JP5251596B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス浄化装置に関する。

希薄燃焼式エンジン、とりわけディーゼルエンジンは、ストイキで運転されるガソリンエンジンよりもＣＯ_２の排出量が少ない利点がある。しかし、希薄燃焼式エンジンの場合、排気ガスの酸素濃度が高いことから、所謂三元触媒では、排気ガス中の窒素酸化物を効率良く浄化することができない。これに対し、三元触媒に代わる浄化手法として、選択還元型触媒を用いる方法が知られている。これは、アンモニア水や尿素水を排気通路に供給してＮＨ_３を発生させ、該ＮＨ_３によって窒素酸化物を選択的に還元浄化するというものである。

上記選択還元型触媒による窒素酸化物の浄化においては、その触媒に供給する還元剤の量を窒素酸化物の浄化に適した量として、還元剤、特にＮＨ_３が触媒から流出する（触媒をスリップする）ことを抑制することが求められる。

この問題に関し、特許文献１には、尿素水溶液を触媒に供給してその尿素の一部を触媒に貯蔵し、触媒に貯蔵されている尿素から発生したアンモニアにより排気ガス中のＮＯｘを還元すること、並びに触媒の尿素貯蔵容量が許容上限容量よりも大きいか否かを触媒温度に基いて判断し、大きい（触媒温度が低い）と判断されたときに尿素水溶液の供給を禁止することにより、触媒から高濃度のＮＨ_３が排出されることを防止することが記載されている。

また、特許文献２には、ＮＯ、ＮＯ_２およびＮ_２Ｏを含有する排ガスにＮＨ_３を混合し、脱硝反応器に充填した還元用触媒と接触させて排ガス中の当該窒素酸化物を除去する方法において、脱硝反応器の入口または出口におけるＮ_２Ｏ濃度を考慮して、ＮＨ_３注入量を排ガス中のＮＯ、ＮＯ_２およびＮ_２Ｏを還元するのに必要な量に制御し、ＮＯ、ＮＯ_２を還元除去したのちに残存するＮＨ_３を用いてＮ_２Ｏを還元除去することが記載されている。
特開２００８−２５５９３７号公報 特開平２−６８１２０号公報

上記選択還元型触媒による窒素酸化物の浄化において、エンジンの冷間始動と同時に還元剤を触媒に供給しても、その触媒が活性化しておらず、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化することができない。従って、触媒の活性化を待って還元剤の供給を開始するのが一般的である。

ところで、触媒はその排気ガス流れ方向の全長が同時に活性化することはなく、上流端から下流端に向かってその活性領域が広がっていくのが通常である。そして、触媒の上流部が活性化した時点で上記還元剤の供給を開始すると、その上流部によって排気ガス中の窒素酸化物の還元浄化を図ることができ、未浄化のまま排出される窒素酸化物の量を減らすことができる。

しかし、その場合、還元剤の供給を開始してから暫くの間は、触媒の上流部は活性化していても下流部までは活性化するに至っていないから、この下流側の不活性領域に還元剤が吸着されていく。そして、本発明者の実験・検討によれば、不活性領域に吸着された還元剤は、触媒の下流側の温度が上昇していくことに伴って、その不活性領域から脱離していくこと、この還元剤の脱離に伴って該還元剤の量が窒素酸化物量に対して過剰になると、還元剤の過剰分全てがそのまま排出されてしまうのではなく、一部がＮ_２ＯやＮＯ、ＮＯ_２に転化して排出されてしまうことがわかった。

この還元剤が過剰になる問題に関し、特許文献１に記載された浄化装置は、要するに、触媒温度が低いときは還元剤の供給を禁止し、触媒温度が高くなると還元剤を供給するというものであるが、触媒温度が高くなると上記不活性領域に吸着されている還元剤が脱離してくるのであるから、還元剤が過剰になる問題の解決にはならない。

