排気浄化システム
【課題】高効率でかつ短時間内で急速に排気浄化触媒を加熱する排気浄化システムを提供する。
【解決手段】 内燃機関１と、内燃機関１の排気ガスを浄化する排気浄化触媒２と、炭化水素系燃料を改質して改質ガスを生成する改質器３と、前記改質ガスを触媒燃焼させる燃焼部４と、この触媒燃焼による発生熱を前記排気浄化触媒２の外周面に供給する供給部５と、を有する暖機手段とを備える排気浄化システムでは、改質ガスが通る通路と内燃機関の排気通路を連通しないので背圧の影響を受けることがなく、コンプレッサーやブロア等の効率的な動作が可能になる。同時に、改質ガスを排気浄化触媒の外周面に供給しているので短時間内で急速に排気浄化触媒を作動温度まで効率的に加熱することができる。以上により、高効率でかつ短時間内で、急速に排気浄化触媒を作動温度に加熱する排気浄化システムを提供することができる。
【解決手段】 内燃機関１と、内燃機関１の排気ガスを浄化する排気浄化触媒２と、炭化水素系燃料を改質して改質ガスを生成する改質器３と、前記改質ガスを触媒燃焼させる燃焼部４と、この触媒燃焼による発生熱を前記排気浄化触媒２の外周面に供給する供給部５と、を有する暖機手段とを備える排気浄化システムでは、改質ガスが通る通路と内燃機関の排気通路を連通しないので背圧の影響を受けることがなく、コンプレッサーやブロア等の効率的な動作が可能になる。同時に、改質ガスを排気浄化触媒の外周面に供給しているので短時間内で急速に排気浄化触媒を作動温度まで効率的に加熱することができる。以上により、高効率でかつ短時間内で、急速に排気浄化触媒を作動温度に加熱する排気浄化システムを提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気浄化システムに関し、特に排気浄化触媒を短時間内で高効率に作動温度に加熱する制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスに含まれる一酸化炭素、炭化窒素、窒素酸化物等の有害物質は、排気浄化触媒により浄化されるが、内燃機関始動直後のような排気ガス温度が低い場合（たとえば３５０℃以下）には、排気浄化触媒はその効力が発揮されない。そのため、一般的には冷間始動時に排気浄化触媒を電気的に加温し、反応を促進する方法が知られている。
【０００３】
また、排気浄化触媒を加熱する方法として、以下のものが提案されている。例えば、特許文献１には、排気浄化触媒により酸化反応を受けるガスを発生させ、このガスを排気浄化触媒に導入して酸化反応させ、この酸化反応による発生熱を利用して排気浄化触媒を加熱する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、内燃機関と燃料電池とを備えた車両において、上記燃料電池からその排出ガスを介して排出された熱が、少なくとも部分的に排気浄化触媒へと案内可能であるように、上記燃料電池と上記排気浄化触媒との間に熱連結部を設け、上記排気浄化触媒を迅速に加熱する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１２７４４７号公報
【特許文献２】特表２００４−５２５３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１においては、上記ガスを上記排気浄化触媒に導入するには、手段としては上記ガスを内燃機関の排気通路内に導入することになる。そのため、上記ガスの導入通路は内燃機関の排気通路と連通され、その結果、上記内燃機関の排気圧による影響を受けることになる。それにより、たとえば内燃機関の排気圧が負荷変動に伴って変化することにより、上記ガスや酸素含有ガスを上記排気浄化触媒に導入するために駆動されるコンプレッサーやブロア等の回転数も変化してしまうので、システム効率が低下してしまう。
【０００７】
また特許文献２においては、上記燃料電池と上記排気浄化触媒との間に熱連結部を設ける場合には、車両の制御システム起動後、上記燃料電池の作動までには、少なくとも燃料電池が作動温度に達するまでの時間を要するので、上記燃料電池の発電により排出ガスを介して排出された熱が、上記排気浄化触媒に案内されるまでの時間の間は、上記排気浄化触媒の暖機がなされない。そのため、その間に内燃機関を始動した場合には、排気浄化触媒はその効力が発揮されない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高効率でかつ短時間内で急速に排気浄化触媒を加熱する排気浄化システム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】
【０００９】
本発明は、内燃機関と、前記内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化触媒と、炭化水素系燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスを触媒燃焼させる燃焼部と該触媒燃焼による発生熱を前記排気浄化触媒の外周面に供給する供給部とを有する暖機手段と、を備えることを特徴とする排気浄化システムである。この構成によれば、改質ガスが通る通路と内燃機関の排気通路を連通しないので背圧の影響を受けることがなく、コンプレッサーやブロア等の効率的な動作が可能になる。同時に、改質ガスを排気浄化触媒の外周面に供給しているので短時間内で急速に排気浄化触媒を作動温度まで効率的に加熱することができる。
【００１０】
また前記暖機手段は、前記改質ガスを触媒燃焼させる前記燃焼部を前記排気浄化触媒の外周面に備える構成とすることができる。この構成により、内燃機関の排気ガス通路と改質ガス通路とが連通することを抑制できるので、コンプレッサーやブロア等への背圧の影響を除去できる。また、燃焼部を排気浄化触媒の外周面に備えているので、燃焼部で発生した熱を供給部へ伝達する際の熱ロスを抑制可能である。
【００１１】
また、燃料電池を備える場合には、燃料電池に導入された前記改質ガスを前記燃料電池出口で分岐して前記燃焼部に導入する構成とすることができる。この構成により、改質反応で発生した熱の一部を、改質ガスを介して燃料電池に供給可能となることから、燃料電池が作動温度に加温されるまでに要する時間の短縮を図ることができるので、システム効率を向上させることができる。
【００１２】
さらに前記暖機手段は、前記改質器から燃焼部への改質ガスの通路に設けられたバルブを有し、システム起動時、前記排気浄化触媒が作動温度に加温される前までは前記バッテリにより負荷を駆動させ、その後暖機が完了したときは前記内燃機関を始動させるとともに、前記バルブを制御して前記改質ガスを遮断する構成とすることができる。この構成により、排気浄化触媒が作動温度に加温されるまでは、内燃機関を始動させることなく負荷を駆動できることから、より優れた排気浄化を実現できる。さらに、前記排気浄化触媒が短時間内で急速に作動温度に加温された後には、前記改質ガスを燃料電池の燃料として利用すべく前記バルブを遮断することで、システムの効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高効率でかつ短時間内で急速に排気浄化触媒を加熱する排気浄化システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、内燃機関と、炭化水素系燃料を改質して改質ガスを生成する改質部とを有する実施例１に係る排気浄化システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、排気浄化システムは、内燃機関１、排気浄化触媒２、改質器３、燃焼部４、供給部５、制御部８及びセンサ９を含む。後述するように、図１のブロック中、実線で示す構成要素は、排気浄化触媒２を短時間内に急速に加熱し、排気を浄化するのに必要な最小限の構成を意味し、破線で示す構成要素は必要に応じて任意に設けられるものである。
