JP2006307649A - エンジン停止またはアイドル要求を利用してNOx吸着触媒を再生するハイブリット車 - Google Patents

エンジン停止またはアイドル要求を利用してNOx吸着触媒を再生するハイブリット車 Download PDF

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高志 河合
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武史 小谷
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Abstract

【課題】ハイブリッド車に於いて電気式制御装置の判断によりなされるエンジン出力低減ないし停止制御を有効に利用してNOx吸着触媒の再生を過不足なく安定して実行する。
【解決手段】NOx吸着触媒のNOx吸着量が所定の上限値に達したときにはリッチスパイクによりNOx吸着触媒の再生を行うハイブリッド車に於いて、エンジン停止要求またはエンジンアイドル要求が出されたときには、NOx吸着量が前記上限値より低い所定の限界値以上であれば、エンジンを一時アイドル状態にしてリッチスパイクによるNOx吸着触媒の再生を行う。前記限界値はエンジン停止またはアイドル要求の頻度の増大に応じて高められてよい。
【選択図】図2

Description

本発明は、エンジン排気系にNOx吸着触媒を備え、NOx吸着触媒のNOx吸着量が所定の上限値に達したときにはリッチスパイクによりNOx吸着触媒の再生を行いつつ運転されるハイブリッド車に係る。
排気系にNOx吸着触媒を備えたエンジンがリーン運転されると、NOx吸着触媒にはNOxが次第に蓄積されてくるので、一時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吸着触媒に吸着されたNOxを還元して除去し、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。
この場合に、触媒に接して流れる排気ガスの流速が高いと両者の接触時間が短くなってリッチスパイクによるNOx吸着触媒の再生効率が低下することに鑑み、リッチスパイクによりNOx吸着触媒の再生を行うときには、エンジンの出力を下げ、車輌がハイブリッド車であるときは、車輌駆動力の不足を電動機により補うようにすることが下記の特許文献1に於いて提案されている。
特開2002-195064
NOx吸着触媒のリッチスパイクに関しては、その他に、リッチスパイクの頻度を可能な限り少なくするため、リッチスパイクのタイミングをモータアシストにより制御すること、またNOx吸着触媒の経時劣化によりその再生に要するエンジン出力が増加することを電動機により補うことが、それぞれ下記の特許文献2および3に於いて提案されている。
特開平11−223120 特開2001-241341
NOx吸着触媒をリッチスパイクにより再生するときには、エンジン出力が低下されるのが好ましいことは確かであり、ハイブリッド車ではモータアシストによりエンジンの出力低下が車輌駆動力に影響を及ぼすことなく可能であることも確かである。しかし、運転者が求める車輌駆動力が通常随時目まぐるしく変化する車輌に於いて、車輌駆動力に影響を及ぼすことなくモータアシストによりエンジンの出力を低下させるには、制御のタイミングに関し種々の困難がある。
一方、ハイブリッド車に於いては、エンジンは、電気式制御装置のハイブリッド制御判断により一時停止を含み、その出力が自動的に制御されており、その過程で随時エンジンが低出力ないしアイドル運転されるので、その機会を捉えてNOx吸着触媒のリッチスパイクによる再生を行うことが考えられる。しかし、エンジンがある時低出力ないしアイドル運転状態とされたとしても、その時NOx吸着触媒が再生を要する状態にあるとは限らない。
本発明は、上記の事情に鑑み、ハイブリッド車に於いて電気式制御装置の判断によりなされるエンジンの出力低減ないし停止制御をNOx吸着触媒の再生のために有効に利用してNOx吸着触媒の再生を過不足なく安定して実行することのできるハイブリッド車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、エンジンの排気系にNOx吸着触媒を備え、前記NOx吸着触媒のNOx吸着量が所定の上限値に達したときにはリッチスパイクにより該NOx吸着触媒の再生を行うハイブリッド車にして、エンジン停止要求またはエンジンアイドル要求のいずれか一方が出されたときには、前記NOx吸着触媒のNOx吸着量が前記上限値より低い所定の限界値以上であれば、エンジンを少なくとも一時アイドル状態にしてリッチスパイクによる前記NOx吸着触媒の再生を行うようになっていることを特徴とするハイブリッド車を提案するものである。
前記所定の限界値はエンジン停止要求またはエンジンアイドル要求が出される頻度が増大するにつれて高くされてよい。
