(57)【要約】【課題】エンジンが間欠的に運転されるハイブリッド車両に適した排気浄化装置を提供すること。【解決手段】排気浄化装置は、ゼオライトからなる担体及び当該担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒と、モータに電力を供給するバッテリのＳＯＣを取得する残量取得手段と、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着量の推定値ΣＮＯｘを算出するＮＯｘ吸着量推定手段と、ＳＯＣが開始閾値以下になったことに応じてエンジンの運転を開始し（Ｓ３）、その後ＳＯＣが終了閾値以上でありかつ推定値ΣＮＯｘが許容値以下である場合（Ｓ５及びＳ６）にエンジンの運転を停止する機関運転手段と、を備える。【選択図】図７
2017025860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を駆動するための駆動源としての内燃機関及び当該内燃機関とは別の駆動源としての電動機を備えた車両の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、ゼオライトからなる担体及び当該担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒と、
前記電動機に電力を供給する蓄電装置の残量を取得する残量取得手段と、
前記ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着量を推定するＮＯｘ吸着量推定手段と、
前記残量が開始閾値以下になったことに応じて前記内燃機関の運転を開始し、その後所定の停止条件が満たされたことに応じて前記内燃機関の運転を停止する機関運転手段と、を備え、
前記機関運転手段は、前記内燃機関の運転を開始した後は、少なくとも前記ＮＯｘ吸着量が許容値以下になるまで当該運転を継続することを特徴とする車両の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ流入量を取得するＮＯｘ流入量取得手段と、をさらに備え、
前記ＮＯｘ吸着量推定手段は、前記温度取得手段で取得した温度及び前記ＮＯｘ流入量に基づいて前記ＮＯｘ吸着量を推定することを特徴とする請求項１に記載の車両の排気浄化装置。
【請求項３】
前記機関運転手段は、前記内燃機関の運転を開始した後は、前記残量が前記開始閾値より大きい終了閾値以上でありかつ前記ＮＯｘ吸着量が前記許容値以下である場合に前記内燃機関の運転を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の排気浄化装置。
【請求項４】
前記内燃機関の運転を開始した後、前記ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘの脱離温度を超えたことに応じて排気の空燃比をストイキ又はリッチにし、前記ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘを当該ＮＯｘ触媒において還元浄化するＮＯｘパージ制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の車両の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関で発生した動力によって走行する車両には、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置が搭載される。排気浄化装置は、排気管に設けた触媒を利用して排気を浄化するものが主流となっている。触媒は、その温度が適切な温度に達していない間は十分な排気浄化性能を発揮することができない。そこで近年では、内燃機関の始動直後における排気の浄化性能を向上する様々な技術が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、始動時における内燃機関の排気の浄化に適した特性を有するＮＯｘ触媒が示されている。このＮＯｘ触媒は、ゼオライトと、このゼオライトに担持されたパラジウムと、を有することを特徴としている。特許文献１に示されたＮＯｘ触媒によれば、内燃機関の始動直後のような低温条件では排気中のＮＯｘを吸着しておき、その後暖機によってＮＯｘ触媒の温度が上昇するに伴い、吸着しておいたＮＯｘを還元浄化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２０１４−５１６２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、以上のような排気浄化装置を、駆動源として内燃機関及び電動機を備えた所謂ハイブリッド車両に適用する場合について検討する。ハイブリッド車両では、バッテリの残量が十分である場合には電動機のみで走行する所謂ＥＶ走行を行い、その後バッテリの残量がある程度低下すると内燃機関の運転を開始し、その後バッテリの残量が十分になると内燃機関の運転を停止し、再びＥＶ走行を行う。
【０００６】
