(57)【要約】  選択還元型ＮＯｘ触媒がＮＯｘを浄化可能な状態を維持しつつ、該選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着している還元剤の量をより高精度に推定する。このために、内燃機関の定常運転時に還元剤を供給し続けたときの、選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着する還元剤量の上限値を算出する上限値算出部と、内燃機関の定常運転時に還元剤を所定時間以上供給したときに上限値算出部に算出される上限値が、そのときに選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着している還元剤量であると推定する推定部と、を備える。
2013190657.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供給することでＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する供給装置と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関の定常運転時に前記供給装置から還元剤を供給し続けたときの、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着する還元剤量の上限値を算出する上限値算出部と、
前記内燃機関の定常運転時に前記供給装置から還元剤を所定時間以上供給したときに前記上限値算出部に算出される上限値が、そのときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着している還元剤量であると推定する推定部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が高いほど、前記所定時間を短くする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上のときに、前記推定を行う請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度未満のときには、所定温度以上となるまで、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を上昇させる温度上昇部を備える請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記推定を行うときには、前記供給装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する還元剤量を、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘを全て還元するのに必要となる還元剤量よりも少なくする請求項１から４の何れか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する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）のアンモニア（ＮＨ３）の吸着量や消費量の推定値に誤差が生じ得る運転条件が継続したときに、ＳＣＲ触媒が実際に吸着しているアンモニアを減少させることが記載されている。ＳＣＲ触媒が実際に吸着しているアンモニア量が０となったときに、ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量の推定値が０となるように該推定値を修正している。【０００３】
しかし、ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量を０とするまで還元剤の供給が停止されるので、その間にはＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８６８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、選択還元型ＮＯｘ触媒がＮＯｘを浄化可能な状態を維持しつつ、該選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着している還元剤の量をより高精度に推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ還元剤を供給することでＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する供給装置と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関の定常運転時に前記供給装置から還元剤を供給し続けたときの、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着する還元剤量の上限値を算出する上限値算出部と、
前記内燃機関の定常運転時に前記供給装置から還元剤を所定時間以上供給したときに前記上限値算出部に算出される上限値が、そのときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着している還元剤量であると推定する推定部と、
を備える。【０００７】
ここで、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）に流入するＮＯｘを還元するために必要となる還元剤よりも多くの還元剤を供給すると、余剰の還元剤がＳＣＲ触媒に吸着される。そして、ＳＣＲ触媒へ還元剤を供給し続けると、単位時間当たりにＳＣＲ触媒に吸着される還元剤量と、単位時間当たりにＳＣＲ触媒から脱着する還元剤量と、が等しくなる。このときには、ＳＣＲ触媒に吸着される還元剤量と、ＳＣＲ触媒から脱着する還元剤量と、は平衡状態になる。そして、このときにＳＣＲ触媒が吸着している還元剤量は、ＳＣＲ触媒が吸着する還元剤量の上限値となる。【０００８】
