JP2010090723A - Operation control device of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は車両の運転制御装置に関する。 The present invention relates to a vehicle operation control device.
内燃機関による車両の走行と電気モータによる車両の走行とが可能なハイブリッド車両において、内燃機関の排気通路内に配置された触媒の温度が活性化温度以下に低下しそうなときには触媒の温度を活性化温度以上に維持するために電気モータによる車両の走行、或いは電気モータと内燃機関による車両の走行を行うべきときであっても内燃機関のみによって車両の走行を行うようにした車両が公知である(特許文献1を参照)。一方、従来より吸着したアンモニアによって排気ガス中のNOXを選択的に還元可能なNOX選択還元触媒が公知であり、触媒としてこのようなNOX選択還元触媒を用いた場合でも触媒の温度は活性化温度以上に維持する必要がある。
しかしながらこのNOX選択還元触媒を用いた場合には触媒の温度が活性化温度以上に維持されていたとしてもNOX選択還元触媒へのアンモニア吸着量が少なくなると排気ガス中のNOXを良好に還元できなくなり、斯くしてNOX浄化率が低下するという問題を生ずる。 However, when this NO X selective reduction catalyst is used, even if the temperature of the catalyst is maintained at the activation temperature or higher, if the amount of ammonia adsorbed on the NO X selective reduction catalyst decreases, the NO X in the exhaust gas is improved. It becomes impossible to reduce, thus causing the problem that the NO x purification rate decreases.
上記問題を解決するために本発明によれば、機関排気通路内に配置されたNOX選択還元触媒と、NOX選択還元触媒にアンモニアを供給するためのアンモニア供給手段とを具備しており、NOX選択還元触媒に吸着されたアンモニアによって排気ガス中のNOXを還元するようにした車両において、NOX選択還元触媒へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したときにはNOX選択還元触媒に単位時間当り流入するNOX量を低下させるようにしている。 In order to solve the above problem, according to the present invention, the NO x selective reduction catalyst disposed in the engine exhaust passage, and ammonia supply means for supplying ammonia to the NO x selective reduction catalyst are provided, in a vehicle so as to reduce NO X in the exhaust gas by the ammonia adsorbed on the NO X selective reducing catalyst, the NO X selective reducing catalyst when the ammonia adsorption amount to the NO X selective reducing catalyst has decreased to tolerable amount so that to lower the amount of NO X flowing per unit time.
NOX選択還元触媒へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したとしてもNOX選択還元触媒に単位時間当り流入するNOX量が低下せしめられるのでNOXを良好に浄化することができる。 Even if the amount of ammonia adsorbed on the NO x selective reduction catalyst decreases to the allowable limit amount, the amount of NO x flowing into the NO x selective reduction catalyst per unit time can be reduced, so that NO x can be purified well.
図1に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各燃焼室2内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド4は吸気ダクト6を介して排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7aの出口に連結され、コンプレッサ7aの入口は吸入空気量検出器8を介してエアクリーナ9に連結される。吸気ダクト6内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁10が配置され、更に吸気ダクト6周りには吸気ダクト6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置11が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置11内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
FIG. 1 shows an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each
一方、排気マニホルド5は排気ターボチャージャ7の排気タービン7bの入口に連結され、排気タービン7bの出口は酸化触媒12の入口に連結される。酸化触媒12の下流には酸化触媒12に隣接して排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ13が配置され、このパティキュレートフィルタ13の出口は排気管14を介してNOX選択還元触媒15の入口に連結される。このNOX選択還元触媒15は例えばFeゼオライトからなる。
On the other hand, the
また、NOX選択還元触媒15にアンモニアを供給するためのアンモニア供給手段が設けられており、図1に示される実施例ではこのアンモニア供給手段はNOX選択還元触媒15上流の機関排気通路内に尿素水を供給するための尿素水供給装置16からなる。この尿素水供給装置16は排気管14内に配置された尿素水供給弁17を具備しており、この尿素水供給弁17から排気管14内に尿素水が供給される。
Further, ammonia supply means for supplying ammonia to the NO x
尿素水供給弁17から供給された尿素水からはアンモニアNH3が発生し((NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2)、このアンモニアNH3はNOX選択還元触媒15に吸着される。排気ガス中に含まれるNOXはNOX選択還元触媒15に吸着されているアンモニアによって還元され、それによって排気ガス中のNOXが浄化される。
なお、図1に示されるようにNOX選択還元触媒15にはNOX選択還元触媒15の温度を検出するための温度センサ18が配置されており、またNOX選択還元触媒15の入口および出口には夫々排気ガス中のNOX温度を検出するためのNOXセンサ19,20が配置されている。
Ammonia NH 3 is generated from the urea water supplied from the urea water supply valve 17 ((NH 2 ) 2 CO + H 2 O → 2NH 3 + CO 2 ), and this ammonia NH 3 is adsorbed by the NO X
