JPWO2014097393A1

JPWO2014097393A1 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JPWO2014097393A1
Application number: JP2014552787A
Authority: JP
Inventors: 慎也浅浦
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2017-01-12
Also published as: EP2937536A1; CN104870764A; US20150322836A1; EP2937536A4; WO2014097393A1

Abstract

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、還元剤の供給量を適量にすることを課題とする。この課題を解決するために、本発明は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、単位時間あたりに選択還元型触媒へ流入する排気の流量と選択還元型触媒から流出する排気に含まれる還元剤の濃度との乗算値が余剰の還元剤量に相関する特性に基づいて、供給装置から供給される還元剤の量を調整するようにした。

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒へ還元剤を供給する技術に関する。

内燃機関の排気浄化装置として、選択還元型触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）と、該選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、を備えたものが知られている。このような排気浄化装置において、内燃機関から排出されるＮＯ_Ｘの量と選択還元型触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率とに基づいて、選択還元型触媒における還元剤の消費量（ＮＯ_Ｘの浄化に寄与する還元剤の量）を算出する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。また、特許文献１には、還元剤の消費量に基づいて選択還元型触媒に吸着されている還元剤の量を演算し、還元剤の吸着量に応じて還元剤の供給量を調整する技術について記載されている。

特開２００３−２９３７３７号公報

ところで、選択還元型触媒に吸着されている還元剤の量は、選択還元型触媒の温度や選択還元型触媒を通過する排気の流量によって変化する場合がある。そのため、上記した従来の技術によると、選択還元型触媒へ供給される還元剤の量が不適当な量になる可能性があった。

本発明は、上記した実情に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配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、還元剤の供給量を適量にすることができる技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、単位時間あたりに選択還元型触媒へ流入する排気の流量と選択還元型触媒から流出する排気に含まれる還元剤の濃度との乗算値が余剰の還元剤量に相関する特性に基づいて、供給装置から供給される還元剤の量を調整するようにした。

詳細には、本発明に係わる内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、
選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、
前記選択還元型触媒へ単位時間あたりに流入する排気の流量を取得する取得手段と、
前記選択還元型触媒から流出する排気に含まれる還元剤の濃度を測定する測定手段と、
前記取得手段により取得された排気流量と、前記測定手段により測定された濃度と、前記選択還元型触媒においてＮＯ_Ｘの浄化に消費されない還元剤の量である余剰還元剤量が前記排気流量と前記濃度の乗算値に相関する特性と、に基づいて余剰還元剤量を演算し、算出された余剰還元剤量をパラメータとして前記供給装置から供給される還元剤の量を制御する制御手段と、
を備えるようにした。

ここでいう「供給装置」は、還元剤を供給するものであってもよく、排気中又は選択還元型触媒において還元剤に変化する物質（還元剤の前駆体）を供給するものであってもよい。

供給装置から供給された還元剤は、選択還元型触媒に吸着される。選択還元型触媒に吸着された還元剤の一部は、排気中に含まれるＮＯ_Ｘを窒素や水等に還元するための還元剤として消費される。ＮＯ_Ｘの還元に消費されない余剰の還元剤は、選択還元型触媒から脱着したり、又は選択還元型触媒に残存したりする。

ただし、供給装置が還元剤を供給し続けた場合は、単位時間あたりにＮＯ_Ｘの浄化に消費される還元剤の量（還元剤消費量）が徐々に増加する。また、余剰還元剤量が徐々に減少するとともに、単位時間あたりに選択還元型触媒から脱着する還元剤の量（還元剤脱着量）が徐々に増加する。そして、還元剤の供給量の積算値が所定量以上になると、余剰還元剤量と還元剤脱着量とが平衡状態になる。このような平衡状態が成立しているときは、選択還元型触媒に吸着されている還元剤の量が略一定量（平衡吸着量）に維持される。

よって、選択還元型触媒に吸着されている還元剤の量（還元剤吸着量）が平衡吸着量と等しくなるように、還元剤の供給量が調整されると、選択還元型触媒から脱着する還元剤の量を少なく抑えつつ、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を高めることが可能となる。

