(57)【要約】【課題】  排気に含まれる窒素酸化物を還元する炭化水素化合物の外部への排出量を低減する排気浄化システムの制御装置を提供する。【解決手段】  排気浄化システム１が備える制御装置２０は、流量センサ２１、酸素濃度センサ２２、炭化水素濃度センサ２４、触媒温度センサ２５、スリップ量演算部２６１および制御部２６２を有する。流量センサ２１、酸素濃度センサ２２および触媒温度センサ２５は、排気中の窒素酸化物を還元可能な排気浄化部１３の状態を検出可能である。炭化水素濃度センサ２４は、排気浄化部１３に流入する炭化水素化合物の種類および濃度を検出可能である。スリップ量演算部２６１は、排気浄化部１３から流出する炭化水素化合物の流出量である炭化水素スリップ量を演算する。制御部２６２は、スリップ量演算部２６１における演算結果に基づいて排気浄化部１２を流れる気体に燃料を添加可能な燃料添加部１１を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（５）の排気系（９）に設けられ、炭化水素化合物を還元剤として排気に含まれる窒素酸化物を還元可能な触媒（１２）と、
前記内燃機関の燃料を添加燃料として排気に添加可能な燃料添加部（１１）と、
を有する排気浄化システムの制御装置であって、
前記触媒の状態を検出可能に設けられ、前記触媒の状態に応じた信号を出力する第一検出部（２１，２２，２３，２５）と、
前記触媒に流入する炭化水素化合物の種類および濃度に関する情報を取得可能に設けられ、炭化水素化合物の種類および濃度に応じた信号を出力する炭化水素情報取得部（２４）と、
前記第一検出部および前記炭化水素情報取得部と電気的に接続し、前記第一検出部および前記炭化水素情報取得部が出力する信号に基づいて前記触媒から流出する炭化水素化合物の流出量である炭化水素スリップ量を演算するスリップ量演算部（２６１，３６１）と、
前記スリップ量演算部における演算結果に基づいて前記燃料添加部を制御する制御部（２６２，３６２）と、
を備える排気浄化システムの制御装置。
【請求項２】
前記スリップ量演算部は、前記炭化水素情報取得部が濃度に関する情報を取得可能な炭化水素化合物の複数の種類のそれぞれにおける前記触媒に流入する炭化水素化合物の流入量に対する前記触媒における炭化水素化合物の消費量の割合である炭化水素浄化率を示すマップを有する請求項１に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項３】
前記スリップ量演算部は、炭素数が多くなるにしたがって炭化水素浄化率が高くなることを示す直鎖パラフィンに関するマップを有する請求項２に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項４】
前記スリップ量演算部は、同じ炭素数の直鎖パラフィンに比べ炭化水素浄化率が高くなることを示すオレフィンに関するマップを有する請求項２または３に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項５】
前記スリップ量演算部は、同じ炭素数のオレフィンに比べ炭化水素浄化率が高くなることを示す含酸素炭化水素化合物に関するマップを有する請求項２〜４のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項６】
前記スリップ量演算部は、同じ炭素数であって分子内の歪みの大きさが異なる含酸素炭化水素化合物に関するマップを有し、
当該マップは、分子内の歪みが比較的大きい含酸素炭化水素化合物の炭化水素浄化率が分子内の歪みが比較的小さい含酸素炭化水素化合物の炭化水素浄化率に比べ高くなることを示す請求項２〜５のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項７】
前記スリップ量演算部は、同じ炭素数の直鎖パラフィン、オレフィン、および、含酸素炭化水素化合物に比べ炭化水素浄化率が低くなることを示す低反応性炭化水素化合物に関するマップを有する請求項２〜６のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記燃料添加部と前記触媒との間に設けられ添加燃料に含まれる炭化水素化合物を改質可能な改質部（１３）における添加燃料中の炭化水素化合物の改質反応を制御可能である請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項９】
前記改質部の状態を検出可能に設けられ、前記改質部の状態に応じた信号を前記スリップ量演算部に出力する第二検出部（１３１，１４１，１４２，１５１，１５２）をさらに備え、
前記制御部は、前記第二検出部が出力する信号に応じて前記改質部における炭化水素化合物の改質反応を制御する請求項８に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項１０】
前記炭化水素情報取得部は、前記第二検出部が検出する前記改質部の状態、および、前記制御部による前記改質部の制御内容に基づいて前記触媒に流入する炭化水素化合物の種類および濃度に関する情報を推定する請求項９に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記改質部における炭化水素化合物の濃度を制御可能な炭化水素濃度制御部（１１）を制御可能である請求項８〜１０のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記改質部の温度を制御可能な温度制御部（１３２）を制御可能である請求項８〜１１のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記改質部における気体の流速を制御可能な流速制御部（１４）を制御可能である請求項８〜１２のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記改質部における酸素濃度を制御可能な酸素濃度制御部（１５）を制御可能である請求項８〜１３のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項１５】
前記スリップ量演算部は、前記炭化水素情報取得部が濃度に関する情報を取得可能な炭化水素化合物のそれぞれの種類における窒素酸化物の還元率であるＮＯｘ除去率を示すマップに基づいて前記触媒における炭化水素化合物のＮＯｘ除去率を演算する請求項１〜１４のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項１６】
前記スリップ量演算部は，前記触媒における炭化水素化合物の反応熱によって前記触媒の温度が目標温度となるよう添加燃料の供給量を演算する請求項１〜１５のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項１７】
前記スリップ量演算部は、炭化水素化合物の反応熱によって前記触媒を昇温するとき、炭化水素浄化率を示すマップおよび目標炭化水素スリップ量に基づいて添加燃料の供給量の上限を算出可能である請求項１６に記載の排気浄化システムの制御装置。
【請求項１８】
前記炭化水素情報取得部は、前記燃料添加部が排気に添加する添加燃料の量、および、前記内燃機関の運転条件に基づいて前記触媒に流入する炭化水素化合物の種類および濃度に関する情報を推定する請求項１〜１７のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関が排出する排気を浄化する排気浄化システムに適用される排気浄化システムの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物を還元し排気を浄化する内燃機関の排気浄化システムが知られている。例えば、特許文献１には、排気に燃料を添加可能な燃料添加部、燃料添加部によって添加された添加燃料を改質可能な改質部、改質部において改質された炭化水素化合物によって窒素酸化物を還元可能な排気浄化部、および、添加燃料の一部を酸化可能な酸化触媒を備え、酸化熱を排気浄化部の昇温に利用する排気浄化システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５６１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の排気浄化システムの制御装置では、排気浄化部における窒素酸化物の除去率および酸化触媒において発生する酸化熱に基づいて添加燃料の供給量を制御している。しかしながら、炭化水素化合物は、分子構造などによって窒素酸化物の還元率や酸化反応の特性が異なるため、添加燃料の供給量のみの制御では窒素酸化物の還元や酸化熱の生成に寄与しない炭化水素化合物の外部への排出量を制御することは困難である。このため、排気浄化部から炭化水素化合物のまま排出される炭化水素化合物の量が多くなるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述の点を鑑みてなされたものであり、排気に含まれる窒素酸化物を還元する炭化水素化合物の外部への排出量を低減する排気浄化システムの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内燃機関（５）の排気系（９）に設けられ、炭化水素化合物を還元剤として排気に含まれる窒素酸化物を還元可能な触媒（１２）と、内燃機関の燃料を添加燃料として排気に添加可能な燃料添加部（１１）と、を有する排気浄化システムの制御装置であって、第一検出部（２１，２２，２３，２５）、炭化水素情報取得部（２４）、スリップ量演算部（２６１，３６１）、および、制御部（２６２，３６２）を備える。
