(57)【要約】【課題】内燃機関の始動の際に電気化学リアクタによるＮＯｘの浄化性能を高める。【解決手段】内燃機関１では、イオン伝導性の固体電解質層７５と、固体電解質層の表面上に配置されたアノード層７６と、固体電解質層の表面上に配置されると共にＮＯｘを保持可能なカソード層７７とを備える電気化学リアクタ４５が排気通路内に設けられる。内燃機関１は、アノード層から固体電解質層を通ってカソード層に流れるように電気化学リアクタに供給される電流を制御する電流制御装置を備える。電流制御装置は、内燃機関の停止中においても少なくとも一時的に電気化学リアクタに電流を供給するように構成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン伝導性の固体電解質層と、該固体電解質層の表面上に配置されたアノード層と、前記固体電解質層の表面上に配置されると共にＮＯｘを保持可能なカソード層とを備える電気化学リアクタが排気通路内に設けられた内燃機関であって、
前記アノード層から前記固体電解質層を通って前記カソード層に流れるように前記電気化学リアクタに供給される電流を制御する電流制御装置を備え、
前記電流制御装置は、当該内燃機関の停止中においても少なくとも一時的に前記電気化学リアクタに電流を供給するように構成される、内燃機関。
【請求項２】
前記電流制御装置は、当該内燃機関の作動中において少なくとも一時的に前記電気化学リアクタに電流を供給する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記電気化学リアクタの固体電解質層はプロトン伝導性を有し、
前記電流制御装置は、当該内燃機関の停止中に前記電気化学リアクタに供給される電流が当該内燃機関の作動中に前記電気化学リアクタに供給される電流よりも小さくなるように前記電気化学リアクタに供給される電流を制御する、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記排気通路内に設けられた排気浄化触媒を更に備え、
前記排気浄化触媒は、その温度が活性温度以上であるときに排気ガス中のＮＯｘを浄化することができるように構成され、
前記電流制御装置は、前記排気浄化触媒の温度が前記活性温度以上であるときには、前記内燃機関の停止中においては前記電気化学リアクタに電流を供給しないように構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
排気流れ方向において前記電気化学リアクタの上流側にて前記排気通路内に外気を導入する外気導入機構を更に備え、
前記外気導入機構は、当該内燃機関の停止中において少なくとも一時的に前記排気通路内に外気を導入するように構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記電流制御装置は、前記電気化学リアクタの前記カソード層に保持されたＮＯｘ量を推定するように構成されると共に、
当該内燃機関の停止中において、推定されたＮＯｘ量が予め定められた基準量未満であるときに前記電気化学リアクタへの電流供給を開始しないように構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関及び電動機を搭載した車両であって、
前記電動機に電力を供給すると共に前記電気化学リアクタに接続されたバッテリを備え、
前記電気化学リアクタへの電流は前記バッテリから供給される、車両。
【請求項８】
前記電流制御装置は、前記バッテリの充電率が予め定められた基準値以下であるときには前記電気化学リアクタには電流を供給しないように構成される、請求項７に記載の車両。
【請求項９】
前記バッテリに接続された車両側コネクタを更に備え、
前記車両側コネクタは、外部電源に接続されることによって前記バッテリを充電することができるように構成され、
前記電流制御装置は、前記内燃機関の停止中に、前記車両側コネクタが前記外部電源に接続されて前記バッテリへの充電が行われているときに、前記電気化学リアクタに電流を供給するように構成される、請求項７又は８に記載の車両。
【請求項１０】
当該車両の減速中に発電可能であって前記バッテリに接続された発電機を更に備え、
前記電流制御装置は、前記内燃機関の停止中に当該車両の減速に伴って前記発電機によって発電されているときに、前記電気化学リアクタに電流を供給するように構成される、請求項７〜９のいずれか１項に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学リアクタを備えた内燃機関及び斯かる内燃機関を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、イオン伝導性の固体電解質層と、固体電解質層の表面上に配置されたアノード層と、固体電解質層の表面上に配置されたカソード層とを備える電気化学リアクタが排気通路内に設けられた内燃機関が知られている（例えば、特許文献１、２）。斯かる電気化学リアクタでは、アノード層から固体電解質層を介してカソード層に流れるように電気化学リアクタに電流を供給すると、カソード層上にてＮＯｘがＮ2に還元され、浄化される。
【０００３】
特許文献１では、排気ガスの流量が多くなるほど、電気化学リアクタに供給する電流が大きくされる。電気化学リアクタに供給する電流を大きくすると単位時間あたりに浄化可能なＮＯｘ量が多くなることから、排気ガスの流量に応じて供給電流の大きさを変えることによって、排気ガスの流量にかかわらずＮＯｘを適切に浄化することができるとされている。
【０００４】
また、特許文献２では、ＮＯｘを保持することができるようにカソード層が構成されている。これにより、カソード層においてＮＯｘの化学反応を妨害する酸素が過剰に存在する場合であっっても、カソード層にはＮＯｘが選択的に保持され、よってＮＯｘを効率的に浄化することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１３８５２２号公報
【特許文献２】特開２００８−１１０２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＮＯｘを保持することができるようにカソード層が構成された場合、カソード層におけるＮＯｘ保持量が多くなるほど、カソード層が排気ガス中のＮＯｘを更に保持するＮＯｘ保持能力が低下する。
【０００７】
また、内燃機関の停止時には、カソード層にＮＯｘが保持されたまま残る場合がある。しかしながら、例えば特許文献１に記載されたように排気ガスの流量に応じて電気化学リアクタに供給する電流が制御されていると、内燃機関の停止中には電気化学リアクタには電流は供給されない。したがって、カソード層に保持されたＮＯｘは機関停止中にそのまま残ることになる。この場合、次に内燃機関が始動されるときにはカソード層におけるＮＯｘ保持能力は低く、この結果、内燃機関の始動の際に排気ガス中のＮＯｘの浄化能力が低下する可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関の始動の際に電気化学リアクタによるＮＯｘの浄化性能を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
【００１０】
（１）イオン伝導性の固体電解質層と、該固体電解質層の表面上に配置されたアノード層と、前記固体電解質層の表面上に配置されると共にＮＯｘを保持可能なカソード層とを備える電気化学リアクタが排気通路内に設けられた内燃機関であって、前記アノード層から前記固体電解質層を通って前記カソード層に流れるように前記電気化学リアクタに供給される電流を制御する電流制御装置を備え、前記電流制御装置は、当該内燃機関の停止中においても少なくとも一時的に前記電気化学リアクタに電流を供給するように構成される、内燃機関。
【００１１】
（２）前記電流制御装置は、当該内燃機関の作動中において少なくとも一時的に前記電気化学リアクタに電流を供給する、上記（１）に記載の内燃機関。
【００１２】
（３）前記電気化学リアクタの固体電解質層はプロトン伝導性を有し、前記電流制御装置は、当該内燃機関の停止中に前記電気化学リアクタに供給される電流が当該内燃機関の作動中に前記電気化学リアクタに供給される電流よりも小さくなるように前記電気化学リアクタに供給される電流を制御する、上記（２）に記載の内燃機関。
【００１３】
