(57)【要約】【課題】単位時間当たりの排気成分トラップ総量の推定精度を向上させた排気浄化装置の制御方法を提供する。【解決手段】排気成分トラップ総量推定手段は、第一記憶手段から読みだした排気成分トラップ総量最大値Ｂと、前回算出した排気成分トラップ総量と、に基づいて残余トラップ可能率を算出し、該残余トラップ可能率を、第二記憶手段から読みだしたトラップ特性代用値ｐを次数として補正し、該補正された残余トラップ可能率と、第三記憶手段から読みだした単位時間当たりの特定排気成分の流入量Ａと、を乗算して現時点の単位時間当たりのトラップ量を算出し、該現時点の単位時間当たりのトラップ量を、前回算出したトラップ総量に加算して現時点のトラップ総量を推定する。【選択図】図３
2014163331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系にエンジンから排出される排気ガスに含まれる特定の排気成分をトラップする排気成分トラップ浄化装置を備え、該排気成分トラップ浄化装置にトラップした排気成分トラップ総量を推定する排気浄化装置の制御方法であって、
前記排気浄化装置は、前記排気成分トラップ浄化装置の性能仕様に基づいて予め定めた前記排気成分トラップ浄化装置に最大でトラップ可能な排気成分トラップ総量を表す排気成分トラップ総量最大値を記憶した第一記憶手段と、
エンジンの運転状態により変化する前記排気成分トラップ浄化装置に流入する排気ガスの状態によって変化する前記排気成分トラップ浄化装置のトラップ特性に基づいて予め定めたトラップ特性代用値を記憶した第二記憶手段と、
エンジンの運転状態に応じて予め定めた前記排気成分トラップ浄化装置に流入する単位時間当たりの特定排気成分の流入量を記憶した第三記憶手段と、を備え、
前記排気成分トラップ総量推定手段は、前記第一記憶手段から読みだした排気成分トラップ総量最大値と、前回算出した排気成分トラップ総量と、に基づいて残余トラップ可能率を算出し、
該残余トラップ可能率を、前記第二記憶手段から読みだしたトラップ特性代用値を次数として補正し、
該補正された残余トラップ可能率と、前記第三記憶手段から読みだした単位時間当たりの特定排気成分の流入量と、を乗算して現時点の単位時間当たりの排気成分トラップ量を算出し、
該現時点の単位時間当たりの排気成分トラップ量を前回算出した排気成分トラップ総量に加算して現時点の排気成分トラップ総量を推定することを特徴とする排気浄化装置の制御方法。
【請求項２】
前記トラップ特性代用値はエンジン回転数と、エンジン負荷と、排気ガス温度と、排気成分トラップ装置の温度と、に基づいて設定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置の制御方法。
【請求項３】
前記排気成分トラップ総量最大値は前記排気成分トラップ浄化装置の劣化に応じて変更することを特徴とする請求項１〜２に記載の排気浄化装置の制御方法。
【請求項４】
前記排気成分トラップ浄化装置はＮＯｘ吸蔵還元触媒であることを特徴とする請求項１〜３に記載の排気浄化装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置の制御方法に関し、特にエンジンの排気ガスに含まれる特定の排気成分をトラップする排気成分トラップ浄化装置にトラップした排気成分総量を推定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費性能の向上を目的として、エンジンを理論空燃比よりもリーンにするリーン制御が行われている。これに伴って排出される排気成分の一つであるＮＯｘを低減するために、排気通路にはＮＯｘトラップ還元触媒（ＮＯｘ触媒）が用いられている。このＮＯｘ触媒は、リーン運転が長く継続すると吸蔵したＮＯｘで飽和状態となるため、吸蔵したＮＯｘの量が所定の吸蔵量以上となったときには、排ガスの空燃比をリッチ化することによって触媒からＮＯｘを放出させ、触媒のＮＯｘトラップ能力を回復させる必要がある。
【０００３】
ところで、上記のようなリーン運転からリッチ運転に切り替えるタイミングを判断するための判断基準となるＮＯｘトラップ総量は直接測定することができないため、一般的に推定によって求められる。典型的な一例は、所定周期（例えば制御サイクル又はサンプリングサイクル）毎に運転状態等に基づいて単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を推定し、その単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を積算してＮＯｘトラップ総量を推定するものである。このとき、ＮＯｘトラップ総量の推定値と実際のＮＯｘトラップ総量との間にずれがあると、次のような問題が生じる。
【０００４】
すなわち、実際よりも多い量のＮＯｘトラップ総量が推定されたときは、まだＮＯｘを吸蔵できるのにもかかわらずＮＯｘ放出処理が開始される、あるいは、すでにＮＯｘが完全に放出されているにもかかわらず無駄にＮＯｘ放出処理が続けられることになり、燃費性能の悪化を招いてしまう。逆に、実際よりも少ない量のＮＯｘトラップ総量が推定されたときには、すでにＮＯｘを吸蔵できないにもかかわらずＮＯｘ放出処理が開始されない、あるいは、まだＮＯｘが完全に放出されていないにもかかわらず早々とＮＯｘ放出処理が終了することになり、排気ガス浄化性能の悪化を招いてしまう。そのため、ＮＯｘトラップ総量を推定よく精度することが重要となっている。
