(57)【要約】【課題】尿素水から生成される尿素などの固形物の堆積を抑制しながら、ＳＣＲ触媒に適正な量のアンモニアを吸着させて良好な排気浄化効率を実現可能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ５６は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａが目標吸着量Ｑｔとなるようにアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２にアンモニアを吸着させながら、ＮＯｘの選択還元に必要な量のアンモニアがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２に供給されるように尿素水インジェクタ４６を制御するための吸着制御を実行する。吸着制御では、実吸着量Ｑａが目標吸着量Ｑｔに向け増大するのに従い、実吸着量Ｑａを目標吸着量Ｑｔに向けて増大させるための尿素水供給量が減少するように尿素水インジェクタ４６が制御される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアを還元剤としてエンジンの排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、
上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側で上記排気中に尿素水を供給する尿素水供給手段と、
上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実際の吸着量である実吸着量が所定の目標吸着量となるように上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを吸着させながら、上記ＮＯｘの選択還元に必要なアンモニアが上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるように上記尿素水供給手段を制御するための吸着制御を実行する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記吸着制御を実行する際に、上記実吸着量が上記目標吸着量に向けて増大するのに従い、上記実吸着量を上記目標吸着量に向けて増大させるための上記排気中への尿素水の供給量が減少するように上記尿素水供給手段を制御することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記吸着制御を実行する際に、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの上限吸着量に基づいて上記目標吸着量を設定し、上記目標吸着量と上記実吸着量との関係に基づき、上記実吸着量の増大に応じて段階的に上記尿素水供給手段からの尿素水の供給量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記吸着制御を実行中に上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が上記目標吸着量を上回ると、上記排気中への尿素水の供給を停止するように上記尿素水供給手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記制御手段は、上記吸着制御を実行する際に、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒において排気中のＮＯｘを選択還元するのに必要な尿素水の第１目標供給量と、上記実吸着量を上記目標吸着量に向けて増大させるために必要な尿素水の第２目標供給量との和に基づいて上記尿素水供給手段を制御し、上記実吸着量が増大するのに従って、上記第２目標供給量を減少させることにより、上記排気中への尿素水の供給量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記制御手段は、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの上限吸着量の低下する運転状態として予め設定された所定運転状態に上記エンジンがあるか否かを判定し、上記エンジンが上記所定運転状態にある場合には、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒において選択還元されるＮＯｘに対して当量比が１となる量のアンモニアが上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるように上記尿素水供給手段を制御するための当量比制御を行う一方、上記エンジンが上記所定運転状態にない場合には、上記吸着制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
上記制御手段は、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の基準触媒温度以上であると判断したときに、上記エンジンが上記所定運転状態にあると判定することを特徴とする請求項５に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
上記制御手段は、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の基準触媒温度以上であると共に、上記エンジンの排気流量が所定排気流量以上であると判断したときに、上記エンジンが上記所定運転状態にあると判定することを特徴とする請求項５に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
上記制御手段は、上記エンジンの回転数が所定の基準回転数以上であると共に、上記エンジンの負荷が所定の基準負荷以上であると判断したときに、上記エンジンが上記所定運転状態にあると判定することを特徴とする請求項５に記載の排気浄化装置。
【請求項９】
上記エンジンは、排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備え、
上記制御手段は、上記パティキュレートフィルタの強制再生が実行されているときに、上記エンジンが上記所定運転状態にあると判定することを特徴とする請求項５に記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
上記制御手段は、上記吸着制御から上記当量比制御に切り換える際には、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が所定の下限吸着量を下回ったと判断するまで、上記尿素水供給手段による尿素水の供給を中止することを特徴とする請求項５に記載の排気浄化装置。
【請求項１１】
上記下限吸着量は、上記当量比制御を実行しても、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアスリップが生じることのないアンモニア吸着量として設定されることを特徴とする請求項１０に記載の排気浄化装置。
【請求項１２】
上記下限吸着量は、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒においてアンモニアが実質的に吸着してないと見なすことが可能な吸着量であることを特徴とする請求項１０に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気を浄化するための排気浄化装置に関し、特に排気中に供給された尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気中には、汚染物質の１つとしてＮＯｘ（窒素酸化物）が含まれており、このＮＯｘを排気中から除去して排気を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（以下ＳＣＲ触媒という）を配設し、還元剤としてアンモニアをＳＣＲ触媒に供給することにより、ＮＯｘを還元して排気を浄化するようにした排気浄化装置が知られている。
【０００３】
このような排気浄化装置では、アンモニアをＳＣＲ触媒に供給するために、アンモニアに比べて取り扱いが容易な尿素水を排気中に供給するのが一般的であり、尿素水インジェクタなどを用いて排気中に尿素水を噴射する。尿素水インジェクタから排気中に供給された霧状の尿素水は排気の熱により加水分解し、その結果生成されるアンモニアがＳＣＲ触媒に供給される。そして、ＳＣＲ触媒に供給されたアンモニアを還元剤とし、ＳＣＲ触媒によって排気中のＮＯｘが選択還元されることにより排気の浄化が行われる。
【０００４】
ＳＣＲ触媒が活性化する温度領域において排気温度が比較的低い場合、ＳＣＲ触媒に供給されたアンモニアの多くはＳＣＲ触媒に一旦吸着され、主として吸着されているアンモニアを用いてＮＯｘの選択還元が行われる。ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量には限界がある一方、アンモニアの吸着量によってＳＣＲ触媒の浄化率が変化し、アンモニアの吸着量が多いほどＳＣＲ触媒の浄化率が向上する傾向にあるため、アンモニアの供給量を適切に調整しないと、アンモニアの過剰供給に起因するＳＣＲ触媒からのアンモニアの流出、即ちアンモニアスリップが生じたり、ＳＣＲ触媒の排気浄化率を良好に維持できなくなったりするという問題が生じる。そこで、このような問題を解消するためにはＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量を適正に制御する必要があり、例えば特許文献１によってそのような制御を行うようにした排気浄化装置が提案されている。
【０００５】
この特許文献１の排気浄化装置では、ＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着量の推定を精度良く行うようにして、ＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着量を適正に制御することにより、アンモニアスリップの発生を防止しながらＳＣＲ触媒の排気浄化率を良好に維持するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−３１４２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、排気温度が比較的低い場合に排気中に尿素水が供給されると、尿素水が排気中で気化しにくいのに加え、排気中で霧化した尿素水が排気通路の内壁面などに触れて更に温度が低下するため、排気中で霧化した尿素水が再び液状となって排気通路の内壁面上に付着し、更に水分の蒸発により尿素水から生成された尿素などの固形物（以下総称して尿素固形物という）が堆積するという問題がある。
【０００７】
このため、排気温度の比較的低い場合に、単にＳＣＲ触媒へのアンモニア吸着量を適正にするべく、ＳＣＲ触媒においてＮＯｘの選択還元に必要な尿素水供給量に、ＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させるための尿素水供給量を加えて尿素水の供給を行うと、尿素水供給量が増加するのに伴い、上述したような尿素固形物の堆積が生じやすくなるという問題がある。排気通路などに尿素固形物が堆積すると、排気流動抵抗の増大に伴いエンジンの運転効率が低下するほか、ＳＣＲ触媒へのアンモニアの供給量が低下してＳＣＲ触媒の排気浄化率が低下するという問題が生じる。
【０００８】
