JP6729540B2

JP6729540B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP6729540B2
Application number: JP2017242062A
Authority: JP
Inventors: 寿丈梅本; 見上　晃; 晃見上; 大地今井; 佐藤　正明; 正明佐藤; 勝広伊藤; 了平大野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2037-12-18
Also published as: CN109931127B; JP2019108837A; CN109931127A; US20190186316A1; US10677125B2

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路に、排気に含まれる有害成分を吸着する吸着触媒と、有害成分を浄化する触媒と、吸着触媒を加熱するヒータとを備え、内燃機関の冷間始動時にヒータを使って吸着触媒を加熱する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１２−２０７６３０号公報

電気ヒータを用いることにより、内燃機関の始動前に吸着材及び触媒を加熱しておけば、吸着材の吸着性能が高い状態または触媒の浄化性能が高い状態で内燃機関を始動させることができる。ここで、吸着材が効率良く排気成分を吸着可能な温度と、触媒が効率よく排気成分を浄化可能な温度とには差があるため、電気ヒータによって吸着材及び触媒を加熱するときには、どの程度の温度まで上昇させるのかによって、システム全体としての排気の浄化性能が変わってくる。

また、電気ヒータを用いる場合には、バッテリから電気ヒータへ電力を供給する必要があるが、バッテリの残容量（state of charge：以下、ＳＯＣともいう。）が小さいと、
吸着材及び触媒を所望の温度まで上昇させることができない場合もある。仮に、吸着材における排気成分の吸着効率が低い温度や、触媒における排気成分の浄化効率が低い温度で電気ヒータによる加熱が止まってしまうと、システム全体としての排気の浄化率が低下する虞がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、バッテリの残容量に応じて吸着材及び触媒を好適に加熱し、システム全体としての排気の浄化率を高く維持することにある。

本発明の態様の一つは、内燃機関の排気通路に設けられ内燃機関の排気中に含まれる所定成分を吸着する吸着材と、前記吸着材よりも下流の前記排気通路に設けられ前記所定成分を浄化する触媒と、前記排気通路に設けられ電力の供給を受けることにより発熱して前記吸着材及び前記触媒を加熱する発熱体と、前記発熱体に電力を供給するバッテリと、前記触媒の温度を前記触媒が活性する温度の範囲の下限値まで上昇させるのに要する第一所定値よりも前記バッテリの残容量が小さく、且つ、前記第一所定値よりも小さな第二所定値であって、前記吸着材が前記内燃機関の始動時に要求される吸着性能を発揮する温度の範囲内の所定温度まで前記吸着材の温度を上昇させるのに要する第二所定値よりも前記バッテリの残容量が大きい場合には、前記吸着材の温度が前記所定温度となるように、前記バッテリから前記発熱体へ供給する電力量を調整する制御装置と、を備える内燃機関の排気浄化装置である。

吸着材によって吸着される成分と、触媒によって浄化される成分とは、同じ成分である。所定成分としては、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ，またはＣＯ_２を例示できる。発熱体は、吸着
材よりも上流の排気通路に設けられていてもよく、吸着材及び触媒の担体として排気通路に設けられていてもよい。触媒の温度が活性温度の下限値よりも低い場合には、触媒における所定成分の浄化性能は十分ではない。そのため、バッテリのＳＯＣが第一所定値よりも小さいときには、例え発熱体に電力を供給して触媒を加熱したとしても、触媒における浄化性能を十分に高めることはできない。一方、吸着材が内燃機関の始動時に要求される吸着性能を発揮する温度の範囲は、触媒が活性する温度の範囲よりも低い。したがって、ＳＯＣが小さいために触媒を活性させるまで触媒を加熱することができない場合であっても、吸着材に要求される吸着性能を発揮する温度までなら吸着材を加熱することができる場合もある。しかし、バッテリの残容量が第二所定値以上である場合に、その残容量分の電力量を発熱体に供給してしまうと、触媒の温度は活性温度に達せず、且つ、吸着材の温度は要求される吸着性能を発揮する範囲を超えてしまう。このような状態では、吸着材における所定成分の吸着が十分でなく、且つ、触媒における所定成分の浄化も十分でない状態になる。このような状態で内燃機関が始動されると、内燃機関の始動時にはより多くの所定成分が内燃機関から排出されることがあるために、所定成分の濃度が高い排気が触媒に流入してしまい、触媒において所定成分を浄化し切れなくなる虞がある。なお、バッテリの残容量は、発熱体に電力を供給するために確保されている残容量としてもよい。すなわち、発熱体以外の機器が必要とする電力は別途確保されているものとしてもよい。