また、特許文献２に記載された窒素酸化物の除去方法は、脱硝反応器出口のＮ_２Ｏ濃度が高いときにはＮＨ_３注入量を増大させるが、還元剤が過剰になることによってＮ_２Ｏを生ずるケースでは、還元剤の過剰に伴ってＮ_２Ｏ濃度が高くなると、ＮＨ_３注入量の増大によって還元剤がさらに過剰になり、Ｎ_２Ｏの低減には逆効果となる。

そこで、本発明は、触媒に、既に窒素酸化物を還元浄化し得るように活性化した領域と、未だ窒素酸化物を還元浄化し得るように活性化していない不活性領域とが存するケースにおいて、還元剤の供給を適切に制御することを課題とする。

本発明は、上記課題に対して、触媒に対する還元剤供給量を基本的にはエンジン運転状態に基いて定め、その触媒に還元剤が吸着する不活性領域が存するか否かを判定し、その不活性領域が還元剤を脱離する温度に上昇したときに、上記還元剤供給量の減量補正をするようにした。

すなわち、本発明は、希薄燃焼式エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中の窒素酸化物を選択的に還元する選択還元型の触媒と、
上記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
上記触媒の温度が所定値以上になったときに、上記触媒に上記窒素酸化物を選択的に還元するための還元剤を供給する還元剤供給手段とを備えている排気ガス浄化装置において、
上記エンジンの運転状態に基いて、上記還元剤供給手段によって供給すべき還元剤供給量を算出する還元剤供給量算出手段と、
上記触媒温度検出手段の検出温度に基いて、上記触媒における、上記還元剤供給手段から供給された還元剤が吸着する不活性領域を判定する不活性領域判定手段と、
上記触媒の不活性領域が温度上昇によって還元剤を脱離するときに、上記還元剤供給量の減量補正をする補正手段とを備えていることを特徴とする。

従って、触媒の不活性領域に還元剤が吸着しているとき、その不活性領域の温度上昇に伴って還元剤が脱離するときには、還元剤供給量が減量補正されるから、還元剤の脱離に伴って、還元すべき窒素酸化物に対して還元剤が触媒において過剰になることを避けることができ、好ましくない還元剤由来物質（還元剤そのもの、或いは還元剤から転化した他の化合物）が触媒から排出されることを抑制することができる。

なお、本発明でいう「還元剤」は、それ自体が還元能を有する物質の他、分解することによって還元能を有する物質を生ずるもの（例えば、尿素水）を含む。

好ましい実施態様は、上記補正手段が、上記触媒の不活性領域が還元剤を脱離する温度に上昇したときの還元剤脱離量を算出し、該還元剤脱離量に応じて上記還元剤供給量の減量補正をすることである。

このように不活性領域からの還元剤脱離量を算出するようにすれば、還元剤供給量の減量補正の精度を高めることができ、還元剤が過剰になることを避ける上で有利になる。

また、上記還元剤は窒素化合物であるとき、上記触媒の不活性領域から還元剤が脱離する際に該還元剤が窒素酸化物に転化する割合に基いて上記還元剤脱離量を補正することが好ましい。

すなわち、本発明者の研究によれば、触媒の不活性領域から還元剤としての窒素化合物が脱離する際、その窒素化合物の一部が窒素酸化物に転化することがある。その場合、その転化に伴って、還元剤量が減少する一方、還元すべき窒素酸化物量が増加する。そこで、上記転化による還元剤量の減少及び窒素酸化物量の増加を考慮して還元剤脱離量を補正するものである。これにより、還元剤供給量の減量補正の精度を高めることができ、還元剤が過剰になることを避ける上で有利になるとともに、窒素酸化物の浄化率を高めることができる。

上記窒素化合物としては、排気通路内に供給された後に排気ガスの熱等によって分解してＮＨ_３を発生する尿素水又はアンモニア水を採用することができ、その場合、上記触媒の不活性領域からＮＨ_３が脱離する際に、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ及びＮＯ_２の少なくとも一種を含む窒素酸化物が転化生成することになる。

