JP3979153B2 - 内燃機関のＮＯｘ浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスが酸素過剰雰囲気下でＮОｘ浄化作用を有するＮＯｘ触媒を備えた内燃機関のＮОｘ浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス中に尿素水を添加して加水分解により発生するアンモニアや直接添加によるアンモニアを、選択還元触媒の還元剤として使用するＮОｘ浄化装置が知られている。このようなＮОｘ浄化装置を、内燃機関を備えた車両に搭載する場合、内燃機関の排気系に排気ガスが酸素過剰雰囲気下でＮＯｘを浄化できる選択還元触媒、所謂ユリアＳＣＲ触媒(以下「ＮＯｘ触媒」と称す)を配置し、この触媒の上流側から尿素水あるいはアンモニアを還元剤として排気ガス中に添加してＮОｘ触媒に供給するように構成している。
一般にＮＯｘ浄化装置におけるＮＯｘ浄化率は、ＮОｘ触媒の性能に依存するところが大きく、上記のようなアンモニアを還元剤とするＮОｘ触媒は、その温度が約３５０℃を上回る領域において高効率でＮＯｘを還元処理する特性を有している。
【０００３】
排気ガス中に尿素水を添加する場合、式（１）のように加水分解及び熱分解されることでアンモニア(ＮＨ３)が生成される。
（ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２・・・・（１）
ＮОｘ触媒上でのアンモニア(ＮＨ３)と窒素酸化物(ＮОｘ)との間の脱硝反応は触媒温度の高低に応じ、すなわち、高温時には主に式（２）、低温時には主に式（３）の反応がそれぞれ行われることが知られている。
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ・・・・・（２）
２ＮＨ３＋ＮＯ＋ＮＯ２→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ・・・・・（３）
このようなアンモニアを還元剤とするＮОｘ触媒は、図１０に実線で示すように、ＮОｘ触媒へのアンモニアの吸着量が多いほどＮＯｘ浄化率が高いため、低温域でＮОｘ触媒の高浄化率を得るにはアンモニア吸着量を高く制御することが好ましい。ＮОｘ触媒に吸着できるアンモニア吸着量には限界があり、図１１に実線Ｌ１で示す吸着限界値は触媒温度に依存している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような特性のＮОｘ触媒を有するＮОｘ浄化装置を車両に搭載する場合、車両は、その運転状態が時々刻々と変化して内燃機関から排出される排気ガス流量、排気ガス中のＮОｘ量や触媒温度の変化が大きいため、運転状態に対応するＮОｘ触媒へのアンモニア供給が要求される。ＮОｘ触媒へのアンモニア供給が運転状態に対応できない場合、例えばアンモニアの供給量が少ないとＮОｘ触媒のアンモニア吸着量が不足して十分なＮОｘ還元が行えず、アンモニアの供給量が多すぎて吸着限界値を超えると、ＮОｘ触媒に吸着されなかったアンモニアが大気中に排出されるアンモニアスリップと称する現象が発生し易くなる。
【０００５】
ＮОｘ浄化装置では、排気ガス中のＮОｘ情報（例えば濃度）をＮОｘ検出手段としてＮОｘセンサを用いて検出し、このセンサの検出情報を基にしてＮОｘ排出量、ＮОｘ浄化率等の様々な情報を得ている。しかしこのＮОｘセンサは、ＮОｘ以外のものをＮОｘとして検出することがある。例えば、ＮОｘ検知部に触媒成分を有し、この触媒成分でのＮОｘの化学反応により発生するＮОｘ中の酸素量からＮОｘ量を検出する、所謂アンモニアの干渉を受けるタイプのＮОｘセンサの場合、アンモニア(ＮＨ３)からＮОｘが生成され、ＮОｘ量と相関する酸素量が多くなることがある。このため、ＮОｘセンサからの出力変動が、ＮОｘの増大によるものなのかアンモニアの増大によるものなのか判断できず、センサ出力に基づいて得られ情報に誤差が生じてしまう。特にＮОｘ触媒を通過したＮОｘ量を検出するために、ＮОｘ触媒の下流側にＮОｘセンサを配置する場合、センサ出力に基づき得られる情報の誤差は、アンモニアスリップ発生の誤判定を招きかねない。
【０００６】
排気ガス中のＮОｘ情報に相関する情報に含まれる誤差を利用してアンモニアスリップの発生やシステム異常を検出しながら、最適な還元剤の添加を可能にして高いＮОｘ浄化率を維持することができる内燃機関のＮＯｘ浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる内燃機関のＮＯｘ浄化装置は、ＮＯｘ触媒に対する還元剤の吸着量に着目したものであり、内燃機関の排気系に設けられアンモニアを吸着して排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、ＮＯｘ触媒にアンモニア又は尿素水を供給する還元剤供給手段と、内燃機関から排出されるＮＯｘ排出量を検出又は推定する機関ＮＯｘ排出量導出手段と、ＮＯｘ触媒出口でのＮＯｘ排出量を検出又は推定する触媒出口ＮＯｘ量導出手段と、機関ＮＯｘ排出量と触媒出口ＮＯｘ排出量の差分から実ＮＯｘ浄化量を導出する実ＮＯｘ浄化量算出手段と、ＮＯｘ排出量及び実ＮＯｘ浄化量算出手段により導出された実ＮＯｘ浄化量に基づきアンモニアの消費量を導出する消費量導出手段と、還元剤供給手段によるアンモニア又は尿素水の添加量及び消費量導出手段により導出された消費量に応じてＮＯｘ触媒に吸着されたアンモニアの実吸着量を導出する吸着量導出手段と、ＮＯｘ触媒に対するアンモニアの目標吸着量をＮＯｘ触媒の触媒温度又は触媒温度に相関するパラメータの一つに応じて設定する目標吸着量設定手段と、吸着量導出手段により導出された実吸着量及び前記目標吸着量設定手段により設定された目標吸着量を比較判定する比較手段と、比較手段により実吸着量が目標吸着量よりも少ないと判定されたとき、還元剤供給手段によるアンモニア又は尿素水の添加量を増量するように制御する制御手段と、制御手段による制御後に吸着量導出手段により導出された補正後の実吸着量、補正の際のアンモニア又は尿素水の添加量増量及び制御手段による制御前に吸着量導出手段により導出された補正前の実吸着量に基づき、ＮＯｘ浄化システムの異常の有無を判定する判定手段とを備えている。
【０００８】
本発明によると、目標吸着量導出手段により導出されたアンモニアの目標吸着量と吸着量導出手段により導出されたアンモニアの実吸着量とを比較手段で比較判定し、その結果、実吸着量が目標吸着量よりも低い場合には、還元剤供給手段によるアンモニア又は尿素水の添加量が制御手段で増量補正されるので、ＮＯｘの還元に必要なアンモニア吸着量となるように適量の還元剤が還元剤供給手段より供給可能となる。制御手段によるアンモニア又は尿素水の添加量の補正増量と、補正前後における実吸着量の変化に基づき、ＮＯｘ浄化システムの異常の有無が判定手段で判定される。
【００１６】
機関ＮＯｘ排出量及びＮОｘ触媒出口ＮОｘ排出量導出手段としては、排気ガス排出量及びＮＯｘ触媒の上下流側の排気系におけるＮＯｘ濃度に基づき、ＮＯｘ質量流量を導出する態様が好ましい。
実ＮＯｘ浄化量導出手段としては、機関ＮОｘ排出量とＮＯｘ触媒出口ＮОｘ排出量の差分からＮＯｘ浄化量を導出する態様が好ましい。ＮОｘ濃度は、ＮＯｘ触媒の上流と下流に設けた、あるいは下流側に設けたＮОｘセンサからの出力に基づき導出する態様が好ましい。
吸着量導出手段としては、前回導出された実吸着量、補正前のアンモニア又は尿素水添加量及び前記消費量導出手段により導出された消費量に基づき補正後の実吸着量を導出する態様が好ましい。
【００１７】
本発明にかかる内燃機関のＮОｘ浄化装置において、判定手段は、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っているとき、アンモニアスリップと判定し、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていないとき、アンモニア又は尿素水の添加量を増量可能と判定することを特徴とする。
本発明によると、アンモニア又は尿素水の添加量の増量供給制御後に、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていないと判定されたときは、増量添加したアンモニア又は尿素水がＮＯｘの還元に作用したものとし、ＮＯｘの還元に必要なアンモニア実吸着量の不足として、アンモニア又は尿素水の添加量を増量可能と判定するため、ＮＯｘの還元に必要なアンモニア吸着量となるように適量の還元剤が還元剤供給手段より供給可能となる。
【００１８】
アンモニア又は尿素水の添加量の増量供給制御後に、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていると判定されたときは、増量添加したアンモニア量がＮОｘ浄化に作用していないものとし、ＮＯｘの還元に必要なアンモニア実吸着量の不足ではなく、アンモニアスリップが発生していると判断する。このため、例えば実吸着量がゼロとなるまで、ＮＯｘ触媒へのアンモニアの供給着量を減少させてもよい。
【００１９】
本発明にかかる内燃機関のＮОｘ浄化装置において、判定手段により、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていないと判定されたとき、ＮＯｘ触媒に吸着されたアンモニアの吸着量を減少するよう制御する吸着量減少促進手段を備えたことを特徴とする。本発明によると、吸着量減少促進手段によってＮＯｘ触媒に吸着されたアンモニアの吸着量が減少される。吸着量減少促進手段としては、還元剤供給手段によるアンモニア又は尿素水の添加量を減少するよう制御する態様や、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させるように制御する態様が好ましい。
【００２０】
本発明にかかる内燃機関のＮОｘ浄化装置において、判定手段により、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていると判定されたとき、ＮＯｘ浄化システムに異常有りと判定する異常診断手段を備えたことを特徴とする。
本発明によると、アンモニア又は尿素水の添加量の増量供給制御後に、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていると判定されたときは、異常診断手段によってＮＯｘ浄化システムの異常有りと判定される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１において符号１は、図示しない車両に搭載されたディーゼルエンジン（以後「エンジン」と記す）を示す。エンジン１はエンジン制御装置５によってその出力制御が行われる。エンジン制御装置５は、ここでは、吸気系に配置される周知のエアーフローセンサからの吸気流量や、燃料系から得られる燃料噴射量、燃料噴射量、エンジン回転数等のエンジン運転状態を示す信号を排気ガス制御装置４へ出力している。排気ガス制御装置４及びエンジン制御装置５は、周知のマイクロコンピュータでその主要部が構成されていて、互いに制御系通信回線で相互通信可能に連結されている。
【００２２】
最初に、浄化率の変動に着目したＮＯｘ浄化装置について説明し、その後に、本願にかかるＮＯｘ浄化装置について説明する。このＮＯｘ浄化装置は、エンジン１の排気マニホールド２５につながり排気系を構成する排気管２８に設けられて排気ガス２４中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒１７、ＮＯｘ触媒１７にアンモニアを供給する還元剤供給手段２９、還元剤供給手段２９によるアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３を導出する基本添加量導出手段４２、ＮＯｘ触媒１７の触媒温度Ｔｇに基づき基準となる目標ＮＯｘ浄化率Ｍηを導出する目標ＮＯｘ浄化率導出手段４３、ＮＯｘ触媒１７による実ＮＯｘ浄化率ηを導出する実ＮＯｘ浄化率導出手段４４、還元剤供給手段２９を制御する制御手段４５、比較手段４６、判定手段４７、吸着量減少促進手段４８及び異常判定手段４９を備えている。
【００２３】
ＮＯｘ触媒１７は、ハニカム構造の触媒担体に触媒成分を付着させたもので、排気管２８に設けられたＮＯｘ触媒コンバータ２７のケーシング内に収納されている。選択還元触媒であるＮＯｘ触媒１７としては、バナジウム系、白金系、ゼオライト系などがある。ＮＯｘ触媒１７は、アンモニア（ＮＨ３）を吸着して排気ガス２４中のＮＯｘを選択還元するものであり、アンモニア吸着状態において、排気ガス２４中のＮＯｘを触媒温度の高低に応じ、即ち、高温時には上述した式（２）、低温時には上述した式（３）の反応を主に行い、アンモニアと窒素酸化物との間の脱硝反応を促進するものである。