このように、ＳＣＲ触媒に吸着される還元剤量には上限があり、ＳＣＲ触媒が吸着している還元剤量が上限値に達した後は、還元剤を供給してもＳＣＲ触媒が吸着している還元剤量は増加せずに、ＳＣＲ触媒から還元剤が脱着する。なお、ＳＣＲ触媒の温度が上昇することによっても、ＳＣＲ触媒から還元剤が脱着する。ＳＣＲ触媒から脱着した還元剤は、酸化された後にＳＣＲ触媒から流出したり、そのままＳＣＲ触媒から流出したりする。【０００９】
なお、単位時間当たりにＳＣＲ触媒に吸着される還元剤量（以下、還元剤吸着速度ともいう。）は、単位時間当たりにＳＣＲ触媒に流入する還元剤量（以下、還元剤流入速度ともいう。）と、単位時間当たりにＳＣＲ触媒において消費される還元剤量（以下、還元剤消費速度ともいう。）と、の差としてもよい。また、還元剤消費速度は、単位時間当たりにＳＣＲ触媒において還元されるＮＯｘ量と相関関係にある。そして、ＳＣＲ触媒が吸着している還元剤量が上限値に達していなければ、単位時間当たりにＳＣＲ触媒に吸着される還元剤量は、単位時間当たりにＳＣＲ触媒で余剰となる還元剤量と等しい。なお、ＳＣＲ触媒で余剰となった還元剤は、一旦ＳＣＲ触媒が全て吸着するものとする。【００１０】
また、以下では、単位時間当たりにＳＣＲ触媒から脱着する還元剤量を「還元剤脱着速度」と称する。このＳＣＲ触媒から脱着する還元剤量は、ＮＯｘを還元することなくＳＣＲ触媒から脱着する還元剤量である。【００１１】
また、ＳＣＲ触媒が吸着している全還元剤量を、還元剤吸着量と称し、還元剤吸着速度と還元剤脱着速度とが平衡状態にあるときにＳＣＲ触媒が吸着している全還元剤量を、平衡吸着量と称する。この平衡吸着量は、ＳＣＲ触媒が吸着する還元剤量の上限値である。【００１２】
ここで、ＳＣＲ触媒では、還元剤吸着量が多いほど、還元剤吸着速度が小さくなり且つ還元剤脱着速度が大きくなる。一方、ＳＣＲ触媒では、還元剤吸着量が少ないほど、還元剤吸着速度が大きくなり且つ還元剤脱着速度が小さくなる。このため、内燃機関の定常運転時に単位時間当たりの還元剤の供給量を一定にして還元剤を供給し続けると、還元剤吸着速度と還元剤脱着速度とが徐々に平衡状態に近づく。【００１３】
そして、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着のし易さ及び還元剤の脱着のし易さは、ＳＣＲ触媒の温度等の条件が同じであれば、いつでも同じになる。このため、条件が同じであれば、平衡吸着量は同じ値になるので、上限値算出部は、内燃機関の運転条件等にしたがって、ＳＣＲ触媒が吸着する還元剤量の上限値、即ち、平衡吸着量を算出することができる。なお、この上限値は、記憶しているマップ、モデル、計算式等によって求めてもよい。【００１４】
そして、推定部は、還元剤吸着量が平衡状態となったときに、還元剤吸着量が、前記上限値と等しくなっているものとして、還元剤吸着量を推定する。すなわち、還元剤吸着量が平衡状態となったときには、実際の還元剤吸着量が平衡吸着量と等しくなっているので、還元剤吸着量の推定値を平衡吸着量と同じ値にする。このようにして、還元剤吸着量の推定精度を高めることができる。また、ＳＣＲ触媒が還元剤を吸着した状態で還元剤吸着量を推定することができるので、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下することもない。【００１５】
なお、推定部は、ＳＣＲ触媒に流入する還元剤量、及び、ＳＣＲ触媒で消費される還元剤量に基づいて、還元剤吸着量を推定してもよい。このように推定される還元剤吸着量には誤差が含まれることがある。このため、前記推定部は、前記内燃機関の定常運転時に前記供給装置から還元剤を所定時間以上供給したときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着している還元剤量の推定値が前記上限値と等しくなるように、該推定値を修正してもよい。例えば、ＳＣＲ触媒に流入する還元剤量と、ＳＣＲ触媒で消費される還元剤量と、の差に基づいて、ＳＣＲ触媒が吸着している還元剤量を推定することができる。また、例えば、ＳＣＲ触媒に流入する還元剤量と、ＳＣＲ触媒で消費される還元剤量と、ＳＣＲ触媒から脱着する還元剤量と、に基づいて、ＳＣＲ触媒が吸着している還元剤量を推定することができる。ＳＣＲ触媒で消費される還元剤量は、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ量、または、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率に基づいて算出することができる。【００１６】
なお、前記所定時間は、内燃機関の定常運転時に供給装置から還元剤を供給し続けたときに、ＳＣＲ触媒が吸着している還元剤量が、上限値に達するまでの時間とすることができる。すなわち、所定時間は、還元剤吸着量が平衡吸着量に達するまでの時間としてもよい。この所定時間は、内燃機関の運転条件に応じて決定してもよい。【００１７】
また、本発明においては、前記推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が高いほど、前記所定時間を短くしてもよい。【００１８】
ここで、ＳＣＲ触媒の温度が低いほど、平衡吸着量が大きくなり、ＳＣＲ触媒の温度が高いほど、平衡吸着量が小さくなる。このため、ＳＣＲ触媒の温度が低いほど、還元剤吸着量が平衡吸着量に達するまでの時間が長くなり、ＳＣＲ触媒の温度が高いほど、還元剤吸着量が平衡吸着量に達するまでの時間が短くなる。そして、還元剤吸着量が平衡吸着量に達すれば、還元剤吸着量を推定することができるので、ＳＣＲ触媒の温度が高いほど、所定時間を短くすることができる。これにより、必要最低限の時間で還元剤吸着量を推定することができる。【００１９】
