(57)【要約】【課題】排気管に設けられた触媒により排気中の所定の有害成分（ＮＯｘ等）を選択的に浄化する内燃機関の排気浄化装置において、添加手段から排気管内に添加された添加剤が排気管壁面に付着してしまうのを防止する。【解決手段】車両のエンジン１０１の排気管１３には排気管１３内に尿素水を添加する尿素水添加弁２が設けられる。排気管１３の尿素水添加弁２より下流側には、添加された尿素水をアンモニアに変換して貯蔵しそのアンモニアで排気中のＮＯｘを還元するＳＣＲ触媒１が設けられる。内燃機関の排気浄化装置としてのＥＣＵ１１は、排気流量、触媒温度、大気圧に基づきＳＣＲ触媒１における排気の空間速度を排気流速として算出する。ＥＣＵ１１は、算出した排気流速が低いときには、高いときよりよりも単位時間当たりの尿素水の添加量が小さくなるように尿素水添加弁２を制御する。【選択図】図１
2014005742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０１）の排気管（１３）に設けられ、前記排気管に所定の添加剤を添加する添加手段（２）と、
前記排気管の前記添加手段より下流側に設けられ、前記添加手段で添加された添加剤を貯蔵しその添加剤で排気中の所定の有害成分を浄化する触媒（１）とを備えた排気浄化システム（１００）に備えられ、
前記添加手段で添加すべき添加剤の添加量を決定する添加量決定手段（Ｓ１７）と、
その添加量決定手段が決定した添加量である総添加量ぶんの添加剤が前記排気管に添加されるように前記添加手段を制御する添加制御手段（Ｓ１８、Ｓ１９、Ｓ１８１、Ｓ１９１、Ｓ１８２、Ｓ１９２）と、
排気流速を算出する流速算出手段（Ｓ１２）とを備え、
前記添加制御手段は、前記流速算出手段が算出した排気流速が低いほど単位時間当たりの添加剤の添加量が小さくなるように前記添加手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置（１１）。
【請求項２】
前記添加制御手段（Ｓ１８、Ｓ１９）は、前記総添加量ぶんの添加剤を１回で又は複数回に分割して前記排気管に添加し、前記排気流速が低いほど前記総添加量ぶんの添加剤の分割回数を大きくする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】
前記添加制御手段（Ｓ１８１、Ｓ１９１）は、前記添加手段をデューティ制御することで前記添加手段に前記添加剤の添加を行わせ、前記排気流速が低いほど前記添加手段の駆動デューティを小さくする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４】
前記添加制御手段（Ｓ１８２、Ｓ１９２）は、前記添加手段を周期的に駆動する周波数制御により前記添加手段に前記添加剤の添加を行わせ、前記排気流速が低いほど前記添加手段の駆動周期を長くする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５】
前記添加量決定手段は、
前記触媒の温度を取得する温度取得手段（Ｓ１１）と、
その温度取得手段が取得した温度に応じた、前記触媒に貯蔵する前記添加剤の目標量を目標貯蔵量として算出する第１算出手段（Ｓ１３、Ｓ１４）と、
前記触媒に現在貯蔵されている前記添加剤の量を推定貯蔵量として算出する第２算出手段（Ｓ１５）と、
前記第１算出手段が算出した前記目標貯蔵量と前記第２算出手段が算出した前記推定貯蔵量との偏差を算出する第３算出手段（Ｓ１６）とを含み、その第３算出手段が算出した前記偏差に基づき前記総添加量を決定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記第１算出手段（Ｓ１４）は、前記温度で前記触媒に貯蔵できる前記添加剤の最大貯蔵量より小さい貯蔵量を前記目標貯蔵量として算出することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記流速算出手段は、前記触媒における排気の空間速度を前記排気流速として算出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記添加手段は尿素水を前記添加剤として添加し、
