JP2005061234A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃焼不安定を伴わずに低出力運転時の機関排気温度を上昇させる。
【解決手段】ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７の硫黄被毒解消操作のために排気温度を上昇させる際に、ハイブリッド車１００の内燃機関１を低出力で運転しつつバッテリ９からの電力でモータージェネレータ５を駆動し、内燃機関とともに動力切換機構３、トランスミッション２を介して車輪１０３を駆動する。機関１の各気筒の膨張行程中の一部の期間にモータージェネレータ出力を増大するモーターアシストを行い、上記期間だけ機関回転数を増大する。これにより、気筒内で燃焼が完了する前に排気弁が開弁するようになり、排気温度が上昇する。
【選択図】 図１
【解決手段】ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７の硫黄被毒解消操作のために排気温度を上昇させる際に、ハイブリッド車１００の内燃機関１を低出力で運転しつつバッテリ９からの電力でモータージェネレータ５を駆動し、内燃機関とともに動力切換機構３、トランスミッション２を介して車輪１０３を駆動する。機関１の各気筒の膨張行程中の一部の期間にモータージェネレータ出力を増大するモーターアシストを行い、上記期間だけ機関回転数を増大する。これにより、気筒内で燃焼が完了する前に排気弁が開弁するようになり、排気温度が上昇する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳細には機関の回転を補助する駆動アシスト装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関では、排気温度を上昇させることが要求される場合がある。例えば、排気通路に排気浄化触媒を備えた機関では、機関始動時に短時間で触媒温度を上昇させ触媒を活性化するために排気温度を上昇させることが要求される。また、例えば排気浄化触媒として、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチになったときに排気中の還元成分により吸蔵したＮＯＸを還元浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒を使用している場合には、ＮＯＸと共に触媒に吸蔵され触媒内に蓄積されて行く硫黄酸化物を触媒から放出する硫黄被毒解消操作を行うために排気温度を上昇させて触媒を高温に維持する必要が生じる。
【０００３】
機関が高負荷で運転されている場合には排気温度は特別な操作を行わなくとも高くなるが、機関が低負荷で運転されているような場合には、通常では排気温度は低くなるため、強制的に排気温度を上昇させる操作が必要となる。
従来、このように機関排気温度を上昇させる際には、特許文献１に記載されたように、機関の点火時期を遅角することが一般的であった。
【０００４】
機関の点火時期を遅角すると各気筒内での混合気の燃焼開始時期が遅れるため、気筒排気弁が開弁したときにはまだ燃焼が完了していない燃焼ガスが気筒から排気通路に排出されるようになる。このため、混合気の燃焼エネルギーのうち機械エネルギー（機関出力）に変換されずに排気ガスととともに排気通路に排出されるエネルギーの割合が増大し排気温度が上昇するようになる。
【０００５】
従って、機関冷間始動後の暖機時、或いは機関運転中で比較的排気温度が低い運転状態のときにＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒解消操作が必要になった場合に機関点火時期を遅角することにより、触媒の昇温を行うことが可能となる。
一方、特許文献２には電気モーター等の補助駆動装置を有する、いわゆるハイブリッド車に搭載された内燃機関において冷間始動時等に排気温度を上昇させる制御装置が記載されている。
【０００６】
すなわち、特許文献２の機関では機関始動後の暖機運転中は、機関目標空燃比を得るのに必要な燃料の一部を機関膨張行程時に噴射することにより排気弁開弁時に気筒から排出される排気の温度を上昇させ、高温の排気が触媒に到達するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２２１０６２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２８５８８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１のように機関の点火時期を遅角させると一般に燃焼が不安定になる問題がある。このため、例えば機関冷間始動後の暖機期間に点火時期の遅角による排気温度の上昇を行うと、機関回転が変動したり、極端な場合には失火を生じたりする場合がある。また、車両搭載機関では、例えば車両走行中にＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒解消のために点火時期遅角による排気昇温操作を行うと、燃焼の不安定化により機関出力トルクの変動が生じ車両の運転性が悪化する問題がある。
【０００９】
また、特許文献２ではハイブリッド車用の内燃機関の気筒膨張行程時に燃料の一部を噴射することにより排気温度を上昇させているが、気筒膨張行程時の燃料噴射により排気温度を上昇させるためには、気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁が必要となる。
また、ハイブリッド車では内燃機関出力で車両を駆動しながら同時に発電機を駆動して発電を行い、発電により得られた電力を蓄電池に貯蔵する充電走行が行われるが、蓄電池の充電状態（ＳＴＡＴＥ ＯＦ ＣＨＡＲＧＥ、以下「ＳＯＣ」と称する）がフル（完全充電状態）である場合には、機関を停止して蓄電池に貯蔵した電力によりモーターで車両を駆動するＥＶ（ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＶＥＨＩＣＬ）走行を行う。
【００１０】
このため、例えば走行中にＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒解消のための排気昇温が必要となった場合には、充電走行中は特許文献２の膨張行程噴射、または特許文献１の点火時期遅角により排気昇温を行うことができるものの、ＳＯＣがフルになってＥＶ走行を行う間は機関を停止、または低負荷で運転する必要が生じる。
【００１１】
この場合、機関停止中はもちろん高温排気を触媒に供給できなくなるが、低負荷で機関運転を継続した場合には、特許文献１の点火時期遅角や特許文献２の膨張行程噴射を行っても充分に排気温度を上昇させることはできない。
このため、ハイブリッド車の機関の場合には、フルＳＯＣになったためにＥＶ走行が開始されると、排気温度が低下して実行中のＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒解消操作が中断されることとなる。
【００１２】
この場合には、次回充電走行が開始されると硫黄被毒解消操作は再開されるものの、中断時に高温になっていた触媒温度もＥＶ走行中に低下してしまうため、硫黄被毒解消操作再開時には再度触媒温度を上昇させる必要が生じ、硫黄被毒解消操作に余分なエネルギーと時間とが必要となり効率的に被毒解消操作を行うことができない問題が生じる。
【００１３】
本発明は上記従来技術の問題に鑑み、機関の燃焼が不安定になることを防止可能で、かつハイブリッド車両用機関のフルＳＯＣ時にも排気温度を上昇させることを可能とする内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、機関クランク軸を補助的に回転駆動する駆動アシスト装置を有する内燃機関の制御装置であって、機関排気温度を上昇させる必要があるときに、内燃機関の行程サイクル中の特定の期間前記駆動アシスト装置を作動させて機関の回転を補助することにより、機関で発生する燃焼エネルギーのうち機械エネルギーに転換されるものの割合を減少させ機関排気温度を上昇させる暖機アシスト操作を行うことを特徴とする、内燃機関の制御装置が提供される。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明によれば、前記暖機アシスト操作において、前記駆動アシスト装置が機関の回転を補助する前記特定の期間は、気筒燃焼室において燃焼が開始する時期から排気弁が開弁するまでの期間の少なくとも一部の期間を含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００１６】
すなわち、請求項１及び２の発明では機関のクランク軸を補助的に回転駆動する駆動アシスト装置が設けられている。ここで、「クランク軸を補助的に回転駆動する」とは、クランク軸に直接または間接的に連結され、機関運転中にクランク軸の回転が増速する方向にクランク軸に駆動力を与えることを意味している。
