JP2010163876A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両において、安定した状態で検出された触媒の前後差圧に基づいて適切に判定を行う。
【解決手段】内燃機関の排気浄化装置はハイブリッド車両に好適に適用される。モータリング制御手段は、ＰＭ再生終了後における減速フューエルカット時に、モータジェネレータによって内燃機関をモータリングする。判定手段は、このようなモータリングが行われている際に、触媒の差圧（前後差圧）が第１所定値以上である場合にはＰＭ再生が不足していると判定し、前後差圧が第２所定値以下である場合には触媒が異常であると判定する。これにより、安定した状態で得られた前後差圧を用いることで、精度良く触媒に対する判定を行うことが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来から、触媒の機能を再生させるためのＰＭ再生が行われている。また、触媒の前後差圧に基づいてＰＭ堆積量を推定して、ＰＭ再生の要否を判断することが行われている。例えば、特許文献１には、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）の差圧検出に必要な排気ガス流量を安定状態に維持するために、エンジン回転数をアイドル回転数よりも高い所定の回転数に制御することが提案されている。

特開２００５−３０７８７８号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、アイドル回転数付近の回転数に設定された状態にてＤＰＦの前後差圧を検出していたので、ＤＰＦの通過ガス量が小さいために前後差圧が小さくなり、ＰＭ堆積量などの判定精度が悪化する傾向にあった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ハイブリッド車両において、安定した状態で検出された触媒の前後差圧に基づいて適切に判定を行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、内燃機関及びモータジェネレータを具備するハイブリッド車両に適用される内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスを浄化する触媒の前後における差圧を取得する差圧取得手段と、前記触媒に対するＰＭ再生終了後で、且つ、減速フューエルカット時である場合に、前記モータジェネレータによって前記内燃機関をモータリングするモータリング制御手段と、前記モータリング制御手段によって前記モータリングが行われている際に、前記差圧が第１所定値以上である場合にはＰＭ再生が不足していると判定し、前記差圧が第２所定値以下である場合には前記触媒が異常であると判定する判定手段と、を備える。
上記の内燃機関の排気浄化装置はハイブリッド車両に好適に適用される。モータリング制御手段は、ＰＭ再生終了後における減速フューエルカット時に、モータジェネレータによって内燃機関をモータリングする。判定手段は、このようなモータリングが行われている際に、触媒の差圧（前後差圧）が第１所定値以上である場合にはＰＭ再生が不足していると判定し、前後差圧が第２所定値以下である場合には触媒が異常であると判定する。これにより、安定した状態で得られた前後差圧を用いることで、精度良く触媒に対する判定を行うことが可能となる。

上記の内燃機関の排気浄化装置の一態様では、前記判定手段は、高圧ＥＧＲ弁及び低圧ＥＧＲ弁を閉にした状態においてエアフロメータの検出値より吸入空気量を求め、当該吸入空気量を利用して前記差圧に基づいた判定を行う。

この態様によれば、吸入空気量より触媒の通過ガス量を精度良く見積もることで、触媒に対する判定精度を更に向上させることが可能となる。

本実施形態におけるハイブリッド車両の概略構成図を示す。 第１実施形態における内燃機関の制御装置の概略構成図を示す。 第１実施形態における判定処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における内燃機関の制御装置の概略構成図を示す。 第２実施形態における判定処理を示すフローチャートである。 第３実施形態における判定処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
図１は、本実施形態におけるハイブリッド車両の概略構成図を示す。なお、図中の破線矢印は、信号の入出力を示している。

ハイブリッド車両１００は、主に、エンジン（内燃機関）１と、車軸２と、駆動輪３と、第１のモータジェネレータＭＧ１と、第２のモータジェネレータＭＧ２と、動力分割機構４と、インバータ５ａ、５ｂと、バッテリ６と、ロック機構８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０と、を備える。

車軸２は、エンジン１及び第２のモータジェネレータＭＧ２の動力を車輪３に伝達する動力伝達系の一部である。車輪３は、ハイブリッド車両１００の車輪であり、説明の簡略化のため、図１では特に左右前輪のみが表示されている。エンジン１は、ディーゼルエンジンとして構成され、ハイブリッド車両１００の主たる推進力を出力する動力源として機能する。エンジン１は、ＥＣＵ７０によって種々の制御が行われる。

