JP2018168725A - ハイブリッド車の排気浄化システム - Google Patents
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Abstract
【課題】ハイブリッド車において、NSR触媒に吸蔵されたNOxを還元するために消費される燃料の量の抑制と、未反応燃料が該NSR触媒から流出してしまうことによる排気成分の悪化の抑制とを両立する。【解決手段】所定のNOx還元実行条件が成立した時にバッテリのSOCが所定充電量以上の場合は、NOx還元実行部がNOx還元処理を実行する際に、制御部が、内燃機関の機関回転速度を低減させるかまたは内燃機関の運転を停止させるとともに、要求トルクを補償すべく電動モータを制御する。一方、所定のNOx還元実行条件が成立した時にバッテリのSOCが所定充電量より少ない場合は、制御部が、内燃機関の運転状態を通常運転に維持しつつ、NOx還元実行部がNOx還元処理を実行する。【選択図】図3
Description
本発明は、ハイブリッド車の排気浄化システムに関する。
理論空燃比よりも高い空燃比での運転である希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気通路に排気浄化触媒として吸蔵還元型NOx触媒(以下、「NSR触媒」と称する場合もある。)を設ける技術が知られている。NSR触媒は、その内部の空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比のときは排気中のNOxを吸蔵し、その内部の空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって還元剤が存在するときは、吸蔵していたNOxを放出し還元する機能を有する。
このようなNSR触媒は、動力源として内燃機関および電動モータを有するハイブリッド車にも適用される。特許文献1には、ハイブリッド車に搭載された内燃機関の排気通路にNSR触媒が設けられた構成において、該NSR触媒に吸蔵されたNOxを還元するための技術について開示されている。この特許文献1に記載の技術では、NSR触媒に吸蔵されたNOxを還元する際に、該NSR触媒に還元剤たる燃料を供給した後で、内燃機関の機関回転速度を低減させるか、または、内燃機関の運転を停止させる。そして、電動モータを駆動させることで要求トルクを補償する。このような技術によれば、NSR触媒に燃料が供給された後、該NSR触媒に流入する排気の流量が減少するか、または、該NSR触媒に新たに排気が流入しなくなる。その結果、内燃機関の運転状態が通常運転となっている場合に比べて、NSR触媒に供給される酸素量が減少し、さらに、排気による持ち去り熱量も減少する。そのため、NSR触媒に吸蔵されたNOxをより効率的に還元することが可能となる。したがって、NSR触媒に吸蔵されたNOxを還元するために消費される燃料の量を少なくすることができる。
上述したように、ハイブリッド車に搭載された内燃機関の排気通路にNSR触媒が設けられた構成において、該NSR触媒に吸蔵されたNOxを還元すべく該NSR触媒に燃料を供給する際に、該内燃機関の機関回転速度を低減させるか、または、該内燃機関の運転を停止させた場合、アクセル開度に応じた要求トルクを補償するために電動モータを制御することが必要となる。そうなると、要求トルクに対する電動モータの出力の割合を通常時よりも増加させることになるため、バッテリの充電量(State Of Charge:以下、「S
OC」と称する場合もある。)が減少することになる。
OC」と称する場合もある。)が減少することになる。
ここで、バッテリのSOCについては、適切なSOCの範囲である目標SOC範囲が予め設定されている。そのため、上記のとおり、内燃機関の機関回転速度の低減または運転停止に伴って電動モータの駆動を開始させた後、バッテリのSOCが目標SOC範囲の下限値まで減少したときには、その時点のNSR触媒におけるNOx還元の進行状況にかかわらず、該電動モータの駆動を停止させ、内燃機関のみによって要求トルクを補償することになる。そうなると、内燃機関の機関回転速度を低減させていたときには、NSR触媒におけるNOx還元の進行状況にかかわらず、該機関回転速度を上昇させることが必要となる。また、内燃機関の運転を停止させていたときには、NSR触媒におけるNOx還元
の進行状況にかかわらず、該内燃機関の運転を再開させることになる。
の進行状況にかかわらず、該内燃機関の運転を再開させることになる。
このとき、要求トルクを補償するために内燃機関の運転を再開する時点においてNSR触媒におけるNOxの還元が完了していなかった場合、該NSR触媒において、NOxの還元に未だ消費されていない燃料成分(以下、「未反応燃料」と称する場合もある。)が存在している状態で、内燃機関の機関回転速度が上昇したり、内燃機関の運転が再開されたりすることになる。そうなると、未反応燃料がNSR触媒から流出してしまう虞がある。この場合、排気成分の悪化を招くことになる。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、車両の動力源として、希薄燃焼運転を行う内燃機関および電動モータを有するハイブリッド車において、該内燃機関の排気通路にNSR触媒が設けられている場合に、該NSR触媒に吸蔵されたNOxを還元するために消費される燃料の量の抑制と、未反応燃料が該NSR触媒から流出してしまうことによる排気成分の悪化の抑制とを両立することが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明では、NSR触媒に燃料を供給するNOx還元処理を実行する際に、内燃機関の機関回転速度の低減または運転停止と、要求トルクを補償するための電動モータの制御とを実行するか否かを、所定のNOx還元実行条件が成立した時のバッテリのSOCに基づいて決定する。
より詳細には、本発明に係るハイブリッド車の排気浄化システムは、希薄燃焼運転を行う内燃機関および電動モータを動力源として有するハイブリッド車であって、前記内燃機関から出力される動力によって発電する発電機と、前記発電機によって発電された電力により充電され且つ前記電動モータに電力を供給するバッテリと、前記内燃機関の運転状態および前記電動モータの駆動状態を制御する制御部と、を備えたハイブリッド車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た吸蔵還元型NOx触媒と、所定のNOx還元実行条件が成立したときに、前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤たる燃料を供給することで、前記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元させるNOx還元処理を実行するNOx還元実行部と、前記バッテリの充電量を取得するSOC取得部と、を備え、前記所定のNOx還元実行条件が成立した時に前記SOC取得部によって取得される前記バッテリの充電量が、所定の目標SOC範囲の下限値よりも大きく且つ前記所定の目標SOC範囲の上限値よりも小さい所定充電量以上の場合は、前記NOx還元実行部が前記NOx還元処理を実行する際に、前記制御部が、前記内燃機関の機関回転速度を低減させるかまたは前記内燃機関の運転を停止させるとともに、要求トルクを補償すべく前記電動モータを制御し、前記所定のNOx還元実行条件が成立した時に前記SOC取得部によって取得される前記バッテリの充電量が前記所定充電量より少ない場合は、前記制御部が前記内燃機関の運転状態を通常運転に維持しつつ、前記NOx還元実行部が前記NOx還元処理を実行する。
本発明に係るハイブリッド車では、電動モータを駆動する際にはバッテリから該電動モータに電力が供給される。このバッテリは、発電機によって発電された電力によって充電される。また、この発電機は、内燃機関から出力される動力によって発電する。また、バッテリの充電量については所定の目標SOC範囲が予め設定されている。また、バッテリのSOCがSOC取得部によって取得される。そして、SOC取得部によって取得されるバッテリのSOCが所定の目標SOC範囲内に維持されるように、発電機による発電が行われる。
本発明では、所定のNOx還元実行条件が成立すると、NOx還元実行部が、NSR触
媒に燃料を供給することでNOx還元処理を実行する。このとき、所定のNOx還元実行条件が成立した時のバッテリのSOCが所定充電量以上の場合は、NOx還元実行部がNOx還元処理を実行する際に、制御部が、内燃機関の機関回転速度を低減させるかまたは内燃機関の運転を停止させるとともに、要求トルクを補償すべく電動モータを制御する。ここで、所定充電量は、所定の目標SOC範囲の下限値よりも大きく且つ所定の目標SOC範囲の上限値よりも小さい充電量である。また、この所定充電量は、NSR触媒におけるNOxの還元が完了するまで要求トルクの補償ための電動モータの制御を継続したとしても、バッテリのSOCが所定の目標SOC範囲の下限値以上に維持されると想定される充電量の閾値として設定されている。なお、NOx還元実行部がNOx還元処理を実行する際には、NSR触媒への燃料供給が実行された後で、制御部が、内燃機関の機関回転速度の低減または運転停止を実行してもよい。また、制御部が内燃機関の機関回転速度の低減を実行した後で、NSR触媒への燃料供給が実行されてもよい。また、NSR触媒の直上流に設けられた燃料添加弁によって該NSR触媒へ燃料を供給するような場合は、制御部が内燃機関の運転停止を実行した後で、NSR触媒への燃料供給が実行されてもよい。
