JP2006291768A

JP2006291768A - 時期を選択してＮＯｘ吸着触媒の再生を行うエンジン

Info

Publication number: JP2006291768A
Application number: JP2005110774A
Authority: JP
Inventors: Koichi Osawa; 幸一大澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】バイパス制御弁により過給機バイパス流路の開度が制御され、空燃比のリッチ化により排気系に設けられたＮＯｘ吸着触媒の再生を行うエンジンに於いて、空燃比のリッチ化と過給機バイパス制御の間の整合調整を要することなく、ＮＯｘ吸着触媒再生の際にエンジン出力に急変のないようにする。
【解決手段】ＮＯｘ吸着触媒の再生が要求されたとき、バイパス制御弁が開かれた状態にあれば空燃比をリッチ化してＮＯｘ吸着触媒の再生を行い、またエンジンがエンジン回転数と過給圧との関係に於いて予め設定されたＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域内にて運転されているときには、ＮＯｘ吸着触媒の再生のための空燃比のリッチ化を禁止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、過給機とバイパス制御弁により開度を制御される過給機バイパス流路と排気系に設けられたＮＯｘ吸着触媒とを伴って作動し、常時は理論空燃比より大きい空燃比によりリーン運転され、空燃比のリッチ化によりＮＯｘ吸着触媒の再生を行うエンジンに係る。

排気系に設けられたＮＯｘ吸着触媒を伴ってリーン運転されるエンジンに於いては、リーン運転によりＮＯｘ吸着触媒にＮＯｘが次第に蓄積されてくると、一時的に空燃比を理論空燃比より下げるリッチ化（エンジン吸気の空燃比を理論空燃比以上としたり或はシリンダを出た排気ガスに燃料を添加してＮＯｘ吸着触媒へ流入する排気ガスを還元性にする）を行い、ＮＯｘ吸着触媒を再生することが行われている。これは、リッチスパイクと称されている。

ＮＯｘ吸着触媒を備え、リッチスパイクを行いつつリーン運転されるエンジンが、過給機とバイパス制御弁により開度を制御される過給機バイパス流路を備えた過給式エンジンであるとき、リッチスパイクのために増量された燃料が過給機のタービン内を流れると、該燃料はタービン内にあるそれまでのリーン排気と攪拌されて燃焼し、リッチスパイクの効果が薄れることに鑑み、リッチスパイクを行うときには過給機バイパス制御弁を開くことが下記の特許文献１に記載されている。
特開２００２-３６４４１２

また、過給機とバイパス制御弁により開度を制御される過給機バイパス流路とを伴って作動し、スロットル開度が所定値以下のときにはリーン運転とされ、スロットル開度がそれ以上に増大したときには運転をリッチ化されるエンジンに於いて、リーン運転からリッチ運転への空燃比切換えの際にエンジン出力が急増することを回避すべく、空燃比切換えに際して過給機バイパス制御弁を開く制御を行うことが下記の特許文献２および３に記載されている。
特開平６-１０６８６特開２０００-７３７７５

過給機を作動させてリーン運転されているエンジンの空燃比をリッチ化させることに合わせて過給機バイパス制御弁が開かれれば、空燃比のリッチ化によるエンジン出力増大を過給率の低下により相殺することはできるが、過給機バイパス制御弁の開度変更がエンジン出力の変化となって現れる時間遅れと空燃比の変更がエンジン出力の変化となって現れる時間遅れの間にはかなりの差があり、また過給機バイパス制御弁の開度変更がエンジン出力の変化となって現れる時間遅れは過給機の運転状態によって異なってくるので、空燃比のリッチ化によるエンジン出力の増大を過給率の低下によるエンジン出力の低下により丁度相殺するためには、両者のタイミンクが微妙に調整される必要がある。

本発明は、過給機とバイパス制御弁により開度を制御される過給機バイパス流路と排気系に設けられたＮＯｘ吸着触媒とを伴って作動し、リッチスパイクによりＮＯｘ吸着触媒の再生を行うエンジンに於いて、ＮＯｘ吸着触媒の再生に当ってリッチスパイクを行う際、リッチスパイクと過給機のバイパス制御の間にそのような微妙な整合調整を行うことを要しないエンジンを提供することを課題としている。