前記触媒は、前記添加手段からの尿素水をアンモニアに変換してそのアンモニアを貯蔵し、貯蔵したアンモニアで排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ選択還元触媒であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項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関し、詳細には尿素ＳＣＲシステムなどの排気浄化システムに備えられ、排気管に設けられた触媒により排気中の所定の有害成分（ＮＯｘ等）を選択的に浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気浄化システムの一つに尿素ＳＣＲシステムが知られている。その尿素ＳＣＲシステムでは排気管に排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する触媒（ＳＣＲ触媒、ＮＯｘ選択還元触媒）が設けられる。その触媒より上流側には、排気管内に尿素水（添加剤）を添加する添加弁（添加手段）が設けられる。触媒は、尿素水添加弁から添加された尿素水をアンモニアに変換して貯蔵し、貯蔵したアンモニアで排気中のＮＯｘを窒素と水とに分解（還元）する。
【０００３】
触媒でのアンモニアの貯蔵可能量は触媒温度によって変化する。そのため、触媒でのＮＯｘ浄化率を高めるには触媒に貯蔵するアンモニアの貯蔵量を触媒温度に応じて最適にする必要がある。例えばアンモニア貯蔵量が少ないと十分なＮＯｘ還元が行えない。反対にアンモニア貯蔵量が多すぎて触媒温度の急激な変化で貯蔵可能量を超えてしまうと、超えた分のアンモニアが触媒から放出されるアンモニアスリップという現象が発生する。このような不具合の発生を防止するためには、触媒に貯蔵されているアンモニアの貯蔵量を正確に推定し、推定した貯蔵量に応じて添加弁による尿素水の添加を適切に行う必要がある。
【０００４】
そして従来、触媒でのアンモニア貯蔵量は、内燃機関（エンジン）から排出されたＮＯｘの排出量、添加弁から添加された尿素水量（ＮＨ３量）、触媒で消費したアンモニア量の収支に基づき推定されていた（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９５１７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、触媒での添加剤（アンモニア）の貯蔵量を正確に推定するには、添加弁から添加された添加剤（尿素水）を排気に乗せて触媒まで到達させる必要がある。しかし、排気流速が低いときには、排気のエネルギー不足により添加弁からの添加剤が触媒に到達しないで排気管壁面に付着することがある。この場合、触媒での貯蔵量の推定値に誤差が生じるため、最適な添加剤添加を行うことができず、その結果、触媒での浄化率が低下するという問題が発生する。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、排気管に設けられた触媒により排気中の所定の有害成分（ＮＯｘ等）を選択的に浄化する内燃機関の排気浄化装置において、添加手段から排気管内に添加された添加剤が排気管壁面に付着してしまうのを防止することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気管に設けられ、前記排気管に所定の添加剤を添加する添加手段と、
前記排気管の前記添加手段より下流側に設けられ、前記添加手段で添加された添加剤を貯蔵しその添加剤で排気中の所定の有害成分を浄化する触媒とを備えた排気浄化システムに備えられ、
前記添加手段で添加すべき添加剤の添加量を決定する添加量決定手段と、
その添加量決定手段が決定した添加量である総添加量ぶんの添加剤が前記排気管に添加されるように前記添加手段を制御する添加制御手段と、
排気流速を算出する流速算出手段とを備え、
前記添加制御手段は、前記流速算出手段が算出した排気流速が低いほど単位時間当たりの添加剤の添加量が小さくなるように前記添加手段を制御することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、添加量決定手段が決定した総添加量ぶんの添加剤を添加手段で添加する際に、排気流速が低いほど単位時間当たりの添加量を小さくしている。排気流速が低いときには添加剤を触媒まで搬送する排気のエネルギーが小さくなるが、この場合には単位時間当たりの添加量を小さくしているので、添加された添加剤を排気に効率良く乗せることができ、触媒に効率良く到達させることができる。つまり、添加された添加剤が排気管壁面に付着してしまうのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】排気浄化システム１００の構成図である。
【図２】第１実施形態におけるＥＣＵ１１が実行する処理のフローチャートである。
【図３】排気流速としての空間速度ＳＶの算出方法の第１例を説明する図である。
【図４】排気流速としての空間速度ＳＶの算出方法の第２例を説明する図である。
【図５】触媒温度に対する最大ＮＨ３貯蔵量を示した図である。
