(57)【要約】【課題】排気ガス浄化処理装置に選択還元型触媒装置を複数備えた場合における、各々の選択還元型触媒装置に貯留するアンモニアの量を高精度で推定することができ、その結果、尿素水供給装置からの尿素水の供給量を適正化することができ、選択還元型触媒装置からのアンモニアスリップを抑制しつつ、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する。【解決手段】排気ガス浄化処理装置に少なくとも２つ以上の選択還元型触媒装置で構成される選択還元型触媒装置群１４を備えて、この選択還元型触媒装置群１４に流入する排気ガスＧに含まれる窒素酸化物の濃度と、選択還元型触媒装置群１４を構成する各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３より流出する排気ガスＧに含まれるアンモニア濃度に基づいて、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加える。【選択図】図２
2017096138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に、上流側より順に、尿素水供給装置、排気ガス浄化処理装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
前記排気ガス浄化処理装置に、少なくとも２つ以上の選択還元型触媒装置で構成される選択還元型触媒装置群を備えて、
該選択還元型触媒装置群の入口に、前記選択還元型触媒装置群に流入する排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検出する窒素酸化物検出装置を備えるとともに、
前記選択還元型触媒装置群を構成する各々の選択還元型触媒装置の後段に、各々の選択還元型触媒装置より流出する排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を検出するアンモニア濃度検出装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、
前記選択還元型触媒装置群の内、前記排気通路の上流側に配設された選択還元型触媒装置より順に、各々の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を算出して、このアンモニアの量の算出値が、前記内燃機関の運転状態に基づいて各々の選択還元型触媒装置毎に予め設定される設定閾値を超えるか否かを判定し、
前記アンモニアの量の算出値が前記設定閾値を超えると判定する度に、前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定される前記尿素水供給装置からの尿素水の基本供給量に補正を加える制御を行うように構成される請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、
前記選択還元型触媒装置群を構成する各々の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を同時に算出して、これらの各々のアンモニアの量の算出値が、前記内燃機関の運転状態に基づいて各々の選択還元型触媒装置毎に予め設定される設定閾値を超えるか否かを判定し、
前記アンモニアの量の算出値が前記設定閾値を超えると判定する選択還元型触媒装置があるときは、前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定される前記尿素水供給装置からの尿素水の基本供給量に補正を加えるとともに、
前記アンモニアの量の算出値が前記設定閾値を超えると判定する選択還元型触媒装置の個数に基づいて、前記尿素水の基本供給量に加える補正量を増加させる制御を行うように構成される請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記制御装置が、
前記選択還元型触媒装置群の内、前記排気通路の最上流に配設された選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を、前記窒素酸化物検出装置の検出値と、この最上流の選択還元型触媒装置の後段に配設された前記アンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて算出し、
前記最上流の選択還元型触媒装置以外の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を、この選択還元型触媒装置より上流側の隣接する選択還元型触媒装置の後段に配設された前記アンモニア濃度検出装置の検出値と、この選択還元型触媒装置の後段に配設された前記アンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて算出する制御を行うように構成される請求項２または３に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、
前記選択還元型触媒装置群を構成する各々の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を総和した量であるアンモニア総和量を、前記窒素酸化物検出装置の検出値と、各々の選択還元型触媒装置の後段に配設された前記アンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて算出するとともに、
このアンモニア総和量の算出値が、前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定されるアンモニア総和量設定閾値を超えるときは、前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定される前記尿素水供給装置からの尿素水の基本供給量に補正を加える制御を行うように構成される請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システムを備えて構成される内燃機関。
【請求項７】
内燃機関の排気通路に、上流側より順に、尿素水供給装置、排気ガス浄化処理装置を備えるとともに、該排気ガス浄化処理装置に少なくとも２つ以上の選択還元型触媒装置で構成される選択還元型触媒装置群を備えた内燃機関の排気ガス浄化方法において、
前記選択還元型触媒装置群に流入する排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度と、前記選択還元型触媒装置群を構成する各々の選択還元型触媒装置より流出する排気ガスに含まれるアンモニア濃度に基づいて、前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定される前記尿素水供給装置からの尿素水の基本供給量に補正を加える制御を行うことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。
【請求項８】
前記選択還元型触媒装置群の内、前記排気通路の上流側に配設された選択還元型触媒装置より順に、各々の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を算出して、このアンモニアの量の算出値が、前記内燃機関の運転状態に基づいて各々の選択還元型触媒装置毎に予め設定される設定閾値を超えるか否かを判定し、
前記アンモニアの量の算出値が前記設定閾値を超えると判定する度に、前記尿素水の基本供給量に補正を加える制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気ガス浄化方法。
【請求項９】
前記選択還元型触媒装置群を構成する各々の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を同時に算出して、これらの各々のアンモニアの量の算出値が、前記内燃機関の運転状態に基づいて各々の選択還元型触媒装置毎に予め設定される設定閾値を超えるか否かを判定し、
前記アンモニアの量の算出値が前記設定閾値を超えると判定する選択還元型触媒装置があるときは、前記尿素水の基本供給量に補正を加えるとともに、
前記アンモニアの量の算出値が前記設定閾値を超えると判定する選択還元型触媒装置の個数に基づいて、前記尿素水の基本供給量に加える補正量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気ガス浄化方法。
【請求項１０】
