JP2018178934A - 車両の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より高い浄化効率下で排気浄化制御を実行させることで燃料消費率を抑制可能な車両の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】還元触媒の上流側に尿素水溶液を供給し内燃機関の排気中のＮＯXを浄化する排気浄化システムを備えた車両の制御装置において、排気浄化システムの浄化効率に応じた制御係数を求める制御係数算出部と、制御係数が基準値よりも大きい場合には尿素水溶液の噴射量を増大させ、制御係数が基準値よりも小さい場合には内燃機関の排気中のＮＯX濃度を増大させるＮＯX増大運転を行わせる適合情報を生成する適合情報生成部と、を備える。【選択図】図９

Description

本発明は、尿素水溶液を用いて内燃機関の排気中のＮＯ_Xを浄化する排気浄化システムを備えた車両の制御装置及び制御方法に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気中に粒子状物質（以下、「ＰＭ：（Particulate Matter）」ともいう）及びＮＯ_X（窒素酸化物）が含まれる場合がある。排気中の粒子状物質を除去するために、排気通路にはパティキュレートフィルタが備えられる。排気中に含まれるＮＯ_Xを還元して排気を浄化する装置として、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが実用化されている。尿素ＳＣＲシステムは、液体還元剤として尿素水溶液を用いて、尿素水溶液から生成されるアンモニアを排気中のＮＯ_Xと反応させることによってＮＯ_Xを分解する。

尿素ＳＣＲシステムは、排気通路に配設された還元触媒と、還元触媒よりも上流の排気通路に尿素水溶液を供給するための還元剤供給装置とを備える。還元触媒は、尿素水溶液から生成されるアンモニアを吸着し、流入する排気中のＮＯ_Xとアンモニアとの還元反応を促進する機能を有する。還元剤供給装置は、尿素水溶液を圧送するポンプと、圧送される尿素水溶液を噴射する噴射弁と、ポンプ及び噴射弁の駆動制御を行う還元剤噴射制御装置とを備える。

還元剤供給装置による尿素水溶液の噴射量が不足すると、浄化しきれないＮＯ_Xが大気中に放出されるおそれがある。一方、尿素水溶液の噴射量が過剰である場合、還元触媒におけるアンモニアの吸着可能量及びＮＯ_Xの還元によって消費される量を超えるアンモニアが還元触媒に供給されて、余剰分のアンモニアが大気中に放出されるおそれがある（以下、「アンモニアスリップ」ともいう。）。還元剤噴射制御装置は、内燃機関から排出される排気中のＮＯ_X量及び還元触媒におけるアンモニアの吸着可能量に基づいて、過不足のないように尿素水溶液の噴射量を制御する。

これに対して、特許文献１には、ＮＯ_X濃度センサを用いて検出される還元触媒の下流側のＮＯ_X濃度が目標値となるように尿素水溶液の噴射量をフィードバック制御する方法が開示されている。特許文献１では、還元触媒の下流に設けられたＮＯ_X濃度センサのセンサ値が、還元触媒の上流側のＮＯ_X濃度、尿素水溶液の指示噴射量及びシステムの推定浄化効率に基づいて算出される還元触媒の下流側のＮＯ_X濃度の目標値を超えている場合、還元剤噴射制御装置は指示噴射量を増量補正する。ＮＯ_X濃度センサのセンサ値がＮＯ_Xの目標値を下回っている場合、還元剤噴射制御装置は指示噴射量を減量補正する。

特開２０１５−１５５６６９号公報

還元触媒によるＮＯ_Xの浄化効率は、還元触媒の劣化に伴って低下する。つまり、同一条件下で同量のＮＯ_Xに対して同量の尿素水溶液を供給する場合、還元触媒の劣化の進行に伴って還元触媒の下流側に流出するＮＯ_X濃度は増加する。同一条件下で還元触媒の下流側でのＮＯ_X濃度センサのセンサ値をＮＯ_X目標値に維持するためには、還元触媒の劣化の進行に伴って尿素水溶液の指示噴射量を増大させる必要がある。

上述のように尿素水溶液の指示噴射量をフィードバック制御する場合、尿素水溶液の指示噴射量を増減させてもＮＯ_X濃度センサのセンサ値がＮＯ_X目標値を下回ることがなくなると、もはや尿素水溶液の指示噴射量を制御できない状態になる。還元触媒の劣化後においてもＮＯ_X濃度センサのセンサ値に基づく尿素水溶液の指示噴射量の制御を行うことができるように、ＮＯ_X濃度の目標値は、少なくとも還元触媒の劣化後にＮＯ_X濃度センサが取り得るセンサ値の最小値よりも大きい値に設定される。このように設定されるＮＯ_X濃度の目標値は、還元触媒の劣化前にＮＯ_X濃度センサが取り得るセンサ値の最小値と比べると比較的大きな値となっている。

このため、還元触媒の劣化前には、より効率的にＮＯ_Xを還元できるにもかかわらず、適度な浄化効率下での制御が実行されていた。その結果、内燃機関から排出される排気中のＮＯ_X濃度をあらかじめ抑制することが必要となって、燃料消費率の低下に制限がかけられることとなっていた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より高い浄化効率下で排気浄化制御を実行させることで燃料消費率を抑制可能な、新規かつ改良された車両の制御装置及び制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、還元触媒の上流側に尿素水溶液を供給し内燃機関の排気中のＮＯ_Xを浄化する排気浄化システムを備えた車両の制御装置において、排気浄化システムの浄化効率に応じた制御係数を求める制御係数算出部と、制御係数が基準値よりも大きい場合には尿素水溶液の噴射量を増大させ、制御係数が基準値よりも小さい場合には内燃機関の排気中のＮＯ_X濃度を増大させるＮＯ_X増大運転を行わせる適合情報を生成する適合情報生成部と、を備える、車両の制御装置が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、還元触媒の上流側に尿素水溶液を供給し内燃機関の排気中のＮＯ_Xを浄化する排気浄化システムを備えた車両の制御方法において、排気浄化システムの浄化効率に応じた制御係数を求めるステップと、制御係数が基準値よりも大きい場合には尿素水溶液の噴射量を増大させ、制御係数が基準値よりも小さい場合には内燃機関の排気中のＮＯ_X濃度を増大させるＮＯ_X増大運転を行わせる適合情報を生成するステップと、を備える、車両の制御方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、より高い浄化効率下で排気浄化制御を実行させることで燃料消費率を抑制することができる。

本実施形態に係る排気浄化システムの構成例を示す模式図である。 還元触媒の特性を示す説明図である。 還元触媒の劣化前後の目標ＮＨ₃吸着量の変化を示す説明図である。 参考例における、排気浄化システムの使用開始から寿命までの下流側ＮＯ_X濃度、尿素水溶液の指示噴射量及び内燃機関の燃料消費率の推移を示す説明図である。 本実施形態に係る車両の制御装置の構成例を示すブロック図である 同実施形態に係る車両の制御装置の演算ロジックの一例を示す説明図である。 上流側ＮＯ_X濃度の増減による燃料消費率の変化を示す説明図である。 上流側ＮＯ_X濃度の増減による燃焼音の変化を示す説明図である。 内燃機関のＮＯ_X増大運転による浄化効率の変化を示す説明図である。 尿素水溶液の噴射制御処理の一例を示すフローチャートである。 尿素水溶液の指示噴射量算出処理の一例を示すフローチャートである。 適合情報生成処理の一例を示すフローチャートである。 内燃機関の駆動制御処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態における、排気浄化システムの使用開始から寿命までの下流側ＮＯ_X濃度、尿素水溶液の指示噴射量及び内燃機関の燃料消費率の推移を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．車両の排気浄化システムの全体構成＞
本実施形態に係る車両の制御装置が適用され得る車両に搭載される排気浄化システムの構成例について説明する。図１は、排気浄化システム１０の構成例を示す模式図である。