【００１７】
このような駆動アシスト装置を備えた機関では、各気筒の行程サイクルの特定の期間に機関クランク軸を補助的に回転駆動してクランク軸回転を短期間増速することにより、排気温度を上昇させることができる。
例えば、機関燃焼室内での混合気の燃焼は機関の回転速度とは直接関連しないある燃焼速度で生じる。通常、機関の点火時期は気筒排気弁が開弁するまでに混合気の燃焼がほぼ完了するように機関回転速度に応じて設定されている。これにより、燃焼により発生するエネルギーのほとんどが燃焼室内で発生するようになるため、燃焼エネルギーの大部分を膨張行程でピストンを押し下げる仕事、すなわち機関の発生する機械的エネルギーに転換することができる。
【００１８】
本発明の暖機アシスト操作では、駆動アシスト装置により機械回転を増速させることにより燃焼室内で開始した混合気の燃焼が完了しないうちに排気弁が開弁するようにして、ピストンを介して機械的エネルギーに転換される燃焼エネルギーの割合を減少させている。
すなわち、機関回転を増速させることにより排気弁からは燃焼が完了していない（燃焼中の）排気ガスが排気通路に排出される事になり、排気温度は大幅に増大する。
【００１９】
また、暖機アシスト操作により機関回転数が大幅に上昇することを避けるために、駆動アシスト装置による機関回転の補助は気筒の全行程サイクルに渡って行うのではなく、行程サイクルのうち特定の期間のみに行うことが好ましい。
この特定の期間は、少なくとも気筒燃焼室内で燃焼が開始してから排気弁が開弁するまでの期間とオーバーラップしていることが必要であり、回転上昇抑制のためにはできるだけ短い期間とすることが好ましく、例えば気筒膨張行程の一部の期間とすることが好ましい。
【００２０】
上記の暖機アシスト操作では、点火時期は通常の値から変更されないため混合気の着火時期は通常時とほぼ同一となる。このため、着火時期が大幅に遅れる点火時期の遅角の場合のように、燃焼が不安定になることが防止され、機関の安定した運転が可能となる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、前記駆動アシスト装置は、機関クランク軸に連結されたモーター兼発電機を備え、該モーター兼発電機をモーターとして作動させることにより、機関回転を補助する、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００２２】
すなわち、請求項３の発明では駆動アシスト装置としてモーター兼発電機を備えたものを使用しているため、モーター兼発電機をモーターとして使用することにより機関回転補助を行い、それ以外の場合にはモーター兼発電機をモーターとして使用して発電を行うことができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、機関排気温度を上昇させる必要があるときに、まず第１の所定期間の間前記モーター兼発電機を機関クランク軸により駆動される発電機として機能させて機関を比較的高負荷で運転することにより機関排気温度を上昇させ、前記第１の所定期間に続く第２の所定期間の間機関を比較的低負荷で運転しながら前記暖機アシスト操作を行うことにより機関排気温度を上昇させる、請求項３に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００２４】
すなわち、請求項４の発明では第１の所定期間では駆動アシスト装置のモーター兼発電機を発電機として使用して機関による発電を行う。これにより、機関運転負荷が増大するため排気温度が上昇する。また、第２の所定期間では発電を停止して、機関の低負荷運転を行いながら、モーター兼発電機をモーターとして用いて暖機アシスト操作を行う。これにより、第１の所定期間と第２の所定期間との両方で排気温度を高く維持することができるため、ハイブリッド車両のフルＳＯＣ時にも排気温度の低下を防止することができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、前記機関は、排気通路に配置された、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収、またはその両方により吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチになったときに吸蔵したＮＯＸを排気中の還元成分により還元浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒を備え、前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒にＮＯＸとともに吸蔵された硫黄成分を触媒から放出させる硫黄被毒解消操作時に機関の排気温度を上昇させる、請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００２６】
すなわち、請求項５の発明では排気浄化触媒としてＮＯＸ吸蔵還元触媒が使用されるが、被毒解消操作時に請求項１から４のいずれかの暖機アシスト操作を行うことにより機関燃焼状態の悪化を生じることなく、機関の安定した運転を維持しながら排気温度を上昇させることができる。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、前記機関は更に、前記モーター兼発電機で発電した電力を貯蔵する貯蔵手段を備え、機関出力の少なくとも一部を前記モーター兼発電機で電力に変換して前記貯蔵手段に貯蔵する充電モード運転と、前記貯蔵手段に貯蔵した電力を前記モーター兼発電機で機械エネルギーに変換し車両を駆動する運転とが可能なハイブリッド車両用機関である、請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００２８】
すなわち、請求項６の発明ではハイブリッド車両用機関において請求項１から５のいずれかに記載の暖機アシスト操作が行われる。これにより、ハイブリッド車両のフルＳＯＣ時にも排気温度を高く維持することが可能となるため、例えばＮＯＸ吸蔵還元触媒の被毒解消操作を効率的に行うことが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明をハイブリッド車用内燃機関に適用した場合の構成概略を示す図である。
図１において、１００はハイブリッド車両全体、１０１は車両１００の車体、１０３は車輪、１０は車両１００の車体１０１に搭載された動力ユニットを示す。
【００３０】
動力ユニット１００は、内燃機関１、機関１の出力軸に動力切り替え機構３を介して連結されたモータージェネレータ（モーター兼発電機）５、モータージェネレータ５がジェネレータとして作動しているときにその出力電力（交流電力）を直流電力に変換してバッテリー９を充電するとともに、モータージェネレータ５がモーターとして作動するときにバッテリー９からの直流電流を任意の電圧と周波数とを有する交流電力に変換してモータージェネレータ５に供給するコンバータ付きインバータ７とを備えている。
【００３１】
本実施形態では、内燃機関１は４気筒４サイクル過給ガソリン機関とされ、リッチ空燃比からリーン空燃比まで広い空燃比範囲で運転可能な、過給リーンバーンエンジンとされている。
機関１の出力軸とモータージェネレータ５の入出力軸とは、動力切換機構３を介して、車両１００の車輪１０３を駆動するトランスミッション２に連結されている。
【００３２】
動力切換機構３はトランスミッション２と機関１出力軸、モータージェネレータ５の入出力軸との相互の連結と遮断とを行う。すなわち、動力切換機構３は、内燃機関１出力軸のみ、或いはモータージェネレータ５入出力軸のみ、若しくは両方を同時にトランスミッション２に接続し車輪１０３を駆動すること、或いは、内燃機関１の出力軸とモータージェネレータ５の入出力軸とを、トランスミッション２から遮断した状態で接続し、モータージェネレータ５による発電や機関１の始動時クランクランキングなどを行うことを可能とするものである。
【００３３】
本実施形態では、内燃機関１の排気管１５にはＮＯＸ吸蔵還元触媒１７が配置されている。ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７は、機関１の排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸ成分を吸収または吸着、若しくはその両方により触媒内に吸蔵し、機関１の排気空燃比がリッチになったときに排気中のＨＣ成分やＣＯ等の還元成分を用いて吸蔵したＮＯＸを還元浄化する触媒である。
【００３４】
