JP2004197703A - Emission control apparatus of diesel engine and hybrid vehicle equipped with such engine - Google Patents

Emission control apparatus of diesel engine and hybrid vehicle equipped with such engine Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an emission control apparatus of a diesel engine capable of reduce PM and NOx to the SULEV level by efficiently burning and removing PM and efficiently trapping NOx through a NOx trapping catalyst, and a hybrid vehicle equipped with the emission control apparatus. <P>SOLUTION: The emission control apparatus is equipped with an oxidation catalyst 21 installed in the exhaust gas channel of the diesel engine 1 having a high oxidizing capacity of oxidizing NO in the exhaust gas into NO<SB>2</SB>at a first temperature or above; a filter 22 capable of catching PM from the exhaust gas and burning and removing the PM caught by the NO<SB>2</SB>produced through the oxidation catalyst 21; a NOx catalyst 23 capable of reducing and removing NOx in the exhaust gas; and an operation point setting means 30 for setting the operation point of the diesel engine so as to fix the exhaust gas temperature at or above the first temperature and to keep the PM content in the exhaust gas at or below a specified value. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気中のHC(Hydro Carbon)、CO(一酸化炭素)、NOx(窒素酸化物)、PM(排気微粒子;パティキュレート(Particulate Matter))等の有害物質を、SULEV(Super Ultra Low Emission Vehicle)レベル又は大気並レベルにまで浄化可能なディーゼルエンジンの排気浄化制御装置及び当該装置を使用するハイブリッド車両に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンとモータジェネレータとからなるハイブリッド車両において、要求電力量を得るための発電を行う際、NOxとPMの排出量が排出量の限界以下となる領域でエンジンを運転するものがある(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−37008号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献1に記載のものでは、触媒が使用されているものの、触媒だけではNOxとPM中のドライスートを除去できない。しかもNOxとPMはエンジンの負荷が高いと多く排出されるため、必然的にエンジンは負荷の低い領域で運転するように制限され、エンジン熱効率の最良点での運転が困難になるため、燃費改善効果が低く、かつ車両走行に必要な駆動力を得るためにはモータ出力を相対的に大きくする必要がありモータの負担が高くなる。また、負荷の低い運転条件ではNOxやPMの排出量は比較的少なくできるものの、排気温度が低いために触媒の酸化活性が低く、HCやCO等の排出量が相対的に多くなる。
【0005】
一方、NOxやPMを積極的に浄化しようとしてNOx触媒やDPFが提案されている。すなわち、ディーゼルエンジンの排気は、理論空燃比近傍で運転されるガソリンエンジンの排気に比較して酸素含有率が高く、公知の三元触媒ではNOxを浄化できないため、流入する排気の空燃比がリーンであるときにNOxをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、トラップしていたNOxを脱離するとともに、この脱離したNOxを排気中の還元剤を用いて還元浄化するNOx触媒を設けている。また、PMは触媒だけでは除去できないため、排気中のPMを捕集するフィルタを設けてPMを捕集除去するようにしている。
【0006】
そこで、低負荷域で多く発生するHC、COだけでなく高負荷になると多く発生するNOx、PMをも、近年社会的に要望されているレベル、つまり大気レベル並にするにはこれら触媒、NOx触媒、フィルタを組み合わせて使用することが考えられる。
【0007】
この場合に、それぞれが有する特性を考慮して運転点を設定してやらないと、HC、CO、NOx、PMの総ての排出レベルをSULEVレベル又は大気レベル並にすることができない。
【0008】
そこで本発明はHC、CO、NOx、PMの総ての排出レベルをSULEVレベル又は大気レベル並にすることが可能なディーゼルエンジンの排気浄化制御装置及びハイブリッド車両を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【0010】
本発明は、ディーゼルエンジン(1)の排気通路に配置され、第1の温度以上のときに排気中のNOを酸化して高酸化力のあるNO2 を生成可能な酸化触媒(21)と、排気中のPMを捕集するとともに、前記酸化触媒(21)で生成されたNO2 によって、その捕集したPMを燃焼除去可能なフィルタ(22)と、排気中のNOxを還元浄化可能なNOx触媒(23)と、排気ガスの温度が前記第1の温度以上になり、かつ、排気ガスのPM含有量が所定値以下となるように、前記ディーゼルエンジンの運転点を設定する運転点設定手段(30)とを備えることを特徴とする。
【0011】
【作用・効果】
酸化触媒によるNOからNO2 への転換は、排気中の酸素濃度が極端に減少しない限り、排気温度を高くするほど活発に行われる。しかし、排気温度が高くなるほどNO2 は熱力学的に不安定となり、生成されたNO2 が再度NOに戻る現象が発生する。このため、酸化触媒がNOからNO2 への転換を活発に行う第1の温度以上の温度範囲(例えば約250〜450℃の範囲)にすることで、フィルタで捕集したPMをNO2 によって再燃焼して連続的に除去することができ、フィルタにPMを堆積させない。
【0012】
また、このとき酸化触媒は酸化活性も強く、排気中のHC、COを酸化して無害のH2 O、CO2 へと浄化する。
【0013】
一方、フィルタ通過後のPMがSULEVレベルとなる負荷を所定値として定め、排気ガスのPM含有量がこの所定値以下となるように運転点を定めてやれば、フィルタ通過後のPMをSULEVレベルに抑えることができる。
【0014】
このようにして、本発明によれば、排気温度を第1の温度以上になり、かつ、排気ガスのPM含有量が所定値以下となるようにすることで、酸化触媒とフィルタとの組み合わせによって排気中のHC、COを無害化するとともに、PMを燃焼除去し、かつNOx触媒によってNOxを効率的にトラップして下流に流すことがないので、PM、HC、CO、NOxのすべての成分をSULEVレベルに到達させることができる。
【0015】
なお、NOx触媒にトラップされたNOx量が所定値以上となったらNOx触媒を再生させる必要があるが、そのためには空燃比を一時的にリッチにしてやればよい。
【0016】
また、このようにPM、HC、CO、NOxのすべての成分をSULEVレベルに到達させることのできるディーゼルエンジンをハイブリッド車両に適用することで、燃費の向上やCO2 の排出量の削減をも行うことができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
【0018】
図1は、本発明のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置の一実施形態を示すシステム構成図であり、ハイブリッド車両システム、特にパラレル方式のハイブリッド車両(Parallel Hybrid Electric Vehicle、以下「P−HEV」という)に適用した場合を示す図である。
【0019】
図1において、ハイブリッド車両はディーゼルエンジン1の出力と、バッテリ50からの電力供給を受けるモータ(ジェネレータとしても機能する)53の出力の2種の動力源で走行する。
【0020】
ディーゼルエンジン1の出力は発電用としてジェネレータ(モータとしても機能する)51へ伝達され、また車両走行用として動力伝達機構(例えば電磁クラッチ付きCVT)52からディファレンシャルギヤ54を介して駆動輪55a、55bに伝達される。
【0021】
ディーゼルエンジン1の出力の発電用と車両走行用との出力配分は、ハイブリット用コントロールユニット40で制御する。また、このハイブリット用コントロールユニット40は、バッテリ50からモータ53への電力の供給と、逆に減速時のモータ53からバッテリ50への回生電力の回収も制御している。ハイブリット用コントロールユニット40は、車両走行(停止)情報をモニターするために、アクセルセンサ41の信号(L:アクセルペダルの踏み込み量に比例した出力信号)、スタートキー42の信号(STA:Acc位置及びON位置に対応した信号であり、通常の車両とは異なってStart位置がない)、シフトレバーポジションセンサ43の信号(SFT)、ブレーキ作動スイッチ44の信号(BR)、車速センサ45の信号(Vcar)、バッテリ残容量センサ46の信号(Bcap)等を入力して、エンジン1の始動と出力分担との要否を判定し、エンジン用コントロールユニット30に始動指令及び出力分担指令を発する。その指令に従って、エンジン用コントロールユニット30がディーゼルエンジン1の運転点を設定するとともに、始動と停止、および出力の制御を行う。
【0022】
ディーゼルエンジン1は、排気通路3にエンジンの排出ガスを浄化する排気浄化後処理装置20を備える。排気浄化後処理装置20は上流からOXC(酸化触媒)21と、DPF(ディーゼルパーティキュレートフィルタ;Diesel Particulate Filter)22と、NOxトラップ触媒23とを配置する。
【0023】
OXC21としては、例えば活性アルミナをベースにPdやPt等の貴金属を担持したものや、貴金属(特にPt)をイオン交換したゼオライト、またはこれら両材料を組み合せたものを利用することができる。
【0024】
DPF22は、排気中のPMを捕集するフィルタである。このようなフィルタは、従来から種々のタイプのものが知られており、例えば、SiC素材又はコージェライト素材のウォールフローハニカムタイプのものや、筒の部分に多数の孔を設けた有底円筒状の芯部材にセラミックファイバーを幾層にも巻き回したものなどがある。また、DPFの表面にOXCを担持して、OXCとDPFとを一体的に構成したものを使用してもよい。DPFのPM捕集効率は非常に高く、例えばSiCのDPFであれば、通常約95%以上のPM低減効率を有している。
【0025】
NOxトラップ触媒23は、流入する排気の空燃比がリーンであるときにNOxを吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下するとNOxを放出・還元浄化するNOx吸着触媒である。NOxトラップ触媒23は、NOx吸着剤として、Ba、Mg、Cs等を使用している。
【0026】
OXC21には、OXC21の入口部(排気浄化後処理装置20)の排気温度T1を検出する排温センサ35が設けられている。また、DPF22の出口部とNOxトラップ触媒23の入口部との間には、DPF22の出口部(NOxトラップ触媒23の入口部)の排気温度T2を検出する排温センサ36と、酸素濃度センサ37とが設けられている。
【0027】
排気通路3の途中には過給機のタービン3aが配置され、さらに、その上流から分岐したEGR通路4にはEGR弁5が設けられている。このEGR弁5はステッピングモータ(不図示)で駆動され、排気の一部を吸気通路2の吸気管2dに還流する。吸気通路2は、上流からエアクリーナ2a、過給機のコンプレッサ2b、インタークーラ2c、アクチュエータ(例えばステッピングモータ式)6によって開閉駆動する吸気絞り弁7、吸気管2dを備える。24はエンジン始動補助用のグロープラグであり、各気筒の燃焼室に臨んで設けられている。
【0028】
燃料供給系は、ディーゼル用燃料(軽油)タンク60、ディーゼル用燃料をエンジンの燃料噴射装置10へ供給するための燃料供給通路16、エンジンの燃料噴射装置10からのリターン燃料(スピル燃料)をディーゼル用燃料タンク60に戻すための燃料戻り通路19を備える。
【0029】
ディーゼルエンジン1の燃料噴射装置10は公知のコモンレール式の燃料噴射装置であって、サプライポンプ11、コモンレール(蓄圧室)14、気筒毎に設けられる燃料噴射弁15を備える。サプライポンプ11で加圧した燃料は燃料供給通路12を介してコモンレール14に、一旦高圧の状態で蓄えられた後、気筒数分の燃料噴射弁15に分配される。
【0030】
コモンレール14の圧力は圧力制御弁13で制御する。すなわち、圧力制御弁13はエンジン用コントロールユニット30からのデューティ信号に応じてオーバーフロー通路17の流路面積を変えることでコモンレール14への燃料吐出量を調整してコモンレール14の圧力を制御する。またコモンレール14の圧力を制御するため、サプライポンプ11から吐出された燃料の一部は、途中に一方向弁18を有するオーバーフロー通路17を介して燃料供給通路16に戻される。
【0031】
燃料噴射弁15は、エンジン用コントロールユニット30からのON−OFF信号によってエンジン燃焼室への燃料供給通路を開閉する電子式の噴射弁であって、ON信号によって燃料を燃焼室に噴射し、OFF信号によって噴射を停止する。燃料噴射量は、燃料噴射弁15へのON信号が長いほど多くなるが、後述するようにコモンレール14の燃料圧力によっても変化する。
【0032】
エンジン用コントロールユニット30は、水温センサ31の信号(Tw)、クランク角センサ32の信号(エンジン回転速度とクランク角度検出Ne)、クランク角センサ33の信号(気筒判別信号Cyl)、コモンレール圧力を検出する圧力センサ34の信号(PCR)、OXC21の入口部の排気温度を検出する排温センサ35の信号(T1)、DPF22の出口部もしくはNOxトラップ触媒23の入口部の排気温度検出する排温センサ36の信号(T2)、酸素濃度センサ37の信号(O2 )を入力する。エンジン用コントロールユニット30の具体的な制御については後述する。
【0033】
本発明の第1の実施形態の排気浄化制御装置は、ハイブリット用コントロールユニット40及びエンジン用コントロールユニット30によって制御するが、これを図7〜13のフローチャートに基づいて説明する。
【0034】
図7はハイブリッドシステムの基本制御ルーチン、図8〜13はハイブリット用コントロールユニット40からディーゼルエンジン1に対して出力分担指令が発せられた場合に、エンジン用コントロールユニット30によって行われるディーゼルエンジン1の出力制御、および本発明の排気清浄化制御に関するサブルーチンを示す。
【0035】
図7のハイブリッドシステムの基本制御ルーチンにおいて、アクセルセンサ41の信号(L)、スタートキー42の信号(STA)、シフトレバーポジションセンサ43の信号(SFT)、ブレーキ作動スイッチ44の信号(BR)、車速センサ45の信号(Vcar)、バッテリ残容量センサ46の信号(Bcap)を読み込み、ステップS200に進む。
【0036】