バッテリの残容量が上記のような状態の場合には、吸着材が内燃機関の始動時に要求される吸着性能を発揮する温度である所定温度になるような電力量を発熱体に供給すれば、内燃機関の始動時に多く排出される所定成分を吸着材に吸着させておくことができる。これにより、内燃機関の始動時に、所定成分が触媒を通り抜けることを抑制できる。また、その後に内燃機関の排気の熱により吸着材の温度が上昇して吸着材から所定成分が脱離したとしても、触媒に流入する所定成分の濃度は、吸着材の温度を可及的に高めて内燃機関を始動させたときと比較して低い。このときの触媒の温度は所定成分を浄化するために必要な温度まで上昇していないが、触媒において所定成分を多少なりとも浄化することができるため、触媒に流入する所定成分の濃度が低ければ、触媒における所定成分の浄化率が高くなる。したがって、システム全体として、触媒から流出する所定成分の濃度を低減することができる。

このように、バッテリの残容量が、吸着材の温度を所定温度よりも高くすることが可能な状態の場合であっても、触媒を活性させることができない状態の場合には、あえて、吸着材の温度が所定温度に達する電力量しか発熱体へ供給しないようにすることで、システム全体としての排気の浄化率を高く維持することができる。

前記制御装置は、前記バッテリの残容量が前記第一所定値よりも大きい場合には、前記触媒の温度が、前記触媒が活性する温度の範囲内となるように、前記バッテリから前記発熱体へ供給する電力量を調整することができる。

バッテリの残容量が、触媒を活性温度まで加熱できるほどの残容量であれば、触媒を活性温度まで加熱することにより、内燃機関の始動時であっても所定成分を触媒で浄化することができる。したがって、触媒から流出する所定成分の濃度を低減することができる。

前記制御装置は、前記バッテリの残容量が前記第二所定値よりも小さい場合には、その残容量に応じた電力量を前記バッテリから前記発熱体へ供給することができる。

この場合には、吸着材の温度が高くなるほど吸着材の吸着性能が高くなるため、できる限り吸着材を加熱することにより、内燃機関の始動時に触媒に流入する所定成分の濃度を低減できる。これにより、触媒から流出する所定成分の濃度を低減することができる。

前記制御装置は、前記第一所定値を前記触媒の劣化の度合いに応じて補正することができる。

触媒の劣化の度合いによって触媒の活性温度が変化するため、触媒の温度を活性温度まで上昇させるのに要するバッテリの残容量も変化する。この変化分に応じて第一所定値を補正することにより、より適切な電力量の調整が可能となる。

前記制御装置は、前記第二所定値を前記吸着材の劣化の度合いに応じて補正することができる。

吸着材の劣化の度合いによって、吸着材が内燃機関の始動時に要求される吸着性能を発揮する温度の範囲が変化するため、所定温度も変化し得る。したがって、吸着材の温度を所定温度まで上昇させるのに要するバッテリの残容量も変化し得る。この変化分に応じて第二所定値を補正することにより、より適切な電力量の調整が可能となる。

本発明によれば、バッテリの残容量に応じて吸着材及び触媒を好適に加熱し、システム全体としての排気の浄化率を高く維持することができる。

実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。温度に対する、吸着材及び触媒の性能を示した図である。触媒の劣化の度合いと触媒の浄化性能との関係を示した図である。吸着材の劣化の度合いと吸着材の吸着性能との関係を示した図である。実施例に係る昇温制御のフローを示したフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。内燃機関１はハイブリッド車両１００に搭載されている。なお、内燃機関１は、ガソリン機関、ディーゼル機関の何れであってもよい。また、ハイブリッド車両１００には、電動モータ２が搭載されている。本実施例に係るハイブリッド車両１００は、内燃機関１または電動モータ２により駆動することができる。また、電動モータ２には発電機能が備わっており、内燃機関１を動力源として電動モータ２により発電することができる。電動モータ２には、電気配線を介してバッテリ２０が接続されている。なお、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置は、ハイブリッド車両１００に搭載しているが、これに限らず、電動モータ２を備えていない車両に搭載することもできる。

