JP2020118049A - 内燃機関の触媒暖機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の少なくとも一つの実施形態は、内燃機関と回転電機とを備え、回転電機によって内燃機関を駆動可能な車両において、回転電機をモータリングして内燃機関を始動する際に、排ガス性能の悪化や内燃機関が失火状態に至ることを回避しつつ、触媒を早期に活性可能な内燃機関の触媒暖機制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】触媒を所定の制御開始条件が成立したときに昇温すべく、内燃機関を回転電機によって所定回転数に維持し点火時期のリタード化及び空燃比のリーン化を実施する触媒昇温制御部と、触媒昇温制御部による触媒昇温制御中に、空燃比が所定空燃比領域から外れているかを判定する空燃比判定部と、空燃比が所定空燃比領域から外れていると判定したとき、触媒昇温制御部のリーン化の制御を終了し、予め設定された目標空燃比に空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御部と、を備えたこと。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関の触媒暖機制御装置に関し、特に、内燃機関が失火状態に至ることを回避しつつ触媒の暖機を行う内燃機関の触媒暖機制御装置に関する。

内燃機関の排気通路に設けられた触媒をエンジンの冷態始動時に昇温する触媒暖機制御として、例えば、点火時期のリタード及び空燃比（Ａ／Ｆ）のリーン化によって早期活性化を図ることが知られている（特許文献１（段落０００４等））。

しかし、リーン側へのＡ／Ｆ制御において、Ａ／Ｆセンサや燃料噴射弁のハード的な製品誤差等によって生じる性能緒元のずれを補正するためにＡ／Ｆ学習値が学習されるが、このＡ／Ｆ学習値がリーン側に誤学習された場合には、触媒暖機制御のリーン化においてリーンになりすぎて失火状態に至る場合がある。さらに、失火状態になると大量のＨＣが触媒に流れ、触媒温度が上昇して触媒溶損に至るおそれもある。

従って、触媒暖機制御中において失火状態に至る可能性を的確に判定して回避することが必要である。この失火状態の判定としては、一般的に各気筒の燃焼サイクルでの回転数変動量に基づいて検出することが知られている（特許文献１、特許文献２）。

特開２００５−２９９５１１号公報 特開２００６−２８３７４１号公報

前述のように特許文献１、特許文献２には、内燃機関の失火状態の判定として各気筒の燃焼サイクルでの回転数変動量に基づいて検出することが示されている。しかし、内燃機関と回転電機（モータジェネレータ）とを備え、回転電機によって内燃機関を駆動可能なハイブリッド車両（ＨＶ車両）等の車両では、内燃機関を所定の回転数となるように回転電機でモータリングして、所定の回転数に達すると燃料を噴射して内燃機関を始動し、触媒暖機を実行するような場合では、内燃機関の冷態始動時の触媒暖機中における失火判定を、内燃機関（気筒）の回転数変動を基に検出することが難しくなる。

そのため、内燃機関の回転数変動を基に触媒暖機中の失火状態を検出することが困難な場合であっても、失火状態に至る可能性を的確に判定して失火状態に至ることを回避しつつ、触媒を早期活性可能な触媒暖機制御装置が望まれている。

そこで、上記の課題に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態は、内燃機関と回転電機（モータジェネレータ）とを備え、回転電機によって内燃機関を駆動可能な車両において、回転電機をモータリングして内燃機関を始動する際に、排ガス性能の悪化や内燃機関が失火状態に至ることを回避しつつ、触媒を早期に活性可能な内燃機関の触媒暖機制御装置を提供することを目的とする。

（１）前述した目的を達成するために発明されたものであり、本発明の少なくとも一実施形態は、内燃機関により駆動されて発電可能である一方で車両に搭載されたバッテリから供給された電力で前記内燃機関を駆動可能な回転電機を備えた車両の前記内燃機関の触媒暖機制御装置であって、前記回転電機をモータリングして前記内燃機関を始動する際に、前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒を、所定の制御開始条件が成立したときに昇温すべく、前記内燃機関の回転数を前記回転電機によって所定回転数に維持し、前記内燃機関の点火時期のリタード化及び空燃比のリーン化を実施する触媒昇温制御部と、前記触媒昇温制御部による触媒昇温制御中に、空燃比検出手段によって検出された空燃比が所定空燃比領域から外れているかを判定する空燃比判定部と、前記空燃比判定部によって、前記空燃比検出手段で検出された空燃比が前記所定空燃比領域から外れていると判定したとき、前記触媒昇温制御部のリーン化の制御を終了し、予め設定された目標空燃比になるように空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御部と、を備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、内燃機関により駆動されて発電可能である一方で車両に搭載されたバッテリから供給された電力で内燃機関を駆動可能な回転電機を備えた車両において、回転電機をモータリングして内燃機関を始動する際に、触媒を所定の制御開始条件が成立したときに昇温すべく、内燃機関の回転数を回転電機によって所定回転数に維持し、内燃機関の点火時期のリタード化及び空燃比のリーン化によって触媒暖機制御の実施中に、所定空燃比領域から外れる空燃比の検出によって失火状態に至る可能性が高いことを判定することができる。

