JP5287229B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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、排気通路上に排気中の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を設けるとともに、当該ＤＰＦの下流の排気通路上に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、ＤＰＦとその下流にＮＳＲを備えるディーゼルエンジンの排気浄化装置において、ＤＰＦ再生時に検出される酸素濃度が減少するようにＮＳＲに還元剤を供給することで、ＤＰＦの再生とＮＳＲの再生とを同時に実行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乃至特許文献４にそれぞれ記載されている。

特開２００５−３４４６１７号公報 特開２０００−０４５７５５号公報 特開２００５−２１４１５９号公報 特開２００８−２６７３３１号公報

一般に、ＰＭ再生に適した触媒床温及び空燃比と、ＮＯｘ還元に適した触媒床温及び空燃比とは異なる。具体的には、ＰＭ再生に適した触媒床温はＮＯｘ還元に適した触媒床温よりも高い。また、ＰＭ再生に適した空燃比は、ＮＯｘ還元に適した空燃比よりも大きい。従って、内燃機関の排気浄化装置は、再生を確実に実行するには、ＤＰＦの温度及び空燃比と、ＮＳＲの温度及び空燃比とをそれぞれ適した値に設定する必要がある。特許文献１乃至特許文献４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、各触媒の温度及び空燃比を独立に制御することで、各触媒での再生を確実に実行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、排気通路上に設けられ排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの下流の前記排気通路上に設けられＮＯｘを吸蔵還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、前記フィルタの下流かつ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流の前記排気通路と、前記フィルタの上流の前記排気通路とを連通する第１の通路と、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流の前記排気通路と、前記フィルタの下流かつ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流の前記排気通路とを連通する第２の通路と、前記第１の通路上に燃料を添加する第１の燃料添加弁と、前記第２の通路上に燃料を添加する第２の燃料添加弁と、前記排気通路上に設けられ、前記第１の通路から前記フィルタへのガスの流れを発生させる第１のポンプと、前記排気通路上に設けられ、前記第２の通路から前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒へのガスの流れを発生させる第２のポンプと、ＥＶ走行によるエンジン停止時に、前記第１の通路を含む閉ループ及び前記第２の通路を含む閉ループをそれぞれ形成し、前記第１及び第２のポンプの出力と前記第１及び第２の燃料添加弁からの燃料添加量とをそれぞれ制御することにより、前記フィルタにおける空間速度を大きくし、かつ、前記フィルタにおける空燃比をリーンにし、かつ、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒における空間速度を小さくし、かつ、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒における空燃比をストイキまたはリッチにする制御手段と、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、フィルタと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒と、第１の通路と、第２の通路と、第１の燃料添加弁と、第２の燃料添加弁と、第１のポンプと、第２のポンプと、制御手段と、を備える。第１の通路は、フィルタ下流のガスをフィルタ上流へ還流可能に配置され、フィルタを含む排気通路の一部とループを形成する。第２の通路は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒下流のガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒上流へ還流可能に配置され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む排気通路の一部とループを形成する。制御手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、フィルタにおける空間速度を大きくし、かつ、フィルタにおける空燃比をリーンにし、かつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒における空間速度を小さくし、かつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒における空燃比をストイキまたはリッチにする。このようにすることで、内燃機関の排気浄化装置は、フィルタ及びＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生を促進させることができる。

上記の内燃機関の排気浄化装置の一態様では、前記制御手段は、ＥＶ走行によるエンジン停止時に、前記フィルタの温度及び空燃比がＰＭ再生に適した値になるように制御すると共に、前記ＮＯｘ還元触媒の温度及び空燃比がＮＯｘの還元に適した値になるように制御する。このようにすることで、内燃機関の排気浄化装置は、ＰＭ再生及びＮＯｘの還元を同時に実行することができる。