第一検出部は、触媒の状態を検出可能に設けられ、触媒の状態に応じた信号を出力する。
炭化水素情報取得部は、触媒に流入する炭化水素化合物の種類および濃度に関する情報を取得可能に設けられ、炭化水素化合物の種類および濃度に応じた信号を出力する。
スリップ量演算部は、第一検出部および炭化水素情報取得部と電気的に接続し、第一検出部および炭化水素情報取得部が出力する信号に基づいて触媒から流出する炭化水素化合物の流出量である炭化水素スリップ量を演算する。
制御部は、スリップ量における演算結果に基づいて燃料添加部を制御する。
【０００７】
一般に、炭化水素化合物を還元剤とする窒素酸化物の非選択接触還元法では、炭化水素化合物の酸化反応に対応して窒素酸化物の還元反応が起こる。炭化水素化合物の酸化しやすさは、触媒の状態や炭化水素化合物の種類によって異なる。したがって、窒素酸化物の非選択接触還元法において、窒素酸化物の還元に寄与することなく外部に排出される炭化水素化合物の量は、触媒の状態や炭化水素化合物の種類によって左右される。
本発明の排気浄化システムの制御装置では、第一検出部が検出する触媒の状態、ならびに、炭化水素情報取得部が取得する触媒に流入する炭化水素化合物の種類および濃度に関する情報に基づいて、触媒から流出する炭化水素化合物の流出量である炭化水素スリップ量をスリップ量演算部が演算する。制御部は、演算された炭化水素スリップ量に基づいて炭化水素スリップ量が少なくなるよう燃料添加部を制御する。
このように、本発明の排気浄化システムの制御装置では、触媒の状態および炭化水素化合物のそれぞれの特性に基づいて炭化水素スリップ量を高精度に算出し、当該算出した結果に基づいて炭化水素スリップ量が少なくなるよう添加燃料を供給する。これにより、本発明の排気浄化システムの制御装置は、外部に排出される炭化水素化合物の量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態による排気浄化システムの制御装置が適用される排気浄化システムの模式図である。
【図２】本発明の第一実施形態による排気浄化システムの制御装置における排気浄化システムの制御プロセスのメインフローチャートである。
【図３】本発明の第一実施形態による排気浄化システムの制御装置における排気浄化システムの制御プロセスのサブフローチャートである。
【図４】本発明の第一実施形態の排気浄化システムにおける炭化水素化合物一分子当たりの炭素数と炭化水素化合物の浄化率との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の第一実施形態の排気浄化システムの燃料添加部の制御内容を説明する特性図である。
【図６】本発明の第二実施形態による排気浄化システムの制御装置における排気浄化システムの制御プロセスのフローチャートである。
【図７】本発明の第三実施形態による排気浄化システムの制御装置が適用される排気浄化システムの模式図である。
【図８】本発明の第三実施形態による排気浄化システムの制御装置における排気浄化システムの制御プロセスのメインフローチャートである。
【図９】本発明の第三実施形態による排気浄化システムの制御装置における排気浄化システムの制御プロセスのサブフローチャートである。
【図１０】本発明の第三実施形態による排気浄化システムの制御装置の改質部における改質部の温度と改質部の空燃比との関係を示す特性図である。
【図１１】本発明の第四実施形態による排気浄化システムの制御装置における排気浄化システムの制御プロセスのフローチャートである。
【図１２】本発明の第五実施形態による排気浄化システムの制御装置が適用される排気浄化システムの模式図である。
【図１３】本発明の第六実施形態による排気浄化システムの制御装置が適用される排気浄化システムの模式図である。
【図１４】本発明の第七実施形態による排気浄化システムの制御装置が適用される排気浄化システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の複数の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１０】
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態による「排気浄化システムの制御装置」は、内燃機関が排出する排気に含まれる窒素酸化物を排気から除去する排気浄化システムに適用される。
【００１１】
最初に、排気浄化システム１の構成について図１に基づいて説明する。排気浄化システム１は、「内燃機関」としてのエンジン８に適用され、「炭化水素濃度制御部」としての燃料添加部１１、「触媒」としての排気浄化部１２、制御装置２０などを有する。なお、図１には、排気浄化システム１における気体の流れを実線矢印Ｆｇで示す。
【００１２】
燃料添加部１１は、エンジン８の排気系９に設けられている。排気系９が有する排気通路９０には、エンジン８が排出する排気が流れる。燃料添加部１１は、エンジン８に燃料を噴射供給する燃料噴射弁５１の燃料を一時的に貯留するコモンレール５２に図示しない圧力調整部を介して接続している。コモンレール５２には、燃料タンク５０が貯留し高圧ポンプ５３によって昇圧された比較的高圧の燃料が貯留されている。燃料添加部１１は、後述する制御装置２０が有する制御ユニット２６と電気的に接続している。燃料添加部１１は、所望の圧力に調整したコモンレール５２内の燃料の一部を制御ユニット２６の指令に基づいて排気通路９０に噴射可能である（図１の点線Ｆ１参照）。また、燃料添加部１１は、高圧ポンプ５３とは別異のポンプによって所望の圧力まで昇圧した燃料タンク５０の燃料を排気通路９０に噴射可能であってもよい。以下、燃料添加部１１が噴射した燃料を「添加燃料」という。
【００１３】
排気浄化部１２は、排気系９において燃料添加部１１の下流側に設けられている。排気浄化部１２は、還元触媒を有する。排気浄化部１２は、添加燃料に含まれる炭化水素化合物（以下、単に「炭化水素」という）を利用して排気に含まれる窒素酸化物を還元することによって排気から窒素酸化物を取り除く。排気浄化部１２には、排気通路９０を流れるエンジン８の排気、および、添加燃料が流入し、窒素酸化物が除去された排気、および、窒素酸化物の還元に利用されなかった炭化水素が流出する。
【００１４】
制御装置２０は、流量センサ２１、酸素濃度センサ２２、ＮＯｘ濃度センサ２３、「炭化水素情報取得部」としての炭化水素濃度センサ２４、触媒温度センサ２５、および、制御ユニット２６を有する。流量センサ２１、酸素濃度センサ２２、ＮＯｘ濃度センサ２３、および、触媒温度センサ２５は、特許請求の範囲に記載の「第一検出部」に相当する。
【００１５】
流量センサ２１は、排気系９において排気浄化部１２の上流側を流れる気体、すなわち、排気通路９０を流れるエンジン８の排気の流量を検出可能に設けられている。これにより、流量センサ２１は、排気浄化部１２を流れる気体の流量を「触媒の状態」として検出可能である。流量センサ２１は、制御ユニット２６と電気的に接続している。流量センサ２１は、排気通路９０を流れるエンジン８の排気の流量に応じた信号を制御ユニット２６に出力する。
【００１６】
酸素濃度センサ２２は、排気系９において排気浄化部１２の上流側を流れるエンジン８の排気の酸素濃度を検出可能に設けられている。これにより、酸素濃度センサ２２は、排気浄化部１２を流れる気体の酸素濃度を「触媒の状態」として検出可能である。酸素濃度センサ２２は、制御ユニット２６と電気的に接続している。酸素濃度センサ２２は、エンジン８の排気の酸素濃度に応じた信号を制御ユニット２６に出力する。
【００１７】
ＮＯｘ濃度センサ２３は、排気系９において排気浄化部１２の上流側を流れるエンジン８の排気のＮＯｘ濃度を検出可能に設けられている。これにより、ＮＯｘ濃度センサ２３２は、排気浄化部１２を流れる気体のＮＯｘ濃度を「触媒の状態」として検出可能である。ＮＯｘ濃度センサ２３は、制御ユニット２６と電気的に接続している。ＮＯｘ濃度センサ２３は、エンジン８の排気に含まれる酸素濃度に応じた信号を制御ユニット２６に出力する。
【００１８】
炭化水素濃度センサ２４は、排気系９において燃料添加部１１の下流側であって排気浄化部１２の上流側を流れる排気と燃料添加部１１によって添加される添加燃料との混合気に含まれる炭化水素の濃度を検出可能に設けられている。炭化水素濃度センサ２４は、制御ユニット２６と電気的に接続している。炭化水素濃度センサ２４は、排気と添加燃料との混合気の炭化水素の濃度に応じた信号を制御ユニット２６に出力する。
【００１９】
