(57)【要約】本発明は、排気通路（Ｐ）に設けられてアンモニア存在下でＮＯｘ浄化能を発揮する選択還元型ＮＯｘ触媒（Ｃ１）と、該選択還元型ＮＯｘ触媒（Ｃ１）下流側に設けられる酸化触媒（Ｃ２）と、選択還元型ＮＯｘ触媒（Ｃ１）と酸化触媒（Ｃ２）との間に設けられる、アンモニアおよびＮＯｘの検知特性を有する上流側センサ（Ｓ１）と、酸化触媒（Ｃ２）下流側に設けられる、アンモニアおよびＮＯｘの検知特性を有する下流側センサ（Ｓ２）と、上流側センサ（Ｓ１）の出力と、下流側センサ（Ｓ２）の出力との相関から、選択還元型ＮＯｘ触媒を通過した成分を判定する判定手段とを備える。
2010079621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられる、アンモニア存在下でＮＯｘ浄化能を発揮する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
該選択還元型ＮＯｘ触媒下流側に設けられる酸化触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒と前記酸化触媒との間に設けられる、アンモニアおよびＮＯｘの検知特性を有する上流側センサと、
前記酸化触媒下流側に設けられる、アンモニアおよびＮＯｘの検知特性を有する下流側センサと、
前記上流側センサの出力と、前記下流側センサの出力との相関から、前記選択還元型ＮＯｘ触媒を通過した成分を判定する判定手段と
を備えることを特徴とする触媒通過成分判定装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記上流側センサの出力と前記下流側センサの出力とが目標出力から同じように変化したとき、ＮＯｘが通過していると判定することを特徴とする請求項１に記載の触媒通過成分判定装置。
【請求項３】
前記判定手段は、目標出力からの前記上流側センサの出力変化と、目標出力からの前記下流側センサの出力変化とが異なる傾向を示すとき、アンモニアが通過していると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の触媒通過成分判定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の触媒通過成分判定装置を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に向けて還元剤を供給する還元剤供給手段を備え、
該還元剤供給手段は、前記触媒通過成分判定装置による判定結果に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒への添加還元剤量を制御することを特徴とする請求項４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、選択還元型ＮＯｘ触媒を通過した成分を判定するための触媒通過成分判定装置、およびそれを備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼル機関等の内燃機関の排気系に配置される排気浄化装置として、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するためのＮＯｘ触媒を含むものが知られている。このＮＯｘ触媒としては様々なタイプのものが知られているが、その中で、還元剤の添加によりＮＯｘを還元除去する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ: Selective Catalytic Reduction）（以下、ＳＣＲ触媒）が公知である。還元剤としては尿素が知られており、通常は尿素水（尿素水溶液）が触媒上流側の排気ガス中に噴射供給される。排気ガスや触媒からの受熱により尿素水からアンモニアが発生され、このアンモニアによりＳＣＲ触媒上でＮＯｘが還元される。【０００３】