また、本発明においては、前記推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上のときに、前記推定を行うことができる。【００２０】
ここで、ＳＣＲ触媒の温度が高いほど、平衡吸着量が小さくなる。また、ＳＣＲ触媒の温度が高いときには、還元剤吸着量が少なくてもＮＯｘ浄化率が高くなる。このため、ＳＣＲ触媒の温度が高い場合のほうが、ＳＣＲ触媒の温度が低い場合よりも、還元剤吸着量を推定するのに要する時間が短くなり、且つ、ＮＯｘ浄化率を高く維持できる。したがって、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上のときに還元剤吸着量を推定すれば、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制しつつ短時間で還元剤吸着量を推定することができる。この所定温度は、還元剤吸着量が平衡吸着量に到達するまでの時間が許容範囲内となるように決定される。なお、所定温度が高すぎると、還元剤吸着量を推定する機会が少なくなるので、所定温度は、還元剤吸着量を推定する頻度が許容範囲内となるように決定してもよい。また、所定温度が高すぎると、還元剤吸着量が少なくなりすぎてＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。したがって、ＮＯｘ浄化率が許容範囲の下限値またはそれ以上となるように、所定温度を決定してもよい。【００２１】
また、本発明においては、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度未満のときには、所定温度以上となるまで、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を上昇させる温度上昇部を備えることができる。【００２２】
ここで、内燃機関の運転条件によっては、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上にならない場合もある。このような運転条件が長く続くと、還元剤吸着量を推定することが困難となったり、還元剤吸着量の推定誤差が大きくなったりする虞がある。これに対し、ＳＣＲ触媒の温度を所定温度以上となるまで上昇させれば、還元剤吸着量を推定することが可能となる。また、還元剤吸着量を推定する頻度を高くすることができる。【００２３】
また、本発明においては、前記推定を行うときには、前記供給装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する還元剤量を、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘを全て還元するのに必要となる還元剤量よりも少なくすることができる。【００２４】
すなわち、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘに対して還元剤が不足する状態としつつ、還元剤吸着量を平衡吸着量に収束させる。このように、還元剤が不足する状態のときには、還元剤供給量が変化しても、平衡吸着量は変化し難い。このため、還元剤吸着量の推定精度を高めることができる。このような場合であっても、ＳＣＲ触媒には還元剤が吸着されているので、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒がＮＯｘを浄化可能な状態を維持しつつ、該選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着している還元剤の量をより高精度に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例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２】還元剤吸着量が０の状態から還元剤を供給したときの還元剤吸着量の推移を示したタイムチャートである。
【図３】還元剤吸着速度と、平衡吸着量と、の関係をＳＣＲ触媒の温度毎に示した図である。
【図４】実施例１に係る還元剤吸着量の推移を示した図である。
【図５】還元剤吸着量の推定値を修正するときに、還元剤吸着量を０まで減少させる場合の還元剤吸着量の推移を示した図である。
【図６】実施例１に係る還元剤吸着量の推定値を修正するフローを示したフローチャートである。
【図７】還元剤吸着量の推移を示したタイムチャートである。
【図８】還元剤供給量と平衡吸着量との関係を示した図である。
【図９】ＳＣＲ触媒の温度及び還元剤吸着量の推移を示したタイムチャートである。
【図１０】実施例２に係る還元剤吸着量の推定値を修正するフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２８】
＜実施例１＞
図１は、本実施例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１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関であるが、ガソリン機関であってもよい。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。
【００２９】
内燃機関１には、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。吸気通路２には、該吸気通路２を流通する吸気の量を検出するエアフローメータ１１が設けられている。一方、排気通路３には、排気の流れ方向の上流側から順に、噴射弁４と、選択還元型ＮＯｘ触媒５（以下、ＳＣＲ触媒５という。）と、が設けられている。
【００３０】