【０００５】
例えば、特許文献１に、ＮＯｘトラップ総量の推定精度を向上させる方法が開示されている。この特許文献１の方法では、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量がＮＯｘトラップ総量の大きさにより変化することを考慮することによって、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量の推定精度を向上させている。具体的には、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量に、あらかじめ用意されたＮＯｘトラップ総量に応じて設定される補正係数（以下、第一の補正係数という。）を乗じることによって、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を補正し、該補正された単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を積算してＮＯｘトラップ総量を推定するようにしている。また、さらにＮＯｘトラップ総量の推定精度を向上させるために、前記第一の補正係数に、単位時間当たりのＮＯｘ排出量に応じて設定される第二の補正係数と、ＮＯｘトラップ触媒の温度に応じて設定される第三の補正係数と、を乗じることによって補正の精度を向上させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９２５２７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献1に記載の方法では、前述のように単位時間当たりのＮＯｘトラップ量がＮＯｘトラップ総量の大きさにより変化することを考慮する方法のため、その点では推定精度の向上が期待できると思われる。しかしながら、ＮＯｘ触媒はＮＯｘ触媒内部のトラップ材にＮＯｘを化学的にトラップするものであるため、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量は、特許文献１に記載のＮＯｘトラップ総量、単位時間当たりのＮＯｘ排出量、ＮＯｘトラップ触媒の温度などに加えて、運転状態によって変化する排気ガスの状態、例えば、排気ガスの流速や排気ガスの温度、ＮＯｘ触媒に最大でトラップ可能なＮＯｘトラップ総量など、さまざまなパラメータによって変化する。この点を考慮しなければ、ＮＯｘトラップ総量の推定値と実際のＮＯｘトラップ総量との間にずれが生じて、ＮＯｘトラップ総量の推定精度の向上は充分とは言えない。また、特許文献１のように、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量とＮＯｘトラップ総量の関係に、複数の補正係数を乗じることによって補正する方法では、パラメータの増加に伴い、誤差が累積するため、ＮＯｘトラップ総量の推定値と実際のＮＯｘトラップ総量との間のずれが生じて、ＮＯｘトラップ総量の推定精度が悪くなる恐れがある。
【０００８】
上記のような問題を解決する方法としては、例えば、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を、運転状態によって変化するさまざまなパラメータを軸にした多次元マップから算出する方法が考えられるが、この場合、膨大なメモリ容量が必要となるため、メモリのコストアップを招くことになる。一方で、コストアップを避けるために、メモリ容量を抑えれば、限られた条件しか考慮できなくなり、推定精度の悪化を招くことになる。
【０００９】
また、上記のような問題を解決する別の方法として、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量が図８のような減少傾向を有していることを利用して、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を、時間をパラメータとする関数で近似し、該関数を運転状態に応じて変化させる方法が考えられる。すなわち、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量は、時間が経過するにつれて減少していき、ＮＯｘ触媒に最大でトラップ可能なＮＯｘトラップ総量(以下、ＮＯｘトラップ総量最大値という。）に達した時にゼロになるという特徴を有しており、運転状態が変化すると、ＮＯｘトラップ総量量大値に達するまでの時間Ｔが変化すると考えることができる。一方で、ＮＯｘトラップ総量最大値ＢはＮＯｘ触媒の性能仕様などによって予め定めることができ、ＮＯｘトラップ総量最大値Ｂは時刻ｔ=０からｔ=Ｔに至るまでの単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を示すグラフ（図８）の面積と一致することから、運転状態が変化したときには、前記面積がＮＯｘトラップ総量最大値Ｂの値と一致するように、ＮＯｘトラップ総量量大値Ｂに達するまでの時間Ｔを変化させるような関数を設定すれば、運転状態の変化に応じた補正を行うことができる。具体的には、下記時間をパラメータとする関数である関係式（１）と関係式（２）を用いて、運転状態の変化を考慮した単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を推定することができる。
