JP4853415B2

JP4853415B2 - 内燃機関の排気浄化システム

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Publication number: JP4853415B2
Application number: JP2007188374A
Authority: JP
Inventors: 宏樹村田; 功松本; 尚史曲田; 晃山下; 宏行芳賀; 武則竿田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-07-19
Also published as: JP2009024589A

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気にはカーボンを主成分とする微粒子物質（ＰＭ：Particulate Matter）が含まれている。これらの微粒子物質の大気への放散を防止するために内燃機関の排気系に微粒子物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を設ける技術が知られている。

かかるフィルタにおいては、捕集された微粒子物質の堆積量が増加すると、フィルタの目詰まりによって排気における背圧が上昇し機関性能が低下するので、フィルタの温度を上昇させて捕集された微粒子物質を酸化除去することとしている（以下、「ＰＭ再生処理」という。）。この場合にも、フィルタの温度を上昇させるために、フィルタに還元剤としての燃料を供給する場合がある。

また、内燃機関と、内燃機関が出力する動力を利用して発電を行う発電機としての機能と動力を出力する電動機としての機能とを併せ持つ電動発電機とを備えたハイブリッド車両が公知である。このようなハイブリッド車両に適用される内燃機関の排気浄化システムに関連して、電動発電機の発電動作によって内燃機関に負荷を付与することによって排気の温度を上昇させる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

上記技術では、一般に排気の温度が低下する停車時においても排気を容易に昇温できるので、フィルタに対するＰＭ再生処理を実施する際においては微粒子物質の酸化除去を効率的に行うことができる。

しかしながら、内燃機関の搭載される車両が走行しているときと停車しているときとにおいて、或いは車両の走行速度（車速）の違いにより、内燃機関の排気系から放出される熱量の放熱度合いが大きく異なる。従って、ＰＭ再生処理を実施する際に排気系における放熱度合いの影響を考慮してフィルタを昇温させないとフィルタが過度に昇温される虞があった。その結果、フィルタに熱劣化が生じ、あるいはテールパイプから非常に高温の排気が放出され、車両周囲の温度を過度に上昇させてしまう虞があった。
特開２０００−２９７６６９号公報

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィルタに対するＰＭ再生処理の実施中において、車両の走行速度の減少に伴い排気系からの放熱度合いが低下することによってフィルタが過度に昇温されることを抑制することである。

上記課題を達成するために本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。
即ち、
内燃機関の排気通路に設けられ該排気通路を通過する排気中の微粒子物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに熱量を供給して該フィルタを所定の目標温度まで昇温させるとともに、
前記フィルタに捕集された微粒子物質を酸化除去するＰＭ再生処理を実施するＰＭ再生手段と、
前記内燃機関が搭載された車両における走行速度に基づいて前記内燃機関の排気系から該排気系の外部へ放熱される放熱度合いを推定する放熱度合い推定手段と、
前記ＰＭ再生手段による供給熱量を、前記放熱度合い推定手段によって推定された前記放熱度合いに基づいて制御する供給熱量制御手段と、
を備えることを特徴とする。

すなわち本発明においては、ＰＭ再生手段がフィルタに熱量を供給して該フィルタを所定の目標温度まで昇温させる。所定の目標温度とは、ＰＭ再生処理を実施する際のフィルタの目標温度であって、フィルタに捕集された微粒子物質（ＰＭ）を酸化除去することが可能な温度である。

ところで、ＰＭ再生処理の実施している最中において車両の走行速度は一定ではなく、運転者の要求によって車両の加減速、或いは停車・発進は繰り返される。一般に、車両の走行速度が高い（速い）場合には走行風が排気系からより多くの熱量を奪うので排気系の放熱度合いが高くなる。一方、走行速度が低い（遅い）場合には上記とは逆に排気系からの放熱度合いが低くなり、車両が停車している場合には特に低くなる。

このように、車両の走行速度に応じて排気系の放熱度合いが相違すると、ＰＭ再生手段からフィルタに供給される熱量が等しくても、フィルタの昇温性（例えば、フィルタの昇温量、昇温速度等）に影響を及ぼす。特に、ＰＭ再生処理の実施中に急減速し、或いは走行状態から停車する場合のように排気系の放熱度合いが低下すると、フィルタが昇温し過ぎてしまい、フィルタの熱劣化や破損等を招来する虞がある。

これに対し本発明では、放熱度合い推定手段が、ＰＭ再生処理の実施時における車両の走行速度に基づいて排気系からの放熱度合いを推定する。具体的には、本発明における放熱度合い推定手段は、車両の走行速度が遅いほど排気系の放熱度合いが低くなるように該放熱度合いを推定する。本発明における「排気系」とは内燃機関から排出される排気の通過する排気通路のほか、排気通路に設けられるフィルタを含む概念である。

