JP7347331B2 - エンジンシステム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンシステムに関する。

従来のエンジンシステムとしては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載のエンジンシステムは、ディーゼルエンジンの排気ガス通路に配設されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に配置された空気過剰率センサ及び第１ＮＯｘセンサと、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に配置された第２ＮＯｘセンサと、再生制御装置とを備えている。再生制御装置は、第１ＮＯｘセンサ及び第２ＮＯｘセンサの検出値を用いてＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定し、ＮＯｘ吸蔵量が所定の判定量を超えた場合、空気過剰率センサにより検出された酸素濃度が所定の判定範囲内であるときに、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元除去するようにＮＯｘ再生制御を行う。

特開２００８－２９１７１５号公報

ところで、排気浄化触媒であるＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するためには、エンジンにおいてリッチ燃焼を行う必要があるが、リッチ燃焼が可能な運転領域は限られている。特に負荷が低い領域、つまり要求燃料噴射量が低い領域では、リッチ燃焼を行うことでトルクが発生してしまうため、ＮＯｘの還元を行うことは困難である。このため、渋滞のような低負荷状態が連続する状況においては、例えば補器の電気負荷を高くしたり強制的に発電を行ったりすることで、要求燃料噴射量を増加させるといった対策が実施されている。しかし、この場合には、エンジンに無駄な仕事をさせることになり、燃費の悪化を招いてしまう。

本発明の目的は、燃費向上を図りつつ、排気の浄化性能を向上させることができるエンジンシステムを提供することである。

本発明の一態様は、カーナビゲーションを具備した車両に搭載されるエンジンシステムにおいて、エンジンと、エンジンと接続され、エンジン内で発生した排気ガスが流れる排気通路と、排気通路に配設され、排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化する排気浄化触媒と、大気汚染物質の状態量に基づいて、排気浄化触媒における大気汚染物質の溜まり量を推定する推定部と、推定部により推定された大気汚染物質の溜まり量が閾値以上であるときに、排気浄化触媒に溜まった大気汚染物質を除去するようにエンジンの燃焼状態を制御する制御部と、カーナビゲーションの情報に基づいて、車両の走行ルート上に渋滞が発生しているかどうかを判定する渋滞判定部とを備え、制御部は、渋滞判定部により走行ルート上に渋滞が発生していると判定されたときは、車両が渋滞区間に到達する前に排気浄化触媒に溜まった大気汚染物質を除去するようにエンジンの燃焼状態を制御する。

このようなエンジンシステムにおいては、排気ガスに含まれる大気汚染物質の状態量に基づいて、排気浄化触媒における大気汚染物質の溜まり量が推定され、大気汚染物質の溜まり量が閾値以上であるときに、排気浄化触媒に溜まった大気汚染物質が除去される。ここで、カーナビゲーションの情報に基づいて、車両の走行ルート上に渋滞が発生しているかどうかが判定される。そして、走行ルート上に渋滞が発生しているときは、車両が渋滞区間に到達する前に、排気浄化触媒に溜まった大気汚染物質が除去される。従って、車両が低負荷の渋滞区間を走行するときには、排気浄化触媒に溜まった大気汚染物質を除去する必要がないため、補器の電気負荷を高くする等といった無駄な仕事をエンジンにさせなくて済む。これにより、燃費向上を図りつつ、排気の浄化性能が向上する。

エンジンシステムは、渋滞判定部により走行ルート上に渋滞が発生していると判定されたときに、推定部により推定された大気汚染物質の溜まり量とカーナビゲーションの情報とに基づいて、排気浄化触媒における渋滞区間走行時の大気汚染物質の溜まり量積算値を予測する積算値予測部を更に備え、制御部は、積算値予測部により予測された渋滞区間走行時の大気汚染物質の溜まり量積算値が閾値以上であるときに、排気浄化触媒に溜まった大気汚染物質を事前に除去するようにエンジンの燃焼状態を制御してもよい。このような構成では、車両の走行ルート上に渋滞が発生している場合でも、車両の走行ルート上に渋滞が発生していない場合と同じ閾値を用いて、排気浄化触媒に溜まった大気汚染物質の除去タイミングを適切に設定することができる。

積算値予測部は、カーナビゲーションの情報に基づいて渋滞区間走行時の車両の車速を推定し、渋滞区間走行時の車両の車速を用いて、渋滞区間走行時にエンジンから排出される大気汚染物質の量を推定し、推定部により推定された大気汚染物質の溜まり量と渋滞区間走行時にエンジンから排出される大気汚染物質の量とに基づいて、渋滞区間走行時の大気汚染物質の溜まり量積算値を予測してもよい。このような構成では、渋滞区間走行時の車両の車速を推定することにより、渋滞区間走行時の大気汚染物質の溜まり量積算値を精度良く予測することができる。