Incidentally, the inlet and outlet of the NO X selective reducing the
排気マニホルド5と吸気マニホルド4とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路21を介して互いに連結され、EGR通路21内には電子制御式EGR制御弁22が配置される。また、EGR通路21周りにはEGR通路21内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置23が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置23内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁3は燃料供給管24を介してコモンレール25に連結され、このコモンレール25内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ26から燃料が供給される。コモンレール25内に供給された燃料は各燃料供給管24を介して燃料噴射弁3に供給される。
The
一方、機関本体1には、機関による車両駆動力とは別個に車両駆動力を発生可能でかつ機関により発電可能な電動装置30が取付けられる。この電動装置30は電気モータからなり、図1に示される実施例では機関の出力軸が電動クラッチ31を介して電気モータ30のモータ軸32に連結される。このモータ軸32は変速機33を介して駆動輪に連結される。電気モータ30はモータ軸32上に取付けられかつ外周面に複数個の永久磁石を取付けたロータ34と、回転磁界を形成する励磁コイルを巻設したステータ35とを具備した交流同期電動機からなる。ステータ35の励磁コイルはモータ駆動制御回路36に接続され、このモータ駆動制御回路36は、電動装置30に車両駆動用電力を供給しかつ電動装置30による発電電力により充電されるバッテリ37に接続される。
On the other hand, an
電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45および出力ポート46を具備する。温度センサ18、NOXセンサ19,20および吸入空気量検出器8の出力信号は夫々対応するAD変換器47を介して入力ポート35に入力される。また、入力ポート45には変速機33の変速段を表わす信号が入力される。
The
一方、アクセルペダル50にはアクセルペダル50の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ51が接続され、負荷センサ51の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。更に入力ポート45にはクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ52が接続される。一方、出力ポート46は対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁3、スロットル弁10の駆動用ステップモータ、尿素水供給弁17、EGR制御弁22、燃料ポンプ26、変速機33およびモータ駆動制御回路36に接続される。
On the other hand, a
電気モータ30による駆動力を発生させる必要がないときには電気モータ30のステータ35の励磁コイルへの電力の供給が停止せしめられ、このときロータ34は機関と共に回転している。一方、電気モータ30を駆動せしめるときにはバッテリ37の発生する直流高電圧がモータ駆動制御回路36において周波数がfmで電流値がImの三相交流に変換され、この三相交流がステータ35の励磁コイルに供給される。この周波数fmは励磁コイルにより発生する回転磁界をロータ34の回転に同期して回転させるのに必要な周波数であり、この周波数fmはCPU44で算出される。モータ駆動制御回路36ではこの周波数fmが三相交流の周波数とされる。
When it is not necessary to generate a driving force by the
一方、電気モータ30の出力トルクは三相交流の電流値Imにほぼ比例する。この電流値Imは電気モータ30の要求出力トルクに基づきCPU44において算出され、モータ駆動制御回路36ではこの電流値Imが三相交流の電流値とされる。
On the other hand, the output torque of the
また、外力により電気モータ30を駆動する状態にすると電気モータ30は発電機として作動し、このとき発生した電力がバッテリ37に回生される。外力により電気モータ30を駆動すべきか否かはCPU44において判断され、外力により電気モータ30を駆動すべきであると判別されたときにはモータ制御回路36により電気モータ30に発生した電力がバッテリ37に回生されるように制御される。
When the
図1に示される実施例では概略的に言うと車速が予め定められた速度以下のときには車両は電気モータ30によって駆動される。このときには機関は停止されており、クラッチ31はオフにされている。これに対し、車速が予め定められた速度以上のときにはクラッチ31はオンとされ、車両は機関のみによって、或いは機関と電気モータ30の双方によって駆動される。
In the embodiment shown in FIG. 1, the vehicle is driven by the
さて、排気ガス中のNOXを良好に還元するためには常時十分な量のアンモニアNH3をNOX選択還元触媒15に吸着させておく必要がある。しかしながら排気ガス温や排気ガス量が変化するとそれに伴なってNOX選択還元触媒15に吸着されるアンモニア量が大きく変化するので実際にはどのようなタイミングで尿素水を供給したとしても十分な量のアンモニアを常時NOX選択還元触媒15に吸着させておくのは困難である。従って実際にはNOX選択還元触媒15への吸着アンモニア量がかなり低下することもあり、この場合機関から多量のNOXが排出されるとNOXを良好に還元しえなくなるという問題を生ずる。
Now, in order to satisfactorily reduce NO x in the exhaust gas, it is necessary to always adsorb a sufficient amount of ammonia NH 3 to the NO x
この場合、機関から最も多くのNOXが排出されたときでもNOXを十分に還元することのできるアンモニア吸着量の最小値を許容限界量と称すると、アンモニア吸着量が許容限界量よりも少なくなった場合には機関から排出されるNOX量によっては機関から排出される全NOXを良好に還元できない場合が生ずる。このようにアンモニア吸着量が許容限界量よりも少なくなった場合でも機関から排出されるNOXを良好に還元するには機関からのNOXの排出量を低下させればよいことになる。 In this case, when the minimum value of the amount of adsorbed ammonia that can sufficiently reduce NO x even when the largest amount of NO x is exhausted from the engine is called an allowable limit amount, the ammonia adsorbed amount is less than the allowable limit amount. In this case, depending on the amount of NO x discharged from the engine, there may be a case where all the NO x discharged from the engine cannot be reduced satisfactorily. Thus would the ammonia adsorption amount it is sufficient to reduce the emissions of the NO X from the engine to satisfactorily reduce NO X exhausted from the engine, even when it becomes less than the allowable limit amount.
