(57)【要約】【課題】ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能を悪化させずにアンモニアの大気中への放出や亜酸化窒素の発生を抑制する。【解決手段】排気浄化装置は、エンジンの排気通路４に配設され、排気中のＮＯＸを選択還元するＳＣＲ触媒１５と、該ＳＣＲ触媒上流側の排気通路内に尿素水を供給する還元剤供給装置１７と、排気通路内の尿素由来物の堆積量が所定量に達すると排気昇温制御を行う排気昇温制御手段とを備える。また、ＳＣＲ触媒上流側の排気温度を検出する温度センサ２３と、該温度センサで検出された排気温度に基づいて、尿素由来堆積物から離脱するアンモニアの離脱量を推定する離脱量推定手段と、ＳＣＲ触媒上流側のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸセンサ２４と、該ＮＯＸセンサで検出されたＮＯＸ濃度と、離脱量推定手段で推定されたアンモニアの離脱量に基づいて、排気通路中のＮＯＸ濃度が目標濃度となるようにＮＯＸ排出量を制御するＮＯＸ排出量調整手段を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配設され、尿素水を供給して生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯＸを選択還元する選択還元型ＮＯＸ触媒と、
この選択還元型ＮＯＸ触媒の上流側の前記排気通路内に尿素水を供給するための還元剤供給装置と、
前記排気通路内に堆積した尿素由来物の堆積量が所定量に達すると、前記排気通路内の排気温度を目標温度にするように排気昇温制御を行う排気昇温制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路における前記選択還元型ＮＯＸ触媒よりも上流側の排気温度を検出する温度センサと、
この温度センサにより検出された排気の温度に基づいて、前記排気通路に堆積した尿素由来堆積物からガス化して離脱するアンモニアの単位時間当たりの離脱量を推定する離脱量推定手段と、
前記排気通路における前記選択還元型ＮＯＸ触媒よりも上流側のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸセンサと、
このＮＯＸセンサにより検出されたＮＯＸ濃度と、前記離脱量推定手段で推定されたアンモニアの単位時間当たりの離脱量に基づいて、前記排気通路中のＮＯＸ濃度が目標濃度となるように前記排気通路中へのＮＯＸ排出量を制御するＮＯＸ排出量調整手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路を流通する排気の一部を、ＥＧＲ（排気再循環）ガスとして前記内燃機関の吸気通路に還流するためのＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ弁とを備え、
前記ＮＯＸ排出量調整手段は、前記ＥＧＲ弁の開度を通常制御時における開度より増加或いは減少させてＮＯＸ排出量を調整し、前記離脱量推定手段により推定されたアンモニアの単位時間当たりの離脱量と前記ＮＯＸセンサにより検出されたＮＯＸ濃度から推定される単位時間当たりのＮＯＸ排出量との比較結果に基づいて、前記ＥＧＲ弁の開度を決定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気昇温制御手段が排気昇温制御を実行しているときには、前記還元剤供給装置から前記排気通路内への尿素水の供給を中止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤供給装置の上流側の前記排気通路に酸化触媒を設け、前記排気昇温制御手段は、前記酸化触媒に流入する排気中への燃料供給量を制御することにより排気昇温制御を行うことを特徴とする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、特に、ディーゼルエンジン、可変容量型油圧ポンプ及び排気浄化装置を備える建設機械におけるディーゼルエンジンの排気浄化装置として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルやクレーン等の作業車両はその駆動源（動力源）としてディーゼルエンジンを搭載しているが、このディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（以下、ＰＭとする）の排出量は、ＮＯＸ、ＣＯ、ＨＣ等と共に年々規制が強化されてきている。
エンジンの排気中に含まれるＮＯＸ（窒素酸化物）を浄化するための排気浄化装置としては、排気中に尿素水を供給して生成されるアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯＸを還元するアンモニア選択還元型ＮＯＸ触媒（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）（以下、単にＳＣＲ触媒ともいう）を備えた排気浄化装置が使用されている。
【０００３】
この排気浄化装置は、エンジン排気管に配設された前記ＳＣＲ触媒の排気上流に、エンジンの運転状態に対応した流量の液体還元剤又はその前駆体を噴射供給し、ＳＣＲ触媒上でＮＯＸを選択還元反応させることで、ＮＯＸを無害成分に浄化するようにしたものである。
【０００４】
