内燃機関の排気浄化装置
【課題】アンモニアを還元剤として添加するＮＯx触媒を備え、ＮＯx触媒へのアンモニアの添加量を適切に制御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】ＮＯx中のＮＯ2比率に基づき、まず、ＳＣＲ触媒１６上で生起されるＮＯ2及びＮＯとアンモニアとの反応によるＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量を算出し、反応後にＮＯ2が残存するときにはＮＯ2とアンモニアとの反応によるＮＯ2反応浄化量を算出する一方、反応後にＮＯが残存するときにはＮＯとアンモニアとの反応によるＮＯ反応浄化量を算出する。各反応浄化量の上限を触媒温度から求めた各反応での最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmax, noNOXmax, no2NOXmaxにより制限し、制限後のＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量に対してＮＯ2反応浄化量またはＮＯ反応浄化量を加算して全体のＮＯx浄化量を求め、これに対応するアンモニア添加量を算出する。
【解決手段】ＮＯx中のＮＯ2比率に基づき、まず、ＳＣＲ触媒１６上で生起されるＮＯ2及びＮＯとアンモニアとの反応によるＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量を算出し、反応後にＮＯ2が残存するときにはＮＯ2とアンモニアとの反応によるＮＯ2反応浄化量を算出する一方、反応後にＮＯが残存するときにはＮＯとアンモニアとの反応によるＮＯ反応浄化量を算出する。各反応浄化量の上限を触媒温度から求めた各反応での最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmax, noNOXmax, no2NOXmaxにより制限し、制限後のＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量に対してＮＯ2反応浄化量またはＮＯ反応浄化量を加算して全体のＮＯx浄化量を求め、これに対応するアンモニア添加量を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは尿素（アンモニア（ＮＨ3））を還元剤として添加して排ガス中のＮＯxをＮＯx触媒で浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関（エンジン）の排気通路にＮＯx浄化用のＮＯx触媒を配した車両が実用化されている。特に、ディーゼルエンジンでは、燃焼がリーン空燃比の下で実施されるため、排気中の酸素（Ｏ2）量が多く、ガソリンエンジンで実用化されている三元触媒は機能せず、種々のディーゼルエンジン用ＮＯx触媒が開発されている。
その一つとして、最近では、定地式ディーゼルエンジンで実用化されている還元剤としてアンモニアを添加する構成のアンモニア添加式ＮＯx触媒（選択還元型ＳＣＲ触媒であり、以下、ＳＣＲ触媒と称する）が車両用に開発されつつある。この種のＳＣＲ触媒では、触媒上に添加されたアンモニアによってＮＯxが窒素（Ｎ2）及びＨ2Ｏに還元されるように反応が進行する。
【０００３】
アンモニア添加量の過剰は、ＮＯx浄化に消費されなかった余剰アンモニアが大気中に排出される所謂アンモニアスリップを生じ、アンモニア添加量の不足は、ＮＯx浄化率の低下を生じる。そこで、これらの不具合を防止すべく、アンモニア添加量を適切に制御するための種々の手法が提案されている。例えば、ＳＣＲ触媒の温度とＮＯx浄化率との間の相関性に着目し、その特性に従って予め設定した浄化率マップに基づき触媒温度からアンモニア添加量を算出したり、或いは触媒温度と排気流量とからアンモニア添加量を算出したりする技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２７２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＳＣＲ触媒のＮＯx浄化反応は浄化率という単純な比率を用いて触媒温度や排気流量から正確に特定できる性質のものではなく、例えば同一触媒温度でもエンジンの回転速度や負荷に応じて変動し、それに伴って添加すべき最適なアンモニア添加量も変化する。このため、特許文献１に記載された排気浄化装置では適切な量のアンモニアをＳＣＲ触媒に供給できない場合があり、アンモニア添加量が過剰なときのアンモニアスリップに起因して無用なアンモニア消費を促進させたり、逆にアンモニア添加量の不足によりＮＯx浄化率が低下したりして、今ひとつ改良の余地があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、アンモニアを還元剤として添加するＳＣＲ触媒を備え、ＳＣＲ触媒へのアンモニア添加量を浄化率に基づき制御するのではなく、化学反応に基づいて各種ＳＣＲ反応の試験結果をアレニウスの式で解き、それらから求めた反応可能な浄化量に基づいてアンモニア添加量を適切に制御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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の排気通路に介装され、排ガス中のＮＯxを浄化可能なＮＯx触媒と、ＮＯx触媒の排気上流側に設けられ、ＮＯx触媒に還元剤としてアンモニアを添加するアンモニア添加手段と、ＮＯx触媒に到達するＮＯx中のＮＯ2比率を判定するＮＯ2比率判定手段と、ＮＯ2比率判定手段により判定されたＮＯ2比率に基づき、ＮＯxとアンモニアとの異なる反応式に従った複数の反応からＮＯx触媒上で生起される反応を特定し、特定した反応によりＮＯx触媒上で浄化されるＮＯx量を算出するＮＯx浄化量算出手段と、ＮＯx浄化量算出手段により特定されたＮＯxとアンモニアとの反応によりＮＯx触媒上で浄化可能な最大ＮＯx量をＮＯx触媒の温度と排ガス流量とに基づき算出する最大ＮＯx浄化量算出手段と、最大ＮＯx浄化量算出手段により算出された最大ＮＯx浄化量を上限としてＮＯx浄化量算出手段により算出されたＮＯx浄化量を制限し、制限後のＮＯx浄化量に基づきアンモニア添加手段によるアンモニアの添加量を算出する添加量算出手段とを備えたものである。または、それぞれの反応から求められた浄化量を予め算出しマップ化してもよい。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、ＮＯxとアンモニアとが反応するときの複数の反応として、ＮＯ2及びＮＯとアンモニアとのＮＯ＋ＮＯ2反応、ＮＯ2とアンモニアとのＮＯ2反応、ＮＯとアンモニアとのＮＯ反応が予め設定され、ＮＯx浄化量算出手段が、ＮＯ2比率に基づきＮＯ＋ＮＯ2反応によるＮＯx浄化量をＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量として算出し、ＮＯ2比率に基づきＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯ2が残存すると判定したときには、残存したＮＯ2のＮＯ2反応によるＮＯx浄化量をＮＯ2反応浄化量として算出する一方、ＮＯ2比率に基づきＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯが残存すると判定したときには、残存したＮＯのＮＯ反応によるＮＯx浄化量をＮＯ反応浄化量として算出し、最大ＮＯx浄化量算出手段が、ＮＯ＋ＮＯ2反応により浄化可能な最大ＮＯx浄化量、及びＮＯ2反応またはＮＯ反応により浄化可能な最大ＮＯx浄化量を算出し、添加量算出手段が、ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量をＮＯ＋ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量で制限する共に、ＮＯ2反応浄化量をＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量で制限するか、またはＮＯ反応浄化量をＮＯ反応による最大ＮＯx浄化量で制限し、制限後のＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量に制限後のＮＯ2反応浄化量またはＮＯ反応浄化量を加算して全体のＮＯx浄化量を算出するものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１または２において、排気通路の上記ＮＯx触媒の排気上流側には、排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及びフィルタの排気上流側で排ガス中のＮＯからＮＯ2を生成する前段酸化触媒が介装され、ＮＯ2比率判定手段が、前段酸化触媒の排気上流側に設けられた上流側ＮＯxセンサにより検出されたＮＯx量、及びフィルタの排気下流側に設けられた下流側ＮＯxセンサにより検出されたＮＯx量のそれぞれの差分に基づきＮＯx中のＮＯ2比率を判定するものである。または精度は低下するが、前段酸化触媒の反応を予め数値化し、ＮＯ2比率を求めてもよい。
請求項４の発明は、請求項１乃至３において、排気通路を流通する排ガス中のＯ2量に基づき、Ｏ2との反応により消費されるアンモニア量を算出するアンモニア消費量算出手段を備え、添加量算出手段が、アンモニア消費量算出手段により算出されたアンモニア消費量に基づきアンモニア添加量を増加側に補正するものである。
請求項５の発明は、請求項１乃至４において、添加量算出手段が、最大ＮＯx浄化量に基づく制限に加えて、ＮＯx触媒に到達するＮＯx量を上限としてＮＯx浄化量を制限するものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように請求項１の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯx触媒に到達するＮＯx中のＮＯ2比率をＮＯ2比率判定手段により判定し、この判定したＮＯ2比率に基づき、排ガス中のＮＯxとアンモニアとの複数の反応からＮＯx触媒上で生起される反応をＮＯx浄化量算出手段により特定して、この反応により浄化されるＮＯx量を算出する一方、触媒温度に基づき最大ＮＯx浄化量算出手段により算出された最大ＮＯx量を上限としてＮＯx浄化量を制限し、制限後のＮＯx浄化量に基づきアンモニア添加手段が添加すべきアンモニア添加量を添加量算出手段により算出するようにした。
【００１０】
このようにＮＯx触媒上で実際に生起されるＮＯxとアンモニアとの反応をＮＯ2比率から特定し、この反応に基づきＮＯx浄化量を算出しているため、ＮＯx触媒上で浄化される現実に即したＮＯx浄化量を求めることができる。よって、このＮＯx浄化量から正確なアンモニア添加量を算出して、常に適切な量のアンモニアをＮＯx浄化のためにＮＯx触媒上に供給でき、アンモニア添加量の過不足による不具合を未然に防止することができる。
【００１１】
請求項２の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、まず、ＮＯ2比率に基づきＮＯ＋ＮＯ2反応によるＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量を算出し、ＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯ2が残存すると判定したときには、残存したＮＯ2のＮＯ2反応によるＮＯ2反応浄化量を算出する一方、ＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯが残存すると判定したときには、残存したＮＯのＮＯ反応によるＮＯ反応浄化量を算出し、これらのＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量、ＮＯ2反応浄化量、ＮＯ反応浄化量を対応する最大ＮＯx浄化量で制限した上で、ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量にＮＯ2反応浄化量またはＮＯ反応浄化量を加算して全体のＮＯx浄化量を算出するようにした。
【００１２】
ＮＯx触媒上では、ＮＯ＋ＮＯ2反応が最も早く生起され、次いでＮＯ2反応が早く、ＮＯ反応が最も遅い。このため、まずＮＯ＋ＮＯ2反応によるＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量を算出し、ＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯ2とＮＯとの何れが残存するかに応じてＮＯ2反応によるＮＯ2反応浄化量、またはＮＯ反応によるＮＯ反応浄化量を算出し（残存しない場合は０）、算出したＮＯ2反応浄化量またはＮＯ反応浄化量をＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量に加算すれば、より現実に即したＮＯx浄化量を求めることができる。
【００１３】
