(57)【要約】【課題】酸化触媒装置での再ＮＯｘ化によるＮＯｘ放出量の増大をより的確に抑制することのできる排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置は、ディーゼル機関の排気通路１９に、尿素添加弁４０、前段ＳＣＲ装置４１、後段ＳＣＲ装置４２およびＡＳＣ装置４３が上流側から順に設けられた尿素ＳＣＲシステムを備える。尿素添加弁４０からの排気に対する尿素水の添加量を制御する電子制御ユニット５６は、ＡＳＣ装置４３の流出ＮＯｘ量が前段ＳＣＲ装置４１の流入ＮＯｘ量よりも多いときに、ＡＳＣ装置４３を冷却するための尿素水添加量の増量補正を行う。【選択図】図１
2016160830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に、アンモニアの前駆体の水溶液を排気に添加する添加弁、前記水溶液から生成されたアンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元する選択還元型触媒装置、および前記選択還元型触媒装置から流出したアンモニアを酸化する酸化触媒装置が上流側から順に設けられるとともに、前記添加弁の前記水溶液の添加量を制御する添加量制御部を備える排気浄化装置において、
前記選択還元型触媒装置に流入する排気中の窒素酸化物の流量を同選択還元型触媒装置の流入ＮＯｘ量とし、前記酸化触媒装置から流出する排気中の窒素酸化物の流量を同酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量としたとき、
前記添加量制御部は、前記酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量が前記選択還元型触媒装置の流入ＮＯｘ量よりも多いときには、前記酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量が前記選択還元型触媒装置の流入ＮＯｘ量以下のときに比して前記水溶液の添加量を増量する増量処理を行う、
ことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記酸化触媒装置から流出した排気の温度を同酸化触媒装置の出ガス温度とし、前記酸化触媒装置においてアンモニアから生成される窒素酸化物の量が規定値以下となる前記酸化触媒装置の出ガス温度の上限値を再ＮＯｘ化開始温度としたとき、
前記添加量制御部は、前記増量処理による前記添加量の増量中に前記酸化触媒装置の出ガス温度が前記再ＮＯｘ化開始温度未満となったときには、同増量処理による前記添加量の増量を停止する、
請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記添加量制御部は、前記増量処理による前記添加量の増量中に前記酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量が規定値以下となったときには、同添加量の増量を停止する、請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記添加量制御部は、前記増量処理による前記添加量の増量中に前記酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量が前記選択還元型触媒装置の流入ＮＯｘ量以下となったときには、同増量処理による前記添加量の増量を停止する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記添加量制御部は、前記選択還元型触媒装置の現状のアンモニア吸着能力に応じて算出された基準添加量に基づき前記添加量を決定するとともに、前記増量処理による前記添加量の増量時には、前記基準添加量に基づき決定された前記添加量に対して、前記酸化触媒装置を冷却するための同添加量の増量補正を行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記添加量制御部は、前記酸化触媒装置から流出する排気の温度が高いほど、前記増量補正の量を大きくする、請求項５に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアを還元剤とした選択触媒還元により排気中の窒素酸化物を浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記のような排気浄化装置として特許文献１に記載の装置が知られている。同文献に記載の排気浄化装置は、ディーゼル機関の排気通路に設置されるものであり、尿素添加弁、選択還元型触媒装置、および酸化触媒装置を備える。尿素添加弁は、アンモニアの前駆体である尿素の水溶液、すなわち尿素水を、排気通路を流れる排気に添加する。選択還元型触媒装置は、排気通路における尿素添加弁の下流側に設置され、添加された尿素水中の尿素から生成されたアンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化する。酸化触媒装置は、排気通路における選択還元型触媒装置の下流側に設置され、選択還元型触媒装置から流出したアンモニアを酸化して無害な水と窒素に分解することで、外気へのアンモニアの放出を抑制する。
【０００３】
さらに、上記文献１の排気浄化装置は、選択還元型触媒装置の冷却が必要となったときに、排気を冷却するための尿素水添加制御を実施して、尿素水の気化潜熱により同選択還元型触媒装置に流入する排気を冷却している。そして、同排気浄化装置では、このときの尿素水の添加量を、その尿素水から生成されるアンモニアの量が、選択還元型触媒装置での窒素酸化物の還元に使用されるアンモニアの量と酸化触媒装置で酸化可能なアンモニアの量と合計分以下となるように設定することで、アンモニアの放出を抑えつつ、排気を冷却できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０５１５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、酸化触媒装置は、その触媒床温が同触媒装置に担持された酸化触媒の活性温度以上であるときに活性となって、下式（１）に示す反応により、選択還元型触媒装置から流出したアンモニアを酸化して、無害な水と窒素に分解する。ところが、酸化触媒装置の触媒床温が、上記活性温度よりも高い一定の温度以上となると、下式（２）〜（４）に示す反応により、酸化触媒装置においてアンモニアからＮＯｘ成分が生成される、いわゆる酸化触媒装置での再ＮＯｘ化が発生して、外気へのＮＯｘ放出量が増加するようになる。
