JP5118443B2 - ハイブリッド電気自動車の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明はハイブリッド電気自動車に用いられるエンジンの排気浄化装置に関し、特にエンジンを発電機の駆動専用とし、発電機で発電した電力をバッテリに蓄えると共に、バッテリから供給される電力で作動するモータにより駆動輪を駆動するようにしたシリーズ式ハイブリッド電気自動車の排気浄化装置に関する。
従来より、エンジンを専ら発電機の駆動に用いて発電機の発電電力をバッテリに蓄えると共に、バッテリの電力をモータに供給してモータの駆動力により車両の駆動輪を駆動するようにした、いわゆるシリーズ式のハイブリッド電気自動車が開発され実用化されている。
このようなシリーズ式ハイブリッド電気自動車では、バッテリの充電率が低下した場合にエンジンを運転し、エンジンによって駆動された発電機の発電電力をバッテリに充電する。そして、発電機の発電電力によりバッテリの充電率が所定充電率まで復帰すると、エンジンが停止される。
シリーズ式ハイブリッド電気自動車に用いられるエンジンは、エンジンを走行用の動力源の１つとする場合に比べ、排気中に含まれる汚染物質が比較的少ない運転領域で運転することが可能ではあるが、その排気中には依然として汚染物質が含まれているため、排気を浄化するための排気浄化装置が使用される。この排気浄化装置に設けられた触媒を適正温度に維持するようにして排気の浄化を良好に行うようにしたハイブリッド電気自動車の排気浄化装置が特許文献１によって提案されている。
また、エンジンの排気中には、汚染物質の１つであるＮＯｘ（窒素酸化物）が含まれており、このＮＯｘを還元して排気を浄化するため、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を配設するようにした排気浄化装置が知られている。従って、ハイブリッド電気自動車の排気浄化装置においても、このようなアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を用いることが考えられる。
アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を排気浄化装置に用いた場合、還元剤としてアンモニアをアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給するために、アンモニアに比べて取り扱いが容易な尿素水を排気中に供給するのが一般的であり、この場合には尿素水インジェクタなどを用いて尿素水が排気中に噴射される。尿素水インジェクタから排気中に供給された霧状の尿素水は排気の熱により加水分解し、その結果生成されるアンモニアがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給される。供給されたアンモニアは一旦アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着され、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＮＯｘ触媒によって促進されることによりＮＯｘが還元されて排気の浄化が行われる。
このようなアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置の場合、エンジンの始動直後はアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒や尿素水インジェクタの温度が低く、噴射された尿素水が排気中で良好に加水分解することができない。このため、エンジンを始動してから排気温度がある程度の温度に上昇するまでは尿素水インジェクタからの尿素水の噴射を中止する必要がある。
しかしながら、このようにエンジンの始動後、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒や尿素水インジェクタの温度が上昇するまで尿素水の供給を中止すると、尿素水の供給を中止している間は、尿素水から生成されたアンモニアを還元剤としたアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの選択還元が行われず、排気を浄化することができないという問題が生じる。
特にシリーズ式ハイブリッド電気自動車の場合には、上述したようにバッテリの充電状態に応じてエンジンの運転及び停止が繰り返されるため、ＮＯｘを選択還元して排気を浄化することのできない状態がエンジンの始動のたびに繰り返され、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率が大きく低下するため、より一層大きな問題となる。
そこで、このような問題を解消するため、バッテリの充電が完了してエンジンを停止する際に、エンジン停止前の所定期間にわたってアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒へのアンモニア吸着量を増大させておき、次回エンジンを始動したときには尿素水インジェクタから尿素水の供給が可能となるまでの間、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着させておいたアンモニアを用いて排気中のＮＯｘを選択還元することにより排気を浄化することが考えられる。
特開２００５−２４８８７５号公報
ところが、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの量はアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の触媒温度に依存しており、触媒温度が上昇するにつれて吸着可能なアンモニアの量は減少していく。このため、エンジン始動後に排気温度が急激に上昇すると、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの量も急激に減少し、それまでにアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着しているアンモニアの量を下回る可能性がある。このような場合には、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着しているアンモニアの一部がアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒から離脱してそのまま大気中に放出され、いわゆるアンモニアスリップを生じてしまうという問題がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリーズ式ハイブリッド電気自動車のエンジン始動時に、アンモニアスリップを生じることなく、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率を向上可能なハイブリッド電気自動車の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、本発明のハイブリッド電気自動車の排気浄化装置は、エンジンを発電機の駆動専用とし、上記発電機で発電した電力をバッテリに蓄えると共に、上記バッテリから供給される電力で作動するモータにより駆動輪を駆動するようにしたハイブリッド電気自動車の排気浄化装置において、上記エンジンの排気通路に介装され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気中に尿素水を供給する尿素水供給手段と、上記バッテリの充電状態に応じて上記エンジンを始動又は停止させ、上記エンジンの運転中には所定の目標制御量で上記エンジンを制御すると共に上記エンジンの運転状態に応じて上記尿素水供給手段を制御し、運転中の上記エンジンを停止させる場合には、エンジン停止前の所定期間にわたり、上記所定期間より前の状態よりも上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒へのアンモニアの吸着量を増大させる吸着量増大運転を行った後に上記エンジンを停止させる制御手段とを備え、上記制御手段は、上記エンジンを始動した後、上記エンジンの制御量を直ちに上記目標制御量とした場合の上記エンジンの排気温度の上昇度合いよりも緩やかな排気温度の上昇度合いとなるように、上記エンジンの制御量を上記目標制御量に徐々に近づけることを特徴とする（請求項１）。
このように構成されたハイブリッド電気自動車の排気浄化装置によれば、エンジンは発電機の駆動専用とされ、駆動輪を駆動するモータに電力を供給するためのバッテリの充電状態に応じ、制御手段によりエンジンが始動又は停止される。また、制御手段はエンジンの運転中には所定の目標制御量でエンジンを制御すると共に、エンジンの運転状態に応じて尿素水供給手段を制御し、尿素水供給手段からアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気中に尿素水が供給される。尿素水供給手段から排気中に供給された尿素水はエンジンから排出される排気の熱により加水分解し、その結果生成されるアンモニアがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給される。供給されたアンモニアは一旦アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着され、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＮＯｘ触媒によって促進されることによりＮＯｘが還元されて排気の浄化が行われる。
そして、制御手段がエンジンを停止させる場合には、エンジン停止前の所定期間にわたり、この所定期間より前の状態よりもアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒へのアンモニアの吸着量を増大させる吸着量増大運転を行った後にエンジンを停止させる。この結果、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に多量のアンモニアが吸着した状態でエンジンが停止する。 バッテリの充電状態に応じて再びエンジンが始動された場合に制御手段は、エンジンの制御量を直ちに上記目標制御量とした場合のエンジンの排気温度の上昇度合いよりも緩やかな排気温度の上昇度合いとなるように、エンジンの制御量を上記目標制御量に徐々に近づける。このとき、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒や尿素水供給手段などの温度が低いことによって、尿素水供給手段からの尿素水の供給が困難な状態であっても、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着している多量のアンモニアが排気中のＮＯｘの選択還元に使用されることにより、排気の浄化が行われる。
具体的には、上記ハイブリッド電気自動車の排気浄化装置において、上記制御手段は、上記エンジンの目標回転数を上記目標制御量とし、上記エンジンを始動した後、上記エンジンの回転数を上記目標回転数まで徐々に上昇させることを特徴とする（請求項２）。
このように構成されたハイブリッド電気自動車の排気浄化装置によれば、制御手段はエンジンを始動すると、エンジンの回転数を目標制御量である目標回転数に向けて徐々に上昇させる。これにより、エンジンの排気温度は、エンジンの回転数を直ちに目標回転数まで上昇させた場合のエンジンの排気温度の上昇度合いよりも緩やかな上昇度合いで上昇する。
或いは、上記ハイブリッド電気自動車の排気浄化装置において、上記制御手段は、上記発電機が目標電力を発電するときの上記エンジンの制御量を上記目標制御量とし、上記エンジンを始動した後、上記発電機の発電電力を上記目標電力まで徐々に増大させるように上記エンジンの制御量を上記目標制御量に向けて変化させることを特徴とする（請求項３）。
このように構成されたハイブリッド電気自動車の排気浄化装置によれば、制御手段はエンジンを始動すると、発電機の発電電力が目標電力に向けて徐々に増大するようにエンジンの制御量を目標電力に対応した目標制御量に向けて変化させる。これにより、エンジンの排気温度は、発電機の発電電力を直ちに目標電力まで増大させた場合のエンジンの排気温度の上昇度合いよりも緩やかな上昇度合いで上昇する。
或いは、上記ハイブリッド電気自動車の排気浄化装置において、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出手段を更に備え、上記制御手段は、上記エンジンを始動後、上記触媒温度検出手段によって検出された触媒温度に基づき、そのときの上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度に対応して上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの最大吸着量が上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの量以上となるような温度を維持しながら、上記エンジンの排気温度が上昇するよう、上記エンジンの制御量を徐々に上記目標制御量に近づけることを特徴とする（請求項４）。
アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの最大吸着量は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の触媒温度の上昇と共に減少する。そこで、このように構成されたハイブリッド電気自動車の排気浄化装置によれば、制御手段はエンジンを始動すると、触媒温度検出手段によって検出された触媒温度に基づき、そのときのアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度に対応してアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの最大吸着量がアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの量以上となるような温度を維持しながら、エンジンの排気温度を上昇させるべく、エンジンの制御量を徐々に目標制御量に近づける。
また、上記ハイブリッド電気自動車の排気浄化装置において、上記制御手段は、上記エンジンの運転中における上記所定期間よりも前の状態に比して上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が低下するように上記エンジンを制御して上記吸着量増大運転を行うことを特徴とする（請求項５）。
このように構成されたハイブリッド電気自動車の排気浄化装置によれば、制御手段が吸着量増大運転を行う際には、吸着量増大運転を行う前よりもアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度を低下させることにより、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒へのアンモニアの吸着量を増大させる。
本発明のハイブリッド電気自動車の排気浄化装置によれば、制御手段がエンジンを停止させる場合に、エンジン停止前の所定期間にわたり吸着量増大運転を行った後にエンジンを停止させることにより、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に多量のアンモニアが吸着した状態でエンジンが停止する。
バッテリの充電状態に応じて再びエンジンが始動されると、制御手段はエンジンの制御量を直ちに目標制御量とした場合のエンジンの排気温度の上昇度合いよりも緩やかな排気温度の上昇度合いとなるように、エンジンの制御量を上記目標制御量に徐々に近づけるので、排気温度の上昇に伴うアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの最大吸着量の減少が緩やかになる。このため、ＮＯｘの選択還元に伴って減少する実際のアンモニア吸着量が、排気温度の上昇と共に減少するアンモニアの最大吸着量を上回らないようにすることが可能となり、エンジン始動時の急激な排気温度の上昇に起因するアンモニアスリップの発生を防止することができる。
また、このようにしてエンジンが再び始動されたときに、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒や尿素水供給手段などの温度が低いことによって尿素水供給手段からの尿素水の供給が困難な状態であっても、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着しているアンモニアが排気中のＮＯｘの選択還元に使用され、排気の浄化が行われる。従って、エンジン始動後のアンモニアスリップの発生を防止しながら、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化効率の低下を防止することができる。
このようなエンジン始動時における排気温度の上昇度合いの緩和は、請求項２のハイブリッド電気自動車の排気浄化装置のように、エンジンの回転数を目標制御量である目標回転数に向けて徐々に上昇させたり、請求項３のハイブリッド電気自動車の排気浄化装置のように、発電機の発電電力が目標電力に向けて徐々に増大するようにエンジンの制御量を目標電力に対応した目標制御量に向けて変化させることにより容易に実現することができる。
また、請求項４のハイブリッド電気自動車の排気浄化装置によれば、制御手段は、触媒温度検出手段によって検出された触媒温度に基づき、そのときのアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度に対応してアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの最大吸着量がアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの量以上となるような温度を維持しながら、エンジンの排気温度を上昇させるべく、エンジンの制御量を徐々に目標制御量に近づける。従って、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの選択還元のために減少する実際のアンモニア吸着量を下回らずにアンモニアの最大吸着量が減少するよう、排気温度を徐々に上昇させることが可能となるので、エンジン始動時のアンモニアスリップの発生を確実に防止することができる。また、必要以上に排気温度上昇を遅らせずに済むので、尿素水を供給可能な温度まで可能な限り早期に排気温度を上昇させることができる。
また、請求項５のハイブリッド電気自動車の排気浄化装置によれば、制御手段が吸着量増大運転を行う際には、吸着量増大運転を行う前よりもアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度を低下させることにより、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒へのアンモニアの吸着量を増大させる。アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの量は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が低いほど増大するので、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度を低下させることにより、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を低下させれば、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒へのアンモニアの吸着量を増大させることができる。
従って、エンジン始動後に尿素水を供給できるようになるまでの間に行われるＮＯｘの選択還元に十分な量のアンモニアを予めアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着しておくことが可能となる。しかし、その一方で次にエンジンを始動して直ちにエンジンの制御量を目標制御量とした場合にはアンモニアスリップが発生しやすくなるが、上述したようにエンジンの制御量を上記目標制御量に徐々に近づけることによって排気温度の上昇が緩和され、アンモニアスリップの発生が防止できるので、このように吸着量増大運転でアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度を低下させ、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒へのアンモニアの吸着量を増大させることができるという、より一層優れた効果を得ることが可能となる。
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたシリーズ式のハイブリッド電気自動車１の全体構成図である。
ディーゼルエンジンであるエンジン２の出力軸は発電機４の回転軸に連結されており、エンジン２の出力は専ら発電機４の駆動に用いられる。エンジン２によって駆動される発電機４の発電電力は、インバータ６を介してバッテリ８に蓄えられる。インバータ６は、発電機４から供給される電力によってバッテリ８が適正に充電されるよう、発電機４とバッテリ８との間に流れる電流を制御することにより、発電機４の発電電力を調整する。また発電機４は、エンジン２が停止しているときにバッテリ８からインバータ６を介して電力が供給されることによりモータとして作動し、エンジン２をクランキングする機能も有している。
一方、ハイブリッド電気自動車１には走行用のモータ１０が搭載されており、モータ１０の出力軸は、減速装置１２、差動装置１４及び１対の駆動軸１６を介して左右の駆動輪１８に連結されている。モータ１０にはインバータ６を介してバッテリ８の電力が供給され、インバータ６によってモータ１０に供給される電力を調整することにより、モータ１０から駆動輪１８に伝達される駆動力を調整することができるようになっている。
また、車両制動時には、モータ１０が発電機として作動し、駆動輪１８の回転による運動エネルギがモータ１０に伝達されて交流電力に変換されることにより回生制動トルクを発生する。そして、この交流電力はインバータ６によって直流電力に変換された後、バッテリ８に充電され、駆動輪１８の回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。
ＨＥＶ−ＥＣＵ（制御手段）２０は、エンジン２、発電機４、インバータ６及びモータ１０や車両の運転状態、ならびにエンジン２を制御するためのエンジンＥＣＵ（制御手段）２２や、バッテリ８の状態を監視するバッテリＥＣＵ２４などから情報を収集し、これらの情報に基づき、エンジン２、発電機４、インバータ６及びモータ１０が適正に作動するよう、エンジンＥＣＵ２２やバッテリＥＣＵ２４に指令を送りながら統合制御を行う。
即ち、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０にはアクセルペダル２６の操作量を検出するアクセル開度センサ２８が接続されており、アクセル開度センサ２８が検出したアクセルペダル２６の操作量に応じてインバータ６を制御することにより、運転者の要求に応じてモータ１０から駆動輪１８に伝達される駆動力を調整する。また、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は車両制動時にインバータ６を制御し、発電機として作動するモータ１０からバッテリ８に供給される電力を調整して、モータ１０が発生する回生制動力の制御を行う。更に、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は、バッテリ８を充電する必要が生じたときに、エンジン２を始動してエンジン２により発電機４を駆動するようエンジンＥＣＵ２２に指令を送ると共に、発電機４から所定の発電電力を発生させることによってバッテリ８が適正に充電されるようインバータ６を制御する。
エンジンＥＣＵ２２は、エンジン２の運転制御全般を行うために設けられており、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０からの指令に基づき、発電機４を駆動して発電機４からバッテリ８の充電に必要な発電電力を得るためのエンジン２の運転制御などを行って、エンジン２の燃料の噴射量や噴射時期などを調整すると共に、エンジン２から得た各種情報をＨＥＶ−ＥＣＵ２０に送っている。
また、バッテリＥＣＵ２４は、バッテリ８の温度や電圧、インバータ６とバッテリ８との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１８の充電率ＳＯＣを求め、上記検出結果と共にＨＥＶ−ＥＣＵ２０に送っている。
このように構成されたハイブリッド電気自動車１において運転者がアクセルペダル２６を踏み込むと、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はアクセル開度センサ２８が検出したアクセルペダル２６の操作量と、図示しない走行速度センサが検出した車両走行速度とに基づき、駆動輪１８に伝達すべき駆動トルクを求め、この駆動トルクをモータ１０が発生するようにインバータ６を制御する。これによりバッテリ８の電力がインバータ６を介してモータ１０に供給され、モータ１０が発生する駆動トルクが減速機１２、差動装置１４及び駆動軸１６を介して左右の駆動輪１８に伝達されて車両が走行する。
モータ１０への電力供給によってバッテリ８の充電率は徐々に低下するので、バッテリ８が過放電状態にならないようにするため、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はバッテリＥＣＵ２４から送られたバッテリ８の充電率ＳＯＣに応じ、エンジン２を運転して発電機４を駆動するようエンジンＥＣＵ２２に指令を送る。