また、失火状態に至る可能性が高いと判定した場合には、空燃比フィードバック制御部によって、触媒昇温のための空燃比リーン化制御を終了し、予め設定された目標空燃比になるように空燃比をフィードバック制御するので、失火に至る空燃比の状況を確実に解消することができる。

従って、回転数変動を基に触媒昇温制御中の失火状態を検出することが困難な場合であっても、失火状態に至る可能性を的確に判定して失火状態に至ることを回避しつつ、触媒を早期に活性化することができる。

（２）幾つかの実施形態では、前記空燃比フィードバック制御部は、前記空燃比判定部によって、前記空燃比検出手段で検出された空燃比が前記所定空燃比領域のリーン側の境界値よりリーン側にずれていると判定したとき、前記目標空燃比を前記触媒昇温制御部による昇温リーン空燃比領域よりリッチ側の空燃比に設定してフィードバック制御をすることを特徴とする。

このような構成によれば、空燃比検出手段で検出された空燃比が所定空燃比領域のリーン側の境界値よりリーン側にずれていると、リーン失火を起こす可能性が非常に高いので、空燃比フィードバック制御部では、リーン側にずれていることをいち早く回避するために、昇温リーン空燃比領域よりリッチ側の空燃比を目標空燃比に設定して、フィードバック制御を実施することでリーン失火を起こす状況をいち早く解消させると共に触媒過昇温による触媒溶損を防止することができる。

（３）幾つかの実施形態では、前記空燃比フィードバック制御部は、前記目標空燃比を理論空燃比に設定してフィードバック制御をすることを特徴とする。

このような構成によれば、目標空燃比を理論空燃比に設定してフィードバック制御をするので、早期の空燃比リーン失火解消と触媒過昇温による触媒溶損を防止でき、触媒の早期昇温及び最適な排ガス浄化性能を得ることが可能になる。

（４）幾つかの実施形態では、前記空燃比判定部によって、前記空燃比検出手段で検出された空燃比が前記所定空燃比領域のリーン側の境界値よりリーン側にずれていると判定したとき、前記触媒昇温制御部によるリタード化の制御を終了し、基本点火時期に戻すことを特徴とする。

このような構成によれば、触媒昇温制御部による点火時期のリタード化の制御を終了して基本点火時期に戻すので、失火状態の不安定燃焼に対して安定燃焼が図れ、さらに触媒の過剰な昇温が回避されて触媒の溶損を抑制することができる。

（５）幾つかの実施形態では、前記空燃比フィードバック制御部は、前記空燃比判定部によって、前記空燃比検出手段で検出された空燃比が前記所定空燃比領域のリッチ側の境界値よりリッチ側にずれていると判定したとき、前記目標空燃比を前記触媒昇温制御部による昇温リーン空燃比領域の内側の空燃比に設定してフィードバック制御をすることを特徴とする。

このような構成によれば、空燃比検出手段で検出された空燃比が所定空燃比領域よりリッチ側にずれている場合には触媒の活性化が進んでいない状態で多量のＨＣが排出される可能性が高く排ガス性能においても悪化する可能性が高いとともに、リッチ側に極度にずれてしまう場合にはリッチ失火を生じる可能性があるため、リッチ側にずれていることをいち早く回避するために、昇温リーン空燃比領域の内側の空燃比を目標空燃比に設定して、フィードバック制御を実施することで排ガス性能の悪化やリッチ失火を起こす可能性をいち早く解消させることができる。

（６）幾つかの実施形態では、前記空燃比フィードバック制御部は、前記空燃比判定部によって、前記空燃比検出手段で検出された空燃比が前記所定空燃比領域のリッチ側の境界値よりリッチ側にずれていると判定したとき、前記触媒昇温制御部のリタード化の制御を維持することを特徴とする。

このような構成によれば、空燃比フィードバック制御部は、触媒昇温制御部による点火時期のリタード化の制御を維持するので、触媒の昇温がいち早く完了するようにできる。触媒の暖機が完了していない状態で空燃比がリッチ状態になると、触媒の浄化機能が発揮されないので排ガス特性上好ましくない。そのため、触媒の暖機にはリタード化が有効なためリタード化を維持して、触媒の暖機をいち早く完了させるようにしている。

（７）幾つかの実施形態では、前記触媒昇温制御部による空燃比のリーン化は昇温リーン空燃比領域の内となるように実施され、前記所定空燃比領域は、前記昇温リーン空燃比領域より外側に設定されることを特徴とする。