【０００６】
【化１】
2016160830.tif 000003
このとき、上述のような排気冷却用の尿素水の添加制御を実施して酸化触媒装置に流入する排気を冷却すれば、酸化触媒装置の触媒床温を下げて、再ＮＯｘ化によるＮＯｘ放出量の増大を抑えることが可能となる。ただし、酸化触媒装置での再ＮＯｘ化が発生していない状態でそうした排気冷却用の尿素水添加制御を実施しても、尿素水の添加量過多によりアンモニア放出量が増大するだけで、ＮＯｘ放出量は殆ど低減されないという結果を招くことになる。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、酸化触媒装置での再ＮＯｘ化によるＮＯｘ放出量の増大をより的確に抑制することのできる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】
【０００８】
上記課題を解決する排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に、アンモニアの前駆体の水溶液を排気に添加する添加弁、その水溶液から生成されたアンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元する選択還元型触媒装置、およびその選択還元型触媒装置から流出したアンモニアを酸化する酸化触媒装置が上流側から順に設けられるとともに、添加弁の水溶液の添加量を制御する添加量制御部を備える。そして、同排気浄化装置の添加量制御部は、酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量が選択還元型触媒装置の流入ＮＯｘ量よりも多いときには、酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量が選択還元型触媒装置の流入ＮＯｘ量以下のときに比して上記添加量を増量する増量処理を行うようにしている。なお、ここでの選択還元型触媒装置の流入ＮＯｘ量は、同選択還元型触媒装置に流入する排気中の窒素酸化物の流量を表している。また、ここでの酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量は、同酸化触媒装置から流出する排気中の窒素酸化物の流量を表している。
【０００９】
上記排気浄化装置では、アンモニアの前駆体の水溶液が添加弁により排気に添加され、その添加された水溶液中の前駆体からアンモニアが生成される。そして、排気通路における添加弁の下流側に設けられた選択還元型触媒装置では、そのアンモニアを還元剤として、排気中の窒素酸化物が還元される。こうした選択還元型触媒装置からは、余剰となったアンモニアが流出することがある。このときの流出したアンモニアは、排気通路における選択還元型触媒装置の下流側に設けられた酸化触媒装置において酸化されて浄化される。ただし、酸化触媒装置の触媒床温がある程度以上となると、酸化触媒装置においてアンモニアから窒素酸化物が生成されるようになる。
【００１０】
そうした酸化触媒装置での窒素酸化物の生成、いわゆる再ＮＯｘ化が発生していなければ、選択還元型触媒装置に流入してから酸化触媒装置から流出するまでの間に排気中の窒素酸化物の量は、選択還元型触媒装置での還元浄化により減少することはあっても、増加することはない。よって、酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量が選択還元型触媒装置の流入ＮＯｘ量よりも多ければ、酸化触媒装置での再ＮＯｘ化が発生している可能性が高いことになる。
【００１１】
上記排気浄化装置の添加量制御部は、酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量が選択還元型触媒装置の流入ＮＯｘ量よりも多いときには、酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量が選択還元型触媒装置の流入ＮＯｘ量以下のときに比して上記添加弁から排気への上記水溶液の添加量を増量する増量処理を実施する。この増量処理により添加量の増量が行われると、水溶液がその気化時に排気から奪う潜熱の量が増えるため、酸化触媒装置に流入する排気の温度が下がり、酸化触媒装置の触媒床温も低下する。そしてその結果、酸化触媒装置での再ＮＯｘ化が鎮静化されて、外気へのＮＯｘ放出量の増大が抑えられるようになる。一方、こうした排気冷却のための添加量の増量は、外気へのアンモニア放出量の増大を伴う。しかしながら、上記排気浄化装置では、そうした排気冷却のための添加量の増量は、酸化触媒装置での再ＮＯｘ化が発生している可能性が高いときに限定して実施されるため、アンモニア放出量の増大を招くだけでＮＯｘ放出量の抑制には殆ど寄与しない不要な添加量の増量の実施が抑制されるようになる。したがって、上記排気浄化装置によれば、酸化触媒装置での再ＮＯｘ化によるＮＯｘ放出量の増大をより的確に抑制することができる。
【００１２】
なお、酸化触媒装置から流出する排気の温度を同酸化触媒装置の出ガス温度とし、同酸化触媒装置においてアンモニアから生成される窒素酸化物の量が規定値以下となる酸化触媒装置の出ガス温度の上限値を再ＮＯｘ化開始温度としたとき、酸化触媒装置の出ガス温度が再ＮＯｘ化開始温度未満となれば、酸化触媒装置での再ＮＯｘ化は鎮静化する。よって、上記排気浄化装置の添加量制御部が、上記増量処理による添加量の増量中に酸化触媒装置の出ガス温度が再ＮＯｘ化開始温度未満となったときには、同増量処理による添加量の増量を停止するようにすれば、アンモニア放出量の増大を招く添加量の増量が、再ＮＯｘ化が鎮静した後も不要に継続されることが好適に抑制されるようになる。
【００１３】
