒が設けられた内燃機関に適用され、前記触媒の温度の推定用の演算パラメータとしての単一の前記排気通路の温度と前記内燃機関の冷却水の温度との差に基づき、前記排気通路の温度が前記冷却水の温度よりも高いほど、前記排気通路の温度低下量が大きいとして前記排気通路の温度を更新する通路温度算出処理と、前記排気通路の温度と前記触媒に流入する流体の温度との差に基づき、前記排気通路の温度が前記流体の温度よりも高いほど前記流体の温度を高い値に更新する温度算出処理と、前記触媒に流入する流体の温度が高い場合に低い場合よりも前記触媒の温度を高い値に算出する触媒温度算出処理と、を実行する。
【０００６】
上記構成では、排気通路と排気通路内の流体との熱交換に基づき、触媒に流入する流体の温度を算出する。この際、特に触媒の温度を算出するための演算パラメータとしての排気通路の温度を単一の温度として扱う。これにより、触媒温度算出装置の演算負荷を軽減しつつも、排気通路と排気通路内の流体との熱交換を精度よく算出でき、ひいては触媒の温度を高精度に算出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態にかかる制御装置および車両の駆動系を示す図。
【図２】同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、触媒温度算出装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０において、吸気通路１２から吸入された空気は、燃焼室１４に流入する。燃焼室１４において、燃料噴射弁１６から噴射された燃料と吸気通路１２から流入した空気との混合気は、点火装置１８の火花放電によって燃焼に供され、燃焼によって生じたエネルギは、クランク軸２０の回転エネルギに変換される。燃焼に供された混合気は、排気として排気通路２２に排出される。排気通路２２には、上流側の三元触媒２４および下流側の三元触媒２６が設けられている。詳しくは、排気通路２２と三元触媒２４，２６との間にはマット材としてのアルミナ等が挟まっている。
【０００９】
クランク軸２０は、動力分割機構を構成する遊星歯車機構３０のキャリアＣに機械的に連結されている。遊星歯車機構３０のサンギアＳにはモータジェネレータ３２の回転軸３２ａが機械的に連結されており、遊星歯車機構３０のリングギアＲには、モータジェネレータ３４の回転軸３４ａと駆動輪３６とが機械的に連結されている。これにより、本実施形態における内燃機関１０は、シリーズ・パラレルハイブリッド車における駆動源の１つとなっている。
【００１０】
モータジェネレータ３２には、インバータ４０を介してバッテリ４４の電力が供給され、モータジェネレータ３４には、インバータ４２を介してバッテリ４４の電力が供給される。バッテリ４４には、外部のプラグ４８を介して供給された電力をバッテリ４４に充電する充電器４６が接続されている。これにより、本実施形態にかかる車両は、外部から供給される電力をバッテリ４４に充電可能ないわゆるプラグインハイブリッド車となっている。
【００１１】
制御装置５０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量であるトルクや排気成分比率等を制御すべく、燃料噴射弁１６や点火装置１８等の内燃機関１０の操作部を操作する。すなわち、たとえば燃料噴射弁１６に操作信号ＭＳ１を出力して燃料噴射弁１６を操作し、点火装置１８に操作信号ＭＳ２を出力して点火装置１８を操作する。
【００１２】
制御装置５０は、制御量の制御のために、エアフローメータ６０によって検出される吸入空気量Ｇａやクランク角センサ６２の出力信号Ｓｃｒ、三元触媒２４の上流側に設けられた空燃比センサ６４によって検出される空燃比Ａｆを参照する。また制御装置５０は、水温センサ６６によって検出される内燃機関１０の冷却水の温度（水温ＴＨＷ）や、吸気温センサ６８によって検出される吸気温ＴＯを参照する。なお、ここで吸気温ＴＯは、外気温として参照される。
【００１３】
制御装置５０は、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ４４、および周辺回路５６を備え、それらが通信線５８によって接続されたものである。周辺回路５６は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路や、電源回路、リセット回路等を含む。
