(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ排気中の所定成分を除去することにより排気を浄化する排気浄化部材と、
前記排気系における前記排気浄化部材より上流に、前記排気浄化部材に吸着して該排気浄化部材を通過する排気中の所定成分と反応する浄化剤を供給する浄化剤供給手段と、
前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布を取得し、該取得した浄化剤の吸着量分布に基づいて、前記浄化剤供給手段による浄化剤の供給を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記排気浄化部材に吸着している浄化剤が前記排気浄化部材から脱離した場合に当該脱離した浄化剤が前記排気浄化部材から流出する確からしさの指標であるスリップ発生確率を前記排気浄化部材内の位置毎に取得し、前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布と、前記スリップ発生確率と、に基づいて算出される有効吸着量が所定の第２の閾値以上の場合、浄化剤の供給を停止させるか又は浄化剤の供給量を減少させるように前記浄化剤供給手段を制御する排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御手段は、前記排気浄化部材に流入する排気の温度の変化及び前記内燃機関の運転状態の変化の少なくとも一方に基づいて、前記有効吸着量を補正することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気系に設けられ排気中の所定成分を除去することにより排気を浄化する排気浄化部材と、
前記排気系における前記排気浄化部材より上流に、前記排気浄化部材に吸着して該排気浄化部材を通過する排気中の所定成分と反応する浄化剤を供給する浄化剤供給手段と、
前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布を取得し、該取得した浄化剤の吸着量分布に基づいて、前記浄化剤供給手段による浄化剤の供給を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記排気浄化部材内の所定の第１の部分における浄化剤の吸着量が所定の閾値以上となるように前記浄化剤供給手段による浄化剤の供給を制御する第１の制御と、
前記排気浄化部材内の前記第１の部分より排気流れ方向下流側に位置する所定の第２の部分における浄化剤の吸着量が前記閾値と同等もしくは少ない所定の目標値となるように前記浄化剤供給手段による浄化剤の供給を制御する第２の制御と、
を実行する排気浄化装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記制御手段は、前記第１の制御を前記第２の制御よりも優先的に実行する
ことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、
前記排気浄化部材へ流入する排気中の所定成分量を取得する流入成分量取得手段と、
前記排気浄化部材から流出する排気中の所定成分量を取得する流出成分量取得手段と、
前記排気浄化部材の温度を取得する温度取得手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記流入成分量取得手段により取得される所定成分量と、前記流出成分量取得手段により取得される所定成分量と、前記温度取得手段により取得される温度と、に基づいて、前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布を取得する
ことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項において、
前記制御手段は、前記排気浄化部材内を排気流れ方向に複数のセルに分割したモデルにおいて、各セルにおける浄化剤の吸着量の検出値及び／又は推定値に基づいて前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布を取得する
ことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項７】
請求項３又は４において、
前記制御手段は、前記排気浄化部材内を排気流れ方向に３以上のセルに分割したモデルにおいて、最上流に位置する第１のセルを前記第１の部分とし、前記第１のセルの下流側に隣接する第２のセルを前記第２の部分とする
ことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項８】
請求項６又は７において、
前記排気浄化部材内の所定のセルから流出する所定成分の濃度を検出する成分量センサを備え、
前記制御手段は、
前記浄化剤供給手段により供給される浄化剤の量と、前回推定された前記排気浄化部材内の最上流に位置する第１のセルから前記所定のセルまでのセル群からなる所定の領域における浄化剤の吸着量と、前記所定の領域に新たに吸着可能な浄化剤の量と、に基づいて、前記所定の領域における浄化剤の吸着量を推定し、
内燃機関の運転条件から推定される前記排気浄化部材に流入する所定成分の量と、前記成分量センサによる検出値から推定される前記所定のセルから流出する所定成分の量と、に基づいて、前記所定の領域における浄化剤の消費量を推定し、
前記推定した前記所定の領域における浄化剤の吸着量及び消費量に基づいて、前記所定の領域における浄化剤の実際の吸着量を推定する
ことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項９】
請求項６から８のいずれか１項において、
前記排気浄化部材内の所定のセルの前後それぞれにおける浄化剤の濃度を検出する浄化剤量センサと、
前記所定のセルの前後それぞれにおける所定成分の濃度を検出する成分量センサと、
を備え、
前記制御手段は、
内燃機関の運転条件から推定される前記排気浄化部材を通過する排気の流量と、前記浄化剤量センサによる検出値と、に基づいて、前記所定のセルの前後における浄化剤量の差を推定し、
内燃機関の運転条件から推定される前記排気浄化部材を通過する排気の流量と、前記成分量センサによる検出値と、に基づいて、前記所定のセルの前後における所定成分量の差を推定し、
前記推定した前記所定のセルの前後における浄化剤量の差及び所定成分量の差に基づいて、前記所定のセルにおいて消費された浄化剤量及び前記所定のセルに新たに吸着した浄化剤量を推定し、
前記推定した前記所定のセルにおける浄化剤の消費量及び新たな吸着量と、前回推定された前記所定のセルにおける浄化剤の吸着量と、に基づいて、前記所定のセルにおける浄化剤の実際の吸着量を推定する
ことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項において、
前記排気浄化部材は、排気中のＮＯｘを選択的に還元して除去するＮＯｘ還元触媒であり、
前記浄化剤は、前記ＮＯｘ還元触媒に吸着して前記ＮＯｘ還元触媒を通過する排気中のＮＯｘと酸化還元反応する還元剤であることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項１１】
内燃機関の排気中の所定成分と反応する浄化剤を吸着して排気を浄化する排気浄化部材より排気流れ方向上流側への浄化剤の供給を制御する方法であって、
前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布を取得する工程と、
前記取得した浄化剤の吸着量分布に基づいて浄化剤の供給を制御する制御工程と、
を有し、
前記制御工程では、前記排気浄化部材に吸着している浄化剤が前記排気浄化部材から脱離した場合に当該脱離した浄化剤が前記排気浄化部材から流出する確からしさの指標であるスリップ発生確率を前記排気浄化部材内の位置毎に取得し、前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布と、前記スリップ発生確率と、に基づいて算出される有効吸着量が所定の第２の閾値以上の場合、浄化剤の供給を停止するか又は浄化剤の供給量を減少させるように浄化剤の供給を制御する排気浄化装置の制御方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記制御工程では、前記排気浄化部材に流入する排気の温度の変化及び前記内燃機関の運転状態の変化の少なくとも一方に基づいて、前記有効吸着量を補正する排気浄化装置の制御方法。
【請求項１３】
内燃機関の排気中の所定成分と反応する浄化剤を吸着して排気を浄化する排気浄化部材より排気流れ方向上流側への浄化剤の供給を制御する方法であって、
前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布を取得する工程と、
前記取得した浄化剤の吸着量分布に基づいて浄化剤の供給を制御する工程と、
を有し、
前記制御工程では、
前記排気浄化部材の所定の第１の部分における浄化剤の吸着量が所定の閾値以上となるように浄化剤の供給を制御する第１の工程と、
前記排気浄化部材内の前記第１の部分より排気流れ方向下流側に位置する所定の第２の部分における浄化剤の吸着量が前記閾値と同等もしくは少ない所定の目標値となるように浄化剤の供給を制御する第２の工程と、
を実行する排気浄化装置の制御方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記制御工程では、前記第１の工程が前記第２の工程よりも優先的に実行される排気浄化装置の制御方法。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれか１項において、
前記排気浄化部材へ流入する排気中の所定成分量を取得する流入成分量取得工程と、
前記排気浄化部材から流出する排気中の所定成分量を取得する流出成分量取得工程と、
前記排気浄化部材の温度を取得する温度取得工程と、
を有し、
前記制御工程では、前記流入成分量取得工程において取得される所定成分量と、前記流出成分量取得工程において取得される所定成分量と、前記温度取得工程において取得される温度と、に基づいて、前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布を取得する排気浄化装置の制御方法。
【請求項１６】
請求項１１から１４のいずれか１項において、
前記制御工程では、前記排気浄化部材内を排気流れ方向に複数のセルに分割したモデルにおいて、各セルにおける浄化剤の吸着量の検出値及び／又は推定値に基づいて前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布を取得する排気浄化装置の制御方法。
【請求項１７】
請求項１３又は１４において、
前記制御工程では、前記排気浄化部材内を排気流れ方向に３以上のセルに分割したモデルにおいて、最上流に位置する第１のセルを前記第１の部分とし、前記第１のセルの下流側に隣接する第２のセルを前記第２の部分とする排気浄化装置の制御方法。
【請求項１８】
請求項１６又は１７において、
前記制御工程では、
浄化剤の供給量と、前回推定された前記排気浄化部材内の最上流に位置する第１のセルから前記排気浄化部材内の所定のセルまでのセル群からなる所定の領域における浄化剤の吸着量と、前記所定の領域に新たに吸着可能な浄化剤の量と、に基づいて、前記所定の領域における浄化剤の吸着量を推定し、
内燃機関の運転条件から推定される前記排気浄化部材に流入する所定成分の量と、前記所定のセルから流出する所定成分の濃度を検出する成分量センサによる検出値から推定される前記所定のセルから流出する所定成分の量と、に基づいて、前記所定の領域における浄化剤の消費量を推定し、
前記推定した前記所定の領域における浄化剤の吸着量及び消費量に基づいて、前記所定の領域における浄化剤の実際の吸着量を推定する排気浄化装置の制御方法。
【請求項１９】
請求項１６から１８のいずれか１項において、
前記制御工程では、
内燃機関の運転条件から推定される前記排気浄化部材を通過する排気の流量と、前記排
気浄化部材内の所定のセルの前後それぞれにおける浄化剤の濃度を検出する浄化剤量センサによる検出値と、に基づいて、前記所定のセルの前後における浄化剤量の差を推定し、
内燃機関の運転条件から推定される前記排気浄化部材を通過する排気の流量と、前記所定のセルの前後それぞれにおける所定成分の濃度を検出する成分量センサによる検出値と、に基づいて、前記所定のセルの前後における所定成分量の差を推定し、
前記所定のセルの前後における浄化剤量の差及び所定成分量の差に基づいて、前記所定のセルにおいて消費された浄化剤量及び前記所定のセルに新たに吸着した浄化剤量を推定し、
前記所定のセルにおける浄化剤の消費量及び新たな吸着量と、前回推定された前記所定のセルにおける浄化剤の吸着量と、に基づいて、前記所定のセルにおける浄化剤の実際の吸着量を推定する排気浄化装置の制御方法。
【請求項２０】
請求項１１から１９のいずれか１項において、
前記排気浄化部材は、排気中のＮＯｘを選択的に還元して除去するＮＯｘ還元触媒であり、
前記浄化剤は、前記ＮＯｘ還元触媒に吸着して前記ＮＯｘ還元触媒を通過する排気中のＮＯｘと酸化還元反応する還元剤である排気浄化装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置及び排気浄化装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関からの排気を浄化する部材として、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒が用いられている。ＮＯｘ還元触媒を備えた排気浄化装置においては、ＮＯｘ還元触媒の上流からＮＯｘ還元触媒にアンモニアを供給する。アンモニア供給方法としては排気中に尿素水を噴射する方法が一般的である。
