(57)【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、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、
上記排気通路内に尿素を供給することにより、上記尿素から生成されたアンモニアを上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する尿素供給手段と、
上記エンジンの運転状態に応じて上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素の供給を制御し、上記排気通路内に供給された尿素から上記アンモニアが生成される際に生成される中間生成物の上記排気通路内における蓄積量が所定の上限中間生成物蓄積量に達すると、上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素の供給を禁止する制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記尿素供給手段から供給される尿素の加熱分解量から求めた上記中間生成物の生成量と、上記中間生成物の加水分解量とに基づき、上記排気通路内における上記中間生成物の蓄積量を求めることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記排気通路内における上記中間生成物の蓄積量を繰り返し演算し、直近に求められた上記排気通路内における上記中間生成物の蓄積量と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づき、上記中間生成物の加水分解量を求めることを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記制御手段は、更に上記尿素供給手段から上記排気通路内に供給された尿素の上記排気通路内における蓄積量が所定の上限尿素蓄積量に達したときにも、上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素の供給を禁止することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記制御手段は、上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素供給量と、上記排気通路内に供給された尿素の加熱分解量とに基づいて、上記排気通路内における上記尿素の蓄積量を求めることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
上記制御手段は、上記排気通路内における上記尿素の蓄積量を繰り返し演算し、直近に求められた上記排気通路内における上記尿素の蓄積量と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づき、上記排気通路内に供給された尿素の加熱分解量を求めることを特徴とする請求項５に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
上記制御手段は、更に上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量が所定の上限アンモニア蓄積量に達したときにも、上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素の供給を禁止することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
上記制御手段は、上記尿素供給手段から上記排気通路中に供給された尿素から加熱分解によって上記中間生成物と同時に生成されるアンモニアの第１の生成量と、上記中間生成物が加水分解することによって生成されるアンモニアの第２の生成量とを合算した総アンモニア生成量に基づき、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量を求めることを特徴とする請求項７に記載の排気浄化装置。
【請求項９】
上記制御手段は、上記総アンモニア生成量と、上記エンジンの運転状態に応じて求めたアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの消費量とに基づき、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量を求めることを特徴とする請求項８に記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
上記制御手段は、上記尿素供給手段から供給される尿素の加熱分解量から、上記第１の生成量を求めることを特徴とする請求項８に記載の排気浄化装置。
【請求項１１】
上記制御手段は、上記尿素供給手段から上記排気通路内に供給された尿素の上記排気通路内における蓄積量と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づき、上記尿素の加熱分解量を求めることを特徴とする請求項１０に記載の排気浄化装置。
【請求項１２】
上記制御手段は、上記中間生成物の加水分解量から、上記第２の生成量を求めることを特徴とする請求項８に記載の排気浄化装置。
【請求項１３】
上記制御手段は、上記排気通路内における上記中間生成物の蓄積量と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づき、上記中間生成物の加水分解量を求めることを特徴とする請求項１２に記載の排気浄化装置。
【請求項１４】
エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、
上記排気通路内に尿素を供給することにより、上記尿素から生成されたアンモニアを上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する尿素供給手段と、
上記エンジンの運転状態に応じて上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素の供給を制御し、上記尿素供給手段から上記排気通路内に供給された尿素の上記排気通路内における蓄積量が所定の上限尿素蓄積量未満であり、且つ上記排気通路内に供給された尿素から上記アンモニアが生成される際に生成される中間生成物の上記排気通路内における蓄積量が所定の上限中間生成物蓄積量未満であり、且つ上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量が所定の上限アンモニア蓄積量未満であるときに、上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素の供給を許容する制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気浄化装置に関し、特に尿素から生成されたアンモニアを還元剤として、エンジンの排気中に含まれるＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気中に含まれる汚染物質の１つであるＮＯｘ（窒素酸化物）を還元して排気を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（以下ＳＣＲ触媒という）を配設し、還元剤としてアンモニアをＳＣＲ触媒に供給することにより、排気中のＮＯｘを還元するようにした排気浄化装置が用いられる。
このＳＣＲ触媒を用いた排気後処理装置では、ＳＣＲ触媒の上流側に尿素水を供給し、この尿素水が排気の熱により分解して生じたアンモニアがＳＣＲ触媒に供給される。ＳＣＲ触媒に供給されたアンモニアは一旦ＳＣＲ触媒に吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲ触媒によって促進されることによりＮＯｘの還元が行われる。
【０００３】
排気中に供給される尿素水は、排気温度が約２００℃を下回るような場合にアンモニアへの分解が良好に行われず、このような状態が長時間継続した場合に、尿素水から析出した固体の尿素や中間生成物が排気通路内に蓄積し、尿素水を供給するためのノズルの作動に支障をきたしたり、排気浄化装置の機能が低下したりするといった問題が生じる。
このような問題を解消するため、排気温度が約２００℃以下となるような運転状態の場合には尿素水の供給を停止するような制御が行われるが、この場合には排気温度が約２００℃以下となる運転状態においてＳＣＲ触媒にアンモニアが供給されなくなるため、排気中のＮＯｘを適正に還元することができず、排気浄化効率が低下するといった問題が生じる。
【０００４】
