(57)【要約】【課題】ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率がシアン酸やシアヌル酸によって低下するのを抑制可能な、エンジンの排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】エンジンの排気ガス浄化装置は、尿素インジェクタ４５と、ＳＣＲ触媒４３と、ＳＣＲ触媒４３の温度を検出又は推定する温度検出／推定手段と、制御部とを備え、該制御部は、上記温度検出／推定手段により検出又は推定されたＳＣＲ触媒４３の温度に応じて、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に噴射供給される尿素の噴射供給速度に上限値を設定して、該上限値以下の噴射供給速度でもって尿素を排気通路４０に噴射供給するように、尿素インジェクタ４５の作動を制御するよう構成され、上記上限値は、ＳＣＲ触媒４３の温度が高いときには、ＳＣＲ触媒４３の温度が低いときに比べて大きい値に設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に尿素を噴射供給する尿素インジェクタと、
上記排気通路における上記尿素インジェクタよりも下流側の部分に設けられ、該尿素インジェクタにより該排気通路に噴射供給された尿素から生成されるアンモニアの還元作用によって排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、
上記尿素インジェクタの作動を制御する制御部と、を備えた、エンジンの排気ガス浄化装置であって、
上記ＳＣＲ触媒の温度を検出又は推定する温度検出／推定手段を更に備え、
上記制御部は、上記温度検出／推定手段により検出又は推定された上記ＳＣＲ触媒の温度に応じて、上記尿素インジェクタから上記排気通路に噴射供給される尿素の噴射供給速度に上限値を設定して、該上限値以下の噴射供給速度でもって尿素を上記排気通路に噴射供給するように、上記尿素インジェクタの作動を制御するよう構成されており、
上記上限値は、上記ＳＣＲ触媒の温度が高いときには、該ＳＣＲ触媒の温度が低いときに比べて大きい値に設定されることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの排気ガス浄化装置において、
上記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を推定する吸着量推定手段を更に備え、
上記制御部は、上記吸着量推定手段により推定されるアンモニア吸着量が目標吸着量になるように、かつ、上記尿素インジェクタから上記排気通路に噴射供給される尿素の噴射供給速度が目標速度になるように、上記尿素インジェクタの作動を制御するよう構成されており、
更に上記制御部は、上記目標速度を、上記目標吸着量と上記吸着量推定手段により推定されたアンモニア吸着量との差に応じた値でかつ上記上限値以下となる値に設定するよう構成されていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項２記載のエンジンの排気ガス浄化装置において、
上記制御部は、上記目標吸着量を、上記温度検出／推定手段により検出又は推定された上記ＳＣＲ触媒の温度に応じて設定するよう構成されていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気ガス浄化装置に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンの排気通路に尿素を噴射供給する尿素インジェクタと、該尿素インジェクタにより該排気通路に噴射供給された尿素から生成されるアンモニアの還元作用によって排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒（ＮＯｘ選択還元触媒）とを備えた、エンジンの排気ガス浄化装置が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１には、アンモニアがＳＣＲ触媒を通過するアンモニアスリップが生じないように、ＳＣＲ触媒の温度に基づいて尿素インジェクタからの尿素の目標噴射量を設定することによって、排気ガス中のＮＯｘを適正に浄化することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１７８８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者らは、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化について鋭意研究を重ね、その結果、アンモニアスリップの有無に関係なく、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化が適正に行えない場合があることが判明した。
【０００６】
すなわち、通常は、尿素インジェクタにより排気通路に噴射供給された尿素は、気化された後、熱分解反応によってアンモニアとイソシアン酸とに分解され、そのイソシアン酸は、加水分解反応によってアンモニアと二酸化炭素とに分解される。
【０００７】
