(57)【要約】【課題】還元剤の実噴射量が適正化されるように補正が行われる還元剤噴射制御装置及び還元剤噴射装置の制御方法、並びにそのような還元剤噴射制御装置を備えた内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】少なくとも内燃機関から排出されるＮＯX量、還元触媒の温度、及び還元触媒におけるアンモニアの吸着量を含むパラメータ値に基づいて還元剤の要求噴射量を算出する要求噴射量演算部と、要求噴射量に従い還元剤噴射装置から還元剤を噴射させる還元剤噴射制御部と、還元触媒の下流側に設けられた少なくともＮＯX及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサのセンサ値を所定の閾値と比較して還元剤の実噴射量の異常を判定する噴射量異常判定部と、実噴射量の異常が生じたときに、要求噴射量演算部のパラメータ値の補正を行う噴射量演算パラメータ値補正部と、を備える。【選択図】図３
2010133354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に接続され、アンモニアを吸着するとともに流入する排気ガス中のＮＯXを前記アンモニアを用いて還元する還元触媒の上流側に、前記アンモニアを生成可能な還元剤を噴射する還元剤噴射装置の制御を行う還元剤噴射制御装置において、
少なくとも前記内燃機関から排出されるＮＯX量、前記還元触媒の温度、及び前記還元触媒における前記アンモニアの吸着量を含むパラメータ値に基づいて前記還元剤の要求噴射量を算出する要求噴射量演算部と、
前記要求噴射量に従い前記還元剤噴射装置から前記還元剤を噴射させる還元剤噴射制御部と、
前記還元触媒の下流側に設けられた少なくともＮＯX及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサのセンサ値を所定の閾値と比較して前記還元剤の実噴射量の異常を判定する噴射量異常判定部と、
前記実噴射量の異常が生じたときに、前記要求噴射量演算部の前記パラメータ値の補正を行う噴射量演算パラメータ値補正部と、
を備えることを特徴とする還元剤噴射制御装置。
【請求項２】
前記噴射量異常判定部は、前記センサ値が前記閾値を超えたときに前記還元剤の噴射量を前記要求噴射量よりも増加又は減少させ、所定時間経過後の前記センサ値を前記閾値と比較することによって前記還元剤の実噴射量の過不足を判定することを特徴とする請求項１に記載の還元剤噴射制御装置。
【請求項３】
前記噴射量異常判定部は、前記センサ値が前記閾値を超えたときに、前記還元触媒における前記アンモニアの吸着量の値を増量補正することにより前記還元剤の噴射量を前記要求噴射量よりも減少させる制御を行い、所定時間経過後の前記センサ値が前記閾値以下である場合には噴射量過剰と判定し、前記所定時間経過後の前記センサ値が前記閾値を超えている場合には噴射量不足と判定することを特徴とする請求項２に記載の還元剤噴射制御装置。
【請求項４】
前記パラメータ値の補正を所定回数行った後にも前記実噴射量の異常が見られる場合に、前記要求噴射量演算部で算出された前記要求噴射量の値に対して所定のシステム補正係数を乗じることにより前記要求噴射量の補正を行う噴射量補正部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の還元剤噴射制御装置。
【請求項５】
前記噴射量補正部は、前記所定のシステム補正係数を乗じることにより前記要求噴射量の補正を行った後にも前記実噴射量の異常が見られる場合に、前記システム補正係数を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の還元剤噴射制御装置。
【請求項６】
前記噴射量補正部は、前記噴射量異常判定部で判定された判定結果の履歴を参照し、前記履歴に基づいて前記システム補正係数を設定することを特徴とする請求項４又は５に記載の還元剤噴射制御装置。
【請求項７】
前記還元剤噴射制御装置は、前記還元剤噴射装置を構成する各部の異常診断を行う自己診断部を備え、前記噴射量補正部は、前記自己診断部の診断結果に基づいて前記システム補正係数を設定することを特徴とする請求項４又は５に記載の還元剤噴射制御装置。
【請求項８】
内燃機関の排気系に接続され、アンモニアを吸着するとともに流入する排気ガス中のＮＯXを前記アンモニアを用いて還元する還元触媒の上流側に、前記アンモニアを生成可能な還元剤を噴射する還元剤噴射装置の制御方法において、
少なくとも前記内燃機関から排出されるＮＯX量、前記還元触媒の温度、及び前記還元触媒における前記アンモニアの吸着量を含むパラメータ値に基づいて前記還元剤の要求噴射量を算出するとともに、前記要求噴射量に従い前記還元剤を噴射しながら、
前記還元触媒の下流側に設けられた少なくともＮＯX及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサのセンサ値を所定の閾値と比較して前記還元剤の実噴射量の異常を判定し、前記実噴射量の異常が生じたときに、前記要求噴射量の演算に用いる前記パラメータ値の補正を行うことを特徴とする還元剤噴射装置の制御方法。
【請求項９】
前記パラメータ値の補正を所定回数行った後にも前記実噴射量の異常が見られる場合に、算出された前記要求噴射量の値に対して所定のシステム補正係数を乗じることにより前記要求噴射量の補正を行うことを特徴とする請求項８に記載の還元剤噴射装置の制御方法。
【請求項１０】
内燃機関の排気系に接続され、アンモニアを吸着するとともに流入する排気ガス中のＮＯXを前記アンモニアを用いて還元する還元触媒と、前記アンモニアを生成可能な還元剤を前記還元触媒の上流側で噴射する還元剤噴射装置と、前記還元剤噴射装置の制御を行う制御装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記還元触媒の下流側に、少なくともＮＯX及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサを備えるとともに、
前記制御装置は、少なくとも前記内燃機関から排出されるＮＯX量、前記還元触媒の温度、及び前記還元触媒における前記アンモニアの吸着量を含むパラメータ値に基づいて前記還元剤の要求噴射量を算出する要求噴射量演算部と、前記要求噴射量に従い前記還元剤噴射装置から前記還元剤を噴射させる還元剤噴射制御部と、前記特定ガス濃度センサのセンサ値を所定の閾値と比較して前記還元剤の実噴射量の異常を判定する噴射量異常判定部と、前記実噴射量の異常が生じたときに、前記要求噴射量演算部の前記パラメータ値の補正を行う噴射量演算パラメータ値補正部と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記パラメータ値の補正を所定回数行った後にも前記実噴射量の異常が見られる場合に、前記要求噴射量演算部で算出された前記要求噴射量の値に対して所定のシステム補正係数を乗じることにより前記要求噴射量の補正を行う噴射量補正部を備えることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元剤噴射制御装置及び還元剤噴射装置の制御方法並びに内燃機関の排気浄化装置に関する。特に、還元触媒の上流側で還元剤を供給する還元剤噴射装置の制御を行う還元剤噴射制御装置及び還元剤噴射装置の制御方法並びにそのような還元剤噴射制御装置を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスには、環境汚染を及ぼすおそれのあるＮＯX（ＮＯやＮＯ2等の窒素酸化物）が含まれている。このＮＯXを還元して排気ガスを浄化するために用いられる排気浄化装置として、尿素水溶液等のアンモニア由来の液体還元剤を用いた排気浄化装置が知られている。この排気浄化装置は、尿素水溶液等を還元触媒の上流側で排気通路内に噴射し、尿素が加水分解することによって生成されるアンモニアを還元触媒に吸着させ、還元触媒に流入してくるＮＯXを、アンモニアによって窒素や水等に分解して放出するものである。
