JP4144557B2

JP4144557B2 - 排気浄化装置

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Publication number: JP4144557B2
Application number: JP2004127168A
Authority: JP
Inventors: 知由小郷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2024-04-22
Also published as: JP2005307887A; FR2869354B1; DE102005018575A1; DE102005018575B4; FR2869354A1

Description

本発明は、ハイブリッドシステムに用いられる排気浄化装置に関し、特に、フィルタを有し当該フィルタに堆積した微粒子量を推定する技術に関する。

一般に、自動車等に搭載される内燃機関（エンジン）、特にディーゼルエンジンでは、排気中に含まれる煤などの微粒子（Particulate Matter、以下、「ＰＭ」という場合もある。）を除去することが要求されており、このような要求に対し、パティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という場合もある。）をエンジンの排気通路に配置する方法が提案されている。

フィルタは、複数の細孔を有する多孔質の基材で構成され、排気が細孔を通過する際に排気中のＰＭを捕集するものである。しかし、フィルタに捕集されたＰＭが堆積していくと、フィルタ内の排気流路が狭くなり、排気抵抗が増加する。そして、フィルタにＰＭが過度に堆積すると、排圧が上昇し、エンジンの出力低下を生じさせてしまう。そのため、適宜のタイミングでフィルタに堆積したＰＭを酸化・除去させフィルタのＰＭ捕集能力を再生するＰＭ再生処理を行うことが必要である。

ＰＭ再生処理を実行する方法としては、ＰＭが酸化可能な温度である５００℃〜７００℃までフィルタを昇温させつつフィルタ内を酸化雰囲気（すなわち、酸素過剰な雰囲気）とすることにより、ＰＭを酸化及び除去する方法が一般的である。そして、フィルタの上流側と下流側の圧力の差（差圧）を検出し、当該検出値が所定値を超えたときに、ＰＭ再生処理を行うべき量のＰＭが堆積したと推定し、ＰＭ再生処理を実行開始することが知られている。

しかし、フィルタの上流側と下流側の差圧の検出値のみを用いてＰＭ堆積量を推定しＰＭ再生処理を実行開始する方法では、差圧を正確に検出できるのは定常運転時等のフィルタを通過する排気量が変動しない運転条件に限られることから、その他の運転状態が長期間継続すると、フィルタの差圧を正確に検出できないため、ＰＭ再生処理が長期間実行されないまま過度のＰＭが堆積するおそれがある。また、ＰＭが過度に堆積した状態でＰＭ再生処理を行うと、多量のＰＭが酸化除去されることによりフィルタが過熱し、破損してしまうおそれがある。

これに対して、差圧と吸入空気量を検出し、検出された差圧を検出された吸入空気量で除することにより、運転状態の変化に起因した変動分を除去し、加減速等フィルタを通過する排気の量が変動する運転条件においても、フィルタの詰まり度合い（ＰＭ堆積量）を精度よく推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−２５４０４１号公報特開２００３−１２０２６３号公報特開２００１−１６４９５９号公報特開２００４−５２６４２号公報

しかしながら、フィルタの上流側と下流側の差圧と吸入空気量を検出し、検出された差圧を検出された吸入空気量で除する方法では、差圧の検出値自体が小さいあるいは排気通路における排気脈動の影響が顕著に表れる等の理由により、フィルタを通過する排気の量
が少ない運転条件においては、フィルタの上流側と下流側の差圧を正確に検出することができずにＰＭ堆積量を精度よく推定することができないおそれがある。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィルタの上流側と下流側の圧力の差を正確に検出し、以てフィルタに堆積したＰＭ量を精度よく推定することができる排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る排気浄化装置にあっては、内燃機関と、電動機と、を有し、前記内燃機関が出力する動力と前記電動機が出力する動力とを１の出力軸から同時に出力可能なハイブリッドシステムに用いられる排気浄化装置であって、前記内燃機関の排気通路に配置され排気に含まれる微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、当該フィルタの上流側と下流側の排気の圧力の差を検出する差圧検出手段と、当該差圧検出手段が検出した差圧に基づいて当該フィルタに堆積した微粒子量を推定する微粒子堆積量推定手段と、前記内燃機関が前記フィルタを通過する排気の量が所定範囲を超えて変動する運転状態のときに前記微粒子堆積量推定手段がフィルタに堆積した微粒子量を推定しようとする場合には、フィルタを通過する排気の量の変動が所定範囲内となるように内燃機関の運転状態を変更し、当該内燃機関の運転状態の変更に伴い変動する当該内燃機関が前記出力軸に出力する動力を打ち消すように前記電動機が前記出力軸に出力する動力を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

差圧検出手段が検出したフィルタの上流側と下流側の排気の圧力の差（差圧）に基づいてフィルタに堆積した微粒子量を推定する場合に、フィルタを通過する排気の量が大きく変動する場合には、差圧検出手段がフィルタに堆積した微粒子に起因する差圧を正確に検出し難いことから、フィルタに堆積した微粒子量を精度よく推定することができないおそれがある。