そして、本発明では上記推定された放熱度合いに基づいてＰＭ再生手段による供給熱量を制御することとした。すなわち、供給熱量制御手段は、推定された放熱度合いが低いほどＰＭ再生手段による供給熱量が少なくなるように該供給熱量が制御される。また、本発明においては、ＰＭ再生手段による単位時間当たりの供給熱量を増減し、あるいは熱量の供給時間を増減することによって供給熱量を制御しても良い。

本発明によれば、車両の走行速度の違いにより排気系からの放熱度合いが変化しても、フィルタに供給される供給熱量を排気系の放熱度合いに応じて調節することができる。従って、排気系の放熱度合いが低いにも関わらず該放熱度合いが高い場合と同等に熱量が供給されてしまうことを抑制できる。つまり、フィルタを前述した目標温度まで精度良く昇温させることができる。その結果、フィルタが過度に昇温されることを好適に抑制することができる。

ここで、ＰＭ再生手段がフィルタに熱量を供給する際に用いられる手段としては、種々の手段を採用することができる。例えば、本発明に係る排気浄化システムは、排気通路におけるフィルタよりも上流側に設けられ、あるいはフィルタに担持される酸化触媒と、酸化触媒に流入する前の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を更に備えても良い。そして、ＰＭ再生手段は、還元剤供給手段に還元剤を供給させることによりフィルタに熱量を供給しても良い。これによれば、酸化触媒における還元剤の酸化熱により排気の温度
が上昇するため好適にフィルタを昇温できる。

なお、上記構成における還元剤供給手段は、酸化触媒よりも上流側の排気通路に還元剤添加弁を設け、還元剤から還元剤を添加することによって酸化触媒に流入する前の排気に還元剤を供給しても良い。また、還元剤供給手段は、内燃機関の燃料噴射弁に主噴射とは異なる時期に還元剤としての燃料を副噴射させても良い。また、ＰＭ再生手段は、電気式ヒータや燃焼式バーナ等でフィルタに熱量を供給するようにしても良い。

ところで、排気系の放熱度合いは、過去の走行履歴の影響を受けると考えられる。例えば、現在の車両が停車中であったとしても、停車前における走行速度が高速であるのか、或いは低速であるのかによって停車後におけるフィルタの昇温性に影響を及ぼす場合がある。

そこで、本発明においては、車両が停車した状態でＰＭ再生処理を実施する場合に、供給熱量制御手段は車両の停車前における走行履歴に基づいてＰＭ再生手段による供給熱量（例えば、単位時間当たりの供給熱量）を補正するようにしても良い。

例えば、高速走行している車両が急減速してから停車した場合には、排気系の放熱度合いが非常に高い状態から急激に低い状態に移行する。その結果、車両の停車後においては走行時に比べてフィルタが昇温し易くなるため、ＰＭ再生手段による供給熱量をより少なくしないとフィルタが目標温度を超えてしまう場合がある。

一方、低速走行している車両が徐々に減速した後に停車した場合には、もともと車両の走行時においても排気系の放熱度合いが比較的に低い状態に維持されているため、車両の停車後において走行時に比べて供給熱量をあまり減じなくてもフィルタが過昇温する虞がない。

そこで本発明では、車両の停車前における走行速度が速いほど、停車時におけるＰＭ再生手段による供給熱量が少なくなるように該供給熱量を減量補正しても良い。これによれば、車両が停車している状態において、フィルタにＰＭ再生手段から供給される熱量をより一層精度良く制御できる。なお、本発明における走行履歴とは、車両が停車する前に定常走行をしていたときの走行速度のほか、走行時における一定期間における平均速度、走行時における加減速の程度等の概念を含んでいても良く、これらに基づいてＰＭ再生手段による供給熱量を補正しても良い。

また、ＰＭ再生処理の実施中において停車している車両が走行を開始（再開）したときには、車両の走行速度が零から増加するため放熱度合い推定手段により推定される排気系の放熱度合いが高くなる。従って、車両の発進時おいては停車時に比べてフィルタに供給される供給熱量を増加させるべきとも考えられる。しかし、車両の走行が開始されると内燃機関の燃料噴射量が増大するため該内燃機関から排出される排気の昇温が見込まれる。そして、停車中においてもＰＭ再生手段による熱量の供給が継続されているため、急激な加速要求が出される場合等にはフィルタの温度が過度に上昇する虞がある。

そこで本発明においては、ＰＭ再生処理の実施中において停車している車両が走行を開始する場合には、車両が走行を開始してから所定のディレイ時間に亘って、供給熱量制御手段による供給熱量の増加が禁止されても良い。すなわち、原則的には車速の増加に伴ってＰＭ再生手段による供給熱量が増加されるところ、供給熱量の増加を開始する時期を所定のディレイ時間だけ遅らせることとした。