ところで、余剰還元剤量は、排気が選択還元型触媒を通過するときの空間速度（SV: Space Velocity）によって変化する。例えば、空間速度が高いときは低いときに比べ、余剰還元剤量が多くなる。余剰還元剤量が多い場合は少ない場合に比べ、還元剤消費量が少なくなるとともに、選択還元型触媒から脱着する還元剤の量が多くなる。したがって、還元剤の供給量は、排気が選択還元型触媒を通過するときの空間速度に応じて補正されることが望ましい。

このような要求に対し、本願発明者が鋭意の実験及び検証を行った結果、余剰還元剤量は、排気が選択還元型触媒を通過するときの空間速度と選択還元型触媒から流出した排気に含まれる還元剤の濃度との乗算値に相関するという知見を得た。なお、排気が選択還元型触媒を通過するときの空間速度は、単位時間あたりに選択還元型触媒へ流入する排気の流量（排気流量）に置き換えることもできる。

よって、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、取得手段により取得された排気流量と測定手段により測定された還元剤濃度との乗算値（余剰還元剤量）をパラメータとして還元剤の供給量を調整することにより、余剰還元剤量が過剰に多くなったり、又は過剰に少なくなったりする事態を回避するようにした。

ここで、供給装置から供給される還元剤の量は、余剰還元剤量が目標余剰量と等しくなるように制御されてもよく、又は還元剤吸着量が目標吸着量と等しくなるように制御されてもよい。

余剰還元剤は選択還元型触媒から脱着するため、余剰還元剤量が目標余剰量と等しくなるように還元剤の供給量が調整された場合は、選択還元型触媒から排出される還元剤の量を少なく抑えることが可能になる。

一方、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率は還元剤吸着量によって変化するため、還元剤吸着量が目標吸着量と等しくなるように還元剤の供給量が制御された場合は、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を所望のＮＯ_Ｘ浄化率に近似させることが可能になる。

なお、還元剤吸着量が目標吸着量と等しくなるように還元剤の供給量を調整する場合は、選択還元型触媒が実際に吸着している還元剤の量を特定する必要がある。ここで、選択還元型触媒は、該選択還元型触媒の温度が高いときは低いときに比べ、余剰還元剤量が多くなるとともに還元剤吸着量が少なくなる特性を有する。よって、選択還元型触媒の温度と余剰還元剤量から還元剤吸着量を求めることができる。例えば、選択還元型触媒の温度に基づく係数をＫｄとした場合に、以下の式（１）が成立する。
還元剤吸着量＝（余剰還元剤量）／Ｋｄ・・・（１）

前記係数Ｋｄは、選択還元型触媒の仕様によって変化する値であるが、選択還元型触媒の仕様に適した値を予め実験的に求めておくことが可能である。よって、前記相関関係に基づいて算出された余剰還元剤量を前記式（１）に代入することにより、還元剤吸着量を算出することができる。

上記した方法により算出された還元剤吸着量が目標吸着量と等しくなるように、還元剤の供給量が調整されると、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を目標ＮＯ_Ｘ浄化率に近似させることができる。

本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、還元剤の供給量を適量にすることができる。

本発明を適用する内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。アンモニア流入量とアンモニア消費量と余剰アンモニア量とアンモニア脱着量とアンモニア吸着量との経時変化を示す図である。排気流量が変化した場合の余剰アンモニア量とアンモニア消費量の割合を示す図である。排気流量の変化に応じてアンモニアの添加量を補正した場合の余剰アンモニア量とアンモニア消費量の割合を示す図である。第１の実施例において、添加弁からアンモニアを添加する際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。第２の実施例において、添加弁からアンモニアを添加する際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図５に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、希薄燃焼運転される火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。

内燃機関１には、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。吸気通路２と排気通路３には、遠心過給機（ターボチャージャ）４のコンプレッサ４ａとタービン４ｂがそれぞれ配置されている。

ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａより上流側の吸気通路２には、エアフローメータ５及びスロットル弁６が設けられている。エアフローメータ５は、吸気通路２を流通する新気（空気）の量（質量）を検出するセンサである。スロットル弁６は、吸気通路２を流通する空気の量（吸入空気量）を調整する弁機構である。

