JP2013133727A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化装置を電気ヒータで加熱し触媒の温度を調整して浄化効率を高めようとする場合に、内燃機関の状況によりバッテリー残量が低く、電気ヒータへの供給電力が制限され触媒の温度が適切に調整されない場合がある。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられるとともに内燃機関の燃焼室から排出される排気に含まれる所定の浄化対象成分を浄化する触媒であって、該触媒の温度に応じて浄化対象成分の浄化効率が変化する触媒を備え、浄化対象成分の浄化効率を高めるべき条件である第１条件に基づいて触媒の温度に関連するパラメータが調整されることよりも第１条件とは異なる第２条件に基づいてパラメータが調整されることが優先される場合２２０においては、燃焼室から排出される排気に含まれる浄化対象成分の量が減少するように内燃機関の運転状態が調整２３０されるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気を浄化する触媒を排気通路に備えた、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の燃焼室から放出されるガス（排気）は、一般に、窒素酸化物（ＮＯｘ）および粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ。ＰＭ）などの種々の物質を含んでいる。これら物質の内燃機関の外部への排出量（エミッション排出量）は、出来る限り低減されることが望ましい。そこで、従来から、これら物質を排気から除去することによって排気を浄化する排気浄化装置が提案されている。

例えば、従来から、排気に含まれる特定の成分を選択的に還元することによって排気を浄化する触媒（いわゆる、Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒。以下、「ＳＣＲ触媒」とも称呼される。）を排気通路に備えた排気浄化装置が提案されている。この種の排気浄化装置として、例えば、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に除去（還元）するＳＣＲ触媒を備えるとともに、同触媒に導入される排気中に還元剤（例えば、尿素水）を供給する排気浄化装置が挙げられる。この排気浄化装置においては、ＳＣＲ触媒内にて排気に含まれる窒素酸化物と還元剤（例えば、尿素水中の尿素が加水分解されて得られるアンモニア）とが反応せしめられることにより、窒素酸化物が排気から除去される（窒素酸化物が窒素および水に還元される）ようになっている。

ところで、周知のように、ＳＣＲ触媒による排気の浄化効率は、一般にＳＣＲ触媒の温度に応じて変化する。そこで、上記ＳＣＲ触媒を有する従来の排気浄化装置の一つ（以下、「従来装置」とも称呼される。）は、ＳＣＲ触媒と、排気通路におけるＳＣＲ触媒の上流側の位置に設けられた電気ヒータと、を備える。そして、従来装置は、内燃機関の運転状態に応じて電気ヒータの発熱量を変更することにより（つまり、ＳＣＲ触媒に導入される排気の温度を変更することにより）、ＳＣＲ触媒の温度を調整する。これにより、従来装置は、ＳＣＲ触媒の温度を所定の目標温度に一致させるようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１０−２６５８６２号公報

従来装置は、上述したように、電気ヒータを利用してＳＣＲ触媒に導入される排気の温度を調整するようになっている。一方、一般に、この種の電気ヒータの発熱量は内燃機関に備えられたバッテリから電気ヒータに供給される電力の大きさに応じて変化する。そのため、バッテリから電気ヒータに必要な大きさの電力を供給することができる場合、ＳＣＲ触媒の温度は適切に調整され得ることになると考えられる。

ところが、周知のように、バッテリから供給される電力は、電気ヒータだけではなく、内燃機関を構成する他の多くの部材（例えば、燃料加圧用ポンプ、スタータモータ、グロープラグ、燃料噴射用インジェクタ、各種の制御弁、および、それらを制御するための電子制御装置など）においても用いられる。そのため、バッテリに蓄えられている電気エネルギの量（バッテリ残量）が過度に少ないとき（または、同バッテリ残量が過度に少なくなることを避けるべく）、電気ヒータへ供給される電力の大きさが制限されるべき場合があると考えられる。このような場合、電気ヒータの発熱量が必要な発熱量よりも小さくなることから、ＳＣＲ触媒の温度が適切に調整されない可能性がある。その結果、ＳＣＲ触媒による排気の浄化効率が十分に高められない場合があると考えられる。