【０００３】
排気中に噴射された尿素水は、排気中で分解してアンモニアを生じる。尿素水から生じたアンモニアはＮＯｘ還元触媒に吸着する。ＮＯｘ還元触媒に吸着したアンモニアとＮＯｘ還元触媒に流入する排気中のＮＯｘとの間で酸化還元反応が促進され、排気中のＮＯｘが除去される。
【０００４】
ＮＯｘ還元触媒によるＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ還元触媒に吸着するアンモニアの量に依存する。ＮＯｘ還元触媒により多くのアンモニアが吸着するほど、高いＮＯｘ浄化率が得られる。しかしながら、ＮＯｘ還元触媒に吸着可能なアンモニアの量には上限があり、上限を超える過剰な量のアンモニアがＮＯｘ還元触媒に供給されると、ＮＯｘ還元触媒に吸着できないアンモニアがＮＯｘ還元触媒から流出するアンモニアスリップが発生し易くなる。
【０００５】
このように、ＮＯｘ還元触媒を備えた排気浄化装置においては、ＮＯｘ浄化率の向上とアンモニアスリップの抑制とは両立させることが難しかった。
【０００６】
これに対し、ＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの消費量と、還元剤供給手段によるアンモニアの添加量と、に基づいて、ＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの実吸着量を算出し、算出した実吸着量に基づいて、ＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着量が目標吸着量になるようにアンモニアの添加量を制御することによって、ＮＯｘ浄化率の向上とアンモニアスリップの抑制との両立を図った発明が提案されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２９３７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＮＯｘ還元触媒に同じ量だけアンモニアが吸着している場合であっても、ＮＯｘ還元触媒内のアンモニア吸着量の分布によって、ＮＯｘ浄化率やアンモニアスリップの発生のし易さが異なる。
【０００９】
例えば、ＮＯｘ還元触媒上流から尿素水を添加した直後は、ＮＯｘ還元触媒内の排気流れ方向で上流側の部分に吸着しているアンモニアの量が、下流側の部分に吸着しているアンモニアの量より多くなることがある。このようなアンモニア吸着量の分布になっている場合、ＮＯｘ還元触媒内に一様に（均等に）アンモニアが吸着した分布になっている場合よりも、高いＮＯｘ浄化率が得られる。
【００１０】
一方、尿素水を添加してからある程度時間が経過した後は、ＮＯｘ還元触媒内の排気流
れ方向で下流側の部分に吸着しているアンモニアの量が、上流側の部分に吸着しているアンモニアの量より多くなることがある。このようなアンモニア吸着量の分布になっている場合、ＮＯｘ還元触媒内に一様にアンモニアが吸着した分布になっている場合よりも、アンモニアスリップが発生し易い。
【００１１】
特許文献１に記載の発明では、ＮＯｘ還元触媒全体でのアンモニアの吸着量を目標吸着量に制御するようにしているのみで、このようなＮＯｘ還元触媒内のアンモニア吸着量の分布によるＮＯｘ浄化率やアンモニアスリップの発生し易さの違いを考慮していないため、ＮＯｘ浄化率の向上やアンモニアスリップの抑制の効果が十分に得られない可能性がある。
【００１２】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気系に設けられ、排気流れ方向上流側より供給されるアンモニアを吸着して排気中のＮＯｘを還元し除去するＮＯｘ還元触媒を備えた排気浄化装置において、ＮＯｘ浄化率を高め且つアンモニアスリップの発生を抑制することができる技術を提供することを目的とする。
【００１３】
より一般的に、内燃機関の排気系に設けられ、排気流れ方向上流側より供給される浄化剤を吸着して排気の浄化を行う排気浄化部材を備えた排気浄化装置において、排気の浄化率を高め且つ排気浄化部材からの浄化剤の流出を抑制することができる技術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】
【００１４】
上記の課題を解決するための本発明は、
内燃機関の排気系に設けられ排気中の所定成分を除去することにより排気を浄化する排気浄化部材と、
前記排気系における前記排気浄化部材より上流に、前記排気浄化部材に吸着して該排気浄化部材を通過する排気中の所定成分と反応する浄化剤を供給する浄化剤供給手段と、
前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布を取得し、該取得した浄化剤の吸着量分布に基づいて、前記浄化剤供給手段による浄化剤の供給を制御する制御手段と、
を備える排気浄化装置である。
【００１５】
この構成によれば、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布に応じた排気浄化部材による所定成分の浄化率の相違や排気浄化部材から浄化剤が流出するスリップの発生し易さの相違を考慮して、所定成分の浄化率を向上させることができる吸着量分布や、浄化剤のスリップを抑制することができる吸着量分布が実現されるように、浄化剤供給手段による浄化剤の供給を制御できる。従って、所定成分の浄化率を高め、浄化剤のスリップを抑制することが可能になる。
【００１６】
例えば、排気浄化部材全体の浄化剤の吸着量が同じであっても、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布によって、浄化剤のスリップの発生し易さは異なる。浄化剤のスリップの発生し易さによって、可能な浄化剤供給制御の範囲は異なる。
【００１７】
例えば、排気浄化部材全体の浄化剤の吸着量が同じであっても、浄化剤のスリップが発生し易い吸着量分布になっている場合は浄化剤の供給を停止又は減少させるのが好ましいが、浄化剤のスリップが発生しにくい吸着量分布になっている場合は、スリップの発生を抑制しつつ更に浄化剤の供給を行うことができる。
【００１８】
本発明によれば、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布に基づいて浄化剤の供給制御を行うので、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布によって異なる浄化剤スリップの発生し易さを考慮して、浄化剤のスリップの発生を抑制可能な範囲内でできるだけ浄化剤の吸着
量を多くするように浄化剤の供給制御を行うことができる。
【００１９】
排気浄化部材内の浄化剤の吸着量が多いほど所定成分の浄化率は高くなるので、本発明によれば、浄化剤のスリップの発生を抑制しながら、所定成分の浄化率を向上させることが可能になる。
【００２０】
排気浄化部材内の排気流れ方向上流側の部分に吸着している浄化剤が脱離した場合、当該脱離した浄化剤はスリップする可能性もあるが、排気浄化部材内の下流側の部分に移動してそこで所定成分と反応して消費される可能性が高い。つまり排気浄化部材内の上流側の部分における浄化剤の吸着量が多くてもスリップの発生し易さへの影響は小さい。
【００２１】
一方、排気浄化部材内の下流側の部分に吸着している浄化剤が脱離した場合、当該脱離した浄化剤はそのまま排気浄化部材から排気通路へ流出してしまう可能性が高い。つまり、排気浄化部材内の下流側の部分に吸着している浄化剤は、上流側の部分に吸着している浄化剤と比較して、スリップの発生し易さへの影響が大きい。
【００２２】
このことから、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布が、排気浄化部材内の下流側の部分における吸着量が多い分布になっている場合、スリップが発生する可能性が高いと判断できる。
【００２３】
そこで、本発明において、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布に基づいて、排気浄化部材内の下流側の所定部分における浄化剤の吸着量を求め、それに基づいて浄化剤の供給制御を行うようにすることができる。
【００２４】
すなわち、本発明において、前記制御手段は、前記排気浄化部材内の排気流れ方向下流側の所定部分における浄化剤の吸着量が所定の第１の閾値以上の場合、浄化剤の供給を停止させるか又は浄化剤の供給量を減少させるように前記浄化剤供給手段を制御することができる。
【００２５】
これにより、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布が、スリップの発生し易い吸着量分布になっている場合、つまり、排気浄化部材内の下流側の所定部分における浄化剤の吸着量が多い吸着量分布になっている場合には、浄化剤の供給が停止又は減量される。従って、スリップの発生を好適に抑制することができる。
【００２６】
逆に、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布が、スリップの発生し易い吸着量分布になっていない場合、つまり、排気浄化部材内の下流側の所定部分における浄化剤の吸着量が少ない吸着量分布になっている場合には、浄化剤の供給が停止又は減量されない。
【００２７】
従って、浄化剤の供給が不要に停止されたり減量されたりしないため、高い浄化率を維持できる。この場合、スリップの発生を抑制可能な範囲内で浄化剤の供給を増加させることも可能である。これにより、浄化率をより高めることができる。
【００２８】
従来であれば、排気浄化部材全体の浄化剤の吸着量が多い場合には、浄化剤の供給が停止又は減量されると考えられる。
【００２９】
この点、本発明によれば、排気浄化部材全体の浄化剤の吸着量が、従来であれば浄化剤の供給が停止又は減量されるほど多い場合であっても、排気浄化部材内の下流側の所定部分における浄化剤の吸着量が第１の閾値より少なければ、浄化剤の供給が停止又は減量されない。
【００３０】
従って、浄化剤のスリップを抑制しながら、従来よりも多くの浄化剤を排気浄化部材に吸着させることができる。よって、浄化率を従来より向上させることができる。
【００３１】
上記構成の「所定部分」は、排気浄化部材から浄化剤が脱離した場合にスリップが発生する可能性が高い領域である。例えば、排気浄化部材を排気流れ方向に２つの部分に分けたモデルでは、下流側の部分を上記構成の「所定部分」とすることができる。
【００３２】
３以上の部分に分けたモデルでは、最上流に位置する部分より下流側の部分や、最下流に位置する部分を上記構成の「所定部分」とすることができる。どの部分を上記構成の「所定部分」に設定するかによって、「第１の閾値」を適切に設定するとよい。
【００３３】
「第１の閾値」は、「所定部分」における浄化剤の吸着量の基準値であり、例えば所定の許容レベルを超える量のスリップが発生しない吸着量の上限値に基づいて設定することができる。 
【００３４】
本発明においては、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布に基づいて、スリップが発生する確からしさを求め、それに基づいて浄化剤の供給制御を行うようにすることもできる。
【００３５】
すなわち、本発明において、前記制御手段は、前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布に基づいて、前記排気浄化部材から浄化剤が流出する確からしさを判断するための指標であるスリップ判定値を取得し、該スリップ判定値が所定の第２の閾値以上の場合、浄化剤の供給を停止させるか又は浄化剤の供給量を減少させるように前記浄化剤供給手段を制御することができる。
【００３６】
これにより、スリップの発生を抑制可能な浄化剤供給制御の範囲をより正確に判断することができる。従って、スリップの発生をより確実に抑制しながら、より多くの浄化剤を供給することができる。よって、スリップの抑制と所定成分の浄化率の向上とを高度に両立させることができる。 
【００３７】
排気浄化部材に吸着している浄化剤が排気浄化部材から脱離した場合に、当該脱離した浄化剤が排気浄化部材から流出する確からしさは、当該脱離した浄化剤が吸着していた位置によって異なる。上述したように、排気浄化部材内の下流側の部分に吸着している浄化剤は、上流側の部分に吸着している浄化剤より、脱離した場合にスリップの発生要因となる可能性が高い。
【００３８】
つまり、排気浄化部材内の異なる位置に同量の浄化剤が吸着している場合であっても、位置によってスリップが発生する確からしさへの寄与（確からしさを増大させる影響の大きさ）は異なる。排気浄化部材内の吸着量分布に加えて、排気浄化部材内の位置によるスリップの発生し易さへの寄与の違いを考慮して、スリップ判定値を算出すると良い。
【００３９】
すなわち、上記の構成において、前記制御手段は、前記排気浄化部材に吸着している浄化剤が前記排気浄化部材から脱離した場合に当該脱離した浄化剤が前記排気浄化部材から流出する確からしさの指標であるスリップ発生確率を前記排気浄化部材内の位置毎に取得し、前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布と、前記スリップ発生確率と、に基づいて、前記スリップ判定値を取得することができる。
【００４０】
スリップ発生確率は、排気浄化部材の構造や材質などによるが、概略、排気浄化部材内の位置が下流端に近いほど大きくなる傾向を有していると考えられる。排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布に加えて、このようなスリップ発生確率をも考慮してスリップ判定値
を求めることによって、スリップの発生可能性をより正確に判断して浄化剤の供給制御を行うことが可能になる。
【００４１】
