JP6350581B2 - 内燃機関の排気浄化制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気通路内に設けられた第1NOx触媒と、第1NOx触媒に流入する排気に炭化水素を添加する炭化水素添加弁と、第1NOx触媒の下流に設けられた第2NOx触媒と、排気通路のうち第1NOx触媒と第2NOx触媒との間に設けられた尿素添加弁と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される内燃機関の排気浄化制御装置に関する。
たとえば特許文献1には、内燃機関の排気通路内に設けられた第1NOx触媒と、第1NOx触媒に流入する排気に炭化水素を添加する炭化水素添加弁と、第1NOx触媒の下流に設けられた第2NOx触媒と、排気通路のうち第1NOx触媒と第2NOx触媒との間に設けられた尿素添加弁と、を備えた排気浄化装置が提案されている。ここで、第1NOx触媒は、流入する排気中の炭化水素濃度を規定範囲内の振幅と規定範囲内の時間間隔で振動させると排気中のNOxを還元し、同時間間隔を規定範囲内の値よりも長くするとNOxの吸蔵量が増加する性質を有している。そして、上記文献に記載の制御装置は、排気温度が高い場合において、第1NOx触媒に流入する炭化水素濃度を規定範囲内の振幅且つ規定範囲内の時間間隔とすべく炭化水素添加弁を操作することによって、NOxを浄化する処理(第1浄化処理)を実行する。さらに、この制御装置は、第1浄化処理の炭化水素消費量が多くなる場合、尿素添加弁から排気中に尿素水を添加して第2NO触媒においてNOxを浄化する処理(第2浄化処理)を実行する。
国際公開第11/145227号
ところで、第1浄化処理が実行されているときに、第1NOx触媒の下流へ炭化水素がスリップすることがある。そしてスリップした炭化水素が第2NOx触媒によって酸化しきれない場合、第2NOx触媒が炭化水素によって被毒(HC被毒)し、HC被毒した部分が触媒として有効活用できないことから第2NOx触媒の浄化能力が低下する。そしてこのときに、第2浄化処理への切替要求が生じると、切替直後において第2NOx触媒の浄化能力が低く、第2浄化処理の本来の浄化能力を発揮させることができないおそれがある。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、第1浄化処理が実行されていて且つ第2浄化処理が実行されていない状態から第2浄化処理の浄化能力が低下している状態で第2浄化処理を実行する状態に移行することを抑制できるようにした内燃機関の排気浄化制御装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
1.内燃機関の排気浄化制御装置は、内燃機関の排気通路内に設けられた第1NOx触媒と、前記第1NOx触媒に流入する排気に炭化水素を添加する炭化水素添加弁と、前記第1NOx触媒の下流に設けられた第2NOx触媒と、前記排気通路のうち前記第1NOx触媒と前記第2NOx触媒との間に設けられた尿素添加弁と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用され、前記第1NOx触媒は、該第1NOx触媒に流入する排気中の炭化水素濃度を規定範囲内の振幅と規定範囲内の時間間隔で振動させると排気中のNOxを還元し、前記時間間隔を規定範囲内の値よりも長くするとNOxの吸蔵量が増加する性質を有しており、前記第1NOx触媒に流入する排気中の炭化水素濃度を前記規定範囲内の振幅且つ前記規定範囲内の時間間隔としてNOxを浄化すべく、前記炭化水素添加弁を操作して前記炭化水素添加弁によって排気中に前記炭化水素を間欠的に添加する処理である第1浄化処理を実行する第1浄化処理部と、前記尿素添加弁から排気中に尿素水を添加し前記第2NOx触媒を用いてNOxを浄化する処理である第2浄化処理を実行する第2浄化処理部と、前記第1浄化処理部は、前記第1浄化処理を実行しているときにおいて、前記第2浄化処理の実行要求が生じることを条件に、前記第2浄化処理の実行開始に先立って前記第1浄化処理において前記炭化水素添加弁からの1回当たりの添加量を前記実行要求が生じる以前よりも低減するHC被毒回復待機処理を実行する。
上記構成では、第1浄化処理が実行されているときに第2浄化処理の実行要求が生じることを条件に、第2浄化処理の実行開始に先立って、第1浄化処理における1回当たりの添加量を低減した処理であるHC被毒回復待機処理を実行する。ここで、第1浄化処理の実行によって第1NOx触媒の下流にスリップする炭化水素の量は、1回当たりの炭化水素の添加量を低減することで減少する。このため、HC被毒回復待機処理が実行されることによって第2NOx触媒に流入する炭化水素量を低減することができる。そして、第1浄化処理がなされる場合、第2NOx触媒に流入する排気の温度が高いため、上記実行要求が生じたときに第2NOx触媒がHC被毒していた場合であっても、新たに流入する炭化水素量を低減することによって、第2NOx触媒をHC被毒から回復させることができる。
このため、第1浄化処理が実行されていて且つ第2浄化処理が実行されていない状態から第2浄化処理の浄化能力が低下している状態で第2浄化処理を実行する状態に移行することを抑制できる。
2.上記1記載の内燃機関の排気浄化制御装置において、前記HC被毒回復待機処理は、前記第1浄化処理において前記1回当たりの添加量を前記実行要求が生じる以前よりも低減するとともに前記炭化水素の間欠的な添加の時間間隔を前記実行要求が生じる以前よりも短縮する処理である。
第1浄化処理において1回当たりの添加量を低減すると、低減しないときよりもNOxの浄化率が低下する傾向を有する。ただし、その場合に、添加の時間間隔を短縮すると、1回当たりの添加量を低減したことによる第1NOx触媒の下流への炭化水素のスリップ量の低減効果を奏しつつも、NOxの浄化率の低下を抑制することができることが発明者によって見出されている。上記構成では、この性質に鑑み、HC被毒回復待機処理によるNOxの浄化率の低下を抑制するために添加の時間間隔を短縮する。
3.上記2記載の内燃機関の排気浄化制御装置において、前記HC被毒回復待機処理は、前記時間間隔を短縮する処理によって前記第1浄化処理による前記炭化水素の消費率を前記実行要求が生じる以前よりも上昇させる処理であり、前記消費率は、単位時間当たりの炭化水素の添加量である。
炭化水素の消費率が一定である場合、1回当たりの添加量を、第1浄化処理の浄化率を最大とする量よりも低減した場合、第1浄化処理の浄化率は低下する。しかし、1回当たりの添加量が低減された場合であっても、炭化水素の消費率を上昇させた場合には、浄化率が高まる傾向があることを発明者が見出した。この点に鑑み、上記構成では、HC被毒回復待機処理時における炭化水素の消費率を上昇させることにより、NOxの浄化率の低下を極力抑制することができる。
4.上記1〜3のいずれか1つに記載の内燃機関の排気浄化制御装置において、前記第1浄化処理部は、前記HC被毒回復待機処理を実行する場合、前記第2NOx触媒の温度が高い場合に低い場合よりも前記1回当たりの添加量の低減量を少なくする。
1回当たりの添加量の低減量が多いほど、第1NOx触媒の下流にスリップする炭化水素の量をより減少させることができる反面、第1浄化処理(HC被毒回復待機処理)によるNOxの浄化率がより低下する傾向を有する。一方、第2NOx触媒の温度が高い場合には低い場合と比較して、第2NOx触媒中のより多くの炭化水素を酸化除去することができる。こうした点を踏まえ、上記構成では、第2NOx触媒の温度が高い場合に1回当たりの添加量を多くすることにより、第2NOx触媒のHC被毒を回復させつつもHC被毒回復待機処理の浄化率の低下を抑制することができる。
5.上記1〜4のいずれか1つに記載の内燃機関の排気浄化制御装置において、前記第2NOx触媒のHC被毒量を算出する被毒量算出処理部を備え、前記第1浄化処理部は、前記HC被毒回復待機処理を実行する場合、前記HC被毒量が多い場合に少ない場合よりも前記1回当たりの添加量の低減量を多くする。
1回当たりの添加量の低減量が多いほど、第1NOx触媒の下流にスリップする炭化水素の量が少なくなるため、第2NOx触媒のHC被毒を回復させやすくなる。一方、HC被毒回復待機処理による添加量および時間間隔が同一であるなら、第2NOx触媒のHC被毒量が多い場合には、少ない場合と比較して、第2NOx触媒がHC被毒から回復するのに要する時間が長くなる。この点に鑑み、上記構成では、HC被毒量が多い場合に少ない場合よりも1回当たりの添加量の低減量を多くすることにより、HC被毒量が多いことによって第2NOx触媒のHC被毒回復に要する時間が長くなることを抑制できる。