【００２４】
ＮОｘ触媒１７には、触媒温度Ｔｇを出力する温度検出手段として触媒温度センサ２２が設けられている。この他、触媒温度に相関するパラメータとなる、例えばエンジン回転数及び燃料噴射量、エンジン運転領域毎の運転時間や外気温を考慮して触媒温度の推定値を演算して触媒温度Ｔｇとして用いても良い。
【００２５】
還元剤供給手段２９は、排気マニホールド２５直後の排気管２８に装着されたＮОｘ検出手段として前ＮОｘセンサ１９とＮОｘ触媒１７との間の排気管２８に装着され、ＮＯｘ触媒コンバータ２７の上流開口側に向けて尿素水を噴霧して添加する添加ノズル１８と、添加ノズル１８に接続された噴射管３１と、噴射管３１の上流端に連結されたエアタンク３２と、噴射管３１への圧縮エア供給を制御する圧縮エア制御弁３３と、圧縮エア制御弁３３よりも下流位置で噴射管に連結する尿素水供給管３４と、添加用の尿素水を収容した尿素水タンク３５と、尿素水タンク３５内の尿素水を尿素水供給管３４から噴射管３１へと供給する尿素水供給部３７とを備えている。これら圧縮エア制御弁３３及び尿素水供給部３７は、制御手段４５に信号線で接続されている。
【００２６】
前ＮОｘセンサ１９は、ＮОｘ触媒１７の上流側のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆを検出するものである。ＮＯｘ触媒１７の下流側の排気管２８には、ＮОｘ触媒１７の下流側のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｒを検出するＮОｘ検出手段として後ＮОｘセンサ２６が配設されている。各ＮОｘセンサ１９，２６からのＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ、Ｓｎｏｘｒは、実ＮＯｘ浄化率導出手段４４に出力される。
【００２７】
目標ＮОｘ浄化率導出手段４３は、例えば、図４に示すような、触媒温度Ｔｇによって定められる目標ＮОｘ浄化率Ｍηのマップであり、このマップから触媒温度Ｔｇに相関する目標ＮＯｘ浄化率Ｍηを導出して制御手段４５に出力する。
【００２８】
実ＮＯｘ浄化率導出手段４４は、各ＮОｘセンサ１９，２６からのＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ、Ｓｎｏｘｒを、Ｓｎｏｘｆ−Ｓｎｏｘｒとする差分処理し、さらにその値をＳｎｏｘｆで除算して実ＮＯｘ浄化率ηを算出する演算回路である。
【００２９】
基本添加量導出手段４２は、図１１に破線Ｌ２で示すＮОｘ触媒１７でのアンモニア吸着量を充たすようにエンジン運転状態に応じて予め設定されたアンモニアの基本添加量マップを有し、触媒温度Ｔｇに応じて適宜アンモニアの基本添加量ＤＮＨ３を選択して制御手段４５に出力する。
【００３０】
比較手段４６は、目標ＮＯｘ浄化率導出手段４３により導出された目標ＮОｘ浄化率Ｍηと実ＮＯｘ浄化率導出手段４４により導出された実ＮＯｘ浄化率ηとを比較判定する回路であって、この判断結果を制御手段４５に出力する。
【００３１】
制御手段４５は、比較手段４６の判定結果に基づいて還元剤供給手段２９による尿素水の添加量を補正するように、圧縮エア制御弁３３及び尿素水供給部３７の駆動を制御するものである。
【００３２】
判定手段４７は、制御手段４５による制御後に実ＮＯｘ浄化率算出手段４４により導出される補正後の実ＮＯｘ浄化率Ｈηと制御手段４５による制御前に実ＮＯｘ浄化率算出手段４４により導出された補正前の実ＮＯｘ浄化率ηとに基づき、ＮＯｘ浄化システムの異常の有無を判定する回路である。本形態において判定手段４７は、アンモニアスリップの有無を判定するもので、補正後の実ＮＯｘ浄化率Ｈηが補正前の実ＮＯｘ浄化率ηよりも増加していないときにアンモニアスリップが発生しているものと判定する。
【００３３】
吸着量減少促進手段４８は、判定手段４７によりアンモニアスリップと判定された場合に、ＮＯｘ触媒１７に吸着されたアンモニアの吸着量を減少するように制御する機能を備えたものである。本形態では、補正後の実ＮＯｘ浄化率Ｈηが補正前の実ＮＯｘ浄化率ηよりも増加していないと判定されたときに、還元剤供給手段２９による尿素水の添加を禁止するように、尿素水供給部３７を強制的に閉じるように制御する。
【００３４】
異常判定手段４９は、判定手段４７により、補正後の実ＮＯｘ浄化率Ｈηが補正前の実ＮＯｘ浄化率ηよりも増加していないと判定されたとき、ＮＯｘ浄化システムに異常有りと判定する回路であり、警告部として機能する警告ランプ５０が接続されている。本形態では、吸着量減少促進手段４８による尿素水の添加量制御後の実ＮＯｘ浄化率Ｈη１が所定のＮОｘ浄化率Ｋηよりも増加していないとき、ＮＯｘ浄化装置が故障して異常有りと判定し、警告ランプ５０を点灯あるいは点滅させる。警告部としてはランプに限らず、ブザーや音声により警告を発するような形態でも良い。
【００３５】
本形態では、基本添加量導出手段４２、目標ＮОｘ浄化率導出手段４３、実ＮОｘ浄化量導出手段４４、制御手段４５、比較手段４６、判定手段４７、吸着量減少促進手段４８及び異常判定手段４９によって排気ガス制御装置４が構成される。排気ガス制御装置４は、基本添加量ＤＮＨ３に対して加減算するための補正量を図示しないマップ情報として予め図示しないメモリー内に記憶されている。
【００３６】
次に、ＮＯｘ浄化装置によるＮОｘ制御処理を図２のＮＯｘ浄化処理ルーチンに沿って、警告判定処理を図３に示す警告判定処理ルーチンに沿ってそれぞれ説明する。
【００３７】
ＮＯｘ浄化装置を搭載した図示しない車両のエンジン１の駆動時において、エンジン制御装置５はエンジン駆動に関する各種制御系のセンサ類が正常か否かの自己チェック結果が正常であったか否かを確認し、正常（ＯＫ）では上述の関連センサの各入力値に応じて周知の燃料噴射系、燃料供給系に制御信号を送出し、制御を実行し、その際得られたセンサ出力等を排気ガス制御装置４にも送信する。排気ガス制御装置４は、エンジンキーのオンと同時に図２のＮＯｘ浄化処理ルーチンのＮＯｘ浄化処理制御を所定制御サイクル毎に繰り返すと共に、図３に示す警告判定処理ルーチンを割り込み処理する。
【００３８】
図２のＮＯｘ浄化処理ルーチンでは、ステップＳ１でエンジン始動中であるかをイグニッションキーのオン情報で確認し、ステップＳ２でＮОｘ触媒温度Ｔｇ、ＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒ、その他のデータを取込む。
ステップＳ３では、ＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒを用いて実ＮОｘ浄化量ηを、触媒温度Ｔｇに基づいてＮОｘ触媒１７に新たに吸着すべきアンモニア量としての基本添加量ＤＮＨ３をそれぞれ演算すると共に、触媒温度Ｔｇに基づいて目標ＮОｘ浄化率Ｍηを、目標ＮОｘ浄化率導出手段４３であるマップより演算し、ステップＳ４に進む。
【００３９】
ステップＳ４では、実ＮОｘ浄化量ηと目標ＮОｘ浄化率Ｍηとを比較して、実ＮОｘ浄化量ηが目標ＮОｘ浄化率Ｍηを超えている場合には、ステップＳ７に進んでアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３から所定量減算する減少補正をして還元剤添加量ＤＮＨ３(−ｎ)を決定し、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、実ＮОｘ浄化量ηと目標ＮОｘ浄化率Ｍηとの比較結果に応じて減少補正された還元剤添加量ＤＮＨ３(−ｎ)のアンモニア量に相当する尿素水量を添加できるように、還元剤供給手段２９を駆動制御して制御サイクルを終了する。
ステップＳ４において、実ＮОｘ浄化量ηが目標ＮОｘ浄化率Ｍη未満の場合にはステップＳ５に進み、アンモニアの基本添加量ＤＮＨ３に所定量加算する増大補正をして還元剤添加量ＤＮＨ３(ｎ)を決定し、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、実ＮОｘ浄化量ηと目標ＮОｘ浄化率Ｍηとの比較結果に応じて増大補正された還元剤添加量ＤＮＨ３(ｎ)のアンモニア量に相当する尿素水量を添加できるように、還元剤供給手段２９を駆動制御して制御サイクルを終了する。
【００４０】
このように基本添加量ＤＮＨ３を補正することで、尿素水供給部３７は、増大あるいは減少補正された相当の流量に調整した尿素水を、噴射管３１を経由して添加ノズル１８より排気管２８に供給する。よって、ＮОｘ触媒１７への尿素水の添加量の制御精度を向上して、アンモニアスリップの発生を効果的に抑制することができる。
【００４１】
図３の異常警告処理ルーチンは、ステップＴ１でステップＳ６の終了を確認判断し、図２のステップＳ６が終了しているとステップＴ２に進む。ステップＴ２では、ステップＳ６で実行された還元剤添加量ＤＮＨ３(ｎ)のアンモニア量に相当する尿素水量を添加後における、すなわち制御手段４５による制御後のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒと、ステップＳ３で導出された補正前の実ＮОｘ浄化率とを取込む。ステップＴ３では、ステップＴ２で取り込んだＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒを用いて補正後の実ＮОｘ浄化量Ｈηを導出してステップＴ４に進む。
【００４２】
ステップＴ４では、補正前の実ＮОｘ浄化量ηと補正後の実ＮОｘ浄化量Ｈηとを比較して、補正後の実ＮＯｘ浄化率Ｈηが補正前の実ＮＯｘ浄化率ηを超えている(増加している)場合には、図２のステップＳ６において増量添加したアンモニアがＮＯｘの還元に作用したものと判断する。すなわち、このステップＴ４では、図２のステップＳ４での実ＮＯｘ浄化率の低下がＮＯｘ排出量の還元に必要なアンモニア量の不足によるものであり、アンモニア添加量を増量可能なＮＯｘ浄化システムが正常であると判断してステップＴ５に進む。ステップＴ５では、ＮОｘ浄化処理ルーチンを継続として、この処理ルーチンを終了する。このため、ＮＯｘ排出量の還元に必要なアンモニア吸着量となるような適量の還元剤を還元剤供給手段２９より排気ガス中に供給することができる。
【００４３】
ステップＴ４において、補正後の実ＮＯｘ浄化率Ｈηが補正前の実ＮＯｘ浄化率η以下の場合には、図２のステップＳ６で増量添加したアンモニア量がＮОｘ浄化に作用していない、すなわち、アンモニアスリップと判定してステップＴ６に進む。ステップＴ６では、ＮОｘ触媒１７へのアンモニア供給を低減すべく、アンモニアスリップ防止対策として還元剤供給手段２９の駆動を停止制御してアンモニアの添加を禁止してステップＴ７に進む。アンモニアスリップ防止対策としては還元剤供給手段２９の駆動を停止するのではなく、低減して添加する形態であっても良い。
【００４４】
ステップＴ７では還元剤供給手段２９の停止時間を計測してステップＴ８において、計測時間が予め排気ガス制御装置４に記憶された任意の所定時間を経過した否かを判断する。この所定期間とは、アンモニアの添加を停止又は減少した後に、ＮОｘ触媒１７の吸着限界値よりも所定量低くなる期間として設定される。所定時間経過するとステップＴ９に進んで計測後のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒと、触媒温度Ｔｇとを取込み、ステップＴ１０に進む。ステップＴ１０では、ステップＴ９で取り込んだＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒを用いて計測後の実ＮОｘ浄化量Ｈη１を導出すると共に、触媒温度Ｔｇに相当する所定のＮОｘ浄化率Ｋηを、例えば、図１０,図１１の触媒特性図から導出してステップＴ１１に進む。
【００４５】
ステップＴ１１では、実ＮＯｘ浄化率Ｈη１と所定のＮОｘ浄化率Ｋηとを比較し、実ＮＯｘ浄化率Ｈη１が所定のＮОｘ浄化率Ｋηよりも増加していないときは、ＮОｘセンサ１９，２６の異常か、ステップＴ６での還元剤供給停止が行われずアンモニアスリップが改善されていない、ＮОｘ処理システムの異常と判定し、ステップＴ１２に進む。ステップＴ１２では、システムの異常を警告すべく、ここでは図１の警告ランプ５０を点灯あるいは点滅してこの制御を終える。
ステップＴ１１において、実ＮＯｘ浄化率Ｈη１が所定のＮОｘ浄化率Ｋηよりも増加している場合には、ステップＴ６での還元剤供給停止やＮОｘセンサ１９，２６からの出力が正しく、アンモニアスリップが改善されてシステムが正常に機能しているものとして、ステップＴ５に進んでＮОｘ浄化処理ルーチンを継続させる。
