(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１１）の排気中のＮＯｘを吸着して還元する触媒（１３）が配置されている排気通路（１５）のうち、前記触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置（１４）の作動を制御する還元剤添加制御装置（３５）であって、
前記触媒に吸着されているＮＯｘの吸着量を算出する算出部（Ｓ１）と、
前記触媒の温度である触媒温度を取得する取得部（Ｓ２）と、
前記算出部によって算出された前記吸着量のうち、前記取得部によって取得された前記触媒温度に応じて吸着力の弱い弱ＮＯｘの量を推定する推定部（Ｓ３）と、
前記還元剤の前記排気通路への添加量を制御する制御部（Ｓ８）と、を含み、
前記推定部は、前記触媒へのＮＯ２の瞬時吸着量を積算した値を前記弱ＮＯｘの量として推定しており、吸着時の前記触媒温度が高いほど、ＮＯｘの瞬時吸着量に対するＮＯ２の瞬時吸着量の割合を小さく見積もってＮＯ２の瞬時吸着量を推定し、
前記制御部は、前記推定部によって推定された前記弱ＮＯｘの量が所定の閾値に達したことを条件として、前記還元剤を添加するように制御する還元剤添加制御装置。
【請求項２】
内燃機関（１１）の排気中のＮＯｘを吸着して還元する触媒（１３）が配置されている排気通路（１５）のうち、前記触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置（１４）の作動を制御する還元剤添加制御装置（３５）であって、
前記触媒に吸着されているＮＯｘの吸着量を算出する算出部（Ｓ１）と、
前記触媒の温度である触媒温度を取得する取得部（Ｓ２）と、
前記算出部によって算出された前記吸着量のうち、前記取得部によって取得された前記触媒温度に応じて吸着力の弱い弱ＮＯｘの量を推定する推定部（Ｓ３）と、
前記還元剤の前記排気通路への添加量を制御する制御部（Ｓ８）と、を含み、
前記推定部は、前記触媒に吸着されているＮＯｘのうち温度上昇に伴いＮＯ２からＮＯ３に遷移した量をＮＯ３遷移量とし、ＮＯ２の瞬時吸着量を積算した値から前記ＮＯ３遷移量を減算した値を用いて前記弱ＮＯｘの量を推定し、
前記制御部は、前記推定部によって推定された前記弱ＮＯｘの量が所定の閾値に達したことを条件として、前記還元剤を添加するように制御する還元剤添加制御装置。
【請求項３】
内燃機関（１１）の排気中のＮＯｘを吸着して還元する触媒（１３）が配置されている排気通路（１５）のうち、前記触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置（１４）の作動を制御する還元剤添加制御装置（３５）であって、
前記触媒に吸着されているＮＯｘの吸着量を算出する算出部（Ｓ１）と、
前記触媒の温度である触媒温度を取得する取得部（Ｓ２）と、
前記算出部によって算出された前記吸着量のうち、前記取得部によって取得された前記触媒温度に応じて吸着力の弱い弱ＮＯｘの量を推定する推定部（Ｓ３）と、
前記還元剤の前記排気通路への添加量を制御する制御部（Ｓ８）と、を含み、
前記推定部は、前記触媒へのＮＯ２の瞬時吸着量を積算した値を前記弱ＮＯｘの量として推定しており、吸着時の前記触媒温度が高いほど、ＮＯｘの瞬時吸着量に対するＮＯ２の瞬時吸着量の割合である分配係数を小さく見積もってＮＯ２の瞬時吸着量を推定し、
前記制御部は、前記推定部によって推定された前記弱ＮＯｘの量が所定の閾値に達したことを条件として、前記還元剤を添加するように制御し、
前記分配係数は、触媒温度が２５０℃以上のときに最小値に設定され、触媒温度が１００℃未満のときに最大値に設定される還元剤添加制御装置。
【請求項４】
前記触媒に吸着されているＮＯｘのうち、温度上昇に伴いＮＯ２からＮＯ３に遷移した量をＮＯ３遷移量とし、
前記推定部は、ＮＯ２の瞬時吸着量を積算した値から前記ＮＯ３遷移量を減算した値を用いて前記弱ＮＯｘの量を推定する請求項１または３に記載の還元剤添加制御装置。
【請求項５】
前記還元剤が前記触媒によって還元効果を発揮する温度を改質可能温度とし、
前記制御部は、前記推定部によって推定された前記弱ＮＯｘの量が前記閾値に達し、かつ前記触媒温度が前記改質可能温度以上であることを条件として、前記還元剤を添加するように制御する請求項１〜４のいずれか１つに記載の還元剤添加制御装置。
【請求項６】
前記還元剤添加装置は、
