(57)【要約】【課題】ＮＯｘ触媒から流出した還元剤を精度良く検出する排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気管１１には、排気上流側から順にＳＣＲ触媒（ＮＯｘ触媒）１３、酸化触媒１４が配設されている。排気管１１においてＳＣＲ触媒１３よりも排気上流側には、尿素水添加弁１５が設けられるとともに、排気温度センサ１７が設けられている。一方、排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の排気下流側には、下流側ＮＯｘセンサ１８が設けられている。また、酸化触媒１４には、触媒温度センサ１９が設けられている。ＥＣＵ４０は、触媒温度センサ１９の検出値に基づいて酸化触媒１４の温度を算出し、排気温度センサ１７の検出値に基づいて酸化触媒１４に流入する排気の温度を算出する。そして、ＥＣＵ４０は、算出された触媒温度及び排気温度の温度差に基づいて、ＳＣＲ触媒１３から流出したアンモニアを検出する。【選択図】図１
2010031731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着しその還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するＮＯｘ触媒と、前記排気通路の前記ＮＯｘ触媒よりも排気下流側に設けられ、前記ＮＯｘ触媒から流出した還元剤を酸化させる酸化触媒とを備え、前記ＮＯｘ触媒よりも排気上流側に還元剤を添加する排気浄化システムに適用され、
前記酸化触媒における発熱量に相当する発熱量データを算出する発熱量データ算出手段と、
前記発熱量データ算出手段により算出された発熱量データに基づいて、前記ＮＯｘ触媒からの還元剤の流出の有無及び還元剤の流出量の少なくともいずれか一方を検出する還元剤検出手段と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記発熱量データ算出手段は、前記酸化触媒に流入する排気の温度と前記酸化触媒の温度又は前記酸化触媒から流出した排気の温度との温度差を、前記発熱量データとして算出し、
前記還元剤検出手段は、前記発熱量データ算出手段により算出された温度差に基づいて、前記還元剤の検出を行う請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記酸化触媒に流入する排気の温度を検出する排気温度検出手段を備え、
前記排気温度検出手段により検出された排気の温度が低いほど、前記還元剤の流出の有無の検出に用いられる前記発熱量データの閾値を小さくする、又は前記発熱量データに対応する還元剤の流出量を大きくする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記酸化触媒に流入する排気の流速を検出する流速検出手段を備え、
前記流速検出手段により検出された排気の流速が大きいほど、前記還元剤の流出の有無の検出に用いられる前記発熱量データの閾値を小さくする、又は前記発熱量データに対応する還元剤の流出量を大きくする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気通路の前記ＮＯｘ触媒と前記酸化触媒との間に設けられ、ＮＯｘと還元剤とに検出感度を有するガスセンサを備えた排気浄化システムに適用され、
前記還元剤検出手段は、前記ＮＯｘ触媒からの還元剤の流出量を検出するものであり、
前記ガスセンサの検出値に基づいて、前記ＮＯｘ触媒から流出した排気に含まれるＮＯｘ量を算出するＮＯｘ量算出手段と、
前記ＮＯｘ量算出手段により算出されたＮＯｘ量を、前記還元剤検出手段により検出された還元剤の流出量に基づいて補正するＮＯｘ量補正手段と、
を備えている請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着しその還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するＮＯｘ触媒と、前記排気通路の前記ＮＯｘ触媒よりも排気下流側に設けられ、前記ＮＯｘ触媒から流出した還元剤を酸化させる酸化触媒とを備え、前記ＮＯｘ触媒よりも排気上流側に還元剤を添加する排気浄化システムに適用され、
前記酸化触媒における発熱量に相当する発熱量データを算出する発熱量データ算出手段と、
前記発熱量データ算出手段により算出された発熱量データが、前記酸化触媒における酸化反応が飽和したときの最大発熱量に相当するものである場合に、前記酸化触媒から還元剤が流出している旨を判定する流出判定手段と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記発熱量データ算出手段は、前記酸化触媒に流入する排気の温度と前記酸化触媒の温度又は前記酸化触媒から流出した排気の温度との温度差を、前記発熱量データとして算出し、
