JP2016188583A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】適切な量の尿素水を噴射するために、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を精度良く検出するエンジンを提供する。
【解決手段】エンジンは、上流ＮＯｘセンサと、下流ＮＯｘセンサと、検出部と、推定部と、合算部と、を備える。上流ＮＯｘセンサは、ＳＣＲ触媒より上流側の排気ガスに含まれるＮＯｘを検出する。下流ＮＯｘセンサは、ＳＣＲ触媒より下流側の排気ガスに含まれるＮＯｘを検出する。検出部は、上流ＮＯｘセンサ及び下流ＮＯｘセンサの検出値に基づいてＮＯｘ浄化率を求め、当該ＮＯｘ浄化率に基づいて、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量である吸着量演算値を求める。推定部は、少なくともＳＣＲ触媒の温度及び排気ガスの状態に基づいてＮＯｘ浄化率を推定し、当該ＮＯｘ浄化率に基づいて、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量である吸着量推定値を求める。合算部は、吸着量演算値と吸着量推定値に基づいて、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を算出する。
【選択図】図６

Description

本発明は、尿素水を噴射して排気ガスに含まれる窒素酸化物を除去するエンジンに関する。

従来から、選択触媒還元（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ、ＳＣＲ）を用いて排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を除去するエンジンが知られている。この種のエンジンは、尿素水を噴射する尿素水噴射部と、ＳＣＲ触媒と、を備える。尿素水噴射部は、排気ガスが通る経路に尿素水を噴射する。尿素水に含まれる尿素は、高温の排気ガスに触れることで、加水分解してアンモニアとなる。ＳＣＲ触媒は、アンモニアを吸着するゼオライト又はセラミック等の素材で構成されている。排気ガスに含まれるＮＯｘは、アンモニアを吸着したＳＣＲ触媒に触れることで還元され、窒素と水に変化する。これにより、ＮＯｘの排出量を低減することができる。特許文献１及び２は、この種の技術を開示する。

特許文献１のＳＣＲシステムでは、ＳＣＲ触媒の上流側と下流側にそれぞれＮＯｘセンサが配置されている。このＳＣＲシステムでは、上流側と下流側のＮＯｘセンサの検出値に基づいて尿素水の噴射量を制御する。また、特許文献１では、ＮＯｘセンサが利用できない場合（エンジンの始動後等）においては、エンジン回転数、燃料噴射量、大気圧、外気温度、及び冷却水温度に基づいて尿素水の噴射量を決定する技術も開示されている。

特許文献２のＳＣＲシステムは、排気ガスの状態等に基づいてＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を推定する。このＳＣＲシステムでは、ＳＣＲ触媒の温度に基づいてアンモニア吸着量の目標値を設定し、アンモニア吸着量がこの目標値に達するまで尿素水の添加（噴射）を行う。

特開２０１３−７２３９１号公報 特開２０１３−１５５６４４号公報

しかし、特許文献１のようにＮＯｘセンサに基づいて尿素水の噴射量を決定する構成では、ＮＯｘセンサの精度が低い場合、アンモニア吸着量を正確に求めることができず、適切な量の尿素水を噴射することができない。ここで、ＮＯｘセンサは、ＮＯｘだけでなくアンモニアを検出してしまうことがあるため（クロスセンシティビティ）、ＮＯｘの検出精度が低くなる可能性がある。従って、特許文献１の方法では、条件によっては、適切な量の尿素水を噴射できないことがあった。また、特許文献１では、アンモニア吸着量を求める構成が開示されていない。

また、特許文献２のようにＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を推定する構成では、推定方法によっては精度が低下することがある。特に、ＳＣＲ触媒の温度が低い場合、アンモニア吸着量の推定精度が低下する可能性がある。また、触媒が劣化したり触媒が被毒した場合においても、アンモニア吸着量の推定精度が低下する可能性がある。

アンモニア吸着量の推定精度が低い場合、ＮＯｘ又はアンモニアが外部に排出される可能性がある。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、適切な量の尿素水を噴射するために、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を精度良く検出するエンジンを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成のエンジンが提供される。即ち、このエンジンは、尿素水噴射部と、ＳＣＲ触媒と、上流ＮＯｘセンサと、下流ＮＯｘセンサと、検出部と、推定部と、合算部と、を備える。前記尿素水噴射部は、排気ガスが通過する経路に尿素水を噴射する。前記ＳＣＲ触媒は、排気ガスが通過する経路に配置され、前記尿素水噴射部が噴射した尿素から得られるアンモニアを吸着することで、通過する排気ガスに含まれる窒素酸化物を除去する。前記上流ＮＯｘセンサは、前記ＳＣＲ触媒より上流側の排気ガスに含まれるＮＯｘを検出する。前記下流ＮＯｘセンサは、前記ＳＣＲ触媒より下流側の排気ガスに含まれるＮＯｘを検出する。前記検出部は、前記上流ＮＯｘセンサ及び前記下流ＮＯｘセンサの検出値に基づいてＮＯｘ浄化率を求め、当該ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量である吸着量演算値を求める。前記推定部は、少なくとも前記ＳＣＲ触媒の温度及び排気ガスの状態に基づいてＮＯｘ浄化率を推定し、当該ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量である吸着量推定値を求める。前記合算部は、前記吸着量演算値と前記吸着量推定値に基づいて、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を算出する。

