JP6889123B2 - 排気浄化システム - Google Patents

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Description

本開示は、パティキュレートを捕集可能な触媒から捕集したパティキュレートを除去することができる排気浄化システムに関する。
内燃機関の排気に含まれるパティキュレートを捕集して除去するための触媒として、パティキュレートフィルタが排気通路に設けられている。パティキュレートフィルタでは、捕集したパティキュレートをフィルタ再生処理により燃焼させて除去している。そして、パティキュレートを燃焼させるために蒸発燃料を使用することが知られている。このような排気浄化装置として、例えば、下記の特許文献1に記載されたものがある。
この排気浄化装置は、パティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、蒸発燃料を捕集するキャニスタと、内燃機関とパティキュレートフィルタの上流側とを接続するバイパス通路と、キャニスタとバイパス通路とを接続する蒸発燃料通路と、バイパス通路と蒸発燃料通路に設けられたエジェクタとを備えている。
そして、この排気浄化装置では、フューエルカット時にエジェクタの作用により、キャニスタから蒸発燃料をパティキュレートフィルタに供給して、パティキュレートを燃焼させるようになっている。
特開2017−218931号公報
しかしながら、上記の排気浄化装置では、フィルタ再生時にパティキュレートフィルタへ供給される空気量は、フューエルカット時の成り行きの空気量である。そのため、キャニスタからパティキュレートフィルタに供給される蒸発燃料を燃焼させるための空気量が不十分になるおそれがある。そして、パティキュレートフィルタに供給される空気量が不十分であると、パティキュレートフィルタの加熱が不十分となってしまう。その結果、捕集されたパティキュレートの燃焼が不十分となり、パティキュレートフィルタからパティキュレートをうまく除去することができないおそれがある。更に蒸発燃料(未燃HC)も触媒で浄化できず、大気に放出されるおそれがある。
そこで、本開示は上記した問題点を解決するためになされたものであり、触媒の再生時に、触媒に蓄積したパティキュレート及び供給蒸発燃料を確実に燃焼させて触媒から除去することができる排気浄化システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、
燃料タンクから蒸発する蒸発燃料を捕集するキャニスタと、
前記キャニスタと内燃機関の吸気通路に接続する吸気側パージ通路と、
前記吸気側パージ通路を開閉するパージ弁と、
排気中のパティキュレートを捕集して排気を浄化する触媒と、
前記パージ弁の上流側で前記吸気側パージ通路から分岐し、前記キャニスタと前記触媒の上流側で前記内燃機関の排気通路に接続する排気側パージ通路と、を有する排気浄化システムにおいて、
前記排気側パージ通路に設けられ、エア又は前記キャニスタからパージされたパージガスを前記触媒に供給するポンプと、
前記排気側パージ通路の前記ポンプより上流側に設けられ、前記排気側パージ通路の状態を、前記ポンプを前記キャニスタに連通する連通状態と、前記ポンプを大気に連通する大気開放状態とに切り替える三方弁と、
前記排気側パージ通路の前記ポンプより下流側に設けられ、前記触媒に供給するエアの流量を制御する流量制御弁と、
前記触媒の再生要求が発生した場合に、前記パージ弁、前記ポンプ、前記三方弁、及び前記流量制御弁を制御することにより、前記触媒に捕集されたパティキュレートを燃焼させるために必要な量のエアと前記キャニスタからパージされたパージガスを前記触媒に供給する制御部とを備える
ことを特徴とする。
この排気浄化システムでは、触媒の再生時に、制御部により、パージ弁、ポンプ、三方弁、及び流量制御弁が制御されることにより、触媒に捕集されて蓄積したパティキュレートを燃焼させるために必要な量のエアとパージガス(蒸発燃料)を触媒へ確実に供給することができる。そのため、触媒の再生時に、触媒に供給されるエアが不足することがない。従って、触媒に捕集されて蓄積したパティキュレートを確実に燃焼させて触媒から除去することができる。また、フューエルカット以外の運転状態であっても、触媒の再生処理を実施することができる。
そして、上記した排気浄化システムにおいて、
前記制御部は、前記内燃機関の回転数、吸入空気量及び空燃比から算出される前記触媒の推定床温度と、前記吸気側パージ通路に前記キャニスタからパージされたパージガスの濃度に基づき、前記パージ弁、前記ポンプ、及び前記三方弁の各動作を制御するとともに、前記内燃機関の吸入空気量に基づき、前記流量制御弁の開度を制御する
ことが好ましい。
このような構成にすることにより、触媒の再生時に、触媒の推定床温度、パージガスの濃度、及び吸入空気量に基づいて、制御部が、パージ弁、ポンプ、三方弁、及び流量制御弁を制御する。そのため、内燃機関の運転状況に応じて、触媒に捕集されて蓄積したパティキュレートを燃焼させるために必要な量のエアとパージガスを触媒へ確実に供給することができる。これにより、例えば触媒の床温度が低い場合などであっても、触媒の再生処理を効率良く実施することができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記制御部は、前記触媒の推定床温度が所定温度以上であると判断した場合に、前記三方弁を前記大気開放状態にする
ことが好ましい。
なお、所定温度とは、触媒にパージガスを供給しなくてもエアを供給すれば触媒の再生処理が可能な温度である。
このような構成にすることにより、触媒の推定床温度が所定温度以上の場合には、三方弁が大気開放状態にされるため、触媒にキャニスタからパージガスは供給されず、ポンプからエアのみが供給される。そのため、キャニスタからパージされるパージガスをすべて吸気側パージ通路に供給することができるので、触媒の再生処理時の燃費悪化を抑制することができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記制御部は、前記触媒の推定床温度が所定温度未満で、前記パージガスの濃度が前記触媒に蓄積したパティキュレートを前記パージガスにより燃焼させられる第1所定濃度より低いと判断した場合に、空燃比が理論空燃比よりも低くなるように前記内燃機関をリッチ制御して、前記三方弁を大気開放状態にする
ことが好ましい。
このような構成にすることにより、触媒の推定床温度が所定温度未満で、パージガスの濃度が第1所定濃度以下である場合には、内燃機関がリッチ制御されるため、内燃機関から触媒に未燃ガスが供給される。また、三方弁が大気開放状態にされるため、触媒にポンプからエアが供給される。これにより、触媒の再生要求時に、触媒の床温度が低く、かつキャニスタから必要量のパージガスを触媒に供給することができない場合(低パージ濃度)であっても、内燃機関から触媒に未燃ガスが供給されるため、触媒に捕集されて蓄積したパティキュレートを確実に燃焼させることができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記制御部は、前記触媒の推定床温度が所定温度未満で、前記パージガスの濃度が前記触媒に蓄積したパティキュレートを前記パージガスにより燃焼させられる第1所定濃度以上であると判断した場合に、前記パージ弁を全閉にして前記吸気側パージ通路を閉じて、前記三方弁を前記連通状態にする
ことが好ましい。
このような構成にすることにより、触媒の推定床温度が所定温度未満で、パージガスの濃度が第1所定濃度以上である場合には、パージ弁がOFFにされて吸気側パージ通路が閉じられ、三方弁が連通状態にされるため、キャニスタからパージガスが排気側パージ通路を介して触媒に供給される。これにより、触媒の床温度が低い場合であっても、触媒床温が昇温され触媒に捕集されて蓄積したパティキュレートを確実に燃焼させることができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記制御部は、前記パージガスの濃度が前記第1所定濃度よりも高い第2所定濃度以上であると判断した場合に、前記三方弁を一定時間毎に前記パージガスの濃度に応じて定まる前記一定時間内における所定割合にて前記連通状態と前記大気開放状態とを切替える切替制御を行う
ことが好ましい。
このような構成にすることにより、パージガスの濃度が第2濃度以上である場合(高パージ濃度)には、三方弁が一定時間毎にパージガスの濃度に応じて定まる所定割合で連通状態と大気開放状態とが交互に切り替えられる。これにより、触媒にパージガスが希釈されながら供給されるため、触媒に捕集されて蓄積したパティキュレート及び供給蒸発燃料を確実に燃焼させることができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記キャニスタの大気開放口を開閉する開閉弁と、
前記燃料タンク内の圧力を検出する圧力センサとを備え、
前記制御部は、前記内燃機関の停止後に、前記開閉弁、前記パージ弁、前記三方弁、前記流量制御弁、及び前記ポンプを制御することにより、前記燃料タンクに接続する、前記三方弁より上流側の前記排気側パージ通路及び前記パージ弁より上流側の前記吸気側パージ通路に負圧を発生させて、前記燃料タンク内の圧力を前記圧力センサで検出し、前記圧力センサで検出される圧力の変化に基づき、前記排気側パージ通路及び前記吸気側パージ通路における孔開きを検出する
ことが好ましい。
このように、キャニスタの大気開放口を開閉する開閉弁と、燃料タンク内の圧力を検出する圧力センサとを備えることにより、制御部は、内燃機関の停止後に、開閉弁、パージ弁、三方弁、流量制御弁、及びポンプを制御することにより、燃料タンクに接続する、三方弁より上流側の排気側パージ通路及びパージ弁より上流側の吸気側パージ通路に負圧を発生させることができる。そして、制御部は、圧力センサで検出される圧力の変化に基づいて、燃料タンクに接続する、三方弁より上流側の排気側パージ通路及びパージ弁より上流側の吸気側パージ通路における孔開きを検出することができる。従って、触媒の再生時に必要な量のエアとパージガスを触媒へ確実に供給するとともに、排気側パージ通路及び吸気側パージ通路の異常を早期に検出することができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記制御部は、前記燃料タンク内の燃料レベルに応じて、前記孔開きを検出するための判定基準値を決定する
ことが好ましい。
このような構成にすることにより、燃料タンク内の燃料レベル(燃料残量)によって、孔開き検出を行う際に負圧にする体積が変化することに対応して、孔開きを検出するための判定基準値が決定されるため、精度良く孔開きの検出を行うことができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記ポンプより上流側の前記排気側パージ通路に、前記パージガスを捕集するトラップキャニスタを有する
ことが好ましい。
このような構成にすることにより、孔開き検出を実施する際に、キャニスタからパージされるパージガス(燃料タンク内の蒸発燃料も含む)をトラップキャニスタで捕集することができる。従って、孔開き検出を実施する際(内燃機関の停止時)に、排気通路へパージガスが流れ込むことを防止することができる。これにより、排気通路から大気へパージガスが放出されることを防ぐことができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記トラップキャニスタを迂回するバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパス通路開閉弁とを備え、