【図６】触媒温度に対する最大ＮＨ３貯蔵量のライン２０３及び目標ＮＨ３貯蔵量のライン２０４を示した図である。
【図７】排気流速Ｖｅｘが低くなるにしたがって連続的に分割回数Ｎ（尿素水添加するときの添加回数）を大きくしていくマップ３０１である。
【図８】排気流速Ｖｅｘが低くなるにしたがって段階的に分割回数Ｎを大きくしていくマップ３０２である。
【図９】排気流速Ｖｅｘが閾値Ｖｔｈ以上の高いときと、閾値Ｖｔｈ以下の低いときとで択一的に分割回数Ｎを切り替えるマップ３０３を示している。
【図１０】第１実施形態において、排気流速が高いか低いかで、尿素水添加がどのように変わるか、それによってＳＣＲ触媒１へのＮＨ３貯蔵量がどのように変わるかを説明する図である。
【図１１】第２実施形態におけるＥＣＵ１１が実行する処理のフローチャートを示している。
【図１２】排気流速Ｖｅｘに対する駆動デューティＤのマップ４０１である。
【図１３】第２実施形態において、排気流速が高いか低いかで、尿素水添加がどのように変わるか、それによってＳＣＲ触媒１へのＮＨ３貯蔵量がどのように変わるかを説明する図である。
【図１４】第３実施形態におけるＥＣＵ１１が実行する処理のフローチャートを示している。
【図１５】排気流速Ｖｅｘに対する駆動周期Ｆのマップ５０１である。
【図１６】第３実施形態において、排気流速が高いか低いかで、尿素水添加がどのように変わるか、それによってＳＣＲ触媒１へのＮＨ３貯蔵量がどのように変わるかを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、車両に搭載された排気浄化システム１００の構成図である。排気浄化システム１００は、内燃機関としてのディーゼルエンジン１０１から排出される排気中のＮＯｘを浄化する尿素ＳＣＲシステムとして構築されている。排気浄化システム１００では、エンジン１０１に排気管１３が接続されており、エンジン１０１からの排気はその排気管１３を通って車両外に排出されるようになっている。排気管１３には、排気中のＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒１（ＮＯｘ選択還元触媒）が設けられている。そのＳＣＲ触媒１は、後述する尿素水添加弁２から添加された尿素水（添加剤、還元剤）を加水分解によりアンモニア（ＮＨ３）に変換してそのアンモニアを貯蔵する。そして、ＳＣＲ触媒１は、貯蔵したアンモニア（ＮＨ３）と排気中のＮＯｘとを例えば下記式１、式２の反応を行わせることで、ＮＯｘを水や窒素に分解（浄化）する。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ      ・・・（式１）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ      ・・・（式２）
【００１２】
なお、ＳＣＲ触媒１は無尽蔵にアンモニアを貯蔵できるわけではなく、ＳＣＲ触媒１に貯蔵できるアンモニアの最大貯蔵量（最大ＮＨ３貯蔵量）は、図５に示すように、ＳＣＲ触媒１の温度（触媒温度）によって変化する。具体的には、触媒温度が高いほど最大ＮＨ３貯蔵量は低下する。
【００１３】
排気管１３のＳＣＲ触媒１より上流側には尿素水を排気管１３内に添加する尿素水添加弁２が設けられている。その尿素水添加弁２は、エンジン１０１の筒内に燃料を噴射するインジェクタ（図示外）と同様の構造を有している。具体的には、尿素水添加弁２は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、尿素水を流通させる尿素水通路や先端噴出口を開閉するためのニードルを有する弁本部とを備えた電磁式開閉弁として構成されており、ＥＣＵ１１からの駆動信号に基づき開弁又は閉弁する。すなわち、駆動信号に基づき電磁ソレノイドが通電されると、その通電に伴いニードルが開弁方向に移動し、そのニードルの移動に伴い先端噴出口から尿素水が添加（噴射）される。
【００１４】
尿素水添加弁２に対しては、尿素水タンク７から尿素水が逐次供給される。以下、尿素水供給系の構成について説明する。なお、以下の説明では便宜上、尿素水タンク７から尿素水添加弁２に対して尿素水が供給される場合を基準として、尿素水タンク７側を上流側、尿素水添加弁２側を下流側として記載する。
【００１５】
尿素水タンク７は、給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定の規定濃度の尿素水が貯蔵されている。尿素水タンク７と尿素水添加弁２とは尿素水供給管１５により接続されており、尿素水供給管１５内に尿素水通路が形成されている。尿素水供給管１５のうち尿素水タンク７側の先端部には、尿素水を吸い込むための吸込口が形成されており、その吸込口が尿素水タンク７内に尿素水が貯留された状態において尿素水に浸漬した状態になっている。