これにより、アンモニア吸着量を２通りの方法（ＮＯｘセンサを使う方法とＳＣＲ触媒の温度等に基づいて推定する方法）で求めることができる。従って、一方の方法のみを用いてアンモニア吸着量を求めた場合と比較して、発生する誤差の影響を抑えることができるので、正確なアンモニア吸着量を求めることができる。

前記のエンジンにおいては、前記合算部は、前記吸着量演算値と前記吸着量推定値に重み付けを行うことで、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を算出することが好ましい。

これにより、適切な重み係数を用いることで、所定の条件における誤差を一層小さくすることができる。

前記のエンジンにおいては、前記合算部は、前記ＳＣＲ触媒の温度が低くなるに従って、前記吸着量推定値の重み係数を減少させることが好ましい。

これにより、ＳＣＲ触媒の温度が低くなり、吸着量推定値の精度が低下した場合であっても、吸着量推定値の重み係数を減少させることで、アンモニア吸着量を精度良く求めることができる。

前記のエンジンにおいては、前記合算部は、前記下流ＮＯｘセンサが検出したＮＯｘ量が小さくなるに従って、前記吸着量演算値の重み係数を相対的に減少させることが好ましい。

これにより、排気ガスに含まれるＮＯｘ量が小さくなり、吸着量演算値の精度が低下した場合であっても、吸着量演算値の重み係数を減少させることで、アンモニア吸着量を精度良く求めることができる。

前記のエンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このエンジンは、高度を検出する高度センサを備える。前記合算部は、前記高度センサが検出した高度が高くなるに従って、前記吸着量推定値の重み係数を減少させる。

これにより、高地では吸気圧力の低下又は吸気に含まれる酸素の低下により吸着量推定値の精度が低下した場合であっても、吸着量推定値の重み係数を相対的に減少させることで、アンモニア吸着量を精度良く求めることができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの斜視図。 エンジンの吸気及び排気の流れを模式的に示す説明図。 エンジン制御に係るブロック図。 アンモニア吸着量を算出する際に用いる式。 ＳＣＲ触媒温度等からＮＯｘ浄化率を推定する処理を示す図。 吸着量演算値と吸着量推定値とを求める処理を示す図。 吸着量推定値の重み係数を求める処理を示す図。 吸着量推定値と吸着量演算値からアンモニア吸着量を求める処理を示す図。 本実施形態のエンジンをトラクタに適用した様子を示す側面図。 本実施形態のエンジンをコンバインに適用した様子を示す側面図。 本実施形態のエンジンをスキッドステアローダに適用した様子を示す側面図。

次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに図１から図３を参照して、本実施形態のエンジン１００の基本的な構成について説明する。エンジン１００は、ディーゼルエンジンであり、トラクタ等の農業機械及びスキッドステアローダ等の建設機械等に搭載される。

図１及び図２に示すように、エンジン１００は、吸気系の部材として、吸入部１１と、過給機１２と、吸気スロットル（吸気絞り装置）１４と、吸気マニホールド１５と、を備える。吸入部１１から吸入された気体は、過給機１２にて圧縮された後に、吸気スロットル１４を介して、吸気マニホールド１５へ供給される。吸気マニホールド１５には、図２に示すように、吸気温度センサ８４が取り付けられている。吸気温度センサ８４は、吸気マニホールド１５内の気体の温度を検出してＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）８０へ出力する。

図３に示すように、エンジン１００は、ＥＣＵ８０を備える。ＥＣＵ８０は、ＣＰＵ等から構成される演算部と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等から構成される記憶部と、を備える。演算部は、センサ群の様々なセンサからの情報に基づいて、アクチュエータ群の様々なアクチュエータに制御指令を送り、エンジン１００の動作に関する値（例えば、燃料噴射量や、空気吸入量や、排気ガス還元量等）を制御する。記憶部は、各種プログラムを記憶するとともに、エンジン１００の制御に関して予め設定された複数の制御情報を記憶している。ＥＣＵ８０は、図３に示すように、検出部８０ａと、推定部８０ｂと、合算部８０ｃと、を備える。なお、これらが行う処理について後述する。