噴射弁４は、還元剤を噴射するときに開き、還元剤の噴射を停止するときに閉じる。還元剤には、アンモニア（ＮＨ３）が用いられる。なお、噴射弁４は、アンモニアを噴射してもよく、尿素水を噴射してもよい。噴射弁４から噴射された尿素水は、ＳＣＲ触媒５において加水分解されてアンモニアとなり、ＳＣＲ触媒５により吸着される。すなわち、噴射弁４からは、アンモニアを供給してもよく、最終的にアンモニアに変化する物質を供給してもよい。また、還元剤は、固体、液体、気体の何れの状態で供給してもよい。なお、本実施例においては噴射弁４が、本発明における供給装置に相当する。
【００３１】
また、ＳＣＲ触媒５は、吸着していた還元剤によりＮＯｘを選択還元する。したがって、ＳＣＲ触媒５に還元剤としてアンモニアを予め吸着させておけば、このアンモニアによりＮＯｘを還元させることができる。
【００３２】
ＳＣＲ触媒５よりも上流側の排気通路３には、排気の温度を検出する温度センサ１２が設けられている。温度センサ１２は、ＳＣＲ触媒５に流入する排気の温度を検出する。そして、この排気の温度に基づいて、ＳＣＲ触媒５の温度を推定することができる。なお、温度センサ１２の測定値を、ＳＣＲ触媒５の温度としてもよい。また、ＳＣＲ触媒５よりも下流側に温度センサを取り付けて、該温度センサの測定値をＳＣＲ触媒５の温度としてもよい。また、ＳＣＲ触媒５に温度センサを直接取り付けて、該ＳＣＲ触媒５の温度を測定してもよい。また、内燃機関１の運転条件に基づいて、ＳＣＲ触媒５の温度を推定することもできる。例えば、機関回転数、燃料噴射量、及び吸入空気量と、ＳＣＲ触媒５の温度と、には相関関係があるため、これらの関係を予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。
【００３３】
また、ＳＣＲ触媒５よりも上流側の排気通路３には、排気中のＮＯｘ濃度を検出する第一ＮＯｘセンサ１３が設けられている。また、ＳＣＲ触媒５よりも下流側の排気通路３には、排気中のＮＯｘ濃度を検出する第二ＮＯｘセンサ１４が設けられている。第一ＮＯｘセンサ１３によれば、ＳＣＲ触媒５に流入する排気中のＮＯｘ濃度を測定することができる。また、第二ＮＯｘセンサ１４によれば、ＳＣＲ触媒５から流出する排気中のＮＯｘ濃度を測定することができる。そして、第一ＮＯｘセンサ１３及び第二ＮＯｘセンサ１４の測定値に基づいて、ＳＣＲ触媒５におけるＮＯｘ浄化率を算出することができる。ＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘ量に対する、ＳＣＲ触媒５で浄化されるＮＯｘ量の比である。したがって、第一ＮＯｘセンサ１３の測定値から第二ＮＯｘセンサ１４の測定値を減算した値を、第一ＮＯｘセンサ１３の測定値で除算することにより、ＮＯｘ浄化率を算出することができる。
【００３４】
なお、噴射弁４よりも上流側の排気通路３に、酸化触媒やパティキュレートフィルタを備えていてもよい。
【００３５】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御装置であるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
【００３６】
ＥＣＵ１０には、上記センサの他、アクセルペダルの踏込量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１５、及び、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１６が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁４が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁４が制御される。
【００３７】
そして、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒５における還元剤吸着量を推定し、該還元剤吸着量の推定値が目標値に近付くように、噴射弁４からの還元剤供給量を調整する。このときに、ＥＣＵ１０は、例えば、目標となるＮＯｘ浄化率を達成し、且つ、ＳＣＲ触媒５から還元剤が流出しないように、還元剤供給量を調整する。
【００３８】
ここで、単位時間当たりにＳＣＲ触媒に吸着される還元剤量（還元剤吸着速度）は、単位時間当たりにＳＣＲ触媒で余剰となる還元剤量と等しい。つまり、還元剤吸着速度は、単位時間当たりに噴射弁４から供給される還元剤量（還元剤流入速度）から、単位時間当たりにＳＣＲ触媒５において消費される還元剤量（還元剤消費速度）を減算した値である。なお、余剰となった還元剤は、全てＳＣＲ触媒５が吸着するものとする。そして、例えば、還元剤吸着速度を積算することにより、還元剤吸着量を推定することができる。なお、還元剤吸着速度は、還元剤流入速度から還元剤消費速度を減算することにより求めることができる。
【００３９】
また、還元剤吸着量を以下のようにして推定してもよい。ここで、ＳＣＲ触媒５へ還元剤を供給し続けると、内燃機関１の運転条件が変化しなければ、還元剤吸着量が平衡吸着量に収束する。還元剤吸着量が平衡吸着量に収束しているときには、還元剤吸着速度と、還元剤脱着速度と、が等しくなっている。そして、還元剤吸着量が平衡吸着量に達した後は、還元剤供給量や内燃機関１の運転条件が変わらなければ、還元剤を供給し続けても、還元剤吸着量は増加しない。還元剤吸着量が平衡吸着量と等しくなっているときには、還元剤吸着量はその時の条件における上限値に達している。
【００４０】
そして、内燃機関１の運転条件が同じであれば、還元剤を供給したときの還元剤吸着量の推移は毎回同じになる。例えば、還元剤吸着速度及びＳＣＲ触媒５の温度が同じであれば、平衡吸着量が毎回同じなり、平衡吸着量に至る還元剤吸着量の推移が毎回同じになる。したがって、これらの条件と関連付けて還元剤吸着量の推移を予め求めておけば、還元剤吸着量と、その時の条件とから、その後の還元剤吸着量の推移を推定することができる。この関係は、予め実験等により求めることができる。この関係をマップ、モデル、または計算式としてＥＣＵ１０に記憶させておけば、還元剤吸着量の初期値及び経過時間から、平衡吸着量に達するまでの間の特定の時点における還元剤吸着量を推定することができる。