なお、前述した、排気浄化部材の下流側の所定部分における吸着量が第１の閾値以上か否かに応じて浄化剤の供給制御を行う構成は、所定部分において１、それ以外で０となるようなスリップ発生確率を用いた場合と考えることもできる。 
【００４２】
排気浄化部材に吸着可能な浄化剤の上限量は排気浄化部材の温度に依存する場合がある。例えば、選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの上限量は、触媒温度が高くなるほど少なくなる傾向がある。
【００４３】
急加速により内燃機関の運転状態が高負荷側へ大きく変化した場合や、排気浄化部材より上流側に配置されるパティキュレートフィルタにおいてパティキュレートの酸化除去処理が行われる場合などのように、排気浄化部材に流入する排気の温度が上昇する状況では、排気浄化部材の温度が上昇し、排気浄化部材に吸着可能な浄化剤の量が変化する場合がある。選択還元型ＮＯｘ触媒の場合には、アンモニアの吸着可能量が減少する。
【００４４】
温度上昇に伴って浄化剤の吸着可能量が減少する場合、急な温度上昇に際して浄化剤の供給停止又は減量の制御が間に合わず、結果として浄化剤が供給過剰となってスリップを招く可能性がある。
【００４５】
排気浄化部材に流入する排気の温度上昇や内燃機関の運転状態の変化の影響が、排気浄化部材の温度上昇として実際に現われるまでには、時間的に遅れがある。従って、排気浄化部材に流入する排気の温度変化や内燃機関の運転状態の変化を検出することにより、近い将来排気浄化部材の温度が急速に上昇することを予測できる。
【００４６】
そのような予測がなされた時点で、浄化剤の供給を停止又は減量する制御を実行しておけば、実際に排気浄化部材の温度が上昇して吸着可能な浄化剤の量が減少した時に過剰な浄化剤が供給される事態を回避することができる。
【００４７】
そこで、本発明において、前記制御手段は、前記排気浄化部材に流入する排気の温度の変化及び前記内燃機関の運転状態の変化の少なくとも一方に基づいて、前記スリップ判定値を補正するようにしても良い。
【００４８】
上記構成において、排気浄化部材に流入する排気の温度の変化及び内燃機関の運転状態の変化の少なくとも一方に基づいて、近い将来に排気浄化部材の温度が急速に上昇することが予測された場合に、スリップ判定値を増加補正すればよい。
【００４９】
そうすることで、スリップ判定値が第２の閾値以上との判断がなされ易くなり、浄化剤供給の停止や減量の制御が実行され易くすることができる。その結果、排気浄化部材の温度上昇を伴う運転条件の変化に際してスリップが発生することを好適に抑制することが可能になる。
【００５０】
排気浄化部材全体の浄化剤の吸着量が同じであっても、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布によって所定成分の浄化率は異なる。本発明によれば、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布に基づいて浄化剤の供給制御を行うので、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布による所定成分の浄化率の違いを考慮して、浄化剤のスリップの発生を抑制可能な範囲内でできるだけ所定成分の浄化率が高くなるように浄化剤の供給制御を行うことができる。
【００５１】
排気浄化部材には排気流れ方向上流端から所定成分が流入するため、排気浄化部材内の上流側の部分における浄化剤の吸着量が多い分布になっている場合の方が、排気浄化部材内に均一（一様）に浄化剤が吸着した分布になっている場合よりも、浄化率が高くなる。
【００５２】
一方、スリップの発生し易さの点では、排気浄化部材内の下流側の部分における浄化剤の吸着量が多い分布になっている場合の方が、排気浄化部材内に均一に浄化剤が吸着した分布になっている場合よりも、スリップが発生し易い。
【００５３】
これらの点を考慮して、本発明において、排気浄化部材内の上流側の部分には飽和量に近い量の浄化剤が吸着するとともに、当該部分より下流側の部分にはそれより少ない量の浄化剤が吸着するように、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布に基づいて浄化剤の供給制御を行うことによって、スリップの発生を抑制しながら浄化率を高めることができる。
【００５４】
すなわち、本発明において、前記制御手段は、
前記排気浄化部材内の所定の第１の部分における浄化剤の吸着量が所定の閾値以上となるように、前記浄化剤供給手段による浄化剤の供給を制御する第１の制御と、
前記排気浄化部材内の前記第１の部分より排気流れ方向下流側に位置する所定の第２の部分における浄化剤の吸着量が前記閾値と同等もしくは少ない所定の目標値となるように前記浄化剤供給手段による浄化剤の供給を制御する第２の制御と、
を実行することができる。
【００５５】
上記構成において、「所定の閾値」は、第１の部分において浄化剤と所定成分との反応が促進されて排気の浄化が効率良く行われるような吸着量であり、第１の部分に吸着可能な浄化剤の上限量（飽和量）又はそれに近い値に設定することができる。
【００５６】
一方、「所定の目標値」は、第２の部分から浄化剤が脱離してスリップの発生を招くことを好適に抑制できるような吸着量であり、第２の部分に吸着可能な浄化剤の上限量又はそれに対して余裕を持たせた少ない値に設定することができる。
【００５７】
第１の制御を行うことにより、排気浄化部材内の上流側の部分である第１の部分においては、飽和量に近い量の浄化剤が吸着することにより、流入する所定成分と反応するために十分な量の浄化剤が存在する状態となるので、排気浄化部材に流入する所定成分と浄化剤との反応が促進され、高い浄化率で所定成分を排気から除去することが可能になる。
【００５８】
第２の制御を行うことにより、第２の部分においては、飽和量に対して十分少ない所定の目標値に浄化剤の吸着量が制御されることにより、第２の部分より下流側に浄化剤が流出することが抑制されるので、スリップの発生を抑制することが可能になる。
【００５９】
上記構成において、前記制御手段は、前記第１の制御を前記第２の制御よりも優先的に実行することができる。
【００６０】
「第１の制御を第２の制御よりも優先的に実行する」とは、第１の制御の目的である「第１の部分における浄化剤の吸着量が閾値以上」が達成されたことを条件に、「第２の部分における浄化剤の吸着量が目標値」という目的を達成すべく第２の制御を実行する、ということである。
【００６１】
このように第１の制御を優先的に実行することにより、より確実に所定成分の浄化率を高めることができる。
【００６２】
本発明において、制御手段が排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布を取得する方法とし
て、以下の方法を用いることができる。
【００６３】
例えば、本発明において、
前記排気浄化部材へ流入する排気中の所定成分量を取得する流入成分量取得手段と、
前記排気浄化部材から流出する排気中の所定成分量を取得する流出成分量取得手段と、
前記排気浄化部材の温度を取得する温度取得手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記流入成分量取得手段により取得される所定成分量と、前記流出成分量取得手段により取得される所定成分量と、前記温度取得手段により取得される温度と、に基づいて、前記排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布を取得することができる。
【００６４】
排気浄化部材へ流入する所定成分量と、排気浄化部材から流出する所定成分量と、から、排気浄化部材内で消費された所定成分量、従って排気浄化部材内で消費された浄化剤の量を推定できる。排気浄化部材の温度に基づいて、排気浄化部材に吸着可能な浄化剤の量を推定できる。
【００６５】
これらの推定値と、制御手段による制御信号などから得られる浄化剤供給手段による浄化剤の供給量の情報や内燃機関の運転条件に関する情報に基づいて、排気浄化部材内の浄化剤の吸着量を推定できる。
【００６６】
排気浄化部材内の浄化剤の吸着量分布は、排気浄化部材内を排気流れ方向に複数のセルに分割したモデルにおいて、各セルにおける浄化剤の吸着量の検出値及び／又は推定値に基づいて取得することができる。
【００６７】
例えば、排気浄化部材や各セルにおいて流入又は流出する所定成分量、排気浄化部材や各セルにおいて流入又は流出する浄化剤量、排気浄化部材や各セルの温度、内燃機関の運転制御、浄化剤供給手段による浄化剤の供給制御などに関する、各種センサからの出力値やそれに基づくモデル演算、マップ参照などにより取得される各種情報に基づいて、各セルにおける浄化剤の吸着量を検出又は推定することができる。
【００６８】
排気浄化部材内に設定される各セルの上流端や下流端に相当する位置に、所定成分濃度や浄化剤濃度を検出するセンサを取り付けることにより、排気浄化部材を通過する排気の流量に関する情報と合わせて、各セルに流入する所定成分量や浄化剤量、各セルから流出する所定成分量や浄化剤量を検出又は推定することができる。
【００６９】
内燃機関の運転制御に関する情報は、例えば、吸入空気量を検出するセンサの出力値、燃料噴射制御に関する制御目標値の情報、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関ではＥＧＲ弁開度の制御目標値の情報などである。
【００７０】
例えば、上述した、排気浄化部材内の第１の部分における浄化剤の吸着量が飽和吸着量に近い所定の閾値以上となり、第１の部分より下流側の第２の部分における浄化剤の吸着量が該閾値より少ない所定の目標値となるように浄化剤の供給制御を行う構成において、
前記制御手段は、前記排気浄化部材内を排気流れ方向に３以上のセルに分割したモデルにおいて、最上流に位置する第１のセルを前記第１の部分とし、前記第１のセルの下流側に隣接する第２のセルを前記第２の部分とすることができる。
【００７１】
第１のセル又は第１のセルを含む複数の隣接するセル群からなる領域における浄化剤の吸着量を取得するために、本発明において、
前記排気浄化部材内の所定のセルから流出する所定成分の濃度を検出する成分量センサを備え、
前記制御手段は、
前記浄化剤供給手段により供給される浄化剤の量と、前回推定された前記排気浄化部材内の最上流に位置する第１のセルから前記所定のセルまでのセル群からなる所定の領域における浄化剤の吸着量と、前記所定の領域に新たに吸着可能な浄化剤の量と、に基づいて、前記所定の領域における浄化剤の吸着量を推定し、
内燃機関の運転条件から推定される前記排気浄化部材に流入する所定成分の量と、前記成分量センサによる検出値から推定される前記所定のセルから流出する所定成分の量と、に基づいて、前記所定の領域における浄化剤の消費量を推定し、
前記推定した前記所定の領域における浄化剤の吸着量及び消費量に基づいて、前記所定の領域における浄化剤の実際の吸着量を推定することができる。
【００７２】
浄化剤供給手段により供給される浄化剤の量は、制御手段による浄化剤供給手段の制御情報から取得できる。前回推定された所定の領域における浄化剤の吸着量は、該所定の領域にもともと存在していた浄化剤量である。
【００７３】
所定の領域に新たに吸着可能な浄化剤量は、排気浄化部材の温度などに応じた飽和吸着量の情報と、もともと存在していた浄化剤量の情報と、に基づいて推定できる。すなわち、もともと存在していた浄化剤量が飽和吸着量に達している場合は、浄化剤供給手段から新たに供給された浄化剤は所定の領域に追加で吸着することはできない。
【００７４】
一方、もともと存在していた浄化剤量が飽和吸着量未満であれば、浄化剤供給手段から新たに供給された浄化剤が所定の領域に追加で吸着することができる。
【００７５】
排気浄化部材に流入する所定成分量は、所定の領域に流入する所定成分量であり、排気浄化部材に流入する排気の流量、内燃機関の燃焼に関する情報（燃料噴射量の制御情報、吸入空気量の検出値など）に基づいて推定することができる。
【００７６】
これと、所定の領域に流入する所定成分量と、所定の領域から流出する所定成分量との差は、所定の領域において除去された所定成分量に対応し、この除去された所定成分量に基づいて、所定の領域において消費された浄化剤量を推定できる。
【００７７】
以上のように、センサの出力値を利用して所定の領域における浄化剤の吸着量を精度良く推定することができる。
【００７８】
各セルにおける浄化剤の吸着量を取得するために、本発明において、
前記排気浄化部材内の所定のセルの前後それぞれにおける浄化剤の濃度を検出する浄化剤量センサと、
前記所定のセルの前後それぞれにおける所定成分の濃度を検出する成分量センサと、
を備え、
前記制御手段は、
内燃機関の運転条件から推定される前記排気浄化部材を通過する排気の流量と、前記浄化剤量センサによる検出値と、に基づいて、前記所定のセルの前後における浄化剤量の差を推定し、
内燃機関の運転条件から推定される前記排気浄化部材を通過する排気の流量と、前記成分量センサによる検出値と、に基づいて、前記所定のセルの前後における所定成分量の差を推定し、
前記推定した前記所定のセルの前後における浄化剤量の差及び所定成分量の差に基づいて、前記所定のセルにおいて消費された浄化剤量及び前記所定のセルに新たに吸着した浄化剤量を推定し、
前記推定した前記所定のセルにおける浄化剤の消費量及び新たな吸着量と、前回推定
された前記所定のセルにおける浄化剤の吸着量と、に基づいて、前記所定のセルにおける浄化剤の実際の吸着量を推定することができる。
【００７９】
内燃機関の運転条件に基づく排気浄化部材を通過する排気の流量の推定は、内燃機関の燃焼に関する情報（燃料噴射量の制御情報、吸入空気量の検出値など）に基づいて行うことができる。これと、注目しているセルの前後における浄化剤の濃度に基づいて、注目セルを通過する浄化剤量の差を推定することができる。
【００８０】
