説明

電気加熱式触媒装置

【課題】不必要な作動を抑えて消費電力を低減することができる電気加熱式触媒装置を提供する。
【解決手段】 モータ20とエンジン10を組み合わせて走行するハイブリッド車両に設けられるEHC100であって、前記モータ20に電力を供給するバッテリ40と、前記エンジン10の排気経路15に設けられる触媒60と、前記触媒60を前記バッテリ40の電力の通電により加熱するヒータ70と、前記ヒータ70の通電を制御するECU50と、現在から所定時間先までの将来における車両に関する情報である、先の車両情報を有するナビゲーションシステム80と、前記触媒60の温度を検出する触媒温度センサ51と、を具備し、前記ECU50は、前記触媒温度センサ51によって検出される触媒温度と、前記ナビゲーションシステム80が有する先の車両情報と、基づいて、前記ヒータ70の通電を制御する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気加熱式触媒装置であって、特にハイブリッド車両に設けられる電気加熱式触媒装置の制御技術に関する。
【背景技術】
【0002】
電気加熱式触媒装置(Electrically Heated Catalyst、以下EHC)は、エンジンの排気経路に設けられる触媒装置であって、触媒に組み込まれた電気ヒータの加熱によって触媒を活性化して、排気ガス中の有害物質を浄化する装置として公知である(例えば、特許文献1)。EHCは、排気温度が低く触媒が活性化しないときであっても、排気ガス中の有害物質を浄化できる点で有効に用いられる。
【0003】
例えば、ハイブリッド車両では、モータのみでの走行中からEHCによって触媒を加熱しておくことで、排気ガス温度の低いエンジン始動直後であっても排気ガス中の有害物質を効率的に浄化できる。しかし、エンジン始動直後であっても高負荷でのエンジン始動であれば、早期に排気ガス温度が上昇することで触媒が活性化されるため、EHCを作動する必要はない。EHCは、走行するモータのバッテリによって電力が提供されるため、不必要なEHCの作動はバッテリ電力を余剰に消費することになり、ひいてはハイブリッド車両の燃費が悪化する原因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平09−158716号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
解決しようとする課題は、不必要な作動を抑えて消費電力を低減することができる電気加熱式触媒装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【0007】
即ち、請求項1においては、モータとエンジンを組み合わせて走行するハイブリッド車両に設けられる電気加熱式触媒装置であって、前記モータに電力を供給するバッテリと、前記エンジンの排気経路に設けられる触媒と、前記触媒を前記バッテリの電力の通電により加熱するヒータと、前記ヒータの通電を制御する制御手段と、現在から所定時間先までの将来における車両に関する情報である、先の車両情報を有するナビゲーションシステムと、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、を具備し、前記制御手段は、前記触媒温度検出手段によって検出される触媒温度と、前記ナビゲーションシステムが有する先の車両情報と、に基づいて、前記ヒータの通電を制御する、ものである。
【発明の効果】
【0008】
本発明の電気加熱式触媒装置によれば、電気加熱式触媒装置の不必要な作動を抑えて、消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施形態に係る電気加熱式触媒装置の構成を示した構成図。
【図2】実施形態1である通電制御のフローを示すフロー図。
【図3】同じく作用を示す時系列のグラフ図。
【図4】実施形態2である通電制御のフローを示すフロー図。
【図5】同じく作用を示す時系列のグラフ図。
【図6】実施形態3である通電制御のフローを示すフロー図。
【図7】同じく作用を示す時系列のグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の実施形態に係る電気加熱式触媒装置の構成を示した構成図、図2は実施形態1である通電制御のフローを示すフロー図、図3は同じく作用を示す時系列のグラフ図である。
図4は実施形態2である通電制御のフローを示すフロー図、図5は同じく作用を示す時系列のグラフ図、図6は実施形態3である通電制御のフローを示すフロー図である。