上記の課題を解決するものとして、本発明は、過給機とバイパス制御弁により開度を制御される過給機バイパス流路と排気系に設けられたＮＯｘ吸着触媒とを伴って作動するエンジンにして、前記ＮＯｘ吸着触媒の再生が要求されたとき前記バイパス制御弁が開かれた状態にあれば前記ＮＯｘ吸着触媒の再生のためのリッチスパイクを行うようになっていることを特徴とするエンジン、或いは過給機とバイパス制御弁により開度を制御される過給機バイパス流路と排気系に設けられたＮＯｘ吸着触媒とを伴って作動するエンジンにして、エンジンがエンジン回転数と過給圧との関係に於いて予め設定されたＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域内にて運転されているときには、前記ＮＯｘ吸着触媒の再生のためのリッチスパイクを禁止するようになっていることを特徴とするエンジンを提案するものである。

エンジンが、電動機および発電機と組み合わされて車輌を駆動するハイブリッド車のエンジンであり、前記過給機バイパス制御弁がエンジン負荷の増大に応じてエンジン温度および過給機温度の上昇を制限すべく開かれるようになっており、エンジンが前記ＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域内にて運転されていて前記ＮＯｘ吸着触媒の再生が要求されたときには、前記発電機の負荷を増大させてエンジン負荷を増大させることによりエンジンの運転状態を前記ＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域外へ移行させるようになっていてよい。

過給機とバイパス制御弁により開度を制御される過給機バイパス流路を備えたエンジンでは、バイパス制御弁は通常エンジン負荷の増大に応じてエンジン温度および過給機温度の上昇を制限するとき開かれ、またそうでないときには過給効果によりエンジン出力を高めるべくバイパス制御弁は閉じられるようになっている。従って、ＮＯｘ吸着の吸着量を監視しつつ、ＮＯｘ吸着度合のしきい値を設定し、ＮＯｘ吸着の吸着量がしきい値を越えたときＮＯｘ吸着触媒の再生を要求する制御を行うとき、バイパス制御弁が開かれた状態にあればＮＯｘ吸着触媒の再生を行うが、バイパス制御弁が開かれていなければ、そのうちエンジン負荷が増大し、バイパス制御弁が開かれるのを待って、始からバイパス制御弁が開かれている状態でＮＯｘ吸着触媒の再生のためのリッチスパイクを行い、リッチスパイクと過給機のバイパス制御の間の整合調整を行うことを要しないようにすることができる。

また、エンジンをリーン運転よりリッチ運転に切り換えたときエンジン出力に大きな変動が生ずるようなエンジン運転領域を、エンジン回転数と過給圧との関係に於いて、予めＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域として設定しておき、エンジンの運転状態がそのようなＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域内にあるときには、ＮＯｘ吸着触媒再生の要求が出されても、ＮＯｘ吸着触媒再生を行わないようにしておけば、エンジンの運転状態は通常随時大幅に変化し、遠からずエンジンの運転状態がＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域外へ出ることが十分期待されるので、それまでＮＯｘ吸着触媒再生を延期することに問題はないと考えられる。

エンジン回転数と過給圧との関係を示す図１のグラフで見て、ＡＣはリーン運転時に於けるエンジン回転数と過給圧の関係を示し、ＡＢはリッチ運転時に於けるエンジン回転数と過給圧の関係を示す。領域ＡＢＣに於いては同一回転数に於いてもリーンからリッチになると過給圧が変化するため結果としてエンジン出力が増大し運転者に異和感を与える。

そこで、このような三角形領域を予めＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域として設定しておき、エンジンがこのＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域内にて運転されているときには、ＮＯｘ吸着触媒の再生を行うべき時期に至ったときにも、ＮＯｘ吸着触媒再生を禁止しておけば、ＮＯｘ吸着触媒の再生のためのリッチスパイクにより車輌の運転に於いて運転者に異和感を与える程のエンジン出力の急増を阻止することができる。

更にまた、エンジンが電動機および発電機と組み合わされて車輌を駆動するハイブリッド車のエンジンであり、過給機バイパス制御弁がエンジン負荷の増大に応じてエンジン温度および過給機温度の上昇を制限すべく開かれるようになっていれば、エンジンがＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域内にて運転されていてＮＯｘ吸着触媒の再生が要求されたときには、発電機の負荷を増大させてエンジン負荷を増大させることによりエンジンの運転状態をＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域外へ移行させることにより、運転者の操縦意図に従った車輌の運転を維持しつつ、ＮＯｘ吸着触媒再生の要求に応じて早期にそれを実行することをより確実にすることができる。

