(57)【要約】  還元剤を吸着して窒素酸化物を還元する還元触媒を備えたシステムにおいて、還元剤の濃度を正確に推定する。  本発明に係る制御装置６０は、排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒２０の上流及び下流に設けられたＮＯｘセンサ１４，１６の出力に基づいて、還元触媒２０の実測ＮＯｘ浄化率を算出する実測ＮＯｘ浄化率算出部７２と、還元触媒２０の温度と排気ガスの流量と還元触媒２０における還元剤の吸着量とに基づいて、還元触媒の推定ＮＯｘ浄化率を算出する推定ＮＯｘ浄化率算出部７０と、実測ＮＯｘ浄化率及び推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、還元剤噴射弁３４から噴射される還元剤の濃度を推定する還元剤濃度推定部７６と、を備える。
2014199777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒の上流及び下流に設けられたＮＯｘセンサの出力に基づいて、前記還元触媒の実測ＮＯｘ浄化率を算出する実測ＮＯｘ浄化率算出部と、
前記還元触媒の温度と前記排気ガスの流量と前記還元触媒における前記還元剤の吸着量とに基づいて、前記還元触媒の推定ＮＯｘ浄化率を算出する推定ＮＯｘ浄化率算出部と、
前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定する還元剤濃度推定部と、
を備えることを特徴とする、制御装置。
【請求項２】
前記還元剤濃度推定部が推定した前記還元剤の濃度に基づいて、前記還元剤の濃度を実測する品質センサの出力の妥当性を判断する品質センサ妥当性判断部を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記還元剤濃度推定部は、前記品質センサによる前記還元剤の濃度の実測値が所定値以下の場合に、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定することを特徴とする、請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記推定ＮＯｘ浄化率に対する前記実測ＮＯｘ浄化率の比をＮＯｘ浄化率影響度として算出するＮＯｘ浄化率影響度算出部を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の制御装置。
【請求項５】
前記品質センサ妥当性判断部により前記品質センサの出力が妥当でないと判断された場合に、推定された前記還元剤の濃度と前記還元剤の規定濃度に基づいて、前記還元剤噴射弁による前記還元剤の噴射量を補正する噴射量補正部を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
前記還元剤濃度推定部は、前記還元触媒における前記還元剤の吸着量が目標吸着量に到達した場合に、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御装置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８】
排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒の上流及び下流に設けられたＮＯｘセンサの出力に基づいて、前記還元触媒の実測ＮＯｘ浄化率を算出するステップと、
前記還元触媒の温度と前記排気ガスの流量と前記還元触媒における前記還元剤の吸着量とに基づいて、前記還元触媒の推定ＮＯｘ浄化率を算出するステップと、
前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定するステップと、
を備えることを特徴とする、排気浄化装置の制御方法。
【請求項９】
推定した前記還元剤の濃度に基づいて、前記還元剤の濃度を実測する品質センサの出力の妥当性を判断するステップを更に備えることを特徴とする請求項８に記載の排気浄化装置の制御方法。
【請求項１０】
前記品質センサによる前記還元剤の濃度の実測値が所定値以下であるか否かを判定するステップを更に備え、
前記還元剤の濃度を推定するステップは、前記品質センサによる前記還元剤の濃度の実測値が所定値以下の場合に、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定することを特徴とする、請求項９に記載の排気浄化装置の制御方法。
【請求項１１】
前記推定ＮＯｘ浄化率に対する前記実測ＮＯｘ浄化率の比をＮＯｘ浄化率影響度として算出するステップを更に備えることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の排気浄化装置の制御方法。
【請求項１２】
前記品質センサの出力が妥当でないと判断された場合に、推定された前記還元剤の濃度と前記還元剤の規定濃度に基づいて、前記還元剤噴射弁による前記還元剤の噴射量を補正するステップを備えることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれかに記載の排気浄化装置の制御方法。