上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、内燃機関の排気浄化装置は、前記第１の通路の下流かつ前記第２の通路の上流の排気通路上に設けられた第１の排気ブレーキ弁と、前記第２の通路の下流の前記排気通路上に設けられた第２の排気ブレーキ弁と、をさらに備え、前記制御手段は、ＥＶ走行によるエンジン停止時に、第１及び第２の排気ブレーキ弁を閉じる。ＥＶ走行時に第１及び第２の排気ブレーキ弁を閉じることにより、内燃機関の排気浄化装置は、第１の通路を含むループ内及び第２の通路を含むループ内でガスを確実に循環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、内燃機関の排気浄化装置は、前記第１の通路の下流かつ前記第２の通路の上流の前記排気通路と、前記第２の通路の下流の前記排気通路と、を連通するバイパス通路と、前記フィルタを通過したガスの流路を、前記バイパス通路へ切り替える流路切替弁と、をさらに備え、前記制御手段は、前記ＥＶ走行によるエンジン停止時に、前記フィルタを通過したガスを、前記バイパス通路へバイパスさせるように前記流路切替弁を制御する。この態様により、内燃機関の排気浄化装置は、第１の通路を含むループから供給された高温なガスをバイパス通路にバイパスすることができる。即ち、内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒へ高温なガスを供給するのを防ぎ、ＮＯｘ浄化率の低下、即ち、ＮＯｘ還元機能の低下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、内燃機関の排気浄化装置は、前記フィルタの下流かつ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流の前記排気通路上に設置された排気熱回収器をさらに備える。この態様により、内燃機関の排気浄化装置は、フィルタを通過した高温な排気ガスを排気熱回収器にて冷却してＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給する。従って、内燃機関の排気浄化装置は、エンジン走行時であっても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の床温の過剰な上昇を防ぎ、ＮＯｘ浄化率の低下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、内燃機関の排気浄化装置は、コンプレッサとタービンとを有する過給機と、前記フィルタの下流の前記排気通路と、前記コンプレッサ上流の吸気通路と、を連通し、排気ガスを前記吸気通路へ還流させる低圧ＥＧＲ通路と、前記低圧ＥＧＲ通路上に設けられたＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラの下流の前記低圧ＥＧＲ通路と、前記低圧ＥＧＲ通路の下流かつ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒上流の排気通路と、を連通するリターン通路と、をさらに備え、前記制御手段は、エンジン走行時に、前記フィルタを通過した排気ガスを前記ＥＧＲクーラへ供給する。この態様では、内燃機関の排気浄化装置は、低圧ＥＧＲ通路と、ＥＧＲクーラと、リターン通路と、を備える。内燃機関の排気浄化装置は、エンジン走行時には、フィルタを通過した排気ガスをＥＧＲクーラとリターン通路とを介した後、ＮＯｘ吸蔵還元触媒へ供給する。ここで、「エンジン走行」とは、エンジンを駆動させた走行を指す。この態様によっても、内燃機関の排気浄化装置は、エンジン走行時のＮＯｘ吸蔵還元触媒の床温の過剰な上昇を防ぎ、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。

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、本発明が適用された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、第１のポンプ１４と、第２のポンプ１５と、ＣＣＯ（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）１６と、ＤＰＦ１７と、ＮＳＲ１８と、バイパス通路２６と、第１の切替弁３４と、第２の切替弁３５と、第１の燃料添加弁４４と、第２の燃料添加弁４５と、第１の空燃比センサ５４と、第２の空燃比センサ５５と、第１の排気ブレーキ弁６４と、第２の排気ブレーキ弁６５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。

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。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、第１のポンプ１４と、ＣＣＯ１６と、ＤＰＦ１７と、第１の空燃比センサ５４とがそれぞれ設置されている。

第１のポンプ１４は、タービン１２ｂの下流かつＣＣＯ１６の上流の排気通路２２上であって、後述する第１の通路２４と排気通路２２との合流部分に設置される。第１のポンプ１４は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ１４に基づき駆動し、新気及び第１の通路２４中のガスをＣＣＯ１６及びＤＰＦ１７へ供給する。

ＣＣＯ１６は、酸化触媒であり、例えば一酸化窒素を酸化して二酸化窒素を生成し、ＤＰＦ１７内の粒子状物質の再生（即ち、ＰＭ再生）を促進させる。また、ＤＰＦ１７は、排気ガス中のＰＭを捕集するための装置（フィルタ）である。また、ＤＰＦ１７は、所定の条件下でＰＭを再生する。

第１の空燃比センサ５４は、ＤＰＦ１７を通過した排気ガスの空燃比（以後、「第１の空燃比」と呼ぶ。）を検出するセンサである。第１の空燃比センサ５４は、第１の空燃比の検出信号Ｓ５４をＥＣＵ５０へ供給する。

ＤＰＦ１７の下流側の排気通路２２と、タービン１２ｂの下流かつＣＣＯ１６の上流側の排気通路２２とは、第１の通路２４により連通されている。第１の通路２４は、ＤＰＦ１７下流を通過するガスをＣＣＯ１６上流へ還流させるための通路である。第１の通路２４上には、第１の燃料添加弁４４と、第１の切替弁３４と、が設置されている。第１の燃料添加弁４４は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ４４に基づき、第１の通路２４上に燃料を噴射する。第１の切替弁３４は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ３４に基づき、第１の通路２４の開閉を行う弁である。

