(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着しその還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するＮＯｘ触媒を備え、前記ＮＯｘ触媒の排気上流側に還元剤添加手段により還元剤を添加する排気浄化システムに適用され、
前記還元剤添加手段の還元剤添加に伴う前記ＮＯｘ触媒への還元剤供給と同ＮＯｘ触媒での還元反応による還元剤消費との収支の時系列データに基づいて前記ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量を算出する吸着量算出手段と、
前記ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量又はそれに相関するパラメータを算出するＮＯｘ量算出手段と、
前記ＮＯｘ量算出手段による算出結果に基づき決定されるタイミングで、前記還元剤吸着量の初期化を実施する初期化実施手段と、
を備え、
前記ＮＯｘ量算出手段は、ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量を逐次積算してＮＯｘ量積算値を算出し、
前記初期化実施手段は、前記ＮＯｘ量積算値があらかじめ定めた所定値になったタイミングで前記初期化を実施することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着しその還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するＮＯｘ触媒を備え、前記ＮＯｘ触媒の排気上流側に還元剤添加手段により還元剤を添加する排気浄化システムに適用され、
前記還元剤添加手段の還元剤添加に伴う前記ＮＯｘ触媒への還元剤供給と同ＮＯｘ触媒での還元反応による還元剤消費との収支の時系列データに基づいて前記ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量を算出する吸着量算出手段と、
前記ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量又はそれに相関するパラメータを算出するＮＯｘ量算出手段と、
前記ＮＯｘ量算出手段による算出結果に基づき決定されるタイミングで、前記還元剤吸着量の初期化を実施する初期化実施手段と、
を備え、
前記初期化実施手段は、前記初期化の実施の都度、次回の初期化タイミング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】
前記初期化実施手段は、初期化実施時における前記ＮＯｘ量に基づいて次回の初期化タイミングを決定する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘ触媒の実際のＮＯｘ浄化率を算出する浄化率算出手段を備え、
前記初期化実施手段は、あらかじめ定めた還元剤吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を用い、前記浄化率算出手段により算出した実際のＮＯｘ浄化率により還元剤吸着量の初期化を実施する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記初期化の実施タイミングにおいて前記浄化率算出手段により算出したＮＯｘ浄化率が当該初期化に用いる上で適正かどうかを判定する適否判定手段を備え、
前記初期化実施手段は、前記適否判定手段により前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨判定された場合に、前記還元剤吸着量の初期化を実施する請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記浄化率算出手段は、前記ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量を一パラメータとして前記ＮＯｘ浄化率を算出するものであり、
前記適否判定手段は、前記ＮＯｘ量が所定量以上である場合に、前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨を判定する請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着しその還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するＮＯｘ触媒を備え、前記ＮＯｘ触媒の排気上流側に還元剤添加手段により還元剤を添加する排気浄化システムに適用され、
前記還元剤添加手段の還元剤添加に伴う前記ＮＯｘ触媒への還元剤供給と同ＮＯｘ触媒での還元反応による還元剤消費との収支の時系列データに基づいて前記ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量を算出する吸着量算出手段と、
前記ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量又はそれに相関するパラメータを算出するＮＯｘ量算出手段と、
前記ＮＯｘ量算出手段による算出結果に基づき決定されるタイミングで、前記還元剤吸着量の初期化を実施する初期化実施手段と、
前記ＮＯｘ触媒の実際のＮＯｘ浄化率を算出する浄化率算出手段と、
前記初期化の実施タイミングにおいて前記浄化率算出手段により算出したＮＯｘ浄化率が当該初期化に用いる上で適正かどうかを判定する適否判定手段と、
を備え、
前記初期化実施手段は、前記適否判定手段により前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨判定された場合に、あらかじめ定めた還元剤吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を用い、前記浄化率算出手段により算出した実際のＮＯｘ浄化率により還元剤吸着量の初期化を実施し、
前記浄化率算出手段は、前記ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量を一パラメータとして前記ＮＯｘ浄化率を算出するものであり、
前記適否判定手段は、前記ＮＯｘ量が所定量以上である場合に、前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨を判定する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着しその還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するＮＯｘ触媒を備え、前記ＮＯｘ触媒の排気上流側に還元剤添加手段により還元剤を添加する排気浄化システムに適用され、
前記還元剤添加手段の還元剤添加に伴う前記ＮＯｘ触媒への還元剤供給と同ＮＯｘ触媒での還元反応による還元剤消費との収支の時系列データに基づいて前記ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量を算出する吸着量算出手段と、
前記ＮＯｘ触媒の実際のＮＯｘ浄化率を算出する浄化率算出手段と、
あらかじめ定めた還元剤吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を用い、前記浄化率算出手段により算出した実際のＮＯｘ浄化率により還元剤吸着量の初期化を実施する初期化実施手段と、
前記浄化率算出手段により算出したＮＯｘ浄化率が前記初期化に用いる上で適正かどうかを判定する適否判定手段と、
を備え、
前記適否判定手段により前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨判定されたことを条件に、前記初期化実施手段による初期化の実施を許可し、
前記浄化率算出手段は、前記ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量を一パラメータとして前記ＮＯｘ浄化率を算出するものであり、
前記適否判定手段は、前記ＮＯｘ量が所定量以上である場合に、前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨を判定する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記適否判定手段により前記ＮＯｘ浄化率が適正でない旨判定された場合、所定時間の待機の後に同ＮＯｘ浄化率の再演算を実施する請求項５乃至８のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着しその還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するＮＯｘ触媒を備え、前記ＮＯｘ触媒の排気上流側に還元剤添加手段により還元剤を添加する排気浄化システムに適用され、