これに対して、本発明に係る排気浄化装置にあっては、制御手段が、内燃機関がフィルタを通過する排気の量が所定範囲を超えて変動する運転状態のときに微粒子堆積量推定手段がフィルタに堆積した微粒子量を推定しようとする場合には、フィルタを通過する排気の量の変動が前記所定範囲内となるように内燃機関の運転状態を強制的に変更する。これにより、差圧検出手段がより正確に差圧を検出することができ、以てフィルタに堆積した微粒子量をより精度よく推定することができる。

ただし、フィルタを通過する排気が前記所定範囲内となるように内燃機関の運転状態を強制的に変更するということは、内燃機関の出力もある範囲内のみでしか変動しないということである。それゆえ、ハイブリッドシステムに要求される出力に応えるべく、内燃機関が出力する動力と電動機が出力する動力とを１の出力軸から同時に出力している場合に、内燃機関の運転状態のみを強制的に変更すると、ハイブリッドシステムに要求される出力に追従するような出力を出力軸から出力することができ難くなる。

そこで、前記制御手段は、内燃機関の運転状態を変更すると同時に、内燃機関の運転状態の変更に伴い変動する内燃機関が出力軸に出力する動力を打ち消すように電動機が出力軸に出力する動力を制御する。これにより、ハイブリッドシステムに要求される出力に適切に応えつつ、フィルタに堆積した微粒子量をより精度よく推定することができる。

また、本発明に係る排気浄化装置にあっては、内燃機関と、電動機と、当該内燃機関が出力する動力を利用して発電を行う発電機と、を有し、前記内燃機関が出力する動力と前記電動機が出力する動力とを１の出力軸から同時に出力可能なハイブリッドシステムに用いられる排気浄化装置であって、前記内燃機関の排気通路に配置され排気に含まれる微粒
子を捕集するパティキュレートフィルタと、当該フィルタの上流側と下流側の排気の圧力の差を検出する差圧検出手段と、当該差圧検出手段が検出した差圧に基づいて当該フィルタに堆積した微粒子量を推定する微粒子堆積量推定手段と、前記内燃機関が前記フィルタを通過する排気が所定量より少ない運転状態のときに前記微粒子堆積量推定手段がフィルタに堆積した微粒子量を推定しようとする場合には、フィルタを通過する排気が前記所定量以上となるように内燃機関の運転状態を変更し、当該内燃機関の運転状態の変更に伴い増加する分の動力を発電に利用するように前記発電機を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

差圧検出手段が検出した差圧に基づいてフィルタに堆積した微粒子量を推定する場合に、フィルタを通過する排気の量が少ない場合には、差圧検出手段がフィルタに堆積した微粒子に起因する差圧を正確に検出し難いことから、精度よくフィルタに堆積した微粒子量を推定することができないおそれがある。

これに対して、本発明に係る排気浄化装置にあっては、制御手段が、内燃機関がフィルタを通過する排気が所定量より少ない運転状態のときに微粒子堆積量推定手段がフィルタに堆積した微粒子量を推定しようとする場合には、フィルタを通過する排気が前記所定量以上となるように内燃機関の運転状態を強制的に変更する。これにより、差圧検出手段が差圧をより正確に検出することができ、以てフィルタに堆積した微粒子量をより精度よく推定することができる。

ただし、フィルタを通過する排気が前記所定量以上となるように内燃機関の運転状態を強制的に変更するということは、内燃機関が出力する動力も増加することから、内燃機関に要求される動力を超えた動力が発生することとなる。それゆえ、ハイブリッドシステムに要求される出力に応えるべく、内燃機関が出力する動力と電動機が出力する動力とを１の出力軸から同時に出力している場合に、内燃機関の運転状態のみを強制的に変更すると、内燃機関が出力する動力が増加するので、要求される出力を超えた出力を出力軸から出力することとなる。

そこで、前記制御手段は、内燃機関の運転状態を変更すると同時に、当該内燃機関の運転状態の変更に伴い増加する分の動力を発電に利用するように発電機を制御する。これにより、ハイブリッドシステムに要求される出力に適切に応えつつ、フィルタに堆積した微粒子量をより精度よく推定することができる。

なお、前記電動機と前記発電機は、動力を出力する電動機としての機能と前記内燃機関が出力する動力を利用して発電を行う発電機としての機能とを併せ持つモータジェネレータとして構成されていてもよい。

また、本発明に係る排気浄化装置にあっては、内燃機関と、当該内燃機関のクランクシャフトを回転可能な電動機と、を備えたハイブリッドシステムに用いられる排気浄化装置であって、前記内燃機関の排気通路に配置され排気に含まれる微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、当該フィルタの上流側と下流側の排気の圧力の差を検出する差圧検出手段と、当該差圧検出手段が検出した差圧に基づいて当該フィルタに堆積した微粒子量を推定する微粒子堆積量推定手段と、前記内燃機関が非燃焼状態のときに前記微粒子堆積量推定手段がフィルタに堆積した微粒子量を推定しようとする場合には、非燃焼状態のまま内燃機関のクランクシャフトを回転するように前記電動機を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