制御部は、渋滞判定部により走行ルート上に渋滞が発生していないと判定された場合は、推定部により推定された大気汚染物質の溜まり量が第１閾値以上であるときに、排気浄化触媒に溜まった大気汚染物質を除去するようにエンジンの燃焼状態を制御し、渋滞判定部により走行ルート上に渋滞が発生していると判定された場合は、推定部により推定された大気汚染物質の溜まり量が第１閾値よりも小さい第２閾値以上であるときに、排気浄化触媒に溜まった大気汚染物質を除去するようにエンジンの燃焼状態を制御してもよい。このような構成では、車両の走行ルート上に渋滞が発生している場合でも、演算処理の簡素化を図りつつ、排気浄化触媒に溜まった大気汚染物質の除去タイミングを適切に設定することができる。

エンジンシステムは、渋滞判定部により走行ルート上に渋滞が発生していないと判定されたときに、カーナビゲーションの情報に基づいて、車両が走行する道路が自動車専用道路であるかどうかを判別する道路判別部を更に備え、制御部は、道路判別部により車両が走行する道路が自動車専用道路でないと判別された場合は、推定部により推定された大気汚染物質の溜まり量が第１閾値以上であるときに、排気浄化触媒に溜まった大気汚染物質を除去するようにエンジンの燃焼状態を制御し、道路判別部により車両が走行する道路が自動車専用道路であると判別された場合は、推定部により推定された大気汚染物質の溜まり量が第１閾値よりも小さい第２閾値以上であるときに、排気浄化触媒に溜まった大気汚染物質を除去するようにエンジンの燃焼状態を制御してもよい。このような構成では、車両が自動車専用道路を一定の時間安定した速度で走行しているときには、大気汚染物質の溜まり量が第１閾値に達する前であっても、排気浄化触媒に溜まった大気汚染物質が積極的に除去される。従って、大気汚染物質の除去が効果的に行われるため、更なる燃費向上を図ることができる。

排気浄化触媒は、排気ガスに含まれるＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、推定部は、ＮＯｘの状態量に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定し、制御部は、推定部により推定されたＮＯｘ吸蔵量が閾値以上であるときに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを除去するようにエンジンの燃焼状態を制御してもよい。このような構成では、車両が渋滞区間に到達する前に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘが除去される。

排気浄化触媒は、排気ガスに含まれるＰＭを浄化するディーゼル微粒子捕集フィルタであり、推定部は、ＰＭの状態量に基づいて、ディーゼル微粒子捕集フィルタのＰＭ捕集量を推定し、制御部は、推定部により推定されたＰＭ捕集量が閾値以上であるときに、ディーゼル微粒子捕集フィルタに捕集されたＰＭを除去するようにエンジンの燃焼状態を制御してもよい。このような構成では、車両が渋滞区間に到達する前に、ディーゼル微粒子捕集フィルタに捕集されたＰＭが除去される。

本発明によれば、燃費向上を図りつつ、排気の浄化性能を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムを概略的に示す構成図である。 図１に示されたエンジンシステムの制御系構成を示すブロック図である。 図２に示されたＥＣＵにより実行される制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。 ＮＳＲ触媒におけるリッチ燃焼可能領域を示すグラフである。 比較例として、ＮＳＲ触媒における渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値を予測しない場合におけるＮＯｘ還元処理の一例を示すタイムチャートである。 図２に示されたエンジンシステムにおけるＮＯｘ還元処理の一例を示すタイムチャートある。 本発明の第２実施形態に係るエンジンシステムの制御系構成を示すブロック図である。 図７に示されたＥＣＵにより実行される制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。 図７に示されたエンジンシステムにおけるＮＯｘ還元処理の一例を示すタイムチャートある。 本発明の第３実施形態に係るエンジンシステムの制御系構成を示すブロック図である。 図１０に示されたＥＣＵにより実行される制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。 図１に示されたエンジンシステムの変形例を概略的に示す構成図である。 図１２に示されたエンジンシステムの制御系構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムを概略的に示す構成図である。図１において、本実施形態のエンジンシステム１は、カーナビゲーション２を具備した車両Ｓに搭載されている。カーナビゲーション２は、車両Ｓの走行時に、車両Ｓの現在位置を表示したり、目的地への経路案内を行う機器である。

エンジンシステム１は、エンジン３と、吸気通路４と、排気通路５と、スロットルバルブ６と、インジェクタ７と、ＮＳＲ触媒８（NOxStorage-Reduction触媒：ＮＯｘ吸蔵還元触媒）とを備えている。

エンジン３は、ディーゼルエンジンである。エンジン３は、特に図示はしないが、燃焼室を構成するシリンダを有している。吸気通路４及び排気通路５は、エンジン３に接続されている。吸気通路４は、吸入空気が流れる通路である。排気通路５は、エンジン３の燃焼室内で発生した排気ガスが流れる流路である。

スロットルバルブ６は、吸気通路４に配設されている。スロットルバルブ６は、エンジン３に供給される吸入空気の流量を調整する流量調整弁である。インジェクタ７は、エンジン３の燃焼室内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁である。

ＮＳＲ触媒８は、排気通路５に配設されている。ＮＳＲ触媒８は、排気ガスに含まれるＮＯｘを浄化する排気浄化触媒である。ＮＯｘは、排気ガスに含まれる大気汚染物質である。ＮＳＲ触媒８は、担持体に触媒貴金属及びＮＯｘ吸蔵材を担持させた構造を有している。