エンジンＥＣＵ２２は、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０からの指令に従ってエンジン２の運転制御を行い、バッテリ８の充電率が低下して充電が必要となったときにエンジン２を始動し、エンジン２による発電機４の駆動を行う。このとき、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は所定回転数において所定の目標電力の発電電力が発電機４によって得られるようにインバータ６を制御し、これに対応してエンジンＥＣＵ２２は上記所定回転数を目標回転数として運転するようにエンジン２を制御する。そして、このときの所定回転数及び所定電力は、これらに対応したエンジン２の回転数及び負荷が、排気中のＮＯｘの濃度を極力低くするような運転領域にあるように予め定められている。
しかしながら、このように運転制御を行っても、エンジン２の排気中には依然としてＮＯｘやパティキュレートなどの大気汚染物質が含まれるため、エンジン２から排出された排気を浄化する必要がある。そこで、以下ではエンジン２において排気を浄化するための構成について、エンジン２のシステム構成図である図２に基づき詳細に説明する。
図２に示すようにエンジン２は、気筒内において燃料を燃焼させることにより発電機４を駆動するための駆動力を発生するエンジン本体３０と、燃料を燃焼させるための空気をエンジン本体３０に供給するための吸気管３２と、燃料の燃焼によって発生した排気を排出するための排気管（排気通路）３４とを備えている。
排気管３４には、エンジン本体３０から排出される排気を浄化するための排気後処理装置３６が介装されている。この排気後処理装置３６は、上流側ケーシング３８と、上流側ケーシング３８の下流側に連通路４０で連通された下流側ケーシング４２とで構成されている。上流側ケーシング３８内には、前段酸化触媒４４が収容されると共に、この前段酸化触媒４４の下流側にはパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）４６が収容されている。フィルタ４６は、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン本体３０から排出される排気を浄化するために設けられる。
前段酸化触媒４４は排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させてＮＯ2（二酸化窒素）を生成するので、このように前段酸化触媒４４とフィルタ４６とを配置することにより、フィルタ４６に捕集され堆積しているパティキュレートは、前段酸化触媒４４から供給されたＮＯ2と反応して酸化し、フィルタ４６の連続再生が行われるようになっている。
一方、下流側ケーシング４２内には、アンモニアを吸着し、吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を選択還元して排気を浄化するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（以下ＳＣＲ触媒という）４８が収容されると共に、このＳＣＲ触媒４８の下流側にはＳＣＲ触媒４８から流出したアンモニアを除去するための後段酸化触媒５０が収容されている。この後段酸化触媒５０は、フィルタ４６の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯ（一酸化炭素）を酸化し、ＣＯ2（二酸化炭素）として大気中に排出する機能も有している。
また、連通路４０には、連通路４０内の排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）５２が設けられており、尿素水を蓄えた尿素水タンク５６から図示しない尿素水供給ポンプを介して尿素水インジェクタ５２に尿素水が供給され、尿素水インジェクタ５２を開閉することによって尿素水インジェクタ５２から連通路４０内の排気中に尿素水が噴射されるようになっている。
尿素水インジェクタ５２から噴射された霧状の尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、ＳＣＲ触媒４８に供給される。ＳＣＲ触媒４８は供給されたアンモニアを一旦吸着し、吸着したアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを無害なＮ２とする。なお、このとき、アンモニアがＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒４８から流出した場合には、このアンモニアが後段酸化触媒５０によって除去されるようになっている。
更に、下流側ケーシング４２内のＳＣＲ触媒４８上流側には排気温度を検出するための排気温度センサ（触媒温度検出手段）５４が設けられており、この排気温度センサ５４はＳＣＲ触媒４８に流入する排気の温度を検出してＳＣＲ触媒４８の触媒温度を推定するために用いられる。
エンジンＥＣＵ２２は、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０からの指令に対応してエンジン本体３０や尿素水インジェクタ５２の制御を行うものであって、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、エンジン本体３０の回転数を検出する回転数センサ５８など、エンジン本体３０に設けられた各種センサからの情報に基づき、エンジン本体３０の各気筒への燃料供給量や尿素水インジェクタ５２からの尿素水供給量などの様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
以上のように構成されるエンジン２は、モータ１０への電力供給によってバッテリ８の充電率が低下し、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０がバッテリＥＣＵ２４によって検出されたバッテリ８の充電率ＳＯＣに基づき、バッテリ８を充電する必要があると判断した場合に、エンジンＥＣＵ２２によって始動される。そして始動後は、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０からの指令に基づき、発電機４の発電電力によってバッテリ８が適正に充電されるよう、エンジンＥＣＵ２２によって制御される。
このようなエンジン２による発電機４の駆動、及び発電機４の発電電力によるバッテリ８の充電によってバッテリ８の充電率を適正に維持するため、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は図３のフローチャートに従い、充電制御を所定の制御周期で繰り返し実行する。この充電制御は、ハイブリッド電気自動車１の車室内に設けられた図示しない始動スイッチがオンに操作されると開始され、オフに操作されると終了するようになっている。
始動スイッチのオン操作によって充電制御が開始されると、まずＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ１０１でフラグＦ１の値が１であるか否かを判定する。
このフラグＦ１は、後述するエンジン２の運転モード及び尿素水インジェクタ５２による尿素水の供給モードを切り換えるために用いられるものであって、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はフラグＦ１の値をエンジンＥＣＵ２２に送出することによって、エンジン２の運転モード及び尿素水の供給モードをエンジンＥＣＵ２２に指令する。具体的には、フラグＦ１の値が０であるときには、エンジン２の運転モードが第１運転モードであると共に尿素水の供給モードが第１供給モードであることを示し、フラグＦ１の値が１であるときには、エンジン２の運転モードが第２運転モードであると共に尿素水の供給モードが第２供給モードであることを示す。なお、本実施形態では、エンジン２を第２運転モードで運転すると共に尿素水インジェクタ５２から第２供給モードで尿素水の供給を行う状態が本発明の吸着量増大運転に相当するが、これら第１及び第２運転モード、並びに第１及び第２供給モードの詳細については後述する。
充電制御開始時におけるフラグＦ１の初期値は０となっているので、ステップＳ１０１の判定によりＨＥＶ−ＥＣＵ２０は処理をステップＳ１０２に進める。ステップＳ１０２においてＨＥＶ−ＥＣＵ２０は、フラグＦ２の値が１であるか否かを判定する。
このフラグＦ２はバッテリ８の充電の要否を示すものである。バッテリ８の充電率が低下して充電が必要となった場合にはエンジン２を運転して発電機４を駆動する必要があることから、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はフラグＦ２の値をエンジンＥＣＵ２２に送出することによって、エンジン２の運転又は停止を指令する。具体的には、フラグＦ２の値が０であるときにはバッテリ８の充電が不要であることを示す一方、フラグＦ２の値が１であるときにはバッテリ８の充電が必要であることを示す。
充電制御開始時におけるフラグＦ２の初期値は０となっているので、ステップＳ１０２の判定によりＨＥＶ−ＥＣＵ２０は処理をステップＳ１０３に進める。ステップＳ１０３においてＨＥＶ−ＥＣＵ２０は、バッテリＥＣＵ２４によって検出されたバッテリ８の充電率ＳＯＣが所定の下限充電率ＳＬを下回ったか否かを判定する。
下限充電率ＳＬはバッテリ８の充電の要否を判断するための判定値であって、バッテリ８の充電率ＳＯＣが下限充電率ＳＬを下回っていない場合、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は、充電を必要とするほどバッテリ８の充電率ＳＯＣが低下していないものと判断し、その制御周期を終了した後、次の制御周期で再びステップＳ１０１から処理を開始する。
次の制御周期では、フラグＦ１及びＦ２の値が０のままであるため、処理はステップＳ１０１及びＳ１０２を経て再びステップＳ３に進むことになる。従って、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は、バッテリ８の充電率ＳＯＣが下限充電率ＳＬを下回らない限りステップＳ１０１乃至Ｓ１０３の処理を繰り返し、バッテリ８の放電が進んでバッテリ８の充電率ＳＯＣが下限充電率ＳＬを下回るとステップＳ１０４に処理を進める。
ステップＳ１０４に処理を進めると、バッテリ８の充電率ＳＯＣが下限充電率ＳＬを下回っていてバッテリ８の充電が必要であることから、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は充電の要否を示すフラグＦ２の値を１とした後、次のステップＳ１０５に処理を進める。
ステップＳ１０５でＨＥＶ−ＥＣＵ２０は、バッテリＥＣＵ２４によって検出されたバッテリ８の充電率ＳＯＣが所定の第１上限充電率ＳＵ１に達したか否かを判定する。そして、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達していない場合、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はその制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ１０１から処理を開始する。
次の制御周期では、フラグＦ１の値が０のままである一方でフラグＦ２の値が１に変更されているため、処理はステップＳ１０１及びＳ１０２を経てステップＳ１０５に進み、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は再びバッテリ８の充電率ＳＯＣが所定の第１上限充電率ＳＵ１に達したか否かを判定する。従って、バッテリ８の充電により充電率ＳＯＣが上昇して第１上限充電率ＳＵ１に達しない限り、ステップＳ１０１からステップＳ１０２及びＳ１０５の処理が繰り返されることになる。
フラグＦ２の値が１となることにより、後述するエンジン運転制御でエンジン２が始動され、エンジン２によって駆動された発電機４の発電電力がバッテリ８に充電される。そして、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達すると、ステップＳ１０５の判定によってＨＥＶ−ＥＣＵ２０は処理をステップＳ１０６に進め、フラグＦ１の値を１とした後、次のステップＳ１０７でバッテリＥＣＵ２４によって検出されたバッテリ８の充電率ＳＯＣが所定の第２上限充電率ＳＵ２に達したか否かを判定する。この第２上限充電率ＳＵ２は、第１上限充電率ＳＵ１よりも高い充電率となっており、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ１０７でバッテリ８の充電率ＳＯＣが第２上限充電率ＳＵ２に達したと判定することにより、バッテリ８の充電が完了したものと判断する。バッテリ８の充電率ＳＯＣが第２上限充電率ＳＵ２に達していない場合、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はその制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ１０１から処理を開始する。