内燃機関１には、排気通路３が接続されている。排気通路３の途中には、電気ヒータ４が設けられている。電気ヒータ４には、電気抵抗となって、通電により発熱する材質のもの、例えばＳｉＣまたは金属が用いられる。なお、本実施例においては電気ヒータ４が、本発明における発熱体に相当する。電気ヒータ４は、電圧制御装置２１を介してバッテリ２０に接続されている。電圧制御装置２１は、後述のＥＣＵ１０により操作され、ＥＣＵ１０がバッテリ２０から電気ヒータ４への印加電圧を調整する。

電気ヒータ４よりも下流の排気通路３には、排気中の所定成分を吸着する吸着材５と、排気中の所定成分を浄化する触媒６と、が上流側から順に設けられている。本実施例に係る吸着材５は、所定成分としてＮＯｘを吸着する。また、本実施例に係る触媒６は、所定成分としてＮＯｘを浄化する触媒であって、例えば、三元触媒または選択還元型ＮＯｘ触媒である。なお、本実施例では、所定成分としてＮＯｘを例に挙げて説明するが、この所定成分は、ＮＯｘに代えてＨＣ、ＣＯ、ＣＯ_２等の成分であってもよい。吸着材５によって吸着される成分と、触媒６によって浄化される成分とが同じ成分であるように、吸着材５及び触媒６を選択すればよい。また、本実施例においては、吸着材５及び触媒６の上流側に電気ヒータ４が設けられているが、これに代えて、吸着材５及び触媒６が電気ヒータ４に担持若しくは塗布されていてもよい。

電気ヒータ４よりも下流で且つ吸着材５よりも上流の排気通路３には、排気の温度を検出する温度センサ１４が設けられている。温度センサ１４は、吸着材５の温度及び触媒６の温度を検出するセンサとしてもよい。温度センサ１４を取り付ける位置は、図１に示した位置に限らず、吸着材５の温度及び触媒６の温度を検出可能な位置であればよい。

そして、内燃機関１には、該内燃機関１及び電動モータ２を制御するための電子制御ユニット（コントローラ）であるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件やユーザの要求に応じて内燃機関１及び電動モータ２等を制御する。

ＥＣＵ１０には、上記温度センサ１４の他、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１２、および機関回転速度を検知するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。また、ＥＣＵ１０には、電圧制御装置２１が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１０は電圧制御装置２１を操作することにより電気ヒータ４への通電を制御する。

また、ＥＣＵ１０には、バッテリ２０が接続されており、該ＥＣＵ１０は、バッテリ２０の残容量（ＳＯＣ）を算出する。さらに、ＥＣＵ１０には、電動モータ２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０は電動モータ２への通電や電動モータ２における発電を制御する。ＥＣＵ１０は、ＳＯＣが大きいときには電動モータ２でハイブリッド車両１００を駆動し、ＳＯＣが小さくなると内燃機関１を始動させてＳＯＣの回復をはかりつつ内燃機関１でハイブリッド車両１００を駆動する。

そしてＥＣＵ１０は、内燃機関１の始動前に、電気ヒータ４の温度を上昇させる制御である昇温制御を実施する。この昇温制御によって吸着材５及び触媒６の温度を上昇させる。昇温制御において、ＥＣＵ１０は、バッテリ２０から電気ヒータ４に供給する電力量を調整する。なお、内燃機関１の始動前に電気ヒータ４において発生した熱は、排気通路３にガス流動がなくても、排気通路３内のガスを介して吸着材５及び触媒６に伝わる。

