JP6003208B2

JP6003208B2 - 内燃機関の排気ガス浄化装置及び制御方法

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Publication number: JP6003208B2
Application number: JP2012112041A
Authority: JP
Inventors: 一保堂園
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: JP2013237372A

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置及び制御方法に関するものである。

車両、特に自動車にあっては、内燃機関つまりエンジンが搭載されると共に走行用モータが搭載されたハイブリッド車が増加している。ハイブリッド車にあっては、エンジンによってジェネレータを駆動することにより発電が行なわれ、発電された電力は、走行用モータへの給電やバッテリへの充電に用いられることになる。

一方、燃費向上のために、エンジンを理論空燃比よりもリーンなリーン運転を行うことが行われている。そして、リーン運転に伴って排出されるＮＯｘ低減のために、排気通路にはＮＯｘ触媒が配設されることになる。特許文献１には、ハイブリッド車において、通常はリーン運転を行いつつ、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ吸蔵量が増大したときに、エンジンの運転をリッチな空燃比で行うことにより、吸蔵されたＮＯｘをパージすることが開示されている。また、特許文献１には、駆動輪へ付与されるトータルトルクが、エンジンのリーン運転時とリッチ運転時とで変化しないように、モータトルクを制御することも開示されている。

特開２００８−６８８０２号公報

ところで、ハイブリッド車において、ジェネレータを駆動するエンジンのリーン運転を続けていると、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ吸蔵量が上限値にまで増大してしまうことになる。この場合に、吸蔵しているＮＯｘをパージすべくエンジンをリッチ運転に切換えると、ジェネレータを駆動していることからエンジンの駆動負荷が大きい状態でもって燃焼性が高まり、このためプリイグニッション（異常燃焼）が生じたり、燃焼音が増大してしまう事態が生じやすいものとなる。このプリイグニッションの発生や燃焼音の増大は、特に、エンジンの運転をもっとも効率がよくなる所定回転数での一定回転数でもって行なう場合や、燃料として水素を用いた場合に顕著になる。

パージのためにリッチ運転状態とした際は、発電停止を含む発電電力を低減させることにより、プリイグニッションの発生や燃焼音の増大を防止あるいは低減することが考えられる。しかしながら、この場合は、バッテリの充電量が小さい（少ない）状態でパージを実行したときに、発電電力が低減されていることからバッテリ充電量が極端に低下してしまうおそれがあり、何らかの対策が望まれることになる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、バッテリ充電量が大きく低下してしまうことを防止しつつ、パージ実行中におけるプリイグニッションの発生や燃焼音の増大を防止あるいは低減できるようにした内燃機関の排気ガス浄化装置及び制御方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明制御方法にあっては次のような第１の解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
排気通路にＮＯｘ触媒が配設されたエンジンと、該エンジンにより駆動されるジェネレータと、該ジェネレータの発電電力が蓄電されるバッテリと、該ジェネレータの発電電力と該バッテリにより駆動される走行用モータと、を備えた内燃機関の排気ガス浄化制御方法であって、
前記ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ吸蔵量を検出する第１ステップと、
前記バッテリの充電量を検出する第２ステップと、
前記第１ステップと前記第２ステップとでの検出結果に基づいて、前記バッテリの充電量が所定量以下となる期間と前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる期間とが重なることを予測する第３ステップと、
前記第３ステップで期間の重なりが予測されたとき、前記第１ステップで検出されるＮＯｘの吸蔵量が前記所定値以上となる前にあらかじめ、前記エンジンの運転状態を理論空燃比よりもリーンな空燃比でのリーン運転状態から理論空燃比以下のリッチな空燃比でのリッチ運転状態へ切換える第４ステップと、
前記エンジンを前記リッチ運転状態で運転しているときは、前記ジェネレータでの発電電力を低減させて該エンジンの駆動負荷を低減する第５ステップと、
を備えているようにしてある。

上記解決手法によれば、ＮＯｘパージのためにリッチ運転状態へ切換えられたときは、発電電力の低減によってエンジンの駆動負荷が低減されるので、プリイグニッションの発生や燃焼音増大が防止あるいは低減されることになる。また、パージを実行する際に、バッテリの充電量が所定量以下となることが予測されるときは、通常のパージ実行時期よりも早めにパージを実行することにより、パージ実行の際に発電電力を低減させてもバッテリ充電量が極端に低下してしまうことが防止されることになる。

上記第１の解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２〜請求項６に記載のとおりである。すなわち、
前記第４ステップでの前記リッチ運転状態を、前記バッテリの充電量の低減度合が小さいときは第１所定期間継続して行う一方、該バッテリの充電量の低減度合が大きいときは、該第１所定期間中断続して行うか又は該第１所定期間よりも短い第２所定時間だけ継続して行う、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、バッテリの充電量の低減度合に応じて、パージの実行期間あるいは実行態様を適切に設定して、請求項１に対応した効果をより十分に発揮させる上で好ましいものとなる。