そこで、尿素水が供給される位置の排気通路にヒータパネルを設け、排気温度の低い運転状態であっても、通電によって発熱したヒータパネルに向けて尿素水を噴射することにより、尿素水が効率良くアンモニアに分解され、これによってＳＣＲ触媒の浄化効率を良好に維持するようにした排気浄化装置が、特許文献１により提案されている。
また、ＳＣＲ触媒に対するアンモニアの蓄積量が所定量に達した場合に、排気中への尿素水の供給を禁止することにより、アンモニアスリップの発生を防止するようにした排気浄化装置が特許文献２によって提案されている。
【特許文献１】特開２００６−２６６２号公報
【特許文献２】特開２００５−２２６５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の排気浄化装置では排気通路にヒータパネルを設けなければならないため、ヒータパネル及びこれに通電するための回路の部品コストが余分に必要となる上、排気通路の構造が複雑になり製造コストも増大する。更に、ヒータパネルへの通電によって電気エネルギを消費するため、エンジンの燃費も悪化することになる。
また、特許文献２に排気浄化装置では、ＳＣＲ触媒へのアンモニアの蓄積量を監視するだけであり、排気温度が低温のときに尿素水から生成されて蓄積される中間生成物や固体の尿素について着目したものではないため、低い排気温度において尿素水の供給を適正に行うことができない。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複雑な付加装置を必要とすることなく、従来より低い排気温度から排気中への尿素の供給を行ってＳＣＲ触媒の排気浄化効率を良好に維持することが可能な排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、上記排気通路内に尿素を供給することにより、上記尿素から生成されたアンモニアを上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する尿素供給手段と、上記エンジンの運転状態に応じて上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素の供給を制御し、上記排気通路内に供給された尿素から上記アンモニアが生成される際に生成される中間生成物の上記排気通路内における蓄積量が所定の上限中間生成物蓄積量に達すると、上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素の供給を禁止する制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
このように構成された排気浄化装置によれば、制御手段がエンジンの運転状態に応じて尿素供給手段から排気通路内への尿素の供給を制御することにより、尿素から生成されたアンモニアがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘが選択還元される。排気中に供給された尿素からアンモニアが生成される際に、アンモニアと共に中間生成物が生成されることがあるが、制御手段は排気通路内におけるこの中間生成物の蓄積量が上限中間生成物蓄積量に達すると、尿素供給手段からの尿素の供給を禁止する。
【０００９】
より具体的には、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記尿素供給手段から供給される尿素の加熱分解量から求めた上記中間生成物の生成量と、上記中間生成物の加水分解量とに基づき、上記排気通路内における上記中間生成物の蓄積量を求めることを特徴とする（請求項２）。
更に具体的には、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記排気通路内における上記中間生成物の蓄積量を繰り返し演算し、直近に求められた上記排気通路内における上記中間生成物の蓄積量と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づき、上記中間生成物の加水分解量を求めることを特徴とする（請求項３）。
【００１０】
また、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、更に上記尿素供給手段から上記排気通路内に供給された尿素の上記排気通路内における蓄積量が所定の上限尿素蓄積量に達したときにも、上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素の供給を禁止するようにしてもよい（請求項４）。
尿素供給手段から排気通路内に尿素を供給する場合、供給された尿素の一部が排気通路内に蓄積することがある。そこで、このように構成された排気浄化装置によれば、制御手段は、尿素供給手段から排気通路内に供給された尿素の排気通路内における蓄積量が所定の上限尿素蓄積量に達したときにも、尿素供給手段から排気通路内への尿素の供給を禁止する。
【００１１】
より具体的には、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素供給量と、上記排気通路内に供給された尿素の加熱分解量とに基づいて、上記排気通路内における上記尿素の蓄積量を求めることを特徴とする（請求項５）。
更に具体的には、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記排気通路内における上記尿素の蓄積量を繰り返し演算し、直近に求められた上記排気通路内における上記尿素の蓄積量と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づき、上記排気通路内に供給された尿素の加熱分解量を求めることを特徴とする（請求項６）。
【００１２】
また、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、更に上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量が所定の上限アンモニア蓄積量に達したときにも、上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素の供給を禁止するようにしてもよい（請求項７）。
尿素供給手段から排気通路中に供給された尿素から生成されたアンモニアは、一旦アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着し、この吸着したアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がアンモニア選択還元型触媒によって促進されることによりＮＯｘの還元が行われる。このとき、このＮＯｘの還元に消費されるアンモニアの量に比してアンモニア選択還元型触媒に供給されるアンモニアの量が多いと、アンモニア選択還元型触媒に吸着されて蓄積されたアンモニアの量がアンモニア選択還元型触媒の許容蓄積量を上回ってアンモニアスリップが生じる可能性がある。そこで、このように構成された排気浄化装置によれば、制御手段は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量が所定の上限アンモニア蓄積量に達したときにも、尿素供給手段から排気通路内への尿素の供給を禁止する。
【００１３】
より具体的には、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記尿素供給手段から上記排気通路中に供給された尿素から加熱分解によって上記中間生成物と同時に生成されるアンモニアの第１の生成量と、上記中間生成物が加水分解することによって生成されるアンモニアの第２の生成量とを合算した総アンモニア生成量に基づき、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量を求めることを特徴とする（請求項８）。
【００１４】
更に具体的には、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記総アンモニア生成量と、上記エンジンの運転状態に応じて求めたアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの消費量とに基づき、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量を求めることを特徴とする（請求項９）。
また具体的には、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記尿素供給手段から供給される尿素の加熱分解量から、上記第１の生成量を求めることを特徴とする（請求項１０）。