そこで本発明では、NOX選択還元触媒15へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したときにはNOX選択還元触媒15に単位時間当り流入するNOX量を低下させるようにしている。このようにNOX選択還元触媒15に単位時間当り流入するNOX量を低下させるとアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したとしてもNOX選択還元触媒15に流入する全てのNOXを良好に還元することができる。
Therefore, in the present invention, so that reduce the amount of NO X flowing per unit time in the NO X selective reducing
なお、機関から単位時間当り排出されるNOX量は機関の出力が増大するほど多くなり、従って機関の出力を低下させれば機関から単位時間当り排出されるNOX量を低下させることができる。従って本発明による実施例では、NOX選択還元触媒15へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したときには機関の出力を要求出力よりも低下させることによってNOX選択還元触媒15に単位時間当り流入するNOX量を低下させるようにしている。
Note that the amount of NO x discharged from the engine per unit time increases as the output of the engine increases. Therefore, if the output of the engine is reduced, the amount of NO x discharged from the engine per unit time can be reduced. . Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the ammonia adsorption amount to the NO x
一方、このように機関の出力を要求出力よりも低下させると車両の運転性が悪化する。そこで本発明による実施例では、NOX選択還元触媒15へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下することにより機関の出力が要求出力よりも低下せしめられたときには機関出力の低下分を電動装置、即ち電気モータ30による車両駆動力によって補填するようにしている。
On the other hand, when the output of the engine is reduced below the required output, the drivability of the vehicle is deteriorated. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the ammonia adsorption amount to the NO x
次にこのことについて図2および図3を参照しつつ説明する。図2には尿素水の供給作用と、NOX選択還元触媒15へのアンモニア吸着量ΣQの変化と、機関による駆動トルクTeの変化と、電気モータ30による駆動トルクTmの変化とが示されている。また、図3には車両が機関によって駆動されているときの機関の要求トルクTrと、機関回転数Nと、アクセルペダル50の踏込み量(0%,25%,50%,75%,100%はアクセルペダル50の等踏込み量曲線を示す)との関係が示されている。
Next, this will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows the urea water supply action, the change in the ammonia adsorption amount ΣQ to the NO x
図2は車両が機関によって駆動されている場合を示しており、このとき図2に示される例では尿素水が尿素水供給弁17から間欠的に供給されている。次いで例えば機関運転中に機関から多量のNOXが排出されると図2に示されるようにアンモニア吸着量ΣQが許容限界量QXまで低下する。このときこの実施例では図2に示されるように機関の駆動トルクTeはΔTeだけ減少せしめられ、一方電気モータ30が駆動せしめられて電気モータ30の駆動トルクTmがΔTeだけ増大せしめられる。
FIG. 2 shows a case where the vehicle is driven by an engine. At this time, urea water is intermittently supplied from the urea
このことを図3上で表わすと図に示す如くなる。即ち、図3において黒丸は機関の駆動トルクTeが減少せしめられる前の要求トルクTrを表しており、機関の駆動トルクTeがΔTeだけ減少せしめられたときには電気モータ30の駆動トルクTmがΔTeだけ増大せしめられる。即ち、機関の駆動トルクTeと電気モータ30の駆動トルクTmとの和は黒丸で示される要求トルクTrとなる。
If this is expressed on FIG. 3, it becomes as shown in the figure. That is, in FIG. 3, the black circles represent the required torque Tr before the engine drive torque Te is reduced. When the engine drive torque Te is reduced by ΔTe, the drive torque Tm of the
図4に、この実施例を実行するためのアンモニア吸着量の算出ルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図4を参照するとまず初めにステップ60においてNOXセンサ19,20の出力信号からNOX選択還元触媒15の入口および出口における排気ガス中のNOX濃度が検出される。次いでステップ61では排気ガス量を代表する吸入空気量Gaが算出される。次いでステップ62ではNOXセンサ19,20の出力信号および吸入空気量GaからNOX選択還元触媒15でのアンモニア消費量Qnが算出される。
FIG. 4 shows a routine for calculating an ammonia adsorption amount for executing this embodiment. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 4, first, at
即ち、NOX選択還元触媒15の入口と出口におけるNOX濃度の差に排気ガス量、即ち吸入空気量Gaを乗算すると単位時間当りNOX選択還元触媒15において還元されたNOX量が算出でき、NOX選択還元触媒15において単位時間当り還元されたNOX量が算出できるとNOX選択還元触媒15においてNOXを還元するために単位時間当り消費されたアンモニア量Qnを算出することができる。従ってNOXセンサ19,20の出力信号および吸入空気量Gaからアンモニア消費量Qnを算出できることになる。
That is, NO inlet and exhaust gas amount to the difference of the NO X concentration at the outlet of the X selective reducing
次いでステップ63では尿素水供給弁17から供給される尿素水の量からNOX選択還元触媒15に単位時間当り供給されるアンモニア供給量Qsが算出される。次いでステップ64ではΣQにアンモニア供給量Qsを加算しかつΣQからアンモニア消費量Qnを減算することによってNOX選択還元触媒15へのアンモニア吸着量ΣQが算出される。次いでステップ65ではアンモニア吸着量ΣQが許容限界量QXよりも低下したか否かが判別される。ΣQ≧QXのときにはステップ67に進んでNOX処理限界フラグがリセットされ、ΣQ<QXになるとステップ66に進んでNOX処理限界フラグがセットされる。
Next, at
図5に車両の駆動制御ルーチンを示す。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
図5を参照すると、まず初めにステップ70において図3に示される関係に基づいて機関回転数Nとアクセルペダル50の踏込み量から機関の要求トルクTrが算出される。次いでステップ71ではNOX処理限界フラグがセットされているか否かが判別される。NOX処理限界フラグがセットされていないときにはステップ72に進んで機関の駆動トルクTeが要求トルクTrとされ、次いでステップ73において要求トルクTrを発生するのに必要な量の燃料が燃料噴射弁3から噴射される。次いでステップ84では電気モータ30の駆動トルクTmが零とされる。
FIG. 5 shows a vehicle drive control routine. This routine is also executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 5, first, at
一方、ステップ71においてNOX処理限界フラグがセットされていると判別されたときにはステップ75に進んで機関の駆動トルクTeが予め定められた低いトルクTdとされ、次いでステップ76ではトルクTdを発生するのに必要な量の燃料が燃料噴射弁3から噴射される。次いでステップ77では機関の要求トルクTrと機関の出力トルクTeとの差(Tr−Te)が電気モータ30の駆動トルクTmとされ、ステップ78では電気モータ30がこのトルクTmを発生するように駆動される。
On the other hand, when it is determined at
図6および図7に変形例を示す。なお、これら図6および図7は夫々図2および図3と同様な図を示している。
図6および図7に示される実施例ではNOX選択還元触媒13へのアンモニア吸着量ΣQが許容限界量QXまで低下したときには機関が停止され、電動装置、即ち電気モータ30によって車両が駆動される。このとき電気モータ30の駆動トルクTmは要求トルクTrとされる。
6 and 7 show a modification. 6 and 7 show views similar to FIGS. 2 and 3, respectively.
