JP5115052B2 - ハイブリッド車両の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関と電動機を備えたハイブリッド車両の排気浄化装置に係り、特に触媒下流に設けられた吸着材のパージに関する。
冷間始動時には、触媒の床温が低下しているため、触媒で浄化できなかった未浄化成分を含む排気ガスが触媒から排出される場合がある。かかる未浄化成分を吸着する吸着材を触媒下流に備えた装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の装置では、主排気通路から分岐されたバイパス通路に吸着材が配置されている。冷間始動時に排気ガスをバイパス通路に導入することで、排気ガス中の未浄化成分が吸着材に吸着される。
また、特許文献１の装置では、ＥＧＲ通路を介して吸気通路の負圧を吸着材に作用させることで、ＥＧＲガスによる吸着材のパージ（以下「ＥＧＲパージ」という。）が行われている。かかるＥＧＲパージにより、吸着材から脱離した未浄化成分が筒内に供給され、その後触媒により確実に浄化することができる。
また、特許文献１の装置では、ＥＧＲ通路を介して吸気通路の負圧を吸着材に作用させることで、ＥＧＲガスによる吸着材のパージ（以下「ＥＧＲパージ」という。）が行われている。かかるＥＧＲパージにより、吸着材から脱離した未浄化成分が筒内に供給され、その後触媒により確実に浄化することができる。
しかしながら、ノッキングやトルク変動等によりＥＧＲガス量には限界がある。また、減速時には、空気量が少なくされる。また、減速燃料カット時には、ＥＧＲが中断される。また、ハイブリッド車両では燃費向上のため内燃機関の間欠運転が実行されるが、ＥＧＲパージが間欠的に実施されることとなる。これらの理由により、吸着材の床温が低くなる場合がある。吸着材の床温が低い場合には、ＥＧＲガスが吸着材に導入されたとしても、吸着材から未浄化成分を完全に脱離させることができない可能性がある。よって、ＥＧＲパージを完了させることができなくなる可能性がある。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸着材のＥＧＲパージを迅速かつ確実に完了させることが可能なハイブリッド車両の排気浄化装置を提供することを目的とする。
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関と電動機とを駆動源として有するハイブリッド車両の排気浄化装置であって、
内燃機関から排出された排気ガスが流れる主排気通路と、
前記主排気通路に配置され、排気ガスを浄化する触媒と、
前記触媒の下流において前記主排気通路から分岐され、分岐位置よりも下流において前記主排気通路に合流する第２排気通路と、
前記第２排気通路に配置され、前記触媒において浄化されない未浄化成分を吸着する吸着材と、
前記吸着材の床温である吸着材床温を検出する吸着材床温検出手段と、
前記吸着材の上流の第２排気通路と、前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
前記吸着材に吸着された未浄化成分をパージする際、前記吸着材床温が基準温度以上である場合には、前記ＥＧＲ弁を開弁すると共に、前記内燃機関の間欠運転を中止し、前記吸着材床温が該基準温度よりも高くなるような運転条件で前記内燃機関の定常運転を実施する制御手段とを備えたことを特徴とする。
内燃機関から排出された排気ガスが流れる主排気通路と、
前記主排気通路に配置され、排気ガスを浄化する触媒と、
前記触媒の下流において前記主排気通路から分岐され、分岐位置よりも下流において前記主排気通路に合流する第２排気通路と、
前記第２排気通路に配置され、前記触媒において浄化されない未浄化成分を吸着する吸着材と、
前記吸着材の床温である吸着材床温を検出する吸着材床温検出手段と、
前記吸着材の上流の第２排気通路と、前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
前記吸着材に吸着された未浄化成分をパージする際、前記吸着材床温が基準温度以上である場合には、前記ＥＧＲ弁を開弁すると共に、前記内燃機関の間欠運転を中止し、前記吸着材床温が該基準温度よりも高くなるような運転条件で前記内燃機関の定常運転を実施する制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記制御手段は、前記吸着材温度が前記基準温度よりも低い場合であっても、積算吸入空気量が基準値以上である場合には、前記内燃機関の間欠運転を中止し、前記吸着材床温が該基準温度よりも高くなるような運転条件で前記内燃機関の定常運転を実施することを特徴とする。
前記制御手段は、前記吸着材温度が前記基準温度よりも低い場合であっても、積算吸入空気量が基準値以上である場合には、前記内燃機関の間欠運転を中止し、前記吸着材床温が該基準温度よりも高くなるような運転条件で前記内燃機関の定常運転を実施することを特徴とする。
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記制御手段は、前記内燃機関の定常運転中の走行トルクを前記電動機により調整することを特徴とする。
前記制御手段は、前記内燃機関の定常運転中の走行トルクを前記電動機により調整することを特徴とする。
また、第４の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルと、
前記電動機の駆動用電力を充電するバッテリを更に備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の定常運転時に、前記バッテリの充電状態が基準値以上である場合には、前記スロットルの開度に基づいて前記内燃機関に要求される機関負荷を与えずに機関回転数を上昇させることを特徴とする。
前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルと、