この所定のディレイ時間は、車両の走行開始後に、供給熱量の増加を開始する時期をこ
の時間だけ遅らせれば内燃機関から排出される排気の温度が上昇してもフィルタが過昇温する虞のないような観点から定められると好適である。例えば、所定のディレイ時間は、車両が走行を開始してから該車両の加速度が所定の閾値以下になるまでの時間であっても良い。すなわち、車両の走行開始直後の、車両が加速している期間中は供給熱量制御手段による供給熱量の増加が禁止される。これによれば、ＰＭ再生処理の実施中において内燃機関から排出される排気の温度が急激に上昇しても、フィルタが過度に昇温されることが抑制され、該フィルタに熱劣化が生じることを抑制できる。なお、所定の閾値は内燃機関の負荷が略一定となるときにおける加速度であって、略零であっても良い。

また、本発明に係る排気浄化システムが適用される車両は内燃機関と電動機との動力源で走行するハイブリッド車両であっても良い。そして、ＰＭ再生処理の実施中において停車している車両が走行を開始する場合には、内燃機関が出力するエンジントルクが所定の発進時上限トルク以下の範囲内で制御されるとともに要求トルクに対するエンジントルクの不足分は電動機によって出力されても良い。

ここで、所定の発進時上限トルクとは、車両の発進時においてエンジントルクを増加させても内燃機関から排出される排気の温度が過度に上昇せず、フィルタが過昇温する虞の生じないときのエンジントルクの上限値である。このように、車両に対する加速要求時においては、エンジントルクを発進時上限トルク以下の範囲内で制御することによってフィルタが過昇温されることを抑制できる。また、要求トルクに対するエンジントルクの不足分は電動機によって出力されるので、運転者の要求を満足できると共にドライバビリティを向上させることができる。

ここで電動機は、内燃機関が出力する動力を利用して発電を行う発電機としての機能を併せ持つ電動発電機であっても良い。そして、車両が停車した状態でＰＭ再生処理を実施する場合に、電動発電機の発電動作によって内燃機関に負荷を付与しても良い。これによれば、アイドリング状態に比べて内燃機関の燃料噴射量が増加するため該内燃機関から排出される排気の温度を上昇させることができる。

また、停車時に負荷を増加させる制御が実施される場合に、内燃機関から排出される排気の温度の上昇が見込める分だけフィルタが昇温しやすくなるため、フィルタが過度に昇温する虞のある場合にはＰＭ再生手段による供給熱量を減量しても良い。これによれば、フィルタが過度に昇温されることを好適に抑制できる。また、ＰＭ再生処理の実施中におけるフィルタの温度が所定の限界温度以上になった場合には、ＰＭ再生手段による供給熱量を減量しても良いし、ＰＭ再生処理の実施を一旦中断しても良い。所定の限界温度はフィルタの温度が過度に上昇して、フィルタに熱劣化が生じうると判断できるときの温度である。これにより、フィルタの過昇温を確実に抑制することができる。

本発明にあっては、フィルタに対するＰＭ再生処理の実施において、車両の走行速度に応じた排気系の放熱度合いに基づいてフィルタに供給する供給熱量を制御できる。その結果、車両の走行速度の減少に伴い排気系からの放熱度合いが低下してもフィルタが過度に昇温されることを抑制できる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜ハイブリッド車両のシステム構成＞
図１は本実施例に係る排気浄化システムが適用されるハイブリッド車両のシステム構成を示すブロック図である。この本システムはハイブリッド車両の主動力として機能するエンジン１、補助動力として機能するモータジェネレータ（以下、単に「ＭＧ」という。）２、本システム全体を制御するメインＥＣＵ３、Ｔ／Ｍ４、Ｔ／ＭＥＣＵ５、バッテリ６、インバータ７及びバッテリＥＣＵ８から構成されている。

ＭＧ２は、エンジン１の駆動力をアシストする電動機として、或いはバッテリ６を充電するための発電機として機能するように構成されている。本実施例においてはエンジン１、ＭＧ２が本発明における内燃機関、電動機に相当する。

例えば、ハイブリッド車両がエンジン１、ＭＧ２の何れかの動力のみにより走行する場合には、Ｔ／ＭＥＣＵ５からの指令によってＴ／Ｍ４を介してエンジン１、ＭＧ２の何れかの動力が車輪９に伝達され、双方を動力源として車両が走行する場合には、エンジン１およびＭＧ２の動力がＴ／Ｍ４を介して車輪９に伝達される。

バッテリ６は、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た充電可能な蓄電池である。バッテリ６には、該バッテリ６の充電状態（つまり、充電量）を検出するバッテリＥＣＵ８が設置されており、メインＥＣＵ３と電気的に接続されている。インバータ７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ＭＧ２に供給すると共に、ＭＧ２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に供給することが可能なように構成されている。