【０００３】
このような排気浄化装置では、排気ガス中に含まれるＮＯX量に対して還元剤の噴射量が不足すると、ＮＯXの還元効率が低下して、ＮＯXが還元触媒の下流側に流出するおそれがある。一方、還元剤の噴射量が過剰になると、尿素が加水分解して生成されるアンモニアが還元触媒の飽和吸着量を上回り、アンモニアが還元触媒の下流側に流出するおそれがある。
【０００４】
そこで、アンモニア又は尿素の少なくとも一方を還元剤とする場合において、簡素な構成で、アンモニア又は尿素の注入量を精度良く補正することができ、しかも、アンモニアの放出及びＮＯXの放出を最小限に抑える脱硝システム及び脱硝方法が提案されている。より具体的には、燃焼制御装置による所定の燃焼制御に基づいて発電器等の負荷にエネルギーを付与する内燃機関等の燃焼装置から配管を通じて排出されるＮＯXをアンモニアと反応させて、窒素と水にする脱硝装置を有する脱硝システムにおいて、上記脱硝装置の後段にＮＯXセンサを取付けて構成し、ＮＯXセンサからの検出信号Ｓｉに基づいてアンモニア注入量を補正制御する脱硝システムが開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
より具体的には、上記特許文献１では、以下のようにしてアンモニア注入量が最適化されることが記載されている。まず、アンモニア及び尿素の注入量を増加させると、燃焼装置から排出されたＮＯXが還元され、これにより、ＮＯXセンサのセンサ値が小さくなる。さらに注入を増加すると、今度はアンモニアが排出され、これにより、ＮＯXセンサはアンモニアに感応し、センサ値が増加に転じる。ＮＯXセンサのセンサ値が増加に転じたとき、アンモニア又は尿素の注入量が減少に転じる。アンモニア又は尿素の注入量が減少するにしたがって、ＮＯXセンサのセンサ値が増大から減少に転じる。このとき、アンモニア及び尿素の注入量が増加に転じる。これらの一連の動作を繰り返すことによって、ＮＯXとアンモニアの合計値が最小になる点（最適点）を中心に、アンモニア又は尿素の注入量の増減が繰り返され、アンモニア又は尿素の注入量が補正される。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３３９４８号公報  （全文、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の脱硝システムは、噴射の当量点（最適量）を中心にアンモニア等の注入量の増減を繰り返すことで、全体としてアンモニア等の過不足が生じないようにアンモニア等の注入量が補正されるものである。したがって、アンモニア等の注入が行われる期間中、常に注入量の増減が行われるため、注入装置の動作制御が複雑である。
また、この特許文献１の脱硝システムは、内燃機関の運転条件及びＮＯX濃度の関係から求められるＮＯX濃度あるいはＮＯX量が実際の排出量から外れて、効率よく脱硝できなくなることを防ぐためのシステムであり、あらかじめ最適量を求めてアンモニア等を注入する構成とはなっていない。そのため、注入量の最適量が把握され、最適量を中心に注入量の増減が行われるまでに時間がかかるおそれがある。
【０００８】
一方、あらかじめ還元剤の要求噴射量を演算によって求め、この要求噴射量にしたがって還元剤噴射装置の制御を行うことによって、還元剤の噴射が行われる装置もある。あらかじめ要求噴射量を算出して還元剤を噴射させることによって、還元剤噴射装置の動作制御が著しく複雑になることが避けられる。例えば、アンモニアを吸着する機能を持った還元触媒が用いられる場合、還元剤の要求噴射量は、還元剤噴射装置を構成する部品の設計値や特性等を考慮しつつ、内燃機関から排出されるＮＯX流量や、還元触媒の温度、還元触媒に吸着されているアンモニアの吸着量等を含む複数のパラメータ値に基づいて演算で求められる。
【０００９】
しかしながら、還元剤の要求噴射量をあらかじめ演算で求める場合、還元剤噴射装置を構成する部品の劣化や、時間の経過等に基づいて生じた演算値のずれ等によって、算出される要求噴射量が現実に必要な還元剤量との間で過不足を生じるおそれがある。還元剤の過不足が生じた場合には、アンモニア又はＮＯXのいずれかが還元触媒の下流側に流出することになるため、実噴射量が適正量になるように補正を行う手段が必要になる。
【００１０】
そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、還元剤噴射制御装置において、少なくともＮＯX及びアンモニアに感応するセンサを用いて還元剤の実噴射量の異常を判定し、異常が発生したときには要求噴射量を演算するために用いるパラメータ値の補正を行うことによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、還元剤の要求噴射量にしたがって噴射した実噴射量に過不足が生じたときに、還元剤の実噴射量が適正化されるように補正が行われる還元剤噴射制御装置及び還元剤噴射装置の制御方法、並びにそのような還元剤噴射制御装置を備えた内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、内燃機関の排気系に接続され、アンモニアを吸着するとともに流入する排気ガス中のＮＯXをアンモニアを用いて還元する還元触媒の上流側に、アンモニアを生成可能な還元剤を噴射する還元剤噴射装置の制御を行う還元剤噴射制御装置において、少なくとも内燃機関から排出されるＮＯX量、還元触媒の温度、及び還元触媒におけるアンモニアの吸着量を含むパラメータ値に基づいて還元剤の要求噴射量を算出する要求噴射量演算部と、要求噴射量に従い還元剤噴射装置から還元剤を噴射させる還元剤噴射制御部と、還元触媒の下流側に設けられた少なくともＮＯX及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサのセンサ値を所定の閾値と比較して還元剤の実噴射量の異常を判定する噴射量異常判定部と、実噴射量の異常が生じたときに、要求噴射量演算部のパラメータ値の補正を行う噴射量演算パラメータ値補正部と、を備えることを特徴とする還元剤噴射制御装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【００１２】
また、本発明の還元剤噴射制御装置を構成するにあたり、噴射量異常判定部は、センサ値が閾値を超えたときに還元剤の噴射量を要求噴射量よりも増加又は減少させ、所定時間経過後のセンサ値を閾値と比較することによって還元剤の実噴射量の過不足を判定することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の還元剤噴射制御装置を構成するにあたり、噴射量異常判定部は、センサ値が閾値を超えたときに、還元触媒におけるアンモニアの吸着量の値を増量補正することにより還元剤の噴射量を要求噴射量よりも減少させる制御を行い、所定時間経過後のセンサ値が閾値以下である場合には噴射量過剰と判定し、所定時間経過後のセンサ値が閾値を超えている場合には噴射量不足と判定することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の還元剤噴射制御装置を構成するにあたり、パラメータ値の補正を所定回数行った後にも実噴射量の異常が見られる場合に、要求噴射量演算部で算出された要求噴射量の値に対して所定のシステム補正係数を乗じることにより要求噴射量の補正を行う噴射量補正部を備えることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の還元剤噴射制御装置を構成するにあたり、噴射量補正部は、所定のシステム補正係数を乗じることにより要求噴射量の補正を行った後にも実噴射量の異常が見られる場合に、システム補正係数を補正することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の還元剤噴射制御装置を構成するにあたり、噴射量補正部は、噴射量異常判定部で判定された判定結果の履歴を参照し、履歴に基づいてシステム補正係数を設定することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の還元剤噴射制御装置を構成するにあたり、還元剤噴射制御装置は、還元剤噴射装置を構成する各部の異常診断を行う自己診断部を備え、噴射量補正部は、自己診断部の診断結果に基づいてシステム補正係数を設定することが好ましい。
