JP2021110268A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動源としての正味の出力が増加することを抑制しつつ、筒内燃焼空燃比をリッチ化して触媒を還元することが可能となる排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置１は、内燃機関の出力を用いて発電可能に設けられたモータジェネレータ３３と、バッテリー３４と、電気負荷へのバッテリー３４からの電力供給を制御すると共に、バッテリー３４の充電率が過充電抑制のための第１充電率閾値以上の場合にモータジェネレータ３３の発電を禁止するバッテリー制御部１５と、上流ＮＯｘ量と下流ＮＯｘ量とに基づいて触媒のＮＯｘ吸蔵量を算出し、ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値以上の場合に還元制御を実行する還元制御実行部１６と、を備え、バッテリー制御部１５は、第１充電率閾値よりも小さい第２充電率閾値を充電率が超えているとの放電条件が成立する場合、放電条件が成立しない場合と比べてバッテリー３４から電気負荷への電力供給を増加させる。【選択図】図２

Description

本発明は、排気浄化装置に関する。

従来、ハイブリッド車両においてエンジンとモータジェネレータとを協調させて制御する技術として、例えば特許文献１及び２に記載のものが知られている。特許文献１には、ハイブリッド車両のＨＶ走行モードにおいて、エンジンの余剰のエネルギーをモータジェネレータによって電力として回収することが開示されている。また、特許文献２には、過充電による蓄電手段の損傷を回避するために、モータ制御手段が蓄電手段の充電状態を監視して充電不可と判別した場合はモータの回生を禁止することが開示されている。

特開２０１８−１５４２６０号公報 特開平１１−６２６５３号公報

ところで、内燃機関の排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵する触媒を備える内燃機関の排気浄化装置にあっては、例えば筒内燃焼空燃比をリッチ化することで、触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する還元制御が行われることがある。このような還元制御を行う際に、上記リッチ化をする前と比べて駆動源としての正味の出力の増加を抑制するために、上記リッチ化により増加する出力を余剰エネルギーとして発電機の発電に用いることが考えられる。

しかしながら、上述のようにバッテリーの過充電抑制のため、バッテリーの充電率が第１充電率閾値以上の場合に発電機の発電を禁止することが要される。そのため、発電機の発電が禁止された状態で触媒の還元制御が行われると、上記リッチ化による出力増加に起因して、上記リッチ化をする前と比べて駆動源としての正味の出力が増加するおそれがある。

本発明は、駆動源としての正味の出力が増加することを抑制しつつ、筒内燃焼空燃比をリッチ化して触媒を還元することが可能となる排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る排気浄化装置は、内燃機関の排気流路上に設けられ排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵する触媒を備え、内燃機関の筒内燃焼空燃比をリッチ化することで触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する還元制御を実行する排気浄化装置であって、内燃機関の出力を用いて発電可能に設けられた発電機と、発電機により発電された電力を蓄えるバッテリーと、バッテリーに電気的に接続された電気負荷へのバッテリーからの電力供給を制御すると共に、バッテリーの充電率が過充電抑制のための第１充電率閾値以上の場合に発電機の発電を禁止するバッテリー制御部と、触媒の上流における上流ＮＯｘ量と触媒の下流における下流ＮＯｘ量とに基づいて触媒のＮＯｘ吸蔵量を算出し、ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値以上の場合に還元制御を実行する還元制御実行部と、を備え、バッテリー制御部は、第１充電率閾値よりも小さい第２充電率閾値を充電率が超えているとの放電条件が成立する場合、放電条件が成立しない場合と比べてバッテリーから電気負荷への電力供給を増加させる。

本発明の一態様に係る排気浄化装置では、第１充電率閾値よりも小さい第２充電率閾値を充電率が超えているとの放電条件が成立する場合、バッテリー制御部によって、放電条件が成立しない場合と比べてバッテリーから電気負荷への電力供給が増加され、バッテリーの充電率が低下させられる。これにより、バッテリーの充電率が第１充電率閾値以上となりづらくなり、発電機の発電が禁止される事態が生じづらくなるため、リッチ化に起因して増加した内燃機関の出力を余剰エネルギーとして発電機で発電し易くなる。したがって、駆動源としての正味の出力が増加することを抑制しつつ、筒内燃焼空燃比をリッチ化して触媒を還元することが可能となる。

