以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
《発明の実施形態1》
図1は、ハイブリッド車1(以下、「車両1」という)の概略図であり、図2は、ハイブリッド車のエンジン及び制御システムを示す図である。この車両1は、所謂シリーズ式のハイブリッド車であって、エンジン10と、回転軸が該エンジン10の出力軸(後述のエキセントリックシャフト13)に連結されていて、エンジン10を駆動して始動させかつ該始動後のエンジン10により駆動されて発電するモータジェネレータ20と、このモータジェネレータ20によって発電された電力が蓄電(充電)される高電圧・大容量のバッテリ30と、エンジン10に駆動されることによるモータジェネレータ20の発電電力及びバッテリ30の蓄電電力(放電電力)のうちの少なくとも一方の電力で駆動される走行用モータ40とを備えている。
モータジェネレータ20、バッテリ30及び走行用モータ40の間には、インバータ50が設けられている。このインバータ50を介して、モータジェネレータ20の発電電力が、バッテリ30及び/又は走行用モータ40に供給されるとともに、バッテリ30からの放電電力が、モータジェネレータ20及び/又は走行用モータ40に供給される。
走行用モータ40は、モータジェネレータ20の発電電力及びバッテリ30から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る。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に伝達され、これにより、車両1が走行する。尚、走行用モータ40は、回生発電電力を発生可能なものであって、車両1の減速時にジェネレータとして作動して、その発電した電力(回生発電電力)がバッテリ30に充電される。また、バッテリ30は、車両1の外部の電源による外部充電が可能である。
エンジン10は、モータジェネレータ20による発電用にのみ使用される。エンジン10は、本実施形態では、水素タンク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である。
図2に示すように、エンジン10は、ツインロータ式(2気筒)のロータリピストンエンジンであって、2つの繭状のロータハウジング11内(気筒内)に形成されるロータ収容室11aに、概略三角形状のロータ12がそれぞれ収容されて構成されている。2つのロータハウジング11は、3つのサイドハウジング(図示せず)の間に挟み込むようにして該サイドハウジングと一体化されてなり、各ロータハウジング11とその両側のサイドハウジングとで各ロータ収容室11aが形成される。尚、図2では、2つのロータハウジング11(2つの気筒)を展開した状態で図示しており、2つのロータハウジング11内の中央部にそれぞれ描いているエキセントリックシャフト13は、同じものである。
前記各ロータ12は、その三角形の各頂部に図示しないアペックスシールを有し、これらアペックスシールがロータハウジング11のトロコイド内周面に摺接しており、このことで、各ロータ12により各ロータ収容室11a(各気筒内)に3つの作動室(燃焼室に相当)が画成される。そして、各ロータ12は、該ロータ12の3つのアペックスシールが各々ロータハウジング11のトロコイド内周面に当接した状態でエキセントリックシャフト13の周りを自転しながら、該エキセントリックシャフト13の軸心の周りに公転するようになっている。ロータ12が1回転する間に、該ロータ12の各頂部間にそれぞれ形成された作動室が周方向に移動しながら、吸気、圧縮、膨張(燃焼)及び排気の各行程を行い、これにより発生する回転力がロータ12を介して出力軸としてのエキセントリックシャフト13から出力される。
前記各ロータ収容室11aには、吸気行程にある作動室に連通するように吸気通路14が連通しているとともに、排気行程にある作動室に連通するように排気通路15が連通している。吸気通路14は、上流側では1つであるが、下流側では、2つの分岐路に分岐してそれぞれ前記各ロータ収容室11aに連通している。吸気通路14の前記分岐部よりも上流側には、ステッピングモータ等のスロットル弁アクチュエータ90により駆動されて吸気通路14の断面積(弁開度)を調節するスロットル弁16が配設されている。吸気通路14の前記分岐部よりも下流側の各分岐路には、前記水素タンク70から供給された水素(燃料)を吸気通路14内に噴射する予混合用インジェクタ17(燃料噴射弁)が配設されている。この予混合用インジェクタ17により噴射された水素は空気と混合された状態(予混合状態)で、吸気行程にある作動室に供給される。