このような排気浄化装置では、尿素水を排気中に供給するのが一般的であり、尿素水噴射弁などを用いて排気中に尿素水を噴射する。エンジンからの排気温度が低い状態が継続すると、噴射された霧状の尿素水の一部は、排気通路内の壁面などに衝突することにより液化して前記排気通路などに付着する。この排気通路などに付着した尿素水は、その水分が気化することにより、固形の尿素結晶等となって前記排気通路内の壁面に堆積し、尿素由来堆積物となる。
【０００５】
このようにして尿素由来堆積物の生成が継続すると、前記排気通路における排気流動抵抗の増大や排気通路の閉塞を引き起こす問題を生じるおそれがある。また、排気温度が高温となった場合には、前記排気通路内に大量に堆積している尿素由来物が一気にアンモニアに転化して、前記ＳＣＲ触媒に必要以上のアンモニアが供給され、余剰となったアンモニアの大気中への放出、即ちアンモニアスリップが発生するという問題がある。
【０００６】
更に、余剰となったアンモニアが、後段のアンモニア酸化触媒上で、以下の式に示すような化学反応を起こし、温室効果ガスの亜酸化窒素（Ｎ２０）が発生する問題もある。
４ＮＨ３＋４０２→２Ｎ２０＋６Ｈ２０
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋３０２→４Ｎ２０＋６Ｈ２０
【０００７】
上記のことから、前記排気通路内に前記尿素由来物がある程度堆積した段階で、前記排気通路内を流動する排気の温度を一時的に上昇させ、堆積している前記尿素由来物をガス化させて除去することが考えられる。
この種従来技術としては、特許第４９８６９７３号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この特許文献１のものは、排気通路内に尿素由来物が堆積して、この尿素由来堆積物が設定された堆積限界値に達したと判定したときに、排気通路中の排気温度が目標温度となるように排気昇温制御を行う制御手段を備えている。
【０００８】
そして、この制御手段は、制御開始当初は比較的低い目標温度まで排気温度を上昇させるので、尿素由来堆積物が一気にガス化してアンモニアに転化するのを抑制し、アンモニアスリップの発生を防止するようにしている。
また、尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに伴ってアンモニアスリップが発生しにくくなるので、前記制御手段は、前記堆積量が減少するに従い目標温度を上昇させることにより、速やかに尿素由来堆積物を排気通路内から除去するようにしている。
【０００９】
なお、エンジンの様々な運転状態において、アンモニアスリップを生じることなくＳＣＲ触媒に供給可能なアンモニアの単位時間あたりの供給量を求め、アンモニアの供給量に対応した尿素由来堆積物からの単位時間あたりのアンモニア生成量を維持可能な排気温度を前記目標温度としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４９８６９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１に記載のものでは、前記制御手段は、制御開始当初は比較的低い目標温度まで排気温度を上昇させるので、尿素由来堆積物が一気にガス化してアンモニアに転化するのを抑制し、アンモニアスリップの発生を防止することが可能となる。しかし、この特許文献１のものでは、ＮＯＸ排出量が多いエンジン稼動領域においては、選択還元型ＮＯＸ触媒（ＳＣＲ触媒）へのアンモニアの吸着量が過剰に低下してしまうため、前記ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化性能も大きく低下するおそれがあるという課題を有する。
【００１２】
本発明の目的は、選択還元型ＮＯＸ触媒のＮＯＸ浄化性能を悪化させることなくアンモニアの大気中への放出や、温室効果ガスの亜酸化窒素（Ｎ２０）の発生を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明は、エンジンの排気通路に配設され、尿素水を供給して生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯＸを選択還元する選択還元型ＮＯＸ触媒と、この選択還元型ＮＯＸ触媒の上流側の前記排気通路内に尿素水を供給するための還元剤供給装置と、前記排気通路内に堆積した尿素由来物の堆積量が所定量に達すると、前記排気通路内の排気温度を目標温度にするように排気昇温制御を行う排気昇温制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路における前記選択還元型ＮＯＸ触媒よりも上流側の排気温度を検出する温度センサと、この温度センサにより検出された排気の温度に基づいて、前記排気通路に堆積した尿素由来堆積物からガス化して離脱するアンモニアの単位時間当たりの離脱量を推定する離脱量推定手段と、前記排気通路における前記選択還元型ＮＯＸ触媒よりも上流側のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸセンサと、このＮＯＸセンサにより検出されたＮＯＸ濃度と、前記離脱量推定手段で推定されたアンモニアの単位時間当たりの離脱量に基づいて、前記排気通路中のＮＯＸ濃度が目標濃度となるように前記排気通路中へのＮＯＸ排出量を制御するＮＯＸ排出量調整手