JP4765677B2

JP4765677B2 - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP4765677B2
Application number: JP2006058791A
Authority: JP
Inventors: 仁小野寺
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-03-06
Also published as: JP2007239468A

Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、詳細には、排気後処理用の触媒としてＮＯｘトラップ触媒を備えるエンジンにおいて、エンジンの再始動に伴い低温の排気が流入することによるこの触媒の活性低下を、再始動後におけるこの触媒の浄化能力を考慮しつつ抑制することで、エンジンの排気性能を向上させる技術に関する。

エンジンの停止及び再始動の繰り返しによる排気性能の悪化を回避する、次のような技術が知られている。すなわち、モータジェネレータとともにハイブリッド車の複合駆動源を構成するエンジンにおいて、排気浄化触媒の劣化を検出し、エンジンの停止及び再始動を繰り返す間欠運転の可否を検出した劣化に基づいて判定し、この判定結果に応じ、エンジンの停止（再始動の前提となる。）を禁止し、及び再始動後の運転を強制的に維持するものである（特許文献１）。

また、排気中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）の後処理に用いられる触媒として、ＮＯｘトラップ触媒が知られている。このＮＯｘトラップ触媒は、流入する排気の空燃比に応じて異なる性質を示すものであり、排気の空燃比が理論値よりも高いときに、排気中のＮＯｘをトラップする一方、排気の空燃比が理論値よりも低いときに、トラップしているＮＯｘを放出する。放出されたＮＯｘは、排気中の還元成分とこの触媒上で反応し、還元される。
特開２００４−１２４８２７号公報（段落番号０００７〜００１０，００８５〜００８８）

排気浄化触媒の劣化に応じてエンジンの間欠運転を禁止する前掲特許文献１に記載の技術は、ハイブリッド車において、再始動後、通常の点火及び燃焼が行われるまでの空転期間にエンジンから掃出される酸素過剰なガスの流入による触媒劣化の進行を回避するものである。すなわち、この技術によれば、エンジンの間欠運転に起因した触媒劣化の進行、及びこれに伴う排気性能の悪化を回避することができる。また、この技術によれば、ハイブリッド車に限らず、車両の状態に応じて間欠運転を行う、いわゆるアイドルストップ車において、再始動後、燃焼が不安定となりがちなエンジンから排出される排気有害成分の浄化不良の発生を回避することができる。

ところで、近時、燃料電池車に並ぶほどの高い二酸化炭素削減効果を期待し得るものとして、機械駆動源にディーゼルエンジンを採用したハイブリッド車が着目されている。このハイブリッド車では、ディーゼルエンジンの排気が本来低温であり、機関運転中に触媒の温度がガソリンエンジンを採用したものにおけるほど上昇しないことに加え、機関停止中に受ける走行風等により排気管内の排気が冷却され、再始動後、この低温の排気が流入することにより触媒が冷却されることから、触媒の不活性化により排気性能が悪化するという問題がある。このような排気冷却による触媒の不活性化の問題は、ディーゼルエンジン型のものに限らず、ガソリンエンジンを採用したハイブリッド車でも問題となり得るところである。しかしながら、ガソリンエンジン型のものでは、機関運転中に触媒が高温に保たれ、また、再始動後直ちに高温の排気が触媒に流入することから、現実にはこれが問題となることはなかった。

ディーゼルエンジンの運転が主に酸素過剰な状態で行われることから、ＮＯｘトラップ触媒は、ハイブリッド車の複合駆動源を構成するものを含め、ディーゼルエンジン全般に亘り広く採用される。ＮＯｘトラップ触媒についても、他の触媒と同様に再始動時における不活性化が問題となるところであるが、ＮＯｘトラップ触媒には、この触媒がＮＯｘのトラップ及び放出、還元による浄化プロセスをとるものであり、かつトラップしたＮＯｘを蓄積しておくことのできる量に限界があることから、他の触媒にはない特別な問題がある。すなわち、再始動時にＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘの量が限界に達している場合は、例え再始動に際して触媒の活性低下を抑制し、活性状態を速やかに回復し得たとしても、ＮＯｘトラップ量が既に限界に達していることから、再始動後に浄化能力を確保することができず、ＮＯｘを未浄化のまま放出させてしまうことである。

本発明は、排気浄化触媒としてＮＯｘトラップ触媒を備えるエンジン、特に、排気が比較的に低温であるディーゼルエンジンにおいて、エンジンの再始動に伴う低温の排気の流入に起因する触媒の活性低下に対し、再始動後の浄化能力を考慮しつつこれを抑制することで、触媒の不活性化を回避し、又はその活性状態の速やかな回復を図るとともに、再始動後の浄化能力を確保して、エンジンの排気性能を向上させることを目的とする。

