JP2009036173A - 内燃機関の排気浄化制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】NOxトラップ触媒の状態に基づく排気温度上昇要求若しくは排気空燃比リッチ化要求時に、エンジンの出力を増加させなくても所望の排気温度と排気空燃比とを得る。
【解決手段】エンジン1の各気筒におけるガスの流入出と燃料供給とを停止させることにより、一部の気筒を停止させることができる気筒制御手段(吸気遮断弁6)を用い、要求時に、要求と、エンジン1の要求出力とに応じて、停止気筒の数と作動気筒の出力とを決定して制御する。また、作動気筒から排出されてNOxトラップ触媒21に流入する排気の空燃比を制御する。
【選択図】図1
【解決手段】エンジン1の各気筒におけるガスの流入出と燃料供給とを停止させることにより、一部の気筒を停止させることができる気筒制御手段(吸気遮断弁6)を用い、要求時に、要求と、エンジン1の要求出力とに応じて、停止気筒の数と作動気筒の出力とを決定して制御する。また、作動気筒から排出されてNOxトラップ触媒21に流入する排気の空燃比を制御する。
【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化制御装置に関し、特にハイブリッド車両において好適に用いることができる内燃機関の排気浄化制御装置に関する。
内燃機関とモータジェネレータとの駆動源からなり、内燃機関の排気系に内燃機関が運転されたときに排出される排気を浄化するための触媒装置等の排気浄化部品を備えるハイブリッド車両において、触媒装置の温度を活性温度以上に保って排気の浄化性能を高めるために、内燃機関が停止状態であって触媒装置の温度が所定値を下回り、バッテリの電力残量が所定値以上であるときには、内燃機関の始動に備えてバッテリの電力で加熱手段により触媒装置を加熱する。一方、バッテリの電力残量が所定値を下回っているときには、内燃機関を強制始動させる。
また、既に内燃機関が運転されていて触媒装置の温度が所定値を下回り、バッテリが十分充電されていて充電不可能な状態では、加熱手段により触媒装置を加熱し、バッテリの充電が可能な状態では、内燃機関の出力を増加することによって、触媒装置の温度を活性温度以上に保つ構成が提案されている(特許文献1参照)。
ところで、燃料消費率の向上あるいはCO2削減の観点から、近年は、リーンバーンガソリン機関、直接噴射式ガソリン機関、あるいはディーゼル機関等が着目されている。
また、希薄燃焼が主体の内燃機関用の排気浄化用触媒としては、排気空燃比がリーンのときに排気中のNOxを吸着するNOxトラップ触媒が提案されており、このNOxトラップ触媒は、浄化性能を維持させるために、NOxの吸着量が飽和する前に、定期的に排気空燃比をリッチにして還元雰囲気にすることで吸着したNOxを脱離還元浄化するようにしている。また、NOxトラップ触媒は、燃料中に含まれる硫黄(S)による被毒によっても浄化性能が低下するため、定期的に高温かつストイキ雰囲気でS被毒解除を行うようにしている(特許文献2参照)。
特許第3376902号
特開2000−018026号
ところで、上記特許文献1に記載の構成では、既に内燃機関が運転されていて触媒装置の温度が所定値を下回っている場合で、バッテリが充電不可能な状態では、加熱手段により触媒装置を加熱し、バッテリの充電が可能な状態では、内燃機関の出力を増加することによって、触媒装置の温度を活性温度以上に保つようにしているが、かかる技術を希薄燃焼が主体の直接噴射式ガソリン機関やディーゼル機関に適用する場合、排気流量が予混合ガソリン機関に比べて多く、特にディーゼル機関の場合には格段に多く、かつ熱効率が高いために排気温度も低い。このため、内燃機関が運転されていてヒータ等の加熱手段だけで触媒装置を活性化しようとしても、非常に電力消費の大きなヒータが必要になり、バッテリ容量も余裕を持たせて大きくする必要が生じ、コストが増加してしまう。
このため、このような場合には内燃機関の出力を増加して排気温度を上昇させることによって触媒装置を活性温度以上にすることが、システムの簡素化と効率向上あるいは触媒の浄化性能向上のためには有効である。
しかし、前述したように、排気浄化用触媒としてNOxトラップ触媒を用いる場合で、特にディーゼル機関の場合においては、触媒活性向上のために暖機を促進したり、浄化性能を維持させるために定期的に排気空燃比をリッチにしてNOxを脱離還元浄化したり、あるいは触媒のS被毒解除を行うために高温かつストイキ雰囲気を所定時間継続して運転する必要があるが、排気流量が多くて排気温度が低いことがこれらの条件を作り出す上で燃料消費の増加を大きくして制御性の困難さを招く。また、特にハイブリッド車両にこれらを適用した場合には余剰出力が発生しやすくて余剰出力による発電の機会が多くなるため、発電電力を全てバッテリに充電するとバッテリが過充電となって充放電機能を損なうので、充電レベルが高い場合に余剰出力を吸着しきれずに廃棄せざるを得ない状態が発生し、エネルギー効率が低下するという大きな問題がある。
本発明は、このような実状に鑑み、触媒活性向上のために暖機を促進したり、浄化性能を維持させるために定期的に排気空燃比をリッチにしてNOxを脱離還元浄化したり、あるいは触媒のS被毒解除を行うために高温かつストイキ雰囲気を所定時間継続して運転する必要がある場合などに、内燃機関の出力を増加させなくても所望の排気温度と排気空燃比を得ることができ、排気浄化用触媒(NOxトラップ触媒など)の浄化性能を向上できる一方、ハイブリッド車両の場合にはバッテリの過充電を防止でき、エネルギー効率の低下も抑えられる内燃機関の排気浄化制御装置を提供することを目的とする。
このため、本発明では、内燃機関の各気筒におけるガスの流入出と燃料供給とを停止させることにより、一部の気筒を停止させることができ、排気浄化用触媒の状態に基づく排気温度若しくは排気空燃比の要求時に、当該要求と、内燃機関の要求出力とに応じて、停止気筒の数と作動気筒の出力とを決定して制御する気筒制御手段と、作動気筒から排出されて排気浄化用触媒に流入する排気の空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、を設ける構成とする。
本発明によれば、排気浄化用触媒の状態に基づく排気温度若しくは排気空燃比の要求時、具体的には、触媒活性増強要求時(暖機促進要求時)、NOx還元脱離浄化のための触媒再生要求時、あるいはS被毒解除要求時などに、一部の気筒へのガスの流入出と燃料供給とを停止させ、作動気筒の出力を増加させる気筒制御により、内燃機関の全体の出力を増加させなくても必要な排気温度と排気空燃比が得られるので、無駄なエネルギー消費を無くして効率を低下させずに、浄化性能を向上させることが可能となる。また、ハイブリッド車両に適用した場合でも、特に電力消費の大きなヒータや容量の大きなバッテリが必要とならないので、システムが簡素にできてコスト増加が抑えられる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
図1は、本発明のディーゼルエンジンの排気浄化制御装置の一実施形態を示すシステム構成図であり、ハイブリッド車両システム、特にパラレル方式のハイブリッド車両(Parallel Hybrid Electric Vehicle;P−HEV)に適用した場合を示す図である。
図1において、ハイブリッド車両は、ディーゼルエンジン1、及び、車両駆動用モータと発電用ジェネレータとを兼ねたモータジェネレータ53(以下「MG2」という)の動力で走行する。
ディーゼルエンジン1の出力は、発電用としてモータジェネレータ51(以下「MG1」という)へ伝達され、また車両走行用として動力伝達機構(例えば電磁クラッチ付き無段変速機;CVT)52からディファレンシャルギヤ54を介して駆動輪55a、55bへ伝達される。
そして車両の減速制動時にはMG1・51とMG2・53とをジェネレータとして有効に使い、車両制動力を電気エネルギーに変換して回収し、バッテリ50を充電する。
ディーゼルエンジン1の発電用と車両走行用との出力配分は、ハイブリッド用コントロールユニット40で制御する。また、このハイブリッド用コントロールユニット40は、バッテリ50からMG2・53への電力の供給と、逆に減速時のMG1・51、MG2・53からバッテリ50への回生電力の回収も制御している。
ハイブリッド用コントロールユニット40は、車両走行(停止)情報をモニターするために、アクセルセンサ41の信号(L:アクセルペダルの踏み込み量に比例した出力信号)、スタートキー42の信号(STA:Acc位置及びON位置に対応した信号)、シフトレバーポジションセンサ43の信号(SFT)、ブレーキ作動スイッチ44の信号(BR)、車速センサ45の信号(車速V)、バッテリ残量センサ46の信号(バッテリ残量SOC)等を入力して、エンジン1の始動と出力分担との要否を判定し、エンジン用コントロールユニット30に始動指令及び出力分担指令を発する。その指令に従って、エンジン用コントロールユニット30がディーゼルエンジン1の運転点を設定すると共に、始動と停止、および出力の制御を行う。