ＳＣＲ触媒は、還元剤として尿素を用いる場合、例えば、尿素水の添加量に応じてＮＯｘの浄化性能が変化するものであり、尿素水添加量には、機関運転状態に応じた適正範囲が存在する。尿素水添加量が適正範囲を下回ると、ＳＣＲ触媒にてＮＯｘを十分に浄化できず、ＮＯｘのＳＣＲ触媒通過が生じる（ＮＯｘスリップ）。他方、尿素水添加量が適正範囲を超えて尿素水が過剰になると、余剰のアンモニアがＳＣＲ触媒を通過するようになる（アンモニアスリップ）。それ故、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘスリップやアンモニアスリップの発生を適切に知ることは重要である。【０００４】
例えば、特許文献１に、排気通路に設けられて尿素水を添加することによって排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒と、このＳＣＲ触媒下流側に設けられてＮＯｘおよびアンモニアを検知してそれらの濃度に応じた値を出力するＮＯｘセンサとを備えた内燃機関の排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置は、ＮＯｘセンサの出力値と適正ＮＯｘ濃度との偏差が所定値より大となったときに尿素水添加量を減少させて、この尿素水添加量の減少によるＮＯｘ濃度偏差の変化をみることにより、ＮＯｘスリップおよびアンモニアスリップの判定を行うように構成されている。【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５７１３６号公報
【発明の開示】
【０００６】
上記特許文献１に記載の排気浄化装置でＮＯｘスリップやアンモニアスリップを判定するためには、尿素水の添加量を変化させて、その変化に起因するＮＯｘセンサの出力値の変化を観察することが必要とされる。それ故、その判定の実行は、故意にＮＯｘスリップを促し得るという、問題があった。さらに、そのように尿素水の添加量を変化させてＮＯｘセンサの出力値の変化を観察するので、迅速かつ適切な時期に、ＮＯｘスリップやアンモニアスリップを判断できなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、ＮＯｘスリップやアンモニアスリップを適切に判断することにある。
【０００８】
かかる目的を達成するため、本発明は、排気通路に設けられる、アンモニア存在下でＮＯｘ浄化能を発揮する選択還元型ＮＯｘ触媒と、該選択還元型ＮＯｘ触媒下流側に設けられる酸化触媒と、選択還元型ＮＯｘ触媒と酸化触媒との間に設けられる、アンモニアおよびＮＯｘの検知特性を有する上流側センサと、酸化触媒下流側に設けられる、アンモニアおよびＮＯｘの検知特性を有する下流側センサと、上流側センサの出力と、下流側センサの出力との相関から、選択還元型ＮＯｘ触媒を通過した成分を判定する判定手段とを備えることを特徴とする触媒通過成分判定装置を提供する。
【０００９】
例えば、上記判定手段は、上流側センサの出力と下流側センサの出力とが目標出力から同じように変化したとき、ＮＯｘが通過していると判定するとよい。また、判定手段は、目標出力からの上流側センサの出力変化と、目標出力からの下流側センサの出力変化とが異なる傾向を示すとき、アンモニアが通過していると判定してもよい。
【００１０】
なお、本発明は、上記種々の形態の触媒通過成分判定装置を備えている内燃機関の排気浄化装置にも存する。好ましくは、この内燃機関の排気浄化装置は、選択還元型ＮＯｘ触媒に向けて還元剤を供給する還元剤供給手段を備え、該還元剤供給手段は、上記触媒通過成分判定装置による判定結果に基づいて、選択還元型ＮＯｘ触媒への添加還元剤量を制御するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の触媒通過成分判定装置の概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、ＳＣＲ触媒をＮＯｘが通過したときに関するグラフであり、上流側ＮＯｘセンサ出力の時間に対する変化例を示すグラフである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ＳＣＲ触媒をＮＯｘが通過したときに関するグラフであり、下流側ＮＯｘセンサ出力の時間に対する変化例を示すグラフである。