【請求項１３】
前記還元剤の濃度を推定するステップは、前記還元触媒における前記還元剤の吸着量が目標吸着量に到達した場合に、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定することを特徴とする、請求項８〜１２のいずれかに記載の排気浄化装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載された内燃機関から排出される排気ガスには窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれる場合がある。このため、選択還元型ＮＯｘ触媒装置（ＳＣＲ）の上流に噴射弁を配置し、アンモニア系溶液供給装置から供給されるアンモニア系溶液を噴射弁から排気ガス通路に噴射して、排気ガス中の窒素酸化物を還元するシステムが知られている。【０００３】
このような還元剤を用いるシステムにおいて、特許文献１には、貯蔵タンクに蓄えられている尿素水の濃度を濃度センサにより検出する技術が記載されている。また、特許文献２には、尿素タンク内の尿素水の濃度と温度を検出するシステムにおいて、検出した尿素水温度が、個別に設定された判定可能水温下限値より高いときに、濃度の品質判定を行う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４０５４６号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
選択還元型ＮＯｘ触媒装置（ＳＣＲ）を備えたシステムにおいて、触媒に噴射される尿素水溶液などの還元剤は、水分が混入することによって希薄化する場合がある。このような場合に、還元剤の濃度を検出する濃度センサの出力に誤差が生じていると、還元剤の濃度を正確に検出することができないという問題がある。【０００６】
また、還元剤の濃度を検出する濃度センサの出力に誤差が生じていると、触媒に噴射する還元剤の噴射量を適切に制御することが困難になるという問題も生じる。【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、還元剤を吸着して窒素酸化物を還元する還元触媒を備えたシステムにおいて、還元剤の濃度を正確に推定することが可能な、新規かつ改良された制御装置、内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化装置の制御方法を提供することにある。
【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、本発明のある観点によれば、排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒の上流及び下流に設けられたＮＯｘセンサの出力に基づいて、前記還元触媒の実測ＮＯｘ浄化率を算出する実測ＮＯｘ浄化率算出部と、前記還元触媒の温度と前記排気ガスの流量と前記還元触媒における前記還元剤の吸着量とに基づいて、前記還元触媒の推定ＮＯｘ浄化率を算出する推定ＮＯｘ浄化率算出部と、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定する還元剤濃度推定部と、を備える制御装置が提供される。【０００９】
前記還元剤濃度推定部が推定した前記還元剤の濃度に基づいて、前記還元剤の濃度を実測する品質センサの出力の妥当性を判断する品質センサ妥当性判断部を更に備えるものであっても良い。【００１０】
また、前記還元剤濃度推定部は、前記品質センサによる前記還元剤の濃度の実測値が所定値以下の場合に、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定するものであっても良い。【００１１】
また、前記推定ＮＯｘ浄化率に対する前記実測ＮＯｘ浄化率の比をＮＯｘ浄化率影響度として算出するＮＯｘ浄化率影響度算出部を備えるものであっても良い。【００１２】
また、前記品質センサ妥当性判断部により前記品質センサの出力が妥当でないと判断された場合に、推定された前記還元剤の濃度と前記還元剤の規定濃度に基づいて、前記還元剤噴射弁による前記還元剤の噴射量を補正する噴射量補正部を備えるものであっても良い。【００１３】
また、前記還元剤濃度推定部は、前記還元触媒における前記還元剤の吸着量が目標吸着量に到達した場合に、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定するものであっても良い。【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記の制御装置を備える内燃機関の排気浄化装置が提供される。【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒の上流及び下流に設けられたＮＯｘセンサの出力に基づいて、前記還元触媒の実測ＮＯｘ浄化率を算出するステップと、前記還元触媒の温度と前記排気ガスの流量と前記還元触媒における前記還元剤の吸着量とに基づいて、前記還元触媒の推定ＮＯｘ浄化率を算出するステップと、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定するステップと、を備える排気浄化装置の制御方法が提供される。【００１６】