【００４６】
このように、ＮОｘセンサ１９，２６からの出力であるＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒの情報によって得られる実ＮОｘ浄化率の変動を利用し、ステップＴ６においてＮОｘ触媒１７のアンモニア吸着量が低減する処理、すなわち、アンモニアスリップ防止処理(リセット処理)をしたにも関わらず、測定後の実ＮＯｘ浄化率Ｈη１が増加していない場合には、ステップＴ６で行った処理が有効に作用していないものとして、システム異常と判定するので、アンモニアスリップの継続状態を防止することができる。また、ステップＴ６におけるアンモニアスリップ防止処理(リセット処理)後の所定時間経過後に測定した実ＮОｘ浄化量Ｈη１が、所定のＮОｘ浄化率Ｋηよりも増加している場合には、システムが正常であると判断し、ステップＴ５に戻って図２のＮОｘ浄化処理を継続状態とするので、アンモニアスリップ防止処理(リセット処理)後、直ちにＮＯｘ排出量の還元に必要なアンモニア吸着量となるような適量の還元剤を還元剤供給手段２９より排気ガス中に供給することができ、ＮＯｘ浄化率の向上を図ることができる。
【００４７】
図５を用いて、本発明の実施形態としての内燃機関のＮＯｘ浄化装置を説明する。この形態におけるＮＯｘ浄化装置は、排気ガス制御装置１４０の構成が図１の排気ガス制御装置４と異なっている以外は、基本的に同一構成である。よって、図１に示す構成と同一機能をする構成には、同一符号を付すに留め、詳細な説明は省略する。
【００４８】
排気ガス制御装置１４０は、ＮＯｘ触媒１７による実ＮＯｘ浄化量ΔＮＯｘを導出する実ＮＯｘ浄化量導出手段１４４、ＮＯｘ触媒１７に対するアンモニアの目標吸着量ＭＮＨ３を設定する目標吸着量設定手段１５０、エンジン１から排出されるＮＯｘ排出量としてＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘを推定する機関ＮＯｘ排出量導出手段１５１、ＮОｘ触媒１７出口のＮОｘ排出量としてＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ'を推定する触媒出口排出量導出手段１４３、機関ＮＯｘ排出量導出手段１５１により推定されたＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘと、触媒出口排出量導出手段１４３により推定されたＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ'の差により、ＮＯｘ触媒１７による実ＮＯｘ浄化量ΔＮОｘを導出する実ＮＯｘ浄化量導出手段１４４により導出された実ＮＯｘ浄化量ΔＮОｘに基づいてＮＯｘ触媒１７に吸着されたアンモニアの消費量(ΔＳＮＨ３)を導出する消費量導出手段１５２、還元剤供給手段２９によるアンモニアの添加量ＤＮＨ３及び消費量導出手段１５２により導出されたアンモニアの消費量(ΔＳＮＨ３)に応じてＮＯｘ触媒１７に吸着されたアンモニアの実吸着量ＳＮＨ３(ｎ)を導出する吸着量導出手段１５３、還元剤供給手段２９によるアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３を導出する基本添加量導出手段１５４、還元剤供給手段２９を制御する制御手段１４５、比較手段１４６、判定手段１４７、吸着量減少促進手段１４８及び異常判定手段１４９を備えている。
【００４９】
機関ＮＯｘ排出量導出手段１５１は、前ＮОｘセンサ１９で検出されるＮОｘ触媒１７の上流側のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆと、エンジン１から排出される排気ガス排出量に相当するエンジン制御装置５からの排気ガス流量Ｇとに基づき、ＮＯｘ質量流量Ｕｎｏｘを導出するものである。
【００５０】
触媒出口ＮОｘ排出量導出手段１４３は、後ＮОｘセンサ２６で検出されるＮОｘ触媒１７出口のＮОｘ濃度Ｓｎｏｘｒとエンジン１から排出される排気ガス排出量に相当するエンジン制御装置５からの排気ガス流量Ｇとに基づき、ＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ'を導出するものである。
【００５１】
実ＮＯｘ浄化量導出手段１４４は、機関ＮＯｘ排出量導出手段１５１と触媒出口ＮОｘ排出量導出手段１４３により各々導出されるＮＯｘ質量流量Ｕｎｏｘ，Ｕｎｏｘ'を、Ｕｎｏｘ−Ｕｎｏｘ'とする差分処理して実ＮＯｘ浄化量(ΔＮОｘ)を算出する演算回路であり、算出した実ＮＯｘ浄化量(ΔＮОｘ)を消費量導出手段１５２に出力する。消費量導出手段１５２は、実ＮＯｘ浄化量(ΔＮОｘ)からアンモニア消費量(ΔＳＮＨ３)を算出する演算部である。
【００５２】
目標吸着量設定手段１５０は触媒温度検出手段（媒体温度センサ２２）により検出又は推定された触媒温度Ｔｇに応じてＮＯｘ触媒１７に吸着されるアンモニアの目標吸着量ＭＮＨ３を設定する。
【００５３】
基本添加量導出手段１５４は、図１１に破線Ｌ２で示すＮОｘ触媒１７でのアンモニア吸着量を充たすようにエンジン運転状態に応じて予め設定されたアンモニアの基本添加量マップを有し、触媒温度Ｔｇに応じて適宜アンモニアの基本添加量ＤＮＨ３を選択して吸着量導出手段１５３に出力する。排気ガス制御装置１４０は、基本添加量ＤＮＨ３に対して加減算するための補正量を図示しないマップ情報として予め図示しないメモリー内に記憶されている。
【００５４】
吸着量導出手段１５３は、前回導出された実吸着量ＳＮＨ３(ｎ−１)、基本添加量導出手段１５４により導出されたアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３、及び今回導出されたアンモニア消費量(ΔＳＮＨ３)に基づきＮОｘ触媒１７における推定の実吸着量ＳＮＨ３(ｎ)を、下記の式（４）によって導出する演算回路である。
ＳＮＨ３（ｎ）＝ＳＮＨ３（ｎ−１）＋ＤＮＨ３−ΔＳＮＨ３・・・・（４）
比較手段１４６は、吸着量導出手段１５３により導出された実吸着量ＳＮＨ３(ｎ)と目標吸着量設定手段１５０により設定された目標吸着量ＭＮＨ３とを比較判定する回路であって、この判断結果を制御手段１４５に出力する。
【００５５】
制御手段１４５は、比較手段１４６の判定結果に基づいて還元剤供給手段２９による尿素水の添加量を補正するように、圧縮エア制御弁３３と尿素水供給源３７の駆動を制御するものである。本形態では、比較手段１４６により実吸着量ＳＮＨ３(ｎ)が目標吸着量ＭＮＨ３よりも少ないと判定されたとき、還元剤供給手段２９によるアンモニアの添加量を増量するように尿素水供給源３７を調整制御するものである。
【００５６】
判定手段１４７は、制御手段１４５による制御後に、吸着量導出手段１５３により導出された補正後の実吸着量ＳＮＨ３(ｎ１)と、制御手段１４６による制御前に導出された補正前の実吸着量ＳＮＨ３(ｎ)とに基づき、ＮＯｘ浄化システムの異常の有無を判定する回路である。本形態において判定手段１４７は、アンモニアスリップの有無を判定するもので、補正後実吸着量ＳＮＨ３(ｎ１)の補正前実吸着量ＳＮＨ３(ｎ)に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っているときにアンモニアスリップが発生しているものと判定する。
【００５７】
吸着量減少促進手段１４８は、判定手段１４７により、アンモニアスリップが発生していると判定されたとき、ＮＯｘ触媒１７に吸着されたアンモニアの吸着量を減少するよう制御するものである。本形態では、ＮＯｘ触媒１７に吸着されたアンモニアの吸着量を減少するように、還元剤供給手段２９による尿素水の添加を禁止するように、尿素水供給部３７を制御する。
【００５８】
異常診断手段１４９は、判定手段１４７により、アンモニアスリップが発生していると判定されたとき、ＮＯｘ浄化システムに異常有りと判定する回路であり、警告部として機能する警告ブザー１５５が接続されている。
【００５９】
次に、ＮＯｘ浄化装置によるＮОｘ制御処理を図８のＮＯｘ浄化処理ルーチンに沿って、警告判定処理を図９に示す警告判定処理ルーチンに沿ってそれぞれ説明する。
【００６０】
ＮＯｘ浄化装置を搭載した図示しない車両のエンジン１の駆動時において、エンジン制御装置５は複数の制御系、例えば、燃料噴射系、燃料供給系等で適宜実行されている関連機器、センサ類が正常か否かの自己チェック結果が正常であったか否かを確認し、正常（ＯＫ）では上述の各センサの各入力値に応じて上記の燃料噴射系、燃料供給系に制御信号を送出して制御を実行し、その際得られたセンサ出力等を排気ガス制御装置１４０にも送信する。
【００６１】
排気ガス制御装置１４０は、エンジンキーのオンと同時に図８のＮＯｘ浄化処理ルーチンのＮＯｘ浄化処理制御を所定制御サイクル毎に繰り返す。ステップＵ１でエンジン始動中であるかをイグニッションキーのオン情報で確認し、ステップＵ２でＮОｘ触媒温度Ｔｇ、排気ガス流量Ｇ、ＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒ、前回吸着量ＳＮＨ３（ｎ−１）、その他のデータを取込む。
【００６２】
ステップＵ３では、排気ガス流量ＧとＮОｘ濃度Ｓｎｏｘｆ，Ｓｎｏｘｒを用いてエンジン１から排出されるＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ並びに触媒出口のＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ'を、Ｕｎｏｘ，Ｕｎｏｘ'を用いて実ＮОｘ浄化量ΔＮОｘをそれぞれ求めると共に、触媒温度Ｔｇに基づいて、ＮОｘ触媒１７に新たな吸着すべきアンモニア量としてのアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３を基本添加量導出手段１５４より演算し、触媒温度Ｔｇ相当の目標吸着量ＭＮＨ３を目標吸着量設定手段１５０であるマップより演算してステップＵ４に進む。
【００６３】
ステップＵ４では、実ＮОｘ浄化量ΔＮОｘとに基づきアンモニアの消費量（ΔＳＮＨ３）を導出してステップＵ５に進み、ステップＵ５で、式（４）を用いてアンモニアの実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）を演算して導出する。
【００６４】
ステップＵ６では、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）と目標吸着量ＭＮＨ３とを比較して、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）が目標吸着量ＭＮＨ３を超えている場合には、ステップＵ９に進んでアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３から所定量減算する減少補正をして還元剤添加量ＤＮＨ３(−ｎ)を決定し、ステップＵ１０に進む。ステップＵ１０では、図６に示すように、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）＞目標吸着量ＭＮＨ３の場合には差分αを基本添加量ＤＮＨ３から減算する。ステップＵ１０では、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）と目標吸着量ＭＮＨ３との比較結果に応じて減少補正された還元剤添加量ＤＮＨ３(−ｎ)のアンモニア量に相当する尿素水量を添加できるように、還元剤供給手段２９の尿素水供給部３７を駆動制御して制御サイクルを終了する。
【００６５】
ステップＵ６において、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）が目標吸着量ＭＮＨ３未満の場合には、ステップＵ７に進みアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３に所定量加算する増大補正をして還元剤添加量ＤＮＨ３(ｎ)を決定し、ステップＵ８に進む。ステップＵ８では、図７に示すように、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）＜目標吸着量ＭＮＨ３の場合には差分αを基本添加量ＤＮＨ３に加算する。ステップＵ９では、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）と目標吸着量ＭＮＨ３との比較結果に応じて増大補正された還元剤添加量ＤＮＨ３(ｎ)のアンモニア量に相当する尿素水量を添加できるように、還元剤供給手段２９の尿素水供給部３７を駆動制御して制御サイクルを終了する。
