JP2011196310A - 排気浄化方法及び排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】添加剤（還元剤）を選択還元触媒１６に供給する場合に、その添加剤の供給量を適切に設定して、ＮＯｘの浄化に用いられない余剰の添加剤量を低減する。
【解決手段】選択還元触媒１６に流入する流入ＮＯｘ量を算出するとともに、エンジン１の運転状態に基づいて、選択還元触媒１６によるＮＯｘの推定浄化率を算出し、上記流入ＮＯｘ量と上記推定浄化率とに基づいて、上記添加剤の供給量を設定し、上記流入ＮＯｘ量と、流出ＮＯｘ量検出手段（ＮＯｘセンサ２４）により検出された流出ＮＯｘ量とに基づいて、選択還元触媒１６によるＮＯｘの実浄化率を算出し、上記推定浄化率と上記実浄化率とに基づいて、上記添加剤の供給量の補正の要否の判定と該補正が必要であるとの判定の場合の該補正の実行とを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気通路上に配設された選択還元触媒に添加剤（還元剤）を供給することで該エンジンの排気ガスを浄化する排気浄化方法及び排気浄化装置に関する技術分野に属する。

従来より、ディーゼルエンジンの排気通路上に、酸素共存下でもＮＯｘを選択的に還元剤と反応させる選択還元触媒を配設して、該選択還元触媒によりエンジンの排気ガスを浄化する排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この排気浄化装置では、選択還元触媒の上流側から上記還元剤となる尿素水を噴射して、この噴射した尿素水を選択還元触媒に供給する。尿素水は、排気ガスの熱により熱分解又は加水分解されてアンモニアと炭酸ガスとが生成される。このアンモニアにより排気ガス中のＮＯｘが選択還元触媒上で還元される。

また、特許文献１のものでは、現在のエンジンの運転状態に基づきＮＯｘの発生量が推定され、この推定されたＮＯｘの発生量に見合う尿素水の供給量が算出されて必要量の尿素水の添加が実行される。

特開２００６−２６６２号公報

ところで、上記尿素水の供給量は、エンジンから排気されるＮＯｘ量（つまり選択還元触媒に流入するＮＯｘ量）と、選択還元触媒によるＮＯｘの推定浄化率とから求めることができる。選択還元触媒に流入するＮＯｘ量は、特許文献１のようにエンジンの運転状態に基づいて算出してもよく、ＮＯｘセンサの検出値から算出してもよい。上記推定浄化率は、エンジンの運転状態に基づいて算出する。すなわち、選択還元触媒によるＮＯｘの浄化率は、選択還元触媒を流れる排気ガスの流量や温度等で変わるため、エンジンの運転状態から排気ガスの流量や温度等を求めて、これら排気ガスの流量や温度等から推定浄化率を算出する。

しかし、上記推定浄化率は、選択還元触媒によるＮＯｘの実際の浄化率である実浄化率と必ずしも一致しないため、供給した尿素水から生じるアンモニア量が、ＮＯｘの浄化に用いられるアンモニア量よりも多くなる場合がある。この場合、ＮＯｘの浄化に用いられない余剰のアンモニアが大気中に放出されてしまう。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、尿素水のような添加剤（還元剤）を選択還元触媒に供給する場合に、適切な量の添加剤を選択還元触媒に供給して、ＮＯｘの浄化に用いられない余剰の添加剤量を低減しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、エンジンの排気通路上に配設された選択還元触媒に添加剤を供給する添加剤供給工程を備え、該添加剤供給工程で該添加剤の供給を受けた上記選択還元触媒により上記エンジンの排気ガスを浄化する排気浄化方法を対象として、上記選択還元触媒に流入する流入ＮＯｘ量を算出する流入ＮＯｘ量算出工程と、上記エンジンの運転状態に基づいて、上記選択還元触媒によるＮＯｘの推定浄化率を算出する推定浄化率算出工程と、上記流入ＮＯｘ量算出工程で算出した流入ＮＯｘ量と上記推定浄化率算出工程で算出した推定浄化率とに基づいて、上記添加剤の供給量を設定する供給量設定工程と、上記流入ＮＯｘ量算出工程で算出した流入ＮＯｘ量と、上記選択還元触媒の下流側に配設されかつ該選択還元触媒から流出する流出ＮＯｘ量を検出するための流出ＮＯｘ量検出手段により検出された流出ＮＯｘ量とに基づいて、上記選択還元触媒によるＮＯｘの実浄化率を算出する実浄化率算出工程と、上記推定浄化率算出工程で算出した推定浄化率と上記実浄化率算出工程で算出した実浄化率とに基づいて、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量の補正の要否の判定と該補正が必要であるとの判定の場合の該補正の実行とを行う補正工程とを備え、上記添加剤供給工程は、上記補正工程で上記添加剤の供給量を補正した場合には、上記添加剤を、該補正した供給量でもって上記選択還元触媒に供給する一方、上記補正工程で上記添加剤の供給量を補正しなかった場合には、上記添加剤を、上記供給量設定工程で設定した供給量でもって上記選択還元触媒に供給する工程であるものとした。