また、上記排気浄化装置の添加量制御部が、上記増量処理による添加量の増量中に酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量が規定値以下となったときに、同添加量の増量を停止するようにしてもよい。こうした場合、酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量が規定値以下に低下するまで増量処理が継続されるため、外気へのＮＯｘの放出を、要求されるレベル以内により確実に抑えることが可能となる。
【００１４】
さらに、上述したように酸化触媒装置での再ＮＯｘ化が発生している可能性が高いのは、酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量が選択還元型触媒装置の流入ＮＯｘ量を超えるときである。よって、上記排気浄化装置の添加量制御部が、上記増量処理による添加量の増量中に酸化触媒装置の流出ＮＯｘ量が選択還元型触媒装置の流入ＮＯｘ量以下となったときには、同増量処理による前記添加量の増量を停止するようにすれば、アンモニア放出量の増大を招く添加量の増量の実施期間を、酸化触媒装置での再ＮＯｘ化が発生している可能性が高いときに限定することが可能となり、アンモニア放出量の不要な増大を抑えられる。
【００１５】
なお、上記排気浄化装置における添加量制御部は、選択還元型触媒装置の現状のアンモニア吸着能力に応じて算出された基準添加量に基づき添加量を決定するとともに、増量処理による添加量の増量時には、基準添加量に基づき決定された添加量に対して、酸化触媒装置を冷却するための同添加量の増量補正を行うように構成することが望ましい。添加弁からの上記水溶液の添加量を、選択還元型触媒装置の現状のアンモニア吸着能力に応じて算出された基準添加量に基づき決定することで、同選択還元型触媒装置の窒素酸化物の浄化能力を維持できるだけの添加量を確保することが可能となる。一方、上記増量処理による添加量の増量時には、そうして決定された添加量とは別に、酸化触媒装置を冷却するための添加量の増量分を求め、その分の添加量の増量補正を行うようにすれば、選択還元型触媒装置の窒素酸化物の浄化能力を維持しつつ、酸化触媒装置に流入する排気の冷却を好適に行うことが可能となる。
【００１６】
ちなみに、酸化触媒装置の触媒床温が高いほど、再ＮＯｘ化の鎮静には、より大幅な排気温度の低下が必要となる。酸化触媒装置の触媒床温は、同装置から流出する排気の温度と概ね一致する。よって、上記のような酸化触媒装置を冷却するための増量補正の量は、酸化触媒装置から流出する排気の温度が高いほど、大きくすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】排気浄化装置の第１実施形態が適用されたディーゼル機関の吸排気系の構成を模式的に示す略図。
【図２】同排気浄化装置に設けられたＡＳＣ装置の触媒床温と同ＡＳＣ装置のアンモニアおよびＮＯｘの流出量との関係を示すグラフ。
【図３】同排気浄化装置において実行される尿素水添加量演算ルーチンのフローチャート。
【図４】同尿素水添加量演算ルーチンにおいて演算される増量補正量とＡＳＣ装置の触媒床温との関係を示すグラフ。
【図５】排気浄化装置の第２実施形態において実行される尿素水添加量演算ルーチンのフローチャート。
【図６】排気浄化装置の第２実施形態において実行される尿素水添加量演算ルーチンのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、排気浄化装置の第１実施形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態の排気浄化装置は、車載用のディーゼル機関に適用されている。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の排気浄化装置が適用されたディーゼル機関の吸気通路１０には、上流側から順に、エアクリーナー１１、エアフローメーター１２、コンプレッサー１３、インタークーラー１４、Ｉ／Ｃ出ガス温度センサー１５、スロットルバルブ１６、吸気圧センサー２７が設けられている。エアクリーナー１１は、吸気中の不純物を濾過し、エアフローメーター１２は、吸気通路１０を流れる吸気の流量（吸入空気量）を検出する。コンプレッサー１３は、駆動に応じて吸気を加圧し、インタークーラー１４は、コンプレッサー１３通過後の吸気を冷却する。Ｉ／Ｃ出ガス温度センサー１５は、インタークーラー１４通過後の吸気の温度を検出し、スロットルバルブ１６は、その開度の変更に応じて吸入空気量を調整する。そして、吸気圧センサー２７は、吸気通路１０の、スロットルバルブ１６の下流側の部分における吸気の圧力を検出する。
【００２０】
吸気通路１０は、スロットルバルブ１６の下流側において、ディーゼル機関の各気筒１７に接続されている。ディーゼル機関の各気筒１７には、燃料を噴射するインジェクター１８がそれぞれ設けられている。そして、各気筒１７では、吸気通路１０を通じて導入された吸気とインジェクター１８から噴射された燃料との混合気が燃焼される。
【００２１】
各気筒１７での燃焼により生じた排気は、排気通路１９を通って外気に放出される。排気通路１９には、タービン２０が設置されている。タービン２０は、吸気通路１０に設けられたコンプレッサー１３と共に排気タービン式過給機を構成し、排気通路１９を流れる排気の流勢により回転してコンプレッサー１３を駆動する。なお、排気通路１９におけるタービン２０上流の部分には、同タービン２０に対する排気吹付口の開口面積を可変とする可変ノズル２１が設置されており、その可変ノズル２１の開度制御を通じてタービン２０の回転速度が調整されている。
【００２２】
さらに、ディーゼル機関には、排気の一部を吸気中に再循環させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）装置が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気通路１９におけるタービン２０の上流側の部分と吸気通路１０におけるスロットルバルブ１６の下流側の部分とを連通するＥＧＲ通路２２、そのＥＧＲ通路２２を通って吸気中に再循環される排気（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラー２３、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ２４を備える。また、ＥＧＲ装置は、ＥＧＲクーラー２３を迂回してＥＧＲガスを流すためのバイパス通路２５、同バイパス通路２５を通ってＥＧＲクーラー２３を迂回するＥＧＲガスの流量を調整するバイパスバルブ２６も備えている。