【００１６】
内燃機関１は例えばガソリンエンジンであって、燃料用原料と空気との混合気を燃焼させる。排気浄化触媒２は、内燃機関１が排出する排気ガスを浄化する。このとき、内燃機関１始動直後のような排気ガス温度が低い状態（たとえば３５０℃以下）では、排気浄化触媒２はその効力が発揮されない。
【００１７】
改質器３は改質用原料を改質し、改質ガスを生成する。生成された改質ガスは、改質器３出口から、排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４に導入される。燃焼部４は、改質ガス成分の水素等を触媒燃焼させる。燃焼部４は例えば、プラチナ、パラジウムなどの貴金属からなる触媒を含む。供給部５は、触媒燃焼により発生した熱を、その内側に装着されている排気浄化触媒２に供給し、排気浄化触媒２を急速に暖機する。排気浄化触媒２が作動温度に達した後には、排気浄化触媒２はその効力を発揮することができる。
【００１８】
このような構成の排気浄化システムの制御起動時においては、排気浄化触媒２の温度は低い状態にある。この状態で、内燃機関１を始動させると、排気浄化触媒２の温度が作動温度に達していない状態であることから、排気浄化触媒２はその効力を発揮できない。そこで、本発明は、排気浄化触媒２を短時間内で急速に暖機する構成を備えるとともに、排気浄化触媒２の温度の状態に応じて、内燃機関１の始動を制御する構成を備え、負荷駆動システムの制御起動時には、排気浄化触媒２を短時間内で急速にその作動温度に加温するとともに、排気浄化触媒２が作動温度に達した後、排気浄化触媒２が効力を発揮できる状態での内燃機関１の始動を可能とする。
【００１９】
具体的には、図１に示す排気浄化システムは、改質ガスを触媒燃焼させて発生した熱を、排気浄化触媒に供給する排気浄化触媒の暖機手段と、排気浄化触媒２の温度状態に応じて、内燃機関１を始動する制御手段を有する。
【００２０】
暖機手段は、改質器３と、改質器３により発生した改質ガスを触媒燃焼させる、排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４と、触媒燃焼により発生した熱を排気浄化触媒２に供給する供給部５を有する。燃焼部４で改質ガスを触媒燃焼させる際には酸素が必要になるが、たとえば図示したように空気中の酸素を供給可能とするようにしてもよい。この構成により、暖機対象である排気浄化触媒２の外周で触媒燃焼による熱を発生させ、その熱を内側に備えられた排気浄化触媒２に供給することで熱ロスの少ない構造とでき、結果として、排気浄化触媒２に高効率な熱の供給を可能とする。また改質ガス通路を排気ガス通路に連通せず、排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４に連通したことにより、コンプレッサーやブロア等への背圧の影響を除去できることから、システムの効率向上が実現できる。
【００２１】
また、上記制御手段は、排気浄化触媒２の温度状態を検知するセンサ９と、このセンサ９の出力信号に応じて内燃機関１の始動を制御する制御部８を有する。例えば制御部８は、排気浄化触媒２の温度が作動温度以下であれば、引き続きセンサ９の出力信号の監視を行い、排気浄化触媒２の温度が作動温度に達した場合には、内燃機関１を始動させる。この構成により、排気浄化触媒２が作動温度以下の状態で内燃機関１が始動されることを防止でき、その結果、排気浄化触媒２がその効力を発揮可能できる。
【００２２】
なお、図１は排気浄化触媒２を短時間内に急速に加熱し、排気を浄化するのに必要な最小限の構成を示したものであって、図１の破線に示したように改質ガスの熱を燃料電池７の作動温度に変換する熱交換器６、アノード、カソード及び電解質を有し、アノードに供給された改質ガス中の水素とカソードに供給された空気（酸素）とから水を生成するとともに電力を発生する燃料電池７、改質器３から燃焼部４に改質ガスを連通する通路を状態に応じて遮断、連通可能に制御できるバルブ１０、車両を駆動可能な電力を蓄電するバッテリ１１（二次電池）を含む構成であってもよい。
【００２３】
次に排気浄化システムを起動させる場合において、排気浄化触媒２を加熱するために制御部８が行う制御について説明する。ここでは、排気浄化システムを備えた車両の場合として例示する。図４は、図１に示す制御部８が行う制御を実現するフローチャートである。なお、制御部８はプログラムを実行するマイクロコンピュータで構成される。
【００２４】
図４に示すように、まず車両の制御システムの起動を行う。
【００２５】
制御システムの起動後、制御部８は、改質器３を起動させる（ステップＳ１）。改質器３での改質反応により生成された改質ガスは、排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４に導入され、改質ガス成分の水素等が触媒燃焼されることにより、その内側に装着されている排気浄化触媒２に、触媒燃焼により発生した熱が供給され、排気浄化触媒２は急速に暖機される。
【００２６】
ステップＳ１において、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下である（排気浄化触媒２が作動温度まで暖気されていない）と判定された場合には、制御部８は、引き続きセンサ９の監視を行う（ステップＳ２）。
【００２７】
ステップＳ２において、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下でない（排気浄化触媒２が作動温度まで暖機された）と判定された場合には、制御部８は、内燃機関１を始動させる（ステップＳ３）。
【００２８】
以上のように、排気浄化触媒２を急速暖機した後に、内燃機関１を始動するよう制御することから、より優れた排気浄化を達成できる。またシステム構成としては、改質ガス通路を排気ガス通路に連通せず、排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４に連通したことにより、コンプレッサーやブロア等への背圧の影響を除去できることから、システムの効率向上が実現できる。さらに、暖機対象である排気浄化触媒２の外周で触媒燃焼による熱を発生させ、その熱を内側に備えられた排気浄化触媒２に供給することで熱ロスの少ない構造とでき、結果として、排気浄化触媒２に高効率な熱の供給を可能とする。
【実施例２】
【００２９】
図２は、実施例２に係る排気浄化システムを含むハイブリッドシステムの構成を示す模式図である。図２に示すように、ハイブリッドシステムは、内燃機関１、排気浄化触媒２、改質器３、燃焼部４、供給部５、燃料電池７、制御部８及びセンサ９を含む。実施例２に係る排気浄化システムは、内燃機関１と、燃料電池２と、改質器３とを有する。ハイブリッドシステムは、必要に応じて、改質器３と燃料電池７の間に熱交換器６、バッテリ１１を含む構成であってもよく、排気浄化システムは、必要に応じて、改質器３と燃焼部４を連通する改質ガスの通路間にバルブ１０等の機器を含む構成であってもよい。
【００３０】
図２のように燃料電池７を備えている場合には、燃料電池７へ導入された改質ガスを燃料電池７出口より分岐した後、燃焼部４に導入する。燃焼部４は、改質ガス成分の水素等を触媒燃焼させ、供給部５は、触媒燃焼により発生した熱を、排気浄化触媒２に供給することで、排気浄化触媒２を急速に暖機する。なお、水素等を触媒燃焼させる際の酸素の導入経路としては、図１で示したように空気中の酸素を供給可能とするほか、図２に示すように燃料電池７のカソードへ酸素供給するためのカソードポンプ１２を利用してもよい。この構成により、改質ガスを触媒燃焼させ、その熱を排気浄化触媒２に供給し、排気浄化触媒２を作動温度に加熱すると同時に、改質ガスの持つ熱の一部を燃料電池７に供給することができる。