前記リーン運転状態で発電を行なう際に、前記バッテリの充電量が小さくかつ該充電量の低減度合が大きいときは、エンジン回転数を増大させて発電電力を増大させる、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、バッテリ充電量が大きく低下することが予測されるときは、発電電力を増大して、バッテリ充電量が極端に低下してしまうことを未然に防止することができる。

前記第３ステップにおいて、前記第１ステップで検出されるＮＯｘ吸蔵量が前記所定値よりも小さい第２所定値以上であり、かつ前記第２ステップで検出される充電量が所定の充電量範囲内にあるときに、前記期間の重なりを生じるときであると予測する、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、期間の重なりを予測する具体的な手法が提供される。また、ＮＯｘ吸蔵量とバッテリ充電量をみるだけでよいので、特別なセンサ等を別途用いることなく簡単に予測することができる。

前記第５ステップでは、発電を中止することにより前記エンジン駆動負荷が低減される、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、プリイグニッション発生と燃焼音増大とを極めて効果的に防止することができる。

前記エンジンが、水素を燃料として運転される、ようにしてある（請求項６対応）。この場合、特にプリイグニッション発生や燃焼音増大を生じやすくなる水素を燃料として用いた場合に、請求項１に対応した効果を得ることができる。

前記目的を達成するため、本発明制御方法にあっては次のような第２の解決手法を採択してある。すなわち、請求項７に記載のように
排気通路にＮＯｘ触媒が配設されたエンジンと、該エンジンにより駆動されるジェネレータと、該ジェネレータの発電電力が蓄電されるバッテリと、該ジェネレータの発電電力と該バッテリにより駆動される走行用モータと、を備えた内燃機関の排気ガス浄化制御方法であって、
前記ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ吸蔵量を検出する第１１ステップと、
前記バッテリの充電量を検出する第１２ステップと、
前記第１１ステップと前記第１２ステップとでの検出結果に基づいて、前記バッテリの充電量が所定量以下となる期間と前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる期間とが重なることを予測する第１３ステップと、
前記第１３ステップで期間の重なりが予測されたとき、前記エンジンの出力を高めて発電電力を増大させて、前記バッテリの充電量をあらかじめ高めると共にＮＯｘ吸蔵量の増大割合を大きくする第１４ステップと、
前記第１１ステップで検出されるＮＯｘの吸蔵量が前記所定値以上となったときに、前記エンジンの運転状態を理論空燃比よりもリーンな空燃比でのリーン運転状態から理論空燃比以下のリッチな空燃比でのリッチ運転状態へ切換える第１５ステップと、
前記エンジンを前記リッチ運転状態で運転しているときは、前記ジェネレータでの発電電力を低減させて該エンジンの駆動負荷を低減する第１６ステップと、
を備えているようにしてある。

上記第２の解決手法によれば、ＮＯｘパージのためにリッチ運転状態へ切換えられたときは、発電電力の低減によってエンジンの駆動負荷が低減されるので、プリイグニッションの発生や燃焼音増大が防止あるいは低減されることになる。また、パージを実行する前にあらかじめ、エンジン出力を増大させて発電電力を高めることによりバッテリの充電量を高めておくので、通常のパージ実行時期よりも早めにパージを実行しつつ、パージ実行の際に発電電力を低減させてもバッテリ充電量が極端に低下してしまうことが防止されることになる。

前記目的を達成するため、本発明装置にあっては次のような第１の解決手法を採択してある。すなわち、請求項８に記載のように、
排気通路にＮＯｘ触媒が配設されたエンジンと、該エンジンにより駆動されるジェネレータと、該ジェネレータの発電電力が蓄電されるバッテリと、該ジェネレータの発電電力と該バッテリにより駆動される走行用モータと、を備えた内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
前記ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ吸蔵量を検出する吸蔵量検出手段と、
前記バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、
前記各検出手段での検出結果に基づいて、前記バッテリの充電量が所定量以下となる期間と前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる期間とが重なることを予測する予測手段と、
前記予測手段によって前記期間の重なりが予測されたとき、前記吸蔵量検出手段で検出されるＮＯｘの吸蔵量が前記所定値以上となる前にあらかじめ、前記エンジンの運転状態を理論空燃比よりもリーンな空燃比でのリーン運転状態から理論空燃比以下のリッチな空燃比でのリッチ運転状態へ切換える空燃比変更手段と、
前記エンジンを前記リッチ運転状態で運転しているときは、前記ジェネレータでの発電電力を低減させて該エンジンの駆動負荷を低減する駆動負荷低減手段と、
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば、請求項１の制御方法を実現するための装置が提供される。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項９に記載のとおりである。すなわち、
前記空燃比変更手段は、前記バッテリの充電量の低減度合が小さいときは前記リッチ運転状態を第１所定期間継続して行う一方、該バッテリの充電量の低減度合が大きいときは、該リッチ運転状態を該第１所定期間中断続して行うか又は該第１所定期間よりも短い第２所定時間だけ継続して行う、ようにしてある（請求項９対応）。この場合、請求項２に対応した制御方法を実現するための装置が提供される。