ステップS200では、図2に示すように運転者のアクセルペダルの踏み込み量(L)に応じた車両走行のための必要な駆動力(Prun:図2の中のa−b−c−d−e−fのライン)、すなわち運転者がアクセル操作によって求めている車両走行に必要な駆動力を算出し、ステップS300に進む。なお基本的にはこの場合のスタートキー42の信号STAはON位置であり、シフトレバーポジションセンサ43の信号SFTはDrive位置である。
【0037】
ステップS300では、ステップS200で算出した車両走行のための必要な駆動力(Prun)、ブレーキ作動状態(BR)、車両速度(Vcar)、バッテリ残容量(Bcap)等に応じて運転モードを判定する。
【0038】
運転モードは大きくは以下に記述するパターンに分かれており、エンジンの最大出力や燃料消費率特性、バッテリの容量やモータの最大出力等を基準にして定められている。
【0039】
<モータ走行モード>
図2の中で▲1▼の駆動力範囲は、モータ53の駆動力だけで走行する(a−bライン)ことを基本としている。したがってバッテリ50の残容量(Bcap)は常に所定値(安定してバッテリの定格電力を供給できるレベル)以上を保つ必要がある。この対策として後述のエンジン走行中発電によって充電する。
【0040】
<車両停止時エンジン発電モード>
モータ走行を長時間継続する等によって、万一バッテリ50の残容量(Bcap)が所定値以下になる場合には、バッテリ50の過放電を防ぐため、図3中にlポイント(bポイント=gポイントよりも低い負荷)で示す運転条件でエンジンを運転して発電し充電する。つまり、エンジン出力を駆動輪に伝達せず、発電(充電)用の動力に利用する。
【0041】
<エンジン走行モード>
図2の中で▲2▼の駆動力範囲は、後述するようにエンジン1の熱効率が良好であることと、バッテリ50の残容量(Bcap)が所定値以上の場合に過充電を防ぐためにエンジン動力(b−c−dライン)で走行する。
【0042】
<エンジン出力分割モード>
図2の中で▲1▼、▲2▼、▲3▼の駆動力範囲において、バッテリ50の残容量(Bcap)が所定値以下の場合には、車両走行及び発電のためにエンジンを運転する。前述したように図2のa−b−c−d−e−fラインが車両走行のために必要な駆動力ラインであって、次のようにエンジン1の出力を、走行用と発電用とに分割する。
〔▲1▼の駆動力範囲〕
g−hライン(=b−cポイント運転)と走行分a−bラインとの差分をジェネレータ51の発電(充電)用に供給する。
〔▲2▼の駆動力範囲〕
h−i−dライン(=c−dポイント運転)と走行分b−c−dラインとの差分をジェネレータ51の発電(充電)用に供給する。
〔▲3▼の駆動力範囲〕
d−k−eライン(=kポイント運転)と走行分d−eラインとの差分をジェネレータ51の発電(充電)用に供給する。
【0043】
<モータアシストモード>
▲3▼の駆動力範囲において、バッテリ50の残容量(Bcap)が所定値以上で安定してバッテリの定格電力を供給できるレベルであれば、図2の中のd−eラインではモータの動力とエンジンの動力とを併用して走行する。つまりエンジンをd(=j)ポイントで運転し、走行分d−eラインとの差分をモータ53でアシストする。
【0044】
<パワーアシストモード>
▲4▼の駆動力範囲は、基本的にはモータアシストモードである。ただし、エンジンの最大出力がeポイントであってエンジンからそれ以上の動力を供給することはできない。したがって、エンジンを図2の中eポイントで運転し、eポイントから車両走行最大駆動力のfポイント(Prun max.)迄の差分をモータ53でアシストする。バッテリの残容量(Bcap)が所定値以下の場合には、過放電を防ぐためにモータアシストができないので車両走行最大駆動力はeポイントに限定される。
【0045】
<減速回生モード>
モータ53は減速時にはジェネレータとして働き、減速時の運動エネルギーを電力として回収してバッテリ50を充電する。
【0046】
以上説明した中で、エンジン1の出力を車両走行用の駆動力として供さないとき、すなわちモータ走行モード、車両停止時エンジン発電モード、および減速回生モードでは動力伝達機構52の動力断続部(例えば電磁クラッチ)を切り離しておく。
【0047】
ここで、図2の▲1▼〜▲4▼の駆動力範囲、およびそのエンジン運転ポイントa、b(=g)、c(=h)、d(=i=j)、e(=k)との関係、および本発明の排気浄化制御装置の狙いとの関係について、図3のエンジン回転速度及びエンジン負荷で区分される領域図を参照して説明する。
【0048】
領域は大きくはA〜Fの6領域に区分される。また領域Fを除く各領域は図3の中でX、Y、Zで示されるラインで区画されている。
【0049】
<Xライン>
Xラインは、排出ガスの温度が、OXC21を所定の酸化活性状態にする温度(第1の温度)となるときのエンジンの回転速度と負荷との関係を示す温度ラインである。この温度は、NOxトラップ触媒23の活性が強くなる下限の温度とほぼ同等の温度にすることが望ましく、本実施形態(すなわち、NOxトラップ触媒23の吸着剤としてBaを用いた場合)においては、後述の通り、約250〜300℃が適当である。排出ガスの温度をこのライン以上の温度にすれば、OXC21の酸化活性が強く、HC、COの除去効率が高くなり、OXC21通過後のHC、COをSULEVレベルにすることが可能である。逆に排出ガスの温度がこのライン以下ではHC、COをSULEVレベルにすることは困難である。すなわち、このXラインは、HC、COを大気レベルにするための下限ラインである。
【0050】
<Yライン>
Yラインは、DPF22のPM捕集効率(SiC素材のウォールフローハニカムタイプのもので95%以上)とエンジンのPM排出レベルとに基づいてエンジン回転速度毎に設定され、DPF22通過後のPM濃度がSULEVレベルとなるエンジン回転速度毎に定められた負荷ラインである。望ましくはDPF22に流入する排気のスモーク濃度が最大でも1B.S.Uとなる負荷に設定するのが適当であり、吸入空気体積効率(充填効率)の低い低回転速度では設定負荷が低くなる。この負荷ライン以下ではDPF22通過後のPMをSULEVレベルにすることが可能であり、逆にこのライン以上ではPMをSULEVレベルにすることは困難である。すなわち、このYラインは、PMを大気レベルにするための負荷上限ラインである。
【0051】
<Zライン>
Zラインは、排出ガスの温度が、NOxトラップ触媒23の吸着剤の吸着効果が熱力学的に低下しない温度となるときのエンジンの回転速度と負荷との関係を示す温度ラインである。前述の通り、NOxトラップ触媒23に用いるNOx吸着剤は、通常Ba、Mg、Cs等を使用する。しかし、図5(吸着剤としてBaを用いたNOxトラップ触媒23のNOx低減特性を示す)に示すように、吸着剤は温度が上昇すると(おおよそ450℃以上)、NOx吸着効果が熱力学的に低下するので、NOxトラップ触媒23のNOx吸着・還元浄化性能が低下する。したがって、NOxトラップ触媒23を通過した後のNOxレベルをSULEVレベルにするためには、NOxトラップ触媒23は、NOxトラップ触媒23の活性が強くなる約250〜300℃の温度以上であって、NOx吸着効果が熱力学的に低下しない上限温度(第2の温度≦450℃)以下の温度帯で使用することが望ましい。すなわち、このZラインは、NOxを大気レベルにするための上限ラインである。また、前述のXラインがNOxを大気レベルにするための下限ラインでもある。
【0052】
以上のXライン、Yライン、Zラインで区画される各領域及び運転ポイントについて説明する。
【0053】
<領域A>
領域Aでは、PMのみがSULEVレベルに到達し、HC、CO、NOxについてはSULEVレベルに到達しない。したがってこの領域には運転ポイントを設定しない。aポイントはエンジンにとってはアイドリング条件であるが、エンジン始動時の一瞬存在する条件である。
【0054】
<領域B>
領域Bでは、PM、HC、CO、NOxのすべての成分がSULEVレベルに到達しない。したがってこの領域にも運転ポイントを設定しない。
【0055】
<領域C>
領域Cでは、HC、CO、NOxがSULEVレベルに到達するが、PMについてはSULEVレベルに到達しない。したがってこの領域にも運転ポイントを設定しない。
【0056】
<領域D>
領域Dでは、HC、COがSULEVレベルに到達するが、NOx、PMについてはSULEVレベルに到達しない。したがってこの領域にも運転ポイントを設定しない。
【0057】
<領域E>
領域Eでは、PM、HC、CO、NOxのすべての成分がSULEVレベルに到達する。そして、本発明ではこの運転領域Eに、▲1▼〜▲3▼の駆動力範囲の運転ポイントのb(=g)、c(=h)、d(=i=j)、e(=k)の各運転ポイント、および車両停止時エンジン発電モードのlポイント(車両停止時に静粛性を保つのに許容される負荷と回転速度)を包含するようにエンジン負荷と回転速度とを設定している。すなわち、PM、HC、CO、NOxのすべての成分をSULEVレベルに到達可能な領域Eの中に設定した運転ポイントで、運転者がアクセル操作(アクセルペダルの踏み込み量:L)によって求めている車両走行に必要な駆動力及び車両停止時発電出力を得るようにしている。
【0058】
<領域F>
領域Fは領域Eの中に包含されており、エンジン効率が最も良好なエンジン負荷と回転速度の領域である。そしてこの領域に運転ポイントc(=h)、d(=i=j)を設定してある。
【0059】
ここで、領域Eにおける本発明の排気浄化後処理装置20の機能についてさらに詳しく説明する。
【0060】
本発明の排気浄化後処理装置20は上流からOXC21、DPF22、NOxトラップ触媒23を配置する。OXC21は排気中のNO(一酸化窒素)を酸化してNO2 (二酸化窒素)を生成する。そして、DPF22は、PMを捕集すると共に、この捕集したPMを、OXC21で生成した高酸化力のあるNO2 で燃焼して除去する。このように排気浄化後処理装置20は、DPFを再生するようにしたPM連続再燃焼フィルタ(Continuously Regenerating Filter:特開平1−318715号公報参照、以下「CRF」という)の機能を有する。
【0061】
従来のCRFのPM除去の反応原理は、上記(1)(2)の通りであり、エンジンのPM発生量に見合ったNO2 量が存在すれば、OXCが比較的低温度であってもDPFで捕集したPMを連続的に除去することができ、PMをDPFに堆積させない。また、OXCにおいても、NOからNO2 への変換は触媒温度に依存しており、約150℃当たりからNOからNO2 への変換を始めるようになる。また、上記(1)、(2)に示す反応も、やはり温度に依存しているので、温度を高くするほど、OXCによるNOからNO2 への転換が活発に行われ、NO2 によるPMの再燃焼除去が促進する。ただし、排気温度が高くなるほど、NO2 が熱力学的に不安定となり、生成されたNO2 が再びNOへと戻る現象が発生してしまう。この結果、実用上は、OXCが、NOからNO2 への転換を活発に行う約250〜450℃の排気(触媒)温度範囲ならば、DPFで捕集したPMをNO2 によって再燃焼して連続的に除去し、PMをDPFに堆積させない。
【0062】
つまり領域EではPM、HC、CO、NOxのすべての成分をSULEVレベルに到達させることができることに加えて、NOx/PM比が比較的大きくて排気温度もCRF効果を得ることができる温度条件に合致しているので、PMを連続再燃焼してDPFに堆積させないという効果も得られる。
【0063】
以上でステップS300の走行モードの説明、エンジンの運転領域と、車両走行に必要な駆動力範囲とそのエンジン各運転ポイントとの関係についての説明を終える。
【0064】
再び図7に戻る。ステップS300で上記のようにして運転モードを判定した後ステップS400に進み、車両走行に必要な駆動力(Prun)と判定した走行モードとに基づいて、モータ53及びエンジン1の分担出力(PmとPe)を算出した後(図2)、ステップS500に進む。
【0065】
ステップS500では、エンジン1を運転する必要があるか否かを判定する。この判定がNoであってエンジン運転が不要な場合(モータ走行モード、あるいは車両停止時発電条件)は、ステップS900に進んでエンジン1の停止操作制御を行う。
【0066】
すなわち、ハイブリット用コントロールユニット40はエンジン用コントロールユニット30に停止指令を発する。その停止指令に従ってエンジン用コントロールユニット30はエンジン1の停止制御を行う。これにより、EGR弁5、吸気絞り弁7の作動を停止する共に、燃料供給も停止保持し(サプライポンプ11の圧力制御弁13、燃料噴射弁15をOFF)、エンジン1を停止または停止保持する。
【0067】
ステップS500の判定がYesであってエンジン1を運転する必要がある場合(車両停止時エンジン発電、エンジン走行、エンジン出力分割、モータアシスト、パワーアシストの各モード)は、ステップS600に進む。
【0068】
ステップS600では、エンジン1を既に始動しているか否かを判定する。この判定がYesであって既にエンジン1を運転している場合、すなわち既にハイブリット用コントロールユニット40からエンジン用コントロールユニット30に出力指令を発信済であって、その指令に従ってエンジン用コントロールユニット30がエンジン1の出力制御を行っている場合はステップS700に進む。
【0069】
ステップS700では、前記ステップS400で算出したエンジン分担出力(Pe)を得るためのエンジン1の出力制御を継続又は開始する。
【0070】
一方、前記ステップS600の判定がNoであってエンジン1をまだ始動していない場合は、ステップS800に進んでエンジンの始動操作制御を行う(始動指令を発する)。
【0071】
この始動操作もハイブリット用コントロールユニット40及びエンジン用コントロールユニット30によって制御し、図6に示すタイムチャートに則って行う。まずグロープラグ24の予熱を行い、モータ51によるエンジン1のモータリングを開始する。次いでエンジン1のモータリング回転速度が所定の安定レベルに到達(極短時間で到達)したら、サプライポンプ11の圧力制御弁13及び燃料噴射弁15を駆動し、始動に見合った燃料を供給して完爆に至らす。
【0072】
前記ステップS700のエンジン出力制御、ステップS800のエンジン始動操作制御、ステップS900のエンジン停止操作制御を行った後、ステップS1100に進む。
【0073】
ステップS1100では、ハイブリット用コントロールユニット40は、運転モードに基づいてジェネレータ51の発電制御を行う。
【0074】
そして次にステップS1200で、走行モードに基づいてステップS400で算出したモータ駆動力(Pm:Prun−Pe)をモータ53に出力する。あるいは、減速時にモータ53をジェネレータとして作動させて、減速時の運動エネルギーを電力として回収してバッテリ50に充電するための制御を行う。
【0075】
最後にステップS1300に進み、走行モード及び車両速度(Vcar)等に基づいて動力伝達機構52(例えば電磁クラッチ付きCVT)の変速比制御やON−OFF制御を行う。
【0076】
図8は、ハイブリット用コントロールユニット40からディーゼルエンジン1に対して出力分担指令が発せられた場合に、エンジン用コントロールユニット30によって行われる前述のステップS700のディーゼルエンジン1の出力制御についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
【0077】
図8のエンジン出力制御ルーチンにおいて、ステップS710では、水温Tw、エンジン回転速度Ne、気筒判別信号Cyl、コモンレール圧力PCR、OXC21の入口部の排気温度T1、DPF22の出口部もしくはNOxトラップ触媒23の入口部の排気温度T2と酸素濃度O2を読み込み、ステップS720に進む。
【0078】
ステップS720では、所定のテーブルデータを検索して、ステップS400で算出したエンジン分担出力Peを得るために必要なエンジン回転速度Ne及び燃料噴射量Qmainを求める。このテーブルデータは、例えばエンジン分担出力Peをパラメータとして設定したものであり、予めエンジン用コントロールユニット30のROMに記憶してある。
【0079】
ステップS720でエンジン回転速度Ne及び燃料噴射量Qmainを求めた後、ステップS730でコモンレール圧力制御、ステップS740でエンジン出力制御のための主噴射制御を順次行う。
【0080】
そしてステップS750に進み、NOxトラップ触媒23の再生制御中を示すフラグ(後述の図12ステップS775/図13ステップS1011において0又は1をセットする)が1であるか否か、すなわちNOxトラップ触媒23が再生中であるか否かを判定する。
【0081】
ステップS750でYesであってNOxトラップ触媒23が再生中である場合はステップS1000に進み、NOxトラップ触媒の再生制御を継続又は開始してリターンとなる。