以上のように、ハイブリッド車両では、主にバッテリの残量に応じて内燃機関は間欠的に運転されることとなる。このため上記のような内燃機関の始動時に適した排気浄化装置をハイブリッド車両に適用すると、内燃機関の再始動時にＮＯｘ触媒が十分なＮＯｘ浄化性能を発揮できない場合がある。例えば、ＮＯｘ触媒に十分な量のＮＯｘが吸着された状態で内燃機関の運転を停止すると、その後の再始動時には既に多くの量のＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸着されているため、十分なＮＯｘ浄化性能を発揮することができない。
【０００７】
本発明は、内燃機関が間欠的に運転されるハイブリッド車両に適した排気浄化装置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】
【０００８】
（１）本発明の排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置２）は、車輪（例えば、後述の車輪Ｗ）を駆動するための駆動源としての内燃機関（例えば、後述のエンジン１）及び当該内燃機関とは別の駆動源としての電動機（例えば、後述のモータＭ）を備えた車両（例えば、後述の車両Ｖ）の排気浄化装置であって、前記内燃機関の排気通路（例えば、後述の排気管１１）に設けられ、ゼオライトからなる担体及び当該担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒（例えば、後述の下流触媒コンバータ３２）と、前記電動機に電力を供給する蓄電装置（例えば、後述の高圧バッテリＢ）の残量を取得する残量取得手段（例えば、後述の電流センサ７及び電圧センサ８等）と、前記ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着量を推定するＮＯｘ吸着量推定手段（例えば、後述の図８の処理の実行に係る手段、ＥＣＵ６等）と、前記残量が開始閾値以下になったことに応じて前記内燃機関の運転を開始し、その後所定の停止条件が満たされたことに応じて前記内燃機関の運転を停止する機関運転手段（例えば、後述の図７の処理の実行に係る手段、ＥＣＵ６等）と、を備える。前記機関運転手段は、前記内燃機関の運転を開始した後は、少なくとも前記ＮＯｘ吸着量が許容値以下になるまで当該運転を継続することを特徴とする。
【０００９】
（２）この場合、排気浄化装置は、前記ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得手段（例えば、後述の排気温度センサ３３）と、前記ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ流入量を取得するＮＯｘ流入量取得手段（例えば、後述の図８のＳ１４の処理の実行に係る手段、ＥＣＵ６等）と、をさらに備え、前記ＮＯｘ吸着量推定手段は、前記温度取得手段で取得した温度及び前記ＮＯｘ流入量に基づいて前記ＮＯｘ吸着量を推定することが好ましい。
【００１０】
（３）この場合、前記機関運転手段は、前記内燃機関の運転を開始した後は、前記残量が前記開始閾値より大きい終了閾値以上でありかつ前記ＮＯｘ吸着量が前記許容値以下である場合に前記内燃機関の運転を停止することが好ましい。
【００１１】
（４）この場合、前記内燃機関の運転を開始した後、前記ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘの脱離温度を超えたことに応じて排気の空燃比をストイキ又はリッチにし、前記ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘを当該ＮＯｘ触媒において還元浄化するＮＯｘパージ制御手段（例えば、後述の図１０の処理の実行に係る手段、ＥＣＵ６等）をさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
（１）本発明では、ゼオライトからなる担体及びこの担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒を排気通路に設ける。このＮＯｘ触媒は、低温時にＮＯｘを吸着し、吸着したＮＯｘを高温時に脱離する特性を有する。このため本発明によれば、内燃機関の始動直後のような低温時におけるＮＯｘをＮＯｘ触媒に吸着させることができるので、このＮＯｘが排気浄化装置の外へ排出されるのを防止できる。ハイブリッド車両では、内燃機関が間欠的に運転されるため、内燃機関が頻繁に始動されることとなる。よってこのようなハイブリッド車両の排気浄化装置に始動時に適したＮＯｘ触媒を用いることにより、排気中のＮＯｘを効率的に浄化できる。
【００１３】
またＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能は、ＮＯｘ触媒に吸着されているＮＯｘの量によっても変化する。より具体的には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着効率は、ＮＯｘ触媒に吸着されているＮＯｘの量が増えるほど低下する特性がある（例えば、後述の図６等参照）。よってＮＯｘ触媒に多くの量のＮＯｘが吸着されたまま内燃機関の運転を停止すると、その再始動時にＮＯｘ浄化性能を十分に発揮できない場合がある。これに対し本発明では、内燃機関の運転を開始した後は、少なくともＮＯｘ吸着量が許容値以下になるまで運転を継続する。換言すれば、本発明では、ＮＯｘ吸着量が許容値以下であることを内燃機関の運転を停止させる停止条件の１つとして定める。これにより、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着量が十分に少ない状態で内燃機関の運転が停止されるため、その再始動時には十分なＮＯｘ浄化性能を確保できる。