【００１０】
【数１】
2014163331.tif 000003
【数２】
2014163331.tif 000004
ｙは単位時間当たりのＮＯｘトラップ量、ｔは現在時刻、ＴはＮＯｘトラップ総量大値に達するまでの時間、次数ｐは運転状態に応じて設定される実数である。ｋはＮＯｘ触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘ流入量Ａに基づいて定められる係数であり、時刻ｔ＝０すなわちＮＯｘトラップ総量が０の時においては、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量は単位時間当たりのＮＯｘ流入量Ａと等しくなると考えることにより、関係式（１）より導かれる。
【００１１】
しかしながら、このような時間をパラメータとする関数を用いた方法では、運転状態が変わる度に別の関数として読み込む必要が生じる。すなわち、運転状態が変わる度に、前記関数の面積が前記ＮＯｘトラップ総量最大値Ｂと等しくなるようなＴを演算し、今回の運転状態における前記関数を決定した上で、該関数における現在時刻ｔを算出することが必要となり、前記ＮＯｘトラップ総量推定における処理ルーチンの時間が大きくなるため、ＮＯｘトラップ総量を更新する間隔が長くなり、ＮＯｘトラップ総量の推定精度の悪化を招くことになる。図９、図１０を用いて具体的に説明する。
【００１２】
図９は運転状態の変化を考慮しない場合のＮＯｘトラップ総量推定フローを示している。まず、ステップ１でエンジンの運転状態、ステップ２でＮＯｘ触媒の状態が検出され、ステップ１及び２で検出された値に基づいて、ＮＯｘトラップ総量最大値Ｂ、ＮＯｘ触媒への単位時間当たりのＮＯｘ流入量Ａが推定される（ステップ３、４）。その後、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量とＮＯｘトラップ総量のマップから、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量が決定される（ステップ５）。そして、ステップ５で決定した単位時間当たりのＮＯｘトラップ量に処理ルーチンの所定時間Δtを乗じて、それを前回のＮＯｘトラップ総量に加算することによって、現在のＮＯｘトラップ総量ｘを算出される（ステップ６）。
【００１３】
これに対して、図１０は時間をパラメータとする関数を用いて運転状態の変化を考慮した場合のＮＯｘトラップ総量推定フローを示している。まず、ステップ１でエンジンの運転状態、ステップ２でＮＯｘ触媒の状態が検出され、ステップ１及び２で検出された値に基づいて、ＮＯｘトラップ総量最大値Ｂ、運転状態に応じて設定される次数ｐ、ＮＯｘ触媒への単位時間当たりのＮＯｘ流入量Ａが推定される（ステップ３〜５）。
【００１４】
次に、ステップ６〜ステップ１３で、今回の運転状態におけるＮＯｘトラップ総量量大値Ｂに達するまでの時間Ｔが算出される。まず、ステップ６でＮＯｘトラップ総量量大値Ｂに達するまでの仮の時間Ｔが設定され、その値に基づいてステップ７で関係式（２）より仮の係数ｋが算出される。次に、関係式（１）を用いて、時刻ｔ＝Ｔになるまで単位時間当たりのＮＯｘトラップ量に処理ルーチンの所定時間Δtを乗じて、積算することが繰り返される（ステップ８〜１２）。続いて、仮の時間Ｔまで積算した量、すなわちＮＯｘトラップ総量ｘ０と、予め定められたＮＯｘトラップ総量最大値Ｂの差を算出し、その差が所定の閾値以下であるか否かが判定される（ステップ１３）。その結果、前記差が所定値以下であればＴが適当であるとして、ステップ１５に進む。一方で、前記差が所定値以上であればＴが適当でないと判断して、Ｔを修正（ステップ１４）した上で、ステップ６〜１３を繰り返し、Ｔが適当になるまでＴが修正される。以上のステップを経て、今回の運転状態におけるＴを決定して、今回の運転状態における単位時間当たりのＮＯｘトラップ量の時間をパラメータとする関数、すなわち関係式（１）と関係式（２）が決定される。
【００１５】
続いて、ステップ１５〜ステップ２０で、前記今回の運転状態における単位時間当たりのＮＯｘトラップ量の時間をパラメータとする関数における現在時刻、すなわち、ＮＯｘトラップ総量が０の状態から前記今回の運転状態が定常的に続いた場合に、前回のＮＯｘトラップ総量に到達するまでの所要時間が算出される。まず、関係式（１）における時刻０から、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量に処理ルーチンの所定時間Δtを乗じて、それを積算することが、前回のＮＯｘトラップ総量に到達するまで繰り返される（ステップ１５〜２０）。そして、前回のＮＯｘトラップ総量に到達した時間t０が、今回の運転状態における関係式（１）の現在時刻として、次のステップに進む。そして、ステップ２１で、現在設定されているＴ、ｔ０を、関係式（１）に導入することにより、今回の運転状態における単位時間当たりのＮＯｘトラップ量が決定される。
【００１６】
次に、ステップ２１で決定した単位時間当たりのＮＯｘトラップ量に処理ルーチンの所定時間Δtを乗じて、それを前回のＮＯｘトラップ総量に加算することによって、現在のＮＯｘトラップ総量ｘが算出される（ステップ２２）。