推定した前記還元剤の濃度に基づいて、前記還元剤の濃度を実測する品質センサの出力の妥当性を判断するステップを更に備えるものであっても良い。【００１７】
また、前記品質センサによる前記還元剤の濃度の実測値が所定値以下であるか否かを判定するステップを更に備え、前記還元剤の濃度を推定するステップは、前記品質センサによる前記還元剤の濃度の実測値が所定値以下の場合に、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定するものであっても良い。【００１８】
また、前記推定ＮＯｘ浄化率に対する前記実測ＮＯｘ浄化率の比をＮＯｘ浄化率影響度として算出するステップを更に備えるものであっても良い。【００１９】
また、前記品質センサの出力が妥当でないと判断された場合に、推定された前記還元剤の濃度と前記還元剤の規定濃度に基づいて、前記還元剤噴射弁による前記還元剤の噴射量を補正するステップを備えるものであっても良い。【００２０】
また、前記還元剤の濃度を推定するステップは、前記還元触媒における前記還元剤の吸着量が目標吸着量に到達した場合に、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される還元剤の濃度を推定するものであっても良い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、還元剤を吸着して窒素酸化物を還元する還元触媒を備えたシステムにおいて、還元剤の濃度を正確に推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置とその周辺の構成の一例を示す模式図である。
【図２】尿素水溶液の濃度が規定濃度（＝３２．５重量％）よりも低下した場合に、希薄した尿素水溶液がＮＯｘ浄化率影響度に与える影響を示す特性図である。
【図３】本実施形態の排気浄化装置に備えられた制御装置の構成のうち、品質センサの妥当性判断に関する構成要素を機能的なブロックで表した模式図である。
【図４】品質センサの妥当性を判断する処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２４】
１．排気浄化装置
（１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置１０とその周辺の構成の一例を示している。この排気浄化装置１０は、内燃機関５の排気通路１１に接続されており、還元触媒２０と、還元剤噴射装置３０と、制御装置６０等を備えており、内燃機関５から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を、還元剤としての尿素水溶液を用いて浄化する尿素ＳＣＲシステムとして構成されている。ただし、本実施形態において使用できる還元剤は尿素水溶液に限られるものではなく、例えばアンモニア水等、アンモニアが生成されるものであればよい。
【００２５】
内燃機関５は、ＥＣＵ(Engine Control Unit)５０によって制御される。制御装置６０は、内燃機関５の制御に関する制御データ等をＥＣＵ５０から受信する。排気通路１１において、内燃機関５と還元触媒２０との間には酸化触媒１２（ＤＯＣ）が配置されている。酸化触媒１０は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する機能を有する。酸化触媒１２は公知の触媒が適宜用いられる。
【００２６】
本実施形態の排気浄化装置１０に用いられる還元触媒２０は、排気通路１１内に噴射された尿素水溶液が加水分解することで生成されるアンモニアを吸着し、アンモニアとＮＯｘとの還元反応を促進する機能を有している。具体的には、還元触媒２０では、尿素水溶液中の尿素が分解することによって生成されるアンモニア（ＮＨ３）がＮＯｘと反応することにより、ＮＯｘが窒素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）に分解される。還元触媒２０は公知の触媒が適宜用いられる。
【００２７】
還元触媒２０の下流側には排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ１４が備えられている。また、還元触媒２０の上流側には排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ１６が備えられている。これらのＮＯｘセンサ１４，１６のセンサ信号は、制御装置６０に送信され、制御装置６０ではこのセンサ信号に基づいて排気ガス中のＮＯｘ濃度が算出される。また、還元触媒２０の上流側には排気ガスの温度を検出する排気温度センサ１８が設けられている。