ＥＣＵ１０は、電気ヒータ４に供給した電力量が目標電力量になるまで、電気ヒータ４に電力を供給する。そして、ＥＣＵ１０は、電気ヒータ４に供給した電力量が目標電力量に達すると、内燃機関１を始動させる。なお、内燃機関１が始動される前であっても、電動モータ２によりハイブリッド車両１００を駆動することができる。ＥＣＵ１０は、バッテリ２０のＳＯＣに基づいて、内燃機関１の始動時における吸着材５または触媒６の目標温度や、内燃機関１の始動前にバッテリ２０から電気ヒータ４へ供給する電力量を決定する。なお、以下においてＳＯＣといった場合には、電気ヒータ４に電力を供給するために確保されているバッテリ２０のＳＯＣを指し示すものとする。したがって、以下においてバッテリ２０のＳＯＣが０であっても、内燃機関１の始動に必要な電力や、ハイブリッド
車両１００の走行に必要な電力等、電気ヒータ４以外の機器が必要とする電力は確保されているものとする。

図２は、温度に対する、吸着材５及び触媒６の性能を示した図である。実線は触媒６を示し、一点鎖線は吸着材５を示している。吸着材５の性能とは、吸着材５にＮＯｘが吸着されていないと仮定した場合の、吸着材５に流入するＮＯｘ量に対する吸着材５に吸着されるＮＯｘ量の割合を示している。この性能を以下では、吸着性能ともいう。また、触媒６の性能とは、触媒６に流入するＮＯｘ量に対する触媒６に浄化されるＮＯｘ量の割合を示している。この性能を以下では、浄化性能ともいう。図２において、触媒６が活性している温度の範囲を第一温度範囲といい、触媒６の活性温度の下限値を第一温度という。第一温度は、触媒６における浄化性能が許容範囲の下限値となるときの温度ともいえる。なお、第一温度は、第一温度範囲内の任意の温度としてもよい。例えば、第一温度を目標として触媒６を加熱したときに、触媒６の温度が活性温度の下限値を確実に超えるように、この下限値にある程度のマージンを加えた値を第一温度としてもよい。また、吸着材５が内燃機関１の始動時に要求される吸着性能を発揮する吸着材５の温度の範囲を第二温度範囲といい、第二温度範囲内の任意の温度を第二温度という。第二温度は、例えば、第二温度範囲の下限値または上限値であってもよく、吸着材５の吸着性能が最も高くなる温度（以下で説明する「ピーク温度」）であってもよい。また、第二温度範囲の下限値にある程度のマージンを加えた値を第二温度としてもよく、第二温度範囲の上限値からある程度のマージンを減じた値を第二温度としてもよい。図２に示したように、第一温度範囲と第二温度範囲とに重複はなく、第一温度範囲のほうが第二温度範囲よりも温度の高い範囲である。

なお、本実施例においては第一温度範囲が、本発明における「触媒が活性する温度の範囲」に相当する。また、本実施例においては第一温度が、本発明における「触媒が活性する温度の範囲の下限値」に相当する。また、本実施例においては第二温度が、本発明における所定温度に相当する。また、本実施例においては第二温度範囲が、本発明における「吸着材が内燃機関の始動時に要求される吸着性能を発揮する温度の範囲」に相当する。

図２に示す温度の範囲では、触媒６の温度が高くなるほど、触媒６の浄化性能が高くなる。一方、吸着材５の吸着性能には、ピークが存在する。以下、吸着材５の吸着性能がピークとなる温度をピーク温度ともいう。吸着材５の温度がピーク温度より低くなるほど吸着性能が低下し、ピーク温度より高くなるほど吸着性能が低下する。吸着材５の温度がピーク温度よりも低い場合には、競争吸着により吸着材５に水が吸着され易くなる。吸着材５に水が吸着されると、その分、ＮＯｘを吸着できなくなるため、吸着材５におけるＮＯｘの吸着性能が低下する。このような、吸着材５の温度がピーク温度よりも低い範囲では、吸着材５の温度が高くなるほど、吸着材５から水が蒸発し易くなることによりＮＯｘの吸着性能が高くなる。そして、ピーク温度では、吸着材５に水がほとんど吸着されていない状態となる。なお、吸着材５に吸着されている水は１００℃で蒸発する。しかし、吸着材５の温度を上昇させていく過程において、吸着材５の温度が１００℃に達したとしても、吸着材５に吸着されている水の一部の温度は、１００℃に達していない場合がある。このため、吸着材５の温度を上昇させていく過程では、吸着材５の温度が１００℃を超えてから水が完全に蒸発するため、ピーク温度は１００℃よりも高くなり得る。吸着材５の温度がピーク温度よりも高い範囲では、吸着材５の温度が高くなるほど、吸着材５からＮＯｘが脱離し易くなるためＮＯｘの吸着性能が低下する。