前記還元剤添加手段の還元剤添加に伴う前記ＮＯｘ触媒への還元剤供給と同ＮＯｘ触媒での還元反応による還元剤消費との収支の時系列データに基づいて前記ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量を算出する吸着量算出手段と、
前記ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量又はそれに相関するパラメータを算出するＮＯｘ量算出手段と、
前記ＮＯｘ量算出手段による算出結果に基づき決定されるタイミングで、前記還元剤吸着量の初期化を実施する初期化実施手段と、
前記ＮＯｘ触媒の実際のＮＯｘ浄化率を算出する浄化率算出手段と、
前記初期化の実施タイミングにおいて前記浄化率算出手段により算出したＮＯｘ浄化率が当該初期化に用いる上で適正かどうかを判定する適否判定手段と、
を備え、
前記初期化実施手段は、前記適否判定手段により前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨判定された場合に、あらかじめ定めた還元剤吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を用い、前記浄化率算出手段により算出した実際のＮＯｘ浄化率により還元剤吸着量の初期化を実施し、
前記適否判定手段により前記ＮＯｘ浄化率が適正でない旨判定された場合、所定時間の待機の後に同ＮＯｘ浄化率の再演算を実施する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着しその還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するＮＯｘ触媒を備え、前記ＮＯｘ触媒の排気上流側に還元剤添加手段により還元剤を添加する排気浄化システムに適用され、
前記還元剤添加手段の還元剤添加に伴う前記ＮＯｘ触媒への還元剤供給と同ＮＯｘ触媒での還元反応による還元剤消費との収支の時系列データに基づいて前記ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量を算出する吸着量算出手段と、
前記ＮＯｘ触媒の実際のＮＯｘ浄化率を算出する浄化率算出手段と、
あらかじめ定めた還元剤吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を用い、前記浄化率算出手段により算出した実際のＮＯｘ浄化率により還元剤吸着量の初期化を実施する初期化実施手段と、
前記浄化率算出手段により算出したＮＯｘ浄化率が前記初期化に用いる上で適正かどうかを判定する適否判定手段と、
を備え、
前記適否判定手段により前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨判定されたことを条件に、前記初期化実施手段による初期化の実施を許可し、
前記適否判定手段により前記ＮＯｘ浄化率が適正でない旨判定された場合、所定時間の待機の後に同ＮＯｘ浄化率の再演算を実施する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記ＮＯｘ触媒における還元剤の余剰排出が発生する状態であるかどうかを判定する手段を備え、
前記適否判定手段は、還元剤余剰排出の発生状態でないと判定される場合に、前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨を判定する請求項５乃至１１のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出手段を備え、
前記適否判定手段は、前記触媒温度検出手段により検出したＮＯｘ触媒温度が所定の温度範囲内にある場合に、前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨を判定する請求項５乃至１２のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記吸着量算出手段は、
前記時系列データとして、所定時間ごとに前記ＮＯｘ触媒に対する還元剤供給量と同ＮＯｘ触媒における還元剤消費量との差を算出する手段と、
前記時系列データとしての算出値を逐次積算することで、前記ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量を算出する手段と、を有する請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
前記吸着量算出手段により算出した還元剤吸着量に基づいて、前記還元剤添加手段による還元剤添加量を制御する請求項１乃至１４のいずれか一項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、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に還元剤としてのアンモニアにより排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を選択的に浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）を採用した排気浄化システムに好適に適用されるものである。なお、本システムは、一般に還元剤として尿素水溶液が用いられることから、尿素ＳＣＲシステムとして知られている。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等に適用されるエンジン（特にディーゼルエンジン）において、排気中のＮＯｘを高い浄化率で浄化する排気浄化システムとして、尿素ＳＣＲシステムの開発が進められており、一部実用化に至っている。尿素ＳＣＲシステムとしては次の構成が知られている。すなわち、尿素ＳＣＲシステムでは、エンジン本体に接続された排気管に選択還元型のＮＯｘ触媒が設けられるとともに、その上流側に、ＮＯｘ還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管内に添加する尿素水添加弁が設けられている。
【０００３】
上記システムにおいては、尿素水添加弁により排気管内に尿素水が添加されることで、ＮＯｘ触媒上で排気中のＮＯｘが選択的に還元除去される。ＮＯｘの還元に際しては、尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3）が生成され、そのアンモニアがＮＯｘ触媒に吸着するととともに同ＮＯｘ触媒上にてアンモニアに基づく還元反応が行われることによってＮＯｘが還元、浄化されることになる。
【０００４】
ここで、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を高め、しかもアンモニアスリップの発生を抑制するには、ＮＯｘ触媒に対してアンモニアを過不足無く供給することが必要である。そこで、ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量（還元剤吸着量）を推定し、その推定値に基づいて尿素水添加弁による尿素水添加量を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。具体的には、エンジンから排出されるＮＯｘ排出量と、ＮＯｘ触媒における実ＮＯｘ浄化率とを算出するとともに、これらＮＯｘ排出量と実ＮＯｘ浄化率とに基づいてＮＯｘ触媒でのアンモニア消費量を算出する。また、アンモニア消費量とその時の尿素水添加量とに基づいてアンモニア吸着量を算出し、そのアンモニア吸着量により尿素水添加量を制御する技術が提案されている。
【０００５】
ＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着量については、これを直接計測することは困難であるため、上記従来技術を含め一般には、排気管に設置したＮＯｘセンサの計測値などからアンモニア吸着量を推定する構成が採用されている。
【特許文献１】特開２００３−２９３７３７号公報
【特許文献２】特開２００３−２９３７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、アンモニア吸着量を算出する場合には、種々の要因で誤差が生じることが考えられ、アンモニア吸着量に誤差が含まれることで、尿素水添加量の制御が好適に行われず、結果としてＮＯｘ浄化率が低下したりアンモニアスリップが発生したりすることが懸念される。アンモニア吸着量の算出誤差の要因としては、各種センサの精度低下、アンモニアスリップ、尿素水の副反応などを原因とする各種パラメータの計測誤差、算出誤差等が考えられる。
【０００７】
上記特許文献を含め既存の技術では、アンモニア吸着量の算出誤差を解消するための有効な技術はなく、改善の余地があると考えられる。
【０００８】
