JP2010159684A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エミッション悪化を防ぎつつ、燃費の悪化を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、エンジンと、触媒と、還流通路と、燃料添加弁と、ポンプと、ＮＯｘ還元制御手段と、ＥＧＲ制御手段と、を備える。触媒は、いわゆるＮＯｘ還元吸蔵触媒である。ＮＯｘ還元制御手段は、エンジンの停止中に、ポンプと燃料添加弁とを制御することにより、触媒のＮＯｘ還元を行う。ＥＧＲ制御手段は、エンジンの作動時に、通常のＥＧＲ率よりも小さいＥＧＲ率によりＥＧＲ制御を行うことで、燃焼の空燃比をリーン雰囲気に調整する。また、ＥＧＲ制御手段は、触媒のＮＯｘ吸蔵量が飽和量に達した場合には、通常のＥＧＲ率に戻してＥＧＲ制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気浄化を行う内燃機関の排気浄化装置に関する。

この種の装置として、従来から、排気通路上にＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ：ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を設けた内燃機関の排気浄化装置が提案されている。例えば、特許文献１には、排気通路上に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側に設けられた燃料添加弁と、を備え、燃料添加弁からの燃料噴射によって排気空燃比を一時的にリッチにしてＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる内燃機関の排気浄化装置が記載されている。また、特許文献１には、燃料添加弁からの燃料噴射に併せて、ＥＧＲ増量制御を実行して燃焼空燃比をリッチ側の比率に変更する技術が開示されている。その他、本発明に関連する技術が特許文献２に記載されている。

特開２００７−０４０２４１号公報 特開２００４−３４６８３８号公報

一方、上述した方法により、ＮＯｘ吸蔵能力を回復させる場合、排気空燃比や燃焼空燃比のリッチ側への制御に起因して燃料消費量が増え、燃費が悪化するという問題がある。特許文献１及び特許文献２には、上記の問題は何ら検討されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エミッション悪化を防ぎつつ、燃費の悪化を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関の排気浄化装置であって、エンジンと、排気通路上に設けられＮＯｘを吸蔵還元する触媒と、前記触媒の下流の前記排気通路と、前記触媒の上流の前記排気通路とを連通する還流通路と、前記還流通路上に燃料を添加する燃料添加弁と、前記触媒の上流かつ前記還流通路との合流部分の前記排気通路に設けられ、新気と前記還流通路上のガスとを前記触媒へ供給するポンプと、前記エンジンの停止中に、前記ポンプと前記燃料添加弁とを制御することにより、前記触媒のＮＯｘ還元を行うＮＯｘ還元制御手段と、前記エンジンの作動時に、通常のＥＧＲ率よりも小さいＥＧＲ率によりＥＧＲ制御を行うことで空燃比をリーンにし、前記触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達した場合には、ＥＧＲ率を通常のＥＧＲ率に戻してＥＧＲ制御を行うＥＧＲ制御手段と、を備える。

上記の内燃機関の排気浄化装置は、ディーゼルハイブリッド車両に好適に適用される。内燃機関の排気浄化装置は、エンジンと、触媒と、還流通路と、燃料添加弁と、ポンプと、ＮＯｘ還元制御手段と、ＥＧＲ制御手段と、を備える。触媒は、いわゆるＮＯｘ還元吸蔵触媒である。ＮＯｘ還元制御手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、エンジンの停止中、即ち、ＥＶ走行中に、ポンプと燃料添加弁とを制御することにより、触媒のＮＯｘ還元を行う。ＥＧＲ制御手段は、例えばＥＣＵであり、エンジンの作動時に、通常のＥＧＲ率よりも小さいＥＧＲ率によりＥＧＲ制御を行うことで、燃焼の空燃比をリーンに調整する。これにより、ＮＯｘの排出量が一時的に増加する。また、ＥＧＲ制御手段は、触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達した場合には、通常のＥＧＲ率に戻してＥＧＲ制御を行うことでＮＯｘの排出を抑制する。所定量は、例えば実験等に基づき適切な値に設定される。

このように、内燃機関の排気浄化装置は、エンジン作動時は、ＥＧＲ率を下げてリーン雰囲気にする期間を設けると共に、リッチスパイク制御を実行しない。これにより、内燃機関の排気浄化装置は、燃焼を改善させると共に、リッチスパイク制御等に起因した燃料添加量の増加及びスモークの排出を抑制することができる。また、内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵量が所定量に達した場合にＥＧＲ率を戻すと共に、エンジン停止中は触媒のＮＯｘ還元を行う。これにより、内燃機関の排気浄化装置は、適切にＮＯｘを処理することができ、エミッション悪化を抑制する。

上記の内燃機関の排気浄化装置の一態様では、前記所定量は、前記触媒のＮＯｘ吸蔵量の飽和量に設定される。このようにすることで、内燃機関の排気浄化装置は、燃費を最大限に向上させることができる。

上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記ＥＧＲ制御手段は、前記エンジンの停止中に前記ＮＯｘ還元制御手段によるＮＯｘ還元が完了した場合のみ、次の前記エンジンの作動時に、通常のＥＧＲ率よりも小さいＥＧＲ率によりＥＧＲ制御を行う。このようにすることで、内燃機関の排気浄化装置は、確実にＮＯｘを処理すると共に、燃費悪化を抑制することができる。

