JP2011196311A - 排気浄化方法及び排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】選択還元触媒１６の下流側に酸化触媒１７を設けておき、選択還元触媒１６に添加剤（還元剤）を供給する場合に、酸化触媒１７の処理能力に適した量の添加剤を選択還元触媒１６に供給する。
【解決手段】選択還元触媒１６に流入する流入ＮＯｘ量を算出し、この流入ＮＯｘ量に基づいて、上記添加剤の供給量を設定するとともに、酸化触媒１７の温度を算出し、この酸化触媒１７の温度に基づいて、上記添加剤の供給量の補正の適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、選択還元触媒の下流側に酸化触媒が設けられている。この酸化触媒は、選択還元触媒でＮＯｘと反応しないで選択還元触媒より流出したアンモニアを酸化する役割を果たす。

特開２００９−２５７２２６号公報

上記特許文献１のように選択還元触媒の下流側に酸化触媒を設けた場合、選択還元触媒に供給する尿素水（アンモニア）のうちＮＯｘの浄化に用いられないアンモニアを酸化して、アンモニアが排気通路の出口から外部（大気中）に放出されるのを防止することができる。このことから、尿素水（アンモニア）の供給量を、選択還元触媒の下流側に酸化触媒がない場合に比べて多くすることが可能になり、このように尿素水の供給量を多くすることで、選択還元触媒にてＮＯｘをより多く浄化することができるようになる。

しかし、酸化触媒で酸化されるアンモニア量は、酸化触媒の温度により変化するので、酸化触媒の温度を考慮しないで尿素水（アンモニア）の供給量を設定したのでは、酸化触媒の温度によっては、アンモニアが大気中に放出される可能性が高くなる。

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、選択還元触媒の下流側に酸化触媒を設けておき、その選択還元触媒に、尿素水のような添加剤（還元剤）を供給する場合に、酸化触媒の処理能力に適した量の添加剤を選択還元触媒に供給しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、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、上記流入ＮＯｘ量算出工程で算出した流入ＮＯｘ量に基づいて、上記添加剤の供給量を設定する供給量設定工程と、上記選択還元触媒の下流側に配設した酸化触媒の温度を検出する温度検出工程と、上記温度検出工程で検出した酸化触媒の温度に基づいて、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適否の判定と該補正が適す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。そして、供給量設定工程で、上記流入ＮＯｘ量に基づいて、添加剤の供給量を設定する。また、温度検出工程で、選択還元触媒の下流側に配設した酸化触媒の温度を検出する。

次いで、補正工程で、上記酸化触媒の温度に基づいて、上記添加剤の供給量の補正の適否の判定と該補正が適するとの判定の場合の該補正の実行とを行う。すなわち、酸化触媒の温度が高いほど多くの添加剤が酸化されるので、その分だけ添加剤を多く供給して、選択還元触媒でＮＯｘをより多く浄化することができる。ここで、例えば酸化触媒の温度が所定温度よりも低い場合には、酸化される添加剤量が酸化触媒の温度により殆ど変化しないことから、補正が適さないと判定して、添加剤の供給量を補正しないようにすればよい。

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。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。

したがって、酸化触媒の処理能力に適した量の添加剤を選択還元触媒に供給することができ、これにより、選択還元触媒にてＮＯｘをより多く浄化することができるとともに、余剰の添加剤（特にアンモニア）が排気通路の出口から外部（大気中）に排出されるのを抑制することができる。

上記排気浄化方法において、上記補正工程は、上記補正が適すると判定した場合には、上記温度検出工程で検出した酸化触媒の温度が高いほど、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量を多く増量する工程であることが好ましい。

このことで、酸化触媒の処理能力に適した量の添加剤を選択還元触媒に供給して、選択還元触媒におけるＮＯｘの浄化と、添加剤の外部への排出の抑制との両立を図ることができる。

上記補正工程における上記添加剤の供給量の増量率を、上記温度検出工程で検出した酸化触媒の温度が高いほど大きくすることが好ましい。

すなわち、酸化触媒においては温度が高くなるほど多くの添加剤が酸化されることに加えて、或る温度以上では、添加剤が別のものに変化する反応も生じる場合がある。このような場合には、酸化触媒の温度が高いほど添加剤の供給量の増量率を大きくすることで、添加剤の供給量をより一層適切に設定することができるようになる。

上記排気浄化方法において、上記補正工程は、上記温度検出工程で検出した酸化触媒の温度が所定温度以上である場合に、上記補正が適すると判定して、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量を増量することが好ましい。

すなわち、酸化触媒の温度が所定温度よりも低い場合には、酸化される添加剤量が酸化触媒の温度により殆ど変化しないことから、酸化触媒の温度が所定温度よりも低い場合には、補正が適しないと判定して補正を行わない一方、酸化触媒の温度が所定温度以上である場合には、補正が適すると判定して、添加剤の供給量を増量することが好ましい。

