JP2015017515A - 排気浄化装置の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、酸化触媒と、酸化触媒より下流に配置されたＳＣＲ触媒と、酸化触媒を加熱する第一電気ヒータと、ＳＣＲ触媒を加熱する第二電気ヒータと、を備えた排気浄化装置の制御システムにおいて、第一電気ヒータ及び第二電気ヒータの消費電力を少なく抑えつつ、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能を高めることにある。
【解決手段】本発明の排気浄化装置の制御システムは、ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率とＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率との相関において、ＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率と等しくなるときのＳＣＲ触媒の温度とＮＯ_２／ＮＯ比率との組合せのうち、第一電気ヒータの通電量と第二電気ヒータの通電量の総通電量が最小となる組合せを特定し、特定された組合せに従って第一電気ヒータ及び第二電気ヒータを制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気加熱式の酸化触媒と電気加熱式の選択還元型触媒を含む排気浄化装置の制御システムに関する。

内燃機関の排気浄化装置として、排気通路に配置された酸化触媒と、酸化触媒より下流の排気通路に配置された選択還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触
媒）と、酸化触媒を加熱する電気ヒータと、ＳＣＲ触媒を加熱する電気ヒータと、を備えたものが知られている。このような構成において、酸化触媒から流出する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率（排気中に含まれる一酸化窒素（ＮＯ）の量（モル）に対する二酸化窒素（ＮＯ_２）の量（モル）の比率）が１となるように酸化触媒の電気ヒータを作動させるとともに、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度域（温度浄化ウインド）に収まるようにＳＣＲ触媒の電気ヒータを作動させる方法が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２０１０−２６５８６２号公報 特開２０１２−１４５０５２号公報 特開２００７−１７７６６３号公報 特開平０４−３６２２１２号公報 特開平１０−２８８０２８号公報

ところで、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能を高める場合において、排気のＮＯ_２／ＮＯ比率は必ずしも１である必要はない。たとえば、ＮＯ_２／ＮＯ比率が１より小さい場合（ＮＯ_２の量がＮＯの量より少ない場合）であっても、ＳＣＲ触媒の温度が高ければ、ＮＯ_２／ＮＯ比率が１である場合と同等のＮＯ_Ｘ浄化率を得ることができる。このような特性を考慮せずに、酸化触媒の電気ヒータやＳＣＲ触媒の電気ヒータが作動させられると、消費電力が不要に増加し、それに伴って内燃機関の燃料消費量が増加する可能性がある。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気通路に配置された酸化触媒と、酸化触媒より下流の排気通路に配置されたＳＣＲ触媒と、酸化触媒を加熱する第一電気ヒータと、ＳＣＲ触媒を加熱する第二電気ヒータと、を備えた排気浄化装置の制御システムにおいて、第一電気ヒータ及び第二電気ヒータの消費電力を少なく抑えつつ、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能を高めることができる技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明の排気浄化装置の制御システムは、
内燃機関の排気通路に配置された酸化触媒と、
酸化触媒より下流の排気通路に配置された選択還元型触媒と、
酸化触媒を加熱する第一電気ヒータと、
選択還元型触媒を加熱する第二電気ヒータと、
第一電気ヒータ及び第二電気ヒータのそれぞれの通電量を制御する制御手段と、
を備えた排気浄化装置の制御システムであって、
制御手段は、選択還元型触媒へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率と選択還元型触媒の温
度と選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率との相関において、ＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率と等しくなるときの選択還元型触媒の温度とＮＯ_２／ＮＯ比率との組合せのうち、第一電気ヒータの通電量と第二電気ヒータの通電量の総和である総通電量が最小となる組合せを特定し、特定された組合せに従って第一電気ヒータ及び第二電気ヒータを制御することを特徴とする。

