ハイブリッド車両における排気浄化装置
【課題】ハイブリッド車両における排気浄化装置において、未浄化ＮＯｘや還元剤の流出を防止して吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上することで排気浄化効率の向上を図る。
【解決手段】排気管４６に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して還元可能な第１触媒５１及び第２触媒５２からなる排気浄化装置５０を設けると共に、各触媒５１，５２に還元剤としての燃料を供給する燃料添加弁６１を設け、ＤＥ１１を停止したＭＧ１２，１３によるＥＶ走行時に、燃料添加弁６１から排気ポート３３に燃料が噴射されたとき、低圧ＥＧＲ弁５９を開放すると共にシャッタバルブ６８を閉止した状態で、電動アシストターボ過給機を駆動し、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料を低圧ＥＧＲ通路５８を通して吸気管３７に戻し、この第１触媒５１及び第２触媒５２に循環させる。
【解決手段】排気管４６に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して還元可能な第１触媒５１及び第２触媒５２からなる排気浄化装置５０を設けると共に、各触媒５１，５２に還元剤としての燃料を供給する燃料添加弁６１を設け、ＤＥ１１を停止したＭＧ１２，１３によるＥＶ走行時に、燃料添加弁６１から排気ポート３３に燃料が噴射されたとき、低圧ＥＧＲ弁５９を開放すると共にシャッタバルブ６８を閉止した状態で、電動アシストターボ過給機を駆動し、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料を低圧ＥＧＲ通路５８を通して吸気管３７に戻し、この第１触媒５１及び第２触媒５２に循環させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と電気モータとを動力源として走行可能なハイブリッド車両において、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が設けられた排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤により還元するようにした吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が既に知られている。即ち、このような吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化装置では、内燃機関がリーン空燃比で運転されているときに、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で吸蔵させ、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したとき、上流側の排気通路に還元剤を噴射する。すると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に排気ガスと共に還元剤が供給され、酸化反応により排気ガス中の酸素濃度が低下することで吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘと還元剤が反応して還元し、排気ガスが浄化される。
【０００３】
ところで、上述した吸蔵還元型ＮＯｘ触媒では、ＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したときに還元剤が供給され、排気ガス中の酸素濃度が低下することで放出されたＮＯｘに対して還元剤が反応して還元される。この場合、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ放出速度は一定ではなく、還元剤が供給されて酸素濃度が低下した直後に比較的多量のＮＯｘが急激に放出され、その後はほぼ一様な比較的低い放出速度でＮＯｘが放出される。そのため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から比較的多量のＮＯｘが放出されるＮＯｘの放出時に、ほとんどのＮＯｘが還元剤と反応して還元されるものの、一部のＮＯｘが残留している酸素により適正に還元されず、未浄化のＮＯｘとして吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から染み出し、ＮＯｘ浄化率が低下してしまう。
【０００４】
また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、放出されたＮＯｘを効果的に還元することができる温度領域を有しており、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を事前に活性化温度に昇温している。ところが、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給すると、酸化反応により吸蔵されているＮＯｘが放出されると共に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が加熱されて活性化温度よりも高い温度となり、ＮＯｘを効果的に還元することができる温度領域から外れてしまう。すると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は放出されたＮＯｘを還元剤により確実に還元することができず、一部のＮＯｘが未浄化のＮＯｘとして吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から吐き出され、ＮＯｘ浄化率が低下してしまう。
【０００５】
このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この下記特許文献１に記載された内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を配置し、リーン空燃比運転中に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、吸蔵量が判定値に達したときに、排気通路に還元剤を噴射して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出して還元浄化するものであり、この判定値を還元剤供給直後の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からの吐き出しによる未浄化ＮＯｘ放出量、またはＮＯｘ吸蔵中の染み出しによる浄化ＮＯｘ放出量が予め定めた低い値になるように設定している。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２４０４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１の排気浄化装置では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を還元するときの判定値を、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からの吐き出しによる未浄化ＮＯｘ放出量とＮＯｘ吸蔵中の染み出しによる浄化ＮＯｘ放出量を考慮して設定しており、ＮＯｘ吸蔵量の増大による吐き出しや染み出しによる未浄化ＮＯｘの放出量を低い値に抑制してＮＯｘ浄化率を向上することができる。この場合、事前の実験により吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量と吐き出しによる未浄化ＮＯｘ放出量、ＮＯｘ吸蔵中の染み出しによる浄化ＮＯｘ放出量との関係を求めておき、この関係に基づいて未浄化のＮＯｘ放出量が所定値以下となるＮＯｘ吸蔵量の最大値を求め、これを判定値としている。ところが、このような排気浄化装置では、ＮＯｘの還元処理のために高精度な制御が必要となり、コスト増を招いてしまう。また、この方法であっても、吐き出しや染み出しによる未浄化ＮＯｘ放出量を完全になくすことはできない。
【０００８】
また、上述した排気浄化装置は、吸蔵能力が低下したとき、還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の空隙部を通過したときにその表面に担持された貴金属と接触することで反応し、吸蔵したＮＯｘを放出して還元するものであることから、還元剤と吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とが効率良く接触すると、ＮＯｘの還元効率、つまり、排気ガスの浄化効率が向上する。ところが、還元剤が添加された排気ガスが吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ流れ込むとき、その流速により一部の還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と反応せずにこれをすり抜けて外部排出されてしまう。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、未浄化ＮＯｘや還元剤の流出を防止して吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上することで排気浄化効率の向上を図ったハイブリッド車両における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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のハイブリッド車両における排気浄化装置は、内燃機関と電気モータとを動力源として走行可能なハイブリッド車両において、前記内燃機関の排気通路に設けられて排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して還元可能な吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記電気モータによる車両走行時にて前記還元剤供給手段から前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されたときに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘ及び前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をすり抜けた還元剤を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻す循環手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
従って、内燃機関による走行から電気モータによる走行に切り換ったとき、還元剤供給手段から吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されると、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で還元剤が反応してＮＯｘが還元され、一部の未浄化ＮＯｘや還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出されるが、内燃機関が停止された状態で、循環手段により吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘや吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からすり抜けた還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻されることとなり、この流出した未浄化ＮＯｘがすり抜けた還元剤により吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で再び浄化処理されるため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流側に補助的な触媒を設ける必要はなく、その結果、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上して排気浄化効率を向上することができる。
【００１２】
本発明のハイブリッド車両における排気浄化装置では、前記循環手段は、吸気通路及び前記排気通路に設けられた電動アシストターボ過給機と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流側の前記排気通路と前記電動アシストターボ過給機より上流側の前記吸気通路とを連結する排気ガス再循環通路と、該排気ガス再循環通路に設けられた排気ガス再循環バルブと、前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたシャッタバルブとを有し、前記排気ガス再循環バルブにより前記排気ガス再循環通路を開放すると共に、前記シャッタバルブにより前記排気通路を閉止した状態で、前記電動アシストターボ過給機を駆動することで、ＮＯｘ及び還元剤を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻すことを特徴としている。
【００１３】
従って、内燃機関による走行から電気モータによる走行に切り換ったとき、シャッタバルブを閉弁して電動アシストターボ過給機を駆動することで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘや吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からすり抜けた還元剤を含んだ排気ガスが、排気ガス再循環通路を通して吸気通路に戻され、この排気ガスが吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で繰り返し浄化処理されることとなり、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上して排気浄化効率を向上することができる。
【００１４】
本発明のハイブリッド車両における排気浄化装置では、前記循環手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連結する循環通路と、前記循環通路に設けられた電動ポンプと、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路及び下流側の排気通路を遮断すると共に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記循環通路とを連通する切換バルブとを有し、前記切換バルブにより前記排気通路を遮断すると共に前記循環通路を連通した状態で前記電動ポンプを駆動することで、ＮＯｘ及び還元剤を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻すことを特徴としている。
【００１５】
従って、内燃機関による走行から電気モータによる走行に切り換ったとき、切換バルブにより吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路と下流側の排気通路を遮断すると共に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と循環通路とを連通し、電動ポンプを駆動することで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘや吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からすり抜けた還元剤を含んだ排気ガスが、循環通路により吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻されて繰り返し浄化処理されることとなり、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上して排気浄化効率を向上することができる。