【００１４】
図２に、制御装置５０が実行する処理の手順を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。
【００１５】
図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、まず、内燃機関１０の動作点に基づき、燃焼室１４から流出する流体の温度である出ガス温度Ｔｏｕｔのベース値であるベース出ガス温度Ｔｏｕｔｂを算出する（Ｓ１０）。本実施形態では、内燃機関１０の動作点を、内燃機関１０の負荷としての充填効率ηと、回転速度ＮＥとによって規定する。なお、充填効率ηは、内燃機関１０の燃焼室１４に充填される空気量を定めるパラメータであり、ＣＰＵ５２により、吸入空気量Ｇａおよび回転速度ＮＥに基づき算出される。また、回転速度ＮＥは、ＣＰＵ５２により、出力信号Ｓｃｒに基づき算出される。
【００１６】
詳しくは、回転速度ＮＥおよび充填効率ηを入力変数とし、ベース出ガス温度Ｔｏｕｔｂを出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ５４に記憶された状態で、ＣＰＵ５２によりベース出ガス温度Ｔｏｕｔｂがマップ演算される。ここで、ベース出ガス温度Ｔｏｕｔｂは、たとえば、空燃比が所定の空燃比（ここでは、理論空燃比を想定）であることや、点火時期が所定の点火時期（ここでは、ＭＢＴ）であること、水温ＴＨＷが所定温度であること、吸気温ＴＯが規定温度であることなどを前提としている。
【００１７】
次にＣＰＵ５２は、フューエルカット処理の実行中であることと、内燃機関１０が停止していることとの論理和が真であるか否かを判定する（Ｓ１２）。そしてＣＰＵ５２は、吸気通路１２を介して燃焼室１４内に流入した空気と燃料噴射弁１６から噴射された燃料との混合気が点火装置１８の火花放電によって燃焼に供される燃焼制御が実行されている場合（Ｓ１２：ＮＯ）、Ｓ１４の処理に移行する。ＣＰＵ５２は、Ｓ１４の処理において、ベース出ガス温度Ｔｏｕｔｂに第１補正量ΔＴ１および第２補正量ΔＴ２を加算することによって、出ガス温度Ｔｏｕｔを算出する。
【００１８】
ここで、第１補正量ΔＴ１は、ＣＰＵ５２により、水温ＴＨＷ、空燃比Ａｆ、点火時期ａｉｇおよび吸気温ＴＯに基づき算出される。第１補正量ΔＴ１は、ベース出ガス温度Ｔｏｕｔｂの算出に際して前提とした条件からの実際の状態のずれに基づき、ベース出ガス温度Ｔｏｕｔｂを補正するための補正量である。すなわち、たとえば前提とされる空燃比に対して実際の空燃比Ａｆがずれる場合、ベース出ガス温度Ｔｏｕｔｂを減少補正するための補正量となる。またたとえば、前提とされる点火時期に対して実際の点火時期ａｉｇが遅角側ずれる場合、ベース出ガス温度Ｔｏｕｔｂを増加補正するための補正量となる。
【００１９】
一方、第２補正量ΔＴ２は、ＣＰＵ５２により、点火時期ａｉｇ、吸入空気量Ｇａおよび空燃比Ａｆに基づき算出される。第２補正量ΔＴ２は、燃焼室１４から排出された排気中に未燃燃料と酸素とが存在する場合にそれらが燃焼することによって生じる排気の温度上昇量である。ＣＰＵ５２は、点火時期ａｉｇがＭＢＴに対して遅角側に位置するほど、燃焼室１４から排出された排気中に未燃燃料と酸素とが多量に存在するとして、それらの反応熱を大きい値に算出する。
【００２０】
これに対しＣＰＵ５２は、論理和が真であると判定する場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、出ガス温度Ｔｏｕｔに、図２に示す処理の前回の制御周期におけるエキマニ温度Ｔｅｘｍを代入する（Ｓ１６）。図２には、図２に示す一連の処理における今回の値と前回の値とを区別するために、今回の値の場合に「ｎ」を記載し、前回の値の場合に「ｎ−１」を記載している。
【００２１】