6.上記1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置において、前記第2NOx触媒のHC被毒量を算出する被毒量算出処理部と、前記第1浄化処理が実行されているとき、前記HC被毒量に基づき、前記第2浄化処理が実行されたと仮定した場合の前記第2浄化処理によるNOxの浄化率である第2浄化率を算出する第2浄化率算出処理部と、を備え、前記第2浄化処理部は、前記第1浄化処理が実行されていて且つ前記第2浄化処理の実行要求が生じるとき、前記第2浄化率が規定値未満であることを条件に、前記第2浄化処理を実行せず、前記第1浄化処理部は、前記第2浄化率が前記規定値未満であることを条件に前記第2浄化処理が実行されない場合、前記HC被毒回復待機処理を実行する。
上記構成では、第1浄化処理が実行されているときに第2浄化処理の実行要求が生じる場合であっても、第2浄化率が規定値未満であることを条件に第2浄化処理を実行しない。このため、第2NOx触媒がHC被毒することによって第2浄化処理の浄化能力が落ちている場合に第2浄化処理が実行されることを抑制できる。
7.上記6記載の内燃機関の排気浄化制御装置において、前記第1浄化処理によるNOxの浄化率である第1浄化率を算出する第1浄化率算出処理部を備え、前記規定値は、前記第1浄化率であり、前記HC被毒回復待機処理の実行によって前記第2浄化率が前記第1浄化率以上となる場合、前記第2浄化処理を実行し、前記第1浄化処理の実行を停止する。
上記構成では、第1浄化率が第2浄化率よりも高い場合にHC被毒回復待機処理を実行し、第2浄化率が第1浄化率以上となる場合に第1浄化処理を停止するため、通常時の第1浄化処理と比較して浄化効率が低いHC被毒回復待機処理の実行期間を制限することができる。一方、第2浄化率が第1浄化率以上となることにより第2浄化処理を実行するため、第2浄化処理の浄化能力が低い状態で第2浄化処理が開始されることもない。このため、炭化水素および尿素水の利用効率を極力高めることとNOxの浄化率を極力高めることとの好適な両立を図ることができる。
排気浄化制御装置にかかる第1の実施形態および内燃機関を示す図。 排気浄化処理の種類に応じた浄化能力を示す図。 同実施形態にかかる制御装置の処理の一部を示すブロック図。 同実施形態にかかる第1浄化処理の特性を説明する図。 同実施形態にかかる第2浄化処理への切替に関する処理の手順を示す流れ図。 (a)および(b)は、同実施形態にかかるHC被毒回復待機処理を示すタイムチャート。 同実施形態の効果を示すタイムチャート。 (a)〜(c)は、第2の実施形態にかかるHC被毒回復待機処理を示すタイムチャート。 (a)〜(c)は、第3の実施形態にかかるHC被毒回復待機処理を示すタイムチャート。 (a)および(b)は、第4の実施形態にかかるHC被毒回復待機処理を示すタイムチャート。
<第1の実施形態>
以下、内燃機関の排気浄化制御装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示す圧縮着火式の内燃機関10の吸気通路12から吸入した空気が各気筒の燃焼室14に流入し、燃焼室14において、燃料噴射弁16から噴射された燃料(軽油)と空気との混合気が燃焼に供される。燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路20に排出される。排気通路20のうち過給機22の下流には、第1触媒30、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF32)がこの順番で設けられており、DPF32の下流には、尿素SCR(第2触媒34)が設けられている。なお、本実施形態では、燃焼室14や、第1触媒30、DPF32等は、車両の上下方向において車両の床面よりも上側(床上)に配置されている一方、第2触媒34については車両の床面よりも下側(床下)に配置されている。
第1触媒30は、触媒担体に貴金属の触媒粒子が担持され、さらに、触媒担体に塩基性層が担持されたものである。ここで、触媒担体としては、たとえばアルミナ等を用いることができ、触媒粒子としては、たとえば白金およびロジウムを用いることができ、塩基性層としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属等を用いることができる。第1触媒30は、第1触媒30に流入する排気中の炭化水素の濃度を、規定範囲(たとえば200〜10000ppm)の振幅且つ規定範囲(たとえば0.3〜5秒)の時間間隔で振動させることによって、排気中のNOxを還元し、時間間隔を規定範囲内の値よりも長くする場合、NOx吸蔵量が増加する性質を有する。
第1触媒30に流入する排気中の炭化水素の濃度を上記のように振動させると、第1触媒30に流入する排気中のHC濃度が低い期間の長さを制限し、排気中のNOが酸化されて活性を有する二酸化窒素が生成された後、硝酸塩の形で第1触媒30内に吸蔵される前にHC濃度を高くして第1触媒30において還元性中間体を生成させることができる。そして、再度、HC濃度が低くなり、酸素濃度が高くなることにより、還元性中間体を、活性を有した二酸化窒素と反応させることによりNOxを浄化することができる。なお、この制御およびNOx浄化のメカニズムについては、たとえば特許第4893876号に記載されている。
過給機22と第1触媒30との間には、排気中に軽油を噴射することによって排気中に炭化水素を添加する炭化水素添加弁40が設けられている。また、DPF32と第2触媒34との間には、排気中に尿素水を添加する尿素添加弁42が設けられている。
制御装置50は、内燃機関10を制御対象とし、内燃機関10の制御量(トルク、排気成分)を制御するために、燃料噴射弁16、炭化水素添加弁40、尿素添加弁42等のアクチュエータを操作すべく、操作信号MS1〜MS3を出力する。制御装置50は、中央処理装置(CPU52)およびメモリ54を備えており、メモリ54に記憶されたプログラムをCPU52が実行することにより、上記制御量を制御する。
この際、CPU52は、第1触媒30とDPF32との間の排気中のNOx濃度Dndを検出するNOx濃度センサ60や、DPF32と第2触媒34との間の排気の温度Tsuを検出する排気温センサ62、DPF32と第2触媒34との間の排気中のNOx濃度Dsuを検出するNOx濃度センサ64の出力値を参照する。また、CPU52は、第2触媒34の下流の排気中のNOx濃度Dsdを検出するNOx濃度センサ66や、第2触媒34の下流の排気の温度Tsdを検出する排気温度センサ68、クランク軸の回転速度NEを検出する回転速度センサ70、アクセルペダルの操作量ACCPを検出するアクセルセンサ72の出力値を参照する。
制御装置50は、第1触媒30および第2触媒34を選択的に利用して排気浄化制御を実行する。すなわち、排気の温度が規定温度(たとえば350°C)未満である場合、排気空燃比を理論空燃比よりもリーンとしてNOxを第1触媒30に吸蔵し、吸蔵されたNOx量が多い場合、炭化水素添加弁40によって排気中に炭化水素を添加することにより、吸蔵されているNOxを炭化水素によって還元浄化する第3浄化処理を実行する。また、排気の温度が上記規定温度以上である場合、排気空燃比の平均値を理論空燃比よりもリーンとしつつ第1触媒30に流入する排気中の炭化水素の濃度を上記規定範囲内の振幅且つ規定範囲内の時間間隔で振動させるように、炭化水素添加弁40を操作する第1浄化処理を実行する。さらに、第1浄化処理によっては浄化しきれないほど排気中のNOx量が多い場合、尿素添加弁42から排気中に尿素水を添加することにより、第2触媒34を用いてNOxを浄化する第2浄化処理を実行する。
ちなみに、上記においては、対象排気の排気空燃比を、仮想混合気を用いて定義している。すなわち、仮想混合気を、新気および燃料のみからなって且つ燃焼させた場合に生成される排気の未燃燃料濃度および酸素濃度が対象排気の未燃燃料濃度および酸素濃度と同一となる混合気と定義し、排気空燃比を、仮想混合気の空燃比と定義している。ただし、ここで仮想混合気の燃焼には、未燃燃料濃度および酸素濃度の少なくとも一方がゼロまたはゼロと見なせる値となる燃焼に限らず、未燃燃料濃度および酸素濃度の双方がゼロよりも大きい状態となる燃焼も含まれることとする。