さらに、第１の通路２４の下流には、第１の排気ブレーキ弁６４が設置されている。第１の排気ブレーキ弁６４は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ６４に基づき、ＤＰＦ１７下流の排気通路２２の開閉を行う弁である。

第１の排気ブレーキ弁６４下流の排気通路２２上には、第２のポンプ１５と、ＮＳＲ１８と、第２の空燃比センサ５５とが設置されている。第２のポンプ１５は、第１の排気ブレーキ弁６４の下流かつＮＳＲ１８の上流の排気通路２２上であって、排気通路２２と後述する第２の通路２５との合流部分に設置される。第２のポンプ１５は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ１５に基づき駆動し、第２の通路２５の空気をＮＳＲ１８に供給する。

ＮＳＲ１８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。第２の空燃比センサ５５は、ＮＳＲ１８を通過した排気ガスの空燃比（以後、「第２の空燃比」と呼ぶ。）を検出するセンサである。第２の空燃比センサ５５は、第２の空燃比の検出信号Ｓ５５をＥＣＵ５０へ供給する。

ＮＳＲ１８下流側の排気通路２２と、第２のポンプ１５設置付近の排気通路２２とは、第２の通路２５により連通されている。第２の通路２５は、ＮＳＲ１８下流のガスをＮＳＲ１８上流へ還流させるための通路である。

第２の通路２５上には、第２の燃料添加弁４５と、第２の切替弁３５と、が設置されている。第２の燃料添加弁４５は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ４５に基づき、第２の通路２５上に燃料を添加する。第２の切替弁３５は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ３５に基づき、第２の通路２５の開閉を行う弁である。

さらに、第２の通路２５の下流には、第２の排気ブレーキ弁６５が設置されている。第２の排気ブレーキ弁６５は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ６５に基づき、ＮＳＲ１８下流の排気通路２２の開閉を行う弁である。

第１の排気ブレーキ弁６４の下流かつ第２のポンプ１５の上流の排気通路２２と、第２の排気ブレーキ弁６５下流の排気通路２２とは、バイパス通路２６により連通されている。バイパス通路２６は、第１の排気ブレーキ弁６４を通過した排気ガスを第２の排気ブレーキ弁６５下流へバイパスさせるための通路である。

バイパス通路２６の入口には、流路切替弁３６が設置されている。即ち、流路切替弁３６は、第１の排気ブレーキ弁６４の下流かつ第２のポンプ１５の上流の排気通路２２上に設置されている。流路切替弁３６は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ３６に基づき、第１の排気ブレーキ弁６４を通過した排気ガスの流路を、バイパス通路２６を通過する流路と、第２のポンプ１５を通過する流路と、のいずれかに切り替える。具体的には、流路切替弁３６は、バイパス通路２６を閉じることで、排気ガスを第２のポンプへ流す。また、流路切替弁３６は、排気通路２２を閉じることで、排気ガスをバイパス通路２６へバイパスさせる。

（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を停止しモータＭＧ１、ＭＧ２を駆動力とした走行（以後、「ＥＶ走行」と呼ぶ。）と、エンジン１を作動させた走行（以後、「エンジン走行」と呼ぶ。）とで異なった制御を実行する。以下、これらについて、それぞれ説明する。

１．エンジン停止時の制御
ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行時には、ＤＰＦ１７を含む排気通路２２の一部と第１の通路２４とを含む閉ループ（以後、「第１のループ」と呼ぶ。）と、ＮＳＲ１８を含む排気通路２２の一部と第２の通路２５とを含む閉ループ（以後、「第２のループ」と呼ぶ。）とをそれぞれ形成し、各触媒の触媒床温及び空燃比が最適になるように各ループ内で独立して制御を行う。これにより、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ１７のＰＭ再生を促進させるとともに、ＮＳＲ１８のＮＯｘ還元を促進させる。