このことにより、流入ＮＯｘ量算出工程で流入ＮＯｘ量を算出する。この流入ＮＯｘ量は、エンジンの運転状態に基づいて算出してもよく、或いは、選択還元触媒の上流側に配設したＮＯｘセンサのような流入ＮＯｘ量検出手段による検出値に基づいて算出してもよい。また、推定浄化率算出工程で、エンジンの運転状態に基づいて、選択還元触媒によるＮＯｘの推定浄化率を算出する。すなわち、エンジンの運転状態から、選択還元触媒を流れる排気ガスの流量や温度等を求めて、これら排気ガスの流量や温度等から、例えば、予め作成しておいたマップ等を用いて推定浄化率を算出する。そして、供給量設定工程で、上記流入ＮＯｘ量と上記推定浄化率とに基づいて、添加剤の供給量を設定する。また、実浄化率算出工程で、上記流入ＮＯｘ量と、流出ＮＯｘ量検出手段により検出された流出ＮＯｘ量とに基づいて、選択還元触媒によるＮＯｘの実浄化率を算出する。ここで、流入ＮＯｘ量が、エンジンの運転状態に基づいて算出したものであっても、流入ＮＯｘ量検出手段による検出値に基づいて算出したものと大きな差異はなく、エンジンの運転状態に基づいて算出した流入ＮＯｘ量と上記流出ＮＯｘ量とに基づいて算出した浄化率は、実質的に実浄化率であるといえる。

次いで、補正工程で、上記推定浄化率と上記実浄化率とに基づいて、上記添加剤の供給量の補正の要否の判定と該補正が必要であるとの判定の場合の該補正の実行とを行う。すなわち、上記推定浄化率が上記実浄化率と異なる場合に、その分だけ添加剤の供給量を補正することで、添加剤の供給量を適切に設定できるようになる。特に上記推定浄化率が上記実浄化率よりも大きい場合に、添加剤の供給量を減量することで、適切な量の添加剤を選択還元触媒に供給して、ＮＯｘの浄化に用いられない余剰の添加剤量を低減することができる。一方、上記推定浄化率が上記実浄化率よりも小さい場合には、ＮＯｘの浄化に用いられない余剰の添加剤量を低減するという観点からは、必ずしも補正する必要はないが、添加剤の供給量を増量するようにしてもよい。また、上記推定浄化率が上記実浄化率よりも大きい場合であっても、常に添加剤の供給量を補正する必要はなく、例えば、上記推定浄化率から上記実浄化率を引いた値が所定値よりも大きい場合に、添加剤の供給量を補正するようにしてもよい。

そして、添加剤供給工程において、上記補正工程で添加剤の供給量を補正した場合には、上記添加剤を、該補正した供給量でもって上記選択還元触媒に供給する。こうしてＮＯｘの浄化に用いられない余剰の添加剤量が低減する。一方、上記補正工程で添加剤の供給量を補正しなかった場合には、上記添加剤を、上記供給量設定工程で設定した供給量でもって上記選択還元触媒に供給することになる。

上記排気浄化方法において、上記補正工程は、上記推定浄化率算出工程で算出した推定浄化率が上記実浄化率算出工程で算出した実浄化率よりも大きい場合に、上記補正が必要であると判定して、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量を減量する工程であってもよい。

このことで、添加剤の供給量を適切に設定して、ＮＯｘの浄化に用いられない余剰の添加剤量を低減することができる。

上記排気浄化方法において、上記補正工程は、上記推定浄化率算出工程で算出した推定浄化率から上記実浄化率算出工程で算出した実浄化率を引いた値が所定値よりも大きい場合に、上記補正が必要であると判定して、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量を減量する工程であってもよい。

すなわち、上記推定浄化率が上記実浄化率よりも大きくなっても、その差が所定値以下では、余剰の添加剤が排気通路の外部（大気中）に直ちに放出されるわけではない。また、特に、添加剤が尿素水（アンモニア）である場合に、ＮＯｘの浄化に用いられない余剰のアンモニアを酸化触媒で酸化することも可能であり、このような酸化触媒を選択還元触媒の下流側に設けた場合には、上記所定値を比較的大きくすることができる。このことから、上記推定浄化率から上記実浄化率を引いた値（負の値になる場合もある）が所定値（正の値）を超えない限り、添加剤の供給量を減量する必要はなく、よって、添加剤を多い目に供給することができて、ＮＯｘの浄化を確実に行うことができる。

上記排気浄化方法において、上記補正工程は、上記実浄化率算出工程で算出した実浄化率と上記流入ＮＯｘ量算出工程で算出した流入ＮＯｘ量とに基づいて、上記選択還元触媒に供給する添加剤のうちＮＯｘの浄化に用いられる添加剤量を算出して、上記添加剤の供給量から該算出した添加剤量を引いた値である余剰量に基づいて、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量の補正の要否の判定と該補正が必要であるとの判定の場合の該補正の実行とを行う工程であってもよい。