図３に示すように、エンジン１００は、冷却水の温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する冷却水温度センサ８１と、大気圧を検出してＥＣＵ８０へ出力する大気圧センサ８２と、を備える。

吸気マニホールド１５の下方には図略のコモンレールが配置されている。コモンレールは、燃料を高圧で蓄え、シリンダヘッドに配置されたインジェクタ２３（燃料噴射装置、図２を参照）へ供給する。

インジェクタ２３は、インジェクタ電磁弁２４（図３を参照）を備える。インジェクタ電磁弁２４は、ＥＣＵ８０の指示に応じたタイミングで開閉することにより、燃焼室に燃料を噴射する。

なお、エンジン１００は、エンジン回転数（回転速度、所定時間あたりのクランクシャフトの回転数）を検出するエンジン回転数検出センサ８３を備える。エンジン回転数検出センサ８３は、検出したエンジン回転数をＥＣＵ８０へ出力する。

また、図１及び図２に示すように、エンジン１００は、排気マニホールド３１と、ＥＧＲ装置３２と、排気ガス浄化装置４０と、を備える。

排気マニホールド３１には、排気温度センサ８５が取り付けられている。排気温度センサ８５は、排気マニホールド３１内の気体の温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する。排気マニホールド３１を通過した気体は、一部がＥＧＲ装置３２へ供給されるとともに、残りが排気ガス浄化装置４０へ供給される。

ＥＧＲ装置３２は、ＥＧＲクーラ３３と、ＥＧＲ管３４と、ＥＧＲバルブ３５と、を備えている。ＥＧＲバルブ３５のバルブ開度は、ＥＣＵ８０によって制御される。

排気ガス浄化装置４０は、ＤＰＦ装置５０と、ＳＣＲ装置６０と、を備える。エンジン１００は、排気ガス浄化装置４０の支持及び固定を行う部材として、支持台４１と、ケース固定体４２と、ケース締結バンド４３と、を備える。

支持台４１は、シリンダヘッドの上部に配置され、縁が下方に折り曲げられた矩形状の部材である。ケース固定体４２は、支持台４１の上部に配置され、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０の下方に接触する部材である。ケース締結バンド４３は、ケース固定体４２に取り付け可能に構成された可撓性を有する部材である。ケース固定体４２及びケース締結バンド４３でＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０を挟み込むことで、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０が固定される。

ＤＰＦ装置５０は、排気ガスに含まれる粒子状物質（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ、ＰＭ）を除去する。ＤＰＦ装置５０は、ＤＰＦケース５１と、酸化触媒５２と、フィルタ５３と、を備える。

ＤＰＦケース５１は、略円筒状の中空の部材であり、内部に酸化触媒５２及びフィルタ５３が配置される。酸化触媒５２は、白金等で構成されており、排気ガスに含まれる未燃燃料、一酸化炭素、一酸化窒素等を酸化（燃焼）するための触媒である。フィルタ５３は、例えばウォールフロー型のフィルタとして構成されており、酸化触媒５２で処理された排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する。

また、ＤＰＦケース５１には、酸化触媒温度センサ８６と、フィルタ温度センサ８７と、差圧センサ８８と、が取り付けられている。酸化触媒温度センサ８６は、ＤＰＦケース５１の入口近傍（酸化触媒５２の排気上流側）の温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する。フィルタ温度センサ８７は、酸化触媒５２及びフィルタ５３の間（フィルタ５３の上流側）の温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する。差圧センサ８８は、フィルタ５３の上流側（酸化触媒５２の下流側）と、フィルタ５３の下流側の圧力差を検出してＥＣＵ８０へ出力する。

ＤＰＦ装置５０を通過した排気ガスは、ＤＰＦ出口管４４、尿素混合管４５、及びＳＣＲ入口管４６を経由して、ＳＣＲ装置６０へ送られる。ＤＰＦ出口管４４は、ＤＰＦ装置５０の下流側の端部と接続されている。ＤＰＦ出口管４４には、排気ガスのＮＯｘ濃度を検出する上流ＮＯｘセンサ８９が取り付けられている。上流ＮＯｘセンサ８９は、検出したＮＯｘ濃度をＥＣＵ８０へ出力する。

尿素混合管４５は、ＤＰＦ出口管４４と略直角をなすように接続されている。尿素混合管４５の長手方向は、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０の長手方向と平行である。尿素混合管４５の上流側の端部近傍には、尿素水噴射部４７が取り付けられている。尿素水噴射部４７は、尿素水を噴射する尿素水噴射ノズル４７ａと、尿素水噴射ノズル４７ａに尿素水を供給する尿素水噴射管４７ｂと、を備える。尿素混合管４５に尿素水を噴射することで、尿素が加水分解してアンモニアが発生する。