媒に燃料を供給することでNOx還元処理を実行する。このとき、所定のNOx還元実行条件が成立した時のバッテリのSOCが所定充電量以上の場合は、NOx還元実行部がNOx還元処理を実行する際に、制御部が、内燃機関の機関回転速度を低減させるかまたは内燃機関の運転を停止させるとともに、要求トルクを補償すべく電動モータを制御する。ここで、所定充電量は、所定の目標SOC範囲の下限値よりも大きく且つ所定の目標SOC範囲の上限値よりも小さい充電量である。また、この所定充電量は、NSR触媒におけるNOxの還元が完了するまで要求トルクの補償ための電動モータの制御を継続したとしても、バッテリのSOCが所定の目標SOC範囲の下限値以上に維持されると想定される充電量の閾値として設定されている。なお、NOx還元実行部がNOx還元処理を実行する際には、NSR触媒への燃料供給が実行された後で、制御部が、内燃機関の機関回転速度の低減または運転停止を実行してもよい。また、制御部が内燃機関の機関回転速度の低減を実行した後で、NSR触媒への燃料供給が実行されてもよい。また、NSR触媒の直上流に設けられた燃料添加弁によって該NSR触媒へ燃料を供給するような場合は、制御部が内燃機関の運転停止を実行した後で、NSR触媒への燃料供給が実行されてもよい。
一方で、所定のNOx還元実行条件が成立した時のバッテリのSOCが所定充電量より少ない場合は、制御部が内燃機関の運転状態を通常運転に維持しつつ、NOx還元実行部がNOx還元処理を実行する。ここで、通常運転とは、要求トルクに応じて予め定められている内燃機関の運転状態のことである。
つまり、本発明では、所定のNOx還元実行条件が成立した時のバッテリのSOCが所定充電量以上の場合のみ、NOx還元処理を実行する際に、内燃機関の機関回転速度の低減または運転停止と、要求トルクの補償ための電動モータの制御とが実行される。そのため、所定のNOx還元実行条件が成立した時のバッテリのSOCが所定充電量以上の場合は、内燃機関の運転状態を通常運転に維持しつつNOx還元処理を実行する場合に比べて、NOx還元のためにNSR触媒に供給する燃料の総量を減らすことができる。したがって、NSR触媒に吸蔵されたNOxを還元するために消費される燃料の量を抑制することができる。
一方で、所定のNOx還元実行条件が成立した時のバッテリのSOCが所定充電量より少ない場合は、NOx還元処理を実行する際に、内燃機関の機関回転速度の低減または運転停止は実行されない。したがって、内燃機関の機関回転速度の低減または運転停止に伴って、要求トルクの補償ための電動モータの制御を開始させた場合に、NSR触媒でのNOx還元が完了する前に、バッテリのSOCが所定の目標SOC範囲の下限値を下回ってしまうような状況が生じることが抑制される。つまり、NSR触媒において未反応燃料が存在している状態で、電動モータの駆動が停止され、それに伴って、内燃機関の機関回転速度が上昇したり、内燃機関の運転が再開されたりすることが抑制される。そのため、内燃機関の機関回転速度の上昇または運転再開に伴って未反応燃料がNSR触媒から流出してしまうことを抑制することができる。よって、排気成分の悪化を抑制することができる。
本発明に係るハイブリッド車の排気浄化システムは、NOx還元実行部がNOx還元処理を実行する際に、制御部が、内燃機関の機関回転速度を低減させるかまたは内燃機関の運転を停止させるとともに、要求トルクを補償すべく電動モータを制御したと仮定したときに、NSR触媒におけるNOxの還元が完了するまでの間に電動モータの駆動のために消費されると想定されるバッテリの電力量である消費電力量を予測する予測部を備えてもよい。この場合、本発明に係るハイブリッド車の排気浄化システムは、所定充電量を、予測部によって予測される消費電力量を所定の目標SOC範囲の下限値に加算した値以上の値に設定する設定部をさらに備えてもよい。このような予測部および設定部を備えることで、NSR触媒におけるNOxの還元が完了するまで要求トルクの補償のための電動モー
タの制御を継続したとしても、バッテリのSOCが所定の目標SOC範囲の下限値以上に維持されると想定される充電量に所定充電量をより高い精度で設定することができる。
タの制御を継続したとしても、バッテリのSOCが所定の目標SOC範囲の下限値以上に維持されると想定される充電量に所定充電量をより高い精度で設定することができる。
また、本発明では、所定のNOx還元実行条件が成立する前の所定期間において、制御部が、内燃機関の運転状態が通常運転であるときよりも発電機による発電量が増加するように該内燃機関を制御してもよい。これによれば、所定のNOx還元実行条件が成立する前に、バッテリのSOCを増加させることができる。そのため、所定のNOx還元実行条件が成立した時にバッテリの充電量が所定充電量以上となる確率を高めることができる。これにより、NOx還元処理を実行する際に、内燃機関の機関回転速度の低減または運転停止と、要求トルクの補償ための電動モータの制御とが実行される機会を増加させることができる。したがって、NSR触媒に吸蔵されたNOxを還元するために消費される燃料の量をより抑制することが可能となる。
本発明によれば、ハイブリッド車における内燃機関の排気通路にNOx触媒が設けられている場合において、NSR触媒に吸蔵されたNOxを還元するために消費される燃料の量の抑制と、未反応燃料が該NSR触媒から流出してしまうことによる排気成分の悪化の抑制とを両立することができる。
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に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。
<実施例1>
(ハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成)
図1は、本実施例に係るハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。車両100に搭載されたハイブリッドシステム50は、内燃機関1、動力分割機構51、電動モータ52、発電機53、バッテリ54、インバータ55、減速機57を備えている。減速機57は、車両100の車軸56に接続されている。車軸56の両端には車輪58が接続されている。
(ハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成)
図1は、本実施例に係るハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。車両100に搭載されたハイブリッドシステム50は、内燃機関1、動力分割機構51、電動モータ52、発電機53、バッテリ54、インバータ55、減速機57を備えている。減速機57は、車両100の車軸56に接続されている。車軸56の両端には車輪58が接続されている。
動力分割機構51は、内燃機関1からの出力を発電機53や車軸56に振り分けている。そして、発電機53は、内燃機関1から出力される動力によって発電する。動力分割機構51は、電動モータ52からの出力を車軸56に伝達する機能をも有する。電動モータ52は、減速機57を介して車軸56の回転速度と比例した回転速度で回転する。また、電動モータ52及び発電機53には、インバータ55を介してバッテリ54が接続されている。
インバータ55は、バッテリ54から供給される直流電力を交流電力に変換して電動モータ52に供給する。また、インバータ55は、発電機53から供給される交流電力を直流電力に変換してバッテリ54に供給する。これによって、バッテリ54の充電を行う。
上記のように構成されたハイブリッドシステム50では、内燃機関1の出力または電動モータ52の出力により車軸56を回転させる。また、内燃機関1の出力と電動モータ52の出力とを合わせて車軸56を回転させることもできる。つまり、車両100の動力源として電動モータ52および内燃機関1を併用することもできる。さらに、電動モータ52の出力により内燃機関1のクランクシャフトを回転させることもできる。つまり、車両100の動力源として電動モータ52のみを用いることもできる。また、車両100の減速時には、車軸56の回転力により電動モータ52を発電機として作動させることで、運動エネルギを電気エネルギに変換しバッテリ54に回収させることもできる。
ここで、内燃機関1はディーゼルエンジンである。内燃機関1は4つの気筒2を有する。各気筒2には、該気筒2内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁3が設けられている。なお、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、希薄燃焼運転を行うガソリンエンジンであってもよい。内燃機関1には、吸気通路10および排気通路11が接続されている。吸気通路10には、エアフローメータ12及びスロットル弁13が設けられている。エアフローメータ12は内燃機関1の吸入空気量を検出する。スロットル弁13は内燃機関1の吸入空気量を調整する。