前記目的を達成するため、本発明装置にあっては次のような第２の解決手法を採択してある。すなわち、請求項１０に記載のように、
排気通路にＮＯｘ触媒が配設されたエンジンと、該エンジンにより駆動されるジェネレータと、該ジェネレータの発電電力が蓄電されるバッテリと、該ジェネレータの発電電力と該バッテリにより駆動される走行用モータと、を備えた内燃機関の排気ガス浄化制御方法であって、
前記ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ吸蔵量を検出する吸蔵量検出手段と、
前記バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、
前記各検出手段での検出結果に基づいて、前記バッテリの充電量が所定量以下となる期間と前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる期間とが重なることを予測する予測手段と、
前記予測手段によって前記期間の重なりが予測されたとき、前記エンジンの出力を高めて発電電力を増大させて、前記バッテリの充電量をあらかじめ高めると共にＮＯｘ吸蔵量の増大割合を大きくする発電電力増大手段と、
前記吸蔵量検出手段で検出されるＮＯｘの吸蔵量が前記所定値以上となったときに、前記エンジンの運転状態を理論空燃比よりもリーンな空燃比でのリーン運転状態から理論空燃比以下のリッチな空燃比でのリッチ運転状態へ切換える空燃比変更手段と、
前記エンジンを前記リッチ運転状態で運転しているときは、前記ジェネレータでの発電電力を低減させて該エンジンの駆動負荷を低減する駆動負荷低減手段と、
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば、請求項７の制御方法を実現するための装置が提供される。

本発明によれば、ＮＯｘ触媒での吸蔵ＮＯｘパージのために、ジェネレータを駆動しているエンジンをリーン運転からリッチ運転に切換えても、プリイグニッションの発生や燃焼音増大を防止あるいは低減することができる。また、バッテリの充電量が極端に低下してしまうことを防止することができる。

本発明の実施形態に係る車両の全体構成を示すブロック図である。図１に示す車両の制御システムを示す図である。本発明の第１の制御例を示すタイムチャート。図３の制御例を実行するためのフローチャート。本発明の第２の制御例を示すタイムチャート。図５の制御例を実行するためのフローチャート。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両の全体構成を示すブロック図であり、図２は、図１に示す車両の制御システムを示す図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る車両１は、所謂シリーズ式のハイブリッド車両であり、エンジン１０と、エンジン１０により駆動されるジェネレータ２０と、ジェネレータ２０により発電される電力が充電可能な高電圧・大容量のバッテリ３０と、エンジン１０の駆動によるジェネレータ２０の発電電力及びバッテリ３０の放電電力により駆動される走行用モータ４０とを有している。

また、車両１では、ジェネレータ２０、バッテリ３０及び走行用モータ４０の間にインバータ５０が設けられ、インバータ５０を介してジェネレータ２０の発電電力をバッテリ３０及び／又は走行用モータ４０に供給することができるとともに、バッテリ３０の放電電力を走行用モータ４０に供給することができるように構成されている。

走行用モータ４０は、ジェネレータ２０の発電電力及びバッテリ３０の放電電力の少なくとも一方が供給されることにより駆動され、この走行用モータ４０の駆動力がデファレンシャル装置６０を介して駆動輪としての左右の前輪６１、６２に伝達され、これによって、車両１が走行できるようになっている。なお、走行用モータ４０はジェネレータとしても作動可能であり、車両１の減速時にはジェネレータとして作動し、発電した電力をバッテリ３０に充電することができるようになっている。

車両１では、エンジン１０は、ジェネレータ２０における発電のためにのみ用いられており、本実施形態では、エンジン１０として、これに限定されるものではないが、水素燃料タンク７０に貯留されている水素ガスが燃料として供給される水素エンジンが用いられる。

図２に示すように、エンジン１０は、ツインロータ式のロータリエンジンであって、ロータハウジング１１のトロコイド面に３点で接して３つの作動室を画成するロータ１２を備え、該ロータ１２が回転することにより出力軸としてのエキセントリックシャフト１３が回転されるようになっている。

エンジン１０では、ロータハウジング１１には吸気通路１４と排気通路１５が接続され、吸気通路１４には、スロットル弁１６と予混合方式によって燃料供給を行う場合に水素ガスを噴射するための水素インジェクタ１７とが設けられ、排気通路１５には、排気ガスを浄化するための排気ガス浄化触媒８０が配設されている。この排気ガス浄化触媒８０は、ＮＯｘ触媒とされて、リーン運転時にＮＯｘを吸蔵する一方、リッチ運転されることにより吸蔵したＮＯｘがパージされる。