【００２３】
続いて、以上のように構成されたディーゼル機関に適用される本実施形態の排気浄化装置の構成を説明する。本実施形態の排気浄化装置には、排気中のＰＭ（Particulate Matter：微粒子物質）を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter：ディーゼル微粒子捕集フィルター）システムと、尿素水を還元剤とした選択還元により排気中のＮＯｘを浄化する尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction：選択触媒還元）システムとが設けられている。
【００２４】
ＤＰＦシステムは、燃料添加弁３０、前段酸化触媒装置３１、ＰＭ捕集フィルター３２を備える。燃料添加弁３０は、排気通路１９におけるタービン２０の上流側の部分に設置されている。また、前段酸化触媒装置３１は、排気通路１９におけるタービン２０の下流側で、ＰＭ捕集フィルター３２の上流側の部分に設置されている。燃料添加弁３０は、排気中に燃料を添加し、ＰＭ捕集フィルター３２は、排気中のＰＭを捕捉する。前段酸化触媒装置３１は、ＰＭのＳＯＦ（Soluble Organic Fraction：可溶性有機物質）成分を酸化するとともに、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して、ＰＭ捕集フィルター３２の連続再生に必要な二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する。また、前段酸化触媒装置３１は、ＰＭ捕集フィルター３２の強制再生に際し、燃料添加弁３０より添加された燃料中の炭化水素（ＨＣ）を酸化し、その酸化反応に伴う発熱で排気を高温化することで、ＰＭ捕集フィルター３２の温度をＰＭの燃焼に必要な温度に高める役割を担ってもいる。
【００２５】
さらにＤＰＦシステムは、同システムの各部における排気の状態を検出するための下記の各センサーを備える。排気通路１９における前段酸化触媒装置３１の上流には、同前段酸化触媒装置３１に流入する排気の温度を検出する入ガス温度センサー３３が設置されている。また、排気通路１９における前段酸化触媒装置３１とＰＭ捕集フィルター３２との間の部分には、ＰＭ捕集フィルター３２に流入する排気の温度を検出する中ガス温度センサー３４が設置されている。さらに、排気通路１９におけるＰＭ捕集フィルター３２の下流には、ＰＭ捕集フィルター３２から流出した排気の温度を検出する出ガス温度センサー３５が設置されている。加えて、排気通路１９におけるＰＭ捕集フィルター３２の設置部分には、ＰＭ捕集フィルター３２前後の排気の圧力差を検出する差圧センサー３６も設置されている。
【００２６】
一方、尿素ＳＣＲシステムは、尿素添加弁４０と、前後２つのＳＣＲ装置、すなわち前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２と、ＡＳＣ（Ammonia Slip Catalyst：アンモニアスリップ触媒）装置４３と、を備える。尿素添加弁４０は、排気通路１９におけるＰＭ捕集フィルター３２の下流側の部分に設置されて、アンモニアの前駆体の水溶液である尿素水を排気に添加する。前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２は、排気熱による加水分解によって尿素から生成されたアンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元する選択還元型触媒装置である。前段ＳＣＲ装置４１は、排気通路１９における尿素添加弁４０の下流側の部分に設置され、後段ＳＣＲ装置４２は、排気通路１９における前段ＳＣＲ装置４１の更に下流側の部分に設置されている。ＡＳＣ装置４３は、それら前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２をすり抜けて流出したアンモニアを酸化する酸化触媒装置であり、排気通路１９における後段ＳＣＲ装置４２の下流側の部分に設置されている。ちなみに、排気通路１９における尿素添加弁４０と前段ＳＣＲ装置４１との間の部分には、尿素添加弁４０が添加した尿素水を排気中に拡散させるための分散板４４が設置されている。
【００２７】
なお、尿素添加弁４０が排気に添加する尿素水は、尿素水タンク４５内に蓄えられている。尿素水タンク４５は、ヒーター付きの配管４６を通じて尿素添加弁４０に接続されている。尿素水タンク４５内には、フィードポンプ４７が設置されている。そして、そのフィードポンプ４７により、尿素水タンク４５内の尿素水が汲み上げられて、配管４６を通じて尿素添加弁４０に尿素水が送られるようになっている。なお、尿素水タンク４５には、その内部の尿素水の残量を検出する尿素水レベルセンサー４８が設けられている。
【００２８】
さらに尿素ＳＣＲシステムは、同システムの各部における排気の状態を検出するための下記の各センサーを備える。排気通路１９におけるＰＭ捕集フィルター３２と尿素添加弁４０との間の部分には、入ＮＯｘセンサー５０、空燃比センサー５１および排気圧センサー５２が設置されている。入ＮＯｘセンサー５０は、前段ＳＣＲ装置４１に流入する排気中のＮＯｘの流量（以下、流入ＮＯｘ量FrNOxと記載する）を検出する。空燃比センサー５１は、排気と基準ガス（例えば大気）との酸素分圧の差に応じた出力を発生し、その出力は、気筒１７で燃焼された混合気の空燃比を把握するために用いられる。さらに、排気圧センサー５２は、その設置部分における排気通路１９内の排気の圧力を検出する。一方、排気通路１９におけるＡＳＣ装置４３の下流側の部分には、出ＮＯｘセンサー５３、ＡＳＣ後ガス温度センサー５４およびＰＭセンサー５５が設置されている。出ＮＯｘセンサー５３は、ＡＳＣ装置４３から流出した排気中のＮＯｘの流量（以下、流出ＮＯｘ量RrNOxと記載する）を検出する。また、ＡＳＣ後ガス温度センサー５４は、ＡＳＣ装置４３から流出した排気の温度（以下、ＡＳＣ後ガス温度Tascと記載する）を検出する。さらに、ＰＭセンサー５５は、ＡＳＣ装置４３から流出し、外気へと放出されるＰＭの量を検出する。