本実施形態では、機関１の制御装置（図示せず）は、通常運転時には機関１をリーン空燃比で運転する。これにより、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７にはリーン空燃比の排気が流入し、排気中のＮＯＸ成分がＮＯＸ吸蔵還元触媒１７に吸蔵される。また、機関１のリーン空燃比運転がある程度続きＮＯＸ吸蔵還元触媒１７のＮＯＸ吸蔵量が所定のレベルまで増大すると、制御装置は機関１を短時間リッチ空燃比で運転し、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７にリッチ空燃比の排気を供給することにより触媒１７に吸蔵されたＮＯＸを還元浄化する。
【００３５】
上述のように、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７は機関１の運転中にＮＯＸの吸蔵と還元浄化とを繰り返す。
ところが、一般に機関１の排気中には微量の硫黄酸化物（ＳＯＸ）が含まれているが、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７は排気空燃比がリーンのときにＮＯＸと同様にＳＯＸを吸蔵する性質を有する。しかも、ＳＯＸは吸蔵された状態で比較的安定した硫酸塩を生成するため、ＮＯＸのように排気空燃比をリッチにしただけでは容易にＮＯＸ吸蔵還元触媒１７から外部に放出されない。このため、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７のＮＯＸの吸蔵と還元とを長期間繰り返していると、触媒１７には次第に硫黄化合物が蓄積されるようになる。
【００３６】
ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７のＳＯＸ吸蔵量が増大すると、ＳＯＸ吸蔵量が増大した分だけＮＯＸ吸蔵還元触媒１７が吸蔵できるＳＯＸの量が減少してしまいＮＯＸ吸蔵還元触媒１７のＮＯＸ吸蔵能力が低下する、いわゆる硫黄被毒が生じる。
この硫黄被毒を解消し触媒１７のＮＯＸ吸蔵能力を回復させるためには、触媒１７をある程度の時間高温に維持しながらリッチ空燃比の排気を供給する、硫黄被毒解消操作を行う必要がある。
【００３７】
この場合、機関１の排気温度を上昇させて触媒１７に高温の排気を供給することにより触媒温度を上昇させることになるが、例えば機関１を高負荷で運転することが可能であれば、機関１の高負荷運転を行うことにより容易に排気温度を上昇させることができる。
ところが、本実施形態では機関１はハイブリッド車両の動力ユニットとして使用されているため、内燃機関１の運転モードは通常の車両用機関とは異なっている。
【００３８】
本実施形態の内燃機関１は大別して以下の３種類のモードで運転される。
（１）エンジン走行モード
（２）充電走行モード
（３）ＥＶ走行モード
【００３９】
（１）のエンジン走行モードは、機関１の出力の全部が動力切換機構３を介してトランスミッション２に供給されるモードである。このモードでの運転は機関１をエンジン効率の良い負荷領域で運転できる場合に行われ、機関１の出力は車輪１０３の駆動のみに使用される。なお、このモードでは急加速時など高出力が要求される場合には、機関１の出力に加えて更にモータージェネレータ５の出力をもトランスミッション２に供給して出力を増大するモーターアシスト操作が行われることもある。
【００４０】
（２）の充電走行モードでは、機関１の出力は、動力切換機構３を介してその一部がトランスミッション２に伝達され車輪１０３の駆動に使われる他、残部がモータージェネレータ５に伝達されモータージェネレータ５による発電に使用される。すなわち、この状態では機関１には車両駆動負荷とモータージェネレータ５の発電負荷との両方の負荷が加わることとなり高負荷で運転されるようになる。
【００４１】
（３）のＥＶ走行モードでは、機関１の出力軸はトランスミッション２から切り離され、モータージェネレータ５の出力のみが動力切換機構３を通じてトランスミッション２に伝達される。また、機関１は停止される。
本実施形態では、通常運転時には動力ユニットの運転効率が最も高くなるように、バッテリ９の充電状態（ＳＯＣ）はフル充電時の５０％程度になるように上記運転モードが切り換えられる。
【００４２】
前述のように、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７の硫黄被毒解消操作を行うためには機関１の排気温度を上昇させる必要がある。
この場合、例えばバッテリー９のＳＯＣは通常では５０％程度に制御されているため、ＳＯＣの制御目標値を増大（例えば１００％）させて強制的に上記（２）の充電走行モードで機関を運転することにより、機関負荷を増大させ排気温度を上昇させることができる。
【００４３】
ところが、充電走行モードで運転を続けるとバッテリーのＳＯＣは徐々に増大し、やがてバッテリはフルＳＯＣ（１００％）に到達してしまう。バッテリがフルＳＯＣになると、もはやそれ以上充電を行うことはできないため、機関１はエンジン走行モードで運転するか、或いは再度充電走行モードでの運転が可能なように、機関を停止してＥＶ走行モードで車両を運転し、バッテリ９のＳＯＣを低下させる必要がある。
【００４４】
この場合、エンジン走行モードでは機関負荷が低下するため排気温度が低下し、ＥＶ走行モードでは機関１は停止されるため触媒には排気が供給されなくなり、いずれも触媒温度は自然放熱のため低下する。従って、充電走行モードで触媒温度を上昇させて硫黄被毒解消操作を開始しても、バッテリー９がフルＳＯＣになると触媒温度が低下して硫黄被毒解消操作が中断されることになる。
【００４５】
もちろん、バッテりー９のＳＯＣが低下すれば充電走行モードでの運転を再開することは可能であるが、この場合には一旦低下した触媒温度を再度所定温度まで昇温する必要が生じ、触媒の加熱に要するエネルギー消費量が増大するとともに、全体として硫黄被毒解消操作に要する時間が長くなり、硫黄被毒解消操作の効率が極めて悪くなる。
【００４６】
一方、前述の従来技術のように機関１の点火時期を遅角すれば一応は負荷が比較的低い領域での機関排気温度を上昇させることは可能であるが、点火時期を遅角すると機関１の燃焼が不安定になり、特にエンジン走行モードなどでは車両の運転性が悪化する問題がある。
そこで、本実施形態では、以下に説明する暖機アシスト操作を行うことによりこれらの問題を解決している。
【００４７】
本実施形態の暖機アシスト操作では、エンジン走行モードの急加速時などと同様に、モーターアシスト運転を行う。
すなわち、暖機アシスト操作時にはエンジンは車両駆動負荷より低い負荷で運転され、駆動負荷とエンジン出力との差の動力はモータージェネレータ５から供給する。すなわち、急加速時以外の比較的低負荷のエンジン走行モードにおいても常時モーターアシスト運転を行う。これにより、フルＳＯＣとなって充電走行が続けられなくなった場合にもバッテリー９の電力を低下させてＳＯＣを減少させることができる。
【００４８】
この場合、機関１は通常のエンジン走行モードより低い負荷で運転されることになるため、通常であれば排気温度は一層低下することになる。
しかし、本実施形態の暖機アシスト操作においては、機関１の各気筒の膨張行程中にモータージェネレータ５の回転速度を短時間増大することにより、機関１の回転を増大させる。すなわち、モーターアシスト運転中にモータージェネレータ５の回転数を短時間増大させてモータージェネレータ５出力を上昇させると、モータージェネレータと同期して回転している機関クランク軸はモータージェネレータ５の出力（トルク）増大分だけ負荷が減るため回転が増大する。
【００４９】
これにより、各気筒の膨張行程の一部の期間だけ機関回転速度を上昇させることができ、機関１の排気温度を増大させることができる。
ここで、機関１の各気筒の膨張行程中の一部の期間にモーターアシストによる機関増速を行うことにより排気温度が上昇する理由を図２を用いて説明する。
【００５０】
図２は各気筒の膨張行程における混合気の燃焼割合を説明する図であり、縦軸は混合気の燃焼割合（％）、横軸はタイミングを表している。横軸のＴＤＣは圧縮行程の上死点、ＢＤＣは膨張行程下死点を示す。また、ＥＯは気筒の排気弁が開弁する時期であり、ＢＤＣよりやや前に設定されている。
【００５１】
図２のカーブＮＯＲは通常の（すなわち、モーターアシストも点火時期の遅角も行わない場合の）混合気燃焼割合の変化を示している。通常、機関点火時期は上死点ＴＤＣより前に設定されており、気筒内混合気は例えば図２横軸にＩＧで示す点で着火して燃焼を開始する。この場合、燃焼割合は種々の条件により定まる燃焼速度に応じて増大する。通常では混合気の燃焼は気筒排気弁開弁時（ＥＯ）にはほぼ１００％になっており、排気弁開弁時には燃焼は完了している。
【００５２】
次に、図２の点線ＲＴＤは点火時期を遅角した場合を示す。点火時期を遅角することにより、筒内混合気の着火時期は例えば上死点後のＩＧ′点となるが混合気の燃焼速度そのものは大きくは変化しないため、この場合の燃焼割合（カーブＲＴＤ）は通常時の燃焼割合（カーブＮＯＲ）を図中右方向に平行移動したカーブに近くなる。このため、排気弁開弁時（ＥＯ）では未だ燃焼割合が１００％に到達しておらず、排気弁開弁時に燃焼していない混合気は気筒内で仕事をすることなく機関排気系に排出され、そこで燃焼することになる。このため、排気温度が上昇する。