ここで、本実施例におけるハイブリッド車両の運転制御について説明する。本実施例におけるハイブリッドシステムでは、電動機及び発電機として機能するＭＧ２とエンジン１とのそれぞれの駆動力配分がメインＥＣＵ３により制御され、ハイブリッド車両の走行状態が制御される。エンジン１に出力させるトルク（以下、「エンジントルク」という。）ＴＱｅとＭＧ２に出力させるトルク（以下、「アシストトルク」という。）ＴＱａとの和が要求トルクＴＱｒに一致するようにエンジントルク及びアシストトルクＴＱａがメインＥＣＵ３により制御される。

＜排気浄化システムの概略構成＞
図２は本実施例における排気浄化システムの概略構成を示す図である。図２に示すエンジン１はディーゼルエンジンであり、エンジン１の内部及びその吸気系は省略されている。

図２において、エンジン１には、該エンジン１から排出される排気が流通する排気通路１５が接続され、この排気通路１５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気通路１５の途中には酸化触媒２０が配置されている。そして、排気通路１５における酸化触媒２０よりも下流側には、排気中の微粒子物質（以下、単に「ＰＭ」ともいう。）を捕集するフィルタ２１が配置されている。本実施例においてはフィルタ２１が本発明におけるフィルタに相当する。

なお、排気通路１５における酸化触媒２０の上流側には、フィルタ２１に対するＰＭ再生処理の際に、還元剤としての燃料を排気中に添加する燃料添加弁２２が配置されている。本実施例においては燃料添加弁２２が本発明における還元剤供給手段に相当する。また、フィルタ２１の上流側と下流側には、フィルタ２１に流入する排気の温度、フィルタ２１から流出する排気の温度を検出する第１温度センサ２３及び第２温度センサ２４が設けられている。また、エンジン１には外気温度を検出する外気温センサ２５、車両の走行速
度（車速）を検出する車速センサ２６が併設されている。

ここで、上述したメインＥＣＵ３は、ハイブリッド車両のハイブリッドシステムを制御するほか、エンジン１の酸化触媒２０、フィルタ２１を含めた排気浄化システムに係る制御を行うユニットである。メインＥＣＵ３には、図示しないエアフローメータ、クランクポジションセンサや、アクセルポジションセンサなどのエンジン１の運転状態の制御に係るセンサ類や、第１温度センサ２３、第２温度センサ２４、外気温センサ２５、車速センサ２６が電気配線を介して接続され、出力信号がメインＥＣＵ３に入力されるようになっている。一方、メインＥＣＵ３には、エンジン１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、燃料添加弁２２が電気配線を介して接続され、メインＥＣＵ３によって制御されるようになっている。

また、メインＥＣＵ３には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、エンジン１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。以下で説明する本実施例におけるＰＭ再生制御ルーチンも、メインＥＣＵ３内のＲＯＭに記憶されたプログラムの一つである。

ここで、上記の構成においてフィルタ２１に捕集されたＰＭを酸化除去するＰＭ再生処理を実施する場合について説明する。本実施例においては、フィルタ２１０に対してＰＭ再生要求が出されると、メインＥＣＵ３からの指令によって燃料添加弁２２から燃料が排気中に添加される。排気中に添加された添加燃料は酸化触媒２０において酸化されるため、その際に生じる反応熱によってフィルタ２１に流入する排気の温度（以下、「流入排気温度」という。）ＴＥを上昇させることができる。

本実施例においては、フィルタ２０の温度（以下、「フィルタ温度」という。）ＴＦをＰＭ再生時目標温度ＴＦｔまで上昇させるべく流入排気温度の目標値（以下、「目標流入排気温度」という。）ＴＥｔが設定され、これに応じて燃料添加弁２２による単位時間当たりの燃料添加量（以下、「単位燃料添加量」という。）ΔＱａｄが制御される。なお、ＰＭ再生時目標温度ＴＦｔはフィルタ２１に捕集されたＰＭを酸化除去するために必要なＰＭ再生処理時におけるフィルタ２１の目標温度である。このように、フィルタ温度ＴＦをＰＭ再生時目標温度ＴＦｔまで上昇させることによりフィルタ２１に捕集されたＰＭの酸化除去が行われる。本実施例においてはＰＭ再生時目標温度ＴＦｔが本発明における所定の目標温度に相当する。また、ＰＭ再生処理を実行するメインＥＣＵ３が本発明におけるＰＭ再生手段に相当する。

ところで、ＰＭ再生処理が実行されている間もエンジン１の排気系からは外部への放熱という形で熱量が奪われる。この放熱の大きさの程度である放熱度合いは車両の走行状態（例えば、走行・停車、車速など）によって異なるため、単位燃料添加量ΔＱａｄが等しい場合であってもフィルタ２１の昇温量、昇温速度等が変化してしまう。そこで、本実施例ではＰＭ再生処理の実施時における車速ＳＰに応じて目標流入排気温度ＴＥｔを制御することとした。言い換えると、単位時間当たりにフィルタ２１に供給される熱量に相関する単位燃料添加量ΔＱａｄが制御される。