第１のモータジェネレータＭＧ１は、主としてバッテリ６を充電するための発電機、或いは第２のモータジェネレータＭＧ２に電力を供給するための発電機として機能するように構成されており、エンジン１の出力により発電を行う。第２のモータジェネレータＭＧ２は、主としてエンジン１の出力をアシスト（補助）する電動機として機能するように構成されている。これらのモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。

動力分割機構４は、サンギヤやリングギヤなどを有して構成されるプラネタリギヤ（遊星歯車機構）に相当し、エンジン１の出力を第１のモータジェネレータＭＧ１及び車軸２へ分配することが可能に構成されている。

インバータ５ａは、バッテリ６と第１のモータジェネレータＭＧ１との間の電力の入出力を制御する直流交流変換機であり、インバータ５ｂは、バッテリ６と第２のモータジェネレータＭＧ２との間の電力の入出力を制御する直流交流変換機である。例えば、インバータ５ａは、第１のモータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ６に供給し、インバータ５ｂは、バッテリ６から取り出した直流電力を交流電力に変換して第２のモータジェネレータＭＧ２に供給する。

バッテリ６は、第１のモータジェネレータＭＧ１及び／又は第２のモータジェネレータＭＧ２を駆動するための電源として機能することが可能に構成されると共に、第１のモータジェネレータＭＧ１及び／又は第２のモータジェネレータＭＧ２が発電した電力を充電可能に構成された蓄電池である。

ＥＣＵ７０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備え、ハイブリッド車両１００内の各構成要素に対して種々の制御を行う。詳細は後述するが、ＥＣＵ７０は、本発明におけるモータリング制御手段及び判定手段として機能する。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。

（装置構成）
図２は、第１実施形態における内燃機関の制御装置８１の概略構成図を示す。内燃機関の制御装置８１は、図１に示したハイブリッド車両１００に適用される。なお、図２においては、実線矢印は吸気及び排気の流れの一例を示している。

図２に示すように、内燃機関の制御装置８１は、主に、エンジン（内燃機関）１と、燃料噴射弁１５と、吸気温度センサ１６と、燃料添加弁１７と、エアクリーナ１９と、吸気通路２０と、エアフロメータ２１と、スロットルバルブ２２ａ、２２ｂと、ターボチャージャ２３と、インタークーラ（ＩＣ）２４と、排気通路２５と、酸化触媒２６と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２７と、差圧センサ２８と、排気絞り弁２９と、Ａ／Ｆセンサ３０と、高圧ＥＧＲ装置５０と、低圧ＥＧＲ装置５１と、を備える。

エンジン１は、例えば直列４気筒のディーゼルエンジンとして構成され、ハイブリッド車両１００における走行用動力源を出力する。エンジン１の各気筒は、インテークマニホールド１１及びエキゾーストマニホールド１２に接続されている。以下、インテークマニホールドのことを単に「インマニ」と表記し、エキゾーストマニホールドのことを単に「エキマニ」と表記する。エンジン１は、各気筒に設けられた燃料噴射弁１５と、各燃料噴射弁１５に対して高圧の燃料を供給するコモンレール１４とを備え、コモンレール１４には不図示の燃料ポンプにより燃料が高圧状態で供給される。また、エキマニ１２には、燃料を添加する燃料添加弁１７が設けられている。

インマニ１１に接続された吸気通路２０上には、吸気を浄化するエアクリーナ１９と、エンジン１への吸入空気量を検出するエアフロメータ２１と、空気量を調整するスロットルバルブ２２ａ、２２ｂと、吸気を過給するターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ａと、吸気を冷却するインタークーラ２４と、が設けられている。また、インマニ１１には、吸気温度を検出する吸気温度センサ１６が設けられている。

エキマニ１２に接続された排気通路２５上には、排気ガスのエネルギーによって回転されるターボチャージャ２３のタービン２３ｂと、排気ガスを浄化可能な酸化触媒２６及びＤＰＦ２７と、ＤＰＦ２７の下流側における排気ガス流量を調整可能な排気絞り弁２９と、排気ガスのＡ／Ｆ（空燃比）を検出するＡ／Ｆセンサ３０と、が設けられている。また、ＤＰＦ２７が設けられた排気通路２５上には、ＤＰＦ２７における上流側と下流側との圧力の差（差圧）を検出可能な差圧センサ２８が配設されている。差圧センサ２８は、検出した差圧（以下、「前後差圧」と呼ぶ。）に対応する検出信号を前述したＥＣＵ７０に供給する。なお、差圧センサ２８は、本発明における差圧取得手段に相当する。