内燃機関１の始動時には、特に多くのＮＯｘが燃焼室から排出される。したがって、内燃機関１の始動時に触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度を低下させることが望まれる。ここで、内燃機関１が始動される前に、触媒６の温度を第一温度まで上昇させるのに要する電力量を目標電力量として電気ヒータ４へ供給することにより、内燃機関１の始動後に
内燃機関１から排出されるＮＯｘを触媒６において十分に浄化可能となる。

しかし、触媒６の温度を第一温度まで上昇させるためには、より多くの電力量を必要とするため、バッテリ２０のＳＯＣが不足している場合も考えられる。ここで、触媒６の温度を第一温度まで上昇させるために必要なバッテリ２０のＳＯＣ（以下、第一所定ＳＯＣともいう。）、及び、吸着材５の温度を第二温度まで上昇させるために必要なバッテリ２０のＳＯＣ（以下、第二所定ＳＯＣともいう。）について説明する。なお、本実施例における第一所定ＳＯＣが、本発明における第一所定値に相当し、本実施例における第二所定ＳＯＣが、本発明における第二所定値に相当する。

第一所定ＳＯＣは、触媒６の活性温度の下限値（第一温度）から現時点での触媒６の温度を減算した値、すなわち、触媒６の昇温量と、電気ヒータ４から触媒６までの熱容量と、に比例している。なお、現時点での触媒６の温度は、温度センサ１４によって検出される温度である。また、電気ヒータ４から触媒６までの熱容量は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。上記関係から、触媒６の温度を第一温度まで上昇させるために必要となる熱量を求めることができる。さらに、電気ヒータ４の発熱効率を考慮する。すなわち、バッテリ２０から電気ヒータ４に供給された電力量が全て排気系の温度上昇に利用されるのではなく、ある程度の損失があるため、この損失分をさらに上乗せして電力量を算出する。電気ヒータ４の発熱効率は予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。また、触媒６の昇温量と、電気ヒータ４から触媒６までの熱容量と、から算出した電力量を、発熱効率に応じて補正するための補正係数を予め求めておく。そして、触媒６の昇温量と、電気ヒータ４から触媒６までの熱容量と、から算出する電力量に、発熱効率に応じた補正係数を乗算することによって、第一所定ＳＯＣを算出する。

なお、触媒６の浄化性能は、触媒６の劣化の度合いに応じて変化する。ここで、図３は、触媒６の劣化の度合いと触媒６の浄化性能との関係を示した図である。このように、劣化の度合いが高くなると、触媒６の浄化性能は低下する。そうすると、図２に示した関係は、触媒６の劣化度合いに応じて変わることになり、劣化の度合いが高いほど、温度の上昇量に対する浄化性能の増加量が小さくなる。そのため、要求される浄化性能を発揮する温度がより高い側にずれる。すなわち、劣化の度合いが高いほど、第一温度が高くなるため、触媒６の温度を第一温度まで上昇させるためには、より多くの電力量が必要となる。このため、第一温度を触媒６の劣化の度合いに応じて補正してもよい。触媒６の劣化の度合いと第一温度との関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておき、触媒６の劣化の度合いに応じた第一温度を上記した第一所定ＳＯＣの算出時に用いる。なお、触媒６の劣化の度合いについては、過去の触媒６の温度の推移、または、過去の内燃機関１の運転状態等に基づいて推定してもよいし、前回の内燃機関１の運転時に検出された排気の成分の濃度に基づいて算出してもよい。触媒６の劣化の度合いを得る方法については周知のため説明を省略する。