上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記エンジンの停止中であって、かつ、前記触媒のＮＯｘ還元が完了した場合、前記ポンプを駆動させることにより前記触媒の床温を下げる触媒床温制御手段をさらに備える。一般に、吸蔵段階に適した触媒床温は、還元段階に適した触媒床温よりも低い。従って、内燃機関の排気浄化装置は、触媒のＮＯｘ還元が完了した場合、触媒床温を下げることで、次のエンジン始動時でのＮＯｘ吸蔵機能を向上させる。このようにすることで、内燃機関の排気浄化装置は、触媒床温が高温であることに起因した、吸蔵したＮＯｘの脱離放出を抑制することができる。

上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記還流通路の下流の前記排気通路上に設けられた排気ブレーキ弁をさらに備え、前記ＮＯｘ還元制御手段は、前記エンジン停止中に、前記排気ブレーキ弁を閉じる。このようにすることで、内燃機関の排気浄化装置は、エンジンが停止したＮＯｘ還元時及び触媒の冷却時に、還流通路と、触媒を含む排気通路の一部とでループを形成することができる。従って、内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯｘ還元及び触媒の冷却を促進させることができる。

内燃機関の排気浄化装置が搭載される車両の構成の一例を示す図である。 第１実施形態の内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図の一例である。 第１実施形態の制御の概要を示すグラフである。 ＮＯｘ排出量と燃費との関係を示すグラフである。 第１実施形態の処理手順を示すフローチャートである。 第２実施形態の制御の概要を示すグラフである。 第２実施形態の処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［車両の構成］
まず、本発明の各実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したハイブリッド車両について説明する。

図１は、車両１００の概略構成を示す図である。車両１００は、主に、エンジン１と、車軸２と、車輪３と、モータ（モータジェネレータ）ＭＧ１、ＭＧ２と、プラネタリギヤ４と、インバータ５と、バッテリ６と、ＥＣＵ５０と、を備える。車両１００は、ディーゼルハイブリッド車両に好適に適用される。

車軸２は、エンジン１及びモータＭＧ２の動力を車輪３に伝達する動力伝達系の一部である。車輪３は、ハイブリッド車両１００の車輪であり、説明の簡略化のため、図１では特に左右前輪のみが表示されている。

モータＭＧ１は、主としてバッテリ６を充電するための発電機、或いはモータＭＧ２に電力を供給するための発電機として機能するように構成されている。また、モータＭＧ２は、主としてエンジン１の出力をアシスト（補助）する電動機として機能するように構成され、車軸２に動力を伝達することができるように構成されている。モータＭＧ２の回転数は、ＥＣＵ５０によって制御される。

これらのモータＭＧ１及びモータＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。

プラネタリギヤ（遊星歯車機構）４は、エンジン１の出力をモータＭＧ１及び車軸２へ分配することが可能に構成され、動力分割機構として機能する。

インバータ５は、バッテリ６と、モータＭＧ１及びモータＭＧ２との間の電力の入出力を制御する直流交流変換機である。例えば、インバータ５は、バッテリ６から取り出した直流電力を交流電力に変換して、或いはモータＭＧ１によって発電された交流電力をそれぞれモータＭＧ２に供給すると共に、モータＭＧ１によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ６に供給することが可能に構成されている。

バッテリ６は、モータＭＧ１及びモータＭＧ２を駆動するための電源として機能することが可能に構成された充電可能な蓄電池である。

ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備え、ハイブリッド車両１００内の各構成要素に対して種々の制御を行う。また、後述するように、ＥＣＵ５０は、各触媒の再生を活性化させる制御を行う。このように、ＥＣＵ５０は、本発明におけるＮＯｘ還元制御手段、ＥＧＲ制御手段、及び触媒床温制御手段として機能する。

なお、上述の車両の構成は一例であり、本発明が適用可能な構成はこれに限定されない。例えば、車両１００は、上述の構成に加えて、外部電源からの電力をバッテリ６に充電可能な外部充電装置を備えてもよい。さらに、車両１００は、上述の構成に代えて、モータＭＧ１とモータＭＧ２とが一体のモータにより構成されてもよい。

以下の第１実施形態及び第２実施形態では、車両１００に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的形態について説明する。

［第１実施形態］
次に、第１実施形態における内燃機関の排気浄化装置について説明する。以下では、まず、内燃機関の排気浄化装置の概略構成について述べた後、ＥＣＵ５０が実行する制御について説明する。

（概略構成）
図１は、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置７５の概略構成図の一例を示す。内燃機関の排気浄化装置７５は、車両１００に搭載される。

図１に示すように、内燃機関の排気浄化装置７５は、エンジン１と、インタークーラ１１と、ターボ過給機１２と、エアフローメータ１３と、ポンプ１４と、触媒１７と、吸気通路２１と、排気通路２２と、還流通路２４と、切替弁３４と、第１の燃料添加弁４２と、第２の燃料添加弁４４と、空燃比センサ５４と、排気ブレーキ弁６４と、を有する。