次の制御周期では、フラグＦ１の値が既に１となっていることから、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は処理をステップＳ１０１から直接ステップＳ１０７に進め、再びバッテリ８の充電率ＳＯＣが第２上限充電率ＳＵ２に達したか否かを判定する。従って、バッテリ８の充電が進み、充電率ＳＯＣが上昇して第２上限充電率ＳＵ２に達しない限り、ステップＳ１０１及びステップＳ１０７の処理が繰り返されることになる。
発電機４の発電電力によるバッテリ８の充電が進み、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第２上限充電率ＳＵ２に達すると、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ１０７の判定により処理をステップＳ１０８に進める。ステップＳ１０８でＨＥＶ−ＥＣＵ２０は、もはやバッテリ８の充電が不要であることからフラグＦ２の値を０にリセットすると共に、フラグＦ１の値も次回のバッテリ８の充電に備え０にリセットして、その制御周期を終了する。従って、次の制御周期以降では、再びバッテリ８の充電率ＳＯＣが低下して下限充電率ＳＬを下回るまでの間、上述のようにしてステップＳ１０１乃至Ｓ１０３の処理が繰り返されることになる。
以上のようにしてＨＥＶ−ＥＣＵ２０が充電制御を実行することにより、バッテリ８の充電率ＳＯＣが低下して下限充電率ＳＬを下回ると、フラグＦ２の値が１とされることによって後述のエンジン運転制御でエンジン２が始動され、エンジン２によって駆動される発電機４の発電電力によりバッテリ８の充電が行われる。このとき、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達するまでの間は、フラグＦ１の値が０とされることにより、後述のエンジン運転制御及び尿素水供給制御においてエンジン２の運転モードが第１運転モードとされると共に、尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給モードが第１供給モードとされる。
そして、バッテリ８の充電が進んで充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達すると、フラグＦ１の値が１とされることにより、後述のエンジン運転制御及び尿素水供給制御においてエンジン２の運転モードが第２運転モードとされると共に、尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給モードが第２供給モードとされる。
更に、バッテリ８の充電が進んで充電率ＳＯＣが第２上限充電率ＳＵ２に達すると、バッテリ８の充電が完了したものとして、後述のエンジン制御及び尿素水供給制御においてエンジン２が停止されると共に、尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給が停止される。
従って、エンジン２が始動されてバッテリ８の充電が開始された後、充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達するまでの期間は、この充電制御によって指定されるエンジン２の運転モードが第１運転モードとなると共に、尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給モードが第１供給モードとなる。また、充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達してから、更に上昇して第２上限充電率ＳＵ２に達し、エンジン２が停止するまでの期間は、エンジン２の運転モードが第２運転モードとなると共に、尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給モードが第２供給モードとなる。
次に、これらフラグＦ１及びＦ２の値に応じてエンジン２の運転を制御するためのエンジン運転制御について図４に基づき詳細に説明する。エンジン運転制御は、上述した充電制御と同様に始動スイッチのオン操作によって開始され、図４に示すフローチャートに従い、充電制御と並行してＨＥＶ−ＥＣＵ２０により所定の制御周期で実行される。また、エンジン運転制御も、上述した充電制御と同様に始動スイッチのオフ操作によって終了するようになっている。
このエンジン運転制御では、上述した充電制御において設定されるフラグＦ１及びＦ２の値に基づき、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０がエンジン２の始動及び停止、並びにエンジン２の運転中における運転モードの切り換えをエンジンＥＣＵ２２に指令し、この指令に基づいてエンジンＥＣＵ２２がエンジン２の始動及び停止、並びに運転モードの切り換えを行う。
始動スイッチのオン操作によってエンジン運転制御が開始されると、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ２０１でフラグＦ２の値が１であるか否かを判定する。フラグＦ２は、前述したようにバッテリ８の充電の要否を示すものであり、充電制御においてバッテリ８の充電率ＳＯＣが下限充電率ＳＬを下回った場合に、バッテリ８の充電が必要であるとしてその値が１とされるものである。
従って、バッテリ８の充電率ＳＯＣが下限充電率ＳＬを下回っておらず、充電制御においてバッテリ８の充電が不要であるとしてフラグＦ２の値が０とされている場合、エンジン２により発電機４を駆動して発電を行う必要がないので、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ２０１の判定により処理をステップＳ２０２に進め、エンジンＥＣＵ２２にエンジン２の停止を指令する。エンジン２は既に停止状態にあることから、エンジンＥＣＵ２２はＨＥＶ−ＥＣＵ２０からの指令を受けてエンジン２を停止状態に維持する。
更に、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ２０３でフラグＦ３の値を０とすると共に、ステップＳ２０４でフラグＦ４の値を０とした後、その制御周期を終了する。このフラグＦ３は、エンジン２が運転中であるか否かを示すものであり、その値が０であるときにはエンジン２が停止状態にあることを示し、その値が１であるときにはエンジン２が運転中であることを示す。また、フラグＦ４は、エンジン２が後述するランプモードの運転を完了したか否かを示すものであり、その値が１であるときにはランプモードの運転が完了したことを示す。
次の制御周期で、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は再びステップＳ２０１から処理を開始し、フラグＦ２の値が１であるか否かを判定する。従って、バッテリ８の充電率ＳＯＣが下限充電率ＳＬを下回り、充電制御においてバッテリ８の充電が必要であるとしてフラグＦ２の値が１とされない限り、ステップＳ２０１乃至Ｓ２０４の処理が制御周期毎に繰り返され、エンジン２は停止状態に維持されることになる。
バッテリ８の充電率ＳＯＣが下限充電率ＳＬを下回り、充電制御においてバッテリ８の充電が必要であるとしてフラグＦ２の値が１とされた場合、このエンジン運転制御でＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ２０１の判定により処理をステップＳ２０５に進め、フラグＦ３の値が１であるか否かを判定する。このときエンジン２はまだ停止状態にあり、フラグＦ３の値は０とされているので、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ２０５の判定によって処理をステップＳ２０６に進める。
ステップＳ２０６ではエンジン２の始動が行われる。即ち、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はエンジンＥＣＵ２２にエンジン２を始動するよう指令を送ると共に、発電機４がモータとして作動するようにインバータ６を制御する。これに合わせ、エンジンＥＣＵ２２は、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０からの指令に従い、エンジン２を始動するべくエンジン２への燃料の供給を開始する。こうして発電機４がモータとして作動することによりエンジン２をクランキングすると共に、エンジンＥＣＵ２２がエンジン２への燃料供給を開始することにより、エンジン２が始動する。
エンジン２の始動が完了すると、エンジンＥＣＵ２２はエンジン２の始動を完了した旨の情報をＨＥＶ−ＥＣＵ２０に通知する。これを受けてＨＥＶ−ＥＣＵ２０は発電機４のモータ作動を終了するようインバータ６に制御信号を送出した後、処理をステップＳ２０６からステップＳ２０７に進め、エンジン２が運転状態となったことからフラグＦ３の値を１とする。
ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は、更に処理をステップＳ２０８に進め、フラグＦ４の値が１であるか否かを判定する。フラグＦ４は、前述したようにエンジン２がランプモードの運転を完了したか否かを示すものであり、このエンジン運転制御の開始時点ではエンジン２が運転されていないので、フラグＦ４の初期値は０となっている。
ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ２０８の判定により処理をステップＳ２０９に進めると、エンジン２をランプモードで運転するようエンジンＥＣＵ２２に指令すると共に、エンジン２のランプモード運転に合わせて発電機４の発電量を変化させるようにインバータ６を制御する。
このランプモードによるエンジン２の運転は、始動後のアイドル回転数から後述する第１運転モードにおける第１目標回転数（目標制御量）Ｎ１までエンジン２の回転数（制御量）を徐々に上昇させるものであり、これに合わせて発電機４の発電電力が０（ワット）から第１運転モードに対応した第１目標電力まで徐々に増大されることにより、エンジン２の負荷（制御量）も、エンジン２が第１モードで運転されて発電機４がこの第１運転モードに対応した第１目標電力の発電電力を発生しているときの負荷（目標制御量）に向けて徐々に増大していく。このような回転数の上昇を行うと共に負荷の増加に対応し、エンジンＥＣＵ２２はエンジン２への燃料供給量を増大させていく。
なお、第１目標発電電力は、エンジン２が第１運転モードで運転されているときに、第１目標回転数のもとで発電機４がバッテリ８を効率良く充電すると共にエンジン２の排気中に含まれるＮＯｘの濃度を極力低下可能な発電電力として予め定められたものである。また、エンジン２の回転数が第１目標回転数に達したときに発電機４の発電電力が第１目標電力に達するよう、エンジン２の回転数及び発電機４の発電電力の変化の度合いがそれぞれ予め定められている。
従って、制御周期毎にこのステップＳ２０９の処理が繰り返されると、エンジンＥＣＵ２２がＨＥＶ−ＥＣＵ２０からの指令を受けてエンジン２を制御することにより、エンジン２がランプモードで継続的に運転され、エンジン２の回転数はアイドル回転数から第１目標回転数Ｎ１に向けて徐々に上昇すると共に、発電機４の発電電力が第１目標電力に向けて徐々に増大し、エンジン２の負荷が増大していくことになる。
ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は、次のステップＳ２１０に処理を進めると、回転数センサ５８によって検出されたエンジン２の回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎ１に達したか否かを判定する。エンジン２の回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎ１に達してない場合、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ２１０の判定の後にその制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ２０１から処理を開始する。
次の制御周期でも、まだバッテリ８の充電率ＳＯＣが十分回復しておらず、バッテリ８の充電が完了していないことからフラグＦ２の値は１のままであり、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ２０１の判定によって処理をステップＳ２０５に進める。そしてステップＳ２０５ではフラグＦ３の値が１であるか否かを判定するが、エンジン２が運転中であることからフラグＦ３は１となっており、ステップＳ２０５の判定によりＨＥＶ−ＥＣＵ２０は処理をステップＳ２０８に進め、再びフラグＦ４の値が１であるか否かを判定する。