【００２８】
（２）還元剤噴射装置
還元剤噴射装置３０は、貯蔵タンク３１と、還元剤噴射弁３４と、ポンプ４１等を主たる要素として構成されている。貯蔵タンク３１とポンプ４１とは第１の還元剤供給通路５７で接続され、ポンプ４１と還元剤噴射弁３４とは第２の還元剤供給通路５８で接続されている。このうち第２の還元剤供給通路５８には圧力センサ４３が設けられている。圧力センサ４３のセンサ信号は制御装置６０に送信され、制御装置６０ではこのセンサ信号に基づいて第２の還元剤供給通路５８内の圧力が算出される。
【００２９】
また、第２の還元剤供給通路５８の途中には、貯蔵タンク３１に通じる循環通路５９が接続されている。循環通路５９にはオリフィス４５が設けられており、循環通路５９を介して貯蔵タンク３１に戻される還元剤の流れに抵抗を与え、第２の還元剤供給通路５８内の圧力が高められるようになっている。貯蔵タンク３１には、尿素水溶液の温度を検出するためのタンク温度センサ１７と、尿素水溶液の品質を検出するための品質センサ１９が設けられている。品質センサ１９は、貯蔵タンク３１内の尿素水溶液の品質、特に尿素水溶液の濃度を検出する。このような還元剤噴射装置自体は公知の構成のものを用いることができる。
【００３０】
ポンプ４１としては、制御装置６０により駆動制御される電動ポンプが用いられている。本実施形態において、ポンプ４１は、圧力センサ４３によって検出される第２の還元剤供給通路５８内の圧力が所定値に維持されるように、その出力がフィードバック制御されるように構成されている。
【００３１】
還元剤噴射弁３４は、制御装置６０により開弁のオンオフが制御される電磁駆動式のオンオフ弁が用いられており、還元触媒２０よりも上流側において排気通路１１に固定されている。この還元剤噴射弁３４は、基本的には、第２の還元剤供給通路５８内の圧力が目標値に維持されている状態で通電制御が行われる。具体的には、演算によって求められる指示噴射量に応じて所定のＤＵＴＹサイクル中における開弁ＤＵＴＹ比を設定することにより、排気通路１１内への還元剤の噴射量が調節される。
【００３２】
ここで、還元剤噴射弁３４の指示噴射量Ｑは、以下の式（１）から算出することができる。
指示噴射量Ｑ＝（現在のＮＯｘ流量に相当する噴射量Ａ）＋（還元触媒の吸着可能量に相当する噴射量Ｂ）
・・・（１）
【００３３】
式（１）において、現在のＮＯｘ流量に相当する噴射量Ａは、還元触媒２０の上流を流れる排気ガス中のＮＯｘ流量に相当する噴射量であって、還元触媒２０の上流を流れる排気ガス中のＮＯｘを還元するために必要な噴射量である。還元触媒２０の上流を流れる排気ガス中のＮＯｘ流量は、排気ガス流量にＮＯｘセンサ１６のセンサ信号から算出されるＮＯｘ濃度を乗算して求めることができる。排気ガス中のＮＯｘ流量に相当する噴射量Ａよりも余分に噴射した量は、その時点で還元触媒２０に吸着される量（アンモニア吸着量）に相当し、余分に噴射した量（噴射量Ｂ）が還元触媒の吸着可能量となるように制御が行われる。また、還元触媒２０の吸着可能量に相当する噴射量Ｂは、還元触媒２０が現在の触媒温度で吸着することが可能な総吸着量から、現在の還元触媒２０のアンモニア吸着量を減算した差分より算出される量である。還元触媒２０が吸着することが可能な吸着量は、還元触媒２０の特性から予め定められており、触媒温度に応じて変動する。還元触媒２０が吸着することが可能な総吸着量は、還元触媒２０が理論上吸着可能な最大の吸着量に対して８０％程度の値に設定される。これにより、還元触媒２０のアンモニア吸着量が飽和することがなく、下流へのアンモニアの流出を抑止できる。
【００３４】
制御装置６０は、所定のサイクル毎に上式から指示噴射量Ｑを算出し、還元剤噴射弁３４の噴射量を制御する。制御装置６０は、所定のサイクル毎に触媒の吸着可能量に相当する噴射量Ｂを算出して、前回のサイクルで求めた噴射量Ｂの値に積算していくことで、所定のサイクル毎に還元触媒２０のアンモニア吸着量を取得することができる。
【００３５】
２．尿素水品質センサの妥当性判断の具体的手法
貯蔵タンク３１に設けられた品質センサ１９は、尿素水溶液の濃度を検出する。尿素水溶液は、理想的には規定濃度（３２．５重量％）の水溶液とされ、この状態で尿素水溶液の凍結温度（融点）が最も低くなる。一方、品質センサ１９の出力値に何らかの異常が生じている場合は、正確な尿素水溶液の濃度を得ることができない。そして、正確な尿素水溶液の濃度が得られないと、還元剤噴射弁３４からの噴射量を最適に制御することが困難となる。尿素水溶液の濃度が規定濃度より薄くなった場合、尿素水溶液の濃度が規定濃度の場合に推定したＮＯｘ浄化率と同じＮＯｘ浄化率を得るためには、尿素水溶液の濃度の低下に応じて還元剤噴射弁３４からの噴射量を増加させる必要が生じる。しかしながら、品質センサ１９の出力値から正確な尿素水溶液の濃度を得ることができないと、尿素水溶液の濃度の低下に応じて噴射量を増加させる制御が困難となる。このため、本実施形態では、還元剤噴射弁３４からの尿素水噴射時のＮＯｘ浄化率に基づいて、品質センサ１９の出力の妥当性を診断する。