また、このような問題を解消するため、一律に尿素水供給量を減少させてしまうだけでは、ＳＣＲ触媒に十分な量のアンモニアを吸着させることができず、ＮＯｘの選択還元におけるＳＣＲ触媒の排気浄化効率が低下するという問題が生じる。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、尿素水から生成される尿素固形物の堆積を抑制しながら、ＳＣＲ触媒に適正な量のアンモニアを吸着させて良好な排気浄化効率を実現可能な排気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、本発明の排気浄化装置は、アンモニアを還元剤としてエンジンの排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側で上記排気中に尿素水を供給する尿素水供給手段と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実際の吸着量である実吸着量が所定の目標吸着量となるように上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを吸着させながら、上記ＮＯｘの選択還元に必要なアンモニアが上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるように上記尿素水供給手段を制御するための吸着制御を実行する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記吸着制御を実行する際に、上記実吸着量が上記目標吸着量に向けて増大するのに従い、上記実吸着量を上記目標吸着量に向けて増大させるための上記排気中への尿素水の供給量が減少するように上記尿素水供給手段を制御することを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
このように構成された排気浄化装置によれば、制御手段が吸着制御を行って尿素水供給手段を制御することにより、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側で尿素水供給手段から排気中に尿素水が供給される。こうして供給された排気中の尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、排気と共にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する。アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒では、流入した排気中のアンモニアの一部がアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に一旦吸着すると共に、残りのアンモニア及びアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着しているアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘが選択還元され排気が浄化される。このとき、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が所定の目標吸着量に向けて増大していく。
【００１１】
このような吸着制御において制御手段は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が目標吸着量に向けて増大するのに伴い、実吸着量を目標吸着量に向けて増大させるための排気中への尿素水の供給量が減少するように尿素水供給手段を制御する。これにより、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの選択還元に必要とされるアンモニアの量が同じときには、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が比較的少ない場合の方が、比較的多い場合よりも多量の尿素水が排気中に供給されることになる。
【００１２】
この結果、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が比較的少ない場合は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量の増大を優先して尿素水の供給が行われ、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率の低下が抑制される。一方、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が比較的多い場合は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率が低下する可能性が低いので、尿素水から生成される尿素などの固形物の堆積防止を優先して尿素水の供給量を減少させ、尿素などの固形物の堆積が抑制される。
【００１３】
また具体的には上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記吸着制御を実行する際に、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの上限吸着量に基づいて上記目標吸着量を設定し、上記目標吸着量と上記実吸着量との関係に基づき、上記実吸着量の増大に応じて段階的に上記尿素水供給手段からの尿素水の供給量を減少させることを特徴とする（請求項２）。
【００１４】
アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が上限吸着量に達すると、更にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されたアンモニアは、そのままアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒から流出し、いわゆるアンモニアスリップが発生する。そこで、このようなアンモニアスリップの発生を防止しながら、できるだけ多くのアンモニアをアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着させるために、上限吸着量に基づいて目標吸着量が設定される。上限吸着量はエンジンの運転状態などによって変化するため、目標吸着量も上限吸着量の変化に伴って変化する。制御手段は吸着制御において、アンモニアの実吸着量が増大して目標吸着量に近づくに従い、段階的に尿素水供給手段からの尿素水の供給量を減少させることにより、上述のようなアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率を優先した尿素水供給量から、尿素などの固形物の堆積防止を優先した尿素水供給量に変更していく。このような吸着制御により、エンジンの運転状態の変化などにより上限吸着量が変化しても、上限吸着量の変化に伴い変化する目標吸着量を用い、尿素などの固形物の堆積の可能性を低下させながら、できるだけ迅速にアンモニアの実吸着量を目標吸着量まで増大させ、できるだけ多くのアンモニアをアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着させることができる。
【００１５】
また上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記吸着制御を実行中に上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が上記目標吸着量を上回ると、上記排気中への尿素水の供給を停止するように上記尿素水供給手段を制御することを特徴とする（請求項３）。
アンモニアの実吸着量が目標吸着量に達した後も尿素水の供給が継続されると、尿素水から生成されるアンモニアの過剰供給によって、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒からアンモニアスリップが生じるおそれがある。しかし上記のように構成された排気浄化装置によれば、吸着制御においてアンモニアの実吸着量が目標吸着量を上回ると、制御手段が尿素水供給手段からの尿素水の供給を停止させるので、このようなアンモニアスリップの発生が防止される。
【００１６】
また具体的には上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記吸着制御を実行する際に、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒において排気中のＮＯｘを選択還元するのに必要な尿素水の第１目標供給量と、上記実吸着量を上記目標吸着量に向けて増大させるために必要な尿素水の第２目標供給量との和に基づいて上記尿素水供給手段を制御し、上記実吸着量が増大するのに従って、上記第２目標供給量を減少させることにより、上記排気中への尿素水の供給量を減少させることを特徴とする（請求項４）。
【００１７】
このように構成された排気浄化装置によれば、吸着制御における尿素水供給手段からの尿素水の供給は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒において排気中のＮＯｘを選択還元するのに必要な尿素水の第１目標供給量と、アンモニアの実吸着量を目標吸着量に向けて増大させるために必要な尿素水の第２目標供給量との和に基づいて行われる。そして、アンモニアの実吸着量が増大するのに従って第２目標供給量を減少させることにより、尿素水の供給量を減少させるので、尿素水供給量を減少させて尿素などの固形物の堆積を抑制する際にも、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒において排気中のＮＯｘを選択還元するのに必要なアンモニアの供給量を確実に確保することが可能となる。
【００１８】
また、具体的には上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの上限吸着量の低下する運転状態として予め設定された所定運転状態に上記エンジンがあるか否かを判定し、上記エンジンが上記所定運転状態にある場合には、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒において選択還元されるＮＯｘに対して当量比が１となる量のアンモニアが上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるように上記尿素水供給手段を制御するための当量比制御を行う一方、上記エンジンが上記所定運転状態にない場合には、上記吸着制御を行うことを特徴とする（請求項５）。
【００１９】
上述したように、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの上限吸着量はエンジンの運転状態などによって変化し、上限吸着量が減少してアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアがあまり吸着されなくなる場合がある。このような場合にアンモニアの吸着を前提とした吸着制御を行うと、実情にそぐわない制御となり、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒へのアンモニアの供給量が不適切なものとなってアンモニアスリップの発生やアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率の低下を招くおそれがある。
【００２０】
そこで、上限吸着量が大幅に低下する運転状態として予め設定された所定運転状態でエンジンが運転されていると判定した場合、制御手段はアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒において選択還元されるＮＯｘに対して当量比が１となる量のアンモニアがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるように、当量比制御を行って尿素水供給手段を制御する。