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路を流通する排気の一部を、ＥＧＲ（排気再循環）ガスとして前記内燃機関の吸気通路に還流するためのＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ弁とを備え、前記ＮＯＸ排出量調整手段は、前記ＥＧＲ弁の開度を通常制御時における開度より増加或いは減少させてＮＯＸ排出量を調整し、前記離脱量推定手段により推定されたアンモニアの単位時間当たりの離脱量と前記ＮＯＸセンサにより検出されたＮＯＸ濃度から推定される単位時間当たりのＮＯＸ排出量との比較結果に基づいて、前記ＥＧＲ弁の開度を決定することを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明は、上記内燃機関の排気浄化装置において、前記排気昇温制御手段が排気昇温制御を実行しているときには、前記還元剤供給装置から前記排気通路内への尿素水の供給を中止することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、上記内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤供給装置の上流側の前記排気通路に酸化触媒を設け、前記排気昇温制御手段は、前記酸化触媒に流入する排気中への燃料供給量を制御することにより排気昇温制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、選択還元型ＮＯＸ触媒のＮＯＸ浄化性能を悪化させることなくアンモニアの大気中への放出や、温室効果ガスの亜酸化窒素（Ｎ２０）の発生を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を得ることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の内燃機関の排気浄化装置の実施例１を示す全体構成図である。
【図２】図１に示すＥＣＵが実行する排気昇温制御を説明するフローチャートである。
【図３】図１に示すＥＣＵが実行するＮＯＸ排出量調整制御を説明するフローチャートである。
【図４】排気温度とアンモニアの単位時間あたりの離脱量との関係を説明する線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の内燃機関の排気浄化装置の実施例１を示す全体構成図である。本実施例では、ディーゼルエンジン、可変容量型油圧ポンプ及び排気浄化装置を備える油圧ショベルなどの建設機械に使用されている内燃機関（本実施例ではディーゼルエンジン）の排気浄化装置に本発明を適用した例を説明する。
【００２１】
建設機械に使用されている内燃機関としてのディーゼルエンジンにおける排気浄化装置は、尿素水溶液を液体還元剤として使用し、エンジン排気中に含まれるＮＯＸを触媒還元反応により浄化する排気浄化装置を備えている。
【００２２】
この排気浄化装置を図１により説明する。図１において、１は４気筒のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンともいう）、２は高圧の燃料を各気筒に噴射するための燃料噴射弁（インジェクタ）である。３は吸気通路、４は排気通路で、前記吸気通路３にはターボチャージャー５の圧縮機５ａが設けられ、前記排気通路４には前記ターボチャージャー５のタービン５ｂが設けられている。前記タービン５ｂの回転軸は前記圧縮機５ａの回転軸と連結され、前記タービン５ｂが前記排気通路４内を流れる排気により回転されることにより、前記圧縮機５ａを駆動するように構成されている。
【００２３】
前記吸気通路３から吸気された空気は、前記ターボチャージャー５の圧縮機５ａに流入し、該圧縮機５ａで昇圧された空気はインタークーラ６及び吸気制御弁７を介して吸気マニホールド８に入り、ここからエンジン１の各気筒に導入される。また、エンジン１の各気筒から排出される排気は排気マニホールド９から前記排気通路４に流入し、前記ターボチャージャー５のタービン５ｂを通過後、第１の排気後処理装置１２に流入するように構成されている。この第１の排気後処理装置１２には酸化触媒１３が設けられており、この酸化触媒１３は、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化させて二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する。
【００２４】
この第１の排気後処理装置１２の下流側には、排気通路４ａを介して第２の排気後処理装置１４が設けられている。この第２の排気後処理装置１４内には、アンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択還元して排気を浄化するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）１５が設けられていると共に、このＳＣＲ触媒１５の下流側にはＳＣＲ触媒１５から流出したアンモニアを酸化させて除去するためのアンモニア酸化触媒１６が設けられている。
【００２５】
前記ＳＣＲ触媒１５は、通常脱硝に用いられている触媒であればどのような物でも良く、例えば酸化チタンにバナジウム、タングステン等の脱硝活性成分を担時した触媒や、銅、鉄、セリウムなどの遷移金属をイオン交換したゼオライトを、コージェライトハニカム構造体などに担時した触媒などが好適である。