【００１７】
以上のように、上記関係式（１）、（２）を用いて運転状態の変化を考慮した単位時間当たりのＮＯｘ量を推定する場合には、今回の運転状態におけるＮＯｘトラップ総量量大値に達するまでの時間Ｔと、今回の運転状態における関係式（１）の現在時刻ｔと、を算出するための演算が必要となり、演算負荷の増加を招く。これに伴い、演算時間が増加し、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を算出する際の計算時間（処理ルーチンの時間Δt）が大きくなるため、ＮＯｘトラップ総量を更新する間隔が長くなり、ＮＯｘトラップ総量の推定精度の悪化を招くことになる。
【００１８】
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、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量に影響を与えるさまざまなパラメータを正しく考慮して単位時間当たりのＮＯｘトラップ量の推定精度を向上させるとともに、少ないメモリ容量で前記単位時間当たりのＮＯｘトラップ量の推定精度の向上が図れ、かつ演算負荷の増加を抑えることで処理ルーチンの時間が小さく、ＮＯｘトラップ総量をより短い間隔で更新できるようにして、ＮＯｘトラップ総量の推定精度を向上させた排気浄化装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記した課題を解決するため、本発明に係るエンジンの排気浄化方法は、次のように構成することを特徴とする。
【００２０】
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、
エンジンの排気系にエンジンから排出される排気ガスに含まれる特定の排気成分をトラップする排気成分トラップ浄化装置を備え、該排気成分トラップ浄化装置にトラップした排気成分トラップ総量を推定する排気浄化装置の制御方法であって、
前記排気浄化装置は、前記排気成分トラップ浄化装置の性能仕様に基づいて予め定めた前記排気成分トラップ浄化装置に最大でトラップ可能な排気成分トラップ総量を表す排気成分トラップ総量最大値を記憶した第一記憶手段と、
エンジンの運転状態により変化する前記排気成分トラップ浄化装置に流入する排気ガスの状態によって変化する前記排気成分トラップ浄化装置のトラップ特性に基づいて予め定めたトラップ特性代用値を記憶した第二記憶手段と、
エンジンの運転状態に応じて予め定めた前記排気成分トラップ浄化装置に流入する単位時間当たりの特定排気成分の流入量を記憶した第三記憶手段と、を備え、
前記排気成分トラップ総量推定手段は、前記第一記憶手段から読みだした排気成分トラップ総量最大値と、前回算出した排気成分トラップ総量と、に基づいて残余トラップ可能率を算出し、
該残余トラップ可能率を、前記第二記憶手段から読みだしたトラップ特性代用値を次数として補正し、
該補正された残余トラップ可能率と、前記第三記憶手段から読みだした単位時間当たりの特定排気成分の流入量と、を乗算して現時点の単位時間当たりの排気成分トラップ量を算出し、
該現時点の単位時間当たりの排気成分トラップ量を前回算出した排気成分トラップ総量に加算して現時点の排気成分トラップ総量を推定することを特徴とする。
【００２１】
これによれば、排気成分トラップ総量最大値と現在の排気成分トラップ総量に基づいて算出した残余トラップ可能率を、エンジンの運転状態により変化する排気成分トラップ浄化装置のトラップ特性を示すトラップ特性代用値を次数として補正し、該補正された残余トラップ可能率に単位時間当たりの特定排気成分の流入量を乗じることによって単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を算出するようにしているため、単位時間当たりのトラップ量とトラップ総量の関係が運転状態により変化することが、より正しく考慮されて、単位時間当たりのトラップ量の推定精度が向上するとともに、少ないメモリ容量で前記運転状態による変化を考慮することによる推定精度の向上が図れ、さらには、時間をパラメータにしないようにして単位時間当たりのトラップ量を算出しているため、前述したようなトラップ総量量大値に達するまでの時間Ｔや現在時刻ｔの演算が不要となり、演算負荷が小さく、処理ルーチンの時間を小さくできるため、ＮＯｘトラップ総量をより短い間隔で更新できるようになり、ＮＯｘトラップ総量の推定精度が向上する。
【００２２】
本発明において、好ましくは、前記トラップ特性代用値はエンジン回転数と、エンジン負荷と、排気ガス温度と、排気成分トラップ装置の温度と、に基づいて設定される（請求項２）。
【００２３】
これによれば、排気ガスに含まれる排気成分量及び排気ガスの流速と相関があるエンジン回転数とエンジン負荷と、残余トラップ可能率と相関がある排気ガス温度と排気成分トラップ装置の温度と、に基づいて前記トラップ特性代用値を設定するようにしているため、より正確に前記トラップ特性代用値による補正が行えるようになり、前記トラップ総量の推定精度を向上させることができる。
【００２４】
またさらに、本発明において、好ましくは、前記排気成分トラップ総量最大値は前記排気成分トラップ浄化装置の劣化に応じて変更される（請求項３）。
【００２５】