エンジン排気系にNOx吸着触媒を備え、NOx吸着触媒のNOx吸着量が所定の上限値に達したときにはリッチスパイクによりNOx吸着触媒の再生を行うハイブリッド車に於いて、エンジン停止要求またはエンジンアイドル要求のいずれか一方が出されたときには、NOx吸着触媒のNOx吸着量が前記上限値より低い所定の限界値以上であれば、エンジンを少なくとも一時アイドル状態にしてリッチスパイクによるNOx吸着触媒の再生を行うようになっていれば、リッチスパイク実施の頻度を最小限に止めるべくNOx吸着触媒の再生はNOx吸着量が所定の上限値に達するのを待って行うべきであるとの要請条件と、NOx吸着触媒に於けるNOx吸着量が上限値に達していなくてもエンジンがアイドル状態とされ或いはアイドル状態とされ得るときには、その機会を逃さずにNOx吸着触媒の再生を行うべきであるとの相いに相反する要請条件の間の調和を図ってNOx吸着触媒の再生を行うことができる。
その場合に、前記所定の限界値がエンジン停止要求またはエンジンアイドル要求が出される頻度が増大するにつれて高くされれば、上記二つの互いに相反する要請条件の間の調和を、車輌の運転状況に応じて異なるエンジン停止要求またはアイドル要求の度合に応じて常に最適化することができる。
添付の図1は、本発明によるハイブリッド車の実施の形態をその車輌駆動構造について示す概略図である。尚、本発明の要旨はNOx吸着触媒の再生要領に係るものであり、その要部は後述の電気式制御装置の一部をなすマイクロコンピュータ内にソフトウエアとして組み込まれており、図1に現れている構造自体はこの技術の分野に於いては公知のものである。
図1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。図示の例では、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。図示の例では、燃料は吸気導管42の途中に燃料噴射弁46により噴射供給されるようになっている。
エンジンの出力軸48は遊星歯車装置の如き動力分配装置50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52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54と連結されている。動力分配装置50と第二の電動発電機54とを連結する回転軸56の途中から歯車58を経て差動歯車装置60の入力歯車62が駆動されるようになっており、差動歯車装置60を経て一対の車輪64Lおよび64Rが駆動されるようになっている。電動発電機52および54にはインバータ66を介してバッテリ68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)70により制御される。電気式制御装置70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52および54の回転数、バッテリ68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、これらのデータからNOx吸着触媒28のNOx吸着度を検出ないし推定される。電気式制御装置70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52および54の作動を制御し、また特に本発明に関しては、燃料噴射弁46を制御し、NOx吸着触媒28の再生のためのリッチスパイクを行う。
図2は、図1に示すハイブリッド車に於いて、NOx吸着触媒28の再生のために電気式制御装置70の制御判断により行われる制御の態様を一つの実施の形態について示すフローチャートである。かかるフローチャートに従った制御は、車輌の図には示されていないイグニションスイッチが閉じられたときより車輌の運行中数10〜数100ミリセカンドの周期にて繰り返されてよい。但し、制御が後述のステップ30或いはステップ70に至ってリッチスパイクが開始されたときには、それが終了するまで制御はそこに留まるようになっていてよい。
制御が開始されると、ステップ10に於いて、NOx吸着触媒28のNOx吸着量Qが推定される。かかるNOx吸着量の推定は、逐次電気式制御装置70へ供給されるエンジン回転数、スロットル開度、空燃比、燃料消費量等に関するデータに基づき、電気式制御装置70のマイクロコンピュータに予め組み込まれた制御プログラムに従った演算により行われてよい。
次いで、制御はステップ20へ進み、上に求められたNOx吸着量Qが所定の上限値Qmaxを越えたか否かが判断される。上限値Qmaxは、NOx吸着触媒28に於けるNOx吸着量の許容される最大値であり、NOx吸着量がこれ以上増大するのは好ましくなく、必要ならばモータアシストによってエンジン出力を下げてでもNOx吸着触媒の再生を行うべき時期が到来したことを示す値である。答がイエス(Y)であれば、制御はステップ30へ進み、吸着量Qに応じて通常リッチスパイクによるNOx吸着触媒28の再生が行われる。この場合のリッチスパイクによるNOx吸着触媒の再生は、任意の公知或いは未公開の要領により行われてよい。