【0082】
ステップS750でNoであってNOxトラップ触媒23が再生中でない場合は、ステップS760でエンジン燃焼制御を行い、ステップS770に進んでNOxトラップ触媒23のNOx吸収量を積算してNOxトラップ触媒23の再生の要否判定を行ってリターンとなる。
【0083】
図9はステップS730で行われるコモンレール圧力制御についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
【0084】
図9のコモンレール圧力制御ルーチンにおいて、ステップS731、ステップS732で、エンジン回転速度Ne及び燃料噴射量(負荷)Qmainをパラメータとして、エンジン用コントロールユニット30のROMに予め記憶してある所定のマップを検索して、コモンレール14の目標基準圧力PCR0と、この目標基準圧力PCR0を得るための圧力制御弁13の基準デューテイ比(基準制御信号)Duty0とを求め、ステップS733に進む。
【0085】
ステップS733では、目標基準圧力PCR0と実際のコモンレール圧力PCRとの差の絶対値|PCR0 − PCR|を求め、これを目標基準圧力PCR0に対して予め設定してある許容圧力差ΔPCR0と比較する。
【0086】
そして、|PCR0 − PCR|が許容圧力差ΔPCR0の範囲内であれば、ステップS736に進んで、基準デューテイ比Duty0を開弁デューティ比Dutyとすることによって同じデューティ比を維持し、ステップS737においてこのデューティ比Dutyから作ったデューティ信号を送って、圧力制御弁13を駆動する。
【0087】
一方、|PCR0 − PCR|が許容圧力差ΔPCR0の範囲内にない場合は、ステップS733よりステップS734に進み、PCR0 − PCR(=ΔP)に対応して予め設定してあるROMのテーブルを検索して、デューテイ比の補正係数K Dutyを求める。例えば前記圧力差ΔPがマイナス(PCR0よりもPCRが大きい)の場合は、前記補正係数K Dutyを1よりも小さい値に設定し、逆にΔPがプラス( PCR0よりもPCRが小さい)の場合はK Dutyを1よりも大きい値に設定する。具体的には、圧力制御弁13の特性に合わせてデューテイ比補正係数K Dutyのテーブルデータを設定する。
【0088】
そして、ステップS735では基準デューテイ比Duty0をこの補正係数KDutyによって補正した値(Duty0×K Duty)を開弁デューティ比Dutyとして設定した後、ステップS737で該開弁デューティ比Dutyによって圧力制御弁13を駆動する。
【0089】
図10は、前記図8のステップS740で行われる主噴射制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【0090】
図10の主噴射制御ルーチンにおいて、ステップS741で、主噴射量Q main及びコモンレール圧力PCRをパラメータとして、エンジン用コントロールユニット30のROMに予め記憶してある所定のマップを検索して主噴射期間M periodを求め、ステップS742に進む。ここで主噴射期間M periodはm secで設定され、図4に示したように主噴射量Q mainが同じならばコモンレール圧力PCRが高いほど主噴射期間M periodが短くなり、コモンレール圧力PCRが同じならば主噴射量Q mainが多いほど主噴射期間M periodが長くなる。
【0091】
ステップS742ではエンジン回転速度Ne及び主噴射量Q mainをパラメータとして、エンジン用コントロールユニット30のROMに予め記憶してある所定のマップを検索して主噴射開始時期M startを求め、ステップS743に進む。
【0092】
ステップS743では水温Twに基づいて主噴射開始時期M startを補正する。例えば冷却水温が低いときにはM startを進角させてステップS744に進む。このように補正を行うのは、例えば水温Twが低いほどエンジン燃焼室の温度も低くなり、着火開始時期が相対的に遅れることになるので、HC、CO、PM(特にSOF)の排出量を増加させないためには、M startを進角補正して燃焼開始時期を一定に保つことが望ましいからである。
【0093】
ステップS744では、クランク角度検出用クランク角センサ32及び気筒判別用クランク角センサ33の信号に基づいて、噴射開始時期M startからM periodの期間、主噴射すべき気筒の燃料噴射弁15を開弁駆動して、主噴射量Q mainを供給する。
【0094】
図11は、前記図8のステップS760で行われるエンジン燃焼制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【0095】
ステップS761でエンジン分担出力Peに基づいてEGRの作動又は停止を判定する。つまりステップS761で所定の分担出力以下であればステップS762に進み、所定の分担出力以上であればステップS765に進む。
【0096】
ここでエンジンの運転ポイントはすべて領域E内に設定したが、領域E内における運転ポイントの中で、エンジン効率が最も良好な運転ポイントc(=h)、d(=i=j)、およびエンジンの最大出力点となる運転ポイントe(=k)を結ぶラインは、スモークを増加させないことを最優先としてEGRを停止させ、比較的負荷の低い(空気過剰率の大きな)l、およびb(=g)ポイントではCRF機能を発現させるのに充分なNOx/PM比を確保できるだけのEGRを実施することが望ましい。
【0097】
ステップS765では、EGRを停止、又は停止保持(EGR弁5、吸気絞り弁7の作動を停止)する。
【0098】
ステップS762では、エンジン回転速度Ne及び燃料噴射量(負荷)Qmainをパラメータとしてコントロールユニット30のROMに予め記憶してある所定のマップを検索して、目標EGRデータ(EGR弁5と吸気絞り弁7の駆動信号)を求める。
【0099】
ステップS762で目標EGRデータを求めた後、ステップS763で水温Twに基づいてEGRを補正する。例えば冷却水温が低いときにはEGRを減量補正してステップS764に進む。
【0100】
ステップS764では、EGR弁5、および吸気絞り弁7をそれぞれの補正した駆動信号に基づいて駆動制御する。
【0101】
図12は、図8のステップS770で行われるNOxトラップ触媒23のNOx吸収量積算及び再生要否判定についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
【0102】
図12のNOx吸収量積算と再生要否判定ルーチンにおいて、ステップS771では、例えばエンジン分担出力Peをパラメータとして設定したテーブルデータか、またはエンジン回転速度Ne及び燃料噴射量(負荷)Qmainをパラメータとするマップ形式で設定し予めコントロールユニット30のROMに記憶してある所定のデータ等から検索して、NOxトラップ触媒23のNOx吸収量(単位時間当たりのNOx吸収量)を求める。
【0103】
ステップS771でNOx吸収量を求めた後、ステップS772に進み、そのNOx吸収量を水温Twに基づいて補正する。例えば冷却水温が低いときには、NOx吸収量を減量補正してステップS773に進む。なお、このように補正を行う理由は以下である。すなわち、例えば、水温の低いほどエンジン燃焼室の温度も低くなるので着火開始時期が相対的に遅れることになる。そこで、前述したように図10のステップS743、および図11のステップS763では、HC、CO、PM(特にSOF)の排出量を増加させないためにそれぞれ主噴射開始時期M startを進角補正し、EGRを減量補正して燃焼開始時期を一定に保つようにした。しかし、燃焼開始時期を一定に保つようにしてもエンジン燃焼室温度の低いほど燃焼期間が長期化して燃焼温度も低温化する傾向にあり、NOx排出量が減少する傾向にある。また、NOx排出量が減少するとNOx吸収量も減少する傾向にあるため、水温Twをパラメータとして水温の低いほどNOx吸収量を減量補正する係数を設定してNOx吸収量を減量補正することが望ましく、これにより、NOx吸収量積算の算出精度を高めることができる。したがって、上述のように補正を行う。なお、このNOx吸収量の補正係数は予め実験によって求めておく。
【0104】
ステップS773では、単位時間当たりのNOx吸収量に同期した所定時間間隔でNOx吸収量を積算し、ステップS774に進む。
【0105】
ステップS774では、積算したNOx吸収量がNOxトラップ触媒23において設定した所定の吸収限界量を超えており、NOxトラップ触媒23の再生(NOxの放出・還元)が必要であるか否かを判定する。
【0106】
ステップS774でNoであって、再生が不要なときはリターンとなる。
【0107】
ステップS774の判定がYesであって、NOx吸収量が吸収限界量を超えており、NOxトラップ触媒23の再生が必要であると判定した場合は、ステップS775で触媒再生中フラグを1にする(フラグを立てて再生開始信号とする)。そしてステップS776に進み、再生終了の指標値、例えば時間のカウントを開始して、リターンとなる。再生終了の指標値は時間の例だけでなく、NOxトラップ触媒23の入口部の排気温度T2と時間の乗数を積算してもよい。
【0108】
図13は、前記図8のステップS1000で行われるNOxトラップ触媒23の再生制御についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
【0109】
図13のNOxトラップ触媒23の再生制御ルーチンにおいて、ステップS1001では、所定の再生操作、すなわち再生を開始しNOxトラップ触媒23の再生を完了するために必要な所定時間を経過したか否かを判定する。ここで、排気空燃比のリッチ化によってNOxトラップ触媒23を再生するのに要する時間は、おおよそ時間比率で1〜2%程度であって、再生1回に要する時間は触媒の容量や再生インターバルによっても異なる。
【0110】
ステップS1001の判定がYesであって再生が終了した場合には、ステップS1011に進んで、NOxトラップ触媒23の再生制御の初期化を行う。つまり触媒再生中フラグ、NOx吸収量積算値、再生時間カウントをそれぞれ0にリセットし、リターンとなる。
【0111】
ステップS1001の判定がNoであって再生が終了していない場合には、ステップS1002に進み、エンジン分担出力Peに基づいてEGR領域であるか否かを判定する。
【0112】
そして、ステップS1002でEGR領域であればステップS1003に進み、EGR領域でなければステップS1007に進む。
【0113】
ステップS1003では、ポスト噴射を停止、あるいは停止保持した後、ステップS1004に進み、排気空燃比をリッチ化するための目標EGRデータを求める。
【0114】
ここで、ポスト噴射とは、排気空燃比のリッチ化、および排気温度を上昇させて、NOxトラップ触媒23を再生(NOxを放出・還元)するために、主噴射とは別に各気筒の膨張行程又は排気行程で燃料噴射を行うものである。しかし、前述したようにEGRを実施する領域は比較的低負荷領域であって、EGRを実施していても空気過剰率は比較的大きい(λ=2〜4程度)。このような低負荷領域でポスト噴射を行って排気空燃比をリッチ化するためには、主噴射燃料の2倍から4倍の量の燃料をポスト噴射する必要があり、短時間(時間比率で1〜2%程度)であっても燃費悪化率は大きくなる。したがって、このようなEGR領域でポスト噴射を行うのは得策ではない。
【0115】
そこで、ポスト噴射を停止(ステップS1003)した後、ステップS1004において、エンジン回転速度Ne及び燃料噴射量(負荷)Q mainをパラメータとしてコントロールユニット30のROMに予め記憶してある所定のマップを検索して、EGRの強化によって排気空燃比をリッチ化するための目標EGRデータ(EGR弁5と吸気絞り弁7の駆動信号)を求める。このようにEGR(吸気しぼり)を強化して排気空燃比をリッチ化することで、燃焼室内作動ガス量の減少による排気温度上昇や、触媒を通過するガス量を低下(SV比低下)することができ、NOxの放出・還元反応を向上させることができる。
【0116】
そして、ステップS1005で、EGR弁5及び吸気絞り弁7の駆動信号に基づいて駆動制御し、排気空燃比をリッチ化するためのEGRを行う。
【0117】
さらに、ステップS1006では、酸素濃度センサ37の信号(O2 )に基づいてEGRのフィードバック制御を行い排気空燃比をリッチに保ちリターンする。
【0118】
ステップS1002でEGR停止領域と判定した場合は、ステップS1007に進み、EGRを停止、又は停止保持(EGR弁5、吸気絞り弁7の作動を停止)する。
【0119】
そしてステップS1008に進み、NOxトラップ触媒23を再生(NOxを放出・還元)するために、エンジン回転速度Ne及び燃料噴射量(負荷)Q mainをパラメータとしてコントロールユニット30のROMに予め記憶してある所定のマップを検索して、排気空燃比をリッチ化し、かつ排気温度を上昇させるためのポスト噴射量Q post、ポスト噴射期間P period、ポスト噴射時期P startを求める。
【0120】
EGR停止領域は比較的高負荷領域であり、空気過剰率も比較的小さい(λ=2〜1.5程度)。したがって、ポスト噴射を行って排気空燃比をリッチ化するのに必要なポスト噴射量は、主噴射燃料の0.5倍から多くても2倍程度の量の燃料を噴射することで対応できるため燃費悪化率は比較的小さくて済む。
【0121】
また、この領域でのEGRはCRF等によるDPF自己再生にとって不都合であり、かつ空気過剰率が比較的大きいので、EGRを行うとPM(スモーク)が激増してDPF22の目詰まりを引き起こす可能性がある。したがって、EGR停止領域ではポスト噴射を行って排気空燃比をリッチ化することが好適である。
【0122】
ステップS1008で、ポスト噴射に関するデータ(噴射開始時期P start及び噴射期間P period)を検索した後、ステップS1009に進む。
【0123】
ステップS1009では、クランク角度検出用クランク角センサ32及び気筒判別用クランク角センサ33の信号に基づいて、噴射開始時期P startからP periodの期間、ポスト噴射すべき気筒の燃料噴射弁15を開弁駆動して、ポスト噴射量Q postを供給する。
【0124】
そしてステップS1010に進み、酸素濃度センサ37の信号(O2 )に基づいてポスト噴射(Q post)のフィードバック制御を行い排気空燃比をリッチに保ちリターンとなる。
【0125】
本実施形態では、まず、排気ガスに含まれる未燃焼成分(HC、CO等)をSULEVレベル又は大気並レベルに浄化可能な性能を有するOXCを使用するとともに、そのOXCが性能を十分に発揮できるような温度領域の排気ガスを排出するように運転点を設定してディーゼルエンジンを制御するようにした。
【0126】
また、PMをSULEVレベル又は大気並レベルになるように捕集可能な性能を有するディーゼルパティキュレートフィルタを設け、排気ガスの含有するPMの量が、そのディーゼルパティキュレートフィルタでSULEVレベル又は大気並レベル以下に低減可能な量になるように運転点を設定してディーゼルエンジンを制御するようにした。
【0127】
さらに、NOxをSULEVレベル又は大気並レベルに浄化可能な性能を有するNOxトラップ触媒を使用するとともに、そのNOxトラップ触媒が性能を十分に発揮できるような温度領域の排気ガスを排出するように運転点を設定してディーゼルエンジンを制御するようにした。
【0128】
以上のような構成とすることで、本実施形態によれば、ディーゼルエンジンのHC、CO、NOx、PM等の排気放出物を、SULEVレベル又は大気並レベルにまで浄化することができるようになったのである。
【0129】
また、本実施形態では、NOxトラップ触媒23の活性が強くなる下限温度とほぼ同等の温度を、活性下限温度とするOXC21を使用している。もし、NOxトラップ触媒23の活性下限温度と、OXC21の活性下限温度とがズレていて、例えば、OXC21の活性下限温度の方が、NOxトラップ触媒23の活性下限温度よりも高温であった場合は、NOxトラップ触媒23の活性下限温度にあわせて運転点を設定してディーゼルエンジンを制御しなければ、ディーゼルエンジンの排気放出物をSULEVレベル又は大気並レベルにまで浄化することができない。このことは、低温度で活性化するOXC21を使用しても、その性能が発揮できないことを意味する。OXCは、一般的に低温度で活性化するものの方がコスト的にも高価であるのであるが、そのようなコストをかけてもメリットがないことになる。したがって、本実施形態のように、NOxトラップ触媒23の活性が強くなる下限温度とほぼ同等の温度を活性下限温度とするOXC21を使用することが、性能面とコスト面とを考えた場合に最もよくバランスのとれた装置であると言えるのである。
