JP2017036670A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】初期化処理が実行されない状態が続くことにより、目標吸着量に対する実際のアンモニア吸着量の誤差が増大してしまうことを抑えることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の排気浄化装置は、尿素水を排気に添加する尿素水供給機構２００と、尿素水から生じたアンモニアを吸着するとともに吸着したアンモニアを利用してＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒４１と、ＳＣＲ触媒４１に吸着させるアンモニアの目標吸着量に基づいて尿素水の添加量を制御する制御装置８０とを備えている。制御装置８０は、ＳＣＲ触媒４１の温度を所定周期毎に取得して予め定められた閾値以上となっているＳＣＲ触媒４１の温度を積算する積算処理と、積算処理で算出されるＳＣＲ触媒４１の温度の積算値が所定値以上となったことを条件としてＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニア量を減少させる初期化処理とを実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する触媒を備える内燃機関が知られている（例えば特許文献１など）。こうした内燃機関の排気通路には、尿素水を排気に添加する添加機構が設けられており、尿素水から生じたアンモニアがＮＯｘ浄化用の触媒に吸着される。そして触媒に吸着されたアンモニアを利用してＮＯｘが還元浄化される。

触媒のアンモニア吸着量が不足するとＮＯｘの浄化を適切に行うことができなくなり、逆にアンモニア吸着量が過剰に多くなるとアンモニアスリップが起きやすくなる。従って、触媒に吸着させるアンモニアの目標吸着量を設定し、目標吸着量に基づいて尿素水の添加量を制御するアンモニア吸着量制御を実行することが望ましい。

ここで、目標吸着量と実際のアンモニア吸着量との誤差を抑えることは、アンモニア吸着量制御を実行する上で重要な事項である。しかし、触媒の高温状態が長い間継続されると、触媒から脱離するアンモニアの量が多くなるために、実際のアンモニア吸着量は目標吸着量からずれていき、上記誤差が累積されていく。

そこで、例えば特許文献１に記載の装置では、アンモニア吸着量の推定値と実際のアンモニア吸着量と偏差が所定値以上になったときには、排気の昇温処理を実行して触媒の温度を高めることにより同触媒からアンモニアのすべてを脱離させる初期化処理を行うようにしている。こうした初期化処理を行うようにすれば、累積した誤差が解消されるため、その後のアンモニア吸着量制御において、目標吸着量に対する実際のアンモニア吸着量のずれを抑えることができる。

特開２０１４−８８８００号公報

しかし、同文献１に記載の装置では、アンモニア吸着量の推定値自体に誤差があると、上述した偏差を正確に算出できない可能性がある。この場合、偏差が誤って算出されることにより、同偏差が所定値以上にならない状態が続いてしまうと、上記初期化処理が実行されない状態が続くために、上記誤差が増大してしまうおそれがある。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、初期化処理が実行されない状態が続くことにより、目標吸着量に対する実際のアンモニア吸着量の誤差が増大してしまうことを抑えることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記課題を解決する内燃機関の排気浄化装置は、尿素水を排気に添加する添加機構と、尿素水から生じたアンモニアを吸着するとともにその吸着したアンモニアを利用してＮＯｘを浄化する触媒と、前記触媒に吸着させるアンモニアの目標吸着量を設定するとともに前記目標吸着量に基づいて尿素水の添加量を制御する制御部と、を備えている。そして、前記制御部は、前記触媒の温度を取得する触媒温度取得部を備えており、同制御部は、前記触媒の温度を所定周期毎に取得して予め定められた閾値以上となっている前記触媒の温度を積算する積算処理と、前記積算処理で算出される前記触媒の温度の積算値が所定値以上となったことを条件として前記触媒に吸着されているアンモニア量を減少させる初期化処理とを実行する。

上述したように、触媒の高温状態が長い間継続されると、目標吸着量と実際のアンモニア吸着量との誤差が累積されて大きくなっていく。
そこで、同構成では、触媒の高温状態が長い間継続されているかどうかを判定するためのパラメータとして、予め定められた閾値以上となっている触媒の温度を積算するようにしている。そして、その触媒の温度の積算値が所定値以上となったことにより目標吸着量と実際のアンモニア吸着量との累積誤差が大きくなっていると判断できる場合には、上記初期化処理を実行するようにしているため、触媒の温度の積算値に基づいて初期化処理が確実に実行される。従って、初期化処理が実行されない状態が続くことにより、目標吸着量に対する実際のアンモニア吸着量の誤差が増大してしまうことを抑えることができるようになる。