差圧検出手段が検出した差圧に基づいてフィルタに堆積した微粒子量を推定する場合に、内燃機関が非燃焼状態にあり排気がフィルタを通過しない場合には、差圧検出手段がフ
ィルタに堆積した微粒子に起因する差圧を検出できないことから、フィルタに堆積した微粒子量を推定することができない。

これに対して、本発明に係る排気浄化装置にあっては、制御手段が、内燃機関が非燃焼状態のときに微粒子堆積量推定手段がフィルタに堆積した微粒子量を推定しようとする場合には、非燃焼状態のまま内燃機関のクランクシャフトを回転するように電動機を制御する。これにより、内燃機関の気筒内から排出された空気が排気通路を流通するので、フィルタを排気が通過することとなり、内燃機関が非燃焼状態であっても、差圧検出手段がフィルタに堆積した微粒子に起因する差圧を検出することができ、以てフィルタに堆積した微粒子量を推定することができるようになる。

上述したように、これらの本発明に係る排気浄化装置における制御手段は、微粒子堆積量推定手段がフィルタに堆積した微粒子量を推定しようとする場合に、内燃機関の運転状態あるいは電動機が出力する動力を変更するので、あまり頻繁に微粒子堆積量推定手段が推定しようとすると、それに合わせて内燃機関の運転状態あるいは電動機が出力する動力を変更しなければならなくなり、当該排気浄化装置が用いられるハイブリッドシステムを搭載した車両のユーザビリティの観点からは好ましくない。

そこで、前記微粒子堆積量推定手段にてフィルタに堆積した微粒子量を推定すべきか否かを判定する判定手段を更に備え、前記微粒子堆積量推定手段は、前記判定手段がフィルタに堆積した微粒子量を推定すべきと判定した場合にフィルタに堆積した微粒子量を推定しようとすることが好適である。

例えば、前記微粒子堆積量推定手段にて推定したフィルタに堆積した微粒子量が第１の所定量以上である場合に当該フィルタに堆積した微粒子を酸化除去させてフィルタの微粒子捕集能力を再生させる処理を行う再生処理手段と、前記フィルタに堆積した微粒子量が前記第１の所定量より少ない第２の所定量以上であるか否かを推定するサブ微粒子堆積量推定手段と、を更に備え、前記判定手段は、サブ微粒子堆積量推定手段がフィルタに堆積した微粒子量が前記第２の所定量以上であると判定した場合に、前記微粒子堆積量推定手段にてフィルタに堆積した微粒子量を推定すべきであると判定することが好適である。

ここで、第１の所定量とは、微粒子がフィルタに堆積することによりフィルタの目詰まりを起こし、この目詰まりが排気抵抗の増加を生じさせ、内燃機関の出力低下を生じさせてしまう限界微粒子堆積量よりもやや少なめに設定される量である。

ゆえに、内燃機関の出力低下を生じさせてしまわないようにするには、フィルタに微粒子が第１の所定量以上堆積しているか否かを精度よく推定することが重要である。ただ、微粒子はフィルタに徐々に堆積していくものであるため、第１の所定量の微粒子が堆積するまでにはある程度の期間要する。

そこで、先ず、サブ微粒子堆積量推定手段がフィルタに堆積した微粒子量が第１の所定量より少ない第２の所定量以上であるか否かを推定する。そして、第２の所定量以上であると判定した場合に、微粒子堆積量推定手段がフィルタに堆積した微粒子量を推定するようにすることが好適である。

なお、サブ微粒子堆積量推定手段は、再生処理手段による前回の再生処理の終了時からの燃料噴射量の積算値が所定量以上である場合にフィルタに堆積した微粒子量が第２の所定量以上であると推定するものであることを例示することができる。

また、サブ微粒子堆積量推定手段は、差圧検出手段が検出した差圧が所定圧以上である
場合にフィルタに堆積した微粒子量が第２の所定量以上であると推定するものであることを例示することができる。ただし、サブ微粒子堆積量推定手段は前記第１の所定量より少ない第２の所定量以上であるかを推定するものであるので、サブ微粒子堆積量推定手段にて微粒子堆積量を推定しようとする場合には、前記制御手段は内燃機関の運転状態あるいは電動機が出力する動力を変更する必要はない。

以上説明したように、本発明に係る排気浄化装置によれば、フィルタの上流側と下流側の圧力の差を正確に検出し、以てフィルタに堆積した微粒子（ＰＭ）量を精度よく推定することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を車載用ハイブリッドシステムに適用した以下の実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１に示すように、ハイブリッドシステム１は、内燃機関（エンジン）２０、モータジェネレータ（以下、「Ｍ／Ｇ」という。）３０、動力切替機構４０、減速機５０、インバータ６０、バッテリ７０等を構成要素として含む。

エンジン２０は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。エンジン２０には、吸気通路２１が接続されており、この吸気通路２１はエアクリーナボックス（図示省略）に接続されている。そして、エアクリーナボックスより下流の吸気通路２１には、当該吸気通路２１内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ２１ａが取り付けられている。また、エアフローメータ２１ａより下流の吸気通路２１には、吸気の流量（吸気量）を制御するための吸気絞り弁２１ｂが備えられている。