ディーゼルエンジン1は、排気通路3にエンジンの排出ガスを浄化する排気浄化後処理装置20を備える。排気浄化後処理装置20は、リーンNOxトラップ触媒(Lean NOx Trap Catalyst、以下「LNT」という)21を内蔵する。
LNT21は、流入する排気の空燃比がリーンであるときにNOxを吸着し、流入する排気の酸素濃度が低下するとNOxを放出・還元浄化するNOxトラップ触媒であって、HCやCO等の酸化機能も併せ持っており、Pt、Pd、Rh等の貴金属、およびNOx吸着剤として、Ba、Mg、Cs等を使用している。また触媒活性を高めるための加熱手段として電気加熱式触媒(以下「EHC」という)の構成を採用している。
LNT21の入口部には、LNT21に近接させて温度センサ35が設けられており、エンジン1の停止時にはEHC温度を、またエンジン1の運転中には排気温度を、Texとして検出する。尚、これは、LNT21の活性度を検出するために設けているが、LNT21の活性度は、LNT(EHC)21の温度やLNT21の入口側排気温度の他、LNT21の出口側排気温度、更には、作動気筒の出口側排気温度などに基づいて検出するようにしてもよい。
LNT21の出口部には、酸素濃度O2を検出する酸素濃度センサ36が設けられている。
排気通路3の途中(LNT21より上流側)には過給機のタービン3aが配置され、さらに、その上流から分岐したEGR通路4にはEGR弁5が設けられている。このEGR弁5はステッピングモータ(不図示)で駆動され、排気の一部を吸気通路2の吸気管2dに還流する。
吸気通路2には、上流から、エアクリーナ2a、過給機のコンプレッサ2b、インタークーラ2c、アクチュエータ(例えばステッピングモータ)によって開閉駆動する吸気絞り弁7、吸気管2dを備え、この吸気管2dの各枝管内には、枝管の各々をアクチュエータ(例えばステッピングモータ)によって独立に開閉駆動する吸気遮断弁6を備える。
燃料供給系は、ディーゼル用燃料(軽油)を貯留する燃料タンク60、燃料タンク60から燃料をエンジンの燃料噴射装置10へ供給するための燃料供給通路16、エンジンの燃料噴射装置10からのリターン燃料(スピル燃料)を燃料タンク60に戻すための燃料戻り通路19を備える。
ディーゼルエンジン1の燃料噴射装置10は公知のコモンレール式の燃料噴射装置であって、サプライポンプ11、コモンレール(蓄圧室)14、気筒毎に設けられる燃料噴射弁15を備える。サプライポンプ11で加圧した燃料は燃料供給通路12を介してコモンレール14に一旦高圧の状態で蓄えられた後、気筒数分の燃料噴射弁15に分配される。
コモンレール14の圧力は圧力制御弁13で制御する。すなわち、圧力制御弁13は、エンジン用コントロールユニット30からのデューティ信号に応じて、サプライポンプ11から吐出された燃料の一部を一方向弁18を介して燃料供給通路16へ戻すオーバーフロー通路17の流路面積を変えることで、コモンレール14への燃料吐出量を調整して、コモンレール14の圧力を制御する。
燃料噴射弁15は、エンジン用コントロールユニット30からのON−OFF信号によってエンジン燃焼室への燃料通路を開閉する電子式の噴射弁であって、ON信号によって燃料を燃焼室に噴射し、OFF信号によって噴射を停止する。燃料噴射量は、燃料噴射弁15へのON信号が長いほど多くなるが、後述するようにコモンレール14の燃料圧力によっても変化する。
また、ディーゼルエンジン1の各気筒の燃焼室に臨ませて、エンジン始動補助用のグロープラグ24が設けられている。
また、ディーゼルエンジン1の暖機促進のためにディーゼルエンジン1の冷却水系路中に臨むように電気加熱式のブロックヒータ70が設けられている。
エンジン用コントロールユニット30は、水温センサ31の信号(Tw)、クランク角センサ32の信号(エンジン回転速度とクランク角度検出Ne)、カム角センサ33の信号(気筒判別信号Cyl)、コモンレール圧力を検出する圧力センサ34の信号(PCR)、温度センサ35の信号(Tex)、酸素濃度センサ36の信号(O2)を入力する。尚、エンジン用コントロールユニット30の具体的な制御については後述する。
本発明の排気浄化制御装置は、ハイブリッド用コントロールユニット40及びエンジン用コントロールユニット30によって制御するが、これを図10〜図24のフローチャートに基づいて説明する。
図10はハイブリッドシステムの基本制御ルーチン、図11〜図24はハイブリッド用コントロールユニット40からの指令によって、エンジン用コントロールユニット30によって行われるディーゼルエンジン1の出力制御、および本発明の排気浄化制御に関するサブルーチンを示す。
図10のハイブリッドシステムの基本制御ルーチンにおいて、ステップ100で、アクセルセンサ41の信号(L)、スタートキー42の信号(STA)、シフトレバーポジションセンサ43の信号(SFT)、ブレーキ作動スイッチ44の信号(BR)、車速センサ45の信号(V)、バッテリ残量センサ46の信号(SOC)を読み込み、更に水温センサ31の信号(Tw)、クランク角センサ32の信号(エンジン回転速度とクランク角度検出Ne)、カム角センサ33の信号(気筒判別信号Cyl)、コモンレール圧力を検出する圧力センサ34の信号(PCR)、EHC温度若しくは排気温度を検出する温度センサ35の信号(Tex)、酸素濃度センサ36の信号(O2)を読み込んで、ステップ200に進む。
ステップ200では、図4、図5に示すように運転者のアクセルペダルの踏み込み量(L)に応じた車両走行のための必要な駆動力(Prun:図中のポイントa−eのライン)、すなわち運転者がアクセル操作によって求めている車両走行に必要な駆動力を算出し、ステップ201に進む。
ステップ201では、バッテリ50の残量(SOC;State of Charge )が安定してバッテリの定格電力を供給できる所定値SOC1以上であって充電上限設定値SOC2(例えばフル充電の80%程度であってバッテリの過充電を防ぐための閾値)以上であるかを判定し、この判定がYesであってバッテリ50の過充電を防ぐために余剰電力処理が必要であれば、ステップ1300に進み、Noで余剰電力処理が不要の場合は、ステップ300に進む。
ステップ300では、ステップ200で算出した車両走行のために必要な駆動力(Prun)、車速(V)、バッテリ残量(SOC)等を基準にして、通常のハイブリッド運転モードを判定するが、通常のハイブリッド運転モードは図3〜図5にも示すように基本的に以下のMode0〜4の5つのパターンに分かれている。
<モータ走行モード:Mode1>
基本的にモータ走行は、図9に示すように、エンジン走行では負荷が低くて排気温度Texが触媒活性温度である第1の所定温度Tex1(例えば約200℃でNOxの吸着活性とHC、COの酸化活性が共に得られる)以上を得られない触媒低活性領域Aをモータだけで駆動力を分担し、バッテリ50の残量(SOC)が安定してバッテリの定格電力を供給できる所定値SOC1以上であれば、図4のB1(ポイントa−b)をMG2・53(又はMG1・51)の駆動力で走行する。
基本的にモータ走行は、図9に示すように、エンジン走行では負荷が低くて排気温度Texが触媒活性温度である第1の所定温度Tex1(例えば約200℃でNOxの吸着活性とHC、COの酸化活性が共に得られる)以上を得られない触媒低活性領域Aをモータだけで駆動力を分担し、バッテリ50の残量(SOC)が安定してバッテリの定格電力を供給できる所定値SOC1以上であれば、図4のB1(ポイントa−b)をMG2・53(又はMG1・51)の駆動力で走行する。
<エンジン走行モード:Mode2>
エンジン走行は、バッテリ50の残量(SOC)が安定して電力を供給できるSOC1以上であって充電が不要の場合に、エンジン1の出力だけで駆動力を分担する。この場合、図9に示すように、エンジン運転(負荷と回転数の設定)は高い触媒活性が得られる所定排気温度である第1の所定温度Tex1以上になる領域Bで行い、この領域の中には熱効率が良好な最良燃費領域E、Fを含むようにする。
エンジン走行は、バッテリ50の残量(SOC)が安定して電力を供給できるSOC1以上であって充電が不要の場合に、エンジン1の出力だけで駆動力を分担する。この場合、図9に示すように、エンジン運転(負荷と回転数の設定)は高い触媒活性が得られる所定排気温度である第1の所定温度Tex1以上になる領域Bで行い、この領域の中には熱効率が良好な最良燃費領域E、Fを含むようにする。
尚、通常はエンジン出力下限設定値bの状態で、排気温度Texが触媒活性温度である第1の所定温度Tex1以上となる場合に、図4のB2(ポイントb−d)をエンジン走行する。
また、前述したように、低エンジン温度等の条件において、エンジン出力下限設定値bでは触媒活性温度である第1の所定温度Tex1以上が得られない場合には、後述するように、エンジンの作動(停止)気筒数と作動する気筒の負荷(出力)を決定して気筒制御を行う。
