JP2019035379A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘスリップとアンモニアスリップの解消に好適な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気浄化装置は、排気通路４に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒２４と、ＮＯｘ触媒の上流側に設けられた還元剤噴射弁２５と、ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサ４８と、ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定する推定部１００と、ＮＯｘセンサの出力と、推定部によって推定されたアンモニア吸着量とに基づき、還元剤噴射弁から噴射される還元剤噴射量を制御する制御部１００とを備える。制御部は、推定アンモニア吸着量が所定の目標吸着量に近づくように還元剤噴射量を制御すると共に、ＮＯｘセンサの出力が所定の上限値を超えた状態が所定の閾値時間の間継続したとき、推定アンモニア吸着量を変更することにより還元剤噴射量を変更する。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気浄化装置として、排気中のＮＯｘを還元して浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（所謂ＳＣＲ）を備えたものが公知である。ＮＯｘ触媒の上流側では還元剤としての尿素水が噴射され、この尿素水が加水分解されてアンモニア（ＮＨ₃）が生成される。アンモニアは、ＮＯｘ触媒上でＮＯｘと反応し、ＮＯｘを還元して浄化する。

ＮＯｘ触媒の下流側にはＮＯｘセンサが設けられる。ＮＯｘセンサの出力が所定の上限値を超えた場合、尿素水噴射量が不足しているために触媒下流側にＮＯｘが漏れ出している（ＮＯｘスリップが起こっている）と判断し、尿素水噴射量が増加される。

一方、一般的なＮＯｘセンサは、ＮＯｘの他に、アンモニアも検出可能であり、両者を区別して検出できない。そのためＮＯｘセンサの出力が上限値を超えている場合、別の原因として、尿素水噴射量が過剰であるために触媒下流側にアンモニアが漏れ出している（アンモニアスリップが起こっている）可能性がある。しかしＮＯｘセンサの出力だけでは、ＮＯｘスリップが起こっているのか、アンモニアスリップが起こっているのかを判別することができない。

よって従来では、還元剤噴射量を強制的に増加または減少し、このときのＮＯｘセンサの出力変化からＮＯｘスリップとアンモニアスリップを判別することが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−１５６２２９号公報

ところで、ＮＯｘ触媒はアンモニア吸着能を有し、多くのアンモニアを吸着する程、高いＮＯｘ浄化性能を発揮する。このため、ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定し、推定されたアンモニア吸着量にも基づき、還元剤噴射量が制御される。アンモニア吸着量を推定する理由は、それを実測するのが困難だからである。

一方、ＮＯｘスリップもアンモニアスリップも、ともに還元剤噴射量制御が好適に実行されていないために起こる結果である。本発明者はそれらの原因の一つが、アンモニア吸着量推定誤差の拡大であることに思い至り、ＮＯｘスリップとアンモニアスリップの解消に好適な還元剤噴射量制御を創案するに至った。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、ＮＯｘスリップとアンモニアスリップの解消に好適な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の上流側の前記排気通路に設けられた還元剤噴射弁と、
前記ＮＯｘ触媒の下流側の前記排気通路に設けられたＮＯｘセンサと、
前記ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定する推定部と、
前記ＮＯｘセンサの出力と、前記推定部によって推定されたアンモニア吸着量とに基づき、前記還元剤噴射弁から噴射される還元剤噴射量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、推定アンモニア吸着量が所定の目標吸着量に近づくように還元剤噴射量を制御すると共に、前記ＮＯｘセンサの出力が所定の上限値を超えた状態が所定の閾値時間の間継続したとき、推定アンモニア吸着量を変更することにより還元剤噴射量を変更する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

好ましくは、前記制御部は、前記ＮＯｘセンサの出力が前記上限値を超えた状態が第１閾値時間の間継続したとき、推定アンモニア吸着量を減少することにより還元剤噴射量を増加させ、その後、前記ＮＯｘセンサの出力が前記上限値を超えた状態が第２閾値時間の間継続したとき、推定アンモニア吸着量を増加することにより還元剤噴射量を減少させる。

