JP6147214B2 - ハイブリッド式エンジン装置 - Google Patents

Description

本願発明は、エンジンの動力と電動機の動力を併用して駆動の効率化を図ったハイブリッド式エンジン装置に関するものである。

従来から、エンジンの動力と電動機の動力を併用して駆動の効率化を図ったハイブリッド式エンジン装置の技術が知られており、ハイブリッド式エンジン装置を搭載した作業車両（油圧ショベルやホイルローダ等）もある。この種の作業車両に搭載されるハイブリッド式エンジン装置には、いわゆるパラレル型の駆動形態を採用したものがある（特許文献１参照）。パラレル型の駆動形態では、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータと、油圧アクチュエータを駆動させる油圧ポンプとを、エンジンに動力伝達可能に連結している。油圧ポンプは、エンジン及びモータジェネレータのうち少なくとも一方の動力にて駆動する。エンジンだけで負荷を賄い切れない高負荷時は、モータジェネレータを電動機として駆動させて、動力の不足分を補填する（エンジンをアシストする）ことも行われている。

特開２００１−１２２７４号公報

ところで昨今は、エンジンに関する高次の排ガス規制が適用されるのに伴い、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を作業車両等に搭載することが要望されつつある。排気ガス浄化装置としては、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）がある。この場合、ＤＰＦにて捕集された粒子状物質（以下、ＰＭという）が所定量を超えると、ＤＰＦ内の流通抵抗が増大してエンジン出力の低下をもたらすため、エンジンの排気ガス温度を高温にしてＤＰＦに堆積したＰＭを除去し、ＤＰＦのＰＭ捕集能力を回復させる（ＤＰＦを再生させる）必要がある。

この点について従来は、エンジンに吸気絞り装置や排気絞り装置を設け、これら絞り装置の作動にて吸気量を少なくしたり排気圧を高めたりすることによって、エンジンの排気ガス温度を高温にしている。しかし、従来の構成では、排気ガス昇温のために吸気絞り装置や排気絞り装置を必要とするため、部品点数が嵩んでコスト上昇の一因になるという問題があった。また、エンジンに吸気絞り装置や排気絞り装置を設けるとエンジンの大型化を招来するので、作業車両へのエンジン搭載性の低下も懸念されるのであった。

本願発明は、ハイブリッド式エンジン装置に排気ガス浄化装置を設けた場合に、排気ガス浄化装置の再生を簡単な構成で効率よく実行できるようにすることを技術的課題としている。

本願発明は、エンジンと、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータと、前記モータジェネレータに繋がるバッテリとを備え、前記バッテリの電力による前記モータジェネレータの電動機作用で前記エンジンの駆動力を補助可能であり、且つ、前記エンジンの駆動力による前記モータジェネレータの発電機作用で前記バッテリに充電可能に構成しているハイブリッド式エンジン装置において、前記エンジンからの排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を備え、エンジン負荷とバッテリ残量との関係より前記モータジェネレータを電動機として駆動させるアシストモードと電機として駆動させる充電モードのいずれを選択するかを決定させる制御パターンとして、通常時に対応した通常時制御パターンと、前記排気ガス浄化装置の再生直前時に対応した直前時制御パターンとを記憶しており、前記排気ガス浄化装置のＰＭ堆積量が直前値未満であれば、前記通常時制御パターンを選択し、前記排気ガス浄化装置のＰＭ堆積量が直前値以上であれば、前記直前時制御パターンを選択し、前記直前時制御パターンの充電モードの領域を前記通常時制御パターンのそれよりも前記バッテリ残量がゼロに近い側で設定しているというものである。

上記ハイブリッド式エンジン装置において、更に、前記排気ガス浄化装置の再生時に対応した再生時制御パターンを記憶しており、前記排気ガス浄化装置のＰＭ堆積量が直前値以上限界値未満であれば、前記直前時制御パターンを選択し、前記排気ガス浄化装置のＰＭ堆積量が限界値以上であれば、前記再生時制御パターンを選択し、前記再生時制御パターンは、エンジン負荷率が低い側における前記充電モードのみで占める領域に対するエンジン負荷率の幅が前記通常時制御パターン及び前記直前時制御パターンより広いものとしてもよい。

本願発明によると、エンジンと、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータと、前記モータジェネレータに繋がるバッテリとを備え、前記バッテリの電力による前記モータジェネレータの電動機作用で前記エンジンの駆動力を補助可能であり、且つ、前記エンジンの駆動力による前記モータジェネレータの発電機作用で前記バッテリに充電可能に構成しているハイブリッド式エンジン装置において、前記エンジンからの排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を備え、エンジン負荷とバッテリ残量との関係より前記モータジェネレータを電動機として駆動させるアシストモードと電機として駆動させる充電モードのいずれを選択するかを決定させる制御パターンとして、通常時に対応した通常時制御パターンと、前記排気ガス浄化装置の再生直前時に対応した直前時制御パターンとを記憶しており、前記排気ガス浄化装置のＰＭ堆積量が直前値未満であれば、前記通常時制御パターンを選択し、前記排気ガス浄化装置のＰＭ堆積量が直前値以上であれば、前記直前時制御パターンを選択し、前記直前時制御パターンの充電モードの領域を前記通常時制御パターンのそれよりも前記バッテリ残量がゼロに近い側で設定しているから、排気ガス昇温のために、従来のような吸気絞り装置や排気絞り装置を設ける必要がなく、エンジン関連の部品点数を少なくできる（製造コストの抑制に寄与したり吸排気損失増大による燃費悪化も防止したりできる）ものでありながら、前記排気ガス浄化装置の再生が必要か否か、更には前記バッテリの充電状態に応じて的確に、前記モータジェネレータを電動機として駆動させ前記エンジンの駆動力を補助したり、発電機として駆動させ前記バッテリに充電したりできる。

本願発明によると、前記排気ガス浄化装置の再生時に対応した再生時制御パターンでは、エンジン負荷率が低い側における前記充電モードのみで占める領域に対するエンジン負荷率の幅が前記通常時制御パターン及び前記直前時制御パターンより広いから、エンジン負荷が低い状態であっても、前記モータジェネレータの発電機作用によって、エンジン負荷を増大させて排気ガスを昇温できるだけでなく積極的に前記バッテリに充電できる。

本願発明によると、通常時に対応した通常時制御パターンと、前記排気ガス浄化装置の再生直前時に対応した直前時制御パターンとでは、前記直前時制御パターンの充電モードの領域を前記通常時制御パターンのそれよりも前記バッテリ残量がゼロに近い側で設定しているから、前記排気ガス浄化装置の再生直前時には積極的に電力を消費でき、その後の再生動作に際して、前記モータジェネレータを発電機として駆動させる時間を十分に確保できる。

バックホウの側面図である。 バックホウの油圧回路図である。 エンジンの正面図である。 エンジンの背面図である。 エンジンの左側面図である。 エンジンの右側面図である。 エンジンの平面図である。 エンジンの燃料系統説明図である。 エンジン及び排気ガス浄化装置の関係を示す機能ブロック図である。 出力特性マップの説明図である。 エンジン負荷とバッテリ残量とに基づくモードマップの説明図であり、（ａ）は通常時マップ、（ｂ）は直前時マップ、（ｃ）は再生時マップである。 モード切換制御のフローチャートである。 低速時負荷制御のフローチャートである。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を、作業車両としてのバックホウに搭載されるハイブリッド式エンジン装置に適用した場合の図面に基づいて説明する。