In the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, the engine is stopped when the ammonia adsorption amount ΣQ to the NO X
ところでこの実施例では機関が停止されて電気モータ30による車両の駆動が開始されるとバッテリ37の充電量が十分である限り、電気モータ30による車両の駆動が継続され、バッテリ37の充電量が低下してくると電気モータ30による車両の駆動から機関による車両の駆動に切換えられる。このときアンモニア吸着量ΣQは少ない状態に維持されている少くとも尿素水の供給が開始されるまでは機関から単位時間当り排出されるNOX量を低下させることが好ましい。
By the way, in this embodiment, when the engine is stopped and driving of the vehicle by the
そこで本発明による実施例では、電動装置30によって車両が駆動されているときにバッテリ37の充電量が予め定められた下限値まで低下して電動装置30による車両の駆動から機関による車両の駆動に切換えられたときには機関から排出されるNOX量が低下するように機関の運転制御パラメータを制御するようにしている。このときNOX量を低下させることのできる運転制御パラメータは数多く存在するが、一例としてEGR制御弁22の開度を制御するようにした場合について図8を参照しつつ説明する。
Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the vehicle is driven by the
排気ガス中に含まれるNOX量が一定であればNOX選択還元触媒15に単位時間当り流入するNOX量は排気ガス量、即ち吸入空気量Gaが増大するほど多くなる。従ってNOX選択還元触媒15に単位時間当り流入するNOX量を吸入空気量Gaにかかわらずに許容量以下に抑えるには図8(A)に示されるように機関から排出されるNOX量を吸入空気量Gaの増大に伴ない減少させる必要がある。
The amount of NO X amount of NO X contained in the exhaust gas flows per unit time in the NO X selective reducing
一方、EGR率を高くするとNOXの生成量が減少し、従ってNOX選択還元触媒15に単位時間当り流入するNOX量を吸入空気量Gaにかかわらずに許容量以下に抑えるには図8(B)の示されるように吸入空気量Gaの増大に伴ないEGR率を高くする必要がある。本発明による実施例では図8(B)に示されるEGR率を得るのに必要なEGR制御弁22の開度Eθが機関回転数Nおよび要求トルクTQの関数として図8(C)に示されるアップの形で予めROM42内に記憶されている。
On the other hand, the amount of the NO X Higher EGR rate is reduced, thus suppressing the amount of NO X flowing per unit time in the NO X selective reducing
図9(A)はバッテリ37の発生する電圧Vと充電量SOCとの関係を示しており、図9(B)は一定時間毎に実行される充電量SOCの算出ルーチンを示している。図9(B)に示される例ではSOCに充電電流Iを加算することによって充電量SOCが算出される。バッテリ37から電流が放電される場合にはこのIはマイナスとなる。図9(A)においてSXは充電量SOCの下限値を示しており、この実施例では充電量SOCが下限値SXよりも低下すると電気モータ30による車両の駆動から機関による車両の駆動に切換えられる。
FIG. 9A shows the relationship between the voltage V generated by the
図10に、図6から図9を参照しつつ説明した実施例を実行するための車両の駆動制御ルーチンを示す。なお、このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。また、この実施例においても図4に示されるルーチンを用いてアンモニア吸着量が算出される。 FIG. 10 shows a vehicle drive control routine for executing the embodiment described with reference to FIGS. This routine is also executed by interruption every predetermined time. Also in this embodiment, the ammonia adsorption amount is calculated using the routine shown in FIG.