前記電動機の駆動用電力を充電するバッテリを更に備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の定常運転時に、前記バッテリの充電状態が基準値以上である場合には、前記スロットルの開度に基づいて前記内燃機関に要求される機関負荷を与えずに機関回転数を上昇させることを特徴とする。
また、第５の発明は、第１から第４の何れかの発明において、
前記制御手段は、前記吸着材床温が前記基準温度よりも高い第２基準温度以上である場合には、前記内燃機関の定常運転を終了し、前記内燃機関の間欠運転を再開することを特徴とする。
前記制御手段は、前記吸着材床温が前記基準温度よりも高い第２基準温度以上である場合には、前記内燃機関の定常運転を終了し、前記内燃機関の間欠運転を再開することを特徴とする。
また、第６の発明は、第１の発明において、
前記吸着材の上流の前記第２排気通路に設けられ、水分を吸着する水分吸着材を更に備え、
前記制御手段は、前記吸着材床温が前記基準温度よりも高い第２基準温度以上である場合には、前記ＥＧＲ弁を閉弁することで前記水分吸着材に吸着された水分をパージし、前記吸着材床温が該第２基準温度よりも高い第３基準温度以上である場合には、前記内燃機関の定常運転を終了し、前記内燃機関の間欠運転を再開することを特徴とする。
前記吸着材の上流の前記第２排気通路に設けられ、水分を吸着する水分吸着材を更に備え、
前記制御手段は、前記吸着材床温が前記基準温度よりも高い第２基準温度以上である場合には、前記ＥＧＲ弁を閉弁することで前記水分吸着材に吸着された水分をパージし、前記吸着材床温が該第２基準温度よりも高い第３基準温度以上である場合には、前記内燃機関の定常運転を終了し、前記内燃機関の間欠運転を再開することを特徴とする。
第１の発明では、吸着材をパージする際、吸着材床温が基準温度以上である場合には、ＥＧＲ弁が開弁される。ここで、内燃機関の間欠運転が継続されると、ＥＧＲパージも間欠的に実施されるため、吸着材床温の上昇が遅くなるか、もしくは上昇しない可能性がある。そこで、この場合、内燃機関の間欠運転が中止され、吸着材床温が該基準温度よりも高くなるような運転条件で内燃機関の定常運転が実施される。従って、第１の発明によれば、定常運転により吸着材床温を迅速に上昇させることができるため、吸着材のパージを迅速かつ確実に完了させることができる。
第２の発明では、吸着材床温が基準温度よりも低くても、積算吸入空気量が基準値以上である場合には、内燃機関の間欠運転が中止され、上記内燃機関の定常運転が実施される。積算吸入空気量が基準値以上である場合には、内燃機関の間欠運転を継続して実施しても、吸着材床温の上昇が期待できない。そこで、内燃機関の定常運転に切り替えることで、吸着材床温の迅速な上昇を図ることができる。
第３の発明では、内燃機関の定常運転中の走行トルクが電動機により調整される。これにより、吸着材床温を迅速に上昇させつつ、目標トルクを精度良く実現することができる。よって、内燃機関の定常運転中のドライバビリティの悪化を回避することができる。
第４の発明では、内燃機関の定常運転時に、バッテリ充電状態が基準値以上である場合には、機関負荷が与えられることなく、機関回転数が上昇せしめられる。これにより、内燃機関の定常運転により吸着材床温を迅速に上昇させつつ、バッテリの過充電を防止することができる。
第５の発明では、吸着材床温が第２基準温度以上である場合には、内燃機関の定常運転を終了するとともに、内燃機関の間欠運転が再開される。定常運転により吸着材床温を第２基準温度まで迅速に上昇させることができるため、吸着材のパージを迅速かつ確実に完了させることができる。よって、内燃機関の間欠運転を早期に再開することができる。
第６の発明では、吸着材床温が第２基準温度以上である場合には、水分吸着材のパージが実施される。定常運転により吸着材床温を第２基準温度以上に迅速に上昇させることができるため、水分吸着材のパージを早期に実施することができる。その後、定常運転により吸着材床温を第３基準温度以上に迅速に上昇させることができるため、水分吸着材のパージを迅速かつ確実に完了させることができる。よって、内燃機関の間欠運転を早期に再開することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１による排気浄化装置の構成を説明するための図である。
内燃機関１としてのエンジンは、気筒２（図２参照）内に空気を取り込むための吸気通路２０を備えている。吸気通路２０の途中には、スロットル弁１６が設けられている。スロットル弁１６は、スロットルモータ１７により駆動される電子制御弁である。スロットル弁１６の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ１８が設けられている。
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１による排気浄化装置の構成を説明するための図である。
内燃機関１としてのエンジンは、気筒２（図２参照）内に空気を取り込むための吸気通路２０を備えている。吸気通路２０の途中には、スロットル弁１６が設けられている。スロットル弁１６は、スロットルモータ１７により駆動される電子制御弁である。スロットル弁１６の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ１８が設けられている。
スロットル弁１６の上流には、エアフロメータ１９が設けられている。エアフロメータ１９は、吸入空気量Gaを検出するように構成されている。また、エンジン１は、エンジン１の冷却水温Twを検出する水温センサ１５を備えている。
また、エンジン１は、気筒２内から排出された排気ガスが流れる主排気通路２２を備えている。主排気通路２２の途中には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒（以下「触媒」と略する。）２４が設けられている。