また、エンジンシステム１は、上流側ＮＯｘセンサ９と、下流側ＮＯｘセンサ１０と、ＥＣＵ１１（enginecontrol unit）とを備えている。

上流側ＮＯｘセンサ９は、ＮＳＲ触媒８の上流側に存在するＮＯｘの状態量を検出するセンサである。下流側ＮＯｘセンサ１０は、ＮＳＲ触媒８の下流側に存在するＮＯｘの状態量を検出するセンサである。ＮＯｘの状態量は、例えばＮＯｘ濃度またはＮＯｘ量である。

ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。ＥＣＵ１１は、カーナビゲーション２の情報（カーナビ情報）と上流側ＮＯｘセンサ９及び下流側ＮＯｘセンサ１０の検出値とを取得し、所定の処理を実行し、インジェクタ７またはスロットルバルブ６を制御する。

図２は、エンジンシステム１の制御系構成を示すブロック図である。図２において、ＥＣＵ１１は、吸蔵量推定部１２（推定部）と、渋滞判定部１３と、吸蔵量積算値予測部１４（積算値予測部）と、還元制御部１５（制御部）とを有している。

吸蔵量推定部１２は、上流側ＮＯｘセンサ９により検出されたＮＳＲ触媒８の上流側に存在するＮＯｘの状態量と下流側ＮＯｘセンサ１０により検出されたＮＳＲ触媒８の下流側に存在するＮＯｘの状態量とに基づいて、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量を推定する。ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量は、ＮＳＲ触媒８におけるＮＯｘの溜まり量に相当する。

渋滞判定部１３は、カーナビ情報に基づいて、車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生しているかどうかを判定する。カーナビ情報としては、位置情報、走行ルート情報及び渋滞情報等がある。

吸蔵量積算値予測部１４は、渋滞判定部１３により走行ルート上に渋滞が発生していると判定されたときに、吸蔵量推定部１２により推定されたＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量とナビ情報とに基づいて、ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値を予測する。ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値は、ＮＳＲ触媒８における渋滞区間走行時のＮＯｘの溜まり量積算値に相当する。

還元制御部１５は、渋滞判定部１３の判定結果に基づいて、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮｏｘを除去（還元）するようにインジェクタ７を制御する。つまり、還元制御部１５は、渋滞判定部１３の判定結果に基づいて、ＮＳＲ触媒８に溜まったＮｏｘを除去するようにエンジン３の燃焼状態を制御する。

具体的には、還元制御部１５は、渋滞判定部１３により走行ルート上に渋滞が発生していないと判定された場合は、吸蔵量推定部１２により推定されたＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａ以上であるときに、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元するようにインジェクタ７を制御する。還元制御部１５は、渋滞判定部１３により走行ルート上に渋滞が発生していると判定された場合は、吸蔵量積算値予測部１４により予測されたＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯ吸蔵量積算値が閾値Ａ以上であるときに、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮｏｘを事前に還元するようにインジェクタ７を制御する。

従って、還元制御部１５は、渋滞判定部１３により走行ルート上に渋滞が発生していると判定されたときは、走行ルート上に渋滞が発生していないと判定されたときに比べて、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元するタイミングを早くするようにインジェクタ７を制御することとなる。このとき、還元制御部１５は、渋滞判定部１３により走行ルート上に渋滞が発生していると判定されたときは、車両Ｓが渋滞区間に到達する前にＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元するようにインジェクタ７を制御する。

図３は、ＥＣＵ１１により実行される制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。本処理は、例えばイグニッションスイッチがＯＮされると実行される。図３において、ＥＣＵ１１は、まず上流側ＮＯｘセンサ９及び下流側ＮＯｘセンサ１０の検出値を取得する（手順Ｓ１０１）。

続いて、ＥＣＵ１１は、上流側ＮＯｘセンサ９及び下流側ＮＯｘセンサ１０の検出値に基づいて、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量を推定する（手順Ｓ１０２）。ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量は、例えばＮＳＲ触媒８の上流側に存在するＮＯｘ量からＮＳＲ触媒８の下流側に存在するＮＯｘ量を減ずることにより得られる。

続いて、ＥＣＵ１１は、カーナビ情報を取得する（手順Ｓ１０３）。ＥＣＵ１１は、カーナビ情報に基づいて、車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していないかどうかを判断する（手順Ｓ１０４）。

ＥＣＵ１１は、走行ルート上に渋滞が発生していないと判断したときは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が予め決められた閾値Ａ以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０５）。

ＥＣＵ１１は、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａ以上であると判断したときは、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを燃焼させて還元するようにインジェクタ７を制御する（手順Ｓ１０６）。このとき、ＥＣＵ１１は、エンジン３においてリッチ燃焼を行うようにインジェクタ７を制御する。つまり、ＥＣＵ１１は、吸入空気量に対する燃料噴射量が増加するようにインジェクタ７を制御する。ＥＣＵ１１は、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａよりも少ないと判断したときは、手順Ｓ１０６を実行しない。