しかしながら、内燃機関のエミッション排出量を出来る限り低減するためには、排気浄化装置がバッテリ残量にかかわらず排気を適切に浄化し得ることが望ましい。さらに、上記説明から理解されるように、バッテリ残量に限られず、排気浄化装置による排気の浄化効率を高める目的を達成するために特定の運転パラメータが調整されることよりも他の目的を達成するために同運転パラメータが調整されることが優先される場合であっても、排気が適切に浄化されることが望ましい。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、排気浄化装置による排気の浄化効率を十分に高めることができない場合であってもエミッション排出量を低減することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられるとともに前記内燃機関の燃焼室から排出される排気に含まれる所定の浄化対象成分を浄化する触媒であって、該触媒の温度に応じて前記浄化対象成分の浄化効率が変化する触媒、を備える。

上記「浄化対象成分」は、排気に含まれる成分のうちの内燃機関の外部に放出することが望ましくないと考えられる成分であればよく、特に制限されない。例えば、浄化対象成分として、窒素酸化物（ＮＯｘ）、未燃物（例えば、ＨＣ）および粒子状物質（ＰＭ）などが挙げられる。

上記「触媒」は、触媒に導入される排気に含まれる浄化対象成分を浄化し得るものであればよく、特に制限されない。例えば、触媒として、触媒成分（ゼオライト系触媒およびバナジウム系触媒など）が担体（セラミックスなど）に担持された構成を有するＳＣＲ触媒、触媒成分（貴金属など）と酸素吸蔵物質とＮＯｘ吸蔵物質とが担体に担持されたＮＯｘ吸蔵還元触媒、粒子状物質を捕集するディーゼルパーティキュレートフィルタ、排気に含まれる窒素酸化物を酸化させ得る酸化触媒、および、窒素酸化物および粒子状物質の双方を排気中から除去することができるＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒、などが採用され得る。なお、「浄化対象成分を浄化する」とは、浄化対象成分の少なくとも一部をその排気から除去することを意味し、必ずしも浄化対象成分の全てをその排気から除去することを意味しない。

さらに、本発明の排気浄化装置は、
「前記浄化対象成分の浄化効率を高めるべき条件である第１条件」に基づいて前記触媒の温度に関連するパラメータが調整されることよりも「前記第１条件とは異なる第２条件」に基づいて前記パラメータが調整されることが優先される場合、前記燃焼室から排出される排気に含まれる「前記浄化対象成分の量が減少する」ように前記内燃機関の運転状態が調整される、ように構成される。

上記構成により、浄化対象成分の浄化効率を高める目的を達成するために上記パラメータが調整されるべきときに（第１条件が成立しているときに）同パラメータを調整することができない場合（第２条件が成立している場合）であっても、燃焼室から排出される排気に含まれる浄化対象成分の量そのものが減少されるので、エミッション排出量が増大することが防がれることになる。したがって、上記構成を備えた本発明の排気浄化装置は、排気の浄化効率を十分に高めることができない場合であってもエミッション排出量を低減することができる。

ところで、上記「触媒の温度に関連するパラメータ」は、触媒の温度に対して何らかの関連性を有するパラメータであればよく、特に制限されない。例えば、触媒の温度に関連するパラメータとして、触媒の温度そのもの、触媒の温度が他の部材（例えば、電気ヒータ）によって直接的に又は間接的に変更される場合には同部材の作動状態（例えば、電気ヒータの消費電力の大きさ）、同部材の作動状態に関連する要件（例えば、電気ヒータに供給される電力の大きさ）、触媒に導入される排気の温度、および、同排気の温度に関連する内燃機関の運転パラメータ（例えば、燃料の噴射時期等）などが採用され得る。

上記「内燃機関の運転状態」は、燃焼室から排出される排気に含まれる浄化対象成分の量に対して何らかの関連性を有する運転状態（または、同運転状態を表わす指標）であればよく、特に制限されない。例えば、内燃機関の運転状態として、ディーゼル機関における燃料噴射時期、火花点火機関における点火時期、排気を排気通路から吸気通路へ還流させる排気再循環（ＥＧＲ）が行われる内燃機関におけるＥＧＲ率（気筒内に吸入されるガス全体の量に占める排気再循環によって還流された排気の量）、および、過給機に導入される排気が通過する領域の開口面積を変更可能な過給機（いわゆる、可変ジオメトリターボチャージャ）を備えた内燃機関における同開口面積の大きさ、などが採用され得る。

なお、上記「第１条件」および上記「第２条件」の具体例については後述される。

次いで、本発明の排気浄化装置のいくつかの態様（態様Ａ〜態様Ｄ）が説明される。以下、便宜上、触媒の温度に関連するパラメータは「触媒温度関連パラメータ」とも称呼される。

・態様Ａ
上述したように、本発明の排気浄化装置においては、触媒温度関連パラメータが調整されることによって触媒の温度（換言すると、浄化対象成分の浄化効率）が調整され得る。