また、エンジン１は、気筒２から排出された排気ガスが流れる主排気通路２２を備えている。主排気通路２２には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒（以下「触媒」という。）２４が設けられている。触媒２４下流側の主排気通路２２には、第２排気通路２６の一端が接続されている。すなわち、触媒２４下流において、主排気通路２２から第２排気通路２６が分岐されている。
主排気通路２２からの第２排気通路２６の分岐位置には、切替バルブ２８が設けられている。切替バルブ２８は、排気ガスの流入先を主排気通路２２と第２排気通路２６との間で切り替え可能に構成されている。第２排気通路２６の他端は、切替バルブ２８より下流側の主排気通路２２に接続（合流）されている。すなわち、第２排気通路２６は、触媒２４下流の主排気通路２２をバイパスするバイパス通路である。
主排気通路２２からの第２排気通路２６の分岐位置には、切替バルブ２８が設けられている。切替バルブ２８は、排気ガスの流入先を主排気通路２２と第２排気通路２６との間で切り替え可能に構成されている。第２排気通路２６の他端は、切替バルブ２８より下流側の主排気通路２２に接続（合流）されている。すなわち、第２排気通路２６は、触媒２４下流の主排気通路２２をバイパスするバイパス通路である。
第２排気通路２６の途中には、切替バルブ２８に近い側からＨＣ吸着材３０とＮＯｘ吸着材３２とが設けられている。ＨＣ吸着材３０は、排気ガスに含まれる未浄化のＨＣ（炭化水素）を吸着する機能を有し、例えば、ゼオライト系の材料により形成されている。また、ＨＣ吸着材３０には、ＨＣ吸着材３０の床温（以下「吸着材床温」という。）を検出する吸着材床温センサ３４が設けられている。ＮＯｘ吸着材３２は、排気ガスに含まれる未浄化のＮＯｘを吸着する機能を有し、例えば、ゼオライトにＦｅを担持した材料により形成されている。
ＨＣ吸着材３０の上流側（切替バルブ２８側）には、ＥＧＲ通路３６の一端が接続されている。ＥＧＲ通路３６の他端は、スロットル弁１６よりも下流側の吸気通路２０に接続されている。このＥＧＲ通路３６により、第２排気通路２６を流れる排気ガスの一部を吸気通路２０に還流させることができる。ＥＧＲ通路３６の途中には、ＥＧＲガスの流量を調整可能なＥＧＲ弁３８が設けられている。
図２は、図１に示した排気浄化装置が搭載されたハイブリッド車両システムを示す図である。図２に示すハイブリッド車両システムは、一の駆動源としての上記エンジン１のほか、他の駆動源としてのモータジェネレータ（以下「ジェネレータ」という。）５及びモータジェネレータ（以下「モータ」という。）７を備えている。また、エンジン１は、クランク軸３の回転角度（以下「クランク角」という。）CAを検出するクランク角センサ３ａを備えている。
また、ハイブリッド車両システムは、３軸式の動力分配機構４を備えている。動力分配機構４は、例えば、遊星歯車機構である。動力分配機構４には、クランク軸３、ジェネレータ５及びモータ７が接続されている。また、動力分配機構４には、減速機６が接続されている。減速機６には、駆動輪８の回転軸１０が接続されている。駆動輪８には、車速センサ９が設けられている。車速センサ９は、駆動輪８の回転速度（すなわち、車速）を検出するように構成されている。
ジェネレータ５とモータ７とは共通のインバータ１１に接続されている。インバータ１１は昇圧コンバータ１２に接続され、昇圧コンバータ１２はバッテリ１３に接続されている。昇圧コンバータ１２は、バッテリ１３の電圧（例えば、ＤＣ２０１．６Ｖ）を高電圧（例えば、ＤＣ５００Ｖ）に変換するものである。インバータ１１は、昇圧コンバータ１２により昇圧された直流高電圧を交流電圧（例えば、ＡＣ５００Ｖ）に変換するものである。ジェネレータ５とモータ７とは、インバータ１１及び昇圧コンバータ１２を介してバッテリ１３との電力のやりとりを行う。
本実施の形態１のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、エンジン１、クランク角センサ３Ａ、動力分配機構４、ジェネレータ５、減速機６、モータ７、車速センサ９、インバータ１１、昇圧コンバータ１２、バッテリ１３、水温センサ１５、スロットルモータ１７、エアフロメータ１８、切替バルブ２８、吸着材床温センサ３４、ＥＧＲ弁３８等が接続されている。
ＥＣＵ４０は、クランク角CAに基づいて、エンジン回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、スロットル開度TA等に基づいて、エンジン１に要求される負荷KLを算出する。また、ＥＣＵ４０は、後述するように、ＥＧＲ弁３８の開度（以下「ＥＧＲ開度」という。）を算出する。また、ＥＣＵ４０は、吸入空気量Gaの積算値（以下「積算Ga」という。）を算出する。
ＥＣＵ４０は、ジェネレータ５及びモータ７の駆動量若しくは発電量を制御する。また、ＥＣＵ４０は、バッテリ１３の充電状態SOC（state of charge）を取得する。
ＥＣＵ４０は、ジェネレータ５及びモータ７の駆動量若しくは発電量を制御する。また、ＥＣＵ４０は、バッテリ１３の充電状態SOC（state of charge）を取得する。
［実施の形態１の特徴］
図３は、本実施の形態１のシステムにおける排気浄化装置の動作を説明するための図である。詳細には、図３（Ａ）は吸着時の動作を、図３（Ｂ）はパージ時の動作を、それぞれ示す図である。
図３は、本実施の形態１のシステムにおける排気浄化装置の動作を説明するための図である。詳細には、図３（Ａ）は吸着時の動作を、図３（Ｂ）はパージ時の動作を、それぞれ示す図である。
（吸着時）