請求項３の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１または２に加えて、前段酸化触媒の排気上流側に設けられた上流側ＮＯxセンサによるＮＯx値量、及びフィルタの排気下流側に設けられた下流側ＮＯxセンサによるＮＯx値量に基づき、それぞれの値の差分からＮＯ2比率判定手段がＮＯ2比率を判定するようにした。
このように、ＮＯ2比率を判定するための検出情報として、前段酸化触媒の排気上流側の基本的にＮＯ2を含まないエンジンアウトのＮＯx量、及びフィルタの排気下流側のＮＯ2を含み実際にＮＯx触媒に到達するＮＯx量を用いるため、正確なＮＯ2比率、ひいては一層正確なアンモニア添加量を算出することができる。
【００１４】
請求項４の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１乃至３に加えて、アンモニア消費量算出手段により算出されたアンモニア消費量に基づき、添加量算出手段がアンモニア添加量を増加側に補正するようにした。このように、Ｏ2との反応により消費されるアンモニア量を考慮してアンモニア添加量を補正するため、一層正確なアンモニア添加量を算出することができる。
請求項５の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１乃至４に加えて、ＮＯx触媒に到達するＮＯx量を上限としてＮＯx浄化量を制限するようにした。実際にＮＯx触媒に到達するＮＯx量がＮＯx浄化量未満であれば、ＮＯx触媒上で浄化されるＮＯx量もＮＯx触媒に到達するＮＯx量となるため、一層正確なＮＯx浄化量を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態の内燃機関の排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する尿素噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】センサ出力比からＮＯ2比率を算出するためのＮＯ2比率演算マップを示す図である。
【図４】ＮＯ2比率を前段酸化触媒の温度毎に表示した試験結果を示す特性図である。
【図５】各反応での最大ＮＯx浄化量をＳＣＲ触媒の温度毎に表示した試験結果を示す特性図である。
【図６】ＥＣＵが実行するＮＯx浄化量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】ＥＣＵが実行するＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】ＥＣＵが実行するＮＯ反応・ＮＯ2反応浄化量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】ＮＯ2比率が25％のときの反応順序を示す模式図である。
【図１０】ＮＯ2比率が75％のときの反応順序を示す模式図である。
【図１１】ＮＯ2比率が50％のときの反応順序を示す模式図である。
【図１２】ＮＯxに対する尿素水の当量比とＮＯx浄化率との関係の試験結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した内燃機関の排気浄化装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の内燃機関の排気浄化装置を示す全体構成図であり、内燃機関１は直列６気筒ディーゼル機関として構成されている。内燃機関１の各気筒には燃料噴射弁２が設けられ、各燃料噴射弁２は共通のコモンレール３から加圧燃料を供給され、機関の運転状態に応じたタイミングで開弁して各気筒の筒内に燃料を噴射する。
内燃機関１の吸気側には吸気マニホールド４が装着され、吸気マニホールド４に接続された吸気通路５には、上流側よりエアクリーナ６、ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａ、インタクーラ８が設けられている。また、内燃機関１の排気側には排気マニホールド９が装着され、排気マニホールド９には上記コンプレッサ７ａと同軸上に連結されたターボチャージャ７のタービン７ｂを介して排気通路１０が接続されている。
【００１７】
内燃機関１の運転中にエアクリーナ６を経て吸気通路５内に導入された吸気はターボチャージャ７のコンプレッサ７ａにより加圧された後にインタクーラ８、吸気マニホールド４を経て各気筒に分配され、各気筒の吸気行程で筒内に導入される。筒内では所定のタイミングで燃料噴射弁２から燃料が噴射されて圧縮上死点近傍で着火・燃焼し、燃焼後の排ガスは排気マニホールド９を経てタービン７ｂを回転駆動した後に排気通路１０を経て外部に排出される。
上記排気通路１０には円筒状の上流側ケーシング１１及び下流側ケーシング１２が設けられ、両ケーシング１１，１２は小径の筒状をなす絞り部１３により連結されている。上流側ケーシング１１内には前段酸化触媒１４及びＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）１５が収容され、下流側ケーシング１２内には選択還元型ＳＣＲ触媒（アンモニア添加式ＮＯx触媒）１６及び後段酸化触媒１７が収容され、絞り部１３には尿素水噴射用の噴射ノズル１８（アンモニア添加手段）が設置されている。
【００１８】
噴射ノズル１８の先端は絞り部１３内の中心に位置し、噴射ノズル１８の基端は絞り部１３の外周に設置された電磁弁１９に接続されている。電磁弁１９には図示しない尿素タンクから所定圧の尿素水が供給されており、尿素水は電磁弁１９の開閉に応じて噴射ノズル１８の先端から放射状に噴射される。
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（エンジン制御ユニット）３１が設置されている。
【００１９】
ＥＣＵ３１の入力側には、前段酸化触媒１４の上流側に設置されてエンジンアウトのＮＯx量e/gNOXを検出する上流側ＮＯxセンサ２０、ＤＰＦ１５の下流側に設置されてＤＰＦアウトのＮＯx量、換言すればＳＣＲ触媒１６に到達するＮＯx量inNOXを検出する下流側ＮＯxセンサ２１、及びＳＣＲ触媒１６の上流側に設置されてＳＣＲ触媒１６に流入する排ガスの温度を検出する温度センサ２２などの各種センサ類が接続され、ＥＣＵ３１の出力側には、上記燃料噴射弁２及び噴射ノズル１８の電磁弁１９などの各種デバイス類が接続されている。
例えばＥＣＵ３１は、エンジン回転速度Ｎe及びアクセル操作量θaccから図示しないマップに従って燃料噴射量を設定し、エンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量から図示しないマップに従って燃料噴射時期を設定し、これらの燃料噴射量及び燃料噴射時期に基づいて燃料噴射弁２を駆動制御して内燃機関１を運転する。
【００２０】
内燃機関１の運転中において、内燃機関１から排出された排ガスは排気マニホールド９及び排気通路１０を経て上流側ケーシング１１内に導入され、前段酸化触媒１４を経てＤＰＦ１５を流通する際に含有しているＰＭ（パティキュレートマター）を捕集される。その後、排ガスは絞り部１３内を流通する過程で噴射ノズル１８から噴射された尿素水と混合し、排気熱及び排ガス中の水蒸気により尿素水は加水分解されてアンモニア（ＮＨ3）を生成する。そして、生成されたアンモニアによりＳＣＲ触媒１６上で排ガス中のＮＯxが無害なＮ２に還元されてＮＯxの浄化が行われる一方、このときの余剰アンモニアが後段酸化触媒１７によりＮＯに酸化されて処理される。
【００２１】
また、前段酸化触媒１４では排ガス中のＮＯ（一酸化窒素）から酸化反応によりＮＯ２（二酸化窒素）が生成され、生成されたＮＯ2の酸化反応によりＤＰＦ１５に捕集されたＰＭが連続的に焼却除去されてＤＰＦ１５の再生が図られる（連続再生）。この連続再生作用は、排気温が低い低速走行では十分に得られずにＤＰＦ１５のＰＭ捕集量は次第に増加する。その対策として、ＥＣＵ３１は現在のＤＰＦ１５上のＰＭ捕集量を逐次推定し、ＰＭ捕集量が予め設定された所定値を越えると、ポスト噴射により排気通路１０に未燃燃料を供給して前段酸化触媒１４上で酸化反応させ、このときの反応熱によりＤＰＦ１５上のＰＭを強制的に燃焼させる（強制再生）。
【００２２】
ところで、従来技術として説明した特許文献１の発明では、触媒温度とＮＯx浄化率との相関性に基づき設定した浄化率マップを用いてアンモニア添加量を算出しているが、同一触媒温度でもエンジンの回転速度や負荷に応じて最適なアンモニア添加量が相違することから、アンモニア添加量の過不足を生じるという問題があった。
本発明者は、ＳＣＲ触媒１６上でＮＯxとアンモニアが主に３種の反応式の内の何れかに従って反応し、ＳＣＲ触媒１６の温度やエンジンアウトのＮＯx量などの諸条件が同一であったとしても、ＳＣＲ触媒１６上で生起されるＮＯxとアンモニアとの反応に応じてＮＯx浄化量が相違してくること、及びＮＯxとアンモニアとが何れの反応式に従って反応するかは、ＳＣＲ触媒１６上に到達するＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratio（ＮＯx中でＮＯ2が占める割合＝ＮＯ2/ＮＯx）に依存することを見出した。
【００２３】
そこで、本発明では、ＮＯ2比率NO2ratioに基づきＳＣＲ触媒１６上で生起されるＮＯxとアンモニアとの反応を特定し、それぞれの反応により浄化されるＮＯx浄化量を算出し、算出したＮＯx浄化量を加算した値に対応してアンモニア添加量を算出しており、以下、当該アンモニア添加量の算出処理について詳述する。
ＥＣＵ３１は内燃機関１の運転中に図２に示す尿素噴射量算出ルーチンを所定の制御インターバルで実行している。まず、ステップＳ２で各種センサの検出情報を入力し、続くステップＳ４で上流側ＮＯxセンサ２０と下流側ＮＯxセンサ２１との出力比inNOX／e/gNOXを算出する。その後、ステップＳ６で図３に示すＮＯ2比率演算マップに従ってセンサ出力比inNOX／e/gNOXからＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioを算出する。
【００２４】
ここで、エンジンアウトのＮＯxは基本的にＮＯ2を含まず、前段酸化触媒１４上でＮＯ2が生成され、そのＮＯ2の一部がＤＰＦ１５上で連続再生のために消費され、残りのＮＯ2がＮＯxに含まれてＳＣＲ触媒１６上に到達する。例えば前段酸化触媒１４のＮＯ2生成量は温度に応じて変化するため、図４に示すようにＮＯ2比率NO2ratioは前段酸化触媒１４の温度に依存することになり、同様に前段酸化触媒１４の劣化状態もＮＯ2生成量、ひいてはＮＯ2比率NO2ratioに影響を及ぼす。また、前段酸化触媒１４のＮＯ2生成量が同一であったとしても、エンジンアウトのＮＯx量が増減すればＮＯ2比率NO2ratioは変化する。
【００２５】
このような種々の要因によりＮＯ2比率NO2ratioの正確な推定は困難となるが、ＮＯ2比率NO2ratioに応じて上記のようにＳＣＲ触媒１６上での反応も変化することから、正確なＮＯ2比率NO2ratioを求めることはＮＯx浄化量算出のための必須の要件となる。そこで、上記ステップＳ８では、基本的にＮＯ2を含まないエンジンアウトのＮＯx量e/gNOX、及びＮＯ2を含み実際にＳＣＲ触媒１６に到達するＮＯx量inNOXに基づきＮＯ2比率NO2ratioを求めている。
図３のマップ特性は、ＮＯxセンサ２０，２１の出力に対するＮＯ2比率NO2ratioの影響を試験により検証して設定されたものである。即ち、ＮＯxセンサ２０，２１の出力は排ガス中のＮＯx量が一定であってもＮＯ2比率NO2ratioの増加（ＮＯx中でのＮＯ2の共存）に伴って誤差を生じて次第に低下する特性があり、誤差を含まないＮＯx分析計の値との比（センサ出力/分析計の値）もＮＯ2比率NO2ratioの増加と共に低下する特性となる。
【００２６】
図３のマップは、このようなセンサ出力とＮＯx分析計の値との比を縦軸とし、ＮＯ2比率NO2ratioを横軸として特性を設定されたものであり、縦軸をセンサ出力比inNOX／e/gNOXに代えることにより、センサ出力比inNOX／e/gNOXから正確なＮＯ2比率NO2ratioを導き出している。
ただし、ＮＯ2比率NO2ratioの算出に用いる検出情報は上記ＮＯx量inNOX，e/gNOXに限ることはなく、例えば、これらの検出情報に加えて前段酸化触媒１４から排出されるＮＯx量docNOXを用いるようにしてもよい。本実施形態では、以上のステップＳ４，６の処理を実行するときのＥＣＵ３１がＮＯ2比率判定手段として機能する。
【００２７】
その後、ステップＳ８でＮＯx浄化量NOXを算出する。当該算出処理は、上記したようにＮＯ2比率NO2ratioに基づきＳＣＲ触媒１６上で生起されるＮＯxとアンモニアとの反応を特定し、その反応により浄化されるＮＯx量としてＮＯx浄化量NOXを算出するものであるが、詳細は後述する。
ステップＳ１０では、ステップＳ８で算出したＮＯx浄化量NOXのＮＯxを過不足なく浄化できるアンモニア添加量を算出し、続くステップＳ１２では算出したアンモニア添加量をＳＣＲ触媒１６上に供給可能な尿素水添加量を算出した後、ルーチンを終了する。なお、尿素水添加量の算出はこれに限ることはなく、例えばＮＯx浄化量NOXから尿素水添加量を直接算出するようにしてもよい。