本発明は、ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量の算出精度を高め、ひいては同ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化を好適に行わせることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。
【００１０】
本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着しその還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）を備え、ＮＯｘ触媒の排気上流側に還元剤添加手段により還元剤を添加する排気浄化システムに適用される。そして、第１の発明では、還元剤添加手段の還元剤添加に伴うＮＯｘ触媒への還元剤供給と同ＮＯｘ触媒での還元反応による還元剤消費との収支の時系列データに基づいてＮＯｘ触媒における還元剤吸着量を算出する。また、ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量又はそれに相関するパラメータを算出するとともに、その算出結果に基づき決定されるタイミングで、還元剤吸着量の初期化を実施する。
【００１１】
なお、ＮＯｘ触媒では、内燃機関の運転状態下で還元剤の供給と消費との収支に応じて還元剤の吸着が行われ、本排気浄化装置では、その還元剤吸着に対応させて時系列データの蓄積により還元剤吸着量が算出されるものとなっている。そして、その時系列データの蓄積を一旦リセットすべく初期値を設定する処理が「初期化」に相当する。
【００１２】
還元剤吸着量の算出について具体的には、還元剤の供給と消費との収支の時系列データとして、所定時間ごとにＮＯｘ触媒に対する還元剤供給量と同ＮＯｘ触媒における還元剤消費量との差を算出し、該時系列データとしての算出値を逐次積算することで、ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量を算出するとよい（請求項１４）。
【００１３】
要するに、ＮＯｘ触媒における還元剤の供給と消費との収支の時系列データに基づいて還元剤吸着量を算出する構成において、還元剤吸着量の算出誤差（推定の誤差）が生じることは不可避である。その算出誤差の要因としては、還元剤添加に伴う還元剤供給量及びＮＯｘ反応に伴う還元剤消費量等（時系列データ）を算出する上での各種パラメータの計測誤差、算出誤差等が考えられる。また、都度の時系列データに含まれる誤差を正しく求めることは困難である。この場合、還元剤吸着量の算出誤差が原因で、その還元剤吸着量の算出値を用いた制御、例えば還元剤添加制御の精度が低下することが懸念される。
【００１４】
この点、本発明では、ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量に応じて還元剤吸着量の算出誤差に違いが生じることに着目し、ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量又はそれに相関するパラメータに基づき決定されるタイミングで、還元剤吸着量の初期化を実施する構成とした。このため、還元剤吸着量の算出結果に含まれる算出誤差を把握しつつ同算出誤差が大きくなるのを待って、すなわち、還元剤吸着量の誤差があらかじめ定めた所定量よりも大きくなる所定の誤差発生状態になるのを待って、還元剤吸着量の初期化を実施することが可能となる。したがって、都度の時系列データに含まれる誤差が蓄積されその誤差の蓄積により還元剤吸着量の誤差が明確に把握できる状態で、還元剤吸着量の初期化処理、換言すれば誤差解消の処理を実施することが可能となる。その結果、ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量の算出精度を高め、ひいては同ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化を好適に行わせることができる。
【００１５】
還元剤吸着量に基づいて還元剤添加手段による還元剤添加量を制御する構成（請求項１５）にあっては、上記のとおり還元剤吸着量の算出精度が高められることにより、還元剤添加量の制御精度を高めることが可能となる。
【００１６】
請求項１に記載の発明では、ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量を逐次積算してＮＯｘ量積算値を算出し、ＮＯｘ量積算値があらかじめ定めた所定値になったタイミングで前記初期化を実施する。
【００１７】
ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量は内燃機関の運転状態等に応じて時々刻々変化する。そして、例えば、時系列的に見て高負荷運転が継続されることでＮＯｘ量が多くなる場合、又は高回転状態が継続されることでＮＯｘ量が多くなる場合には、ＮＯｘ量の計測誤差が大きくなること等に起因して還元剤吸着量の算出誤差が大きくなると考えられる。逆に、ＮＯｘ量が少ない場合には、還元剤吸着量の算出誤差はさほど大きくないと考えられる。この点、上記のとおりＮＯｘ量積算値に基づいて初期化のタイミングが決定される構成によれば、機関運転状態ごとのＮＯｘ量変化に応じて還元剤吸着量の初期化を要するタイミングを適正に判断できる。本構成では、高負荷又は高回転の機関運転状態が継続される場合等では、比較的短い時間間隔で、すなわち比較的頻繁に還元剤吸着量の初期化を行わせることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明では、前記初期化の実施の都度、次回の初期化タイミングを決定する。ここで、請求項３に記載したように、初期化実施時における前記ＮＯｘ量に基づいて次回の初期化タイミングを決定するとよい。
【００１９】
この場合、上述した請求項１の発明と同様に、還元剤吸着量の初期化を要するタイミングを適正に判断できる。本構成では、高負荷又は高回転の機関運転状態が継続される場合等では、比較的短い時間間隔で、すなわち比較的頻繁に還元剤吸着量の初期化を行わせることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明では、ＮＯｘ触媒の実際のＮＯｘ浄化率を算出する。そして、あらかじめ定めた還元剤吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を用い、その時の実際のＮＯｘ浄化率により還元剤吸着量の初期化を実施する。この場合、還元剤吸着量とＮＯｘ浄化率とには相関があり（例えば図７参照）、この相関関係を用いることにより、適正なる還元剤吸着量の初期化が可能となる。
【００２１】
初期化の実施タイミングになったとしても、その初期化に用いるＮＯｘ浄化率（初期化データ）が適正でないと、還元剤吸着量の信頼性が低下すると考えられる。そこで、請求項５，７，１０に記載したように、初期化の実施タイミングにおいてＮＯｘ浄化率（その時の算出値）が当該初期化に用いる上で適正かどうかを判定し、適正である旨判定された場合に、還元剤吸着量の初期化を実施するとよい。この場合、ＮＯｘ浄化率により還元剤吸着量を初期化する際の信頼性を向上させることができる。要するに、初期化データとしてＮＯｘ浄化率を用いる場合、内燃機関の運転状態や排気状態等によってＮＯｘ浄化率の算出精度に大きな差異が生じる。それゆえに、ＮＯｘ浄化率の算出精度が高い条件を選別しつつ同ＮＯｘ浄化率の適否を判定することが必要となる。
【００２２】
また、請求項８，１１に記載の発明では、あらかじめ定めた還元剤吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を用い、実際のＮＯｘ浄化率の算出値により還元剤吸着量の初期化を実施する構成において、ＮＯｘ浄化率が初期化に用いる上で適正かどうかを判定し、前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨判定されたことを条件に、初期化の実施を許可することとしている。本構成は、還元剤吸着量の算出誤差を逐次把握して初期化の実施タイミングを決定する手段を具備するものではないが、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率が初期化データとして適正に用いることができることを条件に還元剤吸着量の初期化を実施するものであるため、前記同様、ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量の算出精度を高め、ひいては同ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化を好適に行わせることができる。
【００２３】