エンジン１は、４つの気筒１９を有し、吸気通路２１より吸気ガスが供給されると共に、燃料噴射弁４１によって燃料が噴射される。供給された吸気ガスと燃料との混合気は、エンジン１の燃焼室内において燃焼される。エンジン１内の燃焼によって発生した排気ガスは、排気通路２２に排出される。エンジン１の好適な例として、ディーゼルエンジンが挙げられる。

吸気通路２１には、スロットル弁３１と、インタークーラ１１と、ターボ過給機１２と、エアフローメータ１３と、がそれぞれ設けられている。スロットル弁３１は、ＥＣＵ５０の制御信号に基づいてその開度が制御される。インタークーラ１１は、吸気通路２１を通過する吸気を冷却する。

ターボ過給機１２は、吸気通路２１上に設置されるコンプレッサ１２ａと排気通路２２に設置されるタービン１２ｂとを備え、吸気を加圧する。ターボ過給機１２は、例えば、タービン１２ｂ側のガス流量（流速）を可変にするＶＮＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ Ｔｕｒｂｉｎｅ）ターボである。エアフローメータ１３は、エンジン１への空気吸入量を測定する。

ＥＧＲ通路２３は、タービン１２ｂより上流の排気通路２２と、コンプレッサ１２ａより下流の吸気通路２１とを連通している。ＥＧＲ通路２３上には、ＥＧＲ弁３３が設けられる。ＥＧＲ弁３３は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ３３に基づき、ＥＧＲ通路２３を介して吸気通路２１に導かれるＥＧＲガスの流量を調節する。

第１の燃料添加弁４２は、タービン１２ｂ上流の排気通路２２上に燃料を添加する。第１の燃料添加弁４２は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ４２に基づき、燃料添加量が調整される。

タービン１２ｂ下流の排気通路２２上には、ポンプ１４と、触媒１７と、空燃比センサ５４とがそれぞれ設置されている。

ポンプ１４は、タービン１２ｂの排気通路２２上であって、後述する還流通路２４と排気通路２２との合流部分に設置される。ポンプ１４は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ１４に基づきエンジン１の停止中に駆動し、吸気通路２１及び上流の排気通路２２を介して供給される新気と還流通路２４中のガスとを触媒１７へ供給する。

触媒１７は、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵すると共に、吸蔵しているＮＯｘを還元する機能を有する触媒である。

空燃比センサ５４は、触媒１７を通過した排気ガスの空燃比を検出するセンサである。空燃比センサ５４は、空燃比の検出信号Ｓ５４をＥＣＵ５０へ供給する。

触媒１７の下流側の排気通路２２と、タービン１２ｂの下流かつ触媒１７の上流側の排気通路２２とは、還流通路２４により連通されている。還流通路２４は、触媒１７下流を通過するガスを触媒１７上流へ還流させるための通路である。還流通路２４上には、第２の燃料添加弁４４と、切替弁３４と、が設置されている。

第２の燃料添加弁４４は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ４４に基づき、還流通路２４上に燃料を添加する。切替弁３４は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ３４に基づき、還流通路２４の開閉を行う弁である。

さらに、還流通路２４の下流には、排気ブレーキ弁６４が設置されている。排気ブレーキ弁６４は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ６４に基づき、触媒１７下流の排気通路２２の開閉を行う弁である。

（制御方法）
次に、第１実施形態におけるＥＣＵ５０の制御について説明する。ＥＣＵ５０は、エンジン１が停止するＥＶ走行時には触媒１７のＮＯｘ還元を実行し、次のエンジン走行では、ＥＧＲ率を下げてリーン雰囲気にすることで、ＮＯｘを触媒１７に吸蔵させ、ＮＯｘ吸蔵量が飽和量に達したらＥＧＲ率を通常に戻す。これにより、ＥＣＵ５０は、燃費悪化を低減する。ここで、「ＥＶ走行」とは、エンジン１を停止しモータＭＧ１、ＭＧ２を駆動力とした走行を指し、「エンジン走行」とは、エンジン１を作動させた走行を指す。

これについて図３を用いて具体的に説明する。図３は、第１実施形態の制御の概要を示すグラフである。具体的には、図３（ａ）は、時間経過に伴う推定ＮＯｘ吸蔵量の推移を示し、図３（ｂ）は、時間経過に伴う車両１００の車速と、エンジン１の出力（エンジン出力）と、の推移をそれぞれ示す。ここで、「推定ＮＯｘ吸蔵量」とは、ＥＣＵ５０が各種センサに基づき推定した触媒１７のＮＯｘ吸蔵量を指す。例えば、ＥＣＵ５０は、リッチスパイク制御などで使用されるＮＯｘ吸蔵量の推定方法などを用いて推定ＮＯｘ吸蔵量を算出する。また、図３（ａ）の「Ｌｍａｘ」は、触媒１７がＮＯｘを吸蔵可能な上限値、即ち飽和量を指す。そして、図３（ｂ）では、グラフ７１は、車速を示し、グラフ７２は、エンジン１のエンジン出力を示す。

まず、所定時刻ｔ０から所定時刻ｔ１までの期間Ａでは、ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行を開始する。このとき、図３（ａ）に示すように、エンジン１は停止しているため、推定ＮＯｘ吸蔵量は増加しない。