【００１８】
また、本発明の別の態様は、内燃機関の排気系に接続され、アンモニアを吸着するとともに流入する排気ガス中のＮＯXをアンモニアを用いて還元する還元触媒の上流側に、アンモニアを生成可能な還元剤を噴射する還元剤噴射装置の制御方法において、少なくとも内燃機関から排出されるＮＯX量、還元触媒の温度、及び還元触媒におけるアンモニアの吸着量を含むパラメータ値に基づいて還元剤の要求噴射量を算出するとともに、要求噴射量に従い還元剤を噴射しながら、還元触媒の下流側に設けられた少なくともＮＯX及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサのセンサ値を所定の閾値と比較して還元剤の実噴射量の異常を判定し、実噴射量の異常が生じたときに、要求噴射量の演算に用いるパラメータ値の補正を行うことを特徴とする還元剤噴射装置の制御方法である。
【００１９】
また、本発明の還元剤噴射装置の制御方法を実施するにあたり、パラメータ値の補正を所定回数行った後にも実噴射量の異常が見られる場合に、算出された要求噴射量の値に対して所定のシステム補正係数を乗じることにより要求噴射量の補正を行うことが好ましい。
【００２０】
また、本発明のさらに別の態様は、内燃機関の排気系に接続され、アンモニアを吸着するとともに流入する排気ガス中のＮＯXをアンモニアを用いて還元する還元触媒と、アンモニアを生成可能な還元剤を還元触媒の上流側で噴射する還元剤噴射装置と、還元剤噴射装置の制御を行う制御装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、還元触媒の下流側に、少なくともＮＯX及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサを備えるとともに、制御装置は、少なくとも内燃機関から排出されるＮＯX量、還元触媒の温度、及び還元触媒におけるアンモニアの吸着量を含むパラメータ値に基づいて還元剤の要求噴射量を算出する要求噴射量演算部と、要求噴射量に従い還元剤噴射装置から還元剤を噴射させる還元剤噴射制御部と、特定ガス濃度センサのセンサ値を所定の閾値と比較して還元剤の実噴射量の異常を判定する噴射量異常判定部と、実噴射量の異常が生じたときに、要求噴射量演算部のパラメータ値の補正を行う噴射量演算パラメータ値補正部と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【００２１】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、制御装置は、パラメータ値の補正を所定回数行った後にも実噴射量の異常が見られる場合に、要求噴射量演算部で算出された要求噴射量の値に対して所定のシステム補正係数を乗じることにより要求噴射量の補正を行う噴射量補正部を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の還元剤噴射制御装置及び還元剤噴射装置の制御方法によれば、所定の特定ガス濃度センサのセンサ値が所定の閾値を上回ったときに還元剤の実噴射量の異常と判定し、還元剤の要求噴射量の演算に用いられるパラメータ値の補正を行うことにより、還元剤噴射装置を構成する部品の劣化や、時間の経過等に基づいて生じた演算値のずれによって生じたパラメータ値の誤差がリセットされる。したがって、算出される還元剤の要求噴射量が適正化されるとともに、要求噴射量にしたがって噴射される還元剤の実噴射量の過不足が解消され、還元触媒下流側へのアンモニア又はＮＯXの流出が防止される。
【００２３】
また、本発明の還元剤噴射制御装置において、噴射量異常判定部が、還元剤の実噴射量を要求噴射量よりも増加又は減少させ、所定時間経過後のセンサ値を閾値と比較することで実噴射量の過不足を判定することにより、実噴射量が過剰であるのか不足しているのかの判定が正確に行われる。したがって、還元剤の要求噴射量の演算に用いられるパラメータ値の補正を行う際に、増大補正するべきか減少補正するべきかの判断が適確に行われ、還元剤の実噴射量が迅速に適正化される。
【００２４】
また、本発明の還元剤噴射制御装置において、噴射量異常判定部が、還元触媒におけるアンモニアの実吸着量の値を増量補正することで還元剤の実噴射量を要求噴射量よりも減少させて、還元剤の実噴射量の過不足を判定することにより、還元触媒の下流側に流出するアンモニアの量を増加させることなく、還元剤の実噴射量の異常を判定することができる。
【００２５】
また、本発明の還元剤噴射制御装置において、パラメータ値の補正を所定回数行った後にも還元剤の実噴射量の異常が解消されない場合に、算出された還元剤の要求噴射量の値に対して所定のシステム補正係数を乗じて噴射量の補正を行う噴射量補正部が備えられることにより、パラメータ値の誤差ではない、還元剤噴射装置の何らかの不具合による要求噴射量の算出値のずれが解消され、要求噴射量にしたがって噴射される還元剤の実噴射量の過不足が適正化される。
【００２６】
また、本発明の還元剤噴射制御装置において、所定のシステム補正係数を乗じることによる噴射量の補正を行った後にも還元剤の実噴射量の異常が見られる場合に、噴射量補正部がシステム補正係数の補正を行うことにより、還元剤噴射装置に生じた何らかの不具合の度合いに応じて、要求噴射量が適正化される。
【００２７】
また、本発明の還元剤噴射制御装置において、噴射量補正部が、それまでの還元剤の噴射量の過不足の履歴を考慮してシステム補正係数を設定することにより、還元剤の実噴射量の過剰状態又は不足状態に対応させて、要求噴射量の増量又は減量が適切に行われ、還元剤の実噴射量が迅速に適正化される。
【００２８】
また、本発明の還元剤噴射制御装置において、噴射量補正部が、還元剤噴射装置を構成する各部の異常診断の結果に基づいてシステム補正係数を設定することにより、還元剤噴射装置の各部の現在の状態に即してシステム補正係数が設定され、還元剤の実噴射量が精度よく適正化される。
【００２９】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、所定の特定ガス濃度センサと、当該特定ガス濃度センサのセンサ値を用いて還元剤の実噴射量の異常を判定するとともに、実噴射量の異常が生じている場合に還元剤の要求噴射量の演算に用いられるパラメータ値の補正を行う制御装置とが備えられることにより、還元剤の要求噴射量の演算に用いられるパラメータ値の誤差がリセットされ、算出される還元剤の要求噴射量が適正化される。したがって、要求噴射量にしたがって噴射される還元剤の実噴射量の過不足が解消され、還元触媒下流側へのアンモニア又はＮＯXの流出が防止される内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明にかかる還元剤噴射制御装置及び還元剤噴射装置の制御方法並びに内燃機関の排気浄化装置に関する実施の形態について、適宜図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、この実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