ＥＣＵ１１は、手順Ｓ１０４で走行ルート上に渋滞が発生していると判断したときは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量とカーナビ情報とに基づいて、ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値を予測する（手順Ｓ１０７）。

具体的には、まず渋滞情報から、車両Ｓの渋滞区間走行時の平均車速及び経過時間が推定される。そして、渋滞区間走行時の平均車速から、車両Ｓの渋滞区間走行時のエンジン回転数及び要求燃料噴射量（エンジン負荷）が推定される。なお、エンジン回転数及び要求燃料噴射量は、例えばマップ計算により得られる。そして、渋滞区間走行時のエンジン回転数及び要求燃料噴射量から、車両Ｓの渋滞区間走行時にエンジン３から排出されるＮＯｘ量が推定される。なお、エンジン３から排出されるＮＯｘ量は、例えばマップ計算により得られる。そして、渋滞区間走行時にエンジン３から排出されるＮＯｘ量から、車両Ｓの渋滞区間走行時に積算されるＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が推定される。なお、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量は、例えばマップ計算により得られる。

そして、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量と渋滞区間走行時に積算されるＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量とに基づいて、ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値が推定される。このとき、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量と渋滞区間走行時に積算されるＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量とを加算することにより、ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値が得られる。

続いて、ＥＣＵ１１は、ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値が閾値Ａ以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０８）。ＥＣＵ１１は、ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値が閾値Ａ以上であると判断したときは、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを事前に燃焼させて還元するようにインジェクタ７を制御する（手順Ｓ１０９）。このとき、ＥＣＵ１１は、手順Ｓ１０６と同様に、エンジン３においてリッチ燃焼を行うようにインジェクタ７を制御する。ＥＣＵ１１は、ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値が閾値Ａよりも少ないと判断したときは、手順Ｓ１０９を実行しない。

以上において、吸蔵量推定部１２は、上記の手順Ｓ１０１，Ｓ１０２を実行する。渋滞判定部１３は、上記の手順Ｓ１０３，１０４を実行する。吸蔵量積算値予測部１４は、上記の手順Ｓ１０７を実行する。還元制御部１５は、上記の手順Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１０８，Ｓ１０９を実行する。

ここで、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元する際には、上述したようにリッチ燃焼が行われる。ただし、リッチ燃焼が可能な運転領域（リッチ燃焼可能領域Ｘ）は、図４に示されるように限られている。具体的には、エンジン回転数がｒ１～ｒ２の範囲内にあると共に、エンジン負荷に相当する要求連量噴射量がｆ１～ｆ２の範囲内にあるときに、リッチ燃焼が可能である。従って、エンジン回転数が下限値ｒ１よりも低いとき、及び要求連量噴射量が下限値ｆ１よりも低いときには、リッチ燃焼を行うことができない。

図５は、比較例として、ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値を予測しない場合におけるＮＯｘ還元処理の一例を示すタイムチャートである。図５では、車両Ｓが高速道路を走行する場合についての例を示している。

図５において、時刻ｔ１では、車両Ｓが高速道路を法定速度で通常走行している（図５（ａ）参照）。その状態では、エンジン回転数及び要求連量噴射量は、リッチ燃焼可能領域Ｘ内にある（図５（ｂ），（ｃ）参照）。また、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量は、徐々に増加する（図５（ｅ）参照）。

車両Ｓが渋滞区間に到達すると、車両Ｓの車速が低下し、エンジン回転数が下がり、要求燃料噴射量が少なくなる（図５（ａ）～（ｃ）参照）。そして、車両Ｓが渋滞区間を走行中の時刻ｔ２に、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａに達すると、ＮＯｘの還元要求が行われる（図５（ｄ），（ｅ）参照）。これにより、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘが還元されるため、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が減少していく。

このとき、要求燃料噴射量がリッチ燃焼可能領域よりも少ないと、上述したようにリッチ燃焼を行うことができない。このため、図５（ｃ）に示されるように、補機（図示せず）の電気負荷を高くすることで、要求燃料噴射量を強制的にリッチ燃焼可能領域Ｘまで増加させている。しかし、この場合には、エンジン３に無駄な仕事をさせることになるため、燃費が悪化してしまう。

図６は、本実施形態のエンジンシステム１におけるＮＯｘ還元処理の一例を示すタイムチャートであり、図５に対応している。なお、図６中の実線Ｐは実走行時の値であり、図６中の破線Ｑは予測値である。

図６において、まずカーナビゲーション２の渋滞情報に基づいて、車両Ｓの渋滞区間走行時の平均車速が推定される。このとき、渋滞区間において車両Ｓの平均車速が低下すると予測される（図６（ａ）参照）。そして、渋滞区間走行時の平均車速から、車両Ｓの渋滞区間走行時のエンジン回転数及び要求燃料噴射量が推定される。このとき、渋滞区間において、エンジン回転数が下がると共に、要求燃料噴射量が少なくなると予測される（図６（ｂ），（ｃ）参照）。