次に、時刻ｔ１から所定時刻ｔ２までの期間Ｂでは、ＥＣＵ５０は、車速の上昇に伴い、エンジン１を所定のエンジン出力にて作動させる。このとき、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率を通常よりも下げる。即ち、ＥＣＵ５０は、エンジン１からのＮＯｘ排出量抑制等を考慮して設定される通常のＥＧＲ率（以後、「通常ＥＧＲ率Ｒａ」と呼ぶ。）よりも小さいＥＧＲ率（以後、「低ＥＧＲ率Ｒｂ」と呼ぶ。）に設定する。低ＥＧＲ率Ｒｂは、例えば、触媒１７のＮＯｘ吸蔵率よりもＮＯｘ排出量が多くならず、かつ、点火時期をＭＢＴにした場合と比べて燃費悪化が微小な値に設定される。具体的には、低ＥＧＲ率Ｒｂは、例えば、実験等に基づき適切な値に設定される。これにより、エンジン１での空燃比がリーン雰囲気になり、燃費が改善する。

また、ＥＣＵ５０は、期間Ｂでは、ＮＯｘ還元を実行するための強制的なリッチ化、即ちリッチスパイク制御は実行しない。即ち、第１の燃料添加弁４２からの燃料添加による空燃比のリッチ側への制御を行わない。従って、ＥＣＵ５０は、期間Ｂでは、リッチスパイク制御を行った場合と比較して、燃焼状態の改善及び燃料添加量の低減に起因して燃費を向上させることができる。一方、エンジン１から排出されるＮＯｘ量は多くなるため、図３（ａ）に示すように、推定ＮＯｘ吸蔵量は増量する。

そして、時刻ｔ２から所定時刻ｔ３までの期間Ｃでは、ＥＣＵ５０は、車速の減速に伴い、エンジン１を停止させるとともに、ＥＶ走行を再開する。このとき、ＥＣＵ５０は、触媒１７のＮＯｘ還元を促進させる制御を実行する。この具体的な制御については別途後述する。そして、ＥＣＵ５０は、期間Ｃに、触媒１７が吸蔵したＮＯｘを完全に還元させる。

次に、時刻ｔ３から所定時刻ｔ４までの期間Ｄでは、車速の増速に伴い、エンジン１を所定の出力にて始動させる。このとき、ＥＣＵ５０は、期間Ｂと同様、ＥＧＲ率を通常ＥＧＲ率Ｒａよりも小さい低ＥＧＲ率Ｒｂに下げることで、燃費を向上させる。一方、ＥＧＲ率を下げることに起因して、推定ＮＯｘ吸蔵量は増量する。そして、時刻ｔ４では、推定ＮＯｘ吸蔵量は、飽和量Ｌｍａｘに達する。

そして、時刻ｔ４からＥＶ走行を再開する時刻ｔ５までの期間Ｅでは、ＥＣＵ５０は、これ以上の触媒１７によるＮＯｘ吸蔵はできないと判断し、通常ＥＧＲ率ＲａでＥＧＲ制御を行う。これにより、ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行を開始するまでの間、エンジン１からのＮＯｘ排出を抑制する。なお、この場合、ＥＣＵ５０は、リッチスパイク制御は実行しない。これにより、ＥＣＵ５０は、燃費悪化を抑制する。

次に、時刻ｔ５以降の期間Ｆでは、ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行を開始すると共に、ＮＯｘ還元制御を行う。これにより、ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行時でＮＯｘ還元を促進させ、期間Ｄで吸蔵したＮＯｘを完全に還元させる。

以上のように、ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行時には触媒１７のＮＯｘ還元を実行し、次のエンジン走行では、ＮＯｘ吸蔵量が飽和量Ｌｍａｘに達するまで低ＥＧＲ率ＲｂにてＥＧＲ制御を行う。これにより、ＥＣＵ５０は、燃費を向上させることができる。

次に、ＥＶ走行時にＮＯｘを還元させる制御の具体例を示す。ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行を開始した場合、切替弁３４を開弁すると共に、排気ブレーキ弁６４を閉弁して排気通路２２を塞ぐ。これにより、還流通路２４と、触媒１７を含む一部の排気通路２２とでループが形成される。以後、このループを「還流ループ」と呼ぶ。そして、ＥＣＵ５０は、ポンプ１４を駆動させる。これにより、ポンプ１４は、還流通路２４内のガスを触媒１７に供給するとともに、新気を触媒１７に供給する。また、排気ブレーキ弁６４が閉弁していることに起因して、ポンプ１４から供給されたガスは、還流通路２４を通過し、還流ループ内を循環する。さらに、ＥＣＵ５０は、第２の燃料添加弁４４から燃料を添加する。これにより、還流ループ内に、燃料添加されたガスが循環する。

このとき、ＥＣＵ５０は、触媒１７の触媒床温及び触媒１７を通過するガスの空燃比がＮＯｘ還元に適した値になるように、ポンプ１４の出力と第２の燃料添加弁４４の燃料添加量とを制御する。具体的には、ＥＣＵ５０は、還流ループ内を循環させるガスの空燃比をリーンにし、かつ、空間速度（ＳＶ：Ｓｐａｃｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）を大きくするように第２の燃料添加弁４４の燃料添加量及びポンプ１４の出力を制御する。例えば、ＥＣＵ５０は、検出した空燃比と、図示しない触媒１７の触媒床温センサとに基づき燃料添加量及びポンプ１４の出力を制御する。他の例として、ＥＣＵ５０は、予め実験等により定めた適切な燃料添加量及びポンプ１４の出力をメモリに保持しておき、その値に基づき制御してもよい。これにより、ＥＣＵ５０は、触媒１７に酸素を多く供給することができるとともに、触媒１７を適切な床温に上昇させる。即ち、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ還元を促進させることができる。