選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）の温度が一定となる条件下では、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率は、ＮＯ_２／ＮＯ比率が１のとき（以下、「基準ＮＯ_２／ＮＯ比率」と称する）に最も大きくなる。ＳＣＲ触媒へ流入する排気（酸化触媒から流出する排気）のＮＯ_２／ＮＯ比率は、酸化触媒の温度が低いときより高いときに大きくなる傾向がある。よって、ＮＯ_２／ＮＯ比率が基準ＮＯ_２／ＮＯ比率より小さいときは、酸化触媒の温度を高めることにより、ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率を高めることができる。

また、ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率が一定となる条件下では、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒の温度が低いときより高いときに大きくなる傾向がある。よって、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率より小さい場合は、ＳＣＲ触媒の温度を高めることにより、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を高めることもできる。

ところで、ＮＯ_２／ＮＯ比率が基準ＮＯ_２／ＮＯ比率より小さく、且つＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率より小さいときに、ＮＯ_２／ＮＯ比率を基準ＮＯ_２／ＮＯ比率まで増加させるべく第一電気ヒータを作動させるとともに、ＮＯ_Ｘ浄化率を目標ＮＯ_Ｘ浄化率まで増加させるべく第二電気ヒータが作動させると、第一電気ヒータ及び第二電気ヒータの消費電力が不要に多くなる可能性がある。

ここで、ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率が基準ＮＯ_２／ＮＯ比率以下となる場合は、ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率とＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率との間に、以下のような相関がある。すなわち、ＳＣＲ触媒の温度が高いときは低いときに比べ、基準ＮＯ_２／ＮＯ比率と同等のＮＯ_Ｘ浄化率を得ることができるＮＯ_２／ＮＯ比率が小さくなる。

上記した相関関係においてＳＣＲ触媒の温度とＮＯ_２／ＮＯ比率との組合せに着目すると、特定のＮＯ_Ｘ浄化率を得ることができる組合せは複数存在することになる。たとえば、ＳＣＲ触媒の温度が比較的高く且つＮＯ_２／ＮＯ比率が比較的小さくなる組合せや、ＳＣＲ触媒の温度が比較的低く且つＮＯ_２／ＮＯ比率が比較的大きくなる組合せ等において、同等のＮＯ_Ｘ浄化率を得ることができる。

よって、ＮＯ_２／ＮＯ比率が基準ＮＯ_２／ＮＯ比率より小さく、且つＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率より小さい場合に、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を目標ＮＯ_Ｘ浄化率まで高める方法としては、ＳＣＲ触媒の加熱量（ＳＣＲ触媒の温度上昇量）を少なく抑えつつ酸化触媒の加熱量（ＮＯ_２／ＮＯ比率の増加量）を多くする方法や、酸化触媒の加熱量（ＮＯ_２／ＮＯ比率の増加量）を少なく抑えつつＳＣＲ触媒の加熱量（ＳＣＲ触媒の温度上昇量）を多くする方法等の複数の方法を選択することができる。

そこで、本発明の制御手段は、ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率とＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率との相関において、ＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率と等しくなるときのＳＣＲ触媒の温度とＮＯ_２／ＮＯ比率との組合せのうち、第一電気ヒータの通電量と第二電気ヒータの通電量の総和である総通電量が最小となる組合せを特定し、特定された組合せに従って第一電気ヒータ及び第二電気ヒータを制御するようにした。

たとえば、ＳＣＲ触媒の温度が高く且つＮＯ_２／ＮＯ比率が小さい場合は、ＮＯ_２／ＮＯ比率を基準ＮＯ_２／ＮＯ比率まで増加させなくても、基準ＮＯ_２／ＮＯ比率と同等のＮＯ_Ｘ浄化率を得ることができる。よって、制御手段は、ＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率と等しくなるときのＳＣＲ触媒の温度とＮＯ_２／ＮＯ比率との組合せのうち、ＮＯ_２／ＮＯ比率が最も小さくなる組合せを選択すればよい。その場合、酸化触媒及びＳＣＲ触媒の温度を大幅に高める必要がないため、総通電量を少なく抑えつつＮＯ_Ｘ浄化率を高めることが可能になる。

