JP2008265357A - 電気加熱式触媒装置及び電気加熱式触媒の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両に設けられた電気加熱式触媒装置において、エンジン始動直後においても高い浄化機能を発揮する。
【解決手段】電気加熱式触媒装置は、ハイブリッド型の車両（１０）における内燃機関（２００）の排気経路に設けられた触媒（１２０）と、触媒を通電により加熱可能な加熱手段（１２０）と、車両に設けられており、有料道路の自動料金収受システムの路側装置（７００）との通信を行う通信手段（１１０）と、通信が行われた際に、触媒を加熱するように加熱手段を制御する制御手段（１００）とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド型の車両に設けられる電気加熱式触媒装置、及び電気加熱式触媒の制御方法の技術分野に関する。

この種の電気加熱式触媒装置として、予め触媒を加熱しておくことにより、触媒の反応率を高め、排気ガスの浄化機能を向上させるというものがある。

例えば、ハイブリッド車両に設けられた触媒において、電動モータのみでの走行中から触媒を加熱しておくことで、エンジン始動直後であっても触媒に高い浄化機能を発揮させるという技術が開示されている（特許文献１参照）。

一方、ハイブリッド車両において、自動料金収受システム（ＥＴＣ：Electronic Toll Collection System)からの進入信号を受信した場合は、高速運転に備えてエンジンの間欠運転を禁止するという技術が開示されている（特許文献２参照）。

特開２００２−５２５０２２号公報 特開２００６−３２１３４５号公報

しかしながら、上述した触媒を予め加熱しておくという技術においては、加熱を開始するタイミングが重要であり、タイミングが早過ぎると、加熱のための電力が無駄になってしまい、タイミングが遅すぎると、加熱が間に合わず十分な効果が得られないという技術的問題点がある。即ち、いつ車両が高速走行を開始するのかを正確に判断することができなければ、触媒の加熱による効果は十分に得られない。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、エンジン始動直後においても高い浄化機能を発揮することができる電気加熱式触媒装置及び電気加熱式触媒の制御方法を提供することを課題とする。

本発明の電気加熱式触媒装置は上記課題を解決するために、ハイブリッド型の車両における内燃機関の排気経路に設けられた触媒と、前記触媒を通電により加熱可能な加熱手段と、前記車両に設けられており、有料道路の自動料金収受システムの路側装置との通信を行う通信手段と、前記通信が行われた際に、前記触媒を加熱するように前記加熱手段を制御する制御手段とを備える。

本発明に係る電気加熱式触媒装置によれば、ハイブリッド型の車両の走行時において、電動モータのみを用いる走行（以下、適宜「ＥＶ走行」と称する）から、電動モータ及び内燃機関を併用する走行（以下、適宜「ＨＶ走行」と称する）へと切り替わる際に、内燃機関の始動直後であっても、排気経路に設けられた触媒の浄化機能を十分に発揮させることが可能である。即ち、加熱手段に通電を行うことにより、ＥＶ走行中に触媒を加熱しておくことが可能となる。従って、ＨＶ走行に切り替わった直後（即ち、内燃機関の始動直後）であっても、触媒の温度が十分に高められているため、排気を適切に浄化することが可能である。尚、本発明における「加熱手段」は、触媒を直接加熱してもよいし、間接的に加熱してもよい。例えば、触媒の周辺に配置された部材を加熱することにより結果的に触媒が加熱されるようにしても、本発明の効果は十分に得られる。

本発明では特に、上述した加熱手段による触媒の加熱開始のタイミングを、有料道路におけるＥＴＣシステムとの通信が行われた際とすることで、より適切なタイミングで加熱を行うことを可能としている。ここに「通信が行われた際に」とは、例えば装置の動作として可能な限りにおいて直ちに或いは遅延なくという意味の他、通信が行われたことが検知された後に所定時間をおいてからという意味も含んでおり、要するに、通信が行われたこと或いは通信が行われたのを検知したことをトリガー（即ち、契機或いは引き金）としてという意味である。より具体的には、例えばＥＶ走行で一般道路を走行してきた車両が高速道路に進入する場合等において、高速道路の入り口に設けられたＥＴＣゲートを通過する際に、車両に設けられた通信手段とＥＴＣシステムの路側装置との通信が行われ、その通信をトリガーとして加熱手段による触媒の加熱が開始される。

