JP7448073B1 - 排気制御装置及び排気制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適切なＮＯｘ排出量及びアンモニア流出量になるように排気を制御する。【解決手段】排気制御装置５０は、エンジン１０の負荷に関する負荷情報と、排気ガスが流れる排気路２１に設けられた触媒３１の下流の酸素濃度と、を取得する取得部５２１と、負荷情報に基づいて、エンジン１０内で発生した混合気の空燃比の第１範囲と、酸素濃度の第２範囲と、第１範囲及び第２範囲の更新時間と、を設定する設定部５２２と、第１範囲に含まれる空燃比から、酸素濃度が第２範囲に含まれるように混合気の空燃比を決定する決定部５２３と、を有し、設定部５２２は、前に更新時間を設定した時刻から更新時間が経過するたびに、更新時間が経過した時刻に取得部が取得した負荷情報に基づいて、第１範囲と、第２範囲と、更新時間とを再設定する。【選択図】図５

Description

本発明は、排気制御装置及び排気制御方法に関する。

特許文献１の排気浄化装置は、ＮＯｘ（窒素酸化物）排出量とアンモニア流出量とが所定の範囲になるように、触媒に吸着するアンモニア量の目標値を決定し、当該アンモニア量が目標値に達するまで、空燃比を所定のリッチ空燃比にするリッチスパイクを実施する。

特開２０１７－３６７００号公報

ＮＯｘ排出量とアンモニア流出量とを所定の範囲にするために適した空燃比は、エンジンの負荷に応じて変化する。このため、リッチスパイクを実施する際の空燃比がエンジンの負荷に適さない場合は、アンモニア流出量が所定の流出範囲になるまでの間にＮＯｘ排出量が所定の排出範囲を超えてしまうという問題があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、適切なＮＯｘ排出量及びアンモニア流出量になるように排気を制御することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る排気制御装置は、エンジンの負荷に関する負荷情報と、排気ガスが流れる排気路に設けられた触媒の下流の酸素濃度と、を取得する取得部と、前記負荷情報に基づいて、前記エンジン内で発生した混合気の空燃比の第１範囲と、前記酸素濃度の第２範囲と、前記第１範囲及び前記第２範囲の更新時間と、を設定する設定部と、前記第１範囲に含まれる前記空燃比から、前記酸素濃度が前記第２範囲に含まれるように前記混合気の空燃比を決定する決定部と、を有し、前記設定部は、前に前記更新時間を設定した時刻から前記更新時間が経過するたびに、前記更新時間が経過した時刻に前記取得部が取得した前記負荷情報に基づいて、前記第１範囲と、前記第２範囲と、前記更新時間とを再設定する。

前記設定部は、所定時間に前記取得部が取得した前記負荷情報が示す前記エンジンの負荷に対応する前記第２範囲に含まれるように、前記第１範囲を設定し、前記決定部は、現在時刻より前記所定時間前の時刻から前記現在時刻までに前記取得部が取得した前記酸素濃度の平均値が、前記第２範囲に含まれるように、前記第１範囲に含まれる前記空燃比から前記混合気の空燃比を決定してもよい。

前記設定部は、前記エンジンの負荷が大きいほど、前記第１範囲に含まれる前記空燃比が示す酸素の比率が大きくなるように前記第１範囲を設定してもよい。

前記設定部は、前記エンジンの負荷が大きいほど、前記第２範囲に含まれる前記酸素濃度が小さくなるように前記第２範囲を設定してもよい。

前記設定部は、前記エンジンの負荷が大きいほど、前記更新時間を短く設定してもよい。

前記取得部は、前記エンジンの回転数、及び前記エンジンの１行程あたりの燃料噴射量を含む前記負荷情報を取得してもよい。

エンジンの回転数を所定の第１数で分割した各回転範囲と、エンジンの１行程あたりの燃料噴射量を所定の第２数で分割した各噴射量範囲と、に対応する前記第１範囲、前記第２範囲及び前記更新時間を記憶する記憶部をさらに有し、前記設定部は、前記記憶部を参照することにより、前記負荷情報に含まれる前記エンジンの回転数が属する回転範囲と、前記負荷情報に含まれる前記燃料噴射量が属する噴射量範囲と、に対応する前記第１範囲、前記第２範囲及び前記更新時間を設定してもよい。