前記内燃機関に用いられる燃料を改質前の改質前添加剤として添加する添加部（３３）と、
前記添加部から添加された前記改質前添加剤を改質して前記還元剤を生成する改質触媒（３２）と、を含み、
前記制御部は、前記改質前添加剤の添加量を制御する請求項１〜５のいずれか１つに記載の還元剤添加制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元剤添加装置を制御する還元剤添加制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気を浄化するため、内燃機関の排気通路には排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸着して還元する触媒を有した浄化装置が配置されている。このような浄化装置では、触媒が活性化していない低温時にはＮＯｘを吸着成分に吸着させる。一方、触媒が活性化温度に達している時には、還元剤を排気通路へ供給して、触媒上でＮＯｘを還元させて浄化させる。
【０００３】
また特許文献１には、触媒の上流に燃料改質器を備えるシステムにおいて、触媒に吸着されているＮＯｘの吸着量を推定している。そして推定した吸着量が所定の閾値に到達した際に触媒の還元温度域に応じて還元剤種を選択している。たとえば触媒が低温では改質還元剤を選択し、触媒が高温では内燃機関からポスト噴射による燃料を選択し還元している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１０８３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、触媒に吸着されているＮＯｘの多くはＮＯ２やＮＯ３であるが、ＮＯ２はＮＯ３に比べて吸着力が弱い。そのため、ＮＯ２の状態で吸着しているＮＯｘ（以下、弱ＮＯｘと記載）は、触媒が温度上昇していく過程で、低温の早いタイミングで触媒から脱離する。
【０００６】
前述の特許文献１に記載の技術では、推定したＮＯｘ吸着量が所定値に到達した際の触媒温度で還元剤種およびタイミングを決定している。しかし触媒が低温の状態で吸着されたＮＯｘは、吸着力が弱いＮＯ２（二酸化窒素）で吸着される割合が多く、ＮＯｘの熱脱離開始温度が低い。そのため吸着量が閾値に到達したタイミングで還元要否および還元剤種を決定すると、吸着力の弱い弱ＮＯｘが既に触媒から脱離しているおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、弱い吸着力のＮＯｘが触媒から脱離する前に還元剤を添加するように制御する還元剤添加制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００９】
本発明は、内燃機関（１１）の排気中のＮＯｘを吸着して還元する触媒（１３）が配置されている排気通路（１５）のうち、触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置（１４）の作動を制御する還元剤添加制御装置（３５）であって、触媒（１３）に吸着されているＮＯｘの吸着量を算出する算出部（Ｓ１）と、触媒温度を取得する取得部（Ｓ２）と、算出部によって算出された吸着量のうち、取得部にて取得された触媒温度に応じて吸着力の弱い弱ＮＯｘの量を推定する推定部（Ｓ３）と、を含み、推定部は、触媒へのＮＯ２の瞬時吸着量を積算した値を弱ＮＯｘの量として推定しており、吸着時の触媒温度が高いほど、ＮＯｘの瞬時吸着量に対するＮＯ２の瞬時吸着量の割合を小さく見積もってＮＯ２の瞬時吸着量を推定し、制御部は、推定部によって推定された弱ＮＯｘの量が所定の閾値に達したことを条件として、還元剤を添加するように制御する還元剤添加制御装置である。
また本発明は、内燃機関（１１）の排気中のＮＯｘを吸着して還元する触媒（１３）が配置されている排気通路（１５）のうち、触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置（１４）の作動を制御する還元剤添加制御装置（３５）であって、触媒に吸着されているＮＯｘの吸着量を算出する算出部（Ｓ１）と、触媒の温度である触媒温度を取得する取得部（Ｓ２）と、算出部によって算出された吸着量のうち、取得部によって取得された触媒温度に応じて吸着力の弱い弱ＮＯｘの量を推定する推定部（Ｓ３）と、還元剤の排気通路への添加量を制御する制御部（Ｓ８）と、を含み、推定部は、触媒に吸着されているＮＯｘのうち温度上昇に伴いＮＯ２からＮＯ３に遷移した量をＮＯ３遷移量とし、ＮＯ２の瞬時吸着量を積算した値からＮＯ３遷移量を減算した値を用いて弱ＮＯｘの量を推定し、制御部は、推定部によって推定された弱ＮＯｘの量が所定の閾値に達したことを条件として、還元剤を添加するように制御する還元剤添加制御装置である。