前記選択還元型触媒装置群の内、前記排気通路の最上流に配設された選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を、前記選択還元型触媒装置群に流入する排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度と、この最上流の選択還元型触媒装置より流出する排気ガスに含まれるアンモニア濃度に基づいて算出し、
前記最上流の選択還元型触媒装置以外の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を、この選択還元型触媒装置より上流側の隣接する選択還元型触媒装置より流出する排気ガスに含まれるアンモニア濃度と、この選択還元型触媒装置より流出する排気ガスに含まれるアンモニア濃度に基づいて算出する制御を行うことを特徴とする請求項８または９に記載の内燃機関の排気ガス浄化方法。
【請求項１１】
前記選択還元型触媒装置群を構成する各々の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を総和した量であるアンモニア総和量を、前記選択還元型触媒装置群に流入する排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度と、各々の選択還元型触媒装置より流出する排気ガスに含まれるアンモニア濃度に基づいて算出するとともに、
このアンモニア総和量の算出値が、前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定されるアンモニア総和量設定閾値を超えるときは、前記尿素水の基本供給量に補正を加える制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に、上流側より順に、尿素水供給装置、排気ガス浄化処理装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関には、窒素酸化物（ＮＯｘ）、微粒子状物質（ＰＭ）、炭化水素（ＨＣ）等の排気ガスに含まれる浄化対象成分を浄化するために、排気ガス浄化処理装置を排気通路に備えている。この排気ガス浄化処理装置には、酸化触媒装置（ＤＯＣ）、微粒子捕集装置（ＣＳＦ）、選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）等の装置がその内部に備えられている。
【０００３】
この選択還元型触媒装置は、その前段の排気通路に備えた尿素水供給装置より排気ガスに向けて噴射される尿素水を排気ガスの熱により加水分解してアンモニア（ＮＨ3）を生成し、この生成したアンモニア（ＮＨ3）により排気ガスに含まれるＮＯｘを還元浄化する装置である。この選択還元型触媒装置に担持された触媒はアンモニアを貯留することができ、この貯留したアンモニアにより排気ガスに含まれるＮＯｘを主に還元浄化している。
【０００４】
しかしながら、貯留可能なアンモニアの量（ストレージ量）には上限があり、この上限を超えて貯留できなくなったアンモニアは選択還元型触媒装置の下流側の排気通路に放出される。特に、ある条件下では（例えば、内燃機関の運転状態の急激な変化に伴う排気ガスの温度の急上昇により、選択還元型触媒装置の温度が急上昇したとき等）、選択還元型触媒装置の内部に貯留できるアンモニアのストレージ量の上限が急激に変化するため、選択還元型触媒装置の下流側の排気通路に放出されるアンモニアの量（アンモニアスリップする量）は増加する。
【０００５】
なお、選択還元型触媒装置の下流側の排気通路には、通常、アンモニアスリップ触媒装置が配設される。このアンモニアスリップ触媒装置により、選択還元型触媒装置より放出されたアンモニアの大半は酸化されてＮＯｘとなる。
【０００６】
ところで、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガスについての法規制は、年々、より厳しいものとなっており、この厳しくなっていく法規制を遵守するためには、排気ガス浄化処理装置に選択還元型触媒装置を複数備えて大型化する等の対応をする必要がある。
【０００７】
この選択還元型触媒装置を複数備えた例として、エンジンの排気通路に、上流側より順に、尿素水噴射装置、第１選択還元型触媒、ＮＨ３センサ、第２選択還元型触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
このように排気ガス浄化処理装置に選択還元型触媒装置を複数備える場合は、各々の選択還元型触媒装置に貯留するアンモニアの量を高精度で推定する必要がある。排気ガスに含まれるＮＯｘの浄化処理には、各々の選択還元型触媒装置に貯留するアンモニアを主に還元剤として用いるが、このアンモニアの貯留量の推定精度が良くないと、前段の尿素水供給装置からの尿素水の供給量が過剰または不足する虞があり、選択還元型触媒装置からのアンモニアスリップが発生したり、ＮＯｘ浄化率が悪化したりする虞があるからである。
【０００９】
しかしながら、排気ガス浄化処理装置に選択還元型触媒装置を複数備える場合における、各々の選択還元型触媒装置に貯留するアンモニアの量を高精度で推定するための手段について、未だ確立されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−１６３１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に、上流側より順に、尿素水供給装置、排気ガス浄化処理装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関し、特に、排気ガス浄化処理装置に選択還元型触媒装置を複数備えた場合における、各々の選択還元型触媒装置に貯留するアンモニアの量を高精度で推定することができ、その結果、尿素水供給装置からの尿素水の供給量を適正化することができ、選択還元型触媒装置からのアンモニアスリップを抑制しつつ、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に、上流側より順に、尿素水供給装置、排気ガス浄化処理装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化処理装置に、少なくとも２つ以上の選択還元型触媒装置で構成される選択還元型触媒装置群を備えて、該選択還元型触媒装置群の入口に、前記選択還元型触媒装置群に流入する排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検出する窒素酸化物検出装置を備えるとともに、前記選択還元型触媒装置群を構成する各々の選択還元型触媒装置の後段に、各々の選択還元型触媒装置より流出する排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を検出するアンモニア濃度検出装置を備えて構成される。
【００１３】
この構成によれば、排気ガス浄化処理装置に備えた各々の選択還元型触媒装置に貯留されたアンモニアの量（ストレージ量）を、選択還元型触媒装置群の入口に備えた窒素酸化物検出装置の検出値と、各々の選択還元型触媒装置の後段に備えたアンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて推定算出するので、各々の選択還元型触媒装置に貯留するアンモニアの量を高精度で推定することができ、その結果、尿素水供給装置からの尿素水の供給量を適正化することができ、選択還元型触媒装置からのアンモニアスリップを抑制しつつ、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００１４】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、前記選択還元型触媒装置群の内、前記排気通路の上流側に配設された選択還元型触媒装置より順に、各々の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を算出して、このアンモニアの量の算出値が、前記内燃機関の運転状態に基づいて各々の選択還元型触媒装置毎に予め設定される設定閾値を超えるか否かを判定し、前記アンモニアの量の算出値が前記設定閾値を超えると判定する度に、前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定される前記尿素水供給装置からの尿素水の基本供給量に補正を加える制御を行うように構成される。
【００１５】
この構成によれば、排気通路の上流側に配設された選択還元型触媒装置より順に、各々の選択還元型触媒装置のアンモニアのストレージ量を算出して、この算出したアンモニアのストレージ量が設定閾値を超えるか否かを判定し、この判定結果に応じて、尿素水供給装置からの尿素水の基本供給量に補正を加えていくので、各々の選択還元型触媒装置のアンモニアのストレージ量を確実かつ高精度で適正量に維持することができるとともに、尿素水供給装置からの尿素水の供給量を適正化することができる。