図7は同じく作用を示す時系列のグラフ図である。
【0011】
図1を用いて、本発明の実施形態である電気加熱式触媒装置(Electrically Heated Catalyst,以下EHC)100について説明する。
EHC100は、エンジン10とモータ20を組み合わせて走行するハイブリッド車両に設けられている。なお、ハイブリッド車両の詳細な説明については省略する。EHC100は、バッテリ40と、制御手段としてのElectric Control Unit(以下ECU)50と、触媒温度検出手段としての触媒温度センサ51と、触媒60と、ヒータ70と、ナビゲーションシステム80と、を具備している。
【0012】
エンジン10の排気経路15には、触媒60が配置されている。なお、排気経路15には、EHC100の触媒60の他にも触媒装置が設けられているものとする。触媒60にはヒータ70が組み込まれ、触媒60に近接して触媒温度センサ51が配置されている。バッテリ40には、モータ20およびヒータ70が接続され、モータ20はバッテリ40の電力によって駆動し、ヒータ70はバッテリ40の電力の通電によって加熱する構成とされている。
【0013】
ECU50には、バッテリ40と、触媒温度センサ51と、ヒータ70と、ナビゲーションシステム80と、が接続されている。ECU50は、バッテリからヒータ70へ電力を供給するための通電を制御する通電制御手段としての機能を有しており、当該機能によりヒータ70を加熱することで、触媒60を加熱して活性化させることができる。
【0014】
ECU50には触媒温度センサ51によって検出された触媒60の温度が入力され、ECU50は、入力された触媒60の温度を判定する触媒温度判定手段としての機能を有している。触媒60の温度が所定温度より低い場合には触媒60が活性化されず、同時に排気温度も低いことから排気経路15に設けられたその他の触媒装置の触媒が活性化されない。EHC100は、ECU50の触媒温度判定手段としての機能により触媒60の温度が予め設定された所定の触媒温度よりも低いと判断した場合には、ECU50のヒータ70に対する通電制御手段としての機能によって、ヒータ70を加熱することで、触媒60を活性化させて排気経路15の有害物質を浄化することができる。
【0015】
ECU50は、ナビゲーションシステム80が有している現在から所定時間先までの「先の車両情報」を取得することができる。「先の車両情報」とは、本実施形態において、現在から所定時間先までの総合的な車両情報であって、現在から所定時間先までの通過予定ルートにおける勾配率G、渋滞の有無、減速帯の有無、目的地到達時間、信号停止の有無、所定時間先のハイブリッド車両のバッテリ残量Cを含む、将来における車両に関する情報である。また、ECU50は、上述したそれぞれの「先の車両情報」を判定する車両情報判定手段としての機能を有し、さらに各種演算機能を有している。
[第一実施形態]
【0016】
図2を用いて、EHC100における通電制御の手順の第一実施形態について説明する。
なお、本実施形態の通電制御S100の開始時には、ハイブリッド車両はモータ20によって走行しており、現在から所定時間Tb先までにエンジン10をONとするタイミングがあるものとする。
ステップS101において、触媒温度センサ51にて検出された触媒温度ThがECU50に入力され、ECU50は、入力された触媒温度Thが所定の触媒温度Tha以下であるかどうかを判断し、触媒温度Tha以下であればステップS102へ移行する。
次に、ステップS102において、現在から所定時間Tb先までの通過予定ルートにおける勾配率G、並びに、所定時間Tb先のハイブリッド車両のバッテリ40のバッテリ残量Cを含む「先の車両情報」をナビゲーションシステム80から取得する。
【0017】
ECU50は、ステップS103において、上述した車両情報判定手段の機能により勾配率Gが所定の勾配率Ga以上であるかを判断し、所定の勾配率Ga以上であればステップ104に移行する。なお、勾配率Gが所定の勾配率Ga以上であるかの判断は、例えば、勾配率Gが上り勾配であるか否かの判断とすることができる。また、ECU50は、前記勾配率Gからエンジン10をONとするタイミングを算出する。
【0018】
ECU50は、ステップ104において、ONとされた際のエンジン10の負荷Lを勾配率Gから演算機能によって算出し、算出した負荷Lが所定の負荷La以下であるかどうかを判断し、負荷La以下であればステップS105へ移行する。