【００３１】
燃料電池７は、例えば水素分離膜型電池である。水素分離膜型電池は、水素透過性金属層上にプロトン導電性を有する電解質層が積層された電解質膜を有する。勿論、これ以外のタイプの燃料電池を用いることができる。
【００３２】
このような構成の排気浄化システムを含むハイブリッドシステムを有した車両の制御システム起動時においては、通常、上記燃料電池７を作動できるまでには、少なくとも燃料電池７が作動温度に達するまでの時間を必要とする。しかし内燃機関１の、有害物質を含む排気ガス自体の排出を低減するという観点からは、燃料電池７は、車両の制御システム起動後には可能な限り早く作動し、その電力を車両の駆動に使用することで内燃機関１を停止できることが望まれる。そこで、本発明は、改質器３から燃焼部４への改質ガス導入通路間に燃料電池７を備え、改質ガスの持つ熱の一部を燃料電池７に供給可能にする。
【００３３】
具体的には、図２に示す排気浄化システムを含むハイブリッドシステムは、改質ガスの持つ熱の一部を燃料電池７に供給する。図１の構成同様、改質ガスを触媒燃焼させて発生した熱を排気浄化触媒に供給する排気浄化触媒の暖機手段と、図１の構成同様、排気浄化触媒２の温度状態に応じて、内燃機関１を始動する制御手段を有する構成としてもよい。
【００３４】
図２の排気浄化システムを含むハイブリッドシステムは、改質器３、燃焼部４及び燃料電池７を有する。また改質ガスの熱の一部を変換し燃料電池７に供給する熱交換器６を含む構成であってもよい。車両の制御システム起動時には、燃料電池７の温度は低い状態にあり、この構成により、改質器３で改質反応により発生した熱の一部を、改質ガスを介して燃料電池７に供給可能となることから、燃料電池７が作動温度に加温されるまでに要する時間の短縮を図ることができる。排気浄化触媒２の暖機手段は図１同様の構成であってよい。また内燃機関１を始動する制御手段は、図１の構成に加え、燃料電池７も制御する。制御部８が、センサ９の出力信号により、排気浄化触媒２の温度が作動温度に達したことを受けて、内燃機関１を始動させた後、制御部８は、作動温度等の所定の運転条件が揃った場合には、燃料電池７を始動させる。このような構成では、排気浄化触媒２が作動温度以下の状態で、内燃機関１が始動されることを防止できる他、燃料電池７の始動後には、所定の運転条件の下で内燃機関１を停止させることで、内燃機関１が排出する排気ガス量の抑制が可能であり、改質ガスの持つ熱の一部を供給することで、燃料電池７がその始動に必要な作動温度になるのに要する時間を短縮することができる。
【００３５】
次に排気浄化システムを含むハイブリッドシステムを起動させる場合において、排気浄化触媒２を加熱するために制御部８が行う制御について説明する。ここでは、排気浄化システムを含むハイブリッドシステムを備えた車両の場合として例示する。図５は、図２に示す制御部８が行う制御を実現するためのフローチャートである。
【００３６】
図５に示すように、まず車両の制御システムの起動を行う。
【００３７】
制御システムの起動後、制御部８は、改質器３を起動させる（ステップＳ１１）。
改質器３での改質反応により生成された改質ガスは、燃料電池７へ導入される。燃料電池７出口より改質ガス通路を分岐し、改質ガスを燃料電池７出口から排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４に導入し、改質ガス成分の水素等を触媒燃焼させることにより、その内側に装着されている排気浄化触媒２に、触媒燃焼により発生した熱を供給し、排気浄化触媒２を急速に暖機する。
【００３８】
ステップＳ１１において、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下である（排気浄化触媒２が作動温度まで暖気されていない）と判定された場合には、制御部８は、引き続きセンサ９の監視を行う（ステップＳ１２）。
【００３９】
ステップＳ１２において、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下でない（排気浄化触媒２が作動温度まで暖機された）と判定された場合には、制御部８は、内燃機関１を始動させる（ステップＳ１３）。
【００４０】
ステップＳ１３において、燃料電池７を始動できる条件（たとえば作動温度）が揃った場合には、燃料電池７を始動させる（ステップＳ１４）。
【００４１】
以上のように、改質反応で発生した熱の一部を、改質ガスを介して燃料電池７に供給可能となることから、燃料電池７が作動温度に加温されるまでに要する時間の短縮を図ることができ、システムの効率を向上させることができる。
【実施例３】
【００４２】
図３は、実施例３に係る排気浄化システムを含むハイブリッドシステムの構成を示す模式図である。図３に示すように、ハイブリッドシステムは、内燃機関１、排気浄化触媒２、改質器３、燃焼部４、供給部５、燃料電池７、制御部８、センサ９、バルブ１０及びバッテリ１１を含む。実施例３に係る排気浄化システムは、内燃機関１と、燃料電池７と、バルブ１０と、バッテリ１１と、改質器３とを有する。ハイブリッドシステムは、必要に応じて、改質器３と燃料電池７の間に熱交換器６を含む構成であってもよい。ここでは、排気浄化システムを含むハイブリッドシステムを備えた車両の場合として例示する。
【００４３】
図３のように燃料電池７と、バルブ１０と、バッテリ１１とを備えたハイブリッドシステムの場合には、制御システムの起動により、制御部８は、バッテリ１１の電力により負荷を駆動させるよう、駆動の制御を行う。この構成により、排気浄化触媒２が作動温度に達する前には、内燃機関１を始動させることなくバッテリ１１の電力により車両を駆動し、排気浄化触媒２が作動温度に達し、その効力を発揮することができるようになった後に、内燃機関１を始動させることができる。また制御部８は、排気浄化触媒２が作動温度に達した後には、バルブ１０を閉じ、改質ガスを燃料電池の燃料として利用すべくバルブ１０を遮断することで、システムの効率を向上させることができる。
【００４４】
このような構成の排気浄化システムを有する車両の制御システム起動時において、上記のような車両を駆動可能な電力を蓄電するバッテリを有しない場合には、車両の制御システム起動時に、排気浄化触媒２を作動温度まで加温するまでは、内燃機関１を始動することができず、そのため運転者が運転可能になるまでの待ち時間が発生することになる。しかしながら、排気浄化触媒２が作動温度に達する前に内燃機関１を始動することは、排気浄化の観点から見ると、排気浄化触媒２がその効果を発揮できない状態なので効果的とは言えない。そこで、本発明は、車両を駆動可能な電力を蓄電するバッテリ１１を備え、排気浄化触媒２が作動温度に達するまでは、バッテリ１１の電力で車両を駆動できるので、制御システム起動直後でも、車両を駆動させることを可能とする。上記の構成の排気浄化システムは、排気浄化触媒２の暖機手段として、図１の構成と同様な排気浄化触媒２を急速に加温する構成と、図２の構成と同様な改質ガスの熱の一部を燃料電池７に供給する構成を備えたものでもよい。また制御手段として、排気浄化触媒２の温度の状態に応じて、内燃機関１の始動を制御する構成を備えたものでもよい。この排気浄化システムを備えたハイブリッドシステムでは、制御手段は、内燃機関１と、燃料電池７と、制御部８と、バルブ１０と、バッテリ１１とを有し、制御部８は、排気浄化触媒２が作動温度に達した後には、内燃機関１を始動させ、改質ガスを燃料電池７の燃料として利用すべくバルブ１０を遮断することで、システムの効率を向上させることができる。その後、バッテリ１１の電力による駆動制御を停止し、作動温度等の運転条件が揃った場合には、燃料電池７を始動させる。バッテリ１１を有することで、排気浄化触媒２が作動温度に達する前でも、内燃機関１を始動することなくバッテリ１１の電力で車両を駆動できるので、車両の制御システム起動後、すぐに車両を駆動することができる。