なお、尿素水噴射部４７は、ＥＣＵ８０及びＤＣＵ（Ｄｏｓｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）９５によって、尿素水の噴射の有無及び噴射量が制御されている。ＤＣＵ９５は、例えば排気ガスの温度が、尿素がアンモニアに加水分解する温度を経過したときに、尿素水の噴射を開始する。

ＳＣＲ装置６０は、ＳＣＲ入口管４６を介して導入された排気ガスに含まれるＮＯｘを除去する。ＳＣＲ装置６０は、ＳＣＲケース６１と、ＳＣＲ触媒６２と、アンモニア酸化触媒６３と、を備える。

ＳＣＲケース６１は、略円筒状の中空の部材であり、内部にＳＣＲ触媒６２及びアンモニア酸化触媒６３が配置される。ＳＣＲ触媒６２は、アンモニアを吸着するゼオライト又はセラミック等の素材で構成されている。尿素水噴射部４７が尿素水を噴射することで生成されたアンモニアはＳＣＲ触媒６２に吸着する。排気ガスに含まれるＮＯｘは、アンモニアを吸着したＳＣＲ触媒６２に触れることで還元され、窒素と水に変化する。

アンモニア酸化触媒６３は、ＳＣＲ触媒６２から脱離したりＳＣＲ触媒６２に吸着されなかったアンモニアが外部に放出されることを防止する触媒である。アンモニア酸化触媒６３は、アンモニアを酸化させる白金等の酸化触媒であり、アンモニアを酸化させて窒素、一酸化酸素、水等に変化させる。この酸化反応は比較的高温（例えば１８０℃以上）でないと生じにくい。排気ガスは、アンモニア酸化触媒６３を通過した後に所定の排気管を通った後に外部へ放出される。以上のように尿素水噴射部４７及びＳＣＲ触媒６２を備えることで、排気ガスに含まれるＮＯｘを除去することができる。

また、ＳＣＲ触媒６２の上流側には、ＳＣＲ触媒入口温度センサ９０が取り付けられている。ＳＣＲ触媒入口温度センサ９０は、ＳＣＲ触媒６２の直ぐ上流の温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する。

また、アンモニア酸化触媒６３の下流側には、下流ＮＯｘセンサ９１が取り付けられている。下流ＮＯｘセンサ９１は、検出したＮＯｘ濃度をＥＣＵ８０へ出力する。

次に、図４から図８を参照して、尿素水の噴射量を決定するためにＳＣＲ触媒６２のアンモニア吸着量を算出する制御について説明する。なお、以下では、ＳＣＲ触媒６２のアンモニア吸着量を単に「アンモニア吸着量」と称する。

初めに、図４を参照してアンモニア吸着量の算出方法について説明する。図４の式（１）の左辺は、ＳＣＲ装置６０に供給されるアンモニアを示し、右辺は、ＳＣＲ装置６０で消費又は排出されるアンモニアを示している。式（１）の左辺は、「尿素水によって供給されるアンモニア」を示している。式（１）の右辺は、左から順に、「ＮＯｘを除去するために用いられたアンモニア」、「窒素に変化したアンモニア」、「二酸化窒素に変化したアンモニア」、「ＳＣＲ触媒６２に吸着したアンモニア」、「ＳＣＲ装置６０から排出されたアンモニア」を示している。

ここで、「窒素に変化したアンモニア」及び「二酸化窒素に変化したアンモニア」は０と近似することができる。また、ＥＣＵ８０及びＤＣＵ９５は、ＳＣＲ装置６０からアンモニアが排出されないように制御するため、「ＳＣＲ装置６０から排出されたアンモニア」も０と近似することができる。従って、式（１）は、式（２）のように近似することができる。

従って、式（３）に示すように、「ＳＣＲ触媒６２に吸着したアンモニア」は、「尿素水によって供給されるアンモニア」から「ＮＯｘを除去するために用いられたアンモニア」を減算することで求められる。

ここで、「ＮＯｘを除去するために用いられたアンモニア」は、式（４）のように求めることができる。具体的には、「ＳＣＲ装置６０の上流と下流のＮＯｘ濃度の差」に「反応式に応じた等量比」を積算し、更に「ＮＯｘに対するアンモニアの分子量の比」を積算することで、求めることができる。なお、「ＳＣＲ装置６０の上流と下流のＮＯｘ濃度の差」は、式（５）に示すようにＮＯｘ浄化率（ＮＯｘη）から求めることができる。

以上により、アンモニア吸着量は、尿素水の噴射量とＮＯｘ浄化率に基づいて求めることができる。本実施形態では、２通りの方法でＮＯｘ浄化率を求める。１つ目の方法は、上流ＮＯｘセンサ８９及び下流ＮＯｘセンサ９１の検出値を図４の式（５）に代入する等して求める方法である。この処理は、ＥＣＵ８０（詳細には検出部８０ａ）によって行われる。２つ目の方法は、排気ガスの状態等に基づいてＮＯｘ浄化率を推定する方法である。この処理は、ＥＣＵ８０（詳細には推定部８０ｂ）によって行われる。