【００５３】
ところが、点火時期遅角を行うと混合気の着火時期がばらつくようになるため燃焼状態が不安定になる問題が生じ、機関の出力変動や回転数変動が生じるようになる。
これに対して、図２にＡＳＴで示すのは本実施形態の暖機アシスト操作を行った場合である。本実施形態では、機関の膨張行程（厳密には混合気の燃焼開始後）にモーターアシストを行い機関１の回転数を上昇させる期間（図２に「アシスト期間」として例示する）を設ける。
【００５４】
この期間では、本来通常（ＮＯＲ）の場合と燃焼速度はあまり変わらないのであるが、モーターアシストにより機関回転速度が増大するため、図２のカーブＡＳＴに示すように相対的に燃焼速度が低下した形になり、クランク回転角に対する燃焼割合が低下する。また、この期間はピストン下降速度が通常より大きくなるため、燃焼ガスの膨張速度が速くなり燃焼ガスの温度低下により実際に多少燃焼速度が低下する。
【００５５】
このため、アシスト期間終了時の混合気の燃焼割合は通常よりも小さくなってしまう。また、アシスト期間終了後は、回転速度は通常の値に復帰するためその後の燃焼割合の増大は通常の燃焼割合の増大と同様になり、アシスト期間終了後の燃焼割合カーブ（ＡＳＴ）は通常時のカーブ（ＮＯＲ）を右方向に平行移動した形になる。
【００５６】
このため、モーターアシスト期間があると、点火時期を遅角した場合と同様に排気弁開弁時には混合気の燃焼が完了しておらず、燃焼エネルギーの一部が気筒内で仕事をすることなく排気系に排出されるようになる。しかも、暖機アシスト時には、一部の期間で機関回転数が増大するだけであり、機関の点火時期は通常と同一に維持され、混合気の着火時期も通常時と同一となる。このため、点火時期を遅角した場合のように燃焼が不安定になることはなく、安定した運転を行いながら排気温度を上昇させることが可能となるのである。
【００５７】
暖機アシスト操作のためのモーターアシスト期間は気筒燃焼室で燃焼が開始してから排気弁が開弁するまでの期間と少なくとも一部はオーバーラップしていることが必要である。また、このモーターアシスト期間は燃焼開始から排気弁開弁までの期間より長くても良いが、モーターアシスト期間が長くなると機関の平均回転数が上昇してしまうため、膨張行程の一部の短い期間とすることが好ましく、例えばクランク角でＡＴＤＣ（圧縮上死点後）０度から３０度の期間モーターアシストを行うと最も排気温度上昇効果が大きいことが判明している。
【００５８】
なお、モーターアシスト時にモータージェネレータ５から機関に付与する出力（モーターアシスト期間中の機関の増速の度合い）については、機関の型式毎、或いは機関の運転状態及び必要な排気温度の昇温幅などによって異なってくるため、詳細については実際の機関を用いた実験により定めることが好ましい。
【００５９】
また、暖機アシスト操作時には機関１の全気筒についてモーターアシスト期間を設けるようにしても良いし、機関の１部の気筒のみにモーターアシスト期間を設けても良い。また、１部の気筒のみにモーターアシスト期間を設ける場合には、膨張行程中にモーターアシスト期間を設けると共に、他の行程（例えば吸入や圧縮行程）中にモータージェネレータ５の出力を低下させて機関を減速し、モーターアシストによる機関の平均回転数の上昇を相殺するようにすることも可能である。
【００６０】
次に、図３、図４を用いて暖機アシスト操作を行った場合の効果について説明する。図３、図４において横軸は時間を、縦軸は触媒温度（カーブＣＡＴ）、ＳＯＣ、及び機関１の出力の変化をそれぞれ表している。
また、図３は、従来と同様に充電走行とＥＶ走行とを交互に繰り返す場合を、図４は充電走行と上記の暖機アシスト操作を行うエンジン走行とを交互に繰り返す場合を示している。
【００６１】
まず、図３の場合について説明する。図３の例では触媒温度が被毒回復操作に必要な温度θ０より低い状態で充電走行が開始される（図３、時点ｔ１）。充電走行中は機関出力は、車両を機関出力のみで走行させるのに必要な出力（図３、Ｐ０）よりも高い出力で運転され、排気温度も上昇するが、開始時の触媒温度がθ０より低いため触媒の昇温に時間を要し、触媒温度は充電走行開始後しばらくしてから必要温度θ０に到達する。硫黄被毒解消操作は、触媒温度がθ０に到達した時点から開始される。
【００６２】
しかし、充電走行開始とともにバッテリーのＳＯＣも上昇するため、図３に示すように被毒解消操作が開始されてから比較的短期間でＳＯＣが１００％（ＦＵＬＬ）に到達してしまい、これ以上充電走行を続けられなくなる。
このため、運転モードがＥＶ走行に切り換えられると機関１は停止される（図３、時点ｔ２）。機関が停止されると触媒への高温排気の供給も停止されるため、ＥＶ走行開始とともに触媒温度は低下する（図３、カーブＣＡＴ参照）。
【００６３】
従って、ＥＶ走行によりＳＯＣが低下して再度充電走行を開始できるようになった時点（図３、時点ｔ３）では触媒温度はθ０より低下してしまっており、充電走行が開始されて排気温度が上昇しても直ちには硫黄被毒解消操作に復帰できない。
このため、従来のように充電走行とＥＶ走行とを交互に繰り返す運転を行ったのでは、触媒温度を上昇させるためのエネルギーが無駄になるのみならず硫黄被毒解消操作が完了するまでに長時間を要し効率的な硫黄被毒解消操作を行うことができない。
【００６４】
これに対して、図４に示すように充電走行と暖機アシスト操作とを交互に行うと、例えば充電走行時にＳＯＣがＦＵＬＬになると暖機アシスト操作が開始される。この場合、機関は車両走行に必要とされる出力Ｐ０より低い出力で運転され（図３参照）、Ｐ０と機関出力との差はモータージェネレータ５により供給される。
【００６５】
また、モータージェネレータ５は機関のモーターアシストのための動力も供給する。
暖機アシスト運転中は、機関は低出力で運転されていても排気温度は高く維持される。このため、充電走行中に必要温度θ０以上になった触媒温度は暖機アシスト運転中もθ０以上に維持され被毒回復操作を中断することなく継続することができる（図３、カーブＣＡＴ参照）。
【００６６】
一方、暖機アシスト運転中はモータージェネレータ５からも車両走行動力が供給されるため、暖機アシスト運転中ＳＯＣは低下を続け、或る期間暖機アシスト運転を実行すると、再度充電走行可能となる。これにより排気温度は引き続き高いままに維持されるため、硫黄被毒解消操作は完了まで中断することなく継続され、硫黄被毒解消操作を効率的に実施することが可能となる。
【００６７】
なお、上記の例では暖機アシスト操作を車両走行中に行っていたが、動力切換機構３により機関１とモータージェネレータ５とをトランスミッション２から切り離した状態で相互に連結すれば、車両停止中に暖機アシスト操作を実行する事も可能である。
また、上記の例では硫黄被毒解消操作のために排気温度を上昇させる場合について説明したが、機関冷間始動後に触媒１７を早期に活性化させるための触媒昇温（触媒暖機）にも暖機アシスト操作を行うことも可能であることは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、機関燃焼が不安定になることを防止しつつ機関の低出力運転中にも排気温度を上昇させることが可能となるため、ハイブリッド車両用機関に適用した場合も、ＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒解消を効率的に行うことができるという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明をハイブリッド車用内燃機関に適用した場合の実施形態の全体構成概略を示す図である。
【図２】暖機アシスト操作を説明するタイミング図である。
【図３】ハイブリッド車における硫黄被毒解消操作を説明する図である。
【図４】ハイブリッド車における暖機アシスト操作を採用した被毒解消操作を説明する図である。
【符号の説明】
１…内燃機関
３…動力切換機構
５…モータージェネレータ
９…バッテリー
１７…ＮＯＸ吸蔵還元触媒
１００…車体
１０３…車輪
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳細には機関の回転を補助する駆動アシスト装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関では、排気温度を上昇させることが要求される場合がある。例えば、排気通路に排気浄化触媒を備えた機関では、機関始動時に短時間で触媒温度を上昇させ触媒を活性化するために排気温度を上昇させることが要求される。また、例えば排気浄化触媒として、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチになったときに排気中の還元成分により吸蔵したＮＯＸを還元浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒を使用している場合には、ＮＯＸと共に触媒に吸蔵され触媒内に蓄積されて行く硫黄酸化物を触媒から放出する硫黄被毒解消操作を行うために排気温度を上昇させて触媒を高温に維持する必要が生じる。