添付の図２は、本発明によるエンジンをハイブリッド車のエンジンに適用した実施の形態を示す概略図である。図に於いて、１０はエンジンであり、その主要部をなすシリンダブロック１２内の各気筒より排出される排気ガスは、排気マニホールド１４および排気導管１６を経て過給機１８のタービン２０へ導入されるようになっている。タービン２０を出た排気ガスは導管２２を経て三元触媒２４へ導入され、これより更に導管２６を経てＮＯｘ吸着触媒２８に通されるようになっている。タービン２０の上流側の導管１６とタービン２０の下流側の導管２２との間にタービン２０をバイパスする過給機バイパス導管３０が設けられており、その開度はその途中に設けられた過給機バイパス制御弁３２により制御されるようになっている。

タービン２０はこれと同軸に連結されたコンプレッサ３４を駆動し、コンプレッサ３４はエアクリーナ３６を経て吸入した空気を加圧し、途中にインタークーラ３８およびスロットル弁４０が設けられた吸気導管４２を経て吸気を給送し、吸気マニホールド４４より各気筒内へ加圧された吸気を供給するようになっている。

エンジンの出力軸４６は遊星歯車装置の如き動力分配装置４８を経て主として発電機として作動する第一の電動発電機５０および主として電動機として作動する第二の電動発電機５２と連結されている。動力分配装置４８と第二の電動発電機５２とを連結する回転軸５４の途中から歯車５６を経て差動歯車装置５８の入力歯車６０が駆動されるようになっており、差動歯車装置５８を経て一対の車輪６２Ｌおよび６２Ｒが駆動されるようになっている。電動発電機５０および５２にはインバータ６４を介してバッテリ６６が接続されている。

エンジン１０の作動は運転者による図には示されていないアクセルペダルの踏込みに応じて制御されると同時に、マイクロコンピュータを組み込んだ電気式制御装置（ＥＣＵ）６８により制御される。電気式制御装置６８には図には示されていないに各種のセンサよりスロットル弁４０の開度、吸気の過給圧、エンジン回転数、エンジン温度、過給機温度、車速、運転者によるブレーキペダルの踏込みに応じたマスターシリンダ油圧、電動発電機５０および５２の回転数、バッテリ６６の充電度、三元触媒２４の温度、その他の車輌の運行に関する各種データを示す信号が供給されるほか、ＮＯｘ吸着触媒２８のＮＯｘ吸着度を検出ないし推定する指標となるデータ（空燃比、燃料消費量等）を示す信号が供給される。電気式制御装置６８は、これらのデータに基づき、運転者の運転意図を補助して車輌の運転を最適化する制御演算を行い、エンジンに於ける燃料や吸気の供給を制御すると共に、電動発電機５０および５２の作動を制御し、また特に本発明に関連して、スロットル弁４０、過給機バイパス弁３２、インバータ６４に作用し、エンジン回転数、過給圧、エンジン温度、過給機温度に応じた過給機バイパス制御弁３２の開閉制御およびそれを踏まえたＮＯｘ吸着触媒２８の再生のためのリッチスパイクを行う。

図３は、本発明によるエンジンのＮＯｘ吸着触媒再生に関する作動の第一の例を示すフローチャートである。かかる制御は、エンジンの始動と同時に開始され、エンジンの作動中数１０〜数１００ミリセカンドの周期にて繰り返し行われる。制御が開始されると、上記の如く電気式制御装置６８に読み込まれたデータに基づき、ステップ１０にてＮＯｘ吸着触媒の再生を行うべき時期に至ったか否かが判断される。答がイエス（Ｙ）になると、制御はステップ２０へ進み、過給機バイパス制御弁３２が開かれた状態にあるか否かが判断される。答がイエスであれば、制御はステップ３０へ進み、リッチスパイクが実行される。

ステップ２０の答がノー（Ｎ）のときには、制御としては単にステップ３０がバイパスされ、リッチスパイクによるＮＯｘ吸着触媒の再生が見送られるだけであるが、このことによって運転者にとってはその指示によらないリッチスパイクにより不意にエンジン出力が増大して違和感を与えられることはなくなる。この場合にも、車輌に於けるエンジンの運転状態は通常時と共に大きく変化するので、やがてはエンジンの運転状態が変化し、遠からずステップ２０の答がノーとなることが期待される。

図４は、本発明によるエンジンのＮＯｘ吸着触媒再生に関する作動の第二の例を示すフローチャートである。図４に於いて、図３に示すフローチャートに於けるステップと同じ制御が行われるステップは、同じステップ番号により示されている。制御が開始されると、上記の如く電気式制御装置６８に読み込まれたデータに基づき、ステップ１０にてＮＯｘ吸着触媒の再生を行うべき時期に至ったか否かが判断される。答がイエスになると、制御はステップ２４へ進み、同様に読み込まれたデータに基づき、図１に示す如き関係をマップ等に於いて参照することにより、エンジンの運転状態が上述のＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域内にあるか否かが判断される。答がノーであれば、制御はステップ３０へ進み、リッチスパイクが実行される。