本発明の第２の態様に係る排気制御方法は、コンピュータが実行する、エンジンの負荷に関する負荷情報と、排気ガスが流れる排気路に設けられた触媒の下流の酸素濃度と、を取得する取得工程と、前記負荷情報に基づいて、前記エンジン内で発生した混合気の空燃比の第１範囲と、前記酸素濃度の第２範囲と、前記第１範囲及び前記第２範囲の更新時間と、を設定する設定工程と、前記第１範囲に含まれる前記空燃比から、前記酸素濃度が前記第２範囲に含まれるように前記混合気の空燃比を決定する決定工程と、を有し、前記設定工程において、前に前記更新時間を設定した時刻から前記更新時間が経過するたびに、前記更新時間が経過した時刻に前記取得工程において取得した前記負荷情報に基づいて、前記第１範囲と、前記第２範囲と、前記更新時間とを再設定する。

本発明によれば、適切なＮＯｘ排出量及びアンモニア流出量になるように排気を制御するという効果を奏する。

本実施形態に係る排気制御システムＳの概要を説明するための図である。 空燃比に対応するＮＨ３濃度とＮＯｘ濃度とを示す図である。 更新時間が一定である場合の動作を示す。 エンジン１０の負荷に応じて更新時間を変更する場合の動作を示す。 排気制御装置５０の構成を示す図である。 排気制御装置５０における処理シーケンスを示す図である。

＜排気制御システムＳの概要＞
図１は、本実施形態に係る排気制御システムＳの概要を説明するための図である。図１に示す排気制御システムＳは、エンジン１０と、過給機１１と、インジェクタ１２と、エアクリーナ１３と、吸気路２０と、排気路２１と、浄化装置３０と、触媒３１と、空燃比センサ４０と、Ｏ２センサ４１と、排気制御装置５０と、を備える。排気制御システムＳは、エンジン１０の負荷に基づいてエンジン１０の内部で発生する混合気の空燃比を決定する機能を有する。一例として、エンジン１０の負荷は、エンジン１０の回転数及びエンジン１０の１行程あたりの燃料噴射量である。

エンジン１０は、例えば、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas）エンジンであり、燃料と吸気（空気）の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる内燃機関である。過給機１１は、例えば、ターボチャージャであり、排気の流れを利用して吸気の密度を高くする。過給機１１は、吸気路２０に設けられたコンプレッサＣと排気路２１に設けられたタービンＴとを有する。タービンＴは、排気路２１を流れる排気を受けて回転する。コンプレッサＣは、タービンＴに連結軸を介して連結されており、タービンＴとともに回転することで吸気を圧縮する。

インジェクタ１２は、燃料タンク（不図示）内の燃料をエンジン１０内の燃焼室に噴射する。エアクリーナ１３は、エンジン１０に供給される空気に含まれる粉塵やゴミ等の異物を除去することにより当該空気を浄化するフィルタであり、吸気路２０の上流に設けられる。吸気路２０は、エンジン１０に供給される空気が流れる通路であり、排気路２１は、エンジン１０の排気が流れる通路である。

浄化装置３０は、エンジン１０の排気を浄化するための装置であり、触媒３１を収容する。触媒３１は、例えば、三元触媒であり、エンジン１０の排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する。具体的には、触媒３１は、炭化水素を水と二酸化炭素とに酸化し、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、窒素酸化物を窒素に還元する。また、触媒３１は、窒素酸化物を窒素に還元する際にアンモニアを生成する。

空燃比センサ４０は、排気路２１におけるエンジン１０の下流かつ触媒３１の上流に設けられ、エンジン１０内で発生した混合気の空燃比を検出する。空燃比センサ４０は、例えば、エンジン１０の排気に含まれる酸素濃度を検出するＯ２センサ、又はエンジン１０が吸入する空気量を計測するエアフロセンサのいずれかを含む。Ｏ２センサ４１は、触媒３１の下流に設けられ、エンジン１０の排気に含まれる酸素濃度（以下、「Ｏ２濃度」という）を検出する。Ｏ２センサ４１は、Ｏ２濃度に対応する電圧値を出力する。例えば、Ｏ２センサ４１は、Ｏ２濃度が高いほど低い電圧値を出力し、Ｏ２濃度が低いほど高い電圧値を出力する。

排気制御装置５０は、電子部品を含む筐体又は電子部品が実装されたプリント基板である。排気制御装置５０は、排気制御システムＳが排出する排気に含まれるアンモニアの濃度（以下、「ＮＨ３濃度」という）及び窒素酸化物の濃度（以下、「ＮＯｘ濃度」という）が所定の範囲（例えば、１０ｐｐｍ未満）になるための処理を実行する。排気制御装置５０は、例えば、ＮＨ３濃度及びＮＯｘ濃度が所定の範囲になるように空燃比を決定し、当該空燃比に対応する燃料噴射量に基づいてインジェクタ１２に燃料を噴射させる。

