(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に配置され、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へＮＨ３を供給するための還元剤を添加する還元剤添加部と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を算出する浄化率算出部と、
前記浄化率算出部で算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着したＮＨ３の推定吸着量を算出する推定吸着量算出部と、
前記推定吸着量算出部で算出された推定吸着量が、前記内燃機関のあらゆる運転状態で、一定以上のＮＯｘ浄化率を実現でき且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒からのＮＨ３のスリップを抑制できるか否かの閾値である所定量以下であると、規定量以上の還元剤を前記還元剤添加部から添加し、前記推定吸着量が所定量を超えると、前記推定吸着量が多い程規定量を減量した還元剤を前記還元剤添加部から添加する添加制御部と、
前記浄化率算出部で算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、還元剤の規定量を算出する規定量算出部と、を備え、
前記浄化率算出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯとＮＯ２との比、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度、及び排気流量からＮＯｘ浄化率を算出する想定浄化率算出部と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に出入りするＮＯｘ濃度からＮＯｘ浄化率を算出する実浄化率算出部と、を有しており、
前記推定吸着量算出部は、前記実浄化率算出部で算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、前記推定吸着量を算出し、
前記規定量算出部は、前記想定浄化率算出部で算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、還元剤の規定量を算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記添加制御部が添加する還元剤の量を算出するための、前記推定吸着量算出部で算出された前記推定吸着量と所定量とに基づいて、還元剤の規定量に掛け合わされる増減量率を算出する増減量率算出部を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記添加制御部は、前記推定吸着量が所定量以下であると、規定量の還元剤を前記還元剤添加部から添加することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記添加制御部は、前記推定吸着量が所定量以下であると、前記推定吸着量が少ない程規定量を増量した還元剤を前記還元剤添加部から添加することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に配置された選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に配置され、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へＮＨ３を供給するための還元剤を添加する還元剤添加部と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置の還元剤添加方法であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯとＮＯ２との比、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度、及び排気流量から想定ＮＯｘ浄化率を算出し、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に出入りするＮＯｘ濃度から実ＮＯｘ浄化率を算出し、
算出された実ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着したＮＨ３の推定吸着量を算出し、
算出された想定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤添加部から添加される還元剤の規定量を算出し、