前記排気通路15は、上流側では、各ロータ収容室11aにそれぞれ連通するように2つ設けられているが、下流側では、1つに合流されている。この排気通路15の該合流部よりも下流側には、排気ガスを浄化するための三元触媒81とNOx吸蔵還元触媒(以下、「NOx触媒」という)82とが配設されている。尚、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、吸気及び排気の流れを示している。
前記各ロータハウジング11(各気筒)には、前記水素タンク70から供給された水素(燃料)をロータ収容室11a内(気筒内)に直接噴射する直噴用インジェクタ18(燃料噴射弁)と、前記予混合用インジェクタ17又は直噴用インジェクタ18より噴射された水素の点火を行う2つの点火プラグ19とが設けられている。
予混合用インジェクタ17及び直噴用インジェクタ18は、後述のエンジン水温センサ106により検出されたエンジン冷却水の温度(エンジン水温)に応じて切り替えられるようになっている。
尚、本実施形態では、予混合用インジェクタ17は各分岐路において1つしか設けられていないが、直噴用インジェクタ18は、各ロータハウジング11において、エキセントリックシャフト13の軸方向(図2の紙面に垂直な方向)に2つ並んで配設されている(図2では、1つしか見えていない)。
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101と、車両1のドライバによるアクセルペダルの踏み込み量(ドライバの操作によるアクセル開度)を検出するアクセル開度センサ102と、車両1の車速を検出する車速センサ103と、エキセントリックシャフト13に設けられ、エキセントリックシャフト13の回転角度位置を検出する回転角センサ104と、エンジン10の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ105と、ロータハウジング11の内部に形成されたウォータジャケット(図示せず)に臨んで該ウォータジャケット内を流れるエンジン冷却水の温度(エンジン水温)を検出するエンジン水温センサ106と、水素タンク70内の圧力(つまり水素タンク70内の水素残量)を検出するタンク圧力センサ107と、吸気通路14内に吸入される吸気流量を検出するエアフローセンサ108と、バッテリ30の温度を検出するバッテリ温度センサ109と、エンジン10の作動制御や、インバータ50の作動制御(つまりモータジェネレータ20及び走行用モータ40の作動制御)等を行うコントロールユニット100とが設けられている。
前記エアフローセンサ108により検出される吸気流量は、エンジン10の各気筒への空気充填量に対応している。また、回転角センサ104は、エンジン10の回転数(以下、エンジン回転数という)を検出するエンジン回転数センサを兼ねている。さらに、空燃比センサ105により検出される排気ガスの空燃比は、エンジン10の実空燃比に対応している。
コントロールユニット100は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置(CPU)と、例えばRAMやROMにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力(I/O)バスと、を備えている。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、回転角センサ104、空燃比センサ105、エンジン水温センサ106、タンク圧力センサ107、エアフローセンサ108、バッテリ温度センサ109等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、制御部の一例である。
そして、コントロールユニット100は、前記入力信号に基づいて、スロットル弁アクチュエータ90、ポート噴射用インジェクタ17、直噴用インジェクタ18、点火プラグ19に対して制御信号を出力してエンジン10を制御するとともに、インバータ50に対して制御信号を出力してモータジェネレータ20及び走行用モータ40を制御する。