図２は、空燃比に対応するＮＨ３濃度とＮＯｘ濃度とを示す図である。図２（ａ）は空燃比に対応するＮＯｘ濃度を示し、図２（ｂ）は空燃比に対応するＮＨ３濃度を示す。また、図２（ｃ）には、空燃比に対応するＯ２濃度も示す。図２の横軸は空燃比センサ４０が検出した空燃比を示す。図２（ａ）の縦軸は排気制御システムＳが排出する排気のＮＯｘ濃度を示し、図２（ｂ）の縦軸は当該排気のＮＨ３濃度を示し、図２（ｃ）の縦軸はＯ２センサ４１が検出したＯ２濃度を示す。図２においては、実線で示す折線に対応するエンジン１０の負荷（以下、「低負荷」という）は、破線で示す折線に対応するエンジン１０の負荷（以下、「高負荷」という）よりも低い。

図２（ａ）に示すように、ＮＯｘ濃度は、空燃比がリーンであるほど（すなわち、混合気に含まれる燃料の割合が小さいほど）高くなる。一方、図２（ｂ）に示すように、ＮＨ３濃度は、空燃比がリーンであるほど低くなる。そこで、排気制御装置５０は、ＮＯｘ濃度及びＮＨ３濃度を所定の範囲にするための空燃比の第１範囲とＯ２濃度の第２範囲とを特定し、第１範囲に含まれる空燃比から、Ｏ２濃度が第２範囲に含まれるように空燃比を決定する。具体的には、エンジン１０が低負荷である場合、排気制御装置５０は、図２（ａ）と図２（ｂ）とを参照することにより空燃比λ１から空燃比λ２までの第１範囲を特定し、図２（ｃ）を参照することにより濃度Ｐ１から濃度Ｐ２までの第２範囲を特定する。

このように排気制御装置５０が第１範囲と第２範囲とを特定することで、エンジン１０が低負荷である場合は、ＮＯｘ濃度とＮＨ３濃度とを所定の範囲にするための空燃比を決定できる。しかしながら、エンジン１０が高負荷に変化した場合、ＮＯｘ濃度及びＮＨ３濃度を所定の範囲にするための第１範囲は空燃比λ３から空燃比λ４であり、第２範囲は濃度Ｐ３から濃度Ｐ４である。これらの範囲は、エンジン１０が低負荷の場合に特定した第１範囲及び第２範囲と乖離するため、エンジン１０が低負荷の場合に特定した範囲を継続して用いると、ＮＯｘ濃度及びＮＨ３濃度を所定の範囲にすることができない。

そこで、排気制御装置５０は、所定の時間（以下、「更新時間」という）が経過するたびに、エンジン１０の負荷に基づいて、空燃比の第１範囲とＯ２濃度の第２範囲とを再設定する。具体的には、更新時間が経過した時刻におけるエンジン１０が低負荷である場合、第１範囲を空燃比λ１から空燃比λ２に再設定し、第２範囲を濃度Ｐ１から濃度Ｐ２に再設定する。一方、エンジン１０が高負荷である場合、第１範囲を空燃比λ３から空燃比λ４に再設定し、第２範囲を濃度Ｐ３から濃度Ｐ４に再設定する。このように、更新時間が経過するたびに、エンジン１０の負荷に基づいて第１範囲と第２範囲とを再設定することで、排気に含まれるＮＯｘ濃度とＮＨ３濃度とを所定の範囲にすることができる。

ところで、触媒３１は、ＮＯｘを還元する際に生成した酸素を吸着する。そして、触媒３１が吸着できる酸素の量（いわゆる、Ｏ２ストレージ量）まで酸素を吸着させる時間は、エンジン１０の負荷が高いほど短くなる。すなわち、Ｏ２センサ４１が検出したＯ２濃度に対応する、ＮＯｘ濃度を所定の範囲にするための空燃比の第１範囲を適用できる時間は、エンジン１０の負荷が高いほど短くなる。このため、更新時間が一定である場合、エンジン１０の負荷が高いほど、第１範囲を再設定するまでの時間よりも、触媒３１が酸素を吸着できる時間が短くなることにより、触媒３１は、ＮＯｘを還元できずに排出してしまう。