触媒温度センサ２５は、排気浄化部１２の「触媒の状態」としての温度を検出可能に設けられている。触媒温度センサ２５は、制御ユニット２６と電気的に接続している。触媒温度センサ２５は、排気浄化部１２の温度に応じた信号を制御ユニット２６に出力する。
【００２０】
制御ユニット２６は、演算手段としてのＣＰＵ、ならびに、記憶手段としてのＲＡＭ、および、ＲＯＭなどを有するマイクロコンピュータなどから構成されている。制御ユニット２６は、燃料添加部１１と電気的に接続している。制御ユニット２６は、スリップ量演算部２６１、および、制御部２６２を有する。
【００２１】
スリップ量演算部２６１は、流量センサ２１、酸素濃度センサ２２、ＮＯｘ濃度センサ２３、炭化水素濃度センサ２４、および、触媒温度センサ２５と電気的に接続している。スリップ量演算部２６１は、流量センサ２１、酸素濃度センサ２２、ＮＯｘ濃度センサ２３、炭化水素濃度センサ２４、および、触媒温度センサ２５が出力する信号に基づいて排気浄化部１２から流出する炭化水素の流出量である炭化水素スリップ量（以下、「ＨＣスリップ量」という）を算出する。また、スリップ量演算部２６１は、排気浄化部１２における炭化水素のＮＯｘ除去率を算出する。スリップ量演算部２６１における演算内容は後述する。
【００２２】
制御部２６２は、スリップ量演算部２６１と電気的に接続している。また、制御部２６２は、燃料添加部１１と電気的に接続している。制御部２６２は、スリップ量演算部２６１における演算結果に基づいて燃料添加部１１における添加燃料の噴射制御の内容、例えば、添加燃料の供給量や噴射タイミングなどを決定し、当該決定された制御内容に応じた指令信号を燃料添加部１１に出力する。
制御ユニット２６は、このようにして、流量センサ２１、酸素濃度センサ２２、ＮＯｘ濃度センサ２３、炭化水素濃度センサ２４、および、触媒温度センサ２５が出力する信号に基づいて、燃料添加部１１を制御する。
【００２３】
次に、制御装置２０における排気浄化システムの制御プロセスについて図２〜５に基づいて説明する。図２に制御装置２０における排気浄化システムの制御プロセスのメインフローチャートを示す。図３に制御装置２０における排気浄化システムの制御プロセスのサブフローチャートを示す。図２に示すフローチャートは、エンジン８が駆動している間、常時実行される。
【００２４】
最初に、ステップ（以下、単に「Ｓ」という）１０１において、排気浄化部１２の状態を検出する。Ｓ１０１では、スリップ量演算部２６１は、流量センサ２１、酸素濃度センサ２２、および、触媒温度センサ２５が出力する信号に基づいて、排気浄化部１２に流入する気体の流量、酸素濃度、および、排気浄化部１２の温度を検出する。
【００２５】
次に、Ｓ１０２において、排気浄化部１２に流入する気体の種類およびその濃度を検出する。Ｓ１０２では、スリップ量演算部２６１は、排気浄化部１２に流入する気体に含まれる炭化水素の種類およびその濃度、ならびに、窒素酸化物の濃度を検出する。炭化水素の種類およびその濃度は、炭化水素濃度センサ２４によって検出する。炭化水素濃度センサ２４は、検出した炭化水素の種類およびその濃度に応じた信号をスリップ量演算部２６１に入力する。窒素酸化物の濃度は、ＮＯｘ濃度センサ２３によって検出する。ＮＯｘ濃度センサ２３は、検出した窒素酸化物の濃度に応じた信号をスリップ量演算部２６１に入力する。
【００２６】
次に、Ｓ１０３において、窒素酸化物の目標除去率を設定する。Ｓ１０３では、スリップ量演算部２６１は、Ｓ１０２でＮＯｘ濃度センサ２３によって検出された窒素酸化物の濃度と規制値に沿った値との比較から窒素酸化物の目標除去率を設定する。
【００２７】
次に、Ｓ１０４において、ＮＯｘ除去率マップを選択する。ここで、ＮＯｘ除去率マップとは、炭化水素の種類ごとにそれぞれの炭化水素の窒素酸化物の還元特性をまとめたマップである。ＮＯｘ除去率マップには、排気浄化部１２の温度を基準軸として、排気浄化部１２における流量、酸素濃度、および、炭化水素一分子当たりの炭素数（以下、「平均炭素数」という）別にそれぞれの炭化水素の窒素酸化物の還元特性が記載されている。
Ｓ１０４では、スリップ量演算部２６１は、Ｓ１０１で検出した排気浄化部１２を流れる気体の流量、酸素濃度、および、排気浄化部１２の温度におけるＮＯｘ除去率マップを炭化水素の種類ごとに選択する。
【００２８】
次に、Ｓ１０５において、窒素酸化物の除去に用いる添加燃料の供給量を算出する。Ｓ１０５では、制御部２６２は、Ｓ１０４においてスリップ量演算部２６１が選択したマップに基づいて窒素酸化物の目標除去率を達成可能な添加燃料の供給量を算出する。このとき、燃料添加部１１における添加燃料の噴射制御の内容は、例えば、比較的短時間に全ての添加燃料を噴射するなど、制御部２６２に事前に設定されている内容とする。
【００２９】
次に、Ｓ１０６において、目標ＨＣスリップ量を設定する。Ｓ１０６では、スリップ量演算部２６１は、規制値に沿って目標ＨＣスリップ量を設定する。
【００３０】
次に、Ｓ１０７において、総ＨＣスリップ量を算出する。Ｓ１０７では、Ｓ１０５で算出された添加燃料の供給量に基づいて、燃料添加部１１が当該供給量を噴射するときのＨＣスリップ量の合計である総ＨＣスリップ量を算出する。Ｓ１０７における総ＨＣスリップ量の算出方法を図３に示すサブフローチャートに基づいて説明する。
【００３１】
図３には、図２のＳ１０７における総ＨＣスリップ量の算出プロセスのフローチャートを示す。
最初に、Ｓ１０７１において、ＨＣ浄化率マップを選択する。Ｓ１０７１では、スリップ量演算部２６１は、複数のＨＣ浄化率マップから、Ｓ１０１で検出した排気浄化部１２の状態およびＳ１０２で検出した排気浄化部１２に流入する気体に含まれる炭化水素の種類に対応するＨＣ浄化率マップを選択する。ここで、ＨＣ浄化率マップとは、炭化水素の種類ごとにそれぞれの炭化水素の排気浄化部１２における消費率をまとめたマップである。
具体的には、排気浄化部１２に流入する炭化水素は、窒素酸化物の還元に利用される、窒素酸化物の還元に利用されないものの排気浄化部１２の触媒によって酸化される、または、炭化水素のまま排気浄化部１２から排出される、のいずれかとなる。このうち、排気浄化部１２に流入する炭化水素の全量が窒素酸化物の還元に利用されるまたは排気浄化部１２の触媒によって酸化されると、ＨＣ浄化率は、１００％となる。すなわち、ＨＣ浄化率とは、排気浄化部１２に流入する炭化水素の流入量に対する排気浄化部１２における炭化水素の消費量の割合である。
【００３２】
図４にＨＣ浄化率マップの一例を示す。図４には、排気浄化部１２が窒素酸化物を還元可能な活性温度領域におけるＨＣ浄化率と平均炭素数との関係を示している。図４では、温度軸Ｔ４に沿って、例えば、２５０度以下の低温領域、２５０度から４５０度までの間の中温領域、および、４５０度以上の高温領域のそれぞれにおけるＨＣ浄化率（図４に示す「ＲｐＨＣ」）と平均炭素数（図４に示す「ＮｕＣ」）との関係を示している。なお、図４に示す特性図において横軸の平均炭素数のスケールは、低温領域から高温領域まで全て同じにしてある。
【００３３】
また、図４に示す三つの特性図のそれぞれには、分子構造が異なる複数の炭化水素ごとにＨＣ浄化率と平均炭素数との関係を示している。具体的には、直鎖パラフィンの特性を実線Ｌ４１で示し、オレフィンの特性を点線Ｌ４２で示している。また、芳香族化合物、ナフテン、または、側鎖を有する炭化水素やパラフィンなどの炭化水素を含む低反応性炭化水素の特性を不等間隔の一点鎖線Ｌ４３で示し、アルデヒドなど分子内の歪みが比較的小さい含酸素炭化水素の特性を一点鎖線Ｌ４４で示し、環状エーテルなど分子内の歪みが比較的大きい含酸素炭化水素の特性は二点鎖線Ｌ４５で示す。なお、図４に示す特性図は、発明者らの実験によって得られたデータに基づいている。
【００３４】
図４に示すように、いずれの炭化水素も平均炭素数が多くなると、ＨＣ浄化率が高くなる。また、平均炭素数が多くなると、いずれの炭化水素も直鎖パラフィンのＨＣ浄化率に近づく。
オレフィンは、平均炭素数が同じ直鎖パラフィンに比べＨＣ浄化率が高い。
含酸素炭化水素は、平均炭素数が同じ直鎖パラフィンやオレフィンに比べＨＣ浄化率が高い。また、分子内の歪みが比較的大きい含酸素炭化水素は、分子内の歪みが比較的小さい含酸素炭化水素に比べＨＣ浄化率が高い。特に、低温領域および中温領域において平均炭素数が小さくなると、分子内の歪みが比較的大きい含酸素炭化水素のＨＣ浄化率と分子内の歪みが比較的小さい含酸素炭化水素のＨＣ浄化率との差が大きくなる。
低反応性炭化水素は、平均炭素数が同じ直鎖パラフィンに比べＨＣ浄化率が低くなっている。
Ｓ１０７１では、スリップ量演算部２６１は、複数のＨＣ浄化率マップからＳ１０１で検出した排気浄化部１２の状態およびＳ１０２で検出した排気浄化部１２に流入する気体に含まれる炭化水素の種類に対応するＨＣ浄化率マップを選択する。
【００３５】
次に、Ｓ１０７２において、総ＨＣ浄化率を算出する。Ｓ１０７２では、スリップ量演算部２６１は、Ｓ１０７１で選択したＨＣ浄化率マップに基づいて添加燃料に含まれる炭化水素の種類ごとのＨＣ浄化率を算出し、これを合計することによって総ＨＣ浄化率を算出する。
【００３６】