上記排気浄化装置において、前記制御部は、前記触媒に流入する排気の温度を取得する排気温度取得部と、前記触媒に流入する排気の流量を取得する排気流量取得部と、を備えており、前記触媒温度取得部は、前記排気温度取得部によって取得された前記排気の温度を、前記排気流量取得部によって取得された前記排気の流量が少ないときほど低い温度となるように補正してその補正された温度を前記触媒の温度とすることが好ましい。

排気からの熱伝達によって触媒の温度は上昇する。ここで、排気から触媒に伝達される熱量は、触媒に流入する排気の流量が少ないときほど少なくなるため、こうした排気流量の影響を考慮して触媒の温度を算出するようにすれば、触媒の温度を精度よく算出することができるようになり、その結果、触媒の温度の積算値も精度よく算出することが可能になる。

そこで、同構成では、触媒に流入する排気の温度と触媒に流入する排気の流量とを取得するようにしている。そして、その取得した排気の温度を、取得した排気の流量が少ないときほど低い温度となるように補正してその補正された温度を触媒の温度とするようにしている。そのため、制御部が触媒温度取得部から取得する触媒の温度は、排気の流量が少ないときほど低くなり、その結果、排気の流量が少ないときほど積算処理で算出される触媒温度の積算値は少なくなる。このように触媒の温度の積算値を算出するに際しては、排気から触媒に伝わる熱量に関しての排気流量の影響が考慮されるため、触媒の温度の積算値を精度よく算出することができるようになる。

上記排気浄化装置において、前記制御部は、前記初期化処理として、前記触媒に流入する排気の温度を前記触媒からアンモニアが脱離する温度にまで昇温させる昇温処理を実行することが好ましい。

同構成によれば、昇温処理によって触媒の温度が上昇するため、触媒からのアンモニアの脱離が促されるようになる。そのため、触媒に吸着されているアンモニア量を減少させることが可能になる。

上記排気浄化装置において、前記制御部は、前記初期化処理として、前記添加機構からの尿素水添加を中止する処理を実行することが好ましい。
同構成によれば、尿素水添加が中止されるために、触媒に流入するＮＯｘの還元処理は、尿素水添加が中止される前に触媒に吸着されていたアンモニアによって行われるようになる。従って、触媒に吸着されていたアンモニアはＮＯｘとの還元反応によって消費されていき、触媒のアンモニア吸着量は徐々に減少していく。そのため、最終的には、触媒に吸着されているアンモニア量を減少させることが可能になる。

上記排気浄化装置において、前記制御部は、前記初期化処理の実行時間を計測すると共に、その計測された実行時間が予め定められた閾値に達するまで前記初期化処理を実行することが好ましい。

同構成によれば、上記実行時間の閾値を適切に設定することにより、触媒に吸着されたアンモニア量が「０」になった段階で初期化処理を終了させることができる。

内燃機関の排気浄化装置の一実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。 アンモニアの最大吸着量及びアンモニアの脱離量と触媒温度との関係を示すグラフ。 触媒温度と目標吸着量との関係を示すグラフ。 同実施形態における積算処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態において初期化処理を実行するときの一連の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態における初期化処理の作用を示すタイミングチャート。 同実施形態の変形例における初期化処理の作用を示すタイミングチャート。

以下、内燃機関の排気浄化装置を具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１に、本実施形態にかかる排気浄化装置が適用されたディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）、並びにそれらの周辺構成を示す。

エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、各気筒＃１〜＃４の燃焼室にそれぞれ燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。

燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。

吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。

排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。
排気通路２６の途中には、気筒に導入される吸入空気を排気圧を利用して過給するターボチャージャ１１が設けられている。ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの下流には、排気を浄化する第１浄化部材３０が設けられている。この第１浄化部材３０の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒３１及びフィルタ３２が配設されている。

酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。また、フィルタ３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する部材であって多孔質のセラミックで構成されており、さらにはＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されている。排気中のＰＭは、フィルタ３２の多孔質の壁を通過する際に捕集される。

また、エキゾーストマニホールド８の集合部近傍には、排気に燃料を添加するための燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介して前記サプライポンプ１０に接続されている。なお、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあって第１浄化部材３０の上流側であれば適宜変更することも可能である。また、燃料の噴射時期を調整してポスト噴射を行うことにより、排気に燃料を添加してもよい。