図2に、第1触媒30および第2触媒34への入りガス温度と、燃焼室14から単位時間当たりに排出される排気中のNOx量とによって定められる各領域における、第1触媒30によるNOx浄化能力および第2触媒34によるNOx浄化能力を示す。ただし、第1触媒30を用いたNOx浄化については、上述した第1浄化処理と第3浄化処理とがある。図2において、たとえば、第2触媒34への入りガス温度と、排気中のNOx量とが、一点鎖線にて囲われた第2浄化処理の領域にある場合、第2浄化処理によって排気中のNOxを十分に除去できることを意味する。
ちなみに、第1触媒30よりも第2触媒34が下流側にあるため、第1触媒30の入りガス温度と比較して第2触媒34の入りガス温度は低い。特に、本実施形態では、第1触媒30は床上に配置されている一方、第2触媒34は床下に配置されているため、この傾向が顕著となり、第1触媒30の入りガス温度と比較して第2触媒34の入りガス温度はたとえば100°C程度低くなりうる。これは、たとえば床上に配置される場合と比較して走行風を受けやすくなるためである。このため、燃焼室14から排出される排気の温度が高い場合であっても、第2触媒34の入りガス温度は、第2触媒34がNOxの浄化能力を発揮できる温度域にある。
図3に、メモリ54に記憶されたプログラムをCPU52が実行することにより実現される処理の一部を示す。
第1浄化処理部M10は、回転速度NEおよびアクセルペダルの操作量ACCPに応じて内燃機関10に要求されるトルク(要求トルク)に基づき、第1浄化処理を実行するための炭化水素添加弁40の操作信号MS2を生成して出力する。操作信号MS2は、炭化水素添加弁40から間欠的に炭化水素を添加させる信号であり、特に、第1触媒30に流入する排気中の炭化水素の濃度を上記規定範囲内の振幅且つ上記規定範囲内の時間間隔で振動させるべく、炭化水素添加弁40からの1回当たりの添加量と、添加の時間間隔とを操作する信号である。第1浄化処理部M10は、後述するHC被毒回復待機処理時を除き、浄化率を最も高くすることができる添加量および添加の時間間隔を設定する。ここで、浄化率とは、利用する触媒(ここでは、第1触媒30)に流入する排気中のNOx量に対する浄化されたNOx量の割合のことである。
図4に、1回当たりの添加量と添加の時間間隔と浄化率との関係を示す。図4に一点鎖線にて示す1回当たりの添加量は、単位時間当たりの炭化水素添加量である炭化水素の消費率が、添加の時間間隔にかかわらず一定となる値を示している。換言すれば、1回当たりの添加量を添加の時間間隔で除算した値である消費率が添加の時間間隔にかかわらず一定となる値を示している。この場合、浄化率は、添加量および添加の時間間隔が所定値となることにより、最大となる。ただし、浄化率が最大となる添加量および時間間隔は、第1触媒30に流入する排気の流量、同排気の温度、および同排気中のNOx量に依存して変化する。このため、第1浄化処理部M10では、回転速度NEおよび要求トルクに応じて、1回当たりの添加量および添加の時間間隔を可変設定する。ここで、回転速度および要求トルクは、第1触媒30に流入する排気の流量、同排気の温度、および同排気中のNOx量を把握するためのパラメータである。本実施形態では、第1触媒30に流入する排気の流量、同排気の温度、および同排気中のNOx量は、回転速度NEおよび要求トルクと1対1の対応関係を有すると見なす。なお、図4には、2点鎖線にて、1回あたりの添加量および添加の時間間隔に応じた第1触媒30の下流への炭化水素のスリップ量(図中、HCスリップ量と表記)を記載している。
図3に戻り、第2浄化処理部M12は、第2触媒34の上流側のNOx濃度Dsuおよび下流側のNOx濃度Dsdと、回転速度NEおよび要求トルクに基づき、尿素添加弁42を操作するための操作信号MS3を生成して出力する。第2浄化処理部M12は、基本的には、回転速度NEおよび要求トルクとNOx濃度Dsuとに基づき、第2触媒34に流入するNOxと過不足なく反応する量のアンモニアを第2触媒34に供給する上で必要な量の尿素水を尿素添加弁42から排気中に噴射する。以下では、この量の尿素水を反応等量と称することもある。ここで、回転速度NEおよび要求トルクは、第2触媒34に流入する排気量を把握するためのパラメータである。第2浄化処理部M12は、さらに、NOx濃度Dsuに対するNOx濃度Dsdの低下量が少ない場合、尿素添加弁42が噴射する尿素水の量を上記反応等量に対して増加させる。
被毒量算出処理部M14は、第1浄化処理の実行時において第1触媒30の下流にスリップした炭化水素に起因した第2触媒34のHC被毒量を算出する。具体的には、スリップ量算出処理部M14aにおいて、回転速度NEおよび要求トルクと、第1浄化処理部M10が設定した1回当たりの添加量および時間間隔とに基づき、第1触媒30からのスリップ量ΔHCを算出する。第1浄化処理の浄化率は、第1触媒30に流入する排気の流量、同排気の温度、および同排気中のNOx量と、1回当たりの添加量および添加の時間間隔とによって定まるため、スリップ量ΔHCも同じ5つのパラメータから定まる。そして、スリップ量算出処理部M14aは、第1触媒30に流入する排気の流量、同排気の温度、および同排気中のNOx量を、回転速度NEおよび要求トルクに応じて把握する。
具体的には、たとえば、メモリ54に、回転速度NE、要求トルク、1回当たりの添加量および時間間隔を入力変数とし、スリップ量ΔHCを出力変数とする4次元マップを記憶しておき、CPU52が、この4次元マップを用いてスリップ量ΔHCをマップ演算すればよい。ここで、マップとは、入力変数の離散的な値のそれぞれと出力変数の離散的な値との組となるデータである。なお、CPU52は、出力変数の値を算出するうえでの実際の入力変数の値が、マップに記憶された入力変数の値のいずれにも一致しない場合、補間演算によって出力変数の値を算出する。
加算処理部M14bは、被毒量算出処理部M14が前回の制御周期で算出したHC被毒量に、スリップ量ΔHCを加算する。
SCR温度推定処理部M14cは、第2触媒34の上流の温度Tsuと下流の温度Tsdとに基づき、第2触媒34の温度Tscrを推定する。ここでは、たとえば上流の温度Tsuと下流の温度Tsdとの移動平均値を、温度Tscrとすればよい。なお、ここでの移動平均値は、単純移動平均値や加重移動平均値とすることができる。
減少係数算出処理部M14dは、第2触媒34の温度Tscrに基づき、第2触媒34のHC被毒量の減少係数Kを算出する。ここで、減少係数Kは、「0」以上「1」以下の値であり、第2触媒34の温度Tscrが高いほど小さい値に設定される。これは、第2触媒34において炭化水素が酸化されて除去される速度が、第2触媒34の温度が高いほど高くなることに鑑みたものである。
乗算処理部M14eは、加算処理部M14bの出力値に減少係数Kを乗算した値を、被毒量算出処理部M14によって算出されたHC被毒量として出力する。
次に、第1浄化処理から第2浄化処理への切替処理について説明する。
図5に、上記切替処理の手順を示す。図5に示す処理は、メモリ54に記憶されたプログラムをCPU52が実行することにより実現される。図5に示す処理は、たとえば所定の条件が成立する都度繰り返し実行される。ここで所定の条件には、第1浄化処理が実行されている旨の条件が含まれる。
図5に示す一連の処理において、CPU52は、まず、第1浄化処理から第2浄化処理への切替要求が生じたか否かを判定する(S10)。CPU52は、第1浄化処理の実行中において、排気中のNOx量が第1浄化処理によってはNOxを十分に浄化できない量となると判定することにより、切替要求が生じたとする。本実施形態においては、CPU52は、NOx濃度センサ60によって検出される第1触媒30の下流における排気中のNOx濃度Dndが閾値以上となることに基づき、切替要求が生じたと判定する。
CPU52は、切替要求があると判定する場合(S10:YES)、被毒量算出処理部M14によって都度算出されているHC被毒量の最新の値を取得する(S12)。次にCPU52は、第1浄化処理を停止して且つ第2浄化処理を実行したと仮定した場合の第2浄化処理による浄化率である第2浄化率R2を算出する(S14)。ここでCPU52は、第2浄化処理において、尿素添加弁42から上記反応等量の尿素水を添加したと仮定した場合の浄化率を算出する。具体的には、本実施形態では、CPU52は、メモリ54に記憶された浄化率のベース値(固定値)を、HC被毒量に応じて減少補正することによって、第2浄化率R2を算出する。ここで、ベース値は、第2触媒34が高い浄化能力を発揮することができる温度領域にあるときの浄化率とする。この設定は、本実施形態では、上記切替要求が生じるときの第2触媒34への入りガス温度が、第2触媒34が浄化能力を発揮できる温度領域となることを想定していることに鑑みたものである。ベース値の減少補正は、HC被毒量が多いほど、ベース値の減少補正量を大きくし、第2浄化率R2が小さい値となるようにする。これにより、HC被毒量が多いほど第2触媒34の浄化能力が低下することを適切に表現することができる。この処理は、HC被毒量と補正係数との関係を定めた1次元マップをメモリ54に記憶しておき、1次元マップから算出される補正係数をベース値に乗算することで実現できる。