【００２６】
前記第１排気後処理装置１２と第２排気後処理装置１４との間の前記排気通路４ａには、この排気通路４ａ内の排気中に還元剤（尿素水）を噴射供給するための還元剤供給装置１７の噴射ノズル１７ａが設けられている。１８は尿素水を貯留した還元剤タンク（尿素水タンク）で、この還元剤タンク１８内の尿素水溶液はポンプ１７ｂ、還元剤制御弁１７ｃ及び還元剤供給配管１７ｄを介して噴射ノズル１７ａに供給され、その噴射ノズル１７ａから前記排気通路４ａ内の排気中に尿素水が噴射されるように構成されている。前記還元剤供給装置１７は、前記噴射ノズル１７ａ、ポンプ１７ｂ、還元剤制御弁１７ｃ、還元剤供給配管１７ｄ、還元剤流量センサ１７ｅなどにより構成されている。
【００２７】
前記還元剤タンク１８には、還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサ１９及び還元剤（尿素水溶液）の残量を検出する液面センサ２０が設けられている。
前記還元剤供給装置１７から噴射された霧状の尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、前記ＳＣＲ触媒１５に供給される。このＳＣＲ触媒１５は供給されたアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを還元浄化して無害なＮ２とする。
なお、このとき、アンモニアがＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒１５から流出した場合には、このアンモニアが、下流側に配置された前記アンモニア酸化触媒１６によって酸化され除去されるように構成されている。
【００２８】
前記第１の排気後処理装置１２内に設けた酸化触媒１３の上流側には排気の温度を検出するための温度センサ２１が設けられ、更に前記酸化触媒１３の下流側にも、酸化触媒１３通過後の排気の温度を検出するための温度センサ２２が設けられている。また、前記第２の排気後処理装置１４内に設けた前記ＳＣＲ触媒１５の上流側の排気通路４ａにも排気温度を検出するための温度センサ２３が設けられている。更に、前記ＳＣＲ触媒１５の上流側の排気通路４ａには、この排気通路４ａ内を流れる排気中のＮＯｘ濃度を測定するためのＮＯｘセンサ２４が設けられ、前記第２の排気後処理装置１４内に設けた前記酸化触媒１６の下流側にもＮＯｘセンサ２５が設けられ、大気に放出される排気中のＮＯｘ濃度を測定するようにしている。
【００２９】
また、前記排気マニホールド９と前記吸気マニホールド８とを接続するように排気再循環通路、即ちＥＧＲ通路１０が設けられており、このＥＧＲ通路１０にはＥＧＲ弁１１が設けられている。前記エンジン１の運転中にはＥＧＲ弁１１の開度に応じて排気マニホールド９側から吸気マニホールド８側に排ガスの一部がＥＧＲガスとして還流されるように構成されている。
【００３０】
なお、２６は前記エンジン１の各気筒共通のコモンレールであり、このコモンレール２６に蓄えられた高圧の燃料（軽油）は、各気筒に設けられた前記燃料噴射弁２に供給され、各燃料噴射弁２からそれぞれの気筒内に噴射される。
【００３１】
前記還元剤タンク１８に貯留されている尿素水溶液は、前記還元剤供給装置１７を介して噴射ノズル１７ａから前記排気通路４ａへと供給されるが、この還元剤供給装置１７の前記還元剤制御弁１７ｃは還元剤噴射制御ユニット（以下、ＤＣＵという）３０により制御され、エンジン運転状態に対応した尿素水溶液を前記噴射ノズル１７ａへと断続的に供給するようになっている。また、前記還元剤濃度センサ１９及び前記還元剤の液面センサ２０からの検出信号は前記ＤＣＵ３０に入力されるように構成されている。
【００３２】
前記噴射ノズル１７ａから噴射供給された尿素水溶液は、排気の熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、これによりアンモニアが発生する。発生したアンモニアは、前記ＳＣＲ触媒１５において排気中のＮＯＸと反応し、水及び無害なガスに浄化する。また、前記ＳＣＲ触媒１５を通過したアンモニアは、その下流側に配置されたアンモニア酸化触媒１６により酸化されるので、異臭を放つアンモニアが大気中に放出されることを防止できる。
【００３３】
３１は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うためのＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）であり、各種手順を実行する演算部（ＣＰＵ）、予め各種設定値を記憶する記憶部（メモリ）、タイマカウンタ、入出力装置等を備えるコントローラユニットなどで構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
【００３４】
前記ＥＣＵ３１の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した排気温度センサ２１〜２３、ＮＯｘセンサ２４，２５の他、エンジンの回転速度Ｎｅを検出する回転センサやエンジンの冷却水温を検出する水温センサなどの各種センサ類が接続されている。また、前記ＥＣＵ３１の出力側には、演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒の燃料噴射弁２、吸気制御弁７及びＥＧＲ弁１１などの各種デバイス類が接続されている。
