JP2008280013A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関と電動機との２種類の動力源で走行するハイブリッド車両に適用され、ＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒に対する還元制御を実行する際、内燃機関における燃焼状態が不安定になることを抑制しつつ、ＮＯｘの浄化効率を向上させることの可能な技術を提供する。
【解決手段】ＮＯｘの還元要求が出された場合、ｔ１においてＥＧＲ開度ＤｅｇｒをＤｅｇｒ０からＤｅｇｒ１に増加させて燃焼モードを通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換えると共に、混合気の燃焼状態を安定燃焼可能状態に維持させるべく燃料噴射量ＱｆをＱｆ０からＱｆ１まで減量する。その結果、エンジントルクＴＱｅが要求トルクＴＱｒに対して不足するトルク分をアシストトルクＴＱａによってアシストする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関と電動機との２種類の動力源で走行するハイブリッド車両に適用する内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の出力と電動機の出力とを組み合わせ、要求出力を出力するようにした所謂ハイブリッド車両が公知である。このようなハイブリッド車両において希薄燃焼可能な内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）を浄化するために排気通路にＮＯｘ触媒を配置することも知られている。

ＮＯｘ触媒には、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵（吸収、吸着）し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤（例えば炭化水素（ＨＣ）等）が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを放出するとともに窒素（Ｎ₂）に還元する吸蔵還元
型ＮＯｘ触媒や、酸素過剰の雰囲気で還元剤（例えばＨＣ、尿素水等）が存在するときにＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒が知られている。

上記例示したハイブリッド車両に適用され、ＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気に還元剤を供給することにより該ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比（以下、単に「流入排気空燃比」ともいう。）を一時的にリッチ空燃比にさせる還元制御が実行される。

特許文献１には、ハイブリッド車両に適用され、ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関の出力を可及的に低下させた上で流入排気空燃比をリッチ空燃比にすることにより流入排気空燃比をリッチ空燃比まで低下させるために必要な還元剤の供給量を低減させる技術が開示されている。
特開２００２−１９５０６４号公報 特開２０００−８８３５号公報 特開平１１−６２６５３号公報

しかしながら、上記文献１に開示の技術によれば、内燃機関に供給される燃料の量に対する内燃機関に吸入される吸入空気量の比であるベース空燃比をリッチ側にするほど還元制御に係る燃費を向上できるものの、燃焼室内における混合気の燃焼が不安定となってしまい、内燃機関から排出されるスモークの増加や、ドライバビリティの悪化が生じる虞があった。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関と電動機との２種類の動力源で走行するハイブリッド車両に適用され、ＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒に対する還元制御を実行する際に内燃機関における混合気の燃焼状態が不安定になることを抑制しつつ、ＮＯｘの浄化効率を向上させることの可能な技術を提供することである。

上記課題を達成するために本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。
即ち、
内燃機関と電動機との２種類の動力源で走行するハイブリッド車両に適用する内燃機関の排気浄化システムであって、
前記内燃機関の排気通路に設けられるＮＯｘ触媒と、
前記排気通路を通過する排気に還元剤を供給することにより該ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比とし、該ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを還元させる還元制御を実行する還元実行手段と、
前記還元制御の実行に先だって前記内燃機関の混合気の燃焼モードを該混合気の空燃比が所定の通常空燃比とされる通常空燃比モードから該通常空燃比モードよりも前記混合気の空燃比を低下させる低空燃比モードに切り換える燃焼モード切換手段と、
前記燃焼モード切換手段が前記燃焼モードを切り換えるときに前記内燃機関の燃焼状態が所定の安定状態に維持される範囲内でエンジントルクを調節するエンジントルク調節手段と、
前記エンジントルクが要求トルクに対して不足する場合に、前記電動機が出力するアシストトルクを調節して前記要求トルクに対する前記エンジントルクの不足分を前記電動機に出力させるアシストトルク調節手段と、
を備えることを特徴とする。

上記構成においては、運転者から要求される要求トルクに応じてハイブリッド車両の動力源（駆動源）である内燃機関および電動機の出力するトルク（エンジントルクおよびアシストトルク）の配分が決定されることにより車両の運転状態が制御される。本発明における「要求トルク」とはハイブリッド車両全体に要求されるトルクである。

本発明に係るハイブリッド車両の通常運転時（例えば、還元実行手段による還元制御が実行されていない運転状態）においては、内燃機関に要求されるエンジントルクを該内燃機関に出力させるべく吸入空気量と燃料噴射量が決定される。つまり、通常運転時における混合気の空燃比が決定される。本発明における「所定の通常空燃比」とは、通常運転時における混合気の空燃比であり、「通常空燃比モード」とは混合気の空燃比が通常空燃比に制御されるときの燃焼モードを意味する。

本発明においては、燃焼モード切換手段が還元制御の実行に先だって内燃機関の燃焼モードを通常空燃比モードから該通常空燃比モードよりも混合気の空燃比を低下させる低空燃比モードに切り換える。これにより、内燃機関から排出される時点での排気中に残存する酸素量を減少させることができる。その結果、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元反応がより好適に行われ、ＮＯｘの還元効率を向上させることができる。

また、混合気の燃焼モードを低空燃比モードにすることにより、流入排気空燃比を目標の空燃比（リッチ空燃比）にするために要する還元剤の供給量を減じ、還元剤の供給に係る燃費を向上できる。

混合気の燃焼モードを通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換える方法としては従来から公知の種々な方法を採用することができる。例えば、燃焼モード切換手段は内燃機関に吸入される吸入空気量を減少させることによって混合気の空燃比を低下させても良い。また、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムが排気系内の排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ装置を備える場合、ＥＧＲガス量を増大させることによって混合気の空燃比を低下させても良い。

ここで、燃焼モード切換手段が燃焼モードを通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換えた後において、エンジントルクだけで要求トルクを得ようとすると混合気の燃焼状態が過度に不安定になる場合がある。燃焼モードを低空燃比モードに維持しつつ燃料噴射量が多くすると、混合気内に局部的に酸素が不足する箇所（例えば、燃料噴射弁近傍の領
域）が生じてしまう。その結果、燃焼状態が不安定となり、内燃機関の失火や、急激なトルク低下、スモークの排出量の増加が生じる虞がある。

そこで、本発明においては、燃焼モードが低空燃比モードのときに内燃機関の燃焼状態が所定の安定状態に維持される範囲内でエンジントルクが調節される。「所定の安定状態」とは混合気の燃焼が安定している状態であり、内燃機関の各燃焼サイクルにおいて燃焼状態の悪化が過剰にならない状態である。燃焼状態の悪化とは、内燃機関におけるトルク低下、失火、内燃機関から排出されるスモーク量の増大、燃焼騒音の増大等を含む概念である。