【００３１】
１．内燃機関の排気浄化装置
（１）排気浄化装置の全体構成
まず、還元剤噴射制御装置を備えた本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の構成例について図１に基づいて説明する。
図１に示す排気浄化装置１０は、液体の還元剤として尿素水溶液が用いられ、還元触媒１３で排気ガス中のＮＯXを選択的に還元する排気浄化装置である。この排気浄化装置１０は、内燃機関５の排気通路１１内に配設された還元触媒１３と、還元触媒１３の上流側で排気通路１１内に還元剤を噴射するための還元剤噴射装置４０とを備えている。また、還元触媒１３の上流側には上流側温度センサ２６が設けられ、還元触媒１３の下流側には下流側温度センサ２７及び特定ガス濃度センサとしてのＮＯXセンサ１５が設けられている。
【００３２】
また、排気浄化装置１０は、還元剤噴射装置４０による還元剤の噴射制御を行うための制御装置（還元剤噴射制御装置）３０を備えている。この制御装置３０は、排気浄化装置１０に備えられたあらゆるセンサのセンサ値だけでなく、内燃機関５の燃料噴射量Qf、噴射タイミングTM、回転数Ne等をはじめとする内燃機関５の運転条件も読込むことができるようになっている。
なお、制御装置は、排気浄化装置１０を制御するための制御装置と、内燃機関の運転条件を制御するための制御装置とに分離して構成されていても構わない。
【００３３】
排気ガスを排出する内燃機関５は、典型的にはディーゼルエンジンやガソリンエンジンが挙げられるが、本発明は、現状においてＮＯXの浄化が課題とされるディーゼルエンジンを対象とすることが適している。
【００３４】
貯蔵タンク４１に収容される液体の還元剤は、還元触媒１３に到達するまでにアンモニアが生成されるものであれば好適に用いられ、代表的なものとしては尿素水溶液やアンモニア水溶液が挙げられる。
【００３５】
還元触媒１３は、還元剤噴射装置４０によって供給される還元剤から生成されるアンモニアを吸着し、流入してくる排気ガス中のＮＯXを選択的に還元する機能を持った触媒が用いられる。このような還元触媒１３は、アンモニアを吸着する機能を備えているものであれば特に制限なく用いられ、例えば、ゼオライト系の還元触媒が用いられる。
このようなアンモニア吸着機能を有する還元触媒１３は、還元触媒１３の温度とアンモニアの飽和吸着量とが反比例の関係にあり、触媒温度が高温になるにつれてアンモニアの飽和吸着量が減少する特性を有している。
【００３６】
上流側温度センサ２６及び下流側温度センサ２７は、それぞれの箇所での排気ガスの温度の測定に用いられる。なお、還元触媒１３の上流側及び下流側の温度を演算によって推定する場合には、これらの温度センサが省略されていてもよい。
【００３７】
ＮＯXセンサ１５は、基本的には排気ガス中のＮＯX濃度を測定するために用いられるが、本実施形態の排気浄化装置１０で用いられるＮＯXセンサ１５は、その構成上、アンモニアにも感応する特性を有している。そのため、還元剤の噴射量が過剰になると、アンモニアが還元触媒１３の下流側に流出してＮＯXセンサ１５によって検知される一方、還元剤の噴射量が不足すると、還元されなかったＮＯXが還元触媒１３の下流側に流出してＮＯXセンサ１５によって検知される。制御装置３０では、ＮＯXセンサ１５のセンサ値が所定の閾値を上回らないように還元剤の噴射量が調節される。
【００３８】
図２は、還元触媒１３中のアンモニア量とＮＯXセンサ１５のセンサ値との関係を示している。この図２に示すように、還元触媒１３中のアンモニア量が少ないと、還元触媒１３中で還元されないＮＯXが増えることから、還元触媒１３の下流側でのＮＯX濃度は還元触媒１３中のアンモニア量が少ないほど高くなる。一方、還元触媒１３中のアンモニア量が多いと、還元触媒１３に吸着しきれないアンモニアが増えることから、還元触媒１３の下流側でのアンモニア濃度は還元触媒１３中のアンモニア量が多いほど高くなる。
したがって、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが最下点Pに近い値を示していれば、還元剤の実噴射量Qudactの過不足がないことになるため、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0未満となるように還元剤の噴射量の演算が行われる。
【００３９】
（２）還元剤噴射装置
本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた還元剤噴射装置４０は、還元触媒１３よりも排気上流側の排気通路１１に固定された還元剤噴射弁４３と、所定濃度の液体の還元剤が貯蔵された貯蔵タンク４１と、貯蔵タンク４１内の還元剤を還元剤噴射弁４３に対して圧送するポンプ４２を備えている。貯蔵タンク４１とポンプ４２との間には第１の供給通路４４が接続され、ポンプ４２と還元剤噴射弁４３との間には第２の供給通路４５が接続されている。
【００４０】
このうち、ポンプ４２は、例えば、電動式のダイヤフラムポンプが用いられる。本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた還元剤噴射装置４０において、ポンプ４２は、第２の供給通路４５に設けられた圧力センサ４７のセンサ値が所定値に維持されるように、制御装置３０によるフィードバック制御が行われる。
【００４１】
還元剤噴射弁４３は、例えば、弁の開閉が通電のＯＮ−ＯＦＦによって制御される電磁式の還元剤噴射弁が用いられる。本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた還元剤噴射装置４０では、ポンプ４２のフィードバック制御によって第２の供給通路４５内の還元剤の圧力が所定値に維持され、還元剤噴射弁４３が開弁したときに還元剤が排気通路１１内に噴射される。
【００４２】
なお、本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた還元剤噴射装置４０は、液体の還元剤を還元剤噴射弁４３によって噴射して霧化するものであるが、本発明においては還元剤噴射装置４０の構成は特に限定されるものではなく、例えば、高圧エアを用いて液体の還元剤を霧状にした上で排気通路内に供給する、エアアシスト式の還元剤噴射装置とすることもできる。
【００４３】
（３）制御装置（還元剤噴射制御装置）
図３は、本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた制御装置３０のうち、還元剤の噴射制御に関する部分を機能的なブロックで表した構成例を示している。
この制御装置３０は、ポンプ駆動制御部（図３では「pump制御」と表記。）と、要求噴射量演算部（図３では「Qudtgt演算」と表記。）と、還元剤噴射弁制御部（図３では「Udv制御」と表記。）と、噴射量異常判定部（図３では「異常判定」と表記。）と、噴射量演算パラメータ値補正部（図３では「演算pmt補正」と表記。）と、自己診断部（図３では「自己診断」と表記。）と、噴射量補正部（図３では「Qudtgt補正」と表記。）とを備えている。これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータ（図示せず）によるプラグラムの実行によって実現される。
【００４４】
（３）−１  ポンプ駆動制御部
ポンプ駆動制御部は、第２の供給通路４５内の還元剤の圧力を示す圧力センサ４７のセンサ値Spuを受け取り、当該センサ値Spuに基づいてポンプ４２のフィードバック制御を行う。第２の供給通路４５内の圧力は、例えば、０．５ＭＰａに維持される。