【００１６】
あるいは、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、前記選択還元型触媒装置群を構成する各々の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を同時に算出して、これらの各々のアンモニアの量の算出値が、前記内燃機関の運転状態に基づいて各々の選択還元型触媒装置毎に予め設定される設定閾値を超えるか否かを判定し、前記アンモニアの量の算出値が前記設定閾値を超えると判定する選択還元型触媒装置があるときは、前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定される前記尿素水供給装置からの尿素水の基本供給量に補正を加えるとともに、前記アンモニアの量の算出値が前記設定閾値を超えると判定する選択還元型触媒装置の個数に基づいて、前記尿素水の基本供給量に加える補正量を増加させる制御を行うように構成される。
【００１７】
この構成によれば、排気ガス浄化処理装置に備えた各々の選択還元型触媒装置のアンモニアのストレージ量を同時に算出して、この算出したアンモニアのストレージ量が設定閾値を超えるか否かを判定し、この判定結果に応じて、尿素水供給装置からの尿素水の基本供給量に加える補正量を変化させるので、各々の選択還元型触媒装置のアンモニアのストレージ量を迅速に適正量にすることができるとともに、尿素水供給装置からの尿素水の供給量を適正化することができる。
【００１８】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記選択還元型触媒装置群の内、前記排気通路の最上流に配設された選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を、前記窒素酸化物検出装置の検出値と、この最上流の選択還元型触媒装置の後段に配設された前記アンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて算出し、前記最上流の選択還元型触媒装置以外の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を、この選択還元型触媒装置より上流側の隣接する選択還元型触媒装置の後段に配設された前記アンモニア濃度検出装置の検出値と、この選択還元型触媒装置の後段に配設された前記アンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて算出する制御を行うように構成される。
【００１９】
この構成によれば、各々の選択還元型触媒装置のアンモニアのストレージ量の算出精度を高精度化することができる。
【００２０】
あるいは、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、前記選択還元型触媒装置群を構成する各々の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を総和した量であるアンモニア総和量を、前記窒素酸化物検出装置の検出値と、各々の選択還元型触媒装置の後段に配設された前記アンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて算出するとともに、このアンモニア総和量の算出値が、前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定されるアンモニア総和量設定閾値を超えるときは、前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定される前記尿素水供給装置からの尿素水の基本供給量に補正を加える制御を行うように構成される。
【００２１】
この構成によれば、排気ガス浄化処理装置に備えた各々の選択還元型触媒装置を一つの大型の選択還元型触媒装置と捉えて、この大型の選択還元型触媒装置のアンモニアのストレージ量を算出して、この算出したアンモニアのストレージ量が設定閾値を超えるか否かを判定し、この判定結果に応じて、尿素水供給装置からの尿素水の基本供給量に補正を行うので、非常に簡素化した制御で制御装置への負担を軽減しつつ、各々の選択還元型触媒装置のアンモニアのストレージ量を適正量に維持することができ、尿素水供給装置からの尿素水の供給量を適正化することができる。
【００２２】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムを搭載した内燃機関は、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムと同様の作用効果を奏することができる。
【００２３】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に、上流側より順に、尿素水供給装置、排気ガス浄化処理装置を備えるとともに、該排気ガス浄化処理装置に少なくとも２つ以上の選択還元型触媒装置で構成される選択還元型触媒装置群を備えた内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記選択還元型触媒装置群に流入する排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度と、前記選択還元型触媒装置群を構成する各々の選択還元型触媒装置より流出する排気ガスに含まれるアンモニア濃度に基づいて、前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定される前記尿素水供給装置からの尿素水の基本供給量に補正を加えることを特徴とする方法である。
【００２４】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記選択還元型触媒装置群の内、前記排気通路の上流側に配設された選択還元型触媒装置より順に、各々の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を算出して、このアンモニアの量の算出値が、前記内燃機関の運転状態に基づいて各々の選択還元型触媒装置毎に予め設定される設定閾値を超えるか否かを判定し、前記アンモニアの量の算出値が前記設定閾値を超えると判定する度に、前記尿素水の基本供給量に補正を加えることを特徴とする方法である。
【００２５】
あるいは、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記選択還元型触媒装置群を構成する各々の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を同時に算出して、これらの各々のアンモニアの量の算出値が、前記内燃機関の運転状態に基づいて各々の選択還元型触媒装置毎に予め設定される設定閾値を超えるか否かを判定し、前記アンモニアの量の算出値が前記設定閾値を超えると判定する選択還元型触媒装置があるときは、前記尿素水の基本供給量に補正を加えるとともに、前記アンモニアの量の算出値が前記設定閾値を超えると判定する選択還元型触媒装置の個数に基づいて、前記尿素水の基本供給量に加える補正量を増加させることを特徴とする方法である。
【００２６】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記選択還元型触媒装置群の内、前記排気通路の最上流に配設された選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を、前記選択還元型触媒装置群に流入する排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度と、この最上流の選択還元型触媒装置より流出する排気ガスに含まれるアンモニア濃度に基づいて算出し、前記最上流の選択還元型触媒装置以外の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を、この選択還元型触媒装置より上流側の隣接する選択還元型触媒装置より流出する排気ガスに含まれるアンモニア濃度と、この選択還元型触媒装置より流出する排気ガスに含まれるアンモニア濃度に基づいて算出することを特徴とする方法である。
【００２７】