これによれば、前記排気成分トラップ総量最大値が劣化によって変化することを考慮しているため、残余トラップ可能率の推定精度が向上し、前記トラップ総量の推定精度が向上する。
【００２６】
またさらに、本発明において、好ましくは、前記排気成分トラップ浄化装置はＮＯｘ吸蔵還元触媒である（請求項４）。
【００２７】
これによれば、本発明は、特に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のようなトラップ量を直接測定することが難しい排気成分トラップ浄化装置において好適に利用される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量に影響を与えるさまざまなパラメータを考慮してＮＯｘトラップ総量の推定精度を向上させるとともに、少ないメモリ容量で前記運転状態による変化を考慮することによる推定精度の向上が図れ、かつ演算負荷の増加を抑えることで処理ルーチンの時間が小さく、ＮＯｘトラップ総量をより短い間隔で更新できるため、ＮＯｘトラップ総量の推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】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２】図１に示す車両の制御システムを示す図である。
【図３】本発明の実施形態における排気成分トラップ総量推定のフローチャート図である。
【図４】本発明の実施形態における排気成分トラップ総量最大値設定のフローチャート図である。
【図５】本発明の実施形態における排気成分トラップ総量補正係数設定のフローチャート図である。
【図６】単位時間あたりのＮＯｘトラップ量とＮＯｘトラップ総量との関係を示すグラフ図である。
【図７】トラップ特性代用値ｐによる補正の特徴を説明するためのグラフ図である。
【図８】エンジンの運転状態が一定の時の単位時間当たりのＮＯｘトラップ量と時間の関係を示す図である。
【図９】運転状態の変化を考慮しない場合のＮＯｘトラップ総量推定のフローチャート図である。
【図１０】時間をパラメータとする関数を用いて運転状態の変化を考慮した場合のＮＯｘトラップ総量推定のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。尚、以下の実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。水素エンジンは、燃料の水素やエンジン内の潤滑油（メタリングオイル）が燃焼する際に、高温で燃焼するため、吸気空気中の窒素と酸素が結合するため、排気ガスにＮＯｘが含まれる。
【００３５】
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。
【００３６】
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、排気ガスに含まれるＮＯｘを浄化するための排気成分トラップ浄化装置であるＮＯｘトラップ還元触媒（以下、ＮＯｘ触媒という。）８０が配設されている。このＮＯｘ触媒８０は、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、ＮＯｘ触媒８０の温度を検出する触媒温度検出センサ１０６と、ＮＯｘ触媒上流の排気ガス温度を検出する排気ガス温度センサ１０８とが搭載されている。
【００３９】
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。
【００４０】
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。また、後述するＮＯｘトラップ総量推定に係る第一記憶手段〜第三記憶手段を具備している。
【００４１】
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る。
【００４２】
ＮＯｘ触媒８０でのＮＯｘトラップ総量があらかじめ設定された所定量以上に増大すると、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、ＮＯｘ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、ＮＯｘ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。
【００４３】
ＮＯｘ触媒８０に吸蔵されたＮＯｘをパージするためにリッチ運転に切り替えるタイミングを判断するための判断基準となるＮＯｘトラップ総量は直接測定することができないため、推定によって求められる。このとき、ＮＯｘトラップ総量の推定精度が悪いと、まだＮＯｘを吸蔵できるのにもかかわらずＮＯｘ放出処理が開始される、あるいは、すでにＮＯｘが完全に放出されているにもかかわらず無駄にＮＯｘ放出処理が続けられることになり、燃費性能の悪化を招いてしまう。一方、実際よりも少ない量のＮＯｘトラップ総量が推定されたときには、すでにＮＯｘを吸蔵できないにもかかわらずＮＯｘ放出処理が開始されない、あるいは、まだＮＯｘが完全に放出されていないにもかかわらず早々とＮＯｘ放出処理が終了することになり、排気ガス浄化性能の悪化を招いてしまう。そのため、本発明では、次に説明する方法によって、ＮＯｘトラップ総量を推定よく精度する。