【0130】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【0131】
例えば、ここまで、エンジンの使用範囲が比較的広くて排気浄化の難易度が高いP−HEV方式の車両にディーゼルエンジンを適用した場合を例に挙げて説明してきた。
【0132】
しかし、本発明の排気浄化制御装置はP−HEVだけでなくシリーズハイブリッド方式の車両(Series Hybrid Electric Vehicle、以下「S−HEV」という)にも好適に使用可能である。
【0133】
S−HEVは、構造面において、図1の中で動力伝達機構52がない点でP−HEVと異なる。すなわち、S−HEVは、エンジンの出力が駆動力として直接駆動輪に伝えられることがなく、車両はモータ53の駆動力だけで走行することを基本としており、運転者のアクセルペダルの踏み込み量(L)に応じた車両走行のための必要な駆動力はすべてモータ出力Pmで賄うということである。
【0134】
つまり、エンジンの出力はすべて発電用としてジェネレータ51に伝えられ、エンジンは基本的に最高効率が得られる負荷と回転速度で運転される。またこの運転点を、領域EであってかつCRF等によるDPF自己再生効果が得られる運転ポイントに設定(例えば図3のc〜dの中の最良点)することにより、DPFにはPMが堆積することがない。
【0135】
すなわち、燃費を良好にするとともに、排気清浄化を簡素に行うことができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置の一実施形態を示すシステム構成図
【図2】アクセルペダルポジションと走行駆動力との関係を示す特性図
【図3】運転領域と運転点との関係を示す特性図
【図4】コモンレール圧力と燃料噴射期間による燃料噴射量との特性図
【図5】NOxトラップ触媒の転換率の特性図
【図6】始動時に行われる操作のタイムチャート
【図7】ハイブリッドシステムの基本制御ルーチンを示すフローチャート
【図8】エンジン出力の制御ルーチンを示すフローチャート
【図9】コモンレール圧力制御ルーチンを示すフローチャート
【図10】主噴射制御ルーチンを示すフローチャート
【図11】エンジンの燃焼制御ルーチンを示すフローチャート
【図12】NOx吸収量の積算・判定ルーチンを示すフローチャート
【図13】NOxトラップ触媒の再生制御ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
1 ディーゼルエンジン
3 排気通路
10 燃料噴射装置
20 排気浄化後処理装置
21 OXC(酸化触媒)
22 DPF(フィルタ)
23 NOxトラップ触媒(NOx触媒)
30 エンジン用コントロールユニット(運転点設定手段)
40 ハイブリット用コントロールユニット
50 バッテリ
51 ジェネレータ
52 動力伝達機構
53 モータ
54 ディファレンシャルギヤ
55a、55b 駆動輪
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention removes harmful substances such as HC (Hydro Carbon), CO (Carbon Monoxide), NOx (Nitrogen Oxide), and PM (Exhaust Particulates: Particulate Matter) in exhaust gas by using SULEV (Super Ultra Low). The present invention relates to a diesel engine exhaust gas purification control device capable of purifying to an emission vehicle level or an atmospheric level, and a hybrid vehicle using the device.
[0002]
[Prior art]
In a hybrid vehicle including a diesel engine and a motor generator, when power is generated to obtain a required amount of power, an engine is operated in a region where the emission amounts of NOx and PM are equal to or less than the emission limit (Patent Document 1) 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-37008 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, although the catalyst described in Patent Document 1 uses a catalyst, the catalyst alone cannot remove NOx and dry soot in PM. In addition, since a large amount of NOx and PM is emitted when the engine load is high, the engine is necessarily restricted to operate in a low load area, and it is difficult to operate at the best point of the engine thermal efficiency. The effect is low and the motor output needs to be relatively large in order to obtain the driving force required for running the vehicle, which increases the load on the motor. Further, under the operating condition with a low load, the emission amount of NOx and PM can be relatively small, but the oxidation temperature of the catalyst is low due to the low exhaust gas temperature, and the emission amount of HC and CO is relatively large.
[0005]
On the other hand, NOx catalysts and DPFs have been proposed to actively purify NOx and PM. That is, the exhaust gas of a diesel engine has a higher oxygen content than the exhaust gas of a gasoline engine operated near the stoichiometric air-fuel ratio, and the known three-way catalyst cannot purify NOx. When NOx is trapped and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich or stoichiometric, the trapped NOx is desorbed and the desorbed NOx is reduced using the reducing agent in the exhaust gas. A NOx catalyst for purification is provided. Further, since PM cannot be removed only by the catalyst, a filter for collecting PM in exhaust gas is provided to collect and remove PM.
[0006]
Therefore, not only HC and CO which are often generated in a low load region but also NOx and PM which are often generated when a high load is applied, these catalysts and NOx are required to have the same level as that required by society in recent years, that is, the atmospheric level. It is conceivable to use a combination of a catalyst and a filter.
[0007]
In this case, unless the operating points are set in consideration of the characteristics of the respective components, all the emission levels of HC, CO, NOx, and PM cannot be made equal to the SULV level or the atmospheric level.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a diesel engine exhaust gas purification control device and a hybrid vehicle that can make all the emission levels of HC, CO, NOx, and PM equal to the SULEV level or the atmospheric level.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above problem by the following means. Note that, for easy understanding, reference numerals corresponding to the embodiments of the present invention are given, but the present invention is not limited thereto.
[0010]
The present invention is arranged in an exhaust passage of a diesel engine (1), and oxidizes NO in exhaust gas when the temperature is equal to or higher than a first temperature and has high oxidizing NO. Two Oxidation catalyst (21) capable of generating methane, and trapping PM in exhaust gas, and NO generated by the oxidation catalyst (21). Two Thereby, the filter (22) capable of burning and removing the trapped PM, the NOx catalyst (23) capable of reducing and purifying NOx in exhaust gas, the temperature of exhaust gas becomes equal to or higher than the first temperature, and Operating point setting means (30) for setting an operating point of the diesel engine so that the PM content of the exhaust gas is equal to or less than a predetermined value.
[0011]
[Action / Effect]
NO to NO by oxidation catalyst Two The conversion to is performed more actively as the exhaust gas temperature is increased, unless the oxygen concentration in the exhaust gas is extremely reduced. However, the higher the exhaust gas temperature, the more NO Two Becomes thermodynamically unstable and produces NO Two Returns to NO again. Therefore, the oxidation catalyst changes from NO to NO. Two By setting the temperature in a temperature range equal to or higher than the first temperature (for example, in a range of about 250 to 450 ° C.) in which conversion to PM is actively performed, PM collected by the filter can be reduced to NO. Two Reburns and can be continuously removed without depositing PM on the filter.
[0012]
Also, at this time, the oxidation catalyst has a strong oxidation activity, and oxidizes HC and CO in the exhaust gas to produce harmless H. Two O, CO Two To purify.
[0013]
On the other hand, the load at which the PM after passing through the filter is at the SULV level is determined as a predetermined value, and the operating point is determined so that the PM content of the exhaust gas is equal to or lower than the predetermined value. Can be suppressed.
[0014]
In this manner, according to the present invention, by setting the exhaust gas temperature to be equal to or higher than the first temperature and the PM content of the exhaust gas to be equal to or less than a predetermined value, the combination of the oxidation catalyst and the filter enables Since HC and CO in the exhaust gas are made harmless, PM is burned and removed, and NOx is not efficiently trapped and flowed downstream by the NOx catalyst, so that all components of PM, HC, CO, and NOx are removed. The SULEV level can be reached.