なお、上述した被毒量算出処理部M14は、第1浄化処理を実行しているときにおいて第1触媒30からスリップした炭化水素量に基づき、第2触媒34のHC被毒量を算出しているものの、第3浄化処理において炭化水素添加弁40から炭化水素が添加されているときの第1触媒30からの炭化水素のスリップ量を考慮していない。しかし、本実施形態において、第3浄化処理を実行しているときにおけるスリップ量は、第2浄化処理への切替要求が生じたときにおける第2触媒34のHC被毒量の算出に際して無視しうる。これは、第3浄化処理において炭化水素添加弁40から炭化水素が添加されているときの第1触媒30からの炭化水素のスリップ量自体が少量であることに加えて、第3浄化処理から第2浄化処理に直接移行することがないことによる。すなわち、排気の温度が上昇すると、第3浄化処理から第1浄化処理に移行し、第1浄化処理によってはNOxを十分に浄化できないときに第2浄化処理に移行する。ここで、第1浄化処理を実行しているときにおける排気の温度が高いことなどに起因して、第1浄化処理が実行されている場合、第2触媒34のHC被毒量のうち第3浄化処理を実行しているときにおけるHC被毒量の影響は減衰していく。このため、第2浄化処理への切替要求が生じるときにおける第2触媒34のHC被毒量に、第3浄化処理を実行しているときにおけるHC被毒量はほとんど寄与しない。
次に、CPU52は、現在実行している第1浄化処理によるNOx浄化率である第1浄化率R1を算出する(S16)。これは、CPU52が、回転速度NEおよび要求トルクと、1回当たりの添加量および添加の時間間隔とから第1浄化率R1を算出する処理となる。具体的には、回転速度NE、要求トルク、1回当たりの添加量および添加の時間間隔を入力変数とし、第1浄化率R1を出力変数とする4次元マップをメモリ54に予め記憶しておき、CPU52がこのマップを用いて第1浄化率R1を算出する。なお、回転速度NEおよび要求トルクは、第1触媒30に流入する排気の流量、同排気の温度、および同排気中のNOx量を把握するためのパラメータである。
そしてCPU52は、第1浄化率R1が第2浄化率R2よりも高いか否かを判定する(S18)。そして、CPU52は、第1浄化率R1が第2浄化率R2よりも高いと判定する場合(S18:YES)、HC被毒回復待機処理を実行する(S20)。以下、これについて、図6に基づき説明する。
図6(a)は、HC被毒回復待機処理ではない通常時の第1浄化処理における炭化水素の添加処理の推移を示し、図6(b)は、HC被毒回復待機処理時における炭化水素の添加処理の推移を示す。ここで、図6(a)と図6(b)とは、回転速度NEおよび要求トルクによって定まる内燃機関10の動作点が同一である場合の処理の推移を示す。なお、図6においては、1回当たりの添加量および添加の時間間隔を模式的に示しており、簡素化のために1回当たりの添加量の添加がなされる時間に幅を持たせない記載としている。
図6(b)に示すHC被毒回復待機処理では、図6(a)に示す通常時の第1浄化処理と比較して、1回当たりの添加量を少量とする。これは、第1浄化処理が実行されているときにおいて第1触媒30の下流にスリップする炭化水素の量は、1回当たりの添加量と強い正の相関を有することに鑑みたものである。このため、図6(b)に示すように、1回当たりの添加量を低減することによって、第1触媒30の下流への炭化水素のスリップ量を効果的に削減する。
また、図6(b)に示すHC被毒回復待機処理では、図6(a)に示す通常時の第1浄化処理と比較して、添加の時間間隔を短縮している。これは、1回当たりの添加量を低減したことによる浄化率の低下をある程度補償し、通常時の第1浄化処理の浄化率に対するHC被毒回復待機処理の浄化率の低下を抑制するためのものである。すなわち、通常時の第1浄化処理では、回転速度NEおよび要求トルクに基づき、浄化率が最大となるように、1回当たりの添加量および添加の時間間隔が設定されている。このため、1回当たりの添加量を低減すると、低減に起因して浄化率が低下する。一方、このとき、添加の時間間隔を短縮する場合には短縮しない場合と比較して浄化率の低下を抑制することができる。なお、図6(b)には、図6(a)に示す通常時の第1浄化処理に対して、1回当たりの添加量を「1/2」として且つ、添加の時間間隔を「1/2」とした例が記載されているが、「1/2」という値によって本実施形態における具体的な値を限定する意図はない。図6では、炭化水素の消費率が通常時の第1浄化処理とHC被毒回復待機処理とで同一となるように時間間隔を短縮したことを模式的に示している。
なお、通常時の第1浄化処理およびHC被毒回復処理は、メモリ54に、回転速度NEおよび要求トルクを入力変数とし、1回当たりの添加量を出力変数とする2次元マップと、回転速度NEおよび要求トルクを入力変数とし、添加の時間間隔を出力変数とする2次元マップとを2種類ずつ予め記憶しておくことで実現できる。ここで、通常時の第1浄化処理用の2次元マップの入力変数の値と、HC被毒回復待機処理用の2次元マップの入力変数の値とは一部重複している。これは、本実施形態では、NOx濃度Dndが閾値以上である場合に切替要求が生じるのであるが、切替要求が生じる動作点が一義的に定まるとは限らないための設定である。すなわち、この設定によれば、通常時の第1浄化処理用の2次元マップの入力変数の値によって定まる動作点と、HC被毒回復待機処理用の2次元マップの入力変数の値によって定まる動作点とが一部重複する。このため、切替要求が生じる動作点がある程度変動しても、HC被毒回復待機処理を実行すべきときに当該動作点がマップによって定義されていないなどの問題が生じることを回避することができる。
図5に戻り、CPU52は、HC被毒回復待機処理を所定時間実行すると、ステップS12の処理に戻る。なお、被毒量算出処理部M14がHC被毒量を算出する周期は、上記所定時間以下であることが望ましい。一方、CPU52は、第2浄化率R2が第1浄化率R1以上であると判定する場合(S18:NO)、第1浄化処理を停止し、第2浄化処理を実行する(S22)。
なお、CPU52は、ステップS10において否定判定する場合や、ステップS22の処理が完了する場合には、図5に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
排気の温度が規定温度以上となることにより第1浄化処理を実行しているときにおいて、排気中のNOx量が多量となり、第1浄化処理によってはNOxを十分浄化することができない内燃機関の運転状態となる場合、CPU52は、第2浄化処理への切替要求を生じさせる。
ここで、切替要求が生じたときのケースとして、図2を用いて次の2つのケースを考える。図2において、点Paと点PcとはNOx排出量が同一であって、点Paよりも点Pcの方が入りガス温度が低い点としており、また、点Pbと点PdとはNOx排出量が同一であって、点Pbよりも点Pdの方が入りガス温度が低い点として記載している。これは、第1触媒30への入りガス温度よりも第2触媒34への入りガス温度の方が低くなることを反映したものである。
たとえば切替要求が生じたときの内燃機関10の動作点が図2に示す点Paに対応する点である場合には、CPU52は、切替要求が生じたときの上記第2浄化率R2が第1浄化率R1以上であると判定し、直ちに第2浄化処理に切り替える。これは、切替要求が生じた際の動作点が点Paに対応する点である場合、第1触媒30の入りガス温度が高いため、第2触媒34の入りガス温度がかなり高い点Pcにおける値となることから、第2触媒34が炭化水素を酸化除去できる温度域となっており、第2触媒34のHC被毒が無視できるためである。
これに対し、たとえば切替要求が生じたときの内燃機関10の動作点が図2に示す点Pbに対応する点である場合には、CPU52は、切替要求が生じたときの第1浄化率R1が上記第2浄化率R2よりも高いと判定し、直ちに第2浄化処理に切り替えることはせずにHC被毒回復待機処理を実行する。これにより、1回当たりの添加量が通常時の第1浄化処理時のものよりも少量となるため、第1触媒30からスリップする炭化水素の量を減少させることができる。そして、第1浄化処理がなされているときの第2触媒34の入りガス温度は、第1浄化処理時であるがゆえにある程度高い点Pdにおける値であることから、第2触媒34に流入する炭化水素量が減少すると、第2触媒34内のHC被毒量が減少する。