【００１６】
尿素水供給管１５の途中には、尿素水ポンプ６が設けられている。尿素水ポンプ６は、ＥＣＵ１１からの駆動信号により回転駆動されるインライン式の電動ポンプである。本実施形態では、尿素水ポンプ６は尿素水タンク７内の尿素水に浸漬した状態で設けられているが、尿素水タンク７外に設けられたとしても良い。
【００１７】
尿素水供給管１５の途中には、尿素水を濾過する多孔質状の尿素水フィルタ３が設けられている。この尿素水フィルタ３によって尿素水内の異物が除去され、尿素水添加弁２や尿素水タンク７内に異物が入り込むのが抑制される。
【００１８】
また、尿素水ポンプ６よりも下流側には、尿素水添加圧が所定の圧力となるように調整する尿素水圧レギュレータ５が設けられている。尿素水圧レギュレータ５にて圧力調整の結果、余剰となった尿素水は尿素水タンク７に戻される。また、尿素水供給管１５の途中には、尿素水供給管１５内の尿素水の圧力を検出する尿素水圧センサ４が設けられている。尿素水添加圧を尿素水圧レギュレータ５で機械的に制御する方法に代えて、尿素水圧センサ４の検出値に基づきＥＣＵ１１が尿素水ポンプ６の駆動を制御することで、尿素水添加圧を調整する方法を採用しても良い。
【００１９】
排気管１３のＳＣＲ触媒１より上流側にはエンジン１０１からの排気流量を検出する排気流量センサ９が設けられている。なお、排気流量センサ９は、尿素水添加弁２よりも上流側に設けられている。また、排気管１３のＳＣＲ触媒１よりも上流側（尿素水添加弁２とＳＣＲ触媒１の間）には、ＳＣＲ触媒１の上流側の排気温度を検出する排気温センサ１２と、ＳＣＲ触媒１の上流側のＮＯｘ濃度を検出する上流側ＮＯｘセンサ８１とが設けられている。排気管１３のＳＣＲ触媒１よりも下流側には、ＳＣＲ触媒１の下流側のＮＯｘ濃度を検出する下流側ＮＯｘセンサ８２が設けられている。また、大気圧を検出する大気圧センサ１０が設けられている。各センサ９、１２、８１、８２、１０とＥＣＵ１１１とは接続されており、各センサ９、１２、８１、８２、１０の検出値はＥＣＵ１１に入力されるようになっている。
【００２０】
ＥＣＵ１１は、周知のマイクロコンピュータを備え、各種センサの検出値に基づいて尿素水添加弁２による排気管１３内への尿素水添加を制御する。また、ＥＣＵ１１はメモリ１１１を備え、そのメモリ１１１にはＥＣＵ１１が実行する処理に必要な各種データ（後述する各種マップなど）が記憶されている。なお、ＥＣＵ１１が本発明に係る「内燃機関の排気浄化装置」に相当する。以下、ＥＣＵ１１が実行する処理の詳細を説明する。図２はＥＣＵ１１が実行する処理のフローチャートを示している。図２の処理は例えばエンジン１０１の始動と同時に開始され、以後、エンジン１０１が停止するまで一定間隔で繰り返し実行される。
【００２１】
図２の処理が開始されると、先ず、排気温度Ｔｅｘ（℃）、大気圧Ｐａ（Ｐａ）及び排気流量Ｍｆ（ｋｇ／ｓ）を、排気温センサ１２、大気圧センサ１０、排気流量センサ９から取り込む（Ｓ１１）。本実施形態では、排気流量Ｍｆは、質量流量（ｋｇ／ｓ）として取り込んでいる。なお、排気流量センサ９の検出値の代わりに、エンジン１０１への空気吸入量を検出するエアフロメーター（図示外）の検出値で、排気流量を代用しても良い。
【００２２】
次いで、排気流速Ｖｅｘを算出する（Ｓ１２）。本実施形態では、排気流速Ｖｅｘとして、ＳＣＲ触媒１における排気の空間速度ＳＶを算出している（Ｓ１２）。排気の空間速度ＳＶの算出の考え方を説明すると、先ずＳＣＲ触媒１の上流の排気密度（ｋｇ／ｍ３）を算出する。排気密度は、例えばＳＣＲ触媒１の温度Ｔｃ（触媒温度）や排気の圧力を理想気体の状態方程式に代入して算出する。ここでは、触媒温度Ｔｃは排気温度Ｔｅｘで代用している。なお、排気温度Ｔｅｘに対する触媒温度Ｔｃの関係を示したマップを予め用意しておき、そのマップに基づき排気温度Ｔｅｘから触媒温度Ｔｃを算出しても良い。また、ＳＣＲ触媒１の前後差圧は無視して、ここではＳ１１で取り込んだ大気圧Ｐａを排気の圧力としている。排気密度を算出した後、Ｓ１１で取り込んだ排気流量Ｍｆ（ｋｇ／ｓ）を排気密度（ｋｇ／ｍ３）で除算して、排気の体積流量（ｍ３／ｓ）を算出する。そして、その体積流量（ｍ３／ｓ）をＳＣＲ触媒１の体積（ｍ３）で除算して、空間速度ＳＶ（１／ｓ）を算出する。なお、メモリ１１１には、ＳＣＲ触媒１の体積が予め記憶されている。
【００２３】