そして、渋滞区間走行時のエンジン回転数及び要求燃料噴射量から、渋滞区間走行時にエンジン３から排出されるＮＯｘ量が推定される。そして、渋滞区間走行時にエンジン３から排出されるＮＯｘ量から、渋滞区間走行時に積算されるＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が推定される。そして、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量と渋滞区間走行時に積算されるＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量とに基づいて、ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値が予測される（図６（ｅ）参照）。

そして、ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値が閾値Ａに達するときは、時刻ｔ１において、ＮＯｘの還元要求が事前に行われる（図６（ｄ），（ｅ）参照）。これにより、車両Ｓが渋滞区間に到達する前に、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘが還元される。その結果、図６（ｅ）の１点鎖線Ｒで示されるように、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が減少する。

このとき、図６（ｂ），（ｃ）に示されるように、エンジン回転数及び要求連量噴射量はリッチ燃焼可能領域Ｘ内にあるため、補機（図示せず）の電気負荷を高くしなくて済む。これにより、燃費の悪化を防ぐことができる。

以上のように本実施形態によれば、排気ガスに含まれるＮＯｘの状態量に基づいて、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が推定され、ＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａ以上であるときに、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘが還元される。ここで、カーナビゲーション２の情報に基づいて、車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生しているかどうかが判定される。そして、走行ルート上に渋滞が発生しているときは、車両Ｓが渋滞区間に到達する前に、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘが還元される。従って、車両Ｓが低負荷の渋滞区間を走行するときには、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元する必要がないため、補器の電気負荷を高くする等といった無駄な仕事をエンジン３にさせなくて済む。これにより、燃費向上を図りつつ、排気の浄化性能が向上する。

また、本実施形態では、車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していると判定されたときに、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量とカーナビゲーション２の情報とに基づいて、ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値が予測される。そして、ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値が閾値Ａ以上であるときには、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘが事前に還元される。このため、車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生している場合でも、車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していない場合と同じ閾値Ａを用いて、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘの還元タイミングを適切に設定することができる。

また、本実施形態では、カーナビゲーション２の情報に基づいて渋滞区間走行時の車両Ｓの車速が推定され、その車速を用いて渋滞区間走行時にエンジン３から排出されるＮＯｘ量が推定され、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量と渋滞区間走行時にエンジン３から排出されるＮＯｘ量とに基づいて、渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値が予測される。このように渋滞区間走行時の車両Ｓの車速を推定することにより、渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値を精度良く予測することができる。

また、本実施形態では、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘの還元が適切なタイミングで行われるため、ＮＯｘの還元を頻繁に行う必要がない。従って、ＮＯｘの還元の頻度を下げるためにＮＳＲ触媒８の容量を大きくしなくて済む。これにより、ＮＳＲ触媒８のコストを抑えることができる。

図７は、本発明の第２実施形態に係るエンジンシステムの制御系構成を示すブロック図である。図７において、本実施形態のエンジンシステム１は、上記の第１実施形態におけるＥＣＵ１１に代えて、ＥＣＵ１１Ａを備えている。

ＥＣＵ１１Ａは、上記の吸蔵量推定部１２と、上記の渋滞判定部１３と、還元制御部１５Ａ（制御部）とを有している。ＥＣＵ１１Ａは、上記の吸蔵量積算値予測部１４を有していない。

還元制御部１５Ａは、渋滞判定部１３により車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していないと判定された場合は、吸蔵量推定部１２により推定されたＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａ以上であるときに、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元するようにインジェクタ７を制御する。還元制御部１５Ａは、渋滞判定部１３により車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していると判定された場合は、吸蔵量推定部１２により推定されたＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａよりも小さい閾値Ｂ以上であるときに、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元するようにインジェクタ７を制御する。

このとき、還元制御部１５Ａは、渋滞判定部１３により走行ルート上に渋滞が発生していると判定されたときは、車両Ｓが渋滞区間に到達する前にＮＳＲ触媒８に貯蔵されたＮＯｘを還元するようにインジェクタ７を制御する。

図８は、ＥＣＵ１１Ａにより実行される制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。図８において、ＥＣＵ１１Ａは、第１実施形態におけるＥＣＵ１１と同様に、上記の手順Ｓ１０１～Ｓ１０４を実行する。

ＥＣＵ１１Ａは、手順Ｓ１０４で車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していないと判断したときは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａ以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０５）。閾値Ａは、予め決められた第１閾値である。

ＥＣＵ１１Ａは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａ以上であると判断したときは、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを燃焼させて還元するようにインジェクタ７を制御する（手順Ｓ１０６）。ＥＣＵ１１Ａは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａよりも少ないと判断したときは、手順Ｓ１０６を実行しない。

ＥＣＵ１１Ａは、手順Ｓ１０４で車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していると判断したときは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ｂ以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１１１）。閾値Ｂは、予め決められた第２閾値である。閾値Ｂは、閾値Ａよりも小さい値である。