ここで、例えば、具体的な構成の一例として、本発明の排気浄化装置は、
前記排気通路における前記触媒よりも上流側の位置に設けられる排気温度調整手段であって、該排気温度調整手段に供給される電力の大きさに応じて該排気温度調整手段を通過して前記触媒に導入される排気の温度を調整することによって前記触媒の温度を変更する排気温度調整手段、を備え、
前記パラメータ（触媒温度関連パラメータ）としての前記電力の大きさが調整される、
ように構成され得る。

上記構成により、排気温度調整手段が触媒よりも上流側の位置（換言すると、触媒が排気温度調整手段よりも下流側の位置）に設けられるので、排気温度調整手段を経た排気が触媒に導入されることになる。よって、排気温度調整手段を通過した排気の温度（換言すると、触媒温度関連パラメータとしての上記電力の大きさ）が調整されることにより、触媒の温度が調整され得ることになる。

なお、上記「下流側」とは、排気通路内において排気が移動するときの同排気の移動方向に相当する向きを表す。例えば、「排気温度調整手段よりも下流側の位置」とは、排気温度調整手段が設けられている位置よりも内燃機関の燃焼室から離れた位置を表す。一方、上記「上流側」とは、排気通路内において排気が移動するときの同排気の移動方向の逆の方向に相当する向きを表す。例えば、「触媒よりも上流側の位置」とは、触媒が設けられている位置よりも燃焼室に近い位置を表す。

ところで、上記「排気温度調整手段」は、排気の温度を調整（変更）し得る手段であればよく、特に制限されない。例えば、排気温度調整手段として、排気に対して所望の量の熱エネルギを与え得る電気ヒータが採用され得る。なお、排気の温度を「調整する」ことには、排気の温度を上昇させること、排気の温度を低下させること、および、排気の温度を特定の温度に維持すること、が含まれる。

・態様Ｂ
一般に、内燃機関の排気浄化装置においては、触媒の浄化効率は出来る限り高い状態に維持されることが望ましいと考えられる。

そこで、例えば、上記「浄化対象成分の浄化効率を高めるべき第１条件」として、前記触媒の温度が第１閾値以上であるか否か、および、前記触媒に導入される排気の温度が第２閾値以上であるか否か、の少なくとも１つが採用される、ように構成され得る。

上記構成により、触媒の温度が、触媒としての機能を十分に発揮する観点において適切な温度（以下、「活性温度」とも称呼される。）に維持され得ることになる。

・態様Ｃ
一方、排気浄化装置が上記「供給される電力の大きさに応じて・・・排気の温度を変更する排気温度調整手段」を備える場合、上述したように同電力の大きさが制限されるべき場合もあると考えられる。

そこで、例えば、具体的な構成の一例として、上記排気温度調整手段を有する排気浄化装置は、
前記排気温度調整手段に電力を供給する電力供給手段を備え、
前記第２条件として、前記排気温度調整手段に電力を供給した後の前記電力供給手段の充電率の大きさが第３閾値以上であるか否か、が採用される、ように構成され得る。

上記構成により、排気温度調整手段に電力を供給することによって電力供給手段の充電率の大きさが過度に小さくなることが予想されるとき（例えば、電力を供給する前の時点における充電率が所定の閾値よりも小さいとき、または、排気温度調整手段に電力を供給することによる充電率の低下量（予測される低下量）を電力を供給する前の時点における充電率から減算して得られる充電率（予測される充電率）が所定の閾値よりも小さいとき、など）、第２条件に基づいて触媒温度関連パラメータが調整されることが優先されることになる。よって、例えば、電力供給手段が排気温度調整手段とは異なる他の部材に供給すべき電力が不足することが避けられ得る。

ところで、上記「電力供給手段」は、排気温度調整手段に電力を供給し得る手段であればよく、特に制限されない。例えば、電力供給手段として、内燃機関が搭載される車両に備えられるバッテリなどが挙げられる。

上記「充電率」は、電力供給手段の充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を示す指標である。すなわち、充電率がゼロ％であることは電力供給手段に蓄えられている電気エネルギがゼロである状態を表し、充電率が１００％であることは電力供給手段に蓄えられている電気エネルギが電力供給手段が蓄え得る最大量である状態を表す。