一方、ＳＣＲ触媒の温度が低く且つＮＯ_２／ＮＯ比率が大きい場合は、ＳＣＲ触媒の温度を大幅に高めなくとも、基準ＮＯ_２／ＮＯ比率と同等のＮＯ_Ｘ浄化率を得ることができる。よって、制御手段は、ＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率と等しくなるときのＳＣＲ触媒の温度とＮＯ_２／ＮＯ比率との組合せのうち、ＳＣＲ触媒の温度が最も低くなる組合せを選択すればよい。その場合、酸化触媒及びＳＣＲ触媒の温度を大幅に高める必要がないため、総通電量を少なく抑えつつＮＯ_Ｘ浄化率を高めることが可能になる。

このように、ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率とＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率との相関関係に基づいて、第一電気ヒータの通電量と第二電気ヒータの通電量が制御されると、第一電気ヒータ及び第二電気ヒータの消費電力を少なく抑えつつＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能を高めることが可能になる。

本発明の排気浄化装置の制御システムにおいて、第一電気ヒータ及び第二電気ヒータへ供給される電気エネルギは、バッテリから供給されてもよい。そのような構成においてバッテリの蓄電量が少なくなると、制御手段によって特定された組合せにおける総通電量に対してバッテリの最大放電量（最大給電量）が少なくなる可能性がある。このような場合に、本発明の制御手段は、第一電気ヒータ及び第二電気ヒータの総通電量がバッテリの最大給電量以下となる範囲においてＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が最大となる組合せを選択し、選択された組合せに従って第一電気ヒータ及び第二電気ヒータを制御してもよい。その場合、総通電量がバッテリの最大給電量を上回らない範囲において、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を可及的に大きくすることができる。

本発明の排気浄化装置の制御システムにおいて、第一電気ヒータ及び第二電気ヒータへ供給される電気エネルギは、バッテリおよびまたは発電機から供給されてもよい。ここでいう「発電機」は、内燃機関の出力（運動エネルギ）を電気エネルギに変換する機器である。そのような構成においては、制御手段によって特定された組合せにおける総通電量に対してバッテリの最大給電量が少ない場合に、総通電量に対する給電量の不足分がオルタネータの発電によって補われてもよい。すなわち、オルタネータの発電量を増加させることにより、総通電量に対する給電量の不足分が補われてもよい。その際、オルタネータの発電量の増加に伴って内燃機関の負荷が増加するため、内燃機関から排出される排気のＮＯ_２／ＮＯ比率が増加する。そこで、本発明の制御手段は、オルタネータの発電量の増加によるＮＯ_２／ＮＯ比率の増加分に応じて第一電気ヒータの通電量を減少させてもよい。その場合、オルタネータの発電量増加に伴う燃料消費量の増加分が第一電気ヒータの通電量減少に伴う燃料消費量の減少分によってある程度相殺されるため、燃料消費量の増加を最小限に抑えつつＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を高めることができる。

本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置された酸化触媒と、酸化触媒より下流の排気通路に配置されたＳＣＲ触媒と、酸化触媒を加熱する第一電気ヒータと、ＳＣＲ触媒を加熱する第二電気ヒータと、を備えた排気浄化装置の制御システムにおいて、第一電気ヒータ及び第二電気ヒータの消費電力を少なく抑えつつ、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能を高めることができる。

本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。 ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率と触媒温度とＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率との相関を示す図である。 特定のＮＯ_Ｘ浄化率を得ることができる触媒温度とＮＯ_２／ＮＯ比率との組合せを示す図である。 ＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率と等しくなるときの触媒温度とＮＯ_２／ＮＯ比率との組合せのうち、酸化触媒及びＳＣＲ触媒の加熱に要する消費電力が最も小さくなる組み合わせを特定する方法を示す図である。 バッテリの蓄電量とＮＯ_２／ＮＯ比率とオルタネータの発電量との関係を示す図である。 蓄電処理を実行する際にＥＣＵが実行するルーチンを示すフローチャートである。