（１）．バックホウの概要
図１を参照しながら、バックホウ１の概要について説明する。作業車両の一例であるバックホウ１は、左右一対の走行クローラ３（図１では左側のみ示す）を有するクローラ式の走行装置２と、走行装置２上に設けられた旋回台４（機体）とを備えている。旋回台４は、旋回モータ９（図２参照）にて、３６０°の全方位にわたって水平旋回可能に構成されている。走行装置２の前部には、昇降回動可能に装着された排土板５と、排土板５を昇降回動させる排土板シリンダ２６（図２参照）とを備えている。

旋回台４には、操縦部としてのキャビン６及びエンジン７等が搭載されている。旋回台４の前部には、掘削作業のためのブーム１１、アーム１２及びバケット１３を有する作業部１０が設けられている。図示は省略するが、キャビン６の内部には、オペレータが着座する操縦座席、エンジン７の出力回転速度を設定保持するスロットルレバー、旋回操作レバー、アーム操作レバー、バケット操作スイッチ及びブーム操作レバー等が配置されている。

作業部１０の構成要素であるブーム１１は、先端側を前向きに突き出して側面視く字状に屈曲した形状に形成されている。ブーム１１の基端部は、旋回台４の前部に取り付けられたブームブラケット１４に、横向きのブーム軸１５を回動中心として首振り回動可能に枢着されている。ブーム１１の内面（前面）側には、これを上下に首振り回動させるための片ロッド複動形のブームシリンダ１６が配置されている。ブームシリンダ１６のシリンダ側端部は、ブームブラケット１４の前端部に回動可能に枢支されている。ブームシリンダ１６のロッド側端部は、ブーム１１における屈曲部の前面側（凹み側）に固定された前ブラケット１７に回動可能に枢支されている。

ブーム１１の先端部には、長手角筒状のアーム１２の基端部が、横向きのアーム軸１９を回動中心として首振り回動可能に枢着されている。ブーム１１の上面前部側には、アーム１２を首振り回動させるための片ロッド複動形のアームシリンダ２０が配置されている。アームシリンダ２０のシリンダ側端部は、ブーム１１における屈曲部の背面側（突出側）に固定された後ブラケット１８に回動可能に枢支されている。アームシリンダ２０のロッド側端部は、アーム１２の基端側外面（前面）に固着されたアームブラケット２１に回動可能に枢支されている。

アーム１２の先端部には、掘削用アタッチメントとしてのバケット１３が、横向きのバケット軸２２を中心にして掬い込み回動可能に枢着されている。アーム１２の外面（前面）側には、バケット１３を掬い込み回動させるための片ロッド複動形のバケットシリンダ２３が配置されている。バケットシリンダ２３のシリンダ側端部は、アームブラケット２１に回動可能に枢支されている。バケットシリンダ２３のロッド側端部は、連結リンク２４及び中継ロッド２５を介してバケット１３に回動可能に枢支されている。

旋回台４とブームブラケット１４との間には、作業部１０を左右回動させるためのスイングシリンダ２７（図２参照）が設けられている。各走行クローラ３を周回駆動させる駆動スプロケット２８には、それぞれ走行油圧モータ２９が連動連結されている。このため、左右の走行クローラ３は、それぞれ独立して前進回転及び後進回転可能になっている。すなわち、一方の走行油圧モータ２９の回転速度を他方の走行油圧モータ２９の回転速度より速めることによって、バックホウ１は左又は右に旋回し、両走行油圧モータ２９を互いに逆向きに同じ回転速度で駆動させることによって、バックホウ１は信地旋回（スピンターン）することになる。

（２）．バックホウの油圧回路構造
次に、図２を参照しながら、バックホウ１の油圧回路構造について説明する。図２に示すバックホウ１の油圧回路４０においては、油圧アクチュエータを構成する排土板シリンダ２６、バケットシリンダ２３、アームシリンダ２０、旋回モータ９、両走行油圧モータ２９、並びにスイングシリンダ２７が、各々ロードセンシングバルブからなる動作切換弁４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７を介して、可変容量形の第１油圧ポンプ４８に接続されている。第１油圧ポンプ４８の斜板４８ａに連結された第１調整シリンダ４９の伸縮動作にて、斜板４８ａの傾斜角度を変更することにより、第１油圧ポンプ４８からの作動油の吐出量を変更するように構成されている。第１調整シリンダ４９は、第１油圧ポンプ４８の吐出圧を検知して各油圧アクチュエータ９，２０，２３，２６，２７，２９に必要な作動油量に応じて伸縮作動するように構成されている。このため、各油圧アクチュエータ９，２０，２３，２６，２７，２９には必要な作動油量が適宜供給される。

また、同じく油圧アクチュエータの一例であるブームシリンダ１６は、切換弁機構５０を介して、可変容量形の第２油圧ポンプ５１に接続されている。第２油圧ポンプ５１の斜板５１ａに連結された第２調整シリンダ５２の伸縮動作にて、斜板５１ａの傾斜角度を変更することにより、第２油圧ポンプ５１からの作動油の吐出量を変更するように構成されている。第２調整シリンダ５２は、切換弁機構５０の一次側及び二次側の圧力を検知して、ブームシリンダ１６に掛かる駆動負荷の大小に拘らず、第２油圧ポンプ５１から略一定の作動油量をブームシリンダ１６に供給保持するように伸縮作動する構成になっている。

第２油圧ポンプ５１の吐出側とブームシリンダ１６のロッド室側との間は、ロッド側配管５３にて連通接続されている。ブームシリンダ１６のボトム室側と、第２油圧ポンプ５１の吸入側との間は、ボトム側配管５４にて連通接続されている。すなわち、ブームシリンダ１６と第２油圧ポンプ５１とは、ロッド側配管５３及びボトム側配管５４にて閉ループ状に接続されている。ロッド側配管５３とボトム側配管５４との間には切換弁機構５０を介在させている。かかる構成によって、ブームシリンダ１６を縮小させた場合に、作動油の戻りを第１油圧ポンプ４８の吸入側に直接導入してブーム運動エネルギーの回生を行い、エネルギー損失をできるだけ小さいものにしている。

ロッド側配管５３及びボトム側配管５４において、ブームシリンダ１６と切換弁機構５０との間は、余剰油排出弁５５を介して作動油タンク５６に接続されている。余剰油排出弁５５は、方向切換弁５０は、ブームシリンダ１６における両油室の受圧面積差等に起因して、一方の油室から流出する作動油量が他方の油室に流入する作動油量より多い場合の余剰分を排出するためのものである。また、ブームシリンダ１６を伸長させる場合は、吸入すべき作動油量が不足するときがあるので、ボトム側配管５４のうち第２油圧ポンプ５１と切換弁機構５０との間に、チェック弁５７を介して作動油タンク５６を連通接続させ、第２油圧ポンプ５１の自吸力にて不足分の作動油を補給可能にしている。

エンジン７から突出した出力軸３１にはフライホイル３２を直結させており、フライホイル３２には動力継断用の主クラッチ３３を介して主動軸６０が連結されている（図９参照）。主動軸６０には、遊星ギヤ機構８１からなる動力配分機構６１を介して、主動軸６０と直列状に延びるポンプ軸６２が動力伝達可能に連結されている。ポンプ軸６２は第１及び第２油圧ポンプ４８，５１の両方を貫通している。第１及び第２油圧ポンプ４８，５１はポンプ軸６２の回転にて駆動するように構成されている。すなわち、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１を駆動させる回転軸（ポンプ軸６２）は共通する１本の軸からなっている。動力配分機構６１には、これに対する動力伝達方向を切り換えるための切換クラッチ機構６３を介して、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータ６４が動力伝達可能に連結されている。モータジェネレータ６４は、インバータコンバータ６５を介して、蓄電部材としてのバッテリ６６に電気的に接続されている。つまり、実施形態のバックホウ１は、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータ６３と、油圧アクチュエータ９，１６，２０，２３，２６，２７，２９を駆動させる油圧ポンプ４８，５１とを、エンジン７に動力伝達可能に連結したハイブリッド式エンジン装置を備えている。