算出された推定吸着量が、前記内燃機関のあらゆる運転状態で、一定以上のＮＯｘ浄化率を実現でき且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒からのＮＨ３のスリップを抑制できるか否かの閾値である所定量以下であると、規定量以上の還元剤を前記還元剤添加部から添加し、前記推定吸着量が所定量を超えると、前記推定吸着量が多い程規定量を減量した還元剤を前記還元剤添加部から添加することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置の還元剤添加方法。
【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関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に上流から順に、酸化触媒、還元剤添加弁、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）を配置し、還元剤添加弁から添加した還元剤から生成されるＮＨ３（アンモニア）を用いて、ＳＣＲ触媒に流入する排気中のＮＯｘを浄化することが行われている。ここで、還元剤の添加方法として、２通りの方法が従来から用いられている（例えば特許文献１（段落０００５〜０００８）参照）。
【０００３】
第１の方法としては、内燃機関から排出されてＳＣＲ触媒へ流入するＮＯｘ量を推定し、そのＮＯｘ量に応じた分（当量比１）だけの還元剤を継続的に添加する当量添加方法である。この方法の場合には、還元剤の添加制御の応答遅れ、還元剤から加水分解してＮＨ３になるまでの遅れ等からＮＯｘ排出量が急激に変化した場合に対応が間に合わず、的確な添加量とすることが困難である。そのため、添加過多によるＮＨ３スリップや、添加不足によるＮＯｘ浄化率の低下が生じ得る。
【０００４】
第２の方法としては、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着機能を利用し、予め飽和吸着量を超えない範囲でＮＨ３を吸着させて保持させておき、ＮＯｘを還元浄化させてＳＣＲ触媒に吸着させたＮＨ３が消費され次第、消費されたＮＨ３量に応じた分だけ還元剤を添加する吸着添加方法である。この方法の場合には、第１の方法に比して、応答遅れやＮＯｘ量の急激な変化に対応し易いため、従来では、主にこの第２の方法が採用されている。
【０００５】
ここで、この第２の方法の場合には、特許文献４の段落０００３に記載があるように、ＳＣＲ触媒へ吸着させておくＮＨ３量は、ＳＣＲ触媒の飽和吸着量を超えない限りにおいてできるだけ多い方がよいと考えられていた。しかし、ＳＣＲ触媒へ吸着させるＮＨ３量は多ければよいというものではなく、ＮＨ３を吸着した状態であっても、できるだけ還元剤を添加している状態にしておくことの方が高いＮＯｘ浄化率を得ることができることが明らかになってきた。その一方で、還元剤を添加している状態にしておくと、ＮＨ３がＳＣＲ触媒からすり抜けてしまうＮＨ３スリップが生じ易いという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２６１２５３号公報
【特許文献２】特開２００９−２９３４４４号公報
【特許文献３】特開２００５−２２６５０４号公報
【特許文献４】特開２００５−１２７２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、内燃機関の排気浄化装置において、選択還元型ＮＯｘ触媒での高いＮＯｘ浄化率の確保とＮＨ３スリップ抑制との両立を実現する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置された選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に配置され、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へＮＨ３を供給するための還元剤を添加する還元剤添加部と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を算出する浄化率算出部と、
前記浄化率算出部で算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着したＮＨ３の推定吸着量を算出する推定吸着量算出部と、
前記推定吸着量算出部で算出された推定吸着量が、前記内燃機関のあらゆる運転状態で、一定以上のＮＯｘ浄化率を実現でき且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒からのＮＨ３のスリップを抑制できるか否かの閾値である所定量以下であると、規定量以上の還元剤を前記還元剤添加部から添加し、前記推定吸着量が所定量を超えると、前記推定吸着量が多い程規定量を減量した還元剤を前記還元剤添加部から添加する添加制御部と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【０００９】