[0015]
When the amount of NOx trapped in the NOx catalyst becomes equal to or more than a predetermined value, it is necessary to regenerate the NOx catalyst. For this purpose, the air-fuel ratio may be temporarily made rich.
[0016]
In addition, by applying a diesel engine capable of reaching all the components of PM, HC, CO, and NOx to the SULEV level in a hybrid vehicle as described above, fuel efficiency can be improved and CO2 can be reduced. Two It is also possible to reduce the amount of emissions.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and the like.
[0018]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing one embodiment of an exhaust gas purification control device for a diesel engine according to the present invention, and is a hybrid vehicle system, in particular, a parallel hybrid electric vehicle (hereinafter, referred to as “P-HEV”). It is a figure showing the case where it applied to.
[0019]
In FIG. 1, the hybrid vehicle runs on two types of power sources: the output of a diesel engine 1 and the output of a motor (also functioning as a generator) 53 that receives power supplied from a battery 50.
[0020]
The output of the diesel engine 1 is transmitted to a generator (which also functions as a motor) 51 for power generation, and drive wheels 55a and 55b from a power transmission mechanism (for example, a CVT with an electromagnetic clutch) 52 for driving the vehicle via a differential gear 54. Is transmitted to.
[0021]
The hybrid control unit 40 controls the distribution of the output of the diesel engine 1 between power generation and vehicle driving. The hybrid control unit 40 also controls the supply of power from the battery 50 to the motor 53 and, conversely, the recovery of regenerative power from the motor 53 to the battery 50 during deceleration. The hybrid control unit 40 includes a signal of an accelerator sensor 41 (L: an output signal proportional to the amount of depression of an accelerator pedal), a signal of a start key 42 (STA: Acc position and This is a signal corresponding to the ON position, and unlike a normal vehicle, there is no Start position), a signal (SFT) of the shift lever position sensor 43, a signal (BR) of the brake operation switch 44, and a signal (Vcar) of the vehicle speed sensor 45. ), The signal (Bcap) of the remaining battery charge sensor 46 and the like are input, and it is determined whether the start of the engine 1 and the output sharing are necessary, and a start command and an output sharing command are issued to the engine control unit 30. In accordance with the command, the engine control unit 30 sets the operating point of the diesel engine 1 and controls start and stop, and output.
[0022]
The diesel engine 1 includes an exhaust gas purification post-processing device 20 that purifies exhaust gas of the engine in the exhaust passage 3. The exhaust gas purification aftertreatment device 20 includes an OXC (oxidation catalyst) 21, a DPF (Diesel Particulate Filter) 22, and a NOx trap catalyst 23 from the upstream.
[0023]
As the OXC 21, for example, an activated alumina base carrying a noble metal such as Pd or Pt, a zeolite ion-exchanged with a noble metal (particularly Pt), or a combination of both materials can be used.
[0024]
The DPF 22 is a filter that traps PM in the exhaust gas. Various types of such filters are conventionally known, for example, a wall flow honeycomb type filter made of a SiC material or a cordierite material, and a cylindrical shape having a bottom having a large number of holes in a cylindrical portion. And the like in which ceramic fibers are wound around the core member in several layers. Further, OXC may be carried on the surface of the DPF, and the OXC and the DPF may be integrally formed. The PM collection efficiency of the DPF is very high. For example, a SiC DPF usually has a PM reduction efficiency of about 95% or more.
[0025]
The NOx trap catalyst 23 is a NOx adsorption catalyst that absorbs NOx when the inflowing exhaust gas has a lean air-fuel ratio, and releases, reduces and purifies NOx when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases. The NOx trap catalyst 23 uses Ba, Mg, Cs or the like as a NOx adsorbent.
[0026]
The OXC 21 is provided with an exhaust temperature sensor 35 for detecting the exhaust gas temperature T1 of the inlet portion of the OXC 21 (the exhaust gas purification post-processing device 20). Further, between the outlet of the DPF 22 and the inlet of the NOx trap catalyst 23, an exhaust temperature sensor 36 for detecting the exhaust gas temperature T2 at the outlet of the DPF 22 (the inlet of the NOx trap catalyst 23), and an oxygen concentration sensor 37 Are provided.
[0027]
A turbocharger turbine 3a is arranged in the exhaust passage 3, and an EGR valve 5 is provided in an EGR passage 4 branched from the upstream of the turbine 3a. The EGR valve 5 is driven by a stepping motor (not shown) and recirculates a part of the exhaust gas to an intake pipe 2 d of the intake passage 2. The intake passage 2 includes an air cleaner 2a, a compressor 2b of a supercharger, an intercooler 2c, an intake throttle valve 7 driven to open and close by an actuator (for example, a stepping motor type) 6, and an intake pipe 2d from upstream. Reference numeral 24 denotes a glow plug for assisting engine start, which is provided facing the combustion chamber of each cylinder.
[0028]
The fuel supply system includes a diesel fuel (light oil) tank 60, a fuel supply passage 16 for supplying the diesel fuel to the engine fuel injection device 10, and a return fuel (spill fuel) from the engine fuel injection device 10 to the diesel fuel. A fuel return passage 19 for returning to the fuel tank 60 is provided.
[0029]
The fuel injection device 10 of the diesel engine 1 is a known common rail type fuel injection device, and includes a supply pump 11, a common rail (accumulation chamber) 14, and a fuel injection valve 15 provided for each cylinder. The fuel pressurized by the supply pump 11 is temporarily stored at a high pressure in the common rail 14 via the fuel supply passage 12 and then distributed to the fuel injection valves 15 for the number of cylinders.
[0030]
The pressure of the common rail 14 is controlled by the pressure control valve 13. That is, the pressure control valve 13 controls the pressure of the common rail 14 by changing the flow area of the overflow passage 17 in accordance with the duty signal from the engine control unit 30 to adjust the amount of fuel discharged to the common rail 14. In order to control the pressure of the common rail 14, a part of the fuel discharged from the supply pump 11 is returned to the fuel supply passage 16 through an overflow passage 17 having a one-way valve 18 in the middle.
[0031]
The fuel injection valve 15 is an electronic injection valve that opens and closes a fuel supply passage to the engine combustion chamber according to an ON-OFF signal from the engine control unit 30. The fuel injection valve 15 injects fuel into the combustion chamber according to the ON signal, and turns off the fuel. The injection is stopped by the signal. The fuel injection amount increases as the ON signal to the fuel injection valve 15 increases, but also changes depending on the fuel pressure of the common rail 14 as described later.
[0032]
The engine control unit 30 detects a signal (Tw) of the water temperature sensor 31, a signal of the crank angle sensor 32 (engine rotation speed and crank angle detection Ne), a signal of the crank angle sensor 33 (cylinder discrimination signal Cyl), and a common rail pressure. Signal (PCR) from the pressure sensor 34, a signal (T1) from the exhaust temperature sensor 35 for detecting the exhaust temperature at the inlet of the OXC 21, and an exhaust temperature sensor for detecting the exhaust temperature at the outlet of the DPF 22 or the inlet of the NOx trap catalyst 23. 36 (T2), the signal (O Two ). Specific control of the engine control unit 30 will be described later.
[0033]
The exhaust gas purification control device according to the first embodiment of the present invention is controlled by a hybrid control unit 40 and an engine control unit 30, which will be described with reference to flowcharts of FIGS.
[0034]
FIG. 7 is a basic control routine of the hybrid system, and FIGS. 8 to 13 are outputs of the diesel engine 1 performed by the engine control unit 30 when an output sharing command is issued from the hybrid control unit 40 to the diesel engine 1. 2 shows a subroutine relating to control and exhaust gas purification control of the present invention.
[0035]
In the basic control routine of the hybrid system of FIG. 7, the signal (L) of the accelerator sensor 41, the signal (STA) of the start key 42, the signal (SFT) of the shift lever position sensor 43, the signal (BR) of the brake operation switch 44, The signal (Vcar) of the vehicle speed sensor 45 and the signal (Bcap) of the remaining battery charge sensor 46 are read, and the process proceeds to step S200.
[0036]
In step S200, as shown in FIG. 2, the driving force (Prun: abcdc-e in FIG. 2) required for running the vehicle according to the driver's depression amount (L) of the accelerator pedal. (−f line), that is, the driving force required by the driver to operate the vehicle by operating the accelerator is calculated, and the process proceeds to step S300. Basically, in this case, the signal STA of the start key 42 is at the ON position, and the signal SFT of the shift lever position sensor 43 is at the Drive position.
[0037]
In step S300, the operation mode is determined according to the driving force (Prun), the brake operation state (BR), the vehicle speed (Vcar), the remaining battery capacity (Bcap), and the like required for running the vehicle calculated in step S200. .
[0038]
The operation mode is roughly divided into the following patterns, and is determined based on the maximum output of the engine, the fuel consumption rate characteristics, the capacity of the battery, the maximum output of the motor, and the like.
[0039]
<Motor driving mode>
In FIG. 2, the driving force range (1) is based on the fact that the vehicle travels only with the driving force of the motor 53 (line ab). Therefore, the remaining capacity (Bcap) of the battery 50 must always be maintained at a predetermined value (a level at which the rated power of the battery can be supplied stably) or more. As a countermeasure against this, the battery is charged by power generation during the running of the engine described later.
[0040]
<Engine power generation mode when vehicle is stopped>
If the remaining capacity (Bcap) of the battery 50 falls below a predetermined value due to, for example, continuous motor running for a long time, in order to prevent the battery 50 from being over-discharged, 1 point (b point = g) in FIG. (The load is lower than the point.) That is, the engine output is not transmitted to the drive wheels but is used for power generation (charging).
[0041]
<Engine driving mode>
In FIG. 2, the driving force range indicated by {circle around (2)} indicates that the thermal efficiency of the engine 1 is good, as will be described later, and that when the remaining capacity (Bcap) of the battery 50 is equal to or larger than a predetermined value, the engine 1 It runs by power (bcd line).
[0042]
<Engine output split mode>
In the driving force ranges of (1), (2), and (3) in FIG. 2, when the remaining capacity (Bcap) of the battery 50 is equal to or less than a predetermined value, the engine is driven for vehicle running and power generation. . As described above, the abcdcef line in FIG. 2 is a driving force line necessary for running the vehicle, and outputs the output of the engine 1 for running and generating electricity as follows. Divided into
[(1) driving force range]
The difference between the gh line (= bc point operation) and the running ab line is supplied for power generation (charging) of the generator 51.
[(2) driving force range]
The difference between the hi-d line (= cd point operation) and the traveling b-c-d line is supplied for power generation (charging) of the generator 51.
[(3) driving force range]
The difference between the dke line (= k point operation) and the travel deline is supplied for power generation (charging) of the generator 51.
[0043]
<Motor assist mode>
In the driving force range of {circle around (3)}, if the remaining capacity (Bcap) of the battery 50 is a predetermined value or more and a level capable of stably supplying the rated power of the battery, the power of the motor is indicated by the de-e line in FIG. The vehicle runs using both the power of the engine and the power of the engine. That is, the engine is operated at the point d (= j), and the difference from the running de-e line is assisted by the motor 53.
[0044]
<Power assist mode>
The driving force range of (4) is basically the motor assist mode. However, the maximum output of the engine is the e point, and no more power can be supplied from the engine. Accordingly, the engine is operated at point e in FIG. 2 and the difference from point e to point f (Prun max.) Of the maximum driving force of the vehicle is assisted by the motor 53. When the remaining capacity (Bcap) of the battery is equal to or less than a predetermined value, the vehicle driving maximum driving force is limited to the e point because the motor assist cannot be performed to prevent overdischarge.
[0045]
<Deceleration regeneration mode>
The motor 53 functions as a generator during deceleration, recovers kinetic energy during deceleration as electric power, and charges the battery 50.
[0046]
In the above description, when the output of the engine 1 is not used as the driving force for driving the vehicle, that is, in the motor driving mode, the vehicle stop engine power generation mode, and the deceleration regeneration mode, the power interrupting portion (for example, (Electromagnetic clutch) is disconnected.
[0047]
Here, the driving force ranges (1) to (4) in FIG. 2 and their engine operating points a, b (= g), c (= h), d (= i = j), and e (= k). And the relationship with the target of the exhaust gas purification control device of the present invention will be described with reference to a region diagram divided by the engine speed and the engine load in FIG.
[0048]
The area is roughly divided into six areas A to F. Each area except the area F is defined by lines indicated by X, Y, and Z in FIG.
[0049]
<X line>
The X line is a temperature line indicating the relationship between the engine speed and the load when the temperature of the exhaust gas reaches the temperature (first temperature) at which the OXC 21 enters a predetermined oxidizing state. This temperature is desirably set to a temperature substantially equal to the lower limit temperature at which the activity of the NOx trap catalyst 23 becomes strong. In the present embodiment (that is, when Ba is used as the adsorbent of the NOx trap catalyst 23), As described below, about 250 to 300 ° C. is appropriate. If the temperature of the exhaust gas is set to a temperature equal to or higher than this line, the oxidation activity of the OXC 21 is strong, the removal efficiency of HC and CO is increased, and the HC and CO after passing through the OXC 21 can be brought to the SULV level. Conversely, if the temperature of the exhaust gas is below this line, it is difficult to bring HC and CO to the SULEV level. That is, the X line is a lower limit line for setting HC and CO to the atmospheric level.