【００４５】
このように、改質ガスを燃焼部４に供給し、供給部５が触媒燃焼により発生した熱を排気浄化触媒２に供給することにより、短時間内で急速に排気浄化触媒２を加熱することができる。また改質ガスの燃焼部４を排気浄化触媒２の外周に備えること、改質ガスの改質器３から燃焼部４への導入経路を、燃料電池７を経由させること、さらに制御システム起動後、排気浄化触媒２の暖機前に車両を駆動させるバッテリ１１、および排気浄化触媒２が作動温度に達した後に改質器から燃焼部への改質ガスの導入経路を遮断するバルブ１０を備えること、により高効率化された排気浄化システムを含むハイブリッドシステムを実現可能とする。
【００４６】
次に車両を起動させる場合において、排気浄化触媒２を加熱するために制御部８が行う制御について説明する。図６は、図３に示す制御部８が行う制御を実現するためのフローチャートである。
【００４７】
図６に示すように、まず車両の制御システムの起動を行う。
【００４８】
制御システムの起動後、制御部８は、バッテリで車両を駆動させるよう、駆動力の制御を行う（ステップＳ２１）。
【００４９】
ステップＳ２１において、バッテリで車両を駆動させている間に、制御部８は、改質器３を起動させる（ステップＳ２２）。
【００５０】
改質器３での改質反応により生成された改質ガスは、燃料電池７へ導入される。燃料電池７出口より改質ガスを分岐し、改質ガスを燃料電池７出口から排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４に導入し、改質ガス成分の水素等を触媒燃焼させることにより、その内側に装着されている排気浄化触媒２に、触媒燃焼により発生した熱を供給し、排気浄化触媒２を急速に暖機する。
【００５１】
ステップＳ２２において、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下である（排気浄化触媒２が作動温度まで暖気されていない）と判定された場合には、制御部８は、引き続きセンサ９の監視を行う（ステップＳ２３）。
【００５２】
ステップＳ２３において、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下でない（排気浄化触媒２が作動温度まで暖機された）と判定された場合には、制御部８は、内燃機関１を始動させる。
【００５３】
同時に、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下でない（排気浄化触媒２が作動温度まで暖機された）と判定された場合には、制御部８は、改質器から燃焼部の間の改質ガス通路に備えられたバルブを遮断する（ステップＳ２４）。
【００５４】
ステップＳ２４において、内燃機関１が始動されたときには、制御部８は、バッテリ１１による車両の駆動の制御を停止させる（ステップＳ２５）。
【００５５】
ステップＳ２５において、燃料電池７を始動できる条件（たとえば作動温度）が揃った場合には、燃料電池７を始動させる（ステップ２６）。
【００５６】
図７は、ハイブリッドシステムを自動車に適用した場合の一例を示す模式図である。図３に示すように、ハイブリッド自動車２００は、ハイブリッドシステム１００、バッテリ１１、動力発生装置２１、動力伝達装置２２、複数の車輪２３及び回生装置２４を含む。ハイブリッドシステム１００は前述の図１〜図３の構成を備える。なお、図７では、便宜上、バッテリ１１をハイブリッドシステム１００とは別に図示してある。
【００５７】
ハイブリッドシステム１００の燃料電池において発生した電力は、動力発生装置２１に与えられ、またはバッテリ１１に蓄えられた後に動力発生装置２１に与えられる。動力発生装置２１は、コンバータ、インバータ、電動機等を備え、ハイブリッドシステム１００またはバッテリ１１から与えられた電力を軸出力に変換して動力伝達装置２２に伝達する。動力伝達装置２２は、与えられた軸出力を車輪２３に伝達する。それにより、ハイブリッド自動車２００が動作を開始する。続いて、ハイブリッド自動車２００は、負荷が増加するにしたがって動力を内燃機関に切り替える。まず、動力伝達装置２２は、動力発生装置２１からの軸出力の供給を停止する。次に、ハイブリッドシステム１００の内燃機関１により発生した動力が軸出力として動力伝達装置２２に与えられる。動力伝達装置２２は、与えられた軸出力を車輪２３に伝達する。さらに負荷が増大すれば、動力伝達装置２２は、ハイブリッドシステム１００の内燃機関及び動力発生装置２１の両方から与えられる軸出力を車輪２３に伝達する。回生装置２４はジェネレータ等を備える。使用者がハイブリッド自動車２００を減速させる場合、回生装置２４のジェネレータは、車輪２３の動力を電力に変換し、変換した電力をバッテリ１１に供給する。
【００５８】
このようなハイブリッド自動車２００において、ハイブリッドシステム１００中の排気浄化システムは前述したように動作する。
【００５９】
以上のように、システムが車両を駆動可能なバッテリ１１を備えている場合には、排気浄化触媒２が作動温度に加温されるまでの間、内燃機関１を始動させずに車両を駆動できることから、より優れた排気浄化を実現でき、また前記排気浄化触媒２が作動温度に加温された後には、前記改質ガスを燃料電池７の燃料として利用すべく、前記バルブ１０を遮断することでシステム効率の向上が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施例１に係る排気浄化システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例２に係る破棄浄化システムを示す図である。
【図３】本発明の実施例３に係る排気浄化システムの構成を示す図である。
【図４】図１に示す制御部の動作フローチャートである。
【図５】図２に示す制御部の動作フローチャートである。
【図６】図３に示す制御部の動作フローチャートである。
【図７】ハイブリッドシステムを自動車に適用した場合の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 内燃機関
２ 排気浄化触媒
３ 改質器
４ 燃焼部
５ 供給部
６ 熱交換器
７ 燃料電池
８ 制御部
９ センサ
１０ バルブ
１１ バッテリ
１２ カソードポンプ
２１ 動力発生装置
２２ 動力伝達装置
２３ 車輪
２４ 回生装置
１００ ハイブリッドシステム
２００ ハイブリッド自動車
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気浄化システムに関し、特に排気浄化触媒を短時間内で高効率に作動温度に加熱する制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスに含まれる一酸化炭素、炭化窒素、窒素酸化物等の有害物質は、排気浄化触媒により浄化されるが、内燃機関始動直後のような排気ガス温度が低い場合（たとえば３５０℃以下）には、排気浄化触媒はその効力が発揮されない。そのため、一般的には冷間始動時に排気浄化触媒を電気的に加温し、反応を促進する方法が知られている。
【０００３】
また、排気浄化触媒を加熱する方法として、以下のものが提案されている。例えば、特許文献１には、排気浄化触媒により酸化反応を受けるガスを発生させ、このガスを排気浄化触媒に導入して酸化反応させ、この酸化反応による発生熱を利用して排気浄化触媒を加熱する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、内燃機関と燃料電池とを備えた車両において、上記燃料電池からその排出ガスを介して排出された熱が、少なくとも部分的に排気浄化触媒へと案内可能であるように、上記燃料電池と上記排気浄化触媒との間に熱連結部を設け、上記排気浄化触媒を迅速に加熱する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１２７４４７号公報