排気浄化システム１０は、ディーゼルエンジン又はガソリンエンジンに代表される内燃機関５の排気系に備えられる。本実施形態において、内燃機関５がディーゼルエンジンである例を説明する。内燃機関５は、各気筒に供給される燃料を噴射する燃料噴射システムを備える。燃料噴射システムは、例えば高圧の燃料を保持するコモンレールと、コモンレールに接続された複数の燃料噴射弁とを含むコモンレールシステムであってもよい。燃料噴射システムには、燃料の噴射圧力を制御する圧力制御要素が備えられる。圧力制御要素は、例えば流量制御弁又は圧力制御弁である。内燃機関５は、例えば図示しない過給機及び吸気絞り弁を備えている。内燃機関５は、エンジン制御装置１５０により制御される。ただし、内燃機関５は上記の構成例に限定されない。

排気浄化システム１０は、内燃機関５の排気管１１に配設された酸化触媒１９と、パティキュレートフィルタ１７と、還元触媒１３とを備える。酸化触媒１９、パティキュレートフィルタ１７及び還元触媒１３は、排気の流れの上流側からこの順に排気管１１に配設されている。排気浄化システム１０は、還元触媒１３の上流で排気管１１内に尿素水溶液を供給する還元剤供給装置３０を備える。

酸化触媒１９は、排気中に含まれる未燃の炭化水素（ＨＣ：Hydrocarbon）、一酸化炭素又は一酸化窒素等を酸化する触媒である。パティキュレートフィルタ１７は、排気中のＰＭを捕集するフィルタである。パティキュレートフィルタ１７に捕集されたＰＭは、適宜の時期に燃焼させられる。例えば内燃機関５の排気中に含まれる未燃のＨＣを増加させて酸化触媒１９で当該ＨＣが酸化する際に生じる酸化熱により排気温度を上昇させて、パティキュレートフィルタ１７に捕集されたＰＭを燃焼させる。なお、パティキュレートフィルタ１７に捕集されたＰＭを燃焼させる方法は、上記の例に限られない。

還元触媒１３は、内燃機関５の排気中に含まれるＮＯ_Xを還元する触媒である。還元触媒１３は、還元剤供給装置３０により供給される尿素水溶液から生成されるアンモニア（ＮＨ₃）を吸着し、還元触媒１３に流入する排気中のＮＯ_XとＮＨ₃とを還元反応させることによってＮＯ_Xを水（Ｈ₂Ｏ）や窒素（Ｎ₂）、二酸化炭素（ＣＯ₂）に分解する。還元触媒１３は、触媒温度が高いほどＮＨ₃の吸着可能量が減少する特性を有する。還元触媒１３は、ＮＨ₃吸着量が多いほどＮＯ_Xの還元効率が高くなる特性を有する。

還元剤供給装置３０は、還元触媒１３よりも上流の排気管１１に固定された噴射弁３１と、尿素水溶液を圧送するポンプ４１とを備える。ポンプ４１及び噴射弁３１の駆動は、還元剤噴射制御装置１１０によって制御される。還元剤噴射制御装置１１０の機能の一部又は全部がエンジン制御装置１５０の内部に統合されていてもよい。尿素水溶液としては、例えば凍結温度が最も低い、約３２．５％濃度の尿素水溶液が用いられる。尿素水溶液の供給量は、排気中に含まれるＮＯ_Xの濃度や、還元触媒１３の温度、還元触媒１３におけるＮＨ₃の吸着量等に基づいて設定され、還元触媒１３の下流側にＮＯ_XあるいはＮＨ₃が流出しないように制御される。

ポンプ４１としては、例えば電動式のダイヤフラムポンプや電動式のギヤポンプが用いられる。本実施形態においては、還元剤供給装置３０は、ポンプ４１から噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力を検出するための圧力センサ４３を備える。還元剤噴射制御装置１１０は、圧力センサ４３のセンサ信号に基づいて、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力が所定の目標値で維持されるようにポンプ４１の出力をフィードバック制御する。

噴射弁３１としては、例えば通電のオンオフにより開弁及び閉弁が切り替えられる電磁式噴射弁が用いられる。本実施形態において、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力が所定の目標値となるように制御されており、還元剤噴射制御装置１１０は、尿素水溶液の指示噴射量に応じて噴射時間を制御する。

還元触媒１３よりも上流の排気管１１には、排気温度センサ２１及び上流側ＮＯ_X濃度センサ２５が設けられている。排気温度センサ２１は、排気温度を検出する。排気温度の情報は、還元触媒１３の温度推定やＮＯ_Xの浄化効率の推定に用いられる。上流側ＮＯ_X濃度センサ２５は、還元触媒１３の上流側のＮＯ_X濃度（上流側ＮＯ_X濃度）を検出する。上流側ＮＯ_X濃度の情報は、浄化効率の推定や尿素水溶液の指示噴射量の算出に用いられる。上流側ＮＯ_X濃度を内燃機関５の運転状態等に基づいて推定する場合、上流側ＮＯ_X濃度センサ２５が省略されてもよい。還元触媒１３よりも下流の排気管１１には、下流側ＮＯ_X濃度センサ２３が設けられている。下流側ＮＯ_X濃度センサ２３は、主として還元触媒１３の下流側のＮＯ_X濃度（下流側ＮＯ_X濃度）を検出する。下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値は、尿素水溶液の指示噴射量の算出に用いられる。

＜２．背景技術の詳述＞
ここで、図２〜図４を参照して、本発明の背景となる技術について詳述する。
図１に例示した排気浄化システム１０において、尿素水溶液の指示噴射量は、内燃機関５から排出される排気中のＮＯ_Xを浄化するために必要な浄化用ＮＨ₃量と、還元触媒１３の目標ＮＨ₃吸着量に対する過不足の吸着用ＮＨ₃量との和に応じて設定される。また、尿素水溶液の指示噴射量は、下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値がＮＯ_X濃度目標値となるようにフィードバック制御される。還元触媒１３によるＮＯ_Xの浄化効率は、還元触媒１３におけるＮＨ₃吸着量に大きく依存する。

図２は、還元触媒１３の特性を示す説明図である。図２は、還元触媒１３におけるＮＨ₃吸着量NH₃_strと、還元触媒１３の下流側のＮＯ_X濃度、ＮＨ₃濃度、下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値及び浄化効率ηとの関係を示している。図２の下のグラフに示すように、ＮＨ₃吸着量NH₃_strがゼロの状態から増加するにつれて高い上昇率で浄化効率ηが上昇する。ただし、ＮＨ₃吸着量NH₃_strが所定量を超えると、浄化効率ηの上昇率は低くなって浄化効率ηは安定する。

このような還元触媒１３の特性に対応して、図２の上のグラフに点線で示すように、上流側ＮＯ_X濃度NO_X_usが一定の場合、ＮＨ₃吸着量NH₃_strが多いほど下流側ＮＯ_X濃度は低下する。ただし、図２の上のグラフに破線で示すように、ＮＨ₃吸着量NH₃_strが多くなりすぎると、一部のＮＨ₃が還元触媒１３の下流側に流出し始め（アンモニアスリップ）、還元触媒１３の下流側のＮＨ₃濃度が上昇する。下流側ＮＯ_X濃度センサ２３は、ＮＯ_XだけでなくＮＨ₃にも反応するため、図２の上のグラフに実線で示すように、アンモニアスリップが生じるまではＮＨ₃吸着量NH₃_strの増加に伴って下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値は低下するものの、還元触媒１３の下流側のＮＨ₃濃度の上昇とともに下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値は上昇する。