前記流出判定手段は、前記発熱量データ算出手段により算出された温度差に基づいて、前記酸化触媒からの還元剤の流出の有無を判定する請求項６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、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に還元剤としてのアンモニアにより排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を選択的に浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）を採用した排気浄化システムに好適に適用されるものである。なお、本システムは、一般に還元剤として尿素水溶液（尿素水）が用いられることから、尿素ＳＣＲシステムとして知られている。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等に適用されるエンジン（特にディーゼルエンジン）において、排気中のＮＯｘを高い浄化率で浄化する排気浄化システムとして、尿素ＳＣＲシステムの開発が進められており、一部実用化に至っている。尿素ＳＣＲシステムとしては、エンジン本体に接続された排気管に、排気上流側から選択還元型のＮＯｘ触媒、酸化触媒が設けられ、当該ＮＯｘ触媒の排気上流側に尿素水添加弁により尿素水を排気管内に添加するものが知られている。この尿素ＳＣＲシステムでは、尿素水添加弁により排気管内に添加された尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3）が生成され、そのアンモニアがＮＯｘ触媒に吸着する。そして、ＮＯｘ触媒上におけるアンモニア及びＮＯｘの還元反応によってＮＯｘが浄化される。
【０００３】
ここで、ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量の限界値は、ＮＯｘ触媒の温度に応じて変化する（図２参照）。すなわち、ＮＯｘ触媒の温度が高くなるほど、アンモニア吸着量の限界値は小さくなる。そのため、ＮＯｘ触媒の温度上昇によりＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの量がその限界値を超えると、余剰分のアンモニアがＮＯｘ触媒から流出する。この流出したアンモニアを酸化させるのが、上記酸化触媒である。酸化触媒にてアンモニアは、無害な窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）等に分解される。
【０００４】
ところが、ＮＯｘ触媒から流出するアンモニアの量（以下「アンモニアスリップ量」という）が酸化触媒の能力を超えると、酸化触媒における酸化反応は飽和状態となる。すると、酸化触媒からアンモニアが流出し、大気中へ放出されてしまう。また、尿素ＳＣＲシステムとしては、ＮＯｘ触媒と酸化触媒との間にＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）を検出するＮＯｘセンサを設けたものもある。かかる場合、ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出すると、ＮＯｘセンサの検出値に誤差が生じてしまう。すなわち、ＮＯｘセンサは、多くの場合、ＮＯｘだけでなくアンモニアにも検出感度を有している。そのため、ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出すると、ＮＯｘセンサの検出値は実際の排気に含まれるＮＯｘ量よりも多くのＮＯｘ量を示す値となる。
【０００５】
これに対して、特許文献１に記載の発明では、ＮＯｘ触媒の触媒温度が所定温度、すなわちアンモニアがＮＯｘ触媒から脱離を開始する温度（脱離開始温度）以上となった場合に、尿素水添加弁による尿素水の添加供給を中止する。これにより、アンモニアのＮＯｘ触媒からの流出を抑制しようとしている。
【特許文献１】特開２００７−１６２４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、脱離開始温度はＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量に応じて変化することから、特許文献１に記載の発明ではアンモニア吸着量の算出が必要となる。しかるに、アンモニア吸着量の算出には、尿素水の添加量や、ＮＯｘ触媒に流入する排気のＮＯｘ量や、ＮＯｘ触媒から流出した排気のＮＯｘ量など多くのパラメータを要するため、これらのパラメータ検出における誤差が蓄積される。また、多くのパラメータの適合は容易でない。その結果、アンモニアのＮＯｘ触媒からの流出の有無を精度良く検出することができない。
【０００７】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、ＮＯｘ触媒から流出した還元剤を精度良く検出する排気浄化装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。