好ましくは、前記制御部は、還元剤噴射量を減少させた後、前記ＮＯｘセンサの出力が前記上限値を超えた状態が第３閾値時間の間継続したとき、異常判定を行う。

本発明によれば、ＮＯｘスリップとアンモニアスリップの解消に好適な内燃機関の排気浄化装置を提供できる。

内燃機関の構成を示す概略図である。 ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着特性を示すグラフである。 補正係数を算出するためのマップを示す。 尿素水噴射量に対する各量の関係を示すグラフである。 本実施形態の尿素水噴射量制御を実行した場合のタイムチャートである。 制御ルーチンのフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し本発明は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

図１は、本実施形態の排気浄化装置が適用された内燃機関を示す。内燃機関（エンジンともいう）１は、車両（図示せず）に搭載された多気筒エンジンである。本実施形態において、車両はトラック等の大型車両であり、これに搭載される車両動力源としてのエンジン１は直列４気筒ディーゼルエンジンである。しかしながら、車両および内燃機関の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジン１はガソリンエンジンであってもよい。

エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に接続された吸気通路３および排気通路４と、ターボチャージャ１４と、燃料噴射装置５とを備える。エンジン本体２は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品とを含む。

燃料噴射装置５は、コモンレール式燃料噴射装置からなり、各気筒に設けられた燃料噴射弁すなわちインジェクタ７と、インジェクタ７に接続されたコモンレール８とを備える。インジェクタ７は、シリンダ９内すなわち燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタである。コモンレール８は、インジェクタ７から噴射される燃料を高圧状態で貯留する。

吸気通路３は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された吸気マニホールド１０と、吸気マニホールド１０の上流端に接続された吸気管１１とにより主に画成される。吸気マニホールド１０は、吸気管１１から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。吸気管１１には、上流側から順に、エアクリーナ１２、エアフローメータ１３、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４Ｃ、インタークーラ１５、および電子制御式の吸気スロットルバルブ１６が設けられる。エアフローメータ１３は、エンジン１の単位時間当たりの吸入空気量すなわち吸気流量を検出するためのセンサであり、マスエアフロー（ＭＡＦ）センサ等とも称される。

排気通路４は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された排気マニホールド２０と、排気マニホールド２０の下流側に接続された排気管２１とにより主に画成される。排気マニホールド２０は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気ガスを集合させる。排気管２１、もしくは排気マニホールド２０と排気管２１の間には、ターボチャージャ１４のタービン１４Ｔが設けられる。タービン１４Ｔより下流側の排気通路４には、上流側から順に、酸化触媒２２、フィルタ２３、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）２４およびアンモニア酸化触媒２６が設けられる。これらは排気後処理を実行する後処理部材をなす。フィルタ２３とＮＯｘ触媒２４の間の排気通路４には、還元剤としての尿素水を排気通路４内に噴射する還元剤噴射弁としての尿素インジェクタ２５が設けられる。

酸化触媒２２は、排気中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温する。フィルタ２３は、所謂連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタであり、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭとも称す）を捕集すると共に、その捕集したＰＭを貴金属と反応させて連続的に燃焼除去する。フィルタ２３には、ハニカム構造の基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのものが用いられる。

ＮＯｘ触媒２４は、尿素インジェクタ２５から噴射された尿素水を加水分解して得られるアンモニアを、排気中のＮＯｘと反応させて、ＮＯｘを還元浄化する。ＮＯｘ触媒２４は、ゼオライト又はアルミナなどの基材表面にＰｔなどの貴金属を担持したものや、その基材表面にＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持させたもの、その基材表面にチタニヤ／バナジウム触媒（Ｖ₂Ｏ₅／ＷＯ₃／ＴｉＯ₂）を担持させたもの等が例示できる。アンモニア酸化触媒２６は、ＮＯｘ触媒２４から排出された余剰アンモニアを酸化して浄化する。

エンジン１はＥＧＲ装置３０をも備える。ＥＧＲ装置３０は、排気通路４内（特に排気マニホールド２０内）の排気ガスの一部（ＥＧＲガスという）を吸気通路３内（特に吸気マニホールド１０内）に還流させるためのＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁３３とを備える。ＥＧＲ装置３０は外部ＥＧＲを実行するためのものである。

また、本実施形態は、それぞれ排気通路４に設けられた電子制御式の排気スロットルバルブ３７と、排気インジェクタ３８とを備える。本実施形態において、これらはタービン１４Ｔと酸化触媒２２の間の排気通路４に設けられ、排気スロットルバルブ３７より下流側に排気インジェクタ３８が配置される。但しこれらの設置位置は変更可能である。排気スロットルバルブ３７は排気流量を調節するためのバルブである。排気インジェクタ３８は、主にフィルタ２３の再生時に排気通路４内に燃料を噴射するためのインジェクタである。