[0050]
<Y line>
The Y line is set for each engine speed based on the PM collection efficiency of the DPF 22 (95% or more for a wall flow honeycomb type of SiC material) and the PM emission level of the engine, and the PM concentration after passing through the DPF 22 is reduced. This is a load line determined for each engine speed at which the SULEV level is reached. Desirably, it is appropriate to set the load such that the smoke concentration of the exhaust gas flowing into the DPF 22 is 1 BSU at the maximum, and the set load is low at a low rotational speed with low intake air volume efficiency (filling efficiency). Below this load line, the PM after passing through the DPF 22 can be set to the SULV level, and conversely, above this line, it is difficult to set the PM to the SULV level. That is, the Y line is a load upper limit line for bringing PM to the atmospheric level.
[0051]
<Z line>
The Z line is a temperature line indicating the relationship between the engine speed and the load when the temperature of the exhaust gas reaches a temperature at which the adsorption effect of the adsorbent of the NOx trap catalyst 23 does not decrease thermodynamically. As described above, the NOx adsorbent used for the NOx trap catalyst 23 usually uses Ba, Mg, Cs, or the like. However, as shown in FIG. 5 (which shows the NOx reduction characteristics of the NOx trap catalyst 23 using Ba as the adsorbent), when the temperature of the adsorbent increases (about 450 ° C. or higher), the NOx adsorption effect thermodynamically increases. As a result, the NOx adsorption / reduction purification performance of the NOx trap catalyst 23 decreases. Therefore, in order to set the NOx level after passing through the NOx trap catalyst 23 to the SULEV level, the NOx trap catalyst 23 must be at a temperature of about 250 to 300 ° C. at which the activity of the NOx trap catalyst 23 becomes strong, and It is desirable to use in the temperature range of the upper limit temperature (second temperature ≦ 450 ° C.) or lower where the adsorption effect does not decrease thermodynamically. That is, this Z line is the upper limit line for bringing NOx to the atmospheric level. Further, the above-mentioned X line is a lower limit line for bringing NOx to the atmospheric level.
[0052]
The respective areas and operating points defined by the above X line, Y line, and Z line will be described.
[0053]
<Area A>
In the area A, only PM reaches the SULV level, and HC, CO, and NOx do not reach the SULV level. Therefore, no operating point is set in this area. Point a is an idling condition for the engine, but is a condition that exists for a moment when the engine is started.
[0054]
<Area B>
In the region B, all components of PM, HC, CO, and NOx do not reach the SULV level. Therefore, no operating point is set in this region.
[0055]
<Area C>
In the region C, HC, CO, and NOx reach the SULV level, but PM does not reach the SULV level. Therefore, no operating point is set in this region.
[0056]
<Area D>
In the region D, HC and CO reach the SULV level, but NOx and PM do not reach the SULV level. Therefore, no operating point is set in this region.
[0057]
<Area E>
In the region E, all components of PM, HC, CO, and NOx reach the SULV level. Then, in the present invention, in the operation region E, the operation points b (= g), c (= h), d (= i = j), and e (= k) in the driving force range of (1) to (3) are set. ), And the engine load and the rotation speed are set so as to include each of the operation points described above and the l point of the engine power generation mode when the vehicle is stopped (the load and the rotation speed allowed to maintain quietness when the vehicle is stopped). . That is, a vehicle that is obtained by the driver through an accelerator operation (depressing amount of an accelerator pedal: L) at a driving point where all the components of PM, HC, CO, and NOx are set within a region E in which the SULEV level can be reached. The driving force required for traveling and the power generation output when the vehicle is stopped are obtained.
[0058]
<Area F>
The region F is included in the region E, and is a region of the engine load and the rotation speed where the engine efficiency is the best. The operating points c (= h) and d (= i = j) are set in this area.
[0059]
Here, the function of the exhaust gas purification aftertreatment device 20 of the present invention in the region E will be described in more detail.
[0060]
In the exhaust gas purification post-treatment device 20 of the present invention, an OXC 21, a DPF 22, and a NOx trap catalyst 23 are arranged from the upstream. The OXC 21 oxidizes NO (nitrogen monoxide) in the exhaust gas to NO. Two (Nitrogen dioxide). Then, the DPF 22 collects the PM and converts the collected PM into the highly oxidizing NO generated by the OXC 21. Two Burn and remove with. As described above, the exhaust gas purification post-processing device 20 has a function of a PM continuously reburning filter (referred to as JP-A-1-318715, hereinafter referred to as “CRF”) configured to regenerate the DPF.
[0061]
The reaction principle of the conventional PM removal of CRF is as described in (1) and (2) above. Two If the amount is present, the PM collected by the DPF can be continuously removed even when the temperature of the OXC is relatively low, and the PM is not deposited on the DPF. Also, in OXC, from NO to NO Two The conversion to NO depends on the catalyst temperature, from about 150 ° C to NO Two Start converting to. In addition, the reactions shown in the above (1) and (2) also depend on the temperature, so that the higher the temperature, the more NO from OXC to NO Two Is actively being converted to NO Two Promotes reburning of PM. However, the higher the exhaust gas temperature, the more NO Two Becomes thermodynamically unstable and produces NO Two Will return to NO again. As a result, in practice, OXC changes from NO to NO Two In the exhaust (catalyst) temperature range of about 250 to 450 ° C. in which the conversion to the catalyst is actively performed, the PM collected by the DPF is converted to NO. Two Reburns and continuously removes and does not deposit PM on the DPF.
[0062]
That is, in the region E, all the components of PM, HC, CO, and NOx can reach the SULEV level, and in addition, the temperature condition is such that the NOx / PM ratio is relatively large and the exhaust temperature can obtain the CRF effect. Since they match, an effect is obtained that PM is continuously reburned and is not deposited on the DPF.
[0063]
This concludes the description of the traveling mode in step S300 and the relationship between the operating region of the engine, the driving force range necessary for vehicle traveling, and the respective operating points of the engine.
[0064]
Returning to FIG. After the driving mode is determined in step S300 as described above, the process proceeds to step S400, and based on the driving mode (Prun) required for traveling of the vehicle and the determined driving mode, the shared output (Pm and Pm) of the motor 53 and the engine 1 is determined. After calculating Pe) (FIG. 2), the process proceeds to step S500.
[0065]
In step S500, it is determined whether the engine 1 needs to be operated. If this determination is No and engine operation is not required (motor drive mode or vehicle stop-time power generation condition), the process proceeds to step S900 to perform stop operation control of engine 1.
[0066]
That is, the hybrid control unit 40 issues a stop command to the engine control unit 30. The engine control unit 30 performs stop control of the engine 1 according to the stop command. As a result, the operation of the EGR valve 5 and the intake throttle valve 7 is stopped, the fuel supply is stopped and held (the pressure control valve 13 and the fuel injection valve 15 of the supply pump 11 are turned off), and the engine 1 is stopped or stopped. .
[0067]
If the determination in step S500 is Yes and the engine 1 needs to be driven (each mode of engine power generation during vehicle stop, engine running, engine output split, motor assist, and power assist), the process proceeds to step S600.
[0068]
In step S600, it is determined whether engine 1 has already been started. If this determination is Yes and the engine 1 has already been operated, that is, an output command has already been transmitted from the hybrid control unit 40 to the engine control unit 30, and the engine control unit 30 If the output control of No. 1 is being performed, the process proceeds to step S700.
[0069]
In step S700, output control of the engine 1 for obtaining the engine-sharing output (Pe) calculated in step S400 is continued or started.
[0070]
On the other hand, if the determination in step S600 is No and the engine 1 has not been started yet, the process proceeds to step S800 to perform engine start operation control (a start command is issued).
[0071]
This start operation is also controlled by the hybrid control unit 40 and the engine control unit 30, and is performed according to a time chart shown in FIG. First, the glow plug 24 is preheated, and motoring of the engine 1 by the motor 51 is started. Next, when the motoring rotational speed of the engine 1 reaches a predetermined stable level (reaches in a very short time), the pressure control valve 13 and the fuel injection valve 15 of the supply pump 11 are driven to supply fuel commensurate with starting. It leads to a complete explosion.
[0072]
After performing the engine output control in step S700, the engine start operation control in step S800, and the engine stop operation control in step S900, the process proceeds to step S1100.
[0073]
In step S1100, hybrid control unit 40 performs power generation control of generator 51 based on the operation mode.
[0074]
Then, in step S1200, the motor driving force (Pm: Prun-Pe) calculated in step S400 based on the traveling mode is output to the motor 53. Alternatively, control is performed to operate the motor 53 as a generator during deceleration, recover kinetic energy during deceleration as electric power, and charge the battery 50.
[0075]
Finally, the process proceeds to step S1300 to perform a speed ratio control and an ON-OFF control of the power transmission mechanism 52 (for example, a CVT with an electromagnetic clutch) based on the traveling mode and the vehicle speed (Vcar).
[0076]
FIG. 8 shows a subroutine for the output control of the diesel engine 1 in the above-described step S700 performed by the engine control unit 30 when an output sharing command is issued from the hybrid control unit 40 to the diesel engine 1. It is a flowchart.
[0077]
In the engine output control routine of FIG. 8, in step S710, the water temperature Tw, the engine rotation speed Ne, the cylinder discrimination signal Cyl, the common rail pressure PCR, the exhaust temperature T1 at the inlet of the OXC21, the outlet of the DPF22 or the inlet of the NOx trap catalyst 23. The exhaust temperature T2 and oxygen concentration O2 of the section are read, and the process proceeds to step S720.
[0078]
In step S720, predetermined table data is searched to determine the engine rotation speed Ne and the fuel injection amount Qmain necessary to obtain the engine sharing output Pe calculated in step S400. The table data is set, for example, with the engine-sharing output Pe as a parameter, and is stored in the ROM of the engine control unit 30 in advance.
[0079]
After obtaining the engine speed Ne and the fuel injection amount Qmain in step S720, common rail pressure control is performed in step S730, and main injection control for engine output control is sequentially performed in step S740.
[0080]
The process proceeds to step S750 to determine whether or not the flag indicating that regeneration control of the NOx trap catalyst 23 is being performed (set 0 or 1 in step S775 / FIG. 13 step S1011 described later) is 1, that is, the NOx trap catalyst 23. Is being reproduced.
[0081]
If Yes in step S750 and the NOx trap catalyst 23 is being regenerated, the flow proceeds to step S1000 to continue or start the regeneration control of the NOx trap catalyst and return.
[0082]
If NO in step S750 and the NOx trap catalyst 23 is not being regenerated, engine combustion control is performed in step S760, and the flow advances to step S770 to integrate the NOx absorption amount of the NOx trap catalyst 23 to regenerate the NOx trap catalyst 23. Is determined, and a return is made.
[0083]
FIG. 9 is a flowchart showing a subroutine for common rail pressure control performed in step S730.
[0084]
In the common rail pressure control routine of FIG. 9, in steps S731 and S732, a predetermined map stored in the ROM of the engine control unit 30 is searched using the engine speed Ne and the fuel injection amount (load) Qmain as parameters. Then, a target reference pressure PCR0 of the common rail 14 and a reference duty ratio (reference control signal) Duty0 of the pressure control valve 13 for obtaining the target reference pressure PCR0 are obtained, and the flow proceeds to step S733.
[0085]
In step S733, the absolute value | PCR0−PCR | of the difference between the target reference pressure PCR0 and the actual common rail pressure PCR is determined, and this is compared with an allowable pressure difference ΔPCR0 set in advance for the target reference pressure PCR0.
[0086]
If | PCR0−PCR | is within the range of the allowable pressure difference ΔPCR0, the process proceeds to step S736 to maintain the same duty ratio by setting the reference duty ratio Duty0 to the valve opening duty ratio Duty, and to maintain the same duty ratio in step S737. The pressure control valve 13 is driven by transmitting a duty signal generated from the duty ratio Duty.
[0087]
On the other hand, if | PCR0−PCR | is not within the range of the allowable pressure difference ΔPCR0, the process advances from step S733 to step S734 to search a ROM table that is set in advance corresponding to PCR0−PCR (= ΔP). Thus, a duty cycle correction coefficient K Duty is obtained. For example, when the pressure difference ΔP is minus (PCR is larger than PCR0), the correction coefficient K Duty is set to a value smaller than 1, and when ΔP is plus (PCR is smaller than PCR0), Set K Duty to a value greater than one. Specifically, table data of the duty ratio correction coefficient K Duty is set according to the characteristics of the pressure control valve 13.
[0088]
Then, in step S735, a value (Duty0 × K Duty) obtained by correcting the reference duty ratio Duty0 by the correction coefficient KDduty is set as the valve opening duty ratio Duty. Then, in step S737, the pressure control valve 13 is controlled by the valve opening duty ratio Duty. Drive.
[0089]
FIG. 10 is a flowchart showing a subroutine of the main injection control performed in step S740 of FIG.
[0090]
In the main injection control routine of FIG. 10, in step S741, a predetermined map previously stored in the ROM of the engine control unit 30 is searched using the main injection amount Q main and the common rail pressure PCR as parameters, and the main injection period M Period is obtained, and the process proceeds to step S742. Here, the main injection period M period is set in m sec, and as shown in FIG. 4, if the main injection amount Q main is the same, the higher the common rail pressure PCR, the shorter the main injection period M period and the same common rail pressure PCR. Then, as the main injection amount Q main increases, the main injection period M period becomes longer.