さらに本発明は、内燃機関（１１）の排気中のＮＯｘを吸着して還元する触媒（１３）が配置されている排気通路（１５）のうち、触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置（１４）の作動を制御する還元剤添加制御装置（３５）であって、触媒に吸着されているＮＯｘの吸着量を算出する算出部（Ｓ１）と、触媒の温度である触媒温度を取得する取得部（Ｓ２）と、算出部によって算出された吸着量のうち、取得部によって取得された触媒温度に応じて吸着力の弱い弱ＮＯｘの量を推定する推定部（Ｓ３）と、還元剤の排気通路への添加量を制御する制御部（Ｓ８）と、を含み、推定部は、触媒へのＮＯ２の瞬時吸着量を積算した値を弱ＮＯｘの量として推定しており、吸着時の触媒温度が高いほど、ＮＯｘの瞬時吸着量に対するＮＯ２の瞬時吸着量の割合である分配係数を小さく見積もってＮＯ２の瞬時吸着量を推定し、制御部は、推定部によって推定された弱ＮＯｘの量が所定の閾値に達したことを条件として、還元剤を添加するように制御し、分配係数は、触媒温度が２５０℃以上のときに最小値に設定され、触媒温度が１００℃未満のときに最大値に設定される還元剤添加制御装置である。
【００１０】
このような本発明に従えば、ＮＯｘ吸着量と触媒温度とを用いて弱ＮＯｘの量を推定する。そして吸着力が弱い弱ＮＯｘの量が、所定の閾値に達したことを条件として、還元剤を添加するように制御される。したがって弱ＮＯｘの量に着目して還元剤の添加タイミングが制御されるので、吸着力の弱い弱ＮＯｘが脱離する前に還元剤を添加して弱ＮＯｘを触媒にて還元することができる。したがって弱ＮＯｘが還元される前に脱離することを抑制することができる。
【００１１】
なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の燃焼システムを示す図。
【図２】ＮＯｘ吸着量とＮＯｘ吸着率との関係を示すグラフ。
【図３】触媒温度とＮＯｘ熱脱離量との関係を示すグラフ。
【図４】還元剤添加処理を示すフローチャート。
【図５】触媒温度と分配係数との関係を示すグラフ。
【図６】触媒温度と移動係数との関係を示すグラフ。
【図７】第２実施形態の燃焼システムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態を用いて説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００１４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図６を用いて説明する。図１に示す燃焼システム１０は、内燃機関であるエンジン１１、過給機１２、ＮＯｘ浄化装置１３および還元剤添加装置１４を備える。燃焼システム１０は、車両に搭載されたものである。車両は、エンジン１１の出力を駆動源として走行する。エンジン１１は、圧縮自着火式のディーゼルエンジンである。燃焼に用いる燃料には、炭化水素化合物である軽油を用いている。エンジン１１は、基本的にはリーン状態で燃焼させるように作動する。つまり、燃焼室に噴射された燃料と燃焼室に吸入される空気との比率である空燃比が、空気過剰に設定された状態で燃焼、つまりリーン燃焼させている。
【００１５】
過給機１２は、タービン２１、回転軸２２およびコンプレッサ２３を備える。タービン２１は、エンジン１１の排気通路１５に配置され、排気の運動エネルギにより回転する。回転軸２２は、タービン２１およびコンプレッサ２３の各インペラを結合することで、タービン２１の回転力をコンプレッサ２３に伝達する。コンプレッサ２３は、エンジン１１の吸気通路１６に配置され、吸気を圧縮してエンジン１１へ過給する。
【００１６】
吸気通路１６のうちコンプレッサ２３の下流側には、図示しない冷却器が配置されている。冷却器は、コンプレッサ２３で圧縮された吸気である加圧空気を冷却する。冷却器により冷却された圧縮吸気は、図示しないスロットルバルブにより流量調整され、エンジン１１が有する複数の燃焼室へ分配される。排気通路１５のうちタービン２１の下流側にはＮＯｘ浄化装置１３が配置され、さらにその下流側には図示しない微粒子捕集装置（以下、ＤＰＦ）が配置されている。ＤＰＦは、排気に含まれている微粒子を捕集する。