【００３６】
妥当性判断は、品質センサ１９の出力に基づいて尿素水溶液が規定濃度から外れていると判定された場合に行うことができる。この場合、排気浄化装置１０が始動した後、還元剤噴射弁３４から尿素水溶液が噴射され、還元触媒２０に吸着されるアンモニア（ＮＨ３）が目標吸着量に到達した時点から、還元触媒２０の上流及び下流のＮＯｘ値を積算する。この積算は、還元触媒２０の下流及び上流のＮＯｘセンサ１４，１６の検出値を積算するとともに、モデル計算により得られる還元触媒２０の下流及び上流のＮＯｘ値を積算する。そして、ある時間が経過した後の還元触媒２０の下流及び上流のＮＯｘ値の積算値から、実測値とモデル値のそれぞれについてＮＯｘ浄化率を算出し、実測によるＮＯｘ浄化率とモデル計算したＮＯｘ浄化率とを比較して、比較の結果に基づいて品質センサ１９の出力の妥当性判断を行う。
【００３７】
ここで、モデル値によるＮＯｘ浄化率（推定ＮＯｘ浄化率）は、以下の式（２）から算出することができる。
推定ＮＯｘ浄化率＝１−（推定触媒下流ＮＯｘ積算値／触媒上流ＮＯｘ積算値）
・・・（２）
【００３８】
また、ＮＯｘセンサ１４，１６の実測値によるＮＯｘ浄化率（実測ＮＯｘ浄化率）は、以下の式（３）から算出することができる。
実測ＮＯｘ浄化率＝１−（実測触媒下流ＮＯｘ積算値／触媒上流ＮＯｘ積算値）
・・・（３）
【００３９】
式（２）、式（３）において、触媒上流ＮＯｘ積算値は、いずれも以下の式（４）から算出することができる。
触媒上流ＮＯｘ積算値＝∫触媒上流ＮＯｘ質量流量・dt      ・・・（４）
【００４０】
式（４）において、触媒上流ＮＯｘ質量流量［ｇ／ｓ］は、以下の式（５）から算出することができる。
触媒上流ＮＯｘ質量流量［ｇ／ｓ］＝触媒上流ＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］×１０−６×ＮＯｘモル質量［ｇ／ｍｏｌ］／排ガスモル質量［ｇ／ｍｏｌ］×排ガス質量流量［ｇ／ｓ］・・・（５）
【００４１】
（５）式において、触媒上流ＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］は、モデル値、または実測値である。ＮＯｘモル質量［ｇ／ｍｏｌ］、排ガスモル質量［ｇ／ｍｏｌ］は、予め定められた所定値を用いることができる。また、排ガス質量流量［ｇ／ｓ］は内燃機関５の吸入空気量及び燃料噴射量に応じて算出され、ＥＣＵ５０から取得することができる。（５）式の触媒上流ＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］としてモデル値を代入すれば、（５）式から算出される触媒上流ＮＯｘ質量流量［ｇ／ｓ］はモデル値となり、これを（４）式に代入することで推定触媒上流ＮＯｘ積算値が求まる。同様に、（５）式の触媒上流ＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］として触媒上流のＮＯｘセンサ１６から得られる実測値を代入すれば、（５）式から算出される触媒上流ＮＯｘ質量流量［ｇ／ｓ］は実測値となり、これを（４）式に代入することで実測触媒上流ＮＯｘ積算値が求まる。式（２）、式（３）において、分母に記載される触媒上流ＮＯｘ積算値は、実測値(実測触媒上流ＮＯｘ積算値)であっても良いし、推定値(推定触媒上流ＮＯｘ積算値)であっても良い。但し、式（２）、式（３）ともに同じ値を用いる。つまり、式（２）の推定ＮＯｘ浄化率と式（３）の実測ＮＯｘ浄化率との違いは、分子である下流ＮＯｘ積算値が推定値であるか実測値であるかの違いである。
【００４２】
また、式（２）において、推定触媒下流ＮＯｘ積算値は、以下の式（６）から算出することができる。
推定触媒下流ＮＯｘ積算値＝∫推定触媒下流ＮＯｘ質量流量・dt      ・・・（６）
【００４３】
式（６）において、推定触媒下流ＮＯｘ質量流量［ｇ／ｓ］は、以下の式（７）から算出することができる。
推定触媒下流ＮＯｘ質量流量［ｇ／ｓ］＝推定触媒下流ＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］×１０−６×ＮＯｘモル質量［ｇ／ｍｏｌ］／排ガスモル質量［ｇ／ｍｏｌ］×排ガス質量流量［ｇ／ｓ］      ・・・（７）
【００４４】
また、（７）式において、推定触媒下流ＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］は、以下の式（８）から算出することができる。
推定触媒下流ＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］＝触媒上流ＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］×（１−ＮＯｘ浄化率推定値）      ・・・（８）
【００４５】