フィルタ３２に捕集されたＰＭの量が所定値を超えると、フィルタ３２の再生処理が開始されて燃料添加弁５からはエキゾーストマニホールド８内に向けて燃料が噴射される。この燃料添加弁５から噴射された燃料は、酸化触媒３１に達すると酸化され、これにより排気温度の上昇が図られる。そして、酸化触媒３１にて昇温された排気がフィルタ３２に流入することにより、同フィルタ３２は昇温され、これによりフィルタ３２に堆積したＰＭが酸化処理されてフィルタ３２の再生が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、第１浄化部材３０の下流には、排気を浄化する第２浄化部材４０が設けられている。第２浄化部材４０の内部には、アンモニアを利用して排気中のＮＯｘを還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）４１が配設されている。

さらに、排気通路２６の途中にあって、第２浄化部材４０の下流には、排気を浄化する第３浄化部材５０が設けられている。第３浄化部材５０の内部には、排気中のアンモニアを浄化するアンモニア酸化触媒５１が配設されている。

エンジン１には、尿素水を排気に添加する添加機構としての尿素水供給機構２００が設けられている。尿素水供給機構２００は、尿素水を貯留するタンク２１０、排気通路２６内に尿素水を噴射供給する尿素添加弁２３０、尿素添加弁２３０とタンク２１０とを接続する供給通路２４０、供給通路２４０の途中に設けられたポンプ２２０にて構成されている。

尿素添加弁２３０は、第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６に設けられている。この尿素添加弁２３０が開弁されると、供給通路２４０を介して排気通路２６内に尿素水が噴射供給される。

ポンプ２２０は電動式のポンプであり、正回転時には、タンク２１０から尿素添加弁２３０に向けて尿素水を送液する。一方、逆回転時には、尿素添加弁２３０からタンク２１０に向けて尿素水を送液する。つまり、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素添加弁２３０及び供給通路２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。

また、尿素添加弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２６内には、尿素添加弁２３０から噴射された尿素水を分散させることにより同尿素水の霧化を促進する分散板６０が設けられている。

尿素添加弁２３０から噴射された尿素水は、排気の熱によって加水分解されてアンモニアとなる。このアンモニアがＳＣＲ触媒４１に到達すると同ＳＣＲ触媒４１に吸着される。そして、ＳＣＲ触媒４１に吸着されたアンモニアを利用してＮＯｘが還元浄化される。

図２に示すように、ＳＣＲ触媒４１の温度であるＳＣＲ床温ＳＴが高くなるほど、ＳＣＲ触媒４１が吸着可能なアンモニアの最大吸着量は少なくなっていき、ＳＣＲ床温ＳＴが吸着限界温度ＵＴを超えると、ＳＣＲ触媒４１はアンモニアを吸着できなくなる。一方、ＳＣＲ床温ＳＴが脱離開始温度ＤＴを超えると、ＳＣＲ触媒４１からアンモニアが脱離し始めるようになる。この脱離開始温度ＤＴは、吸着限界温度ＵＴよりも低い温度である。そして、ＳＣＲ床温ＳＴが高くなるほど、ＳＣＲ触媒４１から脱離するアンモニアの量は増えていく。従って、排気温度の上昇に伴いＳＣＲ床温ＳＴが高くなるほど、アンモニアの最大吸着量は減少していく一方で、アンモニアの脱離量は増大していく。

この他、エンジン１には排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。このＥＧＲ装置は、インテークマニホールド７とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、及びＥＧＲ通路１３の途中に設けられたＥＧＲクーラ１４等により構成されている。機関運転状態に応じてＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより、排気通路２６から吸気通路に戻される排気の量であるＥＧＲ量が調整される。また、ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。

エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸入空気量ＧＡを検出する。絞り弁開度センサ２０は吸気絞り弁１６の開度を検出する。クランク角センサ２１は機関回転速度ＮＥを検出する。アクセルセンサ２２はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。外気温センサ２３は、外気温ＴＨｏｕｔを検出する。車速センサ２４はエンジン１が搭載された車両の車速ＳＰＤを検出する。

また、酸化触媒３１の上流に設けられた第１排気温度センサ１００は、酸化触媒３１に流入する排気の温度である第１排気温度ＴＨ１を検出する。差圧センサ１１０は、フィルタ３２の上流側の排気圧と下流側の排気圧との圧力差ΔＰを検出する。

第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６にあって、尿素添加弁２３０の上流には、第２排気温度センサ１２０及び第１ＮＯｘセンサ１３０が設けられている。第２排気温度センサ１２０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する排気の温度である第２排気温度ＴＨ２を検出する。この第２排気温度ＴＨ２は、ＳＣＲ触媒４１の温度に相関する温度として、上記第１排気温度ＴＨ１よりも適している。第１ＮＯｘセンサ１３０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気中のＮＯｘ濃度である第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出する。