上限吸着量が大幅に低下した場合、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるアンモニアのほとんどは、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着せずにそのままアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの選択還元に使用される。このとき、上述の当量比制御によりアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒において選択還元されるＮＯｘに対して当量比が１となる量のアンモニアがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるので、アンモニアスリップの発生を防止しながらアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に適正な量のアンモニアを供給して、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率を良好に維持することが可能となる。
【００２１】
一方、上限吸着量が大幅には低下しない運転状態でエンジンが運転されており、エンジンが所定運転状態にないと判定した場合、制御手段は吸着制御により尿素水供給手段を制御する。この場合には、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるアンモニアの一部がアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に一旦吸着すると共に、残りのアンモニア及びアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着しているアンモニアがＮＯｘの選択還元に使用される。このとき、制御手段は吸着制御を行うので、尿素などの固形物が堆積する可能性をできるだけ低く抑えると共に、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量を適正に調整しながら、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。
【００２２】
より具体的には上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の基準触媒温度以上であると判断したときに、上記エンジンが上記所定運転状態にあると判定することを特徴とする（請求項６）。
上限吸着量は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度に応じて変動し、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇するに従い減少する傾向にある。従って、制御手段は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の基準触媒温度以上であると判断したときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
【００２３】
或いは、より具体的には上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の基準触媒温度以上であると共に、上記エンジンの排気流量が所定の基準排気流量以上であると判断したときに、上記エンジンが上記所定運転状態にあると判定することを特徴とする（請求項７）。
上限吸着量はエンジンの排気流量によっても影響を受け、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度に変化がない状態では排気流量の増大に従い減少する傾向にある。従って、制御手段は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が基準触媒温度以上であると共に、排気流量が所定の基準排気流量以上であると判断したときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
【００２４】
もしくは、より具体的には上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記エンジンの回転数が所定の基準回転数以上であると共に、上記エンジンの負荷が所定の基準負荷以上であると判断したときに、上記エンジンが上記所定運転状態にあると判定することを特徴とする（請求項８）。
エンジンの回転数が所定の基準回転数以上になると共に、エンジンの負荷が所定の基準負荷以上となることによって、エンジンの排気温度は高温になると共に排気流量が増大する。エンジンの排気温度が高温となることによってアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度も高温となり、上限吸着量がアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇や排気流量の増大に従って減少する。そこで制御手段は、エンジンの回転数が所定の基準回転数以上であると共に、エンジンの負荷が所定の基準負荷以上であると判断したときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
【００２５】
或いは、より具体的には上記排気浄化装置において、上記エンジンは、排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備え、上記制御手段は、上記パティキュレートフィルタの強制再生が実行されているときに、上記エンジンが上記所定運転状態にあると判定することを特徴とする（請求項９）。
パティキュレートフィルタの強制再生を実行する際には、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートを除去するために、パティキュレートが燃焼する程度の高温まで排気を昇温する。従って、パティキュレートフィルタの強制再生の際にも、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇することにより上限吸着量が大幅に減少する。従って、制御手段は、パティキュレートフィルタの強制再生が実行されているときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
【００２６】
また、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記吸着制御から上記当量比制御に切り換える際には、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が所定の下限吸着量を下回ったと判断するまで、上記尿素水供給手段による尿素水の供給を中止することを特徴とする（請求項１０）。
アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にある程度の量のアンモニアが吸着している状態で定量比制御を開始してしまうと、吸着されているアンモニアがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒から放出されたときに余剰となってアンモニアスリップが発生する可能性がある。そこで制御手段は、吸着制御から当量比制御に切り換える際に、尿素水供給手段による尿素水の供給を一旦中止し、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量が所定の下限吸着量を下回ったと判断してから当量比制御を行う。
【００２７】
従って、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されていたアンモニアの放出による大量のアンモニアスリップが発生する可能性が低くなってから、当量比制御による尿素水の供給が開始される。また、尿素水の供給が中止されている間は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着していたアンモニアがＮＯｘの選択還元に使用されるので、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率は良好に維持される。
【００２８】
具体的には上記排気浄化装置において、上記下限吸着量は、上記当量比制御を実行しても、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアスリップが生じることのないアンモニア吸着量として設定されることを特徴とする（請求項１１）。
このように構成された排気浄化装置によれば、制御手段は、吸着制御から当量比制御に切り換える際に、尿素水供給手段による尿素水の供給を一旦中止し、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が、当量比制御を実行してもアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアスリップが生じることのないアンモニア吸着量を下回ったと判断してから当量比制御を開始する。
【００２９】
より具体的には、上記下限吸着量は、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒においてアンモニアが実質的に吸着してないと見なすことが可能な吸着量であることを特徴とする（請求項１２）。
このように構成された排気浄化装置によれば、制御手段は、吸着制御から当量比制御に切り換える際に、尿素水供給手段による尿素水の供給を一旦中止し、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアが実質的に吸着していない状態となってから当量比制御を開始する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の排気浄化装置によれば、制御手段が吸着制御を実行する際に、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が比較的少ない場合は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量の増大を優先して比較的多めに尿素水が排気中に供給されるので、アンモニアの実吸着量が迅速に増大し、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。一方、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が比較的多い場合は、尿素水から生成された尿素などの固形物の堆積防止を優先して比較的少なめの尿素水が排気中に供給されるので、尿素水から生成される尿素などの固形物の堆積を抑制することができる。即ち、制御手段がこのような吸着制御を実行することにより、尿素水から生成される尿素などの固形物の堆積を抑制しながら、実吸着量を目標吸着量に向けてできるだけ迅速に増大させ、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。
【００３１】
また、請求項２の排気浄化装置によれば、アンモニアの実吸着量が増大して目標吸着量に近づくに従い、段階的に尿素水の供給量が減少するので、エンジンの運転状態の変化などにより上限吸着量が変化しても、上限吸着量の変化に伴い変化する目標吸着量を用い、尿素などの固形物の堆積を抑制しながら、できるだけ迅速にアンモニアの実吸着量を目標吸着量まで増大させ、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。
【００３２】
また、請求項３の排気浄化装置によれば、吸着制御においてアンモニアの実吸着量が目標吸着量を上回ると尿素水の供給が停止するので、アンモニアの実吸着量が目標吸着量に達した後も尿素水の供給が継続されることに起因したアンモニアスリップの発生を確実に防止することが可能となる。
また、請求項４の排気浄化装置によれば、吸着制御でアンモニアの実吸着量の増大に応じて尿素水の供給量を減少させる際には、実吸着量を目標吸着量に向けて増大させるために必要な尿素水の第２目標供給量を減少させるので、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒において排気中のＮＯｘを選択還元するのに必要な量のアンモニアを確実に確保することができる。この結果、尿素などの固形物の堆積を抑制しながら、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率を良好に維持することが可能となる。
【００３３】