【０００３】
機関が高負荷で運転されている場合には排気温度は特別な操作を行わなくとも高くなるが、機関が低負荷で運転されているような場合には、通常では排気温度は低くなるため、強制的に排気温度を上昇させる操作が必要となる。
従来、このように機関排気温度を上昇させる際には、特許文献１に記載されたように、機関の点火時期を遅角することが一般的であった。
【０００４】
機関の点火時期を遅角すると各気筒内での混合気の燃焼開始時期が遅れるため、気筒排気弁が開弁したときにはまだ燃焼が完了していない燃焼ガスが気筒から排気通路に排出されるようになる。このため、混合気の燃焼エネルギーのうち機械エネルギー（機関出力）に変換されずに排気ガスととともに排気通路に排出されるエネルギーの割合が増大し排気温度が上昇するようになる。
【０００５】
従って、機関冷間始動後の暖機時、或いは機関運転中で比較的排気温度が低い運転状態のときにＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒解消操作が必要になった場合に機関点火時期を遅角することにより、触媒の昇温を行うことが可能となる。
一方、特許文献２には電気モーター等の補助駆動装置を有する、いわゆるハイブリッド車に搭載された内燃機関において冷間始動時等に排気温度を上昇させる制御装置が記載されている。
【０００６】
すなわち、特許文献２の機関では機関始動後の暖機運転中は、機関目標空燃比を得るのに必要な燃料の一部を機関膨張行程時に噴射することにより排気弁開弁時に気筒から排出される排気の温度を上昇させ、高温の排気が触媒に到達するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２２１０６２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２８５８８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１のように機関の点火時期を遅角させると一般に燃焼が不安定になる問題がある。このため、例えば機関冷間始動後の暖機期間に点火時期の遅角による排気温度の上昇を行うと、機関回転が変動したり、極端な場合には失火を生じたりする場合がある。また、車両搭載機関では、例えば車両走行中にＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒解消のために点火時期遅角による排気昇温操作を行うと、燃焼の不安定化により機関出力トルクの変動が生じ車両の運転性が悪化する問題がある。
【０００９】
また、特許文献２ではハイブリッド車用の内燃機関の気筒膨張行程時に燃料の一部を噴射することにより排気温度を上昇させているが、気筒膨張行程時の燃料噴射により排気温度を上昇させるためには、気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁が必要となる。
また、ハイブリッド車では内燃機関出力で車両を駆動しながら同時に発電機を駆動して発電を行い、発電により得られた電力を蓄電池に貯蔵する充電走行が行われるが、蓄電池の充電状態（ＳＴＡＴＥ ＯＦ ＣＨＡＲＧＥ、以下「ＳＯＣ」と称する）がフル（完全充電状態）である場合には、機関を停止して蓄電池に貯蔵した電力によりモーターで車両を駆動するＥＶ（ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＶＥＨＩＣＬ）走行を行う。
【００１０】
このため、例えば走行中にＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒解消のための排気昇温が必要となった場合には、充電走行中は特許文献２の膨張行程噴射、または特許文献１の点火時期遅角により排気昇温を行うことができるものの、ＳＯＣがフルになってＥＶ走行を行う間は機関を停止、または低負荷で運転する必要が生じる。
【００１１】
この場合、機関停止中はもちろん高温排気を触媒に供給できなくなるが、低負荷で機関運転を継続した場合には、特許文献１の点火時期遅角や特許文献２の膨張行程噴射を行っても充分に排気温度を上昇させることはできない。
このため、ハイブリッド車の機関の場合には、フルＳＯＣになったためにＥＶ走行が開始されると、排気温度が低下して実行中のＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒解消操作が中断されることとなる。
【００１２】
この場合には、次回充電走行が開始されると硫黄被毒解消操作は再開されるものの、中断時に高温になっていた触媒温度もＥＶ走行中に低下してしまうため、硫黄被毒解消操作再開時には再度触媒温度を上昇させる必要が生じ、硫黄被毒解消操作に余分なエネルギーと時間とが必要となり効率的に被毒解消操作を行うことができない問題が生じる。
【００１３】
本発明は上記従来技術の問題に鑑み、機関の燃焼が不安定になることを防止可能で、かつハイブリッド車両用機関のフルＳＯＣ時にも排気温度を上昇させることを可能とする内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、機関クランク軸を補助的に回転駆動する駆動アシスト装置を有する内燃機関の制御装置であって、機関排気温度を上昇させる必要があるときに、内燃機関の行程サイクル中の特定の期間前記駆動アシスト装置を作動させて機関の回転を補助することにより、機関で発生する燃焼エネルギーのうち機械エネルギーに転換されるものの割合を減少させ機関排気温度を上昇させる暖機アシスト操作を行うことを特徴とする、内燃機関の制御装置が提供される。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明によれば、前記暖機アシスト操作において、前記駆動アシスト装置が機関の回転を補助する前記特定の期間は、気筒燃焼室において燃焼が開始する時期から排気弁が開弁するまでの期間の少なくとも一部の期間を含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００１６】
すなわち、請求項１及び２の発明では機関のクランク軸を補助的に回転駆動する駆動アシスト装置が設けられている。ここで、「クランク軸を補助的に回転駆動する」とは、クランク軸に直接または間接的に連結され、機関運転中にクランク軸の回転が増速する方向にクランク軸に駆動力を与えることを意味している。
【００１７】
このような駆動アシスト装置を備えた機関では、各気筒の行程サイクルの特定の期間に機関クランク軸を補助的に回転駆動してクランク軸回転を短期間増速することにより、排気温度を上昇させることができる。
例えば、機関燃焼室内での混合気の燃焼は機関の回転速度とは直接関連しないある燃焼速度で生じる。通常、機関の点火時期は気筒排気弁が開弁するまでに混合気の燃焼がほぼ完了するように機関回転速度に応じて設定されている。これにより、燃焼により発生するエネルギーのほとんどが燃焼室内で発生するようになるため、燃焼エネルギーの大部分を膨張行程でピストンを押し下げる仕事、すなわち機関の発生する機械的エネルギーに転換することができる。
【００１８】
本発明の暖機アシスト操作では、駆動アシスト装置により機械回転を増速させることにより燃焼室内で開始した混合気の燃焼が完了しないうちに排気弁が開弁するようにして、ピストンを介して機械的エネルギーに転換される燃焼エネルギーの割合を減少させている。
すなわち、機関回転を増速させることにより排気弁からは燃焼が完了していない（燃焼中の）排気ガスが排気通路に排出される事になり、排気温度は大幅に増大する。
【００１９】
また、暖機アシスト操作により機関回転数が大幅に上昇することを避けるために、駆動アシスト装置による機関回転の補助は気筒の全行程サイクルに渡って行うのではなく、行程サイクルのうち特定の期間のみに行うことが好ましい。
この特定の期間は、少なくとも気筒燃焼室内で燃焼が開始してから排気弁が開弁するまでの期間とオーバーラップしていることが必要であり、回転上昇抑制のためにはできるだけ短い期間とすることが好ましく、例えば気筒膨張行程の一部の期間とすることが好ましい。
【００２０】
上記の暖機アシスト操作では、点火時期は通常の値から変更されないため混合気の着火時期は通常時とほぼ同一となる。このため、着火時期が大幅に遅れる点火時期の遅角の場合のように、燃焼が不安定になることが防止され、機関の安定した運転が可能となる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、前記駆動アシスト装置は、機関クランク軸に連結されたモーター兼発電機を備え、該モーター兼発電機をモーターとして作動させることにより、機関回転を補助する、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００２２】