ロータハウジング１１にはまた、水素ガスを噴射するための水素インジェクタ１８及び点火プラグ１９がロータハウジング１１の作動室を臨むようにして取り付けられている。なお、図２において吸気通路１４及び排気通路１５に図示した矢印は、吸気又は排気の流れを示している。

また、車両１には、バッテリ３０に出入りする電流及びバッテリ３０の電圧を検出するバッテリ電流・電圧センサ（バッテリ残容量検出手段）１０１と、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１０２と、車速を検出する車速センサ１０３と、エンジン１０の回転数を検出するエンジン回転数センサ１０４と、空燃比を検出する空燃比センサ１０５と、排気ガス浄化触媒８０の温度を検出する触媒温度検出センサ１０６とが搭載されている。

車両１にはまた、該車両１に関係する構成を総合的に制御するコントロールユニット１００が設けられ、このコントロールユニット１００には、バッテリ電流・電圧センサ１０１、アクセル開度センサ１０２、車速センサ１０３、エンジン回転数センサ１０４、空燃比センサ１０５及び触媒温度検出センサ１０６などからの各種信号が入力されるようになっている。コントロールユニット１００はまた、インバータ５０、スロットル弁アクチュエータ１０７、水素インジェクタ１７、１８及び点火プラグ１９などに制御信号を出力することができるようになっている。

コントロールユニット１００は、インバータ５０を制御することにより、走行用モータ４０の駆動を、バッテリ３０からの放電電力でのみ行う態様と、ジェネレータ２０からの発電電力でのみ行う態様と、バッテリ３０および燃料タンク２０の両方からの電力で行う態様とが切換可能となっている。

コントロールユニット１００によって制御されるエンジン１０は、通常は、燃費向上のために、理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比（例えば、空気過剰率λ＝２．３）で運転されると共に、燃費向上のためにもっとも効率のよい所定回転数での一定回転数（例えば２０００ｒｐｍ）での定回転数運転とされ、しかも定負荷運転とされる。

ＮＯｘ触媒とされた排気ガス浄化触媒８０でのＮＯｘ吸蔵量があらかじめ設定された所定値（例えば９０％）以上に増大すると、エンジン１０は、理論空燃比またはそれ以下のリッチ空燃比となるリッチ運転に切換えられる（例えば、空気過剰率λ＝１での運転）。リッチ運転は、排気ガス浄化触媒８０でのＮＯｘ吸蔵量が十分に低減されたある下限値（例えば０％）以下になるまで実行されるが、実施形態では、ＮＯｘ吸蔵量が下限値まで低減するのに十分な時間に設定された所定時間（例えば１０秒）だけ行うようになっている。なお、エンジン回転数は、リーン運転時と同じ所定回転数での一定回転数とされる。勿論、排気ガス浄化触媒８０でのＮＯｘ吸蔵量が十分に低減された後は、エンジン１０は再びリーン運転へと復帰されることになる。

ここで、排気ガス浄化触媒８０に吸蔵されたＮＯｘをパージするためにリッチ運転を行う際に、エンジン１０がジェネレータ２０を駆動していて（発電を行っていて）、エンジン１０への駆動負荷が大きい場合がある。この場合、特に水素を燃料としており、しかも効率のよい一定回転数運転を行っていることから、そのままではプリイグニッションが発生したり、燃焼音が増大してしまう可能性が極めて高くなる。

本発明では、エンジン１０でジェネレータ２０を駆動している状態（発電している状態）において、リッチ運転へと切換えられたときは、ジェネレータ２０での発電電力を低減させて、エンジン１０の駆動負荷を低減させて、プリイグニッションの発生や燃焼音増大を防止あるいは低減するようになっている。なお、エンジン１０への駆動負荷低減は、ジェネレータ２０での発電を行いつつ発電電力を低減する（例えば５０％にする）ことにより行うことができ、実施形態では、発電電力を０にするようにしてある。また、発電電力の調整は、例えば界磁巻線への供給電流を調整することにより行なうことができ、エンジン１０とジェネレータ２０との間にクラッチを有する場合は、クラッチの締結度合を調整することにより行うこともできる。

ここで、バッテリ３０の充電量が小さいとき（例えば充電量５０％以下）に、ＮＯｘ吸蔵量が所定値としての例えば９０％以上になることが考えられる。この場合、そのままパージ実行のためにリッチ運転状態に切換えてかつ発電電力を低減させると、バッテリ充電量が極端に低下してしまうことが考えられる。本発明では、ＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になる期間と、バッテリ充電量が所定量以下になる期間とが重なることが予測されるときは、ＮＯｘ吸蔵量が上記所定値以上になる前にあらかじめ、パージ（早期パージ）を実行するようにしてある。