（４）前記排気通路内に設けられた排気浄化触媒を更に備え、前記排気浄化触媒は、その温度が活性温度以上であるときに排気ガス中のＮＯｘを浄化することができるように構成され、前記電流制御装置は、前記排気浄化触媒の温度が前記活性温度以上であるときには、前記内燃機関の停止中においては前記電気化学リアクタに電流を供給しないように構成される、上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の内燃機関。
【００１４】
（５）排気流れ方向において前記電気化学リアクタの上流側にて前記排気通路内に外気を導入する外気導入機構を更に備え、前記外気導入機構は、当該内燃機関の停止中において少なくとも一時的に前記排気通路内に外気を導入するように構成される、上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の内燃機関。
【００１５】
（６）前記電流制御装置は、前記電気化学リアクタの前記カソード層に保持されたＮＯｘ量を推定するように構成されると共に、当該内燃機関の停止中において、推定されたＮＯｘ量が予め定められた基準量未満であるときに前記電気化学リアクタへの電流供給を開始しないように構成される、上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の内燃機関。
【００１６】
（７）上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の内燃機関及び電動機を搭載した車両であって、前記電動機に電力を供給すると共に前記電気化学リアクタに接続されたバッテリを備え、前記電気化学リアクタへの電流は前記バッテリから供給される、車両。
【００１７】
（８）前記電流制御装置は、前記バッテリの充電率が予め定められた基準値以下であるときには前記電気化学リアクタには電流を供給しないように構成される、上記（７）に記載の車両。
【００１８】
（９）前記バッテリに接続された車両側コネクタを更に備え、前記車両側コネクタは、外部電源に接続されることによって前記バッテリを充電することができるように構成され、前記電流制御装置は、前記内燃機関の停止中に、前記車両側コネクタが前記外部電源に接続されて前記バッテリへの充電が行われているときに、前記電気化学リアクタに電流を供給するように構成される、上記（７）又は（８）に記載の車両。
【００１９】
（１０）当該車両の減速中に発電可能であって前記バッテリに接続された発電機を更に備え、前記電流制御装置は、前記内燃機関の停止中に当該車両の減速に伴って前記発電機によって発電されているときに、前記電気化学リアクタに電流を供給するように構成される、上記（７）〜（９）のいずれか１つに記載の車両。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、内燃機関の始動の際に電気化学リアクタによるＮＯｘの浄化性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、内燃機関の概略的な構成図である。
【図２】図２は、電気化学リアクタの断面側面図である。
【図３】図３は、電気化学リアクタの隔壁を概略的に示す拡大断面図である。
【図４】図４は、電気化学リアクタの隔壁を概略的に示す拡大断面図である。
【図５】図５は、内燃機関の運転状態、排気浄化触媒の温度、ＮＯｘ保持量及び供給電流のタイムチャートである。
【図６】図６は、第一実施形態に係る内燃機関における電気化学リアクタへの電流供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図７は、第一実施形態の変形例において電気化学リアクタに電流を供給したときの、図５と同様なタイムチャートである。
【図８】図８は、第一実施形態の変形例に係る内燃機関における電気化学リアクタへの電流供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図９は、第二実施形態に係る内燃機関における図７と同様なタイムチャートである。
【図１０】図１０は、第二実施形態に係る内燃機関におけるリアクタへの電流供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、図１０のステップＳ６３において行われる運転中制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、電流が流されたときにおける隔壁周りで生じる反応を概略的に示す図である。
【図１３】図１３は、内燃機関の概略的な構成図である。
【図１４】図１４は、第四実施形態に係るハイブリッド車両を概略的に示す図である。
【図１５】図１５は、第四実施形態に係る車両におけるリアクタへの電流供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、外部電源の接続状態等のタイムチャートである。
【図１７】図１７は、第四実施形態の第一変形例に係る車両におけるリアクタへの電流供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、車両の速度等のタイムチャートである。
【図１９】図１９は、第四実施形態の第二変形例に係る車両におけるリアクタへの電流供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００２３】
＜第一実施形態＞
≪内燃機関全体の説明≫
まず、図１を参照して、第一実施形態に係る内燃機関１の構成について説明する。図１は、内燃機関１の概略的な構成図である。図１に示したように、内燃機関１は、機関本体１０、燃料供給装置２０、吸気系３０、排気系４０及び制御装置５０を備える。
【００２４】
機関本体１０は、複数の気筒１１が形成されたシリンダブロックと、吸気ポート及び排気ポートが形成されたシリンダヘッドと、クランクケースとを備える。各気筒１１内にはピストンが配置されると共に、各気筒１１は吸気ポート及び排気ポートに連通している。
【００２５】
燃料供給装置２０は、燃料噴射弁２１、デリバリパイプ２２、燃料供給管２３、燃料ポンプ２４及び燃料タンク２５を備える。燃料噴射弁２１は、各気筒１１内に燃料を直接噴射するようにシリンダヘッドに配置されている。燃料ポンプ２４によって圧送された燃料は、燃料供給管２３を介してデリバリパイプ２２に供給され、燃料噴射弁２１から各気筒１１内に噴射される。
【００２６】
吸気系３０は、吸気マニホルド３１、吸気管３２、エアクリーナ３３、過給機５のコンプレッサ３４、インタークーラ３５、及びスロットル弁３６を備える。各気筒１１の吸気ポートは、吸気マニホルド３１及び吸気管３２を介してエアクリーナ３３に連通している。吸気管３２内には、吸気管３２内を流通する吸入空気を圧縮して吐出する過給機５のコンプレッサ３４と、コンプレッサ３４によって圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５とが設けられている。スロットル弁３６は、スロットル弁駆動アクチュエータ３７によって開閉駆動される。吸気ポート、吸気マニホルド３１、吸気管３２は吸気通路を形成する。
【００２７】
排気系４０は、排気マニホルド４１、排気管４２、過給機５のタービン４３、排気浄化触媒４４及び電気化学リアクタ（以下、単に「リアクタ」という）４５を備える。各気筒１１の排気ポートは、排気マニホルド４１及び排気管４２を介して排気浄化触媒４４に連通し、排気浄化触媒４４は排気管４２を介してリアクタ４５に連通している。排気浄化触媒４４は、例えば、三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、一定の活性温度以上になるとＮＯｘや未燃ＨＣ等の排気ガス中の成分を浄化する。排気管４２内には、排気ガスのエネルギによって回転駆動せしめられる過給機５のタービン４３が設けられている。排気ポート、排気マニホルド４１、排気管４２、排気浄化触媒４４及びリアクタ４５は排気通路を形成する。なお、排気浄化触媒４４は、排気流れ方向においてリアクタ４５の下流側に設けられてもよい。
【００２８】
制御装置５０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１及び各種センサを備える。ＥＣＵ５１は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス５２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）５４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５５、入力ポート５６、及び出力ポート５７を備える。