ＮＯｘ浄化率の適否判定手段として具体的には、以下の（１）〜（３）の少なくともいずれかを採用するとよい。
【００２４】
（１）ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量を一パラメータとして前記ＮＯｘ浄化率を算出する構成において、ＮＯｘ量が所定量以上である場合に、前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨を判定する（請求項６〜８）。
【００２５】
つまり、ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量は、ＮＯｘセンサ等の各種センサの出力値を用いて計測又は推定されるが、その精度は、ＮＯｘ量が小さい時の方が誤差の割合が大きくなる。したがって、ＮＯｘ量は多い場合の方がＮＯｘ浄化率の算出精度が高く、還元剤吸着量の初期化の精度を向上できる。
【００２６】
（２）ＮＯｘ触媒における還元剤の余剰排出（アンモニアスリップ）が発生する状態であるかどうかを判定し、還元剤余剰排出の発生状態でないと判定される場合に、前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨を判定する（請求項１２）。より具体的には、ＮＯｘ触媒の温度が所定値よりも低い場合、ＮＯｘ浄化率が所定値よりも大きい場合のいずれかで、還元剤余剰排出の発生状態でないと判定されるとよい。
【００２７】
つまり、ＮＯｘ浄化率は、一般にＮＯｘ触媒の上流側ＮＯｘ量と下流側ＮＯｘ量とに基づいて算出されるが、還元剤の余剰排出（アンモニアスリップ）が発生する場合には、触媒下流側における還元剤成分（アンモニア成分等）により下流側ＮＯｘ量が誤検出されるおそれがあり、ＮＯｘ浄化率の算出精度が低下する。これは、ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ触媒下流側のＮＯｘセンサ）がＮＯｘ成分以外にアンモニア成分等も検出してしまうからである。この点、還元剤余剰排出の発生状態でないことを条件にＮＯｘ浄化率を適正とする構成によれば、還元剤余剰排出に起因するＮＯｘ浄化率の算出精度低下を抑制できる。
【００２８】
（３）ＮＯｘ触媒の温度を検出し、該検出したＮＯｘ触媒温度が所定の温度範囲内にある場合に、前記ＮＯｘ浄化率が適正である旨を判定する（請求項１３）。より具体的には、ＮＯｘ浄化率を適正判定するための温度範囲の上限値は、還元剤の余剰排出が発生しやすくなる還元剤吸着限界温度（アンモニア吸着限界温度）であるとよい（図６参照）。また、同下限値は、ＮＯｘ触媒の活性温度であるとよい。
【００２９】
つまり、ＮＯｘ触媒温度が所定の温度範囲の上限値（アンモニア吸着限界温度）よりも高い場合には、還元剤余剰排出の発生によりＮＯｘ浄化率の算出精度が低下する。また、ＮＯｘ触媒温度が所定の温度範囲の下限値（触媒活性温度）よりも低い場合には、ＮＯｘ触媒での還元反応低下により、還元剤吸着量に関係なくＮＯｘ浄化率そのものが低下する。この点、ＮＯｘ触媒温度が所定の温度範囲内にあることを条件にＮＯｘ浄化率を適正とする構成によれば、ＮＯｘ浄化率の算出精度低下を抑制できる。
【００３０】
また、初期化の実施タイミングでＮＯｘ浄化率が不適となったとしても、それで初期化自体が実施できなくなるのは不都合である。この点、請求項９〜１１に記載の発明では、前記ＮＯｘ浄化率が適正でない旨判定された場合、所定時間の待機の後に同ＮＯｘ浄化率の再演算を実施する。これにより、還元剤吸着量の初期化を好適に実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る排気浄化装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
本実施形態の排気浄化装置は、選択還元型触媒を用いて排気中のＮＯｘを浄化するものであり、尿素ＳＣＲシステムとして構築されている。はじめに、図１を参照してこのシステムの構成について詳述する。図１は、本実施形態に係る尿素ＳＣＲシステムの概要を示す構成図である。本システムは、自動車に搭載されたディーゼルエンジン（図示略）により排出される排気を浄化対象として、排気を浄化するための各種アクチュエータ及び各種センサ、並びにＥＣＵ（電子制御ユニット）４０等を有して構築されている。
【００３３】
エンジン排気系の構成として、図示しないエンジン本体に接続され排気通路を形成する排気管１１には、上流側から順に酸化触媒１２、選択還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）１３が配設されている。排気管１１において酸化触媒１２とＳＣＲ触媒１３との間には、還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管１１内に添加供給するための尿素水添加弁１５が設けられるとともに、ＮＯｘセンサ１６と温度センサ１７とが設けられている。また、排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の下流側には、ＮＯｘセンサ１８が設けられている。ＮＯｘセンサ１６はＳＣＲ触媒１３の上流側にて排気中のＮＯｘ濃度を検出し、ＮＯｘセンサ１８はＳＣＲ触媒１３の下流側にて排気中のＮＯｘ濃度を検出する。以下の説明では、ＮＯｘセンサ１６を「上流側ＮＯｘセンサ」、ＮＯｘセンサ１８を「下流側ＮＯｘセンサ」とも称する。
【００３４】
排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の更に下流側には、同触媒１３から排出されるアンモニア（ＮＨ3）、すなわち余剰のアンモニアを除去するためのアンモニア除去装置として酸化触媒１９が設けられている。その他、排気管１１において酸化触媒１２よりも上流側には、エンジン本体から排出される排気の温度を検出する温度センサ２０が設けられている。
【００３５】
上述した排気系の構成では、エンジン本体から排出された排気は酸化触媒１２を通過し、その際、酸化触媒１２の酸化作用により排気中のＮＯ（一酸化窒素）がＮＯ2（二酸化窒素）に変換される。そしてその後、ＳＣＲ触媒１３では、アンモニアによるＮＯｘ還元が行われる。ＮＯｘ還元の詳細は後述する。
【００３６】
なお、酸化触媒１２は、ＰＭ除去装置としてのＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）と一体の装置として設けられていてもよい。この場合、ＤＰＦの上流側に酸化触媒１２を設けるか、或いはＤＰＦを担体としてそのセル表面に白金等を担持することで酸化触媒１２を一体化する。ちなみに、ＤＰＦは、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する連続再生式のＰＭ除去用フィルタであり、ＤＰＦに捕集されたＰＭは、ディーゼルエンジンにおけるメイン燃料噴射後のポスト噴射等により燃焼除去され（再生処理に相当）、これによりＤＰＦの継続使用が可能となっている。
【００３７】
ＳＣＲ触媒１３はＮＯｘの還元反応（排気浄化反応）を促進するものであり、
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ    …（式１）
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ    …（式２）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ      …（式３）
のような反応を促進して排気中のＮＯｘを還元する。そして、これらの反応においてＮＯｘの還元剤となるアンモニア（ＮＨ3）を添加供給するものが、同ＳＣＲ触媒１３の上流側に設けられた尿素水添加弁１５である。
【００３８】
尿素水添加弁１５は、ガソリン噴射用の既存の燃料噴射弁（インジェクタ）とほぼ同様の構成を有するものであり、公知の構成が採用できるため、ここでは構成を簡単に説明する。尿素水添加弁１５は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、先端噴孔部を開閉するためのニードルを有する弁体部とを備えた電磁式開閉弁として構成されており、ＥＣＵ４０からの噴射駆動信号に基づき開弁又は閉弁する。すなわち、噴射駆動信号に基づき電磁ソレノイドが通電されると、該通電に伴いニードルが開弁方向に移動し先端噴孔部１５ａから尿素水が添加（噴射）される。
【００３９】
尿素水添加弁１５に対しては、尿素水タンク２１から尿素水が逐次供給されるようになっており、次に、尿素水供給系の構成について説明する。
【００４０】