これにより、燃焼モードを低空燃比モードに切り換えても燃焼が不安定になることが抑制される。「所定の安定状態」は、例えば燃焼状態の悪化に対する許容限度を予め設定しておき、燃焼状態の悪化が許容限度の範囲内に収まるようにエンジントルクを調節しても良い。

上述のように、燃焼モードが低空燃比モードのときには混合気の燃焼状態が所定の安定状態に維持される範囲内でエンジントルクが調節されるため、エンジントルクだけでは要求トルクを満足させることができない場合（つまり、エンジントルクが要求トルクに対して不足する場合）がある。

そのような場合に、本発明では、アシストトルク調節手段が電動機に出力させるトルク（アシストトルク）を調節し、エンジントルクの不足分を電動機にアシストさせる。すなわち、エンジントルクとアシストトルクとの和（以下、これを「総出力トルク」ともいう。）が要求トルクに略一致するように該アシストトルクが調節される。これにより、混合気の燃焼状態の安定性を確保しつつ、運転者から要求されるだけトルクをハイブリッド車両全体として出力することができる。

以上のように、本発明においては、ＮＯｘ触媒に対する還元制御を実行する際に内燃機関における燃焼状態が不安定になることを抑制しつつ、ＮＯｘの浄化効率を向上させることができる。すなわち、トルクショック、失火、スモーク排出量の増大、燃焼騒音等の不具合が生じることを抑制しつつ、ＮＯｘの還元制御におけるＮＯｘの還元効率を向上させることができる。

また、混合気の燃焼モードが通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換えられた後の状態で要求トルクが変化した場合には、エンジントルクまたはアシストトルクの何れか一方、あるいはエンジントルクとアシストトルクとの双方を変更することによって、総出力トルク（エンジントルクとアシストトルクとの和）を要求トルクに一致させる必要がある。

しかしながら、要求トルクに応じてエンジントルクを調節した場合、内燃機関の燃焼状態が上記安定状態に維持できなくなる虞がある。特に要求トルクが増加した場合には燃焼状態が悪化する可能性が高くなる。そこで、本発明においては、前記燃焼モードが前記低空燃比モードに切り換えられた後の状態で前記要求トルクが変化した場合に、前記エンジントルク調節手段は前記内燃機関の燃焼状態が前記安定状態に維持される範囲内であって且つ前記エンジントルクと前記アシストトルクとの和が、変化した後における要求トルクに略一致するように前記エンジントルクを調節しても良い。これにより、混合気の燃焼状態が悪化して不安定になることを確実に抑制することができる。

また、上記においてエンジントルク調節手段がエンジントルクを調節する際、アシストトルク調節手段によるアシストトルクの調節が禁止されるものではない。要求トルクの変
化に応じてエンジントルクとアシストトルクとの双方を調節することは、特に要求トルクが増加した場合であって且つその増加量が大きい場合（例えば、急激な加速要求時）に有効である。

例えば、燃焼状態が前記安定状態に維持される範囲内においてエンジントルクを最大限に増加させたとしても要求トルクに対して総出力トルクが不足する場合がある、そのような場合には、アシストトルクを増加させることによって不足するトルク分を補うようにしても良い。

また、上記のように、燃焼モードが低空燃比モードに切り換えられた後の状態で要求トルクが変化した場合には、内燃機関のエンジントルクを略一定に維持することが混合気の燃焼状態の悪化を抑制するための観点からは好ましいと考えられる。

そこで、本発明においては、前記燃焼モードが前記低空燃比モードに切り換えられた後の状態で前記要求トルクが変化した場合に、前記エンジントルク調節手段は前記エンジントルクを略一定に維持すると共に前記アシストトルク調節手段は前記エンジントルクと前記アシストトルクとの和が、変化した後における要求トルクに略一致するように該アシストトルクを調節しても良い。

これにより、内燃機関における燃焼状態の悪化（内燃機関の失火、スモーク排出量の増加、燃焼騒音の増大、トルクショック等）を確実に抑制しつつ、要求トルクの変化に応答することができる。また、エンジントルクを略一定に維持することによって燃料噴射量が変更されないため、内燃機関の燃焼室内における混合気の空燃比が変動することを抑制できる。つまり、要求トルクが変化した場合においてもＮＯｘの還元効率を高い状態に維持することが可能となる。

ところで、電動機の動力源となるバッテリの充電状態によって、あるいは充電が充分されている状態であっても電動機が最大限出力できるアシストトルクの値によって該電動機が出力することのできるアシストトルクの大きさには限界がある。従って、要求トルクが急増する場合などには、要求されるアシストトルクを電動機が出力できず、エンジントルクの要求トルクに対する不足分を電動機にアシストさせることが困難となる場合がある。

そこで、本発明においては、前記要求トルクに対する前記エンジントルクの不足分を前記電動機に出力させることができるか否かを判定するアシスト判定手段を、更に備え、前記エンジントルクの不足分を前記電動機に出力させることができないと判定された場合に、前記燃焼モード切換手段による前記低空燃比モードへの切り換え又は前記低空燃比モードの維持が禁止されても良い。

つまり、燃焼モードを通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換える前の状態で、エンジントルクの不足分を補うだけのアシストトルクを電動機に出力させることができないと判定された場合には燃焼モードの切り換えが禁止される。また、燃焼モードが通常空燃比モードから低空燃比モードに既に切り換えられた後の状態で上記判定がなされた場合には、燃焼モードが低空燃比モードから通常空燃比モードに戻される。

要求トルクに対するエンジントルクの不足分を電動機に出力させることができないと判定された後は、上記の何れの場合においても内燃機関の燃焼モードは通常空燃比モードとして制御される。その場合には、要求トルクに適合するようにエンジントルクを調節しても燃焼状態が不安定になる虞はない。従って、総出力トルクが要求トルクに等しくなるようにエンジントルクを調節することができる。例えば、アシストトルク調節手段はアシストトルクを略零にすると共に、エンジントルク調節手段はエンジントルクと要求トルクと
が略一致するようにエンジントルクを調節しても良い。

これにより、混合気の燃焼状態が悪化することを抑制しつつ要求トルクを確実に出力させることができる。また、上記のように混合気の燃焼モードが通常空燃比モードに戻された場合においても、還元実行手段が還元剤を供給することによってＮＯｘの還元制御が実行されるため、確実にＮＯｘの還元制御を実行することができる。

