JP2017040226A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】当量比制御から平衡吸着量制御へと制御態様が変更された場合に、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量を早期に且つ正確に目標吸着量に到達させる【解決手段】本発明の一態様に係る排気浄化装置は、機関１に適用される。機関１は尿素添加弁９及びアンモニアによりＮＯｘを浄化することが可能なＳＣＲ触媒１０を備える、機関１は、当量比制御後に平衡吸着量制御を行う場合、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの推定吸着量が目標吸着量に対して閾値以上小さいとき、アンモニアの推定吸着量が目標吸着量に近づくまで「平行吸着量制御において必要とされるアンモニアの量」よりも多い量のアンモニアがＳＣＲ触媒１０に供給されるように、尿素水の量を増加させる。その結果、早期に目標吸着量に到達させることができるので、ＮＯｘが安定的に浄化され得る。【選択図】図１

Description

本発明は、排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来から、内燃機関の排気通路に配設された選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」と称呼される場合がある。）に対し尿素水を添加し、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘを「添加された尿素水が加水分解されることにより得られるアンモニア（ＮＨ_３）」により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及び特許文献２を参照。）。

具体的には、特許文献１に開示された装置（以下、「第１従来装置」と称呼される。）は、「ＳＣＲ触媒においてＮＨ_３の吸着と脱離とが平衡状態となり、安定してＮＯｘを浄化可能な状態となっているＳＣＲ触媒におけるＮＨ_３の吸着量」である「平衡吸着量」が所定の目標吸着量に維持されるように、尿素水添加弁から尿素水を添加する平衡吸着量制御を実行するように構成されている。この平衡吸着量制御によれば、高いＮＯｘ浄化率が安定して得られるようにＳＣＲ触媒に吸着しているアンモニアの量（アンモニア吸着量）が維持される。

特許文献２に開示された装置（以下、「第２従来装置」と称呼される。）は、ＳＣＲ触媒が高温となることにより、ＳＣＲ触媒が吸着できるＮＨ_３の量（飽和吸着量）が低下した場合には、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ（即ち、選択還元される必要があるＮＯｘ）とＮＨ_３との当量比が１となるように尿素水の添加量を制御する当量比制御を実行するように構成されている。これにより、ＳＣＲ触媒が高温となり、ＳＣＲ触媒が吸着できるＮＨ_３の量が低下した場合においてもＮＯｘを高い浄化率にて浄化することができる。

国際公開第２０１３／１９０６５８号（例えば、段落００４８を参照） 特開２００９−２７０４４９号公報（例えば、請求項４、段落００１６及び段落００１７を参照）

このため、ＳＣＲ触媒が高温となる場合には、第２従来装置が採用する当量比制御を実行し、ＳＣＲ触媒が低温となる場合には、第１従来装置が採用する平衡吸着量制御を実行することにより、ＮＯｘを効率良く浄化可能な排気浄化装置を構成することができる。

しかしながら、このような排気浄化装置においては、ＳＣＲ触媒が高温となる場合に当量比制御が実行されるので、ＳＣＲ触媒に吸着していたＮＨ_３の多くがＮＯｘと反応せずに脱離してしまう。このため、ＳＣＲ触媒の温度が「当量比制御を行っている場合の温度」から低下して、尿素水の制御態様が当量比制御から平衡吸着量制御に切り替わると、その時点においてＳＣＲ触媒のＮＨ_３の吸着量が目標吸着量に対して大きく不足する。

一方、平衡吸着量制御においては、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ_３の吸着状態（以下、「アンモニア吸着状態」と称呼される場合がある。）が前述した平衡状態にあることを前提とした量の尿素水が供給され続ける。よって、アンモニア吸着状態が平衡状態から大きく乖離している場合に平衡吸着量制御を継続すると、平衡状態に到達するまで長時間を要する。そこで、第１従来装置は、このような場合において尿素水の量を一時的に増量するようになっている。しかしながら、第１従来装置は、どのように尿素水の量を増加させるのか具体的には何ら考慮していない。

他方、ＳＣＲ触媒に吸着しているアンモニアの量をＮＯｘセンサ等の出力値に基づいて推定する「推定吸着量モデル」も知られている。以下、推定されるアンモニア吸着量は、「推定アンモニア吸着量」と称呼される場合がある。そして、平衡吸着量制御を行う場合、推定吸着量モデルにより推定された推定アンモニア吸着量が目標吸着量に一致するように尿素水の量をフィードバック制御する構成も考えられる。しかしながら、推定吸着量モデルはＮＯｘセンサ等の出力を用いて推定アンモニア吸着量を求めるので、その推定アンモニア吸着量はＮＯｘセンサの出力誤差等の影響を受け、真のアンモニア吸着量とは乖離する場合がある。従って、そのようなフィードバック制御により平衡吸着量制御を行ったとしても、実際のアンモニア吸着量が目標吸着量から乖離してしまう場合がある。

本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、ＳＣＲ触媒と尿素水を添加する添加装置とを備える内燃機関に適用され、当量比制御から平衡吸着量制御へと制御態様が変更された場合に、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量を早期に且つ正確に目標吸着量に到達させることができる「内燃機関の排気浄化装置（以下、「本発明装置」と称呼する。）」を提供することにある。

本発明装置が適用される内燃機関は、排気通路に配設されアンモニアにより排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、尿素を加水分解して得られるアンモニアを前記選択型ＮＯｘ触媒に供給するために前記排気通路の前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流に尿素水を添加する添加装置と、を備える。

更に、本発明装置は、吸着量推定部と、添加制御部と、を備える。

前記吸着量推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着しているアンモニアの量（即ち、推定吸着量、推定アンモニア吸着量）を、少なくとも「前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるアンモニアの量と前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘと反応することにより消費されるアンモニアの量と」に基づいて推定する。なお、前記吸着量推定部は、更に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒から脱離するアンモニアの量（脱離ＮＨ_３量）及び／又は前記選択還元型ＮＯｘ触媒内にてＮＯｘと反応することなく酸化されることにより消費されるアンモニアの量（酸化ＮＨ_３量）にも基づいて推定アンモニア吸着量を推定することができる。

前記添加制御部は、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上である場合には前記選択還元型ＮＯｘ触媒において選択還元される必要があるＮＯｘとアンモニアとの当量比が１となる量のアンモニアを生成するために必要な量の尿素水を前記添加装置から添加させる当量比制御を実行し、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度未満である場合には前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてアンモニアの吸着と脱離とが平衡状態となるときの同選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量である平衡吸着量が所定の目標吸着量に維持される量のアンモニアを生成するために必要な量の尿素水を前記添加装置から添加させる平衡吸着量制御を実行する。

更に、前記添加制御部は、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上から前記所定温度未満になった場合、前記アンモニアの推定吸着量と前記目標吸着量との差が所定の閾値以上であるとき、前記平衡吸着量制御において必要とされる尿素水の量に所定量を加えた量の尿素水を前記添加装置から添加させるように構成されている。

これによれば、当量比制御から平衡吸着量制御に切り替わる場合に、アンモニアの推定吸着量と前記目標吸着量との差が大きい場合、平衡吸着量制御中に供給される尿素水の量よりも多い量の尿素水が添加され、平衡吸着量制御にとって必要となるアンモニアの量よりも多い量のアンモニアが選択還元型ＮＯｘ触媒に供給される。従って、実際のアンモニア吸着量を目標吸着量へと迅速に近づけることができる。更に、その後の平衡吸着量制御においては、誤差を含む推定アンモニア吸着量が尿素水量の調整に用いられないので、平衡吸着量制御を精度良く行うことができる。その結果、安定的にＮＯｘを浄化することができる。

更に、本発明の一態様において、前記添加制御部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上から前記所定温度未満になった場合、前記アンモニアの推定吸着量と前記目標吸着量との差が「前記所定の閾値以下の０を含む値」以下になるまで、前記平衡吸着量制御において必要とされる尿素水の量に所定量を加えた量の尿素水を前記添加装置から添加させるように構成されている。従って、実際のアンモニア吸着量を目標吸着量へとより迅速に近づけることができる。その一方、この態様によれば、実際のアンモニア吸着量を目標吸着量へ近づけるのに必要な量に対して過剰な量の尿素水を供給してしまう事態を回避することもできる。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る排気浄化装置（本浄化装置）が適用される内燃機関の概略図である。 図２は、本浄化装置のＣＰＵが実行する「推定アンモニア吸着量算出ルーチン」を示したフローチャートである。 図３は、平衡吸着量制御において、ＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒に吸着しているアンモニア量との関係を示した図である。 図４は、平衡吸着量制御における目標吸着量とＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。 図５は、平衡吸着量制御における目標吸着量とスリップ量との関係を示した図である。 図６は、本浄化装置のＣＰＵが実行する「添加制御」のルーチンを示したフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る「内燃機関の本浄化装置（以下、「本浄化装置」と称呼する場合がある。）」について図面を参照しながら説明する。

（構成）
本浄化装置は、図１に示した内燃機関（以下、「機関」と称呼する。）１に適用される。機関１は、ディーゼルエンジンである。

機関１は、吸気通路を構成する吸気通路部２及び排気通路を構成する排気通路部３を含んでいる。

吸気通路部２は、吸気通路部２の吸気上流側から順にコンプレッサ４ａ及びスロットル弁６を含んでいる。コンプレッサ４ａは、後述するタービン４ｂとともにターボチャージャ４を構成しており、コンプレッサ４ａの回転軸が回転することにより吸気通路部２を通過する空気を圧縮する。スロットル弁６は、吸気通路部２の開口断面積を可変とすることにより、吸気通路部２を通過する空気の量（吸入空気量）を調節する。

排気通路部３は、排気通路部３の排気上流側から順にタービン４ｂ、酸化触媒７、パティキュレートフィルタ８（以下、「ＤＰＦ８」と称呼する。）、尿素水添加弁９、選択還元型ＮＯｘ触媒１０（以下、「ＳＣＲ触媒１０」と称呼する。）及びアンモニアスリップ触媒１１を含んでいる。

タービン４ｂは、図示しないタービン４ｂの回転軸が図示しないコンプレッサ４ａの回転軸と連結されている。タービン４ｂは、排気通路部３を流れる排気（排ガス）を受けて、タービン４ｂの回転軸を回転させ、コンプレッサ４ａの回転軸を回転させる。

酸化触媒７は、排気中のＮＯ（一酸化炭素窒素）を酸化させ、ＮＯ_２（二酸化炭素窒素）を生成する。

ＤＰＦ８は、ハニカム状のセラミック体により形成されており、排気中のパティキュレートを捕集する。ＤＰＦ８は、捕集されたパティキュレートを排気中のＮＯ_２により酸化させることにより、ＤＰＦ８の連続再生を行うことが可能になっている。

尿素水添加弁９は、図示しない尿素水タンクから一定濃度の尿素水が供給され、排気通路部３中（即ち、排気通路）であってＳＣＲ触媒１０よりも上流位置に尿素水を添加する。本浄化装置は、排気の熱により排気通路部３中に添加した尿素水を加水分解してアンモニアを生成し、そのアンモニアをＳＣＲ触媒１０に供給する。尿素水添加弁９は、一定時間の周期Ｔにて尿素水の噴射を駆動時間ｔだけ行う。後述する電気制御装置３０は、この時間ｔを変更することにより、尿素水添加弁９から噴射される尿素水の量を変更することができる。

ＳＣＲ触媒１０は、ＮＨ_３（アンモニア）を吸着するＮＨ_３吸蔵能を有する触媒である。ＳＣＲ触媒１０は、尿素水を加水分解して得られたＮＨ_３と排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを無害なＮ_２に変換する。

アンモニアスリップ触媒１１は、酸化機能を有している。アンモニアスリップ触媒１１は、ＮＨ_３がＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒１０から流出した場合に、ＮＨ_３を酸化することにより、Ｎ_２又はＮＯｘに変換する。アンモニアスリップ触媒１１は、排気中のＣＯ（一酸化炭素）を酸化させ、ＣＯ_２（二酸化炭素）に変換する。