（３）．エンジン及びその周辺の構造
次に、図３〜図９を参照しながら、エンジン及びその周辺の構造を説明する。エンジン７は４気筒型のディーゼルエンジンであり、上面にシリンダヘッド７２が締結されたシリンダブロック７５を備えている。シリンダヘッド７２の一側面には吸気マニホールド７３が接続されており、他側面には排気マニホールド７１が接続されている。すなわち、エンジン７において出力軸３１に沿う両側面に、吸気マニホールド７３と排気マニホールド７１とが振り分けて配置されている。シリンダヘッド７２の上面にヘッドカバー７８が配置されている。エンジン７において出力軸３１と交差する一側面、具体的にはシリンダブロック７５の一側面に冷却ファン７９が設けられている。

シリンダブロック７５の他側面には前述したフライホイル３２が設けられている。シリンダブロック７５の他側面にフライホイルハウジング３０が設けられている。フライホイルハウジング３０内にフライホイル３２が配置されている。出力軸３１にフライホイル３２を軸支している。作業車両の作動部に出力軸３１を介してエンジン７１の駆動力を取り出すように構成している。また、シリンダブロック７５の下面にはオイルパン１３２が配置されている。オイルパン１３２内の潤滑油は、シリンダブロック７５の側面に配置されたオイルフィルタ１３３を介して、エンジン７の各潤滑部に供給される。

シリンダブロック７５の側面のうち吸気マニホールド７３の下方には、エンジン７の各気筒に燃料を供給するコモンレールシステム１１７が設けられている。吸気マニホールド７３の吸気上流側にＥＧＲ装置１４０（排気ガス再循環装置）を介してエアクリーナ（図示省略）が接続されている。

図５、図６及び図８に示すように、エンジン７における４気筒分の各インジェクタ１１５に、コモンレールシステム１１７及び燃料供給ポンプ１１６を介して、燃料タンク１１８が接続される。各インジェクタ１１５は電磁開閉制御型の燃料噴射バルブ１１９を備えている。コモンレールシステム１１７は円筒状のコモンレール１２０を備えている。燃料供給ポンプ１１６の吸入側には、燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料タンク１１８が接続されている。燃料タンク１１８内の燃料が燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料供給ポンプ１１６に吸い込まれる。実施形態の燃料供給ポンプ１１６は吸気マニホールド７３の近傍に配置されている。一方、燃料供給ポンプ１１６の吐出側には、高圧管１２３を介してコモンレール１２０が接続されている。また、コモンレール１２０には、４本の燃料噴射管１２６を介して４気筒分の各インジェクタ１１５がそれぞれ接続されている。

上記の構成において、燃料タンク１１８の燃料は燃料供給ポンプ１１６によってコモンレール１２０に圧送され、高圧の燃料がコモンレール１２０に蓄えられる。各燃料噴射バルブ１１９がそれぞれ開閉制御されることによって、コモンレール１２０内の高圧の燃料が各インジェクタ１１５からエンジン７の各気筒に噴射される。すなわち、各燃料噴射バルブ１１９を電子制御することによって、各インジェクタ１１５から供給される燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射期間（噴射量）が高精度にコントロールされる。従って、エンジン７の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減できると共に、エンジン７の騒音振動を低減できる。

なお、図８に示すように、燃料タンク１１８には、燃料戻り管１２９を介して燃料供給ポンプ１１６が接続されている。円筒状のコモンレール１２０の長手方向の端部に、コモンレール１２０内の燃料の圧力を制限する戻り管コネクタ１３０を介して、コモンレール戻り管１３１が接続されている。すなわち、燃料供給ポンプ１１６の余剰燃料とコモンレール１２０の余剰燃料とが、燃料戻り管１２９及びコモンレール戻り管１３１を介して、燃料タンク１１８に回収されることになる。

図５及び図９に示すように、フライホイルハウジング３０には、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータ６４が取り付けられている。詳細は後述するが、モータジェネレータ６４から突出した入出力軸８７には、フライホイル３２のホイルギヤ８２に噛み合う強制発電ギヤ８８が回転可能に軸支されている。そして、モータジェネレータ６４は、切換クラッチ機構６３を介して動力配分機構６１に動力伝達可能に連結されていると共に、インバータコンバータ６５を介して、蓄電部材としてのバッテリ６６に電気的に接続されている（図２参照）。バッテリ６６には残量検出器６９を接続している。残量検出器６９は、バッテリ残量を経時的に検出しながら、検出結果をＥＣＵ１０１（詳細は後述する）に出力する。なお、モータジェネレータ６４は、エンジン始動用のスタータとしての機能も兼ね備えている。エンジン７を始動させる際は、モータジェネレータ６４の駆動力でフライホイル３２のホイルギヤ８２を回転させることによって、出力軸３１が回転開始する（いわゆるクランキングが実行される）。

シリンダヘッド７５において冷却ファン７９のある方の側面には、冷却水ポンプ１３５が冷却ファン９のファン軸と同軸状に配置されている。エンジン７において吸気マニホールド７３のある方の側面には、エンジン７の駆動力で発電する発電機としてのオルタネータ１３７が設けられている。出力軸３１の回転によって、冷却ファン駆動用Ｖベルト１３６を介して、冷却ファン７９と共に冷却水ポンプ１３５及びオルタネータ１３７が駆動する。作業車両に搭載されるラジエータ（図示省略）内の冷却水が、冷却水ポンプ１３５の駆動によって、シリンダブロック７５及びシリンダヘッド７２に供給され、エンジン７を冷却する。

オルタネータ１３７は、コンバータ６８を介してモータジェネレータ６４とは別にバッテリ６６に電気的に接続されている。バッテリ６６は、モータジェネレータ６４とオルタネータ１３７との両方から充電可能になっている。モータジェネレータ６４とオルタネータ１３７とは両方共エンジン７に組み付けられてユニット化されている。このように構成すると、エンジンとは別体のモータジェネレータを備えた従来のハイブリッド式エンジン装置に比較して、ハイブリッド式エンジン装置全体で大幅なコンパクト化を図れる。ひいては、これを搭載する作業車両のコンパクト化にも貢献する。発電専用のオルタネータ２３もモータジェネレータ６４とは別に存在するため、バッテリ残量を気にすることなく、エンジン７の駆動力に対してモータジェネレータ６４の駆動力を補助力として確実に付与できる。エンジン７の出力特性に対してモータジェネレータ６４の補助力を的確に付与して、状況に応じた最適な出力特性を得ることが可能になる。

図５〜図７に示すように、吸気マニホールド７３の入口部にＥＧＲ装置１４０（排気ガス再循環装置）を連結している。ＥＧＲ装置１４０は主としてエンジン７において吸気マニホールド７３のある側に配置されている。エアクリーナに吸い込まれた新気（外部空気）は除塵及び浄化されたのち、ＥＧＲ装置１４０を介して吸気マニホールド７３に送られ、エンジン７の各気筒に供給される。