更に、内燃機関の制御装置８１は、タービン２３ｂの上流側からコンプレッサ２３ａの下流側に排気ガスを還流させる高圧ＥＧＲ装置５０（ＨＰＬ（High Pressure Loop）ＥＧＲ装置）、及び、タービン２３ｂ及びＤＰＦ２７の下流側からコンプレッサ２３ａの上流側に排気ガスを還流させる低圧ＥＧＲ装置（ＬＰＬ（Low Pressure Loop）ＥＧＲ装置）５１を備える。高圧ＥＧＲ装置５０は、高圧ＥＧＲ通路３１と高圧ＥＧＲ弁３３とを有する。高圧ＥＧＲ通路３１は、排気通路２５のタービン２３ｂの上流位置と、吸気通路２０のインタークーラ２４より下流位置とを接続する通路であり、通路上には、還流させる排気ガス量を制御するための高圧ＥＧＲ弁３３が設けられている。高圧ＥＧＲ弁３３は、ＥＣＵ７０から供給される制御信号によって開閉などが制御される。

低圧ＥＧＲ装置５１は、低圧ＥＧＲ通路３５と、低圧ＥＧＲクーラ３６と、低圧ＥＧＲ弁３７とを有する。低圧ＥＧＲ通路３５は、排気通路２５上のＤＰＦ２７における下流位置と、吸気通路２０のコンプレッサ２３ａにおける上流位置とを接続する通路である。また、低圧ＥＧＲ通路３５上には、還流される排気ガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ３６、及び還流させる排気ガス量を制御するための低圧ＥＧＲ弁３７が設けられている。低圧ＥＧＲ弁３７は、ＥＣＵ７０から供給される制御信号によって開閉などが制御される。

（判定方法）
次に、第１実施形態においてＥＣＵ７０が行う判定方法について説明する。第１実施形態では、ＥＣＵ７０は、ＤＰＦ２７に対するＰＭ再生終了後における減速フューエルカット時に、モータリングによってエンジン回転数を所定回転数に保持する制御を行い、このようにモータリングを行っている際に得られた前後差圧に基づいてＤＰＦ２７に対する判定を行う。こうするのは、安定した状態でＤＰＦ２７の前後差圧を計測することができるため、当該前後差圧を用いてＤＰＦ２７に対する判定を精度良く行うことができるからである。

具体的には、ＥＣＵ７０は、上記したようなモータリングを行っている際に得られたＤＰＦ２７の前後差圧が第１所定値以上である場合には、ＰＭ再生が不足していると判定する。この場合には、ＥＣＵ７０は、ＰＭ再生を継続させるために、ＰＭ再生継続フラグをオンにする。これに対して、ＥＣＵ７０は、上記したようなモータリングを行っている際に得られたＤＰＦ２７の前後差圧が第２所定値（第１所定値よりも小さな値）以下である場合には、ＤＰＦ２７が異常であると判定する。例えば、ＥＣＵ７０は、ＤＰＦ２７の割れなどによる機能消失と判定する、言い換えるとＤＰＦ２７の機能障害と判定する。この場合には、ＥＣＵ７０は、ＤＰＦ２７の故障フラグをオンにする。

ここで、図３を参照して、第１実施形態においてＥＣＵ７０が行う判定処理を具体的に説明する。当該処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ７０は、ＤＰＦ２７に対するＰＭ再生が終了しているか否かを判定する。ＰＭ再生が終了している場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０２に進み、ＰＭ再生が終了していない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、処理は終了する。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ７０は、減速中であるか否かを判定する。減速中である場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進み、減速中でない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、処理は終了する。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ７０は、第１のモータジェネレータＭＧ１によってエンジン１をモータリングする制御を行う。具体的には、ＥＣＵ７０は、モータリングによってエンジン回転数を所定回転数に保持する制御を行う。そして、処理はステップＳ１０４に進む。なお、モータリングによって保持する所定回転数は、アイドル回転数よりも高く、例えば１０００（ｒｐｍ）以上の回転数が用いられる。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ７０は、差圧センサ２８からの検出信号に基づいて、ＤＰＦ２７における前後差圧を得る。そして、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ７０は、前後差圧が第１所定値以上であるか否かを判定する。当該判定に用いられる第１所定値は、例えば、ＰＭ再生が十分に行われた場合に得られる前後差圧に基づいて設定される。