次に、第二所定ＳＯＣについて説明する。第二所定ＳＯＣは、第二温度から、現時点での吸着材５の温度を減算した値、すなわち、吸着材５の昇温量と、電気ヒータ４から吸着材５までの熱容量と、に比例している。なお、現時点での吸着材５の温度は、温度センサ１４によって検出される温度である。また、電気ヒータ４から吸着材５までの熱容量は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。上記関係から、吸着材５の温度を第二温度まで上昇させるために必要となる熱量を求めることができる。さらに、前述のように電気ヒータ４の発熱効率を考慮する。すなわち、上記のように排気系における熱量の損失分をさらに上乗せして電力量を算出する。吸着材５の昇温量と、電気ヒータ４から吸着材５までの熱容量と、から算出した電力量を、発熱効率に応じて補正するための補正係数を予め求めておく。そして、吸着材５の昇温量と、電気ヒータ４から吸着材５
までの熱容量と、から算出する電力量に、発熱効率に応じた補正係数を乗算することによって、第二所定ＳＯＣを算出する。

なお、吸着材５の吸着性能は、吸着材５の劣化の度合いに応じて変化する。ここで、図４は、吸着材５の劣化の度合いと吸着材５の吸着性能との関係を示した図である。このように、劣化の度合いが高くなると、吸着材５の吸着性能は低下する。そうすると、図２に示した関係は、吸着材５の劣化の度合いに応じて変わることになり、劣化の度合いが高いほど、ピーク温度に対応する吸着性能の最高値が低くなる。それに伴って、第二温度範囲が狭くなる。例えば、第二温度として、第二温度範囲の下限値若しくは上限値、又はこれらに関連する温度などを選択した場合には、吸着材５の劣化の度合いよって第二温度が変わる。このため、第二温度を吸着材５の劣化の度合いに応じて補正してもよい。吸着材５の劣化の度合いと第二温度との関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておき、この第二温度を上記した第二所定ＳＯＣの算出時に用いる。なお、吸着材５の劣化の度合いについては、過去の吸着材５の温度の推移、または、過去の内燃機関１の運転状態等に基づいて推定してもよいし、前回の内燃機関１の運転時に検出された排気の成分の濃度に基づいて算出してもよい。吸着材５の劣化の度合いを得る方法については周知のため説明を省略する。

ここで、バッテリ２０のＳＯＣが、吸着材５の温度を第二温度範囲の上限値を超えるまで上昇させるのには足りているが、触媒６の温度を第一温度まで上昇させるのには不足している場合に、電気ヒータ４に供給可能な電力量を全て供給した場合について考える。この場合には、吸着材５の温度は第二温度範囲の上限値を超え、且つ、触媒６の温度は第一温度よりも低くなる。

吸着材５の温度が第二温度範囲の上限値よりも高い場合には、吸着材５の吸着性能は内燃機関１の始動時に多く発生するＮＯｘを吸着するのには十分ではないため、内燃機関１の始動時に吸着材５で吸着できなかったＮＯｘが触媒６に流入する。さらに、内燃機関１の始動時における吸着材５の温度が高くなるほど、ＮＯｘの吸着性能が低下するために、より多くのＮＯｘが触媒６に流入する。この温度の範囲では、触媒６の温度が高くなるほど触媒６の浄化性能が高くなり、触媒６においてＮＯｘを多少なりとも浄化は可能であるが、内燃機関１の始動時のように触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度が高い場合には、触媒６はＮＯｘを十分に浄化することができない。すなわち、内燃機関１の始動時に触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度が高くなり得る。

一方、吸着材５の温度が第二温度範囲内に留まるように電気ヒータ４へ供給する電力量を調整すれば、吸着材５の吸着性能が十分に高いために、吸着材５から流出する排気のＮＯｘ濃度が低くなる。したがって、例え触媒６においてＮＯｘを浄化することができなくても、触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度は十分に低くなる。すなわち、吸着材５の温度を第二温度範囲の上限値よりも高くすることができる電力量を電気ヒータ４へ供給可能であったとしても、触媒６の温度を第一温度まで上昇させることができない場合には、吸着材５の温度が第二温度範囲内に収まるような電力量を電気ヒータ４へ供給するほうが、内燃機関１の始動時に触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度を低くすることができる。