上述のとおり、還元触媒１３におけるＮＨ₃の吸着可能量は触媒温度が高温になるほど減少する。触媒温度の変化に伴う大気中へのＮＨ₃の放出を抑制するため、尿素水溶液の指示噴射量の算出に用いる目標ＮＨ₃吸着量NH₃_tgtは、アンモニアスリップが生じ始めるＮＨ₃吸着量NH₃_0よりも小さい値に設定される。したがって、還元剤噴射制御装置１１０は、アンモニアスリップを生じさせない範囲における最大の浄化効率η０よりも低い浄化効率η１の下で制御を行うことになる。

図３は、還元触媒１３の劣化前の目標ＮＨ₃吸着量NH₃_tgt_new及び劣化後の目標ＮＨ₃吸着量NH₃_tgt_agedの変化を示す説明図である。還元触媒１３の劣化に伴い浄化効率ηは低下するため、下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値は実線で示す状態から破線で示す状態に変化する。つまり、還元触媒１３の劣化後における下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値が取り得る最小値は、劣化前における下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値が取り得る最小値よりも大きくなる。尿素水溶液の指示噴射量のフィードバック制御に用いる還元触媒１３の下流側のＮＯ_X濃度目標値が、下流側ＮＯ_X濃度センサ２３が取り得るセンサ値の最小値を下回ると、もはや尿素水溶液の指示噴射量を制御できない状態になる。

内燃機関５の運転条件等の他の条件を変えずに還元触媒１３の劣化後においても尿素水溶液の指示噴射量のフィードバック制御を機能させるためには、ＮＯ_X濃度目標値が、少なくとも還元触媒１３の劣化後に下流側ＮＯ_X濃度センサ２３が取り得るセンサ値の最小値よりも大きい値に設定されなければならない。そうすると、還元剤噴射制御装置１１０は、アンモニアスリップを生じさせない範囲における最大の浄化効率η０よりも大幅に低い浄化効率η２の下で制御を行うことになる。

図４は、ＮＯ_X濃度目標値NO_X_ds_tgtを少なくとも還元触媒１３の劣化後に下流側ＮＯ_X濃度センサ２３が取り得るセンサ値の最小値よりも大きい値に設定して尿素水溶液の指示噴射量Quを補正する参考例における、排気浄化システムの使用開始から寿命までの下流側ＮＯ_X濃度NO_X_ds、尿素水溶液の指示噴射量Qu及び内燃機関５の燃料消費率の推移を模式的に示している。横軸は排気浄化システムの使用時間を意味する。排気浄化システムの使用時間は、車両の走行距離と理解してもよい。

参考例では、尿素水溶液の指示噴射量Quが時間の経過に伴って増加することで、還元触媒１３の劣化の進行にかかわらず下流側ＮＯ_X濃度NO_X_dsがＮＯ_X濃度目標値NO_X_ds_tgt以下で維持されている。内燃機関５の燃焼時に発生するＰＭ量とＮＯ_X濃度とはドレードオフの関係にあることが知られている。熱効率が高いほどＰＭ量が減少する一方でＮＯ_X濃度が増加する。一方、熱効率が低いほどＰＭ量が増加する一方でＮＯ_X濃度が減少する。参考例では、排気浄化システムの使用開始時から比較的低い一定の浄化効率ηの下で制御が行われている。このため、内燃機関５から排出される排気中のＮＯ_X濃度の抑制が優先される結果、内燃機関５の燃料消費率は排気浄化システムの使用開始時から排気浄化システムの寿命まで一定となっている。燃料消費率が一定であることは、二酸化炭素（ＣＯ₂）排出量が一定であることとも言える。

このように、アンモニアスリップが生じ始めるＮＨ₃吸着量NH₃_0よりも大幅に小さい値を目標ＮＨ₃吸着量NH₃_tgtとして用いて尿素水溶液の指示噴射量Quを制御した場合、より高い浄化効率ηの下での制御が可能なシステムを有効活用できておらず、内燃機関５の燃料消費率の低下に制限がかけられていた。

＜３．車両の制御装置の構成例＞
次に、図５を参照して、本実施形態に係る車両の制御装置１００の構成例について説明する。図５は、本実施形態に係る車両の制御装置１００の構成例を示すブロック図である。図示した車両の制御装置１００は、還元剤噴射制御装置１１０及びエンジン制御装置１５０が互いに通信可能に接続されて構成されている。なお、車両の制御装置１００は、１つの制御装置により構成されていてもよく、あるいは、３つ以上の制御装置が互いに通信可能に接続されて構成されていてもよい。

還元剤噴射制御装置１１０及びエンジン制御装置１５０はそれぞれＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサと電気回路等を備えて構成され、プロセッサがコンピュータプログラムを実行することにより種々の機能が実現される装置であってもよい。なお、還元剤噴射制御装置１１０又はエンジン制御装置１５０の一部又は全部は、例えば、マイコン、マイクロプロセッサユニット等で構成されていてもよく、また、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよく、また、ＣＰＵ等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。

（３−１．還元剤噴射制御装置）
還元剤噴射制御装置１１０は、尿素水溶液噴射量算出部１２０と、噴射弁駆動制御部１１２と、ポンプ駆動制御部１１４と、記憶部１１６とを備える。還元剤噴射制御装置１１０は、排気温度センサ２１のセンサ信号S_tg、上流側ＮＯ_X濃度センサ２５のセンサ信号S_nu、下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ信号S_nd、及び圧力センサ４３のセンサ信号S_puを取得する。また、還元剤噴射制御装置１１０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信手段を介してエンジン制御装置１５０と接続され、内燃機関５の回転数Neや燃料噴射量Q等の内燃機関５の運転状態の情報を取得可能になっている。

（記憶部）
記憶部１１６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）等の１つ又は複数の記憶素子を含む。記憶部１１６は、プロセッサにより実行されるコンピュータプログラム、演算に用いられる制御パラメータ、プロセッサによる演算結果、及び取得したセンサ値等を記憶する。記憶部１１６は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やストレージ装置等であってもよい。

（ポンプ駆動制御部）
ポンプ駆動制御部１１４は、プロセッサ及び電気回路により構成され、ポンプ４１の駆動を制御する。本実施形態において、ポンプ駆動制御部１１４は、圧力センサ４３により検出される尿素水溶液の圧力Puと、あらかじめ設定した目標圧力との差分に基づいてポンプ４１の出力をフィードバック制御する。これにより、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Puが目標圧力の近傍の値で維持される。

（噴射弁駆動制御部）
噴射弁駆動制御部１１２は、プロセッサ及び電気回路により構成され、噴射弁３１の駆動を制御する。噴射弁駆動制御部１１２は、尿素水溶液噴射量算出部１２０で算出された指示噴射量Quに基づいて噴射弁３１の通電制御を行う。本実施形態において、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Puが目標圧力の近傍の値で維持されており、噴射弁駆動制御部１１２は、指示噴射量Quに応じて噴射弁３１の駆動デューティ比を設定して、噴射弁３１の通電制御を行う。具体的に、噴射弁駆動制御部１１２は、あらかじめ所定の時間間隔で噴射開始時期が設定された一噴射サイクルごとに、全体の時間に対する通電時間の比である駆動デューティ比を設定して、通電制御を行う。

（尿素水溶液噴射量算出部）
尿素水溶液噴射量算出部１２０は、プロセッサ及び電気回路により構成され、尿素水溶液の指示噴射量Quを算出する。尿素水溶液噴射量算出部１２０は、効率モデル算出部１２４と、制御係数算出部１２８と、適合情報生成部１２６とを含む。