図３は、本実施例におけるＰＭ再生処理を実施しているときの車速ＳＰと燃料添加のＯＮ−ＯＦＦ状態と目標流入排気温度ＴＥｔとフィルタ温度ＴＦとの関係を例示したタイムチャートである。図３（ａ）は、車速ＳＰの推移を示したタイムチャートである。図３（ｂ）は、燃料添加のＯＮ−ＯＦＦ状態の推移を示したタイムチャートである。図３（ｃ）は、目標流入排気温度ＴＥｔの推移を示したタイムチャートである。図３（ｄ）は、フィルタ温度ＴＦの推移を示したタイムチャートである。図３（ａ）に示すように、定常走行状態（車速：ＳＰ１）で走行している車両は時間ｔ１において減速を開始し、時間ｔ２〜
ｔ３に亘り停車（車速：０）している。そして、時間ｔ３において走行を再開して時間ｔ３〜ｔ４まで加速した後、時間ｔ４以降は定常走行状態（車速：ＳＰ１）であることを示している。また、図３（ｂ）に示すように、時間ｔ０から燃料添加弁２２による燃料添加が行われている。つまり、時間ｔ０においてフィルタ２１に対してＰＭ再生要求が出されたことを意味する。

また、図３（ｃ）、（ｄ）に示した破線は、車速ＳＰに応じて排気系の放熱度合いが変化しても目標流入排気温度ＴＥｔを一定に維持したときの目標流入排気温度ＴＥｔとフィルタ温度ＴＦの関係を例示したものである。ここで、破線について考えると、時間ｔ１において車速ＳＰが低下すると走行風が減少して排気系の放熱度合いが低くなる。特に停車している時間ｔ２〜ｔ３においては走行風が無くなるため放熱度合いが非常に低くなる。その結果、図３（ｄ）に示すように、フィルタ温度ＴＦが過昇温限界温度ＴＦＬよりも上昇する結果、フィルタ２１に熱劣化等が生じる虞がある。ここで、過昇温限界温度ＴＦＬはフィルタ温度ＴＦが過度に上昇して、フィルタ２１に熱劣化が生じうると判断できる温度である。

本実施例におけるＰＭ再生処理においては、メインＥＣＵ３が車速ＳＰに基づいて排気系の放熱度合いＤＲを推定し、この排気系の放熱度合いＤＲに基づいて目標流入排気温度ＴＥｔを決定する。車速ＳＰと放熱度合いＤＲとの関係は、車速ＳＰが低いほど排気系の放熱度合いＤＲも低くなる。本実施例では、推定された放熱度合いＤＲが低いほど高い場合と比べて目標流入排気温度ＴＥｔが低くなるように制御される。つまり、図３（ｃ）の実線で示されるように、車速ＳＰの変化に応じて目標流入排気温度ＴＥｔが決定され、燃料添加弁２２から排気中に添加される単位燃料添加量ΔＱａｄが調節される。

その結果、図３（ｄ）の実線で示されるように、フィルタ温度ＴＦをＰＭ再生時目標温度ＴＦｔ近傍に維持することができるので、捕集されているＰＭを効率よく酸化除去できる。また、フィルタ温度ＴＦが過昇温限界温度ＴＦＬまで上昇することが抑制されるので、フィルタ２１に熱劣化や溶損等が生じることを抑制できる。本実施例においては、放熱度合いＤＲを推定し、放熱度合いＤＲに基づいて単位燃料添加量ΔＱａｄ制御するメインＥＣＵ３が、本発明における放熱度合い推定手段、供給熱量制御手段に相当する。

更に、本実施例において、車両が停車しているときには現在の車速ＳＰのみならず走行時（つまり、停車前）の走行履歴に応じて目標流入排気温度ＴＥｔを補正することとした。すなわち、停車前の走行履歴（例えば、停車前の定常走行をしていたときの走行速度）に基づいて目標流入排気温度ＴＥｔを補正する停車時補正係数ＫＳを演算し、目標流入排気温度ＴＥｔに停車時補正係数ＫＳを乗算して停車時目標流入排気温度ＴＥｓｔを算出する。図３（ａ）を参照すると、停車時補正係数ＫＳは車速ＳＰ１が高いほどが低い値として、車速ＳＰ１が低いほど高い値として求められる。なお、停車時補正係数ＫＳは、停車前の一定期間における車速の平均値、或いは停車前に置ける車両の加減速の頻度や激しさ等に基づいて求めても良い。