図10を参照すると、まず初めにステップ80において図7に示される関係に基づいて機関回転数Nとアクセルペダル50の踏込み量から機関の要求トルクTrが算出される。次いでステップ81ではNOX処理限界フラグがセットされているか否かが判別される。NOX処理限界フラグがセットされていないときにはステップ82に進んで機関の駆動トルクTeが要求トルクTrとされ、次いでステップ83において要求トルクTrを発生するのに必要な量の燃料が燃料噴射弁3から噴射される。次いでステップ84では電気モータ30の駆動トルクTmが零とされる。
Referring to FIG. 10, first, at
一方、ステップ81においてNOX処理限界フラグがセットされていると判別されたときにはステップ85に進んでバッテリ37の充電量SOCが下限値SXよりも大きいか否かが判別される。SOC>SXのときにはステップ86に進んで機関が停止される。次いでステップ87では要求トルクTrが電気モータ30の駆動トルクTmとされ、電気モータ30が要求トルクTrを発生するように駆動される。
On the other hand, when it is determined at
これに対し、ステップ85においてSOC≦SXになったと判断されたときにはステップ89に進んで機関の駆動トルクTeが要求トルクTrとされ、次いでステップ90では要求トルクTrを発生するのに必要な量の燃料が燃料噴射弁3から噴射される。次いでステップ91では電気モータ30の駆動が停止される。次いでステップ92では図8(C)に示すマップからEGR制御弁22の目標開度Eθが算出されEGR制御弁22の開度がこの目標開度Eθとされる。
On the other hand, when it is determined at
ところで、NOX選択還元触媒15へのアンモニア吸着量ΣQが許容限界量QXまで低下したときには尿素水供給弁17から尿素水を供給してアンモニア吸着量ΣQを増大させることが好ましい。しかしながらこの場合、排気ガスの流速が速いときに尿素水を供給すると尿素水および尿素水から生成されたアンモニアがNOX選択還元触媒15をすり抜けてしまい、斯くしてアンモニア吸着量Qを適切に増大させることができない。
Incidentally, when the ammonia adsorption amount ΣQ to the NO x
この場合、アンモニア吸着量Qを適切に増大させるためには、供給されたアンモニアがNOX選択還元触媒15をすり抜けないように排気ガスの流速が遅いときにアンモニアを供給する必要がある。そこで本発明による別の実施例では、NOX選択還元触媒15へのアンモニア吸着量ΣQが許容限界量QXまで低下することにより機関の出力が要求出力よりも低下せしめられたときには機関出力の低下中又は機関出力の低下後にNOX選択還元触媒15にアンモニアを供給するようにしている。図2には機関出力の低下後にアンモニアを供給するようにした場合の一例が示されている。
In this case, in order to appropriately increase the ammonia adsorption amount Q, it is necessary to supply ammonia when the flow rate of the exhaust gas is low so that the supplied ammonia does not pass through the NO x
一方、機関出力の低下中にアンモニアを供給するようにした場合の一例が図11に示されている。なお、この図11は図2或いは図6と同様な図を示している。図11に示されるようにこの例では、NOX選択還元触媒15へのアンモニア吸着量ΣQが許容限界量QXまで低下したときには機関が停止されると共に機関が停止するまでの機関出力の低下時に尿素水を供給することによってNOX選択還元触媒15にアンモニアが供給され、機関が停止されたときには電動装置、即ち電気モータ30によって車両が駆動される。
On the other hand, FIG. 11 shows an example in which ammonia is supplied while the engine output is decreasing. FIG. 11 shows the same diagram as FIG. 2 or FIG. As shown in FIG. 11, in this example, when the ammonia adsorption amount ΣQ to the NO x
具体的に言うと、機関を停止するために燃料噴射弁3からの燃料噴射停止命令が発せられた後、吸入空気量Gaが予め定められた量GX以下になったときに尿素水の供給が開始され、吸入空気量Gaが零になったとき、又は零になるまでに尿素水の供給が停止される。このように尿素水を供給することによって供給された全アンモニアをNOX選択還元触媒15に吸着させることができる。
More specifically, after the fuel injection stop command is issued from the
図12に、図11に示す例を実行するためのアンモニア吸着量の算出ルーチンを示す。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
図12を参照するとまず初めにステップ100においてNOXセンサ19,20の出力信号からNOX選択還元触媒15の入口および出口における排気ガス中のNOX濃度が検出される。次いでステップ101では排気ガス量を代表する吸入空気量Gaが算出される。次いでステップ102ではNOXセンサ19,20の出力信号および吸入空気量GaからNOX選択還元触媒15でのアンモニア消費量Qnが算出される。
FIG. 12 shows an ammonia adsorption amount calculation routine for executing the example shown in FIG. This routine is also executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 12, first, at
次いでステップ103では尿素水供給弁17から供給される尿素水の量からNOX選択還元触媒15に単位時間当り供給されるアンモニア供給量Qsが算出される。次いでステップ104ではΣQにアンモニア供給量Qsを加算しかつΣQからアンモニア消費量Qnを減算することによってNOX選択還元触媒15へのアンモニア吸着量ΣQが算出される。次いでステップ105ではアンモニア吸着量ΣQが許容限界量QXよりも低下したか否かが判別される。ΣQ≧QXのときには処理サイクルを完了し、ΣQ<QXになるとステップ106に進んでNOX処理限界フラグがセットされる。
Next, at
図13に車両の駆動制御ルーチンを示す。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
図13を参照すると、まず初めにステップ110において図7に示される関係に基づいて機関回転数Nとアクセルペダル50の踏込み量から機関の要求トルクTrが算出される。次いでステップ111ではNOX処理限界フラグがセットされているか否かが判別される。NOX処理限界フラグがセットされていないときにはステップ112に進んで機関の駆動トルクTeが要求トルクTrとされ、次いでステップ113において要求トルクTrを発生するのに必要な量の燃料が燃料噴射弁3から噴射される。次いでステップ114では電気モータ30の駆動トルクTmが零とされる。
FIG. 13 shows a vehicle drive control routine. This routine is also executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 13, first, at
一方、ステップ111においてNOX処理限界フラグがセットされていると判別されたときにはステップ115に進んで機関の駆動トルクTeが零とされ、次いでステップ116に進んで燃料噴射弁3からの燃料噴射の停止命令、即ち機関の停止命令が出される。次いでステップ117では電気モータ30の駆動トルクTmが要求トルクTrとされ、次いでステップ118では機関の駆動トルクTeの低下に伴い電気モータ30の駆動トルクTmが要求トルクTrまで上昇せしめられる。