本発明は、ディーゼルエンジンの排気通路に設置され、排気の空燃比が理論値よりも高い酸素過剰雰囲気下で排気中のＮＯｘをトラップする一方、この排気の空燃比の低下によりトラップしているＮＯｘを放出するとともに、放出したＮＯｘを還元させるＮＯｘトラップ触媒と、前記エンジンの冷却水温度が所定の値よりも高い状態でのエンジンの再始動を検知する始動検知手段と、前記始動検知手段により前記エンジンの再始動が検知された再始動検知時に限り、前記ＮＯｘトラップ触媒を強制的に加熱する手段であって、この触媒の強制加熱に際し、排気の空燃比をこの触媒がトラップしているＮＯｘの量に応じた空燃比に調整する加熱制御手段と、を含んで構成される。

本発明によれば、エンジンの再始動を検知したときに、ＮＯｘトラップ触媒を強制的に加熱することで、前回の機関停止時からこの触媒の上流に残り、冷却された排気が再始動に伴い流入することによる触媒の活性低下を抑制して、触媒の不活性化を回避し、又はその活性状態の速やかな回復を図ることができる。また、本発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒の強制加熱に際してＮＯｘトラップ量を考慮し、排気の空燃比をこのＮＯｘトラップ量に応じた空燃比に調整することで、強制加熱により触媒の活性低下を抑制しつつ、再始動後の浄化能力を確保して、エンジンの排気性能を向上させることができる。本発明は、ディーゼルエンジン、とりわけ電気駆動源とともに車両等の複合駆動源を構成するディーゼルエンジンに好適に適用される。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という。）１を適用したハイブリッド車の動力伝達系の構成を示しており、二点鎖線は、要素間の機械的な結合を、点線は、要素間の電気的な結合を示している。この動力伝達系は、機械駆動源としてエンジン１を備えるとともに、電気駆動源として２つのモータジェネレータ２，３を備えており、モータジェネレータ２，３は、いずれも電動機としての機能と、発電機としての機能とを兼ね備えている。エンジン１及びモータジェネレータ２，３により、パラレル型の複合駆動源が構成される。

この動力伝達系において、エンジン１のクランクシャフトと、モータジェネレータ２のロータとが直結されるとともに、モータジェネレータ２，３のロータが無段変速機４を介して互いに連結されている。無段変速機４は、電磁クラッチ４ａを含んで構成され、電磁クラッチ４ａにより、エンジン１（及びモータジェネレータ２）の車輪６，６に対する接続及び遮断が切り換えられる。モータジェネレータ３の出力、及び電磁クラッチ４ａの締結時において、エンジン１及びモータジェネレータ２，３の出力がディファレンシャルギヤ５を介して車輪６，６に伝達され、車両を推進させる。モータジェネレータ２は、エンジン１からの出力を受けて発電機として動作する一方、エンジン１の始動時（再始動時を含む。）には、バッテリ８１からの電力を受けて電動機として動作し、エンジン１のクランキングを行うものである。他方、モータジェネレータ３は、主に低負荷域での走行に際して、バッテリ８１からの電力を受けて電動機として動作し、車両の駆動力を発生させる一方、減速時には、発電機として動作し、制動エネルギを回生して発電を行うものである。モータジェネレータ２，３により生成された電力は、バッテリ８１の充電に用いられる。モータジェネレータ２，３の動作、及び電磁クラッチ４ａの締結及び開放の切換えは、電子制御ユニットとして構成されるハイブリッドコントロールモジュール（以下「ＨＣＭ」という。）４１からの指令信号に基づいて行われる。ＨＣＭ４１は、後述するエンジンコントロールモジュール５１と接続されており、このエンジンコントロールモジュール５１との間で制御情報を相互に授受する。

図２は、エンジン１の構成を示している。エンジン１は、副室型のディーゼルエンジンであり、高負荷域における車両の駆動源として採用される。なお、エンジン１は、直噴型のものであってもよい。
吸気通路１１の導入部には、図示しないエアクリーナが取り付けられており、このエアクリーナにより吸入空気中の粉塵が除去される。吸気通路１１には、ターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ａが設置されており、コンプレッサ１２ａにより吸入空気が圧縮されて送り出される。圧縮された吸入空気は、サージタンク１３に流入し、マニホールド部で各気筒に分配される。

エンジン本体において、シリンダヘッドには、燃料噴射弁２１が気筒毎に設置されている。燃料噴射弁２１は、各気筒において、シリンダヘッドに形成された副室に臨ませて設置されており、電子制御ユニットとして構成されるエンジンコントロールモジュール（以下「ＥＣＭ」という。）５１からの指令信号に基づいて作動する。図示しない燃料ポンプにより送り出された燃料は、コモンレール２２を介して燃料噴射弁２１に供給され、燃料噴射弁２１により副室内に噴射される。本実施形態では、主に冷態始動時における着火安定のため、グロープラグ（図示せず。）が副室に臨ませて設置されている。