具体的には、ＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になる期間とバッテリ充電量が所定量以下になる期間とが重なる予測のために、ＮＯｘ吸蔵量が上記所定値（例えば９０％）よりも小さい別の所定値（例えば８０％）を設定し、また、バッテリ充電量として、所定範囲の充電量（例えば充電量４０％〜５０％）を設定してある。そして、ＮＯｘ吸蔵量が上記別の所定値以上で、かつバッテリ充電量が上記所定範囲内にあるときに、ＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になる期間とバッテリ充電量が所定量以下になる期間とが重なることが予測されたときであるとして、この予測された時点からパージを開始するようにしてある。なお、所定範囲の充電量は、パージ実行期間中に、発電電力を０にした状態でしかも加速時等の消費電力が大きい場合でも、必要最小限のバッテリ充電量を確保できる範囲に設定されている。

ここで、バッテリ充電量の極端な低下を防止するために行われる早期パージは、次のように行うのが好ましい。すなわち、バッテリ充電量の低減度合が小さいとき（例えば加速時以外のとき）は、通常のパージと同様に、所定期間（例えば１０秒）継続してリッチ運転状態とされる。

一方、バッテリ充電量の低減度合が大きいとき、例えば急加速中は、上記所定期間（例えば１０秒）内において、リッチ運転状態を断続的に行うようにしてある。リッチ運転状態を断続的に行うので、リッチ運転状態でないときはリーン運転状態での発電実行が行われて、この所定期間中は、パージと発電とが繰り返し行われることになり、バッテリ充電量が急激に低下してしまうことが防止される。なお、緩加速時は、バッテリの低減度合がさほど大きくないということで、通常時と同じように上記所定期間だけ継続してリッチ運転状態としてある。

図３は、本発明の制御例を示すタイムチャートであり、上述したバッテリ充電量の極端な低下防止のための早期パージ実行の制御と、リッチ運転時でのプリイグニッション発生や燃焼音増大を防止あるいは低減するための制御とを含むものなっている。以下、この図３について説明する。

図３において、（ａ）〜（ｅ）および（ｊ）は、早期パージを所定期間連続して行う場合の例を示す。また、（ａ）および（ｆ）〜（ｊ）は、早期パージを断続的に行う場合の例を示す。

図３中、（ａ）はバッテリ３０の充電量が変化する様子を示し、図中実線が緩加速時に対応し、破線が急加速時に対応する。（ｂ）は実際の空燃比が変化する様子を示す。（ｃ）はエンジン１０の出力が変化する様子を示す。（ｄ）はパージ実行指令信号が変化する様子を示す。（ｅ）はＮＯｘ触媒８０でのＮＯｘ吸蔵量が変化する様子を示す。

また、図３中、（ｆ）は実際の空燃比が変化する様子を示す。（ｇ）はエンジン１０の出力が変化する様子を示す。（ｈ）はパージ実行指令信号が変化する様子を示す。（ｉ）はＮＯｘ触媒８０でのＮＯｘ吸蔵量が変化する様子を示す。（ｊ）は車速が変化する様子を示し、図中実線が緩加速時に対応し、破線が急加速時に対応する。

図３の例では、車両は加速を行いつつ走行しており、エンジン回転数も一定とされる。パージ実行を開始する際の本来的な条件となるＮＯｘ吸蔵量が所定値（例えば９０％）以上にまで増大するのは、ｔ４時点をかなり過ぎた時点となるが、この本来的なパージ開始時期では、バッテリ充電量が所定量（例えば４０％）以下になると予測される。このままパージを実行しつつ発電電力を低減すると、バッテリ充電量が極端に低下してしまうおそれがある。したがって、このときは、後述するような早期パージが行われることになる。

まず、連続パージについて説明すると、車両は緩やかな加速を行いつつ走行している（（ｊ）における実線参照で、エンジン回転数は一定）。ｔ３時点になると、ＮＯｘ吸蔵量が、本来の所定値（例えば９０％）よりも小さい値に設定された早期パージ用の別の所定値（例えば８０％）になる。そして、このｔ３時点から、リッチ運転状態に切換えられてパージが実行されると共に、発電電力が０にされる（エンジン１０は無負荷運転となる）。リッチ運転状態は、ｔ３時点から所定期間（例えば１０秒）経過したｔ４時点まで継続して（連続して）行われる。このｔ４時点からは、リーン運転状態へ復帰される（発電も再開）。