【特許文献２】特表２００４−５２５３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１においては、上記ガスを上記排気浄化触媒に導入するには、手段としては上記ガスを内燃機関の排気通路内に導入することになる。そのため、上記ガスの導入通路は内燃機関の排気通路と連通され、その結果、上記内燃機関の排気圧による影響を受けることになる。それにより、たとえば内燃機関の排気圧が負荷変動に伴って変化することにより、上記ガスや酸素含有ガスを上記排気浄化触媒に導入するために駆動されるコンプレッサーやブロア等の回転数も変化してしまうので、システム効率が低下してしまう。
【０００７】
また特許文献２においては、上記燃料電池と上記排気浄化触媒との間に熱連結部を設ける場合には、車両の制御システム起動後、上記燃料電池の作動までには、少なくとも燃料電池が作動温度に達するまでの時間を要するので、上記燃料電池の発電により排出ガスを介して排出された熱が、上記排気浄化触媒に案内されるまでの時間の間は、上記排気浄化触媒の暖機がなされない。そのため、その間に内燃機関を始動した場合には、排気浄化触媒はその効力が発揮されない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高効率でかつ短時間内で急速に排気浄化触媒を加熱する排気浄化システム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】
【０００９】
本発明は、内燃機関と、前記内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化触媒と、炭化水素系燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスを触媒燃焼させる燃焼部と該触媒燃焼による発生熱を前記排気浄化触媒の外周面に供給する供給部とを有する暖機手段と、を備えることを特徴とする排気浄化システムである。この構成によれば、改質ガスが通る通路と内燃機関の排気通路を連通しないので背圧の影響を受けることがなく、コンプレッサーやブロア等の効率的な動作が可能になる。同時に、改質ガスを排気浄化触媒の外周面に供給しているので短時間内で急速に排気浄化触媒を作動温度まで効率的に加熱することができる。
【００１０】
また前記暖機手段は、前記改質ガスを触媒燃焼させる前記燃焼部を前記排気浄化触媒の外周面に備える構成とすることができる。この構成により、内燃機関の排気ガス通路と改質ガス通路とが連通することを抑制できるので、コンプレッサーやブロア等への背圧の影響を除去できる。また、燃焼部を排気浄化触媒の外周面に備えているので、燃焼部で発生した熱を供給部へ伝達する際の熱ロスを抑制可能である。
【００１１】
また、燃料電池を備える場合には、燃料電池に導入された前記改質ガスを前記燃料電池出口で分岐して前記燃焼部に導入する構成とすることができる。この構成により、改質反応で発生した熱の一部を、改質ガスを介して燃料電池に供給可能となることから、燃料電池が作動温度に加温されるまでに要する時間の短縮を図ることができるので、システム効率を向上させることができる。
【００１２】
さらに前記暖機手段は、前記改質器から燃焼部への改質ガスの通路に設けられたバルブを有し、システム起動時、前記排気浄化触媒が作動温度に加温される前までは前記バッテリにより負荷を駆動させ、その後暖機が完了したときは前記内燃機関を始動させるとともに、前記バルブを制御して前記改質ガスを遮断する構成とすることができる。この構成により、排気浄化触媒が作動温度に加温されるまでは、内燃機関を始動させることなく負荷を駆動できることから、より優れた排気浄化を実現できる。さらに、前記排気浄化触媒が短時間内で急速に作動温度に加温された後には、前記改質ガスを燃料電池の燃料として利用すべく前記バルブを遮断することで、システムの効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高効率でかつ短時間内で急速に排気浄化触媒を加熱する排気浄化システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、内燃機関と、炭化水素系燃料を改質して改質ガスを生成する改質部とを有する実施例１に係る排気浄化システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、排気浄化システムは、内燃機関１、排気浄化触媒２、改質器３、燃焼部４、供給部５、制御部８及びセンサ９を含む。後述するように、図１のブロック中、実線で示す構成要素は、排気浄化触媒２を短時間内に急速に加熱し、排気を浄化するのに必要な最小限の構成を意味し、破線で示す構成要素は必要に応じて任意に設けられるものである。
【００１６】
内燃機関１は例えばガソリンエンジンであって、燃料用原料と空気との混合気を燃焼させる。排気浄化触媒２は、内燃機関１が排出する排気ガスを浄化する。このとき、内燃機関１始動直後のような排気ガス温度が低い状態（たとえば３５０℃以下）では、排気浄化触媒２はその効力が発揮されない。
【００１７】
改質器３は改質用原料を改質し、改質ガスを生成する。生成された改質ガスは、改質器３出口から、排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４に導入される。燃焼部４は、改質ガス成分の水素等を触媒燃焼させる。燃焼部４は例えば、プラチナ、パラジウムなどの貴金属からなる触媒を含む。供給部５は、触媒燃焼により発生した熱を、その内側に装着されている排気浄化触媒２に供給し、排気浄化触媒２を急速に暖機する。排気浄化触媒２が作動温度に達した後には、排気浄化触媒２はその効力を発揮することができる。
【００１８】
このような構成の排気浄化システムの制御起動時においては、排気浄化触媒２の温度は低い状態にある。この状態で、内燃機関１を始動させると、排気浄化触媒２の温度が作動温度に達していない状態であることから、排気浄化触媒２はその効力を発揮できない。そこで、本発明は、排気浄化触媒２を短時間内で急速に暖機する構成を備えるとともに、排気浄化触媒２の温度の状態に応じて、内燃機関１の始動を制御する構成を備え、負荷駆動システムの制御起動時には、排気浄化触媒２を短時間内で急速にその作動温度に加温するとともに、排気浄化触媒２が作動温度に達した後、排気浄化触媒２が効力を発揮できる状態での内燃機関１の始動を可能とする。
【００１９】
具体的には、図１に示す排気浄化システムは、改質ガスを触媒燃焼させて発生した熱を、排気浄化触媒に供給する排気浄化触媒の暖機手段と、排気浄化触媒２の温度状態に応じて、内燃機関１を始動する制御手段を有する。
【００２０】
暖機手段は、改質器３と、改質器３により発生した改質ガスを触媒燃焼させる、排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４と、触媒燃焼により発生した熱を排気浄化触媒２に供給する供給部５を有する。燃焼部４で改質ガスを触媒燃焼させる際には酸素が必要になるが、たとえば図示したように空気中の酸素を供給可能とするようにしてもよい。この構成により、暖機対象である排気浄化触媒２の外周で触媒燃焼による熱を発生させ、その熱を内側に備えられた排気浄化触媒２に供給することで熱ロスの少ない構造とでき、結果として、排気浄化触媒２に高効率な熱の供給を可能とする。また改質ガス通路を排気ガス通路に連通せず、排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４に連通したことにより、コンプレッサーやブロア等への背圧の影響を除去できることから、システムの効率向上が実現できる。