ステップ20の答がノー(N)のときには、制御はステップ40 へ進み、電気式制御装置70によるハイブリッド制御に於いてエンジン停止要求が出されてい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50へ進み、NOx吸着量Qが或る所定の限界値Qstp以上であるか否かが判断される。限界値Qstpは上記の上限値Qmaxよりは小さい値であり、NOx吸着触媒の再生の必要性が差し迫ってはいないが、ハイブリット制御によりエンジン停止要求が出されたとき、多少早めであってもこの機会を利用してNOx吸着触媒を再生しておこうとするためのNOx吸着量の限界値である。限界値Qstpの値は、ハイブリッド制御によるエンジン停止要求が出される頻度に応じて、図3に例示する如く、該頻度が高くなるにしたがって高くなるように設定されてよい。
ステップ50の答がイエスであるときには、制御はステップ60へ進み、ここで制御上の便宜のためフラグFを1にセットした後、制御はステップを70へ進む。フラグFは制御の開始時に0にリセットされている。
ステップ70に於いては、現在出されているハイブリット制御はエンジン停止ではあるが、ここでエンジン停止に先立って一時エンジンをアイドル状態にし、上に算出されたNOx吸着量Qに応じたリッチスパイクが実行され、NOx吸着触媒の再生が行われる。
次いで、制御はステップ80へ進み、フラグFが1で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90へ進み、エンジンが停止される。その後、制御上の便宜のため制御はステップ100へ進み、フラグFが0にリセットされ、この回の制御これにて終了する。
ステップ50の答がノーのときには、エンジンアイドル運転の機会が得られるとしても、NOx吸着触媒の再生は尚時期尚早であるので、この回の制御はそのまま終了する。
ステップ40の答がノーのときには、制御はステップ110へ進み、ハイブリット制御によりエンジンアイドル要求が出されているか否かが判断される。答がノーであれば、この回の制御はこれにて終了するが、答がイエスであれば、制御はステップ120へ進み、NOx吸着量Qが或る所定の限界値Qidl以上であるか否かが判断される。限界値Qidlは上記の上限値Qmaxよりは小さい値であり、NOx吸着触媒の再生の必要性が差し迫ってはいないが、ハイブリット制御によりエンジンアイドル要求が出されたとき、多少早めであってもこの機会を利用してNOx吸着触媒を再生しておこうとするためのNOx吸着量の限界値である。限界値Qidlの値も、ハイブリッド制御によるエンジンアイドル要求が出される頻度に応じて、該頻度が高くなるにしたがって高くなるように設定されてよく、一例として、図3に例示する如く、上記のQstpと同じ態様に設定されてよい。
以上に於いては本発明を一つの実施の形態について詳細に説明したが、かかる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。
本発明によるハイブリッド車の実施の形態をその車輌駆動構造について示す概略図。 図1のハイブリッド車に於いて、NOx吸着触媒28の再生が電気式制御装置70の制御判断により行われる態様を一つの実施の形態について示すフローチャート。 図2のフローチャートのステップ50および110に於ける限界値QstpおよびQidlがエンジン停止要求またはエンジンアイドル要求の頻度に応じて変えられる要領を例示するグラフ。
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…燃料噴射弁、48…エンジン出力軸、50…動力分配装置、52,54…電動発電機、56…回転軸、58…歯車、60…差動歯車装置、62…入力歯車、64L、64R…車輪、66…インバータ、68…バッテリ、70…電気式制御装置(ECU)

Claims (2)

  1. エンジン排気系にNOx吸着触媒を備え、前記NOx吸着触媒のNOx吸着量が所定の上限値に達したときにはリッチスパイクにより該NOx吸着触媒の再生を行うハイブリッド車にして、エンジン停止要求またはエンジンアイドル要求のいずれか一方が出されたときには、前記NOx吸着触媒のNOx吸着量が前記上限値より低い所定の限界値以上であれば、エンジンを少なくとも一時アイドル状態にしてリッチスパイクによる前記NOx吸着触媒の再生を行うようになっていることを特徴とするハイブリッド車。
  2. 前記所定の限界値はエンジン停止要求またはエンジンアイドル要求が出される頻度が増大するにつれて高くされることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017025860A (ja) * 2015-07-27 2017-02-02 本田技研工業株式会社 車両の排気浄化装置
CN110067622A (zh) * 2018-01-24 2019-07-30 丰田自动车株式会社 混合动力车的排气净化系统
WO2021024011A1 (ja) * 2019-08-02 2021-02-11 日産自動車株式会社 内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置

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