また、請求項５の排気浄化装置によれば、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの上限吸着量が大きく低下する所定運転状態でエンジンが運転されている場合、制御手段は当量比制御を行う。これにより、アンモニアの過剰供給に伴うアンモニアスリップの発生を防止しながら、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの選択還元に対して適正な量のアンモニアが確保され、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率を良好に維持することができる。一方、上限吸着量が大幅には低下しない運転状態でエンジンが運転されている場合、制御手段はエンジンが上記所定運転状態にないと判定して吸着制御を行うことにより、尿素などの固形物が堆積する可能性をできるだけ低く抑えると共に、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量を適正に調整しながら、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。
【００３４】
また、請求項６の排気浄化装置によれば、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の基準触媒温度以上であると判断したときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
また、請求項７の排気浄化装置によれば、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が基準触媒温度以上であると共に、排気流量が所定の基準排気流量以上であると判断したときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
【００３５】
また、請求項８の排気浄化装置によれば、エンジンの回転数が所定の基準回転数以上であると共に、エンジンの負荷が所定の基準負荷以上であると判断したときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
【００３６】
また、請求項９の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生が実行されているときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
また、請求項１０の排気浄化装置によれば、制御手段は吸着制御から当量比制御に切り換える際に、尿素水の供給を一旦中止し、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量が所定の下限吸着量を下回ったと判断してから当量比制御による尿素水の供給を開始する。従って、吸着制御から当量比制御への切り換え後に、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されていたアンモニアが上限吸着量の減少に伴って放出されることに起因したアンモニアスリップの発生を防止することが可能となる。そして、尿素水の供給が中止されている間は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着していたアンモニアがＮＯｘの選択還元に使用されるので、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率は良好に維持される。
【００３７】
また、請求項１１の排気浄化装置によれば、吸着制御から当量比制御に切り換える際に尿素水の供給を一旦中止し、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実吸着量が、当量比制御を実行してもアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアスリップが生じることのないアンモニア吸着量を下回ったと判断してから当量比制御による尿素水の供給を開始する。従って、吸着制御から当量比制御への切り換え後に、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されていたアンモニアが上限吸着量の減少に伴って放出されることに起因したアンモニアスリップの発生を確実に防止することが可能となる。
【００３８】
また、請求項１２の排気浄化装置によれば、吸着制御から当量比制御に切り換える際に尿素水の供給を一旦中止し、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアが実質的に吸着していない状態となってから当量比制御を開始する。従って、吸着制御から当量比制御への切り換え後に、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されていたアンモニアが上限吸着量の減少に伴い放出されることに起因したアンモニアスリップの発生を確実に防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用された４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）の全体構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置について説明する。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料が各気筒に設けられた燃料噴射弁４に供給され、各燃料噴射弁４からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。
【００４０】
吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出する吸気量センサ１６が設けられている。
【００４１】
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通することにより、エンジン１の排気の一部を吸気側に還流するＥＧＲ通路２４が設けられている。
【００４２】
排気管２０は、ターボチャージャ８のタービン８ｂ及び排気絞り弁２６を経由して排気後処理装置２８に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と機械的に連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。
排気後処理装置２８は、排気管２０に接続された筒状の上流側ケーシング３０と、上流側ケーシング３０の下流側に連通路３２で連通された筒状の下流側ケーシング３４とで構成される。排気管２０から上流側ケーシング３０内に流入した排気は、上流側ケーシング３０内を通過した後に連通路３２を介して下流側ケーシング３４内に流入し、下流側ケーシング３４内を通過した排気は、テールパイプ３６から大気中に排出される。
【００４３】
上流側ケーシング３０内には、前段酸化触媒３８が収容されると共に、この前段酸化触媒３８の下流側にはパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）４０が収容されている。フィルタ４０はハニカム型のセラミック体からなり、エンジン１の排気が内部を流通することによって排気中のパティキュレートを捕集する。前段酸化触媒３８は排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させてＮＯ２（二酸化窒素）を生成するので、このように前段酸化触媒３８とフィルタ４０とを配置することにより、フィルタ４０に捕集され堆積しているパティキュレートは前段酸化触媒３８から供給されたＮＯ２と反応して酸化し、これによってフィルタ４０の連続再生が行われるようになっている。
【００４４】
一方、下流側ケーシング３４内には、排気中のアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を選択還元して排気を浄化するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（以下ＳＣＲ触媒という）４２が収容されると共に、ＳＣＲ触媒４２の下流側には、ＳＣＲ触媒４２から流出したアンモニアを排気中から除去するための後段酸化触媒４４が収容されている。この後段酸化触媒４４は、後述するフィルタ４０の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯ（一酸化炭素）を酸化し、ＣＯ２（二酸化炭素）として大気中に排出する機能も有している。
【００４５】
前段酸化触媒３８によって生成されたＮＯ２の一部は、上述したようにフィルタ４０の連続再生に使用されるが、残りのＮＯ２はＳＣＲ触媒４２に供給され、排気中のＮＯに対するＮＯ２の比率を高めることによってＳＣＲ触媒４２の排気浄化効率を上昇させる。
なお、上流側ケーシング３０のフィルタ４０下流側には、フィルタ４０から流出して連通路３２へと流入する排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）４６が設けられており、図示しない尿素水タンクから尿素水インジェクタ４６に対して尿素水が供給されるようになっている。
【００４６】
尿素水インジェクタ４６から噴射された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、還元剤としてＳＣＲ触媒４２に供給される。ＳＣＲ触媒４２は供給されたアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを還元して無害なＮ２などに変換する。なお、このときアンモニアがＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒４２から流出した場合には、このアンモニアが後段酸化触媒４４によって排気中から除外されるようになっている。
【００４７】
上流側ケーシング３０には、フィルタ４０上流側の排気圧力を検出する上流圧力センサ４８がフィルタ４０の上流側に設けられると共に、フィルタ４０下流側の排気圧力を検出する下流圧力センサ５０がフィルタ４０の下流側に設けられている。また、尿素水インジェクタ４６の近傍には、フィルタ４０から流出して連通路３２に流入する排気の温度を検出する第１排気温度センサ５２が設けられている。
【００４８】
尿素水インジェクタ４６及び第１排気温度センサ５２は、図１に示されるように円筒状の上流側ケーシング３０の周面から中心軸線に近づく方向に形成された段部に装着されている。このような位置に尿素水インジェクタ４６及び第１排気温度センサ５２を装着することにより、第１排気温度センサ５２の排気温度検出点を、フィルタ４０から流出する排気の中央部分に近づけて排気温度の検出精度を向上させると共に、尿素水インジェクタ４６から噴射された尿素水がフィルタ４０から流出する排気中にできるだけ均等に拡散するようにしている。
【００４９】
また尿素水インジェクタ４６は、上流側ケーシング３０と連通路３２との接続部分に対向する位置に装着されており、図１中に一点鎖線で示すように、尿素水の噴射方向が連通路３２に向けられている。このように連通路３２内に向けて尿素水インジェクタ４６から尿素水を噴射することにより、噴射された尿素水が連通路３２の内側壁面に衝突するのをできるだけ回避するようにして、連通路３２の内側壁面への尿素などの固形物（以下では総称して尿素固形物という）の堆積を抑制している。
【００５０】
下流側ケーシング３４には、ＳＣＲ触媒４２を通過した後に後段酸化触媒４４に流入する排気の温度を検出する第２排気温度センサ５４が設けられている。
ＥＣＵ（制御手段）５６は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
【００５１】