【００４１】
このようにして求められる還元剤吸着量の推定値には、誤差が含まれることがある。例えば、単位時間当たりの還元剤供給量が、指示値と実際の値とでずれている場合には、還元剤吸着量の推定値と実際の値とにずれが生じる。また、ＮＯｘ浄化率を推定して還元剤の消費量を算出する場合には、ＮＯｘ浄化率の推定精度が低いと、還元剤吸着量の推定値と実際の値とにずれが生じる。さらに、ＳＣＲ触媒５から脱着する還元剤により、還元剤吸着量が変化するため、ＳＣＲ触媒５から脱着する還元剤を考慮しなかったり、考慮したとしてもＳＣＲ触媒５から脱着する還元剤量を正確に求めることができなかったりすると、還元剤吸着量の推定値と実際の値とにずれが生じる。
【００４２】
そして、誤差が含まれている還元剤吸着量の推定値に基づいて還元剤の供給量を調整した場合には、還元剤供給量が適切でない場合もある。例えば、還元剤吸着量の推定値が実際の値よりも大きいと、還元剤供給量が減少されることにより還元剤が不足するので、ＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。一方、還元剤吸着量の推定値が実際の値よりも小さいと、還元剤供給量が増加されることにより、ＳＣＲ触媒５から還元剤が流出する虞がある。
【００４３】
そこで、本実施例では、還元剤吸着量が平衡吸着量に収束しているときに、還元剤吸着量の推定値が平衡吸着量と等しくなるように、該還元剤吸着量の推定値を修正する。これは、還元剤吸着量が平衡吸着量に収束しているときに還元剤吸着量を推定する場合には、還元剤吸着量の推定値を平衡吸着量と等しい値にするともいえる。
【００４４】
ここで、還元剤吸着量が多いほど、還元剤吸着速度が小さく且つ還元剤脱着速度が大きくなる。一方、還元剤吸着量が少ないほど、還元剤吸着速度が大きく且つ還元剤脱着速度が小さくなる。このため、還元剤吸着量が平衡吸着量に近づくほど、還元剤吸着量の単位時間当たりの上昇量が小さくなる。そして、十分な時間が経過すると、還元剤吸着量は平衡吸着量に収束する。
【００４５】
したがって、還元剤の供給を開始してから内燃機関１の運転条件が変化せずに十分な時間が経過すれば、ＳＣＲ触媒５には、平衡吸着量と同じ量の還元剤が吸着されていると考えられる。したがって、このときに還元剤吸着量の推定値を平衡吸着量と同じ値にすれば、これまでに蓄積された誤差を除去することができる。
【００４６】
ここで、図２は、還元剤吸着量が０の状態から還元剤を供給したときの還元剤吸着量の推移を示したタイムチャートである。実線は、単位時間当たりの還元剤の供給量を一定とした場合を示している。また、一点鎖線は、還元剤の供給開始時に実線の場合よりも単位時間当たりの還元剤の供給量を多くし、その後、Ｔ１で示した時点から単位時間当たりの還元剤の供給量を実線の場合と同じにした場合を示している。このように、初期の還元剤供給量が異なっていても、単位時間当たりの還元剤の供給量が同じになる時点Ｔ１から十分な時間が経過すれば、還元剤吸着量は同じ値に収束する。
【００４７】
なお、平衡吸着量は、ＳＣＲ触媒５の温度及び還元剤吸着速度に応じて決まる。ここで、図３は、還元剤吸着速度と、平衡吸着量と、の関係をＳＣＲ触媒５の温度毎に示した図である。図３において「全酸点吸着」は、ＳＣＲ触媒５において還元剤を吸着する個所である酸点の全てに還元剤が吸着された場合の還元剤吸着量である。これは、ＳＣＲ触媒５に理論上最も多くの還元剤が吸着されたときの還元剤吸着量である。
【００４８】
図３に示されるように、ＳＣＲ触媒５の温度が同じであれば、還元剤吸着速度が大きくなるほど、平衡吸着量が大きくなる。また、還元剤吸着速度が同じであれば、ＳＣＲ触媒５の温度が高いほど、平衡吸着量が小さくなる。そして、ＳＣＲ触媒５及び還元剤吸着速度が分かれば、図３の関係に従って、平衡吸着量を求めることができる。
【００４９】
また、本実施例では、ＳＣＲ触媒５の温度及び還元剤吸着速度が一定の状態が所定時間継続すれば、還元剤吸着量は平衡吸着量に達していると判定する。また、内燃機関１の定常運転が所定時間継続すれば、還元剤吸着量が平衡吸着量に達していると判定してもよい。すなわち、内燃機関１の定常運転時であれば、ＳＣＲ触媒５の温度及び還元剤吸着速度が一定となり得る。そして、所定時間は、還元剤吸着量が収束するのに要する時間として、予め実験等により求めることができる。また、図３に示した関係を予め実験等により求めておけば、ＳＣＲ触媒５の温度及び還元剤吸着速度に基づいて、平衡吸着量を求めることができる。
【００５０】
このようにして求めた平衡吸着量を、そのときの還元剤吸着量の推定値とし、この推定値に、その後の還元剤吸着量の変化量を加算していけば、以後の還元剤吸着量をより高精度に推定することができる。
【００５１】
ここで、図４は、本実施例に係る還元剤吸着量の推移を示した図である。また、図５は、還元剤吸着量の推定値を修正するときに、還元剤吸着量を０まで減少させる場合の還元剤吸着量の推移を示した図である。実線は、実際の還元剤吸着量であり、一点鎖線は、誤差を含んだ還元剤吸着量の推定値である。図５のＡからＢまでの期間において、還元剤の供給が停止されており、この間に、実際の還元剤吸着量が０となるまで減少する。一方、図４のＡからＢまでの期間は、図５のＡからＢまでの期間までと同じ期間であるが、図４のＡからＢまでの期間では、還元剤が供給されている。なお、図４及び図５において、Ａで示される時点までの還元剤吸着量の推移は同じである。
【００５２】