【００４４】
図３は本発明におけるＮＯｘトラップ総量推定のフローチャートである。まず、ステップ１でエンジンの運転状態を観測するために、エンジン回転数、エンジン負荷、排気ガス温度などが検出される。次に、ステップ２で、ＮＯｘ触媒の状態を観測するために、ＮＯｘ触媒温度、前回算出したＮＯｘトラップ総量などが検出される。ＮＯｘ触媒は、化学的にＮＯｘをトラップするものであるため、エンジンの運転状態により変化するＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの状態、すなわち排気ガスの流速や温度、排気ガスに含まれるＮＯｘ量によって変化するとともに、エンジンの運転状態により変化するＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの状態により変化するＮＯｘ触媒の状態、すなわちＮＯｘ触媒温度や、ＮＯｘ触媒にトラップされているＮＯｘトラップ総量によって、トラップ特性は変化する。そのため、このようなトラップ特性を判断するためのパラメータとして、まず、ステップ１とステップ２の情報が取得される。
【００４５】
続いて、ステップ３で、ＮＯｘトラップ総量最大値Ｂが設定される。具体的には、第一記憶手段に記憶されたＮＯｘ触媒の性能仕様に基づいて予め定めたエンジン負荷とエンジン回転数をパラメータとするＮＯｘトラップ総量最大値のマップを参照し、ステップ１で検出されたエンジン回転数とエンジン負荷に対応するデータを読み取ることにより、ＮＯｘトラップ総量最大値が設定される。ＮＯｘトラップ総量最大値Ｂは、エンジンの運転状態により変化し、その特性は様々な運転状態におけるＮＯｘ触媒の性能仕様として定まるため、実験結果に基づいて予め定めることができる。具体的には、例えば、排気ガスの流速や温度、触媒の温度と相関があるエンジン回転数とエンジン負荷に対するＮＯｘトラップ総量最大値Ｂの変化を、実験結果に基づいて、予めマップにしたものを参照して、ＮＯｘトラップ総量最大値Ｂを設定することで、運転状態により変化するＮＯｘトラップ総量最大値を精度良く推定することができる。また、図４、図５に示すフローを用いることにより、さらに精度のよいＮＯｘトラップ総量最大値を設定することができる。図４はＮＯｘトラップ総量最大値設定フロー、図５はＮＯｘトラップ総量最大値の補正係数Ｋｎ設定フローである。ステップ３２のように、ＮＯｘトラップ最大値を前記エンジン回転数とエンジン負荷に加えて、排気ガス温度やＮＯｘ触媒温度をパラメータとするマップを用いることで、ＮＯｘトラップ総量最大値の精度を高めることができる。また、ＮＯｘ触媒の劣化に応じて小さくなるように設定される補正係数を前記ＮＯｘトラップ総量最大値に乗じることにより、ＮＯｘ触媒の劣化を考慮することで、ＮＯｘトラップ総量最大値の精度をさらに高めることができる（ステップ３３、ステップ３４）。劣化を判断する方法については、特に限定されないが、例えば、本実施例のようにＮＯｘ放出処理回数に応じて判断することができる（ステップ３３１〜ステップ３３４）。
【００４６】
続いて、図３のステップ４で、ＮＯｘ触媒のトラップ特性を表すトラップ特性代用値ｐが設定される。具体的には、第二記憶手段に記憶されたＮＯｘ触媒のトラップ特性に基づいて予め定めたエンジン負荷、エンジン回転数、排気ガスの温度、ＮＯｘ触媒温度をパラメータとするトラップ特性代用値ｐのマップを参照し、ステップ１で検出されたエンジン回転数、エンジン負荷、排気ガス温度、ステップ２で検出されたＮＯｘ触媒温度に対応するデータを読み取ることにより、トラップ特性代用値ｐが設定される。前述したように、ＮＯｘ触媒のトラップ特性はエンジンの運転状態により変化するＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの状態やＮＯｘ触媒の状態によって変化する。そこで、本発明では、このようなＮＯｘ触媒のトラップ特性を、さまざまな運転状態により変化するトラップ特性に関係する様々なパラメータに基づいて設定される数値に置き換えたトラップ特性代用値ｐで表現する。例えば、このトラップ特性代用値ｐは、排気ガスに含まれるＮＯｘ量や排気ガスの流速と相関があるエンジン回転数、エンジン負荷と、残余トラップ可能率と相関がある排気ガス温度とＮＯｘ触媒温度を変化させた時のトラップ特性として、予め実験などによって定めておく。
【００４７】
続いて、ステップ５で、ＮＯｘ触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘ流入量Ａが推定される。具体的には、第三記憶手段に記憶されたエンジン負荷とエンジン回転数をパラメータとする単位時間当たりのＮＯｘ流入量Ａのマップを参照し、ステップ１で検出されたエンジン回転数とエンジン負荷に対応するデータを読み取ることにより、単位時間当たりのＮＯｘ流入量Ａが設定される。
【００４８】