ステップ２４の答がイエスのときには、制御としては単にステップ３０がバイパスされ、リッチスパイクによるＮＯｘ吸着触媒の再生が見送られるだけであるが、このことによって運転者にとってはその指示によらないリッチスパイクにより不意にエンジン出力が増大して違和感を与えられることはなくなる。この場合にも、車輌に於けるエンジンの運転状態は通常時と共に大きく変化するので、やがてはエンジンの運転状態が変化し、遠からずステップ２４の答がノーとなることが期待される。

図５は、本発明によるエンジンのＮＯｘ吸着触媒再生に関する作動の第三の例を示すフローチャートである。図５に於いて、図３または図４に示すフローチャートに於けるステップと同じ制御が行われるステップは、同じステップ番号により示されている。

この第三の例では、ステップ２４の答がイエスのときには、制御はステップ４０へ進み、電気式制御装置６８によりインバータ６４を制御して充電負荷を増大させると共に、それに対応させて電気式制御装置６８によりスロットル弁４０が作動されてその分エンジン負荷を増大させることが行われる。かかる制御により、エンジン出力が増大すると、エンジンおよび過給機の温度が上昇するので、そのことに対応して過給機バイパス弁３２が開かれ、エンジンの運転状態は、やがてＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域から外れるようになる。従って、この場合には、上記の第二の例の場合より早期にステップ２４の答がイエスからノーに転ずることが期待される。

以上に示した本発明の実施の形態について、本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

過給機に対しバイパス通路とその開閉を制御する過給機バイパス制御弁が設けられた場合の本発明によるＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域を例示するグラフ。本発明によるエンジンをハイブリッド車のエンジンに適用した実施の形態を示す概略図。本発明によるエンジンのＮＯｘ吸着触媒再生に関する作動の第一の例を示すフローチャート。本発明によるエンジンのＮＯｘ吸着触媒再生に関する作動の第二の例を示すフローチャート。本発明によるエンジンのＮＯｘ吸着触媒再生に関する作動の第二の例を示すフローチャート。

符号の説明

１０…エンジン、１２…シリンダブロック、１４…排気マニホールド、１６…排気導管、１８…過給機、２０…タービン、２２…導管、２４…三元触媒、２６…導管、２８…ＮＯｘ吸着触媒、３０…過給機バイパス導管、３２…過給機バイパス制御弁、３４…コンプレッサ、３６…エアクリーナ、３８…インタークーラ、４０…スロットル弁、４２…吸気導管、４４…吸気マニホールド、４６…エンジン出力軸、４８…動力分配装置、５０，５２…電動発電機、５４…回転軸、５６…歯車、５８…差動歯車装置、６０…入力歯車、６２Ｌ、６２Ｒ…車輪、６４…インバータ、６６…バッテリ、６８…電気式制御装置（ＥＣＵ）

Claims

過給機とバイパス制御弁により開度を制御される過給機バイパス流路と排気系に設けられたＮＯｘ吸着触媒とを伴って作動するエンジンにして、前記ＮＯｘ吸着触媒の再生が要求されたとき、前記バイパス制御弁が開かれた状態にあれば前記ＮＯｘ吸着触媒の再生のためのリッチスパイクを行うようになっていることを特徴とするエンジン。
過給機とバイパス制御弁により開度を制御される過給機バイパス流路と排気系に設けられたＮＯｘ吸着触媒とを伴って作動するエンジンにして、エンジン回転数と過給圧との関係に於いて予め設定されたＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域内にて運転されているときには、前記ＮＯｘ吸着触媒の再生のためのリッチスパイクを禁止するようになっていることを特徴とするエンジン。
エンジンは電動機および発電機と組み合わされて車輌を駆動するハイブリッド車のエンジンであり、前記過給機バイパス制御弁はエンジン負荷の増大に応じてエンジン温度および過給機温度の上昇を制限すべく開かれるようになっており、エンジンが前記ＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域内にて運転されていて前記ＮＯｘ吸着触媒の再生が要求されたときには、前記発電機の負荷を増大させてエンジン負荷を増大させることによりエンジンの運転状態を前記ＮＯｘ吸着触媒再生禁止領域外へ移行させるようになっていることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。