ここで、図５に示すように、還元剤の供給を停止させて還元剤吸着量が０となれば、そのときに還元剤吸着量の推定値を０とすることにより、還元剤吸着量を修正することができる。すなわち、還元剤吸着量の実際の値が０となっている状態のときに、推定値を０に修正すれば、それまでの還元剤吸着量の誤差を除去することができる。
【００５３】
しかし、図５に示されるように、ＡからＢまでの期間で還元剤の供給が停止されると、ＡからＢまでの期間及びその直後において、実際の還元剤吸着量が少なくなる。これにより、還元剤が不足して、ＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。一方、図４に示されるように、本実施例では、ＡからＢまでの期間で還元剤を継続して供給し、還元剤吸着量を平衡吸着量に収束させている。このときに、還元剤吸着量の推定値を修正することにより、還元剤吸着量が十分な状態を維持できる。したがって、還元剤吸着量の推定値を修正するときに、ＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。
【００５４】
図６は、本実施例に係る還元剤吸着量の推定値を修正するフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、予め設定されている時間毎に、ＥＣＵ１０により実行される。
【００５５】
ステップＳ１０１では、カウンタによるカウントが開始される。本実施例に係るカウンタは、時間をカウントするが、これに代えて、車両の走行距離をカウントしてもよい。このカウンタの値により、還元剤吸着量が収束したか否かを判定する。ステップＳ１０１の処理が完了すると、ステップＳ１０２へ進む。
【００５６】
ステップＳ１０２では、単位時間当たりのＳＣＲ触媒５の温度の変化量ΔＴＳＣＲが閾値ＣＴＥＭＰよりも小さく、且つ、単位時間当たりにＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘ量の変化量ΔＱＮＯＸが閾値ＣＮＯＸよりも小さいか否か判定される。本ステップでは、定常運転中であるか否か判定している。すなわち、本ステップでは、還元剤吸着量が収束し得る状態であるか否か判定している。
【００５７】
ここで、平衡吸着量は、ＳＣＲ触媒５の温度及び還元剤吸着速度に応じて変わるため、ＳＣＲ触媒５の温度及び還元剤吸着速度が一定でなければ還元剤吸着量が平衡吸着量に収束しない。そこで、ステップＳ１０２では、ＳＣＲ触媒５の温度及び還元剤吸着速度が一定であるか否か判定する。なお、還元剤吸着速度が一定になるには、単位時間当たりにＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘ量が一定となる必要がある。このため、本ステップでは、単位時間当たりにＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘ量が一定であるか否か判定している。そして、単位時間当たりのＳＣＲ触媒５の温度の変化量ΔＴＳＣＲの閾値ＣＴＥＭＰは、ＳＣＲ触媒５の温度が変化しているとされる範囲の下限値として設定される。また、単位時間当たりにＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘ量の変化量ΔＱＮＯＸの閾値ＣＮＯＸは、単位時間当たりにＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘ量が変化しているとされる範囲の下限値として設定される。
【００５８】
単位時間当たりのＳＣＲ触媒５の温度の変化量ΔＴＳＣＲの閾値ＣＴＥＭＰ、及び、単位時間当たりにＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘ量の変化量ΔＱＮＯＸの閾値ＣＮＯＸは、予め実験等により最適値を求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。例えば、単位時間当たりのＳＣＲ触媒５の温度の変化量ΔＴＳＣＲ、または、単位時間当たりにＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘ量の変化量ΔＱＮＯＸが０より大きくても、誤差の範囲内又は許容できる範囲内での変化であれば、ＳＣＲ触媒５の温度、または、ＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘ量は一定であると判定される。
【００５９】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進む。一方、ステップＳ１０２で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０４へ進み、カウンタの値がリセットされる。すなわち、カウンタの値が０とされる。ステップＳ１０４の処理が完了すると、本ルーチンを終了させる。
【００６０】
ステップＳ１０３では、平衡吸着量ＱＥＱが算出される。平衡吸着量ＱＥＱは、還元剤吸着速度と、ＳＣＲ触媒５の温度と、から算出される。平衡吸着量ＱＥＱは、図３に示した関係に基づいて求めることができる。図３に示した関係は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。なお、本実施例においてはステップＳ１０３を処理するＥＣＵ１０が、本発明における上限値算出部に相当する。ステップＳ１０３の処理が完了すると、ステップＳ１０５へ進む。
【００６１】
ステップＳ１０５では、判定値ＴＥＱが算出される。判定値ＴＥＱは、ＳＣＲ触媒５の温度及び還元剤吸着速度が一定となってから、還元剤吸着量が平衡吸着量に達するまでの時間である。
【００６２】
ここで、図７は、還元剤吸着量の推移を示したタイムチャートである。実線は、ＳＣＲ触媒５の温度が比較的高い場合を示し、一点鎖線は、ＳＣＲ触媒５の温度が比較的低い場合を示している。ＳＣＲ触媒５の温度が比較的高い場合には、Ｔ２で示される時点において還元剤吸着量が収束している。また、ＳＣＲ触媒５の温度が比較的低い場合には、Ｔ３で示される時点において還元剤吸着量が収束している。