前記制御部は、前記触媒の再生要求が発生した場合に、前記バイパス通路開閉弁を全開にして、前記バイパス通路を開放する
ことが好ましい。
このような構成にすることにより、トラップキャニスタを設けても、フィルタの再生要求が発生した場合に、触媒にキャニスタからパージガスを遅れなく供給することができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記トラップキャニスタは、前記三方弁と前記ポンプとの間に設けられており、
前記制御部は、前記触媒の暖機完了後、前記三方弁、前記ポンプ、及び前記流量制御弁を制御して前記トラップキャニスタのエアパージを行う
ことが好ましい。
このような構成にすることにより、トラップキャニスタのエアパージを行ってトラップキャニスタからパージされたパージガスが排気通路へ流れ込んだときに、触媒の暖機が完了しているため、パージガスを触媒で燃焼させることができる。これにより、トラップキャニスタからパージされたパージガスが、排気通路から大気へ放出されることを防ぐことができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記トラップキャニスタは、前記三方弁より上流側に設けられており、
前記トラップキャニスタより上流側に設けられ、前記トラップキャニスタを前記キャニスタ又は大気のいずれか一方に連通させるトラップキャニスタ用三方弁を備え、
前記制御部は、前記触媒の暖機完了後、前記三方弁、前記トラップキャニスタ用三方弁、前記ポンプ、及び前記流量制御弁を制御して前記トラップキャニスタのエアパージを行う
ことが好ましい。
このような構成にすることによっても、トラップキャニスタのエアパージを行ってトラップキャニスタからパージされたパージガスが排気通路へ流れ込んだときに、触媒の暖機が完了しているため、パージガスを触媒で燃焼させることができる。これにより、トラップキャニスタからパージされたパージガスが、排気通路から大気へ放出されることを防ぐことができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記制御部は、前記トラップキャニスタが飽和状態でパージ要求がある場合に、前記トラップキャニスタのエアパージを行う
ことが好ましい。
このような構成にすることにより、触媒の暖機が完了している状態でトラップキャニスタが飽和状態でパージ要求がある場合に、トラップキャニスタのエアパージが実施される。これにより、孔開き検出を実施する際には、トラップキャニスタの飽和状態は解消されているため、キャニスタからのパージガスをトラップキャニスタで捕集することができる。従って、孔開き検出を実施する際(内燃機関の停止時)に、排気通路へパージガスが流れ込むことを確実に防止することができる。これにより、排気通路からパージガスが大気に放出されることを確実に防ぐことができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記制御部は、内燃機関が停止したときに、前記トラップキャニスタのエアパージを行う
ことが好ましい。
このような構成にすることにより、触媒の暖機が完了している状態で内燃機関が停止された場合に、トラップキャニスタのエアパージが実施される。これにより、孔開き検出を実施する際に、トラップキャニスタの飽和状態は解消されているため、キャニスタからのパージガスをトラップキャニスタで捕集することができる。従って、孔開き検出を実施する際(内燃機関の停止時)に、排気通路へパージガスが流れ込むことを確実に防止することができる。これにより、排気通路からパージガスが大気に放出されることを確実に防ぐことができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記制御部は、前記トラップキャニスタのエアパージ時に、前記バイパス通路開閉弁を一定時間毎に前記パージガスの濃度に応じて定まる前記一定時間内における所定割合にて全閉状態と全開状態とを切替える切替制御を行う
ことが好ましい。
このような構成にすることにより、バイパス通路開閉弁が一定時間毎にパージガスの濃度に応じて定まる所定割合で全閉状態と全開状態とが交互に切り替えられながら、トラップキャニスタのエアパージが実施される。これにより、トラップキャニスタに捕集されたパージガスが高濃度の場合には、トラップキャニスタのエアパージ時に、トラップキャニスタからパージされた高濃度のパージガスがエアにより濃度希釈される。そのため、トラップキャニスタのエアパージを実施した際、排気通路には濃度希釈されたパージガスが流れ込む。つまり、高濃度のパージガスが流れ込まないため、排気通路に流れ込んだパージガスを触媒で確実に燃焼させることができる。これにより、トラップキャニスタからパージされたパージガスが未燃のまま、排気通路から大気へ放出されることを防ぐことができる。
また、上記した排気浄化システムにおいて、
前記制御部は、前記トラップキャニスタのエアパージ時に、前記三方弁を一定時間毎に前記パージガスの濃度に応じて定まる前記一定時間内における所定割合にて前記連通状態と前記大気開放状態とを切替える切替制御を行う
ことが好ましい。
このような構成にすることにより、三方弁が一定時間毎にパージガスの濃度に応じて定まる所定割合で連通状態と大気開放状態とが交互に切り替えられながら、トラップキャニスタのエアパージが実施される。これにより、トラップキャニスタに捕集されたパージガスが高濃度の場合には、トラップキャニスタのエアパージ時に、トラップキャニスタからパージされた高濃度のパージガスがエアにより濃度希釈される。そのため、トラップキャニスタのエアパージを実施した際、排気通路には濃度希釈されたパージガスが流れ込む。つまり、高濃度のパージガスが流れ込まないため、排気通路に流れ込んだパージガスを触媒で確実に燃焼させることができる。これにより、トラップキャニスタからパージされたパージガスが未燃のまま、排気通路から大気へ放出されることを防ぐことができる。
本開示の排気浄化システムによれば、触媒の再生時に、触媒に蓄積したパティキュレート及び供給蒸発燃料を確実に燃焼させて触媒から除去することができる。
第1実施形態に係る排気浄化システムの構成図である。 触媒の再生制御の内容を示す制御フローチャートである。 流量制御弁の開度と吸入空気量の関係を示すデータマップ図である。 開度補正係数とパージ濃度の関係を示すデータマップ図である。 開度補正係数と触媒推定床温度の関係を示すデータマップ図である。 触媒床温度が高い場合における触媒の再生制御の内容、及びGPF再生要求がない場合の制御内容を示す制御フローチャートである。 低パージ濃度時における触媒の再生制御の内容を示す制御フローチャートである。 目標A/Fと触媒推定床温度の関係を示すデータマップ図である。 開度補正係数と目標A/Fの関係を示すデータマップ図である。 高パージ濃度時における触媒の再生制御の内容を示す制御フローチャートである。 パージ濃度に対する三方弁のON時間の割合(2秒間中の割合)を示すデータマップ図である。 触媒高温時に触媒の再生制御を実施しているときのタイムチャートである。 触媒低温時で低パージ濃度時における触媒の再生制御を実施しているときのタイムチャートである。 触媒低温時で高パージ濃度時における触媒の再生制御を実施しているときのタイムチャートである。 孔開き検出制御の内容を示す制御フローチャートである。 孔開き検出制御の内容を示す制御フローチャートである。 大孔判定時間及び三方弁・ポンプのOFF後基準時間と燃料残量(燃料レベル)の関係を示すデータマップ図である。 時間当たりの圧力上昇と燃料残量(燃料レベル)との関係を示すデータマップ図である。 小孔開きの検出制御を実施しているときのタイムチャートである。 第2実施形態に係る排気浄化システムの構成図である。 トラップキャニスタパージ制御の内容を示す制御フローチャートである。 トラップキャニスタパージ制御の変形例の内容を示す制御フローチャートである。 第3実施形態に係る排気浄化システムの構成図である。 トラップキャニスタパージ制御の内容を示す制御フローチャートである。 トラップキャニスタパージ制御の第1変形例の内容を示す制御フローチャートである。 トラップキャニスタパージ制御の第2変形例の内容を示す制御フローチャートである。 第4実施形態に係る排気浄化システムの構成図である。 トラップキャニスタの希釈パージ制御の内容を示す制御フローチャートである。 第5実施形態に係る排気浄化システムの構成図である。
以下、本開示の排気浄化システムをガソリンエンジンシステムに適用して具体化した実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
[第1実施形態]
<エンジンシステム及び排気浄化システムの構成>
図1に、本実施形態の排気浄化システム1を備えるエンジンシステム2を構成図により示す。本実施形態のエンジンシステム2において、エンジン11(「内燃機関」の一例)の吸気通路21には、スロットルバルブ31が設けられている。吸気通路21は、インテークマニホールド22を介してエンジン11に接続し、エンジン11の各気筒に供給する吸気が流れる通路である。スロットルバルブ31は、エンジン11に吸入される吸入空気量を制御する弁である。なお、吸入空気量は、吸気通路21に設けられたエアフローメータ(不図示)により検出され、その検出信号がECU(エンジンコントロールユニット)12(「制御部」の一例)に出力される。そして、スロットルバルブ31は、ECU12からの制御信号に基づき開度制御が行われる。
そして、燃料タンク43内の燃料が、燃料ポンプ(不図示)により燃料配管を介してインテークマニホールド22の吸気ポートに設けられたインジェクタ(不図示)に供給され、インジェクタから吸気ポートへ噴射される。その噴射された燃料が吸入空気と混合されて混合気を形成し、その混合気がエンジン11に供給される。
ここで、燃料タンク43には、燃料タンク43内の圧力を測定するタンク圧センサ44が設けられている。また、燃料タンク43には、燃料タンク43内の燃料残量を測定する燃料レベルゲージ45が設けられている。そして、タンク圧センサ44及び燃料レベルゲージ45は、ECU12に接続されており、タンク圧センサ44及び燃料レベルゲージ45の検出信号はECU12に出力される。さらに、燃料タンク43には、ベーパ通路46を介してキャニスタ47が接続されている。
キャニスタ47は、例えば活性炭などの吸着材47aが収容されており、燃料タンク43内で発生した蒸発燃料をベーパ通路46を介して吸着材47aに一時的に吸着させて溜めることができる。また、このキャニスタ47には、外部に連通した大気開放口48が形成され、その大気開放口48を開閉する開閉弁49が設けられている。
そして、キャニスタ47は、吸気側パージ通路51を介して、スロットルバルブ31より下流側で吸気通路21に接続されている。この吸気側パージ通路51には、パージ弁52が設けられている。パージ弁52は、ECU12に接続されており、ECU12からの制御信号に基づき開度制御が行われて、吸気側パージ通路51を流れるパージガスの流量を調整する。これにより、吸気通路21が負圧状態のときに吸気側パージ弁52が開かれると、大気開放口48から新気が導入され、吸着材47aに吸着されていた蒸発燃料が脱離して(パージされて)、所定流量のパージガス(蒸発燃料)が吸気側パージ通路51を介して吸気通路21へと導かれる。そして、吸気通路21に導かれたパージガスは、エンジン11に供給されて燃焼処理される。
また、キャニスタ47は、排気側パージ通路61を介して、排気通路25に直列配置された2つの触媒81,82の間で、排気通路25に接続されている。触媒81は、排気中の有害物質である炭化水素、一酸化炭素、窒化酸化物などを浄化するものであり、触媒82は、排気中のパティキュレート(微粒子)を捕集するためのガソリンパティキュレートフィルタ(GPF)である。