同様に、排気浄化部材を通過する排気の流量と、注目セルの前後における所定成分の濃度に基づいて、注目セルにおける所定成分の減少量を推定することができる。
【００８１】
これら推定された注目セルにおける浄化剤の通過量の差及び所定成分の減少量から、注目セルにおいて浄化剤と所定成分との反応によって消費された浄化剤量及び注目セルに吸着した浄化剤量を推定できる。これと、注目セルにもともと存在していた浄化剤量と、に基づいて、現在の注目セルにおける浄化剤の吸着量を推定することができる。
【００８２】
以上のように、注目セルの前後に浄化剤の濃度センサ及び所定成分の濃度センサを取り付けることにより、注目セルにおける浄化剤の吸着量を推定することができる。この方法で、排気浄化剤を複数のセルに分割したモデルにおいて、各セルにおける浄化剤の吸着量を推定することができる。
【００８３】
上記の複数のセル群からなる領域における浄化剤の吸着量を推定する方法と、各セルにおける浄化剤の吸着量を推定する方法と、を組み合わせることで、浄化剤の供給制御に必要なセルの浄化剤の吸着量の情報を取得することができる。
【００８４】
例えば、最上流に位置する第１のセル及びそれに隣接する第２のセルにおける浄化剤の吸着量を取得する場合、領域における浄化剤の吸着量を推定する方法によって第１のセル及び第２のセルからなる領域における浄化剤の吸着量を推定し、セルにおける浄化剤の吸着量を推定する方法によって第１のセルにおける浄化剤の吸着量を推定すればよい。
【００８５】
以上説明した本発明は、還元剤としてアンモニアを吸着し、排気中のＮＯｘを選択的に還元して除去するＮＯｘ還元触媒を備えた排気浄化装置に適用することができる。その場合、上記各構成における排気浄化部材はＮＯｘ還元触媒であり、浄化剤はＮＯｘ還元触媒に吸着してＮＯｘ還元触媒を通過する排気中のＮＯｘと酸化還元反応する還元剤（アンモニア）である。また、浄化剤供給手段は、アンモニア又は排気中で分解してアンモニアを生成する尿素水を供給する手段である。
【００８６】
本発明は、排気中の所定成分と反応する浄化剤を吸着して排気を浄化する排気浄化部材より排気流れ方向上流側への浄化剤の供給を、上記説明した各態様で制御する方法の発明としても捉えることもできる。また、そのような排気浄化装置の制御方法を実現するプログラム、該プログラムを記録した媒体、該プログラムを実行するコンピュータ又はシステムとして捉えることもできる。
【発明の効果】
【００８７】
本発明によれば、内燃機関の排気系に設けられ、排気流れ方向上流側より供給されるアンモニアを吸着して排気中のＮＯｘを還元し除去するＮＯｘ還元触媒を備えた排気浄化装置において、ＮＯｘ浄化率を高め且つアンモニアスリップの発生を抑制することができる。
【００８８】
より一般的に、内燃機関の排気系に設けられ、排気流れ方向上流側より供給される浄化
剤を吸着して排気の浄化を行う排気浄化部材を備えた排気浄化装置において、排気の浄化率を高め且つ排気浄化部材からの浄化剤の流出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施例１における内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図２】アンモニアの吸着量とＮＯｘ還元触媒のＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。
【図３】ＮＯｘ還元触媒の温度とＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着量との関係を示す図である。
【図４】実施例１において尿素添加制御が基づくところのアンモニア吸着量を求める対象となるＮＯｘ還元触媒の所定領域を示す図である。
【図５】実施例１における尿素添加制御を実行した場合のＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着状態の推移の一例を模式的に示した図である。
【図６】実施例１における尿素添加制御を表すフローチャートである。
【図７】実施例２における尿素添加制御が基づくところのアンモニアスリップが発生する確からしさを求める方法を示す図である。（Ａ）はＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着量分布を示す図、（Ｂ）はＮＯｘ還元触媒に吸着しているアンモニアがＮＯｘ還元触媒から脱離した場合に当該脱離したアンモニアがＮＯｘ還元触媒より下流側の排気通路に流出する確からしさの指標であるスリップ発生確率を表す図、（Ｃ）吸着量分布とスリップ発生確率との積によって計算される有効吸着量分布を表す図である。
【図８】実施例２における尿素添加制御を表すフローチャートである。
【図９】実施例３における尿素添加制御が基づくところのアンモニアスリップが発生する確からしさを求める方法を示す図である。
【図１０】実施例３における尿素添加制御を表すフローチャートである。
【図１１】ＮＯｘ還元触媒内のアンモニアの吸着量分布を推定するためのシステム構成例を示す図である。
【図１２】実施例４における内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図１３】ＮＯｘ還元触媒内のアンモニアの吸着量分布の例を示す図である。
【図１４】実施例４における尿素添加制御を表す制御ブロック図である。
【図１５】実施例４における尿素添加制御を表すフローチャートである。
【図１６】実施例４における尿素添加制御を行った場合の、ＮＯｘ還元触媒の第１セル及び第２セルにおけるアンモニア吸着率及び尿素添加弁による尿素添加量の時間推移の一例を示す図である。
【図１７】ＮＯｘ還元触媒内のアンモニアの吸着量分布を推定するためのシステム構成例を示す図である。
【図１８】ＮＯｘ還元触媒内のアンモニアの吸着量分布を推定するためのシステム構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００９０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００９１】
図１は本実施例における内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１において内燃機関１はディーゼルエンジンである。内燃機関１において燃焼したガスは排気マニホールド２に排出される。排気マニホールド２には排気通路３が接続されている。
【００９２】
排気通路３には排気の流れ方向で上流側から順に、酸化触媒４、排気中のパティキュレートマターを捕集するフィルタ５、アンモニアを吸着して排気中のＮＯｘ（所定成分）を選択的に還元するＮＯｘ還元触媒７（排気浄化部材）が設けられる。ＮＯｘ還元触媒７よ
り上流側の排気通路３には、排気に尿素水を添加する尿素添加弁６（浄化剤供給手段）が設けられる。
【００９３】
ＮＯｘ還元触媒７より上流側の排気通路３には、排気の温度を検出する排気温度センサ９及び排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１０（流入成分量取得手段）が設けられる。また、ＮＯｘ還元触媒７にはＮＯｘ還元触媒７の温度を検出する触媒温度センサ１１（温度取得手段）が設けられる。ＮＯｘ還元触媒７より下流側の排気通路３には排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１２（流出成分量取得手段）が設けられる。
【００９４】
ＥＣＵ８は内燃機関１の運転状態を制御するコンピュータである。ＥＣＵ８には上記の排気温度センサ９、ＮＯｘセンサ１０、触媒温度センサ１１及びＮＯｘセンサ１２の他、図示しない各種のセンサによる検出値が入力される。ＥＣＵ８は各種のセンサから入力される検出値に基づいて内燃機関１の運転状態や運転者の要求を取得し、それに基づいて上記の尿素添加弁６の他、図示しない各種の機器の動作を制御する。
【００９５】
尿素添加弁６により排気に添加された尿素水は排気中で熱分解及び／又は加水分解してアンモニアを生ずる。このアンモニアがＮＯｘ還元触媒７に吸着し、還元剤としてＮＯｘ還元触媒７を通過する排気中のＮＯｘと酸化還元反応する。これにより排気中のＮＯｘが除去され、排気が浄化される。ＮＯｘ還元触媒のＮＯｘ浄化率はＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着量に依存する。
【００９６】
図２はＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。図２の横軸はＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着量を表す。図２の縦軸はＮＯｘ浄化率を表す。図２の実線ＡはＮＯｘ還元触媒の温度が比較的高温の場合のアンモニアの吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を表す。図２の実線ＢはＮＯｘ還元触媒の温度が比較的低温の場合のアンモニアの吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を表す。
【００９７】
ＮＯｘ還元触媒が低温の場合、触媒活性が低いため、ＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアとＮＯｘの酸化還元反応の速度が遅い。また、ＮＯｘ還元触媒７が低温になるような状況では、ＮＯｘ還元触媒７より排気流れ方向上流側に配置される酸化触媒４も低温になっていることが多く、酸化触媒の活性も低い。そのため、酸化触媒においてＮＯ２が生成されにくく、ＮＯｘ還元触媒に流入するＮＯｘ中のＮＯ２の比率が低くなるので、ＮＯｘ還元触媒におけるＮＯｘの還元反応の反応確率が低い。
【００９８】
このため、ＮＯｘ還元触媒が低温の場合、ＮＯｘ浄化率が低くなるものの、ＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着量が多ければ、触媒内のアンモニアの密度が高くなるため、ＮＯｘ還元触媒が低温であってもＮＯｘ還元反応の反応確率を高めることができる。
【００９９】
すなわち、ＮＯｘ還元触媒が低温の場合、ＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着量が多くなるほどＮＯｘ浄化率が高くなる傾向になる。すなわち、ＮＯｘ浄化率はＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着量に依存する。
【０１００】
このように、ＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着量を増加させることによってＮＯｘ浄化率を向上させることができる。一方で、ＮＯｘ還元触媒に吸着可能なアンモニアの量には上限があり、その上限に対して過剰な量のアンモニアがＮＯｘ還元触媒に供給されると、ＮＯｘ還元触媒に吸着できなかったアンモニアがＮＯｘ還元触媒から流出するアンモニアスリップが発生し易くなる。
【０１０１】
ＮＯｘ還元触媒に吸着可能なアンモニアの上限量（飽和量）はＮＯｘ還元触媒の温度に依存する。図３はＮＯｘ還元触媒の温度とＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着量と
の関係を示す図である。図３の横軸はＮＯｘ還元触媒の温度を表す。図３の縦軸はＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着量を表す。
【０１０２】
図３の実線ＡはＮＯｘ還元触媒に吸着可能なアンモニアの上限量とＮＯｘ還元触媒の温度との関係を表す。図３の実線Ａが示すように、ＮＯｘ還元触媒の温度が高くなるほど、吸着可能なアンモニアの上限量は少なくなる傾向がある。
【０１０３】
この傾向に鑑み、ＮＯｘ還元触媒が低温の場合にはアンモニア吸着量の目標値を大きくし、ＮＯｘ還元触媒が高温の場合にはアンモニア吸着量の目標値を小さくする尿素添加制御が考えられる。
【０１０４】
しかしながら、車両は不規則に加減速を繰り返すため、車両用内燃機関の排気浄化装置においては、触媒温度が不規則に変動することを考慮する必要がある。例えば、車両が低速走行から急加速した後に停止した場合、ＮＯｘ還元触媒の温度が低温から高温に急激に変化するため、吸着可能なアンモニアの上限量も急激に減少することになり、アンモニアスリップが発生し易い。
【０１０５】
従来、このような様々な走行状態においてアンモニアスリップを許容レベルに抑えるために、ＮＯｘ還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値が、車両の走行パターンから想定される最も高い触媒温度でのアンモニアの上限吸着量に制限される。
【０１０６】
図３の実線Ｂは、このように設定されるＮＯｘ還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値を示す。実線Ｂに示す目標値は、特にアンモニア吸着量がＮＯｘ浄化率に大きく影響する触媒温度が低温の場合において、吸着可能なアンモニアの上限量よりもかなり少ない量に制限されることになるため、高いＮＯｘ浄化率が得られないという課題があった。
【０１０７】
ところで、ＮＯｘ還元触媒におけるアンモニアの吸着量はＮＯｘ還元触媒内の位置によって偏りがあり、必ずしも一様ではない。例えば、尿素添加を行った直後は、ＮＯｘ還元触媒内の排気流れ方向上流側の部分におけるアンモニアの吸着量が、それより下流側の部分におけるアンモニアの吸着量より多くなることがある。このようなアンモニア吸着量の分布になっている場合、ＮＯｘ還元触媒内に一様にアンモニアが吸着した分布になっている場合よりも、高いＮＯｘ浄化率が得られる。
【０１０８】