尿素水タンク２１は給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定濃度（３２．５％）の尿素水が貯蔵されている。尿素水タンク２１内には、尿素水に浸漬した状態で尿素水ポンプ２２が設けられている。尿素水ポンプ２２は、ＥＣＵ４０からの駆動信号により回転駆動される電動式ポンプである。尿素水ポンプ２２には尿素水供給管２３の一端が接続されており、同尿素水供給管２３の他端は尿素水添加弁１５に接続されている。尿素水供給管２３により尿素水通路が形成されている。尿素水ポンプ２２が回転駆動されることにより、尿素水が汲み上げられ尿素水供給管２３を通じて尿素水添加弁１５側に吐出される。
【００４１】
尿素水ポンプ２２は、例えば駆動源として電動機（モータ）を備えるタービン式ポンプであり、電動機の駆動に伴いインペラが回転するとともにインペラ外周部に設けられた多数の羽根溝から尿素水が圧送されるようになっている。なお、尿素水ポンプ２２としてはロータ式ポンプ等、他のポンプが適用されてもよい。また、本システムには、尿素水の圧力を調整するための圧力調整弁２４が設けられており、尿素水ポンプ２２の吐出圧力は圧力調整弁２４によって適宜調整される。その他、尿素水ポンプ２２の吐出口部分には、尿素水を濾過するためのフィルタ（図示略）が設けられており、逐次吐出される尿素水はフィルタにより異物が除去された後、尿素水供給管２３に吐出される。
【００４２】
上記システムの中で電子制御ユニットとして主体的に排気浄化に係る制御を行う部分がＥＣＵ４０である。ＥＣＵ４０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、各種センサの検出値に基づいて所望とされる態様で尿素水添加弁１５をはじめとする各種アクチュエータを操作することにより、排気浄化に係る各種の制御を行うものである。具体的には、例えば尿素水添加弁１５の通電時間（開弁時間）や尿素水ポンプ２２の駆動量等を制御することにより、適切な時期に適正な量の尿素水を排気管１１内に添加供給する。
【００４３】
本実施形態に係る上記システムでは、エンジン運転時において、尿素水ポンプ２２の駆動により尿素水タンク２１内の尿素水が尿素水供給管２３を通じて尿素水添加弁１５に圧送され、尿素水添加弁１５により排気管１１内に尿素水が添加供給される。すると、排気管１１内において排気と共に尿素水がＳＣＲ触媒１３に供給され、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯｘの還元反応が行われることによってその排気が浄化される。ＮＯｘの還元に際しては、例えば、
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2    …（式４）
のような反応をもって、尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3）が生成され、ＳＣＲ触媒１３にアンモニアが吸着するとともに同ＳＣＲ触媒１３において排気中のＮＯｘがアンモニアにより選択的に還元除去される。すなわち、同ＳＣＲ触媒１３上で、そのアンモニアに基づく還元反応（上記反応式（式１）〜（式３））が行われることによって、ＮＯｘが還元、浄化されることになる。
【００４４】
ここで、尿素水添加弁１５の尿素水添加量は、例えば図２に機能ブロック図として示す構成にて演算される。なお、図２中、各ブロックの出力等には、（１）〜（７）の数字を付している。
【００４５】
図２では、まずはアンモニア吸着量の算出に関して、ＳＣＲ触媒１３の上流側におけるＮＯｘ量（以下、上流側ＮＯｘ量（１）という）を算出する上流側ＮＯｘ量算出部Ｍ１と、ＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量（以下、下流側ＮＯｘ量（２）という）を算出する下流側ＮＯｘ量算出部Ｍ２と、上流側ＮＯｘ量（１）に基づいて尿素水添加弁１５による尿素水添加量の基本値である基本添加量（３）を算出する基本添加量算出部Ｍ３と、基本添加量算出部Ｍ３にて算出した基本添加量（３）を、後述する補正量算出部Ｍ７にて算出した添加量補正値（７）で補正して尿素水添加量（４）を算出する添加量補正部Ｍ４と、上流側／下流側の各ＮＯｘ量算出部Ｍ１，Ｍ２にて算出したＮＯｘ量（１）（２）の差（＝上流側ＮＯｘ量−下流側ＮＯｘ量）とその時の尿素水添加量（４）とに基づいてアンモニア吸着量（５）を算出するアンモニア吸着量算出部Ｍ５とを備えている。
【００４６】
なお、上流側ＮＯｘ量算出部Ｍ１において、エンジン本体からのＮＯｘ排出量を上流側ＮＯｘ量（１）として算出することも可能である。
【００４７】
また、添加量補正値の算出に関して、上述したアンモニア吸着量算出部Ｍ５と、アンモニア吸着量の目標値（６）を設定する目標値設定部Ｍ６と、アンモニア吸着量（５）と目標値（６）との偏差に基づいて添加量補正値（７）を算出する補正量算出部Ｍ７とを備えている。
【００４８】
基本添加量（３）と添加量補正値（７）との和である尿素水添加量（４）が尿素水添加弁１５に対する出力値に相当し、この尿素水添加量（４）により尿素水添加弁１５が開弁駆動されて尿素水添加制御が実行される。
【００４９】
アンモニア吸着量算出部Ｍ５について補足説明する。同算出部Ｍ５では、その時々の尿素水添加量（４）に基づいて尿素水添加ごとのＳＣＲ触媒１３に対するアンモニア供給量ＶＡを算出するとともに、上流側ＮＯｘ量（１）と下流側ＮＯｘ量（２）との差であるＮＯｘ反応量に基づいてアンモニア消費量ＶＢを算出する。そして、それらアンモニア供給量ＶＡとアンモニア消費量ＶＢとにより、尿素水添加弁１５の尿素水添加の都度生じるアンモニア吸着の量である吸着発生量ＶＣを算出し、さらに、その吸着発生量ＶＣを逐次積算することで、ＳＣＲ触媒１３における実吸着量であるアンモニア吸着量（５）を算出する。要するに、その時々のアンモニア供給量ＶＡとアンモニア消費量ＶＢとの差である吸着発生量ＶＣ（＝ＶＡ−ＶＢ）がＳＣＲ触媒１３での「還元剤収支の時系列データ」であり、その吸着発生量ＶＣが所定の時間周期で算出されるとともにその算出値が逐次積算されることで、ＳＣＲ触媒１３における実際のアンモニア吸着量（５）が算出（推定）されるようになっている。
【００５０】
ところで、アンモニア吸着量（５）を算出する場合には、種々の要因で誤差（実際の吸着量と算出値との誤差）が生じることが考えられ、アンモニア吸着量（５）に誤差が含まれることで、尿素水添加量の制御が好適に行われず、結果としてＮＯｘ浄化率が低下したりアンモニアスリップが発生したりすることが懸念される。アンモニア吸着量の算出誤差の要因としては、各種センサの測定誤差、アンモニアスリップ、尿素水の副反応などが含まれる。かかる場合、アンモニア吸着量（５）は、所定の時間周期で算出される吸着発生量ＶＣの積算値として算出されるものであり、吸着発生量ＶＣにその都度、算出誤差が含まれるとすると、アンモニア吸着量（５）の積算が進むにつれ、算出誤差が徐々に大きくなると考えられる。こうして算出誤差が大きくなり、そのままアンモニア吸着量に基づく制御が継続されると、かかる制御が意味をなさなくなり、かえって不都合が生じるとも考えられる。
【００５１】
そこで本実施形態では、アンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を表した触媒特性（図７参照）を利用し、ＳＣＲ触媒１３のＮＯｘ浄化率に基づいてアンモニア吸着量（５）の初期化処理を適宜実施する。この初期化処理によりアンモニア吸着量（５）の算出誤差が排除されるため、算出誤差が生じている状況下であっても好適なるＮＯｘ浄化制御に復帰させることが可能となる。特に本実施形態では、ＳＣＲ触媒１３に導入されるＮＯｘ量に応じてアンモニア吸着量（５）の算出誤差に違いが生じることに着目し、同ＮＯｘ量又はそれに相関するパラメータに基づいて初期化の実施タイミングを決定する構成としている。これにより、アンモニア吸着量（５）の算出誤差を把握しつつ同算出誤差が大きくなるのを待って、すなわち、アンモニア吸着量の誤差があらかじめ定めた所定量よりも大きくなる所定の誤差発生状態になるのを待って、アンモニア吸着量（５）の初期化を実施することが可能となる。具体的には、ＳＣＲ触媒１３に導入されるＮＯｘ量を逐次積算してＮＯｘ量積算値（ＮＯｘ量に相関するパラメータに相当）を算出し、そのＮＯｘ量積算値に基づいて初期化の実施タイミングを決定することとしている。
【００５２】
なお、ＮＯｘ量積算値を初期化実施の都度０にクリアすることで、アンモニア吸着量の前回の初期化実施時を基準とする間隔で次回の初期化のタイミングを決定する構成としている。
【００５３】
また、上記のようにアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係（触媒特性）を利用し、ＳＣＲ触媒１３のＮＯｘ浄化率に基づいてアンモニア吸着量（５）の初期化処理を実施する場合、ＳＣＲ触媒１３における実際のＮＯｘ浄化率が極力高い精度で算出されていることが望ましい。そこで本実施形態では、以下に示す実施条件が成立している場合にＮＯｘ浄化率の算出を行うこととし、そしてその算出値に基づいてアンモニア吸着量の初期化処理を実施する。