【００１６】
本発明のハイブリッド車両における排気浄化装置では、前記電気モータによる車両走行時にて前記還元剤供給手段から前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されたとき、この還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を通過する時期を推定する通過時期推定手段を設け、前記通過時期推定手段が推定した還元剤の通過時期に、前記電動アシストターボ過給機または前記電動ポンプを予め設定した所定の低回転数で駆動する一方、前記通過時期以外の時期に、前記電動アシストターボ過給機または前記電動ポンプを予め設定した所定の高回転数で駆動することを特徴としている。
【００１７】
従って、還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を通過する時期には、電動アシストターボ過給機または前記電動ポンプを低回転数で駆動することで、そのときの空間速度が低下し、還元剤により吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘを効率良く還元することができ、一方、還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒以外を通過する時期には、電動アシストターボ過給機または電動ポンプを高回転数で駆動することで、還元剤を早期に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に移行させることができ、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上して排気浄化効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のハイブリッド車両における排気浄化装置によれば、内燃機関または電気モータにより走行可能とし、内燃機関を停止して電気モータによる走行時に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出した未浄化ＮＯｘや還元剤を循環手段によりこの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻すため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流側に補助的な触媒を設けることなく、未浄化ＮＯｘや還元剤の流出を確実に防止することができ、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上することで排気浄化効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明に係るハイブリッド車両における排気浄化装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両における排気浄化装置の概略構成図、図２は、実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置によるＮＯｘ還元処理を表すフローチャート、図３は、実施例１の排気浄化装置が適用されたハイブリッド車両を表す概略構成図である。
【００２１】
実施例１の排気浄化装置が搭載された車両は、内燃機関と電気モータの２種類の動力源を組み合わせて使用するパワートレーンを有するハイブリッド車両である。まず、実施例１の排気浄化装置が搭載されたハイブリッド車両について説明する。
【００２２】
実施例１のハイブリッド車両において、図３に示すように、車両には、動力源として、内燃機関としてのディーゼルエンジン（ＤＥ）１１と電気モータとしてのモータジェネレータ（ＭＧ）１２が搭載されており、また、この車両には、ＤＥ１１の出力を受けて発電を行うモータジェネレータ（ＭＧ）１３も搭載されている。これらのＤＥ１１とＭＧ１２とＭＧ１３は、動力分割機構１４によって接続されている。この動力分割機構１４は、ＤＥ１１の出力をＭＧ１３と駆動輪１５とに振り分けると共に、ＭＧ１２からの出力を駆動輪１５に伝達したり、減速機１６及び駆動軸１７を介して駆動輪１５に伝達される駆動力に関する変速機として機能する。
【００２３】
ＭＧ１２は交流同期電動機であり、交流電力によって駆動する。インバータ１８は、バッテリ１９に蓄えられた電力を直流から交流に変換してＭＧ１２に供給すると共に、ＭＧ１３によって発電される電力を交流から直流に変換してバッテリ１９に蓄えるためのものである。ＭＧ１３も、基本的には上述したＭＧ１２とほぼ同様の構成を有しており、交流同期電動機としての構成を有している。この場合、ＭＧ１２が主として駆動力を出力するのに対し、ＭＧ１３は主としてＤＥ１１の出力を受けて発電するものである。
【００２４】
また、ＭＧ１２は主として駆動力を発生させるが、駆動輪１５の回転を利用して発電（回生発電）することもでき、発電機として機能することも可能である。このとき、駆動輪１５にはブレーキ（回生ブレーキ）が作用するので、これをフットブレーキやエンジンブレーキと併用することにより、車両を制動させることができる。一方、ＭＧ１３は主としてＤＥ１１の出力を受けて発電をするが、インバータ１８を介してバッテリ１９の電力を受けて駆動する電動機としても機能することができる。
【００２５】
ＤＥ１１のクランクシャフト２０には、ピストン位置及びエンジン回転数を検出するクランクポジションセンサ２１が設けられている。このクランクポジションセンサ２１は、エンジンＥＣＵ２２に接続され、検出結果を出力している。また、ＭＧ１２及びＭＧ１３の各駆動軸２３，２４には、それぞれの回転位置及び回転数を検出する回転数センサ２５，２６が設けられている。各回転数センサ２５，２６は、それぞれモータＥＣＵ２７に接続され、検出結果を出力している。
【００２６】
上述した動力分割機構１４は、プラネタリギヤユニットにより構成されている。即ち、この動力分割機構（プラネタリギヤユニット）１４は、図示しないが、サンギヤと、このサンギヤの周囲に配置されたプラネタリギヤと、このプラネタリギヤのさらに外周に配置されたリングギヤと、プラネタリギヤを保持するギヤキャリアとから構成されている。そして、ＤＥ１１のクランクシャフト２０が中心軸を介してギヤキャリアに結合されており、ＤＥ１１の出力はプラネタリギヤユニット１４のギヤキャリアに入力される。また、ＭＧ１２は内部にステータとロータを有しており、このロータがリングギヤに結合され、ロータ及びリングギヤは減速機１６に結合されている。この減速機１６は、ＭＧ１２からプラネタリギヤユニット１４のリングギヤに入力された出力を駆動軸１７に伝達するものであり、ＭＧ１２は駆動軸１７と常時接続された状態となっている。
【００２７】
また、ＭＧ１３はＭＧ１２と同様に、内部にステータとロータを有しており、このロータがサンギヤに結合されている。つまり、ＤＥ１１の出力は、プラネタリギヤユニット１４で分割され、サンギヤを介してＭＧ１３のロータに入力される。また、ＤＥ１１の出力は、プラネタリギヤユニット１４で分割され、リングギヤなどを介して駆動軸１７にも伝達可能となっている。
【００２８】
そして、ＭＧ１３の発電量を制御してサンギヤの回転を制御することにより、プラネタリギヤユニット１４全体を無断変速機として用いることができる。即ち、ＤＥ１１またはＭＧ１２の出力は、プラネタリギヤユニット１４によって変速された後に駆動軸１７に出力される。また、ＭＧ１３の発電量（モータとして機能する場合は電力消費量）を制御してＤＥ１１の回転数を制御することもできる。なお、ＭＧ１２、ＭＧ１３の回転数を制御する場合は、回転センサ２５，２６の出力を参照してモータＥＣＵ２７がインバータ１８を制御することにより行われることとなり、これによりＤＥ１１の回転数も制御可能である。
【００２９】
上述した各種制御は、複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御される。ハイブリッド車両として特徴的なＤＥ１１による駆動とＭＧ１２及びＭＧ１３による駆動とは、メインＥＣＵ２８によって総合的に制御される。即ち、メインＥＣＵ２８によりＤＥ１１の出力とＭＧ１２及びＭＧ１３による出力の配分が決定され、ＤＥ１１、ＭＧ１２及びＭＧ１３を制御すべく、各制御指令がエンジンＥＣＵ２２及びモータＥＣＵ２７に出力される。
【００３０】
また、エンジンＥＣＵ２２及びモータＥＣＵ２７は、ＤＥ１１、ＭＧ１２及びＭＧ１３の情報をメインＥＣＵ２８にも出力している。このメインＥＣＵ２８には、バッテリ１９を制御するバッテリＥＣＵ２９やブレーキを制御するブレーキＥＣＵ３０にも接続されている。このバッテリＥＣＵ２９はバッテリ１９の充電状態を監視し、充電量が不足した場合には、メインＥＣＵ２８に対して充電要求指令を出力する。充電要求を受けたメインＥＣＵ２８はバッテリ１９に充電をするようにＭＧ１３を発電させる制御を行う。ブレーキＥＣＵ３０は車両の制動を司っており、メインＥＣＵ２８と共にＭＧ１２による回生ブレーキを制御する。
【００３１】
本実施例のハイブリッド車両は、上述したように構成されているので、ハイブリッド車両を運行している間に車両全体で要求される必要出力をＤＥ１１とＭＧ１２（ＭＧ１３）とに配分することにより、ＤＥ１１の運転状態を所望の運転状態に制御しつつ、車両全体で要求される出力をも満たすことが可能となっている。
【００３２】
次に、上述した実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置について説明する。実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置において、図１に示すように、内燃機関としてのディーゼルエンジン（ＤＥ）１１は、図示しないが、シリンダブロック上にシリンダヘッドが締結されており、複数のシリンダボアにピストンがそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロックの下部にクランクケースが締結され、このクランクケース内にクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストンはコネクティングロッドを介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。
【００３３】
シリンダブロックとシリンダヘッドとピストンにより複数の燃焼室３１が構成されており、この燃焼室３１は、上部に吸気ポート３２及び排気ポート３３が対向して形成されており、この吸気ポート３２及び排気ポート３３に対して吸気弁３４及び排気弁３５の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁３４及び排気弁３５は、シリンダヘッドに軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート３２及び排気ポート３３を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッドには、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが回転自在に支持されており、吸気カム及び排気カムがローラロッカアームを介して吸気弁３２及び排気弁３３の上端部に接触している。
【００３４】
従って、ＤＥ１１に同期して吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが回転すると、吸気カム及び排気カムがローラロッカアームを作動させ、吸気弁３４及び排気弁３５が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート３２及び排気ポート３３を開閉し、吸気ポート３２と燃焼室３１、燃焼室３１と排気ポート３３とをそれぞれ連通することができる。
【００３５】
吸気ポート３２には、インテークマニホールド３６を介して吸気管（吸気通路）３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の下流側にスロットルバルブ３９が設けられている。そして、シリンダヘッドには、各燃焼室３１に燃料としての軽油を高圧で噴射可能なインジェクタ４１がそれぞれ装着されている。各インジェクタ４１は、デリバリパイプ４２及び燃料供給管４３を介して燃料ポンプ４４に連結されており、この燃料ポンプ４４はＤＥ１１によって駆動される。一方、排気ポート３３には、エギゾーストマニホールド４５を介して排気管（排気通路）４６が連結されている。
【００３６】
また、吸気管３７及び排気管４６には、電動アシストターボ過給機（ＭＡＴ）４７が設けられている。この電動アシストターボ過給機４７は、吸気管３７に設けられたコンプレッサ４７ａと排気管４６に設けられたタービン４７ｂとが駆動軸４７ｃにより一体に連結されてなり、駆動モータ４８により強制的に駆動することができる。そして、この電動アシストターボ過給機４７におけるコンプレッサ４７ａの下流側の吸気管３７には、このコンプレッサ４７ａにより過給されて温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ４９が設けられている。
【００３７】
排気管４６には、排気ガス中に含まれる有害物質を浄化処理する排気浄化装置５０が設けられており、この排気浄化装置５０は、第１触媒５１と第２触媒５２とが直列に配設されて構成されている。第１触媒５１は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤としての燃料（本実施例では、軽油）により還元するものである。第２触媒５２は、パティキュレートフィルタを有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、排気ガス中の微粒子（ＰＭ：パティキュレート）、特に、黒煙を捕集すると共に、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した燃料により還元するものである。
【００３８】
ＤＥ１１には、高圧の排気ガスを吸気系に戻す高圧排気再循環(ＥＧＲ)装置５３と、低圧の排気ガスを吸気系に戻す低圧排気再循環(ＥＧＲ)装置５４が設けられている。高圧ＥＧＲ装置５３は、エギゾーストマニホールド４５とインテークマニホールド３６の直前の吸気管３７とを連結して高圧の排気ガスの一部を吸気系へ再循環させる高圧ＥＧＲ通路５５と、この高圧ＥＧＲ通路５５に設けられた高圧ＥＧＲ弁５６と、高圧ＥＧＲ通路５５に設けられて高圧の排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ５７とから構成されている。低圧ＥＧＲ装置５４は、排気浄化装置５１の下流側の排気管４６とスロットルバルブ３９の下流側で電動アシストターボ過給機４７におけるコンプレッサ４７ａの上流側の吸気管３７とを連結して低圧の排気ガスの一部を吸気系へ再循環させる低圧ＥＧＲ通路５８と、この低圧ＥＧＲ通路５８に設けられた低圧ＥＧＲ弁５９と、低圧ＥＧＲ通路５８に設けられて低圧の排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ６０とから構成されている。
【００３９】
また、第１触媒５１及び第２触媒５２は、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯｘを放出し、この放出したＮＯｘを燃料により還元するものであることから、排気ポート３３に燃料（還元剤）を噴射する燃料添加弁６１がシリンダヘッドに設けられている。そして、この燃料添加弁６１は、燃料供給管６２を介して燃料ポンプ４４に連結されており、この燃料供給管６２には開閉弁６３が設けられている。