エンジン１の冷間始動時には、触媒２４から未浄化成分（ＨＣ，ＮＯｘ）を含む排気ガスが排出される。かかる未浄化成分をそのまま車両から排出すると、エミッション特性が悪化してしまう。よって、図３（Ａ）に示すように、切替バルブ２８により主排気通路２２が閉塞されると共に、ＥＧＲ弁２８が閉じられる。この切替バルブ２８の操作により、未浄化成分を含む排気ガスが、第２排気通路２６に導入される。ＥＧＲ弁２８の開度はゼロにされるため、排気ガスは吸気通路２０に還流されず、ＨＣ吸着材３０に流入する。そうすると、排気ガス中に含まれるＨＣがＨＣ吸着材３０に吸着され、ＮＯｘがＮＯｘ吸着材３２に吸着される。これらの吸着材３０，３２により未浄化成分が吸着された後、排気ガスは第２排気通路２６から主排気通路２２に戻され、車両から排出される。
エンジン１の冷間始動時には、触媒２４から未浄化成分（ＨＣ，ＮＯｘ）を含む排気ガスが排出される。かかる未浄化成分をそのまま車両から排出すると、エミッション特性が悪化してしまう。よって、図３（Ａ）に示すように、切替バルブ２８により主排気通路２２が閉塞されると共に、ＥＧＲ弁２８が閉じられる。この切替バルブ２８の操作により、未浄化成分を含む排気ガスが、第２排気通路２６に導入される。ＥＧＲ弁２８の開度はゼロにされるため、排気ガスは吸気通路２０に還流されず、ＨＣ吸着材３０に流入する。そうすると、排気ガス中に含まれるＨＣがＨＣ吸着材３０に吸着され、ＮＯｘがＮＯｘ吸着材３２に吸着される。これらの吸着材３０，３２により未浄化成分が吸着された後、排気ガスは第２排気通路２６から主排気通路２２に戻され、車両から排出される。
（パージ時）
エンジン１が暖機されると、触媒２４が活性化する。触媒２４が活性化されると、触媒２４から未浄化成分が排出されなくなる。そこで、図３（Ｂ）に示すように、切替バルブ２８により第２排気通路２６が閉塞されると共に、ＥＧＲ弁２８が開けられる。ＥＧＲ弁２８が開けられることで、吸気通路２０に生じている負圧が第２排気通路２６に作用する。そうすると、図３（Ｂ）において矢印で示すように、主排気通路２２を流れる排気ガスの一部が合流位置から第２排気通路２６に導入される。第２排気通路２６に導入された排気ガスは、ＮＯｘ吸着材３２、ＨＣ吸着材３０の順に流入する。これらの吸着材３２，３０の床温が所定温度以上であれば、ＮＯｘ吸着材３２からＮＯｘが脱離し、ＨＣ吸着材３０からＨＣが脱離する。脱離したＮＯｘ及びＨＣを含む排気ガスは、ＥＧＲ通路３６に導入された後、吸気通路２０を通って気筒２内に供給される。その後、気筒２から排出された排気ガスは、触媒２４に流入する。
エンジン１が暖機されると、触媒２４が活性化する。触媒２４が活性化されると、触媒２４から未浄化成分が排出されなくなる。そこで、図３（Ｂ）に示すように、切替バルブ２８により第２排気通路２６が閉塞されると共に、ＥＧＲ弁２８が開けられる。ＥＧＲ弁２８が開けられることで、吸気通路２０に生じている負圧が第２排気通路２６に作用する。そうすると、図３（Ｂ）において矢印で示すように、主排気通路２２を流れる排気ガスの一部が合流位置から第２排気通路２６に導入される。第２排気通路２６に導入された排気ガスは、ＮＯｘ吸着材３２、ＨＣ吸着材３０の順に流入する。これらの吸着材３２，３０の床温が所定温度以上であれば、ＮＯｘ吸着材３２からＮＯｘが脱離し、ＨＣ吸着材３０からＨＣが脱離する。脱離したＮＯｘ及びＨＣを含む排気ガスは、ＥＧＲ通路３６に導入された後、吸気通路２０を通って気筒２内に供給される。その後、気筒２から排出された排気ガスは、触媒２４に流入する。
ところで、ＥＧＲパージ時のＥＧＲ開度は、図４に示すマップを参照して算出される。図４は、ＥＣＵ４０がＥＧＲ開度を算出する際に参照するマップである。図４に示すように、エンジン回転数NEとエンジン負荷KLに基づいて、ＥＧＲ開度が算出される。
図４に示すマップに基づいてＥＧＲ開度を算出した場合に到達し得る吸着材床温を図５に示す。図５は、ＥＧＲパージにより到達し得る吸着材床温を示す図である。すなわち、図４に示すマップに基づくＥＧＲ開度で連続運転を実施すると、図５に示す吸着材床温に到達し得る。図５に示すように、吸着材床温が機関回転数NEと負荷KLに応じて複雑に変化している。
しかしながら、上記ハイブリッド車両システムでは、燃費向上のため、エンジン１の間欠運転が実施されている。図６は、エンジン間欠運転時の吸着材床温等の変化を説明するための図である。具体的には、図６（Ａ）は車速及びエンジン回転数NEの変化を、図６（Ｂ）は冷却水温Tw及びＥＧＲ開度の変化を、図６（Ｃ）はエンジン負荷KL及び積算Gaの変化を、図６（Ｄ）は吸着材床温の変化を、それぞれ示す図である。なお、図６（Ｄ）には、吸着材床温センサ３４により検出される吸着材床温（Ｒｒ）の変化に加えて、ＮＯｘ吸着材３２の吸着材床温（Ｆｒ）の変化が併せて示されている。
時刻ｔ１においてエンジン１が始動されると、図６（Ｂ）に示すように、冷却水温Twが上昇する。時刻ｔ２において、冷却水温Twが基準温度T1に達すると、エンジン１が暖機され、触媒２４が活性化されたと判断される。なお、冷却水温Twに基づいて活性化の判断をするのではなく、触媒床温を検出して、その触媒床温に基づいて判断してもよい。
時刻ｔ２以降、図６（Ａ）に示すようにエンジン間欠運転が実施されると共に、図６（Ｂ）に示すようにＥＧＲ開度が算出される。これにより、ＥＧＲパージが、間欠的に実施される。
なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間は、図３（Ａ）に示すように、吸着材３０，３２による未浄化成分の吸着が実施される。
なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間は、図３（Ａ）に示すように、吸着材３０，３２による未浄化成分の吸着が実施される。
時刻ｔ２以降は、比較的高温の排気ガスが吸着材３２，３０を流れることとなる。このため、図６（Ｄ）に示すように、吸着材床温（Ｒｒ）が上昇する。
しかしながら、時刻ｔ２から継続してエンジン間欠運転を実施しても、図６（Ｄ）に示すように、時刻ｔ３以降において吸着材床温（Ｒｒ）がほとんど上昇しない。これは、上述したように、エンジン間欠運転時には、ＥＧＲパージも間欠的に実施されるためである。すなわち、減速時等にエンジン１が停止されると、ＥＧＲ開度がゼロと算出され、吸着材３０，３２に排気ガスが流入しなくなるためである。