第３浄化部材５０よりも下流の排気通路２６には、ＳＣＲ触媒４１で浄化された排気のＮＯｘ濃度である第２ＮＯｘ濃度Ｎ２を検出する第２ＮＯｘセンサ１４０が設けられている。

これら各種センサ等の出力は制御装置８０に入力される。この制御装置８０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。

そして、制御装置８０により、例えば燃料噴射弁４ａ〜４ｄや燃料添加弁５の燃料噴射量制御や噴射時期制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御、ＥＧＲ弁１５の開度制御等、エンジン１の各種制御が行われる。

また、上記フィルタ３２に捕集されたＰＭを燃焼させる上記再生処理等といった各種の排気浄化制御も同制御装置８０によって行われる。
制御装置８０は、そうした排気浄化制御の一つとして、上記尿素添加弁２３０による尿素水の添加制御も行う。この添加制御では、エンジン１から排出されるＮＯｘを還元処理するために必要な尿素添加量ＱＥが機関運転状態等に基づいて算出され、その算出された尿素添加量ＱＥに相当する量の尿素水が尿素添加弁２３０から噴射されるように、同尿素添加弁２３０の開弁状態が制御される。また、この添加制御の１つとして制御装置８０は、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量を制御するアンモニア吸着量制御も実行する。

図３に示すように、このアンモニア吸着量制御では、ＳＣＲ触媒４１でＮＯｘ還元処理を行うために必要なアンモニアの目標吸着量ＮＨｐが設定される。なお、本実施形態では、ＳＣＲ床温ＳＴが所定の温度ＳＴ１以下の場合には、目標吸着量ＮＨｐとして一定の固定値ＮＨ１が設定される。そして、ＳＣＲ床温ＳＴが前記温度ＳＴ１を超えた領域では、目標吸着量ＮＨｐは固定値ＮＨ１よりも少ない量に設定される。より詳細には、ＳＣＲ床温ＳＴが高いほど目標吸着量ＮＨｐは少ない量となるように可変設定される。そして、目標吸着量ＮＨｐに基づいて上記尿素添加量ＱＥを補正することにより、ＳＣＲ触媒４１の実際のアンモニア吸着量（以下、実吸着量という）と目標吸着量ＮＨｐとが一致するようにアンモニアの吸着量が制御される。

ところで、ＳＣＲ触媒４１の高温状態が長い間継続されると、ＳＣＲ触媒４１から脱離するアンモニアの量が多くなるため、実吸着量ＮＨＲは目標吸着量ＮＨｐからずれていき、目標吸着量ＮＨｐに対する実吸着量ＮＨＲの誤差が累積されていく。

そこで、制御装置８０は、そうした誤差の増大を抑えるために以下の積算処理や初期化処理を実行する。
まず、制御装置８０は、ＳＣＲ触媒４１の高温状態が長い間継続されているかどうかを判定するためのパラメータとして、ＳＣＲ触媒４１の温度が予め定められた閾値以上、より具体的にはアンモニアがＳＣＲ触媒４１から脱離する脱離開始温度ＤＴ以上となっているときのＳＣＲ触媒４１の温度を積算した温度積算値ＨＳを算出する。

図４に、温度積算値ＨＳを算出する積算処理の処理手順を示す。なお、本処理は、所定周期毎に繰り返し実行される。
本処理が開始されると、制御装置８０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する排気の温度の検出値である第２排気温度ＴＨ２とＳＣＲ触媒４１に流入する排気の流量である排気流量ＥＡとを読み込む（Ｓ１００）。なお、排気流量ＥＡは、吸入空気量ＧＡ、機関負荷、機関回転速度ＮＥなどから求めることが可能である。また、このステップＳ１００の処理を実行する制御装置８０は、上記排気温度取得部及び排気流量取得部を構成する。

次に、制御装置８０は、排気流量ＥＡに基づいて補正係数ＫＴを設定する（Ｓ１１０）。この補正係数ＫＴは、第２排気温度ＴＨ２を補正するための値であり、「０」よりも大きく「１」以下の値が排気流量ＥＡに基づいて可変設定される。より詳細には、排気流量ＥＡが少なくときほど補正係数ＫＴは小さい値となるように設定される。