このような構成によれば、触媒昇温制御部によるリーン化の制御に影響されることなく、空燃比を基に失火状態に至る可能性を的確に判定することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、内燃機関により駆動されて発電可能である一方で車両に搭載されたバッテリから供給された電力で前記内燃機関を駆動可能な回転電機を備えた車両において、回転電機をモータリングして内燃機関を始動する際に、排ガス性能の悪化や内燃機関が失火状態に至ることを回避しつつ、触媒を早期に活性化できる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の触媒暖機制御装置が搭載される車両の全体概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の触媒暖機制御装置の構成ブロック図及び触媒暖機制御装置が適用されるエンジン及びエンジンの周辺構造を概略的に示す模式図である。 一実施形態における触媒暖機制御装置の制御を示す制御フローチャートである。 一実施形態における触媒暖機制御装置の制御を示す制御フローチャートである。 昇温リーン空燃比領域と許容空燃比領域と燃焼限界空燃比領域の関係を示す関係説明図である。 基本点火時期マップとリタード点火時期マップの概念図である。 触媒昇温制御部による制御によって触媒温度が上昇する状態を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、実施形態として記載されている、または図面に示されている構成部品の相対的配置等は、本発明の範囲をこれらに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の触媒暖機制御装置について、図１〜３を参照して説明する。図１には、エンジン（内燃機関）１の触媒暖機制御装置３が搭載される車両５の全体概略構成図を示す。

車両５は、一例としてプラグインハイブリッド車両を示す。プラグインハイブリッド車両の概要をまず説明する。エンジン１の出力によって前輪７を駆動して走行可能であるとともに、前輪７を駆動する電動のフロントモータ９を備える。

エンジン１は、トランスアクスル１１を介して前輪７を駆動可能であるとともに、トランスアクスル１１を介してモータジェネレータ（回転電機）１３を駆動して発電させることが可能となっている。

フロントモータ９は、フロントモータ・モータジェネレータコントロールユニット１５を介して、車両５に搭載された駆動用バッテリ１７及びモータジェネレータ１３から高電圧の電力を供給されて駆動し、トランスアクスル１１を介して前輪７を駆動する。

モータジェネレータ１３によって発電された電力は、フロントモータ・モータジェネレータコントロールユニット１５を介して駆動用バッテリ１７を充電可能であるとともに、フロントモータ９に電力を供給可能である。
また、車両５には、駆動用バッテリ１７を外部電源によって充電する充電機１９が備えられている。

なお、車両５として、プラグインハイブリッド車両を例として説明したが、これに限るものではなく、エンジンの運転状態に応じて回生駆動（発電）又は力行駆動が可能なモータジェネレータ（回転電機）が搭載されている車両であればよい。例えば、エンジンのクランクプーリにベルトを介してベルトスタータジェネレータ（所謂ＢＳＧ：Ｂｅｌｔ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）が接続されて、エンジンのトルクアシストする車両であってもよい。

また車両５には、エンジン１の運転制御及びモータジェネレータ１３の運転制御を行って、触媒の昇温制御を実施する触媒暖機制御装置３が設けられており、モータジェネレータ１３の運転制御は、フロントモータ・モータジェネレータコントロールユニット１５を介して制御するようになっている。

図２に、触媒暖機制御装置３が適用されるエンジン１及びエンジン１の周辺構造を概略的に示す。エンジン１は、筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジンを対象として構成される。また、エンジン１には、ＤＯＨＣ４弁式の動弁機構が採用されており、クランク軸２１によりシリンダヘッド２３上に設けられた吸気カムシャフト２５及び排気カムシャフト２７が回転駆動され、これらのカムシャフト２５、２７により吸気弁２９及び排気弁３１が所定のタイミングで開閉される。また、モータジェネレータ１３の出力軸は、クランク軸２１と連結可能になっている。

シリンダヘッド２３には気筒毎に点火プラグ３３と共に電磁式の燃料噴射弁３５が取り付けられ、高圧燃料が燃料噴射弁３５の開閉に応じて燃焼室３７内に直接噴射される。シリンダヘッド２３には両カムシャフト２５、２７間に略直立方向に吸気ポート３９が形成され、吸気弁２９の開弁に伴って吸入空気がエアクリーナ４１からスロットル弁４３、サージタンク４５、吸気マニホールド４７、吸気ポート３９を経て燃焼室３７に導入される。燃焼後の排ガスは排気弁３１の開弁に伴って燃焼室３７から排気ポート４９に排出され、更に排気通路５１及び排気通路５１に設けられた触媒５３を経て大気中に排出される。

