JP2009115032A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ浄化触媒の下流側におけるＮＯｘ量を正しく検出し、ひいてはＮＯｘ浄化率等を適正に算出したりすることができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気管２２には、上流側から順に、酸化触媒４１、ＳＣＲ触媒４２、アンモニアスリップ触媒４３が配設されている。また、排気管２２において酸化触媒４１とＳＣＲ触媒４２との間には尿素水添加弁４４が設けられている。ＳＣＲ触媒４２の下流側には、ＳＣＲ触媒通過後の排気を検出対象として同排気中のＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサ４７が設けられている。ＥＣＵ５０は、各々異なる尿素水添加量に変更しつつ尿素水添加弁４４により尿素水を添加させる。また、その尿素水添加時において都度の添加量ごとにＮＯｘセンサ４７のセンサ出力を取得するとともに、該取得したセンサ出力のうち同センサ出力が最小値となる尿素水添加量により添加量指令値を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に尿素水溶液等のアンモニア系還元剤を用いた選択還元（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）型の排気浄化システムに好適に採用される排気浄化装置に関する。

近年、自動車等に適用される内燃機関（特にディーゼルエンジン）において、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を高い浄化率で浄化する排気浄化装置として尿素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浄化触媒（ＳＣＲ触媒）が設けられるとともに、その上流側に、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。かかる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、排気と共に尿素水がＮＯｘ浄化触媒に供給され、該ＮＯｘ浄化触媒上でのＮＯｘの還元反応によって排気が浄化される。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、ＮＯｘ浄化触媒ではアンモニアによりＮＯｘが選択的に還元されることで排気浄化が行われることとなる。

また、ＮＯｘ浄化触媒の下流側にはＮＯｘセンサが設けられており、このＮＯｘセンサにより、触媒下流側のＮＯｘ濃度が検出される。そして、都度のＮＯｘセンサ出力に基づいてＮＯｘ浄化率の算出等が行われる。例えば、特許文献１の排気浄化装置では、ＮＯｘ浄化触媒の前後にそれぞれＮＯｘセンサが設けられており、これら各ＮＯｘセンサの出力に基づいてＮＯｘ浄化率が算出される。また、エンジンの定常運転中において還元剤の供給状態と非供給状態とが切替操作されるとともに、還元剤の供給時と非供給時とのＮＯｘ浄化率の差が算出され、そのＮＯｘ浄化率の差に基づいてＮＯｘ浄化触媒のアンモニア吸着量や還元剤添加量が算出される。
特開２００３−３１４２５６号公報

しかしながら、ＮＯｘセンサは、一般に固体電解質体と一対の電極とを用いたセンサ素子を有する構造となっており、ＮＯｘだけでなくアンモニア（ＮＨ3）にも検出感度を有する。そのため、ＮＯｘ浄化触媒にて余剰となったアンモニアが触媒下流側に排出されると（いわゆる、アンモニアスリップが生じると）、ＮＯｘセンサではアンモニア反応分の出力が生じる。かかる場合、ＮＯｘセンサ出力を用いてＮＯｘ浄化率等を算出する際に、ＮＯｘ浄化率等が誤って算出されるおそれが生じる。こうしてＮＯｘ浄化率の算出精度が低下すると、そのＮＯｘ浄化率を基に算出されるアンモニア吸着量や還元剤添加量も不正確なものになり、ひいてはＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘ浄化率の低下やアンモニアスリップ量の増加等が懸念されることとなる。

本発明は、ＮＯｘ浄化触媒の下流側におけるＮＯｘ量を正しく検出し、ひいてはＮＯｘ浄化率等を適正に算出したりす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。

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。

本発明の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路においてＮＯｘ浄化触媒（例えば、アンモニア選択還元触媒）の排気上流側に還元剤添加手段により還元剤（例えば、尿素水溶液等のアンモニア系還元剤）が添加され、ＮＯｘ浄化触媒では還元剤とＮＯｘとの反応によるＮＯｘ浄化が行われる。そして、ＮＯｘ浄化触媒の排気下流側にてＮＯｘセンサによりＮＯｘ量が検出され、その検出値に基づいてＮＯｘ浄化率の算出等が実行される。

また、請求項１に記載の発明では特に、各々異なる添加量に変更しつつ還元剤添加手段により還元剤を添加させ、その還元剤添加時において都度の添加量ごとにＮＯｘセンサのセンサ出力を取得するとともに、該取得したセンサ出力のうち同センサ出力が最小値となる還元剤添加量により添加量指令値を算出する。

要するに、ＮＯｘセンサでは、排気中のＮＯｘ以外に、ＮＯｘ浄化触媒にて余剰となった還元剤が同様に検出される。ここで、還元剤としての尿素水溶液を徐々に増加させることを想定すると、還元剤の増量に伴いＮＯｘ浄化触媒の下流側におけるＮＯｘ濃度が次第に減り、さらに還元剤を増量することによりアンモニア濃度（アンモニアスリップ量）が増加する。この場合、図４に示すように、ＮＯｘセンサ出力は還元剤添加量（尿素水添加量）に対して下に凸の特性となり、同特性においてＮＯｘセンサ出力が最小値となる還元剤添加量は、ＮＯｘ浄化触媒の下流側におけるＮＯｘ濃度とアンモニア濃度とが共に少なく、ＮＯｘ浄化率が最大となる還元剤添加量に相当する。

この点、請求項１の上記構成によれば、
・各々異なる複数の添加量に変更しつつ還元剤を添加すること、
・還元剤添加時において都度の添加量ごとにＮＯｘセンサ出力を取得するとともに、該取得したセンサ出力のうち同センサ出力が最小値となる還元剤添加量により添加量指令値を算出すること、
により、還元剤の余剰量（アンモニアスリップ量）が少なく、かつＮＯｘ浄化率が最大となる還元剤添加量を添加量指令値として見出すことができる。その結果、ＮＯｘ浄化触媒の下流側におけるＮＯｘ量を正しく検出することができ、ひいてはＮＯｘ浄化率等を適正に算出したりすることができるようになる。

ここで、請求項２に記載したように、都度の添加量指令値を基準として増量側又は減量側の少なくともいずれかに還元剤添加量を変更するとよい。かかる構成によれば、都度の添加量指令値が最適値であるかどうか、すなわち、ＮＯｘセンサ出力が最小値となる添加量となっているかどうかを適宜把握できる。

請求項３に記載の発明では、あらかじめ定めた変更幅で還元剤添加量を変更して少なくとも３段階の還元剤添加を実行するととも、その少なくとも３段階の還元剤添加のうち中間量の還元剤添加時における前記センサ出力が最小値となる場合に、前記変更幅を小さくした上で再度、還元剤添加量の変更に伴う還元剤添加を実行する。