このエンジン１を制御するための制御装置が車両に搭載されている。制御装置は、制御ユニットもしくはコントローラをなす電子制御ユニット（ＥＣＵと称す）１００を有する。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、筒内インジェクタ７、吸気スロットルバルブ１６、尿素インジェクタ２５、ＥＧＲ弁３３、排気スロットルバルブ３７および排気インジェクタ３８を制御するように構成され、プログラムされている。なお特に断らない限り、吸気スロットルバルブ１６および排気スロットルバルブ３７は全開に制御されているものとする。

制御装置は、以下のセンサ類も有する。このセンサ類に関して、上述のエアフローメータ１３の他、エンジンの回転速度、具体的には毎分当たりの回転数（ｒｐｍ）を検出するための回転速度センサ４０と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ４１とが設けられる。また、酸化触媒２２、フィルタ２３およびＮＯｘ触媒２４の上流側入口部には排気温度を検出するための排気温センサ４２，４３，４４が設けられている。また、ＮＯｘ触媒２４の下流側出口部には排気温度を検出するための排気温センサ４６が設けられている。また、フィルタ２３の入口部および出口部の排気圧の差圧を検出するための差圧センサ４５が設けられている。

また、ＮＯｘ触媒２４の上流側入口部と下流側出口部には、それぞれ、排気中のＮＯｘを検出するための上流側ＮＯｘセンサ４７および下流側ＮＯｘセンサ４８が設けられている。これらＮＯｘセンサ４７，４８は、排気ガスのＮＯｘ濃度に相関した出力を発する。但しＮＯｘセンサ４７，４８はアンモニアも検出可能である。上流側ＮＯｘセンサ４７は尿素インジェクタ２５よりも上流側に設けられている。以上のセンサ類の出力信号はＥＣＵ１００に送られる。

次に、ＥＣＵ１００により実行される制御の内容について説明する。

まず、尿素インジェクタ２５から噴射される尿素水噴射量の制御の概要を説明する。尿素水噴射量Ｍは、概して後述する第１噴射量ＭＡと第２噴射量ＭＢと第３噴射量ＭＣの和として表され、式：Ｍ＝ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＣで表される。そしてＥＣＵ１００は、尿素水噴射量Ｍを算出すると共に、算出された尿素水噴射量Ｍに等しい量の尿素水を尿素インジェクタ２５から噴射させる。

第一に、ＮＯｘ触媒２４に流入するＮＯｘ量（流入ＮＯｘ量）に見合った第１噴射量ＭＡが算出される。流入ＮＯｘ量は、上流側ＮＯｘセンサ４７により検出されたＮＯｘ濃度と排気ガス流量の積で表される。排気ガス流量は、エアフローメータ１３により検出された吸入空気量の値に基づいて算出される。流入ＮＯｘ量と第１噴射量ＭＡとの間の予め定められた関係、具体的にはマップ（関数でもよい。以下同様）が、ＥＣＵ１００に記憶され、ＥＣＵ１００はこのマップを参照して流入ＮＯｘ量に対応した第１噴射量ＭＡを算出する。ここでは、流入ＮＯｘを還元浄化するのに必要な最小限の噴射量、言い換えれば流入ＮＯｘ量に対し当量比が１となるような噴射量が第１噴射量ＭＡとして算出される。

なお、上流側ＮＯｘセンサ４７は排気通路４のより上流側の位置に設けられてもよい。また流入ＮＯｘ量は、エンジン運転状態（例えばエンジン回転数と筒内インジェクタ７の燃料噴射量）に基づいてＥＣＵ１００により推定してもよい。また排気ガス流量は、排気通路４に設けられた流量センサにより直接検出してもよい。

第二に、ＮＯｘ触媒２４のアンモニア吸着量を目標吸着量に近づけるための第２噴射量ＭＢが算出される。すなわち、ＮＯｘ触媒２４はアンモニア吸着能を有し、多くのアンモニアを吸着する程、高いＮＯｘ浄化性能を発揮する。このため、ＮＯｘ触媒２４のアンモニア吸着量が推定されると共に、この推定吸着量と目標吸着量の差分に基づき、還元剤噴射量が制御される。アンモニア吸着量を推定する理由は、それを実測するのが困難だからである。

