ハイブリッド車両の排気浄化装置
【課題】 本発明はハイブリッド車両の排気浄化装置に関し、排気浄化触媒への還元剤の供給を必要なときに行うことができ、しかも、専用の装置を新たに設けることなく行えるようにする。
【解決手段】 排気通路に設けられた排気浄化触媒への還元剤の供給時期を判定する。その判定結果から還元剤を供給すべき時期であると判断されるときには、内燃機関の燃焼が停止している状態において、モータによって内燃機関を強制的に回転させる。また、これと同時に、内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に還元剤を供給する。供給された還元剤は、モータにより内燃機関を強制回転させた時のポンプ作用によって排気通路に送られる。
【解決手段】 排気通路に設けられた排気浄化触媒への還元剤の供給時期を判定する。その判定結果から還元剤を供給すべき時期であると判断されるときには、内燃機関の燃焼が停止している状態において、モータによって内燃機関を強制的に回転させる。また、これと同時に、内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に還元剤を供給する。供給された還元剤は、モータにより内燃機関を強制回転させた時のポンプ作用によって排気通路に送られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関とモータとを有し、少なくともモータにより車両を駆動可能なハイブリッド車両の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
理論空燃比よりもリーンな空燃比で運転することが可能な内燃機関、所謂リーンバーンエンジンが知られている。リーンバーンエンジンから排出される排気ガスには、ＨＣやＣＯに比較してＮＯｘの濃度が高いという特徴があり、三元触媒のみでは排気ガス中のＮＯｘを十分に浄化することができない。このため、リーンバーンエンジンの排気通路には、三元触媒とともに或いは三元触媒の代わりに、ＮＯｘを吸蔵することができるＮＯｘ触媒が設けられている。
【０００３】
ところが、ＮＯｘ触媒の有するＮＯｘの吸蔵能力には限界がある。このため、ＮＯｘ触媒の吸蔵能力が限界に近づいた場合には、吸蔵しているＮＯｘを放出させて吸蔵能力を回復させてやる必要がある。ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させるには、排気ガス中に還元剤を添加することによってＮＯｘ触媒を還元雰囲気にすればよい。ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘは還元剤によって還元され、無害な窒素になって大気中へ放出される。還元剤としては、エンジンの燃料（例えばガソリン）の他、水素が用いられている。水素は低温での還元能力が高く、還元剤として優れている。特許文献１には、水素タンクを排気通路におけるＮＯｘ触媒の上流に接続し、排気通路に直接水素を供給するようにしたシステムが開示されている。
【特許文献１】特表２００３−５０７６３１号公報
【特許文献２】特開平６−１３７１３５号公報
【特許文献３】特開２００２−３０３１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、バルブやパイプ等、排気通路に水素を供給するための専用の部品を新たに設ける必要がある。また、排気通路内の圧力は高いため、水素供給源の圧力によっては、排気通路内に水素を送り込むためのポンプが必要になる場合もある。部品点数の増加に伴うコスト増や搭載性の悪化を抑えるためには、できる限り既存のシステムを用いて水素を供給できるようにしたい。
【０００５】
なお、燃料として水素を使用可能な内燃機関であれば、例えば、空燃比がリッチになるように水素の噴射量を増量することで、未燃の水素を触媒に供給することができる。しかし、この場合、空燃比の変化によって内燃機関のトルクを変動させてしまう可能性があり、ＮＯｘ触媒への水素の供給を必要なときに行うことができるとは限らない。また、還元剤として使用できる水素は噴射した水素の一部であり、ＮＯｘ触媒の還元処理に必要な量以上の水素を噴射する必要がある。つまり、無駄な水素の噴射によって燃費の悪化が生じてしまうおそれもある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気浄化触媒への還元剤の供給を必要なときに行うことができ、しかも、専用の装置を新たに設けることなく行えるようにしたハイブリッド車両の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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関とモータとを有し、少なくとも前記モータにより車両を駆動可能なハイブリッド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た排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒への還元剤の供給時期を判定し、その判定結果から還元剤を供給すべき時期であると判断されるときには、前記内燃機関の燃焼が停止している状態において前記モータによって前記内燃機関を強制的に回転させるとともに、前記還元剤供給手段を作動させて還元剤を供給する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記還元剤供給手段は、還元剤として水素を供給するように構成され、
前記制御手段は、前記内燃機関の始動時を前記排気浄化触媒への水素の供給時期としていることを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、前記制御手段は、前記排気浄化触媒に供給される水素を含む混合気の空燃比が所定の空燃比になるようにスロットルの開度を制御することを特徴としている。
【００１０】
第４の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関とモータとを有し、少なくとも前記モータにより車両を駆動可能なハイブリッド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た排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒への還元剤の供給時期を判定し、その判定結果から還元剤を供給すべき時期であると判断されるときには、前記内燃機関の燃焼を停止させるとともに、前記内燃機関の回転停止に先立ち、最後に排気行程を経て停止する気筒を予測し、当該気筒の最後の排気行程において当該気筒から還元剤が排出されるように前記還元剤供給手段から当該気筒に還元剤を供給することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に供給された還元剤を、モータにより内燃機関を強制回転させた時のポンプ作用によって排気通路に送ることができるので、排気浄化触媒に還元剤を供給する手段として既存の還元剤供給手段を用いることができる。つまり、排気浄化触媒に還元剤を供給するための専用の装置を設ける必要がない。しかも、第１の発明によれば、内燃機関の燃焼を停止させてもモータによって走行が可能であるので、排気浄化触媒への還元剤の供給を必要なときに行うことができる。
【００１２】
また、第２の発明によれば、内燃機関の始動に先立ち、排気浄化触媒上での水素と酸素の燃焼反応による反応熱によって排気浄化触媒を暖機することができる。さらに、第３の発明によれば、空燃比の調整によって排気浄化触媒上での水素と酸素の燃焼反応を促進することができ、排気浄化触媒を効率良く暖機することができる。
【００１３】
第４の発明によれば、慣性による回転時の内燃機関のポンプ作用を利用して、内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に供給された還元剤を排気通路に送ることができるので、排気浄化触媒に還元剤を供給する手段として既存の還元剤供給手段を用いることができる。しかも、最後に排気行程を経て停止する気筒に還元剤が供給されるので、還元剤が空気で希釈されることを抑えることができ、少量の還元剤で濃い還元雰囲気を作ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本発明の排気浄化装置が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態にかかるハイブリッド車両の駆動システムは、動力装置として内燃機関（以下、エンジンという）２とモータ１０とを備えている。