ＥＴＣゲートを通過した車両は、その後、高速道路において高速走行（例えば、時速８０ｋｍを超える走行）を開始する。このため、ＥＶ走行であった車両は、より高出力であるＨＶ走行へと切り替わる筈である。よって、ＥＴＣシステムとの通信の有無や時期から、近未来に実施されるであろうＨＶ走行への切り替え（即ち、内燃機関の始動）の有無や時期を予測することが可能である。従って、触媒の加熱開始のタイミングをＥＴＣシステムとの通信が行われた際とすることで、より適切なタイミングで加熱を開始することが可能となる。即ち、触媒を予め加熱する場合において、加熱開始のタイミングが早すぎることにより加熱のための電力を無駄に消費してしまうことや、タイミングが遅すぎることにより加熱が不十分となってしまうことを防止することができる。

以上説明したように、本発明に係る電気加熱式触媒装置によれば、触媒の加熱を適切なタイミングで開始することにより、内燃機関の始動直後であっても、触媒の浄化機能を十分に発揮させることができる。従って、排気エミッションを向上させるという効果を得ることができる。

本発明の電気加熱式触媒装置の一態様では、前記加熱手段は、前記車両が前記有料道路の本線に合流するまでに、前記触媒が所定温度に達するように加熱する。

この態様によれば、通信手段がＥＴＣシステムの路側装置と通信を行い、加熱手段による触媒の加熱が開始されると、触媒は車両が有料道路の本線に合流するまでに所定温度に達するように加熱される。尚、ここでの「所定温度」とは、触媒において排気を浄化するための反応が十分に行われるような温度であり、例えば摂氏４００度から５００度程度の温度である。

例えば高速道路において、ＥＴＣゲートを通過してから本線に合流するまでは、十数秒から数十秒かかる。よって、この時間で所定温度に達するように加熱すれば、エンジン始動直後であっても触媒における反応は十分に行われる。従って、触媒の浄化機能を十分に発揮させ、排気エミッションを向上させることが可能となる。尚、加熱手段における加熱能力に余裕があれば、「通信が行われた際に」として、例えば、ＥＴＣゲートを通過してから数秒などの所定時間をおいてから、加熱を開始させてもよい。或いは、加熱手段における加熱能力に余裕がなければ、例えば、ＥＴＣゲートを通過してから直ちに加熱を開始させてもよい。

本発明の電気加熱式触媒装置の他の態様では、前記制御手段は、前記触媒が前記所定温度に達した際に、前記加熱を止めるように前記加熱手段を制御する。

この態様によれば、加熱手段は、制御手段により、触媒が所定温度に達した際に加熱を止めるように制御される。これにより、触媒が浄化機能を十分に発揮できる温度に達したにも係わらず加熱を続け、結果的に加熱するための電力を無駄に消費してしまうことを防止することが可能である。

また、温度が高すぎることによる触媒の機能の低下や、周辺に配置された部材等が、耐熱温度を超えてしまい正常に機能しなくなるという事態を防止することも可能となる。

本発明の電気加熱式触媒装置の他の態様では、前記制御手段は、前記内燃機関が作動された際に、前記加熱を止めるように前記加熱手段を制御する。

この態様によれば、加熱手段は、制御手段により、内燃機関が作動された際に加熱を止めるように制御される。

内燃機関が作動すると、触媒には高温の排気が送られてくる。このため、仮に内燃機関が作動された際に、触媒が所定温度に達していなかったとしても、触媒は排気ガスによって加熱され所定温度に達する。言い換えれば、内燃機関の作動中に加熱手段を用いると、電力を無駄に消費してしまうことになる。

