内燃機関のＮＯｘ浄化装置
【課題】ＳＣＲ触媒温度を精度よく算出して、還元剤の投入量とタイミングを適切に制御して、脱硝率の確保とＮＨ３のスリップ低減及び、尿素水の節約に伴うディーゼルエンジンの運転コストを低減させる装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の排気管２に設けられ、ＳＣＲ触媒１１の入口と出口の排ガス温度からＳＣＲ触媒１１の内部温度を算出し、ＳＣＲ触媒１１の内部温度に基づいてＳＣＲ触媒への還元剤吸着量を推定することにより、排ガス中に噴霧する還元剤量を精度高く算出して、尿素水噴霧装置６によって排ガス中に噴霧することにより、ＮＨ３及びＮＯｘのスリップ量を削減する。
【解決手段】エンジン１の排気管２に設けられ、ＳＣＲ触媒１１の入口と出口の排ガス温度からＳＣＲ触媒１１の内部温度を算出し、ＳＣＲ触媒１１の内部温度に基づいてＳＣＲ触媒への還元剤吸着量を推定することにより、排ガス中に噴霧する還元剤量を精度高く算出して、尿素水噴霧装置６によって排ガス中に噴霧することにより、ＮＨ３及びＮＯｘのスリップ量を削減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法に係り、尿素水又はアンモニア（ＮＨ３）を還元剤として添加して、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去する選択還元型ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にディーゼルエンジン（以後エンジンと表記する）の排ガス中に含まれる大気汚染物質の一つである窒素酸化物（以後ＮＯｘと表記する）を浄化するための排ガス浄化装置として、エンジンの排気通路に選択還元型ＳＣＲ触媒（以後ＳＣＲ触媒と表記する）を配設して、還元剤としてのアンモニア（以後ＮＨ３と表記する）をＳＣＲ触媒に添加することにより、排ガス中のＮＯｘを選択的に浄化するようにした排ガス浄化装置が開発されている。
【０００３】
このような、排ガス浄化装置では、ＳＣＲ触媒の上流側に噴霧ノズルにより尿素水を排ガス中に噴霧し、この尿素水が排ガスの熱により加水分解して生じたＮＨ３がＳＣＲ触媒に供給される。ＳＣＲ触媒に供給されたＮＨ３は一旦ＳＣＲ触媒に吸着され、該ＮＨ３と排ガス中のＮＯｘとの脱硝反応がＳＣＲ触媒によって促進されることによりＮＯｘの浄化（脱硝）が行われる。
【０００４】
ところで、一般的にＮＯｘ浄化装置におけるＮＯｘ浄化率はＳＣＲ触媒の性能に依存するところが大きく、ＮＨ３を還元剤として高効率でＮＯｘを浄化するためにはある程度の高温が必要とされる。
ＮＨ３を還元剤とするＳＣＲ触媒は、ＳＣＲ触媒へのＮＨ３吸着量が多いほどＮＯｘ浄化率が高いため、低温域でのＳＣＲ触媒の高浄化率を得るにはＮＨ３吸着量を高く制御する必要がある。
一方、ＳＣＲ触媒へのＮＨ３吸着量には限界があり、吸着限界値はＳＣＲ触媒温度が低いとＮＨ３吸着量は多く、ＳＣＲ触媒温度が高いとＮＨ３吸着量は少なくなる。
その先行技術文献として、特許第３９５１７７４号公報（特許文献１）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９５１７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１によると、ＮＯｘ排出量導出手段で検出された又は、推定されたＮＯｘ排出量と、ＳＣＲ触媒による実ＮＯｘ浄化率とに基づき、ＳＣＲ触媒に吸着されたＮＨ３の消費量を導出して、吸着量導出手段により求めたＮＨ３の添加量とＮＨ３の消費量に応じてＳＣＲ触媒に吸着されたＮＨ３の実吸着量を導出し、この実吸着量に応じて還元剤供給手段を制御するものである。
これらの制御を行う場合、触媒温度をより精度よく検出して、脱硝率の向上とＮＨ３のスリップ（ＮＨ３の供給量が多くて、触媒への吸着限界を超えると、ＳＣＲ触媒に吸着されずに、ＮＨ３が大気中に放出される現象）防止を行う必要がある。
ところが、温度センサにてＳＣＲ触媒の一部の温度しか測定していないため、ＳＣＲ触媒全体の温度とはなっていない場合がある。
また、排ガス温度を使用する場合もあるが、汎用エンジン等では、使用される運転特性として、自動車やプラントよりも過渡運転状況が多い。つまり、負荷変動が大きく、断続運転を行うため、エンジン停止時間の長・短によっては必ずしもＳＣＲ触媒温度の代表値となっていないことが多い。
さらに、ＳＣＲ触媒の熱容量の関係により、即ち、前回の停止時から今回の再始動時までの時間が比較的短い場合等では、排ガス温度よりもＳＣＲ触媒温度の方が高くなっている場合もあり、正確な吸着量を推定することが困難な場合がある。
【０００７】
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、ＳＣＲ触媒温度を精度よく算出して、還元剤の投入量とタイミングを適切に制御して、脱硝率の確保とＮＨ３のスリップ低減及び、還元剤の節約に伴うディーゼルエンジンの運転コストを低減させる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はかかる目的を達成するもので、エンジンの排気系に設けられ、還元剤であるＮＨ３を吸着して排ガス中のＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒に前記還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記ＳＣＲ触媒の入口と出口の前記排ガスの温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段にて検出した前記入口と出口との排ガス温度差に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を推定するＳＣＲ触媒温度推定部及び前記ＳＣＲ触媒内部温度に基づいて前記ＳＣＲ触媒への前記ＮＨ３の吸着量を算出して、該吸着量に基づいて前記還元剤の供給量を算出する還元剤供給量制御部を有した制御手段とを備えたエンジンのＮＯｘ浄化装置において、前記エンジン始動時又は冷時に、前記還元剤供給量制御部にて前記還元剤供給量を算出する前記ＳＣＲ触媒温度（初期値）として、前記温度測定手段の測定結果に基づいた前記ＳＣＲ触媒の前記入口と前記出口との排ガス温度平均値と、前記ＳＣＲ触媒温度推定部にて推定した前記ＳＣＲ触媒内部温度とを比較して、排ガス温度平均値が前記ＳＣＲ触媒内部温度に対して高いか又は、同等の場合は前記排ガス温度平均値を、前記ＳＣＲ触媒内部温度の方が高い場合は前記ＳＣＲ触媒の温度を初期値として前記還元剤供給量を算出して前記還元剤を前記還元剤供給手段から前記ＳＣＲ触媒に供給するように制御することを特徴とする。
【０００９】
このような構成により、ＳＣＲ触媒は触媒へのアンモンニア（還元剤）吸着量が多いほどＮＯｘ浄化率が高い性質を有しているが、一方、ＳＣＲ触媒の温度によってＮＨ３吸着量が変化するので、ＮＯｘ触媒の内部温度を精度よく測定して、還元剤の排ガス中への供給量をコントロールすることにより、還元剤のスリップ（還元剤が反応しないで、アンモニアのままで大気に放出される）量を極力減少させて排ガスの浄化向上が可能とすることができる。
【００１０】
また、本発明において好ましくは、前記ＳＣＲ触媒温度推定部は前記エンジン停止後も前記ＳＣＲ触媒温度の推定を継続し、前記ＳＣＲ触媒温度推定部による前記ＳＣＲ触媒推定温度と、前記温度測定手段にて検出された前記ＳＣＲ触媒入口が前記排ガス温度以下となった場合には前記ＳＣＲ触媒温度の推定を終了し、前記ＳＣＲ触媒推定温度が前記ＳＣＲ触媒入口排ガス温度より高い状態で、前記エンジンが再始動した場合には前記触媒温度推定を前記再始動時の前記触媒温度推定値を前記初期値として前記還元剤供給量を算出して前記還元剤を前記還元剤供給手段から前記ＳＣＲ触媒に供給するように制御するとよい。
【００１１】
汎用エンジン等では機関本体の稼動状態が多種多様であるため、エンジンの温度が下がらないうちに再起動する場合や、エンジンの停止が長くエンジンが冷えた状態（冷時）で再起動する場合等の使用例が多く、再起動したときにより正確なＳＣＲ触媒へのＮＨ３吸着量を推定することにより、再始動時の排ガス浄化効率向上が可能とすることができる。
【００１２】
また、本発明において好ましくは、前記ＳＣＲ触媒温度推定部は前記ＳＣＲ触媒入口と、前記ＳＣＲ触媒出口の排ガス温度を計測して、夫々の排ガス温度、前記触媒の熱容量及び伝熱特性に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を推定するとよい。
【００１３】
このような構成により、ＳＣＲ触媒入口及び出口の排ガス温度を計測して、ＳＣＲ触媒内部推定温度を推定しているので、ＳＣＲ触媒全体の平均温度とすることができるので、脱硝反応やＳＣＲ触媒へのＮＨ３吸脱着反応の平均値を求めることが可能となるため、ＳＣＲ触媒へのより精度の高いＮＨ３吸着量を推定することができ、排ガスの浄化向上が可能とすることができる。
【００１４】
また、本発明において好ましくは、前記エンジンが冷時状態始動時の前記ＳＣＲ触媒温度を温度センサにて直接測定し、その測定値を前記初期値とするとよい。
【００１５】
エンジン始動時の触媒温度の初期値を温度センサにて直接測定しているので、エンジンが始動して触媒温度が効率的に還元反応できる温度状態になるまでの間について、精度よく触媒温度が計測できる。この為、ＳＣＲ触媒の還元剤吸着量とその還元浄化処理を更に、適切に実行することが可能となる。
従って、適切なＮＯｘ還元剤の噴霧量とすることで、ＮＨ３のスリップを防止すると共に、還元剤の無駄を省き、エンジンの運転コストを低減できる。
【００１６】
また、本発明において好ましくは、エンジンの排気系に設けられ、ＮＨ３を吸着して排ガス中のＮＯｘを選択還元し、周方向に複数に分割された領域を有する円柱形状のＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒の上流側で、還元剤である前記ＮＨ３又は尿素水を噴出する複数の噴霧ノズルを前記ＳＣＲ触媒の周方向へ等間隔に配設して前記還元剤を前記ＳＣＲ触媒に供給する還元剤供給手段と、前記ＳＣＲ触媒の排ガス入口と出口に配設された温度センサとが前記ＳＣＲ触媒を挟んで且つ、対向した状態で夫々配置された温度測定手段と、該温度測定手段にて測定された温度に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を対向した前記温度センサ毎に温度分布を推定する触媒温度推定部と、前記ＳＣＲ触媒内部温度に基づいて前記ＳＣＲ触媒への前記ＮＨ３の吸着量を算出して、該吸着量に基づいて還元剤の供給量を前記複数の噴霧ノズル毎に算出する還元剤供給量制御部を有した制御手段とを備えたエンジンのＮＯｘ浄化装置において、前記還元剤供給量制御部は前記触媒温度推定部によって検出された前記温度分布の温度の高さにより前記各噴霧ノズルからの前記還元剤噴出量を制御したことを特徴とする。
【００１７】
このような構成により、複数に分割した触媒の円周方向毎に還元剤を触媒の温度分布毎
に噴霧量を調整できるため、効率的な脱硝が可能となり、尿素水の使用量を少なくすることができると共に、ＮＨ３のスリップ量も低減できる。
また、配管の曲がり等による排ガスの偏流により、ＳＣＲ触媒を流れる排ガス量が部分
的に偏り、ＮＯｘの還元率が分布により異なってくるが、このような場合にも効果的に対応できる。
更に、複数のノズルを使用するため、ノズルの故障が発生しても、極端な脱硝性能の低
下を防止することが可能となる。
【００１８】
また、本発明において、前記複数の各噴霧ノズルは前記複数に分割された領域のＳＣＲ触媒夫々に対向して配置され、前記夫々の噴霧ノズルから噴出される前記還元剤の前記ＳＣＲ触媒への噴霧領域は前記全噴霧ノズルで前記ＳＣＲ触媒の排ガス入口側の全域に噴霧されると共に、前記各噴霧ノズルは少なくとも前記ＳＣＲ触媒の中心部を前記各噴霧ノズル夫々が重複して前記還元剤が噴霧されるように形成されているとよい。
【００１９】
このような構成により、一般にＮＯｘ触媒中心部は最も温度が高いため、どのノズルからも還元剤が中心部に噴霧されるようにして、触媒の排気系上流側前面の中央部に多くの還元剤が噴霧されるようにしてＮＯｘの還元浄化を効率的に促進できる。
更に、ノズルが複数となるので大型エンジン用に小型エンジン用ノズルを複数使用することで、大口径のノズルが不要となるため、部品の共通化が可能となりコスト低減効果が得られる。
【００２０】
また、本発明において、前記複数の各噴霧ノズルは前記複数に分割された領域のＳＣＲ触媒の夫々の前記温度センサ毎に分布された前記温度分布の分布域に対し、複数個の前記噴霧ノズルを配置するとよい。
【００２１】
このような構成により、分割されたＳＣＲ触媒夫々に対応した数だけ還元剤噴霧ノズルを設ける必要がなく、触媒の排気系上流側前面を覆う噴射領域にすることで、ＮＯｘの還元浄化を効率的に促進できると共に、噴霧ノズルの数を減少してコスト低減も可能となる。
【００２２】