そしてこれにより、CPU52は、第2触媒34内のHC被毒量の減少に起因して第2浄化率R2が第1浄化率R1以上となると判定すると、第1浄化処理を停止し第2浄化処理を実行する。
なお、第1浄化処理から第2浄化処理への切替要求が生じることに伴ってHC被毒回復待機処理が実行されるときに、内燃機関10の動作点が通常時の第1浄化処理用の2次元マップによって定められた動作点の領域から外れることもありうる。しかし、その場合であっても、HC被毒回復待機処理の実行開始時における1回当たりの添加量は、それ以前の1回当たりの添加量よりも低減される。これは、通常時の第1浄化処理が実行される動作点のうち切替要求が生じたときの動作点と、HC被毒回復待機処理の実行開始時における動作点とが比較的近くなるためである。すなわち、互いに近似した動作点同士では、浄化率を最適化するための1回当たりの添加量および添加の時間間隔が近似する。そして、HC被毒回復待機処理においては、浄化率が最適化された1回当たりの添加量よりも添加量を低減するため、HC被毒回復待機処理の実行開始時における1回当たりの添加量は、それ以前の1回当たりの添加量よりも少なくなる。
図7に、実線にて、本実施形態におけるNOxの浄化率の推移を示す。これは、図7に示す期間TtrにおいてHC被毒回復待機処理を実行した場合に対応する。一方、一点鎖線には、期間Ttrにおいて第2浄化処理を実行した比較例における浄化率の推移を示す。比較例においては、第2浄化処理に切り替えることにより、浄化率が一旦大きく落ち込む。これは、第2触媒34のHC被毒のために、第2触媒34の浄化率が低下していることに起因している。これに対し、本実施形態では、第2浄化処理への切替に先立ってHC被毒回復待機処理を実行することにより、第2触媒34のHC被毒量を減少させ、第2触媒34のNOx浄化能力が高まったときに第2浄化処理に切り替えるため、第2浄化処理への切替直後から、NOxの浄化率を高くすることができる。なお、HC被毒回復待機処理は、通常時の第1浄化処理と比較して、NOxの浄化率が低いものの、この低下量は、第2触媒34のHC被毒時におけるNOx浄化率の低下と比較して小さい。
以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する作用効果が得られる。
(1)CPU52は、HC被毒回復待機処理によって1回当たりの添加量を低減するとともに、添加の時間間隔を短縮した。このように時間間隔を短縮することによって、1回当たりの添加量の低減によるNOxの浄化率の低下を部分的に補償し、HC被毒回復待機処理によるNOxの浄化率の低下を抑制することができる。
(2)CPU52は、HC被毒回復待機処理の実行によって第2浄化率R2が第1浄化率R1以上となる場合、第2浄化処理を実行し、第1浄化処理の実行を停止した。これにより、HC被毒回復待機処理の実行期間を制限することができ、ひいては炭化水素および尿素水の利用効率を極力高めることとNOxの浄化率を極力高めることとの好適な両立を図ることができる。なお、たとえば炭化水素の利用効率とは、炭化水素の添加量に対するNOx浄化量が多いほど高くなるパラメータである。
(3)第1触媒30を床上に配置して且つ、第2触媒34を床下に配置した。この場合、第2触媒34が床上に配置されている場合と比較すると、第1浄化処理が実行されているときにおける第2触媒34の入りガス温度が低くなる傾向がある。このため、第2触媒34が床上に配置されている場合と比較すると、第1浄化処理が実行されているときに第1触媒30の下流にスリップした炭化水素が第2触媒34内で完全に酸化されず第2触媒34のHC被毒量が増加しやすいため、HC被毒回復待機処理の利用価値が特に高い。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、HC被毒回復待機処理における1回当たりの添加量の低減量を、第2触媒34の温度Tscrが高い場合に低い場合よりも少なくする。これは、第2触媒34が、温度Tscrが高い場合に低い場合よりもより多くの炭化水素を酸化除去できることに鑑みた設定である。1回当たりの添加量は、第2触媒34のHC被毒量を減少させていくことができる値のうち、温度Tscrに応じて極力多い値に設定される。
具体的には、第1浄化処理部M10は、図3に示した回転速度NEおよび要求トルクに加えて、第2触媒34の温度Tscrに基づき、1回当たりの添加量および添加の時間間隔を設定する。ただし、温度Tscrに応じて1回当たりの添加量および添加の時間間隔を可変設定するのは、HC被毒回復待機処理時であり、通常時の第1浄化処理に関しては、第1の実施形態で用いたものと同様の2次元マップを用いて1回当たりの添加量および添加の時間間隔を可変設定する。一方、HC被毒回復待機処理のためには、回転速度NE、要求トルクおよび温度Tscrを入力変数とし、1回当たりの添加量を出力変数とする3次元マップと、回転速度NE、要求トルクおよび温度Tscrを入力変数とし、添加の時間間隔を出力変数とする3次元マップとを、メモリ54に記憶しておく。ここで、1回当たりの添加量を出力変数とする3次元マップは、回転速度NEおよび要求トルクの値が同一であっても、入力変数である温度Tscrの値が高い場合に低い場合よりも、出力変数の値を大きい値とするものである。また、添加の時間間隔を出力変数とする3次元マップは、回転速度NEおよび要求トルクの値が同一であっても、入力変数である温度Tscrの値が高い場合に低い場合よりも、出力変数の値を大きい値とするものである。
図8に、本実施形態にかかるHC被毒回復待機処理を例示する。なお、図8(a)は、図6(a)と同一であり、図8(b)には、温度Tscrが温度T1である場合として、1回当たりの添加量および添加の時間間隔を図6(b)と同様に設定した例を示している。また、図8(c)は、温度Tscrが温度T1よりも高い温度T2であるときの例として、1回当たりの添加量および添加の時間間隔を、通常時の第1浄化処理時の値の「3/4」倍とした例を記載している。ただし、図8(a)〜図8(c)は、同一の動作点において処理が行われた場合を示している。また、ここでも、通常時の第1浄化処理時に対するHC被毒回復待機処理時の1回当たりの添加量および添加の時間間隔の倍率を図8によって限定する意図はない。図8では、炭化水素の消費率が通常時の第1浄化処理とHC被毒回復待機処理とで同一となるように時間間隔を短縮したことを模式的に示している。
以上説明した本実施形態によれば、温度Tscrが高い場合に低い場合よりも1回当たりの添加量の低減量を少なくすることにより、HC被毒回復待機処理による浄化率の低下を極力抑制することができる。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、HC被毒回復待機処理における1回当たりの添加量の低減量を、HC被毒回復待機処理の開始時の第2触媒34のHC被毒量が多い場合に少ない場合よりも多くする。これは、HC被毒回復待機処理の実行時間が長くなることを抑制し、迅速に第2浄化処理に移行することを狙ったものである。すなわち、HC被毒回復待機処理による第1触媒30のスリップ量が同一である場合、HC被毒量を十分に減少させるまでに要する時間は、HC被毒回復待機処理の開始時のHC被毒量が多いほど長くなる。このため、HC被毒回復待機処理の開始時のHC被毒量が多い場合には少ない場合と比較して、1回当たりの低減量を多くして第1触媒30の下流への炭化水素のスリップ量をより減少させる。
具体的には、第1浄化処理部M10は、図3に示した回転速度NEおよび要求トルクや、第2触媒34の温度Tscrに加えて、HC被毒量に基づき、1回当たりの添加量および添加の時間間隔を設定する。ここで、HC被毒量は、図5のステップS10において肯定判定された時点の値とする。ただし、温度TscrおよびHC被毒量に応じて1回当たりの添加量および添加の時間間隔を可変設定するのは、HC被毒回復待機処理時であり、通常時の第1浄化処理に関しては、第1の実施形態で用いたものと同様の2次元マップを用いて1回当たりの添加量および添加の時間間隔を可変設定する。これに対しHC被毒回復待機処理のために、回転速度NE、要求トルク、温度Tscr、およびHC被毒量を入力変数とし、1回当たりの添加量を出力変数とする4次元マップと、回転速度NE、要求トルク、温度Tscr、およびHC被毒量を入力変数とし、添加の時間間隔を出力変数とする4次元マップとを、メモリ54に記憶しておく。