【図３Ａ】図３Ａは、ＳＣＲ触媒をアンモニアが通過したときに関するグラフであり、上流側ＮＯｘセンサ出力の時間に対する変化例を示すグラフである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ＳＣＲ触媒をアンモニアが通過したときに関するグラフであり、下流側ＮＯｘセンサ出力の時間に対する変化例を示すグラフである。
【図４】図４は、ＳＣＲ触媒からの漏れ成分の判定用のフローチャートである。
【図５】図５は、図１の装置の如き判定装置を備えた、本発明に係る実施形態の内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関の概略的なシステム図である。
【図６】図６は、尿素水添加供給制御用のフローチャートである。
【図７】図７は、図１の装置の如き判定装置を備えた、本発明に係る別の実施形態の内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関の概略的なシステム図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
まず、本発明の一実施形態の触媒通過成分判定装置（以下、判定装置）Ｄを図１に基づき説明する。図１の概略図では、触媒コンバータ内に設けられたＳＣＲ触媒Ｃ１と、触媒コンバータ内に設けられた酸化触媒Ｃ２とが、上流から下流に向けて順に（直列に）、排気通路Ｐに配置されている。そして、ＳＣＲ触媒Ｃ１と酸化触媒Ｃ２との間にＮＯｘセンサＳ１が配置され、その酸化触媒Ｃ２下流側にＮＯｘセンサＳ２が配置されている。ＮＯｘセンサＳ１は、ＮＯｘセンサＳ２の上流側に位置するので、上流側センサと称され得、これに対して、ＮＯｘセンサＳ２は、下流側センサと称され得る。ＮＯｘセンサＳ１、Ｓ２は、それぞれ、ＥＣＵ等の制御手段あるいは演算手段（図１では不図示）に、電気的につなげられている。そして、後述するようにして、制御手段あるいは演算手段は、ＳＣＲ触媒Ｃ１からのＮＯｘの漏れやアンモニアの漏れを判断する。すなわち制御手段あるいは演算手段は、判定手段の機能を有する。なお、図１中、排気ガスの流れる方向を、矢印で表している。【００１３】
ＮＯｘセンサＳ１、Ｓ２は、それぞれ、ＮＯｘおよびアンモニアを検知する能力を有する。ＮＯｘセンサＳ１、Ｓ２は、検知部に触媒成分（例えばジルコニア）を有しており、当該触媒成分の作用により、まず排気ガス中のＮＯｘ（例えばＮＯ２）からＯ２成分を除去し、残ったＮＯ成分をＮ２およびＯ２に分解し、このＯ２量を測定することでＮＯｘ濃度を検出可能にする。このような構成から、ＮＯｘセンサＳ１、Ｓ２では、アンモニアが存在すると、その検知部においてアンモニア成分が酸化されてＮＯ成分が生じ（４ＮＨ３＋５Ｏ２→４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ）、これにより、ＮＯｘセンサＳ１、Ｓ２は、ＮＯ成分から分解されたＯ２量をも測定してしまうという性質を有している。すなわち、ＮＯｘセンサＳ１、Ｓ２は、排気ガス中のアンモニアもＮＯｘと同様に検知する特性を有する。なお、ＮＯｘセンサＳ１、Ｓ２は、ＮＯｘおよびアンモニアの両者に反応することができれば、他の構成を備えてもよく、各々別個の構成を備えてもよい。【００１４】
判定装置Ｄにおける、制御手段あるいは演算手段は、以下に示すようなＮＯｘセンサＳ１の出力とＮＯｘセンサＳ２の出力との相関から、ＳＣＲ触媒Ｃ１からのＮＯｘの漏れやアンモニアの漏れを判定する（検知する）。ここで、図２（図２Ａ、図２Ｂ）に、ＳＣＲ触媒Ｃ１をＮＯｘが通過したときに関するグラフを示す。図２Ａは、上流側ＮＯｘセンサＳ１からの出力の時間に対する変化例を示し、図２Ｂは、下流側ＮＯｘセンサＳ２からの出力の時間に対する変化例を示す。他方、図３（図３Ａ、図３Ｂ）に、ＳＣＲ触媒Ｃ１をアンモニアが通過したときに関するグラフを示す。図３Ａは、図２Ａに対応し、上流側ＮＯｘセンサＳ１からの出力の時間に対する変化例を示し、図３Ｂは、図２Ｂに対応し、下流側ＮＯｘセンサＳ２からの出力の時間に対する変化例を示す。ただし、図２、３の各グラフは、所定時間におけるＮＯｘセンサＳ１、Ｓ２からの継続した電気的出力（例えば、出力電流、出力電圧）例を表すグラフである。