【００４０】
ところで、エンジンＥＣＵ２２は、ＤＥ１１の各種機器を制御可能となっている。即ち、エンジンＥＣＵ２２には、クランクポジションセンサ２１が検出したクランク角度が入力されており、このエンジンＥＣＵ２２は、クランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、エンジンＥＣＵ２２には、アクセルポジションセンサ６４が検出したアクセル開度が入力されており、このエンジンＥＣＵ２２は、アクセル開度及びエンジン回転数に基づいて燃料噴射量を決定している。そして、エンジンＥＣＵ２２は、燃料ポンプ４４を制御してデリバリパイプ４２内の燃圧を所定値に維持し、インジェクタ４１を駆動制御することで、所定の噴射時期に所定量の燃料を燃焼室３１に噴射することができる。
【００４１】
また、エンジンＥＣＵ２２は、アクセル開度に基づいて電動アシストターボ過給機４７を駆動制御し、ＤＥ１１の出力調整を可能としている。更に、エンジンＥＣＵ２２は、エンジン運転状態に応じて高圧ＥＧＲ装置５３及び低圧ＥＧＲ装置５４を駆動制御している。即ち、所定の運転状態で、各ＥＧＲ弁５６，５９を開閉することで、高圧の排気ガスまたは低圧の排気ガスをＥＧＲ通路５５，５８を通して吸気系にＥＧＲガスとして循環し、燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制する。
【００４２】
更に、エンジンＥＣＵ２２は、所定時期に排気浄化装置５０を構成する第１触媒５１及び第２触媒５２を再生するようにしている。即ち、第１触媒５１の下流側には、排気ガスの温度を測定する第１温度センサ６５が設けられると共に、第２触媒５２の下流側には、排気ガスの温度を測定する第２温度センサ６６が設けられている。また、排気浄化装置５０に流入する排気ガスの圧力と排気浄化装置５０から排出される排気ガスの圧力との差圧を検出する差圧センサ６７が設けられている。
【００４３】
従って、ＤＥ１１がリーン空燃比で運転されているときに、第１触媒５１及び第２触媒５２は排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。そして、この第１触媒５１及び第２触媒５２のＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したとき、エンジンＥＣＵ２２は燃料添加弁６１を制御し、排気ポート３３に所定量の燃料を還元剤として噴射する。すると、排気管４６を通して第１触媒５１及び第２触媒５２に燃料が供給されると、酸化反応により排気ガス中の酸素濃度が低下することで各触媒５１，５２に吸蔵されたＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘと燃料が反応して還元し、排気ガスが浄化されることで、第１触媒５１及び第２触媒５２が再生される。
【００４４】
この場合、第１触媒５１及び第２触媒５２は、吸蔵したＮＯｘを放出し、このＮＯｘを燃料によって還元できる活性温度領域が設定されており、各触媒５１，５２がこの活性温度領域にあるとき、エンジンＥＣＵ２２は再生制御を実行する。即ち、エンジンＥＣＵ２２は、第１温度センサ６５が検出した排気ガス温度がこの活性温度領域にあるとき、燃料添加弁６１により所定量の燃料を噴射し、第１触媒５１及び第２触媒５２の再生制御を実行する。一方、第１温度センサ６５が検出した排気ガス温度がこの活性温度領域にないとき、エンジンＥＣＵ２２は第１触媒５１及び第２触媒５２の昇温制御を実行する。この昇温制御は、例えば、燃料添加弁６１により触媒昇温のために燃料を噴射し、各触媒５１，５２での酸化反応により排気ガス温度を上げて各触媒５１，５２を昇温する。なお、第１触媒５１及び第２触媒５２は、触媒機能が劣化する劣化温度が存在しており、エンジンＥＣＵ２２は、第２温度センサ６６が検出した排気ガス温度がこの劣化温度を超えないかどうかを監視している。また、第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量は、継続しているエンジン運転状態により推定する。
【００４５】
一方、ＤＥ１１がリーン空燃比で運転されているときに、第２触媒５２は排気ガス中のＰＭを捕集する。そして、この第２触媒５２のＰＭ捕集量が所定値に達したとき、エンジンＥＣＵ２２は燃料添加弁６１を制御し、排気ポート３３に所定量の燃料を噴射する。すると、排気管４６を通して第１触媒５１及び第２触媒５２に燃料が供給されると、酸化反応により触媒温度が上昇することで、第２触媒５２に捕集されているＰＭを燃焼して再生される。この場合、エンジンＥＣＵ２２は、差圧センサ６７が検出した排気ガスの圧力差が予め設定された所定値を超えたときに、第２触媒５２に圧力損失が発生してＰＭ捕集量が飽和状態とあると判定し、燃料添加弁６１により所定量の燃料を噴射し、第２触媒５２の再生制御を実行する。
【００４６】
なお、燃料中にはイオウ（Ｓ）成分が含まれており、このＳ成分は酸素と反応して硫黄酸化物（ＳＯｘ）となり、このＳＯｘがＮＯｘの代わりに第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵される。そのため、第２触媒５２が捕集したＰＭを燃焼して再生制御を実行するとき、エンジンＥＣＵ２２は燃料添加弁６１が噴射する燃料量を調整し、第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵されたＳＯｘを除去して再生する。
【００４７】
ところで、ＮＯｘを吸蔵還元する機能を有する第１触媒５１及び第２触媒５２では、燃料を供給して再生するときに比較的多量のＮＯｘが急激に放出されるため、一部のＮＯｘが残留酸素により適正に還元されずに未浄化のＮＯｘとして第１触媒５１及び第２触媒５２から染み出してしまう。また、燃料が排気ガスと共に第１触媒５１及び第２触媒５２へ流れ込むとき、その流速により一部の燃料が第１触媒５１及び第２触媒５２と反応せずにすり抜けてしまう。
【００４８】
そこで、実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置では、ＭＧ１２及びＭＧ１３からなるＥＶ走行時に、燃料添加弁６１から排気ポート３３に所定量の燃料が還元剤として噴射されたとき、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料をこの第１触媒５１及び第２触媒５２に戻す（循環手段）ようにしている。この場合、本実施例では、循環手段として、電動アシストターボ過給機４７と低圧ＥＧＲ装置５４を適用すると共に、第１触媒５１及び第２触媒５２及び低圧ＥＧＲ装置５４の下流側の排気管４６にシャッタバルブ６８を設けている。
【００４９】
従って、ＤＥ１１が停止してＭＧ１２及びＭＧ１３のみによるハイブリッド車両の走行時に、燃料添加弁６１から所定量の燃料を噴射する一方、低圧ＥＧＲ装置５４の低圧ＥＧＲ弁５９を開放すると共に、シャッタバルブ６８を閉止し、この状態で、電動アシストターボ過給機４７を駆動することで、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料を含んだ排気ガスを低圧ＥＧＲ通路５８を通して吸気管３７に戻す。これにより、各触媒５１，５２から流出したＮＯｘ及び燃料の外部流出を阻止しながら、第１触媒５１及び第２触媒５２にて、流出したＮＯｘが燃料により確実に浄化される。
【００５０】
なお、ＤＥ１１を停止してＭＧ１２，ＭＧ１３のみによるハイブリッド車両の走行時に、排気ガスを排気系から吸気系に戻して燃焼室３１を通して各触媒５１，５２に戻す場合、ＤＥ１１におけるいずれかの気筒が、排気行程後期と吸気行程前期とが所定期間重なるオーバーラップ期間となる位置でＤＥ１１を停止させることが望ましい。この場合、エンジンＥＣＵ２２は、クランク角センサ２１が検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別しており、この検出信号に基づいて気筒のオーバーラップ期間を把握し、所定の時期に燃料噴射を停止すればよい。
【００５１】
ここで、実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置によるＮＯｘ還元処理の制御を図２のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【００５２】
実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置によるＮＯｘ還元処理の制御において、図２に示すように、ステップＳ１１にて、排気浄化装置５０におけるＮＯｘ還元処理の開始条件が成立したかどうかを判定する。この場合、エンジンＥＣＵ２２は、ＤＥ１１が運転を開始してからエンジン運転状態に基づいて排気浄化装置５０における各触媒５１，５２のＮＯｘ吸蔵量を検出しており、現在のＮＯｘ吸蔵量が、各触媒５１，５２のＮＯｘ飽和量に基づいて設定された判定値を超えたかどうかを判定することで、排気浄化装置５０のＮＯｘ還元処理の開始条件が成立したかどうかを判定する。このステップＳ１１にて、現在のＮＯｘ吸蔵量が判定値を超えてなれれば、排気浄化装置５０のＮＯｘ還元処理をまだ開始すべきでないと判定し、何もしないでこのルーチンを抜ける。
【００５３】
また、ステップＳ１１で、現在のＮＯｘ吸蔵量が判定値を超えていれば、排気浄化装置５０のＮＯｘ還元処理を開始すべきとしてステップＳ１２に移行する。このステップＳ１２では、ハイブリッド車両がＭＧ１１及びＭＧ１２のみによるＥＶ走行条件が成立しているかどうかを判定する。ここで、ＥＶ走行条件が成立していなければ、ステップＳ１３に移行し、ここで、エンジン走行でのＮＯｘ還元処理制御を実行する。
【００５４】
一方、ステップＳ１２にて、ハイブリッド車両のＥＶ走行条件が成立していたら、ステップＳ１４以降で、ＤＥ１１を停止したＥＶ走行でＮＯｘ還元処理制御を実行する。このステップＳ１４にて、第１温度センサ６５が検出した排気ガス温度Ｔが触媒活性温度Ｔｇより高いかどうかを判定し、排気ガス温度Ｔが触媒活性温度Ｔｇ以下のときには、ステップＳ１５にて、触媒昇温制御を実行する。即ち、燃料添加弁６１により所定量の燃料を噴射し、第１触媒５１及び第２触媒５２での酸化反応により排気ガス温度を上げて各触媒５１，５２を昇温する。
【００５５】
そして、第１触媒５１及び第２触媒５２が昇温されて、ステップＳ１４で排気ガス温度Ｔが触媒活性温度Ｔｇより高いと判定されたら、ステップＳ１６にて、まず、燃料添加弁６１により各触媒５１，５２が吸蔵したＮＯｘを還元処理可能な量の燃料を噴射する。次に、ステップＳ１７にて、ＤＥ１１における各インジェクタ４１からの燃料噴射をやめることでＤＥ１１を停止した後、ステップＳ１８にて、低圧ＥＧＲ装置５４における低圧ＥＧＲ弁５９を開放する一方、スロットルバルブ３９及びシャッタバルブ６８を閉止し、ステップＳ１９にて、ＥＶ走行を開始する。
【００５６】
続いて、ステップＳ２０では、電動アシストターボ過給機４７を駆動し、ステップＳ２１にて、還元処理タイマのカウントアップを開始してから、ステップＳ２２にて、燃料添加弁６１が排気ポート３３に噴射した燃料の到達位置を推定する。この場合、エンジンＥＣＵ（通過時期推定手段）２２は、吸気系や排気系の通路容積及び長さ、電動アシストターボ過給機４７の駆動力などにより噴射燃料の流速を推定し、燃料が排気浄化装置５０を通過する時期を推定している。そのため、ステップＳ２３では、燃料の到達位置（通過時期）が排気浄化装置５０にないときには、ステップＳ２４で、電動アシストターボ過給機４７を高回転で駆動する一方、燃料の到達位置（通過時期）が排気浄化装置５０の近傍であるときには、ステップＳ２５で電動アシストターボ過給機４７を低回転で駆動する。
【００５７】
ＤＥ１１がリーン空燃比で運転されているときに、第１触媒５１及び第２触媒５２は排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。そして、この第１触媒５１及び第２触媒５２のＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したとき、ＤＥ１１を停止した状態で、燃料添加弁６１により排気ポート３３に所定量の燃料を噴射する。すると、燃料が排気管４６を通して第１触媒５１及び第２触媒５２に供給され、酸化反応により排気ガス中の酸素濃度が低下することで各触媒５１，５２に吸蔵されたＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘと燃料が反応して還元し、排気ガスが浄化される。
【００５８】
この場合、第１触媒５１及び第２触媒５２から微量のＮＯｘ及び燃料が流出するが、この流出したＮＯｘ及び燃料は、排気管４６の下流側端部がシャッタバルブ６８により閉止されているために外部に排出されず、電動アシストターボ過給機４７の駆動力により低圧ＥＧＲ通路５８により吸気管３７に戻され、吸気系及び排気系を所定時間循環することとなる。このとき、前述したように、燃料添加弁６１が噴射した燃料の到達位置が排気浄化装置５０にないときには、電動アシストターボ過給機４７を高回転で駆動し、排気浄化装置５０の近傍であるときには、電動アシストターボ過給機４７を低回転で駆動するため、燃料が排気浄化装置５０内を移動する空間速度が低下し、ＮＯｘ還元処理時間を長くして処理効率を向上できる。従って、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料の外部流出を阻止しながら、この第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵したＮＯｘが燃料を用いて確実に浄化される。
【００５９】
そして、ステップＳ２６では、還元処理タイマのカウント時間が、予め設定された処理時間を経過したかどうかを判定し、還元処理タイマのカウント時間がこの処理時間を経過したら、ステップＳ２７にて、電動アシストターボ過給機４７を停止し、ステップＳ２８にて、低圧ＥＧＲ弁５９を閉止する一方、スロットルバルブ３９及びシャッタバルブ６８を開放し、ステップＳ２９にて、還元処理タイマのカウントをクリアする。なお、ステップＳ２６で説明した処理時間とは、ＮＯｘを吸蔵して飽和状態となった第１触媒５１及び第２触媒５２を燃料により完全に再生できる時間であり、予め実験等により求めておく。
【００６０】
このように実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置にあっては、排気管４６に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して還元可能な第１触媒５１及び第２触媒５２からなる排気浄化装置５０を設けると共に、各触媒５１，５２に還元剤としての燃料を供給する燃料添加弁６１を設け、ＤＥ１１を停止したＭＧ１２及びＭＧ１３によるＥＶ走行時に、燃料添加弁６１から排気ポート３３に所定量の燃料が噴射されたとき、低圧ＥＧＲ装置における低圧ＥＧＲ弁５９を開放すると共にシャッタバルブ６８を閉止した状態で、電動アシストターボ過給機を駆動することで、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料を低圧ＥＧＲ通路５８を通して吸気管３７に戻し、この第１触媒５１及び第２触媒５２に循環させるようにしている。
【００６１】