インバータ50は、モータジェネレータ20の作動状態を、バッテリ30からの電力供給により駆動トルクを発生させてエンジン10を駆動する駆動状態と、エンジン10による駆動により発電して該発電電力をバッテリ30や走行用モータ40に供給する発電状態とに切り換える機能を持っている。そして、コントロールユニット100は、インバータ50を制御して、エンジン10の始動時には、モータジェネレータ20の作動状態を前記駆動状態としてエンジン10を始動し、エンジン10の始動後には、前記発電状態に切り換える。モータジェネレータ20が前記発電状態にあるとき、インバータ50の制御によりモータジェネレータ20の吸収トルクを変更することで、モータジェネレータ20による発電電力を変更することができるようになっている。また、インバータ50は、モータジェネレータ20を、エンジン10を駆動もせずかつ発電もしない空回り状態(モータジェネレータ20の吸収トルクが0である状態)にすることも可能であり、コントロールユニット100がインバータ50を制御してモータジェネレータ20を空回り状態にしたとき、エンジン10は、負荷がかからない無負荷運転状態となる。一方、モータジェネレータ20が前記発電状態にあるとき、エンジン10は、モータジェネレータ20の発電動作による負荷がかかる有負荷運転状態となる。
さらに、インバータ50は、走行用モータ40の駆動を、バッテリ30からの放電電力のみでもって行う第1態様と、モータジェネレータ20からの発電電力のみでもって行う第2態様と、バッテリ30及びモータジェネレータ20の両方からの電力でもって行う第3態様とに切換えることができる機能を持っている。
また、コントロールユニット100は、バッテリ電流・電圧センサ101により検出された、バッテリ30に出入りする電流及びバッテリ30の電圧に基づいて、バッテリ30の残存容量(SOC)を検出する。コントロールユニット100は、バッテリ30のSOCが高い状況では該1態様を優先的に使用し、SOCが低い状況では第2態様又は第3態様を優先的に使用する。ここでの第2態様とは、発電電力が全て走行用モータ40で消費される場合と、発電電力が走行用モータ40での消費とバッテリ30の充電との両方に使われる場合とがある。前者の場合には、SOCを維持しながら走行用モータ40を駆動し、後者の場合には、SOCを増加させながら(充電しながら)走行用モータ40を駆動する。第3態様の状況としては、アクセル開度センサ102等からの入力情報に基づくドライバの加速要求が大きい場面や、バッテリ30の放電可能電力が低い場合等が挙げられる。尚、タンク圧力センサ107による水素タンク70内の水素残量が所定値以下になった場合やエンジン10がオーバーヒートした場合などでは第1態様を選択する。
コントロールユニット100は、発電要求に基づいて、エンジン10にモータジェネレータ20を駆動させ発電を行う(以下、この運転を「発電運転」という)。発電要求は、例えば、バッテリの放電可能電力が低いとき又は、ドライバの加速要求が大きいときに発せられる。また、要求される発電量は、バッテリの放電可能電力又はドライバの加速要求の大きさに応じて変化する。
コントロールユニット100は、発電運転時は、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)でエンジン10を作動させる。このとき、エンジン10は、燃費向上のために最も効率のよい所定回転数(例えば2000rpm)での定回転数運転とされる。ただし、発電要求が大きい場合には、該発電要求に応じた、所定回転数よりも高いエンジン回転数でエンジン10が運転される。
また、コントロールユニット100は、NOx触媒82におけるNOxの吸蔵量が所定量以上となると、エンジン10に触媒再生運転を実行させる。詳しくは、コントロールユニット100は、NOx吸蔵量を推定しており、推定により求めたNOx吸蔵量が所定量以上となると、エンジン10に触媒再生運転を実行させる。触媒再生運転では、エンジン10は、空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比(例えば、空気過剰率λ=0.8)で運転される。エンジン10をリッチ空燃比で運転することによって、NOx触媒82に到達した燃料が還元剤として機能して、NOx触媒82に吸蔵されたNOxを還元する。触媒再生運転は、NOx吸蔵量が十分に低減するまで(例えば、NOx吸蔵量が0となるまで)継続される。例えば、触媒再生運転は、予め設定された、NOx吸蔵量が十分に低減する所定時間(例えば10秒)だけ行われてもよい。
触媒再生運転は、発電運転時と同じエンジン回転数での定回転数運転とされる。また、触媒再生運転時には、モータジェネレータ20が空回り状態にされ、エンジン10はアイドル運転状態にされる。アイドル運転状態は、基本的には無負荷運転状態であるが、エンジン10に所定負荷以下の軽負荷(エンジン補機と同様の軽負荷)がかかる軽負荷運転状態であってもよい。
以下に、コントロールユニット100による触媒再生運転を詳しく説明する。図3は、触媒再生運転のフローチャートの前半部分である。図4は、触媒再生運転のフローチャートの後半部分である。