式（８）において、ＮＯｘ浄化率推定値は、還元触媒２０の触媒温度（排気温度）、還元触媒２０のアンモニア吸着量、排ガス流量により推定した値である。還元触媒２０のアンモニア吸着量は、上述した（１）式の吸着可能量に相当する噴射量Ｂを積算して求めることができる。
【００４６】
また、式（３）において、触媒下流ＮＯｘ積算値は、以下の式（９）から算出することができる。
触媒下流ＮＯｘ積算値＝∫センサ触媒下流ＮＯｘ質量流量・dt      ・・・（９）
【００４７】
式（９）において、センサ触媒下流ＮＯｘ質量流量［ｇ／ｓ］は、以下の（１０）式から算出することができる。
センサ触媒下流ＮＯｘ質量流量［ｇ／ｓ］＝センサ触媒下流ＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］×１０−６×ＮＯｘモル質量［ｇ／ｍｏｌ］／排ガスモル質量［ｇ／ｍｏｌ］×排ガス質量流量［ｇ／ｓ］      ・・・（１０）
【００４８】
（１０）式において、センサ触媒下流ＮＯｘ濃度は、還元触媒２０の下流のＮＯｘセンサ１４の出力から求まる値である。
【００４９】
以上のように、式（２）〜式（１０）によれば、推定ＮＯｘ浄化率及び実測ＮＯｘ浄化率を算出することができる。
【００５０】
そして、式（２）で算出した推定ＮＯｘ浄化率と、式（３）で算出した実測ＮＯｘ浄化率とに基づいて、以下の式（１１）からＮＯｘ浄化率影響度を算出する。
ＮＯｘ浄化率影響度＝実測ＮＯｘ浄化率／推定ＮＯｘ浄化率      ・・・（１１）
【００５１】
ここで、式（２）で算出した推定ＮＯｘ浄化率と式（３）で算出した実測ＮＯｘ浄化率との違いは、以下の１点である。
触媒下流ＮＯｘ濃度を求める際に、式（２）で算出した推定ＮＯｘ浄化率では触媒上流ＮＯｘ濃度とＮＯｘ浄化率推定値を用いて触媒下流ＮＯｘ濃度を算出するのに対し、式（３）で算出した実測ＮＯｘ浄化率では実測した触媒下流ＮＯｘ濃度を用いる点
【００５２】
式（１）の指示噴射量Ｑは、尿素水溶液の濃度が規定濃度（３２．５重量％）であるものとして計算される。同様に、規定ＮＯｘ浄化率も、規定濃度の尿素水溶液に基づいて算出される。
【００５３】
このため、実際の尿素水濃度が規定濃度であれば、実測ＮＯｘ浄化率と推定ＮＯｘ浄化率は理論上同一の値となりＮＯｘ浄化率影響度は“１”となる。尿素水用液が規定濃度よりも低い場合は、実測ＮＯｘ浄化率は推定ＮＯｘ浄化率よりも低くなり、ＮＯｘ浄化率影響度は１よりも小さくなる。
【００５４】
図２は、尿素水溶液の濃度が規定濃度（＝３２．５重量％）よりも低下した場合に、希薄した尿素水溶液がＮＯｘ浄化率影響度に与える影響を示す特性図である。図２に示すように、尿素水濃度とＮＯｘ浄化率影響度は比例関係にあり、尿素水溶液の濃度が規定濃度よりも低下すると、これに伴ってＮＯｘ浄化率影響度の値も低下する。
【００５５】
従って、式（１１）から求めたＮＯｘ浄化率影響度を図２の特性に当てはめることで、尿素水溶液の実際の濃度を推定することができる。そして、推定した尿素水溶液の濃度と品質センサ１９の出力から求まる尿素水溶液の濃度を比較することで、品質センサ１９の出力値の妥当性を診断することができる。
【００５６】
なお、品質センサ１９の妥当性判断は、品質センサ１９のトレランス、またはＮＯｘ浄化率影響度の算出精度等を考慮して、尿素水溶液の濃度の推定値にある程度の幅を持たせて行っても良い。また、尿素水溶液に水や尿素の結晶が含まれない温度条件下で検出された品質センサ１９の出力値に基づいて、品質センサ１９の妥当性を診断することが望ましい。
【００５７】
そして、推定した尿素水溶液濃度に基づいて還元剤噴射弁３４からの噴射量の補正を行う。この場合、以下の式（１２）から算出される尿素水噴射量補正係数に基づいて噴射量を補正する。補正は、式（２）から算出した指示噴射量Ｑに式（１２）から求まる尿素水噴射量補正係数を乗算することによって行う。
尿素水噴射量補正係数＝尿素水規定濃度／推定した尿素水溶液濃度    ・・・（１２）
【００５８】
また、品質センサ１９の出力値が妥当であると判断された場合は、品質センサ１９の出力値から求まるセンサ検出濃度に基づいて還元剤噴射弁３４からの噴射量の補正を行う。この場合、以下の式（１３）から算出される尿素水噴射量補正係数に基づいて噴射量を補正する。上記と同様に、補正は、式（２）から算出した指示噴射量Ｑに式（１３）から求まる尿素水噴射量補正係数を乗算することによって行う。
尿素水噴射量補正係数＝尿素水規定濃度／センサ検出濃度        ・・・（１３）
【００５９】
以上により、品質センサ１９から得られる尿素水溶液濃度の妥当性を判断することができ、品質センサ１９の出力が妥当でない場合は尿素噴射量補正係数により指示噴射量Ｑを補正することで、還元剤噴射弁３４からの噴射量を適正な値に維持することが可能となる。
【００６０】
２．制御装置
図３は、本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた制御装置６０の構成のうち、品質センサ１９の妥当性判断に関する構成要素を機能的なブロックで表したものである。