On the other hand, when it is determined at
次いでステップ119では吸入空気量Gaが零であるか否か、即ち機関が完全に停止したか否かが判別される。吸入空気量Gが零でないときにはステップ120に進んで吸入空気量Gaが予め定められた量GXよりも低下したか否かが判別される。Ga<GXになるとステップ121に進んで供給すべき尿素水の量が算出され、次いでステップ122において尿素水が供給される。なおNOX選択還元触媒15が吸着しうるアンモニア量はNOX選択還元触媒15の温度が高くなるほど減少する。従ってこのとき供給される尿素水の量は温度センサ18により検出されたNOX選択還元触媒15の温度を考慮に入れて決定される。
Next, at
一方、ステップ119において吸入空気量Gaが零であると判別されたときには、即ち機関が完全に停止したときにはステップ123に進む。このとき依然として尿素水の供給作用が行われているときには尿素水の供給作用が停止される。ステップ123では吸入空気量Gaが零になった後、予め定められているΔt時間が経過したか否かが判別され、Δt時間経過したときにはステップ124に進んでNOX処理限界フラグがリセットされる。NOX処理限界フラグがリセットされると電気モータ30による車両の駆動から機関による車両の駆動に切換えられる。
On the other hand, when it is determined at
図14に更に別の実施例を示す。この実施例では、図11から図13に示される実施例において機関の停止命令の発生時に供給される尿素水を加熱するために、NOX選択還元触媒15上流の機関排気通路内にバッテリ37からの供給電力により発熱せしめられるヒータ53が配置されている。このヒータ53上には例えば白金PtやパラジウムPdからなる加水分解触媒が担持されている。
FIG. 14 shows still another embodiment. In this embodiment, in order to heat the urea water supplied when the engine stop command is generated in the embodiment shown in FIGS. 11 to 13, the
この実施例ではNOX処理限界フラグがセットされたとき、即ち機関の停止命令が出されるときにバッテリ37の充電量SOCが十分であればヒータ53が加熱される。ヒータ53が加熱されると供給された尿素水はヒータ53により加熱されてアンモニアガスにされ、それによりアンモニアがNOX選択還元触媒15の全体に吸着される。
In this embodiment, the heater 53 is heated if the charge amount SOC of the
図15にヒータの制御ルーチンを示す。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
図15を参照すると、まず初めにステップ200においてNOX処理限界フラグがセットされているか否かが判別される。NOX処理限界フラグがセットされていないときにはステップ204に進んでヒータ53がオフとされる。これに対し、NOX処理限界フラグがセットされているときにはステップ201に進んでバッテリ37の充電量SOCが下限値SXよりも大きいか否かが判別される。SOC≦SXのときにはステップ204に進み、SOC>SXのときにはステップ202に進む。
FIG. 15 shows a heater control routine. This routine is also executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 15, first, at
ステップ202では吸入空気量Gaが正であるか否か、即ち機関が完全に停止していないか否かが判別される。Ga>0のときにはステップ203に進んでヒータ53がオンとされる。即ち、ヒータ53がオンとされるのは、NOX処理限界フラグがセットされ、即ち機関の停止命令が出され、充電量SOCが下限値SX以上でかつ機関が完全に停止していないときである。機関が完全に停止するとステップ202からステップ204に進んでヒータ53がオフとされる。
In
図16に更に別の実施例を示す。この実施例ではNOX選択還元触媒15の上流にパティキュレートフィルタ13(図1および図14)に代えてNOX吸蔵触媒54が配置されている。このNOX吸蔵触媒54の基体上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図17はこの触媒担体55の表面部分の断面を図解的に示している。図17に示されるように触媒担体55の表面上には貴金属触媒56が分散して担持されており、更に触媒担体55の表面上にはNOX吸収剤57の層が形成されている。
FIG. 16 shows still another embodiment. In this embodiment, a NO X storage catalyst 54 is arranged upstream of the NO X
図16に示される実施例では貴金属触媒56として白金Ptが用いられており、NOX吸収剤57を構成する成分としては例えばカリウムK、ナトリウムNa、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
In the embodiment shown in FIG. 16, platinum Pt is used as the
機関吸気通路、燃焼室2およびNOX吸蔵触媒54上流の排気通路内に供給された空気および燃料(炭化水素)の比を排気ガスの空燃比と称すると、NOX吸収剤57は排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOXを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したNOXを放出するNOXの吸放出作用を行う。
When the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied into the engine intake passage, the
即ち、NOX吸収剤57を構成する成分としてバリウムBaを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるNOは図17に示されるように白金Pt46上において酸化されてNO2となり、次いでNOX吸収剤47内に吸収されて炭酸バリウムBaCO3と結合しながら硝酸イオンNO3 -の形でNOX吸収剤57内に拡散する。このようにしてNOXがNOX吸収剤57内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Pt56の表面でNO2が生成され、NOX吸収剤57のNOX吸収能力が飽和しない限りNO2がNOX吸収剤57内に吸収されて硝酸イオンNO3 -が生成される。
That is, the case where barium Ba is used as a component constituting the NO x absorbent 57 will be described as an example. When the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, it is contained in the exhaust gas. As shown in FIG. 17, NO is oxidized on
これに対し、NOX吸蔵触媒54に流入する排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向(NO3 -→NO2)に進み、斯くしてNOX吸収剤57内の硝酸イオンNO3 -がNO2の形でNOX吸収剤57から放出される。次いで放出されたNOXは排気ガス中に含まれる未燃HC,COによって還元される。このとき放出された一部のNO2は未燃HCと反応してアンモニアNH3を生成する。