[0091]
In step S742, using the engine speed Ne and the main injection amount Q main as parameters, a predetermined map stored in advance in the ROM of the engine control unit 30 is searched to determine the main injection start timing M start, and the process proceeds to step S743. .
[0092]
In step S743, the main injection start timing M start is corrected based on the water temperature Tw. For example, when the cooling water temperature is low, M start is advanced and the process proceeds to step S744. This correction is performed because, for example, the lower the water temperature Tw, the lower the temperature of the engine combustion chamber, and the ignition start timing is relatively delayed. Therefore, the emission amounts of HC, CO, PM (especially, SOF) are reduced. This is because, in order not to increase the value, it is desirable that the M start is advanced and the combustion start timing is kept constant.
[0093]
In step S744, based on the signals from the crank angle sensor 32 for detecting the crank angle and the crank angle sensor 33 for determining the cylinder, the fuel injection valve 15 of the cylinder to be main-injected is opened during the period from the injection start timing M start to M period. Drive to supply the main injection amount Q main.
[0094]
FIG. 11 is a flowchart showing a subroutine of engine combustion control performed in step S760 of FIG.
[0095]
In step S761, operation or stop of EGR is determined based on the engine sharing output Pe. That is, if it is equal to or less than the predetermined shared output in step S761, the process proceeds to step S762, and if it is equal to or larger than the predetermined shared output, the process proceeds to step S765.
[0096]
Here, all the operating points of the engine are set in the area E, but among the operating points in the area E, the operating points c (= h), d (= i = j) and the engine with the best engine efficiency are set. The line connecting the operating points e (= k), which are the maximum output points, stops EGR with the priority given to not increasing the smoke, and 1 and b (= with a relatively low load (large air excess ratio). g) At the point, it is desirable to perform EGR that can secure a NOx / PM ratio sufficient to exhibit the CRF function.
[0097]
In step S765, the EGR is stopped or stopped (the operations of the EGR valve 5 and the intake throttle valve 7 are stopped).
[0098]
In step S762, a predetermined map previously stored in the ROM of the control unit 30 is searched using the engine speed Ne and the fuel injection amount (load) Qmain as parameters, and the target EGR data (the EGR valve 5 and the intake throttle valve 7) are searched. Drive signal).
[0099]
After obtaining the target EGR data in step S762, the EGR is corrected based on the water temperature Tw in step S763. For example, when the cooling water temperature is low, the EGR is reduced and the process proceeds to step S764.
[0100]
In step S764, the drive control of the EGR valve 5 and the intake throttle valve 7 is performed based on the corrected drive signals.
[0101]
FIG. 12 is a flowchart showing a subroutine for integrating the NOx absorption amount of the NOx trap catalyst 23 and determining whether or not the regeneration is necessary, which is performed in step S770 in FIG.
[0102]
In the NOx absorption amount accumulation and regeneration necessity determination routine of FIG. 12, in step S771, for example, table data in which the engine shared output Pe is set as a parameter, or the engine rotation speed Ne and the fuel injection amount (load) Qmain are set as parameters. The NOx absorption amount (NOx absorption amount per unit time) of the NOx trap catalyst 23 is obtained by searching from predetermined data or the like set in a map format and stored in advance in the ROM of the control unit 30 in advance.
[0103]
After obtaining the NOx absorption amount in step S771, the process proceeds to step S772, and the NOx absorption amount is corrected based on the water temperature Tw. For example, when the cooling water temperature is low, the NOx absorption amount is corrected to decrease, and the process proceeds to step S773. The reason for performing such correction is as follows. That is, for example, the lower the water temperature, the lower the temperature of the engine combustion chamber, so that the ignition start timing is relatively delayed. Therefore, as described above, in step S743 in FIG. 10 and step S763 in FIG. 11, the main injection start timing M start is advanced and corrected, respectively, so as not to increase the emissions of HC, CO, and PM (especially, SOF). The EGR was reduced and the combustion start timing was kept constant. However, even if the combustion start timing is kept constant, the lower the engine combustion chamber temperature, the longer the combustion period tends to be, the lower the combustion temperature tends to be, and the lower the NOx emissions. Since the NOx absorption amount also tends to decrease as the NOx emission amount decreases, it is desirable to set a coefficient for reducing the NOx absorption amount as the water temperature is lower using the water temperature Tw as a parameter to correct the NOx absorption amount. Thus, the calculation accuracy of the integrated NOx absorption amount can be improved. Therefore, the correction is performed as described above. The correction coefficient for the NOx absorption amount is obtained in advance by an experiment.
[0104]
In step S773, the NOx absorption amount is integrated at predetermined time intervals synchronized with the NOx absorption amount per unit time, and the flow advances to step S774.
[0105]
In step S774, it is determined whether or not the integrated NOx absorption amount exceeds the predetermined absorption limit amount set in the NOx trap catalyst 23, and the regeneration (NOx release / reduction) of the NOx trap catalyst 23 is required. .
[0106]
If No in step S774 and reproduction is unnecessary, the process returns.
[0107]
If the determination in step S774 is Yes, the NOx absorption amount exceeds the absorption limit amount, and it is determined that the regeneration of the NOx trap catalyst 23 is necessary, the catalyst regeneration flag is set to 1 in step S775. A flag is set as a reproduction start signal). Then, the flow advances to step S776 to start counting an index value for ending reproduction, for example, time, and returns. The index value of the end of the regeneration is not limited to the example of the time, and the multiplier of the exhaust temperature T2 at the inlet of the NOx trap catalyst 23 and the time may be integrated.
[0108]
FIG. 13 is a flowchart showing a subroutine for the regeneration control of the NOx trap catalyst 23 performed in step S1000 of FIG.
[0109]
In the regeneration control routine of the NOx trap catalyst 23 in FIG. 13, in step S1001, it is determined whether a predetermined regeneration operation, that is, a predetermined time required to start regeneration and complete regeneration of the NOx trap catalyst 23 has elapsed. I do. Here, the time required to regenerate the NOx trap catalyst 23 by enriching the exhaust air-fuel ratio is approximately 1 to 2% in time ratio, and the time required for one regeneration depends on the catalyst capacity and the regeneration interval. Is also different.
[0110]
If the determination in step S1001 is Yes and the regeneration is completed, the process proceeds to step S1011 to initialize the regeneration control of the NOx trap catalyst 23. That is, the catalyst regeneration flag, the NOx absorption amount integrated value, and the regeneration time count are each reset to 0, and the routine returns.
[0111]
If the determination in step S1001 is No and the regeneration has not been completed, the process proceeds to step S1002, and it is determined whether or not the engine is in the EGR region based on the engine sharing output Pe.
[0112]
If it is determined in step S1002 that the vehicle is in the EGR region, the process proceeds to step S1003. If the vehicle is not in the EGR region, the process proceeds to step S1007.
[0113]
In step S1003, after the post injection is stopped or stopped, the process proceeds to step S1004 to obtain target EGR data for enriching the exhaust air-fuel ratio.
[0114]
Here, the post-injection is an expansion stroke of each cylinder separately from the main injection in order to regenerate the NOx trap catalyst 23 (release and reduce NOx) by enriching the exhaust air-fuel ratio and increasing the exhaust temperature. Alternatively, fuel injection is performed in the exhaust stroke. However, as described above, the region in which EGR is performed is a relatively low load region, and the excess air ratio is relatively large even when EGR is performed (λ = about 2 to 4). In order to enrich the exhaust air-fuel ratio by performing post-injection in such a low-load region, it is necessary to post-inject the fuel in an amount of 2 to 4 times the amount of the main injection fuel, and the injection time is short (time ratio). (About 1% to 2%), the fuel efficiency deterioration rate is large. Therefore, it is not advisable to perform post injection in such an EGR region.
[0115]
Therefore, after the post-injection is stopped (step S1003), in step S1004, a predetermined map stored in the ROM of the control unit 30 is searched using the engine speed Ne and the fuel injection amount (load) Q main as parameters. Thus, target EGR data (drive signals for the EGR valve 5 and the intake throttle valve 7) for enriching the exhaust air-fuel ratio by enhancing the EGR is obtained. By enhancing the EGR (intake throttle) and enriching the exhaust air-fuel ratio in this manner, an increase in exhaust gas temperature due to a decrease in the amount of working gas in the combustion chamber and a decrease in the amount of gas passing through the catalyst (a decrease in the SV ratio) can be achieved. And the NOx release / reduction reaction can be improved.
[0116]
In step S1005, drive control is performed based on the drive signals of the EGR valve 5 and the intake throttle valve 7, and EGR for enriching the exhaust air-fuel ratio is performed.
[0117]
Further, in step S1006, the signal (O Two ), The EGR feedback control is performed, and the exhaust air-fuel ratio is kept rich to return.
[0118]
If it is determined in step S1002 that the region is the EGR stop region, the process proceeds to step S1007 to stop or hold the EGR (stop the operation of the EGR valve 5 and the intake throttle valve 7).
[0119]
In step S1008, in order to regenerate the NOx trap catalyst 23 (release and reduce NOx), the engine speed Ne and the fuel injection amount (load) Q main are stored in advance in the ROM of the control unit 30 as parameters. A predetermined map is searched to obtain a post injection amount Q post, a post injection period P period, and a post injection timing P start for enriching the exhaust air-fuel ratio and increasing the exhaust gas temperature.
[0120]
The EGR stop region is a relatively high load region, and the excess air ratio is relatively small (λ = about 2 to 1.5). Therefore, the post-injection amount necessary for enriching the exhaust air-fuel ratio by performing post-injection can be dealt with by injecting about 0.5 to at most twice as much fuel as the main injection fuel. The fuel consumption deterioration rate is relatively small.
[0121]
In addition, EGR in this region is inconvenient for DPF self-regeneration by CRF or the like, and the excess air ratio is relatively large. Therefore, when EGR is performed, PM (smoke) increases sharply, and the DPF 22 may be clogged. is there. Therefore, it is preferable to perform the post injection in the EGR stop region to enrich the exhaust air-fuel ratio.
[0122]
In step S1008, after searching for data related to post-injection (injection start timing P start and injection period P period), the process proceeds to step S1009.
[0123]
In step S1009, based on the signals from the crank angle sensor 32 for detecting the crank angle and the crank angle sensor 33 for determining the cylinder, the fuel injection valve 15 of the cylinder to be post-injected is opened during a period from the injection start timing P start to P period. Drive to supply the post injection amount Q post.
[0124]
Then, the process proceeds to step S1010, where the signal (O Two ), The feedback control of the post injection (Q post) is performed to keep the exhaust air-fuel ratio rich and return.
[0125]
In the present embodiment, first, an OXC having a performance capable of purifying unburned components (HC, CO, etc.) contained in exhaust gas to a SULV level or an atmospheric level is used, and the OXC can sufficiently exhibit performance. The operating point is set to discharge the exhaust gas in such a temperature range to control the diesel engine.
[0126]
In addition, a diesel particulate filter having a performance capable of trapping PM to a SULV level or an atmospheric level is provided, and the amount of PM contained in the exhaust gas is reduced to the SULV level or the atmospheric level by the diesel particulate filter. The operating point is set so that the amount can be reduced as follows, and the diesel engine is controlled.
[0127]
Further, a NOx trap catalyst having a performance capable of purifying NOx to a SULV level or an atmospheric level is used, and an operating point is set such that the NOx trap catalyst emits exhaust gas in a temperature region where the performance can be sufficiently exhibited. Was set to control the diesel engine.
[0128]
With the above configuration, according to the present embodiment, it is possible to purify exhaust emissions such as HC, CO, NOx, and PM of a diesel engine to a SULEV level or a level equivalent to the atmosphere. It was.
[0129]
In the present embodiment, the OXC 21 is used as an activation lower limit temperature that is substantially equal to a lower limit temperature at which the activity of the NOx trap catalyst 23 becomes strong. If the lower-limit temperature of the NOx trap catalyst 23 is different from the lower-limit temperature of the OXC 21, for example, the lower-limit temperature of the OXC 21 is higher than the lower-limit temperature of the NOx trap catalyst 23. Unless the operating point is set in accordance with the activation lower limit temperature of the NOx trap catalyst 23 and the diesel engine is controlled, exhaust emissions of the diesel engine cannot be purified to the SULEV level or the atmospheric level. This means that even if OXC21 activated at a low temperature is used, its performance cannot be exhibited. Generally, OXC which is activated at a low temperature is more expensive in terms of cost, but there is no advantage even if such a cost is applied. Therefore, the use of the OXC 21 having an activation lower limit temperature substantially equal to the lower limit temperature at which the activity of the NOx trap catalyst 23 becomes strong as in this embodiment is the most preferable in terms of performance and cost. It is a well-balanced device.
[0130]
Without being limited to the embodiments described above, various modifications and changes are possible within the scope of the technical idea, and it is apparent that they are equivalent to the present invention.
[0131]
For example, a case has been described above in which a diesel engine is applied to a P-HEV vehicle in which the range of use of the engine is relatively wide and the degree of difficulty in exhaust gas purification is high.
[0132]
However, the exhaust gas purification control device of the present invention can be suitably used not only for P-HEV, but also for a series hybrid electric vehicle (hereinafter referred to as “S-HEV”).