また、図２に示すように、排気通路５１には、燃焼室３７から排出された排ガス中の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する空燃比センサ（空燃比検出手段）５５が設置されている。例えば、リニアＡ／Ｆセンサが設置されている。

エンジン１のクランクケースにはクランク軸２１の回転角度を検出するクランク角センサ５７が設置され、回転角度からエンジン１の回転数も算出されるようになっている。また、シリンダブロックには冷却水温度を検出する冷却水温度センサ５９が設置される。エアクリーナ４１とスロットル弁４３との間には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ６１が設置され、触媒５３の上流側に排ガス温度を検出する排ガス温度センサ６３が設置されている。

触媒暖機制御装置３は、図２に示すように、触媒昇温制御部６５、空燃比判定部６７、空燃比フィードバック制御部６９を有して構成されている。また、図示しない信号入力部、信号出力部、記憶部、演算部等を有している。

信号入力部には、既に説明した空燃比センサ５５、クランク角センサ５７、冷却水温度センサ５９、排ガス温度センサ６３、エアフローセンサ６１からの各信号が入力される。信号出力部からは、点火プラグ３３、燃料噴射弁３５、スロットル弁４３等へ点火時期や燃料噴射量や吸気空気量等の制御信号が出力される。また、モータジェネレータ１３へは、触媒昇温時のエンジン１の回転数を制御する制御信号が出力される。

触媒暖機制御装置３を構成する触媒昇温制御部６５では、所定の制御開始条件が成立したときに排気通路５１に設けられた触媒５３を、昇温（触媒昇温制御）すべく、エンジン１の回転数をモータジェネレータ１３によって所定回転数に上昇して維持し、さらに、エンジン１の点火時期のリタード化及び空燃比のリーン化を実施する。

触媒昇温制御の所定の制御開始条件は、冷却水温度が所定温度以上、例えば−４０℃以上であり、且つ触媒推定温度が所定温度以下、例えば３００℃以下であり、且つエンジン回転数が所定範囲内、例えば５３０〜１２００ｒｐｍ内の条件を満たす場合である。冷却水温度は冷却水温度センサ５９の検出値に基づき算出され、触媒推定温度は排ガス温度センサ６３の検出値に基づいて推定されるか、またはエンジン回転数等のエンジン運転状態を基に演算によって推定される。エンジン回転数はクランク角センサ５７の検出値に基づき算出される。なお、制御開始条件の冷却水温度、触媒推定温度、エンジン回転数の値はこれらに限らず適宜設定されるものである。

触媒昇温制御部６５での実施項目の「エンジン１の回転数をモータジェネレータ１３によって所定回転数に上昇して維持する」については、通常のアイドリング状態の回転数よりも上昇した回転数にモータジェネレータ１３のモータリングで上昇させてその回転数を維持するようにエンジン１を作動させることである。例えば、エンジン回転数が１５００ｒｐｍに維持するように制御される。

すなわち、エンジン回転数は、モータジェネレータ１３によって制御され、モータジェネレータ１３のトルクフィードバック（Ｆ／Ｂ）で目標回転数が維持されるようになっている。エンジン１が狙い通り燃焼できているときは、モータジェネレータ１３のトルクはマイナスとなり回生（発電）となり、回生することでエンジン回転数の上昇を抑える。逆に、エンジン１が狙い通りに燃焼できていないときは、モータジェネレータ１３のトルクはプラスとなり消費（モータリング）となる。モータリングすることで、エンジン回転数の低下が防がれる。

このようにアイドル回転数を通常より高回転に維持することによって、排ガス流量を増やして、触媒温度上昇が促進される。

また、触媒昇温制御部６５での実施項目の「点火時期のリタード化」については、基本点火時期をリタード（遅角）させることである。点火時期マップを用いて制御される。基本点火時期マップとリタードさせる場合のリタード点火時期マップとを有し、触媒昇温制御が実施される場合には、リタード点火時期マップを用いて制御される。

基本点火時期マップ及びリタード点火時期マップは、例えば、図６に示すように、クランク角センサ５７から算出されるエンジン回転数（ｒｐｍ）を横軸に示し、エアフローセンサ６１から検出される吸入空気量を基に算出される吸気充填効率（％）を縦軸に示し、これらエンジン回転数と吸気充填効率をパラメータとして基本点火時期、又はリタード点火時期が予め設定されている。図６に示す一例の数値は、上死点前のクランク角度を示している。

このように点火時期のリタード化によって、燃焼室３７内における燃焼を緩慢にすることで、排ガス排気行程まで排ガス温度が下がりにくくなり、触媒に到達する排ガス温度を上昇させることができ、触媒昇温を促進させる。

また、触媒昇温制御部６５での実施項目の「空燃比のリーン化」については、エンジン１の燃焼の空燃比を、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）に対してリーン側に設定することである。この空燃比のリーン化は所定の昇温リーン空燃比領域Ｘ（Ａ／Ｆ＝１５．０〜１５．５）を有している（図５参照）。

