(57)【要約】【課題】ハイブリッド車両の内燃機関の停止時において掃気制御を行った場合にも、排気浄化装置の性能の劣化を抑制できる技術を提供する。【解決手段】ハイブリッド車両の内燃機関１の排気管５にＯ２センサ１２、排気切換弁１０、三元触媒１７及び、三元触媒１７をバイパスするバイパス管６を設け、バイパス管６にはサブ触媒１６を設ける。モータジェネレータ３による掃気制御時に、酸素過多の排気が通過したことをＯ２センサ１２が検出した場合には、排気切換弁１０を作動させて排気にバイパス管６を通過させる。【選択図】図１
2008002376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
モータジェネレータと、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、該排気通路を通過する排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側と下流側とを連通することにより、前記排気通路を通過する排気に前記排気浄化装置を迂回させるバイパス路と、
前記バイパス路に設けられ、該バイパス路を通過する排気を浄化する補助排気浄化装置と、
前記排気通路を通過する排気に前記排気浄化装置を通過させるか、前記バイパス路を通過させるかを制御する流量制御手段と、
前記内燃機関が停止する際に、前記モータジェネレータによって強制的に前記内燃機関のクランク軸を所定回数回転させて前記内燃機関の気筒内の排気を掃気する掃気手段と、
を備えたハイブリッド車用のエンジンシステムであって、
前記掃気手段による前記排気の掃気中は、前記流量制御手段が、前記排気通路を通過する排気に前記バイパス路を通過させることを特徴とするハイブリッド車用のエンジンシステム。
【請求項２】
前記バイパス路における前記補助排気浄化装置の上流側に、前記バイパス路を通過する排気を冷却する冷却装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車用のエンジンシステム。
【請求項３】
前記冷却装置は、前記バイパス路を通過する排気の熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器が回収した前記排気の熱を蓄熱する蓄熱装置と、を有し、
前記蓄熱装置に蓄熱された前記排気の熱を前記内燃機関の暖機に用いることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車用のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関及び電動機を含む複数の駆動源を備えたハイブリッドエンジンの制御装置に関し、特に、その内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用装置の機能を向上させるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関及び電動機を複数の駆動源として組み合わせたハイブリッドエンジンは、各駆動源の作動状態を制御しつつ、これら駆動源から発せられる動力を適宜外部に伝達する機能を有する。ハイブリッドエンジンシステムを用いれば、例えば機関燃焼によるエネルギの変換効率が高い運転領域では内燃機関の出力を優先的に活用し、機関燃焼によるエネルギの変換効率が低い運転領域では電動機の出力を優先的に活用するといった制御を行うことができる。その結果、ハイブリッドエンジンを搭載した車両は、従来の内燃機関を搭載した車両に比べ、車両運転に伴う燃料の消費量や排気ガスの排出量を格段に低減することができる。
【０００３】
ハイブリッドエンジンにおいて走行中に内燃機関を停止する場合、電動機で強制的に内燃機関の回転を落として停止させる制御が行われることがある。この場合は、内燃機関の停止後、排気ガスの一部は気筒内に残留することになる。そうすると、機関停止中に、気筒内の雰囲気温度が高温となり、例えば燃料噴射弁の噴口部などにデポジットが生成されてしまう場合があった。これに対し、内燃機関への燃料供給の停止後、非燃焼状態にある内燃機関を、所定期間電動機によって動作させる制御を行って気筒内から完全に排気ガスを排出させ、機関停止中の気筒内の温度上昇を抑える技術が提案されている（以下、この制御を「掃気制御」という）。
【０００４】