一実施形態において、内燃機関は、車両に搭載されており、発電機は、車両を駆動可能に設けられたモータジェネレータであり、電気負荷は、モータジェネレータであり、放電条件は、車両の車速が車速閾値以下であるとの条件を更に含んでもよい。この場合、車速維持のために要する出力が比較的小さい状況においても、筒内燃焼空燃比をリッチ化して触媒を還元しつつ、車両の車速の増加を抑制することが可能となる。

一実施形態において、電気負荷は、排気流路上に設けられ排気ガスを加熱する電気ヒータであってもよい。この場合、バッテリーの充電率を低下させつつ、排気流路における電気ヒータの下流側を排気ガスを介して加熱することができる。

一実施形態において、放電条件は、ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値よりも小さい還元準備閾値以上であるとの条件を更に含んでもよい。この場合、触媒のＮＯｘの還元が必要な状況に達する前に、予めバッテリーの充電率を低下させておくことができる。

一実施形態において、還元制御実行部は、放電条件が成立した場合、少なくとも充電率が第２充電率閾値以下となるまで還元制御の実行を保留してもよい。この場合、例えば還元制御の内容に応じて第２充電率閾値を設定することで、筒内燃焼空燃比のリッチ化を継続して触媒のＮＯｘを十分に還元できる程度にバッテリーの充電率を低下させることができる。

一実施形態において、バッテリー制御部は、放電条件の成立に応じて充電率が第２充電率閾値以下となるまでバッテリーから電気負荷への電力供給を増加させた後、還元制御の実行が開始されるまで第２充電率閾値以下の目標値にて充電率のフィードバック制御を行ってもよい。この場合、筒内燃焼空燃比のリッチ化を継続して触媒のＮＯｘを十分に還元できる程度にバッテリーの充電率を低下させた状態で、還元制御を開始することができる。

本発明によれば、駆動源としての正味の出力が増加することを抑制しつつ、筒内燃焼空燃比をリッチ化して触媒を還元することが可能となる。

実施形態に係る排気浄化装置を備えたエンジンシステムを示すブロック図である。 図１のＥＣＵ及びＰＣＵの機能的構成を示すブロック図である。 図１の排気浄化装置の動作を例示するタイミングチャートである。 図１の排気浄化装置の処理を例示するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

［排気浄化装置の概要］
図１は、実施形態に係る排気浄化装置を備えたエンジンシステムを示すブロック図である。図１において、本実施形態に係る排気浄化装置１は、例えばエンジン（内燃機関）２と共に車両３０に搭載されており、エンジン２を備えるエンジンシステム１００の一部を構成している。エンジン２は、例えば、複数の気筒を有するディーゼルエンジンである。

［排気浄化装置の構成］
排気浄化装置１は、エンジン２の排気流路３上に設けられたＮＳＲ［NOx Storage Reduction］（触媒）４を備えている。ＮＳＲ４は、エンジン２から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵し、排気ガスを浄化する触媒である。

排気流路３上におけるＮＳＲ４の上流側には、電気ヒータ（ＥＨ［Electric Heater］）５が設けられていてもよい。電気ヒータ５は、例えば通電によって発熱する発熱体を有し、排気ガスを加熱する。電気ヒータ５は、後述のＥＣＵ［Electronic Control Unit］１０と電気的に接続されている。電気ヒータ５の動作は、ＥＣＵ１０によって制御される。

排気流路３上におけるＮＳＲ４の下流側には、ＤＰＦ［Diesel Particulate Filter］６が設けられていてもよい。ＤＰＦ６は、排気ガス中に含まれるＰＭ（煤等の粒子状物質）を捕集し、排気ガスを浄化する。

排気浄化装置１は、ＮＳＲ４に還元剤を供給することで、ＮＳＲ４に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＳＲ４の還元制御を実行可能に構成されている。ここでの還元剤とは、エンジン２の燃焼室内に燃料として供給され、燃焼室内で燃焼されて生じた排ガス中に含まれるＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ_２（水素）、及びＨＣ（炭化水素、つまり未燃燃料）とを意味する。つまり、排気浄化装置１は、エンジン２の筒内燃焼空燃比をリッチ化することでＮＳＲ４に吸蔵されたＮＯｘを還元する還元制御を実行する。

エンジン２は、それぞれの気筒の燃焼室内に新気を供給するための吸気装置（図示省略）を有している。吸気装置は、燃焼室内に供給する新気の量（以下、単に筒内新気量という）を調整する。吸気装置は、例えば、スロットルバルブ及び可変容量ターボチャージャのコンプレッサを含んでいてもよい。吸気装置は、筒内新気量を調整することで、燃焼室で燃焼して排気流路３に排出された排ガスのに残存するＯ_２の量を調整する。