【０００９】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着しその還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するＮＯｘ触媒と、排気通路のＮＯｘ触媒よりも排気下流側に設けられ、ＮＯｘ触媒から流出した還元剤を酸化させる酸化触媒とを備え、ＮＯｘ触媒よりも排気上流側に還元剤を添加する排気浄化システムに適用される。かかる構成では、ＮＯｘ触媒から流出した還元剤が酸化触媒に到達すると、当該還元剤が酸化触媒にて酸化され、これに伴って酸化触媒は発熱する。その発熱量は、酸化触媒にて酸化された還元剤の量が多いほど大きくなる。
【００１０】
そこで、請求項１に記載の発明では、酸化触媒における発熱量に相当する発熱量データを算出し、算出された発熱量データに基づいて、ＮＯｘ触媒からの還元剤の流出の有無及び還元剤の流出量の少なくともいずれか一方を検出する。酸化触媒における発熱量は、ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量を要さずとも、つまり多くのパラメータを要さずとも算出することが可能である。例えば、酸化触媒における発熱量は、少なくとも酸化触媒に流入する排気の温度と酸化触媒の触媒温度又は酸化触媒から流出する排気の温度とを用いることで算出することが可能である。そのため、請求項１に記載の発明によれば、パラメータ検出における誤差の蓄積が抑制され、かつ、パラメータの適合も容易となることから、ＮＯｘ触媒からの還元剤の流出の有無や、還元剤の流出量を精度良く検出することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、酸化触媒に流入する排気の温度と酸化触媒の温度又は酸化触媒から流出した排気の温度との温度差を、発熱量データとして算出し、算出された温度差に基づいて上記還元剤の検出を行う。上記温度差は、酸化触媒における発熱量とよく相関するため、ＮＯｘ触媒からの還元剤の流出の有無や還元剤の流出量を一層精度良く検出することができる。
【００１２】
酸化触媒では、ＮＯｘ触媒からの還元剤の流出量が同一であっても、酸化触媒に流入する排気の温度や流速によって、酸化反応による発熱量が変化すると考えられる。詳しくは、ＮＯｘ触媒からの還元剤の流出量が同一であっても、酸化触媒に流入する排気の温度が低いほど、酸化触媒にて酸化されるアンモニアの量が少なくなり、酸化触媒における発熱量が小さくなることが考えられる。かかる場合、酸化触媒に流入する排気の温度が低くなるほど、ＮＯｘ触媒から流出した還元剤の量に対して生じる酸化触媒の発熱量が小さくなる。そのため、酸化触媒に流入する排気の温度を検出し、検出された排気の温度が低いほど、上記還元剤の流出の有無の検出に用いられる発熱量データの閾値を小さくする、又は発熱量データに対応する還元剤の流出量を大きくすることが好ましい（請求項３）。
【００１３】
また、ＮＯｘ触媒からの還元剤の流出量が同一であっても、酸化触媒に流入する排気の流速が大きいほど、酸化触媒にて酸化されるアンモニアの量が少なくなり、酸化触媒における発熱量が小さくなることが考えられる。かかる場合、酸化触媒に流入する排気の流速が大きくなるほど、ＮＯｘ触媒から流出した還元剤の量に対して生じる酸化触媒１４の発熱量が小さくなる。そのため、酸化触媒に流入する排気の流速を検出し、検出された排気の流速が大きいほど、還元剤の流出の有無の検出に用いられる発熱量データの閾値を小さくする、又は発熱量データに対応する還元剤の流出量を大きくすることが好ましい（請求項４）。
【００１４】
請求項３，４に記載の発明によれば、酸化触媒に流入する排気の温度や流速の変化に伴う酸化触媒における発熱量の変化を、上記還元剤の検出に反映させて、上記還元剤の検出精度の向上を図ることができる。
【００１５】
排気通路のＮＯｘ触媒と酸化触媒との間に設けられ、ＮＯｘと還元剤とに検出感度を有するガスセンサを備えた排気浄化システムでは、ＮＯｘ触媒から還元剤が流出すると、ガスセンサの検出値に誤差が生じる。そこで、請求項５に記載の発明では、ガスセンサの検出値に基づいて、ＮＯｘ触媒から流出した排気に含まれるＮＯｘ量を算出し、算出されたＮＯｘ量をＮＯｘ触媒から流出した還元剤の流出量に基づいて補正する。これにより、ＮＯｘ触媒から流出した排気に含まれるＮＯｘ量を精度良く検出することができる。
【００１６】
酸化触媒における酸化反応が飽和状態になると、酸化触媒における発熱量は、ＮＯｘ触媒から流出した還元剤の量に拘わらず所定の最大発熱量となる。そこで、請求項６に記載の発明では、酸化触媒における発熱量に相当する発熱量データを算出し、算出された発熱量データが酸化触媒の最大発熱量に相当するものである場合に、酸化触媒から還元剤が流出している旨を判定する。請求項６に記載の発明によれば、比較的少ないパラメータに基づいて、酸化触媒からの還元剤の流出の有無を精度良く判定することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、酸化触媒に流入する排気の温度と酸化触媒の温度又は酸化触媒から流出した排気の温度との温度差を、発熱量データとして算出し、算出された温度差に基づいて酸化触媒からの還元剤の流出の有無を判定する。上記温度差は、酸化触媒における発熱量とよく相関するため、酸化触媒からの還元剤の流出の有無を一層精度良く判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本実施形態の排気浄化装置は、選択還元型触媒を用いて排気中のＮＯｘを浄化するものであり、尿素ＳＣＲシステムとして構築されている。はじめに、図１を参照してこのシステムの構成について詳述する。図１は、本実施形態に係る尿素ＳＣＲシステムの概要を示す構成図である。本システムは、自動車に搭載されたディーゼルエンジン（図示略）により排出される排気を浄化対象として、排気を浄化するための各種アクチュエータ及び各種センサ、並びにＥＣＵ（電子制御ユニット）４０等を有して構築されている。