まず、ステップS101において、コントロールユニット100は、前記各種センサからの出力信号を読み込む。
そして、コントロールユニット100は、ステップS102において、NOx吸蔵量をメモリから読み出す。コントロールユニット100は、エンジン10の運転中にNOx触媒82に補足されるNOx補足量を算出し、該NOx補足量を積算して、NOx吸蔵量をメモリに記憶している。
詳しくは、NOx補足量は、NOx触媒82の状態を含むエンジン運転状態に応じて変化する。NOx補足量は、現在のエンジン運転状態においてNOx触媒82で吸蔵できる最大吸蔵量と、前回のエンジン運転までに積算されたNOx吸蔵量と、現在のエンジン運転状態においてNOx触媒82に流入するNOx量とに基づいて算出される。
NOx触媒82で吸蔵できる最大吸蔵量は、排気ガスの状態及びNOx触媒82の状態に応じて変化する。そこで、コントロールユニット100は、エンジン回転数、エンジン負荷(出力)、排気ガス温度、及びNOx触媒温度等を予め設定されたマップに照らし合わせて、NOx触媒82で吸蔵できる最大吸蔵量を求める。
前回のエンジン運転までに積算されたNOx吸蔵量は、メモリから読み出される。
NOx触媒82に流入するNOx量は、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて変化する。そこで、コントロールユニットは、エンジン回転数及びエンジン負荷を予め設定されたマップに照らし合わせて、NOx触媒82に流入するNOx量を求める。
コントロールユニット100は、こうして求めた現在のエンジン運転状態においてNOx触媒82で吸蔵できる最大吸蔵量と、前回のエンジン運転までに積算されたNOx吸蔵量と、現在のエンジン運転状態においてNOx触媒82に流入するNOx量とに基づいて現在のエンジン運転状態におけるNOx補足量を算出する。そして、コントロールユニット100は、求めたNOx補足量を前回までのNOx吸蔵量に積算していき、NOx吸蔵量としてメモリに記憶していく。
ステップS102では、コントロールユニット100は、こうしてメモリに記憶されたNOx吸蔵量を読み出す。
続く、ステップS103において、コントロールユニット100は、発電運転中か否かを判定する。発電運転中でなければ、コントロールユニット100はステップS101へ戻る一方、発電運転中であれば、コントロールユニット100は、ステップS104へ進む。発電運転中は、所定の有負荷の運転状態となっており、そのときの空燃比は理論空燃比よりもリーンなA1となっている。尚、発電運転は、触媒再生運転よりも空燃比がリーンな運転であるリーン運転の一例である。
ステップS104では、コントロールユニット100は、NOx吸蔵量がNOx触媒82の再生が必要な程度まで増大したか否かを判定する。具体的には、コントロールユニット100は、NOx吸蔵量が所定の第1吸蔵量以上か否かを判定する。この第1吸蔵量は、NOx触媒82の最大吸蔵量よりも小さく且つ最大吸蔵量に近い値であって、NOx触媒82の再生の必要性を判定するための値である。NOx吸蔵量が第1吸蔵量以上であるときには、コントロールユニット100はステップS107へ進む一方、NOx吸蔵量が第1吸蔵量未満であるときには、コントロールユニット100はステップS105へ進む。
ステップS105では、コントロールユニット100は、NOx吸蔵量が前記第1吸蔵量の90%の値以上か否かを判定する。NOx吸蔵量が第1吸蔵量の90%の値以上であるときには、コントロールユニット100はステップS106へ進む一方、NOx吸蔵量が第1吸蔵量の90%の値未満であるときには、コントロールユニット100はステップS101へ戻る。
ステップS106では、コントロールユニット100は、バッテリのSOCが所定の第1容量(例えば、30%)以下か否かを判定する。SOCが第1容量以下であるときには、コントロールユニット100はステップS107へ進む一方、SOCが第1容量よりも大きいときには、コントロールユニット100は、ステップS101へ戻る。
つまり、ステップS104においてNOx吸蔵量がNOx触媒82の再生が必要な程度まで増大していないと判定された場合であっても、常にステップS101へ戻るわけではなく、NOx吸蔵量がすぐにNOx触媒82の再生が必要な程度の量に達する状態であり且つSOCが或る程度低い場合には、ステップS101へ戻らずに、ステップS107へ進む。
ステップS107において、コントロールユニット100は、エンジン10による発電を中止する。つまり、コントロールユニット100は、モータジェネレータ20を空回り状態にして、エンジン10によるモータジェネレータ20の駆動を停止する。