ＥＧＲ装置１４０は、エンジン７の排気ガスの一部（ＥＧＲガス）と新気とを混合させて吸気マニホールド７３に供給するＥＧＲ本体ケース１４１と、ＥＧＲ本体ケース１４１をエアクリーナに連通させる吸気スロットル部材１４２と、排気マニホールド７５にＥＧＲクーラ１４３を介して接続される再循環排気ガス管１４４と、再循環排気ガス管１４４にＥＧＲ本体ケース１４１を連通させるＥＧＲバルブ部材１４５とを備えている。

すなわち、吸気マニホールド７３には、ＥＧＲ本体ケース１４１を介して吸気スロットル部材１４２が連結されている。ＥＧＲ本体ケース１４１には、再循環排気ガス管１４４の出口側を接続する。再循環排気ガス管１４４の入口側は、ＥＧＲクーラ１４３を介して排気マニホールド７１に接続する。ＥＧＲバルブ部材１４５内のＥＧＲ弁開度を調節することによって、ＥＧＲ本体ケース１４１へのＥＧＲガスの供給量が調節される。なお、ＥＧＲ本体ケース１４１は、吸気マニホールド７３に着脱可能にボルト締結される。

上記の構成において、エアクリーナから吸気スロットル部材１４２を介してＥＧＲ本体ケース１４１内に新気を供給する一方、排気マニホールド７１からＥＧＲ本体ケース１４１内にＥＧＲガスを供給する。エアクリーナからの新気と排気マニホールド７１からのＥＧＲガスとがＥＧＲ本体ケース１４１内で混合され、混合ガスとして吸気マニホールド７３に供給される。エンジン７から排気マニホールド７１に排出された排気ガスの一部を吸気マニホールド７３からエンジン７に還流することによって、高負荷運転時の最高燃焼温度が低下し、エンジン７からのＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量が低減する。

排気マニホールド７１の排気下流側に接続された排気管７７には、排気ガス浄化装置としてのディーゼルパティキュレートフィルタ１５０（以下、ＤＰＦという）が接続されている。各気筒から排気マニホールド７１に排出された排気ガスは、排気管７７及びＤＰＦ１５０を経由して浄化処理をされてから外部に放出される。

ＤＰＦ１５０は、排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭという）等を捕集するためのものである。実施形態のＤＰＦ１５０は、耐熱金属材料製のケーシング１５１内にある略筒型のフィルタケース１５２に、例えば白金等のディーゼル酸化触媒１５３とスートフィルタ１５４とを直列に並べて収容したものである。実施形態では、フィルタケース１５２内のうち排気上流側にディーゼル酸化触媒１５３が配置され、排気下流側にスートフィルタ１５４が配置されている。スートフィルタ１５４は、多孔質な（ろ過可能な）隔壁にて区画された多数のセルを有するハニカム構造になっている。

ケーシング１５１の一側部には、排気管７７の排気下流側に連通する排気導入口１５５が設けられている。ケーシング１５１の一端部は第１底板１５６にて塞がれ、フィルタケース１５２のうち第１底板１５６に臨む一端部は第２底板１５７にて塞がれている。ケーシング１５１とフィルタケース１５２との間の環状隙間、並びに両底板１５６，１５７間の隙間には、ガラスウールのような断熱材１５８がディーゼル酸化触媒１５３及びスートフィルタ１５４の周囲を囲うように充填されている。ケーシング１５１の他側部は２枚の蓋板１５９，１６０にて塞がれていて、これら両蓋板１５９，１６０を略筒型の排気排出口１６１が貫通している。また、両蓋板１５９，１６０の間は、フィルタケース１５２内に複数の連通管１６２を介して連通する共鳴室１６３になっている。

ケーシング１５１の一側部に形成された排気導入口１５５には排気ガス導入管１６５が挿入されている。排気ガス導入管１６５の先端は、ケーシング１５１を横断して排気導入口１５５と反対側の側面に突出している。排気ガス導入管１６５の外周面には、フィルタケース１５２に向けて開口する複数の連通穴１６６が形成されている。排気ガス導入管１６５のうち排気導入口１５５と反対側の側面に突出する部分は、これに着脱可能に螺着された蓋体１６７にて塞がれている。

ＤＰＦ１５０には、詰まり推定部材の一例として、スートフィルタ１５４の詰まり状態を推定する差圧センサ１６８が設けられている。実施形態の差圧センサ１６８は、ＤＰＦ１５０内におけるスートフィルタ１５４を挟んだ上流側及び下流側間の圧力差を検出するものである。差圧センサ１６８で検出された圧力差ΔＰからＤＰＦ１５０内のＰＭ堆積量を推定し、当該推定結果が所定値（例えば８ｇ／ｌ）以上であれば、モータジェネレータ６４の発電機作用による負荷を利用してエンジン負荷を増大させ、ＤＰＦ１５０（スートフィルタ１５４）の再生制御が実行される。エンジン７の駆動状態（回転速度や負荷の状態）に拘らず、排気ガス温度を再生可能温度以上に上昇させてＰＭを酸化除去できる。ＤＰＦ１５０（スートフィルタ１５４）のＰＭ捕集能力を強制的に回復できる。実施形態では、排気ガス導入管１６５の蓋体１６７に、差圧センサ１６８を構成する上流側排気圧センサ１６８ａが装着され、スートフィルタ１５４と共鳴室１６３との間に、下流側排気圧センサ１６８ｂが装着されている。

なお、スートフィルタ１５４の詰まり状態を推定するのは、差圧センサ１６８に限らず、ＤＰＦ１５０内におけるスートフィルタ１５４上流側の圧力を検出する排気圧センサであってもよい。排気圧センサを採用した場合は、スートフィルタ１５４にスート（すす）が堆積していないとき（新品時）のスートフィルタ１５４上流側の圧力（基準圧力）と、排気圧センサにて検出された現在の圧力とを比較することによって、ＤＰＦ１５０（スートフィルタ１５４）の詰まり状態を推定することになる。

上記の構成において、エンジン７からの排気ガスは、排気導入口１５５を介して排気ガス導入管１６５に入り、排気ガス導入管１６５に形成された各連通穴１６６からフィルタケース１５２内に噴出し、フィルタケース１５２内の広い領域に分散したのち、ディーゼル酸化触媒１５３からスートフィルタ１５４の順に通過して浄化処理される。排気ガス中のＰＭは、この段階でスートフィルタ１５４における各セル間の多孔質な仕切り壁を通り抜けできずに捕集される。その後、ディーゼル酸化触媒１５３及びスートフィルタ１５４を通過した排気ガスが排気排出口１６１から放出される。

排気ガスがＤＰＦ１５０を通過する際に、排気ガス温度が再生可能温度（例えば約３００℃）を超えていれば、ディーゼル酸化触媒１５３の作用にて、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）が不安定なＮＯ２（二酸化窒素）に酸化する。そして、ＮＯ２がＮＯに戻る際に放出するＯ（酸素）にて、スートフィルタ１５４に堆積したＰＭが酸化除去されることにより、スートフィルタ１５４のＰＭ捕集能力が回復（スートフィルタ１５４が再生）することになる。

図８に示す如く、エンジン７における各気筒の燃料噴射バルブ１１９を作動させるＥＣＵ１０１を備えている。詳細は図示しないが、ＥＣＵ１０１は、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵの他、制御プログラムやデータを記憶させるＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリといった記憶手段、制御プログラムやデータを一時的に記憶させるＲＡＭ、入出力インターフェイス等を備えており、エンジン７又はその近傍に配置されている。