【００１５】
エンジン２は、燃料としてガソリンと水素を利用可能な水素利用内燃機関として構成されている。エンジン２の吸気マニホールド２ａには、ガソリンインジェクタ４２と水素インジェクタ４４が設けられている。ガソリンインジェクタ４２はガソリンタンク３２に接続され、水素インジェクタ４４は水素タンク３４に接続されている。これらインジェクタ４２，４４は気筒毎に設けられているが、図１ではそれぞれ１つのみ図示している。エンジン２の排気マニホールド２ｂには、排気管４が接続されている。排気管４には、その上流側から順に触媒装置６とマフラ８が設けられている。触媒装置６には、排気浄化触媒である三元触媒６ａとＮＯｘ触媒６ｂが収納されている。
【００１６】
また、この駆動システムは、駆動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ１２を備えている。エンジン２、モータ１０、及びジェネレータ１２は、動力分割機構１４を介して相互に連結されている。動力分割機構１４につながるモータ１０の回転軸には、減速機１６が接続されている。減速機１６は、モータ１０の回転軸と駆動輪２０につながるドライブシャフト１８とを連結している。動力分割機構１４は、エンジン２の駆動力をジェネレータ１２側と減速機１６側とに分割する装置である。動力分割機構１４による駆動力の配分は任意に変更することができる。
【００１７】
この駆動システムには、さらに、インバータ２４、コンバータ２６、高圧バッテリ２８、及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０が含まれている。インバータ２４は、ジェネレータ１２及びモータ１０に接続されるとともに、コンバータ２６を介して高圧バッテリ２８にも接続されている。ジェネレータ１２で発電された電力は、インバータ２４を介してモータ１０に供給することもできるし、インバータ２４及びコンバータ２６を介して高圧バッテリ２８に充電することもできる。また、高圧バッテリ２８に充電されている電力は、コンバータ２６及びインバータ２４を介してモータ１０に供給することができる。インバータ２４やコンバータ２６の制御はＥＣＵ４０によって行われる。ＥＣＵ４０は、インバータ２４やコンバータ２６の他、エンジン２、モータ１０、ジェネレータ１２、動力分割機構１４等を含む駆動システムの全体を総合的に制御している。
【００１８】
この駆動システムによれば、モータ１０を停止させてエンジン２の駆動力のみによって駆動輪２０を回転させることもできるし、逆に、エンジン２を停止させてモータ１０の駆動力のみによって駆動輪２０を回転させることもできる。モータ１０とエンジン２の双方を作動させ、双方の駆動力によって駆動輪２０を回転させることもできる。また、この駆動システムによれば、モータ１０をエンジン２のスタータとして機能させることもできる。つまり、エンジン２の始動時、モータ１０の駆動力の一部或いは全部を動力分割機構１４を介してエンジン２に入力することで、エンジン２をクランキングすることができる。さらに、エンジン２の始動に関係なく、停止しているエンジン２を必要に応じて強制的に回転させることもできる。
【００１９】
また、この駆動システムによれば、エンジン２とモータ１０とを協調制御することで、最も効率の良い運転領域でエンジン２を運転することができる。その際には、燃焼性に優れた水素をガソリンに添加することによる超リーンバーン運転が行われる。超リーンバーン運転は、理論空燃比よりも遥かにリーンな空燃比で行われる運転であり、燃費の向上やＮＯｘの発生量の低減といった顕著な効果を得ることができる。しかし、超リーンバーン運転時には、エンジン２で発生するＮＯｘの絶対量は減少するものの、ＮＯｘの発生量のＨＣやＣＯの発生量に対する比率は大きくなる。このため、三元触媒６ａのみでは排気ガス中のＮＯｘを十分に浄化することはできない。この駆動システムでは、超リーンバーン運転時に発生したＮＯｘをＮＯｘ触媒６ｂによって吸蔵することで、ＮＯｘが大気中へ放出されることを防止している。
【００２０】
このようなＮＯｘ触媒６ｂを用いたシステムでは、ＮＯｘ触媒６ｂの吸蔵能力が限界に近づいた場合、ＮＯｘ触媒６ｂに還元剤を供給してＮＯｘ触媒６ｂの吸蔵能力を回復させてやる必要がある。還元剤としてはガソリンも使用可能であるが、この駆動システムでは、還元剤として優れた水素がエンジン２の燃料として使用されている。この水素を還元剤としてＮＯｘ触媒６ｂに供給することができれば、ＮＯｘ触媒６ｂの吸蔵能力を効率よく回復させることができる。
【００２１】
本実施形態では、ＥＣＵ４０によるエンジン２とモータ１０の協調制御によってＮＯｘ触媒６ｂへの水素供給が行われる。図２のフローチャートに示すルーチンは、ＮＯｘ触媒６ｂに水素を供給するために実行されるエンジン２とモータ１０の協調制御のルーチンである。ＥＣＵ４０は、図２に示すルーチンを一定のクランク角毎に周期的に実行している。
【００２２】
図２に示すルーチンの最初のステップ１００では、ＮＯｘ触媒６ｂの還元処理が必要か否か判定される。ＮＯｘ触媒６ｂに吸蔵されているＮＯｘの量は、エンジン２の運転時間や走行距離等に基づいて推定することができる。本ステップでは、推定したＮＯｘの吸蔵量と所定の基準値とが比較され、推定吸蔵量が基準値を超えたら、ＮＯｘ触媒６ｂの還元処理が必要と判断される。判定の結果、還元処理が必要とされていない場合には、車両の走行状態に応じた通常運転が継続される（ステップ１０８）。
【００２３】
一方、ＮＯｘ触媒６ｂの還元処理が必要と判断された場合には、ステップ１０２，１０４，１０６の一連の処理が実行される。まず、ステップ１０２では、エンジン２の燃焼を停止させる処理が実行される。具体的には、インジェクタ４２，４４からの燃料供給が停止されるとともに、点火プラグ（図示略）による点火が停止される。また、スロットル（図示略）も閉じられる。これと同時に、バッテリ２８に充電されている電力がインバータ２４からモータ１０へ供給され、モータ１０の駆動力による走行が開始される。その際、エンジン２の停止の前後で駆動輪２０に伝達される駆動力が変動しないように、モータ１０に供給される電力がインバータ２４によって調整される。
【００２４】
次のステップ１０４では、エンジン２の燃焼が実際に停止したか否か判定される。ＥＣＵ４０がインジェクタ４２，４４や点火プラグに停止指令を出力してから、エンジン２の燃焼が実際に停止するまでには、タイムラグが生じるからである。エンジン２の燃焼が停止したか否かは、エンジン回転数の変化によって判定することができる。本ステップでは、エンジン回転数の低下速度と所定の基準値とが比較され、エンジン回転数の低下速度が基準値を超えたら、エンジン２の燃焼が停止したと判断される。判定の結果、エンジン２の燃焼が停止するまでは、次のステップ１０６の処理はスキップされる。
【００２５】
エンジン２の燃焼が停止した場合には、ステップ１０６の処理が実行される。ステップ１０６では、動力分割機構１４が操作され、モータ１０の駆動力の一部が動力分割機構１４を介してエンジン２に入力される。これにより、エンジン２はモータ１０の駆動力によって強制的に回転させられ、吸気マニホールド２ａから空気を吸い込んで排気マニホールド２ｂへ排出するポンプとして作動する。
【００２６】
また、ステップ１０６では、モータ１０によるエンジン２の強制回転と同時に、ＥＣＵ４０から水素インジェクタ４４に噴射指令が供給され、所定量の水素が水素インジェクタ４４から噴射される。この場合、各気筒の水素インジェクタ４４を作動させてもよく、特定気筒の水素インジェクタ４４のみ作動させてもよい。或いは、水素の供給量に応じて作動させる水素インジェクタ４４の本数を決めてもよい。水素インジェクタ４４から吸気マニホールド２ａへ噴射された水素は、エンジン２のポンプ作用によって燃焼室内に吸入され、そのまま排気マニホールド２ｂへ排出される。エンジン２の燃焼停止時にはスロットルは閉じられているため、水素の空気による希釈度は小さい。したがって、触媒装置６には極めて水素濃度の高いガスが流入することとなり、ＮＯｘ触媒６ｂの周囲雰囲気は濃い還元雰囲気とされる。ＮＯｘ触媒６ｂに吸蔵されていたＮＯｘは水素によって還元され、無害な窒素となって大気中へ放出される。