一方、エンジン２０には、排気通路２２が接続されており、この排気通路２２途中には、複数の細孔を有する多孔質の基材で構成され、排気が細孔を通過する際に排気中の微粒子（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）２３が備えられている。そして、フィルタ２３の上流側と下流側の排気通路内の圧力の差に対応した電気信号を出力する差圧センサ２４が取り付けられており、排気がフィルタ２３を通過する場合には差圧センサ２４でフィルタ２３の上流側と下流側の排気の圧力の差を検出できる。また、排気通路２２内を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２５がフィルタ２３上流の排気通路２２に備えられている。

動力切替機構４０は、図２に示すように、リングギヤ４２，プラネタリーキャリア４３、サンギヤ４４からなるダブルピニオン遊星歯車４１と、リングギヤ４２を固定するブレーキ４５、Ｃ１クラッチ４６及びＣ２クラッチ４７で構成されている。そして、エンジン２０はサンギヤ４４と、Ｍ／Ｇ３０はプラネタリーキャリア４３と直結されている。また、プラネタリーキャリア４３はＣ１クラッチ４６を介して、リングギヤ４２はＣ２クラッチ４７を介して減速機５０へ動力が伝達される。

本実施例に係るハイブリッドシステム１では、このように構成された動力切替機構４０を採用することにより以下に説明する特性を得ることができる。なお、以下の説明において、Ｍ／Ｇ３０の回転方向は、当該ハイブリッドシステム１を搭載した車両の前進方向を正回転とする。

例えば、エンジン２０が停止した状態で、ブレーキ４５を係合してリングギヤ４２を固定し、Ｍ／Ｇ３０を逆回転することにより、非燃焼状態にあるエンジン２０のクランクシャフト２０ａを回転し、機関燃焼を開始することができる。主に、イグニッションキースイッチによるハイブリッドシステム始動時のエンジン始動に使用するものである。

また、ブレーキ４５を係合してリングギヤ４２を固定し、内燃機関２０を運転させることによって、内燃機関２０が出力する動力でＭ／Ｇ３０を駆動し発電させることができる。主に、車両停止時（パーキングレンジ）のバッテリ容量低下時に使用するものである。

また、例えば、Ｃ１クラッチ４６を係合してＭ／Ｇ３０を正回転することにより、Ｍ／Ｇ３０が出力する動力を、減速機５０を介して駆動輪９，１０の回転軸９ａ，１０ａに伝達させ、エンジン２０を運転停止させたまま車両を前進させることができる。主に車両の発進時，軽負荷走行時に使用するものである。

また、例えば、Ｃ１クラッチ４６及びＣ２クラッチ４７を係合してエンジン２０を運転させることにより、エンジン２０が出力する動力のみで車両を前進させることができる（エンジン走行）。主に、低車速以上の中負荷時に使用するものである。

また、Ｃ１クラッチ４６及びＣ２クラッチ４７を係合して、エンジン２０を運転させるとともにＭ／Ｇ３０を正回転させることにより、上述したエンジン走行に対してＭ／Ｇ３０のトルクも加算されて車両の加速性能向上を図ることができる。主に、低車速以上の高負荷時に使用するものである（エンジン＋モータ走行）。

さらに、Ｃ１クラッチ４６及びＣ２クラッチ４７を係合してエンジン２０を運転させることにより、エンジン２０が出力する動力の一部で車両を前進させるとともに残りの動力でＭ／Ｇ３０を駆動し発電させることができる。主に、低車速以上のバッテリ容量低下時に使用するものである。

また、Ｃ１クラッチ４６及びＣ２クラッチ４７を係合してＭ／Ｇ３０を正回転させ、エンジン２０を非燃焼状態（気筒内への燃料供給なし）にすることにより、Ｍ／Ｇ３０が出力する動力を、減速機５０を介して駆動輪９，１０の回転軸９ａ，１０ａに伝達させて車両を前進させるとともに、非燃焼状態にあるエンジン２０のクランクシャフト２０ａを非燃焼状態にしたまま正回転（空転）させることができる。

なお、Ｍ／Ｇ３０を駆動する電気的なエネルギはバッテリ７０から供給される。このバッテリは、充放電可能な二次電池であり、Ｍ／Ｇ３０が発電機として運転される回生モードでは、余剰の電力により充電することも可能である。

以上述べたように構成されたハイブリッドシステム１には、該ハイブリッドシステム１を制御するための手段である電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）８０が併設されている。このＥＣＵ８０は、ハイブリッドコントロールコンピュータ（以下、「ＨＶＣＣ」という。）とエンジンコントロールコンピュータ（以下、「ＥＣＣ」という。）を有し、各々は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路である。

ＨＶＣＣは、アクセルポジションセンサ、シフトポジションセンサ等の各種センサの検出値に基づいて必要なエンジン出力、モータトルク等を求め、ＥＣＣ等に要求値を出し、駆動力を制御する。

ＥＣＣは、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、エアフローメータ２１ａ等各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、ＨＶＣＣからのエンジン出力要求値に応じるように燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＣが入力した各種信号やＥＣＣが演算して得られた各種制御値は、ＥＣＣのＲＡＭに一時的に記憶される。