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。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り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。

図１は、本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）又は希薄燃焼（リーンバーン運転）可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。

内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２は、内燃機関１の気筒内から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。排気通路２の途中には、３と第二触媒ケーシング４が上流側から直列に配置されている。

第一触媒ケーシング３は、筒状のケーシング内に酸化触媒３０と第一電気ヒータ３１を収容している。第一電気ヒータ３１は、バッテリ１２又はオルタネータ１３から供給される電気エネルギを熱エネルギへ変換することにより酸化触媒３０を加熱する。なお、第一触媒ケーシング３は、酸化触媒３０より下流に配置されるパティキュレートフィルタを収容していてもよい。

第二触媒ケーシング４は、筒状のケーシング内に、選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）４０と第二電気ヒータ４１を収容している。第二電気ヒータ４１は、バッテリ１２又はオルタネータ１３から供給される電気エネルギを熱エネルギへ変換することによりＳＣＲ触媒４０を加熱する。なお、第二触媒ケーシング４は、ＳＣＲ触媒４０より下流に配置される酸化触媒を収容してもよい。その場合の酸化触媒は、ＳＣＲ触媒４０をすり抜けた還元剤を酸化するための触媒である。

第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４との間の排気通路２には、アンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤を排気中へ添加（噴射）するための添加弁５が取り付けられている。添加弁５は、ニードルの移動により開閉される噴孔を有する弁装置である。ここで、添加弁５から噴射される添加剤としては、尿素やカルバミン酸アンモニウム等の水溶液を用いることができる。本実施例では、当該添加剤として尿素水溶液を用いるものとする。

添加弁５から尿素水溶液が噴射されると、該尿素水溶液が排気とともに第二触媒ケーシング４へ流入する。その際、尿素水溶液が排気の熱を受けて熱分解され、又はＳＣＲ触媒
４０により加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、アンモニア（ＮＨ_３）が生成される。このようにして生成されたアンモニア（ＮＨ_３）は、ＳＣＲ触媒４０に吸着又は吸蔵される。ＳＣＲ触媒４０に吸着又は吸蔵されたアンモニア（ＮＨ_３）は、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応して窒素（Ｎ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）を生成する。つまり、アンモニア（ＮＨ_３）は、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の還元剤として機能する。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ９が併設されている。ＥＣＵ９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ９には、第一ＮＯ_Ｘセンサ６、第二ＮＯ_Ｘセンサ７、排気温度センサ８、クランクポジションセンサ１０、アクセルポジションセンサ１１等の各種センサが電気的に接続されている。

第一ＮＯ_Ｘセンサ６は、第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４の間の排気通路２に配置され、第二触媒ケーシング４へ流入する排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の量（以下、「ＮＯ_Ｘ流入量」と称する）に相関する電気信号を出力する。第二ＮＯ_Ｘセンサ７は、第二触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第二触媒ケーシング４から流出するＮＯ_Ｘの量（以下、「ＮＯ_Ｘ流出量」と称する）に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ８は、第二触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第二触媒ケーシング４から流出する排気の温度と相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１０は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１１は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。また、ＥＣＵ９は、バッテリ１２と電気的に接続され、該バッテリ１２の充電状態（ＳＯＣ）を入力することができるようになっている。

ＥＣＵ９には、内燃機関１に取り付けられた各種機器（たとえば、燃料噴射弁等）、添加弁５、オルタネータ１３、第一電気ヒータ３１、及び第二電気ヒータ４１等の各種機器が電気的に接続されている。なお、オルタネータ１３は、内燃機関１の出力（たとえば、クランクシャフトの運動エネルギ）を電気エネルギに変化することにより発電を行う機器である。ＥＣＵ９は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の各種機器、添加弁５、オルタネータ１３、第一電気ヒータ３１、及び第二電気ヒータ４１等を電気的に制御する。たとえば、ＥＣＵ９は、内燃機関１の燃料噴射制御や、添加弁５から間欠的に還元剤を噴射させる添加制御等の既知の制御に加え、第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１の通電量を制御するための加熱処理を行う。