一方、本浄化装置は、排気温センサ２０、第１ＮＯｘセンサ（上流側ＮＯｘセンサ）２１、第２ＮＯｘセンサ（下流側ＮＯｘセンサ）２２、熱線式エアフロメータ２３、クランクポジションセンサ２４、アクセル開度センサ２５及びスロットルポジションセンサ２６を含んでいる。

排気温センサ２０は、尿素水添加弁９とＳＣＲ触媒１０との間の排気通路部３上（排気通路）に配設されており、排気通路部３中を流れる排気の温度を表す信号を出力するようになっている。なお、排気温センサ２０により検出される温度は、ＳＣＲ触媒１０の温度（触媒床温）Ｔｓを推定するために用いられる。本例において、排気温センサ２０が検出する温度はＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓと等しいとして扱われる（取得される）が、排気温センサ２０が検出する温度をローパスフィルタ処理した結果の温度がＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓとして取得されてもよい。

第１ＮＯｘセンサ２１は、ＤＰＦ８とＳＣＲ触媒１０との間の排気通路部３上（排気通路）に配設されており、ＳＣＲ触媒１０に流入する排気中のＮＯｘ濃度を表す信号を出力するようになっている。

第２ＮＯｘセンサ２２は、アンモニアスリップ触媒１１よりも下流の排気通路部３上（排気通路）に配置されており、アンモニアスリップ触媒１１を通過した排気中のＮＯｘ濃度を表す信号を出力するようになっている。

第１ＮＯｘセンサ２１及び第２ＮＯｘセンサ２２のそれぞれ（以下、「ＮＯｘセンサ」と称呼する。）は、ジルコニア固体電解質の積層構造体であり、２つの内部空間（第１空間及び第２空間）及び３つの酸素ポンプで構成されている周知のセンサである。第１空間には第１酸素ポンプとして一対の電極が配置されている。ＮＯｘセンサは、この電極間に調整した電圧を印加することにより排気中の酸素Ｏ_２を第１空間から汲み出し又は汲み入れることによって可燃性ガスを燃焼させ、第１空間の酸素濃度を数ｐｐｍに常に保持する。従って、ＮＯｘセンサは、第１酸素ポンプにより汲み出される又は組み入れられる酸素の量（酸素ポンプ量）から排気の酸素濃度（従って、排気の空燃比）を検出することができる。更に、第１空間よりも奥に配置された第２空間には、第２酸素ポンプと測定ポンプが配置されている。ＮＯｘセンサは、この第２酸素ポンプで排気中の酸素を更に汲み出した上で、ＮＯｘをＯ_２とＮ_２に分解し、その分解されたＯ_２の分圧を測定ポンプにより検出する。ＮＯｘセンサは、この検出値に基づいて排気のＮＯｘ濃度に比例した出力信号を取り出す。

熱線式エアフロメータ２３は、吸気通路部２内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量Ｇａを表す信号を出力するようになっている。なお、熱線式エアフロメータ２３により検出される質量流量Ｇａは、排気通路部３（排気通路）を流れる排気の流量を推定することに用いられる。本例において、排気流量（排気の流量）は質量流量Ｇａに等しいとして扱われる。

クランクポジションセンサ２４は、図示しないクランク軸が１０度回転する毎にパルスを出力するようになっている。クランクポジションセンサ２４から出力されるパルスは後述する電気制御装置３０によって機関回転速度ＮＥを表す信号に変換される。

アクセル開度センサ２５は、運転者によって操作されるアクセルペダル５の操作量を検出し、アクセルペダル５の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。アクセルペダル５の操作量Accpは機関１０の負荷の大きさを表す一つのパラメータである。

スロットルポジションセンサ２６は、スロットル弁６の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。

電気制御装置３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４、及び、ＡＤコンバータを含むインターフェース３５等を含む周知のマイクロコンピュータである。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に記憶されているプログラムに従ってインストラクションを受け取り、そのインストラクションを実行する。

インターフェース３５は、上記センサ２０〜２６に接続され、ＣＰＵ３１にこれらのセンサからの信号を供給するようになっている。更に、インターフェース３５は、ＣＰＵ３１の指示に応じて、尿素添加弁９及び図示しない燃料噴射弁等に指示信号を送出するようになっている。なお、ＣＰＵ３１は、アクセルペダル５の操作量Accp及び機関回転速度ＮＥ等に基づいて燃料噴射弁から噴射される燃料の量を周知の手法に従って制御する。

本浄化装置は、平衡吸着量制御及び当量比制御を選択的に行ってＳＣＲ触媒の上流に添加される尿素水の量を制御する。更に、当量比制御から平衡吸着量制御への移行時において「添加される尿素水の量を一時的に増大した量（その後の平衡吸着量制御における尿素水の量よりも所定量だけ多い量）に設定する追従制御（増量補正制御）」を実行する。この追従制御を実行するか否かは、推定アンモニア吸着量（ＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ_３の推定量）に基づいて決定される。そのため、本浄化装置は、推定アンモニア吸着量を取得する吸着量推定部を備える。そこで、以下、吸着量推定部、平衡吸着量制御、当量比制御及び追従制御について順に説明する。なお、吸着量推定部の機能、平衡吸着量制御、当量比制御及び追従制御は、電気制御装置３０のＣＰＵ３１が所定のルーチンを実行することにより実現される。

（吸着量推定部）
吸着量推定部は、図２のフローチャートにより示された手順に従って、推定アンモニア吸着量を取得する（ＳＣＲ触媒１０に吸着しているＮＨ_３の量を推定する。）。実際には、ＣＰＵ３１が一定の単位時間（例えば、１ｓ）が経過する毎に図２のルーチンを繰り返し実行することにより、推定アンモニア吸着量が取得される。

ステップ２１０：吸着量推定部は、ＳＣＲ触媒１０の実際のＮＯｘ浄化率である実ＮＯｘ浄化率Ａを、第１ＮＯｘセンサ２１によって検出されるＮＯｘ濃度である流入ＮＯｘ濃度と、第２ＮＯｘセンサ２２によって検出されるＮＯｘ濃度である流出ＮＯｘ濃度と、に基づいて算出する。具体的には、吸着量推定部は、下記の（１）式に従って実ＮＯｘ浄化率Ａを算出する。

実ＮＯｘ浄化率Ａ＝（流入ＮＯｘ濃度−流出ＮＯｘ濃度）／流入ＮＯｘ濃度 …（１）

ステップ２２０：吸着量推定部は、ＳＣＲ触媒１０に流入するＮＯｘの量である流入ＮＯｘ量Ｂを下記の（２）式に従って算出する。なお、排気流量は、熱線式エアフロメータ２３で検出する質量流量Ｇａと等しい。

流入ＮＯｘ量Ｂ＝流入ＮＯｘ濃度・排気流量Ｇａ …（２）

ステップ２３０：吸着量推定部は、ＳＣＲ触媒１０において還元されるＮＯｘの量である還元ＮＯｘ量Ｃを下記の（３）式に従って算出する算出する。

還元ＮＯｘ量Ｃ＝実ＮＯｘ浄化率Ａ・流入ＮＯｘ量Ｂ …（３）

ステップ２４０：吸着量推定部は、還元ＮＯｘ量ＣのＮＯｘに還元反応するＮＨ_３の量である消費ＮＨ_３量Ｄを算出する。具体的には、還元ＮＯｘ量ＣのＮＯｘは総てＮＨ_３と還元反応すると考え、吸着量推定部は、還元ＮＯｘ量Ｃを定数Ｋ１倍（例えば、Ｋ１＝４／３）することにより消費ＮＨ_３量Ｄを算出する。

ステップ２５０：吸着量推定部は、ＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ_３の量である脱離ＮＨ_３量Ｅを算出する。具体的には、吸着量推定部は、単位時間当りにおいてＳＣＲ触媒１０内にてＮＯｘとは反応せずにＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ_３の量（以下、「単位時間脱離量ｅ」とも称呼する。）に排気流量を乗じることによって脱離ＮＨ_３量Ｅを算出する。なお、単位時間脱離量ｅは、例えば、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓを予めの測定により得られたルックアップテーブルMape(Ｔｓ）に適用することによって求めることができる。

ステップ２６０：吸着量推定部は、ＳＣＲ触媒１０内にてＮＯｘと反応することなく酸化されることにより消費されるＮＨ_３の量である酸化ＮＨ_３量Ｆを算出する。酸化ＮＨ_３量Ｆは、ＳＣＲ触媒１０に吸着されているＮＨ_３の量が多くなればなるほど、排気の酸素濃度が高くなればなるほど、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが高くなればなるほど、増加する。そこで、吸着量推定部は、後述するステップ２８０にて求められる「ＳＣＲ触媒１０に吸着されているＮＨ_３の量の前回値（Ｑｐ（ｎ−１））」と、第１ＮＯｘセンサ２１により検出される排気の酸素濃度と、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓと、に基づいて酸化ＮＨ_３量Ｆを算出する。より具体的には、吸着量推定部は、例えば、前回の推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ−１）、排気の酸素濃度及びＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓを、ルックアップテーブルMapF（Ｑｐ（ｎ−１）,酸素濃度,Ｔｓ）に適用することによって酸化ＮＨ_３量Ｆを求める。

ステップ２７０：吸着量推定部は、吸着量推定部が本ルーチンを前回実行してから現時点までの間（即ち、単位時間内）にＳＣＲ触媒１０の上流に供給された尿素水の量である添加尿素水量に基づいて、その尿素水から加水分解により生成されたＮＨ_３の量である流入ＮＨ_３量Ｑinを計算する。添加尿素水量と流入ＮＨ_３量Ｑinとの間には一定の関係が成立するので、吸着量推定部は、その関係を関数化してＲＯＭ３２内に記憶された関数ｆ（又は、ルックアップテーブル）に添加尿素水量を適用することによって流入ＮＨ_３量Ｑinを算出する。

ステップ２８０：吸着量推定部は、今回の推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ）を、前回の推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ−１）、消費ＮＨ_３量Ｄ、脱離ＮＨ_３量Ｅ、酸化ＮＨ_３量Ｆ及び流入ＮＨ_３量Ｑinに基づいて下記の（４）式に従って算出する。前回の推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ−１）は、吸着量推定部が本ルーチンを前回実行した時点に算出された推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ）、即ち、推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ）の前回値である。

推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ）＝Ｑｐ（ｎ−１）−Ｄ−Ｅ−Ｆ＋Ｑin …（４）

以上のステップにより、推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ）が算出・更新される。

（平衡吸着量制御の概要）
次に本浄化装置が実行する尿素水量の制御の一つである「平衡吸着量制御」について説明する。平衡吸着量制御は、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ未満である場合に実行される。なお、所定温度Ｔｓｔｈは、ＳＣＲ触媒１０の温度が高温となり、アンモニア吸蔵能（飽和吸着量）が大きく低下してしまう温度（例えば、３５０℃）に設定される。

平衡吸着量制御は、「単位時間当たりにＳＣＲ触媒１０に吸着するＮＨ_３量」と「ＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ_３量」とが釣り合った状態において、ＳＣＲ触媒１０に吸着しているＮＨ_３量が所定の目標吸着量に維持されるように尿素水量を調整する制御である。なお、「単位時間当たりにＳＣＲ触媒１０に吸着するＮＨ_３量」と「ＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ_３量」とが釣り合った状態は、単に「平衡状態」と称呼される場合がある。更に、平衡吸着状態においてＳＣＲ触媒１０に吸着しているＮＨ_３量は、単に「平衡吸着量」と称呼される場合がある。よって、平衡吸着量制御は、平衡吸着量が所定の目標吸着量に維持される量のアンモニアを生成するために必要な量の尿素水を尿素噴射弁９から噴射させる制御である。なお、「目標吸着量」は、ＳＣＲ触媒１０が吸着できる上限量である飽和吸着量よりも低い平衡吸着量である。