次に、制御装置８０は、次式（１）に基づき、第２排気温度ＴＨ２を補正係数ＫＴで補正することにより上記ＳＣＲ床温ＳＴに相当する温度、つまりＳＣＲ触媒４１の温度である触媒温度ＴＨＥＨを算出する（Ｓ１２０）。

触媒温度ＴＨＥＨ＝第２排気温度ＴＨ２×補正係数ＫＴ …（１）

ここで、上述したように、補正係数ＫＴは、「０」よりも大きく「１」以下の値であって排気流量ＥＡが少なくときほど小さい値となるように設定される。従って、ステップＳ１２０の処理では、排気流量ＥＡが少ないときほど、第２排気温度センサ１２０の検出値である第２排気温度ＴＨ２は低い温度となるように補正され、その補正後の第２排気温度ＴＨ２が触媒温度ＴＨＥＨに設定される。なお、上記ステップＳ１１０及び上記ステップＳ１２０の各処理を実行する制御装置８０は、上記触媒温度取得部を構成する。

次に、制御装置８０は、ステップ１２０で算出された触媒温度ＴＨＥＨが上述した脱離開始温度ＤＴ以上であるか否かを判定する（Ｓ１３０）。
そして、触媒温度ＴＨＥＨが脱離開始温度ＤＴ未満であるときには（Ｓ１３０：ＮＯ）、制御装置８０は、本処理を終了する。

一方、触媒温度ＴＨＥＨが脱離開始温度ＤＴ以上であるときには（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、制御装置８０は、温度積算値ＨＳを更新する処理を実行して（Ｓ１４０）、本処理を終了する。ステップＳ１４０では、前回の本処理実行時に算出された温度積算値ＨＳにステップＳ１２０で算出された触媒温度ＴＨＥＨを加算することにより、今回の本処理実行時における温度積算値ＨＳが算出される。

こうした積算処理が繰り返し実行されることにより、温度積算値ＨＳは、触媒温度ＴＨＥＨが上述した脱離開始温度ＤＴ以上の場合、積算処理の実行周期毎に触媒温度ＴＨＥＨずつ増大していく。なお、温度積算値ＨＳは、後述の初期化処理が終了した時点やフィルタ３２の再生処理が終了した時点で「０」にリセットされて、再び積算が開始される。

図４に示した積算処理を実行することにより、次の作用効果が得られる。
一般に、ＳＣＲ触媒４１の温度は排気からの熱伝達によって上昇する。ここで、排気からＳＣＲ触媒４１に伝達される熱量は、ＳＣＲ触媒４１に流入する排気の流量が少ないときほど少なくなるため、こうした排気流量の影響も考慮してＳＣＲ触媒４１の温度を算出するようにすれば、ＳＣＲ触媒４１の温度を精度よく算出することができるようになり、その結果、上記温度積算値ＨＳを精度よく算出することができる。

そこで、上述した本実施形態の積算処理では、ステップＳ１００、ステップＳ１１０、及びステップＳ１２０の各処理を実行することにより、ＳＣＲ触媒４１に流入する排気の流量が少ないときほどＳＣＲ触媒４１に流入する排気の温度の検出値が低い温度となるように同検出値を補正してその補正後の温度を触媒温度ＴＨＥＨとしている。そして、ステップＳ１４０では、触媒温度ＴＨＥＨを積算することにより温度積算値ＨＳが算出される。従って、触媒温度ＴＨＥＨは、排気流量ＥＡが少ないときほど低くなり、その結果、排気流量ＥＡが少ないときほどステップＳ１４０で算出される温度積算値ＨＳは少なくなる。このように温度積算値ＨＳの算出に際しては、排気からＳＣＲ触媒４１に伝わる熱量に関しての排気流量ＥＡの影響が考慮されるようになるため、温度積算値ＨＳが精度よく算出されるようになる。

そして、制御装置８０は、こうして算出された温度積算値ＨＳが所定の閾値ＨＳ１以上となったことを条件として、ＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニア量を「０」にまで減少させる初期化処理を実行する。

図５に、初期化処理を実行するための一連の処理手順を示す。なお、本処理も所定周期毎に繰り返し実行される。
本処理が開始されると、まず、制御装置８０は、まず、現在の温度積算値ＨＳを読み込む（Ｓ２００）。次に、制御装置８０は、温度積算値ＨＳが閾値ＨＳ１以上であるか否かを判定する（Ｓ２１０）。ここで、ＳＣＲ触媒４１の高温状態が長い間継続されていると温度積算値ＨＳは多くなる。そのため、温度積算値ＨＳは多いほど、ＳＣＲ触媒４１から脱離したアンモニアの量は多くなっている可能性が高く、目標吸着量ＮＨｐに対する実吸着量ＮＨＲの誤差の累積値は多くなっていると考えることができる。そこで、閾値ＨＳ１には、目標吸着量ＮＨｐに対する実吸着量ＮＨＲの誤差の累積値が許容できない程度に多くなっていることを判定可能な温度積算値ＨＳの値が、予めの実験等を通じて設定されている。