これに関連した技術としては、掃気制御の実施に併せてスロットル弁の開度を絞り、掃気制御に伴う触媒コンバータ内の三元触媒の酸素ストレージ量の増大を抑制させる技術等が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ここで、上記の掃気制御を行った場合、掃気中に高温の排気が排気浄化装置に導入されるとともに酸素過多状態となるので、排気浄化装置の温度が過度に高温になり劣化してしまうおそれがあった。
【特許文献１】特開２００４−１９５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ハイブリッド車両の内燃機関の停止時において掃気制御を行った場合にも、排気浄化装置の性能の劣化を抑制できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、ハイブリッド車両の内燃機関の排気通路に排気浄化装置をバイパスするバイパス路及び該バイパス路に設けられた補助排気浄化装置を備え、掃気制御中には排気にバイパス路を通過させることを最大の特徴とする。
【０００８】
より詳しくは、内燃機関と、
モータジェネレータと、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、該排気通路を通過する排気を浄化する排気浄化装
置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側と下流側とを連通することにより、前記排気通路を通過する排気に前記排気浄化装置を迂回させるバイパス路と、
前記バイパス路に設けられ、該バイパス路を通過する排気を浄化する補助排気浄化装置と、
前記排気通路を通過する排気に前記排気浄化装置を通過させるか、前記バイパス路を通過させるかを制御する流量制御手段と、
前記内燃機関が停止する際に、前記モータジェネレータによって強制的に前記内燃機関のクランク軸を所定回数回転させて前記内燃機関の気筒内の排気を掃気する掃気手段と、
を備えたハイブリッド車用のエンジンシステムであって、
前記掃気手段による前記排気の掃気中は、前記流量制御手段が、前記排気通路を通過する排気に前記バイパス路を通過させることを特徴とする。
【０００９】
これによれば、掃気手段による前記排気の掃気中に、高温の排気及び酸素過多の排気が排気浄化装置に導入されることを抑制でき、排気浄化装置の過昇温を抑制することができる。また、補助排気浄化装置を備えているので、前記排気に前記バイパス路を通過させた際に排気エミッションの浄化率が悪化することを抑制できる。
【００１０】
なお、前記掃気手段による前記排気の掃気中であることは、排気通路に設けられたＯ２センサ、ＨＣ濃度センサ、排気温度センサまたはそれらの組合せによって検出してもよい。
【００１１】
また、排気浄化装置は三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒などの排気浄化触媒および／ま
たは排気中の微粒子を捕集するフィルタを意味する。また、補助排気浄化装置についても、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒などの排気浄化触媒および／または排気中の微粒子を
捕集するフィルタでもよく、排気浄化装置と比較して容量を小さくしてもよい。
【００１２】
また、本発明においては、前記バイパス路における前記補助排気浄化装置の上流側に、前記バイパス路を通過する排気を冷却する冷却装置をさらに備えるようにしてもよい。そうすれば、前記バイパス路に設けられた補助排気浄化装置が過昇温することを抑制することができる。
【００１３】
また、本発明においては、前記冷却装置は、前記バイパス路を通過する排気の熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器が回収した前記排気の熱を蓄熱する蓄熱装置と、を有し、
前記蓄熱装置に蓄熱された前記排気の熱を前記内燃機関の暖機に用いるようにしてもよい。
【００１４】
そうすれば、前記バイパス路を通過する排気を冷却する際に前記排気から回収した熱を、始動時の機関暖機に用いることができるので、排気のエネルギを有効に利用することができる。
【００１５】
なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にあっては、ハイブリッド車両の内燃機関の停止時において掃気制御を行った場合にも、排気浄化装置の性能の劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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例示的に詳しく説明す
る。
【実施例１】
【００１８】