本浄化装置は、以下の手順に従って平衡吸着量制御を実行する。
（１）本浄化装置は、目標吸着量Ｑｔｒｇを所定の値（例えば、ＳＣＲ触媒１０がＮＨ_３を吸着できる上限量よりも少ない一定値）に設定する。但し、本浄化装置は、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓと図３に示した関係とに基づいて、目標吸着量Ｑｔｒｇを決定してもよい。この場合、目標吸着量Ｑｔｒｇは、図３に示されるように、ＳＣＲ触媒１０がＮＨ_３を吸着できる上限量よりも所定量だけ少ない量に設定される。即ち、目標吸着量ＱｔｒｇはＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが高くなるほど小さくなるように設定されてもよい。
（２）本浄化装置は、吸着量推定部が算出している（ステップ２２０を参照。）流入ＮＯｘ量Ｂ（＝Ｂ’）を取得する。

（３）本浄化装置は、図４に示す目標吸着量Ｑｔｒｇと浄化率（ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率）Ａ’との関係から、目標吸着量Ｑｔｒｇに対する浄化率Ａ’を取得する。浄化率Ａ’は、目標吸着量が多いほどＳＣＲ触媒１０におけるＮＨ_３の吸着量が多いため、目標吸着量が多いほど高くなる。そこで、本浄化装置は、この関係を予めの測定により定めたルックアップテーブルMapA'(Qtrg)に目標吸着量Ｑｔｒｇを適用することにより、浄化率Ａ’を取得する。なお、目標吸着量Ｑｔｒｇが一定値である場合、浄化率Ａ’は計算することなく一定値として取得される。
（４）本浄化装置は、浄化率Ａ’と流入ＮＯｘ量Ｂ’とを掛け合わせることにより、目標吸着量Ｑｔｒｇにおける還元ＮＯｘ量Ｃ’を算出する（Ｃ’＝Ａ’・Ｂ’）。

（５）本浄化装置は、還元ＮＯｘ量Ｃ’を定数Ｋ１倍（例えば、Ｋ１＝４／３）することにより、消費ＮＨ_３量Ｄ’を算出する。
（６）本浄化装置は、図５に示す目標吸着量と、単位時間当たりにおいて「ＳＣＲ触媒１０上でＮＯｘとは反応せずに脱離するＮＨ_３の量（以下、単に「スリップ量Ｑｓ」と称呼する。）」と、の関係から目標吸着量Ｑｔｒｇにおけるスリップ量Ｑｓを取得する。この関係も予めルックアップテーブルとしてＲＯＭ３２に格納されている。目標吸着量Ｑｔｒｇが大きいほどＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ_３量が増加することから、スリップ量Ｑｓは図５に示されるように目標吸着量が大きいほど大きくなる。
（７）本浄化装置は、ＳＣＲ触媒１０に単位時間あたりに供給されるべきＮＨ_３量Ｘ（供給必要ＮＨ_３量Ｘ）が、消費ＮＨ_３量Ｄ’とスリップ量Ｑｓとを加算した量と等しくなるように（即ち、下記（５）式が成立するように）、供給必要ＮＨ_３量Ｘを定める。

供給必要ＮＨ_３量Ｘ＝消費ＮＨ_３量Ｄ’＋スリップ量Ｑｓ …（５）

（８）本浄化装置は、供給必要ＮＨ_３量Ｘを供給又は生成するのに必要な尿素水の量Ｙを「ルックアップテーブルＹ＝Map(Ｘ）」を用いて算出する。なお、ＳＣＲ触媒１０の上流に供給される尿素水の量Ｙと、その尿素水に含まれる尿素が加水分解してＳＣＲ触媒１０に供給されるＮＨ_３となる量Ｘとの関係は予め実験により求められており、上記ルックアップテーブル（Ｙ＝Map(Ｘ））の形式にてＲＯＭ３２に格納されている。
（９）本浄化装置は、尿素水添加弁９から尿素水量Ｙの尿素水を噴射・供給する。

平衡吸着量制御においては、ＳＣＲ触媒１０に吸着しているＮＨ_３量が目標吸着量Ｑｔｒｇと等しくなっていることを前提にして、ＳＣＲ触媒１０に供給されるＮＨ_３量Ｘ（供給必要ＮＨ_３量Ｘ）が決定される。このため、ＳＣＲ触媒１０に吸着している実際のＮＨ_３の量（即ち、実アンモニア吸着量）が目標吸着量Ｑｔｒｇに比べて多い場合は、ＳＣＲ触媒１０に吸着するＮＨ_３の量に比べてＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ_３の量が多くなる。従って、平衡吸着量制御を継続すれば、実アンモニア吸着量が目標吸着量Ｑｔｒｇに到達する。これに対し、実アンモニア吸着量が目標吸着量Ｑｔｒｇに比べて少ない場合は、ＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ_３の量に比べてＳＣＲ触媒１０に吸着するＮＨ_３の量が多くなる。従って、平衡吸着量制御を継続すれば、実アンモニア吸着量が目標吸着量Ｑｔｒｇに到達する。

このように、平衡吸着量制御においては、実アンモニア吸着量が目標吸着量に到達し且つ等しくあり続けるように、尿素水添加弁９から尿素水が添加される。その結果、ＳＣＲ触媒１０において排気中のＮＯｘを安定的に浄化することができる。しかしながら、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが高温となる場合、ＳＣＲ触媒１０におけるＮＨ_３の脱離が増加してしまう。このため、図３において温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上となる領域に示されているように、目標吸着量Ｑｒｔｇが最低目標吸着量Ｑminに設定されている場合であっても、ＳＣＲ触媒１０における実際のアンモニアの吸着量を目標吸着量Ｑｒｔｇに維持できなくなる。そこで、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上の高温となる場合、本浄化装置は、平衡吸着量制御に代えて次に説明する当量比制御を実行する。なお、所定温度Ｔｓｔｈは、ＳＣＲ触媒１０が吸着できる上限量が最低目標吸着量Ｑminよりも所定量だけ高くなる場合のＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓに設定されていてもよい。

（当量比制御の概要）
前述したように、当量比制御は、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上である場合に実行される。当量比制御において、本浄化装置は、還元必要ＮＯｘ量に対してＳＣＲ触媒１０に供給されるＮＨ_３の量の比（即ち、当量比）が１となるように尿素水量を調整する制御である。還元必要ＮＯｘ量は、ＳＣＲ触媒１０に流入し且つＳＣＲ触媒１０において還元（浄化）されるべきＮＯｘの量である。即ち、当量比制御においては、「ＳＣＲ触媒１０において選択還元される必要があるＮＯｘ」と「ＳＣＲ触媒１０に供給されるアンモニア」との「当量比」が１となる量のアンモニアを生成するために必要な量の尿素水が尿素噴射弁９から噴射される。

具体的には、本浄化装置は、以下の手順に従って当量比制御を実行する。
（１）本浄化装置は、吸着量推定部が算出している流入ＮＯｘ量Ｂ（ステップ２２０を参照。）を還元必要ＮＯｘ量Ｘとして取得する。
（２）本浄化装置は、その還元必要ＮＯｘ量のＮＯｘに対して当量比が１となるＮＨ_３の量（即ち、供給必要ＮＨ_３量Ｘ）を求める。
（３）本浄化装置は、供給必要ＮＨ_３量Ｘを供給又は生成するのに必要な尿素水の量Ｙを、前述したルックアップテーブルＹ＝Map(Ｘ）を用いて算出する。
（４）本浄化装置は、尿素水添加弁９から尿素水量Ｙを噴射・供給する。

この当量比制御によれば、還元必要ＮＯｘ量のＮＯｘを還元するのに過不足のない量のＮＨ_３（即ち、当量比が１となるＮＨ_３）がＳＣＲ触媒１０に供給される。従って、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上となり、ＳＣＲ触媒１０のＮＨ_３の吸着量が低下した場合においてもＮＯｘを高い浄化効率にて浄化することができる。更に、アンモニアスリップが生じる可能性も低減することができる。

（追従制御の概要）
ところで、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上となったために当量比制御が実行されているときにＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度ｔｓ以下に低下すると、本浄化装置は尿素水量の制御を当量比制御から平衡吸着量制御に切り替える。

一方、前述したように、当量比制御の実施中（即ち、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上の高温である場合）、ＳＣＲ触媒１０からのＮＨ_３の脱離が進行するので、実アンモニア吸着量は相当に小さくなる。そのため、制御態様が当量比制御から平衡吸着量制御に切り替えられた時点において、実アンモニア吸着量は平衡吸着量制御における目標吸着量から大きく乖離している。他方、平衡吸着量制御においてはＳＣＲ触媒１０の実アンモニア吸着量が目標吸着量の近傍にある（実アンモニア吸着量が目標吸着量に実質的に等しい）ことを前提として尿素水量が決定されている。このため、実アンモニア吸着量と目標吸着量と差が大きい場合、平衡吸着量制御のみを継続していると、実アンモニア吸着量が目標吸着量に到達するまでに長時間を要する。そこで、本浄化装置は、尿素水量の制御態様を当量比制御から平衡吸着量制御に切り替えた直後において「追従制御」を実行し、実アンモニア吸着量を目標吸着量に速やかに近づける。

より具体的に述べると、本浄化装置は、前述した吸着量推定部により推定されている推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ステップ２８０を参照。）と平衡吸着量制御におけるＮＨ_３の目標吸着量Ｑｔｒｇとの差（＝Ｑｔｒｇ−Ｑｐ）に等しいアンモニア量Ｑａを算出する。このアンモニア量Ｑａは、以下、不足吸着量Ｑａと称呼される。そして、本浄化装置は、不足吸着量Ｑａが所定の閾値（一定値）ＤＱｔｈ以上である場合、推定アンモニア吸着量Ｑｐが目標吸着量Ｑｔｒｇに一致（又は実質的に一致）するまで、（換言すると、不足吸着量Ｑａ（＝Ｑｔｒｇ−Ｑｐ）が「０」又は閾値ＤＱｔｈ未満になるまで）、平衡吸着量制御における基本添加量Ｑｂ（＝Ｘ）のＮＨ_３がＳＣＲ触媒１０に供給されるようにルックアップテーブルＹ＝Map(Ｘ）を用いて添加する尿素水の量Ｙｂを決定し、その決定した量Ｙｂに一定量Ｙａｄだけ多い量の尿素水を尿素水添加弁９から噴射・供給する。なお、量ＹａｄはＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓによって変更してもよい。

更に、本浄化装置は、不足吸着量Ｑａが所定の閾値（一定値）ＤＱｔｈ以上である場合、推定アンモニア吸着量Ｑｐが目標吸着量Ｑｔｒｇに一致（又は実質的に一致）するまで、平衡吸着量制御における基本添加量Ｑｂに一定量Ｑａｄを加えた量（＝Ｑｂ＋Ｑａｄ＝Ｘ）のＮＨ_３がＳＣＲ触媒１０に供給されるようにルックアップテーブルＹ＝Map(Ｘ）を用いて添加する尿素水の量Ｙを決定し、その決定した量の尿素水を尿素水添加弁９から噴射・供給してもよい。この場合においても、量ＱａｄはＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓによって変更してもよい。

この追従制御によれば、当量比制御から平衡吸着量制御に切り替わった場合、即ち、ＳＣＲ触媒１０における実アンモニア吸着量と目標吸着量Ｑｔｒｇとの差が大きい場合であっても、実アンモニア吸着量を早期に目標吸着量Ｑｔｒｇに到達させることができる。その結果、ＳＣＲ触媒１０の状態を早期に所望の平衡状態に到達させることができる。

（本浄化装置の実際の作動）
次に、本浄化装置の実際の作動について説明する。本浄化装置の電気制御装置３０が備えるＣＰＵ３１は、図６のフローチャートにより示した添加制御ルーチンを機関１の始動後から所定時間が経過する毎に実行するようになっている。従って、ＣＰＵ３１は所定のタイミングにてステップ３００から処理を開始してステップ３１０に進み、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが活性温度Ｔｓａ（例えば、１８０℃）以上であるか否かを判定する。