ＥＣＵ５６の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気量センサ１６、上流圧力センサ４８、下流圧力センサ５０、第１排気温度センサ５２及び第２排気温度センサ５４のほか、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ５８、及びアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ６０などの各種センサ類が接続されている。また、ＥＣＵ５６の出力側には、演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒の燃料噴射弁４、吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁２６及び尿素水インジェクタ４６などの各種デバイス類が接続されている。
【００５２】
エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づく燃料噴射弁４からの燃料供給制御もＥＣＵ５６によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ５８によって検出されたエンジン１の回転数とアクセル開度センサ６０によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶しているマップから読み出されて決定される。各気筒に供給される燃料の量は、燃料噴射弁４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各燃料噴射弁４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な燃料量が供給される。
【００５３】
ＥＣＵ５６は、このようなエンジン１の運転制御のほか、排気後処理装置２８による排気浄化機能を良好に維持するための様々な制御を行っており、その１つとしてフィルタ４０を強制再生して機能回復させるための強制再生制御も行う。
フィルタ４０に堆積したパティキュレートは、前述したように前段酸化触媒３８からフィルタ４０に流入するＮＯ２との反応による連続再生によって酸化除去されるが、排気温度が低い運転状態が長時間続いた場合などでは、このような連続再生だけでは堆積したパティキュレートが十分に酸化除去されない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ４０内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ４０が目詰まりを起こすおそれがある。そこでＥＣＵ５６は、フィルタ４０におけるパティキュレートの堆積状況に応じ、ＥＣＵ５６は適宜フィルタ４０の強制再生を行う。
【００５４】
パティキュレートの堆積状況は、フィルタ４０の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた上流圧力センサ４８及び下流圧力センサ５０や吸気量センサ１６の検出値などに基づき推定され、ＥＣＵ５６はフィルタ４０へのパティキュレート堆積量が所定量に達したと判断すると強制再生の制御を開始する。
強制再生制御では、第１排気温度センサ５２が検出した排気温度に基づき、必要に応じて吸気制御弁１２や排気絞り弁２６を閉方向に制御して排気温度を上昇させると共に、エンジン１の膨張行程や排気行程で燃料噴射弁４からポスト噴射による排気中への燃料供給を行い、フィルタ４０に堆積したパティキュレートを焼却することが可能な温度（例えば６００℃）までフィルタ４０に流入する排気の温度を上昇させる。
【００５５】
即ち、燃料噴射弁４からのポスト噴射によって排気中に供給されたＨＣは前段酸化触媒３８に達し、前段酸化触媒３８でのＨＣの酸化反応によって温度が上昇した高温の排気がフィルタ４０内に流入する。フィルタ４０に堆積したパティキュレートは、このようにして高温となった排気により焼却され、フィルタ４０が強制再生される。
またＥＣＵ５６は、排気後処理装置２８による排気浄化機能を良好に維持するためのもう１つの制御として、排気中のＮＯｘを選択還元して排気を浄化するために必要な量のアンモニアをＳＣＲ触媒４２に供給するための尿素水供給制御も行う。
【００５６】
図２は、ＥＣＵ５６が実行する尿素水供給制御のフローチャートを示しており、ＥＣＵ５６は、エンジン１が始動されてから停止されるまでの間、図２のフローチャートに従って所定の制御周期で尿素水供給制御を実行する。
尿素水供給制御が開始されると、ＥＣＵ５６はステップＳ１で、尿素水供給を可能とする条件が成立したか否かを判定する。具体的には、第１排気温度センサ５２が検出した排気温度に基づき、排気中に供給された尿素水が気化可能な温度であるか否かを確認すると共に、第１排気温度センサ５２及び第２排気温度センサ５４がそれぞれ検出した排気温度に基づき、ＳＣＲ触媒４２が活性化しているか否かを確認する。そして、第１排気温度センサ５２が検出した排気温度が尿素水が気化可能な温度であると共に、ＳＣＲ触媒４２が活性化していると判断したとき、ＥＣＵ５６は尿素水供給を可能とする条件が成立したと判定する。
【００５７】
ステップＳ１で尿素水の供給が可能ではないと判定した場合、ＥＣＵ５６は処理をステップＳ５に進めて尿素水インジェクタ４６からの尿素水の供給を停止状態とした後、その制御周期を終了する。そしてＥＣＵ５６は、次の制御周期で再びステップＳ１から処理を開始し、尿素水供給を可能とする条件が成立したか否かを判定する。従って、ステップＳ１で尿素水供給を可能とする条件が成立したと判定するまでは、ステップＳ１及びステップＳ５の処理が制御周期毎に繰り返され、尿素水インジェクタ４６からの尿素水の供給は停止された状態が継続する。そして、ステップＳ１で尿素水供給を可能とする条件が成立したと判定すると、ＥＣＵ５６は処理をステップＳ２に進める。以下では、尿素水供給を可能とする条件が成立しているものとして説明を行う。
【００５８】
ステップＳ２でＥＣＵ５６は、エンジン１の運転状態が、ＳＣＲ触媒４２に吸着可能なアンモニア吸着量の限界値である上限吸着量が大きく低下する運転状態として予め設定された所定の高温運転状態（所定運転状態）であるか否かを判定する。
ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの上限吸着量は、ＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｃによって影響を受ける。図３は、排気流量を一定と仮定した場合の、触媒温度Ｔｃと上限吸着量との関係の一例を示すグラフであるが、図３に示されるように上限吸着量は触媒温度Ｔｃが上昇するのに従って減少する傾向にある。
【００５９】
そこで本実施形態では、触媒温度Ｔｃが所定の基準触媒温度Ｔｒ以上であるか否かを判断することにより、エンジン１が高温運転状態にあるか否かを判定する。ここで用いられる基準触媒温度Ｔｒは、これ以上触媒温度Ｔｃが上昇した場合に、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの上限吸着量が大幅に低下するものとして予め設定された温度であり、例えば３００℃に設定される。また、触媒温度Ｔｃは、第１排気温度センサ５２が検出した排気温度と、第２排気温度センサ５４が検出した排気温度との平均値、即ち、ＳＣＲ触媒４２の上流側及び下流側のそれぞれにおける排気温度の平均値が用いられる。
【００６０】
触媒温度Ｔｃが基準触媒温度Ｔｒに達しておらず、エンジン１が高温運転状態にないと判定した場合、ＥＣＵ５６は処理をステップＳ３に進めて吸着制御モードを選択し、尿素水インジェクタ４６による尿素水の供給制御として、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの吸着を前提とした制御である吸着制御を行う。
ＥＣＵ５６は、ステップＳ３で吸着制御モードを選択するとその制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ１から処理を開始する。そして、続くステップＳ２においてエンジン１が高温運転状態にあるか否かを判定する。従って、触媒温度Ｔｃが基準触媒温度Ｔｒに達していない状態が継続している間、ＥＣＵ５６はステップＳ２においてエンジン１が高温運転状態にないとの判定を制御周期ごとに繰り返すことにより、ステップＳ３で吸着制御モードが選択され、吸着制御が継続して実行されることになる。
【００６１】
上述したように、吸着制御はＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの吸着を前提とした制御であり、ステップＳ３で吸着制御モードが選択されると、図２のフローチャートとは別のルーチンで実行される。エンジン１が高温運転状態にない場合には、上限吸着量がさほど減少しておらず、ＳＣＲ触媒４２にある程度の量のアンモニアを吸着することが可能であるので、ＥＣＵ５６はＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実際の吸着量である実吸着量が所定の目標吸着量となるように、尿素水インジェクタ４６からの尿素水供給量を制御する。吸着制御の詳細については後述する。
【００６２】
なお、上述したように本実施形態では、触媒温度Ｔｃが所定の基準触媒温度Ｔｒ以上であるか否かを判断することにより、エンジン１が高温運転状態にあるか否かを判定している。しかしながら、エンジン１が高温運転状態にあるか否かを判定するための手法は、これに限定されるものではなく様々な手法を採用することが可能である。
例えば、上述のようにＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｃは、ＳＣＲ触媒４２の上流側及び下流側のそれぞれにおける排気温度から求めているので、エンジン１の排気温度が所定の基準排気温度以上であるときに、エンジン１が高温運転状態にあると判定するようにしてもよい。
【００６３】
また、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの上限吸着量は、ＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｃのほかに、エンジン１から排出される排気の流量によっても影響を受ける。図４は、触媒温度Ｔｃを一定と仮定した場合の、エンジン１の排気流量と上限吸着量との関係の一例を示すグラフである。従って、図３及び図４に示されるように上限吸着量は、ＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｃが高いほど減少し、またＳＣＲ触媒４２における排気流量が増大するほど減少する傾向にある。そこで、ＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｃが所定の基準触媒温度以上であると共に、エンジン１の排気流量が所定の基準排気流量以上である場合にエンジン１が高温運転状態にあると判定するようにしてもよい。この場合の基準触媒温度は本実施形態におけるステップＳ２の判定で用いる基準触媒温度Ｔｒと同一としてもよいし、排気流量の併用を考慮して異なる値を用いるようにしてもよい。更にこの場合も、上述のように触媒温度Ｔｃに代えてエンジン１の排気温度で判断するようにしてもよい。なお、ここで用いられる排気流量は、吸気量センサ１６が検出した吸入空気流量、回転数センサ６２が検出したエンジン回転数及びＥＣＵ５６内で演算された燃料噴射量に基づいて演算を行うことにより求めることができる。
【００６４】
また、エンジン１の回転数が上昇すると共に、エンジン１の負荷が増大することによって、エンジン１の排気温度が高温になると共に排気流量が増大する。エンジン１の排気温度が上昇することでＳＣＲ触媒４２の触媒温度が上昇し、上限吸着量が触媒温度の上昇や排気流量の増大に従って減少することは上述した通りであるので、エンジン１の回転数が所定の基準回転数以上であると共に、エンジン１の負荷が所定の基準負荷以上であると判断したときに、エンジン１が高温運転状態にあると判定してもよい。この場合、図３及び図４に示される関係から、上限吸着量が大きく減少する触媒温度及び排気流量となるエンジン回転数及びエンジン負荷を予め求め、これらエンジン回転数及びエンジン負荷に基づき、基準回転数及び基準負荷を設定すればよい。なお、エンジン負荷としては、例えばＥＣＵ５６が演算した燃料噴射量や、アクセル開度センサ６０が検出したアクセルペダルの踏込量を用いても良い。即ち、エンジン負荷として燃料噴射量を用いる場合には、基準負荷として所定の基準燃料噴射量が用いられ、アクセルペダルの踏込量を用いる場合には、基準負荷として所定の基準踏込量が用いられる。また、エンジン１の回転数は回転数センサ５８の検出値を用いることができる。