続いて、ステップ６で、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ｙが推定される。該単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ｙは、ステップ３で設定されたＮＯｘトラップ総量最大値Ｂと、前回算出したＮＯｘトラップ総量ｘと、に基づいて残余トラップ可能率を算出し、該残余トラップ可能率を、ステップ４で設定されたトラップ特性代用値ｐを次数として補正し、該補正された残余トラップ可能率と、ステップ４で推定された単位時間当たりのＮＯｘ流入量Ａと、を乗算することにより現時点の単位時間当たりのトラップ量が算出される。具体的には、下記関係式（３）に、ステップ３で設定されたＮＯｘトラップ総量最大値Ｂと、前回算出したＮＯｘトラップ総量ｘと、ステップ４で設定されたトラップ特性代用値ｐと、ステップ５で推定された単位時間当たりのＮＯｘ流入量Ａと、を導入することにより、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ｙが算出される。
【数３】
2014163331.tif 000005
【００４９】
次に、関係式（３）の導出の考え方を説明する。前述したように、運転状態による変化を考慮した単位時間当たりのＮＯｘトラップ量は、時間をパラメータとする関係式（１）と関係式（２）で表すことはできるが、運転状態が変わる度に、前記関数の面積が前記ＮＯｘトラップ総量最大値Ｂと等しくなるようなＴを演算し、今回の運転状態における前記関数を決定した上で、該関数における現在時刻ｔを算出することが必要となるため、前記ＮＯｘトラップ総量推定における処理ルーチンの時間が大きくなり、ＮＯｘトラップ総量の推定精度の悪化を招くことになる。
【００５０】
そこで、本発明では、単位時間当たりのＮＯｘ量について、ＮＯｘ触媒の特性が正しく表現されており、かつ、現在時刻ｔを含まない関係式を導出する。まず、現在時刻ｔを含まないようにするために関係式（１）を時間積分する。ここで、ｙを時間積分すれば、ＮＯｘトラップ総量ｘになると考えることができるため、次の関係式が導かれる。
【数４】
2014163331.tif 000006
Ｃは積分定数。
【００５１】
このとき、ＮＯｘ触媒の特性上、現在時刻ｔ＝０においては、ＮＯｘトラップ総量ｘ＝０と考えることができるため、上記関係式（４）は次のように導くことができる。
【数５】
2014163331.tif 000007
【００５２】
また、上記関係式（５）に関係式（１）を適用することで、次の関係式が得られる。
【数６】
2014163331.tif 000008
【００５３】
さらに、時刻ＴのＮＯｘトラップ総量ｘはＮＯｘトラップ総量最大値Ｂと一致すると考えることができるため、関係式（５）と関係式（２）から、次の関係式が得られる。
【数７】
2014163331.tif 000009
【００５４】
ここで、関係式（６）に関係式（２）を適用することで、次の関係式が得られる。
【数８】
2014163331.tif 000010
【００５５】
そして、簡略化するために、関係式（８）の両辺を（-Ｔ)Ｐ＋１で割って、関係式（７）を適用すると次の関係式が得られる。
【数９】
2014163331.tif 000011
【００５６】
ここで、ｐは運転状態に応じて設定されるトラップ特性代用値であり、ｐ／（ｐ＋1）をｐに置き換えても実質的な意味は同じであるため、簡略化して、関係式（３）が導かれる。
【００５７】
この関係式（３）は単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ｙとＮＯｘトラップ総量との関係が、図６のような曲線関係にあることを表している。すなわち、ＮＯｘトラップ総量ｘが０の時には単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ｙはＮＯｘ触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘ流入量Ａと等しくなり、ＮＯｘトラップ総量ｘが大きくなるにつれて、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ｙは減少していき、ＮＯｘトラップ総量がＮＯｘトラップ総量最大値Ｂに達した時に、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ｙは０になるというＮＯｘ触媒の特性が正しく表現されている。次に、図７を用いて、トラップ特性代用値ｐを変化させたときの単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ｙとＮＯｘトラップ総量ｘの関係の変化を説明する。
【００５８】
図７（ａ）は図３のステップ４で設定されるトラップ特性代用値ｐが大きい場合、（ｂ）は図３のステップ４で設定されるトラップ特性代用値ｐが小さい場合を表している。このように、トラップ特性代用値ｐを変化させると、前述したＮＯｘトラップ触媒の基本的な特性であるＮＯｘトラップ総量ｘが０の時には単位時間当たりのＮＯｘトラップ量はＮＯｘ触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘ流入量Ａと等しくなり、ＮＯｘトラップ総量がＮＯｘトラップ総量最大値Ｂに達した時に単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ｙは０になるという特徴を維持しつつ、ＮＯｘトラップ総量が０からＮＯｘトラップ総量最大値Ｂまでの曲線の曲率を変化させることができるため、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量とＮＯｘトラップ総量の関係が運転状態により変化することがより正しく考慮されて、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量の推定精度が向上する。