【００２１】
また、上記制御手段は、排気浄化触媒２の温度状態を検知するセンサ９と、このセンサ９の出力信号に応じて内燃機関１の始動を制御する制御部８を有する。例えば制御部８は、排気浄化触媒２の温度が作動温度以下であれば、引き続きセンサ９の出力信号の監視を行い、排気浄化触媒２の温度が作動温度に達した場合には、内燃機関１を始動させる。この構成により、排気浄化触媒２が作動温度以下の状態で内燃機関１が始動されることを防止でき、その結果、排気浄化触媒２がその効力を発揮可能できる。
【００２２】
なお、図１は排気浄化触媒２を短時間内に急速に加熱し、排気を浄化するのに必要な最小限の構成を示したものであって、図１の破線に示したように改質ガスの熱を燃料電池７の作動温度に変換する熱交換器６、アノード、カソード及び電解質を有し、アノードに供給された改質ガス中の水素とカソードに供給された空気（酸素）とから水を生成するとともに電力を発生する燃料電池７、改質器３から燃焼部４に改質ガスを連通する通路を状態に応じて遮断、連通可能に制御できるバルブ１０、車両を駆動可能な電力を蓄電するバッテリ１１（二次電池）を含む構成であってもよい。
【００２３】
次に排気浄化システムを起動させる場合において、排気浄化触媒２を加熱するために制御部８が行う制御について説明する。ここでは、排気浄化システムを備えた車両の場合として例示する。図４は、図１に示す制御部８が行う制御を実現するフローチャートである。なお、制御部８はプログラムを実行するマイクロコンピュータで構成される。
【００２４】
図４に示すように、まず車両の制御システムの起動を行う。
【００２５】
制御システムの起動後、制御部８は、改質器３を起動させる（ステップＳ１）。改質器３での改質反応により生成された改質ガスは、排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４に導入され、改質ガス成分の水素等が触媒燃焼されることにより、その内側に装着されている排気浄化触媒２に、触媒燃焼により発生した熱が供給され、排気浄化触媒２は急速に暖機される。
【００２６】
ステップＳ１において、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下である（排気浄化触媒２が作動温度まで暖気されていない）と判定された場合には、制御部８は、引き続きセンサ９の監視を行う（ステップＳ２）。
【００２７】
ステップＳ２において、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下でない（排気浄化触媒２が作動温度まで暖機された）と判定された場合には、制御部８は、内燃機関１を始動させる（ステップＳ３）。
【００２８】
以上のように、排気浄化触媒２を急速暖機した後に、内燃機関１を始動するよう制御することから、より優れた排気浄化を達成できる。またシステム構成としては、改質ガス通路を排気ガス通路に連通せず、排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４に連通したことにより、コンプレッサーやブロア等への背圧の影響を除去できることから、システムの効率向上が実現できる。さらに、暖機対象である排気浄化触媒２の外周で触媒燃焼による熱を発生させ、その熱を内側に備えられた排気浄化触媒２に供給することで熱ロスの少ない構造とでき、結果として、排気浄化触媒２に高効率な熱の供給を可能とする。
【実施例２】
【００２９】
図２は、実施例２に係る排気浄化システムを含むハイブリッドシステムの構成を示す模式図である。図２に示すように、ハイブリッドシステムは、内燃機関１、排気浄化触媒２、改質器３、燃焼部４、供給部５、燃料電池７、制御部８及びセンサ９を含む。実施例２に係る排気浄化システムは、内燃機関１と、燃料電池２と、改質器３とを有する。ハイブリッドシステムは、必要に応じて、改質器３と燃料電池７の間に熱交換器６、バッテリ１１を含む構成であってもよく、排気浄化システムは、必要に応じて、改質器３と燃焼部４を連通する改質ガスの通路間にバルブ１０等の機器を含む構成であってもよい。
【００３０】
図２のように燃料電池７を備えている場合には、燃料電池７へ導入された改質ガスを燃料電池７出口より分岐した後、燃焼部４に導入する。燃焼部４は、改質ガス成分の水素等を触媒燃焼させ、供給部５は、触媒燃焼により発生した熱を、排気浄化触媒２に供給することで、排気浄化触媒２を急速に暖機する。なお、水素等を触媒燃焼させる際の酸素の導入経路としては、図１で示したように空気中の酸素を供給可能とするほか、図２に示すように燃料電池７のカソードへ酸素供給するためのカソードポンプ１２を利用してもよい。この構成により、改質ガスを触媒燃焼させ、その熱を排気浄化触媒２に供給し、排気浄化触媒２を作動温度に加熱すると同時に、改質ガスの持つ熱の一部を燃料電池７に供給することができる。
【００３１】
燃料電池７は、例えば水素分離膜型電池である。水素分離膜型電池は、水素透過性金属層上にプロトン導電性を有する電解質層が積層された電解質膜を有する。勿論、これ以外のタイプの燃料電池を用いることができる。
【００３２】
このような構成の排気浄化システムを含むハイブリッドシステムを有した車両の制御システム起動時においては、通常、上記燃料電池７を作動できるまでには、少なくとも燃料電池７が作動温度に達するまでの時間を必要とする。しかし内燃機関１の、有害物質を含む排気ガス自体の排出を低減するという観点からは、燃料電池７は、車両の制御システム起動後には可能な限り早く作動し、その電力を車両の駆動に使用することで内燃機関１を停止できることが望まれる。そこで、本発明は、改質器３から燃焼部４への改質ガス導入通路間に燃料電池７を備え、改質ガスの持つ熱の一部を燃料電池７に供給可能にする。
【００３３】
具体的には、図２に示す排気浄化システムを含むハイブリッドシステムは、改質ガスの持つ熱の一部を燃料電池７に供給する。図１の構成同様、改質ガスを触媒燃焼させて発生した熱を排気浄化触媒に供給する排気浄化触媒の暖機手段と、図１の構成同様、排気浄化触媒２の温度状態に応じて、内燃機関１を始動する制御手段を有する構成としてもよい。
【００３４】
図２の排気浄化システムを含むハイブリッドシステムは、改質器３、燃焼部４及び燃料電池７を有する。また改質ガスの熱の一部を変換し燃料電池７に供給する熱交換器６を含む構成であってもよい。車両の制御システム起動時には、燃料電池７の温度は低い状態にあり、この構成により、改質器３で改質反応により発生した熱の一部を、改質ガスを介して燃料電池７に供給可能となることから、燃料電池７が作動温度に加温されるまでに要する時間の短縮を図ることができる。排気浄化触媒２の暖機手段は図１同様の構成であってよい。また内燃機関１を始動する制御手段は、図１の構成に加え、燃料電池７も制御する。制御部８が、センサ９の出力信号により、排気浄化触媒２の温度が作動温度に達したことを受けて、内燃機関１を始動させた後、制御部８は、作動温度等の所定の運転条件が揃った場合には、燃料電池７を始動させる。このような構成では、排気浄化触媒２が作動温度以下の状態で、内燃機関１が始動されることを防止できる他、燃料電池７の始動後には、所定の運転条件の下で内燃機関１を停止させることで、内燃機関１が排出する排気ガス量の抑制が可能であり、改質ガスの持つ熱の一部を供給することで、燃料電池７がその始動に必要な作動温度になるのに要する時間を短縮することができる。
【００３５】