すなわち、請求項３の発明では駆動アシスト装置としてモーター兼発電機を備えたものを使用しているため、モーター兼発電機をモーターとして使用することにより機関回転補助を行い、それ以外の場合にはモーター兼発電機をモーターとして使用して発電を行うことができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、機関排気温度を上昇させる必要があるときに、まず第１の所定期間の間前記モーター兼発電機を機関クランク軸により駆動される発電機として機能させて機関を比較的高負荷で運転することにより機関排気温度を上昇させ、前記第１の所定期間に続く第２の所定期間の間機関を比較的低負荷で運転しながら前記暖機アシスト操作を行うことにより機関排気温度を上昇させる、請求項３に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００２４】
すなわち、請求項４の発明では第１の所定期間では駆動アシスト装置のモーター兼発電機を発電機として使用して機関による発電を行う。これにより、機関運転負荷が増大するため排気温度が上昇する。また、第２の所定期間では発電を停止して、機関の低負荷運転を行いながら、モーター兼発電機をモーターとして用いて暖機アシスト操作を行う。これにより、第１の所定期間と第２の所定期間との両方で排気温度を高く維持することができるため、ハイブリッド車両のフルＳＯＣ時にも排気温度の低下を防止することができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、前記機関は、排気通路に配置された、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収、またはその両方により吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチになったときに吸蔵したＮＯＸを排気中の還元成分により還元浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒を備え、前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒にＮＯＸとともに吸蔵された硫黄成分を触媒から放出させる硫黄被毒解消操作時に機関の排気温度を上昇させる、請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００２６】
すなわち、請求項５の発明では排気浄化触媒としてＮＯＸ吸蔵還元触媒が使用されるが、被毒解消操作時に請求項１から４のいずれかの暖機アシスト操作を行うことにより機関燃焼状態の悪化を生じることなく、機関の安定した運転を維持しながら排気温度を上昇させることができる。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、前記機関は更に、前記モーター兼発電機で発電した電力を貯蔵する貯蔵手段を備え、機関出力の少なくとも一部を前記モーター兼発電機で電力に変換して前記貯蔵手段に貯蔵する充電モード運転と、前記貯蔵手段に貯蔵した電力を前記モーター兼発電機で機械エネルギーに変換し車両を駆動する運転とが可能なハイブリッド車両用機関である、請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
【００２８】
すなわち、請求項６の発明ではハイブリッド車両用機関において請求項１から５のいずれかに記載の暖機アシスト操作が行われる。これにより、ハイブリッド車両のフルＳＯＣ時にも排気温度を高く維持することが可能となるため、例えばＮＯＸ吸蔵還元触媒の被毒解消操作を効率的に行うことが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明をハイブリッド車用内燃機関に適用した場合の構成概略を示す図である。
図１において、１００はハイブリッド車両全体、１０１は車両１００の車体、１０３は車輪、１０は車両１００の車体１０１に搭載された動力ユニットを示す。
【００３０】
動力ユニット１００は、内燃機関１、機関１の出力軸に動力切り替え機構３を介して連結されたモータージェネレータ（モーター兼発電機）５、モータージェネレータ５がジェネレータとして作動しているときにその出力電力（交流電力）を直流電力に変換してバッテリー９を充電するとともに、モータージェネレータ５がモーターとして作動するときにバッテリー９からの直流電流を任意の電圧と周波数とを有する交流電力に変換してモータージェネレータ５に供給するコンバータ付きインバータ７とを備えている。
【００３１】
本実施形態では、内燃機関１は４気筒４サイクル過給ガソリン機関とされ、リッチ空燃比からリーン空燃比まで広い空燃比範囲で運転可能な、過給リーンバーンエンジンとされている。
機関１の出力軸とモータージェネレータ５の入出力軸とは、動力切換機構３を介して、車両１００の車輪１０３を駆動するトランスミッション２に連結されている。
【００３２】
動力切換機構３はトランスミッション２と機関１出力軸、モータージェネレータ５の入出力軸との相互の連結と遮断とを行う。すなわち、動力切換機構３は、内燃機関１出力軸のみ、或いはモータージェネレータ５入出力軸のみ、若しくは両方を同時にトランスミッション２に接続し車輪１０３を駆動すること、或いは、内燃機関１の出力軸とモータージェネレータ５の入出力軸とを、トランスミッション２から遮断した状態で接続し、モータージェネレータ５による発電や機関１の始動時クランクランキングなどを行うことを可能とするものである。
【００３３】
本実施形態では、内燃機関１の排気管１５にはＮＯＸ吸蔵還元触媒１７が配置されている。ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７は、機関１の排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸ成分を吸収または吸着、若しくはその両方により触媒内に吸蔵し、機関１の排気空燃比がリッチになったときに排気中のＨＣ成分やＣＯ等の還元成分を用いて吸蔵したＮＯＸを還元浄化する触媒である。
【００３４】
本実施形態では、機関１の制御装置（図示せず）は、通常運転時には機関１をリーン空燃比で運転する。これにより、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７にはリーン空燃比の排気が流入し、排気中のＮＯＸ成分がＮＯＸ吸蔵還元触媒１７に吸蔵される。また、機関１のリーン空燃比運転がある程度続きＮＯＸ吸蔵還元触媒１７のＮＯＸ吸蔵量が所定のレベルまで増大すると、制御装置は機関１を短時間リッチ空燃比で運転し、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７にリッチ空燃比の排気を供給することにより触媒１７に吸蔵されたＮＯＸを還元浄化する。
【００３５】
上述のように、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７は機関１の運転中にＮＯＸの吸蔵と還元浄化とを繰り返す。
ところが、一般に機関１の排気中には微量の硫黄酸化物（ＳＯＸ）が含まれているが、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７は排気空燃比がリーンのときにＮＯＸと同様にＳＯＸを吸蔵する性質を有する。しかも、ＳＯＸは吸蔵された状態で比較的安定した硫酸塩を生成するため、ＮＯＸのように排気空燃比をリッチにしただけでは容易にＮＯＸ吸蔵還元触媒１７から外部に放出されない。このため、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７のＮＯＸの吸蔵と還元とを長期間繰り返していると、触媒１７には次第に硫黄化合物が蓄積されるようになる。
【００３６】
ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７のＳＯＸ吸蔵量が増大すると、ＳＯＸ吸蔵量が増大した分だけＮＯＸ吸蔵還元触媒１７が吸蔵できるＳＯＸの量が減少してしまいＮＯＸ吸蔵還元触媒１７のＮＯＸ吸蔵能力が低下する、いわゆる硫黄被毒が生じる。
この硫黄被毒を解消し触媒１７のＮＯＸ吸蔵能力を回復させるためには、触媒１７をある程度の時間高温に維持しながらリッチ空燃比の排気を供給する、硫黄被毒解消操作を行う必要がある。
【００３７】
この場合、機関１の排気温度を上昇させて触媒１７に高温の排気を供給することにより触媒温度を上昇させることになるが、例えば機関１を高負荷で運転することが可能であれば、機関１の高負荷運転を行うことにより容易に排気温度を上昇させることができる。