排気通路11にはNSR触媒4が設けられている。NSR触媒4より上流側の排気通路11には空燃比センサ14が設けられている。また、NSR触媒4より下流側の排気通路11には排気温度センサ15が設けられている。空燃比センサ14は、NSR触媒4に流入する排気(以下、単に「流入排気」と称する場合もある。)の空燃比を検出する。排気温度センサ15はNSR触媒4から流出した排気の温度を検出する。
また、ハイブリッドシステム50は、電子制御ユニット(ECU)20を備えている。ECU20には、エアフローメータ12、空燃比センサ14、および排気温度センサ15が電気的に接続されている。さらに、ECU20には、クランク角センサ16およびアクセル開度センサ17が電気的に接続されている。クランク角センサ16は内燃機関1のクランク角を検出する。アクセル開度センサ17は車両100のアクセル開度を検出する。そして、これらのセンサの出力値がECU20に入力される。ECU20は、クランク角センサ16の出力値に基づいて内燃機関1の機関回転速度を算出する。また、ECU20は、アクセル開度センサ17の出力値に基づいて、車両100の駆動力として要求されるトルクである要求トルクを算出する。
また、内燃機関1の運転中においては、ECU20は、エアフローメータ12の検出値および燃料噴射弁3からの燃料噴射量に基づいて流入排気の流量を推定する。また、ECU20は、排気温度センサ15の検出値に基づいてNSR触媒4の温度を推定する。さらに、ECU20は、バッテリ54に供給される電力量(発電機53または電動モータ52による発電量)およびバッテリ54から放出される電力量(電動モータ52の駆動のため
に消費される電力量)を随時積算することで、該バッテリ54のSOCを推定する。本実施例では、このようにECU20がバッテリ54のSOCを推定することで、本発明に係る「SOC取得部」が実現される。また、ECU20には、電動モータ52、動力分割機構51、燃料噴射弁3、およびスロットル弁13が電気的に接続されている。そして、これらの装置がECU20によって制御される。例えば、ECU20は、バッテリ54のSOCが所定の目標SOC範囲内に維持されるように、内燃機関1の出力を制御することで発電機53による発電量を調整する。なお、所定の目標SOC範囲は、バッテリ54にとって適切なSOCの範囲として実験等に基づき予め設定されている。また、本実施例においては、内燃機関1の運転状態および電動モータ52の駆動状態を制御するECU20が、本発明に係る「制御部」に相当する。
に消費される電力量)を随時積算することで、該バッテリ54のSOCを推定する。本実施例では、このようにECU20がバッテリ54のSOCを推定することで、本発明に係る「SOC取得部」が実現される。また、ECU20には、電動モータ52、動力分割機構51、燃料噴射弁3、およびスロットル弁13が電気的に接続されている。そして、これらの装置がECU20によって制御される。例えば、ECU20は、バッテリ54のSOCが所定の目標SOC範囲内に維持されるように、内燃機関1の出力を制御することで発電機53による発電量を調整する。なお、所定の目標SOC範囲は、バッテリ54にとって適切なSOCの範囲として実験等に基づき予め設定されている。また、本実施例においては、内燃機関1の運転状態および電動モータ52の駆動状態を制御するECU20が、本発明に係る「制御部」に相当する。
(NOx還元処理)
また、ECU20は、内燃機関1の運転中、燃料噴射弁3からの燃料噴射量、流入排気の流量、流入排気の空燃比、および、NSR触媒4の温度等に基づいて、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量を随時推定する。そして、本実施例では、ECU20によって推定されたNOx吸蔵量が第1所定吸蔵量に達すると、該ECU20は、NSR触媒4のNOx吸蔵能力を回復させるべくNOx還元処理を実行する。NOx還元処理は、内燃機関1の各気筒2において、燃料噴射弁3によって、圧縮上死点近傍の時期に実行される主燃料噴射に加え副燃料噴射を実行し、それによって、還元剤となる燃料をNSR触媒4に供給することで実現される。なお、ここでの副燃料噴射は、一燃焼サイクル中における主燃料噴射よりも後の時期であって、噴射された燃料が機関出力に寄与する気筒2内での燃焼に供されない時期に実行される燃料噴射である。このとき、NSR触媒4内の空燃比が、該NSR触媒4に吸蔵されたNOxの還元が可能なリッチ空燃比となるように副燃料噴射量が調整される。また、第1所定吸蔵量は、NSR触媒4のNOx吸蔵能力の回復を実行すべきNOx吸蔵量の閾値として、実験等に基づいて予め定められている。
また、ECU20は、内燃機関1の運転中、燃料噴射弁3からの燃料噴射量、流入排気の流量、流入排気の空燃比、および、NSR触媒4の温度等に基づいて、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量を随時推定する。そして、本実施例では、ECU20によって推定されたNOx吸蔵量が第1所定吸蔵量に達すると、該ECU20は、NSR触媒4のNOx吸蔵能力を回復させるべくNOx還元処理を実行する。NOx還元処理は、内燃機関1の各気筒2において、燃料噴射弁3によって、圧縮上死点近傍の時期に実行される主燃料噴射に加え副燃料噴射を実行し、それによって、還元剤となる燃料をNSR触媒4に供給することで実現される。なお、ここでの副燃料噴射は、一燃焼サイクル中における主燃料噴射よりも後の時期であって、噴射された燃料が機関出力に寄与する気筒2内での燃焼に供されない時期に実行される燃料噴射である。このとき、NSR触媒4内の空燃比が、該NSR触媒4に吸蔵されたNOxの還元が可能なリッチ空燃比となるように副燃料噴射量が調整される。また、第1所定吸蔵量は、NSR触媒4のNOx吸蔵能力の回復を実行すべきNOx吸蔵量の閾値として、実験等に基づいて予め定められている。
さらに、本実施例では、NOx還元処理を実行する際に、内燃機関1の運転を停止させるとともに、要求トルクを補償すべく電動モータ52を制御する場合がある。この場合、各気筒2において主燃料噴射に加え副燃料噴射を実行することで所定供給量の燃料をNSR触媒4に供給した後、内燃機関1の運転を停止させる。なお、ここでの内燃機関1の運転停止とは、燃料噴射弁3からの燃料噴射を停止させて機関回転速度を零とすることである。そして、アクセル開度に応じた要求トルクを、電動モータ52を駆動させることによって補償する(つまり、電動モータ52のみによって要求トルクが発生するように該電動モータ52を制御する。)。以下、このような、NSR触媒4への燃料供給とともに内燃機関1の運転停止および電動モータ52の駆動が実行されるNOx還元処理を「第1NOx還元処理」と称する。
そして、第1NOx還元処理において還元剤としてNSR触媒4に供給される燃料の総量である所定供給量は、内燃機関1を停止させた状態の下で、NSR触媒4に吸蔵されている第1所定吸蔵量のNOxを還元するのに必要十分な燃料の量として設定されている。ここで、第1NOx還元処理を実行した場合、NSR触媒4に燃料を供給した後、内燃機関1の運転が停止されるために該NSR触媒4に新たに排気が流入しなくなる。そうすると、内燃機関1の運転が継続されている場合に比べてNSR触媒4に供給される酸素量が減少し、さらに、NSR触媒4から排気によって持ち去られる熱量も減少する。そのため、内燃機関1の運転が継続された状態でNOx還元処理を実行する場合に比べて、NSR触媒4に吸蔵されたNOxをより効率的に還元することが可能となる。つまり、より少ない量の燃料で、第1所定吸蔵量のNOxを還元することが可能となる。第1NOx還元処理における所定供給量は、このような点を考慮し、実験等に基づいて予め定められている。
ここで、第1NOx還元処理を実行したときの、NSR触媒におけるNOx吸蔵量、バッテリのSOC、NSR触媒への単位時間当たりの燃料供給量(以下、「単位燃料供給量」と称する場合もある。)、NSR触媒内の空燃比(以下、「NSR空燃比」と称する場合もある。)、内燃機関の機関回転速度、およびNSR触媒からのHC流出量の推移について図2に示すタイムチャートに基づいて説明する。図2に示すタイムチャートのNOx吸蔵量(NSR触媒4におけるNOx吸蔵量)におけるQnox1は第1所定吸蔵量を表している。また、図2に示すタイムチャートのNSR空燃比におけるA/Fthは理論空燃比を表している。また、図2におけるSOC(バッテリ54のSOC)において、C1は所定の目標SOC範囲の下限値を表している、C2は所定の目標SOC範囲の上限値を表している。また、図2におけるSOCにおいて、Cthは所定充電量を表している。所定充電量Cthは、所定の目標SOC範囲の下限値C1より大きく且つ所定の目標SOC範囲の上限値C2よりも小さい値である。この所定充電量Cthの詳細については後述する。なお、図2は、アクセル開度に応じた要求トルクが、通常では、車両100の動力源を内燃機関1とする領域(すなわち、電動モータ52は停止されている領域)に属しているときの各パラメータの推移を示している。