エンジン２は、それぞれの気筒の燃焼室内に燃料を噴射する複数のインジェクタ２ａを有している。インジェクタ２ａは、ＥＣＵ１０によって設定される噴射すべき燃料量（以下、単に噴射燃料量という）及び噴射時期で燃料を噴射することで、燃焼室内に燃料を供給する。各インジェクタ２ａには、コモンレール（図示せず）が接続されている。コモンレールは、各インジェクタ２ａに供給される高圧燃料を貯留する。インジェクタ２ａの噴射動作は、ＥＣＵ１０によって制御される。インジェクタ２ａは、燃料の噴射として、例えば、メイン噴射と、メイン噴射の前に微小の燃料を噴射するパイロット噴射と、メイン噴射の後に微小の燃料を噴射するアフター噴射と、アフター噴射の後に噴射するポスト噴射とを行うことができる。

インジェクタ２ａは、例えばメイン噴射の噴射燃料量を増加させて筒内燃焼空燃比をリッチ化することで、排気流路３に排出された排ガス中の還元剤の量を調整することができる。

エンジン２は、排気ガスの一部を排気再循環（ＥＧＲ）ガスとして燃焼室内に還流するためのＥＧＲ装置（図示省略）を有している。ＥＧＲ装置は、ＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲバルブを含んでいる。ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ量を調整することで、燃焼室で燃焼して排気流路３に排出された排ガスに残存するＯ_２の量を調整する。

排気浄化装置１は、エンジン２に設けられたエンジン状態量センサ２ｂと、排気流路３のＮＳＲ４の上流側に設けられた空燃比センサ７及び上流ＮＯｘセンサ８と、排気流路３のＮＳＲ４の下流側に設けられた下流ＮＯｘセンサ９と、車両３０に設けられた車速センサ３１と、を備えている。各センサ２ｂ，７〜９，３１は、ＥＣＵ１０と接続されている。

エンジン状態量センサ２ｂは、エンジン２の状態量を検出する検出器である。エンジン状態量センサ２ｂは、例えば、アクセル開度センサ（図示省略）、エアフローセンサ、及び、エンジン回転数センサを含んでいてもよい。エンジン状態量センサ２ｂは、検出したエンジン状態量の検出信号をＥＣＵ１０に送信する。

空燃比センサ７は、ＮＳＲ４の上流側の排気ガスの空燃比（上流空燃比）を検出する検出器である。空燃比センサ７は、検出した上流空燃比の検出信号をＥＣＵ１０に送信する。

上流ＮＯｘセンサ８は、ＮＳＲ４の上流側の排気ガスのＮＯｘ濃度である上流ＮＯｘ量を検出する検出器である。上流ＮＯｘセンサ８は、検出した上流ＮＯｘ量の検出信号をＥＣＵ１０に送信する。

下流ＮＯｘセンサ９は、ＮＳＲ４の下流側の排気ガスのＮＯｘ濃度である下流ＮＯｘ量を検出する検出器である。下流ＮＯｘセンサ９は、検出した下流ＮＯｘ量の検出信号をＥＣＵ１０に送信する。

車速センサ３１は、車両３０の車速を検出する検出器である。車速センサ３１は、例えば車両３０の車軸に設けられた車輪速センサであってもよい。車速センサ３１は、検出した車速の検出信号をＥＣＵ１０に送信する。

ここでの車両３０は、ハイブリッド車両として構成されており、ヘッドライト３２と、モータジェネレータ（発電機）３３と、バッテリー３４と、を有している。車両３０では、電気ヒータ５、ヘッドライト３２、及びモータジェネレータ３３がバッテリー３４に電気的に接続されている。（力行時）ヘッドライト３２は、バッテリー３４からの電力供給によって電気負荷として機能する。モータジェネレータ３３は、エンジン２の出力を用いて発電可能且つ車両３０を駆動可能に設けられている。モータジェネレータ３３は、その力行時において、バッテリー３４からの電力供給によって電気負荷として機能する。バッテリー３４は、上記電気負荷のそれぞれに電力を供給すると共に、モータジェネレータ３３により発電された電力を蓄える。

ＥＣＵ１０は、上流ＮＯｘ量と下流ＮＯｘ量とに基づいて還元制御を実行する制御部である。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ［Central Processing Unit］、ＲＯＭ［Read Only Memory］、ＲＡＭ［Random Access Memory］、ＣＡＮ［Controller Area Network］通信回路等を有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。ＥＣＵ１０は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。