続くステップS108以降では、コントロールユニット100は、発電運転から触媒再生運転への移行制御を行う。この移行制御は、運転移行時における燃焼室からのNOx排出量を低減するものであり、NOx抑制移行制御と称する。
NOx抑制移行制御においては、まず、ステップS108において、コントロールユニット100は、予混合用インジェクタ17及び直噴用インジェクタ18による燃料供給を停止し(ステップS108)、スロットル弁16をアイドル運転に対応する開度(以下、「アイドル開度」という)まで閉じる(ステップS109)。このとき、点火プラグ19の作動も停止される。
燃料供給の停止とスロットル弁16の変更とが略同時に行われる。図5(A)、(B)に示すように、燃料供給が停止されると、筒内の空燃比は、図5(D)に示すように、リーン側に大きく変動する。燃料供給の停止中は、空燃比は非常にリーンな状態となっている。
その後、コントロールユニット100は、モータジェネレータ20を作動させ、エンジン回転数が目標回転数となるようにモータジェネレータ20をフィードバック制御する(ステップS110)。目標回転数は、発電運転におけるエンジン回転数と同じ回転数である。
そして、コントロールユニット100は、ステップS111において、スロットル弁16の開度のアイドル開度への変更を開始した後、所定の第1待機時間だけ待機する。図5(B),(C)に示すように、スロットル弁16の開度が変更されると、その開度の変更から少し遅れて空気量が変化する。そして、第1待機時間経過したときには、空気量は、アイドル開度に応じた空気量となっている。つまり、第1待機時間は、スロットル弁16に対する空気充填量の応答遅れを含んでおり、スロットル弁16の変更を開始してから、空気充填量がアイドル開度に応じた充填量となるまでの時間である。
そして、第1待機時間が経過すると、コントロールユニット100は、ステップS112へ進む。
ステップS112では、コントロールユニット100は、燃料供給を再開して触媒再生運転を実行する。具体的には、コントロールユニット100は、理論空燃比よりもリッチな空燃比A2に相当する燃料量で燃料供給を再開する(ステップS112)。尚、燃料供給再開時の燃料量は、スロットル弁16の開度がアイドル開度であること等を考慮して空燃比A2となるように設定された予測値である。燃料供給の再開後は、コントロールユニット100は、空燃比センサ105により検出される実空燃比が空燃比A2に一致するように、燃料供給量をフィードバック制御する。
このように、スロットル弁16の開度がアイドル開度になるとすぐに燃料供給が再開されるのではなく、スロットル弁16の開度がアイドル開度となってから、スロットル弁16の開度に対する空気量の応答遅れに対応する時間遅れを経て燃料供給が再開される。こうすることで、空気過剰率λが略1.2の空燃比でエンジン10が運転されることがなく、空燃比A2の状態でエンジン10の運転が再開される。その結果、発電運転から触媒再生運転への移行時のNOx排出量を低減できる。
その後、ステップS113において、コントロールユニット100は、モータジェネレータ20のフィードバック制御を終了する。
モータジェネレータ20は、図5(E)に示すように、燃料供給の停止及びスロットル弁16の変更と略同時にフィードバック制御が開始される。モータジェネレータ20のフィードバック制御は、燃料供給の停止中から燃料供給の再開後まで継続される。これにより、燃料供給を再開してエンジン運転を再開するときのエンジン回転数の変動を低減することができる。つまり、触媒再生運転を開始するときには、空気充填量及び燃料量が発電運転とは異なる条件でエンジン運転が再開される。そのため、エンジン運転の再開時にはエンジン回転数が変動しやすい。具体的には、触媒再生運転は発電運転に比べて負荷が非常に小さいので、エンジン運転の再開時にエンジン回転数が落ち込み易い。それに対して、エンジン運転の再開時にモータジェネレータ20のフィードバック制御を行っておくことによって、エンジン回転数の変動をモータジェネレータ20によって低減することができる。その結果、図5(F)に示すように、エンジン回転数は、発電運転、運転移行時及び触媒再生運転に亘って、一定に維持されている。
こうして、発電運転から触媒再生運転に移行されると、コントロールユニット100は、所定の実行時間だけ触媒再生運転を実行する(ステップS114)。この実行時間は、前記第1吸蔵量のNOxが還元されるのに十分な時間であり、予め実験等によって求められている。そして、実行時間が経過すると、コントロールユニット100は、触媒再生運転を終了すべく、ステップS115へ進む。