図2では、時期t1まで内燃機関1が通常運転で運転されている。そして、時期t1において、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が第1所定吸蔵量Qnox1に達する。そのため、時期t1において、NSR触媒4に吸蔵されたNOxを還元すべく、各気筒2において主燃料噴射に加え副燃料噴射を実行することによるNSR触媒4への燃料供給が開始される。これにより、NSR空燃比がリッチ空燃比となる。そうすると、NSR触媒4においてNOxが還元され始めるため、時期t1からNSR触媒4におけるNOx吸蔵量が減少し始める。なお、図2に示すように、時期t1におけるバッテリ54のSOCは所定充電量Cth以上となっている。その後、時期t2においてNSR触媒4への燃料供給量の総量が所定供給量に達すると、内燃機関1の運転が停止される(つまり、NSR触媒4への燃料供給も停止される。)。そのため、時期t2において、内燃機関1の機関回転速度は零となる。そして、時期t2において、アクセル開度に応じた要求トルクを補償するための電動モータ52の駆動が開始される。そのため、時期t2からバッテリ54のSOCが減少し始める。その後、時期t3において、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が零となる、すなわち、NSR触媒4におけるNOx還元が完了する。この時、時期t1から時期t2の間でNSR触媒4に供給された燃料のほぼ全てがNOx還元のために消費された状態となっている。つまり、時期t3においては、NSR触媒4には未反応燃料がほぼ存在しない状態となっている。そのため、時期t3では、NSR空燃比が理論空燃比A/Fth近傍の値となっている。そして、時期t3において、電動モータ52の駆動が停止されるとともに、内燃機関1の運転が再開される。
ここで、内燃機関1の運転が停止されている時期t2から時期t3の間は、要求トルクを補償するために電動モータ52が駆動されることから、バッテリ54のSOCが減少することになる。ただし、図2に示すように、時期t3においてもバッテリ54のSOCは所定の目標SOC範囲の下限値C1以上に維持されている。これは、時期t1におけるバッテリ54のSOCが所定充電量Cth以上となっているためである。つまり、要求トルクを補償するための電動モータ52の駆動が開始されるときに、バッテリ54が十分に充電された状態となっているためである。
そして、図2では、時期t3から、通常運転での内燃機関1の運転が再開され、時期t4において、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が再度第1所定吸蔵量Qnox1に達する。そこで、時期t4から時期t5の間において、各気筒2において副燃料噴射が実行され、それによって、所定供給量の燃料がNSR触媒4に供給される。そして、時期t5において、内燃機関1の運転が停止されるとともに、要求トルクを補償するための電動モータ52の駆動が開始される。ただし、時期t4においては、時期t1と異なり、バッテリ
54のSOCが所定充電量Cthより少なくなっている。そのために、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が略零となる前、すなわち、NSR触媒4におけるNOx還元が完了する前の時期t6において、バッテリ54のSOCが所定の目標SOC範囲の下限値C1まで減少してしまう。そうなると、バッテリ54のSOCを所定の目標SOC範囲内に維持するために、時期t6において、電動モータ52の駆動が停止されるとともに、内燃機関1の運転が再開されることになる。この場合、時期t6の時点では、NSR触媒4に未反応燃料が残留している。つまり、時期t6においては、NSR触媒4に未反応燃料が存在している状態で内燃機関1の運転が再開されることになる。そうなると、NSR触媒4に存在していた未反応燃料が排気とともに該NSR触媒4から流出することになる。そのため、図2では、時期t6の直後において、NSR触媒4からの、未反応燃料であるHCの流出量が大幅に増加している。
54のSOCが所定充電量Cthより少なくなっている。そのために、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が略零となる前、すなわち、NSR触媒4におけるNOx還元が完了する前の時期t6において、バッテリ54のSOCが所定の目標SOC範囲の下限値C1まで減少してしまう。そうなると、バッテリ54のSOCを所定の目標SOC範囲内に維持するために、時期t6において、電動モータ52の駆動が停止されるとともに、内燃機関1の運転が再開されることになる。この場合、時期t6の時点では、NSR触媒4に未反応燃料が残留している。つまり、時期t6においては、NSR触媒4に未反応燃料が存在している状態で内燃機関1の運転が再開されることになる。そうなると、NSR触媒4に存在していた未反応燃料が排気とともに該NSR触媒4から流出することになる。そのため、図2では、時期t6の直後において、NSR触媒4からの、未反応燃料であるHCの流出量が大幅に増加している。
上記のとおり、第1NOx還元処理を実行する場合において、内燃機関1の運転を停止させるとともに電動モータ52の駆動を開始する時点でのバッテリ54のSOCが不十分であると、NSR触媒4におけるNOx還元が完了する前に内燃機関1の運転を再開させることが必要となる場合がある。そして、このような場合、NSR触媒4から未反応燃料が流出することで、排気成分の悪化を招く虞がある。
そこで、本実施例では、第1NOx還元処理において、NSR触媒4におけるNOxの還元が完了するまで要求トルクの補償ための電動モータ52の駆動を継続したとしても、バッテリ54のSOCを所定の目標SOC範囲の下限値C1以上に維持できると想定される充電量の閾値として、所定充電量Cthが予め設定されている。なお、要求トルクの補償ために電動モータ52を駆動させている期間中に消費されるバッテリの電力量である消費電力量は、当該期間中の要求トルクの推移の仕方によって変動する。本実施例では、このような点を考慮しても所定充電量Cthが十分な量となるように、実験等に基づいて該所定充電量Cthが一定値として設定されている。そして、本実施例では、NOx還元処理を実行する際に、内燃機関1の運転停止および要求トルクを補償するための電動モータ52の駆動を実行するか否かを、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が第1所定吸蔵量Qnox1に達した時点のバッテリ54のSOCが所定充電量Cth以上であるか否かに基づいて決定する。
(NOx還元処理のフロー)
以下、本実施例に係るNOx還元処理のフローについて図3に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ECU20に予め記憶されたプログラムが実行されることによって実現される。
以下、本実施例に係るNOx還元処理のフローについて図3に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ECU20に予め記憶されたプログラムが実行されることによって実現される。
本フローは内燃機関1の運転中にその実行が開始される。上述したように、内燃機関1の運転中においては、ECU20によってNSR触媒4におけるNOx吸蔵量が随時推定されている。そして、本フローのS101では、ECU20によって推定されたNSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1以上となったか否かが判別される。なお、本実施例では、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1に達することが、本発明に係る「所定のNOx還元実行条件」に相当する。ただし、本発明に係る「所定のNOx還元実行条件」はこれに限られるものではない。例えば、内燃機関1での燃料噴射量の積算値が所定の閾値に達する毎にNOx還元処理を実行するようにした場合は、前回のNOx還元処理の実行終了時からの内燃機関1での燃料噴射量の積算値が所定の閾値に達することをNOx還元実行条件としてもよい。また、NSR触媒4よりも下流側の排気通路11にNOxセンサを設けた構成においては、該NOxセンサの出力値が所定の閾値に達することをNOx還元実行条件としてもよい。また、NSR触媒4の温度や流入排気の流量を考慮してNOx還元実行条件が成立しているか否かを判別してもよい。
S101において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、S101において肯定判定された場合、次にS102において、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1に達した時点のバッテリ54のSOCが読み込まれる。なお、上述したように、本実施例では、ECU20によってバッテリ54のSOCが随時推定されている。