また、運転状態に応じて変化するトラップ特性をトラップ特性代用値ｐとして1つの数値で表現しているため、複数の補正係数を乗じる場合などに生じる誤差の累積は少なく、より正しい補正ができるため、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量の推定精度が向上する。さらに、ＮＯｘトラップ総量最大値が運転状態により変化することを考慮できるようにしているため、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量の推定精度が向上する。さらに、トラップ特性代用値ｐはＮＯｘ触媒のトラップ特性に影響を与える様々なパラメータ、具体的には、エンジン回転数と、エンジン負荷と、排気ガス温度と、ＮＯｘ触媒温度と、に基づいて決定されるため、より正確な補正が可能となり、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量の推定精度が向上する。さらに、予め用意するマップは第一記憶手段に記憶されたＮＯｘトラップ総量最大値Ｂ、第二記憶手段に記憶されたトラップ特性代用値ｐ、第三記憶手段に記憶された単位時間当たりのＮＯｘトラップ流入量Ａ、に抑えているため、少ないメモリ容量で前記運転状態による変化を考慮することによる推定精度の向上を実現できる。また、排気ガス温度とＮＯｘ触媒温度とも相関があるエンジン回転数とエンジン負荷に基づいて、トラップ特性代用値ｐを決定するようにすれば、メモリ容量をさらに小さくできる。さらに、前記関係式（３）は時間をパラメータにしないようにして算出しているため、前述したようなトラップ総量量大値に達するまでの時間Ｔや現在時刻ｔの演算が不要となり、演算負荷が小さく、処理ルーチンの時間を小さくできるため、ＮＯｘトラップ総量をより短い間隔で更新できるようになり、ＮＯｘトラップ総量の推定精度が向上する。
【００５９】
続いて、ステップ６で決定した単位時間当たりのＮＯｘトラップ量に処理ルーチンの所定時間Δtを乗じて、それを前回のＮＯｘトラップ総量に加算することによって、現在のＮＯｘトラップ総量ｘが算出される（ステップ７）。
【００６０】
そして、ステップ８にて、現在のＮＯｘトラップ総量ｘが所定の閾値以下であるか否かが判定され、ＮＯｘトラップ総量ｘが所定値以下であればＮＯｘ触媒にまだＮＯｘがトラップできるものとして、リーン運転が継続されて、今回の運転状態におけるＮＯｘトラップ総量の推定フローは終了する。一方、現在のＮＯｘトラップ総量ｘが所定値以上であればＮＯｘ触媒にこれ以上ＮＯｘをトラップできないと判断して、所定時間リッチパージが実行される（ステップ９）。リッチパージが終了すれば、ＮＯｘトラップ総量の推定値は０にリセットされ（ステップ１０）、リーン運転が再開される。
【００６１】
このように、本発明は、特に、ＮＯｘ触媒のようなトラップ量を直接測定することが難しい排気成分トラップ浄化装置において好適に利用される。
【００６２】
なお、本実施例では本発明をＮＯｘ触媒に適用したものを記載したが、本発明はＮＯｘ触媒に限定されず、エンジンから排出される排気ガスに含まれる特定の排気成分をトラップする排気成分トラップ浄化装置、例えばパティキュレートフィルタなどにも適用できる。すなわち、運転状態により変化するパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの状態、例えば、排気ガスに含まれるパティキュレート量や、パティキュレートフィルタにトラップされたパティキュレートトラップ総量などによって、パティキュレートフィルタのトラップ特性が変化する。そのため、本発明を適用することにより、パティキュレートトラップ総量を精度良く推定することができる。また、エンジンについても水素エンジンに限定されるものではなく、例えば、ガソリンエンジンやバイオ燃料を燃料とするエンジンなどを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明によれば、単位時間当たりの排気成分トラップ量に影響を与えるさまざまなパラメータを正しく考慮して排気成分トラップ総量の推定精度を向上させるとともに、少ないメモリ容量で推定精度の向上が図れ、かつ演算負荷の増加を抑えることで処理ルーチンの時間が小さく、ＮＯｘトラップ総量をより短い間隔で更新できるようにして、ＮＯｘトラップ総量の推定精度を向上させることができるため、排気浄化装置の制御分野において好適に利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００６４】
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：走行用モータ
７０：水素タンク
８０：排気成分トラップ浄化装置（ＮＯｘ触媒）
１００：コントロールユニット（制御手段）
【図１】
2014163331.tif 000012
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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