以上のように本発明によれば、排気ガス中の窒素酸化物を選択的に還元する触媒への還元剤供給量を、基本的にはエンジン運転状態に基いて定め、その触媒に還元剤が吸着する不活性領域が存するか否かを判定し、その不活性領域が還元剤を脱離するときに、上記還元剤供給量の減量補正をするようにしたから、還元すべき窒素酸化物に対して還元剤が触媒において過剰になることを避けることができ、好ましくない還元剤由来物質が触媒から排出されることを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は希薄燃焼式エンジン（ディーゼルエンジンや希薄燃焼式ガソリンエンジン）１の排気ガス浄化装置を示す。同エンジン１の排気通路２に、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ、ＮＯ_２等）を選択的に還元浄化する選択還元型触媒３が設けられている。触媒３よりも上流側の排気通路２には、還元剤（ＮＨ_３源としての尿素水）を噴射し触媒３に供給する還元剤噴射弁（還元剤供給手段）４が配設されている（還元剤貯蔵タンク、並びに該還元剤貯蔵タンクから還元剤噴射弁４に至る還元剤供給パイプの図示は省略している。）。

還元剤噴射弁４によって排気通路２に噴射される尿素水は、排気ガスの熱によって分解し、さらには触媒３の上流端で加水分解して、尿素１分子当たり２分子のＮＨ_３を発生し、このＮＨ_３によって、触媒３での窒素酸化物の還元浄化が進む。触媒３は、排ガス流れ方向に延びる多数のセル空間が区画形成されたハニカム担体に触媒材を担持させてなる。ゼオライト、アルミナ等のサポート材に、遷移金属、チタニヤ等の触媒成分を担持させた触媒材等を触媒３に採用することができる。

排気通路２には、触媒３に流入する排気ガス温度、すなわち触媒上流側温度Ｔ1を検出する第１温度センサ５と、触媒３から流出する排気ガス温度、すなわち触媒下流側温度Ｔ2を検出する第２温度センサ６とが設けられている。温度センサ５，６は触媒３の温度を検出する触媒温度検出手段を構成している。この温度センサ５，６の検出信号は、エンジン１の回転数、冷却水温及びアクセル開度等の検出信号と共にコントローラ７に与えられる（回転数、冷却水温及びアクセル開度各々を検出するセンサの図示は省略している。）。コントローラ７は、マイクロコンピュータを利用したものであり、上記各種検出信号に基いて、エンジン１の気筒内燃焼室に燃料を噴射供給する燃料噴射弁８及び上記還元剤噴射弁４に作動信号を与える。

本発明は、触媒３に、既に窒素酸化物を還元浄化し得るように活性化した領域３ａと、未だ窒素酸化物を還元浄化し得るように活性化していない不活性領域３ｂとが存するケースにおいて、還元剤噴射弁４による還元剤の供給を適切に制御することを課題とする。そこで、まず、本発明者の実験及びその結果について説明する。

＜実験１＞
βゼオライトを１５０ｇ／Ｌ、ＴｉＯ_２を２０ｇ／Ｌ、Ｌａ−Ａｌ_２Ｏ_３を４０ｇ／Ｌ、Ｃｅ−Ｚｒ複合酸化物を４０ｇ／Ｌ、アルミナバインダを２５ｇ／Ｌ秤量して混合してなる触媒材をハニカム担体に担持させて供試触媒とした。以上の各数値は担体１Ｌ当たりの担持量である。その触媒に、酸素を２％及びＨ_２Ｏを１０％含む窒素ガス雰囲気において７５０℃の温度に２４時間加熱するエージングを施した後、モデルガス流通反応装置及び排気ガス分析装置を用い、モデルガスの供給開始温度（触媒入口ガス温度）を１６℃、５０℃及び８６℃の３通りとして、それら各温度から漸次上昇させていったときのＮＯｘ浄化率の変化、並びにＮ_２Ｏ発生量の変化を調べた。

供給開始温度１６℃、５０℃及び８６℃のいずれも、モデルガスの組成は、ＮＯ；２６０ｐｐｍ，ＮＯ_２；２６０ｐｐｍ，ＮＨ_３；６２０ｐｐｍ，Ｏ_２；１３．９％，残Ｈｅとし、空間速度はＳＶ＝６００００ｈ^−１とし、昇温速度は１０℃／分とした。