以下、これについて具体的に説明する。まず、第１のループでのＤＰＦ１７（ＣＣＯ１６も含む。以下同じ。）の触媒床温及び空燃比の制御方法について説明する。

ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行を開始した場合、第１の排気ブレーキ弁６４を閉弁して排気通路２２を塞ぐ。これにより、第１のループが形成される。そして、ＥＣＵ５０は、第１のポンプ１４を駆動させる。これにより、第１のポンプ１４は、第１の通路２４内のガスをＤＰＦ１７に供給するとともに、新気をＤＰＦ１７に供給する。また、第１の排気ブレーキ弁６４が閉弁していることに起因して、第１のポンプ１４から供給されたガスは、第１の通路２４を通過し、第１のループ内を循環する。さらに、ＥＣＵ５０は、第１の燃料添加弁４４から燃料を添加する。これにより、第１のループ内に、燃料添加されたガスが循環する。

このとき、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ１７の触媒床温及び通過するガスの空燃比がＰＭ再生に適した値になるように、第１のポンプ１４の出力と第１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、第１の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１の燃料添加弁４４の燃料添加量及び第１のポンプ１４の出力を制御する。例えば、ＥＣＵ５０は、検出した第１の空燃比と、図示しないＤＰＦ１７の触媒床温センサとに基づき燃料添加量及び第１のポンプ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第１のポンプ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、ＤＰＦ１７に酸素を多く供給することができるとともに、ＤＰＦ１７を活性させ、ＤＰＦ１７を適切な床温（例えば、６００℃以上）に上昇させることができる。即ち、ＥＣＵ５０は、ＰＭ再生を促進させることができる。

次に、第２のループでのＮＳＲ１８の触媒床温及び空燃比の制御方法について説明する。ＥＣＵ５０は、ＥＶ走行を開始した場合、第２の排気ブレーキ弁６５を閉弁して排気通路２２を塞ぐ。さらにＥＣＵ５０は、バイパス通路２６を開放するように流路切替弁３６を制御する。即ち、流路切替弁３６は、排気通路２２を塞ぐ。以上により第２のループが形成される。そして、ＥＣＵ５０は、第２のポンプ１５を駆動させるとともに、第２の燃料添加弁４５から燃料を噴射する。これにより、第２のポンプ１５から供給されるガスは、ＮＳＲ１８を通過後、第２の通路２５を通過する。即ち、第２のループ内を、燃料添加されたガスが循環する。

このとき、ＥＣＵ５０は、ＮＳＲ１８の触媒床温及び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第２の燃料添加弁４５の燃料添加量と第２のポンプ１５の出力とを制御する。具体的には、ＥＣＵ５０は、第２のループ内を循環させるガスの空燃比をストイキまたはリッチにし、かつ、ＳＶを小さくするように第２の燃料添加弁４５の燃料添加量及び第２のポンプ１５の出力を制御する。例えば、ＥＣＵ５０は、検出した第２の空燃比等に基づき燃料添加量を制御するとともに、第２のポンプ１５を第１のポンプ１４よりも低出力にて駆動する。これにより、ＥＣＵ５０は、適切な空燃比に保ちつつ、ＮＳＲ１８の過度の触媒床温の上昇（例えば、４５０℃以上）を防ぐことができる。即ち、ＥＣＵ５０は、ＮＳＲ１８のＮＯｘ還元を促進させることができる。

また、ＥＣＵ５０は、バイパス通路２６を開放するように流路切替弁３６を制御することで、第１のループから漏れた高温なガスがＮＳＲ１８に供給されるのを防ぐ。これについて説明する。第１のループ内を循環するガスは、第１のポンプ１４による新気導入に起因して、一部が第１の排気ブレーキ弁６４から漏れる可能性がある。また、第１のループ内のガスは、第２のループ内のガスよりも高温に調整されている。従って、第１のループから漏れたガスが第２のループへ供給されることにより、ＮＳＲ１８の温度が過度に上昇してＮＯｘ浄化率が低下する恐れがある。これに対し、ＥＣＵ５０は、排気通路２２を塞ぎ、バイパス通路２６を開放するように流路切替弁３６を制御することで、第１のループから漏れたガスをバイパス通路２６へバイパスさせることができる。これにより、ＮＯｘ浄化率が低下するのを防ぐ。

以上のように、ＥＣＵ５０は、エンジン１の停止時には、第１のループと第２のループとを形成し、ＤＰＦ１７の触媒床温及び空燃比と、ＮＳＲ１８の触媒床温及び空燃比とがそれぞれ最適になるように独立して制御を行う。これにより、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ１７のＰＭ再生を実施する際に、ＤＰＦ１７の排気ガスが高温となることに起因したＮＳＲ１８のＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。また、ＥＣＵ５０は、ＮＳＲ１８のＮＯｘ浄化を行う際に、空燃比をリッチにすることによる酸素不足に起因したＰＭ再生効率の悪化を防ぐことができる。即ち、ＥＣＵ５０は、ＰＭ再生とＮＯｘ浄化とを両立させることができる。