【００１４】
（２）本発明では、ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ流入量を取得し、これら２つを用いてＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着量を推定する。これによりＮＯｘ吸着量を精度良く推定できるので、適切なタイミングで内燃機関の運転を停止させることができる。
【００１５】
（３）本発明では、残量が終了閾値以上でありかつＮＯｘ吸着量が許容値以下である場合に内燃機関の運転を停止させる。これにより、内燃機関の再始動時における十分なＮＯｘ浄化性能を確保しつつ、内燃機関の停止時における十分な蓄電装置の残量を確保できる。
【００１６】
（４）本発明で用いるＮＯｘ触媒は、上述のようなＮＯｘ吸着特性に加えて、ＮＯｘが脱離する高温時には、ストイキ又はリッチの還元雰囲気の下において脱離したＮＯｘを還元浄化する特性を有する。本発明では、ＮＯｘ触媒の温度が脱離温度を超えたことに応じて排気の空燃比をストイキ又はリッチにすることにより、脱離したＮＯｘをそのまま下流側へ排出されないように、ＮＯｘ触媒のみで還元浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が搭載された車両の構成を示す図である。
【図２】エンジン及びその排気浄化装置の構成を示す図である。
【図３】ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着、脱離挙動を示す図である。
【図４】ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着量と脱離量とを比較する図である。
【図５】ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着率と、ＮＯｘ触媒の温度やＮＯｘ吸着量との関係を示す図である。
【図６】ＮＯｘ触媒の温度を所定の温度で固定したときにおけるＮＯｘ吸着率のＮＯｘ吸着量との関係を示す図である。
【図７】エンジンの運転を開始又は停止する手順を示すフローチャートである。
【図８】ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着量の推定値を算出する手順を示すフローチャートである。
【図９】補正係数を算出するマップの一例である。
【図１０】始動直後のエンジンから排出されるＮＯｘを浄化する始動時ＮＯｘ浄化処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図１１】上記実施形態の排気浄化装置の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る排気浄化装置が搭載された車両Ｖの構成を示す図である。
【００１９】
車両Ｖは、内燃機関（以下、「エンジン」という）１と、電動機（以下、「モータ」という）Ｍと、モータＭに電力を供給する高圧バッテリＢと、モータＭ及びエンジン１の出力を変速するトランスミッションＴＭと、エンジン１のクランクシャフトとモータＭの出力軸とを断続するクラッチＣと、これらを制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）６と、を備える。この車両Ｖは、モータＭとエンジン１とを車輪Ｗを回転させる動力発生源とした所謂ハイブリッド車両である。
【００２０】
車両Ｖにおいて、ＥＣＵ６は、後に図７を参照して説明する手順に従って、クラッチＣを切断しエンジン１の運転を停止させモータＭのみを動力発生源として走行するＥＶ走行を行うように制御したり、このＥＶ走行を行っている間にクラッチＣを接続しモータＭを用いてエンジン１のクランキングを行い、エンジン１及びモータＭを動力発生源として走行するＨＥＶ走行を行うように制御したりする。
【００２１】
モータＭは、例えば、三相のＤＣブラシレスモータが用いられ、インバータを備えたパワードライブユニット（以下、「ＰＤＵ」という）５を介して高圧バッテリＢに接続されている。高圧バッテリＢは、例えば複数のリチウムイオン型のバッテリで構成されている。また、この高圧バッテリＢには、チャージャーＣＨが接続されており、このチャージャーＣＨのプラグを図示しない家庭用コンセントに差し込んで、高圧バッテリＢを充電することが可能となっている。
【００２２】
ＰＤＵ５は、ＥＣＵ６からの指令信号に基づいて動作し、高圧バッテリＢの電力によりモータＭでトルクを発生させたり、エンジン１で発生したトルクの一部又は車両Ｖの減速走行時に車輪Ｗから出力軸に伝達するトルクを高圧バッテリＢに回生させたりする。より具体的には、モータＭを駆動運転する場合、ＰＤＵ５は、高圧バッテリＢに蓄えられた電力を三相交流電力に変換してモータＭに供給する。また、モータＭを回生運転する場合、モータＭから出力される三相交流電力を直流電力に変換し、高圧バッテリＢを充電する。
【００２３】
高圧バッテリＢには、その出力電流を検出する電流センサ７及び出力電圧を検出する電圧センサ８が設けられている。高圧バッテリＢのＳＯＣは、これら電流センサ７及び電圧センサ８の出力信号に用いてＥＣＵ６における図示しない処理によって算出される。なおＳＯＣとは、高圧バッテリＢの定格容量を１として現在の残容量［ｋＷ］を百分率で表したものである。