<エンジン出力分割モード:Mode3>
バッテリ50の残量(SOC)が安定して電力を供給できるSOC1を下回る場合には、エンジンを運転してその出力を車両走行と発電のために分割する。
バッテリ50の残量(SOC)が安定して電力を供給できるSOC1を下回る場合には、エンジンを運転してその出力を車両走行と発電のために分割する。
この場合にも、エンジン運転中に触媒活性温度である第1の所定温度Tex1以上を得るように、エンジン出力下限設定値bの状態で触媒活性温度である第1の所定温度Tex1以上が得られる場合には、図4のB2(ポイントb−d)で車両走行のために必要な駆動力(Prun)よりも高い出力が得られるようにエンジンを運転し、エンジン出力(Pe)と要求駆動力(Prun)との差分を発電に充て、MG1・51で発電してバッテリ50に充電する。
また、前述したように低エンジン温度等の条件において、エンジン出力下限設定値bでは触媒活性温度である第1の所定温度Tex1以上が得られない場合には、後述するエンジンの気筒制御を行い、車両走行のために必要な駆動力(Prun)よりも高い出力が得られるようにエンジン1を運転し、エンジン出力(Pe)と要求駆動力(Prun)との差分を発電に充てる。
<モータアシストモード:Mode4>
図4のB3の駆動力範囲がモータアシストモードである。つまり、エンジンの最大出力は図9にも示すように良燃費領域のdポイントに設定しているので、エンジンからそれ以上の動力を供給することはできない。したがって、エンジン1をポイントdで運転し、ポイントdから車両走行最大駆動力のポイントe(Prunmax)迄の差分をMG2・53の出力で補う。
図4のB3の駆動力範囲がモータアシストモードである。つまり、エンジンの最大出力は図9にも示すように良燃費領域のdポイントに設定しているので、エンジンからそれ以上の動力を供給することはできない。したがって、エンジン1をポイントdで運転し、ポイントdから車両走行最大駆動力のポイントe(Prunmax)迄の差分をMG2・53の出力で補う。
尚、モータによるアシストはこれに限らず、エンジン1をポイントb−dで運転して、MG2・53を併用しても構わない。
<減速回生モード:Mode0>
MG1・51、MG2・53は減速時にはジェネレータとして働き、減速時の運動エネルギーを電力として回収してバッテリ50を充電する。
MG1・51、MG2・53は減速時にはジェネレータとして働き、減速時の運動エネルギーを電力として回収してバッテリ50を充電する。
以上でステップ300のハイブリッド運転モード判定の説明、エンジンの運転領域と、車両走行に必要な駆動力範囲とそのエンジン各運転ポイントとの関係についての説明を終えるが、説明した中で、基本的にモータ走行モードMode1では動力伝達機構52は(例えば電磁クラッチ付きCVTの電磁クラッチにより)切り離されている。
一方、ステップ201の判定でYesであって余剰電力処理が必要であれば、ステップ1300に進み、バッテリ残量(SOC)を基準にして余剰電力処理運転モードを判定するが、余剰電力処理運転モードは図3、図5に示すように基本的に以下のMode10〜30の3つのパターンに分かれている。
<モータ走行モード:Mode10>
基本的にモータ走行モードMode10は、通常のハイブリッド運転モードのMode1と同じであり、図5のB1(ポイントa−b)をMG2・53(又はMG1・51)の駆動力で走行する。
基本的にモータ走行モードMode10は、通常のハイブリッド運転モードのMode1と同じであり、図5のB1(ポイントa−b)をMG2・53(又はMG1・51)の駆動力で走行する。
<モータアシストモード:Mode20>
バッテリ50の残量(SOC)が充電上限設定値SOC2以上であるため、バッテリ50の充放電バランスを適正にして過充電となるのを防ぐためには、余剰電力を処理する必要がある。このため、要求駆動力(Prun)がbポイント以上であって、エンジン出力下限設定値bとモータ最大出力(出力幅=図5のa−b)の合計値dポイントを下回る場合に、要求駆動力(Prun)とエンジン出力下限設定bとの差分をモータ走行して余剰電力を消費する。
バッテリ50の残量(SOC)が充電上限設定値SOC2以上であるため、バッテリ50の充放電バランスを適正にして過充電となるのを防ぐためには、余剰電力を処理する必要がある。このため、要求駆動力(Prun)がbポイント以上であって、エンジン出力下限設定値bとモータ最大出力(出力幅=図5のa−b)の合計値dポイントを下回る場合に、要求駆動力(Prun)とエンジン出力下限設定bとの差分をモータ走行して余剰電力を消費する。
またこの場合にも、前述したように低エンジン温度等の条件において、触媒活性温度である第1の所定温度Tex1以上が得られない場合には、後述するエンジンの気筒制御を行う。
<エンジン出力増加モード:Mode30>
要求駆動力(Prun)が、エンジン出力下限設定bとモータ最大出力(出力幅a−b)の合計値dポイントを上回る場合には、最大駆動力ポイントeまでを、エンジン出力を増加して要求駆動力(Prun)を満たす。
要求駆動力(Prun)が、エンジン出力下限設定bとモータ最大出力(出力幅a−b)の合計値dポイントを上回る場合には、最大駆動力ポイントeまでを、エンジン出力を増加して要求駆動力(Prun)を満たす。
またこの場合にも、前述したように低エンジン温度等の条件において、第1の所定温度Tex1以上が得られない場合には、後述するエンジンの気筒制御を行う。
再び図10に戻る。
ステップ300で通常運転モードの判定を行った後は、ステップ400に進んで、車両走行に必要な駆動力(Prun)と判定した走行モードとに基づいて、MG2・53及びエンジン1の分担出力(PmとPe)を算出した後、ステップ500に進む。
またステップ1300で余剰電力処理運転モードの判定を行った後は、ステップ1400に進んで、車両走行に必要な駆動力(Prun)と判定した走行モードとに基づいて、MG2・53及びエンジン1の分担出力(PmとPe)を算出した後、ステップ500に進む。
ステップ500では、エンジン1を運転する必要(エンジン分担要求)があるか否かを判定する。この判定がNoであってエンジン運転が不要な場合(通常運転モードのモータ走行モードMode1、減速回生モードMode0、および余剰電力処理運転モードのモータ走行モードMode10)は、ステップ800に進んで、エンジン1の停止時制御(停止操作制御)を行う。
すなわち、ハイブリッド用コントロールユニット40はエンジン用コントロールユニット30に停止指令を発する。その停止指令に従ってエンジン用コントロールユニット30はエンジン1の停止制御を行う。
ステップ500の判定がYesであってエンジン1を運転する必要がある場合(通常運転モードのエンジン走行モードMode2、エンジン出力分割モードMode3、モータアシストモードMode4、および余剰電力処理運転モードのモータアシストモードMode20、エンジン出力増加モードMode30)は、ステップ600に進む。
ステップ600では、エンジン1を既に始動している(エンジン運転中)か否かを判定する。この判定がYesであって既にエンジン1を運転している場合、すなわち既にハイブリッド用コントロールユニット40からエンジン用コントロールユニット30に出力指令を発信済みであって、その指令に従ってエンジン用コントロールユニット30がエンジン1の出力制御を行っている場合は、ステップ900に進む。
ステップ900では、エンジンの作動(停止)気筒数と作動気筒の負荷(出力)を決定して制御する気筒制御と、作動気筒から排出される(排気浄化用触媒に流入する)排気空燃比を制御する排気空燃比制御を含み、前記ステップ400又はステップ1400で算出したエンジン分担出力(Pe)を得るためのエンジン1の出力制御を継続又は開始する。
一方、前記ステップ600の判定がNoであってエンジン1をまだ始動していない場合は、ステップ700に進んで、エンジンの始動時制御(始動操作制御)を行う(始動指令を発する)。
この始動操作もハイブリッド用コントロールユニット40及びエンジン用コントロールユニット30によって制御する。
前記ステップ900のエンジン出力制御、ステップ700のエンジン始動操作制御、又は、ステップ800のエンジン停止操作制御を行った後は、ステップ1000に進む。
ステップ1000では、ハイブリッド用コントロールユニット40は、運転モードに基づいてMG1・51あるいはMG2・53の発電制御を行う。
そして次にステップ1100に進み、走行モードに基づいてステップ400で算出したモータ駆動力(Pm=Prun−Pe)をMG2・53に出力する。
そして最後にステップ1200に進み、走行モード及び車速(V)等に基づいて動力伝達機構52(例えば電磁クラッチ付きCVT)の変速比制御やON−OFF制御を行う。
図11は、前述のステップ200(図10)の車両走行に必要な駆動力(要求駆動力)の算出についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