次に、Ｓ１０７３において、Ｓ１０５において算出した添加燃料の供給量を取得する。
次に、Ｓ１０７４において、総ＨＣスリップ量を算出する。Ｓ１０７４では、スリップ量演算部２６１は、Ｓ１０７２で算出した総ＨＣ浄化率とＳ１０７３で取得した添加燃料の供給量とに基づいて総ＨＣスリップ量を算出する。総ＨＣスリップ量を算出する計算式は、総ＨＣスリップ量をＨＣｓｔ、添加燃料の供給量をＳｆ、および、総ＨＣ浄化率をＨＣｃｔとすると、以下のように表すことができる。
ＨＣｓｔ  ＝  Ｓｆ×（１−ＨＣｃｔ）
【００３７】
図２のメインフローチャートに戻り、Ｓ１０８において、総ＨＣスリップ量が目標ＨＣスリップ量以下であるか否かを判定する。Ｓ１０８では、スリップ量演算部２６１は、Ｓ１０６で設定された目標ＨＣスリップ量とＳ１０７４で算出された総ＨＣスリップ量との大小関係を比較する。総ＨＣスリップ量が目標ＨＣスリップ量以下であると判定されると、Ｓ１１０に進む。総ＨＣスリップ量が目標ＨＣスリップ量に比べ大きいと判定されると、Ｓ１０９に進む。
【００３８】
Ｓ１０８において総ＨＣスリップ量が目標ＨＣスリップ量に比べ大きいと判定される場合、Ｓ１０９において、燃料添加部１１の制御内容を変更する。ここで、燃料添加部１１の制御内容について、図５を参照して説明する。
図５には、燃料添加部１０が排気通路９０に噴射する添加燃料の量の時間変化を示す。図５では、横軸に時間を示し、縦軸に一回の添加燃料の供給時間に比べ短い単位時間当たりの添加燃料の供給量（以下、「単位供給量」という）を示す。具体的には、図５において一回の添加燃料は、例えば、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの間、時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの間に行われている。
今回の制御装置２０における排気浄化システムの制御プロセスでは、Ｓ１０５において、窒素酸化物の目標除去率を達成可能な添加燃料の供給量が算出されている。このとき、燃料添加部１１による添加燃料は、比較的短時間に全ての添加燃料を噴射することとなっている。１回目のＳ１０５において設定されている単位供給量の時間変化を点線Ｌ５１で示す。このときの添加燃料の噴射時間は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの間や時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までの間であって、単位供給量の最大値は、単位供給量Ｍｉｊ１となる（図５参照）。
【００３９】
しかしながら、点線Ｌ５１で示す燃料添加部１１の制御内容では、Ｓ１０８における判定によって総ＨＣスリップ量が目標ＨＣスリップ量に比べ大きいと判定されている。そこで、制御部２６２は、例えば、図５の実線Ｌ５２で示すように、単位供給量の最大値を単位供給量Ｍｉｊ１に比べて少ない単位供給量Ｍｉｊ２とする一方、添加燃料の供給時間を時刻ｔ１０から時刻ｔ１２までの間や時刻ｔ２０から時刻ｔ２２までの間のように点線Ｌ５１で示す制御内容に比べ長くする。Ｓ１０９において、制御内容を変更した後、Ｓ１０４に戻る。
【００４０】
次に、Ｓ１０４からＳ１０７において、Ｓ１０９で変更された燃料の添加制御における窒素酸化物の目標除去率を達成可能な添加燃料の供給量の算出（Ｓ１０５）、および、総ＨＣスリップ量の算出（Ｓ１０７）を行い、Ｓ１０８において、総ＨＣスリップ量が目標ＨＣスリップ量以下であるか否かを判定する。ここで、総ＨＣスリップ量が目標ＨＣスリップ量に比べ大きいと再び判定されると、再びＳ１０９に進む。
【００４１】
また、Ｓ１０８において総ＨＣスリップ量が目標ＨＣスリップ量以下であると判定されると、Ｓ１１０において、添加燃料を噴射する。Ｓ１１０では、制御部２６２は、燃料添加部１１を制御する指令信号を燃料添加部１１に出力する。燃料添加部１１では、この指令信号に基づいて排気に添加燃料を噴射する。
第一実施形態による制御装置２０は、このようにして排気浄化システム１を制御し、窒素酸化物の除去率およびＨＣスリップ量を所望の値とする。
【００４２】
（ａ）第一実施形態による制御装置２０では、制御ユニット２６は、スリップ量演算部２６１において、流量センサ２１、酸素濃度センサ２２、および、触媒温度センサ２５が検出する排気浄化部１２の状態、ならびに、炭化水素濃度センサ２４が検出する炭化水素の種類および濃度に基づいてＨＣスリップ量を算出する。このとき、スリップ量演算部２６１は、排気浄化部１２の温度を基準として炭化水素の種類ごとのＨＣ浄化率に基づいてＨＣスリップ量を算出する。制御部２６２は、算出されたＨＣスリップ量が目標スリップ量以下となるよう燃料添加部１１による添加燃料の噴射制御の内容を決定し、燃料添加部１１を制御する。これにより、第一実施形態による制御装置２０が適用される排気浄化システム１は、大気への炭化水素の排出量を低減することができる。
【００４３】
（ｂ）また、制御装置２０では、スリップ量演算部２６１は、発明者らの実験によって得られた図４に示す複数の炭化水素のそれぞれにおけるＨＣ浄化率と平均炭素数との関係に基づいてＨＣスリップ量を高精度に算出する。制御部２６２は、算出されたＨＣスリップ量が規定値に沿って設定された目標スリップ量以下となるよう燃料添加部１１の制御内容を決定する。これにより、燃料添加部１１は、排気浄化部１２の温度や炭化水素の種類に応じて高精度に算出されたＨＣスリップ量に基づいて添加燃料を噴射することができるため、大気に排出される炭化水素の量を確実に規制値以下とすることができる。
【００４４】
（ｃ）制御装置２０では、スリップ量演算部２６１は、炭化水素の種類ごとにそれぞれの炭化水素の窒素酸化物の還元特性をまとめたＮＯｘ除去率マップに基づいて窒素酸化物の目標除去率を達成可能な添加燃料の供給量を算出する。スリップ量演算部２６１では、算出した添加燃料の供給量と総ＨＣ浄化率との関係から総ＨＣスリップ量を算出する。制御部２６２は、総ＨＣスリップ量と目標スリップ量との大小関係の判定結果に基づいて燃料添加部１１を制御する。これにより、第一実施形態による制御装置２０が適用される排気浄化システム１は、大気に排出される炭化水素の量を低減しつつ窒素酸化物の目標除去率を達成することができる。
【００４５】
（ｄ）制御装置２０では、一度設定した燃料添加部１１の制御内容では総ＨＣスリップ量が目標ＨＣスリップ量に比べ大きいと判定とされると、燃料添加部１１の制御内容を総ＨＣスリップ量が目標ＨＣスリップ量以下となるよう変更する。燃料添加部１１の制御内容を変更すると、排気浄化部１２における炭化水素による窒素酸化物の還元反応の進行の度合いが変わることが考えられる。これにより、第一実施形態による制御装置２０が適用される排気浄化システム１は、燃料添加部１１における添加燃料の供給量および供給タイミングを窒素酸化物の除去率およびＨＣスリップ量に対して最適化することができる。
【００４６】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態による排気浄化システムの制御装置を図６に基づいて説明する。第二実施形態は、排気浄化システムの制御プロセスが第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４７】
第二実施形態による制御装置２０における排気浄化システムの制御プロセスについて図６に基づいて説明する。図６に制御装置２０における排気浄化システムの制御プロセスのフローチャートを示す。図６に示すフローチャートは、排気浄化部１２を昇温したいときに実行される。排気浄化部１２の昇温する理由として、例えば、エンジン８が駆動直後であって排気浄化部１２の触媒の温度が活性温度領域に到達していないときや、排気に含まれる硫黄化合物や炭化水素によって活性が低下している触媒を再生するときなどが挙げられる。
【００４８】
最初に、Ｓ２０１において、第一実施形態のＳ１０１と同様に、排気浄化部１２の状態を検出する。
次に、Ｓ２０２において、第一実施形態のＳ１０２と同様に、排気浄化部１２に流入する気体の種類およびその濃度を検出する。
【００４９】
次に、Ｓ２０３において、排気浄化部１２の温度が最低活性温度以上であるか否かを判定する。ここで、最低活性温度とは、活性温度領域の最低温度であって、排気浄化部１２の触媒が炭化水素を酸化可能な最低温度である。スリップ量演算部２６１は、触媒温度センサ２５が検出する排気浄化部１２の温度が最低活性温度以上であるか否かを判定する。排気浄化部１２の温度が最低活性温度以上であると判定すると、Ｓ２０４に進む。排気浄化部１２の温度が最低活性温度より低いと判定すると、今回の制御プロセスを一旦終了する。
【００５０】
Ｓ２０３で排気浄化部１２の温度が最低活性温度以上であると判定されると、Ｓ２０４において、排気浄化部１２の温度が目標温度より低いか否かを判定する。ここで、目標温度とは、活性温度領域内の温度であって、効率的に窒素酸化物を除去することが可能な触媒の温度、排気に含まれる硫黄化合物を除去可能な温度、または、排気に含まれる炭化水素を除去可能な温度である。スリップ量演算部２６１は、触媒温度センサ２５が検出する排気浄化部１２の温度が目標温度より低いか否かを判定する。排気浄化部１２の温度が目標温度より低いと判定すると、Ｓ２０５に進む。排気浄化部１２の温度が目標温度以上であると判定すると、今回の制御プロセスを終了する。