本発明にあっては、内燃機関と電動機との２種類の動力源で走行するハイブリッド車両に適用され、ＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒に対する還元制御を実行する際に内燃機関における混合気の燃焼状態が不安定になることを抑制しつつＮＯｘの還元効率を向上できる。つまり、ＮＯｘの還元制御が実行される際に、内燃機関におけるスモークの排出量の増加、内燃機関の失火、ドライバビリティの悪化が生じることを抑制しつつ、ＮＯｘの浄化効率を向上させることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜ハイブリッド車両のシステム構成＞
図１は本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムが適用されるハイブリッド車両のシステム構成を示すブロック図である。この本システムはハイブリッド車両の主動力として機能するエンジン１、補助動力として機能するモータジェネレータ（以下、単に「ＭＧ」という。）２、本システム全体を制御するメインＥＣＵ３、Ｔ／Ｍ４、Ｔ／ＭＥＣＵ５、バッテリ６、インバータ７及びバッテリＥＣＵ８から構成されている。

ＭＧ２は、エンジン１の駆動力をアシストする電動機として、或いはバッテリ６を充電するための発電機として機能するように構成されている。本実施例においてはＭＧ２が本発明における電動機に相当する。

例えば、ハイブリッド車両がエンジン１、ＭＧ２の何れかの動力のみにより走行する場合には、Ｔ／ＭＥＣＵからの指令によってＴ／Ｍ４を介してエンジン１、ＭＧ２の何れかの動力が車輪９に伝達され、双方を動力源として車両が走行する場合には、エンジン１およびＭＧ２の動力がＴ／Ｍ４を介して車輪９に伝達される。

バッテリ６は、ＭＧ２を駆動するための電源として機能することが可能に構成された充電可能な蓄電池である。バッテリ６には、該バッテリ６の充電状態（つまり、充電量）を検出するバッテリＥＣＵ８が設置されており、メインＥＣＵ３と電気的に接続されている。インバータ７は、バッテリ６から取り出した直流電力を交流電力に変換してＭＧ２に供給すると共に、ＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ６に供給することが可能なように構成されている。

＜排気浄化システムの概略構成＞
図２は本実施例における内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図である。図２に示すエンジン１は、４つの気筒１２を有するディーゼルエンジンである。エンジン１には、気筒１２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１３を各気筒に備えている。本実施例においてはエンジン１が本発明における内燃機関に相当する。

＜吸気系＞
エンジン１には、吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８の各枝管は吸気ポートを介して各気筒１２の燃焼室と連通されている。吸気マニホールド１８は吸気通路１９と接続されており、吸気通路１９の途中には該吸気通路１９を流れるガスを冷却するインタークーラ１４が設けられている。

さらに、吸気通路１９におけるインタークーラ１４よりも上流側には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ１７のコンプレッサハウジング１７ａが設けられている。また、コンプレッサハウジング１７ａよりも上流側には吸気通路１９内を流通する吸気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１５が配置されており、エアフローメータ１５の更に上流側にはエアクリーナ１６が設けられている。また、吸気通路１９と吸気マニホールド１８との接続部近傍には吸気通路１９内を流通する吸気の流量を調節可能な吸気絞り弁１１が設けられている。

このように構成されたエンジン１の吸気系では、エアクリーナ１６によって吸気中の塵や埃が除去された後、吸気通路１９を介してコンプレッサハウジング１７ａに流入する。コンプレッサハウジング１７ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１７ａに内装されたコンプレッサ（図示省略）の回転によって圧縮される。そして、圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１４にて冷却された後、吸気マニホールド１８に流入する。そして、吸気マニホールド１８に流入した吸気は、各吸気ポート（図示省略）を介して各気筒１２に分配される。各気筒１２に分配された吸気は燃料噴射弁１３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。

＜排気系＞
エンジン１には排気マニホールド２８が接続されており、排気マニホールド２８の各枝管は排気ポート（図示省略）を介して各気筒１２の燃焼室と接続されている。排気マニホールド２８にはターボチャージャ１７のタービンハウジング１７ｂが接続されている。このタービンハウジング１７ｂには排気通路２９が接続されており、排気通路２９は下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。

排気通路２９の途中には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という。）２０が設けられている。また、排気通路２９におけるタービンハウジング１７ｂの上流側にはメインＥＣＵ３からの指令信号により開弁して還元剤としての燃料を排気中に添加する燃料添加弁２１が設けられている。また、排気通路２９におけるＮＯｘ触媒２０よりも下流側には排気通路２９内を流通する排気の流量を調節可能な排気絞り弁２２が設けられ、該排気絞り弁２２の下流側には空燃比センサ２５が設けられている。

このように構成されたエンジン１の排気系では、エンジン１の各気筒１２で燃焼された既燃ガスが排気マニホールド２８に排出され、次いで排気マニホールド２８からターボチャージャ１７のタービンハウジング１７ｂに流入する。タービンハウジング１７ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング１７ｂ内に回転自在に支持されたタービン（図示省略）を回転させる。その際、タービン（図示省略）の回転トルクはコンプレッサハウジング１７ａのコンプレッサ（図示省略）に伝達される。

そして、タービンハウジング１７ｂから流出した排気は、ＮＯｘ触媒２０においてＮＯｘが吸蔵された後、必要に応じて排気絞り弁２２によって流量を調節され、マフラーを介して大気中に放出される。

＜ＥＧＲ装置＞
エンジン１には、排気マニホールド２８を通過する排気の一部を吸気マニホールド１８に再循環させるＥＧＲ装置３０が設けられている。このＥＧＲ装置３０は、排気マニホールド２８と吸気マニホールド１８とを接続するＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１内を流れる排気（以下、「ＥＧＲガス」という。）の流量を調節可能なＥＧＲ弁３２と、ＥＧＲ通路３１におけるＥＧＲ弁３２よりも上流側を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３３とを備えている。

このように構成されたＥＧＲ装置３０では、ＥＧＲ弁３２が開弁されると、ＥＧＲ通路３１が導通状態となり、排気マニホールド２８内の排気の一部が吸気マニホールド１８に流入し、エンジン１に再循環される。

既述したメインＥＣＵ３には、エアフローメータ１５や、エンジン回転数Ｎｅを検出するクランクポジションセンサ２３、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ２４などのエンジン１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、それらの出力信号がメインＥＣＵ３に入力されるようになっている。一方、メインＥＣＵ３には、吸気絞り弁１１、燃料噴射弁１３、燃料添加弁２１、排気絞り弁２２、ＥＧＲ弁３２等が電気配線を介して接続されており、メインＥＣＵ３によって制御されるようになっている。

また、メインＥＣＵ３には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、ハイブリッド車両の走行に関するハイブリッドシステム全体の制御や、ＮＯｘ触媒２０の還元制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。後述する制御ルーチンはメインＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。