ECU50は、ステップS105において、上述した車両情報判定手段の機能によりバッテリ残量Cが所定のバッテリ残量Ca以上であるかを判断し、所定のバッテリ残量Ca以上であればステップ106に移行する。
【0019】
つまり、ECU50は、ステップS101において触媒温度Thが所定の触媒温度Tha以下であると判断し、かつステップS103において勾配率Gが所定の勾配率Ga以上であると判断し、かつステップ104においてエンジン10の負荷Lが所定の負荷La以下であると判断し、かつステップS105においてバッテリ残量Cが所定のバッテリ残量Ca以上であると判断した場合には、EHC100を作動する必要があると判断し、ステップS106において、ヒータ70をONとする。
【0020】
そして、ECU50は、ステップS107において、ヒータ70をONとしてからの経過時間Tが所定時間Ta以上であるか否かの判断を行い、前記経過時間Tが所定時間Ta以上であれば、ステップS108においてヒータ70をOFFとする。なお、経過時間Tは、例えば、ECU50に備えられるタイマなどにより計測することができる。
【0021】
一方、ステップS101において触媒温度Thが所定の触媒温度Thaよりも高いと判断された場合、またはステップS103において勾配率Gが所定の勾配率Gaよりも低いと判断された場合、またはステップ104においてエンジン10の負荷Lが所定の負荷Laよりも大きいと判断された場合、またはステップS105においてバッテリ残量Cが所定のバッテリ残量Caよりも少ないと判断された場合には、ヒータ70はONとされない。
【0022】
つまり、ECU50は、触媒温度Thが所定の触媒温度Thaよりも高いと判断するか、勾配率Gが所定の勾配率Gaよりも低いと判断するか、エンジン10の負荷Lが所定の負荷Laよりも大きいと判断するか、またはバッテリ残量Cが所定のバッテリ残量Caよりも少ないと判断するかの、少なくとも何れか一つの条件を満足する場合には、ヒータ70をONとしない。
【0023】
図3を用いて、通電制御S100を実施した場合の作用、つまり触媒温度Thの変化、エンジン10のON・OFF状態、ヒータ70のON・OFF状態の一例について説明する。
なお、図3のグラフにおいて、横軸は時系列を示し、縦軸は触媒温度Th、エンジン10のON又はOFFの状態、ヒータ70のON又はOFFの状態、を示している。また、図3は、ステップS140において、上述した勾配率Gが所定の勾配率Ga以上である場合を示している。
【0024】
図3において、触媒60の温度Thは、現在に至るまで低下傾向にあり、現在時点では触媒温度Thは所定の触媒温度Thaと等しくなっている。
また、ECU50は、取得した通過予定ルートの勾配率Gが所定の勾配率Ga以上であると判断しており、この勾配率Gの大きさに基づいて、現在から所定時間Tb先までの間におけるエンジン10をONとするタイミングTeを算出している。
【0025】
このように、現在より先に、触媒温度Thが所定の触媒温度Thaよりも低くなり、エンジン10を所定タイミングTeにてONとする状況において、ECU50はエンジン10の負荷Lの大きさおよびバッテリ残量Cに基づいて、ヒータ70をONとするか否かの判断を行う。図3に示した場合では、ECU50が、エンジン10の負荷Lが所定の負荷Laよりも大きいと判断したか、またはバッテリ残量Cが所定のバッテリ残量Caよりも少ないと判断したため、ヒータ70をONとすることなくOFFとしたまま、EHC100を作動しない制御が行われている。
【0026】
このような構成とすることで、EHC100の不必要な作動を抑え、バッテリ40の消費電力を低減でき、ひいてはハイブリッド車両の燃費向上を図ることができる。
[第二実施形態]
【0027】
図4を用いて、EHC100における通電制御の手順の第二実施形態について説明する。
なお、本実施形態の通電制御S200の開始時には、ハイブリッド車両はモータ20によって走行しているものとする。
ステップS201において、触媒温度センサ51にて検出された触媒温度ThがECU50に入力され、ECU50は、入力された触媒温度Thが所定の触媒温度Tha以下であるかどうかを判断し、触媒温度Tha以下であればステップS202へ移行する。
次に、ステップ202において、現在から所定時間Tb先までの通過予定ルートにおける勾配率G、渋滞の有無、および減速帯の有無、を含む「先の車両情報」をナビゲーションシステム80から取得する。
【0028】