【００２７】
所定量の水素をＮＯｘ触媒６ｂに供給し、ＮＯｘ触媒６ｂの還元処理が終了した場合には、次回のステップ１００の判定結果は否定（Ｎｏ）となる。その場合は、ステップ１０８に進み、通常運転が再開される。ステップ１０８では、インジェクタ４２，４４からの燃料供給と点火プラグによる点火が再開され、エンジン２が再始動される。そして、エンジン２の駆動力による走行が再開される。その際、エンジン２の再始動の前後で駆動輪２０に伝達される駆動力が変動しないように、モータ１０に供給される電力がインバータ２４によって調整される。
【００２８】
以上説明したルーチンによれば、モータ１０によりエンジン２を強制回転させた時のエンジン２のポンプ作用により、水素インジェクタ４４から噴射した水素を燃焼させることなく排気管４に送ることができる。したがって、ＮＯｘ触媒６ｂに水素を供給するための専用の装置を設ける必要がない。しかも、上記のルーチンによれば、エンジン２の燃焼を停止させている間はモータ１０によって走行が行われるので、エンジン２の燃焼は何時でも停止させることができる。つまり、ＮＯｘ触媒６ｂの還元処理が必要になったときには、ＮＯｘ触媒６ｂへの水素の供給を何時でも行うことができる。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、ＥＣＵ４０によって上記ルーチンを実行することにより、第１の発明の「制御手段」が実現されている。
【００３０】
実施の形態２．
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のハイブリッド車両の排気浄化装置は、図１に示す構成において、ＥＣＵ４０に、図２に示すルーチンに代えて図３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。ＥＣＵ４０は、図３に示すルーチンを一定のクランク角毎に周期的に実行する。なお、図３において、図２に示すルーチンと同内容の処理については、同一のステップ番号を付している。
【００３１】
図３に示すルーチンは、図２に示すルーチンとは、ステップ１００からステップ１０４までの処理は共通しており、ステップ１０４の判定においてエンジン２の燃焼停止が確認された後の処理が異なっている。本ルーチンでは、エンジン２の燃焼停止後、さらに、エンジン２の回転が停止しているか否か判定される（ステップ１１０）。エンジン２は、その燃焼が停止した後も慣性によって暫くは回転し、その後、停止に至る。ステップ１１０の判定時、エンジン２の回転が続いている場合には、ステップ１１２の処理が実行され、エンジン２の回転が既に停止している場合には、図２に示すルーチンと同様、ステップ１０６の処理が実行される。
【００３２】
ステップ１１２の処理が選択された場合、つまり、エンジン２の回転が続いている場合には、エンジン２の慣性エネルギーと行程仕事からエンジン２が停止するまでのクランクシャフトの回転角が算出され、算出されたエンジン停止までの回転角と現在のクランクシャフトの回転位置から、最後に排気行程を経て停止する気筒（最終停止気筒）が予測される。そして、この最終停止気筒が最後の吸気行程にあるときに、ＥＣＵ４０から最終停止気筒の水素インジェクタ４４にのみ噴射指令が供給され、最終停止気筒の水素インジェクタ４４から所定量の水素が噴射される。最後の吸気行程で水素インジェクタ４４から噴射された水素は、エンジン２のポンプ作用によって最終停止気筒の燃焼室内に吸入され、燃焼することなく、その最後の排気行程において排気マニホールド２ｂへ排出される。そして、排気管４を通って触媒装置６内のＮＯｘ触媒６ｂに供給される。
【００３３】
一方、ステップ１０６の処理が選択された場合、つまり、エンジン２の回転が既に停止している場合には、モータ１０の駆動力の一部が動力分割機構１４を介してエンジン２に入力され、モータ１０の駆動力によるエンジン２の強制回転が行われる。これと同時に、ＥＣＵ４０からか全気筒或いは特定気筒の水素インジェクタ４４に噴射指令が供給され、所定量の水素が水素インジェクタ４４から噴射される。水素インジェクタ４４から噴射された水素は、エンジン２のポンプ作用によってそのまま排気マニホールド２ｂへ排出され、排気管４を通って触媒装置６内のＮＯｘ触媒６ｂに供給される。
【００３４】
ステップ１１２或いはステップ１０６でＮＯｘ触媒６ｂの還元処理が行われた後は、ステップ１００の判定結果は否定（Ｎｏ）となる。その場合は、ステップ１０８に進み、通常運転が再開される。具体的には、エンジン２が再始動され、エンジン２の駆動力による走行が再開される。
【００３５】
以上説明したルーチンによれば、エンジン２の燃焼停止後、エンジン２が慣性により回転している時のポンプ作用を利用して、水素インジェクタ４４から噴射した水素を燃焼させることなく排気管４に送ることができる。したがって、ＮＯｘ触媒６ｂに水素を供給するための専用の装置を設ける必要がない。しかも、最後に排気行程を経て停止する最終停止気筒に水素の供給が行われるので、排気マニホールド２ｂへ排出された水素が他の気筒からの空気によって希釈されることがない。つまり、上記ルーチンによれば、水素が空気で希釈されることを抑えることができ、必要最小量の水素で濃い還元雰囲気を作ることができる。
【００３６】
また、上記ルーチンによれば、エンジン２が既に停止している場合には、モータ１０によってエンジン２を強制的に回転させることができるので、慣性により回転している時のエンジン２のポンプ作用を利用できなかった場合であっても、確実にＮＯｘ触媒６ｂに水素を供給することができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、ＥＣＵ４０によって図３に示すルーチンを実行することにより、第４の発明の「制御手段」が実現されている。
【００３８】
実施の形態３．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のハイブリッド車両の排気浄化装置は、図１に示す構成において、ＥＣＵ４０に、図４に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００３９】
エンジン２の運転時、高温の排気ガスに晒されることで、触媒装置６内の各触媒６ａ，６ｂの温度は高温になっている。しかし、モータ１０による走行時のようにエンジン２が停止している時には、放熱によって各触媒６ａ，６ｂの温度は低下していく。各触媒６ａ，６ｂの温度には、その浄化性能が最大となる適正温度が存在しており、適正温度より触媒温度が低すぎると、十分な浄化性能を得ることができない。このため、エンジン２の始動時、触媒温度が低い場合には、触媒温度が適正温度まで上昇するように、各触媒６ａ，６ｂを暖機してやる必要がある。図１に示す構成では、少なくとも三元触媒６ａを暖機することができれば、理論空燃比下でエンジン２を運転することにより排気エミッションの悪化を防止することができる。
【００４０】
触媒を暖機する方法の１つに、燃料を触媒上で酸素と反応させ、その際の反応熱によって触媒を加熱する方法がある。暖機用の燃料としてはガソリンも使用可能であるが、本実施形態の駆動システムでは、燃焼性に優れた水素がエンジン２の燃料として使用されているので、この水素を触媒装置６内の三元触媒６ａに供給することができれば、三元触媒６ａを効率よく暖機することができる。
【００４１】
本実施形態では、ＥＣＵ４０によるエンジン２とモータ１０の協調制御によって三元触媒６ａへの水素供給が行われる。図４のフローチャートに示すルーチンは、三元触媒６ａに水素を供給するために実行されるエンジン２とモータ１０の協調制御のルーチンである。ＥＣＵ４０は、図４に示すルーチンを一定のクランク角毎に周期的に実行している。
【００４２】
図４に示すルーチンの最初のステップ２００では、エンジン２の始動が必要か否か判定される。モータ１０による走行からエンジン２による走行に切替えられた場合や、エンジン２によってジェネレータ１２を駆動する場合等にエンジン２の始動が行われる。判定の結果、エンジン２の始動が必要とされていない場合には、本ルーチンは終了する。また、これ以降の処理によってエンジン２の始動が完了した場合にも、本ルーチンは終了する。