図11の要求駆動力算出ルーチンにおいて、ステップ211ではスタートキー42の信号STAがONになっているかを判定し、ステップ212ではシフトレバーポジションセンサ43の信号SFTがON(すなわちDrive位置)になっているかを判定し、ステップ213ではブレーキ作動スイッチ44の信号BRがOFF(すなわちブレーキ解除状態)になっているかを判定するが、基本的にはこの場合のスタートキー42の信号STAの判定がYesであってON位置であり、シフトレバーポジションセンサ43の信号SFTの判定がYesであってDrive位置であり、ブレーキ作動スイッチ44の信号BRの判定がYesであってブレーキOFFになっている場合に、車両が走行可能な状態であるので、ステップ220に進んで、運転者のアクセルペダルの踏み込み量(L)に応じて予め定めたテーブルデータから車両走行のための必要な駆動力(Prun)、すなわち運転者がアクセル操作によって求めている車両走行に必要な駆動力を算出し、リターンとなる。
一方、前記ステップ211、212、213のいずれかの判定がNoであって、車両が走行可能な状態でない場合は、ステップ230に進んで、車両走行に必要な操作を停止(MG1・51とMG2・53駆動停止、動力伝達機構52切り離し、エンジン1停止)して、図10の基本制御ルーチンのリターンに戻る。
図12は、前述のステップ300(図10)の通常運転モード判定についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
図12の通常運転モード判定ルーチンにおいて、ステップ310では、車両が走行しているか(車速Vが0以上か)を判定し、Noであって車両が停止していれば、ステップ315に進む。
ステップ315では、要求駆動力(Prun)が0(ポイントa)以上であるかを判定し、Noであって要求駆動力(Prun)が0である場合には、図11のステップ230に進んで、車両走行に必要な操作を停止する。
ステップ310でYesであって車両が走行している場合、およびステップ315でYesであって要求駆動力(Prun)が0(ポイントa)以上である場合には、ステップ311に進む。
ステップ311では、要求駆動力(Prun)がポイントdよりも少ないかを判定し、Noであれば、ステップ316に進み、モータアシストモード(Mode4)と判定してリターンとなる。
ステップ311でYesであって要求駆動力(Prun)がポイントdよりも少ない場合は、ステップ312に進む。
ステップ312では、バッテリ50の残量(SOC)が安定して電力を供給できる第1の所定値SOC1以上のレベルであるかを判定し、Noである場合には、車両走行に支障をきたす前にバッテリ50を充電するため、ステップ317に進み、エンジン出力分割モード(Mode3)と判定してリターンとなる。
ステップ312でYesであってバッテリ50の残量(SOC)が安定して電力を供給できる第1の所定値SOC1以上のレベルである場合には、ステップ313に進む。
ステップ313では、要求駆動力(Prun)がポイントbを上回るかを判定し、Yesであれば、エンジン走行モード(Mode2)に該当するため、ステップ318に進み、エンジン走行モード(Mode2)と判定してリターンとなる。
ステップ313でNoであって要求駆動力(Prun)がポイントbを下回る場合は、ステップ314に進む。
ステップ314では、要求駆動力(Prun)がポイントaを上回るかを判定し、Yesであれば、ステップ319に進み、モータ走行モード(Mode1)と判定してリターンとなる。
一方、ステップ314でNoであって要求駆動力(Prun)がaポイント(駆動出力0)を下回る場合は、ステップ320に進み、減速回生モード(Mode0)と判定してリターンとなる。
図13は、前述のステップ400(図10)で行われる通常運転モードでのモータとエンジンの分担出力算出についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
図13の分担出力算出ルーチンにおいて、ステップ410では、モータアシストモード(Mode4)であるかを判定し、Yesであってモータアシストモード(Mode4)であればステップ415に進み、Noであればステップ411に進む。
ステップ415では、エンジン1の分担出力Peをエンジン最大出力dに設定し(Pe=d)、MG2・53の分担出力Pmを要求駆動力(Prun)とエンジン最大出力dとの差分に設定して(Pm=Prun−d)、リターンとなる。
ステップ411では、次にエンジン出力分割モード(Mode3)であるかを判定し、Yesでエンジン出力分割モード(Mode3)であればステップ416に進み、Noであればステップ412に進む。
ステップ416では、要求駆動力(Prun)に発電分のエンジン出力ΔPeを加えたエンジン出力Pe(Pe=Prun+ΔPe)がエンジン1の最大出力ポイントdを上回るかを判定し、Yesであって最大出力ポイントdを上回る場合はステップ417に進み、エンジン出力Peを最大出力ポイントdに設定して(Pe=d)、リターンとなる。
一方、ステップ416でNoであればステップ418に進み、エンジン出力Peを要求駆動力(Prun)に発電分のエンジン出力ΔPeを加えた出力に設定して(Pe=Prun+ΔPe)、リターンとなる。
尚、発電分の出力ΔPeは固定値であっても良いし、要求駆動力(Prun)に応じて可変としても良い。
ステップ412では、エンジン走行モード(Mode2)であるかを判定し、Yesでエンジン走行モード(Mode2)あればステップ419に進み、Noであればステップ413に進む。
ステップ419では、エンジン出力Peを要求駆動力(Prun)に設定して(Pe=Prun)、リターンとなる。
ステップ413では、モータ走行モード(Mode1)であるかを判定し、Yesでモータ走行モード(Mode1)あればステップ420に進み、要求駆動力Prunに基づいてモータ出力Pmをポイントaから通常の上限ポイントbまでの間に設定して、リターンとなる。一方ステップ413でNoであればステップ414に進み回生発電を実行する許可を与えた後、リターンとなる。
図14は、前述のステップ700(図10)のエンジン始動時制御についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
尚、エンジンの始動時制御は、図2に示すように、バッテリ50の残量(SOC)のレベルに応じて、グロープラグ24、EHC(LNT)21、ブロックヒータ70を通電制御することを含み、残量(SOC)のレベルに応じて充放電を適正に管理しながら、最も効率よくエンジンを始動させることを目的にしている。
このため、バッテリ50の残量(SOC)が安定して電力を供給できる目安の第1の所定値SOC1を下回る場合は、エンジン1の始動に最低限必要なグロープラグ24の通電制御だけを行う。
残量(SOC)が第1の所定値SOC1から充電上限閾値である第2の所定値SOC2の範囲であって電力に余裕があれば、グロープラグ24の通電制御に加え、エンジン1始動時の排気浄化性能を高めるためEHC21の通電制御を行う。EHC21の通電制御は、ガス成分の浄化に必要な第1の所定温度Tex1を得ることを目標に行う。
残量(SOC)が第2の所定値SOC2以上であれば、更にバッテリ50の過充電を防ぐための余剰電力消費とエンジン1の始動性向上のためブロックヒータ70の通電制御を行う。
図14のエンジン始動時制御ルーチンにおいて、ステップ710では、SOCが第1の所定値SOC1以上のレベルであるかを判定し、Noであればステップ713に進んでブロックヒータ70をOFFにし、次にステップ714に進んでEHC21をOFFにし、ステップ740に進む。
ステップ710でYesであってSOCが第1の所定値SOC1以上のレベルである場合には、ステップ711に進んでSOCがSOC2を下回っているかを判定する。
ステップ711でYesであってSOCがSOC2を下回っていれば、ステップ712に進んでブロックヒータ70をOFFにし、ステップ730に進む。
ステップ711でNoであってSOCが第2の所定値SOC2以上である場合は、ステップ720に進んでブロックヒータ70の通電制御を行い(詳細は図15により後述)、ステップ730に進む。
ステップ730では、EHC21の通電制御を行い(詳細は図16により後述)、ステップ740に進む。
ステップ740では、グロープラグ24の通電制御を行い(詳細は図17により後述)、ステップ741に進む。
ステップ741では、EHC21が所定の加熱段階(EHC温度または排気温度Texによって判定する)に到達したかを判定し、Noであって所定の加熱段階に到達していなければリターンとなる。
ステップ741でYesであってEHC21が所定の加熱段階に到達した場合は、ステップ742に進んでグロープラグ24が所定の加熱段階(一般的に加熱時間またはグロープラグ温度によって判定する)に到達したかを判定し、Noであってグロープラグ24が所定の加熱段階に到達していなければリターンとなる。