効率モデル算出部１２４は、内燃機関５の運転状態及び排気浄化システム１０の状態の情報を用いて、排気浄化システム１０による浄化効率のモデル値ηmdlを推定する。内燃機関５の運転状態の情報は、排気流量、排気中のＮＯ_X濃度に対するＮＯ₂濃度の比率、及び排気中の未燃のＨＣの流量の情報を含む。これらの情報は、エンジン制御装置１５０から入力される情報に基づいて算出することができる。排気浄化システム１０の状態の情報は、ＮＨ₃吸着量、触媒温度、触媒劣化係数、及び上流側ＮＯ_X濃度の情報を含む。ＮＨ₃吸着量NH₃_str及び触媒温度T_catは演算により求められる。上流側ＮＯ_X濃度NO_X_usは、上流側ＮＯ_X濃度センサ２５のセンサ信号S_nuに基づいて求められる。触媒劣化係数は、車両の走行距離や運転時間、触媒温度等に応じて変化する可変値としてあらかじめ設定されている。効率モデル算出部１２４は、ＮＯ_X増大運転の実行時において、高い浄化効率ηの下での制御を可能とするために浄化効率のモデル値ηmdlを補正する。

制御係数算出部１２８は、排気浄化システム１０の実際の浄化効率ηactに応じた制御係数fac_adp_fbを算出する。例えば制御係数算出部１２８は、排気浄化システム１０の制御上のずれを縮小するための適合係数fac_adpと、還元触媒１３の下流側におけるＮＯ_X濃度の推定値と下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値との差分に応じたフィードバック係数fac_fbと、に基づいて制御係数fac_adp_fbを求める。制御上のずれとは、例えば排気浄化システム１０の構成部品の公差や、使用期間の経過に伴う演算値のずれ等であり、排気浄化制御処理における種々の基準値からのずれである。適合係数fac_adpは、例えば下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値NO_X_dsがＮＯ_X濃度目標値NO_X_ds_tgを大幅に上回った場合に実行される適合処理により、尿素水溶液の指示噴射量Quを増減させるための係数として設定される。フィードバック係数fac_fbは、例えば下流側のＮＯ_X濃度の推定値と下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値との差分に基づくＰＩＤ演算により設定される。この場合、排気浄化システム１０の浄化効率ηは、下流側のＮＯ_X濃度の推定値と下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値との差分に反映されている。

適合情報生成部１２６は、制御係数算出部１２８により算出された制御係数fac_adp_fbに基づいて適合情報を生成する。適合情報生成部１２６は、制御係数fac_adp_fbが基準値よりも大きい場合には尿素水溶液の指示噴射量Quを増大させるための適合情報を生成し、浄化効率の向上を図る。一方、適合情報生成部１２６は、制御係数fac_adp_fbが基準値よりも小さい場合には内燃機関５の排気中のＮＯ_X濃度を増大させるＮＯ_X増大運転を行わせるための適合情報を生成し、高い浄化効率ηを有効活用してＮＯ_Xの浄化を行わせて内燃機関５の燃料消費率の低下を図る。適合情報とは、尿素水溶液の指示噴射量Quの算出、あるいは内燃機関５の運転条件の設定に用いられる情報である。適合情報は、例えば補正係数であってもよい。

（３−２．エンジン制御装置）
エンジン制御装置１５０は、内燃機関制御値設定部１５２と、内燃機関駆動制御部１５４と、記憶部１５６とを備える。エンジン制御装置１５０は、車両のアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサのセンサ信号S_acc、燃料圧力を検出する圧力センサのセンサ信号S_pf、内燃機関５の温度を検出する温度センサのセンサ信号S_te、及びクランクシャフトの回転数を検出する回転数センサのセンサ信号S_neを取得する。また、エンジン制御装置１５０は、ＣＡＮ等の通信手段を介して還元剤噴射制御装置１１０と接続され、還元剤噴射制御装置１１０から出力される信号を取得可能になっている。

（記憶部）
記憶部１５６は、ＲＡＭ又はＲＯＭ等の１つ又は複数の記憶素子を含む。記憶部１５６は、プロセッサにより実行されるコンピュータプログラム、演算に用いられる制御パラメータ、プロセッサによる演算結果、及び取得したセンサ値等を記憶する。記憶部１５６は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やストレージ装置等であってもよい。

（内燃機関制御値設定部）
内燃機関制御値設定部１５２は、取得される種々の情報に基づいて内燃機関５の制御値（運転条件）を設定する。例えば内燃機関制御値設定部１５２は、あらかじめ記憶部１５６に記憶されたマップ情報を参照して、過給圧、吸気量、燃料圧力、燃料噴射量、及び燃料噴射時期等の制御値を設定する。設定される内燃機関５の制御値に応じて、内燃機関５の熱効率が変化する。また、設定される内燃機関５の制御値に応じて、内燃機関５から排出される排気の流量、排気温度、排気中のＨＣ量、ＮＯ_X濃度及びＮＯ₂濃度等が変化する。

本実施形態において、内燃機関制御値設定部１５２は、還元剤噴射制御装置１１０からＮＯ_X増大運転の指示信号を受けた場合に、内燃機関５の通常の運転条件よりも排気中のＮＯ_X濃度が増大するように内燃機関５の制御値の一部又は全部を補正する。例えば内燃機関制御値設定部１５２は、還元剤噴射制御装置１１０の適合情報生成部１２６で生成された適合情報に応じて設定されたＮＯ_X増大係数fac_NO_Xに基づいて、内燃機関５の制御値を補正する。内燃機関制御値設定部１５２は、内燃機関５の熱効率を高めることにより排気中のＮＯ_X濃度を増大させることができるが、内燃機関５の運転条件によって、熱効率の向上に最適な制御対象は異なる。このため、内燃機関制御値設定部１５２は、過給圧、吸気量、燃料圧力及び燃料噴射時期等のうち、燃料噴射量の抑制に最適な制御対象を選択して、内燃機関５の運転条件を補正する。また、本実施形態において、内燃機関制御値設定部１５２は、燃料噴射量の抑制に最適な制御対象を選択する際に、併せて燃焼音の変化を考慮して、補正する制御対象を選択する。

（内燃機関駆動制御部）
内燃機関駆動制御部１５４は、内燃機関制御値設定部１５２で設定された制御値に基づいて内燃機関５の駆動を制御する。具体的に、内燃機関駆動制御部１５４は、設定された内燃機関５の制御値に基づいて、過給機、吸気絞り弁、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）絞り弁、燃料圧力制御要素、及び燃料噴射弁等を駆動し、内燃機関５の駆動を制御する。これにより、ＮＯ_X増大運転の指示信号が出力されている間、内燃機関５の熱効率が向上し、同一のエンジントルクを発生させつつ燃料消費率を抑制することができる。ＮＯ_X増大運転時には排気中のＮＯ_X濃度が増大するものの、高い浄化効率ηの下でＮＯ_Xが浄化されるため、大気中に放出されるＮＯ_X濃度の増大が避けられる。他方で、燃料消費率が抑制されることで、大気中に放出されるＣＯ₂を抑制することができる。

＜４．車両の制御装置の動作例＞
次に、本実施形態に係る車両の制御装置１００の動作例について説明する。以下、車両の制御装置１００の動作の全体の流れを説明した後に、尿素水溶液噴射制御処理と、適合情報生成処理と、内燃機関制御処理とに分けて動作例を説明する。

（４−１．全体の流れ）
図６は、車両の制御装置１００の演算ロジックの一例を示す説明図である。図６に示した演算ロジックの例では、尿素水溶液噴射量算出部１２０は、効率モデル算出部（図中「ηmdl算出」と表記）１２４、制御係数算出部１２８及び適合情報生成部１２６と併せて、フィードフォワード制御部（図中「FF制御」と表記）１３１、ＮＨ₃吸着量算出部（図中「NH₃_str算出」と表記）１３３、及び上限処理部（図中「limitation」と表記）１３７を備える。制御係数算出部１２８は、適合処理部（図中「adaptation」と表記）１３５及びフィードバック制御部（図中「FB制御」と表記）１２２を含む。