図２には、ＮＯｘ触媒２４のアンモニア吸着特性を示す。線ａは、実験等を通じて把握されるアンモニア吸着量の上限値もしくは吸着限界を示し、この上限値は、ＮＯｘ触媒２４の触媒温度が高くなる程、低くなる傾向がある。なお、実際のアンモニア吸着量が上限値のときにアンモニアが供給されると、そのアンモニアはＮＯｘ触媒２４に吸着できないので、ＮＯｘ触媒２４の下流側に流出し、アンモニアスリップを生じさせる。

線ａより所定のマージンだけ低吸着量側の目標値が線ｂの如く定められ、この線ｂがマップの形でＥＣＵ１００に記憶されている。

ＥＣＵ１００は、排気温センサ４４，４６の少なくとも一方の検出値に基づきＮＯｘ触媒２４の触媒温度を推定する。例えば、いずれか一方の検出値を触媒温度とみなしてもよいし、両方の検出値の平均値を触媒温度とみなしてもよい。そして推定した触媒温度（図２のＴｃ１）に対応したアンモニア吸着量の目標値Ｗｔ（図２のｃ点の値）をマップから算出する。なお触媒温度は直接検出してもよい。推定および検出を総称して取得という。

この目標吸着量Ｗｔと推定吸着量Ｗｅの差分ΔＷが式：ΔＷ＝Ｗｔ−Ｗｅにより求められ、この差分ΔＷに応じた第２噴射量ＭＢが算出される。差分ΔＷが大きい程、大きな第２噴射量ＭＢが算出される。

例えば図２のｄ点のように、推定吸着量Ｗｅが目標吸着量Ｗｔよりも少ない場合、差分ΔＷが正であるため、噴射量増大側の正の第２噴射量ＭＢが算出され、この第２噴射量ＭＢが噴射されることにより、推定吸着量Ｗｅが増大し、目標吸着量Ｗｔに徐々に近づいていく。他方、例えば図２のｅ点のように、推定吸着量Ｗｅが目標吸着量Ｗｔよりも多い場合、差分ΔＷが負であるため、ゼロまたは負の第２噴射量ＭＢが算出される。これにより、ＮＯｘ触媒２４に吸着したアンモニアがＮＯｘの還元に消費され、推定吸着量Ｗｅが減少し、目標吸着量Ｗｔに徐々に近づいていく。

アンモニア吸着量の推定方法については、公知方法を含め、様々な方法が採用可能である。本実施形態では、ＮＯｘ触媒２４におけるアンモニアとＮＯｘの反応を表す化学反応式に基づいて数学モデルを構築し、当該モデルに基づいてアンモニア吸着量をＥＣＵ１００により精度良く推定するようになっている。この際、ＥＣＵ１００は、尿素水噴射量Ｍ、ＮＯｘ触媒２４の触媒温度、排気ガス流量、上下流側ＮＯｘセンサ４７，４８の検出値、エンジン運転状態を表すエンジンパラメータ（エンジン回転数、燃料噴射量等）等のパラメータに基づいて、アンモニア吸着量を推定する。

第三に、ＮＯｘ触媒２４から流出したＮＯｘ量（流出ＮＯｘ量）に見合った第３噴射量ＭＣが算出される。具体的には、下流側ＮＯｘセンサ４８の出力（センサ出力）Ｖが所定の上限値Ｖｕｐ以下のときには、流出ＮＯｘ量が許容範囲内であるとして、ゼロの第３噴射量ＭＣが算出される。他方、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えたときには、流出ＮＯｘ量が許容範囲外であるため、尿素水噴射量を増やして流出ＮＯｘ量を抑制すべく、正の第３噴射量ＭＣが算出される。

このとき、センサ出力Ｖと上限値Ｖｕｐの差分ΔＶ（＝Ｖ−Ｖｕｐ）が算出され、この差分ΔＶに応じた第３噴射量ＭＣが算出される。こうして尿素水噴射量Ｍは、センサ出力Ｖに基づきフィードバック制御あるいはフィードバック補正されることとなる。