従って、ＤＥ１１が停止し、ＭＧ１２及びＭＧ１３のみによるハイブリッド車両の走行時に、燃料添加弁６１から所定量の燃料が噴射されると、酸素濃度が低下することで各触媒５１，５２からＮＯｘが放出され、この放出されたＮＯｘが燃料と反応して還元され、このとき、一部の未浄化ＮＯｘや還元剤が各触媒５１，５２から流出されるが、この流出したＮＯｘや燃料含んだ排気ガスは、電動アシストターボ過給機４７により低圧ＥＧＲ通路５８を通して吸気管３７に戻され、再び各触媒５１，５２に戻されることとなる。その結果、各触媒５１，５２から流出した未浄化ＮＯｘや燃料が外部に排出されることはなく、且つ、流出した未浄化ＮＯｘがすり抜けた燃料により触媒５１，５２で再び浄化処理されることとなり、触媒５１，５２の下流側に未浄化ＮＯｘやすり抜けた燃料を処理する補助的な触媒が不要となり、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上して排気浄化効率を向上することができる。
【００６２】
また、燃料を噴射した後、低圧ＥＧＲ弁５９を開放すると共にシャッタバルブ６８を閉止し、電動アシストターボ過給機を駆動して第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料を低圧ＥＧＲ通路５８を通して吸気管３７に戻し、再び第１触媒５１及び第２触媒５２に循環させるとき、エンジンＥＣＵ２２は、噴射された燃料の到達位置を推定し、燃料の到達位置が排気浄化装置５０にないときは、電動アシストターボ過給機４７を高回転で駆動する一方、燃料の到達位置が排気浄化装置５０の近傍であるときには、電動アシストターボ過給機４７を低回転で駆動する。
【００６３】
従って、燃料が排気浄化装置５０を移動する空間速度が低下し、触媒５１，５２でのＮＯｘ還元処理時間が長くなって処理効率を向上することができ、その結果、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料の外部流出を阻止しながら、この第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵されたＮＯｘをこの燃料を用いて確実に浄化処理することができる。
【実施例２】
【００６４】
図４は、本発明の実施例２に係るハイブリッド車両における排気浄化装置の概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６５】
実施例２のハイブリッド車両における排気浄化装置において、図４に示すように、排気管４６には、第１触媒５１と第２触媒５２とからなる排気浄化装置５０が設けられており、第１触媒５１は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、第２触媒５２は、パティキュレートフィルタを有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒である。そして、排気ポート３３に燃料（還元剤）を噴射する燃料添加弁６１がシリンダヘッドに設けられており、第１触媒５１及び第２触媒５２のＮＯｘ吸蔵量が飽和量となったとき、この燃料添加弁６１により燃料を噴射することで、排気ガス中の酸素濃度を低下して吸蔵したＮＯｘを放出し、この放出したＮＯｘを燃料により還元するようにしている。
【００６６】
また、実施例２のハイブリッド車両における排気浄化装置では、ＭＧ１２及びＭＧ１３からなるＥＶ走行時に、燃料添加弁６１から排気ポート３３に所定量の燃料が還元剤として噴射されたとき、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料をこの第１触媒５１及び第２触媒５２に戻す（循環手段）ようにしている。この場合、本実施例では、循環手段として、排気管４６における排気浄化装置５０の上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連結する循環通路７１を設けると共に、排気浄化装置５０と排気管４６とを遮断すると共にこの循環通路７１と連通する切換バルブ７２，７３と設け、また、この循環通路７１に電動ポンプ７４を設けている。
【００６７】
即ち、排気管４６には、排気浄化装置５０をバイパスするように循環通路７１が設けられており、排気管４６における排気浄化装置５０の上流側と循環通路７１の上流端部に第１切換バルブ７２が設けられる一方、排気管４６における排気浄化装置５０の下流側と循環通路７１の下流端部に第２切換バルブ７２が設けられている。そして、循環通路７１に電動ポンプ７４が設けられている。この各切換バルブ７２，７３及び電動ポンプ７４は、エンジンＥＣＵ２２により駆動制御可能であり、通常時、各切換バルブ７２，７３により排気管４６と排気浄化装置５０とを開放しており、所定時に、各切換バルブ７２，７３を作動することで排気管４６と排気浄化装置５０とを遮断すると共に、排気浄化装置５０と循環通路７１を連通し、電動ポンプ７４を駆動することで、排気ガスを排気浄化装置５０及び循環通路７１で形成されたループ通路内で循環させることができる。
【００６８】
従って、ＤＥ１１が停止してＭＧ１２及びＭＧ１３のみによるハイブリッド車両のＥＶ走行時に、燃料添加弁６１から所定量の燃料を噴射し、噴射した燃料が排気浄化装置５０に到達したことが推定されたら、各切換バルブ７２，７３により排気管４６と排気浄化装置５０とを遮断すると共に、排気浄化装置５０と循環通路７１を連通してループ通路を形成する。すると、燃料が第１触媒５１及び第２触媒５２に到達し、酸化反応により排気ガス中の酸素濃度が低下することで各触媒５１，５２に吸蔵されたＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘと燃料が反応して還元し、排気ガスが浄化される。
【００６９】
この場合、第１触媒５１及び第２触媒５２から微量の未浄化のＮＯｘ及び燃料が流出するが、この流出したＮＯｘ及び燃料は、排気管４６における排気浄化装置５０の下流側が切換バルブ７３により循環通路７１に連通されているために外部に排出されることはない。そして、各切換バルブ７２，７３により排気浄化装置５０と循環通路７１とのよりループ通路が形成されているため、電動ポンプ７４を駆動することで、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料を含んだ排気ガスが循環通路７１を通して再び第１触媒５１及び第２触媒５２にもどされることとなる。そのため、各触媒５１，５２から流出したＮＯｘ及び燃料の外部流出を阻止しながら、第１触媒５１及び第２触媒５２にて燃料により流出したＮＯｘが確実に浄化される。
【００７０】
また、前述した実施例１と同様に、燃料が排気浄化装置５０及び循環通路７１を循環するとき、この燃料の到達位置が排気浄化装置５０にないときには、電動ポンプ７４を高回転で駆動し、排気浄化装置５０の近傍であるときには、電動ポンプ７４を低回転で駆動することで、燃料が排気浄化装置５０内を移動する空間速度が低下し、ＮＯｘ還元処理時間を長くして処理効率を向上できる。従って、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料の外部流出を阻止しながら、この第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵したＮＯｘが燃料を用いて確実に浄化される。
【００７１】
このように実施例２のハイブリッド車両における排気浄化装置にあっては、排気管４６に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して還元可能な第１触媒５１及び第２触媒５２からなる排気浄化装置５０を設けると共に、各触媒５１，５２に還元剤としての燃料を供給する燃料添加弁６１を設け、排気管４６における排気浄化装置５０の上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連結する循環通路７１を設けると共に、排気浄化装置５０と排気管４６とを遮断すると共にこの循環通路７１と連通する切換バルブ７２，７３とを設け、この循環通路７１に電動ポンプ７４を設けている。
【００７２】
従って、ＤＥ１１が停止し、ＭＧ１２及びＭＧ１３のみによるハイブリッド車両のＥＶ走行時に、燃料添加弁６１から所定量の燃料が噴射されて排気浄化装置５０に到達すると、各切換バルブ７２，７３により排気管４６と排気浄化装置５０とを遮断すると共に、排気浄化装置５０と循環通路７１を連通してループ通路を形成し、電動ポンプ７４を駆動する。すると、燃料が第１触媒５１及び第２触媒５２に到達し、酸化反応により排気ガス中の酸素濃度が低下することで各触媒５１，５２に吸蔵されたＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘが燃料と反応して還元され、このとき、一部の未浄化ＮＯｘや還元剤が各触媒５１，５２から流出されるが、この流出したＮＯｘや燃料含んだ排気ガスは、電動ポンプ７４により循環通路７１を通して再び各触媒５１，５２に戻されることとなる。その結果、各触媒５１，５２から流出した未浄化ＮＯｘや燃料が外部に排出されることはなく、且つ、流出した未浄化ＮＯｘがすり抜けた燃料により触媒５１，５２で再び浄化処理されることとなり、触媒５１，５２の下流側に未浄化ＮＯｘやすり抜けた燃料を処理する補助的な触媒が不要となり、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上して排気浄化効率を向上することができる。
【００７３】
なお、上述した各実施例では、還元剤供給手段としての燃料添加弁６１をシリンダヘッドに設け、燃料を排気ポート３３に噴射するようにしたが、装着位置はここに限らず、排気浄化装置５０の上流側の排気系であればよい。前述した実施例２の場合、排気管４６における排気浄化装置５０の上流側と循環通路７１の上流端部に、第１切換バルブ７２とほぼ同位置に設けることで、第１触媒５１及び第２触媒５２の再生時に、各切換バルブ７１，７２を切り換えてから還元剤としての燃料を噴射することで、噴射された燃料の到達位置を推定する必要がなくなり、浄化効率を更に向上することができる。
【００７４】
また、各実施例では、排気浄化装置５０を、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としての第１触媒５１と、パティキュレートフィルタを有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としての第２触媒５２とで構成したが、第１触媒は酸化触媒であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明に係るハイブリッド車両における排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘ及び還元剤を再び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に循環して処理するものであり、内燃機関と電気モータとを動力源として走行可能なハイブリッド車両に適用して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例１に係るハイブリッド車両における排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置によるＮＯｘ還元処理を表すフローチャートである。
【図３】実施例１の排気浄化装置が適用されたハイブリッド車両を表す概略構成図である。
【図４】本発明の実施例２に係るハイブリッド車両における排気浄化装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７７】
１１ ディーゼルエンジン、ＤＥ（内燃機関）
１２，１３ モータジェネレータ、ＭＧ（電気モータ）
１４ 動力分配機構（プラネタリギヤユニット）
１９ バッテリ
２２ エンジンＥＣＵ（通過時期推定手段）
２７ モータＥＣＵ
２８ メインＥＣＵ
２９ バッテリＥＣＵ
３７ 吸気管（吸気通路）
３９ スロットルバルブ
４６ 排気管（排気通路）
４７ 電動アシストターボ過給機（循環手段）
５０ 排気浄化装置
５１ 第１触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
５２ 第２触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
５４ 低圧再循環（ＥＧＲ）装置
５８ 低圧再循環（ＥＧＲ）通路（循環手段）
５９ 低圧再循環（ＥＧＲ）弁（循環手段）
６１ 燃料添加弁（還元剤供給手段）
６８ シャッタバルブ（循環手段）
７１ 循環通路（循環手段）
７２，７３ 切換バルブ（循環手段）
７４ 電動ポンプ（循環手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と電気モータとを動力源として走行可能なハイブリッド車両において、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が設けられた排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤により還元するようにした吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が既に知られている。即ち、このような吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化装置では、内燃機関がリーン空燃比で運転されているときに、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で吸蔵させ、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したとき、上流側の排気通路に還元剤を噴射する。すると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に排気ガスと共に還元剤が供給され、酸化反応により排気ガス中の酸素濃度が低下することで吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘと還元剤が反応して還元し、排気ガスが浄化される。
【０００３】
ところで、上述した吸蔵還元型ＮＯｘ触媒では、ＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したときに還元剤が供給され、排気ガス中の酸素濃度が低下することで放出されたＮＯｘに対して還元剤が反応して還元される。この場合、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ放出速度は一定ではなく、還元剤が供給されて酸素濃度が低下した直後に比較的多量のＮＯｘが急激に放出され、その後はほぼ一様な比較的低い放出速度でＮＯｘが放出される。そのため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から比較的多量のＮＯｘが放出されるＮＯｘの放出時に、ほとんどのＮＯｘが還元剤と反応して還元されるものの、一部のＮＯｘが残留している酸素により適正に還元されず、未浄化のＮＯｘとして吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から染み出し、ＮＯｘ浄化率が低下してしまう。
【０００４】
また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、放出されたＮＯｘを効果的に還元することができる温度領域を有しており、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を事前に活性化温度に昇温している。ところが、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給すると、酸化反応により吸蔵されているＮＯｘが放出されると共に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が加熱されて活性化温度よりも高い温度となり、ＮＯｘを効果的に還元することができる温度領域から外れてしまう。すると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は放出されたＮＯｘを還元剤により確実に還元することができず、一部のＮＯｘが未浄化のＮＯｘとして吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から吐き出され、ＮＯｘ浄化率が低下してしまう。