ターボチャージャ４のタービン４ｂより下流側の排気通路３には、排気の流れ方向の上流側から順に、酸化触媒７、フィルタ８、添加弁１１、選択還元型触媒９（以下、ＳＣＲ触媒９と称する。）、及びアンモニアスリップ触媒１０が設けられている。

フィルタ８は、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。酸化触媒７は、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化する。なお、酸化触媒７は、フィルタ８に担持されてもよい。また、酸化触媒７は、酸化機能のみを有するものに限られず、例えば、三元触媒であってもよい。

ＳＣＲ触媒９は、アンモニア（ＮＨ_３）を還元剤として排気中のＮＯ_Ｘを還元する触媒である。添加弁１１は、ＳＣＲ触媒９に還元剤たるアンモニアを供給するために、排気中にアンモニアを添加する。なお、添加弁１１は、最終的にアンモニアに変化する物質（アンモニアの前駆体）を添加するものであってもよい。例えば、添加弁１１は、尿素水を添加するものであってもよい。この場合、添加弁１１から尿素水として添加された尿素は排気の熱で加水分解されアンモニアとなる。

本実施例においては、添加弁１１が本発明に係る供給装置に相当する。ただし、本発明に係る供給装置から供給される物質はアンモニア（又はアンモニアの前駆体）に限られるものではなく、ＳＣＲ触媒においてＮＯ_Ｘを還元させるための還元剤として機能する物質であればよい。また、本発明に係る供給装置から供給される還元剤は固体、液体、気体の何れの状態のものであってもよい。

アンモニアスリップ触媒１０は酸化機能を有している。このアンモニアスリップ触媒１０において、ＳＣＲ触媒９から流出したアンモニアがＮ_２に酸化される。これにより、車両の外部へのアンモニアの流出が抑制される。

フィルタ８と添加弁１１の間の排気通路３には、ＮＯ_Ｘセンサ１２が設けられている。ＳＣＲ触媒９とアンモニアスリップ触媒１０の間の排気通路３には、排気温度センサ１３とＮＨ_３センサ１４が設けられている。ＮＯ_Ｘセンサ１２は、ＳＣＲ触媒９へ流入する排気に含まれるＮＯ_Ｘの濃度を測定するセンサである。排気温度センサ１３は、ＳＣＲ触媒９から流出する排気の温度を測定するセンサである。ＮＨ_３センサ１４は、ＳＣＲ触媒９から流出する排気に含まれるアンモニアの濃度を測定するセンサであり、本発明に係わる測定手段に相当する。

内燃機関１には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、前記したエアフローメータ５、ＮＯ_Ｘセンサ１２、排気温度センサ１３、ＮＨ_３センサ１４に加え、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ２１は、内燃機関１のクランク角度を検出する。アクセル開度センサ２２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。上記した各種センサの出力信号は、ＥＣＵ２０に入力される。

また、ＥＣＵ２０は、スロットル弁６や添加弁１１等の各種機器と電気的に接続され、前記した各種センサの出力信号に基づいて各種機器を制御する。例えば、ＥＣＵ２０は、ＳＣＲ触媒９に供給されるアンモニアの量が適量となるように、添加弁１１を制御する。以下では、本実施例における添加弁１１の制御方法について述べる。

添加弁１１からＳＣＲ触媒９へ供給されたアンモニアは、ＳＣＲ触媒９に吸着される。ＳＣＲ触媒９に吸着されたアンモニアの一部は、排気中のＮＯ_Ｘを窒素（Ｎ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）に還元するための還元剤として消費される。また、還元剤として消費されない余剰のアンモニアは、ＳＣＲ触媒９に残存する。ＳＣＲ触媒９に残存したアンモニアのうちの一部は、ＮＯ_Ｘの還元に消費されずにＳＣＲ触媒９から脱着する。この脱着したアンモニアは、アンモニアのまま、又は、酸化されてＮＯ_Ｘとなって、又は、ＮＯ_Ｘから還元されてＮ_２となってＳＣＲ触媒９から流出する。