（効果）
次に、第１実施形態による効果について、図４を用いて補足する。図４は、エンジン１の燃料消費率（ＳＦＣ：Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｆｕｅｌ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）と、エンジン１から排出されるＮＯｘ量（以後、「ＮＯｘ排出量」とも呼ぶ。）と、の対応を示すグラフである。

また、グラフ中の対応点８０は、通常ＥＧＲ率ＲａでＥＧＲ制御を実行した場合に対応する。対応点８１は、低ＥＧＲ率Ｒｂ、即ち、図３の期間Ｂ、期間Ｄで使用したＥＧＲ率でＥＧＲ制御を実行した場合に対応する。対応点８２は、ＥＧＲ制御を行わず、点火時期をＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）にした場合に対応する。また、「Ｓｂ」は対応点８２の燃料消費率に対応し、「Ｎｂ」は対応点８１のＮＯｘ排出量に対応する。

図４に示すように、ＥＧＲ率を上げてリッチ雰囲気で燃焼することで、ＳＦＣとＮＯｘ排出量との対応は、グラフの左側へ推移する。即ち、ＮＯｘ排出量が減少すると共に、燃費が悪化する。一方、ＥＧＲ率を下げてリーン雰囲気で燃焼することで、ＳＦＣとＮＯｘ排出量との対応は、グラフの右側へ推移する。即ち、ＮＯｘ排出量が増大すると共に、燃費が改善する。

従って、通常ＥＧＲ率Ｒａの場合（対応点８０参照）、低ＥＧＲ率Ｒｂの場合（対応点８１参照）と比べてＮＯｘ排出量が少ない。しかし、一方で、通常ＥＧＲ率Ｒａの場合、低ＥＧＲ率Ｒｂの場合と比べて、空燃比をリッチ雰囲気にして燃焼させるため、スス（スモーク）の排出量が増大するとともに、燃焼騒音悪化の原因となる。また、これを防ぐために、点火時期を遅角にすると、燃費の悪化が生じるとともに、燃焼不安定になり、トルク変動が増大するという問題が生じる。

また、排気ガスをリッチ化させるため、第１の燃料添加弁４２により燃料添加を行った場合、燃料消費量が増大する。特に、エンジン１の燃焼がリーンの場合、ストイキ又はリッチまで空燃比を下げるには、更に燃料添加量が増大するという問題がある。

これに対し、第１実施形態では、低ＥＧＲ率Ｒｂは、触媒１７によるＮＯｘ吸蔵能力よりも多くならないＮＯｘ排出量Ｎｂであって、かつ、ＭＢＴの場合（対応点８２参照）の燃料消費率Ｓｂと比べて燃費悪化が微小になるような値に設定される。従って、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ吸蔵量が飽和量Ｌｍａｘに達していない場合には、低ＥＧＲ率Ｒｂにて制御を行うことで、燃費を向上させると共に、スモークの排出等を抑制することができる。

（処理フロー）
次に、第１実施形態における処理の手順について説明する。図５は、第１実施形態でＥＣＵ５０が実行する処理の手順を表すフローチャートの一例である。ＥＣＵ５０は、図５に示すフローチャートの処理を、例えば車両の走行時に所定の周期に従い繰り返し実行する。

まず、ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行中であるか否か判定する（ステップＳ１０１）。即ち、ＥＣＵ５０は、エンジン１が停止中であるか否か判定する。

そして、ＥＶ走行中の場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ還元制御を行う（ステップＳ１０２）。即ち、ＥＣＵ５０は、排気ブレーキ弁６４を閉じ、切替弁３４を開くと共に、第２の燃料添加弁４４及びポンプ１４の駆動制御を実行する。これにより、ＥＣＵ５０は、触媒１７の触媒床温及び空燃比をＮＯｘ還元に適した値に調整し、ＮＯｘ還元を促進させる。

一方、ＥＶ走行中ではない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、次に、推定ＮＯｘ吸蔵量が飽和量Ｌｍａｘより小さいか否かについて判定する（ステップＳ１０３）。このとき、ＥＣＵ５０は、例えば、図示しないＮＯｘセンサなどにより、推定ＮＯｘ吸蔵量を算出する。

そして、推定ＮＯｘ吸蔵量が飽和量Ｌｍａｘよりも小さい場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、低ＥＧＲ率ＲｂにてＥＧＲ制御を行う（ステップＳ１０４）。また、この場合、ＥＣＵ５０は、リッチスパイク制御は実行しない。即ち、ＥＣＵ５０は、空燃比をリッチにするための第１の燃料添加弁４２による燃料添加は行わない。これにより、ＥＣＵ５０は、燃費の悪化を低減させることができる。