【０００５】
このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この下記特許文献１に記載された内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を配置し、リーン空燃比運転中に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、吸蔵量が判定値に達したときに、排気通路に還元剤を噴射して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出して還元浄化するものであり、この判定値を還元剤供給直後の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からの吐き出しによる未浄化ＮＯｘ放出量、またはＮＯｘ吸蔵中の染み出しによる浄化ＮＯｘ放出量が予め定めた低い値になるように設定している。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２４０４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１の排気浄化装置では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を還元するときの判定値を、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からの吐き出しによる未浄化ＮＯｘ放出量とＮＯｘ吸蔵中の染み出しによる浄化ＮＯｘ放出量を考慮して設定しており、ＮＯｘ吸蔵量の増大による吐き出しや染み出しによる未浄化ＮＯｘの放出量を低い値に抑制してＮＯｘ浄化率を向上することができる。この場合、事前の実験により吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量と吐き出しによる未浄化ＮＯｘ放出量、ＮＯｘ吸蔵中の染み出しによる浄化ＮＯｘ放出量との関係を求めておき、この関係に基づいて未浄化のＮＯｘ放出量が所定値以下となるＮＯｘ吸蔵量の最大値を求め、これを判定値としている。ところが、このような排気浄化装置では、ＮＯｘの還元処理のために高精度な制御が必要となり、コスト増を招いてしまう。また、この方法であっても、吐き出しや染み出しによる未浄化ＮＯｘ放出量を完全になくすことはできない。
【０００８】
また、上述した排気浄化装置は、吸蔵能力が低下したとき、還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の空隙部を通過したときにその表面に担持された貴金属と接触することで反応し、吸蔵したＮＯｘを放出して還元するものであることから、還元剤と吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とが効率良く接触すると、ＮＯｘの還元効率、つまり、排気ガスの浄化効率が向上する。ところが、還元剤が添加された排気ガスが吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ流れ込むとき、その流速により一部の還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と反応せずにこれをすり抜けて外部排出されてしまう。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、未浄化ＮＯｘや還元剤の流出を防止して吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上することで排気浄化効率の向上を図ったハイブリッド車両における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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のハイブリッド車両における排気浄化装置は、内燃機関と電気モータとを動力源として走行可能なハイブリッド車両において、前記内燃機関の排気通路に設けられて排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して還元可能な吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記電気モータによる車両走行時にて前記還元剤供給手段から前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されたときに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘ及び前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をすり抜けた還元剤を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻す循環手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
従って、内燃機関による走行から電気モータによる走行に切り換ったとき、還元剤供給手段から吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されると、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で還元剤が反応してＮＯｘが還元され、一部の未浄化ＮＯｘや還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出されるが、内燃機関が停止された状態で、循環手段により吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘや吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からすり抜けた還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻されることとなり、この流出した未浄化ＮＯｘがすり抜けた還元剤により吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で再び浄化処理されるため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流側に補助的な触媒を設ける必要はなく、その結果、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上して排気浄化効率を向上することができる。
【００１２】
本発明のハイブリッド車両における排気浄化装置では、前記循環手段は、吸気通路及び前記排気通路に設けられた電動アシストターボ過給機と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流側の前記排気通路と前記電動アシストターボ過給機より上流側の前記吸気通路とを連結する排気ガス再循環通路と、該排気ガス再循環通路に設けられた排気ガス再循環バルブと、前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたシャッタバルブとを有し、前記排気ガス再循環バルブにより前記排気ガス再循環通路を開放すると共に、前記シャッタバルブにより前記排気通路を閉止した状態で、前記電動アシストターボ過給機を駆動することで、ＮＯｘ及び還元剤を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻すことを特徴としている。
【００１３】
従って、内燃機関による走行から電気モータによる走行に切り換ったとき、シャッタバルブを閉弁して電動アシストターボ過給機を駆動することで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘや吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からすり抜けた還元剤を含んだ排気ガスが、排気ガス再循環通路を通して吸気通路に戻され、この排気ガスが吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で繰り返し浄化処理されることとなり、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上して排気浄化効率を向上することができる。
【００１４】
本発明のハイブリッド車両における排気浄化装置では、前記循環手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連結する循環通路と、前記循環通路に設けられた電動ポンプと、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路及び下流側の排気通路を遮断すると共に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記循環通路とを連通する切換バルブとを有し、前記切換バルブにより前記排気通路を遮断すると共に前記循環通路を連通した状態で前記電動ポンプを駆動することで、ＮＯｘ及び還元剤を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻すことを特徴としている。
【００１５】
従って、内燃機関による走行から電気モータによる走行に切り換ったとき、切換バルブにより吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路と下流側の排気通路を遮断すると共に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と循環通路とを連通し、電動ポンプを駆動することで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘや吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からすり抜けた還元剤を含んだ排気ガスが、循環通路により吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻されて繰り返し浄化処理されることとなり、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上して排気浄化効率を向上することができる。
【００１６】
本発明のハイブリッド車両における排気浄化装置では、前記電気モータによる車両走行時にて前記還元剤供給手段から前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されたとき、この還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を通過する時期を推定する通過時期推定手段を設け、前記通過時期推定手段が推定した還元剤の通過時期に、前記電動アシストターボ過給機または前記電動ポンプを予め設定した所定の低回転数で駆動する一方、前記通過時期以外の時期に、前記電動アシストターボ過給機または前記電動ポンプを予め設定した所定の高回転数で駆動することを特徴としている。
【００１７】
従って、還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を通過する時期には、電動アシストターボ過給機または前記電動ポンプを低回転数で駆動することで、そのときの空間速度が低下し、還元剤により吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘを効率良く還元することができ、一方、還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒以外を通過する時期には、電動アシストターボ過給機または電動ポンプを高回転数で駆動することで、還元剤を早期に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に移行させることができ、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上して排気浄化効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のハイブリッド車両における排気浄化装置によれば、内燃機関または電気モータにより走行可能とし、内燃機関を停止して電気モータによる走行時に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出した未浄化ＮＯｘや還元剤を循環手段によりこの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻すため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流側に補助的な触媒を設けることなく、未浄化ＮＯｘや還元剤の流出を確実に防止することができ、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上することで排気浄化効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明に係るハイブリッド車両における排気浄化装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両における排気浄化装置の概略構成図、図２は、実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置によるＮＯｘ還元処理を表すフローチャート、図３は、実施例１の排気浄化装置が適用されたハイブリッド車両を表す概略構成図である。
【００２１】
実施例１の排気浄化装置が搭載された車両は、内燃機関と電気モータの２種類の動力源を組み合わせて使用するパワートレーンを有するハイブリッド車両である。まず、実施例１の排気浄化装置が搭載されたハイブリッド車両について説明する。
【００２２】
実施例１のハイブリッド車両において、図３に示すように、車両には、動力源として、内燃機関としてのディーゼルエンジン（ＤＥ）１１と電気モータとしてのモータジェネレータ（ＭＧ）１２が搭載されており、また、この車両には、ＤＥ１１の出力を受けて発電を行うモータジェネレータ（ＭＧ）１３も搭載されている。これらのＤＥ１１とＭＧ１２とＭＧ１３は、動力分割機構１４によって接続されている。この動力分割機構１４は、ＤＥ１１の出力をＭＧ１３と駆動輪１５とに振り分けると共に、ＭＧ１２からの出力を駆動輪１５に伝達したり、減速機１６及び駆動軸１７を介して駆動輪１５に伝達される駆動力に関する変速機として機能する。
【００２３】
ＭＧ１２は交流同期電動機であり、交流電力によって駆動する。インバータ１８は、バッテリ１９に蓄えられた電力を直流から交流に変換してＭＧ１２に供給すると共に、ＭＧ１３によって発電される電力を交流から直流に変換してバッテリ１９に蓄えるためのものである。ＭＧ１３も、基本的には上述したＭＧ１２とほぼ同様の構成を有しており、交流同期電動機としての構成を有している。この場合、ＭＧ１２が主として駆動力を出力するのに対し、ＭＧ１３は主としてＤＥ１１の出力を受けて発電するものである。
【００２４】