そこで、本実施の形態１では、吸着材床温が基準温度T2に達するまでは、エンジン間欠運転を実施しつつ、吸着材床温を上昇させる。この基準温度T2は、エンジン間欠運転により到達し得る吸着材床温である。
その後、吸着材床温が基準温度T2に達すると、エンジン間欠運転を中止する。また、吸着材床温が基準温度T2に達していなくても、積算Gaが基準値G1に達した場合も、エンジン間欠運転を中止する。これ以上エンジン間欠運転を継続して実施しても、吸着材床温の上昇が期待できないためである。
そして、エンジン間欠運転の中止と共に、ＥＧＲ開度がある程度大きく、かつ、吸着材床温が高くなるような運転条件で、エンジン定常運転を実施する。例えば、図５に示すエンジン回転数Ａとエンジン負荷Ｂでの定常運転が実施される。この定常運転により、吸着材床温が迅速に上昇すると共に、多くのＥＧＲガスが吸着材３０，３２を流れることとなる。これにより、吸着材３０，３２からの吸着成分の脱離を促進することができ、ＥＧＲパージを迅速かつ確実に完了させることができる。よって、エンジン間欠運転の停止期間を最小限に抑えることができ、その停止期間における燃費の悪化を最小限に抑えることができる。
また、定常運転中の走行トルクの調整は、ジェネレータ５とモータ７によって行う。これにより、定常運転中においても目標トルクを精度良く実現することができる。よって、ＥＧＲパージ中のドライバビリティの悪化を回避することができる。
また、バッテリ１３のSOCが基準値以上（十分）である場合、エンジン１に負荷を与えると、バッテリ１３の過充電を招来する可能性がある。この場合には、定常運転中の運転条件を上記運転条件とは異ならしめる。例えば、図５に示すエンジン回転数Ａ’とエンジン負荷Ｂ’（＝０）での定常運転が実施される。この定常運転により、吸着材床温を迅速に上昇させつつ、バッテリ１３の過充電を防止することができる。よって、この場合も、ＥＧＲパージを迅速かつ確実に完了させることができる。
［実施の形態１における具体的処理］
図７は、本実施の形態１において、ＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン始動時に起動される。
図７に示すルーチンによれば、先ず、冷却水温Twが基準温度T1以上であるか否かを判別する（ステップ１００）。この基準温度T1は、未浄化成分を吸着材３０，３２により吸着させる必要があるか否かを判別するための温度であり、例えば、８０℃である。このステップ１００で冷却水温度Twが基準温度T1よりも低いと判別された場合には、図３（Ａ）に示すように、未浄化成分の吸着を実施する（ステップ１０２）。その後、ステップ１００の処理に戻る。
図７は、本実施の形態１において、ＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン始動時に起動される。
図７に示すルーチンによれば、先ず、冷却水温Twが基準温度T1以上であるか否かを判別する（ステップ１００）。この基準温度T1は、未浄化成分を吸着材３０，３２により吸着させる必要があるか否かを判別するための温度であり、例えば、８０℃である。このステップ１００で冷却水温度Twが基準温度T1よりも低いと判別された場合には、図３（Ａ）に示すように、未浄化成分の吸着を実施する（ステップ１０２）。その後、ステップ１００の処理に戻る。
上記ステップ１００で冷却水温Twが基準温度T1以上であると判別された場合には、エンジン間欠運転を実施すると共に、図４に示すマップを参照してエンジン回転数とエンジン負荷に応じたＥＧＲ開度が算出される（ステップ１０４）。これにより、ＥＧＲパージが間欠的に実施される。
その後、吸着材床温が基準温度T2以上であるか否かを判別する（ステップ１０６）。この基準温度T2は、エンジン間欠運転により到達可能な吸着材床温に達したか否かを判別するための温度であり、例えば、１２５℃である。このステップ１０６で吸着材床温が基準温度T2以上であると判別された場合には、ステップ１１０の処理に移行する。
上記ステップ１０６で吸着材床温が基準温度T2よりも低いと判別された場合には、積算Gaが基準値G1以上であるか否かを判別する（ステップ１０８）。この基準値G1は、エンジン間欠運転を継続して実施することで吸着材温度の上昇が期待できるか否かを判別するための値であり、例えば、３４００ｇである。なお、ＥＣＵ４０は、本ルーチンとは別ルーチンにより算出したエンジン始動後の積算Gaを、このステップ１０８で読み込んでいる。このステップ１０８で積算Gaが基準値G1よりも小さいと判別された場合には、エンジン間欠運転を継続して実施することで吸着材床温の上昇が期待できると判断される。この場合、ステップ１００の処理に戻る。
一方、上記ステップ１０８で積算Gaが基準値G1以上であると判別された場合には、エンジン間欠運転を継続して実施しても吸着材床温の上昇が期待できないと判断される。この場合、ステップ１１０の処理に移行する。
ステップ１１０では、エンジン間欠運転が中止される。さらに、このステップ１１０では、ＥＧＲ開度が大きく、かつ、吸着材床温が高くなるような条件でエンジン定常運転が実施される。例えば、図５に示すエンジン回転数Ａおよびエンジン負荷Ｂでのエンジン定常運転が実施される。さらに、このステップ１１０では、走行トルクの調整がジェネレータ５及びモータ７により行われる。
その後、バッテリ１３のSOCが基準値以上であるか否かを判別する（ステップ１１２）。この基準値は、これ以上充電すると過充電となるか否かを判別するための値である。このステップ１１２でSOCが基準値以上であると判別された場合には、定常運転の運転条件を変更する（ステップ１１４）。このステップ１１４では、例えば、図５に示すエンジン回転数Ａ’及びエンジン負荷Ｂ’(=0)に変更される。
その後、吸着材床温が基準温度T3以上であるか否かを判別する（ステップ１１６）。この基準温度T3は、吸着材３０，３２に吸着されたＨＣ，ＮＯｘが完全に脱離する温度、すなわち、ＨＣ，ＮＯｘのパージが完了する温度であり、例えば、３００℃である。このステップ１１２で吸着材床温が基準温度T3よりも低いと判別された場合には、ステップ１１２の処理に戻る。