一方、推定ＮＯｘ吸蔵量が飽和量Ｌｍａｘに達した場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、通常ＥＧＲ率ＲａにてＥＧＲ制御を行う（ステップＳ１０５）。この場合であっても、ＥＣＵ５０は、リッチスパイク制御は実行しない。これにより、ＥＣＵ５０は、エンジン１からのＮＯｘの排出を抑制すると共に、燃費の悪化を抑制する。なお、ＥＣＵ５０は、触媒１７が吸蔵したＮＯｘを、ＥＶ走行開始後のステップＳ１０２で還元する。

以上のように、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘの処理を適切に行うことで、エミッション悪化を抑制すると共に、燃費悪化を低減させることができる。

（変形例１）
上述の説明では、ＥＣＵ５０は、推定ＮＯｘ吸蔵量が飽和量Ｌｍａｘに達した場合、低ＥＧＲ率Ｒｂから通常ＥＧＲ率Ｒａに切り替えてＥＧＲ制御を実行した。しかし、本発明が適用可能な方法はこれに限定されない。例えば、これに代えて、ＥＣＵ５０は、飽和量Ｌｍａｘよりも所定量だけ低いＮＯｘ吸蔵量に達した場合、ＥＧＲ率を切り替えてもよい。この場合、所定量は、例えば、実験等に基づき、通常ＥＧＲ率ＲａにてＥＧＲ制御を行った場合のＮＯｘ排出量を考慮して定められる。これによっても、ＥＣＵ５０は、確実にエミッション悪化を抑制することができる。なお、この変形例１は、第２実施形態にも同様に適用することができる。

（変形例２）
上述の説明では、ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行中でのＮＯｘ還元が完了したか否かにかかわらず、エンジン走行時には、ＮＯｘ吸蔵量が飽和量Ｌｍａｘまたは所定量に達するまで、低ＥＧＲ率ＲｂによるＥＧＲ制御を実行した。しかし、本発明が適用可能な制御方法はこれに限定されない。例えば、これに代えて、ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行中にＮＯｘ還元が完了した場合のみ、エンジン１の始動時に低ＥＧＲ率ＲｂによるＥＧＲ制御を実行してもよい。これにより、ＥＣＵ５０は、エンジン１から排出されたＮＯｘをより確実に処理することができる。なお、この変形例２は、第２実施形態にも同様に適用することができる。

［第２実施形態］
第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動後、推定ＮＯｘ吸蔵量が飽和量Ｌｍａｘに達するまでは、低ＥＧＲ率Ｒｂにて制御を行い、触媒１７によるＮＯｘの吸蔵を行った。一方、触媒１７の触媒床温が高温の場合、吸蔵したＮＯｘが触媒１７から脱離してしまう。そこで、第２実施形態では、ＥＣＵ５０は、第１実施形態の制御に加え、ＥＶ走行時のエンジン１の停止中には触媒床温を下げる制御を行うと共に、エンジン走行時ではエンジン出力を制限する制御を行う。これにより、ＥＣＵ５０は、触媒１７をＮＯｘ吸蔵に適した温度に調整する。即ち、ＥＣＵ５０は、エンジン１から排出されたＮＯｘを確実に吸蔵し、エミッション悪化を抑制する。

これについて、図６を参照して具体的に説明する。図６は、第２実施形態の制御の概要を示すグラフの一例である。具体的には、図６（ａ）は、時間経過に伴う触媒１７の触媒床温の推移を示す。図６（ｂ）は、時間経過に伴う推定ＮＯｘ吸蔵量の推移を示す。図６（ｃ）は、時間変化に対する車両１００の車速と、エンジン１の出力（エンジン出力）と、の推移をそれぞれ示す。また、グラフ７０乃至７３は、第２実施形態による制御を実行した場合の各要素の推移を示す。グラフ７２ｘ及びグラフ７３ｘは、触媒床温の冷却制御及びエンジン出力制限を実行しない場合（以後、「比較例」と呼ぶ。）の触媒床温とエンジン出力との推移をそれぞれ示す。以下では、まず、第２実施形態の制御（グラフ７０乃至７３に相当）について説明した後、比較例（グラフ７２ｘ、７３ｘに相当）について説明する。

時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間Ａでは、ＥＣＵ５０は、第１実施形態と同様、ＥＶ走行を開始する。そして、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｂでは、ＥＣＵ５０は、エンジン１を所定のエンジン出力にて作動させる。このとき、ＥＣＵ５０は、低ＥＧＲ率ＲｂでＥＧＲ制御を行う。

そして、時刻ｔ２から所定時刻ｔ２αまでの期間Ｃ１では、ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行を実行すると共に、吸蔵したＮＯｘの還元制御を実行する。即ち、ＥＣＵ５０は、排気ブレーキ弁６４を閉じ、切替弁３４を開くと共に、第２の燃料添加弁４４及びポンプ１４の駆動制御を実行する。そして、時刻ｔ２αに、ＥＣＵ５０は、触媒１７が吸蔵したＮＯｘの還元を完了する。