このように余剰量に基づいて添加剤の供給量の補正の要否の判定と該補正が必要であるとの判定の場合の該補正の実行とを行うことでも、添加剤の供給量を適切に設定して、ＮＯｘの浄化に用いられない余剰の添加剤量を低減することができる。

上記余剰量に基づいて添加剤の供給量の補正の要否の判定と該補正が必要であるとの判定の場合の該補正の実行とを行う場合、上記余剰量を積算する積算工程を更に備え、上記補正工程は、上記余剰量の積算量が所定量よりも大きい場合に、上記補正が必要であると判定して、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量を減量する工程であってもよい。

すなわち、余剰量の値が小さければ、余剰の添加剤が選択還元触媒の下流側に溜まり、或る程度溜まった段階で大気中に放出される。したがって、余剰量の積算量が所定量を超えるまでは、添加剤の供給量を減量する必要はなく、余剰量の積算量が所定量よりも大きい場合に添加剤の供給量を減量するようにすることで、添加剤を多い目に供給することができて、ＮＯｘの浄化を確実に行うことができる。

本発明の別の態様では、エンジンの排気通路上に配設され、添加剤の供給を受けて該エンジンの排気ガスを浄化する選択還元触媒と、該選択還元触媒に上記添加剤を供給する添加剤供給手段とを備えた排気浄化装置が提供される。この排気浄化装置は、上記選択還元触媒に流入する流入ＮＯｘ量を算出する流入ＮＯｘ量算出部と、上記エンジンの運転状態に基づいて、上記選択還元触媒によるＮＯｘの推定浄化率を算出する推定浄化率算出部と、上記流入ＮＯｘ量算出部により算出された流入ＮＯｘ量と上記推定浄化率算出部により算出された推定浄化率とに基づいて、上記添加剤の供給量を設定する供給量設定部と、上記選択還元触媒の下流側に配設され、該選択還元触媒から流出する流出ＮＯｘ量を検出するための流出ＮＯｘ量検出手段と、上記流入ＮＯｘ量算出部により算出された流入ＮＯｘ量と、上記流出ＮＯｘ量検出手段により検出された流出ＮＯｘ量とに基づいて、上記選択還元触媒によるＮＯｘの実浄化率を算出する実浄化率算出部と、上記推定浄化率算出部により算出された推定浄化率と上記実浄化率算出部により算出された実浄化率とに基づいて、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量の補正の要否の判定と該補正が必要であるとの判定の場合の該補正の実行とを行う補正部とを備え、上記添加剤供給手段は、上記補正部により上記添加剤の供給量が補正された場合には、上記添加剤を、該補正された供給量でもって上記選択還元触媒に供給する一方、上記補正部により上記添加剤の供給量が補正されなかった場合には、上記添加剤を、上記供給量設定部により設定された供給量でもって上記選択還元触媒に供給するように構成されているものである。

この構成により、上記排気浄化方法と同様に、適切な量の添加剤を選択還元触媒に供給して、ＮＯｘの浄化に用いられない余剰の添加剤量を低減することができる。

以上説明したように、本発明によると、選択還元触媒に流入する流入ＮＯｘ量を算出するとともに、エンジンの運転状態に基づいて、選択還元触媒によるＮＯｘの推定浄化率を算出し、上記流入ＮＯｘ量と上記推定浄化率とに基づいて、添加剤の供給量を設定し、上記流入ＮＯｘ量と、流出ＮＯｘ量検出手段により検出された流出ＮＯｘ量とに基づいて、選択還元触媒によるＮＯｘの実浄化率を算出し、上記推定浄化率と上記実浄化率とに基づいて、上記添加剤の供給量の補正の要否の判定と該補正が必要であるとの判定の場合の該補正の実行とを行うようにしたことにより、適切な量の添加剤を選択還元触媒に供給して、ＮＯｘの浄化に用いられない余剰の添加剤量を低減することができ、特に、添加剤が尿素水（アンモニア）である場合に、排気通路の出口から大気中に排出されるアンモニア量を低減することができる。

本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置を示す概略構成図である。 上記排気浄化装置の制御系の構成を示すブロック図である。 コントロールユニットによる尿素水噴射制御を示すフローチャートである。 選択還元触媒の温度と、余剰量の積算値に関する閾値である所定量との関係の一例を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るエンジン１の排気浄化装置１０を示す。このエンジン１は、ディーゼルエンジンであって、吸気通路２と、排気通路３と、エンジン１の排気ガスの一部を吸気側へ還流するＥＧＲ通路４と、該ＥＧＲ通路４上に配設されたＥＧＲバルブ５とを備えている。