ところが、本実施形態では機関１はハイブリッド車両の動力ユニットとして使用されているため、内燃機関１の運転モードは通常の車両用機関とは異なっている。
【００３８】
本実施形態の内燃機関１は大別して以下の３種類のモードで運転される。
（１）エンジン走行モード
（２）充電走行モード
（３）ＥＶ走行モード
【００３９】
（１）のエンジン走行モードは、機関１の出力の全部が動力切換機構３を介してトランスミッション２に供給されるモードである。このモードでの運転は機関１をエンジン効率の良い負荷領域で運転できる場合に行われ、機関１の出力は車輪１０３の駆動のみに使用される。なお、このモードでは急加速時など高出力が要求される場合には、機関１の出力に加えて更にモータージェネレータ５の出力をもトランスミッション２に供給して出力を増大するモーターアシスト操作が行われることもある。
【００４０】
（２）の充電走行モードでは、機関１の出力は、動力切換機構３を介してその一部がトランスミッション２に伝達され車輪１０３の駆動に使われる他、残部がモータージェネレータ５に伝達されモータージェネレータ５による発電に使用される。すなわち、この状態では機関１には車両駆動負荷とモータージェネレータ５の発電負荷との両方の負荷が加わることとなり高負荷で運転されるようになる。
【００４１】
（３）のＥＶ走行モードでは、機関１の出力軸はトランスミッション２から切り離され、モータージェネレータ５の出力のみが動力切換機構３を通じてトランスミッション２に伝達される。また、機関１は停止される。
本実施形態では、通常運転時には動力ユニットの運転効率が最も高くなるように、バッテリ９の充電状態（ＳＯＣ）はフル充電時の５０％程度になるように上記運転モードが切り換えられる。
【００４２】
前述のように、ＮＯＸ吸蔵還元触媒１７の硫黄被毒解消操作を行うためには機関１の排気温度を上昇させる必要がある。
この場合、例えばバッテリー９のＳＯＣは通常では５０％程度に制御されているため、ＳＯＣの制御目標値を増大（例えば１００％）させて強制的に上記（２）の充電走行モードで機関を運転することにより、機関負荷を増大させ排気温度を上昇させることができる。
【００４３】
ところが、充電走行モードで運転を続けるとバッテリーのＳＯＣは徐々に増大し、やがてバッテリはフルＳＯＣ（１００％）に到達してしまう。バッテリがフルＳＯＣになると、もはやそれ以上充電を行うことはできないため、機関１はエンジン走行モードで運転するか、或いは再度充電走行モードでの運転が可能なように、機関を停止してＥＶ走行モードで車両を運転し、バッテリ９のＳＯＣを低下させる必要がある。
【００４４】
この場合、エンジン走行モードでは機関負荷が低下するため排気温度が低下し、ＥＶ走行モードでは機関１は停止されるため触媒には排気が供給されなくなり、いずれも触媒温度は自然放熱のため低下する。従って、充電走行モードで触媒温度を上昇させて硫黄被毒解消操作を開始しても、バッテリー９がフルＳＯＣになると触媒温度が低下して硫黄被毒解消操作が中断されることになる。
【００４５】
もちろん、バッテりー９のＳＯＣが低下すれば充電走行モードでの運転を再開することは可能であるが、この場合には一旦低下した触媒温度を再度所定温度まで昇温する必要が生じ、触媒の加熱に要するエネルギー消費量が増大するとともに、全体として硫黄被毒解消操作に要する時間が長くなり、硫黄被毒解消操作の効率が極めて悪くなる。
【００４６】
一方、前述の従来技術のように機関１の点火時期を遅角すれば一応は負荷が比較的低い領域での機関排気温度を上昇させることは可能であるが、点火時期を遅角すると機関１の燃焼が不安定になり、特にエンジン走行モードなどでは車両の運転性が悪化する問題がある。
そこで、本実施形態では、以下に説明する暖機アシスト操作を行うことによりこれらの問題を解決している。
【００４７】
本実施形態の暖機アシスト操作では、エンジン走行モードの急加速時などと同様に、モーターアシスト運転を行う。
すなわち、暖機アシスト操作時にはエンジンは車両駆動負荷より低い負荷で運転され、駆動負荷とエンジン出力との差の動力はモータージェネレータ５から供給する。すなわち、急加速時以外の比較的低負荷のエンジン走行モードにおいても常時モーターアシスト運転を行う。これにより、フルＳＯＣとなって充電走行が続けられなくなった場合にもバッテリー９の電力を低下させてＳＯＣを減少させることができる。
【００４８】
この場合、機関１は通常のエンジン走行モードより低い負荷で運転されることになるため、通常であれば排気温度は一層低下することになる。
しかし、本実施形態の暖機アシスト操作においては、機関１の各気筒の膨張行程中にモータージェネレータ５の回転速度を短時間増大することにより、機関１の回転を増大させる。すなわち、モーターアシスト運転中にモータージェネレータ５の回転数を短時間増大させてモータージェネレータ５出力を上昇させると、モータージェネレータと同期して回転している機関クランク軸はモータージェネレータ５の出力（トルク）増大分だけ負荷が減るため回転が増大する。
【００４９】
これにより、各気筒の膨張行程の一部の期間だけ機関回転速度を上昇させることができ、機関１の排気温度を増大させることができる。
ここで、機関１の各気筒の膨張行程中の一部の期間にモーターアシストによる機関増速を行うことにより排気温度が上昇する理由を図２を用いて説明する。
【００５０】
図２は各気筒の膨張行程における混合気の燃焼割合を説明する図であり、縦軸は混合気の燃焼割合（％）、横軸はタイミングを表している。横軸のＴＤＣは圧縮行程の上死点、ＢＤＣは膨張行程下死点を示す。また、ＥＯは気筒の排気弁が開弁する時期であり、ＢＤＣよりやや前に設定されている。
【００５１】
図２のカーブＮＯＲは通常の（すなわち、モーターアシストも点火時期の遅角も行わない場合の）混合気燃焼割合の変化を示している。通常、機関点火時期は上死点ＴＤＣより前に設定されており、気筒内混合気は例えば図２横軸にＩＧで示す点で着火して燃焼を開始する。この場合、燃焼割合は種々の条件により定まる燃焼速度に応じて増大する。通常では混合気の燃焼は気筒排気弁開弁時（ＥＯ）にはほぼ１００％になっており、排気弁開弁時には燃焼は完了している。
【００５２】
次に、図２の点線ＲＴＤは点火時期を遅角した場合を示す。点火時期を遅角することにより、筒内混合気の着火時期は例えば上死点後のＩＧ′点となるが混合気の燃焼速度そのものは大きくは変化しないため、この場合の燃焼割合（カーブＲＴＤ）は通常時の燃焼割合（カーブＮＯＲ）を図中右方向に平行移動したカーブに近くなる。このため、排気弁開弁時（ＥＯ）では未だ燃焼割合が１００％に到達しておらず、排気弁開弁時に燃焼していない混合気は気筒内で仕事をすることなく機関排気系に排出され、そこで燃焼することになる。このため、排気温度が上昇する。
【００５３】
ところが、点火時期遅角を行うと混合気の着火時期がばらつくようになるため燃焼状態が不安定になる問題が生じ、機関の出力変動や回転数変動が生じるようになる。
これに対して、図２にＡＳＴで示すのは本実施形態の暖機アシスト操作を行った場合である。本実施形態では、機関の膨張行程（厳密には混合気の燃焼開始後）にモーターアシストを行い機関１の回転数を上昇させる期間（図２に「アシスト期間」として例示する）を設ける。
【００５４】
この期間では、本来通常（ＮＯＲ）の場合と燃焼速度はあまり変わらないのであるが、モーターアシストにより機関回転速度が増大するため、図２のカーブＡＳＴに示すように相対的に燃焼速度が低下した形になり、クランク回転角に対する燃焼割合が低下する。また、この期間はピストン下降速度が通常より大きくなるため、燃焼ガスの膨張速度が速くなり燃焼ガスの温度低下により実際に多少燃焼速度が低下する。
【００５５】
このため、アシスト期間終了時の混合気の燃焼割合は通常よりも小さくなってしまう。また、アシスト期間終了後は、回転速度は通常の値に復帰するためその後の燃焼割合の増大は通常の燃焼割合の増大と同様になり、アシスト期間終了後の燃焼割合カーブ（ＡＳＴ）は通常時のカーブ（ＮＯＲ）を右方向に平行移動した形になる。
【００５６】
このため、モーターアシスト期間があると、点火時期を遅角した場合と同様に排気弁開弁時には混合気の燃焼が完了しておらず、燃焼エネルギーの一部が気筒内で仕事をすることなく排気系に排出されるようになる。しかも、暖機アシスト時には、一部の期間で機関回転数が増大するだけであり、機関の点火時期は通常と同一に維持され、混合気の着火時期も通常時と同一となる。このため、点火時期を遅角した場合のように燃焼が不安定になることはなく、安定した運転を行いながら排気温度を上昇させることが可能となるのである。
【００５７】