【００２９】
こうした排気浄化装置において、燃料添加弁３０による燃料添加、および尿素添加弁４０による尿素水添加は、電子制御ユニット５６により制御されている。電子制御ユニット５６は、制御のための演算処理を行う中央演算処理装置、制御用のプログラムやデータが記憶された読出専用メモリー、中央演算処理装置の演算結果や各センサーの検出結果を一時的に記憶する読書可能メモリー、外部からの信号を受信するための入力ポート、および外部に信号を送信するための出力ポートを備える。電子制御ユニット５６の入力ポートには、上述の各センサーが接続されている。また、電子制御ユニット５６の出力ポートには、燃料添加弁３０および尿素添加弁４０が接続されている。そして、電子制御ユニット５６は、燃料添加弁３０および尿素添加弁４０の駆動制御により、排気に対する燃料およびアンモニアの添加量を制御している。こうした本実施形態の排気浄化装置では、この電子制御ユニット５６が添加量制御部に相当する構成となっている。
【００３０】
図２に、一定の量のアンモニアを流入させたときのＡＳＣ装置４３の触媒床温（以下、ＡＳＣ床温と記載する）と同ＡＳＣ装置４３からのアンモニアおよびＮＯｘの流出量との関係を示す。ＡＳＣ装置４３に担持された酸化触媒は、同図に示される温度α以上にＡＳＣ床温が上昇することで活性となり、アンモニアを酸化して、無害な水と窒素に分解する。一方、ＡＳＣ装置４３の酸化触媒は、同図に示す温度βを超えるまでＡＳＣ床温が更に上昇すると、過活性となって、アンモニアの酸化を更に進めて、ＮＯｘ成分を生成してしまう。そのため、同図に示すように、ＡＳＣ装置４３からのアンモニアの流出の抑制は、ＡＳＣ床温が温度α以上のときに可能となるが、ＡＳＣ床温が温度βを超えると、ＡＳＣ装置４３からのＮＯｘ流出量が増大してしまうようになる。以下では、温度αをＡＳＣ装置４３の活性温度と記載し、温度βをＡＳＣ装置４３の再ＮＯｘ化開始温度と記載する。よって、ＡＳＣ装置４３は、ＡＳＣ床温が活性温度αから再ＮＯｘ化開始温度βまでの範囲にあるときに、アンモニアおよびＮＯｘの外気放出を双方共に良好に抑えられる状態となる。なお、こうした活性温度αから再ＮＯｘ化開始温度βまでの温度域は、ＡＳＣ装置４３の触媒ウィンドウと呼ばれている。
【００３１】
ところで、ディーゼル機関の高負荷高回転運転時やＰＭ捕集フィルター３２の強制再生時には、ＡＳＣ装置４３を通る排気の温度が高くなり、その結果、ＡＳＣ後ガス温度Tascが再ＮＯｘ化開始温度βを超えてしまうことがある。そうした場合、前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２がディーゼル機関の燃焼により生じたＮＯｘを十分に浄化したとしても、ＡＳＣ装置４３での再ＮＯｘ化により生成されたＮＯｘのため、外気へのＮＯｘ放出量が十分抑えられなくなることがある。本実施形態の排気浄化装置では、尿素水添加量の増量処理を行うことで、再ＮＯｘ化によるＮＯｘの外気放出の増大を抑えるようにしている。
【００３２】
図３は、本実施形態の排気浄化装置において、尿素添加弁４０が排気に添加する尿素水の量を決定するために電子制御ユニット５６が実行する尿素水添加量演算ルーチンのフローチャートを示している。電子制御ユニット５６は、ディーゼル機関の運転中に、本ルーチンの処理を規定の制御周期毎に繰り返し実行する。なお、上記増量処理は、同ルーチンの処理の一環として実施される。
【００３３】
本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、基準添加量Qbaseの値が算出される。基準添加量Qbaseは、前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２におけるＮＯｘの還元浄化のために添加する尿素水の量であり、その値は、前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２の現状のアンモニア吸着能力に応じて設定される。より詳しくは、基準添加量Qbaseの算出に際しては、まず、目標アンモニア吸着量、推定アンモニア吸着量、およびアンモニア消費量が求められる。そして、目標アンモニア吸着量から推定アンモニア蓄積量を引いた値にアンモニア消費量を加えた値分のアンモニアが、これから添加する尿素水から生成されるように基準添加量Qbaseの値が算出される。
【００３４】
目標アンモニア吸着量は、前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２に吸着させておくアンモニアの量の目標値であり、その値は、前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２の現状のアンモニア吸着能力の総和に応じて設定される。前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２のアンモニア吸着能力（最大アンモニア吸着量）は、触媒床温により変化し、基本的には触媒床温が低いほど低下する。そのため、目標アンモニア吸着量は、前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２のそれぞれの触媒床温から求められている。なお、前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２の触媒床温は、出ガス温度センサー３５により検出された前段ＳＣＲ装置４１の流入排気温度や、入ＮＯｘセンサー５０による流入ＮＯｘ量の検出結果および尿素水の添加状況などから予測される、ＮＯｘ還元反応時の発熱量などからそれぞれ推定されている。
【００３５】
アンモニア消費量は、前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２でのＮＯｘの還元浄化のために消費されるアンモニアの量であり、その値は、入ＮＯｘセンサー５０により検出された流入ＮＯｘ量や前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２の触媒床温などに基づいて求められている。