【００４３】
一方、エンジン２の始動が必要と判断された場合には、次に、三元触媒６ａの温度が所定の基準値よりも低いか否か判定される（ステップ２０２）。基準値は適正温度の下限値に設定されている。ステップ２０２の判定の結果、触媒温度が基準値よりも低い場合には、ステップ２０４の処理が実行され、触媒温度が基準値以上になっている場合には、ステップ２０６の処理が実行される。
【００４４】
ステップ２０４の処理が選択された場合、つまり、触媒温度が基準値よりも低い場合には、先ず、動力分割機構１４が操作され、モータ１０の駆動力の一部或いは全部が動力分割機構１４を介してエンジン２に入力される。これにより、エンジン２はモータ１０の駆動力によって強制的に回転させられ、吸気マニホールド２ａから空気を吸い込んで排気マニホールド２ｂへ排出するポンプとして作動する。
【００４５】
また、ステップ２０４では、モータ１０によるエンジン２の強制回転と同時に、ＥＣＵ４０から水素インジェクタ４４に噴射指令が供給され、所定量の水素が水素インジェクタ４４から噴射される。さらに、それと同時に、吸気管（図示略）に設けられたスロットルが開かれ、水素の噴射量に応じた量の空気が吸気マニホールド２ａへ供給される。空気量はスロットルの開度によって制御することができる。ＥＣＵ４０は、水素と空気の空燃比が触媒上での燃焼反応に適した所定の空燃比になるようにスロットルを制御する。水素インジェクタ４４から吸気マニホールド２ａへ噴射された水素は、空気とともにエンジン２のポンプ作用によって燃焼室内に吸入され、水素と空気の混合気となって排気マニホールド２ｂへ排出される。この混合気が排気管４を通って触媒装置６内の三元触媒６ａに供給され、水素と酸素が三元触媒６ａ上で燃焼反応を起こすことで、三元触媒６ａは加熱され、三元触媒６ａの温度は上昇していく。
【００４６】
ステップ２０４の処理によって三元触媒６ａの温度が上昇し、やがて基準値以上になった場合には、ステップ２０４の処理からステップ２０６の処理に切替えられる。ステップ２０６では、先ず、水素インジェクタ４４からの水素の噴射が停止される。そして、ガソリンインジェクタ４２からの燃料供給と点火プラグによる点火が開始され、エンジン２が始動される。エンジン２の始動後は、エンジン２から排出される高温の排気ガスが三元触媒６ａに供給されることで、三元触媒６ａの温度は適正温度に維持される。
【００４７】
以上説明したルーチンによれば、モータ１０によりエンジン２を強制回転させた時のエンジン２のポンプ作用により、水素インジェクタ４４から噴射した水素を燃焼させることなく排気管４に送ることができる。これにより、エンジン２の始動に先立ち、三元触媒６ａ上で水素と酸素を反応させ、その際の反応熱によって三元触媒６ａを暖機することができる。しかも、空燃比の調整によって三元触媒６ａ上での水素と酸素の燃焼反応を促進することができ、三元触媒６ａを効率良く暖機することができる。
【００４８】
なお、上記実施の形態では、ＥＣＵ４０によって上記ルーチンを実行することにより、第１の発明の「制御手段」が実現されている。また、第２の発明及び第３の発明にかかる「制御手段」の機能が実現されている。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００５０】
図１の構成では、水素インジェクタ４４を吸気マニホールド２ａに配置することとしているが、その配置はこれに限定されるものではない。すなわち、水素インジェクタ４４は、燃焼室内に直接、水素を噴射できるようにシリンダヘッドに組み込んでもよい。ガソリンインジェクタ４２に関しても同様であり、燃焼室内に直接、ガソリンを噴射できるようにシリンダヘッドにガソリンインジェクタ４２を組み込んでもよい。実施の形態２では、最終停止気筒の最後の吸気行程で水素を噴射しているが、燃焼室内に直接、水素を噴射できる場合には、最後の吸気行程から最後の排気行程までの間の任意のタイミングで水素を噴射することができる。
【００５１】
また、図１の構成では、水素タンク３４に貯蔵された水素を水素インジェクタ４４に供給しているが、燃料改質器によって炭化水素系燃料（例えば、ガソリン）から改質された水素を水素インジェクタ４４に供給してもよい。燃料改質器による炭化水素系燃料の改質方法には限定はなく、部分酸化反応を利用してもよく、水蒸気改質反応を利用してもよい。或いは、水素化燃料を脱水素反応させることで得られた水素を水素インジェクタ４４に供給してもよい。
【００５２】
また、図１の構成では、ハイブリッド車両はエンジン２によってもモータ１０によっても走行可能に構成されているが、本発明を適用するにあたってはハイブリッド車両は少なくともモータ１０によって走行可能であればよい。つまり、エンジン２は発電専用であってもよい。
【００５３】
さらに、上記実施の形態では、ＮＯｘ触媒６ｂを還元処理するための還元剤として水素を用いているが、水素以外の還元剤を用いてもよい。例えば、炭化水素系燃料を還元剤として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の排気浄化装置が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるエンジンとモータの協調制御のルーチンについて示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２において実行されるエンジンとモータの協調制御のルーチンについて示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３において実行されるエンジンとモータの協調制御のルーチンについて示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
２ エンジン
２ａ 吸気マニホールド
２ｂ 排気マニホールド
４ 排気管
６ 触媒装置
６ａ 三元触媒
６ｂ ＮＯｘ触媒
８ マフラ
１０ モータ
１２ ジェネレータ
１４ 動力分割機構
１６ 減速機
１８ ドライブシャフト
２０ 駆動輪
２４ インバータ
２６ コンバータ
２８ バッテリ
３２ ガソリンタンク
３４ 水素タンク
４０ ＥＣＵ
４２ ガソリンインジェクタ
４４ 水素インジェクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関とモータとを有し、少なくともモータにより車両を駆動可能なハイブリッド車両の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
理論空燃比よりもリーンな空燃比で運転することが可能な内燃機関、所謂リーンバーンエンジンが知られている。リーンバーンエンジンから排出される排気ガスには、ＨＣやＣＯに比較してＮＯｘの濃度が高いという特徴があり、三元触媒のみでは排気ガス中のＮＯｘを十分に浄化することができない。このため、リーンバーンエンジンの排気通路には、三元触媒とともに或いは三元触媒の代わりに、ＮＯｘを吸蔵することができるＮＯｘ触媒が設けられている。
【０００３】
ところが、ＮＯｘ触媒の有するＮＯｘの吸蔵能力には限界がある。このため、ＮＯｘ触媒の吸蔵能力が限界に近づいた場合には、吸蔵しているＮＯｘを放出させて吸蔵能力を回復させてやる必要がある。ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させるには、排気ガス中に還元剤を添加することによってＮＯｘ触媒を還元雰囲気にすればよい。ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘは還元剤によって還元され、無害な窒素になって大気中へ放出される。還元剤としては、エンジンの燃料（例えばガソリン）の他、水素が用いられている。水素は低温での還元能力が高く、還元剤として優れている。特許文献１には、水素タンクを排気通路におけるＮＯｘ触媒の上流に接続し、排気通路に直接水素を供給するようにしたシステムが開示されている。
【特許文献１】特表２００３−５０７６３１号公報
【特許文献２】特開平６−１３７１３５号公報