図４は、本実施例におけるＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはメインＥＣＵ３内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、メインＥＣＵ３によって所定期間毎に実行される。本ルーチンが実行されるとまず、ステップＳ１０１では、フィルタ２１に対してＰＭ再生処理中か否か判定される。肯定判定された場合にはステップＳ１０３に進む。否定判定された場合にはステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、現在フィルタ２１に堆積しているＰＭ堆積量ΣＰＭが算出され、ＰＭ堆積量ΣＰＭが再生開始基準値ＰＭｓを超えているか否か判定される。再生開始基準値ＰＭｓは、フィルタ２１に捕集されているＰＭ量が増加し、ＰＭ再生処理を実行して
ＰＭを酸化除去しないとエンジン１の出力機能等が低下すると判断できるＰＭの堆積量である。また、ＰＭ堆積量ΣＰＭは、直近に実施されたＰＭ再生処理が完了した時に残留したＰＭ量に、現在までに新たに堆積したＰＭ量を和算することによって算出する。

本ステップにおいて肯定判定された場合には、フィルタ２１に対するＰＭ再生処理を実施する必要があると判断され、ステップＳ１０４に進む。一方、否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ１０３においては、つまりステップＳ１０１において、ＰＭ再生処理の実施中であると判断された場合には、ＰＭ再生処理の実施を終了しても良いかどうかが判断される。すなわち、ＰＭ堆積量ΣＰＭが再生完了基準値ＰＭｃ以下であるか否か判定される。ここで、再生完了基準値ＰＭｃとは、ＰＭの酸化除去によりＰＭ堆積量ΣＰＭが充分に減少し、暫くはＰＭ再生処理を実行しなくても良いと判断できるＰＭの堆積量である。また、本ステップにおいては現在もＰＭ再生処理が実施中である。従って、ＰＭ堆積量ΣＰＭは直近のＰＭ再生処理が完了した時に残留したＰＭ量に現在までに新たに堆積したＰＭ量を和算し、更に現在実施されているＰＭ再生処理が開始されてから酸化除去されたＰＭ量の積算値を減算するとによって算出される。

本ステップにおいて肯定判定された場合には、ステップＳ１０５に進み、ＰＭ再生処理を終了して（燃料添加弁２２にからの燃料添加を終了して）、本ルーチンを一旦終了する。また、否定判定された場合には、ＰＭ再生処理を継続する必要があると判断され、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、第１温度センサ２３、第２温度センサ２４、外気温センサ２５、車速センサ２６の出力信号がメインＥＣＵ３により読み込まれる。これにより、流入排気温度ＴＥ、フィルタ温度ＴＦ、外気温ＴＡ、車速ＳＰが取得される。そして、ステップＳ１０４の処理が終了するとステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、フィルタ温度ＴＦをＰＭ再生時目標温度ＴＦｔまで上昇させるための目標流入排気温度ＴＥｔが車速ＳＰ、フィルタ温度ＴＦ、外気温ＴＡに基づいて算出される。具体的には、車速ＳＰとフィルタ温度ＴＦと外気温ＴＡとの関係が格納されたマップを参照し、排気系の放熱度合いＤＲを考慮して目標流入排気温度ＴＥｔが求められる。本ルーチンでは、車速ＳＰが低いほど、外気温ＴＡが高いほど放熱度合いＤＲが低くなる。ステップＳ１０６の処理が終了するとステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、車両が停車中か否か判定される。停車中であると判定された場合にはステップＳ１０８に進む。一方、停車中ではないと判定された場合にはステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１０８では、メインＥＣＵ３に記憶されている停車前の走行履歴を参照し、停車前における定常走行時の車速に基づいて停車時補正係数ＫＳが算出される。具体的には、減速前における定常走行時の車速が高いほど停車時補正係数ＫＳが小さい値として求められる。続くステップＳ１０９では、停車時補正係数ＫＳを目標流入排気温度ＴＥｔに乗じることにより停車時目標流入排気温度ＴＥｓｔが算出される。ステップＳ１０９の処理が終了するとステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、燃料添加弁２２から添加される単位燃料添加量ΔＱａｄを制御する。具体的には、流入排気温度ＴＥを目標流入排気温度ＴＥｔ（停車中の場合には、停車時目標流入排気温度ＴＥｓｔ）まで上昇させるために最適な単位燃料添加量ΔＱａｄが算出される。そして、続くステップＳ１１１では、燃料添加弁２２から単位燃料添加量Δ
Ｑａｄの添加燃料が排気中に添加される。また、ＰＭ再生処理の継続中であって、既に燃料添加制御が実施されている場合には単位燃料添加量ΔＱａｄをフィードバック制御する。そして、本ステップの処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

以上のように、本ルーチンによれば、ＰＭ再生処理の実施中に車速ＳＰが変化しても、排気系の放熱度合いＤＲに応じて目標流入排気温度ＴＥｔを適切に設定し、単位燃料添加量ΔＱａｄを制御することができる。つまり、放熱度合いＤＲが高い時には単位燃料添加量ΔＱａｄを増量し、放熱度合いＤＲが低い時には単位燃料添加量ΔＱａｄを減量することができる。これにより、フィルタ温度ＴＦが過度に上昇し、フィルタ２１に熱劣化や溶損等が生じることを抑制できる。