【００６３】
このように、ＳＣＲ触媒５の温度に応じて、還元剤吸着量が平衡吸着量に達するまでの時間が変わる。そして、ＳＣＲ触媒５の温度が高いほど、平衡吸着量が小さくなり、且つ、平衡吸着量に達するまでの時間が短くなる。このように、ＳＣＲ触媒５の温度が高いほど、還元剤吸着量が平衡吸着量に達するまでの時間が短くなるので、より短い時間で還元剤吸着量の推定値を修正することができる。
【００６４】
したがって、判定値ＴＥＱは、ＳＣＲ触媒５の温度が高いほど、小さな値に設定される。判定値ＴＥＱと、ＳＣＲ触媒５の温度と、の関係は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。ステップＳ１０５の処理が完了すると、ステップＳ１０６へ進む。
【００６５】
ステップＳ１０６では、カウンタの値ＴＣが、判定値ＴＥＱ以上であるか否か判定される。本ステップでは、還元剤吸着量が平衡吸着量に達したか否か判定している。ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合には、本ルーチンを終了させる。
【００６６】
ステップＳ１０７では、還元剤吸着量の推定値ＱＮが修正される。本ステップＳでは、還元剤吸着量の推定値ＱＮを、平衡吸着量ＱＥＱと等しくする。すなわち、平衡吸着量ＱＥＱが、そのときの還元剤吸着量であると推定している。なお、本実施例においてはステップＳ１０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における推定部に相当する。ステップＳ１０７の処理が完了すると、ステップＳ１０８へ進む。そして、ステップＳ１０８では、カウンタの値がリセットされ、その後、本ルーチンが終了される。
【００６７】
このようにして、還元剤吸着量が平衡吸着量に収束しているときに、還元剤吸着量の推定値を平衡吸着量へと修正することにより、その後の還元剤吸着量の推定精度を高くすることができる。これにより、還元剤の供給量を適正化できる。すなわち、還元剤の供給量が多すぎて、ＳＣＲ触媒５から還元剤が流出することを抑制できる。また、還元剤の供給量が少なすぎて、ＳＣＲ触媒５におけるＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。また、還元剤吸着量を０まで減少させる必要がないため、ＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。
【００６８】
なお、還元剤吸着量の推定値を修正するときの還元剤供給量は、還元剤供給量の変化量に対して、平衡吸着量の変化量が小さくなる範囲の還元剤供給量としてもよい。この還元剤供給量は、ＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘ量を過不足なく還元する還元剤量に対し、０．８から１倍した還元剤供給量である。これは、当量比が０．８から１となる還元剤供給量ともいえる。すなわち、ＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘに対し、還元剤が少し不足する範囲である。
【００６９】
図８は、還元剤供給量と平衡吸着量との関係を示した図である。図８において、Ｄで示されるのは、ＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘ量を過不足なく還元するために必要となる還元剤供給量である。すなわち、当量比が１となる還元剤供給量である。ここで、還元剤供給量がＤよりも若干少ない範囲であるＣからＤまでの範囲と、還元剤供給量がＤよりも若干多い範囲であるＤからＥまでの範囲と、を比較する。還元剤供給量がＤよりも少ない場合には、還元剤供給量の変化量に対する平衡吸着量の変化量が比較的小さい。一方、還元剤供給量がＤよりも多い場合には、還元剤供給量の変化量に対する平衡吸着量の変化量が比較的大きい。このため、還元剤供給量がＤよりも少ない場合のほうが、多い場合よりも、還元剤供給量が変化したときに平衡吸着量が変化し難くなるので、還元剤吸着量が平衡吸着量に収束し易い。また、このように還元剤が不足する状態であっても、還元剤吸着量は収束する。
【００７０】
すなわち、還元剤吸着量を平衡吸着量に収束させるときに、ＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘ量を過不足なく還元するために必要となる還元剤量の８０％から１００％となるように還元剤供給量を調整すればよい。そうすると、ＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘに対して還元剤が若干不足するものの、ＮＯｘ浄化率の低下は僅かである。そして、平衡吸着量が変化し難くなるので、還元剤吸着量を平衡吸着量に収束させ易くなる。すなわち、還元剤吸着量の推定値の修正に適した状態となる。
【００７１】
なお、還元剤供給量を少なくし過ぎるとＮＯｘ浄化率が低下する虞があるので、ＮＯｘ浄化率が許容範囲内となるように還元剤供給量を調整してもよい。
【００７２】
＜実施例２＞
本実施例においては、ＳＣＲ触媒５の温度が所定温度以上のときに還元剤吸着量の推定値を修正する。また、ＳＣＲ触媒５の温度が所定温度未満のときには、ＳＣＲ触媒５の温度を所定温度以上となるまで上昇させた後に、還元剤吸着量の推定値を修正する。その他の装置等は実施例１と同じであるため、説明を省略する。
【００７３】
ここで、ＳＣＲ触媒５の温度が高いときには、還元剤が脱着し易くなるので、平衡吸着量が低下する。このため、還元剤吸着量が平衡吸着量に達するまでの時間が短くなる。したがって、還元剤吸着量の推定値を短時間で修正することができる。