以下では、本実施例における加熱処理の実行手順について説明する。ここでいう加熱処理は、ＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率となるように酸化触媒３０及びＳＣＲ触媒４０を加熱する処理である。

ＳＣＲ触媒４０の温度（以下、「触媒温度」と称する）が一定となる条件下では、ＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒４０へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率が１と等しいとき（基準ＮＯ_２／ＮＯ比率）に最も大きくなる。ＳＣＲ触媒４０へ流入する排気（酸化触媒から流出する排気）のＮＯ_２／ＮＯ比率は、酸化触媒３０の温度が低いときより高いときに大きくなる傾向がある。よって、ＮＯ_２／ＮＯ比率が基準ＮＯ_２／ＮＯ比率より小さいときは、酸化触媒３０の温度を高めることにより、ＳＣＲ触媒４０へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率を高めることができる。

また、ＳＣＲ触媒４０へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率が一定となる条件下では、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率は、触媒温度が低いときより高いときに大きくなる傾向がある。
よって、ＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率より小さい場合は、触媒温度を高めることにより、ＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化率を高めることもできる。

ところで、ＮＯ_２／ＮＯ比率が基準ＮＯ_２／ＮＯ比率より小さく、且つＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率より小さいときに、ＮＯ_２／ＮＯ比率を基準ＮＯ_２／ＮＯ比率まで増加させるべく第一電気ヒータ３１を作動させるとともに、ＮＯ_Ｘ浄化率を目標ＮＯ_Ｘ浄化率まで増加させるべく第二電気ヒータ４１が作動させると、第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１の消費電力が不要に多くなり、内燃機関１の燃料消費量が不要に増加する可能性がある。

ここで、ＳＣＲ触媒４０へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率と触媒温度とＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化率との間には、図２に示すような相関がある。図２において、ＮＯ_２／ＮＯ比率が基準ＮＯ_２／ＮＯ比率（＝１）以下である場合に着目すると、触媒温度が高いときは低いときに比べ、特定のＮＯ_２／ＮＯ比率と同等のＮＯ_Ｘ浄化率を得ることができるＮＯ_２／ＮＯ比率が小さくなる傾向がある。

図２に示したような相関関係において触媒温度とＮＯ_２／ＮＯ比率の組合せに着目すると、特定のＮＯ_Ｘ浄化率を得ることができる組合せは複数存在することになる。たとえば、図３に示すように、特定のＮＯ_Ｘ浄化率（図３中の曲線Ｌ）を得ることができる触媒温度とＮＯ_２／ＮＯ比率との組合せは、曲線Ｌ上の点ａから点ｂまでの範囲に複数存在する。

したがって、ＮＯ_２／ＮＯ比率が基準ＮＯ_２／ＮＯ比率より小さく、且つＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率より小さい場合に、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を目標ＮＯ_Ｘ浄化率まで高める方法としては、ＮＯ_２／ＮＯ比率の増加量を少なく抑えつつ触媒温度を上昇させる方法や、触媒温度上昇を少なく抑えつつＮＯ_２／ＮＯ比率を増加させる方法等の複数の方法を選択することができる。

そこで、本実施例の加熱処理は、ＮＯ_２／ＮＯ比率と触媒温度とＮＯ_Ｘ浄化率との相関において、ＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率と等しくなるときの触媒温度とＮＯ_２／ＮＯ比率との組合せのうち、酸化触媒３０及びＳＣＲ触媒４０の加熱に要する消費電力（第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１の総通電量）が最も小さくなる組合せを特定し、特定された組合せに則って第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１を作動させるようにした。