ここで、上述した本実施例におけるハイブリッド車両の運転制御について説明する。本実施例におけるハイブリッドシステムでは、電動機及び発電機として機能するＭＧ２とエンジン１とのそれぞれの駆動力配分がメインＥＣＵ３により制御され、ハイブリッド車両の走行状態が制御される。エンジン１に出力させるトルク（以下、「エンジントルク」という。）ＴＱｅとＭＧ２に出力させるトルク（以下、「アシストトルク」という。）ＴＱａとの和が要求トルクＴＱｒに一致するようにエンジントルク及びアシストトルクＴＱａがＥＣＵ３により制御される。以下に本実施例に係るハイブリッド車両の各走行状態に対する駆動力配分を例示的に説明する。

例えば、ハイブリッド車両の始動時においては、バッテリ６の電気エネルギを用いて駆動されるＭＧ２が電動機として機能する。この動力によって、エンジン１がクランキングされ該エンジン１が始動する。

ハイブリッド車両の発進時には、バッテリ６の充電状態に応じて２種類の態様を採り得る。バッテリ６の充電状態は、バッテリＥＣＵ８の出力信号に基づいてメインＥＣＵ３が把握している。例えば、充電状態が良好な場合には、ＭＧ２によってバッテリ６を充電する必要は生じないため、エンジン１は暖機を促進することを優先する。一方、充電状態が良好ではない場合、エンジン１の動力によりＭＧ２が発電機として機能し、バッテリ６が充電される。

通常走行時のようにエンジン１の効率が比較的良好な運転領域においては、ハイブリッド車両は主としてエンジン１の動力によって走行する。この際、エンジン１の動力の一部によってＭＧ２を駆動することにより発電機として機能するＭＧ２において発電を行い、バッテリ６を充電しても良い。

また、ハイブリッド車両の制動時においては、車輪９から伝達される動力によってＭＧ
２を回転させ、発電機として機能させる。これにより、車輪９の運動エネルギが電気エネルギに変換されてバッテリ６が充電される（いわゆる「回生」）。

＜ＮＯｘ還元制御＞
次に、本実施例のＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＮＯｘを還元させるＮＯｘ還元制御について説明する。本実施例におけるＮＯｘ還元制御は、ＮＯｘの還元要求が出された時にメインＥＣＵ３が燃料添加弁２１に還元剤としての燃料（以下、「添加燃料」という。）を排気中に添加させ、該排気の酸素濃度を低下させる。

このようにして、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比（以下、「流入排気空燃比」という。）を一時的にリッチ空燃比とすることによってＮＯｘを窒素（Ｎ_２）に還元させる。本実施例においてはＮＯｘ還元制御が本発明における還元実行手段に相当する。また、ＮＯｘ還元制御を実行するメインＥＣＵ３が本発明における還元実行手段に相当する。

＜燃焼モード切換制御＞
ところで、本実施例に係るエンジン１はディーゼルエンジンであるため、エンジン１の燃焼室内における混合気の空燃比（以下、この空燃比を「ベース空燃比」という。）が殆どの運転領域において理論空燃比（ストイキ）よりもリーン側で運転されることになる。従って、ＮＯｘ還元制御によって流入排気空燃比をリッチ空燃比にしたとしても、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気には多くの酸素が残存する場合がある。そのような場合には、ＮＯｘ触媒２０におけるＮＯｘの還元反応が起こり難くなり、ＮＯｘの浄化効率が悪化する虞がある。

そこで、本実施例においては還元制御の実行に先だって、エンジン１の燃焼モードを通常運転時におけるベース空燃比に比して該ベース空燃比を低下させる低空燃比モードに切り換えることとした。以下、本実施例における燃焼モード切換制御を説明する。

本実施例における「通常運転時」とは、還元制御が実行されていない運転状態をいう。以下、通常運転時における燃焼モードを便宜上「通常空燃比モード」と称すと、燃焼モードが通常空燃比モードのときはエンジン１に要求されるだけのエンジントルクＴＱｅを該エンジン１に出力させるのに適合するように吸入空気量Ｇａ、ＥＧＲ弁３２の開度（以下、単に「ＥＧＲ開度」）Ｄｅｇｒ、燃料噴射量Ｑｆ等が制御される。本実施例においては通常運転時におけるベース空燃比が、本発明における所定の通常空燃比に相当する。

一方、ＮＯｘ還元制御が実行される場合には、予め混合気のベース空燃比を通常空燃比モードに比べて低下させておく。具体的には、通常運転時に比べてＥＧＲ率Ｒｅｇｒを増加させることとした。すなわち、メインＥＣＵ３がＥＧＲ弁３２に指令を出し、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒを開き側に変更して混合気のベース空燃比を低下させる。

低空燃比モードにおいて、通常空燃比モードに比べてベース空燃比を低下させるときの度合いについては予め実験的に定めておけば良く、それに応じてＥＧＲ率Ｒｅｇｒが制御される。具体的には、例えばエンジン１から排出される排気の中の酸素濃度が充分に低減するように低空燃比モードにおけるベース空燃比を定めても良い。また、通常運転時におけるＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、例えば排出ガス規制値と該規制値に対する適合マージンとを考慮して定められた目標ＮＯｘ低減率に基づいて、該目標ＮＯｘ低減率を達成するために要求されるＥＧＲ率として定められても良い。

本実施例における燃焼モード切換制御によれば、エンジン１から排出された時点において排気に含まれる酸素量が低減するため、ＮＯｘ触媒２０におけるＮＯｘの還元効率を向上することができる。また、エンジン１から排出される排気の空燃比が通常運転時よりも
低下するため、メインＥＣＵ３が燃料添加弁２１に添加燃料を添加させ、流入排気空燃比を目標の空燃比（リッチ空燃比）まで低下させる際の燃料添加量を節約することもできる。本実施例においては燃焼モード切換制御を実行するメインＥＣＵ３が本発明における燃焼モード切換手段に相当する。

＜エンジントルク調節制御＞
燃焼モードを通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換えた後において、エンジントルクＴＱｅだけで要求トルクＴＱｒを得ようとすると混合気の燃焼状態が過度に悪化して不安定になる場合がある。例えば、要求トルクＴＱｒが比較的高い場合にはベース空燃比が低く、且つ燃料噴射量が多くなるため、燃料噴射弁１３近傍の領域に酸素不足が発生する。その結果、エンジン１の失火、急激なトルク低下、スモークの排出量の増加が生じる虞がある。

そこで、燃焼モードが低空燃比モードのときにおいては、エンジン１の燃焼状態が「安定燃焼可能状態」に維持される範囲内でエンジントルクＴＱｅ（つまり、燃料噴射量Ｑｆ）が調節される。以下、本実施例におけるエンジントルク調節制御について説明する。上記の「安定燃焼可能状態」とは、エンジン１の燃焼室内における混合気の燃焼が安定している状態であり、例えばエンジン１の各燃焼サイクルにおけるトルク変動が許容値以内に収まる範囲内となるときの燃焼状態をもって定義されても良い。