ここで、所定量とは、推定吸着量がそれ以下の量であると、内燃機関のあらゆる運転状態で、一定以上のＮＯｘ浄化率を実現でき且つ選択還元型ＮＯｘ触媒からのＮＨ３のスリップを抑制できる量であり、内燃機関のあらゆる運転状態で、一定以上のＮＯｘ浄化率を実現でき且つ選択還元型ＮＯｘ触媒からのＮＨ３のスリップを抑制できるか否かの閾値である。
【００１０】
選択還元型ＮＯｘ触媒は、吸着させるＮＨ３量が多ければよいというものではなく、ＮＨ３を吸着した状態であっても、できるだけ還元剤を添加している状態にしておくことの方が高いＮＯｘ浄化率を得ることができることが明らかになってきた。その一方で、還元剤を添加している状態にしておくと、ＮＨ３が選択還元型ＮＯｘ触媒からすり抜けてしまうＮＨ３スリップが生じ易いという問題もある。
【００１１】
そこで本発明では、推定吸着量が所定量以下であると、内燃機関のあらゆる運転状態で、一定以上のＮＯｘ浄化率を実現でき且つ選択還元型ＮＯｘ触媒からのＮＨ３のスリップを抑制できるので、規定量以上の還元剤を添加する。一方、推定吸着量が所定量を超えると、選択還元型ＮＯｘ触媒からのＮＨ３のスリップが生じ易くなくなるので、推定吸着量が多い程規定量を減量した還元剤を添加する。これによって、推定吸着量が所定量を超えても、選択還元型ＮＯｘ触媒の飽和吸着量を超えない範囲内で、できるだけ還元剤を添加している状態にしておくことができる。したがって、選択還元型ＮＯｘ触媒での高いＮＯｘ浄化率の確保とＮＨ３スリップ抑制との両立を実現することができる。
【００１２】
前記浄化率算出部で算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、還元剤の規定量を算出する規定量算出部を更に備えるとよい。
【００１３】
これによると、還元剤の規定量がＮＯｘ浄化率に基づいて算出されるので、還元剤の規定量がＮＯｘ浄化に適した量に設定できる。
【００１４】
前記浄化率算出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯとＮＯ２との比、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度、及び排気流量からＮＯｘ浄化率を算出する想定浄化率算出部と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に出入りするＮＯｘ濃度からＮＯｘ浄化率を算出する実浄化率算出部と、を有しており、
前記推定吸着量算出部は、前記実浄化率算出部で算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、前記推定吸着量を算出し、
前記規定量算出部は、前記想定浄化率算出部で算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、還元剤の規定量を算出するとよい。
【００１５】
想定浄化率算出部は、選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯとＮＯ２との比、選択還元
型ＮＯｘ触媒の温度、及び排気流量からＮＯｘ浄化率を算出するので、今現在のＮＯｘ浄化率を予測できる。実浄化率算出部は、選択還元型ＮＯｘ触媒に出入りするＮＯｘ濃度からＮＯｘ浄化率を算出するので、タイムラグがあるものの直近における実際のＮＯｘ浄化率を導出できる。このため、推定吸着量は、タイムラグがあるものの直近における実際の量を導出でき、還元剤の規定量は、今現在必要な量を導出できる。
【００１６】
前記浄化率算出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯとＮＯ２との比、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度、及び排気流量からＮＯｘ浄化率を算出する想定浄化率算出部であるとよい。
【００１７】
想定浄化率算出部は、選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯとＮＯ２との比、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度、及び排気流量からＮＯｘ浄化率を算出するので、今現在のＮＯｘ浄化率を予測できる。このため、推定吸着量は、今現在の量を導出でき、還元剤の規定量は、今現在必要な量を導出できる。
【００１８】
前記浄化率算出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に出入りするＮＯｘ濃度からＮＯｘ浄化率を算出する実浄化率算出部であるとよい。
【００１９】