ここで本実施形態では、第３噴射量ＭＣは補正係数Ｋ（≧１）によって表される。つまり前式Ｍ＝ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＣは本実施形態の場合、Ｍ＝Ｋ×ＭＡ＋ＭＢ（＝ＭＡ＋ＭＢ＋（Ｋ−１）×ＭＡ）で表され、ＭＣ＝（Ｋ−１）×ＭＡとされる。図３に示すようなマップがＥＣＵ１００に記憶され、差分ΔＶがゼロから大きくなる程、１より大きな補正係数Ｋが算出される。また差分ΔＶがリミット値ΔＶ１（＞０）以上になったとき、補正係数Ｋはその上昇が抑制されてリミット値Ｋ１（＞１）に制限される。差分ΔＶがゼロ以下のとき補正係数Ｋは１である。

センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えたとき、差分ΔＶに応じた補正係数Ｋ（＞１）が算出され、ベース噴射量である第１噴射量ＭＡが補正係数Ｋによって増量補正され、その結果、尿素水噴射量Ｍが増量補正される。

なお、ここでは単純なフィードバック制御の例を示したが、フィードバック制御は周知のＰＩＤ制御等の手法を用いたより複雑なものであってもよい。また差分ΔＶに応じて第１噴射量ＭＡと無関係な加算項である第３噴射量ＭＣを算出し、式Ｍ＝ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＣにより尿素水噴射量Ｍを算出してもよい。

ところで、下流側ＮＯｘセンサ４８は、ＮＯｘだけでなく、アンモニアも検出可能であり、両者を区別して検出できない。このため、尿素水噴射量に対するＮＯｘ触媒下流側の流出ＮＯｘ量と、下流側ＮＯｘセンサ４８のセンサ出力と、ＮＯｘ触媒下流側に流出したアンモニア量（流出アンモニア量）との関係は、図４に示すようになる。

図の左端付近のように、尿素水噴射量が比較的少なく流入ＮＯｘ量に対して不足する場合、ＮＯｘ触媒２４が流入ＮＯｘを全て還元できないため、ＮＯｘ触媒下流側にＮＯｘが流出するＮＯｘスリップが起こる。そして流出ＮＯｘ量は多くなり、ＮＯｘセンサ出力も大きくなる。そして尿素水噴射量が増加するにつれ、尿素水噴射量が流入ＮＯｘ量に対して徐々に見合うようになって行くため、流出ＮＯｘ量が徐々に減少し、ＮＯｘセンサ出力も徐々に減少する。

しかし、更に尿素水噴射量を増加すると、尿素水噴射量が流入ＮＯｘ量に対して過剰となり、ＮＯｘ触媒２４から余剰のアンモニアが流出するアンモニアスリップが起こる。尿素水噴射量を増加するにつれ、流出アンモニア量も増加する。ＮＯｘセンサ４８はこのアンモニアを検出するため、尿素水噴射量を増加するにつれ、ＮＯｘセンサ出力は徐々に増加していくこととなる。

ＮＯｘスリップとアンモニアスリップがバランスするバランス点、すなわち、流出ＮＯｘ量と流出アンモニア量の両者をできるだけ最小化できる尿素水噴射量の値を図中Ｍｈで示す。Ｍｈより小噴射量側をＮＯｘスリップ領域、Ｍｈより大噴射量側をアンモニアスリップ領域とする。

ＮＯｘセンサ出力は、バランス点で極小値となる曲線を描く。よって、ＮＯｘセンサ出力のみによっては、ＮＯｘセンサ出力がＮＯｘスリップ領域にあるのか（ＮＯｘスリップが起こっているのか）、アンモニアスリップ領域にあるのか（アンモニアスリップが起こっているのか）を判別することができない。このため従来は、尿素水噴射量を強制的に増加または減少し、それに応じてＮＯｘセンサ出力が大小どちら側に変化するかを検出し、その結果に基づいて、ＮＯｘセンサ出力がいずれの領域にあるかを判別している。

例えば、尿素水噴射量を増量したときにＮＯｘセンサ出力が減少した場合はＮＯｘスリップ領域にある（ＮＯｘスリップが起こっている）と判定し、尿素水噴射量を増量したときにＮＯｘセンサ出力が増加した場合はアンモニアスリップ領域にある（アンモニアスリップが起こっている）と判定する。

ところで、ＮＯｘスリップもアンモニアスリップも、ともに尿素水噴射量制御が好適に実行されていないために起こる結果である。本発明者はそれらの原因の一つが、アンモニア吸着量推定誤差の拡大であることに思い至り、ＮＯｘスリップとアンモニアスリップの解消に好適な尿素水噴射量制御を創案するに至った。そこで以下に、本実施形態の尿素水噴射量制御を詳細に説明する。