【００１７】
排気通路１５のうちＮＯｘ浄化装置１３の上流側には、還元剤添加装置１４の供給通路３１が接続されている。この供給通路３１から排気通路１５へ、還元剤添加装置１４により生成された改質燃料が還元剤として添加される。改質燃料とは、還元剤として用いる炭化水素化合物（燃料）を部分的に酸化して、アルデヒド、オレフィン、水素およびＣＯ等を含む部分酸化炭化水素に改質したものである。
【００１８】
ＮＯｘ浄化装置１３は、排気通路１５に設けられ、改質触媒３２によって生成された還元剤を用いて、排気中の窒素酸化物を浄化する浄化触媒を有する。ＮＯｘ浄化装置１３は、浄化触媒として、たとえばＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ:Lean NOx Trap）を用いて排気を浄化する。具体的には、ＬＮＴは、リーン雰囲気時に吸蔵材によって排気中のＮＯｘを吸蔵する。そしてＮＯｘの吸蔵量が十分な量となったら、例えばアルデヒドおよび活性ＨＣを還元剤としてＮＯｘをＮ２（窒素分子）に還元し、浄化する。ここで示すアルデヒドはアルデヒド基をもつ炭化水素を示し、活性ＨＣとは２重、３重結合を持つ不飽和炭化水素を示す。このようにＮＯｘ浄化装置１３および還元剤添加装置１４によって、排気が浄化される。したがってＮＯｘ浄化装置１３および還元剤添加装置１４は、排気浄化装置として機能する。
【００１９】
ＮＯｘ浄化装置１３は、ハウジング内にハニカム状の担体を収容して構成される。担体の表面にはコーティング材が設けられており、そのコーティング材にはＮＯｘ吸着材と還元触媒が担持されている。吸着剤としてはアルカリ土類金属であるＫ、Ｌｉ、Ｂａ等であり、還元触媒としてはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒなどの白金族であることが望ましい。さらに、この還元触媒は、ＮＯｘ吸着機能に加えて活性酸素を吸着する機能も有している。
【００２０】
次に、還元剤添加装置１４について説明する。還元剤添加装置１４は、排気通路１５のうちＮＯｘ浄化装置１３の上流側へ還元剤として改質燃料を添加する。還元剤添加装置１４は、供給通路３１、噴射弁３３、調整弁３４、改質触媒３２および電子制御装置（Electronic Control Unit：略称ＥＣＵ）３５を備える。供給通路３１は、図１に示すように、上流側から空気が供給されて、下流側が排気通路１５に接続されている。改質触媒３２、噴射弁３３および調整弁３４は、供給通路３１に設けられている。
【００２１】
調整弁３４は、供給通路３１の最も上流側に設けられる。調整弁３４は、ＥＣＵ３５によって開度が制御される。したがって供給通路３１を通過する空気量は、調整弁３４によって制御される。
【００２２】
噴射弁３３は、調整弁３４の下流側に配置される。噴射弁３３は、供給通路３１に対して、改質前の改質前添加剤である燃料を添加する添加部として機能する。噴射弁３３は、図示は省略するが、噴孔が形成されたボデー、電気アクチュエータおよび弁体を有する。電気アクチュエータを通電オンさせると、弁体が開弁作動して噴孔から供給通路３１へ燃料が噴射され、通電オフさせると弁体が閉弁作動して燃料噴射が停止される。したがってＥＣＵ３５は、電気アクチュエータへの通電を制御することで、供給通路３１への単位時間当たりの燃料噴射量を制御する。燃料タンク３６内の液体燃料は、燃料ポンプ３７により噴射弁３３へ供給される。燃料タンク３６内の燃料は、前述した燃焼用の燃料としても用いられており、エンジン１１の燃焼に用いる燃料と、還元剤として用いる燃料は共用される。噴射弁３３から供給通路３１へ噴射された燃料は、空気とともに改質触媒３２に衝突する。改質触媒３２は、噴射弁３３から添加された燃料を改質して還元剤を生成する。
【００２３】
次に、ＥＣＵ３５に関して説明する。ＥＣＵ３５が備えるマイコンは、プログラムを記憶する記憶装置と、記憶されたプログラムにしたがって演算処理を実行する中央演算処理装置等のプロセッサと、を備える。記憶装置は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムおよびデータを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって実現される。