また、図２Ａ、図３Ａでは、目標出力すなわち、ＮＯｘやアンモニアのＳＣＲ触媒からの漏れが実質的にない状態での出力が、矢印で指し示されている。なお、図２、３の各グラフの出力は、センサＳ１、Ｓ２からの電気的出力を変換した数値であってもよい。すなわち、判定装置Ｄにおける、制御手段あるいは演算手段は、ＳＣＲ触媒Ｃ１からのＮＯｘの漏れやアンモニアの漏れの判定に際して、ＮＯｘセンサＳ１の出力やＮＯｘセンサＳ２の出力として、それらからの出力信号を基に演算して求められた数値、例えばＮＯｘ濃度を用いることができる。ただし、このＮＯｘ濃度は、ＮＯｘとアンモニアの両方の存在を反映したものである。【００１５】
図２、図３から理解できるように、ＮＯｘがＳＣＲ触媒Ｃ１を通過して漏れでている場合（ＮＯｘスリップが生じている場合）、上流側ＮＯｘセンサＳ１からの出力が目標出力を超えて増加し、下流側ＮＯｘセンサＳ２からの出力も同様に増加する。これは、ＳＣＲ触媒Ｃ１を漏れでた成分がＮＯｘである場合、そのＮＯｘは酸化触媒で浄化処理されず、下流側ＮＯｘセンサＳ２に至るからである。これに対して、アンモニアがＳＣＲ触媒Ｃ１を通過して漏れでている場合（アンモニアスリップが生じている場合）、上流側ＮＯｘセンサＳ１からの出力が目標出力を超えて増加するが、下流側ＮＯｘセンサＳ２からの出力は増加しない。これは、ＳＣＲ触媒Ｃ１を漏れでた成分がアンモニアである場合、そのアンモニアは酸化触媒Ｃ２で浄化処理されるからである。なお、図３Ｂに示すように、ＳＣＲ触媒Ｃ１を漏れでた成分がアンモニアである場合、下流側ＮＯｘセンサＳ２からの出力は、実線で示すように実質的に目標出力に一致し続けるか、あるいは、点線で示すように上流側ＮＯｘセンサＳ１からの出力変化傾向と逆向きに変化し得る。【００１６】
このように、ＮＯｘスリップが生じている場合、上流側ＮＯｘセンサＳ１の出力はその漏れ出たＮＯｘ量に応じて変化し、その出力変化は下流側ＮＯｘセンサＳ２の出力にも同様に生じるのに対して、アンモニアスリップが生じている場合、上流側ＮＯｘセンサＳ１の出力はその漏れ出たアンモニア量に応じて変化するが、そのような出力変化は下流側ＮＯｘセンサＳ２の出力では概ね生じない。すなわち、上流側ＮＯｘセンサＳ１の出力と下流側ＮＯｘセンサＳ２の出力とが目標出力から同じように変化したとき、ＳＣＲ触媒Ｃ１をＮＯｘが通過していると判定されるのに対して、目標出力からの上流側ＮＯｘセンサＳ１の出力変化と目標出力からの下流側ＮＯｘセンサＳ２の出力変化とが異なる傾向を示すとき、ＳＣＲ触媒Ｃ１をアンモニアが通過していると判定される。このようなＮＯｘセンサＳ１、Ｓ２の出力の相関を用いて、本発明では、ＳＣＲ触媒Ｃ１を通過した成分がＮＯｘであるのかあるいはアンモニアであるのかを判定可能にする。なお、上流側ＮＯｘセンサＳ１の目標出力と下流側ＮＯｘセンサＳ２の目標出力とは、同じでも異なってもよい。【００１７】
この判定の流れの一例を、図４のフローチャートに基づいて説明する。制御手段あるいは演算手段は、ステップＳ４０１で、上流側ＮＯｘセンサＳ１の出力が目標出力より大きいか否かを判定する。このステップＳ４０１の判定で否定判定されると、ステップＳ４０３へ進み、その結果として正常と判定される。なお、「正常」とは、ＳＣＲ触媒Ｃ１からＮＯｘやアンモニアが漏れていない、あるいは、それらの漏れ量が許容範囲内の漏れ量であることを表す。【００１８】
他方、ステップＳ４０１で肯定判定されると、ステップＳ４０５で、下流側ＮＯｘセンサＳ２の出力が目標出力より大きいか否かが判定される。そして、このステップＳ４０５の判定で否定判定されると、ステップＳ４０７へ進み、その結果としてアンモニアが漏れている（アンモニアスリップ）と判定される。これに対して、ステップＳ４０５の判定で肯定判定されると、ステップＳ４０９へ進み、その結果としてＮＯｘが漏れている（ＮＯｘスリップ）と判定される。【００１９】
このような図４のフローチャートに基づくＳＣＲ触媒通過成分の判定制御は、制御手段あるいは演算手段が、ＮＯｘやアンモニアの判定を行うときに、所定時間ごとに、繰り返され得る。なお、このような判定制御は、種々の条件下で行われ得、例えば、内燃機関が作動しているとき、ずっと継続して行われてもよいし、あるいは、所定の機関運転状態のときなどにおいてのみ限定的に行われてもよい。【００２０】