図２に示されるように、ＥＣＵ１０は、機能的構成として、エンジン状態取得部１１と、燃料噴射制御部１２と、ＮＯｘ量取得部１３と、放電条件認識部１４と、バッテリー制御部１５と、還元制御実行部１６と、を有している。

エンジン状態取得部１１は、エンジン状態を取得する。エンジン状態取得部１１は、例えば、アクセル開度センサで検出されたアクセル開度、エアフローセンサで検出された吸入空気量、及び、エンジン回転数センサで検出されたエンジン２のエンジン回転数を、エンジン状態として取得する。エンジン状態取得部１１は、例えば、検出されたアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、エンジン２の要求トルクに応じた噴射燃料量を設定する。エンジン状態取得部１１は、その他、噴射燃料量、筒内新気量、及びＥＧＲ量を補正するための環境パラメータ（例えば大気圧等）をエンジン状態として取得してもよい。

燃料噴射制御部１２は、例えば、空燃比センサ７で検出された上流空燃比が所定の目標空燃比となるように、インジェクタ２ａを制御する。燃料噴射制御部１２は、空燃比センサ７で検出された上流空燃比に基づいて、目標空燃比を目標値とする燃料のフィードバック制御を行ってもよい。燃料のフィードバック制御としては、公知の手法を用いることができる。

ＮＯｘ量取得部１３は、上流ＮＯｘセンサ８の検出信号に基づいて、上流ＮＯｘ量を取得する。ＮＯｘ量取得部１３は、下流ＮＯｘセンサ９の検出信号に基づいて、下流ＮＯｘ量を取得する。

放電条件認識部１４は、バッテリー３４の充電率を低下させるための放電条件が成立するか否かを認識する。放電条件は、第１充電率閾値よりも小さい第２充電率閾値を充電率が超えているとの条件を少なくとも含む。充電率は、ＳＯＣ［State Of Charge］を意味する。

第１充電率閾値は、バッテリー３４が過充電されて劣化することを抑制するためのバッテリー３４の充電率の閾値である。第１充電率閾値は、特に限定されないが、一例として７５％程度とされてもよい。

第２充電率閾値は、バッテリー３４の充電率を低下させるか否かを判定するための充電率の閾値である。第２充電率閾値は、例えば、還元制御の内容に応じて設定することができる。具体的には、筒内燃焼空燃比のリッチ化により増加する出力を余剰エネルギーとしてモータジェネレータ３３で発電しつつ、ＮＳＲ４のＮＯｘを十分に還元するまで還元制御を継続する間に、充電率が第１充電率閾値に達することがない程度に低い充電率として、第２充電率閾値を設定することができる。これにより、エンジン２の筒内燃焼空燃比のリッチ化による出力増加に起因して、リッチ化をする前と比べて駆動源としての正味の出力が増加することが抑制される。第２充電率閾値は、特に限定されないが、一例として５０％程度とされてもよい。

放電条件は、車両３０の車速が車速閾値以下であるとの条件を含んでもよい。車速閾値は、バッテリー３４の充電率を低下させるか否かを判定するための車速の閾値である。車速閾値は、車速維持のために要する出力（駆動源としての正味の出力）が比較的小さい状況を含むような車速の閾値とされている。車速閾値は、一例として、時速５０ｋｍ程度とされてもよい。

放電条件は、ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値よりも小さい還元準備閾値以上であるとの条件を含んでもよい。還元開始閾値は、後述の還元制御実行部１６が還元制御の実行を開始するか否かを判定するためのＮＯｘ吸蔵量の閾値である。還元開始閾値は、例えば、要求される排気ガス浄化能力の要件等によって設定される。還元準備閾値は、還元制御の実行に伴いバッテリー３４の充電率を低下させるか否かを判定するためのＮＯｘ吸蔵量の閾値である。還元準備閾値は、特に限定されないが、一例として還元開始閾値の０．９倍程度のＮＯｘ吸蔵量の値とされてもよい。

バッテリー制御部１５は、モータジェネレータ３３からバッテリー３４への電力供給（モータジェネレータ３３の発電による充電）、及び、バッテリー３４から電気負荷への電力供給（バッテリー３４の充電率の低下）を制御する。また、バッテリー制御部１５は、バッテリー３４の充電率が第１充電率閾値以上の場合、モータジェネレータ３３の発電を禁止する。