【００３５】
前記ＤＣＵ３０は、還元剤噴射制御を行うための制御装置であるが、前記ＥＣＵ３１と同様のコントローラユニットで構成されている。このＤＣＵ３０の入力側には、上述したように前記還元剤濃度センサ１９及び前記液面センサ２０などの各種センサ類が接続されている。また、このＤＣＵ３０の出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる前記還元剤制御弁１７ｃなどの各種デバイス類が接続されている。
【００３６】
前記ＤＣＵ３０とＥＣＵ３１とはＣＡＮ通信で繋がっていて、エンジン側の情報（例えば、ＮＯｘセンサ、温度センサ、回転センサの各検出信号）がＥＣＵ３１を通じてＤＣＵ３０に提供される。また、例えば、還元剤の残量、還元剤の噴射量、還元剤の濃度等の還元触媒に関する情報もＤＣＵ３０を通じてＥＣＵ３１に提供される。従って、これらの情報は前記ＣＡＮを通して相互利用できるようになっている。  
【００３７】
なお、ＣＡＮとは、Controller Area Networkの略称であって、車載向けの多重通信に使用されるリアルタイム・アプリケーション向けのシリアル通信をいう。
そして、ＥＣＵ３１は、ＣＡＮを介して相互接続されるＤＣＵ３０と協働し、エンジン１に取り付けられた燃料噴射弁２、吸気制御弁７、ＥＧＲ弁１１などを夫々制御する。
【００３８】
前記ＤＣＵ３０は、ＲＯＭ（Read only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、排気温度、エンジンの回転速度及び負荷に応じて前記還元剤供給装置１７を電子制御する。ここで、エンジンの負荷としては、例えば、燃料噴射流量、吸気流量、過給圧力、ポンプ圧力、ポンプ流量など、トルクと密接に関連する状態量を適用することができる。また、エンジン１の回転速度及び負荷は、前記ＥＣＵ３１から読み込む構成に限らず、公知のセンサによって直接検出するようにしても良い。
【００３９】
なお、本実施例では、前記排気通路４ａ内に尿素由来物がある程度堆積して所定量に達すると、前記排気温度センサ２３により検出されるＳＣＲ触媒１５の入口側温度Ｔｇを昇温させるように排気の昇温制御を実行し、これにより前記排気通路４ａに堆積した尿素由来物を除去する。
【００４０】
この排気昇温制御（排気昇温制御手段）について説明する。  
本実施例では、前記還元剤供給装置１７の上流側の前記排気通路４に前記酸化触媒１３を設けているが、更にこの酸化触媒１３に流入する排気中に燃料を供給できるように構成されている。例えば、エンジン１ヘの燃料供給を各気筒内への燃料噴射によって行っている場合には、動力の発生に寄与しないタイミングで燃料を追加噴射（ポスト噴射）することにより、排気中に燃料を供給することができる。この方法によれば、排気中への燃料供給のために新たな装置を設ける必要がない。或いは、特別に設けた別の燃料噴射弁（インジェクタ）を設けて、前記酸化触媒１３の上流側の排気通路４に、燃料を配管噴射させることにより、排気中に燃料を供給するようにしても良い。
【００４１】
このように排気中に燃料を供給することにより、この燃料を前記酸化触媒１３で酸化させ、これにより排気温度を上昇させて目標温度になるように制御する。本実施例では、このようにして排気昇温制御を行うので、排気温度を目標温度にすることが容易に可能となり、目標温度に上昇させた排気を前記還元剤供給装置１７より下流側の排気通路４ａに流入させることができる。
【００４２】
更に、本実施例では、前記排気通路４内の排気昇温制御を行う前記排気昇温制御手段が排気昇温制御を実行しているときには、前記還元剤供給装置１７から前記排気通路４ａ内への還元剤（尿素水）の供給を中止するようにしている。
このように構成することにより、排気昇温制御を実行しているときには、還元剤供給装置１７からの尿素水の供給が行われないので、前記ＳＣＲ触媒１５に供給されるアンモニアの量は、尿素由来堆積物からのアンモニア離脱量（尿素由来堆積物からガス化して離脱するアンモニアの単位時間当たりの離脱量）のみとなり、より容易にアンモニア供給量を制御できる。
【００４３】
更に、本実施例では、この排気昇温制御に加え、尿素由来堆積物の離脱量に応じて、これに合わせた適切なＮＯＸ排出量となるように制御するものである。即ち、前記排気通路中のＮＯＸ濃度が目標濃度になるように、前記排気通路中へのＮＯＸ排出量を調整するＮＯＸ排出量調整手段を備え、アンモニアの大気中への放出や温室効果ガスである亜酸化窒素（Ｎ２０）の発生を抑制するように制御している。
このＮＯＸ排出量を調整する制御（ＮＯＸ排出量の調整制御）を実行するための前記ＮＯＸ排出量調整手段について説明する。
【００４４】
本実施例では、前述したように、前記排気マニホールド（排気通路）９と前記吸気マニホールド（吸気通路）８とを接続するようにＥＧＲ通路（排気再循環通路）１０が設けられ、エンジン排気の一部をＥＧＲ（排気再循環）ガスとして前記エンジン１の吸気側に還流している。また、このＥＧＲ通路１０にはＥＧＲ弁１１が設けられている。前記ＮＯＸ排出量調整手段は、前記ＥＧＲ弁１１の開度を、通常制御時における開度より増加或いは減少させることにより、ＮＯＸ排出量を調整するものである。
【００４５】
更に詳しく説明する。