ところが、尿素インジェクタによる尿素の噴射供給速度が、その尿素からアンモニアへの反応速度（反応による尿素の減少速度）を上回ると、気化された尿素の一部は、イソシアン酸と反応してビウレットを生成する。ビウレットは、イソシアン酸と反応してシアヌル酸とアンモニアとを生成する。また、シアヌル酸は、イソシアン酸からも直接生成される。こうして生成されたビウレット及びシアヌル酸は、ＳＣＲ触媒に吸着される。但し、ビウレット及びシアヌル酸は、アンモニアとは異なり、多孔質構造のゼオライト等の孔内部表面に担持された触媒金属に吸着されるのではなく、その孔の出入口を塞ぐように吸着される。このため、アンモニアが吸着された孔内部に進入して還元されるＮＯｘの量が少なくなって、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率がシアン酸やシアヌル酸によって低下するのを抑制可能な、エンジンの排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明では、エンジンの排気通路に尿素を噴射供給する尿素インジェクタと、上記排気通路における上記尿素インジェクタよりも下流側の部分に設けられ、該尿素インジェクタにより該排気通路に噴射供給された尿素から生成されるアンモニアの還元作用によって排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、上記尿素インジェクタの作動を制御する制御部と、を備えた、エンジンの排気ガス浄化装置を対象として、上記ＳＣＲ触媒の温度を検出又は推定する温度検出／推定手段を更に備え、上記制御部は、上記温度検出／推定手段により検出又は推定された上記ＳＣＲ触媒の温度に応じて、上記尿素インジェクタから上記排気通路に噴射供給される尿素の噴射供給速度に上限値を設定して、該上限値以下の噴射供給速度でもって尿素を上記排気通路に噴射供給するように、上記尿素インジェクタの作動を制御するよう構成されており、上記上限値は、上記ＳＣＲ触媒の温度が高いときには、該ＳＣＲ触媒の温度が低いときに比べて大きい値に設定される、という構成とした。
【００１０】
上記の構成により、上限値の値を、尿素の噴射供給速度が、尿素からアンモニアへの反応速度（ＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど、大きくなる）以下となるような値の最大値又はそれよりも小さい側の近傍値に設定しておくことによって、尿素インジェクタから上限値以下の噴射供給速度でもって尿素が排気通路に噴射供給されることで、シアン酸やシアヌル酸が生成されないようにすることができる。したがって、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率がシアン酸やシアヌル酸によって低下するのを抑制することができる。
【００１１】
上記エンジンの排気ガス浄化装置の一実施形態において、上記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を推定する吸着量推定手段を更に備え、上記制御部は、上記吸着量推定手段により推定されるアンモニア吸着量が目標吸着量になるように、かつ、上記尿素インジェクタから上記排気通路に噴射供給される尿素の噴射供給速度が目標速度になるように、上記尿素インジェクタの作動を制御するよう構成されており、更に上記制御部は、上記目標速度を、上記目標吸着量と上記吸着量推定手段により推定されたアンモニア吸着量との差に応じた値でかつ上記上限値以下となる値に設定するよう構成されている。
【００１２】
このことにより、目標吸着量とアンモニア吸着量との差が大きいと、通常、目標速度が大きくなって、シアン酸やシアヌル酸が生成される可能性が高くなる。しかし、目標速度は、上限値以下となる値に設定されるので、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率がシアン酸やシアヌル酸によって低下するのを抑制することができる。
【００１３】
上記一実施形態において、上記制御部は、上記目標吸着量を、上記温度検出／推定手段により検出又は推定された上記ＳＣＲ触媒の温度に応じて設定するよう構成されていることが好ましい。
【００１４】
これにより、ＳＣＲ触媒に吸着させることが可能な上限のアンモニア吸着量に対応して、目標吸着量を適切に設定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によると、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率がシアン酸やシアヌル酸によって低下するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置の診断装置が適用されたエンジンの概略図である。
【図２】上記エンジンの制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】ドージング制御の具体的手順を示すフローチャートである。
【図４】ＳＣＲ触媒の温度を推定する手順を模式的に示す説明図である。
【図５】ＳＣＲ触媒の温度とアンモニアの上限吸着量及び目標吸着量との関係を示す図である。
【図６】ＳＣＲ触媒の温度と尿素の噴射供給速度の上限値との関係を表す上限値マップを示す図である。