なお、ここでは、上流側ＮＯｘセンサＳ１の出力と下流側ＮＯｘセンサＳ２の出力との相関から、単に、ＮＯｘが漏れているのか、アンモニアが漏れているのかを判定した。しかし、ある時点におけるあるいは複数時点における両センサＳ１、Ｓ２からの出力に基づいて予め実験に基づいて定められたデータを検索することで、ＮＯｘの漏れやアンモニアの漏れの両程度を段階的にあるいは連続的に判断するように構成されてもよい。また、ここでは、上流側センサＳ１、下流側センサＳ２として、ＮＯｘセンサを用いたが、それらの代わりに、ＮＯｘやアンモニアに反応可能すなわちそれらの存在に応じた出力を生成可能な種々のセンサが用いられてもよい。【００２１】
次に、上記判定装置Ｄの如き判定装置１を備えた、本発明に係る実施形態の内燃機関の排気浄化装置（以下、排気浄化装置）５を説明する。図５は、排気浄化装置５が適用された内燃機関１０の概略的なシステム図である。内燃機関１０は、自動車用の圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼル機関であり、図５では、機関本体１０´から延出した、その排気系の一部が誇張して表されている（吸気系および機関内部機構等は省略されている）。内燃機関１０の排気管１２によって区画形成された排気通路１４には、上流側から順に、第１触媒コンバータ１６と、第２触媒コンバータ１８と、そして第３触媒コンバータ２０とが直列に設けられている。そして、第１触媒コンバータ１６内には、排気ガス中の未燃成分（特にＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒２２と、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集して燃焼除去するＤＰＲ（Diesel Particulate Reduction）触媒２４とが上流側から順に配置されている。また、第２触媒コンバータ１８内には、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ浄化能を有する触媒としてのＳＣＲ触媒２６が配置されている。そして、第３触媒コンバータ２０内には、ＳＣＲ触媒２６を通過したアンモニア処理用に、酸化触媒２８が配置されている。なお、ＳＣＲ触媒２６が上記ＳＣＲ触媒Ｃ１に相当し、酸化触媒２８が上記酸化触媒Ｃ２に相当する。【００２２】
そして、ＳＣＲ触媒２６とＤＰＲ触媒２４との間、すなわちＤＰＲ触媒２４下流側かつＳＣＲ触媒２６上流側の排気通路１４ｍに、ＳＣＲ触媒２６にアンモニアを添加可能にするべく、還元剤としての尿素を選択的に添加するための尿素添加弁３０が設けられている。尿素は尿素水の形で使用され、尿素添加弁３０から下流側のＳＣＲ触媒２６に向かって排気通路１４に噴射供給される。尿素添加弁３０には、これに尿素水を供給するために、尿素水供給管３２によって区画形成された尿素水供給通路３４を介して、尿素水を貯留する尿素水タンク３６が接続される。そして、尿素水タンク３６から尿素水を尿素添加弁３０に向けて圧送するべくポンプ３８が設けられている。ただし、還元剤としての尿素水の尿素濃度は、寒冷地等でのその凍結を抑制するために、３２．５重量％であるとよい。【００２３】
なお、ここでは、尿素添加弁３０、尿素水供給通路３４、尿素水タンク３６、ポンプ３８を含んで尿素供給装置４０が構成されている。ただし、ここでは尿素添加弁３０から添加された尿素水は排気通路１４を介して実質的に直接的にＳＣＲ触媒２６に添加されるが、添加尿素を適切に満遍なくＳＣＲ触媒２６に供給するべく添加尿素を分散させて広範囲に方向付ける分散板などが、ＳＣＲ触媒２６を有する第２触媒コンバータ１８の入口部あるいはその近傍に設けられてもよい。【００２４】