たとえば、図４中の点Ａで示すように、ＮＯ_２／ＮＯ比率が高く且つ触媒温度が低い場合は、ＮＯ_２／ＮＯ比率が高く且つ触媒温度が低くなる組合せ（図４中の点Ａ’）を選択する。その場合、酸化触媒３０を殆ど加熱させる必要がなく、且つＳＣＲ触媒４０の加熱量も少なく抑えることができるので、第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１の総通電量を少なく抑えつつ、ＮＯ_Ｘ浄化率を目標ＮＯ_Ｘ浄化率まで高めることができる。

また、図４中の点Ｂで示すように、ＮＯ_２／ＮＯ比率が低く且つ触媒温度が高い場合は、ＮＯ_２／ＮＯ比率が低く且つ触媒温度が高くなる組合せ（図４中の点Ｂ’）を選択する。その場合、ＳＣＲ触媒４０を殆ど加熱させる必要がなく、且つ酸化触媒３０の加熱量も少なく抑えることができるので、第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１の総通電量を少なく抑えつつ、ＮＯ_Ｘ浄化率を目標ＮＯ_Ｘ浄化率まで高めることができる。

さらに、図４中の点Ｃで示すように、ＮＯ_２／ＮＯ比率が低く且つ触媒温度が低い場合は、前述した図３の説明で述べたように、目標ＮＯ_Ｘ浄化率を得ることができるＮＯ_２／ＮＯ比率と触媒温度との組み合わせのうち、第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１
の総通電量が最も少なくなる組み合わせを選択すればよい。

ここで、各組合せにおける総通電量を求める方法の一例を説明する。先ず、第一電気ヒータ３１の通電量Ｅ１は、酸化触媒３０の現在の温度と目標温度の差ΔＴ_１、排気の流量ｍ、排気の比熱Ｃ、及び第一電気ヒータ３１の温度変換効率η_１をパラメータとする以下の式（１）により演算することができる。
Ｅ１＝ｍ＊Ｃ＊ΔＴ_１＊η_１・・・（１）

次に、第二電気ヒータ４１の通電量Ｅ２は、ＳＣＲ触媒４０の現在の温度と目標温度との差ΔＴ_２、排気の流量ｍ、排気の比熱Ｃ、及び第二電気ヒータ４１の温度変換効率η_２をパラメータとする以下の式（２）により演算することができる。
Ｅ２＝ｍ＊Ｃ＊ΔＴ_２＊η_２・・・（２）

なお、酸化触媒３０の熱の一部は、第一触媒ケーシング３のケーシングを介して大気中へ放熱されたり、排気によって持ち去られるため、それらの熱量による温度低下分を考慮して第一電気ヒータ３１の通電量Ｅ１を求めてもよい。また、酸化触媒３０から排気によって持ち去られた熱の一部はＳＣＲ触媒４０に伝達されるため、その熱量による温度上昇分を見込んで第二電気ヒータ４１の通電量Ｅ２を求めてもよい。

上記したような方法により第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１の通電量が決定されると、総通電量を可能な限り少なく抑えつつ、ＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化率を目標ＮＯ_Ｘ浄化率まで高めることが可能となる。その結果、内燃機関１の燃料消費量を少なく抑えつつ、ＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化性能を高めることが可能となる。

ところで、バッテリ１２の蓄電量が少ないとき、言い換えると、バッテリ１２から第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１へ供給可能な最大の給電量が少ない場合は、上記した方法によって決定された総通電量がバッテリ１２の最大給電量を上回ってしまう事態が想定される。そのような場合は、総通電量が最大給電量以下となる範囲においてＮＯ_Ｘ浄化率が最も高くなるように第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１のそれぞれの通電量を決定すればよい。たとえば、酸化触媒３０のみを加熱した場合のＮＯ_Ｘ浄化率とＳＣＲ触媒４０のみを加熱した場合のＮＯ_Ｘ浄化率とを比較し、ＮＯ_Ｘ浄化率が大きくなる方の触媒のみを加熱させてもよい。