次に、断続パージについて説明する。車両は急加速を行いつつ走行している（（ｊ）における破線参照で、エンジン回転数は一定）。そして、ｔ１時点になると、ＮＯｘ吸蔵量が、早期パージ用に設定された別の所定値（例えば８０％）にまで増大される。このｔ１時点から、前記所定期間（例えば１０秒）経過したｔ２時点まで、リッチ運転状態が断続的に行われる。すなわち、リッチ運転状態が短い時間行われた後、リーン運転状態が短い時間だけ行われ、その後再びリッチ運転状態が短い時間だけ行われる、ということが繰り返される。このような断続パージにより、バッテリ３０の充電量が急速に低下してしまうことが防止される。なお、ｔ１からｔ２までの所定期間中において、リッチ運転状態の合計運転時間とリーン運転状態の合計運転時間とは、例えば５０％ずつとすることができるが、適宜の割合に設定することができる。

図４は、図３で説明したような制御を行うためのフローチャートを示す。以下、このフローチャートについて説明するが、以下の説明でＱはステップを示す。まず、Ｑ１において、各種センサ等からの信号が読み込まれる。この後、Ｑ２において、エンジン１０が発電運転するときであるか否かが判別される。このＱ２の判別でＮＯのときは、Ｑ１に戻る。

Ｑ２の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３において、ＮＯｘ触媒８０でのＮＯｘ吸蔵量が、早期パージ用に設定された別の所定値（例えば８０％）以上であるか否かが判別される。このＱ３の判別でＹＥＳのときは、Ｑ４において、バッテリ３０の充電量が、所定充電量範囲内であるか（例えば４０％から５０％の範囲内であるか）否かが判別される。なお、ＮＯｘ吸蔵量は、例えばリーン運転を開始してからの経過時間に基づいて推定することができる。

前記Ｑ４の判別でＹＥＳのときは、将来的に、バッテリ充電量が所定量以下になる期間とリッチ運転状態が行われる期間とが重なってしまうことが予測されるときである。このときは、Ｑ５に移行して、早期パージのための制御が行われる。すなわち、Ｑ５において、現在加速中であるか否かが判別される（バッテリ充電量の低減度合が大きい状態であるか否かの判別となる）。このＱ５の判別でＹＥＳのときは、Ｑ６において、急加速中であるか否かが判別される。急加速中であるか否かは、例えば、アクセル開度が所定開度（例えば５０％）以上であること、あるいはアクセルペダルの踏み込み速度が所定値以上であること等、適宜の手法で検出することができる。

上記Ｑ６の判別でＮＯのとき、つまり緩加速時は、Ｑ７において、無負荷でのリッチ運転状態とされる（発電を中止しつつパージ実行）。この後、Ｑ８において、リッチ運転状態へ切換えられた時点から所定時間（例えば１０秒）経過したか否かが判別される。このＱ８の判別でＮＯのときは、Ｑ７に戻る。Ｑ８の判別でＹＥＳのときは、Ｑ９において、リーン運転状態へ復帰されると共に、発電が再開される。このＱ７〜Ｑ９を経る処理は、前述した連続パージとなる。なお、Ｑ９の処理が行われたときは、ＮＯｘ吸蔵量の推定値が０にリセットされる。

前記Ｑ６の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１０において、無負荷でのリッチ運転状態とされる（発電を中止しつつパージ実行）。ただし、Ｑ１０では、無負荷（発電なし）でのリッチ運転状態と有負荷（発電有り）でのリーン運転状態とが交互に繰り返えされる断続パージとされる。Ｑ１０の後、Ｑ１１において、リッチ運転状態へ最初に切換えられた時点から所定時間（例えば１０秒）経過したか否かが判別される。このＱ１１の判別でＮＯのときは、Ｑ１０に戻る。Ｑ１１の判別でＹＥＳのときは、Ｑ９において、リーン運転状態へ復帰されると共に、発電が再開される。なお、Ｑ１０において、所定時間（例えば１０秒）よりも短く設定された別の所定時間（例えば５秒）だけ、リッチ運転状態を継続して行うようにしてもよい。

前記Ｑ５の判別でＮＯのときは、Ｑ１３において、ＮＯｘ吸蔵量が、本来的なしきい値となる所定値（例えば９０％）以上であるか否かが判別される。このＱ１３の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１４において、無負荷でのリッチ運転状態とされる（発電を中止しつつパージ実行）。この後、Ｑ１５において、リッチ運転状態へ切換えられた時点から所定時間（例えば１０秒）経過したか否かが判別される。このＱ１５の判別でＮＯのときは、Ｑ１４に戻る。Ｑ１５の判別でＹＥＳのときは、Ｑ９において、リーン運転状態へ復帰されると共に、発電が再開される。

前記Ｑ４の判別でＮＯのときは、Ｑ１２において、バッテリ３０の充電量が所定値（例えば５０％）以上であるか否かが判別される。このＱ１２の判別でＹＥＳのときは、バッテリ充電量が十分にあるときなので、早期パージは不用なときであり、このときはＱ１３へ移行される。