前後差圧が第１所定値以上である場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０６に進む。この場合には、前後差圧がある程度高いと言えるため、ＥＣＵ７０は、ＰＭ再生が不足していると判定して、ＰＭ再生継続フラグをオンにする（ステップＳ１０６）。そして、処理は終了する。

これに対して、前後差圧が第１所定値未満である場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、ＥＣＵ７０は、前後差圧が第２所定値以下であるか否かを更に判定する。当該判定に用いられる第２所定値は、例えば、ＤＰＦ２７の機能障害が生じている場合に得られる前後差圧に基づいて設定される。

前後差圧が第２所定値以下である場合（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０８に進む。この場合には、前後差圧がかなり低いと言えるため、ＥＣＵ７０は、ＤＰＦ２７の割れなどの機能障害が生じている可能性が高いと判定し、故障フラグをオンにする（ステップＳ１０８）。そして、処理は終了する。

これに対して、前後差圧が第２所定値より高い場合（ステップＳ１０７；Ｎｏ）、処理は終了する。この場合には、ＰＭ再生が不足しておらず、また、ＤＰＦ２７の割れなどの機能障害も生じていないものと考えられるため、ＥＣＵ７０は、前述したステップＳ１０６及びステップＳ１０８のような処理は行わない。

以上説明した第１実施形態によれば、安定した状態で得られたＤＰＦ２７の前後差圧を用いることで、ＤＰＦ２７に対する判定精度を向上させることが可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、ＥＣＵ７０は、ＰＭ再生終了後における減速フューエルカット時において、高圧ＥＧＲ弁３３を閉とし、低圧ＥＧＲ弁３７を開とすると共に、インタークーラ２４をバイパスさせて吸気を流す制御を行い、このような制御を行っている際に得られた前後差圧に基づいてＤＰＦ２７に対する判定を行う点で、第１実施形態と異なる。こうするのは、ＤＰＦ２７の通過ガス量を一定量確保し、且つＤＰＦ２７が過冷却されないような状態にして、ＤＰＦ２７に対する判定を行うためである。

図４は、第２実施形態における内燃機関の制御装置８２の概略構成図を示す。内燃機関の制御装置８２は、図１に示したハイブリッド車両１００に適用される。なお、第１実施形態における内燃機関の制御装置８１（図２参照）と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

内燃機関の制御装置８２は、バイパス通路２４ａ及びバイパス弁２４ｂを有する点で、第１実施形態における内燃機関の制御装置８１と異なる。バイパス通路２４ａは、インタークーラ２４をバイパスして吸気を流すことが可能に構成されており、その通路上には、バイパス通路２４ａへの吸気の供給／遮断を切り替えることが可能なバイパス弁２４ｂが設けられている。

図５は、第２実施形態においてＥＣＵ７０が行う判定処理を示すフローチャートである。当該処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ２０１、Ｓ２０２の処理は、前述したステップＳ１０１、Ｓ１０２の処理（図３参照）と同様であるため、その説明を省略する。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ７０は、高圧ＥＧＲ弁３３を閉とし、低圧ＥＧＲ弁３７を開とすると共に、バイパス弁２４ｂを開とする制御を行う。そして、処理はステップＳ２０４に進む。以降のステップＳ２０４〜Ｓ２０９においては、ＥＣＵ７０は、前述したステップＳ１０３〜Ｓ１０８の処理（図３参照）と同様の処理を行う。つまり、ＥＣＵ７０は、モータリングによってエンジン回転数を所定回転数に保持する制御を行った際に得られた前後差圧に基づいて、ＤＰＦ２７のＰＭ再生不足及びＤＰＦ２７の機能障害についての判定を行う。