あるいは、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記選択還元型触媒装置群を構成する各々の選択還元型触媒装置に貯留されるアンモニアの量を総和した量であるアンモニア総和量を、前記選択還元型触媒装置群に流入する排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度と、各々の選択還元型触媒装置より流出する排気ガスに含まれるアンモニア濃度に基づいて算出するとともに、このアンモニア総和量の算出値が、前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定されるアンモニア総和量設定閾値を超えるときは、前記尿素水の基本供給量に補正を加えることを特徴とする方法である。
【００２８】
これらの方法によれば、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムと同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関、及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、排気ガス浄化処理装置に備えた各々の選択還元型触媒装置に貯留されたアンモニアの量（ストレージ量）を、選択還元型触媒装置群の入口に備えた窒素酸化物検出装置の検出値と、各々の選択還元型触媒装置の後段に備えたアンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて推定算出するので、各々の選択還元型触媒装置に貯留するアンモニアの量を高精度で推定することができ、その結果、尿素水供給装置からの尿素水の供給量を適正化することができ、選択還元型触媒装置からのアンモニアスリップを抑制しつつ、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローの第１の例を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローの第２の例を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローの第３の例を示す図である。
【図５】発明者の先行技術の内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
【図６】発明者の先行技術の内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関、及び内燃機関の排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係る実施の形態の内燃機関は、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１を備えて構成され、後述する内燃機関の排気ガス浄化システム１が奏する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。
【００３２】
図１に示すように、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）１０の排気通路１１に、上流側（エンジン側）より順に、酸化触媒装置（ＤＯＣ）１２、微粒子捕集装置（ＣＳＦ）１３、尿素水供給装置２２、選択還元型触媒装置１４、アンモニアスリップ触媒装置（ＤＯＣ）１５を備えて構成されるシステムである。この排気ガス浄化システム１を構成する装置１２〜１５にエンジン１０の排気ガスＧを通過させることで、排気ガスＧに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）等の浄化対象成分は浄化され、浄化された排気ガスＧｃはマフラー（図示しない）等を介して大気へ放出される。なお、図１では、酸化触媒装置１２及び微粒子捕集装置１３により第１の排気ガス浄化処理装置を構成し、選択還元型触媒装置１４及びアンモニアスリップ触媒装置１５により第２の排気ガス浄化処理装置を構成している。
【００３３】
酸化触媒装置１２は、排気ガスＧに含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化窒素（ＮＯ）を酸化する装置である。特に、排気ガスＧが低温のときには、排気ガスＧに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ2）の比率が１：１に近づくほど、下流側の選択還元型触媒装置１４でのＮＯｘ浄化率が高くなるため、この酸化触媒装置１２で一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ2）の割合を増加させる。
【００３４】
微粒子捕集装置１３は、排気ガスＧに含まれる微粒子状物質（ＰＭ）を捕集する装置である。微粒子捕集装置１３に捕集できるＰＭの量（捕集量）には上限があり、ＰＭの捕集量が上限に近づくにつれて、微粒子捕集装置１３の前後差圧が上昇して、微粒子捕集装置１３の浄化性能に支障をきたすため、定期的に微粒子捕集装置１３の強制ＰＭ再生制御を行って、微粒子捕集装置１３に捕集されたＰＭを燃焼除去している。
【００３５】
選択還元型触媒装置１４は、その前段の排気通路１１に備えた尿素水供給装置２２より排気ガスＧに向けて噴射される尿素水Ｕを排気ガスＧの熱により加水分解してアンモニア（ＮＨ3）を生成し、この生成したアンモニア（ＮＨ3）により排気ガスＧに含まれるＮＯｘを還元浄化する装置である。この選択還元型触媒装置１４は、担持した触媒にアンモニアを貯留することができ、この貯留したアンモニアにより排気ガスＧに含まれるＮＯｘを主に還元浄化しているが、貯留可能なアンモニアの量（ストレージ量）には上限があり、この上限を超えて貯留できなくなったアンモニアは選択還元型触媒装置１４の下流側の排気通路１１に放出される。
【００３６】
なお、選択還元型触媒装置１４における尿素水Ｕからアンモニアへの加水分解反応は、「（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＮＨ3＋ＨＮＣＯ」（排気ガスＧの温度が１３５℃以上）や、「ＨＮＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＮＨ3＋ＣＯ2」（排気ガスＧの温度が１６０℃以上）のような化学式に基づいて行われる。また、選択還元型触媒装置１４におけるアンモニアとＮＯｘの酸化還元反応は、「ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ」、「４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ２→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ」、「４ＮＯ2＋４ＮＨ3→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ＋Ｏ2」のような化学式に基づいて行われる。
【００３７】
アンモニアスリップ触媒装置１５は、前段の選択還元型触媒装置１４より放出されたアンモニアを窒素またはＮＯｘに酸化する装置である。この酸化反応は、「４ＮＨ3＋５Ｏ2→４ＮＯ＋６Ｈ2Ｏ、２ＮＨ3＋２Ｏ2→Ｎ2Ｏ＋３Ｈ2Ｏ」、「４ＮＨ3＋３Ｏ2→２Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ」等の化学式に基づいて行われる。尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの噴射量が過剰であると、選択還元型触媒装置１４より放出されるアンモニアの量も多くなり、このアンモニアスリップ触媒装置１５でアンモニアを酸化することで発生するＮＯｘの量も多くなるので、排気ガス浄化システム全体としてのＮＯｘ浄化率が低下してしまう。
【００３８】
また、尿素水供給装置２２は、尿素水供給ポンプ２１を介して、尿素水Ｕを貯留する尿素水貯留タンク２０と接続している。そして、後述する尿素水供給制御装置（ＤＣＵ）４１からの制御信号により尿素水供給ポンプ２１を動作させることで、尿素水貯留タンク２０に貯留している尿素水Ｕの一部を尿素水供給ポンプ２１を介して尿素水供給装置２２に供給する。尿素水供給装置２２に供給された尿素水Ｕは、尿素水供給制御装置４１からの制御信号により尿素水供給装置２２の噴射弁（図示しない）が開弁されることで、排気通路１１を通過する排気ガスＧに向けて噴射される。なお、エンジン１０の停止時等で、尿素水Ｕを排気通路１１に噴射する必要が無くなったときには、尿素水供給制御装置４１からの制御信号による尿素水供給ポンプ２１の動作により、尿素水供給ポンプ２１及び尿素水供給装置２２に残留した尿素水Ｕは尿素水貯留タンク２０に還流される。
【００３９】