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、該選択還元触媒の下流側に配設された酸化触媒と、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、上記流入ＮＯｘ量算出部により算出された流入ＮＯｘ量に基づいて、上記添加剤の供給量を設定する供給量設定部と、上記酸化触媒の温度を検出するための温度検出手段と、上記温度検出手段により検出された酸化触媒の温度に基づいて、上記供給量設定部により設定された添加剤の供給量の補正の適否の判定と該補正が適す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、酸化触媒の処理能力に適した量の添加剤を選択還元触媒に供給して、選択還元触媒におけるＮＯｘの浄化と、添加剤（特にアンモニア）の外部への排出の抑制との両立を図ることができる。

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量を算出し、この流入ＮＯｘ量に基づいて、上記添加剤の供給量を設定するとともに、酸化触媒の温度を算出し、この酸化触媒の温度に基づいて、上記添加剤の供給量の補正の適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、酸化触媒の処理能力に適した量の添加剤を選択還元触媒に供給することができ、これにより、特に、添加剤が尿素水（アンモニア）である場合に、選択還元触媒にてＮＯｘをより多く浄化することができるとともに、余剰のアンモニアが排気通路から大気中に排出されるのを抑制することができる。

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。 下流側酸化触媒の温度と、尿素水の噴射量に対する加算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ものである。

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。これらの反応式から分かるように、選択還元触媒１６によりＮＯを分解するために必要なアンモニア量は、ＮＯ_２を分解するために必要なアンモニア量よりも少なくて済む。

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３．３Ｈｚ）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た後、後述の補正部５０ｆにより補正され、尿素水噴射ノズル１３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、下流側酸化触媒１７の温度を算出する温度算出部５０ｅと、この温度算出部５０ｅにより算出された温度に基づいて、上記尿素水の噴射量の補正の適否の判定と該補正が適するとの判定の場合の該補正の実行とを行う補正部５０ｆと、補正部５０ｆにより算出される後述の余剰量を積算する積算部５０ｇとが更に設けられている。本実施形態では、上記補正部５０ｆは、下流側酸化触媒１７の温度による補正に加えて、後述の余剰量の積算値が所定量よりも大きい場合に、上記尿素水の噴射量を補正する。

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〜５０ｇ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５０ｆ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５０ｇが、余剰量Ｉｃを積算する。すなわち、前回のステップ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５０ｆ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。この所定量は、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（下流側酸化触媒１７の温度が後述の所定温度よりも小さいとする）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。

上記ステップＳ８の判定がＹＥＳであるときには、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であるときには、直にステップＳ１０に進む。

上記ステップＳ９では、補正部５０ｆ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Ｓ２で設定された尿素水の噴射量を減量する。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、温度算出部５０ｅが、下流側酸化触媒１７の温度を算出（検出）する。すなわち、温度算出部５０ｅは、第２温度センサ２２により検出された温度に、排気ガスが第２温度センサ２２から下流側酸化触媒１７に達するまでの間における排気通路３からの熱放射等による熱損失を考慮して、下流側酸化触媒１７の温度を算出する。上記熱損失は、エンジン１の運転状態から求まる排気ガスの流量、エンジン１が搭載されている車両の走行速度等から求める。このように温度算出部５０ｅは、第２温度センサ２２と共に、下流側酸化触媒１７の温度を検出するための温度検出手段を構成する。尚、上記下流側酸化触媒１７の温度の算出は、ステップＳ１と後述のステップＳ１１との間であれば、どこで実行してもよい。また、下流側酸化触媒１７の温度の算出は、第２温度センサ２２により検出された温度に代えて、選択還元触媒１６の下流側でかつ下流側酸化触媒１７の上流側に配設した温度センサにより検出された温度から算出してもよい。

次のステップＳ１１では、補正部５０ｆが、上記ステップＳ１０で算出した下流側酸化触媒１７の温度が所定温度以上であるか否かを判定する。つまり、下流側酸化触媒１７の温度に基づいて、該温度による尿素水の噴射量の補正の適否を判定する。下流側酸化触媒１７の温度が上記所定温度よりも低い場合には、酸化されるアンモニア量が下流側酸化触媒１７の温度により殆ど変化しないことから、下流側酸化触媒１７の温度による尿素水の噴射量の補正が適さないと判定し、下流側酸化触媒１７の温度が上記所定温度以上である場合に、該補正が適すると判定することになる。

上記ステップＳ１１の判定がＹＥＳである場合（上記補正が適する場合）には、ステップＳ１２を経てステップＳ１３に進む一方、ステップＳ１１の判定がＮＯである場合（上記補正が適さない場合）には、直にステップＳ１３に進む。