【００４５】
（３）−２  要求噴射量演算部
要求噴射量演算部は、あらかじめ設定された演算式を用いて、還元剤噴射装置４０から噴射すべき還元剤の要求噴射量Qudtgtを算出する。算出された要求噴射量Qudtgtは還元剤噴射弁制御部に送信される。
【００４６】
図４は、本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた制御装置３０の要求噴射量演算部による還元剤の要求噴射量Qudtgtの演算処理を概念的に表した図である。
図４に示すように、要求噴射量演算部は、内燃機関５の運転条件等に基づいて、内燃機関５から排出されるＮＯXの質量流量Fnoxを推定するとともに、当該質量流量のＮＯXを１００％還元するために必要なアンモニアの質量流量Fnh3を算出する。また、このアンモニアの質量流量Fnh3に対して、触媒１３の温度Tcat及び還元触媒１３に現在吸着されているアンモニア量（以下「実吸着量」と称する。）Vactに基づいて求められる還元効率ηを乗じるとともに、触媒１３の温度Tcat、排気ガスの質量流量Fgas、排気ガス中のＮＯX濃度Dnox、還元触媒１３に流入するＮＯX中のＮＯ2の比率Rno2等のパラメータ値に基づいて求められる補正係数を乗じることによって、還元剤噴射装置４０から噴射すべき還元剤の要求噴射量Qudtgtを算出する。
【００４７】
より具体的には、要求噴射量演算部は、算出されたアンモニアの質量流量Fnh3に対して、還元触媒１３の温度Tcat及びアンモニアの実吸着量Vactに基づいて推定される還元触媒１３による還元効率ηを乗じるとともに、還元触媒１３の温度Tcat及び排気ガスの質量流量Fgasに基づいて選択される第１の係数fac1と、還元触媒１３の温度Tcat及びＮＯX濃度Dnoxに基づいて選択される第２の係数fac2と、還元触媒１３の温度Tcat及びＮＯX中のＮＯ2の比率Rno2に基づいて選択される第３の係数fac3とを乗じて、還元剤の要求噴射量Qudtgtを算出する。
【００４８】
このうち、排気ガスの質量流量FgasやＮＯXの質量流量Fnox、排気ガス中のＮＯX濃度Dnoxは、内燃機関５の回転数Neや燃料噴射量Qf、燃料噴射タイミングTM、アクセル操作量Ac等の運転条件に基づいて推定される。また、ＮＯXの質量流量Fnoxに対応するアンモニアの質量流量Fnh3は、還元触媒１３中でＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏで示される還元反応が生じることを前提にして算出される。
【００４９】
還元触媒１３の温度Tcatは、上流側温度センサ２６のセンサ値Tu及び下流側温度センサ２７のセンサ値Tlに基づいて推定される。また、還元触媒１３に流入するＮＯX中のＮＯ2の比率Rno2は、還元触媒１３の上流側に設けたＮＯXセンサ（図示せず。）のセンサ値を用いて推定したり、内燃機関５の運転状態や排気ガス温度等を用いて推定したりすることができる。
【００５０】
さらに、還元触媒１３におけるアンモニアの実吸着量Vactは、例えば、排気通路１１に現実に噴射した還元剤から生成されるアンモニアの量から、ＮＯXの還元に用いられたアンモニアの量を減算した値を、還元触媒１３にすでに吸着されているアンモニアの量に加算することによって推定される。すなわち、アンモニアの実吸着量Vactは、これまでに排気通路１１に現実に噴射した還元剤から生成されるアンモニアの量から、ＮＯXの還元に用いられたアンモニアの量を減算した値が、積算された値である。
【００５１】
そして、要求噴射量演算部には、還元触媒１３の温度Tcat及びアンモニアの実吸着量Vactに対応して還元触媒１３の還元効率ηが選択されるようにマップmap1があらかじめ格納されているとともに、それぞれのパラメータ値に対応して第１〜第３の係数fac1〜fac3が選択されるようにマップmap2〜map4があらかじめ格納されている。
【００５２】
還元剤の要求噴射量Qudtgtを算出する際に用いる補正係数については、上述した第１〜第３の係数fac1〜fac3だけでなく、その他、例えば、還元触媒１３の劣化度合いや還元触媒１３における炭化水素（ＨＣ）の吸着量等に基づいて決定される補正係数等を乗じてもよい。
【００５３】
（３）−３  還元剤噴射弁制御部
還元剤噴射弁制御部は、要求噴射量演算部で算出された要求噴射量Qudtgtの還元剤が排気通路１１内に噴射されるように、還元剤噴射装置４０の還元剤噴射弁４３の操作制御を行う。例えば、還元剤噴射弁４３に供給する通電のＯＮ−ＯＦＦのデューティ比を調節することによって、還元剤の噴射量の調整が行われる。
【００５４】
（３）−４  噴射量異常判定部
噴射量異常判定部は、還元触媒１３の下流側に設けられたＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxを検出し、当該センサ値Snoxを所定の閾値Sn0と比較して、還元剤噴射装置４０から現実に噴射された還元剤の実噴射量Qudactの異常を判定する。上述したように、本来必要な還元剤の噴射量に対する還元剤の実噴射量Qudactの過不足が生じると、供給過多になったアンモニア又は還元されなかったＮＯXのいずれかが還元触媒１３の下流側に流出する。そうすると、ＮＯXセンサ１５はアンモニア及びＮＯXそれぞれに感応するため、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxは大きくなる。したがって、還元触媒１３の下流側に流出するアンモニア又はＮＯXの許容範囲に応じて許容されるセンサ値の閾値Sn0を設定しておけば、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0未満に保たれているかを判別することによって、還元剤の噴射量の過不足が判定される。噴射量異常判定部による判定結果は、噴射量演算パラメータ値補正部及び噴射量補正部に送られる。
【００５５】
（３）−５  噴射量演算パラメータ値補正部
噴射量演算パラメータ値補正部は、噴射量異常判定部が還元剤の実噴射量Qudactに過不足が生じていると判定したときに、まず、一次的に、上記パラメータのうちの少なくとも一つの値の補正を行う。
本実施形態の制御装置３０では、各パラメータのうち、還元触媒１３の温度Tcatや排気ガスの質量流量Fgas、排気ガス中のＮＯX濃度Dnox、還元触媒１３に流入するＮＯX中のＮＯ2の比率Rno2については、その都度内燃機関５の運転条件等に基づいて演算で求められる一方、還元触媒１３におけるアンモニアの実吸着量Vactは積算値となっている。そのため、アンモニアの実吸着量Vactの演算値が一旦現実の値からずれてしまうと、それ以降の演算値のずれが解消されなくなり、算出される要求噴射量Qudtgtの過不足の原因となる。そこで、本実施形態の制御装置３０の噴射量演算パラメータ値補正部は、要求噴射量Qudtgtの算出に用いるアンモニアの実吸着量Vactの値を補正し、算出される要求噴射量Qudtgtが適正化されるようになっている。
【００５６】
具体的には、噴射量演算パラメータ値補正部は、還元剤の実噴射量Qudactの過不足が生じた場合に、まず、還元触媒１３におけるアンモニアの実吸着量Vactの値を増加する補正を行うことで、算出される要求噴射量Qudtgtを減少させる。ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0以上になっている原因が、還元剤の実噴射量Qudactの過剰状態にあるときには、要求噴射量Qudtgtの演算に用いるアンモニアの実吸着量Vactの値を増加する補正を行い、算出される要求噴射量Qudtgtを減少させることにより、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0未満に低下して、以降の還元剤の要求噴射量Qudtgtの算出値が適正化される。