そして、温度積算値ＨＳが閾値ＨＳ１未満であるときには（Ｓ２１０：ＮＯ）、目標吸着量ＮＨｐに対する実吸着量ＮＨＲの誤差の累積値がそれほど多くなっていないため、制御装置８０は本処理を終了する。

一方、温度積算値ＨＳが閾値ＨＳ１以上であるときには（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、目標吸着量ＮＨｐに対する実吸着量ＮＨＲの誤差の累積値が許容できない程度に多くなっているため、制御装置８０は、ＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニア量を「０」にまで減少させる初期化処理を開始する（Ｓ２２０）。

この初期化処理として、本実施形態では、ＳＣＲ触媒４１に流入する排気の温度を上昇させる昇温処理が実行される。
なお、こうした昇温処理は、適宜実行することができる。例えば、燃料添加弁５からの燃料添加を実行したり、ポスト噴射を実行したりすることにより、排気の温度を上昇させることが可能である。また、こうした昇温処理を実行するときには、ＳＣＲ触媒４１からアンモニアが脱離する温度にまで排気の温度が昇温される。より詳細には、ＳＣＲ触媒４１から脱離するアンモニア量がＳＣＲ触媒４１に吸着されるアンモニア量を超えるようになる温度以上となるように排気の温度が昇温される。例えば本実施形態では、ＳＣＲ触媒４１がアンモニアを吸着できなくなる上記吸着限界温度ＵＴにまで排気の温度を高めるようにしている。ちなみに、初期化処理として、フィルタ３２の再生処理を強制的に開始してもよい。

こうした初期化処理を開始すると、制御装置８０は、初期化処理の実行時間ＥＴを計測する（Ｓ２３０）。この実行時間ＥＴは、初期化処理を開始してからの経過時間を示すものである。

次に、制御装置８０は、実行時間ＥＴが閾値ＥＴ１以上であるか否かを判定する（Ｓ２４０）。この閾値ＥＴ１は、ＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニアの全てを脱離させるために必要な実行時間ＥＴが予め設定されている。

そして、実行時間ＥＴが閾値ＥＴ１未満のときには（Ｓ２４０：ＮＯ）、制御装置８０は、実行時間ＥＴが閾値ＥＴ１以上になるまで、ステップＳ２３０の処理及びステップＳ２４０の処理を繰り返し行う。

一方、実行時間ＥＴが閾値ＥＴ１以上になると、制御装置８０は、初期化処理を終了する。つまり排気の昇温処理を終了して（Ｓ２５０）、実行時間ＥＴ及び温度積算値ＨＳを「０」にリセットする（Ｓ２６０）。そして、制御装置８０は本処理を終了する。

次に、図６を参照して、初期化処理の作用を説明する。
時刻ｔ１において、温度積算値ＨＳが閾値ＨＳ１以上になると、初期化処理が開始されることにより、ＳＣＲ床温ＳＴは徐々に高くなっていく。こうしたＳＣＲ床温ＳＴの上昇によってＳＣＲ触媒４１からのアンモニアの脱離が促されるようになるため、実線Ｌ１にて示すように、実吸着量ＮＨＲは、徐々に減少していき、最終的には「０」になる。

また、二点鎖線Ｌ２に示すように、ＳＣＲ床温ＳＴの上昇に伴って目標吸着量ＮＨｐは徐々に少なくされていき、時刻ｔ２においてＳＣＲ床温ＳＴが吸着限界温度ＵＴに達すると、アンモニアの吸着が不可能になるため、目標吸着量ＮＨｐは「０」に設定される。こうしたＳＣＲ床温ＳＴの上昇に伴う目標吸着量ＮＨｐの減量により、尿素添加量も徐々に少なくされていき、時刻ｔ２において目標吸着量ＮＨｐが「０」に設定されると、アンモニアを吸着させるための尿素添加量は「０」に設定される。