そこで、排気制御装置５０は、更新時間が経過するたびに、エンジン１０の負荷に基づいて更新時間を再設定する。図３及び図４は、更新時間が経過するたびに第１範囲を再設定する動作を説明するための図である。図３は、更新時間が一定である場合の動作を示し、図４は、エンジン１０の負荷に応じて更新時間を変更する場合の動作を示す。図３の横軸は、時間を示す。図３（ａ）の縦軸は、ＮＨ３濃度、及びＯ２センサ出力値（すなわち、Ｏ２センサ４１が出力した電圧値）を示す。図３（ｂ）の縦軸は、説明を簡単にするために、第１範囲の中央値を示す。図３（ｃ）の縦軸は、エンジン１０が高負荷である場合のＮＯｘ濃度Ｈ、エンジン１０が低負荷である場合のＮＯｘ濃度Ｌを示す。図４の横軸及び縦軸においては、図４（ｂ）の縦軸が、エンジン１０が高負荷である場合の第１範囲の中央値Ｈ２とエンジン１０が低負荷である場合の第１範囲の中央値Ｌ２とを示す点で図３と異なり、他の点において同じである。なお、図３（ｃ）及び図４（ｃ）において、実線の折線はエンジン１０が低負荷の場合を示し、破線の折線はエンジン１０が高負荷の場合を示す。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、排気制御装置５０は、時刻０から時刻Ｔ３において第１範囲を再設定することにより、ＮＨ３濃度を低下させる。そして、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示すように、排気制御装置５０は、エンジン１０が低負荷である場合は、時刻Ｔ３より後の時刻において、目標値Ａよりも低いＮＨ３濃度と目標値Ｎよりも低いＮＯｘ濃度Ｌを達成する。しかし、エンジン１０が高負荷である場合、排気制御装置５０は、図３（ｃ）に示すように、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４において、目標値Ｎよりも高いＮＯｘ濃度Ｈの排気を排出させる。そこで、図４（ｂ）に示すように、排気制御装置５０は、エンジン１０が高負荷である場合は、第１範囲の更新時間を短くする。その結果、図４（ｃ）に示すように、エンジン１０が高負荷であっても、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４において目標値Ｎよりも低いＮＯｘ濃度Ｈの排気を排出させることができる。

上記のように、排気制御装置５０が、更新時間が経過するたびに、エンジン１０の負荷に基づいて空燃比の第１範囲とＯ２濃度の第２範囲と更新時間とを再設定することで、適切なＮＯｘ排出量及びＮＨ３排出量になるように排気を制御することができる。
なお、図２、図３及び図４においては、説明を簡単にするために、エンジン１０の負荷を２つ（高負荷、低負荷）に分割したが、これに限らない。排気制御装置５０は、エンジンの負荷を３つ以上に分割し、分割した各負荷の領域に対応する第１範囲、第２範囲及び更新時間を再設定してもよい。
以下、排気制御装置５０の構成及び動作を詳細に説明する。

＜排気制御装置５０の構成＞
図５は、排気制御装置５０の構成を示す図である。排気制御装置５０は、記憶部５１と、制御部５２と、を有する。制御部５２は、取得部５２１と、設定部５２２と、決定部５２３と、を有する。

記憶部５１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶媒体を有する。記憶部５１は、制御部５２が実行するプログラムを記憶している。記憶部５１は、制御部５２が、エンジン１０内で発生する混合気の空燃比を決定するための各種の情報を記憶している。記憶部５１は、例えば、エンジン１０の回転数を所定の第１数で分割した各回転範囲と、エンジンの１行程あたりの燃料噴射量を所定の第２数で分割した各噴射量範囲と、に対応する空燃比の第１範囲、Ｏ２濃度の第２範囲及び更新時間を記憶している。所定の第１数、及び所定の第２数は、例えば８から１６までの数である。記憶部５１に記憶された第１範囲、第２範囲及び更新時間は、実験又はシミュレーションにより定められたデータである。

制御部５２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＥＣＵ（Electronic Control Unit）等のプロセッサである。制御部５２は、記憶部５１に記憶されたプログラムを実行することにより、取得部５２１、設定部５２２及び決定部５２３として機能する。なお、制御部５２は、１つのプロセッサで構成されていてもよいし、複数のプロセッサ又は１以上のプロセッサと電子回路との組み合わせにより構成されていてもよい。
以下、制御部５２により実現される各部の構成を説明する。