排気通路３１には、マニホールド部の下流にターボチャージャ１２のタービン１２ｂが設置されている。燃焼により生じた排気が排気通路３１に排出され、この排気によりタービン１２ｂが駆動されることで、コンプレッサ１２ａが回転する。タービン１２ｂの下流には、上流側から順にＮＯｘトラップ触媒３２及びディーゼルパティキュレートフィルタ３３が設置されている。ＮＯｘトラップ触媒３２は、流入する排気の空燃比が理論値よりも高いときに、排気中の窒素酸化物（すなわち、ＮＯｘ）をトラップする一方、この排気の空燃比が理論値（その実質的な近傍の範囲を含む。）又はこれよりも低いときに、トラップしているＮＯｘを放出する性質を持つ。ＮＯｘトラップ触媒３２からのＮＯｘの放出に併せ、放出されたＮＯｘが排気中の還元成分により浄化される。他方、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３は、排気中のパティキュレートを捕集し、これを排気から除去するものである。本実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒３２に酸化触媒成分（たとえば、Ｐｔ等の貴金属）を担持させ、これに酸化機能を持たせており、ＮＯｘトラップ触媒３２上で排気中の炭化水素及び一酸化炭素を浄化することができる。ＮＯｘトラップ触媒３２に加え、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３に酸化触媒成分を担持させてもよい。エンジン１の排気は、これらの排気浄化要素を通過した後、大気中に放出される。なお、ＮＯｘトラップ触媒３２とディーゼルパティキュレートフィルタ３３との関係は、図示のものに限らず、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３をＮＯｘトラップ触媒３２の上流に位置させてもよい。

また、排気通路３１は、ＥＧＲ管３５により吸気通路１１（ここでは、サージタンク１３）と接続されており、タービン１２ｂに対する流入前の排気がＥＧＲ管３５を介して吸気通路１１に還流される。ＥＧＲ管３５には、ＥＧＲ弁３６が介装されており、ＥＧＲ弁３６により還流される排気の流量が制御される。ＥＧＲ弁３６は、アクチュエータ３７により開度が制御される。

ＨＣＭ４１には、車両の走行条件等に関する情報として、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルセンサ６１からの信号、スタートキー６２からの電源のオン又はオフを示す信号、シフトレバーポジションを検出するシフトセンサ６３からの信号、ブレーキスイッチ６４からのブレーキのオン又はオフを示す信号、車両の速度を検出する車速センサ６５からの信号、バッテリ８１の残容量を検出するバッテリセンサ６６からの信号等が入力される。ＨＣＭ４１は、入力した信号に基づいて所定の演算を実行し、モータジェネレータ２，３及び無段変速機４に対する指令信号を発生させるとともに、エンジン１に対する始動、停止指令及び出力制御指令を発生させる。

他方、ＥＣＭ５１には、クランク角センサ６７により発せられる単位クランク角又は基準クランク角毎の信号（ＥＣＭ５１は、これに基づいてエンジン１の回転速度ＮＥを算出する。）、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ６８からの信号、ＮＯｘトラップ触媒３２の温度を検出する触媒温度センサ６９からの信号、ＮＯｘトラップ触媒３２の上流（本実施形態では、タービン１２ｂの下流）における排気管内の温度を検出する排気温度センサ７０からの信号、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３の温度を検出するフィルタ温度センサ７１からの信号、及びコモンレール２２内の圧力を検出する燃料圧力センサ７２からの信号等が入力される。ＥＣＭ５１は、入力した信号、及びＨＣＭ４１からの指令に基づいて所定の演算を実行し、燃料噴射弁２１等のエンジン制御デバイスに対する指令信号を発生させる。ＥＣＭ５１は、特に、エンジン１の再始動に際し、ＮＯｘトラップ触媒３２の活性低下による排気性能の悪化を抑制するため、以下の始動制御を実施し、この触媒３２に流入する排気の温度を上昇させて、これを強制的に加熱する。

なお、本実施形態において、エンジン１の始動指令は、ＨＣＭ４１により、低負荷域でのモータジェネレータ３による走行中にアクセルペダルが大きく踏み込まれた場合の加速時や、モータジェネレータ３による長期に亘る走行によりバッテリ８１の放電が進み、残容量が所定の量にまで減少した場合の強制充電時等に発せられる。始動指令が発せられた場合に、エンジン１は、次のように始動する。グロープラグの余熱を行うとともに、モータジェネレータ２によりエンジン１のクランキングを行う。このクランキングによりエンジン１の回転速度が安定域に達した後、燃料の供給を開始し、完爆に至らせる。この始動時における燃料の供給を、一部の気筒の燃料噴射弁２１のみにより行ったり、あるいは燃料噴射量を少なく抑えて行うことで、エンジン１の始動に伴う振動の発生を抑制する。