上記の許容値は予め実験的に求めておけば良く、エンジン１の運転状態に応じてトルク変動が許容値以内に収まるように、つまり混合気の燃焼状態が安定燃焼可能状態を維持できるようにエンジントルクＴＱｅが決定される。そして、このエンジントルクＴＱｅに応じて燃料噴射量Ｑｆが制御される。これにより、メインＥＣＵ３が混合気の燃焼モードを低空燃比モードに切り換えることに起因して燃焼状態が不安定になることが抑制される。本実施例においてはエンジントルク調節制御を実行するメインＥＣＵ３が本発明におけるエンジントルク調節手段に相当する。

＜アシスト制御＞
上述のように、本実施例では混合気の燃焼モードが低空燃比モードに切り換えられる際に燃焼状態が安定燃焼可能状態を維持可能な範囲内でエンジントルクＴＱｅが調節されるため、該エンジントルクＴＱｅが要求トルクＴＱｒに対して不足する場合がある。そこで、本実施例においてはエンジントルクＴＱｅの不足分をＭＧ２に出力させるアシストトルクＴＱａによって補うアシスト制御が実行される。これにより、エンジントルクＴＱｅとアシストトルクＴＱａとの和を要求トルクＴＱｒに一致させることができ、運転者の要求を満足させることができる。本実施例においてはアシスト制御を実行するメインＥＣＵ３が本発明におけるアシストトルク調節手段に相当する。

次に、上述のＮＯｘ還元制御及び該ＮＯｘ還元制御に伴って実行される各制御（燃焼モード切換制御、エンジントルク調節制御、アシスト制御）が実行されるときの各パラメータの指令値について、図３を参照して説明する。図３は、本実施例におけるＮＯｘ還元制御が実行されるときの各パラメータの指令値を示したタイムチャートである。図３（ａ）はＥＧＲ開度Ｄｅｇｒ、図３（ｂ）は燃料噴射量Ｑｆ、図３（ｃ）はエンジントルクＴＱｅ、図３（ｄ）はアシストトルクＴＱａ、図３（ｅ）は添加燃料を添加する燃料添加弁の開閉（ＯＮ−ＯＦＦ）状態を示したタイムチャートである。図中のＥＧＲ開度Ｄｅｇｒ、燃料噴射量Ｑｆ、エンジントルクＴＱｅ、アシストトルクＴＱａはメインＥＣＵ３から出される指令値（目標値）を表し、燃料添加弁の開閉状態についてはメインＥＣＵ３から出される指令信号を表す。また、図３（ｃ）中に示す破線は要求トルクＴＱｒを表す。

各図中の縦軸において、最後に「０」が付されている符号は燃焼モードが通常空燃比モ
ードのときの各指令値を表しており、「１」が付されている符号は燃焼モードが低空燃比モードのときにおける各指令値を示している。例えば、図３（ａ）における「Ｄｅｇｒ０」は通常空燃比モードのときにおけるＥＧＲ開度Ｄｅｇｒを示し、「Ｄｅｇｒ１」は低空燃比モードのときにおけるＥＧＲ開度Ｄｅｇｒを示す。

一方、各図中の横軸は時間を表している。図中の「ｔ０」はＮＯｘの還元要求が出された時を表し、「ｔ１」、「ｔ２」は燃料添加弁２１による燃料添加の開始時、終了時を表す。ｔ０において燃焼モードが通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換えられ、ｔ２において燃焼モードが低空燃比モードから通常空燃比モードに再び切り換えられる。

時間ｔ０においてＮＯｘの還元要求が出されると、添加燃料の添加に先立って燃焼モードが通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換えられる。すなわち、ＥＧＲ開度ＤｅｇｒをＤｅｇｒ０からＤｅｇｒ１に増加させ（より開き側の開度に変更し）、燃料噴射量ＱｆをＱｆ０からＱｆ１に減量させる。

その結果、エンジントルクＴＱｅがＴＱｅ０からＴＱｅ１に低下するため、要求トルクＴＱｒに対してエンジントルクＴＱｅが不足する分だけＭＧ２にアシストトルクＴＱａ１を出力させる。これら制御についての目的、作用効果については既述のため詳細な説明を割愛する。

そして、時間ｔ１から時間ｔ２に亘って燃料添加弁２１が開弁され、所定量の添加燃料が排気中に添加される。燃料添加の開始時をｔ０から遅らせているのは燃焼モードを通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換えてから実際のベース空燃比が低下するまでのタイムラグを考慮する意図である。

つまり、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒを増大させてから実際にエンジン１に再循環するＥＧＲガス量が増加するまでの応答遅れ時間を考慮したものである。尚、時間ｔ０とｔ１との間隔はＥＧＲ率Ｒｅｇｒを変更するときの応答性を予め実験的に確認しておき、それに応じて定めれば良い。

そして、添加燃料の排気中への添加を終了し、ＮＯｘ還元制御の実行が完了する時間ｔ２においては、燃焼モードが低空燃比モードから通常空燃比モードに切り換えられる。時間ｔ２以後は要求トルクＴＱｒをエンジン１によるエンジントルクＴＱｅのみにより出力しても混合気の燃焼状態が不安定になる虞がない。従って、エンジントルクＴＱｅを要求トルクＴＱｒに一致させるべく燃料噴射量ＱｆがＱｆ１からＱｆ０に変更される。また、要求トルクＴＱｒはエンジン１のみにより出力されるため、ＭＧ２に出力させるアシストトルクＴＱａは０に変更される。

尚、燃料噴射量ＱｆをＱｆ１からＱｆ０に変更する際、ＥＧＲガス量の応答遅れや過給遅れ等を考慮して燃料噴射量Ｑｆを徐々に増量するとともにＭＧ２によるアシストトルクＴＱａを徐々に減量しても良い。これにより、排気エミッションの悪化を抑制する効果が得られる。また、時間ｔ２以後において要求トルクＴＱｒをエンジントルクＴＱｅのみで出力し、アシストトルクＴＱａを０にしたのは、あくまで本実施例の一態様を例示したものであり、これに限定される趣旨ではない。車両の運転状態、またはバッテリ６の充電状態等に応じてエンジン１とＭＧ２との駆動力の配分を決定すれば良い。

以下、メインＥＣＵ３によって実行されるＮＯｘ還元制御について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。図４は本実施例におけるＮＯｘ還元制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはメインＥＣＵ３内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、所定期間毎に実行される。

本ルーチンが実行されると、まずステップＳ１０１では、ＮＯｘ触媒２０に対するＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したか否か判定される。この場合、メインＥＣＵ３は、エンジン１が運転を開始してからの運転状態に基づいてＮＯｘ触媒２０におけるＮＯｘ吸蔵量を算出している。そして、現在のＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ触媒２０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上記実行条件が成立したか否か判断される。

