(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関が低出力状態で運転されることにより、触媒の温度が低下してしまうことを抑制することができる技術を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に触媒を備え、内燃機関を停止して電動モータを動力源として走行可能なハイブリッド車両における内燃機関の排気浄化装置において、触媒の温度を上昇させる触媒温度上昇手段をさらに備え、触媒の温度を上昇させる要求がなされているときに、内燃機関の運転状態が該触媒の温度を低下させる状態となった場合には、内燃機関の運転を停止し、且つ車両を走行させる場合には前記電動モータを動力源とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に触媒を備え、内燃機関を停止して電動モータを動力源として走行可能なハイブリッド車両における内燃機関の排気浄化装置において、
前記触媒の温度を上昇する触媒温度上昇手段をさらに備え、
前記触媒の温度を上昇させる要求がなされているときに、前記内燃機関の運転状態が該触媒の温度を低下させる状態となった場合には、内燃機関の運転を停止し、且つ車両を走行させる場合には前記電動モータを動力源とすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ハイブリッド車両は、車両の少なくとも低出力領域では電動モータにより走行し、前記触媒温度上昇手段により触媒の温度を上昇しているときには、上昇をしていないときと比較して、電動モータにより車両を走行させる領域をより高出力側に広げることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記触媒は、吸蔵還元型ＮＯx触媒であり、前記触媒の温度を上昇しているときとは、該吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒を回復しているときであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記触媒は、パティキュレートフィルタに担持された触媒若しくはパティキュレートフィルタよりも上流に備えられた触媒であり、前記触媒の温度を上昇しているときとは、該パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を酸化しているときであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒という。）を配置し、排気中のＮＯxを該ＮＯx触媒に貯蔵する技術が提案されている。
ところで、ＮＯx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯx）もＮＯxと同じメカニズムで貯蔵される。このように貯蔵されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）といい、ＮＯx浄化率が低下するため、適宜の時期に硫黄被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、ＮＯx触媒を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ酸素濃度を低下させた排気をＮＯx触媒に流通させて行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、ハイブリッド車両において、触媒の温度が非活性状態であるときには、モータ駆動を禁止し、内燃機関をアイドリングさせる技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平７−２１７４７４号公報
【特許文献２】特開平１０−２８８０６３号公報
【特許文献３】特開２００１−２４１３４１号公報
【特許文献４】特開２０００−１８６５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関が低出力で運転されている場合には、該内燃機関から温度の低い排気が排出される。そして、硫黄被毒回復処理が行われ、触媒の温度が高められているときに、内燃機関が低出力運転されると、該触媒に温度の低い排気が流入し、触媒の温度が低下してしまう。これにより、触媒を再度昇温しなければならず、硫黄被毒回復を完了させるまでに時間がかかることがあった。
【０００５】
本発明は以上の問題を解決するためになされたものであり、ハイブリッド車両における内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関が低出力状態で運転されることにより、触媒の温度が低下してしまうことを抑制することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