【００１９】
エンジン排気系の構成として、図示しないエンジン本体に接続され排気通路を形成する排気管１１には、排気上流側から順に選択還元触媒（以下「ＳＣＲ触媒」という）１３、アンモニアスリップ触媒（以下「酸化触媒」という）１４が配設されている。排気管１１においてＳＣＲ触媒１３よりも排気上流側には、還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管１１内に添加供給するための尿素水添加弁１５が設けられるとともに、ＮＯｘセンサ１６及び排気温度センサ１７が設けられている。一方、排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の排気下流側には、ＮＯｘセンサ１８が設けられている。ＮＯｘセンサ１６はＳＣＲ触媒１３の排気上流側にて排気中のＮＯｘ濃度に相関する信号を出力し、ＮＯｘセンサ１８はＳＣＲ触媒１３の排気下流側にて排気中のＮＯｘ濃度に相関する信号を出力する。また、酸化触媒１４には、触媒温度センサ１９が設けられている。触媒温度センサ１９は、酸化触媒１４の温度に相関する信号を出力する。以下の説明では、ＮＯｘセンサ１６を「上流側ＮＯｘセンサ」、ＮＯｘセンサ１８を「下流側ＮＯｘセンサ」とも称する。なお、本実施形態では、ＮＯｘセンサ１８はＮＯｘだけでなくアンモニアにも検出感度を有していることを、想定している。
【００２０】
上述した排気系の構成では、エンジン本体から排出された排気はＳＣＲ触媒１３を通過し、その際、排気中のＮＯｘがアンモニアとの還元反応により浄化される。
【００２１】
ＳＣＲ触媒１３は、ＮＯｘの還元反応（排気浄化反応）を促進するものであり、
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ    …（式１）
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ    …（式２）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ      …（式３）
のような反応を促進して排気中のＮＯｘを還元する。そして、これらの反応においてＮＯｘの還元剤となるアンモニア（ＮＨ3）を添加供給するものが、同ＳＣＲ触媒１３の上流
側に設けられた尿素水添加弁１５である。
【００２２】
尿素水添加弁１５は、ガソリン噴射用の既存の燃料噴射弁（インジェクタ）とほぼ同様の構成を有するものであり、公知の構成が採用できるため、ここでは構成を簡単に説明する。尿素水添加弁１５は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、先端噴孔部を開閉するためのニードルを有する弁体部とを備えた電磁式開閉弁として構成されており、ＥＣＵ４０からの噴射駆動信号に基づき開弁又は閉弁する。すなわち、噴射駆動信号に基づき電磁ソレノイドが通電されると、該通電に伴いニードルが開弁方向に移動し先端噴孔部１５ａから尿素水が添加（噴射）される。
【００２３】
尿素水添加弁１５に対しては、尿素水タンク２１から尿素水が逐次供給されるようになっており、次に、尿素水供給系の構成について説明する。
【００２４】
尿素水タンク２１は給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定濃度（３２．５％）の尿素水が貯蔵されている。尿素水タンク２１内には、尿素水に浸漬した状態で尿素水ポンプ２２が設けられている。尿素水ポンプ２２は、ＥＣＵ４０からの駆動信号により回転駆動される電動式ポンプである。尿素水ポンプ２２には尿素水供給管２３の一端が接続されており、同尿素水供給管２３の他端は尿素水添加弁１５に接続されている。尿素水供給管２３により尿素水通路が形成されている。尿素水ポンプ２２が回転駆動されることにより、尿素水が汲み上げられ尿素水供給管２３を通じて尿素水添加弁１５側に吐出される。
【００２５】
尿素水ポンプ２２は、例えば駆動源として電動機（モータ）を備えるタービン式ポンプであり、電動機の駆動に伴いインペラが回転するとともにインペラ外周部に設けられた多数の羽根溝から尿素水が圧送されるようになっている。また、本システムには、尿素水の圧力を調整するための圧力調整弁２４が設けられており、尿素水ポンプ２２の吐出圧力は圧力調整弁２４によって適宜調整される。その他、尿素水ポンプ２２の吐出口部分には、尿素水を濾過するためのフィルタ（図示略）が設けられており、逐次吐出される尿素水はフィルタにより異物が除去された後、尿素水供給管２３に吐出される。
【００２６】