次に、図５を参照してＮＯｘ浄化率を推定する方法について詳細に説明する。図５に示すように、ＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒温度と、排気ガスの質量流量と、ＤＰＦ温度等に基づくＮＯｘ量（濃度）と、に基づいて推定される。

ＳＣＲ触媒温度は、ＳＣＲ触媒入口温度、ＳＣＲ触媒６２の触媒容積、及び排気ガスの質量流量等に基づいて推定される。なお、ＳＣＲ触媒温度の推定方法は任意であり、ＳＣＲ触媒６２の下流に温度センサを設け、ＳＣＲ触媒入口温度だけでなくＳＣＲ触媒出口温度を用いてＳＣＲ触媒温度を推定しても良い。ＳＣＲ触媒６２は、温度に応じてアンモニアの吸着可能量が変化するため、ＮＯｘ浄化率と関連性がある。また、排気ガスの質量流量は、エンジンの運転状態等に基づいて演算によって求められる。

ＤＰＦ温度は、酸化触媒温度センサ８６が検出した温度等に基づいて求められる。ＤＰＦ装置５０では、温度が高い場合はＮＯ₂が生成しにくくなる。従って、ＤＰＦ温度はＮＯｘ浄化率と関連性がある。

次に、図６から図８を参照して、２通りの方法で求めたＮＯｘ浄化率を用いてアンモニア吸着量を求める処理について説明する。

図６には、２通りの方法で求めたＮＯｘ浄化率に基づいて、それぞれアンモニア吸着量を求める処理が示されている。ＥＣＵ８０は、上流ＮＯｘセンサ８９及び下流ＮＯｘセンサ９１の検出値より求めたＮＯｘ浄化率を、図４の式（４）及び（５）に適用して、ＮＯｘを除去するために用いられたアンモニア流量を求める。そして、尿素水の噴射量から算出されるアンモニア噴射流量から、ＮＯｘを除去するために用いられたアンモニア流量を減算することで（図６の処理Ｐ１、図４の式（３））、ＮＯｘセンサの検出値に基づくアンモニア吸着量（吸着量演算値）を求める。

同様に、ＥＣＵ８０は、排気ガスの状態等に基づいて推定されたＮＯｘ浄化率を、図４の式（５）に適用して、ＮＯｘを除去するために用いられたアンモニア流量を求める。そして、アンモニア噴射流量から、ＮＯｘを除去するために用いられたアンモニア流量を減算することで（図６の処理Ｐ２、図４の式（３））、ＮＯｘ浄化率の推定値に基づくアンモニア吸着量（吸着量推定値）を求める。

本実施形態では、吸着量演算値及び吸着量推定値に重み付けを行うことで、アンモニア吸着量を求める。図７には、この重み付けを行う際の重み係数を求める処理が示されている。

ここで、上述したように、ＳＣＲ触媒温度が低い場合、ＮＯ₂やＮＯｘの感度が高くなるため、ＮＯｘ浄化率の推定精度が低下し、吸着量推定値の誤差が大きくなる。従って、ＳＣＲ触媒温度が低い場合は、吸着量推定値の重み係数を減少させることが好ましい。

また、ＳＣＲ触媒６２の下流の排気ガスにはアンモニアが含まれる可能性がある。下流ＮＯｘセンサ９１は、ＮＯｘだけでなくアンモニアを検出する可能性もあるため、ＮＯｘ濃度が低い場合、ＮＯｘ濃度の検出精度が低下し、吸着量演算値の誤差が大きくなる。従って、下流ＮＯｘセンサ９１の検出値が低い場合、吸着量演算値の重み係数を減少させることが好ましい。なお、ＳＣＲ触媒温度に代えて、他の温度（例えば排気ガス温度）を用いても良い。

また、エンジン１００が高山等の高地で使用される場合、吸気条件の変化等により、吸着量推定値の精度が低下する可能性がある。また、高度は、大気圧センサ８２の検出値に基づいて把握することができる。従って、大気圧センサ８２が検出する大気圧が低い場合、吸着量推定値の重み係数を減少させることが好ましい。

図７は、上記の事情を考慮して吸着量検出値の重み係数（０≦ｓ≦１）を求める処理を示す。なお、図７及び図８の処理は、ＥＣＵ８０の合算部８０ｃが行う。

また、重み係数の合計は１であるため、１から吸着量検出値の重み係数を減算することで、吸着量推定値の重み係数（０≦ｔ≦１）を求めることができる。図７に示すように、ＥＣＵ８０は、ＳＣＲ触媒温度と下流ＮＯｘセンサ９１の検出値に基づいて重み係数を算出する処理を行う（処理Ｐ３）。上記のように、ＳＣＲ触媒温度が低いほど吸着量検出値の重み係数は減少し、下流ＮＯｘセンサ９１の検出結果が低いほど吸着量検出値の重み係数が増加する。