以上説明した第２実施形態によれば、ＤＰＦ２７の通過ガス量を一定量確保し、且つＤＰＦ２７が過冷却されないような状態にすることで、ＤＰＦ２７に対する判定を適切に行うことが可能となる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態では、ＥＣＵ７０は、ＰＭ再生終了後における減速フューエルカット時において、高圧ＥＧＲ弁３３を及び低圧ＥＧＲ弁３７を閉にする制御を行い、このような制御を行っている際にエアフロメータ２１の検出値より吸入空気量を求め、当該吸入空気量及び前後差圧に基づいてＤＰＦ２７に対する判定を行う点で、第１及び第２実施形態と異なる。こうするのは、吸入空気量よりＤＰＦ２７の通過ガス量を精度良く見積もることができるため、ＤＰＦ２７に対する判定精度を向上させることができるからである。

図６は、第３実施形態においてＥＣＵ７０が行う判定処理を示すフローチャートである。当該処理は、所定の周期で繰り返し実行される。なお、第３実施形態における判定処理は、図２に示した内燃機関の制御装置８１若しくは図４に示した内燃機関の制御装置８２と同様に構成された内燃機関の制御装置によって実現される。

ステップＳ３０１、Ｓ３０２の処理は、前述したステップＳ１０１、Ｓ１０２の処理（図３参照）と同様であるため、その説明を省略する。

ステップＳ３０３では、ＥＣＵ７０は、高圧ＥＧＲ弁３３を及び低圧ＥＧＲ弁３７を閉にする制御を行う。そして、処理はステップＳ３０４に進む。ステップＳ３０４では、ＥＣＵ７０は、モータリングによってエンジン回転数を所定回転数に保持する制御を行う。そして、処理はステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０５では、ＥＣＵ７０は、エアフロメータ２１からの検出信号に基づいて吸入空気量を求めると共に、差圧センサ２８からの検出信号に基づいてＤＰＦ２７における前後差圧を得る。そして、処理はステップＳ３０６に進む。

以降のステップＳ３０６〜Ｓ３０９においては、ＥＣＵ７０は、基本的には、前述したステップＳ１０５〜Ｓ１０８の処理（図３参照）と同様の処理を行う。詳しくは、ＥＣＵ７０は、上記のように求められた吸入空気量からＤＰＦ２７の通過ガス量を見積もって、当該通過ガス量を考慮に入れた前後差圧に基づいて、ＤＰＦ２７のＰＭ再生不足及びＤＰＦ２７の機能障害についての判定を行う。

以上説明した第３実施形態によれば、吸入空気量よりＤＰＦ２７の通過ガス量を精度良く見積もることで、ＤＰＦ２７に対する判定精度を更に向上させることが可能となる。

［変形例］
上記では、内燃機関の排気浄化装置を構成する触媒として、ＤＰＦ２７を用いる例を示したが、ＤＰＦ２７の代わりに、ＮＳＲ(NOx Storage Reduction)とＤＰＲ（Diesel Particulate active Reduction system）とを具備するＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx Reduction System)を用いても良い。

１ エンジン（内燃機関）
２０ 吸気通路
２１ エアフロメータ
２３ ターボチャージャ
２４ インタークーラ
２４ｂ バイパス弁
２５ 排気通路
２７ ＤＰＦ
２８ 差圧センサ
３３ 高圧ＥＧＲ弁
３７ 低圧ＥＧＲ弁
５０ 高圧ＥＧＲ装置
５１ 低圧ＥＧＲ装置
７０ ＥＣＵ
８１、８２ 内燃機関の排気浄化装置
１００ ハイブリッド車両
ＭＧ１ 第１のモータジェネレータ
ＭＧ２ 第２のモータジェネレータ

Claims (2)

1. 内燃機関及びモータジェネレータを具備するハイブリッド車両に適用される内燃機関の排気浄化装置であって、
   排気ガスを浄化する触媒の前後における差圧を取得する差圧取得手段と、
   前記触媒に対するＰＭ再生終了後で、且つ、減速フューエルカット時である場合に、前記モータジェネレータによって前記内燃機関をモータリングするモータリング制御手段と、
   前記モータリング制御手段によって前記モータリングが行われている際に、前記差圧が第１所定値以上である場合にはＰＭ再生が不足していると判定し、前記差圧が第２所定値以下である場合には前記触媒が異常であると判定する判定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記判定手段は、高圧ＥＧＲ弁及び低圧ＥＧＲ弁を閉にした状態においてエアフロメータの検出値より吸入空気量を求め、当該吸入空気量を利用して前記差圧に基づいた判定を行う請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images