以下、ＥＣＭ５１が行う制御について、フローチャートを参照して説明する。
図３は、始動制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、スタートキー６２の操作による電源のオンにより起動され、その後所定の時間毎に実行される。
Ｓ１０１では、後述する活性判定フラグＦｌａｇが０であるか否かを判定する。このＦｌａｇは、通常は０に設定されており、Ｓ１０２以降の処理によりエンジン１の再始動時にＮＯｘトラップ触媒３２が既に不活性化しており、又は再始動時には活性状態にあるものの、再始動に伴う排気の流入によりその活性が低下し、不活性化に至ると推測される場合に、１に設定される。Ｆｌａｇが０であるときは、Ｓ１０２へ進み、１であるときは、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０２では、始動指令を入力したか否かを判定する。始動指令は、既述の通りＨＣＭ４１により発せられる。始動指令を入力したときは、Ｓ１０３へ進み、入力していないときは、このルーチンを終了する。
Ｓ１０３では、冷却水温度ＴＷを読み込み、読み込んだＴＷが、今回の始動が、いわゆる再始動に当たることを判断するための所定の値ＴＷ１以上であるか否かを判定する。冷却水温度に代えて前回の機関停止時からの経過時間を採用し、これに基づいて再始動に当たるか否かを判定してもよい。ＴＷ１以上であるときは、前回の機関停止時からそれほどの時間が経過しておらず、再始動に当たるものとしてＳ１０４へ進む。他方、ＴＷ１よりも小さいときは、長期に亘る停止によりエンジン１及びＮＯｘトラップ触媒３２の冷却が充分に進んだ状態にあるとして、このルーチンを終了する。なお、この場合は、燃料噴射制御ルーチンにおいて、通常の始動増量制御（冷態始動に際し、燃料噴射量の増大によりエンジン１の暖機及び触媒３２の活性促進を図る。）が実施される。

Ｓ１０４では、ＮＯｘトラップ触媒３２の内部温度（以下「触媒温度」という。）Ｔｂｅｄを読み込む。本実施形態では、触媒３２に対し、その外殻の側面を外側から貫通させて触媒温度センサ６９を設置している。
Ｓ１０５では、読み込んだＴｂｅｄがＮＯｘトラップ触媒３２の活性下限温度を示す所定の値Ｔｂｅｄ１以下であるか否かを判定する。Ｔｂｅｄ１以下であるときは、Ｓ１０６へ進み、Ｔｂｅｄ１よりも大きいときは、図５に示すこのルーチンの活性低下推定部に移行する。なお、Ｔｂｅｄ１は、本発明の「第１の温度」に相当するものであり、冷態始動時における通常の始動増量制御に際し、触媒３２の活性が完了したことを判断するための活性判定温度として採用される。

Ｓ１０６では、再始動時にＮＯｘトラップ触媒３２が不活性の状態にあるとして、活性判定フラグＦｌａｇを１に設定し、触媒３２を強制的に加熱する制御を行う。
Ｓ１０１で活性判定フラグＦｌａｇが１であると判定した場合に、Ｓ１０７では、触媒温度Ｔｂｅｄを読み込む。
Ｓ１０８では、読み込んだＴｂｅｄが先のＴｂｅｄ１よりも大きな所定の値Ｔｂｅｄ２以上であるか否かを判定する。Ｔｂｅｄ２以上であるときは、Ｓ１０９へ進み、Ｔｂｅｄ２よりも小さいときは、このルーチンを終了して活性判定フラグＦｌａｇを１に保持し、ＮＯｘトラップ触媒３２の強制加熱を継続させる。

Ｓ１０９では、活性判定フラグＦｌａｇを０に設定する。
図５に示す活性低下推定部は、ＮＯｘトラップ触媒３２が再始動時には活性状態にあるものの、再始動に伴う排気の流入により冷却されて不活性化するか否かを、推定により判定するためのものである。
この活性低下推定部において、Ｓ３０１では、ＮＯｘトラップ触媒３２の上流における排気管内の温度（以下「排気温度」という。）Ｔｅｘｈを読み込む。

Ｓ３０２では、読み込んだＴｅｘｈに基づいてＮＯｘトラップ触媒３２の上流（本実施形態では、排気ポートから触媒３２の入口までの間）の排気が保持する熱量（以下「排気保持熱量」という。）Ｑｅｘｈを算出する。排気保持熱量Ｑｅｘｈは、再始動時における排気温度Ｔｅｘｈと、排気の重量とに基づいて算出することができる。
Ｓ３０３では、触媒温度Ｔｂｅｄを読み込む。

Ｓ３０４では、読み込んだＴｂｅｄに基づいてＮＯｘトラップ触媒３２が保持する熱量（以下「触媒保持熱量」という。）Ｑｃａｔを算出する。触媒保持熱量Ｑｃａｔは、再始動時における触媒温度Ｔｂｅｄと、触媒３２の重量とに基づいて算出することができる。
Ｓ３０５では、以上で算出し又は読み込んだＱｅｘｈ，Ｑｃａｔ，Ｔｂｅｄに基づいて、排気の流入により低下した後のＮＯｘトラップ触媒３２の温度Ｔｅｓｔを、次式（１）により算出する。なお、触媒３２の重量をＷｃと、比熱をＣｃとする。