前記Ｑ１２の判別でＮＯのときは、バッテリ充電量が極めて少ないときなので、このときはＱ２へ戻る（パージ禁止で発電実行）。なお、Ｑ１２の判別でＮＯのときは、急速に充電量を回復させるべく、エンジン回転を増大させて、発電電力を通常時よりも増大するようにしてもよい。

図５は、本発明の第２の制御例を示すタイムチャートである。本制御例では、バッテリ充電量が小さいときは、パージ実行する前にあらかじめバッテリ充電量を増大させておくようにして、パージ実行している最中にバッテリ充電量が極端に小さくならないようにしたものである。具体的には、バッテリ充電量が例えば５０％まで低下したｔ１１た時点から、エンジン回転数を増大させて発電電力を増大させ、バッテリ充電量をあらかじめ５０％よりも高めておく。発電電力増大により、ＮＯｘ吸蔵量も急激に増大され、発電電力が通常どおりの大きさとした場合に比して、パージを実行する時点が早められることになる。

ｔ１２時点では、ＮＯｘ吸蔵量が、通常のパージ実行の開始しきい値となる所定値（例えば９０％）にまで増大されるが、このｔ１２時点では、バッテリ充電量が５０％よりも十分に高められた状態となっている。そして、ｔ１２時点から、所定期間経過したｔ１３時点まで、無負荷でのリッチ運転状態が継続して行われる。ｔ１３時点の後は、リーン運転で発電が行われるが、このときの発電電力は、通常の発電電力とされる。

図６は、図５のような制御を行うためのフローチャートである。この図６は、図４のＱ５での判別でＹＥＳとなった以後の処理が図４の場合と異なるのみであり、このため、図４とは相違する部分のステップのみが示される。

この図６において、Ｑ２１(図４のＱ５対応）の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２２において、エンジン出力が高められて、発電電力が増大される。この後、Ｑ２３において、ＮＯｘ吸蔵量が通常の所定値（例えば９０％）以上であるか否かが判別される。このＱ２３の判別でＮＯのときは、Ｑ２２に戻って、バッテリ充電量が急速に増大される。また、Ｑ２３の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２４〜Ｑ２６の処理が行われるが、Ｑ２４〜Ｑ２６は図４のＱ７〜Ｑ９に対応しているので、重複した説明は省略する。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。エンジン１０としては、往復動型エンジンであってもよく、また燃料として水素以外の燃料を用いるエンジンあってもよい。パージ実行の際のエンジン１０の駆動負荷低減は、ジェネレータ２０の発電電力を０にする代わりに、発電は実行するものの例えば２０〜５０％まで発電電力を低減することにより行うようにしてもよい。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明は、バッテリ充電量が極端に小さくなってしまうのを防止しつつ、パージ実行時でのプリイグニッション発生防止や燃焼音増大を防止あるいは低減できる。

１０：エンジン
１５：排気通路
１７，１８：燃料噴射弁
１９：点火プラグ
２０：ジェネレータ
３０：バッテリ
４０：モータ
７０：水素タンク
８０：排気ガス浄化触媒（ＮＯｘ触媒）
１００：コントロールユニット（制御手段）