そして、このような手順で算出された尿素水添加量に基づきＥＣＵ３１により電磁弁１９の開度が制御され、噴射ノズル１８から排ガス中に規定量の尿素水が噴射される。
【００２８】
次に、上記ステップＳ８で実行されるＮＯx浄化量NOXの算出処理について説明するが、それに先立ってＳＣＲ触媒１６上で生起されるＮＯxとアンモニアとの反応について述べる。
ＳＣＲ触媒１６上でのＮＯxとアンモニアとの反応は、主に以下の３種の反応式（１）〜（３）に従って生起される。
2ＮＯ＋2ＮＯ2＋4ＮＨ3 →4Ｎ2＋6Ｈ2Ｏ ……（１）
ＮＯ2とＮＨ3とは当mol反応であり、最も反応が早く、以下、この反応をＮＯ＋ＮＯ2反応と称する。
3ＮＯ2＋4ＮＨ3 →3.5Ｎ2＋6Ｈ2Ｏ ……（２）
ＮＯ＋ＮＯ2反応に次いで反応が早く、ＮＯ2とＮＨ3とは当mol反応ではなくＮＨ3が4/3倍必要となる。以下、この反応をＮＯ2反応と称する。
4ＮＯ＋4ＮＨ3 →4Ｎ2＋6Ｈ2Ｏ ……（３）
最も遅い反応であり、以下、この反応をＮＯ反応と称する。
これらの反応をアレニウスの式を用いて解いた。
【００２９】
図５は以上の各反応により浄化できる最大ＮＯx量をＳＣＲ触媒１６の温度毎に表示した試験結果を示す特性図である。同図では、ＮＯ＋ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量をno＋no2NOXmaxで示し、ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量をno2NOXmax、ＮＯ反応による最大ＮＯx浄化量をnoNOXmaxで示している。何れの反応でも触媒温度の上昇に伴って最大ＮＯx浄化量が増加する傾向にあり、且つ触媒温度に関わらず最大ＮＯx浄化量は常にＮＯ＋ＮＯ2反応が最も多く、次いでＮＯ2反応が多く、ＮＯ反応が最も少ない。
以上のようなＳＣＲ触媒１６上での各反応の特性をふまえた上で、上記ステップＳ８のＮＯx浄化量NOXの算出処理を図６に従って説明する。
【００３０】
まず、ステップＳ２２でＮＯ＋ＮＯ2反応によるＮＯx浄化量（以下、ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXと称する）を算出する。続くステップＳ２４ではＮＯ2反応によるＮＯx浄化量（以下、ＮＯ2反応浄化量no2NOXと称する）またはＮＯ反応によるＮＯx浄化量（以下、ＮＯ反応浄化量noNOXと称する）を算出する。なお、以下に述べるようにＮＯ＋ＮＯ2反応がどのようなＮＯ2比率NO2ratioに基づき生起されるかに応じて、ＮＯ2反応及びＮＯ反応は何れも生起されないか何れか一方のみが選択的に生起され、それに応じてＮＯ2反応浄化量no2NOX及びＮＯ反応浄化量noNOXは共に０、若しくは何れか一方が０となる。
【００３１】
その後、ステップＳ２６でＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXとＮＯ2反応浄化量no2NOXまたはＮＯ反応浄化量no2NOXとを加算して全体のＮＯx浄化量NOXを求め、続くステップＳ２８で下流側ＮＯxセンサ２１により検出されたＳＣＲ触媒１６に到達するＮＯx量inNOXを上限として制限した後、ルーチンを終了する。
ステップＳ２６で求めたＮＯx浄化量NOXは現在の触媒温度で各反応により浄化されるＮＯx量の総量であるが、実際にＳＣＲ触媒１６に到達するＮＯx量がそれ未満であれば、ＳＣＲ触媒１６上で浄化されるＮＯx量も到達ＮＯx量inNOXとなるため、ステップＳ２８の制限処理を実行しているのである。
【００３２】
上記ステップＳ２２でＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXの算出処理を開始すると、ＥＣＵ３１は図７のステップＳ３２に移行し、ＮＯ2比率NO2ratioを判定する。ＮＯ2比率NO2ratioが50％以下と判定したときにはステップＳ３４に移行し、次式（４）に従ってＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXを算出する。
no＋no2NOX＝NO2ratio×２×inNOX ……（４）
続くステップＳ３６では、現在のＳＣＲ触媒１６の温度においてＮＯ＋ＮＯ2反応により浄化可能な最大ＮＯx量no＋no2NOXmaxを算出する。最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxは図５に示したＮＯ＋ＮＯ2反応による浄化特性から求めることができる。実際には、当該特性における触媒温度と最大ＮＯx浄化量との関係を表す実験式を予め設定しておき、その実験式に基づき触媒温度から最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxを算出している。
【００３３】
なお、触媒温度は種々の算出手法が周知であり、例えば予め実施した試験によりＳＣＲ触媒１６に流入する排ガス温度と触媒温度との関係を設定し、その特性に基づき温度センサ２２により検出された排ガス温度から触媒温度を推定する。
その後ステップＳ３８では、最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxによりＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXの上限を制限した後、ルーチンを終了する。ステップＳ３４で最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxを超えるＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXが算出されたとしても、実際の反応は最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxに留まり、それ以上の反応は起こらないため、このような場合を想定して最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxによる制限が行われる。
【００３４】
また、上記ステップＳ３２でＮＯ2比率NO2ratioが50％を超えると判定したときにはステップＳ４０に移行し、次式（５）に従ってＮＯx中のNO比率NOratio（ＮＯx中でＮＯが占める割合＝ＮＯ/ＮＯx）を算出し、続くステップＳ４２で次式（６）に従ってＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXを算出する。
NOratio＝1.0−NO2ratio ……（５）
no＋no2NOX＝NOratio×２×inNOX ……（６）
その後、ステップＳ３６，３８を経てＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXの上限を制限してルーチンを終了する。
【００３５】
一方、上記ステップＳ２４でＮＯ反応・ＮＯ2反応浄化量の算出処理を開始すると、ＥＣＵ３１は図８のステップＳ５２に移行し、ＮＯ2比率NO2ratioを判定する。ＮＯ2比率NO2ratioが５０％のときにはそのままルーチンを終了する。即ち、この場合にはＮＯ＋ＮＯ2反応によりＮＯ2とＮＯが全て反応し、ＮＯ2反応及びＮＯ反応が共に生起されないことを受けて、ＮＯ反応浄化量noNOX及びＮＯ2反応浄化量no2NOXは何れも設定されない（noNOX＝no2NOX＝０）。
また、ステップＳ５２でＮＯ2比率NO2ratioが５０％未満であると判定したときには、ステップＳ５４に移行する。この場合にはＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯが残存していることから、以降の処理では残存しているＮＯのＮＯ反応により浄化されるＮＯx量であるＮＯ反応浄化量noNOXを算出する。
【００３６】
まず、ステップＳ５４で次式（７）に従ってＮＯ＋ＮＯ2反応後のＮＯx中のＮＯ比率NOratioを算出し、続くステップＳ５６で次式（８）に従ってＮＯ反応浄化量noNOXを算出する。
NOratio＝1.0−NO2ratio×2 ……（７）
noNOX＝NOratio×inNOX ……（８）
続くステップＳ５８では、現在の触媒温度においてＮＯ反応により浄化可能な最大ＮＯx量noNOXmaxを算出する。この最大ＮＯx浄化量noNOXmaxも上記した最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxと同じく、図５のＮＯ反応による浄化特性から設定した実験式に基づき触媒温度に対応する値として算出される。その後ステップＳ６０では、最大ＮＯx浄化量noNOXmaxによりＮＯ反応浄化量noNOXの上限を制限した後、ルーチンを終了する。
【００３７】
また、ステップＳ５２でＮＯ2比率NO2ratioが50％を超えると判定したときには、ステップＳ６２に移行する。この場合にはＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯ2が残存していることから、以降の処理では残存しているＮＯ2のＮＯ2反応により浄化されるＮＯx量であるＮＯ2反応浄化量no2NOXを算出する。
まず、ステップＳ６２で次式（９）に従ってＮＯ＋ＮＯ2反応後のＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioを算出し、続くステップＳ６４で次式（１０）に従ってＮＯ2反応浄化量no2NOXを算出する。
NO2ratio＝1.0−NOratio×2 ……（９）
noNOX＝NOratio×inNOX ……（１０）
【００３８】
続くステップＳ６６では、現在の触媒温度においてＮＯ2反応により浄化可能な最大ＮＯx量no2NOXmaxを算出する。この最大ＮＯx浄化量no2NOXmaxも上記した最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxと同じく、図５のＮＯ2反応による浄化特性から設定した実験式に基づき触媒温度に対応する値として算出される。その後ステップＳ６８では、最大ＮＯx浄化量no2NOXmaxによりＮＯ2反応浄化量no2NOXの上限を制限した後、ルーチンを終了する。
本実施形態では、図７のステップＳ３２，３４，４０，４２、図８のステップＳ５２，５４，５６，６２，６４を実行するときのＥＣＵ３１がＮＯx浄化量算出手段として機能し、図７のステップＳ３６、図８のステップＳ５８，６６を実行するときのＥＣＵ３１が最大ＮＯx浄化量算出手段として機能し、図７のステップＳ３８、図８のステップＳ６０，６８、図６のステップＳ２６，２８、図２のステップＳ１０を実行するときのＥＣＵ３１が添加量算出手段として機能する。
【００３９】
以上のようにしてＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOX、ＮＯ2反応浄化量no2NOX、ＮＯ反応浄化量noNOXが算出され、図６のステップＳ２６では、これらの値を加算して全体のＮＯx浄化量NOXが求められ、このＮＯx浄化量NOXに基づき図２のステップＳ１０でアンモニア添加量が、ステップＳ１２で尿素水添加量が算出される。
次に、以上のＥＣＵ３１の処理に基づくＮＯx浄化量NOXの算出処理を、ＮＯ2比率NO2ratioに応じて場合分けして説明する。
今、仮にＳＣＲ触媒１６に到達したときの排ガス中のＮＯx量がαｇ/ｈであり、図５の特性図において触媒温度がＸのとき、ＮＯ＋ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxがαｇ/ｈ、ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量no2NOXmaxがβｇ/ｈ、ＮＯ反応による最大ＮＯx浄化量noNOXmaxがγｇ/ｈであるものとする。なお、図９〜１０は、全ＮＯx量に対するＮＯ2及びＮＯの比率を反応順序と共に表した模式図である。
【００４０】
まず、図９に示すようにＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioが25％である場合を説明する。ＮＯx中のＮＯに対してＮＯ2が不足しているため、図中にハッチングで示すように、最初に最も早いＮＯ＋ＮＯ2反応に従って25％に相当するＮＯ2が同量のＮＯと反応する。これに対応して図７のステップＳ３４では、ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXとしてα/2ｇ/ｈが算出される。
なお、ＮＯ＋ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxはαｇ/ｈであるため、ステップＳ３８ではＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXに対する制限は行われない。
【００４１】
ＮＯ＋ＮＯ2反応後にはＮＯがα/2ｇ/ｈ残存しているため、図８のステップＳ５６ではＮＯ反応浄化量noNOXとしてα/2ｇ/ｈが算出される。ＮＯ反応による最大ＮＯx浄化量noNOXmaxはγ（＜α/2）ｇ/ｈであるため、アンモニアとの反応により浄化されるのはα/2ｇ/ｈの内のγｇ/ｈのみとなり、これを受けてステップＳ６０ではＮＯ反応浄化量noNOXがγｇ/ｈに制限される。