上記排気通路３上には、上流側から順に、排気ガス中のＮＯを酸化する上流側酸化触媒１１と、排気ガス中の微粒子を捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１２と、尿素水タンク１４から供給される尿素水（本発明の添加剤（還元剤）に相当）を、排気通路３内に噴射して後述の選択還元触媒１６に供給する添加剤供給手段としての尿素水噴射ノズル１３と、この尿素水噴射ノズル１３から噴射された尿素水と排気ガスとのミキシングを促進するためのミキシングプレート１５と、上記尿素水の供給を受けて排気ガス中のＮＯｘを選択還元することによって排気ガスを浄化する選択還元触媒１６と、上記尿素水噴射ノズル１３から噴射された尿素水から生成されたアンモニアのうちＮＯｘの浄化に用いられなかった余剰のアンモニアが大気中に放出されるのを防ぐための下流側酸化触媒１７とが配設されている。

上記排気通路３には、更に、上流側酸化触媒１１の上流側に配設されかつ上流側酸化触媒１１に流入する排気ガスの温度を検出するための第１温度センサ２１と、ＤＰＦ１２の下流側でかつ尿素水噴射ノズル１３の上流側に配設され、当該配設部分の排気ガスの温度を検出するための第２温度センサ２２と、選択還元触媒１６の下流側でかつ下流側酸化触媒１７の上流側に配設され、当該配設部分の排気ガス中のＮＯｘの濃度を検出するためのＮＯｘセンサ２４とが配設されている。ＮＯｘセンサ２４は、選択還元触媒から流出する流出ＮＯｘ量を検出するための流出ＮＯｘ量検出手段を構成する。

上記ミキシングプレート１５は、詳細な図示は省略するが、排気通路３を横断する本体部を有していて、該本体部の一部（排気通路３の中心軸回りの複数箇所）が切り込まれて下流側に折り曲げ加工されたものであり、その切り込まれた箇所を排気ガスが通過する際にガス流が乱れ、この乱れにより、ミキシングプレート１５の上流側で噴射された尿素水と排気ガスとが撹拌されて尿素水が排気ガス中に十分に分散され、このように十分に分散された状態で、尿素水が選択還元触媒１６に供給されることになる。

上記排気浄化装置１０による排気ガスの浄化反応機序は、以下の通りである。

エンジン１から排出された排気ガスは、上流側酸化触媒１１に流入し、上流側酸化触媒１１によって、排気ガス中のＮＯの一部が酸化されてＮＯ_２が生成される。この反応式は、
２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２
となる。この酸化反応により、排気ガス中においてＮＯが減少してＮＯ_２が増大する。

続いて、排気ガスはＤＰＦ１２に流入し、ここで、排気ガスに含まれる微粒子が捕集される。この捕集された微粒子の炭素成分は、排気ガス中のＮＯ_２（排気ガスに元々含まれているＮＯ_２及び上流側酸化触媒１１により生成されたＮＯ_２）及びＯ_２の一部と反応して二酸化炭素に転化する。これらの反応式は、
Ｃ＋２ＮＯ_２→２ＮＯ＋ＣＯ_２
Ｃ＋Ｏ_２→ＣＯ_２
となる。この反応により、排気ガス中においてＮＯ_２が減少してＮＯが増大するが、ＤＰＦ１２の下流側における排気ガス中のＮＯのＮＯ_２に対する濃度比は、上流側酸化触媒１１の上流側のそれとは同じにはならない。但し、上流側酸化触媒１１の上流側とＤＰＦ１２の下流側とで、ＮＯｘ量自体は同じである。すなわち、エンジン１から排気されるＮＯｘ量と、選択還元触媒１６に流入する流入ＮＯｘ量とは同じ値である。

次いで、ＤＰＦ１２から流出した排気ガスに、尿素水噴射ノズル１３から尿素水が噴射される。この尿素水中の尿素は、排気ガスの熱により熱分解反応を起こして、アンモニアとイソシアン酸とを生成する。この反応式は、
ＣＯ（ＮＨ_２）_２→ＮＨ_３＋ＨＮＣＯ
となる。上記熱分解反応は、１３５℃以上で起こり、主に尿素水噴射ノズル１３から選択還元触媒１６までの区間で起きる（選択還元触媒１６内でも起きる）。

また、上記熱分解反応で生成されたイソシアン酸は、加水分解反応を起こして、アンモニア及び二酸化炭素を生成する。この反応式は、
ＨＮＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＮＨ_３＋ＣＯ_２
となる。この加水分解反応は、１６０℃以上で起こり、主に尿素水噴射ノズル１３から選択還元触媒１６までの区間で起きる（選択還元触媒１６内でも起きる）。

上記のように尿素から生成されたアンモニアは、２００℃以上であるときに、選択還元触媒１６によって、ＮＯ及びＮＯ_２と脱硝反応を起こして、これらの窒素酸化物を窒素及び水に還元する。これらの反応式は、
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
２ＮＯ_２＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→３Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ
となる。これら窒素酸化物還元反応は、選択還元触媒１６内で起きる。

上記窒素酸化物還元反応（つまりＮＯｘの浄化）に用いられなかった余剰のアンモニアは、下流側酸化触媒１７に流入して、該下流側酸化触媒１７によって、酸化されて、窒素及び水に分解される。この反応式は、
４ＮＨ_３＋３Ｏ_２→２Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
となる。