要するに、還元剤添加量を変更して少なくとも３段階の還元剤添加を実行した場合に、そのうちの中間量の還元剤添加時におけるＮＯｘセンサ出力が最小値となることは、添加量変更時の最小添加量と最大添加量との間に、添加量指令値の最適値（すなわち、ＮＯｘセンサ出力が最小値となる還元剤添加量）が存在していることを意味する。かかる場合、上記のように変更幅を小さくした上で再度、還元剤添加量の変更に伴う還元剤添加を実行することにより、添加量指令値の最適値を精度よく求めることができる。

請求項４に記載の発明では、還元剤添加量の変更前の前記センサ出力と変更後の前記センサ出力とに基づいて、前記センサ出力が最小値となる還元剤添加量が減量側にあるか増量側にあるかを予測し、その予測結果に基づいて還元剤添加量を増量又は減量させることとしている。例えば、還元剤添加量の増減変更に伴いＮＯｘセンサ出力が変更前に対して増加した場合には増減方向を反転させる。又は、同じく還元剤添加量の増減変更に伴いＮＯｘセンサ出力が変更前に対して減少した場合には同じ増減方向にて還元剤添加量を変更する。

請求項４によれば、センサ出力が最小値となる還元剤添加量のある側（減量側、増量側のいずれか）にのみ、還元剤添加量の増減変更を行わせることが可能となる。したがって、還元剤添加量の増減処理を簡易化できる。

また、請求項５に記載したように、ＮＯｘセンサの出力値に基づいて還元剤添加量の変更幅を設定するとよい。例えば、センサ出力値が大きいほど、還元剤添加量の変更幅を大きくする。センサ出力値が比較的大きい場合には、還元剤添加量の変更に対するセンサ出力値の変化率が比較的大きく、センサ出力値が比較的小さい場合には、還元剤添加量の変更に対するセンサ出力値の変化率が比較的小さい（図４参照）。それゆえに、ＮＯｘセンサ出力の最小値を見出すには、上記のようにＮＯｘセンサの出力値に基づいて還元剤添加量の変更幅を設定することが望ましい。

請求項６に記載したように、還元剤添加量の変更に伴い取得された前記センサ出力の最小値と最大値との差が所定値以内であれば、添加量指令値を新たに算出しないことが望ましい。つまり、ＮＯｘセンサ出力が最小値となる近傍では、還元剤添加量を増減変化させてもＮＯｘセンサ出力はほとんど変化しないことがある（図４参照）。この場合、添加量指令値を算出（更新）する必要はなく、不要な添加量指令値の算出（更新）をやめさせることができる。

請求項７に記載の発明では、還元剤添加量を増減させる場合において、添加量の減量を行う期間を、添加量の増量を行う期間よりも長くしている。つまり、還元剤添加量を増量する場合と減量する場合とを比較すると、センサ出力の応答速度が相違し、後者の方が応答速度が遅い。これは、ＮＯｘ浄化触媒における還元剤の消費速度の方が、同触媒における還元剤の吸着速度（アンモニア吸着速度）よりも小さいことに起因している。この点、請求項７の構成によれば、還元剤添加量を増量させる場合、及び減量させる場合の何れであっても、その添加量変更に伴うＮＯｘセンサ出力の値を適正に得ることができる。また、増量時と減量時とで期間の長さに差を設けたことにより、何れの場合にも必要最小限の期間を設定できる。

ＮＯｘセンサ出力が最小値となる添加量指令値は、逐次変化するものでなく、内燃機関の運転状態が一定であれば定常的な値となる。それゆえに、請求項８に記載したように、指令値算出手段により算出した添加量指令値を学習値としてバックアップ用のメモリに記憶するとともに、前記学習値を随時（必要に応じて）更新することが望ましい。これにより、ＮＯｘセンサ出力が最小値となる添加量指令値を、必要最小限の頻度で算出すればよいこととなる。例えば、制御装置（ＥＣＵ）への電源投入ごとに１回のみ添加量指令値の算出を実行する。

還元剤添加量に対するＮＯｘセンサ出力の特性は、内燃機関の運転状態によって変わると考えられる。それゆえに、請求項９に記載したように、指令値算出手段により算出した添加量指令値を、添加量制御手段による添加量制御時における内燃機関の運転状態に対応づけて前記メモリに記憶することが望ましい。これにより、内燃機関の運転状態が変化したとしても、その都度最適な添加量指令値を設定することができる。

請求項１０に記載の発明では、ＮＯｘ浄化触媒の下流側に設けられる還元剤浄化用の酸化触媒（例えば、アンモニアスリップ触媒）と、同酸化触媒が活性状態にあるかどうかを判定する活性判定手段とを備える。そして、前記活性判定手段により酸化触媒が非活性状態である旨判定された場合に、前記指令値算出手段による添加量指令値の算出を実行する。

要するに、ＮＯｘ浄化触媒の下流側の酸化触媒が非活性であると、仮にＮＯｘ浄化触媒の下流側に還元剤が排出された場合に、その還元剤が適正に浄化できないことが考えられる。この点、上記のように酸化触媒の非活性時に、指令値算出手段による添加量指令値の算出を実行することにより、ＮＯｘ浄化触媒の下流側への還元剤の排出を抑え、ひいては還元剤の大気排出を抑制できる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車両用の多気筒ディーゼルエンジンを制御対象としてエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢としてエンジンの各種制御が実施される。また本実施形態では、燃料噴射システムとしてコモンレール式燃料噴射システムを採用するとともに、排気浄化システムとして尿素ＳＣＲシステムを採用することとしている。先ずは、本システムの全体概略を図１を用いて説明する。

エンジン１０は、レシプロエンジン構造を有するエンジン本体１１を有しており、その基本構造として、シリンダ内を往復動するピストン１２や、吸気側及び排気側の各ポートに設けられて各々個別に開閉動作する吸気弁１３、排気弁１４を備えている。ピストン１２の往復動に伴いクランク軸１５が回転する。また、シリンダヘッドには気筒ごとに燃料噴射弁１６が設けられている。燃料噴射弁１６によって燃焼室１７内に燃料が直接噴射され、その噴射燃料が燃焼室１７内で燃焼に供される。

クランク軸１５には、同クランク軸１５の回転を検出するためのクランク角センサ１８が設けられている。また、シリンダブロックには、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ１９が設けられている。

燃料供給系の構成について簡単に説明する（ただし周知のため、図示による説明は省略）。燃料供給系の構成として高圧ポンプとコモンレール（蓄圧配管）とが設けられており、高圧ポンプにより燃料タンク内の燃料が高圧化され、コモンレールに対して圧送される。コモンレール内には数１０〜２００ＭＰａ程度の高圧燃料が貯留され、この高圧燃料が各気筒の燃料噴射弁１６に供給される。なお、コモンレール内の燃料圧力は都度のエンジン運転状態等に応じて適宜調整される。