取得部５２１は、エンジン１０の負荷に関する負荷情報を取得する。負荷情報は、エンジン１０の回転数とエンジン１０の１行程あたりの燃料噴射量とを含む。取得部５２１は、例えば、エンジン１０のフライホイール、カムシャフト又はクランクプーリに設けられた回転数センサ（不図示）から、エンジン１０の回転数を取得する。取得部５２１は、例えば、エンジン１０の排気量、気筒数、充填効率及び空燃比に基づいてエンジン１０の１行程あたりの燃料噴射量を算出することにより、当該燃料噴射量を取得する。以下、エンジン１０の１行程あたりの燃料噴射量を、単に「燃料噴射量」という場合がある。また、取得部５２１は、Ｏ２センサ４１から、排気ガスが流れる排気路２１に設けられた触媒３１の下流のＯ２濃度を取得する。取得部５２１は、例えば、Ｏ２センサ４１が出力した電圧値に対応するＯ２濃度を特定することにより、Ｏ２濃度を取得する。取得部５２１は、空燃比センサ４０から、エンジン１０内で発生する混合気の空燃比を取得してもよい。

設定部５２２は、取得部５２１が取得した負荷情報に基づいて、エンジン１０内で発生した混合気の空燃比の第１範囲と、Ｏ２濃度の第２範囲と、第１範囲及び第２範囲の更新時間と、を設定する。第１範囲、第２範囲、及び更新時間を設定する動作の詳細については後述する。設定部５２２がこのように動作することで、決定部５２３が、第１範囲に含まれる空燃比から、ＮＯｘ濃度とＮＨ３濃度が所定の範囲になるように、エンジン１０の負荷に適した空燃比を決定することができる。

設定部５２２は、例えば、所定時間に取得部５２１が取得した負荷情報が示すエンジン１０の負荷に対応する第２範囲に含まれるように、第１範囲を設定する。所定時間は、前に更新時間を設定した時刻から更新時間が経過した時刻までの時間である。例えば、設定部５２２は、所定時間に取得部５２１が取得した複数の負荷情報に基づいてエンジン１０の回転数の平均値、及びエンジン１０の１行程あたりの燃料噴射量の平均値を特定することにより、所定時間におけるエンジン１０の負荷が高負荷であることを特定する。設定部５２２は、高負荷であることを特定したことにより、図２（ｃ）に示す濃度Ｐ３から濃度Ｐ４までを第２範囲に設定し、図２（ｃ）に示す空燃比λ３から空燃比λ４までを第１範囲に設定する。

設定部５２２は、例えば、エンジン１０の負荷が大きいほど、第１範囲に含まれる空燃比が示す酸素の比率が大きくなるように第１範囲を設定する。例えば、設定部５２２は、所定時間におけるエンジン１０の回転数の平均値、及びエンジン１０の燃料噴射量の平均値が大きいほど、第１範囲に含まれる空燃比がリーンになるように設定する。設定部５２２がこのように動作することで、排気に含まれるＮＨ３の濃度を抑制しやすくすることができる。

設定部５２２は、例えば、エンジン１０の負荷が大きいほど、第２範囲に含まれるＯ２濃度が小さくなるように第２範囲を設定する。例えば、設定部５２２は、所定時間におけるエンジン１０の回転数の平均値、及びエンジン１０の燃料噴射量の平均値が大きいほど、第２範囲に含まれるＯ２濃度が小さくなるように設定する。設定部５２２がこのように動作することで、エンジン１０の負荷に応じた第１範囲を設定することができる。その結果、エンジン１０の負荷が変化したとしても、排気のＮＯｘ濃度とＮＨ３濃度とを所定の範囲（例えば、１０ｐｐｍ未満）にすることができる。

設定部５２２は、例えば、エンジン１０の負荷が大きいほど、更新時間を短く設定する。具体的には、設定部５２２は、所定時間におけるエンジン１０の回転数の平均値、及びエンジン１０の燃料噴射量の平均値からエンジン１０が高負荷の状態であることを特定した場合は、更新時間を２秒に設定する。一方、エンジン１０が低負荷の状態であることを特定した場合、設定部５２２は、更新時間を５秒に設定する。設定部５２２がこのように動作することで、更新時間が経過する前に、触媒３１が酸素を吸着した量が酸素を吸着できる量の最大値に達することを防げる。その結果、排気に含まれるＮＯｘの濃度を抑制しやすくすることができる。