また、およそ２００℃以上では、上記反応に加えて、余剰のアンモニアを、下流側酸化触媒１７によって、亜酸化窒素と水とに変化させる反応も行われる。この反応式は、
４ＮＨ_３＋４ＮＯ_２＋Ｏ_２→４Ｎ_２Ｏ＋６Ｈ_２Ｏ
となる。

さらに、およそ４００℃以上では、上記２つの反応に加えて、余剰のアンモニアを、下流側酸化触媒１７によって、一酸化窒素と水とに変化させる反応も行われる。この反応式は、
４ＮＨ_３＋５Ｏ_２→２ＮＯ＋６Ｈ_２Ｏ
となる。

図２は、上記排気浄化装置１０の制御系の構成を示す。コントロールユニット５０は、周知のマイクロコンピュータをベースとする制御装置であって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラムおよびデータを格納するメモリと、種々の信号の入出力を行うための入出力（Ｉ／Ｏ）バスとを含む。このコントロールユニット５０に、上記第１温度センサ２１と、上記第２温度センサ２２と、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ３１と、吸気通路２を流れる吸入空気量を検出する吸入空気量センサ３２と、その他、エンジン１を制御するための不図示の複数のセンサとが接続されて、これらセンサからの検出信号が入力される。そして、コントロールユニット５０は、これらの入力信号に基づいて、上記尿素水噴射ノズル１３、エンジン１の燃料噴射弁３３等の各種アクチュエータを制御する。

上記コントロールユニット５０は、上記尿素水噴射ノズル１３に対して、間欠的に（本実施形態では、一定周期Ｔ（例えば０．３ｓ）で）尿素水を噴射させるように指示する。尿素水噴射ノズル１３による尿素水の噴射量（選択還元触媒１６への供給量）は、コントロールユニット５０に設けられた後述の噴射量設定部５０ｃによって後述の如く設定され（但し、後述の補正部５０ｅにより補正される場合もある）、尿素水噴射ノズル１３は、尿素水を、その噴射量設定部５０ｃにより設定された噴射量（補正部５０ｅにより補正された場合には、その補正された噴射量）でもって噴射することになる。

尿素水の噴射量を設定するために、コントロールユニット５０には、選択還元触媒１６に流入する流入ＮＯｘ量を算出する流入ＮＯｘ量算出部５０ａと、選択還元触媒１６によるＮＯｘの推定浄化率を算出する推定浄化率算出部５０ｂと、尿素水噴射ノズル１３による尿素水の噴射量を設定する噴射量設定部５０ｃ（供給量設定部）とが設けられている。

また、コントロールユニット５０には、噴射量設定部５０ｃにより設定された噴射量を補正するために、選択還元触媒１６によるＮＯｘの実浄化率を算出する実浄化率算出部５０ｄと、上記推定浄化率算出部５０ｂにより算出された推定浄化率と上記実浄化率算出部５０ｄにより算出された実浄化率とに基づいて、上記尿素水の噴射量の補正の要否の判定と該補正が必要であるとの判定の場合の該補正の実行とを行う補正部５０ｅと、補正部５０ｅにより算出される後述の余剰量を積算する積算部５０ｆとが更に設けられている。

上記コントロールユニット５０による尿素水噴射制御について、図３のフローチャート（尿素水噴射制御ルーチン）により説明しながら、上記各部５０ａ〜５０ｆの動作を説明する。

最初のステップＳ１で、上記各種センサからの信号を読み取り、次のステップＳ２で、流入ＮＯｘ量算出部５０ａが、選択還元触媒１６に流入する流入ＮＯｘ量を算出する。すなわち、エンジン１から排気されるＮＯｘ量（つまり選択還元触媒１６に流入するＮＯｘ量）は、エンジン回転数センサ３１や吸入空気量センサ３２等の入力信号から求まるエンジン１の運転状態（エンジン回転数や負荷等）でほぼ決まるので、該運転状態に基づいて、選択還元触媒１６に流入する流入ＮＯｘ量を算出する。

本実施形態では、エンジン１の運転状態に基づいて、予め作成しておいたマップを用いてＮＯｘの濃度Ｃ（単位：ｐｐｍ）と排気ガスの流量Ｑｇ（単位：ｇ／ｓ）とを求めて、流入ＮＯｘ量Ｑｉ（単位：ｇ／ｓ）を、ＮＯｘ（ＮＯのＮＯ_２に対する濃度比を予め定めた設定値にしておく）の比重をγとして、
Ｑｉ＝Ｃ×Ｑｇ×γ／１００００００ …（１）
により算出する。

尚、上記流入ＮＯｘ量の算出方法に代えて、選択還元触媒１６の上流側（上流側酸化触媒１１よりも上流側、又は、ＤＰＦ１２と選択還元触媒１６との間）に、ＮＯｘセンサ２４と同様のＮＯｘセンサを配設して、該ＮＯｘセンサからの入力信号（ＮＯｘセンサの検出値である、排気ガス中のＮＯｘ濃度）に基づいて流入ＮＯｘ量を算出するようにしてもよい。