次に、S103において、S102で読み込まれたバッテリ54のSOCが、上記のとおりに設定されている所定充電量Cth以上であるか否かが判別される。そして、S103において肯定判定された場合、第1NOx還元処理が実行される。この場合、S104において、各気筒2において主燃料噴射に加え副燃料噴射が実行されることでNSR触媒4への燃料供給が実行される。なお、このときには、NSR触媒4への単位燃料供給量が第1所定単位供給量dQsf1となるように副燃料噴射量が調整される。ここで、第1所定単位供給量dQsf1は、後述するように、NOx還元処理を実行する際にも内燃機関1の運転を継続する場合におけるNSR触媒4への単位燃料供給量よりも大きい値に設定されている。次に、S105において、NSR触媒4への燃料供給が開始されてから(すなわち、副燃料噴射の実行が開始されてから)のNSR触媒4への総燃料供給量Qsfが第1燃料供給量Qsf1以上となったか否かが判別される。S105において否定判定された場合、S104の処理が再度実行される。つまり、NSR触媒4への燃料供給が継続される。
一方、S105において肯定判定された場合、次にS106において、内燃機関1の運転が停止されるとともに、要求トルクを補償するための電動モータ52の駆動が実行される。次に、S107において、S104におけるNSR触媒4への燃料供給が開始されてからの経過時間dtr(すなわち、NSR触媒4においてNOx還元が行われている期間の長さ)が所定時間dtr1以上となったか否かが判別される。ここで、所定時間dtr1は、第1NOx還元処理の実行によってNSR触媒4におけるNOx還元を完了させるのに必要十分な期間として、実験等に基づき予め定められた期間である。なお、NSR触媒4におけるNOx還元速度は、該NSR触媒4の温度に応じて変化する。そのため、第1NOx還元処理の実行開始時におけるNSR触媒4の温度に基づいて所定時間dtr1を設定してもよい。さらに、第1NOx還元処理の実行期間中におけるNSR触媒4の温度推移を予測し、該温度推移の予測値をも考慮して所定時間dtr1を設定してもよい。そして、S107において肯定判定された場合、電動モータ52の駆動を停止させるとともに、内燃機関1の運転を再開させる。そして、本フローが終了される。一方、S107において否定判定された場合、S106の処理が再度実行される。つまり、内燃機関1の運転停止および電動モータ52の駆動が継続される。
一方、S103において否定判定された場合、内燃機関1の運転状態を通常運転に維持しつつ(すなわち、内燃機関1の運転停止および電動モータ52の駆動を実行することなく)、NOx還元処理が実行される。以下、このようなNOx還元処理を「第2NOx還元処理」と称する。第2NOx還元処理が実行される場合、S109において、各気筒2において主燃料噴射に加え副燃料噴射が実行されることでNSR触媒4への燃料供給が実行される。このときには、NSR触媒4への単位燃料供給量が第2所定単位供給量dQsf2となるように副燃料噴射量が調整される。ここで、第2所定単位供給量dQsf2は、内燃機関1から排出された排気が流通している状態の下で、NSR空燃比が、NSR触媒4に吸蔵されたNOxの還元が可能なリッチ空燃比となるように設定されている。ただし、上述したように、第2所定単位供給量dQsf2は、S104においてNSR触媒4への燃料供給が実行される際の第1所定単位供給量dQsf1よりも小さい値に設定されている。
ここで、第2NOx還元処理が実行される場合は、内燃機関1の運転が継続されるため、ECU20によるNSR触媒4におけるNOx吸蔵量の推定も継続されている。そして、S109の次には、S110において、現時点のNSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが零となったか否かが判別される。すなわち、S110においては、NSR触媒4においてNOx還元が完了したか否かが判別される。なお、当該判別のための閾値は必ずしも零である必要はない。つまり、S110においては、現時点のNSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが所定の還元完了閾値以下となったか否かが判別されてもよい。
そして、S110において否定判定された場合、NSR触媒4においてNOx還元が継続していると判断できる。そのため、この場合は、S109の処理が再度実行される。つまり、NSR触媒4への燃料供給が継続される。一方、S110において肯定判定された場合、NSR触媒4においてNOx還元が完了したと判断できる。そのため、この場合は、S111において、各気筒2での副燃料噴射が停止されることでNSR触媒4への燃料供給が停止される。そして、本フローが終了される。なお、上述したように、第1NOx還元処理によれば、NSR触媒4に吸蔵されたNOxを第2NOx還元処理よりも効率的に還元することができる。換言すれば、同一量のNOxを還元する場合、第2NOx還元処理では、第1NOx還元処理よりも、より多くの燃料をNSR触媒に供給する必要がある。そのため、第2NOx還元処理を実行した際のNSR触媒4への総燃料供給量は、第1NOx還元処理における第1燃料供給量Qsf1よりも多くなる。
なお、上記フローは、アクセル開度に応じた要求トルクが、車両100の動力源を内燃機関1とする領域に属していることを前提として実行されるフローである。したがって、例えば、S107において肯定判定された時点において、アクセル開度に応じた要求トルクが、車両100の動力源を電動モータ52のみとする領域に移行していた場合、S108の処理は実行されずに、内燃機関1の運転が停止されたまま電動モータ52の駆動が継続されることになる。
次に、上記フローでNOx還元処理が実行されたときの、NSR触媒におけるNOx吸蔵量、バッテリのSOC、NSR触媒への単位燃料供給量、NSR空燃比、内燃機関の機関回転速度、およびNSR触媒からのHC流出量の推移について図4に示すタイムチャートに基づいて説明する。なお、図4も、図2と同様、アクセル開度に応じた要求トルクが、車両100の動力源を内燃機関1とする領域に属しているときの各パラメータの推移を示している。
図4に示すタイムチャートにおいても、時期t4より前までは、それぞれのパラメータの値が図2に示すタイムチャートと同様に推移する。そして、図4では、時期t4において、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が再度第1所定吸蔵量Qnox1に達すると、その時点でのバッテリ54のSOCが所定充電量Cthより少ないため、第2NOx還元処理が実行される。つまり、時期t4から、単位燃料供給量を第2単位供給量とするNSR触媒4への燃料供給が開始される。これにより、NSR空燃比がリッチ空燃比となる。そして、NSR触媒4においてNOxが還元され始めるため、NOx吸蔵量が減少し始める。ただし、このときのNSR空燃比は、第1NOx還元処理が実行された時期t1から時期t2までの期間におけるNSR空燃比よりも高くなっている。そして、時期t4以降においても内燃機関1の運転が継続される。また、時期t4以降においても電動モータ52は駆動されないため、バッテリ54のSOCは減少しない。そして、時期t7において、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が零となると(または、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が所定の還元完了閾値以下となると)、NSR触媒4への燃料供給が停止される。この場合、図2において、時期t6直後に示されるようなNSR触媒4からのHC流出量の大幅な増加は発生しない。
以上説明したように、本実施例においては、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1に達した時点のバッテリ54のSOCが所定充電量Cth以上のときは、第1NOx還元処理が実行されることで、第2NOx還元処理が実行される場合に比べてNOx還元のためにNSR触媒4に供給される燃料の総量(副燃料噴射量の総量)を減らすことができる。したがって、NSR触媒4に吸蔵されたNOxを還元するために消費される燃料の量を抑制することができる。
一方、本実施例においては、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が第1所定吸蔵量Qnox1に達した時点のバッテリ54のSOCが所定充電量Cthより少ないのときは第2NOx還元処理が実行される。したがって、内燃機関1の運転停止および電動モータ52の駆動の実行中において、NSR触媒4でのNOx還元が完了する前にバッテリ54のSOCが所定の目標SOC範囲の下限値C1を下回ってしまうような状況が生じることが抑制される。つまり、NSR触媒4において未反応燃料が存在している状態で、電動モータ52の駆動が停止されるとともに内燃機関1の運転が再開されてしまうことが抑制される。そのため、内燃機関1の運転再開に伴って未反応燃料がNSR触媒4から流出してしまうことを抑制することができる。よって、排気成分の悪化を抑制することができる。