【００５７】
一方、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0以上になっている原因が、還元剤の実噴射量Qudactの不足状態にあるときには、アンモニアの実吸着量Vactの値を増加する補正を行うと、さらにＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが増加することになる。このような場合に噴射量演算パラメータ値補正部は、要求噴射量Qudtgtの演算に用いるアンモニアの実吸着量Vactの値を減らす補正を行い、算出される要求噴射量Qudtgtを増加させることにより、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0未満に低下して、以降の還元剤の要求噴射量Qudtgtの算出値が適正化される。
【００５８】
図５（ａ）〜（ｂ）は、本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた制御装置３０の噴射量演算パラメータ値補正部によって行われる還元剤の要求噴射量Qudtgtの適正化処理の方法を説明するためのタイムチャート図である。図５（ａ）〜（ｂ）はともに、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snox（ｐｐｍ）、還元触媒１３におけるアンモニアの実吸着量Vact（ｇ）、還元剤の実噴射量Qudact（ｍｇ／ｓ）、及び還元触媒１３の下流側でのＮＯXの質量流量Flnox（ｍｇ／ｓ）の経時変化を示しており、図５（ａ）が還元剤の実噴射量Qudactが過剰になっている場合を示し、図５（ｂ）が還元剤の実噴射量Qudactが不足している場合を示している。
【００５９】
還元剤の実噴射量Qudactが過剰な場合には、図５（ａ）に示すように、還元触媒１３の下流側のＮＯXの質量流量Flnoxが目標値を下回る一方、還元触媒１３に吸着しきれなかったアンモニアが還元触媒１３の下流側に流出するため、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxは徐々に増加する（t0〜t1の期間）。
一方、図５（ｂ）に示すように、還元剤の実噴射量Qudactが不足している場合には、還元されなかったＮＯXが還元触媒１３の下流側に流出し、還元触媒１３の下流側のＮＯXの質量流量Flnoxが目標値を上回るため、やはりＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが徐々に増加する（t10〜t11の期間）。
なお、この時点では、還元触媒１３の下流側にＮＯXが流出しているのかアンモニアが流出しているのかは明らかではない。
【００６０】
図５（ａ）〜（ｂ）のいずれの場合においても、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが増加し続けて閾値Sn0を超えると、噴射量演算パラメータ値補正部では、還元剤の要求噴射量Qudtgtの演算に用いるアンモニアの実吸着量Vactの値を増加する補正が行われる（図５（ａ）のt1の時点及び図５（ｂ）のt11の時点）。その結果、要求噴射量演算部で算出される還元剤の要求噴射量Qudtgtが減らされ、当該算出値に基づいて噴射される還元剤の実噴射量Qudactが減少する（図５（ａ）のt1〜t2の期間及び図５（ｂ）のt11〜t12の期間）。
そうすると、還元剤の実噴射量Qudactが過剰になっている図５（ａ）の場合、還元剤の実噴射量Qudactの減量に伴い、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxの増加率は小さくなっていく。一方、還元剤の実噴射量Qudactが不足している図５（ｂ）の場合、還元剤の実噴射量Qudactの減量に伴い、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxは引き続き増加する。
【００６１】
ただし、図５（ａ）〜（ｂ）のいずれの場合においても、還元剤の実噴射量Qudactを一回減らしただけではＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0を下回ることがないため、噴射量演算パラメータ値補正部では、還元触媒１３におけるアンモニアの実吸着量Vactの値を増加する補正が再び行われる（図５（ａ）のt2の時点及び図５（ｂ）のt12の時点）。その結果、要求噴射量演算部で算出される還元剤の要求噴射量Qudtgtが引き続き減らされ、当該算出値に基づいて噴射される還元剤の実噴射量Qudactが減少する（図５（ａ）のt2〜t3の期間及び図５（ｂ）のt12〜t13の期間）。このとき、図５（ａ）〜（ｂ）に示す例では、アンモニアの実吸着量Vactを補正する際の２回目の増量補正幅a2が、１回目の増量補正幅a1よりも大きくされており、還元剤の実噴射量Qudactは段階的に減少している。還元剤の噴射開始時期の間隔は、例えば２０秒程度にされる。
【００６２】
このように、噴射量演算パラメータ値補正部によって、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0を下回るまで、回を重ねるごとに増量補正幅a1〜anを徐々に大きくしながらアンモニアの実吸着量Vactの増量補正が繰返し行われる。そして、図５（ａ）〜（ｂ）に示す還元剤の噴射量の適正化処理では二つの判定閾値n1及びn2（n1＜n2）が設定されており、アンモニアの実吸着量Vactの補正回数がn1回以下でＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0未満に低下した時に還元剤の実噴射量Qudactが過剰であると判定される一方、アンモニアの実吸着量Vactの補正回数がn2になってもＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0未満まで低下しない時に還元剤の実噴射量Qudactが不足していると判定される。図５（ａ）〜（ｂ）の例では、n1＝４、n2＝１０に設定されているが、設定値は、還元剤の噴射開始時期の間隔や、１回ごとの補正幅a1〜anの差、あるいは判定精度によって任意に設定することができる。
【００６３】
このように還元剤の実噴射量Qudactを減らしながら還元剤の噴射を行う中で、還元剤の実噴射量Qudactが過剰になっている図５（ａ）の場合、アンモニアの実吸着量Vactの補正を２回行った時点（t2）からＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが減少し始め、アンモニアの実吸着量Vactの補正を４回行った時点（t4）で、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0を下回る。その結果、以降は、アンモニアの実吸着量Vactを補正しなくても、還元剤の要求噴射量Qudtgtが適正に算出されるようになる。この場合には、還元剤の実噴射量Qudactが過剰になっていたことが記録される。
【００６４】