エンジン本体１１の吸気ポートには吸気管（マニホールド部分を含む）２１が接続され、排気ポートには排気管（マニホールド部分を含む）２２が接続されている。吸気管２１には、電気駆動式のスロットルバルブを有するスロットルアクチュエータ２３が設けられている。また、吸気管２１内の吸気通路と排気管２２内の排気通路とはＥＧＲ通路２４により接続されており、そのＥＧＲ通路２４にはＥＧＲ弁２５とＥＧＲクーラ２６とが設けられている。なお、吸気管２１の最上流部にはエアクリーナ２７が設けられている。

また、本システムには、過給装置としてターボチャージャ３０が設けられている。ターボチャージャ３０は、吸気管２１に設けられた吸気コンプレッサ３１と、排気管２２に設けられた排気タービン３２とを有しており、排気管２２を流れる排気によって排気タービン３２が回転し、その回転力がシャフト３３を介して吸気コンプレッサ３１に伝達される。そして、吸気コンプレッサ３１により、吸気管２１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。ターボチャージャ３０にて過給された空気は、インタークーラ３４によって冷却された後、吸気管２１の下流側に給送される。

なお、吸気管２１には、吸気量センサ（エアフロメータ）、吸気圧センサ、吸気温センサ等のセンサ類が設けられるが、便宜上説明を省略する。

次に、排気系に設けられる排気浄化システムについて説明する。排気管２２には、上流側から順に、酸化触媒４１、ＳＣＲ触媒（アンモニア選択還元触媒）４２、アンモニアスリップ触媒４３が配設されている。ＳＣＲ触媒４２がＮＯｘ浄化触媒に相当する。また、排気管２２において酸化触媒４１とＳＣＲ触媒４２との間には、還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管２２内に添加供給するための尿素水添加弁４４が設けられている。尿素水添加弁４４は、既存の燃料噴射弁（電磁駆動式のインジェクタ）とほぼ同様の構成を有しており、電気的な制御指令に伴う開弁動作により尿素水添加弁４４の先端噴孔部から尿素水が噴射される。なお、尿素水添加弁４４に対しては、尿素水ポンプの圧送動作によって尿素水タンク内の尿素水が逐次供給されるようになっている（図示は省略）。

上記構成の排気浄化システムでは、エンジン運転時において、尿素水添加弁４４により排気管２２内に尿素水が添加供給されると、排気管２２内において排気と共に尿素水がＳＣＲ触媒４２に供給され、ＳＣＲ触媒４２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。

詳しくは、尿素水添加弁４４から噴射された尿素水は排気熱で加水分解され、その際、
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2 …（式１）
のような反応によりアンモニア（ＮＨ3）が生成される。そして、ＳＣＲ触媒４２を排気が通過する際、アンモニアによって排気中のＮＯｘが選択的に還元浄化される。その際、以下に示すような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。
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ …（式２）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ …（式３）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ …（式４）
このようにアンモニアによるＮＯｘの還元浄化が行われる際、アンモニアがＮＯｘと反応しきれずに余剰となると、その余剰アンモニアが排気に混じって排気下流側に放出される。かかる場合、余剰アンモニアは、ＳＣＲ触媒下流側のアンモニアスリップ触媒４３（例えば酸化触媒）により除去されるようになっている。

また、排気管２２において酸化触媒４１とＳＣＲ触媒４２との間には、酸素濃度センサ４５と排気温センサ４６とが設けられており、これらの各センサの出力を基に排気中の酸素濃度や排気温度が検出される。また、ＳＣＲ触媒４２の下流側には、ＳＣＲ触媒通過後の排気を検出対象として同排気中のＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）を検出するＮＯｘセンサ４７が設けられており、このＮＯｘセンサ４７の出力を基にＳＣＲ触媒４２のＮＯｘ浄化率が検出されるようになっている。

なお、図１では省略しているが、排気管２２にはＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）が設置されており、このＤＰＦによって排気中のＰＭ（パティキュレートマター）が捕集されるようになっている。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備えて構成されており、このＥＣＵ５０には、上述した各種センサの検出信号や、その他コモンレール内の燃料圧力（レール圧）を検出するためのレール圧センサ、ドライバによるアクセル操作量（アクセル開度）を検出するためのアクセルセンサなどから検出信号が逐次入力される。そして、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度やアクセル操作量等のエンジン運転情報に基づいて、燃料噴射制御や燃料圧力制御（レール圧制御）等を実行する。これにより、燃料噴射弁１６の燃料噴射動作や高圧ポンプによる燃料圧送動作が制御される。その他、ＥＣＵ５０は、都度のエンジン運転状態に基づいてスロットルアクチュエータ２３やＥＧＲ弁２５等の制御を適宜実行する。

ＥＣＵ５０には、バックアップ用のメモリとしてＥＥＰＲＯＭ５１が設けられている。ＥＥＰＲＯＭ５１には、各種の学習値やダイアグデータ（故障診断データ）等が適宜記憶され、継続的に保存される。なお、バックアップ用のメモリとして、ＥＣＵ５０への電源遮断後にも給電状態が維持されるスタンバイＲＡＭを用いることも可能である。

また、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘセンサ４７の出力に基づいて、ＳＣＲ触媒４２の下流側におけるＮＯｘ量を算出したり、ＮＯｘ浄化率を算出したりする。また、ＮＯｘ浄化率に基づいて尿素水添加量を制御する。ちなみに、ＮＯｘ浄化率Ｘ１は、エンジンからのＮＯｘ排出量Ｙ１とＳＣＲ触媒４２の下流側におけるＮＯｘ量Ｙ２とに基づいて算出される（Ｘ１＝（Ｙ１−Ｙ２）／Ｙ１）。このとき、ＮＯｘ排出量Ｙ１は、都度のエンジン運転状態（エンジン回転速度、燃料噴射量）に基づいてマップや数式により算出される。また、ＳＣＲ触媒４２の下流側におけるＮＯｘ量Ｙ２はＮＯｘセンサ出力により算出される。

尿素水添加弁４４による尿素水添加に関して具体的には、ＥＣＵ５０からは尿素水添加弁４４に対して所定周期の開弁指令パルスが出力され、そのパルス出力に伴い尿素水添加弁４４の駆動部（ソレノイド部）に駆動電流が流れる。そして、その通電に伴い尿素水添加弁４４が開弁され、尿素水が添加（噴射）される。このとき、開弁指令パルスの出力周期（又は出力周波数）を可変に調整することで尿素水添加量が増減されるようになっており、その概要を図２に示す。（ａ）に示すベース添加量に対して尿素水添加量を減量する場合、（ｂ）に示すように開弁指令パルスの出力周期を大きくする。また、尿素水添加量を増量する場合、（ｃ）に示すように開弁指令パルスの出力周期を小さくする。なお、尿素水添加量を減量する場合には、尿素水添加弁４４の開弁駆動を一時的に停止させるようにしてもよい。