【００１５】
更に具体的には、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記尿素供給手段から上記排気通路内に供給された尿素の上記排気通路内における蓄積量と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づき、上記尿素の加熱分解量を求めることを特徴とする（請求項１１）。
また具体的には、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記中間生成物の加水分解量から、上記第２の生成量を求めることを特徴とする（請求項１２）。
【００１６】
更に具体的には、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記排気通路内における上記中間生成物の蓄積量と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づき、上記中間生成物の加水分解量を求めることを特徴とする（請求項１３）。
或いは上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、上記排気通路内に尿素を供給することにより、上記尿素から生成されたアンモニアを上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する尿素供給手段と、上記エンジンの運転状態に応じて上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素の供給を制御し、上記尿素供給手段から上記排気通路内に供給された尿素の上記排気通路内における蓄積量が所定の上限尿素蓄積量未満であり、且つ上記排気通路内に供給された尿素から上記アンモニアが生成される際に生成される中間生成物の上記排気通路内における蓄積量が所定の上限中間生成物蓄積量未満であり、且つ上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量が所定の上限アンモニア蓄積量未満であるときに、上記尿素供給手段から上記排気通路内への尿素の供給を許容する制御手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置（請求項１４）。
【００１７】
このように構成された排気浄化装置によれば、制御手段がエンジンの運転状態に応じて尿素供給手段から排気通路内への尿素の供給を制御することにより、尿素から生成されたアンモニアがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘが選択還元される。前述したように、排気中に供給された尿素からアンモニアが生成される際に、アンモニアと共に中間生成物が生成されることがあり、また排気中に供給された尿素の一部は排気通路内に蓄積されることがある。更に、尿素から生成されたアンモニアはアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に一旦吸着し、この吸着したアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がアンモニア選択還元型触媒によって促進されることによりＮＯｘの還元が行われる。制御手段は、尿素供給手段から排気通路内に供給された尿素の排気通路内における蓄積量が所定の尿素蓄積量未満であり、且つ排気通路内に供給された尿素からアンモニアが生成される際に生成される中間生成物の排気通路内における蓄積量が所定の上限中間生成物蓄積量未満であり、且つアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量が所定の上限アンモニア蓄積量未満であるときに、尿素供給手段から排気通路内への尿素の供給を許容する。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１による本発明の排気浄化装置によれば、制御手段は排気通路内における中間生成物の蓄積量が上限中間生成物蓄積量に達すると、尿素供給手段からの尿素の供給を禁止する。従って、従来は尿素の供給を禁止していたような低い排気温度の場合であっても、排気中に供給された尿素から生成される中間生成物の排気通路内における蓄積量が上限中間生成物蓄積量に達するまでは、尿素供給手段から排気中に供給した尿素から生成されるアンモニアをアンモニア選択還元型触媒に供給することが可能となる。
【００１９】
この結果、排気温度が低い場合にもアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを吸着させ、ＮＯｘの選択還元を行うと共に、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを蓄積することにより、その後に排気温度が上昇したときに十分なアンモニアの量を確保できるようにして、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率を向上させることができる。
【００２０】
更に、中間生成物の排気通路内における蓄積量が上限中間生成物蓄積量に達すると、制御手段が尿素供給手段からの尿素の供給を禁止するので、過剰に蓄積された中間生成物が高温時に加水分解されて大量のアンモニアとなることにより生じるアンモニアスリップを的確に防止することもできる。
また、中間生成物は、排気通路中に供給された尿素が排気の熱で加熱分解されることによって生成される一方、こうして生成された中間生成物は、排気の熱により加水分解されてアンモニアとなる。そこで、請求項２の排気浄化装置によれば、制御手段は、尿素供給手段から供給される尿素の加熱分解量から求めた中間生成物の生成量と、中間生成物の加水分解量とに基づき、排気通路内における中間生成物の蓄積量を求めるようにしたので、実際の中間生成物の生成状況及び分解状況に対応して、精度よく排気通路内における中間生成物の蓄積量を求めることができる。
【００２１】
更に、中間生成物の加水分解量は、排気通路内における中間生成物の蓄積量とアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに応じて変化する。そこで、請求項３の排気浄化装置によれば、制御手段が排気通路内における中間生成物の蓄積量を繰り返して演算し、直近に求められた排気通路内における中間生成物の蓄積量とアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づき、中間生成物の加水分解量を求めるようにしたので、精度よく中間生成物の加水分解量を求めることができる。
【００２２】
また、請求項４の排気浄化装置によれば、尿素供給手段から排気通路内に供給された尿素の排気通路内における蓄積量が所定の上限尿素蓄積量に達したときにも、制御手段が尿素供給手段から排気通路内への尿素の供給を禁止するようにしたので、従来は尿素の供給を禁止していたような低温に排気温度がある場合であっても、排気通路内における中間生成物の蓄積量が上限中間生成物蓄積量に達していなければ、尿素の排気通路内における蓄積量が上限尿素蓄積量に達するまで、尿素供給手段から排気中に供給した尿素から生成されるアンモニアをアンモニア選択還元型触媒に供給することが可能となる。
【００２３】
この結果、排気温度が低い場合にもアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを吸着させ、ＮＯｘの選択還元を行うと共に、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを蓄積することにより、その後に排気温度が上昇したときに十分なアンモニアの量を確保できるようにして、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率を向上させることができる。
【００２４】
更に、排気通路内における尿素の蓄積量が上限尿素蓄積量に達すると、制御手段が尿素供給手段からの尿素の供給を禁止するので、尿素の蓄積に起因する尿素供給手段の作動不良などを的確に防止することもできる。
排気通路内にける尿素の蓄積は、尿素供給手段からの尿素供給量が、排気通路内における尿素の加熱分解量を上回るときに生じる。そこで、請求項５の排気浄化装置によれば、制御手段は、尿素供給手段から排気通路内への尿素供給量と、排気通路内に供給された尿素の加熱分解量とに基づいて、排気通路における尿素の蓄積量を求めるようにしたので、排気通路内における尿素の実際の供給状況及び分解状況に対応し、精度よく排気通路内における尿素の蓄積量を求めることができる。
【００２５】