Claims

排気通路にＮＯｘ触媒が配設されたエンジンと、該エンジンにより駆動されるジェネレータと、該ジェネレータの発電電力が蓄電されるバッテリと、該ジェネレータの発電電力と該バッテリにより駆動される走行用モータと、を備えた内燃機関の排気ガス浄化制御方法であって、
前記ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ吸蔵量を検出する第１ステップと、
前記バッテリの充電量を検出する第２ステップと、
前記第１ステップと前記第２ステップとでの検出結果に基づいて、前記バッテリの充電量が所定量以下となる期間と前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる期間とが重なることを予測する第３ステップと、
前記第３ステップで期間の重なりが予測されたとき、前記第１ステップで検出されるＮＯｘの吸蔵量が前記所定値以上となる前にあらかじめ、前記エンジンの運転状態を理論空燃比よりもリーンな空燃比でのリーン運転状態から理論空燃比以下のリッチな空燃比でのリッチ運転状態へ切換える第４ステップと、
前記エンジンを前記リッチ運転状態で運転しているときは、前記ジェネレータでの発電電力を低減させて該エンジンの駆動負荷を低減する第５ステップと、
を備えていることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化制御方法。
請求項１において、
前記第４ステップでの前記リッチ運転状態を、前記バッテリの充電量の低減度合が小さいときは第１所定期間継続して行う一方、該バッテリの充電量の低減度合が大きいときは、該第１所定期間中断続して行うか又は該第１所定期間よりも短い第２所定時間だけ継続して行う、ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化制御方法。
請求項１または請求項２において、
前記リーン運転状態で発電を行なう際に、前記バッテリの充電量が小さくかつ該充電量の低減度合が大きいときは、エンジン回転数を増大させて発電電力を増大させる、ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化制御方法。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
前記第３ステップにおいて、前記第１ステップで検出されるＮＯｘ吸蔵量が前記所定値よりも小さい第２所定値以上であり、かつ前記第２ステップで検出される充電量が所定の充電量範囲内にあるときに、前記期間の重なりを生じるときであると予測する、ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化制御方法。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
前記第５ステップでは、発電を中止することにより前記エンジン駆動負荷が低減される、ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化制御方法。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、
前記エンジンが、水素を燃料として運転される、ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化制御方法。
排気通路にＮＯｘ触媒が配設されたエンジンと、該エンジンにより駆動されるジェネレータと、該ジェネレータの発電電力が蓄電されるバッテリと、該ジェネレータの発電電力と該バッテリにより駆動される走行用モータと、を備えた内燃機関の排気ガス浄化制御方法であって、
前記ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ吸蔵量を検出する第１１ステップと、
前記バッテリの充電量を検出する第１２ステップと、
前記第１１ステップと前記第１２ステップとでの検出結果に基づいて、前記バッテリの充電量が所定量以下となる期間と前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる期間とが重なることを予測する第１３ステップと、
前記第１３ステップで期間の重なりが予測されたとき、前記エンジンの出力を高めて発電電力を増大させて、前記バッテリの充電量をあらかじめ高めると共にＮＯｘ吸蔵量の増大割合を大きくする第１４ステップと、
前記第１１ステップで検出されるＮＯｘの吸蔵量が前記所定値以上となったときに、前記エンジンの運転状態を理論空燃比よりもリーンな空燃比でのリーン運転状態から理論空燃比以下のリッチな空燃比でのリッチ運転状態へ切換える第１５ステップと、
前記エンジンを前記リッチ運転状態で運転しているときは、前記ジェネレータでの発電電力を低減させて該エンジンの駆動負荷を低減する第１６ステップと、
を備えていることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化制御方法。
排気通路にＮＯｘ触媒が配設されたエンジンと、該エンジンにより駆動されるジェネレータと、該ジェネレータの発電電力が蓄電されるバッテリと、該ジェネレータの発電電力と該バッテリにより駆動される走行用モータと、を備えた内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
前記ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ吸蔵量を検出する吸蔵量検出手段と、
前記バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、
前記各検出手段での検出結果に基づいて、前記バッテリの充電量が所定量以下となる期間と前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる期間とが重なることを予測する予測手段と、
前記予測手段によって前記期間の重なりが予測されたとき、前記吸蔵量検出手段で検出されるＮＯｘの吸蔵量が前記所定値以上となる前にあらかじめ、前記エンジンの運転状態を理論空燃比よりもリーンな空燃比でのリーン運転状態から理論空燃比以下のリッチな空燃比でのリッチ運転状態へ切換える空燃比変更手段と、
前記エンジンを前記リッチ運転状態で運転しているときは、前記ジェネレータでの発電電力を低減させて該エンジンの駆動負荷を低減する駆動負荷低減手段と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
請求項８において、
前記空燃比変更手段は、前記バッテリの充電量の低減度合が小さいときは前記リッチ運転状態を第１所定期間継続して行う一方、該バッテリの充電量の低減度合が大きいときは、該リッチ運転状態を該第１所定期間中断続して行うか又は該第１所定期間よりも短い第２所定時間だけ継続して行う、ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
排気通路にＮＯｘ触媒が配設されたエンジンと、該エンジンにより駆動されるジェネレータと、該ジェネレータの発電電力が蓄電されるバッテリと、該ジェネレータの発電電力と該バッテリにより駆動される走行用モータと、を備えた内燃機関の排気ガス浄化制御方法であって、
前記ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ吸蔵量を検出する吸蔵量検出手段と、
前記バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、
前記各検出手段での検出結果に基づいて、前記バッテリの充電量が所定量以下となる期間と前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上となる期間とが重なることを予測する予測手段と、
前記予測手段によって前記期間の重なりが予測されたとき、前記エンジンの出力を高めて発電電力を増大させて、前記バッテリの充電量をあらかじめ高めると共にＮＯｘ吸蔵量の増大割合を大きくする発電電力増大手段と、
前記吸蔵量検出手段で検出されるＮＯｘの吸蔵量が前記所定値以上となったときに、前記エンジンの運転状態を理論空燃比よりもリーンな空燃比でのリーン運転状態から理論空燃比以下のリッチな空燃比でのリッチ運転状態へ切換える空燃比変更手段と、
前記エンジンを前記リッチ運転状態で運転しているときは、前記ジェネレータでの発電電力を低減させて該エンジンの駆動負荷を低減する駆動負荷低減手段と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。