また、ＭＧ１２は主として駆動力を発生させるが、駆動輪１５の回転を利用して発電（回生発電）することもでき、発電機として機能することも可能である。このとき、駆動輪１５にはブレーキ（回生ブレーキ）が作用するので、これをフットブレーキやエンジンブレーキと併用することにより、車両を制動させることができる。一方、ＭＧ１３は主としてＤＥ１１の出力を受けて発電をするが、インバータ１８を介してバッテリ１９の電力を受けて駆動する電動機としても機能することができる。
【００２５】
ＤＥ１１のクランクシャフト２０には、ピストン位置及びエンジン回転数を検出するクランクポジションセンサ２１が設けられている。このクランクポジションセンサ２１は、エンジンＥＣＵ２２に接続され、検出結果を出力している。また、ＭＧ１２及びＭＧ１３の各駆動軸２３，２４には、それぞれの回転位置及び回転数を検出する回転数センサ２５，２６が設けられている。各回転数センサ２５，２６は、それぞれモータＥＣＵ２７に接続され、検出結果を出力している。
【００２６】
上述した動力分割機構１４は、プラネタリギヤユニットにより構成されている。即ち、この動力分割機構（プラネタリギヤユニット）１４は、図示しないが、サンギヤと、このサンギヤの周囲に配置されたプラネタリギヤと、このプラネタリギヤのさらに外周に配置されたリングギヤと、プラネタリギヤを保持するギヤキャリアとから構成されている。そして、ＤＥ１１のクランクシャフト２０が中心軸を介してギヤキャリアに結合されており、ＤＥ１１の出力はプラネタリギヤユニット１４のギヤキャリアに入力される。また、ＭＧ１２は内部にステータとロータを有しており、このロータがリングギヤに結合され、ロータ及びリングギヤは減速機１６に結合されている。この減速機１６は、ＭＧ１２からプラネタリギヤユニット１４のリングギヤに入力された出力を駆動軸１７に伝達するものであり、ＭＧ１２は駆動軸１７と常時接続された状態となっている。
【００２７】
また、ＭＧ１３はＭＧ１２と同様に、内部にステータとロータを有しており、このロータがサンギヤに結合されている。つまり、ＤＥ１１の出力は、プラネタリギヤユニット１４で分割され、サンギヤを介してＭＧ１３のロータに入力される。また、ＤＥ１１の出力は、プラネタリギヤユニット１４で分割され、リングギヤなどを介して駆動軸１７にも伝達可能となっている。
【００２８】
そして、ＭＧ１３の発電量を制御してサンギヤの回転を制御することにより、プラネタリギヤユニット１４全体を無断変速機として用いることができる。即ち、ＤＥ１１またはＭＧ１２の出力は、プラネタリギヤユニット１４によって変速された後に駆動軸１７に出力される。また、ＭＧ１３の発電量（モータとして機能する場合は電力消費量）を制御してＤＥ１１の回転数を制御することもできる。なお、ＭＧ１２、ＭＧ１３の回転数を制御する場合は、回転センサ２５，２６の出力を参照してモータＥＣＵ２７がインバータ１８を制御することにより行われることとなり、これによりＤＥ１１の回転数も制御可能である。
【００２９】
上述した各種制御は、複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御される。ハイブリッド車両として特徴的なＤＥ１１による駆動とＭＧ１２及びＭＧ１３による駆動とは、メインＥＣＵ２８によって総合的に制御される。即ち、メインＥＣＵ２８によりＤＥ１１の出力とＭＧ１２及びＭＧ１３による出力の配分が決定され、ＤＥ１１、ＭＧ１２及びＭＧ１３を制御すべく、各制御指令がエンジンＥＣＵ２２及びモータＥＣＵ２７に出力される。
【００３０】
また、エンジンＥＣＵ２２及びモータＥＣＵ２７は、ＤＥ１１、ＭＧ１２及びＭＧ１３の情報をメインＥＣＵ２８にも出力している。このメインＥＣＵ２８には、バッテリ１９を制御するバッテリＥＣＵ２９やブレーキを制御するブレーキＥＣＵ３０にも接続されている。このバッテリＥＣＵ２９はバッテリ１９の充電状態を監視し、充電量が不足した場合には、メインＥＣＵ２８に対して充電要求指令を出力する。充電要求を受けたメインＥＣＵ２８はバッテリ１９に充電をするようにＭＧ１３を発電させる制御を行う。ブレーキＥＣＵ３０は車両の制動を司っており、メインＥＣＵ２８と共にＭＧ１２による回生ブレーキを制御する。
【００３１】
本実施例のハイブリッド車両は、上述したように構成されているので、ハイブリッド車両を運行している間に車両全体で要求される必要出力をＤＥ１１とＭＧ１２（ＭＧ１３）とに配分することにより、ＤＥ１１の運転状態を所望の運転状態に制御しつつ、車両全体で要求される出力をも満たすことが可能となっている。
【００３２】
次に、上述した実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置について説明する。実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置において、図１に示すように、内燃機関としてのディーゼルエンジン（ＤＥ）１１は、図示しないが、シリンダブロック上にシリンダヘッドが締結されており、複数のシリンダボアにピストンがそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロックの下部にクランクケースが締結され、このクランクケース内にクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストンはコネクティングロッドを介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。
【００３３】
シリンダブロックとシリンダヘッドとピストンにより複数の燃焼室３１が構成されており、この燃焼室３１は、上部に吸気ポート３２及び排気ポート３３が対向して形成されており、この吸気ポート３２及び排気ポート３３に対して吸気弁３４及び排気弁３５の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁３４及び排気弁３５は、シリンダヘッドに軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート３２及び排気ポート３３を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッドには、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが回転自在に支持されており、吸気カム及び排気カムがローラロッカアームを介して吸気弁３２及び排気弁３３の上端部に接触している。
【００３４】
従って、ＤＥ１１に同期して吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが回転すると、吸気カム及び排気カムがローラロッカアームを作動させ、吸気弁３４及び排気弁３５が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート３２及び排気ポート３３を開閉し、吸気ポート３２と燃焼室３１、燃焼室３１と排気ポート３３とをそれぞれ連通することができる。
【００３５】
吸気ポート３２には、インテークマニホールド３６を介して吸気管（吸気通路）３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の下流側にスロットルバルブ３９が設けられている。そして、シリンダヘッドには、各燃焼室３１に燃料としての軽油を高圧で噴射可能なインジェクタ４１がそれぞれ装着されている。各インジェクタ４１は、デリバリパイプ４２及び燃料供給管４３を介して燃料ポンプ４４に連結されており、この燃料ポンプ４４はＤＥ１１によって駆動される。一方、排気ポート３３には、エギゾーストマニホールド４５を介して排気管（排気通路）４６が連結されている。
【００３６】
また、吸気管３７及び排気管４６には、電動アシストターボ過給機（ＭＡＴ）４７が設けられている。この電動アシストターボ過給機４７は、吸気管３７に設けられたコンプレッサ４７ａと排気管４６に設けられたタービン４７ｂとが駆動軸４７ｃにより一体に連結されてなり、駆動モータ４８により強制的に駆動することができる。そして、この電動アシストターボ過給機４７におけるコンプレッサ４７ａの下流側の吸気管３７には、このコンプレッサ４７ａにより過給されて温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ４９が設けられている。
【００３７】
排気管４６には、排気ガス中に含まれる有害物質を浄化処理する排気浄化装置５０が設けられており、この排気浄化装置５０は、第１触媒５１と第２触媒５２とが直列に配設されて構成されている。第１触媒５１は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤としての燃料（本実施例では、軽油）により還元するものである。第２触媒５２は、パティキュレートフィルタを有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、排気ガス中の微粒子（ＰＭ：パティキュレート）、特に、黒煙を捕集すると共に、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した燃料により還元するものである。
【００３８】
ＤＥ１１には、高圧の排気ガスを吸気系に戻す高圧排気再循環(ＥＧＲ)装置５３と、低圧の排気ガスを吸気系に戻す低圧排気再循環(ＥＧＲ)装置５４が設けられている。高圧ＥＧＲ装置５３は、エギゾーストマニホールド４５とインテークマニホールド３６の直前の吸気管３７とを連結して高圧の排気ガスの一部を吸気系へ再循環させる高圧ＥＧＲ通路５５と、この高圧ＥＧＲ通路５５に設けられた高圧ＥＧＲ弁５６と、高圧ＥＧＲ通路５５に設けられて高圧の排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ５７とから構成されている。低圧ＥＧＲ装置５４は、排気浄化装置５１の下流側の排気管４６とスロットルバルブ３９の下流側で電動アシストターボ過給機４７におけるコンプレッサ４７ａの上流側の吸気管３７とを連結して低圧の排気ガスの一部を吸気系へ再循環させる低圧ＥＧＲ通路５８と、この低圧ＥＧＲ通路５８に設けられた低圧ＥＧＲ弁５９と、低圧ＥＧＲ通路５８に設けられて低圧の排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ６０とから構成されている。
【００３９】
また、第１触媒５１及び第２触媒５２は、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯｘを放出し、この放出したＮＯｘを燃料により還元するものであることから、排気ポート３３に燃料（還元剤）を噴射する燃料添加弁６１がシリンダヘッドに設けられている。そして、この燃料添加弁６１は、燃料供給管６２を介して燃料ポンプ４４に連結されており、この燃料供給管６２には開閉弁６３が設けられている。
【００４０】
ところで、エンジンＥＣＵ２２は、ＤＥ１１の各種機器を制御可能となっている。即ち、エンジンＥＣＵ２２には、クランクポジションセンサ２１が検出したクランク角度が入力されており、このエンジンＥＣＵ２２は、クランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、エンジンＥＣＵ２２には、アクセルポジションセンサ６４が検出したアクセル開度が入力されており、このエンジンＥＣＵ２２は、アクセル開度及びエンジン回転数に基づいて燃料噴射量を決定している。そして、エンジンＥＣＵ２２は、燃料ポンプ４４を制御してデリバリパイプ４２内の燃圧を所定値に維持し、インジェクタ４１を駆動制御することで、所定の噴射時期に所定量の燃料を燃焼室３１に噴射することができる。
【００４１】
また、エンジンＥＣＵ２２は、アクセル開度に基づいて電動アシストターボ過給機４７を駆動制御し、ＤＥ１１の出力調整を可能としている。更に、エンジンＥＣＵ２２は、エンジン運転状態に応じて高圧ＥＧＲ装置５３及び低圧ＥＧＲ装置５４を駆動制御している。即ち、所定の運転状態で、各ＥＧＲ弁５６，５９を開閉することで、高圧の排気ガスまたは低圧の排気ガスをＥＧＲ通路５５，５８を通して吸気系にＥＧＲガスとして循環し、燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制する。
【００４２】
更に、エンジンＥＣＵ２２は、所定時期に排気浄化装置５０を構成する第１触媒５１及び第２触媒５２を再生するようにしている。即ち、第１触媒５１の下流側には、排気ガスの温度を測定する第１温度センサ６５が設けられると共に、第２触媒５２の下流側には、排気ガスの温度を測定する第２温度センサ６６が設けられている。また、排気浄化装置５０に流入する排気ガスの圧力と排気浄化装置５０から排出される排気ガスの圧力との差圧を検出する差圧センサ６７が設けられている。
【００４３】
従って、ＤＥ１１がリーン空燃比で運転されているときに、第１触媒５１及び第２触媒５２は排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。そして、この第１触媒５１及び第２触媒５２のＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したとき、エンジンＥＣＵ２２は燃料添加弁６１を制御し、排気ポート３３に所定量の燃料を還元剤として噴射する。すると、排気管４６を通して第１触媒５１及び第２触媒５２に燃料が供給されると、酸化反応により排気ガス中の酸素濃度が低下することで各触媒５１，５２に吸蔵されたＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘと燃料が反応して還元し、排気ガスが浄化されることで、第１触媒５１及び第２触媒５２が再生される。
【００４４】
この場合、第１触媒５１及び第２触媒５２は、吸蔵したＮＯｘを放出し、このＮＯｘを燃料によって還元できる活性温度領域が設定されており、各触媒５１，５２がこの活性温度領域にあるとき、エンジンＥＣＵ２２は再生制御を実行する。即ち、エンジンＥＣＵ２２は、第１温度センサ６５が検出した排気ガス温度がこの活性温度領域にあるとき、燃料添加弁６１により所定量の燃料を噴射し、第１触媒５１及び第２触媒５２の再生制御を実行する。一方、第１温度センサ６５が検出した排気ガス温度がこの活性温度領域にないとき、エンジンＥＣＵ２２は第１触媒５１及び第２触媒５２の昇温制御を実行する。この昇温制御は、例えば、燃料添加弁６１により触媒昇温のために燃料を噴射し、各触媒５１，５２での酸化反応により排気ガス温度を上げて各触媒５１，５２を昇温する。なお、第１触媒５１及び第２触媒５２は、触媒機能が劣化する劣化温度が存在しており、エンジンＥＣＵ２２は、第２温度センサ６６が検出した排気ガス温度がこの劣化温度を超えないかどうかを監視している。また、第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量は、継続しているエンジン運転状態により推定する。
【００４５】
一方、ＤＥ１１がリーン空燃比で運転されているときに、第２触媒５２は排気ガス中のＰＭを捕集する。そして、この第２触媒５２のＰＭ捕集量が所定値に達したとき、エンジンＥＣＵ２２は燃料添加弁６１を制御し、排気ポート３３に所定量の燃料を噴射する。すると、排気管４６を通して第１触媒５１及び第２触媒５２に燃料が供給されると、酸化反応により触媒温度が上昇することで、第２触媒５２に捕集されているＰＭを燃焼して再生される。この場合、エンジンＥＣＵ２２は、差圧センサ６７が検出した排気ガスの圧力差が予め設定された所定値を超えたときに、第２触媒５２に圧力損失が発生してＰＭ捕集量が飽和状態とあると判定し、燃料添加弁６１により所定量の燃料を噴射し、第２触媒５２の再生制御を実行する。
【００４６】
なお、燃料中にはイオウ（Ｓ）成分が含まれており、このＳ成分は酸素と反応して硫黄酸化物（ＳＯｘ）となり、このＳＯｘがＮＯｘの代わりに第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵される。そのため、第２触媒５２が捕集したＰＭを燃焼して再生制御を実行するとき、エンジンＥＣＵ２２は燃料添加弁６１が噴射する燃料量を調整し、第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵されたＳＯｘを除去して再生する。