【００２９】
吸気管３２には吸気管３２内を流れる吸気ガスの流量を検出する流量センサ（例えば、エアフロメータ）６１が設けられる。また、排気浄化触媒４４の上流側の排気管４２（又は排気マニホルド４１）には排気浄化触媒４４に流入する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ６２が設けられる。加えて、排気浄化触媒４４の下流側であってリアクタ４５の上流側の排気管４２にはリアクタ４５に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ６３が設けられる。また、排気浄化触媒４４には、排気浄化触媒の温度を検出する温度センサ６４が設けられる。これら流量センサ６１、空燃比センサ６２、ＮＯｘセンサ６３及び温度センサ６４の出力は、対応するＡＤ変換器５８を介して入力ポート５６に入力される。
【００３０】
また、アクセルペダル６６の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ６７が接続され、負荷センサ６７の出力電圧は対応するＡＤ変換器５８を介して入力ポート５６に入力される。クランク角センサ６８は機関本体１０のクランクシャフトが例えば１０°回転する毎に出力パルスを発生する。この出力パルスは入力ポート５６に入力され、ＣＰＵ５５ではこの出力パルスに基づいて機関回転速度が算出される。
【００３１】
一方、ＥＣＵ５１の出力ポート５７は、対応する駆動回路５９を介して、内燃機関１の運転を制御する各アクチュエータに接続される。図１に示した例では、出力ポート５７は、燃料噴射弁２１、燃料ポンプ２４及びスロットル弁駆動アクチュエータ３７に接続されている。ＥＣＵ５１は、これらアクチュエータを制御する制御信号を出力ポート５７から出力して、内燃機関１の運転を制御する。
【００３２】
≪電気化学リアクタの構成≫
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係るリアクタ４５の構成について説明する。図２は、リアクタ４５の断面側面図である。図２に示したように、リアクタ４５は、隔壁７１と、隔壁によって画定される通路７２とを備える。隔壁７１は、互いに平行に延びる複数の第１隔壁と、これら第１隔壁に対して垂直に且つ互いに平行に延びる複数の第２隔壁とを備える。通路７２は、これら第１隔壁及び第２隔壁によって画定され、互いに平行に延びる。したがって、本実施形態に係るリアクタ４５は、ハニカム構造を有する。リアクタ４５に流入した排気ガスは複数の通路７２を通って流れる。
【００３３】
図３は、リアクタ４５の隔壁７１の拡大断面図である。図３に示したように、リアクタ４５の隔壁７１は、固体電解質層７５と、固体電解質層７５の一方の表面上に配置されたアノード層７６と、アノード層７６が配置された表面とは反対側の固体電解質層７５の表面上に配置されたカソード層７７とを備える。
【００３４】
固体電解質層７５は、プロトン伝導性を有する多孔質の固体電解質を含む。固体電解質としては、例えば、ペロブスカイト型金属酸化物ＭＭ’1-xＲxＯ3-α（Ｍ＝Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍ’＝Ｃｅ，Ｚｒ、Ｒ＝Ｙ、Ｙｂであり、例えば、ＳｒＺｒxＹｂ1-xＯ3-α、ＳｒＣｅＯ3、ＢａＣｅＯ3、ＣａＺｒＯ3、ＳｒＺｒＯ3など）、リン酸塩（例えば、ＳｉＯ2−Ｐ2Ｏ5系ガラスなど）、金属ドープＳｎxＩｎ1-xＰ2Ｏ7（例えば、ＳｎＰ2Ｏ7など）又はゼオライト（例えば、ＺＳＭ−５）が使用される。
【００３５】
アノード層７６及びカソード層７７は、共にＰｔ、Ｐｄ又はＲｈ等の貴金属を含む。また、アノード層７６は、水分子を保持可能（すなわち、吸着可能及び／又は吸収可能）な物質を含む。水分子を保持可能な物質としては、具体的には、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ等が挙げられる。一方、カソード層７７は、ＮＯｘを保持可能（すなわち、吸着可能及び／又は吸収可能）な物質を含む。ＮＯｘを保持可能な物質としては、具体的には、Ｋ、Ｎａ等のアルカリ金属、Ｂａ等のアルカリ土類金属、Ｌａ等の希土類等が挙げられる。
【００３６】
また、内燃機関１は、電源装置８１、電流計８２及び電流調整装置８３とを備える。電源装置８１の正極はアノード層７６に接続され、電源装置８１の負極はカソード層７７に接続される。電流調整装置８３は、アノード層７６から固体電解質層７５を通ってカソード層７７に流れるようにリアクタ４５に供給される電流の大きさを変化させることができるように構成される。また、電流調整装置８３は、アノード層７６とカソード層７７との間に印加される電圧を変化させることができるように構成される。
【００３７】
電源装置８１は、電流計８２と直列に接続されている。また、電流計８２は、対応するＡＤ変換器５８を介して入力ポート５６に接続される。電流調整装置８３は、対応する駆動回路５９を介してＥＣＵ５１の出力ポート５７に接続され、電流調整装置８３はＥＣＵ５１によって制御される。したがって、電流調整装置８３及びＥＣＵ５１は、アノード層７６から固体電解質層７５を通ってカソード層７７に流れる電流の大きさを制御する電流制御装置として機能する。特に、本実施形態では、電流調整装置８３は、電流計８２によって検出される電流値が目標値となるように制御される。
【００３８】
このように構成されたリアクタ４５では、電源装置８１からアノード層７６及びカソード層７７に電流が流されると、アノード層７６及びカソード層７７ではそれぞれ下記式のような反応が生じる。
アノード側  ２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+＋Ｏ2＋４ｅ
カソード側  ２ＮＯ＋４Ｈ+＋４ｅ→Ｎ2＋２Ｈ2Ｏ
【００３９】
すなわち、アノード層７６では、アノード層７６に保持されている水分子が電気分解されて酸素とプロトンとが生成される。生成された酸素は排気ガス中に放出されると共に、生成されたプロトンは固体電解質層７５内をアノード層７６からカソード層７７へと移動する。カソード層７７では、カソード層７７に保持されているＮＯがプロトン及び電子と反応して窒素と水分子が生成される。
【００４０】
したがって、本実施形態によれば、リアクタ４５の電源装置８１からアノード層７６及びカソード層７７に電流を流すことにより、排気ガス中のＮＯをＮ2に還元、浄化することができる。
【００４１】
なお、上記実施形態では、アノード層７６及びカソード層７７は固体電解質層７５の反対側の二つの表面上に配置されている。しかしながら、アノード層７６及びカソード層７７は、固体電解質層７５の同一の表面上に配置されてもよい。この場合、プロトンは、アノード層７６及びカソード層７７が配置された固体電解質層７５の表面近傍を移動することになる。
【００４２】
また、図４に示したように、アノード層７６は、電気伝導性を有する貴金属を含む導電層７６ａと、水分子を保持可能な物質を含む水分子保持層７６ｂとの二つの層を含んでもよい。この場合、固体電解質層７５の表面上に導電層７６ａが配置され、固体電解質層７５側とは反対側の導電層７６ａの表面上に水分子保持層７６ｂが配置される。
【００４３】
同様に、カソード層７７は、電気伝導性を有する貴金属を含む導電層７７ａと、ＮＯｘを保持可能な物質を含むＮＯｘ保持層７７ｂとの二つの層を含んでもよい。この場合、固体電解質層７５の表面上に導電層７７ａが配置され、固体電解質層７５側とは反対側の導電層７７ａの表面上にＮＯｘ保持層７７ｂが配置される。
【００４４】
なお、本実施形態では、リアクタ４５の固体電解質層７５は、プロトン伝導性の固体電解質を含んでいる。しかしながら、固体電解質層７５は、プロトン伝導性の固体電解質の代わりに、酸素イオン伝導性の固体電解質等、他のイオン伝導性の固体電解質を含むように構成されてもよい。
【００４５】
≪電気化学リアクタの制御≫
次に、図５を参照して、上述したように構成されたリアクタ４５の制御について説明する。図５は、内燃機関１の運転状態、排気浄化触媒４４の温度、リアクタ４５のカソード層７７におけるＮＯｘ保持量及びリアクタ４５への供給電流のタイムチャートである。
【００４６】
図５に示した例では、時刻ｔ１において、内燃機関１の温度が低い状態で内燃機関１が始動せしめられる。したがって、時刻ｔ１においては、排気浄化触媒４４の温度はその活性温度Ｔａｃｔよりも低い。