Ｔｅｓｔ＝Ｔｂｅｄ−（（Ｑｃａｔ−Ｑｅｘｈ）／（Ｗｃ×Ｃｃ））・・・（１）
Ｓ３０６では、算出したＴｅｓｔが所定の値Ｔｅｓｔ１以下であるか否かを判定する。Ｔｅｓｔ１以下であるときは、Ｓ３０７へ進み、Ｔｅｓｔ１よりも大きいときは、再始動後もＮＯｘトラップ触媒３２の活性状態が維持されるものとして、このルーチンを終了する。所定の値Ｔｅｓｔ１は、先のＴｂｅｄ１とは関連を持たせずに設定することが可能であるが、本実施形態では、これを触媒３２の活性下限温度とし、Ｔｂｅｄ１と一致させる。

Ｓ３０７では、活性判定フラグＦｌａｇを１に設定し、ＮＯｘトラップ触媒３２を強制的に加熱する制御を行う。
図６は、燃料噴射制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンも、電源のオンにより起動され、所定の時間毎に実行される。
Ｓ４０１では、活性判定ルーチンＦｌａｇが１であるか否かを判定する。１であるときは、Ｓ４０２へ進む。他方、０であるときは、Ｓ４０６へ進み、冷態始動に際しては、通常の始動増量制御を、暖機後の通常運転に際しては、主に負荷に応じた通常制御を行う。

Ｓ４０２では、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸを読み込む。ＮＯｘトラップ量ＮＯＸは、ＮＯｘトラップ触媒３２がトラップしているＮＯｘの量であり、前回の機関停止に際し、ＥＣＭ５１に記憶させたものである。ＮＯｘトラップ量ＮＯＸは、前回の触媒再生時（排気の空燃比を一時的に低下させて、触媒３２からＮＯｘを放出させる。）からの積算回転数等に基づいて算出することができる。ＮＯｘトラップ量ＮＯＸは、エンジン１から単位回転数当たりに排出されるＮＯｘの量を積算することで、より正確に算出することができる。

Ｓ４０３では、読み込んだＮＯＸが所定の値ＮＯＸ１以上であるか否かを判定する。ＮＯＸ１以上であるときは、Ｓ４０４へ進み、ＮＯＸ１よりも小さいときは、Ｓ４０５へ進む。ＮＯＸ１は、エンジン１の再始動に際してＮＯｘトラップ量ＮＯＸがＮＯｘトラップ触媒３２の限界トラップ量に達しているか否かを判定するためのものであり、通常運転時に触媒再生実施の可否を判断する際に採用されるもの（＝ＮＯＸｒｅｇ）に依存させる必要はない。すなわち、所定の値ＮＯＸ１には、再始動時における判断のための特別な値を採用することができ、本実施形態では、再始動後の浄化能力に余裕を持たせるため、ＮＯＸ１を、通常運転時における判断に採用されるＮＯＸｒｅｇよりも小さな値に設定している。

Ｓ４０４では、強制加熱に際して調整すべき排気の空燃比λを、理論値又はこれよりも小さな所定の値λｓに設定する。
Ｓ４０５では、強制加熱に際して調整すべき排気の空燃比λを、理論値よりも大きな所定の値λｌ（＞λｓ）に設定する。
Ｓ４０６では、再始動時において、ＮＯｘトラップ触媒３２の活性状態に応じて強制加熱を実施する。本実施形態では、この強制加熱は、触媒３２に流入する排気の温度を上昇させることにより行う。このため、本実施形態では、機関出力の形成を目的とした通常の燃料噴射とは別に追加の燃料噴射を実施することとし、たとえば、この追加の燃料噴射を通常の燃料噴射よりも遅らせて膨張行程中に行うことで、後燃えを生じさせ、排気の温度を上昇させる。追加で行われる燃料噴射による噴射量をλにより異ならせ、λｌにより排気を酸素過剰な状態に調整するのを原則とする一方、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸが限界トラップ量に達しているときは、吸気絞り弁１４により吸入空気量を減少させるとともに、λｓにより噴射量を増大させて、排気の空燃比を理論値又はこれよりも低い値に調整する。