上記「電力供給手段の充電率の大きさが第３閾値以上であるか否か」は、例えば、排気温度調整手段に電力が供給される前の時点における電力供給手段の充電率が所定の閾値以上であるか否か、または、内燃機関を搭載した車両が減速時などに電力を回生する構成を備えている場合において回生される電力が消費される電力以上であるか否か、などによって判定され得る。

・態様Ｄ
上述したように、本発明の排気浄化装置における浄化対象成分は、特に制限されない。

例えば、具体的な構成の一例として、本発明の排気浄化装置は、
前記浄化対象成分が窒素酸化物である、ように構成され得る。

以上に説明したように、本発明の排気浄化装置は、排気浄化装置による排気の浄化効率を十分に高めることができない場合であってもエミッション排出量を低減することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る排気浄化装置が適用される内燃機関の概略図である。 本発明の実施形態に係る排気浄化装置において処理されるルーチンを示したフローチャートである。 本発明の実施形態に係る排気浄化装置において処理されるルーチンを示したフローチャートである。

以下、本発明による排気浄化装置の具体的な実施形態の１つの例が、図面を参照しながら説明される。

＜装置の概要＞
図１は、本発明の実施形態の一例に係る排気浄化装置（以下、「実施装置」とも称呼される。）を内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。内燃機関１０は、第１気筒〜第４気筒の４つの気筒を有する４気筒ディーゼル機関である。以下、便宜上、「内燃機関１０」は、単に「機関１０」とも称呼される。

この機関１０は、図１に示されるように、燃料噴射系統を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０に空気を導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０から排出されるガスを機関１０の外部に放出するための排気系統４０、機関１０を構成する部材に電力を供給する電力供給系統５０、排気のエネルギによって駆動されてエンジン本体２０に導入される空気を圧縮する過給機６０、および、排気を排気系統４０から吸気系統３０に還流させるためのＥＧＲ装置７０、各種のセンサ８１〜８８、および、電子制御装置９０、を備えている。

エンジン本体２０は、吸気系統３０および排気系統４０が連結されたシリンダヘッド２１、および、シリンダヘッド２１に設けられた複数の燃料噴射装置２２を有している。燃料噴射装置２２は、電子制御装置９０からの指示信号に応じて燃焼室内に燃料を噴射するようになっている。

吸気系統３０は、シリンダヘッド２１に形成された吸気ポート（図示省略）、吸気ポートを介してそれぞれの気筒に連通されたインテークマニホールド３１、インテークマニホールド３１の上流側の集合部に接続された吸気管３２、吸気管３２内の開口面積（開口断面積）を変更することができるスロットル弁（吸気絞り弁）３３、スロットル弁３３を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ３３ａ、スロットル弁３３の上流側の吸気管３２に設けられたインタークーラ３４、および、インタークーラ３４の上流側に設けられた過給機６０よりも上流側の吸気管３２の端部に設けられたエアクリーナ３５、を有している。インテークマニホールド３１および吸気管３２は、吸気通路を構成している。

排気系統４０は、シリンダヘッド２１に形成された排気ポート（図示省略）、排気ポートを介してそれぞれの気筒に連通されたエキゾーストマニホールド４１、エキゾーストマニホールド４１の下流側の集合部に接続された排気管４２、排気管４２に設けられた過給機６０よりも下流側に設けられたディーゼルパーティキュレートフィルタ４３（内部に酸化触媒を有してもよい。）、ディーゼルパーティキュレートフィルタ４３の下流側に設けられた排気浄化用触媒４４（内部に、電気ヒータ４４ａと、電気ヒータ４４ａの下流側に設けられたＳＣＲ触媒４４ｂと、を有する。）、および、電子制御装置９０からの指示信号に基づいて排気浄化用触媒４４に導入される排気中に還元剤（例えば、尿素水）を供給する還元剤添加弁４５、を有している。エキゾーストマニホールド４１および排気管４２は、排気通路を構成している。

電力供給系統５０は、バッテリ５１、および、機関１０が搭載される車両が減速する場合等に電力を回生することが可能な回生装置５２を有している。バッテリ５１は、電気ヒータ４４ａと接続されており、電子制御装置９０からの指示信号に応じて電気ヒータ４４ａにおける発熱量（換言すると、電気ヒータ４４ａを通過する排気の温度）を変更するようになっている。さらに、回生装置５２は、バッテリ５１と接続されており、電子制御装置９０からの指示信号に応じて回生された電力をバッテリ５１に供給する（バッテリ５１に蓄える）ようになっている。