一方、上記ステップ１１６で吸着材床温が基準温度T3以上であると判別された場合には、エンジン間欠運転を再開する（ステップ１１８）。すなわち、燃費向上のための通常のハイブリッド車両制御に復帰する。その後、本ルーチンを終了する。
以上説明したように、本実施の形態１では、吸着材のパージ時に、吸着材床温が基準温度T2に達すると、すなわち、エンジン間欠運転により到達し得る吸着材床温に達すると、エンジン間欠運転が中止される。これと共に、ＥＧＲ開度が大きく、かつ、吸着材床温が高くなる条件で、エンジン定常運転が実施される。この定常運転により、吸着材床温を迅速に上昇させることができる。また、定常運転中の走行トルクはジェネレータ５とモータ７により調整される。これにより、定常運転中においても目標トルクを精度良く実現することができる。
また、本実施の形態１では、吸着材床温が基準温度T3に達すると、エンジン定常運転が中止され、エンジン間欠運転が再開される。定常運転により吸着材床温を迅速に基準温度T3まで上昇させることで、吸着材パージを迅速かつ確実に完了させることができる。また、エンジン間欠運転を早期に再開することで、定常運転の実施時間を最小限に抑えることができ、それに伴う燃費の悪化を最小限に抑えることができる。
また、本実施の形態１では、定常運転中にSOCが基準値以上である場合には、エンジン負荷が与えられず、エンジン回転数が上昇せしめられる。これにより、吸着材床温を迅速に上昇させつつ、バッテリ１３の過充電を防止することができる。
ところで、本実施の形態１では、基準温度T1,T2,T3及び基準値G1の具体的数値を挙げているが、車種（排気量）に応じて適宜設定することができる（後述する実施の形態２の基準温度T4についても同様）。
また、本実施の形態１では、第２排気通路２６にＨＣ吸着材３０とＮＯｘ吸着材３２とが設けられているが、少なくとも何れか一方の吸着材が設けられていれば本発明を適用することができる。
尚、本実施の形態１においては、エンジン１が第１の発明における「内燃機関」に、ジェネレータ及びモータが第１の発明における「電動機」に、主排気通路２２が第１の発明における「主排気通路」に、触媒２４が第１の発明における「触媒」に、第２排気通路２６が第１の発明における「第２排気通路」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１においては、ＨＣ吸着材３０及びＮＯｘ吸着材３２が第１の発明における「吸着材」に、吸着材床温センサ３４が第１の発明における「吸着材床温検出手段」に、ＥＧＲ通路３６が第１の発明における「ＥＧＲ通路」に、ＥＧＲ弁３８が第１の発明における「ＥＧＲ弁」に、バッテリ１３が第４の発明における「バッテリ」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、ステップ１０６，１１０の処理を実行することにより第１の発明における「制御手段」が、ステップ１０８，１１０の処理を実行することにより第２の発明における「制御手段」が、ステップ１１０の処理を実行することにより第３の発明における「制御手段」が、ステップ１１２，１１４の処理を実行することにより第４の発明における「制御手段」が、ステップ１１６，１１８の処理を実行することにより第５の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、本実施の形態１においては、ＨＣ吸着材３０及びＮＯｘ吸着材３２が第１の発明における「吸着材」に、吸着材床温センサ３４が第１の発明における「吸着材床温検出手段」に、ＥＧＲ通路３６が第１の発明における「ＥＧＲ通路」に、ＥＧＲ弁３８が第１の発明における「ＥＧＲ弁」に、バッテリ１３が第４の発明における「バッテリ」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、ステップ１０６，１１０の処理を実行することにより第１の発明における「制御手段」が、ステップ１０８，１１０の処理を実行することにより第２の発明における「制御手段」が、ステップ１１０の処理を実行することにより第３の発明における「制御手段」が、ステップ１１２，１１４の処理を実行することにより第４の発明における「制御手段」が、ステップ１１６，１１８の処理を実行することにより第５の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
実施の形態２．
次に、図８から図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図１に示した吸着材３０，３２は、その主成分としてゼオライト等の水分吸着機能を有する素材を含んでいる。このため、吸着材３０，３２には未浄化成分のみならず、排気ガスに含まれる水分も吸着されることになる。吸着材３０，３２に水分が吸着されていると、吸着可能な未浄化成分の量は減少することになる。
次に、図８から図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図１に示した吸着材３０，３２は、その主成分としてゼオライト等の水分吸着機能を有する素材を含んでいる。このため、吸着材３０，３２には未浄化成分のみならず、排気ガスに含まれる水分も吸着されることになる。吸着材３０，３２に水分が吸着されていると、吸着可能な未浄化成分の量は減少することになる。
そこで、本実施の形態２では、図８に示すように、吸着材３０，３２よりも上流側に、水分（Ｈ２Ｏ）を吸着する機能を有するＨ２Ｏ吸着材（水分吸着材）２９を配置する。図８は、本実施の形態２による排気浄化装置の構成を説明するための図である。
図８に示すように、第２排気通路２６の途中に、切替バルブ２８に近い側から、Ｈ２Ｏ吸着材２９とＨＣ吸着材３０とＮＯｘ吸着材３２とが設けられている。Ｈ２Ｏ吸着材２９は、例えば、ゼオライト系の材料により形成されている。また、吸着材床温センサ３４は、このＨ２Ｏ吸着材２９に設けられている。