排気側パージ通路61には、上流側(キャニスタ47側)から、トラップキャニスタ62、三方弁63、ポンプ64、逆止弁65、圧力センサ66、流量制御弁67が設けられている。三方弁63、ポンプ64、圧力センサ66、流量制御弁67は、ECU12に接続されており、ECU12からの制御信号に基づいて、三方弁63、ポンプ64、及び流量制御弁67が制御される。これにより、触媒(GPF)82の再生要求が発生したときに、触媒82に捕集されたパティキュレートを燃焼させるために必要な量のエアとキャニスタ47からパージされたパージガスが排気側パージ通路61を介して触媒82に供給される。このGPF再生制御の詳細については後述する。
また、排気通路25には、2つのA/Fセンサ(空燃比センサ)83,84が設けられている。A/Fセンサ83,84は、排気中の特定成分(例えば酸素濃度)を検出することにより排気または吸入混合気の空燃比(A/F)を検出する。これらのA/Fセンサ83,84は、ECU12に接続されており、検出信号をECU12に出力する。
トラップキャニスタ62は、キャニスタ47と同様の構成をなしており、キャニスタ47からパージされたパージガス(蒸発燃料)を一時的に溜めるものである。三方弁63は、排気側パージ通路61の状態を、ポンプ64がキャニスタ47に連通する連通状態と、ポンプ64が大気導入管68に連通する大気開放状態とに切り替える切替弁である。この三方弁63の制御は、ECU12からの制御信号に基づいて行われ、ON制御で連通状態となり、OFF制御で大気開放状態となる。なお、大気導入管68にはエアフィルタ69が取り付けられている。
ポンプ64は、エア又はパージガスを触媒82に供給するものである。このポンプ64は、ECU12からの制御信号に基づき、ON/OFF制御されて触媒82へのエア又はパージガスの供給を行う。逆止弁65は、ポンプ64から排気通路25へ流体が流れるようにする一方、排気通路25からポンプ64へ流体が流れないようにする。流量制御弁67は、触媒82に供給するエアの流量を調整する。この流量制御弁67は、ECU12からの制御信号に基づき開度が制御され、触媒82に適正量のエアを供給する。
<排気浄化システムにおける触媒(GPF)再生処理>
ここで、本実施形態の排気浄化システム1は、キャニスタ47と、排気側パージ通路61と、排気側パージ通路61に配置された、トラップキャニスタ62、三方弁63、ポンプ64、逆止弁65、圧力センサ66、及び流量制御弁67と、排気通路25に配置された触媒82と、ECU12とを備えている。そして、この排気浄化システム1では、ポンプ64によって、エア又はパージガスを触媒(GPF)82へ供給することにより、触媒(GPF)82に捕集されて蓄積したパティキュレートを燃焼させる触媒(GPF)82の再生処理を行う。具体的には、ECU12が、触媒(GPF)82の再生要求が発生したときに、図2に示す制御フローチャートに基づくGPF再生制御を行う。
まず、ECU12は、GPF再生要求があるか否かを判断する(ステップS1)。なお、GPF再生要求は、エンジン11の吸入空気量に対応する触媒82の前圧(触媒81と触媒82との圧力)が、触媒82で捕集したパティキュレートの蓄積量が基準値を超えたと判定するための判定圧力を超えたときに発生する。GPF再生要求がある場合には(S1:YES)、GPF再生処理を実施するために、ECU12は、ステップS2以降の処理を行う。すなわち、ECU12は、エンジン回転数(ne)、吸入空気量(ga)、空燃比(A/F)を各種センサから取り込み(ステップS2)、これらに基づいて触媒82の推定床温度(rrcattemp)を算出する(ステップS3)。
そして、ECU12は、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃未満であるか否かを判断する(ステップS4)。触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃未満である場合には(S4:YES)、触媒82にエアを供給するだけでは、触媒82に蓄積したパティキュレートを燃焼させることは困難であるため、触媒82にパージガスを供給する。そこで、ECU12は、キャニスタ47からパージされているパージガスのパージ濃度(eavapo%)を取り込む(ステップS5)。なお、ここでEUC12が取り込むパージ濃度(eavapo%)は、吸気側へパージガスを供給する吸気側パージ中に行われるパージ濃度の学習処理が行われた後の濃度値である。
次に、ECU12は、パージ濃度(eavapo%)が、所定の濃度A%以上であるか否かを判断する(ステップS6)。なお、所定の濃度Aとは、触媒82にパージガスを供給したときに、そのパージガスによりパティキュレートを燃焼させることが可能な最低濃度である。つまり、GPF再生時に触媒82へ供給可能なパージガスの下限濃度である。そして、パージ濃度(eavapo%)が濃度A%以上である場合には(S6:YES)、ECU12は、パージ弁52を閉弁制御する(ステップS7)。これにより、吸気側パージ通路51が閉鎖され、吸気側パージは停止されるので、パージ濃度の学習処理も停止する。そのため、以降の処理で実施される、排気側へパージガスを供給する排気側パージは、排気側パージ開始時のパージ濃度(S5で取得した値)に基づき制御される。
続いて、ECU12は、パージ濃度(eavapo%)が、所定の濃度B%以下であるか否かを判断する(ステップS8)。なお、所定の濃度Bとは、触媒82にパージガスを供給してパティキュレートを燃焼させたときにパージガスが一部未燃(エア不足)となってしまう濃度である。つまり、GPF再生時に触媒82へ供給可能なパージガスの上限濃度である。そして、パージ濃度(eavapo%)が濃度B%以下である場合には(S8:YES)、ECU12は、ポンプ64をONにし(ステップS9)、三方弁63をON(連通状態)にする(ステップS10)。これにより、触媒82にエアとパージガスが供給される。
このとき、ECU12は、流量制御弁67の開度を、吸入空気量(ga)、パージ濃度(eavapo%)、触媒82の推定床温度(rrcattemp)に基づき制御する(ステップS11)。具体的には、流量制御弁67の開度は、吸入空気量(ga)に基づき基本開度(tair)が決定され、その基本開度(tair)に対し、パージ濃度(eavapo%)及び触媒推定床温度(rrcattemp)のそれぞれによって決まる各開度補正係数(keavapo、kcattemp)を乗じて最終的に決定される。すなわち、次式により、流量制御弁67の最終開度(Tair)が決定される。
Tair=tair×keavapo×kcattemp
なお、基本開度(tair)は、図3に示すように、吸入空気量(ga)が多くなるに従って大きくなるように決定される。そして、パージ濃度(eavapo%)に応じた補正係数(keavapo)は、図4に示すように、パージ濃度(eavapo%)が低くなるに従って係数が大きくなるように決定される。また、触媒推定床温度(rrcattemp)に応じた補正係数(kcattemp)は、図5に示すように、触媒推定床温度(rrcattemp)が低くなるに従って係数が大きくなるように決定される。これら図3〜図4に示す各関係がそれぞれデータマップとして、ECU12に予め記憶されている。これらのデータマップは、予め実験等により特定されている。
このようにして、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃未満の場合であって、パージ濃度(eavapo%)が所定濃度範囲(濃度Aと濃度Bとの間)であるときには、GPF再生処理に必要な量のエアとパージガスを触媒82に供給することができる。そのため、触媒82の床温度が低くても、触媒82に捕集されて蓄積したパティキュレートを確実に燃焼させて触媒82から効率良く除去することができる。また、フューエルカット以外の運転状態であっても、GPF再生処理を実施することができる。
その後、ECU12は、触媒82へのエア供給時間(trro2)を取り込み(ステップS12)、エア供給時間(trro2)が、所定時間Rを経過していないか否かを判断する(ステップS13)。エア供給時間(trro2)が、所定時間Rを経過していない場合には(S13:YES)、再開徐変フラグを「0」にし(ステップS14)、所定時間Rを経過している場合には(S13:NO)、再開徐変フラグを「1」にする(ステップS15)。
なお、再開徐変フラグは、GPF再生処理が終了した後、吸気側パージを再開したときに、パージ弁52の開度を所定開度まで徐々に開いていく再開徐変制御を実施する必要があるか否かを判断するためのフラグである。ここで、GPF再生処理中に排気側パージを行っているときには、吸気側パージが停止されてパージ濃度の学習処理が行われない。そのため、エア供給時間(trro2)が、所定時間Rを経過している場合に、吸気側パージ再開時のパージ濃度が、排気側パージ開始時のパージ濃度から大きく変化しているおそれがある。そして、パージ濃度が大きく変化していると、吸気側パージを再開したときに、エンジン11に供給する燃料量が要求値から大きく外れてしまうおそれがある。そのため、本実施形態では、再開徐変フラグにより再開徐変制御の実施の可否を判断して再開徐変制御を実施することにより、吸気側パージを再開したときに、エンジン11に供給する燃料量が要求値から大きく外れてしまうことを防止している。
一方、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃以上である場合には(S4:NO)、触媒82にエアのみを供給することにより、触媒82で捕集されたパティキュレートを完全に燃焼させることができる。そこで、ECU12は、図6に示すように、空燃比(A/F)が14.5以下であるか否かを判断する(ステップS16)。そして、ECU12は、空燃比(A/F)に応じて、三方弁63、ポンプ64、及び流量制御弁67をそれぞれ制御して、触媒82に適正量のエアを供給する。
具体的に、空燃比(A/F)が14.5以下である場合には(S16:YES)、触媒82へのエア供給が必要であるため、ECU12は、ポンプ64をONにし(ステップS17)、三方弁63をOFF(大気開放状態)にする(ステップS18)。そして、ECU12は、流量制御弁67の開度を、吸入空気量(ga)、空燃比(A/F)に基づき制御する(ステップS19)。具体的に、流量制御弁67の最終開度(Tair)は、吸入空気量(ga)に基づき基本開度(tair)が決定され(図3参照)、その基本開度(tair)に空燃比(A/F)による補正を行って最終的に決定される。すなわち、次式により、流量制御弁67の最終開度(Tair)が決定される。
Tair=tair×14.5/(A/F)
このようにして、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃以上であって、空燃比(A/F)が14.5以下である場合に、空燃比(A/F)に応じてGPF再生処理に必要な量のエアを触媒82に確実に供給することができる。そのため、GPF再生処理時に、触媒82に供給されるエアが不足することがない。従って、触媒82に捕集されて蓄積したパティキュレートを確実に燃焼させて触媒82から効率良く除去することができる。また、フューエルカット以外の運転状態であっても、GPF再生処理を実施することができる。
このとき、触媒82には、キャニスタ47からパージガスは供給されず、ポンプ64からエアのみが供給される。そのため、パージガスをすべて吸気側パージ通路51に供給することができるので、GPF再生処理時の燃費悪化を抑制することができる。