なお、尿素水ポンプ２２としては、ロータ式ポンプ等、他のポンプを採用してもよい。また、インタンク式の尿素水ポンプ２２に代えて、インライン式の尿素水ポンプを採用してもよい。
【００２７】
上記システムの中で電子制御ユニットとして主体的に排気浄化に係る制御を行う部分がＥＣＵ４０である。ＥＣＵ４０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、各種センサの出力信号に基づいて所望とされる態様で尿素水添加弁１５をはじめとする各種アクチュエータを操作することにより、排気浄化に係る各種の制御を行うものである。具体的には、例えば尿素水添加弁１５の通電時間（開弁時間）や尿素水ポンプ２２の駆動量等を制御することにより、適切な時期に適正な量の尿素水を排気管１１内に添加供給する。
【００２８】
本実施形態に係る上記システムでは、エンジン運転時において、尿素水ポンプ２２の駆動により尿素水タンク２１内の尿素水が尿素水供給管２３を通じて尿素水添加弁１５に圧送され、尿素水添加弁１５により排気管１１内に尿素水が添加供給される。すると、排気管１１内において排気と共に尿素水がＳＣＲ触媒１３に供給され、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯｘの還元反応が行われることによってその排気が浄化される。ＮＯｘの還元に際しては、例えば、
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2    …（式４）
のような反応をもって、尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3
）が生成され、ＳＣＲ触媒１３にアンモニアが吸着するとともに同ＳＣＲ触媒１３において排気中のＮＯｘがアンモニアにより選択的に還元除去される。すなわち、同ＳＣＲ触媒１３上で、そのアンモニアに基づく還元反応（上記反応式（式１）〜（式３））が行われることによって、ＮＯｘが還元、浄化されることになる。
【００２９】
尿素水添加弁１５の尿素水添加制御について説明する。本実施形態では、尿素水添加制御として、基本的に、尿素水添加量のフィードバック制御を実施することとしている。このフィードバック制御では、ＳＣＲ触媒１３における実際のアンモニア吸着量を算出するともとに、そのアンモニア吸着量を目標値に一致させるように尿素水添加弁１５の尿素水添加量を制御する。アンモニア吸着量は、ＳＣＲ触媒１３におけるアンモニア供給量とアンモニア消費量との収支に基づいて算出される。アンモニアの供給量は、尿素水添加弁１５による尿素水添加量に基づいて算出される。アンモニア消費量は、以下に示すようにＳＣＲ触媒１３の排気上流及び下流側のＮＯｘ量に基づいて算出される。すなわち、ＮＯｘセンサ１６，１８の出力信号に基づいてＳＣＲ触媒１３の排気上流及び下流側のＮＯｘ量を検出し、これらのＮＯｘ量の差を算出する。そして、算出されたＮＯｘ量の差、すなわちＳＣＲ触媒１３にて浄化されたＮＯｘ量に基づいて、アンモニア消費量を算出する。
【００３０】
ここで、ＳＣＲ触媒１３の温度とアンモニア吸着量の限界値とは図２に示す関係にあり、ＳＣＲ触媒１３の温度が高くなるほどアンモニア吸着量の限界値が小さくなる。アンモニア吸着量の限界値は、ＳＣＲ触媒１３においてアンモニア吸着が飽和する吸着量の上限値である。
【００３１】
そのため、ＳＣＲ触媒１３の温度の上昇に伴ってＳＣＲ触媒１３に吸着されているアンモニアの量がその限界値を超えると、余剰分のアンモニアがＳＣＲ触媒１３から排気下流へ流出する（図２に示すＡ１→Ａ２参照）。この流出したアンモニアを酸化させるのが、酸化触媒１４である。アンモニアは、酸化触媒１４にて、例えば、
４ＮＨ3＋３Ｏ2→２Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ    …（式５）
のような酸化反応をもって、無害な窒素（Ｎ2）及び水（Ｈ2Ｏ）等に分解される。
【００３２】
ところが、ＳＣＲ触媒１３から流出するアンモニアの量（以下「アンモニアスリップ量」という）が酸化触媒１４の能力を超え酸化触媒１４が飽和状態になると、アンモニアが、酸化触媒１４にて酸化されることなく酸化触媒１４から流出し、ひいては大気中へ放出されてしまう。
【００３３】
そこで、本実施形態では、アンモニアのＳＣＲ触媒１３からの流出（アンモニアスリップ）の有無、アンモニアの酸化触媒１４からの流出の有無、及びアンモニアスリップ量の検出を行うこととしている。
【００３４】
詳しくは、図３に示すように、酸化触媒１４における発熱量は、アンモニアスリップ量が大きくなるほど大きくなる。但し、アンモニアスリップ量が酸化触媒１４の能力を超えて、当該酸化触媒１４における還元剤の酸化反応が飽和状態になると、酸化触媒１４における発熱量は、アンモニアスリップ量によらず所定の最大発熱量となる。一方、酸化触媒１４の温度と酸化触媒１４に流入する排気の温度との温度差は、酸化触媒１４における発熱量によく相関する。そのため、以下の（１）〜（３）のように、それぞれアンモニアスリップの有無、アンモニアの酸化触媒１４からの流出の有無及びアンモニアスリップ量を検出する。