ＮＯｘ浄化率の変化を図２に示す。同図によれば、供給開始温度が低くなるほど、ＮＯｘ浄化率の立上り温度が高温側に振れている。この点について検討するに、触媒が活性化していないときはモデルガス中のＮＨ_３が触媒に吸着するところ、供給開始温度が低くなるほど、モデルガスの供給開始から触媒が活性化するまでの時間が長くなるから、ＮＨ_３吸着量が多くなる。その吸着したＮＨ_３は、その後、触媒の温度が２００℃前後になると脱離するが、その際に一部が酸化されてＮ_２Ｏ又はＮＯ、ＮＯ_２になる。

従って、供給開始温度が低くなるほど、ＮＯｘ浄化率の立上り温度が高温側に振れているのは、触媒が活性化する過渡時にＮＨ_３が脱離してＮ_２Ｏ又はＮＯ、ＮＯ_２になる量が多いためであると考えられる。つまり、触媒の上流部が活性化してモデルガス中のＮＯやＮＯ_２の還元浄化が始まったとき、供給開始温度が低い触媒ではＮＨ_３の脱離によって生成するＮ_２Ｏ又はＮＯ、ＮＯ_２の量が多いから、この生成するＮＯやＮＯ_２によって、触媒の見掛け上の活性化温度が高温側にずれているものと考えられる。

実際、図３に示すように、モデルガスの供給開始温度が１６℃と５０℃のケースでは、温度１８０℃付近からＮ_２Ｏの発生が始まり、その発生量は、モデルガスの供給開始温度が低くなるほど多くなっており、供給開始温度が８６℃のケースではＮ_２Ｏの発生が認められない。ＮＨ_３が脱離する際には、Ｎ_２Ｏだけでなく、ＮＯやＮＯ_２も発生するから、その影響が図２のＮＯｘ浄化率の立上り温度の違いに現れていると考えられる。

＜実験２＞
実験１と同じ供試触媒について、ＮＨ_３濃度が異なる５種類のモデルガスにより、触媒入口ガス温度を漸次上昇させていったときのＮＯｘ浄化率の変化、並びにＮ_２Ｏ発生量の変化を調べた。供試触媒には、実験１と同じエージングを事前に施し、モデルガスの供給開始温度はいずれも１６℃とし、空間速度はＳＶ＝６００００ｈ^−１、昇温速度は１０℃／分とした。５種類のモデルガス（Ａ〜Ｅ）の組成は表１の通りである。

ＮＯｘ浄化率の変化を図４に示す。同図によれば、ＮＨ_３濃度が２６０ｐｐｍのモデルガスＢでは、２００℃付近でＮＯｘ浄化率が１００％弱になり、それよりも高温側では５０％程度になっている。還元剤であるＮＨ_３はＮＯ及びＮＯ_２と略等量で反応するから、ＮＨ_３濃度が２６０ｐｐｍのモデルガスＢであれば、触媒全体が活性化した状態ではＮＯｘ浄化率が５０％程度になるはずである。従って、上記高温側のＮＯｘ浄化率（５０％程度）は当該モデルガスの組成からすると妥当であるが、２００℃付近でＮＯｘ浄化率が１００％弱まで上昇している点は、モデルガスの組成からすると妥当な結果ではない。

そこで２００℃付近でＮＯｘ浄化率が１００％弱まで上昇している理由を検討する。上述の如く実験１により２００℃付近で触媒からＮＨ_３が脱離することがわかっている。従って、２００℃付近で１００％弱のＮＯｘ浄化率が得られているのは、触媒が活性化する前に該触媒に吸着されたＮＨ_３が脱離し、これが、モデルガス中のＮＯ及びＮＯ_２の還元に働いたものと考えられる。つまり、ＮＨ_３の脱離によって触媒中のＮＨ_３濃度が高くなったということである。