本実施例では、前記排気通路４ａにおける前記ＳＣＲ触媒よりも上流側の排気温度を検出する温度センサ２３と、この温度センサ２３により検出された排気の温度に基づいて、前記排気通路４ａに堆積した尿素由来堆積物からガス化して離脱するアンモニアの単位時間当たりの離脱量を推定する離脱量推定手段を備えている。また、前記排気通路４ａにおける前記ＳＣＲ触媒１５よりも上流側のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸセンサ２４を備えている。
【００４６】
前記ＮＯＸ排出量調整手段は、前記ＮＯＸセンサ２４により検出されたＮＯＸ濃度と、前記離脱量推定手段で推定されたアンモニアの単位時間当たりの離脱量に基づいて、前記排気通路４，４ａ中のＮＯＸ濃度が目標濃度となるように、前記排気通路４，４ａ中へのＮＯＸ排出量を制御するものである。
【００４７】
即ち、排気通路４ａに堆積した尿素由来堆積物からガス化して離脱するアンモニアの単位時間当たりの離脱量を推定する離脱量推定手段により推定されたアンモニアの単位時間当たりの離脱量と、前記ＮＯＸセンサ２４により検出されたＮＯＸ濃度から推定される単位時間当たりのＮＯＸ排出量をモル数に換算（グラムをモルに換算）して比較し、その比較結果に基づいて、前記ＥＧＲ弁１１の開度補正量を決定するものである。
【００４８】
なお、ＥＧＲ弁１１の開度制御によるＮＯＸ排出量の調整については、後述する図３の説明で詳しく述べる。  
また、図１に示す例では、前記排気マニホールド９と前記吸気マニホールド８とを接続するようにＥＧＲ通路１０が設けられているが、このＥＧＲ通路１０は前記エンジン１の排気側と吸気側を接続する通路であれば良く、例えば前記排気通路４と前記エンジン１の吸気側とを接続するようにしても良い。
【００４９】
このように前記ＥＧＲ弁１１を制御することにより、前記排気昇温制御による尿素由来堆積物の離脱量に合わせて適切なＮＯＸ量に増減させることができ、アンモニアの大気中への放出や温室効果ガスの亜酸化窒素（Ｎ２０）の発生を抑制することができる。
また、前記ＥＧＲ弁１１によるＮＯＸ排出量調整制御は、応答性が良く、またドライバビリティを大きく損なうことなく速やかにＮＯＸ排出量を増加させたり、減少させたりすることができる。
【００５０】
以下、本実施例の内燃機関の排気浄化装置の具体的制御例を図２により説明する。図２は図１に示すＥＣＵ３１が実行する排気昇温制御を説明するフローチャートである。
ＥＣＵ３１は、排気管４ａ内における尿素由来堆積物の堆積状態に応じ、尿素由来堆積物を除去するために排気昇温制御を図２に示すフローチャートに従って実行する。なお、この排気昇温制御は、エンジン１の始動に伴って開始され、エンジン１の停止に伴って終了する。
【００５１】
運転者がキースイッチをスタート位置に回転させると、前記ＥＣＵ３１はスタート信号を発して、エンジン１を始動させる（ステップＳ１）。その後、キースイッチはＯＮ位置に自動的に戻り、その位置で、運転者がアクセルを踏み込み、低速Ｌｏから高速Ｈｉにしていくと、前記ＥＣＵ３１はアクセル信号を発し、ガバナの設定値を変化させることによりエンジン回転数を制御する。
【００５２】
この制御が開始されると、前記ＥＣＵ３１はステップＳ２で、フラグＦの値が１であるか否かを判断する。このフラグＦの値は、後述する判定に基づき、排気通路４内への尿素由来物の堆積量が限界に達したか否か、即ち尿素由来堆積物を除去するための排気昇温制御が必要であるか否かを示すものであり、そのフラグＦの値が１になると尿素由来物の堆積量が限界に達したことを示すものである。なお、前記フラグＦの初期値は０である。
【００５３】
前記尿素由来物の堆積量が限界に達したか否かの判定手段としては、例えば、排気通路４,４ａ内における前記還元剤供給装置１７の噴射ノズル１７ａ位置よりも上流側の圧力を圧力センサ（図示せず）で検出することにより判定することができる。即ち、前記尿素由来物が堆積していくのは、主に前記噴射ノズル１７ａと前記ＳＣＲ触媒１５との間の排気通路４ａ内面（排気管内面）であり、この部分に前記尿素由来物が堆積していくと、流路抵抗が増大し、その上流側の圧力が上昇するので、この部分の圧力を検出することで、尿素由来物の堆積量が限界に達したかどうかを判定することができる。
【００５４】
なお、前記尿素由来物の堆積量が限界に達したか否かの判定手段としては、上記の他に、例えばアンモニア酸化触媒１６の下流にも圧力センサを設けるようにすれば、噴射ノズル１７ａ上流側の前記圧力センサとアンモニア酸化触媒１６下流側の前記圧力センサにより、差圧ΔＰを求めて、この差圧△Ｐが所定値以上となることにより、尿素由来物の堆積量が限界に達したと判定することもできる。
【００５５】
また、上記の判定手段の他に、エンジン１の運転領域が尿素由来物が堆積していく運転領域にある状態のときの時間を計時し、この計時時間が尿素由来物の堆積限界となる堆積限界判定時間に達したときに、排気通路内への尿素由来物の堆積量が増加して限界に達したと判定してもよい。  
このような判定手段により、尿素由来物の堆積量が限界に達したか否かを判定し、限界に達したと判定すると、前記フラグＦの値を１とする。
【００５６】
前記フラグＦの初期値は０となっているので、この場合（Ｆ＝０）にはステップＳ２でフラグＦの値が１ではないと判断し、処理をステップＳ３に進める。ステップＳ３では、尿素水を供給可能な条件が成立して、ＳＣＲ触媒１５へのアンモニア供給を必要とする状態になったか否かを判断する。