また、ＥＣＵ８０は、大気圧センサ８２の検出値に基づいて重み係数の補正値を算出し（処理Ｐ４）、処理Ｐ３で求めた補正係数に加算することで（処理Ｐ５）、吸着量検出値の重み係数を求める。なお、ＳＣＲ触媒温度、下流ＮＯｘセンサ９１の検出値、及び高度に基づいて重み係数を求める方法は任意である。また、上記以外のパラメータを用いて重み係数を算出しても良い。

図８は、重み係数を用いてアンモニア吸着量を求める処理を示す図である。ＥＣＵ８０は、図７で求めた重み係数に吸着量検出値を積算する（処理Ｐ６）。また、ＥＣＵ８０は、１から吸着量検出値の重み係数を減算することで、吸着量推定値の重み係数を求める（処理Ｐ７）。ＥＣＵ８０は、この重み係数に吸着量推定値を積算する（処理Ｐ８）。また、ＥＣＵ８０は、処理Ｐ６の結果と処理Ｐ８の結果を足し合わせることで（処理Ｐ９）、アンモニア吸着量を求める。

ＥＣＵ８０は、以上のようにして求めたアンモニア吸着量を用いて、尿素水の噴射量を決定する等の制御を行う。具体的には、ＳＣＲ触媒温度に応じてＳＣＲ触媒６２に吸着可能なアンモニア量が変わるので、ＳＣＲ触媒の温度に基づいて目標アンモニア吸着量を算出する。なお、排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度を考慮して目標アンモニア吸着量を算出することもできる。ＥＣＵ８０は、目標アンモニア吸着量と、図８で求めたアンモニア吸着量と、の差（偏差）が０に近づくようにＰＩＤ制御等を行って尿素水の噴射量を決定する。

次に、上記で説明したエンジン１００を農業機械及び建設機械に適用した例について説明する。なお、以下の説明では、単に「左側」「右側」等というときは、車両が前進する方向に向かって左側及び右側を意味するものとする。

初めに、図９を参照して、上記のエンジン１００を備えるトラクタ１１０について説明する。トラクタ１１０は、農業作業用の作業車両であり、ロータリ、ローダ、プラウ、ボックススクレーパー等の各種の作業機（アタッチメント）を必要に応じて装着し、作業機を用いた各種の作業を行うことができる。

トラクタ１１０は、車体１１１と、左右一対の前輪１１２と、左右一対の後輪１１３と、を備える。車体１１１の前部にはボンネット１１４が配置されており、当該ボンネット１１４の内部にはエンジン１００が配置されている。

ボンネット１１４の内部であって、冷却ファン４の向かいにはラジエータ５が配置されている。また、ボンネット１１４の内部には、エアクリーナ１２２が配置されている。エアクリーナ１２２は、吸入された外気に含まれる塵等を除去する。

左右一対の後輪１１３の間には、ミッションケース１１５が配置されている。エンジン１００の出力は、このミッションケース１１５内の変速装置によって変速されて、後輪１１３及び作業機へ伝達される。

ミッションケース１１５の後部には、ロワーリンク１１６、トップリンク１１７、及びＰＴＯ軸１１８が配置されている。また、ミッションケース１１５の上部には、作業機は、ロワーリンク１１６及びトップリンク１１７に連結され、ＰＴＯ軸１１８によって駆動される。

ミッションケース１１５の上方であってボンネット１１４の後方には、オペレータが搭乗するためのキャビン１１９が配置されている。キャビン１１９の内部には、運転座席が設けられており、運転座席の近傍にはオペレータが操作するための多数の操作具が設けられている。

キャビン１１９の下方には、尿素水タンク１２０及び燃料タンク１２１が配置されている。尿素水タンク１２０は、尿素水噴射管４７ｂによって尿素水噴射ノズル４７ａに接続されている。

次に、図１０を参照して、上記のエンジン１００を備えるコンバイン１３０について説明する。コンバイン１３０は、いわゆる自脱型コンバインとして構成されている。コンバイン１３０の機体１３１の下部には、機体１３１を走行させるためのクローラ部１３２が設けられている。また、コンバイン１３０は、稲、麦等の穀稈の株元を刈り取るための刈取部１３３を機体１３１の前方に備えている。