したがって、本実施例によれば、NSR触媒4に吸蔵されたNOxを還元するために消費される燃料の量の抑制と、未反応燃料が該NSR触媒から流出してしまうことによる排気成分の悪化の抑制とを両立することができる。
なお、本実施例においては、図3に示すフローのS104およびS109の処理がECU20によって実行されることで、本発明に係る「NOx還元実行部」が実現される。
また、上述したように、要求トルクの補償ために電動モータ52を駆動させている期間中における消費電力量は、当該期間中の要求トルクの推移の仕方によって変動する。そのため、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1に達した時点のバッテリ54のSOCが所定充電量Cth以上であったとしても(すなわち、図3に示すフローにおけるS103で肯定判定されたとしても)、NSR触媒4への燃料供給が開始されてからの経過時間dtrが所定時間dtr1に達する前に、バッテリ54のSOCが所定の目標SOC範囲の下限値C1を下回る可能性もある。そこで、図3に示すフローにおけるS107において否定判定された場合は、現時点でのバッテリ54のSOCが所定の目標SOC範囲の下限値C1より少ないか否かが判別されてもよい。このときに否定判定された場合はS106の処理が実行される。一方、このときに肯定判定された場合は、バッテリ54のSOCを所定の目標SOC範囲内に制御すべく、S108の処理が実行される。このような場合は、NSR触媒4への燃料供給が開始されてからの経過時間dtrが所定時間dtr1に達する前に、電動モータ52の駆動が停止されるとともに内燃機関1の運転が再開されることになる。
(変形例1)
次に、本実施例の変形例について説明する。上記実施例では、内燃機関1のみを車両100の動力源としているときにNOx還元処理を実行する際に本発明を適用した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、車両100の動力源として内燃機関1と電動モータ52とを併用しているときにNOx還元処理を実行する際にも本発明を適用することができる。この場合、車両100の動力源として内燃機関1と電動モータ52とを併用しているときにNSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1に達した際に、その時点のバッテリ54のSOCが所定充電量Cth以上であるか否かに基づいて、第1NOx還元処理または第2NOx還元処理のどちらを実行するのかが選択される。そして、この場合も、第1NOx還元処理が実行されると、要求トルクを補償するように電動モータ52が制御される。つまり、要求トルクに対する内燃機関1の出力と電動モー
タ52の出力との割合が通常通りに制御されている場合に比べて、電動モータ52の出力が増加されることになる。一方で、第2NOx還元処理が実行されると、要求トルクに対する内燃機関1の出力と電動モータ52の出力との割合が通常通りに制御された状態が維持される。
次に、本実施例の変形例について説明する。上記実施例では、内燃機関1のみを車両100の動力源としているときにNOx還元処理を実行する際に本発明を適用した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、車両100の動力源として内燃機関1と電動モータ52とを併用しているときにNOx還元処理を実行する際にも本発明を適用することができる。この場合、車両100の動力源として内燃機関1と電動モータ52とを併用しているときにNSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1に達した際に、その時点のバッテリ54のSOCが所定充電量Cth以上であるか否かに基づいて、第1NOx還元処理または第2NOx還元処理のどちらを実行するのかが選択される。そして、この場合も、第1NOx還元処理が実行されると、要求トルクを補償するように電動モータ52が制御される。つまり、要求トルクに対する内燃機関1の出力と電動モー
タ52の出力との割合が通常通りに制御されている場合に比べて、電動モータ52の出力が増加されることになる。一方で、第2NOx還元処理が実行されると、要求トルクに対する内燃機関1の出力と電動モータ52の出力との割合が通常通りに制御された状態が維持される。
(変形例2)
また、上記実施例における第1NOx還元処理では、NSR触媒4への燃料供給を実行した後に内燃機関1の運転を停止させた。しかしながら、第1NOx還元処理では、必ずしも、内燃機関1の運転を停止させる必要はなく、内燃機関1の運転を継続しつつ、その機関回転速度を通常運転時よりも低減させてもよい。なお、当然のことながら、この場合においても、内燃機関1の機関回転速度の低減に伴うトルクの低下を補うために電動モータ52が制御される。
また、上記実施例における第1NOx還元処理では、NSR触媒4への燃料供給を実行した後に内燃機関1の運転を停止させた。しかしながら、第1NOx還元処理では、必ずしも、内燃機関1の運転を停止させる必要はなく、内燃機関1の運転を継続しつつ、その機関回転速度を通常運転時よりも低減させてもよい。なお、当然のことながら、この場合においても、内燃機関1の機関回転速度の低減に伴うトルクの低下を補うために電動モータ52が制御される。
内燃機関1の機関回転速度を低減させた場合、その運転状態が通常運転に維持されている場合に比べて、NSR触媒4に流入する排気の流量が少なくなる。そうすると、内燃機関の運転状態が通常運転に維持されている場合に比べて、NSR触媒4に供給される酸素量が減少し、さらに、NSR触媒4から排気によって持ち去られる熱量も減少する。したがって、第1NOx還元処理において内燃機関1の機関回転速度を低減させる場合であっても、内燃機関1の運転状態を通常運転に維持する第2NOx還元処理に比べて、NSR触媒4に吸蔵されたNOxをより効率的に還元することが可能となる。なお、この場合は、内燃機関1の機関回転速度を低減させた状態の下で第1所定吸蔵量のNOxを還元することができるような量に所定供給量が設定される。
また、第1NOx還元処理において、内燃機関1の運転を停止させずに該内燃機関1の機関回転速度を通常運転時よりも低減させる場合は、内燃機関1の機関回転速度の低減および要求トルクを保障するための電動モータ52の駆動の実行開始後にNSR触媒4へ所定供給量の燃料を供給してもよい。つまり、内燃機関1の機関回転速度を低減させた後で、各気筒2において主燃料噴射に加え副燃料噴射を実行することでNSR触媒4に燃料を供給してもよい。
(変形例3)
また、図1に示す構成において、さらに、NSR触媒4よりも上流側の排気通路11に、排気中に燃料を添加する燃料添加弁を設けてもよい。そして、第1および第2NOx還元処理を実行する際に、上述した各気筒2での副燃料噴射に代えて、燃料添加弁から燃料を添加することでNSR触媒4に燃料を供給してもよい。また、排気通路11に排気が流れていない状態でも燃料添加弁から添加された燃料がNSR触媒4に到達するように、排気通路11におけるNSR触媒4の直上流に燃料添加弁を設けてもよい。このような構成によれば、第1NOx還元処理において内燃機関1の運転を停止させる場合であっても、該内燃機関1の運転停止後に、燃料添加弁から燃料を添加することでNSR触媒4に所定供給量の燃料を供給することができる。
また、図1に示す構成において、さらに、NSR触媒4よりも上流側の排気通路11に、排気中に燃料を添加する燃料添加弁を設けてもよい。そして、第1および第2NOx還元処理を実行する際に、上述した各気筒2での副燃料噴射に代えて、燃料添加弁から燃料を添加することでNSR触媒4に燃料を供給してもよい。また、排気通路11に排気が流れていない状態でも燃料添加弁から添加された燃料がNSR触媒4に到達するように、排気通路11におけるNSR触媒4の直上流に燃料添加弁を設けてもよい。このような構成によれば、第1NOx還元処理において内燃機関1の運転を停止させる場合であっても、該内燃機関1の運転停止後に、燃料添加弁から燃料を添加することでNSR触媒4に所定供給量の燃料を供給することができる。
<実施例2>
本実施例に係るハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成は上記実施例1と同様である。ただし、本実施例では、図5に示すように、ECU20が、その機能部として、消費電力量予測部201および所定充電量設定部202を有している点で実施例1と異なっている。
本実施例に係るハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成は上記実施例1と同様である。ただし、本実施例では、図5に示すように、ECU20が、その機能部として、消費電力量予測部201および所定充電量設定部202を有している点で実施例1と異なっている。
上記実施例1では、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1以上となったときに、第1NOx還元処理または第2NOx還元処理のどちらを実行するのか選択するためのバッテリ54のSOCの閾値である所定充電量Cthは、予め