一方、空燃比(A/F)が14.5を超える場合には(S16:NO)、GPF再生処理に必要なエアが触媒82にエンジン11から供給されるので、ポンプ64による触媒82へのエア供給が不要となる。そのため、ECU12は、流量制御弁67を全閉にし(ステップS20)、ポンプ64をOFFにして(ステップS21)、三方弁63をOFF(大気開放状態)にする(ステップS22)。
なお、GPF再生要求がない場合には(S1:NO)、ECU12は、流量制御弁67を全閉にし(ステップS23)、ポンプ64をOFFにして(ステップS24)、三方弁63をOFF(大気開放状態)にする(ステップS25)。そして、ECU12は、吸気側パージの要求があるか否かを判断する(ステップS26)。
吸気側パージの要求がある場合には(S26:YES)、ECU12は、再開徐変フラグが「0」であるか否かを判断する(ステップS27)。再開徐変フラグが「0」である場合には(S27:YES)、通常の吸気側パージ実行時におけるパージ弁52の開度制御を行う(ステップS28)。一方、再開徐変フラグが「1」である場合には(S27:NO)、ECU12は、再開徐変制御を実施して(ステップS29)、再開徐変フラグを「0」した後(ステップS30)、通常の吸気側パージ実施時におけるパージ弁52の開度制御を行う(ステップS28)。これにより、吸気側パージを再開したときに、エンジン11に供給する燃料量が要求値から大きく外れてしまうことが確実に防止される。なお、吸気側パージ要求がない場合には(S26:NO)、ECU12は、パージ弁52を全閉にする(ステップS31)。
ここで、GPF再生要求があって、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃未満、かつパージ濃度(eavapo%)が所定濃度A未満である場合には(S6:NO)、キャニスタ47からパージガスを触媒82に供給することができない。そのため、ECU12は、エンジン11を空燃比リッチ制御することにより、GPF再生処理を行う。具体的には、ECU12が、図7に示す制御フローチャートに基づくGPF再生制御を行う。
まず、ECU12は、図7に示すように、三方弁63をOFF(大気開放状態)にして(ステップS40)、通常の吸気側パージ時におけるパージ弁52の開度制御を継続する(ステップS41)。次に、ECU12は、減速フューエルカットが実行されているか否かを判断する(ステップS42)。減速フューエルカットが実行されている場合には(S42:YES)、ECU12は、ポンプ64をOFFにして(ステップS43)、流量制御弁67を全閉にする(ステップS44)。
減速フューエルカットが実行されていない場合には(S42:NO)、ECU12は、触媒82の推定床温度(rrcattemp)に基づき、GPF再生処理に必要な未燃ガスがエンジン11から触媒82に供給されるように、図8に示すデータマップにより目標A/F(pmaf)を決定する。なお、このデータマップは、予め実験等により特定されて、ECU12に予め記憶されている。次に、ECU12は、ポンプ64をONにして(ステップS46)、流量制御弁67の開度を、吸入空気量(ga)、目標A/F(pmaf)に基づき制御する(ステップS47)。具体的に、流量制御弁67の最終開度(Tair)は、吸入空気量(ga)に基づき基本開度(tair)が決定され(図3参照)、その基本開度(tair)に目標A/F(pmaf)によって決まる開度補正係数(kpmaf)を乗じて最終的に決定される。すなわち、次式により、流量制御弁67の最終開度(Tair)が決定される。
Tair=tair×kpmaf
なお、目標A/F(pmaf)に応じた補正係数(kmaf)は、図9に示すように、目標A/F(pmaf)が「14.5」より低くなるに従って係数が大きくなるように決定される。図9に示す関係はデータマップとして、予め実験等により特定され、ECU12に予め記憶されている。
その後、ECU12は、目標A/Fとなるようにエンジン11のリッチ制御を継続する(ステップS48)。このようにして、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃未満、かつパージ濃度(eavapo%)が所定濃度A未満である低パージ濃度状態では、リッチ制御されるエンジン11から触媒82に未燃ガスが供給される。また、三方弁63が大気開放状態にされるため、触媒82にポンプ64からエアが供給される。これにより、キャニスタ47から必要量のパージガスを触媒82に供給することができない低パージ濃度状態であっても、触媒82に捕集されて蓄積したパティキュレートを確実に燃焼させることができる。
また、GPF再生要求があって、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃未満、かつパージ濃度(eavapo%)が濃度B%を超えている場合には(S8):NO)、高濃度のパージガスが触媒82に供給されるため、触媒82でパージガスを完全に燃焼させることができないおそれがある。つまり、未燃ガスが大気に排出されるおそれがある。そのため、ECU12は、触媒82にキャニスタ47からのパージガスを供給する際に、パージ濃度を希釈するため、三方弁63を一定時間毎にパージガスの濃度に応じて定まる所定割合でON/OFFを交互に切替えるON/OFF切替制御を実施しながらGPF再生処理を行う。具体的には、ECU12が、図10に示す制御フローチャートに基づくGPF再生制御を行う。
まず、ECU12は、図10に示すように、流量制御弁67の開度を、吸入空気量(ga)及び触媒82の推定床温温度(rrcattemp)に基づき制御する(ステップS50)。具体的に、流量制御弁67の開度は、吸入空気量(ga)に基づき基本開度(tair)が決定され、その基本開度(tair)に対し、触媒推定床温度(rrcattemp)によって決まる補正係数(kcattemp)を乗じて最終的に決定される。すなわち、次式により、流量制御弁67の最終開度(Tair)が決定される。
Tair=tair×kcattemp
次に、ECU12は、パージ濃度(eavapo%)に応じた、三方弁63の切替え時間(3way_kton)を決定し(ステップS51)、パージ弁52を全閉にする(ステップS52)。本実施形態では、三方弁63の切替時間(3way_kton)は、図11に示すように、パージ濃度(eavapo%)が高くなるに従って徐々にON時間の割合(2秒間中の割合)が徐々に少なくなるように決定される。図11に示すデータマップは、予め実験等により特定されて、ECU12に予め記憶されている。
そして、減速フューエルカットが実行されていない場合には(ステップS53:YES)、ECU12は、ポンプ64をONにして(ステップS54)、以下の三方弁63のON/OFF切替制御を実施する。すなわち、まず、ECU12は、三方弁63に対してON要求があるか否かを判断する(ステップS55)。この判断は、ON終了フラグ「X3WAYON」が「0」であるか否かにより行われる。フラグ「X3WAYON」が「0」である場合にON要求ありと判断され、「X3WAYON」が「1」である場合にON要求なしと判断される。
三方弁63に対してON要求がある場合には(S55:YES)、ECU12は、三方弁63をON(連通状態)にして(ステップS56)、OFFからONにされてからのON経過時間(3way_ton)を計測する(ステップS57)。その後、ON経過時間(3way_ton)が切替時間(3way_kton)を超えると(ステップS58:YES)、ECU12は、2秒間のうちに割り当てられたON時間が経過したと判断し、フラグ「X3WAYON」を「1」にするとともに、ONからOFFにされてからのOFF経過時間(3way_toff)をリセットする(ステップS59)。そして、ECU12は、触媒82へのエア供給時間(trro2)を取り込む(ステップS60)。
一方、三方弁63に対してON要求がない場合には(S55:NO)、ECU12は、三方弁63をOFF(大気開放状態)にして(ステップS61)、ONからOFFにされてからのOFF経過時間(3way_toff)を計測する(ステップS62)。その後、OFF経過時間(3way_toff)が判定時間(2sec−3way_kton)を超えると(ステップS63:YES)、ECU12は、2秒間のうちに割り当てられたOFF時間が経過したと判断し、フラグ「X3WAYON」を「0」にするとともに、OFFからONにされてからのON経過時間(3way_ton)をリセットする(ステップS64)。そして、ECU12は、触媒82へのエア供給時間(trro2)を取り込む(ステップS60)。
このようにして、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃未満、かつパージ濃度(eavapo%)が濃度B%を超えている高パージ濃度状態では、三方弁63が一定時間毎(本実施形態では2秒毎)にパージガスの濃度に応じて定まる所定割合でON(連通状態)とOFF(大気開放状態)とが交互に切り替えられる。そして、この三方弁63のON/OFF切替制御が2秒毎に繰り返し行われる。これにより、触媒82にパージガスが希釈されて供給されるため、パージガスが供給過剰となって未燃ガスが発生すること防止することができる。従って、未燃ガスを発生させることなく触媒82に捕集されて蓄積したパティキュレートを確実に燃焼させることができる。
そして、ECU12は、触媒82へのエア供給時間(trro2)を取り込んだ後、エア供給時間(trro2)が、所定時間Rを経過していないか否かを判断する(ステップS65)。エア供給時間(trro2)が、所定時間Rを経過していない場合には(S65:YES)、再開徐変フラグを「0」にし(ステップS66)、所定時間Rを経過している場合には(S65:NO)、再開徐変フラグを「1」にする(ステップS67)。
なお、減速フューエルカットが実行されている場合には(ステップS53:NO)、ECU12は、三方弁63をOFFにし(ステップS68)、ポンプ64をOFFにして(ステップS69)、流量制御弁67を全閉にする(ステップS70)。
上記の制御フローチャートに基づく制御がECU12によって実行されることにより、例えば、図12〜図14に示すような制御タイムチャートで表される制御が実施される。図12は、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃以上である場合のGPF再生処理時におけるタイムチャートである。図13は、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃未満で低パージ濃度である場合のGPF再生処理時におけるタイムチャートである。図14は、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃未満で高パージ濃度である場合のGPF再生処理時におけるタイムチャートである。
まず、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃以上である場合のGPF再生処理では、図12に示すように、時刻T1にて触媒82の前圧が判定圧力(太破線参照)を超えたので、GPF再生要求が生じる。このとき、空燃比(A/F)が14.5であるため、ポンプ64がONにされ、三方弁63がOFF(大気開放状態)にされる。また、流量制御弁67の開度が、基本的に吸入空気量(ga)に応じて制御される。これにより、触媒82には、必要な量のエアが供給され、触媒82に堆積したパティキュレートを燃焼させるGPF再生処理が実施される。このGPF再生処理により、排気温度(触媒82の床温度)が上昇する。なお、吸気側パージは継続されており、パージ濃度の学習処理が行われている。
そして、時刻T2からT3で加速運転が行われると、吸入空気量(ga)が増加するため、その増加に応じて流量制御弁67の開度も大きくなって、ポンプ64から触媒82へのエアの供給量が増える。一方、時刻T4からT5で減速フューエルカットが実行されると、ポンプ64がOFFにされるとともに、流量制御弁67が全閉にされる。これにより、触媒82にエンジン11から十分なエアが供給される減速フューエルカット時には、ポンプ64から触媒82へのエアの供給がなくなる。