以上説明したように、空間速度ＳＶは排気流量Ｍｆ、大気圧Ｐａ及び触媒温度Ｔｃ（排気温度Ｔｅｘ）と相関がある。そこで、Ｓ１２では、図３に示すように、排気流量Ｍｆ、大気圧Ｐａ及び触媒温度Ｔｃをパラメータとした空間速度ＳＶの算出式ＳＶ（Ｍｆ、Ｐａ、Ｔｃ）をメモリ１１１に記憶しておく。そして、その算出式ＳＶ（Ｍｆ、Ｐａ、Ｔｃ）に、今回の排気流量Ｍｆ、大気圧Ｐａ及び触媒温度Ｔｃを代入して、空間速度ＳＶを算出すれば良い。又は、図４に示すように、触媒温度Ｔｃ、排気流量Ｍｆ及び大気圧Ｐａに対応する空間速度ＳＶのマップ２０１をメモリ１１１に記憶しておき、そのマップ２０１に基づいて空間速度ＳＶを算出するようにしても良い。なお、図４では、触媒温度Ｔｃごとに、排気流量Ｍｆ及び大気圧Ｐａに対する空間速度ＳＶのマップ２０１を設けた例を示している。
【００２４】
図２の説明に戻り、Ｓ１２の後、現在の触媒温度Ｔｃにおける最大ＮＨ３貯蔵量を算出する（Ｓ１３）。具体的には、図５に示す触媒温度Ｔｃと最大ＮＨ３貯蔵量との関係を示したマップ２０３をメモリ１１１に記憶しておく。そして、そのマップ２０３に基づいて今回の最大ＮＨ３貯蔵量を算出する。なお、ここでは、Ｓ１１で取り込んだ排気温度Ｔｅｘを触媒温度Ｔｃに代用し、その排気温度Ｔｅｘに対する最大ＮＨ３貯蔵量ＳＴｍａｘ（Ｔｅｘ）を算出している。
【００２５】
次いで、ＳＣＲ触媒１に貯蔵するアンモニアの目標貯蔵量（目標ＮＨ３貯蔵量）ＳＴｔｇ（Ｔｅｘ）を算出する（Ｓ１４）。ここで、図６は、目標ＮＨ３貯蔵量の算出の考え方を説明するための図であり、詳細には、触媒温度に対する最大ＮＨ３貯蔵量のライン２０３（図５のマップ２０３と同じ）及び目標ＮＨ３貯蔵量のライン２０４を示している。ある触媒温度Ｔ１での最大ＮＨ３貯蔵量をＳＴｍａｘ（Ｔ１）としたとき、その貯蔵量ＳＴｍａｘ（Ｔ１）自体又は貯蔵量ＳＴｍａｘ（Ｔ１）に近い貯蔵量２０２を目標ＮＨ３貯蔵量に設定したとする。この場合、例えばエンジン１０１がアイドル状態から加速状態に移行したときのように、触媒温度（排気温度）が急激に上昇したときには、最大ＮＨ３貯蔵量が急激に低下する。その結果、最大ＮＨ３貯蔵量を超えた分のアンモニアがＳＣＲ触媒１から放出されてしまう（ＮＨ３スリップ）。
【００２６】
そこで、Ｓ１４では、触媒温度が急激に上昇したときにもＮＨ３スリップが発生しないように、最大ＮＨ３貯蔵量に対してある程度余裕を持った貯蔵量を、目標ＮＨ３貯蔵量に設定する。具体的には例えば、目標ＮＨ３貯蔵量は、最大ＮＨ３貯蔵量の６０％〜７０％の値に設定する。なお、実際は、最大ＮＨ３貯蔵量を超えた分のアンモニアの全部が無駄に放出されるわけではなく、放出されたアンモニアのうちのいくらかはＮＯｘの還元に消費される。その消費される分も見越して設定された触媒温度と目標ＮＨ３貯蔵量の関係が、ライン２０４である。Ｓ１４では、触媒温度と目標ＮＨ３貯蔵量の関係を示したマップ２０４（ライン）を予めメモリ１１１に記憶しておき、マップ２０４から（最大ＮＨ３貯蔵量の算出を経ないで）直接目標ＮＨ３貯蔵量を算出しても良い。この場合には、Ｓ１３の処理を省略できる。
【００２７】
Ｓ１４の後、ＳＣＲ触媒１に現在貯蔵されているアンモニアの貯蔵量を推定ＮＨ３貯蔵量ＳＴｒとして算出する（Ｓ１５）。具体的には例えば、エンジン１０１から排出されたＮＯｘ排出量を、例えばエンジン回転数及び燃料噴射量に対するＮＯｘ排出量のマップに基づき算出する。また、ＳＣＲ触媒１の上流側及び下流側に設けられたＮＯｘセンサ８１、８２からの検出値に基づいて、ＳＣＲ触媒１によるＮＯｘ浄化率を算出する。これらＮＯｘ排出量、ＮＯｘ浄化率から、ＳＣＲ触媒１で浄化されたＮＯｘ量（浄化ＮＯｘ量）を算出する。その浄化ＮＯｘ量からＳＣＲ触媒１で消費されたアンモニアの消費量を算出する。なお、浄化ＮＯｘ量とアンモニアの消費量とは相関があるので、その相関データを予めメモリ１１１に記憶しておき、その相関データに基づいてアンモニアの消費量を算出すれば良い。算出したアンモニアの消費量をこれまでの推定ＮＨ３貯蔵量から引くことで、現在の推定ＮＨ３貯蔵量を算出する。なお、推定ＮＨ３貯蔵量ＳＴｒの推定方法としては、上記の特許文献１（特許第３９５１７７４号公報）の方法など従来の各種方法を採用することができる。
【００２８】
次に、目標ＮＨ３貯蔵量ＳＴｔｇと推定ＮＨ３貯蔵量ＳＴｒとの偏差ΔＳＴを算出する（Ｓ１６）。つまり、ＳＴｔｇ−ＳＴｒ＝ΔＳＴを計算する。次に、Ｓ１６で算出した偏差ΔＳＴに基づいて、尿素水添加弁２に添加させる尿素水の添加量（尿素水添加量）Ｑｕ（ΔＳＴ）を算出する（Ｓ１７）。なお、ＮＯｘの還元として、ＳＣＲ触媒１に貯蔵されたアンモニアで行われる還元と、尿素水添加弁２から添加された尿素水（アンモニア）により直接行われる還元（以下、直接還元という）とがある。それら２つの還元の比率は触媒温度など各種条件によって変化する。Ｓ１７では、直接還元で消費される尿素水の量（２つの還元の比率）を考慮して、目標ＮＨ３貯蔵量ＳＴｔｇを満足するように尿素水添加量Ｑｕを算出する。具体的には、偏差ΔＳＴ、触媒温度などの各種条件をパラメータとした尿素水添加量Ｑｕの算出式を予めメモリ１１１に持っておき、その算出式に基づき尿素水添加量Ｑｕを算出する。