【００６１】
この制御装置６０は、尿素水噴射制御部６２、触媒上流ＮＯｘ濃度取得部６４、触媒下流ＮＯｘ濃度取得部６６、尿素水溶液濃度取得部６８、推定ＮＯｘ浄化率算出部７０、実測ＮＯｘ浄化率算出部７２、ＮＯｘ浄化率影響度算出部７４、尿素水溶液濃度推定部７６、品質センサ妥当性判断部７８、指示噴射量補正部８０、吸着量推定部８２を有して構成されている。この制御装置６０は、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、各構成要素はマイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現される。
【００６２】
また、制御装置６０には図示しない記憶部が備えられている。この記憶部には、各構成要素での演算結果やあらかじめ用意されたデータマップ等が記憶される。記憶部は、揮発性のメモリ（ＲＡＭ：Random Access Memory）又は不揮発性のメモリから構成される。
【００６３】
尿素水噴射制御部６２は、式（１）の指示噴射量Ｑに基づいて、所定のＤＵＴＹサイクル中における開弁ＤＵＴＹ比を設定し、開弁ＤＵＴＹ比に基づいて還元剤噴射弁３４の弁動作を制御する。触媒上流ＮＯｘ濃度取得部６４は、ＮＯｘセンサ１６の出力から還元触媒２０の上流のＮＯｘ濃度を取得する。触媒下流ＮＯｘ濃度取得部６６は、ＮＯｘセンサ１４の出力から還元触媒２０の下流のＮＯｘ濃度を取得する。尿素水溶液濃度取得部６８は、品質センサ１９の出力から貯蔵タンク３１内の尿素水溶液の濃度を取得する。
【００６４】
推定ＮＯｘ浄化率算出部７０は、上述した式（２）に基づいて推定ＮＯｘ浄化率を算出する。実測ＮＯｘ浄化率部７２は、上述した式（３）に基づいて実測ＮＯｘ浄化率を算出する。ＮＯｘ浄化率影響度算出部７４は、上述した式（１１）に基づいてＮＯｘ浄化率影響度を算出する。尿素水溶液濃度推定部７６は、ＮＯｘ浄化率影響度算出部７４が算出したＮＯｘ浄化率影響度を図２の特性に当てはめて、尿素水溶液の濃度を推定する。品質センサ妥当性判断部７８は、尿素水溶液濃度推定部７６が推定した尿素水溶液の濃度と、尿素水溶液濃度取得部６８が品質センサ１９の出力から取得した尿素水溶液の濃度とを比較し、品質センサ１９の出力の妥当性を診断する。指示噴射量補正部８０は、品質センサ１９の出力値が妥当でない場合は、式（１２）に基づいて尿素水噴射量補正係数を求め、尿素水噴射量補正係数を用いて指示噴射量Ｑを補正する。また、指示噴射量補正部８０は、品質センサ１９の出力値が妥当である場合は、式（１３）に基づいて尿素水噴射量補正係数を求め、尿素水噴射量補正係数を用いて指示噴射量Ｑを補正する。吸着量推定部８２は、上述した（１）式の吸着可能量に相当する噴射量Ｂを積算することで、還元触媒２０におけるアンモニア吸着量を推定する。
【００６５】
３．品質センサの妥当性を判断する処理
次に、図４のフローチャートに基づいて、品質センサの妥当性を判断する処理について説明する。図４の処理は基本的に制御装置６０により行われる。先ず、ステップＳ１０では、品質センサ１９の出力から貯蔵タンク３１内の尿素水溶液の濃度を取得する。次のステップＳ１１では、ステップＳ１０で取得した尿素水溶液の濃度が規定濃度よりも低いか否かを判定し、規定濃度よりも低い場合はステップＳ１２へ進む。一方、尿素水溶液の濃度が規定濃度以上の場合はステップＳ１１で待機する。
【００６６】
ステップＳ１２では、ＮＯｘセンサ１４，１６の出力から、還元触媒２０の上流ＮＯｘ濃度及び下流ＮＯｘ濃度を取得する。次のステップＳ１４では、上述した式（２）に基づいて推定ＮＯｘ浄化率を算出する。次のステップＳ１６では、上述した式（３）に基づいて実測ＮＯｘ浄化率を算出する。
【００６７】
次のステップＳ１８では、上述した式（１１）に基づいてＮＯｘ浄化率影響度を算出する。次のステップＳ２０では、ステップＳ１８で算出したＮＯｘ浄化率影響度を図２の特性に当てはめて、尿素水溶液の濃度を推定する。次のステップＳ２２では、ステップＳ２０で推定した尿素水溶液の濃度と、ステップＳ１０で品質センサ１９の出力から取得した尿素水溶液の濃度とを比較し、品質センサ１９の出力の妥当性を診断する。ステップＳ２３では、品質センサの出力が妥当でない場合は次のステップＳ２４へ進み、品質センサの出力が妥当である場合はステップＳ２５へ進む。ステップＳ２４では、式（１２）に基づいて尿素水噴射量補正係数を求め、尿素水噴射量補正係数を用いて指示噴射量を補正する。一方、ステップＳ２５では、式（１３）に基づいて尿素水噴射量補正係数を求め、尿素水噴射量補正係数を用いて指示噴射量を補正する。ステップＳ２４，Ｓ２５の後は処理を終了する（ＥＮＤ）。
【００６８】
以上説明したように本実施形態によれば、推定ＮＯｘ浄化率と実測ＮＯｘ浄化率とに基づいてＮＯｘ浄化率影響度を算出することによって、品質センサ１９の出力から得られる尿素水溶液濃度の妥当性を診断することができる。そして、品質センサ１９の出力が妥当でない場合は、推定した尿素水溶液の濃度に基づいて指示噴射量を補正することで、ＮＯｘ浄化率の低下を抑止することが可能となる。従って、尿素水溶液の濃度が規定濃度から外れた場合であっても、排気ガス中のＮＯｘを最適に浄化することが可能となる。