上述したとおり、尿素水溶液の指示噴射量Quは、内燃機関５から排出される排気中のＮＯ_Xを浄化するために必要な浄化用ＮＨ₃量NH₃_conと、還元触媒１３の目標ＮＨ₃吸着量に対する過不足の吸着用ＮＨ₃量NH₃_catとの和に応じて設定される。浄化用ＮＨ₃量NH₃_conは、フィードフォワード制御部１３１により算出される。吸着用ＮＨ₃量NH₃_catは、ＮＨ₃吸着量算出部１３３により算出される。

フィードフォワード制御部１３１は、還元触媒１３の上流側のＮＯ_X流量（ｍｇ／秒）と、排気浄化システム１０の浄化効率のモデル値ηmdlとに基づいて浄化用ＮＨ₃量NH₃_conを算出する。還元触媒１３の上流側のＮＯ_X流量は、上流側ＮＯ_X濃度センサ２５により検出される上流側ＮＯ_X濃度NO_X_us（ｐｐｍ又はｍｇ／ｍ³）と、内燃機関５の運転状態に基づいて算出される排気流量Fg（ｍ³／秒）との積として求められる。浄化効率のモデル値ηmdlは、効率モデル算出部１２４により算出される。フィードフォワード制御部１３１は、求められた上流側のＮＯ_X流量（ｍｇ／秒）に基づいて、単位時間当たりのＮＯ_X流量（ｍｇ）を還元させ得る浄化用ＮＨ₃量NH₃_con（ｍｇ）を算出する。単位時間は、例えば還元剤供給装置３０による尿素水溶液の噴射サイクルの時間に設定される。

効率モデル算出部１２４は、還元触媒１３におけるＮＨ₃吸着量NH₃_str、触媒温度T_cat、触媒劣化係数fac_cat_aging、排気流量Fg、排気中のＮＯ_X濃度に対するＮＯ₂濃度の比NO₂/NO_X_ratio、上流側ＮＯ_X濃度NO_X_us、及び未燃のＨＣ量HCloadに基づいて浄化効率のモデル値ηmdlを算出する。本実施形態において、効率モデル算出部１２４は、内燃機関５のＮＯ_X増大運転を実行させるためのＮＯ_X増大係数fac_NO_Xを考慮してモデル値ηmdlを算出する。ＮＯ_X増大係数fac_NO_Xを考慮したモデル値ηmdlの算出方法は後述する。

ＮＨ₃吸着量算出部１３３は、還元触媒１３の目標ＮＨ₃吸着量NH₃_tgt（ｍｇ）から現在のＮＨ₃吸着量NH₃_str（ｍｇ）を引いた差分を吸着用ＮＨ₃量NH₃_cat（ｍｇ）として算出する。目標ＮＨ₃吸着量NH₃_tgtは、触媒温度T_cat、触媒劣化係数fac_cat_aging及び排気流量Fgに基づいて算出される。現在のＮＨ₃吸着量NH₃_strは、例えばＮＨ₃吸着量NH₃_strがゼロの未使用時から継続的に、尿素水溶液の指示噴射量Quに対応する必要ＮＨ₃量NH₃_fin（正の値）と、ＮＯ_Xの浄化に用いられたＮＨ₃量NH₃_con（負の値）とを積算し続けることにより算出される。なお、還元触媒１３におけるＮＨ₃の吸着可能量は触媒温度T_catに応じて変化するため、吸着用ＮＨ₃量NH₃_catは正負いずれの値にもなり得る。

尿素水溶液噴射量算出部１２０は、浄化用ＮＨ₃量NH₃_con及び吸着用ＮＨ₃量NH₃_catの和に対して適合情報生成部１２６により生成される適合情報としての補正係数αを掛けた必要ＮＨ₃量NH₃_finを生成可能な尿素水溶液の量を、一噴射サイクルの指示噴射量Quとして設定する。

適合情報生成部１２６により生成される補正係数αは、制御係数算出部１２８により算出される制御係数fac_adp_fbに基づいて設定される。制御係数算出部１２８は、適合処理部１３５により設定される適合係数fac_adpに、フィードバック制御部１２２により設定されるフィードバック係数fac_fb（０＜fac_fb≦１）を掛けて制御係数fac_adp_fbを算出する。

適合処理部１３５は、例えば下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値NO_X_dsがＮＯ_X濃度目標値NO_X_ds_tgtを大きく上回った場合に適合処理を実行する。例えば適合処理部１３５は、排気浄化システム１０の実際の浄化効率ηactが、効率モデル算出部１２４で算出される浄化効率のモデル値ηmdlを大きく上回った場合、尿素水溶液の指示噴射量Quが減少するように１未満の適合係数fac_adpを設定する。反対に、適合処理部１３５は、排気浄化システム１０の実際の浄化効率ηactが、効率モデル算出部１２４で算出される浄化効率のモデル値ηmdlを大きく下回った場合、尿素水溶液の指示噴射量Quが増加するように１を超える適合係数fac_adpを設定する。実際の浄化効率ηactは、上流側ＮＯ_X濃度NO_X_us、下流側ＮＯ_X濃度（センサ値）NO_X_ds及びＮＯ_X濃度目標値NO_X_ds_tgtに基づいて、例えば下記式（１）により求めることができる。
ηact＝（NO_X_us−NO_X_ds）／（NO_X_us−NO_X_ds_tgt） ・・・（１）

このとき、浄化効率ηactとモデル値ηmdlとの差の判断を容易にするために、適合処理部１３５は、尿素水溶液の指示噴射量Quを減少させて、還元触媒１３のＮＨ₃吸着量NH₃_strを減少させてもよい。具体的に、図２の下のグラフに示すように、ＮＨ₃吸着量NH₃_strが少ない領域ではＮＨ₃吸着量NH₃_strの変化に対する浄化効率ηactの変化度合いが大きくなっている。このため、浄化効率のモデル値ηmdl（〇）に対して、実際の浄化効率ηactが上回る場合（□）又は下回る場合（△）の区別が容易になる。

フィードバック制御部１２２は、下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値NO_X_dsから効率モデル算出部１２４で推定される浄化効率のモデル値ηmdlの条件下で生じ得る下流側ＮＯ_X濃度推定値NO_X_ds_estを引いた差分ΔNOX_ds_estに基づいてフィードバック係数fac_fbを設定する。本実施形態において、下流側ＮＯ_X濃度推定値NO_X_ds_estがＮＯ_X濃度目標値NO_X_ds_tgtとして用いられる。フィードバック制御部１２２は、例えばＰＩＤ演算等のフィードバック演算を行ってもよい。

図６に示した例では、適合情報生成部１２６は、「制御係数fac_adp_fbの値」及び「１」のうちのいずれか大きい方の値を補正係数αとして設定する。なお、「１」は基準値の一例であり、基準値は適宜の値に設定されてもよい。また、適合情報生成部１２６は、制御係数fac_adp_fbに基づいて、内燃機関５のＮＯ_X増大運転を実行させるための適合情報としての補正係数βを生成する。図６に示した例では、適合情報生成部１２６は、「制御係数fac_adp_fbの値」及び「１」のうちのいずれか小さい方の値を補正係数βとして設定する。設定された補正係数βの逆数が、エンジン制御装置１５０に対してＮＯ_X増大係数fac_NO_Xとして出力される。ＮＯ_X濃度が過度に増大しないように、上限処理部１３７は、ＮＯ_X増大係数fac_NO_Xがあらかじめ設定された上限値を超える場合には、当該上限値をＮＯ_X増大係数fac_NO_Xとしてもよい。なお、「１」は基準値の一例であり、基準値は適宜の値に設定されてもよい。

内燃機関制御値設定部１５２は、適合情報生成部１２６により設定された補正係数βに応じて出力されるＮＯ_X増大係数fac_NO_Xを用いて内燃機関５の制御値を設定する。本実施形態において、ＮＯ_X増大係数fac_NO_Xが１を超える値となる場合に、ＮＯ_X増大係数fac_NO_XはＮＯ_X増大運転の指示信号に相当する。内燃機関制御値設定部１５２は、ＮＯ_X増大係数fac_NO_Xが１を超える値となっている場合に、内燃機関５の通常の運転条件よりもＮＯ_X濃度が増大するように内燃機関５の制御値の少なくとも１つを補正する。