そして、ＥＣＵ８０内のＥＣＣは、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理において、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って燃料噴射弁等を制御する。

また、ＥＣＵ８０には、バッテリ７０に併設されてバッテリ７０の充電状態の監視を行うバッテリコンピュータから、バッテリ残量が入力される。

［ＰＭ再生処理］
フィルタ２３にＰＭが堆積していくと、フィルタ内の排気流路が狭くなり、排気抵抗が増加してしまう。そして、フィルタ２３にＰＭが過度に堆積すると、排圧が上昇し、内燃機関の出力低下を生じさせてしまう。そのため、適宜のタイミングでフィルタ２３に堆積したＰＭを酸化・除去してフィルタの捕集能力を再生するＰＭ再生処理を実行することが必要である。そのため、ＥＣＵ８０は、以下に述べるようなＰＭ再生処理制御を実行する。

概略としては、ＥＣＵ８０は、以下に述べるようなＰＭ堆積量推定制御を実行し、ＰＭ堆積量を推定する。そして、推定されたＰＭ堆積量が第１の所定量以上である場合に、ＰＭ再生処理を実行する。当該第１の所定量は、ＰＭがフィルタに堆積することによりフィルタの目詰まりを起こし、この目詰まりが排気抵抗の増加を生じさせ、エンジンの出力低下を生じさせてしまう限界ＰＭ堆積量よりもやや少なめに設定される量である。

ＰＭ再生処理は、ＥＣＵ８０が、フィルタ２３の温度を５００℃〜７００℃程度の高温域まで昇温させるための昇温処理を実行するとともに、フィルタ２３へ流入する排気を酸素過剰な雰囲気とするための空燃比処理を行うものである。

昇温処理の実行方法としては、エンジン２０の圧縮上死点近傍での燃料噴射弁による通常の主燃料噴射に加えて、排気行程中もしくは膨張行程中に気筒内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射又は吸気行程もしくは排気行程の上死点近傍で気筒内に燃料を噴射するビゴム噴射等の副噴射を行い、未燃燃料成分をフィルタ２３近傍に設けられた酸化能を有する触媒において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタ２３の温度を高めるものである。

また、上述の副噴射の代わりにあるいは副噴射とともに、排気通路２２を流通している排気中に還元剤たる燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をフィルタ２３近傍に設けられた酸化能を有する触媒において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタ２３の温度を高めるようにしてもよい。

空燃比処理は、前述した昇温処理の実行方法として、燃料噴射弁にて気筒内へ副噴射させる方法、又は、排気中へ燃料を添加させる方法が採用された場合に、空燃比センサ２５の出力信号値がリーン空燃比に相当する値となるように、燃料噴射弁から副噴射される燃料量又は排気中へ添加される燃料量を調整する制御である。

そして、このようにＰＭ再生処理が実行されると、フィルタ２３に堆積したＰＭが酸化
され、フィルタ２３からＰＭが除去されることになる。そして、ＰＭ再生処理終了条件が成立した場合にＰＭ再生処理を終了する。

ＰＭ再生処理終了条件としては、ＰＭ再生処理の実行時間が予め定められた所定時間以上経過したこと、あるいは、差圧センサ２４の検出値に基づいて算出されたフィルタ２３の上流側と下流側の排気通路の圧力（排気圧力）の差が所定圧以下であることを例示することができる。なお、前記所定時間は、例えば、フィルタのＰＭ捕集容量に応じて決定される時間であり、フィルタのＰＭ捕集容量が多くなるほど長く設定される時間である。また、前記所定圧は、フィルタにＰＭが堆積していないときの差圧に相当する圧力である。

［ＰＭ堆積量推定制御］
差圧センサ２４の検出値に基づいて算出されたフィルタ２３の上流側と下流側の排気の圧力の差（差圧）がある圧力以上である場合に、ＰＭ堆積量が前記第１の所定量以上であることを推定することができる。

しかし、差圧センサ２４の検出値に基づいてＰＭ堆積量を推定する場合、エンジン２０の運転状態が加減速運転等の過渡時である場合には、フィルタ２３の上流側と下流側の差圧を正確に検出し難くなる。また、差圧の検出値自体が小さいあるいは排気通路における排気脈動の影響が顕著に表れる等の理由により、エンジンから排出されフィルタ２３を通過する排気の量が少ない運転状態においても正確に検出し難くなる。そして、フィルタ２３の上流側と下流側の差圧を正確に検出できない場合には、推定したＰＭ堆積量に誤差が生じるおそれがある。

そして、推定したＰＭ堆積量に誤差が生じると、実際には前記第１の所定量以上にＰＭが堆積しているにもかかわらず、ＰＭ再生処理が行われなくなり、過度にＰＭが堆積し、エンジンの出力が低下してしまう。また、前記第１の所定量以上にＰＭが堆積した状態でＰＭ再生処理を実行すると多量のＰＭが酸化除去されることによりフィルタが過熱し破損してしまうおそれがある。また、上述したようにＰＭ再生処理を所定時間実行したら終了する場合においては、ＰＭ再生処理を実行したにもかかわらず全てのＰＭが酸化除去されずに堆積したままとなるおそれがある。