その後、時刻T6にて触媒82の前圧が判定圧力(細破線)を下回るので、GPF再生処理が完了する。そうすると、ポンプ64がOFFにされるとともに、流量制御弁67が全閉にされる。これにより、ポンプ64から触媒82へのエア供給が終了する。
また、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃未満で低パージ濃度である場合のGPF再生処理では、図13に示すように、時刻T11にて触媒82の前圧が判定圧力(太破線)を超えたので、GPF再生要求が生じる。このとき、パージ濃度が所定濃度Aより低いため、エンジン11がリッチ制御される。そのため、空燃比A/Fが14.5より小さくなる。そして、ポンプ64がONにされ、三方弁63がOFF(大気開放状態)にされる。また、流量制御弁67の開度が、基本的に吸入空気量(ga)に応じて制御される。これにより、触媒82には、エンジン11から未燃ガスが供給されるとともに、必要な量のエアが供給されて、触媒82に堆積したパティキュレートを燃焼させるGPF再生処理が実施される。このGPF再生処理により、排気温度(触媒82の床温度)が上昇する。詳細には、リッチ制御により供給された未燃ガスが燃焼することによって触媒床温度(再生制御なし)まで上昇し、再生処理によりパティキュレートが燃料することによって触媒床温度(再生制御)まで上昇する。なお、吸気側パージは継続されており、パージ濃度の学習処理が行われている。
そして、時刻T12からT13で加速運転が行われると、吸入空気量(ga)が増加するため、その増加に応じて流量制御弁67の開度も大きくなって、ポンプ64から触媒82へのエアの供給量が増える。この間も、エンジン11はリッチ制御されている。一方、時刻T14からT15で減速フューエルカットが実行されると、ポンプ64がOFFにされるとともに、流量制御弁67が全閉にされる。これにより、触媒82にエンジン11から十分なエアが供給される減速フューエルカット時には、ポンプ64から触媒82へのエアの供給がなくなる。
その後、時刻T16にて触媒82の前圧が判定圧力(細破線)を下回るので、GPF再生処理が完了する。そうすると、ポンプ64がOFFにされるとともに、流量制御弁67が全閉にされる。これにより、ポンプ64から触媒82へのエア供給が終了する。
さらに、触媒82の推定床温度(rrcattemp)が500℃未満で高パージ濃度である場合のGPF再生処理では、図14に示すように、時刻T21にて触媒82の前圧が判定圧力(太破線)を超えたので、GPF再生要求が生じる。このとき、パージ濃度が所定濃度Bより高いため、三方弁63がON/OFF切替制御される。また、ポンプ64がONにされ、流量制御弁67の開度が、基本的に吸入空気量(ga)に応じて制御される。これにより、触媒82には、キャニスタ47からの高濃度のパージガスが希釈されながら供給されるとともに、必要な量のエアが供給されて、触媒82に堆積したパティキュレートを燃焼させるGPF再生処理が実施される。このGPF再生処理により、排気温度(触媒82の床温度)が上昇する。詳細には、パージガスが燃焼することによって触媒床温度(再生制御なし)まで上昇し、再生処理によりパティキュレートが燃料することによって触媒床温度(再生制御)まで上昇する。なお、吸気側パージは停止されるため、パージ濃度の学習処理も中断する。
そして、時刻T21から所定時間Rを経過した時刻T22にて、再開徐変フラグが「1」にされる。次に、時刻T23からT24で加速運転が行われると、吸入空気量(ga)が増加するため、その増加に応じて流量制御弁67の開度も大きくなって、ポンプ64から触媒82へのエアの供給量が増える。この間も、三方弁63はON/OFF切替制御されている。一方、時刻T25からT26で減速フューエルカットが実行されると、三方弁63がOFFにされる。また、ポンプ64がOFFにされるとともに、流量制御弁67が全閉にされる。これにより、触媒82にエンジン11から十分なエアが供給される減速フューエルカット時には、ポンプ64から触媒82へのエア供給がなくなる。
その後、時刻T27にて触媒82の前圧が判定圧力(細破線)を下回ったので、GPF再生処理が完了する。そうすると、三方弁63がOFFにされる。また、ポンプ64がOFFにされるとともに、流量制御弁67が全閉にされる。これにより、ポンプ64から触媒82へのエア供給が終了する。このとき、パージ弁52が徐変制御されながら、パージ濃度の学習処理が再開され、吸気側パージが再開される。そして、時刻T28にてパージ弁52の徐変制御が終了すると、学習処理後のパージ濃度に基づく通常の吸気側パージ制御が実施される。これにより、GPF再生処理を完了した後、吸気側パージを再開したときに、エンジン11に供給する燃料量が要求値から大きく外れてしまうことがないため、エンジン11をストイキ制御することができる。
このように本実施形態の排気浄化システム1によれば、GPF再生要求が生じた場合に、そのときのエンジン11の運転状態に応じて、触媒82に必要な量のエアとパージガス又は未燃ガスを確実に供給することができる。従って、GPF再生要求が生じたときに、触媒82に蓄積したパティキュレートを確実に燃焼させて効率よく除去することができる。
<パージ通路の孔開き検出>
ここで、排気浄化システム1では、吸気側パージ通路51を介して吸気通路21にパージガスを供給(給気側パージ)するとともに、排気側パージ通路61を介して触媒82にパージガスを供給(排気側パージ)する。そのため、吸気側パージ通路51又は排気側パージ通路61に孔が開いていると、そこからパージガスが漏れて大気に放出されてしまう。そのため、パージ通路51,61における孔開き異常を早期に発見する必要がある。そこで、本実施形態では、パージ通路51,61の孔開き検出を行っている。具体的には、ECU12が、キーオフモニタ制御が未完了のときに、図15に示す制御フローチャートに基づく孔開き検出制御を行う。
まず、ECU12は、キーオフモニタ制御が未完了であるか否かを判断する(ステップS101)。この判断は、キーオフモニタ完了フラグ「XKEYOFF」が「0」であるか否かにより行われる。フラグ「XKEYOFF」が「0」である場合にキーオフモニタ制御が未完了であると判断され、フラグ「XKEYOFF」が「1」である場合にキーオフモニタ制御が完了であると判断される。キーオフモニタが未完了である場合には(S101:YES)、ECU12は、車両(エンジン)停止からの経過時間(tengoff)を取り込む(ステップS102)。 なお、キーオフモニタ制御が完了している場合には(S101:NO)、この処理ルーチンを終了する。
そして、エンジン停止からの経過時間(tengoff)が4時間を超えている場合には(ステップS103:YES)、ECU12は、キーオフモニタ条件が成立したと判断して、駆動状態となりキーオフモニタ(孔開き検出)制御を開始する(ステップS104)。すると、ECU12は、タンク圧センサ44及び燃料レベルゲージ45から燃料タンク43内の圧力(pmtank)及び燃料レベル(flevel)を取り込む(ステップS105,S106)。 なお、エンジン停止からの経過時間(tengoff)が4時間未満である場合には(ステップS103:NO)、この処理ルーチンを終了する。
そして、ECU12は、燃料タンク43(パージ通路51,61)に所定の負圧が導入されているか否かを判断する(ステップS107)。この判断は、負圧導入完了フラグ「XPUMPON」が「0」であるか否かにより行われる。フラグ「XPUMPON」が「0」である場合に負圧導入が未完了であると判断され、フラグ「XPUMPON」が「1」である場合に負圧導入が完了であると判断される。
燃料タンク43への負圧導入が未完了である場合には(S107:YES)、ECU12は、三方弁63をONにする(ステップS108)。なお、パージ弁52はエンジン11の停止時においては全閉になっている。また、ECU12は、開閉弁49を全閉にして、ポンプ64をONにする(ステップS109,S110)。そして、ECU12は、ポンプ64のON時間(tpumpon)を取り込む(ステップS111)。
ここで、負圧導入時に、燃料タンク43内のベーパ(蒸発燃料)やキャニスタ47からのパージガス(蒸発燃料)が排気通路25へ流れる。そうすると、排気通路25は大気と繋がっているため、蒸発燃料がそのまま大気に放出されるおそれがある。しかしながら、本実施形態では、排気側パージ通路61の上流にトラップキャニスタ62を設けているため、キャニスタ47からのパージガス(燃料タンク43内のベーパも含む)は、トラップキャニスタ62に捕集される。これにより、キャニスタ47からのパージガス(燃料タンク43内のベーパも含む)がそのまま大気に放出されることが防止される。
その後、ECU12は、燃料タンク43内の圧力(pmtank)が−3Kpa以下であるか否かを判断する(ステップS112)。燃料タンク43内の圧力(pmtank)が−3Kpa以下である場合には(S112:YES)、ECU12は、負圧導入が完了したと判断して、三方弁63をONからOFFにし、ポンプ64をONからOFFして、フラグ「XPUMPON」を「1」にする(ステップS113〜S115)。
一方、燃料タンク43内の圧力(pmtank)が−3Kpaより大きい場合には(S112:NO)、ECU12は、図16に示すように、大孔開き判定を行う大孔判定時間(tobdpump)を、燃料レベル(flevel)に応じて決定する(ステップS116)。この大孔判定時間(tobdpump)は、図17に示すように、燃料レベル(flevel)が低く(少なく)なるに従って判定時間が長くなるように決定される。燃料残量が少ないほど、燃料タンク43内の圧力が−3kPaに到達するまでに時間がかかるからである。なお、図17に示すデータマップは、予め実験等により特定され、ECU12に予め記憶されている。
そして、ポンプ64のON時間(tpumpon)が、大孔判定時間(tobdpump)を超えていると(ステップS117:YES)、EUC12は、吸気側パージ通路51又は排気側パージ通路61に大孔が開いていると判断して大孔異常を検出する(ステップS118)。吸気側パージ通路51又は排気側パージ通路61に大孔が開いていると、ポンプ64によって負圧を印加しても、燃料タンク43内の圧力(pmtank)を−3Kpaまで下げることができないからである。なお、本実施形態では、例えばφ0.5より大きな孔が開いている場合に大孔異常として検出される。
一方、ポンプ64のON時間(tpumpon)が、大孔判定時間(tobdpump)に達していない場合には(ステップS117:NO)、S112の処理に戻る。そして、ポンプ64のON時間(tpumpon)が、大孔判定時間(tobdpump)を超える前に、燃料タンク43内の圧力(pmtank)が−3Kpa以下になれば、ECU12は、大孔異常はないと判断して、後述する小孔検出処理を行う。
大孔異常を検出した後、ECU12は、三方弁63をONからOFFにし、ポンプ64をONからOFFにする(ステップS119,S120)。また、ECU12は、開閉弁49を全閉から全開にして、フラグ「XKEYOFF」を「1」にする(ステップS121,S122)。
そして、燃料タンク43への負圧導入が完了している場合には(S107:NO)、ECU12は、以下の小孔検出処理を実施する。具体的に、ECU12は、燃料タンク43内の圧力(pmtank)が−2.5KPa以上であるか否かを判断する(ステップS123)。燃料タンク43内の圧力(pmtank)が−2.5KPa以上である場合には(S123:YES)、ECU12は、燃料タンク43内の圧力(pmtank)の変化に基づき小孔開き判定を実施する。