次に排気浄化システムを含むハイブリッドシステムを起動させる場合において、排気浄化触媒２を加熱するために制御部８が行う制御について説明する。ここでは、排気浄化システムを含むハイブリッドシステムを備えた車両の場合として例示する。図５は、図２に示す制御部８が行う制御を実現するためのフローチャートである。
【００３６】
図５に示すように、まず車両の制御システムの起動を行う。
【００３７】
制御システムの起動後、制御部８は、改質器３を起動させる（ステップＳ１１）。
改質器３での改質反応により生成された改質ガスは、燃料電池７へ導入される。燃料電池７出口より改質ガス通路を分岐し、改質ガスを燃料電池７出口から排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４に導入し、改質ガス成分の水素等を触媒燃焼させることにより、その内側に装着されている排気浄化触媒２に、触媒燃焼により発生した熱を供給し、排気浄化触媒２を急速に暖機する。
【００３８】
ステップＳ１１において、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下である（排気浄化触媒２が作動温度まで暖気されていない）と判定された場合には、制御部８は、引き続きセンサ９の監視を行う（ステップＳ１２）。
【００３９】
ステップＳ１２において、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下でない（排気浄化触媒２が作動温度まで暖機された）と判定された場合には、制御部８は、内燃機関１を始動させる（ステップＳ１３）。
【００４０】
ステップＳ１３において、燃料電池７を始動できる条件（たとえば作動温度）が揃った場合には、燃料電池７を始動させる（ステップＳ１４）。
【００４１】
以上のように、改質反応で発生した熱の一部を、改質ガスを介して燃料電池７に供給可能となることから、燃料電池７が作動温度に加温されるまでに要する時間の短縮を図ることができ、システムの効率を向上させることができる。
【実施例３】
【００４２】
図３は、実施例３に係る排気浄化システムを含むハイブリッドシステムの構成を示す模式図である。図３に示すように、ハイブリッドシステムは、内燃機関１、排気浄化触媒２、改質器３、燃焼部４、供給部５、燃料電池７、制御部８、センサ９、バルブ１０及びバッテリ１１を含む。実施例３に係る排気浄化システムは、内燃機関１と、燃料電池７と、バルブ１０と、バッテリ１１と、改質器３とを有する。ハイブリッドシステムは、必要に応じて、改質器３と燃料電池７の間に熱交換器６を含む構成であってもよい。ここでは、排気浄化システムを含むハイブリッドシステムを備えた車両の場合として例示する。
【００４３】
図３のように燃料電池７と、バルブ１０と、バッテリ１１とを備えたハイブリッドシステムの場合には、制御システムの起動により、制御部８は、バッテリ１１の電力により負荷を駆動させるよう、駆動の制御を行う。この構成により、排気浄化触媒２が作動温度に達する前には、内燃機関１を始動させることなくバッテリ１１の電力により車両を駆動し、排気浄化触媒２が作動温度に達し、その効力を発揮することができるようになった後に、内燃機関１を始動させることができる。また制御部８は、排気浄化触媒２が作動温度に達した後には、バルブ１０を閉じ、改質ガスを燃料電池の燃料として利用すべくバルブ１０を遮断することで、システムの効率を向上させることができる。
【００４４】
このような構成の排気浄化システムを有する車両の制御システム起動時において、上記のような車両を駆動可能な電力を蓄電するバッテリを有しない場合には、車両の制御システム起動時に、排気浄化触媒２を作動温度まで加温するまでは、内燃機関１を始動することができず、そのため運転者が運転可能になるまでの待ち時間が発生することになる。しかしながら、排気浄化触媒２が作動温度に達する前に内燃機関１を始動することは、排気浄化の観点から見ると、排気浄化触媒２がその効果を発揮できない状態なので効果的とは言えない。そこで、本発明は、車両を駆動可能な電力を蓄電するバッテリ１１を備え、排気浄化触媒２が作動温度に達するまでは、バッテリ１１の電力で車両を駆動できるので、制御システム起動直後でも、車両を駆動させることを可能とする。上記の構成の排気浄化システムは、排気浄化触媒２の暖機手段として、図１の構成と同様な排気浄化触媒２を急速に加温する構成と、図２の構成と同様な改質ガスの熱の一部を燃料電池７に供給する構成を備えたものでもよい。また制御手段として、排気浄化触媒２の温度の状態に応じて、内燃機関１の始動を制御する構成を備えたものでもよい。この排気浄化システムを備えたハイブリッドシステムでは、制御手段は、内燃機関１と、燃料電池７と、制御部８と、バルブ１０と、バッテリ１１とを有し、制御部８は、排気浄化触媒２が作動温度に達した後には、内燃機関１を始動させ、改質ガスを燃料電池７の燃料として利用すべくバルブ１０を遮断することで、システムの効率を向上させることができる。その後、バッテリ１１の電力による駆動制御を停止し、作動温度等の運転条件が揃った場合には、燃料電池７を始動させる。バッテリ１１を有することで、排気浄化触媒２が作動温度に達する前でも、内燃機関１を始動することなくバッテリ１１の電力で車両を駆動できるので、車両の制御システム起動後、すぐに車両を駆動することができる。
【００４５】
このように、改質ガスを燃焼部４に供給し、供給部５が触媒燃焼により発生した熱を排気浄化触媒２に供給することにより、短時間内で急速に排気浄化触媒２を加熱することができる。また改質ガスの燃焼部４を排気浄化触媒２の外周に備えること、改質ガスの改質器３から燃焼部４への導入経路を、燃料電池７を経由させること、さらに制御システム起動後、排気浄化触媒２の暖機前に車両を駆動させるバッテリ１１、および排気浄化触媒２が作動温度に達した後に改質器から燃焼部への改質ガスの導入経路を遮断するバルブ１０を備えること、により高効率化された排気浄化システムを含むハイブリッドシステムを実現可能とする。
【００４６】
次に車両を起動させる場合において、排気浄化触媒２を加熱するために制御部８が行う制御について説明する。図６は、図３に示す制御部８が行う制御を実現するためのフローチャートである。
【００４７】
図６に示すように、まず車両の制御システムの起動を行う。
【００４８】
制御システムの起動後、制御部８は、バッテリで車両を駆動させるよう、駆動力の制御を行う（ステップＳ２１）。
【００４９】
ステップＳ２１において、バッテリで車両を駆動させている間に、制御部８は、改質器３を起動させる（ステップＳ２２）。
【００５０】
改質器３での改質反応により生成された改質ガスは、燃料電池７へ導入される。燃料電池７出口より改質ガスを分岐し、改質ガスを燃料電池７出口から排気浄化触媒２の外周に備えられた燃焼部４に導入し、改質ガス成分の水素等を触媒燃焼させることにより、その内側に装着されている排気浄化触媒２に、触媒燃焼により発生した熱を供給し、排気浄化触媒２を急速に暖機する。
【００５１】
ステップＳ２２において、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下である（排気浄化触媒２が作動温度まで暖気されていない）と判定された場合には、制御部８は、引き続きセンサ９の監視を行う（ステップＳ２３）。
【００５２】
ステップＳ２３において、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下でない（排気浄化触媒２が作動温度まで暖機された）と判定された場合には、制御部８は、内燃機関１を始動させる。
【００５３】
同時に、排気浄化触媒２に備えられたセンサ９の出力信号から、温度が設定以下でない（排気浄化触媒２が作動温度まで暖機された）と判定された場合には、制御部８は、改質器から燃焼部の間の改質ガス通路に備えられたバルブを遮断する（ステップＳ２４）。