選択還元型ＮＯｘ触媒すなわちＳＣＲ触媒２６は、ここでは、Ｓｉ、Ｏ、Ａｌを主成分とすると共にＦｅイオンを含むゼオライトから構成されている。ＳＣＲ触媒２６は、その触媒温度が活性温度域（ＮＯｘ浄化温度域）にあり、かつ、尿素供給装置４０から尿素が添加されているときに（添加尿素（尿素水）の化学反応により生成するアンモニアの存在下で）ＮＯｘを還元浄化する。上記の如く尿素は尿素水として供給され、排気通路１４の熱で加水分解および熱分解される（ＣＯ（ＮＨ２）２→ＮＨ３＋ＨＯＣＮ、ＨＯＣＮ＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ３＋ＣＯ２）。この結果、アンモニアが生成される。すなわち、尿素（尿素水）がＳＣＲ触媒２６に向けて添加されると、ＳＣＲ触媒２６上にアンモニアが供給される。このアンモニアがＳＣＲ触媒２６上でＮＯｘと反応して、ＮＯｘが還元される。なお、ＳＣＲ触媒２６としては、アルミナからなる基材の表面にバナジウム触媒（Ｖ２Ｏ５）を担持させたもの等が他に使用され得、本発明は種々のＳＣＲ触媒を許容する。【００２５】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter；ＤＰＦ）の一種であるＤＰＲ触媒２４は、フィルタ構造体であると共にその表面に貴金属を担持するものである。つまり、ＤＰＲ触媒２４は、フィルタで捕集した粒子状物質（ＰＭ）を、貴金属の触媒作用を利用して連続的に酸化（燃焼）させる連続再生式の触媒である。【００２６】
酸化触媒２２と、酸化触媒２８とはここでは同じ構成を有する。それら酸化触媒２２、２８は、ハニカム構造体に白金（Ｐｔ）等の貴金属を担持させたものである。なお、酸化触媒２２と、酸化触媒２８とは、このような構成とは異なる構成を備えてもよく、また、それぞれ異なる構成を備えてもよい。酸化触媒２８は、上記したように、ＳＣＲ触媒２８を漏れでたアンモニアを酸化して浄化処理するために設けられる。【００２７】
ここでは排気通路１４には、上流側から順に、酸化触媒２２、ＤＰＲ触媒２４およびＳＣＲ触媒２６が配列されているが、配列順序はこれに限られない。しかし、ＳＣＲ触媒２６下流側に酸化触媒２８が配置され、好ましくは本実施形態のようにＳＣＲ触媒２６下流側にかつその隣に酸化触媒２８が配置される。また、ＤＰＦとしてＤＰＲ触媒２４が設けられることに限られず、他のタイプのＤＰＦが使用可能である。具体的には、ＤＰＦは、フィルタ構造体としてのみ構成され、内燃機関の連続作動時間が所定時間を越えた時期あるいはＤＰＦ前後の差圧が所定値以上になった時期に、例えば燃料噴射時期を遅らせて後燃えを生じさせることで、捕集した粒子状物質が酸化燃焼されて再生が図られるものであってもよい。ただし、このようなＤＰＦの所定時期での再生は、ＤＰＲ触媒２４に対しても適用され得る。【００２８】
尿素供給装置４０を備えた内燃機関１０全体の制御を司る制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０が設けられる。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ５０は、各種センサ類を用いて得られた検出値等に基づいて、所望の内燃機関制御が実行されるように、不図示の燃料噴射弁等を制御する。またＥＣＵ５０は、尿素水添加量や尿素水添加時期を制御すべく、添加弁３０、ポンプ３８を制御する。【００２９】
ＥＣＵ５０に接続されるセンサ類には、内燃機関１０の機関回転速度を検出するための回転速度センサ５２や、機関負荷を検出するための負荷センサ５４の他、排気ガスの温度を検出するための排気温センサ５６や、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するための第１、第２、第３ＮＯｘセンサ５８、６０、６２が含まれる。回転速度センサ５２は、内燃機関１０のクランク角を検出するためのクランク角センサであり得る。負荷センサ５４は、エアフローメーターやアクセル開度センサであり得る。排気温センサ５６は、ここでは、酸化触媒２２上流側の排気通路１４ｕに設けられるが、他の箇所に設けられてもよい。また、第１ＮＯｘセンサ５８は、ＤＰＲ触媒２４下流側かつＳＣＲ触媒２６上流側の排気通路１４ｍに設けられる。第２ＮＯｘセンサ６０は、ＳＣＲ触媒２６下流側かつ酸化触媒２８上流側の排気通路１４ｎに設けられる。そして、第３ＮＯｘセンサ６２は、酸化触媒２８下流側に設けられる。しかし、第１ＮＯｘセンサ５８は省かれてもよい。なお、第２ＮＯｘセンサ６０は上記上流側センサＳ１に相当し、第３ＮＯｘセンサ６２は上記下流側センサＳ２に相当する。また、これらＮＯｘセンサ５８、６０、６２の各構成は、上記ＮＯｘセンサＳ１、Ｓ２の構成と同じである。【００３０】