したがって、フィルタ２３の上流側と下流側の差圧を正確に検出するには、エンジン２０の運転状態が、定常運転時等のフィルタを通過する排気の量が変動しない運転状態であって、フィルタ２３を通過する排気の量がある程度多い運転状態であることが好ましい。

そこで、本実施例においては、ＥＣＵ８０が、以下に述べるようなＰＭ堆積量推定制御を実行して、ＰＭ堆積量を推定する。

以下、具体的に、図３に示すフローチャートを用いて本実施例に係るＰＭ堆積量推定制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ８０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ８０が、後述する所定の場合に実行するルーチンである。

本ルーチンでは、ＥＣＵ８０は、先ず、ステップ（以下、単に「Ｓ」という。）１０１において、エンジンが停止しているか、つまり非燃焼状態であるか否かを判定する。そして、否定判定された場合は、エンジンが燃焼状態にあることからＳ１０２へ進み後述するエンジン運転時ＰＭ堆積量推定制御を実行してＰＭ堆積量を推定する。

一方、Ｓ１０１で肯定判定された場合はＳ１０３へ進み、バッテリ残量が十分であるか否かを判定する。そして、否定判定された場合は、バッテリ残量が十分ではないことから、Ｓ１０４へ進みエンジンを駆動させ、その後Ｓ１０２へ進みエンジン運転時ＰＭ堆積量
推定制御を実行してＰＭ堆積量を推定する。

Ｓ１０３にて肯定判定された場合は、Ｓ１０５へ進み、車両がアイドル状態、つまりＭ／Ｇ３０が作動しているがＣ１クラッチ４６及びＣ２クラッチ４７が係合されていないためそのトルクが減速機５０を介して駆動輪９，１０の回転軸９ａ，１０ａに伝達されずに車両が停止しているか否かを判定する。

そして、肯定判定された場合は、Ｓ１０６へ進み、エンジンのクランクシャフト２０ａを正回転させるべく、ブレーキ４５を係合してリングギヤ４２を固定し、Ｍ／Ｇ３０を逆回転させる。その際、エンジンの気筒内に燃料を供給せずに非燃焼状態のままとする。また、エンジンの回転数が、差圧センサ２４にてフィルタ２３の上流側と下流側の差圧を正確に検出できるように予め定められた所定回転数となるように、Ｍ／Ｇ３０の回転数を制御する。

一方、Ｓ１０５で否定判定された場合は、エンジン２０を運転停止させたままＭ／Ｇ３０が出力する動力により車両が前進させられている、つまりＣ１クラッチ４６のみ係合されＭ／Ｇ３０が正回転している。それゆえ、Ｓ１０７へ進み、さらに、Ｃ２クラッチ４７をも係合させて、エンジン２０のクランクシャフト２０ａを非燃焼状態にしたまま正回転（空転）させる。その際、エンジンの回転数が前記所定回転数となるように、Ｍ／Ｇ３０の回転数を制御する。

その後Ｓ１０８へ進み、差圧センサ２４でフィルタ２３の上流側と下流側の差圧を検出する。その後Ｓ１０９へ進み、Ｓ１０８で検出した差圧に基づいてＰＭ堆積量を推定する。これは、差圧とフィルタ２３に堆積したＰＭ量との相関関係を予め実験等により導き出しマップとしてＥＣＵ８０内のＲＯＭに記憶しておき、当該マップにＳ１０８で検出した差圧を代入して推定するものである。このように、Ｓ１０９がＰＭ（微粒子）堆積量推定手段として機能する。

次に、図４に示すフローチャートを用いてＳ１０２で実行されるエンジン運転時ＰＭ堆積量推定制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ８０のＲＯＭに記憶されているルーチンである。なお、Ｓ２０８及びＳ２０９は、図３に示すフローチャートのＳ１０８及びＳ１０９と同一であるのでその詳細な説明は省略する。

本ルーチンでは、ＥＣＵ８０は、先ず、Ｓ２０１において、エンジン２０が、加減速運転状態等のフィルタ２３を通過する排気の量の変動が所定範囲を超えて変動する過渡的な運転状態であるか否かを判定する。フィルタ２３を通過する排気の量と吸入空気量（Ｇａ）は比例関係にあるので、かかる運転状態であるか否かは、吸入空気量（Ｇａ）の変動に基づいて判定する。つまり、ＥＣＵ８０内のＥＣＣが実行する基本ルーチンにおいて入力し、ＲＡＭに記憶されたエアフローメータ２１ａの検出値に基づいて判定するものである。そして、エアフローメータ２１ａの検出値の変動が大きい、つまり吸入空気量（Ｇａ）の変動がフィルタ２３を通過する排気の量の変動の前記所定範囲内に相当する基準範囲内であれば否定判定し、Ｓ２０２へ進む。一方、基準範囲を超えて変動していると判定された場合はＳ２０３へ進む。