バッテリー制御部１５は、放電条件が成立する場合、放電条件が成立しない場合と比べてバッテリー３４から電気負荷への電力供給を増加させる。具体的には、バッテリー制御部１５は、例えば、放電条件が成立しない場合には電気ヒータ５での消費電力を所定電力未満としておき、放電条件が成立する場合には電気ヒータ５での消費電力を当該所定電力以上とすることで、バッテリー３４から電気ヒータ５への電力供給を増加させてもよい。バッテリー制御部１５は、例えば、放電条件が成立しない場合にはヘッドライト３２を消灯又は減光状態としておき、放電条件が成立する場合にはヘッドライト３２を点灯とすることで、バッテリー３４からヘッドライト３２への電力供給を増加させてもよい。バッテリー制御部１５は、例えば、放電条件が成立する場合に、放電条件が成立しない場合と比べて車両３０のＥＶ走行可能条件を緩和する（例えば車速条件を緩和する）ことで、バッテリー３４からモータジェネレータ３３への力行の電力供給を増加させてもよい。

バッテリー制御部１５は、放電条件の成立に応じて充電率が第２充電率閾値以下となるまでバッテリー３４から電気負荷への電力供給を増加させた後、還元制御の実行が開始されるまで第２充電率閾値以下の目標値にて充電率のフィードバック制御を行ってもよい。目標値は、例えば、第２充電率閾値と同じ充電率の値であってもよい。なお、「還元制御の実行が開始されるまで」としては、例えば、「還元準備閾値以上であったＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値に達するまで」を挙げることができる。

還元制御実行部１６は、上流ＮＯｘ量と下流ＮＯｘ量とに基づいてＮＳＲ４のＮＯｘ吸蔵量を算出し、ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値以上の場合に、ＮＳＲ４に吸蔵させたＮＯｘを還元する還元制御を実行する。還元制御実行部１６は、上流ＮＯｘ量と下流ＮＯｘ量との差分に基づいて、公知の手法によりＮＳＲ４のＮＯｘ吸蔵量を算出することができる。ここでの還元制御実行部１６は、ＮＳＲ４への還元剤の供給として筒内燃焼空燃比をリッチ化することで還元制御を実行する。

還元制御では、例えば、上流空燃比が還元目標空燃比となるように、吸気装置、インジェクタ２ａ、及びＥＧＲ装置が制御される。還元目標空燃比は、還元制御中における上流空燃比の目標値である。還元目標空燃比は、予め設定されており、例えば１３．５〜１４程度とすることができる。還元目標空燃比は、還元制御を実行していない場合の通常空燃比（例えば２０程度）と比べて、リッチ化された空燃比である。還元制御実行部１６では、例えば、上流空燃比が還元目標空燃比となるように燃料噴射制御部１２にインジェクタ２ａを制御させて、噴射燃料量を増加させる。還元制御実行部１６は、例えば、還元制御の実行中にＮＯｘ吸蔵量が還元完了閾値に達した場合に、還元制御を終了する。還元完了閾値は、ＮＳＲ４のＮＯｘ還元の完了を判定するためのＮＯｘ吸蔵量の閾値であり、還元開始閾値及び還元準備閾値よりも小さい。なお、還元制御実行部１６は、還元制御の実行時間が所定の時間閾値に達した場合、還元制御を終了してもよい。

排気浄化装置１では、バッテリー３４は、ＰＣＵ［Power Control Unit］２０と電気的に接続されている。ＰＣＵ２０は、バッテリー３４の充放電（モータジェネレータ３３との間の電力授受）を制御する制御部である。ＰＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＡＮ通信回路等を有する電子制御ユニットである。ＰＣＵ２０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。ＰＣＵ２０は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。

ＰＣＵ２０は、機能的構成として、充電率取得部２１を有している。充電率取得部２１は、例えばバッテリー３４に設けられた充電率センサ（図示省略）の検出結果に基づいて、バッテリー３４の充電率を取得する。ＰＣＵ２０は、充電率取得部２１で取得した充電率をＥＣＵ１０に送信する。

［排気浄化装置１の動作例］
図３は、排気浄化装置１の動作を例示するタイミングチャートである。図３では、車両３０の車速が上記車速閾値以下の条件下、エンジン２の運転中における排気浄化装置１の動作の一例が示されている。図３の各（ａ）〜（ｄ）において、横軸は時間を示している。図３（ａ）において、縦軸は充電率を示している。図３（ｂ）において、縦軸はＮＯｘ吸蔵量を示している。図３（ｃ）において、縦軸は還元制御の実行有無を示している。図３（ｄ）において、縦軸は放電条件の成立又は不成立を示している。