【００４７】
時刻ｔ１において内燃機関１が始動せしめられると、内燃機関１の排気ガスにより排気浄化触媒４４の温度が上昇する。また、排気浄化触媒４４の温度がその活性温度よりも低いことから排気ガス中のＮＯｘは排気浄化触媒４４では浄化されずにリアクタ４５へ流入する。ＮＯｘがリアクタ４５に流入すると、リアクタ４５のカソード層７７に保持される。図５に示した例では、このとき、リアクタ４５には電流が供給されていないため、カソード層７７に保持されたＮＯｘは浄化されずに保持されたまま維持される。その結果、時刻ｔ１以降、カソード層７７におけるＮＯｘ保持量が増加する。
【００４８】
その後、時刻ｔ２において、排気浄化触媒４４の温度が活性温度に到達すると、排気ガス中のＮＯｘは排気浄化触媒４４にて浄化される。したがって、リアクタ４５に流入する排気ガス中にはＮＯｘはほとんど含まれておらず、よってカソード層７７におけるＮＯｘ保持量は変化しない。
【００４９】
図５に示した例では、その後、時刻ｔ３において内燃機関１が停止せしめられる。すなわち、時刻ｔ３において内燃機関１のクランクシャフトの回転速度が０になる。本実施形態では、内燃機関１の停止中にリアクタ４５へ電流が供給される。したがって、図５に示した例では、時刻ｔ３において内燃機関１が停止せしめられると、リアクタ４５への電流の供給が開始される。リアクタ４５へ電流が供給されると、リアクタ４５のカソード層７７に保持されているＮＯｘが浄化され、よってカソード層７７のＮＯｘ保持量が徐々に減少せしめられる。
【００５０】
図５に示した例では、時刻ｔ４において、カソード層７７のＮＯｘ保持量がほぼゼロとなっている。このため、時刻ｔ４において、リアクタ４５への電流供給が停止せしめられる。
【００５１】
図６は、第一実施形態に係る内燃機関１におけるリアクタ４５への電流供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定の時間間隔毎に実行される。
【００５２】
図６に示したように、まず、ステップＳ１１では、リアクタ４５のカソード層７７のＮＯｘ保持量が算出される。カソード層７７のＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘは、例えば、下記式（１）によって算出される。
Ｑｎｏｘn＝Ｑｎｏｘn-1＋Ｑｉｎ−Ｑｒｅｄ−Ｑｏｕｔ      …（１）
【００５３】
上記式（１）において、添字ｎは今回の制御ルーチンにおいて算出される値を意味し、添字ｎ−１は前回の制御ルーチンにおいて算出された値を意味する。Ｑｉｎは、制御ルーチンの実行間隔の間にリアクタ４５に流入したＮＯｘ量（流入ＮＯｘ量）、Ｑｒｅｄは、制御ルーチンの実行間隔の間にリアクタ４５において浄化されたＮＯｘ量（浄化ＮＯｘ量）をそれぞれ表している。加えて、Ｑｏｕｔは、制御ルーチンの実行間隔の間にリアクタ４５から流出したＮＯｘ量（流出ＮＯｘ量）を表している。
【００５４】
流入ＮＯｘ量Ｑｉｎは、例えば、リアクタ４５の上流側に配置されたＮＯｘセンサ６３によって検出されたＮＯｘ濃度に排気ガスの流量を乗算することによって算出される。浄化ＮＯｘ量Ｑｒｅｄは、例えば、リアクタ４５に供給された電流の大きさに基づいて算出される。流出ＮＯｘ量Ｑｏｕｔは、例えば、リアクタ４５の下流側に配置されたＮＯｘセンサ（図示せず）によって検出されたＮＯｘ濃度に排気ガスの流量を乗算することによって算出される。なお、流入ＮＯｘ量Ｑｉｎ、浄化ＮＯｘ量Ｑｒｅｄ及び流出ＮＯｘ量Ｑｏｕｔは上記方法とは異なる方法によって算出されてもよい。加えて、カソード層７７のＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘも上記方法とは異なる方法によって算出されてもよい。
【００５５】
次いで、ステップＳ１２では、内燃機関１が停止中であるか否かが判定される。具体的には、例えば、クランク角センサ６８の出力に基づいて算出された機関回転速度に基づいて判定される。機関回転速度が０であるときには内燃機関１は停止中であると判定され、機関回転速度が０よりも大きいときには内燃機関１は運転中であると判定される。ステップＳ１２において、内燃機関１は停止中ではないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１２において、内燃機関１は停止中であると判定された場合には、ステップＳ１３へと進む。
【００５６】
ステップＳ１３では、浄化フラグがＯＦＦに設定されているか否かが判定される。浄化フラグは、リアクタ４５へ電流が供給されてカソード層７７に保持されているＮＯｘが浄化されているときにはＯＮに設定され、それ以外のときにはＯＦＦに設定されるフラグである。ステップＳ１３において浄化フラグがＯＦＦに設定されていると判定されたときには、ステップＳ１４へと進む。
【００５７】
ステップＳ１４では、内燃機関１は停止直後であるか否かが判定される。具体的には、前回の制御ルーチンにおいて機関回転速度が０よりも大きな値であったか否かが判定される。ステップＳ１４において、内燃機関１が停止直後でないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１４において、内燃機関１は停止直後であると判定された場合には、ステップＳ１５へと進む。
【００５８】
ステップＳ１５では、ステップＳ１１において算出されたＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが予め定められた基準量Ｑｒｅｆ以上であるか否かが判定される。基準量Ｑｒｅｆは、例えば、カソード層７７の最大吸蔵可能ＮＯｘ量の１／３又は１／６等に設定される。ステップＳ１５において、ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが基準量Ｑｒｅｆ未満であると判定された場合には、カソード層７７のＮＯｘ保持量が少ないことからカソード層７７に保持されたＮＯｘを浄化することなく、制御ルーチンが終了せしめられる。したがって、ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが基準量Ｑｒｅｆ未満であるときにはリアクタ４５への電流供給は開始されない。
【００５９】
一方、ステップＳ１５において、ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが基準量Ｑｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、リアクタ４５への電流供給が開始され、次いでステップＳ１７では浄化フラグがＯＮに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６０】
リアクタ４５への電流供給が開始されて浄化フラグがＯＮに設定されると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１３において浄化フラグがＯＮに設定されていると判定されて、ステップＳ１８へと進む。ステップＳ１８では、ステップＳ１１において算出されたＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが予め定められた最小量Ｑｍｉｎ以下であるか否かが判定される。最小量Ｑｍｉｎはゼロに近い値とされる。ステップＳ１８において、ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが最小量Ｑｍｉｎよりも多いと判定された場合、すなわちカソード層７７に未だＮＯｘが保持されていると判定された場合には、ステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９では、リアクタ４５への電流供給が継続され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６１】
一方、ステップＳ１８において、ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが最小量Ｑｍｉｎ以下であると判定された場合、すなわちカソード層７７にはほとんどＮＯｘが保持されていないと判定された場合には、ステップＳ２０へと進む。ステップＳ２０では、リアクタ４５への電流供給が停止せしめられ、次いで、ステップＳ２１では浄化フラグがＯＦＦに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６２】