また、酸化触媒装置１２の入口側（前段）及び出口側（後段）に、それぞれ、第１の酸化触媒装置用温度センサー３０、第２の酸化触媒装置用温度センサー３１を備えるとともに、選択還元型触媒装置１４の入口側（前段）に、選択還元型触媒装置１４に流入する排気ガスＧの温度を検出する選択還元型触媒装置用温度センサー３２を備える。
【００４０】
また、エンジン制御装置（ＥＣＵ）４０と尿素水供給制御装置（ＤＣＵ）４１を備える。エンジン制御装置４０は、第１の酸化触媒装置用温度センサー３０及び第２の酸化触媒装置用温度センサー３１の検出値、エンジン冷却水の温度、大気圧力、エンジン１０に流入する吸気の温度及び流量、エンジン１０の気筒（図示しない）内に噴射される燃料の流量等のデータを基に、エンジン１０の運転状態を制御する装置である。尿素水供給制御装置４１は、エンジン制御装置４０に入力される上記のデータをエンジン制御装置４０より取得して、この取得したデータや尿素水供給制御装置４１に直接入力されるデータ（例えば、選択還元型触媒装置用温度センサー３２の検出値等）を基に、尿素水供給ポンプ２１及び尿素水供給装置２２の動作状態を制御する装置である。
【００４１】
そして、本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム１では、排気ガス浄化処理装置に、少なくとも２つ以上の選択還元型触媒装置で構成される選択還元型触媒装置群１４を備える。図１では、この選択還元型触媒装置群１４を、上流側より順に、第１の選択還元型触媒装置１４１、第２の選択還元型触媒装置１４２、第３の選択還元型触媒装置１４３の３つの選択還元型触媒装置で構成する。
【００４２】
また、この選択還元型触媒装置群１４の入口に、選択還元型触媒装置群１４に流入する排気ガスＧに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出する窒素酸化物検出センサー（窒素酸化物検出装置）３３を備えるとともに、選択還元型触媒装置群１４を構成する各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３の後段に、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３より流出する排気ガスＧに含まれるアンモニアの濃度を検出するアンモニア濃度検出センサー（アンモニア濃度検出装置）３４、３６、３９を備えて構成する。これらのアンモニア濃度検出センサー３４、３６、３９は通常同等の性能を有するセンサーが用いられるとともに、これらの検出値は、尿素水供給制御装置４１に入力される。
【００４３】
なお、図１では、アンモニアスリップ触媒装置１５の後段にアンモニア濃度検出センサー３９を備えているが、第３の選択還元型触媒装置１４３とアンモニアスリップ触媒装置１５の間に備えてもよい。ただし、アンモニアスリップ触媒装置１５の後段にアンモニア濃度検出センサーを備えると、大気へ放出される排気ガスＧｃに含まれるアンモニアの濃度を基に、尿素水供給制御装置４１が尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの噴射量を調整制御することができ、大気へのアンモニア放出をより一層抑制できるので好ましい。
【００４４】
また、図１では、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３の後段に、ＮＯｘ濃度検出センサー３５、３７、３８を備えているが、これらのＮＯｘ濃度検出センサー３５、３７、３８を備えなくとも、本発明を実施することができる。ただし、ＮＯｘ濃度検出センサー３５、３７、３８を備えて、これらの検出値を基に、尿素水供給制御装置４１が尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの噴射量を調整制御すると、尿素水Ｕの噴射量の制御精度が良化するので好ましい。
【００４５】
そして、制御では、上記の排気ガス浄化システム１の構成を基にして、尿素水供給制御装置４１が、選択還元型触媒装置群１４の内、排気通路１１の上流側に配設された選択還元型触媒装置より順に各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３に貯留されるアンモニアの量を算出して、このアンモニアの量の算出値（ストレージ量）Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３が、エンジン１０の運転状態に基づいて各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３毎に予め設定される設定閾値Ｎ１ｃ、Ｎ２ｃ、Ｎ３ｃを超えるか否かを判定する。そして、アンモニアの量の算出値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３が設定閾値Ｎ１ｃ、Ｎ２ｃ、Ｎ３ｃを超えると判定する度に、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加える制御を行うように構成する。
【００４６】
言い換えれば、まず、第１の選択還元型触媒装置１４１に貯留されるアンモニアの量Ｎ１を算出して、この算出値Ｎ１が設定閾値Ｎ１ｃを超えるか否かを判定する。アンモニアの量の算出値Ｎ１が設定閾値Ｎ１ｃを超えると判定する場合には、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加え、設定閾値Ｎ１ｃ以下であると判定する場合には、尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加えない。
【００４７】
次に、第２の選択還元型触媒装置１４２に貯留されるアンモニアの量Ｎ２を算出して、この算出値Ｎ２が設定閾値Ｎ２ｃを超えるか否かを判定する。アンモニアの量の算出値Ｎ２が設定閾値Ｎ２ｃを超えると判定する場合には、尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加え、設定閾値Ｎ２ｃ以下であると判定する場合には、尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加えない。第１の選択還元型触媒装置１４１における判定に伴い、基本供給量Ｑｂを補正している場合には、この補正量も加味される。
【００４８】
最後に、第３の選択還元型触媒装置１４３に貯留されるアンモニアの量Ｎ３を算出して、この算出値Ｎ３が設定閾値Ｎ３ｃを超えるか否かを判定する。アンモニアの量の算出値Ｎ３が設定閾値Ｎ３ｃを超えると判定する場合には、尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加え、設定閾値Ｎ３ｃ以下であると判定する場合には、尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加えない。第１の選択還元型触媒装置１４１における判定、または、第２の選択還元型触媒装置１４２における判定に伴い、基本供給量Ｑｂを補正している場合には、これらの補正量も加味される。
【００４９】
この制御によれば、排気通路１１の上流側に配設された選択還元型触媒装置１４より順に、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３のアンモニアのストレージ量Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を算出して、この算出したアンモニアのストレージ量Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３が設定閾値Ｎ１ｃ、Ｎ２ｃ、Ｎ３ｃを超えるか否かを判定し、この判定結果に応じて、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加えていくので、各々の選択還元型触媒装置１４のアンモニアのストレージ量を確実かつ高精度で適正量に維持することができるとともに、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給量を適正化することができる。
【００５０】