次に、ＮＯｘセンサ４７の構成を図３を用いて説明する。図３は、ＮＯｘセンサ４７を構成するセンサ素子６０の断面構造を示す断面図である。センサ素子６０は、ポンプセル、センサセル及びモニタセルからなる、いわゆる３セル構造を有するものであり、それら各セルが積層配置されて構成されている。なお、モニタセルは、ポンプセル同様、ガス中の酸素排出の機能を具備するため、補助ポンプセル又は第２ポンプセルと称される場合もある。

センサ素子６０において、ジルコニア等の酸素イオン導電性材料からなる固体電解質体６１，６２はシート状をなし、アルミナ等の絶縁材料からなるスペーサ６３を介して図の上下に所定間隔を隔てて積層されている。このうち、図の上側の固体電解質体６１には排気導入口６１ａが形成されており、この排気導入口６１ａを介して当該センサ素子周囲の排気が第１チャンバ６４内に導入される。第１チャンバ６４は、絞り部６５を介して第２チャンバ６６に連通している。固体電解質体６１の図の上面には、排気を所定の拡散抵抗で出し入れするための多孔質拡散層６７が設けられるとともに、大気通路６８を区画形成するための絶縁層６９が設けられている。

また、固体電解質体６２の図の下面にはアルミナ等よりなる絶縁層７１が設けられ、この絶縁層７１により大気通路７２が形成されている。

図の下側の固体電解質体６２には、第１チャンバ６４に対面するようにしてポンプセル８１が設けられており、ポンプセル８１は、第１チャンバ６４内に導入された排気中の酸素を出し入れして同チャンバ６４内の残留酸素濃度を所定濃度に調整する。ポンプセル８１は、固体電解質体６２を挟んで設けられる上下一対の電極８２，８３を有し、そのうち特に第１チャンバ６４側の電極８２はＮＯｘ不活性電極（ＮＯｘを分解し難い電極）となっている。ポンプセル８１は、電極８２，８３間に電圧が印加された状態で、第１チャンバ６４内に存在する酸素を分解して電極８３より大気通路７２側に排出する。

また、図の上側の固体電解質体６１には、第２チャンバ６６に対面するようにしてモニタセル８４及びセンサセル８５が設けられている。モニタセル８４は、上述したポンプセル８１により余剰酸素が排出された後に、第２チャンバ６６内の残留酸素濃度に応じて起電力、又は電圧印加に伴い電流出力を発生する。センサセル８５は、第２チャンバ６６内のガスからＮＯｘ濃度を検出する。

モニタセル８４及びセンサセル８５は、互いに近接した位置に並べて配置されるとともに、第２チャンバ６６側に電極８６，８７を有し、大気通路６８側に共通電極８８を有する構成となっている。すなわち、モニタセル８４は、固体電解質体６１とそれを挟んで対向配置された電極８６及び共通電極８８とにより構成され、センサセル８５は、同じく固体電解質体６１とそれを挟んで対向配置された電極８７及び共通電極８８とにより構成されている。モニタセル８４の電極８６（第２チャンバ６６側の電極）はＮＯｘに不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属からなるのに対し、センサセル８５の電極８７（第２チャンバ６６側の電極）はＮＯｘに活性な白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ等の貴金属からなる。なお、便宜上図面ではモニタセル８４及びセンサセル８５を排気の流れ方向に対して前後に並べて示すが、実際には、これら各セル８４，８５は排気の流れ方向に対して同等位置になるよう配置されるようになっている。

また、絶縁層７１には、センサ全体を加熱するためのヒータ（発熱体）７３が埋設されている。ヒータ７３はポンプセル８１、モニタセル８４及びセンサセル８５を含めたセンサ素子全体を活性状態にすべく、バッテリ電源等からの給電により熱エネルギを発生する。

上記構成のセンサ素子６０（ＮＯｘセンサ４７）では、排気は多孔質拡散層６７及び排気導入口６１ａを通って第１チャンバ６４に導入される。そして、この排気がポンプセル８１近傍を通過する際、ポンプセル電極８２，８３間にポンプセル印加電圧が印加されることで分解反応が起こり、第１チャンバ６４内の酸素濃度に応じてポンプセル８１を介して酸素が出し入れされる。なおこのとき、第１チャンバ６４側の電極８２がＮＯｘ不活性電極であるため、ポンプセル８１では排気中のＮＯｘは分解されず、酸素のみが分解されて電極８３から大気通路７２に排出される。こうしたポンプセル８１の働きにより、第１チャンバ６４内が所定の低酸素濃度の状態に保持される。

ポンプセル８１近傍を通過したガスは第２チャンバ６６に流れ込み、モニタセル８４では、ガス中の残留酸素濃度に応じた出力が発生する。モニタセル８４の出力は、モニタセル電極８６，８８間に所定のモニタセル印加電圧が印加されることでモニタセル電流として検出される。また、センサセル電極８７，８８間に所定のセンサセル印加電圧が印加されることでガス中のＮＯｘが還元分解され、その際発生する酸素が電極８８から大気通路６８に排出される。このとき、センサセル８５に流れた電流（センサセル電流）により、排気中に含まれるＮＯｘ濃度が検出される。

ところで、尿素水添加弁４４による尿素水添加（噴射）に際しては、ＮＯｘセンサ４７の出力に基づいてＳＣＲ触媒４２のＮＯｘ浄化率が算出される。ただしかかる場合において、上記構成のＮＯｘセンサ４７は、排気中のＮＯｘだけでなく、アンモニア（ＮＨ3）にも反応するため、ＳＣＲ触媒４２の下流側においてアンモニアスリップにより余剰アンモニアが存在すると、アンモニア検出によるセンサ出力が生じる。したがって、ＮＯｘ浄化率が誤って算出されてしまい、ひいては尿素水添加量を最適に制御することができなくなるといった不都合が生じる。

すなわち、ＳＣＲ触媒４２においてアンモニアが余剰となり、その余剰アンモニアが触媒下流側に排出される場合、ＮＯｘセンサ４７では、アンモニアを含むガスが第１チャンバ６４→第２チャンバ６６の順に流れ、センサセル８５にてアンモニアの化学反応が生じる。詳しくは、センサセル８５では次式による酸化反応が生じ、その酸化反応に伴いＮＯｘセンサ出力が増加する。
４ＮＨ3＋５Ｏ2→４ＮＯ＋６Ｈ2Ｏ …（式５）
図４には、尿素水添加量に対する触媒下流側のＮＯｘ濃度、ＮＨ3濃度、ＮＯｘセンサ出力の対応関係を示している。