なお、アンモニア供給手段に含まれる還元剤供給手段は、尿素供給装置４０、特にその制御手段としてのＥＣＵ５０の一部を含んで構成される。また、ＳＣＲ触媒２６を通過した成分を判定するための判定手段は、ＥＣＵ５０の一部を含んで構成される。また、温度判定手段は、排気温センサ５６とＥＣＵ５０の一部とを含んで構成される、ＳＣＲ触媒２６の温度を検出あるいは推定する温度検出手段と、ＥＣＵ５０の一部を含んで構成される、温度検出手段により検出あるいは推定されたＳＣＲ触媒２６の温度に基づいてその温度を判定する手段との両方を含んで構成される。ただし、温度検出手段は、回転速度センサ５２と、負荷センサ５４と、ＥＣＵ５０の一部とを含んで構成されてもよく、また、ＳＣＲ触媒２６に直接設けられる温度センサとＥＣＵ５０の一部とを含んで構成されてもよい。【００３１】
ここで、まず、尿素水添加供給制御に関して、図６のフローチャートに基づいて説明する。尿素水添加供給制御における尿素水添加の実行・停止は、ＳＣＲ触媒２６の温度（ここでは推定値）に応じて制御される。具体的には、ＳＣＲ触媒温度が所定温度域の温度であるとき、尿素水添加が実行され、ＳＣＲ触媒温度がその温度域の温度でないとき、尿素水添加が停止される。【００３２】
ＳＣＲ触媒２６の温度は、ここでは推定することで求められる。具体的には、ＥＣＵ５０が、排気温センサ５６からの出力信号に基づいて検出された排気温度に基づき、予め実験により定められて記憶保存するデータを検索して、ＳＣＲ触媒温度を推定する。なお推定方法はこのような例に限られない。ＳＣＲ触媒２６の温度は、ＳＣＲ触媒２６に埋設した温度センサを用いて直接的に検出することとしてもよい。あるいは、ＳＣＲ触媒２６の温度は、回転速度センサ５２や負荷センサ５４からの出力信号に基づいて定まる機関運転状態に基づいて推定されてもよい。【００３３】
ステップＳ６０１で、ＳＣＲ触媒２６の温度が所定温度域の温度であるか否かが判定される。そして、ここで、否定判定されると、ステップＳ６０３へ進み、尿素水添加が停止される。これに対して、ステップＳ６０１で肯定判定されると、ステップＳ６０５へ進み、尿素水添加が実行される。ステップＳ６０１での所定温度域は、ここでは、下限温度のみが定められた温度域（下限温度以上の温度域）である。この下限温度は、例えば２００℃であり、最小活性温度と称することができる。所定温度域をこのように定めたのは、ＳＣＲ触媒温度が最小活性温度に達する前は尿素水添加を行ってもＮＯｘを効率良く還元できないからである。なお、所定温度域に、上限温度が定められてもよい。【００３４】
ステップＳ６０１でＳＣＲ触媒２６の温度が所定温度域の温度であるとして肯定判定されるとき、つまり、尿素水添加が行われるとき、その尿素水添加量や添加時期は、主として第１、第２、第３ＮＯｘセンサ５８、６０、６２からの出力に基づいて制御される。ここでは、第１ＮＯｘセンサ５８からの出力信号に基づいて検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度（あるいはこのＮＯｘ濃度と関係のあるＮＯｘ量）に基づきそれらの尿素水添加量や添加時期が制御される。そして、それらにおける基本尿素水添加量や基本添加時期は、第２ＮＯｘセンサ６０や第３ＮＯｘセンサ６２からの出力信号に基づいて判定されるＮＯｘスリップやアンモニアスリップに基づいて補正される。具体的には、第１ＮＯｘセンサ５８からの出力信号に基づいて検出されるＮＯｘ濃度で、予め実験に基づいて定められて記憶保存されているデータを検索することで、基本尿素水添加量や基本添加時期が定められて、これらに基づいてポンプ３８や尿素添加弁３０が制御される。そして、第２ＮＯｘセンサ６０や第３ＮＯｘセンサ６２からの出力信号に基づいて上記の如くＮＯｘスリップが生じていると判定されると、尿素水添加量が増えるように、それら基本尿素水添加量や基本添加時期の両方あるいはいずれか一方が補正される。他方、第２ＮＯｘセンサ６０や第３ＮＯｘセンサ６２からの出力信号に基づいて上記の如くアンモニアスリップが生じていると判定されると、尿素水添加量が減るように、それら基本尿素水添加量や基本添加時期の両方あるいはいずれか一方が補正される。【００３５】