【００６６】
このように基本添加量ＤＮＨ３の補正することで、尿素水供給部３７は、増大あるいは減少補正された相当の流量に調整した尿素水を、噴射管３１を経由して添加ノズル１８より排気管２８に供給する。よって、ＮОｘ触媒１７への尿素水の添加量の制御精度を向上してアンモニアスリップの発生を効果的に抑制することができる。
【００６７】
図９の異常警告処理ルーチンは、ステップＶ１で図８のステップＵ８の終了を確認判断し、このステップＵ８が終了しているとステップＶ２に進む。ステップＶ２では、ステップＵ８で実行された還元剤添加量ＤＮＨ３(ｎ)のアンモニア量に相当する尿素水量を添加後における、すなわち制御手段１４５による制御後のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒ、ＮОｘ触媒温度Ｔｇ、排気ガス流量Ｇ、基本添加量ＤＮＨ３、ステップＵ５で導出した補正前の吸着量ＳＮＨ３（ｎ）、その他のデータを取込む。ステップＶ３では、ステップＶ２で取り込んだ情報からＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ，Ｕｎｏｘ'、実ＮОｘ浄化量ΔＮОｘをそれぞれ求め、これら情報から補正後の実吸着量ＳＮＨ３（ｎ１）を導出してステップＶ４に進む。
【００６８】
ステップＶ４では、補正前の実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）と補正後の実吸着量ＳＮＨ３（ｎ１）とを比較して、補正後実吸着量ＳＮＨ３（ｎ１）の補正前実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていない場合には、図８のステップＵ８において増量添加したアンモニアがＮＯｘの還元に作用したものと判断する。すなわち、このステップＶ４では、図８のステップＵ６での実ＮＯｘ浄化量の低下がＮＯｘ排出量の還元に必要なアンモニア量の不足によるものであり、アンモニア添加量を増量可能なＮＯｘ浄化システムが正常であると判断してステップＶ５に進む。ステップＶ５では、ＮОｘ浄化処理ルーチンを継続として、この処理ルーチンを終了する。このため、ＮＯｘ排出量の還元に必要なアンモニア吸着量となるような適量の還元剤が還元剤供給手段２９より排気ガス中に供給することができる。
【００６９】
ステップＶ４において、補正後実吸着量ＳＮＨ３（ｎ１）の補正前実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っている場合には、図８のステップＵ８で増量添加したアンモニア量がＮОｘ浄化に作用していない、すなわち、アンモニアスリップと判定してステップＶ６に進む。ステップＶ６では、ＮОｘ触媒１７のアンモニア吸着量を低減すべく、アンモニアスリップ防止対策として還元剤供給手段２９の駆動を停止制御してアンモニアの添加を禁止してステップＶ７に進む。アンモニアスリップ防止対策としては還元剤供給手段２９の駆動を停止するのではなく、低減して添加する形態であっても良い。
【００７０】
ステップＶ７では還元剤供給手段２９の停止時間を計測してステップＶ８において、計測時間が予め排気ガス制御装置１４０に記憶された任意の所定時間を経過した否かを判断する。所定時間経過するとステップＶ９に進んで計測後のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒ、触媒温度Ｔｇ、排気ガス流量Ｇ、基本添加量ＤＮＨ３とを取込み、ステップＶ１０に進む。
【００７１】
ステップＶ１０では、ステップＶ９で取り込んだ情報からＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ，Ｕｎｏｘ'、実ＮОｘ浄化量ΔＮОｘをそれぞれ求め、これら情報から測定後の実吸着量ＨＳＮＨ３と触媒温度Ｔｇに相当する所定の実吸着量ＫＳＮＨ３を導出してステップＶ１１に進む。
【００７２】
ステップＶ１１では、計測後の実吸着量ＨＳＮＨ３と所定の実吸着量ＫＳＮＨ３とを比較し、実吸着量ＨＳＮＨ３が所定の吸着量ＫＳＮＨ３よりも高い場合には、ＮОｘセンサ１９，２６の異常か、ステップＶ６での還元剤供給停止が行われずアンモニアスリップが改善されていない、ＮОｘ処理システムの異常と判定し、ステップＶ１２に進む。ステップＶ１２では、システムの異常を警告すべく、ここでは図５の警告ブザー１５５を鳴らしてこの制御を終える。
ステップＶ１１において、実吸着量ＨＳＮＨ３が所定の吸着量ＫＳＮＨ３よりも低い場合には、ステップＶ６での還元剤供給停止やＮОｘセンサ１９，２６からの出力が正しく、アンモニアスリップが改善されてシステムが正常に機能しているものとして、ステップＶ５に進んでＮОｘ浄化処理ルーチンを継続させる。
【００７３】
このように、ＮОｘセンサ１９，２６からの出力であるＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒの情報によって得られる実ＮОｘ浄化量の変動を利用し、ステップＶ６においてＮОｘ触媒１７のアンモニア吸着量が低減する処理、すなわち、アンモニアスリップ防止処理(リセット処理)をしたにも関わらず、測定後の実吸着量ＨＳＮＨ３が減少していない場合には、ステップＶ６で行った処理が有効に作用していないものとして、システム異常と判定するので、アンモニアスリップの継続状態を防止することができる。また、ステップＶ６におけるアンモニアスリップ防止処理(リセット処理)後の所定時間経過後に測定した実吸着量ＨＳＮＨ３が所定の吸着量ＫＳＮＨ３よりも減少している場合には、システムが正常であると判断し、ステップＶ５に戻って図８のＮＯｘ浄化処理を継続状態とするので、アンモニアスリップ防止処理(リセット処理)後、直ちにＮＯｘ排出量の還元に必要なアンモニア吸着量となるような適量の還元剤を還元剤供給手段２９より排気ガス中に供給することができ、ＮＯｘ浄化率の向上を図ることができる。
【００７４】
上記各形態では、還元剤供給手段２９によるアンモニア添加量を減少する制御形態として、図３,図９のステップＴ６,Ｖ６において尿素水供給部３７において尿素水の添加を禁止しているので、各ステップＴ６,Ｖ６での処理と還元剤供給手段２９とが吸着量減少促進手段４８,１４８として機能する。
【００７５】
各形態では、吸着量減少促進手段４８,１４８として還元剤供給手段２９による尿素水の添加制御を行っているのが、このような尿素水の添加制御に限定されるものではなく、ＮＯｘ触媒１７の温度を上昇させるように制御する形態であっても構わない。
【００７６】
ＮОｘ触媒１７の温度上昇制御の形態としては、例えば図３,図９のステップＴ６,Ｖ６において、エンジン１の燃焼室への燃料噴射量を通常の燃料噴射量以外に膨張行程以降の追加燃料を噴射するように燃料噴射系を制御する。このように燃料噴射系を制御すると、排気ガス温度が上昇し、結果的にＮОｘ触媒１７の温度が上昇する。ＮОｘ触媒１７は、図１１に示すように、触媒温度が上昇すると吸着されているアンモニアを放出してアンモニア吸着量が低減するという特性を有しているので、アンモニアスリップ防止処理(リセット処理)を効果的に行える。
【００７７】
ＮОｘ触媒１７の温度上昇制御の別形態としては、エンジン１の燃焼室への燃料噴射量を可変するのではなく、燃料噴射時期を最適な燃焼を得られるように設定された基本噴射時期に対して遅角側にずらす制御形態としてもよい。燃料噴射時期をずらす制御とすると、燃焼室での燃焼効率が一時的に低減して排気ガス温度が上昇し、結果的にＮОｘ触媒１７の温度が上昇する。ＮОｘ触媒１７は、図１１に示すように、触媒温度の上昇により、アンモニア吸着量が低減するので、アンモニアスリップ防止処理(リセット処理)を効果的に行える。噴射時期の遅角制御を行う際には、出力低下を補償するように燃料を増量することが望ましい。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、アンモニアの添加量の増量供給前後における、アンモニアの実吸着量の変化に基づき、ＮＯｘ浄化システムの異常の有無を判定することができる。
本発明によれば、アンモニアの添加量の増量供給後に、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていると判定されたとき、アンモニアスリップによるＮＯｘ浄化率の低下と判定して、ＮＯｘ触媒へのアンモニア吸着量が低減するような制御を実行することで、ＮＯｘ触媒へのアンモニアの吸着量を減少でき、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていないと判定されたとき、アンモニア添加量を増量可能と判定することによって、ＮＯｘの還元に必要な適量の還元剤を増量供給することが可能となるので、高いＮＯｘ浄化率とアンモニアスリップの低減とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すＮОｘ浄化装置の全体構成図である。
【図２】図１のＮОｘ浄化装置で実行されるＮОｘ浄化処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図３】第１の実施形態で実行される故障判定処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図４】目標ＮОｘ浄化率と触媒温度の関係を示す特性線図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示すＮОｘ浄化装置の全体構成図である。
【図６】実吸着量が目標吸着量を超えている状態の時の排気温度とアンモニア吸着量の関係を示すマップである。
【図７】実吸着量が目標吸着量より低い状態の時の排気温度とアンモニア吸着量の関係を示すマップである。
【図８】図５のＮОｘ浄化装置で実行されるＮОｘ浄化処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図９】第２の実施形態で実行される故障判定処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】ＮОｘ触媒のアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を示す特性線図である。
【図１１】ＮОｘ触媒の触媒温度とアンモニア吸着量との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 排気系
１７ ＮＯｘ触媒
２４ 排気ガス
２９ 還元剤供給手段
４３ 目標ＮＯｘ浄化率導出手段
４４ 実ＮＯｘ浄化率導出手段
４５,１４５ 制御手段
４６,１４６ 比較手段
４７,１４７ 判定手段
４８,１４８ 吸着量減少促進手段
４９,１４９ 異常診断手段
１４３ 実ＮＯｘ浄化量算出手段
１４４ 触媒出口ＮОｘ量導出手段
１５０ 目標吸着量設定手段
１５１ 機関ＮＯｘ排出量導出手段
１５２ 消費量導出手段
１５３ 吸着量導出手段
Ｇ 排気ガス流量
Ｔｇ 触媒温度
η ＮＯｘ浄化率(補正前の実ＮＯｘ浄化率)
Ｍη 目標ＮＯｘ浄化率
Ｈη 補正後の実ＮＯｘ浄化率
（ΔＮОｘ） アンモニアの消費量
ＳＮＨ３(ｎ) 実吸着量(補正前の実吸着量)
ＳＮＨ３(ｎ１) 補正後の実吸着量
ＭＮＨ３ 目標吸着量
ＤＮＨ３ アンモニアの添加量
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスが酸素過剰雰囲気下でＮОｘ浄化作用を有するＮＯｘ触媒を備えた内燃機関のＮОｘ浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス中に尿素水を添加して加水分解により発生するアンモニアや直接添加によるアンモニアを、選択還元触媒の還元剤として使用するＮОｘ浄化装置が知られている。このようなＮОｘ浄化装置を、内燃機関を備えた車両に搭載する場合、内燃機関の排気系に排気ガスが酸素過剰雰囲気下でＮＯｘを浄化できる選択還元触媒、所謂ユリアＳＣＲ触媒(以下「ＮＯｘ触媒」と称す)を配置し、この触媒の上流側から尿素水あるいはアンモニアを還元剤として排気ガス中に添加してＮОｘ触媒に供給するように構成している。
一般にＮＯｘ浄化装置におけるＮＯｘ浄化率は、ＮОｘ触媒の性能に依存するところが大きく、上記のようなアンモニアを還元剤とするＮОｘ触媒は、その温度が約３５０℃を上回る領域において高効率でＮＯｘを還元処理する特性を有している。
【０００３】
排気ガス中に尿素水を添加する場合、式（１）のように加水分解及び熱分解されることでアンモニア(ＮＨ３)が生成される。
（ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２・・・・（１）