ＥＣＵ１１Ａは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ｂ以上であると判断したときは、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを燃焼させて還元するようにインジェクタ７を制御する（手順Ｓ１０６）。ＥＣＵ１１Ａは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ｂよりも少ないと判断したときは、手順Ｓ１０６を実行しない。

以上において、吸蔵量推定部１２は、上記の手順Ｓ１０１，Ｓ１０２を実行する。渋滞判定部１３は、上記の手順Ｓ１０３，Ｓ１０４を実行する。還元制御部１５Ａは、上記の手順Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１１１を実行する。

図９は、本実施形態のエンジンシステム１におけるＮＯｘ還元処理の一例を示すタイムチャートであり、図５に対応している。図９において、車両Ｓが渋滞区間に到達する前の時刻ｔ３に、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａよりも小さい閾値Ｂに達すると、ＮＯｘの還元要求が行われる（図９（ｄ），（ｅ）参照）。これにより、車両Ｓが渋滞区間に到達する前に、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘが還元される。なお、図９（ｄ）中の２点鎖線Ｔは、時刻ｔ３においてＮＯｘの還元要求が行われない場合のＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量を示している。

以上のように本実施形態においては、車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していない場合は、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａ以上であるときに、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘが還元され、車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生している場合は、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａよりも小さい閾値Ｂ以上であるときに、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘが還元される。このため、ＮＳＲ触媒８の渋滞区間走行時のＮＯｘ吸蔵量積算値を予測しなくて済む。従って、車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生している場合でも、ＥＣＵ１１Ａによる演算処理の簡素化を図りつつ、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘの還元タイミングを適切に設定することができる。

図１０は、本発明の第３実施形態に係るエンジンシステムの制御系構成を示すブロック図である。図１０において、本実施形態のエンジンシステム１は、上記の第１実施形態におけるＥＣＵ１１に代えて、ＥＣＵ１１Ｂを備えている。

ＥＣＵ１１Ｂは、上記の吸蔵量推定部１２と、上記の渋滞判定部１３と、道路判別部１６と、上記の吸蔵量積算値予測部１４と、還元制御部１５Ｂ（制御部）とを有している。

道路判別部１６は、渋滞判定部１３により車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していないと判定されたときに、カーナビ情報に基づいて、車両Ｓが走行する道路が自動車専用道路であるかどうかを判別する。自動車専用道路としては、高速道路やバイパス道路等である。

還元制御部１５Ｂは、道路判別部１６により車両Ｓが走行する道路が自動車専用道路でないと判別された場合は、吸蔵量推定部１２により推定されたＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａ以上であるときに、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元するようにインジェクタ７を制御する。還元制御部１５Ｂは、道路判別部１６により車両Ｓが走行する道路が自動車専用道路であると判別された場合は、吸蔵量推定部１２により推定されたＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａよりも小さい閾値Ｃ以上であるときに、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元するようにインジェクタ７を制御する。

図１１は、ＥＣＵ１１Ｂにより実行される制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。図１１において、ＥＣＵ１１Ｂは、第１実施形態におけるＥＣＵ１１と同様に、上記の手順Ｓ１０１～Ｓ１０４を実行する。

ＥＣＵ１１Ｂは、手順Ｓ１０４で車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していないと判断したときは、カーナビ情報に基づいて、車両Ｓが自動車専用道路を走行しているかどうかを判断する（手順Ｓ１２１）。

ＥＣＵ１１Ｂは、車両Ｓが自動車専用道路を走行していないと判断したときは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａ以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０５）。ＥＣＵ１１Ｂは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａ以上であると判断したときは、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを燃焼させて還元するようにインジェクタ７を制御する（手順Ｓ１０６）。ＥＣＵ１１Ｂは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａよりも少ないと判断したときは、手順Ｓ１０６を実行しない。

ＥＣＵ１１Ｂは、車両Ｓが自動車専用道路を走行していると判断したときは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａよりも小さい閾値Ｃ以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１２２）。閾値Ｃは、予め決められた第２閾値である。閾値Ｃは、閾値Ａよりも小さい値である。なお、閾値Ｃは、上記の閾値Ｂと等しくてもよいし、異なっていてもよい。

ＥＣＵ１１Ｂは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ｃ以上であると判断したときは、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘを燃焼させて還元するようにインジェクタ７を制御する（手順Ｓ１０６）。ＥＣＵ１１Ｂは、ＮＳＲ触媒８の現在のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ｃよりも少ないと判断したときは、手順Ｓ１０６を実行しない。

ＥＣＵ１１Ｂは、手順Ｓ１０４で車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していると判断したときは、第１実施形態におけるＥＣＵ１１と同様に、上記の手順Ｓ１０７～Ｓ１０９を実行する。

以上において、吸蔵量推定部１２は、上記の手順Ｓ１０１，Ｓ１０２を実行する。渋滞判定部１３は、上記の手順Ｓ１０３，Ｓ１０４を実行する。道路判別部１６は、上記の手順Ｓ１２１を実行する。吸蔵量積算値予測部１４は、上記の手順Ｓ１０７を実行する。還元制御部１５Ｂは、上記の手順Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１２２，Ｓ１０８，Ｓ１０９を実行する。