図１には、本実施例における内燃機関１及び制御系、排気系の概略構成について示す。内燃機関１には、クラッチ２を介して、動力を出力する電動機としての機能と内燃機関１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３が配設されている。このモータジェネレータ３も車両の駆動力源あるいは原動機として機能する。
【００１９】
また、内燃機関１には排気管５が接続されている。この排気管５には排気中の酸素濃度を検出するＯ２センサ１２及び排気の温度を検出する排気温センサ１３が備えられている。また、排気管５の下流側には排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯxを浄化する三元触媒１７が備
えられている。排気管５における三元触媒１７の上流側と下流側はバイパス管６によって連通されている。また、バイパス管６には排気浄化のためのサブ触媒１６が設けられている。また、排気管５とバイパス管６の分岐部には排気切換弁１０が備えられ、排気管５の上流から流れてきた排気に三元触媒１７を通過させるかバイパス管６を通過させるかを選択可能なようになっている。なお、上記においてサブ触媒１６は補助排気浄化装置に相当し、排気切換弁１０は流量制御手段に相当する。
【００２０】
以上述べたように構成された内燃機関１及びその排気系には、該内燃機関１及び排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０が併設さ
れている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する他、内燃機関１の排気浄化装置１０に係る制御を行うユニットである。
【００２１】
ＥＣＵ２０には、図示しないクランクポジションセンサや、アクセルポジションセンサ、吸入空気量を検出するエアフローメータなどの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類の他、Ｏ２センサ１２、排気温センサ１３が電気配線を介して接続され、出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２０には、内燃機関１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施例における排気切換弁１０が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０によって制御されるようになっている。
【００２２】
また、ＥＣＵ２０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。後述の掃気時流路切換ルーチンも、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。
【００２３】
上記のようなハイブリッドシステムにおいて走行中に内燃機関１を停止する場合、モータジェネレータ３で強制的に内燃機関１の回転を落として停止させる制御が行われることがある。この場合は、内燃機関１の停止後、排気ガスの一部は気筒内に残留することになる。そうすると、機関停止中に、気筒内の雰囲気温度が高温となり、例えば図示しない燃料噴射弁の噴口部にデポジットが生成されてしまうような場合があった。
【００２４】
それに対し、内燃機関１を停止する際、図示しない各気筒への燃料供給の停止後（或いは停止前後に亘り）、モータジェネレータ３の動力を利用して図示しないクランクシャフトを回転することにより、クランクシャフトの回転速度を徐々に低下させて完全な停止に至らしめて、燃焼室内の排気を掃気する制御（掃気制御）を実施する。
【００２５】
掃気制御を実施する際には、モータジェネレータ３の動力がクラッチ２を介して内燃機関１のクランクシャフトに伝達され、クランクシャフトの回転動作を補助するようになる
。このため、内燃機関１の停止に伴う機関回転数の急激な低下が抑制される。
【００２６】
そうすると、内燃機関１への燃料供給の停止後、各気筒から完全に高温の排気ガスが排出されるまでクランクシャフトが回転するので、各気筒内の部品が高温に曝されることを抑制できる。
【００２７】
しかし、従来、上記の掃気制御を実施すると、高温の排気が下流側の三元触媒に導入され、さらに掃気制御によって酸素過多の状態の空気が三元触媒に導入されるので、三元触媒が過昇温してしまうおそれがあった。
【００２８】
そこで、本実施例においては、掃気制御が行われている際には、排気切換弁１０を作動させて内燃機関１からの排気をバイパス管６に導入させ、三元触媒１７には導入させないこととした。
【００２９】