過給機６０は、吸気通路（吸気管３２）に設けられたコンプレッサ６１、排気通路（排気管４２）に設けられたタービン６２、および、可変ノズル機構６３、を有している。過給機６０は、タービン６２に導入される排気のエネルギを利用してコンプレッサ６１に導入される空気（すなわち、燃焼室に導入される空気）を圧縮するように構成されている。可変ノズル機構６３は、タービン６２に導入される排ガスが通過する領域の開口面積（以下、「ノズル開度」とも称呼される。）を、電子制御装置９０からの指示信号に応じて変更するようになっている。

ＥＧＲ装置７０は、排気をエキゾーストマニホールド４１からインテークマニホールド３１へと還流させる通路（ＥＧＲ通路）を構成する排気還流管７１、排気還流管７１に設けられたＥＧＲガス冷却装置（ＥＧＲクーラ）７２、および、排気還流管７１に設けられたＥＧＲ制御弁７３、を有している。ＥＧＲ制御弁７３は、還流される排気の量を電子制御装置９０からの指示信号に応じて変更するようになっている。

各種のセンサ８１〜８８として、空気導入量センサ８１、吸気温度センサ８２、過給圧センサ８３、クランクポジションセンサ８４、ＮＯｘセンサ８５、排気温度センサ８６、触媒温度センサ８７、および、アクセル開度センサ８８が設けられている。

空気導入量センサ８１は、吸気通路（吸気管３２）に設けられている。空気導入量センサ８１は、吸気管３２内を流れる空気の質量流量（すなわち、機関１０に吸入される空気の質量）に応じた信号を出力するようになっている。

吸気温度センサ８２は、吸気通路（吸気管３２）に設けられている。吸気温度センサ８２は、吸気管３２内を流れる空気の温度である吸気温度に応じた信号を出力するようになっている。

過給圧センサ８３は、スロットル弁３３の下流側の吸気管３２に設けられている。過給圧センサ８３は、吸気管３２内の空気の圧力（すなわち、過給機６０によってもたらされる過給圧）を表す信号を出力するようになっている。

クランクポジションセンサ８４は、クランクシャフト（図示省略）の近傍に設けられている。クランクポジションセンサ８４は、クランクシャフトの回転に応じた信号（すなわち、機関回転速度に応じた信号）を出力するようになっている。

ＮＯｘセンサ８５は、排気浄化用触媒４４の上流側の位置に設けられている。ＮＯｘセンサ８５は、排気浄化用触媒４４に導入される排気における窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度に応じた信号を出力するようになっている。

排気温度センサ８６は、排気浄化用触媒４４の上流側の位置に設けられている。排気温度センサ８６は、排気浄化用触媒４４に導入される排気の温度Texに応じた信号を出力するようになっている。

触媒温度センサ８７は、排気浄化用触媒４４に設けられている。触媒温度センサ８７は、排気浄化用触媒４４（特に、ＳＣＲ触媒４４ｂ）の温度Tscrに応じた信号を出力するようになっている。

アクセル開度センサ８８は、機関１０の操作者によって操作されるアクセルペダルＡＰに設けられている。アクセル開度センサ８８は、このアクセルペダルＡＰの開度に応じた信号を出力するようになっている。

電子制御装置９０は、ＣＰＵ９１、ＣＰＵ９１が実行するプログラム、テーブル（マップ）および定数などをあらかじめ記憶したＲＯＭ９２、ＣＰＵ９１が必要に応じて一時的にデータを格納するＲＡＭ９３、電源が投入された状態でデータを格納すると共に格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ９４、ならびに、ＡＤコンバータを含むインターフェース９５を有する。ＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３、ＲＡＭ９４およびインターフェース９５は、互いにバスで接続されている。

インターフェース９５は、上述した各種のセンサと接続され、ＣＰＵ９１にそれらから出力される信号を伝えるようになっている。さらに、インターフェース９５は、燃料噴射装置２２、アクチュエータ３３ａ、バッテリ５１、回生装置５２、および、ＥＧＲ制御弁６３などと接続され、ＣＰＵ９１の指示に応じてそれらに指示信号を送るようになっている。

＜装置の作動の概要＞
以下、機関１０に適用される実施装置の作動の概要が、図２を参照しながら説明される。図２は、実施装置の作動の概要を示す「概略フローチャート」である。

実施装置は、図２のステップ２１０にて、浄化対象成分の浄化効率を高めるべき条件（第１条件）が成立するか否かを判定する。実施装置は、現時点において浄化対象成分の浄化効率を高めるべきであると判定すると、ステップ２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２２０に進む。