以上のように本実施形態においては、車両Ｓが走行する道路が自動車専用道路でない場合は、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａ以上であるときに、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘが還元され、車両Ｓが走行する道路が自動車専用道路である場合は、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａよりも小さい閾値Ｃ以上であるときに、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘが還元される。このため、車両Ｓが自動車専用道路を一定の時間安定した速度で走行しているときには、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が閾値Ａに達する前であっても、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘが積極的に還元される。従って、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘの還元が効果的に行われるため、更なる燃費向上を図ることができる。

図１２は、図１に示されたエンジンシステム１の変形例を概略的に示す構成図である。図１２において、本変形例のエンジンシステム１は、ＮＳＲ触媒８に代えて、ＤＰＦ２０（DieselParticulate Filter：ディーゼル微粒子捕集フィルタ）を備えている。ＤＰＦ２０は、排気ガスに含まれるＰＭ（粒子状物質）を浄化する排気浄化触媒である。ＰＭは、排気ガスに含まれる大気汚染物質である。

また、エンジンシステム１は、ＤＰＦ２０の上流側に存在するＰＭの状態量を検出する上流側ＰＭセンサ２１と、ＤＰＦ２０の下流側に存在するＰＭの状態量を検出する下流側ＰＭセンサ２２と、ＥＣＵ２３とを備えている。

ＥＣＵ２３は、図１３に示されるように、捕集量推定部２４（推定部）と、上記の渋滞判定部１３と、捕集量積算値予測部２５（積算値予測部）と、再生制御部２６（制御部）とを有している。

捕集量推定部２４は、上流側ＰＭセンサ２１及び下流側ＰＭセンサ２２の検出値に基づいて、ＤＰＦ２０のＰＭ捕集量を推定する。ＰＭ捕集量は、大気汚染物質の溜まり量に相当する。

捕集量積算値予測部２５は、渋滞判定部１３により車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していると判定されたときに、捕集量推定部２４により推定されたＤＰＦ２０のＰＭ捕集量とカーナビ情報とに基づいて、ＤＰＦ２０の渋滞区間走行時のＰＭ捕集量積算値を予測する。ＰＭ捕集量積算値は、大気汚染物質の溜まり量積算値に相当する。

再生制御部２６は、渋滞判定部１３により車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していないと判定された場合は、捕集量推定部２４により推定されたＤＰＦ２０のＰＭ捕集量が閾値Ａ以上であるときに、ＤＰＦ２０に捕集されたＰＭを燃焼させて除去するようにインジェクタ７を制御する。再生制御部２６は、渋滞判定部１３により車両Ｓの走行ルート上に渋滞が発生していると判定された場合は、捕集量積算値予測部２５により予測されたＤＰＦ２０の渋滞区間走行時のＰＭ捕集量積算値が閾値Ａ以上であるときには、ＤＰＦ２０に捕集されたＰＭを事前に燃焼させて除去するようにインジェクタ７を制御する。

本変形例では、車両Ｓが渋滞区間に到達する前に、ＤＰＦ２０に捕集されたＰＭの除去、つまりＤＰＦ２０の再生が行われる。従って、車両Ｓが低負荷の渋滞区間を走行するときには、ＤＰＦ２０を再生する必要がない。これにより、燃費向上を図りつつ、排気の浄化性能が向上する。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、ＮＯｘの状態量を直接検出する上流側ＮＯｘセンサ９及び下流側ＮＯｘセンサ１０の検出値に基づいて、ＮＳＲ触媒８のＮＯｘ吸蔵量が推定されているが、特にそのような形態には限られない。例えば、エンジン３の負荷（要求燃料噴射量）、エンジン３の回転数及び排気ガスの温度に基づいて、ＮＳＲ触媒８の上流側及び下流側に存在するＮＯｘの状態量を推定してもよい。また、同様の手法により、ＤＰＦ２０の上流側及び下流側に存在するＰＭの状態量を推定してもよい。

また、上記実施形態では、ＮＯｘやＰＭの除去時に、エンジン３においてリッチ燃焼を行うようにインジェクタ７が制御されているが、特にその形態には限られず、リッチ燃焼を行うようにスロットルバルブ６を制御してもよい。

１…エンジンシステム、２…カーナビゲーション、３…エンジン、５…排気通路、８…ＮＳＲ触媒（排気浄化触媒）、１２…吸蔵量推定部（推定部）、１３…渋滞判定部、１４…吸蔵量積算値予測部（積算値予測部）、１５，１５Ａ，１５Ｂ…還元制御部（制御部）、１６…道路判別部、２０…ＤＰＦ（排気浄化触媒）、２４…捕集量推定部（推定部）、２５…捕集量積算値予測部（積算値予測部）、２６…再生制御部（制御部）、Ａ…閾値（第１閾値）、Ｂ…閾値（第２閾値）、Ｃ…閾値（第２閾値）、Ｓ…車両。

Claims (5)