【００２４】
図２は、車両Ｖに搭載されるエンジン１及びその排気浄化装置２の構成を示す図である。
【００２５】
エンジン１は、燃焼空燃比をストイキよりもリーンとする所謂リーン燃焼を基本としたもの、より具体的にはディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンなどである。エンジン１には、各シリンダに燃料を噴射する燃料噴射弁１７が設けられている。この燃料噴射弁１７を駆動するアクチュエータは、ＥＣＵ６に電磁的に接続されている。ＥＣＵ６は、図示しない燃料噴射制御の下で燃料噴射弁１７からの燃料噴射量や燃料噴射時期を決定し、これが実現されるように燃料噴射弁１７を駆動する。
【００２６】
触媒浄化装置３は、それぞれ排気管１１に設けられた上流触媒コンバータ３１、下流触媒コンバータ３２及び排気温度センサ３３を含んで構成される。
【００２７】
上流触媒コンバータ３１は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材に三元触媒を担持して構成される。三元触媒では、ストイキ空燃比の排気の下においては、三元浄化反応、すなわちＨＣ及びＣＯの酸化反応とＮＯｘの還元反応とが同時に進行する。また三元触媒では、リーン空燃比の排気の下においては、ＨＣ及びＣＯの酸化反応が進行する。
【００２８】
下流触媒コンバータ３２は、排気管１１のうち上流触媒コンバータ３１より下流側に設けられる。下流触媒コンバータ３２は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材にＮＯｘ触媒を担持して構成される。ＮＯｘ触媒は、ゼオライトからなる担体と、この担体に担持されたＰｄと、を含んで構成される。このＮＯｘ触媒は、例えばエンジン１の始動直後の比較的低温の条件下（より具体的には、例えば上流触媒コンバータ３１の三元触媒が活性温度に達する前）において、三元触媒で浄化しきれなかったＮＯｘを吸着し、還元浄化する機能を有する。
【００２９】
上記ＮＯｘ触媒のゼオライトは、ストイキ又はリッチ空燃比の排気の下において、排気中に含まれるＨＣを低温条件下でその骨格中の細孔内に取り込んで吸着し、吸着したＨＣを高温条件下で脱離する特性を有する。ＨＣの脱離が開始されるＨＣ脱離温度は、後述するＰｄからＮＯｘが脱離し始めるＮＯｘ脱離温度とほぼ等しい。
【００３０】
ゼオライトとしては、ＺＳＭ−５、フェリエライト、モルデナイト、Ｙ型ゼオライト、ベータ型ゼオライト、ＣＨＡ型ゼオライトが挙げられる。本実施形態では、これらのうち何れかを単独で用いてもよいし、複数を併用してもよい。このようなゼオライトにＰｄを担持させることにより、優れたＮＯｘ吸着性能が発現する。
【００３１】
ここで、通常、ゼオライトは、ＮＯ２として供給されたＮＯｘをその細孔内に吸着する特性を有する。そのため、主として排気中のＮＯｘを構成するＮＯをＮＯ２に変換するためには、排気をリーンにし、高酸素濃度かつ高温雰囲気下にし、さらにＰｔ等の活性種が必要となる。これに対して、本実施形態のＮＯｘ触媒は、担体のゼオライトにＰｄを担持させることで、低温条件下で排気の空燃比がストイキ又はリッチのときにおいても優れたＮＯｘ吸着性能を発揮する。その理由は次の通りである。
【００３２】
すなわち、ＮＯｘ触媒では、Ｐｄは、ゼオライトを構成するＡｌ、Ｓｉ及びＯのうち、酸点であるＡｌの近傍に配置される。そのため、Ｐｄは、Ａｌとの相互作用によって電子状態が変化し、２価のＰｄ２＋として存在する。この２価のＰｄ２＋は、従来のゼオライトのＮＯｘ吸着とは異なり、ＮＯを酸化してＮＯ２とするまでもなくＮＯをそのまま吸着する特性を有する。これにより、ＮＯｘ触媒は、低温条件下で排気の空燃比がストイキ又はリッチのときにおいても、優れたＮＯｘ吸着性能が得られるようになっている。
【００３３】
ＮＯｘ触媒全体に対するＰｄの含有量は、０．０１〜１０質量％であることが好ましい。Ｐｄの含有量がこの範囲内であれば、優れたＮＯｘ吸着性能が得られる。より好ましい含有量は、０．１〜３質量％である。
【００３４】
またＮＯｘ触媒としては、上述のようにゼオライトからなる担体にＰｄを担持したものに限らない。上記Ｐｄに加えて、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種の添加元素をゼオライトに共担持させてもよい。すなわち、Ｐｄの間に、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種の添加元素が介在することで、２価のＰｄ２＋が０価のＰｄ０に還元されるのが抑制されるとともに、Ｐｄの移動及び凝集が抑制されるため、Ｐｄの分散性の悪化が抑制される。したがって、このようなＮＯｘ触媒によれば、優れたＮＯｘ吸着性能が維持され、低酸素濃度雰囲気における耐熱性が向上する。
【００３５】
図３は、上記ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着、脱離挙動を示す図である。この図３は、下記に示すような組成のモデルガスをＮＯｘ触媒に供給し、ＮＯｘ触媒を酸素過剰雰囲気（酸素過剰率λ＝２）に維持しながら、ＮＯｘ触媒に流入するガスのＮＯｘ濃度及びＮＯｘ触媒の温度を変化させた場合における、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度を示す。図３中、横軸は時間（秒）であり、右縦軸はＮＯｘ触媒の温度［℃］であり、左縦軸はＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］である。