そして、時刻ｔ３において、上記実行時間ＥＴが閾値ＥＴ１に達すると、初期化処理が終了されてＳＣＲ床温ＳＴは低下していく。また、時刻ｔ３以降では、尿素添加によるアンモニア吸着量制御が開始される。すなわち、ＳＣＲ床温ＳＴに基づいた目標吸着量ＮＨｐの設定が行われて、アンモニアを吸着させるための尿素添加が開始されることにより、実吸着量ＮＨＲは再び増大し始める。

ここで、時刻ｔ３におけるアンモニア吸着量制御の開始に先立って上記初期化処理が実行されているため、実吸着量ＮＨＲは一旦「０」にリセットされている。そのため、初期化処理の実行開始前に生じていた目標吸着量ＮＨｐに対する実吸着量ＮＨＲの累積誤差ΔＧは解消されている。従って、時刻ｔ３以降では、目標吸着量ＮＨｐに対する実吸着量ＮＨＲのずれが抑えられた状態になっており、ＳＣＲ触媒４１の実吸着量ＮＨＲは目標吸着量ＮＨｐに応じた適切な量に維持される。

ちなみに、初期化処理の終了直後は、実吸着量ＮＨＲが「０」になっているため、実吸着量ＮＨＲを速やかに増大させることが望ましい。そのため、先の図６の時刻ｔ３においてアンモニア吸着量制御を開始した直後は、ＳＣＲ床温ＳＴに基づいて目標吸着量ＮＨｐを設定するのではなく、比較的大きな値を目標吸着量ＮＨｐに設定して実吸着量ＮＨＲを速やかに増大させるようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ＳＣＲ触媒４１の高温状態が長い間継続されているかどうかを判定するためのパラメータとして、ＳＣＲ触媒４１の温度が予め定められた閾値以上、より具体的にはアンモニアが脱離する温度以上となっているときのＳＣＲ触媒４１の温度を積算した温度積算値ＨＳを算出している。そして、その温度積算値ＨＳが閾値ＨＳ１以上となったことを条件として、ＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニア量を「０」にまで減少させる初期化処理を実行するようにしている。そのため、温度積算値ＨＳに基づいて初期化処理が確実に実行される。従って、初期化処理が実行されない状態が続くことにより、目標吸着量ＮＨｐに対する実吸着量ＮＨＲの誤差が増大してしまうことを抑えることができる。

（２）ＳＣＲ触媒４１に流入する排気の流量が少ないときほど低い温度となるようにＳＣＲ触媒４１に流入する排気の温度の検出値を補正し、その補正された検出値をＳＣＲ触媒４１の触媒温度ＴＨＥＨとしている。そして、その触媒温度ＴＨＥＨを積算することにより温度積算値ＨＳを求めるようにしている。このように温度積算値ＨＳを算出するに際しては、排気からＳＣＲ触媒４１に伝わる熱量に関しての排気流量の影響が考慮されるため、温度積算値ＨＳを精度よく算出することができるようになる。

（３）上記初期化処理として、ＳＣＲ触媒４１に流入する排気の温度をＳＣＲ触媒４１からアンモニアが脱離する温度にまで昇温させる昇温処理を実行するようにしている。そのため、ＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニア量を減少させることが可能になる。

（４）初期化処理の実行時間ＥＴを計測すると共に、その計測された実行時間ＥＴが予め定められた閾値ＥＴ１に達するまで初期化処理を実行するようにしている。従って、上記閾値ＥＴ１を適切に設定することにより、ＳＣＲ触媒４１に吸着されたアンモニア量が「０」になった段階で初期化処理を終了させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・先の図３に示したように、上記実施形態では、ＳＣＲ床温ＳＴが所定の温度ＳＴ１以下の場合には、目標吸着量ＮＨｐとして一定の固定値ＮＨ１を設定するようにしたが、目標吸着量ＮＨｐの設定態様は適宜変更することができる。例えばＳＣＲ床温ＳＴが所定の温度ＳＴ１以下の場合でも、ＳＣＲ床温ＳＴに応じて目標吸着量ＮＨｐを可変設定するようにしてもよい。また、ＳＣＲ触媒４１に流入する単位時間当たりのＮＯｘ量に基づいて目標吸着量ＮＨｐを可変設定するようにしてもよい。

・温度積算値ＨＳを算出する上記積算処理では、排気流量ＥＡに基づいて第２排気温度ＴＨ２を補正するようにしたが、そうした補正を省略して第２排気温度ＴＨ２をそのまま触媒温度ＴＨＥＨとし、同触媒温度ＴＨＥＨを積算することにより温度積算値ＨＳを算出するようにしてもよい。