【００６５】
更に、フィルタ３８の強制再生を実行する際には、前述したようにフィルタ３８に堆積しているパティキュレートを除去するために、パティキュレートが燃焼する程度の高温まで排気が昇温される。従って、フィルタ３８の強制再生の際にも、ＳＣＲ触媒４０の触媒温度が大きく上昇することになるため、ＳＣＲ触媒４０におけるアンモニアの上限吸着量が大幅に減少する。従って、フィルタ３８の強制再生が実行されているときに、エンジン１が高温運転状態にあると判定するようにしてもよい。
【００６６】
このように、エンジン１が高温運転状態にあるか否かの判定には様々な方法があるが、いずれの方法においても、ＳＣＲ触媒４０におけるアンモニアの上限吸着量が実際に大幅に減少する運転状態を的確に判定することができる。
このようにして尿素水供給制御で吸着制御モードが選択され、吸着制御が行われているときに、図２のステップＳ２においてエンジン１が高温運転状態にあると判定すると、ＥＣＵ５６は処理をステップＳ２からステップＳ４に進める。
【００６７】
ステップＳ４でＥＣＵ５６は、その時点のＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実際の吸着量である実吸着量Ｑａが所定の下限吸着量Ｑｏを下回ったか否を判定する。この下限吸着量Ｑｏは、後述する当量比制御を実行しても、ＳＣＲ触媒４２からのアンモニアスリップが生じることのないアンモニア吸着量として予め設定されるものであり、本実施形態ではＳＣＲ触媒４２においてアンモニアが実質的に吸着してないと見なすことが可能な微少な吸着量が下限吸着量Ｑｏとして設定されている。
【００６８】
ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａは吸着制御の際にも必要であって、ＥＣＵ５６は吸着制御を実行しているときから継続して実吸着量Ｑａを演算により求めている。具体的には、ＥＣＵ５６は、ＳＣＲ触媒４２におけるＮＯｘの選択還元のためのアンモニア消費量と、尿素水供給制御によるＳＣＲ触媒４２へのアンモニア供給量とから実吸着量Ｑａを求める。
【００６９】
ここでＳＣＲ触媒４２におけるアンモニア消費量は次のようにして求められる。即ち、エンジン１のＮＯｘ排出量とＳＣＲ触媒４２の浄化率とから、ＳＣＲ触媒４２において選択還元されるＮＯｘの量を求める。そして、この選択還元されるＮＯｘの量に対応し、このＮＯｘを選択還元するのに必要なアンモニアの量をＳＣＲ触媒４２におけるアンモニア消費量として求める。
【００７０】
より具体的に説明すると、まずＥＣＵ５６は、予め記憶している浄化率マップを用い、ＳＣＲ触媒４２のＮＯｘの還元による排気の浄化率を求める。ＳＣＲ触媒４２のＮＯｘの還元による排気の浄化率は、そのときの実吸着量Ｑａに応じて変動するほか、ＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｃによっても変動する。実吸着量Ｑａと浄化率との関係は、触媒温度Ｔｃを一定とした場合に図５のグラフのようになり、実吸着量Ｑａが多いほど浄化率が上昇する傾向にある。また、ＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｃと浄化率との関係は、アンモニアの実吸着量Ｑａを一定とした場合に図６のグラフのようになり、触媒温度Ｔｃが上昇するほど浄化率が上昇する傾向にある。ＥＣＵ５６が記憶している浄化率マップは、予め実験などによりエンジン１の運転状態を変化させることによってこれらの関係を求め、マップにしたものである。ＥＣＵ５６は、こうして設定された浄化率マップを用い、それまでに求められたＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａと、ＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｃとに基づき、その時点のＳＣＲ触媒４２の浄化率を求める。
【００７１】
次にＥＣＵ５６は、燃料供給制御において演算したエンジン１の単位時間あたりの燃料噴射量と、回転数センサ５８が検出したエンジン回転数とに基づき、エンジン１からの単位時間あたりのＮＯｘ排出量を求める。更にＥＣＵ５６は、ＳＣＲ触媒４２の浄化率とエンジン１の単位時間あたりのＮＯｘ排出量とから、ＳＣＲ触媒４２で単位時間あたりに選択還元されるＮＯｘの量を求め、この選択還元されるＮＯｘの量に対応してＮＯｘの選択還元に必要となる単位時間あたりのアンモニアの量を、ＳＣＲ触媒４２における単位時間あたりのアンモニア消費量として求める。
【００７２】
ＳＣＲ触媒４２への単位時間あたりのアンモニア供給量は、尿素水供給制御によって尿素水インジェクタ４６を介して排気中に供給された尿素水の単位時間あたりの供給量から求めることができるので、ＥＣＵ５６は、このアンモニア供給量から、上述のようにして求められたアンモニア消費量を減じることにより、ＳＣＲ触媒４２における単位時間あたりの実吸着量を求めることができる。ＥＣＵ５６は、ＳＣＲ触媒４２にアンモニアが全く吸着していない状態から、このような演算によりＳＣＲ触媒４２における単位時間あたりの実吸着量を把握しているので、その積算によりその時点のＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａを求めることができる。
【００７３】
尿素水供給制御のステップＳ４においてアンモニアの実吸着量Ｑａが下限吸着量Ｑｏを下回っていないと判定した場合、ＥＣＵ５６は処理をステップＳ５に進め、尿素水インジェクタ４６からの尿素水の供給を停止した後、その制御周期を終了する。従って、それまで吸着制御モードが選択されていた場合には、その吸着制御モードの選択が解除され、尿素水の供給制御における制御モードの選択はなされていない状態となる。
【００７４】
次の制御周期で再びステップＳ１から処理を開始し、ステップＳ２でエンジン１が高温運転状態にあると判定した場合、ＥＣＵ５６は再びステップＳ４で実際のアンモニア吸着量Ｑａが下限吸着量Ｑｏを下回ったか否かを判定する。従って、エンジン１が高温運転状態にある場合は、ステップＳ４においてアンモニアの実吸着量Ｑａが下限吸着量Ｑｏを下回っていないと判定する限り、ステップＳ５の処理によって尿素水インジェクタ４６からの尿素水の供給が停止されたままとなる。
【００７５】
このようにして尿素水インジェクタ４６からの尿素水の供給が停止されることにより、ＳＣＲ触媒４２に吸着しているアンモニアは、ＳＣＲ触媒４２におけるＮＯｘの選択還元に消費され、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニア吸着量は減少していく。
尿素水の供給停止によりＳＣＲ触媒４２におけるアンモニア吸着量が減少し、ステップＳ４においてアンモニアの実吸着量Ｑａが下限吸着量Ｑｏを下回ったと判定すると、ＥＣＵ５６は処理をステップＳ４からステップＳ６に進める。ステップＳ６でＥＣＵ５６は、尿素水インジェクタ４６による尿素水の供給制御として当量比制御モードを選択し、当量比制御を実行する。この当量比制御では、アンモニアがＳＣＲ触媒４２にほとんど吸着せずに、供給されたアンモニアがそのままＮＯｘの選択還元に使用される状態を前提とし、適正な量の尿素水の供給を行うようにＥＣＵ５６が尿素水インジェクタ４６を制御する。
【００７６】
ＥＣＵ５６は、ステップＳ６で当量比制御モードを選択すると、その制御周期を終了する。そして、ＥＣＵ５６は次の制御周期で再びステップＳ１から処理を開始し、エンジン１が高温運転状態にある場合には、ステップＳ４でアンモニアの実吸着量Ｑａが下限吸着量Ｑｏを下回ったか否かの判定を行う。上述のように実際のアンモニア吸着量Ｑａは既に下限吸着量Ｑｏを下回っているので、ＥＣＵ５６は更に処理をステップＳ６に進めて当量比制御モードを選択する。従って、アンモニアの実吸着量Ｑａが下限吸着量Ｑｏを下回ったと判定した後は、エンジン１が高温運転状態にある限り、ステップＳ６で当量比制御モードが制御周期毎に繰り返し選択され、当量比制御が継続して実行されることになる。
【００７７】
上述したように当量比制御は、供給されたアンモニアがＳＣＲ触媒４２にほとんど吸着せずに、そのままＮＯｘの選択還元に使用される状態を前提とした制御であって、ステップＳ６で当量比制御モードが選択されると、図２のフローチャートとは別のルーチンで実行される。当量比制御では、ＳＣＲ触媒４２において選択還元されるＮＯｘに対して当量比が１となるアンモニア供給量から求められた尿素水の目標供給量Ｑｉｎｊに基づいて、ＥＣＵ５６が尿素水インジェクタ４６を制御する。
【００７８】
前述したように、エンジン１が高温運転状態にある場合、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの上限吸着量は大幅に減少し、ＳＣＲ触媒４２にはアンモニアがほとんど吸着しなくなる。従って、ＳＣＲ触媒４２に供給されたアンモニアのほとんどは、ＳＣＲ触媒４２に吸着せずに、そのままＳＣＲ触媒４２におけるＮＯｘの選択還元に用いられて消費される。そこで、エンジン１が高温運転状態にある場合には、このような状況を前提として当量比制御を行うことにより、ＳＣＲ触媒４２におけるＮＯｘの選択還元に必要な量のアンモニアが供給されるよう尿素水インジェクタ４６を制御する。ＥＣＵ５６が行う当量比制御の詳細は以下の通りである。
【００７９】
ＥＣＵ５６は、前述したようにして浄化率マップを用い、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａと触媒温度Ｔｃとに基づき、その時点のＳＣＲ触媒４２の浄化率を求める。次にＥＣＵ５６は、エンジン１の単位時間あたりの燃料噴射量とエンジン回転数とに基づき求めたエンジン１からの単位時間あたりのＮＯｘ排出量と、ＳＣＲ触媒４２の浄化率とから、ＳＣＲ触媒４２において単位時間あたりに選択還元されるＮＯｘの量を求める。ＥＣＵ５６は、こうして求められた選択還元されるＮＯｘの量に対して当量比が１となるアンモニアの量をアンモニアの目標供給量として求め、このアンモニアの目標供給量を得るための尿素水の単位時間あたりの供給量を尿素水の目標供給量Ｑｉｎｊとして設定する。そして、このようにして求められた目標供給量Ｑｉｎｊの尿素水が尿素水インジェクタ４６から噴射されるよう、ＥＣＵ５６は尿素水インジェクタ４６を制御する。
【００８０】
尿素水インジェクタ４６から噴射された霧状の尿素水は、前述したように、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、このアンモニアがＳＣＲ触媒４２に供給される。ＳＣＲ触媒４２に供給されたアンモニアのほとんどはＳＣＲ触媒４２に吸着せずに、ＳＣＲ触媒４２の触媒作用によって排気中のＮＯｘの選択還元に使用され、ＮＯｘが還元されて無害なＮ２などが生成される。
【００８１】
エンジン１が高温運転状態にある場合には、このようにして当量比制御が行われることにより、ＳＣＲ触媒４２にほとんど吸着することなくそのままＮＯｘの選択還元に用いられるアンモニアの量を、ＮＯｘの選択還元に必要な適正な量に制御することができる。この結果、アンモニア供給量の不足に伴うＳＣＲ触媒４２の排気浄化効率の低下や、アンモニアの過剰供給によるアンモニアスリップの発生を良好に防止することが可能となる。
【００８２】