ＥＣＵ１０１の入力側には、少なくともコモンレール１２０内の燃料圧力を検出するレール圧センサ１０２と、燃料供給ポンプ１１６を回転又は停止させる電磁クラッチ１０３と、エンジン７の回転速度（主動軸６０のカムシャフト位置）を検出するエンジン回転速度センサ１０４と、インジェクタ１１５の燃料噴射回数（１行程の燃料噴射期間中の燃料噴射回数）を検出及び設定する噴射設定器１０５と、スロットルレバー又はアクセルペダルといったアクセル操作具（図示省略）の操作位置を検出するスロットル位置センサ１０６と、吸気マニホールド７３の吸気温度を検出する吸気温度センサ１０８と、エンジン７の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ１０９と、上流側排気圧センサ１６８ａ及び下流側排気圧センサ１６８ｂからなる差圧センサ１６８と、残量検出器６９とが接続されている。ＥＣＵ１０１の入力側には、各油圧アクチュエータ９，１６，２０，２３，２６，２７，２９の駆動負荷を検出する駆動負荷検出部材としての油圧センサ１６９，１７０も接続されている。なお、この場合の駆動負荷は、各油圧アクチュエータ９，１６，２０，２３，２６，２７，２９に作動油を供給する第１及び第２油圧ポンプ４８，５１の負荷としている。第１油圧センサ１６９は第１油圧ポンプ４８からの作動油圧を検出し、第２油圧センサ１７０は第２油圧ポンプ５１からの作動油圧を検出する。

ＥＣＵ１０１の出力側には、少なくとも４気筒分の各燃料噴射バルブ１１９の電磁ソレノイドがそれぞれ接続されている。すなわち、ＥＣＵ１０１からの指令に基づき、コモンレール１２０に蓄えた高圧燃料が燃料噴射圧力、噴射時期及び噴射期間等を制御しながら、１行程中に複数回に分けて燃料噴射バルブ１１９から噴射されることによって、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑えると共に、スートや二酸化炭素等の発生も低減した完全燃焼を実行し、燃費を向上させるように構成されている。ＥＣＵ１０１の出力側には、切換クラッチ機構６３のクラッチシリンダ６７（図９参照）に作動油を供給するための切換クラッチ電磁弁１１０、インバータコンバータ６５及びコンバータ６８も接続されている。

ＥＣＵ１０１は、詰まり推定部材の一例として、エンジン７の駆動履歴（累積運転時間といってもよい）を随時計測する。エンジン７の駆動履歴が予め設定された所定値（例えば１００時間程度）を経過した場合に、モータジェネレータ６４を発電機として駆動させてエンジン負荷を増大させ、スートフィルタ１５４の再生制御が実行される。前記所定値は例えばＥＣＵ１０１に設けられた記憶手段（フラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ）に予め記憶させている。このため、エンジン７の駆動履歴を目安にするという簡単な制御で、ＤＰＦ１５０（スートフィルタ１５４）のＰＭ捕集能力を回復できる。

ＥＣＵ１０１の記憶手段には、エンジン７の回転速度ＮとトルクＴ（負荷）との関係を示す出力特性マップＰＭ（図１０参照）を予め記憶させている。記憶手段には、エンジン負荷とバッテリ残量とＤＰＦ１５０の再生要否との関係を示す複数の制御パターンとしてのモードマップＭＭ（図１１参照）も予め記憶させている。この種のマップＰＭ，ＭＭは実験等で求められる。なお、モードマップＭＭ等の制御パターンとしては、実施形態のようなマップ形式に限らず、例えば関数表形式のものでもよい。

図１０に示す出力特性マップＰＭでは、回転速度Ｎを横軸に、トルクＴを縦軸に採っている。出力特性マップＰＭは、上向き凸に描かれた実線Ｔｍｘで囲まれた領域である。実線Ｔｍｘは、各回転速度Ｎに対する最大トルクを表した最大トルク線である。図１０に示すように、出力特性マップＰＭは、排気ガス温度が再生境界温度（約３００℃程度）の場合での回転速度ＮとトルクＴとの関係を表した境界ラインＢＬによって上下に分断される。境界ラインＢＬを挟んで上側の領域は、ＤＰＦ１５０（スートフィルタ１５４）に堆積したＰＭを酸化除去できる（酸化触媒５３の酸化作用が働く）再生可能領域であり、下側の領域は、ＰＭが酸化除去されずにＤＰＦ１５０（スートフィルタ１５４）に堆積する再生不能領域である。

低速回転域（回転速度Ｎが低速な図１０左側の領域）に描いた二点鎖線Ｔｍｏｄは、黒煙及びノッキング発生を防止してエンジンストールを回避する目的で、低速回転域での最大トルクを引き上げたと仮定した場合の補正トルク線である。補正トルク線Ｔｍｏｄに関する低速時負荷制御（図１３参照）の態様については後述する。

図１１に示す各モードマップＭＭでは、エンジン負荷率ＬＦを横軸に、バッテリ残量ＳＣを縦軸に採っている。実施形態のモードマップＭＭは３種類あり、ＤＰＦ１５０再生をしない通常時に対応した図１１（ａ）の通常時マップＭＭ１、ＤＰＦ１５０の再生直前時に対応した図１１（ｂ）の再生直前時マップＭＭ２、及びＤＰＦ１５０の再生時に対応した図１１（ｃ）の再生時マップＭＭ３とからなっている。ここで、エンジン負荷率ＬＦは、任意の回転速度Ｎでの最大トルクＴ（最大エンジン負荷）に対する比率のことをいう。また、再生直前時とは、ＰＭ堆積量がＤＰＦ１５０の再生を要する所定値（例えば８ｇ／ｌ）に近いときを意味している。実施形態では、差圧センサ１６８の検出結果である圧力差ΔＰから推定したＤＰＦ１５０内のＰＭ堆積量が例えば６ｇ／ｌ以上８ｇ／ｌ未満の場合を再生直前時として規定している。

図１１（ａ）の通常時マップＭＭ１や図１１（ｂ）の再生直前時マップＭＭ２では、図面下側がモータジェネレータ６４を発電機として機能させる充電モードの領域になっていて、図面上側がモータジェネレータ６４を電動機として機能させるアシストモードの領域になっている。充電モードにもアシストモードにも含まれない空白の領域は、モータジェネレータ６４が動力の授受に寄与せず、エンジン７の駆動力だけで油圧ポンプ４８，５１等を作動させるエンジン単独モードの領域である。通常時マップＭＭ１と再生直前時マップＭＭ２とを比較すると、再生直前時マップＭＭ２の充電モードの領域は通常時マップＭＭ１のそれよりもバッテリ残量ＳＣがゼロ（完全放電状態）に近い側で大幅に狭く設定されている。つまり、再生直前時マップＭＭ２ではバッテリ残量ＳＣがかなり少ない状態（例えば１５％以下等）でなければ充電モードを選択しない。アシストモードの領域も再生直前時マップＭＭ２の方が通常時マップＭＭ１よりも広く設定されている。このように構成すると、ＤＰＦ１５０の再生直前時には積極的に電力を消費できる。このため、その後の再生動作に際して、モータジェネレータ６４を発電機として駆動させる時間を十分に確保できる。

図１１（ｃ）の再生時マップＭＭ３では、充電モードの領域を略Ｌ字状に設定していて、エンジン負荷率ＬＦの低い領域を充電モードの領域で占めている。また、図１１（ｃ）の再生時マップＭＭ３では、図面左端の逆三角形の狭い領域をアシストモードの領域に設定している。このように再生時マップＭＭ３において、エンジン負荷率ＬＦの低い領域を充電モードの領域で占める設定にすると、エンジン負荷が低い状態であっても、モータジェネレータ６４の発電機作用によって、エンジン負荷を増大させて排気ガスを昇温できるだけでなく積極的にバッテリ６６に充電できる。