次のステップＳ３では、推定浄化率算出部５０ｂが、エンジン１の運転状態（エンジン回転数や負荷等）に基づいて、選択還元触媒１６によるＮＯｘの推定浄化率ηａを算出する。すなわち、エンジン１の運転状態から、選択還元触媒１６を流れる排気ガスの流量や温度（該温度については、第２温度センサ２２の検出値を考慮する）等を求めて、これら排気ガスの流量や温度等から、予め作成しておいたマップを用いて推定浄化率ηａを算出する。

次のステップＳ４では、噴射量設定部５０ｃが、上記流入ＮＯｘ量算出部５０ａにより算出された流入ＮＯｘ量Ｑｉと、推定浄化率算出部５０ｂにより算出された推定浄化率ηａとに基づいて、尿素水の噴射量Ｉａ（単位：ｇ／ｓ）を、
Ｉａ＝Ｑｉ×ηａ×ｋ …（２）
により算出して設定する。ここで、上記式（２）中のｋは、（Ｑｉ×ηａ）だけのＮＯｘ（ＮＯのＮＯ_２に対する濃度比を上記設定値にしておく）と反応するのに必要な尿素水量に換算するための換算係数である。尚、換算係数ｋの値を変えれば、アンモニアの供給量を算出することができる。

次のステップＳ５で、実浄化率算出部５０ｄが、上記流入ＮＯｘ量算出部５０ａにより算出された流入ＮＯｘ量Ｑｉと、ＮＯｘセンサ２４により検出された流出ＮＯｘ量Ｑｏ（単位：ｇ／ｓ）とに基づいて、選択還元触媒１６によるＮＯｘの実浄化率ηｂを、
ηｂ＝（Ｑｉ−Ｑｏ）／Ｑｉ …（３）
により算出する。尚、ＮＯｘセンサ２４により検出されるのは、厳密には、排気ガス中のＮＯｘ濃度であるが、このＮＯｘ濃度を式（１）と同様にして流出ＮＯｘ量に換算することができるので、ＮＯｘセンサ２４により流出ＮＯｘ量Ｑｏが検出されると言える。

そして、次のステップＳ６では、補正部５０ｅが、選択還元触媒１６に供給する尿素水（アンモニア）のうちＮＯｘの浄化に用いられない余剰量を算出する。すなわち、最初に、上記実浄化率ηｂと上記流入ＮＯｘ量Ｑｉとに基づいて（又は、尿素水の噴射量Ｉａ、推定浄化率ηａ及び実浄化率ηｂに基づいて）、選択還元触媒１６に供給する尿素水（アンモニア）のうちＮＯｘの浄化に用いられる尿素水量Ｉｂ（アンモニア量）（単位：ｇ／ｓ）を、
Ｉｂ＝Ｑｉ×ηｂ×ｋ
＝Ｉａ×ηｂ／ηａ …（４）
により算出する。

続いて、上記噴射量Ｉａから、ＮＯｘの浄化に用いられる尿素水量Ｉｂを引くことで、ＮＯｘの浄化に用いられない余剰量Ｉｃ（単位：ｇ／ｓ）を算出する。すなわち、
Ｉｃ＝Ｉａ−Ｉｂ …（５）
となる。尚、ηｂ＞ηａの場合には、Ｉｃ＝０とする。

次のステップＳ７では、積算部５０ｆが、余剰量Ｉｃを積算する。すなわち、前回の尿素水噴射制御ルーチンのステップＳ７で算出された積算値に、今回の余剰量Ｉｃを加算する。

次のステップＳ８では、補正部５０ｅが、上記余剰量Ｉｃの積算値が所定量よりも大きいか否かを判定する。つまり、余剰量Ｉｃに基づいて、ステップＳ４で設定された尿素水の噴射量の補正の要否を判定する。上記所定量は、これ以上余剰量Ｉｃの積算値が増えると、下流側酸化触媒１７が処理しきれなくなってアンモニアが大気中に放出される可能性が高くなる量である。この所定量は、例えば図４に示すように、選択還元触媒１６の温度（第２温度センサ２２とエンジン１の運転状態とによって推定する）が高いほど低い値に設定される。したがって、上記余剰量Ｉｃの積算値が上記所定量よりも大きい場合には、尿素水の噴射量の補正が必要であると判定し、上記余剰量Ｉｃの積算値が上記所定量以下である場合には、尿素水の噴射量の補正は必要でないと判定することになる。

上記ステップＳ８の判定がＹＥＳである場合（尿素水の噴射量の補正が必要である場合）には、ステップＳ９を経てステップＳ１０に進む一方、ステップＳ８の判定がＮＯである場合（尿素水の噴射量の補正が必要でない場合）には、直にステップＳ１０に進む。