設定部５２２は、記憶部５１に記憶された複数の回転範囲と複数の噴射量範囲とのうち、負荷情報に含まれるエンジン１０の回転数が属する回転範囲と、負荷情報に含まれる燃料噴射量が属する噴射量範囲と、に対応する第１範囲、第２範囲及び更新時間を設定してもよい。設定部５２２は、例えば、所定時間におけるエンジン１０の回転数の平均値、及びエンジン１０の燃料噴射量の平均値を特定する。設定部５２２は、記憶部５１を参照することにより、特定した回転数の平均値が属する回転範囲と、特定した燃料噴射量の平均値が属する噴射量範囲と、に対応する第１範囲、第２範囲及び更新時間を設定する。このように動作することで、設定部５２２は、エンジン１０の回転数と燃料噴射量とを複数の領域に分割することができるため、第１範囲、第２範囲及び更新時間を細かく設定することができる。さらに、設定部５２２は、記憶部５１を参照することにより、第１範囲、第２範囲及び更新時間を速やかに設定することができる。

さらに、設定部５２２は、前に更新時間を設定した時刻から更新時間が経過するたびに、更新時間が経過した時刻に取得部５２１が取得した負荷情報に基づいて、第１範囲と、第２範囲と、更新時間とを再設定する。設定部５２２は、例えば、記憶部５１を参照することにより、更新時間が経過した時刻において、当該時刻に取得部５２１が取得した負荷情報に含まれるエンジン１０の回転数と燃料噴射量とに対応する第１範囲、第２範囲及び更新時間を再設定する。そして、設定部５２２は、更新時間を再設定した時刻から、再設定した更新時間が経過した時刻において、第１範囲、第２範囲及び更新時間をさらに再設定する。設定部５２２がこのように動作することで、エンジン１０の負荷が変化したとしても、当該負荷に適した第１範囲、第２範囲及び更新時間を設定できる。

設定部５２２は、前に更新時間を設定した時刻から更新時間が経過した時刻までの複数の負荷情報に基づいて、第１範囲、第２範囲及び更新時間を再設定してもよい。設定部５２２は、例えば、更新時間が経過した時刻において、前に更新時間を設定した時刻から更新時間が経過した時刻までの負荷情報に基づいて、エンジン１０の回転数の平均値、及びエンジン１０の燃料噴射量の平均値を特定する。設定部５２２は、記憶部５１を参照することにより、特定したエンジン１０の回転数の平均値と燃料噴射量の平均値とに対応する第１範囲、第２範囲及び更新時間を再設定する。設定部５２２がこのように動作することで、エンジン１０の負荷を高い精度で特定できるため、第１範囲、第２範囲及び更新時間を誤って設定する確率を低くすることができる。

決定部５２３は、第１範囲に含まれる空燃比から、Ｏ２濃度が第２範囲に含まれるように混合気の空燃比を決定し、当該空燃比に対応する燃料噴射量に基づいてインジェクタ１２に燃料を噴射させる。空燃比に対応する燃料噴射量は、記憶部５１に記憶されている。

決定部５２３は、例えば、現在時刻より所定時間前の時刻から現在時刻までに取得部５２１が取得したＯ２濃度の平均値が、第２範囲に含まれるように、第１範囲に含まれる空燃比から混合気の空燃比を決定する。現在時刻より所定時間前の時刻は、例えば、前に更新時間を設定した時刻のうち現在時刻にもっとも近い時刻である。決定部５２３は、例えば、現在時刻より所定時間前の時刻から現在時刻までに取得部５２１が取得した複数のＯ２濃度に基づいてＯ２濃度の平均値を特定する。決定部５２３は、現在時刻より所定時間前の時刻から現在時刻までに取得部５２１が取得した負荷情報に基づいてエンジン１０の負荷を特定する。そして、決定部５２３は、特定したＯ２濃度の平均値が、特定した負荷に対応する第２範囲に含まれるように空燃比を決定する。

決定部５２３は、例えば、Ｏ２濃度の平均値が第２範囲の中央値になるように、第１範囲に含まれる空燃比から、第２範囲の中央値に対応する空燃比（すなわち、第１範囲の中央値）を決定する。例えば、決定部５２３は、エンジン１０の負荷が高負荷であり、Ｏ２濃度の平均値が図２（ｃ）に示す濃度Ｐ３である場合、Ｏ２濃度の平均値を濃度Ｐ３と濃度Ｐ４との中央値に近づけるために、空燃比を空燃比λ３と空燃比λ４との中央値に決定する。決定部５２３がこのように動作することで、現在時刻よりも後の時刻においてＯ２濃度を第２範囲に含めることができる。