実施装置は、ステップ２２０にて、浄化対象成分の浄化効率を高めるべき条件（第１条件）に基づいて触媒温度関連パラメータを調整することよりも他の条件（第２条件）に基づいて触媒温度関連パラメータを調整することが優先されるか否かを判定する。

実施装置は、第２条件に基づいて触媒温度関連パラメータを調整することが優先されると判定した場合、ステップ２２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ２３０に進む。そして、実施装置は、排気中の浄化対象成分の量が減少するように内燃機関の運転状態を調整する。一方、実施装置は、第２条件に基づいて触媒温度関連パラメータを調整することが優先されると判定しない場合（すなわち、第１条件に基づいて触媒温度関連パラメータを調整し得ると判定した場合）、ステップ２２０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２４０に進む。そして、実施装置は、浄化対象成分の浄化効率を高めるように触媒温度関連パラメータを調整する。

なお、実施装置は、浄化対象成分の浄化効率を高めるべき条件（第１条件）が成立すると判定しない場合、ステップ２１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２９５に直接進む。この場合、内燃機関の運転状態および触媒温度関連パラメータは調整されない。
以上が、実施装置の作動の概要である。

＜実際の作動＞
以下、実施装置の実際の作動が説明される。

実施装置において、ＣＰＵ９１は、図３にフローチャートによって示した「触媒温度制御ルーチン」を、あらかじめ定められたタイミング毎に（例えば、任意の気筒のクランク角度が吸気行程前の特定のクランク角度に一致する毎に）、繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ９１は、このルーチンにより、機関１０の運転状態に基づいて「排気の浄化効率を高めることと、バッテリの消費電力を小さくすることと、のいずれを優先するべきか」を確認するとともに、その確認の結果に応じてＳＣＲ触媒４４ｂの温度または内燃機関の運転状態を調整する。

具体的に述べると、ＣＰＵ９１は、所定のタイミングにて図３のステップ３００から処理を開始すると、ステップ３１０に進む。ＣＰＵ９１は、ステップ３１０にて、現時点において排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化効率を高めるべくＳＣＲ触媒４４ｂの温度を高める必要があるか否か（すなわち、第１条件が成立するか否か）を判定する。より具体的に述べると、ＣＰＵ９１は、ステップ３１０にて、下記条件（ａ−１）および（ａ−２）の少なくとも一方が成立するとき、第１条件が成立すると判定する。換言すると、ＣＰＵ９１は、下記条件（ａ−１）および（ａ−２）の双方が成立しないとき、第１条件が成立しないと判定する。

（ａ−１）排気温度Texが所定の閾値温度Texthよりも低い。
（ａ−２）触媒温度Tscrが所定の閾値温度Tscrthよりも低い。

条件（ａ−１）は、ＳＣＲ触媒４４ｂの温度に影響を与える排気温度Texが十分に小さいか否かを判断するための条件である。条件（ａ−１）に係る閾値温度Texthは、排気温度Texがその閾値温度Texthよりも低い場合におけるＳＣＲ触媒４４ｂによる窒素酸化物の浄化効率が「窒素酸化物の濃度に対して要求されるＳＣＲ触媒４４ｂによる窒素酸化物の浄化効率（要求浄化効率）」よりも小さくなると判断され得る適値に設定される。また、条件（ａ−２）に係る閾値温度Tscrthは、ＳＣＲ触媒４４ｂの温度Tscrがその閾値温度Tscrthよりも低い場合にＳＣＲ触媒４４ｂによる窒素酸化物の浄化効率が要求浄化効率よりも小さくなると判断され得る適値に設定される。

現時点において第１条件が「成立しない」場合、ＣＰＵ９１は、ステップ３１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。よって、この場合、ＳＣＲ触媒４４ｂの温度の制御は行われない。

一方、現時点において第１条件が「成立する」場合、ＣＰＵ９１は、ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ３２０に進む。ＣＰＵ９１は、ステップ３２０にて、電気ヒータ４４ａに電力を供給した後のバッテリの充電率の大きさが十分な大きさであるか否か（すなわち、第２条件が成立するか否か）を判定する。より具体的に述べると、ＣＰＵ９１は、ステップ３２０にて、下記条件（ｂ−１）および（ｂ−２）の少なくとも一方が成立するとき、第２条件が成立すると判定する。換言すると、ＣＰＵ９１は、下記条件（ｂ−１）および（ｂ−２）の双方が成立しないとき、第２条件が成立しないと判定する。