あるいは、制御で、上記の排気ガス浄化システム１の構成を基にして、尿素水供給制御装置４１が、選択還元型触媒装置群１４を構成する各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３に貯留されるアンモニアの量Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を同時に算出して、これらの各々のアンモニアの量の算出値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３が、エンジン１０の運転状態に基づいて各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３毎に予め設定される設定閾値Ｎ１ｃ、Ｎ２ｃ、Ｎ３ｃを超えるか否かを判定し、アンモニアの量の算出値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３が設定閾値Ｎ１ｃ、Ｎ２ｃ、Ｎ３ｃを超えると判定する選択還元型触媒装置があるときは、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加えるとともに、アンモニアの量の算出値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３が設定閾値Ｎ１ｃ、Ｎ２ｃ、Ｎ３ｃを超えると判定する選択還元型触媒装置の個数に基づいて、尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに加える補正量Ｑｃを増加させる制御を行うように構成する。
【００５１】
すなわち、アンモニアの量の算出値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３の内、設定閾値Ｎ１ｃ、Ｎ２ｃ、Ｎ３ｃを超える算出値があれば、尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正量Ｑｃを加える。そして、設定閾値を超える算出値の個数が増加するにつれて、この補正量Ｑｃの値を増加させる。
【００５２】
この制御によれば、排気ガス浄化処理装置に備えた各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３のアンモニアのストレージ量Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を同時に算出して、この算出したアンモニアのストレージ量Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３が設定閾値Ｎ１ｃ、Ｎ２ｃ、Ｎ３ｃを超えるか否かを判定し、この判定結果に応じて、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに加える補正量Ｑｃを変化させるので、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３のアンモニアのストレージ量を迅速に適正量にすることができるとともに、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給量を適正化することができる。
【００５３】
また、制御で、上記の排気ガス浄化システム１において、尿素水供給制御装置４１が、選択還元型触媒装置群１４の内、排気通路１１の最上流に配設された選択還元型触媒装置１４１に貯留されるアンモニアの量Ｎ１を、窒素酸化物検出センサー３３の検出値と、この最上流の選択還元型触媒装置１４１の後段に配設されたアンモニア濃度検出センサー３４の検出値と、第１の酸化触媒装置用温度センサー３０の検出値と、第２の酸化触媒装置用温度センサー３１の検出値と、選択還元型触媒装置用温度センサー３２の検出値と、第１の選択還元型触媒装置に流入する排気ガスＧの流量に基づいて算出するように構成する。
【００５４】
また、最上流の選択還元型触媒装置１４１以外の選択還元型触媒装置１４２に貯留されるアンモニアの量Ｎ２については、尿素水供給制御装置４１が、この選択還元型触媒装置１４２より上流側の隣接する選択還元型触媒装置１４１の後段に配設されたアンモニア濃度検出センサー３４の検出値と、この選択還元型触媒装置１４２の後段に配設されたアンモニア濃度検出センサー３６の検出値に基づいて算出する制御を行うように構成する。これらのセンサー３４、３６の検出値とアンモニアの量Ｎ２の関係については、予め実験等により制御マップを作成して、尿素水供給制御装置４１に記憶させておく。
【００５５】
そして、最上流の選択還元型触媒装置１４１以外の選択還元型触媒装置１４３に貯留されるアンモニアの量Ｎ３については、尿素水供給制御装置４１が、この選択還元型触媒装置１４３より上流側の隣接する選択還元型触媒装置１４２の後段に配設されたアンモニア濃度検出センサー３６の検出値と、この選択還元型触媒装置１４３の後段に配設されたアンモニア濃度検出センサー３９の検出値に基づいて算出する制御を行うように構成する。これらのセンサー３６、３９の検出値とアンモニアの量Ｎ３の関係については、予め実験等により制御マップを作成して、尿素水供給制御装置４１に記憶させておく。
【００５６】
この制御によれば、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３のアンモニアのストレージ量の算出精度を高精度化することができる。
【００５７】
あるいは、制御で、上記の排気ガス浄化システム１の構成を基にして、尿素水供給制御装置４１が、選択還元型触媒装置群１４を構成する各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３に貯留されるアンモニアの量を総和した量であるアンモニア総和量Ｎｓを、窒素酸化物検出センサー３３の検出値と、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３の後段に配設されたアンモニア濃度検出センサー３４、３６、３９の検出値に基づいて算出するとともに、このアンモニア総和量の算出値Ｎｓが、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定されるアンモニア総和量設定閾値Ｎｓｃを超えるときは、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加える制御を行うように構成する。
【００５８】
この制御によれば、排気ガス浄化処理装置に備えた各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３を一つの大型の選択還元型触媒装置と捉えて、この大型の選択還元型触媒装置のアンモニアのストレージ量Ｎｓを算出して、この算出したアンモニアのストレージ量Ｎｓが設定閾値Ｎｓｃを超えるか否かを判定し、この判定結果に応じて、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を行うので、非常に簡素化した制御で尿素水供給制御装置４１への負担を軽減しつつ、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３のアンモニアのストレージ量を適正量に維持することができ、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給量を適正化することができる。
【００５９】
上記の内燃機関の排気ガス浄化システム１を基にした、本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローを図２、図３、図４に示す。図２、図３、図４の制御フローは、それぞれ、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給量を制御するための独立の制御フローであるが、予め設定した制御時間毎に上級の制御フローから呼ばれて実施され、実施後に、上級の制御フローに戻る制御フローとして示している。
【００６０】
なお、この図２、図３、図４の制御フローに基づく制御の途中で、エンジン１０が運転停止するとき等では、割り込みが生じて、リターンに行って上級の制御フローに戻り、この上級の制御フローの終了と共に終了する。また、図２、図３、図４の制御フローの途中において、選択還元型触媒装置１４に貯留するアンモニアの量の単位を変換する必要がある場合は、例えば、単位をｐｐｍからｇに変換する等、適宜変換する。また、図２、図３、図４の制御フローの途中において、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３に貯留するアンモニアの量Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３や、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３に貯留されるアンモニアの量を総和した量であるアンモニア総和量Ｎｓを算出するが、これらの量Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎｓの算出方法については上記した方法と同様の方法であるので、省略する。
【００６１】