次に、本実施例におけるＰＭ再生処理の変形制御について説明する。図５は、本実施例におけるＰＭ再生処理を実施しているときの車速ＳＰとエンジントルクＴＱｅと目標流入排気温度ＴＥｔとの関係を例示したタイムチャートである。図５（ａ）は、車速ＳＰの推移を示したタイムチャートである。図５（ｂ）は、エンジントルクＴＱｅの推移を示したタイムチャートである。図５（ｃ）は、目標流入排気温度ＴＥｔの推移を示したタイムチャートである。図中に示した時間ｔ３、ｔ４は図３に対応している。すなわち、図５（ａ）を参照すると、停車している車両が時間ｔ３において走行を再開し、時間ｔ３〜ｔ４に亘り加速する。そして時間ｔ４において車両の加速度が零になって時間ｔ４以降は車速ＳＰ１にて定速運転が行われる。

また、本変形制御においては、車両が停車している間はＭＧ２による発電制御が行われる。これにより、エンジン１のエンジントルクＴＱｅがアイドリング状態のＴＱｅＡ（図５（ｂ）中、鎖線にて図示）よりも高いＴＱｅＳまで増大する。その結果、燃料噴射量が増加してエンジン１から排出される排気の温度の上昇が見込める分だけＰＭ再生処理に係る単位燃料添加量ΔＱａｄを減量することができる。

次に、停車している車両が走行を再開した後（時間ｔ３以降）に係る制御について説明する。ここで、時間ｔ３において車速ＳＰが高くなるため、排気系の放熱度合いＤＲが高くなることを見込んで目標流入排気温度ＴＥｔ（つまり、単位燃料添加量ΔＱａｄ）を増加させるべきとも考えられる（図５（ｃ）中、破線にて図示）。しかしながら、車両の発進時はエンジン１の燃料噴射量がそれまでに比べて増大するため、エンジン１から排出される排気の温度が急激に上昇する虞がある。また、現在は既にＰＭ再生処理が実施されているためＰＭの酸化が開始されている場合もある。そのような状態で、更に単位燃料添加量ΔＱａｄを増加させてしまうとフィルタ２１に堆積しているＰＭが一斉に酸化してしまい、フィルタ温度ＴＦが上述した過昇温限界温度ＴＦＬを超えてしまう場合がある。

そこで、車両が停車状態から走行状態に移行する場合においては、走行の開始時間（ｔ３）から基準ディレイ時間Δｔｄに亘り、目標流入排気温度ＴＥｔ（単位燃料添加量ΔＱａｄ）の増加が禁止される。つまり、単位燃料添加量ΔＱａｄを増加させる始期を基準ディレイ時間Δｔｄだけ遅らせることとした。

基準ディレイ時間Δｔｄは、単位燃料添加量ΔＱａｄを増加させる始期をこの時間だけ遅らせればエンジン１から排出される排気の温度が上昇してもフィルタ温度ＴＦが過度に上昇しないように予め実験的に求めておく。本実施例においては、基準ディレイ時間Δｔｄを車両が発進してから車両の加速度が零（所定の閾値に相当）になるまでの時間ｔ３〜ｔ４間に等しくするものとした。本実施例においては基準ディレイ時間Δｔｄが本発明における所定のディレイ時間に相当する。

図５（ｂ）に戻り、車両が停車状態から走行状態に移行するときのエンジントルクＴＱ
ｅに係る制御について説明する。図中の太破線はエンジントルクＴＱｅの要求値を表したものである。本変形制御においては、ＰＭ再生処理の実施中において車両が発進する場合には、エンジントルクＴＱｅを発進時上限トルクＴＱｅＬ以下の範囲内で制御することとした。

発進時上限トルクＴＱｅＬとは、車両の発進時においてエンジントルクＴＱｅをこの値まで増加させてもフィルタが過昇温する虞の生じないと判断されるエンジントルクＴＱｅの上限値である。本実施例においては発進時上限トルクＴＱｅＬが本発明における所定の発進時上限トルクに相当する。これにより、フィルタ温度ＴＦが過昇温限界温度ＴＦＬまで上昇することを好適に抑制できる。

図示のように、エンジントルクＴＱｅの要求値に対して発進時上限トルクＴＱｅＬの方が低い場合には、トルクの不足分がＭＧ２により出力されるアシストトルクＴＱａによって補われる。その結果、運転者の要求を満足できると共にドライバビリティを向上させることができる。