ステップ742でYesであれば、すなわちEHC21とグロープラグ24の両方が所定の加熱段階に到達した場合は、ステップ750に進んでエンジン1の始動操作を行う。
この操作は、まずMG1・51によりエンジン1のモータリングを開始する。次いでエンジン1のモータリング回転速度が所定の安定レベルに到達(極短時間で到達)したら、サプライポンプ11の圧力制御弁13及び燃料噴射弁15を駆動し、始動に見合った燃料を供給して完爆に至らす。
図15は、前述のステップ720(図14)のブロックヒータ通電制御についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
図15のブロックヒータ通電制御ルーチンにおいて、ステップ721では、エンジン1が所定の暖機状態に到達したかを判定するため、エンジン冷却水温度Twが所定温度Tw1に到達したかを判定し、Yesであって所定の暖機状態に到達していれば、ステップ722に進んでブロックヒータ70への通電(冷却水加熱)を停止してリターンとなる。
ステップ721でNoであって所定の暖機状態に到達していなければ、ステップ723に進んでブロックヒータ70へ通電(冷却水加熱)を行ってリターンとなる。
図16は、前述のステップ730(図14)のEHC通電制御についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
図16のEHC通電制御ルーチンにおいて、ステップ731では、排気温度(またはEHC温度)Texが触媒活性温度である第1の所定温度Tex1を上回るかを判定し、Yesであれば、ステップ732に進んでEHC21への通電(触媒加熱)を停止してリターンとなる。
ステップ731でNoであれば、ステップ733に進んでEHC21へ通電(触媒加熱)を行ってリターンとなる。
図17は、前述のステップ740(図14)のグロープラグ通電制御についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
図17のグロープラグ通電制御ルーチンにおいて、ステップ741では、グロープラグ温度(例えばグロープラグの電流によって求めることができる)Tglowが噴射燃料の着火に必要な所定温度Tglow1を上回るかを判定し、Yesであれば、ステップ742に進んでグロープラグ24への通電(グロープラグ加熱)を停止してリターンとなる。
ステップ741でNoであれば、ステップ743に進んでグロープラグ24へ通電(グロープラグ加熱)を行ってリターンとなる。
図18は、前述のステップ800(図10)のエンジン停止時制御についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
図18のエンジン停止時制御ルーチンにおいて、ステップ810で、燃料の供給を停止(サプライポンプ11の圧力制御弁13、燃料噴射弁15をOFF)し、EGRも停止(EGR弁5、吸気絞り弁7をOFF)する。
そしてステップ811で、グロープラグ24、EHC21、ブロックヒータ70への通電を停止してリターンとなる。
図19は、前述のステップ900(図10)のエンジン出力制御についてのサブルーチンを示すフローチャートであり、ハイブリッド用コントロールユニット40からディーゼルエンジン1に対して出力分担指令が発せられた場合に、エンジン用コントロールユニット30によって行われる。
図19のエンジン出力制御ルーチンにおいて、ステップ910では、エンジンが運転されているので始動補助の必要がないため、グロープラグ24への通電を停止してステップ911に進む。
ステップ911では、バッテリ50の残量(SOC)が安定して電力を供給できる第1の所定値SOC1以上のレベルであるかを判定し、Noである場合には、バッテリ50の安定電力供給を優先するため、ステップ912に進んでブロックヒータ70への通電を停止してステップ730に進み。
ステップ911でYesであってバッテリ50の残量(SOC)が安定して電力を供給できる第1の所定値SOC1以上のレベルである場合には、ステップ720に進んで前述のブロックヒータ70への通電制御(図15)を行ってステップ730に進む。
ステップ730では、前述のEHC21への通電制御(図16)を行ってステップ913に進む。
ステップ913では、LNT21の再生(触媒再生)が必要であるかを判定する。
ステップ931でYesであってLNT21の再生が必要である場合は、ステップ1600に進み、後述する触媒再生時気筒停止制御(図23)、すなわちLNT21の触媒再生(リッチ)燃焼制御のための気筒制御と排気空燃比制御を継続又は開始し、ステップ917に進む。
ステップ917では、LNT21の再生が終了(例えば所定時間経過)したかを判定すし、Noであって再生が終了していない場合はリターンとなり、Yesであって再生が終了した場合はステップ918に進んで再生終了操作(例えば再生指令フラグOFF、再生時間カウンタのリセット)を行いリターンとなる。
ここで、LNT21の再生は、短時間、排気空燃比をリッチ化して排気温度を上昇させることによって、LNT21を再生(吸着したNOxを放出・還元)することであるが、一般的にディーゼルエンジンの場合には、エンジン回転速度Ne及び燃料噴射量Qmain、あるいはLNT21の出口部の酸素濃度O2に基づいて、EGRの強化(EGRの増加と吸気絞りの強化)やポスト噴射(排気空燃比をリッチ化して排気温度を上昇させるために、主噴射とは別に各気筒の膨張行程又は排気行程で行う燃料噴射)を単独、または併用して実施することで可能であるが、排気空燃比のリッチ化によって出力(Pe)変動が生じる場合には、ステップ400又はテップ1400で算出したエンジン分担出力Peを得るために必要なエンジン回転速度Ne及び燃料噴射量Qmainを補正することで対応する。
ステップ913でNoであってLNT21の再生が必要でない場合は、ステップ914に進む。
ステップ914では、LNT21のS被毒解除が必要であるかを判定する。
ステップ914でNoであってS被毒解除が必要でない場合は、ステップ940に進んで、LNT21の再生時期判定を行う。
ここで、LNT21の再生時期判定、すなわちNOxの放出・還元が必要な時期であるかの判定は、例えばエンジン回転速度Ne及び燃料噴射量Qmainをパラメータとして予めコントロールユニット30のROMに記憶してある所定のデータ等から検索して、LNT21の単位時間当たりのNOx吸着量を求め、単位時間当たりのNOx吸着量に同期した所定時間間隔でNOx吸着量を積算し、積算したNOx吸着量がLNT21の所定の吸着限界量を超えているかを判定することによって、行うことが可能である。
ステップ940でLNT21の再生時期判定を行った後は、ステップ950に進んで、LNT21のS被毒解除時期判定を行う。
ここで、LNT21のS被毒解除時期判定は、例えばエンジン回転速度Ne及び燃料噴射量Qmainをパラメータとして予めコントロールユニット30のROMに記憶してある所定のデータ等から検索して、LNT21の単位時間当たりのS被毒量(堆積量)を求め、単位時間当たりのS被毒量を積算し、積算したS被毒量がLNT21の所定の被毒限界量を超えているかを判定することによって、行うことが可能である。
ステップ950でLNT21のS被毒解除時期判定を行った後は、ステップ1500に進んで、後述する通常のリーン燃焼制御(図22)を行い、リターンとなる。
ステップ914でYesであってLNT21のS被毒解除が必要である場合は、ステップ1700に進み、後述するS被毒解除時気筒停止制御(図24)、すなわちLNT21の被毒解除(ストイキ)燃焼制御のための気筒制御と排気空燃比制御を継続又は開始し、ステップ915に進む。
ステップ915では、LNT21のS被毒解除が終了(例えば所定時間経過)したかを判定し、NoであってS被毒解除が終了していない場合はリターンとなり、YesであってS被毒解除が終了した場合はステップ916に進んでS被毒解除終了操作(例えば解除指令フラグOFF、解除時間カウンタのリセット)を行いリターンとなる。
図20は、前述のステップ1300(図10)の余剰電力処理運転モード判定についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
図20の余剰電力処理運転モード判定ルーチンにおいて、ステップ1310では、車両が走行しているか(車速Vが0以上か)を判定し、Noであって車両が停止していれば、ステップ1314に進む。
ステップ1314では、要求駆動力(Prun)が0(ポイントa)以上であるかを判定し、Noであって要求駆動力(Prun)が0である場合には、図11のステップ230に進んで、車両走行に必要な操作を停止する。
ステップ1310でYesであって車両が走行している場合、およびステップ1314でYesであって要求駆動力(Prun)が0(ポイントa)以上である場合には、ステップ1311に進む。