【００２４】
ＥＣＵ３５は、単位時間当りのエンジン回転数およびエンジン負荷等の各種検出値に基づき、エンジン１１の作動を制御する。エンジン回転数は、エンジン１１の出力軸近傍に取り付けられたクランク角センサにより検出される。エンジン負荷を表す物理量としては、吸気圧、吸気量、アクセルペダル踏込量等が挙げられる。吸気圧は、吸気通路１６のうちコンプレッサ２３の下流側部分に取り付けられた吸気圧センサにより検出される。吸気量は、吸気通路１６のうちコンプレッサ２３の上流側部分に取り付けられたエアフロメータにより検出される。アクセルペダル踏込量は、アクセルペダルに取り付けられたアクセルセンサにより検出される。
【００２５】
ＥＣＵ３５は、エンジン回転数やエンジン負荷等のエンジン１１の作動状態の検出値に加え、反応室温度センサ、触媒温度センサ３８、排気温度センサ、および排気圧センサなどにより検出された物理量を取得する。そして、これらの物理量に基づき、還元剤添加装置１４の作動を制御する。
【００２６】
触媒温度センサ３８は、温度検出部であって、ＮＯｘ浄化装置１３に取り付けられ、触媒の雰囲気温度、つまり触媒温度を検出する。排気温度センサは、排気通路１５に取り付けられて排気温度を検出する。排気圧センサは、排気通路１５に取り付けられて排気圧力を検出する。排気温度センサおよび排気圧センサは、排気通路１５のうちＮＯｘ浄化装置１３の上流側に取り付けられている。
【００２７】
さて、本発明者らがＮＯｘ吸着量、ＮＯｘ吸着率および触媒温度の関係を試験したところ、図２に示す結果が得られた。横軸のＮＯｘ吸着量とは、ＮＯｘ浄化装置１３で吸着されているＮＯｘ量のことであり、ＮＯｘ浄化装置１３の１リットル容積当りに吸着されているＮＯｘの質量である。縦軸のＮＯｘ吸着率とは、ＮＯｘ浄化装置１３へ流入させたＮＯｘ量に対するＮＯｘ吸着量の割合のことである。この試験では、所定温度に触媒温度を維持させた状態で、ＮＯｘ浄化装置１３へＮＯｘを流入させた時のＮＯｘ吸着量およびＮＯｘ吸着率を計測している。上記所定温度を１００℃、１５０℃、２００℃の各々に設定した場合について、上記試験を実施して図２に示す試験結果を得ている。
【００２８】
図２の試験結果は、いずれの触媒温度であっても、ＮＯｘ吸着量の増大に伴いＮＯｘ吸着率が低下していくことを示し、また、触媒温度が低いほど、ＮＯｘ吸着力が弱くなり、ＮＯｘ吸着量の増大に伴うＮＯｘ吸着率の低下が顕著になることを示す。このような試験結果になる理由は、触媒温度が低いほど、触媒の活性化度合いが低く、触媒の酸化力が低下していることが原因と考察される。
【００２９】
次に、本発明者らがＮＯｘ熱脱離量および触媒温度の関係を試験したところ、図３に示す結果が得られた。縦軸のＮＯｘ熱脱離とは、触媒に吸着されているＮＯｘが、触媒の温度上昇に伴い触媒から脱離を開始する現象のことである。図３は、十分な量のＮＯｘが吸着された状態の触媒を温度上昇させていき、ＮＯｘ熱脱離量を計測した試験結果である。図３中の実線（１）は、触媒温度を１００℃に維持させた状態で十分な量のＮＯｘを吸着させて、ＮＯｘ熱脱離量を計測した結果である。図３中の一点鎖線（２）は、触媒温度を２００℃に維持させた状態で十分な量のＮＯｘを吸着させて、ＮＯｘ熱脱離量を計測した結果である。
【００３０】
そして、図３の（１）（２）に示す試験結果から、ＮＯｘ吸着時の触媒温度が低いほど、ＮＯｘ吸着力が弱いことに起因して、ＮＯｘ熱脱離の開始温度が低くなることが分かる。具体的には、１００℃で吸着した場合には１５０℃で熱脱離を開始し、２００℃で吸着した場合には２２５℃で熱脱離を開始する。
【００３１】
触媒に吸着されているＮＯｘの多くはＮＯ２やＮＯ３であるが、ＮＯ２はＮＯ３に比べて吸着力が弱い。そのため、ＮＯ２の状態で吸着しているＮＯｘである弱ＮＯｘは、触媒が温度上昇していく過程で、図３に示すように、低温の早いタイミング、たとえば１５０度で触媒から脱離を開始する。したがって、脱離した弱ＮＯｘは還元されずに大気へ放出されることになる。これに対してＮＯ３の状態で吸着しているＮＯｘである強ＮＯｘは、吸着力が強いので、大部分は脱離せずに吸着されたままである。そして強ＮＯｘは、たとえば２５０℃から脱離を開始する。
【００３２】
次に、ＥＣＵ３５の制御に関して説明する。ＥＣＵ３５は、制御部であって、還元剤添加装置１４を制御して、還元剤の添加量を制御する。添加量の制御とは、添加量０の制御も含むので、添加するタイミングの制御も含む。ＥＣＵ３５は、図２および図３のＮＯｘ吸着量などの特性を踏まえて、還元剤を添加するタイミングを制御する。