この時点ではまだエンジン２のランプモードによる運転は完了しておらず、フラグＦ４の値は０のままであるので、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ２０８の判定により処理をステップＳ２０９に進め、再び上述のようにして引き続きエンジン２をランプモードで運転するようエンジンＥＣＵ２２に指令を送ると共に、これに対応して発電機４の発電電力を増大させていく。従って、エンジン２のランプモード運転によりエンジン２の回転数Ｎｅが上昇して第１目標回転数Ｎ１に達するまでの間は、処理がステップＳ２０１、Ｓ２０５及びステップＳ２０８を経てステップＳ２０９に進み、エンジン２がランプモードで運転されることになる。
このようにしてエンジン２の回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎ１に達するまでの間、エンジン２がランプモードで運転されると共に、これに合わせて発電機４の発電電力が０から第１目標電力まで徐々に増大されることにより、エンジン２の回転数を始動後直ちに第１目標回転数Ｎ１にすると共に、発電機４の発電電力をエンジン２の始動後直ちに第１目標電力とした場合に比べ、エンジン２の排気温度の上昇度合いは緩やかなものとなる。このときのエンジン回転数の上昇度合い及び発電機４の発電電力の増大度合いは、後述するように排気温度が所定の度合いで上昇するように予め設定されている。
こうしてエンジン２のランプモード運転によりエンジン２の回転数Ｎｅが上昇して第１目標回転数Ｎ１に達すると、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は、ステップＳ２１１でフラグＦ４の値を１とした後に、処理をステップＳ２１２に進め、フラグＦ１の値が１であるか否かを判定する。フラグＦ１は、前述したようにエンジン２の運転モード及び尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給モードを定めるものであり、バッテリ８の充電率ＳＯＣが上昇して第１上限充電率ＳＵ１に達するまでは、充電制御において値が０とされ、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達してから更に上昇して第２上限充電率ＳＵ２に達するまでの期間においては値が１とされる。
従って、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達するまでは、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０がステップＳ２１２においてフラグＦ１の値を１ではないと判定することにより、処理をステップＳ２１３に進め、エンジン２の運転モードとして第１運転モードを選択する。
ステップＳ２１３において第１運転モードが選択されると、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は発電機４の発電電力が、第１目標回転数Ｎ１のもとで第１目標電力となるようにインバータ６を制御すると共に、第１運転モードでエンジン２を運転するようエンジンＥＣＵ２２に指令を送る。エンジンＥＣＵ２２はＨＥＶ−ＥＣＵ２０からの指令を受け、第１目標回転数Ｎ１の回転数でエンジン２が運転するようにエンジン２の運転制御を行う。エンジン２の回転数は、上述したランプモード運転によって既に第１目標回転数Ｎ１に達しており、これに対応して発電機４の発電電力も第１目標電力に達しているので、エンジン２はランプモードから第１運転モードにスムーズに移行する。
こうしてステップＳ２１３で第１運転モードを選択しエンジン２が第１運転モードで運転されると、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はその制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ２０１から処理を開始する。このときには、まだバッテリ８の充電率ＳＯＣが十分回復しておらず、バッテリ８の充電が完了していないので、上述したように処理はステップＳ２０１及びＳ２０５を経てステップＳ２０８に進み、再びフラグＦ４の値が１であるか否かを判定する。
このときは、既にエンジン２のランプモードでの運転が完了しており、フラグＦ４の値が１とされているので、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ２０８の判定により処理をステップＳ２１２に進め、再びフラグＦ１の値が１であるか否かを判定する。従って、エンジン２がランプモードから第１運転モードに移行した後、バッテリ８の充電が進み、充電率ＳＯＣが上昇して第１上限充電率ＳＵ１に達するまでは、ステップＳ２１２からステップＳ２１３に処理が進められてエンジン２が第１運転モードで運転されると共に、発電機４により第１目標電力の発電が行われ、バッテリ８が充電されることになる。
こうしてバッテリ８の充電が進み、バッテリ８充電率ＳＯＣが上昇して第１上限充電率ＳＵ１に達すると、充電制御においてフラグＦ１の値が１とされるので、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ２１２においてフラグＦ１の値が１であると判定して処理をステップＳ２１４に進め、エンジン２の運転モードを第２運転モードに切り換える。
ステップＳ２１４において第２運転モードが選択されると、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は第２目標回転数Ｎ２のもとで第２目標電力を発電するようにインバータ６を制御すると共に、第２運転モードでエンジン２を運転するようエンジンＥＣＵ２２に指令を送る。この第２目標回転数Ｎ２は、第１運転モードが選択されているときの第１目標回転数Ｎ１よりも低く、第２目標電力は第１運転モードが選択されているときの第１目標電力よりも小さくなっている。エンジンＥＣＵ２２はＨＥＶ−ＥＣＵ２０からの指令を受け、第２目標回転数Ｎ２のエンジン回転数でエンジン２が運転するようにエンジン２の運転制御を行う。従って、エンジン２は第１運転モードの場合よりも低速低負荷の運転領域で運転されることになる。この結果、エンジン２から排出される排気の温度が第１運転モードの場合より低下すると共に、排気中に含まれるＮＯｘの濃度も低下する。
こうしてＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ２１４でエンジン２の運転モードを第２運転モードとした後に、その制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ２０１から処理を開始する。このときもまだバッテリ８の充電は完了しておらずフラグＦ２の値は１のままであり、エンジン２が運転中であることからフラグＦ３の値も１であって、エンジン２のランプモードでの運転が完了してフラグＦ４の値も１となっているので、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はステップＳ２０１、Ｓ２０５及びＳ２０８の判定によって処理をステップＳ２１２に進める。
ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は、充電制御においてフラグＦ１の値が１とされているので、ステップＳ２１２の判定により処理をステップＳ２１４に進め、引き続きエンジン２の運転モードが第２運転モードとされる。従って、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達してから第２上限充電率ＳＵ２に達するまでの期間は、ステップＳ２１４に処理が進められてエンジン２が第２運転モードで運転されると共に、発電機４により第２目標電力の発電が行われ、バッテリ８が充電されることになる。
こうしてバッテリ８の充電が更に進み、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第２上限充電率ＳＵ２に達すると、前述したように充電制御においてフラグＦ１及びＦ２の値が０にリセットされるので、エンジン運転制御で処理がステップＳ２０１に進むと、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０はフラグＦ２の値が１ではないと判定して処理をステップＳ２０２に進める。
ステップＳ２０２でＨＥＶ−ＥＣＵ２０は、エンジンＥＣＵ２２に対してエンジン２を停止するよう指令すると共に、インバータ６を制御して発電機４の発電を停止する。エンジンＥＣＵ２２は、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０からの指令を受け、エンジン２への燃料供給を中止することにより、エンジン２を停止させる。
ＨＥＶ−ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０２でエンジン２を停止させたことから、次のステップＳ２０３でフラグＦ３の値を０にリセットし、更にステップＳ２０４でフラグＦ４の値を０にリセットした後、その制御周期を終了する。そして次の制御周期以降では、前述したようにバッテリ８の充電が再び必要となってフラグＦ２の値が１とならない限り、上述したようにステップＳ２０１乃至Ｓ２０４の処理が繰り返され、エンジン２は停止状態に維持される。
以上のようにしてエンジン運転制御が行われることにより、バッテリ８の充電率ＳＯＣが下限充電率ＳＬを下回ると、エンジン２が始動されてエンジン２がランプモードで運転され、エンジン２の回転数がアイドル回転数から第１目標回転まで徐々に上昇させる。これに合わせて、発電機４の発電電力が０から第１目標電力まで徐々に増大され、エンジン２の負荷が徐々に増大していく。この結果、エンジン２の排気温度は、エンジン２の回転数を始動後直ちに第１目標回転数Ｎ１にすると共に、発電機４の発電電力をエンジン２の始動後直ちに第１目標電力とした場合に比べ、緩やかに上昇する。
エンジン２の回転数が第１目標回転数Ｎ１に達すると、これに合わせて発電機４の発電電力も第１目標電力に達しており、エンジン２は第１運転モードにスムーズに移行する。こうしてエンジン２が第１運転モードで運転され、エンジン２に駆動された発電機４が第１目標回転数で回転しながら第１目標電力の発電を行うことにより、バッテリ８の充電が更に進められる。
そして、バッテリ８の充電が進み、充電率ＳＯＣが上昇して第１上限充電率ＳＵ１に達すると、エンジン２の運転状態が第２運転モードに切り換えられる。第２運転モードによるエンジン２の運転は、バッテリ８の充電率ＳＯＣが更に上昇して第２上限充電率ＳＵ２に達するまで継続し、エンジン２が第２運転モードで運転されている間は、エンジン２に駆動された発電機４が第１目標回転数Ｎ１より低い第２目標回転数Ｎ２で回転しながら、第１目標電力より小さい第２目標電力の発電を行うことにより、引き続きバッテリ８の充電が行われる。このとき、エンジン２は第１運転モードの場合よりも低速低負荷の運転領域で運転されることになるため、エンジン２から排出される排気の温度が第１運転モードの場合より低下すると共に、排気中に含まれるＮＯｘの濃度も低下する。
更にバッテリ８の充電が進んでバッテリ８の充電率が第２上限充電率に達すると、バッテリ８の充電が完了したものとしてエンジン２が停止され、発電機４による発電が終了する。従って、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達することにより、エンジン２の運転状態が第２運転モードに切り換えられると、エンジン２はバッテリ８の充電率ＳＯＣが第２上限充電率ＳＵ２に達して停止するまで第２運転モードで運転されることになる。
このようなエンジン２の運転に合わせ、エンジンＥＣＵ２２はエンジン２から排出される排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化するべく、尿素水インジェクタ５２から排気中に尿素水を供給するための尿素水供給制御を実行する。この尿素水供給制御も上述した充電制御と同様に始動スイッチのオン操作によって開始され、図５に示すフローチャートに従い、エンジンＥＣＵ２２により所定の制御周期で実行される。また、尿素水供給制御も、上述した充電制御と同様に始動スイッチのオフ操作によって終了するようになっている。
この尿素水供給制御では、上述したエンジン運転制御におけるエンジン２の運転状態に応じて尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給を制御するため、前述した充電制御においてＨＥＶ−ＥＣＵ２０により設定されて指令として送出されたフラグＦ１及びＦ３の値に基づき、エンジンＥＣＵ２２が尿素水インジェクタ５２を制御する。
始動スイッチのオン操作によって尿素水供給制御が開始されると、エンジンＥＣＵ２２はステップＳ３０１でフラグＦ３の値が１であるか否かを判定する。フラグＦ３は、前述したようにエンジン２が運転状態にあるか否かを示すものであり、エンジン２が運転状態にある場合に、その値が１とされるものである。