ＮОｘ触媒上でのアンモニア(ＮＨ３)と窒素酸化物(ＮОｘ)との間の脱硝反応は触媒温度の高低に応じ、すなわち、高温時には主に式（２）、低温時には主に式（３）の反応がそれぞれ行われることが知られている。
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ・・・・・（２）
２ＮＨ３＋ＮＯ＋ＮＯ２→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ・・・・・（３）
このようなアンモニアを還元剤とするＮОｘ触媒は、図１０に実線で示すように、ＮОｘ触媒へのアンモニアの吸着量が多いほどＮＯｘ浄化率が高いため、低温域でＮОｘ触媒の高浄化率を得るにはアンモニア吸着量を高く制御することが好ましい。ＮОｘ触媒に吸着できるアンモニア吸着量には限界があり、図１１に実線Ｌ１で示す吸着限界値は触媒温度に依存している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような特性のＮОｘ触媒を有するＮОｘ浄化装置を車両に搭載する場合、車両は、その運転状態が時々刻々と変化して内燃機関から排出される排気ガス流量、排気ガス中のＮОｘ量や触媒温度の変化が大きいため、運転状態に対応するＮОｘ触媒へのアンモニア供給が要求される。ＮОｘ触媒へのアンモニア供給が運転状態に対応できない場合、例えばアンモニアの供給量が少ないとＮОｘ触媒のアンモニア吸着量が不足して十分なＮОｘ還元が行えず、アンモニアの供給量が多すぎて吸着限界値を超えると、ＮОｘ触媒に吸着されなかったアンモニアが大気中に排出されるアンモニアスリップと称する現象が発生し易くなる。
【０００５】
ＮОｘ浄化装置では、排気ガス中のＮОｘ情報（例えば濃度）をＮОｘ検出手段としてＮОｘセンサを用いて検出し、このセンサの検出情報を基にしてＮОｘ排出量、ＮОｘ浄化率等の様々な情報を得ている。しかしこのＮОｘセンサは、ＮОｘ以外のものをＮОｘとして検出することがある。例えば、ＮОｘ検知部に触媒成分を有し、この触媒成分でのＮОｘの化学反応により発生するＮОｘ中の酸素量からＮОｘ量を検出する、所謂アンモニアの干渉を受けるタイプのＮОｘセンサの場合、アンモニア(ＮＨ３)からＮОｘが生成され、ＮОｘ量と相関する酸素量が多くなることがある。このため、ＮОｘセンサからの出力変動が、ＮОｘの増大によるものなのかアンモニアの増大によるものなのか判断できず、センサ出力に基づいて得られ情報に誤差が生じてしまう。特にＮОｘ触媒を通過したＮОｘ量を検出するために、ＮОｘ触媒の下流側にＮОｘセンサを配置する場合、センサ出力に基づき得られる情報の誤差は、アンモニアスリップ発生の誤判定を招きかねない。
【０００６】
排気ガス中のＮОｘ情報に相関する情報に含まれる誤差を利用してアンモニアスリップの発生やシステム異常を検出しながら、最適な還元剤の添加を可能にして高いＮОｘ浄化率を維持することができる内燃機関のＮＯｘ浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる内燃機関のＮＯｘ浄化装置は、ＮＯｘ触媒に対する還元剤の吸着量に着目したものであり、内燃機関の排気系に設けられアンモニアを吸着して排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、ＮＯｘ触媒にアンモニア又は尿素水を供給する還元剤供給手段と、内燃機関から排出されるＮＯｘ排出量を検出又は推定する機関ＮＯｘ排出量導出手段と、ＮＯｘ触媒出口でのＮＯｘ排出量を検出又は推定する触媒出口ＮＯｘ量導出手段と、機関ＮＯｘ排出量と触媒出口ＮＯｘ排出量の差分から実ＮＯｘ浄化量を導出する実ＮＯｘ浄化量算出手段と、ＮＯｘ排出量及び実ＮＯｘ浄化量算出手段により導出された実ＮＯｘ浄化量に基づきアンモニアの消費量を導出する消費量導出手段と、還元剤供給手段によるアンモニア又は尿素水の添加量及び消費量導出手段により導出された消費量に応じてＮＯｘ触媒に吸着されたアンモニアの実吸着量を導出する吸着量導出手段と、ＮＯｘ触媒に対するアンモニアの目標吸着量をＮＯｘ触媒の触媒温度又は触媒温度に相関するパラメータの一つに応じて設定する目標吸着量設定手段と、吸着量導出手段により導出された実吸着量及び前記目標吸着量設定手段により設定された目標吸着量を比較判定する比較手段と、比較手段により実吸着量が目標吸着量よりも少ないと判定されたとき、還元剤供給手段によるアンモニア又は尿素水の添加量を増量するように制御する制御手段と、制御手段による制御後に吸着量導出手段により導出された補正後の実吸着量、補正の際のアンモニア又は尿素水の添加量増量及び制御手段による制御前に吸着量導出手段により導出された補正前の実吸着量に基づき、ＮＯｘ浄化システムの異常の有無を判定する判定手段とを備えている。
【０００８】
本発明によると、目標吸着量導出手段により導出されたアンモニアの目標吸着量と吸着量導出手段により導出されたアンモニアの実吸着量とを比較手段で比較判定し、その結果、実吸着量が目標吸着量よりも低い場合には、還元剤供給手段によるアンモニア又は尿素水の添加量が制御手段で増量補正されるので、ＮＯｘの還元に必要なアンモニア吸着量となるように適量の還元剤が還元剤供給手段より供給可能となる。制御手段によるアンモニア又は尿素水の添加量の補正増量と、補正前後における実吸着量の変化に基づき、ＮＯｘ浄化システムの異常の有無が判定手段で判定される。
【００１６】
機関ＮＯｘ排出量及びＮОｘ触媒出口ＮОｘ排出量導出手段としては、排気ガス排出量及びＮＯｘ触媒の上下流側の排気系におけるＮＯｘ濃度に基づき、ＮＯｘ質量流量を導出する態様が好ましい。
実ＮＯｘ浄化量導出手段としては、機関ＮОｘ排出量とＮＯｘ触媒出口ＮОｘ排出量の差分からＮＯｘ浄化量を導出する態様が好ましい。ＮОｘ濃度は、ＮＯｘ触媒の上流と下流に設けた、あるいは下流側に設けたＮОｘセンサからの出力に基づき導出する態様が好ましい。
吸着量導出手段としては、前回導出された実吸着量、補正前のアンモニア又は尿素水添加量及び前記消費量導出手段により導出された消費量に基づき補正後の実吸着量を導出する態様が好ましい。
【００１７】
本発明にかかる内燃機関のＮОｘ浄化装置において、判定手段は、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っているとき、アンモニアスリップと判定し、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていないとき、アンモニア又は尿素水の添加量を増量可能と判定することを特徴とする。
本発明によると、アンモニア又は尿素水の添加量の増量供給制御後に、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていないと判定されたときは、増量添加したアンモニア又は尿素水がＮＯｘの還元に作用したものとし、ＮＯｘの還元に必要なアンモニア実吸着量の不足として、アンモニア又は尿素水の添加量を増量可能と判定するため、ＮＯｘの還元に必要なアンモニア吸着量となるように適量の還元剤が還元剤供給手段より供給可能となる。
【００１８】
アンモニア又は尿素水の添加量の増量供給制御後に、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていると判定されたときは、増量添加したアンモニア量がＮОｘ浄化に作用していないものとし、ＮＯｘの還元に必要なアンモニア実吸着量の不足ではなく、アンモニアスリップが発生していると判断する。このため、例えば実吸着量がゼロとなるまで、ＮＯｘ触媒へのアンモニアの供給着量を減少させてもよい。
【００１９】
本発明にかかる内燃機関のＮОｘ浄化装置において、判定手段により、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていないと判定されたとき、ＮＯｘ触媒に吸着されたアンモニアの吸着量を減少するよう制御する吸着量減少促進手段を備えたことを特徴とする。本発明によると、吸着量減少促進手段によってＮＯｘ触媒に吸着されたアンモニアの吸着量が減少される。吸着量減少促進手段としては、還元剤供給手段によるアンモニア又は尿素水の添加量を減少するよう制御する態様や、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させるように制御する態様が好ましい。
【００２０】
本発明にかかる内燃機関のＮОｘ浄化装置において、判定手段により、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていると判定されたとき、ＮＯｘ浄化システムに異常有りと判定する異常診断手段を備えたことを特徴とする。
本発明によると、アンモニア又は尿素水の添加量の増量供給制御後に、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていると判定されたときは、異常診断手段によってＮＯｘ浄化システムの異常有りと判定される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１において符号１は、図示しない車両に搭載されたディーゼルエンジン（以後「エンジン」と記す）を示す。エンジン１はエンジン制御装置５によってその出力制御が行われる。エンジン制御装置５は、ここでは、吸気系に配置される周知のエアーフローセンサからの吸気流量や、燃料系から得られる燃料噴射量、燃料噴射量、エンジン回転数等のエンジン運転状態を示す信号を排気ガス制御装置４へ出力している。排気ガス制御装置４及びエンジン制御装置５は、周知のマイクロコンピュータでその主要部が構成されていて、互いに制御系通信回線で相互通信可能に連結されている。
【００２２】
最初に、浄化率の変動に着目したＮＯｘ浄化装置について説明し、その後に、本願にかかるＮＯｘ浄化装置について説明する。このＮＯｘ浄化装置は、エンジン１の排気マニホールド２５につながり排気系を構成する排気管２８に設けられて排気ガス２４中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒１７、ＮＯｘ触媒１７にアンモニアを供給する還元剤供給手段２９、還元剤供給手段２９によるアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３を導出する基本添加量導出手段４２、ＮＯｘ触媒１７の触媒温度Ｔｇに基づき基準となる目標ＮＯｘ浄化率Ｍηを導出する目標ＮＯｘ浄化率導出手段４３、ＮＯｘ触媒１７による実ＮＯｘ浄化率ηを導出する実ＮＯｘ浄化率導出手段４４、還元剤供給手段２９を制御する制御手段４５、比較手段４６、判定手段４７、吸着量減少促進手段４８及び異常判定手段４９を備えている。
【００２３】
ＮＯｘ触媒１７は、ハニカム構造の触媒担体に触媒成分を付着させたもので、排気管２８に設けられたＮＯｘ触媒コンバータ２７のケーシング内に収納されている。選択還元触媒であるＮＯｘ触媒１７としては、バナジウム系、白金系、ゼオライト系などがある。ＮＯｘ触媒１７は、アンモニア（ＮＨ３）を吸着して排気ガス２４中のＮＯｘを選択還元するものであり、アンモニア吸着状態において、排気ガス２４中のＮＯｘを触媒温度の高低に応じ、即ち、高温時には上述した式（２）、低温時には上述した式（３）の反応を主に行い、アンモニアと窒素酸化物との間の脱硝反応を促進するものである。
【００２４】
ＮОｘ触媒１７には、触媒温度Ｔｇを出力する温度検出手段として触媒温度センサ２２が設けられている。この他、触媒温度に相関するパラメータとなる、例えばエンジン回転数及び燃料噴射量、エンジン運転領域毎の運転時間や外気温を考慮して触媒温度の推定値を演算して触媒温度Ｔｇとして用いても良い。
【００２５】
還元剤供給手段２９は、排気マニホールド２５直後の排気管２８に装着されたＮОｘ検出手段として前ＮОｘセンサ１９とＮОｘ触媒１７との間の排気管２８に装着され、ＮＯｘ触媒コンバータ２７の上流開口側に向けて尿素水を噴霧して添加する添加ノズル１８と、添加ノズル１８に接続された噴射管３１と、噴射管３１の上流端に連結されたエアタンク３２と、噴射管３１への圧縮エア供給を制御する圧縮エア制御弁３３と、圧縮エア制御弁３３よりも下流位置で噴射管に連結する尿素水供給管３４と、添加用の尿素水を収容した尿素水タンク３５と、尿素水タンク３５内の尿素水を尿素水供給管３４から噴射管３１へと供給する尿素水供給部３７とを備えている。これら圧縮エア制御弁３３及び尿素水供給部３７は、制御手段４５に信号線で接続されている。
【００２６】