具体的には、前記排気温度センサ２３が検出した排気温度に基づき、前記ＳＣＲ触媒１５が活性化しているか否かを判定し、このＳＣＲ触媒１５が活性化していると判定したときには、尿素水を供給可能な条件が成立し、ＳＣＲ触媒１５へのアンモニアの供給が必要な状態になったと判断する。
【００５７】
このステップＳ３で尿素水供給条件が成立したと判断した場合、ステップＳ４に進め、前記噴射ノズル１７ａからの尿素水噴射を許可して、尿素水を排気通路４ａに噴射する。
一方、前記ステップＳ３で尿素水供給条件が成立していないと判断した場合には今回の制御周期を終了する。
【００５８】
前記ステップＳ２において、フラグの値Ｆが１になったと判断されると、排気通路４を流れる排気温度を上昇させる制御（排気昇温制御）を行い、これにより排気通路４ａ内に堆積した尿素由来物を溶解させて除去し、エンジン性能の低下を抑制する。即ち、ステップＳ５に進み、前記ＥＣＵ３１が燃料噴射弁２からの主噴射量や、回転センサによって検出されたエンジン１の回転数などに基づき、エンジン１が排気を昇温可能な運転状態にあるか否かを判定する。エンジン１が排気昇温可能な運転状態にないと判定した場合には、前記ＥＣＵ３１は排気昇温制御を中止して、その制御周期を終了する。即ち、エンジン１が、排気昇温制御を実行できる運転状態とならない限り、この排気昇温制御は行われない。
【００５９】
前記ステップＳ５において、エンジン１が排気昇温制御可能な運転状態にあると判定すると、ＥＣＵ３１は処理をステップＳ６に進めて排気昇温制御を実行し、ステップＳ６以降の処理を行う。このとき前記フラグＦの値は１であるため、前記還元剤供給装置１７の還元剤供給弁１７ｃは閉じられ、尿素水の排気通路４ａへの噴射は中止されている。即ち、尿素水を排気通路４ａに供給しない状態で排気昇温制御は実行される。
【００６０】
排気昇温制御が実行されると、排気の昇温が継続された状態でステップＳ７に進み、排気昇温制御完了判定タイマＡを起動させ、その後にステップＳ８に進む。  
ステップＳ８では、予め設定されているエンジン運転状況における尿素由来堆積物離脱量マップから、排気を昇温させる際の目標温度における単位時間あたりの離脱量を読み出す。前記尿素由来堆積物離脱量マップは図４に示すように、予め実験等により、機種毎に、エンジン１の排気温度に対する尿素由来堆積物の単位時間あたりの離脱量を、排気温度をパラメータとして求めておき、このような尿素由来堆積物離脱量マップを前記ＥＣＵ３１の記憶部に記憶しておく。
【００６１】
次に、ステップＳ９では、排気昇温制御によりガス化して離脱した尿素由来物が全部アンモニアに変換されると仮定して、排気ガス中のアンモニア（ＮＨ３）の量を算出する。
次のステップＳ１０では、ＮＯＸセンサ２４の検出値から排気ガス中のＮＯＸ量（ＮＯＸｍａｓｓ）を算出する。具体的には、次の（１）式に示すように、ＮＯＸセンサ２４から検出されたＮＯＸ濃度（ＮＯＸｃｏｎｃ）を排気流量（Ｑｏｕｔ）で掛けて算出する。
ＮＯＸｍａｓｓ＝ＮＯｘｃｏｎｃ × Ｑｏｕｔ          …（１）
【００６２】
同じ運転状況において、前記ＥＧＲ弁１１の開度を調整して、ＥＧＲ通路１０を流れる排気循環量ＱＥＧＲを増減させることにより、次の（２）式に示すように、排気通路４を流れる排気流量Ｑｏｕｔを制御することもできる。
Ｑｏｕｔ＝  ＱＩＮ  −  ＱＥＧＲ                …（２）
【００６３】
ステップＳ１１では、前記算出された排気ガス中のアンモニア（ＮＨ３）の量とＮＯＸ量（ＮＯＸｍａｓｓ）をモルに換算して「ＮＨ３／Ｎ０Ｘモル比」が１付近であるか否かを判定する。即ち、許容範囲をαとすれば、次式（３）を満たす場合には、「ＮＨ３／Ｎ０Ｘモル比」が１付近であることの条件を満たすので、ＮＯＸ量調整制御を実行することなく、ステップＳ１３に進む。また、次式（４）を満たす場合には「ＮＨ３／Ｎ０Ｘモル比」が１付近であることの条件を満たさないので、ステップＳ１２に進んでＮＯＸ量調整制御を実行する。
｜１−ＮＨ３／ＮＯＸ｜≦α                …（３）
｜１−ＮＨ３／ＮＯＸ｜＞α                …（４）
【００６４】
ステップＳ１３では、排気昇温制御完了判定タイマＡの値が完了判定時間Ａ0に達したか否かを判定する。完了判定時間Ａ0に達すると、前記フラグＦの値を０とし（ステップＳ１４）、排気昇温制御を終了する（ステップＳ１５）。この時点では排気通路４ａ内の尿素由来堆積物が全て消滅したと見なすことができる。
前記フラグＦの値が０になるのを受けて、ステップＳ１６では、次回の計時処理に備えて前記排気昇温制御完了判定タイマＡをリセット（Ａ＝０）する。また、ステップＳ１７において、還元剤供給装置１７からの尿素水供給が許可となり、噴射ノズル１７ａから排気通路４ａへの尿素水の噴射が再開される。
【００６５】
図３は、図１に示すＥＣＵ３１が実行するＮＯＸ排出量調整制御を説明するフローチャートである。この図３により、ＮＯＸ排出量調整制御によるＮＯＸ量を増減させる制御について説明する。
前記ＥＣＵ３１は、上述したように、排気通路４ａ内における尿素由来堆積物の堆積状態に応じ、尿素由来堆積物を除去するために排気昇温制御を実行する。このような排気昇温制御と並行して、エンジン１から排出される排気中のＮＯＸ量調整制御が図３に示すフローチャートに従って実行される。
【００６６】