２．エンジン走行時の制御
次に、エンジン走行時におけるＥＣＵ５０の制御について説明する。このとき、ＥＣＵ５０は、第１及び第２のポンプ１４、１５を停止させるとともに、第１及び第２の燃料添加弁４４、４５の燃料添加を停止させる。さらに、ＥＣＵ５０は、第１の排気ブレーキ弁６４と第２の排気ブレーキ弁６５とをそれぞれ開弁し、排気通路２２を開放する。さらに、ＥＣＵ５０は、第１の切替弁３４と、第２の切替弁３５とをそれぞれ閉弁する。これにより、ＥＣＵ５０は、エンジン１からの排気ガスが第１の通路２４及び第２の通路２５を通過するのを防ぐ。また、ＥＣＵ５０は、流路切替弁３６の位置を、バイパス通路２６を閉鎖し、かつ、排気通路２２を開放するように制御する。これにより、ＥＣＵ５０は、排気ガスがバイパス通路２６を通過するのを防ぐ。さらに、ＥＣＵ５０は、燃料添加弁４２から適宜燃料添加を行い、排気ガスの空燃比や触媒床温の調整等を行う。

以上のように、ＥＣＵ５０は、各弁を制御することで、エンジン１から排出されたガスをＣＣＯ１６、ＤＰＦ１７、及びＮＳＲ１８に通過させることができる。また、ＥＶ走行からエンジン走行への移行時であっても、上述したＥＶ走行時の制御により、各触媒（ＣＣＯ１６、ＤＰＦ１７、ＮＳＲ１８）はそれぞれ適切な触媒床温になっている。このように、ＥＣＵ５０は、エンジン走行時のエミッション悪化を抑制する。

（処理フロー）
次に、本実施形態における処理の手順について説明する。図３は、本実施形態において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３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走行によるエンジン停止時であるか否か判断する（ステップＳ１０１）。

そして、ＥＶ走行によるエンジン停止時であると判断した場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、第１及び第２の排気ブレーキ弁６４、６５を閉弁し、第１及び第２の切替弁３４、３５を開弁し、さらに流路切替弁３６をバイパス通路２６側に開弁する（ステップＳ１０２）。これにより、ＣＣＯ１６及びＤＰＦ１７を含む第１のループと、ＮＳＲ１８を含む第２のループとが形成される。

次に、ＥＣＵ５０は、各触媒が最適な触媒床温及び空燃比になるように、第１及び第２の燃料添加弁４４、４５と第１及び第２のポンプ１４、１５とを駆動制御する（ステップＳ１０３）。即ち、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ１７の触媒床温及び空燃比をＰＭ再生に適した値に制御するとともに、ＮＳＲ１８の触媒床温及び空燃比をＮＯｘ還元に適した値に制御する。これにより、ＥＣＵ５０は、ＰＭ再生とＮＯｘ還元とを両立させることができる。

一方、ＥＶ走行によるエンジン停止時ではない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、即ち、通常のエンジン走行の場合、ＥＣＵ５０は、第１及び第２の排気ブレーキ弁６４、６５を開弁し、第１及び第２の切替弁３４、３５を閉弁し、さらに流路切替弁３６を排気通路側に開弁する（ステップＳ１０４）。さらに、ＥＣＵ５０は、第１及び第２の燃料添加弁４４、４５の燃料添加を停止させると共に、第１及び第２のポンプ１４、１５を停止させる（ステップＳ１０５）。また、ＥＣＵ５０は、燃料添加弁４２から燃料添加を行い、排気ガスの空燃比や触媒床温の調整等を行う。以上のように、ＥＣＵ５０は、エンジン走行時には、エンジン１の排気ガスを浄化し、エミッション悪化を防ぐ。

［第２実施形態］
次に、第２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。第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、エンジン停止時には、第１のループと第２のループとを形成し、触媒ごとに、触媒床温及び空燃比の調整を行った。これに加え、第２実施形態では、ＥＣＵ５０は、エンジン走行時には、ＤＰＦ１７を通過した排気ガスをＥＧＲクーラまたは排気熱回収器により冷却した後、ＮＳＲ１８へ通過させる。これにより、ＥＣＵ５０は、エンジン走行時及びＥＶ走行時の両方でＰＭ再生及びＮＯｘ還元を促進させる。