【００５１】
Ｓ２０４で排気浄化部１２の温度が目標温度より低いと判定されると、Ｓ２０５において、第一実施形態のＳ１０７１と同様に、ＨＣ浄化率マップを選択する。Ｓ２０５では、スリップ量演算部２６１は、複数のＨＣ浄化率マップからＳ２０１で検出した排気浄化部１２の状態およびＳ２０２で検出した排気浄化部１２に流入する気体に含まれる炭化水素の種類に対応するＨＣ浄化率マップを選択する。
【００５２】
次に、Ｓ２０６において、第一実施形態のＳ１０７２と同様に、総ＨＣスリップ率を算出する。Ｓ２０６では、スリップ量演算部２６１は、Ｓ１０７１で選択したＨＣ浄化率マップに基づいて添加燃料に含まれる炭化水素の種類ごとのＨＣ浄化率を算出し、これを合計することによって総ＨＣスリップ率を算出する。
【００５３】
次に、Ｓ２０７において、第一実施形態のＳ１０６と同様に、目標ＨＣスリップ量を設定する。
【００５４】
次に、Ｓ２０８において、炭化水素供給量の上限を算出する。Ｓ２０８では、制御部２６２は、Ｓ２０６で算出した総ＨＣスリップ率とＳ２０７で設定した目標ＨＣスリップ量とに基づいて炭化水素供給量の上限値を算出する。炭化水素供給量の上限値を算出する計算式は、炭化水素供給量の上限値をＳｆｍａｘ、目標ＨＣスリップ量ＨＣｓｍ、および、総ＨＣスリップ量をＨＣｓｔとすると、以下のようになる。
Ｓｆｍａｘ  ＝  ＨＣｓｍ／ＨＣｓｔ
【００５５】
次に、Ｓ２０９において、第一実施形態のＳ１１０と同様に、添加燃料を噴射する。Ｓ２０９では、制御部２６２は、燃料添加部１１を制御する指令信号を燃料添加部１１に出力する。燃料添加部１１では、この指令信号に基づいて排気に添加燃料を供給する。
第二実施形態による制御装置２０は、このようにして排気浄化システム１を制御し、排気浄化部１２の触媒を昇温するととともにＨＣスリップ量を所望の値とする。
【００５６】
一般に、炭化水素化合物を還元剤とする窒素酸化物の非選択接触還元法では、排気浄化部の触媒の温度が目標温度に到達していない場合、燃料添加部が噴射する添加燃料を酸化することによって発生する反応熱を利用して触媒を昇温する。このとき、添加燃料の供給量が不適切だと触媒の昇温が不十分だったり、酸化されなかった炭化水素が外部に排出されたりするおそれがある。
【００５７】
（ｅ）第二実施形態による制御装置２０では、スリップ量演算部２６１は、排気浄化部１２の温度が目標温度に到達していないとき、炭化水素の種類ごとのＨＣ浄化率マップに基づいて算出される総ＨＣ浄化率を利用して炭化水素供給量の上限を算出する。制御部２６２は、目標ＨＣスリップ量を維持しつつ、可能なかぎり多くの炭化水素を排気に供給することによって排気浄化部１２の昇温を迅速に行う。これにより、第二実施形態による制御装置２０が適用される排気浄化システム１は、第一実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）を奏するとともに、触媒の温度が活性温度領域内の温度に到達していないため窒素酸化物を還元できない時間を短縮しつつ大気に排出される炭化水素の量を規制値以下とすることができる。
【００５８】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態による排気浄化システムの制御装置を図７〜１０に基づいて説明する。第三実施形態は、排気系に炭化水素を改質可能な改質部が設けられている点が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５９】
第三実施形態の排気浄化システム３は、エンジン８に適用され、燃料添加部１１、排気浄化部１２、改質部１３、制御装置３０などを有する。なお、図７には、排気浄化システム３における気体の流れを実線矢印Ｆｇで示す。
【００６０】
改質部１３は、排気系９の燃料添加部１１の下流側に設けられる。改質部１３は、制御装置３０が有する制御ユニット３６の指令に基づいて燃料添加部１１が排気通路９０に噴射する添加燃料（図７の点線Ｆ３参照）に含まれる炭化水素を改質する。改質部１３において改質された炭化水素は、排気通路９０を通り排気浄化部１２に流入する。
【００６１】
改質部１３には、改質部１３の温度を検出可能な「第二検出部」としての改質部温度センサ１３１、および、改質部１３の温度を変更可能な「温度制御部」としてのヒータ１３２が設けられている。改質部温度センサ１３１は、検出した改質部１３の温度に応じた信号を制御ユニット３６に出力する。
【００６２】
制御装置３０は、流量センサ２１、酸素濃度センサ２２、ＮＯｘ濃度センサ２３、炭化水素濃度センサ２４、触媒温度センサ２５、および、制御ユニット３６を有する。第三実施形態では、炭化水素濃度センサ２４は、排気系９において改質部１３の下流側に設けられている。
【００６３】
制御ユニット３６は、演算手段としてのＣＰＵ、ならびに、記憶手段としてのＲＡＭ、および、ＲＯＭなどを有するマイクロコンピュータなどから構成されている。制御ユニット３６は、燃料添加部１１およびヒータ１３２と電気的に接続している。制御ユニット３６は、スリップ量演算部３６１、および、制御部３６２を有する。
【００６４】
スリップ量演算部３６１は、流量センサ２１、酸素濃度センサ２２、ＮＯｘ濃度センサ２３、炭化水素濃度センサ２４、触媒温度センサ２５、および、改質部温度センサ１３１と電気的に接続している。スリップ量演算部３６１は、流量センサ２１、酸素濃度センサ２２、ＮＯｘ濃度センサ２３、炭化水素濃度センサ２４、触媒温度センサ２５、および、改質部温度センサ１３１が出力する信号に基づいて排気浄化部１２のＨＣスリップ量を算出する。また、スリップ量演算部３６１は、排気浄化部１２における炭化水素のＮＯｘ除去率、および、改質部１３の制御可能範囲を算出する。スリップ量演算部３６１における演算内容は後述する。
【００６５】
制御部３６２は、スリップ量演算部３６１と電気的に接続している。また、制御部３６２は、燃料添加部１１およびヒータ１３２と電気的に接続している。制御部３６２は、スリップ量演算部３６１における演算結果に基づいて燃料添加部１１における添加燃料の噴射制御の内容およびヒータ１３２の発熱制御の内容を決定する。制御部３６２は、当該決定された制御内容に応じた指令信号を燃料添加部１１およびヒータ１３２に出力する。
制御ユニット３６は、このようにして、流量センサ２１、酸素濃度センサ２２、ＮＯｘ濃度センサ２３、炭化水素濃度センサ２４、触媒温度センサ２５、および、改質部温度センサ１３１が出力する信号に基づいて、燃料添加部１１およびヒータ１３２を制御する。
【００６６】
次に、制御装置３０における排気浄化システムの制御プロセスについて図８〜１０に基づいて説明する。図８に制御装置３０における排気浄化システムの制御プロセスのメインフローチャートを示す。図９に制御装置３０における排気浄化システムの制御プロセスのサブフローチャートを示す。図８に示すフローチャートは、エンジン８が駆動している間、常時実行される。
【００６７】
最初に、Ｓ３０１において、第一実施形態のＳ１０１と同様に、排気浄化部１２の状態を検出する。
次に、Ｓ３０２において、第一実施形態のＳ１０２と同様に、排気浄化部１２に流入する気体の種類およびその濃度を検出する。
【００６８】
次に、Ｓ３０３において、改質部１３の制御可能範囲を算出する。Ｓ３０３では、スリップ量演算部３６１は、流量センサ２１、酸素濃度センサ２２、炭化水素濃度センサ２４、および、改質部温度センサ１３１が出力する信号に基づいて現在の改質部１３の流量、酸素濃度、温度、および、空燃比を算出した上で改質部１３の制御可能範囲を算出する。
【００６９】
次に、Ｓ３０４において、改質ＨＣマップを選択する。ここで、改質ＨＣマップとは、改質部１３の状態ごとに改質部１３で生成される炭化水素の種類およびその生成割合をまとめたマップである。スリップ量演算部３６１は、Ｓ３０３で算出した改質部１３の制御可能範囲における改質ＨＣマップを選択する。
【００７０】
ここで、改質部１３の制御によって生成される炭化水素の種類について、図１０に基づいて説明する。
図１０には、改質部１３の温度と改質部１３の空燃比との関係において生成される炭化水素の種類を示している。図１０では、アルデヒドなど窒素酸化物の還元率が比較的高い高活性炭化水素が生成される領域を領域Ａ１０１で示し、芳香族化合物やナフテンなど窒素酸化物の還元率が比較的低い低活性炭化水素が生成される領域を領域Ａ１０２で示す。また、炭化水素が酸化することによって主に一酸化炭素などに変化する領域を領域Ａ１０３とする。なお、図１０に一点鎖線で示す境界は厳密な境界ではない。
図１０に示すように、改質部１３の温度および改質部１３の空燃比を変更することによって、改質部１３で生成される炭化水素の種類が変化する。例えば、比較的低温で空燃比がリッチな条件で改質部１３から低活性炭化水素が比較的多く排出される場合、改質部１３の温度を上げるとともに空燃比をリーンな条件にすると（図１０に示す点線矢印Ｆ１０）、高活性炭化水素が生成されやすくなる。