ステップ1311では、要求駆動力(Prun)がポイントdよりも少ないかを判定し、Noであれば、ステップ1315に進み、エンジン出力増加モード(Mode30)と判定してリターンとなる。
ステップ1311でYesであって要求駆動力(Prun)がポイントdよりも少ない場合は、ステップ1312に進む。
ステップ1312では、要求駆動力(Prun)がポイントbを上回るかを判定し、Yesであれば、モータアシストモード(Mode20)と判定してリターンとなる。
ステップ1312でNoであって要求駆動力(Prun)がポイントbを下回る場合はステップ1313に進む。
ステップ1313では、要求駆動力(Prun)がポイントaを上回るかを判定し、Yesであれば、ステップ1317に進み、モータ走行モード(Mode10)と判定してリターンとなる。
一方、ステップ1313でNoであって要求駆動力(Prun)がaポイント(駆動出力0)を下回る場合は、ステップ1318に進み、減速回生モード停止と判定してリターンとなる。
図21は、前述のステップ1400(図10)で行われる余剰電力処理運転モードでのモータとエンジンの分担出力算出についてのサブルーチンを示すフローチャートである。
図21の分担出力算出ルーチンにおいて、ステップ1410では、エンジン出力増加モード(Mode30)であるかを判定し、Yesであってエンジン出力増加モード(Mode30)であればステップ1413に進み、Noであればステップ1411に進む。
ステップ1413では、MG2・53の分担出力Pmをモータ最大出力Pmmaxに設定し(Pm=Pmmax)、エンジン1の分担出力Peを要求駆動力(Prun)とモータ最大出力Pmmaxとの差分に設定して(Pe=Prun−Pmmax)、リターンとなる。
ステップ1411では、モータアシストモード(Mode20)であるかを判定し、Yesであってモータアシストモード(Mode20)であればステップ1414に進み、Noであればステップ1412に進む。
ステップ1414では、エンジン1の分担出力Peをエンジン出力下限設定値bに設定し(Pe=b)、MG2・53の分担出力Pmを要求駆動力(Prun)とエンジン出力下限設定値bとの差分に設定して(Pm=Prun−b)、リターンとなる。
ステップ1412では、MG2・53の分担出力Pmを要求駆動力(Prun)に設定して(Pm=Prun)、リターンとなる。
図22は、前述のステップ1500(図19)でのリ−ン燃焼制御を行うために必要なエンジン回転速度Ne、燃料噴射量Qmainおよび燃料噴射時期ITmainの目標値を算出するためのサブルーチンを示すフローチャートである。
図22のリーン燃焼制御目標値算出ルーチンにおいて、ステップ1501では、排気温度Texが触媒活性温度である第1の所定温度Tex1を下回るかを判定する。
ステップ1501でNoであって触媒活性温度である第1の所定温度Tex以上の場合は、ステップ1560に進んで、所定のテーブルデータを検索し、通常の燃料噴射制御(各気筒同一制御)を実施するための回転速度Ne、主燃料噴射量Qmainおよび燃料噴射時期ITmainの目標値を求める。そしてステップ1570で、通常のEGR制御の目標値(EGR弁5と吸気絞り弁7の駆動信号)を求め、ステップ1540に進む。
一方、ステップ1501でYesであって排気温度Texが第1の所定温度Tex1を下回る場合(触媒活性増強要求時)は、ステップ1502に進んで、エンジン分担出力Peが所定出力Pe1を下回るかを判定する。
ステップ1502でNoであって所定出力Pe1を下回らなければ、気筒制御を実施しなくとも速やかに触媒活性温度である第1の所定温度Tex1以上が得られるため、前述のステップ1560、ステップ1570に進んで、通常の制御を実施する。
ステップ1502でYesであって気筒制御を実施しなければ触媒活性温度である第1の所定温度Tex1以上が得られない場合は、ステップ1510に進む。
ステップ1510では、予め設定された作動気筒と作動気筒用に設定された所定のテーブルデータを検索し、作動気筒の燃料噴射制御を実施するための回転速度Ne、主燃料噴射量Qmainおよび燃料噴射時期ITmainの目標値を求める。そしてステップ1520で、作動気筒のEGR制御の目標値(EGR弁5と吸気絞り弁7の駆動信号)を求める。そしてステップ1530で、所定気筒の作動を停止して、ステップ1540に進む。
尚、気筒の作動停止は、吸気管2dの各枝管の各々に設けた吸気遮断弁6を用い、作動停止する気筒の吸気遮断弁6を閉弁して空気またはEGRガスの流入を遮断することで行うが、よく知られる可変動弁機構を用いて行っても構わない。
ステップ1540では、EGR弁5および吸気絞り弁7をステップ1520又はステップ1570で求めた駆動信号に基づいて駆動制御して、ステップ1550に進む。
ステップ1550では、ステップ1510又はステップ1560で求めたデータに基づいて、燃料噴射制御、すなわちエンジン出力制御のためにコモンレール圧力制御や燃料噴射弁15の駆動制御を行い、リターンとなる。
ところでリーン燃焼制御における気筒制御は、排気温度(またはEHC温度)Texが触媒活性温度である第1の所定温度Tex1を下回るために行うものであるため、図6および図8に示すように、エンジン出力下限値bポイントからbポイントよりもやや高い負荷範囲で行い、4気筒エンジンの場合であれば1気筒だけ停止する。その理由は、気筒制御を行えば、触媒の活性は向上して燃焼効率が向上するものの、NOx排出量が増加するため、停止気筒数を多くして気筒制御する負荷範囲を高くしすぎることによってNOxの排出量が増加するのを防ぐためである。
尚、コモンレール圧力制御は、例えばエンジン回転速度Neおよび燃料噴射量Qmain(気筒毎燃焼制御を行う場合には気筒平均または最大気筒噴射量)をパラメータとして、エンジン用コントロールユニット30のROMに予め記憶してある所定のマップを検索して、コモンレール14の目標基準圧力(PCR0)と、この目標基準圧力(PCR0)を得るための圧力制御弁13の基準制御信号(Duty0)とを求め、目標基準圧力(PCR0)と実際のコモンレール圧力(PCR)との差に基づいて基準制御信号(Duty0)を補正し、補正した制御信号(Duty)で圧力制御弁13を駆動することによって目標基準圧力(PCR0)を得る。
また、燃料噴射弁15の駆動制御は、先ず、例えば、燃料噴射量Qmain(平均または#1〜4の気筒毎)およびコモンレール圧力(PCR)をパラメータとして、エンジン用コントロールユニット30のROMに予め記憶してある所定のマップを検索して、燃料噴射期間(Mperiod:平均または#1〜4の気筒毎)を求める。燃料噴射期間(Mperiod)は、燃料噴射量Qmainが同じならばコモンレール圧力PCRが高いほど、短くなり、コモンレール圧力(PCR)が同じならば燃料噴射量Qmainが多いほど、長くなる。次に、クランク角度検出用クランク角センサ32の信号(エンジン回転速度とクランク角度検出Ne)および気筒判別用カム角センサ33の信号(気筒判別信号Cyl)に基づいて、燃料噴射開始時期(ITmain)と燃料噴射期間(Mperiod)で噴射すべき気筒の燃料噴射弁15を開弁駆動して、所望の燃料噴射量Qmainを供給する。
図23は、前述のステップ1600(図19)でのLNT21の触媒再生(リッチ)燃焼制御のための気筒制御と排気空燃比制御を行うために必要なエンジン回転速度Ne、燃料噴射量Qmainおよび燃料噴射時期ITmainの目標値を算出するためのサブルーチンを示すフローチャートである。
図23の触媒再生時気筒停止制御目標値算出ルーチンにおいて、ステップ1601では、エンジン分担出力Peが所定出力Pe1を下回るかを判定する。
ステップ1601でNoであってエンジン分担出力Peが所定出力Pe1以上の場合は、ステップ1670に進む。
ステップ1670では、所定のテーブルデータを検索し、通常の燃料噴射制御(各気筒同一制御)を実施するための回転速度Ne、主燃料噴射量Qmainおよび燃料噴射時期ITmainの目標値を求める。
次のステップ1680では、同様に所定のテーブルデータを検索し、排気空燃比をリッチに設定するためのポスト燃料噴射量Qpostとその燃料噴射時期ITpostの目標値を求める。
次のステップ1690では、通常のEGR制御の目標値(EGR弁5と吸気絞り弁7の駆動信号)を求め、ステップ1650に進む。
一方、ステップ1601でYesであってエンジン分担出力Peが所定出力Pe1を下回る場合は、ステップ1610に進む。
ステップ1610では、予め設定された作動気筒と作動気筒用に設定された所定のテーブルデータを検索し、作動気筒の燃料噴射制御を実施するための回転速度Ne、主燃料噴射量Qmainおよび燃料噴射時期ITmainの目標値を求める。
次のステップ1620では、同様に所定のテーブルデータを検索し、作動気筒の排気空燃比をリッチに設定するためのポスト燃料噴射量Qpostとその燃料噴射時期ITpostの目標値を求める。
次のステップ1630では、作動気筒のEGR制御の目標値(EGR弁5と吸気絞り弁7の駆動信号)を求める。