また、エンジン１の運転状態が高温運転状態となった直後から当量比制御を開始してしまうと、それまでにＳＣＲ触媒４２に吸着したアンモニアがＳＣＲ触媒から放出された際に、放出されたアンモニアがＮＯｘの選択還元において余剰となってしまう。そこで本実施形態では、上述したように、エンジン１の運転状態が高温運転状態に移行すると、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａが下限吸着量Ｑｏを下回るまでの間、尿素水インジェクタ４６からの尿素水の供給を停止するようにしたので、当量比制御を開始したときにＳＣＲ触媒４２にはアンモニアがほとんど吸着していない状態となる。従って、上述したような当量比制御を開始したときに、ＳＣＲ触媒４２においてアンモニアが余剰となるのを防止することができる。この結果、吸着制御から当量比制御への切り換えの際における、ＳＣＲ触媒４２からのアンモニアスリップの発生を良好に防止することが可能となる。
【００８３】
更に、本実施形態では下限吸着量Ｑｏとして、ＳＣＲ触媒４２においてアンモニアが実質的に吸着してないと見なすことが可能な微少な吸着量を用いたので、上述のように吸着制御から当量比制御に切り換える際のアンモニアスリップの発生を確実に防止することができる。なお、下限吸着量Ｑｏとしては、当量比制御に移行したときに、ＳＣＲ触媒４２からのアンモニアスリップの発生を抑制できるアンモニア吸着量であればよい。即ち、例えば本実施形態で用いた下限吸着量Ｑｏよりも大きめの下限吸着量を用いた場合、当量比制御に移行したときに、わずかにアンモニアスリップが発生する可能性があるが、この場合にも、直ちに当量比制御に移行した場合に比べればアンモニアスリップの発生を抑制することができる。
【００８４】
このようにしてステップＳ６で当量比制御モードが選択されて当量比制御が行われている間に、エンジン１の運転状態が高温運転状態ではなくなると、ステップＳ２の判定によってＥＣＵ５６は処理をステップＳ３に進めるので、その後の各制御周期における尿素水の供給は、前述した吸着制御によって行われるようになる。
次に、ステップＳ３で吸着制御モードが選択されたときにＥＣＵ５６が実行する吸着制御の詳細について説明する。前述したように吸着制御はＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの吸着を前提とした制御であり、ＳＣＲ触媒４２に比較的アンモニアが吸着しやすい状態のもとで行われる。
【００８５】
従って、ＳＣＲ触媒４２に供給されたアンモニアの多くは、ＳＣＲ触媒４２に一旦吸着し、残りのアンモニア及びＳＣＲ触媒４２に吸着しているアンモニアがＳＣＲ触媒４２におけるＮＯｘの選択還元に用いられて消費される。前述したように、ＳＣＲ触媒４２のＮＯｘの選択還元による排気の浄化率は、ＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｃを一定にして比較した場合、図５に示されるようにＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａが多いほど高くなる傾向にある。即ち、ＳＣＲ触媒４２には上限吸着量を超えない範囲で可能な限り多くのアンモニアを吸着させた方が、より高い排気の浄化率を達成することができる。そこで吸着制御では、アンモニアの実吸着量Ｑａが、上限吸着量に基づき設定された所定の目標吸着量Ｑｔとなるように尿素水インジェクタ４６が制御される。
【００８６】
ＥＣＵ５６は、尿素水供給制御において図２のフローチャートのステップＳ３で吸着制御モードが選択されている間、これら目標吸着量Ｑｔ及び実吸着量Ｑａに基づき、図７のフローチャートに従って、所定の周期ごとに繰り返し吸着制御を実行する。吸着制御が開始されると、まずＥＣＵ５６はステップＳ１１で実吸着量Ｑａを演算すると共に、目標吸着量Ｑｔを演算して設定する。ここで、目標吸着量Ｑｔ及び実吸着量Ｑａの演算方法は以下の通りである。
【００８７】
ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの上限吸着量は、前述したようにＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｃとエンジン１の排気流量とによって変化し、触媒温度Ｔｃ及び排気流量に対して図３及び図４に例示するような関係がある。ＥＣＵ５６は、予め実験などによりエンジン１の運転状態を様々に変化させた際の、触媒温度Ｔｃ及び排気流量に対する上限吸着量の関係に基づいて設定された上限吸着量マップを記憶している。そしてＥＣＵ５６は、この上限吸着量マップを用い、第１排気温度センサ５２及び第２排気温度センサ５４がそれぞれ検出した排気温度の平均値である触媒温度Ｔｃと、前述のようにして演算により吸入空気流量、エンジン回転数及び燃料噴射量から求めたエンジン１の排気流量とに対応する上限吸着量を求める。
【００８８】
ＥＣＵ５６は、こうして求めた上限吸着量に安全係数（例えば０．９）を乗算することにより、ＳＣＲ触媒４２に対するアンモニアの目標吸着量Ｑｔを設定する。ここで安全係数を乗算するのは、上限吸着量までアンモニアを吸着させようとすると、何らかの要因によるエンジン１の運転状態急変、或いはＳＣＲ触媒４２の排気浄化特性やエンジン１の運転性能のばらつきなどによって上限吸着量に対して過剰なアンモニアが供給されてしまう可能性があるので、これを避けるためである。なお、安全係数の値はＳＣＲ触媒４２やエンジン１の特性などに応じて適切な値に変更することができる。
【００８９】
一方ＥＣＵ５６は、前述したようにしてＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａを求める。即ち、ＳＣＲ触媒４２の浄化率とエンジン１からの単位時間あたりのＮＯｘ排出量とから、ＳＣＲ触媒４２で単位時間あたりに選択還元されるＮＯｘの量を求め、この選択還元されるＮＯｘの量から、単位時間あたりのアンモニア消費量を求める。そして、この単位時間あたりのアンモニア消費量と、ＳＣＲ触媒４２への単位時間あたりのアンモニア供給量とから、ＳＣＲ触媒４２における単位時間あたりのアンモニアの実吸着量を求め、これを積算することにより、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａを求める。
【００９０】
ステップＳ１１で実吸着量Ｑａ及び目標吸着量Ｑｔを求めると、ＥＣＵ５６は処理をステップＳ１２に進め、目標吸着量Ｑｔに対する実吸着量Ｑａの比であるＱａ／Ｑｔが１以上であるか否かを判定する。上述したように目標吸着量Ｑｔは上限吸着量に安全係数を乗じたものであるため、Ｑａ／Ｑｔが１以上となった場合には、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａが上限吸着量に近接し、更にアンモニアを供給が継続すると、余剰となったアンモニアがＳＣＲ触媒４２から流出してアンモニアスリップが生じるおそれがある。
【００９１】
そこで、ステップＳ１２においてＱａ／Ｑｔが１以上であると判定した場合、ＥＣＵ５６は処理をステップＳ１３に進め、尿素水インジェクタ４６を制御して尿素水の供給を停止し、その制御周期を終了する。次の制御周期でも、ＥＣＵ５６はステップＳ１１で上述のようにして実吸着量Ｑａ及び目標吸着量Ｑｔを求めた後、ステップＳ１２でＱａ／Ｑｔが１以上であるか否かを判定する。従って、吸着制御においてステップＳ１２でＱａ／Ｑｔが１以上であると判定する限り、尿素水インジェクタ４６からの尿素水の供給は停止された状態となる。従って、アンモニアの実吸着量Ｑａが上限吸着量に近接した状態から更にアンモニアがＳＣＲ触媒４２に供給されるような事態が回避され、アンモニアの過剰供給に起因したＳＣＲ触媒４２からのアンモニアスリップの発生を確実に防止することができる。
【００９２】
ステップＳ１２でＱａ／Ｑｔが１以上であると判定して尿素水の供給が停止されることにより、ＳＣＲ触媒４２に吸着しているアンモニアがＮＯｘの選択還元に消費され、アンモニアの実吸着量Ｑａは徐々に減少していく。こうしてアンモニアの実吸着量Ｑａが減少し、ステップＳ１２においてＱａ／Ｑｔが１を下回ったと判定すると、ＥＣＵ５６は処理をステップＳ１２からステップＳ１４に進める。
【００９３】
なお、目標吸着量ＱｔはステップＳ１１において制御周期ごとに求められ、目標吸着量Ｑｔのベースとなる上限吸着量は、前述したように触媒温度Ｔｃや排気流量などによって変動するため、ステップＳ１２においてＱａ／Ｑｔが１を下回ったと判定されるのは実吸着量Ｑａの変動のみに起因するものではなく、目標吸着量Ｑｔの変動もステップＳ１２の判定に影響を与える。
【００９４】
このような目標吸着量Ｑｔの変動を考慮すると共に、実吸着量Ｑａが目標吸着量Ｑｔ近傍にあるときのステップＳ１２における判定の反転の繰り返しを回避するため、ステップＳ１２からステップＳ１３へ処理を進める場合と、ステップＳ１２からステップＳ１４へ処理を進める場合とで、Ｑａ／Ｑｔの判定値を変更するようにしても良い。即ち、例えばＱａ／Ｑｔが１以上のときにはステップＳ１２からステップＳ１３へ処理が進むようにする一方、一旦Ｑａ／Ｑｔが１以上であると判定した後は、Ｑａ／Ｑｔが０．８を下回るまで、引き続きステップＳ１２からステップＳ１３へ処理を進め、Ｑａ／Ｑｔが０．８を下回るとステップＳ１２からステップＳ１４へ処理を進めるようにしてもよい。この場合、一旦Ｑａ／Ｑｔが０．８を下回ったと判定した後は、Ｑａ／Ｑｔが１以上となるまで、引き続きステップＳ１２からステップＳ１４へ処理を進めることになる。なお、この例では判定値を１と０．８としたが、これらの値については必要に応じて適切な値に変更することが可能である。
【００９５】
図７のフローチャートのステップＳ１２でＱａ／Ｑｔが１を下回ると判定した場合、ＥＣＵ５６は処理をステップＳ１４に進め、その次のステップＳ１５で尿素水の目標供給量Ｑｉｎｊを演算する際に使用する増量係数Ｋの値を設定する。増量係数Ｋの値は、予め設定された増量係数マップとしてＥＣＵ５６に記憶されている。この増量係数マップでは、Ｑａ／Ｑｔをパラメータとして増量係数Ｋが定められており、Ｑａ／Ｑｔと増量係数Ｋとの関係は、例えば図８に示されるようになっている。即ち、Ｑａ／Ｑｔが０．５以下である場合には増量係数ＫがＫ１に設定され、Ｑａ／Ｑｔが０．５を上回ると共に０．７５以下である場合には増量係数ＫがＫ２に設定され、Ｑａ／Ｑｔが０．７５を上回ると共に１以下である場合には増量係数ＫがＫ３に設定される。ここで、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の大小関係は、Ｋ１＞Ｋ２＞Ｋ３となっており、例えばＫ１＝１、Ｋ２＝０．５、Ｋ３＝０．２５となっている。
【００９６】
このようにしてステップＳ１４でＱａ／Ｑｔに基づき増量係数Ｋを設定すると、ＥＣＵ５６は処理をステップＳ１５に進め、設定された増量係数Ｋ及び尿素水の基準供給量Ｑｂを用いて下記式（１）により目標供給量Ｑｉｎｊを算出する。
Ｑｉｎｊ＝（１＋Ｋ）・Ｑｂ          ・・・  （１）
式（１）で用いられる基準供給量Ｑｂは、ＳＣＲ触媒４２において単位時間あたりに選択還元されるＮＯｘの量に対して当量比が１となるアンモニアの量を得るために必要な尿素水の単位時間あたりの供給量である。ＳＣＲ触媒４２において選択還元されるＮＯｘの量は、前述したようにしてエンジン１の燃料噴射量とエンジン回転数とに基づき求めたエンジン１からのＮＯｘ排出量と、ＳＣＲ触媒４２の浄化率とから求められる。ＥＣＵ５６は、こうして求められた選択還元されるＮＯｘの量に対して当量比が１となるアンモニアの量を得るための尿素水の供給量をステップＳ１５で制御周期ごとに基準供給量Ｑｂとして求め、上記式（１）に用いる。
【００９７】
上記式（１）に示されるように、尿素水の目標供給量Ｑｉｎｊは、基準供給量Ｑｂと基準供給量Ｑｂに増量係数Ｋを乗じて得られる供給量との和として求められる。基準供給量Ｑｂは、ＳＣＲ触媒４２において選択還元されるＮＯｘの量に対して当量比が１となるアンモニアの量を得るために必要な尿素水の供給量（第１目標供給量）であるので、基準供給量Ｑｂに増量係数Ｋを乗じて得られる供給量は、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａを増大させるための尿素水供給量（第２目標供給量）となる。
【００９８】