内燃機関の排気通路に触媒を備え、内燃機関を停止して電動モータを動力源として走行可能なハイブリッド車両における内燃機関の排気浄化装置において、
前記触媒の温度を上昇する触媒温度上昇手段をさらに備え、
前記触媒の温度を上昇させる要求がなされているときに、前記内燃機関の運転状態が該触媒の温度を低下させる状態となった場合には、内燃機関の運転を停止し、且つ車両を走行させる場合には前記電動モータを動力源とすることを特徴とする。
【０００７】
本発明の最大の特徴は、排気の温度が低く触媒の温度を低下させるおそれのある場合には、内燃機関を停止させて触媒に温度が低い排気が流入することを抑制し、以て触媒温度の低下を抑制することにある。
【０００８】
すなわち、触媒の温度上昇やその後の温度維持が必要な場合に、低出力時の温度の低い排気が触媒に流入すると、該触媒の温度が低下してしまう。その点、ハイブリッド車両では、内燃機関を停止させても電動モータにより走行することができる。そこで、低い温度の排気が触媒に流入する虞がある場合には、内燃機関を停止させ、さらには電動モータにより車両を走行させることにより、触媒の温度が低下することを抑制することが可能となる。
【０００９】
本発明においては、前記ハイブリッド車両は、車両の少なくとも低出力領域では電動モータにより走行し、前記触媒温度上昇手段により触媒の温度を上昇しているときには、上昇をしていないときと比較して、電動モータにより車両を走行させる領域をより高出力側に広げることができる。
【００１０】
ハイブリッド車両は、車両の出力状態に応じて電動モータと内燃機関とを切り替えて走行する。例えば、内燃機関の出力が５ｋＷ以下となった場合に内燃機関を停止させ、電動モータに切り替える。その切り替える車両の出力条件は、燃費、ドライバビリティ等に基づいて決定している。そして、本発明では、触媒の温度が上昇されているときには、内燃機関と電動モータとを切り替える車両の出力条件をより高出力側に設定する。このようにすることで、排気の温度がより高い状態で内燃機関が停止されることとなり、触媒の温度が低下することを抑制できる。なお、内燃機関と電動モータとを切り替える車両の出力条件は、内燃機関を停止させる車両の出力条件としても良い。また、車両の出力は、車両に要求されている出力としても良い。
【００１１】
本発明においては、前記触媒は、吸蔵還元型ＮＯx触媒であり、前記触媒の温度を上昇しているときとは、該吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒を回復しているときであっても良い。
【００１２】
また、前記触媒は、パティキュレートフィルタに担持された触媒若しくはパティキュレートフィルタよりも上流に備えられた触媒であり、前記触媒の温度を上昇しているときとは、該パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を酸化しているときであっても良い。
【００１３】
吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒を回復するときや、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を酸化させ除去するときには、該触媒の温度が上昇される。このときに触媒の温度が低下すると、触媒の温度を再度上昇させなければならず、硫黄被毒の回復や粒子状物質の除去が完了するまでに時間がかかってしまう。また、触媒の温度を上昇させるためのエネルギも余計に必要となり、燃費の悪化を誘発させる虞がある。その点、本発明によれば、硫黄被毒回復処理中や粒子状物質の酸化中に触媒の温度が低下することを抑制し、速やかに硫黄被毒の回復を完了させ、若しくは粒子状物質の除去を完了させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、触媒の温度を上昇する必要が生じたときに、触媒の温度が低下することを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本実施例によるハイブリッドシステム、及び内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
本実施の形態によるハイブリッド車は、内燃機関１、動力分割機構３１、電動モータ３２、発電機３３、バッテリ３４、インバータ３５、車軸３６、減速機３７、車輪３８を備えて構成されている。
【００１７】
動力分割機構３１は、内燃機関１からの出力を発電機３３や車軸３６に振り分けている。この動力分割機構３１は、電動モータ３２からの出力を車軸３６に伝達する機能をも有する。電動モータ３２は、減速機３７を介して車軸３６と比例した回転数にて回転する。該電動モータ３２は、通常運転時には必要に応じて内燃機関１の出力を補助することもできる。また、電動モータ３２及び発電機３３には、インバータ３５を介してバッテリ３４が接続されている。そして、発電機３３は、内燃機関１からの動力を得て発電しバッテリ３４の充電を行う。