次に、時刻ｔ２αからエンジン走行を開始するまでの時刻ｔ３までの期間Ｃ２では、ＥＣＵ５０は、触媒１７の冷却制御を実行する。即ち、ＥＣＵ５０は、触媒床温を、ＮＯｘ還元に適した温度（例えば、２００℃〜４５０℃）からＮＯｘ吸蔵に適した温度（例えば、１００℃〜２５０℃）まで引き下げる。具体的には、ＥＣＵ５０は、ポンプ１４を駆動させることで、ポンプ１４上流の排気通路２２から新気を触媒１７に供給させる。このとき、ＥＣＵ５０は、排気ブレーキ弁６４を閉弁し、新気を還流ループ内で還流させてもよい。このようにすることで、ＥＣＵ５０は、ポンプ１４から供給する新気により触媒１７の触媒床温を下げることができる。

そして、エンジン始動後の時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間Ｄでは、ＥＣＵ５０は、低ＥＧＲ率ＲｂでＥＧＲ制御を行う。このとき、触媒１７は、期間Ｃでの冷却制御により、ＮＯｘ吸蔵に適した温度に調整されている。したがって、ＥＣＵ５０は、エンジン１から排出されるＮＯｘを触媒１７に確実に吸蔵させることができる。

また、期間Ｄでは、ＥＣＵ５０は、図示しないアクセルペダルの踏込み量などのドライバ出力要求から定まるエンジン出力を所定の制限値「Ｋｂ」に制限する。制限値Ｋｂは、例えば、エンジン１からの高排気温を抑制可能なエンジン出力、即ち、排気ガスによる触媒１７の過剰な昇温を抑制可能なエンジン出力の上限値に設定される。具体的には、制限値Ｋｂは、実験等に基づき適切な値に設定される。このようにすることで、ＥＣＵ５０は、エンジン走行中での触媒１７の触媒床温の過剰な上昇を抑制し、触媒１７のＮＯｘ吸蔵機能の低下を抑制することができる。

さらに、期間Ｄでは、ＥＣＵ５０は、エンジン出力の要求値に対する不足分だけモータＭＧ１、ＭＧ２の出力を増やす。即ち、ＥＣＵ５０は、制限値Ｋｂを設けることにより減少したエンジン出力の減少分を、モータＭＧ１、ＭＧ２の出力増加分で補う。このようにすることで、ＥＣＵ５０は、ドライバ出力要求に基づき適切に走行を継続する。

次に、推定ＮＯｘ吸蔵量が飽和量Ｌｍａｘに達した時刻ｔ４からＥＶ走行を開始する時刻ｔ５までの期間Ｅでは、ＥＣＵ５０は、低ＥＧＲ率Ｒｂから通常ＥＧＲ率Ｒａに切り替える。これにより、ＥＣＵ５０は、エンジン１からのＮＯｘ排出を抑制する。

そして、時刻ｔ５から所定時刻ｔ５αまでの期間Ｆ１では、ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行を実行すると共に、触媒１７のＮＯｘ還元制御を実行する。そして、ＥＣＵ５０は、時刻ｔ５αに触媒１７のＮＯｘ還元を完了する。

そして、ＮＯｘ還元を完了した時刻ｔ５α以降の期間Ｆ２では、ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行中に触媒１７の触媒床温を下げる制御を行う。即ち、ＥＣＵ５０は、ポンプ１４を駆動させて触媒１７を冷却する。これにより、ＥＣＵ５０は、触媒床温をＮＯｘ還元に適した温度からＮＯｘ吸蔵に適した温度へ引き下げ、次の低ＥＧＲ率Ｒｂによるエンジン走行時での触媒１７のＮＯｘ吸蔵を促進させる。

なお、期間Ｃ２及び期間Ｆ２では、ＥＣＵ５０は、上述の制御に加え、触媒１７が吸蔵に適した触媒床温になるように、図示しない触媒床温センサ等の検出値に基づきポンプ１４の出力を制御してもよい。

次に、比較例について説明する。比較例の場合、ＥＣＵ５０は、期間Ｃ２で触媒１７の冷却制御を実行していないため、低ＥＧＲ率ＲｂによるＥＧＲ制御を開始する時刻ｔ３での触媒床温が第２実施形態による制御の場合と比較して高い（グラフ７３ｘ参照）。また、比較例では、ＥＣＵ５０は、期間Ｄ及び期間Ｅにエンジン出力の制限をしていない（グラフ７２ｘ参照）。従って、期間Ｄ及び期間Ｅでは、第２実施形態による制御の場合と比較して、エンジン１の排気熱に起因して触媒床温が高くなる（グラフ７３ｘ参照）。

以上のように、比較例では、第２実施形態による制御と比較して、エンジン走行時での触媒床温が高くなる。即ち、この場合、触媒床温がＮＯｘ吸蔵に適した温度より高温であることに起因して、ＮＯｘの脱離放出が発生し、エミッションの悪化が発生する可能性がある。これに対し、第２実施形態による制御では、ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行中の触媒１７の冷却制御及びエンジン走行中のエンジン出力の制限を行うことで、触媒１７をＮＯｘ吸蔵に適した温度に保ち、エミッションの悪化を抑制することができる。

（処理フロー）
次に、第２実施形態における処理の手順について説明する。図７は、第２実施形態においてＥＣＵ５０が実行する処理の手順を表すフローチャートの一例である。ＥＣＵ５０は、図７に示すフローチャートの処理を、例えば車両の走行時に所定の周期に従い繰り返し実行する。