【００２９】
次に、Ｓ１７で算出した尿素水添加量Ｑｕの分の尿素水を尿素水添加弁２に添加させるときの、尿素水の添加回数（分割回数）Ｎを算出する（Ｓ１８）。具体的には、Ｓ１２で算出した排気流速Ｖｅｘ（空間速度ＳＶ）が低いほど大きい分割回数Ｎを算出する。より具体的には、例えば図７〜図９に示すように、排気流速Ｖｅｘに対する分割回数Ｎのマップ３０１（図７）、３０２（図８）、３０３（図９）を予めメモリ１１１に記憶しておき、それらマップ３０１、３０２、３０３のいずれかに基づいて分割回数Ｎを算出する。図７は、閾値Ｖｔｈ以上の排気流速Ｖｅｘのときには分割回数Ｎ＝１（添加を分割しないで１回で添加すること）とし、閾値Ｖｔｈ以下の排気流速Ｖｅｘのときには排気流速Ｖｅｘが低くなるにしたがって連続的に分割回数Ｎを大きくしていくマップ３０１を示している。このマップ３０１に基づき分割回数Ｎを算出することで、排気流速に応じたきめ細かい尿素水添加が可能となる。
【００３０】
また、図８は、閾値Ｖｔｈ以上の排気流速Ｖｅｘのときには分割回数Ｎ＝１とし、閾値Ｖｔｈ以下の排気流速Ｖｅｘのときには排気流速Ｖｅｘが低くなるにしたがって段階的に分割回数Ｎを大きくしていくマップ３０２を示している。なお、添加した尿素水が排気管１３の壁面に付着しないでＳＣＲ触媒１に到達できるのであれば、マップ３０２の隣り合う２つの分割回数Ｎの間隔ΔＮや、排気流速Ｖｅｘの間隔ΔＶｅｘは適宜に設定することができる。このマップ３０２に基づき分割回数Ｎを算出することで、排気流速Ｖｅｘが変わる度に頻繁に分割回数Ｎを変更しなくてもすむ。
【００３１】
また、図９は、排気流速Ｖｅｘが閾値Ｖｔｈ以上の高いときと、閾値Ｖｔｈ以下の低いときとで択一的に分割回数Ｎを切り替えるマップ３０３を示している。マップ３０３では、排気流速Ｖｅｘが閾値Ｖｔｈ以上のときには分割回数Ｎ＝Ｎ１（例えばＮ１＝１）、閾値Ｖｔｈ以下のときには分割回数Ｎ＝Ｎ２（Ｎ２＞Ｎ１）となっている。このマップ３０３に基づき分割回数Ｎを算出することで、排気流速Ｖｅｘが高いか低いかを択一的に判定するだけでよいので、分割回数Ｎの算出処理が簡単になる。
【００３２】
図２の説明に戻り、Ｓ１８の後、Ｓ１７で算出した尿素水添加量Ｑｕ（本発明の総添加量に相当）の分の尿素水が排気管１３内に添加されるように、尿素水添加弁２を駆動制御する（Ｓ１９）。これによって、尿素水添加弁２から添加された尿素水がＳＣＲ触媒１にてアンモニアに変換され、そのアンモニアがＳＣＲ触媒１に貯蔵されていく。そして、ＳＣＲ触媒１でのアンモニア貯蔵量をＳ１４で算出した目標ＮＨ３貯蔵量にできる。また、Ｓ１９では、分割回数Ｎ＝１のときには、尿素水添加量Ｑｕの分の尿素水を１回で添加し、分割回数Ｎ≧２のときには、尿素水添加量Ｑｕを分割回数Ｎで等分して複数回Ｎに分けて尿素水を添加する。ここで、図１０は、排気流速が高いか低いかで、尿素水添加がどのように変わるか、それによってＳＣＲ触媒１へのＮＨ３貯蔵量がどのように変わるかを説明する図である。図１０（Ａ）は排気流速が高いときを、図１０（Ｂ）は排気流速が低いときを示している。詳細には、図１０は、尿素水添加後のＮＨ３貯蔵量の時間変化を示しており、図１０（Ａ）、（Ｂ）それぞれには、目標ＮＨ３貯蔵量の時間変化２１と、実際のＮＨ３貯蔵量（推定ＮＨ３貯蔵量）の時間変化２２、２４とを示している。また、図１０（Ａ）、（Ｂ）それぞれには、時間ｔの経過に対する尿素水添加の回数及び１回当たりの添加量をパルス２３、２５で図示している。パルス２３、２５の個数が尿素水添加の回数を示しており、パルス２３、２５の大きさが１回当たりの添加量を示している。なお、図１０（Ａ）では、尿素水を１回で添加する例を示している。図１０（Ｂ）では、尿素水を５回に分けて添加する例を示している。
【００３３】