（Ａ）ＳＣＲ触媒１３に導入されるＮＯｘ量が所定値Ｋ１以上であること
（Ｂ）ＳＣＲ触媒１３に導入されるＮＯｘ量の増減が所定値Ｋ２よりも小さいこと
（Ｃ）ＳＣＲ触媒温度が所定値Ｋ３（アンモニアスリップ判定値）よりも低いこと
（Ｄ）ＳＣＲ触媒温度が所定値Ｋ４（触媒活性判定値）よりも高いこと
（Ｅ）ＮＯｘ浄化率が所定値Ｋ５（アンモニアスリップ判定値）以下であること
なお、上記の（Ａ）（Ｂ）において、「ＳＣＲ触媒１３に導入されるＮＯｘ量」を「エンジン本体からのＮＯｘ排出量」に置き換えることも可能である。ＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側の各ＮＯｘセンサ１６，１８の検出値などに基づいて算出される。上記（Ａ）〜（Ｅ）の各所定値Ｋ１〜Ｋ５はそれぞれ個別に設定される値である。以下、上記の各条件について個別に説明する。
【００５４】
（Ａ）ＳＣＲ触媒１３に導入されるＮＯｘ量が所定値Ｋ１以上であること
ＮＯｘセンサ等の各種センサの計測精度は、測定値が小さい時の方が誤差の割合が大きくなる。したがって、ＮＯｘ量が多い場合の方がＮＯｘ浄化率の算出精度が高く、アンモニア吸着量（５）の初期化の精度を向上できる。
【００５５】
（Ｂ）ＳＣＲ触媒１３に導入されるＮＯｘ量の増減が所定値Ｋ２よりも小さいこと
ＳＣＲ触媒１３では、導入ＮＯｘ量が急に増加すると、排気流や触媒での反応時間による遅れに起因して一時的にアンモニアの供給が不足し、ＮＯｘ浄化率が低下する。また、導入ＮＯｘ量が減少すると、ＮＯｘ浄化率が上昇する。このとき、導入ＮＯｘ量が増加する場合にはＮＯｘ浄化率の算出値が小さい値になりやすく、導入ＮＯｘ量が減少する場合にはＮＯｘ浄化率の算出値が大きい値になりやすくなる。また、排気流量の変化に伴うＮＯｘ量変化が生じるとＮＯｘセンサの検出誤差が大きくなるため、導入ＮＯｘ量がより安定した条件の方がＮＯｘ浄化率が正しく算出される可能性が高い。センサ検出誤差を小さくする観点で言えば、排気温度の変化も小さい方が望ましい。
【００５６】
エンジンの運転状態が定常状態にある場合、より具体的には、エンジン回転速度、燃料噴射量、吸気流量、排気温度などの各値が安定しており、それら各値の所定時間あたりの変化量が所定値未満である場合には、導入ＮＯｘ量の増減が比較的小さい状態となる。したがって、エンジンの運転状態が定常状態にあることに基づいて、導入ＮＯｘ量の増減が所定値Ｋ２よりも小さいことを判定することも可能である。
【００５７】
（Ｃ）ＳＣＲ触媒温度が所定値Ｋ３（アンモニアスリップ判定値）よりも低いこと
ＳＣＲ触媒１３において触媒温度とアンモニア吸着量の限界値とは図６に示す関係にあり、触媒温度が高い場合には、ＳＣＲ触媒１３へのアンモニア吸着量の限界値が小さく、アンモニアスリップが発生しやすい。また、アンモニアスリップが発生した場合には、ＳＣＲ触媒下流側のＮＯｘセンサにおいてＮＯｘと共にアンモニアが検出されてしまい、結果としてＮＯｘ浄化率に算出誤差が生じる。つまり、アンモニア検出分だけＮＯｘセンサ出力が増加してしまい、このセンサ出力を基に算出されるＮＯｘ浄化率が低下する。そして、ＮＯｘ浄化率の低下により、アンモニアを増やす方向に誤った制御が行われてしまう。これを避けるため、触媒温度が高くアンモニアスリップのおそれがある場合には、ＮＯｘ浄化率によるアンモニア吸着量（５）の初期化を禁止する。具体的には、図６において、アンモニア吸着量がほぼ最小値となるアンモニア吸着限界温度Ｔｍａｘに基づいて所定値Ｋ３を定めておき（例えばＫ３＝Ｔｍａｘ）、触媒温度＜Ｋ３の場合のみ、ＮＯｘ浄化率によるアンモニア吸着量（５）の初期化を実施する。
【００５８】
（Ｄ）ＳＣＲ触媒温度が所定値Ｋ４（触媒活性判定値）よりも高いこと
ＳＣＲ触媒１３が活性温度よりも低温であり非活性である場合には、尿素水を添加しても触媒中でＮＯｘの浄化反応が起こらない。かかる場合には、アンモニア吸着量やその誤差に関わらずＮＯｘ浄化率が低くなるため、ＮＯｘ浄化率からアンモニア吸着量を推定することができなくなる。したがって、アンモニア吸着量の初期化を行わない方がよい。すなわち、ＳＣＲ触媒１３が活性化温度以上であると推定される場合のみ、ＮＯｘ浄化率によるアンモニア吸着量（５）の初期化を実施する。
【００５９】
（Ｅ）ＮＯｘ浄化率が所定値Ｋ５（アンモニアスリップ判定値）以下であること
ＮＯｘ浄化率が所定値以下の場合は、ＮＯｘ量に対してアンモニアの過剰供給はなく、アンモニアスリップが発生していないと考えられる。このため、ＮＯｘセンサがアンモニアを誤検出している可能性は少なく、実際のＮＯｘ浄化率が正しく算出される可能性が高い。また、アンモニア吸着量−ＮＯｘ浄化率の特性は図７のようになり、アンモニア吸着量が増えるとＮＯｘ浄化率が向上するが、アンモニア吸着量が所定値（例えば図のＸ２）以上の場合には、ほとんどＮＯｘ浄化率に差がない。このため、ＮＯｘ浄化率が所定値（例えば図のＸ１）以下の場合はアンモニア吸着量を精度よく推定できるが、ＮＯｘ浄化率が所定値（例えば図のＸ１）以上の場合にアンモニア吸着量を精度よく推定するのは難しい。以上から、ＮＯｘ浄化率が所定値（図のＸ１を基に設定したＫ５）以下の場合のみ、ＮＯｘ浄化率によるアンモニア吸着量（５）の初期化を実施する。
【００６０】
図３は、本実施形態におけるアンモニア吸着量の初期化処理に関する機能ブロック図である。なお、図３中、各ブロックの出力等には説明の便宜上、（１１）〜（１５）の数字を付している。
【００６１】
図３では、ＳＣＲ触媒１３の上流側におけるＮＯｘ量（以下、上流側ＮＯｘ量（１１）という）を算出する上流側ＮＯｘ量算出部Ｍ１１と、ＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量（以下、下流側ＮＯｘ量（１２）という）を算出する下流側ＮＯｘ量算出部Ｍ１２と、上流側ＮＯｘ量（１１）と下流側ＮＯｘ量（１２）とによりＮＯｘ浄化率（１３）を算出するＮＯｘ浄化率算出部Ｍ１３と、上流側ＮＯｘ量（１１）を逐次積算してＮＯｘ量積算値（１４）を算出するＮＯｘ量積算値算出部Ｍ１４と、ＮＯｘ量やＳＣＲ触媒温度等に基づいて初期化処理の実施条件が成立しているか否かを判定する実施条件判定部Ｍ１５と、ＮＯｘ量積算値（１４）により決定される初期化タイミングでありかつ実施条件判定部Ｍ１５の判定結果（１５）が適正である場合にＮＯｘ浄化率（１３）に基づくアンモニア吸着量の初期化処理を実施する初期化実施部Ｍ１６とを備えている。
【００６２】
初期化実施部Ｍ１６は、上述した図２のアンモニア吸着量算出部Ｍ５での算出値、すなわちアンモニア吸着量（５）を初期化するものであり、初期化の実施タイミングで算出したＮＯｘ浄化率（１３）にて都度のアンモニア吸着量（５）を更新する。
【００６３】
なお、上流側／下流側のＮＯｘ量算出部Ｍ１１，Ｍ１２は、図２の上流側／下流側のＮＯｘ量算出部Ｍ１，Ｍ２と同じものである。
【００６４】
次に、ＥＣＵ４０による尿素水添加量の算出手順とアンモニア吸着量の初期化手順とについて詳しく説明する。図４は、尿素水添加量の算出処理を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ４０により所定の時間周期で繰り返し実行される。なお下記の説明では、各制御パラメータについて、上述した図２のブロック図で使用した符号を必要に応じて併記する。
【００６５】
図４において、ステップＳ１１では、ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側における各ＮＯｘ量である上流側ＮＯｘ量（１）と下流側ＮＯｘ量（２）とを算出する。このとき、上流側ＮＯｘ量（１）は、上流側ＮＯｘセンサ１６の出力値から検出した上流側ＮＯｘ濃度と、吸気管に設けたエアフロメータ（図示略）の出力値から検出した排気流量とに基づいて算出され、下流側ＮＯｘ量（２）は、下流側ＮＯｘセンサ１８の出力値から検出した下流側ＮＯｘ濃度と、エアフロメータ（図示略）の出力値から検出した排気流量とに基づいて算出される。なお、排気流量の算出に関し、エンジン回転速度や燃料噴射量等の運転状態パラメータからマップや数式を用いて排気流量を算出したり、排気管に設けた流量センサにより排気流量を計測したりすることも可能である。
【００６６】
次に、ステップＳ１２では、尿素水の基本添加量（３）を算出する。このとき、算出パラメータとして上流側ＮＯｘ量（１）を用い、その上流側ＮＯｘ量（１）が多いほど基本添加量（３）として大きい値を算出する。
【００６７】
その後、ステップＳ１３では、上流側ＮＯｘ量（１）と下流側ＮＯｘ量（２）との差によりＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ反応量を算出するとともに、そのＮＯｘ反応量に基づいてＳＣＲ触媒１３でのアンモニア消費量ＶＢを算出する。このとき、例えば、ＳＣＲ触媒１３の温度等を加味しつつＮＯｘ反応量からアンモニア消費量ＶＢを算出することが好ましい。