実浄化率算出部は、選択還元型ＮＯｘ触媒に出入りするＮＯｘ濃度からＮＯｘ浄化率を算出するので、タイムラグがあるものの直近における実際のＮＯｘ浄化率を導出できる。このため、推定吸着量は、タイムラグがあるものの直近における実際の量を導出でき、還元剤の規定量は、タイムラグがあるものの直近における実際に必要だった量を導出できる。
【００２０】
前記添加制御部が添加する還元剤の量を算出するための、前記推定吸着量算出部で算出された前記推定吸着量と所定量とに基づいて、還元剤の規定量に掛け合わされる増減量率を算出する増減量率算出部を更に備えるとよい。
【００２１】
これによると、添加制御部が添加する還元剤の量が、還元剤の規定量に増減量率を掛け合わすことで算出できる。
【００２２】
前記添加制御部は、前記推定吸着量が所定量以下であると、規定量の還元剤を前記還元剤添加部から添加するとよい。
【００２３】
これによると、推定吸着量が所定量以下のときに規定量の還元剤を添加するので、選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＨ３の吸着量を確実にゆっくり増加させ、ＮＨ３の吸着量が急激に増加することにより不意にＮＨ３スリップが生じることを回避することができる。
【００２４】
前記添加制御部は、前記推定吸着量が所定量以下であると、前記推定吸着量が少ない程規定量を増量した還元剤を前記還元剤添加部から添加するとよい。
【００２５】
これによると、推定吸着量が少ない程還元剤を増量するので、選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＨ３の吸着量をより早く増加させ、選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率をより早く上昇させることができる。
【００２６】
また本発明は、
内燃機関の排気通路に配置された選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に配置され、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へＮＨ３を供給するための還元剤を添加する還元剤添加部と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置の還元剤添加方法であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を算出し、
算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着したＮＨ３の推定吸着量を算出し、
算出された推定吸着量が、前記内燃機関のあらゆる運転状態で、一定以上のＮＯｘ浄化率を実現でき且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒からのＮＨ３のスリップを抑制できるか否かの閾値である所定量以下であると、規定量以上の還元剤を前記還元剤添加部から添加し、前記推定吸着量が所定量を超えると、前記推定吸着量が多い程規定量を減量した還元剤を前記還元剤添加部から添加することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置の還元剤添加方法である。
【００２７】
本発明によっても、内燃機関の排気浄化装置において、選択還元型ＮＯｘ触媒での高いＮＯｘ浄化率の確保とＮＨ３スリップ抑制との両立を実現することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によると、内燃機関の排気浄化装置において、選択還元型ＮＯｘ触媒での高いＮＯｘ浄化率の確保とＮＨ３スリップ抑制との両立を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図３】実施例１に係るＥＣＵ内の制御ブロック図である。
【図４】実施例１に係る推定吸着量と増減量率との関係を示す図である。
【図５】実施例１に係るＳＣＲ触媒床温と所定量及び限界吸着量との関係を示す図である。
【図６】実施例１の他の例に係るＳＣＲ触媒床温と所定量及び限界吸着量との関係を示す図である。
【図７】実施例１に係る尿素水添加制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】変形例１に係る推定吸着量と増減量率との関係を示す図である。
【図９】変形例２に係るＥＣＵ内の制御ブロック図である。
【図１０】変形例２に係る尿素水添加制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００３１】
＜実施例１＞
（内燃機関）