ここで、1回当たりの添加量を出力変数とする4次元マップは、回転速度NE、要求トルクおよび温度Tscrの値が同一であっても、入力変数であるHC被毒量が多い場合に少ない場合よりも、出力変数の値を小さい値とするものである。また、添加の時間間隔を出力変数とする4次元マップは、回転速度NE,要求トルクおよび温度Tscrの値が同一であっても、入力変数であるHC被毒量の値が多い場合に少ない場合よりも、出力変数の値を小さい値とするものである。
図9に、本実施形態にかかるHC被毒回復待機処理を例示する。なお、図9(a)は、図6(a)と同一であり、図9(b)には、HC被毒回復待機処理の開始時のHC被毒量HC0が量H1である場合として、1回当たりの添加量および添加の時間間隔を図6(b)と同様に設定した例を示している。また、図9(c)は、温度Tscrが図9(b)に示した場合と同一であって、HC被毒回復待機処理の開始時のHC被毒量が量H1よりも少ない量H2であるときの例として、1回当たりの添加量および添加の時間間隔を、通常時の第1浄化処理時の値の「3/4」倍とした例を記載している。ただし、図9(a)〜図9(c)は、同一の動作点において処理が行われた場合を示している。また、ここでも、通常時の第1浄化処理時に対するHC被毒回復待機処理時の1回当たりの添加量および添加の時間間隔の倍率を図9によって限定する意図はない。図9では、炭化水素の消費率が通常時の第1浄化処理とHC被毒回復待機処理とで同一となることを模式的に示している。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、第3の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、HC被毒回復待機処理において1回当たりの添加量を低減するとともに添加の時間間隔を短縮するに際し、その短縮量を、第3の実施形態におけるものよりも多くする。これは、1回当たりの添加量の低減に起因した浄化率の低下をより抑制するための設定である。ここで、時間間隔は、1回当たりの添加量とともに、予め実験結果等に基づき適合され、適合された値に基づき上述した4次マップが予め作成され、メモリ54に記憶される。ここでの適合値は、回転速度NE、要求トルク、温度TscrおよびHC被毒量が与えられたときに、第2触媒34のHC被毒量を減少させることができる値であって浄化率が極力高くなる値である。
図10に、本実施形態にかかるHC被毒回復待機処理を例示する。なお、図10(a)は、図6(a)と同一である。また、図10(b)は、HC被毒回復待機処理によるものであり、1回当たりの添加量を、通常時の第1浄化処理時の値の「5/8」倍とし、添加の時間間隔を、通常時の第1浄化処理時の値の「1/2」倍とした例を記載している。ただし、図10(a)および図10(b)は、同一の動作点において処理が行われた場合を示している。また、ここでも、通常時の第1浄化処理時に対するHC被毒回復待機処理時の1回当たりの添加量および添加の時間間隔の倍率を図10によって限定する意図はない。図10では、炭化水素の消費率が、通常時の第1浄化処理時と比較してHC被毒回復処理時の方が多くなることを模式的に示している。
なお、HC被毒回復待機処理がなされる動作点が、通常の第1浄化処理の1回当たりの添加量等を定める2次元マップの入力変数によって定まる動作点から外れる場合、HC被毒回復待機処理には、次の特徴がある。すなわち、HC被毒回復待機処理が実行されている動作点において、炭化水素の消費率を低下させたとしても、1回当たりの添加量を増加させることによって浄化率を上昇させることができるという特徴がある。
ちなみに、HC被毒回復待機処理の開始時の動作点が、通常時の第1浄化処理の1回当たりの添加量等を定める2次元マップの入力変数によって定まる動作点から外れる場合であっても、HC被毒回復待機処理の実行開始時には、実行開始直前と比較して、炭化水素の消費率は上昇する。これは、実行開始時の動作点と実行開始直前の動作点とが近似する一方、近似する動作点においてはNOxの浄化率を最大化するうえでの1回当たりの添加量および添加の時間間隔も近似するため、炭化水素の消費率も近似するためである。
<対応関係>
上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と、実施形態における事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。なお、以下において、「メモリ54に記憶されたプログラムに従って所定の処理を実行するCPU52」のことを、記載を簡素化するために、「所定の処理を実行するCPU52」と記載する。
1.排気浄化制御装置は、制御装置50に対応する。また、「第2浄化処理の実行要求が生じることを条件に第2浄化処理の実行開始に先立ってHC被毒回復待機処理を実行する」ことは、CPU52が図5のステップS10およびステップS18の双方において肯定判定してステップS20の処理を実行することに対応する。
2.図6(a)に例示する通常時の第1浄化処理時と比較して、図6(b)に例示するように、HC被毒回復待機処理時に添加の時間間隔を短縮する処理を実行するCPU52に対応する。また、図8(a)に例示する通常時の第1浄化処理時と比較して、図8(b),(c)に例示するように、HC被毒回復待機処理時に添加の時間間隔を短縮する処理を実行するCPU52に対応する。また、図9(a)に例示する通常時の第1浄化処理時と比較して、図9(b),(c)に例示するように、HC被毒回復待機処理時に添加の時間間隔を短縮する処理を実行するCPU52に対応する。また、図10(a)に例示する通常時の第1浄化処理時と比較して、図10(b)に例示するように、HC被毒回復待機処理時に添加の時間間隔を短縮する処理を実行するCPU52に対応する。
3.図10(a)に例示する通常時の第1浄化処理時と比較して、図10(b)に例示するように、HC被毒回復待機処理時に炭化水素の消費率を上昇させる処理を実行するCPU52に対応する。
4.図8(b)に例示する温度Tscrが低い場合と比較して図8(c)に例示する温度Tscrが高い場合に、1回当たりの添加量の低減量を少なくする処理を実行するCPU52に対応する。
5.図9(c)に例示するHC被毒量HC0が少ない場合と比較して、図9(b)に例示するHC被毒量HC0が多い場合に、1回当たりの添加量の低減量を多くする処理を実行するCPU52に対応する。
6.第2浄化率算出処理部は、ステップS14の処理を実行するCPU52に対応し、規定値は、第1浄化率R1に対応する。
7.ステップS18においてCPU52が肯定判定することによりステップS22の処理に移行することに対応し、特に、第1浄化率算出処理部は、ステップS16の処理を実行するCPU52に対応する。
<その他の実施形態>
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。
・「第2浄化処理への切替要求について」
上記実施形態では、NOx濃度センサ60によって検出される第1触媒30の下流における排気中のNOx濃度の検出値が閾値以上である場合に、切替要求が生じたとしたが、これに限らない。たとえば、回転速度および負荷としての要求トルクによって定まる動作点が所定の領域に入る場合に、切替要求が生じたとしてもよい。またたとえば、負荷として、要求トルクに代えて、噴射量を用いてもよい。またたとえば駆動輪に動力を付与する原動機が内燃機関のみである車両のように、回転速度NEおよび負荷によって定まる動作点と車速とに強い相関がある車両の場合、回転速度NEおよび負荷に代えて、車速に基づき切替要求を生じさせてもよい。
・「HC被毒回復待機処理について」
HC被毒回復待機処理の実行開始時におけるHC被毒量に応じて1回当たりの添加量を可変設定するHC被毒回復待機処理としては、1回当たりの添加量を、第2触媒34の温度Tscrに応じて可変設定するものに限らず、第2触媒34の温度Tscrによっては可変としないものであってもよい。
また、1回当たりの添加量を、HC被毒回復待機処理中に都度更新されるHC被毒量に応じて可変設定してもよい。すなわち、HC被毒量が少なくなるほど、1回当たりの添加量を増加させてもよい。
炭化水素の消費率を、通常時の第1浄化処理時の消費率よりも上昇させる設定がなされたHC被毒回復待機処理としては、1回当たりの添加量を、HC被毒量および第2触媒34の温度Tscrに応じて可変とするものに限らない。たとえば、HC被毒量および第2触媒34の温度Tscrのいずれか一方のみに基づき1回当たりの添加量を可変とする処理であってもよい。またたとえば、1回当たりの添加量を、HC被毒量および第2触媒34の温度Tscrのいずれによっても可変としない処理であってもよい。