（ｂ−１）バッテリの充電率SOCが所定の閾値充電率SOCthよりも小さい。
（ｂ−２）回生電力Pgが消費電力Pcよりも小さい。

条件（ｂ−１）に係る閾値充電率SOCthは、バッテリ５１の充電率SOCがその閾値充電率SOCthよりも小さい場合には電気ヒータ４４ａに電力を供給することによって充電率SOCの大きさが過度に小さくなる（例えば、機関１０を構成する他の部材における電力の消費に影響を与える）と判断され得る適値に設定される。なお、バッテリ５１の充電率SOCは、バッテリ５１の出力端子における電圧値に基づいて取得され得る。また、条件（ｂ−２）のおける消費電力Pcは、電気ヒータ４４ａに電力を供給することによって消費されると予測される電力である。

現時点において第２条件が「成立する」場合、ＣＰＵ９１は、ステップ３２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ３３０に進む。ＣＰＵ９１は、ステップ３３０にて、排気に含まれる窒素酸化物の量を低減するための制御を実行する。具体的に述べると、ＣＰＵ９１は、ステップ３３０にて、下記制御（ｃ−１）〜（ｃ−３）のうちの少なくとも１つを実行する。

（ｃ−１）ＥＧＲ率を所定の大きさΔEGRだけ増大する。
（ｃ−２）燃料噴射時期を所定の大きさΔFitだけ遅角する。
（ｃ−３）ノズル開度を所定の大きさΔVNだけ増大する。

制御（ｃ−１）におけるＥＧＲ率の増大量ΔEGR、制御（ｃ−２）における燃料噴射時期の遅角量ΔFitおよび制御（ｃ−３）におけるノズル開度の増大量ΔVNは、排気中の窒素酸化物の濃度を「現時点におけるＳＣＲ触媒４４ｂの温度から推定される窒素酸化物の浄化効率によって所望の程度に浄化可能な濃度」にまで減少させられると判断され得る適値に設定される。

その後、ＣＰＵ９１は、ステップ３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

一方、現時点において第２条件が「成立しない」場合、ＣＰＵ９１は、ステップ３２０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ３４０に進む。ＣＰＵ９１は、ステップ３４０にて、バッテリ５１から電気ヒータ４４ａに所定の大きさの電力（例えば、ＳＣＲ触媒４４ｂの温度Tscrを上記閾値温度Tscrth以上とするために必要なだけの電力）を供給する。これにより、ＳＣＲ触媒４４ｂの温度が高められる。その後、ＣＰＵ９１は、ステップ３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

以上に説明したように、実施装置は、機関１０の運転状態に基づいてＳＣＲ触媒４４ｂの温度または内燃機関の運転状態を調整する。これにより、実施装置は、排気浄化用触媒４４による排気の浄化効率を十分に高めることができない場合であっても、エミッション排出量を低減することができる。
以上が、実施装置についての説明である。

＜実施形態の総括＞
図１〜図３を参照しながら説明したように、本発明の実施形態に係る排気浄化装置（実施装置）は、内燃機関１０の排気通路４２に設けられるとともに前記内燃機関１０の燃焼室から排出される排気に含まれる所定の浄化対象成分（窒素酸化物）を浄化する触媒（ＳＣＲ触媒）４４ｂであって、該触媒４４ｂの温度Tscrに応じて前記浄化対象成分ＮＯｘの浄化効率が変化する触媒４４ｂ、を備えている。

実施装置は、
前記浄化対象成分ＮＯｘの浄化効率を高めるべき条件である第１条件（図３のステップ３１０）に基づいて前記触媒４４ｂの温度Tscrに関連するパラメータ（バッテリ５１から電気ヒータ４４ａに供給される電力の大きさ）が調整されることよりも前記第１条件とは異なる第２条件（図３のステップ３２０）に基づいて前記パラメータが調整されることが優先される場合、前記燃焼室から排出される排気に含まれる前記浄化対象成分ＮＯｘの量が減少するように前記内燃機関の運転状態が調整される（図３のステップ３３０）、ように構成されている。

別の言い方をすると、実施装置は、前記触媒の温度に関連するパラメータをあらかじめ定められた度合いだけ調整することによって前記浄化対象成分の浄化率を高めるべきであると判断される条件である第１条件が成立しているとき、前記パラメータを前記あらかじめ定められた度合いだけ調整するべきではないと判断される条件である第２条件が成立している場合、前記燃焼室から排出される排気に含まれる前記浄化対象成分の量が減少するように前記内燃機関の運転状態が調整される、ように構成されている。