【図７】尿素から生成される物質の変遷過程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置の診断装置が適用されたエンジン１の構成を示す。エンジン１は、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルディーゼルエンジンであって、エンジン本体１ａと、エンジン本体１ａにおける燃焼に必要な空気を供給する吸気システム３Ｓと、エンジン本体１ａから排出された排気ガスを浄化して外部に排出する排気システム４Ｓ（排気ガス浄化装置）と、吸気システム３Ｓによって供給される空気（吸気）を圧縮しつつエンジン本体１ａに送り出すターボ過給機６０と、排気システム４Ｓを流通する排気ガスの一部を吸気システム３Ｓに還流するＥＧＲ装置７０とを備えている。
【００１９】
エンジン本体１ａは、内部に複数の気筒２（図１では１つの気筒２のみを示す）が形成されたシリンダブロック３と、該複数の気筒２の上部開口を閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、各気筒２にそれぞれ往復動可能に挿入された複数のピストン５とを有している。複数の気筒２は、図１の紙面に垂直な方向に一列に並んでいる。すなわち、エンジン１は、直列多気筒エンジンである。尚、各気筒２の構造は同一であるため、以下では、基本的に１つの気筒２のみについて説明する。
【００２０】
ピストン５は、気筒２の内周面及びシリンダヘッド４と共に燃焼室６を区画する。燃焼室６には、後述する燃料噴射弁１５からの噴射により、軽油を主成分とする燃料が供給される。そして、その供給された燃料が圧縮着火により燃焼（拡散燃焼）し、その燃焼による膨張力によってピストン５が押し下げられる。
【００２１】
ピストン５の下方には、エンジン本体１ａの出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。
【００２２】
シリンダブロック３には、クランク軸７の角度（クランク角）と、クランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）とを検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。シリンダヘッド４には、エンジン本体１ａ（シリンダブロック３及びシリンダヘッド４）の内部を流通する冷却水の温度を検出する水温センサＳＮ２が設けられている。
【００２３】
シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９及び排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２と、吸気弁１１及び排気弁１２をクランク軸７の回転に連動して開閉駆動する動弁機構１３，１４とが設けられている。
【００２４】
また、シリンダヘッド４には、燃焼室６に上記燃料を噴射する燃料噴射弁１５が設けられている。この燃料噴射弁１５は、例えば、燃焼室６の天井面の中央部から放射状に燃料を噴射する多噴孔型の噴射弁である。尚、図示を省略するが、ピストン５の冠面には、燃料噴射弁１５から噴射された燃料を受け入れるための凹部（キャビティ）が形成されている。
【００２５】
吸気システム３Ｓは、エンジン本体１ａに導入される吸気が流通する吸気通路３０を含む。吸気通路３０の下流端（インテークマニホールド）は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０には、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、後述のターボ過給機６０のコンプレッサ６２と、コンプレッサ６２により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３２と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３３と、各気筒２に吸気が均等に取り入れられるようにするためのサージタンク３４とが、吸気通路３０の上流側（エンジン本体１ａから遠い側）からこの順に設けられている。
【００２６】
吸気通路３０におけるエアクリーナ３１よりも下流側の部分には、吸気通路３０を通じてエンジン本体１ａに導入される空気（新気）の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３が設けられている。また、サージタンク３４には、その内部の吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ４が設けられている。
【００２７】
排気システム４Ｓは、エンジン本体１ａから排出される排気ガスが流通する排気通路４０を含む。排気通路４０の上流端（エキゾーストマニホールド）は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。この排気通路４０には、排気ガスに含まれる各種の有害成分を浄化するための複数の触媒４１〜４４が設けられている。本実施形態では、酸化触媒４１と、ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）４２と、ＳＣＲ触媒４３と、スリップ触媒４４とが、排気通路４０の上流側（エンジン本体１ａに近い側）からこの順に設けられている。また、排気通路４０におけるＤＰＦ４２とＳＣＲ触媒４３との間の部分には、尿素インジェクタ４５とミキシングプレート４７とが設けられている。
【００２８】