図３（ａ）〜（ｄ）に示されるように、時刻ｔ０において、充電率が、第１充電率閾値Ｃ１よりも小さく第２充電率閾値Ｃ２よりも大きく、ＮＯｘ吸蔵量が、還元準備閾値Ｎ２未満である。この場合、放電条件認識部１４は、放電条件が不成立と認識する。還元制御実行部１６は、還元制御を実行しない。

続いて、エンジン２の運転に伴ってＮＳＲ４のＮＯｘ吸蔵量が増加し、時刻ｔ１において、充電率が第２充電率閾値Ｃ２を超えている状態のまま、ＮＯｘ吸蔵量が、還元準備閾値Ｎ２に達する。その結果、放電条件認識部１４は、放電条件の成立を認識する。

時刻ｔ１から時刻ｔ２までにおいて、バッテリー制御部１５は、放電条件が成立しているため、放電条件が成立しない場合と比べてバッテリー３４から電気負荷への電力供給を増加させる。その結果、バッテリー３４の放電に伴って充電率が低下し、充電率が第２充電率閾値Ｃ２に達する。

時刻ｔ２から時刻ｔ３において、充電率が第２充電率閾値Ｃ２に達した後（つまり放電条件の成立に応じて充電率が第２充電率閾値Ｃ２以下となるまでバッテリー３４から電気負荷への電力供給を増加させた後）、ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値Ｎ１未満であるため、還元制御実行部１６は、還元制御の実行を開始せず、バッテリー制御部１５は、還元制御の実行が開始されるまで（ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値Ｎ１に達するまで）第２充電率閾値Ｃ２を目標値として充電率のフィードバック制御を行う。

時刻ｔ３から時刻ｔ４において、ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値Ｎ１に達したため、還元制御実行部１６は、還元制御の実行を開始し、筒内燃焼空燃比をリッチ化することで還元制御を実行する。放電条件認識部１４は、放電条件の不成立を認識する。バッテリー制御部１５は、筒内燃焼空燃比のリッチ化により増加する出力を余剰エネルギーとしてモータジェネレータ３３で発電させる。還元制御により、ＮＯｘ吸蔵量が低減される。なお、還元制御実行部１６は、還元制御の実行中のＮＯｘ吸蔵量を、予め設定された所定の低減速度で低減するように算出してもよい。

時刻ｔ４において、ＮＯｘ吸蔵量が還元完了閾値Ｎ３に達したため、還元制御実行部１６は、還元制御を終了する。このように、バッテリー３４を予め放電してから還元制御を実行することで、ＮＳＲ４のＮＯｘが十分に還元されることとなる。

なお、ここでは、充電率が第１充電率閾値Ｃ１に略等しくなるまでバッテリー３４が充電されている。第１充電率閾値Ｃ１の値、還元開始閾値Ｎ１、還元完了閾値Ｎ３、筒内燃焼空燃比のリッチ化の程度に基づく発電の速度、及び、ＮＯｘ吸蔵量の低減速度に基づいて、第２充電率閾値Ｃ２を設定することで、還元制御の終了タイミングでこのような充電状態とすることができる。

［排気浄化装置１の処理の一例］
次に、排気浄化装置１の処理の一例について説明する。図４は、排気浄化装置１の処理を例示するフローチャートである。図４に示される処理は、例えば、エンジン２の運転中において、所定の演算周期ごとに繰り返し実行される。

図４に示されるように、ＥＣＵ１０は、Ｓ０１において、エンジン状態取得部１１により、エンジン状態の取得（噴射燃料量の設定）を行う。Ｓ０２において、ＰＣＵ２０は、充電率取得部２１により、バッテリー３４の充電率の取得を行う。Ｓ０３において、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ量取得部１３により、ＮＯｘ量（上流ＮＯｘ量及び下流ＮＯｘ量）の取得を行う。

ＥＣＵ１０は、Ｓ０４において、放電条件認識部１４により、取得した充電率に基づいて放電条件の成立又は不成立が認識され、放電条件が成立しているか否かの判定を行う。なお、放電条件認識部１４により、車速及びＮＯｘ吸蔵量に基づいて放電条件の成立又は不成立が認識されてもよい。

放電条件が成立していると判定された場合（Ｓ０４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ０５の処理に移行する。放電条件が成立していないと判定された場合（Ｓ０４：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、図４の処理を終了する。なお、放電条件が成立していない場合の還元制御については、後述のＳ０８と同様の判定を別途行って還元制御を実行可能とされてもよい。