図２は、添加弁１１が一定量のアンモニアを供給し続けた場合において、単位時間あたりにＳＣＲ触媒９へ流入するアンモニア量（アンモニア流入量）と、ＳＣＲ触媒９において単位時間あたりに還元剤として消費されるアンモニア量（アンモニア消費量）と、ＳＣＲ触媒９において還元剤として消費されずに残存するアンモニアの単位時間あたりの量（余剰アンモニア量）と、単位時間あたりにＳＣＲ触媒９から脱着するアンモニアの量（アンモニア脱着量）と、ＳＣＲ触媒９に吸着されているアンモニアの量（アンモニア吸着量）と、の経時変化を示す図である。

図２に示すように、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が略零の状態から一定量のアンモニアが供給され続けると、アンモニア消費量、アンモニア脱着量、及びアンモニア吸着量が徐々に増加する。一方、余剰アンモニア量は、時間の経過とともに徐々に減少する。アンモニアの供給量の積算値が所定量以上になると（図２中のｔ）、余剰アンモニア量とアンモニア脱着量が略等しくなる（平衡状態）。余剰アンモニア量とアンモニア脱着量が平衡状態あるときは、アンモニア消費量が略一定量（単位時間あたりに還元されるＮＯ_Ｘの量が略一定量）になるとともに、ＳＣＲ触媒９に吸着されているアンモニアの量（アンモニア吸着量）も略一定量になる。以下では、余剰アンモニア量とアンモニア脱着量が平衡状態にあるときのアンモニア吸着量を平衡吸着量と称する。

単位時間あたりに添加弁１１から供給されるアンモニアの量（アンモニア供給量）は、余剰アンモニア量とアンモニア脱着量が平衡状態になるように調整される。言い換えると、アンモニア吸着量が平衡吸着量を維持するように、アンモニア供給量が調整される。例えば、アンモニア吸着量が目標吸着量（平衡吸着量）に達しているときは、アンモニア供給量は、アンモニア消費量とアンモニア脱着量の総和に等しくされる。このようにアンモニア供給量が制御されると、ＳＣＲ触媒９から流出するアンモニアの量を少なく抑えつつ、ＮＯ_Ｘ浄化率を高めることができる。

ところで、余剰アンモニア量やアンモニア脱着量は、排気がＳＣＲ触媒９を通過する際の空間速度（SV:Space Velocity）に応じて変化する。言い換えると、余剰アンモニア量やアンモニア脱着量は、単位時間あたりにＳＣＲ触媒へ流入する排気の量（排気流量）に応じて変化する。例えば、図３に示すように、排気流量が多いときは少ないときに比べ、余剰アンモニア量が多くなるとともに、アンモニア消費量が減少する。その結果、ＳＣＲ触媒９から流出するアンモニアの量が過剰に多くなる可能性がある。

そこで、本実施例では、余剰アンモニア量が目標余剰量と等しくなるように、添加量を調整するようにした。ここで、本願発明者が鋭意の実験及び検証を行った結果、余剰アンモニア量は、単位時間あたりにＳＣＲ触媒９へ流入する排気の量（排気流量）とＳＣＲ触媒９から流出する排気に含まれるアンモニアの濃度との乗算値に相関するという知見を得た。

すなわち、余剰アンモニア量をＮＨ_３ｍａｓｓ、排気流量をＦｌｗ、アンモニア濃度をＣｎｈ３とした場合に、以下の式（２）が成立する。
ＮＨ_３ｍａｓｓ＝Ｆｌｗ＊Ｃｎｈ３・・・（２）

ここで、排気流量Ｆｌｗは、ＳＣＲ触媒９より上流の排気通路３において２次エア等が供給されない限り、内燃機関１の吸入空気量と同等になる。よって、排気流量Ｆｌｗとしては、エアフローメータ５の出力信号を用いることができる。アンモニア濃度Ｃｎｈ３としては、ＮＨ_３センサ１４の出力信号を用いることができる。