また、本発明において、エンジンの排気系に設けられ、還元剤であるＮＨ３を吸着して排ガス中のＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒の前記排気系下流側に前記ＳＣＲ触媒と間隔を置いて配置され、排ガス中のＮＯｘ及びＮＨ３を浄化するＮＨ３スリップ触媒と、前記ＳＣＲ触媒に前記還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記ＳＣＲ触媒の入口と出口の前記排ガスの温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段にて検出した前記入口と前記出口との排ガス温度差に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を推定するＳＣＲ触媒温度推定部、尿素水噴霧量に対して前記ＳＣＲ触媒内部温度と前記エンジン負荷によるＮＯｘ浄化率に基づいて前記ＳＣＲ触媒から前記ＮＨ３のスリップ量を算出するＮＨ３スリップ量算出部、前記ＮＯｘ浄化率に基づいて前記ＳＣＲ触媒でのＮＯｘスリップ量を算出するＮＯｘスリップ量算出部、前記ＮＯｘスリップ量の還元に必要な還元剤量を算出する還元剤量算出部、前記温度測定手段による前記出口の排ガス温度の検出温度に基づいて前記ＮＨ３スリップ触媒が活性状態になっているかを判断するＮＨ３スリップ触媒活性判断部を有した制御手段とを備えたエンジンのＮＯｘ浄化装置において、ＮＨ３スリップ触媒活性判断部によってＮＨ３スリップ触媒が活性状態になっていると判断した場合、前記ＳＣＲ触媒内部温度に基づいて該ＳＣＲ触媒からのＮＨ３スリップ量とＮＯｘスリップ量を算出して、前記ＮＯｘスリップ量を前記ＮＨ３スリップ触媒にて浄化するのに必要な前記還元剤量を求める前記ＳＣＲ触媒の内部温度値として、前記温度測定手段の測定結果に基づいた前記ＳＣＲ触媒の前記入口と前記出口との排ガス温度平均値と、前記ＳＣＲ触媒温度推定部にて推定した前記ＳＣＲ触媒内部温度とを比較して、温度の高い方を前記ＳＣＲ触媒内部温度として前記還元剤量算出部で算出して前記還元剤供給手段に出力するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
このような構成により、排ガス規制をクリアするため酸化触媒（以後ＮＨ３スリップ触媒と表記する。）を装着する必要のある場合には、ＳＣＲ触媒にて意図的にＮＨ３をスリップさせることにより、ＮＨ３スリップ触媒でのＮＯｘ浄化に必要なＮＨ３量を供給することにより、ＮＨ３スリップ触媒でのＮＯｘ浄化を最大限に活用して、浄化率の向上が可能となる。
またＮＨ３スリップ触媒のＮＯｘ浄化機能を活用することによりＳＣＲ触媒のサイズを縮小でき、コストの軽減につながる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、このような構成により、ＳＣＲ触媒は触媒へのＮＨ３（還元剤）吸着量が多いほどＮＯｘ浄化率が高い性質を有しているが、温度によってＮＨ３の吸着量が変化するので、ＳＣＲ触媒の内部温度を精度よく測定して、還元剤の排ガス中への噴出量をコントロールすることにより、還元剤のスリップ量を極力減少させて排ガス中の脱硝効果を向上させることが可能となる。
更に、排ガス規制をクリアするためＮＨ３スリップ触媒を装着する必要のある場合には、ＳＣＲ触媒にて意図的にＮＨ３をスリップさせることにより、ＮＨ３スリップ触媒でのＮＯｘ浄化に必要なＮＨ３量を適切に供給することにより、ＮＨ３スリップ触媒でのＮＯｘ浄化を最大限に活用して、浄化率の向上が可能となる。
またＮＨ３スリップ触媒のＮＯｘ浄化機能（脱硝）を活用することによりＳＣＲ触媒のサイズを縮小でき、部品の共通化が図れると共に仕様変更にも容易に対応可能となり、実質コストの低減になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンのＮＯｘ浄化装置の概略構造図を示す。
【図２】本発明の第１実施形態の排ガス浄化に係る制御フロー図を示す。
【図３】本発明の第１実施形態に係る排ガス温度と、ＳＣＲ触媒温度の時間経過による温度上昇の関係図を示す。
【図４】本発明の第１実施形態に係るＳＣＲ触媒内部温度と、アンモニア吸着の許容量との関係図を示す。
【図５】本発明の第３実施形態に係る（Ａ）はＳＣＲ触媒浄化装置の概略構造図、（Ｂ）はＳＣＲ触媒に噴霧される還元剤の噴霧パターン図、（Ｃ）はＳＣＲ触媒の分割領域形状図を示す。
【図６】本発明の第４実施形態に係るＳＣＲ触媒浄化装置の概略構造図を示す。
【図７】本発明の第４実施形態の排ガス浄化に係る制御フロー図を示す。
【図８】本発明のＳＣＲ触媒内部温度とエンジン運転状態からＳＣＲ触媒の浄化率を推定するマップの一例を示す。
【図９】本発明の第４実施形態に係るＮＨ３スリップ触媒へのＮＯｘ流入量とＮＨ３スリップ触媒の温度からＮＨ３要求量を推定するマップの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。
但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２７】
（第１実施形態）
図１乃至図４に基づいて、本発明の第一実施形態に係るエンジンのＮＯｘ浄化装置について説明する。
図１において、ＮＯｘ浄化装置１０はエンジン１から排出された排ガスのＮＯｘ浄化のため還元剤供給量制御部を有した制御手段であるコントローラ５と、コントローラ５の制御によって還元剤を噴霧する還元剤供給手段である尿素水噴霧装置６と、ＳＣＲ触媒１１及び排気ガス等の温度を検出する温度測定手段である入口側温度センサ１２及び出口側温度センサ１３等から構成されている。
【００２８】
エアクリーナ（図示省略）からエンジン１の燃焼室に吸気を導くインレットマニホールド３には吸気の空気量と、吸気温度（吸気密度を算出する）を測定する吸気流量センサ３１が装着されている。
前記燃焼室で燃焼した排ガスはエキゾーストマニホールド４を介して排気管２に導かれて大気に放出される。
排気管２内には、排気通路２４の上流側から排ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯなどを酸化するＤＯＣ触媒７（酸化触媒）、詳細を後述するコントローラ５の制御によって還元剤を噴霧する噴霧ノズル６２、ＳＣＲ触媒１１に入る排ガスの温度を検知する温度測定手段である入口側温度センサ１２、排ガス中のＮＯｘを浄化する触媒を付着させたハニカム状のＳＣＲ触媒１１、ＳＣＲ触媒１１を通過した排ガスの温度を検知する出口側温度センサ１３及び、ＳＣＲ触媒１１で処理できなかったＮＯｘ及びＮＨ３を処理するＮＨ３スリップ触媒８が配置されている。
また、ＳＣＲ触媒１１の温度を直接測る温度センサ２２がＳＣＲ触媒１１に取付けられている。
【００２９】
ＳＣＲ触媒１１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２内に収納されている。ＮＯｘの選択還元触媒としてはバナジウム系、ゼオライト系などが知られている。ＳＣＲ触媒１１は排ガス中のＮＯｘを選択還元するもので、ＳＣＲ触媒１１にＮＨ３が吸着している状態において、ＳＣＲ触媒１１の温度が約２００℃を上回る領域では高効率でＮＯｘを還元処理する特性を有している。
そのため、ＳＣＲ触媒１１の温度を精度よく検知することにより、還元剤（ＮＨ３）のスリップ防止及びＮＯｘの浄化処理向上に良い効果を得ることができる。
【００３０】
コントローラ５について説明する。
ＳＣＲ触媒内部温度と排ガス温度の関係は図３に示すように、エンジン１始動時はＳＣＲ触媒温度が排ガス温度に対して低い。排ガス温度はエンジン１の運転と同時に温度が上昇するが、ＳＣＲ触媒の内部温度は伝熱の遅れがあるため、温度上昇の割合が低く（温度上昇が遅い）運転開始から約８００秒経過しないと略同じ温度にならない。
そのため、精度の高いＳＣＲ触媒の内部温度を求めるＳＣＲ触媒温度推定部５５はＳＣＲ触媒１１入口の排ガス温度を検知する入口側温度センサ１２と、ＳＣＲ触媒１１の出口側の排ガス温度を検知する出口側温度センサ１３の検知温度の差に基づいて以下の伝熱式にて求められる。
＜伝熱式＞
ハニカム構造の固体と排ガスの伝熱関係は以下の通りとなる。
即ち、［排ガス側の温度変化］＝−［対流項］＋［ＳＣＲ触媒と排ガス間の熱移動］となり、計算式では
となる。ガス熱量の単位体積あたりの変化に対し、ＳＣＲ触媒から流出した排ガスに残った温度（熱）と、排ガスからＳＣＲ触媒に移動した熱として表される。
一方、排ガス側から移動した伝熱によるＳＣＲ触媒の温度変化
即ち、［ＳＣＲ触媒側の温度変化］＝［ＳＣＲ触媒と排ガス間の熱移動］
となり計算式では
となり、ＳＣＲ触媒の温度上昇分が算出される。
但し、（１）及び（２）の記号は
である。
【００３１】
排ガス平均温度算出部５４はＳＣＲ触媒１１入口の排ガス温度を検知する温度測定手段である入口側温度センサ１２と、ＳＣＲ触媒１１の出口側の排ガス温度を検知する出口側温度センサ１３に基づいて算出される。
排ガス平均温度＝（入口の排ガス温度＋出口側の排ガス温度）／２・・・・・（３）
エンジン１が始動したばかりで、ＳＣＲ触媒１１が十分に温まっていない等の場合に触媒温度推定部５５にて推定した温度と比較して、温度の高い方の値を触媒吸着量推定用の初期値として使用する。
【００３２】
目標吸着量算出部５６はエンジン１の特性に基づいて決定されるもので、排気ガス規制値をクリアするためにエンジンの負荷状況（稼働状況）に応じて必要還元剤量を実験値にて作成したマップから読取る。
【００３３】
実吸着量演算部５７はＳＣＲ触媒温度推定部５５にて推定した温度に基づいて、ＳＣＲ触媒１１へ実際に吸着する還元剤（ＮＨ３）量を算出する。
これは、ＳＣＲ触媒１１の特性によるもので、ＳＣＲ触媒１１の温度により還元剤（ＮＨ３）の吸着量を測定してデータ化したマップから算出する。
尚、図４に示すように、ＳＣＲ触媒１１の温度と、ＳＣＲ触媒１１のＮＨ３吸着許容量はＳＣＲ触媒１１の温度の高さに反比例する。
【００３４】
変換係数５８は目標吸着量算出部５６にて求めた必要還元剤量と、ＳＣＲ触媒１１に実際に吸着する還元剤（ＮＨ３）量とを比較して、その差を求め、排気ガス規制値をクリアするように補正するための補正値を算出して出力する。
【００３５】
排気ガス算出部５１はインレットマニホールド３を流れる吸気流量とその吸気温度（空気密度を算出する）をセンサ３１から取入れると共に、燃料流量計（図示省略）からエンジン１の燃焼室に圧送される燃料の流量に基づいて、ＮＯｘ排出量を算出する。
ＮＯｘ排出量算出部５２は、該排ガス算出手段５１で算出した排ガス量と、ＮＯｘセンサ１９からのＮＯｘ濃度（％）とからＮＯｘ排出量を算出する。
尿素水噴霧量目標算出部５３はＮＯｘ排出量算出部５２にて算出したＮＯｘ排出量に基づいて、必要な還元剤である尿素水量を算出する。
【００３６】
変換係数５８では目標吸着量算出部５６にて算出した目標吸着量と、実吸着量演算部５７にて算出した実吸着量との差を求め、目標吸着量に対し、実吸着量が多い場合には尿素水の噴霧量を上述の差に基づいて減少させる値に補正する。
また、目標吸着量に対し、実吸着量が少ない場合には尿素水の噴霧量を上述の差に基づいて増大させる値に補正する。
補正された吸着量の補正値と、尿素水噴霧量目標算出部５３にて算出した目標値とを出力部５９にて差を求め、尿素水噴霧量目標値が吸着量補正値より多い場合にはその差分尿素水の噴霧量を減少させる値を還元剤供給手段である尿素水噴霧装置６に制御信号を出力する。
また、尿素水噴霧量目標値が吸着量補正値より少ない場合には変換係数５８にて補正した補正値を尿素水噴霧装置６に制御信号を出力する。（還元剤供給量制御部）
これは、ＮＨ３がＳＣＲ触媒１１からスリップするのを防止すると共に、尿素水使用量の減少を図り、エンジン１の運転コストの低減となる。
【００３７】
尿素水噴霧装置６にはコントローラ５からの出力信号に基づいて尿素水の噴霧量およびタイミング等を制御する尿素水噴霧制御装置６１と、排気管２のＳＣＲ触媒１１の上流側に配設された噴霧ノズル６２と、尿素水タンク６３からの尿素水と、該尿素水を噴霧化するためのエアタンク６４からのエアとを尿素水噴霧制御装置６１からの出力信号に基づいて開閉バルブの開閉を制御して、エアと尿素水とを混合させた状態で噴霧ノズル６２に圧送すると共に、尿素水の噴出量調整を行うドージングモジュール６５とで構成されている。
【００３８】
以下、このように構成された本発明に係るエンジンのＮＯｘ浄化装置に関する第一実施形態の制御内容について説明する。
コントローラ５が実行する制御を図２に沿って説明する。
【００３９】
エンジン１が大気温度に等しくなっている状態（冷時）において、エンジン１が始動される。ステップＳ１において、ＳＣＲ触媒１１の温度を直接測定して、これをＳＣＲ触媒１１の初期値とする。これはエンジン１が始動したばかりで、図３に示すとおりＳＣＲ触媒１１の温度はすぐには上昇しない。
【００４０】
ステップＳ２において、ＳＣＲ触媒１１の内部温度を推定計算する。計算方法は上述の計算式（１）及び（２）に基づいて行われる。
ステップＳ３においてＳＣＲ触媒１１の入口側の入口側温度センサ１２及び出口側の出口側温度センサ１３の平均値を算出する。計算式（３）による。この平均値は排ガスの熱がどれくらいＳＣＲ触媒１１に伝熱されたかにより、ＳＣＲ触媒１１の温度を推定するのに用いる。
ステップＳ４においてステップＳ２の触媒内部推定温度と、ステップＳ３の平均値とを比較する。