実際、図５に示すように、ＮＨ_３を含有するモデルガスでは、温度１８０℃付近からＮ_２Ｏの発生が始まっており、これは触媒から脱離したＮＨ_３の一部が転化したものと認められる。なお、ＮＨ_３濃度が５２０ｐｐｍ、６２０ｐｐｍ及び１０００ｐｐｍの各モデルガスのＮ_２Ｏ出力のピークは略同じあったため、図５では代表的に１本の出力強度線Ｉで表している。

また、図４によれば、３００℃以上でのＮＯｘ浄化率は、ＮＨ_３濃度６２０ｐｐｍのモデルガスでは略１００％になっているのに対して、ＮＨ_３濃度５２０ｐｐｍでは９０％程度と低くなり、ＮＨ_３濃度１０００ｐｐｍではさらに低くなっている。

ＮＨ_３濃度をＮＯ及びＮＯ_２とを合わせた濃度と等量の５２０ｐｐｍにしても、ＮＨ_３の一部（５％程度）はＮＯ及びＮＯ_２の還元に消費されることなく、ガス中の酸素で酸化されて窒素酸化物に転化する。この酸化によるＮＨ_３の減少分と窒素酸化物の増加分とが上記ＮＯｘ浄化率に反映されて９０％程度になったものと認められる。一方、ＮＨ_３濃度１０００ｐｐｍではＮＯ及びＮＯ_２とを合わせた量に対してＮＨ_３が過剰になっているから、この過剰分の一部が酸化された結果、ＮＯｘ浄化率がさらに低くなっているものと認められる。

＜本発明に係る還元剤供給制御＞
上記実験結果から、触媒が活性化していないときは、触媒に供給されたＮＨ_３が該触媒に吸着されること、その吸着されたＮＨ_３は触媒の温度が高くなると脱離すること、その脱離は触媒が活性を呈し始める頃の温度で生ずること、脱離したＮＨ_３の一部は窒素酸化物になること、並びに触媒におけるＮＨ_３が窒素酸化物に対して過剰になると、過剰分が酸化されて窒素酸化物になり、触媒から窒素酸化物流出量が増えることがわかる。

そうして、触媒はその排気ガス流れ方向の全長が同時に活性化することはなく、上流端から下流端に向かってその活性領域が広がっていくのが通常である。従って、触媒の上流部が活性化した時点で還元剤の供給を開始すると、その活性化した上流部によって排気ガス中の窒素酸化物の還元浄化を図ることができる。しかし、触媒下流側の不活性領域に還元剤が吸着されてその後に脱離するから、排気ガス中の窒素酸化物量に見合う適量の還元剤を触媒に供給すると、還元剤の脱離に伴って還元剤が窒素酸化物に対して一時的に過剰になり、窒素酸化物の排出量が増加するという問題を生ずる。

そこで、本発明は、以上の実験及び検討結果を踏まえて、触媒に対する還元剤の供給を制御するようにしている。以下、具体的に説明する。

図１に示す還元剤噴射弁４の作動を制御するコントローラ７は、触媒３の温度が所定値以上になったときに、還元剤噴射弁４による還元剤の噴射供給を開始させるものであり、エンジン１の運転状態に基いて触媒３に供給すべき還元剤の基本供給量Ｒoを算出する還元剤供給量算出手段と、触媒３における還元剤が吸着する不活性領域を判定する不活性領域判定手段と、不活性領域が還元剤脱離温度に上昇したときに上記還元剤の基本供給量Ｒoの減量補正をする補正手段とを構成している。

触媒３の温度は、第１及び第２の各温度センサ５，６によって検出することができ、或いはエンジン１の運転履歴に基いて排気ガスによって触媒３に与えられ熱量を求めることにより検出することができる。本実施形態では、第１温度センサ５によって検出される温度（触媒３に流入する排気ガス温度）Ｔ1が所定値Ｔa以上になったときに、触媒３の上流部が窒素酸化物を還元し得る活性温度に達したとして、還元剤噴射弁４による還元剤の噴射供給を開始するようにしている。