ＥＣＵ２０は、エアフローメータ５の出力信号とＮＨ_３センサ１４の出力信号を前記式（２）に代入することにより、余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓを算出する。そして、ＥＣＵ２０は、余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓが目標余剰量と等しいか否かを判別する。余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓと目標余剰量が相異する場合は、それらの差をパラメータとしてアンモニアの目標添加量を調整（補正）する。例えば、前述した図３に示した例のように、余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓが目標余剰量より多い場合は、ＥＣＵ２０は、アンモニアの目標添加量から、余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓと目標余剰量の差分（余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓから目標余剰量を差し引いた値）を減算する。このような方法によってアンモニア添加量が調整されると、図４に示すように、排気流量が増加した場合であっても、余剰アンモニア量を目標余剰量にすることができる。

以下、本実施例におけるアンモニア添加量の制御手順について図５に沿って説明する。図５は、ＥＣＵ２０が添加弁１１からアンモニアを添加させるときに実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ２０によって周期的に実行される。

図５の処理ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１の処理において、排気温度センサ１３の出力信号（排気温度）を読み込む。

Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０１の処理で読み込まれた排気温度がＮＨ_３センサ１４の活性温度範囲にあるか否かを判別する。Ｓ１０２の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０１へ戻る。Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３の処理へ進む。

Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ２０は、添加弁１１からアンモニアを添加可能な状態にあるか否かを判別する。すなわち、Ｓ１０１の処理で読み込まれた排気温度がＳＣＲ触媒９の活性温度範囲にあるか否かを判別する。Ｓ１０３の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０１の処理へ戻る。Ｓ１０３の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４の処理へ進み、目標添加量のアンモニアを添加するように添加弁１１を制御する。

Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ２０は、ＮＨ_３センサ１４の出力信号（アンモニア濃度Ｃｎｈ３）を読み込む。

Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ２０は、エアフローメータ５の出力信号（排気流量Ｆｌｗ）を読み込む。ＥＣＵ２０がＳ1０６の処理を実行することにより、本発明に係わる取得手段が実現される。

Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５の処理で読み込まれたアンモニア濃度Ｃｎｈ３とＳ１０６の処理で読み込まれた排気流量Ｆｌｗを前記式（２）に代入することにより、余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓを算出する。

Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０７の処理で算出された余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓが目標余剰量と等しいか否かを判別する。なお、Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ２０は、余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓと目標余剰量との差が予め定められた許容値以下であるときは、余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓと目標余剰量が等しいと判定してもよい。

Ｓ１０８の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行をいったん終了する。Ｓ１０８の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０９の処理へ進み、アンモニア添加量を補正する。詳細には、余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓが目標余剰量より多い場合は、ＥＣＵ２０は、余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓと目標余剰量の差分（余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓから目標余剰量を差し引いた量）を目標添加量から減算する。一方、余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓが目標余剰量より少ない場合は、ＥＣＵ２０は、余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓと目標余剰量の差分（目標余剰量から余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓを差し引いた量）を目標添加量に加算する。このような方法により目標添加量が補正されると、排気流量Ｆｌｗが変化した場合に、余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓを目標余剰量と同等にすることができる。その結果、ＳＣＲ触媒９から流出するアンモニアの量が過剰に多くなる事態を回避することができる。

なお、ＥＣＵ２０がＳ１０７及びＳ１０８の処理を実行することにより、本発明に係わる制御手段が実現される。

以上述べた実施例によれば、排気流量Ｆｌｗが変化した場合であっても、余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓが目標余剰量と等しくなるように、アンモニア添加量を調整することが可能になる。その結果、ＳＣＲ触媒９から流出するアンモニアの量が過剰に多くなる事態を回避することができる。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図６に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例では、余剰アンモニア量が目標余剰量と等しくなるようにアンモニアの添加量を調整する例について述べたが、本実施例では、ＳＣＲ触媒９のアンモニア吸着量が目標吸着量と等しくなるようにアンモニアの添加量を調整する例について述べる。