本ステップにおいて、現在のＮＯｘ吸蔵量が判定値以下であれば、ＮＯｘ還元制御をまだ開始すべきでないと判断され、本ルーチンを一旦終了する。また、ステップＳ１０１で、現在のＮＯｘ吸蔵量が判定値を超えていれば、ＮＯｘ還元制御を開始すべきとしてステップＳ１０２に進む。

また、上記ＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したか否かの判定は、例えば前回のＮＯｘ触媒２０に対するＮＯｘ還元制御が終了してからのエンジン１の運転履歴に基づくＮＯｘ排出量の積算値に基づいて出されるようにしても良い。また、排気通路１９に図示しないＮＯｘセンサを設け、該ＮＯｘセンサの出力及びエンジン１の吸入空気量に基づいて出されるようにしてもよい。

ステップＳ１０２においては現在のエンジン１の運転状態が検出される。具体的には、クランクポジションセンサ２３の出力値からエンジン回転数Ｎｅが求められる。また、アクセルポジションセンサ２４及びエアフローメータ１５の出力値から、メインＥＣＵ３に記憶されたエンジンマップに基づいて現在の燃料噴射量Ｑｆ０が求められる。

ステップＳ１０３では、混合気の燃焼モードを通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換えるときのＥＧＲ開度の目標値となる目標ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒ１が演算される。具体的には、エンジン回転数Ｎｅとアクセルポジションセンサ２４の出力値より予めメインＥＣＵ３に記憶された低空燃比モード用のエンジンマップに基づいて演算される。尚、燃焼モードを切り換える前の通常空燃比モードにおいても同様に、別途メインＥＣＵ３に記憶された通常空燃比モード用のエンジンマップに基づいてＥＧＲ開度Ｄｅｇｒの目標値が求められる。

ステップＳ１０４では、混合気の燃焼モードを通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換えてもエンジン１の燃焼状態が「安定燃焼可能状態」に維持されるように目標燃料噴射量Ｑｆ１が演算される。

ステップＳ１０５では、現在の燃料噴射量Ｑｆ０を目標燃料噴射量Ｑｆ１に減量した場合に生じるエンジントルクＴＱｅの要求トルクＴＱｒに対して不足するトルクの不足分（図３（ｃ）中、ＴＱｒ−ＴＱｅ１）が演算され、ＭＧ２にエンジントルクＴＱｅをアシストさせる目標アシストトルクＴＱａ１が演算される。尚、要求トルクＴＱｒはアクセルポジションセンサ２４の出力信号及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて算出される。

ステップＳ１０６では、ＥＧＲ開度開度Ｄｅｇｒが、現在のＥＧＲ開度Ｄｅｇｒ０から目標ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒ１まで増加され、燃焼モードが低空燃比モードに切り換えられる。それと共に、燃料噴射量Ｑｆが現在の燃料噴射量Ｑｆ０から目標燃料噴射量Ｑｆ１に減量される。更に、ＭＧ２にバッテリ６から電力を供給させ、ＭＧ２に目標アシストトルクＴＱａ１のアシストトルクを出力させる。

ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６の処理が実行されてからの経過時間である低空燃比モード経過時間Δｔａｆがカウントされる。ステップＳ１０８では、低空燃比モー
ド経過時間Δｔａｆが予め設定された第１基準経過時間Δｔａｆｂ（図３中、ｔ０〜ｔ１に相当する。）を経過した（超えた）か否か判定される。第１基準経過時間とは、混合気の燃焼モードが通常空燃比モードから低空燃比モードに完全に切り替わるときの過渡期が経過するまでに要する時間に所定のマージンを見込んだ経過時間である。

本ステップで肯定判定された場合にはステップＳ１０９に進む。一方、否定判定された場合には、ステップＳ１０７に戻り、低空燃比モード経過時間Δｔａｆが第１基準経過時間Δｔａｆｂを経過するまでステップＳ１０７、Ｓ１０８の処理が継続される。これにより、後述するステップＳ１０９で燃料添加弁２１による燃料添加が実施される際のエンジン１から排出される排気の空燃比は確実に低下しているため、ＮＯｘの還元効率を高めることができる。

ステップＳ１０９では、燃料添加弁２１が開弁され、所定量Ｑａｄの添加燃料が排気中に添加される。所定量Ｑａｄは、エンジン１から排出される排気の空燃比を目標空燃比（リッチ空燃比）まで好適に低下させ、且つＮＯｘ触媒２０に吸蔵されているＮＯｘを還元するのに充分な量として定められる。これにより、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されているＮＯｘが還元される。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０９の処理が実行されてからの経過時間である燃料添加経過時間Δｔｈｃがカウントされる。ステップＳ１１１では、燃料添加経過時間Δｔｈｃが予め設定された第２基準経過時間Δｔｈｃｂ（図３中、ｔ１〜ｔ２に相当する。）を経過した（超えた）か否か判定される。第２基準経過時間Δｔｈｃｂとは、所定量Ｑａｄの添加燃料を排気中に添加するのに要する時間であって予め実験的に求めておく。

本ステップで肯定判定された場合にはステップＳ１１２に進む。一方、否定判定された場合にはステップＳ１１０に戻り、燃料添加経過時間Δｔｈｃが第２基準経過時間Δｔｈｃｂを経過するまでステップＳ１１０、Ｓ１１１の処理が継続される。

ステップＳ１１２では、燃料添加弁２１を閉弁して添加燃料の添加を停止させる。そして、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒが目標ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒ１から再び元のＥＧＲ開度Ｄｅｇｒ０に変更される。すなわち、燃焼モードが低空燃比モードから通常空燃比モードに戻される。それと共に、燃料噴射量Ｑｆが目標燃料噴射量Ｑｆ１から燃料噴射量Ｑｆ０に戻される。更に、ＭＧ２に対するバッテリ６からの電力の供給を停止させ、ＭＧ２によるアシストトルクＴＱａを０にする。

なお、本ステップにおいて、アクセルポジションセンサ２４の出力値及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて要求トルクＴＱｒを取得し、この要求トルクＴＱｒがエンジン１とＭＧ２とによって出力されるようにエンジントルクＴＱｅとアシストトルクＴＱａとに配分しても良い。本ステップが終了すると本ルーチンを一旦終了する。

以上のように、本ルーチンによれば、ステップＳ１０６において、混合気の燃焼モードを通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換えることによって、エンジン１から排出される排気の酸素濃度を予め低下させておくことができる。これにより、ＮＯｘ触媒２０におけるＮＯｘの還元効率を向上できるとともに、流入排気空燃比をリッチ空燃比まで低下させるための燃費を向上することができる。