【００３６】
モデルガスは、ＣＯを１０００ｐｐｍで一定とし、Ｏ２を０．１％で一定とし、ＮＯを所定の態様で変化させるとともに、Ｎ２をバランスガスとすることで全体の酸素過剰率λ＝２とした。ここで、ＮＯｘ触媒に流入するモデルガスのＮＯｘ濃度は、図３において破線で示すように、モデルガスの供給開始から約２００秒を経過するまでの間では０より大きな所定値とし、これ以降は０とした。またＮＯｘ触媒の温度は、図３において一点鎖線で示すようにモデルガスの供給開始から約１２００秒を経過するまでの間では約５０℃で一定とし、約１２００秒を経過した後は約５００℃に達するまで徐々に上昇させた。なお約４００〜１０００秒までの間ではＮＯｘ濃度やＮＯｘ触媒の温度等にほとんど変化がないため、図３ではこれらの間の図示を省略する。
【００３７】
図３に示すように、ＮＯｘ触媒が５０℃の低温の状態でかつＮＯｘを含むモデルガスをＮＯｘ触媒に供給し始めてから約２００秒経過するまでの間では、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度（実線）はＮＯｘ触媒に流入するガスのＮＯｘ濃度（破線）よりも低い。特に、モデルガスの供給を開始した直後（０〜１００秒程度）においては、ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度はほぼ０ｐｐｍである。これは、ＮＯｘ触媒に流入するガス中に含まれるＮＯｘ（ＮＯ）のほぼ全てがＮＯｘ触媒に吸着されていることを意味する。この結果から、下流触媒コンバータのＮＯｘ触媒は、上流触媒コンバータの三元触媒が活性に達する前の５０℃の低温条件下においてＮＯｘ（ＮＯ）を効率良く吸着可能であることが分かる。
【００３８】
モデルガスの供給を開始してから約２００秒が経過するまでの間において、ＮＯｘ触媒から流出するガス中のＮＯｘ濃度は徐々に上昇し、ＮＯｘ触媒に流入するガスのＮＯｘ濃度とほぼ同等になる（図３中の２００秒付近を参照）。これは、ＮＯｘ触媒で吸着できるＮＯｘの量には限界があり、またＮＯｘ触媒に吸着されているＮＯｘ量がこの限界量に近付くにつれてＮＯｘが吸着しにくくなる（ＮＯｘ吸着率の低下）ことを意味する。すなわち、約２００秒が経過した時点では、ＮＯｘ触媒にはほぼ限界量に近い量のＮＯｘが吸着されている。また、図３中の領域Ｔａｄの面積は、ＮＯｘ触媒が吸着したＮＯｘの総量（すなわち、ＮＯｘ吸着量）を表している。
【００３９】
約２００秒が経過した時点でモデルガスのＮＯｘ濃度を０ｐｐｍまで低下させると、これに応じてＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度も直ちに０ｐｐｍまで低下する。またこれ以降、図３に示すように、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度は、ほぼ０ｐｐｍである。すなわちＮＯｘ触媒は、０〜２００秒の間にＮＯｘ触媒に吸着したＮＯｘを、酸素過剰雰囲気下において保持し続ける機能を有する。
【００４０】
またＮＯｘ濃度を０ｐｐｍまで低下させた後、約１２００〜２５００秒までの間でほぼ一定の速度でＮＯｘ触媒の温度を上昇させる。この際、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度は、図３に示すように約１８００秒において０ｐｐｍから増加し始め、約２３００秒において再び０ｐｐｍに戻る。なお、ＮＯｘ触媒の温度は、約１８００秒においては約２５０℃であり、約２３００秒においては約４５０℃である。これは、ＮＯｘ触媒に吸着されていたＮＯｘは、ＮＯｘ触媒の温度が約２５０℃を超えてから４５０℃を超えるまでの間に脱離したことを意味する。以下では、このようにＮＯｘ触媒に吸着されていたＮＯｘの脱離が開始する温度（図３の例では、約２５０℃）をＮＯｘの脱離温度という。なおこの際、ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘは、ほぼ全てＮＯであり、ＮＯ２やＮ２Ｏはほとんど観測されなかった。また図３中の領域Ｔｄｅｓの面積は、ＮＯｘ触媒から脱離したＮＯｘの総量（すなわち、ＮＯｘ脱離量）を表している。
【００４１】
図４は、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着量と脱離量とを比較する図である。図４において、ＮＯｘ吸着量及びＮＯｘ脱離量はそれぞれ所定の空気過剰率のモデルガスを用いて図３と同様の手順に従ってＮＯｘ濃度及び温度を変化させる試験を行うことによって取得した。図４の左側は酸素過剰率λ＝２のガスを用いて取得した結果であり、図４の右側は酸素過剰率λ＝０．９のガスを用いて取得した結果である。
【００４２】
図４の左側に示すように、酸素過剰雰囲気（λ＝２）のモデルガスの下では、ＮＯｘ脱離量はＮＯｘ吸着量とほぼ等しい。すなわち酸素過剰雰囲気では、低温時にＮＯｘ触媒に吸着されたＮＯｘは、約５００℃まで昇温するとほぼ全てがそのまま脱離する。
【００４３】