ステップS115においては、コントロールユニット100は、発電要求の有無を判定する。発電要求が有る場合には、コントロールユニット100は、ステップS116へ進む一方、発電要求が無い場合には、コントロールユニット100は、ステップS121へ進む。
ステップS116において、コントロールユニット100は、モータジェネレータ20を作動させ、エンジン回転数が目標回転数となるようにモータジェネレータ20をフィードバック制御する。目標回転数は、発電運転におけるエンジン回転数と同じ回転数である。
また、コントロールユニット100は、予混合用インジェクタ17及び直噴用インジェクタ18による燃料供給を停止し(ステップS117)、スロットル弁16を発電運転に対応する開度(以下、「発電開度」という)まで開く(ステップS118)。
そして、コントロールユニット100は、ステップS119において、スロットル弁16の開度の発電開度への変更を開始した後、所定の第2待機時間だけ待機する。この第2待機時間は、スロットル弁16の変更を開始してから、空気充填量が発電開度に応じた充填量となるまでの時間である。つまり、第2待機時間は、スロットル弁16に対する空気充填量の応答遅れを含んでいる。第2待機時間は、前記第1待機時間よりも長く設定されている。
そして、第2待機時間が経過すると、コントロールユニット100は、ステップS120へ進んで、燃料供給を再開して発電運転を再開する。
ステップS120において、コントロールユニット100は、空燃比A1に相当する燃料量で燃料供給を再開する。尚、燃料供給再開時の燃料量は、スロットル弁16の開度が発電開度であること等を考慮して空燃比A1となるように設定された予測値である。燃料供給の再開後は、コントロールユニット100は、空燃比センサ105により検出される実空燃比が空燃比A1に相当する空燃比に一致するように、燃料供給量をフィードバック制御する。その後、コントロールユニット100は、ステップS123へ進む。
尚、ステップS115において発電要求が無いと判定された場合には、ステップS121において、コントロールユニット100は、エンジン10の運転を停止する。その後、コントロールユニット100は、ステップS122へ進む。
ステップS122では、コントロールユニット100は、メモリに記憶しているNOx吸蔵量をリセットする。その後、コントロールユニット100は、リターンする。
触媒再生運転から発電運転への移行時におけるNOx抑制移行制御では、発電運転から触媒再生運転への移行時と同様に、図5(A)、(B)に示すように、燃料供給の停止とスロットル弁16の変更とが略同時に行われる。燃料供給が停止されると、筒内の空燃比は、図5(D)に示すように、リーン側に大きく変動する。燃料供給の停止中は、空燃比は非常にリーンな状態となっている。
また、スロットル弁16の開度が変更されると、その開度の変更から少し遅れて空気量が変化する。そして、第2待機時間経過したときには、空気量は、発電開度に応じた空気量となっている。
そして、空気量が発電開度に応じた空気量となった後に燃料供給が再開される。こうすることで、空気過剰率λが略1.2の空燃比でエンジン10が運転されることなく、空燃比A1の状態でエンジン10の運転が再開される。その結果、触媒再生運転から発電運転への移行時のNOx排出量を低減することができる。
また、図5(E)に示すように、燃料供給の停止及びスロットル弁16の変更と略同時にモータジェネレータ20のフィードバック制御が開始される。モータジェネレータ20のフィードバック制御は、燃料供給の停止中から燃料供給の再開後まで継続される。これにより、燃料供給を再開してエンジン運転を再開するときのエンジン回転数の変動を低減することができる。つまり、触媒再生運転を開始するときには、空気充填量及び燃料量が発電運転とは異なる条件でエンジン運転が再開される。そのため、エンジン運転の再開時にはエンジン回転数が変動しやすい。具体的には、発電運転は触媒再生運転に比べて負荷が大きいので、エンジン運転の再開時にエンジン回転数が吹け上がり易い。それに対して、エンジン運転の再開時にモータジェネレータ20のフィードバック制御を行っておくことによって、エンジン回転数の変動をモータジェネレータ20によって低減することができる。その結果、図5(F)に示すように、エンジン回転数は、発電運転、運転移行時及び触媒再生運転に亘って、一定に維持されている。