更に、尿素の加熱分解量は、排気通路内における尿素の蓄積量とアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに応じて変化する。そこで、請求項６の排気浄化装置によれば、制御手段が排気通路における尿素の蓄積量を繰り返して演算し、直近に求められた排気通路における尿素の蓄積量とアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づき、排気通路内に供給された尿素の加熱分解量を求めるようにしたので、精度よく尿素の加熱分解量を求めることができる。
【００２６】
また、請求項７の排気浄化装置によれば、制御手段は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量が所定の上限アンモニア蓄積量に達したときにも、尿素供給手段から排気通路内への尿素の供給を禁止するようにしたので、従来は尿素の供給を禁止していたような低温に排気温度がある場合であっても、排気通路内における中間生成物の蓄積量が上限中間生成物蓄積量に達しておらず、且つ排気中に供給された尿素の排気通路内における蓄積量が上限尿素蓄積量に達していなければ、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量が上限アンモニア蓄積量に達するまで、尿素供給手段から排気中に供給した尿素から生成されるアンモニアをアンモニア選択還元型触媒に供給することが可能となる。
【００２７】
この結果、排気温度が低い場合にもアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを吸着させ、ＮＯｘの選択還元を行うと共に、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを蓄積することにより、その後に排気温度が上昇したときに十分なアンモニアの量を確保できるようにして、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率を向上させることができる。
【００２８】
また、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量が上限アンモニア蓄積量に達した場合には、制御手段が尿素供給手段からの尿素の供給を禁止するので、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアスリップの発生を的確に防止することができる。
アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるアンモニアは、排気中に供給された尿素が加熱分解される際に中間生成物と共に生成されるアンモニアと、この中間生成物が排気の熱によって加水分解する際に生成されるアンモニアとからなる。そこで、請求項８の排気浄化装置によれば、尿素供給手段から排気通路中に供給された尿素から加熱分解によって中間生成物と同時に生成されるアンモニアの第１の生成量と、中間生成物が加水分解することによって生成されるアンモニアの第２の生成量とを合算した総アンモニア生成量に基づき、制御手段がアンモニアの蓄積量を求めるようにしたので、排気通路内における実際のアンモニアの生成状況に対応し、精度よくアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量を求めることができる。
【００２９】
更に、請求項９の排気浄化装置によれば、制御手段は、上述のようにして求めた総アンモニア生成量と、エンジンの運転状態に応じて求めたアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの消費量とに基づき、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量を求めるようにしたので、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒における実際のアンモニアの供給状況及び消費状況に対応し、より一層精度よくアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量を求めることができる。
【００３０】
また、尿素が加熱分解する際には、尿素１分子に対しアンモニア１分子が生成される。そこで、請求項１０の排気浄化装置によれば、制御手段は、尿素供給手段から供給される尿素の加熱分解量から上記第１の生成量を求めるようにしたので、尿素の加熱分解によるアンモニアの実際の生成状況に対応し、精度よく第１の生成量を求めることができ、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒における正確なアンモニアの蓄積量を求めることができる。
【００３１】
更に、尿素の加熱分解量は、排気通路内における尿素の蓄積量とアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに応じて変化する。そこで、請求項１１の排気浄化装置によれば、尿素供給手段から排気通路内に供給された尿素の排気通路内における蓄積量と、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づき、制御手段が尿素の加熱分解量を求めるようにしたので、精度よく尿素の加熱分解量を求めることができ、結果としてアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒における正確なアンモニアの蓄積量を求めることができる。
【００３２】
また、請求項１２の排気浄化装置によれば、制御手段は、中間生成物の加水分解量から上記第２の生成量を求めるようにしたので、中間生成物の加水分解によるアンモニアの実際の生成状況に対応して、精度よく第２の生成量を求めることができ、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒における正確なアンモニアの蓄積量を求めることができる。
更に、中間生成物の加水分解量は、排気通路内における中間生成物の蓄積量とアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに応じて変化する。そこで、請求項１３の排気浄化装置によれば、排気通路内における中間生成物の蓄積量と、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づき、制御手段が中間生成物の加水分解量を求めるようにしたので、精度よく中間生成物の加水分解量を求めることができ、結果としてアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒における正確なアンモニアの蓄積量を求めることができる。
【００３３】
また、請求項１４による本発明の排気浄化装置によれば、制御手段は、尿素供給手段から排気通路内に供給された尿素の排気通路内における蓄積量が所定の尿素蓄積量未満であり、且つ排気通路内に供給された尿素からアンモニアが生成される際に生成される中間生成物の排気通路内における蓄積量が所定の上限中間生成物蓄積量未満であり、且つアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量が所定の上限アンモニア蓄積量未満であるときに、尿素供給手段から排気通路内への尿素の供給を許容する。この結果、従来は尿素の供給を禁止していたような低温に排気温度がある場合であっても、排気中に供給された尿素の排気通路内における蓄積量が上限尿素蓄積量に達しておらず、且つ排気通路内における中間生成物の蓄積量が上限中間生成物蓄積量に達しておらず、且つアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの蓄積量が上限アンモニア蓄積量に達していなければ、尿素供給手段から排気中に供給した尿素から生成されるアンモニアをアンモニア選択還元型触媒に供給することができる。
【００３４】
この結果、排気温度が低い場合にもアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを吸着させ、ＮＯｘの選択還元を行うと共に、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを蓄積することにより、その後に排気温度が上昇したときに十分なアンモニアの量を確保できるようにして、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジンの全体構成図であり、図１に基づき排気浄化装置の構成を説明する。
ディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料を各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。
【００３６】
吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０を介して吸気マニホールド１２に導入される。吸気マニホールド１２に導入された空気は、吸気ポート（図示せず）を介してエンジン１の各気筒に吸入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出するための吸気量センサ１４が設けられている。
【００３７】
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１６を介して排気管１８に接続されている。なお、排気マニホールド１６と吸気マニホールド１２との間には、ＥＧＲ弁２０を介して排気マニホールド１６と吸気マニホールド１２とを連通するＥＧＲ通路２２が設けられている。
排気管１８はターボチャージャ８のタービン８ｂを経由した後に排気後処理装置２４に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管１８内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。
【００３８】
排気後処理装置２４は、上流側ケーシング２６と、上流側ケーシング２６の下流側に連通路２８で連通された下流側ケーシング３０とで構成され、その前後に接続される排気管１８と共に排気通路を形成している。上流側ケーシング２６内には、前段酸化触媒３２が収容されると共に、この前段酸化触媒３２の下流側にはパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）３４が収容されている。フィルタ３４は、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化するために設けられる。
【００３９】
前段酸化触媒３２は排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成するので、このように前段酸化触媒３２とフィルタ３４とを配置することにより、フィルタ３４に捕集され堆積しているパティキュレートは前段酸化触媒３２から供給されたＮＯ２と反応して酸化し、フィルタ３４の連続再生が行われるようになっている。
一方、下流側ケーシング３０内には、排気中のアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアを還元剤として排気中の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（以下ＳＣＲ触媒という）３６が収容されている。このＳＣＲ触媒３６は、排気中のＮＯ及びＮＯ２の比率が互いにほぼ等しいときに最も高い浄化効率を発揮しうるものであり、前段酸化触媒３２で生成されたＮＯ２の一部がフィルタ３４の連続再生に寄与せずに、エンジン１から排出された排気中のＮＯと共にＳＣＲ触媒３６に流入することによって、高い浄化率を維持するようになっている。
【００４０】
ＳＣＲ触媒３６の下流側にはＳＣＲ触媒３６から流出したアンモニアを酸化してＮ２とするための後段酸化触媒３８が収容されている。この後段酸化触媒３８は、後述するフィルタ３４の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯ（一酸化炭素）を酸化し、ＣＯ２（二酸化炭素）として大気中に排出する機能も有している。
また、連通路２８には、連通路２８内の排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ（尿素供給手段）４０が設けられており、尿素水が蓄えられた尿素水タンク４２から図示しない供給ポンプによって尿素水が供給されることにより、尿素水インジェクタ４０から連通路２８内の排気中に尿素水が噴射されるようになっている。
【００４１】
尿素水インジェクタ４０から噴射された尿素水に含まれている尿素は、排気の熱により加熱分解及び加水分解してアンモニアとなり、排気と共にＳＣＲ触媒３６に供給される。ＳＣＲ触媒３６は供給されたアンモニアを吸着し、吸着し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を無害なＮ２として排気を浄化する。
このとき、アンモニアがＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒３６から流出した場合には、このアンモニアが後段酸化触媒３８によって酸化され、無害なＮ２となって大気中に放出されるようになっている。
【００４２】
なお、下流側ケーシング３０内のＳＣＲ触媒３６の上流側には、ＳＣＲ触媒３６の入口側の排気温度を検出する入口側温度センサ４４が設けられている。
このように構成されるエンジン１の運転制御をはじめとする総合的な制御を行うため、ＥＣＵ（制御手段）４６が設けられる。ＥＣＵ４６はＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づきＥＣＵ４６に接続された各種デバイスの制御を行っている。
【００４３】
ＥＣＵ４６の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ１４、入口側温度センサ４４のほかに、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ４８及び図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ５０などの各種センサ類が接続されている。また、ＥＣＵ４６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インジェクタ４、ＥＧＲ弁２０及び尿素水インジェクタ４０などの各種デバイス類が接続されている。
【００４４】
エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ４６によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ４８によって検出されたエンジン１の回転数とアクセル開度センサ５０によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な量の燃料が供給される。
【００４５】
ＥＣＵ４６は、このような各気筒への燃料供給制御のほか、フィルタ３４を強制再生するための制御や、尿素水インジェクタ４０による尿素水の供給制御も行う。
尿素水の供給制御では、エンジン１の運転状態に基づき、ＥＣＵ４６がＳＣＲ触媒３６で排気中のＮＯｘを選択還元するために必要な尿素水の目標供給量を求め、この目標供給量に基づき尿素水インジェクタ４０を制御することにより、尿素水インジェクタ４０からＳＣＲ触媒３６上流側の排気中に尿素水が供給される。
【００４６】
前述したように、尿素水インジェクタ４０から噴射された尿素水に含まれる尿素は、排気の熱によって加熱分解及び加水分解してアンモニアとなり、ＳＣＲ触媒３６に供給される。ＳＣＲ触媒３６は供給されたアンモニアを吸着し、吸着し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を還元して無害なＮ２とし排気を浄化する。
【００４７】
ここで、尿素の加熱分解とは、尿素１分子が排気の熱によってアンモニア１分子と中間生成物であるイソシアン酸１分子とに分解するものであって、排気温度が比較的低温（例えば１２０〜１６０℃）である場合、尿素水インジェクタ４０から排気中に供給された尿素は主としてこのような加熱分解により、アンモニアとイソシアン酸とに分解する。
一方、尿素の加水分解とは、尿素が上述のように排気の熱によってアンモニアとイソシアン酸に加熱分解した後、更にイソシアン酸１分子が排気の熱及び排気中のＨ２Ｏ（水）によってアンモニア１分子と二酸化炭素１分子とに分解するものであって、結果的に１分子の尿素がアンモニア２分子と二酸化炭素１分子に分解する。排気温度が比較的高温（例えば１６０℃以上）の場合には、このような加熱分解及び加水分解により、尿素水インジェクタ４０から排気中に供給された尿素がアンモニアと二酸化炭素に分解する。
【００４８】
尿素水インジェクタ４０から尿素水が排気中に供給され、尿素から生成されたアンモニアがＳＣＲ触媒３６に供給される際には、排気中に供給された尿素の一部、及び尿素から上述のようにして生成された中間生成物であるイソシアン酸の一部が、排気通路内、即ち排気通路を構成する排気後処理装置２４内の各所に蓄積することがある。また、上述したように、尿素から生成されたアンモニアはＳＣＲ触媒３６に一旦吸着された後にＮＯｘの選択還元に用いられる。