図２の制御フローについて説明する。図２の制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、第１の選択還元型触媒装置１４１に貯留するアンモニアの量Ｎ１を算出する。ステップＳ１０の制御を実施後、ステップＳ２０に進む。
【００６２】
ステップＳ２０にて、ステップＳ１０で算出したアンモニアの量Ｎ１が、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される設定閾値Ｎ１ｃを超えるか否かを判定する。アンモニアの量Ｎ１が設定閾値Ｎ１ｃを超えると判定する場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ３０に進み、ステップＳ３０にて、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正量を加えて、基本供給量Ｑｂを補正する。ステップＳ３０の制御を実施後、ステップＳ４０に進む。一方、アンモニアの量Ｎ１が設定閾値Ｎ１ｃ以下であると判定する場合（ＮＯ）には、ステップＳ３０を通過することなく、ステップＳ４０に進む。
【００６３】
ステップＳ４０にて、第２の選択還元型触媒装置１４２に貯留するアンモニアの量Ｎ２を算出する。ステップＳ４０の制御を実施後、ステップＳ５０に進む。
【００６４】
ステップＳ５０にて、ステップＳ４０で算出したアンモニアの量Ｎ２が、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される設定閾値Ｎ２ｃを超えるか否かを判定する。アンモニアの量Ｎ２が設定閾値Ｎ２ｃを超えると判定する場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ６０に進み、ステップＳ６０にて、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正量を加えて、基本供給量Ｑｂを補正する。ステップＳ３０で基本供給量Ｑｂに補正を加えていた場合には、この加えた補正量も加味される。ステップＳ６０の制御を実施後、ステップＳ７０に進む。一方、アンモニアの量Ｎ２が設定閾値Ｎ２ｃ以下であると判定する場合（ＮＯ）には、ステップＳ６０を通過することなく、ステップＳ７０に進む。
【００６５】
ステップＳ７０にて、第３の選択還元型触媒装置１４３に貯留するアンモニアの量Ｎ３を算出する。ステップＳ７０の制御を実施後、ステップＳ８０に進む。
【００６６】
ステップＳ８０にて、ステップＳ７０で算出したアンモニアの量Ｎ３が、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される設定閾値Ｎ３ｃを超えるか否かを判定する。アンモニアの量Ｎ３が設定閾値Ｎ３ｃを超えると判定する場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ９０に進み、ステップＳ９０にて、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正量を加えて、基本供給量Ｑｂを補正する。ステップＳ３０、ステップＳ６０で基本供給量Ｑｂに補正を加えていた場合には、この加えた補正量も加味される。ステップＳ９０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。一方、アンモニアの量Ｎ３が設定閾値Ｎ３ｃ以下であると判定する場合（ＮＯ）には、ステップＳ９０を通過することなく、リターンに進んで、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。
【００６７】
次に、図３の制御フローについて説明する。図３の制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３に貯留するアンモニアの量Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を同時に算出する。ステップＳ１０の制御を実施後、ステップＳ２０に進む。
【００６８】
ステップＳ２０にて、ステップＳ１０で算出したアンモニアの量Ｎｉ（ｉ＝１、２、３）が、エンジン１０の運転状態に基づいて各々の選択還元型触媒装置１４ｉ（ｉ＝１、２、３）毎に予め設定される設定閾値Ｎｉｃ（ｉ＝１、２、３）を超えるか否かを判定する。アンモニアの量Ｎｉが設定閾値Ｎｉｃを超えると判定する選択還元型触媒装置１４ｉがある場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ３０に進み、ステップＳ３０にて、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正量Ｑｃを加えて、基本供給量Ｑｂを補正する。この補正量Ｑｃは、アンモニアの量Ｎｉが設定閾値Ｎｉｃを超えると判定する選択還元型触媒装置の個数が多くなるにつれて、増加させる。ステップＳ３０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。一方、アンモニアの量Ｎｉが設定閾値Ｎｉｃを超えると判定する選択還元型触媒装置１４ｉがない場合（ＮＯ）には、ステップＳ３０を通過することなく、リターンに進んで、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。
【００６９】
次に、図４の制御フローについて説明する。図４の制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、選択還元型触媒装置群１４を構成する各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３に貯留されるアンモニアの量を総和した量であるアンモニア総和量Ｎｓを算出する。ステップＳ１０の制御を実施後、ステップＳ２０に進む。
【００７０】
ステップＳ２０にて、ステップＳ１０で算出したアンモニア総和量Ｎｓが、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される設定閾値Ｎｓｃを超えるか否かを判定する。アンモニア総和量Ｎｓが設定閾値Ｎｓｃを超えると判定する場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ３０に進み、ステップＳ３０にて、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正量を加えて、基本供給量Ｑｂを補正する。ステップＳ３０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。一方、アンモニア総和量Ｎｓが設定閾値Ｎｓｃ以下であると判定する場合（ＮＯ）には、ステップＳ３０を通過することなく、リターンに進んで、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。
【００７１】
以上より、上記の内燃機関の排気ガス浄化システム１を基にした、本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関１０の排気通路１１に、上流側より順に、尿素水供給装置２２、排気ガス浄化処理装置を備えるとともに、この排気ガス浄化処理装置に少なくとも２つ以上の選択還元型触媒装置で構成される選択還元型触媒装置群１４を備えた内燃機関の排気ガス浄化方法において、選択還元型触媒装置群１４に流入する排気ガスＧに含まれる窒素酸化物の濃度と、選択還元型触媒装置群１４を構成する各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３より流出する排気ガスＧに含まれるアンモニア濃度に基づいて、内燃機関１０の運転状態に基づいて予め設定される尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加える制御を行うことを特徴とする方法となる。
【００７２】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、選択還元型触媒装置群１４の内、排気通路１１の上流側に配設された選択還元型触媒装置より順に、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３に貯留されるアンモニアの量Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を算出して、このアンモニアの量の算出値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３が、内燃機関１０の運転状態に基づいて各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３毎に予め設定される設定閾値Ｎ１ｃ、Ｎ２ｃ、Ｎ３ｃを超えるか否かを判定し、アンモニアの量の算出値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３が設定閾値Ｎ１ｃ、Ｎ２ｃ、Ｎ３ｃを超えると判定する度に、尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加える制御を行うことを特徴とする方法となる。