【００６８】
ステップＳ１４では、尿素水添加量（４）の前回値に基づいて、尿素水添加弁１５による前回の尿素水添加に伴い実際にＳＣＲ触媒１３に供給されたアンモニア量であるアンモニア供給量ＶＡを算出する。例えば、排気温度などを加味してアンモニア供給量ＶＡを算出することが好ましい。
【００６９】
ステップＳ１５では、アンモニア供給量ＶＡとアンモニア消費量ＶＢとの差分により、尿素水添加（アンモニア供給）に伴いＳＣＲ触媒１３に吸着するアンモニア量である吸着発生量ＶＣを算出する。続くステップＳ１６では、上記ステップＳ１５で算出した吸着発生量ＶＣを逐次積算してアンモニア吸着量（５）を算出する。
【００７０】
その後、ステップＳ１７では、あらかじめ定められたＳＣＲ触媒特性からＳＣＲ触媒１３のＮＯｘ浄化率の上限値を算出するとともに、その上限値からアンモニア吸着量の目標値（６）を算出する。このとき、ＳＣＲ触媒特性は、例えば図７のようにアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係として定められており、アンモニア吸着量に対してＮＯｘ浄化率がほぼ一定となる上限値（例えば図７のＸ１）を基にアンモニア吸着量の目標値が算出される。
【００７１】
ステップＳ１８では、アンモニア吸着量（５）と目標値（６）との偏差に基づいて添加量補正値（７）を算出する。本実施形態では、アンモニア吸着量に基づくフィードバック制御を実施することとしており、アンモニア吸着量（５）と目標値（６）との偏差を算出するとともに、例えばＰＩ又はＰＩＤ等のフィードバック手法を用いアンモニア吸着量の偏差が解消されるようにして添加量補正値（７）を算出する。
【００７２】
最後に、ステップＳ１９では、基本添加量（３）と添加量補正値（７）とを加算して尿素水添加量（４）を算出する。そして、この尿素水添加量（４）に基づいて尿素水添加弁１５により尿素水添加が実行される。
【００７３】
また、図５は、アンモニア吸着量の初期化処理を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ４０により所定の時間周期で繰り返し実行される。なお下記の説明では、各制御パラメータについて、上述した図２、図３のブロック図で使用した符号を必要に応じて併記する。
【００７４】
図５において、ステップＳ２１では、ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側における各ＮＯｘ量である上流側ＮＯｘ量（１１）と下流側ＮＯｘ量（１２）とを算出する。このとき、各ＮＯｘ量（１１）（１２）は、図４のステップＳ１１と同様の処理であり、その算出手法については前出の説明を参照されたい。なお、図４に引き続き図５が実行される場合には、ステップＳ１１の算出値をそのまま読み込む構成であってもよい。
【００７５】
次に、ステップＳ２２では、ＮＯｘ量積算値（１４）を算出する。このとき、ＮＯｘ量積算値（１４）は、図５（又は図４）の処理ごとに算出される上流側ＮＯｘ量（１１）を毎回積算することで算出される。なお、排気温度や、エンジン回転速度、燃料噴射量等を加味してＮＯｘ量積算値（１４）を算出することも可能である。
【００７６】
続くステップＳ２３では、ＮＯｘ量積算値（１４）が所定値ＫＡ以上であるか否かを判定する。所定値ＫＡは、初期化の実施タイミングを決定するべく設定された判定値であり、アンモニア吸着量（５）についての算出誤差の許容値に応じて設定されている。そして、ＮＯｘ量積算値＜ＫＴであればそのまま本処理を終了し、ＮＯｘ量積算値≧ＫＡであれば後続のステップＳ２４に進む。
【００７７】
ステップＳ２４では、上流側ＮＯｘ量（１１）と下流側ＮＯｘ量（１２）とによりＳＣＲ触媒１３における実際のＮＯｘ浄化率（１３）を算出する。ここで、ＮＯｘ浄化率（１３）は、上流側ＮＯｘ量（１１）と下流側ＮＯｘ量（１２）との差を上流側ＮＯｘ量（１１）により割ることで算出される。すなわち、ＮＯｘ浄化率をＸ１、上流側ＮＯｘ量をＹ１、下流側ＮＯｘ量をＹ２とすると、
Ｘ１＝（Ｙ１−Ｙ２）／Ｙ１
によりＮＯｘ浄化率Ｘ１が算出される。
【００７８】
また、ステップＳ２５では、ＮＯｘ量やＳＣＲ触媒温度等に基づいて初期化処理の実施条件が成立しているか否か、すなわち初期化データとしてのＮＯｘ浄化率が適正かどうかを判定する。ここで、初期化処理の実施条件には、前述のとおり次の（Ａ）〜（Ｅ）が含まれる。
（Ａ）ＳＣＲ触媒１３に導入されるＮＯｘ量が所定値Ｋ１以上であること
（Ｂ）ＳＣＲ触媒１３に導入されるＮＯｘ量の増減が所定値Ｋ２よりも小さいこと
（Ｃ）ＳＣＲ触媒温度が所定値Ｋ３（アンモニアスリップ判定値）よりも低いこと
（Ｄ）ＳＣＲ触媒温度が所定値Ｋ４（触媒活性判定値）よりも高いこと
（Ｅ）ＮＯｘ浄化率が所定値Ｋ５（アンモニアスリップ判定値）以下であること
なお本実施形態では、初期化処理の実施条件として上記（Ａ）〜（Ｅ）を全て用いるが、それらのうち何れかを実施条件から省くことも可能である。要は、上記（Ａ）〜（Ｅ）の少なくとも１つを含むようにして実施条件が定められていればよい。ＳＣＲ触媒温度については、ＳＣＲ触媒１３の上流側に設けた温度センサ１７の出力値により検出されるようになっている。
【００７９】
そして、初期化処理の実施条件が成立していればステップＳ２６に進み、成立していなければステップＳ２９に進む。
【００８０】
ステップＳ２６では、その時の実際のＮＯｘ浄化率（１３）から吸着量初期値を算出する。具体的には、例えば図７の関係を用い、その時の実際のＮＯｘ浄化率Ｘ３から吸着量初期値Ｘ４を算出する。
【００８１】
ステップＳ２７では、アンモニア吸着量（図４、ステップＳ１６の算出値）を吸着量初期値により初期化する。つまり、アンモニア吸着量をその時の吸着量初期値で更新する。その後、ステップＳ２８では、ＮＯｘ量積算値（１４）を０にクリアした後、本処理を終了する。
【００８２】
初期化処理の実施条件が不成立の場合（ステップＳ２５がＮＯの場合）にはステップＳ２９に進み、一定時間待機する。そして、一定時間の待機後に再び同実施条件を判定し、条件成立に伴い上述した初期化処理（Ｓ２６〜Ｓ２８）を実行する。
【００８３】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００８４】
ＳＣＲ触媒１３に導入されるＮＯｘ量に応じてアンモニア吸着量の算出誤差に違いが生じることに着目し、ＮＯｘ量積算値（１４）に基づき決定されるタイミングで、アンモニア吸着量（５）の初期化を実施する構成としたため、アンモニア吸着量（５）に含まれる算出誤差が大きくなるのを待って、アンモニア吸着量の初期化を実施することが可能となる。したがって、都度の時系列データ（吸着発生量ＶＣ）に含まれる誤差の蓄積によりアンモニア吸着量（５）の誤差が明確に把握できるようになった状態で、アンモニア吸着量（５）の初期化処理、換言すれば誤差解消の処理を実施することが可能となる。アンモニア吸着量（５）の信頼性が高められることで、そのアンモニア吸着量（５）に基づいて算出される尿素水添加量（４）の算出精度も向上する。その結果、ＳＣＲ触媒１３におけるアンモニア吸着量の算出精度を高め、ひいては同ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ浄化を好適に行わせることができるようになる。
【００８５】
ＮＯｘ量積算値（１４）に基づいて初期化の実施タイミングを判定する構成としたため、エンジンの負荷や回転状態に応じてＮＯｘ量が変化する場合にあってもアンモニア吸着量（５）の初期化を要するタイミングを適正に判断できる。本構成では、高負荷又は高回転のエンジン運転状態が継続される場合等では、比較的短い時間間隔で、すなわち比較的頻繁にアンモニア吸着量（５）の初期化を行わせることができる。
【００８６】
あらかじめ定めたアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を用い、その時の実際のＮＯｘ浄化率（１３）によりアンモニア吸着量（５）の初期化を実施する構成としたため、触媒特性を加味しつつ適正なるアンモニア吸着量の初期化が可能となる。
【００８７】
ＮＯｘ量積算値（１４）が所定値ＫＡ以上となり初期化の実施タイミングであると判定された場合において、アンモニア吸着量の初期化データであるＮＯｘ浄化率（１３）が適正かどうかを判定する構成としたため、信頼性の低い初期化データ（ＮＯｘ浄化率）の使用を排除し、アンモニア吸着量の初期化の精度を向上させることができる。
【００８８】
初期化データの適否を判定するための条件として、上述の（Ａ）〜（Ｅ）を定めたため、ＮＯｘセンサ等の各種センサの計測精度やアンモニアスリップなどの影響を受けず、ＮＯｘ浄化率（１３）を正しく求めることができ、アンモニア吸着量（５）の初期化の精度を向上できる。
【００８９】