定められた一定値に設定された。ここで、上述したように、要求トルクの補償ために電動モータ52を駆動させている期間中に消費されるバッテリ54の電力量である消費電力量は、当該期間中の要求トルクの推移の仕方によって変動する。そのため、実施例1のように、所定充電量Cthを一定値とすると、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1に達した時点のバッテリ54のSOCが該所定充電量Cth以上であったとしても、第1NOx還元処理を実行したときに、NSR触媒4でのNOx還元が終了する前に、バッテリ54のSOCが所定の目標SOC範囲の下限値C1を下回る可能性がある。
定められた一定値に設定された。ここで、上述したように、要求トルクの補償ために電動モータ52を駆動させている期間中に消費されるバッテリ54の電力量である消費電力量は、当該期間中の要求トルクの推移の仕方によって変動する。そのため、実施例1のように、所定充電量Cthを一定値とすると、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1に達した時点のバッテリ54のSOCが該所定充電量Cth以上であったとしても、第1NOx還元処理を実行したときに、NSR触媒4でのNOx還元が終了する前に、バッテリ54のSOCが所定の目標SOC範囲の下限値C1を下回る可能性がある。
そこで、本実施例では、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1以上となったときに、第1NOx還元処理が実行されることで、NSR触媒4におけるNOxの還元が完了するまで要求トルクの補償ための電動モータ52の駆動が継続されたと仮定したときの消費電力量を、消費電力量予測部201が予測する。より詳しくは、本実施例では、今後の要求トルクの推移予測に関する情報である要求トルク予測情報が外部器機から消費電力量予測部201に入力される。このような要求トルク予測情報を消費電力量予測部201に提供する外部器機としては、車両100に搭載されたカーナビゲーション装置を例示することができる。この場合、カーナビゲーション装置によって導出された車両100の案内経路が要求トルク予測情報として消費電力量予測部201に入力される。そして、消費電力量予測部201は、入力された車両100の案内経路に基づいて、今後の要求トルクの推移を予測する。さらに、消費電力量予測部201は、予測された要求トルクの推移に基づいて消費電力量を算出する。また、高度道路交通システム(ITS)によって提供される情報を要求トルク予測情報として用いることもできる。
そして、所定充電量設定部202が、消費電力量予測部201によって予測された消費電力量を所定の目標SOC範囲の下限値C1に加算した値、もしくは、その加算値に所定量または所定割合分をさらに加算した値を、所定充電量Cthとして設定する。なお、このような、消費電力量予測部201による消費電力量の予測および所定充電量設定部202による所定充電量Cthの設定は、図3に示すフローのS101において肯定判定された場合において、S103の処理が実行される前に実行される。そして、設定された所定充電量Cthが、図3に示すフローのS103の処理に適用される。
本実施例によれば、所定充電量Cthを、NSR触媒4におけるNOxの還元が完了するまで要求トルクの補償ための電動モータ52の駆動を継続したとしても、バッテリ54のSOCが所定の目標SOC範囲の下限値C1以上に維持されると想定される充電量により高い精度で設定することができる。そのため、第1NOx還元処理と第2NOx還元処理とをより適切に使い分けることが可能となる。
<実施例3>
本実施例に係るハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成は上記実施例1と同様である。また、本実施例においても、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が第1所定吸蔵量に達した時点のバッテリ54のSOCが所定充電量Cth以上であるか否かに応じて、第1NOx還元処理または第2NOx還元処理が選択的に実行される。
本実施例に係るハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成は上記実施例1と同様である。また、本実施例においても、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が第1所定吸蔵量に達した時点のバッテリ54のSOCが所定充電量Cth以上であるか否かに応じて、第1NOx還元処理または第2NOx還元処理が選択的に実行される。
(発電量増加制御)
ここで、上述したように、第1NOx還元処理によれば、NSR触媒4に吸蔵されたNOxを第2NOx還元処理よりも効率的に還元することができる。そのため、NSR触媒4に吸蔵されたNOxを還元すべきときに、第1NOx還元処理が実行される機会を増加させれば、該NOxの還元のために消費される燃料の量をより抑制することができる。そこで、本実施例では、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が、第1所定吸蔵量よりも少ない第2所定吸蔵量に達した時点から、内燃機関1の出力を通常運転時よりも増加させるこ
とで発電機53による発電量を増加させる制御である発電量増加制御を実行する。ここで、第2所定吸蔵量は、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が該第2所定吸蔵量に達すると、その後、ある程度の時間が経過するとNSR触媒4におけるNOx吸蔵量が第1所定吸蔵量に達する可能性が高いと判断できるNOx吸蔵量の閾値として、実験等に基づいて予め定められている。
ここで、上述したように、第1NOx還元処理によれば、NSR触媒4に吸蔵されたNOxを第2NOx還元処理よりも効率的に還元することができる。そのため、NSR触媒4に吸蔵されたNOxを還元すべきときに、第1NOx還元処理が実行される機会を増加させれば、該NOxの還元のために消費される燃料の量をより抑制することができる。そこで、本実施例では、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が、第1所定吸蔵量よりも少ない第2所定吸蔵量に達した時点から、内燃機関1の出力を通常運転時よりも増加させるこ
とで発電機53による発電量を増加させる制御である発電量増加制御を実行する。ここで、第2所定吸蔵量は、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が該第2所定吸蔵量に達すると、その後、ある程度の時間が経過するとNSR触媒4におけるNOx吸蔵量が第1所定吸蔵量に達する可能性が高いと判断できるNOx吸蔵量の閾値として、実験等に基づいて予め定められている。
以下、本実施例に係る発電量増加制御のフローについて図6に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ECU20に予め記憶されたプログラムが実行されることによって実現される。
本フローは内燃機関1の運転中にその実行が開始される。本フローのS201では、ECU20によって推定されたNSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが、第1所定吸蔵量Qnox1より少なく且つ第2所定吸蔵量Qnox2以上となったか否かが判別される。S201において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、S201において肯定判定された場合、次にS202において、発電量増加制御が実行される。つまり、内燃機関1の運転状態を通常運転とするときよりも各気筒2での燃料噴射量を増加させることで該内燃機関1の出力を増加させ、且つ、その出力増加分のエネルギが発電機53での発電に供されるように動力分割機構51が制御される。なお、発電量増加制御を実行する際の内燃機関1の出力増加量は実験等に基づいて予め定められている。
次に、S203において、ECU20によって推定されたNSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1以上となったか否かが判別される。つまり、図3に示すフローのS101と同様の処理が実行される。このS203において肯定判定された場合、次にS204において、発電量増加制御の実行が停止される。なお、この場合、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1以上となっているため、図3に示すフローでは、S101において肯定判定され、続いてS102以降の処理が実行されることになる。