In contrast, NO X occluding air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のNOXがNOX吸収剤57内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にNOX吸収剤57のNOX吸収能力が飽和してしまい、斯くしてNOX吸収剤57によりNOXを吸収できなくなってしまう。そこでこの実施例ではNOX吸収剤57の吸収能力が飽和する前にNOX吸蔵触媒54に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってNOX吸収剤57からNOXを放出させるようにしている。このとき上述したようにアンモニアが生成され、生成されたアンモニアはNOX選択還元触媒15に吸着される。
Thus, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, that is, when combustion is performed under the lean air-fuel ratio, NO X in the exhaust gas is absorbed into the NO X absorbent 57. However becomes saturated is NO X absorbing capacity of the NO X absorbent 57 during the combustion of the fuel under a lean air-fuel ratio is continued, no longer able to absorb NO X by the NO X absorbent 57 and thus End up. Therefore temporarily rich air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst 54 before the absorbing capability of the NO X absorbent 57 is saturated in this embodiment, thereby releasing the NO X from the NO X absorbent 57 I try to let them. At this time, ammonia is generated as described above, and the generated ammonia is adsorbed by the NO x
従ってこの実施例では、NOX選択還元触媒15にアンモニアを供給するためのアンモニア供給手段がNOX吸蔵触媒54と、NOX吸蔵触媒54に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする空燃比制御手段とにより構成される。
Therefore, in this embodiment, the ammonia supply means for supplying ammonia to the NO X
この実施例では排気ガス中のNOXは主にNOX吸蔵触媒54で浄化され、NOX吸蔵触媒54で浄化しきれなかったNOXがNOX選択還元触媒15において浄化される。この場合でもNOX選択還元触媒15へのアンモニア吸着量が少くなるとNOX選択還元触媒15に流入するNOXを十分に還元できなくなる。従ってこの実施例でもNOX選択還元触媒15へのアンモニア吸着量が許容限界量QYまで低下したときにはNOX選択還元触媒15に単位時間当り流入するNOX量を低下させるようにしている。
NO X in the exhaust gas in this embodiment is mainly purified in the NO X storing catalyst 54, NO X which has not been purified in the NO X storing catalyst 54 is purified in the NO X selective reducing
図18はNOX吸蔵触媒54に流入する排気ガスの空燃比A/Fと、NOX吸蔵触媒54に吸蔵されている吸蔵NOX量Miと、NOX吸蔵触媒54において生成されるアンモニア量Qtとの関係を示している。ここで吸蔵NOX量MiはM3>M2>M1の関係がある。従ってNOX吸蔵触媒54に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときに生成されるアンモニア量Qtはリッチの度合が高くなるほど多くなり、吸蔵NOX量Miが多いほど多くなることがわかる。
Figure 18 is NO X and the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas flowing into the
吸蔵NOX量Miは、機関から単位時間当り排出されるNOX量を積算することによって算出することができる。本発明による実施例では機関から単位時間当り排出されるNOX量NOXAが要求トルクTQおよび機関回転数Nの関数として図19に示すマップの形で予めROM42内に記憶されている。
The stored NO x amount Mi can be calculated by integrating the NO x amount discharged from the engine per unit time. In the embodiment according to the present invention, the NO X amount NOXA discharged from the engine per unit time is stored in advance in the
この実施例でもアンモニア吸着量ΣQが許容限界量QYまで低下したときには、生成されたアンモニアがNOX選択還元触媒15をすり抜けないように機関の出力が低下したときにNOX吸蔵触媒54に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。具体的には機関を停止すべく機関の出力が低下せしめられるときに燃焼室2内における空燃比をリッチにすることによりNOX吸蔵触媒14に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。
Also in this embodiment, when the ammonia adsorption amount ΣQ decreases to the allowable limit amount QY, the generated ammonia flows into the NO X storage catalyst 54 when the output of the engine decreases so as not to pass through the NO X
図20にNOXの放出を制御するためのルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図20を参照すると、まず初めにステップ300において図19に示すマップから単位時間当りの排出NOX量NOXAが算出される。次いでステップ301ではこの排出NOX量NOXAをMiに加算することによって吸蔵NOX量Miが算出される。次いでステップ302では吸蔵NOX量Miが予め定められた許容量MXを越えたか否かが判別される。Mi>MXになったときにはステップ303に進む。
Figure 20 illustrates a routine for controlling the release of NO X. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 20, the discharge amount of NO X NOXA per unit time from the map shown in FIG. 19 is calculated first, at
ステップ303では例えば膨張行程の初期に燃料噴射弁3から燃焼室2内に追加の燃料を供給することによって燃焼室2内における空燃比がリッチにされる。次いでステップ304ではリッチの度合および吸蔵NOX量Miから図18に基づいて単位時間当りのアンモニア生成量Qtが算出され、このアンモニア生成量Qtにリッチ時間Δtsを乗算することによってアンモニア生成量Qdが算出される。次いでステップ305において吸蔵NOX量Miがクリアされる。