機関始動直後においては、通常、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓは活性温度Ｔｓａ未満である。よって、ＣＰＵ３１はステップ３１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３１５に進み、追従制御実行中フラグＸｔｊの値を「０」に設定する。追従制御実行中フラグＸｔｊは、その値が「１」であるとき前述した追従制御が実行されている最中であることを示し、その値が「０」であるとき追従制御は実行されていないことを示す。なお、追従制御実行中フラグＸｔｊの値は、図示しないイグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されたときに実行されるイニシャルルーチンにおいても「０」に設定されるようになっている。更に、追従制御実行中フラグＸｔｊの値は、後述するステップ３３５及びステップ３４７にても「０」に設定されるとともに、後述するステップ３７５にて「１」に設定される。次に、ＣＰＵ３１はステップ３２０に進み、尿素水添加弁９からの尿素水の添加（噴射・供給）を停止する。その後、ＣＰＵ３１はステップ３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

その後、機関１が運転を続けると、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが活性温度Ｔｓａ以上になる。この場合、ＣＰＵ３１はステップ３１０に進んだとき、そのステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３３０に進み、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが上述した所定温度（例えば３５０℃）Ｔｓｔｈ以上であるかか否かを判定する。

ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが活性温度Ｔｓａ以上になった直後においては、温度Ｔｓは所定温度Ｔｓｔｈよりも低い。従って、ＣＰＵ３１はステップ３３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３４０に進み、本ルーチンを前回実行した時点において当量比制御が実行されていたか否かを判定する。

この段階においては、本ルーチンを前回実行した時点において尿素水の添加は行われていなかったので、当量比制御も実行されていない。従って、ＣＰＵ３１はステップ３４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３４５に進み、追従制御実行中フラグＸｔｊの値が「０」であるか否かを判定する。

この段階においては、追従制御実行中フラグＸｔｊの値は「０」である。従って、ＣＰＵ３１はステップ３４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３４７に進み、追従制御実行中フラグＸｔｊの値を「０」に設定する。なお、この段階では追従制御実行中フラグＸｔｊの値は「０」であるから、このステップの処理は確認的に行われる。次いで、ＣＰＵ３１はステップ３５０に進み、前述した平衡吸着量制御を実行する。その後、ＣＰＵ３１はステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

更に、機関１が運転を続け、例えば、機関１の負荷が継続的に高い値になると、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上になる場合がある。この場合、ＣＰＵ３１がステップ３３０に進んだとき、そのステップ３３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３３５に進み、追従制御実行中フラグＸｔｊの値を「０」に設定する。次に、ＣＰＵ３１はステップ３６０に進み、前述した当量比制御を実行する。その後、ＣＰＵ３１はステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

当量比制御が実行されている状態において、例えば、機関１の負荷が継続的に低い値になると、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ未満になる。この場合、ＣＰＵ３１がステップ３３０に進んだとき、そのステップ３３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３４０に進む。

この段階においては、本ルーチンを前回実行した時点において当量比制御が実行されている。従って、ＣＰＵ３１はステップ３４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３７０に進み、目標吸着量Ｑｔｒｇと推定アンモニア吸着量Ｑｐとの差分である不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ以上であるか否かを判定する。この閾値ＤＱｔｈは、推定アンモニア吸着量Ｑｐと目標吸着量Ｑｔｒｇとの差（乖離）が非常に大きく、平衡吸着量制御に切り替わった場合に実アンモニア吸着量が目標吸着量Ｑｔｒｇに早期に到達できない値に設定される。

不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ未満である場合、ＣＰＵ３１はステップ３７０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３４７に進み、追従制御実行中フラグＸｔｊの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵ３１は、ステップ３５０に進んで前述した平衡吸着量制御を実行する。その後、ＣＰＵ３１はステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ以上である場合、ＣＰＵ３１はステップ３７０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３７５に進み、追従制御実行中フラグＸｔｊの値を「１」に設定する。次いで、ＣＰＵ３１はステップ３８０に進み、前述した追従制御を実行する。即ち、ＣＰＵ３１は、平衡吸着量制御における基本添加量Ｑｂのアンモニアが供給又は生成される尿素水の量に所定量Ｕａｄを加えた量の尿素水を尿素水添加弁９から噴射・供給する。その後、ＣＰＵ３１はステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

次に、ＣＰＵ３１が本ルーチンの処理を開始すると、ＣＰＵ３１は、ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」、ステップ３３０にて「Ｎｏ」、ステップ３４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３４５に進む。この段階においては、追従制御実行中フラグＸｔｊの値は「１」に設定されているので、ＣＰＵ３１はステップ３４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ３７０に進む。そして、ＣＰＵ３１は、不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ以上であれば、ステップ３７５及びステップ３８０に進んで前述した追従制御を継続する。これに対し、ＣＰＵ３１は、不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ未満であれば、ステップ３４７及びステップ３５０に進んで前述した平衡吸着量制御を再開する。このように、追従制御は、当量比制御を実行している状態から平行吸着量制御の実行条件（Ｔｓ＜Ｔｓｔｈ）が成立した後、不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ未満になるまで継続される。

以上、説明したように、本浄化装置は、
排気通路（排気通路部３）に配設され且つアンモニアにより排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒１０と、
選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に尿素水を添加する添加装置９と、
選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着しているアンモニアの推定吸着量（Ｑｐ）を、少なくとも「前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるアンモニアの量（Ｑin）と前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘと反応することにより消費されるアンモニアの量（Ｄ）と」に基づいて推定する吸着量推定部（図２のルーチン、７０）と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上である場合には「前記選択還元型ＮＯｘ触媒において選択還元される必要があるＮＯｘ」と「前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるアンモニア」との当量比が１となる量のアンモニアを生成するために必要な量の尿素水を前記添加装置から添加させる当量比制御を実行し（ステップ３３０、ステップ３６０）、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度Ｔｓが前記所定温度Ｔｓｔｈ未満である場合には前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてアンモニアの吸着と脱離とが平衡状態となるときの同選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量である平衡吸着量が所定の目標吸着量（Ｑｔｒｇ）に維持される量のアンモニアを生成するために必要な量（Ｙｂ）の尿素水を前記添加装置から添加させる平衡吸着量制御を実行する（ステップ３３０、ステップ３５０）添加制御部（７０）と、
を備える。

更に、前記添加制御部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度Ｔｓが前記所定温度Ｔｓｔｈ以上から前記所定温度Ｔｓｔｈ未満になった場合、前記目標吸着量（Ｑｔｒｇ）と前記アンモニアの推定吸着量（Ｑｐ）との差（差の大きさ＝不足アンモニア吸着量Ｑａ）が所定の閾値（ＤＱｔｈ）以上であるとき、前記平衡吸着量制御において必要とされる尿素水の量（Ｙｂ）に所定量（Ｙａｄ）を加えた量の尿素水を前記添加装置から添加させるように構成されている（ステップ３３０、ステップ３４０、ステップ３７０及びステップ３８０、７０）。

従って、当量比制御から平衡吸着量制御に切り替わる場合であって、ＳＣＲ触媒１０におけるアンモニアの目標吸着量Ｑｔｒｇと実際のアンモニア吸着量との差が大きい場合に実際のアンモニア吸着量を早期に目標吸着量Ｑｔｒｇに到達させることができる。その結果、ＮＯｘを安定的に浄化することができる。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、吸着量推定部は、内燃機関の運転状態に基づいて「アンモニア吸着推定量」を取得（推定）するルックアップテーブルにより構成されていてもよい。このルックアップテーブルはシミュレーション又は実験等で予め得られ、ＲＯＭ３２に格納され得る。
本浄化装置は、ディーゼルエンジンに適用することとしているが、ガソリンエンジンにも適用することができる。

更に、本浄化装置は、当量比制御から平衡吸着量制御に切り替わる場合に、追従制御を実行するが、追従制御を行うタイミングはこの場合に限定されるものではない。例えば、機関始動後にＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上となった時点であって平衡吸着量制御が実行される前の時点において、追従制御を実行するように構成することができる。

更に本浄化装置は、酸化触媒とＤＰＦとが別体で構成されているが、ＤＰＦに酸化機能を担持させることにより、一体に形成するように構成することができる。

更に本浄化装置は、排気温センサをＳＣＲ触媒の上流に配置し、ＳＣＲ触媒の温度を推定する構成としているが、排気温センサをＳＣＲ触媒上又はＳＣＲ触媒触媒よりも下流の排気通路に配置し、ＳＣＲ触媒の温度を推定するように構成することができる。また、本浄化装置において、アンモニアスリップ触媒１１は省略されることができる。

更に本浄化装置は、当量比制御において、尿素水タンク内の尿素水の残量が少ない場合及びＳＣＲ触媒１０から排出されるＮＯｘの量が多量になった場合等の異常事態が発生した場合、当量比を「１」とは異なる値に変更することができる。具体的には、本浄化装置は、尿素水タンク内の尿素水の残量が少ない場合、尿素水の単位時間あたりの消費量を低減するために、還元必要ＮＯｘ量に対してＳＣＲ触媒１０に供給されるＮＨ_３の量の比（当量比）が「１」よりも小さくなるように、尿素噴射弁９から噴射される尿素水の量を減少させてもよい。更に、例えば、本浄化装置は、ＳＣＲ触媒１０から排出されるＮＯｘの量が多量になった場合、ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率を高めるために、還元必要ＮＯｘ量に対してＳＣＲ触媒１０に供給されるＮＨ_３の量の比（当量比）が「１」よりも大きくなるように、尿素噴射弁９から噴射される尿素水の量を増加させてもよい。

更に本浄化装置は、図６のステップ３４５にて「Ｎｏ」と判定した場合、ステップ３７０にて不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ以上であるか否かを判定することにより、追従制御を継続するか否かを決定していた。これに対し、本浄化装置は、図６のステップ３４５にて「Ｎｏ」と判定した場合、不足アンモニア吸着量Ｑａが「０」になったか否かを判定し（即ち、推定アンモニア吸着量Ｑｐが目標吸着量Ｑｔｒｇに一致したか否かを判定し）、不足アンモニア吸着量Ｑａが「０」になっていない場合にはステップ３７５及びステップ３８０に進んで追従制御を継続し、不足アンモニア吸着量Ｑａが「０」になった場合にはステップ３４７及びステップ３５０に進んで追従制御を終了して平衡吸着量制御を再開してもよい。

更に本浄化装置は、図６のステップ３４５にて「Ｎｏ」と判定した場合、不足アンモニア吸着量Ｑａが「閾値ＤＱｔｈよりも大きさが小さい正の終了閾値ＤＱｓｔｈ」未満になったか否かを判定し、不足アンモニア吸着量Ｑａが終了閾値ＤＱｓｔｈ未満になっていない場合にはステップ３７５及びステップ３８０に進んで追従制御を継続し、不足アンモニア吸着量Ｑａが終了閾値ＤＱｓｔｈ未満になった場合にはステップ３４７及びステップ３５０に進んで追従制御を終了して平衡吸着量制御を再開してもよい。

即ち、前記添加制御部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上から前記所定温度未満になった場合、前記アンモニアの推定吸着量と前記目標吸着量との差が「前記所定の閾値ＤＱｔｈ以下の０を含む値」以下になるまで、前記平衡吸着量制御において必要とされる尿素水の量に前記所定量を加えた量の尿素水を前記添加装置から添加させるように構成されてもよい。この結果、実アンモニア吸着量を目標吸着量Ｑｔｒｇにより早期に到達させることができる。

１…内燃機関、２…吸気通路、３…排気通路、７…酸化触媒、８…ＤＰＦ、９…尿素添加弁、１０…ＳＣＲ触媒、１１…アンモニアスリップ触媒、３０…電気制御装置、３１…ＣＰＵ。

本発明は、排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来から、内燃機関の排気通路に配設された選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」と称呼される場合がある。）に対し尿素水を添加し、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘを「添加された尿素水が加水分解されることにより得られるアンモニア（ＮＨ₃）」により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及び特許文献２を参照。）。

具体的には、特許文献１に開示された装置（以下、「第１従来装置」と称呼される。）は、「ＳＣＲ触媒においてＮＨ₃の吸着と脱離とが平衡状態となり、安定してＮＯｘを浄化可能な状態となっているＳＣＲ触媒におけるＮＨ₃の吸着量」である「平衡吸着量」が所定の目標吸着量に維持されるように、尿素水添加弁から尿素水を添加する平衡吸着量制御を実行するように構成されている。この平衡吸着量制御によれば、高いＮＯｘ浄化率が安定して得られるようにＳＣＲ触媒に吸着しているアンモニアの量（アンモニア吸着量）が維持される。