Ｓ０５において、ＥＣＵ１０は、バッテリー制御部１５により、電気負荷への電力供給の増加を行う。ＥＣＵ１０は、Ｓ０６において、バッテリー制御部１５により、充電率が第２充電率閾値以下となったか否かの判定を行う。充電率が第２充電率閾値以下となったと判定された場合（Ｓ０６：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ０７の処理に移行する。充電率が第２充電率閾値以下となっていないと判定された場合（Ｓ０６：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ０５の処理に移行し、バッテリー３４の放電を継続する。

Ｓ０７において、ＥＣＵ１０は、バッテリー制御部１５により、例えば第２充電率閾値と等しい目標値にて、充電率のフィードバック制御を行う。ＥＣＵ１０は、Ｓ０８において、還元制御実行部１６により、ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値以上となったか否かの判定を行う。ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値以上となったと判定された場合（Ｓ０８：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ０９の処理に移行する。ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値以上となっていないと判定された場合（Ｓ０８：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ０７の処理に移行し、充電率のフィードバック制御を継続する。

Ｓ０９において、ＥＣＵ１０は、還元制御実行部１６により、還元制御の実行を行う。その後、ＥＣＵ１０は、図４の処理を終了する。

［排気浄化装置１の作用効果］
以上説明した排気浄化装置１では、第１充電率閾値Ｃ１よりも小さい第２充電率閾値Ｃ２を充電率が超えているとの放電条件が成立する場合、バッテリー制御部１５によって、放電条件が成立しない場合と比べてバッテリー３４から電気負荷への電力供給が増加され、バッテリー３４の充電率が低下させられる。これにより、バッテリー３４の充電率が第１充電率閾値Ｃ１以上となりづらくなり、モータジェネレータ３３の発電が禁止される事態が生じづらくなるため、リッチ化に起因して増加したエンジン２の出力を余剰エネルギーとしてバッテリー３４で発電し易くなる。したがって、駆動源としての正味の出力が増加することを抑制しつつ、筒内燃焼空燃比をリッチ化してＮＳＲ４を還元することが可能となる。

排気浄化装置１では、エンジン２は、車両３０に搭載されており、モータジェネレータ３３は、車両３０を駆動可能に設けられており、モータジェネレータ３３が電気負荷として機能する。放電条件は、車両３０の車速が車速閾値以下であるとの条件を更に含んでいる。これにより、車速維持のために要する出力が比較的小さい状況においても、筒内燃焼空燃比をリッチ化してＮＳＲ４を還元しつつ、車両３０の車速の増加を抑制することが可能となる。

排気浄化装置１では、排気流路３上に設けられ排気ガスを加熱する電気ヒータ５が電気負荷として機能する。これにより、バッテリー３４の充電率を低下させつつ、排気流路３における電気ヒータ５の下流側を排気ガスを介して加熱することができる。

排気浄化装置１では、放電条件は、ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値Ｎ１よりも小さい還元準備閾値Ｎ２以上であるとの条件を更に含んでいる。これにより、ＮＳＲ４のＮＯｘの還元が必要な状況に達する前に、予めバッテリー３４の充電率を低下させておくことができる。

排気浄化装置１では、バッテリー制御部１５は、放電条件の成立に応じて充電率が第２充電率閾値Ｃ２となるまでバッテリー３４から電気負荷への電力供給を増加させた後、還元制御の実行が開始されるまで第２充電率閾値Ｃ２の目標値にて充電率のフィードバック制御を行う。これにより、筒内燃焼空燃比のリッチ化を継続してＮＳＲ４のＮＯｘを十分に還元できる程度にバッテリー３４の充電率を低下させた状態で、還元制御を開始することができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。

上記実施形態では、バッテリー制御部１５は、還元制御の実行が開始されるまで第２充電率閾値以下の目標値にて充電率のフィードバック制御を行ったが、これに代えて、あるいはこれと共に、還元制御実行部１６は、放電条件が成立した場合、少なくとも充電率が第２充電率閾値以下となるまで還元制御の実行を保留してもよい。一例として、還元制御実行部１６は、ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値未満である状態で放電条件が成立した場合、充電率が第２充電率閾値以下となるまでのバッテリー３４の放電中にＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値に達したとしても、還元制御の実行を保留してもよい。