一方、図４の右側に示すように、λ＝０．９のモデルガスの下では、ＮＯｘ吸着量はλ＝２の場合とほぼ同じであるにもかかわらず、ＮＯｘ脱離量はこのＮＯｘ吸着量よりも大幅に減少する。すなわち還元雰囲気では、低温時にＮＯｘ触媒に吸着されたＮＯｘは、約５００℃まで昇温する過程でほぼ全てが脱離するとともにＮ２に還元浄化する。これはすなわち、ＮＯｘ触媒は、λが１以下の適正な空燃比の排気の下では、排気中に含まれるＨＣ及びＣＯや、上述のようにゼオライトに吸着されていたＨＣを還元剤として、脱離したＮＯｘを還元浄化する機能があることを意味する。
【００４４】
図５は、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着率と、ＮＯｘ触媒の温度やＮＯｘ吸着量との関係を示す図である。ＮＯｘ吸着率は、ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの総量のうちＮＯｘ触媒に吸着されるＮＯｘの量の割合で定義される。またＮＯｘ吸着量は、ＮＯｘに吸着されているＮＯｘの量で定義される。図５に示すように、ＮＯｘ吸着率は、ＮＯｘ触媒の温度が高くなるほど低下する特性があり、所定のＮＯｘ脱離温度を超えると０になる。
【００４５】
図６は、ＮＯｘ触媒の温度を所定の温度で固定したときにおけるＮＯｘ吸着率とＮＯｘ吸着量との関係を示す図である。図６に示すように、ＮＯｘ触媒に吸着されているＮＯｘの量が増加するほど新たなＮＯｘが吸着されにくくなるため、ＮＯｘ吸着率は、ＮＯｘ吸着量が増加するほど低くなる。このため、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着率を高く維持するためには、ＮＯｘ吸着量はできるだけ少なく維持する方が好ましい。またＮＯｘ触媒において吸着できるＮＯｘの量には限界があり、ＮＯｘ吸着量がこの最大値を超えると新たなＮＯｘを吸着することができなくなる。
【００４６】
図２に戻り、排気温度センサ３３は、排気管１１のうち下流触媒コンバータ３２より下流側に設けられる。この排気温度センサ３３は、下流触媒コンバータ３２から流出する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。上流触媒コンバータ３１の三元触媒の温度や、下流触媒コンバータ３２のＮＯｘ触媒の温度は、例えば、排気温度センサ３３の出力に基づいて、ＥＣＵ６における演算によって推定される。
【００４７】
ＥＣＵ６は、センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、後述の図７及び図８等に示すフローチャートに沿った処理を実行するＣＰＵ、この処理の下で決定した態様で各種デバイスを駆動する駆動回路、及び各種データを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等で構成されるマイクロコンピュータである。
【００４８】
図７は、ＥＣＵにおいてエンジンの運転を開始又は停止する手順を示すフローチャートである。図７の処理は、車両を走行可能な状態にしたり走行不能な状態にしたりするイグニッションスイッチ（図示せず）がオンにされたことに応じて、ＥＣＵにおいて所定の制御周期の下で繰り返し実行される。以下で説明するように、ＥＣＵは、所定の開始条件（図７のＳ２）が満たされたことに応じてエンジンの運転を開始し、その後所定の停止条件（図７のＳ５及びＳ６）が満たされたことに応じてエンジンの運転を停止する。
【００４９】
Ｓ１では、ＥＣＵは、現在エンジンの運転を継続中であるか否か（すなわち、後述の運転中フラグがオンであるか否か）を判定する。ＥＣＵは、Ｓ１の判定がＮＯである場合にはＳ２に移り、現在の高圧バッテリのＳＯＣを取得し、これが所定の開始閾値以下であるか否かを判定する。ＥＣＵは、Ｓ２の判定がＮＯである場合、すなわち現在エンジンの運転を停止している状態でありかつＳＯＣが開始閾値より大きい場合には、引き続きＥＶ走行を継続できると判断し、エンジンの運転を停止したままこの処理を終了する。
【００５０】
ＥＣＵは、Ｓ２の判定がＹＥＳである場合、すなわち現在エンジンの運転を停止している状態でありかつＳＯＣが開始閾値以下である場合には、ＥＶ走行を継続することは困難であると判断し、Ｓ３に移る。ＥＣＵは、クラッチを接続しエンジンのクランキングを行うことによってエンジンの運転を開始し（Ｓ３参照）、さらにエンジンの運転中であることを明示すべく運転中フラグをオンにし（Ｓ４参照）、この処理を終了する。これにより、ＥＶ走行が終了する。なお、Ｓ４において運転中フラグがオンになったことを契機として、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着量の推定値を算出する処理（後述の図８のＳ１２以降参照）及びＮＯｘ触媒のパージ制御処理（後述の図１０のＳ２２以降参照）が開始する。
【００５１】
ＥＣＵは、Ｓ１の判定がＹＥＳである場合にはＳ５に移り、現在の高圧バッテリのＳＯＣを取得し、これが上述の開始閾値よりも大きな値に設定された終了閾値以上であるか否かを判定する。Ｓ５の判定がＹＥＳである場合には、ＥＣＵは、現在のＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着量の推定値（後述のΣＮＯｘ）を取得し、これが所定の許容値以下であるか否かを判定する（Ｓ６参照）。Ｓ５及びＳ６の判定のうち両方又は何れかがＮＯである場合には、引き続きエンジンの運転を継続すべきであると判断し、エンジンの運転を継続したままこの処理を終了する。
【００５２】