一方、還元剤の実噴射量Qudactを減らしながら還元剤の噴射を行う中で、還元剤の実噴射量Qudactが不足している図５（ｂ）の場合、アンモニアの実吸着量Vactの補正を１０回行った時点（t20）でもＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0を上回っている。この場合には、還元剤の実噴射量Qudactが不足していたことが記録されるとともに、アンモニアの実吸着量Vactが今度は減量補正され（図５（ｂ）のt21の時点）、算出される還元剤の要求噴射量Qudtgtを増加させる。その結果、還元剤の実噴射量Qudactが増加し、還元されずに還元触媒１３の下流側に流出するＮＯX量が減るために、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0を下回る。したがって、以降は、アンモニアの実吸着量Vactの補正をしなくても、還元剤の要求噴射量Qudtgtが適正に算出されるようになる。
【００６５】
なお、アンモニアの実吸着量Vactの補正回数が閾値n1を越える一方、閾値n2未満のときにＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0を下回った場合には、上記と同様に、以降の還元剤の要求噴射量Qudtgtが適正に算出されるようになるが、還元剤の過不足との認識はされずに、誤差の範囲として扱われる。
【００６６】
（３）−６  自己診断部
自己診断部は、還元剤噴射装置４０を構成する各部に異常が生じていないか診断を行う。このような各部の異常診断の方法は特に制限されるものではなく、種々の診断方法を採用することができる。具体的には、還元剤噴射装置４０を構成する第１の供給通路４４、第２の供給通路４５、あるいは還元剤噴射弁４３の詰まりや、各センサ値の誤差等の有無の診断が行われる。本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた制御装置３０では、自己診断部での診断結果が噴射量補正部に送信される。
【００６７】
（３）−７  噴射量補正部
噴射量補正部は、噴射量演算パラメータ値補正部によって行われる要求噴射量Qudtgtの適正化を何度か実施した後でもなお、還元剤の実噴射量Qudactの過不足が生じる場合に、今度は、要求噴射量演算部で算出された要求噴射量Qudtgtに対して所定のシステム補正係数αを乗じて補正後の要求噴射量Qamudtgtが算出されるようにする。この場合、これ以降、補正後の要求噴射量Qamudtgtが還元剤噴射弁制御部に送信され、補正後の要求噴射量Qamudtgtに基づいて還元剤の噴射制御が行われる。
【００６８】
ここで、本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた制御装置３０では、噴射量補正部によって要求噴射量Qudtgtの補正が行われる際には、噴射量演算パラメータ値補正部に記録されていた還元剤の実噴射量Qudactの過不足の判定結果の履歴を考慮して、システム補正係数αが設定される。具体的には、これまでの還元剤の実噴射量Qudactの過不足の判定結果の履歴から、還元剤の実噴射量Qudactが過剰状態になっていると推定されるときには、算出される補正後の要求噴射量Qamudtgtが減らされるように、システム補正係数αは、α＜１の値に設定される。一方、これまでの還元剤の実噴射量Qudactの過不足の判定結果の履歴から、還元剤の実噴射量Qudactが不足状態になっていると推定されるときには、算出される補正後の要求噴射量Qamudtgtが増加するように、システム補正係数αは、α＞１の値に設定される。
【００６９】
また、噴射量補正部は、還元剤の実噴射量Qudactの過不足の判定結果の履歴だけでなく、自己診断部で行われる還元剤噴射装置４０を構成する各部の異常診断の結果に基づいてシステム補正係数αを設定できるようにもなっている。具体的には、還元剤噴射装置４０を構成する第１の供給通路４４、第２の供給通路４５、あるいは還元剤噴射弁４３の詰まりや、各センサ値の誤差等の診断結果に応じて還元剤の実噴射量Qudactの過不足を推定して、システム補正係数αを設定する。例えば、第１又は第２の供給通路４４、４５、あるいは還元剤噴射弁４３の詰まりが生じている場合には、還元剤の実噴射量Qudactが少なくなるために、システム補正係数αはα＞１の値に設定される。
【００７０】
また、噴射量補正部は、噴射量補正部によって還元剤の要求噴射量Qudtgtの補正を一度行った後、補正後の実噴射量Qamudtgtに基づいて噴射される還元剤の実噴射量Qudactに再び過不足を生じたときには、使用していたシステム補正係数αの補正を行う。
このように要求噴射量演算部で算出された要求噴射量Qudtgtに対して所定のシステム補正係数αを乗じて補正後の要求噴射量Qamudtgtを算出することによって、演算パラメータのずれではなく、還元剤噴射弁４３や第１及び第２の供給通路４４、４５の詰まりや劣化等の、還元剤噴射装置４０内に生じたシステム全体に影響するような経時変化の影響が解消される。
【００７１】
３．還元剤噴射装置の制御方法
次に、これまで説明した図１の排気浄化装置１０及び図３の制御装置３０を用いて行われる還元剤噴射装置の制御方法のルーチンの一例について、図６及び図７の制御フローを参照しつつ説明する。なお、このルーチンは、内燃機関の運転状態において常時実行されるようになっている。
【００７２】
まず、スタート後のステップＳ１で第１カウンタがリセットされた後、ステップＳ２で、内燃機関５の回転数Ne、燃料噴射量Qf、燃料噴射タイミングTM、アクセル操作量Ac、還元触媒１３の上流側及び下流側の排気温度Tu、Tl等が読込まれる。次いで、ステップＳ３では、ステップＳ２で読込まれた値に基づいて、内燃機関５から排出されるＮＯX流量Fnox、ＮＯX濃度Dnox、当該ＮＯXを１００％還元するために必要なアンモニア流量Fnh3、還元触媒１３の温度Tcat、及び還元触媒１３におけるアンモニアの実吸着量Vact等の演算パラメータ値が算出される。
【００７３】
次いで、ステップＳ４では、第１カウンタが０になっているか否かが判別される。この第１カウンタは、ＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値を越えている場合に進められるカウンタであり、ステップＳ４では、少なくとも前回のＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0以上になっていたときにＹｅｓと判別され、ステップＳ８に進む。
一方、ステップＳ４で第１カウンタが１以上になっているときにはステップＳ５に進み、第２カウンタ値が０であるか否かが判別される。第２カウンタが０である場合には、少なくとも還元剤の実噴射量Qudactが不足状態ではないため、ステップＳ６に進み、ステップＳ３で算出したアンモニアの実吸着量Vactの値を増加する補正が行われた後、ステップＳ８に進む。アンモニアの実吸着量Vactの値を増加する補正が行われるということは、後のステップＳ９で算出される還元剤の要求噴射量Qudtgtが減らされることにつながる。
【００７４】
一方、第２カウンタが１以上である場合には、還元剤の実噴射量Qudactが不足状態であるため、ステップＳ７に進み、ステップＳ３で算出したアンモニアの実吸着量Vactの値を減らす補正が行われた後、ステップＳ８に進む。アンモニアの実吸着量Vactの値を減らす補正が行われるということは、後のステップＳ９で算出される還元剤の要求噴射量Qudtgtが増やされることにつながる。
【００７５】
本実施形態の例では、アンモニアの実吸着量Vactを増量補正、すなわち還元剤の要求噴射量Qudtgtを減らすことを基本として、ステップＳ５において還元剤の実噴射量Qudactが不足状態であると判定されたときにのみ、アンモニアの実吸着量Vactを減量補正、すなわち還元剤の要求噴射量Qudtgtを増やすようにしている。したがって、ＮＯXよりも相対的に毒性の高いアンモニアが還元触媒１３の下流側に流出するおそれが低減される。
これらのステップＳ６及びＳ７は、還元剤の実噴射量Qudactの適正化を図るために行われるものである。
【００７６】