なお、図８に示した排気浄化装置が、図２に示すハイブリッド車両に搭載される。
図８に示すように、第２排気通路２６の途中に、切替バルブ２８に近い側から、Ｈ２Ｏ吸着材２９とＨＣ吸着材３０とＮＯｘ吸着材３２とが設けられている。Ｈ２Ｏ吸着材２９は、例えば、ゼオライト系の材料により形成されている。また、吸着材床温センサ３４は、このＨ２Ｏ吸着材２９に設けられている。
なお、図８に示した排気浄化装置が、図２に示すハイブリッド車両に搭載される。
［実施の形態２の特徴］
図９は、本実施の形態２のシステムにおける排気浄化装置の動作を説明するための図である。詳細には、図９（Ａ）は吸着時またはＨ２Ｏパージ時の動作を、図９（Ｂ）はＨＣ，ＮＯｘパージ時の動作を、それぞれ示す図である。
図９は、本実施の形態２のシステムにおける排気浄化装置の動作を説明するための図である。詳細には、図９（Ａ）は吸着時またはＨ２Ｏパージ時の動作を、図９（Ｂ）はＨＣ，ＮＯｘパージ時の動作を、それぞれ示す図である。
（吸着時）
エンジン１の冷間始動時には、上記実施の形態１と同様、図９（Ａ）に示すように、切替バルブ２８により主排気通路２２が閉塞されると共に、ＥＧＲ弁３８が閉じられる。これにより、排気ガスがＨ２Ｏ吸着材２９、ＨＣ吸着材３０及びＮＯｘ吸着材３２を順に流れることとなる。そうすると、Ｈ２Ｏ吸着材２９により水分が吸着され、水分が除去された排気ガスがＨＣ吸着材３０とＮＯｘ吸着材３２に順番に導入される。
エンジン１の冷間始動時には、上記実施の形態１と同様、図９（Ａ）に示すように、切替バルブ２８により主排気通路２２が閉塞されると共に、ＥＧＲ弁３８が閉じられる。これにより、排気ガスがＨ２Ｏ吸着材２９、ＨＣ吸着材３０及びＮＯｘ吸着材３２を順に流れることとなる。そうすると、Ｈ２Ｏ吸着材２９により水分が吸着され、水分が除去された排気ガスがＨＣ吸着材３０とＮＯｘ吸着材３２に順番に導入される。
（ＨＣ，ＮＯｘパージ時）
エンジン１が暖機されると共に触媒２４が活性化されると、図９（Ｂ）に示すように、切替バルブ２８により第２排気通路２６が閉塞されると共に、ＥＧＲ弁２８が開けられる。そうすると、図９（Ｂ）において矢印で示すように、主排気通路２２を流れる排気ガスの一部が、合流位置から第２排気通路２６に導入される。第２排気通路２６に導入された排気ガスは、ＮＯｘ吸着材３２、ＨＣ吸着材３０及びＨ２Ｏ吸着材２９にこの順に流入する。
エンジン１が暖機されると共に触媒２４が活性化されると、図９（Ｂ）に示すように、切替バルブ２８により第２排気通路２６が閉塞されると共に、ＥＧＲ弁２８が開けられる。そうすると、図９（Ｂ）において矢印で示すように、主排気通路２２を流れる排気ガスの一部が、合流位置から第２排気通路２６に導入される。第２排気通路２６に導入された排気ガスは、ＮＯｘ吸着材３２、ＨＣ吸着材３０及びＨ２Ｏ吸着材２９にこの順に流入する。
上記実施の形態１と同様、これらの吸着材３２，３０の床温が所定温度以上であれば、ＮＯｘ吸着材３２からＮＯｘが脱離し、ＨＣ吸着材３０からＨＣが脱離する。
ここで、Ｈ２〇が吸着材２９から完全に脱離する温度（例えば、３５０℃）は、ＨＣ，ＮＯｘが吸着材３０，３２から完全に脱離する温度（例えば、３００℃）よりも高い。
ここで、Ｈ２〇が吸着材２９から完全に脱離する温度（例えば、３５０℃）は、ＨＣ，ＮＯｘが吸着材３０，３２から完全に脱離する温度（例えば、３００℃）よりも高い。
（Ｈ２Ｏパージ）
上記ＨＣ，ＮＯｘのパージが完了し、吸着材床温を更に上昇させつつ、図９（Ａ）に示すように、Ｈ２Ｏパージを実施する。
ここで、Ｈ２Ｏは、ＨＣやＮＯｘとは異なり、エミッション特性の悪化を招来するものではない。よって、Ｈ２Ｏ吸着材２９から脱離した水分は、触媒２４を通すことなく、そのまま車両から大気中へ排出することができる。
上記ＨＣ，ＮＯｘのパージが完了し、吸着材床温を更に上昇させつつ、図９（Ａ）に示すように、Ｈ２Ｏパージを実施する。
ここで、Ｈ２Ｏは、ＨＣやＮＯｘとは異なり、エミッション特性の悪化を招来するものではない。よって、Ｈ２Ｏ吸着材２９から脱離した水分は、触媒２４を通すことなく、そのまま車両から大気中へ排出することができる。
よって、Ｈ２Ｏパージ時の排気ガスの流路は、図９（Ａ）に示すように、吸着時と同様の流路となる。すなわち、切替バルブ２８により主排気通路２２が閉塞されると共に、ＥＧＲ弁３８が閉じられる。そうすると、排気ガスがＨ２Ｏ吸着材２９を通る際に、Ｈ２Ｏ吸着材２９に吸着された水分がパージされる。水分を含む排気ガスは、合流位置から主排気通路２２に戻され、そのまま車両から排出される。
［実施の形態２における具体的処理］
図１０は、本実施の形態２において、ＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン始動時に起動される。
図１０に示すルーチンによれば、図７に示すルーチンのステップ１１６の処理まで実行する。すなわち、吸着材床温が基準温度T3以上であるか否かの判別処理まで実行する。
図１０は、本実施の形態２において、ＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン始動時に起動される。
図１０に示すルーチンによれば、図７に示すルーチンのステップ１１６の処理まで実行する。すなわち、吸着材床温が基準温度T3以上であるか否かの判別処理まで実行する。
上記ステップ１１６で吸着材床温が基準温度T3以上であると判別された場合には、図７に示すルーチンとは異なり、Ｈ２Ｏ吸着材２９のパージを実施する（ステップ１２０）。
その後、吸着材床温が基準温度T4以上であるか否かを判別する（ステップ１２２）。この基準温度T4は、Ｈ２Ｏ吸着材２９に吸着されたＨ２Ｏが完全に脱離する温度、すなわち、Ｈ２Ｏのパージが完了する温度であり、例えば、３５０℃である。このステップ１２２で吸着材床温が基準温度T4よりも低いと判別された場合には、上記ステップ１２０の処理に戻る。