【特許文献３】特開２００２−３０３１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、バルブやパイプ等、排気通路に水素を供給するための専用の部品を新たに設ける必要がある。また、排気通路内の圧力は高いため、水素供給源の圧力によっては、排気通路内に水素を送り込むためのポンプが必要になる場合もある。部品点数の増加に伴うコスト増や搭載性の悪化を抑えるためには、できる限り既存のシステムを用いて水素を供給できるようにしたい。
【０００５】
なお、燃料として水素を使用可能な内燃機関であれば、例えば、空燃比がリッチになるように水素の噴射量を増量することで、未燃の水素を触媒に供給することができる。しかし、この場合、空燃比の変化によって内燃機関のトルクを変動させてしまう可能性があり、ＮＯｘ触媒への水素の供給を必要なときに行うことができるとは限らない。また、還元剤として使用できる水素は噴射した水素の一部であり、ＮＯｘ触媒の還元処理に必要な量以上の水素を噴射する必要がある。つまり、無駄な水素の噴射によって燃費の悪化が生じてしまうおそれもある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気浄化触媒への還元剤の供給を必要なときに行うことができ、しかも、専用の装置を新たに設けることなく行えるようにしたハイブリッド車両の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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関とモータとを有し、少なくとも前記モータにより車両を駆動可能なハイブリッド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た排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒への還元剤の供給時期を判定し、その判定結果から還元剤を供給すべき時期であると判断されるときには、前記内燃機関の燃焼が停止している状態において前記モータによって前記内燃機関を強制的に回転させるとともに、前記還元剤供給手段を作動させて還元剤を供給する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記還元剤供給手段は、還元剤として水素を供給するように構成され、
前記制御手段は、前記内燃機関の始動時を前記排気浄化触媒への水素の供給時期としていることを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、前記制御手段は、前記排気浄化触媒に供給される水素を含む混合気の空燃比が所定の空燃比になるようにスロットルの開度を制御することを特徴としている。
【００１０】
第４の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関とモータとを有し、少なくとも前記モータにより車両を駆動可能なハイブリッド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た排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒への還元剤の供給時期を判定し、その判定結果から還元剤を供給すべき時期であると判断されるときには、前記内燃機関の燃焼を停止させるとともに、前記内燃機関の回転停止に先立ち、最後に排気行程を経て停止する気筒を予測し、当該気筒の最後の排気行程において当該気筒から還元剤が排出されるように前記還元剤供給手段から当該気筒に還元剤を供給することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に供給された還元剤を、モータにより内燃機関を強制回転させた時のポンプ作用によって排気通路に送ることができるので、排気浄化触媒に還元剤を供給する手段として既存の還元剤供給手段を用いることができる。つまり、排気浄化触媒に還元剤を供給するための専用の装置を設ける必要がない。しかも、第１の発明によれば、内燃機関の燃焼を停止させてもモータによって走行が可能であるので、排気浄化触媒への還元剤の供給を必要なときに行うことができる。
【００１２】
また、第２の発明によれば、内燃機関の始動に先立ち、排気浄化触媒上での水素と酸素の燃焼反応による反応熱によって排気浄化触媒を暖機することができる。さらに、第３の発明によれば、空燃比の調整によって排気浄化触媒上での水素と酸素の燃焼反応を促進することができ、排気浄化触媒を効率良く暖機することができる。
【００１３】
第４の発明によれば、慣性による回転時の内燃機関のポンプ作用を利用して、内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に供給された還元剤を排気通路に送ることができるので、排気浄化触媒に還元剤を供給する手段として既存の還元剤供給手段を用いることができる。しかも、最後に排気行程を経て停止する気筒に還元剤が供給されるので、還元剤が空気で希釈されることを抑えることができ、少量の還元剤で濃い還元雰囲気を作ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本発明の排気浄化装置が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態にかかるハイブリッド車両の駆動システムは、動力装置として内燃機関（以下、エンジンという）２とモータ１０とを備えている。
【００１５】
エンジン２は、燃料としてガソリンと水素を利用可能な水素利用内燃機関として構成されている。エンジン２の吸気マニホールド２ａには、ガソリンインジェクタ４２と水素インジェクタ４４が設けられている。ガソリンインジェクタ４２はガソリンタンク３２に接続され、水素インジェクタ４４は水素タンク３４に接続されている。これらインジェクタ４２，４４は気筒毎に設けられているが、図１ではそれぞれ１つのみ図示している。エンジン２の排気マニホールド２ｂには、排気管４が接続されている。排気管４には、その上流側から順に触媒装置６とマフラ８が設けられている。触媒装置６には、排気浄化触媒である三元触媒６ａとＮＯｘ触媒６ｂが収納されている。
【００１６】
また、この駆動システムは、駆動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ１２を備えている。エンジン２、モータ１０、及びジェネレータ１２は、動力分割機構１４を介して相互に連結されている。動力分割機構１４につながるモータ１０の回転軸には、減速機１６が接続されている。減速機１６は、モータ１０の回転軸と駆動輪２０につながるドライブシャフト１８とを連結している。動力分割機構１４は、エンジン２の駆動力をジェネレータ１２側と減速機１６側とに分割する装置である。動力分割機構１４による駆動力の配分は任意に変更することができる。
【００１７】
この駆動システムには、さらに、インバータ２４、コンバータ２６、高圧バッテリ２８、及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０が含まれている。インバータ２４は、ジェネレータ１２及びモータ１０に接続されるとともに、コンバータ２６を介して高圧バッテリ２８にも接続されている。ジェネレータ１２で発電された電力は、インバータ２４を介してモータ１０に供給することもできるし、インバータ２４及びコンバータ２６を介して高圧バッテリ２８に充電することもできる。また、高圧バッテリ２８に充電されている電力は、コンバータ２６及びインバータ２４を介してモータ１０に供給することができる。インバータ２４やコンバータ２６の制御はＥＣＵ４０によって行われる。ＥＣＵ４０は、インバータ２４やコンバータ２６の他、エンジン２、モータ１０、ジェネレータ１２、動力分割機構１４等を含む駆動システムの全体を総合的に制御している。
【００１８】
この駆動システムによれば、モータ１０を停止させてエンジン２の駆動力のみによって駆動輪２０を回転させることもできるし、逆に、エンジン２を停止させてモータ１０の駆動力のみによって駆動輪２０を回転させることもできる。モータ１０とエンジン２の双方を作動させ、双方の駆動力によって駆動輪２０を回転させることもできる。また、この駆動システムによれば、モータ１０をエンジン２のスタータとして機能させることもできる。つまり、エンジン２の始動時、モータ１０の駆動力の一部或いは全部を動力分割機構１４を介してエンジン２に入力することで、エンジン２をクランキングすることができる。さらに、エンジン２の始動に関係なく、停止しているエンジン２を必要に応じて強制的に回転させることもできる。