また、燃焼モードの切り換えに応じてエンジントルクＴＱｅを調節することによって、混合気の燃焼状態が不安定になって悪化することを好適に抑制することができる。また、その際に不足するエンジントルクＴＱｅはＭＧ２によるアシストトルクＴＱａによって確実にアシストされるので、要求トルクＴＱｒを確実に出力することが可能となる。

また、本ルーチンのステップＳ１０５において、目標アシストトルクＴＱａ１を演算する際に、バッテリＥＣＵ８の出力値によりバッテリ６の充電量を検出し、ＭＧ２に目標アシストトルクＴＱａ１を出力させることが可能か否か判定するとより好適である。

充電量が不足して目標アシストトルクＴＱａ１を出力することが困難と判定された場合、エンジン１の燃焼状態が「安定燃焼可能状態」に維持される範囲内でエンジントルクＴＱｅを増大（目標燃料噴射量Ｑｆ１を増量側に設定）させ、ＭＧ２に出力させる目標アシストトルクＴＱａ１を低減しても良い。

また、バッテリ６の充電量が過度に少なく、要求トルクＴＱｒを満足させようとするとエンジン１の燃焼状態を安定燃焼可能状態に維持することができないと判断される場合には、燃焼モードを低空燃比モードに切り換えずにステップＳ１０９に進み、燃料添加弁２１による燃料添加を実行しても良い。つまり、通常空燃比モードの状態で燃料添加制御を実行させても良い。これにより、燃焼状態が悪化することを抑制しつつ、ＮＯｘ還元制御を確実に実行することができる。

＜変形例＞
次に、本実施例における変形例としての実施形態を説明する。以下に、燃焼モード切換制御を実行した後、つまり燃焼モードを通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換えた後に運転者からの要求トルクＴＱｒが変更する場合についての制御について、図５に基づいて説明する。要求トルクＴＱｒが変動した場合には、エンジントルクＴＱｅとアシストトルクＴＱａとの和を変動後における要求トルクＴＱｒに一致させる必要がある。

図５は、本実施例において燃焼モードを低空燃比モードに切り換えた後に要求トルクＴＱｒが増加した各パラメータの指令値を示したタイムチャートである。
図５（ａ）はＥＧＲ開度Ｄｅｇｒ、図５（ｂ）は燃料噴射量Ｑｆ、図５（ｃ）はエンジントルクＴＱｅ、図５（ｄ）はアシストトルクＴＱａ、図５（ｅ）は添加燃料を添加する燃料添加弁の開閉（ＯＮ−ＯＦＦ）状態を示したタイムチャートである。

図中の縦軸、横軸に示した符号のうち、図３と同じ符号は同様の意味を表す。つまり、ｔ０においてＮＯｘの還元要求が出され、ｔ１〜ｔ２において添加燃料の添加が実行される。ここで、図５（ｃ）に示すように、ｔ３において要求トルクＴＱｒ（破線）が増加している。ここで、ｔ３において増加する前の要求トルクＴＱｒの値をＴＱｒ１、増加後における値をＴＱｒ２、その増加量をΔＴＱｒにて図中に示す（ＴＱｒ２−ＴＱｒ１＝ΔＴＱｒ）。

本実施例においては、要求トルクＴＱｒ１が増加した場合には、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、燃料噴射量Ｑｆを一定に維持しつつ、アシストトルクＴＱａを要求トルクの増加分ΔＴＱｒだけ増加させる。つまり、アシストトルクＴＱａをｔ３においてＴＱａ１からＴＱａ２に増加させる（ＴＱａ２−ＴＱａ１＝ΔＴＱｒ）。

ここで、要求トルクの増加量ΔＴＱｒをＭＧ２によるアシストトルクＴＱａの変更によって応答するということは混合気の燃焼状態における安定性の確保するために特に有効である。要求トルクＴＱｒの増加に対して燃料噴射量Ｑｆを増加させることで応答すると、要求トルクの増加量ΔＴＱｒの大きさ次第で燃焼状態が過度に悪化する虞があるからである。つまり、混合気の燃焼モードが低空燃比モードであるがゆえに、要求トルクＴＱｒの増加に応答すべく燃料噴射量Ｑｆを急激に増加させるとエンジン１から排出されるスモークが過度に増大したり、トルク変動が増大して燃焼状態の悪化を招来する虞がある。

その後、ｔ２において燃料添加弁２１による燃料添加が終了すると上述したように燃焼モードが通常空燃比モードに戻されるため、ＭＧ２によるアシストを終了させ、要求トルクＴＱｒをエンジントルクＴＱｅによって出力させる。つまり、アシストトルクＴＱａをＴＱａ２から零に変更するとともに、燃料噴射量ＱｆをＱｆ１からＱｆ２に増加させてエンジントルクＴＱｅをＴＱｅ２（＝ＴＱｒ２）まで増加させる。

上記制御によれば要求トルクＴＱｒが増加した場合においてもエンジントルクＴＱｅが変動しない。従って、燃焼状態が悪化することを確実に抑制しつつＮＯｘ還元制御を実行できる。また、このようにすれば、継続してＮＯｘ還元制御を実行することができるため、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＮＯｘを早期に還元させることができる。なお、要求トルクの増加量ΔＴＱｒが小さく、エンジントルクＴＱｅの調節によって要求トルクＴＱｒの変動を吸収させても混合気の燃焼状態が安定燃焼可能状態に維持できる場合には、燃焼噴射量Ｑｆを増大させることによりエンジントルクＴＱｅを要求トルクＴＱｒに一致させても良い。

また、図５においては、要求トルクＴＱｒが増加した場合を例示的に説明したが、減少する場合においては要求トルクＴＱｒと、アシストトルクＴＱａおよびエンジントルクＴＱｅの和が一致するように、アシストトルクＴＱａおよび／又はエンジントルクＴＱｅを減少させれば良い。

更に、燃焼モードを通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換えた後に要求トルクＴＱｒが増加した場合におけるバリエーションの制御について説明する。例えば図５中のｔ３において、アシストトルクＴＱａをＴＱａ１からＴＱａ２まで増加できるか否かをバッテリ６の充電量や、バッテリ６の最高出力から判断しても良い。そして、アシストトルクＴＱａをＴＱａ２まで増加させることが困難と判断される場合には、燃焼モードを低空燃比モードに維持することを一旦終了し、通常空燃比モードに切り換えてＮＯｘ還元制御を継続しても良い。

この場合には、燃焼モード切換制御の実行によるＮＯｘの還元効率の向上によるメリットを享受することができないものの、混合気の燃焼状態が悪化してドライバビリティが過度に悪化することやスモークの排出量が増大することを抑制しつつ、確実にＮＯｘの還元を行うことができる。