この空燃比のリーン化の制御は、目標空燃比に対するフィードバック制御ではなく、エンジン１の要求運転状態（要求出力）に対して予め設定された燃料噴射量と空気量のマップ値によって制御されるオープン制御（オープンループ制御）である。昇温制御時のエンジン回転数（例えば１５００ｒｐｍ）の要求出力において昇温リーン空燃比領域Ｘ（Ａ／Ｆ＝１５．０〜１５．５）に入るように燃料噴射量と空気量とをマップ値から求めてエンジン１が運転される。オープン制御であるので、空燃比のリーン化が迅速に行われる。

このように空燃比のリーン化によって、ＨＣ濃度を下げるとともに、触媒温度が低く触媒活性化があまり進んでいないときの触媒酸化反応を最適化し、触媒温度上昇に寄与させることができる。また、触媒で酸化反応しきれない量のＨＣ通過は触媒温度低下につながるため、この点においても有効である。

以上の触媒昇温制御部６５における昇温制御による触媒温度上昇の概念図を図７に示す。図７は、横軸に時間経過を示し、縦軸に（ａ）吸気量（エンジン回転数）、（ｂ）空燃比（Ａ／Ｆ）、（ｃ）点火時期、（ｄ）排気温度、（ｅ）触媒温度をそれぞれ示す。エンジン回転数の上昇と、空燃比のリーン化と、点火時期のリタード化とによって、排気温度及び触媒温度が上昇し、触媒の活性温度（例えば３５０℃）以上に、このように昇温制御を行わない場合に比べて早期に到達することが示されている。

触媒暖機制御装置３の空燃比判定部６７では、空燃比センサ５５によって検出された空燃比が、昇温リーン空燃比領域Ｘの外側により広い領域に設定され触媒昇温制御の実施を許容することが可能な領域となる許容空燃比領域（所定空燃比領域）Ｙ（Ａ／Ｆ＝１４．５〜１７．０）（図５参照）から外れているかを判定する。

すなわち、空燃比センサ５５によって検出された空燃比が、許容空燃比領域Ｙのリーン側の境界値であるＡ／Ｆ＝１７．０以上のリーンである場合には、Ａ／Ｆ学習値がリーン側に誤学習されている可能性がありエンジン１はリーン失火を生じる可能性が高いと判定する。

また、空燃比センサ５５によって検出された空燃比が、許容空燃比領域Ｙのリッチ側の境界値であるＡ／Ｆ＝１４．５以下のリッチである場合には、Ａ／Ｆ学習値がリッチ側に誤学習されている可能性があり、エンジン１は、触媒の活性化が進んでいない状態で多量のＨＣが排出される可能性が高く排ガス性能においても悪化する可能性が高いとともに、燃焼限界空燃比領域Ｚよりもリッチ側にずれた場合はリッチ失火を生じる可能性があると判定する。この燃焼限界空燃比領域Ｚは、Ａ／Ｆ＝１０．０〜１７．０であり（図５参照）この領域から外れた場合には、リーン失火、リッチ失火を生じ可能性が高くなる。

図５に示すように、触媒昇温制御部６５による空燃比のリーン化は所定の昇温リーン空燃比領域Ｘを有し、許容空燃比領域Ｙは、昇温リーン空燃比領域より外側に設定された領域に設定されているので、触媒昇温制御部６５によるリーン化の制御に影響されることなく、許容空燃比領域Ｙを基に空燃比の変化から失火状態に至る可能性を的確に判定することができる。

なお、昇温リーン空燃比領域Ｘ（Ａ／Ｆ＝１５．０〜１５．５）、許容空燃比領域Ｙ（Ａ／Ｆ＝１４．５〜１７．０）、燃焼限界空燃比領域Ｚ（Ａ／Ｆ＝１０．０〜１７．０）の数値範囲は、必ずしもこの値に限るものではなく、エンジン１の仕様や燃料の性状によって適宜設定される範囲である。

触媒暖機制御装置３の空燃比フィードバック制御部６９では、空燃比判定部６７によって、空燃比センサ５５で検出された空燃比が許容空燃比領域Ｙより外れていると判定されたとき、触媒昇温制御部６５によるオープン制御によって行われるリーン化の制御を終了し、予め設定された所定の目標空燃比になるように空燃比をフィードバック制御する。

すなわち、失火状態に至る可能性が高いと判定された場合には、空燃比フィードバック制御部６９によって、触媒昇温制御部６５によるオープン制御によるリーン化の制御を終了し、予め設定された目標空燃比になるように空燃比をフィードバック制御するので、失火に至る空燃比の状況を確実に解消することができる。