1. カーナビゲーションを具備した車両に搭載されるエンジンシステムにおいて、
   エンジンと、
   前記エンジンと接続され、前記エンジン内で発生した排気ガスが流れる排気通路と、
   前記排気通路に配設され、前記排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化する排気浄化触媒と、
   前記大気汚染物質の状態量に基づいて、前記排気浄化触媒における前記大気汚染物質の溜まり量を推定する推定部と、
   前記推定部により推定された前記大気汚染物質の溜まり量が閾値以上であるときに、前記排気浄化触媒に溜まった前記大気汚染物質を除去するように前記エンジンの燃焼状態を制御する制御部と、
   前記カーナビゲーションの情報に基づいて、前記車両の走行ルート上に渋滞が発生しているかどうかを判定する渋滞判定部と、
   前記渋滞判定部により前記走行ルート上に渋滞が発生していると判定されたときに、前記推定部により推定された前記大気汚染物質の溜まり量と前記カーナビゲーションの情報とに基づいて、前記排気浄化触媒における渋滞区間走行時の前記大気汚染物質の溜まり量積算値を予測する積算値予測部とを備え、
   前記制御部は、前記渋滞判定部により前記走行ルート上に渋滞が発生していると判定されると共に、前記積算値予測部により予測された前記渋滞区間走行時の前記大気汚染物質の溜まり量積算値が前記閾値以上であるときは、前記車両が渋滞区間に到達する前に前記排気浄化触媒に溜まった前記大気汚染物質を事前に除去するように前記エンジンの燃焼状態を制御するエンジンシステム。
2. 前記積算値予測部は、前記カーナビゲーションの情報に基づいて前記渋滞区間走行時の前記車両の車速を推定し、前記渋滞区間走行時の前記車両の車速を用いて、前記渋滞区間走行時に前記エンジンから排出される前記大気汚染物質の量を推定し、前記推定部により推定された前記大気汚染物質の溜まり量と前記渋滞区間走行時に前記エンジンから排出される前記大気汚染物質の量とに基づいて、前記渋滞区間走行時の前記大気汚染物質の溜まり量積算値を予測する請求項１記載のエンジンシステム。
3. カーナビゲーションを具備した車両に搭載されるエンジンシステムにおいて、
   エンジンと、
   前記エンジンと接続され、前記エンジン内で発生した排気ガスが流れる排気通路と、
   前記排気通路に配設され、前記排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化する排気浄化触媒と、
   前記大気汚染物質の状態量に基づいて、前記排気浄化触媒における前記大気汚染物質の溜まり量を推定する推定部と、
   前記推定部により推定された前記大気汚染物質の溜まり量が閾値以上であるときに、前記排気浄化触媒に溜まった前記大気汚染物質を除去するように前記エンジンの燃焼状態を制御する制御部と、
   前記カーナビゲーションの情報に基づいて、前記車両の走行ルート上に渋滞が発生しているかどうかを判定する渋滞判定部と、
   前記渋滞判定部により前記走行ルート上に渋滞が発生していないと判定されたときに、前記カーナビゲーションの情報に基づいて、前記車両が走行する道路が自動車専用道路であるかどうかを判別する道路判別部とを備え、
   前記制御部は、前記渋滞判定部により前記走行ルート上に渋滞が発生していると判定されたときは、前記車両が渋滞区間に到達する前に前記排気浄化触媒に溜まった前記大気汚染物質を除去するように前記エンジンの燃焼状態を制御し、
   前記制御部は、前記道路判別部により前記車両が走行する道路が前記自動車専用道路でないと判別された場合は、前記推定部により推定された前記大気汚染物質の溜まり量が第１閾値以上であるときに、前記排気浄化触媒に溜まった前記大気汚染物質を除去するように前記エンジンの燃焼状態を制御し、前記道路判別部により前記車両が走行する道路が前記自動車専用道路であると判別された場合は、前記推定部により推定された前記大気汚染物質の溜まり量が前記第１閾値よりも小さい第２閾値以上であるときに、前記排気浄化触媒に溜まった前記大気汚染物質を除去するように前記エンジンの燃焼状態を制御するエンジンシステム。
4. 前記排気浄化触媒は、前記排気ガスに含まれるＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、
   前記推定部は、前記ＮＯｘの状態量に基づいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定し、
   前記制御部は、前記推定部により推定された前記ＮＯｘ吸蔵量が前記閾値以上であるときに、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを除去するように前記エンジンの燃焼状態を制御する請求項１～３の何れか一項記載のエンジンシステム。
5. 前記排気浄化触媒は、前記排気ガスに含まれるＰＭを浄化するディーゼル微粒子捕集フィルタであり、
   前記推定部は、前記ＰＭの状態量に基づいて、前記ディーゼル微粒子捕集フィルタのＰＭ捕集量を推定し、
   前記制御部は、前記推定部により推定された前記ＰＭ捕集量が前記閾値以上であるときに、前記ディーゼル微粒子捕集フィルタに捕集されたＰＭを除去するように前記エンジンの燃焼状態を制御する請求項１～３の何れか一項記載のエンジンシステム。

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