≪作用・効果≫
ところで、本第一実施形態では、内燃機関１の冷間始動の際には、すなわち排気浄化触媒４４の温度が低いときには、排気浄化触媒４４によってＮＯｘを適切に浄化することができない。したがって、内燃機関１の冷間始動の際には、排気浄化触媒４４から流出した排気ガス中のＮＯｘをリアクタ４５のカソード層７７に保持することが必要となる。
【００６３】
一方、リアクタ４５のカソード層７７によるＮＯｘの保持能力は、カソード層７７のＮＯｘ保持量が少ないほど高い。逆に、カソード層７７に多量のＮＯｘが保持されていると、カソード層７７はそれ以上ＮＯｘを保持することがでず、よって排気ガス中のＮＯｘをカソード層７７に新たに保持することができない。
【００６４】
本実施形態によれば、内燃機関１の停止中において少なくとも一時的にリアクタ４５に電流を供給することにより、内燃機関１の停止中にカソード層７７のＮＯｘ保持量を減少させることができる。したがって、内燃機関１の冷間始動の際には、カソード層７７のＮＯｘ保持量が少なく、よってカソード層７７のＮＯｘ保持能力が高い。このため、内燃機関１の冷間始動の際に排気浄化触媒４４の温度が低くて排気浄化触媒４４にてＮＯｘを十分に浄化することができなくても、リアクタ４５のカソード層７７にＮＯｘを保持することができる。そして、カソード層７７に保持されたＮＯｘはリアクタ４５に電流を供給することによって浄化される。
【００６５】
≪変形例≫
上記第一実施形態では、排気浄化触媒４４の温度に無関係に、内燃機関１の停止中にリアクタ４５に電流を供給していた。しかしながら、内燃機関１が停止されても排気浄化触媒４４の温度が活性温度以上であるうちは、内燃機関１が再始動されると排気浄化触媒４４によってＮＯｘを浄化することができる。したがって、必ずしもカソード層７７のＮＯｘ保持量を減少させておく必要は無い。そこで、第一実施形態の変形例に係る電流制御装置は、内燃機関１の停止中であっても、排気浄化触媒４４の温度がその活性温度以上であるときには、リアクタ４５に電流を供給しないように構成される。
【００６６】
図７は、本変形例に従ってリアクタ４５に電流を供給したときの、図５と同様なタイムチャートである。図７に示した例においても、図５に示した例と同様に、時刻ｔ３において内燃機関１が停止せしめられる。しかしながら、このとき内燃機関１の温度が活性温度Ｔａｃｔ以上であるため、リアクタ４５へは電流が供給されない。その後、時刻ｔ４において、排気浄化触媒４４の温度が活性温度Ｔａｃｔ未満になると、リアクタ４５への電流の供給が開始される。そして、リアクタ４５へ電流が供給されて、時刻ｔ５においてカソード層７７のＮＯｘ保持量がほぼゼロ（最小量Ｑｍｉｎ以下）にまで減少すると、リアクタ４５への電流供給が停止せしめられる。
【００６７】
図８は、第一実施形態の変形例に係る内燃機関１におけるリアクタ４５への電流供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定の時間間隔毎に実行される。図８のステップＳ３１〜Ｓ３３は図６のステップＳ１１〜Ｓ１３とそれぞれ同様であり、図８のステップＳ３６〜Ｓ４２は図６のステップＳ１５〜Ｓ２１とそれぞれ同様であることから、これらステップについての説明は省略する。
【００６８】
図８に示したように、ステップＳ３３において浄化フラグがＯＦＦに設定されていると判定されたときには、ステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、内燃機関１の今回の停止中にリアクタ４５における浄化が実行されたか否か、すなわち内燃機関１の今回の停止中にリアクタ４５への電流供給が行われたか否かが判定される。ステップＳ３４において、リアクタ４５における浄化が実行されたと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ３４において、内燃機関１の今回の停止中にリアクタ４５における浄化が未だ実行されていないと判定された場合には、ステップＳ３５へと進む。
【００６９】
ステップＳ３５では、温度センサ６４によって検出された排気浄化触媒４４の温度Ｔｃｔが活性温度Ｔａｃｔ未満であるか否が判定される。排気浄化触媒４４の温度Ｔｃｔが活性温度Ｔａｃｔ以上であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、排気浄化触媒４４の温度Ｔｃｔが活性温度Ｔａｃｔ未満であると判定された場合には、ステップＳ３６へと進む。なお、排気浄化触媒４４の温度Ｔｃｔは温度センサ６４を用いずに負荷センサ６７によって検出された機関負荷や機関回転速度等に基づいて推定されてもよい。
【００７０】
＜第二実施形態＞
次に、図９〜図１２を参照して、第二実施形態に係る内燃機関１について説明する。第二実施形態に係る内燃機関１の構成及び制御は、基本的に第一実施形態に係る内燃機関１の構成及び制御と同様である。以下では、第一実施形態に係る内燃機関１とは異なる部分を中心に説明する。
【００７１】
上記第一実施形態では、電流制御装置は、内燃機関１の停止中においてのみリアクタ４５へ電流を供給するように構成されている。これに対して、本実施形態では、電流制御装置は、内燃機関１の運転中においても少なくとも一時的にリアクタ４５へ電流を供給するように構成される。
【００７２】
≪電気化学リアクタの制御≫
図９は、第二実施形態に係る内燃機関１における図７と同様なタイムチャートである。図９に示した例でも、時刻ｔ１において内燃機関１の温度が低い状態で内燃機関１が始動せしめられる。したがって、時刻ｔ１においては、排気浄化触媒４４の温度はその活性温度Ｔａｃｔよりも低い。
【００７３】
時刻ｔ１において内燃機関１が始動せしめられると、排気浄化触媒４４の温度が低いことから、リアクタ４５にはＮＯｘを含んだ排気ガスが流入し、この排気ガス中のＮＯｘがカソード層７７に保持される。加えて、本実施形態では、時刻ｔ１においてリアクタ４５への電流供給が開始される。したがって、カソード層７７に保持されたＮＯｘが浄化せしめられる。
【００７４】
ここで、本実施形態では、排気ガス中からカソード層７７に保持されたＮＯｘの全てが浄化されるような電流よりも小さい電流がリアクタ４５に供給される。したがって、カソード層７７に保持されたＮＯｘのうち一部は浄化されつつ、カソード層７７のＮＯｘ保持量は徐々に増大していく。
【００７５】
その後、時刻ｔ２において、排気浄化触媒４４の温度が活性温度に到達すると、排気ガス中のＮＯｘは排気浄化触媒４４にて浄化される。このため、リアクタ４５に流入する排気ガス中にはＮＯｘはほとんど含まれていない。一方、プロトン伝導性の固体電解質層７５を備えたリアクタ４５では、その温度が高くなるとカソード層７７においてプロトンがＮＯｘよりも酸素と反応するようになる。このため、リアクタ４５の温度が高くなると、リアクタ４５への供給電流に対するＮＯｘの浄化率が低下する。したがって、本実施形態では、排気浄化触媒４４の温度が活性温度以上になると、リアクタ４５への電流供給が停止せしめられる。したがって、時刻ｔ２以降は、カソード層７７におけるＮＯｘ保持量は変化しない。
【００７６】
図９に示した例では、その後、時刻ｔ３において内燃機関１が停止せしめられ、時刻ｔ４において排気浄化触媒４４の温度が活性温度Ｔａｃｔ未満になる。このため、時刻ｔ４においてリアクタ４５への電流の供給が開始される。このときのリアクタ４５への供給電流は、時刻ｔ１から時刻ｔ２におけるリアクタ４５への供給電流よりも小さい。そして、カソード層７７のＮＯｘ保持量がほぼゼロになった時刻ｔ５においてリアクタ４５への電流供給が停止せしめられる。
【００７７】
図１０は、第二実施形態に係る内燃機関１におけるリアクタ４５への電流供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定の時間間隔毎に実行される。図１０のステップＳ５１〜Ｓ６２は図８のステップＳ３１〜Ｓ４２と同様であることから、これらステップについての説明は省略する。
【００７８】
図１０に示したように、ステップＳ５２において、内燃機関１は運転中であると判定された場合には、ステップＳ６３へと進む。ステップＳ６３では、図１１に示した運転中制御によりリアクタ４５への電流供給が行われる。
【００７９】