ＥＣＵ１０１は基本的に、エンジン回転速度センサ１０４で検出される回転速度Ｎとスロットル位置センサ１０６で検出されるスロットル位置とからトルクＴを求めて、トルクＴと出力特性マップＰＭとを用いて目標燃料噴射量を演算し、演算結果に基づきコモンレールシステム１１７を作動させるという燃料噴射制御を実行する。ここで、燃料噴射量は、各燃料噴射バルブ１１９の開弁期間を調節して、各インジェクタ１１５への噴射期間を変更することによって調節される。

また、ＥＣＵ１０１は、ＤＰＦ１５０の再生要否に基づき３種類のモードマップＭＭの中から１つを選択し、エンジン負荷（実施形態ではエンジン負荷率ＬＦ）及びバッテリ残量ＳＣ並びに選択したモードマップＭＭを用いて、モータジェネレータ６４を発電機として機能させる充電モードを行うか、モータジェネレータ６４を電動機として機能させるアシストモードを行うかを決定するモード切換制御を実行する。このように制御すると、排気ガス昇温のために、従来のような吸気絞り装置や排気絞り装置を設ける必要がなく、エンジン７関連の部品点数を少なくできる（製造コストの抑制に寄与したり吸排気損失増大による燃費悪化も防止したりできる）ものでありながら、ＤＰＦ１５０の再生が必要か否か、更にはバッテリ６６の充電状態に応じて的確に、モータジェネレータ６４を電動機として駆動させエンジン７の駆動力を補助したり、発電機として駆動させバッテリ６６に充電したりできる。

（４）．動力配分機構及び切換クラッチ機構の詳細構造
次に、図９を参照しながら、動力配分機構６１及び切換クラッチ機構６３の詳細構造について説明する。動力配分機構６１は、主動軸６０とポンプ軸６２とをつなぐ遊星ギヤ機構８１を備えている。遊星ギヤ機構８１は、主動軸６０の先端側に固着されたサンギヤ８３と、サンギヤ８３に噛み合う複数の遊星ギヤ８４と、遊星ギヤ８４群に噛み合うリングギヤ８５と、遊星ギヤ８４群を同一円周上に回転可能に配置するキャリヤ８６とを備えている。リングギヤ８５は、その内周面の内歯を複数の遊星ギヤ８４に噛み合わせた状態で主動軸６０に同心状に配置され、且つ、キャリヤ８６の外側面から突出したポンプ軸６２に回転可能に被嵌されている。

一方、モータジェネレータ６４から突出した入出力軸８７には切換クラッチ機構６３が関連付けて設けられている。すなわち、入出力軸８７には、フライホイル３２のホイルギヤ８２に噛み合う強制発電ギヤ８８と、リングギヤ８５の外周面に形成された外歯に噛み合う中継ギヤ８９とが回転可能に軸支されている。また、入出力軸８７には、クラッチシリンダ６７で継断動作可能な強制発電クラッチ９０及び中継クラッチ９１も設けられている。クラッチシリンダ６７のロッド側には、シフトアーム９２を介してクラッチシフタ９３が連結されている。クラッチシリンダ６７の駆動に基づくクラッチシフタ９３の動作にて強制発電クラッチ９０又は中継クラッチ９１を動力接続状態にすることによって、入出力軸８７に強制発電ギヤ８８又は中継ギヤ８９が一体回転するように連結される。

強制発電クラッチ９０を動力接続状態にした場合は、主動軸６０の回転動力が、ホイルギヤ８２及び強制発電ギヤ８８を介して入出力軸８７に分岐して伝達され、かかる入出力軸８７の回転動力によってモータジェネレータ６４が発電機として機能し、インバータコンバータ６５経由でバッテリ６６が充電される。遊星ギヤ機構８１ひいてはポンプ軸６２には、主動軸６０の回転動力（エンジン７の駆動力）が伝達される。この場合、エンジン７には、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１を駆動させる負荷と、モータジェネレータ６４の駆動にてバッテリ６６を充電する負荷とがかかることになる。そうすると、モータジェネレータ６４の発電機作用に基づく負荷がダミー負荷として作用し、これに伴いエンジン負荷が増大する。そして、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１の駆動維持のためにエンジン出力（燃料噴射量）が増大して、排気ガス温度が上昇する。

その結果、排気ガスがディーゼル酸化触媒１５３及びスートフィルタ１５４を通過するに際して、排気ガス温度が再生可能温度を超えることになり、ディーゼル酸化触媒１５３の作用にて排気ガス中のＮＯが不安定なＮＯ２に酸化して、ＮＯ２がＮＯに戻る際に放出するＯ（酸素）にてスートフィルタ１５４に堆積したＰＭが酸化除去され、スートフィルタ１５４のＰＭ捕集能力が回復する（スートフィルタ１５４が再生する）ことになる。

中継クラッチ９１を動力接続状態にした場合は通常、エンジン７の駆動による主動軸６０の回転動力が遊星ギヤ機構８１を介してポンプ軸６２に伝達される。ここで、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１の駆動負荷に対して主動軸６０の回転動力（エンジン負荷）が大きく、余分なエンジン負荷が存在する場合は、かかる余分な回転動力がサンギヤ８３及び遊星ギヤ８４群を介してリングギヤ８５に伝達され、リングギヤ８５から中継ギヤ８９を経由して入出力軸８７に伝達される。そして、入出力軸８７の回転動力によってモータジェネレータ６４が発電機として機能し、インバータコンバータ６５経由でバッテリ６６が充電されることになる。

中継クラッチ９１を動力接続状態にした場合において、バッテリ６６の電力を利用してモータジェネレータ６４を電動機として駆動させると、エンジン７の駆動による主動軸６０の回転動力とは別に、モータジェネレータ６４の駆動で入出力軸８７が回転駆動し、入出力軸８７の回転動力が中継ギヤ８９からリングギヤ８５に伝達される。従って、遊星ギヤ機構８１に、主動軸６０の回転動力と入出力軸８７の回転動力とが伝達され、これらの合成動力がポンプ軸６２に伝達される。すなわち、エンジン７だけで第１及び第２油圧ポンプ４８，５１の駆動負荷を賄い切れない高負荷時は、モータジェネレータ６４を電動機として駆動させ、動力の不足分が補填される（エンジン７の駆動をアシストする）。

なお、両クラッチ９０，９１を動力遮断状態（中立）にすれば、モータジェネレータ６４は動力の授受に寄与せず、遊星ギヤ機構８１ひいてはポンプ軸６２は、主動軸６０の回転動力（エンジン７の駆動力）だけで回転駆動する。また、エンジン７が駆動している間は、オルタネータ１３７の発電機作用によってコンバータ６８経由で常時バッテリ６６が充電される。

（５）．ハイブリッド式エンジン装置でのモード切換制御の態様
次に、図１１及び図１２を参照しながら、ハイブリッド式エンジン装置でのモード切換制御の態様について説明する。ＥＣＵ１０１は前述の通り、モータジェネレータ６４を発電機として機能させる充電モードを行うか、モータジェネレータ６４を電動機として機能させるアシストモードを行うかを決定するモード切換制御を実行する。