【００６９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図１】
2014199777.tif 000003
【図２】
2014199777.tif 000004
【図３】
2014199777.tif 000005
【図４】
2014199777.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月14日(2016.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒の上流及び下流に設けられたＮＯｘセンサの出力に基づいて、前記還元触媒の実測ＮＯｘ浄化率を算出する実測ＮＯｘ浄化率算出部と、
前記還元触媒の温度と前記排気ガスの流量と前記還元触媒における前記還元剤の吸着量とに基づいて、前記還元触媒の推定ＮＯｘ浄化率を算出する推定ＮＯｘ浄化率算出部と、
前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定する還元剤濃度推定部と、
前記還元剤濃度推定部が推定した前記還元剤の濃度に基づいて、前記還元剤の濃度を実測する品質センサの出力の妥当性を判断する品質センサ妥当性判断部と、
を備え、
前記還元剤濃度推定部は、前記品質センサによる前記還元剤の濃度の実測値が所定値以下の場合に、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定することを特徴とする、制御装置。
【請求項２】
前記推定ＮＯｘ浄化率に対する前記実測ＮＯｘ浄化率の比をＮＯｘ浄化率影響度として算出するＮＯｘ浄化率影響度算出部を備えることを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記品質センサ妥当性判断部により前記品質センサの出力が妥当でないと判断された場合に、推定された前記還元剤の濃度と前記還元剤の規定濃度に基づいて、前記還元剤噴射弁による前記還元剤の噴射量を補正する噴射量補正部を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記還元剤濃度推定部は、前記還元触媒における前記還元剤の吸着量が目標吸着量に到達した場合に、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置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６】
排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒の上流及び下流に設けられたＮＯｘセンサの出力に基づいて、前記還元触媒の実測ＮＯｘ浄化率を算出するステップと、
前記還元触媒の温度と前記排気ガスの流量と前記還元触媒における前記還元剤の吸着量とに基づいて、前記還元触媒の推定ＮＯｘ浄化率を算出するステップと、
前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定するステップと、
推定した前記還元剤の濃度に基づいて、前記還元剤の濃度を実測する品質センサの出力の妥当性を判断するステップと、
前記品質センサによる前記還元剤の濃度の実測値が所定値以下であるか否かを判定するステップと、
を備え、
前記還元剤の濃度を推定するステップは、前記品質センサによる前記還元剤の濃度の実測値が所定値以下の場合に、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定することを特徴とする、排気浄化装置の制御方法。
【請求項７】
前記推定ＮＯｘ浄化率に対する前記実測ＮＯｘ浄化率の比をＮＯｘ浄化率影響度として算出するステップを更に備えることを特徴とする、請求項６に記載の排気浄化装置の制御方法。
【請求項８】
前記品質センサの出力が妥当でないと判断された場合に、推定された前記還元剤の濃度と前記還元剤の規定濃度に基づいて、前記還元剤噴射弁による前記還元剤の噴射量を補正するステップを備えることを特徴とする、請求項６または７に記載の排気浄化装置の制御方法。
【請求項９】
前記還元剤の濃度を推定するステップは、前記還元触媒における前記還元剤の吸着量が目標吸着量に到達した場合に、前記実測ＮＯｘ浄化率及び前記推定ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記還元剤噴射弁から噴射される前記還元剤の濃度を推定することを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の排気浄化装置の制御方法。
【国際調査報告】
2014199777.tif 000007
2014199777.tif 000008
2014199777.tif 000009
2014199777.tif 000010