【００１９】
また、この駆動システムによれば、エンジン２とモータ１０とを協調制御することで、最も効率の良い運転領域でエンジン２を運転することができる。その際には、燃焼性に優れた水素をガソリンに添加することによる超リーンバーン運転が行われる。超リーンバーン運転は、理論空燃比よりも遥かにリーンな空燃比で行われる運転であり、燃費の向上やＮＯｘの発生量の低減といった顕著な効果を得ることができる。しかし、超リーンバーン運転時には、エンジン２で発生するＮＯｘの絶対量は減少するものの、ＮＯｘの発生量のＨＣやＣＯの発生量に対する比率は大きくなる。このため、三元触媒６ａのみでは排気ガス中のＮＯｘを十分に浄化することはできない。この駆動システムでは、超リーンバーン運転時に発生したＮＯｘをＮＯｘ触媒６ｂによって吸蔵することで、ＮＯｘが大気中へ放出されることを防止している。
【００２０】
このようなＮＯｘ触媒６ｂを用いたシステムでは、ＮＯｘ触媒６ｂの吸蔵能力が限界に近づいた場合、ＮＯｘ触媒６ｂに還元剤を供給してＮＯｘ触媒６ｂの吸蔵能力を回復させてやる必要がある。還元剤としてはガソリンも使用可能であるが、この駆動システムでは、還元剤として優れた水素がエンジン２の燃料として使用されている。この水素を還元剤としてＮＯｘ触媒６ｂに供給することができれば、ＮＯｘ触媒６ｂの吸蔵能力を効率よく回復させることができる。
【００２１】
本実施形態では、ＥＣＵ４０によるエンジン２とモータ１０の協調制御によってＮＯｘ触媒６ｂへの水素供給が行われる。図２のフローチャートに示すルーチンは、ＮＯｘ触媒６ｂに水素を供給するために実行されるエンジン２とモータ１０の協調制御のルーチンである。ＥＣＵ４０は、図２に示すルーチンを一定のクランク角毎に周期的に実行している。
【００２２】
図２に示すルーチンの最初のステップ１００では、ＮＯｘ触媒６ｂの還元処理が必要か否か判定される。ＮＯｘ触媒６ｂに吸蔵されているＮＯｘの量は、エンジン２の運転時間や走行距離等に基づいて推定することができる。本ステップでは、推定したＮＯｘの吸蔵量と所定の基準値とが比較され、推定吸蔵量が基準値を超えたら、ＮＯｘ触媒６ｂの還元処理が必要と判断される。判定の結果、還元処理が必要とされていない場合には、車両の走行状態に応じた通常運転が継続される（ステップ１０８）。
【００２３】
一方、ＮＯｘ触媒６ｂの還元処理が必要と判断された場合には、ステップ１０２，１０４，１０６の一連の処理が実行される。まず、ステップ１０２では、エンジン２の燃焼を停止させる処理が実行される。具体的には、インジェクタ４２，４４からの燃料供給が停止されるとともに、点火プラグ（図示略）による点火が停止される。また、スロットル（図示略）も閉じられる。これと同時に、バッテリ２８に充電されている電力がインバータ２４からモータ１０へ供給され、モータ１０の駆動力による走行が開始される。その際、エンジン２の停止の前後で駆動輪２０に伝達される駆動力が変動しないように、モータ１０に供給される電力がインバータ２４によって調整される。
【００２４】
次のステップ１０４では、エンジン２の燃焼が実際に停止したか否か判定される。ＥＣＵ４０がインジェクタ４２，４４や点火プラグに停止指令を出力してから、エンジン２の燃焼が実際に停止するまでには、タイムラグが生じるからである。エンジン２の燃焼が停止したか否かは、エンジン回転数の変化によって判定することができる。本ステップでは、エンジン回転数の低下速度と所定の基準値とが比較され、エンジン回転数の低下速度が基準値を超えたら、エンジン２の燃焼が停止したと判断される。判定の結果、エンジン２の燃焼が停止するまでは、次のステップ１０６の処理はスキップされる。
【００２５】
エンジン２の燃焼が停止した場合には、ステップ１０６の処理が実行される。ステップ１０６では、動力分割機構１４が操作され、モータ１０の駆動力の一部が動力分割機構１４を介してエンジン２に入力される。これにより、エンジン２はモータ１０の駆動力によって強制的に回転させられ、吸気マニホールド２ａから空気を吸い込んで排気マニホールド２ｂへ排出するポンプとして作動する。
【００２６】
また、ステップ１０６では、モータ１０によるエンジン２の強制回転と同時に、ＥＣＵ４０から水素インジェクタ４４に噴射指令が供給され、所定量の水素が水素インジェクタ４４から噴射される。この場合、各気筒の水素インジェクタ４４を作動させてもよく、特定気筒の水素インジェクタ４４のみ作動させてもよい。或いは、水素の供給量に応じて作動させる水素インジェクタ４４の本数を決めてもよい。水素インジェクタ４４から吸気マニホールド２ａへ噴射された水素は、エンジン２のポンプ作用によって燃焼室内に吸入され、そのまま排気マニホールド２ｂへ排出される。エンジン２の燃焼停止時にはスロットルは閉じられているため、水素の空気による希釈度は小さい。したがって、触媒装置６には極めて水素濃度の高いガスが流入することとなり、ＮＯｘ触媒６ｂの周囲雰囲気は濃い還元雰囲気とされる。ＮＯｘ触媒６ｂに吸蔵されていたＮＯｘは水素によって還元され、無害な窒素となって大気中へ放出される。
【００２７】
所定量の水素をＮＯｘ触媒６ｂに供給し、ＮＯｘ触媒６ｂの還元処理が終了した場合には、次回のステップ１００の判定結果は否定（Ｎｏ）となる。その場合は、ステップ１０８に進み、通常運転が再開される。ステップ１０８では、インジェクタ４２，４４からの燃料供給と点火プラグによる点火が再開され、エンジン２が再始動される。そして、エンジン２の駆動力による走行が再開される。その際、エンジン２の再始動の前後で駆動輪２０に伝達される駆動力が変動しないように、モータ１０に供給される電力がインバータ２４によって調整される。
【００２８】
以上説明したルーチンによれば、モータ１０によりエンジン２を強制回転させた時のエンジン２のポンプ作用により、水素インジェクタ４４から噴射した水素を燃焼させることなく排気管４に送ることができる。したがって、ＮＯｘ触媒６ｂに水素を供給するための専用の装置を設ける必要がない。しかも、上記のルーチンによれば、エンジン２の燃焼を停止させている間はモータ１０によって走行が行われるので、エンジン２の燃焼は何時でも停止させることができる。つまり、ＮＯｘ触媒６ｂの還元処理が必要になったときには、ＮＯｘ触媒６ｂへの水素の供給を何時でも行うことができる。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、ＥＣＵ４０によって上記ルーチンを実行することにより、第１の発明の「制御手段」が実現されている。
【００３０】
実施の形態２．
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のハイブリッド車両の排気浄化装置は、図１に示す構成において、ＥＣＵ４０に、図２に示すルーチンに代えて図３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。ＥＣＵ４０は、図３に示すルーチンを一定のクランク角毎に周期的に実行する。なお、図３において、図２に示すルーチンと同内容の処理については、同一のステップ番号を付している。
【００３１】
図３に示すルーチンは、図２に示すルーチンとは、ステップ１００からステップ１０４までの処理は共通しており、ステップ１０４の判定においてエンジン２の燃焼停止が確認された後の処理が異なっている。本ルーチンでは、エンジン２の燃焼停止後、さらに、エンジン２の回転が停止しているか否か判定される（ステップ１１０）。エンジン２は、その燃焼が停止した後も慣性によって暫くは回転し、その後、停止に至る。ステップ１１０の判定時、エンジン２の回転が続いている場合には、ステップ１１２の処理が実行され、エンジン２の回転が既に停止している場合には、図２に示すルーチンと同様、ステップ１０６の処理が実行される。
【００３２】