したがって、ハイブリッド車1は、エンジン10と、前記エンジン10に駆動されて発電するモータジェネレータ20と、前記エンジン10の排気系に設けられた三元触媒81及びNOx吸蔵還元触媒82と、前記エンジン10及び前記モータジェネレータ20を制御するコントロールユニット100とを備え、前記コントロールユニット100は、空燃比が理論空燃比よりもリッチな状態で前記エンジン10を運転することによって、前記NOx吸蔵還元触媒82に吸蔵されたNOxを還元して該NOx吸蔵還元触媒82を再生する触媒再生運転を実行するように構成されており、空燃比が前記触媒再生運転時よりもリーンな状態で前記エンジン10を運転しているリーン運転から該触媒再生運転へ移行するとき、又は、該触媒再生運転から該リーン運転へ移行するときである運転移行時には、前記エンジン10への燃料供給を一旦停止して、移行後の空燃比に対応する運転状態で該エンジン10への燃料供給を再開する。
前記の構成によれば、リーン運転から触媒再生運転に移行するとき、又は、触媒再生運転からリーン運転に移行するときには、空燃比が変化する。このとき、空気充填量及び燃料量を移行前の運転の空燃比に対応する量から移行後の運転の空燃比に対応する量に変更しても、空燃比は瞬時には変化しない。例えば、スロットル弁16に制御信号を出力してから筒内への吸気量が変更されるまでの時間遅れや、予混合用インジェクタ17又は直噴用インジェクタ18に制御信号を出力してから筒内への噴射量が変更されるまでの時間遅れや、空燃比センサ105の出力に基づくフィードバック制御をする際の応答性等の理由により、空燃比は、移行前の運転の空燃比から移行後の運転の空燃比へ漸次又は連続的に変化する。
リーン運転や触媒再生運転の空燃比は通常、燃焼室からのNOx排出量や三元触媒81の特性等を考慮し、三元触媒81下流におけるNOx排出量が少なくなる空燃比に設定されている。
しかしながら、リーン運転の空燃比と触媒再生運転の空燃比との間で空燃比が漸次又は連続的に変化すると、エンジンの空燃比が、一時的にではあるが、三元触媒81下流におけるNOx排出量が増大する空燃比になってしまう。
それに対し、前記の構成では、リーン運転から触媒再生運転に移行するとき、又は、触媒再生運転からリーン運転に移行するときに、燃料供給を停止して、移行後の空燃比に対応する運転状態で燃料供給を再開する。これにより、リーン運転の空燃比と触媒再生運転の空燃比との間にある、三元触媒81下流におけるNOx排出量が増大する空燃比でエンジン10を運転することを回避することができ、触媒再生運転への移行時又は触媒再生運転からの移行時のNOx排出量を低減することができる。
また、燃料供給を停止している間に、筒内の未燃ガスを掃気できるので、移行後の運転再開時の空燃比を正確に調整することができる。
また、前記コントロールユニット100は、前記エンジン10により前記モータジェネレータ20を駆動して発電を行う発電運転時には前記リーン運転を行うように構成されており、前記触媒再生運転時には、前記発電運転時に比べて、スロットル弁16が閉じられる。
前記の構成によれば、触媒再生運転時には、発電運転時に比べて新気量が少なく、負荷が低い運転状態となるので、燃焼室から排出されるNOxを低減することができる。
さらに、前記コントロールユニット100は、前記運転移行の際に前記エンジ10への燃料供給を再開するときに、前記スロットル弁16を移行後の運転の空燃比に対応する開度に調整してから時間遅れを経て該燃料供給を再開する。
空気充填量は、スロットル弁16を変更してもすぐには反応せず、応答遅れを有する。そのため、スロットル弁16を所望の開度にしてすぐに燃料供給を開始すると、空気充填量が所望の開度に対応する量になる前に燃料供給が開始される虞がある。そこで、スロットル弁16を移行後の運転の空燃比に対応する開度に調整してから時間遅れを経て燃料供給を再開することによって、移行後の運転の空燃比で適切にエンジン10の運転を再開することができる。
また、前記コントロールユニット100は、前記運転移行時には、移行後の運転を再開する際に前記エンジン10の回転数を維持するように前記モータジェネレータ20を作動させる。
前記の構成によれば、触媒再生運転と発電運転とでは負荷が異なるため、移行後の運転を再開する際にエンジン回転数の変動が生じ易い。そこで、移行後の運転を再開するときに、エンジン回転数を維持するようにモータジェネレータ20を作動させることによって、エンジン回転数の変動を抑制することができる。その結果、乗員への違和感を低減することができる。
さらに、前記リーン運転から前記触媒再生運転へ移行するときに前記エンジン10への燃料供給を停止してから再開するまでの第1待機時間は、前記触媒再生運転から前記リーン運転へ移行するときに前記エンジン10への燃料供給を停止してから再開するまでの第2待機時間よりも短い。
触媒再生運転に移行する際には、NOxの還元を効率良く行うためにNOx触媒82の温度を高くしておくことが好ましい。そのため、第1待機時間を第2待機時間よりも短くすることによって、エンジン10の燃焼が停止している期間を短くする。これにより、触媒再生運転への移行時のNOx触媒82の温度低下をできる限り抑制している。