【００３６】
推定アンモニア吸着量は、現状において前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２に吸着されているアンモニアの量の推定値であり、その値は、添加した尿素水から生成されるアンモニアの量（アンモニア添加量）からアンモニア消費量およびアンモニアスリップ量を減算した値を積算することで求められる。アンモニアスリップ量は、後段ＳＣＲ装置４２から流出するアンモニアの量である。そして、アンモニア添加量と推定アンモニア吸着量との和から最大アンモニア吸着量およびアンモニア消費量を引いた値が「０」以下のときには「０」が、「０」を超えるときにはその値が、それぞれアンモニアスリップ量の値として設定される。
【００３７】
続いて、ステップＳ１０１において、増量処理実施フラグがクリアされているか否かが判定される。後述するように、増量処理実施フラグは、尿素水添加量の増量処理の開始時にセットされ、その増量処理の停止時にクリアされる。
【００３８】
ここで、増量処理が実施されておらず、増量処理実施フラグがクリアされていれば（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２に処理が進められる。ステップＳ１０２に処理が進められると、そのステップＳ１０２において、出ＮＯｘセンサー５３により検出された流出ＮＯｘ量RrNOxが、入ＮＯｘセンサー５０により検出された流入ＮＯｘ量FrNOxを超えているか否かが判定される。ここで、流出ＮＯｘ量RrNOxが流入ＮＯｘ量FrNOxを超えていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０３に処理が進められ、超えていなければ（ＮＯ）、ステップＳ１０６に処理が進められる。
【００３９】
流出ＮＯｘ量RrNOxが流入ＮＯｘ量FrNOxを超えており、ステップＳ１０３に処理が進められると、そのステップＳ１０３において、増量処理を開始すべく、増量処理実施フラグがセットされた後、ステップＳ１０４に処理が進められる。そして、ステップＳ１０４に処理が進められると、そのステップＳ１０４において、ＡＳＣ後ガス温度Tascに基づき、冷却用増量補正量Qcmの値が算出される。さらに、続くステップＳ１０５において、基準添加量Qbaseの値に冷却用増量補正量Qcmの値を加算した値が最終添加量Qfinの値に設定される。そしてその後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００４０】
また、流出ＮＯｘ量RrNOxが流入ＮＯｘ量FrNOxを超えておらず、ステップＳ１０６に処理が進められると、そのステップＳ１０６において、基準添加量Qbaseの値が最終添加量Qfinの値に設定される。そしてその後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００４１】
一方、増量処理の実施中であって、増量処理実施フラグがセットされていれば（Ｓ１０１：ＮＯ）、ステップＳ１０７に処理が進められる。ステップＳ１０７に処理が進められると、そのステップＳ１０７において、ＡＳＣ後ガス温度Tascが再ＮＯｘ化開始温度β未満であること、流出ＮＯｘ量RrNOxが流入ＮＯｘ量FrNOx以下であること、の双方が成立しているか否かが判定される。
【００４２】
ステップＳ１０７において肯定判定（ＹＥＳ）されたときには、ステップＳ１０８に処理が進められる。ステップＳ１０８に処理が進められると、そのステップＳ１０８において、増量処理を停止すべく、増量処理実施フラグがクリアされる。そして、上記ステップＳ１０６に処理が進められ、そのステップＳ１０６において、基準添加量Qbaseの値が最終添加量Qfinの値に設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００４３】
一方、ステップＳ１０８において否定判定（ＮＯ）されたときには、上述のステップＳ１０４に処理が進められる。そして、そのステップＳ１０４における冷却用増量補正量Qcmの値の算出、およびステップＳ１０５における最終添加量Qfinの値の設定が行われた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００４４】
電子制御ユニット５６は、本ルーチンの処理の終了後、同ルーチンで設定した最終添加量Qfinの値の分の尿素水添加を行うべく尿素添加弁４０を制御する。すなわち、尿素水添加量は、基準添加量Qbaseに基づき決定されている。そして、基準添加量Qbaseに基づき決定される最終添加量Qfinに対して冷却用増量補正量Qcmによる増量補正を行うことで、増量処理による尿素水添加量の増量が行われている。
【００４５】
図４は、上記ステップＳ１０４において算出される冷却用増量補正量Qcmの値とＡＳＣ後ガス温度Tascとの関係を示している。同図に示すように、冷却用増量補正量Qcmの値は、ＡＳＣ後ガス温度Tascが再ＮＯｘ化開始温度βを超えて高くなるほど、大きい値となるように設定される。
【００４６】
続いて、以上説明した本実施形態の排気浄化装置の作用を説明する。
ＡＳＣ装置４３において、上述した再ＮＯｘ化が発生していなければ、尿素ＳＣＲシステムを通過する間に排気中のＮＯｘは、前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２での還元浄化により減少することはあっても、増加することはない。よって、ＡＳＣ装置４３の流出ＮＯｘ量RrNOxが前段ＳＣＲ装置４１の流入ＮＯｘ量FrNOxを超えるときには、高い確率で再ＮＯｘ化が発生している。
【００４７】
本実施形態の排気浄化装置では、流出ＮＯｘ量RrNOxが流入ＮＯｘ量FrNOxを超えているときに尿素水添加量の増量補正が実施される。増量補正により尿素水添加量が増量されると、排気中で尿素水が気化する際に排気から奪う熱量が増え、排気が冷却される。そして、その冷却された排気がＡＳＣ装置４３に流入するため、ＡＳＣ床温も下がるようになる。そのため、ＡＳＣ装置４３での再ＮＯｘ化が抑えられて、その再ＮＯｘ化によるＮＯｘの外気放出量の増大も抑えられるようになる。
【００４８】