【００３３】
具体的には、図４に示す手順のプログラムをマイコンが所定周期で繰り返し実行することで、還元剤添加装置１４の作動を制御する。ステップＳ１では、ＮＯｘ浄化装置１３の触媒におけるＮＯｘ吸着量を推定し、ステップＳ２に移る。ＮＯｘ吸着量には、弱ＮＯｘおよび強ＮＯｘの両方が含まれている。算出手法の一例としては、エンジン１１の運転状態に応じた推定が挙げられる。例えば、エンジン負荷、エンジン回転数、ＥＧＲ率、過給圧等のエンジン１１運転状態の値に対するＮＯｘの排出量を、予め試験して取得しておき、その試験結果をマップ化して記憶させておく。そして、実際に検出されたエンジン１１運転状態の値に基づき、上記マップを参照してＮＯｘ排出量を算出する。そして、ＮＯｘ排出量とＮＯｘ吸着量との相関に基づき、算出されたＮＯｘ排出量からＮＯｘ吸着量を算出する。例えば、ＮＯｘ吸着量に所定の係数を乗算してＮＯｘ吸着量を算出する。
【００３４】
ステップＳ２では、触媒温度センサ３８から触媒温度を取得し、ステップＳ３に移る。ステップＳ２の処理を実施することによって、触媒温度を取得する取得部として機能する。ステップＳ３では、触媒温度センサ３８からの信号を基にＮＯｘの吸着状態として、弱ＮＯｘの量を推定し、ステップＳ４に移る。弱ＮＯｘの量を推定するために、たとえば図５の特性を用いる。図５では、触媒温度に基づき分配係数を設定する。分配係数とは、ＮＯｘ吸着量に対する弱ＮＯｘの量の割合のことである。例えば、触媒温度に対する分配係数の値を、予め試験して取得しておき、その試験結果を図５に示すマップにして記憶させておく。そして、実際に検出された触媒温度に基づき、図５のマップを参照して分配係数を算出する。
【００３５】
分配係数は、触媒温度が高いほど小さい値に設定される。但し、図５のマップに示すように、触媒温度が高温のたとえば２５０℃以上であれば、分配係数は最小値に設定される。また、触媒温度が低温のたとえば１００℃未満であれば、分配係数は最大値に設定される。
【００３６】
したがってステップＳ３では、ステップＳ１で算出したＮＯｘ吸着量に分配係数を乗算することで、弱ＮＯｘの量を算出する。このステップＳ３で算出される弱ＮＯｘの量は瞬時的なものであり、単位時間あたりに触媒に吸着される量である。
【００３７】
ステップＳ４では、触媒温度センサ３８の信号に基づき、前回の積算弱ＮＯｘの量が強吸着状態へシフトする量を推定し、ステップＳ５に移る。弱ＮＯｘの量は、弱吸着状態のＮＯ２が触媒温度に応じて強吸着状態のＮＯ３へ反応が進むので、このシフト量を考慮する必要がある。そこで具体的には、まず現時点での触媒温度に基づき移動係数を設定する。移動係数とは、弱ＮＯｘの量に対する、弱ＮＯｘから強ＮＯｘに遷移した量の割合のことである。例えば、触媒温度に対する移動係数の値を、予め試験して取得しておき、その試験結果を図６に示すようなマップにして記憶させておく。そして、実際に検出された触媒温度に基づき、上記マップを参照して移動係数を算出する。
【００３８】
移動係数は、触媒温度が高いほど大きい値に設定される。よって、触媒温度が高いほど、強ＮＯｘへの遷移量を小さく見積もって弱ＮＯｘの量が推定される。そして前回の積算弱ＮＯｘの量に設定した移動係数を乗算することで、弱ＮＯｘから強ＮＯｘへ遷移した量であるシフト量を算出する。
【００３９】
ステップ５では、前回の積算弱ＮＯｘの量に対してステップＳ３で求めた今回の弱ＮＯｘの量を加算し、ステップＳ４で求めたシフト量を減算することで、積算弱ＮＯｘの量を求め、ステップＳ６に移る。これによって、還元されてから、いままでに触媒に吸着されているＮＯ２の量を推定する。
【００４０】
ステップＳ６では、積算弱ＮＯｘの量が所定の閾値よりも大きいか否かを判断し、大きい場合には、ステップＳ７に移り、大きくない場合には、本フローを終了する。閾値は、弱ＮＯｘの脱離を抑制できる量に設定される。
【００４１】
ステップＳ７では、触媒温度が改質可能温度よりも大きいか否かを判断し、大きい場合には、ステップＳ８に移り、大きくない場合には、本フローを終了する。触媒温度が改質可能温度、たとえば２００℃よりも小さい場合には、還元剤を添加しても還元できないからである。ステップＳ８では、還元剤を添加するように還元剤添加装置１４を制御し、本フローを終了する。ステップＳ８によって、触媒に吸着されている弱ＮＯｘおよび強ＮＯｘが還元される。