フラグＦ３の値が０であってエンジン２が停止していることを示している場合には、尿素水インジェクタ５２からエンジン２の排気中に尿素水を供給する必要がないため、エンジンＥＣＵ２２はステップＳ３０１の判定により処理をステップＳ３０２に進めて尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給を引き続き停止とした後に、その制御周期を終了する。
次の制御周期でエンジンＥＣＵ２２は、再びステップＳ３０１から処理を開始し、フラグＦ３の値が１であるか否かを判定する。従って、エンジン２が停止状態にある限り、ステップＳ３０１及びＳ３０２の処理が繰り返され、尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給は停止された状態となる。
前述した充電制御においてバッテリ８の充電が必要であると判断され、エンジン運転制御によってエンジン２が始動すると、フラグＦ３の値が１となるので、エンジンＥＣＵ２２はステップＳ３０１の判定によって処理をステップＳ３０３に進める。
ステップＳ３０３でエンジンＥＣＵ２２は、排気温度センサ５４によって検出されたＳＣＲ触媒４８に流入する排気の温度Ｔｃが所定温度Ｔａに達したか否かを判定する。この所定温度Ｔａは、尿素水インジェクタ５２から排気中に噴射された尿素水に含まれる尿素が支障なく加水分解してアンモニアに転化可能となる下限温度に基づいて、例えば２００℃に設定される。そして、排気温度Ｔｃが所定温度Ｔａに達していない場合、エンジンＥＣＵ２２は尿素水インジェクタ５２から尿素水を噴射することができないものと判断して処理をステップＳ３０２に進める。ステップＳ３０２では、上述のように尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給が引き続き停止とされ、エンジンＥＣＵ２２はその制御周期を終了する。
次の制御周期で、再びステップＳ３０１から処理が開始されると、既にエンジン２が運転中であることからエンジンＥＣＵ２２はステップＳ３０１の判定により処理をステップＳ３０３に進め、エンジンＥＣＵ２２は排気温度センサ５４によって検出されたＳＣＲ触媒４８に流入する排気の温度Ｔｃが所定温度Ｔａに達したか否かを判定する。
従って、バッテリ８の充電が必要となりエンジン２が始動されても、エンジン２の排気温度が上昇して所定温度Ｔａに達するまでの間は、ステップＳ３０１からステップＳ３０３を経てステップＳ３０２の処理が繰り返され、尿素水インジェクタ５２からの尿素水の噴射が行われない。
エンジン２の運転が継続し、排気温度Ｔｃが上昇して所定温度Ｔａに達すると、エンジンＥＣＵ２２はステップＳ３０３の判定により尿素水インジェクタ５２からの尿素水の噴射が可能な状態になったものと判断して処理をステップＳ３０４に進め、フラグＦ１の値が１であるか否かを判定する。
フラグＦ１は、前述したようにエンジン２の運転モード及び尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給モードを定めるものであり、バッテリ８の充電率ＳＯＣが上昇して第１上限充電率ＳＵ１に達するまでは充電制御において値が０とされ、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達してから第２上限充電率ＳＵ２に達するまでの期間においては値が１とされる。
従って、バッテリ８の充電率ＳＯＣが下限充電率ＳＬを下回ってエンジン２が始動された後、排気温度Ｔｃが所定温度Ｔａに達してからバッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達するまでは、エンジンＥＣＵ２２がステップＳ３０４においてフラグＦ１の値を１ではないと判定することにより、処理をステップＳ３０５に進め、尿素水の供給モードとして第１供給モードを選択する。
この第１供給モードにおいて、エンジンＥＣＵ２２はエンジン２の運転状態からエンジン２の単位時間あたりのＮＯｘ排出量を演算し、その排出量のＮＯｘを全て選択還元する上で必要なアンモニア供給量に基づき、単位時間あたりの尿素水の目標供給量を求める。但し、通常は前述したエンジン２のランプモードによる運転が完了した後に排気温度Ｔｃがが所定温度Ｔａに達するので、第１供給モードにおいてエンジンＥＣＵ２２は、第１運転モードで運転されているときのエンジン２の単位時間あたりのＮＯｘ排出量を演算し、その排出量のＮＯｘを全て選択還元する上で必要なアンモニア供給量に基づき、単位時間あたりの尿素水の目標供給量Ｍ１を求める。
こうして求めた目標供給量Ｍ１に基づき、エンジンＥＣＵ２２は尿素水インジェクタ５２を制御して尿素水の供給を行う。尿素水インジェクタ５２から噴射された尿素水中の尿素は、前述したように排気の熱によって加水分解し、アンモニアが生成される。尿素水から生成されたアンモニアは還元剤としてＳＣＲ触媒４８に流入し、排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化する。
一方、バッテリ８の充電が進み、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達すると、充電制御によってフラグＦ１の値が１となるので、ＥＣＵ２２はステップＳ３０４の判定によって処理をステップＳ３０６に進め、尿素水の供給モードとして第２供給モードを選択する。
このとき、フラグＦ１の値が１となっていることからエンジン２は第２運転モードで運転されており、前述したように第２運転モードにおけるエンジン２の負荷及び回転数は第１運転モードの場合より低下し、エンジン２は第１運転モードの場合よりも低速低負荷運転に移行している。そして、この第２供給モードにおいてエンジンＥＣＵ２２は、このようなエンジン２の運転状態に対応し、尿素水から生成されたアンモニアのＳＣＲ触媒４８への吸着量を増大させるように尿素水インジェクタ５２から尿素水の供給を行い、エンジン２の第２モードによる運転と併せ、吸着量増大運転を行う。
即ち、具体的には次のようにして第２供給モードにおける尿素水の供給を行う。
前述したように、エンジン２が第１運転モードより低速低負荷運転状態となる第２運転モードに移行することにより、エンジン２の排気温度は第１運転モードの場合より低下しており、ステップＳ３０３の判定に用いた所定温度Ｔａ、即ち尿素水インジェクタ５２から尿素水を噴射可能とする下限温度よりわずかに高い温度となっている。ＳＣＲ触媒４８における単位触媒容積あたりのアンモニアの最大吸着量は、図６に示すようにＳＣＲ触媒４８の温度が低下するほど増加する傾向があり、エンジン２を第１運転モードで運転しているときの触媒温度Ｔ１におけるアンモニアの最大吸着量Ｑ１に対し、第２運転モードで運転しているときの触媒温度Ｔ２におけるアンモニアの最大吸着量Ｑ２の方が多くなる。
即ち、エンジン２の運転状態を第２運転モードに移行させることにより、より多くのアンモニアをＳＣＲ触媒４８に吸着させることが可能となる。そこで、エンジンＥＣＵ２２は第２供給モードにおいて、このようなエンジン２の第２運転モードへの移行に伴う最大吸着量の増大に対応し、ＳＣＲ触媒４８へのアンモニアの吸着量を増大すべく尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給を制御する。
ここで、ＳＣＲ触媒４８に供給されたアンモニアは、排気中のＮＯｘの選択還元に消費されると共に、その残りがＳＣＲ触媒４８に吸着されたままとなる。従って、ＮＯｘの選択還元に消費される量とＳＣＲ触媒４８への最大吸着量との和が、アンモニアスリップを生じることのないアンモニアの最大供給量ということになり、この和を超える量のアンモニアをＳＣＲ触媒４８に供給すると、アンモニアスリップが発生することになる。
このようなアンモニアスリップの発生を防ぐため、第２供給モードにおける尿素水の供給量は次のようにして設定されている。
即ち、まずエンジン２が第２運転モードで運転されているときの単位時間あたりのＮＯｘ排出量から、このＮＯｘの選択還元に必要なアンモニアの単位時間あたりの供給量を演算し、このアンモニア供給量に対応する単位時間あたりの尿素水供給量Ｍ２’を求める。
エンジン２は専ら発電機４の駆動に用いられ、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達した後、更に上昇して第２上限充電率ＳＵ２に達するまでの間、エンジン２は第２運転モードという固定の運転条件で運転されるので、エンジン２が第２運転モードで運転される期間はほぼ一定の長さとなる。そこで、エンジン２が第２運転モードで運転されているときのＳＣＲ触媒４８に吸着可能なアンモニアの最大吸着量Ｑ２に基づき、アンモニアスリップを生じることなく最大吸着量Ｑ２となるまでアンモニアをＳＣＲ触媒４８に吸着させるために必要な期間を、エンジン２が第２運転モードで運転される期間として定めた上で、この最大吸着量Ｑ２に対応した尿素水供給量と、エンジン２が第２運転モードで運転される期間とから、最大吸着量Ｑ２のアンモニアをＳＣＲ触媒４８に吸着させるために必要となる単位時間あたりの尿素水供給量Ｍ２”を求める。
エンジンＥＣＵ２２には、このようにして求めた尿素水供給量Ｍ２’及び尿素水供給量Ｍ２”の和が、第２供給モードにおける第２目標供給量Ｍ２として設定され記憶されている。
ステップＳ３０６では、こうして設定した第２目標供給量Ｍ２の尿素水が排気中に供給されるよう、エンジンＥＣＵ２２が尿素水インジェクタ５２を制御する。この結果、尿素水インジェクタ５２から噴射された尿素水の尿素が加水分解してアンモニアが生成され、その一部がＳＣＲ触媒４８におけるＮＯｘの選択還元に消費されると共に、残部がＳＣＲ触媒４８に吸着する。
バッテリ８の充電が更に進み、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第２上限充電率ＳＵ２に達すると、バッテリ８の充電が完了したものとして、前述したエンジン運転制御においてエンジン２が停止され、フラグＦ３及びＦ４の値が０にリセットされると共に、充電制御においてフラグＦ１及びＦ２の値も０にリセットされる。従って、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第２上限充電率ＳＵ２に達した後の尿素水供給制御の制御周期では、ステップＳ３０１においてエンジンＥＣＵ２２がフラグＦ３の値を１ではないと判定することにより、処理がステップＳ３０２に進められ、尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給が停止される。
このように、エンジン２によって駆動された発電機４の発電電力によりバッテリ８の充電を行っているときに、バッテリ８の充電率が上昇して第１上限充電率ＳＵ２に達してから、更に上昇して第２上限充電率ＳＵ２に達するまでの期間は、エンジン２が第２運転モードで運転されると共に、尿素水インジェクタ５２から第２供給モードで尿素水が供給される。
このとき、エンジン２は第２運転モードで運転されていることから排気温度が低下しているので、上述したように第１運転モードで運転されているときよりもＳＣＲ触媒４８へのアンモニアの吸着量を増大させることが可能となる。また、第２供給モードにおける尿素水の第２目標供給量Ｍ２は、上述したように、ＮＯｘの選択還元に必要なアンモニアの供給量に対応した尿素水供給量Ｍ２’と、ＳＣＲ触媒４８へのアンモニアの吸着量が最大吸着量Ｑ２となるような尿素水供給量Ｍ２”との和に基づき設定されるので、ＳＣＲ触媒４８からアンモニアスリップを生じることなく、最大限可能な量のアンモニアをＳＣＲ触媒４８に吸着させることが可能となる。
なお、エンジン２は専ら発電機４の駆動に用いられ、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達した後、更に上昇して第２上限充電率ＳＵ２に達するまでの間、エンジン２は第２運転モードという固定の運転条件で運転されるので、前述したようにバッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達してから第２上限充電率ＳＵ２に達するまでの期間はほぼ一定の長さとなる。
バッテリ８の充電が完了した後の各制御周期では、前述したようにエンジン２が再び始動されてフラグＦ３の値が１とされるまで、ステップＳ３０１及びＳ３０２の処理が繰り返され、尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給が停止されたままとなる。
そして再びバッテリ８の充電率ＳＯＣが低下して下限充電率ＳＬを下回ると、エンジン２が始動されてフラグＦ３の値が１となり、エンジンＥＣＵ２２はステップＳ３０１の判定によって処理をステップＳ３０３に進める。この場合も、エンジン２を始動してからしばらくの間はエンジン２の排気温度が上昇しておらず、前述したように、エンジンＥＣＵ２２は排気温度センサ５４によって検出されたＳＣＲ触媒４８に流入する排気の温度Ｔｃが所定温度Ｔａに達したと判定するまでの間、ステップＳ３０３からステップＳ３０２に処理を進め、尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給は行われない。