図１０（Ａ）に示すように、排気流速が高いときには、図１０（Ｂ）の排気流速が低いときに比べて添加回数Ｎ（図１０（Ａ）では１回）が少なく１回当たりの添加量が多いので、推定ＮＨ３貯蔵量２２を迅速に（短時間で）目標ＮＨ３貯蔵量２１に近づけることができる。これに対し、図１０（Ｂ）に示すように、排気流速が低いときには、図１０（Ａ）の排気流速が高いときに比べて添加回数Ｎ（図１０（Ｂ）では５回）が多く１回当たりの添加量が少ないので、添加された尿素水が排気管１３の壁面に付着してしまうのを防止でき、尿素水をＳＣＲ触媒１に効率良く到達させることができる。ただし、図１０（Ｂ）では、図１０（Ａ）に比べて、推定ＮＨ３貯蔵量２４が目標ＮＨ３貯蔵量２１に近づくのに時間が掛かっている。なお、Ｓ１９では、尿素水を複数回に分けて添加するときの添加間隔Δｔ（図１０（Ｂ）参照）は例えば分割回数Ｎにかかわらず一定となっている。Ｓ１９の後、図２のフローチャートの処理を終了する。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態では、触媒温度に応じた目標ＮＨ３貯蔵量となるように尿素水添加が行われるので、触媒温度が変わったとしてもＮＯｘ浄化率が低下するのを防止できるとともに、ＮＨ３スリップも防止できる。また、尿素水添加の際に、排気流速が低いときには、尿素水の添加回数を増やして１回当たりの添加量を少なくしているので、排気管壁面に付着する尿素水を抑制できる。その結果、ＳＣＲ触媒に貯蔵されているアンモニアの貯蔵量（推定ＮＨ３貯蔵量）を推定するときの誤差を小さくできるので、高いＮＯｘ浄化率を維持することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２実施形態を第１実施形態と異なる部分を中心にして説明する。この第２実施形態では、尿素水添加弁による尿素水の添加方法が第１実施形態と異なっており、具体的には、尿素水添加弁をデューティ制御することで、尿素水添加弁に駆動デューティに応じた尿素水添加を行わせている。
【００３６】
本実施形態の排気浄化システムの構成は、図１に示す第１実施形態の構成と同じである。図１１は、ＥＣＵ１１が実行する処理のフローチャートを示している。図１１において、図２と同じ処理には同一符号を付している。図１１では、図２の処理に比べて、Ｓ１８１、Ｓ１９１の処理が異なっている。すなわち、Ｓ１７の後、尿素水添加弁２を駆動するときの駆動デューティＤ（添加周期Ｔに対する駆動時間τ、Ｄ＝τ／Ｔ）を算出する（Ｓ１８１）。具体的には、Ｓ１２で算出した排気流速Ｖｅｘ（空間速度ＳＶ）が低いほど小さい駆動デューティＤを算出する。より具体的には、例えば図１２に示すように、排気流速Ｖｅｘに対する駆動デューティＤのマップ４０１を予めメモリ１１１に記憶しておき、そのマップ４０１に基づいて駆動デューティＤを算出する。図１２では、排気流速Ｖｅｘが低くなるにしたがって連続的に駆動デューティＤを小さくしていくマップ４０１を示している。なお、Ｓ１８１では、第１実施形態の図８、図９と同様に、排気流速Ｖｅｘが低くなるにしたがって段階的に駆動デューティを小さくしても良いし、排気流速Ｖｅｘが高いときと低いときとで択一的に駆動デューティを切り替えても良い。
【００３７】
Ｓ１８１の後、Ｓ１７で算出した尿素水添加量Ｑｕの分の尿素水が排気管１３内に添加されるように、尿素水添加弁２を駆動制御する（Ｓ１９１）。具体的には、Ｓ１８１で算出した駆動デューティＤの駆動パルスを尿素水添加弁２に供給する。ここで、図１３は、図１０と同様の図であり、尿素水添加後のＮＨ３貯蔵量の時間変化を示している。図１３（Ａ）は排気流速が高いときを、図１３（Ｂ）は排気流速が低いときを示している。また、図１３（Ａ）、（Ｂ）それぞれには、尿素水添加弁２に供給する駆動パルスのパルス列２６、２７を図示している。なお、図１３（Ａ）のパルス列２６における周期Ｔ（添加周期）と図１３（Ｂ）のパルス列２７における周期Ｔは同じである。また、図１３（Ａ）の駆動時間τ１よりも図１３（Ｂ）の駆動時間τ２のほうが小さくなっている。つまり、図１３（Ａ）の駆動デューティよりも図１３（Ｂ）の駆動デューティのほうが小さくなっている。なお、尿素水添加弁２から添加される尿素水の総添加量は、図１３（Ａ）と図１３（Ｂ）とで同じとなっている。
【００３８】
図１３（Ａ）に示すように、排気流速が高いときには、図１３（Ｂ）の排気流速が低いときに比べて駆動デューティが大きく単位時間当たりの添加量が多くなるので、推定ＮＨ３貯蔵量２２を迅速に目標ＮＨ３貯蔵量２１に近づけることができる。これに対し、図１３（Ｂ）に示すように、排気流速が低いときには、図１３（Ａ）の排気流速が高いときに比べて駆動デューティが小さく単位時間当たりの添加量が少なくなるので、添加された尿素水が排気管１３の壁面に付着してしまうのを防止でき、尿素水をＳＣＲ触媒１に効率良く到達させることができる。ただし、図１３（Ｂ）では、図１３（Ａ）に比べて、推定ＮＨ３貯蔵量２４が目標ＮＨ３貯蔵量２１に近づくのに時間が掛かっている。Ｓ１９１の後、図１１のフローチャートの処理を終了する。
【００３９】