【００４１】
平均値の方が高いか、又は同じ場合はＹｅｓとしてステップＳ５に進む。触媒内部推定温度の方が高い（Ｎｏ）場合はステップＳ６に進む。
即ち、ＳＣＲ触媒１１の内部温度が高い方が、ＮＯｘの還元浄化作用の効率が高いので、推定値若しくは平均値の高い方の値に基づいて尿素水量を決めるようになっている。
【００４２】
ステップＳ７において、エンジン１が運転中の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２に戻り、ＳＣＲ触媒１１の内部温度の推定計算を繰返し、ＳＣＲ触媒１１の内部温度に基づいて適切な尿素水量とその効率的なＮＯｘ浄化作用を得るための制御を行う。
エンジン１が停止の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ８に進む。ステップＳ８において、ＳＣＲ触媒１１の内部温度の推定計算を継続する。
これは特に発電機又は産業用機械が取付けられたエンジン１の場合、作業機側の運転状況が多様で、エンジン１の運転間隔が長かったり、短かったりまた、負荷変動が大きかったりする場合が多い事情による。
そのどのような場合でも、常に（エンジンが温かい状態の場合）ＳＣＲ触媒１１の内部温度を検知して、適正なＮＯｘ浄化と、ＮＨ３のスリップ削減を行うことができるようにしている。
【００４３】
ステップＳ９において、触媒推定温度が触媒入口排ガス温度以下になった場合には、Ｙｅｓとして触媒温度の推定計算を終了する。
これは、エンジン１が冷時状態になったことを示し、再始動の際は、排ガス温度を初期値として使用するので、触媒温度の推定計算を終了するものである。
一方、触媒推定温度が触媒入口排ガス温度より高い場合にはＮｏとして、ステップＳ１１に進む。この状態は、触媒温度が未だ冷えずに温かい状態を示すもので、ステップＳ１１ではエンジン１を始動するかを判断している。始動しない場合はＮｏとして、ステップＳ８に戻り、触媒推定温度が触媒入口排ガス温度以下になるまで繰返す。
エンジン１を始動する場合にはＹｅｓとしてステップＳ１２に進み、触媒の内部温度推定値を初期値としてステップＳ２に戻り、制御を繰返す。
【００４４】
第一実施形態では、触媒全体の温度を推測して、触媒への還元剤吸着量を精度よく推定して、エンジン１の始動初期における、ＮＯｘ還元剤の噴霧量、ＮＨ３のスリップ量削減を可能としている。
また、汎用エンジン特有の運転状況において、特に運転ＯＮ―ＯＦＦの繰返し時においても、適切なＮＯｘ還元剤の噴霧量とすることで、還元剤（尿素水）の無駄を省き、エンジン１の運転コストを低減できる。
【００４５】
第二実施形態の制御内容について説明する。
第一実施形態の制御フロー図（図２）においては、ステップＳ１で「排ガス温度測定を行い、その値を触媒温度推定ロジックの初期値とする」としているが、第二実施形態では、前記ステップＳ１において、「触媒温度を直接測定して、その値を触媒温度推定ロジックの初期値とする」。前記ステップＳ１以外はすべて同じなので、制御フロー及びその説明は省略する。
【００４６】
第二実施形態においては、第一実施形態で記述したとおり、排ガス温度はエンジン１の運転と同時に温度が上昇するが、触媒の内部温度は伝熱の遅れがあるため、温度上昇の割合が低く（温度上昇が遅い）運転開始から約８００秒経過しないと略同じ温度にならない。
従って、エンジン１始動時の触媒温度の初期値を温度センサ２２にて直接測定しているので、エンジン１が始動して触媒温度が効率的に還元反応できる温度になるまでの間、精度よく触媒温度が計測できるので、ＳＣＲ触媒の還元剤吸着量とその還元浄化処理を更に、適切に実行することが可能となる。
このようにすることによって、ＮＯｘ還元剤の噴霧量を適切な量とすることで、還元剤（尿素水）の無駄を省きＮＨ３のスリップ量を抑制できると共に、エンジン１の運転コストを低減できる。
【００４７】
第三実施形態について図５の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に基づいて説明する。
図（Ａ）はＳＣＲ触媒浄化装置のＳＣＲ触媒部分の概略構造図を示し、排気管２の排気通路に図（Ｃ）に示すように、円周方向に略均等に四分割されたＳＣＲ触媒７０（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄ）が配置されている。排気通路のＳＣＲ触媒７０の入口側には４個の入口側温度センサ７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ及び７１ｄ）が前記四分割の分割部分に沿って４個配設されている。また排気通路のＳＣＲ触媒７０の出口側には入口側の温度センサ７１とＳＣＲ触媒７０を挟んで対向した位置に４個の出口側温度センサ７１（７１ｅ、７１ｆ、７１ｇ及び７１ｈ）が配設されている。
【００４８】
また、排気通路の入口側温度センサ７１の上流側には尿素水の噴出量調整を行うドージングモジュール７３から圧送されるエアと尿素水との混合剤を排気通路の排ガス中に噴霧する四個の噴霧ノズル７２（７２ａ，７２ｂ、７２ｃ及び、７２ｄ）が配設されている。
四個の噴霧ノズル７２は円周方向に略均等に四分割されたＳＣＲ触媒７０（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄ）夫々の排ガス入口側面の中心位置近傍で、円周方向へ略均等に配置されている。
更に、噴霧ノズル７２（７２ａ，７２ｂ、７２ｃ及び、７２ｄ）夫々の配置及び噴霧パターンは図（Ｂ）に示すように、ＳＣＲ触媒７０の中心部に全ての噴霧ノズル７２がオーバラップして尿素水を吹付け可能に配設されている。
【００４９】
ＳＣＲ触媒７０は上述の通り、円周方向に四分割されているのは、排気管２の曲がり等により排ガスに偏流が生じ、排ガスがＳＣＲ触媒７０の全体を均等に通過しない。
従って、円周方向に四分割されたＳＣＲ触媒７０の７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄ毎に内部温度を温度センサ７１の７１ａ、７１ｂ、７１ｃ及び７１ｄにて測定し、測定した夫々の温度に基づいて夫々の触媒毎に還元剤（ＮＨ３）の噴霧量をコントローラ８０（図１参照）にて個別に決定する。決定された夫々の噴霧量は噴霧ノズル７２の７２ａ，７２ｂ、７２ｃ及び、７２ｄから触媒７０の７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄに個別に噴霧される。
制御の方法は例えば、
・脱硝率：低＆ＮＨ３のスリップ率：低の場合⇒該当噴霧ノズルの噴霧量増加
・脱硝率：低＆ＮＨ３のスリップ率：高の場合⇒該当噴霧ノズルの噴霧量減少
・脱硝率：高＆ＮＨ３のスリップ率：低の場合⇒該当噴霧ノズルの噴霧量保持又は増加
（増加量は脱硝率が理論増加量に達するまで）
・脱硝率：高＆ＮＨ３のスリップ率：高の場合⇒該当噴霧ノズルの噴霧量減少
等を行う。
【００５０】
また、ＳＣＲ触媒７０の各分割された触媒７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄの内部温度推定手段８１は次の式にて算出される。
触媒温度推定部８１（図１参照）はＳＣＲ触媒７０入口の排ガス温度を検知する温度センサ７１ａ、７１ｂ、７１ｃ及び７１ｄと、ＳＣＲ触媒７０の出口側の排ガス温度を検知する温度センサ７１ｅ、７１ｆ、７１ｇ及び７１ｈに基づいて以下の伝熱式にて求められる。
＜伝熱式＞
夫々の触媒７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄ毎にハニカム構造の固体と排ガスの伝熱関係は以下の通りとなる。
即ち、［排ガス側の温度変化］＝−［対流項］＋［ＳＣＲ触媒と排ガス間の熱移動］となり、計算式では
となる。ガス熱量各夫々の単位体積あたりの変化に対し、ＳＣＲ触媒から流出した排ガスに残った温度（熱）と、排ガスからＳＣＲ触媒に移動した熱として表される。
一方、排ガス側から移動した伝熱によるＳＣＲ触媒の温度変化
即ち、［ＳＣＲ触媒側の温度変化］＝［ＳＣＲ触媒と排ガス間の熱移動］
＋［隣り合う触媒からの熱移動］
となり、計算式では
となり、ＳＣＲ触媒の温度上昇分が算出される。
尚、上述の但し以外の記号は第一実施形態の伝熱式（段落〔００２５〕）で使用した記号と同じなので、本欄では省略する。
また、制御方法についても、夫々分割された触媒毎に、第一実施形態で説明した内容と同じなので、説明を省略する。
【００５１】
第三実施形態においては、ＳＣＲ触媒７０の円周方向に触媒を四分割（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄ）にして、各分割された触媒毎に噴霧量を調整できるため、効率的な脱硝が可能となり、特に、排気管２の曲がり等による排ガスの偏流に対応できるため、効率的な脱硝が可能となると共に、尿素水の使用量を少なくでき、ＮＨ３のスリップ量も低減できる。
更に、一般に触媒中心部は排ガスの通過量が多く、従って触媒の温度も高くなるので、各噴霧ノズルからの還元剤を中心部にオーバラップして吸着させて、中心部への還元剤を多くすることにより、脱硝作用の効率化を図ったものである。
また、各噴霧ノズル７２ａ，７２ｂ、７２ｃ及び、７２ｄ複数で噴霧するため、ノズル径を小さくすることが可能となり、大きなエンジン用にも共通（噴霧ノズル個数を増大）して使用でき、コスト低減が可能となる。
また、分割された触媒に対応して複数の噴霧ノズルを備えているため、噴霧ノズルのどれかが故障しても、極端な脱硝性能の低下を防止できる。
【００５２】
尚、本第三実施形態では、ＳＣＲ触媒を円周方向に均等に四分割した例を示したが、排ガスの偏流により周方向に均等割りに分割する必要もなく、排ガスの通過する部分には多くの還元剤が付着するようにすれば、本実施形態と同様の効果を容易に得られる。
更に、本第三実施形態では、分割された触媒毎に対応した噴霧ノズル７２を配置したが、
温度センサ７１による触媒７０の測定温度に基づいて、触媒７０の周方向に分割した温度分布を算出する。算出された温度分布に対応した数の噴霧ノズル７２を配設して、温度分布毎の温度により触媒へ還元剤噴霧量をコントローラ８０にて算出して、噴霧ノズル７２から各温度分布毎に還元剤を個別に噴霧しても、第三実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
第四実施形態について図６乃至図９に基づいて説明する。図６は排気管８１に装着されているＳＣＲ触媒８２の下流側にＮＨ３スリップ触媒８３（以後ＮＨ３スリップ触媒と記述する）を配置した場合について説明する。
尚、第１実施形態と同じ部品は同じ符号を使用する。
排出ガス規制の内容により、特に、ディーゼルエンジン搭載のトラック・バス等においては、ＳＣＲ触媒８２の下流側にＮＨ３スリップ触媒８３を配置して、排ガス中のＮＯｘおよびＮＨ３を効率よく浄化している。
図６において、８０はＮＯｘ浄化装置を示し、エンジン１から排出された排ガスは排気管８１に導かれる。排気管８１には排気系上流側からＨＣ，ＣＯ，ＮＯなどを酸化するＤＯＣ触媒７（酸化触媒）、噴霧ノズル８４、ＳＣＲ触媒８２、ＳＣＲ触媒８２に間隔を置いてＮＨ３スリップ触媒８３が配置されている。ＳＣＲ触媒８２の排気系上流側には噴霧ノズル８４の下流側でＳＣＲ触媒８２の排ガス入口に入口側温度センサ８４が配置され、ＳＣＲ触媒８２の排ガス出口側に出口側温度センサ８６が配置されている。
ＳＣＲ触媒８２はハニカム構造の分割された触媒担体に触媒成分を付着させたもので、排気管２内に収納されている。ＮＯｘの選択還元触媒としてはバナジウム系、ゼオライト系などが知られている。ＳＣＲ触媒１１は排ガス中のＮＯｘを選択還元するもので、ＳＣＲ触媒１１にＮＨ３が吸着している状態において、ＳＣＲ触媒１１の温度が約２００℃を上回る領域では高効率でＮＯｘを還元処理する特性を有している。
又、酸化触媒（ＤＯＣ）としてＰｔ（白金）系、Ｐｔ−Ｐｄ（白金・パラジウム）系を用いている。
【００５４】
ＳＣＲ触媒８２の内部温度推定値は、上述の第一実施形態と同じ要領にて行うので、説明は省略する。
ＮＨ３スリップ触媒８３はＳＣＲでＮＯｘ浄化に使用されなかったＮＨ３を酸化するとともに、ＮＨ３の還元作用によりＮＯｘを浄化（脱硝）させることができる。
更に、未燃焼の排ガス中の浮遊粒子状物質（ＰＭ；Particulate Matter）等の捕捉も行う。
【００５５】
図７に基づいて制御フローを説明する。
ステップＳ３０にて、エンジン回転数Ｎｅ及びトルクＴｑからエンジンの出力（負荷）状態を算出する。ステップＳ３１にてステップＳ３０の出力状態からＮＯｘの排出量を算出する。
ステップＳ３２にてステップＳ３１で算出したＮＯｘ量に基づいて尿素水の噴霧量を算出する。ステップＳ３３にて算出された尿素水噴霧量を還元剤供給手段である噴霧ノズル８４から排ガス中に噴霧する。ステップＳ３４にて温度測定手段である入口側温度センサ８５及び出口側温度センサ８６にて排ガスの温度を測定する。ステップＳ３５にてＳＣＲ触媒８２の内部温度を算出する（ＳＣＲ触媒温度推定部）。触媒内部温度の算式は第一実施形態の＜伝熱式＞と同じなので本実施形態では説明を省略する。
【００５６】