【００４９】
そこでＥＣＵ４６は、尿素及びイソシアン酸の排気通路内における蓄積量、及びＳＣＲ触媒３６に吸着したアンモニアの蓄積量を演算し、これらの各蓄積量に基づき尿素水インジェクタ４０の制御を行っている。以下では、このようなＥＣＵ４６による尿素水インジェクタ４６の制御について図２乃至５に基づき説明する。
図２は、尿素及びイソシアン酸の排気通路内における蓄積量、及びＳＣＲ触媒３６におけるアンモニアの蓄積量を求めるためにＥＣＵ４６が実行する蓄積量演算制御のフローチャートである。この蓄積量演算制御は、エンジン１の運転中において入口側温度センサ４４によって検出されたＳＣＲ触媒３６の入口側の排気温度が所定温度（例えば１２０℃以上）の場合に、所定時間間隔ｔｃの制御周期ごとに繰り返し実行される。なお、本実施形態では、ＳＣＲ触媒３６の入口側の排気温度が所定温度に達していない場合、排気中に供給された尿素が排気の熱によって分解することが困難であるものとして、尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給を行わないようにしている。
【００５０】
蓄積量演算制御では、まずステップＳ１でＥＣＵ４６が排気通路内における尿素の蓄積量である尿素蓄積量Ｑｕ（ｍｏｌ）を演算する。排気通路において、尿素水インジェクタ４０から噴射された尿素水に含まれる尿素の一部は、上述のように加熱分解によってイソシアン酸及びアンモニアとなるが、残部は尿素のまま排気通路内に堆積する。そこで、ＥＣＵ４６は尿素水インジェクタ４０によって排気中に供給される尿素の単位時間あたりの供給量である尿素添加率Ｒｕａ（ｍｏｌ／ｈ）と、排気中に供給された尿素の単位時間あたりの加熱分解量である尿素分解率Ｒｕｒ（ｍｏｌ／ｈ）との差を求め、この差に各制御周期の時間間隔ｔｃを乗算することにより、前回の制御周期から今回の制御周期までの間の排気通路内における尿素の蓄積量を求める。
【００５１】
より具体的には、ＥＣＵ４６はエンジン１の運転状態に基づいて、ＳＣＲ触媒３６で排気中のＮＯｘを選択還元するために必要な尿素水の目標供給量を求めており、この尿素水の目標供給量から尿素添加率Ｒｕａを求める。一方、尿素分解率Ｒｕｒについては、前回の制御周期で後述のステップＳ２において求めて記憶した尿素分解率Ｒｕｒを用いる。なお、初回の制御周期の場合、尿素分解率Ｒｕｒは０ｍｏｌ／ｈとなる。
【００５２】
ステップＳ１においてＥＣＵ４６は、こうして求めた前回の制御周期から今回の制御周期までの間の排気通路内における尿素の蓄積量を制御周期毎に積算して尿素蓄積量Ｑｕを求めると共に、これを記憶して次のステップＳ２に処理を進める。このようにして尿素蓄積量Ｑｕを求めることにより、排気通路内における尿素の実際の供給状況及び分解状況に対応し、排気通路内における尿素の蓄積量を精度よく求めることができる。
【００５３】
次のステップＳ２では、ＥＣＵ４６がステップＳ１で記憶した尿素蓄積量Ｑｕと、ＳＣＲ触媒３６の触媒温度Ｔｃ（℃）とに基づき、予め記憶している尿素分解率マップから対応する尿素分解率Ｒｕｒを読み出して記憶する。
尿素分解率Ｒｕｒは、排気通路内における尿素蓄積量ＱｕとＳＣＲ触媒３６の触媒温度Ｔｃとに応じて変化し、尿素蓄積量Ｑｕの増加に応じて増加すると共に、触媒温度Ｔｃの上昇に応じて増加する。そこで本実施形態では、予め実験等によりこれら尿素蓄積量Ｑｕ及び触媒温度Ｔｃと、尿素分解率Ｒｕｒとの関係を求め、これを尿素分解率マップとしてＥＣＵ４６に記憶させている。図３には、このような尿素分解率マップの一例を示す。なお、本実施形態において触媒温度Ｔｃは、入口側温度センサ４４によって検出されたＳＣＲ触媒３６の入口側の排気温度を用いている。
【００５４】
このようにして尿素分解率Ｒｕｒを求めることにより、排気通路内における単位時間あたりの尿素の加熱分解量を精度よく求めることができるが、ステップＳ２で求められて記憶した尿素分解率Ｒｕｒは、上述したように次の制御周期において、ステップＳ１の尿素蓄積量Ｑｕの演算に用いられ、結果としてステップＳ１において求められる尿素蓄積量Ｑｕも精度の高いものとなる。
【００５５】
次のステップＳ３に処理を進めると、ＥＣＵ４６は排気中に供給された尿素から加熱分解によって生成されるイソシアン酸の単位時間あたりの生成量であるイソシアン酸生成率Ｒｉｇ（ｍｏｌ／ｈ）と、このときイソシアン酸と共に尿素から生成されるアンモニアの単位時間あたりの生成量（第１の生成量）であるアンモニア生成率Ｒａｇ１（ｍｏｌ／ｈ）とを演算する。前述したように尿素の加熱分解においては、尿素１分子がイソシアン酸１分子とアンモニア１分子とに分解する。従って、ステップＳ３においてＥＣＵ４６は、ステップＳ２で求めた尿素分解率Ｒｕｒを、イソシアン酸生成率Ｒｉｇ及びアンモニア生成率Ｒａｇ１として記憶し、次のステップＳ４に処理を進める。このようにしてアンモニア生成率Ｒａｇ１を求めることにより、尿素の加熱分解によるアンモニアの実際の生成状況に対応し、尿素が加熱分解して生じるアンモニアの単位時間あたりの生成量を精度よく求めることができる。
【００５６】
ステップＳ４においてＥＣＵ４６は、排気通路内におけるイソシアン酸蓄積量Ｑｉ（ｍｏｌ）を演算する。上述のようにして尿素の加熱分解によって生成されたイソシアン酸の一部は、更に加水分解によってアンモニアと二酸化炭素に分解されるが、残部は排気通路内に蓄積される。そこでＥＣＵ４６は、ステップＳ３で記憶したイソシアン酸生成率Ｒｉｇと、前回の制御周期で後述のステップＳ５において求められたイソシアン酸の単位時間あたりの加水分解量であるイソシアン酸分解率Ｒｉｒ（ｍｏｌ／ｈ）との差を求め、この差に各制御周期の時間間隔ｔｃを乗算することにより、前回の制御周期から今回の制御周期までの間の排気通路内におけるイソシアン酸の蓄積量を求める。なお、初回の制御周期の場合、イソシアン酸分解率Ｒｉｒは０ｍｏｌ／ｈとなる。
【００５７】
ステップＳ４においてＥＣＵ４６は、こうして求めた前回の制御周期から今回の制御周期までの間の排気通路内におけるイソシアン酸の蓄積量を制御周期毎に積算してイソシアン酸蓄積量Ｑｉを求めると共に、これを記憶して次のステップＳ５に処理を進める。このようにしてイソシアン酸蓄積量Ｑｉを求めることにより、排気通路内におけるイソシアン酸の実際の生成状況及び分解状況に対応し、排気通路内におけるイソシアン酸の蓄積量を精度よく求めることができる。
【００５８】
次のステップＳ５に処理を進めると、ＥＣＵ４６はステップＳ４で記憶したイソシアン酸蓄積量Ｑｉと、ＳＣＲ触媒３６の触媒温度Ｔｃとに基づき、予め記憶しているイソシアン酸分解率マップから対応するイソシアン酸分解率Ｒｉｒを読み出して記憶する。
イソシアン酸分解率Ｒｉｒは、排気通路内におけるイソシアン酸蓄積量ＱｉとＳＣＲ触媒３６の触媒温度Ｔｃとに応じて変化し、イソシアン酸蓄積量Ｑｉの増加に応じて増加すると共に、触媒温度Ｔｃの上昇に応じて増加する。そこで本実施形態では、予め実験等によりこれらイソシアン酸蓄積量Ｑｉ及び触媒温度Ｔｃと、イソシアン酸分解率Ｒｉｒとの関係を求め、これをイソシアン酸分解率マップとしてＥＣＵ４６に記憶させている。図４には、このようなイソシアン酸分解率マップの一例を示す。なお、本実施形態において触媒温度Ｔｃは、前述したように入口側温度センサ４４によって検出されたＳＣＲ触媒３６の入口側の排気温度を用いている。
【００５９】
このようにしてイソシアン酸分解率Ｒｉｒを求めることにより、排気通路内における単位時間あたりのイソシアン酸の加水分解量を精度よく求めることができるが、ステップＳ５で求められて記憶したイソシアン酸分解率Ｒｉｒは、上述したように次の制御周期において、ステップＳ４のイソシアン酸蓄積量Ｑｉの演算に用いられ、結果としてステップＳ４において求められるイソシアン酸蓄積量Ｑｉも精度の高いものとなる。
【００６０】
次のステップＳ６でＥＣＵ４６は、イソシアン酸から加水分解によって生成されるアンモニアの単位時間あたりの生成量（第２の生成量）であるアンモニア生成率Ｒａｇ２（ｍｏｌ／ｈ）を演算する。前述したようにイソシアン酸の加水分解においては、イソシアン酸１分子がアンモニア１分子と二酸化炭素１分子とに分解する。従って、ステップＳ６においてＥＣＵ４６は、ステップＳ５で求めたイソシアン酸分解率Ｒｉｒを、アンモニア生成率Ｒａｇ２として記憶し、次のステップＳ７に処理を進める。このようにしてアンモニア生成率Ｒａｇ２を求めることにより、イソシアン酸の加水分解によるアンモニアの実際の生成状況に対応し、イソシアン酸が加水分解して生じるアンモニアの単位時間あたりの生成量を精度よく求めることができる。
【００６１】