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する車両駆動用の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１には、内燃機関１から排出された排気を流通させる排気通路２が接続されている。
【００３２】
排気通路２の途中には、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）３が配置されている。ＳＣＲ触媒３は、ＮＨ３（アンモニア）を用いて排気中のＮＯｘを還元浄化する。例えば、ＮＯは、４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏのような反応によって、Ｎ２に還元される。ＮＯ２は、６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏのような反応によって、Ｎ２に還元される。ＮＯ及びＮＯ２は、ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏのような反応によって、Ｎ２に還元される。またＳＣＲ触媒３は、ＮＨ３を吸着する機能を有する。ＳＣＲ触媒３は、ゼオライト等で形成される。
【００３３】
ＳＣＲ触媒３よりも上流の排気通路２には、ＳＣＲ触媒３に供給するＮＨ３に加水分解
される還元剤として尿素水溶液（以下、尿素水という）を添加する尿素水添加弁４が配置されている。尿素水添加弁４からは、尿素水タンク５に蓄えられた尿素水が指令に基づいて排気通路２内に噴射される。噴射された尿素水は、（ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２のような反応で排気熱を用いて加水分解され、ＮＨ３が生成される。尿素水添加弁４が、本発明の還元剤添加部に対応する。還元剤としては、尿素水以外にもアンモニア水溶液等のアンモニア系溶液を用いることができる。
【００３４】
尿素水添加弁４の直上流の排気通路２には、ＳＣＲ触媒３に流入する排気中のＮＯｘ濃度を検出する第１ＮＯｘセンサ６が配置されている。第１ＮＯｘセンサ６は、第１ＮＯｘ濃度取得部に対応する。ＳＣＲ触媒３の直下流の排気通路２には、ＳＣＲ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ濃度を検出する第２ＮＯｘセンサ７が配置されている。第２ＮＯｘセンサ７は、第２ＮＯｘ濃度取得部に対応する。なお、第１ＮＯｘ濃度取得部及び第２ＮＯｘ濃度取得部としては、内燃機関１の運転状態と予め算出したＮＯｘ濃度推定マップとからＮＯｘ濃度を推定するものでもよい。ＳＣＲ触媒３には、ＳＣＲ触媒床温を検出する温度センサ８が配置されている。温度センサ８は、触媒温度取得部に対応する。なお、触媒温度取得部としては、排気通路２に配置された排気温度と予め算出した触媒床温推定マップとからＳＣＲ触媒床温を推定するものでもよい。
【００３５】
以上述べたように構成された内燃機関１には電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）９が併設されている。ＥＣＵ９には、第１ＮＯｘセンサ６、第２ＮＯｘセンサ７、及び温度センサ８、並びに不図示のクランクポジションセンサ及びアクセル開度センサが電気的に接続されている。これらの出力信号がＥＣＵ９に入力される。また、ＥＣＵ９には、尿素水添加弁４が電気的に接続されており、ＥＣＵ９によって制御される。
【００３６】
（尿素水添加制御）
従来、ＳＣＲ触媒３へ尿素水を添加する場合として、主に、ＳＣＲ触媒３のＮＨ３を吸着する機能を利用し、予め飽和吸着量を超えない範囲の目標吸着量でＮＨ３をＳＣＲ触媒３に吸着させて保持させておき、ＮＯｘの還元により保持されていたＮＨ３が消費され次第、目標吸着量になるように消費されたＮＨ３の量に応じた分だけ尿素水を供給する吸着添加方法が用いられていた。
【００３７】
ここで、この方法の場合には、目標吸着量であるＳＣＲ触媒３へ吸着させておくＮＨ３量は、ＳＣＲ触媒３の飽和吸着量を超えない限りにおいてできるだけ多い方がよいと考えられていた。しかし、ＳＣＲ触媒３へ吸着させるＮＨ３量は多ければよいというものではなく、ＮＨ３を吸着した状態であっても、できるだけ尿素水を添加している状態にしておくことの方が高いＮＯｘ浄化率を得ることができることが明らかになってきた。図２は、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。図２に示すように、同じＮＨ３吸着量であっても、尿素水を添加している状態の方が、添加していない状態よりもＮＯｘ浄化率が高くなる。その一方で、尿素水を添加している状態にしておくと、ＮＨ３がＳＣＲ触媒３からすり抜けてしまうＮＨ３スリップが生じ易いという問題もある。
【００３８】