【００７１】
次に、Ｓ３０５において、生成可能な炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせを選択する。Ｓ３０５では、スリップ量演算部３６１は、Ｓ３０４において選択した改質ＨＣマップに基づいて、改質部１３において生成可能な炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせを選択する。
【００７２】
次に、Ｓ３０６において、第一実施形態のＳ１０３と同様に、窒素酸化物の目標除去率を設定する。
次に、Ｓ３０７において、第一実施形態のＳ１０４と同様に、ＮＯｘ除去率マップを選択する。
【００７３】
次に、Ｓ３０８において、窒素酸化物の目標除去率を達成可能な炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせを選択する。Ｓ３０８では、スリップ量演算部３６１は、Ｓ３０５で選出された炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせのうち、窒素酸化物の目標除去率を達成可能な組み合わせを選択する。窒素酸化物の目標除去率を達成可能な組み合わせが複数選択可能な場合、複数の組み合わせをそのまま選択しておく。また、Ｓ３０５で選出された炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせでは窒素酸化物の目標除去率を達成不可能な場合、窒素酸化物の除去率が最大となる組み合わせを選択する。このとき、制御部３６２は、炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせに対応する改質部１３の温度を記憶するとともに当該組み合わせに対応する添加燃料の供給量を算出する。
【００７４】
次に、Ｓ３０９において、第一実施形態のＳ１０６と同様に、目標ＨＣスリップ量を設定する。
【００７５】
次に、Ｓ３１０において、組み合わせごとの総ＨＣスリップ量を算出する。Ｓ３１０では、Ｓ３０８で選択された炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせ、ならびに、算出された添加燃料の供給量に基づいて、組み合わせごとの１回の添加燃料の供給におけるスリップ量の合計である総ＨＣスリップ量を算出する。Ｓ３１０における組み合わせごとの総ＨＣスリップ量の算出方法を図９に示すサブフローチャートに基づいて説明する。
【００７６】
最初に、Ｓ３１０１において、第一実施形態のＳ１０７１と同様に、ＨＣ浄化率マップを選択する。Ｓ３１０１では、スリップ量演算部３６１は、Ｓ３０８において選択された炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせごとにＨＣ浄化率マップを選択する。したがって、Ｓ３０８において窒素酸化物の目標除去率を達成可能な組み合わせが複数選択されている場合、複数のＨＣ浄化率マップが選択される。
【００７７】
次に、Ｓ３１０２において、第一実施形態のＳ１０７２と同様に、総ＨＣ浄化率を算出する。Ｓ３１０２では、スリップ量演算部３６１は、Ｓ３０８において選択された炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせごとに、Ｓ３１０１で選択したＨＣ浄化率マップに基づいて改質部１３が生成する炭化水素の種類ごとのＨＣ浄化率を算出する。スリップ量演算部３６１は、算出したＨＣ浄化率を合計することによって組み合わせごとの総ＨＣ浄化率を算出する。したがって、Ｓ３０８において窒素酸化物の目標除去率を達成可能な組み合わせが複数選択されている場合、複数の総ＨＣ浄化率が算出される。
【００７８】
次に、Ｓ３１０３において、第一実施形態のＳ１０７３と同様に、Ｓ３０８において算出した添加燃料の供給量を取得する。Ｓ３１０３では、スリップ量演算部３６１は、Ｓ３０８において選択された炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせのそれぞれに対応する添加燃料の供給量を取得する。
【００７９】
次に、Ｓ３１０４において、第一実施形態のＳ１０７４と同様に、総ＨＣスリップ量を算出する。Ｓ３１０４では、スリップ量演算部３６１は、Ｓ３０８において選択された炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせごとに、Ｓ３１０２で算出した総ＨＣスリップ率とＳ３１０３で取得した添加燃料の供給量とに基づいて総ＨＣスリップ量を組み合わせごとに算出する。総ＨＣスリップ量を算出する計算式は、第一実施形態と同様である。
【００８０】
図８のメインフローチャートに戻り、Ｓ３１１において、総ＨＣスリップ量が目標ＨＣスリップ量以下となる炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせを選択する。Ｓ３１１では、スリップ量演算部３６１は、Ｓ３１０で算出された組み合わせごとの総ＨＣスリップ量とＳ３０９で設定された目標ＨＣスリップ量との大小関係を比較し、総ＨＣスリップ量が目標ＨＣスリップ量以下となる炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせを選択する。複数の組み合わせが選択される場合、改質部１３の温度制御の幅が最も小さい組み合わせを選択する。
【００８１】
次に、Ｓ３１２において、ヒータ１３２を制御したあと添加燃料を噴射する。Ｓ３１２では、制御部３６２は、改質部１３の温度がＳ３１１で選択された炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせに対応する温度となるようヒータ１３２を制御した後、燃料添加部１１を制御する指令信号を燃料添加部１１に出力する。燃料添加部１１では、この指令信号に基づいて添加燃料を排気に供給する。
制御装置３０は、このようにして排気浄化システム３を制御し、窒素酸化物の除去率およびＨＣスリップ量を所望の値とする。
【００８２】
（ｆ）第三実施形態による制御装置３０は、改質部１３によって所望の炭化水素を生成することが可能である。制御ユニット３６では、改質部１３を制御することによって生成可能な炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせを選択する。スリップ量演算部３６１は、当該選択された組み合わせにおけるＨＣスリップ量を排気浄化部１２の温度や炭化水素の種類ごとのＨＣ浄化率などに基づいて算出する。制御部３６２は、演算されたＨＣスリップ量に基づいてヒータ１３２による改質部１３の温度制御の内容および燃料添加部１１による添加燃料の噴射制御の内容を決定し、ヒータ１３２および燃料添加部１１を制御する。これにより、第三実施形態による制御装置３０が適用される排気浄化システム３は、第一実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）を奏するとともに、第一実施形態の排気浄化システム１に比べ効率的に窒素酸化物を除去しつつ炭化水素の大気への排出量を低減することができる。
【００８３】
（ｇ）また、第三実施形態による制御装置３０では、総ＨＣスリップ量が目標ＨＣスリップ量以下となる炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせが複数選択されるとき、改質部１３の温度制御の幅が最も小さい組み合わせが選択される。これにより、窒素酸化物の除去率およびＨＣスリップ量を所望の値とするときに必要とするエネルギを低減することができる。したがって、第三実施形態による制御装置３０は、排気浄化システム３の運転コストを低減することができる。
【００８４】
（第四実施形態）
次に、本発明の第四実施形態による排気浄化システムの制御装置を図１１に基づいて説明する。第四実施形態は、排気浄化システムの制御プロセスが第三実施形態と異なる。なお、第三実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８５】
第四実施形態による制御装置３０における排気浄化システムの制御プロセスについて図１１に基づいて説明する。図１１に制御装置３０における排気浄化システムの制御プロセスのメインフローチャートを示す。図１１に示すフローチャートは、エンジン８が駆動直後であって排気浄化部１２の触媒の温度が活性温度領域に到達していないときや排気に含まれる硫黄化合物によって活性が低下している触媒を再生するときなど排気浄化部１２を昇温したいときに実行される。
【００８６】
最初に、Ｓ４０１において、第三実施形態のＳ３０１と同様に、排気浄化部１２の状態を検出する。
次に、Ｓ４０２において、第三実施形態のＳ３０２と同様に、排気浄化部１２に流入する気体の種類およびその濃度を検出する。
【００８７】