ステップＳ３６において、ステップＳ３５にて算出したＳＣＲ触媒８２の内部温度に基づいて、ＳＣＲ触媒８２の内部温度とエンジン負荷（エンジン回転数Ｎｅ及びトルクＴｑ）状態によるＮＯｘ浄化率％をマップ（図８参照）から算出する。ＮＯｘ浄化率％はエンジン負荷により異なり、実験値データから作成する。
ステップＳ３７にてＳＣＲ触媒８２からのＮＨ３のスリップ量をＮＨ３スリップ量算出部にて算出する。
即ち、ＮＨ３スリップ量＝尿素水噴出量―浄化ＮＯｘ量から求める。
但し、浄化ＮＯｘ量＝エンジンからのＮＯｘ排出量×ＮＯｘ浄化率。
【００５７】
ステップＳ３８において、ＮＨ３スリップ触媒活性判断部がＳＣＲ触媒８２を通過した排ガスを出口側温度センサ８６で測定して、測定された値にてＮＨ３スリップ触媒８３の温度を推定する。
ステップＳ３９にて、ステップＳ３８で推定したＮＨ３スリップ触媒８３の温度が活性状態にあるかを判断する。活性状態にない（Ｎｏ）場合には、ステップＳ３０に戻りＮＨ３スリップ触媒８３が活性状態になるまで繰返す。
ＮＨ３スリップ触媒８３の温度が活性する温度に到達した場合を活性状態にあると判断する。
この場合は尿素水の噴霧を停止する。その理由として、噴霧した尿素水でＮＯｘ浄化に用いられなかった分はＮＨ３としてＮＨ３スリップ触媒に吸着される。ＮＨ３スリップ触媒の温度の上昇や排気ガスの流量の変動により、ＮＨ３スリップ触媒に吸着されたＮＨ３は離脱することがある。
一方、活性状態である（Ｙｅｓ）場合、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では
（入口側温度センサ８５検出値＋出口側温度センサ８６検出値）／２と、ＳＣＲ触媒８２の内部温度とを比較する。これはエンジン１の運転状態において、排気ガスの方が高い場合と、ＳＣＲ触媒８２の内部温度の方が高い場合があるためであり、脱硝率は温度の高い方が高くなるので、高い方を選択する。汎用エンジンの稼働状況は多種多様であり、負荷変動、エンジンの運転又は休止の繰返し等様々である。そのような場合でもより効率的な脱硝作用及び、ＮＨ３のスリップ量減少をするためである。
【００５８】
ステップＳ４０でＳＣＲ触媒８２の内部温度の方が高い（Ｎｏ）場合はとして、ステップＳ４１に進む。ステップＳ４１にてＳＣＲ触媒８２の内部温度に基づいて、ＳＣＲ触媒８２のＮＨ３スリップ量を求める。ステップＳ４２にてＮＯｘスリップ量算出部によりＳＣＲ触媒８２からのＮＯｘスリップ量を求める。算出方法としては、エンジン１からのＮＯｘ排出量から図８のＳＣＲ触媒温度とエンジン負荷（Ｎｅ・ｔｑ）によるＮＯｘ浄化率によって求める。ステップＳ４３にてステップＳ４２で求めたＮＯｘスリップ量をＮＨ３スリップ触媒で脱硝するのに必要なＮＨ３量を算出する。図９はＮＨ３スリップ触媒で脱硝するのに必要なＮＨ３量をマップ化したものである。
即ち、ＳＣＲ触媒８２をスリップしたＮＯｘ量に対しＮＨ３スリップ触媒の温度別によるＮＨ３のＮＯｘ浄化に必要な量を実験値のより作成したものである。
従って、ＳＣＲ触媒８２を通過した排ガスの温度を出口側温度センサ８６にて検出した温度をＮＨ３スリップ触媒の温度として、図９からＳＣＲ触媒８２をスリップしたＮＯｘ量と、ＮＨ３スリップ触媒の温度とから、ＮＨ３スリップ触媒でＮＯｘを還元浄化するのに必要なＮＨ３を算出する。
ステップＳ４４にて、ステップＳ４１で求めたＮＨ３のスリップ量と、ステップＳ４３で求めたＮＨ３スリップ触媒での必要なＮＨ３とを比較して、尿素水が不足する場合は尿素水噴霧量を増大し、スリップしたＮＯｘを浄化するのに必要なＮＨ３スリップ量となるように補正する。補正した値をステップＳ３３に出力して、尿素水噴霧装置８７によって排ガス中に尿素水が噴霧される。
【００５９】
ステップＳ４０にてＳＣＲ触媒８２の内部温度より、（入口側温度センサ８５検出値Ｔｇ＿ｉ＋出口側温度センサ８６検出値Ｔｇ＿ｏ）／２の温度の方が高い場合はＹｅｓとしてステップＳ４５へ進む。ステップＳ４５では（検出値Ｔｇ＿ｉ及び検出値Ｔｇ＿ｏ）／２の温度に基づいて、
ＳＣＲ触媒８２のＮＨ３スリップ量を求める。ステップＳ４６にてＳＣＲ触媒８２のＮＯｘスリップ量を求める。ステップＳ４７にて脱硝するのに必要なＮＨ３量を算出する。ステップＳ４８にて尿素水噴霧量を補正する。補正した値をステップＳ３３に出力して、尿素水噴霧装置８７によって排ガス中に尿素水が噴霧される。
尚、ステップＳ４６〜ステップＳ４８はステップＳ４２〜ステップＳ４４と制御内容が同じなので、説明を簡略化した。
【００６０】
ＮＨ３スリップ触媒８３をＳＣＲ触媒８２の排気系下流側に必要とする本第四実施形態によれば、ＳＣＲ触媒を意図的に小さくして、ＮＨ３及びＮＯｘのＳＣＲ触媒でのスリップ量を多くして、ＮＨ３スリップ触媒でのＮＯｘ脱硝を最大限に活用させて、ＳＣＲ触媒を小さくさせることによるコスト低減、及び、汎用エンジンの全体形状を小さくでき、作業機械との組み合わせに自由度が増し、構造の簡素化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
ディーゼルエンジンの排ガス浄化のため、ＳＣＲ触媒に尿素水を吸着させて排ガス中のＮＯｘを効率的に浄化すると共に、尿素水から加水分解したＮＨ３のスリップを削減して、より精度の高い脱硝と、尿素水の使用量の減少に伴うディーゼルエンジン運転コストの低減を図るディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
【符号の説明】
【００６２】
１ エンジン
５、８０ コントローラ
６ 尿素水噴霧装置
１１、７０，８２ ＳＣＲ触媒
１２ 入口側温度センサ
１３ 出口側温度センサ
５１ 排ガス算出手段
５２ ＮＯｘ排出量算出手段
５３ 尿素水噴霧量目標算出手段
５４ 排ガス平均温度算出手段
５５、８１ 触媒温度推定部
５６ 目標吸着量算出手段
５７ 実吸着量演算手段
６１ 尿素水噴霧制御装置
６２ 噴霧ノズル
８３ ＮＨ３スリップ触媒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法に係り、尿素水又はアンモニア（ＮＨ３）を還元剤として添加して、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去する選択還元型ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にディーゼルエンジン（以後エンジンと表記する）の排ガス中に含まれる大気汚染物質の一つである窒素酸化物（以後ＮＯｘと表記する）を浄化するための排ガス浄化装置として、エンジンの排気通路に選択還元型ＳＣＲ触媒（以後ＳＣＲ触媒と表記する）を配設して、還元剤としてのアンモニア（以後ＮＨ３と表記する）をＳＣＲ触媒に添加することにより、排ガス中のＮＯｘを選択的に浄化するようにした排ガス浄化装置が開発されている。
【０００３】
このような、排ガス浄化装置では、ＳＣＲ触媒の上流側に噴霧ノズルにより尿素水を排ガス中に噴霧し、この尿素水が排ガスの熱により加水分解して生じたＮＨ３がＳＣＲ触媒に供給される。ＳＣＲ触媒に供給されたＮＨ３は一旦ＳＣＲ触媒に吸着され、該ＮＨ３と排ガス中のＮＯｘとの脱硝反応がＳＣＲ触媒によって促進されることによりＮＯｘの浄化（脱硝）が行われる。
【０００４】
ところで、一般的にＮＯｘ浄化装置におけるＮＯｘ浄化率はＳＣＲ触媒の性能に依存するところが大きく、ＮＨ３を還元剤として高効率でＮＯｘを浄化するためにはある程度の高温が必要とされる。
ＮＨ３を還元剤とするＳＣＲ触媒は、ＳＣＲ触媒へのＮＨ３吸着量が多いほどＮＯｘ浄化率が高いため、低温域でのＳＣＲ触媒の高浄化率を得るにはＮＨ３吸着量を高く制御する必要がある。
一方、ＳＣＲ触媒へのＮＨ３吸着量には限界があり、吸着限界値はＳＣＲ触媒温度が低いとＮＨ３吸着量は多く、ＳＣＲ触媒温度が高いとＮＨ３吸着量は少なくなる。
その先行技術文献として、特許第３９５１７７４号公報（特許文献１）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９５１７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１によると、ＮＯｘ排出量導出手段で検出された又は、推定されたＮＯｘ排出量と、ＳＣＲ触媒による実ＮＯｘ浄化率とに基づき、ＳＣＲ触媒に吸着されたＮＨ３の消費量を導出して、吸着量導出手段により求めたＮＨ３の添加量とＮＨ３の消費量に応じてＳＣＲ触媒に吸着されたＮＨ３の実吸着量を導出し、この実吸着量に応じて還元剤供給手段を制御するものである。
これらの制御を行う場合、触媒温度をより精度よく検出して、脱硝率の向上とＮＨ３のスリップ（ＮＨ３の供給量が多くて、触媒への吸着限界を超えると、ＳＣＲ触媒に吸着されずに、ＮＨ３が大気中に放出される現象）防止を行う必要がある。
ところが、温度センサにてＳＣＲ触媒の一部の温度しか測定していないため、ＳＣＲ触媒全体の温度とはなっていない場合がある。
また、排ガス温度を使用する場合もあるが、汎用エンジン等では、使用される運転特性として、自動車やプラントよりも過渡運転状況が多い。つまり、負荷変動が大きく、断続運転を行うため、エンジン停止時間の長・短によっては必ずしもＳＣＲ触媒温度の代表値となっていないことが多い。
さらに、ＳＣＲ触媒の熱容量の関係により、即ち、前回の停止時から今回の再始動時までの時間が比較的短い場合等では、排ガス温度よりもＳＣＲ触媒温度の方が高くなっている場合もあり、正確な吸着量を推定することが困難な場合がある。
【０００７】
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、ＳＣＲ触媒温度を精度よく算出して、還元剤の投入量とタイミングを適切に制御して、脱硝率の確保とＮＨ３のスリップ低減及び、還元剤の節約に伴うディーゼルエンジンの運転コストを低減させる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はかかる目的を達成するもので、エンジンの排気系に設けられ、還元剤であるＮＨ３を吸着して排ガス中のＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒に前記還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記ＳＣＲ触媒の入口と出口の前記排ガスの温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段にて検出した前記入口と出口との排ガス温度差に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を推定するＳＣＲ触媒温度推定部及び前記ＳＣＲ触媒内部温度に基づいて前記ＳＣＲ触媒への前記ＮＨ３の吸着量を算出して、該吸着量に基づいて前記還元剤の供給量を算出する還元剤供給量制御部を有した制御手段とを備えたエンジンのＮＯｘ浄化装置において、前記エンジン始動時又は冷時に、前記還元剤供給量制御部にて前記還元剤供給量を算出する前記ＳＣＲ触媒温度（初期値）として、前記温度測定手段の測定結果に基づいた前記ＳＣＲ触媒の前記入口と前記出口との排ガス温度平均値と、前記ＳＣＲ触媒温度推定部にて推定した前記ＳＣＲ触媒内部温度とを比較して、排ガス温度平均値が前記ＳＣＲ触媒内部温度に対して高いか又は、同等の場合は前記排ガス温度平均値を、前記ＳＣＲ触媒内部温度の方が高い場合は前記ＳＣＲ触媒の温度を初期値として前記還元剤供給量を算出して前記還元剤を前記還元剤供給手段から前記ＳＣＲ触媒に供給するように制御することを特徴とする。
【０００９】
このような構成により、ＳＣＲ触媒は触媒へのアンモンニア（還元剤）吸着量が多いほどＮＯｘ浄化率が高い性質を有しているが、一方、ＳＣＲ触媒の温度によってＮＨ３吸着量が変化するので、ＮＯｘ触媒の内部温度を精度よく測定して、還元剤の排ガス中への供給量をコントロールすることにより、還元剤のスリップ（還元剤が反応しないで、アンモニアのままで大気に放出される）量を極力減少させて排ガスの浄化向上が可能とすることができる。
【００１０】
また、本発明において好ましくは、前記ＳＣＲ触媒温度推定部は前記エンジン停止後も前記ＳＣＲ触媒温度の推定を継続し、前記ＳＣＲ触媒温度推定部による前記ＳＣＲ触媒推定温度と、前記温度測定手段にて検出された前記ＳＣＲ触媒入口が前記排ガス温度以下となった場合には前記ＳＣＲ触媒温度の推定を終了し、前記ＳＣＲ触媒推定温度が前記ＳＣＲ触媒入口排ガス温度より高い状態で、前記エンジンが再始動した場合には前記触媒温度推定を前記再始動時の前記触媒温度推定値を前記初期値として前記還元剤供給量を算出して前記還元剤を前記還元剤供給手段から前記ＳＣＲ触媒に供給するように制御するとよい。
【００１１】
汎用エンジン等では機関本体の稼動状態が多種多様であるため、エンジンの温度が下がらないうちに再起動する場合や、エンジンの停止が長くエンジンが冷えた状態（冷時）で再起動する場合等の使用例が多く、再起動したときにより正確なＳＣＲ触媒へのＮＨ３吸着量を推定することにより、再始動時の排ガス浄化効率向上が可能とすることができる。
【００１２】
また、本発明において好ましくは、前記ＳＣＲ触媒温度推定部は前記ＳＣＲ触媒入口と、前記ＳＣＲ触媒出口の排ガス温度を計測して、夫々の排ガス温度、前記触媒の熱容量及び伝熱特性に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を推定するとよい。