特許文献２に開示された装置（以下、「第２従来装置」と称呼される。）は、ＳＣＲ触媒が高温となることにより、ＳＣＲ触媒が吸着できるＮＨ₃の量（飽和吸着量）が低下した場合には、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ（即ち、選択還元される必要があるＮＯｘ）とＮＨ₃との当量比が１となるように尿素水の添加量を制御する当量比制御を実行するように構成されている。これにより、ＳＣＲ触媒が高温となり、ＳＣＲ触媒が吸着できるＮＨ₃の量が低下した場合においてもＮＯｘを高い浄化率にて浄化することができる。

国際公開第２０１３／１９０６５８号（例えば、段落００４８を参照） 特開２００９−２７０４４９号公報（例えば、請求項４、段落００１６及び段落００１７を参照）

このため、ＳＣＲ触媒が高温となる場合には、第２従来装置が採用する当量比制御を実行し、ＳＣＲ触媒が低温となる場合には、第１従来装置が採用する平衡吸着量制御を実行することにより、ＮＯｘを効率良く浄化可能な排気浄化装置を構成することができる。

しかしながら、このような排気浄化装置においては、ＳＣＲ触媒が高温となる場合に当量比制御が実行されるので、ＳＣＲ触媒に吸着していたＮＨ₃ の一部がＮＯｘと反応せずに脱離するとともに、ＳＣＲ触媒に吸着していたＮＨ ₃ の多くが酸化されてＮＯｘへと変化し、そのＮＯｘが余剰のＮＨ ₃ と反応してＮ ₂ と変化することによって消費されてしまう。このため、ＳＣＲ触媒の温度が「当量比制御を行っている場合の温度」から低下して、尿素水の制御態様が当量比制御から平衡吸着量制御に切り替わると、その時点においてＳＣＲ触媒のＮＨ₃の吸着量が目標吸着量に対して大きく不足する。

一方、平衡吸着量制御においては、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ₃の吸着状態（以下、「アンモニア吸着状態」と称呼される場合がある。）が前述した平衡状態にあることを前提とした量の尿素水が供給され続ける。よって、アンモニア吸着状態が平衡状態から大きく乖離している場合に平衡吸着量制御を継続すると、平衡状態に到達するまで長時間を要する。そこで、第１従来装置は、このような場合において尿素水の量を一時的に増量するようになっている。しかしながら、第１従来装置は、どのように尿素水の量を増加させるのか具体的には何ら考慮していない。

他方、ＳＣＲ触媒に吸着しているアンモニアの量をＮＯｘセンサ等の出力値に基づいて推定する「推定吸着量モデル」も知られている。以下、推定されるアンモニア吸着量は、「推定アンモニア吸着量」と称呼される場合がある。そして、平衡吸着量制御を行う場合、推定吸着量モデルにより推定された推定アンモニア吸着量が目標吸着量に一致するように尿素水の量をフィードバック制御する構成も考えられる。しかしながら、推定吸着量モデルはＮＯｘセンサ等の出力を用いて推定アンモニア吸着量を求めるので、その推定アンモニア吸着量はＮＯｘセンサの出力誤差等の影響を受け、真のアンモニア吸着量とは乖離する場合がある。従って、そのようなフィードバック制御により平衡吸着量制御を行ったとしても、実際のアンモニア吸着量が目標吸着量から乖離してしまう場合がある。

本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、ＳＣＲ触媒と尿素水を添加する添加装置とを備える内燃機関に適用され、当量比制御から平衡吸着量制御へと制御態様が変更された場合に、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量を早期に且つ正確に目標吸着量に到達させることができる「内燃機関の排気浄化装置（以下、「本発明装置」と称呼する。）」を提供することにある。

本発明装置が適用される内燃機関は、排気通路に配設されアンモニアにより排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、尿素を加水分解して得られるアンモニアを前記選択型ＮＯｘ触媒に供給するために前記排気通路の前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流に尿素水を添加する添加装置と、を備える。

更に、本発明装置は、吸着量推定部と、添加制御部と、を備える。

前記吸着量推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着しているアンモニアの量（即ち、推定吸着量、推定アンモニア吸着量）を、少なくとも「前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるアンモニアの量と前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘと反応することにより消費されるアンモニアの量と」に基づいて推定する。なお、前記吸着量推定部は、更に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒から脱離するアンモニアの量（脱離ＮＨ₃量）及び／又は前記選択還元型ＮＯｘ触媒内にてＮＯｘと反応することなく酸化されることにより消費されるアンモニアの量（酸化ＮＨ₃量）にも基づいて推定アンモニア吸着量を推定することができる。

前記添加制御部は、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上である場合には前記選択還元型ＮＯｘ触媒において選択還元される必要があるＮＯｘとアンモニアとの当量比が１となる量のアンモニアを生成するために必要な量の尿素水を前記添加装置から添加させる当量比制御を実行し、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度未満である場合には前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてアンモニアの吸着と脱離とが平衡状態となるときの同選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量である平衡吸着量が所定の目標吸着量に維持される量のアンモニアを生成するために必要な量の尿素水を前記添加装置から添加させる平衡吸着量制御を実行する。

更に、前記添加制御部は、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上から前記所定温度未満になった場合、前記アンモニアの推定吸着量と前記目標吸着量との差が所定の閾値以上であるとき、前記平衡吸着量制御において必要とされる尿素水の量に所定量を加えた量の尿素水を前記添加装置から添加させるように構成されている。

これによれば、当量比制御から平衡吸着量制御に切り替わる場合に、アンモニアの推定吸着量と前記目標吸着量との差が大きい場合、平衡吸着量制御中に供給される尿素水の量よりも多い量の尿素水が添加され、平衡吸着量制御にとって必要となるアンモニアの量よりも多い量のアンモニアが選択還元型ＮＯｘ触媒に供給される。従って、実際のアンモニア吸着量を目標吸着量へと迅速に近づけることができる。更に、その後の平衡吸着量制御においては、誤差を含む推定アンモニア吸着量が尿素水量の調整に用いられないので、平衡吸着量制御を精度良く行うことができる。その結果、安定的にＮＯｘを浄化することができる。

更に、本発明の一態様において、前記添加制御部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上から前記所定温度未満になった場合、前記アンモニアの推定吸着量と前記目標吸着量との差が、前記所定の閾値以下の正の値未満になるまで又は０になるまで、前記平衡吸着量制御において必要とされる尿素水の量に所定量を加えた量の尿素水を前記添加装置から添加させるように構成されている。従って、実際のアンモニア吸着量を目標吸着量へとより迅速に近づけることができる。その一方、この態様によれば、実際のアンモニア吸着量を目標吸着量へ近づけるのに必要な量に対して過剰な量の尿素水を供給してしまう事態を回避することもできる。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る排気浄化装置（本浄化装置）が適用される内燃機関の概略図である。 図２は、本浄化装置のＣＰＵが実行する「推定アンモニア吸着量算出ルーチン」を示したフローチャートである。 図３は、平衡吸着量制御において、ＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒に吸着しているアンモニア量との関係を示した図である。 図４は、平衡吸着量制御における目標吸着量とＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。 図５は、平衡吸着量制御における目標吸着量とスリップ量との関係を示した図である。 図６は、本浄化装置のＣＰＵが実行する「添加制御」のルーチンを示したフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る「内燃機関の排気浄化装置（以下、「本浄化装置」と称呼する場合がある。）」について図面を参照しながら説明する。

（構成）
本浄化装置は、図１に示した内燃機関（以下、「機関」と称呼する。）１に適用される。機関１は、ディーゼルエンジンである。

機関１は、吸気通路を構成する吸気通路部２及び排気通路を構成する排気通路部３を含んでいる。

吸気通路部２は、吸気通路部２の吸気上流側から順にコンプレッサ４ａ及びスロットル弁６を含んでいる。コンプレッサ４ａは、後述するタービン４ｂとともにターボチャージャ４を構成しており、コンプレッサ４ａの回転軸が回転することにより吸気通路部２を通過する空気を圧縮する。スロットル弁６は、吸気通路部２の開口断面積を可変とすることにより、吸気通路部２を通過する空気の量（吸入空気量）を調節する。

排気通路部３は、排気通路部３の排気上流側から順にタービン４ｂ、酸化触媒７、パティキュレートフィルタ８（以下、「ＤＰＦ８」と称呼する。）、尿素水添加弁９、選択還元型ＮＯｘ触媒１０（以下、「ＳＣＲ触媒１０」と称呼する。）及びアンモニアスリップ触媒１１を含んでいる。

タービン４ｂは、図示しないタービン４ｂの回転軸が図示しないコンプレッサ４ａの回転軸と連結されている。タービン４ｂは、排気通路部３を流れる排気（排ガス）を受けて、タービン４ｂの回転軸を回転させ、コンプレッサ４ａの回転軸を回転させる。

酸化触媒７は、排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させ、ＮＯ₂（二酸化窒素）を生成する。

ＤＰＦ８は、ハニカム状のセラミック体により形成されており、排気中のパティキュレートを捕集する。ＤＰＦ８は、捕集されたパティキュレートを排気中のＮＯ₂により酸化させることにより、ＤＰＦ８の連続再生を行うことが可能になっている。

尿素水添加弁９は、図示しない尿素水タンクから一定濃度の尿素水が供給され、排気通路部３中（即ち、排気通路）であってＳＣＲ触媒１０よりも上流位置に尿素水を添加する。本浄化装置は、排気の熱により排気通路部３中に添加した尿素水を加水分解してアンモニアを生成し、そのアンモニアをＳＣＲ触媒１０に供給する。尿素水添加弁９は、一定時間の周期Ｔにて尿素水の噴射を駆動時間ｔだけ行う。後述する電気制御装置３０は、この時間ｔを変更することにより、尿素水添加弁９から噴射される尿素水の量を変更することができる。

ＳＣＲ触媒１０は、ＮＨ₃（アンモニア）を吸着するＮＨ₃吸蔵能を有する触媒である。ＳＣＲ触媒１０は、尿素水を加水分解して得られたＮＨ₃と排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを無害なＮ₂に変換する。

アンモニアスリップ触媒１１は、酸化機能を有している。アンモニアスリップ触媒１１は、ＮＨ₃がＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒１０から流出した場合に、ＮＨ₃を酸化することにより、Ｎ₂又はＮＯｘに変換する。アンモニアスリップ触媒１１は、排気中のＣＯ（一酸化炭素）を酸化させ、ＣＯ₂（二酸化炭素）に変換する。

一方、本浄化装置は、排気温センサ２０、第１ＮＯｘセンサ（上流側ＮＯｘセンサ）２１、第２ＮＯｘセンサ（下流側ＮＯｘセンサ）２２、熱線式エアフロメータ２３、クランクポジションセンサ２４、アクセル開度センサ２５及びスロットルポジションセンサ２６を含んでいる。

排気温センサ２０は、尿素水添加弁９とＳＣＲ触媒１０との間の排気通路部３上（排気通路）に配設されており、排気通路部３中を流れる排気の温度を表す信号を出力するようになっている。なお、排気温センサ２０により検出される温度は、ＳＣＲ触媒１０の温度（触媒床温）Ｔｓを推定するために用いられる。本例において、排気温センサ２０が検出する温度はＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓと等しいとして扱われる（取得される）が、排気温センサ２０が検出する温度をローパスフィルタ処理した結果の温度がＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓとして取得されてもよい。

第１ＮＯｘセンサ２１は、ＤＰＦ８とＳＣＲ触媒１０との間の排気通路部３上（排気通路）に配設されており、ＳＣＲ触媒１０に流入する排気中のＮＯｘ濃度を表す信号を出力するようになっている。

第２ＮＯｘセンサ２２は、アンモニアスリップ触媒１１よりも下流の排気通路部３上（排気通路）に配置されており、アンモニアスリップ触媒１１を通過した排気中のＮＯｘ濃度を表す信号を出力するようになっている。