一方、S203において否定判定された場合、次にS205において、現時点のバッテリ54のSOCが読み込まれる。次に、S206において、S205で読み込まれたバッテリ54のSOCが、所定の目標SOC範囲の上限値C2より少ないか否かが判別される。このS206において肯定判定された場合、S202の処理が再度実行される。つまり、発電量増加制御の実行が継続される。一方、S206において否定判定された場合、次にS204の処理が実行される。なお、この場合、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1より少ないため、図3に示すフローでは、S101で否定判定されることになる。そして、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1に達するまでは、内燃機関1が通常運転で運転される。
なお、本実施例では、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第2所定吸蔵量Qnox2に達してから、該NOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1に達するまでの期間、または、バッテリ54のSOCが所定の目標SOC範囲の上限値C2に達するまでの期間が、本発明に係る「所定のNOx還元実行条件が成立する前の所定期間」に相当する。また、上述したように、本発明に係る「所定のNOx還元実行条件」は、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1に達することに限られるものではない。そのため、本発明に係る「所定のNOx還元実行条件が成立する前の所定期間」は、NOx還元実行条件に応じて設定することができる。
次に、本実施例に係る発電量増加制御が実行されたときの、NSR触媒におけるNOx吸蔵量、バッテリのSOC、NSR触媒への単位燃料供給量、NSR触媒内の空燃比、内燃機関の機関回転速度、およびNSR触媒からのHC流出量の推移について図7に示すタ
イムチャートに基づいて説明する。なお、図7も、図2と同様、アクセル開度に応じた要求トルクが、車両100の動力源を内燃機関1とする領域に属しているときの各パラメータの推移を示している。
イムチャートに基づいて説明する。なお、図7も、図2と同様、アクセル開度に応じた要求トルクが、車両100の動力源を内燃機関1とする領域に属しているときの各パラメータの推移を示している。
図7に示すタイムチャートにおいても、図2に示すタイムチャートと同様、時期t1および時期t4において、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が第1所定吸蔵量Qnox1に達する。そして、時期t1より前の時期t8および時期t4より前の時期t9において、NSR触媒4におけるNOx吸蔵量が第2所定吸蔵量Qnox2に達する。これにより、時期t8および時期t9において、発電量増加制御が開始される。そのため、時期t8および時期t9から、内燃機関1の機関回転速度が、該内燃機関1の運転状態が通常運転であるときの機関回転速度よりも高くなる。なお、図7に示すタームチャートの機関回転速度における破線は、内燃機関1の運転状態が通常運転に維持されているときの機関回転速度の推移、すなわち、図2に示すタイムチャートにおける機関回転速度の推移を示している。また、時期t8および時期t9から、発電機53での発電量の増加に伴いバッテリ54のSOCの上昇率(単位時間当たりのSOC上昇量)が大きくなる。
その結果、時期t1のみならず時期t4においても、バッテリ54のSOCが所定充電量Cth以上となる。そのため、時期t1以降のみならず時期t4以降においても、第1NOx還元処理が実行される。つまり、時期t1から時期t2まで、単位燃料供給量を第1単位供給量とするNSR触媒4への燃料供給が実行される。そして、時期t2においてNSR触媒4への燃料供給量の総量が所定供給量に達すると、内燃機関1の運転が停止され、且つ、アクセル開度に応じた要求トルクを補償するための電動モータ52の駆動が開始される。同様に、時期t4から時期t5まで、単位燃料供給量を第1単位供給量とするNSR触媒4への燃料供給が実行される。そして、時期t5においてNSR触媒4への燃料供給量の総量が所定供給量に達すると、内燃機関1の運転が停止され、且つ、アクセル開度に応じた要求トルクを補償するための電動モータ52の駆動が開始される。
そして、時期t2の後は時期t3においてNSR触媒4におけるNOx吸蔵量が零となる。また、時期t5の後は時期t10においてNSR触媒4におけるNOx吸蔵量が零となる。そのため、時期t3および時期t10において、電動モータ52の駆動が停止されるとともに内燃機関1の運転が再開される。このときに、時期t3および時期t10のいずれにおいても、バッテリ54のSOCが所定の目標SOC範囲の下限値C1以上となっている。
上記のとおり、本実施例によれば、NOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1に達する前に、発電量増加制御を実行することでバッテリ54のSOCを増加させることができる。そのため、NOx吸蔵量Qnoxが第1所定吸蔵量Qnox1に達した時にバッテリ54のSOCが所定充電量Cth以上となる確率を高めることができる。これにより、NSR触媒4に吸蔵されたNOxを還元すべきときに、第1NOx還元処理が実行される機会を増加させることができる。したがって、NSR触媒4に吸蔵されたNOxを還元するために消費される燃料の量をより抑制することが可能となる。
1・・・内燃機関
2・・・気筒
3・・・燃料噴射弁
4・・・吸蔵還元型NOx触媒(NSR触媒)
10・・吸気通路
11・・排気通路
12・・エアフローメータ
13・・スロットル弁
14・・空燃比センサ
15・・排気温度センサ
20・・ECU
50・・ハイブリッドシステム
51・・動力分割機構
52・・電動モータ
53・・発電機
54・・バッテリ
55・・インバータ
56・・車軸
57・・減速機
58・・車輪
100・・車両
2・・・気筒
3・・・燃料噴射弁
4・・・吸蔵還元型NOx触媒(NSR触媒)
10・・吸気通路
11・・排気通路
12・・エアフローメータ
13・・スロットル弁
14・・空燃比センサ
15・・排気温度センサ
20・・ECU
50・・ハイブリッドシステム
51・・動力分割機構
52・・電動モータ
53・・発電機
54・・バッテリ
55・・インバータ
56・・車軸
57・・減速機
58・・車輪
100・・車両
Claims (3)
- 希薄燃焼運転を行う内燃機関および電動モータを動力源として有するハイブリッド車であって、前記内燃機関から出力される動力によって発電する発電機と、前記発電機によって発電された電力により充電され且つ前記電動モータに電力を供給するバッテリと、前記内燃機関の運転状態および前記電動モータの駆動状態を制御する制御部と、を備えたハイブリッド車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た吸蔵還元型NOx触媒と、
所定のNOx還元実行条件が成立したときに、前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤たる燃料を供給することで、前記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元させるNOx還元処理を実行するNOx還元実行部と、
前記バッテリの充電量を取得するSOC取得部と、を備え、
前記所定のNOx還元実行条件が成立した時に前記SOC取得部によって取得される前記バッテリの充電量が、所定の目標SOC範囲の下限値よりも大きく且つ前記所定の目標SOC範囲の上限値よりも小さい所定充電量以上の場合は、前記NOx還元実行部が前記NOx還元処理を実行する際に、前記制御部が、前記内燃機関の機関回転速度を低減させるかまたは前記内燃機関の運転を停止させるとともに、要求トルクを補償すべく前記電動モータを制御し、
前記所定のNOx還元実行条件が成立した時に前記SOC取得部によって取得される前記バッテリの充電量が前記所定充電量より少ない場合は、前記制御部が前記内燃機関の運転状態を通常運転に維持しつつ、前記NOx還元実行部が前記NOx還元処理を実行するハイブリッド車の排気浄化システム。 - 前記NOx還元実行部が前記NOx還元処理を実行する際に、前記制御部が、前記内燃機関の機関回転速度を低減させるかまたは前記内燃機関の運転を停止させるとともに、要求トルクを補償すべく前記電動モータを制御したと仮定したときに、前記吸蔵還元型NOx触媒におけるNOxの還元が完了するまでの間に前記電動モータの駆動のために消費されると想定される前記バッテリの電力量である消費電力量を予測する予測部と、
前記所定充電量を、前記予測部によって予測される前記消費電力量を前記所定の目標SOC範囲の下限値に加算した値以上の値に設定する設定部と、をさらに備えた請求項1に記載のハイブリッド車の排気浄化システム。 - 前記所定のNOx還元実行条件が成立する前の所定期間において、前記制御部が、前記内燃機関の運転状態が通常運転であるときよりも前記発電機による発電量が増加するように前記内燃機関を制御する請求項1または2に記載のハイブリッド車の排気浄化システム。
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