【００４２】
このようにＥＣＵ３５は、触媒に吸着されているＮＯｘの吸着量を算出する算出部して機能する。さらにＥＣＵ３５は、吸着量と触媒温度とを用いて、触媒温度が所定の温度以下のときにＮＯ２として吸着された吸着量である弱ＮＯｘの量を推定する推定部としても機能する。前述のように吸着時の触媒温度に応じて吸着するＮＯｘの吸着力が異なり、弱い吸着力のＮＯ２は低温から脱離し、触媒がＮＯｘを保持できないという点に着目している。そして触媒温度に応じて吸着状態として、強ＮＯｘと弱ＮＯｘの吸着量を推定し、積算弱ＮＯｘの量を基に還元剤を添加するタイミングを制御している。
【００４３】
以上説明したように本実施形態のＥＣＵ３５は、還元剤添加制御装置として機能し、吸着量と触媒温度とを用いて弱ＮＯｘの量を推定する。触媒に吸着されているＮＯｘには、ＮＯ２とＮＯ３が存在する。ＮＯ２の吸着力はＮＯ３の吸着力に比べて弱いことは先述したとおりであり、吸着時の触媒温度が低いほど、ＮＯ３の状態で吸着されにくくなり、強吸着量に対する弱ＮＯｘの量の割合が高くなる。このような吸着力が弱い弱ＮＯｘの量が、所定の閾値に達したことを条件として、還元剤を添加するように制御される。したがって弱ＮＯｘの量に着目して還元剤の添加タイミングが制御されるので、弱ＮＯｘが脱離する前に還元剤を添加して弱ＮＯｘを触媒にて還元することができる。したがって弱ＮＯｘが脱離することを抑制することができる。
【００４４】
閾値は、好ましくは、弱ＮＯｘの脱離を抑えつつ、還元剤の添加量が少なくなるように設定される。還元剤の添加のインターバルが短いほど、弱ＮＯｘの脱離を抑制できるが、還元剤の消費が多くなるからである。したがって好ましくは目標とする浄化率を満たすように、閾値が設定される。
【００４５】
また本実施形態では、触媒へのＮＯ２の瞬時吸着量を積算した値を弱ＮＯｘの量として推定しており、吸着時の触媒温度が高いほど、ＮＯｘの瞬時吸着量に対するＮＯ２の瞬時吸着量の割合を小さく見積もってＮＯ２の瞬時吸着量を推定する。ここで、触媒に吸着されるＮＯｘの多くはＮＯ２やＮＯ３の状態で吸着されることは前述した通りであり、吸着時の触媒温度が低いほど、ＮＯ３の状態で吸着されにくくなり、強ＮＯｘに対する弱ＮＯｘの割合が高くなる。したがって、触媒へ流入するＮＯｘ量が同じで、かつ、そのＮＯｘに含まれるＮＯ２の割合が同じであっても、その時の触媒温度が低いほど弱ＮＯｘの割合が多くなる。この点を鑑みた本実施形態では、前述したようにＮＯｘ吸着時の触媒温度が高いほど、ＮＯｘの瞬時吸着量に対するＮＯ２の瞬時吸着量の割合を小さく見積もるので、吸着時の触媒温度が高いほど弱ＮＯｘの量が少なく推定される。よって、吸着時の触媒温度をも考慮して弱ＮＯｘの量を推定するので、弱ＮＯｘの量を精度良く推定できる。
【００４６】
さらに本実施形態では、触媒に吸着されているＮＯｘのうち、温度上昇に伴いＮＯ２からＮＯ３に遷移した量をＮＯ３遷移量であるシフト量とし、ＮＯ２の瞬時吸着量を積算した値からシフト量を減算した値を用いて弱ＮＯｘの量を推定する。ここで、触媒温度が所定温度（例えば１００℃）以上であれば、弱ＮＯｘが強ＮＯｘに遷移する現象が生じる。この点を鑑みた本実施形態では、このように遷移したシフト量、つまり強ＮＯｘ遷移量を考慮して、弱ＮＯｘの量を推定するので、弱ＮＯｘの量を精度良く推定できる。
【００４７】
また本実施形態では、還元剤が触媒によって還元効果を発揮する温度を改質可能温度とし、推定された弱ＮＯｘの量が閾値に達し、かつ触媒温度が改質可能温度以上であることを条件として、還元剤を添加するように制御する。触媒温度が改質可能温度未満であると、還元剤を添加しても還元されず添加剤が無駄になってしまう。そこで改質可能温度以上のときに還元剤を添加することによって、確実に吸着しているＮＯｘを還元することができる。
【００４８】
さらに本実施形態では、還元剤添加装置１４は、改質前の改質前添加剤を添加する噴射弁３３と、噴射弁３３から添加された改質前添加剤を改質して還元剤を生成する改質触媒３２と、を含む。改質前添加剤は、エンジン１１に用いられる燃料である。これによってエンジン１１に用いられる燃料と、改質前添加剤とを共用することができる。したがって別に添加剤を用意するよりも構成を簡略化することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図７を用いて説明する。本実施形態では、還元剤添加装置１４の供給通路３１２の構成が異なる点に特徴を有する。供給通路３１２は、図７に示すように、排気通路１５の分岐部４１から分岐し、分岐部４１の下流側に位置する排気通路１５の合流部４２で合流する通路である。したがって供給通路３１２には、排気通路１５を流れる排気の一部が流入する。