次のステップ1640では、所定気筒の作動を停止して、ステップ1650に進む。
ステップ1650では、EGR弁5および吸気絞り弁7をステップ1630又はステップ1690で求めた駆動信号に基づいて駆動制御して、ステップ1660に進む。
ステップ1660では、ステップ1610、1620、又はステップ1670、S1680で求めたデータに基づいて、燃料噴射制御、すなわちエンジン出力制御のためにコモンレール圧力制御や燃料噴射弁15の駆動制御を行い、リターンとなる。
ところでLNT21の触媒再生(リッチ)燃焼制御のための気筒制御と排気空燃比制御は、排気温度Texを触媒活性温度である第1の所定温度Tex1以上に保つために行うのであるが、図9に示したように、排気空燃比をリッチ化する温度範囲は約250から450℃の範囲に設定すると最も高い浄化効率が得られる。このため気筒制御は図6および図8に示すようにエンジン出力下限値bポイントからbポイントよりもやや高い負荷範囲で行い、4気筒エンジンの場合であれば1気筒だけ停止する。またリッチ化する負荷範囲も温度が高すぎない範囲(例えばエンジン出力bからcポイント)で限定して行う。
図24は、前述のステップ1700(図19)でのLNT21の被毒解除(ストイキ)燃焼制御のための気筒制御と排気空燃比制御を行うために必要なエンジン回転速度Ne、燃料噴射量Qmainおよび燃料噴射時期ITmainの目標値を算出するためのサブルーチンを示すフローチャートである。
図24の被毒解除時気筒停止制御目標値算出ルーチンにおいて、ステップ1701では、エンジン分担出力Peが所定出力Pe1よりも高いPe2を下回るかを判定する。
ステップ1701でNoであってPe2以上の場合は、ステップ1810へ進む。
ステップ1810では、所定のテーブルデータを検索し、通常の燃料噴射制御(各気筒同一制御)を実施するための回転速度Ne、主燃料噴射量Qmainおよび燃料噴射時期ITmainの目標値を求める。
次のステップ1820では、同様に所定のテーブルデータを検索し、排気空燃比をストイキに設定するためのポスト燃料噴射量Qpostとその燃料噴射時期ITpostの目標値を求める。
次のステップ1830では、通常のEGR制御の目標値(EGR弁5と吸気絞り弁7の駆動信号)を求め、ステップ1750に進む。
ステップ1701でYesであってPe2を下回る場合は、ステップ1702に進み、エンジン分担出力Peが所定出力Pe1を下回るかを判定する。
ステップ1702でYesであって所定出力Pe1を下回る場合(低負荷の場合)は、ステップ1710に進む。
ステップ1710では、予めパターン1(例えば2気筒停止)として設定された作動気筒と作動気筒用に設定された所定のテーブルデータを検索し、作動気筒の燃料噴射制御を実施するための回転速度Ne、主燃料噴射量Qmainおよび燃料噴射時期ITmainの目標値を求める。
次のステップ1720では、同様に所定のテーブルデータを検索し、作動気筒の排気空燃比をストイキに設定するためのポスト燃料噴射量Qpostとその燃料噴射時期ITpostの目標値を求める。
次のステップ1730では、作動気筒のEGR制御の目標値(EGR弁5と吸気絞り弁7の駆動信号)を求める。
次のステップ1740では、所定気筒の作動を停止して、ステップ1750に進む。
ステップ1702でNoであってエンジン分担出力がPe1とPe2との中間である場合(中負荷の場合)は、ステップ1910に進む。
ステップ1910では、予めパターン2(例えば1気筒停止)として設定された作動気筒と作動気筒用に設定された所定のテーブルデータを検索し、作動気筒の燃料噴射制御を実施するための回転速度Ne、主燃料噴射量Qmainおよび燃料噴射時期ITmainの目標値を求める。
次のステップ1920では、同様に所定のテーブルデータを検索し、作動気筒の排気空燃比をストイキに設定するためのポスト燃料噴射量Qpostとその燃料噴射時期ITpostの目標値を求める。
次のステップ1930では、作動気筒のEGR制御の目標値(EGR弁5と吸気絞り弁7の駆動信号)を求める。
次のステップ1740では、所定気筒の作動を停止して、ステップ1750に進む。
ステップ1750では、EGR弁5および吸気絞り弁7をステップ1730、ステップ1830又はステップ1930で求めた駆動信号に基づいて駆動制御して、ステップ1760に進む。
ステップ1760では、ステップ1710、1720、ステップ1810、1820、又はステップ1910、1920で求めたデータに基づいて、燃料噴射制御、すなわちエンジン出力制御のためにコモンレール圧力制御や燃料噴射弁15の駆動制御を行い、リターンとなる。
ところでLNT21の触媒被毒解除(ストイキ)燃焼制御のための気筒制御と排気空燃比制御は、図9に示したように、排気空燃比をストイキ化する温度範囲はTexを約600℃に保つように設定すると最も高い被毒解除効率が得られる。このため気筒制御は図6および図8に示すようにエンジン出力下限値bポイントからcポイントよりもやや高い負荷範囲で行い、4気筒エンジンの場合であれば低負荷範囲を2気筒停止とし、中負荷範囲(高負荷側)を1気筒停止とする。
なお、全気筒運転時の各気筒出力Peと、気筒停止運転時の各気筒出力Pe’は、以下の関係になる(4気筒の場合)。
全気筒運転時 :Pe’=Pe
1気筒停止運転:Pe’=4×Pe÷3
2気筒停止運転:Pe’=4×Pe÷2
すなわち、気筒停止運転時の各作動気筒の出力の総和が全気筒運転時の各気筒の出力の総和(4×Pe)と等しくなるように、各作動気筒の出力を決定する。
1気筒停止運転:Pe’=4×Pe÷3
2気筒停止運転:Pe’=4×Pe÷2
すなわち、気筒停止運転時の各作動気筒の出力の総和が全気筒運転時の各気筒の出力の総和(4×Pe)と等しくなるように、各作動気筒の出力を決定する。
以上説明してきたように、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用触媒と、排気浄化用触媒の状態に基づく排気温度若しくは排気空燃比の要求を検出する触媒要求検出手段と、内燃機関に要求される出力を算出する要求出力算出手段と、内燃機関の各気筒におけるガスの流入出と燃料供給とを停止させることにより、一部の気筒を停止させることができ、排気浄化用触媒の状態に基づく排気温度若しくは排気空燃比の要求時に、当該要求と、内燃機関の要求出力とに応じて、停止気筒の数と作動気筒の出力とを決定して制御する気筒制御手段と、作動気筒から排出されて排気浄化用触媒に流入する排気の空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、を備える構成とすることにより、排気浄化用触媒の状態に基づく排気温度上昇要求時若しくは排気空燃比リッチ化要求時に、一部の気筒のガスの流入出と燃料供給とを停止させる気筒制御により、内燃機関の出力を増加させなくても必要な排気温度と排気空燃比が得られるので、無駄なエネルギー消費を無くして効率を低下させずに、浄化性能を向上させることが可能となる。
特に、ハイブリッド車両において、排気浄化用触媒の状態に基づく排気温度若しくは排気空燃比の要求を検出する触媒要求検出手段と、車両の走行に必要な駆動力を算出する要求駆動力算出手段と、前記バッテリの残量を検出するバッテリ残量検出手段と、前記要求駆動力と前記バッテリ残量とに基づいて、内燃機関の運転の要否の判断と共に要求出力を算出する要求出力算出手段と、内燃機関の各気筒におけるガスの流入出と燃料供給とを停止させることにより、一部の気筒を停止させることができ、内燃機関の運転が必要と判断されているときで、排気浄化用触媒の状態に基づく排気温度若しくは排気空燃比の要求時に、当該要求と、内燃機関の要求出力とに応じて、停止気筒の数と作動気筒の出力とを決定して制御する気筒制御手段と、作動気筒から排出されて排気浄化用触媒に流入する排気の空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、を備える構成とすることにより、上記の効果に加え、ハイブリッド車両でのバッテリの過充電を防止できると共に、エネルギー効率の低下も抑制できる。
また、前記気筒制御手段は、内燃機関の要求出力の増加に伴って停止気筒数を減少させるように構成することで、より好適に制御できる。
また、前記排気浄化用触媒として、NOxトラップ触媒を用いる場合に、前記触媒要求検出手段は、排気温度を上昇させてNOxトラップ触媒の活性を高める必要が有る触媒活性増強要求(暖機促進要求)と、排気空燃比をリッチ化してNOxトラップ触媒に吸着したNOxを脱離還元浄化させる必要が有る触媒再生要求と、排気温度を上昇させてNOxトラップ触媒に堆積した硫黄分を被毒解除させる必要が有る被毒解除要求とのうち、少なくとも1つを検出する構成とすることにより、これらの要求時に、それぞれ必要な排気温度と排気空燃比を得ることができる。
また、前記気筒制御手段は、内燃機関の要求出力が一定であっても、前記触媒活性増強要求時又は前記触媒再生要求時よりも、前記被毒解除要求時に、停止気筒数を増加させることにより、前記被毒解除要求時の厳しい要求に応えることができる。