【００１３】
このような構成により、ＳＣＲ触媒入口及び出口の排ガス温度を計測して、ＳＣＲ触媒内部推定温度を推定しているので、ＳＣＲ触媒全体の平均温度とすることができるので、脱硝反応やＳＣＲ触媒へのＮＨ３吸脱着反応の平均値を求めることが可能となるため、ＳＣＲ触媒へのより精度の高いＮＨ３吸着量を推定することができ、排ガスの浄化向上が可能とすることができる。
【００１４】
また、本発明において好ましくは、前記エンジンが冷時状態始動時の前記ＳＣＲ触媒温度を温度センサにて直接測定し、その測定値を前記初期値とするとよい。
【００１５】
エンジン始動時の触媒温度の初期値を温度センサにて直接測定しているので、エンジンが始動して触媒温度が効率的に還元反応できる温度状態になるまでの間について、精度よく触媒温度が計測できる。この為、ＳＣＲ触媒の還元剤吸着量とその還元浄化処理を更に、適切に実行することが可能となる。
従って、適切なＮＯｘ還元剤の噴霧量とすることで、ＮＨ３のスリップを防止すると共に、還元剤の無駄を省き、エンジンの運転コストを低減できる。
【００１６】
また、本発明において好ましくは、エンジンの排気系に設けられ、ＮＨ３を吸着して排ガス中のＮＯｘを選択還元し、周方向に複数に分割された領域を有する円柱形状のＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒の上流側で、還元剤である前記ＮＨ３又は尿素水を噴出する複数の噴霧ノズルを前記ＳＣＲ触媒の周方向へ等間隔に配設して前記還元剤を前記ＳＣＲ触媒に供給する還元剤供給手段と、前記ＳＣＲ触媒の排ガス入口と出口に配設された温度センサとが前記ＳＣＲ触媒を挟んで且つ、対向した状態で夫々配置された温度測定手段と、該温度測定手段にて測定された温度に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を対向した前記温度センサ毎に温度分布を推定する触媒温度推定部と、前記ＳＣＲ触媒内部温度に基づいて前記ＳＣＲ触媒への前記ＮＨ３の吸着量を算出して、該吸着量に基づいて還元剤の供給量を前記複数の噴霧ノズル毎に算出する還元剤供給量制御部を有した制御手段とを備えたエンジンのＮＯｘ浄化装置において、前記還元剤供給量制御部は前記触媒温度推定部によって検出された前記温度分布の温度の高さにより前記各噴霧ノズルからの前記還元剤噴出量を制御したことを特徴とする。
【００１７】
このような構成により、複数に分割した触媒の円周方向毎に還元剤を触媒の温度分布毎
に噴霧量を調整できるため、効率的な脱硝が可能となり、尿素水の使用量を少なくすることができると共に、ＮＨ３のスリップ量も低減できる。
また、配管の曲がり等による排ガスの偏流により、ＳＣＲ触媒を流れる排ガス量が部分
的に偏り、ＮＯｘの還元率が分布により異なってくるが、このような場合にも効果的に対応できる。
更に、複数のノズルを使用するため、ノズルの故障が発生しても、極端な脱硝性能の低
下を防止することが可能となる。
【００１８】
また、本発明において、前記複数の各噴霧ノズルは前記複数に分割された領域のＳＣＲ触媒夫々に対向して配置され、前記夫々の噴霧ノズルから噴出される前記還元剤の前記ＳＣＲ触媒への噴霧領域は前記全噴霧ノズルで前記ＳＣＲ触媒の排ガス入口側の全域に噴霧されると共に、前記各噴霧ノズルは少なくとも前記ＳＣＲ触媒の中心部を前記各噴霧ノズル夫々が重複して前記還元剤が噴霧されるように形成されているとよい。
【００１９】
このような構成により、一般にＮＯｘ触媒中心部は最も温度が高いため、どのノズルからも還元剤が中心部に噴霧されるようにして、触媒の排気系上流側前面の中央部に多くの還元剤が噴霧されるようにしてＮＯｘの還元浄化を効率的に促進できる。
更に、ノズルが複数となるので大型エンジン用に小型エンジン用ノズルを複数使用することで、大口径のノズルが不要となるため、部品の共通化が可能となりコスト低減効果が得られる。
【００２０】
また、本発明において、前記複数の各噴霧ノズルは前記複数に分割された領域のＳＣＲ触媒の夫々の前記温度センサ毎に分布された前記温度分布の分布域に対し、複数個の前記噴霧ノズルを配置するとよい。
【００２１】
このような構成により、分割されたＳＣＲ触媒夫々に対応した数だけ還元剤噴霧ノズルを設ける必要がなく、触媒の排気系上流側前面を覆う噴射領域にすることで、ＮＯｘの還元浄化を効率的に促進できると共に、噴霧ノズルの数を減少してコスト低減も可能となる。
【００２２】
また、本発明において、エンジンの排気系に設けられ、還元剤であるＮＨ３を吸着して排ガス中のＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒の前記排気系下流側に前記ＳＣＲ触媒と間隔を置いて配置され、排ガス中のＮＯｘ及びＮＨ３を浄化するＮＨ３スリップ触媒と、前記ＳＣＲ触媒に前記還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記ＳＣＲ触媒の入口と出口の前記排ガスの温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段にて検出した前記入口と前記出口との排ガス温度差に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を推定するＳＣＲ触媒温度推定部、尿素水噴霧量に対して前記ＳＣＲ触媒内部温度と前記エンジン負荷によるＮＯｘ浄化率に基づいて前記ＳＣＲ触媒から前記ＮＨ３のスリップ量を算出するＮＨ３スリップ量算出部、前記ＮＯｘ浄化率に基づいて前記ＳＣＲ触媒でのＮＯｘスリップ量を算出するＮＯｘスリップ量算出部、前記ＮＯｘスリップ量の還元に必要な還元剤量を算出する還元剤量算出部、前記温度測定手段による前記出口の排ガス温度の検出温度に基づいて前記ＮＨ３スリップ触媒が活性状態になっているかを判断するＮＨ３スリップ触媒活性判断部を有した制御手段とを備えたエンジンのＮＯｘ浄化装置において、ＮＨ３スリップ触媒活性判断部によってＮＨ３スリップ触媒が活性状態になっていると判断した場合、前記ＳＣＲ触媒内部温度に基づいて該ＳＣＲ触媒からのＮＨ３スリップ量とＮＯｘスリップ量を算出して、前記ＮＯｘスリップ量を前記ＮＨ３スリップ触媒にて浄化するのに必要な前記還元剤量を求める前記ＳＣＲ触媒の内部温度値として、前記温度測定手段の測定結果に基づいた前記ＳＣＲ触媒の前記入口と前記出口との排ガス温度平均値と、前記ＳＣＲ触媒温度推定部にて推定した前記ＳＣＲ触媒内部温度とを比較して、温度の高い方を前記ＳＣＲ触媒内部温度として前記還元剤量算出部で算出して前記還元剤供給手段に出力するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
このような構成により、排ガス規制をクリアするため酸化触媒（以後ＮＨ３スリップ触媒と表記する。）を装着する必要のある場合には、ＳＣＲ触媒にて意図的にＮＨ３をスリップさせることにより、ＮＨ３スリップ触媒でのＮＯｘ浄化に必要なＮＨ３量を供給することにより、ＮＨ３スリップ触媒でのＮＯｘ浄化を最大限に活用して、浄化率の向上が可能となる。
またＮＨ３スリップ触媒のＮＯｘ浄化機能を活用することによりＳＣＲ触媒のサイズを縮小でき、コストの軽減につながる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、このような構成により、ＳＣＲ触媒は触媒へのＮＨ３（還元剤）吸着量が多いほどＮＯｘ浄化率が高い性質を有しているが、温度によってＮＨ３の吸着量が変化するので、ＳＣＲ触媒の内部温度を精度よく測定して、還元剤の排ガス中への噴出量をコントロールすることにより、還元剤のスリップ量を極力減少させて排ガス中の脱硝効果を向上させることが可能となる。
更に、排ガス規制をクリアするためＮＨ３スリップ触媒を装着する必要のある場合には、ＳＣＲ触媒にて意図的にＮＨ３をスリップさせることにより、ＮＨ３スリップ触媒でのＮＯｘ浄化に必要なＮＨ３量を適切に供給することにより、ＮＨ３スリップ触媒でのＮＯｘ浄化を最大限に活用して、浄化率の向上が可能となる。
またＮＨ３スリップ触媒のＮＯｘ浄化機能（脱硝）を活用することによりＳＣＲ触媒のサイズを縮小でき、部品の共通化が図れると共に仕様変更にも容易に対応可能となり、実質コストの低減になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンのＮＯｘ浄化装置の概略構造図を示す。
【図２】本発明の第１実施形態の排ガス浄化に係る制御フロー図を示す。
【図３】本発明の第１実施形態に係る排ガス温度と、ＳＣＲ触媒温度の時間経過による温度上昇の関係図を示す。
【図４】本発明の第１実施形態に係るＳＣＲ触媒内部温度と、アンモニア吸着の許容量との関係図を示す。
【図５】本発明の第３実施形態に係る（Ａ）はＳＣＲ触媒浄化装置の概略構造図、（Ｂ）はＳＣＲ触媒に噴霧される還元剤の噴霧パターン図、（Ｃ）はＳＣＲ触媒の分割領域形状図を示す。
【図６】本発明の第４実施形態に係るＳＣＲ触媒浄化装置の概略構造図を示す。
【図７】本発明の第４実施形態の排ガス浄化に係る制御フロー図を示す。
【図８】本発明のＳＣＲ触媒内部温度とエンジン運転状態からＳＣＲ触媒の浄化率を推定するマップの一例を示す。
【図９】本発明の第４実施形態に係るＮＨ３スリップ触媒へのＮＯｘ流入量とＮＨ３スリップ触媒の温度からＮＨ３要求量を推定するマップの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。
但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２７】
（第１実施形態）
図１乃至図４に基づいて、本発明の第一実施形態に係るエンジンのＮＯｘ浄化装置について説明する。
図１において、ＮＯｘ浄化装置１０はエンジン１から排出された排ガスのＮＯｘ浄化のため還元剤供給量制御部を有した制御手段であるコントローラ５と、コントローラ５の制御によって還元剤を噴霧する還元剤供給手段である尿素水噴霧装置６と、ＳＣＲ触媒１１及び排気ガス等の温度を検出する温度測定手段である入口側温度センサ１２及び出口側温度センサ１３等から構成されている。
【００２８】
エアクリーナ（図示省略）からエンジン１の燃焼室に吸気を導くインレットマニホールド３には吸気の空気量と、吸気温度（吸気密度を算出する）を測定する吸気流量センサ３１が装着されている。
前記燃焼室で燃焼した排ガスはエキゾーストマニホールド４を介して排気管２に導かれて大気に放出される。
排気管２内には、排気通路２４の上流側から排ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯなどを酸化するＤＯＣ触媒７（酸化触媒）、詳細を後述するコントローラ５の制御によって還元剤を噴霧する噴霧ノズル６２、ＳＣＲ触媒１１に入る排ガスの温度を検知する温度測定手段である入口側温度センサ１２、排ガス中のＮＯｘを浄化する触媒を付着させたハニカム状のＳＣＲ触媒１１、ＳＣＲ触媒１１を通過した排ガスの温度を検知する出口側温度センサ１３及び、ＳＣＲ触媒１１で処理できなかったＮＯｘ及びＮＨ３を処理するＮＨ３スリップ触媒８が配置されている。
また、ＳＣＲ触媒１１の温度を直接測る温度センサ２２がＳＣＲ触媒１１に取付けられている。
【００２９】
ＳＣＲ触媒１１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２内に収納されている。ＮＯｘの選択還元触媒としてはバナジウム系、ゼオライト系などが知られている。ＳＣＲ触媒１１は排ガス中のＮＯｘを選択還元するもので、ＳＣＲ触媒１１にＮＨ３が吸着している状態において、ＳＣＲ触媒１１の温度が約２００℃を上回る領域では高効率でＮＯｘを還元処理する特性を有している。
そのため、ＳＣＲ触媒１１の温度を精度よく検知することにより、還元剤（ＮＨ３）のスリップ防止及びＮＯｘの浄化処理向上に良い効果を得ることができる。
【００３０】
コントローラ５について説明する。
ＳＣＲ触媒内部温度と排ガス温度の関係は図３に示すように、エンジン１始動時はＳＣＲ触媒温度が排ガス温度に対して低い。排ガス温度はエンジン１の運転と同時に温度が上昇するが、ＳＣＲ触媒の内部温度は伝熱の遅れがあるため、温度上昇の割合が低く（温度上昇が遅い）運転開始から約８００秒経過しないと略同じ温度にならない。
そのため、精度の高いＳＣＲ触媒の内部温度を求めるＳＣＲ触媒温度推定部５５はＳＣＲ触媒１１入口の排ガス温度を検知する入口側温度センサ１２と、ＳＣＲ触媒１１の出口側の排ガス温度を検知する出口側温度センサ１３の検知温度の差に基づいて以下の伝熱式にて求められる。
＜伝熱式＞
ハニカム構造の固体と排ガスの伝熱関係は以下の通りとなる。
即ち、［排ガス側の温度変化］＝−［対流項］＋［ＳＣＲ触媒と排ガス間の熱移動］となり、計算式では
となる。ガス熱量の単位体積あたりの変化に対し、ＳＣＲ触媒から流出した排ガスに残った温度（熱）と、排ガスからＳＣＲ触媒に移動した熱として表される。
一方、排ガス側から移動した伝熱によるＳＣＲ触媒の温度変化
即ち、［ＳＣＲ触媒側の温度変化］＝［ＳＣＲ触媒と排ガス間の熱移動］
となり計算式では
となり、ＳＣＲ触媒の温度上昇分が算出される。
但し、（１）及び（２）の記号は
である。
【００３１】