1回当たりの添加量および添加の時間間隔を、回転速度NEおよび負荷としての要求トルクに応じて可変設定するものに限らない。たとえば負荷として、要求トルクに代えて、燃料噴射弁16の噴射量を用いてもよい。また、たとえば駆動輪に動力を付与する原動機が内燃機関のみである車両のように回転速度NEおよび負荷と車速との間に強い相関がある場合、回転速度NEおよび負荷に代えて、車速に応じて可変設定してもよい。
さらにたとえば、1回当たりの添加量および時間間隔を、回転速度NEおよび負荷に代えて、第1触媒30に流入する排気の流量、同排気の温度、および同排気中のNOx量に基づき可変設定してもよい。ここで、排気の流量は、たとえば吸気通路12にエアフローメータを備えて、エアフローメータによって検出される吸入空気量と燃料噴射弁16から噴射される燃料量とに基づき、算出すればよい。また、排気中のNOx量は、第1触媒30の上流に、NOx濃度センサを備え、同センサの検出値と、排気の流量から算出すればよい。さらに、排気の温度は、第1触媒30の上流側に温度センサを設けて同センサの検出値とすればよい。
上記各実施形態では、通常時の第1浄化処理用の2次元マップの入力変数の値と、HC被毒回復待機処理用の2次元マップの入力変数の値とは一部重複している設定としつつも、重複している動作点がいなかる動作点かについては特に触れなかった。ここで、重複する動作点に、第1触媒30が正常である場合においては第1浄化処理が確実に実行される動作点を含めてもよい。これにより、第1触媒30の硫黄被毒や熱劣化によって、第1浄化処理の浄化能力が低下することによって、低下していないときよりもNOx流量が少ないときに第2浄化処理への切替要求が生じる場合であっても、これに適切に対処することができる。
上記「第2浄化処理への切替要求について」の欄に記載したように、切替要求が回転速度NEおよび負荷に応じて定まる場合、上記第1の実施形態において、通常時の第1浄化処理用のマップとHC被毒回復待機処理時のマップとを単一のマップとしてもよい。この場合であっても、通常時の第1浄化処理時の1回当たりの添加量のうち、切替要求が生じる動作点に近い動作点における添加量は、HC被毒回復待機処理が実行される動作点のうち切替要求が生じる動作点に近い動作点における添加量よりも多くなる。そして、通常時の第1浄化処理からHC被毒回復待機処理への切替によって、1回当たりの添加量が低減される。
また、切替要求が回転速度NEおよび負荷に応じて定まる場合、第2〜第4の実施形態において、HC被毒回復待機処理用のマップの入力変数の値と、通常時の第1浄化処理用のマップの入力変数の値とには共通するものが含まれなくてもよい。この場合であっても、たとえば第4の実施形態において、HC被毒回復待機処理の実行開始時には、開始直前と比較して、炭化水素の消費率は上昇する。換言すれば、第2浄化処理の実行要求が生じる以前と比較して、炭化水素の消費率は上昇する。これは、HC被毒回復待機処理の実行開始時の動作点と実行直前の動作点とが近いことから、それら一対の動作点において浄化率を最適化するうえでの1回当たりの添加量および添加の時間間隔が近似するため、それら一対の動作点において浄化率を最適化するうえでの炭化水素の消費率も近似するためである。HC被毒回復待機処理では、1回当たりの添加量を、浄化率を最適化する値に対して低減しており、且つそれによる浄化率の低下を炭化水素の消費率を上昇させることによって抑制しているため、HC被毒回復待機処理への切替に伴って、炭化水素の消費率が上昇する。
通常時の第1浄化処理用の1回当たりの添加量と添加の時間間隔とを定めるマップの入力変数の値を、内燃機関10の取りうると想定される動作点の全域に拡大し、HC被毒回復待機処理時の1回当たりの添加量と添加の時間間隔とを、通常時の第1浄化処理用のマップに基づく値の補正処理によって設定してもよい。すなわち、たとえば、通常時の第1浄化処理用のマップから定まる1回当たりの添加量と添加の時間間隔とに、補正係数を乗算することによって、HC被毒回復待機処理時の1回当たりの添加量と添加の時間間隔とを算出してもよい。ここで、補正係数は、たとえば、固定値としたり、温度Tscrに応じて可変設定したり、温度TscrおよびHC被毒量に応じて可変設定したりすればよい。もっともこれに限らず、補正係数を回転速度および負荷のみに応じて可変設定したり、補正係数を可変設定するためのパラメータに、温度TscrおよびHC被毒量の少なくとも一方に加えて回転速度および負荷を含めてもよい。
なお、1回当たりの添加量を低減する際、添加の時間間隔を短縮することは必須ではない。
・「HC被毒量算出処理部について」
スリップ量ΔHCを、回転速度NE、負荷としての要求トルク、添加量、および添加の時間間隔に基づき算出したが、これに限らない。たとえば、負荷として、要求トルクに代えて、燃料噴射弁16から噴射される燃料量を用いてもよい。またたとえば駆動輪に動力を付与する原動機が内燃機関のみである車両のように回転速度NEおよび負荷と車速との間に強い相関がある場合、回転速度NEおよび負荷に代えて、車速を用いてもよい。また、たとえば、回転速度NEおよび負荷に代えて、第2触媒34に流入する排気の温度、同排気の流量、および同排気中のNOx量を用いてもよい。
また、たとえば、第1触媒30の下流であって第2触媒34の上流に炭化水素濃度センサを備え、同センサの検出値と排気の流量とに基づき、スリップ量ΔHCを算出してもよい。
第1浄化処理時に第1触媒30の下流にスリップした炭化水素に起因した第2触媒34のHC被毒量を算出するものにも限らず、第3浄化処理の実行に起因して第1触媒30の下流にスリップした炭化水素を更に加味して、第2触媒34のHC被毒量を算出してもよい。これは、たとえば、第2触媒34の上流に炭化水素濃度センサを備え、同センサの検出値と排気の流量とに基づき、スリップ量ΔHCを算出することにより実現できる。
・「第1浄化率算出処理部について」
上記実施形態では、第1浄化率R1を、回転速度NE、負荷としての要求トルク、添加量、および添加の時間間隔に基づき算出したが、これに限らない。たとえば、負荷として、要求トルクに代えて、燃料噴射弁16から噴射される燃料量を用いてもよい。またたとえば駆動輪に動力を付与する原動機が内燃機関のみである車両のように回転速度NEおよび負荷と車速との間に強い相関がある場合、回転速度NEおよび負荷に代えて、車速を用いてもよい。また、たとえば、回転速度NEおよび負荷に代えて、第1触媒30に流入する排気の温度、同排気の流量、および同排気中のNOx量を用いてもよい。
・「第2浄化処理について」
第1浄化処理を停止しつつ第2浄化処理を実行するものに限らない。たとえば、第1浄化処理の実行中に、第1浄化処理のみによってはNOxを十分浄化できない運転領域となることによって、第2浄化処理を併せ実行するものであってもよい。この場合であっても、HC被毒によって第2浄化率R2が低くなっているときには第2浄化処理を実行することなく、HC被毒回復待機処理を実行することで、第2浄化処理の開始時には、第2浄化処理の浄化能力を高くすることができる。なお、この場合、第2浄化処理の開始後であっても、通常時の第1浄化処理によっては第1触媒30からの炭化水素のスリップ量が多くなる場合には、第1浄化処理としてHC被毒回復待機処理時と同様の処理を実行してスリップ量ΔHCを低減する。
・「第2浄化処理を実行しない条件について」
上記実施形態では、第2浄化率R2が第1浄化率R1よりも低い場合、第2浄化処理を実行しなかったが、これに限らない。たとえば、第2浄化率R2が第1浄化率R1よりも低いことと、第2浄化率R2が規定値以下であることとの論理和が真である場合に、第2浄化処理を実行しないこととしてもよい。ここで、規定値は、HC被毒量がゼロである場合の第2浄化率R2の所定割合(たとえば90%以上)とすればよい。なお、切替要求が生じるときの第1浄化率R1が上記規定値よりも確実に低くなる場合、第1浄化率R1と第2浄化率R2との大小を直接比較する処理を実行することなく、第2浄化率R2が上記規定値以下である場合に、第2浄化処理を実行しないようにしてもよい。この場合であっても、第1浄化率R1が第2浄化率R2よりも高い場合には、第2浄化処理が実行されないため、第1浄化率R1が第2浄化率R2よりも高いことを条件に、第2浄化処理が実行されないこととなる。
また、「第2浄化処理について」の欄に記載したように、第1浄化処理のみの実行から第1浄化処理および第2浄化処理の双方の実行への切替要求が生じる場合には、第2浄化率R2との比較対象を第1浄化率R1とは独立の規定値とすることが望ましい。