暖機アシスト操作のためのモーターアシスト期間は気筒燃焼室で燃焼が開始してから排気弁が開弁するまでの期間と少なくとも一部はオーバーラップしていることが必要である。また、このモーターアシスト期間は燃焼開始から排気弁開弁までの期間より長くても良いが、モーターアシスト期間が長くなると機関の平均回転数が上昇してしまうため、膨張行程の一部の短い期間とすることが好ましく、例えばクランク角でＡＴＤＣ（圧縮上死点後）０度から３０度の期間モーターアシストを行うと最も排気温度上昇効果が大きいことが判明している。
【００５８】
なお、モーターアシスト時にモータージェネレータ５から機関に付与する出力（モーターアシスト期間中の機関の増速の度合い）については、機関の型式毎、或いは機関の運転状態及び必要な排気温度の昇温幅などによって異なってくるため、詳細については実際の機関を用いた実験により定めることが好ましい。
【００５９】
また、暖機アシスト操作時には機関１の全気筒についてモーターアシスト期間を設けるようにしても良いし、機関の１部の気筒のみにモーターアシスト期間を設けても良い。また、１部の気筒のみにモーターアシスト期間を設ける場合には、膨張行程中にモーターアシスト期間を設けると共に、他の行程（例えば吸入や圧縮行程）中にモータージェネレータ５の出力を低下させて機関を減速し、モーターアシストによる機関の平均回転数の上昇を相殺するようにすることも可能である。
【００６０】
次に、図３、図４を用いて暖機アシスト操作を行った場合の効果について説明する。図３、図４において横軸は時間を、縦軸は触媒温度（カーブＣＡＴ）、ＳＯＣ、及び機関１の出力の変化をそれぞれ表している。
また、図３は、従来と同様に充電走行とＥＶ走行とを交互に繰り返す場合を、図４は充電走行と上記の暖機アシスト操作を行うエンジン走行とを交互に繰り返す場合を示している。
【００６１】
まず、図３の場合について説明する。図３の例では触媒温度が被毒回復操作に必要な温度θ０より低い状態で充電走行が開始される（図３、時点ｔ１）。充電走行中は機関出力は、車両を機関出力のみで走行させるのに必要な出力（図３、Ｐ０）よりも高い出力で運転され、排気温度も上昇するが、開始時の触媒温度がθ０より低いため触媒の昇温に時間を要し、触媒温度は充電走行開始後しばらくしてから必要温度θ０に到達する。硫黄被毒解消操作は、触媒温度がθ０に到達した時点から開始される。
【００６２】
しかし、充電走行開始とともにバッテリーのＳＯＣも上昇するため、図３に示すように被毒解消操作が開始されてから比較的短期間でＳＯＣが１００％（ＦＵＬＬ）に到達してしまい、これ以上充電走行を続けられなくなる。
このため、運転モードがＥＶ走行に切り換えられると機関１は停止される（図３、時点ｔ２）。機関が停止されると触媒への高温排気の供給も停止されるため、ＥＶ走行開始とともに触媒温度は低下する（図３、カーブＣＡＴ参照）。
【００６３】
従って、ＥＶ走行によりＳＯＣが低下して再度充電走行を開始できるようになった時点（図３、時点ｔ３）では触媒温度はθ０より低下してしまっており、充電走行が開始されて排気温度が上昇しても直ちには硫黄被毒解消操作に復帰できない。
このため、従来のように充電走行とＥＶ走行とを交互に繰り返す運転を行ったのでは、触媒温度を上昇させるためのエネルギーが無駄になるのみならず硫黄被毒解消操作が完了するまでに長時間を要し効率的な硫黄被毒解消操作を行うことができない。
【００６４】
これに対して、図４に示すように充電走行と暖機アシスト操作とを交互に行うと、例えば充電走行時にＳＯＣがＦＵＬＬになると暖機アシスト操作が開始される。この場合、機関は車両走行に必要とされる出力Ｐ０より低い出力で運転され（図３参照）、Ｐ０と機関出力との差はモータージェネレータ５により供給される。
【００６５】
また、モータージェネレータ５は機関のモーターアシストのための動力も供給する。
暖機アシスト運転中は、機関は低出力で運転されていても排気温度は高く維持される。このため、充電走行中に必要温度θ０以上になった触媒温度は暖機アシスト運転中もθ０以上に維持され被毒回復操作を中断することなく継続することができる（図３、カーブＣＡＴ参照）。
【００６６】
一方、暖機アシスト運転中はモータージェネレータ５からも車両走行動力が供給されるため、暖機アシスト運転中ＳＯＣは低下を続け、或る期間暖機アシスト運転を実行すると、再度充電走行可能となる。これにより排気温度は引き続き高いままに維持されるため、硫黄被毒解消操作は完了まで中断することなく継続され、硫黄被毒解消操作を効率的に実施することが可能となる。
【００６７】
なお、上記の例では暖機アシスト操作を車両走行中に行っていたが、動力切換機構３により機関１とモータージェネレータ５とをトランスミッション２から切り離した状態で相互に連結すれば、車両停止中に暖機アシスト操作を実行する事も可能である。
また、上記の例では硫黄被毒解消操作のために排気温度を上昇させる場合について説明したが、機関冷間始動後に触媒１７を早期に活性化させるための触媒昇温（触媒暖機）にも暖機アシスト操作を行うことも可能であることは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、機関燃焼が不安定になることを防止しつつ機関の低出力運転中にも排気温度を上昇させることが可能となるため、ハイブリッド車両用機関に適用した場合も、ＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒解消を効率的に行うことができるという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明をハイブリッド車用内燃機関に適用した場合の実施形態の全体構成概略を示す図である。
【図２】暖機アシスト操作を説明するタイミング図である。
【図３】ハイブリッド車における硫黄被毒解消操作を説明する図である。
【図４】ハイブリッド車における暖機アシスト操作を採用した被毒解消操作を説明する図である。
【符号の説明】
１…内燃機関
３…動力切換機構
５…モータージェネレータ
９…バッテリー
１７…ＮＯＸ吸蔵還元触媒
１００…車体
１０３…車輪
Claims (6)
- 機関クランク軸を補助的に回転駆動する駆動アシスト装置を有する内燃機関の制御装置であって、
機関排気温度を上昇させる必要があるときに、内燃機関の行程サイクル中の特定の期間前記駆動アシスト装置を作動させて機関の回転を補助することにより、機関で発生する燃焼エネルギーのうち機械エネルギーに転換されるものの割合を減少させ機関排気温度を上昇させる暖機アシスト操作を行うことを特徴とする、内燃機関の制御装置。 - 前記暖機アシスト操作において、前記駆動アシスト装置が機関の回転を補助する前記特定の期間は、気筒燃焼室において燃焼が開始する時期から排気弁が開弁するまでの期間の少なくとも一部の期間を含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記駆動アシスト装置は、機関クランク軸に連結されたモーター兼発電機を備え、該モーター兼発電機をモーターとして作動させることにより、機関回転を補助する、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
- 機関排気温度を上昇させる必要があるときに、まず第１の所定期間の間前記モーター兼発電機を機関クランク軸により駆動される発電機として機能させて機関を比較的高負荷で運転することにより機関排気温度を上昇させ、前記第１の所定期間に続く第２の所定期間の間機関を比較的低負荷で運転しながら前記暖機アシスト操作を行うことにより機関排気温度を上昇させる、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記機関は、排気通路に配置された、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収、またはその両方により吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチになったときに吸蔵したＮＯＸを排気中の還元成分により還元浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒を備え、
前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒にＮＯＸとともに吸蔵された硫黄成分を触媒から放出させる硫黄被毒解消操作時に機関の排気温度を上昇させる、請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記機関は更に、前記モーター兼発電機で発電した電力を貯蔵する貯蔵手段を備え、機関出力の少なくとも一部を前記モーター兼発電機で電力に変換して前記貯蔵手段に貯蔵する充電モード運転と、前記貯蔵手段に貯蔵した電力を前記モーター兼発電機で機械エネルギーに変換し車両を駆動する運転とが可能なハイブリッド車両用機関である、請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
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