一方、尿素添加を行ってからある程度時間が経過した後は、ＮＯｘ還元触媒内の排気流れ方向下流側の部分に吸着しているアンモニアの量が、上流側の部分に吸着しているアンモニアの量より多くなることがある。このようなアンモニア吸着量の分布になっている場合、ＮＯｘ還元触媒内に一様にアンモニアが吸着した分布になっている場合よりも、アンモニアスリップが発生し易い。
【０１０９】
ＮＯｘ還元触媒全体で同じ量だけアンモニアが吸着している場合であっても、このようなＮＯｘ還元触媒内のアンモニア吸着量分布によって、ＮＯｘ浄化率やアンモニアスリップの発生し易さが異なる。
【０１１０】
そこで、本実施例では、ＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量の分布を取得し、アンモニア吸着量分布に基づいて、アンモニアスリップの発生を抑制しながらできるだけ高いＮＯｘ浄化率が得られるように、尿素添加弁６による尿素水の添加制御（浄化剤の供給制御）を行うようにした。
【０１１１】
これにより、アンモニアスリップの発生を抑制可能な範囲内でより多くのアンモニアをＮＯｘ還元触媒７に吸着させたり、アンモニアスリップの発生を抑制し且つ高いＮＯｘ浄
化率を得ることができるアンモニア吸着量分布を実現したりすることができる尿素添加制御を行う。
【０１１２】
（実施例１）
まず、本発明の第１の実施例では、ＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布からＮＯｘ還元触媒７の所定領域におけるアンモニアの吸着量を求め、それに基づいて尿素添加制御を行う例を説明する。
【０１１３】
本実施例では、図４に示すように、ＮＯｘ還元触媒７を２つのセルに分割したモデルによってＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布を取得する。以下、排気の流れ方向で上流側の部分７１を第１セル、排気の流れ方向で下流側の部分７２を第２セルという。本実施例では、第２セル７２におけるアンモニアの吸着量に基づいて尿素添加制御を行う。
【０１１４】
第１セル７１に吸着しているアンモニアがＮＯｘ還元触媒７から脱離した場合、当該脱離したアンモニアはＮＯｘ還元触媒７から流出してアンモニアスリップが発生する可能性もあるが、ＮＯｘ還元触媒７の内部で第２セル７２に移動して第２セル７２においてＮＯｘと反応して消費される可能性が高い。そのため、第１セル７１に吸着しているアンモニアが脱離してもアンモニアスリップの発生にはつながりにくい。
【０１１５】
一方、第２セル７２に吸着しているアンモニアがＮＯｘ還元触媒７から脱離した場合、当該脱離したアンモニアはそのまま排気通路３に流出してしまう可能性が高い。そのため、第２セル７２に吸着しているアンモニアが脱離した場合はアンモニアスリップの発生につながり易い。
【０１１６】
このように、第１セル７１と第２セル７２とでは、吸着しているアンモニアが脱離した場合のアンモニアスリップの発生し易さに差がある。従って、ＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布が、第２セル７２における吸着量が多い分布になっている場合、アンモニアスリップが発生する可能性が高いと判断できる。
【０１１７】
そこで、本実施例では、ＮＯｘ還元触媒７の第２セル７２に吸着しているアンモニアの量を取得し、第２セル７２におけるアンモニア吸着量が所定の第１の閾値以上の場合に、尿素水の添加を停止させるか又は尿素水の添加量を減少させるように尿素添加弁６を制御するようにした。
【０１１８】
これにより、ＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布が、第２セル７２における吸着量が多い吸着量分布になっている場合には、アンモニアスリップが発生し易いと判断される。そして、尿素添加が停止又は減量されるので、アンモニアスリップの発生を抑制することができる。
【０１１９】
逆に、ＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布が、第２セル７２の吸着量が少ない吸着量分布になっている場合（第２セル７２の吸着量が第１の閾値より少ない場合）は、ＮＯｘ還元触媒７全体の吸着量や第１セル７１の吸着量によらず、アンモニアスリップが発生する可能性は高くないと判断される。
【０１２０】
そして、尿素添加の停止や減量は行われないため、ＮＯｘ浄化率を高く維持できる。この場合、更に尿素添加を増量することも可能である。そうすることにより、アンモニアの吸着量を増加させることができるので、ＮＯｘ浄化率をより高めることができる。
【０１２１】
従来であれば、ＮＯｘ還元触媒全体のアンモニアの吸着量が多い場合には、尿素添加の
停止や減量を行うべきとの判断がなされると考えられる。この点、本実施例によれば、ＮＯｘ還元触媒７全体におけるアンモニア吸着量が、従来であれば尿素添加が停止又は減量されるほど多い場合であっても、第２セル７２におけるアンモニア吸着量が第１の閾値より少なければ、尿素添加の停止や減量は行われない。
【０１２２】
従って、アンモニアスリップの発生を抑制しながら、従来よりも多くのアンモニアをＮＯｘ還元触媒７に吸着させることができるので、ＮＯｘ浄化率を向上させることが可能になる。
【０１２３】
図５は本実施例の尿素添加制御を実行した場合のＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着状態の推移の例を模式的に示した図である。ここでは、ＮＯｘ還元触媒７が所定温度より低温の場合は、ＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量が所定の目標吸着量になるように尿素添加を行う（以下「吸着量一定制御」という）。
【０１２４】
また、ＮＯｘ還元触媒７が所定温度以上の高温の場合は、ＮＯｘ還元触媒７に流入するＮＯｘ量に比例する量のアンモニアがＮＯｘ還元触媒７に供給されるように尿素添加を行う（以下「当量添加制御」という）。
【０１２５】
所定温度は、約２００℃〜３００℃のある一定値とする。図５においてＮＯｘ還元触媒７内の斜線を施した部分は、アンモニアが吸着している部分を表す。
【０１２６】
図５において、状態Ｌ１は低温の定常状態を表す。状態Ｌ１では吸着量一定制御が行われる。これにより、ＮＯｘ還元触媒７上の第１セル７１を主として一定量のアンモニアがＮＯｘ還元触媒７に吸着した状態となる。
【０１２７】
吸着量一定制御では、ＮＯｘ還元触媒７に流入するＮＯｘ量とＮＯｘ還元触媒７から流出するＮＯｘ量とより、ＮＯｘ還元触媒７において消費されたアンモニア量を算出し、ＮＯｘ還元触媒７に流入するアンモニア量とＮＯｘ還元触媒７から流出するアンモニア量とを用いてＮＯｘ還元触媒７に新たに吸着したアンモニア量を算出することにより、ＮＯｘ還元触媒７に吸着するアンモニア量を推定する。
【０１２８】
そして、推定したアンモニア量が所定の目標吸着量になるように、尿素添加弁６による尿素添加量をフィードバック制御する。或いは、ＮＯｘ還元触媒７において消費されたアンモニアの量に応じた量の尿素添加を行うこともできる。
【０１２９】
状態Ｈ１は、高温の定常状態を表す。状態Ｈ１では当量添加制御が行われる。ＮＯｘ還元触媒７の温度が高い場合、上述したようにＮＯｘ還元触媒７に吸着するアンモニアの量は少ない。但し、ＮＯｘ還元触媒７の活性が高い。
【０１３０】
状態Ｈ２は、低温の状態Ｌ１から加速過渡により移行する高温状態を表す。状態Ｈ２では、加速に伴う排気温度の上昇によりＮＯｘ還元触媒７の温度が上昇する。これにより第１セル７１に吸着していたアンモニアが第２セル７２に移動する。
【０１３１】
これに伴い、第２セル７２におけるアンモニアの吸着量が増加していく。そして、第２セル７２におけるアンモニアの吸着量が第１の閾値以上になると、尿素添加が停止される。これにより低温状態からの加速時のアンモニアスリップが抑制される。なお、ここで尿素添加を停止する制御を行う代わりに、アンモニアスリップを抑制可能な範囲で尿素添加を減量する制御を行っても良い。
【０１３２】
状態Ｌ２は、高温の状態Ｈ２から減速して定常運転に移行する低温状態を表す。減速及
び定常運転に伴う排気温度の低下によりＮＯｘ還元触媒７の温度が低下する。第２セル７２に吸着していたアンモニアはＮＯｘとの反応により消費され、第２セル７２におけるアンモニアの吸着量は減少していく。
【０１３３】
そして、第２セル７２におけるアンモニアの吸着量が第１の閾値より少なくなると、尿素添加（吸着量一定制御）が再開される。これにより高温状態からの減速時におけるＮＯｘ浄化率を向上させることができる。低温の状態Ｌ２からの加速過渡では、上述の高温の状態Ｈ２に移行する。
【０１３４】
状態Ｈ３は、状態Ｈ２から高温状態がしばらく続いた定常状態を表す。状態Ｈ３では、第２セル７２に吸着していたアンモニアがＮＯｘとの反応により消費され、第２セル７２におけるアンモニアの吸着量が減少していく。
【０１３５】
そして、第２セル７２におけるアンモニアの吸着量が第１の閾値より少なくなると、尿素添加（当量添加制御）が再開される。これにより加速過渡後に高負荷運転がしばらく続いた場合のＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【０１３６】
図６は本実施例の尿素添加制御を表すフローチャートである。このフローチャートで表される処理はＥＣＵ８によって定期的に実行される。
【０１３７】
まずステップＳ１０１において、ＥＣＵ８は、ＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布を取得する。ＥＣＵ８は、排気温度センサ９によって検出されるＮＯｘ還元触媒７に流入する排気の温度、ＮＯｘセンサ１０によって検出されるＮＯｘ還元触媒７に流入する排気中のＮＯｘ濃度、ＮＯｘセンサ１２によって検出されるＮＯｘ還元触媒７から流出する排気中のＮＯｘ濃度、触媒温度センサ１１によって検出されるＮＯｘ還元触媒７の温度、尿素添加弁６による尿素添加量、不図示のエアフロメータやクランク角度センサなどによって検出される内燃機関１の空気量、回転数、燃料噴射量などの内燃機関１の運転状態を表す諸量などに基づいて、ＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布を推定する。
【０１３８】
本実施例では、ＮＯｘ還元触媒７の第２セル７２におけるアンモニアの吸着量を推定することが、ＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布を取得することに相当している。
【０１３９】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ８は、ステップＳ１０１で取得した第２セル７２におけるアンモニア吸着量が所定の第１の閾値以上であるか否かを判定する。第１の閾値は、第２セル７２におけるアンモニア吸着量の基準値であり、例えばアンモニアスリップによりＮＯｘ還元触媒７より下流側に流出するアンモニアの量が所定の許容レベルを超えないようなアンモニア吸着量の上限値に基づいて定めることができる。
【０１４０】
ステップＳ１０２において第２セル７２におけるアンモニア吸着量が第１の閾値以上であると判定した場合、ＥＣＵ８はステップＳ１０３に進み、尿素添加を停止又は尿素添加を減量させるよう尿素添加弁６を制御する。
【０１４１】
ＮＯｘ還元触媒７が低温の状態では吸着量一定制御を停止するか又はＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量が上記の目標吸着量より少なくなるように尿素添加を減量する。
【０１４２】
ＮＯｘ還元触媒７が高温の状態では当量添加制御を停止するか又はＮＯｘ還元触媒７へのアンモニアの流入量がＮＯｘセンサ１０により検出されるＮＯｘ還元触媒７への流入Ｎ
Ｏｘ量当量より少なくなるように尿素添加量を減量する。
【０１４３】
一方、ステップＳ１０２において第２セル７２におけるアンモニア吸着量が第１の閾値より少ないと判定した場合、ＥＣＵ８はステップＳ１０４に進み、尿素添加弁６による通常の尿素添加を行う。
【０１４４】
ＮＯｘ還元触媒７が低温の状態ではＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量が上記の目標吸着量となるように吸着量一定制御を行う。ＮＯｘ還元触媒７が高温の状態ではＮＯｘ還元触媒７へのアンモニアの流入量がＮＯｘセンサ１０により検出されるＮＯｘ還元触媒７への流入ＮＯｘ量当量となるように当量添加制御を行う。
【０１４５】
ステップＳ１０１からステップＳ１０４の処理を実行するＥＣＵ８が本発明における「制御手段」として機能している。
【０１４６】
（実施例２）
次に、本発明の第２の実施例では、ＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布からアンモニアスリップが発生する確からしさを求め、それに基づいて尿素添加制御を行う例を説明する。
【０１４７】
図７は、アンモニアスリップが発生する確からしさを求める方法を説明するための図である。図７（Ａ）は、ＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布を示す図である。図７（Ａ）の横軸はＮＯｘ還元触媒７における排気の流れ方向の位置（座標）を表し、縦軸はアンモニアの吸着量を表す。図７（Ａ）において、曲線ａ（ｘ）はＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布を表す。
【０１４８】
図７（Ａ）に例示する吸着量分布ａ（ｘ）は、ＮＯｘ還元触媒７の入口近傍におけるアンモニアの吸着量が多く、中央部におけるアンモニアの吸着量が少なく、出口近傍におけるアンモニアの吸着量が若干多い分布を例示している。ＮＯｘ還元触媒７に現われるアンモニアの吸着量分布は図７（Ａ）に示したような分布に限られない。
【０１４９】