排ガス平均温度算出部５４はＳＣＲ触媒１１入口の排ガス温度を検知する温度測定手段である入口側温度センサ１２と、ＳＣＲ触媒１１の出口側の排ガス温度を検知する出口側温度センサ１３に基づいて算出される。
排ガス平均温度＝（入口の排ガス温度＋出口側の排ガス温度）／２・・・・・（３）
エンジン１が始動したばかりで、ＳＣＲ触媒１１が十分に温まっていない等の場合に触媒温度推定部５５にて推定した温度と比較して、温度の高い方の値を触媒吸着量推定用の初期値として使用する。
【００３２】
目標吸着量算出部５６はエンジン１の特性に基づいて決定されるもので、排気ガス規制値をクリアするためにエンジンの負荷状況（稼働状況）に応じて必要還元剤量を実験値にて作成したマップから読取る。
【００３３】
実吸着量演算部５７はＳＣＲ触媒温度推定部５５にて推定した温度に基づいて、ＳＣＲ触媒１１へ実際に吸着する還元剤（ＮＨ３）量を算出する。
これは、ＳＣＲ触媒１１の特性によるもので、ＳＣＲ触媒１１の温度により還元剤（ＮＨ３）の吸着量を測定してデータ化したマップから算出する。
尚、図４に示すように、ＳＣＲ触媒１１の温度と、ＳＣＲ触媒１１のＮＨ３吸着許容量はＳＣＲ触媒１１の温度の高さに反比例する。
【００３４】
変換係数５８は目標吸着量算出部５６にて求めた必要還元剤量と、ＳＣＲ触媒１１に実際に吸着する還元剤（ＮＨ３）量とを比較して、その差を求め、排気ガス規制値をクリアするように補正するための補正値を算出して出力する。
【００３５】
排気ガス算出部５１はインレットマニホールド３を流れる吸気流量とその吸気温度（空気密度を算出する）をセンサ３１から取入れると共に、燃料流量計（図示省略）からエンジン１の燃焼室に圧送される燃料の流量に基づいて、ＮＯｘ排出量を算出する。
ＮＯｘ排出量算出部５２は、該排ガス算出手段５１で算出した排ガス量と、ＮＯｘセンサ１９からのＮＯｘ濃度（％）とからＮＯｘ排出量を算出する。
尿素水噴霧量目標算出部５３はＮＯｘ排出量算出部５２にて算出したＮＯｘ排出量に基づいて、必要な還元剤である尿素水量を算出する。
【００３６】
変換係数５８では目標吸着量算出部５６にて算出した目標吸着量と、実吸着量演算部５７にて算出した実吸着量との差を求め、目標吸着量に対し、実吸着量が多い場合には尿素水の噴霧量を上述の差に基づいて減少させる値に補正する。
また、目標吸着量に対し、実吸着量が少ない場合には尿素水の噴霧量を上述の差に基づいて増大させる値に補正する。
補正された吸着量の補正値と、尿素水噴霧量目標算出部５３にて算出した目標値とを出力部５９にて差を求め、尿素水噴霧量目標値が吸着量補正値より多い場合にはその差分尿素水の噴霧量を減少させる値を還元剤供給手段である尿素水噴霧装置６に制御信号を出力する。
また、尿素水噴霧量目標値が吸着量補正値より少ない場合には変換係数５８にて補正した補正値を尿素水噴霧装置６に制御信号を出力する。（還元剤供給量制御部）
これは、ＮＨ３がＳＣＲ触媒１１からスリップするのを防止すると共に、尿素水使用量の減少を図り、エンジン１の運転コストの低減となる。
【００３７】
尿素水噴霧装置６にはコントローラ５からの出力信号に基づいて尿素水の噴霧量およびタイミング等を制御する尿素水噴霧制御装置６１と、排気管２のＳＣＲ触媒１１の上流側に配設された噴霧ノズル６２と、尿素水タンク６３からの尿素水と、該尿素水を噴霧化するためのエアタンク６４からのエアとを尿素水噴霧制御装置６１からの出力信号に基づいて開閉バルブの開閉を制御して、エアと尿素水とを混合させた状態で噴霧ノズル６２に圧送すると共に、尿素水の噴出量調整を行うドージングモジュール６５とで構成されている。
【００３８】
以下、このように構成された本発明に係るエンジンのＮＯｘ浄化装置に関する第一実施形態の制御内容について説明する。
コントローラ５が実行する制御を図２に沿って説明する。
【００３９】
エンジン１が大気温度に等しくなっている状態（冷時）において、エンジン１が始動される。ステップＳ１において、ＳＣＲ触媒１１の温度を直接測定して、これをＳＣＲ触媒１１の初期値とする。これはエンジン１が始動したばかりで、図３に示すとおりＳＣＲ触媒１１の温度はすぐには上昇しない。
【００４０】
ステップＳ２において、ＳＣＲ触媒１１の内部温度を推定計算する。計算方法は上述の計算式（１）及び（２）に基づいて行われる。
ステップＳ３においてＳＣＲ触媒１１の入口側の入口側温度センサ１２及び出口側の出口側温度センサ１３の平均値を算出する。計算式（３）による。この平均値は排ガスの熱がどれくらいＳＣＲ触媒１１に伝熱されたかにより、ＳＣＲ触媒１１の温度を推定するのに用いる。
ステップＳ４においてステップＳ２の触媒内部推定温度と、ステップＳ３の平均値とを比較する。
【００４１】
平均値の方が高いか、又は同じ場合はＹｅｓとしてステップＳ５に進む。触媒内部推定温度の方が高い（Ｎｏ）場合はステップＳ６に進む。
即ち、ＳＣＲ触媒１１の内部温度が高い方が、ＮＯｘの還元浄化作用の効率が高いので、推定値若しくは平均値の高い方の値に基づいて尿素水量を決めるようになっている。
【００４２】
ステップＳ７において、エンジン１が運転中の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２に戻り、ＳＣＲ触媒１１の内部温度の推定計算を繰返し、ＳＣＲ触媒１１の内部温度に基づいて適切な尿素水量とその効率的なＮＯｘ浄化作用を得るための制御を行う。
エンジン１が停止の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ８に進む。ステップＳ８において、ＳＣＲ触媒１１の内部温度の推定計算を継続する。
これは特に発電機又は産業用機械が取付けられたエンジン１の場合、作業機側の運転状況が多様で、エンジン１の運転間隔が長かったり、短かったりまた、負荷変動が大きかったりする場合が多い事情による。
そのどのような場合でも、常に（エンジンが温かい状態の場合）ＳＣＲ触媒１１の内部温度を検知して、適正なＮＯｘ浄化と、ＮＨ３のスリップ削減を行うことができるようにしている。
【００４３】
ステップＳ９において、触媒推定温度が触媒入口排ガス温度以下になった場合には、Ｙｅｓとして触媒温度の推定計算を終了する。
これは、エンジン１が冷時状態になったことを示し、再始動の際は、排ガス温度を初期値として使用するので、触媒温度の推定計算を終了するものである。
一方、触媒推定温度が触媒入口排ガス温度より高い場合にはＮｏとして、ステップＳ１１に進む。この状態は、触媒温度が未だ冷えずに温かい状態を示すもので、ステップＳ１１ではエンジン１を始動するかを判断している。始動しない場合はＮｏとして、ステップＳ８に戻り、触媒推定温度が触媒入口排ガス温度以下になるまで繰返す。
エンジン１を始動する場合にはＹｅｓとしてステップＳ１２に進み、触媒の内部温度推定値を初期値としてステップＳ２に戻り、制御を繰返す。
【００４４】
第一実施形態では、触媒全体の温度を推測して、触媒への還元剤吸着量を精度よく推定して、エンジン１の始動初期における、ＮＯｘ還元剤の噴霧量、ＮＨ３のスリップ量削減を可能としている。
また、汎用エンジン特有の運転状況において、特に運転ＯＮ―ＯＦＦの繰返し時においても、適切なＮＯｘ還元剤の噴霧量とすることで、還元剤（尿素水）の無駄を省き、エンジン１の運転コストを低減できる。
【００４５】
第二実施形態の制御内容について説明する。
第一実施形態の制御フロー図（図２）においては、ステップＳ１で「排ガス温度測定を行い、その値を触媒温度推定ロジックの初期値とする」としているが、第二実施形態では、前記ステップＳ１において、「触媒温度を直接測定して、その値を触媒温度推定ロジックの初期値とする」。前記ステップＳ１以外はすべて同じなので、制御フロー及びその説明は省略する。
【００４６】
第二実施形態においては、第一実施形態で記述したとおり、排ガス温度はエンジン１の運転と同時に温度が上昇するが、触媒の内部温度は伝熱の遅れがあるため、温度上昇の割合が低く（温度上昇が遅い）運転開始から約８００秒経過しないと略同じ温度にならない。
従って、エンジン１始動時の触媒温度の初期値を温度センサ２２にて直接測定しているので、エンジン１が始動して触媒温度が効率的に還元反応できる温度になるまでの間、精度よく触媒温度が計測できるので、ＳＣＲ触媒の還元剤吸着量とその還元浄化処理を更に、適切に実行することが可能となる。
このようにすることによって、ＮＯｘ還元剤の噴霧量を適切な量とすることで、還元剤（尿素水）の無駄を省きＮＨ３のスリップ量を抑制できると共に、エンジン１の運転コストを低減できる。
【００４７】
第三実施形態について図５の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に基づいて説明する。
図（Ａ）はＳＣＲ触媒浄化装置のＳＣＲ触媒部分の概略構造図を示し、排気管２の排気通路に図（Ｃ）に示すように、円周方向に略均等に四分割されたＳＣＲ触媒７０（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄ）が配置されている。排気通路のＳＣＲ触媒７０の入口側には４個の入口側温度センサ７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ及び７１ｄ）が前記四分割の分割部分に沿って４個配設されている。また排気通路のＳＣＲ触媒７０の出口側には入口側の温度センサ７１とＳＣＲ触媒７０を挟んで対向した位置に４個の出口側温度センサ７１（７１ｅ、７１ｆ、７１ｇ及び７１ｈ）が配設されている。
【００４８】
また、排気通路の入口側温度センサ７１の上流側には尿素水の噴出量調整を行うドージングモジュール７３から圧送されるエアと尿素水との混合剤を排気通路の排ガス中に噴霧する四個の噴霧ノズル７２（７２ａ，７２ｂ、７２ｃ及び、７２ｄ）が配設されている。
四個の噴霧ノズル７２は円周方向に略均等に四分割されたＳＣＲ触媒７０（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄ）夫々の排ガス入口側面の中心位置近傍で、円周方向へ略均等に配置されている。
更に、噴霧ノズル７２（７２ａ，７２ｂ、７２ｃ及び、７２ｄ）夫々の配置及び噴霧パターンは図（Ｂ）に示すように、ＳＣＲ触媒７０の中心部に全ての噴霧ノズル７２がオーバラップして尿素水を吹付け可能に配設されている。
【００４９】
ＳＣＲ触媒７０は上述の通り、円周方向に四分割されているのは、排気管２の曲がり等により排ガスに偏流が生じ、排ガスがＳＣＲ触媒７０の全体を均等に通過しない。
従って、円周方向に四分割されたＳＣＲ触媒７０の７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄ毎に内部温度を温度センサ７１の７１ａ、７１ｂ、７１ｃ及び７１ｄにて測定し、測定した夫々の温度に基づいて夫々の触媒毎に還元剤（ＮＨ３）の噴霧量をコントローラ８０（図１参照）にて個別に決定する。決定された夫々の噴霧量は噴霧ノズル７２の７２ａ，７２ｂ、７２ｃ及び、７２ｄから触媒７０の７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄに個別に噴霧される。
制御の方法は例えば、
・脱硝率：低＆ＮＨ３のスリップ率：低の場合⇒該当噴霧ノズルの噴霧量増加
・脱硝率：低＆ＮＨ３のスリップ率：高の場合⇒該当噴霧ノズルの噴霧量減少
・脱硝率：高＆ＮＨ３のスリップ率：低の場合⇒該当噴霧ノズルの噴霧量保持又は増加
（増加量は脱硝率が理論増加量に達するまで）
・脱硝率：高＆ＮＨ３のスリップ率：高の場合⇒該当噴霧ノズルの噴霧量減少
等を行う。
【００５０】
また、ＳＣＲ触媒７０の各分割された触媒７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄの内部温度推定手段８１は次の式にて算出される。
触媒温度推定部８１（図１参照）はＳＣＲ触媒７０入口の排ガス温度を検知する温度センサ７１ａ、７１ｂ、７１ｃ及び７１ｄと、ＳＣＲ触媒７０の出口側の排ガス温度を検知する温度センサ７１ｅ、７１ｆ、７１ｇ及び７１ｈに基づいて以下の伝熱式にて求められる。
＜伝熱式＞
夫々の触媒７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄ毎にハニカム構造の固体と排ガスの伝熱関係は以下の通りとなる。
即ち、［排ガス側の温度変化］＝−［対流項］＋［ＳＣＲ触媒と排ガス間の熱移動］となり、計算式では
となる。ガス熱量各夫々の単位体積あたりの変化に対し、ＳＣＲ触媒から流出した排ガスに残った温度（熱）と、排ガスからＳＣＲ触媒に移動した熱として表される。
一方、排ガス側から移動した伝熱によるＳＣＲ触媒の温度変化
即ち、［ＳＣＲ触媒側の温度変化］＝［ＳＣＲ触媒と排ガス間の熱移動］
＋［隣り合う触媒からの熱移動］
となり、計算式では
となり、ＳＣＲ触媒の温度上昇分が算出される。
尚、上述の但し以外の記号は第一実施形態の伝熱式（段落〔００２５〕）で使用した記号と同じなので、本欄では省略する。
また、制御方法についても、夫々分割された触媒毎に、第一実施形態で説明した内容と同じなので、説明を省略する。
【００５１】