図２には、本実施例における掃気時流路切換ルーチンのフローチャートを示す。本ルーチンは、内燃機関１の稼動中は所定期間毎にＥＣＵ２０によって実行されるルーチンである。
【００３０】
本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において、機関停止要求が出たかどうかが判定される。具体的にはＥＣＵ２０において機関停止要求が出た際にＯＮされる機関停止要求フラグがＯＮされているかどうかを読み込むことによって判定してもよい。ここで、機関停止要求が出ていないと判定された場合には、そのまま本ルーチンを一旦終了する。一方、機関停止要求が出ていると判定された場合にはＳ１０２に進む。
【００３１】
Ｓ１０２においては、Ｓ１０１の機関停止要求がイグニッションオフによるものかどうかが判定される。具体的にはイグニッションスイッチの出力信号をＥＣＵ２０に読み込むことによって判定する。これは、Ｓ１０１における機関停止要求が、運転者がイグニッションオフすることによるものか、停車時などに自動的に出されたものかを判定するためである。ここでイグニッションオフによる機関停止要求であると判定された場合にはＳ１０９に進む。一方、停車時などに自動的に出されたものであると判定された場合はＳ１０３に進む。
【００３２】
Ｓ１０３においては、フュエルカットが行われ、図示しないＶＶＴが最遅角側に制御される。これにより内燃機関１の各気筒における燃焼が停止する。また、ＶＶＴが最遅角側に制御されることによって、掃気制御中に内燃機関１の各気筒に導入された吸気が吹き返しで吸気側に逆流しないようになる。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。
【００３３】
Ｓ１０４においては、掃気制御が開始される。具体的には、モータジェネレータ３の駆動力がクラッチ２を介して内燃機関１に伝達され、図示しないクランクシャフトが強制的に回転される。なお、このＳ１０４の処理を実行するＥＣＵ２０は掃気手段に相当する。Ｓ１０４の処理が終了するとＳ１０５に進む。
【００３４】
Ｓ１０５では、排気ガスは酸素過多の状態かどうかが判定される。具体的には、Ｏ２センサ１２によって排気管５を通過する排気の酸素濃度が検出され、検出された酸素濃度が閾値以上かどうかが判定される。ここで、排気ガスは酸素過多の状態でないと判定された場合は、掃気制御による酸素過多の排気が排気管５の少なくともＯ２センサ１２の設置場所に到達していないと判定されるので、Ｓ１０５の処理の前に戻り、排気ガスが酸素過多の状態と判定されるまで、繰り返しＳ１０５の処理が実行される。Ｓ１０５において、排気ガスが酸素過多の状態と判定された場合には、掃気制御による酸素過多の排気が排気管５の少なくともＯ２センサ１２の設置場所に到達し、また、掃気制御開始時に気筒内に存
在した高温の排気が排気管３とバイパス管６との分岐点の上流あたりに存在すると推定されるので、Ｓ１０６に進む。
【００３５】
Ｓ１０６においては、排気切換弁１０が作動され、排気がバイパス管６に導入される。Ｓ１０６の処理が終了するとＳ１０７に進む。
【００３６】
Ｓ１０７においては、掃気制御が終了したかどうかが判定される。例えば、本実施例の掃気制御では、気筒への燃料供給の停止後、モータジェネレータ３によってクランクシャフトを強制的に１０回転させるとした場合、ここでは、Ｓ１０４において掃気制御が開始されてからクランクシャフトが１０回転したかどうかが判定される。そして、クランクシャフトが１０回転していない場合には、また掃気制御が終了していないと判定され、Ｓ１０７の処理の前に進む。このように、掃気制御が終了したと判定されるまでＳ１０７の処理が繰り返し実行される。そして、Ｓ１０７において掃気制御が終了したと判定された場合にはＳ１０８に進む。
【００３７】
Ｓ１０８においては、排気切換弁１０によって、排気管５の上流から流入する排気に三元触媒１７を通過させるように流路を切換える。Ｓ１０８の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００３８】
説明をＳ１０２に戻して、今回の機関停止要求がイグニッションオフによるものと判定された場合には、Ｓ１０９に進む。Ｓ１０９においては、まずフュエルカット及びＶＶＴ最遅角処理が実行される。処理の内容はＳ１０３と同じである。Ｓ１０９の処理が終了するとＳ１１０に進む。
【００３９】
Ｓ１１０においては、モータジェネレータ３によって内燃機関が強制停止される。具体的には、気筒への燃料供給停止からクランクシャフトが２回転する間にモータジェネレータ３によってクランクシャフトの回転が強制停止される。Ｓ１１０の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００４０】