ＣＰＵ５２は、Ｓ１４，Ｓ１６の処理が完了する場合、内燃機関１０の停止中であるか否かを判定する（Ｓ１８）。そして、ＣＰＵ５２は、停止中であると判定する場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、エキマニ温度Ｔｅｘｍと水温ＴＨＷとの差に基づき、エキマニ温度Ｔｅｘｍの更新量ΔＴｅｘｍを算出する（Ｓ２０）。詳しくは、ＣＰＵ５２は、エキマニ温度Ｔｅｘｍが水温ＴＨＷよりも高いほど、更新量ΔＴｅｘｍを小さい値に算出する。具体的には、ＣＰＵ５２は、水温ＴＨＷからエキマニ温度Ｔｅｘｍを減算した値に所定の係数Ｋ１を乗算した値を、更新量ΔＴｅｘｍに代入する。
【００２２】
一方、ＣＰＵ５２は、停止中ではないと判定する場合（Ｓ１８：ＮＯ）、水温ＴＨＷとエキマニ温度Ｔｅｘｍとの差に加えて、出ガス温度Ｔｏｕｔとエキマニ温度Ｔｅｘｍとの差に基づき、更新量ΔＴｅｘｍを算出する（Ｓ２２）。詳しくは、ＣＰＵ５２は、出ガス温度Ｔｏｕｔがエキマニ温度Ｔｅｘｍよりも高いほど、更新量ΔＴｅｘｍを大きい値に算出する。具体的には、ＣＰＵ５２は、水温ＴＨＷからエキマニ温度Ｔｅｘｍを減算した値に所定の係数Ｋ１を乗算した値と、出ガス温度Ｔｏｕｔからエキマニ温度Ｔｅｘｍを減算した値に所定の係数Ｋ２を乗算した値との和を、更新量ΔＴｅｘｍに代入する。
【００２３】
ＣＰＵ５２は、Ｓ２０，Ｓ２２の処理が完了する場合、エキマニ温度Ｔｅｘｍに更新量ΔＴｅｘｍを加算することによって、エキマニ温度Ｔｅｘｍを更新する（Ｓ２４）。
次にＣＰＵ５２は、エキマニ温度Ｔｅｘｍと出ガス温度Ｔｏｕｔとの差に基づき、入りガス温度Ｔｉｎを更新する（Ｓ２６）。詳しくは、ＣＰＵ５２は、出ガス温度Ｔｏｕｔがエキマニ温度Ｔｅｘｍよりも高いほど、減少補正量を大きい値に算出して、減少補正量によって出ガス温度Ｔｏｕｔを減少補正することによって入りガス温度Ｔｉｎを算出する。具体的には、ＣＰＵ５２は、エキマニ温度Ｔｅｘｍから出ガス温度Ｔｏｕｔを減算した値に所定の係数Ｋ３を乗算した値を出ガス温度Ｔｏｕｔに加算することによって、入りガス温度Ｔｉｎを算出する。なお、ＣＰＵ５２は、Ｓ１６の処理を実行している場合には、入りガス温度ＴｉｎをＳ２６の処理によって算出することなく、Ｓ１６の処理によって算出した値を今回の入りガス温度Ｔｉｎとする。
【００２４】
次にＣＰＵ５２は、入りガス温度Ｔｉｎを用いて三元触媒２４の温度を推定する（Ｓ２８）。ここでは、入りガス温度Ｔｉｎが高い場合に低い場合よりも三元触媒２４の温度を高い値に算出する。具体的には、たとえば入りガス温度Ｔｉｎから三元触媒２４の温度を減算した値に所定の係数を乗算した値を、三元触媒２４の温度の補正量とすればよい。もっともこれに限らず、たとえば三元触媒２４の上流側から下流側までを複数の領域に分割し、それら各領域間の熱交換を加味して各領域の温度を算出してもよい。その場合、最上流の領域の温度は、入りガス温度Ｔｉｎを有した流体との熱交換を考慮して算出すればよい。
【００２５】
なお、ＣＰＵ５２は、Ｓ２８の処理が完了する場合、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
ＣＰＵ５２は、車両が走行可能状態であって且つ内燃機関１０の停止状態において、Ｓ２８の処理によって算出された三元触媒２４の温度が規定温度以下となる場合、内燃機関１０を起動し、三元触媒２４の起動時に三元触媒２４が活性状態となっていることを保証し、起動時における排気浄化性能を確保する。ここで、走行可能な状態とは、たとえばモータジェネレータ３２，３４に電力を供給可能な状態とするためのスイッチがオン状態となっていることである。したがって、走行可能な状態には、モータジェネレータ３２，３４が駆動されて車両が走行している状態も含まれる。
【００２６】
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
ＣＰＵ５２は、燃焼室１４から排出される流体との熱交換や、冷却水との熱交換に基づき、エキマニ温度Ｔｅｘｍを算出する。そしてＣＰＵ５２は、排気通路２２と流体との熱交換に基づき、三元触媒２４に流入する流体の温度を推定する。ここで、排気通路２２を介して三元触媒２４に流入する流体は、三元触媒２４に流入する前に排気通路２２と熱交換をすることによって温度が変化する。したがって、三元触媒２４に流入する流体の温度を精度よく把握するうえでは、同流体と排気通路２２との熱交換量を精度よく算出することが望まれる。そこで、ＣＰＵ５２は、排気通路２２の温度を単一の温度とみなして、排気通路２２内の流体と排気通路との熱交換量を算出する。これにより、ＣＰＵ５２の演算負荷を軽減しつつも、入りガス温度Ｔｉｎを高精度に算出できる。