酸化触媒４１は、排気ガス中のＣＯ及びＨＣを酸化して無害化する（ＣＯ２及びＨ２Ｏに変換する）ための触媒であり、例えば、多孔質性の担体と、当該担体に担持された白金やパラジウム等の触媒物質とを有している。ＤＰＦ４２は、排気ガス中のスート（煤）を捕集するためのフィルタである。このＤＰＦ４２には、フィルタ再生時の高温条件下でスートを燃焼させるための白金等の触媒物質が含まれている。
【００２９】
尿素インジェクタ４５は、尿素（本実施形態では、高純度の尿素を純水で水溶化してなる尿素水）を排気通路４０内に噴射供給する噴射弁である。尿素インジェクタ４５には、尿素水を供給する供給管４６ａの下流端が接続されている。供給管４６ａの上流端には、尿素水を貯留する尿素タンク４６が接続されている。また、供給管４６ａには、尿素水を尿素インジェクタ４５へ供給するポンプ４６Ｐが設けられている。尿素インジェクタ４５から排気通路４０内に尿素水が噴射供給されると、この尿素水に含まれる尿素は、基本的に、熱分解反応によってアンモニアとイソシアン酸とに変換され、このイソシアン酸は、加水分解反応によってアンモニアに変換される（図７参照）。こうして生成されたアンモニアは、排気通路４０における尿素インジェクタ４５よりも下流側の部分に設けられたＳＣＲ触媒４３に吸着される。
【００３０】
ポンプ４６Ｐは、加圧式のポンプであり、加圧力を発生することで、供給管４６ａを通して、尿素タンク４６に貯留された尿素水を尿素インジェクタ４５へ供給する。尚、上記加圧力が停止されると、尿素インジェクタ４５の内部及び供給管４６ａ内に存在する尿素水は、尿素タンク４６に引き戻される。すなわち、ポンプ４６Ｐは、尿素インジェクタ４５へ尿素水を供給するとともに、尿素インジェクタ４５に一旦供給された尿素水を尿素タンク４６へ回収する動作を実行可能である。
【００３１】
ミキシングプレート４７は、排気通路４０を前後に仕切る板状の部材であって、排気通路４０における尿素インジェクタ４５とＳＣＲ触媒４３との間の部分に設けられている。ミキシングプレート４７には、排気ガスの流れを攪拌するための複数の開口が形成されている。このようなミキシングプレート４７は、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に噴射供給された尿素水に含まれる尿素を均一に分散させつつ下流側（ＳＣＲ触媒４３）に送出する役割を果たす。
【００３２】
ＳＣＲ触媒４３は、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化する（ＮＯｘをＮ２やＨ２Ｏに変換する）ための触媒である。ＳＣＲ触媒４３は、上記の如く尿素から生成されたアンモニアを吸着しかつアンモニアの還元作用によってＮＯｘを還元する触媒金属（本実施形態では、銅）を、多孔質構造のゼオライトの孔内部表面に担持させて構成されたものである。
【００３３】
スリップ触媒４４は、ＳＣＲ触媒４３に吸着されずにスリップした（つまりＮＯｘの還元に使われないまま下流側に流出した）アンモニアを酸化するための酸化触媒である。このスリップ触媒４４としては、例えば酸化触媒４１と同様の構造のものを用いることができる。
【００３４】
排気通路４０におけるＤＰＦ４２とＳＣＲ触媒４３との間の部分（排気通路４０におけるＳＣＲ触媒４３及び尿素インジェクタ４５よりも上流側の部分）には、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサＳＮ５が設けられている。
【００３５】
また、排気通路４０におけるＮＯｘセンサＳＮ５よりも下流側の部分であってＳＣＲ触媒４３の直上流に位置する部分（ミキシングプレート４７とＳＣＲ触媒４３との間の部分）には、排気ガスの温度を検出する排気温センサＳＮ６が設けられている。
【００３６】
本実施形態では、吸気の過給を行うターボ過給機６０が設けられている。このターボ過給機６０は、排気通路４０を流通する排気ガスにより回転駆動されるタービン６１と、このタービン６１と連動して回転可能に設けられ、吸気通路３０を流通する吸気を圧縮（過給）するコンプレッサ６２とを有している。コンプレッサ６２は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３２との間の部分に配置され、タービン６１は、排気通路４０における酸化触媒４１よりも上流側の部分に配置されている。排気通路４０には、タービン６１をバイパスするためのバイパス通路６３が設けられており、このバイパス通路６３には開閉可能なウェストゲート弁６４が設けられている。
【００３７】
ＥＧＲ装置７０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路７１と、ＥＧＲ通路７１に設けられたＥＧＲクーラ７２及びＥＧＲ弁７３とを有している。ＥＧＲ通路７１は、排気通路４０におけるタービン６１よりも上流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３３とサージタンク３４との間の部分とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ７２は、例えばエンジン本体１ａの冷却水を利用した熱交換器であって、ＥＧＲ通路７１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却する。ＥＧＲ弁７３は、ＥＧＲ通路７１におけるＥＧＲクーラ７２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）の部分に設けられ、ＥＧＲ通路７１を流通するＥＧＲガスの流量を調整する。