以上、説明したように、本実施例においては、掃気制御中であり、高温の排気及び、その後に続く酸素過多の排気が三元触媒１７の上流側を通過していると判定された場合に、排気切換弁１０の作動により排気をバイパス管６に導入させる。そのことにより、三元触媒１７に高温の排気及び酸素過多の排気が導入され、三元触媒１７が過昇温することを抑制できる。
【００４１】
なお、上記のＳ１０５においては、Ｏ２センサ１２の出力信号によって排気ガスが酸素過多の状態かどうかを検出したが、これに加え、排気温センサ１３の出力信号を取得し、排気の温度が低下したかどうかを検出してもよい。そうすれば、より確実に、掃気制御によって燃焼していない酸素過多の排気が通過しているかどうかを判定することができる。また、Ｏ２センサ１２の代わりに排気中のＨＣ濃度を検出するＨＣセンサを用いてもよい。
【実施例２】
【００４２】
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例においては、バイパス管におけるサブ触媒の上流側に熱交換器と蓄熱装置を設け、サブ触媒が高温の排気によって過昇温されることを抑制するとともに、排気のエネルギを有効利用する例について説明する。
【００４３】
図３には、本実施例における内燃機関１及び制御系、排気系の概略構成について示す。本実施例においては、実施例１の図１に示した構成と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
図３に示すように、本実施例における内燃機関１の排気系では、バイパス管６におけるサブ触媒１６の上流に熱交換器２２が設けられている。熱交換器２２には熱媒体循環路２３が設けられ、バイパス管６を通過する排気と熱媒体との間で熱交換が可能なようになっている。さらに熱媒体循環路２３には蓄熱装置２４が熱交換可能に接続されており、バイパス管６を通過する排気の熱が蓄熱装置２４に蓄熱可能なようになっている。
【００４５】
この蓄熱装置２４には、図示しない冷却水路が熱交換可能に接続されており、内燃機関１の冷間始動時には、冷却水が蓄熱装置２４に導かれ、蓄熱装置２４に蓄熱された排気のエネルギで内燃機関１の暖機を促進するようになっている。
【００４６】
以上、説明したように、本実施例においては、バイパス管６におけるサブ触媒１６の上流に熱交換器２２が設けられ、バイパス管６を通過する排気と熱媒体とが熱交換することにより、排気を冷却するようになっている。従って、高温の排気がそのままサブ触媒１６に導入されることを抑制でき、サブ触媒１６の過昇温を抑制することができる。
【００４７】
また、排気から回収されたエネルギは、蓄熱装置２４を介して、内燃機関１の冷間始動時における暖機に利用される。従って、排気のエネルギを有効に再利用することができる。なお、上記において熱交換器２２、熱媒体循環路２３及び蓄熱装置２４は、本実施例において冷却装置に相当する。
【００４８】
なお、本実施例では、熱交換器２２においてバイパス管６を通過する排気と熱媒体との間で熱交換を行わせ、排気から回収した熱を蓄熱装置２４に蓄熱する例について説明した。これに対し、熱交換器２２において、例えばバイパス管６を通過する排気と冷却水との間で熱交換を行わせるようにし、単に排気の冷却のみを行うようにしても構わない。これによっても、高温の排気がそのままサブ触媒１６に導入されることを抑制でき、サブ触媒１６の過昇温を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関及び制御系、排気系の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る掃気時流路切換ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例２に係る内燃機関及び吸排気系の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・内燃機関
２・・・クラッチ
３・・・モータジェネレータ
５・・・排気管
６・・・バイパス管
１０・・・排気切換弁
１２・・・Ｏ２センサ
１３・・・排気温センサ
１６・・・サブ触媒
１７・・・三元触媒
２０・・・ＥＣＵ
２２・・・熱交換器
２３・・・熱媒体循環路
２４・・・蓄熱装置
【図１】
2008002376.tif 000003
【図２】
2008002376.tif 000004
【図３】
2008002376.tif 000005