ＳＣＲ触媒４２が活性化している温度域にて尿素水添加量を徐々に増加させていく場合を想定すると、ＮＯｘはＳＣＲ触媒４２にて浄化されるため減少するが、アンモニア排出量はＮＯｘ浄化率が飽和したあたりから過剰となり尿素水添加量の増加に伴い増加する（図４（ａ）（ｂ）参照）。このとき、上述したようにＮＯｘセンサ４７はＮＯｘだけでなくアンモニアにも反応するため、ＮＯｘセンサ４７の出力はＮＯｘが多いほど大きく、かつアンモニアが多いほど大きくなる。すなわち、ＮＯｘセンサ出力は、横軸の尿素水添加量に対して下に凸の形状を示す特性となる（図４（ｃ）参照）。

ここで、図４（ｃ）に示すＮＯｘセンサ出力では、同出力が最小となる尿素水添加量があり、例えば尿素水添加量を図の「Ａ１」とすれば、ＮＯｘセンサ出力が最小値となる。この場合、尿素水添加量＜Ａ１の領域では、尿素水添加量が多いほどＮＯｘ浄化率が高くなることでＮＯｘセンサ出力が小さくなる。また、尿素水添加量＞Ａ１の領域では、尿素水添加量が少ないほど、アンモニアスリップが少なくなることでＮＯｘセンサ出力が小さくなる。以上により、ＮＯｘセンサ出力が最小値となる尿素水添加量は、アンモニアスリップ量が少なく、かつＮＯｘ浄化率が最大となる尿素水添加量となる。これを鑑みると、ＮＯｘセンサ出力が最小値となるように尿素水添加量を制御することにより、ＮＯｘ浄化率が高く、かつアンモニアスリップが最小となるような尿素水添加制御が可能となる。

なお、図４（ｃ）に示す特性において、尿素水添加量の変化に対するＮＯｘセンサ出力の変化勾配（特性上の傾き）は、ＮＯｘセンサ出力の最小値付近で小さく、同最小値から離れると大きくなっている。センサによっては、ＮＯｘセンサ出力の最小値付近でほぼフラットな領域が存在することもある。

本実施形態では、尿素水添加量を増減させて尿素水の添加を実施し、都度の添加量ごとにＮＯｘセンサ出力を取得するとともに、該取得したセンサ出力のうち同センサ出力が最小値となる尿素水添加量により添加量指令値を算出する。そして、その算出された添加量指令値を目標値として尿素水添加量を制御する。

次に、尿素水添加量の制御手順を図５のフローチャートを参照しながら説明する。図５処理は、ＥＣＵ５０によって所定の時間周期又はクランク角度周期で繰り返し実行される。

図５において、まずステップＳ１０１では、ＳＣＲ触媒４２が活性状態にあるか否かを判定する。具体的には、例えば排気温度が所定値（例えば１５０℃）よりも高いか否かを判定する。そして、ＳＣＲ触媒４２が活性状態にあることを条件に、後続のステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２〜Ｓ１０４では、尿素水添加量の増減処理を実行するかどうかを判断するための実行条件を判定する。具体的には、ステップＳ１０２では、エンジン回転速度ＮＥについて前回値と今回値との差である変化量ΔＮＥが所定値以下であるか否かを判定する。また、ステップＳ１０３では、燃料噴射量Ｑについて前回値と今回値との差である変化量ΔＱが所定値以下であるか否かを判定する。さらに、ステップＳ１０４では、その時のＮＯｘ浄化率が所定値よりも小さいか否かを判定する。ここで、ステップＳ１０２，Ｓ１０３では、エンジン運転状態が定常状態にあるか否かが判定される。また、ステップＳ１０４では、都度のＮＯｘ浄化率に基づいて、添加量指令値の更新の要否が判定される。

そして、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の何れかがＮＯであれば、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４が全てＹＥＳであれば、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０５では、都度の添加量指令値に基づく尿素水添加を実行する。これは通常の尿素水添加処理に相当する。このとき、それまでに算出されている添加量指令値を用いて尿素水添加が実行される。

一方、ステップＳ１０６では、添加量指令値の更新を実行すべく尿素水添加量の増減処理を実行する。添加量増減処理について図６により詳述する。かかる増減処理では、尿素水添加量が添加量指令値→添加量増量値→添加量減量値の順に変更され、その都度のＮＯｘセンサ出力が取得される。以下、説明の便宜上、添加量指令値による尿素水添加の期間を「第１期間」、添加量増量値による尿素水添加の期間を「第２期間」、添加量減量値による尿素水添加の期間を「第３期間」と称する。

図６において、ステップＳ２０１では、今現在、第１期間（添加量指令値による尿素水添加の期間）であるか否かを判定する。そして、第１期間であれば、ステップＳ２０２で添加量指令値による尿素水添加を実行し、続くステップＳ２０３でその時のＮＯｘセンサ出力Ｖ１を記憶する。

また、第１期間でなければステップＳ２０４に進み、今現在、第２期間（添加量増量値による尿素水添加の期間）であるか否かを判定する。そして、第２期間であれば、ステップＳ２０５に進み、添加量指令値を所定の増減幅（変更幅）αだけ増量側に変更するとともに、その添加量増量値（添加量指令値＋α）にて尿素水添加を実行する。続いてステップＳ２０６では、添加量増量時のＮＯｘセンサ出力Ｖ２を記憶する。

また、第２期間でなければ、今現在が第３期間（添加量減量値による尿素水添加の期間）であるとみなせる。この場合、ステップＳ２０７に進み、添加量指令値を増減幅αだけ減量側に変更するとともに、その添加量減量値（添加量指令値−α）にて尿素水添加を実行する。続いてステップＳ２０８では、添加量減量時のＮＯｘセンサ出力Ｖ３を記憶する。

図５の説明に戻り、ステップＳ１０７では、添加量増減処理が完了しているか否かを判定する。このとき、図６の処理において、添加量指令値、添加量増量値、及び添加量減量値によるそれぞれ尿素水添加が実行され、かつそれら各尿素水添加時のＮＯｘセンサ出力Ｖ１〜Ｖ３の取得（記憶）が完了していれば、ステップＳ１０８に進み、それ以外はそのまま本処理を一旦終了する。

ステップＳ１０８では、上述したＮＯｘセンサ出力Ｖ１〜Ｖ３の中から、最小値となるセンサ出力最小値Ｖｍｉｎを算出する。続くステップＳ１０９では、同じくＮＯｘセンサ出力Ｖ１〜Ｖ３の中から、最大値となるセンサ出力最大値Ｖｍａｘを算出する。