刈取部１３３は、複数の分草体と刈取刃を備えている。複数の分草体は、穀稈を刈り取るべき幅を規定したり、倒れた状態の穀稈をすくい上げたりするものである。分草体の間に差し込まれた穀稈は、その根元付近を刈取刃によって切断され、刈り取られる。

また、刈取部１３３は、図略の昇降機構を介して、コンバイン１３０の機体１３１に連結されている。この昇降機構は、刈取部１３３を上下に昇降駆動することが可能に構成されている。これにより、圃場の傾斜等に応じて刈取部１３３の高さを適切な高さに調整し、刈取りを適切に行うことができる。

刈取部１３３の後方であってコンバイン１３０の左側には、脱穀装置１３４が設けられている。脱穀装置１３４は、刈取部１３３で刈り取った穀稈を脱穀する。脱穀装置１３４の下方には選別装置１３５が設けられている。選別装置１３５は、脱穀装置１３４で脱穀された穀粒を選別して取り出す。

刈取部１３３の後方であってコンバイン１３０の右側には、グレンタンク１３６が設けられている。グレンタンク１３６は、選別装置１３５で選別された穀粒を貯留する。グレンタンク１３６に貯留された穀粒は、排出オーガ１３７によって外部に排出される。

グレンタンク１３６の前方には、オペレータが搭乗するためのキャビン１３８が配置されている。このキャビン１３８の内部には、運転座席が設けられており、運転座席の近傍にはオペレータが操作するための多数の操作具が設けられている。

キャビン１３８の下方には、エンジン１００が配置されている。エンジン１００の冷却ファン４の向かいには図略のラジエータが配置されている。また、キャビン１３８の後方には、プリクリーナ１３９が配置されている。プリクリーナ１３９から吸入された外気は、図略のエアクリーナを経由することで塵等が除去される。なお、エンジン１００の近傍には、尿素水タンク１４０が配置される。

穀稈から穀粒が取り除かれた藁屑は、後方へ搬送され、図略の排藁カッタ装置によって適宜の長さに切り刻まれ、機外へ排出される。

次に、図１１を参照して、上記のエンジン１００を備えるスキッドステアローダ１５０について説明する。スキッドステアローダ１５０は、後述するローダ装置１５１を装着し、ローダ作業を行うように構成されている。スキッドステアローダ１５０には、左右一対のクローラ部１５２が装着されている。クローラ部１５２の上方には、ボンネット１５３が配置されている。

ボンネット１５３の内部には、エンジン１００が配置されている。また、ボンネット１５３の内部であって、エンジン１００の冷却ファン４の向かいにはラジエータ５が配置されている。また、ボンネット１５３の内部であってエンジン１００の前方には、尿素水タンク１５４が配置されている。

エンジン１００の前方には、油圧ポンプ１５５と、トランスミッション装置１５６と、が配置されている。エンジン１００の動力は、トランスミッション装置１５６を介して、クローラ部１５２に伝達される。

ボンネット１５３の前方には、オペレータが搭乗するキャビン１５７が配置されている。キャビン１５７の内部には運転座席が設けられており、運転座席の近傍にはオペレータが操作するための多数の操作具が設けられている。

また、ローダ装置１５１は、左右両側に配置されたローダポスト１５８と、各ローダポスト１５８の上部に回動可能に連結された左右一対のリフトアーム１５９と、リフトアーム１５９の先端部に回動可能に連結されたバケット１６０とを有している。

各ローダポスト１５８とリフトアーム１５９との間には、リフトアーム１５９を上下に回動させるためのリフトシリンダ１６１がそれぞれ設けられている。リフトアーム１５９とバケット１６０との間には、バケット１６０を上下に回動させるためのバケットシリンダ１６２が設けられている。オペレータが図略の操作具を操作することにより、油圧ポンプ１５５の油圧力が制御される。これにより、リフトシリンダ１６１又はバケットシリンダ１６２が伸縮して、リフトアーム１５９又はバケット１６０が回動する。オペレータは、このようにして土砂等の運搬作業を行うことができる。

以上に説明したように、本実施形態のエンジン１００は、尿素水噴射部４７と、ＳＣＲ触媒６２と、上流ＮＯｘセンサ８９と、下流ＮＯｘセンサ９１と、検出部８０ａと、推定部８０ｂと、合算部８０ｃと、を備える。尿素水噴射部４７は、排気ガスが通過する経路に尿素水を噴射する。ＳＣＲ触媒６２は、排気ガスが通過する経路に配置され、尿素水噴射部４７が噴射した尿素から得られるアンモニアを吸着することで、通過する排気ガスに含まれる窒素酸化物を除去する。上流ＮＯｘセンサ８９は、ＳＣＲ触媒６２より上流側の排気ガスに含まれるＮＯｘを検出する。下流ＮＯｘセンサ９１は、ＳＣＲ触媒６２より下流側の排気ガスに含まれるＮＯｘを検出する。検出部８０ａは、上流ＮＯｘセンサ８９及び下流ＮＯｘセンサ９１の検出値に基づいてＮＯｘ浄化率を求め、当該ＮＯｘ浄化率に基づいて、ＳＣＲ触媒６２のアンモニア吸着量である吸着量演算値を求める。推定部８０ｂは、少なくともＳＣＲ触媒６２の温度及び排気ガスの状態に基づいてＮＯｘ浄化率を推定し、当該ＮＯｘ浄化率に基づいて、ＳＣＲ触媒６２のアンモニア吸着量である吸着量推定値を求める。合算部８０ｃは、吸着量演算値と吸着量推定値に基づいて、ＳＣＲ触媒６２のアンモニア吸着量を算出する。