図７は、上流側ＮＯ_X濃度NO_X_usの増減による燃料消費率（％）の変化を示すグラフである。図７においては、ある内燃機関５の運転状態において、過給圧、吸気量、燃料圧力及び主噴射時期をそれぞれ変化させて上流側ＮＯ_X濃度NO_X_usを増減させた場合の燃料消費率の変化が示されている。上流側ＮＯ_X濃度NO_X_usを増大させることにより、内燃機関５の熱効率を上昇させることが可能である。内燃機関５の熱効率の上昇は、過給圧の増大、吸気量の増大、燃料圧力の増大又は主噴射時期の進角のいずれかによって実現される。

図７に示した例の場合、燃料圧力を変化させることによって上流側ＮＯ_X濃度NO_X_usを上昇させた場合に、燃料消費率の低下幅が最も大きくなる。ただし、内燃機関５の熱効率を変化させると、燃焼音も変化する。このため、内燃機関制御値設定部１５２は、燃焼音の変化も考慮して、最適な補正対象の内燃機関５の運転条件を選択してもよい。

図８は、上流側ＮＯ_X濃度NO_X_usの増減による燃焼音の変化（ｄＢＡ）を示すグラフである。図８においては、図７に対応する内燃機関５の運転状態において、過給圧、吸気量、燃料圧力及び主噴射時期をそれぞれ変化させて上流側ＮＯ_X濃度NO_X_usを増減させた場合の燃焼音の変化が示されている。図８に示した例の場合、燃料圧力を変化させて上流側ＮＯ_X濃度NO_X_usを増大させることによって燃焼音が大幅に増大する。このため、ＮＯ_X増大運転を実行する際に燃料圧力を変化させることは望ましくない。

これに対して、図７及び図８に示す例においては、主噴射時期を変化させて上流側ＮＯ_X濃度NO_X_usを増大することによって、燃焼音を増大させることなく燃料消費率を有効に低下させることができる。このように、内燃機関制御値設定部１５２は、内燃機関５の運転状態に応じて、燃焼音の変化を考慮しつつ、燃料消費率の低下に有効な制御対象を選択して制御値を補正する。例えば内燃機関５の運転状態ごとに設定した補正対象の情報をあらかじめ記憶部１５６に記憶しておき、内燃機関制御値設定部１５２は、当該情報を参照して補正する制御対象を決定してもよい。

内燃機関５のＮＯ_X増大運転を実行した場合、上流側ＮＯ_X濃度NO_X_usが上昇することから、効率モデル算出部１２４により算出される浄化効率のモデル値ηmdlがより高くなるように補正する必要がある。このため、効率モデル算出部１２４は、ＮＯ_X増大係数fac_NO_Xに基づいて浄化効率のモデル値ηmdlを補正する。

図９は、内燃機関５のＮＯ_X増大運転による浄化効率ηの変化を示す説明図である。図９中、実線は、還元触媒１３の新品時にＮＯ_X増大運転を実行した場合の下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値NO_X_dsを示し、一点鎖線は、還元触媒１３の新品時にＮＯ_X増大運転を実行しない場合の下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値NO_X_dsを示している。また、破線は、還元触媒１３の劣化後の下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値NO_X_dsを示している。

ＮＯ_X増大運転の実行の有無にかかわらず下流側ＮＯ_X濃度NO_X_dsに対するＮＯ_X濃度目標値NO_X_ds_tgtは一定である。上記の参考例においては、還元触媒１３の新品時から劣化後に至るまで上流側ＮＯ_X濃度NO_X_us（＝NO_X_us_new0＝NO_X_us_aged）を増大させることは行われず、一定の浄化効率ηorgの下で排気浄化制御が実行される（一点鎖線及び破線を参照）。参考例においては、還元触媒１３の新品時から劣化時にかけて目標ＮＨ₃吸着量NH₃_tgtが新品時目標ＮＨ₃吸着量NH₃_tgt_new0から劣化後目標ＮＨ₃吸着量NH₃_tgt_agedに変化する。

一方、本実施形態においては、排気浄化システム１０の使用開始時等の還元触媒１３の新品時には、適合情報生成部１２６により生成された補正係数βに応じて設定されるＮＯ_X増大係数fac_NO_XにしたがってＮＯ_X増大運転が実行され、上流側ＮＯ_X濃度NO_X_us（＝NO_X_us_new1）が増大される。つまり、参考例による浄化効率ηorgと比較して高い浄化効率ηcorの下で排気浄化制御が実行される（実線）。本実施形態においては、還元触媒１３の劣化の進行に伴って浄化効率ηcorが低下してＮＯ_X増大係数fac_NO_Xが小さくなっていき、劣化後の上流側ＮＯ_X濃度NO_X_us_agedは参考例の場合の上流側ＮＯ_X濃度NO_X_us_agedと同レベルになる。本実施形態においては、還元触媒１３の新品時から劣化時にかけて目標ＮＨ₃吸着量NH₃_tgtが新品時目標ＮＨ₃吸着量NH₃_tgt_new1から劣化後目標ＮＨ₃吸着量NH₃_tgt_agedに変化する。

効率モデル算出部１２４は、ＮＯ_X増大運転の実行時においても下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値NO_X_dsを同じＮＯ_X濃度目標値NO_X_ds_tgtに維持するために、例えば以下のようにして浄化効率のモデル値ηorgを補正して、補正後のモデル値ηcor（＝ηmdl）を算出する。

ＮＯ_X増大運転が実行されない状態の上流側ＮＯ_X濃度NO_X_us_oldに対して、ＮＯ_X増大係数fac_NO_Xにしたがって増大された上流側ＮＯ_X濃度NO_X_us_newは下記式（２）で表すことができる。
NO_X_us_new＝fac_NO_X×NO_X_us_old ・・・（２）

ＮＯ_X増大運転時の上流側ＮＯ_X濃度NO_X_us_newに対して、補正後の浄化効率ηcorの下で排気浄化制御を実行して下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値NO_X_dsをＮＯ_X濃度目標値NO_X_ds_tgtとする場合、センサ値NO_X_dsは下記式（３）で表すことができる。
NO_X_ds＝ηcor×NO_X_us_new ・・・（３）

ＮＯ_X増大運転が実行されない状態の上流側ＮＯ_X濃度NO_X_us_oldに対して、補正前の浄化効率ηorgの下で排気浄化制御を実行して下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値NO_X_dsをＮＯ_X濃度目標値NO_X_ds_tgtとする場合、センサ値NO_X_dsは下記式（４）で表すことができる。
NO_X_ds＝ηorg×NO_X_us_old ・・・（４）

上記式（２）〜（４）により、補正後の浄化効率ηcorは下記式（５）で表すことができる。
ηcor＝１−｛（１−ηorg）／fac_NO_X｝ ・・・（５）

このように、効率モデル算出部１２４は、ＮＯ_X増大係数fac_NO_XにしたがってＮＯ_X増大運転が実行される場合に、上記式（５）に基づいてＮＯ_X増大運転が実行されない状態での浄化効率のモデル値ηorgを補正して浄化効率のモデル値ηcor（＝ηmdl）とする。これにより、ＮＯ_X増大運転の実行時においても高い浄化効率ηcorの下で排気浄化制御を適切に実行することができる。