前ＮОｘセンサ１９は、ＮОｘ触媒１７の上流側のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆを検出するものである。ＮＯｘ触媒１７の下流側の排気管２８には、ＮОｘ触媒１７の下流側のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｒを検出するＮОｘ検出手段として後ＮОｘセンサ２６が配設されている。各ＮОｘセンサ１９，２６からのＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ、Ｓｎｏｘｒは、実ＮＯｘ浄化率導出手段４４に出力される。
【００２７】
目標ＮОｘ浄化率導出手段４３は、例えば、図４に示すような、触媒温度Ｔｇによって定められる目標ＮОｘ浄化率Ｍηのマップであり、このマップから触媒温度Ｔｇに相関する目標ＮＯｘ浄化率Ｍηを導出して制御手段４５に出力する。
【００２８】
実ＮＯｘ浄化率導出手段４４は、各ＮОｘセンサ１９，２６からのＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ、Ｓｎｏｘｒを、Ｓｎｏｘｆ−Ｓｎｏｘｒとする差分処理し、さらにその値をＳｎｏｘｆで除算して実ＮＯｘ浄化率ηを算出する演算回路である。
【００２９】
基本添加量導出手段４２は、図１１に破線Ｌ２で示すＮОｘ触媒１７でのアンモニア吸着量を充たすようにエンジン運転状態に応じて予め設定されたアンモニアの基本添加量マップを有し、触媒温度Ｔｇに応じて適宜アンモニアの基本添加量ＤＮＨ３を選択して制御手段４５に出力する。
【００３０】
比較手段４６は、目標ＮＯｘ浄化率導出手段４３により導出された目標ＮОｘ浄化率Ｍηと実ＮＯｘ浄化率導出手段４４により導出された実ＮＯｘ浄化率ηとを比較判定する回路であって、この判断結果を制御手段４５に出力する。
【００３１】
制御手段４５は、比較手段４６の判定結果に基づいて還元剤供給手段２９による尿素水の添加量を補正するように、圧縮エア制御弁３３及び尿素水供給部３７の駆動を制御するものである。
【００３２】
判定手段４７は、制御手段４５による制御後に実ＮＯｘ浄化率算出手段４４により導出される補正後の実ＮＯｘ浄化率Ｈηと制御手段４５による制御前に実ＮＯｘ浄化率算出手段４４により導出された補正前の実ＮＯｘ浄化率ηとに基づき、ＮＯｘ浄化システムの異常の有無を判定する回路である。本形態において判定手段４７は、アンモニアスリップの有無を判定するもので、補正後の実ＮＯｘ浄化率Ｈηが補正前の実ＮＯｘ浄化率ηよりも増加していないときにアンモニアスリップが発生しているものと判定する。
【００３３】
吸着量減少促進手段４８は、判定手段４７によりアンモニアスリップと判定された場合に、ＮＯｘ触媒１７に吸着されたアンモニアの吸着量を減少するように制御する機能を備えたものである。本形態では、補正後の実ＮＯｘ浄化率Ｈηが補正前の実ＮＯｘ浄化率ηよりも増加していないと判定されたときに、還元剤供給手段２９による尿素水の添加を禁止するように、尿素水供給部３７を強制的に閉じるように制御する。
【００３４】
異常判定手段４９は、判定手段４７により、補正後の実ＮＯｘ浄化率Ｈηが補正前の実ＮＯｘ浄化率ηよりも増加していないと判定されたとき、ＮＯｘ浄化システムに異常有りと判定する回路であり、警告部として機能する警告ランプ５０が接続されている。本形態では、吸着量減少促進手段４８による尿素水の添加量制御後の実ＮＯｘ浄化率Ｈη１が所定のＮОｘ浄化率Ｋηよりも増加していないとき、ＮＯｘ浄化装置が故障して異常有りと判定し、警告ランプ５０を点灯あるいは点滅させる。警告部としてはランプに限らず、ブザーや音声により警告を発するような形態でも良い。
【００３５】
本形態では、基本添加量導出手段４２、目標ＮОｘ浄化率導出手段４３、実ＮОｘ浄化量導出手段４４、制御手段４５、比較手段４６、判定手段４７、吸着量減少促進手段４８及び異常判定手段４９によって排気ガス制御装置４が構成される。排気ガス制御装置４は、基本添加量ＤＮＨ３に対して加減算するための補正量を図示しないマップ情報として予め図示しないメモリー内に記憶されている。
【００３６】
次に、ＮＯｘ浄化装置によるＮОｘ制御処理を図２のＮＯｘ浄化処理ルーチンに沿って、警告判定処理を図３に示す警告判定処理ルーチンに沿ってそれぞれ説明する。
【００３７】
ＮＯｘ浄化装置を搭載した図示しない車両のエンジン１の駆動時において、エンジン制御装置５はエンジン駆動に関する各種制御系のセンサ類が正常か否かの自己チェック結果が正常であったか否かを確認し、正常（ＯＫ）では上述の関連センサの各入力値に応じて周知の燃料噴射系、燃料供給系に制御信号を送出し、制御を実行し、その際得られたセンサ出力等を排気ガス制御装置４にも送信する。排気ガス制御装置４は、エンジンキーのオンと同時に図２のＮＯｘ浄化処理ルーチンのＮＯｘ浄化処理制御を所定制御サイクル毎に繰り返すと共に、図３に示す警告判定処理ルーチンを割り込み処理する。
【００３８】
図２のＮＯｘ浄化処理ルーチンでは、ステップＳ１でエンジン始動中であるかをイグニッションキーのオン情報で確認し、ステップＳ２でＮОｘ触媒温度Ｔｇ、ＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒ、その他のデータを取込む。
ステップＳ３では、ＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒを用いて実ＮОｘ浄化量ηを、触媒温度Ｔｇに基づいてＮОｘ触媒１７に新たに吸着すべきアンモニア量としての基本添加量ＤＮＨ３をそれぞれ演算すると共に、触媒温度Ｔｇに基づいて目標ＮОｘ浄化率Ｍηを、目標ＮОｘ浄化率導出手段４３であるマップより演算し、ステップＳ４に進む。
【００３９】
ステップＳ４では、実ＮОｘ浄化量ηと目標ＮОｘ浄化率Ｍηとを比較して、実ＮОｘ浄化量ηが目標ＮОｘ浄化率Ｍηを超えている場合には、ステップＳ７に進んでアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３から所定量減算する減少補正をして還元剤添加量ＤＮＨ３(−ｎ)を決定し、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、実ＮОｘ浄化量ηと目標ＮОｘ浄化率Ｍηとの比較結果に応じて減少補正された還元剤添加量ＤＮＨ３(−ｎ)のアンモニア量に相当する尿素水量を添加できるように、還元剤供給手段２９を駆動制御して制御サイクルを終了する。
ステップＳ４において、実ＮОｘ浄化量ηが目標ＮОｘ浄化率Ｍη未満の場合にはステップＳ５に進み、アンモニアの基本添加量ＤＮＨ３に所定量加算する増大補正をして還元剤添加量ＤＮＨ３(ｎ)を決定し、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、実ＮОｘ浄化量ηと目標ＮОｘ浄化率Ｍηとの比較結果に応じて増大補正された還元剤添加量ＤＮＨ３(ｎ)のアンモニア量に相当する尿素水量を添加できるように、還元剤供給手段２９を駆動制御して制御サイクルを終了する。
【００４０】
このように基本添加量ＤＮＨ３を補正することで、尿素水供給部３７は、増大あるいは減少補正された相当の流量に調整した尿素水を、噴射管３１を経由して添加ノズル１８より排気管２８に供給する。よって、ＮОｘ触媒１７への尿素水の添加量の制御精度を向上して、アンモニアスリップの発生を効果的に抑制することができる。
【００４１】
図３の異常警告処理ルーチンは、ステップＴ１でステップＳ６の終了を確認判断し、図２のステップＳ６が終了しているとステップＴ２に進む。ステップＴ２では、ステップＳ６で実行された還元剤添加量ＤＮＨ３(ｎ)のアンモニア量に相当する尿素水量を添加後における、すなわち制御手段４５による制御後のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒと、ステップＳ３で導出された補正前の実ＮОｘ浄化率とを取込む。ステップＴ３では、ステップＴ２で取り込んだＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒを用いて補正後の実ＮОｘ浄化量Ｈηを導出してステップＴ４に進む。
【００４２】
ステップＴ４では、補正前の実ＮОｘ浄化量ηと補正後の実ＮОｘ浄化量Ｈηとを比較して、補正後の実ＮＯｘ浄化率Ｈηが補正前の実ＮＯｘ浄化率ηを超えている(増加している)場合には、図２のステップＳ６において増量添加したアンモニアがＮＯｘの還元に作用したものと判断する。すなわち、このステップＴ４では、図２のステップＳ４での実ＮＯｘ浄化率の低下がＮＯｘ排出量の還元に必要なアンモニア量の不足によるものであり、アンモニア添加量を増量可能なＮＯｘ浄化システムが正常であると判断してステップＴ５に進む。ステップＴ５では、ＮОｘ浄化処理ルーチンを継続として、この処理ルーチンを終了する。このため、ＮＯｘ排出量の還元に必要なアンモニア吸着量となるような適量の還元剤を還元剤供給手段２９より排気ガス中に供給することができる。
【００４３】
ステップＴ４において、補正後の実ＮＯｘ浄化率Ｈηが補正前の実ＮＯｘ浄化率η以下の場合には、図２のステップＳ６で増量添加したアンモニア量がＮОｘ浄化に作用していない、すなわち、アンモニアスリップと判定してステップＴ６に進む。ステップＴ６では、ＮОｘ触媒１７へのアンモニア供給を低減すべく、アンモニアスリップ防止対策として還元剤供給手段２９の駆動を停止制御してアンモニアの添加を禁止してステップＴ７に進む。アンモニアスリップ防止対策としては還元剤供給手段２９の駆動を停止するのではなく、低減して添加する形態であっても良い。
【００４４】
ステップＴ７では還元剤供給手段２９の停止時間を計測してステップＴ８において、計測時間が予め排気ガス制御装置４に記憶された任意の所定時間を経過した否かを判断する。この所定期間とは、アンモニアの添加を停止又は減少した後に、ＮОｘ触媒１７の吸着限界値よりも所定量低くなる期間として設定される。所定時間経過するとステップＴ９に進んで計測後のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒと、触媒温度Ｔｇとを取込み、ステップＴ１０に進む。ステップＴ１０では、ステップＴ９で取り込んだＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒを用いて計測後の実ＮОｘ浄化量Ｈη１を導出すると共に、触媒温度Ｔｇに相当する所定のＮОｘ浄化率Ｋηを、例えば、図１０,図１１の触媒特性図から導出してステップＴ１１に進む。
【００４５】
ステップＴ１１では、実ＮＯｘ浄化率Ｈη１と所定のＮОｘ浄化率Ｋηとを比較し、実ＮＯｘ浄化率Ｈη１が所定のＮОｘ浄化率Ｋηよりも増加していないときは、ＮОｘセンサ１９，２６の異常か、ステップＴ６での還元剤供給停止が行われずアンモニアスリップが改善されていない、ＮОｘ処理システムの異常と判定し、ステップＴ１２に進む。ステップＴ１２では、システムの異常を警告すべく、ここでは図１の警告ランプ５０を点灯あるいは点滅してこの制御を終える。
ステップＴ１１において、実ＮＯｘ浄化率Ｈη１が所定のＮОｘ浄化率Ｋηよりも増加している場合には、ステップＴ６での還元剤供給停止やＮОｘセンサ１９，２６からの出力が正しく、アンモニアスリップが改善されてシステムが正常に機能しているものとして、ステップＴ５に進んでＮОｘ浄化処理ルーチンを継続させる。
【００４６】
このように、ＮОｘセンサ１９，２６からの出力であるＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒの情報によって得られる実ＮОｘ浄化率の変動を利用し、ステップＴ６においてＮОｘ触媒１７のアンモニア吸着量が低減する処理、すなわち、アンモニアスリップ防止処理(リセット処理)をしたにも関わらず、測定後の実ＮＯｘ浄化率Ｈη１が増加していない場合には、ステップＴ６で行った処理が有効に作用していないものとして、システム異常と判定するので、アンモニアスリップの継続状態を防止することができる。また、ステップＴ６におけるアンモニアスリップ防止処理(リセット処理)後の所定時間経過後に測定した実ＮОｘ浄化量Ｈη１が、所定のＮОｘ浄化率Ｋηよりも増加している場合には、システムが正常であると判断し、ステップＴ５に戻って図２のＮОｘ浄化処理を継続状態とするので、アンモニアスリップ防止処理(リセット処理)後、直ちにＮＯｘ排出量の還元に必要なアンモニア吸着量となるような適量の還元剤を還元剤供給手段２９より排気ガス中に供給することができ、ＮＯｘ浄化率の向上を図ることができる。
【００４７】
図５を用いて、本発明の実施形態としての内燃機関のＮＯｘ浄化装置を説明する。この形態におけるＮＯｘ浄化装置は、排気ガス制御装置１４０の構成が図１の排気ガス制御装置４と異なっている以外は、基本的に同一構成である。よって、図１に示す構成と同一機能をする構成には、同一符号を付すに留め、詳細な説明は省略する。