まず、ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行中であるか否か判定する（ステップＳ２０１）。そして、ＥＶ走行中の場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、次に、ＮＯｘ還元が未完了か否か判定する（ステップ２０２）。即ち、ＥＣＵ５０は、触媒１７にＮＯｘが吸蔵されているか否か判定する。

そして、ＮＯｘ還元が未完了の場合（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ還元制御を実行する（ステップＳ２０３）。即ち、ＥＣＵ５０は、排気ブレーキ弁６４を閉じ、切替弁３４を閉じるとともに、第２の燃料添加弁４４及びポンプ１４の駆動制御を実行する。

一方、ＮＯｘ還元が未完了ではない場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、即ち、ＮＯｘ還元が完了している場合、ＥＣＵ５０は、触媒１７の冷却制御を行うと共に、エンジン出力を制限する（ステップＳ２０４）。即ち、ＥＣＵ５０は、ポンプ１４を駆動させることで、触媒１７に新気を供給して触媒床温をＮＯｘ吸蔵に適した温度まで下げる。また、ＥＣＵ５０は、エンジン１に要求するエンジン出力を制限値Ｋｂまでに制限すると共に、エンジン出力の不足分だけモータＭＧ１、ＭＧ２の出力を上げる。これにより、ＥＣＵ５０は、排気ガスによる過剰な触媒床温の上昇を防ぐ。このように触媒床温を適切に制御することで、ＥＣＵ５０は、エンジン始動時に、エンジン１から排出されたＮＯｘを触媒１７に適切に吸蔵させることができる。

一方、ＥＶ走行中ではない場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、即ち、エンジン１を始動させた場合、ＥＣＵ５０は、第１実施形態と同様、推定ＮＯｘ吸蔵量が飽和量Ｌｍａｘより小さいか否か判定する（ステップＳ２０５）。そして、推定ＮＯｘ吸蔵量が飽和量Ｌｍａｘより小さい場合（ステップＳ２０５；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、低ＥＧＲ率ＲｂによるＥＧＲ制御を実行する（ステップＳ２０６）。このとき、ステップ２０４の制御により、触媒１７の触媒床温はＮＯｘ吸蔵に適した温度まで下げられている。従って、ＥＣＵ５０は、エンジン１から排出されたＮＯｘを適切に触媒１７に吸蔵することができる。

一方、推定ＮＯｘ吸蔵量が飽和量Ｌｍａｘに達した場合（ステップＳ２０５；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、通常ＥＧＲ率ＲａによるＥＧＲ制御を実行する（ステップＳ２０７）。これにより、ＥＣＵ５０は、エンジン１からのＮＯｘ排出を抑制する。

以上のように、第２実施形態では、ＥＣＵ５０は、触媒床温が高温であることに起因するＮＯｘの触媒１７からの脱離放出を抑制することができる。従って、ＥＣＵ５０は、燃費の悪化を低減すると共に、エミッションの悪化を抑制することができる。

１ エンジン
４ 動力分割機構
５ インバータ
６ バッテリ
１１ インタークーラ
１４ ポンプ
１７ 触媒
２１ 吸気通路
２２ 排気通路
２３ ＥＧＲ通路
２４ 還流通路
３１ スロットル弁
３３ ＥＧＲ弁
４２ 第１の燃料添加弁
４４ 第２の燃料添加弁
５０ ＥＣＵ
６４ 排気ブレーキ弁
ＭＧ１、ＭＧ２ モータ

Claims (5)

1. ハイブリッド車両に搭載される内燃機関の排気浄化装置であって、
   エンジンと、
   排気通路上に設けられＮＯｘを吸蔵還元する触媒と、
   前記触媒の下流の前記排気通路と、前記触媒の上流の前記排気通路とを連通する還流通路と、
   前記還流通路上に燃料を添加する燃料添加弁と、
   前記触媒の上流かつ前記還流通路との合流部分の前記排気通路に設けられ、新気と前記還流通路上のガスとを前記触媒へ供給するポンプと、
   前記エンジンの停止中に、前記ポンプと前記燃料添加弁とを制御することにより、前記触媒のＮＯｘ還元を行うＮＯｘ還元制御手段と、
   前記エンジンの作動時に、通常のＥＧＲ率よりも小さいＥＧＲ率によりＥＧＲ制御を行うことで空燃比をリーンにし、前記触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達した場合には、ＥＧＲ率を通常のＥＧＲ率に戻してＥＧＲ制御を行うＥＧＲ制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記所定量は、前記触媒のＮＯｘ吸蔵量の飽和量に設定される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記ＥＧＲ制御手段は、前記エンジンの停止中に前記ＮＯｘ還元制御手段によるＮＯｘ還元が完了した場合のみ、次の前記エンジンの作動時に、通常のＥＧＲ率よりも小さいＥＧＲ率によりＥＧＲ制御を行う請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記エンジンの停止中であって、かつ、前記触媒のＮＯｘ還元が完了した場合、前記ポンプを駆動させることにより前記触媒の床温を下げる触媒床温制御手段
   をさらに備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記還流通路の下流の前記排気通路上に設けられた排気ブレーキ弁をさらに備え、
   前記ＮＯｘ還元制御手段は、前記エンジン停止中に、前記排気ブレーキ弁を閉じる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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