さらに、実施装置は、
前記排気通路４２における前記触媒４４ｂよりも上流側の位置に設けられる排気温度調整手段（電気ヒータ）４４ａであって、該排気温度調整手段４４ａに供給される電力の大きさに応じて該排気温度調整手段４４ａを通過して前記触媒４４ｂに導入される排気の温度Texを調整することによって前記触媒４４ｂの温度Tscrを変更する排気温度調整手段４４ａ、を備えている。

実施装置においては、
前記パラメータ（触媒温度関連パラメータ）として前記電力の大きさが調整されている。

実施装置においては、
前記第１条件として、前記触媒４４ｂの温度Tscrが第１閾値Tscrth以上であるか否か、および、前記触媒４４ｂに導入される排気の温度Texが第２閾値Texth以上であるか否か、が採用されている（図３のステップ３２０）。

また、実施装置は、
前記排気温度調整手段４４ａに電力を供給する電力供給手段（バッテリ５１）を備えている。そして、前記第２条件として、前記排気温度調整手段４４ａに電力を供給した後の前記電力供給手段の充電率の大きさが第３閾値以上であるか否か（上記条件ｂ−１および条件ｂ−２）、が採用されている。

なお、実施装置においては、
前記浄化対象成分として窒素酸化物が採用されている。

本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

例えば、実施装置は、ＮＯｘ低減制御（図３のステップ３３０）が行われる場合には電気ヒータ４４ａへの電力の供給がなされないように構成されている。しかし、本発明の排気浄化装置は、ＮＯｘ低減制御が行われている場合に電気ヒータ４４ａに対して可能な限りの大きさの電力（例えば、他の部材への電力の供給に影響を与えない程度の大きさの電力）が供給されるように構成され得る。本構成によれば、ＳＣＲ触媒４４ｂにおける排気の浄化効率を出来る限り高めながら、電気ヒータ４４ａにおける消費電力を出来る限り低減させることができる。

さらに、実施装置は、ＳＣＲ触媒４４ｂの温度を触媒温度センサ８７によって取得している。しかし、実施装置は、ＳＣＲ触媒４４ｂの温度を排気の温度Texから推定するように構成され得る。

加えて、実施装置は、電気ヒータ４４ａとＳＣＲ触媒４４ｂとが一体化された排気浄化用触媒４４を備えている。しかし、電気ヒータ４４ａとＳＣＲ触媒４４ｂとは、必ずしも一体化されている必要はなく、互いに独立して分離された状態にて排気通路に配置され得る。

以上に説明したように、本発明は、排気を浄化する触媒を排気通路に備えた内燃機関に適用される排気浄化装置として利用することができる。

１０…内燃機関、４４…排気浄化用触媒、４４ａ…電気ヒータ、４４ｂ…ＳＣＲ触媒、５１…バッテリ、９０…電子制御装置

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられるとともに前記内燃機関の燃焼室から排出される排気に含まれる所定の浄化対象成分を浄化する触媒であって、該触媒の温度に応じて前記浄化対象成分の浄化効率が変化する触媒、を備え、
   前記浄化対象成分の浄化効率を高めるべき条件である第１条件に基づいて前記触媒の温度に関連するパラメータが調整されることよりも前記第１条件とは異なる第２条件に基づいて前記パラメータが調整されることが優先される場合、前記燃焼室から排出される排気に含まれる前記浄化対象成分の量が減少するように前記内燃機関の運転状態が調整される、ように構成された内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の排気浄化装置であって、
   前記排気通路における前記触媒よりも上流側の位置に設けられる排気温度調整手段であって、該排気温度調整手段に供給される電力の大きさに応じて該排気温度調整手段を通過して前記触媒に導入される排気の温度を調整することによって前記触媒の温度を変更する排気温度調整手段、を備え、
   前記パラメータとしての前記電力の大きさが調整される、内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の排気浄化装置において、
   前記第１条件として、前記触媒の温度が第１閾値以上であるか否か、および、前記触媒に導入される排気の温度が第２閾値以上であるか否か、の少なくとも１つが採用される、内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の排気浄化装置であって、
   前記排気温度調整手段に電力を供給する電力供給手段を備え、
   前記第２条件として、前記排気温度調整手段に電力を供給した後の前記電力供給手段の充電率の大きさが第３閾値以上であるか否か、が採用される、内燃機関の排気浄化装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
   前記浄化対象成分が窒素酸化物である、内燃機関の排気浄化装置。

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