・ＳＣＲ触媒４１に流入する排気の温度である第２排気温度ＴＨ２を第２排気温度センサ１２０で実際に検出するようにした。この他、第２排気温度ＴＨ２を検出する方法として、例えば機関負荷や機関回転速度などの機関運転状態に基づいてＳＣＲ触媒４１に流入する排気の温度を推定し、その推定値を第２排気温度ＴＨ２とするようにしてよい。

・初期化処理として、ＳＣＲ触媒４１に流入する排気の温度を高める昇温処理を実行するようにした。
この他、図７に示すように、初期化処理として、尿素水供給機構２００からの尿素水添加を中止する処理を実行してもよい。このようにして尿素水添加を中止すると、ＳＣＲ触媒４１に流入するＮＯｘの還元処理は、尿素水添加が中止される前にＳＣＲ触媒４１に吸着されていたアンモニアによって行われるようになる。従って、図７に示すように、時刻ｔ１以降、ＳＣＲ触媒４１に吸着されていたアンモニアはＮＯｘとの還元反応によって消費されていき、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量は徐々に減少していく。そのため、最終的には、ＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニア量を「０」にまで減少させることが可能になる。

また、初期化処理として、ＳＣＲ触媒４１に流入する排気の温度を高める昇温処理と、尿素水供給機構２００からの尿素水添加を中止する処理とを併用してもよい。
・アンモニアの実吸着量ＮＨＲが「０」になるまで初期化処理を行うようにしたが、必ずしも実吸着量ＮＨＲが「０」になるまで減少させる必要はなく、初期化処理の完了時において実吸着量ＮＨＲが多少残っていてもよい。すなわち、温度積算値ＨＳが閾値ＨＳ１以上となったことを条件として、ＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニア量が少なくとも減少するように上記初期化処理を実行するようにしてもよい。この場合でも、温度積算値ＨＳに基づいて初期化処理が確実に実行される。従って、初期化処理が実行されない状態が続くことにより、目標吸着量ＮＨｐに対する実吸着量ＮＨＲの誤差が増大してしまうことを抑えることができる。

１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…燃料添加弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホールド、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…吸気絞り弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…絞り弁開度センサ、２１…クランク角センサ、２２…アクセルセンサ、２３…外気温センサ、２４…車速センサ、２６…排気通路、２７…燃料供給管、３０…第１浄化部材、３１…酸化触媒、３２…フィルタ、４０…第２浄化部材、４１…選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）、５０…第３浄化部材、５１…アンモニア酸化触媒、６０…分散板、８０…制御装置、１００…第１排気温度センサ、１１０…差圧センサ、１２０…第２排気温度センサ、１３０…第１ＮＯｘセンサ、１４０…第２ＮＯｘセンサ、２００…尿素水供給機構、２１０…タンク、２２０…ポンプ、２３０…尿素添加弁、２４０…供給通路。

Claims (5)

1. 尿素水を排気に添加する添加機構と、
   尿素水から生じたアンモニアを吸着するとともにその吸着したアンモニアを利用してＮＯｘを浄化する触媒と、
   前記触媒に吸着させるアンモニアの目標吸着量を設定するとともに前記目標吸着量に基づいて尿素水の添加量を制御する制御部と、
   を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記制御部は、前記触媒の温度を取得する触媒温度取得部を備えており、
   前記制御部は、前記触媒の温度を所定周期毎に取得して予め定められた閾値以上となっている前記触媒の温度を積算する積算処理と、前記積算処理で算出される前記触媒の温度の積算値が所定値以上となったことを条件として前記触媒に吸着されているアンモニア量を減少させる初期化処理とを実行する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記制御部は、
   前記触媒に流入する排気の温度を取得する排気温度取得部と、
   前記触媒に流入する排気の流量を取得する排気流量取得部と、を備えており、
   前記触媒温度取得部は、前記排気温度取得部によって取得された前記排気の温度を、前記排気流量取得部によって取得された前記排気の流量が少ないときほど低い温度となるように補正してその補正された温度を前記触媒の温度とする
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記制御部は、前記初期化処理として、前記触媒に流入する排気の温度を前記触媒からアンモニアが脱離する温度にまで昇温させる昇温処理を実行する
   請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記制御部は、前記初期化処理として、前記添加機構からの尿素水添加を中止する処理を実行する
   請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記制御部は、前記初期化処理の実行時間を計測すると共に、その計測された実行時間が予め定められた閾値に達するまで前記初期化処理を実行する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。