決定部５２３は、Ｏ２濃度の平均値が第２範囲よりも低い又は第２範囲よりも高い場合、第２範囲に含まれるＯ２濃度のうち、Ｏ２濃度の平均値との差がもっとも小さいＯ２濃度に対応する空燃比を決定する。例えば、決定部５２３は、エンジン１０の負荷が高負荷であり、Ｏ２濃度の平均値が図２（ｃ）に示す濃度Ｐ３よりも低い濃度である場合、空燃比を濃度Ｐ３に対応する空燃比λ３に決定する。決定部５２３がこのように動作することで、空燃比の変化量を小さくすることができるため、目標の空燃比に緩やかに収束させることができる。

また、決定部５２３は、Ｏ２濃度の平均値が第２範囲よりも低い又は第２範囲よりも高い場合、第２範囲に含まれるＯ２濃度のうち、Ｏ２濃度の平均値との差がもっとも大きいＯ２濃度に対応する空燃比を決定してもよい。例えば、決定部５２３は、エンジン１０の負荷が高負荷であり、Ｏ２濃度の平均値が図２（ｃ）に示す濃度Ｐ３よりも低い濃度である場合、空燃比を濃度Ｐ４に対応する空燃比λ４に決定する。決定部５２３がこのように動作することで、目標の空燃比に速やかに収束させることができる。

＜排気制御装置５０における処理シーケンス＞
図６は、排気制御装置５０における処理シーケンスを示す図である。図６に示す処理シーケンスは、設定部５２２が、更新時間が経過するたびに第１範囲、第２範囲及び更新時間を再設定する動作と、決定部５２３が空燃比を決定する動作とを示す。なお、図６においては、現在時刻よりも前の時刻に更新時間が設定されているものとする。

取得部５２１は、エンジン１０の回転数とエンジン１０の１行程あたりの燃料噴射量とを含む負荷情報を取得する（Ｓ１１）。取得部５２１は、Ｏ２センサ４１が検出したＯ２濃度を取得する（Ｓ１２）。決定部５２３は、現在時刻より所定時間前の時刻から現在時刻までに取得部５２１が取得したＯ２濃度の平均値を特定する（Ｓ１３）。

更新時間が経過した場合（Ｓ１４のＹＥＳ）、設定部５２２は、取得部５２１が取得した負荷情報に含まれるエンジン１０の回転数が属する回転範囲と、当該負荷情報に含まれる燃料噴射量が属する噴射量範囲とを特定する。設定部５２２は、記憶部５１を参照することにより、特定した回転範囲と噴射量範囲とに対応する第２範囲（Ｓ１５）、第１範囲（Ｓ１６）及び更新時間（Ｓ１７）を再設定する。更新時間が経過していない場合（Ｓ１４のＮＯ）、設定部５２２は、第１範囲、第２範囲及び更新時間の再設定を行わない。すなわち、排気制御装置５０は、Ｓ１５からＳ１７の処理を行わずにＳ１８の処理に進む。

決定部５２３は、特定したＯ２濃度の平均値が、設定部５２２が再設定した第２範囲に含まれるように、第１範囲に含まれる空燃比から混合気の空燃比を決定する（Ｓ１８）。処理を終了する指示を受け付けていない場合（Ｓ１９のＮＯ）、排気制御装置５０は、Ｓ１１からＳ１８の処理を繰り返す。処理を終了する指示を受け付けた場合（Ｓ１９のＹＥＳ）、排気制御装置５０は、処理を終了する。

＜変形例＞
以上の説明においては、排気制御システムＳが触媒を１つ備える場合の動作を例示したが、これに限らない。排気制御システムＳは、Ｏ２センサ４１の下流に、触媒３１と異なる他の触媒を収容した消音機（不図示）を備えてもよい。他の触媒は、例えば、三元触媒である。

＜排気制御装置５０による効果＞
以上説明したように、排気制御装置５０は、取得部５２１が取得した負荷情報に基づいて、エンジン１０内で発生した混合気の空燃比の第１範囲と、Ｏ２濃度の第２範囲と、第１範囲及び第２範囲の更新時間とを設定する設定部５２２と、第１範囲に含まれる空燃比から、Ｏ２濃度が第２範囲に含まれるように混合気の空燃比を決定する決定部５２３と、を有する。そして、設定部５２２は、前に更新時間を設定した時刻から更新時間が経過するたびに、更新時間が経過した時刻に取得部５２１が取得した負荷情報に基づいて、第１範囲と第２範囲と更新時間とを再設定する。