上記ステップＳ９では、補正部５０ｅが、余剰量Ｉｃの積算値に応じた減算量（正の値）だけ、ステップＳ４で設定された尿素水の噴射量を減量（補正）する。上記減算量は、余剰量Ｉｃの積算値が大きいほど大きい値となるもので、予め作成しておいたマップや、余剰量Ｉｃの積算値と減算量との関係式等から求める。

上記ステップＳ１０では、ステップＳ４で設定された尿素水の噴射量、又は、ステップＳ９で減量（補正）された尿素水の噴射量でもって噴射するように、尿素水噴射ノズル１３に噴射指令を送信する。この噴射指令を受けて、尿素水噴射ノズル１３が、噴射指令に係る噴射量でもって尿素水を噴射する。すなわち、尿素水噴射ノズル１３は、尿素水の噴射量が補正された場合には、尿素水を、該補正された噴射量でもって噴射する一方、尿素水の噴射量が補正されなかった場合には、尿素水を、ステップＳ４で設定された噴射量でもって噴射する。尚、本実施形態では、尿素水噴射ノズル１３が尿素水を連続的に噴射しないで、一定周期Ｔで間欠的に噴射するので、尿素水噴射ノズル１３が１回当たりに噴射すべき噴射量（単位：ｇ）としては、上記ステップＳ４で設定された噴射量又は上記ステップＳ９で減量された噴射量（詳細には噴射流量（単位：ｇ／ｓ））に、噴射周期Ｔを掛けた値となる。

上記ステップＳ１０の実行で１回の尿素水噴射制御ルーチンが終了して、次の尿素水噴射制御ルーチンのステップＳ１へリターンする。

したがって、本実施形態では、選択還元触媒１６に供給する尿素水のうちＮＯｘの浄化に用いられない余剰量に基づいて、尿素水の噴射量を減量（補正）したので、適切な量の尿素水を選択還元触媒１６に供給して、ＮＯｘの浄化に用いられない余剰の尿素水量（アンモニア量）を低減することができ、排気通路３の出口から大気中に排出されるアンモニア量を低減することができる。

尚、上記実施形態では、余剰量Ｉｃの積算量が所定量よりも大きい場合に、尿素水の噴射量の補正が必要であると判定して、尿素水の噴射量を減量するようにしたが、１回の尿素水噴射制御ルーチン毎に算出される余剰量Ｉｃが、予め設定された設定量よりも大きい場合に、尿素水の噴射量の補正が必要であると判定して、当該尿素水噴射制御ルーチンで、その余剰量Ｉｃに基づいて減算量を算出して、該減算量でもって尿素水の噴射量を減量するようにしてもよい。

また、余剰量Ｉｃを算出するのではなくて、１回の尿素水噴射制御ルーチン毎に上記推定浄化率と上記実浄化率とを比較して、上記推定浄化率が上記実浄化率よりも大きい場合に、尿素水の噴射量の補正が必要であると判定して、当該ルーチンで、推定浄化率と実浄化率との差（推定浄化率から実浄化率を引いた値）に基づいて減算量を算出して、該減算量でもって尿素水の噴射量を減量するようにしてもよい。また、上記推定浄化率が上記実浄化率よりも大きい場合であっても、常に尿素水の噴射量を減量する必要はなく、上記推定浄化率から上記実浄化率を引いた値が所定値（正の値）よりも大きい場合に、尿素水の噴射量の補正が必要であると判定して、尿素水の噴射量を減量するようにしてもよい。上記所定値は、上記推定浄化率と上記実浄化率との差が、該所定値よりも大きい場合にアンモニアが大気中に放出される可能性が高くなる値に設定すればよい。

さらに、補正部５０ｅによる尿素水の噴射量の補正は、減量だけには限られない。例えば、１回の尿素水噴射制御ルーチン毎に、推定浄化率と実浄化率とに基づいて、補正が必要な場合に、尿素水の噴射量を増量又は減量するようにしてもよい。例えば、実浄化率が推定浄化率よりも大きい場合には、尿素水の噴射量を増量する一方、推定浄化率が実浄化率よりも大きい場合には、尿素水の噴射量を減量する。実浄化率が推定浄化率と同じであれば、補正は必要でないと判定すればよい。

本発明は、エンジンの排気通路上に配設された選択還元触媒に添加剤（還元剤）を供給することで該エンジンの排気ガスを浄化する排気浄化方法及び排気浄化装置に有用である。

１ エンジン
３ 排気通路
１３ 尿素水噴射ノズル（添加剤供給手段）
１６ 選択還元触媒
２４ ＮＯｘセンサ（流出ＮＯｘ量検出手段）
５０ コントロールユニット
５０ａ 流入ＮＯｘ量算出部
５０ｂ 推定浄化率算出部
５０ｃ 噴射量設定部（供給量設定部）
５０ｄ 実浄化率算出部
５０ｅ 補正部
５０ｆ 積算部

Claims (6)