ステップ１１２の処理が選択された場合、つまり、エンジン２の回転が続いている場合には、エンジン２の慣性エネルギーと行程仕事からエンジン２が停止するまでのクランクシャフトの回転角が算出され、算出されたエンジン停止までの回転角と現在のクランクシャフトの回転位置から、最後に排気行程を経て停止する気筒（最終停止気筒）が予測される。そして、この最終停止気筒が最後の吸気行程にあるときに、ＥＣＵ４０から最終停止気筒の水素インジェクタ４４にのみ噴射指令が供給され、最終停止気筒の水素インジェクタ４４から所定量の水素が噴射される。最後の吸気行程で水素インジェクタ４４から噴射された水素は、エンジン２のポンプ作用によって最終停止気筒の燃焼室内に吸入され、燃焼することなく、その最後の排気行程において排気マニホールド２ｂへ排出される。そして、排気管４を通って触媒装置６内のＮＯｘ触媒６ｂに供給される。
【００３３】
一方、ステップ１０６の処理が選択された場合、つまり、エンジン２の回転が既に停止している場合には、モータ１０の駆動力の一部が動力分割機構１４を介してエンジン２に入力され、モータ１０の駆動力によるエンジン２の強制回転が行われる。これと同時に、ＥＣＵ４０からか全気筒或いは特定気筒の水素インジェクタ４４に噴射指令が供給され、所定量の水素が水素インジェクタ４４から噴射される。水素インジェクタ４４から噴射された水素は、エンジン２のポンプ作用によってそのまま排気マニホールド２ｂへ排出され、排気管４を通って触媒装置６内のＮＯｘ触媒６ｂに供給される。
【００３４】
ステップ１１２或いはステップ１０６でＮＯｘ触媒６ｂの還元処理が行われた後は、ステップ１００の判定結果は否定（Ｎｏ）となる。その場合は、ステップ１０８に進み、通常運転が再開される。具体的には、エンジン２が再始動され、エンジン２の駆動力による走行が再開される。
【００３５】
以上説明したルーチンによれば、エンジン２の燃焼停止後、エンジン２が慣性により回転している時のポンプ作用を利用して、水素インジェクタ４４から噴射した水素を燃焼させることなく排気管４に送ることができる。したがって、ＮＯｘ触媒６ｂに水素を供給するための専用の装置を設ける必要がない。しかも、最後に排気行程を経て停止する最終停止気筒に水素の供給が行われるので、排気マニホールド２ｂへ排出された水素が他の気筒からの空気によって希釈されることがない。つまり、上記ルーチンによれば、水素が空気で希釈されることを抑えることができ、必要最小量の水素で濃い還元雰囲気を作ることができる。
【００３６】
また、上記ルーチンによれば、エンジン２が既に停止している場合には、モータ１０によってエンジン２を強制的に回転させることができるので、慣性により回転している時のエンジン２のポンプ作用を利用できなかった場合であっても、確実にＮＯｘ触媒６ｂに水素を供給することができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、ＥＣＵ４０によって図３に示すルーチンを実行することにより、第４の発明の「制御手段」が実現されている。
【００３８】
実施の形態３．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のハイブリッド車両の排気浄化装置は、図１に示す構成において、ＥＣＵ４０に、図４に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００３９】
エンジン２の運転時、高温の排気ガスに晒されることで、触媒装置６内の各触媒６ａ，６ｂの温度は高温になっている。しかし、モータ１０による走行時のようにエンジン２が停止している時には、放熱によって各触媒６ａ，６ｂの温度は低下していく。各触媒６ａ，６ｂの温度には、その浄化性能が最大となる適正温度が存在しており、適正温度より触媒温度が低すぎると、十分な浄化性能を得ることができない。このため、エンジン２の始動時、触媒温度が低い場合には、触媒温度が適正温度まで上昇するように、各触媒６ａ，６ｂを暖機してやる必要がある。図１に示す構成では、少なくとも三元触媒６ａを暖機することができれば、理論空燃比下でエンジン２を運転することにより排気エミッションの悪化を防止することができる。
【００４０】
触媒を暖機する方法の１つに、燃料を触媒上で酸素と反応させ、その際の反応熱によって触媒を加熱する方法がある。暖機用の燃料としてはガソリンも使用可能であるが、本実施形態の駆動システムでは、燃焼性に優れた水素がエンジン２の燃料として使用されているので、この水素を触媒装置６内の三元触媒６ａに供給することができれば、三元触媒６ａを効率よく暖機することができる。
【００４１】
本実施形態では、ＥＣＵ４０によるエンジン２とモータ１０の協調制御によって三元触媒６ａへの水素供給が行われる。図４のフローチャートに示すルーチンは、三元触媒６ａに水素を供給するために実行されるエンジン２とモータ１０の協調制御のルーチンである。ＥＣＵ４０は、図４に示すルーチンを一定のクランク角毎に周期的に実行している。
【００４２】
図４に示すルーチンの最初のステップ２００では、エンジン２の始動が必要か否か判定される。モータ１０による走行からエンジン２による走行に切替えられた場合や、エンジン２によってジェネレータ１２を駆動する場合等にエンジン２の始動が行われる。判定の結果、エンジン２の始動が必要とされていない場合には、本ルーチンは終了する。また、これ以降の処理によってエンジン２の始動が完了した場合にも、本ルーチンは終了する。
【００４３】
一方、エンジン２の始動が必要と判断された場合には、次に、三元触媒６ａの温度が所定の基準値よりも低いか否か判定される（ステップ２０２）。基準値は適正温度の下限値に設定されている。ステップ２０２の判定の結果、触媒温度が基準値よりも低い場合には、ステップ２０４の処理が実行され、触媒温度が基準値以上になっている場合には、ステップ２０６の処理が実行される。
【００４４】
ステップ２０４の処理が選択された場合、つまり、触媒温度が基準値よりも低い場合には、先ず、動力分割機構１４が操作され、モータ１０の駆動力の一部或いは全部が動力分割機構１４を介してエンジン２に入力される。これにより、エンジン２はモータ１０の駆動力によって強制的に回転させられ、吸気マニホールド２ａから空気を吸い込んで排気マニホールド２ｂへ排出するポンプとして作動する。
【００４５】
また、ステップ２０４では、モータ１０によるエンジン２の強制回転と同時に、ＥＣＵ４０から水素インジェクタ４４に噴射指令が供給され、所定量の水素が水素インジェクタ４４から噴射される。さらに、それと同時に、吸気管（図示略）に設けられたスロットルが開かれ、水素の噴射量に応じた量の空気が吸気マニホールド２ａへ供給される。空気量はスロットルの開度によって制御することができる。ＥＣＵ４０は、水素と空気の空燃比が触媒上での燃焼反応に適した所定の空燃比になるようにスロットルを制御する。水素インジェクタ４４から吸気マニホールド２ａへ噴射された水素は、空気とともにエンジン２のポンプ作用によって燃焼室内に吸入され、水素と空気の混合気となって排気マニホールド２ｂへ排出される。この混合気が排気管４を通って触媒装置６内の三元触媒６ａに供給され、水素と酸素が三元触媒６ａ上で燃焼反応を起こすことで、三元触媒６ａは加熱され、三元触媒６ａの温度は上昇していく。
【００４６】
ステップ２０４の処理によって三元触媒６ａの温度が上昇し、やがて基準値以上になった場合には、ステップ２０４の処理からステップ２０６の処理に切替えられる。ステップ２０６では、先ず、水素インジェクタ４４からの水素の噴射が停止される。そして、ガソリンインジェクタ４２からの燃料供給と点火プラグによる点火が開始され、エンジン２が始動される。エンジン２の始動後は、エンジン２から排出される高温の排気ガスが三元触媒６ａに供給されることで、三元触媒６ａの温度は適正温度に維持される。
【００４７】
以上説明したルーチンによれば、モータ１０によりエンジン２を強制回転させた時のエンジン２のポンプ作用により、水素インジェクタ４４から噴射した水素を燃焼させることなく排気管４に送ることができる。これにより、エンジン２の始動に先立ち、三元触媒６ａ上で水素と酸素を反応させ、その際の反応熱によって三元触媒６ａを暖機することができる。しかも、空燃比の調整によって三元触媒６ａ上での水素と酸素の燃焼反応を促進することができ、三元触媒６ａを効率良く暖機することができる。
【００４８】
なお、上記実施の形態では、ＥＣＵ４０によって上記ルーチンを実行することにより、第１の発明の「制御手段」が実現されている。また、第２の発明及び第３の発明にかかる「制御手段」の機能が実現されている。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００５０】