その後、ステップＳ１１０では、センサ出力最大値Ｖｍａｘとセンサ出力最小値Ｖｍｉｎとの差（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）が所定値よりも大きいか否かを判定する。このとき、Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ≦所定値であれば、添加量指令値の更新は不要であるとして、そのまま（すなわち、添加量指令値の更新を行うことなく）本処理を終了する。また、Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ＞所定値であれば、後続のステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１１１では、ＮＯｘセンサ出力Ｖ１〜Ｖ３のうち、ＮＯｘセンサ出力Ｖ１、すなわち増減していない元の添加量指令値（中間値）による尿素水添加時のＮＯｘセンサ出力が最小値Ｖｍｉｎであったか否かを判定する。そして、ステップＳ１１１がＮＯであればステップＳ１１２に進み、ＹＥＳであればステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１２では、センサ出力最小値Ｖｍｉｎに対応する尿素水添加量を、添加量指令値としてＥＥＰＲＯＭ５１に記憶する。このとき、上述した添加量増量値（添加量指令値＋α）、又は添加量減量値（添加量指令値−α）のいずれかが新たな添加量指令値として記憶される。その新たな添加量指令値が学習値に相当する。これにより、添加量指令値の更新（学習）が完了する。

また、ステップＳ１１３では、添加量指令値に対する増減幅を小さくして、添加量増減処理（図６の処理）を再度実行する旨を指令する。そして、添加量増減処理が再実行されると、その結果に基づいて添加量指令値の更新等が行われる（ステップＳ１０８〜Ｓ１１２）。

なお、ステップＳ１１１が所定回繰り返しＹＥＳであった場合に、添加量指令値に対する増減幅を小さくして、添加量増減処理（図６の処理）を再度実行する旨を指令する構成であってもよい。すなわち、尿素水添加量の増減処理及びＮＯｘセンサ出力の最小値検索を繰り返し実行した際に、元の添加量指令値による尿素水添加時のＮＯｘセンサ出力が最小値Ｖｍｉｎとなること（添加量指令値が同一となること）が所定回繰り返された場合に、添加量指令値に対する増減幅を小さくして、添加量増減処理（図６の処理）を再度実行する旨を指令する。

ここで、ＮＯｘセンサ出力が最小値となる添加量指令値は逐次変化するものでなく、エンジン運転状態が一定であれば定常的な値となる。それゆえに、添加量指令値（学習値）は、同一の運転状態で繰り返し算出される必要はなく、必要最小限の頻度で算出されればよい。例えば、制御装置（ＥＣＵ）への電源投入ごとに１回のみ添加量指令値が算出されるとよい。

また、尿素水添加量に対するＮＯｘセンサ出力の特性は、エンジン運転状態によって変わる。より具体的には、エンジン運転状態の変化に伴い排気量が変化したり、排気温度が変化したりすると、ＮＯｘセンサ出力の特性が変化する。例えば、図７に示すように、排気量が多くなると、センサ出力特性がＬ１からＬ２に変化する（排気温度が低くなった場合も同様である）。それゆえに、上記図５により算出される添加量指令値を、添加量増減時のエンジン運転状態に対応づけて学習することが望ましい。例えば、エンジン負荷（アクセル操作量）やエンジン回転速度を運転状態パラメータとし、それら各パラメータに対応づけて添加量指令値を学習するとよい。

エンジン負荷や回転速度に対応付けて添加量指令値を学習する以外に、排気量や排気温度等の排気状態に対応付けて添加量指令値を学習することも可能である。

次に、添加量増減とそれによるセンサ出力最小値の検索の手順をより具体的に説明する。図８は、添加量増減時におけるＮＯｘセンサ出力の推移を示すタイムチャートであり、図９，図１０は、ＮＯｘセンサ出力の特性を模式的に示す図である。

図８では、尿素水添加量がそれぞれ異なる３つの添加期間として、第１期間Ｔ１（添加量指令値による尿素水添加の期間）、第２期間Ｔ２（添加量増量値による尿素水添加の期間）、第３期間（添加量減量値による尿素水添加の期間）が示されている。図９，図１０は、上述した図４（ｃ）に相当するものであるが、同図９，図１０では、説明の便宜上、尿素水添加量に対するＮＯｘセンサ出力の特性をＶ字状に示し、ＮＯｘセンサ出力の大小関係を分かりやすくしている。図９，図１０中、丸数字の１，２，３は尿素水添加量が変更される順序を示し、それぞれ添加量指令値による尿素水添加、添加量増量値による尿素水添加、添加量減量値による尿素水添加に相当する。

上記のように尿素水添加量を増減する場合、ＮＯｘセンサ出力の特性上（図４（ｃ）参照）、センサ出力最小値相当の尿素水添加量に対して、都度の添加量指令値が大きいか小さいか、どれだけ離れているか等に応じて、添加量増減時のＮＯｘセンサ出力の変化態様が変わることとなる。

例えば、図９（ａ）の場合には、都度の添加量指令値、添加量増量値、添加量減量値がいずれも、センサ出力最小値相当の尿素水添加量よりも大きくなっており、かかる場合には、添加量減量値による尿素水添加時のＮＯｘセンサ出力Ｖ３が最小値となる。したがって、ＮＯｘセンサ出力Ｖ３に相当する尿素水添加量（添加量減量値）により添加量指令値が更新される。

図９（ａ）の場合におけるタイムチャートが図８（ａ）である。図８（ａ）では、尿素水添加弁４４の開弁指令パルスの出力周期が変更されることで、尿素水添加量の増減変更がなされている。そして、尿素水添加量の増減変更に伴い、ＮＯｘセンサ出力としてＶ１，Ｖ２，Ｖ３が取得され、そのうちＮＯｘセンサ出力Ｖ３が最小値Ｖｍｉｎとして求められる。

図８（ａ）において、尿素水添加量を増減させる場合には、添加量の減量を行う期間Ｔ３が、添加量の増量を行う期間Ｔ２よりも長くなっている。つまり、尿素水添加量を増量する場合と減量する場合とを比較すると、ＮＯｘセンサ出力の応答速度が相違し、後者の方が応答速度が遅い。これは、ＳＣＲ触媒４２におけるアンモニアの消費速度の方が、同触媒４２におけるアンモニア吸着速度よりも小さいことに起因している。上記のように尿素水増量時と減量時とで期間の長さに差をつけることで、添加量増減時の何れであっても、センサ出力値を適正に得ることができる。また、何れの場合にも必要最小限の期間を設定できる。

また、図８（ａ）、図９（ａ）のようにＮＯｘセンサ出力Ｖ３が最小値Ｖｍｉｎとして求められた後、引き続き同様の添加量増減処理が行われて最小値Ｖｍｉｎの検索が行われる場合について説明する。かかる場合には、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、前回算出された添加量指令値（図９（ａ）のＶ３）を添加量指令値の今回値として尿素水添加を実行し、ＮＯｘセンサ出力Ｖ１’を取得した後、添加量増量値による尿素水添加と、添加量減量値による尿素水添加とを実行する。そして、ＮＯｘセンサ出力Ｖ２’，Ｖ３’を取得する。このとき、ＮＯｘセンサ出力Ｖ１’〜Ｖ３’のうち、ＮＯｘセンサ出力Ｖ１’が最小値となり、添加量指令値は更新されずそのままとなる。なお、例えば図８（ｂ）では、「Ｖ２’−Ｖ１’」が変化幅（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）に相当し、その変化幅が所定値以下であれば、添加量指令値の更新が行われないようになっている。