ステップＳ７においてＥＣＵ４６は、ステップＳ３で記憶したアンモニア生成率Ｒａｇ１と、ステップＳ６で記憶したアンモニア生成率Ｒａｇ２とを合算することにより、排気通路内における単位時間あたりのアンモニアの全生成量であるアンモニア全生成率Ｒａｔ（ｍｏｌ／ｈ）を求め、これを記憶して次のステップＳ８に処理を進める。
尿素インジェクタ４０から排気中に供給された尿素から生成されるアンモニアは、尿素が加熱分解する際に中間生成物であるイソシアン酸と共に生成されるアンモニアと、イソシアン酸が加水分解して生成されるアンモニアとからなることから、このようにしてアンモニア全生成率Ｒａｔを求めることにより、実際のアンモニアの生成状況に対応し、排気中に供給された尿素から生成されるアンモニアの単位時間あたりの生成量を精度よく求めることができる。
【００６２】
次のステップＳ８でＥＣＵ４６は、ＳＣＲ触媒３６におけるアンモニアの蓄積量Ｑａ（ｍｏｌ）を演算する。前述したように、排気中の尿素から生成されたアンモニアは、一旦ＳＣＲ触媒３６に吸着された後、ＳＣＲ触媒３６による排気中のＮＯｘの選択還元において消費される。そこでＥＣＵ４６は、ステップＳ７で記憶したアンモニア全生成率Ｒａｔと、ＳＣＲ触媒３６における単位時間あたりのアンモニアの消費量であるアンモニア消費率Ｒａｃ（ｍｏｌ／ｈ）との差を求め、この差に各制御周期の時間間隔ｔｃを乗算することにより、前回の制御周期から今回の制御周期までの間のＳＣＲ触媒３６におけるアンモニアの蓄積量を求める。
【００６３】
ここでアンモニア消費率Ｒａｃは、単位時間あたりに排気中のＮＯｘの選択還元に消費されるアンモニアの量を示すものであることから、ＥＣＵ４６は各気筒への燃料供給量や吸気量センサ１４によって検出された吸入空気量及び回転数センサ４８によって検出されたエンジン１の回転数などのエンジン１の運転状態からエンジン１からの単位時間あたりのＮＯｘ排出量を求め、このＮＯｘ排出量からアンモニア消費率Ｒａｃを求めている。
【００６４】
ステップＳ８においてＥＣＵ４６は、こうして求めた前回の制御周期から今回の制御周期までの間のＳＣＲ触媒３６におけるアンモニアの蓄積量を制御周期毎に積算してアンモニア蓄積量Ｑａを求めると共に、これを記憶してその制御周期を終了し、次の制御周期で再び上述のようにしてステップＳ１から処理を開始する。このようにして、実際のアンモニアの生成状態と消費状態に対応してアンモニア蓄積量Ｑａを求めることにより、ＳＣＲ触媒３６におけるアンモニアの実際の供給状況及び消費状況に対応し、ＳＣＲ触媒３６におけるアンモニアの蓄積量を精度よく求めることができる。
【００６５】
以上のようにして蓄積量演算制御を繰り返し実行することにより、排気通路内における尿素の蓄積量Ｑｕ及び中間生成物であるイソシアン酸の蓄積量Ｑｉ、並びにＳＣＲ触媒３６におけるアンモニアの蓄積量Ｑａを、排気通路内におけるイソシアン酸やアンモニアの実際の生成状況、並びにＳＣＲ触媒３６におけるアンモニアの実際の消費状況に対応し、精度よく求めることができる。
【００６６】
ＥＣＵ４６は、このようにして求められた排気通路内における尿素の蓄積量Ｑｕ及びイソシアン酸の蓄積量Ｑｉ、並びにＳＣＲ触媒３６におけるアンモニアの蓄積量Ｑａに基づき、図５のフローチャートに従い、所定の制御周期で尿素水インジェクタ４０に対する尿素水供給制御を行う。なお、この尿素水供給制御も上述した蓄積量演算制御と同様に、エンジン１の運転中において入口側温度センサ４４によって検出されたＳＣＲ触媒３６の入口側の排気温度が所定温度（例えば１２０℃以上）の場合に実行され、ＳＣＲ触媒３６の入口側の排気温度が所定温度に達していない場合、排気中に供給された尿素が排気の熱によって分解することが困難であるものとして、ＥＣＵ４６は尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給を行わない。
【００６７】
尿素水供給制御においてＥＣＵ４６は、まずステップＳ１１で尿素蓄積量Ｑｕが所定の上限尿素蓄積量Ｑｕｍａｘ未満であるか否かを判定する。この上限尿素蓄積量Ｑｕｍａｘは、尿素インジェクタ４０から排気通路内に供給された尿素水に含まれている尿素が排気通路内に蓄積した場合に、尿素水インジェクタ４０の作動不良や排気後処理装置２４の機能低下などの不具合が生じることのない尿素の蓄積量として予め実験等により求められた蓄積量の上限値に基づいて設定されている。
【００６８】
ステップＳ１１において尿素蓄積量Ｑｕが上限尿素蓄積量Ｑｕｍａｘに達していないと判定した場合、ＥＣＵ４６は処理をステップＳ１２に進め、イソシアン酸蓄積量Ｑｉが所定の上限イソシアン酸蓄積量（上限中間生成物蓄積量）Ｑｉｍａｘ未満であるか否かを判定する。
この上限イソシアン酸蓄積量Ｑｉｍａｘは、尿素インジェクタ４０から排気通路内に供給された尿素水の尿素が加熱分解して生成されるイソシアン酸が排気通路内に蓄積した場合に、蓄積したイソシアン酸が高温時に加水分解して生成されるアンモニアによってアンモニアスリップが生じることのないイソシアン酸の蓄積量として予め実験等により求められた蓄積量の上限値に基づいて設定されている。
【００６９】
ステップＳ１２においてイソシアン酸蓄積量Ｑｉが上限イソシアン酸蓄積量Ｑｉｍａｘに達していないと判定した場合、ＥＣＵ４６は処理をステップＳ１３に進め、アンモニア蓄積量Ｑａが所定の上限アンモニア蓄積量Ｑａｍａｘ未満であるか否かを判定する。
この上限アンモニア蓄積量Ｑａｍａｘは、尿素インジェクタ４０から排気通路内に供給された尿素水から生成されたアンモニアがＳＣＲ触媒３６に供給されて吸着し、ＳＣＲ触媒３６におけるアンモニアの蓄積量が増大した場合に、ＳＣＲ触媒３６からのアンモニアスリップが生じることのないアンモニアの蓄積量として予め実験等により求められた蓄積量の上限値に基づいて設定されている。
【００７０】
ステップＳ１３においてアンモニア蓄積量Ｑａが上限アンモニア蓄積量Ｑａｍａｘに達していないと判定した場合、ＥＣＵ４６は処理をステップＳ１４に進める。
ステップＳ１４においてＥＣＵ４６は、尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給を許容し、前述したようにエンジン１の運転状態に基づいて求められたエンジン１からのＮＯｘ排出量に対応し、ＳＣＲ触媒３６によりＮＯｘを選択還元するのに必要な量の尿素水が尿素水インジェクタ４０から排気中に供給されるよう、尿素水インジェクタ４０を制御して、その制御周期を終了する。そして、次の制御周期においても、ＥＣＵ４６は再びステップＳ１１から同様に処理を行う。
【００７１】
このように、尿素蓄積量Ｑｕ、イソシアン酸蓄積量Ｑｉ及びアンモニア蓄積量Ｑａが、いずれもそれぞれに対応する上限蓄積量Ｑｕｍａｘ、Ｑｉｍａｘ及びＱａｍａｘに達していない場合には、尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給が許容される。従って、従来の排気浄化装置では尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給が禁止されるような低温の排気温度においても、尿素蓄積量Ｑｕ、イソシアン酸蓄積量Ｑｉ及びアンモニア蓄積量Ｑａのいずれもが、それぞれに対応する上限蓄積量Ｑｕｍａｘ、Ｑｉｍａｘ及びＱａｍａｘに達していない限り、支障なく尿素水インジェクタ４０から尿素水を供給することが可能となる。
【００７２】
従って、排気温度が低い場合にもＳＣＲ触媒３６に尿素水から生成されたアンモニアを吸着させ、ＮＯｘの選択還元を行うと共に、ＳＣＲ触媒３６にアンモニアを蓄積することにより、その後に排気温度が上昇したときに十分なアンモニアの量を確保できるようにして、ＳＣＲ触媒３６の排気浄化効率を向上させることができる。更に、このような効果を得るために、加熱装置などの付加的な機構も必要としないので、排気通路の構造が複雑になって製造コストが増大したり、余分な動力を要してエンジンの燃費が悪化したりすることもない。
【００７３】
一方、ステップＳ１１で尿素蓄積量Ｑｕが上限尿素蓄積量Ｑｕｍａｘに達していると判定した場合、ＥＣＵ４６は処理をステップＳ１５に進め、尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給を禁止してその制御周期を終了する。そして、次の制御周期においても、ＥＣＵ４６は再びステップＳ１１から上述したように処理を行う。
従って、尿素蓄積量Ｑｕが上限尿素蓄積量Ｑｕｍａｘに達した場合には、尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給が禁止され、排気通路内における更なる尿素の蓄積が防止される。この結果、尿素の蓄積に起因する尿素水インジェクタ４０の作動不良や排気後処理装置２４の機能低下を的確に防止することができる。
【００７４】