排気制御装置５０がこのように構成されることで、排気に含まれるＮＯｘの濃度とＮＨ３の濃度とを所定の濃度（例えば、１０ｐｐｍ未満）にする空燃比を、エンジン１０の負荷（例えば、エンジン１０の回転数及び燃料噴射量）に応じて決定することができる。その結果、排気制御装置５０は、適切なＮＯｘ排出量及びＮＨ３排出量になるように排気を制御することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１０ エンジン
１１ 過給機
１２ インジェクタ
１３ エアクリーナ
２０ 吸気路
２１ 排気路
３０ 浄化装置
３１ 触媒
４０ 空燃比センサ
４１ Ｏ２センサ
５０ 排気制御装置
５１ 記憶部
５２ 制御部
５２１ 取得部
５２２ 設定部
５２３ 決定部

Claims (8)

1. エンジンの負荷に関する負荷情報と、排気ガスが流れる排気路に設けられた触媒の下流の酸素濃度と、を取得する取得部と、
   前記負荷情報に基づいて、前記排気ガスに含まれるアンモニア及び窒素酸化物の各濃度を所定の濃度未満にするための、前記エンジン内で発生した混合気の空燃比の第１範囲と、前記酸素濃度の第２範囲と、前記第１範囲及び前記第２範囲の更新時間と、を設定する設定部と、
   前記第１範囲に含まれる前記空燃比から、前記酸素濃度が前記第２範囲に含まれるように前記混合気の空燃比を決定する決定部と、
   を有し、
   前記設定部は、前に前記更新時間を設定した時刻から前記更新時間が経過するたびに、前記更新時間が経過した時刻に前記取得部が取得した前記負荷情報に基づいて、前記第１範囲と、前記第２範囲と、前記更新時間とを再設定する、
   排気制御装置。
2. 前記設定部は、所定時間に前記取得部が取得した前記負荷情報が示す前記エンジンの負荷に対応する前記第２範囲に含まれるように、前記第１範囲を設定し、
   前記決定部は、現在時刻より前記所定時間前の時刻から前記現在時刻までに前記取得部が取得した前記酸素濃度の平均値が、前記第２範囲に含まれるように、前記第１範囲に含まれる前記空燃比から前記混合気の空燃比を決定する、
   請求項１に記載の排気制御装置。
3. 前記設定部は、前記エンジンの負荷が大きいほど、前記第１範囲に含まれる前記空燃比が示す酸素の比率が大きくなるように前記第１範囲を設定する、
   請求項２に記載の排気制御装置。
4. 前記設定部は、前記エンジンの負荷が大きいほど、前記第２範囲に含まれる前記酸素濃度が小さくなるように前記第２範囲を設定する、
   請求項２に記載の排気制御装置。
5. 前記設定部は、前記エンジンの負荷が大きいほど、前記更新時間を短く設定する、
   請求項１に記載の排気制御装置。
6. 前記取得部は、前記エンジンの回転数、及び前記エンジンの１行程あたりの燃料噴射量を含む前記負荷情報を取得する、
   請求項１に記載の排気制御装置。
7. エンジンの回転数を所定の第１数で分割した各回転範囲と、エンジンの１行程あたりの燃料噴射量を所定の第２数で分割した各噴射量範囲と、に対応する前記第１範囲、前記第２範囲及び前記更新時間を記憶する記憶部をさらに有し、
   前記設定部は、前記記憶部を参照することにより、前記負荷情報に含まれる前記エンジンの回転数が属する回転範囲と、前記負荷情報に含まれる前記燃料噴射量が属する噴射量範囲と、に対応する前記第１範囲、前記第２範囲及び前記更新時間を設定する、
   請求項６に記載の排気制御装置。
8. コンピュータが実行する、
   エンジンの負荷に関する負荷情報と、排気ガスが流れる排気路に設けられた触媒の下流の酸素濃度と、を取得する取得工程と、
   前記負荷情報に基づいて、前記排気ガスに含まれるアンモニア及び窒素酸化物の各濃度を所定の濃度未満にするための、前記エンジン内で発生した混合気の空燃比の第１範囲と、前記酸素濃度の第２範囲と、前記第１範囲及び前記第２範囲の更新時間と、を設定する設定工程と、
   前記第１範囲に含まれる前記空燃比から、前記酸素濃度が前記第２範囲に含まれるように前記混合気の空燃比を決定する決定工程と、
   を有し、
   前記設定工程において、前に前記更新時間を設定した時刻から前記更新時間が経過するたびに、前記更新時間が経過した時刻に前記取得工程において取得した前記負荷情報に基づいて、前記第１範囲と、前記第２範囲と、前記更新時間とを再設定する、
   排気制御方法。

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