Ｓ２０３においては、駆動力を最適制御する。Ｓ２０１で肯定判定された場合は、ＥＣＵ８０内のＨＶＣＣからＥＣＣへ出力されるエンジン出力要求値が変動していると考えられるから、ＨＶＣＣは、エンジン出力が一定となるようにＥＣＣへ要求値を出力し、過不足する分をＭ／Ｇ３０が出力する動力で補正するようにする。つまり、要求される車両駆動トルクに追従させるようにＭ／Ｇ３０のトルクを増減させ、エンジン２０は定常運転となるように制御する。

その後Ｓ２０４へ進み、吸入空気量（Ｇａ）の変動が小さくなったか否か、つまり吸入空気量の変動が前記基準範囲内となったか否かを判定する。これは、Ｓ２０１と同様に、エアフローメータ２１ａの検出値に基づき吸入空気量の変動が前記基準範囲内となったか否かを判定するものである。そして、否定判定された場合は、吸入空気量の変動が前記基準範囲内となるまでＳ２０３以降の処理を再度実行する。一方、肯定判定された場合はＳ２０８へ進み、差圧を検出する。

一方、Ｓ２０１にて否定判定された場合、つまり吸入空気量が基準範囲内であると判定された場合はＳ２０２に進むが、本ステップにおいては、フィルタ２３を通過する排気の量が所定量より少ないか否か、つまり、吸入空気量が、フィルタ２３を通過する排気の量の前記所定量に相当する基準量より少ないか否かを判定する。これは、エアフローメータ２１ａの検出値に基づいて判定するものである。なお、基準量は差圧センサ２４で差圧を正確に検出できる吸入空気量として予め定められるものである。そして、肯定判定された場合はＳ２０５へ進み、否定判定された場合は、吸入空気量が基準量以上であることからＳ２０８へ進み、差圧を検出する。

Ｓ２０５においては、エンジン回転数が前記所定回転数となるようにエンジン回転数を上昇させる。その後Ｓ２０６へ進み、エンジン回転数が上昇して、要求される車両駆動トルクに対して増加した動力をＭ／Ｇ３０で発電させて吸収するようにする。

その後、Ｓ２０７へ進み、吸入空気量が前記基準量以上となったか否かを判定する。これは、Ｓ２０２で説明したのと同様にエアフローメータ２１ａの検出値に基づいて判定するものである。そして、否定判定された場合は、吸入空気量が基準量以上となるまでＳ２０５以降の処理を再度実行する。一方、肯定判定された場合はＳ２０８へ進み差圧を検出する。

このようにして、ＰＭ堆積量推定制御を実行することにより、エンジン２０が過渡的な運転状態あるいはフィルタ２３を通過する排気の量が少ない運転状態であっても、Ｍ／Ｇ３０を適切に制御することにより、エンジンを定常かつフィルタ２３を通過する排気の量が多い運転状態に維持することが可能となるため、差圧を正確に検出することができ、以てＰＭ堆積量を精度よく推定することができる。また、エンジンの運転状態にかかわらず差圧を正確に検出することができるため、差圧を検出する領域を拡大することができる。

また、エンジン２０が非燃焼状態であっても、エンジン２０をＭ／Ｇ３０で駆動させてフィルタ２３に適切な空気量を送り込むことで、差圧を正確に検出することができる。また、エンジン２０が燃焼状態であるかにかかわらず差圧を正確に検出することができるため、差圧を検出する領域を拡大することができる。また、ＰＭ堆積量推定のためにエンジン２０を運転させる必要がないため、燃費悪化を抑制することができる。

次に、具体的に、図５に示すフローチャートを用いて本実施例に係るＰＭ再生処理制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ８０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ８０が、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理として実行するものである。

最終的には上述したＰＭ堆積量推定制御を実行することによりＰＭ堆積量を精度よく推定するが、差圧センサ２４にて差圧を検出するにあたって、Ｍ／Ｇ３０のトルクやエンジン２０の出力を増加させる場合があるので、頻繁にこの制御を実行すると車両の振動が増大する等ユーザビリティの観点からは好ましくない。

そのため、本ルーチンでは、先ず、Ｓ３０１において、上述したＰＭ堆積量推定制御を実行すべき条件が成立したか否かを判定する。ＰＭ堆積量推定制御を実行すべき条件としては、差圧センサ２４にて検出されたフィルタ２３の上流側と下流側の差圧が所定圧以上である、あるいは、前回のＰＭ再生処理終了時からの燃料噴射量の積算値が所定量以上である、等を例示することができる。なお、当該差圧の所定圧及び燃料噴射量の積算値の所定量は、ＰＭ堆積量が前記第１の所定量より少ない第２の所定量に相当する値となるように予め定められるものである。このように本ステップが判定手段として機能する。そして、本ステップで肯定判定された場合はＳ３０２へ進み、上述したＰＭ堆積量推定制御を実行する。一方、否定判定された場合は本ルーチンの実行を終了する。