一方、エンジン１から排出される窒素酸化物の排出量はエンジン１の運転状態によって異なる。そこで、上記還元剤供給量算出手段は、エンジン１から排出される窒素酸化物を還元するに必要な還元剤の基本供給量Ｒoを、エンジン回転数及びアクセル開度（又はエンジン１の要求トルク）に基いて、予め設定したマップを検索して算出する。

上述の如く触媒３の上流部が活性温度に達した時点で還元剤の供給を開始するようにしているが、その時点では通常は触媒３の下流側部分は活性温度に達しておらず、不活性領域になっている。この不活性領域には還元剤である尿素が分解してなるＮＨ_３が吸着されるが、温度が上昇してＮＨ_３が脱離すると、触媒３ではＮＨ_３が還元すべき窒素酸化物に対して過剰になってしまう。触媒３の下流側部分が不活性状態であるか否かは、触媒３に流入する排気ガス温度Ｔ1と触媒３から流出する排気ガス温度Ｔ2とに基いて推定することができる。そこで、上記不活性領域判定手段は、第１及び第２の各温度センサ５，６の検出温度Ｔ1，Ｔ2に基いて、触媒３の不活性領域を判定する。

上記補正手段は、触媒３の不活性領域からＮＨ_３が脱離したときに、触媒３のＮＨ_３量が過剰にならないように上記減量補正をする。この減量補正は予め適切な減量値を実験によって定めておいて実行することもできるが、本実施形態では、次回の還元剤噴射までに不活性領域から脱離するＮＨ_３量を予測して当該減量補正を行なうようにしている。ここに、不活性領域からのＮＨ_３脱離量は、不活性領域に吸着しているＮＨ_３の量と、次回の還元剤噴射までの温度上昇によって不活性領域におけるＮＨ_３の脱離を生ずる範囲とから、簡易的に予測することができる。

そこで、上記補正手段は、還元剤噴射弁４によって還元剤（尿素）が噴射されるたびに、その還元剤供給量Ｒに基いて、該不活性領域における単位長さ当たりのＮＨ_３吸着量Ｎ1を求め、このＮＨ_３吸着量Ｎ1を積算していくことにより、該不活性領域の単位容量当たりのＮＨ_３吸着量Ｎを求める。この場合、触媒３の全長のＹ％が不活性領域であるときは、還元剤供給量Ｒのうち、Ｙに所定の係数ａ（ａ＜１）を掛けたａ×Ｙ％の還元剤量がＮＨ_３となって不活性領域に吸着したとする。ここで、上記説明では簡略的に、「単位長さ当たりの」ＮＨ_３吸着量Ｎとしているが、「単位容量当たりの」に置き換えてもよい。

不活性領域におけるＮＨ_３の脱離範囲については、便宜上、次回の還元剤噴射までに活性温度に達すると見込まれる範囲を当該脱離範囲とし、且つその範囲から吸着していたＮＨ_３の全量が脱離するとする。すなわち、脱離範囲に吸着していたＮＨ_３量をＮＨ_３脱離量Ｎdとする。次回の還元剤噴射までの脱離範囲は、予め実験により検討して、例えば触媒３の全長のＺ％の長さが還元剤噴射のたびに新たに活性温度に達する（脱離範囲となる）としてもよいが、本実施形態では、温度センサ５，６の検出温度Ｔ1，Ｔ2及び単位時間当たりの温度上昇度に基いて脱離範囲を定めるようにしている。

なお、不活性領域のＮＨ_３吸着量Ｎについては、還元剤噴射弁４による還元剤供給量Ｒとその供給回数から求めるようにしてもよい。

また、本実施形態では上述の如く次回の還元剤噴射までに不活性領域から脱離するＮＨ_３量を予測して当該減量補正を行なうものとしているが、他の実施形態として、例えば０．５秒後までに不活性領域から脱離するＮＨ_３量を予測して当該減量補正を行なうようにしてもよい。この場合、タイマ等による計時手段が備えられることになる。或いは、さらに別の実施形態として、触媒の昇温速度や還元剤噴射のインターバルを考慮して、予め設定した脱離量マップを先読みして当該減量補正する方法を採用してもよい。