次に、Ｓ４０３において、排気浄化部１２の温度が最低活性温度以上であるか否かを判定する。スリップ量演算部３６１は、触媒温度センサ２５が検出する排気浄化部１２の温度が最低活性温度以上であるか否かを判定する。排気浄化部１２の温度が最低活性温度以上であると判定すると、Ｓ４０４に進む。排気浄化部１２の温度が最低活性温度より低いと判定すると、今回の制御装置３０における排気浄化システムの制御プロセスを一旦終了する。
【００８８】
Ｓ４０３で排気浄化部１２の温度が最低活性温度以上であると判定されると、Ｓ４０４において、排気浄化部１２の温度が目標温度より低いか否かを判定する。スリップ量演算部３６１は、触媒温度センサ２５が検出する排気浄化部１２の温度が目標温度より低いか否かを判定する。排気浄化部１２の温度が目標温度より低いと判定すると、Ｓ４０５に進む。排気浄化部１２の温度が目標温度以上であると判定すると、今回の制御装置３０における排気浄化システムの制御プロセスを終了する。
【００８９】
Ｓ４０４で排気浄化部１２の温度が目標温度より低いと判定されると、Ｓ４０５において、第三実施形態のＳ３０３と同様に、改質部１３の制御可能範囲を算出する。
次に、Ｓ４０６において、第三実施形態のＳ３０４と同様に、改質ＨＣマップを選択する。
次に、Ｓ４０７において、第三実施形態のＳ３０５と同様に、改質部１３において生成可能な炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせを選択する。
【００９０】
次に、Ｓ４０８において、第三実施形態のＳ３１０１と同様に、Ｓ４０７において選択された炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせごとにＨＣ浄化率マップを選択する。
次に、Ｓ４０９において、第三実施形態のＳ３１０２と同様に、Ｓ４０７において炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせごとの総ＨＣ浄化率を算出する。このとき、総ＨＣ浄化率が所定の値以上の組み合わせを選定する。また、総ＨＣ浄化率が所定の値に比べ小さい場合、総ＨＣ浄化率が最も大きい組み合わせを選定する。
次に、Ｓ４１０において、第三実施形態のＳ３０９と同様に、目標ＨＣスリップ量を設定する。
【００９１】
次に、Ｓ４１１において、炭化水素供給量の上限を算出する。Ｓ４１１では、制御部３６２は、Ｓ４０９で算出した総ＨＣスリップ率とＳ４１０で設定した目標ＨＣスリップ量とに基づいて炭化水素供給量の上限値を算出する。炭化水素供給量の上限値を算出する計算式は、第二実施形態と同様である。
【００９２】
次に、Ｓ４１２において、第三実施形態のＳ３１２と同様に、ヒータ１３２を制御したあと添加燃料を噴射する。Ｓ４１２では、制御部３６２は、改質部１３の温度がＳ４１１で選択された炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせに対応する温度となるようヒータ１３２を制御した後、燃料添加部１１を制御する指令信号を出力する。燃料添加部１１では、この指令信号に基づいて添加燃料を排気に供給する。
第四実施形態による制御装置３０は、このようにして排気浄化システム３を制御し、排気浄化部１２の触媒を昇温するととともにＨＣスリップ量を所望の値とする。
【００９３】
（ｈ）第四実施形態による制御装置３０では、スリップ量演算部３６１は、排気浄化部１２の温度が目標温度に到達していないとき、炭化水素の種類ごとのＨＣ浄化率マップに基づいて算出される総ＨＣ浄化率を利用して炭化水素供給量の上限を算出する。制御部３６２は、目標ＨＣスリップ量を維持しつつ、可能なかぎり多くの炭化水素を排気に供給することによって排気浄化部１２の昇温を迅速に行う。これにより、第四実施形態による制御装置３０が適用される排気浄化システム３では、第一実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）、第二実施形態の効果（ｅ）、および、第三実施形態の効果（ｆ）を奏する。
【００９４】
（第五実施形態）
次に、本発明の第五実施形態による排気浄化システムの制御装置を図１２に基づいて説明する。第五実施形態は、改質部が設けられる位置が第三実施形態と異なる。なお、第三実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９５】
第五実施形態の排気浄化システム５は、エンジン８に適用され、燃料添加部１１、排気浄化部１２、改質部１３、「流速制御部」としての供給ポンプ１４、制御装置３０などを有する。なお、図１２には、排気浄化システム５における気体の流れを実線矢印Ｆｇで示す。
【００９６】
排気浄化システム５は、排気系９において排気浄化部１２の上流側に接続する還元剤添加管１１１を有する。還元剤添加管１１１は、大気中の空気を導入可能に形成されている。燃料添加部１１は、還元剤添加管１１１が有する還元剤添加通路１１０に添加燃料を供給可能に設けられている。燃料添加部１１が還元剤添加通路１１０に供給する添加燃料（図１２の点線Ｆ５参照）は、還元剤添加管１１１に設けられる改質部１３に流入し改質される。
炭化水素濃度センサ２４は、還元剤添加管１１１において改質部１３の下流側に設けられる。
【００９７】
供給ポンプ１４は、還元剤添加管１１１の燃料添加部１１の上流側に大気中の空気を還元剤添加通路１１０に導入可能に設けられている。供給ポンプ１４は、制御ユニット３６と電気的に接続している。供給ポンプ１４は、制御ユニット３６の指令に応じて、還元剤添加通路１１０を流れる空気の流量を調整することが可能である。
【００９８】
還元剤添加管１１１において供給ポンプ１４と改質部１３との間には「第二検出部」としての流量センサ１４１および酸素濃度センサ１４２が設けられている。
流量センサ１４１は、還元剤添加管１１１において大気から流入する空気と添加燃料との混合気の流量を検出可能に設けられている。流量センサ１４１は、制御ユニット３６と電気的に接続している。流量センサ１４１は、還元剤添加通路１１０を流れる空気と添加燃料との混合気の流量に応じた信号をスリップ量演算部３６１に出力する。
酸素濃度センサ１４２は、還元剤添加管１１１において大気から流入する空気と添加燃料との混合気の酸素濃度を検出可能に設けられている。酸素濃度センサ１４２は、制御ユニット３６と電気的に接続している。酸素濃度センサ１４２は、還元剤添加通路１１０を流れる空気と添加燃料との混合気の酸素濃度に応じた信号をスリップ量演算部３６１に出力する。
【００９９】
第五実施形態では、改質部１３は、大気から流入する空気と添加燃料との混合気に含まれる炭化水素に対して改質を行う。排気浄化システム５では、大気から流入する空気の流量が供給ポンプ１４によって制御可能であるため、改質部１３における改質反応の流量に関する制御可能範囲を広げることができる。これにより、ヒータ１３２による改質部１３の温度制御や燃料添加部１１による添加燃料の噴射制御とあわせて改質部１３で生成される炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせを増やすことができる。したがって、第五実施形態による制御装置３０が適用される排気浄化システム５は、第一実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）、および，第三実施形態の効果（ｆ），（ｇ）を奏するとともに、第三実施形態の排気浄化システム３に比べさらに効率的に窒素酸化物を除去しつつ炭化水素の大気への排出量をさらに低減することができる。
【０１００】
（第六実施形態）
次に、本発明の第六実施形態による排気浄化システムの制御装置を図１３に基づいて説明する。第六実施形態は、改質部が設けられる位置が第三実施形態と異なる。なお、第三実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０１】
第六実施形態の排気浄化システム６は、エンジン８に適用され、燃料添加部１１、排気浄化部１２、改質部１３、「酸素濃度制御部」としての大気供給バルブ１５、制御装置３０などを有する。なお、図１３には、排気浄化システム６における気体の流れを実線矢印Ｆｇで示す。
【０１０２】
排気浄化システム６は、排気系９において排気浄化部１２の上流側に接続するバイパス管６０を有する。バイパス管６０は、燃料添加部１１および改質部１３が設けられ、両端が排気系９に接続している。バイパス管６０の排気系９に接続している端部のうちエンジン８に近い側の端部６１からバイパス管６０が有するバイパス通路６００にエンジン８が排出する排気が流入する。バイパス通路６００を流れる排気には、燃料添加部１１が噴射する添加燃料（図１３の点線Ｆ６参照）が添加される。バイパス通路６００を流れる排気と添加燃料との混合気は、バイパス管６０に設けられる改質部１３において改質される。改質部１３において改質された炭化水素は、バイパス管６０の排気系９に接続している端部のうちエンジン８から遠い側の端部６２を通って排気系９に戻される。
炭化水素濃度センサ２４は、バイパス管６０において改質部１３の下流側に設けられる。
【０１０３】