そこで、ECU12は、小孔開き判定を行う基準値となる−2.5kPaからの時間当たりの圧力上昇(Δkpmtank)を、燃料レベル(flevel)に応じて決定する(ステップS124)。この時間当たりの圧力上昇(Δkpmtank)は、図18に示すように、燃料レベル(flevel)が高く(多く)なるに従って圧力上昇が高く(大きく)なるように決定される。燃料残量が多いほど、小孔が開いていると時間当たりの圧力上昇が大きくなるからである。なお、図18に示すデータマップは、予め実験等により特定され、ECU12に予め記憶されている。
そして、ECU12は、−2.5kPaからの時間当たりにおける実際の圧力上昇(Δpmtank)が、判定基準の圧力上昇(Δkpmtank)より大きいか否かを判断する(ステップS125)。実際の圧力上昇(Δpmtank)が、判定基準の圧力上昇(Δkpmtank)より大きい場合には(S125:YES)、ECU12は、吸気側パージ通路51又は排気側パージ通路61に小孔が開いていると判断して小孔異常を検出する(ステップS126)。その後、ECU12は、開閉弁49を全閉から全開にして、フラグ「XKEYOFF」を「1」にする(ステップS121,S122)。
一方、実際の圧力上昇(Δpmtank)が、判定基準の圧力上昇(Δkpmtank)より小さい場合には(S125:NO)、ECU12は、パージ通路51,61には小孔は開いていないと判断して、孔開きなしの正常であると判定する(ステップS127)。その後、ECU12は、開閉弁49を全閉から全開にして、フラグ「XKEYOFF」を「1」にする(ステップS121,S122)。
また、燃料タンク43への負圧導入が完了しており、燃料タンク内の圧力(pmtank)が−2.5KPaより小さい場合には(S123:NO)、ECU12は、燃料レベル(flevel)に応じた所定時間を経過した後、吸気側パージ通路51及び排気側パージ通路61に小孔は開いていないと判断して正常と判定する。具体的に、ECU12は、正常と判定するための基準経過時間となる、三方弁63及びポンプ64がOFFされてからのOFF後基準時間(tk3wayoff)を、燃料レベル(flevel)に応じて決定する(ステップS128)。このOFF後基準時間(tk3wayoff)は、図17に示すように、燃料レベル(flevel)が低く(少なく)なるに従ってOFF後時間が長くなるように決定される。燃料残量が少ないほど、燃料タンク43内が−2.5kPaに上昇するまでの時間がかかるからである。なお、図17に示すデータマップは、予め実験等により特定され、ECU12に予め記憶されている。
そして、ECU12は、三方弁63及びポンプ64がOFFされてからの実際の経過時間であるOFF後時間(t3wayoff)を求める(ステップS129)。この実際のOFF後時間(t3wayoff)が、判定基準であるOFF後基準時間(tk3wayoff)を経過すると(ステップS130:YES)、ECU12は、吸気側パージ通路51及び排気側パージ通路61に小孔は開いていないと判断して正常と判定する(ステップS127)。
上記の制御フローチャートに基づく制御がECU12によって実行されることにより、例えば、図19に示すような制御タイムチャートで表される小孔開き検出が実施される。すなわち、負圧導入を開始した後、時刻T31にて燃料タンク43内の圧力(pmtank)が−3kPaに到達すると、ポンプ64がOFFにされ、三方弁63がOFF(大気開放状態)にされる。そして、時刻T32にて燃料タンク43内の圧力(pmtank)が−2.5kPaに上昇すると、時刻T32から時間tαが経過した時刻T33にて、−2.5kPaから判定基準となる時間tα当たりの圧力上昇(Δkpmtank)が決定する。そして、この圧力上昇(Δkpmtank)に対して、実際の圧力上昇(Δpmtank)が破線で示すように小さければ正常判定がなされ、一点鎖線で示すように大きければ小孔異常が検出される。
このように本実施形態の排気浄化システム1によれば、エンジン11の停止時に、パージ通路51,61の孔開き検出を行うことできるため、孔開き異常を早期に発見することができる。そして、燃料タンク43内の燃料レベル(燃料残量)によって、孔開き検出を行う際に負圧にする体積が変化することに対応して、孔開きを検出するための判定基準値を補正しているため、精度良く孔開きの検出を行うことができる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について、図20を参照しながら説明する。第2実施形態の排気浄化システム1aは、基本的な構成を第1実施形態とほぼ同じくするが、トラップキャニスタの配置位置が異なる。すわなち、図20に示すように、本実施形態では、トラップキャニスタ62が、三方弁63とポンプ64との間に配置されている。
そして、排気浄化システム1aでも、第1実施形態と同様の触媒(GPF)再生処理及びパージ通路51,61の孔開き検出を実施することができる。そのため、GPF再生要求が生じたときに、触媒82に蓄積したパティキュレートを確実に燃焼させて効率よく除去することができる。また、エンジン11の停止時に、パージ通路51,61の孔開き検出を行うことできるため、パージ通路51,61の孔開き異常を早期に発見することもができる。
ここで、孔開き検出を実施する際に、トラップキャニスタ62が飽和状態の場合には、トラップキャニスタ62にてキャニスタ47からのパージガス(燃料タンク43内のベーパも含む)を捕集することができない。そのため、孔開き検出が実施されるキーオフモニタまでに、トラップキャニスタ62を新気によるエアパージを行う必要がある。そこで、本実施形態では、トラップキャニスタ62を、三方弁63とポンプ64との間に配置することにより、トラップキャニスタ62に対するエアパージを可能にしている。このトラップキャニスタ62のエアパージは、ECU12が、図21に示す制御フローチャートに基づくトラップキャニスタパージ制御を行うことにより実施される。
<トラップキャニスタパージ制御>
まず、ECU12は、触媒82の暖機が完了しているか否かを判断する(ステップS201)。触媒82の暖機が完了している場合には(S201:YES)、ECU12は、トラップキャニスタ62に対するパージ要求があるか否かを判断する(ステップS202)。そして、トラップキャニスタ62に対するパージ要求がある場合には(S202:YES)、ECU12は、トラップキャニスタ62のエアパージが未完了であるか否かを判断する(ステップS203)。この判断は、エアパージ完了フラグ「XTRAP_P」が「0」であるか否かにより行われる。フラグ「XTRAP_P」が「0」である場合にエアパージが未完了であると判断され、「XTRAP_P」が「1」である場合にパージが完了していると判断される。なお、触媒82の暖機が完了していない場合(S201:NO)、及びパージ要求がない場合には(S202:NO)、フラグ「XTRAP_P」を「0」にして(ステップS211)、この処理ルーチンを一旦終了する。
そして、エアパージが未完了の場合には(S203:YES)、ECU12は、三方弁63をOFFに、ポンプ64をONに、流量制御弁67を全開にする(ステップS204〜S206)。これにより、トラップキャニスタ62のエアパージが実施される。このとき、トラップキャニスタ62からパージされたパージガスは、排気通路25に流れ込むが、触媒82が暖機完了状態であるため触媒82で燃焼する。
その後、所定のパージ時間Dを経過すると(ステップS207:YES)、ECU12は、ポンプ64をONからOFFに、流量制御弁67を全閉にして、フラグ「XTRAP_P」を「1」にする(ステップS208〜S210)。これにより、トラップキャニスタ62のエアパージが完了する。なお、エアパージが完了している場合には(S203:NO)、この処理ルーチンを終了する。
このように第2実施形態の排気浄化システム1aによれば、触媒82の暖機が完了している状態でトラップキャニスタ62が飽和状態でパージ要求がある場合に、トラップキャニスタ62のエアパージが実施される。これにより、パージ通路51,61の孔開き検出を実施する際には、トラップキャニスタ62の飽和状態が解消されているため、キャニスタ47からのパージガス(燃料タンク43内のベーパも含む)を、トラップキャニスタ62で確実に捕集することができる。従って、孔開き検出を実施する際(内燃機関の停止時)に、パージガスが排気通路25に流れ込むことを確実に防止することができる。従って、排気通路25からパージガスが大気へ放出されることを確実に防ぐことができる。
<トラップキャニスタパージ制御の変形例>
続いて、トラップキャニスタ62のエアパージ制御の変形例について説明する。この変形例では、トラップキャニスタ62が飽和状態でパージ要求がある場合にトラップキャニスタ62のエアパージを行うのではなく、図22に示すように、エンジン11が停止されたとき、つまり、エンジン11が停止される毎に、トラップキャニスタ62のエアパージを行う。なお、その他の処理については、基本的に図21に示す処理と同様であるから、図22において、図21と同様の処理については同符号を付して説明を省略する。
具体的には、図22に示すように、ECU12は、触媒82の暖機完了後に(S201:YES)、エンジン11が停止した(IGがOFFにされた)か否かを判断する(ステップS2021)。そして、エンジン11が停止した場合に(S2021:YES)、ECU12は、エアパージが未完了であれば(S203:YES)、S203以降の処理を行ってトラップキャニスタ62のエアパージを実施する。なお、エアパージが完了していれば(S203:NO)、ECU12が停止する(ステップS212)。
このように本変形例によれば、触媒82の暖機が完了している状態でエンジン11が停止される毎に、トラップキャニスタ62のエアパージが実施される。これにより、パージ通路51,61の孔開き検出を実施する際には、トラップキャニスタ62の飽和状態が確実に解消されているため、キャニスタ47からのパージガス(燃料タンク43内のベーパも含む)を、トラップキャニスタ62で確実に捕集することができる。従って、孔開き検出を実施する際(エンジン11の停止時)に、パージガスが排気通路25に流れ込むことを確実に防止することができる。これにより、排気通路25からパージガスが大気へ放出されることを確実に防ぐことができる。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態について、図23を参照しながら説明する。第3実施形態の排気浄化システム1bは、基本的な構成を第1実施形態とほぼ同じくするが、トラップキャニスタ用三方弁73をさらに備えている。すわなち、図23に示すように、本実施形態では、トラップキャニスタ62の上流側に、トラップキャニスタ用三方弁73が配置されている。このトラップキャニスタ用三方弁73は、ECU12により制御され、トラップキャニスタ62をキャニスタ47に連通する状態(OFF)と、トラップキャニスタ62を大気導入管78に連通する状態(ON)とを切替える。なお、大気導入管78の先端にエアフィルタ69が取り付けられている。
この排気浄化システム1bでは、トラップキャニスタ用三方弁73により、トラップキャニスタ62をキャニスタ47に連通させた状態して、第1実施形態と同様の触媒(GPF)再生処理及びパージ通路51,61の孔開き検出を実施することができる。そのため、GPF再生要求が生じたときに、触媒82に蓄積したパティキュレートを確実に燃焼させて効率よく除去することができる。また、エンジン11の停止時に、パージ通路51,61の孔開き検出を行うことできるため、孔開き異常を早期に発見することもができる。
<トラップキャニスタパージ制御>