図１１は、図１０のステップＳ６３において行われる運転中制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図１１に示した制御ルーチンは、図１０の制御ルーチンがステップＳ６３に到達する毎に実行される。
【００８０】
まず、ステップＳ７１において、排気浄化触媒４４の温度Ｔｃ及び内燃機関１の吸入空気流量ｍｃが取得される。排気浄化触媒４４の温度Ｔｃは温度センサ６４によって検出されると共に、内燃機関１の吸入空気流量ｍｃは流量センサ６１によって検出される。
【００８１】
次いで、ステップＳ７２では、排気浄化触媒４４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａｃｔ未満であるか否かが判定される。ステップＳ７２において、排気浄化触媒４４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａｃｔ未満であると判定された場合には、ステップＳ７３へと進む。
【００８２】
ステップＳ７３では、ステップＳ７１で取得された内燃機関１の吸入空気流量ｍｃに基づいてリアクタ４５への供給電流が制御される。吸入空気流量ｍｃが多い場合には排気ガスの流量が多く、よってリアクタ４５に流入するＮＯｘが増大する。このため、本実施形態では、吸入空気流量ｍｃが多くなるほどリアクタ４５への供給電流が大きくされる。加えて、本実施形態では、ステップＳ７３におけるリアクタ４５への供給電流は、図１０のステップＳ５７及びＳ６０におけるリアクタ４５への供給電流よりも大きくなるように設定される。一方、ステップＳ７２において、排気浄化触媒４４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａｃｔ以上であると判定された場合には、ステップＳ７４へと進む。ステップＳ７４では、排気浄化触媒４４への電流供給が停止され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００８３】
なお、本実施形態では、吸入空気流量ｍｃに応じてリアクタ４５への供給電流を制御している。しかしながら、リアクタ４５への供給電流は他のパラメータに基づいて変化させるようにしてもよい。具体的には、例えば、空燃比センサ６２によって排気ガスの空燃比を検出すると共に、検出された排気ガスの空燃比に基づいてリアクタ４５への供給電流を制御してもよい。この場合、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときには排気ガス中のＮＯｘ濃度が低いことからリアクタ４５への供給電流が低くされ、排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときには排気ガス中のＮＯｘ濃度が高いことからリアクタ４５への供給電流を高くするようにしてもよい。
【００８４】
≪作用・効果≫
図１２を参照して、上述したように構成されたリアクタ４５の性質について簡単に説明する。図１２（Ａ）は、リアクタ４５に供給される電流が小さいときにおける隔壁７１周りで生じる反応を概略的に示す図である。図１２（Ｂ）は、リアクタ４５に供給される電流が大きいときにおける隔壁７１周りで生じる反応を概略的に示す図である。
【００８５】
図１２（Ａ）に示したように、供給電流が小さいときには、固体電解質層７５内をアノード層７６からカソード層７７に移動するプロトンは少ない。このため、カソード層７７に移動するプロトンのほとんどは、カソード層７７に保持されているＮＯと反応し、Ｎ2が生成される。
【００８６】
一方、図１２（Ｂ）に示したように、供給電流が大きいときには、固体電解質層７５内をアノード層７６からカソード層７７に多くのプロトンが移動する。このため、カソード層７７でのＮＯの浄化率は供給電流が小さいときに比べて多少高くなるものの、カソード層７７に移動したプロトンの一部は、カソード層７７に保持されているＮＯと反応せずに、水素分子として排気ガス中に放出される。したがって、供給電流が大きいと、アノード層７６に保持されている水分子から必要以上にプロトンが生成されることになる。
【００８７】
本実施形態では、図９の時刻ｔ１から時刻ｔ２において、排気ガス中からカソード層７７に保持されたＮＯｘの全てが浄化されるような電流よりも小さい電流がリアクタ４５に供給される。したがって、図１２（Ｂ）に示したように、過剰にプロトンが移動することがなく、よって効率的にＮＯｘを浄化することができる。
【００８８】
その一方で、時刻ｔ１から時刻ｔ２において、カソード層７７に保持されたＮＯｘは完全には除去されない。このため内燃機関１の停止時にはカソード層７７にＮＯｘが残ってしまうが、内燃機関１の停止中にリアクタ４５に電流が供給されることによりカソード層７７に残っていたＮＯｘを除去することができる。特に、内燃機関１の停止中には内燃機関１の運転中に比べてリアクタ４５に供給される電流が小さいことから、図１２（Ｂ）に示したように固体電解質層７５内を移動したプロトンが水素分子として排気ガス中に放出されるのが抑制される。
【００８９】
＜第三実施形態＞
次に、図１３を参照して、第三実施形態に係る内燃機関１について説明する。第三実施形態に係る内燃機関１の構成及び制御は、基本的に第一実施形態及び第二実施形態に係る内燃機関１の構成及び制御と同様である。以下では、第一実施形態及び第二実施形態に係る内燃機関１とは異なる部分を中心に説明する。
【００９０】
図１３に示したように、本実施形態では、排気系４０は、排気流れ方向においてリアクタ４５の上流側にて、排気通路内に外気を導入する外気導入機構８５を備える。外気導入機構８５は、排気流れ方向において排気浄化触媒４４の下流側であってリアクタ４５の上流側にて排気管４２に連通する外気導入管８６と、外気導入管８６に設けられた開閉弁８７とを備える。
【００９１】
外気導入管８６の一方の端部は排気管４２に連通し、大気に開放される。また、開閉弁８７は、外気導入管８６を開閉する。したがって、開閉弁８７が開かれているときには排気浄化触媒４４の下流側であってリアクタ４５の上流側の排気管４２に外気が導入される。一方、開閉弁８７が閉じられているときには、排気管４２には外気は導入されない。なお、開閉弁８７は、対応する駆動回路５９を介してＥＣＵ５１の出力ポート５７に接続される。したがって、開閉弁８７の開閉はＥＣＵ５１によって制御される。
【００９２】
このように構成された内燃機関１では、内燃機関１の停止中において少なくとも一時的に開閉弁８７が開かれて排気管４２内に外気が導入される。具体的には、例えば、内燃機関１の停止中には常に開閉弁８７が開かれる。
【００９３】
また、開閉弁８７が開かれているときには、リアクタ４５内に外気が導入される。このため、リアクタ４５のカソード層７７には外気中のＮＯｘが保持される。したがって、本実施形態では、開閉弁８７を開いたことによってカソード層７７に保持されたＮＯｘ保持量が推定されると共に、推定されたＮＯｘ保持量が予め定められた浄化開始量以上になった場合に、保持されたＮＯｘを浄化すべくリアクタ４５へ電流が供給される。これにより、本実施形態によれば、大気中のＮＯｘを浄化することができる。
【００９４】
なお、カソード層７７のＮＯｘ保持量は、例えば、開閉弁８７の開弁時間、開閉弁８７の開弁中の内燃機関１を搭載した車両の車速等に基づいて推定される。開閉弁８７の開弁時間が長いほど、また車両の車速が速いほどカソード層７７のＮＯｘ保持量が多くなるように算出される。
【００９５】
また、開閉弁８７は必ずしも内燃機関１の停止中に常に開かれていなくてもよく、例えば、内燃機関１の停止中であって内燃機関１を搭載した車両の移動中に開かれるようにしてもよい。車両の移動中であれば外気導入管８６から外気が導入されやすいため、車両の移動中にのみ開閉弁８７を開くことによって効率的に外気中のＮＯｘを保持することができる。
【００９６】
＜第四実施形態＞
次に、図１４及び図１５を参照して、第四実施形態に係る車両１００について説明する。第四実施形態に係る車両１００で用いられている内燃機関１の構成及び制御は、基本的に第一実施形態から第三実施形態に係る内燃機関１の構成及び制御と同様である。
【００９７】
≪車両の構成≫
図１４は、第四実施形態に係るハイブリッド車両（以下、単に「車両」という）１００を概略的に示す図である。車両１００は、内燃機関１と、第１電動発電機１０１と、第２電動発電機１０２と、動力分割機構１０３と、を備える。加えて、車両１００は、第１電動発電機１０１及び第２電動発電機１０２に電気的に接続されたパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）１０４と、ＰＣＵ１０４に電気的に接続されたバッテリ１０５と、車両側コネクタ１０６とを備える。