この場合、図１２に示すように、ＥＣＵ１０１は、差圧センサ１６８からの検出結果に基づきＤＰＦ１５０内のＰＭ堆積量を推定する（Ｓ０１）。ＰＭ堆積量（推定結果）が直前値（例えば６ｇ／ｌ）未満であれば（Ｓ０２：通常）、３種類のモードマップＭＭの中から図１１（ａ）に示す通常時マップを選択して読み込む（Ｓ０３）。ＰＭ堆積量が直前値（例えば６ｇ／ｌ）以上限界値（例えば８ｇ／ｌ）未満であれば（Ｓ０２：直前）、図１１（ｂ）に示す再生直前時マップＭＭ２を選択して読み込む（Ｓ０４）。ＰＭ堆積量が限界値（例えば８ｇ／ｌ）以上であれば（Ｓ０２：再生）、図１１（ｃ）に示す再生時マップＭＭ３を選択して読み込む（Ｓ０５）。

３種類のモードマップＭＭのうちいずれかを選択した後は、エンジン回転速度センサ１０４の検出値（現時点の回転速度Ｎ１）、スロットル位置センサ１０６の検出値、及び残量検出器６９で検出したバッテリ残量ＳＣ１を読み込む（Ｓ０６）。次いで、現時点の回転速度Ｎ１とスロットル位置とから現時点のトルクＴ１を算出し、現時点の回転速度Ｎ１及びトルクＴ１並びに出力特性マップＰＭを用いて、現時点のエンジン負荷率ＬＦ１を算出する（Ｓ０７）。

それから、先ほど選択したモードマップＭＭを参照して、エンジン負荷率ＬＦ１とバッテリ残量ＳＣ１との関係がどのモードの領域に属するかを判別する（Ｓ０８）。充電モードの領域に属する場合は（Ｓ０８：充電）、ステップＳ０９に移行し、クラッチシリンダ６７を駆動させて強制発電クラッチ９０を動力接続状態にし、モータジェネレータ６４を発電機として機能させる（充電モードを実行する）。アシストモードに属する場合は（Ｓ０８：アシスト）、ステップＳ１０に移行し、クラッチシリンダ６７を駆動させて中継クラッチ９１を動力接続状態にした上で、バッテリ６６の電力を利用してモータジェネレータ６４を電動機として駆動させる（アシストモードを実行する）。エンジン単独モードに属する場合は（Ｓ０８：エンジン単独）、ステップＳ１１に移行し、クラッチシリンダ６７を駆動させて中継クラッチ９１を動力接続状態にするか、又は両クラッチ９０，９１を動力遮断状態にし、エンジン７の駆動力だけで油圧ポンプ４８，５１等を作動させる（エンジン単独モードを実行する）。

（６）．ハイブリッド式エンジン装置での低速時負荷制御の態様
次に、図１３を参照しながら、ハイブリッド式エンジン装置での低速時負荷制御について説明する。ＥＣＵ１０１は、実行中のモードに拘らず、エンジン７の低速回転時にエンジン負荷の増大でエンジン回転速度Ｎが低下する場合に、モータジェネレータ６４の電動機作用によってエンジン７の駆動力を補助する低速時負荷制御を実行する。

この場合、図１３に示すように、ＥＣＵ１０１は、エンジン回転速度センサ１０４の検出値（現時点の回転速度Ｎ２）及びスロットル位置センサ１０６の検出値を読み込み（Ｓ２１）、現時点の回転速度Ｎ２が所定値以下（低速回転域）であれば（Ｓ２２：ＹＥＳ）、第１油圧センサ１６９で検出した第１油圧値Ｓ１と、第２油圧センサ１２２で検出した第２油圧値Ｓ２とを適宜時間毎に読み込む（Ｓ２３）。そして、第１油圧センサ１６９に関して、先に読み込んだ第１油圧値Ｓ１（１）と後に読み込んだ第１油圧値Ｓ１（２）とから、第１油圧ポンプ４８側の油圧変化率ΔＳ１を算出すると共に、第２油圧センサ１７０に関して、先に読み込んだ第２油圧値Ｓ２（１）と後に読み込んだ第２油圧値Ｓ２（２）とから、第２油圧ポンプ５１側の油圧変化率ΔＳ２を算出する（Ｓ２４）。

ここで、油圧変化率ΔＳ１，ΔＳ２とは、先の油圧値Ｓ１（１），Ｓ２（１）と後の油圧値Ｓ１（２），Ｓ２（２）との差を先の油圧値Ｓ１（１），Ｓ２（１）で割った値の百分率で表したものである。すなわち、ΔＳ１＝｛Ｓ１（１）−Ｓ１（２）｝／Ｓ１（１）×１００、ΔＳ２＝｛Ｓ２（１）−Ｓ２（２）｝／Ｓ２（１）×１００と表される。

次いで、油圧変化率ΔＳ１，ΔＳ２のいずれか少なくとも一方が設定変化率ΔＳ０（所定値）以上であるか否かを判別する（Ｓ２５）。なお、設定変化率ΔＳ０は、ＥＣＵ１０１の記憶手段等に予め記憶させている。油圧変化率ΔＳ１，ΔＳ２の少なくとも一方が設定変化率ΔＳ０以上であれば（Ｓ２５：ＹＥＳ）、エンジン７の低速回転中にエンジン負荷が増大して回転速度Ｎが低下する状態にあるため、このままでは第１及び第２油圧ポンプ４８，５１の負荷増大に対してエンジン７の出力トルクが追従できずに不足し、黒煙を排出してノッキングを生じたりエンジンストールを引き起こしたりすることになる。

そこで、この場合は、中継クラッチ９１を動力接続状態にした上で、バッテリ６６の電力を利用してモータジェネレータ６４を電動機として駆動させる（Ｓ２６）。そうすると、出力特性マップＰＭでの補正トルク線Ｔｍｏｄと最大トルク線Ｔｍｘとの差に相当する補助トルクΔＴ（トルクの不足分）が補填され（エンジン７の駆動がアシストされ）、エンジン７の低速回転域での燃料噴射量を増大させたのと同様な状態になる。その結果、エンジン７の出力トルクの低下を防止して、トルク不足に起因する回転速度Ｎの更なる低下をなくし、黒煙及びノッキングの発生を防止できると共に、エンジンストールのおそれを抑制できる。

次いで、現時点の回転速度Ｎ３をエンジン回転速度センサ１０４で検出して読み込み（Ｓ２７）、現時点の回転速度Ｎ３が先の回転速度Ｎ２にまで復帰したか否かを判別する（Ｓ２８）。現時点の回転速度Ｎ３が先の回転速度Ｎ２にまで復帰していれば（Ｓ２８：ＹＥＳ）、バッテリ６６からモータジェネレータ６４に対する電力供給を停止する（Ｓ２９）。ステップＳ２９では、クラッチシリンダ６７を駆動させて両クラッチ９０，９１を動力遮断状態にしてもよい。実施形態では、例えば油圧等に起因した負荷増大の検出タイミングを第１及び第２油圧ポンプ４８，５１からの作動油の油圧変化率ΔＳ１，ΔＳ２によって把握できる。このため、エンジン７の回転速度Ｎを基準にして検出タイミングを計る場合よりも素早い判別が可能であり、モータジェネレータ６４の補助力付与の要否判別に要する時間を短縮できる。

（７）．まとめ
上記の記載並びに図５から明らかなように、エンジン７と、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータ６４と、前記モータジェネレータ６４に繋がるバッテリ６６とを備え、前記バッテリ６６の電力による前記モータジェネレータ６４の電動機作用で前記エンジン７の駆動力を補助可能に構成しているハイブリッド式エンジン装置において、前記モータジェネレータ６４とは別に、前記エンジン７によって駆動するオルタネータ１３７を前記バッテリ６６に接続し、前記モータジェネレータ６４と前記オルタネータ１３７との両方から前記バッテリ６６に充電可能に構成し、前記モータジェネレータ６４と前記オルタネータ１３７との両方を前記エンジン７に組み付けてユニット化しているから、エンジンとは別体のモータジェネレータを備えた従来のハイブリッド式エンジン装置に比較して、ハイブリッド式エンジン装置全体の大幅なコンパクト化を図れる。ひいては、本願のハイブリッドエンジン装置を搭載する作業車両のコンパクト化にも貢献する。発電専用の前記オルタネータ１３７も前記モータジェネレータ６４とは別に存在するため、バッテリ残量を気にすることなく、前記エンジン７の駆動力に対して前記モータジェネレータ６４の駆動力を補助力として確実に付与できる。前記エンジン７の出力特性に対して前記モータジェネレータ６４の補助力を的確に付与して、状況に応じた最適な出力特性を得ることが可能になる。