本実施形態に関し、ＮＯｘトラップ触媒３２及びＥＣＭ５１が「エンジンの排気浄化装置」を構成する。すなわち、図３に示すフローチャートのＳ１０２，１０３が「始動検知手段」としての機能を、同フローチャートのＳ１０６及び図５に示すフローチャートのＳ３０７、ならびに図６に示すフローチャートのＳ４０３〜４０６が「加熱制御手段」としての機能を実現する。また、図６に示すフローチャートのＳ４０２が「ＮＯｘトラップ量検出手段」としての機能を、図３に示すフローチャートのＳ１０４が「第１の温度検出手段」としての機能を、同フローチャートのＳ１０５が「第１の活性判定手段」としての機能を、図５に示すフローチャートのＳ３０５，３０６が「第２の活性判定手段」としての機能を実現する。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態では、エンジン１の再始動を検知し、これを検知した再始動検知時において、ＮＯｘトラップ触媒３２を強制的に加熱することとしたので、機関停止中に走行風等を受けて冷却された排気が再始動に伴い流入することによる触媒３２の活性低下を抑制し、再始動時における排気性能の悪化を抑制することができる。本実施形態では、触媒３２の強制加熱に際し、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸを考慮し、これが触媒３２の限界トラップ量（＝ＮＯＸ１）に達している場合に、排気の空燃比を理論値又はこれよりも低い値（＝λｓ）に調整することとしたので、強制加熱により触媒３２の活性低下を抑制しつつ、再始動後における触媒３２の浄化能力を確保することができる。本実施形態では、限界トラップ量に相当する所定の値ＮＯＸ１を比較的に小さな値に設定したので、再始動後の浄化能力に余裕を持たせ、走行中に行われる触媒再生の頻度を低減することができる。また、本実施形態では、再始動検知時にＮＯｘトラップ触媒３２が不活性の状態にあるときに限らず、低温の排気の流入により低下する再始動後の活性状態を推定により判定することとしたので、触媒３２の不活性化を確実に回避し、排気性能を良好に維持することができる。図７は、機関停止時（時刻ｔ１）から再始動後に亘るＮＯｘトラップ触媒３２の入口及び内部における温度Ｔｉｎｔ（≒Ｔｅｘｈ），Ｔｂｅｄの変化を示している。機関停止中に入口温度Ｔｉｎｔが走行風等の影響により急速に低下するのに対し、内部温度Ｔｂｅｄは、走行風等の影響を受けるものの、触媒３２の熱容量が大きいことから比較的に緩慢な低下を示す。このため、内部温度Ｔｂｅｄは、再始動検知時（時刻ｔ２）に高温に保持されることとなるが、再始動後において、再始動に伴う低温の排気の流入により触媒３２が冷却されることで、急速に低下する。本実施形態では、再始動検知時に触媒３２が不活性の状態にあるときに強制加熱を実施することで、触媒３２の活性低下を抑制し、速やかな活性回復を図るとともに、再始動検知時に触媒３２が活性状態にあるものの、再始動に伴う低温の排気の流入により不活性の状態に至ると推測されるときに強制加熱を実施することで、触媒３２の不活性化を回避することができる。図７において、曲線Ａは、強制加熱により触媒３２の不活性化が回避された最も好ましい状態を、曲線Ｂは、一時的に不活性な状態に至るものの、強制加熱により速やかな活性回復がなされた状態を示している。他方、曲線Ｃは、強制加熱を特に実施せず、暖機の進行に伴い触媒３２の活性状態を回復させた場合の状態を示している。

本実施形態では、再始動検知時において、触媒温度Ｔｂｅｄと、ＮＯｘトラップ触媒３２の活性下限温度を示す第１の温度（＝Ｔｂｅｄ１）との比較により触媒３２の活性状態を判定することとしたが、これに限らず、所定の温度として活性下限温度以外の温度を採用することもできる。たとえば、触媒３２の活性下限温度よりも高く、かつエンジン１の暖機後における触媒３２の通常温度よりも低い温度Ｔｂｅｄ３を設定し、触媒温度Ｔｂｅｄと、この所定の温度Ｔｂｅｄ３との比較により触媒３２の活性状態を判定する。この場合は、Ｔｂｅｄ３が本発明の「第２の温度」に相当する。なお、Ｔｂｅｄ３は、冷態始動に際して触媒３２の活性完了を判断するための活性判定温度と一致させる必要はなく、これよりも高い温度に設定することで、触媒３２の不活性化をより確実に回避することができる。

図４は、始動制御ルーチンの他の例のフローチャートを示している。このルーチンは、ＥＣＭ５１により、所定の時間毎に実行される。なお、このフローチャートにおいて、図３に示すフローチャートと同様の処理を行うステップには、同一の符合を付している。
Ｓ２０１では、停止指令を入力したか否かを判定する。入力したときは、Ｓ２０２へ進み、入力していないときは、Ｓ１０１へ進む。停止指令は、ＨＣＭ４１により発せられる。

Ｓ２０２では、ＮＯｘトラップ触媒３２の入口温度Ｔｉｎｔとして、触媒３２の上流における排気管内の温度（すなわち、排気温度Ｔｅｘｈ）を読み込み、読み込んだＴｉｎｔを停止後の経過時間と対応させて記憶する。
Ｓ２０３では、ＨＣＭ４１からの始動指令を入力したか否かを判定する。入力したときは、Ｓ１０１へ進み、入力していないときは、このルーチンを終了し、次回の演算周期において、Ｓ２０２で更に入口温度Ｔｉｎｔを読み込み、経過時間との関連のもとで記憶する。