一方、上記ステップ１２２で吸着材床温が基準温度T4以上であると判別された場合には、Ｈ２Ｏ吸着材２９のパージを終了する（ステップ１２４）。その後、図７に示すルーチンと同様に、エンジン間欠運転を再開する（ステップ１１８）。その後、本ルーチンを終了する。
以上説明したように、本実施の形態２では、吸着材床温が基準温度T3に達すると、エンジン定常運転を継続して実施しつつ、Ｈ２Ｏ吸着材パージが実施される。定常運転により吸着材床温を迅速に基準温度T3まで上昇させることで、吸着材パージを迅速かつ確実に完了させることができると共に、Ｈ２Ｏ吸着材パージを早期に開始することができる。
また、本実施の形態２では、吸着材床温が基準温度T4に達すると、エンジン定常運転が中止され、エンジン間欠運転が再開される。定常運転により吸着材床温を迅速に基準温度T4まで上昇させることで、Ｈ２Ｏ吸着材パージを迅速かつ確実に完了させることができる。エンジン間欠運転を早期に再開することで、定常運転の実施時間を最小限に抑えることができ、それに伴う燃費の悪化を最小限に抑えることができる。
また、本実施の形態２では、吸着材床温が基準温度T4に達すると、エンジン定常運転が中止され、エンジン間欠運転が再開される。定常運転により吸着材床温を迅速に基準温度T4まで上昇させることで、Ｈ２Ｏ吸着材パージを迅速かつ確実に完了させることができる。エンジン間欠運転を早期に再開することで、定常運転の実施時間を最小限に抑えることができ、それに伴う燃費の悪化を最小限に抑えることができる。
尚、本実施の形態２においては、Ｈ２Ｏ吸着材２９が第１６発明における「水分吸着材」に相当する。また、本実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が、ステップ１１６，１２０，１２２，１２４，１１８の処理を実行することにより第６の発明における「制御手段」が実現されている。
１ エンジン
５ ジェネレータ
７ モータ
１３ バッテリ
１５ 水温センサ
２０ 吸気通路
２２ 主排気通路
２４ 触媒
２６ 第２排気通路
３８ ＥＧＲ弁
２９ Ｈ２Ｏ吸着材
３０ ＨＣ吸着材
３２ ＮＯｘ吸着材
３４ 吸着材床温センサ
３６ ＥＧＲ通路
３８ ＥＧＲ弁
４０ ＥＣＵ
５ ジェネレータ
７ モータ
１３ バッテリ
１５ 水温センサ
２０ 吸気通路
２２ 主排気通路
２４ 触媒
２６ 第２排気通路
３８ ＥＧＲ弁
２９ Ｈ２Ｏ吸着材
３０ ＨＣ吸着材
３２ ＮＯｘ吸着材
３４ 吸着材床温センサ
３６ ＥＧＲ通路
３８ ＥＧＲ弁
４０ ＥＣＵ
Claims (6)
- 内燃機関と電動機とを駆動源として有するハイブリッド車両の排気浄化装置であって、
内燃機関から排出された排気ガスが流れる主排気通路と、
前記主排気通路に配置され、排気ガスを浄化する触媒と、
前記触媒の下流において前記主排気通路から分岐され、分岐位置よりも下流において前記主排気通路に合流する第２排気通路と、
前記第２排気通路に配置され、前記触媒において浄化されない未浄化成分を吸着する吸着材と、
前記吸着材の床温である吸着材床温を検出する吸着材床温検出手段と、
前記吸着材の上流の第２排気通路と、前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
前記吸着材に吸着された未浄化成分をパージする際、前記吸着材床温が基準温度以上である場合には、前記ＥＧＲ弁を開弁すると共に、前記内燃機関の間欠運転を中止し、前記吸着材床温が該基準温度よりも高くなるような運転条件で前記内燃機関の定常運転を実施する制御手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド車両の排気浄化装置。 - 請求項１に記載のハイブリッド車両の排気浄化装置において、
前記制御手段は、前記吸着材床温が前記基準温度よりも低い場合であっても、積算吸入空気量が基準値以上である場合には、前記内燃機関の間欠運転を中止し、前記吸着材床温が該基準温度よりも高くなるような運転条件で前記内燃機関の定常運転を実施することを特徴とするハイブリッド車両の排気浄化装置。 - 請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の排気浄化装置において、
前記制御手段は、前記内燃機関の定常運転中の走行トルクを前記電動機により調整することを特徴とするハイブリッド車両の排気浄化装置。 - 請求項１に記載のハイブリッド車両の排気浄化装置において、
前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルと、
前記電動機の駆動用電力を充電するバッテリを更に備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の定常運転時に、前記バッテリの充電状態が基準値以上である場合には、前記スロットルの開度に基づいて前記内燃機関に要求される機関負荷を与えずに機関回転数を上昇させることを特徴とするハイブリッド車両の排気浄化装置。 - 請求項１から４の何れかに記載のハイブリッド車両の排気浄化装置において、
前記制御手段は、前記吸着材床温が前記基準温度よりも高い第２基準温度以上である場合には、前記内燃機関の定常運転を終了し、前記内燃機関の間欠運転を再開することを特徴とするハイブリッド車両の排気浄化装置。 - 請求項１に記載のハイブリッド車両の排気浄化装置において、
前記吸着材の上流の前記第２排気通路に設けられ、水分を吸着する水分吸着材を更に備え、
前記制御手段は、前記吸着材床温が前記基準温度よりも高い第２基準温度以上である場合には、前記ＥＧＲ弁を閉弁することで前記水分吸着材に吸着された水分をパージし、前記吸着材床温が該第２基準温度よりも高い第３基準温度以上である場合には、前記内燃機関の定常運転を終了し、前記内燃機関の間欠運転を再開することを特徴とするハイブリッド車両の排気浄化装置。
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