【００７３】
あるいは、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、選択還元型触媒装置群１４を構成する各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３に貯留されるアンモニアの量Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を同時に算出して、これらの各々のアンモニアの量の算出値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３が、内燃機関１０の運転状態に基づいて各々の選択還元型触媒装置毎に予め設定される設定閾値を超えるか否かを判定し、アンモニアの量の算出値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３が設定閾値Ｎ１ｃ、Ｎ２ｃ、Ｎ３ｃを超えると判定する選択還元型触媒装置があるときは、尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加えるとともに、アンモニアの量の算出値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３が設定閾値Ｎ１ｃ、Ｎ２ｃ、Ｎ３ｃを超えると判定する選択還元型触媒装置の個数に基づいて、尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに加える補正量Ｑｃを増加させる制御を行うことを特徴とする方法となる。
【００７４】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、選択還元型触媒装置群１４の内、排気通路１１の最上流に配設された選択還元型触媒装置１４１に貯留されるアンモニアの量Ｎ１を、選択還元型触媒装置群１４に流入する排気ガスＧに含まれる窒素酸化物の濃度と、この最上流の選択還元型触媒装置１４１より流出する排気ガスＧに含まれるアンモニア濃度に基づいて算出する。また、最上流の選択還元型触媒装置１４１以外の選択還元型触媒装置１４２に貯留されるアンモニアの量を、この選択還元型触媒装置１４２より上流側の隣接する選択還元型触媒装置１４１より流出する排気ガスＧに含まれるアンモニア濃度と、この選択還元型触媒装置１４２より流出する排気ガスＧに含まれるアンモニア濃度に基づいて算出する。そして、最上流の選択還元型触媒装置１４１以外の選択還元型触媒装置１４３に貯留されるアンモニアの量を、この選択還元型触媒装置１４３より上流側の隣接する選択還元型触媒装置１４２より流出する排気ガスＧに含まれるアンモニア濃度と、この選択還元型触媒装置１４３より流出する排気ガスＧに含まれるアンモニア濃度に基づいて算出する制御を行うことを特徴とする方法となる。
【００７５】
あるいは、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、選択還元型触媒装置群１４を構成する各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３に貯留されるアンモニアの量を総和した量であるアンモニア総和量Ｎｓを、選択還元型触媒装置群１４に流入する排気ガスＧに含まれる窒素酸化物の濃度と、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３より流出する排気ガスＧに含まれるアンモニア濃度に基づいて算出するとともに、このアンモニア総和量の算出値Ｎｓが、内燃機関１０の運転状態に基づいて予め設定されるアンモニア総和量設定閾値Ｎｓｃを超えるときは、尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正を加える制御を行うことを特徴とする方法となる。
【００７６】
上記の構成の内燃機関の排気ガス浄化システム１、内燃機関、及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、排気ガス浄化処理装置に備えた各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３に貯留されたアンモニアの量（ストレージ量）を、選択還元型触媒装置群１４の入口に備えた窒素酸化物検出装置３３の検出値と、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３の後段に備えたアンモニア濃度検出装置３４、３６、３９の検出値に基づいて推定算出するので、各々の選択還元型触媒装置１４１、１４２、１４３に貯留するアンモニアの量を高精度で推定することができ、その結果、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給量を適正化することができ、選択還元型触媒装置１４からのアンモニアスリップを抑制しつつ、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００７７】
なお、上記したように、本発明では、排気ガス浄化処理装置に、少なくとも２つ以上の選択還元型触媒装置で構成される選択還元型触媒装置群１４を備えた構成を前提としているが、図５に示すように、排気ガス浄化処理装置に、一つの選択還元型触媒装置１４を備えた構成でも、図６の制御フローに示すように、この選択還元型触媒装置１４に貯留するアンモニアの量を高精度で推定できる制御方法を、本発明者は先行技術として創出している。なお、図５では、選択還元型触媒装置１４の周辺の構成のみを図示しており、エンジン１０等の他の装置や、尿素水供給制御装置４１からの制御信号線については省略している。
【００７８】
図６の制御フローについて説明する。図６の制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、選択還元型触媒装置群１４に貯留されるアンモニアの量Ｎ１を算出する。ステップＳ１０の制御を実施後、ステップＳ２０に進む。
【００７９】
ステップＳ２０にて、ステップＳ１０で算出したアンモニアの量Ｎ１が、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される設定閾値Ｎ１ｃを超えるか否かを判定する。アンモニアの量Ｎ１が設定閾値Ｎ１ｃを超えると判定する場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ３０に進み、ステップＳ３０にて、エンジン１０の運転状態に基づいて予め設定される尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの基本供給量Ｑｂに補正量を加えて、基本供給量Ｑｂを補正する。ステップＳ３０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。一方、アンモニアの量Ｎ１が設定閾値Ｎ１ｃ以下であると判定する場合（ＮＯ）には、ステップＳ３０を通過することなく、リターンに進んで、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。
【符号の説明】
【００８０】
１  内燃機関の排気ガス浄化システム
１０  エンジン（内燃機関）
１１  排気通路
１４  選択還元型触媒装置、選択還元型触媒装置群
１４１  第１の選択還元型触媒装置
１４２  第２の選択還元型触媒装置
１４３  第３の選択還元型触媒装置
２２  尿素水供給装置
３２  選択還元型触媒装置用温度センサー
３３、３５、３７、３８  ＮＯｘ濃度検出センサー（ＮＯｘ濃度検出装置）
３２、３４、３６、３９  アンモニア濃度検出センサー（アンモニア濃度検出装置）
４１  尿素水供給制御装置
Ｕ  尿素水
Ｑｂ  尿素水の基本供給量
Ｑｃ  尿素水の補正供給量
Ｇ  エンジンの排気ガス
Ｇｃ  浄化処理された排気ガス
【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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