【００４８】
排気ガス制御装置１４０は、ＮＯｘ触媒１７による実ＮＯｘ浄化量ΔＮＯｘを導出する実ＮＯｘ浄化量導出手段１４４、ＮＯｘ触媒１７に対するアンモニアの目標吸着量ＭＮＨ３を設定する目標吸着量設定手段１５０、エンジン１から排出されるＮＯｘ排出量としてＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘを推定する機関ＮＯｘ排出量導出手段１５１、ＮОｘ触媒１７出口のＮОｘ排出量としてＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ'を推定する触媒出口排出量導出手段１４３、機関ＮＯｘ排出量導出手段１５１により推定されたＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘと、触媒出口排出量導出手段１４３により推定されたＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ'の差により、ＮＯｘ触媒１７による実ＮＯｘ浄化量ΔＮОｘを導出する実ＮＯｘ浄化量導出手段１４４により導出された実ＮＯｘ浄化量ΔＮОｘに基づいてＮＯｘ触媒１７に吸着されたアンモニアの消費量(ΔＳＮＨ３)を導出する消費量導出手段１５２、還元剤供給手段２９によるアンモニアの添加量ＤＮＨ３及び消費量導出手段１５２により導出されたアンモニアの消費量(ΔＳＮＨ３)に応じてＮＯｘ触媒１７に吸着されたアンモニアの実吸着量ＳＮＨ３(ｎ)を導出する吸着量導出手段１５３、還元剤供給手段２９によるアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３を導出する基本添加量導出手段１５４、還元剤供給手段２９を制御する制御手段１４５、比較手段１４６、判定手段１４７、吸着量減少促進手段１４８及び異常判定手段１４９を備えている。
【００４９】
機関ＮＯｘ排出量導出手段１５１は、前ＮОｘセンサ１９で検出されるＮОｘ触媒１７の上流側のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆと、エンジン１から排出される排気ガス排出量に相当するエンジン制御装置５からの排気ガス流量Ｇとに基づき、ＮＯｘ質量流量Ｕｎｏｘを導出するものである。
【００５０】
触媒出口ＮОｘ排出量導出手段１４３は、後ＮОｘセンサ２６で検出されるＮОｘ触媒１７出口のＮОｘ濃度Ｓｎｏｘｒとエンジン１から排出される排気ガス排出量に相当するエンジン制御装置５からの排気ガス流量Ｇとに基づき、ＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ'を導出するものである。
【００５１】
実ＮＯｘ浄化量導出手段１４４は、機関ＮＯｘ排出量導出手段１５１と触媒出口ＮОｘ排出量導出手段１４３により各々導出されるＮＯｘ質量流量Ｕｎｏｘ，Ｕｎｏｘ'を、Ｕｎｏｘ−Ｕｎｏｘ'とする差分処理して実ＮＯｘ浄化量(ΔＮОｘ)を算出する演算回路であり、算出した実ＮＯｘ浄化量(ΔＮОｘ)を消費量導出手段１５２に出力する。消費量導出手段１５２は、実ＮＯｘ浄化量(ΔＮОｘ)からアンモニア消費量(ΔＳＮＨ３)を算出する演算部である。
【００５２】
目標吸着量設定手段１５０は触媒温度検出手段（媒体温度センサ２２）により検出又は推定された触媒温度Ｔｇに応じてＮＯｘ触媒１７に吸着されるアンモニアの目標吸着量ＭＮＨ３を設定する。
【００５３】
基本添加量導出手段１５４は、図１１に破線Ｌ２で示すＮОｘ触媒１７でのアンモニア吸着量を充たすようにエンジン運転状態に応じて予め設定されたアンモニアの基本添加量マップを有し、触媒温度Ｔｇに応じて適宜アンモニアの基本添加量ＤＮＨ３を選択して吸着量導出手段１５３に出力する。排気ガス制御装置１４０は、基本添加量ＤＮＨ３に対して加減算するための補正量を図示しないマップ情報として予め図示しないメモリー内に記憶されている。
【００５４】
吸着量導出手段１５３は、前回導出された実吸着量ＳＮＨ３(ｎ−１)、基本添加量導出手段１５４により導出されたアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３、及び今回導出されたアンモニア消費量(ΔＳＮＨ３)に基づきＮОｘ触媒１７における推定の実吸着量ＳＮＨ３(ｎ)を、下記の式（４）によって導出する演算回路である。
ＳＮＨ３（ｎ）＝ＳＮＨ３（ｎ−１）＋ＤＮＨ３−ΔＳＮＨ３・・・・（４）
比較手段１４６は、吸着量導出手段１５３により導出された実吸着量ＳＮＨ３(ｎ)と目標吸着量設定手段１５０により設定された目標吸着量ＭＮＨ３とを比較判定する回路であって、この判断結果を制御手段１４５に出力する。
【００５５】
制御手段１４５は、比較手段１４６の判定結果に基づいて還元剤供給手段２９による尿素水の添加量を補正するように、圧縮エア制御弁３３と尿素水供給源３７の駆動を制御するものである。本形態では、比較手段１４６により実吸着量ＳＮＨ３(ｎ)が目標吸着量ＭＮＨ３よりも少ないと判定されたとき、還元剤供給手段２９によるアンモニアの添加量を増量するように尿素水供給源３７を調整制御するものである。
【００５６】
判定手段１４７は、制御手段１４５による制御後に、吸着量導出手段１５３により導出された補正後の実吸着量ＳＮＨ３(ｎ１)と、制御手段１４６による制御前に導出された補正前の実吸着量ＳＮＨ３(ｎ)とに基づき、ＮＯｘ浄化システムの異常の有無を判定する回路である。本形態において判定手段１４７は、アンモニアスリップの有無を判定するもので、補正後実吸着量ＳＮＨ３(ｎ１)の補正前実吸着量ＳＮＨ３(ｎ)に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っているときにアンモニアスリップが発生しているものと判定する。
【００５７】
吸着量減少促進手段１４８は、判定手段１４７により、アンモニアスリップが発生していると判定されたとき、ＮＯｘ触媒１７に吸着されたアンモニアの吸着量を減少するよう制御するものである。本形態では、ＮＯｘ触媒１７に吸着されたアンモニアの吸着量を減少するように、還元剤供給手段２９による尿素水の添加を禁止するように、尿素水供給部３７を制御する。
【００５８】
異常診断手段１４９は、判定手段１４７により、アンモニアスリップが発生していると判定されたとき、ＮＯｘ浄化システムに異常有りと判定する回路であり、警告部として機能する警告ブザー１５５が接続されている。
【００５９】
次に、ＮＯｘ浄化装置によるＮОｘ制御処理を図８のＮＯｘ浄化処理ルーチンに沿って、警告判定処理を図９に示す警告判定処理ルーチンに沿ってそれぞれ説明する。
【００６０】
ＮＯｘ浄化装置を搭載した図示しない車両のエンジン１の駆動時において、エンジン制御装置５は複数の制御系、例えば、燃料噴射系、燃料供給系等で適宜実行されている関連機器、センサ類が正常か否かの自己チェック結果が正常であったか否かを確認し、正常（ＯＫ）では上述の各センサの各入力値に応じて上記の燃料噴射系、燃料供給系に制御信号を送出して制御を実行し、その際得られたセンサ出力等を排気ガス制御装置１４０にも送信する。
【００６１】
排気ガス制御装置１４０は、エンジンキーのオンと同時に図８のＮＯｘ浄化処理ルーチンのＮＯｘ浄化処理制御を所定制御サイクル毎に繰り返す。ステップＵ１でエンジン始動中であるかをイグニッションキーのオン情報で確認し、ステップＵ２でＮОｘ触媒温度Ｔｇ、排気ガス流量Ｇ、ＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒ、前回吸着量ＳＮＨ３（ｎ−１）、その他のデータを取込む。
【００６２】
ステップＵ３では、排気ガス流量ＧとＮОｘ濃度Ｓｎｏｘｆ，Ｓｎｏｘｒを用いてエンジン１から排出されるＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ並びに触媒出口のＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ'を、Ｕｎｏｘ，Ｕｎｏｘ'を用いて実ＮОｘ浄化量ΔＮОｘをそれぞれ求めると共に、触媒温度Ｔｇに基づいて、ＮОｘ触媒１７に新たな吸着すべきアンモニア量としてのアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３を基本添加量導出手段１５４より演算し、触媒温度Ｔｇ相当の目標吸着量ＭＮＨ３を目標吸着量設定手段１５０であるマップより演算してステップＵ４に進む。
【００６３】
ステップＵ４では、実ＮОｘ浄化量ΔＮОｘとに基づきアンモニアの消費量（ΔＳＮＨ３）を導出してステップＵ５に進み、ステップＵ５で、式（４）を用いてアンモニアの実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）を演算して導出する。
【００６４】
ステップＵ６では、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）と目標吸着量ＭＮＨ３とを比較して、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）が目標吸着量ＭＮＨ３を超えている場合には、ステップＵ９に進んでアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３から所定量減算する減少補正をして還元剤添加量ＤＮＨ３(−ｎ)を決定し、ステップＵ１０に進む。ステップＵ１０では、図６に示すように、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）＞目標吸着量ＭＮＨ３の場合には差分αを基本添加量ＤＮＨ３から減算する。ステップＵ１０では、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）と目標吸着量ＭＮＨ３との比較結果に応じて減少補正された還元剤添加量ＤＮＨ３(−ｎ)のアンモニア量に相当する尿素水量を添加できるように、還元剤供給手段２９の尿素水供給部３７を駆動制御して制御サイクルを終了する。
【００６５】
ステップＵ６において、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）が目標吸着量ＭＮＨ３未満の場合には、ステップＵ７に進みアンモニアの基本添加量ＤＮＨ３に所定量加算する増大補正をして還元剤添加量ＤＮＨ３(ｎ)を決定し、ステップＵ８に進む。ステップＵ８では、図７に示すように、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）＜目標吸着量ＭＮＨ３の場合には差分αを基本添加量ＤＮＨ３に加算する。ステップＵ９では、実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）と目標吸着量ＭＮＨ３との比較結果に応じて増大補正された還元剤添加量ＤＮＨ３(ｎ)のアンモニア量に相当する尿素水量を添加できるように、還元剤供給手段２９の尿素水供給部３７を駆動制御して制御サイクルを終了する。
【００６６】
このように基本添加量ＤＮＨ３の補正することで、尿素水供給部３７は、増大あるいは減少補正された相当の流量に調整した尿素水を、噴射管３１を経由して添加ノズル１８より排気管２８に供給する。よって、ＮОｘ触媒１７への尿素水の添加量の制御精度を向上してアンモニアスリップの発生を効果的に抑制することができる。
【００６７】
図９の異常警告処理ルーチンは、ステップＶ１で図８のステップＵ８の終了を確認判断し、このステップＵ８が終了しているとステップＶ２に進む。ステップＶ２では、ステップＵ８で実行された還元剤添加量ＤＮＨ３(ｎ)のアンモニア量に相当する尿素水量を添加後における、すなわち制御手段１４５による制御後のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒ、ＮОｘ触媒温度Ｔｇ、排気ガス流量Ｇ、基本添加量ＤＮＨ３、ステップＵ５で導出した補正前の吸着量ＳＮＨ３（ｎ）、その他のデータを取込む。ステップＶ３では、ステップＶ２で取り込んだ情報からＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ，Ｕｎｏｘ'、実ＮОｘ浄化量ΔＮОｘをそれぞれ求め、これら情報から補正後の実吸着量ＳＮＨ３（ｎ１）を導出してステップＶ４に進む。
【００６８】