第三実施形態においては、ＳＣＲ触媒７０の円周方向に触媒を四分割（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄ）にして、各分割された触媒毎に噴霧量を調整できるため、効率的な脱硝が可能となり、特に、排気管２の曲がり等による排ガスの偏流に対応できるため、効率的な脱硝が可能となると共に、尿素水の使用量を少なくでき、ＮＨ３のスリップ量も低減できる。
更に、一般に触媒中心部は排ガスの通過量が多く、従って触媒の温度も高くなるので、各噴霧ノズルからの還元剤を中心部にオーバラップして吸着させて、中心部への還元剤を多くすることにより、脱硝作用の効率化を図ったものである。
また、各噴霧ノズル７２ａ，７２ｂ、７２ｃ及び、７２ｄ複数で噴霧するため、ノズル径を小さくすることが可能となり、大きなエンジン用にも共通（噴霧ノズル個数を増大）して使用でき、コスト低減が可能となる。
また、分割された触媒に対応して複数の噴霧ノズルを備えているため、噴霧ノズルのどれかが故障しても、極端な脱硝性能の低下を防止できる。
【００５２】
尚、本第三実施形態では、ＳＣＲ触媒を円周方向に均等に四分割した例を示したが、排ガスの偏流により周方向に均等割りに分割する必要もなく、排ガスの通過する部分には多くの還元剤が付着するようにすれば、本実施形態と同様の効果を容易に得られる。
更に、本第三実施形態では、分割された触媒毎に対応した噴霧ノズル７２を配置したが、
温度センサ７１による触媒７０の測定温度に基づいて、触媒７０の周方向に分割した温度分布を算出する。算出された温度分布に対応した数の噴霧ノズル７２を配設して、温度分布毎の温度により触媒へ還元剤噴霧量をコントローラ８０にて算出して、噴霧ノズル７２から各温度分布毎に還元剤を個別に噴霧しても、第三実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
第四実施形態について図６乃至図９に基づいて説明する。図６は排気管８１に装着されているＳＣＲ触媒８２の下流側にＮＨ３スリップ触媒８３（以後ＮＨ３スリップ触媒と記述する）を配置した場合について説明する。
尚、第１実施形態と同じ部品は同じ符号を使用する。
排出ガス規制の内容により、特に、ディーゼルエンジン搭載のトラック・バス等においては、ＳＣＲ触媒８２の下流側にＮＨ３スリップ触媒８３を配置して、排ガス中のＮＯｘおよびＮＨ３を効率よく浄化している。
図６において、８０はＮＯｘ浄化装置を示し、エンジン１から排出された排ガスは排気管８１に導かれる。排気管８１には排気系上流側からＨＣ，ＣＯ，ＮＯなどを酸化するＤＯＣ触媒７（酸化触媒）、噴霧ノズル８４、ＳＣＲ触媒８２、ＳＣＲ触媒８２に間隔を置いてＮＨ３スリップ触媒８３が配置されている。ＳＣＲ触媒８２の排気系上流側には噴霧ノズル８４の下流側でＳＣＲ触媒８２の排ガス入口に入口側温度センサ８４が配置され、ＳＣＲ触媒８２の排ガス出口側に出口側温度センサ８６が配置されている。
ＳＣＲ触媒８２はハニカム構造の分割された触媒担体に触媒成分を付着させたもので、排気管２内に収納されている。ＮＯｘの選択還元触媒としてはバナジウム系、ゼオライト系などが知られている。ＳＣＲ触媒１１は排ガス中のＮＯｘを選択還元するもので、ＳＣＲ触媒１１にＮＨ３が吸着している状態において、ＳＣＲ触媒１１の温度が約２００℃を上回る領域では高効率でＮＯｘを還元処理する特性を有している。
又、酸化触媒（ＤＯＣ）としてＰｔ（白金）系、Ｐｔ−Ｐｄ（白金・パラジウム）系を用いている。
【００５４】
ＳＣＲ触媒８２の内部温度推定値は、上述の第一実施形態と同じ要領にて行うので、説明は省略する。
ＮＨ３スリップ触媒８３はＳＣＲでＮＯｘ浄化に使用されなかったＮＨ３を酸化するとともに、ＮＨ３の還元作用によりＮＯｘを浄化（脱硝）させることができる。
更に、未燃焼の排ガス中の浮遊粒子状物質（ＰＭ；Particulate Matter）等の捕捉も行う。
【００５５】
図７に基づいて制御フローを説明する。
ステップＳ３０にて、エンジン回転数Ｎｅ及びトルクＴｑからエンジンの出力（負荷）状態を算出する。ステップＳ３１にてステップＳ３０の出力状態からＮＯｘの排出量を算出する。
ステップＳ３２にてステップＳ３１で算出したＮＯｘ量に基づいて尿素水の噴霧量を算出する。ステップＳ３３にて算出された尿素水噴霧量を還元剤供給手段である噴霧ノズル８４から排ガス中に噴霧する。ステップＳ３４にて温度測定手段である入口側温度センサ８５及び出口側温度センサ８６にて排ガスの温度を測定する。ステップＳ３５にてＳＣＲ触媒８２の内部温度を算出する（ＳＣＲ触媒温度推定部）。触媒内部温度の算式は第一実施形態の＜伝熱式＞と同じなので本実施形態では説明を省略する。
【００５６】
ステップＳ３６において、ステップＳ３５にて算出したＳＣＲ触媒８２の内部温度に基づいて、ＳＣＲ触媒８２の内部温度とエンジン負荷（エンジン回転数Ｎｅ及びトルクＴｑ）状態によるＮＯｘ浄化率％をマップ（図８参照）から算出する。ＮＯｘ浄化率％はエンジン負荷により異なり、実験値データから作成する。
ステップＳ３７にてＳＣＲ触媒８２からのＮＨ３のスリップ量をＮＨ３スリップ量算出部にて算出する。
即ち、ＮＨ３スリップ量＝尿素水噴出量―浄化ＮＯｘ量から求める。
但し、浄化ＮＯｘ量＝エンジンからのＮＯｘ排出量×ＮＯｘ浄化率。
【００５７】
ステップＳ３８において、ＮＨ３スリップ触媒活性判断部がＳＣＲ触媒８２を通過した排ガスを出口側温度センサ８６で測定して、測定された値にてＮＨ３スリップ触媒８３の温度を推定する。
ステップＳ３９にて、ステップＳ３８で推定したＮＨ３スリップ触媒８３の温度が活性状態にあるかを判断する。活性状態にない（Ｎｏ）場合には、ステップＳ３０に戻りＮＨ３スリップ触媒８３が活性状態になるまで繰返す。
ＮＨ３スリップ触媒８３の温度が活性する温度に到達した場合を活性状態にあると判断する。
この場合は尿素水の噴霧を停止する。その理由として、噴霧した尿素水でＮＯｘ浄化に用いられなかった分はＮＨ３としてＮＨ３スリップ触媒に吸着される。ＮＨ３スリップ触媒の温度の上昇や排気ガスの流量の変動により、ＮＨ３スリップ触媒に吸着されたＮＨ３は離脱することがある。
一方、活性状態である（Ｙｅｓ）場合、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では
（入口側温度センサ８５検出値＋出口側温度センサ８６検出値）／２と、ＳＣＲ触媒８２の内部温度とを比較する。これはエンジン１の運転状態において、排気ガスの方が高い場合と、ＳＣＲ触媒８２の内部温度の方が高い場合があるためであり、脱硝率は温度の高い方が高くなるので、高い方を選択する。汎用エンジンの稼働状況は多種多様であり、負荷変動、エンジンの運転又は休止の繰返し等様々である。そのような場合でもより効率的な脱硝作用及び、ＮＨ３のスリップ量減少をするためである。
【００５８】
ステップＳ４０でＳＣＲ触媒８２の内部温度の方が高い（Ｎｏ）場合はとして、ステップＳ４１に進む。ステップＳ４１にてＳＣＲ触媒８２の内部温度に基づいて、ＳＣＲ触媒８２のＮＨ３スリップ量を求める。ステップＳ４２にてＮＯｘスリップ量算出部によりＳＣＲ触媒８２からのＮＯｘスリップ量を求める。算出方法としては、エンジン１からのＮＯｘ排出量から図８のＳＣＲ触媒温度とエンジン負荷（Ｎｅ・ｔｑ）によるＮＯｘ浄化率によって求める。ステップＳ４３にてステップＳ４２で求めたＮＯｘスリップ量をＮＨ３スリップ触媒で脱硝するのに必要なＮＨ３量を算出する。図９はＮＨ３スリップ触媒で脱硝するのに必要なＮＨ３量をマップ化したものである。
即ち、ＳＣＲ触媒８２をスリップしたＮＯｘ量に対しＮＨ３スリップ触媒の温度別によるＮＨ３のＮＯｘ浄化に必要な量を実験値のより作成したものである。
従って、ＳＣＲ触媒８２を通過した排ガスの温度を出口側温度センサ８６にて検出した温度をＮＨ３スリップ触媒の温度として、図９からＳＣＲ触媒８２をスリップしたＮＯｘ量と、ＮＨ３スリップ触媒の温度とから、ＮＨ３スリップ触媒でＮＯｘを還元浄化するのに必要なＮＨ３を算出する。
ステップＳ４４にて、ステップＳ４１で求めたＮＨ３のスリップ量と、ステップＳ４３で求めたＮＨ３スリップ触媒での必要なＮＨ３とを比較して、尿素水が不足する場合は尿素水噴霧量を増大し、スリップしたＮＯｘを浄化するのに必要なＮＨ３スリップ量となるように補正する。補正した値をステップＳ３３に出力して、尿素水噴霧装置８７によって排ガス中に尿素水が噴霧される。
【００５９】
ステップＳ４０にてＳＣＲ触媒８２の内部温度より、（入口側温度センサ８５検出値Ｔｇ＿ｉ＋出口側温度センサ８６検出値Ｔｇ＿ｏ）／２の温度の方が高い場合はＹｅｓとしてステップＳ４５へ進む。ステップＳ４５では（検出値Ｔｇ＿ｉ及び検出値Ｔｇ＿ｏ）／２の温度に基づいて、
ＳＣＲ触媒８２のＮＨ３スリップ量を求める。ステップＳ４６にてＳＣＲ触媒８２のＮＯｘスリップ量を求める。ステップＳ４７にて脱硝するのに必要なＮＨ３量を算出する。ステップＳ４８にて尿素水噴霧量を補正する。補正した値をステップＳ３３に出力して、尿素水噴霧装置８７によって排ガス中に尿素水が噴霧される。
尚、ステップＳ４６〜ステップＳ４８はステップＳ４２〜ステップＳ４４と制御内容が同じなので、説明を簡略化した。
【００６０】
ＮＨ３スリップ触媒８３をＳＣＲ触媒８２の排気系下流側に必要とする本第四実施形態によれば、ＳＣＲ触媒を意図的に小さくして、ＮＨ３及びＮＯｘのＳＣＲ触媒でのスリップ量を多くして、ＮＨ３スリップ触媒でのＮＯｘ脱硝を最大限に活用させて、ＳＣＲ触媒を小さくさせることによるコスト低減、及び、汎用エンジンの全体形状を小さくでき、作業機械との組み合わせに自由度が増し、構造の簡素化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
ディーゼルエンジンの排ガス浄化のため、ＳＣＲ触媒に尿素水を吸着させて排ガス中のＮＯｘを効率的に浄化すると共に、尿素水から加水分解したＮＨ３のスリップを削減して、より精度の高い脱硝と、尿素水の使用量の減少に伴うディーゼルエンジン運転コストの低減を図るディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
【符号の説明】
【００６２】
１ エンジン
５、８０ コントローラ
６ 尿素水噴霧装置
１１、７０，８２ ＳＣＲ触媒
１２ 入口側温度センサ
１３ 出口側温度センサ
５１ 排ガス算出手段
５２ ＮＯｘ排出量算出手段
５３ 尿素水噴霧量目標算出手段
５４ 排ガス平均温度算出手段
５５、８１ 触媒温度推定部
５６ 目標吸着量算出手段
５７ 実吸着量演算手段
６１ 尿素水噴霧制御装置
６２ 噴霧ノズル
８３ ＮＨ３スリップ触媒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に設けられ、還元剤であるＮＨ３を吸着して排ガス中のＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒に前記還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記ＳＣＲ触媒の入口と出口の前記排ガスの温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段にて検出した前記入口と出口との排ガス温度差に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を推定するＳＣＲ触媒温度推定部及び前記ＳＣＲ触媒内部温度に基づいて前記ＳＣＲ触媒への前記ＮＨ３の吸着量を算出して、該吸着量に基づいて前記還元剤の供給量を算出する還元剤供給量制御部を有した制御手段とを備えたエンジンのＮＯｘ浄化装置において、前記エンジン始動時又は冷時に、前記還元剤供給量制御部にて前記還元剤供給量を算出する前記ＳＣＲ触媒温度（初期値）として、前記温度測定手段の測定結果に基づいた前記ＳＣＲ触媒の前記入口と前記出口との排ガス温度平均値と、前記ＳＣＲ触媒温度推定部にて推定した前記ＳＣＲ触媒内部温度とを比較して、排ガス温度平均値が前記ＳＣＲ触媒内部温度に対して高いか又は、同等の場合は前記排ガス温度平均値を、前記ＳＣＲ触媒内部温度の方が高い場合は前記ＳＣＲ触媒の温度を初期値として前記還元剤供給量を算出して前記還元剤を前記還元剤供給手段から前記ＳＣＲ触媒に供給するように制御することを特徴とするエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項２】
前記ＳＣＲ触媒温度推定部は前記エンジン停止後も前記ＳＣＲ触媒温度の推定を継続し、前記ＳＣＲ触媒温度推定部による前記ＳＣＲ触媒推定温度と、前記温度測定手段にて検出された前記ＳＣＲ触媒入口が前記排ガス温度以下となった場合には前記ＳＣＲ触媒温度の推定を終了し、前記ＳＣＲ触媒推定温度が前記ＳＣＲ触媒入口排ガス温度より高い状態で、前記エンジンが再始動した場合には前記触媒温度推定を前記再始動時の前記触媒温度推定値を前記初期値として前記還元剤供給量を算出して前記還元剤を前記還元剤供給手段から前記ＳＣＲ触媒に供給するように制御することを特徴とする請求項１記載エンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項３】