【００１８】
このように構成されたハイブリッドシステムでは、通常走行時には内燃機関１の出力若しくは電動モータ３２の出力により車軸３６を回転させ、車輪３８が駆動される。また、内燃機関１の出力と電動モータ３２の出力とを合わせて車軸３６を回転させ、車輪３８を駆動することもできる。一方、減速時には、車輪３８の回転力により電動モータ３２を発電機３３を発電機として作動させることで、運動エネルギを電気エネルギに変換しバッテリ３４に回収させることもできる。このように、車両減速時に運動エネルギを電気エネルギに変換するため、車両の減速を補助することが可能となっている。
【００１９】
次に、内燃機関１は、気筒内へ燃料を直接噴射させる筒内直接噴射式ガソリンエンジンである。この内燃機関１は、希薄燃焼による運転が可能な機関である。
この内燃機関１には、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁５が備えられている。また、内燃機関１には、燃焼室に通じる排気通路２が接続されている。この排気通路２は、下流にて大気へと通じている。
【００２０】
前記排気通路２の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒４（以下、ＮＯx触媒４という。）が備えられている。
ＮＯx触媒４は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを貯蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは貯蔵していたＮＯxを還元する機能を有する。
【００２１】
このＮＯx触媒４には、燃料中に含まれる硫黄成分も貯蔵される。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）という。この硫黄被毒により、吸蔵できるＮＯxの量が減少し、ＮＯxの浄化率が低下してしまう。そのため、ＮＯx触媒４を硫黄被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、ＮＯx触媒４を高温状態（例えば６００乃至６５０℃程度）としつつ酸素濃度を低下させた排気をＮＯx触媒４に流通させて行われている。
【００２２】
例えば、燃料噴射弁５から燃料を噴射させる時期を遅角することにより排気の温度を上昇させ、それによりＮＯx触媒４の温度を上昇させることができる。また、リッチ空燃比で内燃機関１を運転させることにより、ＮＯx触媒４に酸素濃度を低下させた排気を流通させることができる。
【００２３】
その他、ＮＯx触媒４の温度を上昇させ、若しくは排気の酸素濃度を低下させる方法と
して、再循環するＥＧＲガス量を煤の発生量が最大となるよりも増加させる低温燃焼、気筒内への燃料噴射時期や回数の変更、排気中への燃料添加、リッチ空燃比で内燃機関１を運転させつつ二次空気をＮＯx触媒４に供給する等の方法があり、これらを行うようにしても良い。すなわち、これらを本発明における触媒温度上昇手段とすることができる。
【００２４】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ６が併設されている。このＥＣＵ６は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２５】
また、ＥＣＵ６には、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し、車両の負荷状態を検出可能なアクセル開度センサ７、内燃機関１の回転数を検出するクランクポジションセンサ８の他、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ６に入力されるようになっている。
【００２６】
一方、ＥＣＵ６には、燃料噴射弁５等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ６により制御することが可能になっている。
さらに、前記ＥＣＵ６は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
【００２７】
ここで、前記したように、ＮＯx触媒４の硫黄被毒回復時には、該ＮＯx触媒４の温度を高く保つ必要ある。しかし、硫黄被毒回復時に車両に要求される出力が低下することにより内燃機関１の出力が低下すると、該内燃機関から排出される排気の温度が低下しする。さらに、この排気がＮＯx触媒４を通過すると、該ＮＯx触媒４の温度を低下させてしまう。その点、内燃機関１を停止させ、電動モータ３２により車両を走行させると、排気通路２には排気が流通しなくなるため、ＮＯx触媒４の温度が排気により低下させられることがない。