また、上記した方法により決定された総通電量がバッテリ１２の最大給電量を上回る場合は、総通電量に対する給電量の不足分をオルタネータ１３の発電量を増加させることで補填するようにしてもよい。なお、オルタネータ１３の発電量が増加すると、内燃機関１の負荷が増加し、内燃機関１から排出される排気のＮＯ_２／ＮＯ比率が高くなる。よって、オルタネータ１３の発電量増加に伴うＮＯ_２／ＮＯ比率の増加分を考慮して、第一電気ヒータ３１の通電量を減少補正することにより、オルタネータ１３の発電量の増加を可能な限り少なく抑えるようにしてもよい。たとえば、ＥＣＵ９は、図５に示すように、バッテリ１２の蓄電量が少なく且つＮＯ_２／ＮＯ比率が小さい場合は、バッテリ１２の蓄電量が多く且つＮＯ_２／ＮＯ比率が大きい場合に比べ、オルタネータ１３の発電量が大きくなるように、オルタネータ１３を制御してもよい。このような方法によってオルタネータ１３の発電量が制御されると、オルタネータ１３の発電量の増加に伴う内燃機関１の燃料消費量の増加を少なく抑えつつ、ＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化率を目標ＮＯ_Ｘ浄化率まで高めることができる。

以下、本実施例における蓄電処理の実行手順について図６に沿って説明する。図６は、蓄電処理を実行する際にＥＣＵ９が実行するルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、予めＥＣＵ９のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ９（ＣＰＵ）によって周期
的に実行される。

図６のルーチンでは、ＥＣＵ９は、先ずＳ１０１の処理において、各種データを読み込む。たとえば、ＥＣＵ９は、酸化触媒３０の温度、ＳＣＲ触媒４０の温度、第一ＮＯ_Ｘセンサ６の測定値（ＮＯ_Ｘ流入量Ａｎｏｘｉｎ）、第二ＮＯ_Ｘセンサ７の測定値（ＮＯ_Ｘ流出量Ａｎｏｘｏｕｔ）等のデータを読み込む。その際、酸化触媒３０の温度は、内燃機関１の運転状態から推定演算されてもよく、第一触媒ケーシング３又は第一ＮＯ_Ｘセンサ６より下流の排気通路２に温度センサを取り付けることにより実測されてもよい。ＳＣＲ触媒４０の温度（触媒温度）は、内燃機関１の運転状態から推定演算されてもよく、排気温度センサ８の測定値を用いてもよい。

Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ９は、ＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ、及びＮＯ_２／ＮＯ比率Ｒｎｏ２を取得する。たとえば、ＥＣＵ９は、Ｓ１０１の処理で読み込まれたＮＯ_Ｘ流入量ＡｎｏｘｉｎとＮＯ_Ｘ流出量Ａｎｏｘｏｕｔを以下の式（３）に代入することにより、ＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘを演算する。
Ｅｎｏｘ＝１−（Ａｎｏｘｏｕｔ／Ａｎｏｘｉｎ）・・・（３）
また、ＥＣＵ９は、酸化触媒３０の温度と機関回転速度と機関負荷とをパラメータとして、ＮＯ_２／ＮＯ比率を演算する。なお、ＮＯ_２／ＮＯ比率は、図２に示したような相関関係とＳＣＲ触媒４０の温度とＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘとから取得されてもよい。

Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ９は、前述した図３、４の説明で述べた方法により、目標ＮＯ_Ｘ浄化率を達成することができるＳＣＲ触媒４０の温度とＮＯ_２／ＮＯ比率との組合せのうち、第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１の総通電量が最小となる組合せを特定する。次いで、ＥＣＵ９は、特定された組合せと前述した式（１）、（２）に従って、第一電気ヒータ３１の通電量Ｅ１と第二電気ヒータ４１の通電量Ｅ２を演算する。

Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ９は、Ｓ１０３の処理で算出された通電量Ｅ１、Ｅ２の総和（総通電量）がバッテリ１２の最大給電量以下であるか否かを判別する。

Ｓ１０４の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０５の処理へ進み、Ｓ１０３の処理で算出された通電量Ｅ１、Ｅ２に従って第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１を作動させる。