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４は、第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置７５ａの概略構成図の一例を示す。内燃機関の排気浄化装置７５ａは、車両１００に搭載される。以後では、第１実施形態で説明した内燃機関の排気浄化装置７５と重複する部分については適宜説明を省略する。

排気熱回収器７０は、冷却水通路７１上に設けられていると共に、エンジン１の排気ガスが通過する排気通路２２上に設けられており、冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行うことで排気熱を回収する。具体的には、排気熱回収器７０は、排気通路２２上のＤＰＦ１７の下流でかつＮＳＲ１８の上流に設置される。

第３のポンプ７２は、冷却水通路７１中の冷却水を循環させる電動式のポンプである。第３のポンプ７２は、ＥＣＵ５０の制御信号に基づき駆動する。

さらに、コンプレッサ１２ａ上流の吸気通路２１と、ＤＰＦ１７の下流かつ排気熱回収器７０の上流の排気通路２２と、を連通するＥＧＲ通路８０が設けられている。ＥＧＲ通路８０は、タービン１２ｂを通過した比較的低圧の排気を吸気通路２１へ還流させるための通路である。これに対し、ＥＧＲ通路２３は、エンジン１の燃焼室から排出された比較的高圧の排気をスロットル弁３１の下流に還流させる。以後、ＥＧＲ通路８０を「ＬＰＬ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲ通路」と呼び、ＥＧＲ通路２３を「ＨＰＬ（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲ通路」と呼ぶ。

また、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路８０上には、ＥＧＲ弁８１と、ＥＧＲクーラ８２とが設置されている。ＥＧＲ弁８１は、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路８０を通過するＥＧＲ量（以後、「ＬＰＬ−ＥＧＲ量」と呼ぶ。）を調整するための弁である。ＥＧＲ弁８１は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ８１に基づき制御される。ＥＧＲクーラ８２は、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路８０上に設けられていると共に、冷却水通路７１上に設けられており、冷却水とＥＧＲガスとの間で熱交換を行うことでＥＧＲガスを冷却する。

さらに、ＥＧＲクーラ８２下流かつＥＧＲ弁８１上流のＬＰＬ−ＥＧＲ通路８０と、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路８０下流かつ排気熱回収器７０上流の排気通路２２と、を連通するリターン通路８３が設けられている。リターン通路８３は、ＥＧＲクーラ８２を通過したガスを排気通路２２上へ戻すための通路である。

リターン通路８３の上流側位置には、流路切替弁８４が設置されている。流路切替弁８４は、リターン通路８３の開閉の切替が可能な弁である。流路切替弁８４は、ＥＣＵ５０の制御信号Ｓ８４に基づき制御される。

（制御方法）
次に、第２実施形態におけるＥＣＵ５０の制御について説明する。まず、エンジン走行時の制御について説明する。エンジン走行時では、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ１７を通過した排気ガスをＥＧＲクーラ８２及び／または排気熱回収器７０に供給するように各弁を制御する。これにより、ＥＣＵ５０は、冷却された排気ガスをＮＳＲ１８に供給する。

この具体例を以下に示す。ＥＣＵ５０は、エンジン走行時では、第１の排気ブレーキ弁６４を閉弁するとともに、流路切替弁８４を開弁する。また、ＥＣＵ５０は、第１実施形態と同様、第１及び第２の切替弁３４、３５を閉弁すると共に、第２の排気ブレーキ弁６５を開弁する。

この場合、ＤＰＦ１７を通過した排気ガスは、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路８０に供給され、ＥＧＲクーラ８２を通過する。これにより、排気ガスは冷却される。また、流路切替弁８４が開弁しているため、ＥＧＲクーラ８２を通過したガスの一部または全部は、リターン通路８３を通過して排気熱回収器７０へ供給される。これによって、さらに排気ガスが冷却される。

以上のように、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ１７を通過した高温な排気ガスをＥＧＲクーラ８２及び排気熱回収器７０で冷却することで、ＮＯｘ還元に適した温度の排気ガスをＮＳＲ１８に供給することができる。従って、ＥＣＵ５０は、エンジン走行時であっても、ＤＰＦ１７とＮＳＲ１８との触媒床温をそれぞれ適温に調整することができ、ＰＭ再生及びＮＯｘ還元の両方を促進させることができる。