そこで本実施例では、内燃機関１の始動時において、吸着材５の温度が第二温度よりも高くなり、且つ、触媒６の温度が第一温度よりも低くなるような電力量しか電気ヒータ４に供給できないようなＳＯＣの場合には、吸着材５の温度が第二温度まで上昇するような電力量を目標電力量に設定する。すなわち、吸着材５の温度を第二温度よりも高くすることができる電力量を電気ヒータ４へ供給可能であっても、そこまでの電力量を供給せずに、吸着材５の温度が第二温度となるように電気ヒータ４へ供給する電力量を留めておく。

上記のようにして内燃機関１の始動時に吸着材５の温度が第二温度になっていたとしても、内燃機関１の始動後には、排気の熱によって吸着材５及び触媒６の温度が上昇する。したがって、内燃機関１の始動時に吸着材５の温度が第二温度になっていたとしても、その後に、吸着材５の温度が第二温度範囲の上限値を超え、吸着材５からＮＯｘが徐々に脱離する。このＮＯｘが触媒６に流入するときには、触媒６の温度がまだ第一温度に達しておらず、触媒６の浄化性能は十分ではない。したがって、内燃機関１の始動時には吸着材５にＮＯｘを吸着できたとしても、その後に、吸着材５の温度が上昇して吸着材５からＮＯｘが脱離すると、浄化性能が十分に高くなっていない触媒６へＮＯｘが流入する。

しかし、内燃機関１の始動後には、排気の熱によって触媒６の浄化性能も徐々に高くなるため、触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度が低ければ、触媒６においてＮＯｘを多少なりとも浄化可能である。そのため、触媒の温度が第一温度に達していない場合において、触媒６の温度が同じであっても、触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度が低い場合には高い場合よりも、触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度がより低くなる。したがって、触媒６の温度が第一温度まで上昇する過程において、触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度を低くするためには、内燃機関１の始動時に内燃機関１から多く排出されるＮＯｘを吸着材５により多く吸着させるとよい。すなわち、吸着材５の温度を第二温度よりも高くすることができる電力量を供給可能であっても、触媒６の温度を第一温度よりも高くすることができる電力量を供給できない場合には、吸着材５の温度が第二温度となるように電気ヒータ４へ供給する電力量を留めておいたほうが、触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度が低い状態を維持できる。

また、バッテリ２０のＳＯＣが、触媒６の温度を第一温度よりも高くするのに十分な状態であれば、触媒６の温度が第一温度となるように、若しくは、触媒６の温度が第一温度範囲内となるように目標電力量を決定する。触媒６の温度が第一温度よりも高い状態で内燃機関１を始動させることにより、吸着材５にＮＯｘが吸着されないとしても、触媒６においてＮＯｘを十分に浄化することができるので、触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度を十分に低くすることができる。

一方、バッテリ２０のＳＯＣが、吸着材５の温度を第二温度まで上昇させることができないような状態の場合には、現時点のバッテリ２０のＳＯＣで供給可能な電力量を全て電気ヒータ４へ供給する。すなわち、吸着材５及び触媒６の温度をできる限り高くしておく。そうすると、吸着材５に吸着されるＮＯｘの量ができる限り多くなるため、触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度をできる限り低くすることができる。したがって、触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度をできる限り低くすることができる。また、このときに吸着材５に吸着されたＮＯｘが、その後の吸着材５の温度の上昇に伴って吸着材５から脱離したとしても、触媒６において多少なりとも浄化することができるため、触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度は低減される。

図５は、本実施例に係る昇温制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、内燃機関１の始動前の触媒６の温度が第一温度よりも低い場合、または、内燃機関１が冷間始動される前にＥＣＵ１０によって実行される。なお、本実施例においては本フローチャートをＥＣＵ１０が実行することにより、本発明における制御装置として機能する。