こうした増量処理中の尿素水添加量の増量補正の量を多くするほど、ＡＳＣ装置４３の冷却性は高まるが、外気へのアンモニアの放出量が増えてしまう。その点、本実施形態の排気浄化装置では、ＡＳＣ後ガス温度Tascが高いほど、冷却用増量補正量Qcmに大きい値が設定されて増量処理での尿素水添加量の増量補正の量が多くされるため、アンモニア放出量の増大を抑えつつ、再ＮＯｘ化の抑制を図ることができる。
【００４９】
なお、本実施形態の排気浄化装置では、増量処理による尿素水添加量の増量は、ＡＳＣ後ガス温度Tascが再ＮＯｘ化開始温度β未満、かつ流出ＮＯｘ量RrNOxが流入ＮＯｘ量FrNOx以下の状態になったときに停止される。ＡＳＣ床温が再ＮＯｘ化開始温度β未満に低下すれば、ＡＳＣ装置４３での再ＮＯｘ化は沈静して、ＡＳＣ装置４３からの流出ＮＯｘ量が減少する。そのため、増量処理による尿素水添加量の増量中に上記状態となったときには、ＡＳＣ装置４３での再ＮＯｘ化は沈静化している可能性が高い。したがって、上記状態となったときに尿素水添加量の増量を停止することで、再ＮＯｘ化が鎮静した後も尿素水添加量の増量が不要に継続されて、その増量によるアンモニア放出量の増大が続くことが避けられるようになる。
【００５０】
以上の本実施形態の排気浄化装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）尿素水添加量の増量により、排気を冷却することで、ＡＳＣ床温を下げて、再ＮＯｘ化によるＡＳＣ装置４３でのＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００５１】
（２）流出ＮＯｘ量RrNOxが流入ＮＯｘ量FrNOxを超えているときに尿素水添加量の増量を行っているため、再ＮＯｘ化が発生していない状態での増量処理の実施による、不要なアンモニア放出量の増大を抑制することができる。
【００５２】
（３）ＡＳＣ後ガス温度Tascが再ＮＯｘ化開始温度β未満であることを、および流出ＮＯｘ量RrNOxが流入ＮＯｘ量FrNOx以下であることを、増量処理による尿素水添加量の増量の停止条件としているため、再ＮＯｘ化の鎮静後の尿素水添加の増量の継続を、ひいては不要なアンモニア放出量の増大を抑制することができる。
【００５３】
（４）増量処理による増量中の最終添加量Qfinを基準添加量Qbaseと冷却用増量補正量Qcmとを個別に算出した上で決定しているため、前段ＳＣＲ装置４１および後段ＳＣＲ装置４２の浄化能力を維持しつつ、ＡＳＣ装置４３に流入する排気の冷却を好適に行うことが可能となる。
【００５４】
（５）ＡＳＣ後ガス温度Tascが高いほど、増量処理での尿素水添加量の増量補正の量を多くしているため、アンモニア放出量の不要な増大を抑制しつつ、ＡＳＣ装置４３を好適に冷却することができる。
【００５５】
（第２実施形態）
続いて、排気浄化装置の第２実施形態を、図５を併せ参照して説明する。なお、本実施形態及び後述の実施形態において、上述の実施形態と共通する構成については、共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００５６】
気筒１７での燃焼により発生するＮＯｘの量がそもそも少ないときには、ＡＳＣ装置４３での再ＮＯｘ化によりＮＯｘが生成されても、外気へのＮＯｘ放出量が許容範囲内に留まることがある。そうした場合には、再ＮＯｘ化が未だ十分に鎮静していなくても、増量処理による尿素水添加量の増量を停止して、アンモニア放出量の増大を抑える方が好ましいこともある。そこで、本実施形態の排気浄化装置では、増量処理による尿素水添加量の増量中にＡＳＣ装置４３の流出ＮＯｘ量RrNOxが規定値以下となったときに、尿素水添加量の増量を停止するようにしている。
【００５７】
図５は、本実施形態の排気浄化装置において、尿素添加弁４０が排気に添加する尿素水の量を決定するために電子制御ユニット５６が実行する尿素水添加量演算ルーチンのフローチャートを示している。本実施形態の排気浄化装置では、電子制御ユニット５６は、図３に示した第１実施形態の尿素水添加量演算ルーチンの代わりに、本ルーチンを実行している。
【００５８】
本ルーチンは、図３に示した第１実施形態の尿素水添加量演算ルーチンに、次のステップＳ２００の処理を追加したものとなっている。このステップＳ２００には、ステップＳ１０２の判定で、流出ＮＯｘ量RrNOxが流入ＮＯｘ量FrNOxを超えていると判定されたとき（Ｓ１０２：ＹＥＳ）に処理が進められる。ステップＳ２００に処理が進められると、そのステップＳ２００において、流出ＮＯｘ量RrNOxが規定値γ以下となっているか否かが判定される。規定値γには、外気へのＮＯｘ放出量の許容上限値が設定されている。よって、流出ＮＯｘ量RrNOxが規定値γ以下であれば、ＡＳＣ装置４３において再ＮＯｘ化によるＮＯｘ生成が行われていても、外気へのＮＯｘ放出は許容範囲内に抑えられていることになる。
【００５９】
ここで、流出ＮＯｘ量RrNOxが規定値γを超えていれば（Ｓ２００：ＮＯ）、ステップＳ１０３に処理が進められる。この場合には、そのステップＳ１０３にて増量処理実施フラグがセットされた後、ステップＳ１０４、Ｓ１０５にて、ＡＳＣ装置４３を冷却するための尿素水添加量の増量が実施される。
【００６０】
一方、流出ＮＯｘ量RrNOxが規定値γ以下であれば（Ｓ２００：ＹＥＳ）、ステップＳ１０６に処理が進められ、そのステップＳ１０６において、基準添加量Qbaseの値が最終添加量Qfinの値に設定される。すなわち、このときには、ＡＳＣ装置４３を冷却するための尿素水添加量の増量は行われない。
【００６１】
以上説明した本実施形態の排気浄化装置によっても、上記（１）〜（５）に記載の効果を奏することができる。更に、本実施形態の排気浄化装置では、ＡＳＣ装置４３において再ＮＯｘ化によりＮＯｘが生成されている可能性が高いときにも、ＮＯｘの外気放出が許容範囲内であれば、尿素水添加量の増量は行われないようになる。そのため、アンモニア放出量の増大がより一層抑えられるようになる。
【００６２】
（第３実施形態）
続いて、排気浄化装置の第３実施形態を、図６を併せ参照して説明する。なお、本実施形態の排気浄化装置においても、第２実施形態と同様に尿素水添加量の増量中にＡＳＣ装置４３の流出ＮＯｘ量RrNOxが規定値以下となったときに、尿素水添加量の増量を停止する。
【００６３】