また、ＥＣＵ５０は、上述の制御によりＬＰＬ−ＥＧＲ量が減少した場合、減少したＬＰＬ−ＥＧＲ量分を、ＨＰＬ−ＥＧＲ通路２３を介して吸気通路２１に導かれるＥＧＲガス量（以後、「ＨＰＬ−ＥＧＲ量」と呼ぶ。）で補う。即ち、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁３３を制御することにより、減少したＬＰＬ−ＥＧＲ量分だけＨＰＬ−ＥＧＲ量を増やす。このようにすることで、ＥＣＵ５０は、還流するＥＧＲ量の総量を変更させることなく、上述の制御を実行することができる。

次に、エンジン停止時の制御について説明する。ＥＣＵ５０は、エンジン停止時には、第１及び第２の排気ブレーキ弁６４、６５及び流路切替弁８４を閉弁すると共に、第１及び第２の切替弁３４、３５を開弁する。これにより、第１実施形態と同様、ＥＣＵ５０は、第１のループ及び第２のループを形成する。また、第１実施形態と同様、ＥＣＵ５０は、第１及び第２のポンプ１４、１５を駆動すると共に、第１及び第２の燃料添加弁４４、４５の燃料添加制御を行う。これにより、ＥＣＵ５０は、エンジン停止時についても、ＰＭ再生及びＮＯｘ還元を促進させることができる。なお、第２実施形態の処理は第１実施形態と同様の処理手順であるため、第２実施形態のフローチャートの説明は省略する。

（変形例１）
上述の説明では、ＥＣＵ５０は、エンジン走行時では、ＮＳＲ１８におけるＮＯｘの吸蔵段階と還元段階とを特に区別せずに触媒床温の制御を行っていた。一方、一般に、ＮＯｘの吸蔵に適した温度は、ＮＯｘの還元に適した温度よりも低い。従って、これに代えて、ＥＣＵ５０は、第３のポンプ７２の駆動制御をすることにより、ＮＳＲ１８を、ＮＯｘの吸蔵段階と還元段階とでそれぞれ最適な触媒床温になるように制御してもよい。これにより、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘの吸蔵及び還元をさらに促進させる。

具体的には、吸蔵段階では、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲクーラ８２や排気熱回収器７０の冷却効率を還元段階より高くなるように第３のポンプ７２の出力を制御する。例えば、ＥＣＵ５０は、還元段階よりも第３のポンプ７２の出力を上げる。これにより、ＥＣＵ５０は、ＮＳＲ１８の触媒床温をＮＯｘ吸蔵に適した温度（例えば、１００℃〜２５０℃）になるように調整する。

一方、リッチスパイク制御等により還元段階になった場合、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲクーラ８２や排気熱回収器７０の冷却効率を還元段階より低くなるように第３のポンプ７２の出力を制御する。例えば、ＥＣＵ５０は、吸蔵段階よりも第３のポンプ７２の出力を下げる。これにより、ＥＣＵ５０は、ＮＳＲ１８の触媒床温をＮＯｘ還元に適した温度（例えば、２００℃〜４５０℃）になるように調整する。

以上のように、変形例１によれば、ＥＣＵ５０は、ＮＳＲ１８でのＮＯｘの吸蔵と還元とをそれぞれ促進させることができる。

（変形例２）
第２実施形態の内燃機関の排気浄化装置７５ａの構成では、内燃機関の排気浄化装置７５ａは、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路８０及びリターン通路８３と、排気熱回収器７０との両方を備えていた。即ち、排気浄化装置７５ａは、ＤＰＦ１７を通過した排気ガスを、ＥＧＲ通路８２と排気熱回収器７０との両方で冷却可能に構成されていた。しかし、本発明が適用可能な構成は必ずしもこれに限定されず、これに代えて、内燃機関の排気浄化装置７５ａは、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路８０及びリターン通路８３と、排気熱回収器７０とのいずれか一方のみを備えてもよい。

具体的には、内燃機関の排気浄化装置７５ａが排気熱回収器７０のみを備える場合、ＥＣＵ５０は、例えば、第１実施形態と同様に、各制御弁（切替弁）、第１及び第２の燃料添加弁４４、４５、及び第１及び第２のポンプ１４、１５等の制御を行う。

一方、内燃機関の排気浄化装置７５ａが排気熱回収器７０を備えない場合、ＥＣＵ５０は、例えば、第２実施形態と同様に制御を行う。具体的には、エンジン走行時には、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ１７を通過した排気ガスをＥＧＲクーラ８２及びリターン通路８３に供給するように制御を行う。