図７（Ａ）に例示する吸着量分布ａ（ｘ）は、位置の連続関数のように描いているが、これは概念図であり、ＥＣＵ８は位置の連続関数としてアンモニアの吸着量分布を取得するとは限らない。例えば、セルの分割数分の吸着量のデータからなる吸着量分布であっても良いし、尿素添加制御にＮＯｘ還元触媒７の一部におけるアンモニアの吸着量のみを用いる場合には、当該一部の領域におけるアンモニアの吸着量のデータのみからなる吸着量分布であっても良い。
【０１５０】
ＮＯｘ還元触媒７に吸着しているアンモニアがＮＯｘ還元触媒７から脱離した場合に、当該脱離したアンモニアがＮＯｘ還元触媒７から流出する確からしさは、当該脱離したアンモニアが吸着していた位置によって異なる。
【０１５１】
上述したように、ＮＯｘ還元触媒内の下流側の部分に吸着している浄化剤は、上流側の部分に吸着している浄化剤より、脱離した場合にアンモニアスリップの発生要因となる可能性が高い。つまり、ＮＯｘ還元触媒内の異なる位置に同量のアンモニアが吸着している場合であっても、位置によってアンモニアスリップが発生する確からしさへの寄与（確からしさを増大させる影響の大きさ）は異なる。
【０１５２】
そこで、本実施例では、ＮＯｘ還元触媒内のアンモニアの吸着量分布に加えて、ＮＯｘ還元触媒内の位置によるアンモニアスリップの発生し易さへの寄与の違いを考慮して、尿素添加制御を行う。
【０１５３】
図７（Ｂ）は、ＮＯｘ還元触媒７に吸着しているアンモニアがＮＯｘ還元触媒７から脱離した場合に当該脱離したアンモニアがＮＯｘ還元触媒７より下流側の排気通路３に流出する確からしさの指標であるスリップ発生確率を表す図である。図７（Ｂ）の横軸はＮＯｘ還元触媒７における排気の流れ方向の位置を表し、縦軸はスリップ発生確率の大きさを表す。
【０１５４】
ＮＯｘ還元触媒７の出口近傍の領域にアンモニアが吸着している場合、ＮＯｘ還元触媒７の入口近傍の領域にアンモニアが吸着している場合と比較して、吸着しているアンモニアが脱離した場合にアンモニアスリップが発生し易い。
【０１５５】
従って、スリップ発生確率は、図７（Ｂ）の曲線ｂ（ｘ）に例示されるように、ＮＯｘ還元触媒７の出口に近い場所ほど大きい値となり、ＮＯｘ還元触媒７の入口に近い場所ほど小さい値となる。
【０１５６】
ＮＯｘ還元触媒７のスリップ発生確率ｂ（ｘ）は、実験等により予め調べてＥＣＵ８に記憶させておく。スリップ発生確率ｂ（ｘ）の形状は一定であっても良い。また、排気流量や排気温度などのＮＯｘ還元触媒７から脱離したアンモニアがアンモニアスリップの発生を誘発する確からしさに影響を与え得る内燃機関の運転条件に応じた補正などを行うことにより可変としても良い。
【０１５７】
図７（Ｃ）は、有効吸着量分布を表す図である。有効吸着量は、吸着量分布ａ（ｘ）とスリップ発生確率ｂ（ｘ）との積によって計算される量である。図７（Ｃ）の横軸はＮＯｘ還元触媒７における排気の流れ方向の位置を表し、縦軸は有効吸着量を表す。
【０１５８】
図７の例では、図７（Ａ）に示すように実際の吸着量分布ａ（ｘ）ではＮＯｘ還元触媒７の出口近傍における値は小さい。しかしながら、図７（Ｃ）の曲線ｃ（ｘ）に示すように、有効吸着量分布ｃ（ｘ）ではＮＯｘ還元触媒７の出口近傍における値は大きくなっている。
【０１５９】
つまり、有効吸着量の値には、ＮＯｘ還元触媒７の出口近傍に吸着しているアンモニアはアンモニアスリップの発生により大きく影響を及ぼす、という性質が反映されている。有効吸着量分布ｃ（ｘ）は、吸着量分布ａ（ｘ）を、アンモニアスリップの発生し易さへの影響の観点においてより本質的な量に変換したものと考えることができる。
【０１６０】
図７の有効吸着量分布ｃ（ｘ）も位置の連続関数のように描いているが、上述した吸着量分布ａ（ｘ）と同様、概念図であり、ＥＣＵ８が取得する有効吸着量分布ｃ（ｘ）は連続関数の形態とは限らない。
【０１６１】
本実施例では、有効吸着量分布ｃ（ｘ）をＮＯｘ還元触媒７の入口から出口まで積算したスリップ判定値１と、事前に設定した触媒途中の位置から出口まで積算したスリップ判定値２を求める。事前設定されたスリップ判定を判断する基準となる第１スリップ判定閾値と第２スリップ判定閾値で比較し、スリップ判定値１が第１スリップ判定閾値以上の場合、もしくは、スリップ判定値２が第２スリップ判定閾値以上の場合には、尿素添加弁６による尿素水の添加を停止するか、又は尿素添加弁６による尿素水の添加量を減少させる制御を行う。本実施例において、第１スリップ判定閾値及び第２スリップ判定閾値が、本発明における「第２の閾値」に相当する。
【０１６２】
スリップ判定値１、２は、ＮＯｘ還元触媒７全体でのアンモニアの有効吸着量と考えることができる。つまり、ＮＯｘ還元触媒７内でアンモニアが吸着している位置に応じたア
ンモニアスリップの発生し易さへの寄与を考慮して、ＮＯｘ還元触媒７全体でのアンモニアの吸着量を、アンモニアスリップへの影響の観点においてより本質的な量に変換した値である。この有効吸着量が多い場合、アンモニアスリップが発生する可能性が高いと判断することができる。
【０１６３】
本実施例によれば、スリップ判定値１、２に基づいてアンモニアスリップの発生可能性を判断するので、単にＮＯｘ還元触媒７全体におけるアンモニア吸着量に基づいてアンモニアスリップの発生可能性を判断する場合よりも、より正確にアンモニアスリップの発生可能性を判断することができる。
【０１６４】
更に、この判断に基づいて尿素添加制御を行うので、より確実にアンモニアスリップの発生を抑制することができるとともに、尿素添加の不要な停止や減量が行われることも抑制できるので、アンモニアスリップの発生を抑制しながらできるだけアンモニアの吸着量を増加させることができ、ＮＯｘ浄化率をより一層高めることが可能になる。
【０１６５】
図８は本実施例の尿素添加制御を表すフローチャートである。このフローチャートで表される処理はＥＣＵ８によって定期的に実行される。
【０１６６】
まずステップＳ２０１において、ＥＣＵ８は、ＮＯｘ還元触媒内のアンモニア吸着量分布を取得する。アンモニア吸着量分布の取得方法については後述する。
【０１６７】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ８は、スリップ判定値１、２を算出する。スリップ判定値１、２は、上述したように、ステップＳ２０１で取得したアンモニアの吸着量分布ａ（ｘ）と、スリップ発生確率ｂ（ｘ）との積によって算出される有効吸着量分布ｃ（ｘ）を、ＮＯｘ還元触媒７の入口から出口まで積算又は事前に設定した触媒途中の位置から出口まで積算することによって算出する。
【０１６８】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ８は、ステップＳ２０２で取得したスリップ判定値１が第１スリップ判定閾値以上であるか又はスリップ判定値２が第２スリップ判定閾値以上であるか否かを判定する。第１、第２スリップ判定閾値は、スリップ判定値１、２の基準値であり、例えば、アンモニアスリップによりＮＯｘ還元触媒７より下流側に流出するアンモニアの量が所定の許容レベルを超えない吸着状態におけるスリップ判定値の上限値に基づいて定めることができる。
【０１６９】
ステップＳ２０３においてスリップ判定値１が第１スリップ判定閾値以上又はスリップ判定値２が第２スリップ判定閾値以上であると判定した場合、ＥＣＵ８はステップＳ２０４に進み、尿素添加弁６による尿素添加を停止させるか又は尿素添加量を減量する。この処理は図６のステップＳ１０３と同様である。
【０１７０】
一方、ステップＳ２０３においてスリップ判定値１が第１スリップ判定閾値より少ない且つスリップ判定値２が第２スリップ判定閾値より少ないと判定した場合、ＥＣＵ８はステップＳ２０５に進み、尿素添加弁６による通常の尿素添加を行う。この処理は図６のステップＳ１０４と同様である。
【０１７１】
ステップＳ２０１からステップＳ２０５の処理を実行するＥＣＵ８が本発明における「制御手段」として機能している。
【０１７２】
（実施例３）
本発明の第３の実施例では、内燃機関１の運転状態の変化などによるＮＯｘ還元触媒７の温度変化に伴ってＮＯｘ還元触媒７が吸着可能なアンモニアの量が変化することが予測
される場合に、それに応じた尿素添加制御を行う例を説明する。
【０１７３】
ＮＯｘ還元触媒７に吸着可能なアンモニアの量はＮＯｘ還元触媒７の温度に依存する。ＮＯｘ還元触媒７の温度が高くなるほどＮＯｘ還元触媒７に吸着可能なアンモニアの量は少なくなる。
【０１７４】
急加速により内燃機関１の運転状態が高負荷側へ大きく変化した場合や、ＮＯｘ還元触媒７の上流側に配置されるフィルタ５において堆積したパティキュレートの酸化除去処理が行われる場合などのように、ＮＯｘ還元触媒７に流入する排気の温度が上昇する状況では、ＮＯｘ還元触媒７の温度が上昇し、ＮＯｘ還元触媒７に吸着可能なアンモニアの上限量が減少する。
【０１７５】
急な温度上昇が起こった場合、尿素添加を停止又は減量させる制御が間に合わず、結果としてアンモニアの供給量が過剰となってアンモニアスリップを招く可能性がある。
【０１７６】
ＮＯｘ還元触媒７に流入する排気の温度上昇や内燃機関１の運転状態の変化の影響が、ＮＯｘ還元触媒７の温度上昇として実際に現われるまでには、時間的に遅れがある。従って、ＮＯｘ還元触媒７に流入する排気の温度変化や内燃機関１の運転状態の変化を検出することにより、近い将来ＮＯｘ還元触媒７の温度が急速に上昇することを予測できる。
【０１７７】
そして、ＮＯｘ還元触媒の温度上昇が予測された時点で、尿素添加を停止又は減量する制御を実行しておけば、実際にＮＯｘ還元触媒７の温度が上昇して吸着可能なアンモニアの量が減少した時に過剰なアンモニアがＮＯｘ還元触媒７に供給される事態を回避することができる。
【０１７８】
そこで、本実施例では、ＮＯｘ還元触媒７に流入する排気の温度の変化又は内燃機関１の運転状態の変化に基づいて、ＮＯｘ還元触媒７の温度が急速に上昇することが予測される場合には、実際のＮＯｘ還元触媒７の温度上昇が未だ起こっていない場合であっても、予め尿素添加を停止又は減量するようにした。
【０１７９】
本実施例では、内燃機関１の運転状態が低負荷から高負荷へ変化する過渡状態を検出した場合、及び、排気温度センサ９によってＮＯｘ還元触媒７に流入する排気の温度上昇を検出した場合、負荷の変化量や排気の温度上昇量に応じてスリップ判定値１、２を補正する。負荷の変化量や排気の温度上昇量が大きいほど、スリップ判定値１、２が大きい値になるように補正する。
【０１８０】
従って、急速な内燃機関の負荷の増大や排気温度の上昇が検出される場合には、そのような変化が検出されない場合と比較して、ＮＯｘ還元触媒内のアンモニア吸着量分布ａ（ｘ）やスリップ発生確率ｂ（ｘ）が同じであっても、算出されるスリップ判定値１、２が大きい値になる。
【０１８１】
従って、急速な内燃機関の負荷の増大や排気温度の上昇が検出される場合には、図８のステップＳ２０３におけるスリップ判定値１、２と第１、第２スリップ判定閾値との比較において、「スリップ判定値１≧第１スリップ判定閾値」又は「スリップ判定値２≧第２スリップ判定閾値」という判定結果になり易くなる。
【０１８２】
すなわち、急速な内燃機関の負荷の増大や排気温度の上昇が検出されると、実際のＮＯｘ還元触媒７の温度上昇が未だ起こっていない場合であっても、尿素添加の停止又は減量が実行され易くなる。従って、近い将来ＮＯｘ還元触媒７の温度上昇によりアンモニアスリップが発生し易くなることが予測される場合に、予め尿素添加の停止や減量の制御を実
行しておくことが可能になる。
【０１８３】
これにより、実際にＮＯｘ還元触媒７の温度が上昇して吸着可能なアンモニアの上限量が減少した時には、アンモニアの供給量が停止されているか又は減量されているため、過剰なアンモニアが供給される事態を回避できる。よって、ＮＯｘ還元触媒７の温度上昇を伴う運転条件の変化に際してアンモニアスリップが発生することを抑制することが可能になる。
【０１８４】
図９は、アンモニアスリップが発生する確からしさをＮＯｘ還元触媒７の温度上昇の予測に応じて補正する方法を示す図である。
【０１８５】
図９（Ａ）から（Ｃ）は実施例２で説明した図７（Ａ）から（Ｃ）と同様であるから説明を省略する。図９（Ｄ）は、図９（Ａ）に示すＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布ａ（ｘ）と、図９（Ｂ）に示すＮＯｘ還元触媒７のスリップ発生確率ｂ（ｘ）との積により算出される有効吸着量分布ｃ（ｘ）を、補正係数ｄを用いて増加補正した補正後の有効吸着量分布ｃ１（ｘ）を表す。
【０１８６】
補正後の有効吸着量分布ｃ１（ｘ）をＮＯｘ還元触媒７の入口から出口まで積算したスリップ判定値１と、事前に設定した触媒途中の位置から出口まで積算したスリップ判定値２を求める。なお、補正前の有効吸着量分布ｃ（ｘ）から算出したスリップ判定値１とスリップ判定値２に対して補正係数ｄを用いた増加補正をすることによって、補正後のスリップ判定値１とスリップ判定値２を算出しても良い。
【０１８７】
本実施例では、補正後のスリップ判定値１あるいはスリップ判定値２が実施例２で説明した第１スリップ判定閾値と第２スリップ判定閾値と比較して、スリップ判定値１が第１スリップ判定閾値以上の場合、もしくは、スリップ判定値２が第２スリップ判定閾値以上の場合には、尿素添加弁６による尿素水の添加を停止するか、又は尿素添加弁６による尿素水の添加量を減少させる制御を行う。補正後のスリップ判定値１およびスリップ判定値２は近い将来のＮＯｘ還元触媒７の温度上昇によるアンモニアスリップの発生し易さの変化を考慮して補正された、ＮＯｘ還元触媒７全体でのアンモニアの有効吸着量と考えることができる。
【０１８８】
本実施例によれば、ＮＯｘ還元触媒７の温度上昇を伴う運転条件の変化に際してアンモニアスリップが発生することを好適に抑制することが可能になる。
【０１８９】
図１０は本実施例の尿素添加制御を表すフローチャートである。このフローチャートで表される処理はＥＣＵ８によって定期的に実行される。
【０１９０】