図１の構成では、水素インジェクタ４４を吸気マニホールド２ａに配置することとしているが、その配置はこれに限定されるものではない。すなわち、水素インジェクタ４４は、燃焼室内に直接、水素を噴射できるようにシリンダヘッドに組み込んでもよい。ガソリンインジェクタ４２に関しても同様であり、燃焼室内に直接、ガソリンを噴射できるようにシリンダヘッドにガソリンインジェクタ４２を組み込んでもよい。実施の形態２では、最終停止気筒の最後の吸気行程で水素を噴射しているが、燃焼室内に直接、水素を噴射できる場合には、最後の吸気行程から最後の排気行程までの間の任意のタイミングで水素を噴射することができる。
【００５１】
また、図１の構成では、水素タンク３４に貯蔵された水素を水素インジェクタ４４に供給しているが、燃料改質器によって炭化水素系燃料（例えば、ガソリン）から改質された水素を水素インジェクタ４４に供給してもよい。燃料改質器による炭化水素系燃料の改質方法には限定はなく、部分酸化反応を利用してもよく、水蒸気改質反応を利用してもよい。或いは、水素化燃料を脱水素反応させることで得られた水素を水素インジェクタ４４に供給してもよい。
【００５２】
また、図１の構成では、ハイブリッド車両はエンジン２によってもモータ１０によっても走行可能に構成されているが、本発明を適用するにあたってはハイブリッド車両は少なくともモータ１０によって走行可能であればよい。つまり、エンジン２は発電専用であってもよい。
【００５３】
さらに、上記実施の形態では、ＮＯｘ触媒６ｂを還元処理するための還元剤として水素を用いているが、水素以外の還元剤を用いてもよい。例えば、炭化水素系燃料を還元剤として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の排気浄化装置が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるエンジンとモータの協調制御のルーチンについて示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２において実行されるエンジンとモータの協調制御のルーチンについて示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３において実行されるエンジンとモータの協調制御のルーチンについて示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
２ エンジン
２ａ 吸気マニホールド
２ｂ 排気マニホールド
４ 排気管
６ 触媒装置
６ａ 三元触媒
６ｂ ＮＯｘ触媒
８ マフラ
１０ モータ
１２ ジェネレータ
１４ 動力分割機構
１６ 減速機
１８ ドライブシャフト
２０ 駆動輪
２４ インバータ
２６ コンバータ
２８ バッテリ
３２ ガソリンタンク
３４ 水素タンク
４０ ＥＣＵ
４２ ガソリンインジェクタ
４４ 水素インジェクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関とモータとを有し、少なくとも前記モータにより車両を駆動可能なハイブリッド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た排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒への還元剤の供給時期を判定し、その判定結果から還元剤を供給すべき時期であると判断されるときには、前記内燃機関の燃焼が停止している状態において前記モータによって前記内燃機関を強制的に回転させるとともに、前記還元剤供給手段を作動させて還元剤を供給する制御手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両の排気浄化装置。
【請求項２】
前記還元剤供給手段は、還元剤として水素を供給するように構成され、
前記制御手段は、前記内燃機関の始動時を前記排気浄化触媒への水素の供給時期としていることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記排気浄化触媒に供給される水素を含む混合気の空燃比が所定の空燃比になるようにスロットルの開度を制御することを特徴とする請求項２記載のハイブリッド車両の排気浄化装置。
【請求項４】
内燃機関とモータとを有し、少なくとも前記モータにより車両を駆動可能なハイブリッド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た排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒への還元剤の供給時期を判定し、その判定結果から還元剤を供給すべき時期であると判断されるときには、前記内燃機関の燃焼を停止させるとともに、前記内燃機関の回転停止に先立ち、最後に排気行程を経て停止する気筒を予測し、当該気筒の最後の排気行程において当該気筒から還元剤が排出されるように前記還元剤供給手段から当該気筒に還元剤を供給することを特徴とするハイブリッド車両の排気浄化装置。
【請求項１】
内燃機関とモータとを有し、少なくとも前記モータにより車両を駆動可能なハイブリッド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た排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒への還元剤の供給時期を判定し、その判定結果から還元剤を供給すべき時期であると判断されるときには、前記内燃機関の燃焼が停止している状態において前記モータによって前記内燃機関を強制的に回転させるとともに、前記還元剤供給手段を作動させて還元剤を供給する制御手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両の排気浄化装置。
【請求項２】
前記還元剤供給手段は、還元剤として水素を供給するように構成され、
前記制御手段は、前記内燃機関の始動時を前記排気浄化触媒への水素の供給時期としていることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記排気浄化触媒に供給される水素を含む混合気の空燃比が所定の空燃比になるようにスロットルの開度を制御することを特徴とする請求項２記載のハイブリッド車両の排気浄化装置。
【請求項４】
内燃機関とモータとを有し、少なくとも前記モータにより車両を駆動可能なハイブリッド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た排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気通路或いは燃焼室内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒への還元剤の供給時期を判定し、その判定結果から還元剤を供給すべき時期であると判断されるときには、前記内燃機関の燃焼を停止させるとともに、前記内燃機関の回転停止に先立ち、最後に排気行程を経て停止する気筒を予測し、当該気筒の最後の排気行程において当該気筒から還元剤が排出されるように前記還元剤供給手段から当該気筒に還元剤を供給することを特徴とするハイブリッド車両の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２６６１１５（Ｐ２００６−２６６１１５Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８２４２３（Ｐ２００５−８２４２３）
【出願日】平成１７年３月２２日（２００５．３．２２）
【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１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２２日（２００５．３．２２）
【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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