結果としてＮＯ＋ＮＯ2反応及びＮＯ反応により合計でα/2＋γｇ/ｈのＮＯxを浄化できる。
【００４２】
次に、図１０に示すようにＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioが75％である場合を説明する。ＮＯx中のＮＯ2に対してＮＯが不足しているため、図中にハッチングで示すように、最初にＮＯ＋ＮＯ2反応に従って25％に相当するα/4ｇ/ｈのＮＯが同量のＮＯ2と反応する。これに対応して図７のステップＳ４２では、ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXとしてα/2ｇ/ｈが算出される。なお、最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxによる制限が行われないことは上記と同様である。
【００４３】
ＮＯ＋ＮＯ2反応後にはＮＯ2がα/2ｇ/ｈ残存しているため、図８のステップＳ６４ではＮＯ2反応浄化量no2NOXとしてα/2ｇ/ｈが算出される。しかし、ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量no2NOXmaxはβ（＜α/2）ｇ/ｈであるため、アンモニアとの反応により浄化されるのはα/2ｇ/ｈの内のβｇ/ｈのみとなり、これを受けてステップＳ６８ではＮＯ2反応浄化量no2NOXがβｇ/ｈに制限される。結果としてＮＯ＋ＮＯ2反応及びＮＯ2反応により合計でα/2＋βｇ/ｈのＮＯxを浄化できる。
【００４４】
次に、図１１に示すようにＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioが50％である場合を説明する。ＮＯx中のＮＯ2及びＮＯは反応に対して過不足ないため、図中にハッチングで示すように、ＮＯ＋ＮＯ2反応に従って50％に相当するα/2ｇ/ｈのＮＯが同量のＮＯ2と反応する。これに対応して図７のステップＳ３４では、ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXとしてαｇ/ｈが算出される。ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXはＮＯ＋ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxであるαｇ/ｈと一致するため、ステップＳ３８ではＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXに対する制限は行われない。
ＮＯ＋ＮＯ2反応により全てのＮＯxが浄化され、その後、ＮＯ2反応及びＮＯ反応は何れも生起されない。結果としてＮＯ＋ＮＯ2反応だけでαｇ/ｈのＮＯxを浄化でき、図８ではＮＯ反応浄化量noNOXやＮＯ2反応浄化量no2NOXの算出処理は行われず、図６のステップＳ２６で全体のＮＯx浄化量NOXとしてαｇ/ｈが算出され、ＮＯx浄化率は100％となる。
【００４５】
以上のように本実施形態の内燃機関１の排気浄化装置では、排ガスに含まれるＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioに基づき、ＳＣＲ触媒１６上でＮＯxとアンモニアとが反応式（１）〜（３）の内の何れに従って反応するかを特定し、生起される各反応によるＮＯx浄化量no＋no2NOX, noNOX, no2NOXを算出して、これらのＮＯx浄化量NOXの上限を触媒温度から求めた最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmax, noNOXmax, no2NOXmaxに基づき制限した上で、制限後のＮＯx浄化量no＋no2NOX, noNOX, no2NOXを加算して全体のＮＯx浄化量NOXを算出し、このＮＯx浄化量NOXに基づきアンモニア添加量、ひいては尿素添加量を算出するようにした。
【００４６】
このようにＳＣＲ触媒１６上で実際に生起されるＮＯxとアンモニアとの反応をＮＯ2比率NO2ratioから特定し、この反応に基づきＮＯx浄化量NOXを算出しているため、ＳＣＲ触媒１６上で浄化される現実に即したＮＯx浄化量NOXを求めることができ、このＮＯx浄化量NOXから正確なアンモニア添加量、ひいては正確な尿素添加量を算出して、常に適切な量のアンモニアをＮＯx浄化のためにＳＣＲ触媒１６上に供給することができる。よって、アンモニア添加量の過不足による不具合、例えばアンモニアスリップによる無用なアンモニアの消費、或いはアンモニア添加量の不足によるＮＯx浄化率の低下などの不具合を未然に防止することができる。
【００４７】
また、ＮＯ2比率NO2ratioを算出するための検出情報として、基本的にＮＯ2を含まないエンジンアウトのＮＯx量e/gNOX、及びＮＯ2を含み実際にＳＣＲ触媒１６に到達するＮＯx量inNOXを用いており、しかも、NO2比率NO2ratioの増加に応じて次第に出力低下するＮＯxセンサ２０，２１の特性を利用し、この特性に基づき設定した図３のＮＯ2比率演算マップに従ってセンサ出力比inNOX／e/gNOXからＮＯ2比率NO2ratioを求めている。よって、常に正確なＮＯ2比率NO2ratioを算出でき、ひいては当該ＮＯ2比率NO2ratioに基づきＳＣＲ触媒１６上での反応を適切に特定して、ＮＯx浄化量MOXの算出処理を一層適切なものとすることができる。
【００４８】
ところで、本発明者は、ＮＯxに対する尿素水の当量比とＮＯx浄化率との関係を試験により検証した結果、ＮＯx浄化率に対してＮＯxに対する尿素水の当量比が必ずしも整合しないことを見出した。
この試験結果を図１２に示すが、破線で示すように理論的にはＮＯxに対する尿素水の当量比1.0で100％のＮＯx浄化率が得られるはずにも拘わらず、実際にはＮＯx浄化率100％を達成するには、実線で示すように当量比を1.05〜1.15まで増加（アンモニア増方向）する必要があることが判る。このような現象の要因は、噴射ノズル１８から噴射された尿素水の一部がアンモニアとしてＳＣＲ触媒１６に到達するまでに排ガス中のＯ2（酸素）との反応で消費され、実際にＮＯx浄化に貢献するアンモニアが目減りするためであると推測される。
【００４９】
このときのＯ2とアンモニアとの反応としては、以下のものがある。
3Ｏ2＋4ＮＨ3 →2Ｎ2＋6Ｈ2Ｏ ……（１１）
4Ｏ2＋4ＮＨ4 →2Ｎ2Ｏ＋6Ｈ2Ｏ ……（１２）
5Ｏ2＋4ＮＨ3 →4ＮＯ＋6Ｈ2Ｏ ……（１３）
7Ｏ2＋4ＮＨ4 →4ＮＯ2＋6Ｈ2Ｏ ……（１４）
4ＮＯ＋3Ｏ2＋4ＮＨ3 →4Ｎ2Ｏ＋6Ｈ2Ｏ ……（１５）
Ｏ2との反応により消費されるアンモニアの量は、排ガス中のＯ2量に応じて変化する。そこで、予め試験を実施して排ガス中に含まれるＯ2量とＯ2反応により消費されるアンモニア量との関係を設定しておき、例えば内燃機関１の運転状態に基づき排ガス中のＯ2量を推定し、推定したＯ2量からアンモニア消費量を算出して、図２のステップＳ１０で求めたアンモニア添加量にアンモニア消費量を加算すればよい。或いは、図１２の特性に基づきＮＯx浄化率100％を達成するための当量比を内燃機関１の運転領域毎に設定し（例えば上記1.05〜1.15の範囲内で設定）、運転領域に対応した当量比を図２のステップＳ８で求めたアンモニア添加量に乗算してもよい。
【００５０】
何れの場合もアンモニア添加量が増加補正されることによりＯ2との反応によるアンモニアの消費分が補われるため、一層正確なアンモニア添加量を算出することができる。この別例では、上記したＯ2量からアンモニア消費量を算出する処理、或いは図１２の特性に基づき当量比を算出する処理を実行するときのＥＣＵ３１がアンモニア消費量算出手段として機能し、求めたアンモニア消費量や当量比に基づきアンモニア添加量を増加補正する処理を実行するときのＥＣＵ３１が添加量算出手段として機能する。
【００５１】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではコモンレール式ディーゼル機関１を対象とした排気浄化装置に具体化したが、内燃機関１の種別はこれに限ることはなく、例えばコモンレールを備えないディーゼル機関、或いは希薄燃焼を行うガソリン機関などに適用するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、前段酸化触媒１４及びＤＰＦ１５を備えたが、これらを省略してもよいし、上流側ＮＯxセンサ２０により検出されるＮＯx量e/gNOXに代えて、内燃機関１の運転状態に基づきＮＯx量e/gNOXを求めてＮＯ2比率NO2ratioの算出に用いるようにしてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、ＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioに基づきＳＣＲ触媒１６上の反応を特定したが、ＮＯ2比率NO2ratioと相関するＮＯ比率NOratio（＝1.0−NO2ratio）からも反応を特定でき、この場合も実質的にはＮＯ2比率NO2ratioを指標とする処理と相違ない。よって、本発明は、このようなＮＯ2比率NO2ratio代えてＮＯ比率NOratioを指標としてＳＣＲ触媒１６上の反応を特定する場合も含むものとする。
【符号の説明】
【００５３】
１ 内燃機関、
１４ 前段酸化触媒
１５ ＤＰＦ（フィルタ）
１６ ＳＣＲ触媒（ＮＯx触媒）
１８ 噴射ノズル（アンモニア添加手段）
３１ ＥＣＵ（ＮＯ2比率判定手段、ＮＯx浄化量算出手段、
最大ＮＯx浄化量算出手段、添加量算出手段、アンモニア消費量算出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは尿素（アンモニア（ＮＨ3））を還元剤として添加して排ガス中のＮＯxをＮＯx触媒で浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関（エンジン）の排気通路にＮＯx浄化用のＮＯx触媒を配した車両が実用化されている。特に、ディーゼルエンジンでは、燃焼がリーン空燃比の下で実施されるため、排気中の酸素（Ｏ2）量が多く、ガソリンエンジンで実用化されている三元触媒は機能せず、種々のディーゼルエンジン用ＮＯx触媒が開発されている。
その一つとして、最近では、定地式ディーゼルエンジンで実用化されている還元剤としてアンモニアを添加する構成のアンモニア添加式ＮＯx触媒（選択還元型ＳＣＲ触媒であり、以下、ＳＣＲ触媒と称する）が車両用に開発されつつある。この種のＳＣＲ触媒では、触媒上に添加されたアンモニアによってＮＯxが窒素（Ｎ2）及びＨ2Ｏに還元されるように反応が進行する。
【０００３】
アンモニア添加量の過剰は、ＮＯx浄化に消費されなかった余剰アンモニアが大気中に排出される所謂アンモニアスリップを生じ、アンモニア添加量の不足は、ＮＯx浄化率の低下を生じる。そこで、これらの不具合を防止すべく、アンモニア添加量を適切に制御するための種々の手法が提案されている。例えば、ＳＣＲ触媒の温度とＮＯx浄化率との間の相関性に着目し、その特性に従って予め設定した浄化率マップに基づき触媒温度からアンモニア添加量を算出したり、或いは触媒温度と排気流量とからアンモニア添加量を算出したりする技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２７２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＳＣＲ触媒のＮＯx浄化反応は浄化率という単純な比率を用いて触媒温度や排気流量から正確に特定できる性質のものではなく、例えば同一触媒温度でもエンジンの回転速度や負荷に応じて変動し、それに伴って添加すべき最適なアンモニア添加量も変化する。このため、特許文献１に記載された排気浄化装置では適切な量のアンモニアをＳＣＲ触媒に供給できない場合があり、アンモニア添加量が過剰なときのアンモニアスリップに起因して無用なアンモニア消費を促進させたり、逆にアンモニア添加量の不足によりＮＯx浄化率が低下したりして、今ひとつ改良の余地があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、アンモニアを還元剤として添加するＳＣＲ触媒を備え、ＳＣＲ触媒へのアンモニア添加量を浄化率に基づき制御するのではなく、化学反応に基づいて各種ＳＣＲ反応の試験結果をアレニウスの式で解き、それらから求めた反応可能な浄化量に基づいてアンモニア添加量を適切に制御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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の排気通路に介装され、排ガス中のＮＯxを浄化可能なＮＯx触媒と、ＮＯx触媒の排気上流側に設けられ、ＮＯx触媒に還元剤としてアンモニアを添加するアンモニア添加手段と、ＮＯx触媒に到達するＮＯx中のＮＯ2比率を判定するＮＯ2比率判定手段と、ＮＯ2比率判定手段により判定されたＮＯ2比率に基づき、ＮＯxとアンモニアとの異なる反応式に従った複数の反応からＮＯx触媒上で生起される反応を特定し、特定した反応によりＮＯx触媒上で浄化されるＮＯx量を算出するＮＯx浄化量算出手段と、ＮＯx浄化量算出手段により特定されたＮＯxとアンモニアとの反応によりＮＯx触媒上で浄化可能な最大ＮＯx量をＮＯx触媒の温度と排ガス流量とに基づき算出する最大ＮＯx浄化量算出手段と、最大ＮＯx浄化量算出手段により算出された最大ＮＯx浄化量を上限としてＮＯx浄化量算出手段により算出されたＮＯx浄化量を制限し、制限後のＮＯx浄化量に基づきアンモニア添加手段によるアンモニアの添加量を算出する添加量算出手段とを備えたものである。