【００３８】
図２に示すように、エンジン１は、エンジン本体１ａの運転を制御するＥＣＵ（Engine ControlUnit）１００を備えている。ＥＣＵ１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラ（プロセッサ）であって、コンピュータプログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてコンピュータプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力バスと、を備えている。尚、ＥＣＵ１００は、単一のプロセッサで構成されている必要はなく、電気的に互いに接続された複数のプロセッサを含んでいてもよい。例えば、ＥＣＵ１００は、主にエンジン本体１ａの運転制御のための第１のプロセッサと、尿素インジェクタ４５の作動制御やＳＣＲ触媒４３の劣化診断等のための第２のプロセッサとを含んでいてもよい。
【００３９】
ＥＣＵ１００には、各種センサによる検出情報が入力される。具体的には、ＥＣＵ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、吸気圧センサＳＮ４、ＮＯｘセンサＳＮ５、及び排気温センサＳＮ６と電気的に接続されている。これらのセンサＳＮ１〜ＳＮ６によって検出された各種情報、すなわち、クランク角及びエンジン回転速度、エンジン水温、吸気流量、吸気圧（過給圧）、ＳＣＲ触媒４３よりも上流側における排気ガス中のＮＯｘ濃度、並びに排気ガスの温度の情報が、それぞれ信号としてＥＣＵ１００に入力される。
【００４０】
また、本実施形態では、図２に示すように、上記車両の走行速度を検出する車速センサＳＮ７、上記車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサＳＮ８、及び、外気温を検出する外気温センサＳＮ９による検出情報もＥＣＵ１００に入力される。
【００４１】
ＥＣＵ１００は、センサＳＮ１〜ＳＮ９からの入力情報に基づいて、種々の判定を行うとともに、エンジン１の各デバイスの制御量を計算する。すなわち、ＥＣＵ１００は、計算した制御量に係る制御信号を、燃料噴射弁１５、スロットル弁３３、尿素インジェクタ４５、ポンプ４６Ｐ、ウェストゲート弁６４、及びＥＧＲ弁７３に出力する。
【００４２】
ＥＣＵ１００内には、主制御部１０１と、ＳＣＲ状態推定部１０２と、ドージング制御部１０３とが設けられている。主制御部１０１、ＳＣＲ状態推定部１０２、及びドージング制御部１０３はそれぞれ、上記メモリに記憶されているコンピュータプログラムに従って、ＥＣＵ１００に入力される上記情報（信号）を上記ＣＰＵで処理して、後述の如く動作する。ＥＣＵ１００（特にドージング制御部１０３）は、尿素インジェクタ４５の作動を制御する制御部として機能する。
【００４３】
主制御部１０１は、エンジン本体１ａの燃焼室６内での燃焼を制御する。例えば、主制御部１０１は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセル開度センサＳＮ８の検出値（アクセル開度）から特定されるエンジン負荷（要求トルク）と、エアフローセンサＳＮ３により検出される吸気流量と、に基づいて、燃料噴射弁１５からの燃料の噴射量及び噴射タイミングを決定し、その決定に従って燃料噴射弁１５を制御する。
【００４４】
また、主制御部１０１は、上記エンジン回転速度、上記エンジン負荷等に基づいて目標過給圧を設定するとともに、吸気圧センサＳＮ４により検出される吸気圧（過給圧）がこの目標過給圧に一致するように、ウェストゲート弁６４の開度を制御する。さらに、主制御部１０１は、ＥＧＲ率（気筒２に導入される全ガスに対するＥＧＲガスの割合）の目標値である目標ＥＧＲ率を、上記エンジン回転速度、上記エンジン負荷等に基づいて設定し、この目標ＥＧＲ率が実現されるようにスロットル弁３３及びＥＧＲ弁７３の各開度を制御する。
【００４５】
ＳＣＲ状態推定部１０２は、ＳＣＲ触媒４３の状態を推定する。ＳＣＲ状態推定部１０２は、後に詳細に説明するように、ＳＣＲ触媒４３の温度及びアンモニア吸着量を推定する。したがって、ＳＣＲ状態推定部１０２は、ＳＣＲ触媒４３の温度を推定する温度推定手段を構成するとともに、ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量を推定する吸着量推定手段を構成することになる。
【００４６】
ドージング制御部１０３は、尿素インジェクタ４５からの尿素水（尿素）の噴射動作の制御であるドージング制御を行う。ドージング制御部１０３は、後に詳細に説明するように、ＳＣＲ状態推定部１０２により推定されるアンモニア吸着量が目標吸着量になるように、かつ、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に噴射供給される尿素の噴射供給速度が目標速度になるように、尿素インジェクタ４５の作動を制御する。
【００４７】