次に、図３に示す制御フローチャートを参照して、図２の触媒暖機制御装置３の触媒昇温制御の一実施形態について説明する。

まず、ステップＳ１で、エンジン１を始動する始動要求信号を取得する。その後、ステップＳ２では、モータジェネレータ１３をスタータとして機能させて始動する。すなわち、モータジェネレータ１３のモータリングを開始し、所定の回転数（例えば８００ｒｐｍ）のエンジン回転数で燃料噴射を開始して、モータジェネレータ１３が所定トルク値に低下したらエンジン１が始動したと判定する。

その後、ステップＳ３では、エンジン１が燃料により自律回転したら、触媒昇温制御の所定の制御開始条件が成立するかを判定する。この所定の制御開始条件は、既に説明したように冷却水温度が所定値以上（−４０℃以上）であり、且つ触媒推定温度が所定値以下（３００℃以下）であり、且つエンジン回転数が所定値以内（５３０〜１２００ｒｐｍ以内）の条件を満たすかを判定する。

ステップＳ３の条件が成立しない場合には、ＮｏとなってステップＳ７に進んで、空燃比センサ５５の活性後に通常制御を実施する。すなわち、空燃比センサ５５の活性後（例えば、エンジン始動後２０〜３０秒後）には、触媒昇温制御ではなくエンジンの運転状態に対応した空燃比にフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御によって空燃比を制御する。

ステップＳ３の条件が成立する場合には、ＹｅｓとなってステップＳ４に進んで触媒昇温制御を開始する。この触媒昇温制御は、既に説明したように、空燃比のリーン化補正、点火時期のリタード補正、モータジェネレータ１３によるエンジン回転数の上昇と維持を実施する。

その後、ステップＳ５では、空燃比センサ５５の活性後の検出空燃比が、許容空燃比領域Ｙ（Ａ／Ｆ＝１４．５〜１７．０）の内に入っているかを判定する。領域内に入っていれば、ＹｅｓとなってステップＳ８に進んで、所定の積算吸入空気量に達するまで、触媒昇温制御を継続し、所定の積算吸入空気量に達したら終了し、ステップＳ７と同様に通常制御に移行する。

ステップＳ５でＮｏの判定をした場合には、ステップＳ６に進んで、ステップＳ６では、触媒昇温制御のオープン制御によるリーン化を終了し、所定の目標空燃比へのフィートバック制御を開始する。

以上の一実施形態によれば、触媒昇温制御中に、空燃比センサ５５によって検出された空燃比が昇温リーン空燃比領域Ｘより外側に設定された許容空燃比領域（所定空燃比領域）Ｙから外れているかを、空燃比判定部６７によって判定するので、エンジン１が失火状態に至る可能性が高いことを判定することができる。

また、失火状態に至る可能性が高いと判定した場合には、空燃比フィードバック制御部６９によって、触媒昇温制御部６５によるオープン制御のリーン化を終了し、予め設定された目標空燃比になるように空燃比をフィードバック制御するので、失火に至る空燃比の状況を確実に解消することができる。

従って、回転数変動を基に触媒昇温制御中の失火状態を検出することが困難な場合であっても、失火状態に至る可能性を的確に判定して失火状態に至ることを回避しつつ、触媒を早期に活性化することができる。

次に、図４に示す制御フローチャートを参照して、図２の触媒暖機制御装置３の触媒昇温制御の一実施形態について説明する。

図４のステップＳ１１〜Ｓ１５は、図３のフローチャートのステップＳ１〜Ｓ５と同様であり、ステップＳ１８は、図３のステップＳ７と同様であり、ステップＳ２０は、図３のステップＳ８と同様であるので、詳細な説明は省略する。

図４において、ステップＳ１５でＮｏと判定された場合には、ステップＳ１６に進み、ステップＳ１６では、空燃比センサ５５の検出値が許容空燃比領域Ｙよりリッチ側にずれているかを判定する。すなわち、許容空燃比領域Ｙのリッチ側の境界値（Ａ／Ｆ＝１４．５）よりリッチ側にずれているかを判定する。Ｙｅｓの場合にはステップＳ１９に進む。Ｎｏの場合には、ステップＳ１７に進む。

このステップＳ１６の判定がＮｏの場合は、空燃比センサ５５の検出値が許容空燃比領域Ｙのリーン側の境界値（Ａ／Ｆ＝１７．０）よりリーン側にずれていることを意味する。なお、リッチ側にずれているか、又はリーン側にずれているかの判定は、リッチ側の境界値（Ａ／Ｆ＝１４．５）以下のＡ／Ｆが所定時間以上（例えば５秒以上）検出されたか、又はリーン側境界値（Ａ／Ｆ＝１７．０）以上のＡ／Ｆが所定時間以上（例えば５秒以上）検出されたかを基に判定する。