（１）酸化触媒１４の温度及び酸化触媒１４に流入する排気の温度の温度差が所定値α以上である場合に、ＳＣＲ触媒１３から流出したアンモニアが酸化触媒１４に到達したと見なして、アンモニアスリップが発生した旨を検出する。ここで、所定値αは、酸化触媒１４においてアンモニアの酸化反応に伴う発熱が生じているか否かを判定可能な温度差である。
（２）酸化触媒１４の温度及び酸化触媒１４に流入する排気の温度の温度差が所定値αよりも大きい所定値β以上である状態が所定時間だけ継続した場合に、酸化触媒１４におけるアンモニアの酸化反応が飽和状態となって、アンモニアが酸化触媒１４から流出している旨を検出する。ここで、所定値βは、酸化触媒１４の最大発熱量に対応する温度差である。
（３）酸化触媒１４の温度及び酸化触媒１４に流入する排気の温度の温度差に基づいて、アンモニアスリップ量を検出する。
【００３５】
さらに、上記（１）〜（３）の検出結果に応じて、以下の（４）〜（６）の処理を実行する。
（４）（１）の結果としてアンモニアスリップが発生した旨を検出した場合には、上記尿素水添加制御において、尿素水添加弁１５による尿素水の添加量を制限する。これにより、アンモニアスリップの発生を抑制することができる。
（５）（２）の結果としてアンモニアが酸化触媒１４から流出した旨を検出した場合には、所定のフェイル処理を実行する。酸化触媒１４における還元剤の酸化反応が飽和状態となる事態は、尿素水の添加供給系に異常がある場合や、ＳＣＲ触媒１３が劣化した場合に生じ得る。フェイル処理としては、尿素水添加弁１５による尿素水の添加量を制限することや、故障警告灯（ＭＩＬ）の点灯などにより尿素ＳＣＲシステムに異常が発生した旨を表示することや、故障診断データ（ダイアグデータ）をバックアップメモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）に記憶することが考えられる。これにより、アンモニアの酸化触媒１４からの流出を抑制することができる。
（６）（３）により検出されたアンモニアスリップ量に応じて、下流側ＮＯｘセンサ１８の出力信号に基づいて検出されたＮＯｘ量を補正する。本実施形態のＮＯｘセンサは、上述の如くＮＯｘだけでなくアンモニアにも検出感度を有している。そのため、ＳＣＲ触媒１３からアンモニアが流出すると、下流側ＮＯｘセンサ１８の出力信号が実際のＮＯｘ量よりも大きな値を示す。よって、アンモニアスリップ量に応じて下流側ＮＯｘセンサ１８に基づいて検出されたＮＯｘ量を減補正することにより、ＳＣＲ触媒１３の排気下流側のＮＯｘ量を精度良く算出することができる。特に、本実施形態では、上記アンモニア消費量を精度良く算出することができ、ひいては尿素水添加量のフィードバック制御を良好に行うことができる。
【００３６】
以下、アンモニア検出処理について図４に基づいて詳しく説明する。図４は、アンモニア検出プログラムの流れを示すフローチャートである。本実施形態では、本プログラムがＥＣＵ４０により所定周期（所定クランク角ごとに又は所定時間周期）で実行されることにより、アンモニア検出処理が行われることを想定している。
【００３７】
図４に示すステップＳ１１では、ＥＣＵ４０は、触媒温度センサ１９の出力信号に基づいて酸化触媒１４の温度（触媒温度）Ｔcatを検出する。続くステップＳ１２では、ＥＣＵ４０は、排気温度センサ１７の出力信号に基づいて酸化触媒１４に流入する排気の温度（排気温度）Ｔextを検出する。
【００３８】
ステップＳ１３では、ＥＣＵ４０は、触媒温度Ｔcat及び排気温度Ｔextに基づいて、アンモニアスリップが発生したか否かを判定する。詳しくは、ＥＣＵ４０は、触媒温度Ｔcatから排気温度Ｔextを減算し、算出された温度差が所定値α以上である場合にアンモニアスリップが発生したと判定する。そして、ＥＣＵ４０は、アンモニアスリップが発生したと判定した場合には、ステップＳ１４においてアンモニアスリップ発生フラグをセットした上で、ステップＳ１６の処理に進む。一方、アンモニアスリップが発生していないと判定した場合には、ステップＳ１５においてアンモニアスリップ発生フラグをリセットした上で、ステップＳ２０の処理に進む。
【００３９】
ステップＳ１６〜Ｓ２１では、ＥＣＵ４０は、酸化触媒１４の温度Ｔcat及び酸化触媒１４へ流入する排気の温度Ｔextに基づいて、酸化触媒１４からアンモニアが流出したか否かを判定する。
【００４０】
詳しくは、ステップＳ１６では、ＥＣＵ４０は、触媒温度Ｔcat及び排気温度Ｔextの温度差が所定値β以上であるか否かを判定する。
【００４１】
ステップＳ１６において触媒温度Ｔcat及び排気温度Ｔextの温度差が所定値β以上であると判定した場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１７においてファイル判定用カウンタをカウントアップした上で、ステップＳ１８の処理に進む。ファイル判定用カウンタは、触媒温度Ｔcat及び排気温度Ｔextの温度差が所定値β以上である状態の継続時間を計時するためのものある。ステップＳ１８では、ＥＣＵ４０は、ファイル判定用カウンタのカウンタ値が所定の閾値Ｃ１以上か否かを判定する。そして、ＥＣＵ４０は、ファイル判定用カウンタのカウンタ値が閾値Ｃ１以上であると判定した場合、すなわち触媒温度Ｔcat及び排気温度Ｔextの温度差が所定値β以上である状態が所定時間だけ継続したと判定した場合には、ステップＳ１９においてファイル処理フラグをセットした上で、ステップＳ２２の処理に進む。一方、ファイル判定用カウンタのカウンタ値が閾値Ｃ１よりも小さいと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、ファイル処理フラグをセットすることなく、ステップＳ２２の処理に進む。