しかるに本発明では特に、内燃機関が作動された際には加熱手段は加熱を止めるように制御される。よって、内燃機関の作動中には加熱手段による加熱は行われず、内燃機関から排気経路を通して送られてくる排気によって触媒は加熱される。従って、加熱手段によって無駄な電力を消費してしまうことを防止することが可能である。

本発明の電気加熱式触媒装置の他の態様では、前記制御手段は、前記内燃機関が作動しているか否かを判定する判定手段を有し、該判定手段により、前記内燃機関が作動していないと判定された場合に、前記加熱手段を制御する。

この態様によれば、例えば通信手段による通信が行われた際に、判定手段によって内燃機関が作動しているか否かが判定され、内燃機関が作動していないと判定された場合に、加熱手段による触媒の加熱が行われる。

例えば、ＥＴＣゲートを通過する際に、車両が既にＨＶ走行を行っているという場合もあり得る。このような場合、触媒は既に所定温度に達しているか、又は所定温度に達していなくとも排気によって加熱されるため、加熱手段を用いて加熱しなくともよい。従って、内燃機関が作動している場合には加熱手段の制御を行わないようにすることで、無駄な電力を消費してしまうことを防止することが可能である。

本発明の電気加熱式触媒装置の他の態様では、前記車両は、前記内燃機関の作動による発電以外の方法によって、前記車両が備える充電池に充電することが可能であるプラグインハイブリッド型の車両である。

この態様によれば、触媒が設けられているのはプラグインハイブリッド型の車両であり、内燃機関の作動による発電以外の方法（例えば、家庭用コンセント等）によって、車両に備えられた充電池への充電が行える。

プラグインハイブリッド型の車両は、上述したように、発電以外の方法でも充電可能であるため、通常のハイブリッド型の車両と比較してバッテリ容量が拡大されている。このため、ＥＶ走行可能距離も通常のハイブリッド型の車両より長い。

ＥＶ走行可能距離が伸びることによって、ＥＴＣゲート通過時に内燃機関を作動させずに走行している可能性も高くなる。従って、上述したＥＴＣシステムとの通信の際に触媒の加熱を開始することで、ＨＶ走行に切り替わる際の触媒の浄化機能を十分に発揮させるという効果を、より確実に得ることが可能となる。

本発明の電気加熱式触媒の制御方法は上記課題を解決するために、内燃機関の排気経路に設けられた触媒及び該触媒を通電することにより加熱可能な加熱手段を備えたハイブリッド型の車両において、前記車両に設けられた通信手段により、有料道路の自動料金収受システムの路側装置との通信を行う通信工程と、前記通信が行われた際に、前記触媒の加熱を開始するように前記加熱手段を制御する制御工程とを備える。

本発明に係る電気加熱式触媒の制御方法によれば、触媒の加熱開始のタイミングをＥＴＣシステムとの通信が行われる際とすることで、適切なタイミングで加熱を開始することが可能である。従って、内燃機関の始動直後であっても、触媒の浄化機能を十分に発揮させることができ、排気エミッションを向上させるという効果を得ることができる。

尚、本発明の電気加熱式触媒の制御方法においても、上述した本発明の電気加熱式触媒装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
先ず、本実施形態に係る電気加熱式触媒装置が備えられる、ハイブリッド車両の構成について図１を参照して説明する。ここに図１は、ハイブリッド車両の構成を示す概略図である。尚、電気加熱式触媒装置の構成については後に詳述するため、ここでは図示していない。

図１において、ハイブリッド車両（以下、適宜「車両」と称する）１０は、主に、車軸１１と、車輪１２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００と、エンジン（内燃機関）２００と、モータジェネレータＭＧ１（以下、適宜「ＭＧ１」と称する）及びモータジェネレータＭＧ２（以下、適宜「ＭＧ２」と称する）と、動力分割機構３００と、インバータ４００と、バッテリ５００と、ＳＯＣ（State Of Charge）センサ６００とを備えて構成されている。