そこで、本実施例では、ＳＣＲ触媒３に吸着したＮＨ３の推定吸着量が、内燃機関１のあらゆる運転状態で、一定以上のＮＯｘ浄化率を実現でき且つＳＣＲ触媒３からのＮＨ３のスリップを抑制できるか否かの閾値である所定量以下であると、規定量の尿素水を尿素水添加弁４から添加し、前記推定吸着量が所定量を超えると、前記推定吸着量が多い程規定量を減量した尿素水を尿素水添加弁４から添加するようにした。
【００３９】
ここで、所定量とは、ＳＣＲ触媒３に吸着したＮＨ３の推定吸着量がそれ以下の量であると、内燃機関１のあらゆる運転状態で、一定以上のＮＯｘ浄化率を実現でき且つＳＣＲ触媒３からのＮＨ３のスリップを抑制できる量であり、内燃機関１のあらゆる運転状態で
、一定以上のＮＯｘ浄化率を実現でき且つＳＣＲ触媒３からのＮＨ３のスリップを抑制できるか否かの閾値である。本実施例の所定量は、ＳＣＲ触媒３の吸着量に対しＮＯｘ浄化率が飽和する浄化率飽和吸着量を用いる。しかし、所定量としては、浄化率飽和吸着量に限られるものではない。
【００４０】
本実施例によると、ＳＣＲ触媒３に吸着したＮＨ３の推定吸着量が所定量以下であると、内燃機関１のあらゆる運転状態で、一定以上のＮＯｘ浄化率を実現でき且つＳＣＲ触媒３からのＮＨ３のスリップを抑制できるので、規定量の尿素水を添加する。一方、前記推定吸着量が所定量を超えると、ＳＣＲ触媒３からのＮＨ３のスリップが生じ易くなくなるので、前記推定吸着量が多い程規定量を減量した尿素水を添加する。これによって、前記推定吸着量が所定量を超えても、ＳＣＲ触媒３の飽和吸着量を超えない範囲内で、できるだけ尿素水を添加している状態にしておくことができる。したがって、ＳＣＲ触媒３での高いＮＯｘ浄化率の確保とＮＨ３スリップ抑制との両立を実現することができる。
【００４１】
図３は、本実施例に係るＥＣＵ９内の制御ブロック図である。図３を用いて、ＳＣＲ触媒３に吸着したＮＨ３の推定吸着量と所定量との関係に応じて、尿素水添加弁４からの尿素水の添加制御を行う具体的な構成について述べる。
【００４２】
図３に示すように、ＥＣＵ９は、内燃機関１の運転状態からマップにより推定されるＳＣＲ触媒３に流入するＮＯとＮＯ２との比、温度センサ８で検出するＳＣＲ触媒３の温度、及びエアフローメータ１０で検出する排気流量から、ＮＯｘ浄化率を算出する想定浄化率算出部９ａを有する。ＳＣＲ触媒３に流入するＮＯとＮＯ２との比には、ＳＣＲ触媒３よりも上流の排気通路２に配置された酸化触媒でのＮＯからＮＯ２への変化率等も考慮することもできる。これにより、想定浄化率算出部９ａでは、今現在のＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率を予測できる。なお、想定浄化率算出部９ａは、浄化率算出部の一部である。
【００４３】
ＥＣＵ９は、第１ＮＯｘセンサ６及び第２ＮＯｘセンサ７で検出するＳＣＲ触媒３に出入りするＮＯｘ濃度からＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率を算出する実浄化率算出部９ｂを有する。実浄化率算出部９ｂでのＮＯｘ浄化率は、第１ＮＯｘセンサ６で検出するＮＯｘ濃度（以下、入ＮＯｘ濃度という）から、第２ＮＯｘセンサ７で検出するＮＯｘ濃度（以下、出ＮＯｘ濃度という）を引いた値を入ＮＯｘ濃度で割ることで求めることができる。これにより、実浄化率算出部９ｂでは、タイムラグがあるものの直近におけるＳＣＲ触媒３の実際のＮＯｘ浄化率を導出できる。なお、実浄化率算出部９ｂは、浄化率算出部の一部である。
【００４４】
ＥＣＵ９は、第１ＮＯｘセンサ７で検出するＳＣＲ触媒３に流入するＮＯｘ濃度と、エアフローメータ１０で検出する排気流量と、から、ＳＣＲ触媒３に流入するＮＯｘ量を算出するＮＯｘ量算出部９ｃを有する。ＮＯｘ量は、入ＮＯｘ濃度に排気流量を掛けることで求めることができる。
【００４５】
ＥＣＵ９は、想定浄化率算出部９ａで算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、尿素水の規定量を算出する規定量算出部９ｄを有する。規定量算出部９ｄでは、想定浄化率算出部９ａで算出されたＮＯｘ浄化率にＮＯｘ量算出部９ｃで算出されたＮＯｘ量を掛けることにより、ＳＣＲ触媒３で浄化する浄化ＮＯｘ量を算出し、当該浄化ＮＯｘ量と反応して消費されるであろうＮＨ３を生成する尿素水の量を規定量として算出する。想定浄化率算出部９ａが今現在のＮＯｘ浄化率を予測するので、尿素水の規定量は今現在必要な量を導出できる。
【００４６】
ＥＣＵ９は、実浄化率算出部９ｂで算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、ＳＣＲ触媒３に吸着したＮＨ３の推定吸着量を算出する推定吸着量算出部９ｅを有する。推定吸着量算