前記ＳＣＲ触媒温度推定部は前記ＳＣＲ触媒入口と、前記ＳＣＲ触媒出口の排ガス温度を計測して、夫々の排ガス温度、前記触媒の熱容量及び伝熱特性に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を推定することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項４】
前記エンジンが冷時状態始動時の前記ＳＣＲ触媒温度を温度センサにて直接測定し、その測定値を前記初期値としたことを特徴とする請求項１記載のエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項５】
エンジンの排気系に設けられ、ＮＨ３を吸着して排ガス中のＮＯｘを選択還元し、周方向に複数に分割された領域を有する円柱形状のＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒の上流側で、還元剤である前記ＮＨ３又は尿素水を噴出する複数の噴霧ノズルを前記ＳＣＲ触媒の周方向へ等間隔に配設して前記還元剤を前記ＳＣＲ触媒に供給する還元剤供給手段と、前記ＳＣＲ触媒の排ガス入口と出口に配設された温度センサとが前記ＳＣＲ触媒を挟んで且つ、対向した状態で夫々配置された温度測定手段と、該温度測定手段にて測定された温度に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を対向した前記温度センサ毎に温度分布を推定する触媒温度推定部と、前記ＳＣＲ触媒内部温度に基づいて前記ＳＣＲ触媒への前記ＮＨ３の吸着量を算出して、該吸着量に基づいて還元剤の供給量を前記複数の噴霧ノズル毎に算出する還元剤供給量制御部を有した制御手段とを備えたエンジンのＮＯｘ浄化装置において、
前記還元剤供給量制御部は前記触媒温度推定部によって検出された前記温度分布の温度の高さにより前記各噴霧ノズルからの前記還元剤噴出量を制御したことを特徴とするエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項６】
前記複数の各噴霧ノズルは前記複数に分割された領域のＳＣＲ触媒夫々に対向して配置され、前記夫々の噴霧ノズルから噴出される前記還元剤の前記ＳＣＲ触媒への噴霧領域は前記全噴霧ノズルで前記ＳＣＲ触媒の排ガス入口側の全域に噴霧されると共に、前記各噴霧ノズルは少なくとも前記ＳＣＲ触媒の中心部を前記各噴霧ノズル夫々が重複して前記還元剤が噴霧されるように形成されていることを特徴とする請求項５記載のエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項７】
前記複数の各噴霧ノズルは前記複数に分割された領域のＳＣＲ触媒の夫々の前記温度センサ毎に分布された前記温度分布の分布域に対し、複数個の前記噴霧ノズルを配置したことを特徴とする請求項５記載の特徴とするエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項８】
エンジンの排気系に設けられ、還元剤であるＮＨ３を吸着して排ガス中のＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒の前記排気系下流側に前記ＳＣＲ触媒と間隔を置いて配置され、排ガス中のＮＯｘ及びＮＨ３を浄化するＮＨ３スリップ触媒と、前記ＳＣＲ触媒に前記還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記ＳＣＲ触媒の入口と出口の前記排ガスの温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段にて検出した前記入口と前記出口との排ガス温度差に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を推定するＳＣＲ触媒温度推定部、尿素水噴霧量に対して前記ＳＣＲ触媒内部温度と前記エンジン負荷によるＮＯｘ浄化率に基づいて前記ＳＣＲ触媒から前記ＮＨ３のスリップ量を算出するＮＨ３スリップ量算出部、前記ＮＯｘ浄化率に基づいて前記ＳＣＲ触媒でのＮＯｘスリップ量を算出するＮＯｘスリップ量算出部、前記ＮＯｘスリップ量の還元に必要な還元剤量を算出する還元剤量算出部、前記温度測定手段による前記出口の排ガス温度の検出温度に基づいて前記ＮＨ３スリップ触媒が活性状態になっているかを判断するＮＨ３スリップ触媒活性判断部を有した制御手段とを備えたエンジンのＮＯｘ浄化装置において、ＮＨ３スリップ触媒活性判断部によってＮＨ３スリップ触媒が活性状態になっていると判断した場合、前記ＳＣＲ触媒内部温度に基づいて該ＳＣＲ触媒からのＮＨ３スリップ量とＮＯｘスリップ量を算出して、前記ＮＯｘスリップ量を前記ＮＨ３スリップ触媒にて浄化するのに必要な前記還元剤量を求める前記ＳＣＲ触媒の内部温度値として、前記温度測定手段の測定結果に基づいた前記ＳＣＲ触媒の前記入口と前記出口との排ガス温度平均値と、前記ＳＣＲ触媒温度推定部にて推定した前記ＳＣＲ触媒内部温度とを比較して、温度の高い方を前記ＳＣＲ触媒内部温度として前記還元剤量算出部で算出して前記還元剤供給手段に出力するようにしたことを特徴とするエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項１】
エンジンの排気系に設けられ、還元剤であるＮＨ３を吸着して排ガス中のＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒に前記還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記ＳＣＲ触媒の入口と出口の前記排ガスの温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段にて検出した前記入口と出口との排ガス温度差に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を推定するＳＣＲ触媒温度推定部及び前記ＳＣＲ触媒内部温度に基づいて前記ＳＣＲ触媒への前記ＮＨ３の吸着量を算出して、該吸着量に基づいて前記還元剤の供給量を算出する還元剤供給量制御部を有した制御手段とを備えたエンジンのＮＯｘ浄化装置において、前記エンジン始動時又は冷時に、前記還元剤供給量制御部にて前記還元剤供給量を算出する前記ＳＣＲ触媒温度（初期値）として、前記温度測定手段の測定結果に基づいた前記ＳＣＲ触媒の前記入口と前記出口との排ガス温度平均値と、前記ＳＣＲ触媒温度推定部にて推定した前記ＳＣＲ触媒内部温度とを比較して、排ガス温度平均値が前記ＳＣＲ触媒内部温度に対して高いか又は、同等の場合は前記排ガス温度平均値を、前記ＳＣＲ触媒内部温度の方が高い場合は前記ＳＣＲ触媒の温度を初期値として前記還元剤供給量を算出して前記還元剤を前記還元剤供給手段から前記ＳＣＲ触媒に供給するように制御することを特徴とするエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項２】
前記ＳＣＲ触媒温度推定部は前記エンジン停止後も前記ＳＣＲ触媒温度の推定を継続し、前記ＳＣＲ触媒温度推定部による前記ＳＣＲ触媒推定温度と、前記温度測定手段にて検出された前記ＳＣＲ触媒入口が前記排ガス温度以下となった場合には前記ＳＣＲ触媒温度の推定を終了し、前記ＳＣＲ触媒推定温度が前記ＳＣＲ触媒入口排ガス温度より高い状態で、前記エンジンが再始動した場合には前記触媒温度推定を前記再始動時の前記触媒温度推定値を前記初期値として前記還元剤供給量を算出して前記還元剤を前記還元剤供給手段から前記ＳＣＲ触媒に供給するように制御することを特徴とする請求項１記載エンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項３】
前記ＳＣＲ触媒温度推定部は前記ＳＣＲ触媒入口と、前記ＳＣＲ触媒出口の排ガス温度を計測して、夫々の排ガス温度、前記触媒の熱容量及び伝熱特性に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を推定することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項４】
前記エンジンが冷時状態始動時の前記ＳＣＲ触媒温度を温度センサにて直接測定し、その測定値を前記初期値としたことを特徴とする請求項１記載のエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項５】
エンジンの排気系に設けられ、ＮＨ３を吸着して排ガス中のＮＯｘを選択還元し、周方向に複数に分割された領域を有する円柱形状のＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒の上流側で、還元剤である前記ＮＨ３又は尿素水を噴出する複数の噴霧ノズルを前記ＳＣＲ触媒の周方向へ等間隔に配設して前記還元剤を前記ＳＣＲ触媒に供給する還元剤供給手段と、前記ＳＣＲ触媒の排ガス入口と出口に配設された温度センサとが前記ＳＣＲ触媒を挟んで且つ、対向した状態で夫々配置された温度測定手段と、該温度測定手段にて測定された温度に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を対向した前記温度センサ毎に温度分布を推定する触媒温度推定部と、前記ＳＣＲ触媒内部温度に基づいて前記ＳＣＲ触媒への前記ＮＨ３の吸着量を算出して、該吸着量に基づいて還元剤の供給量を前記複数の噴霧ノズル毎に算出する還元剤供給量制御部を有した制御手段とを備えたエンジンのＮＯｘ浄化装置において、
前記還元剤供給量制御部は前記触媒温度推定部によって検出された前記温度分布の温度の高さにより前記各噴霧ノズルからの前記還元剤噴出量を制御したことを特徴とするエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項６】
前記複数の各噴霧ノズルは前記複数に分割された領域のＳＣＲ触媒夫々に対向して配置され、前記夫々の噴霧ノズルから噴出される前記還元剤の前記ＳＣＲ触媒への噴霧領域は前記全噴霧ノズルで前記ＳＣＲ触媒の排ガス入口側の全域に噴霧されると共に、前記各噴霧ノズルは少なくとも前記ＳＣＲ触媒の中心部を前記各噴霧ノズル夫々が重複して前記還元剤が噴霧されるように形成されていることを特徴とする請求項５記載のエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項７】
前記複数の各噴霧ノズルは前記複数に分割された領域のＳＣＲ触媒の夫々の前記温度センサ毎に分布された前記温度分布の分布域に対し、複数個の前記噴霧ノズルを配置したことを特徴とする請求項５記載の特徴とするエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【請求項８】
エンジンの排気系に設けられ、還元剤であるＮＨ３を吸着して排ガス中のＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒の前記排気系下流側に前記ＳＣＲ触媒と間隔を置いて配置され、排ガス中のＮＯｘ及びＮＨ３を浄化するＮＨ３スリップ触媒と、前記ＳＣＲ触媒に前記還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記ＳＣＲ触媒の入口と出口の前記排ガスの温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段にて検出した前記入口と前記出口との排ガス温度差に基づいて前記ＳＣＲ触媒内部温度を推定するＳＣＲ触媒温度推定部、尿素水噴霧量に対して前記ＳＣＲ触媒内部温度と前記エンジン負荷によるＮＯｘ浄化率に基づいて前記ＳＣＲ触媒から前記ＮＨ３のスリップ量を算出するＮＨ３スリップ量算出部、前記ＮＯｘ浄化率に基づいて前記ＳＣＲ触媒でのＮＯｘスリップ量を算出するＮＯｘスリップ量算出部、前記ＮＯｘスリップ量の還元に必要な還元剤量を算出する還元剤量算出部、前記温度測定手段による前記出口の排ガス温度の検出温度に基づいて前記ＮＨ３スリップ触媒が活性状態になっているかを判断するＮＨ３スリップ触媒活性判断部を有した制御手段とを備えたエンジンのＮＯｘ浄化装置において、ＮＨ３スリップ触媒活性判断部によってＮＨ３スリップ触媒が活性状態になっていると判断した場合、前記ＳＣＲ触媒内部温度に基づいて該ＳＣＲ触媒からのＮＨ３スリップ量とＮＯｘスリップ量を算出して、前記ＮＯｘスリップ量を前記ＮＨ３スリップ触媒にて浄化するのに必要な前記還元剤量を求める前記ＳＣＲ触媒の内部温度値として、前記温度測定手段の測定結果に基づいた前記ＳＣＲ触媒の前記入口と前記出口との排ガス温度平均値と、前記ＳＣＲ触媒温度推定部にて推定した前記ＳＣＲ触媒内部温度とを比較して、温度の高い方を前記ＳＣＲ触媒内部温度として前記還元剤量算出部で算出して前記還元剤供給手段に出力するようにしたことを特徴とするエンジンのＮＯｘ浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−９４５７２（Ｐ２０１１−９４５７２Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５１１３２（Ｐ２００９−２５１１３２）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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