【００４７】
ところで、ＮＯｘを吸蔵還元する機能を有する第１触媒５１及び第２触媒５２では、燃料を供給して再生するときに比較的多量のＮＯｘが急激に放出されるため、一部のＮＯｘが残留酸素により適正に還元されずに未浄化のＮＯｘとして第１触媒５１及び第２触媒５２から染み出してしまう。また、燃料が排気ガスと共に第１触媒５１及び第２触媒５２へ流れ込むとき、その流速により一部の燃料が第１触媒５１及び第２触媒５２と反応せずにすり抜けてしまう。
【００４８】
そこで、実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置では、ＭＧ１２及びＭＧ１３からなるＥＶ走行時に、燃料添加弁６１から排気ポート３３に所定量の燃料が還元剤として噴射されたとき、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料をこの第１触媒５１及び第２触媒５２に戻す（循環手段）ようにしている。この場合、本実施例では、循環手段として、電動アシストターボ過給機４７と低圧ＥＧＲ装置５４を適用すると共に、第１触媒５１及び第２触媒５２及び低圧ＥＧＲ装置５４の下流側の排気管４６にシャッタバルブ６８を設けている。
【００４９】
従って、ＤＥ１１が停止してＭＧ１２及びＭＧ１３のみによるハイブリッド車両の走行時に、燃料添加弁６１から所定量の燃料を噴射する一方、低圧ＥＧＲ装置５４の低圧ＥＧＲ弁５９を開放すると共に、シャッタバルブ６８を閉止し、この状態で、電動アシストターボ過給機４７を駆動することで、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料を含んだ排気ガスを低圧ＥＧＲ通路５８を通して吸気管３７に戻す。これにより、各触媒５１，５２から流出したＮＯｘ及び燃料の外部流出を阻止しながら、第１触媒５１及び第２触媒５２にて、流出したＮＯｘが燃料により確実に浄化される。
【００５０】
なお、ＤＥ１１を停止してＭＧ１２，ＭＧ１３のみによるハイブリッド車両の走行時に、排気ガスを排気系から吸気系に戻して燃焼室３１を通して各触媒５１，５２に戻す場合、ＤＥ１１におけるいずれかの気筒が、排気行程後期と吸気行程前期とが所定期間重なるオーバーラップ期間となる位置でＤＥ１１を停止させることが望ましい。この場合、エンジンＥＣＵ２２は、クランク角センサ２１が検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別しており、この検出信号に基づいて気筒のオーバーラップ期間を把握し、所定の時期に燃料噴射を停止すればよい。
【００５１】
ここで、実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置によるＮＯｘ還元処理の制御を図２のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【００５２】
実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置によるＮＯｘ還元処理の制御において、図２に示すように、ステップＳ１１にて、排気浄化装置５０におけるＮＯｘ還元処理の開始条件が成立したかどうかを判定する。この場合、エンジンＥＣＵ２２は、ＤＥ１１が運転を開始してからエンジン運転状態に基づいて排気浄化装置５０における各触媒５１，５２のＮＯｘ吸蔵量を検出しており、現在のＮＯｘ吸蔵量が、各触媒５１，５２のＮＯｘ飽和量に基づいて設定された判定値を超えたかどうかを判定することで、排気浄化装置５０のＮＯｘ還元処理の開始条件が成立したかどうかを判定する。このステップＳ１１にて、現在のＮＯｘ吸蔵量が判定値を超えてなれれば、排気浄化装置５０のＮＯｘ還元処理をまだ開始すべきでないと判定し、何もしないでこのルーチンを抜ける。
【００５３】
また、ステップＳ１１で、現在のＮＯｘ吸蔵量が判定値を超えていれば、排気浄化装置５０のＮＯｘ還元処理を開始すべきとしてステップＳ１２に移行する。このステップＳ１２では、ハイブリッド車両がＭＧ１１及びＭＧ１２のみによるＥＶ走行条件が成立しているかどうかを判定する。ここで、ＥＶ走行条件が成立していなければ、ステップＳ１３に移行し、ここで、エンジン走行でのＮＯｘ還元処理制御を実行する。
【００５４】
一方、ステップＳ１２にて、ハイブリッド車両のＥＶ走行条件が成立していたら、ステップＳ１４以降で、ＤＥ１１を停止したＥＶ走行でＮＯｘ還元処理制御を実行する。このステップＳ１４にて、第１温度センサ６５が検出した排気ガス温度Ｔが触媒活性温度Ｔｇより高いかどうかを判定し、排気ガス温度Ｔが触媒活性温度Ｔｇ以下のときには、ステップＳ１５にて、触媒昇温制御を実行する。即ち、燃料添加弁６１により所定量の燃料を噴射し、第１触媒５１及び第２触媒５２での酸化反応により排気ガス温度を上げて各触媒５１，５２を昇温する。
【００５５】
そして、第１触媒５１及び第２触媒５２が昇温されて、ステップＳ１４で排気ガス温度Ｔが触媒活性温度Ｔｇより高いと判定されたら、ステップＳ１６にて、まず、燃料添加弁６１により各触媒５１，５２が吸蔵したＮＯｘを還元処理可能な量の燃料を噴射する。次に、ステップＳ１７にて、ＤＥ１１における各インジェクタ４１からの燃料噴射をやめることでＤＥ１１を停止した後、ステップＳ１８にて、低圧ＥＧＲ装置５４における低圧ＥＧＲ弁５９を開放する一方、スロットルバルブ３９及びシャッタバルブ６８を閉止し、ステップＳ１９にて、ＥＶ走行を開始する。
【００５６】
続いて、ステップＳ２０では、電動アシストターボ過給機４７を駆動し、ステップＳ２１にて、還元処理タイマのカウントアップを開始してから、ステップＳ２２にて、燃料添加弁６１が排気ポート３３に噴射した燃料の到達位置を推定する。この場合、エンジンＥＣＵ（通過時期推定手段）２２は、吸気系や排気系の通路容積及び長さ、電動アシストターボ過給機４７の駆動力などにより噴射燃料の流速を推定し、燃料が排気浄化装置５０を通過する時期を推定している。そのため、ステップＳ２３では、燃料の到達位置（通過時期）が排気浄化装置５０にないときには、ステップＳ２４で、電動アシストターボ過給機４７を高回転で駆動する一方、燃料の到達位置（通過時期）が排気浄化装置５０の近傍であるときには、ステップＳ２５で電動アシストターボ過給機４７を低回転で駆動する。
【００５７】
ＤＥ１１がリーン空燃比で運転されているときに、第１触媒５１及び第２触媒５２は排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。そして、この第１触媒５１及び第２触媒５２のＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したとき、ＤＥ１１を停止した状態で、燃料添加弁６１により排気ポート３３に所定量の燃料を噴射する。すると、燃料が排気管４６を通して第１触媒５１及び第２触媒５２に供給され、酸化反応により排気ガス中の酸素濃度が低下することで各触媒５１，５２に吸蔵されたＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘと燃料が反応して還元し、排気ガスが浄化される。
【００５８】
この場合、第１触媒５１及び第２触媒５２から微量のＮＯｘ及び燃料が流出するが、この流出したＮＯｘ及び燃料は、排気管４６の下流側端部がシャッタバルブ６８により閉止されているために外部に排出されず、電動アシストターボ過給機４７の駆動力により低圧ＥＧＲ通路５８により吸気管３７に戻され、吸気系及び排気系を所定時間循環することとなる。このとき、前述したように、燃料添加弁６１が噴射した燃料の到達位置が排気浄化装置５０にないときには、電動アシストターボ過給機４７を高回転で駆動し、排気浄化装置５０の近傍であるときには、電動アシストターボ過給機４７を低回転で駆動するため、燃料が排気浄化装置５０内を移動する空間速度が低下し、ＮＯｘ還元処理時間を長くして処理効率を向上できる。従って、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料の外部流出を阻止しながら、この第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵したＮＯｘが燃料を用いて確実に浄化される。
【００５９】
そして、ステップＳ２６では、還元処理タイマのカウント時間が、予め設定された処理時間を経過したかどうかを判定し、還元処理タイマのカウント時間がこの処理時間を経過したら、ステップＳ２７にて、電動アシストターボ過給機４７を停止し、ステップＳ２８にて、低圧ＥＧＲ弁５９を閉止する一方、スロットルバルブ３９及びシャッタバルブ６８を開放し、ステップＳ２９にて、還元処理タイマのカウントをクリアする。なお、ステップＳ２６で説明した処理時間とは、ＮＯｘを吸蔵して飽和状態となった第１触媒５１及び第２触媒５２を燃料により完全に再生できる時間であり、予め実験等により求めておく。
【００６０】
このように実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置にあっては、排気管４６に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して還元可能な第１触媒５１及び第２触媒５２からなる排気浄化装置５０を設けると共に、各触媒５１，５２に還元剤としての燃料を供給する燃料添加弁６１を設け、ＤＥ１１を停止したＭＧ１２及びＭＧ１３によるＥＶ走行時に、燃料添加弁６１から排気ポート３３に所定量の燃料が噴射されたとき、低圧ＥＧＲ装置における低圧ＥＧＲ弁５９を開放すると共にシャッタバルブ６８を閉止した状態で、電動アシストターボ過給機を駆動することで、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料を低圧ＥＧＲ通路５８を通して吸気管３７に戻し、この第１触媒５１及び第２触媒５２に循環させるようにしている。
【００６１】
従って、ＤＥ１１が停止し、ＭＧ１２及びＭＧ１３のみによるハイブリッド車両の走行時に、燃料添加弁６１から所定量の燃料が噴射されると、酸素濃度が低下することで各触媒５１，５２からＮＯｘが放出され、この放出されたＮＯｘが燃料と反応して還元され、このとき、一部の未浄化ＮＯｘや還元剤が各触媒５１，５２から流出されるが、この流出したＮＯｘや燃料含んだ排気ガスは、電動アシストターボ過給機４７により低圧ＥＧＲ通路５８を通して吸気管３７に戻され、再び各触媒５１，５２に戻されることとなる。その結果、各触媒５１，５２から流出した未浄化ＮＯｘや燃料が外部に排出されることはなく、且つ、流出した未浄化ＮＯｘがすり抜けた燃料により触媒５１，５２で再び浄化処理されることとなり、触媒５１，５２の下流側に未浄化ＮＯｘやすり抜けた燃料を処理する補助的な触媒が不要となり、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上して排気浄化効率を向上することができる。
【００６２】
また、燃料を噴射した後、低圧ＥＧＲ弁５９を開放すると共にシャッタバルブ６８を閉止し、電動アシストターボ過給機を駆動して第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料を低圧ＥＧＲ通路５８を通して吸気管３７に戻し、再び第１触媒５１及び第２触媒５２に循環させるとき、エンジンＥＣＵ２２は、噴射された燃料の到達位置を推定し、燃料の到達位置が排気浄化装置５０にないときは、電動アシストターボ過給機４７を高回転で駆動する一方、燃料の到達位置が排気浄化装置５０の近傍であるときには、電動アシストターボ過給機４７を低回転で駆動する。
【００６３】
従って、燃料が排気浄化装置５０を移動する空間速度が低下し、触媒５１，５２でのＮＯｘ還元処理時間が長くなって処理効率を向上することができ、その結果、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料の外部流出を阻止しながら、この第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵されたＮＯｘをこの燃料を用いて確実に浄化処理することができる。
【実施例２】
【００６４】
図４は、本発明の実施例２に係るハイブリッド車両における排気浄化装置の概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６５】
実施例２のハイブリッド車両における排気浄化装置において、図４に示すように、排気管４６には、第１触媒５１と第２触媒５２とからなる排気浄化装置５０が設けられており、第１触媒５１は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、第２触媒５２は、パティキュレートフィルタを有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒である。そして、排気ポート３３に燃料（還元剤）を噴射する燃料添加弁６１がシリンダヘッドに設けられており、第１触媒５１及び第２触媒５２のＮＯｘ吸蔵量が飽和量となったとき、この燃料添加弁６１により燃料を噴射することで、排気ガス中の酸素濃度を低下して吸蔵したＮＯｘを放出し、この放出したＮＯｘを燃料により還元するようにしている。
【００６６】
また、実施例２のハイブリッド車両における排気浄化装置では、ＭＧ１２及びＭＧ１３からなるＥＶ走行時に、燃料添加弁６１から排気ポート３３に所定量の燃料が還元剤として噴射されたとき、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料をこの第１触媒５１及び第２触媒５２に戻す（循環手段）ようにしている。この場合、本実施例では、循環手段として、排気管４６における排気浄化装置５０の上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連結する循環通路７１を設けると共に、排気浄化装置５０と排気管４６とを遮断すると共にこの循環通路７１と連通する切換バルブ７２，７３と設け、また、この循環通路７１に電動ポンプ７４を設けている。
【００６７】
即ち、排気管４６には、排気浄化装置５０をバイパスするように循環通路７１が設けられており、排気管４６における排気浄化装置５０の上流側と循環通路７１の上流端部に第１切換バルブ７２が設けられる一方、排気管４６における排気浄化装置５０の下流側と循環通路７１の下流端部に第２切換バルブ７２が設けられている。そして、循環通路７１に電動ポンプ７４が設けられている。この各切換バルブ７２，７３及び電動ポンプ７４は、エンジンＥＣＵ２２により駆動制御可能であり、通常時、各切換バルブ７２，７３により排気管４６と排気浄化装置５０とを開放しており、所定時に、各切換バルブ７２，７３を作動することで排気管４６と排気浄化装置５０とを遮断すると共に、排気浄化装置５０と循環通路７１を連通し、電動ポンプ７４を駆動することで、排気ガスを排気浄化装置５０及び循環通路７１で形成されたループ通路内で循環させることができる。
【００６８】
従って、ＤＥ１１が停止してＭＧ１２及びＭＧ１３のみによるハイブリッド車両のＥＶ走行時に、燃料添加弁６１から所定量の燃料を噴射し、噴射した燃料が排気浄化装置５０に到達したことが推定されたら、各切換バルブ７２，７３により排気管４６と排気浄化装置５０とを遮断すると共に、排気浄化装置５０と循環通路７１を連通してループ通路を形成する。すると、燃料が第１触媒５１及び第２触媒５２に到達し、酸化反応により排気ガス中の酸素濃度が低下することで各触媒５１，５２に吸蔵されたＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘと燃料が反応して還元し、排気ガスが浄化される。
【００６９】