図１０において、図８と処理内容が同等のステップには図８と同じ番号を付し、説明を割愛する。図１０のフローチャートでは、ステップＳ２０２においてスリップ判定値１、２を算出した後、ステップＳ３０１において、ステップＳ２０２で算出したスリップ判定値１、２を補正する。
【０１９１】
ここでは、内燃機関１の負荷が高負荷側へ所定量以上変化したことを検出した場合、又は、排気温度センサ９によって検出される排気温度が所定量以上上昇したことを検出した場合に、負荷変化量や温度上昇量に応じた補正係数ｄをステップＳ２０２で算出したスリップ判定値１、２に乗じることにより、スリップ判定値１、２の補正を行う。なお、負荷変化量や温度上昇量がある閾値を超える場合にのみスリップ判定値１、２の補正を行うようにするとともに、補正係数ｄを一定値とすることもできる。
【０１９２】
補正係数ｄを、内燃機関の負荷の増大量や排気温度の上昇量が大きいほど大きな値となる可変値とすることにより、近い将来に予測されるＮＯｘ還元触媒７の温度上昇量が大きい場合には、ステップＳ２０３における判定において、スリップ判定値１が第１スリップ判定閾値以上との判定又はスリップ判定値２が第２スリップ判定閾値以上との判定がよりなされ易くなるので、より確実にアンモニアスリップの発生を抑制することができる。
【０１９３】
ステップＳ２０３では、ステップＳ３０１で算出した補正後のスリップ判定値１が第１スリップ判定閾値以上であるか又は補正後のスリップ判定値２が第２スリップ判定閾値以上であるか否かの判定を行い、補正後のスリップ判定値１が第１スリップ判定閾値以上又は補正後のスリップ判定値２が第２スリップ判定閾値以上であればステップＳ２０４に進んで尿素添加を停止又は減量する。一方、補正後のスリップ判定値１が第１スリップ判定閾値より少なく且つ補正後のスリップ判定値２が第２スリップ判定閾値より少なければステップＳ２０５に進んで通常の尿素添加制御を行う。 
【０１９４】
ここで、実施例２及び３において、ＮＯｘ還元触媒内のアンモニアの吸着量分布を取得する方法を説明する。ここでは、図１１に示すような構成の内燃機関の排気浄化システムを例に説明する。
【０１９５】
図１１において、内燃機関１には吸気マニホールド１３を介して吸気通路１４が連通するとともに、排気マニホールド２を介して排気通路３が連通する。吸気通路１４には吸入空気量を検出する空気センサ１７が設けられる。排気通路３には、排気浄化装置として酸化触媒４、フィルタ５及びＮＯｘ還元触媒７が排気流れ方向上流側からこの順に設けられる。ＮＯｘ還元触媒７より上流側の排気通路３には、尿素水を添加する尿素添加弁６が設けられる。
【０１９６】
フィルタ５より下流側の排気通路３と吸気通路１４とを接続するＥＧＲ通路１５が設けられ、ＥＧＲ通路１５を介して排気の一部がＥＧＲガスとして吸気通路１４に還流する。ＥＧＲ通路１５にはＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁１６が設けられる。
【０１９７】
このシステムでは、排気流れ方向に複数のセルに分割したモデルによりＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布を推定する。ここでは、図１１に示すように、ＮＯｘ還元触媒７を５つのセルに分割したモデルを例に説明する。最上流に位置するセル７１を第１セルとし、以下下流側に向かってそれぞれ第２セル７２、第３セル７３、第４セル７４、第５セル７５とする。
【０１９８】
ＮＯｘ還元触媒７には、各セル前後のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ８１、８２、８３、８４、８５、８６が設けられる（成分量センサ）。ＮＯｘセンサ８１はＮＯｘ還元触媒７に流入する排気中のＮＯｘ濃度を検出するセンサとも言える。ＮＯｘセンサ８６はＮＯｘ還元触媒７から流出する排気中のＮＯｘ濃度を検出するセンサとも言える。
【０１９９】
ＮＯｘ還元触媒７には、各セル前後のアンモニア濃度を検出するアンモニアセンサ９１、９２、９３、９４、９５、９６が設けられる（浄化剤量センサ）。アンモニアセンサ９１はＮＯｘ還元触媒７に流入する排気中のアンモニア濃度を検出するセンサとも言える。アンモニアセンサ９６はＮＯｘ還元触媒７から流出する排気中のアンモニア濃度を検出するセンサとも言える。
【０２００】
上記各センサによる検出値はＥＣＵ８に入力される。ＥＣＵ８は各センサから入力される検出値に基づいてＥＧＲ弁１６の開度制御や尿素添加弁６の尿素添加制御の他、燃料噴射制御などの内燃機関１の各種の運転制御を実行する。
【０２０１】
ＥＣＵ８は、例えば第２セル７２におけるアンモニアの吸着量を以下のようにして推定する。
【０２０２】
（１）まず、空気センサ１７によって検出される吸入空気量を質量流量からモル流量に換算する。次に、燃料噴射制御ルーチンから燃料噴射量を取得し、燃焼した場合のＨ２Ｏ及びＣＯ２のモル量と、残存空気及び残存燃料のモル量を計算する。内燃機関１はディーゼルエンジンであるから、通常は空気が残存する。以上の計算により、内燃機関１から排気通路３に排出される排気中のＨ２Ｏ、ＣＯ２、残存空気又は燃料の全モル流量を取得し、これに基づきＮＯｘ還元触媒７を通過するガスのモル流量を算出する。
【０２０３】
（２）上記の（１）で得られたＮＯｘ還元触媒７の通過ガスのモル流量にアンモニアセンサ９２によって検出されたアンモニア濃度を乗じて、第２セル７２に流入したアンモニアのモル流量を算出する。また、（１）で得られたＮＯｘ還元触媒７の通過ガスのモル流量にアンモニアセンサ９３によって検出されたアンモニア濃度を乗じて、第２セル７２を通過したアンモニアのモル流量を算出する。
【０２０４】
（３）上記の（１）で得られたＮＯｘ還元触媒７の通過ガスのモル流量にＮＯｘセンサ８２によって検出されたＮＯｘ濃度を乗じた値と、ＮＯｘセンサ８３によって検出されたＮＯｘ濃度を乗じた値と、の差を算出し、第２セル７２におけるＮＯｘの減少量を算出する。
【０２０５】
（４）上記の（２）で得られた第２セル７２に流入したアンモニアのモル流量と第２セル７２から流出したアンモニアのモル流量との差と、上記の（３）で得られたＮＯｘの減少量と、から、第２セル７２におけるアンモニアの消費量及び第２セル７２に吸着したアンモニアのモル量を算出する。これらの量と、既に第２セルに吸着していたアンモニアのモル量（前回推定した値）と、に基づいて、現在の第２セル７２におけるアンモニアの吸着量を算出する。
【０２０６】
他のセルにおけるアンモニアの吸着量についても、各セルの前後のアンモニアセンサ及びＮＯｘセンサの検出値に基づいて、同様の計算方法により推定することができる。セルの分割数は５に限らないし、また、セルの分割は等分割でも不等分割でも良い。
【０２０７】
また、図１１では、全てのセルの前後にアンモニアセンサ及びＮＯｘセンサを設けた例を示したが、一部のセルの前後にのみセンサを設け、他のセルの前後のアンモニア濃度やＮＯｘ濃度を当該センサの検出値などに基づく推定により取得するようにしても良い。
【０２０８】
また、尿素添加制御に必要な情報が一部のセルにおけるアンモニア吸着量のみの場合には、当該セルの前後にのみセンサを設けるようにしても良い。
【０２０９】
（実施例４）
本発明の第４の実施例を説明する。
【０２１０】
図１２は、本実施例に係るに係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１２において、内燃機関１には排気マニホールド２を介して排気通路３が接続され、内燃機関１からの排気が排気通路３に排出される。
【０２１１】
排気通路３には酸化触媒４、排気中のパティキュレートマターを捕集するフィルタ５、及びアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元して排気から除去するＮＯｘ還元触媒７が、排気流れ方向上流側からこの順番で設けられる。
【０２１２】
ＮＯｘ還元触媒７より上流側の排気通路３には、排気中に尿素水を添加する尿素添加弁６が設けられる。尿素添加弁６から排気中に添加された尿素は、排気中で分解してアンモニアを生成する。このアンモニアがＮＯｘ還元触媒７に吸着し、ＮＯｘ還元触媒７においてＮＯｘと酸化還元反応する。
【０２１３】
ＮＯｘ還元触媒７には、ＮＯｘ還元触媒７の温度を検出する触媒温度センサ１１が設けられる。触媒温度センサ１１による検出値は、ＥＣＵ８に入力される。
【０２１４】
触媒温度センサ１１の他各種のセンサによる検出値がＥＣＵ８には入力され、ＥＣＵ８はこれら各種センサから入力される検出値に基づいて、尿素添加弁６による尿素添加制御を行う他、内燃機関１の燃料噴射制御などの各種の内燃機関の運転制御を実行する。
【０２１５】
ＮＯｘ還元触媒全体におけるアンモニアの吸着量が同じであっても、ＮＯｘ還元触媒内のアンモニアの吸着量分布によってＮＯｘ浄化率は異なる。
【０２１６】
図１３は、ＮＯｘ還元触媒内のアンモニアの吸着量分布の例を示した図である。図１３の各図において、横軸はＮＯｘ還元触媒内の排気流れ方向の位置を表し、縦軸はアンモニアの吸着率を表す。吸着率とは、飽和吸着量に対する吸着量の比率である。
【０２１７】
図１３（Ａ）は、ＮＯｘ還元触媒内の排気流れ方向上流側の部分におけるアンモニアの吸着率が高くなっている吸着量分布を示している。図１３（Ｂ）は、ＮＯｘ還元触媒内の排気流れ方向にほぼ均等（一様）にアンモニアが吸着している吸着量分布を示している。図１３（Ｃ）は、ＮＯｘ還元触媒内の排気流れ方向下流側の部分におけるアンモニア吸着率が高くなっている吸着量分布を示している。
【０２１８】
ＮＯｘ還元触媒全体のアンモニア吸着量が等しくても、上流側におけるアンモニア吸着量が多い図１３（Ａ）に示す吸着量分布になっている場合の方が、全体にほぼ均等にアンモニアが吸着している図１３（Ｂ）に示す吸着量分布になっている場合よりも、ＮＯｘ浄化率が高くなる傾向がある。
【０２１９】
一方、アンモニアスリップの発生し易さの点では、下流側におけるアンモニア吸着量が多い図１３（Ｃ）に示す吸着量分布になっている場合の方が、全体にほぼ均等にアンモニアが吸着している図１３（Ｂ）に示す吸着量分布になっている場合よりも、アンモニアスリップが発生し易い。
【０２２０】
本実施例では、このようなＮＯｘ還元触媒内のアンモニア吸着量分布によるＮＯｘ浄化率やアンモニアスリップの発生し易さの違いを考慮して、アンモニアスリップの発生を抑制しながら高いＮＯｘ浄化率を達成できるように尿素添加量の制御を行う。
【０２２１】
具体的には、ＥＣＵ８は、図１２に示すように、ＮＯｘ還元触媒７を排気流れ方向に５つのセルに分割したモデルにおいて、最上流に位置する第１セル７１におけるアンモニア吸着量と、第１セル７１に隣接する下流側の第２セル７２におけるアンモニア吸着量を推定する。
【０２２２】
そして、第１セル７１におけるアンモニア吸着量が、飽和吸着量に近い所定の閾値以上となるように尿素添加弁６による尿素添加量をフィードバック制御する第１の制御と、第２セル７２におけるアンモニア吸着量が、飽和吸着量と比較して十分少ない所定の目標値となるように尿素添加弁６による尿素添加量をフィードバック制御する第２の制御と、を実行する。
【０２２３】
「所定の目標値」は、アンモニアスリップによってＮＯｘ還元触媒７より下流側の排気通路３に流出するアンモニアの量が所定の許容レベル以下になるような第２セル７２におけるアンモニア吸着量に基づいて定める。
【０２２４】
図１４は、上述した尿素添加制御を表す制御ブロック図である。図１４に示すように、ＥＣＵ８は、触媒温度センサ１１から入力されるＮＯｘ還元触媒７の温度と尿素添加量に基づいて第１セル７１におけるアンモニア吸着量を推定するモデル５７と、触媒温度センサ１１から入力されるＮＯｘ還元触媒７の温度と尿素添加量に基づいて第２セル７２におけるアンモニア吸着量を推定するモデル５６と、からなるアンモニア吸着量推定モデル５３によって、第１セル７１における推定アンモニア吸着量Ｒ１及び第２セル７２における推定アンモニア吸着量Ｒ２を算出する。
【０２２５】
なお、アンモニア吸着量推定モデル５３は、触媒温度センサ１１によって検出されるＮＯｘ還元触媒７の温度だけでなく、内燃機関１の吸入空気量、燃料噴射量、ＮＯｘ還元触媒７に流入するＮＯｘ量、流出するＮＯｘ量、ＮＯｘ還元触媒７から流出するアンモニア量などの情報や、ＥＧＲ装置を備えた構成の場合にはＥＧＲ弁開度の情報に基づいて第１セル７１や第２セル７２のアンモニア吸着量を推定するモデルであっても良い。
【０２２６】
ＥＣＵ８は、触媒温度センサ１１から入力されるＮＯｘ還元触媒７の温度に応じて第１セル７１におけるアンモニア吸着量の閾値を設定するマップ５４と、触媒温度センサ１１から入力されるＮＯｘ還元触媒７の温度に応じて第２セル７２におけるアンモニア吸着量の目標値を設定するマップ５５と、を持つ。
【０２２７】
ＥＣＵ８は、アンモニア吸着量推定モデル５３によって推定した第１セルにおける推定アンモニア吸着量Ｒ１がマップ５４により設定される閾値より小さい場合には、推定アンモニア吸着量Ｒ１と閾値との差をなくすように、フィードバックコントローラ５２によって尿素添加量の補正量を算出する。
【０２２８】
そして、補正量を尿素添加量計算部５１に入力して、尿素添加弁６によって添加すべき尿素量を計算し、尿素添加弁６に対して制御信号を出力する。
【０２２９】
ＥＣＵ８は、アンモニア吸着量推定モデル５３によって推定した第２セルにおける推定アンモニア吸着量Ｒ２と、マップ５５により設定される目標値と、の差を計算し、この差をなくすように、フィードバックコントローラ５２によって尿素添加量の補正量を算出する。
【０２３０】
そして、補正量を尿素添加量計算部５１に入力して、尿素添加弁６によって添加すべき尿素量を計算し、尿素添加弁６に対して制御信号を出力する。
【０２３１】
図１５は、上述した尿素添加制御を表すフローチャートである。このフローチャートで表される処理は、ＥＣＵ８によって繰り返し実行される。
【０２３２】