次に、図３〜図５を参照して、ドージング制御部１０３によるドージング制御について詳細に説明する。ドージング制御部１０３は、ＳＣＲ状態推定部１０２により推定されたＳＣＲ触媒４３の温度に応じて、ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量の目標値である目標吸着量（図５のＱａ）を設定する。アンモニアの目標吸着量Ｑａは、上限吸着量Ｑｘよりも小さい値に設定される。上限吸着量Ｑｘとは、ＳＣＲ触媒４３に吸着させることが可能な上限のアンモニア吸着量であり、飽和吸着量とも呼ばれるものである。ＳＣＲ触媒４３は、その内部温度が高くなるほどアンモニアを吸着し難くなるという性質がある。このため、図５に示すように、上限吸着量Ｑｘのラインは、全体として、高温側（右側）ほど吸着量が少なくなる（右下がりの）傾向を有している。上限吸着量Ｑｘを越える領域は、アンモニアがＳＣＲ触媒４３をスリップして排気通路４０の下流側に流出するアンモニアスリップ領域となる。
【００４８】
上記のような上限吸着量Ｑｘの傾向に合わせて、アンモニアの目標吸着量Ｑａは、基本的に、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓ（ＳＣＲ温度Ｔｓともいう）が高いほど低下する可変的な値に設定される。目標吸着量Ｑａは、上限吸着量Ｑｘ以下の領域で、ＳＣＲ触媒４３において所要のＮＯｘ浄化を行い得る適正なアンモニア吸着量である。ＳＣＲ温度Ｔｓと目標吸着量Ｑａとの関係を図５のように定めた吸着量マップが、上記メモリに記憶されている。
【００４９】
ドージング制御部１０３は、ＳＣＲ状態推定部１０２により推定されたＳＣＲ触媒４３の温度から、上記吸着量マップに従って目標吸着量Ｑａを設定する。そして、ドージング制御部１０３は、ＳＣＲ状態推定部１０２により推定されるアンモニア吸着量が目標吸着量Ｑａになるように、尿素インジェクタ４５の作動を制御する。すなわち、ドージング制御部１０３は、ＳＣＲ状態推定部１０２により推定されるアンモニア吸着量が目標吸着量Ｑａになるように、尿素水の噴射供給量を決定し、その決定に従って尿素インジェクタ４５の作動を制御する。また、ドージング制御部１０３は、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に噴射供給される尿素の噴射供給速度が目標速度になるように、尿素インジェクタ４５の作動を制御する。尿素の噴射供給速度（単位：ｍｇ／ｓ）は、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に噴射供給される尿素水中の尿素の濃度及び尿素水の噴射供給速度から求めることができる。尿素水の噴射供給速度（単位：ｍｇ／ｓ）は、上記決定した尿素水の噴射供給量（単位：ｍｇ）を、噴射し終えるまでの時間で割ることで求めることができる。さらに、ドージング制御部１０３は、上記目標速度（単位：ｍｇ／ｓ）を、目標吸着量ＱａとＳＣＲ状態推定部１０２により推定されたアンモニア吸着量（後述の現アンモニア吸着量Ｑｃ）との差（目標吸着量Ｑａから現アンモニア吸着量Ｑｃを引いた値）に応じて設定する。
【００５０】
本実施形態では、後に詳細に説明するように、ドージング制御部１０３は、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に噴射供給される尿素の噴射供給速度に上限値Ｖｍを設定して、上限値Ｖｍ以下の噴射供給速度でもって尿素を排気通路４０に噴射供給するように、尿素インジェクタ４５の作動を制御する。
【００５１】
図３は、ドージング制御の具体的手順を示すフローチャートである。尚、このフローチャートのステップＳ１及びＳ３は、ＳＣＲ状態推定部１０２において実行され、残りのステップが、ドージング制御部１０３において実行される。
【００５２】
最初のステップＳ１で、ＳＣＲ状態推定部１０２は、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを推定する。尚、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、典型的には、ＳＣＲ触媒４３の担体の温度、つまり床温のことである。
【００５３】
図４は、上記ステップＳ１においてＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓ（ＳＣＲ温度Ｔｓ）を推定する手順を模式的に示す図である（図４では、ＳＣＲ触媒４３のことを単にＳＣＲと略記している）。ＳＣＲ状態推定部１０２は、まず、排気温センサＳＮ６により検出されるＳＣＲ触媒４３の直前の排気ガスの温度と排気ガスの流量とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３への入熱量を算出する。排気ガスの流量は、例えば、エアフローセンサＳＮ３により検出される吸気流量やＥＧＲ弁７３の開度等から推定することができる。
【００５４】
また、ＳＣＲ状態推定部１０２は、車速センサＳＮ７により検出される車速と、外気温センサＳＮ９により検出される外気温とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３からの放熱量を算出する。
【００５５】
そして、ＳＣＲ状態推定部１０２は、上記のように算出されたＳＣＲ触媒４３に対する入熱量及び放熱量と、予め記憶されているＳＣＲ触媒４３の熱容量とに基づいて、ＳＣＲ温度Ｔｓを算出（推定）する。ＳＣＲ温度Ｔｓは、入熱量が大きいか又は放熱量が小さいほど高い値とされ、入熱量が小さいか又は放熱量が大きいほど低い値とされる。ここで、ＳＣＲ触媒４３からの放熱量は、車速が高いほど大きいものとして扱うことができる。これは、車速が高いほどＳＣＲ触媒４３に吹き当たる走行風が増えて放熱が促進されるからである。逆に、放熱量は、車速が低いほど小さくなるので、ＳＣＲ温度Ｔｓは、車速が低いほど高いと推定されることになる。