これにより、アンモニア吸着量を２通りの方法（ＮＯｘセンサを使う方法とＳＣＲ触媒の温度等に基づいて推定する方法）で求めることができる。従って、一方の方法のみを用いてアンモニア吸着量を求めた場合と比較して、発生する誤差の影響を抑えることができるので、正確なアンモニア吸着量を求めることができる。従って、ＮＯｘ及びアンモニアが外部に排出されないように正確に制御を行うことができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態でＥＣＵ８０が行うと説明した処理の一部をＤＣＵ９５が行っても良い。また、ＥＣＵ８０及びＤＣＵ９５を１つの制御装置で構成しても良い。

上記実施形態では、吸着量演算値と吸着量推定値に重み付けを行ってアンモニア吸着量を求めたが、ＳＣＲ触媒温度や下流ＮＯｘセンサ９１の検出値等に応じて、吸着量演算値及び吸着量推定値から何れか一方を選択し、選択した値をアンモニア吸着量として用いても良い。この場合であっても、「吸着量演算値と吸着量推定値に基づいてアンモニア吸着量を算出する」処理に該当するものとする。

上記実施形態では、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０がエンジン１００の上部に位置しているが、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０の配置は任意であり、例えばシリンダブロックから比較的離れた位置に配置されていても良い。また、本明細書では、仮にＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０がシリンダブロックから離れていても、それらを含めて「エンジン」に該当するものとする。

上記では、過給機を備えるディーゼルエンジンに本発明を適用する例を示したが、本発明は、自然吸気式のディーゼルエンジンにも適用することができる。

４７ 尿素水噴射部
５０ ＤＰＦ装置
６０ ＳＣＲ装置
６１ ＳＣＲケース
６２ ＳＣＲ触媒
６３ アンモニア酸化触媒
８０ ＥＣＵ
８２ 大気圧センサ（高度センサ）
９５ ＤＣＵ
１００ エンジン

Claims (5)

1. 排気ガスが通過する経路に尿素水を噴射する尿素水噴射部と、
   排気ガスが通過する経路に配置され、前記尿素水噴射部が噴射した尿素から得られるアンモニアを吸着することで、通過する排気ガスに含まれる窒素酸化物を除去するＳＣＲ触媒と、
   前記ＳＣＲ触媒より上流側の排気ガスに含まれるＮＯｘを検出する上流ＮＯｘセンサと、
   前記ＳＣＲ触媒より下流側の排気ガスに含まれるＮＯｘを検出する下流ＮＯｘセンサと、
   前記上流ＮＯｘセンサ及び前記下流ＮＯｘセンサの検出値に基づいてＮＯｘ浄化率を求め、当該ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量である吸着量演算値を求める検出部と、
   少なくとも前記ＳＣＲ触媒の温度及び排気ガスの状態に基づいてＮＯｘ浄化率を推定し、当該ＮＯｘ浄化率に基づいて、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量である吸着量推定値を求める推定部と、
   前記吸着量演算値と前記吸着量推定値に基づいて、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を算出する合算部と、
   を備えることを特徴とするエンジン。
2. 請求項１に記載のエンジンであって、
   前記合算部は、前記吸着量演算値と前記吸着量推定値に重み付けを行うことで、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を算出することを特徴とするエンジン。
3. 請求項２に記載のエンジンであって、
   前記合算部は、前記ＳＣＲ触媒の温度が低くなるに従って、前記吸着量推定値の重み係数を減少させることを特徴とするエンジン。
4. 請求項２又は３に記載のエンジンであって、
   前記合算部は、前記下流ＮＯｘセンサが検出したＮＯｘ量が小さくなるに従って、前記吸着量演算値の重み係数を相対的に減少させることを特徴とするエンジン。
5. 請求項２から４までの何れか一項に記載のエンジンであって、
   高度を検出する高度センサを備え、
   前記合算部は、前記高度センサが検出した高度が高くなるに従って、前記吸着量推定値の重み係数を減少させることを特徴とするエンジン。

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