また、ステップＳ１２に処理を進め、イソシアン酸蓄積量Ｑｉが上限イソシアン酸蓄積量Ｑｉｍａｘに達していると判定した場合においても、ＥＣＵ４６は処理をステップＳ１５に進め、尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給を禁止してその制御周期を終了する。そして、次の制御周期においても、ＥＣＵ４６は再びステップＳ１１から上述したように処理を行う。
【００７５】
従って、イソシアン酸蓄積量Ｑｉが上限イソシアン酸蓄積量Ｑｉｍａｘに達した場合においても、尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給が禁止され、排気通路内における更なるイソシアン酸の蓄積が防止される。この結果、過剰に蓄積されたイソシアン酸が高温時に加水分解されて大量のアンモニアとなることにより生じるアンモニアスリップを的確に防止することができる。
【００７６】
更に、ステップＳ１３に処理を進め、アンモニア蓄積量Ｑａが上限アンモニア蓄積量Ｑａｍａｘに達していると判定した場合においても、ＥＣＵ４６は処理をステップＳ１５に進め、尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給を禁止してその制御周期を終了する。そして、次の制御周期においても、ＥＣＵ４６は再びステップＳ１１から上述したように処理を行う。
【００７７】
従って、アンモニア蓄積量Ｑａが上限アンモニア蓄積量Ｑａｍａｘに達した場合においても、尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給が禁止され、ＳＣＲ触媒３６に対する更なるアンモニアの供給が停止され、ＳＣＲ触媒３６からのアンモニアスリップの発生を的確に防止することができる。
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００７８】
例えば、上記実施形態の尿素水供給制御においては、尿素蓄積量Ｑｕ、イソシアン酸蓄積量Ｑｉ及びアンモニア蓄積量Ｑａのいずれもが、それぞれに対応する上限蓄積量Ｑｕｍａｘ、Ｑｉｍａｘ及びＱａｍａｘに達していない場合に限り、尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給を許容するようにしたが、尿素蓄積量Ｑｕ及びアンモニア蓄積量Ｑａについては、その演算及びそれぞれに対応する上限蓄積量Ｑｕｍａｘ及びＱａｍａｘとの大小関係の判定を行わず、イソシアン酸蓄積量Ｑｉが上限蓄積量Ｑｉｍａｘに達しているか否かの判定のみに基づき、尿素水の供給を制御するようにしてもよい。
【００７９】
即ち、図５のフローチャートについてはステップＳ１１及びＳ１３の処理を省略し、ステップＳ１２においてイソシアン酸蓄積量Ｑｉが上限蓄積量Ｑｉｍａｘ未満であると判定した場合にはステップＳ１４に進んで尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給を許容する一方、ステップＳ１２においてイソシアン酸蓄積量Ｑｉが上限蓄積量Ｑｉｍａｘに達したと判定した場合にはステップＳ１５に進んで尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給を禁止するようにしてもよい。
【００８０】
この場合、このような尿素水供給制御では、排気通路内における尿素の蓄積に起因した尿素水インジェクタ４０の作動不良や排気後処理装置２４の機能低下、並びにＳＣＲ触媒３６からのアンモニアスリップの発生を防止することはできないが、少なくとも尿素からアンモニアを生成する際の中間生成物であるイソシアン酸が過剰に蓄積されることに起因し、このイソシアン酸が高温時に加水分解されて大量のアンモニアとなることにより生じるアンモニアスリップを的確に防止することができる。また、従来の排気浄化装置では尿素水インジェクタ４０からの尿素水の供給が禁止されるような低い排気温度においても、イソシアン酸蓄積量Ｑｉが上限イソシアン酸蓄積量Ｑｉｍａｘに達していない限り、支障なく尿素水インジェクタ４０から尿素水を供給することが可能となる。従って、排気温度が低い場合にもＳＣＲ触媒３６に尿素水から生成されたアンモニアを吸着させ、ＮＯｘの選択還元を行うと共に、ＳＣＲ触媒３６にアンモニアを蓄積することにより、その後に排気温度が上昇したときに十分なアンモニアの量を確保できるようにして、ＳＣＲ触媒３６の排気浄化効率を向上させることができる。
【００８１】
更に、尿素蓄積量Ｑｕと上限尿素蓄積量Ｑｕｍａｘとの大小関係の判定及びアンモニア蓄積量Ｑａと上限アンモニア蓄積量Ｑａｍａｘとの大小関係の判定のいずれか一方のみ、即ち図５のフローチャートにおいてステップＳ１１及びＳ１３のいずれか一方の処理のみを省略するようにしてもよい。この場合、省略されたステップの処理によって得られる効果は失われるものの、上述したようなステップＳ１２の処理による効果に加え、ステップＳ１１及びＳ１３のうちの省略されなかったステップの処理による効果が得られることになる。
【００８２】
また、上記実施形態において、上流側ケーシング２６内の上流側に前段酸化触媒３２を配設すると共にその下流側にフィルタ３４を配設し、下流側ケーシング３０内の上流側にＳＣＲ触媒３６を配設すると共にその下流側に後段酸化触媒３８を配設することにより排気後処理装置２４を構成したが、排気後処理装置２４の構成はこれに限られるものではない。
【００８３】
即ち、本発明は排気中に供給された尿素から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ＳＣＲ触媒３６を備えたものであれば適用可能であって、前段酸化触媒３２、フィルタ３４及び後段酸化触媒３８については、必要に応じて配設すればよく、これら前段酸化触媒３２、フィルタ３４及び後段酸化触媒３８以外の排気浄化装置を設けるようにしてもよい。更に、排気後処理装置２４を上流側ケーシング２６と下流側ケーシング３０とに分割せずに１つのケーシングで構成するようにしてもよい。
【００８４】
また、上記実施形態では、入口側温度センサ４４によって検出されたＳＣＲ触媒３６入口側の排気温度が所定温度（例えば１２０℃）以上のときに、図２及び図５に示すフローチャートによる蓄積量演算制御及び尿素水供給制御を行うようにしたが、尿素からアンモニアが生成される際の中間生成物であるイソシアン酸は、排気温度が比較的低い温度範囲（例えば１２０〜１６０℃）の場合に、アンモニアに加水分解されずに排気中に残留しやすいので、これら蓄積量演算制御及び尿素水供給制御は排気温度が所定温度範囲（例えば１２０〜１６０℃）の場合のみに実行するようにしてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、エンジン１をディーゼルエンジンとしたが、エンジンの形式はこれに限定されるものではなく、排気中に供給された尿素から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ＳＣＲ触媒３６を備えたものであれば、どのようなエンジンであっても本発明を適用することが可能である。
更に、上記実施形態では、入口側温度センサ４４によって検出されたＳＣＲ触媒３６入口側の排気温度をそのままＳＣＲ触媒３６の温度Ｔｃとして用いるようにしたが、ＳＣＲ触媒３６の温度Ｔｃの検出方法はこれに限定されるものではない。例えば、入口側温度センサ４４の検出値にＳＣＲ触媒３６の構造に基づく補正を加えてもよいし、入口側温度センサ４４をＳＣＲ触媒３６の内部に配設した温度センサによる検出や、ＳＣＲ触媒３６の出口側における排気温度の検出を採用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジンの全体構成図である。
【図２】図１の排気浄化装置で実行される蓄積量演算制御のフローチャートである。
【図３】図２のフローチャートで用いられる尿素分解率マップである。
【図４】図２のフローチャートで用いられるイソシアン酸分解率マップである。
【図５】図１の排気浄化装置で実行される尿素水供給制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８７】
１  エンジン
１８  排気管（排気通路）
２４  排気後処理装置（排気通路）
３６  アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒
４０  尿素水インジェクタ（尿素供給手段）
４６  ＥＣＵ（制御手段）
【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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