一方、エンジン２は既に始動されており、前述したようにまずランプモードで運転される。ランプモードにおいてエンジン２の回転数は始動後のアイドル回転数から第１運転モードの第１目標回転数に向けて徐々に上昇され、これに対応して発電機４の発電電力が０から第１運転モードにおける第１目標発電電力に向けて徐々に増大され、エンジン２の負荷が徐々に増大する。
このときＳＣＲ触媒４８には、前回バッテリ８を充電したときに行われた吸着量増大運転によって多量のアンモニアが吸着されており、エンジン２が始動されて排気温度が上昇し、ＳＣＲ触媒４８がＮＯｘを選択還元可能な状態になると、エンジン２の排気中に含まれるＮＯｘがＳＣＲ触媒４８に吸着されているアンモニアを還元剤として選択還元され、排気の浄化が行われる。このように、ＳＣＲ触媒４８に吸着されているアンモニアが選択還元で消費されて徐々に減少する一方で、ＳＣＲ触媒４８が吸着可能なアンモニアの最大吸着量は、図６に示すようにＳＣＲ触媒４８の触媒温度が上昇するにつれて徐々に減少していく。
そこで、このようなアンモニア吸着量の変化に対応し、ランプモードにおけるエンジン２の回転数の上昇度合いと、発電機４の発電電力の増大度合いが定められている。
即ち、吸着量増大運転によってＳＣＲ触媒４８に吸着されているアンモニアは、エンジン２を始動した後の排気中のＮＯｘの選択還元に使用されることによって徐々に減少していく。一方、ＳＣＲ触媒４８に吸着可能なアンモニアの最大吸着量は、図６に示すようにＳＣＲ触媒４８の触媒温度の上昇に伴って徐々に減少していく。そこで、この選択還元に伴うアンモニアの減少度合いを予め実験によって求め、アンモニアの最大吸着量の減少度合いが、実験によって求められた選択還元に伴うアンモニアの減少度合いを上回らないようなＳＣＲ触媒４８の温度の上昇度合いを求める。そして、ランプモードにおいては、こうして求められた触媒温度の上昇度合いを実現するような排気温度の上昇度合いを得るための、エンジン２の回転数の上昇度合いと、エンジン２の負荷の増大度合いに対応した発電機４の発電電力の増大度合いとがそれぞれ設定されている。
このようにしてエンジン２をランプモードで運転することにより、エンジン２の回転数と負荷は徐々に増大し、エンジン２を始動後直ちに第１運転モードで運転した場合に比べて、エンジン２の排気温度の上昇が緩やかとなり、ＳＣＲ触媒４８の触媒温度の上昇度合いも緩やかとなる。この結果、エンジン２がランプモードによる運転を完了して第１運転モードに移行するまでの間、ＳＣＲ触媒４８に吸着されているアンモニアが、その時点の触媒温度におけるＳＣＲ触媒４８のアンモニアの最大吸着量を超えることはなくなり、アンモニアスリップを生じることなくエンジン２の運転状態を第１運転モードに移行させることができる。
エンジン２がランプモードによる運転から第１運転モードによる運転に移行した後も、ＳＣＲ触媒４８に吸着されているアンモニアを還元剤としたＮＯｘの選択還元が行われ排気が浄化される。こうしてＳＣＲ触媒４８に吸着しているアンモニアを用いて排気を浄化している間に、エンジン２の排気温度が上昇し、ステップＳ３０３で排気温度センサ５４によって検出された排気温度Ｔｃが所定温度Ｔａに達したと判定すると、上述したようにして尿素水インジェクタ５２から第１供給モードで尿素水の供給が行われる。
従って、バッテリ８の充電のためにエンジン２の始動停止が繰り返されても、エンジン２の始動当初の排気温度が低い状態ではＳＣＲ触媒４８に吸着させておいたアンモニアによってＮＯｘの選択還元が行われるので、エンジン２の始動直後からエンジン２の排気を良好に浄化することが可能となる。また、エンジン２を始動した後、ランプモードでエンジン２を運転してから第１運転モードに移行するようにしたので、エンジン２の排気温度の上昇が緩やかになり、ＳＣＲ触媒４８に吸着されているアンモニアが、その時点の触媒温度におけるＳＣＲ触媒４８のアンモニアの最大吸着量を超えることはなくなって、アンモニアスリップの発生が防止される。
以上のようなＨＥＶ−ＥＣＵ２０による充電制御及びエンジン運転制御、並びにエンジンＥＣＵ２２による尿素水供給制御が行われたときの、エンジン２の目標回転数、ＳＣＲ触媒４８に流入する排気の温度、尿素水の目標供給量及び排気後処理装置３６から排出されるＮＯｘの濃度のそれぞれの時間的変化を図７に示す。
図７において、バッテリ８の充電率が低下して時刻ｔ１に下限充電率ＳＬを下回り、エンジン２が始動されたとすると、エンジン２はランプモードで運転され、エンジン２の回転数はアイドル回転数から第１運転モードにおける第１目標回転数に向けて徐々に上昇される。また、図中には示されていないが、これに対応して発電機４の発電電力が０から第１運転モードにおける第１目標発電電力に向けて徐々に増大され、エンジン２の負荷が徐々に増大していく。
このときのエンジン２の排気温度の変化は図７中に実線で示されており、図７中に二点鎖線で示すようなエンジン２を直ちに第１目標回転数で運転すると共に発電機４の発電電力を第１目標電力とした場合の排気温度の上昇よりも緩やかに上昇する。このような排気温度の緩やかな上昇により、ＳＣＲ触媒４８の触媒温度の上昇も緩やかとなり、上述したようにＳＣＲ触媒４８に吸着されているアンモニアが、その時点の触媒温度におけるＳＣＲ触媒４８のアンモニアの最大吸着量を超えることはなく、アンモニアスリップの発生が防止される。
エンジン２のランプモードによる運転が完了し、エンジン２の運転状態が第１運転モードに移行すると、エンジン２の回転数は第１目標回転数Ｎ１に設定される。このとき、発電機４は第１目標回転数Ｎ１のもとで第１目標電力を発電するよう、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０によって制御される。
エンジン２の始動によってエンジン２の排気温度は徐々に上昇するが、エンジン２の始動当初の排気温度は、尿素水インジェクタ５２から尿素水を供給可能となる所定温度Ｔａよりは低くなっている。従って、尿素水インジェクタ５２からの尿素水の目標供給量は設定されず、尿素水の供給は行われない。このため、前回行ったバッテリ８の充電の際に、上述したようなＳＣＲ触媒４８へのアンモニアの吸着が行われない場合には、図７中に一点鎖線で示すように、エンジン２の始動当初に排気後処理装置３６から排出される排気は浄化されることなく高いＮＯｘ濃度を有することになる。しかしながら、本実施形態では前回行ったバッテリ８の充電の際に、上述したように多量のアンモニアがＳＣＲ触媒４８に吸着しているので、尿素水インジェクタ５２から尿素水が供給されなくても、ＳＣＲ触媒４８に吸着したアンモニアを還元剤としてＮＯｘの選択還元が行われ、図７に実線で示すように、エンジン２の始動当初から排気中のＮＯｘ濃度を低く抑えることができ、ＳＣＲ触媒４８の浄化効率の低下を防止することができる。なお、エンジン２の始動直後の短期間だけＮＯｘ濃度が上昇しているのは、エンジン２の始動時に行われる燃料供給量の増量、及びＳＣＲ触媒４８の活性化に起因するものである。
ランプモードによる運転の後、第１運転モードによるエンジン２の運転が継続することによりエンジン２の排気温度が上昇し、時刻ｔ２で所定温度Ｔａに達すると、尿素水インジェクタ５２から第１供給モードで目標供給量Ｍ１による尿素水の供給が開始される。尿素水から生成されたアンモニアはＳＣＲ触媒４８に供給され、引き続きＮＯｘの選択還元が行われることにより排気が浄化される。このときエンジン２の排気温度は、エンジン２が第１運転モードで運転され発電機４が第１目標電力の発電を行うことにより、例えば５００℃前後まで上昇する。
エンジン２によって駆動された発電機４の発電電力によりバッテリ８の充電が進み、時刻ｔ３でバッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達すると、エンジン２の運転モードが第１運転モードから第２運転モードに切り換えられ、エンジン２が第１目標回転数Ｎ１より低い第２目標回転数で運転される。このとき発電機４は、この第２目標回転数のもとで第１目標電力より小さい第２目標電力の発電を行うようにＨＥＶ−ＥＣＵ２０によって制御される。従って、エンジン２は第１運転モードよりも低速低負荷の運転状態に移行し、エンジン２の排気温度は、尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給を可能とする所定温度Ｔａよりわずかに高い温度（例えば２５０℃）まで低下する。
このようにして排気温度が低下することによって、ＳＣＲ触媒４８にはエンジン２が第１運転モードで運転されているときよりも多くのアンモニアを吸着させることが可能となる。これに対応してエンジンＥＣＵ２２は、エンジン２の第２運転モードへの移行に伴って尿素水インジェクタ５２からの尿素水の供給モードを第１供給モードから第２供給モードに切り換え、尿素水インジェクタ５２からの尿素水の目標供給量を第２目標供給量Ｍ２とする。
なお、本実施形態では第２目標供給量Ｍ２の方が第１目標供給量Ｍ１より少なくなっているが、これはエンジン２が第２運転モードに移行することにより排気温度が低下し、エンジン２から排出されるＮＯｘの濃度が大幅に低下することに起因するものであり、ＳＣＲ触媒４８の特性や、第２運転モードにおけるエンジン２の排気温度の低下の度合いによっては、第２目標供給量Ｍ２の方が第１目標供給量Ｍ１より多くなる場合もあり得る。
エンジン２が第２運転モードで運転されることにより、エンジン２の運転状態は第１運転モードよりも低速低負荷運転となるので、上述のようにエンジン２から排出される排気中のＮＯｘ濃度は第１運転モードの場合より低下し、これに伴って排気後処理装置３６から排出される排気中のＮＯｘ濃度も低下する。また、エンジン２の排気温度が低下することによりＳＣＲ触媒４８の温度も低下し、図６に示すようにエンジン２が第１運転モードで運転されているときに比べて多量のアンモニアがＳＣＲ触媒４８に吸着される。
第２運転モードによるエンジン２の運転及び第２供給モードによる尿素水の供給は、バッテリ８の充電が進んで充電率ＳＯＣが第２上限充電率ＳＵ２に達する時刻ｔ４まで継続し、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第２上限充電率ＳＵ２に達してバッテリ８の充電が完了すると停止される。従って、バッテリ８の充電を終了する際には、図７中の時刻ｔ３からｔ４までの充電終了前の所定期間にわたって、エンジン２が第２運転モードで運転されると共に尿素水インジェクタ５２から第２供給モードで尿素水の供給が行われ、多量のアンモニアがＳＣＲ触媒４８に吸着されることになる。
なお、前述したように、エンジン２は専ら発電機４の駆動に用いられ、バッテリ８の充電率ＳＯＣが第１上限充電率ＳＵ１に達した後、更に上昇して第２上限充電率ＳＵ２に達するまでの間、エンジン２は第２運転モードというほぼ固定的な運転条件で運転されるので、図７中のｔ３からｔ４までの期間はほぼ一定の長さとなる。従って、第１上限充電率ＳＵ１を調整することにより、エンジン２が第２運転モードで運転される期間をエンジン２やＳＣＲ触媒４８の特性などに応じて任意に設定することが可能である。
このように、充電完了によるエンジン２停止前の所定期間にわたって、エンジン２を第２運転モードで運転すると共に尿素水インジェクタ５２から第２供給モードで尿素水を供給することにより、多量のアンモニアがＳＣＲ触媒４８に吸着されるので、バッテリ８の充電率ＳＯＣが低下して再び下限充電率ＳＬを下回り、バッテリ８の充電が開始されたときに、排気温度が低く尿素水インジェクタ５２から尿素水を供給することができない状態であっても、ＳＣＲ触媒４８に吸着されたアンモニアによって排気中のＮＯｘを選択還元し、排気を浄化することが可能となる。
また、第２供給モードで尿素水インジェクタ５２から尿素水の供給を行う場合、エンジン２が第２運転モードで運転されているときのＮＯｘの選択還元に必要なアンモニアの供給量に対応した尿素水供給量Ｍ２’と、ＳＣＲ触媒４８へのアンモニアの吸着量が最大吸着量Ｑ２となるような尿素水供給量Ｍ２”との和により、尿素水の目標供給量Ｍ２を設定するようにしたので、ＳＣＲ触媒４８からアンモニアスリップを生じることなく、最大限可能な量のアンモニアをＳＣＲ触媒４８に吸着させることが可能となる。
更に、ＳＣＲ触媒４８へのアンモニアの吸着量を増大させる吸着量増大運転は、バッテリ８の充電を行っている間に実施するので、ＳＣＲ触媒４８へのアンモニアの吸着量を増大させるために、余分にエンジン２を運転する必要がなく、エンジン２の燃費を悪化せずにすむ。
以上で本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
即ち、上記実施形態では、エンジン２をランプモードで運転する際に、エンジン２の回転数を予め設定した上昇度合いで変化させると共に、発電機４の発電電力を予め設定した増大度合いで増大させるようにしたが、エンジン回転数の上昇の方法及び発電電力の増大の方法は、これに限定されるものではない。
例えば、ＳＣＲ触媒４８におけるアンモニアの吸着量を推定し、推定したアンモニアの吸着量が、図６に示すアンモニアの最大吸着量を超えることのないように、排気温度センサ５４によって検出された排気温度に基づき、エンジン回転数の上昇度合い及び発電電力の増大度合いを調整するようにしてもよい。