Ｓ１０１の判定を経て、Ｓ１０３で今回の始動が再始動に当たると判定した場合において、Ｓ２０４では、機関停止中に停止後の経過時間との関連のもとで記憶した一連の入口温度Ｔｉｎｔを読み出す。
Ｓ２０５では、読み出した一連のＴｉｎｔに基づいてＮＯｘトラップ触媒３２の温度特性を決定する。この触媒温度特性は、入口温度Ｔｉｎｔに対する触媒３２の活性状態の変化を示すものであり、ＥＣＭ５１に記憶している特性を検出した実際の入口温度Ｔｉｎｔの変化に対応させて補正することにより決定する。走行風が強いときなどの入口温度Ｔｉｎｔの低下が急速なときと、この低下が緩慢なときとでは、一定のＴｉｎｔにおける触媒３２の活性状態（すなわち、内部温度）に差が生じるからである。

Ｓ２０６では、決定した触媒温度特性により再始動検知時におけるＮＯｘトラップ触媒３２の浄化性能値ηを推定する。このηは、触媒３２の活性状態を数値により表したものであり、たとえば、ＮＯｘの転化率が採用される。
Ｓ２０７では、推定したηがＮＯｘトラップ触媒３２の性能下限値に当たる所定の値η１以下であるか否かを判定する。η１以下であるときは、Ｓ１０６へ進んで活性判定フラグＦｌａｇを１に設定し、η１よりも大きいときは、このルーチンの活性低下推定部に移行する。この活性低下推定部における処理の流れは、図５に示すフローチャートのものと同様であってよい。なお、本実施形態において、所定の値η１は、冷態始動に際して触媒３２の活性完了を判断するのに採用される浄化性能値と一致し、このη１が得られる入口温度Ｔｉｎｔは、触媒３２が冷却される場合（Ｔ１：本発明の「第３の温度」に相当する。）と、加熱される場合とで相違する（Ｔ１＜Ｔ２）。触媒３２の熱容量の大きさによるものである。図８は、入口温度ＴｉｎｔとＮＯｘトラップ触媒３２の浄化性能値ηとの関係を示しており、曲線Ａが降温時のものを、曲線Ｂが昇温時のものを示している。

Ｓ２０８では、入口温度Ｔｉｎｔを読み込む。
Ｓ２０９では、読み込んだＴｉｎｔが、常温からの昇温に際して性能下限値η１が得られる入口温度Ｔ２を示す所定の値Ｔｉｎｔ２以上であるか否かを判定する。Ｔｉｎｔ２以上であるときは、Ｓ１０９へ進んで活性判定フラグＦｌａｇを０に設定し、Ｔｉｎｔ２よりも小さいときは、このルーチンを終了してＦｌａｇを１に保持する。

この例では、図４に示すフローチャートのＳ２０３，１０３が「始動検知手段」としての機能を、同フローチャートのＳ２０２，２０４が「第２の温度検出手段」としての機能を、同フローチャートのＳ２０５〜２０７が「第１の活性判定手段」としての機能を実現する。
このような構成によれば、冷態始動時におけるＮＯｘトラップ触媒３２の活性状態を入口温度Ｔｉｎｔに基づいて判定するとともに、この判定に採用される温度センサを流用して再始動時における活性判定を行うことができ、部品点数を削減することができる。

なお、以上では、活性低下推定部（図５）において、ＮＯｘトラップ触媒３２とその上流の排気とが再始動検知時に夫々保持する熱量Ｑｃａｔ，Ｑｅｘｈを算出し、これらの差に基づいて触媒３２の再始動後における活性状態を推定することとした（Ｓ３０５，３０６）。しかしながら、本発明は、これに限らず、触媒温度Ｔｂｅｄと、排気温度Ｔｅｘｈ又は入口温度Ｔｉｎｔとの差Δｔ（＝Ｔｂｅｄ−Ｔｅｘｈ）を算出し、算出したΔｔに基づいて再始動後における活性状態を判定することもできる。たとえば、再始動検知時に活性状態にあるものの、Δｔが所定の値以上であるときは、排気の流入により触媒３２が冷却され、不活性の状態に至ると推測して、強制加熱を実施するのである。あるいは、単に、再始動検知時における活性状態によらず、検出した温度Ｔｂｅｄ，Ｔｅｘｈの差Δｔが所定の値以上であることをもって、強制加熱を実施してもよい。

また、エンジンには、ディーゼルエンジン以外にガソリンエンジンを採用することができる。エンジンによりハイブリッド車の複合駆動源を構成するに限らず、アイドルストップ車の駆動源を構成してもよい。
更に、パラレル型の複合駆動源を構成するに限らず、エンジンをジェネレータの駆動にのみ採用し、このジェネレータから得られた電力によりモータを作動させて動力を伝達させるシリーズ型の複合駆動源を構成してもよい。このような複合駆動源でも、ジェネレータに対する発電要求に応じてエンジンを間欠的に運転させる必要があり、本発明の適用により、エンジンの排気性能を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る動力伝達系の構成同上実施形態に係るディーゼルエンジンの構成始動制御ルーチンの活性判定部のフローチャート同上活性判定部の他の例のフローチャート始動制御ルーチンの活性低下推定部のフローチャート燃料噴射制御ルーチンのフローチャート機関停止から再始動後に亘るＮＯｘトラップ触媒の入口及び内部における温度の変化ＮＯｘトラップ触媒の入口温度と活性状態との関係