図６は、本実施形態の排気浄化装置において、尿素添加弁４０が排気に添加する尿素水の量を決定するために電子制御ユニット５６が実行する尿素水添加量演算ルーチンのフローチャートを示している。本実施形態の排気浄化装置では、電子制御ユニット５６は、図３に示した第１実施形態の尿素水添加量演算ルーチンの代わりに、本ルーチンを実行している。
【００６４】
本ルーチンは、図３に示した第１実施形態の尿素水添加量演算ルーチンに、次のステップＳ３００の処理を追加したものとなっている。このステップＳ３００には、ステップＳ１０７にて否定判定（ＮＯ）されたときに処理が進められる。すなわち、ＡＳＣ後ガス温度Tascが再ＮＯｘ化開始温度β以上であるか、流出ＮＯｘ量RrNOxが流入ＮＯｘ量FrNOxを超えていて、ＡＳＣ装置４３での再ＮＯｘ化が鎮静していないと判定されたときに、ステップＳ３００に処理が進められる。
【００６５】
ステップＳ３００に処理が進められると、そのステップＳ３００において、流出ＮＯｘ量RrNOxが規定値γ以下となっているか否かが判定される。ここで、流出ＮＯｘ量RrNOxが規定値γを超えていれば（Ｓ３００：ＮＯ）、ステップＳ１０４に処理が進められる。そして、ステップＳ１０４、Ｓ１０５において、ＡＳＣ装置４３を冷却するための尿素水添加量の増量処理が実施される。
【００６６】
一方、流出ＮＯｘ量RrNOxが規定値γ以下であれば（Ｓ３００：ＹＥＳ）、ステップＳ１０８に処理が進められる。そして、そのステップＳ１０８において、増量処理実施フラグがクリアされた後、ステップＳ１０６において、基準添加量Qbaseの値が最終添加量Qfinの値に設定される。
【００６７】
以上の本実施形態の排気浄化装置によっても、上記（１）〜（５）に記載の効果を奏することができる。更に、本実施形態の排気浄化装置では、ＡＳＣ装置４３において再ＮＯｘ化によりＮＯｘが生成されている可能性が高いときにも、ＮＯｘの外気放出が許容範囲内であれば、尿素水添加量の増量は行われないようになる。そのため、アンモニア放出量の増大がより一層抑えられるようになる。
【００６８】
以上説明した本実施形態の排気浄化装置によっても、上記（１）〜（５）に記載の効果を奏することができる。更に、本実施形態の排気浄化装置では、ＡＳＣ装置４３の冷却のための尿素水添加量の増量処理の実行中に、ＡＳＣ装置４３での再ＮＯｘ化が未だ鎮静していないと判断されるときにも、ＮＯｘの外気放出が許容範囲内であれば、尿素水添加量の増量は行われないようになる。そのため、アンモニア放出量の増大がより一層抑えられるようになる。
【００６９】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、（イ）ＡＳＣ後ガス温度Tascが再ＮＯｘ化開始温度β未満であること、および（ロ）流出ＮＯｘ量RrNOxが流入ＮＯｘ量FrNOx以下であること、の双方の成立を増量処理による尿素水添加量の増量を停止する条件としていたが、それらの（イ）、（ロ）のいずれか一方の成立を同停止の条件としてもよい。また、（イ）の成立のみを停止の条件としたり、（ロ）の成立のみを停止の条件としたりしてもよい。
【００７０】
・上記実施形態では、ＡＳＣ後ガス温度Tascの検出結果に基づき、ＡＳＣ後ガス温度Tascが高いほど増量補正の量が多くなるように冷却用増量補正量Qcmの値を決定していたが、冷却用増量補正量Qcmの値を固定値とするなど、それ以外の態様で決定するようにしてもよい。
【００７１】
・上記実施形態では、基準添加量Qbaseと冷却用増量補正量Qcmとを個別に算出し、基準添加量Qbaseに基づく最終添加量Qfinの決定に際して冷却用増量補正量Qcmによる増量補正を行うことで、増量処理での尿素水添加量の増量を行うようにしていた。増量処理により増量するときの尿素水添加量をこれ以外の態様で求めるようにしてもよい。
【００７２】
・上記実施形態では、流入ＮＯｘ量FrNOxの値を入ＮＯｘセンサー５０により検出して求めていたが、その値をディーゼル機関の運転状態から推定して求めるようにしてもよい。
【００７３】
・上記実施形態の排気浄化装置は、尿素ＳＣＲシステムに加えて、ＤＰＦシステムも備えていたが、上記実施形態での尿素水添加量の制御は、尿素ＳＣＲシステムを備え、ＤＰＦシステムを備えていない排気浄化装置にも同様に適用することができる。
【００７４】
・排気に添加するアンモニアの前駆体の水溶液として、尿素水以外の水溶液を用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１０…吸気通路、１１…エアクリーナー、１２…エアフローメーター、１３…コンプレッサー、１４…インタークーラー、１５…Ｉ／Ｃ出ガス温度センサー、１６…スロットルバルブ、１７…気筒、１８…インジェクター、１９…排気通路、２０…タービン、２１…可変ノズル、２２…ＥＧＲ通路、２３…ＥＧＲクーラー、２４…ＥＧＲバルブ、２５…バイパス通路、２６…バイパスバルブ、２７…吸気圧センサー、３０…燃料添加弁、３１…前段酸化触媒装置、３２…ＰＭ捕集フィルター、３３…入ガス温度センサー、３４…中ガス温度センサー、３５…出ガス温度センサー、３６…差圧センサー、４０…尿素添加弁、４１…前段ＳＣＲ装置（選択還元型触媒装置）、４２…後段ＳＣＲ装置（選択還元型触媒装置）、４３…ＡＳＣ装置（酸化触媒装置）、４４…分散板、４５…尿素水タンク、４６…配管、４７…フィードポンプ、４８…尿素水レベルセンサー、５０…入ＮＯｘセンサー、５１…空燃比センサー、５２…排気圧センサー、５３…出ＮＯｘセンサー、５４…ＡＳＣ後ガス温度センサー、５５…ＰＭセンサー、５６…電子制御ユニット（添加量制御部）。
【図１】
2016160830.tif 000004
【図２】
2016160830.tif 000005
【図３】
2016160830.tif 000006
【図４】
2016160830.tif 000007
【図５】
2016160830.tif 000008
【図６】
2016160830.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月3日(2016.3.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2016160830.tif 000010