ステップＳ１０１では、バッテリ２０のＳＯＣが、触媒６の温度を第一温度まで上昇させるのに必要なＳＯＣ（第一所定ＳＯＣ）よりも小さいか否か判定される。換言すると、バッテリ２０のＳＯＣが、内燃機関１の始動時に触媒６の温度を十分に上昇させることができない状態にあるか否か判定される。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進む。
ステップＳ１０３では、触媒６の温度が第一温度まで上昇するように目標電力量が決定される。このときの目標電力量は、第一所定ＳＯＣに対応する電力量である。

ステップＳ１０２では、バッテリ２０のＳＯＣが、吸着材５の温度を第二温度まで上昇させるのに必要なＳＯＣ（第二所定ＳＯＣ）よりも大きいか否か判定される。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０４では、吸着材５の温度が第二温度となるように目標電力量が決定される。このときの目標電力量は、第二所定ＳＯＣに対応する電力量である。一方、ステップＳ１０５では、ＳＯＣに応じて吸着材５及び触媒６の温度が最も高くなるように目標電力量が決定される。このときの目標電力量は、現時点でのＳＯＣに対応する電力量であり、吸着材５をできる限り加熱する電力量である。

以上説明したように、本実施例によれば、バッテリ２０のＳＯＣが、内燃機関１の始動時において触媒６の温度を十分に上昇させることができない状態の場合には、吸着材５の吸着性能を高めておくことにより、内燃機関１の始動時に内燃機関１から排出されるＮＯｘをより多く吸着材５に吸着させることができる。この吸着されたＮＯｘは、後で触媒６において浄化することができる。したがって、触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度をより低減することができるため、システム全体としてのＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。また、バッテリ２０のＳＯＣが、内燃機関１の始動時において触媒６の温度を十分に上昇させることができる状態の場合には、触媒６の温度を十分に高めておくことにより、内燃機関１の始動時におけるＮＯｘ浄化率を高くすることができる。また、バッテリ２０のＳＯＣが、内燃機関１の始動時において吸着材５の温度を十分に上昇させることができない状態の場合には、できる限り吸着材５及び触媒６の温度を高めておくことにより、触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度をできる限り低減することができる。

１内燃機関
２電動モータ
３排気通路
４電気ヒータ
５吸着材
６触媒
１１アクセルペダル
１２アクセル開度センサ
１３クランクポジションセンサ
１４温度センサ
２０バッテリ
２１電圧制御装置
１００ハイブリッド車両

Claims

内燃機関の排気通路に設けられ内燃機関の排気中に含まれる所定成分を吸着する吸着材と、
前記吸着材よりも下流の前記排気通路に設けられ前記所定成分を浄化する触媒と、
前記排気通路に設けられ電力の供給を受けることにより発熱して前記吸着材及び前記触媒を加熱する発熱体と、
前記発熱体に電力を供給するバッテリと、
前記触媒の温度を前記触媒が活性する温度の範囲の下限値まで上昇させるのに要する第一所定値よりも前記バッテリの残容量が小さく、且つ、前記第一所定値よりも小さな第二所定値であって、前記吸着材が前記内燃機関の始動時に要求される吸着性能を発揮する温度の範囲内の所定温度まで前記吸着材の温度を上昇させるのに要する第二所定値よりも前記バッテリの残容量が大きい場合には、前記吸着材の温度が前記所定温度となるように、前記バッテリから前記発熱体へ供給する電力量を調整する制御装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
前記制御装置は、前記バッテリの残容量が前記第一所定値よりも大きい場合には、前記触媒の温度が、前記触媒が活性する温度の範囲内となるように、前記バッテリから前記発熱体へ供給する電力量を調整する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記制御装置は、前記バッテリの残容量が前記第二所定値よりも小さい場合には、その残容量に応じた電力量を前記バッテリから前記発熱体へ供給する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記制御装置は、前記第一所定値を前記触媒の劣化の度合いに応じて補正する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記制御装置は、前記第二所定値を前記吸着材の劣化の度合いに応じて補正する請求項１または３に記載の内燃機関の排気浄化装置。