または、それぞれの反応から求められた浄化量を予め算出しマップ化してもよい。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、ＮＯxとアンモニアとが反応するときの複数の反応として、ＮＯ2及びＮＯとアンモニアとのＮＯ＋ＮＯ2反応、ＮＯ2とアンモニアとのＮＯ2反応、ＮＯとアンモニアとのＮＯ反応が予め設定され、ＮＯx浄化量算出手段が、ＮＯ2比率に基づきＮＯ＋ＮＯ2反応によるＮＯx浄化量をＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量として算出し、ＮＯ2比率に基づきＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯ2が残存すると判定したときには、残存したＮＯ2のＮＯ2反応によるＮＯx浄化量をＮＯ2反応浄化量として算出する一方、ＮＯ2比率に基づきＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯが残存すると判定したときには、残存したＮＯのＮＯ反応によるＮＯx浄化量をＮＯ反応浄化量として算出し、最大ＮＯx浄化量算出手段が、ＮＯ＋ＮＯ2反応により浄化可能な最大ＮＯx浄化量、及びＮＯ2反応またはＮＯ反応により浄化可能な最大ＮＯx浄化量を算出し、添加量算出手段が、ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量をＮＯ＋ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量で制限する共に、ＮＯ2反応浄化量をＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量で制限するか、またはＮＯ反応浄化量をＮＯ反応による最大ＮＯx浄化量で制限し、制限後のＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量に制限後のＮＯ2反応浄化量またはＮＯ反応浄化量を加算して全体のＮＯx浄化量を算出するものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１または２において、排気通路の上記ＮＯx触媒の排気上流側には、排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及びフィルタの排気上流側で排ガス中のＮＯからＮＯ2を生成する前段酸化触媒が介装され、ＮＯ2比率判定手段が、前段酸化触媒の排気上流側に設けられた上流側ＮＯxセンサにより検出されたＮＯx量、及びフィルタの排気下流側に設けられた下流側ＮＯxセンサにより検出されたＮＯx量のそれぞれの差分に基づきＮＯx中のＮＯ2比率を判定するものである。または精度は低下するが、前段酸化触媒の反応を予め数値化し、ＮＯ2比率を求めてもよい。
請求項４の発明は、請求項１乃至３において、排気通路を流通する排ガス中のＯ2量に基づき、Ｏ2との反応により消費されるアンモニア量を算出するアンモニア消費量算出手段を備え、添加量算出手段が、アンモニア消費量算出手段により算出されたアンモニア消費量に基づきアンモニア添加量を増加側に補正するものである。
請求項５の発明は、請求項１乃至４において、添加量算出手段が、最大ＮＯx浄化量に基づく制限に加えて、ＮＯx触媒に到達するＮＯx量を上限としてＮＯx浄化量を制限するものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように請求項１の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯx触媒に到達するＮＯx中のＮＯ2比率をＮＯ2比率判定手段により判定し、この判定したＮＯ2比率に基づき、排ガス中のＮＯxとアンモニアとの複数の反応からＮＯx触媒上で生起される反応をＮＯx浄化量算出手段により特定して、この反応により浄化されるＮＯx量を算出する一方、触媒温度に基づき最大ＮＯx浄化量算出手段により算出された最大ＮＯx量を上限としてＮＯx浄化量を制限し、制限後のＮＯx浄化量に基づきアンモニア添加手段が添加すべきアンモニア添加量を添加量算出手段により算出するようにした。
【００１０】
このようにＮＯx触媒上で実際に生起されるＮＯxとアンモニアとの反応をＮＯ2比率から特定し、この反応に基づきＮＯx浄化量を算出しているため、ＮＯx触媒上で浄化される現実に即したＮＯx浄化量を求めることができる。よって、このＮＯx浄化量から正確なアンモニア添加量を算出して、常に適切な量のアンモニアをＮＯx浄化のためにＮＯx触媒上に供給でき、アンモニア添加量の過不足による不具合を未然に防止することができる。
【００１１】
請求項２の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、まず、ＮＯ2比率に基づきＮＯ＋ＮＯ2反応によるＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量を算出し、ＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯ2が残存すると判定したときには、残存したＮＯ2のＮＯ2反応によるＮＯ2反応浄化量を算出する一方、ＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯが残存すると判定したときには、残存したＮＯのＮＯ反応によるＮＯ反応浄化量を算出し、これらのＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量、ＮＯ2反応浄化量、ＮＯ反応浄化量を対応する最大ＮＯx浄化量で制限した上で、ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量にＮＯ2反応浄化量またはＮＯ反応浄化量を加算して全体のＮＯx浄化量を算出するようにした。
【００１２】
ＮＯx触媒上では、ＮＯ＋ＮＯ2反応が最も早く生起され、次いでＮＯ2反応が早く、ＮＯ反応が最も遅い。このため、まずＮＯ＋ＮＯ2反応によるＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量を算出し、ＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯ2とＮＯとの何れが残存するかに応じてＮＯ2反応によるＮＯ2反応浄化量、またはＮＯ反応によるＮＯ反応浄化量を算出し（残存しない場合は０）、算出したＮＯ2反応浄化量またはＮＯ反応浄化量をＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量に加算すれば、より現実に即したＮＯx浄化量を求めることができる。
【００１３】
請求項３の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１または２に加えて、前段酸化触媒の排気上流側に設けられた上流側ＮＯxセンサによるＮＯx値量、及びフィルタの排気下流側に設けられた下流側ＮＯxセンサによるＮＯx値量に基づき、それぞれの値の差分からＮＯ2比率判定手段がＮＯ2比率を判定するようにした。
このように、ＮＯ2比率を判定するための検出情報として、前段酸化触媒の排気上流側の基本的にＮＯ2を含まないエンジンアウトのＮＯx量、及びフィルタの排気下流側のＮＯ2を含み実際にＮＯx触媒に到達するＮＯx量を用いるため、正確なＮＯ2比率、ひいては一層正確なアンモニア添加量を算出することができる。
【００１４】
請求項４の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１乃至３に加えて、アンモニア消費量算出手段により算出されたアンモニア消費量に基づき、添加量算出手段がアンモニア添加量を増加側に補正するようにした。このように、Ｏ2との反応により消費されるアンモニア量を考慮してアンモニア添加量を補正するため、一層正確なアンモニア添加量を算出することができる。
請求項５の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１乃至４に加えて、ＮＯx触媒に到達するＮＯx量を上限としてＮＯx浄化量を制限するようにした。実際にＮＯx触媒に到達するＮＯx量がＮＯx浄化量未満であれば、ＮＯx触媒上で浄化されるＮＯx量もＮＯx触媒に到達するＮＯx量となるため、一層正確なＮＯx浄化量を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態の内燃機関の排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する尿素噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】センサ出力比からＮＯ2比率を算出するためのＮＯ2比率演算マップを示す図である。
【図４】ＮＯ2比率を前段酸化触媒の温度毎に表示した試験結果を示す特性図である。
【図５】各反応での最大ＮＯx浄化量をＳＣＲ触媒の温度毎に表示した試験結果を示す特性図である。
【図６】ＥＣＵが実行するＮＯx浄化量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】ＥＣＵが実行するＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】ＥＣＵが実行するＮＯ反応・ＮＯ2反応浄化量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】ＮＯ2比率が25％のときの反応順序を示す模式図である。
【図１０】ＮＯ2比率が75％のときの反応順序を示す模式図である。
【図１１】ＮＯ2比率が50％のときの反応順序を示す模式図である。
【図１２】ＮＯxに対する尿素水の当量比とＮＯx浄化率との関係の試験結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した内燃機関の排気浄化装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の内燃機関の排気浄化装置を示す全体構成図であり、内燃機関１は直列６気筒ディーゼル機関として構成されている。内燃機関１の各気筒には燃料噴射弁２が設けられ、各燃料噴射弁２は共通のコモンレール３から加圧燃料を供給され、機関の運転状態に応じたタイミングで開弁して各気筒の筒内に燃料を噴射する。
内燃機関１の吸気側には吸気マニホールド４が装着され、吸気マニホールド４に接続された吸気通路５には、上流側よりエアクリーナ６、ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａ、インタクーラ８が設けられている。また、内燃機関１の排気側には排気マニホールド９が装着され、排気マニホールド９には上記コンプレッサ７ａと同軸上に連結されたターボチャージャ７のタービン７ｂを介して排気通路１０が接続されている。
【００１７】
内燃機関１の運転中にエアクリーナ６を経て吸気通路５内に導入された吸気はターボチャージャ７のコンプレッサ７ａにより加圧された後にインタクーラ８、吸気マニホールド４を経て各気筒に分配され、各気筒の吸気行程で筒内に導入される。筒内では所定のタイミングで燃料噴射弁２から燃料が噴射されて圧縮上死点近傍で着火・燃焼し、燃焼後の排ガスは排気マニホールド９を経てタービン７ｂを回転駆動した後に排気通路１０を経て外部に排出される。
上記排気通路１０には円筒状の上流側ケーシング１１及び下流側ケーシング１２が設けられ、両ケーシング１１，１２は小径の筒状をなす絞り部１３により連結されている。上流側ケーシング１１内には前段酸化触媒１４及びＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）１５が収容され、下流側ケーシング１２内には選択還元型ＳＣＲ触媒（アンモニア添加式ＮＯx触媒）１６及び後段酸化触媒１７が収容され、絞り部１３には尿素水噴射用の噴射ノズル１８（アンモニア添加手段）が設置されている。
【００１８】
噴射ノズル１８の先端は絞り部１３内の中心に位置し、噴射ノズル１８の基端は絞り部１３の外周に設置された電磁弁１９に接続されている。電磁弁１９には図示しない尿素タンクから所定圧の尿素水が供給されており、尿素水は電磁弁１９の開閉に応じて噴射ノズル１８の先端から放射状に噴射される。
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（エンジン制御ユニット）３１が設置されている。
【００１９】