【００５６】
次のステップＳ２で、ドージング制御部１０３は、ＳＣＲ触媒４３に吸着させるべきアンモニアの目標吸着量Ｑａを設定する。具体的には、ドージング制御部１０３は、上記ステップＳ１で推定されたＳＣＲ温度Ｔｓから、ＳＣＲ温度Ｔｓと目標吸着量Ｑａとの関係を定めた上記吸着量マップに従って目標吸着量Ｑａを設定する。
【００５７】
上記のように、アンモニアの目標吸着量Ｑａは、ＳＣＲ温度Ｔｓが高いほど低下する（逆にＳＣＲ温度Ｔｓが低いほど高くなる）。但し、このように温度に依存して目標吸着量Ｑａが変化するのは、図５に示すように、ＳＣＲ温度Ｔｓが所定の温度範囲（Ｔ１よりも高くかつＴ２よりも低い範囲）に属しているときだけである。ＳＣＲ温度Ｔｓが温度Ｔ１以下となる低温側の範囲では、目標吸着量Ｑａが一定値Ｑ１に設定され、温度Ｔ２以上となる高温側の範囲では、目標吸着量Ｑａが一律にゼロに設定される。尚、低温側（Ｔｓ≦Ｔ１）で目標吸着量Ｑａが一定値Ｑ１とされるのは、Ｑ１程度のアンモニアが吸着されていればＮＯｘの浄化性能が十分に良好になるので、吸着量をＱ１よりも更に増やす必要がないからである。
【００５８】
続いて、ステップＳ３において、ＳＣＲ状態推定部１０２は、現時点でＳＣＲ触媒４３に吸着されているアンモニアの量である現アンモニア吸着量Ｑｃを推定する。現アンモニア吸着量Ｑｃは、これまでの尿素水の噴射供給量の履歴から求めることができる。すなわち、尿素水の噴射供給量の履歴から求められる各時点のアンモニア供給量から、ＳＣＲ触媒４３での各時点のアンモニア消費量（各時点毎にステップＳ４で算出される）を差し引いた分が、ＳＣＲ触媒４３に都度蓄積されることになるので、この蓄積分を時間ごとに積算したものを現アンモニア吸着量Ｑｃとして算出することができる。
【００５９】
次いで、ステップＳ４において、ドージング制御部１０３は、ＳＣＲ触媒４３において消費されるアンモニアの量であるアンモニア消費量Ｗを推定する。アンモニア消費量Ｗは、ＮＯｘセンサＳＮ５により検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度と、上記の如く演算により推定される排気ガスの流量（エアフローセンサＳＮ３により検出される吸気流量やＥＧＲ弁７３の開度等から求められる値）とに基づいて、推定される。すなわち、これらＮＯｘ濃度と排気ガスの流量とから、ＳＣＲ触媒４３に流入するＮＯｘの量を算出し、この算出されたＳＣＲ触媒４３へのＮＯｘの流入量に基づいて、ＳＣＲ触媒４３でＮＯｘ還元のために消費されるアンモニアの量、つまりアンモニア消費量Ｗを推定する。
【００６０】
次のステップＳ５において、ドージング制御部１０３は、目標吸着量Ｑａ、現アンモニア吸着量Ｑｃ、及びアンモニア消費量Ｗに基づいて、ＳＣＲ状態推定部１０２により推定されるアンモニア吸着量（現アンモニア吸着量Ｑｃ）が目標吸着量Ｑａになるように、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に噴射供給すべき尿素水の噴射供給量を決定する。尿素水の噴射供給量は、目標吸着量Ｑａと現アンモニア吸着量Ｑｃとの差（Ｑａ−Ｑｃ）が大きいほど、また、アンモニア消費量Ｗが多いほど、大きい値として決定される。
【００６１】
続いて、ステップＳ６において、ドージング制御部１０３は、ステップＳ１で推定されたＳＣＲ温度Ｔｓに応じて、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に噴射供給される尿素の噴射供給速度の上限値Ｖｍを設定する。本実施形態では、図６に示すような上限値マップが、上記メモリに記憶されている。この上限値マップは、ＳＣＲ温度Ｔｓと上限値Ｖｍとの関係を定めたものであり、ドージング制御部１０３は、ＳＣＲ温度Ｔｓから、上限値マップに従って上限値Ｖｍを設定する。
【００６２】
次いで、ステップＳ７において、ドージング制御部１０３は、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に噴射供給される尿素の上記目標速度を設定する。本実施形態では、目標速度は、上記ステップＳ２で設定された目標吸着量Ｑａと上記ステップＳ３で推定された現アンモニア吸着量Ｑｃとの差（Ｑａ−Ｑｃ）に応じて設定する。目標速度は、目標吸着量Ｑａと現アンモニア吸着量Ｑｃとの差（Ｑａ−Ｑｃ）が大きいほど、大きい値として設定される。但し、ドージング制御部１０３は、こうして設定された目標速度が、上記ステップＳ６で設定された上限値Ｖｍを上回る場合には、目標速度を上限値Ｖｍに設定する。これにより、ドージング制御部１０３は、上記目標速度を、上記差（Ｑａ−Ｑｃ）に応じた値でかつ上限値Ｖｍ以下となる値に設定することになる。
【００６３】
次のステップＳ８において、ドージング制御部１０３は、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に噴射供給される尿素水の噴射供給量が、上記ステップＳ５で決定された噴射供給量になるように、かつ、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に噴射供給される尿素の噴射供給速度が、上記ステップＳ７で設定された目標速度（上限値Ｖｍ以下の速度）になるように、尿素インジェクタ４５に対して制御信号を出力して、尿素水を噴射供給させる。このように、ドージング制御部１０３は、上限値Ｖｍ以下の噴射供給速度でもって尿素を排気通路４０に噴射供給するように、尿素インジェクタ４５の作動を制御することになる。また、ドージング制御部１０３は、尿素インジェクタ４５からこのような尿素水の噴射供給が可能なように、ポンプ４６Ｐの作動も制御する。