まずステップＳ４０１において、ＥＣＵ８は、第１セル７１における推定アンモニア吸着量Ｒ１及び第２セル７２における推定アンモニア吸着量Ｒ２を計算する。ここでは、図１４のブロック図で説明したように、触媒温度センサ１１から入力されるＮＯｘ還元触媒７の温度から第１セル７１及び第２セル７２におけるアンモニア吸着量を推定するモデルに基づいて、推定アンモニア吸着量Ｒ１及びＲ２の計算を行う。
【０２３３】
ステップＳ４０２において、ＥＣＵ８は、ステップＳ４０１で算出した第１セル７１における推定アンモニア吸着量Ｒ１が閾値以上であるか否かを判定する。この閾値は、図１
４のブロック図で説明したように、触媒温度センサ１１から入力されるＮＯｘ還元触媒７の温度に応じた値がマップ５４に基づいて設定される。
【０２３４】
第１セル７１における推定アンモニア吸着量Ｒ１が閾値以上の場合、ＥＣＵ８はステップＳ４０３に進む。一方、第１セル７１における推定アンモニア吸着量Ｒ１が閾値より少ない場合、ＥＣＵ８はステップＳ４０６に進み、推定アンモニア吸着量Ｒ１と閾値との差を計算する。
【０２３５】
ステップＳ４０３において、ＥＣＵ８は、第２セルにおけるアンモニア吸着量の目標値を設定する。この目標値は、図１４のブロック図で説明したように、触媒温度センサ１１から入力されるＮＯｘ還元触媒７の温度に応じた値がマップ５５に基づいて設定される。
【０２３６】
続くステップＳ４０４において、ＥＣＵ８は、ステップＳ４０１で算出した第２セル７２における推定アンモニア吸着量Ｒ２とステップＳ４０３で設定した目標値との差を計算する。
【０２３７】
ステップＳ４０５において、ＥＣＵ８は、ステップＳ４０４又はステップＳ４０６において計算された差に基づき、この差をなくすように尿素添加量をフィードバック制御する。例えば、次の（式１）で表されるＰＩ制御を適用する。
0005627367.tif 000002
【０２３８】
ここで、ｆはフィードバック制御量、ｅは、ステップＳ４０６で計算された第１セル７１における推定アンモニア吸着量Ｒ１と閾値との差、又は、ステップＳ４０４で計算された第２セル７２における推定アンモニア吸着量Ｒ２と目標値との差である。Ｋｐ，ＫｉはそれぞれＰＩ制御における比例ゲイン、積分ゲインである。
【０２３９】
このフローチャートに示されるように、本実施例では、第１セル７１におけるアンモニア吸着量を閾値以上にする第１の制御を、第２セル７２におけるアンモニア吸着量を目標値にする第２の制御よりも優先的に実行する。
【０２４０】
すなわち、第１の制御によって、第１セル７１の推定アンモニア吸着量Ｒ１が閾値以上という条件が満足されてから（ステップＳ４０２で肯定判定されてから）、第２セル７２の推定アンモニア吸着量Ｒ２を目標値に近付ける第２の制御が開始される。
【０２４１】
これにより、第１セル７１において飽和吸着量に近い量のアンモニアが吸着する吸着量分布を速やかに達成することができるので、高いＮＯｘ浄化率を得ることが可能になる。
【０２４２】
図１６は、以上説明した本実施例に係る尿素添加制御を行った場合の、ＮＯｘ還元触媒７の第１セル７１及び第２セル７２におけるアンモニア吸着率及び尿素添加弁６による尿素添加量の時間推移の一例を示す図である。
【０２４３】
図１６（Ａ）は、第１セル７１及び第２セル７２におけるアンモニア吸着率の時間推移を表し、図１６（Ｂ）は、尿素添加弁６による尿素添加量の時間推移を表す。図１６に例示する時間推移は、第１セル７１及び第２セル７２におけるアンモニアの吸着率が共にゼロの状態から本実施例の尿素添加制御を開始した場合の時間推移である。
【０２４４】
制御が開始されると、第１セル７１におけるアンモニア吸着量が閾値未満であることから、第１の制御による尿素添加が行われる。時刻ｔ１において第１セル７１におけるアン
モニア吸着量が閾値に達すると、第２セル７２おけるアンモニア吸着量が目標値から乖離していることから、第２の制御による尿素添加が行われる。
【０２４５】
第２セル７２におけるアンモニア吸着量と目標値との差が小さくなるに従い尿素添加が減量され、目標値に略一致すると尿添加量は略ゼロに制御される（時刻ｔ２）。第１セル７１におけるアンモニア吸着量が減少して閾値未満になると（時刻ｔ３）、第１の制御により尿素添加が再開される。
【０２４６】
以上説明したように、本実施例に係る尿素添加制御によれば、ＮＯｘ還元触媒内のアンモニアの吸着量分布（第１セル及び第２セルにおけるアンモニア吸着量）に基づいて、尿素添加量をフィードバック制御することができる。
【０２４７】
これにより、第１セル７１におけるアンモニア吸着量を閾値以上に制御するとともに、第２セル７２におけるアンモニア吸着量を目標値に制御することができ、高いＮＯｘ浄化率を得ることが可能になるとともに、アンモニアスリップを好適に抑制することが可能になる。
【０２４８】
本実施例に係る尿素添加制御は、本発明において、制御手段が、排気浄化部材（ＮＯｘ還元触媒７）内の所定の第１の部分（第１セル７１）における浄化剤（アンモニア）の吸着量が所定の閾値以上となるように浄化剤供給手段（尿素添加弁６）による浄化剤の供給（尿素添加）を制御する第１の制御と、排気浄化部材内の前記第１の部分より排気流れ方向下流側の所定の第２の部分（第２セル７２）における浄化剤の吸着量が前記閾値より少ない所定の目標値となるように浄化剤供給手段による浄化剤の供給を制御する第２の制御と、を実行する構成に対応する。
【０２４９】
ここで、ＮＯｘ還元触媒内のアンモニアの吸着量分布を推定するための、上記各実施例で説明した方法とは別の方法を説明する。ここでは、図１７に示す構成の内燃機関の排気浄化システムを例に説明する。
【０２５０】
図１７に示すシステムでは、ＮＯｘ還元触媒７を５つのセルに分割したモデルによってＮＯｘ還元触媒７におけるアンモニアの吸着量分布を推定する。セルの分割方法は図１１のシステムと同様である。ＮＯｘ還元触媒７には、第２セル７２後のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ８３が設けられる。
【０２５１】
ＥＣＵ８は、ＮＯｘセンサ８３、空気センサ１７、回転数センサ１８、触媒温度センサ１１による検出値に基づいて尿素添加弁６による尿素添加を制御する。その他の構成は図１１のシステムと同等である。
【０２５２】
（１）ＥＣＵ８は、まず、ＮＯｘ還元触媒７に流入するアンモニア量を算出する。ＮＯｘ還元触媒７に流入するアンモニア量は、ＥＣＵ８の実行する尿素添加制御ルーチンから、尿素添加弁６により排気通路３に添加される尿素の量を取得し、これに基づいて算出する。
【０２５３】
（２）次に、ＥＣＵ８は、ＮＯｘ還元触媒７に流入するＮＯｘ量を算出する。ＮＯｘ還元触媒７に流入するＮＯｘ量は、内燃機関の運転条件（負荷、回転数）と空気センサ１７により検出される吸入空気量とからマップ又は関係式により算出される。
【０２５４】
（３）次に、ＥＣＵ８は、第１セル７１及び第２セル７２の２つのセル群からなる所定領域において消費されたＮＯｘ量（浄化されたＮＯｘ量）を算出する。ＥＣＵ８は、ＮＯｘセンサ８３による検出値に基づいて、第２セル７２から流出するＮＯｘ量を求め、（２
）で得られたＮＯｘ還元触媒７に流入するＮＯｘ量との差を算出し、この差に基づいて、所定領域におけるＮＯｘの消費量を算出する。
【０２５５】
（４）次に、ＥＣＵ８は、ＮＯｘ還元触媒７の前記所定領域における現在のアンモニアの吸着量を算出する。ＥＣＵ８は、ＮＯｘ還元触媒７の前記所定領域におけるアンモニアの飽和吸着量と、該所定領域にもともと吸着していたアンモニア量と、（１）で得られたＮＯｘ還元触媒７に流入するアンモニア量と、に基づいて、前記所定領域における現在のアンモニアの吸着量を算出する。アンモニアの飽和吸着量は、事前計測によって得られたデータをマップ又は関係式の形で持っておく。もともと吸着していたアンモニア量は、ここで説明している推定ルーチンによって前回推定された所定領域におけるアンモニアの実吸着量の値を用いる。もともと吸着していたアンモニア量が飽和吸着量より少なければ、（１）で得られた新たに所定領域に流入するアンモニア量が、追加で前記所定領域に吸着するアンモニア量となる。一方、もともと吸着していたアンモニア量が飽和吸着量に達していた場合や、もともと吸着していたアンモニア量と飽和吸着量との差が（１）で得られた新たに流入するアンモニア量より少ない場合は、新たに所定領域に流入するアンモニアは追加で前記所定領域には吸着しないか、又は、（１）で得られた新たに所定領域に流入するアンモニア量の一部だけしか追加で所定領域に吸着しない。
【０２５６】
（５）次に、ＥＣＵ８は、ＮＯｘ還元触媒７の前記所定領域に実際に吸着しているアンモニア量を算出する。ＥＣＵ８は、（４）で得られたＮＯｘ還元触媒７の所定領域における現在のアンモニアの吸着量から、（３）で得られたＮＯｘ還元触媒７の所定領域において消費されたＮＯｘ量に相当するアンモニア量を差し引いて、所定領域に実際に吸着しているアンモニア量を算出する。
【０２５７】
このように、ＮＯｘセンサ８３による検出値を用いて、第１セル７１及び第２セル７２の２つのセル群からなる所定領域におけるアンモニア吸着量を推定できる。更に、第１セル７１におけるアンモニア吸着量及び第２セル７２におけるアンモニア吸着量をそれぞれ推定する場合には、図１８に示すようにシステムを構成する。
【０２５８】
図１８に示すシステムは、図１７のシステムに対して、第１セル７１の前後のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ８１、８２、第１セル７１の前後のアンモニア濃度を検出するアンモニアセンサ９１、９２が追加された構成である。
【０２５９】
上述した図１１のシステムにおけるアンモニアの吸着量分布の推定方法の説明において、第２セル７２の前後のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ８２、８３及び第２セル７２の前後のアンモニア濃度を検出するアンモニアセンサ９２、９３による検出値に基づいて第２セル７２におけるアンモニアの吸着量を推定する方法を説明したが、これと同様の推定方法で、第１セル７１におけるアンモニアの吸着量を、第１セル７１の前後のＮＯｘセンサ８１、８２及び第１セル７１の前後のアンモニアセンサ９１、９２による検出値に基づいて推定することができる。
【０２６０】
このようにして推定される第１セル７１におけるアンモニアの吸着量と、図１７のシステムで推定される第１セル７１及び第２セル７２からなる所定領域におけるアンモニアの吸着量と、から、第２セル７２におけるアンモニアの吸着量を推定することができる。
【０２６１】
実施例４において、図１４のアンモニア吸着量推定モデル５３ではなく、上述した図１７及び図１８で示すシステムによって、第１セル７１における推定アンモニア吸着量Ｒ１及び第２セル７２における推定アンモニア吸着量Ｒ２を算出するようにしても良い。
【０２６２】
以上説明した各実施例は本発明の範囲内で変更を加えたり組み合わせたりすることがで
きる。例えば、実施例１ではＮＯｘ還元触媒７を第１セル７１及び第２セル７２の２つの領域に分けて第２セル７２におけるアンモニアの吸着量に応じて尿素添加を制御する例を説明したが、３つ以上の領域に分けて考えても良い。
【０２６３】
その場合、最下流側の領域におけるアンモニアの吸着量がアンモニアスリップの発生に最も影響が大きいことに鑑み、最下流側の領域におけるアンモニアの吸着量に基づいて尿素添加制御を行うことが好ましい。 
【０２６４】
また、実施例４で説明したアンモニア吸着量分布の推定モデルにおけるＮＯｘ還元触媒７の分割数は５に限らないし、各セルは等幅であっても不等幅であっても良い。また、図１４のブロック図で説明したアンモニア吸着量推定モデルや、図１１、図１７、図１８を用いて説明したシステムにおけるアンモニア吸着量分布の推定方法は、可能な範囲で組み合わせてＮＯｘ還元触媒内のアンモニアの吸着量分布を推定することができる。
【０２６５】
また、上記各実施例は、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元するＮＯｘ還元触媒を備えた排気浄化装置に本発明を適用した実施例だが、本発明は、ＮＯｘ還元触媒だけでなく、浄化剤を吸着し、浄化剤と排気中の所定の浄化対象成分（除去対象成分）とを反応させることで排気を浄化する機能を有する排気浄化部材と、浄化剤の供給制御を行う制御手段と、を備えた排気浄化装置一般に適用することが可能である。また、本発明は、浄化剤を吸着し、浄化剤と排気中の所定の浄化対象成分（除去対象成分）とを反応させることで排気を浄化する機能を有する排気浄化部材に、浄化剤を供給する制御方法一般に適用することが可能である。
【符号の説明】
【０２６６】
１     内燃機関
２     排気マニホールド
３     排気通路
４     酸化触媒
５     フィルタ
６     尿素添加弁
７     ＮＯｘ還元触媒
８     ＥＣＵ
９     排気温度センサ
１０   ＮＯｘセンサ
１１   触媒温度センサ
１２   ＮＯｘセンサ
１３   吸気マニホールド
１４   吸気通路
１５   ＥＧＲ通路
１６   ＥＧＲ弁
１７   空気センサ
１８   回転数センサ
５１   尿素添加量計算部
５２   フィードバックコントローラ
５３   アンモニア吸着量推定モデル
５４   第１セルのアンモニア吸着量の閾値マップ
５５   第２セルのアンモニア吸着量の目標値マップ
５６   第２セルのアンモニア吸着量推定モデル
５７   第１セルのアンモニア吸着量推定モデル
７１   第１セル
７２   第２セル
７３   第３セル
７４   第４セル
７５   第５セル
８１、８２、８３、８４、８５       ＮＯｘセンサ
９１、９２、９３、９４、９５       アンモニアセンサ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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