さらに、第1浄化処理が実行されているときに第2浄化処理の実行要求が生じた場合、第2触媒34のHC被毒量にかかわらず、HC被毒回復処理を所定時間実行した後に第2浄化処理を実行してもよい。すなわち、CPU52は、図5のステップS10において肯定判定する場合、ステップS20の処理に移行し、所定時間に渡ってステップS20の処理を実行するようにしてもよい。
・「第2浄化率算出処理部について」
上記実施形態では、第2浄化処理への切替要求が生じるときの第2触媒34の温度が、浄化率を高く維持できる温度であることを想定したが、この想定が成立しないケースの場合、第2浄化率R2の算出に、第2触媒34の温度Tscrを加味してもよい。これはたとえば、第2触媒34の温度Tscrと基本浄化率との関係を定めた1次元マップに基づき、基本浄化率を算出し、これを、HC被毒量によって補正したものを第2浄化率R2とすることによって実現できる。
上記実施形態では、第2触媒34の浄化能力を、排気中のNOx量が、内燃機関10のあらゆる運転状態において排出される排気中のNOx量のうちの最大量のときであっても十分浄化可能なものとしたが、排気中のNOx量が最大量よりも少ない規定量以上の場合、NOx量が多いほど浄化率が低下することを想定してもよい。この場合、第2浄化処理を実行したと仮定した場合に第2触媒34に流入すると想定されるNOx流量に基づき第2浄化率R2を算出すればよい。ここで、第2触媒34に流入すると想定されるNOx流量は、第1触媒30に流入する排気中のNOx量の推定と同様の処理によって推定される。ただし、「第2浄化処理について」の欄に記載したように、第2浄化処理を実行する際にも第1浄化処理を継続する場合には、第2触媒34に流入するNOx流量は、第1触媒30に流入するNOx流量のうち第1触媒30によって浄化されない量とする。これは、第1浄化処理および第2浄化処理の双方を実行する場合の第1浄化処理の浄化率と、第1触媒30に現在流入しているNOx流量とに基づき算出することができる。
・「第2触媒34の温度について」
上記実施形態では、第2触媒34の上流側の温度Tsuと下流側の温度Tsdとに基づき第2触媒34の温度Tscrを推定したが、これに限らない。たとえば、第2触媒34の上流側の温度Tsuを、第2触媒34の温度とみなしてもよく、また、たとえば第2触媒34の下流側の温度Tsdを、第2触媒34の温度とみなしてもよい。さらに、たとえば、第2触媒34の温度を検出する温度センサを設けて、その検出値を利用してもよい。
・「第2触媒について」
上記実施形態では、第1触媒30を床上に配置する一方、第2触媒34を床下に配置したが、これに限らない。たとえば、第1触媒30および第2触媒34の双方を床上に配置してもよい。またたとえば、第2触媒34とDPF32との機能を一体化した単一の浄化装置を構成してもよい。
・「排気浄化制御装置について」
制御装置50が、CPU52およびメモリ54を備えて、上述した各種処理を全てソフトウェア処理するものに限らない。たとえば、被毒量算出処理部M14の処理を、専用のハードウェア(特定用途向け集積回路:ASIC)にて処理するなど、少なくとも一部の処理を実行するASICを備えたものであってもよい。
・「そのほか」
たとえば、シリーズハイブリッド車に搭載される内燃機関の排気浄化制御装置の場合、第3浄化処理を実行することが適切な運転領域での機関運転をしない設定とすることにより、第3浄化処理を実行しない制御装置としてもよい。
炭化水素添加弁40を、排気通路20のうちの過給機22の下流に設けることは必須ではなく、排気通路20のうちの過給機22の上流に設けてもよい。
10…内燃機関、12…吸気通路、14…燃焼室、16…燃料噴射弁、20…排気通路、22…過給機、30…第1触媒、32…DPF、34…第2触媒、40…炭化水素添加弁、42…尿素添加弁、50…制御装置、52…CPU、54…メモリ、60…NOx濃度センサ、62…排気温センサ、64,66…NOx濃度センサ、68…排気温度センサ、70…回転速度センサ、72…アクセルセンサ。

Claims (7)

  1. 内燃機関の排気通路内に設けられた第1NOx触媒と、
    前記第1NOx触媒に流入する排気に炭化水素を添加する炭化水素添加弁と、
    前記第1NOx触媒の下流に設けられた第2NOx触媒と、
    前記排気通路のうち前記第1NOx触媒と前記第2NOx触媒との間に設けられた尿素添加弁と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用され、
    前記第1NOx触媒は、該第1NOx触媒に流入する排気中の炭化水素濃度を規定範囲内の振幅と規定範囲内の時間間隔で振動させると排気中のNOxを還元し、前記時間間隔を規定範囲内の値よりも長くするとNOxの吸蔵量が増加する性質を有しており、
    前記第1NOx触媒に流入する排気中の炭化水素濃度を前記規定範囲内の振幅且つ前記規定範囲内の時間間隔としてNOxを浄化すべく、前記炭化水素添加弁を操作して前記炭化水素添加弁によって排気中に前記炭化水素を間欠的に添加する処理である第1浄化処理を実行する第1浄化処理部と、
    前記尿素添加弁から排気中に尿素水を添加し前記第2NOx触媒を用いてNOxを浄化する処理である第2浄化処理を実行する第2浄化処理部と、
    前記第1浄化処理部は、前記第1浄化処理を実行しているときにおいて、前記第2浄化処理の実行要求が生じることを条件に、前記第2浄化処理の実行開始に先立って前記第1浄化処理において前記炭化水素添加弁からの1回当たりの添加量を前記実行要求が生じる以前よりも低減するHC被毒回復待機処理を実行する内燃機関の排気浄化制御装置。
  2. 前記HC被毒回復待機処理は、前記第1浄化処理において前記1回当たりの添加量を前記実行要求が生じる以前よりも低減するとともに前記炭化水素の間欠的な添加の時間間隔を前記実行要求が生じる以前よりも短縮する処理である請求項1記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
  3. 前記HC被毒回復待機処理は、前記時間間隔を短縮する処理によって前記第1浄化処理による前記炭化水素の消費率を前記実行要求が生じる以前よりも上昇させる処理であり、
    前記消費率は、単位時間当たりの炭化水素の添加量である請求項2記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
  4. 前記第1浄化処理部は、前記HC被毒回復待機処理を実行する場合、前記第2NOx触媒の温度が高い場合に低い場合よりも前記1回当たりの添加量の低減量を少なくする請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
  5. 前記第2NOx触媒のHC被毒量を算出する被毒量算出処理部を備え、
    前記第1浄化処理部は、前記HC被毒回復待機処理を実行する場合、前記HC被毒量が多い場合に少ない場合よりも前記1回当たりの添加量の低減量を多くする請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
  6. 前記第2NOx触媒のHC被毒量を算出する被毒量算出処理部と、
    前記第1浄化処理が実行されているとき、前記HC被毒量に基づき、前記第2浄化処理が実行されたと仮定した場合の前記第2浄化処理によるNOxの浄化率である第2浄化率を算出する第2浄化率算出処理部と、を備え、
    前記第2浄化処理部は、前記第1浄化処理が実行されていて且つ前記第2浄化処理の実行要求が生じるとき、前記第2浄化率が規定値未満であることを条件に、前記第2浄化処理を実行せず、
    前記第1浄化処理部は、前記第2浄化率が前記規定値未満であることを条件に前記第2浄化処理が実行されない場合、前記HC被毒回復待機処理を実行する請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
  7. 前記第1浄化処理によるNOxの浄化率である第1浄化率を算出する第1浄化率算出処理部を備え、
    前記規定値は、前記第1浄化率であり、
    前記HC被毒回復待機処理の実行によって前記第2浄化率が前記第1浄化率以上となる場合、前記第2浄化処理を実行し、前記第1浄化処理の実行を停止する請求項6記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
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