《発明の実施形態2》
続いて、実施形態2について説明する。実施形態2は、触媒再生運転への移行時に燃料供給を停止する際の制御が実施形態1と異なる。そこで、実施形態2のうち実施形態1と異なる部分を中心に説明する。図6は、実施形態2に係る触媒再生運転のフローチャートの一部を示し、図7は、触媒再生運転のタイミングチャートを示す。図7において、(A)は燃料噴射量を、(B)はスロットル弁の開度を、(C)は空気充填量を、(D)は空燃比を、(E)はモータジェネレータの作動を、(F)はエンジン回転数を示す。
触媒再生運転のフローチャートにおいてステップS101〜S107までの制御は、実施形態1と同様である。
そして、ステップS107で発電を中止した後、コントロールユニット100は、ステップS201において、スロットル弁16を所定開度だけ開いてエンジン10を所定時間だけ運転する。その後、コントロールユニット100は、ステップS108へ進む。ステップS108以降の制御は、実施形態1と同様である。
つまり、図7(B)に示すように、触媒再生運転への移行時において燃料供給を停止する前にスロットル弁16が所定開度だけ開かれる。これにより、図7(C)に示すように、空気量が増加し、図7(F)に示すように、エンジン回転数が上昇する。その結果、排気ガスの温度が高くなり、NOx触媒82の温度が上昇する。
エンジン回転数を上昇させて運転を所定時間実行した後、燃料供給の停止、スロットル弁16のアイドル開度への変更及びモータジェネレータ20のフィードバック制御が実行される。
したがって、実施形態2では、前記コントロールユニット100は、前記リーン運転から前記触媒再生運転に移行するときには、前記エンジン10への燃料供給を停止する前に前記エンジン10の回転数を上昇させる。
これにより、燃焼供給の停止前にNOx触媒82の温度を予め上昇させておくことによって、燃料供給の停止によりNOx触媒82の温度が低下したとしても、触媒再生運転時のNOx触媒82の温度を確保することができる。その結果、NOx触媒82の再生を効率良く行うことができる。
《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
前記実施形態では、エンジン10はロータリピストンエンジンであるが、これに限られるものではない。エンジン10はレシプロエンジンであってもよい。また、燃料は水素に限られるものではなく、ガソリンや軽油等であってもよい。
前記実施形態では、触媒再生運転への移行時又は触媒再生運転からの移行時に、燃料供給を停止、スロットル弁16の変更、モータジェネレータ20の作動の順で実行している。しかし、これらの順序は、これに限られるものではない。これらの制御を異なる順序で行ってもよいし、同時に行ってもよい。ただし、最初に燃料供給を停止することによって無駄な燃料の供給を防止することができる。
また、燃料供給の停止は、スロットル弁16を変更した後であって、空燃比センサ105により検出される実空燃比が、三元触媒81下流におけるNOx排出量が増大する空燃比に達する前の所定の空燃比となったときに実行してもよい。例えば、発電運転(λ=2.3)から触媒再生運転(λ=0.8)に移行するときには、スロットル弁16を閉じる方向に変更して実空燃比が2.0となったときに燃料供給を停止してもよい。また、触媒再生運転(λ=0.8)から発電運転(λ=2.3)に移行するときには、スロットル弁16を開く方向に変更して実空燃比が1.0となったときに燃料供給を停止してもよい。このように、実空燃比が所定の空燃比となるまで燃料供給を継続する構成においては、スロットル弁16の変更を開始したときに燃料量のフィードバック制御を中止し、スロットル弁16の変更開始時の燃料量で燃料供給を継続するようにしてもよい。
前記実施形態では、燃料供給を停止してから第1待機時間又は第2待機時間の経過を待って燃料供給を再開している。ただし、スロットル弁16を移行後の空燃比に対応する開度に調整してから時間遅れを経て燃料供給を再開する構成は、これに限られるものではない。例えば、スロットル弁16を移行後の空燃比に対応する開度に調整してから、エアフローセンサ108の出力の変動が所定値以下に収まったときに燃料供給を再開するようにしてもよい。
前記実施形態では、発電運転を、触媒再生運転よりも空燃比がリーンな運転であるリーン運転の例として説明しているが、リーン運転は発電運転に限られるものではない。触媒再生運転よりも空燃比がリーンな運転であれば、任意の運転状態がリーン運転となり得る。