【００６４】
ここで、図７に示すように、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に噴射供給された尿素水中の尿素（液体）は、気化された後、熱分解反応によってアンモニアとイソシアン酸とに分解され、そのイソシアン酸は、加水分解反応によってアンモニアと二酸化炭素とに分解される。このようにしてアンモニアが生成されて、このアンモニアが、多孔質構造のゼオライトの孔内部表面に担持された触媒金属に吸着される。
【００６５】
しかし、尿素インジェクタ４５による尿素の噴射供給速度が、その尿素からアンモニアへの反応速度（反応による尿素の減少速度）を上回ると、気化された尿素の一部は、以下の式のように、イソシアン酸と反応してビウレットを生成する。
【００６６】
ＮＨ２ＣＯＮＨ２＋ＨＮＣＯ→ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２
ビウレットは、以下の式のように、イソシアン酸と反応してシアヌル酸とアンモニアとを生成する（図７では、当該反応でアンモニアが生成されることは記載していない）。尚、シアヌル酸は、２種類の互変異性体が存在する（図７参照）。
【００６７】
ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２＋ＨＮＣＯ→（ＨＮＣＯ）３＋ＮＨ３
また、シアヌル酸は、以下の式のように、イソシアン酸からも直接生成される（図７の破線の矢印参照）。
【００６８】
３ＨＮＣＯ→（ＨＮＣＯ）３
こうして生成されたビウレット及びシアヌル酸は、ＳＣＲ触媒４３に吸着される。但し、ビウレット及びシアヌル酸は、アンモニアとは異なり、多孔質構造のゼオライトの孔内部表面に担持された触媒金属に吸着されるのではなく、その孔の出入口を塞ぐように吸着される。このため、アンモニアが吸着された孔内部に進入して還元されるＮＯｘの量が少なくなって、ＳＣＲ触媒４３のＮＯｘ浄化率が低下してしまう。
【００６９】
そこで、上記のようにＳＣＲ触媒４３のＮＯｘ浄化率が低下するのを抑制するために、上記の如く尿素の噴射供給速度を上限値Ｖｍ以下にする。本実施形態では、上限値Ｖｍは、ＳＣＲ温度Ｔｓに応じて、上記上限値マップ（図６参照）に従って設定される。上限値Ｖｍは、尿素の噴射供給速度が、尿素からアンモニアへの反応速度以下となるような値の最大値又はそれよりも小さい側の近傍値とされる。これにより、尿素の噴射供給速度が、常に上限値Ｖｍ以下の速度となって、シアン酸やシアヌル酸が生成されなくなる。
【００７０】
ＳＣＲ温度Ｔｓが高いほど上記反応速度が大きくなるので、上限値Ｖｍは、ＳＣＲ温度Ｔｓが高いときには、ＳＣＲ温度Ｔｓが低いときに比べて大きい値に設定される。尚、図６の上限値マップでは、ＳＣＲ温度Ｔｓが高いほど上限値Ｖｍが大きくなる直線とされているが、これに限らず、例えば、曲線であってもよく、階段状に変化するものであってもよい。
【００７１】
したがって、本実施形態では、ドージング制御部１０３は、上限値Ｖｍ以下の噴射供給速度でもって尿素を噴射供給するように、尿素インジェクタ４５の作動を制御することにより、シアン酸やシアヌル酸が生成されないようにすることができる。よって、ＳＣＲ触媒４３のＮＯｘ浄化率がシアン酸やシアヌル酸によって低下するのを抑制することができる。
【００７２】
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【００７３】
例えば、上記実施形態では、ＳＣＲ触媒４３の温度を、ＳＣＲ状態推定部１０２において推定するようにしたが、これに代えて、ＳＣＲ触媒４３に温度センサ（温度検出手段）を設けて、この温度センサにより、ＳＣＲ触媒４３の温度を検出するようにしてもよい。
【００７４】
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、エンジンの排気通路に尿素を噴射供給する尿素インジェクタと、上記排気通路における上記尿素インジェクタよりも下流側の部分に設けられ、該尿素インジェクタにより該排気通路に噴射供給された尿素から生成されるアンモニアの還元作用によって排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、上記尿素インジェクタの作動を制御する制御部と、を備えた、エンジンの排気ガス浄化装置に有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１      エンジン
４Ｓ    排気システム（排気ガス浄化装置）
４０    排気通路
４３    ＳＣＲ触媒
４５    尿素インジェクタ
１００  ＥＣＵ（制御部）
１０２  ＳＣＲ状態推定部（温度推定手段）（吸着量推定手段）
１０３  ドージング制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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