ECU50は、ステップS203において、上述した車両情報判定手段の機能により勾配率Gが所定の勾配率Ga以下であるかを判断し、上述した渋滞の有無について判断し、上述した減速帯の有無について判断し、これらの判断中において、勾配率Ga以下である、渋滞が有る、および減速帯が有る、とする判断のうち少なくとも一つが成立すればステップ204に移行する。なお、勾配率Gが所定の勾配率Ga以下であるかの判断は、例えば、勾配率Gが下り勾配であるか否かの判断とすることができる。
【0029】
ECU50は、ステップS204において、上述の勾配率Gaや渋滞の有無や減速帯の有無などの「先の車両情報」により、現在から所定時間Tb先までにおいてエンジン10をONとするタイミングがないと判断する。また、バッテリ40のバッテリ残量Cを取得する。
【0030】
さらに、ステップ205において、ECU50は、取得したバッテリ残量Cと、渋滞の位置と、減速帯の位置と、からヒータ70をONとするタイミングを決定する。
【0031】
ECU50は、ステップ206において、決定したタイミングでヒータ70をONとする。そして、ECU50は、ステップS207において、ヒータ70をONとしてからの経過時間Tが所定時間Ta以上であるか否かの判断を行い、前記経過時間Tが所定時間Ta以上であれば、ステップS208においてヒータ70をOFFとする。前記経過時間Tは、例えばECU50に備えられるタイマなどにより計測することができる。
【0032】
また、ステップS201において触媒温度Thが所定の触媒温度Thaよりも高いと判断された場合、またはステップS203において勾配率Gが所定の勾配率Gaよりも高く、かつ渋滞が無く、かつ減速帯が無いと判断された場合には、ヒータ70はONとされない。
つまり、ECU50は、触媒温度Thが所定の触媒温度Thaよりも高いと判断するか、勾配率Gが所定の勾配率Gaよりも高く、かつ渋滞が無く、かつ減速帯が無いと判断するかの、少なくとも何れか一つの条件を満足する場合には、ヒータ70をONとしない。
【0033】
図5を用いて、通電制御S200を実施した場合の作用、つまり触媒温度Thの変化、エンジン10のON・OFF状態、ヒータ70のON・OFF状態の一例について説明する。
なお、図5のグラフにおいて、横軸は時系列を示し、縦軸は触媒温度Th、エンジン10のON又はOFFの状態、ヒータ70のON又はOFFの状態を示している。また、図5は、ステップS213において、勾配率Ga以下であった場合を示している。
【0034】
図5において、触媒60の温度Thは、現在に至るまで低下傾向にあり、現在の時点では触媒温度Thは所定の触媒温度Thaと等しくなっている。
また、ECU50は、取得した通過予定ルートの勾配率Gが所定の勾配率Ga以下であると判断するとともに、この勾配率G、および渋滞の有無や減速帯の有無等、その他の「先の車両情報」に基づいて、現在から所定期間Tb先までの間に、通過予定ルートにおいてエンジン10をONするタイミングがないと判断している。
このように、現在から所定期間Tb先までの間にエンジン10がONされないと判断した上で、ECU50は、バッテリ残量Cと、渋滞の位置と、減速帯の位置と、からヒータ70をONとするタイミングを、現在から所定期間Tb先までの期間内における所定のタイミングにおいて決定する。
【0035】
この場合、ヒータ70をONとするタイミングは、例えばエンジン10がONされる予測時刻において触媒温度Thが所定の触媒温度Thaにまで上昇するようなタイミングに設定される。また、ヒータ70の加熱効率を向上させる観点からは、触媒温度Thができるだけ低い領域にある状態でヒータ70をONとすることが望ましい。
【0036】
このような構成とすることで、EHC100の不必要な作動を抑え、バッテリ40の消費電力を低減でき、ひいてはハイブリッド車両の燃費向上を図ることができる。
[第三実施形態]
【0037】
図6を用いて、EHC100における通電制御の手順の第三実施形態について説明する。
なお、本実施形態の通電制御S300の開始時には、ハイブリッド車両はモータ20によって走行しているものとする。
ステップS301において、触媒温度センサ51にて検出された触媒温度ThがECU50に入力され、ECU50は、入力された触媒温度Thが所定の触媒温度Tha以下であるかどうかを判断し、触媒温度Tha以下であればステップS302へ移行する。
次に、ステップ302において、現在から所定時間Tb先までの通過予定ルートにおける目的地到達時間、信号停止の有無、およびバッテリ残量C、を含む「先の車両情報」をナビゲーションシステム80から取得する。