[0133]
The S-HEV differs from the P-HEV in structural point in that there is no power transmission mechanism 52 in FIG. That is, the S-HEV is based on the fact that the output of the engine is not directly transmitted to the driving wheels as the driving force, and the vehicle travels only with the driving force of the motor 53, and the driver's depression amount of the accelerator pedal ( L) means that all the necessary driving force for running the vehicle is covered by the motor output Pm.
[0134]
That is, all the output of the engine is transmitted to the generator 51 for power generation, and the engine is basically operated at a load and a rotational speed at which the maximum efficiency is obtained. Further, by setting this operating point to an operating point in the region E and at which the DPF self-regeneration effect by the CRF or the like is obtained (for example, the best point among c to d in FIG. 3), PM accumulates in the DPF. I can't.
[0135]
That is, it is possible to improve fuel efficiency and to simplify exhaust gas purification.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing one embodiment of a diesel engine exhaust gas purification control device of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between an accelerator pedal position and a traveling driving force.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between an operating region and an operating point.
FIG. 4 is a characteristic diagram of a common rail pressure and a fuel injection amount depending on a fuel injection period.
FIG. 5 is a characteristic diagram of a conversion rate of a NOx trap catalyst.
FIG. 6 is a time chart of an operation performed at the time of starting.
FIG. 7 is a flowchart showing a basic control routine of the hybrid system.
FIG. 8 is a flowchart showing a control routine of an engine output.
FIG. 9 is a flowchart showing a common rail pressure control routine.
FIG. 10 is a flowchart showing a main injection control routine.
FIG. 11 is a flowchart showing a combustion control routine of the engine.
FIG. 12 is a flowchart illustrating a NOx absorption amount integration / determination routine;
FIG. 13 is a flowchart showing a NOx trap catalyst regeneration control routine.
[Explanation of symbols]
1 Diesel engine
3 Exhaust passage
10 Fuel injection device
20 Exhaust gas purification after-treatment device
21 OXC (oxidation catalyst)
22 DPF (filter)
23 NOx trap catalyst (NOx catalyst)
30 Control unit for engine (operating point setting means)
40 Control unit for hybrid
50 battery
51 generator
52 power transmission mechanism
53 motor
54 differential gear
55a, 55b drive wheels

Claims (14)

ディーゼルエンジンの排気通路に配置され、第1の温度以上のときに排気中のNOを酸化して高酸化力のあるNO2 を生成可能な酸化触媒と、
排気中のPMを捕集するとともに、前記酸化触媒で生成されたNO2 によって、その捕集したPMを燃焼除去可能なフィルタと、
排気中のNOxを還元浄化可能なNOx触媒と、
排気ガスの温度が前記第1の温度以上になり、かつ、排気ガスのPM含有量が所定値以下となるように、前記ディーゼルエンジンの運転点を設定する運転点設定手段と、
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化制御装置。
An oxidation catalyst disposed in an exhaust passage of a diesel engine, the oxidation catalyst being capable of oxidizing NO in exhaust gas when the temperature is equal to or higher than a first temperature to generate NO 2 having a high oxidizing power;
A filter capable of collecting PM in the exhaust gas and burning and removing the collected PM by NO 2 generated by the oxidation catalyst;
A NOx catalyst capable of reducing and purifying NOx in exhaust gas,
Operating point setting means for setting an operating point of the diesel engine such that the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than the first temperature and the PM content of the exhaust gas is equal to or lower than a predetermined value;
An exhaust gas purification control device for a diesel engine, comprising:
運転点設定手段は、前記ディーゼルエンジンの全回転域において、排気ガスの温度が前記第1の温度以上になり、かつ、排気ガスのPM含有量が所定値以下となるように、前記ディーゼルエンジンの運転点を設定する、
ことを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置。
The operating point setting means is configured to control the exhaust gas temperature of the diesel engine such that the exhaust gas temperature is equal to or higher than the first temperature and the PM content of the exhaust gas is equal to or lower than a predetermined value in the entire rotation range of the diesel engine. Set operating point,
The exhaust gas purification control device for a diesel engine according to claim 1, wherein:
前記運転点設定手段は、前記第1の温度が得られるときのエンジン負荷をエンジン回転速度に応じて予め定めておき、このエンジン負荷を下回らないように運転点を設定する、
ことを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置。
The operating point setting means sets an engine load when the first temperature is obtained in advance according to an engine rotation speed, and sets an operating point so as not to fall below the engine load.
The exhaust gas purification control device for a diesel engine according to claim 1, wherein:
ディーゼルエンジンの排気通路に配置され、第1の温度以上のときに排気中のNOを酸化して高酸化力のあるNO2 を生成可能な酸化触媒と、
排気中のPMを捕集するとともに、前記酸化触媒で生成されたNO2 によって、その捕集したPMを燃焼除去可能なフィルタと、
前記第1の温度よりも高温な第2の温度以下の温度で排気中のNOxを還元浄化可能なNOx触媒と、
排気ガスの温度が前記第1の温度以上であって第2の温度以下になり、かつ、排気ガスのPM含有量が所定値以下となるように、前記ディーゼルエンジンの運転点を設定する運転点設定手段と、
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化制御装置。
An oxidation catalyst disposed in an exhaust passage of a diesel engine, the oxidation catalyst being capable of oxidizing NO in exhaust gas when the temperature is equal to or higher than a first temperature to generate NO 2 having a high oxidizing power;
A filter capable of collecting PM in the exhaust gas and burning and removing the collected PM by NO 2 generated by the oxidation catalyst;
A NOx catalyst capable of reducing and purifying NOx in exhaust gas at a temperature equal to or lower than a second temperature higher than the first temperature;
An operating point for setting the operating point of the diesel engine such that the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than the first temperature and equal to or lower than the second temperature, and the PM content of the exhaust gas is equal to or lower than a predetermined value. Setting means;
An exhaust gas purification control device for a diesel engine, comprising:
運転点設定手段は、前記ディーゼルエンジンの全回転域において、排気ガスの温度が前記第1の温度以上であって第2の温度以下になり、かつ、排気ガスのPM含有量が所定値以下となるように、前記ディーゼルエンジンの運転点を設定する、
ことを特徴とする請求項4に記載のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置。
The operating point setting means determines that the exhaust gas temperature is equal to or higher than the first temperature and equal to or lower than the second temperature, and the PM content of the exhaust gas is equal to or lower than a predetermined value in the entire rotation range of the diesel engine. Setting the operating point of the diesel engine so that
The exhaust gas purification control device for a diesel engine according to claim 4, wherein:
前記運転点設定手段は、前記第1の温度及び第2の温度が得られるときのエンジン負荷をエンジン回転速度に応じて予め定めておき、このエンジン負荷の範囲に収まるように運転点を設定する、
ことを特徴とする請求項4に記載のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置。
The operating point setting means sets an engine load when the first temperature and the second temperature are obtained in advance according to the engine speed, and sets the operating point so as to fall within the range of the engine load. ,
The exhaust gas purification control device for a diesel engine according to claim 4, wherein:
前記運転点設定手段は、排気ガスのPM含有量が所定値以下になるときのエンジン負荷をエンジン回転速度に応じて予め定めておき、このエンジン負荷を超えないように運転点を設定する、
ことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置。
The operating point setting means sets an engine load when the PM content of the exhaust gas is equal to or less than a predetermined value in advance according to the engine speed, and sets an operating point so as not to exceed the engine load.
The exhaust gas purification control device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 6, characterized in that:
前記運転点設定手段は、アクセルペダル踏み込み量に基づいて運転点を設定する、
ことを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置。
The operating point setting means sets an operating point based on an accelerator pedal depression amount,
The exhaust gas purification control device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
前記運転点設定手段は、前記ディーゼルエンジンの最高効率点をも含むように運転点を設定する、
ことを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置。
The operating point setting means sets an operating point to include the highest efficiency point of the diesel engine,
The exhaust gas purification control device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 8, wherein:
前記酸化触媒は、PMを捕集するフィルタ部位の表面に担持されている、
ことを特徴とする請求項1又は請求項4に記載のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置。
The oxidation catalyst is supported on the surface of a filter portion that captures PM,
The exhaust gas purification control device for a diesel engine according to claim 1 or 4, wherein:
前記NOx触媒は、排気の空燃比がリーンであるときに排気中のNOxをトラップし、排気の空燃比がリッチ又は理論空燃比になるとトラップしていたNOxを脱離するとともに、この脱離したNOxを排気中の還元剤を用いて還元浄化するNOxトラップ触媒である、
ことを特徴とする請求項1又は請求項4に記載のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置。
The NOx catalyst traps NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust is lean, and releases and traps the trapped NOx when the air-fuel ratio of the exhaust becomes rich or stoichiometric. A NOx trap catalyst for reducing and purifying NOx by using a reducing agent in exhaust gas;
The exhaust gas purification control device for a diesel engine according to claim 1 or 4, wherein:
前記排気ガスのPM含有量の所定値とは、前記NOx触媒を通過した後にSULEVレベル以下に減少可能な量である、
ことを特徴とする請求項2又は請求項5に記載のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置。
The predetermined value of the PM content of the exhaust gas is an amount that can be reduced to a SULEV level or less after passing through the NOx catalyst.
The exhaust gas purification control device for a diesel engine according to claim 2 or 5, wherein:
電動機とディーゼルエンジンとを備え、車両走行用にそれぞれを独立して運転可能であるとともに、併用しての運転も可能であるパラレル方式のハイブリッド車両であって、
請求項1から請求項12までのいずれか1項に記載のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置を有する、
ことを特徴とするパラレル方式のハイブリッド車両。
A parallel-type hybrid vehicle including an electric motor and a diesel engine, which can be independently driven for running the vehicle, and can be operated in combination with each other,
An exhaust purification control device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 12.
A hybrid vehicle of a parallel system, characterized in that:
電動機と、ディーゼルエンジンと、ディーゼルエンジンに連結される発電機とを備え、車両走行用として電動機のみが運転され、ディーゼルエンジンは発電機の発電のためにのみ運転されるシリーズ方式のハイブリッド車両であって、
請求項1から請求項12までのいずれか1項に記載のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置を有する、
ことを特徴とするシリーズ方式のハイブリッド車両。
A series type hybrid vehicle comprising an electric motor, a diesel engine, and a generator connected to the diesel engine, wherein only the electric motor is operated for vehicle running, and the diesel engine is operated only for generating electric power from the generator. hand,
An exhaust purification control device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 12.
A series-type hybrid vehicle characterized by the following.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1719883A1 (en) * 2005-05-07 2006-11-08 Neophotech Inc. System and method for purifying exhaust gas of diesel engine
US7316106B2 (en) 2004-09-07 2008-01-08 Gm Daewoo Auto & Technology Company Method for processing combustion exhaust gas containing soot particles and NOx
US7373933B2 (en) 2005-05-27 2008-05-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control apparatus and control method of vehicular driving apparatus
FR2926518A1 (en) 2008-01-22 2009-07-24 Peugeot Citroen Automobiles Sa Hybrid engine controlling method for motor vehicle i.e. hybrid vehicle, involves continuously maintaining diesel type internal combustion engine at functioning points with fuel mixture of richness equal to one
WO2009139283A1 (en) * 2008-05-15 2009-11-19 トヨタ自動車株式会社 Device and method for controlling vehicle
US7747375B2 (en) 2004-07-28 2010-06-29 Robert Bosch Gmbh Method for operating a hybrid drive and device for carrying out said method
US8234029B2 (en) 2006-10-25 2012-07-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Hybrid vehicle and control method of hybrid vehicle
JP2013241914A (en) * 2012-05-22 2013-12-05 Mazda Motor Corp Exhaust emission control method and device of internal combustion engine
US20230083744A1 (en) * 2017-12-21 2023-03-16 The University Of Chicago Combined Learned and Dynamic Control System

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7747375B2 (en) 2004-07-28 2010-06-29 Robert Bosch Gmbh Method for operating a hybrid drive and device for carrying out said method
US7316106B2 (en) 2004-09-07 2008-01-08 Gm Daewoo Auto & Technology Company Method for processing combustion exhaust gas containing soot particles and NOx
EP1719883A1 (en) * 2005-05-07 2006-11-08 Neophotech Inc. System and method for purifying exhaust gas of diesel engine
US7373933B2 (en) 2005-05-27 2008-05-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control apparatus and control method of vehicular driving apparatus
US8234029B2 (en) 2006-10-25 2012-07-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Hybrid vehicle and control method of hybrid vehicle
FR2926518A1 (en) 2008-01-22 2009-07-24 Peugeot Citroen Automobiles Sa Hybrid engine controlling method for motor vehicle i.e. hybrid vehicle, involves continuously maintaining diesel type internal combustion engine at functioning points with fuel mixture of richness equal to one
WO2009139283A1 (en) * 2008-05-15 2009-11-19 トヨタ自動車株式会社 Device and method for controlling vehicle
JP2009275631A (en) * 2008-05-15 2009-11-26 Toyota Motor Corp Apparatus and method for controlling vehicle
JP2013241914A (en) * 2012-05-22 2013-12-05 Mazda Motor Corp Exhaust emission control method and device of internal combustion engine
US20230083744A1 (en) * 2017-12-21 2023-03-16 The University Of Chicago Combined Learned and Dynamic Control System

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