ちなみに、図９（ａ）（ｂ）の添加量増減処理が引き続き行われる場合、図９（ｂ）に示す添加量増減時には、図９（ａ）に示す処理結果から、増量側ではＮＯｘセンサ出力が増大すること（Ｖ２’＞Ｖ１’となること）があらかじめ分かっている。ゆえに、減量側へのみ尿素水添加量の変更を行う構成としてもよい。

次に、都度の添加量指令値に対する添加量増減処理を行った後、増減幅を小さくして再度の添加量増減処理を実行する場合について、図１０（ａ）（ｂ）を用いて説明する。

図１０（ａ）では、都度の添加量指令値、添加量増量値、添加量減量値のそれぞれによる３段階の尿素水添加に伴い、図示のごとくＮＯｘセンサ出力Ｖ１〜Ｖ３が取得される。このとき、ＮＯｘセンサ出力Ｖ１〜Ｖ３のうち、ＮＯｘセンサ出力Ｖ１、すなわち増減していない元の添加量指令値（中間値）による尿素水添加時のＮＯｘセンサ出力が最小値Ｖｍｉｎとなっている。かかる場合、尿素水増減時の最大添加量（添加量増量値）と最小添加量（添加量減量値）との間に、一層望ましい添加量指令値の適正値（すなわち、ＮＯｘセンサ出力がより小さくなる尿素水添加量）が存在している可能性がある。したがって、図１０（ｂ）に示すように、添加量指令値に対する増減幅を小さくして、再度の添加量増減処理が実行される。

そして、図１０（ｂ）では、新たに取得されたＮＯｘセンサ出力Ｖ１’〜Ｖ３’のうち、添加量減量値による尿素水添加時のＮＯｘセンサ出力Ｖ３’が最小値となることから、そのセンサ出力Ｖ３’に相当する尿素水添加量（添加量減量値）により添加量指令値が更新される。

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。

各々異なる尿素水添加量に変更しつつ尿素水の添加を実施し、都度の添加量ごとにＮＯｘセンサ出力を取得するとともにそれらのうちセンサ出力が最小値となる尿素水添加量により添加量指令値を算出する構成としたため、アンモニアスリップ量が少なく、かつＮＯｘ浄化率が最大となる尿素水添加量を添加量指令値として見出すことができる。その結果、ＳＣＲ触媒４２の下流側におけるＮＯｘ量を正しく検出することができ、ひいてはＮＯｘ浄化率等を適正に算出したりすることができるようになる。

また、エンジン運転時において、上記のごとく算出した添加量指令値を目標値として尿素水添加弁４４による尿素水添加を実行する構成としたため、エンジン運転中においてＮＯｘ浄化率を最大とする状態が維持できる。しかも、ＳＣＲ触媒４２の下流側へのアンモニアの排出を極力少なくした状態を継続できる。すなわち、ＮＯｘ浄化率の確保とアンモニアスリップの低減との双方を実現することができる。

添加量指令値を所定の増減幅で増減させて３段階の尿素水添加を実行するととも、その３段階の尿素水添加のうち中間量の尿素水添加時のＮＯｘセンサ出力が最小値となる場合に、増減幅を小さくした上で再度、尿素水添加量の変更等を行う構成としたため、添加量指令値の最適値を精度よく求めることができる。

ＮＯｘ浄化率が比較的低い場合にのみ、添加量指令値の更新を実行する構成とした。そのため、ＮＯｘ浄化率が適正レベルにあり、添加量指令値の更新が不要となっている場合に、不要な添加量指令値の算出（更新）をやめさせることができる。

尿素水増減時におけるセンサ出力最大値Ｖｍａｘとセンサ出力最小値Ｖｍｉｎとの差（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）が所定値よりも小さい場合に、添加量指令値を新たに算出しない構成としたため、不要な添加量指令値の算出（更新）をやめさせることができる。

ＮＯｘセンサ出力が最小値となる添加量指令値を、学習値としてＥＥＰＲＯＭ５１（バックアップ用のメモリ）に記憶する構成としたため、ＮＯｘセンサ出力の特性を定常的に把握しつつ、尿素水添加の制御に好適に反映させることができる。また、ＮＯｘセンサ出力が最小値となる添加量指令値を必要最小限の頻度で算出すればよいこととなり、添加量指令値の算出にかかる演算負荷を軽減できる。

また、エンジン運転状態（排気の状態を含む）に対応付けて添加量指令値をＥＥＰＲＯＭ５１に記憶する構成とすることにより、尿素水添加弁４４による尿素水添加に際し、エンジン運転状態が変化してもその都度最適な添加量指令値を設定することができる。

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。

・上記実施形態では、尿素水添加量を増減変化させる際、変更幅を一定とし、かつ都度の添加量指令値を中心値としその添加量指令値を跨ぐようにして、尿素水添加量を添加量増量値→添加量減量値の順に変化させる構成としたが、これを変更してもよい。例えば、図１１（ａ）に示すように、増量側（減量側でも可）の一方向に、尿素水添加量を変化させるようにしてもよい。図１１（ａ）では、丸数字１〜４に示すように、尿素水添加量を一定量ずつ増量させ、都度のＮＯｘセンサ出力を取得する構成としている。又は、図１１（ｂ）に示すように、変更幅を変化させつつ、尿素水添加量を増量（減量でも可）させるようにしてもよい。図１１（ｂ）では、丸数字１→２→３に示す添加量変更時に変更幅を大きくし、その後の丸数字３→４→５に示す添加量変更時に変更幅を小さくしている。

・ＮＯｘセンサの出力値に基づいて尿素水添加量の変更幅を可変に設定するようにしてもよい。例えば、ＮＯｘセンサ出力値が大きいほど、尿素水添加量の変更幅を大きくする。図４からも分かるように、ＮＯｘセンサ出力が比較的大きい場合には、尿素水添加量の変更に対するＮＯｘセンサ出力の変化勾配（変化率）が比較的大きく、ＮＯｘセンサ出力が比較的小さい場合には、尿素水添加量の変更に対するＮＯｘセンサ出力の変化勾配（変化率）が比較的小さい。それゆえに、上記のようにＮＯｘセンサの出力値に基づいて尿素水添加量の変更幅を設定することにより、ＮＯｘセンサ出力の最小値を適正に見出すことが可能となる。