本変形制御によれば、ＰＭ再生処理の実施中においてエンジン１から排出される排気の温度が上昇する条件下においても、フィルタ２１が過昇温することを確実に抑制できる。

ここで、本実施例に係る排気浄化システムでは、フィルタ２１の上流側に酸化触媒２０を備えているが、その代わりにフィルタ２１に酸化触媒を担持させても良い。また、本実施例に係る排気浄化システムが適用される車両としてハイブリッド車両を例示したが、車両の動力としてエンジンの出力のみが用いられる車両に本発明を適用することを妨げるものではない。

また、ＰＭ再生処理においては燃料添加弁２２からの燃料添加制御によりフィルタ温度ＴＦを上昇させているがこれに限定されない。例えば、エンジン１の燃料噴射弁（図示省略）に主噴射とは異なる時期に燃料を副噴射させても良い（例えば、ポスト噴射等）。また、酸化触媒２０における燃料の酸化熱を利用するのではなく、排気通路１５におけるフィルタ２１近傍や上流側に電気式ヒータや燃焼式バーナ等を配置し、これらを用いてフィルタ温度ＴＦを上昇させても良い。この場合にはフィルタ２１の上流側に酸化触媒２０を備えていなくても良い。

実施例１に係る排気浄化システムが適用されるハイブリッド車両のシステム構成を示すブロック図である。実施例１における排気浄化システムの概略構成を示す図である。実施例１におけるＰＭ再生処理を実施しているときの車速ＳＰと燃料添加のＯＮ−ＯＦＦ状態と目標流入排気温度ＴＥｔとフィルタ温度ＴＦとの関係を例示したタイムチャートである。（ａ）は、車速ＳＰの推移を示したタイムチャートである。（ｂ）は、燃料添加のＯＮ−ＯＦＦ状態の推移を示したタイムチャートである。（ｃ）は、目標流入排気温度ＴＥｔの推移を示したタイムチャートである。（ｄ）は、フィルタ温度ＴＦの推移を示したタイムチャートである。実施例１におけるＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。実施例１におけるＰＭ再生処理を実施しているときの車速ＳＰとエンジントルクＴＱｅと目標流入排気温度ＴＥｔとの関係を例示したタイムチャートである。（ａ）は、車速ＳＰの推移を示したタイムチャートである。（ｂ）は、エンジントルクＴＱｅの推移を示したタイムチャートである。（ｃ）は、目標流入排気温度ＴＥｔの推移を示したタイムチャートである。

符号の説明

１・・・エンジン
２・・・モータジェネレータ（ＭＧ）
３・・・メインＥＣＵ
４・・・Ｔ／Ｍ
５・・・Ｔ／ＭＥＣＵ
６・・・バッテリ
７・・・インバータ
８・・・バッテリＥＣＵ
１５・・排気通路
２０・・酸化触媒
２１・・パティキュレートフィルタ
２２・・燃料添加弁
２３・・第１温度センサ
２４・・第２温度センサ
２５・・外気温センサ
２６・・車速センサ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられ該排気通路を通過する排気中の微粒子物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに熱量を供給して該フィルタを所定の目標温度まで昇温させるとともに、前記フィルタに捕集された微粒子物質を酸化除去するＰＭ再生処理を実施するＰＭ再生手段と、
前記内燃機関が搭載された車両における走行速度に基づいて前記内燃機関の排気系から該排気系の外部へ放熱される放熱度合いを推定する放熱度合い推定手段と、
前記ＰＭ再生手段による供給熱量を、前記放熱度合い推定手段によって推定された前記放熱度合いに基づいて制御する供給熱量制御手段と、
を備え、
前記車両が停車した状態で前記ＰＭ再生処理を実施する場合に、前記供給熱量制御手段は、前記車両の停車前における走行履歴に基づいて前記ＰＭ再生手段による供給熱量を補正することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
前記車両の停車前における走行速度が高いほど、停車時における前記ＰＭ再生手段による供給熱量が少なくなるように該供給熱量が減量補正される、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
前記ＰＭ再生処理の実施中において停車している前記車両が走行を開始する場合には、前記車両が走行を開始してから所定のディレイ時間に亘って前記供給熱量制御手段による前記供給熱量の増加が禁止されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
前記ディレイ時間は、前記車両が走行を開始してから該車両の加速度が所定の閾値以下になるまでの時間であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
前記車両は前記内燃機関と電動機との動力源で走行するハイブリッド車両であって、
前記ＰＭ再生処理の実施中において停車している前記車両が走行を開始する場合には、前記内燃機関が出力するエンジントルクが所定の発進時上限トルク以下の範囲内で制御さ
れるとともに要求トルクに対する前記エンジントルクの不足分は前記電動機によって出力されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
前記排気通路における前記フィルタよりも上流側に設けられ、あるいは前記フィルタに担持される酸化触媒と、
前記酸化触媒に流入する前の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
を更に備え、
前記ＰＭ再生手段は、前記還元剤供給手段に前記還元剤を供給させることにより前記フィルタに熱量を供給することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。