第１ＮＯｘセンサ２１及び第２ＮＯｘセンサ２２のそれぞれ（以下、「ＮＯｘセンサ」と称呼する。）は、ジルコニア固体電解質の積層構造体であり、２つの内部空間（第１空間及び第２空間）及び３つの酸素ポンプで構成されている周知のセンサである。第１空間には第１酸素ポンプとして一対の電極が配置されている。ＮＯｘセンサは、この電極間に調整した電圧を印加することにより排気中の酸素Ｏ₂を第１空間から汲み出し又は汲み入れることによって可燃性ガスを燃焼させ、第１空間の酸素濃度を数ｐｐｍに常に保持する。従って、ＮＯｘセンサは、第１酸素ポンプにより汲み出される又は組み入れられる酸素の量（酸素ポンプ量）から排気の酸素濃度（従って、排気の空燃比）を検出することができる。更に、第１空間よりも奥に配置された第２空間には、第２酸素ポンプと測定ポンプが配置されている。ＮＯｘセンサは、この第２酸素ポンプで排気中の酸素を更に汲み出した上で、ＮＯｘをＯ₂とＮ₂に分解し、その分解されたＯ₂の分圧を測定ポンプにより検出する。ＮＯｘセンサは、この検出値に基づいて排気のＮＯｘ濃度に比例した出力信号を取り出す。

熱線式エアフロメータ２３は、吸気通路部２内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量Ｇａを表す信号を出力するようになっている。なお、熱線式エアフロメータ２３により検出される質量流量Ｇａは、排気通路部３（排気通路）を流れる排気の流量を推定することに用いられる。本例において、排気流量（排気の流量）は質量流量Ｇａに等しいとして扱われる。

クランクポジションセンサ２４は、図示しないクランク軸が１０度回転する毎にパルスを出力するようになっている。クランクポジションセンサ２４から出力されるパルスは後述する電気制御装置３０によって機関回転速度ＮＥを表す信号に変換される。

アクセル開度センサ２５は、運転者によって操作されるアクセルペダル５の操作量を検出し、アクセルペダル５の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。アクセルペダル５の操作量Accpは機関１０の負荷の大きさを表す一つのパラメータである。

スロットルポジションセンサ２６は、スロットル弁６の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。

電気制御装置３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４、及び、ＡＤコンバータを含むインターフェース３５等を含む周知のマイクロコンピュータである。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に記憶されているプログラムに従ってインストラクションを受け取り、そのインストラクションを実行する。

インターフェース３５は、上記センサ２０〜２６に接続され、ＣＰＵ３１にこれらのセンサからの信号を供給するようになっている。更に、インターフェース３５は、ＣＰＵ３１の指示に応じて、尿素添加弁９及び図示しない燃料噴射弁等に指示信号を送出するようになっている。なお、ＣＰＵ３１は、アクセルペダル５の操作量Accp及び機関回転速度ＮＥ等に基づいて燃料噴射弁から噴射される燃料の量を周知の手法に従って制御する。

本浄化装置は、平衡吸着量制御及び当量比制御を選択的に行ってＳＣＲ触媒の上流に添加される尿素水の量を制御する。更に、当量比制御から平衡吸着量制御への移行時において「添加される尿素水の量を一時的に増大した量（その後の平衡吸着量制御における尿素水の量よりも所定量だけ多い量）に設定する追従制御（増量補正制御）」を実行する。この追従制御を実行するか否かは、推定アンモニア吸着量（ＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ₃の推定量）に基づいて決定される。そのため、本浄化装置は、推定アンモニア吸着量を取得する吸着量推定部を備える。そこで、以下、吸着量推定部、平衡吸着量制御、当量比制御及び追従制御について順に説明する。なお、吸着量推定部の機能、平衡吸着量制御、当量比制御及び追従制御は、電気制御装置３０のＣＰＵ３１が所定のルーチンを実行することにより実現される。

（吸着量推定部）
吸着量推定部は、図２のフローチャートにより示された手順に従って、推定アンモニア吸着量を取得する（ＳＣＲ触媒１０に吸着しているＮＨ₃の量を推定する。）。実際には、ＣＰＵ３１が一定の単位時間（例えば、１ｓ）が経過する毎に図２のルーチンを繰り返し実行することにより、推定アンモニア吸着量が取得される。

ステップ２１０：吸着量推定部は、ＳＣＲ触媒１０の実際のＮＯｘ浄化率である実ＮＯｘ浄化率Ａを、第１ＮＯｘセンサ２１によって検出されるＮＯｘ濃度である流入ＮＯｘ濃度と、第２ＮＯｘセンサ２２によって検出されるＮＯｘ濃度である流出ＮＯｘ濃度と、に基づいて算出する。具体的には、吸着量推定部は、下記の（１）式に従って実ＮＯｘ浄化率Ａを算出する。

実ＮＯｘ浄化率Ａ＝（流入ＮＯｘ濃度−流出ＮＯｘ濃度）／流入ＮＯｘ濃度 …（１）

ステップ２２０：吸着量推定部は、ＳＣＲ触媒１０に流入するＮＯｘの量である流入ＮＯｘ量Ｂを下記の（２）式に従って算出する。なお、排気流量は、熱線式エアフロメータ２３で検出する質量流量Ｇａと等しい。

流入ＮＯｘ量Ｂ＝流入ＮＯｘ濃度・排気流量Ｇａ …（２）

ステップ２３０：吸着量推定部は、ＳＣＲ触媒１０において還元されるＮＯｘの量である還元ＮＯｘ量Ｃを下記の（３）式に従って算出する。

還元ＮＯｘ量Ｃ＝実ＮＯｘ浄化率Ａ・流入ＮＯｘ量Ｂ …（３）

ステップ２４０：吸着量推定部は、還元ＮＯｘ量ＣのＮＯｘに還元反応するＮＨ₃の量である消費ＮＨ₃量Ｄを算出する。具体的には、還元ＮＯｘ量ＣのＮＯｘは総てＮＨ₃と還元反応すると考え、吸着量推定部は、還元ＮＯｘ量Ｃを定数Ｋ１倍（例えば、Ｋ１＝１）することにより消費ＮＨ₃量Ｄを算出する。

ステップ２５０：吸着量推定部は、ＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ₃の量である脱離ＮＨ₃量Ｅを算出する。具体的には、吸着量推定部は、単位時間当りにおいてＳＣＲ触媒１０内にてＮＯｘとは反応せずにＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ₃の量（以下、「単位時間脱離量ｅ」とも称呼する。）に排気流量を乗じることによって脱離ＮＨ₃量Ｅを算出する。なお、単位時間脱離量ｅは、例えば、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓを予めの測定により得られたルックアップテーブルMape（Ｔｓ）に適用することによって求めることができる。

ステップ２６０：吸着量推定部は、ＳＣＲ触媒１０内にてＮＯｘと反応することなく酸化されることにより消費されるＮＨ₃の量である酸化ＮＨ₃量Ｆを算出する。酸化ＮＨ₃量Ｆは、ＳＣＲ触媒１０に吸着されているＮＨ₃の量が多くなればなるほど、排気の酸素濃度が高くなればなるほど、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが高くなればなるほど、増加する。そこで、吸着量推定部は、後述するステップ２８０にて求められる「ＳＣＲ触媒１０に吸着されているＮＨ₃の量の前回値（Ｑｐ（ｎ−１））」と、第１ＮＯｘセンサ２１により検出される排気の酸素濃度と、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓと、に基づいて酸化ＮＨ₃量Ｆを算出する。より具体的には、吸着量推定部は、例えば、前回の推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ−１）、排気の酸素濃度及びＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓを、ルックアップテーブルMapF（Ｑｐ（ｎ−１）,酸素濃度,Ｔｓ）に適用することによって酸化ＮＨ₃量Ｆを求める。

ステップ２７０：吸着量推定部は、吸着量推定部が本ルーチンを前回実行してから現時点までの間（即ち、単位時間内）にＳＣＲ触媒１０の上流に供給された尿素水の量である添加尿素水量に基づいて、その尿素水から加水分解により生成されたＮＨ₃の量である流入ＮＨ₃量Ｑinを計算する。添加尿素水量と流入ＮＨ₃量Ｑinとの間には一定の関係が成立するので、吸着量推定部は、その関係を関数化してＲＯＭ３２内に記憶された関数ｆ（又は、ルックアップテーブル）に添加尿素水量を適用することによって流入ＮＨ₃量Ｑinを算出する。

ステップ２８０：吸着量推定部は、今回の推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ）を、前回の推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ−１）、消費ＮＨ₃量Ｄ、脱離ＮＨ₃量Ｅ、酸化ＮＨ₃量Ｆ及び流入ＮＨ₃量Ｑinに基づいて下記の（４）式に従って算出する。前回の推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ−１）は、吸着量推定部が本ルーチンを前回実行した時点に算出された推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ）、即ち、推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ）の前回値である。

推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ）＝Ｑｐ（ｎ−１）−Ｄ−Ｅ−Ｆ＋Ｑin …（４）

以上のステップにより、推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ｎ）が算出・更新される。

（平衡吸着量制御の概要）
次に本浄化装置が実行する尿素水量の制御の一つである「平衡吸着量制御」について説明する。平衡吸着量制御は、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ未満である場合に実行される。なお、所定温度Ｔｓｔｈは、ＳＣＲ触媒１０の温度が高温となり、アンモニア吸蔵能（飽和吸着量）が大きく低下してしまう温度（例えば、３５０℃）に設定される。

平衡吸着量制御は、「単位時間当たりにＳＣＲ触媒１０に吸着するＮＨ₃量」と「単位時間当たりにＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ₃量（この量には、ＳＣＲ触媒に吸着していたＮＨ ₃ のうちＮＯｘと反応せずに脱離するＮＨ ₃ の量と、ＳＣＲ触媒に吸着していたＮＨ ₃ のうち酸化されてＮＯｘへと変化し、そのＮＯｘが余剰のＮＨ ₃ と反応してＮ ₂ と変化することによって消費されるＮＨ ₃ の量とが含まれる。）」とが釣り合った状態において、ＳＣＲ触媒１０に吸着しているＮＨ₃量が所定の目標吸着量に維持されるように尿素水量を調整する制御である。なお、「単位時間当たりにＳＣＲ触媒１０に吸着するＮＨ₃量」と「単位時間当たりにＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ₃量」とが釣り合った状態は、単に「平衡状態（平衡吸着状態）」と称呼される場合がある。更に、平衡状態においてＳＣＲ触媒１０に吸着しているＮＨ₃量は、単に「平衡吸着量」と称呼される場合がある。よって、平衡吸着量制御は、平衡吸着量が所定の目標吸着量に維持される量のアンモニアを生成するために必要な量の尿素水を尿素噴射弁９から噴射させる制御である。なお、「目標吸着量」は、ＳＣＲ触媒１０が吸着できる上限量である飽和吸着量よりも低い平衡吸着量である。

本浄化装置は、以下の手順に従って平衡吸着量制御を実行する。
（１）本浄化装置は、目標吸着量Ｑｔｒｇを所定の値（例えば、ＳＣＲ触媒１０がＮＨ₃を吸着できる上限量よりも少ない一定値）に設定する。但し、本浄化装置は、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓと図３に示した関係とに基づいて、目標吸着量Ｑｔｒｇを決定してもよい。この場合、目標吸着量Ｑｔｒｇは、図３に示されるように、ＳＣＲ触媒１０がＮＨ₃を吸着できる上限量よりも所定量だけ少ない量に設定される。即ち、目標吸着量ＱｔｒｇはＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが高くなるほど小さくなるように設定されてもよい。
（２）本浄化装置は、吸着量推定部が算出している流入ＮＯｘ量Ｂ（＝Ｂ’）を取得する（ステップ２２０を参照。）。