出部９ｅでは、実浄化率算出部９ｂで算出されたＮＯｘ浄化率にＮＯｘ量算出部９ｃで算出されたＮＯｘ量を掛けることにより、ＳＣＲ触媒３で還元浄化された還元ＮＯｘ量を算出する。還元ＮＯｘ量に還元反応させたＮＨ３量が消費ＮＨ３量である。前回の推定吸着量と消費ＮＨ３量と添加制御部での尿素水の添加量とから、ＳＣＲ触媒３に吸着したＮＨ３の推定吸着量を算出する。実浄化率算出部９ｂはタイムラグがあるものの直近における実際のＮＯｘ浄化率を導出するので、推定吸着量はタイムラグがあるものの直近における実際の量を導出できる。
【００４７】
ＥＣＵ９は、添加制御部９ｇが添加する尿素水の量を算出するための、推定吸着量算出部９ｅで算出された推定吸着量と所定量とに基づいて、尿素水の規定量に掛け合わされる増減量率を算出する増減量率算出部９ｆを有する。図４は、増減量率算出部９ｆに設定される推定吸着量と増減量率との関係を示す図である。増減量率算出部９ｆには、図４に示すようなマップが設定される。図４に示すマップは、推定吸着量が所定量以下では増減量率が１であり、推定吸着量が所定量を超えると増減量率が限界吸着量のとき０となるように一次関数的に減少する。このマップに推定吸着量を取り込むことで、増減量率を算出する。ここで、図４に示すマップは、ＳＣＲ触媒床温に応じて異なる。図５は、ＳＣＲ触媒床温と所定量及び限界吸着量との関係を示す図である。図５に示す所定量及び限界吸着量の温度特性は予め判明している。このため、増減量率算出部９ｆでは、温度センサ８で検出したＳＣＲ触媒床温に応じて、図５に示す温度特性から、所定量及び限界吸着量を導出する。そして、導出した所定量及び限界吸着量から、図４に示すマップを設定する。なお、限界吸着量は、図５に示す特性のもの以外にも、過渡運転時のＮＨ３スリップ等を考慮した温度特性を用いてもよい。図６は、他の例に係るＳＣＲ触媒床温と所定量及び限界吸着量との関係を示す図である。所定量や限界吸着量は、図６に示すように、図５の温度特性とは異なるものから導出してもよい。図６に示す所定量の温度特性は、浄化率飽和吸着量よりも吸着量を多く設定しており、限界吸着量の温度特性は、過渡運転時のＮＨ３スリップを考慮しているので、最大の限界吸着量よりも吸着量を少なく設定している。
【００４８】
ＥＣＵ９は、尿素水添加弁４から添加する尿素水の添加制御を行う添加制御部９ｇを有する。添加制御部９ｇは、規定量算出部９ｄで算出された規定量に増減量率算出部９ｆで算出された増減量率を掛けることによって、尿素水の添加量を導出する。そして、導出された添加量を尿素水添加弁４から添加する。つまり、増減量率が図４に示すマップで定まることから、推定吸着量が所定量以下であると、規定量の尿素水を尿素水添加弁４から添加し、推定吸着量が所定量を超えると、推定吸着量が多い程規定量を減量した尿素水を尿素水添加弁４から添加することになる。この場合には、推定吸着量が所定量以下のときに規定量の尿素水を添加するので、ＳＣＲ触媒３のＮＨ３の吸着量を確実にゆっくり増加させ、ＮＨ３の吸着量が急激に増加することにより不意にＮＨ３スリップが生じることを回避することができる。
【００４９】
ＥＣＵ９が行う尿素水添加制御ルーチンについて、図７に示すフローチャートに基づいて説明する。図７は、尿素水添加制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎にＥＣＵ９によって実行される。図７に示すルーチンが開始されると、Ｓ１０１では、想定浄化率算出部９ａで想定浄化率を算出する。Ｓ１０２では、想定浄化率算出部９ａで算出した想定浄化率と、ＮＯｘ量算出部９ｃで算出したＮＯｘ量と、から、規定量算出部９ｄで尿素水の規定量を算出する。Ｓ１０３では、増減量率算出部９ｆで増減量率を算出する。Ｓ１０４では、規定量算出部９ｄで算出した尿素水の規定量と、増減量率算出部９ｆで算出した増減量率と、から、添加制御部９ｇで尿素水の添加量を算出し、添加を実行する。Ｓ１０５では、実浄化率算出部９ｂで実浄化率を算出する。Ｓ１０６では、前回の推定吸着量と、添加制御部９ｇで添加した尿素水の添加量と、実浄化率算出部９ｂで算出した実浄化率と、から、推定吸着量算出部９ｅでＳＣＲ触媒３に吸着されたＮＨ３の吸着量を推定する。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。以上
説明した本ルーチンによると、ＳＣＲ触媒３での高いＮＯｘ浄化率の確保とＮＨ３スリップ抑制との両立を実現することができる。
【００５０】
＜その他＞
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【００５１】
＜変形例１＞