ステップＶ４では、補正前の実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）と補正後の実吸着量ＳＮＨ３（ｎ１）とを比較して、補正後実吸着量ＳＮＨ３（ｎ１）の補正前実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていない場合には、図８のステップＵ８において増量添加したアンモニアがＮＯｘの還元に作用したものと判断する。すなわち、このステップＶ４では、図８のステップＵ６での実ＮＯｘ浄化量の低下がＮＯｘ排出量の還元に必要なアンモニア量の不足によるものであり、アンモニア添加量を増量可能なＮＯｘ浄化システムが正常であると判断してステップＶ５に進む。ステップＶ５では、ＮОｘ浄化処理ルーチンを継続として、この処理ルーチンを終了する。このため、ＮＯｘ排出量の還元に必要なアンモニア吸着量となるような適量の還元剤が還元剤供給手段２９より排気ガス中に供給することができる。
【００６９】
ステップＶ４において、補正後実吸着量ＳＮＨ３（ｎ１）の補正前実吸着量ＳＮＨ３（ｎ）に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っている場合には、図８のステップＵ８で増量添加したアンモニア量がＮОｘ浄化に作用していない、すなわち、アンモニアスリップと判定してステップＶ６に進む。ステップＶ６では、ＮОｘ触媒１７のアンモニア吸着量を低減すべく、アンモニアスリップ防止対策として還元剤供給手段２９の駆動を停止制御してアンモニアの添加を禁止してステップＶ７に進む。アンモニアスリップ防止対策としては還元剤供給手段２９の駆動を停止するのではなく、低減して添加する形態であっても良い。
【００７０】
ステップＶ７では還元剤供給手段２９の停止時間を計測してステップＶ８において、計測時間が予め排気ガス制御装置１４０に記憶された任意の所定時間を経過した否かを判断する。所定時間経過するとステップＶ９に進んで計測後のＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒ、触媒温度Ｔｇ、排気ガス流量Ｇ、基本添加量ＤＮＨ３とを取込み、ステップＶ１０に進む。
【００７１】
ステップＶ１０では、ステップＶ９で取り込んだ情報からＮОｘ質量流量Ｕｎｏｘ，Ｕｎｏｘ'、実ＮОｘ浄化量ΔＮОｘをそれぞれ求め、これら情報から測定後の実吸着量ＨＳＮＨ３と触媒温度Ｔｇに相当する所定の実吸着量ＫＳＮＨ３を導出してステップＶ１１に進む。
【００７２】
ステップＶ１１では、計測後の実吸着量ＨＳＮＨ３と所定の実吸着量ＫＳＮＨ３とを比較し、実吸着量ＨＳＮＨ３が所定の吸着量ＫＳＮＨ３よりも高い場合には、ＮОｘセンサ１９，２６の異常か、ステップＶ６での還元剤供給停止が行われずアンモニアスリップが改善されていない、ＮОｘ処理システムの異常と判定し、ステップＶ１２に進む。ステップＶ１２では、システムの異常を警告すべく、ここでは図５の警告ブザー１５５を鳴らしてこの制御を終える。
ステップＶ１１において、実吸着量ＨＳＮＨ３が所定の吸着量ＫＳＮＨ３よりも低い場合には、ステップＶ６での還元剤供給停止やＮОｘセンサ１９，２６からの出力が正しく、アンモニアスリップが改善されてシステムが正常に機能しているものとして、ステップＶ５に進んでＮОｘ浄化処理ルーチンを継続させる。
【００７３】
このように、ＮОｘセンサ１９，２６からの出力であるＮＯｘ濃度Ｓｎｏｘｆ,Ｓｎｏｘｒの情報によって得られる実ＮОｘ浄化量の変動を利用し、ステップＶ６においてＮОｘ触媒１７のアンモニア吸着量が低減する処理、すなわち、アンモニアスリップ防止処理(リセット処理)をしたにも関わらず、測定後の実吸着量ＨＳＮＨ３が減少していない場合には、ステップＶ６で行った処理が有効に作用していないものとして、システム異常と判定するので、アンモニアスリップの継続状態を防止することができる。また、ステップＶ６におけるアンモニアスリップ防止処理(リセット処理)後の所定時間経過後に測定した実吸着量ＨＳＮＨ３が所定の吸着量ＫＳＮＨ３よりも減少している場合には、システムが正常であると判断し、ステップＶ５に戻って図８のＮＯｘ浄化処理を継続状態とするので、アンモニアスリップ防止処理(リセット処理)後、直ちにＮＯｘ排出量の還元に必要なアンモニア吸着量となるような適量の還元剤を還元剤供給手段２９より排気ガス中に供給することができ、ＮＯｘ浄化率の向上を図ることができる。
【００７４】
上記各形態では、還元剤供給手段２９によるアンモニア添加量を減少する制御形態として、図３,図９のステップＴ６,Ｖ６において尿素水供給部３７において尿素水の添加を禁止しているので、各ステップＴ６,Ｖ６での処理と還元剤供給手段２９とが吸着量減少促進手段４８,１４８として機能する。
【００７５】
各形態では、吸着量減少促進手段４８,１４８として還元剤供給手段２９による尿素水の添加制御を行っているのが、このような尿素水の添加制御に限定されるものではなく、ＮＯｘ触媒１７の温度を上昇させるように制御する形態であっても構わない。
【００７６】
ＮОｘ触媒１７の温度上昇制御の形態としては、例えば図３,図９のステップＴ６,Ｖ６において、エンジン１の燃焼室への燃料噴射量を通常の燃料噴射量以外に膨張行程以降の追加燃料を噴射するように燃料噴射系を制御する。このように燃料噴射系を制御すると、排気ガス温度が上昇し、結果的にＮОｘ触媒１７の温度が上昇する。ＮОｘ触媒１７は、図１１に示すように、触媒温度が上昇すると吸着されているアンモニアを放出してアンモニア吸着量が低減するという特性を有しているので、アンモニアスリップ防止処理(リセット処理)を効果的に行える。
【００７７】
ＮОｘ触媒１７の温度上昇制御の別形態としては、エンジン１の燃焼室への燃料噴射量を可変するのではなく、燃料噴射時期を最適な燃焼を得られるように設定された基本噴射時期に対して遅角側にずらす制御形態としてもよい。燃料噴射時期をずらす制御とすると、燃焼室での燃焼効率が一時的に低減して排気ガス温度が上昇し、結果的にＮОｘ触媒１７の温度が上昇する。ＮОｘ触媒１７は、図１１に示すように、触媒温度の上昇により、アンモニア吸着量が低減するので、アンモニアスリップ防止処理(リセット処理)を効果的に行える。噴射時期の遅角制御を行う際には、出力低下を補償するように燃料を増量することが望ましい。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、アンモニアの添加量の増量供給前後における、アンモニアの実吸着量の変化に基づき、ＮＯｘ浄化システムの異常の有無を判定することができる。
本発明によれば、アンモニアの添加量の増量供給後に、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていると判定されたとき、アンモニアスリップによるＮＯｘ浄化率の低下と判定して、ＮＯｘ触媒へのアンモニア吸着量が低減するような制御を実行することで、ＮＯｘ触媒へのアンモニアの吸着量を減少でき、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていないと判定されたとき、アンモニア添加量を増量可能と判定することによって、ＮＯｘの還元に必要な適量の還元剤を増量供給することが可能となるので、高いＮＯｘ浄化率とアンモニアスリップの低減とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すＮОｘ浄化装置の全体構成図である。
【図２】図１のＮОｘ浄化装置で実行されるＮОｘ浄化処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図３】第１の実施形態で実行される故障判定処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図４】目標ＮОｘ浄化率と触媒温度の関係を示す特性線図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示すＮОｘ浄化装置の全体構成図である。
【図６】実吸着量が目標吸着量を超えている状態の時の排気温度とアンモニア吸着量の関係を示すマップである。
【図７】実吸着量が目標吸着量より低い状態の時の排気温度とアンモニア吸着量の関係を示すマップである。
【図８】図５のＮОｘ浄化装置で実行されるＮОｘ浄化処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図９】第２の実施形態で実行される故障判定処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】ＮОｘ触媒のアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を示す特性線図である。
【図１１】ＮОｘ触媒の触媒温度とアンモニア吸着量との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 排気系
１７ ＮＯｘ触媒
２４ 排気ガス
２９ 還元剤供給手段
４３ 目標ＮＯｘ浄化率導出手段
４４ 実ＮＯｘ浄化率導出手段
４５,１４５ 制御手段
４６,１４６ 比較手段
４７,１４７ 判定手段
４８,１４８ 吸着量減少促進手段
４９,１４９ 異常診断手段
１４３ 実ＮＯｘ浄化量算出手段
１４４ 触媒出口ＮОｘ量導出手段
１５０ 目標吸着量設定手段
１５１ 機関ＮＯｘ排出量導出手段
１５２ 消費量導出手段
１５３ 吸着量導出手段
Ｇ 排気ガス流量
Ｔｇ 触媒温度
η ＮＯｘ浄化率(補正前の実ＮＯｘ浄化率)
Ｍη 目標ＮＯｘ浄化率
Ｈη 補正後の実ＮＯｘ浄化率
（ΔＮОｘ） アンモニアの消費量
ＳＮＨ３(ｎ) 実吸着量(補正前の実吸着量)
ＳＮＨ３(ｎ１) 補正後の実吸着量
ＭＮＨ３ 目標吸着量
ＤＮＨ３ アンモニアの添加量
Claims (3)
- 内燃機関の排気系に設けられアンモニアを吸着して排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒にアンモニア又は尿素水を供給する還元剤供給手段と、
前記内燃機関から排出されるＮＯｘ排出量を検出又は推定する機関ＮＯｘ排出量導出手段と、
前記ＮＯｘ触媒出口でのＮＯｘ排出量を検出又は推定する触媒出口ＮＯｘ量導出手段と、
前記機関ＮＯｘ排出量と前記触媒出口ＮＯｘ排出量の差分から前記ＮＯｘ触媒による実ＮＯｘ浄化量を導出する実ＮＯｘ浄化量算出手段と、
前記実ＮＯｘ浄化量算出手段により導出された実ＮＯｘ浄化量に基づきアンモニアの消費量を導出する消費量導出手段と、
前記還元剤供給手段によるアンモニア又は尿素水の添加量及び前記消費量導出手段により導出された消費量に応じて前記ＮＯｘ触媒に吸着されたアンモニアの実吸着量を導出する吸着量導出手段と、
前記ＮＯｘ触媒に対するアンモニアの目標吸着量を前記ＮＯｘ触媒の触媒温度又は触媒温度に相関するパラメータの一つに応じて設定する目標吸着量設定手段と、
前記吸着量導出手段により導出された実吸着量及び前記目標吸着量設定手段により設定された目標吸着量を比較判定する比較手段と、
前記比較手段により実吸着量が目標吸着量よりも少ないと判定されたとき、前記還元剤供給手段によるアンモニア又は尿素水の添加量を増量するように制御する制御手段と、
前記制御手段による制御後に前記吸着量導出手段により導出された補正後の実吸着量、補正の際のアンモニア又は尿素水の添加量増量及び前記制御手段による制御前に前記吸着量導出手段により導出された補正前の実吸着量に基づき、ＮＯｘ浄化システムの異常の有無を判定する判定手段とを備え、
前記判定手段は、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っているとき、アンモニアスリップと判定し、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていないとき、アンモニア又は尿素水の添加量を増量可能と判定することを特徴とする内燃機関のＮＯｘ浄化装置。 - 前記判定手段により、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていると判定されたとき、前記ＮＯｘ触媒に吸着されたアンモニアの吸着量を減少するよう制御する吸着量減少促進手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のＮＯｘ浄化装置。
- 前記判定手段により、補正後実吸着量の補正前実吸着量に対する増分が補正時のアンモニア添加量増分を上回っていると判定されたとき、ＮＯｘ浄化システムに異常有りと判定する異常診断手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関のＮＯｘ浄化装置。
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