許容空燃比領域Ｙよりリーン側にずれていると判定してステップＳ１７に進んだ場合には、ステップＳ１７では、触媒昇温制御の終了条件が成立していると否とに関わらず、触媒昇温制御を終了し、空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する。このステップＳ１７における目標空燃比は、昇温リーン空燃比領域Ｘよりリッチ側の空燃比を目標空燃比に設定し、さらに好ましくは、目標空燃比を理論空燃比に設定してフィードバック制御をする。

なお、触媒昇温制御の終了条件は、吸入空気量の積算空気量が所定値に達した場合又は触媒の推定温度が所定温度に達した場合であるが、主に積算空気量が所定値に達したことによって終了の判定が行われる。

リッチ側にずれていると判定してステップＳ１９に進んだ場合には、ステップＳ１９では、触媒昇温制御の終了条件が成立するまで、触媒昇温制御を継続する。但し、空燃比については、目標空燃比を昇温リーン空燃比領域Ｘの内側の空燃比に設定してフィードバック制御をする。そして、次のステップＳ２０では、所定の積算空気量に到達したら触媒昇温制御を終了し、通常制御に移行する。

以上の実施形態によれば、許容空燃比領域Ｙよりリーン側にずれていると、リーン失火を起こす可能性が非常に高いので、リーン側にずれていることをいち早く回避するために、昇温リーン空燃比領域Ｘよりリッチ側の空燃比を目標空燃比に設定して、フィードバック制御を実施することでリーン失火を起こす可能性をいち早く解消させることができる。

また、目標空燃比を理論空燃比に設定してフィードバック制御をするので、触媒の昇温を早期に達成する上でも好ましい。すなわち、理論空燃比よりもリッチ側に目標空燃比を設定した場合には活性していない触媒に対してはかえって触媒昇温し難くなるため、理論空燃比に設定することで、早期の失火解消と触媒の早期昇温との両立が可能になる。

また、許容空燃比領域Ｙよりリッチ側にずれている場合には触媒の活性化が進んでいない状態で多量のＨＣが排出される可能性が高く排ガス性能においても悪化する可能性が高いとともに、燃焼限界空燃比領域よりもリッチ側にずれた場合はリッチ失火を生じる可能性があるため、リッチ側にずれていることをいち早く回避するために、昇温リーン空燃比領域Ｘの内の空燃比を目標空燃比に設定して、フィードバック制御を実施することで排ガス性能の悪化やリッチ失火を起こす可能性をいち早く解消させることができる。

また、リッチ空燃比側にずれていることが原因で、触媒の暖機も十分にできていないので、目標空燃比を昇温リーン空燃比領域Ｘの内側のリーン空燃比に設定することで、空燃比のフィードバック制御中に触媒の暖機をいち早く行うこともできる。

また、幾つかの実施形態では、空燃比判定部６７によって、空燃比センサ５５で検出された空燃比が許容空燃比領域Ｙのリーン側の境界値よりリーン側にずれていると判定されたとき、触媒昇温制御部６５によるリタード化の制御を終了し、基本点火時期に戻すことを特徴とする。このリタード化の制御を終了して基本点火時期に戻す制御は、前述した空燃比フィードバック制御部６９における目標空燃比へのフィードバック制御と共に実施するのが好ましい。

すなわち、図４に示すフローチャートのステップＳ１７に示すように、触媒昇温制御の終了は、リタード化の制御を終了して、基本点火時期に戻すことを意味している。

このような構成によれば、触媒昇温制御部６５による点火時期のリタード化の制御を終了させて基本点火時期に戻すので、失火状態の不安定燃焼に対して安定燃焼が図れる。さらに、リタードが維持されることによる触媒の過剰な昇温が回避されて触媒の溶損を抑制することができる。

また、幾つかの実施形態では、空燃比判定部６７によって、空燃比センサ５５で検出された空燃比が許容空燃比領域Ｙのリッチ側の境界値よりリッチ側にずれていると判定したとき、触媒昇温制御部６５によるリタード化の制御を維持することを特徴とする。このリタード化の制御の維持の制御は、前述した空燃比フィードバック制御部６９における目標空燃比へのフィードバック制御と共に実施するのが好ましい。

すなわち、図４に示すフローチャートのステップＳ１９に示す触媒昇温制御の維持、但しＡ／Ｆを目標空燃比にＦ／Ｂ制御は、リタード化の制御を維持することを意味している。

このような構成によれば、触媒昇温制御部６５による点火時期のリタード化の制御を維持するので、触媒の昇温がいち早く完了するようにできる。触媒の暖機が完了していない状態で空燃比がリッチ状態になると、触媒の浄化機能が発揮されないので排ガス特性上好ましくない。そのため、触媒の昇温に有効なリタード化を維持して、触媒の昇温をいち早く完了させるようにしている。