そして、本実施形態では、第2実施形態のようにトラップキャニスタ62の配置位置を変える代わりに、トラップキャニスタ用三方弁73を設けることにより、トラップキャニスタ62に対するエアパージを可能にしている。このトラップキャニスタ62のエアパージは、ECU12が、図24に示す制御フローチャートに基づくトラップキャニスタパージ制御を行うことにより実施される。なお、三方弁63,73の制御以外は、基本的に第2実施形態で図21に示した処理と同様であるから、図24において、図21と同様の処理については同符号を付して説明を省略する。
具体的には、図24に示すように、ECU12は、S201〜S203の処理後、エアパージが未完了であれば(S203:YES)、三方弁63をON(連通状態)にし(ステップS304)、トラップキャニスタ用三方弁73をONにしてトラップキャニスタ62を大気導入管78に連通させる(ステップS305)。そして、ECU12は、S205以降の処理を行ってトラップキャニスタ62のエアパージを実施する。
その後、所定のパージ時間Dを経過すると(S207:YES)、ECU12は、三方弁63をOFF(大気開放状態)にし(ステップS2071)、トラップキャニスタ用三方弁73をOFFにしてトラップキャニスタ62をキャニスタ47に連通させる(ステップS2072)。そして、ECU12は、S208〜S210の処理を実施して、トラップキャニスタ62のエアパージ制御を終了する。
このように第3実施形態の排気浄化システム1bによれば、触媒82の暖機が完了している状態でトラップキャニスタ62が飽和状態でパージ要求がある場合に、トラップキャニスタ用三方弁73により大気導入管78から導入される新気によってトラップキャニスタ62のエアパージが実施される。これにより、パージ通路51,61の孔開き検出を実施する際には、トラップキャニスタ62の飽和状態が解消されているため、キャニスタ47からのパージガス(燃料タンク43内のベーパも含む)を、トラップキャニスタ62で確実に捕集することができる。従って、孔開き検出を実施する際(エンジン11の停止時)に、パージガスが排気通路25に流れ込むことを確実に防止することができる。従って、排気通路25からパージガスが大気へ放出されることを確実に防ぐことができる。
<トラップキャニスタパージ制御の第1変形例>
また、第3実施形態の排気浄化システム1bでも、第2実施形態の変形例と同様に、エンジン11が停止されたときに、トラップキャニスタ62のエアパージを行うことができる。このトラップキャニスタ62のエアパージ制御の第1変形例では、トラップキャニスタ62が飽和状態でパージ要求がある場合にトラップキャニスタ62のエアパージを行うのではなく、図25に示すように、エンジン11が停止されたとき、つまり、エンジン11が停止される毎に、トラップキャニスタ62のエアパージを行う。なお、その他の処理については、基本的に図24に示す処理と同様であるから、図25において、図24と同様の処理については同符号を付して説明を省略する。
具体的には、図25に示すように、ECU12は、触媒82の暖機完了後に(S201:YES)、エンジン11が停止した(IGがOFFにされた)か否かを判断する(ステップS2021)。そして、エンジン11が停止した場合に(S2021:YES)、ECU12は、エアパージが未完了であれば(S203:YES)、S204以降の処理を行ってトラップキャニスタ62のエアパージを実施する。なお、エアパージが完了していれば(S203:NO)、ECU12が停止する(ステップS212)。
このように第1変形例によれば、触媒82の暖機が完了している状態でエンジン11が停止される毎に、トラップキャニスタ62のエアパージが実施される。これにより、パージ通路51,61の孔開き検出を実施する際には、トラップキャニスタ62の飽和状態が確実に解消されているため、キャニスタ47からのパージガス(燃料タンク43内のベーパも含む)を、トラップキャニスタ62で確実に捕集することができる。従って、孔開き検出を実施する際(エンジン11の停止時)に、パージガスが排気通路25に流れ込むことを確実に防止することができる。これにより、排気通路25からパージガスが大気へ放出されることを確実に防ぐことができる。
<トラップキャニスタパージ制御の第2変形例>
さらに、第3実施形態の排気浄化システム1bでは、トラップキャニスタ62のエアパージを実施する際に、排気通路25へトラップキャニスタ62からのパージガスとエアとを交互に供給することにより、排気通路25に供給されるパージガスの濃度を希釈する希釈パージ制御を行うことができる。このトラップキャニスタパージ制御の第2変形例である希釈パージ制御は、図26に示すように、トラップキャニスタ62のエアパージを行う際に、三方弁63を一定時間毎(本実施形態では2秒毎)にパージガスの濃度に応じて定まる所定割合でON(連通状態)とOFF(大気開放状態)とを交互に切り替える。つまり、高パージ濃度状態におけるGPF再生処理時と同様の制御を行う。なお、三方弁63の切替制御以外の処理については、基本的に図25に示す処理と同様であるから、図26において、同様の処理については同符号を付して説明を省略する。
具体的には、図26に示すように、ECU12は、パージ濃度(eavapo%)を取り込む(ステップS2001)。そして、ECU12は、図25に示す処理と同様の処理を行い、トラップキャニスタ62のエアパージを行う場合に(S201:YES,S2021:YES,S203:YES)、パージ濃度(eavapo%)に応じた、三方弁63の切替え時間(3way_kton)を決定する(ステップS2031、図11参照)。
そして、ECU12は、三方弁63のON/OFF切替制御(図10のS55〜S59,S61〜S64参照)を行って、トラップキャニスタ62の希釈パージを行う(ステップS2032)。つまり、三方弁63がON/OFF切替制御されることにより、トラップキャニスタ62からのパージガスと大気導入管78からのエアとが交互に排気通路25へ供給される。その結果、排気通路25にはトラップキャニスタ62からのパージガスがエアで希釈されて供給される。
このように第2変形例によれば、触媒82の暖機が完了している状態でエンジン11が停止される毎に、パージ濃度に応じたトラップキャニスタ62の希釈パージが実施される。そのため、トラップキャニスタ62に捕集されたパージガスが高濃度の場合には、トラップキャニスタ62のエアパージ時に、トラップキャニスタ62からパージされた高濃度のパージガスがエアにより濃度希釈されて、排気通路25に供給される。これにより、トラップキャニスタ62のエアパージ時に、排気通路25に高濃度のパージガスが流れ込まないため、排気通路に流れ込んだパージガスを触媒で確実に燃焼させることができる。従って、トラップキャニスタ62からパージされたパージガスが未燃のまま、排気通路25から大気へ放出されることを防ぐことができる。そして、パージ通路51,61の孔開き検出を実施する際には、トラップキャニスタ62の飽和状態が確実に解消されているため、キャニスタ47からのパージガス(燃料タンク43内のベーパも含む)を、トラップキャニスタ62で確実に捕集することができる。
[第4実施形態]
次に、第4実施形態について、図27を参照しながら説明する。第4実施形態の排気浄化システム1cは、基本的な構成を第2実施形態とほぼ同じくするが、トラップキャニスタ62に対してバイパス通路74が設けられ、そのバイパス通路74を開閉するバイパス開閉弁75が配置されている点が異なる。このバイパス開閉弁75は、ECU12により制御され、ON状態で全閉となってバイパス通路74を遮断し、OFF状態で全開となってバイパス通路74を開放する。
そして、排気浄化システム1cでも、第2実施形態と同様の触媒(GPF)再生処理及びパージ通路51,61の孔開き検出を実施することができる。そのため、GPF再生要求が生じたときに、触媒82に蓄積したパティキュレートを確実に燃焼させて効率よく除去することができる。また、エンジン11の停止時に、パージ通路51,61の孔開き検出を行うことできるため、孔開き異常を早期に発見することもができる。
ここで、GPF再生時に、キャニスタ47からのパージガスを触媒82に供給する場合、トラップキャニスタ62を通過するため、トラップキャニスタ62が飽和状態になるまで、パージガスを触媒82に供給することができなくなる。つまり、GPF再生時に、パージガスの触媒82への供給遅れが生じてしまう。
そこで、本実施形態では、GPF再生時に、触媒82へキャニスタ47からパージガスを供給する場合、ECU12は、バイパス開閉弁75を全開(OFF)にしてバイパス通路74を開く。これにより、キャニスタ47からのパージガスは、トラップキャニスタ62を迂回してバイパス通路74を介して触媒82に供給される。これにより、トラップキャニスタ62を設けても、GPF再生時に、触媒82へキャニスタ47からパージガスを遅れなく供給することができる。
また、排気浄化システム1cにおいて、トラップキャニスタ62のエアパージを行う場合、ECU12は、エアパージ開始時(ポンプ64をONする前)にバイパス開閉弁75を全閉(ON)にしてバイパス通路74を閉じ、エアパージ終了時(ポンプ64をOFFする前)にバイパス開閉弁75を全開(OFF)にしてバイパス通路74を開く。このようにバイパス開閉弁75を制御することにより、第2実施形態と同様に、トラップキャニスタ62のエアパージを実施することができる。
さらに、排気浄化システム1cでは、第3実施形態の第2変形例と同様に、トラップキャニスタ62の希釈パージ制御を行うこともできる。この希釈パージ制御は、図28に示すように、トラップキャニスタ62のエアパージを行う際に、バイパス開閉弁75を一定時間毎(本実施形態では2秒毎)にパージガスの濃度に応じて定まる所定割合でON(全閉状態)とOFF(全開状態)とを交互に切り替える。なお、バイパス開閉弁75の切替制御以外の処理については、基本的に図22に示す処理と同様であるから、図28において、図22と同様の処理については同符号を付して説明を省略する。
具体的には、図28に示すように、ECU12は、パージ濃度(eavapo%)を取り込む(ステップS2001)。そして、ECU12は、図22に示す処理と同様の処理を行い、トラップキャニスタ62のエアパージを行う場合に(S201:YES,S2021:YES,S203:YES)、三方弁63をOFF(大気開放状態)にする(ステップS204)。その後、ECU12は、パージ濃度(eavapo%)に応じた、バイパス開閉弁75の切替え時間を決定する(ステップS2041)。このバイパス開閉弁75の切替え時間は、三方弁63の切替え時間(3way_kton)と同様にして決定される(図11参照)。
そして、ECU12は、バイパス開閉弁75のON/OFF(全閉/全開)切替制御(図10のS55〜S59,S61〜S64参照)を行って、トラップキャニスタ62の希釈パージを行う(ステップS2042)。つまり、バイパス開閉弁75がON/OFF切替制御されることにより、トラップキャニスタ62からのパージガスと大気導入管68からのエアとが交互に排気通路25へ供給される。その結果、排気通路25にはトラップキャニスタ62からのパージガスがエアで希釈されながら供給される。なお、バイパス開閉弁75は、トラップキャニスタ62の希釈パージが終了すると(S207:YES)、OFF(全開)にされる(ステップS2073)。
[第5実施形態]
最後に、第5実施形態について、図29を参照しながら説明する。第5実施形態の排気浄化システム1dは、基本的な構成を第3実施形態とほぼ同じくするが、トラップキャニスタ62に対してバイパス通路74が設けられ、そのバイパス通路74を開閉するバイパス開閉弁75が配置されている点が異なる。