【００２８】
そこで、本実施例においては、硫黄被毒回復時には、該硫黄被毒回復に必要となるＮＯx触媒４の温度の低下を抑制できるよう、内燃機関１の出力がより高い状態で内燃機関１を停止させ、電動モータ３２により車両を走行させる。
【００２９】
図２は、硫黄被毒回復制御行っていない場合の、内燃機関の回転数と発生トルク（負荷）と内燃機関の停止領域との関係を示した図である。内燃機関１が発生するトルクが低いほど内燃機関の負荷は低い。また、内燃機関が低回転若しくは低負荷となるほど、すなわち図２の左下隅に近づくほど車両に要求される出力が小さくなる。一方、内燃機関が高回転若しくは高負荷となるほど、すなわち図２の右上に近づくほど車両に要求される出力が大きくなる。
【００３０】
ここで、内燃機関１の回転数若しくは負荷が高回転高負荷側からエンジンＯＦＦで示される線より下側、すなわち回転数が低く若しくは負荷が低い側へ移行した場合には、内燃機関１が停止される。なお、エンジンＯＦＦで示される線より下側では、内燃機関１が停止されているため、実際には回転数及び発生トルク（負荷）は０となるが、図２においては、エンジンＯＦＦで示される線より下側に内燃機関１の運転状態が移行したとしても、内燃機関１が停止されなかったとした場合における発生トルク、及び回転数を示している。また、内燃機関の発生トルクは車両の負荷としてもよい。
【００３１】
一方、車両に要求される出力が、エンジンＯＦＦで示される線よりよりも低回転低負荷側から高回転高負荷側へ移行した場合でも、内燃機関１は始動されず、さらに回転数若しくは負荷が高まり、エンジンＯＮで示される線まで上昇したときに内燃機関１は始動される。このように、内燃機関１の始動と停止とが異なる運転状態で行われるのは、ドライバ
ビリティ等からの要請による。
【００３２】
また、硫黄被毒回復可能境界線よりも高回転若しくは高負荷側の領域は、ＮＯx触媒４に流入する排気の温度が高く、硫黄被毒回復に必要となる温度までＮＯx触媒４の温度を上昇可能な運転領域（以下、硫黄被毒回復可能領域という。）となっている。ここで、硫黄被毒回復可能境界線は、等出力線または排気温度分布を意味している。
【００３３】
そして、図２では、硫黄被毒回復可能境界線よりも、エンジンＯＦＦで示される線が低回転低負荷側に設定されている。このような設定では、硫黄被毒回復制御が行われているときに、内燃機関１の運転状態が硫黄被毒回復可能領域よりも低回転低負荷側に移行すると、内燃機関１が停止されるまでの間、すなわち、硫黄被毒回復可能境界線とエンジンＯＦＦで示される線との間の運転領域では、低い温度の排気がＮＯx触媒４を通過して該ＮＯx触媒４の温度が低下してしまう。
【００３４】
その点、本実施例においては、硫黄被毒回復時には、エンジンＯＦＦで示される線が硫黄被毒回復可能領域の中にあるように、すなわちエンジンＯＦＦで示される線が硫黄被毒回復可能境界線よりも高回転高負荷側（高出力側）となるように内燃機関１の停止条件（エンジンＯＦＦで示される線）を設定する。
【００３５】
ここで、図３は、硫黄被毒回復制御行っている場合の、内燃機関の回転数と発生トルク（負荷）と内燃機関の停止領域との関係を示した図である。このようにして、硫黄被毒回復制御時に内燃機関１の運転状態が低回転低負荷側（低出力側）へ移行してしまい、その結果、低い温度の排気がＮＯx触媒４を通過するようになる前に内燃機関１を停止させることが可能となる。
【００３６】
次に、本実施例による硫黄被毒回復時において内燃機関１を停止させる運転条件を変更する制御について説明する。
図４は、本実施例による内燃機関停止条件変更制御のフローを示したフローチャート図である。
【００３７】
ステップＳ１０１では、ＮＯx触媒４の硫黄被毒回復条件が成立しているか否か判定する。
条件としては、ＮＯx触媒４に貯蔵されたＳＯx量が規定量を超えたか等を例示することができる。ここで、ＳＯx貯蔵量は、燃料消費量やＮＯxセンサからの出力信号、車両の走行距離等により求めることができる。すなわち、燃料中の硫黄成分によりＮＯx触媒４が被毒するので、燃料の消費量を積算してＥＣＵ６に記憶させ、この燃料の消費量によりＳＯx貯蔵量を求めるようにしても良い。また、ＮＯx触媒４の硫黄被毒が進行すると、ＮＯx触媒４のＮＯx吸蔵能力が低下するため、ＮＯx触媒４で貯蔵されずにＮＯx触媒４下流にすり抜けるＮＯx量が増加する。従って、ＮＯx触媒４の下流にＮＯxセンサを設け、この出力信号に基づいてＳＯx貯蔵量を求めても良い。更に、車両走行距離に応じてＳＯx貯蔵量が増加するとして、該車両走行距離に基づいてＳＯx貯蔵量を求めても良い。
【００３８】
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硫黄被毒回復処理を行わないため、本ルーチンを終了させる。