また、前記排気空燃比制御手段は、前記触媒活性増強要求時は、気筒制御実施時の作動気筒の負荷が通常運転時の気筒負荷と同じであっても、気筒制御実施時の作動気筒の排気空燃比を通常運転時の排気空燃比に対してリーンの範囲内で低下するよう制御し、前記触媒再生要求時は、作動気筒の排気空燃比をリッチに制御し、前記被毒解除要求時は、作動気筒の排気空燃比をストイキに制御する構成とすることにより、それぞれに適した排気空燃比を得ることができる。
また、前記気筒制御手段によって一部の気筒を停止する制御を実施するときに、作動気筒間で排気空燃比と負荷(出力)は一定に保つことにより、安定した制御が可能となる。
また、前記排気空燃比制御手段は、内燃機関の作動気筒に対して、出力を発生させるための燃料の主噴射後に膨張行程ないし排気行程で行われるポスト噴射、吸気絞り強化、EGR強化のうち、少なくとも1つを行うことで、内燃機関の作動気筒から排出されて排気浄化用触媒に流入する排気空燃比を制御する構成とすることにより、確実な制御が可能となる。
1 ディーゼルエンジン
2 吸気通路
2a エアクリーナ
2b 過給機のコンプレッサ
2c インタークーラ
2d 吸気管
3 排気通路
3a 過給機のタービン
4 EGR通路
5 EGR弁
6 吸気遮断弁
7 吸気絞り弁
10 燃料噴射装置
11 サプライポンプ
12 燃料供給通路
13 圧力制御弁
14 コモンレール(蓄圧室)
15 燃料噴射弁
16 燃料供給通路
17 オーバーフロー通路
18 一方向弁
19 燃料戻り通路
20 排気浄化後処理装置
21 NOxトラップ触媒(LNT;EHC構成)
24 グロープラグ
30 エンジン用コントロールユニット
31 水温センサ
32 クランク角センサ
33 カム角センサ
34 圧力センサ
35 温度センサ
36 酸素濃度センサ
40 ハイブリッド用コントロールユニット
41 アクセルセンサ
42 スタートキー
43 シフトレバーポジションセンサ
44 ブレーキ作動スイッチ
45 車速センサ
46 バッテリ残量センサ
50 バッテリ
51 モータジェネレータ(MG1)
52 動力伝達機構
53 モータジェネレータ(MG2)
54 ディファレンシャルギヤ
55a、55b 駆動輪
60 燃料タンク
70 ブロックヒータ
2 吸気通路
2a エアクリーナ
2b 過給機のコンプレッサ
2c インタークーラ
2d 吸気管
3 排気通路
3a 過給機のタービン
4 EGR通路
5 EGR弁
6 吸気遮断弁
7 吸気絞り弁
10 燃料噴射装置
11 サプライポンプ
12 燃料供給通路
13 圧力制御弁
14 コモンレール(蓄圧室)
15 燃料噴射弁
16 燃料供給通路
17 オーバーフロー通路
18 一方向弁
19 燃料戻り通路
20 排気浄化後処理装置
21 NOxトラップ触媒(LNT;EHC構成)
24 グロープラグ
30 エンジン用コントロールユニット
31 水温センサ
32 クランク角センサ
33 カム角センサ
34 圧力センサ
35 温度センサ
36 酸素濃度センサ
40 ハイブリッド用コントロールユニット
41 アクセルセンサ
42 スタートキー
43 シフトレバーポジションセンサ
44 ブレーキ作動スイッチ
45 車速センサ
46 バッテリ残量センサ
50 バッテリ
51 モータジェネレータ(MG1)
52 動力伝達機構
53 モータジェネレータ(MG2)
54 ディファレンシャルギヤ
55a、55b 駆動輪
60 燃料タンク
70 ブロックヒータ
Claims (8)
- 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用触媒と、
排気浄化用触媒の状態に基づく排気温度若しくは排気空燃比の要求を検出する触媒要求検出手段と、
内燃機関に要求される出力を算出する要求出力算出手段と、
内燃機関の各気筒におけるガスの流入出と燃料供給とを停止させることにより、一部の気筒を停止させることができ、排気浄化用触媒の状態に基づく排気温度若しくは排気空燃比の要求時に、当該要求と、内燃機関の要求出力とに応じて、停止気筒の数と作動気筒の出力とを決定して制御する気筒制御手段と、
作動気筒から排出されて排気浄化用触媒に流入する排気の空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、
を含んで構成される内燃機関の排気浄化制御装置。 - 内燃機関と、発電機を兼ねるモータジェネレータと、モータジェネレータへの電力の供給とモータジェネレータの発電電力の充電とが可能なバッテリとを備え、内燃機関とモータジェネレータとの少なくとも一方の出力で車両の駆動力を発生させて車両を走行させるハイブリッド車両において、
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用触媒と、
排気浄化用触媒の状態に基づく排気温度若しくは排気空燃比の要求を検出する触媒要求検出手段と、
車両の走行に必要な駆動力を算出する要求駆動力算出手段と、
前記バッテリの残量を検出するバッテリ残量検出手段と、
前記要求駆動力と前記バッテリ残量とに基づいて、内燃機関の運転の要否の判断と共に要求出力を算出する要求出力算出手段と、
内燃機関の各気筒におけるガスの流入出と燃料供給とを停止させることにより、一部の気筒を停止させることができ、内燃機関の運転が必要と判断されているときで、排気浄化用触媒の状態に基づく排気温度若しくは排気空燃比の要求時に、当該要求と、内燃機関の要求出力とに応じて、停止気筒の数と作動気筒の出力とを決定して制御する気筒制御手段と、
作動気筒から排出されて排気浄化用触媒に流入する排気の空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、
を含んで構成される内燃機関の排気浄化制御装置。 - 前記気筒制御手段は、内燃機関の要求出力の増加に伴って停止気筒数を減少させることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 前記排気浄化用触媒は、排気空燃比がリーンのときに排気中のNOxを吸着し、吸着したNOxを排気空燃比がリッチのときに脱離還元浄化するNOxトラップ触媒であり、
前記触媒要求検出手段は、
排気温度を上昇させてNOxトラップ触媒の活性を高める必要が有る触媒活性増強要求と、
排気空燃比をリッチ化してNOxトラップ触媒に吸着したNOxを脱離還元浄化させる必要が有る触媒再生要求と、
排気温度を上昇させてNOxトラップ触媒に堆積した硫黄分を被毒解除させる必要が有る被毒解除要求とのうち、
少なくとも1つを検出することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関の排気浄化制御装置。 - 前記気筒制御手段は、内燃機関の要求出力が一定であっても、前記触媒活性増強要求時又は前記触媒再生要求時よりも、前記被毒解除要求時に、停止気筒数を増加させることを特徴とする請求項4記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 前記排気空燃比制御手段は、
前記触媒活性増強要求時は、気筒制御実施時の作動気筒の負荷が通常運転時の気筒負荷と同じであっても、気筒制御実施時の作動気筒の排気空燃比を通常運転時の排気空燃比に対してリーンの範囲内で低下するよう制御し、
前記触媒再生要求時は、作動気筒の排気空燃比をリッチに制御し、
前記被毒解除要求時は、作動気筒の排気空燃比をストイキに制御する
ことを特徴とする請求項4又は請求項5記載の内燃機関の排気浄化制御装置。 - 前記気筒制御手段によって一部の気筒を停止する制御を実施するときに、作動気筒間で排気空燃比と負荷は一定に保つことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 前記排気空燃比制御手段は、内燃機関の作動気筒に対して、出力を発生させるための燃料の主噴射後に膨張行程ないし排気行程で行われるポスト噴射、吸気絞り強化、EGR強化のうち、少なくとも1つを行うことにより、内燃機関の作動気筒から排出されて排気浄化用触媒に流入する排気空燃比を制御することを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
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JP2007203339A JP2009036173A (ja) | 2007-08-03 | 2007-08-03 | 内燃機関の排気浄化制御装置 |
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-
2007
- 2007-08-03 JP JP2007203339A patent/JP2009036173A/ja active Pending
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