1. エンジンの排気通路上に配設された選択還元触媒に添加剤を供給する添加剤供給工程を備え、該添加剤供給工程で該添加剤の供給を受けた上記選択還元触媒により上記エンジンの排気ガスを浄化する排気浄化方法であって、
   上記選択還元触媒に流入する流入ＮＯｘ量を算出する流入ＮＯｘ量算出工程と、
   上記エンジンの運転状態に基づいて、上記選択還元触媒によるＮＯｘの推定浄化率を算出する推定浄化率算出工程と、
   上記流入ＮＯｘ量算出工程で算出した流入ＮＯｘ量と上記推定浄化率算出工程で算出した推定浄化率とに基づいて、上記添加剤の供給量を設定する供給量設定工程と、
   上記流入ＮＯｘ量算出工程で算出した流入ＮＯｘ量と、上記選択還元触媒の下流側に配設されかつ該選択還元触媒から流出する流出ＮＯｘ量を検出するための流出ＮＯｘ量検出手段により検出された流出ＮＯｘ量とに基づいて、上記選択還元触媒によるＮＯｘの実浄化率を算出する実浄化率算出工程と、
   上記推定浄化率算出工程で算出した推定浄化率と上記実浄化率算出工程で算出した実浄化率とに基づいて、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量の補正の要否の判定と該補正が必要であるとの判定の場合の該補正の実行とを行う補正工程とを備え、
   上記添加剤供給工程は、上記補正工程で上記添加剤の供給量を補正した場合には、上記添加剤を、該補正した供給量でもって上記選択還元触媒に供給する一方、上記補正工程で上記添加剤の供給量を補正しなかった場合には、上記添加剤を、上記供給量設定工程で設定した供給量でもって上記選択還元触媒に供給する工程であることを特徴とする排気浄化方法。
2. 請求項１記載の排気浄化方法において、
   上記補正工程は、上記推定浄化率算出工程で算出した推定浄化率が上記実浄化率算出工程で算出した実浄化率よりも大きい場合に、上記補正が必要であると判定して、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量を減量する工程であることを特徴とする排気浄化方法。
3. 請求項１記載の排気浄化方法において、
   上記補正工程は、上記推定浄化率算出工程で算出した推定浄化率から上記実浄化率算出工程で算出した実浄化率を引いた値が所定値よりも大きい場合に、上記補正が必要であると判定して、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量を減量する工程であることを特徴とする排気浄化方法。
4. 請求項１記載の排気浄化方法において、
   上記補正工程は、上記実浄化率算出工程で算出した実浄化率と上記流入ＮＯｘ量算出工程で算出した流入ＮＯｘ量とに基づいて、上記選択還元触媒に供給する添加剤のうちＮＯｘの浄化に用いられる添加剤量を算出して、上記添加剤の供給量から該算出した添加剤量を引いた値である余剰量に基づいて、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量の補正の要否の判定と該補正が必要であるとの判定の場合の該補正の実行とを行う工程であることを特徴とする排気浄化方法。
5. 請求項４記載の排気浄化方法において、
   上記余剰量を積算する積算工程を更に備え、
   上記補正工程は、上記余剰量の積算量が所定量よりも大きい場合に、上記補正が必要であると判定して、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量を減量する工程であることを特徴とする排気浄化方法。
6. エンジンの排気通路上に配設され、添加剤の供給を受けて該エンジンの排気ガスを浄化する選択還元触媒と、該選択還元触媒に上記添加剤を供給する添加剤供給手段とを備えた排気浄化装置であって、
   上記選択還元触媒に流入する流入ＮＯｘ量を算出する流入ＮＯｘ量算出部と、
   上記エンジンの運転状態に基づいて、上記選択還元触媒によるＮＯｘの推定浄化率を算出する推定浄化率算出部と、
   上記流入ＮＯｘ量算出部により算出された流入ＮＯｘ量と上記推定浄化率算出部により算出された推定浄化率とに基づいて、上記添加剤の供給量を設定する供給量設定部と、
   上記選択還元触媒の下流側に配設され、該選択還元触媒から流出する流出ＮＯｘ量を検出するための流出ＮＯｘ量検出手段と、
   上記流入ＮＯｘ量算出部により算出された流入ＮＯｘ量と、上記流出ＮＯｘ量検出手段により検出された流出ＮＯｘ量とに基づいて、上記選択還元触媒によるＮＯｘの実浄化率を算出する実浄化率算出部と、
   上記推定浄化率算出部により算出された推定浄化率と上記実浄化率算出部により算出された実浄化率とに基づいて、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量の補正の要否の判定と該補正が必要であるとの判定の場合の該補正の実行とを行う補正部とを備え、
   上記添加剤供給手段は、上記補正部により上記添加剤の供給量が補正された場合には、上記添加剤を、該補正された供給量でもって上記選択還元触媒に供給する一方、上記補正部により上記添加剤の供給量が補正されなかった場合には、上記添加剤を、上記供給量設定部により設定された供給量でもって上記選択還元触媒に供給するように構成されていることを特徴とする排気浄化装置。

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