ＥＣＵ３１の入力側には、前段酸化触媒１４の上流側に設置されてエンジンアウトのＮＯx量e/gNOXを検出する上流側ＮＯxセンサ２０、ＤＰＦ１５の下流側に設置されてＤＰＦアウトのＮＯx量、換言すればＳＣＲ触媒１６に到達するＮＯx量inNOXを検出する下流側ＮＯxセンサ２１、及びＳＣＲ触媒１６の上流側に設置されてＳＣＲ触媒１６に流入する排ガスの温度を検出する温度センサ２２などの各種センサ類が接続され、ＥＣＵ３１の出力側には、上記燃料噴射弁２及び噴射ノズル１８の電磁弁１９などの各種デバイス類が接続されている。
例えばＥＣＵ３１は、エンジン回転速度Ｎe及びアクセル操作量θaccから図示しないマップに従って燃料噴射量を設定し、エンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量から図示しないマップに従って燃料噴射時期を設定し、これらの燃料噴射量及び燃料噴射時期に基づいて燃料噴射弁２を駆動制御して内燃機関１を運転する。
【００２０】
内燃機関１の運転中において、内燃機関１から排出された排ガスは排気マニホールド９及び排気通路１０を経て上流側ケーシング１１内に導入され、前段酸化触媒１４を経てＤＰＦ１５を流通する際に含有しているＰＭ（パティキュレートマター）を捕集される。その後、排ガスは絞り部１３内を流通する過程で噴射ノズル１８から噴射された尿素水と混合し、排気熱及び排ガス中の水蒸気により尿素水は加水分解されてアンモニア（ＮＨ3）を生成する。そして、生成されたアンモニアによりＳＣＲ触媒１６上で排ガス中のＮＯxが無害なＮ２に還元されてＮＯxの浄化が行われる一方、このときの余剰アンモニアが後段酸化触媒１７によりＮＯに酸化されて処理される。
【００２１】
また、前段酸化触媒１４では排ガス中のＮＯ（一酸化窒素）から酸化反応によりＮＯ２（二酸化窒素）が生成され、生成されたＮＯ2の酸化反応によりＤＰＦ１５に捕集されたＰＭが連続的に焼却除去されてＤＰＦ１５の再生が図られる（連続再生）。この連続再生作用は、排気温が低い低速走行では十分に得られずにＤＰＦ１５のＰＭ捕集量は次第に増加する。その対策として、ＥＣＵ３１は現在のＤＰＦ１５上のＰＭ捕集量を逐次推定し、ＰＭ捕集量が予め設定された所定値を越えると、ポスト噴射により排気通路１０に未燃燃料を供給して前段酸化触媒１４上で酸化反応させ、このときの反応熱によりＤＰＦ１５上のＰＭを強制的に燃焼させる（強制再生）。
【００２２】
ところで、従来技術として説明した特許文献１の発明では、触媒温度とＮＯx浄化率との相関性に基づき設定した浄化率マップを用いてアンモニア添加量を算出しているが、同一触媒温度でもエンジンの回転速度や負荷に応じて最適なアンモニア添加量が相違することから、アンモニア添加量の過不足を生じるという問題があった。
本発明者は、ＳＣＲ触媒１６上でＮＯxとアンモニアが主に３種の反応式の内の何れかに従って反応し、ＳＣＲ触媒１６の温度やエンジンアウトのＮＯx量などの諸条件が同一であったとしても、ＳＣＲ触媒１６上で生起されるＮＯxとアンモニアとの反応に応じてＮＯx浄化量が相違してくること、及びＮＯxとアンモニアとが何れの反応式に従って反応するかは、ＳＣＲ触媒１６上に到達するＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratio（ＮＯx中でＮＯ2が占める割合＝ＮＯ2/ＮＯx）に依存することを見出した。
【００２３】
そこで、本発明では、ＮＯ2比率NO2ratioに基づきＳＣＲ触媒１６上で生起されるＮＯxとアンモニアとの反応を特定し、それぞれの反応により浄化されるＮＯx浄化量を算出し、算出したＮＯx浄化量を加算した値に対応してアンモニア添加量を算出しており、以下、当該アンモニア添加量の算出処理について詳述する。
ＥＣＵ３１は内燃機関１の運転中に図２に示す尿素噴射量算出ルーチンを所定の制御インターバルで実行している。まず、ステップＳ２で各種センサの検出情報を入力し、続くステップＳ４で上流側ＮＯxセンサ２０と下流側ＮＯxセンサ２１との出力比inNOX／e/gNOXを算出する。その後、ステップＳ６で図３に示すＮＯ2比率演算マップに従ってセンサ出力比inNOX／e/gNOXからＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioを算出する。
【００２４】
ここで、エンジンアウトのＮＯxは基本的にＮＯ2を含まず、前段酸化触媒１４上でＮＯ2が生成され、そのＮＯ2の一部がＤＰＦ１５上で連続再生のために消費され、残りのＮＯ2がＮＯxに含まれてＳＣＲ触媒１６上に到達する。例えば前段酸化触媒１４のＮＯ2生成量は温度に応じて変化するため、図４に示すようにＮＯ2比率NO2ratioは前段酸化触媒１４の温度に依存することになり、同様に前段酸化触媒１４の劣化状態もＮＯ2生成量、ひいてはＮＯ2比率NO2ratioに影響を及ぼす。また、前段酸化触媒１４のＮＯ2生成量が同一であったとしても、エンジンアウトのＮＯx量が増減すればＮＯ2比率NO2ratioは変化する。
【００２５】
このような種々の要因によりＮＯ2比率NO2ratioの正確な推定は困難となるが、ＮＯ2比率NO2ratioに応じて上記のようにＳＣＲ触媒１６上での反応も変化することから、正確なＮＯ2比率NO2ratioを求めることはＮＯx浄化量算出のための必須の要件となる。そこで、上記ステップＳ８では、基本的にＮＯ2を含まないエンジンアウトのＮＯx量e/gNOX、及びＮＯ2を含み実際にＳＣＲ触媒１６に到達するＮＯx量inNOXに基づきＮＯ2比率NO2ratioを求めている。
図３のマップ特性は、ＮＯxセンサ２０，２１の出力に対するＮＯ2比率NO2ratioの影響を試験により検証して設定されたものである。即ち、ＮＯxセンサ２０，２１の出力は排ガス中のＮＯx量が一定であってもＮＯ2比率NO2ratioの増加（ＮＯx中でのＮＯ2の共存）に伴って誤差を生じて次第に低下する特性があり、誤差を含まないＮＯx分析計の値との比（センサ出力/分析計の値）もＮＯ2比率NO2ratioの増加と共に低下する特性となる。
【００２６】
図３のマップは、このようなセンサ出力とＮＯx分析計の値との比を縦軸とし、ＮＯ2比率NO2ratioを横軸として特性を設定されたものであり、縦軸をセンサ出力比inNOX／e/gNOXに代えることにより、センサ出力比inNOX／e/gNOXから正確なＮＯ2比率NO2ratioを導き出している。
ただし、ＮＯ2比率NO2ratioの算出に用いる検出情報は上記ＮＯx量inNOX，e/gNOXに限ることはなく、例えば、これらの検出情報に加えて前段酸化触媒１４から排出されるＮＯx量docNOXを用いるようにしてもよい。本実施形態では、以上のステップＳ４，６の処理を実行するときのＥＣＵ３１がＮＯ2比率判定手段として機能する。
【００２７】
その後、ステップＳ８でＮＯx浄化量NOXを算出する。当該算出処理は、上記したようにＮＯ2比率NO2ratioに基づきＳＣＲ触媒１６上で生起されるＮＯxとアンモニアとの反応を特定し、その反応により浄化されるＮＯx量としてＮＯx浄化量NOXを算出するものであるが、詳細は後述する。
ステップＳ１０では、ステップＳ８で算出したＮＯx浄化量NOXのＮＯxを過不足なく浄化できるアンモニア添加量を算出し、続くステップＳ１２では算出したアンモニア添加量をＳＣＲ触媒１６上に供給可能な尿素水添加量を算出した後、ルーチンを終了する。なお、尿素水添加量の算出はこれに限ることはなく、例えばＮＯx浄化量NOXから尿素水添加量を直接算出するようにしてもよい。
そして、このような手順で算出された尿素水添加量に基づきＥＣＵ３１により電磁弁１９の開度が制御され、噴射ノズル１８から排ガス中に規定量の尿素水が噴射される。
【００２８】
次に、上記ステップＳ８で実行されるＮＯx浄化量NOXの算出処理について説明するが、それに先立ってＳＣＲ触媒１６上で生起されるＮＯxとアンモニアとの反応について述べる。
ＳＣＲ触媒１６上でのＮＯxとアンモニアとの反応は、主に以下の３種の反応式（１）〜（３）に従って生起される。
2ＮＯ＋2ＮＯ2＋4ＮＨ3 →4Ｎ2＋6Ｈ2Ｏ ……（１）
ＮＯ2とＮＨ3とは当mol反応であり、最も反応が早く、以下、この反応をＮＯ＋ＮＯ2反応と称する。
3ＮＯ2＋4ＮＨ3 →3.5Ｎ2＋6Ｈ2Ｏ ……（２）
ＮＯ＋ＮＯ2反応に次いで反応が早く、ＮＯ2とＮＨ3とは当mol反応ではなくＮＨ3が4/3倍必要となる。以下、この反応をＮＯ2反応と称する。
4ＮＯ＋4ＮＨ3 →4Ｎ2＋6Ｈ2Ｏ ……（３）
最も遅い反応であり、以下、この反応をＮＯ反応と称する。
これらの反応をアレニウスの式を用いて解いた。
【００２９】
図５は以上の各反応により浄化できる最大ＮＯx量をＳＣＲ触媒１６の温度毎に表示した試験結果を示す特性図である。同図では、ＮＯ＋ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量をno＋no2NOXmaxで示し、ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量をno2NOXmax、ＮＯ反応による最大ＮＯx浄化量をnoNOXmaxで示している。何れの反応でも触媒温度の上昇に伴って最大ＮＯx浄化量が増加する傾向にあり、且つ触媒温度に関わらず最大ＮＯx浄化量は常にＮＯ＋ＮＯ2反応が最も多く、次いでＮＯ2反応が多く、ＮＯ反応が最も少ない。
以上のようなＳＣＲ触媒１６上での各反応の特性をふまえた上で、上記ステップＳ８のＮＯx浄化量NOXの算出処理を図６に従って説明する。
【００３０】
まず、ステップＳ２２でＮＯ＋ＮＯ2反応によるＮＯx浄化量（以下、ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXと称する）を算出する。続くステップＳ２４ではＮＯ2反応によるＮＯx浄化量（以下、ＮＯ2反応浄化量no2NOXと称する）またはＮＯ反応によるＮＯx浄化量（以下、ＮＯ反応浄化量noNOXと称する）を算出する。なお、以下に述べるようにＮＯ＋ＮＯ2反応がどのようなＮＯ2比率NO2ratioに基づき生起されるかに応じて、ＮＯ2反応及びＮＯ反応は何れも生起されないか何れか一方のみが選択的に生起され、それに応じてＮＯ2反応浄化量no2NOX及びＮＯ反応浄化量noNOXは共に０、若しくは何れか一方が０となる。
【００３１】
その後、ステップＳ２６でＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXとＮＯ2反応浄化量no2NOXまたはＮＯ反応浄化量no2NOXとを加算して全体のＮＯx浄化量NOXを求め、続くステップＳ２８で下流側ＮＯxセンサ２１により検出されたＳＣＲ触媒１６に到達するＮＯx量inNOXを上限として制限した後、ルーチンを終了する。
ステップＳ２６で求めたＮＯx浄化量NOXは現在の触媒温度で各反応により浄化されるＮＯx量の総量であるが、実際にＳＣＲ触媒１６に到達するＮＯx量がそれ未満であれば、ＳＣＲ触媒１６上で浄化されるＮＯx量も到達ＮＯx量inNOXとなるため、ステップＳ２８の制限処理を実行しているのである。
【００３２】
上記ステップＳ２２でＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXの算出処理を開始すると、ＥＣＵ３１は図７のステップＳ３２に移行し、ＮＯ2比率NO2ratioを判定する。ＮＯ2比率NO2ratioが50％以下と判定したときにはステップＳ３４に移行し、次式（４）に従ってＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXを算出する。
no＋no2NOX＝NO2ratio×２×inNOX ……（４）
続くステップＳ３６では、現在のＳＣＲ触媒１６の温度においてＮＯ＋ＮＯ2反応により浄化可能な最大ＮＯx量no＋no2NOXmaxを算出する。最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxは図５に示したＮＯ＋ＮＯ2反応による浄化特性から求めることができる。実際には、当該特性における触媒温度と最大ＮＯx浄化量との関係を表す実験式を予め設定しておき、その実験式に基づき触媒温度から最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxを算出している。
【００３３】
なお、触媒温度は種々の算出手法が周知であり、例えば予め実施した試験によりＳＣＲ触媒１６に流入する排ガス温度と触媒温度との関係を設定し、その特性に基づき温度センサ２２により検出された排ガス温度から触媒温度を推定する。
その後ステップＳ３８では、最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxによりＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXの上限を制限した後、ルーチンを終了する。ステップＳ３４で最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxを超えるＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXが算出されたとしても、実際の反応は最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxに留まり、それ以上の反応は起こらないため、このような場合を想定して最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxによる制限が行われる。