まず、制御がスタートすると（ステップＳ２１）、前記ＥＣＵ３１はステップＳ２２において、「ＮＨ３／Ｎ０Ｘモル比」が１付近であるか否かを判定する。「ＮＨ３／ＮＯＸモル比」が１付近であると判定した場合、その制御周期を終了し、ＮＯＸ量調整制御を行わない。一方、前記ステップＳ２２で「ＮＨ３／Ｎ０Ｘモル比」が１付近ではないと判定すると、ＥＣＵ３１は処理をステップＳ２３に進め、ＮＯＸ量調整制御を実行する。
【００６７】
まず、ステップＳ２４で、「ＮＨ３／ＮＯＸモル比＞１＋α」であるか否かを判定する。Ｙｅｓと判定すると、ＮＯＸの割合がＮＨ３に対して少なすぎるので、ＮＯＸ増加制御を実行する（ステップＳ２５）。一方、ステップＳ２４でＮＯと判定すると、ＮＯＸの割合がＮＨ３に対して多すぎるので、ＮＯＸ低減制御を行う（ステップＳ２６）。
【００６８】
本実施例では、このようにしてＮＯＸ排出量調整制御を実行するが、ＮＯＸ量を増大させる制御としては、前記ＥＧＲ弁１１の閉弁、燃料噴射時期の進角、燃料噴射圧の増加などの制御が設定されており、前記ステップＳ２５ではこれらの全ての制御若しくは予め選択した一部の制御が実行される。ＮＯＸ量を増大させる前記各制御は、燃焼状態を改善することにより排気中のＮＯＸ量を増加させることを意図したものである。即ち、ＥＧＲ弁１１の閉弁は不活性な排気の吸込側への還流を中止することで燃焼状態を改善するものであり、燃料噴射時期の進角や噴射圧の増加も燃焼状態を改善するものであり、これらの要因により排気中のＮＯＸ量が増加されるものである。
一方、ＮＯＸ量を低減させる制御としては、前記ＥＧＲ弁１１の開弁、燃料噴射時期の遅角、燃料噴射圧の低減などの制御が設定されており、前記ステップＳ２６ではこれらの全ての制御若しくは予め選択した一部の制御が実行される。
【００６９】
以上説明したように、本実施例によれば、排気昇温制御による尿素由来堆積物の離脱量に合わせて適切なＮＯＸ量に調整するので、アンモニアの大気中への放出や、温室効果ガスである亜酸化窒素（Ｎ２０）の発生を抑制することがきる効果が得られる。
【００７０】
なお、前記ＮＯＸ排出量調整制御は、前記ＥＧＲ弁１１の開度を補正することでＮＯＸ排出量を調整するものであるが、前記ＥＧＲ弁１１によるＮＯＸ排出量調整制御は、応答性が良く、またドライバビリティを大きく損なうことなく速やかにＮＯＸ排出量を増加させたり、減少させたりすることができる。
【００７１】
また、本実施例では、推定された尿素由来堆積物の離脱量とＮＯＸ濃度から推定されるＮＯＸ排出量をモル数に換算して比較し、その偏差に基づいて、前記ＥＧＲ弁１１の開度補正量を決定するようにしている。従って、排気昇温制御による尿素由来堆積物の離脱する量に合わせて適切なＮＯＸ量に増減させることができ、アンモニアの大気中への放出や温室効果ガスの亜酸化窒素（Ｎ２０）の発生を抑制することができる。
【００７２】
更に、本実施例では、排気中に燃料を供給し、酸化触媒１３で酸化させることにより前記排気昇温制御を行うので、比較的容易に排気昇温制御を実行することが可能となる。例えば、エンジン１ヘの燃料供給を気筒内への燃料噴射によって行っている場合には、動力の発生に寄与しないタイミングで燃料を追加噴射することにより、排気中に燃料を供給することができる。この方法によれば、排気中への燃料供給のために新たな装置を設ける必要がないというメリットがある。
また、上記実施例では、排気昇温制御を実行しているときには、還元剤供給装置１７からの尿素水の供給が行われないように制御しているので、より一層確実にアンモニアスリップを防止することができる。
【００７３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施例ではエンジン（内燃機関）１はディーゼルエンジンとして説明したが、ガソリンエンジンなど他の方式の内燃機関の場合にも同様に適用できる。また、本発明は油圧ショベルなどの建設機械における排気浄化装置として説明したが、トラックなど一般の車両にも同様に適用できるものである。
更に、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７４】
１：エンジン（ディーゼルエンジン）、２：燃料噴射弁（インジェクタ）、
３：吸気通路、４，４ａ：排気通路、
５：ターボチャージャー、５ａ：圧縮機、５ｂ：タービン、
６：インタークーラ、７：吸気制御弁、８：吸気マニホールド（吸気通路）、
９：排気マニホールド（排気通路）、
１０：ＥＧＲ通路（排気再循環通路）、１１：ＥＧＲ弁、
１２：第１排気後処理装置、１３：酸化触媒、
１４：第２排気後処理装置、１５：選択還元型ＮＯＸ触媒（ＳＣＲ触媒）、
１６：アンモニア酸化触媒、
１７：還元剤供給装置、１７ａ：噴射ノズル、１７ｂ：ポンプ、１７ｃ：還元剤制御弁、
１７ｄ：還元剤供給配管、１７ｅ：還元剤流量センサ、
１８：還元剤タンク（尿素水タンク）、１９：還元剤濃度センサ、２０：液面センサ、
２１〜２３：温度センサ、２４，２５：ＮＯＸセンサ、２６：コモンレール、
３０：還元剤噴射制御ユニット（ＤＣＵ）、
３１：エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）。
【図１】
2015086714.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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