以上説明したように、尿素水添加弁をデューティ制御する場合にも本発明を適用でき、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第３実施形態を第１、第２実施形態と異なる部分を中心にして説明する。この第３実施形態では、尿素水添加弁による尿素水の添加方法が第１、第２実施形態と異なっており、具体的には、尿素水添加弁を周期的に駆動する周波数制御をすることで、尿素水添加弁に駆動周期（駆動周波数）に応じた尿素水添加を行わせている。この周波数制御では、駆動周期（駆動周波数）にかかわらず１回の駆動で添加される尿素水の量は一定となっている。
【００４１】
本実施形態の排気浄化システムの構成は、図１に示す第１実施形態の構成と同じである。図１４は、ＥＣＵ１１が実行する処理のフローチャートを示している。図１１において、図２と同じ処理には同一符号を付している。図１４では、図２の処理に比べて、Ｓ１８２、Ｓ１９２の処理が異なっている。すなわち、Ｓ１７の後、尿素水添加弁２を駆動するときの駆動周期Ｆを算出する（Ｓ１８２）。具体的には、Ｓ１２で算出した排気流速Ｖｅｘ（空間速度ＳＶ）が低いほど長い駆動周期Ｆを算出する。駆動周波数（駆動周期Ｆの逆数）で考えると、排気流速Ｖｅｘ（空間速度ＳＶ）が低いほど小さい駆動周波数を算出する。より具体的には、例えば図１５に示すように、排気流速Ｖｅｘに対する駆動周期Ｆのマップ５０１を予めメモリ１１１に記憶しておき、そのマップ５０１に基づいて駆動周期Ｆを算出する。図１５では、排気流速Ｖｅｘが低くなるにしたがって連続的に駆動周期Ｆを長くしていくマップ５０１を示している。なお、Ｓ１８２では、第１実施形態の図８、図９と同様に、排気流速Ｖｅｘが低くなるにしたがって段階的に駆動周期を長くしても良いし、排気流速Ｖｅｘが高いときと低いときとで択一的に駆動周期を切り替えても良い。
【００４２】
Ｓ１８２の後、Ｓ１７で算出した尿素水添加量Ｑｕの分の尿素水が排気管１３内に添加されるように、尿素水添加弁２を駆動制御する（Ｓ１９２）。具体的には、Ｓ１８２で算出した駆動周期Ｆの駆動パルスを尿素水添加弁２に供給する。ここで、図１６は、図１０と同様の図であり、尿素水添加後のＮＨ３貯蔵量の時間変化を示している。図１６（Ａ）は排気流速が高いときを、図１６（Ｂ）は排気流速が低いときを示している。また、図１６（Ａ）、（Ｂ）それぞれには、尿素水添加弁２に供給する駆動パルスのパルス列２８、２９を図示している。パルス列２８、２９における各駆動パルスのパルス幅は一定となっている。つまり、各駆動パルスで添加される尿素水の量は各駆動パルス間で一定となっている。また、図１６（Ａ）の駆動周期Ｆ１よりも図１６（Ｂ）の駆動周期Ｆ２のほうが長くなっている。
【００４３】
図１６（Ａ）に示すように、排気流速が高いときには、図１６（Ｂ）の排気流速が低いときに比べて駆動周期が短いので、推定ＮＨ３貯蔵量２２を迅速に目標ＮＨ３貯蔵量２１に近づけることができる。これに対し、図１６（Ｂ）に示すように、排気流速が低いときには、図１６（Ａ）の排気流速が高いときに比べて駆動周期が長く単位時間当たりの添加量が少なくなるので、添加された尿素水が排気管１３の壁面に付着してしまうのを防止でき、尿素水をＳＣＲ触媒１に効率良く到達させることができる。ただし、図１６（Ｂ）では、図１６（Ａ）に比べて、推定ＮＨ３貯蔵量２４が目標ＮＨ３貯蔵量２１に近づくのに時間が掛かっている。Ｓ１９２の後、図１４のフローチャートの処理を終了する。
【００４４】
以上説明したように、尿素水添加弁を周波数制御する場合にも本発明を適用でき、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
なお、本発明の内燃機関の排気浄化装置は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、上記第２実施形態のデューティ制御と第３実施形態の周波数制御とを併用したシステムにも本発明を適用できる。この場合には例えば、排気流速が低いときには、排気流速が高いときよりも、尿素水添加弁の駆動デューティを小さくするとともに、駆動周期を長くする。また、ガソリンエンジン、特にリーンバーンエンジン用の尿素ＳＣＲシステムシステムに本発明を適用しても良い。また、尿素水以外の還元剤（例えば、アンモニア含有の水溶液）を用いる排気浄化システムに本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００４６】
１  ＳＣＲ触媒
２  尿素水添加弁
１１  ＥＣＵ
１３  排気管
１００  排気浄化システム（尿素ＳＣＲシステム）
１０１  ディーゼルエンジン
【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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