初期化の実施タイミングとなりアンモニア吸着量（５）の初期化の前提条件が満たされたにもかかわらず、ＮＯｘ浄化率（１３）が適正でない旨判定された場合において、所定時間の待機の後に同ＮＯｘ浄化率（１３）の再演算を実施する構成としたため、アンモニア吸着量（５）の初期化を好適に実施できる。つまり、アンモニア吸着量の初期化の前提条件が満たされた時点又はその直後にＮＯｘ浄化率（１３）が不適となったとしても、それで初期化自体が実施できなくなるといった不都合を抑制できる。
【００９０】
（第２の実施形態）
次に、本発明における第２の実施形態を第１の実施形態との相違点を中心に説明する。上記実施形態では、ＮＯｘ量積算値（１４）を逐次算出し、そのＮＯｘ量積算値（１４）が所定値になったか否かにより初期化の実施タイミングであるかどうかを判定する構成としたが、本実施形態ではこれを変更し、アンモニア吸着量（５）の初期化を実施する都度、その時のＮＯｘ量に基づいて次回の初期化タイミングを決定する構成とする。この場合、初期化実施から時間が経過し、その後既定の初期化タイミングに達した時に初期化が実施されることとなる。
【００９１】
図８は、本実施形態におけるアンモニア吸着量の初期化処理を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ４０により所定の時間周期で繰り返し実行される。なお、図８において、ステップＳ３１，Ｓ３６以外の処理（Ｓ３２〜Ｓ３５，Ｓ３７）は、上述した図５と同様の処理である。
【００９２】
図８において、ステップＳ３１では、今現在、初期化タイミングであるか否かを判定する。初期化タイミングであるかどうかは、前回のアンモニア吸着量の初期化実施時にて設定した初期化間隔ＴＳに相当する時間が経過したかどうかにより判定する。そして、初期化タイミングであれば、すなわち前回の初期化から初期化間隔ＴＳに相当する時間が経過していれば後続のステップＳ３２に進み、初期化タイミングでなければ、すなわち初期化間隔ＴＳに相当する時間が経過していなければそのまま本処理を終了する。この場合、初期化タイミングであることは、アンモニア吸着量（５）の算出結果に含まれる算出誤差があらかじめ定めた所定量よりも大きくなる所定の誤差発生状態になったことに相当する。
【００９３】
ステップＳ３２では、ＳＣＲ触媒１３における実際のＮＯｘ浄化率（１３）を算出する（図５のステップＳ２４と同様）。その後、ステップＳ３３では、ＮＯｘ量やＳＣＲ触媒温度等に基づいて初期化処理の実施条件が成立しているか否か、すなわち初期化データとしてのＮＯｘ浄化率が適正かどうかを判定する（図５のステップＳ２５と同様）。そして、初期化処理の実施条件が成立していれば、ステップＳ３４，Ｓ３５で、その時の実際のＮＯｘ浄化率（１３）によりアンモニア吸着量（５）を初期化する（図５のステップＳ２６，Ｓ２７と同様）。
【００９４】
また、続くステップＳ３６では、次回の初期化タイミングを決定する。具体的には、図９に示す関係を用い、その時のＮＯｘ排出量（上流側ＮＯｘ量）に基づいて次回の初期化までの時間間隔である初期化間隔ＴＳを算出する。図９はＮＯｘ排出量と初期化間隔ＴＳとの関係を示す図であり、同図によれば、ＮＯｘ排出量が大きくなるほど、初期値間隔ＴＳとして大きい値が設定されるようになっている。例えば、エンジン負荷が高い場合、又はエンジンが高回転状態にある場合にはＮＯｘ排出量が多くなり、初期化間隔ＴＳとして比較的短い時間間隔が設定される。エンジン負荷が低い場合、又はエンジンが低回転状態にある場合にはその逆である。
【００９５】
なお、初期化処理の実施条件が不成立であれば、ステップＳ３７で一定時間の待機処理を実施する（図５のステップＳ２９と同様）。
【００９６】
本実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様に、ＳＣＲ触媒１３におけるアンモニア吸着量の算出精度を高めることが可能であり、ひいては同ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ浄化を好適に行わせることができるようになる。
【００９７】
また、アンモニア吸着量（５）の初期化を要するタイミングを適正に判断できる。本構成では、高負荷又は高回転のエンジン運転状態が継続される場合等に、比較的短い時間間隔で、すなわち比較的頻繁にアンモニア吸着量の初期化を行わせることができる。
【００９８】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
【００９９】
・上記第１の実施形態において、初期化の実施タイミングであるかどうかを判定するためのＮＯｘ量積算値の判定値（所定値ＫＡ）を固定値とする構成に代えて、同判定値を可変設定する構成としてもよい。例えば、同判定値をＳＣＲ触媒１３の劣化度合いに応じて可変に設定する。このとき、ＳＣＲ触媒１３の劣化度合いが大きいほど、判定値（所定値ＫＡ）を小さくするとよい。
【０１００】
・上記第１の実施形態では、アンモニア吸着量の初期化処理に関し、図３の機能ブロック図にて説明したように、上流側ＮＯｘ量算出部Ｍ１１と、下流側ＮＯｘ量算出部Ｍ１２と、ＮＯｘ浄化率算出部Ｍ１３と、ＮＯｘ量積算値算出部Ｍ１４と、実施条件判定部Ｍ１５と、初期化実施部Ｍ１６とを備える構成としたが、これを変更する。例えば、図３において、実施条件判定部Ｍ１５を削除した構成としてもよい。これは、初期化実施部Ｍ１６において、初期化タイミングでのＮＯｘ浄化率の適否判定を行わない構成に相当する。
【０１０１】
又は、図３において、ＮＯｘ量積算値算出部Ｍ１４を削除した構成としてもよい。これは、初期化実施部Ｍ１６において、ＮＯｘ量積算値（１４）による初期化タイミングの判定を行わない構成に相当する。つまりこれは、アンモニア吸着量（５）について所定の誤差発生状態になるのを待つのではなく、ＳＣＲ触媒１３のＮＯｘ浄化率が適正に算出できる状態であることを条件にアンモニア吸着量（５）の初期化を実施するものである。
【０１０２】
・上記第１の実施形態では、ＳＣＲ触媒温度を検出し、そのＳＣＲ触媒温度が所定の温度範囲内にあるかどうかにより、初期化データとしてのＮＯｘ浄化率の適否を判定する構成としたが、これを変更し、エンジン本体から排出される排気の温度を検出し、その排気温度に所定の温度範囲内にあるかどうかにより、初期化データとしてのＮＯｘ浄化率の適否を判定する構成とすることも可能である。
【０１０３】
・上記第２の実施形態では、アンモニア吸着量（５）の初期化実施時に次回の初期化タイミングを決定する際、その時のＮＯｘ排出量（上流側ＮＯｘ量）に基づいて初期化間隔ＴＳを算出する構成としていたが、これを変更する。例えば、アンモニア吸着量（５）の初期化実施時に次回の初期化タイミングを決定する際、あらかじめ定めた所定の時間間隔を設定する構成であってもよい。つまり、毎回同じ時間間隔（例えば、数１０分程度）でアンモニア吸着量（５）の初期化が行われる構成とする。本構成にあっても、都度の時系列データに含まれる誤差の蓄積によりアンモニア吸着量（５）の誤差が明確に把握できるようになった状態で、アンモニア吸着量（５）の初期化処理を実施することが可能であり、上記同様の効果が期待できる。
【０１０４】
・本発明を、上述した尿素ＳＣＲシステム以外で具体化することも可能である。例えば、アンモニア発生源として固体の尿素を用いその尿素から還元剤としての尿素水又はアンモニアを生成するシステム、アンモニア発生源として軽油などの燃料を用いるシステム、アンモニアを排気通路に直接添加するシステム、アンモニア以外の還元剤（ＨＣ等）を用いるシステムなどにおいて具体化することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】発明の実施の形態における排気浄化システムの概略を示す構成図。
【図２】尿素水添加量の算出に関する機能ブロック図。
【図３】アンモニア吸着量の初期化処理に関する機能ブロック図。
【図４】尿素水添加量の算出処理を示すフローチャート。
【図５】アンモニア吸着量の初期化処理を示すフローチャート。
【図６】触媒温度（排気温度）とアンモニア吸着量の限界値との関係を示す図。
【図７】アンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を示す図。
【図８】第２の実施形態におけるアンモニア吸着量の初期化処理を示すフローチャート。
【図９】ＮＯｘ量積算値と初期化間隔との関係を示す図。
【符号の説明】
【０１０６】
１１…排気管、１３…ＳＣＲ触媒（ＮＯｘ触媒）、１５…尿素水添加弁（還元剤添加手段）、４０…ＥＣＵ（吸着量算出手段、ＮＯｘ量算出手段、初期化実施手段、浄化率算出手段、適否判定手段、及び触媒温度検出手段）。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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