【００５４】
ステップＳ２４において、内燃機関１が始動されたときには、制御部８は、バッテリ１１による車両の駆動の制御を停止させる（ステップＳ２５）。
【００５５】
ステップＳ２５において、燃料電池７を始動できる条件（たとえば作動温度）が揃った場合には、燃料電池７を始動させる（ステップ２６）。
【００５６】
図７は、ハイブリッドシステムを自動車に適用した場合の一例を示す模式図である。図３に示すように、ハイブリッド自動車２００は、ハイブリッドシステム１００、バッテリ１１、動力発生装置２１、動力伝達装置２２、複数の車輪２３及び回生装置２４を含む。ハイブリッドシステム１００は前述の図１〜図３の構成を備える。なお、図７では、便宜上、バッテリ１１をハイブリッドシステム１００とは別に図示してある。
【００５７】
ハイブリッドシステム１００の燃料電池において発生した電力は、動力発生装置２１に与えられ、またはバッテリ１１に蓄えられた後に動力発生装置２１に与えられる。動力発生装置２１は、コンバータ、インバータ、電動機等を備え、ハイブリッドシステム１００またはバッテリ１１から与えられた電力を軸出力に変換して動力伝達装置２２に伝達する。動力伝達装置２２は、与えられた軸出力を車輪２３に伝達する。それにより、ハイブリッド自動車２００が動作を開始する。続いて、ハイブリッド自動車２００は、負荷が増加するにしたがって動力を内燃機関に切り替える。まず、動力伝達装置２２は、動力発生装置２１からの軸出力の供給を停止する。次に、ハイブリッドシステム１００の内燃機関１により発生した動力が軸出力として動力伝達装置２２に与えられる。動力伝達装置２２は、与えられた軸出力を車輪２３に伝達する。さらに負荷が増大すれば、動力伝達装置２２は、ハイブリッドシステム１００の内燃機関及び動力発生装置２１の両方から与えられる軸出力を車輪２３に伝達する。回生装置２４はジェネレータ等を備える。使用者がハイブリッド自動車２００を減速させる場合、回生装置２４のジェネレータは、車輪２３の動力を電力に変換し、変換した電力をバッテリ１１に供給する。
【００５８】
このようなハイブリッド自動車２００において、ハイブリッドシステム１００中の排気浄化システムは前述したように動作する。
【００５９】
以上のように、システムが車両を駆動可能なバッテリ１１を備えている場合には、排気浄化触媒２が作動温度に加温されるまでの間、内燃機関１を始動させずに車両を駆動できることから、より優れた排気浄化を実現でき、また前記排気浄化触媒２が作動温度に加温された後には、前記改質ガスを燃料電池７の燃料として利用すべく、前記バルブ１０を遮断することでシステム効率の向上が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施例１に係る排気浄化システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例２に係る破棄浄化システムを示す図である。
【図３】本発明の実施例３に係る排気浄化システムの構成を示す図である。
【図４】図１に示す制御部の動作フローチャートである。
【図５】図２に示す制御部の動作フローチャートである。
【図６】図３に示す制御部の動作フローチャートである。
【図７】ハイブリッドシステムを自動車に適用した場合の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 内燃機関
２ 排気浄化触媒
３ 改質器
４ 燃焼部
５ 供給部
６ 熱交換器
７ 燃料電池
８ 制御部
９ センサ
１０ バルブ
１１ バッテリ
１２ カソードポンプ
２１ 動力発生装置
２２ 動力伝達装置
２３ 車輪
２４ 回生装置
１００ ハイブリッドシステム
２００ ハイブリッド自動車
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
前記内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化触媒と、
炭化水素系燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、
前記改質ガスを触媒燃焼させる燃焼部と、該触媒燃焼による発生熱を前記排気浄化触媒の外周面に供給する供給部と、を有する暖機手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化システム。
【請求項２】
前記暖機手段は、前記改質ガスを触媒燃焼させる前記燃焼部を前記排気浄化触媒の外周面に備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システム。
【請求項３】
燃料電池に導入された前記改質ガスを前記燃料電池出口で分岐して前記燃焼部に導入することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
【請求項４】
前記暖機手段は、前記改質器から燃焼部への改質ガスの通路に設けられたバルブを有し、システム起動時、前記排気浄化触媒が作動温度に加温される前まではバッテリにより負荷を駆動させ、その後暖機が完了したときは前記内燃機関を始動させるとともに、前記バルブを制御して前記改質ガスを遮断することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排気浄化システム。
【請求項１】
内燃機関と、
前記内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化触媒と、
炭化水素系燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、
前記改質ガスを触媒燃焼させる燃焼部と、該触媒燃焼による発生熱を前記排気浄化触媒の外周面に供給する供給部と、を有する暖機手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化システム。
【請求項２】
前記暖機手段は、前記改質ガスを触媒燃焼させる前記燃焼部を前記排気浄化触媒の外周面に備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システム。
【請求項３】
燃料電池に導入された前記改質ガスを前記燃料電池出口で分岐して前記燃焼部に導入することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
【請求項４】
前記暖機手段は、前記改質器から燃焼部への改質ガスの通路に設けられたバルブを有し、システム起動時、前記排気浄化触媒が作動温度に加温される前まではバッテリにより負荷を駆動させ、その後暖機が完了したときは前記内燃機関を始動させるとともに、前記バルブを制御して前記改質ガスを遮断することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排気浄化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１８３５７３（Ｐ２００６−１８３５７３Ａ）
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７８２８６（Ｐ２００４−３７８２８６）
【出願日】平成１６年１２月２７日（２００４．１２．２７）
【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７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２７日（２００４．１２．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]