不活性領域から脱離するＮＨ_３の一部は窒素酸化物に転化する。この転化に伴って、触媒３のＮＨ_３量が減少する一方、還元すべき窒素酸化物量が増加する。そこで、上記補正手段は、上記ＮＨ_３の転化率に応じて上記ＮＨ_３脱離量Ｎdを補正係数Ｃの乗算によって補正する。この場合、転化率をＸ％とすると、当該転化によってＮＨ_３の減少と窒素酸化物の増加とを招くから、当該転化によるＮＨ_３脱離量の減少率は２×Ｘ％となる。つまり、ＮＨ_３脱離量Ｎdは（１００−２×Ｘ）％に減少する。通常はＸ＝５％程度であるから、ＮＨ_３脱離量Ｎdは９０％程度になる（補正係数Ｃ＝０．９）。

そうして、この転化による補正を加えたＮＨ_３脱離量Ｎdに基いて還元剤基本供給量Ｒoを補正する。この場合、尿素１分子からＮＨ_３２分子を生ずるから、減算すべき還元剤補正量Ｒc＝ＮＨ_３脱離量Ｎd×１／２となる。すなわち、還元剤基本供給量Ｒoから還元剤補正量Ｒcを減算して還元剤供給量Ｒとし、還元剤噴射弁４による噴射を実行する。

図６は上記還元剤供給制御の流れを示す。スタート後のステップＳ１でエンジン運転状態（エンジン回転数，アクセル開度）及び触媒３の上流側及び下流側の各温度Ｔ1，Ｔ2を読み込む。続くステップＳ２で上流側温度Ｔ1が所定値Ｔa以上になっているか否かを判定する。上流側温度Ｔ1が所定値Ｔa以上になっているときは、触媒３の上流部が活性化しているとしてステップＳ３に進み、エンジン運転状態に基いて還元剤噴射弁４による還元剤の基本噴射量Ｒoを算出する。

続くステップＳ４では、触媒３の上流側及び下流側の各温度Ｔ1，Ｔ2に基いて触媒３の不活性領域を算出する。続くステップＳ５において、触媒３に不活性領域があるか否かを判定する。不活性領域があるときはステップＳ６に進み、前回の還元剤供給量Ｒに基いて、不活性領域の単位長さ当たりのＮＨ_３吸着量Ｎ1を算出する。そして、このＮＨ_３吸着量Ｎ1を前回までのＮＨ_３吸着量に加算して単位長さ当たりのＮＨ_３吸着量Ｎとする（ステップＳ７）。

続くステップＳ８では、触媒３の上流側及び下流側の各温度Ｔ1，Ｔ2及びその単位時間当たりの温度上昇度に基いて、不活性領域における次回の還元剤供給までにＮＨ_３が脱離する範囲を算出（予測）する。続くステップＳ９では、次回の還元剤供給までにＮＨ_３が脱離する範囲が存するか否かを判定する。ＮＨ_３が脱離するときはステップＳ１０に進んでそのＮＨ_３脱離量Ｎdを算出する。続くステップＳ１１で、脱離するＮＨ_３が窒素酸化物（ＮＯ、ＮＯ_２又はＮ_２Ｏ）に転化することに基づく補正係数Ｃにより、ＮＨ_３脱離量Ｎdを補正する。

続くステップＳ１２で還元剤基本供給量補正後のＮＨ_３脱離量Ｎdに基いて還元剤補正量Ｒc（＝Ｎd×１／２）を算出し、続くステップＳ１３で還元剤供給量Ｒ（＝Ｒo−Ｒc）を算出し、還元剤供給量Ｒによる還元剤の噴射を還元剤噴射弁４によって実行する（ステップＳ１４）。