（４−２．尿素水溶液噴射制御処理）
図１０は、尿素水溶液の噴射制御処理の一例を示すフローチャートである。
まず、還元剤噴射制御装置１１０のポンプ駆動制御部１１４は、圧力センサ４３のセンサ信号S_puに基づいて還元剤供給装置３０の噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Puを検出する（ステップＳ１１）。次いで、ポンプ駆動制御部１１４は、検出した圧力Puとあらかじめ設定された目標圧力との差分に基づいてポンプ４１の出力を設定し、ポンプ４１の駆動を制御する（ステップＳ１３）。これにより、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Puが目標圧力の近傍で維持される。次いで、還元剤噴射制御装置１１０の尿素水溶液噴射量算出部１２０は、尿素水溶液の指示噴射量Quを算出する（ステップＳ１５）。

図１１は、ステップＳ１５における尿素水溶液の指示噴射量算出処理の一例を示すフローチャートである。各ステップにおける演算処理の詳細は（４−１．全体の流れ）で説明したとおりであり、ここでは指示噴射量算出処理フローの流れを簡単に説明する。

尿素水溶液噴射量算出部１２０の効率モデル算出部１２４は、内燃機関５の運転状態及び排気浄化システム１０の状態の情報を用いて、浄化効率のモデル値ηmdlを算出する（ステップＳ２１）。内燃機関５のＮＯ_X増大運転が実行されている場合、効率モデル算出部１２４は、ＮＯ_X増大係数fac_NO_Xに基づいて補正前のモデル値ηorgを補正してモデル値ηmdl（＝ηcor）を算出する。

次いで、尿素水溶液噴射量算出部１２０のフィードフォワード制御部１３１は、内燃機関５から排出される排気中のＮＯ_Xの浄化に用いられる浄化用ＮＨ₃量NH₃_conを算出する（ステップＳ２３）。本実施形態において、フィードフォワード制御部１３１は、還元触媒１３の上流側のＮＯ_X流量（ｍｇ／秒）と、排気浄化システム１０の浄化効率のモデル値ηmdlとに基づいて浄化用ＮＨ₃量NH₃_conを算出する。本実施形態において、フィードフォワード制御部１３１は、尿素水溶液の一噴射サイクルの時間当たりの浄化用ＮＨ₃量NH₃_conを算出する。

次いで、尿素水溶液噴射量算出部１２０のＮＨ₃吸着量算出部１３３は、還元触媒１３の目標ＮＨ₃吸着量に対する過不足の吸着用ＮＨ₃量NH₃_catを算出する（ステップＳ２５）。本実施形態において、ＮＨ₃吸着量算出部１３３は、還元触媒１３の目標ＮＨ₃吸着量NH₃_tgt（ｍｇ）から現在のＮＨ₃吸着量NH₃_str（ｍｇ）を引いた差分を吸着用ＮＨ₃量NH₃_cat（ｍｇ）として算出する。

次いで、尿素水溶液噴射量算出部１２０の制御係数算出部１２８は、排気浄化システム１０の実際の浄化効率に応じた制御係数fac_adp_fbを算出する（ステップＳ２７）。本実施形態において、制御係数算出部１２８は、排気浄化システム１０の制御上のずれを縮小するための適合係数fac_adpと、還元触媒１３の下流側におけるＮＯ_X濃度の推定値と下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ値NO_X_dsとの差分に応じたフィードバック係数fac_fbとに基づいて制御係数fac_adp_fbを求める。具体的に、制御係数算出部１２８は、適合処理部１３５により設定される適合係数fac_adpに、フィードバック制御部１２２により設定されるフィードバック係数fac_fb（０＜fac_fb≦１）を掛けて制御係数fac_adp_fbを算出する。

次いで、尿素水溶液噴射量算出部１２０の適合情報生成部１２６は、排気浄化システム１０の浄化効率ηに応じて尿素水溶液の指示噴射量Quを補正するための適合情報としての補正係数αを算出する（ステップＳ２９）。本実施形態において、適合情報生成部１２６は、「制御係数fac_adp_fbの値」及び「１」のうちのいずれか大きい方の値を補正係数αとして設定する。

次いで、尿素水溶液噴射量算出部１２０は、浄化用ＮＨ₃量NH₃_conと吸着用ＮＨ₃量NH₃_catとの和に補正係数αを掛けて必要ＮＨ₃量NH₃_finを求め、必要ＮＨ₃量NH₃_finを生成可能な尿素水溶液の指示噴射量Quを算出する（ステップＳ３１）。尿素水溶液噴射量算出部１２０は、ステップＳ２１〜ステップＳ３１の処理を、尿素水溶液の処理サイクルごとに繰り返し実行する。

図１０に戻り、還元剤噴射制御装置１１０の噴射弁駆動制御部１１２は、算出された指示噴射量Quに基づいて噴射弁３１の駆動を制御し、尿素水溶液を排気管１１内に噴射する（ステップＳ１７）。本実施形態において、噴射弁駆動制御部１１２は、あらかじめ設定された噴射サイクルごとに噴射弁３１の駆動デューティ比を設定して、噴射弁３１の通電制御を行う。還元剤噴射制御装置１１０は、ステップＳ１１〜ステップＳ１７を繰り返し実行することによって、尿素水溶液を排気管１１内に供給し、排気中のＮＯ_Xを浄化させる。

（４−３．適合情報生成処理）
図１２は、適合情報生成部１２６による適合情報生成処理の一例を示すフローチャートである。
まず、適合情報生成部１２６は、制御係数算出部１２８により算出された制御係数fac_adp_fbが１以上であるか否かを判別する（ステップＳ４１）。制御係数fac_adp_fbが１以上である場合（Ｓ４１／Ｙｅｓ）、適合情報生成部１２６は、尿素水溶液の指示噴射量Quを補正するための適合情報としての補正係数αを制御係数fac_adp_fbの値に設定し、内燃機関５のＮＯ_X増大運転のための適合情報としての補正係数βを１に設定する（ステップＳ４３）。

制御係数fac_adp_fbが１未満である場合（Ｓ４１／Ｎｏ）、適合情報生成部１２６は、尿素水溶液の指示噴射量Quを補正するための適合情報としての補正係数αを１に設定し、内燃機関５のＮＯ_X増大運転のための適合情報としての補正係数βを制御係数fac_adp_fbの値に設定する（ステップＳ４３）。次いで、適合情報生成部１２６は、補正係数βの逆数（１／β）をＮＯ_X増大係数fac_NO_Xとして設定し、エンジン制御装置１５０に出力する（ステップＳ４７）。このようにして、適合情報生成部１２６は、制御係数fac_adp_fbが基準値（＝１）よりも大きい場合には尿素水溶液の指示噴射量Quを増大させて、浄化効率の向上を図る。また、適合情報生成部１２６は、制御係数fac_adp_fbが基準値（＝１）よりも小さい場合には、内燃機関５のＮＯ_X増大運転を行わせ、より高い浄化効率ηの下で排気浄化制御を実行しつつ内燃機関５の燃料噴射率の抑制を図る。

（４−４．内燃機関制御処理）
図１３は、エンジン制御装置１５０による内燃機関５の駆動制御処理の一例を示すフローチャートである。
まず、内燃機関制御値設定部１５２は、取得した種々の信号に基づいて内燃機関５の制御値を設定する（ステップＳ５１）。例えば内燃機関制御値設定部１５２は、過給圧、吸気量、燃料圧力、燃料噴射量及び主噴射時期等を設定する。このとき、内燃機関制御値設定部１５２は、還元剤噴射制御装置１１０の適合情報生成部１２６で生成された補正係数βに応じて設定されるＮＯ_X増大係数fac_NO_Xを用いて制御値を設定する。内燃機関制御値設定部１５２は、ＮＯ_X増大係数fac_NO_Xが１を超える値となっている場合に、内燃機関５の通常の運転条件よりもＮＯ_X濃度が増大するように内燃機関５の制御値の少なくとも１つを補正する。その際に、内燃機関制御値設定部１５２は、燃料消費率の低下に最適な制御対象を選択して制御値を補正する。また、内燃機関制御値設定部１５２は、燃焼音の変化を考慮しつつ、燃料消費率の低下に有効な制御対象を選択して制御値を補正してもよい。