なお、ＥＧＲクーラ８２により排気ガスを冷却する場合、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路８０を通過するＥＧＲガスの冷却効率が低下し、当該ＥＧＲガス温度が高くなるおそれがある。従って、この場合、ＥＣＵ５０は、ＬＰＬ−ＥＧＲ量を少なくし、その不足分をＨＰＬ−ＥＧＲ量で補うことが好ましい。具体的なＬＰＬ−ＥＧＲ量の減少量は、例えば、実験等により予め適切な値に定めておく。これにより、ＥＣＵ５０は、適切にＥＧＲガスを還流させることができる。

以上のように、ＥＣＵ５０は、変形例２の場合であっても、エンジン走行時及びＥＶ走行時の両方で、ＰＭ再生やＮＯｘ吸蔵還元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実施形態の処理手順を示すフローチャートである。 第２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。

符号の説明

１ エンジン
１１ インタークーラ
１４ 第１のポンプ
１５ 第２のポンプ
１６ ＣＣＯ
１７ ＤＰＦ
１８ ＮＳＲ
２１ 吸気通路
２２ 排気通路
２３、８０ ＥＧＲ通路
２４ 第１の通路
２５ 第２の通路
３３、８１ ＥＧＲ弁
４４ 第１の燃料添加弁
４５ 第２の燃料添加弁
５０ ＥＣＵ
７０ 排気熱回収器
８２ ＥＧＲクーラ
８３ リターン通路
ＭＧ１、ＭＧ２ モータ

Claims (6)

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、
   排気通路上に設けられ排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタの下流の前記排気通路上に設けられＮＯｘを吸蔵還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
   前記フィルタの下流かつ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流の前記排気通路と、前記フィルタの上流の前記排気通路とを連通する第１の通路と、
   前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流の前記排気通路と、前記フィルタの下流かつ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流の前記排気通路とを連通する第２の通路と、
   前記第１の通路上に燃料を添加する第１の燃料添加弁と、
   前記第２の通路上に燃料を添加する第２の燃料添加弁と、
   前記排気通路上に設けられ、前記第１の通路から前記フィルタへのガスの流れを発生させる第１のポンプと、
   前記排気通路上に設けられ、前記第２の通路から前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒へのガスの流れを発生させる第２のポンプと、
   ＥＶ走行によるエンジン停止時に、前記第１の通路を含む閉ループ及び前記第２の通路を含む閉ループをそれぞれ形成し、前記第１及び第２のポンプの出力と前記第１及び第２の燃料添加弁からの燃料添加量とをそれぞれ制御することにより、前記フィルタにおける空間速度を大きくし、かつ、前記フィルタにおける空燃比をリーンにし、かつ、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒における空間速度を小さくし、かつ、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒における空燃比をストイキまたはリッチにする制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記制御手段は、ＥＶ走行によるエンジン停止時に、前記フィルタの温度及び空燃比がＰＭ再生に適した値になるように制御すると共に、前記ＮＯｘ還元触媒の温度及び空燃比がＮＯｘの還元に適した値になるように制御する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記第１の通路の下流かつ前記第２の通路の上流の前記排気通路上に設けられた第１の排気ブレーキ弁と、
   前記第２の通路の下流の前記排気通路上に設けられた第２の排気ブレーキ弁と、をさらに備え、
   前記制御手段は、ＥＶ走行によるエンジン停止時に、前記第１及び第２の排気ブレーキ弁を閉じる請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記第１の通路の下流かつ前記第２の通路の上流の前記排気通路と、前記第２の通路の下流の前記排気通路と、を連通するバイパス通路と、
   前記フィルタを通過したガスの流路を、前記バイパス通路へ切り替える流路切替弁と、をさらに備え、
   前記制御手段は、前記ＥＶ走行によるエンジン停止時に、前記フィルタを通過したガスを、前記バイパス通路へバイパスさせるように前記流路切替弁を制御する請求項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. 前記フィルタの下流かつ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流の前記排気通路上に設置された排気熱回収器をさらに備える請求項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。
6. コンプレッサとタービンとを有する過給機と、
   前記フィルタの下流の前記排気通路と、前記コンプレッサ上流の吸気通路と、を連通し、排気ガスを前記吸気通路へ還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
   前記低圧ＥＧＲ通路上に設けられたＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラの下流の前記低圧ＥＧＲ通路と、前記低圧ＥＧＲ通路の下流かつ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒上流の排気通路と、を連通するリターン通路と、をさらに備え、
   前記制御手段は、エンジン走行時に、前記フィルタを通過した排気ガスを前記ＥＧＲクーラへ供給する請求項１乃至５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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