大気供給バルブ１５は、バイパス管６０の燃料添加部１１の上流側に設けられている。大気供給バルブ１５は、制御ユニット３６と電気的に接続している。大気供給バルブ１５は、制御ユニット３６の指令に応じて自身の開度を制御することによって、バイパス通路６００に空気を供給することが可能である。これにより、バイパス通路６００を流れる気体の酸素濃度を調整することが可能となっている。
【０１０４】
バイパス管６０において大気供給バルブ１５と改質部１３との間には「第二検出部」としての流量センサ１５１および酸素濃度センサ１５２が設けられている。
流量センサ１５１は、バイパス管６０において改質部１３の上流側を流れるエンジン８の排気の一部、大気供給バルブ１５を介して大気から流入する空気、および、添加燃料との混合気の流量を検出可能に設けられている。流量センサ１５１は、制御ユニット３６と電気的に接続している。流量センサ１５１は、バイパス通路６００を流れる排気と空気と添加燃料との混合気の流量に応じた信号をスリップ量演算部３６１に出力する。
酸素濃度センサ１５２は、バイパス管６０において改質部１３の上流側を流れる排気、空気、および、添加燃料との混合気の酸素濃度を検出可能に設けられている。酸素濃度センサ１５２は、制御ユニット３６と電気的に接続している。酸素濃度センサ１５２は、バイパス通路６００を流れる排気と空気と添加燃料との混合気の酸素濃度に応じた信号をスリップ量演算部３６１に出力する。
【０１０５】
第六実施形態では、改質部１３は、大気供給バルブ１５を介して大気から流入する空気と排気と添加燃料との混合気に含まれる炭化水素に対して改質を行う。排気浄化システム６では、大気供給バルブ１５を介して大気から流入する空気の流量を大気供給バルブ１５の開度によって制御可能であるため、改質部１３における改質反応の酸素濃度に関する制御可能範囲を広げることができる。これにより、ヒータ１３２による改質部１３の温度制御や燃料添加部１１による添加燃料の噴射制御とあわせて改質部１３で生成される炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせを増やすことができる。したがって、第六実施形態による制御装置３０が適用される排気浄化システム６は、第一実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）、および，第三実施形態の効果（ｆ），（ｇ）を奏するとともに、第三実施形態の排気浄化システム３に比べさらに効率的に窒素酸化物を除去しつつ炭化水素の大気への排出量をさらに低減することができる。
【０１０６】
（第七実施形態）
次に、本発明の第七実施形態による排気浄化システムの制御装置を図１４に基づいて説明する。第七実施形態は、バイパス通路に流量制御バルブが設けられている点が第六実施形態と異なる。なお、第六実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０７】
第七実施形態の排気浄化システム７は、エンジン８に適用され、燃料添加部１１、排気浄化部１２、改質部１３、「流量制御部」としての流量制御バルブ１６、制御装置３０などを有する。なお、図１４には、排気浄化システム７における気体の流れを実線矢印Ｆｇで示す。
【０１０８】
流量制御バルブ１６は、バイパス管６０の改質部１３の下流側に設けられている。流量制御バルブ１６は、制御ユニット３６と電気的に接続している。流量制御バルブ１６は、制御ユニット３６の指令に応じて自身の開度を制御することによって、バイパス通路６００を流れる気体を調整することが可能となっている。
【０１０９】
第七実施形態では、改質部１３は、バイパス通路６００を流れる排気と添加燃料との混合気に含まれる炭化水素に対して改質を行う。排気浄化システム７では、バイパス通路６００を流れる混合気の流量が流量制御バルブ１６の開度によって制御可能であるため、改質部１３における改質反応の流量に関する制御可能範囲を広げることができる。これにより、ヒータ１３２による改質部１３の温度制御や燃料添加部１１による添加燃料の噴射制御とあわせて改質部１３で生成される炭化水素の種類およびその濃度の組み合わせを増やすことができる。したがって、第七実施形態による制御装置３０が適用される排気浄化システム７は、第一実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）、および，第三実施形態の効果（ｆ），（ｇ）を奏するとともに、第三実施形態の排気浄化システム３に比べさらに効率的に窒素酸化物を除去しつつ炭化水素の大気への排出量をさらに低減することができる。
【０１１０】
また、第七実施形態では、第六実施形態に比べ大気をバイパス通路６００に導入する構成が不要となる。これにより、排気浄化システム７は、第六実施形態の排気浄化システム６に比べ構成を簡素にすることができる。
【０１１１】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、「第一検出部」は、流量センサ、酸素濃度センサ、ＮＯｘ濃度センサ、および、触媒温度センサであるとした。しかしながら、「第一検出部」はこれに限定されない。排気浄化部の触媒の状態を検出可能であればよい。
【０１１２】
上述の実施形態では、図４に示すように、五種類の炭化水素のＨＣ浄化率と平均炭素数とを示すマップに基づいて総ＨＣスリップ量を算出するとした。二種類以上の炭化水素のＨＣ浄化率と平均炭素数とを示すマップに基づけばよい。
【０１１３】
上述の実施形態では、排気浄化部に流入する炭化水素の種類およびその濃度は、炭化水素濃度センサによって検出されるとした。しかしながら、炭化水素の種類およびその濃度の情報を取得する方法はこれに限定されない。燃料添加部が噴射する添加燃料の添加量と、エンジンの運転条件とに基づいて排気浄化部に流入する炭化水素の種類およびその濃度を決定することが可能なマップから当該情報を得てもよい。この場合、炭化水素濃度センサが不要となるため、制御装置の製造コストを低減することができる。
また、第三〜七実施形態では、改質部温度センサ、供給ポンプまたは大気供給バルブと改質部との間に設けられる流量センサおよび酸素濃度センサが検出する改質部の状態、および、制御部による改質部の制御内容に基づいて排気浄化部に流入する炭化水素の種類および濃度に関する情報を推定してもよい。この場合でも、炭化水素濃度センサが不要となるため、制御装置の製造コストを低減することができる。
【０１１４】
上述の実施形態では、燃料添加部の噴射制御の最初の内容は事前に設定されている内容であるした。しかしながら、制御部において最初に設定される燃料添加部の噴射制御の内容はこれに限定されない。
【０１１５】
第三〜七実施形態では、「温度制御部」としてヒータを備えるとした。しかしながら、「温度制御部」はこれに限定されない。クーラーによって改質部を冷却してもよい。
【０１１６】
上述の実施形態では、「炭化水素濃度制御部」として燃料添加部を備えるとした。しかしながら、「炭化水素濃度制御部」はこれに限定されないし、なくてもよい。内燃機関の燃料を添加燃料として排気に添加可能な構成があればよい。
【０１１７】
第五実施形態では、「流速制御部」として大気を供給可能な供給ポンプを備えるとした。しかしながら、「流速制御部」はこれに限定されない。供給ポンプの代わりにバルブを設け、バルブの開度を制御することによって改質部における流速を制御してもよい。
【０１１８】
第六実施形態では、「酸素濃度制御部」として排気に空気を混合可能な大気供給バルブを備えるとした。しかしながら、「酸素濃度制御部」はこれに限定されない。
【０１１９】
第三〜七実施形態では、改質部における改質反応に影響を与える流量、酸素濃度、炭化水素濃度、および、改質部の温度のいずれかを制御することとした。しかしながら、改質部を制御しなくてもよい。
【０１２０】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【０１２１】
１，３，５，６，７・・・排気浄化システム
５・・・エンジン（内燃機関）
２０，３０・・・制御装置（排気浄化システムの制御装置）
１１・・・燃料添加部
１２・・・排気浄化部（触媒）
２１・・・流量センサ（第一検出部）
２２・・・酸素濃度センサ（第一検出部）
２３・・・ＮＯｘ濃度センサ（第一検出部）
２４・・・炭化水素センサ（炭化水素情報取得部）
２５・・・触媒温度センサ（第一検出部）
２６１，３６１・・・スリップ量演算部
２６２，３６２・・・制御部
【図１】
2018076812.tif 000003
【図２】
2018076812.tif 000004
【図３】
2018076812.tif 000005
【図４】
2018076812.tif 000006
【図５】
2018076812.tif 000007
【図６】
2018076812.tif 000008
【図７】
2018076812.tif 000009
【図８】
2018076812.tif 000010
【図９】
2018076812.tif 000011
【図１０】
2018076812.tif 000012
【図１１】
2018076812.tif 000013
【図１２】
2018076812.tif 000014
【図１３】
2018076812.tif 000015
【図１４】
2018076812.tif 000016