【００３４】
また、上記ステップＳ３２でＮＯ2比率NO2ratioが50％を超えると判定したときにはステップＳ４０に移行し、次式（５）に従ってＮＯx中のNO比率NOratio（ＮＯx中でＮＯが占める割合＝ＮＯ/ＮＯx）を算出し、続くステップＳ４２で次式（６）に従ってＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXを算出する。
NOratio＝1.0−NO2ratio ……（５）
no＋no2NOX＝NOratio×２×inNOX ……（６）
その後、ステップＳ３６，３８を経てＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXの上限を制限してルーチンを終了する。
【００３５】
一方、上記ステップＳ２４でＮＯ反応・ＮＯ2反応浄化量の算出処理を開始すると、ＥＣＵ３１は図８のステップＳ５２に移行し、ＮＯ2比率NO2ratioを判定する。ＮＯ2比率NO2ratioが５０％のときにはそのままルーチンを終了する。即ち、この場合にはＮＯ＋ＮＯ2反応によりＮＯ2とＮＯが全て反応し、ＮＯ2反応及びＮＯ反応が共に生起されないことを受けて、ＮＯ反応浄化量noNOX及びＮＯ2反応浄化量no2NOXは何れも設定されない（noNOX＝no2NOX＝０）。
また、ステップＳ５２でＮＯ2比率NO2ratioが５０％未満であると判定したときには、ステップＳ５４に移行する。この場合にはＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯが残存していることから、以降の処理では残存しているＮＯのＮＯ反応により浄化されるＮＯx量であるＮＯ反応浄化量noNOXを算出する。
【００３６】
まず、ステップＳ５４で次式（７）に従ってＮＯ＋ＮＯ2反応後のＮＯx中のＮＯ比率NOratioを算出し、続くステップＳ５６で次式（８）に従ってＮＯ反応浄化量noNOXを算出する。
NOratio＝1.0−NO2ratio×2 ……（７）
noNOX＝NOratio×inNOX ……（８）
続くステップＳ５８では、現在の触媒温度においてＮＯ反応により浄化可能な最大ＮＯx量noNOXmaxを算出する。この最大ＮＯx浄化量noNOXmaxも上記した最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxと同じく、図５のＮＯ反応による浄化特性から設定した実験式に基づき触媒温度に対応する値として算出される。その後ステップＳ６０では、最大ＮＯx浄化量noNOXmaxによりＮＯ反応浄化量noNOXの上限を制限した後、ルーチンを終了する。
【００３７】
また、ステップＳ５２でＮＯ2比率NO2ratioが50％を超えると判定したときには、ステップＳ６２に移行する。この場合にはＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯ2が残存していることから、以降の処理では残存しているＮＯ2のＮＯ2反応により浄化されるＮＯx量であるＮＯ2反応浄化量no2NOXを算出する。
まず、ステップＳ６２で次式（９）に従ってＮＯ＋ＮＯ2反応後のＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioを算出し、続くステップＳ６４で次式（１０）に従ってＮＯ2反応浄化量no2NOXを算出する。
NO2ratio＝1.0−NOratio×2 ……（９）
noNOX＝NOratio×inNOX ……（１０）
【００３８】
続くステップＳ６６では、現在の触媒温度においてＮＯ2反応により浄化可能な最大ＮＯx量no2NOXmaxを算出する。この最大ＮＯx浄化量no2NOXmaxも上記した最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxと同じく、図５のＮＯ2反応による浄化特性から設定した実験式に基づき触媒温度に対応する値として算出される。その後ステップＳ６８では、最大ＮＯx浄化量no2NOXmaxによりＮＯ2反応浄化量no2NOXの上限を制限した後、ルーチンを終了する。
本実施形態では、図７のステップＳ３２，３４，４０，４２、図８のステップＳ５２，５４，５６，６２，６４を実行するときのＥＣＵ３１がＮＯx浄化量算出手段として機能し、図７のステップＳ３６、図８のステップＳ５８，６６を実行するときのＥＣＵ３１が最大ＮＯx浄化量算出手段として機能し、図７のステップＳ３８、図８のステップＳ６０，６８、図６のステップＳ２６，２８、図２のステップＳ１０を実行するときのＥＣＵ３１が添加量算出手段として機能する。
【００３９】
以上のようにしてＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOX、ＮＯ2反応浄化量no2NOX、ＮＯ反応浄化量noNOXが算出され、図６のステップＳ２６では、これらの値を加算して全体のＮＯx浄化量NOXが求められ、このＮＯx浄化量NOXに基づき図２のステップＳ１０でアンモニア添加量が、ステップＳ１２で尿素水添加量が算出される。
次に、以上のＥＣＵ３１の処理に基づくＮＯx浄化量NOXの算出処理を、ＮＯ2比率NO2ratioに応じて場合分けして説明する。
今、仮にＳＣＲ触媒１６に到達したときの排ガス中のＮＯx量がαｇ/ｈであり、図５の特性図において触媒温度がＸのとき、ＮＯ＋ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxがαｇ/ｈ、ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量no2NOXmaxがβｇ/ｈ、ＮＯ反応による最大ＮＯx浄化量noNOXmaxがγｇ/ｈであるものとする。なお、図９〜１０は、全ＮＯx量に対するＮＯ2及びＮＯの比率を反応順序と共に表した模式図である。
【００４０】
まず、図９に示すようにＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioが25％である場合を説明する。ＮＯx中のＮＯに対してＮＯ2が不足しているため、図中にハッチングで示すように、最初に最も早いＮＯ＋ＮＯ2反応に従って25％に相当するＮＯ2が同量のＮＯと反応する。これに対応して図７のステップＳ３４では、ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXとしてα/2ｇ/ｈが算出される。
なお、ＮＯ＋ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxはαｇ/ｈであるため、ステップＳ３８ではＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXに対する制限は行われない。
【００４１】
ＮＯ＋ＮＯ2反応後にはＮＯがα/2ｇ/ｈ残存しているため、図８のステップＳ５６ではＮＯ反応浄化量noNOXとしてα/2ｇ/ｈが算出される。ＮＯ反応による最大ＮＯx浄化量noNOXmaxはγ（＜α/2）ｇ/ｈであるため、アンモニアとの反応により浄化されるのはα/2ｇ/ｈの内のγｇ/ｈのみとなり、これを受けてステップＳ６０ではＮＯ反応浄化量noNOXがγｇ/ｈに制限される。
結果としてＮＯ＋ＮＯ2反応及びＮＯ反応により合計でα/2＋γｇ/ｈのＮＯxを浄化できる。
【００４２】
次に、図１０に示すようにＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioが75％である場合を説明する。ＮＯx中のＮＯ2に対してＮＯが不足しているため、図中にハッチングで示すように、最初にＮＯ＋ＮＯ2反応に従って25％に相当するα/4ｇ/ｈのＮＯが同量のＮＯ2と反応する。これに対応して図７のステップＳ４２では、ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXとしてα/2ｇ/ｈが算出される。なお、最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxによる制限が行われないことは上記と同様である。
【００４３】
ＮＯ＋ＮＯ2反応後にはＮＯ2がα/2ｇ/ｈ残存しているため、図８のステップＳ６４ではＮＯ2反応浄化量no2NOXとしてα/2ｇ/ｈが算出される。しかし、ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量no2NOXmaxはβ（＜α/2）ｇ/ｈであるため、アンモニアとの反応により浄化されるのはα/2ｇ/ｈの内のβｇ/ｈのみとなり、これを受けてステップＳ６８ではＮＯ2反応浄化量no2NOXがβｇ/ｈに制限される。結果としてＮＯ＋ＮＯ2反応及びＮＯ2反応により合計でα/2＋βｇ/ｈのＮＯxを浄化できる。
【００４４】
次に、図１１に示すようにＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioが50％である場合を説明する。ＮＯx中のＮＯ2及びＮＯは反応に対して過不足ないため、図中にハッチングで示すように、ＮＯ＋ＮＯ2反応に従って50％に相当するα/2ｇ/ｈのＮＯが同量のＮＯ2と反応する。これに対応して図７のステップＳ３４では、ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXとしてαｇ/ｈが算出される。ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXはＮＯ＋ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmaxであるαｇ/ｈと一致するため、ステップＳ３８ではＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量no＋no2NOXに対する制限は行われない。
ＮＯ＋ＮＯ2反応により全てのＮＯxが浄化され、その後、ＮＯ2反応及びＮＯ反応は何れも生起されない。結果としてＮＯ＋ＮＯ2反応だけでαｇ/ｈのＮＯxを浄化でき、図８ではＮＯ反応浄化量noNOXやＮＯ2反応浄化量no2NOXの算出処理は行われず、図６のステップＳ２６で全体のＮＯx浄化量NOXとしてαｇ/ｈが算出され、ＮＯx浄化率は100％となる。
【００４５】
以上のように本実施形態の内燃機関１の排気浄化装置では、排ガスに含まれるＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioに基づき、ＳＣＲ触媒１６上でＮＯxとアンモニアとが反応式（１）〜（３）の内の何れに従って反応するかを特定し、生起される各反応によるＮＯx浄化量no＋no2NOX, noNOX, no2NOXを算出して、これらのＮＯx浄化量NOXの上限を触媒温度から求めた最大ＮＯx浄化量no＋no2NOXmax, noNOXmax, no2NOXmaxに基づき制限した上で、制限後のＮＯx浄化量no＋no2NOX, noNOX, no2NOXを加算して全体のＮＯx浄化量NOXを算出し、このＮＯx浄化量NOXに基づきアンモニア添加量、ひいては尿素添加量を算出するようにした。
【００４６】
このようにＳＣＲ触媒１６上で実際に生起されるＮＯxとアンモニアとの反応をＮＯ2比率NO2ratioから特定し、この反応に基づきＮＯx浄化量NOXを算出しているため、ＳＣＲ触媒１６上で浄化される現実に即したＮＯx浄化量NOXを求めることができ、このＮＯx浄化量NOXから正確なアンモニア添加量、ひいては正確な尿素添加量を算出して、常に適切な量のアンモニアをＮＯx浄化のためにＳＣＲ触媒１６上に供給することができる。よって、アンモニア添加量の過不足による不具合、例えばアンモニアスリップによる無用なアンモニアの消費、或いはアンモニア添加量の不足によるＮＯx浄化率の低下などの不具合を未然に防止することができる。
【００４７】
また、ＮＯ2比率NO2ratioを算出するための検出情報として、基本的にＮＯ2を含まないエンジンアウトのＮＯx量e/gNOX、及びＮＯ2を含み実際にＳＣＲ触媒１６に到達するＮＯx量inNOXを用いており、しかも、NO2比率NO2ratioの増加に応じて次第に出力低下するＮＯxセンサ２０，２１の特性を利用し、この特性に基づき設定した図３のＮＯ2比率演算マップに従ってセンサ出力比inNOX／e/gNOXからＮＯ2比率NO2ratioを求めている。よって、常に正確なＮＯ2比率NO2ratioを算出でき、ひいては当該ＮＯ2比率NO2ratioに基づきＳＣＲ触媒１６上での反応を適切に特定して、ＮＯx浄化量MOXの算出処理を一層適切なものとすることができる。
【００４８】
ところで、本発明者は、ＮＯxに対する尿素水の当量比とＮＯx浄化率との関係を試験により検証した結果、ＮＯx浄化率に対してＮＯxに対する尿素水の当量比が必ずしも整合しないことを見出した。