【００４２】
これに対して、ステップＳ１６において触媒温度Ｔcat及び排気温度Ｔextの温度差が所定値β以上でないと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、ファイル判定用カウンタをクリアし（ステップＳ２０）、フェイル処理フラグをリセットした上で（ステップＳ２１）、ステップＳ２２の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ２２では、ＥＣＵ４０は、酸化触媒１４の温度Ｔcat及び酸化触媒１４に流入する排気の温度Ｔextに基づいて、アンモニアスリップ量を算出する。例えば、触媒温度Ｔcat及び排気温度Ｔextの温度差とアンモニアスリップ量との関係を実験的に求め、これらの関係を示すマップをメモリに予め記憶しておく。このマップでは、触媒温度Ｔcat及び排気温度Ｔextの温度差が大きいほどアンモニアスリップ量が多くなっている。そして、ＥＣＵ４０は、上記マップを参照して、触媒温度Ｔcat及び排気温度Ｔextの温度差からアンモニアスリップ量を算出する。
【００４４】
ステップＳ２３〜Ｓ２６では、ＥＣＵ４０は、アンモニアスリップ発生フラグ及びファイル処理フラグに応じた処理を実行する。
【００４５】
詳しくは、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２３においてファイル処理フラグがセットされているか否かを判定し、ステップＳ２４においてアンモニアスリップ発生フラグがセットされているか否かを判定する。ＥＣＵ４０は、ファイル処理フラグがセットされていると判定した場合には、ステップＳ２５において上述したフェイル処理を実行した上で、ステップＳ２７の処理に進む。アンモニアスリップ発生フラグがセットされていると判定した場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２６において尿素水添加量を制限、すなわち尿素水添加量のフィードバック制御において設定される量よりも少ない量の尿素水添加量を設定した上で、ステップＳ２７の処理に進む。アンモニアスリップ発生フラグ及びファイル処理フラグがいずれもリセットされていないと判定された場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２７の処理に進む。
【００４６】
ステップＳ２７では、ＥＣＵ４０は、上記尿素水添加制御において、下流側ＮＯｘセンサ１８の出力信号に基づいて検出されたＮＯｘ量を、ステップＳ２２において算出したアンモニアスリップ量に応じて減補正する。例えば、アンモニアスリップ量と補正量との関係を示すマップをメモリに予め記憶しておく。このマップでは、アンモニアスリップ量が多いほど補正量が大きくなっている。そして、ＥＣＵ４０は、このマップを用いて、上記ＮＯｘ量の検出値を補正する。
【００４７】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００４８】
酸化触媒１４の温度Ｔcat及び酸化触媒１４に流入する排気の温度Ｔext、すなわち２つのパラメータに基づいて、アンモニアスリップの有無、アンモニアスリップ量及び酸化触媒１４からのアンモニアの流出の有無を検出するようにした。上記アンモニアの検出に要するパラメータは少ないので、パラメータ検出における誤差の蓄積を抑制でき、かつ、パラメータの適合（所定値α，βの設定）も容易となる。そのため、アンモニアスリップの有無、アンモニアスリップ量及び酸化触媒１４からのアンモニアの流出の有無を精度良く検出することができる。
【００４９】
触媒温度Ｔcatと排気温度Ｔextとの温度差に基づいて、上記アンモニアの検出を行った。触媒温度Ｔcat及び排気温度Ｔextの温度差は、酸化触媒１４における発熱量とよく相関する。そのため、上記アンモニアの検出精度の向上を図ることができる。
【００５０】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
【００５１】
・以下のようにＳＣＲ触媒１３から流出したアンモニアを検出してもよい。すなわち、酸化触媒１４の温度、酸化触媒１４に流入する排気の温度及び酸化触媒１４における発熱量の関係を実験的に求め、これらの関係を示すマップをメモリに予め記憶しておく。そして、当該マップを参照して酸化触媒１４の温度及び酸化触媒１４に流入する排気の温度から酸化触媒１４における発熱量を算出し、算出した発熱量に基づいてＳＣＲ触媒１３から流出したアンモニアを検出する。この場合でも、上記実施形態と同様の優れた効果を得ることができる。