なお、ＰＭ堆積量推定制御を実行すべき条件を、差圧センサ２４にて検出されたフィルタ２３の上流側と下流側の差圧が所定圧以上であることとする場合には、ＥＣＵ８０が、差圧センサ２４にて検出されたフィルタ２３の上流側と下流側の差圧が所定圧以上であるか否かでＰＭ堆積量が前記第１の所定量より少ない第２の所定量以上であるか否かを推定するサブＰＭ堆積量推定手段を備えるようにする。そして、当該サブＰＭ堆積量推定手段が第２の所定量以上であると判定した場合にＳ３０１で肯定判定するようにする。

ただし、サブＰＭ堆積量推定手段は前記第１の所定量より少ない第２の所定量以上であるかを推定するものであるので、サブＰＭ堆積量推定手段にてＰＭ堆積量を推定しようとする場合には、上述したＰＭ堆積量推定制御を実行する必要はない。

Ｓ３０３においては、ＰＭ堆積量推定制御を実行することにより推定されたＰＭ堆積量が前記第１の所定量以上であるか否かを判定する。そして、肯定判定された場合はＳ３０４へ進み、上述したＰＭ再生処理を実行する。一方、否定判定された場合は本ルーチンの実行を終了する。

Ｓ３０５においては、上述したＰＭ再生処理終了条件が成立したか否かを判定する。そして、否定判定された場合は再度Ｓ３０４以降の処理を再度実行する。一方、肯定判定された場合はＳ３０６へ進みＰＭ再生処理を終了する。

このようなＰＭ再生処理制御を実行することにより、ＰＭ堆積量が第２の所定量になるまでは、上述したＰＭ堆積量推定制御を実行することなくＰＭ再生処理を実行すべきか否かを判定することができる。これにより、ＰＭ堆積量推定制御を実行することに起因してユーザビリティが悪化するのを抑制することができる。

実施例に係るハイブリッドシステムとそのエンジンの吸排気系の概略構成を示す図である。実施例に係る動力切替機構の概略図である。実施例に係るＰＭ堆積量推定制御のフローチャート図である。実施例に係るエンジン運転時ＰＭ堆積量推定制御のフローチャート図である。実施例に係るＰＭ再生処理制御のフローチャート図である。

符号の説明

１ハイブリッドシステム
９，１０駆動輪
９ａ，９ａ回転軸
２０エンジン
２０ａクランクシャフト
２１吸気通路
２１ａエアフローメータ
２１ｂ吸気絞り弁
２２排気通路
２３パティキュレートフィルタ
２４差圧センサ
２５空燃比センサ
３０モータジェネレータ
４０動力切替機構
５０減速機
６０インバータ
７０バッテリ
８０ＥＣＵ

Claims

内燃機関と、電動機と、を有し、前記内燃機関が出力する動力と前記電動機が出力する動力とを１の出力軸から同時に出力可能なハイブリッドシステムに用いられる排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置され排気に含まれる微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、
当該フィルタの上流側と下流側の排気の圧力の差を検出する差圧検出手段と、
当該差圧検出手段が検出した差圧に基づいて当該フィルタに堆積した微粒子量を推定する微粒子堆積量推定手段と、
前記内燃機関が前記フィルタを通過する排気の量が所定範囲を超えて変動する運転状態のときに前記微粒子堆積量推定手段がフィルタに堆積した微粒子量を推定しようとする場合には、フィルタを通過する排気の量の変動が所定範囲内となるように内燃機関の運転状態を変更し、当該内燃機関の運転状態の変更に伴い変動する当該内燃機関が前記出力軸に出力する動力を打ち消すように前記電動機が前記出力軸に出力する動力を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
内燃機関と、電動機と、当該内燃機関が出力する動力を利用して発電を行う発電機と、を有し、前記内燃機関が出力する動力と前記電動機が出力する動力とを１の出力軸から同時に出力可能なハイブリッドシステムに用いられる排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置され排気に含まれる微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、
当該フィルタの上流側と下流側の排気の圧力の差を検出する差圧検出手段と、
当該差圧検出手段が検出した差圧に基づいて当該フィルタに堆積した微粒子量を推定する微粒子堆積量推定手段と、
前記内燃機関が前記フィルタを通過する排気が所定量より少ない運転状態のときに前記微粒子堆積量推定手段がフィルタに堆積した微粒子量を推定しようとする場合には、フィルタを通過する排気が前記所定量以上となるように内燃機関の運転状態を変更し、当該内燃機関の運転状態の変更に伴い増加する分の動力を発電に利用するように前記発電機を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
前記電動機と前記発電機は、動力を出力する電動機としての機能と前記内燃機関が出力する動力を利用して発電を行う発電機としての機能とを併せ持つモータジェネレータとして構成されていることを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
内燃機関と、当該内燃機関のクランクシャフトを回転可能な電動機と、を備えたハイブリッドシステムに用いられる排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置され排気に含まれる微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、
当該フィルタの上流側と下流側の排気の圧力の差を検出する差圧検出手段と、
当該差圧検出手段が検出した差圧に基づいて当該フィルタに堆積した微粒子量を推定する微粒子堆積量推定手段と、
前記内燃機関が非燃焼状態のときに前記微粒子堆積量推定手段がフィルタに堆積した微粒子量を推定しようとする場合には、非燃焼状態のまま内燃機関のクランクシャフトを回転するように前記電動機を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。