【００９８】
内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）は機械的に動力分割機構１０３に連結されており、内燃機関１によって生成された動力は動力分割機構１０３に入力される。
【００９９】
第１電動発電機１０１は、その入出力軸が機械的に動力分割機構１０３に連結されると共に、ＰＣＵ１０４に電気的に接続されている。第１電動発電機１０１は、ＰＣＵ１０４から電力が供給されると、その電力によって駆動せしめられて動力分割機構１０３に動力を出力する。したがって、このとき第１電動発電機１０１は電動機として機能する。
【０１００】
一方、動力分割機構１０３から動力が第１電動発電機１０１に入力されると、第１電動発電機１０１は、その動力によって駆動せしめられて電力を生成する。生成された電力はＰＣＵ１０４を介してバッテリ１０５に供給され、バッテリ１０５の充電が行われる。したがって、このとき第１電動発電機１０１は発電機として機能する。なお、第１電動発電機１０１は、電動機としては機能しない発電機であってもよい。
【０１０１】
第２電動発電機１０２は、その入出力軸が機械的に動力分割機構１０３に連結されると共に、ＰＣＵ１０４に電気的に接続されている。第２電動発電機１０２は、ＰＣＵ１０４から電力が供給されると、その電力によって駆動せしめられて動力分割機構１０３に動力を出力する。したがって、このとき第２電動発電機１０２は電動機として機能する。
【０１０２】
一方、動力分割機構１０３から動力が第２電動発電機１０２に入力されると、第２電動発電機１０２は、その動力によって駆動せしめられて電力を生成する。生成された電力はＰＣＵ１０４を介してバッテリ１０５に供給され、バッテリ１０５の充電が行われる。したがって、このとき第２電動発電機１０２は発電機として機能する。なお、第２電動発電機１０２は、発電機としては機能しない電動機であってもよい。
【０１０３】
動力分割機構１０３は、内燃機関１、第１電動発電機１０１及び第２電動発電機１０２に機械的に連結されている。加えて、動力分割機構１０３は、駆動軸１０７に連結されており、駆動軸１０７は差動歯車１０８を介して車輪１０９に連結される。
【０１０４】
ＰＣＵ１０４は、インバータやＤＣＤＣコンバータ等を備え、第１電動発電機１０１、第２電動発電機１０２及びバッテリ１０５に電気的に接続される。ＰＣＵ１０４は、第１電動発電機１０１、第２電動発電機１０２及びバッテリ１０５の制御を行うと共に、バッテリ１０５からこれら電動発電機１０１、１０２に供給される電力の変換や、電動発電機１０１、１０２からバッテリ１０５へ供給される電力の変換を行う。加えて、ＰＣＵ１０４はＥＣＵ５０に接続され、ＥＣＵ５０によって制御される。
【０１０５】
バッテリ１０５は、ＰＣＵ１０４に電気的に接続されると共に、蓄電を行う。第１電動発電機１０１又は第２電動発電機１０２が動力分割機構１０３から入力される動力によって駆動されると、ＰＣＵ１０４を介してバッテリ１０５への充電が行われる。一方、第１電動発電機１０１又は第２電動発電機１０２が動力分割機構１０３へ動力を出力するときには、バッテリ１０５からＰＣＵ１０４を介して第１電動発電機１０１又は第２電動発電機１０２へ電力が供給される。
【０１０６】
また、本実施形態では、バッテリ１０５は、リアクタ４５に電流を供給する電源装置８１として機能する。したがって、バッテリ１０５からリアクタ４５に電流が供給せしめられる。
【０１０７】
車両側コネクタ１０６は、外部電源１１０と接続するためのコネクタである。車両側コネクタ１０６は、ＰＣＵ１０４に電気的に接続されている。また、車両側コネクタ１０６は、外部電源１１０に電気的に接続された外部コネクタ１１１と接続することができるように構成される。車両側コネクタ１０６が外部コネクタ１１１に接続されると、外部電源１１０からこれら車両側コネクタ１０６及び外部コネクタ１１１並びにＰＣＵ１０４を介してバッテリ１０５が充電される。したがって、車両１００は、外部電源１１０によってバッテリ１０５へ充電することができるように構成されている。
【０１０８】
このように構成された車両１００では、内燃機関１によって得られた動力の一部又は全部を第１電動発電機１０１又は第２電動発電機１０２に入力すると、第１電動発電機１０１又は第２電動発電機１０２によって発電を行うことができる。斯かる発電によって得られた電力は、ＰＣＵ１０４を介してバッテリ１０５に充電されたり、第１電動発電機１０１及び第２電動発電機１０２のうち発電が行われていない方の電動発電機に供給されたりする。したがって、車両１００は、内燃機関１の出力によって発電された電力をバッテリ１０５に充電することができるように構成されている。また、内燃機関１によって得られた動力の一部又は全部を駆動軸１０７に入力すると、この動力によって車輪１０９を回転させることができる。
【０１０９】
また、車両１００は、バッテリ１０５から供給される電力によって第１電動発電機１０１又は第２電動発電機１０２を駆動することができるように構成されている。第１電動発電機１０１又は第２電動発電機１０２の駆動によって得られた動力は、内燃機関１に入力されることができる。したがって、このような動力により停止している内燃機関１を始動させることができる。また、第１電動発電機１０１又は第２電動発電機１０２の駆動によって得られた動力を駆動軸１０７に入力すると、この動力によって車輪１０９を回転させることができる。
【０１１０】
≪電気化学リアクタの制御≫
ところで、本実施形態のようにリアクタ４５がバッテリ１０５に接続されている場合、内燃機関１の停止中にリアクタ４５へ電流を供給すると、バッテリ１０５の充電率が減少する。バッテリ１０５は電動発電機１０１、１０２へ電力を供給するのにも用いられることから、バッテリ１０５の充電率が低下し過ぎると、電動発電機１０１、１０２によって可能な走行距離が短くなる。そこで、本実施形態では、内燃機関１の停止中であっても、バッテリ１０５の充電率（ＳＯＣ）が予め定められた基準値以下であるときにはリアクタ４５へ電流を供給しないようにしている。
【０１１１】
図１５は、第四実施形態に係る車両１００におけるリアクタ４５への電流供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定の時間間隔毎に実行される。図１５のステップＳ８１〜Ｓ８６は図８のステップＳ３１〜Ｓ３６とそれぞれ同様であり、図１５のステップＳ８８〜Ｓ９３は図８のステップＳ３７〜Ｓ４２とそれぞれ同様であることから、これらステップについての説明は省略する。
【０１１２】
図１５に示したように、ステップＳ８６において、ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが予め定められた基準量Ｑｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ８７へと進む。ステップＳ８７では、バッテリ１０５の充電率Ｂｓが予め定められた基準値Ｂｓｒｅｆよりも高いか否かが判定される。基準値Ｂｓｒｅｆは、例えば、５０％程度に設定される。ステップＳ８７においてバッテリの充電率Ｂｓが基準値以下であると判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ８７においてバッテリ１０５の充電率が基準値よりも高いと判定された場合にはステップＳ８８へと進む。
【０１１３】
本実施形態によれば、バッテリ１０５の充電率が低いときにはリアクタ４５へ電流が供給されないことから、内燃機関１の停止中にバッテリ１０５の充電率が過度に低下してしまうことが抑制される。
【０１１４】
≪変形例≫
次に、図１６及び図１７を参照して、第四実施形態の第一変形例について説明する。本変形例では、内燃機関１の停止中に、車両側コネクタ１０６が外部コネクタ１１１を介して外部電源１１０に接続されたバッテリ１０５への充電が行われているときに、リアクタ４５に電流が供給せしめられる。
【０１１５】
図１６は、外部電源１１０の接続状態、内燃機関１の運転状態、排気浄化触媒４４の温度、カソード層７７のＮＯｘ保持量、バッテリ１０５の充電率（ＳＯＣ）及びリアクタ４５への供給電流のタイムチャートである。
【０１１６】