【００５２】
・酸化触媒１４では、ＳＣＲ触媒１３から流出したアンモニアの量が同一であっても、酸化触媒１４に流入する排気の温度や流速によって、酸化触媒１４における発熱量が変化すると考えられる。そのため、酸化触媒１４に流入する排気の温度や流速を加味して、アンモニアスリップ量を検出することが好ましい。
【００５３】
例えば、アンモニアスリップ量が同一であっても、酸化触媒１４に流入する排気の温度が低いほど、酸化触媒１４にて酸化されるアンモニアの量が少なくなり、酸化触媒１４における発熱量が小さくなることが考えられる。かかる場合、酸化触媒１４に流入する排気の温度が低くなるほど、アンモニアスリップ量に対して生じる酸化触媒１４の発熱量が小さくなる。そのため、上記アンモニア検出処理において、酸化触媒１４に流入する排気の温度が低いほど、所定値αを小さく設定することや、酸化触媒１４に流入する排気の温度が低いほど、ステップＳ２２において算出したアンモニアスリップ量を増補正することが好ましい。これにより、酸化触媒１４に流入する排気の温度の変化に伴う酸化触媒１４における発熱量の変化を、上記アンモニアの検出に反映させて、上記アンモニアの検出精度の向上を図ることができる。
【００５４】
また、アンモニアスリップ量が同一であっても、酸化触媒１４に流入する排気の流速が大きいほど、酸化触媒１４にて酸化されるアンモニアの量が少なくなり、酸化触媒１４における発熱量が小さくなることが考えられる。かかる場合、酸化触媒１４に流入する排気の流速が大きくなるほど、アンモニアスリップ量に対して生じる酸化触媒１４の発熱量が小さくなる。そのため、エンジン回転速度や燃料噴射量などに基づいて酸化触媒１４に流入する排気の流速を算出し、算出された酸化触媒１４に流入する排気の流速が大きいほど、所定値αを小さく設定することや、算出された酸化触媒１４に流入する排気の流速が大きいほど、ステップＳ２２において算出したアンモニアスリップ量を増補正することが好ましい。これにより、酸化触媒１４に流入する排気の流速の変化に伴う酸化触媒１４における発熱量の変化を、上記アンモニアの検出に反映させて、上記アンモニアの検出精度の向上を図ることができる。
【００５５】
・酸化触媒１４に流入する排気の温度及び酸化触媒１４から流出した排気の温度を検出し、酸化触媒１４に流入する排気の温度を、酸化触媒１４から流出した排気の温度から減算し、算出された温度差に基づいて、上記アンモニア検出処理を行ってもよい。酸化触媒１４に流入する排気の温度及び酸化触媒１４から流出した排気の温度は、酸化触媒１４に流入する排気の温度及び酸化触媒１４の温度と同様、酸化触媒１４における発熱量に相関する。よって、上記実施形態と同様の優れた効果を得ることができる。
【００５６】
特に、酸化触媒１４の温度分布にムラが生じる場合には、酸化触媒１４に流入する排気の温度及び酸化触媒１４の温度よりも、酸化触媒１４に流入する排気の温度及び酸化触媒１４から流出した排気の温度の方が、酸化触媒１４における発熱量によく相関すると考えられる。かかる場合には、酸化触媒１４に流入する排気の温度及び酸化触媒１４から流出した排気の温度に基づいて、ＳＣＲ触媒１３から流出するアンモニアの検出を行うことが好ましい。これにより、ＳＣＲ触媒１３から流出するアンモニアの検出精度の向上を図ることができる。
【００５７】
・本発明を、上述した尿素ＳＣＲシステム以外で具体化することも可能である。例えば、本発明を、酸化触媒１４の排気下流側に下流側ＮＯｘセンサ１８を設けた尿素ＳＣＲシステム（図５参照）で具体化してもよい。かかる場合、本発明の適用によりアンモニアの酸化触媒１４からの流出が抑制されるため、下流側ＮＯｘセンサ１８の検出値の誤差を低減ことができる。また、アンモニア発生源として固体の尿素を用いその尿素から還元剤としての尿素水又はアンモニアを生成するシステム、アンモニア発生源として軽油などの燃料を用いるシステム、アンモニアを排気通路に直接添加するシステム、アンモニア以外の還元剤（ＨＣ等）を用いるシステムなどにおいて具体化することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】排気浄化システムの概略を示す構成図。
【図２】ＳＣＲ触媒の温度とアンモニア吸着量の限界値との関係を示す図。
【図３】アンモニアスリップ量と酸化触媒における発熱量との関係を示す図。
【図４】アンモニア検出プログラムの流れを示すフローチャート。
【図５】他の実施形態に係る排気浄化システムの概略を示す構成図。
【符号の説明】
【００５９】
１１…排気管、１３…ＳＣＲ触媒（ＮＯｘ触媒）、１４…酸化触媒、１５…尿素水添加弁、１６…上流側ＮＯｘセンサ、１７…排気温度センサ（排気温度検出手段）、１８…下流側ＮＯｘセンサ（ガスセンサ）、１９…触媒温度センサ、４０…ＥＣＵ（排気浄化装置）。
【図１】
2010031731.tif 000003
【図２】
2010031731.tif 000004
【図３】
2010031731.tif 000005
【図４】
2010031731.tif 000006
【図５】
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