この場合、例えば上記実施形態と同様にエンジン２の回転数が第１運転モードにおける第１目標回転数Ｎ１に達したときに発電機４の発電電力が第１運転モードにおける第１発電電力となるようにして、予め実験によりエンジン２の運転効率や排気特性などを考慮の上、回転数と発電電力を変化させるときのエンジン２の回転数と発電機４の発電電力との関係を設定しマップに記憶しておく。そして、第２運転モードによる吸蔵量増大運転においてＳＣＲ触媒４８に吸着されたアンモニアの量を初期値とし、エンジン２をランプモードで運転したときにＮＯｘの選択還元に消費されるアンモニアの量に基づき、ＳＣＲ触媒４８におけるアンモニアの残存吸着量を推定する。
こうして推定したアンモニアの残存吸着量に対し、ＳＣＲ触媒４８に吸着可能な最大吸着量が等しくなる触媒温度を図６の関係から求め、求めた触媒温度が排気温度センサ（触媒温度検出手段）５４によって検出された排気温度に基づき推定したＳＣＲ触媒４８の触媒温度と等しくなるように、エンジンＥＣＵ２２がエンジン２を制御すると共にＨＥＶ−ＥＣＵ２０がインバータ６を制御して、エンジン２の回転数及び発電機４の発電電力を変化させる。
このようにして排気温度センサ５４によって検出された排気温度に基づき制御を行うことにより、ＳＣＲ触媒４８に吸着されているアンモニアの量がＳＣＲ触媒４８におけるアンモニアの最大吸着量を超えることのないように、エンジン２の回転数が第１目標回転数Ｎ１に向けて徐々に上昇すると共に、発電機４の発電電力が第１目標電力に向けて徐々に増大しエンジン２の負荷が徐々に増大する。この結果、ＳＣＲ触媒４８におけるＮＯｘの選択還元のために減少する実際のアンモニア吸着量に合わせ、エンジン２の排気温度を上昇させてアンモニアの最大吸着量を減少させることが可能となる。従って、エンジン始動時のアンモニアスリップの発生を確実に防止しながら、必要以上に排気温度の上昇を遅らせずに済み、尿素水を供給可能な所定温度Ｔａまで可能な限り迅速に排気温度を上昇させることが可能となる。
なお、ＳＣＲ触媒４８におけるアンモニアの残存吸着量の推定は、前回の第２運転モードによる吸蔵量増大運転においてＳＣＲ触媒４８に吸着されたアンモニアの量を初期値として行うようにしたが、前述したように吸蔵量増大運転では、ＳＣＲ触媒４８に図６の触媒温度Ｔ２における最大吸着量Ｑ２のアンモニアが吸着されるようにしたので、この最大吸着量Ｑ２がアンモニア吸着量の初期値となる。
一方、このように最大吸着量となるまでＳＣＲ触媒４８にアンモニアが吸着されない状況を考慮する場合には、第２運転モードで運転しているときのエンジン２からのＮＯｘ排出量からこのＮＯｘを選択還元するために消費されるアンモニアの量を求めると共に、第２供給モードで尿素水インジェクタ５２から供給された尿素水により生成されるアンモニアの量を求め、両者の差からＳＣＲ触媒４８に吸着されるアンモニアの量を推定して、アンモニア吸着量の初期値を求めるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、エンジン２をランプモードで運転する際、エンジン２の回転数を徐々に上昇させると共に、発電機４の発電電力を徐々に増大させてエンジン２の負荷を徐々に増大させることによってエンジン２の排気温度の上昇度合いを緩やかなものとしたが、エンジン２の排気温度の上昇度合いを緩やかにする方法はこれに限定されるものではない。例えば、エンジン２の回転数はエンジン２の始動後直ちに第１運転モードにおける第１目標回転数とし、発電機４の発電電力のみを第１運転モードにおける第１目標発電電力まで徐々に増大させてエンジン２の負荷を徐々に増大させるようにしてもよいし、エンジン２の上記以外の制御量を徐々に変化させて排気温度を徐々に上昇させるようにしてもよい。
更に、エンジン２をランプモードで運転する際には、エンジン２の回転数上昇の起点をアイドル回転数とすると共に、発電機４の発電電力増大の起点を０としたが、それぞれの起点はこれに限定されるものではなく、これらより大きい値に適宜変更することが可能である。
また、上記実施形態では、エンジン２を第２運転モードで運転すると共に尿素水を第２供給モードで供給してＳＣＲ触媒４８へのアンモニアの吸着量を増大させる吸着量増大運転の期間を、バッテリ８の充電率ＳＯＣに基づき設定するようにしたが、吸着量増大運転の期間の設定方法はこれに限定されるものではない。
例えば、バッテリ８の充電率ＳＯＣが下限充電率ＳＬを下回ってバッテリ８の充電を開始してからの経過時間をタイマにより計測し、この経過時間が所定時間に達したら、吸着量増大運転に移行するようにしてもよい。即ち、ランプモード、第１運転モード及び第２運転モードにおけるエンジン２の運転条件が、毎回のバッテリ８の充電においてそれぞれほぼ同一となるため、バッテリ８の充電を開始してからバッテリ８の充電率ＳＯＣが第２上限充電率に達して充電を完了するまでの期間がほぼ一定の長さとなる。従って、バッテリ８の充電開始及び終了については、上記実施形態と同様にバッテリ８の充電率ＳＯＣに基づいて判断し、吸着量増大運転への移行はタイマを用いて行うことが可能である。
更に、バッテリ８の充電を完了するまではエンジン２をランプモードで運転した後に第１運転モードで運転すると共に尿素水を第１供給モードで供給し、バッテリ８の充電が完了してから所定の期間は、エンジン２を第２運転モードとすると共に尿素水を第２供給モードで供給して吸着量増大運転を行うようにしてもよい。
この場合、吸着量増大運転中は、ＨＥＶ−ＥＣＵ２０がインバータ６を制御して発電機４による発電を行わないようにするため、エンジン２の動力はバッテリ８の充電に寄与せず、その分だけエンジン２の燃費が低下する。しかしながら、吸着量増大運転の実施期間はタイマにより精度よく設定することが可能となる。
また、上記実施形態では、吸着量増大運転に移行すると発電機４の発電電力を第２目標電力にすると共に回転数を第２目標回転数とすることにより、エンジン２の負荷及び回転数を共に減少させてエンジン２の排気温度を低下させるようにしたが、エンジン２の負荷のみを低下させたり、回転数のみを低下させたりしてエンジン２の排気温度を低下させるようにしてもよい。
更に、上記実施形態では、吸着量増大運転で第２供給モードにおいて尿素水インジェクタ５２から尿素水の供給を行う場合、エンジン２が第２運転モードで運転されているときのＮＯｘの選択還元に必要なアンモニアの供給量に対応した尿素水供給量Ｍ２’と、ＳＣＲ触媒４８へのアンモニアの吸着量が最大吸着量Ｑ２となるような尿素水供給量Ｍ２”との和により、尿素水の目標供給量Ｍ２を設定するようにしたが、第２供給モードにおける尿素水の第２目標供給量の設定方法はこれに限定されるものではない。例えば、エンジン２の始動当初の尿素水を供給できない期間において、ＳＣＲ触媒４８でのＮＯｘの選択還元に必要とされるアンモニアの量に対して、ＳＣＲ触媒４８に吸着可能なアンモニアの量に余裕がある場合には、上述の設定方法で設定される第２目標供給量よりも少ない供給量を第２目標供給量としてもよい。
また、上記実施形態では、排気後処理装置３６として、ＳＣＲ触媒４８のほかにフィルタ４６を設け、これに対応してフィルタ４６の上流側に前段酸化触媒４４を設けると共にＳＣＲ触媒４８の下流側に後段酸化触媒５０を設けるようにしたが、ＳＣＲ触媒４８以外の構成及び配置については、これに限定されるものではなく、必要に応じて省略することも可能であると共に、更に別の排気浄化装置と組み合わせることも可能である。
なお、上記実施形態では、エンジン２をディーゼルエンジンとしたが、エンジン２の形式はこれに限定されるものではなく、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒４８を有したエンジンを搭載するシリーズ式のハイブリッド電気自動車であれば本発明を同様に適用可能である。
本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたハイブリッド電気自動車の全体構成図である。 図１のハイブリッド電気自動車に搭載されているエンジンのシステム構成図である。 ＨＥＶ−ＥＣＵが行う充電制御のフローチャートである。 ＨＥＶ−ＥＣＵが行うエンジン運転制御のフローチャートである。 エンジンＥＣＵが行う尿素水供給制御のフローチャートである。 ＳＣＲ触媒における触媒温度とアンモニアの吸着量との関係を示すグラフである。 図４のエンジン運転制御におけるエンジンの目標回転数及び図６の尿素水供給制御における尿素水の目標供給量と、ＳＣＲ触媒に流入する排気の温度及び排気後処理装置から排出される排気中のＮＯｘ濃度との関係を時間的変化によって示すタイムチャートである。
符号の説明
１ ハイブリッド電気自動車
２ エンジン
４ 発電機
８ バッテリ
１０ モータ
１８ 駆動輪
２０ ＨＥＶ−ＥＣＵ（制御手段）
２２ エンジンＥＣＵ（制御手段）
３４ 排気管（排気通路）
４８ ＳＣＲ触媒（アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒）
５２ 尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）
５４ 排気温度センサ（触媒温度検出手段）

Claims (5)

  1. エンジンを発電機の駆動専用とし、上記発電機で発電した電力をバッテリに蓄えると共に、上記バッテリから供給される電力で作動するモータにより駆動輪を駆動するようにしたハイブリッド電気自動車の排気浄化装置において、
    上記エンジンの排気通路に介装され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、
    上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気中に尿素水を供給する尿素水供給手段と、
    上記バッテリの充電状態に応じて上記エンジンを始動又は停止させ、上記エンジンの運転中には所定の目標制御量で上記エンジンを制御すると共に上記エンジンの運転状態に応じて上記尿素水供給手段を制御し、運転中の上記エンジンを停止させる場合には、エンジン停止前の所定期間にわたり、上記所定期間より前の状態よりも上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒へのアンモニアの吸着量を増大させる吸着量増大運転を行った後に上記エンジンを停止させる制御手段とを備え、
    上記制御手段は、上記エンジンを始動した後、上記エンジンの制御量を直ちに上記目標制御量とした場合の上記エンジンの排気温度の上昇度合いよりも緩やかな排気温度の上昇度合いとなるように、上記エンジンの制御量を上記目標制御量に徐々に近づけることを特徴とするハイブリッド電気自動車の排気浄化装置。
  2. 上記制御手段は、上記エンジンの目標回転数を上記目標制御量とし、上記エンジンを始動した後、上記エンジンの回転数を上記目標回転数まで徐々に上昇させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の排気浄化装置。
  3. 上記制御手段は、上記発電機が目標電力を発電するときの上記エンジンの制御量を上記目標制御量とし、上記エンジンを始動した後、上記発電機の発電電力を上記目標電力まで徐々に増大させるように上記エンジンの制御量を上記目標制御量に向けて変化させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の排気浄化装置。
  4. 上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出手段を更に備え、
    上記制御手段は、上記エンジンを始動後、上記触媒温度検出手段によって検出された触媒温度に基づき、そのときの上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度に対応して上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの最大吸着量が上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの量以上となる温度を維持しながら、上記エンジンの排気温度が上昇するよう、上記エンジンの制御量を徐々に上記目標制御量に近づけることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の排気浄化装置。
  5. 上記制御手段は、上記エンジンの運転中における上記所定期間よりも前の状態に比して上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が低下するように上記エンジンを制御して上記吸着量増大運転を行うことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の排気浄化装置。
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