上記実施形態では、上流ＮＯｘセンサ８を用いて上流ＮＯｘ量を取得したが、公知の手法により、上流ＮＯｘ量を推定することで取得してもよい。

上記実施形態では、ＮＳＲ４の上流に他の触媒が設けられていないが、例えばＮＳＲ４の上流にＤＯＣ［Diesel Oxidation Catalyst］が設けられていてもよい。この場合、上流ＮＯｘセンサ８は、ＤＯＣの上流に設けられればよい。また、ＤＰＦ６の下流にＳＣＲ触媒が設けられていてもよい。

上記実施形態では、電気負荷として、電気ヒータ５、ヘッドライト３２、及びモータジェネレータ３３を例示したが、電気ヒータ５又はヘッドライト３２が省略されてもよい。あるいは、モータジェネレータ３３に換えて、力行機能を有しない発電機としてのオルタネータを用いてもよい。

上記実施形態では、エンジン２はディーゼルエンジンであったが、これに限定されない。要は、内燃機関の排気流路上に設けられ排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵する触媒を備え、内燃機関の筒内燃焼空燃比をリッチ化することで触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する還元制御を実行する排気浄化装置を適用可能なものであればよく、例えばガソリンエンジン等であってもよい。

上記実施形態では、エンジン２は車両３０に搭載されていたが、車両３０に搭載されていなくてもよい。この場合、放電条件は、車両の車速が車速閾値以下であるとの条件を含まなくてもよい。また、放電条件は、ＮＯｘ吸蔵量が還元準備閾値以上であるとの条件を含まなくてもよい。

上記実施形態では、ＮＳＲ４の還元制御を実行したが、ＮＳＲ４のＳ被毒を再生する再生制御を更に実行してもよい。この場合、還元制御とは異なる各閾値を用いて、再生制御のためのリッチ化に対して、上述した放電条件を認識すると共に、再生制御の途中で発電が禁止されないようにバッテリー３４の放電を行うように、排気浄化装置１を構成してもよい。

１…排気浄化装置、２…エンジン（内燃機関）、４…ＮＳＲ（触媒）、５…電気ヒータ（電気負荷）、１５…バッテリー制御部、１６…還元制御実行部、３０…車両、３３…モータジェネレータ（発電機）、３４…バッテリー。

Claims (6)

1. 内燃機関の排気流路上に設けられ排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵する触媒を備え、前記内燃機関の筒内燃焼空燃比をリッチ化することで前記触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する還元制御を実行する排気浄化装置であって、
   前記内燃機関の出力を用いて発電可能に設けられた発電機と、
   前記発電機により発電された電力を蓄えるバッテリーと、
   前記バッテリーに電気的に接続された電気負荷への前記バッテリーからの電力供給を制御すると共に、前記バッテリーの充電率が過充電抑制のための第１充電率閾値以上の場合に前記発電機の発電を禁止するバッテリー制御部と、
   前記触媒の上流における上流ＮＯｘ量と前記触媒の下流における下流ＮＯｘ量とに基づいて前記触媒のＮＯｘ吸蔵量を算出し、前記ＮＯｘ吸蔵量が還元開始閾値以上の場合に前記還元制御を実行する還元制御実行部と、を備え、
   前記バッテリー制御部は、前記第１充電率閾値よりも小さい第２充電率閾値を前記充電率が超えているとの放電条件が成立する場合、前記放電条件が成立しない場合と比べて前記バッテリーから前記電気負荷への電力供給を増加させる、排気浄化装置。
2. 前記内燃機関は、車両に搭載されており、
   前記発電機は、前記車両を駆動可能に設けられたモータジェネレータであり、
   前記電気負荷は、前記モータジェネレータであり、
   前記放電条件は、前記車両の車速が車速閾値以下であるとの条件を更に含む、請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記電気負荷は、前記排気流路上に設けられ前記排気ガスを加熱する電気ヒータである、請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
4. 前記放電条件は、前記ＮＯｘ吸蔵量が前記還元開始閾値よりも小さい還元準備閾値以上であるとの条件を更に含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の排気浄化装置。
5. 前記還元制御実行部は、前記放電条件が成立した場合、少なくとも前記充電率が前記第２充電率閾値以下となるまで前記還元制御の実行を保留する、請求項４に記載の排気浄化装置。
6. 前記バッテリー制御部は、前記放電条件の成立に応じて前記充電率が前記第２充電率閾値以下となるまで前記バッテリーから前記電気負荷への電力供給を増加させた後、前記還元制御の実行が開始されるまで前記第２充電率閾値以下の目標値にて前記充電率のフィードバック制御を行う、請求項５に記載の排気浄化装置。

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