上述したように増量係数Ｋは、Ｑａ／Ｑｔに応じて大きさが変更され、Ｑａ／Ｑｔが小さいほど増量係数Ｋが大きく設定されるようになっている。従って、Ｑａ／Ｑｔが小さいほどＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａを増大させるための尿素水供給量が大きく設定されることになる。言い換えれば、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａが目標吸着量Ｑｔに近づくのに従い、アンモニアの実吸着量Ｑａを増大させるための尿素水供給量が小さく設定される。
【００９９】
具体的には、Ｑａ／Ｑｔが０．５以下である場合、増量係数Ｋは本実施形態において最も大きいＫ１に設定され、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａを増大させるための尿素水供給量が比較的多めに算出される。ここで、Ｑａ／Ｑｔが０．５以下である場合は、目標吸着量Ｑｔに対して実吸着量Ｑａが小さいことを意味する。従って、ＳＣＲ触媒４２には十分なアンモニアの吸着量が確保されていないことになり、前述した図５の関係からＳＣＲ触媒４２の浄化効率は比較的低い状態にある。そこでＱａ／Ｑｔが０．５以下である場合には、ＳＣＲ触媒４２における実吸着量Ｑａを迅速に増大させて、ＳＣＲ触媒４２の良好な浄化率を実現するため、増量係数Ｋを本実施形態において最も大きいＫ１とし、基準供給量Ｑｂに対する増量を比較的多めに行って目標供給量Ｑｉｎｊを設定している。
【０１００】
また、Ｑａ／Ｑｔが０．７５を上回る場合、増量係数Ｋは本実施形態において最も小さいＫ３に設定され、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａを増大させるための尿素水供給量が比較的少なめに算出される。ここで、Ｑａ／Ｑｔが０．７５を上回る場合は、実吸着量Ｑａが目標吸着量Ｑｔに近接していることを意味する。従って、ＳＣＲ触媒４２にはある程度のアンモニアの吸着量が確保されていることになり、前述した図５の関係からＳＣＲ触媒４２の浄化効率は比較的良好に維持された状態にある。従って、Ｑａ／Ｑｔが０．７５を上回る場合には、ＳＣＲ触媒４２における実吸着量Ｑａを迅速に増大させるよりも、多量の尿素水が排気中に供給されることによる尿素水からの尿素固形物の堆積抑制を優先するため、増量係数Ｋを本実施形態において最も小さいＫ３とし、基準供給量Ｑｂに対する増量を少なく抑えて目標供給量Ｑｉｎｊを設定している。
【０１０１】
更に、Ｑａ／Ｑｔが０．５を上回ると共に０．７５以下である場合は、上述した２つの場合の中間にあるので、ＳＣＲ触媒４２の浄化効率は、Ｑａ／Ｑｔが０．５以下である場合よりも改善されているものの、Ｑａ／Ｑｔが０．７５を上回る場合よりも低下していることになる。そこで増量係数Ｋも中間の大きさのＫ２とし、Ｑａ／Ｑｔが０．５以下である場合よりも基準供給量Ｑｂに対する増量を抑えて尿素固形物がの堆積を抑制しつつも、できるだけ早期にアンモニアの実吸着量Ｑａが目標吸着量Ｑｔに向けて増大するようにしている。
【０１０２】
こうしてステップＳ１６において尿素水の目標供給量Ｑｉｎｊを求めると、ＥＣＵ５６は処理をステップＳ１６に進め、ステップＳ１５で求めた目標供給量の尿素水が供給されるように尿素水インジェクタ４６を制御して、その制御周期を終了する。
次の制御周期においても、ＥＣＵ５６はステップＳ１１から処理を開始し、ステップＳ１１でアンモニアの実吸着量Ｑａ及び目標吸着量Ｑｔを求めた後、ステップＳ１２で目標吸着量Ｑｔに対する実吸着量Ｑａの比Ｑａ／Ｑｔが１以上となったか否かを判定する。そして、Ｑａ／Ｑｔが１に達していなければ、ＥＣＵ５６は処理をステップＳ１４に進め、上述したようにしてそのときのＱａ／Ｑｔに対応する増量係数を増量係数マップから求める。更にＥＣＵ５６は、ステップＳ１５で目標供給量Ｑｉｎｊを演算し、求められた目標供給量Ｑｉｎｊに従い尿素水インジェクタ４６を制御する。従って、吸着制御が行われてＱａ／Ｑｔが１に達するまでの間は、制御周期ごとにステップＳ１４で求めた増量係数を用いてステップＳ１５で算出した目標供給量Ｑｉｎｊに従い、尿素水インジェクタ４６から排気中に尿素水が供給される。
【０１０３】
上述したように、吸着制御における目標供給量Ｑｉｎｊは、ＳＣＲ触媒４２においてＮＯｘを選択還元するのに必要な尿素水の供給量である基準供給量Ｑｂに、アンモニアの実吸着量Ｑａを増大させるための尿素水供給量を加えたものであるので、このようにしてステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４乃至Ｓ１６の処理が繰り返されることにより、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａが目標吸着量Ｑｔに向けて徐々に増大していく。そして、実吸着量Ｑａが目標吸着量Ｑｔに近づくのに従い、Ｑａ／Ｑｔが増大していくので、増量係数Ｋは段階的に小さい値に切り換えられ、アンモニアの実吸着量Ｑａを増大させるための尿素水供給量が増量係数の変化に応じて減少することにより、目標供給量Ｑｉｎｊも段階的に減少していく。
【０１０４】
従って、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａが目標吸着量Ｑｔに対して比較的少ない場合は、アンモニアの実吸着量Ｑａの増大を優先して比較的多めに尿素水が排気中に供給されるので、アンモニアの実吸着量Ｑａが迅速に増大し、ＳＣＲ触媒４２の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。
一方、アンモニアの実吸着量Ｑａが比較的多く、目標吸着量Ｑｔに近い場合は、ＳＣＲ触媒４２の排気浄化効率がある程度確保されているので、尿素水から生成される尿素固形物の堆積防止を優先して比較的少なめの尿素水が排気中に供給され、尿素固形物の堆積を良好に抑制することができる。即ち、このような吸着制御を実行することにより、尿素固形物の堆積を抑制しながら、実吸着量Ｑａを目標吸着量Ｑｔに向けてできるだけ迅速に増大させ、ＳＣＲ触媒４２の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。
【０１０５】
また、目標吸着量Ｑｔは上限吸着量に基づき設定されるので、上限吸着量の変動に伴って目標吸着量Ｑｔも変化する。従って、ＳＣＲ触媒４２の実吸着量Ｑａがこのように上限吸着量の変動に伴って変化する目標吸着量Ｑｔに近づくように、ＥＣＵ５６が吸着制御を行うことにより、尿素固形物の堆積を抑制すると共にアンモニアスリップの発生を防止しながら、できるだけ多くのアンモニアをＳＣＲ触媒４２に吸着させて、ＳＣＲ触媒４２の排気浄化効率を良好に維持することが可能となる。
【０１０６】
なお、ステップＳ１４乃至Ｓ１６の処理によりＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａの増加が進んで目標吸着量Ｑｔに達すると、ＥＣＵ５６はステップＳ１２でＱａ／Ｑｔが１以上であると判定して処理をステップＳ１３に進め、前述したように尿素水の供給を停止するように尿素水インジェクタ４６を制御する。従って、尿素水の過剰供給によるＳＣＲ触媒４６からのアンモニアスリップの発生を確実に防止することができる。
【０１０７】
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば上記実施形態の吸着制御では、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの実吸着量Ｑａが目標吸着量Ｑｔに近づくのに従い、段階的に増量係数ＫをＫ１からＫ２，Ｋ３へと切り換えて、尿素水の目標供給量Ｑｉｎｊを段階的に減少させるようにしたが、目標供給量Ｑｉｎｊの減少のさせ方はこれに限定されるものではない。即ち、例えば増量係数Ｋを連続的に減少させ、尿素水の目標供給量Ｑｉｎｊを連続的に減少させるようにしてもよい。この場合、例えば図８に示される目標吸着量Ｑｔに対する実吸着量Ｑａの比Ｑａ／Ｑｔと増量係数Ｋとの関係を階段状とせずに、Ｑａ／Ｑｔに対して増量係数Ｋを直性的もしくは曲線的に変化させるようにしても良い。
【０１０８】
或いは、増量係数Ｋを用いず、別の方法によって尿素水の目標供給量Ｑｉｎｊを減少させるようにしても良い。この場合にも、基準供給量Ｑｂ以上の供給量を目標供給量Ｑｉｎｊとし、基準供給量Ｑｂからの増量分を、アンモニアの実吸着量Ｑａが目標吸着量Ｑｔに近づくのに従い減少させるようにすればよい。
更に、上記実施形態のように尿素水の目標供給量Ｑｉｎｊを段階的に変化させる場合であっても、増量係数Ｋは上記実施形態のようにＫ１乃至Ｋ３の３つに限定されるものではなく、より多くの増量係数を定めて更に多段階に変化させても良いし、２つの増量係数のみを用いて２段階で変化させても良い。更に、上記実施形態で用いた増量係数Ｋの値は一例であって、必要に応じて様々に変更することが可能である。
【０１０９】
また、上記実施形態では、ＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｃとして、第１排気温度センサ５２及び第２排気温度センサ５４がそれぞれ検出した、ＳＣＲ触媒４２の上流側及び下流側の排気温度の平均値を用いるようにしたが、触媒温度Ｔｃの検出方法はこれに限定されるものではない。例えば、第１排気温度センサ５２及び第２排気温度センサ５４の両検出値のいずれか一方のみを用いて触媒温度Ｔｃを求めても良いし、両検出値にそれぞれ重み付けをして触媒温度Ｔｃを求めるようにしても良い。更に、エンジン１の運転状態を表すパラメータなどにより触媒温度Ｔｃを推定するようにしても良い。
【０１１０】
また、排気後処理装置２８の構成は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、排気中に供給された尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として用いるＳＣＲ触媒４２を備えた排気後処理装置であれば本発明を適用可能である。
更に、上記実施形態では、エンジン１を４気筒のディーゼルエンジンとしたが、エンジン１の気筒数や形式は、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジンシステムの全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する尿素水供給制御のフローチャートである。
【図３】触媒温度とＳＣＲ触媒におけるアンモニアの上限吸着量との関係の一例を示すグラフである。
【図４】排気流量とＳＣＲ触媒におけるアンモニアの上限吸着量との関係の一例を示すグラフである。
【図５】ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの実吸着量とＳＣＲ触媒の浄化率との関係の一例を示すグラフである。
【図６】触媒温度とＳＣＲ触媒の排気浄化率との関係の一例を示すグラフである。
【図７】ＥＣＵが実行する吸着制御のフローチャートである。
【図８】アンモニアの目標吸着量に対する実吸着量の比Ｑａ／Ｑｔと、吸着制御で用いられる増量係数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１２】
１  エンジン
４０  パティキュレートフィルタ
４２  ＳＣＲ触媒（アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒）
４６  尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）
５６  ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
2010053703.tif 000003
【図２】
2010053703.tif 000004
【図３】
2010053703.tif 000005
【図４】
2010053703.tif 000006
【図５】
2010053703.tif 000007
【図６】
2010053703.tif 000008
【図７】
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【図８】
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