ステップＳ１０２では、内燃機関１の停止条件、すなわち電動モータ３２により車両を走行させる切替条件をより高負荷若しくは高回転側、すなわち高出力側へシフトする。
【００３９】
ここでいう切替条件は、前記エンジンＯＦＦで示される線のことをいうが、エンジンＯＮで示される線も併せて高出力側へシフトするようにしてもよい。
このようにして、内燃機関１が低出力状態で運転されるときに起こるＮＯx触媒４の温
度の低下を抑制することができる。また、次回内燃機関１が始動されたときに、ＮＯx触媒４の温度を硫黄被毒回復処理に必要となる温度まで速やかに上昇させることができる。その結果、硫黄被毒の回復を完了させるまでの時間を短縮することができ、燃費を向上させることができる。
【００４０】
尚、ＮＯx触媒４は、酸化機能を有する他の触媒、例えば酸化触媒、三元触媒であっても良い。
【実施例２】
【００４１】
実施例１においては、ＮＯx触媒４の硫黄被毒回復処理中の該ＮＯx触媒４の温度低下を抑制することについて説明したが、本実施例においては、パティキュレートフィルタを備え、該フィルタに捕集された粒子状物質を酸化除去するために該フィルタの温度を上昇させる場合に適用した例について説明する。その他の構成については実施例１と同様なので説明を割愛する。ここで、前記ＮＯx触媒４は、パティキュレートフィルタ４０に担持されているとする。
【００４２】
内燃機関１の排気通路にパティキュレートフィルタ４０（以下、フィルタ４０という。）を備えることにより、該フィルタ４０で排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという。）を捕集することができる。そして、フィルタ４０に燃料を供給して該フィルタ４０の温度を上昇させることにより、フィルタ４０に捕集されたＰＭを酸化除去する技術が知られている。このようにフィルタ４０に捕集されたＰＭを除去することをフィルタ４０の再生という。
【００４３】
ここで、実施例１で説明した硫黄被毒回復時と同様にして、排気中の燃料添加等によりフィルタ４０の温度を上昇させることができる。その際、内燃機関１の運転状態が低回転低負荷（低出力）運転領域に移行すると、温度の低い排気がフィルタ４０に流入し、該フィルタ４０の温度を低下させる。
【００４４】
その点、本実施例においては、フィルタ４０の温度が低下する前に内燃機関１を停止させ、車両の動力源を電動モータ３２に切り替えて車両を走行させる。
この場合、実施例１において説明した硫黄被毒回復可能領域に代えて、フィルタ再生可能領域を設定する。ここでいう、フィルタ再生可能領域とは、フィルタ４０に流入する排気の温度が高く、該フィルタ４０の温度を、フィルタの再生を行うことができる温度とすることが可能な運転領域を示している。そして、このフィルタ再生可能領域内に、前記エンジンＯＦＦで示される線が位置するように設定する。
【００４５】
このようにして、フィルタ４０の再生途中で内燃機関１の運転状態が低回転低負荷（低出力）領域に移行しても、内燃機関１を停止させることによりフィルタ４０の温度が低下することを抑制できる。これにより、フィルタ４０の再生に要する時間を短縮させ、燃費の悪化を抑制することができる。
【００４６】
尚、本実施例においては、フィルタ４０にＮＯx触媒４が担持されているが、これに代えて、フィルタ４０よりも上流にＮＯx触媒４を備えていても良い。また、ＮＯx触媒４は、酸化機能を有する他の触媒、例えば酸化触媒、三元触媒であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例によるハイブリッドシステム、及び内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
【図２】硫黄被毒回復制御行っていない場合の、内燃機関の回転数と発生トルク（負荷）と内燃機関の停止領域との関係を示した図である。
【図３】硫黄被毒回復制御行っている場合の、内燃機関の回転数と発生トルク（負荷）と内燃機関の停止領域との関係を示した図である。
【図４】実施例による内燃機関停止条件変更制御のフローを示したフローチャート図である。
【符号の説明】
【００４８】
１     内燃機関
２     排気通路
４     吸蔵還元型ＮＯx触媒
５     燃料添加弁
６     ＥＣＵ
７     アクセル開度センサ
８     クランクポジションセンサ
３１   動力分割機構
３２   電動モータ
３３   発電機
３４   バッテリ
３５   インバータ
３６   車軸
３７   減速機
３８   車輪
４０   パティキュレートフィルタ
【図１】
2005133563.tif 000003
【図２】
2005133563.tif 000004
【図３】
2005133563.tif 000005
【図４】
2005133563.tif 000006