上記ステップＳ１２では、補正部５０ｆが、下流側酸化触媒１７の温度に応じた加算量だけ、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を増量（補正）する。下流側酸化触媒１７の温度に応じた加算量は、下流側酸化触媒１７の温度が高いほど大きくする。これは、下流側酸化触媒１７の温度が高いほど、下流側酸化触媒１７のアンモニア酸化能力が高くなるからである。この場合、例えば図５に示すように、添加剤の供給量の増量率を、下流側酸化触媒１７の温度が高いほど大きくすることが好ましい。これは、下流側酸化触媒１７においては温度が高くなるほど多くのアンモニアが酸化されることに加えて、およそ２００℃以上では、酸化反応に加えて、アンモニアを亜酸化窒素と水とに変化させる反応も行われ、およそ４００℃以上では、上記２つの反応に加えて、アンモニアを一酸化窒素と水とに変化させる反応も行われて、アンモニアの処理能力が益々高くなっていくからである。

次のステップＳ１３では、ステップＳ４で設定された尿素水の噴射量（ステップＳ９で減量された場合には、該減量された噴射量）、又は、ステップＳ１２で増量（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、下流側酸化触媒１７の温度による尿素水の噴射量の補正がなされた場合には、尿素水を、該補正された噴射量でもって噴射する一方、下流側酸化触媒１７の温度による尿素水の噴射量の補正がな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（ステップＳ９で減量された場合には、該減量された噴射量）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（ステップＳ９で減量された場合には、該減量された噴射量）又は上記ステップＳ１２で増量された噴射量（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。

したがって、本実施形態では、下流側酸化触媒１７の温度に基づいて、尿素水の噴射量を増量（補正）したので、下流側酸化触媒１７のアンモニア処理能力に適した量の尿素水を選択還元触媒１６に供給することができ、これにより、選択還元触媒１６にてＮＯｘをより多く浄化することができるとともに、余剰のアンモニアが排気通路３の出口から外部（大気中）に排出されるのを抑制することができる。

尚、上記実施形態では、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したが、このような余剰量による噴射量の減量を行わない場合にも本発明を適用することができる。例えば、尿素水の噴射量を、流入ＮＯｘ量Ｑｉと実浄化率ηｂとに基づいて算出するようにすれば、余剰量による噴射量の減量は行わなくて済み、この場合、流入ＮＯｘ量Ｑｉと実浄化率ηｂとに基づいて算出された尿素水の噴射量を、下流側酸化触媒１７の温度に基づいて補正するようにすればよい。或いは、流入ＮＯｘ量Ｑｉと推定浄化率ηａとに基づいて算出された尿素水の噴射量に対して、余剰量による補正を全くしないで、該噴射量を、下流側酸化触媒１７の温度に基づいて補正するようにしてもよい。また、下流側酸化触媒１７の温度による補正前の噴射量の設定は、選択還元触媒１６に流入する流入ＮＯｘ量に基づいて設定するのであれば、どのような方法で算出してもよい。

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
１７ 下流側酸化触媒
２２ 第２温度センサ（温度検出手段）
５０ コントロールユニット
５０ａ 流入ＮＯｘ量算出部
５０ｃ 噴射量設定部（供給量設定部）
５０ｅ 温度算出部（温度検出手段）
５０ｆ 補正部

Claims (5)

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、
   上記流入ＮＯｘ量算出工程で算出した流入ＮＯｘ量に基づいて、上記添加剤の供給量を設定する供給量設定工程と、
   上記選択還元触媒の下流側に配設した酸化触媒の温度を検出する温度検出工程と、
   上記温度検出工程で検出した酸化触媒の温度に基づいて、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適否の判定と該補正が適す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、上記補正が適すると判定した場合には、上記温度検出工程で検出した酸化触媒の温度が高いほど、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量を多く増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２記載の排気浄化方法において、
   上記補正工程における上記添加剤の供給量の増量率を、上記温度検出工程で検出した酸化触媒の温度が高いほど大きくすることを特徴とする排気浄化方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の排気浄化方法において、
   上記補正工程は、上記温度検出工程で検出した酸化触媒の温度が所定温度以上である場合に、上記補正が適すると判定して、上記供給量設定工程で設定した添加剤の供給量を増量することを特徴とする排気浄化方法。
5. 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、該選択還元触媒の下流側に配設された酸化触媒と、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、
   上記流入ＮＯｘ量算出部により算出された流入ＮＯｘ量に基づいて、上記添加剤の供給量を設定する供給量設定部と、
   上記酸化触媒の温度を検出するための温度検出手段と、
   上記温度検出手段により検出された酸化触媒の温度に基づいて、上記供給量設定部により設定された添加剤の供給量の補正の適否の判定と該補正が適す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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