余剰アンモニア量は、排気流量が少ないときに比して多いときに多くなる傾向がある。アンモニア吸着量は、余剰アンモニア量と同様に、排気流量が少ないときに比して多いときに多くなる傾向がある。つまり、排気流量については、余剰アンモニア量とアンモニア吸着量が同様の傾向（比例関係）を示す。

しかしながら、ＳＣＲ触媒９の温度（床温）については、余剰アンモニア量とアンモニア吸着量が異なる傾向を示す。すなわち、ＳＣＲ触媒９の温度が高いときは低いときに比べ、余剰アンモニア量が多くなるが、アンモニア吸着量が少なく傾向がある。これらの傾向を鑑みると、以下の式（３）が成立する。なお、式（３）中のΣＮＨ_３は、アンモニア吸着量を示し、ＫｄはＳＣＲ触媒９の温度に応じた係数を示す。
ΣＮＨ_３＝ＮＨ_３ｍａｓｓ／Ｋｄ・・・（３）

ここで、前記係数Ｋｄは、ＳＣＲ触媒９の温度が高くなるほど、アンモニア吸着量ΣＮＨ_３が少なくなるように定められた値である。詳細には、前記係数Ｋｄは、ＳＣＲ触媒９の温度が高くなるほど大きな値になる係数である。このような係数Ｋｄは、ＳＣＲ触媒９の仕様によって変化するが、内燃機関１の排気通路３に配置されるＳＣＲ触媒９の仕様に適した係数Ｋｄを予め実験等を利用した適合処理によって求めておくことが可能である。よって、本実施例においては、ＳＣＲ触媒９の温度と係数Ｋｄとの関係を規定したマップ（以下、「係数マップ」と称する）を予め求めておくとともに、係数マップをＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させておくものとする。なお、ＳＣＲ触媒９の温度は該ＳＣＲ触媒９から流出する排気の温度に相関するため、排気温度センサ１３の出力信号をＳＣＲ触媒９の温度として用いてもよい。また、ＳＣＲ触媒９の温度は、内燃機関１の運転状態（吸入空気量、燃料噴射量、機関回転数等）から演算されてもよい。

このような方法によれば、実際のアンモニア吸着量ΣＮＨ_３を求めることができる。そして、ＥＣＵ２０は、実際のアンモニア吸着量ΣＮＨ_３と目標吸着量とを比較し、それらの差分に応じてアンモニアの添加量を補正すればよい。詳細には、実際のアンモニア吸着量ΣＮＨ_３が目標吸着量より多い場合は、ＥＣＵ２０は、アンモニア吸着量ΣＮＨ_３と目標吸着量の差分（アンモニア吸着量ΣＮＨ_３から目標吸着量を差し引いた値）を目標添加量から減算すればよい。また、実際のアンモニア吸着量ΣＮＨ_３が目標吸着量より少ない場合は、ＥＣＵ２０は、アンモニア吸着量ΣＮＨ_３と目標吸着量の差分（目標吸着量からアンモニア吸着量ΣＮＨ_３を差し引いた値）を目標添加量に加算すればよい。

上記した方法によってアンモニアの添加量が調整（補正）されると、排気流量やＳＣＲ触媒９の温度が変化した場合であっても、実際のアンモニア吸着量ΣＮＨ_３を目標吸着量（例えば、平衡吸着量）に近似させることができる。その結果、ＳＣＲ触媒９のＮＯ_Ｘ浄化率を所望のＮＯ_Ｘ浄化率に近似させることも可能になる。

以下、本実施例におけるアンモニア添加量の制御手順について図６に沿って説明する。図６は、ＥＣＵ２０が添加弁１１からアンモニアを添加させるときに実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ２０によって周期的に実行される。なお、図６中において、前述した図５の処理ルーチンと同様の処理については同等の符号が付されている。

図６の処理ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０７の処理を実行した後に、Ｓ２０１の処理を実行する。Ｓ２０１の処理では、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０１の処理で読み込まれた排気温度（ＳＣＲ触媒９の温度）と前記係数マップに基づいて、ＳＣＲ触媒９の温度に適した係数Ｋｄを求める。ＥＣＵ２０は、Ｓ１０７の処理で算出された余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓと前記係数Ｋｄを前記式（３）に代入することにより、実際のアンモニア吸着量ΣＮＨ_３を演算する。