この場合、第１触媒５１及び第２触媒５２から微量の未浄化のＮＯｘ及び燃料が流出するが、この流出したＮＯｘ及び燃料は、排気管４６における排気浄化装置５０の下流側が切換バルブ７３により循環通路７１に連通されているために外部に排出されることはない。そして、各切換バルブ７２，７３により排気浄化装置５０と循環通路７１とのよりループ通路が形成されているため、電動ポンプ７４を駆動することで、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料を含んだ排気ガスが循環通路７１を通して再び第１触媒５１及び第２触媒５２にもどされることとなる。そのため、各触媒５１，５２から流出したＮＯｘ及び燃料の外部流出を阻止しながら、第１触媒５１及び第２触媒５２にて燃料により流出したＮＯｘが確実に浄化される。
【００７０】
また、前述した実施例１と同様に、燃料が排気浄化装置５０及び循環通路７１を循環するとき、この燃料の到達位置が排気浄化装置５０にないときには、電動ポンプ７４を高回転で駆動し、排気浄化装置５０の近傍であるときには、電動ポンプ７４を低回転で駆動することで、燃料が排気浄化装置５０内を移動する空間速度が低下し、ＮＯｘ還元処理時間を長くして処理効率を向上できる。従って、第１触媒５１及び第２触媒５２から流出したＮＯｘ及び燃料の外部流出を阻止しながら、この第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵したＮＯｘが燃料を用いて確実に浄化される。
【００７１】
このように実施例２のハイブリッド車両における排気浄化装置にあっては、排気管４６に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して還元可能な第１触媒５１及び第２触媒５２からなる排気浄化装置５０を設けると共に、各触媒５１，５２に還元剤としての燃料を供給する燃料添加弁６１を設け、排気管４６における排気浄化装置５０の上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連結する循環通路７１を設けると共に、排気浄化装置５０と排気管４６とを遮断すると共にこの循環通路７１と連通する切換バルブ７２，７３とを設け、この循環通路７１に電動ポンプ７４を設けている。
【００７２】
従って、ＤＥ１１が停止し、ＭＧ１２及びＭＧ１３のみによるハイブリッド車両のＥＶ走行時に、燃料添加弁６１から所定量の燃料が噴射されて排気浄化装置５０に到達すると、各切換バルブ７２，７３により排気管４６と排気浄化装置５０とを遮断すると共に、排気浄化装置５０と循環通路７１を連通してループ通路を形成し、電動ポンプ７４を駆動する。すると、燃料が第１触媒５１及び第２触媒５２に到達し、酸化反応により排気ガス中の酸素濃度が低下することで各触媒５１，５２に吸蔵されたＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘが燃料と反応して還元され、このとき、一部の未浄化ＮＯｘや還元剤が各触媒５１，５２から流出されるが、この流出したＮＯｘや燃料含んだ排気ガスは、電動ポンプ７４により循環通路７１を通して再び各触媒５１，５２に戻されることとなる。その結果、各触媒５１，５２から流出した未浄化ＮＯｘや燃料が外部に排出されることはなく、且つ、流出した未浄化ＮＯｘがすり抜けた燃料により触媒５１，５２で再び浄化処理されることとなり、触媒５１，５２の下流側に未浄化ＮＯｘやすり抜けた燃料を処理する補助的な触媒が不要となり、吸蔵したＮＯｘ触媒の還元効率を向上して排気浄化効率を向上することができる。
【００７３】
なお、上述した各実施例では、還元剤供給手段としての燃料添加弁６１をシリンダヘッドに設け、燃料を排気ポート３３に噴射するようにしたが、装着位置はここに限らず、排気浄化装置５０の上流側の排気系であればよい。前述した実施例２の場合、排気管４６における排気浄化装置５０の上流側と循環通路７１の上流端部に、第１切換バルブ７２とほぼ同位置に設けることで、第１触媒５１及び第２触媒５２の再生時に、各切換バルブ７１，７２を切り換えてから還元剤としての燃料を噴射することで、噴射された燃料の到達位置を推定する必要がなくなり、浄化効率を更に向上することができる。
【００７４】
また、各実施例では、排気浄化装置５０を、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としての第１触媒５１と、パティキュレートフィルタを有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としての第２触媒５２とで構成したが、第１触媒は酸化触媒であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明に係るハイブリッド車両における排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘ及び還元剤を再び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に循環して処理するものであり、内燃機関と電気モータとを動力源として走行可能なハイブリッド車両に適用して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例１に係るハイブリッド車両における排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】実施例１のハイブリッド車両における排気浄化装置によるＮＯｘ還元処理を表すフローチャートである。
【図３】実施例１の排気浄化装置が適用されたハイブリッド車両を表す概略構成図である。
【図４】本発明の実施例２に係るハイブリッド車両における排気浄化装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７７】
１１ ディーゼルエンジン、ＤＥ（内燃機関）
１２，１３ モータジェネレータ、ＭＧ（電気モータ）
１４ 動力分配機構（プラネタリギヤユニット）
１９ バッテリ
２２ エンジンＥＣＵ（通過時期推定手段）
２７ モータＥＣＵ
２８ メインＥＣＵ
２９ バッテリＥＣＵ
３７ 吸気管（吸気通路）
３９ スロットルバルブ
４６ 排気管（排気通路）
４７ 電動アシストターボ過給機（循環手段）
５０ 排気浄化装置
５１ 第１触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
５２ 第２触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
５４ 低圧再循環（ＥＧＲ）装置
５８ 低圧再循環（ＥＧＲ）通路（循環手段）
５９ 低圧再循環（ＥＧＲ）弁（循環手段）
６１ 燃料添加弁（還元剤供給手段）
６８ シャッタバルブ（循環手段）
７１ 循環通路（循環手段）
７２，７３ 切換バルブ（循環手段）
７４ 電動ポンプ（循環手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と電気モータとを動力源として走行可能なハイブリッド車両において、前記内燃機関の排気通路に設けられて排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して還元可能な吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記電気モータによる車両走行時にて前記還元剤供給手段から前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されたときに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘ及び前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をすり抜けた還元剤を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻す循環手段とを具えたことを特徴とするハイブリッド車両における排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド車両における排気浄化装置において、前記循環手段は、吸気通路及び前記排気通路に設けられた電動アシストターボ過給機と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流側の前記排気通路と前記電動アシストターボ過給機より上流側の前記吸気通路とを連結する排気ガス再循環通路と、該排気ガス再循環通路に設けられた排気ガス再循環バルブと、前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたシャッタバルブとを有し、前記排気ガス再循環バルブにより前記排気ガス再循環通路を開放すると共に、前記シャッタバルブにより前記排気通路を閉止した状態で、前記電動アシストターボ過給機を駆動することで、ＮＯｘ及び還元剤を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻すことを特徴とするハイブリッド車両における排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載のハイブリッド車両における排気浄化装置において、前記循環手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連結する循環通路と、前記循環通路に設けられた電動ポンプと、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路及び下流側の排気通路を遮断すると共に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記循環通路とを連通する切換バルブとを有し、前記切換バルブにより前記排気通路を遮断すると共に前記循環通路を連通した状態で前記電動ポンプを駆動することで、ＮＯｘ及び還元剤を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻すことを特徴とするハイブリッド車両における排気浄化装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のハイブリッド車両における排気浄化装置において、前記電気モータによる車両走行時にて前記還元剤供給手段から前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されたとき、この還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を通過する時期を推定する通過時期推定手段を設け、前記通過時期推定手段が推定した還元剤の通過時期に、前記電動アシストターボ過給機または前記電動ポンプを予め設定した所定の低回転数で駆動する一方、前記通過時期以外の時期に、前記電動アシストターボ過給機または前記電動ポンプを予め設定した所定の高回転数で駆動することを特徴とするハイブリッド車両における排気浄化装置。
【請求項１】
内燃機関と電気モータとを動力源として走行可能なハイブリッド車両において、前記内燃機関の排気通路に設けられて排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して還元可能な吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記電気モータによる車両走行時にて前記還元剤供給手段から前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されたときに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘ及び前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をすり抜けた還元剤を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻す循環手段とを具えたことを特徴とするハイブリッド車両における排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド車両における排気浄化装置において、前記循環手段は、吸気通路及び前記排気通路に設けられた電動アシストターボ過給機と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流側の前記排気通路と前記電動アシストターボ過給機より上流側の前記吸気通路とを連結する排気ガス再循環通路と、該排気ガス再循環通路に設けられた排気ガス再循環バルブと、前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたシャッタバルブとを有し、前記排気ガス再循環バルブにより前記排気ガス再循環通路を開放すると共に、前記シャッタバルブにより前記排気通路を閉止した状態で、前記電動アシストターボ過給機を駆動することで、ＮＯｘ及び還元剤を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻すことを特徴とするハイブリッド車両における排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載のハイブリッド車両における排気浄化装置において、前記循環手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連結する循環通路と、前記循環通路に設けられた電動ポンプと、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路及び下流側の排気通路を遮断すると共に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記循環通路とを連通する切換バルブとを有し、前記切換バルブにより前記排気通路を遮断すると共に前記循環通路を連通した状態で前記電動ポンプを駆動することで、ＮＯｘ及び還元剤を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に戻すことを特徴とするハイブリッド車両における排気浄化装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のハイブリッド車両における排気浄化装置において、前記電気モータによる車両走行時にて前記還元剤供給手段から前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されたとき、この還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を通過する時期を推定する通過時期推定手段を設け、前記通過時期推定手段が推定した還元剤の通過時期に、前記電動アシストターボ過給機または前記電動ポンプを予め設定した所定の低回転数で駆動する一方、前記通過時期以外の時期に、前記電動アシストターボ過給機または前記電動ポンプを予め設定した所定の高回転数で駆動することを特徴とするハイブリッド車両における排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２００３６２（Ｐ２００６−２００３６２Ａ）
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９６６９（Ｐ２００５−９６６９）
【出願日】平成１７年１月１７日（２００５．１．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１７日（２００５．１．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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