【００２７】
すなわち、排気通路２２は複雑な形状をしている傾向があり、位置によって流路断面積や曲がり度合いが異なるため、それらの影響を考慮するためには、排気通路２２の上流側から下流側までを複数の要素に分解し、上流側の要素から順に熱交換量を算出する必要がある。しかしそのような処理を実行する場合には、ＣＰＵ５２の演算負荷が過度に大きくなるおそれがある。
【００２８】
これに対し本実施形態では、排気通路２２のうちの各気筒から排出された排気が集合する集合部の方がその上流と比較して流路断面積が大きいことから流体の流速が低下し流体のエネルギが熱エネルギとなって排気通路２２との熱交換が顕著となることに着目する。そして本実施形態では、入りガス温度Ｔｉｎを算出する際に用いる排気通路２２の温度に関する単一のパラメータとしてエキマニ温度Ｔｅｘｍを用いる。これにより、エキマニ温度Ｔｅｘｍによって、集合部における流体と排気通路２２との熱交換を適切に表現できることから、入りガス温度Ｔｉｎを高精度に算出できる。
【００２９】
なお、本実施形態では、三元触媒２４と排気通路２２との間にはマット材が介在することなどから、三元触媒２４と排気通路２２との直接の熱交換は、無視しうる。そのため、三元触媒２４の温度を算出するうえで、三元触媒２４に流入する流体の温度を高精度に算出することが特に重要となり、これには、排気通路２２と流体との熱交換量をいかに算出するかが重要となっている。
【００３０】
＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。触媒温度算出装置は、制御装置５０に対応する。通路温度算出処理は、Ｓ１８〜Ｓ２４の処理に対応し、温度算出処理は、Ｓ２６の処理に対応する。なお、通路温度は、エキマニ温度Ｔｅｘｍに対応し、通路温度との差をとる流体の温度は、出ガス温度Ｔｏｕｔに対応し、通路温度との差に基づき更新される温度は、入りガス温度Ｔｉｎに対応する。
【００３１】
＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【００３２】
・第１補正量ΔＴ１としては、水温ＴＨＷ、空燃比Ａｆ、点火時期ａｉｇおよび吸気温ＴＯに基づき算出されるものに限らない。たとえば、それら４つのパラメータに関しては、それらのうちの３つのみに基づき算出したり、２つのみに基づき算出したり、１つのみに基づき算出したりしてもよい。もっとも、第１補正量ΔＴ１による補正処理自体、必須ではない。
【００３３】
・第２補正量ΔＴ２によるベース出ガス温度Ｔｏｕｔｂの補正処理は、必須ではない。
・上記実施形態では、モータジェネレータ３２，３４に供給する電力を蓄えるバッテリ４４を外部から充電可能ないわゆるプラグインハイブリッド車両を想定したが、これに限らない。たとえばバッテリ４４を車両の外部から充電する手段を有しないものであってもよい。
【００３４】
・ハイブリッド車両としては、シリーズ・パラレルハイブリッド車に限らず、たとえばパラレルハイブリッド車やシリーズハイブリッド車であってもよい。もっとも、ハイブリッド車に限らず、車両の駆動源が内燃機関１０のみとなる車両であってもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…燃焼室、１６…燃料噴射弁、１８…点火装置、２０…クランク軸、２２…排気通路、２４，２６…三元触媒、３０…遊星歯車機構、３２…モータジェネレータ、３２ａ…回転軸、３４…モータジェネレータ、３４ａ…回転軸、３６…駆動輪、４０，４２…インバータ、４４…バッテリ、４６…充電器、４８…プラグ、５０…制御装置、５２…ＣＰＵ、５４…ＲＯＭ、５６…周辺回路、５８…通信線、６０…エアフローメータ、６２…クランク角センサ、６４…空燃比センサ、６６…水温センサ、６８…吸気温センサ。
【図１】
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【図２】
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