この試験結果を図１２に示すが、破線で示すように理論的にはＮＯxに対する尿素水の当量比1.0で100％のＮＯx浄化率が得られるはずにも拘わらず、実際にはＮＯx浄化率100％を達成するには、実線で示すように当量比を1.05〜1.15まで増加（アンモニア増方向）する必要があることが判る。このような現象の要因は、噴射ノズル１８から噴射された尿素水の一部がアンモニアとしてＳＣＲ触媒１６に到達するまでに排ガス中のＯ2（酸素）との反応で消費され、実際にＮＯx浄化に貢献するアンモニアが目減りするためであると推測される。
【００４９】
このときのＯ2とアンモニアとの反応としては、以下のものがある。
3Ｏ2＋4ＮＨ3 →2Ｎ2＋6Ｈ2Ｏ ……（１１）
4Ｏ2＋4ＮＨ4 →2Ｎ2Ｏ＋6Ｈ2Ｏ ……（１２）
5Ｏ2＋4ＮＨ3 →4ＮＯ＋6Ｈ2Ｏ ……（１３）
7Ｏ2＋4ＮＨ4 →4ＮＯ2＋6Ｈ2Ｏ ……（１４）
4ＮＯ＋3Ｏ2＋4ＮＨ3 →4Ｎ2Ｏ＋6Ｈ2Ｏ ……（１５）
Ｏ2との反応により消費されるアンモニアの量は、排ガス中のＯ2量に応じて変化する。そこで、予め試験を実施して排ガス中に含まれるＯ2量とＯ2反応により消費されるアンモニア量との関係を設定しておき、例えば内燃機関１の運転状態に基づき排ガス中のＯ2量を推定し、推定したＯ2量からアンモニア消費量を算出して、図２のステップＳ１０で求めたアンモニア添加量にアンモニア消費量を加算すればよい。或いは、図１２の特性に基づきＮＯx浄化率100％を達成するための当量比を内燃機関１の運転領域毎に設定し（例えば上記1.05〜1.15の範囲内で設定）、運転領域に対応した当量比を図２のステップＳ８で求めたアンモニア添加量に乗算してもよい。
【００５０】
何れの場合もアンモニア添加量が増加補正されることによりＯ2との反応によるアンモニアの消費分が補われるため、一層正確なアンモニア添加量を算出することができる。この別例では、上記したＯ2量からアンモニア消費量を算出する処理、或いは図１２の特性に基づき当量比を算出する処理を実行するときのＥＣＵ３１がアンモニア消費量算出手段として機能し、求めたアンモニア消費量や当量比に基づきアンモニア添加量を増加補正する処理を実行するときのＥＣＵ３１が添加量算出手段として機能する。
【００５１】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではコモンレール式ディーゼル機関１を対象とした排気浄化装置に具体化したが、内燃機関１の種別はこれに限ることはなく、例えばコモンレールを備えないディーゼル機関、或いは希薄燃焼を行うガソリン機関などに適用するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、前段酸化触媒１４及びＤＰＦ１５を備えたが、これらを省略してもよいし、上流側ＮＯxセンサ２０により検出されるＮＯx量e/gNOXに代えて、内燃機関１の運転状態に基づきＮＯx量e/gNOXを求めてＮＯ2比率NO2ratioの算出に用いるようにしてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、ＮＯx中のＮＯ2比率NO2ratioに基づきＳＣＲ触媒１６上の反応を特定したが、ＮＯ2比率NO2ratioと相関するＮＯ比率NOratio（＝1.0−NO2ratio）からも反応を特定でき、この場合も実質的にはＮＯ2比率NO2ratioを指標とする処理と相違ない。よって、本発明は、このようなＮＯ2比率NO2ratio代えてＮＯ比率NOratioを指標としてＳＣＲ触媒１６上の反応を特定する場合も含むものとする。
【符号の説明】
【００５３】
１ 内燃機関、
１４ 前段酸化触媒
１５ ＤＰＦ（フィルタ）
１６ ＳＣＲ触媒（ＮＯx触媒）
１８ 噴射ノズル（アンモニア添加手段）
３１ ＥＣＵ（ＮＯ2比率判定手段、ＮＯx浄化量算出手段、
最大ＮＯx浄化量算出手段、添加量算出手段、アンモニア消費量算出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に介装され、排ガス中のＮＯxを浄化可能なＮＯx触媒と、
上記ＮＯx触媒の排気上流側に設けられ、該ＮＯx触媒に還元剤としてアンモニアを添加するアンモニア添加手段と、
上記ＮＯx触媒に到達するＮＯx中のＮＯ2比率を判定するＮＯ2比率判定手段と、
上記ＮＯ2比率判定手段により判定されたＮＯ2比率に基づき、上記ＮＯxとアンモニアとの異なる反応式に従った複数の反応から上記ＮＯx触媒上で生起される反応を特定し、該特定した反応により上記ＮＯx触媒上で浄化されるＮＯx量を算出するＮＯx浄化量算出手段と、
上記ＮＯx浄化量算出手段により特定されたＮＯxとアンモニアとの反応により上記ＮＯx触媒上で浄化可能な最大ＮＯx量を上記ＮＯx触媒の温度に基づき算出する最大ＮＯx浄化量算出手段と、
上記最大ＮＯx浄化量算出手段により算出された最大ＮＯx浄化量を上限として上記ＮＯx浄化量算出手段により算出されたＮＯx浄化量を制限し、該制限後のＮＯx浄化量に基づき上記アンモニア添加手段によるアンモニアの添加量を算出する添加量算出手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記ＮＯxとアンモニアとが反応するときの複数の反応として、ＮＯ2及びＮＯとアンモニアとのＮＯ＋ＮＯ2反応、ＮＯ2とアンモニアとのＮＯ2反応、ＮＯとアンモニアとのＮＯ反応が予め設定され、
上記ＮＯx浄化量算出手段は、上記ＮＯ2比率に基づき上記ＮＯ＋ＮＯ2反応によるＮＯx浄化量をＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量として算出し、上記ＮＯ2比率に基づき上記ＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯ2が残存すると判定したときには、残存したＮＯ2の上記ＮＯ2反応によるＮＯx浄化量をＮＯ2反応浄化量として算出する一方、上記ＮＯ2比率に基づき上記ＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯが残存すると判定したときには、残存したＮＯの上記ＮＯ反応によるＮＯx浄化量をＮＯ反応浄化量として算出し、
上記最大ＮＯx浄化量算出手段は、上記ＮＯ＋ＮＯ2反応により浄化可能な最大ＮＯx浄化量、及びＮＯ2反応またはＮＯ反応により浄化可能な最大ＮＯx浄化量を算出し、
上記添加量算出手段は、上記ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量をＮＯ＋ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量で制限する共に、上記ＮＯ2反応浄化量をＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量で制限するか、または上記ＮＯ反応浄化量をＮＯ反応による最大ＮＯx浄化量で制限し、制限後のＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量に制限後のＮＯ2反応浄化量またはＮＯ反応浄化量を加算して全体のＮＯx浄化量を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記排気通路の上記ＮＯx触媒の排気上流側には、排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び該フィルタの排気上流側で排ガス中のＮＯからＮＯ2を生成する前段酸化触媒が介装され、
上記ＮＯ2比率判定手段は、上記前段酸化触媒の排気上流側に設けられた上流側ＮＯxセンサにより検出されたＮＯx量、及び上記フィルタの排気下流側に設けられた下流側ＮＯxセンサにより検出されたＮＯx量に基づき上記ＮＯx中のＮＯ2比率を判定することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記排気通路を流通する排ガス中のＯ2量に基づき、該Ｏ2との反応により消費されるアンモニア量を算出するアンモニア消費量算出手段を備え、
上記添加量算出手段は、上記アンモニア消費量算出手段により算出されたアンモニア消費量に基づき上記アンモニア添加量を増加側に補正することを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記添加量算出手段は、上記最大ＮＯx浄化量に基づく制限に加えて、上記ＮＯx触媒に到達するＮＯx量を上限として上記ＮＯx浄化量を制限することを特徴とする請求項１乃至４の何れか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に介装され、排ガス中のＮＯxを浄化可能なＮＯx触媒と、
上記ＮＯx触媒の排気上流側に設けられ、該ＮＯx触媒に還元剤としてアンモニアを添加するアンモニア添加手段と、
上記ＮＯx触媒に到達するＮＯx中のＮＯ2比率を判定するＮＯ2比率判定手段と、
上記ＮＯ2比率判定手段により判定されたＮＯ2比率に基づき、上記ＮＯxとアンモニアとの異なる反応式に従った複数の反応から上記ＮＯx触媒上で生起される反応を特定し、該特定した反応により上記ＮＯx触媒上で浄化されるＮＯx量を算出するＮＯx浄化量算出手段と、
上記ＮＯx浄化量算出手段により特定されたＮＯxとアンモニアとの反応により上記ＮＯx触媒上で浄化可能な最大ＮＯx量を上記ＮＯx触媒の温度に基づき算出する最大ＮＯx浄化量算出手段と、
上記最大ＮＯx浄化量算出手段により算出された最大ＮＯx浄化量を上限として上記ＮＯx浄化量算出手段により算出されたＮＯx浄化量を制限し、該制限後のＮＯx浄化量に基づき上記アンモニア添加手段によるアンモニアの添加量を算出する添加量算出手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記ＮＯxとアンモニアとが反応するときの複数の反応として、ＮＯ2及びＮＯとアンモニアとのＮＯ＋ＮＯ2反応、ＮＯ2とアンモニアとのＮＯ2反応、ＮＯとアンモニアとのＮＯ反応が予め設定され、
上記ＮＯx浄化量算出手段は、上記ＮＯ2比率に基づき上記ＮＯ＋ＮＯ2反応によるＮＯx浄化量をＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量として算出し、上記ＮＯ2比率に基づき上記ＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯ2が残存すると判定したときには、残存したＮＯ2の上記ＮＯ2反応によるＮＯx浄化量をＮＯ2反応浄化量として算出する一方、上記ＮＯ2比率に基づき上記ＮＯ＋ＮＯ2反応後にＮＯが残存すると判定したときには、残存したＮＯの上記ＮＯ反応によるＮＯx浄化量をＮＯ反応浄化量として算出し、
上記最大ＮＯx浄化量算出手段は、上記ＮＯ＋ＮＯ2反応により浄化可能な最大ＮＯx浄化量、及びＮＯ2反応またはＮＯ反応により浄化可能な最大ＮＯx浄化量を算出し、
上記添加量算出手段は、上記ＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量をＮＯ＋ＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量で制限する共に、上記ＮＯ2反応浄化量をＮＯ2反応による最大ＮＯx浄化量で制限するか、または上記ＮＯ反応浄化量をＮＯ反応による最大ＮＯx浄化量で制限し、制限後のＮＯ＋ＮＯ2反応浄化量に制限後のＮＯ2反応浄化量またはＮＯ反応浄化量を加算して全体のＮＯx浄化量を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記排気通路の上記ＮＯx触媒の排気上流側には、排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び該フィルタの排気上流側で排ガス中のＮＯからＮＯ2を生成する前段酸化触媒が介装され、
上記ＮＯ2比率判定手段は、上記前段酸化触媒の排気上流側に設けられた上流側ＮＯxセンサにより検出されたＮＯx量、及び上記フィルタの排気下流側に設けられた下流側ＮＯxセンサにより検出されたＮＯx量に基づき上記ＮＯx中のＮＯ2比率を判定することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記排気通路を流通する排ガス中のＯ2量に基づき、該Ｏ2との反応により消費されるアンモニア量を算出するアンモニア消費量算出手段を備え、
上記添加量算出手段は、上記アンモニア消費量算出手段により算出されたアンモニア消費量に基づき上記アンモニア添加量を増加側に補正することを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記添加量算出手段は、上記最大ＮＯx浄化量に基づく制限に加えて、上記ＮＯx触媒に到達するＮＯx量を上限として上記ＮＯx浄化量を制限することを特徴とする請求項１乃至４の何れか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−８７６２８（Ｐ２０１２−８７６２８Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３２５５４（Ｐ２０１０−２３２５５４）
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
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