例えば、増減量率算出部９ｆでは、図８に示すようなマップを設定するものでもよい。図８は、増減量率算出部９ｆに設定される推定吸着量と増減量率との関係を示す図である。図８に示すマップは、推定吸着量が所定量以下では推定吸着量が少ない程増減量率が１よりも大きく、推定吸着量が所定量のときに増減量率が１となり、推定吸着量が所定量を超えると増減量率が限界吸着量のとき０となるように一次関数的に減少する。これによると、添加制御部９ｇでは、増減量率が図８に示すマップで定まることから、推定吸着量が所定量以下であると、推定吸着量が少ない程規定量を増量した尿素水を尿素水添加弁４から添加し、推定吸着量が所定量を超えると、推定吸着量が多い程規定量を減量した尿素水を尿素水添加弁４から添加することになる。この場合には、推定吸着量が少ない程尿素水を増量するので、ＳＣＲ触媒３のＮＨ３の吸着量をより早く増加させ、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率をより早く上昇させることができる。
【００５２】
＜変形例２＞
ＥＣＵ９内の制御ブロック図は、図９に示すものでもよい。なお、ここでは、図３の制御ブロック図で説明したものについては説明を省略する。
【００５３】
図９に示すように、ＥＣＵ９は、規定量算出部９ｄで算出された規定量に増減量率算出部９ｆで算出された増減量率を掛けることによって、尿素水の添加量１を導出する添加量１算出部９ｈを有する。
【００５４】
また、ＥＣＵ９は、所定量と推定吸着量算出部９ｅで算出された推定吸着量とを一致するようにＰＩＤ制御等でフィードバック制御する添加量２を算出する添加量２算出部９ｉを有する。添加量２算出部９ｉでは、所定量から推定吸着量を引いた値の関数として添加量２を算出する。この添加量２は、所定量から推定吸着量を引いた値が負（０以下）となる場合には、０として算出される。
【００５５】
ＥＣＵ９は、添加量１と添加量２とを加算して最終添加量を算出し、添加を実行する添加制御部９ｊを有する。添加制御部９ｊでは、添加量１算出部９ｈで算出された添加量１と、添加量２算出部９ｉで算出された添加量２と、を加算して、尿素水の最終添加量を導出する。そして、導出された最終添加量を尿素水添加弁４から添加する。つまり、添加量２が所定量から推定吸着量を引いた値が負（０以下）となる場合には、０として算出されるので、推定吸着量が所定量以下であると、規定量以上の尿素水を尿素水添加弁４から添加し、推定吸着量が所定量を超えると、推定吸着量が多い程規定量を減量した尿素水を尿素水添加弁４から添加することになる。
【００５６】
ＥＣＵ９が行う尿素水添加制御ルーチンについて、図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。図１０は、尿素水添加制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎にＥＣＵ９によって実行される。なお、実施例１での図７に示すルーチンと同じステップについては説明を省略する。図１０に示すルーチンが開始されると、Ｓ１０１〜Ｓ１０３が実行される。Ｓ２０１では、規定量算出部９ｄで算出した尿素水の規定量と、増減量率算出部９ｆで算出した増減量率と、から、添加量１算出部９ｈで尿素水の添加量１を算出する。Ｓ２０２では、添加量２算出部９ｉで所定量から推定吸着量
算出部９ｅで算出された推定吸着量を引いた値の関数として添加量２を算出する。Ｓ２０３では、添加制御部９ｊで添加量１と添加量２とを加算して最終添加量を算出し、添加を実行する。Ｓ１０５〜Ｓ１０６を実行し、このステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。以上説明した本ルーチンによると、ＳＣＲ触媒３での高いＮＯｘ浄化率の確保とＮＨ３スリップ抑制との両立を実現することができる。
【００５７】
＜変形例３＞
また、実施例１では、浄化率算出部が、想定浄化率算出部９ａと実浄化率算出部９ｂとの２つであったが、どちらか一方のみを用いるものでもよい。浄化率算出部が想定浄化率算出部９ａのみであると、今現在のＮＯｘ浄化率を予測でき、推定吸着量は今現在の量を導出でき、尿素水の規定量は今現在必要な量を導出できる。浄化率算出部が実浄化率算出部９ｂのみであると、タイムラグがあるものの直近における実際のＮＯｘ浄化率を導出でき、推定吸着量はタイムラグがあるものの直近における実際の量を導出でき、尿素水の規定量はタイムラグがあるものの直近における実際に必要だった量を導出できる。
【符号の説明】
【００５８】
１：内燃機関、２：排気通路、３：ＳＣＲ触媒、４：尿素水添加弁、５：尿素水タンク、６：第１ＮＯｘセンサ、７：第２ＮＯｘセンサ、８：温度センサ、９：ＥＣＵ、９ａ：想定浄化率算出部、９ｂ：実浄化率算出部、９ｃ：ＮＯｘ量算出部、９ｄ：規定量算出部、９ｅ：推定吸着量算出部、９ｆ：増減量率算出部、９ｇ：添加制御部、９ｈ：添加量１算出部、９ｉ：添加量２算出部、９ｊ：添加制御部、１０：エアフローメータ
【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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