以上説明した図３、図４の実施形態では、許容空燃比領域Ｙの外側にずれた際に、すなわち、境界線よりもリーン側、若しくはリッチ側にずれた際に、フィードバック制御を行うことを説明したが、昇温リーン空燃比領域Ｘよりも外側にずれた場合にフィードバック制御を行うようにしてもよい。

また、図４の実施形態では、許容空燃比領域Ｙの境界線よりもリーン側、若しくはリッチ側にずれた際に、フィードバック制御を行うが、すなわち何れの側にずれた場合でも対応できる制御であるが、リーン側、若しくはリッチ側の何れか一方側にだけに対応できる制御として触媒昇温制御の簡素化を図ってもよい。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、エンジンにより駆動されて発電可能である一方で車両に搭載されたバッテリから供給された電力でエンジンを駆動可能なモータジェネレータを備えた車両において、回転電機をモータリングして内燃機関を始動する際に、排ガス性能の悪化やエンジンが失火状態に至ることを回避しつつ、触媒を早期に活性化できるので、内燃機関の触媒暖機制御装置への利用に適している。

１ エンジン（内燃機関）
３ 触媒暖機制御装置
５ 車両
１３ モータジェネレータ（回転電機）
１７ 駆動用バッテリ（バッテリ）
３３ 点火プラグ
３５ 燃料噴射弁
３７ 燃焼室
５３ 触媒
５５ 空燃比センサ（空燃比検出手段）
５７ クランク角センサ
５９ 冷却水温度センサ
６１ エアフローセンサ
６３ 排ガス温度センサ
６５ 触媒昇温制御部
６７ 空燃比判定部
６９ 空燃比フィードバック制御部
Ｘ 昇温リーン空燃比領域
Ｙ 許容空燃比領域（所定空燃比領域）
Ｚ 燃焼限界空燃比領域

Claims (7)

1. 内燃機関により駆動されて発電可能である一方で車両に搭載されたバッテリから供給された電力で前記内燃機関を駆動可能な回転電機を備えた車両の前記内燃機関の触媒暖機制御装置であって、
   前記回転電機をモータリングして前記内燃機関を始動する際に、前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒を、所定の制御開始条件が成立したときに昇温すべく、前記内燃機関の回転数を前記回転電機によって所定回転数に維持し、前記内燃機関の点火時期のリタード化及び空燃比のリーン化を実施する触媒昇温制御部と、
   前記触媒昇温制御部による触媒昇温制御中に、空燃比検出手段によって検出された空燃比が所定空燃比領域から外れているかを判定する空燃比判定部と、
   前記空燃比判定部によって、前記空燃比検出手段で検出された空燃比が前記所定空燃比領域から外れていると判定したとき、前記触媒昇温制御部のリーン化の制御を終了し、予め設定された目標空燃比になるように空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御部と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の触媒暖機制御装置。
2. 前記空燃比フィードバック制御部は、前記空燃比判定部によって、前記空燃比検出手段で検出された空燃比が前記所定空燃比領域のリーン側の境界値よりリーン側にずれていると判定したとき、前記目標空燃比を前記触媒昇温制御部による昇温リーン空燃比領域よりリッチ側の空燃比に設定してフィードバック制御を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暖機制御装置。
3. 前記空燃比フィードバック制御部は、前記目標空燃比を理論空燃比に設定してフィードバック制御をすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の触媒暖機制御装置。
4. 前記空燃比判定部によって、前記空燃比検出手段で検出された空燃比が前記所定空燃比領域のリーン側の境界値よりリーン側にずれていると判定したとき、前記触媒昇温制御部によるリタード化の制御を終了し、基本点火時期に戻すことを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の触媒暖機制御装置。
5. 前記空燃比フィードバック制御部は、前記空燃比判定部によって、前記空燃比検出手段で検出された空燃比が前記所定空燃比領域のリッチ側の境界値よりリッチ側にずれていると判定したとき、前記目標空燃比を前記触媒昇温制御部による昇温リーン空燃比領域の内側の空燃比に設定してフィードバック制御をすることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の触媒暖機制御装置。
6. 前記空燃比判定部によって、前記空燃比検出手段で検出された空燃比が前記所定空燃比領域のリッチ側の境界値よりリッチ側にずれていると判定したとき、前記触媒昇温制御部のリタード化の制御を維持することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の触媒暖機制御装置。
7. 前記触媒昇温制御部による空燃比のリーン化は昇温リーン空燃比領域の内となるように実施され、
   前記所定空燃比領域は、前記昇温リーン空燃比領域より外側に設定されることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関の触媒暖機制御装置。
   

Images