・尿素水添加量の変更前のＮＯｘセンサ出力と変更後のＮＯｘセンサ出力とに基づいて、ＮＯｘセンサ出力が最小値となる尿素水添加量が減量側にあるか増量側にあるかを予測し、その予測結果に基づいて尿素水添加量を増量又は減量させる構成としてもよい。例えば、尿素水添加量の増減変更に伴いＮＯｘセンサ出力が変更前に対して増加した場合には増減方向を反転させる。又は、同じく尿素水添加量の増減変更に伴いＮＯｘセンサ出力が変更前に対して減少した場合には同じ増減方向にて尿素水添加量を変更する。本構成によれば、センサ出力が最小値となる尿素水添加量がある側（減量側、増量側のいずれか）にのみ、尿素水添加量の増減変更を行わせることが可能となる。したがって、尿素水添加量の増減処理を簡易化できる。

・ＳＣＲ触媒４２の下流側に設けられたアンモニアスリップ触媒４３が活性状態にあるかどうかを判定し、アンモニアスリップ触媒４３が非活性状態である旨判定された場合に、尿素水添加量の増減変更、及び添加量指令値の更新を実行するとよい。具体的には、ＥＣＵ５０は、アンモニアスリップ触媒４３の温度（実測値、又は推定値）、又はエンジン始動後の経過時間等に基づいて同触媒４３の活性状態を判定し、非活性状態にあれば、尿素水添加量の増減処理等を実行する。かかる構成によれば、アンモニアスリップ触媒４３が非活性状態にある場合に、ＳＣＲ触媒４２の下流側へのアンモニアの排出を抑え、ひいてはアンモニアの大気排出を抑制できる。

・上記実施形態では、尿素水添加弁４４への開弁指令パルスの出力周期を調整することで尿素水添加量を制御する構成としたが、これに代えて、尿素水添加弁４４への開弁指令パルスのパルス長（通電時間）を調整することで尿素水添加量を制御する構成するとしてもよい。

・ＮＯｘセンサとして、図３に示す構造以外のセンサ素子を用いたものを適用することも可能である。例えば、ポンプセルとセンサセルとを有し、モニタセル（第２ポンプセル）を有していない構成（２セル構成）としてもよい。又は、ポンプセルにおいて酸素ポンピング（くみ出し、くみ入れ）を大気室（図３の大気通路７２）との間で行う構成に代えて、同酸素ポンピングを、センサ素子周囲との間で行う構成としてもよい。

・還元剤添加手段として、尿素水添加弁４４（電磁駆動式のインジェクタに相当）以外の構成を採用することも可能である。例えば、還元剤添加手段として、還元剤としての尿素水と加圧エアとをノズル先端部から同時に噴出させる尿素水添加ノズルを採用することが可能である。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図。 開弁指令パルスの出力形態を説明するためのタイムチャート。 ＮＯｘセンサを構成するセンサ素子の断面構造を示す断面図。 尿素水添加量に対する触媒下流側のＮＯｘ濃度、ＮＨ3濃度、ＮＯｘセンサ出力の対応関係を示す図。 尿素水添加量の制御手順を示すフローチャート。 添加量増減処理を示すフローチャート。 ＮＯｘセンサ出力の特性を示す図。 添加量増減時におけるＮＯｘセンサ出力の推移を示すタイムチャート。 ＮＯｘセンサ出力の特性を模式的に示す図。 ＮＯｘセンサ出力の特性を模式的に示す図。 ＮＯｘセンサ出力の特性を模式的に示す図。

符号の説明

１０…エンジン、２２…排気管、４２…ＳＣＲ触媒（ＮＯｘ浄化触媒）、４３…アンモニアスリップ触媒（酸化触媒）、４４…尿素水添加弁（還元剤添加手段）、４７…ＮＯｘセンサ、５０…ＥＣＵ（添加量制御手段、指令値算出手段、学習手段、活性判定手段）、５１…ＥＥＰＲＯＭ、６０…センサ素子、６１，６２…固体電解質体、８１…ポンプセル、８４…モニタセル、８５…センサセル。

Claims (11)

1. 内燃機関の排気通路に設けられるＮＯｘ浄化触媒と、同ＮＯｘ浄化触媒の排気上流側に還元剤を添加する還元剤添加手段と、前記ＮＯｘ浄化触媒の排気下流側のＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサとを備え、都度の添加量指令値を目標値として、前記還元剤添加手段による還元剤添加を実行する内燃機関の排気浄化装置であり、
   各々異なる添加量に変更しつつ前記還元剤添加手段により還元剤を添加させる添加量制御手段と、
   前記添加量制御手段による還元剤添加時において都度の添加量ごとに前記ＮＯｘセンサのセンサ出力を取得するとともに、該取得したセンサ出力のうち同センサ出力が最小値となる還元剤添加量により前記添加量指令値を算出する指令値算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記添加量制御手段は、都度の添加量指令値を基準として増量側又は減量側の少なくともいずれかに還元剤添加量を変更する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記添加量制御手段は、あらかじめ定めた変更幅で還元剤添加量を変更して少なくとも３段階の還元剤添加を実行するととも、その少なくとも３段階の還元剤添加のうち中間量の還元剤添加時における前記センサ出力が最小値となる場合に、前記変更幅を小さくした上で再度、還元剤添加量の変更に伴う還元剤添加を実行する請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 還元剤添加量の変更前の前記センサ出力と変更後の前記センサ出力とに基づいて、前記センサ出力が最小値となる還元剤添加量が減量側にあるか増量側にあるかを予測する手段を備え、
   前記添加量制御手段は、前記予測手段による予測結果に基づいて還元剤添加量を増量又は減量させる請求項１乃至３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記添加量制御手段は、前記ＮＯｘセンサの出力値に基づいて還元剤添加量の変更幅を設定する請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記指令値算出手段は、前記添加量制御手段による還元剤添加量の変更に伴い取得された前記センサ出力の最小値と最大値との差が所定値以内であれば、添加量指令値を新たに算出しない請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記添加量制御手段により還元剤添加量を増減させる場合に、添加量の減量を行う期間を、添加量の増量を行う期間よりも長くする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記指令値算出手段により算出した添加量指令値を学習値としてバックアップ用のメモリに記憶するとともに、前記学習値を随時更新する学習手段を備える請求項１乃至７のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記学習手段は、前記指令値算出手段により算出した添加量指令値を、前記添加量制御手段による添加量制御時における内燃機関の運転状態に対応づけて前記メモリに記憶する請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記ＮＯｘ浄化触媒の下流側に設けられる還元剤浄化用の酸化触媒と、同酸化触媒が活性状態にあるかどうかを判定する活性判定手段とを備える内燃機関の排気浄化装置であり、
    前記活性判定手段により酸化触媒が非活性状態である旨判定された場合に、前記指令値算出手段による添加量指令値の算出を実行する請求項１乃至９のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 前記ＮＯｘセンサは、固体電解質体と、同固体電解質体上に設けられるＮＯｘ検出電極とを有するセンサ素子を備えるものである請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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