ステップＳ５において不活性領域が存在しないと判定されたとき（触媒３の全体が活性化した状態）、並びにステップＳ９においてＮＨ_３の脱離がないと判定されたとき（触媒３の温度が実質的に上昇していないとき）は、ステップＳ１５に進んで還元剤補正量Ｒc＝０としてステップＳ１３に進む。

従って、上記実施形態によれば、触媒３の上流部の活性化に伴って還元剤噴射弁４による還元剤の供給が開始された後、触媒３に不活性領域があれば、その不活性領域のＮＨ_３吸着量Ｎが算出される。このＮＨ_３吸着量Ｎは、還元剤が噴射供給されるたびにその還元剤供給量Ｒに基いて吸着量Ｎ1を求め、これを積算することによって得るようにしているから、精度が高いものになる。

また、不活性領域におけるＮＨ_３の脱離範囲を、温度センサ５，６の検出温度Ｔ1，Ｔ2及び単位時間当たりの温度上昇度に基いて定め、ＮＨ_３が脱離する際にその一部が窒素酸化物に転化することを考慮してＮＨ_３脱離量を補正するようにしているから、当該脱離によって触媒３において窒素酸化物に対してＮＨ_３が過剰になる量を精度良く捉えることができる。よって、当該ＮＨ_３過剰量に基づく還元剤供給量Ｒの減量補正により、ＮＯ、ＮＯ_２やＮ_２Ｏ、或いはＮＨ_３が触媒３から排出されることを抑制することができる。

エンジンの排気ガス浄化装置の構成図である。 モデル排気ガスの供給開始温度がＮＯｘ浄化率の温度変化に及ぼす影響を示すグラフ図である。 モデル排気ガスの供給開始温度がＮ_２Ｏ発生量の温度変化に及ぼす影響を示すグラフ図である。 モデル排気ガスのＮＨ_３濃度がＮＯｘ浄化率の温度変化に及ぼす影響を示すグラフ図である。 モデル排気ガスのＮＨ_３濃度がＮ_２Ｏ発生量の温度変化に及ぼす影響を示すグラフ図である。 触媒への還元剤供給制御のフロー図である。

１ エンジン
２ 排気通路
３ 選択還元型触媒
４ 還元剤噴射弁（還元剤供給手段）
５，６ 温度センサ
７ コントローラ
８ 燃料噴射弁

Claims (4)

1. 希薄燃焼式エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中の窒素酸化物を選択的に還元する選択還元型の触媒と、
   上記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
   上記触媒の温度が所定値以上になったときに、上記触媒に上記窒素酸化物を選択的に還元するための還元剤を供給する還元剤供給手段とを備えている排気ガス浄化装置において、
   上記エンジンの運転状態に基いて、上記還元剤供給手段によって供給すべき還元剤供給量を算出する還元剤供給量算出手段と、
   上記触媒温度検出手段の検出温度に基いて、上記触媒における、上記還元剤供給手段から供給された還元剤が吸着する不活性領域を判定する不活性領域判定手段と、
   上記触媒の不活性領域が温度上昇によって還元剤を脱離するときに、上記還元剤供給量の減量補正をする補正手段とを備えていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 請求項１において、
   上記補正手段は、上記触媒の不活性領域が還元剤を脱離する温度に上昇したときの還元剤脱離量を算出し、該還元剤脱離量に応じて上記還元剤供給量の減量補正をすることを特徴とする排気ガス浄化装置。
3. 請求項２において、
   上記還元剤は窒素化合物であり、
   上記補正手段において、上記還元剤脱離量の算出では、上記触媒の不活性領域から還元剤が脱離する際に該還元剤が窒素酸化物に転化する割合に基いて上記還元剤脱離量を補正することを特徴とする排気ガス浄化装置。
4. 請求項３において、
   上記窒素化合物は、ＮＨ_３を発生する尿素水又はアンモニア水であり、該還元剤が上記触媒の不活性領域から脱離する際に転化する上記窒素酸化物がＮ_２Ｏ、ＮＯ及びＮＯ_２の少なくとも一種を含むことを特徴とする排気ガス浄化装置。

Images