In
図21にアンモニア吸着量の算出ルーチンを示す。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
図21を参照するとまず初めにステップ310においてNOXセンサ19,20の出力信号からNOX選択還元触媒15の入口および出口における排気ガス中のNOX濃度が検出される。次いでステップ311では排気ガス量を代表する吸入空気量Gaが算出される。次いでステップ312ではNOXセンサ19,20の出力信号および吸入空気量GaからNOX選択還元触媒15でのアンモニア消費量Qnが算出される。
FIG. 21 shows a routine for calculating the ammonia adsorption amount. This routine is also executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 21, first, at
次いでステップ313では算出されているアンモニア生成量Qdが取込まれる。次いでステップ314ではΣQにアンモニア生成量Qdを加算しかつΣQからアンモニア消費量Qnを減算することによってNOX選択還元触媒15へのアンモニア吸着量ΣQが算出される。次いでステップ315ではアンモニア吸着量ΣQが許容限界量QYよりも低下したか否かが判別される。ΣQ≧QYのときには処理サイクルを完了し、ΣQ<QYになるとステップ316に進んでNOX処理限界フラグがセットされる。
Next, at
図22に車両の駆動制御ルーチンを示す。このルーチンはステップ331および332を除いて図13に示す駆動制御ルーチンと全く同じである。
即ち、図22を参照すると、まず初めにステップ320において図7に示される関係に基づいて機関回転数Nとアクセルペダル50の踏込み量から機関の要求トルクTrが算出される。次いでステップ321ではNOX処理限界フラグがセットされているか否かが判別される。NOX処理限界フラグがセットされていないときにはステップ322に進んで機関の駆動トルクTeが要求トルクTrとされ、次いでステップ323において要求トルクTrを発生するのに必要な量の燃料が燃料噴射弁3から噴射される。次いでステップ324では電気モータ30の駆動トルクTmが零とされる。
FIG. 22 shows a vehicle drive control routine. This routine is exactly the same as the drive control routine shown in FIG. 13 except for
That is, referring to FIG. 22, first, at
一方、ステップ321においてNOX処理限界フラグがセットされていると判別されたときにはステップ325に進んで機関の駆動トルクTeが零とされ、次いでステップ326に進んで燃料噴射弁3からの燃料噴射の停止命令、即ち機関の停止命令が出される。次いでステップ327では電気モータ30の駆動トルクTmが要求トルクTrとされ、次いでステップ328では機関の駆動トルクTeの低下に伴い電気モータ30の駆動トルクTmが要求トルクTrまで上昇せしめられる。
On the other hand, when it is determined at
次いでステップ329では吸入空気量Gaが零であるか否か、即ち機関が完全に停止したか否かが判別される。吸入空気量Gが零でないときにはステップ330に進んで吸入空気量Gaが予め定められた量GXよりも低下したか否かが判別される。Ga<GXになるとステップ331に進んで例えば膨張行程の初期に燃料噴射弁3から燃焼室2内に追加の燃料を供給することによって燃焼室2内における空燃比がリッチにされる。
Next, at
次いでステップ332ではリッチの度合および吸蔵NOX量Miから図18に基づいて単位時間当りのアンモニア生成量Qtが算出され、このアンモニア生成量Qtにリッチ時間Δtsを乗算することによってアンモニア生成量Qdが算出される。一方、ステップ329において吸入空気量Gaが零であると判別されたときには、即ち機関が完全に停止したときにはステップ333に進む。このとき依然として尿素水の供給作用が行われているときには尿素水の供給作用が停止される。
Then ammonia production amount Qt per unit time based on FIG. 18 from the degree of
ステップ333では吸入空気量Gaが零になった後、予め定められているΔt時間が経過したか否かが判別され、Δt時間経過したときにはステップ334に進んでNOX処理限界フラグがリセットされる。NOX処理限界フラグがリセットされると電気モータ30による車両の駆動から機関による車両の駆動に切換えられる。
In
次に図23を参照しつつ電動装置に別の実施例について説明する。
図23を参照するとこの実施例では電動装置が、電気モータおよび発電機として作動する一対のモータジェネレータ400,401と遊星歯車機構402とにより構成される。この遊星歯車機構402はサンギア403と、リングギア404と、サンギア403とリングギア404間に配置されたプラネタリギア405と、プラネタリギア405を担持するプラネタリキャリア406とを具備する。サンギア403はモータジェネレータ401の回転軸407に連結され、プラネタリキャリア406は内燃機関1の出力軸411に連結される。また、リングギア404は一方ではモータジェネレータ400の回転軸408に連結され、他方では駆動輪に連結された出力軸410にベルト409を介して連結される。従ってリングギア404が回転するとそれに伴なって出力軸410が回転せしめられることがわかる。
Next, another embodiment of the electric device will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 23, in this embodiment, the electric device includes a pair of
この電動装置の詳細な作動については説明を省略するが概略的に言うと、モータジェネレータ400は主に電動モータとして作動し、モータジェネレータ401は主に発電機として作動し、内燃機関1の運転を停止してモータジェネレータ400による車両の駆動が可能である。
The detailed operation of the electric device is omitted, but generally speaking, the
例えば内燃機関1の運転を停止し、モータジェネレータ400のみによって車両を駆動する場合にはプラネタリキャリア406の回転が停止される。このときモータジェネレータ400が回転せしめられるとリングギア404が回転せしめられ、リングギア404の回転力はベルト409を介して出力軸410に伝達され、それによって車両が駆動せしめられる。一方、このときプラネタリキャリア406は回転しないのでリングギア404が回転するとサンギア403が回転せしめられ、このときモータジェネレータ401は空転する。
For example, when the operation of the
一方、内燃機関1による駆動力およびモータジェネレータ400の駆動力によって車両を駆動する場合にはリングギア404の回転力にプラネタリキャリア406の回転力が重疊される。一方、このときモータジェネレータ401は発電作用をなす。なお、このとき実際には出力軸410に要求トルクが加わるように内燃機関1の出力が制御され、モータジェネレータ401により発電された電力によってモータジェネレータ400が駆動されるよう制御されるがこのときの制御のやり方についての説明はここでは省略する。
On the other hand, when the vehicle is driven by the driving force of
4 吸気マニホルド
5 排気マニホルド
7 排気ターボチャージャ
12 酸化触媒
13 パティキュレートフィルタ
15 NOX選択還元触媒
17 尿素水供給弁
30 電動装置
4
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