あるいは、アシストトルクＴＱａをＴＱａ２まで増加させることが困難と判断される場合においても、以下のような制御を実施するとより好適である。アシストトルクＴＱａを最大限に増加させてもなおＴＱａ２に対して不足するトルクをアシスト不足トルクと称すと、エンジントルクＴＱｅをアシスト不足トルクだけ増加させた場合にエンジン１の混合気の燃焼状態が「安定燃焼可能状態」に維持されるか否か判定する。

そして、肯定判定される場合（混合気の燃焼状態が安定燃焼可能状態に維持されると判断される場合）には、アシストトルクＴＱａを最大限に増加させると共に、アシスト不足トルクだけエンジントルクＴＱｅを増加させる。これにより、燃焼状態が不安定になることを抑制しつつ、要求トルクＴＱｒの増加に対して好適に応答することが可能となる。

そして、否定判定される場合（混合気の燃焼状態が安定燃焼可能状態に維持することができない判断される場合）には、上述したように燃焼モードを低空燃比モードに維持することを一旦終了し、通常空燃比モードに切り換えてＮＯｘ還元制御を継続しても良い。

以上の説明のように、要求トルクＴＱｒが増加する場合においても、要求トルクの増加量ΔＴＱｒに応じて混合気の燃焼状態を安定燃焼可能状態に保ちつつ燃焼モードを低空燃
比モードに維持することで、ＮＯｘの還元効率を向上できる。また、燃焼状態を安定燃焼可能状態に維持することが困難な場合には、通常空燃比モードに切り換えてＮＯｘ還元制御を継続することができるので、確実にＮＯｘを還元させることができる。

尚、本実施例においては、ＲＧＲ率Ｒｅｇｒを増加させて燃焼モードを通常空燃比モードから低空燃比モードに切り換える方法を例示的に説明したが、従来から公知の様々な方法を採用できる。例えば、吸気絞り弁１１の開度を閉じ側に制御して、エンジン１に吸入される吸入空気量を減少させる方法を採用しても良い。また、ターボチャージャ１７が可変ノズルを有する、いわゆる可変容量型ターボチャージャである場合には、可変ノズルの開度を絞り側に調整することによって、ＥＧＲガス量を増量させるようにしても良い。

また、本実施例においては、排気通路２９に設けられた燃料添加弁２１から燃料を添加させることでＮＯｘ触媒２０に還元剤となる燃料を供給しているが、例えば燃料添加弁２１からの燃料添加に代えて、エンジン１の膨張行程や排気行程等に燃料噴射弁１３から燃料を副噴射させるようにしても良い。

また、本実施例においては、ＮＯｘ触媒として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備える排気浄化システムについて例示的に説明したが、これに限定される趣旨ではない。例えば、選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化システムに対しても本発明を適用することができる。その場合に、燃料添加弁から還元剤としての尿素水、アンモニア水を添加させるようにしても良い。

実施例１に係る内燃機関の排気浄化システムが適用されるハイブリッド車両のシステム構成を示すブロック図である。 実施例１における内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図である。 実施例１におけるＮＯｘ還元制御が実行されるときの各パラメータの指令値を示したタイムチャートである。（ａ）はＥＧＲ開度Ｄｅｇｒ、（ｂ）は燃料噴射量Ｑｆ、（ｃ）はエンジントルクＴＱｅ、（ｄ）はアシストトルクＴＱａ、（ｅ）は添加燃料を添加する燃料添加弁の開閉状態を示したタイムチャートである。 実施例１におけるＮＯｘ還元制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例１において燃焼モードを低空燃比モードに切り換えた後に要求トルクＴＱｒが増加した各パラメータの指令値を示したタイムチャートである。（ａ）はＥＧＲ開度Ｄｅｇｒ、（ｂ）は燃料噴射量Ｑｆ、（ｃ）はエンジントルクＴＱｅ、（ｄ）はアシストトルクＴＱａ、（ｅ）は添加燃料を添加する燃料添加弁の開閉状態を示したタイムチャートである。

符号の説明

１・・・エンジン
２・・・モータジェネレータ（ＭＧ）
３・・・メインＥＣＵ
４・・・Ｔ／Ｍ
５・・・Ｔ／ＭＥＣＵ
６・・・バッテリ
７・・・インバータ
８・・・バッテリＥＣＵ
１２・・気筒
１３・・燃料噴射弁
１７・・ターボチャージャ
１８・・吸気マニホールド
１９・・吸気通路
２０・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
２１・・燃料添加弁
２３・・クランクポジションセンサ
２４・・アクセルポジションセンサ
２８・・排気マニホールド
２９・・排気通路
３０・・ＥＧＲ装置
３１・・ＥＧＲ通路
３２・・ＥＧＲ弁

Claims (4)

1. 内燃機関と電動機との２種類の動力源で走行するハイブリッド車両に適用する内燃機関の排気浄化システムであって、
   前記内燃機関の排気通路に設けられるＮＯｘ触媒と、
   前記排気通路を通過する排気に還元剤を供給することにより該ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比とし、該ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを還元させる還元制御を実行する還元実行手段と、
   前記還元制御の実行に先だって前記内燃機関の混合気の燃焼モードを該混合気の空燃比が所定の通常空燃比とされる通常空燃比モードから該通常空燃比モードよりも前記混合気の空燃比を低下させる低空燃比モードに切り換える燃焼モード切換手段と、
   前記燃焼モード切換手段が前記燃焼モードを切り換えるときに前記内燃機関の燃焼状態が所定の安定状態に維持される範囲内でエンジントルクを調節するエンジントルク調節手段と、
   前記エンジントルクが要求トルクに対して不足する場合に、前記電動機が出力するアシストトルクを調節して前記要求トルクに対する前記エンジントルクの不足分を前記電動機に出力させるアシストトルク調節手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記燃焼モードが前記低空燃比モードに切り換えられた後の状態で前記要求トルクが変化した場合に、前記エンジントルク調節手段は前記内燃機関の燃焼状態が前記安定状態に維持される範囲であって且つ前記エンジントルクと前記アシストトルクとの和が、変化した後における要求トルクに略一致するように前記エンジントルクを調節することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記燃焼モードが前記低空燃比モードに切り換えられた後の状態で前記要求トルクが変化した場合に、前記エンジントルク調節手段は前記エンジントルクを略一定に維持すると共に前記アシストトルク調節手段は前記エンジントルクと前記アシストトルクとの和が、変化した後における要求トルクに略一致するように該アシストトルクを調節することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記要求トルクに対する前記エンジントルクの不足分を前記電動機に出力させることができるか否かを判定するアシスト判定手段を、更に備え、
   前記エンジントルクの不足分を前記電動機に出力させることができないと判定された場合に、前記燃焼モード切換手段による前記低空燃比モードへの切り換え又は前記低空燃比モードの維持が禁止されることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。

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