車軸１１は、エンジン２００及びＭＧ２の動力を車輪１２に伝達する動力伝達系の一部である。車輪１２は、車両１０の車輪であり、説明の簡略化のため、図１では特に左右前輪のみが表示されている。エンジン２００は、ガソリンエンジンなどによって構成され、車両１０の主たる動力源として機能する。

ＭＧ１は、主としてバッテリ５００を充電するための発電機、或いはモータＭＧ２に電力を供給するための発電機として機能するように構成されている。また、モータＭＧ２は、主としてエンジン２００の出力をアシストする電動機として機能するように構成されている。これらのモータＭＧ１及びモータＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。動力分割機構３００は、エンジン２００の出力をＭＧ１及び車軸１１へ分配することが可能に構成される。

インバータ４００は、バッテリ５００と、ＭＧ１及びＭＧ２との間の電力の入出力を制御する直流交流変換機である。例えば、インバータ４００は、バッテリ５００から取り出した直流電力を交流電力に変換して、或いはＭＧ１によって発電された交流電力をそれぞれＭＧ２に供給すると共に、ＭＧ１によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ５００に供給することが可能に構成されている。

バッテリ５００は、ＭＧ１及びＭＧ２を駆動するための電源として機能することが可能に構成された充電可能な充電池である。また、ＳＯＣセンサ６００は、バッテリ５００の充電状態を検出することが可能に構成されたセンサである。ＳＯＣセンサ６００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、バッテリ５００のＳＯＣは、常にＥＣＵ１００によって把握される構成となっている。

ＥＣＵ１００は、本発明の「制御手段」の一例であり、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備え、車両１０の動作全体を制御する電子制御ユニットである。本実施形態では、ＥＣＵ１００は、主に、バッテリ５００の目標充電量（以下、「制御目標ＳＯＣ」と呼ぶ。）や、ドライバーの要求出力（即ち、アクセル開度）等に基づいて、エンジン２００からの出力、バッテリ５００の充電（ＭＧ１による回生）、及びバッテリ５００の放電（ＭＧ２の出力を用いたエンジン２００の出力のアシスト）を制御する。つまり、ＥＣＵ１００は、基本的には、ドライバーの要求出力が満たされつつ、バッテリ５００のＳＯＣが制御目標ＳＯＣに維持されるように、エンジン出力及びバッテリ５００の充放電を制御する。

尚、本実施形態にかかるハイブリッド車両１０は、例えば家庭用コンセント等からバッテリ５００への充電が可能であるプラグインハイブリッド型の車両であってもよい。

次に、本実施形態に係る電気加熱式触媒装置の構成について図２から図５を参照して説明する。ここに図２は、電気加熱式触媒装置の構成を示す側面図である。また、図３から図５は夫々、電気加熱式触媒装置の具体的な配置例を示す概略図である。

図２において、電気加熱式触媒装置は、上述したＥＣＵ１００と、本発明の「通信手段」の一例である通信部１１０と、本発明の「触媒」及び「加熱手段」の一例である電気加熱式触媒（ＥＨＣ：Electrically Heated Catalyst）１２０とを備えて構成されている。

通信部１１０は、例えば車両内部に設けられるＥＴＣ車載器であり、高速道路等の入り口に設けられたＥＴＣゲート等のＥＴＣ路側装置７００と通信を行う。尚、通信部１１０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＴＣ路側装置７００との通信が行われるとＥＣＵ１００に電気信号が送られるように構成されている。