次いで、内燃機関駆動制御部１５４は、設定された内燃機関５の制御値に基づいて、内燃機関５を駆動するための制御要素の駆動量を設定する（ステップＳ５３）。例えば内燃機関駆動制御部１５４は、過給機、吸気絞り弁、流量制御弁、圧力制御弁及び燃料噴射弁等の制御要素の駆動量を設定する。

次いで、内燃機関駆動制御部１５４は、設定した駆動量にしたがってそれぞれの制御要素に対して駆動信号を出力する（ステップＳ５５）。これにより、還元剤噴射制御装置１１０からＮＯ_X増大運転の指示信号が出力されている場合には、高い熱効率で内燃機関５が駆動され、燃料消費率が低下する。ＮＯ_X増大運転時には排気中のＮＯ_X濃度が増大するものの、高い浄化効率ηの下でＮＯ_Xが浄化されるため、大気中に放出されるＮＯ_X濃度の増大が避けられる。他方で、燃料消費率が抑制されることで、大気中に放出されるＣＯ₂を抑制することができる。

（４−５．作用）
図１４は、本実施形態に係る車両の制御装置１００を適用した場合における、排気浄化システム１０の使用開始から寿命までの下流側ＮＯ_X濃度NO_X_ds、尿素水溶液の指示噴射量Qu及び内燃機関５の燃料消費率の推移を模式的に示している。図１４において、一点鎖線が上記参考例の場合の推移を示し、実線が本実施形態の場合の推移を示している。横軸は排気浄化システムの使用時間を意味する。排気浄化システムの使用時間は、車両の走行距離と理解してもよい。

本実施形態では、還元触媒１３の劣化前にはＮＯ_X増大運転が実行されるため、上流側ＮＯ_X濃度NO_X_usが増大している。このとき、高い浄化効率ηの下で排気浄化制御が実行され、下流側ＮＯ_X濃度NO_X_dsがＮＯ_X濃度目標値NO_X_ds_tgt以下で維持される。ＮＯ_X増大運転中は高い熱効率下で内燃機関５が駆動されるため、同一のエンジントルクを発生させつつ燃料消費率を低下させることができる。燃料消費率が低下することにより、二酸化炭素（ＣＯ₂）排出量が低減する。

このように、本実施形態に係る車両の制御装置１００は、より高い浄化効率ηの下で排気浄化制御を実行するため、内燃機関５から排出される排気中のＮＯ_X濃度を増大させることが可能となって、排気浄化システム１０の使用開始から寿命までの期間を通じて、燃料消費率を低下させることができる。また、燃料消費率が低下する結果、ＣＯ₂排出量の総和を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る車両の制御装置１００は、排気浄化システム１０の浄化効率ηactに応じた制御係数fac_adp_fbを求め、制御係数fac_adp_fbが基準値よりも大きい場合には尿素水溶液の指示噴射量Quを増大させ、制御係数fac_adp_fbが基準値よりも小さい場合には内燃機関５のＮＯ_X増大運転を行わせる適合情報を生成する。このため、浄化効率ηが低い場合には尿素水溶液の指示噴射量Quが増大されて浄化効率ηの向上が図られる一方、高い浄化効率ηで排気浄化制御を実行できる場合には、高い熱効率で内燃機関５が駆動され、燃料消費率を低下させることができる。このとき、排気中のＮＯ_X濃度は増大するものの、高い浄化効率ηの下でＮＯ_Xが浄化されるために、大気中に放出されるＮＯ_X量が増加することはない。他方で、燃料消費率が低下することによって、大気中に放出されるＣＯ₂量を低減することができる。

また、本実施形態に係る車両の制御装置１００は、ＮＯ_X増大運転時に、燃焼音の変化を考慮して、燃料消費率の低下に有効な制御対象を補正することにより排気中のＮＯ_X濃度を増大させている。このため、燃焼音を増大させることなく燃料消費率を低下させることができる。

また、本実施形態に係る車両の制御装置１００は、ＮＯ_X増大運転時に、浄化効率のモデル値ηmdlを制御係数fac_adp_fbに基づいて補正するため、高い浄化効率ηの下で排気浄化制御を実行させた場合の演算ロジックのずれを低減して、大気中に放出されるＮＯ_X又はＮＨ₃を抑制することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

５・・・内燃機関、１０・・・排気浄化システム、１３・・・還元触媒、２３・・・下流側ＮＯ_X濃度センサ、１００・・・車両の制御装置、１１０・・・還元剤噴射制御装置、１２４・・・効率モデル算出部、１２６・・・適合情報生成部、１２８・・・制御係数算出部、１５０・・・エンジン制御装置、１５２・・・内燃機関制御値設定部、１５４・・・内燃機関駆動制御部

Claims (10)

1. 還元触媒の上流側に尿素水溶液を供給し内燃機関の排気中のＮＯ_Xを浄化する排気浄化システムを備えた車両の制御装置において、
   前記排気浄化システムの浄化効率に応じた制御係数を求める制御係数算出部と、
   前記制御係数が基準値よりも大きい場合には前記尿素水溶液の噴射量を増大させ、前記制御係数が前記基準値よりも小さい場合には前記内燃機関の排気中のＮＯ_X濃度を増大させるＮＯ_X増大運転を行わせる適合情報を生成する適合情報生成部と、
   を備える、車両の制御装置。
2. 前記制御係数算出部は、
   前記排気浄化システムの制御上のずれを縮小するための適合係数と、
   前記還元触媒の下流側におけるＮＯ_X濃度の推定値と前記還元触媒の下流側に設けられたＮＯ_X濃度センサのセンサ値との差分に応じたフィードバック係数と、
   に基づいて前記制御係数を求める、請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記車両の制御装置は、前記排気浄化システムの浄化効率のモデル値を求める効率モデル算出部を備え、
   前記フィードバック係数は、前記効率モデル算出部により求められる前記浄化効率のモデル値に基づいて算出された前記ＮＯ_X濃度の推定値と前記ＮＯ_X濃度センサのセンサ値との差分に基づいて求められる係数である、請求項２に記載の車両の制御装置。
4. 前記効率モデル算出部は、前記適合情報に基づいて前記浄化効率のモデル値を求める、請求項３に記載の車両の制御装置。
5. 前記車両の制御装置は、前記適合情報に基づいて前記内燃機関の制御値を設定する内燃機関制御値設定部を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の制御装置。
6. 前記内燃機関制御値設定部は、前記制御係数の逆数に基づいて前記制御値を設定する、請求項５に記載の車両の制御装置。
7. 前記内燃機関制御値設定部は、過給圧、吸気量、燃料圧力、又は主噴射時期のうちの少なくとも１つの制御対象の制御値を補正することにより前記内燃機関の排気中の前記ＮＯ_X濃度を増大させる、請求項５又は６に記載の車両の制御装置。
8. 前記内燃機関制御値設定部は、前記内燃機関の運転状態に応じて燃料消費率の低下に有効な前記制御対象を補正して前記制御値を設定する、請求項７に記載の車両の制御装置。
9. 前記内燃機関制御値設定部は、さらに燃焼音の変化に基づいて前記制御対象を補正して前記制御値を設定する、請求項８に記載の車両の制御装置。
10. 還元触媒の上流側に尿素水溶液を供給し内燃機関の排気中のＮＯ_Xを浄化する排気浄化システムを備えた車両の制御方法において、
    前記排気浄化システムの浄化効率に応じた制御係数を求めるステップと、
    前記制御係数が基準値よりも大きい場合には前記尿素水溶液の噴射量を増大させ、前記制御係数が前記基準値よりも小さい場合には前記内燃機関の排気中のＮＯ_X濃度を増大させるＮＯ_X増大運転を行わせる適合情報を生成するステップと、
    を備える、車両の制御方法。

Images