次いで、ステップＳ８では、ステップＳ３で算出した演算パラメータ値あるいはステップＳ６又はステップＳ７で補正を行ったアンモニアの実吸着量Vactの値を用いて、還元触媒１３におけるＮＯXの還元効率ηや第１〜第３の係数fac1〜fac3が求められる。そして、ステップＳ９では、これまで求めた演算パラメータ値やＮＯXの還元効率η、第１〜第３の係数fac1〜fac3に基づいて、還元剤の要求噴射量Qudtgtが演算により求められる。
【００７７】
還元剤の要求噴射量Qudtgtが求められると、次いで、ステップＳ１０では、システム補正係数αが設定されているか否かが判別され、システム補正係数αが設定されていなければそのままステップＳ１２に進む一方、システム補正係数αが設定されていればステップＳ１１に進んで、要求噴射量Qudtgtにシステム補正係数αを乗じて、補正後の要求噴射量Qudtgt’が算出された後にステップＳ１２に進む。本ルーチンにおいて、これまでに還元剤の実噴射量Qudactの過不足が生じていなければ、システム補正係数αが設定されておらず、算出された要求噴射量Qudtgtの補正は行われない。その後、ステップＳ１２では、還元剤の要求噴射量Qudtgt又は補正後の要求噴射量Qudtgt’に従って還元剤噴射弁４３に対して操作信号を出力する。
【００７８】
還元剤の噴射が実行されると、次いで、ステップＳ１３ではＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが読込まれ、さらに、ステップＳ１４で、センサ値Snoxが閾値Sn0以上であるか否かが判別される。センサ値Snoxが閾値Sn0以上の状態は、還元剤の実噴射量Qudactに過不足が生じていることを示しており、このときにはステップＳ１５で第１カウンタ値が一つ進められる。その後、ステップＳ１６で第１カウンタ値が判定閾値n2に到達したか否かが判別され、第１カウンタ値が判定閾値n2に到達していない場合にはステップＳ２に戻り、再びこれまでのステップが行われる。一方、第１カウンタ値が判定閾値n2に到達している場合には、還元剤の実噴射量Qudactが不足状態になっているため（図５（ｂ）の状態）、ステップＳ１７で還元剤の実噴射量Qudactの不足が認識されるとともに、さらにステップＳ１８で、第３カウンタ値が０でない場合には第３カウンタをリセットした上で第２カウンタ値が一つ進められた後、ステップＳ２２に進む。
【００７９】
また、上述のステップＳ１４で、センサ値Snoxが閾値Sn0未満の状態は、今回の還元剤の実噴射量Qudactが適正化されていることを示しており、このときにはステップＳ１９で第１カウンタ値が１以上かつ判定閾値n1以下であるか否かが判別される。第１カウンタ値が０の場合には、本ルーチンにおいてこれまでＮＯXセンサ１５のセンサ値Snoxが閾値Sn0以上になったことがないのであり、還元剤の要求噴射量Qudtgtの演算が精度よく行なわれていることが分かるため、Ｎｏと判別されてそのままステップＳ２２に進む。同様に、ステップＳ１９で第１カウンタ値が判定閾値n1を越え、かつ、判定閾値n2未満の場合には、還元剤の要求噴射量Qudtgtの演算値に多少誤差が出てはいたものの、還元剤の実噴射量Qudactの過不足と言えるほどに大きな差ではなかったものと判断され、Ｎｏと判別されてそのままステップＳ２２に進む。
【００８０】
一方、ステップＳ１９で第１カウンタ値が１以上かつ判定閾値n1以下である場合には、還元剤の実噴射量Qudactが過剰状態になっているため（図５（ａ）の状態）、ステップＳ２０で還元剤の実噴射量Qudactの過剰が認識されるとともに、さらにステップＳ２１で、第２カウンタ値が０でない場合には第２カウンタをリセットした上で第３カウンタ値が一つ進められた後、ステップＳ２２に進む。
【００８１】
次いで、ステップＳ２２では、第２カウンタ値及び第３カウンタ値がともに、判定閾値n3未満であるか否かが判別される。このステップＳ２２は、上述のステップＳ５で行われた還元触媒１３におけるアンモニアの実吸着量Vactの増量補正による還元剤の実噴射量Qudactの適正化処理では改善されないほどに、還元剤の実噴射量Qudactに異常が発生しているか否かを判別するステップである。第２カウンタ値及び第３カウンタ値がともに判定閾値n3未満であれば、そのような還元剤の実噴射量Qudactの異常が発生していないと判定され、本ルーチンを終了してスタートに戻る。
【００８２】
一方、第２カウンタ値及び第３カウンタ値のいずれかが判定閾値n3以上になっている場合には、ステップＳ２３に進み、第２カウンタ値が判定閾値n3以上であるか否かが判別される。このステップＳ２３は、これまでの還元剤の実噴射量Qudactの過不足の履歴を参照することで、システム補正係数αの設定値をα＜１又はα＞１のいずれの値にすればよいかを判別するために行われる。第２カウンタ値が判定閾値n3以上である場合には、還元剤の実噴射量Qudactが不足する状態の異常が発生しているため、ステップＳ２４において、ステップＳ１１で行われる還元剤の要求噴射量Qudtgtの補正に用いられるシステム補正係数αが、α＞１の値に設定される。一方、第２カウンタ値が判定閾値n3未満である場合には、第３カウンタ値が判定閾値n3以上であり、還元剤の実噴射量Qudactが過剰な状態での異常が発生しているため、ステップＳ２５において、システム補正係数αが、α＜１の値に設定される。
【００８３】
このシステム補正係数αは、システム補正係数αの設定回数及びこれまでの還元剤の実噴射量Qudactの過不足の履歴に応じて設定値が決定され、還元剤噴射装置４０の各部の劣化度合いに応じて還元剤の要求噴射量Qudtgtの補正が行われる。このステップＳ２４又はＳ２５でシステム補正係数αが設定されると、次回のルーチンではステップＳ１１において、ステップＳ９で算出された要求噴射量Qudtgtにシステム補正係数αを乗じて補正後の要求噴射量Qudtgt’が求められ、当該補正後の要求噴射量Qudtgt’にしたがって還元剤の噴射が行われる。その結果、還元剤噴射装置の各部の経時劣化や還元剤の供給通路や還元剤噴射弁の詰まり等によって生じた、還元剤噴射弁の開弁時間と噴射量との特性の変化に対応して、還元剤の実噴射量Qudactが適正化される。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の構成例を示す図である。
【図２】還元触媒中のアンモニア量と、ＮＯXセンサ値及びアンモニア又はＮＯX濃度との関係を説明するための図である。
【図３】本実施形態の制御装置（還元剤噴射制御装置）の構成例を示すブロック図である。
【図４】制御装置で行われる還元剤の要求噴射量の演算方法を説明するための図である。
【図５】還元剤の要求噴射量Qudtgtの適正化処理の方法を説明するためのタイムチャート図である。
【図６】還元剤噴射装置の制御方法の一例を説明するためのフロー図である。
【図７】還元剤噴射装置の制御方法の一例を説明するためのフロー図である。
【符号の説明】
【００８５】
５：内燃機関、１０：排気浄化装置、１１：排気通路、１３：還元触媒、１５：ＮＯXセンサ、２６：上流側温度センサ、２７：下流側温度センサ、３０：制御装置（還元剤噴射制御装置）、４０：還元剤噴射装置、４１：貯蔵タンク、４２：ポンプ、４３：還元剤噴射弁、４４：第１の供給通路、４５：第２の供給通路、４７：圧力センサ
【図１】
2010133354.tif 000003
【図２】
2010133354.tif 000004
【図３】
2010133354.tif 000005
【図４】
2010133354.tif 000006
【図５】
2010133354.tif 000007
【図６】
2010133354.tif 000008
【図７】
2010133354.tif 000009