電気加熱式触媒１２０は、エンジン２００（図１参照）の排気経路に設けられており、排気ガスに含まれる有害成分であるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等を、無害なＨ_２Ｏ、ＣＯ_２、Ｎ_２等にして排出する。また、図示しないヒータを有しており、ヒータに通電し触媒を加熱することで、上述した有害成分を無害化する反応の反応率を高めることができる。更に、電気加熱式触媒１２０或いはその周辺に配置される部材には、電気加熱式触媒１２０の温度を検出するための温度センサ（図示せず）が備えられる。以下に、電気加熱式触媒１２０の具体的な配置例を示す。

図３において、電気加熱式触媒１２０は、スタート触媒１３０及びサブマフラー１５０との間に、アンダーフロア触媒１４０と隣接して配置される。このように配置すれば、電気加熱式触媒１２０、スタート触媒１３０及びアンダーフロア触媒１４０の３つの触媒において排気ガスの浄化が行えるため、総合的な浄化能力を高めることができる。

図４において、例えば電気加熱式触媒１２０及びアンダーフロア触媒１５０の浄化能力が高ければ、スタート触媒１３０を配置しないで構成することも可能である。

図５において、電気加熱式触媒１２０の浄化能力が更に高ければ、アンダーフロア触媒１５０も配置せずに、触媒を電気加熱式触媒１２０のみとする構成にすることも可能である。

尚、ここで説明した電気加熱式触媒１２０の配置例は夫々あくまで一例であり、このような位置とは別の位置に電気加熱式触媒１２０を配置することも可能である。

次に本実施形態に係る電気加熱式触媒装置の動作及び効果について、図２に加えて図６を参照して説明する。ここに図６は、第１実施形態に係る電気加熱式触媒装置の動作を示すフローチャートである。

図２及び図６において、車両１０が例えば一般道路から高速道路の入り口に設けられたＥＴＣゲートに進入する場合を想定する。この場合、車両１０がＥＴＣゲートに接近すると、ＥＴＣゲートに設けられたＥＴＣ路側装置７００から発信された進入信号を、通信部１１０が受信する（ステップＳ１）。進入信号を受信すると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、通信部１１０からＥＣＵ１００に電気信号が送られ、ＥＴＣ路側装置７００との通信が行われたことが伝達される。

通信が行われると、ＥＣＵ１００は先ず、エンジン２００が作動しているか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、エンジン２００が作動していると判定されると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、処理は終了される。エンジン２００が作動していないと判定されると（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ４へと進む。

エンジン２００が作動していない場合、ＥＣＵ１００は、直ちに、又は電気加熱式触媒１２０における加熱能力に応じて０〜数秒に予め設定されたに所定時間を経てから、電気加熱式触媒１２０の加熱を開始させる（ステップＳ４）。尚、この場合における所定時間は予め設定された固定値でもよいし、エンジン温度、気温等の動作環境に応じて変化する可変値であってもよい。

電気加熱式触媒１２０は、車両１０が高速道路の本線に合流するまでに、例えば摂氏４００度から５００度程度に加熱され、加熱を終了する（ステップＳ５）。尚、電気加熱式触媒１２０の加熱後の温度は、例えば電気加熱式触媒１２０を構成する材料や、耐熱温度によって決定される。

最後に、車両１０は高速道路の本線に合流すると、車両１０は高速走行となり、高出力を得るためエンジン２００が始動される（ステップＳ７）。この際、上述したように電気加熱式触媒１２０は予め加熱されているため、エンジン２００の始動直後であっても、十分に浄化機能を発揮できる。従って、排気エミッションを向上させることが可能となる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態にかかる電気加熱式触媒装置について図７を参照して説明する。ここに図７は、第２実施形態にかかる電気加熱式触媒装置の動作を示すフローチャートである。 尚、第２実施形態は、上述した第１実施形態と比較して、電気加熱式触媒装置１２０の加熱が開始されてから終了されるまでの処理が異なり、装置の構成やその他の動作については概ね同様である。このため、ここでは電気加熱式触媒装置１２０の動作について詳細に説明し、第１実施形態と同様である部分については適宜説明を省略する。