またＥＣＵは、エンジンの停止条件を構成する２つの判定（Ｓ５及びＳ６の判定）の両方がＹＥＳである場合、すなわちＳＯＣが終了閾値以上でありかつＮＯｘ吸着量の推定値が許容値以下である場合には、適切にエンジンの運転を停止できる時期に達したと判断し、Ｓ７に移る。ＥＣＵは、クラッチを切断し、エンジンの運転を停止し（Ｓ７参照）、さらにエンジンの運転を停止していることを明示すべく運転中フラグをオフにし（Ｓ８参照）、この処理を終了する。これにより、ＥＶ走行が開始する。
【００５３】
ここでＳ６の判定における許容値とは、ＮＯｘ吸着量の推定値に対して設定される閾値であり、０又は０よりやや大きな値に設定される（図６参照）。図６に示すように、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着率はＮＯｘ吸着量が少ないほど高い。したがって許容値を０近傍に設定することにより、ＮＯｘ触媒には僅かな量のＮＯｘしか吸着していない状態でエンジンの運転を停止できる。したがってエンジンの再始動時におけるＮＯｘ吸着率を向上できる。
【００５４】
図８は、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着量の推定値ΣＮＯｘを算出する手順を示すフローチャートである。図８の処理は、イグニッションスイッチがオンにされたことに応じて、ＥＣＵにおいて所定の制御周期ごとに実行される。
【００５５】
Ｓ１１では、ＥＣＵは、運転中フラグがオンであるか否か、すなわち現在エンジンの運転中であるか否かを判定する。Ｓ１１の判定がＮＯである場合には、推定値ΣＮＯｘを前回値で維持したまま直ちにこの処理を終了し、Ｓ１１の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ１２に移る。
【００５６】
Ｓ１２では、ＥＣＵは、ＮＯｘ触媒の温度を取得しこれがＮＯｘ触媒のＮＯｘ脱離温度（上述の図５参照）より高いか否か、すなわちＮＯｘ触媒に吸着されていたＮＯｘが脱離している状態であるか否かを判定する。Ｓ１２の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、推定値ΣＮＯｘの前回値から予め定められた制御周期当りの脱離量Δｒｌｓ（Δｒｌｓ＞０）を減算することによって、推定値ΣＮＯｘを更新し、この処理を終了する。Ｓ１２の判定がＮＯである場合、ＥＣＵは、Ｓ１４以降の処理を実行することによりＮＯｘ触媒に新たに吸着されるＮＯｘの量を算出する。
【００５７】
Ｓ１４では、ＥＣＵは、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ流入量ΔＮＯｘを取得し、Ｓ１５に移る。ここでＮＯｘ流入量ΔＮＯｘとは、具体的には前回から今回までの制御周期の間にＮＯｘ触媒に流入したＮＯｘの量に相当する。このＮＯｘ流入量ΔＮＯｘは、例えばエンジンの回転数及び負荷等に基づいて予め定められたマップを検索することによって算出される。またこれに限らず、ＮＯｘ触媒の上流側に排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサが設けられている場合には、このＮＯｘセンサの出力を用いて算出することもできる。
【００５８】
Ｓ１５では、ＥＣＵは、ＮＯｘ触媒の温度を取得し、これを用いて例えば図５に例示するようなマップを検索することによってＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着率ηＮＯｘを算出し、Ｓ１６に移る。なお図５に示すように、ＮＯｘ吸着率は、ＮＯｘ触媒の温度だけでなくＮＯｘ吸着量によって変化する。このＮＯｘ吸着量による変化分は次ステップにおいて補正係数ＫηＮＯｘを用いて補償することとし、Ｓ１５では、ＮＯｘ吸着量は所定値（例えば０）であると仮定してＮＯｘ触媒の温度のみによってＮＯｘ吸着率ηＮＯｘを算出する。
【００５９】
Ｓ１６では、ＥＣＵは、推定値ΣＮＯｘを用いて予め定められたマップを検索することにより補正係数ＫηＮＯｘを算出し、Ｓ１７に移る。図９には、推定値ΣＮＯｘに基づいて補正係数ＫηＮＯｘを算出するマップの一例を示す。図６に示すようにＮＯｘ吸着率はＮＯｘ吸着量が増加するほど低下する特性がある。この補正係数ＫηＮＯｘは、このようなＮＯｘ吸着率の特性を推定値ΣＮＯｘの算出に反映させるための係数である。図９には、推定値ΣＮＯｘが０であるときには１となるように正規化した例を示す。
【００６０】
Ｓ１７では、ＥＣＵは、流入量ΔＮＯｘにＮＯｘ吸着率ηＮＯｘ及び補正係数ＫηＮＯｘを乗算することによってＮＯｘ触媒における新規吸着量Δａｄを算出し、Ｓ１８に移る。この新規吸着量Δａｄは、前回から今回までの制御周期の間にＮＯｘ触媒に新たに吸着したＮＯｘの量に相当する。Ｓ１８では、ＥＣＵは、推定値ΣＮＯｘの前回値に新規吸着量Δａｄを加算することによって、推定値ΣＮＯｘを更新し、この処理を終了する。
【００６１】
図１０は、始動直後のエンジンから排出されるＮＯｘを浄化する始動時ＮＯｘ浄化処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図１０の始動時ＮＯｘ浄化処理は、始動直後のエンジンの排気中に含まれるＮＯｘを一旦ＮＯｘ触媒に吸着しておき、その後所定のタイミングでＮＯｘパージ制御を実行することにより、吸着しておいたＮＯｘをＮＯｘ触媒上で還元浄化する。図１０の処理は、イグニッションスイッチがオンにされたことに応じて、ＥＣＵにおいて所定の制御周期ごとに実行される。