【００７４】
また、ＳＣＲ触媒５の温度が高いことにより、該ＳＣＲ触媒５における活性が高くなるため、還元剤吸着量が少なくてもＮＯｘ浄化率が高くなる。したがって、還元剤吸着量の推定値を修正するときのＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。また、ＳＣＲ触媒５の温度が高いことにより、実際の還元剤吸着量が少なくなるので、ＳＣＲ触媒５の温度が多少ばらついても、還元剤吸着量の変化量は小さい。このため、平衡吸着量の変化量も小さくなるので、還元剤吸着量の推定値を修正し易くなる。
【００７５】
図９は、ＳＣＲ触媒５の温度及び還元剤吸着量の推移を示したタイムチャートである。実線は、還元剤吸着量が平衡吸着量に収束する前にＳＣＲ触媒５の温度を上昇させない場合を示し、一点鎖線は、還元剤吸着量が平衡吸着量に収束する前にＳＣＲ触媒５の温度を上昇させる場合を示している。また、二点鎖線は、誤差を含んだ還元剤吸着量の推定値を示している。Ｔ４で示した時点において還元剤吸着量の推定値を修正する制御が開始される。Ｔ５で示した時点において、ＳＣＲ触媒５の温度を上昇させる場合の還元剤吸着量が収束している。Ｔ６で示した時点において、ＳＣＲ触媒５の温度を上昇させない場合の還元剤吸着量が収束している。
【００７６】
このように、ＳＣＲ触媒５の温度を上昇させる場合には、上昇させない場合よりも、ＳＣＲ触媒５の温度が収束するまでの時間は長くなるが、還元剤吸着量が収束するまでの時間は短くなる。このため、還元剤吸着量の推定値を速やかに修正することができる。また、還元剤吸着量の推定値を修正する頻度を高くすることができるので、還元剤吸着量の推定値の誤差が大きくなることを抑制できる。
【００７７】
図１０は、本実施例に係る還元剤吸着量の推定値を修正するフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、予め設定されている時間毎に、ＥＣＵ１０により実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００７８】
ステップＳ２０１では、ＳＣＲ触媒５の温度ＴＳＣＲが所定温度未満であるか否か判定される。所定温度は、例えば３００℃から４００℃であり、ＳＣＲ触媒５の温度ＴＳＣＲを上昇させなくても還元剤吸着量の推定値を速やかに修正することのできる温度の下限値である。この所定温度は、還元剤吸着量が平衡吸着量に達するまでの時間及びＮＯｘ浄化率を考慮して設定される。また、所定温度を高くし過ぎると、ＳＣＲ触媒５の温度ＴＳＣＲを上昇させるのに時間がかかったり、燃費が悪化したり、還元剤吸着量が少なくなりすぎたりするので、これらを考慮して最適値を実験等により求めておいてもよい。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０１へ進む。
【００７９】
ステップＳ２０２では、ＳＣＲ触媒５の温度ＴＳＣＲを上昇させる。ＳＣＲ触媒５の温度は、例えば３００℃から４００℃を目標に上昇させる。例えば、内燃機関１から温度の高いガスを排出させることでＳＣＲ触媒５の温度ＴＳＣＲを上昇させてもよい。この場合、気筒内への燃料噴射を複数回行ってもよく、気筒内への燃料噴射時期を遅らせてもよい。また、ＳＣＲ触媒５よりも上流側に酸化触媒を備え、該酸化触媒に燃料を供給することで排気の温度を上昇させてもよい。さらに、ＳＣＲ触媒５を加熱するヒーターを備えていてもよい。なお、本実施例においてはステップＳ２０２を処理するＥＣＵ１０が、本発明における温度上昇部に相当する。そして、ステップＳ２０２の処理が完了すると、ステップＳ１０１へ進む。
【００８０】
以上説明したように、本実施例によれば、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制しつつ、より速やかに還元剤吸着量の推定値の誤差を除去することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１     内燃機関
２     吸気通路
３     排気通路
４     噴射弁
５     選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
１０   ＥＣＵ
１１   エアフローメータ
１２   温度センサ
１３   第一ＮＯｘセンサ
１４   第二ＮＯｘセンサ
１５   アクセル開度センサ
１６   クランクポジションセンサ
【図１】
2013190657.tif 000003
【図２】
2013190657.tif 000004
【図３】
2013190657.tif 000005
【図４】
2013190657.tif 000006
【図５】
2013190657.tif 000007
【図６】
2013190657.tif 000008
【図７】
2013190657.tif 000009
【図８】
2013190657.tif 000010
【図９】
2013190657.tif 000011
【図１０】
2013190657.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月14日(2015.1.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
図３に示されるように、ＳＣＲ触媒５の温度が同じであれば、還元剤吸着速度が大きくなるほど、平衡吸着量が大きくなる。また、還元剤吸着速度が同じであれば、ＳＣＲ触媒５の温度が高いほど、平衡吸着量が小さくなる。そして、ＳＣＲ触媒５の温度及び還元剤吸着速度が分かれば、図３の関係に従って、平衡吸着量を求めることができる。
【国際調査報告】
2013190657.tif 000013
2013190657.tif 000014
2013190657.tif 000015