図７において、ステップＳ１からステップＳ４までは、上述した第１実施形態と同様の処理が行われ、電気加熱式触媒１２０の加熱が開始される。

電気加熱式触媒１２０の加熱が開始されると、ＥＣＵ１００により、エンジンが作動したか否かが判定される（ステップＳ８）。ここで、エンジンが作動したと判定されると（ステップＳ８：ＹＥＳ）、ステップＳ５に進み加熱が終了され、処理が終了する。エンジンが作動していないと判定されると（ステップＳ８：ＮＯ）、ステップＳ９に進む。

次にＥＣＵ１００は、電気加熱式触媒１２０の温度が所定温度Ｔに達したか否かを判定する（ステップＳ９）。ここで、電気加熱式触媒１２０の温度が所定温度Ｔに達していると（ステップＳ９：ＹＥＳ）、ステップＳ５に進み加熱が終了され、処理が終了する。電気加熱式触媒１２０の温度が所定温度Ｔに達していないと判定されると（ステップＳ９：ＮＯ）、再びステップＳ８へと戻る。よって、電気加熱式触媒１２０の加熱は、エンジンが作動するか、電気加熱式触媒１２０が所定温度Ｔに達するまで行われる。

以上説明したように、第２実施形態では、電気加熱式触媒１２０の加熱を終了させるタイミングを、エンジンが作動した際と、電気加熱式触媒１２０が所定温度Ｔに達した際とにすることで、加熱手段による無駄な電力の消費を防止することが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電気加熱式触媒装置及び電気加熱式触媒の制御方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

ハイブリッド車両の構成を示す概略図である。 電気加熱式触媒装置の構成を示す側面図である。 電気加熱式触媒の具体的な配置例を示す概略図（その１）である。 電気加熱式触媒の具体的な配置例を示す概略図（その２）である。 電気加熱式触媒の具体的な配置例を示す概略図（その３）である。 第１実施形態に係る電気加熱式触媒装置の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る電気加熱式触媒装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…ハイブリッド車両、１１…車軸、１２…車輪、１００…ＥＣＵ、１１０…通信部、１２０…電気加熱式触媒、２００…エンジン、３００…動力分割機構、４００…インバータ、５００…バッテリ、６００…ＳＯＣセンサ、７００…ＥＴＣ路側装置

Claims (7)

1. ハイブリッド型の車両における内燃機関の排気経路に設けられた触媒と、
   前記触媒を通電により加熱可能な加熱手段と、
   前記車両に設けられており、有料道路の自動料金収受システムの路側装置との通信を行う通信手段と、
   前記通信が行われた際に、前記触媒を加熱するように前記加熱手段を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする電気加熱式触媒装置。
2. 前記加熱手段は、前記車両が前記有料道路の本線に合流するまでに、前記触媒が所定温度に達するように加熱することを特徴とする請求項１に記載の電気加熱式触媒装置。
3. 前記制御手段は、前記触媒が前記所定温度に達した際に、前記加熱を止めるように前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気加熱式触媒装置。
4. 前記制御手段は、前記内燃機関が作動された際に、前記加熱を止めるように前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電気加熱式触媒装置。
5. 前記制御手段は、前記内燃機関が作動しているか否かを判定する判定手段を有し、該判定手段により、前記内燃機関が作動していないと判定された場合に、前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気加熱式触媒装置。
6. 前記車両は、前記内燃機関の作動による発電以外の方法によって、前記車両が備える充電池に充電することが可能であるプラグインハイブリッド型の車両であ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電気加熱式触媒装置。
7. 内燃機関の排気経路に設けられた触媒及び該触媒を通電することにより加熱可能な加熱手段を備えたハイブリッド型の車両において、
   前記車両に設けられた通信手段により、有料道路の自動料金収受システムの路側装置との通信を行う通信工程と、
   前記通信が行われた際に、前記触媒の加熱を開始するように前記加熱手段を制御する制御工程と
   を備えることを特徴とする電気加熱式触媒の制御方法。

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