図１６に示した例では、時刻ｔ１において内燃機関１が停止せしめられ、よって時刻ｔ１以降は排気浄化触媒４４の温度は低下する。しかしながら、時刻ｔ１以降においてもバッテリ１０５の充電率Ｂｓが基準値Ｂｓｒｅｆ以下であるため、リアクタ４５へは電流が供給されない。
【０１１７】
その後、時刻ｔ２において、車両側コネクタ１０６が外部電源１１０に接続されると、本実施形態では、バッテリ１０５の充電率が基準値Ｂｓｒｅｆ以下であっても、リアクタ４５へ電流が供給される。このとき、リアクタ４５への供給電流は小さいため、リアクタ４５へ電流が供給されていても、バッテリ１０５の充電率Ｂｓは徐々に上昇する。
【０１１８】
その後、図示した例では、時刻ｔ３になると、カソード層７７のＮＯｘ保持量がほぼゼロになるため、リアクタ４５への電流供給が停止せしめられる。この結果、時刻ｔ３以降は、バッテリ１０５の充電率Ｂｓの上昇速度が速くなり、時刻ｔ４においてバッテリ１０５の充電が完了する。
【０１１９】
なお、上記第一変形例では、バッテリ１０５の充電率にかかわらず、外部電源１１０に接続されているときにはリアクタ４５へ電流を供給するようにしている。しかしながら、バッテリ１０５の充電率が低いときにはバッテリ１０５への充電を優先すべく、バッテリ１０５の充電率が或る基準値（上記基準値Ｂｓｒｅｆと同一であっても異なる値であってもよい）以下であるときには、外部電源１１０に接続されてもリアクタ４５へは電流を供給しないようにしてもよい。
【０１２０】
図１７は、第四実施形態の第一変形例に係る車両１００におけるリアクタ４５への電流供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定の時間間隔毎に実行される。図１７のステップＳ１０１〜Ｓ１０６はそれぞれ図１５のステップＳ８１〜Ｓ８６と同様であり、図１７のステップＳ１０８〜Ｓ１１１はそれぞれ図１５のステップＳ８７〜Ｓ９０と同様であることから、これらステップについての説明は省略する。
【０１２１】
ステップＳ１０６において、ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが予め定められた基準量Ｑｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ１０７へと進む。ステップＳ１０７では、バッテリ１０５が外部電源１１０に接続されているか否かが判定される。外部電源１１０に接続されていると判定された場合にはステップＳ１０９へと進み、外部電源１１０に接続されていないと判定された場合にはステップＳ１０８へと進む。
【０１２２】
また、ステップＳ１１１において、ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが最小量Ｑｍｉｎよりも多いと判定された場合には、ステップＳ１１２へと進む。ステップＳ１１２では、バッテリ１０５が外部電源１１０に接続されているか否かがが判定される。外部電源１１０に接続されていると判定された場合にはステップＳ１１４へと進み、外部電源１１０に接続されていないと判定された場合にはステップＳ１１３へと進む。
【０１２３】
ステップＳ１１３では、バッテリ１０５の充電率Ｂｓが予め定められた基準値Ｂｓｒｅｆよりも高いか否かが判定される。バッテリ１０５の充電率Ｂｓが基準値Ｂｓｒｅｆよりも高いと判定された場合には、ステップＳ１１４へと進み、リアクタ４５への電源供給が継続される。一方、ステップＳ１１３においてバッテリ１０５の充電率Ｂｓが基準値Ｂｓｒｅｆ以下であると判定された場合には、ステップＳ１１６へと進み、リアクタ４５への電源供給が停止せしめられる。
【０１２４】
一方、ステップＳ１１１において、ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが最小量Ｑｍｉｎ以下であると判定された場合には、ステップＳ１１５へと進む。ステップＳ１１５では浄化フラグがＯＦＦに設定され、次いで、ステップＳ１１６へと進み、リアクタ４５への電源供給が停止せしめられる。
【０１２５】
次に、図１８及び図１９を参照して、第四実施形態の第二変形例について説明する。ところで、上述したように、車両１００は電動発電機１０１、１０２を備えているため、車両１００の減速時にはこれら電動発電機１０１、１０２によって車両の運動エネルギを回生してバッテリ１０５を充電することができる。そこで、本第二変形例では、内燃機関１の停止中に、車両１００の減速に伴って電動発電機１０１、１０２によって発電されるときに、リアクタ４５に電流を供給するようにしている。
【０１２６】
図１８は、車両１００の速度、内燃機関１の運転状態、排気浄化触媒４４の温度、カソード層７７のＮＯｘ保持量、バッテリ１０５の充電率（ＳＯＣ）及びリアクタ４５への供給電流のタイムチャートである。
【０１２７】
図１８に示した例では、時刻ｔ１において内燃機関１が停止せしめられ、よって時刻ｔ１以降は排気浄化触媒４４の温度は低下する。しかしながら、時刻ｔ１以降においてもバッテリ１０５の充電率Ｂｓが基準値Ｂｓｒｅｆ以下であるため、リアクタ４５へは電流が供給されない。
【０１２８】
その後、時刻ｔ２において、車両１００の減速が開始されると、電動発電機１０１、１０２によって発電され、電動発電機１０１、１０２からバッテリ１０５に電力が供給される。このように、電動発電機１０１、１０２によって発電されると、本実施形態では、バッテリ１０５の充電率が基準値Ｂｓｒｅｆ以下であっても、リアクタ４５へ電流が供給される。このとき、リアクタ４５への供給電流は小さいため、リアクタ４５へ電流が供給されていても、バッテリ１０５は充電され、バッテリ１０５の充電率Ｂｓは徐々に上昇する。
【０１２９】
その後、図示した例では、時刻ｔ３になると、カソード層７７のＮＯｘ保持量がほぼゼロになるため、リアクタ４５への電流供給が停止せしめられる。この結果、時刻ｔ３以降は、バッテリ１０５の充電率Ｂｓの上昇速度が速くなる。その後、時刻ｔ４において車両１００の減速が終わると、バッテリ１０５の充電も停止される。
【０１３０】
なお、上記第二変形例では、バッテリ１０５の充電率にかかわらず、電動発電機１０１、１０２によって発電されているときにはリアクタ４５へ電流を供給するようにしている。しかしながら、バッテリ１０５の充電率が低いときにはバッテリ１０５への充電を優先すべく、バッテリ１０５の充電率が或る基準値（上記基準値Ｂｓｒｅｆと同一であっても異なる値であってもよい）以下であるときには、外部電源１１０に接続されてもリアクタ４５へは電流を供給しないようにしてもよい。
【０１３１】
図１９は、第四実施形態の第二変形例に係る車両１００におけるリアクタ４５への電流供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定の時間間隔毎に実行される。図１９のステップＳ１２７及びＳ１３２がそれぞれ図１７のステップＳ１０７及びＳ１１２とは異なっている点以外は、図１９のフローチャートは図１７のフローチャートと同様である。したがって、以下では、ステップＳ１２７及びＳ１３２についてのみ説明する。
【０１３２】
ステップＳ１２６において、ＮＯｘ保持量Ｑｎｏｘが予め定められた基準量Ｑｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ１２７へと進む。ステップＳ１２７では、電動発電機１０１、１０２による発電によって生じる電流（発電電流）Ｉｒが予め定められた基準値Ｉｒｅｆ以上であるか否かが判定される。発電電流Ｉｒが基準値Ｉｒｅｆ以上であると判定された場合にはステップＳ１２９へと進み、発電電流Ｉｒが基準値Ｉｒｅｆ未満であると判定された場合にはステップＳ１２８へと進む。ステップＳ１３２においても、ステップＳ１２６と同様の判定が行われる。なお、ステップＳ１２７及びＳ１３２における基準値Ｉｒｅｆは、例えば、リアクタ４５への供給電流と同程度の値又はそれよりも小さい値とされる。
【符号の説明】
【０１３３】
１    内燃機関
１０    機関本体
２０    燃料供給装置
３０    吸気系
４０    排気系
５０    制御装置
４４    排気浄化触媒
４５    電気化学リアクタ
７１    隔壁
７２    通路
７５    固体電解質層
７６    アノード層
７７    カソード層
８１    電源装置
１００    車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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