【００５０】
改質触媒３２の上流側であって、供給通路３１２には、調整弁３４が設けられている。調整弁３４は、供給通路３１２を通過する排気の流量を調整する。調整弁３４、たとえば片持ちドアおよびバタフライドアによって構成され、ドアが角変位することによって供給通路３１２を開閉する。また調整弁３４は、改質触媒３２の下流側に設けてもよい。
【００５１】
このように供給通路３１２は、排気が通過するので、排気の熱によって改質触媒３２を加熱することができる。したがって改質触媒３２の温度の上昇に排気を用いることができる。
【００５２】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００５３】
前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００５４】
前述の第１実施形態では、還元剤添加装置１４から添加される添加剤は、燃料であるが燃料に限るものではなく、還元剤のための専用の添加剤であってもよい。
【００５５】
前述の第１実施形態では、圧縮自着火式のディーゼルエンジンに還元剤添加装置１４を適用させており、燃焼用の燃料として用いる軽油を還元剤として用いている。これに対し、点火着火式のガソリンエンジンに還元剤添加装置１４を適用させて、燃焼用の燃料として用いるガソリンを還元剤として用いてもよい。
【００５６】
また前述の第１実施形態では、還元剤添加装置１４として、改質触媒３２を含んでいるが、このような構成に限るものではない。たとえばポスト噴射によって、排気通路１５に燃料を供給して、燃料を排気の熱によって改質してもよい。
【００５７】
また前述の第１実施形態では、内燃機関のＮＯｘ排出量は、エンジン１１の運転状態に応じて推定しているが、このような推定方法に限るものではない。たとえば触媒の上流にＮＯｘセンサを搭載し、ＮＯｘ排出量を直接検出してもよい。
【００５８】
また前述の第１実施形態では、まず弱ＮＯｘおよび強ＮＯｘを含んで吸着されている吸着量を推定しているが、このような構成に限るものではない。ＮＯｘの吸着量を用いずに、マップなどから触媒温度を用いて弱ＮＯｘの量を推定してもよい。
【００５９】
前述の第１実施形態は、ＥＣＵ３５によって還元剤添加制御装置を実現しているが、このような構成に限るものではない。還元剤添加制御装置としてのＥＣＵ３５が提供する手段および／または機能は、実体的な記憶媒体に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置がハードウェアである回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。また、ＥＣＵ３５に替えてマイコンがオゾン供給制御装置を提供してもよいし、マイコンが有するプロセッサが還元剤添加制御装置を提供してもよい。
【００６０】
前述の第１実施形態では、車載の内燃機関から排出される排気を浄化する構成であったが、車載の内燃機関に限らず、船舶、鉄道車両、および航空機等に搭載された内燃機関または外燃機関の排気を浄化する排気浄化システムにも適用可能である。さらに、発電用に設置された内燃機関および外燃機関の排気を浄化する排気浄化システムにも適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…燃焼システム  １１…エンジン（内燃機関）  １２…過給機
１３…ＮＯｘ浄化装置（触媒）  １４…還元剤添加装置  １５…排気通路
１６…吸気通路  １７…浄化触媒  ２１…タービン  ２２…回転軸
２３…コンプレッサ  ３１…供給通路  ３２…改質触媒  ３３…噴射弁（添加部）
３４…調整弁  ３５…ＥＣＵ（還元剤添加制御装置，算出部，推定部，取得部，制御部）
３６…燃料タンク  ３７…燃料ポンプ  ３８…触媒温度センサ
４１…分岐部  ４２…合流部
【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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