【００６２】
Ｓ２１では、ＥＣＵは、運転中フラグがオンであるか否かを判定する。ＥＣＵは、Ｓ２１の判定がＮＯである場合には直ちにこの処理を終了し、Ｓ２１の判定がＹＥＳである場合にはＳ２２に移る。
【００６３】
Ｓ２２では、ＥＣＵは、ＮＯｘ触媒の温度を取得しこれがＮＯｘ触媒のＮＯｘ脱離温度（上述の図５参照）より高いか否か、すなわちＮＯｘ触媒からＮＯｘが脱離し得る状態であるか否かを判定する。ＥＣＵは、Ｓ２２の判定がＹＥＳである場合にはＳ２３に移り、ＮＯｘ吸着量の推定値ΣＮＯｘを取得し、これが０より大きいか否かを判定する。
【００６４】
Ｓ２２及びＳ２３の判定のうち何れかがＮＯである場合には、ＮＯｘ触媒からＮＯｘが脱離しない状態であると判断し、直ちにこの処理を終了する。またＳ２２及びＳ２３の判定の両方がＹＥＳである場合には、ＥＣＵは、Ｓ２４に移り、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキ又はリッチに制御するＮＯｘパージ制御を実行しこの処理を終了する。ここでＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比は、例えばアフター噴射を行うことによってエンジンの燃焼室における空燃比をストイキ又はリッチにしたり、ポスト噴射を行い排気管内へ未燃燃料を供給したりすることによってストイキ又はリッチに制御される。これにより、ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘは、このＮＯｘ触媒上で還元浄化される。
【００６５】
図１１は、以上のような本実施形態の排気浄化装置の効果を説明するための図である。図１１には、走行中のハイブリッド車両におけるＳＯＣ、エンジンの運転状態、ＮＯｘ触媒の温度、及びＮＯｘ吸着量の変化を示す図である。図１１の左側のタイムチャートは、従来の排気浄化装置をハイブリッド車両に搭載した場合におけるＳＯＣ等の変化を示し、図１１の右側のタイムチャートは、本実施形態に係る排気浄化装置をハイブリッド車両に搭載した場合におけるＳＯＣ等の変化を示す。ここで従来の排気浄化装置とは、バッテリのＳＯＣが開始閾値を下回ったことに応じてエンジンの運転を開始し、その後ＳＯＣが終了閾値を超えたことに応じてエンジンの運転を停止するものとして定義する。
【００６６】
図１１の左側に示すように、従来の排気浄化装置では、バッテリのＳＯＣのみに応じてエンジンの運転を開始したり停止したりする。このため、ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ脱離温度を超えないままエンジンの運転が停止されてしまい、それまでに吸着したＮＯｘが次回の再始動時までそのまま持ち越されてしまう場合がある。この場合、図１１の左側に示すように、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着量がエンジンのオン／オフを繰り返す度に上昇する。また、図６を参照して説明したように、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着率は、ＮＯｘ吸着量が増加するほど低下する特性がある。このため従来の排気浄化装置では、エンジンを再始動する度にＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能が低下するおそれがある。
【００６７】
図１１の右側に示すように、本実施形態の排気浄化装置では、バッテリのＳＯＣが開始閾値を下回ったことに応じてエンジンの運転を開始する（図７のＳ３参照）。また本実施形態の排気浄化装置では、エンジンの運転を開始した後は、ＳＯＣが終了閾値を超えかつＮＯｘ吸着量の推定値ΣＮＯｘが許容値以下になるまでエンジンの運転を継続する（図７のＳ５及びＳ６参照）。このため、図１１の右側に示すように、一旦エンジンの運転を開始した後は、ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ脱離温度を超え、それまでに吸着したＮＯｘが脱離し、さらにこのＮＯｘを還元浄化するパージ制御（図１０のＳ２４参照）が実行されることによって、ＮＯｘ吸着量の推定値ΣＮＯｘが許容閾値以下になるまで、エンジンの運転を継続する。このため本実施形態の排気浄化装置では、その後の再始動に備えてＮＯｘ吸着量を許容値以下にした状態でエンジンの運転を停止できるため、再始動時におけるＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能を高くできる。
【００６８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１…エンジン（内燃機関）
１１…排気管（排気通路）
２…排気浄化装置
３２…下流触媒コンバータ（ＮＯｘ触媒）
３３…排気温度センサ（温度取得手段）
６…ＥＣＵ（ＮＯｘ吸着量推定手段、機関運転手段、ＮＯｘ流入量取得手段、ＮＯｘパージ制御手段）
７…電流センサ（残量取得手段）
８…電圧センサ（残量取得手段）
Ｂ…高圧バッテリ（蓄電装置）
Ｍ…モータ（電動機）
Ｗ…車輪
Ｖ…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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