符号の説明

１…ディーゼルエンジン、２，３…モータジェネレータ、４…無段変速機、４ａ…電磁クラッチ、５…ディファレンシャルギヤ、６…車輪、１１…吸気通路、１２…ターボチャージャ、１３…サージタンク、２１…燃料噴射弁、２２…コモンレール、３１…排気通路、３２…ＮＯｘトラップ触媒、３３…ディーゼルパティキュレートフィルタ、３５…ＥＧＲ管、３６…ＥＧＲ弁、４１…ハイブリッドコントロールモジュール、５１…エンジンコントロールモジュール、６１…アクセルセンサ、６２…スタートキー、６３…シフトセンサ、６４…ブレーキセンサ、６５…車速センサ、６６…バッテリセンサ、６７…クランク角センサ、６８…冷却水温度センサ、６９…触媒温度センサ、７０…排気温度センサ、７１…フィルタ温度センサ、７２…燃料圧力センサ。

Claims

ディーゼルエンジンの排気通路に設置され、排気の空燃比が理論値よりも高い酸素過剰雰囲気下で排気中のＮＯｘをトラップする一方、この排気の空燃比の低下によりトラップしているＮＯｘを放出するとともに、放出したＮＯｘを還元させるＮＯｘトラップ触媒と、
前記エンジンの冷却水温度が所定の値よりも高い状態でのエンジンの再始動を検知する始動検知手段と、
前記始動検知手段により前記エンジンの再始動が検知された再始動検知時に限り、前記ＮＯｘトラップ触媒を強制的に加熱する手段であって、この触媒の強制加熱に際し、排気の空燃比をこの触媒がトラップしているＮＯｘの量に応じた空燃比に調整する加熱制御手段と、
を含んで構成されるエンジンの排気浄化装置。
前記ＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘの量をＮＯｘトラップ量として検出するＮＯｘトラップ量検出手段を更に含んで構成され、
前記加熱制御手段は、前記ＮＯｘトラップ量検出手段により検出されたＮＯｘトラップ量が、前記ＮＯｘトラップ触媒の限界トラップ量としての所定の値未満であるときは、前記排気の空燃比を理論値よりも高い第１の空燃比に調整する一方、前記ＮＯｘトラップ量が前記所定の値以上であるときは、前記排気の空燃比を前記第１の空燃比よりも低い第２の空燃比に調整する請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
エンジンの再始動時における前記ＮＯｘトラップ触媒の活性状態を判定する第１の活性判定手段を更に含んで構成され、
前記加熱制御手段は、前記再始動検知時において、前記第１の活性判定手段による前記ＮＯｘトラップ触媒に関する低活性判定が下された場合に、この触媒を加熱する請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記ＮＯｘトラップ触媒の内部温度を検出する第１の温度検出手段を更に含んで構成され、
前記第１の活性判定手段は、前記第１の温度検出手段により検出された内部温度が、前記ＮＯｘトラップ触媒の活性下限温度を示す第１の温度以下であるときに、前記低活性判定を下す請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記ＮＯｘトラップ触媒の内部温度を検出する第１の温度検出手段を更に含んで構成され、
前記第１の活性判定手段は、前記第１の温度検出手段により検出された内部温度が、前記ＮＯｘトラップ触媒の活性下限温度よりも高く、かつエンジンの暖機後におけるこの触媒の通常温度よりも低い第２の温度以下であるときに、前記低活性判定を下す請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記ＮＯｘトラップ触媒の入口温度を検出する第２の温度検出手段を更に含んで構成され、
前記第１の活性判定手段は、前記第２の温度検出手段により検出された入口温度が、常温からの昇温に際して前記ＮＯｘトラップ触媒の活性完了を判断するための活性判定温度よりも低い第３の温度以下であるときに、前記低活性判定を下す請求項３〜５のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
前記再始動検知時において、エンジンの再始動に伴う排気の流入により低下する、再始動後における前記ＮＯｘトラップ触媒の活性状態を推定により判定する第２の活性判定手段を更に含んで構成され、
前記加熱制御手段は、前記再始動検知時において、前記第２の活性判定手段による前記ＮＯｘトラップ触媒に関する低活性判定が下された場合に、この触媒を加熱する請求項１〜６のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
前記第２の活性判定手段は、前記再始動検知時に前記ＮＯｘトラップ触媒が保持する熱量と、前記再始動検知時にこの触媒の上流の排気が保持する熱量とを算出し、算出した各熱量に基づいて前記再始動後の活性状態を判定する請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記ディーゼルエンジンが、電気駆動源との複合駆動源を構成するエンジンである請求項１〜８のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。