なお、ＳＣＲ触媒２６下流側のＮＯｘ濃度が零になると共にＮＯｘスリップやアンモニアスリップが生じないように、尿素水の添加供給が制御されるとよく、そのための演算や制御は上記実施形態に限定されない。ただし、ＮＯｘスリップやアンモニアスリップは、上記の如く、ＳＣＲ触媒２６下流側に設けられた酸化触媒２８を挟むように設けられる２つのセンサ６０、６２からの出力の相関に基づいて判定されるとよい。なお、第１ＮＯｘセンサ５８が設けられていない場合、例えば、機関運転状態（例えば機関回転速度と機関負荷）に基づく基本尿素噴射量が、ＮＯｘスリップやアンモニアスリップが生じないように、２つのセンサ６０、６２からの出力信号に基づく判定結果に基づいてフィードバック補正されてもよい。ＳＣＲ触媒２６はアンモニアがあるときのみＮＯｘを還元可能なので、尿素水は常時添加されてもよい。【００３６】
次に、上記判定装置１を備えた、本発明に係る別の実施形態の排気浄化装置５Ａを説明する。排気浄化装置５Ａでは、アンモニア供給手段が、アンモニアの生成能力を有する触媒を含んで構成されている。つまり、排気浄化装置５Ａは、上記排気浄化装置５とは異なり、尿素水添加のための、添加弁、尿素水タンクといった構成を備えない。以下に、排気浄化装置５Ａを説明する。なお、図７は、排気浄化装置５Ａが適用された内燃機関１０Ａの概略的なシステム図である。ただし、以下では、上で説明した構成要素と同じあるいは同様の構成要素に同じ符号を付して、それらの重複する説明を省略する。【００３７】
内燃機関１０の排気通路１４には、上流側から順に、第１１触媒コンバータ１００と、第１２触媒コンバータ１０２と、第１３触媒コンバータ１０４と、第１４触媒コンバータ１８と、そして第１５触媒コンバータ２０とが直列に設けられている。そして、第１１触媒コンバータ１００内には、酸化触媒２２が配置され、第１３触媒コンバータ１０４内には、ＤＰＲ触媒２４が配置されている。また、第１４触媒コンバータ１８内にはＳＣＲ触媒２６が配置され、第１５触媒コンバータ２０内には酸化触媒２８が配置されている。なお、第１４触媒コンバータ１８は上記第２触媒コンバータに相当し、第１５触媒コンバータは上記第３触媒コンバータに相当し、第１５触媒コンバータ２０の酸化触媒２８を挟むようにセンサ６０、６２が配置されている。【００３８】
ここでは、第１２触媒コンバータに、アンモニアの生成能力を有する触媒１０６が配置される。第１２触媒コンバータのこの触媒１０６は、排気ガス中の特定成分からアンモニアを生成するように機能するものである。ここでは、ＮＯｘからアンモニアが生成するように機能するので、触媒１０６は、脱ＮＯｘ触媒と称され得る。【００３９】
触媒１０６は、例えば、燃焼室で、燃料がリーン雰囲気下で燃焼させられるような運転状態のとき排気ガス中のＮＯ２イオンを捕捉し、燃料がリッチ雰囲気下で燃焼させられるような運転状態のときそれと排気ガス中のＨ２との反応を促してアンモニアが生成するように機能する。なお、このようなアンモニア生成反応が生じるように、ＥＣＵ５０は、燃料噴射量等を制御するとよい。ただし、触媒１０６は、このような構成に限定されず、種々の構成を有し得る。【００４０】
以上、本発明を実施形態等に基づいて説明したが、本発明に係る、このような上記実施形態の各態様等は、矛盾が生じない限りにおいて、部分的に又は全体的に組み合わせることが可能である。【００４１】
また、本発明は圧縮着火式内燃機関以外の内燃機関にも適用可能であり、例えば火花点火式内燃機関にも適用可能である。なお、本発明は、内燃機関以外の、ＮＯｘを含む排気ガスを排出する装置にも適用可能である。【００４２】
以上、本発明を種々の実施形態等に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されない。本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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