（３）本浄化装置は、図４に示す目標吸着量Ｑｔｒｇと浄化率（ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率）Ａ’との関係から、目標吸着量Ｑｔｒｇに対する浄化率Ａ’を取得する。浄化率Ａ’は、目標吸着量が多いほどＳＣＲ触媒１０におけるＮＨ₃の吸着量が多いため、目標吸着量が多いほど高くなる。そこで、本浄化装置は、この関係を予めの測定により定めたルックアップテーブルMapＡ’（Ｑｔｒｇ）に目標吸着量Ｑｔｒｇを適用することにより、浄化率Ａ’を取得する。なお、目標吸着量Ｑｔｒｇが一定値である場合、浄化率Ａ’は計算することなく一定値として取得される。
（４）本浄化装置は、浄化率Ａ’と流入ＮＯｘ量Ｂ’とを掛け合わせることにより、目標吸着量Ｑｔｒｇにおける還元ＮＯｘ量Ｃ’を算出する（Ｃ’＝Ａ’・Ｂ’）。

（５）本浄化装置は、還元ＮＯｘ量Ｃ’を定数Ｋ１倍（例えば、Ｋ１＝１）することにより、消費ＮＨ₃量Ｄ’を算出する。
（６）本浄化装置は、図５に示す目標吸着量と、単位時間当たりにおいて「ＳＣＲ触媒１０上でＮＯｘとは反応せずに脱離するＮＨ₃の量（以下、単に「スリップ量Ｑｓ」と称呼する。）」と、の関係から目標吸着量Ｑｔｒｇにおけるスリップ量Ｑｓを取得する。この関係も予めルックアップテーブルとしてＲＯＭ３２に格納されている。目標吸着量Ｑｔｒｇが大きいほどＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ₃量が増加することから、スリップ量Ｑｓは図５に示されるように目標吸着量が大きいほど大きくなる。
（７）本浄化装置は、ＳＣＲ触媒１０に単位時間あたりに供給されるべきＮＨ₃量Ｘ（供給必要ＮＨ₃量Ｘ）が、消費ＮＨ₃量Ｄ’とスリップ量Ｑｓとを加算した量と等しくなるように（即ち、下記（５）式が成立するように）、供給必要ＮＨ₃量Ｘを定める。

供給必要ＮＨ₃量Ｘ＝消費ＮＨ₃量Ｄ’＋スリップ量Ｑｓ …（５）

（８）本浄化装置は、供給必要ＮＨ₃量Ｘを供給又は生成するのに必要な尿素水の量Ｙを「ルックアップテーブルＹ＝Map（Ｘ）」を用いて算出する。なお、ＳＣＲ触媒１０の上流に供給される尿素水の量Ｙと、その尿素水に含まれる尿素が加水分解してＳＣＲ触媒１０に供給されるＮＨ₃となる量Ｘとの関係は予め実験により求められており、上記ルックアップテーブル（Ｙ＝Map（Ｘ））の形式にてＲＯＭ３２に格納されている。
（９）本浄化装置は、尿素水添加弁９から尿素水量Ｙの尿素水を噴射・供給する。

平衡吸着量制御においては、ＳＣＲ触媒１０に吸着しているＮＨ₃量が目標吸着量Ｑｔｒｇと等しくなっていることを前提にして、ＳＣＲ触媒１０に供給されるＮＨ₃量Ｘ（供給必要ＮＨ₃量Ｘ）が決定される。このため、ＳＣＲ触媒１０に吸着している実際のＮＨ₃の量（即ち、実アンモニア吸着量）が目標吸着量Ｑｔｒｇに比べて多い場合は、ＳＣＲ触媒１０に吸着するＮＨ₃の量に比べてＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ₃の量が多くなる。従って、平衡吸着量制御を継続すれば、実アンモニア吸着量が目標吸着量Ｑｔｒｇに到達する。これに対し、実アンモニア吸着量が目標吸着量Ｑｔｒｇに比べて少ない場合は、ＳＣＲ触媒１０から脱離するＮＨ₃の量に比べてＳＣＲ触媒１０に吸着するＮＨ₃の量が多くなる。従って、平衡吸着量制御を継続すれば、実アンモニア吸着量が目標吸着量Ｑｔｒｇに到達する。

このように、平衡吸着量制御においては、実アンモニア吸着量が目標吸着量に到達し且つ等しくあり続けるように、尿素水添加弁９から尿素水が添加される。その結果、ＳＣＲ触媒１０において排気中のＮＯｘを安定的に浄化することができる。しかしながら、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが高温となる場合、ＳＣＲ触媒１０におけるＮＨ₃の脱離が増加してしまう。このため、図３において温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上となる領域に示されているように、目標吸着量Ｑｒｔｇが最低目標吸着量Ｑminに設定されている場合であっても、ＳＣＲ触媒１０における実際のアンモニアの吸着量を目標吸着量Ｑｒｔｇに維持できなくなる。そこで、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上の高温となる場合、本浄化装置は、平衡吸着量制御に代えて次に説明する当量比制御を実行する。なお、所定温度Ｔｓｔｈは、ＳＣＲ触媒１０が吸着できる上限量が最低目標吸着量Ｑminよりも所定量だけ高くなる場合のＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓに設定されていてもよい。

（当量比制御の概要）
前述したように、当量比制御は、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上である場合に実行される。当量比制御において、本浄化装置は、還元必要ＮＯｘ量に対してＳＣＲ触媒１０に供給されるＮＨ₃の量の比（即ち、当量比）が１となるように尿素水量を調整する制御である。還元必要ＮＯｘ量は、ＳＣＲ触媒１０に流入し且つＳＣＲ触媒１０において還元（浄化）されるべきＮＯｘの量である。即ち、当量比制御においては、「ＳＣＲ触媒１０において選択還元される必要があるＮＯｘ」と「ＳＣＲ触媒１０に供給されるアンモニア」との「当量比」が１となる量のアンモニアを生成するために必要な量の尿素水が尿素噴射弁９から噴射される。

具体的には、本浄化装置は、以下の手順に従って当量比制御を実行する。
（１）本浄化装置は、吸着量推定部が算出している流入ＮＯｘ量Ｂを還元必要ＮＯｘ量Ｘとして取得する（ステップ２２０を参照。）。
（２）本浄化装置は、その還元必要ＮＯｘ量のＮＯｘに対して当量比が１となるＮＨ₃の量（即ち、供給必要ＮＨ₃量Ｘ）を求める。
（３）本浄化装置は、供給必要ＮＨ₃量Ｘを供給又は生成するのに必要な尿素水の量Ｙを、前述したルックアップテーブルＹ＝Map（Ｘ）を用いて算出する。
（４）本浄化装置は、尿素水添加弁９から尿素水量Ｙを噴射・供給する。

この当量比制御によれば、還元必要ＮＯｘ量のＮＯｘを還元するのに過不足のない量のＮＨ₃（即ち、当量比が１となるＮＨ₃）がＳＣＲ触媒１０に供給される。従って、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上となり、ＳＣＲ触媒１０のＮＨ₃の吸着量が低下した場合においてもＮＯｘを高い浄化効率にて浄化することができる。更に、アンモニアスリップが生じる可能性も低減することができる。

（追従制御の概要）
ところで、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上となったために当量比制御が実行されているときにＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度ｔｓ以下に低下すると、本浄化装置は尿素水量の制御を当量比制御から平衡吸着量制御に切り替える。

一方、前述したように、当量比制御の実施中（即ち、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上の高温である場合）、ＳＣＲ触媒１０からのＮＨ₃の脱離が進行するので、実アンモニア吸着量は相当に小さくなる。そのため、制御態様が当量比制御から平衡吸着量制御に切り替えられた時点において、実アンモニア吸着量は平衡吸着量制御における目標吸着量から大きく乖離している。他方、平衡吸着量制御においてはＳＣＲ触媒１０の実アンモニア吸着量が目標吸着量の近傍にある（実アンモニア吸着量が目標吸着量に実質的に等しい）ことを前提として尿素水量が決定されている。このため、実アンモニア吸着量と目標吸着量と差が大きい場合、平衡吸着量制御のみを継続していると、実アンモニア吸着量が目標吸着量に到達するまでに長時間を要する。そこで、本浄化装置は、尿素水量の制御態様を当量比制御から平衡吸着量制御に切り替えた直後において「追従制御」を実行し、実アンモニア吸着量を目標吸着量に速やかに近づける。

より具体的に述べると、本浄化装置は、前述した吸着量推定部により推定されている推定アンモニア吸着量Ｑｐ（ステップ２８０を参照。）と平衡吸着量制御におけるＮＨ₃の目標吸着量Ｑｔｒｇとの差（＝Ｑｔｒｇ−Ｑｐ）に等しいアンモニア量Ｑａを算出する。このアンモニア量Ｑａは、以下、不足吸着量Ｑａと称呼される。そして、本浄化装置は、不足吸着量Ｑａが所定の閾値（一定値）ＤＱｔｈ以上である場合、推定アンモニア吸着量Ｑｐが目標吸着量Ｑｔｒｇに一致（又は実質的に一致）するまで、（換言すると、不足吸着量Ｑａ（＝Ｑｔｒｇ−Ｑｐ）が「０」又は閾値ＤＱｔｈ未満になるまで）、平衡吸着量制御における基本添加量Ｑｂ（＝Ｘ）のＮＨ₃がＳＣＲ触媒１０に供給されるようにルックアップテーブルＹ＝Map（Ｘ）を用いて添加する尿素水の量Ｙｂを決定し、その決定した量Ｙｂに一定量Ｙａｄだけ多い量の尿素水を尿素水添加弁９から噴射・供給する。なお、量ＹａｄはＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓによって変更してもよい。

更に、本浄化装置は、不足吸着量Ｑａが所定の閾値（一定値）ＤＱｔｈ以上である場合、推定アンモニア吸着量Ｑｐが目標吸着量Ｑｔｒｇに一致（又は実質的に一致）するまで、平衡吸着量制御における基本添加量Ｑｂに一定量Ｑａｄを加えた量（＝Ｑｂ＋Ｑａｄ＝Ｘ）のＮＨ₃がＳＣＲ触媒１０に供給されるようにルックアップテーブルＹ＝Map（Ｘ）を用いて添加する尿素水の量Ｙを決定し、その決定した量の尿素水を尿素水添加弁９から噴射・供給してもよい。この場合においても、量ＱａｄはＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓによって変更してもよい。

この追従制御によれば、当量比制御から平衡吸着量制御に切り替わった場合、即ち、ＳＣＲ触媒１０における実アンモニア吸着量と目標吸着量Ｑｔｒｇとの差が大きい場合であっても、実アンモニア吸着量を早期に目標吸着量Ｑｔｒｇに到達させることができる。その結果、ＳＣＲ触媒１０の状態を早期に所望の平衡状態に到達させることができる。

（本浄化装置の実際の作動）
次に、本浄化装置の実際の作動について説明する。本浄化装置の電気制御装置３０が備えるＣＰＵ３１は、図６のフローチャートにより示した添加制御ルーチンを機関１の始動後から所定時間が経過する毎に実行するようになっている。従って、ＣＰＵ３１は所定のタイミングにてステップ３００から処理を開始してステップ３１０に進み、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが活性温度Ｔｓａ（例えば、１８０℃）以上であるか否かを判定する。

機関始動直後においては、通常、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓは活性温度Ｔｓａ未満である。よって、ＣＰＵ３１はステップ３１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３１５に進み、追従制御実行中フラグＸｔｊの値を「０」に設定する。追従制御実行中フラグＸｔｊは、その値が「１」であるとき前述した追従制御が実行されている最中であることを示し、その値が「０」であるとき追従制御は実行されていないことを示す。なお、追従制御実行中フラグＸｔｊの値は、図示しないイグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されたときに実行されるイニシャルルーチンにおいても「０」に設定されるようになっている。更に、追従制御実行中フラグＸｔｊの値は、後述するステップ３３５及びステップ３４７にても「０」に設定されるとともに、後述するステップ３７５にて「１」に設定される。次に、ＣＰＵ３１はステップ３２０に進み、尿素水添加弁９からの尿素水の添加（噴射・供給）を停止する。その後、ＣＰＵ３１はステップ３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

その後、機関１が運転を続けると、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが活性温度Ｔｓａ以上になる。この場合、ＣＰＵ３１はステップ３１０に進んだとき、そのステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３３０に進み、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが上述した所定温度（例えば３５０℃）Ｔｓｔｈ以上であるか否かを判定する。

ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが活性温度Ｔｓａ以上になった直後においては、温度Ｔｓは所定温度Ｔｓｔｈよりも低い。従って、ＣＰＵ３１はステップ３３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３４０に進み、本ルーチンを前回実行した時点において当量比制御が実行されていたか否かを判定する。

この段階においては、本ルーチンを前回実行した時点において尿素水の添加は行われていなかったので、当量比制御も実行されていない。従って、ＣＰＵ３１はステップ３４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３４５に進み、追従制御実行中フラグＸｔｊの値が「０」であるか否かを判定する。

この段階においては、追従制御実行中フラグＸｔｊの値は「０」である。従って、ＣＰＵ３１はステップ３４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３４７に進み、追従制御実行中フラグＸｔｊの値を「０」に設定する。なお、この段階では追従制御実行中フラグＸｔｊの値は「０」であるから、このステップの処理は確認的に行われる。次いで、ＣＰＵ３１はステップ３５０に進み、前述した平衡吸着量制御を実行する。その後、ＣＰＵ３１はステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

更に、機関１が運転を続け、例えば、機関１の負荷が継続的に高い値になると、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上になる場合がある。この場合、ＣＰＵ３１がステップ３３０に進んだとき、そのステップ３３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３３５に進み、追従制御実行中フラグＸｔｊの値を「０」に設定する。次に、ＣＰＵ３１はステップ３６０に進み、前述した当量比制御を実行する。その後、ＣＰＵ３１はステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

当量比制御が実行されている状態において、例えば、機関１の負荷が継続的に低い値になると、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ未満になる。この場合、ＣＰＵ３１がステップ３３０に進んだとき、そのステップ３３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３４０に進む。

この段階においては、本ルーチンを前回実行した時点において当量比制御が実行されている。従って、ＣＰＵ３１はステップ３４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３７０に進み、目標吸着量Ｑｔｒｇと推定アンモニア吸着量Ｑｐとの差分である不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ以上であるか否かを判定する。この閾値ＤＱｔｈは、推定アンモニア吸着量Ｑｐと目標吸着量Ｑｔｒｇとの差（乖離）が非常に大きく、平衡吸着量制御に切り替わった場合に実アンモニア吸着量が目標吸着量Ｑｔｒｇに早期に到達できない値に設定される。

不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ未満である場合、ＣＰＵ３１はステップ３７０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３４７に進み、追従制御実行中フラグＸｔｊの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵ３１は、ステップ３５０に進んで前述した平衡吸着量制御を実行する。その後、ＣＰＵ３１はステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ以上である場合、ＣＰＵ３１はステップ３７０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３７５に進み、追従制御実行中フラグＸｔｊの値を「１」に設定する。次いで、ＣＰＵ３１はステップ３８０に進み、前述した追従制御を実行する。即ち、ＣＰＵ３１は、平衡吸着量制御における基本添加量Ｑｂのアンモニアが供給又は生成される尿素水の量Ｙｂに所定量Ｙａｄを加えた量の尿素水を尿素水添加弁９から噴射・供給する。その後、ＣＰＵ３１はステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

次に、ＣＰＵ３１が本ルーチンの処理を開始すると、ＣＰＵ３１は、ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」、ステップ３３０にて「Ｎｏ」、ステップ３４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３４５に進む。この段階においては、追従制御実行中フラグＸｔｊの値は「１」に設定されているので、ＣＰＵ３１はステップ３４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ３７０に進む。そして、ＣＰＵ３１は、不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ以上であれば、ステップ３７５及びステップ３８０に進んで前述した追従制御を継続する。これに対し、ＣＰＵ３１は、不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ未満であれば、ステップ３４７及びステップ３５０に進んで前述した平衡吸着量制御を再開する。このように、追従制御は、当量比制御を実行している状態から平衡吸着量制御の実行条件（Ｔｓ＜Ｔｓｔｈ）が成立した後、不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ未満になるまで継続される。

以上、説明したように、本浄化装置は、
排気通路（排気通路部３）に配設され且つアンモニアにより排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒１０と、
選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に尿素水を添加する添加装置９と、
選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着しているアンモニアの推定吸着量（Ｑｐ）を、少なくとも「前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるアンモニアの量（Ｑin）と前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘと反応することにより消費されるアンモニアの量（Ｄ）と」に基づいて推定する吸着量推定部（図２のルーチン、３０）と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｔｈ以上である場合には「前記選択還元型ＮＯｘ触媒において選択還元される必要があるＮＯｘ」と「前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるアンモニア」との当量比が１となる量のアンモニアを生成するために必要な量の尿素水を前記添加装置から添加させる当量比制御を実行し（ステップ３３０、ステップ３６０）、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度Ｔｓが前記所定温度Ｔｓｔｈ未満である場合には前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてアンモニアの吸着と脱離とが平衡状態となるときの同選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量である平衡吸着量が所定の目標吸着量（Ｑｔｒｇ）に維持される量のアンモニアを生成するために必要な量（Ｙｂ）の尿素水を前記添加装置から添加させる平衡吸着量制御を実行する（ステップ３３０、ステップ３５０）添加制御部（３０）と、
を備える。

更に、前記添加制御部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度Ｔｓが前記所定温度Ｔｓｔｈ以上から前記所定温度Ｔｓｔｈ未満になった場合、前記目標吸着量（Ｑｔｒｇ）と前記アンモニアの推定吸着量（Ｑｐ）との差（差の大きさ＝不足アンモニア吸着量Ｑａ）が所定の閾値（ＤＱｔｈ）以上であるとき、前記平衡吸着量制御において必要とされる尿素水の量（Ｙｂ）に所定量（Ｙａｄ）を加えた量の尿素水を前記添加装置から添加させるように構成されている（ステップ３３０、ステップ３４０、ステップ３７０及びステップ３８０、３０）。

従って、当量比制御から平衡吸着量制御に切り替わる場合であって、ＳＣＲ触媒１０におけるアンモニアの目標吸着量Ｑｔｒｇと実際のアンモニア吸着量との差が大きい場合に実際のアンモニア吸着量を早期に目標吸着量Ｑｔｒｇに到達させることができる。その結果、ＮＯｘを安定的に浄化することができる。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。
例えば、本浄化装置は、ディーゼルエンジンに適用することとしているが、ガソリンエンジンにも適用することができる。

更に、本浄化装置は、当量比制御から平衡吸着量制御に切り替わる場合に、追従制御を実行するが、追従制御を行うタイミングはこの場合に限定されるものではない。例えば、機関始動後にＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上となった時点であって平衡吸着量制御が実行される前の時点において、追従制御を実行するように構成することができる。

更に本浄化装置は、酸化触媒とＤＰＦとが別体で構成されているが、ＤＰＦに酸化機能を担持させることにより、一体に形成するように構成することができる。

更に本浄化装置は、排気温センサをＳＣＲ触媒の上流に配置し、ＳＣＲ触媒の温度を推定する構成としているが、排気温センサをＳＣＲ触媒上又はＳＣＲ触媒よりも下流の排気通路に配置し、ＳＣＲ触媒の温度を推定するように構成することができる。また、本浄化装置において、アンモニアスリップ触媒１１は省略されることができる。

更に本浄化装置は、当量比制御において、尿素水タンク内の尿素水の残量が少ない場合及びＳＣＲ触媒１０から排出されるＮＯｘの量が多量になった場合等の異常事態が発生した場合、当量比を「１」とは異なる値に変更することができる。具体的には、本浄化装置は、尿素水タンク内の尿素水の残量が少ない場合、尿素水の単位時間あたりの消費量を低減するために、還元必要ＮＯｘ量に対してＳＣＲ触媒１０に供給されるＮＨ₃の量の比（当量比）が「１」よりも小さくなるように、尿素噴射弁９から噴射される尿素水の量を減少させてもよい。更に、例えば、本浄化装置は、ＳＣＲ触媒１０から排出されるＮＯｘの量が多量になった場合、ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率を高めるために、還元必要ＮＯｘ量に対してＳＣＲ触媒１０に供給されるＮＨ₃の量の比（当量比）が「１」よりも大きくなるように、尿素噴射弁９から噴射される尿素水の量を増加させてもよい。

更に本浄化装置は、図６のステップ３４５にて「Ｎｏ」と判定した場合、ステップ３７０にて不足アンモニア吸着量Ｑａが閾値ＤＱｔｈ以上であるか否かを判定することにより、追従制御を継続するか否かを決定していた。これに対し、本浄化装置は、図６のステップ３４５にて「Ｎｏ」と判定した場合、不足アンモニア吸着量Ｑａが「０」になったか否かを判定し（即ち、推定アンモニア吸着量Ｑｐが目標吸着量Ｑｔｒｇに一致したか否かを判定し）、不足アンモニア吸着量Ｑａが「０」になっていない場合にはステップ３７５及びステップ３８０に進んで追従制御を継続し、不足アンモニア吸着量Ｑａが「０」になった場合にはステップ３４７及びステップ３５０に進んで追従制御を終了して平衡吸着量制御を再開してもよい。

更に本浄化装置は、図６のステップ３４５にて「Ｎｏ」と判定した場合、不足アンモニア吸着量Ｑａが「閾値ＤＱｔｈよりも大きさが小さい正の終了閾値ＤＱｓｔｈ」未満になったか否かを判定し、不足アンモニア吸着量Ｑａが終了閾値ＤＱｓｔｈ未満になっていない場合にはステップ３７５及びステップ３８０に進んで追従制御を継続し、不足アンモニア吸着量Ｑａが終了閾値ＤＱｓｔｈ未満になった場合にはステップ３４７及びステップ３５０に進んで追従制御を終了して平衡吸着量制御を再開してもよい。

即ち、前記添加制御部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上から前記所定温度未満になった場合、前記アンモニアの推定吸着量と前記目標吸着量との差が、前記所定の閾値ＤＱｔｈ以下の正の値未満になるまで又は０になるまで、前記平衡吸着量制御において必要とされる尿素水の量に前記所定量を加えた量の尿素水を前記添加装置から添加させるように構成されてもよい。この結果、実アンモニア吸着量を目標吸着量Ｑｔｒｇにより早期に到達させることができる。

１…内燃機関、２…吸気通路、３…排気通路、７…酸化触媒、８…ＤＰＦ、９…尿素添加弁、１０…ＳＣＲ触媒、１１…アンモニアスリップ触媒、３０…電気制御装置、３１…ＣＰＵ。

Claims (2)

1. 排気通路に配設されアンモニアにより排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   尿素を加水分解して得られるアンモニアを前記選択型ＮＯｘ触媒に供給するために前記排気通路の前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流に尿素水を添加する添加装置と、
   を有する内燃機関に適用され、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着しているアンモニアの推定吸着量を、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるアンモニアの量と前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘと反応することにより消費されるアンモニアの量と、に基づいて推定する吸着量推定部と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上である場合には前記選択還元型ＮＯｘ触媒において選択還元される必要があるＮＯｘとアンモニアとの当量比が１となる量のアンモニアを生成するために必要な量の尿素水を前記添加装置から添加させる当量比制御を実行し、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度未満である場合には前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてアンモニアの吸着と脱離とが平衡状態となるときの同選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量である平衡吸着量が所定の目標吸着量に維持される量のアンモニアを生成するために必要な量の尿素水を前記添加装置から添加させる平衡吸着量制御を実行する添加制御部と、
   を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記添加制御部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上から前記所定温度未満になった場合、前記目標吸着量と前記アンモニアの推定吸着量との差が所定の閾値以上であるとき、前記平衡吸着量制御において必要とされる尿素水の量に所定量を加えた量の尿素水を前記添加装置から添加させるように構成された内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記添加制御部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上から前記所定温度未満になった場合、前記アンモニアの推定吸着量と前記目標吸着量との差が前記所定の閾値以下の０を含む値以下になるまで、前記平衡吸着量制御において必要とされる尿素水の量に所定量を加えた量の尿素水を前記添加装置から添加させるように構成された内燃機関の排気浄化装置。

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