上記の記載並びに図１３から明らかなように、前記エンジン７の低速回転時にエンジン負荷の増大でエンジン回転速度Ｎが低下する場合は、前記モータジェネレータ６４の電動機作用によって前記エンジン７の駆動力を補助するように構成しているから、例えば油圧等に起因して前記エンジン７の低速回転時にエンジン負荷が増大したとしても、前記モータジェネレータ６４の電動機作用によって前記エンジン７の出力トルクの低下を防止できる。従って、トルク不足に起因するエンジン回転速度Ｎの更なる低下をなくして、黒煙及びノッキングの発生を防止できると共に、エンジンストールのおそれを抑制できる。

上記の記載並びに図１３から明らかなように、前記エンジン７の駆動力にて駆動する油圧源４８，５１から供給される作動油の油圧変化率ΔＳ１，ΔＳ２が所定値ΔＳ０以上であると、前記モータジェネレータ６４の電動機作用によって前記エンジン７の駆動力を補助するように構成しているので、例えば油圧等に起因した負荷増大の検出タイミングを前記油圧源４８，５１からの作動油の油圧変化率ΔＳ１，ΔＳ２によって把握できる。このため、エンジン回転速度Ｎを基準にして検出タイミングを計る場合よりも素早い判別が可能であり、前記モータジェネレータ６４の補助力付与の要否判別に要する時間を短縮できる。

上記の記載並びに図１１及び図１２から明らかなように、エンジン７と、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータ６４と、前記モータジェネレータ６４に繋がるバッテリ６６とを備え、前記バッテリ６６の電力による前記モータジェネレータ６４の電動機作用で前記エンジン７の駆動力を補助可能であり、且つ、前記エンジン７の駆動力による前記モータジェネレータ６４の発電機作用で前記バッテリ６６に充電可能に構成しているハイブリッド式エンジン装置において、前記エンジン７からの排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置１５０を備え、エンジン負荷とバッテリ残量ＳＣと前記排気ガス浄化装置１５０の再生要否との関係を示す複数の制御パターンＭＭから選択し、前記選択した制御パターンＭＭに基づき、前記モータジェネレータ６４を電動機として駆動させるアシストモードを選択するか、発電機として駆動させる充電モードを選択するかを決定するから、排気ガス昇温のために、従来のような吸気絞り装置や排気絞り装置を設ける必要がなく、エンジン７関連の部品点数を少なくできる（製造コストの抑制に寄与したり吸排気損失増大による燃費悪化も防止したりできる）ものでありながら、前記排気ガス浄化装置１５０の再生が必要か否か、更には前記バッテリ６６の充電状態に応じて的確に、前記モータジェネレータ６４を電動機として駆動させ前記エンジン７の駆動力を補助したり、発電機として駆動させ前記バッテリ６６に充電したりできる。

上記の記載並びに図１１及び図１２から明らかなように、前記排気ガス浄化装置１５０の再生時に対応した再生時制御パターンＭＭ３では、エンジン負荷が低い領域を前記充電モードの領域で占めているから、エンジン負荷が低い状態であっても、前記モータジェネレータ６４の発電機作用によって、エンジン負荷を増大させて排気ガスを昇温できるだけでなく積極的に前記バッテリ６６に充電できる。

上記の記載並びに図１１及び図１２から明らかなように、通常時に対応した通常時制御パターンＭＭ１と、前記排気ガス浄化装置１５０の再生直前時に対応した直前時制御パターンＭＭ２とでは、前記直前時制御パターンＭＭ２の充電モードの領域を、前記通常時制御パターンＭＭ１のそれよりも前記バッテリ残量ＳＣがゼロに近い側で狭く設定しているから、前記排気ガス浄化装置１５０の再生直前時には積極的に電力を消費でき、その後の再生動作に際して、前記モータジェネレータ６４を発電機として駆動させる時間を十分に確保できる。

（８）．その他
本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。例えば本願発明を適用するエンジンはディーゼル式のものに限らず、ガスエンジンやガソリンエンジンでもよい。また、バックホウ１に搭載されるエンジンに限らず、農作業機、土木建設等の特殊作業用車両、自動車又は発電機等に搭載されるハイブリッド式エンジン装置にも本願発明を適用できる。その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

１ 作業車両としてのバックホウ
２ 走行装置
７ エンジン
１０ 作業部
４０ 油圧回路
４８ 第１油圧ポンプ
５１ 第２油圧ポンプ
６０ 主動軸
６１ 動力配分機構
６２ ポンプ軸
６３ 切換クラッチ機構
６４ モータジェネレータ
６６ バッテリ
８１ 遊星ギヤ機構
８７ 入出力軸
１０１ ＥＣＵ
１１０ 切換クラッチ電磁弁
１３７ オルタネータ
１５０ ＤＰＦ
１６８ 差圧センサ
１６９ 第１油圧センサ
１７０ 第２油圧センサ

Claims (3)

1. エンジンと、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータと、前記モータジェネレータに繋がるバッテリとを備え、前記バッテリの電力による前記モータジェネレータの電動機作用で前記エンジンの駆動力を補助可能であり、且つ、前記エンジンの駆動力による前記モータジェネレータの発電機作用で前記バッテリに充電可能に構成しているハイブリッド式エンジン装置において、
   前記エンジンからの排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を備え、エンジン負荷とバッテリ残量との関係より前記モータジェネレータを電動機として駆動させるアシストモードと電機として駆動させる充電モードのいずれを選択するかを決定させる制御パターンとして、通常時に対応した通常時制御パターンと、前記排気ガス浄化装置の再生直前時に対応した直前時制御パターンとを記憶しており、
   前記排気ガス浄化装置のＰＭ堆積量が直前値未満であれば、前記通常時制御パターンを選択し、前記排気ガス浄化装置のＰＭ堆積量が直前値以上であれば、前記直前時制御パターンを選択し、
   前記直前時制御パターンの充電モードの領域を前記通常時制御パターンのそれよりも前記バッテリ残量がゼロに近い側で設定している、
   ハイブリッド式エンジン装置。
2. 更に、前記排気ガス浄化装置の再生時に対応した再生時制御パターンを記憶しており、前記排気ガス浄化装置のＰＭ堆積量が直前値以上限界値未満であれば、前記直前時制御パターンを選択し、前記排気ガス浄化装置のＰＭ堆積量が限界値以上であれば、前記再生時制御パターンを選択し、
   前記再生時制御パターンは、エンジン負荷率が低い側における前記充電モードのみで占める領域に対するエンジン負荷率の幅が前記通常時制御パターン及び前記直前時制御パターンより広い、
   請求項１に記載のハイブリッド式エンジン装置。
3. 前記再生時制御パターンは、エンジン負荷率が高い側に、バッテリ残量が大きくなるほどアシストモードを設定するエンジン負荷率の幅が広がる領域を有している、
   請求項２に記載のハイブリッド式エンジン装置。

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