また、Ｓ１０４の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０６の処理へ進み、Ｓ１０３の処理で算出された通電量Ｅ１、Ｅ２を補正する。たとえば、ＥＣＵ９は、総通通電量がバッテリ１２の最大給電量以下となる範囲においてＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化率が最大となるように通電量Ｅ１、Ｅ２を補正してもよい。また、ＥＣＵ９は、総通電量に対する給電量の不足分をオルタネータ１３の発電量を増加させることによって補う場合は、オルタネータ１３の発電量の増加によるＮＯ_２／ＮＯ比率の増加分に基づいて第一電気ヒータ３１の通電量Ｅ１を減量補正してもよい。続いて、ＥＣＵ９は、Ｓ１０５の処理へ進み、Ｓ１０６の処理で補正された通電量Ｅ１、Ｅ２に従って第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１を作動させる。

以上述べたようにＥＣＵ９が図６のルーチンを実行することにより、本発明に係わる制御手段が実現される。よって、本実施例の排気浄化装置の制御システムによれば、ＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率より小さい場合に、第一電気ヒータ３１及び第二電気ヒータ４１の総通電量を少なく抑えつつ、ＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化率を目標ＮＯ_Ｘ浄化率まで高めることができる。その結果、内燃機関１の燃料消費量を少なく抑えつつ、ＳＣＲ触媒４０のＮＯ_Ｘ浄化性能を高めることが可能になる。

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 第一触媒ケーシング
４ 第二触媒ケーシング
５ 添加弁
６ 第一ＮＯ_Ｘセンサ
７ 第二ＮＯ_Ｘセンサ
８ 排気温度センサ
９ ＥＣＵ
１３ オルタネータ
３０ 酸化触媒
３１ 第一電気ヒータ
４０ ＳＣＲ触媒
４１ 第二電気ヒータ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に配置された酸化触媒と、
   酸化触媒より下流の排気通路に配置された選択還元型触媒と、
   酸化触媒を加熱する第一電気ヒータと、
   選択還元型触媒を加熱する第二電気ヒータと、
   第一電気ヒータ及び第二電気ヒータのそれぞれの通電量を制御する制御手段と、
   を備えた排気浄化装置の制御システムであって、
   制御手段は、選択還元型触媒へ流入する排気のＮＯ_２／ＮＯ比率と選択還元型触媒の温度と選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率との相関において、ＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率と等しくなるときの選択還元型触媒の温度とＮＯ_２／ＮＯ比率との組合せのうち、第一電気ヒータの通電量と第二電気ヒータの通電量の総和である総通電量が最小となる組合せを特定し、特定された組合せに従って第一電気ヒータ及び第二電気ヒータを制御することを特徴とする排気浄化装置の制御システム。
2. 請求項１において、前記第一電気ヒータ及び前記第二電気ヒータへ供給される電気エネルギを蓄えるバッテリを更に備え、
   前記制御手段は、特定された組合せの総通電量が前記バッテリから前記第一電気ヒータ及び前記第二電気ヒータへ供給することができる最大の給電量を上回る場合は、前記第一電気ヒータ及び前記第二電気ヒータの総通電量が前記バッテリの最大給電量以下となる範囲において選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が最大となる組合せを選択し、選択された組合せに従って第一電気ヒータ及び第二電気ヒータを制御することを特徴とする排気浄化装置の制御システム。
3. 請求項１において、前記第一電気ヒータ及び前記第二電気ヒータへ供給される電気エネルギを蓄えるバッテリと、
   内燃機関の出力を利用して発電する発電機と、
   を更に備え、
   前記制御手段は、特定された組合せの総通電量が前記バッテリから第一電気ヒータ及び第二電気ヒータへ供給することができる最大の給電量を上回る場合は、オルタネータの発電量を増加させ、オルタネータの発電量の増加に伴うＮＯ_２／ＮＯ比率の増加分に応じて第一電気ヒータの通電量を減少させることを特徴とする排気浄化装置の制御システム。

Images