【0038】
ECU50は、ステップS303において、上述した目的地到達時間、信号停止の有無、に基づいてエンジン10をONとするかどうかを判断し、エンジン10をONとするならばステップS304へ移行する。
次に、ステップS304において、バッテリ残量Cが所定のバッテリ残量Ca以上であるかを判断し、所定のバッテリ残量Ca以上であればステップ305に移行する。
【0039】
ECU50は、ステップ305において、ヒータ70をONとする。そして、ECU50は、ステップS306において、ヒータ70をONとしてからの経過時間Tが所定時間Ta以上であるか否かの判断を行い、前記経過時間Tが所定時間Ta以上であれば、ステップS307においてヒータ70をOFFとする。前記経過時間Tは、例えばECU50に備えられるタイマなどにより計測することができる。
【0040】
また、ステップS301において触媒温度Thが所定の触媒温度Thaよりも高いと判断された場合、またはステップS303においてエンジン10をONとしないと判断された場合、またはステップ304においてバッテリ残量Cが所定のバッテリ残量Caよりも少ないと判断された場合には、ヒータ70はONとされない。
【0041】
つまり、ECU50は、触媒温度Thが所定の触媒温度Thaよりも高いと判断するか、エンジン10をONとしないと判断するか、またはバッテリ残量Cが所定のバッテリ残量Caよりも少ないと判断するかの、少なくとも何れか一つの条件を満足する場合には、ヒータ70をONとしない。
【0042】
図7を用いて、通電制御S300を実施した場合の作用、つまり触媒温度Thの変化、エンジン10のON・OFF状態、ヒータ70のON・OFF状態の一例について説明する。
なお、図7のグラフにおいて、横軸は時系列を示し、縦軸は触媒温度Th、エンジン10のON又はOFFの状態、ヒータ70のON又はOFFの状態を示している。また、図7は、ステップS303において、現在から所定時間Tb先までの通過予定ルートで信号停止があるため、エンジン10をONとする判断をしなかった場合を示している。
【0043】
図7において、触媒60の温度Thは、現在に至るまで低下傾向にあり、現在時点では触媒温度Thは所定の触媒温度Thaと等しくなっている。
また、ECU50は、取得した「先の車両情報」によりエンジン10をONとする判断をしていない(現在から所定時間Tb先までの間にエンジン10はONされない)。
すなわち、ECU50は、現在から所定期間Tb先までの間に、通過予定ルートにおいてエンジン10をONとするタイミングがないと判断したため、ヒータ70をONとせず、EHC100を作動しないものとしている。
【0044】
このような構成とすることで、EHC100の不必要な作動を抑え、バッテリ40の消費電力を低減でき、ひいてはハイブリッド車両の燃費向上を図ることができる。
【符号の説明】
【0045】
10 エンジン
20 モータ
40 バッテリ
50 Electrically Heated Catalyst
51 触媒温度センサ
60 触媒
70 ヒータ
100 Electrically Heated Catalyst


【特許請求の範囲】
【請求項1】
モータとエンジンを組み合わせて走行するハイブリッド車両に設けられる電気加熱式触媒装置であって、
前記モータに電力を供給するバッテリと、
前記エンジンの排気経路に設けられる触媒と、
前記触媒を前記バッテリの電力の通電により加熱するヒータと、
前記ヒータの通電を制御する制御手段と、
現在から所定時間先までの将来における車両に関する情報である、先の車両情報を有するナビゲーションシステムと、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
を具備し、
前記制御手段は、前記触媒温度検出手段によって検出される触媒温度と、前記ナビゲーションシステムが有する先の車両情報と、に基づいて、前記ヒータの通電を制御する、電気加熱式触媒装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2011−174393(P2011−174393A)
【公開日】平成23年9月8日(2011.9.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−37837(P2010−37837)
【出願日】平成22年2月23日(2010.2.23)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】