そして、排気浄化システム1dでも、第3実施形態と同様の触媒(GPF)再生処理及びパージ通路51,61の孔開き検出を実施することができる。そのため、GPF再生要求が生じたときに、触媒82に蓄積したパティキュレートを確実に燃焼させて効率よく除去することができる。また、エンジン11の停止時に、パージ通路51,61の孔開き検出を行うことできるため、孔開き異常を早期に発見することもができる。
ここで、GPF再生時に、キャニスタ47からのパージガスを触媒82に供給する場合、トラップキャニスタ62を通過するため、トラップキャニスタ62が飽和状態になるまで、パージガスを触媒82に供給することができなくなる。つまり、GPF再生時に、パージガスの触媒82への供給遅れが生じてしまう。
そこで、本実施形態では、GPF再生時に、触媒82へキャニスタ47からパージガスを供給する場合、ECU12は、バイパス開閉弁75を全開にしてバイパス通路74を開く。これにより、キャニスタ47からのパージガスは、トラップキャニスタ62を迂回してバイパス通路74を介して触媒82に供給される。これにより、トラップキャニスタ62を設けても、GPF再生時に、触媒82へキャニスタ47からパージガスを遅れなく供給することができる。
また、排気浄化システム1dにおいて、トラップキャニスタ62のエアパージを行う場合、ECU12は、エアパージ開始時(ポンプ64をONする前)にバイパス開閉弁75を全閉(ON)にしてバイパス通路74を閉じ、エアパージ終了時(ポンプ64をOFFする前)にバイパス開閉弁75を全開(OFF)にしてバイパス通路74を開く。このようにバイパス開閉弁75を制御することにより、本実施形態では、第3実施形態で例示した、トラップキャニスタ62の3パターンのいずれのパージ制御であっても実施することができる。
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記の実施形態では、トラップキャニスタ62を設けているが、GPF再生のみを実施し、パージ通路51,61の孔開き検出を行わない場合には、トラップキャニスタ62を設けなくてもよい。
1 排気浄化システム
11 エンジン
12 ECU
21 吸気通路
25 排気通路
43 燃料タンク
44 タンク圧センサ
45 燃料レベルケージ
47 キャニスタ
51 吸気側パージ通路
52 パージ弁
61 排気側パージ通路
62 トラップキャニスタ
63 三方弁
64 ポンプ
65 逆止弁
66 圧力センサ
67 流量制御弁
68 大気導入管
73 トラップキャニスタ用三方弁
74 バイパス通路
75 バイパス開閉弁
78 大気導入管
81 触媒
82 触媒

Claims (16)

  1. 燃料タンクから蒸発する蒸発燃料を捕集するキャニスタと、
    前記キャニスタと内燃機関の吸気通路に接続する吸気側パージ通路と、
    前記吸気側パージ通路を開閉するパージ弁と、
    排気中のパティキュレートを捕集して排気を浄化する触媒と、
    前記パージ弁の上流側で前記吸気側パージ通路から分岐し、前記キャニスタと前記触媒の上流側で前記内燃機関の排気通路に接続する排気側パージ通路と、を有する排気浄化システムにおいて、
    前記排気側パージ通路に設けられ、エア又は前記キャニスタからパージされたパージガスを前記触媒に供給するポンプと、
    前記排気側パージ通路の前記ポンプより上流側に設けられ、前記排気側パージ通路の状態を、前記ポンプを前記キャニスタに連通する連通状態と、前記ポンプを大気に連通する大気開放状態とに切り替える三方弁と、
    前記排気側パージ通路の前記ポンプより下流側に設けられ、前記触媒に供給するエアの流量を制御する流量制御弁と、
    前記触媒の再生要求が発生した場合に、前記パージ弁、前記ポンプ、前記三方弁、及び前記流量制御弁を制御することにより、前記触媒に捕集されたパティキュレートを燃焼させるために必要な量のエアと前記キャニスタからパージされたパージガスを前記触媒に供給する制御部とを備える
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  2. 請求項1に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記制御部は、前記内燃機関の回転数、吸入空気量及び空燃比から算出される前記触媒の推定床温度と、前記吸気側パージ通路に前記キャニスタからパージされたパージガスの濃度に基づき、前記パージ弁、前記ポンプ、及び前記三方弁の各動作を制御するとともに、前記内燃機関の吸入空気量に基づき、前記流量制御弁の開度を制御する
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  3. 請求項2に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記制御部は、前記触媒の推定床温度が所定温度以上であると判断した場合に、前記三方弁を前記大気開放状態にする
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  4. 請求項2に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記制御部は、前記触媒の推定床温度が所定温度未満で、前記パージガスの濃度が前記触媒に蓄積したパティキュレートを前記パージガスにより燃焼させられる第1所定濃度より低いと判断した場合に、空燃比が理論空燃比よりも低くなるように前記内燃機関をリッチ制御して、前記三方弁を大気開放状態にする
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  5. 請求項2に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記制御部は、前記触媒の推定床温度が所定温度未満で、前記パージガスの濃度が前記触媒に蓄積したパティキュレートを前記パージガスにより燃焼させられる第1所定濃度以上であると判断した場合に、前記パージ弁を全閉にして前記吸気側パージ通路を閉じて、前記三方弁を前記連通状態にする
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  6. 請求項5に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記制御部は、前記パージガスの濃度が前記第1所定濃度よりも高い第2所定濃度以上であると判断した場合に、前記三方弁を一定時間毎に前記パージガスの濃度に応じて定まる前記一定時間内における所定割合にて前記連通状態と前記大気開放状態とを切替える切替制御を行う
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  7. 請求項1から請求項6に記載するいずれか1つの排気浄化システムにおいて、
    前記キャニスタの大気開放口を開閉する開閉弁と、
    前記燃料タンク内の圧力を検出する圧力センサとを備え、
    前記制御部は、前記内燃機関の停止後に、前記開閉弁、前記パージ弁、前記三方弁、前記流量制御弁、及び前記ポンプを制御することにより、前記燃料タンクに接続する、前記三方弁より上流側の前記排気側パージ通路及び前記パージ弁より上流側の前記吸気側パージ通路に負圧を発生させて、前記燃料タンク内の圧力を前記圧力センサで検出し、前記圧力センサで検出される圧力の変化に基づき、前記排気側パージ通路及び前記吸気側パージ通路における孔開きを検出する
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  8. 請求項7に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記制御部は、前記燃料タンク内の燃料レベルに応じて、前記孔開きを検出するための判定基準値を補正する
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  9. 請求項7又は請求項8に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記ポンプより上流側の前記排気側パージ通路に、前記パージガスを捕集するトラップキャニスタを有する
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  10. 請求項9に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記トラップキャニスタを迂回するバイパス通路と、
    前記バイパス通路を開閉するバイパス通路開閉弁とを備え、
    前記制御部は、前記触媒の再生要求が発生した場合に、前記バイパス通路開閉弁を全開にして、前記バイパス通路を開放する
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  11. 請求項9に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記トラップキャニスタは、前記三方弁と前記ポンプとの間に設けられており、
    前記制御部は、前記触媒の暖機完了後、前記三方弁、前記ポンプ、及び前記流量制御弁を制御して前記トラップキャニスタのエアパージを行う
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  12. 請求項9に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記トラップキャニスタは、前記三方弁より上流側に設けられており、
    前記トラップキャニスタより上流側に設けられ、前記トラップキャニスタを前記キャニスタ又は大気のいずれか一方に連通させるトラップキャニスタ用三方弁を備え、
    前記制御部は、前記触媒の暖機完了後、前記三方弁、前記トラップキャニスタ用三方弁、前記ポンプ、及び前記流量制御弁を制御して前記トラップキャニスタのエアパージを行う
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  13. 請求項11又は請求項12に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記制御部は、前記トラップキャニスタが飽和状態でパージ要求がある場合に、前記トラップキャニスタのエアパージを行う
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  14. 請求項11又は請求項12に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記制御部は、内燃機関が停止したときに、前記トラップキャニスタのエアパージを行う
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  15. 請求項10に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記制御部は、前記トラップキャニスタのエアパージ時に、前記バイパス通路開閉弁を一定時間毎に前記パージガスの濃度に応じて定まる前記一定時間内における所定割合にて全閉状態と全開状態とを切替える切替制御を行う
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  16. 請求項12に記載する排気浄化システムにおいて、
    前記制御部は、前記トラップキャニスタのエアパージ時に、前記三方弁を一定時間毎に前記パージガスの濃度に応じて定まる前記一定時間内における所定割合にて前記連通状態と前記大気開放状態とを切替える切替制御を行う
    ことを特徴とする排気浄化システム。
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