ＥＣＵ２０は、Ｓ２０１の処理を実行した後にＳ２０２の処理へ進み、Ｓ２０１の処理で算出されたアンモニア吸着量ΣＮＨ_３が目標吸着量と等しいか否かを判別する。その際、ＥＣＵ２０は、アンモニア吸着量ΣＮＨ_３と目標吸着量との差が許容値以下であることを条件として、アンモニア吸着量ΣＮＨ_３と目標吸着量が等しいと判定してもよい。

Ｓ２０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行をいったん終了する。一方、Ｓ２０２の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０３の処理へ進み、アンモニアの添加量（目標添加量）を補正する。例えば、アンモニア吸着量ΣＮＨ_３が目標吸着量より多い場合は、ＥＣＵ２０は、アンモニア吸着量ΣＮＨ_３と目標吸着量の差（アンモニア吸着量ΣＮＨ_３から目標吸着量を差し引いた値）を目標添加量から減算する。一方、アンモニア吸着量ΣＮＨ_３が目標吸着量より少ない場合は、ＥＣＵ２０は、アンモニア吸着量ΣＮＨ_３と目標吸着量の差（目標吸着量からアンモニア吸着量ΣＮＨ_３を差し引いた値）を目標添加量に加算する。

以上述べた実施例によれば、排気流量ＦｌｗやＳＣＲ触媒９の温度が変化した場合であっても、アンモニア吸着量ΣＮＨ_３を目標吸着量に近似させることができる。その結果、ＳＣＲ触媒９のＮＯ_Ｘ浄化率を所望のＮＯ_Ｘ浄化率に近似させることができる。

なお、前述した第１の実施例と第２の実施例は、適当に組み合わせることができる。例えば、内燃機関１から排出されるＮＯ_Ｘの量が多くなり易い高負荷運転時はアンモニア吸着量ΣＮＨ_３が目標吸着量と等しくなるようにアンモニアの添加量が補正され、内燃機関１を搭載した車両の走行速度が小さいときや該車両の停車時は余剰アンモニア量ＮＨ_３ｍａｓｓが目標余剰量と等しくなるようにアンモニアの添加量が補正されてもよい。

１内燃機関
２吸気通路
３排気通路
４ターボチャージャ
５エアフローメータ
６スロットル弁
７酸化触媒
８フィルタ
９ＳＣＲ触媒
１０アンモニアスリップ触媒
１１添加弁
１２ＮＯ_Ｘセンサ
１３排気温度センサ
１４ＮＨ_３センサ
２０ＥＣＵ
２１クランクポジションセンサ
２２アクセル開度センサ

Claims

内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、
選択還元型触媒へ還元剤又は還元剤の前駆体である還元剤を供給する供給装置と、
前記選択還元型触媒へ単位時間あたりに流入する排気の流量を取得する取得手段と、
前記選択還元型触媒から流出する排気に含まれる還元剤の濃度を測定する測定手段と、
前記取得手段により取得された排気流量と、前記測定手段により測定された還元剤濃度と、前記選択還元型触媒においてＮＯ_Ｘの浄化に消費されない還元剤の量である余剰還元剤量が前記排気流量と前記還元剤濃度との乗算値に相関する関係と、に基づいて余剰還元剤量を演算し、算出された余剰還元剤量をパラメータとして還元剤の供給量を調整する制御手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
請求項１において、前記制御手段は、余剰還元剤量が目標余剰還元剤量と等しくなるように還元剤の供給量を調整する内燃機関の排気浄化装置。
請求項１において、前記選択還元型触媒の温度に相関する温度を検出する検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記検出手段により検出された温度が高いときは低いときに比べ、余剰還元剤量が多くなるとともに前記選択還元型触媒に吸着されている還元剤の量である還元剤吸着量が少なくなる特性に基づいて還元剤吸着量を演算し、算出された還元剤吸着量が目標還元剤吸着量と等しくなるように還元剤の供給量を調整する内燃機関の排気浄化装置。