図５に、本実施形態の尿素水噴射量制御を実行した場合のタイムチャートを示す。なおかかる制御はＥＣＵ１００によって実行される。図中、（Ａ）は下流側ＮＯｘセンサ４８のセンサ出力Ｖ、（Ｂ）は補正係数Ｋ、（Ｃ）はＥＣＵ１００によって推定されたＮＯｘ触媒２４のアンモニア吸着量（推定吸着量Ｗｅ）、（Ｄ）は尿素水噴射量Ｍを示す。

時刻ｔ１より前では、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐ未満で上昇中であり、差分ΔＶ（＝Ｖ−Ｖｕｐ）は負、補正係数Ｋは１である（図３参照）。時刻ｔ１において、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐに達し、それ以降、センサ出力Ｖが増加する。これに伴い、差分ΔＶも正の値で増加し、補正係数Ｋは１より徐々に大きくなっていく。

時刻ｔ２において、差分ΔＶがリミット値ΔＶ１に達し、補正係数Ｋもリミット値Ｋ１に達する。それ以降もセンサ出力Ｖおよび差分ΔＶが増加するが、補正係数Ｋはリミット値Ｋ１に制限され保持される。

センサ出力Ｖに基づくフィードバック制御により尿素水噴射量を増量補正したので、実際にＮＯｘスリップが起こっていれば、それがやがて解消し、破線ａで示す如く、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐ以下に低下する可能性がある。しかし図示例では、それが解消していない。

センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えた時点（ｔ１直後）から、第１経過時間がカウントされる。そしてこの第１経過時間が所定の第１閾値時間Δｔｓ１に達した時点ｔ４でも、未だセンサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐ以下に低下しない場合、推定吸着量Ｗｅの推定誤差が予想以上に拡大しているとみなし、推定吸着量Ｗｅの値が変更され、あるいは切り替えられる。つまり、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えた状態が第１閾値時間Δｔｓ１の間継続したとき、推定吸着量Ｗｅの値が変更される。

このとき、推定吸着量Ｗｅの値は、変更直前のＷｅ１から、より小さい所定の減少側基準値Ｗｅ２に、強制的かつステップ状に変更され、切り替えられ、あるいはリセットされる。Ｗｅ１からＷｅ２への減少量は比較的大きい。これにより尿素水噴射量Ｍは、フィードバック補正の場合よりも大きく変更され、変更直前のＭ１からＭ２へと大きく増加される。

このように、推定吸着量Ｗｅを減少することにより尿素水噴射量Ｍは増加される。こうする理由は、まずは、真の吸着量よりかなり多い推定吸着量Ｗｅが算出されている（つまり推定吸着量Ｗｅが過大である）可能性があると疑い、その誤差を抑制するためである。推定吸着量Ｗｅが過大であると、必然的に尿素水噴射量Ｍは少なめとなるため、尿素水噴射量Ｍが不足し、ＮＯｘスリップの傾向が強まる。よって第１閾値時間Δｔｓ１内に実際にＮＯｘスリップが起こっているのであれば、ここでの尿素水噴射量増加制御により、ＮＯｘスリップを確実に抑制することができる。

減少側基準値Ｗｅ２は目標吸着量Ｗｔ（図２参照）よりも比較的低い値である。これにより、目標吸着量Ｗｔと推定吸着量Ｗｅの差分ΔＷが大きくなり、第２噴射量ＭＢが大きくなり、尿素水噴射量Ｍが増加される。

もし仮に、推定吸着量Ｗｅの過大が原因で（ＮＯｘスリップが原因で）第１閾値時間Δｔｓ１内にセンサ出力Ｖが低下しなかったのであれば（上記の疑いが正しかったのであれば）、上記の尿素水噴射量増加措置によって、破線ｂで示す如く、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐ以下に低下する（ＮＯｘスリップが解消する）。しかし図示例では、それが低下していない。

従って、次に、推定吸着量Ｗｅの過小を疑う。すなわち、推定吸着量Ｗｅを減少した時点ｔ４から、第２経過時間がカウントされる。そしてこの第２経過時間が所定の第２閾値時間Δｔｓ２に達した時点ｔ５でも、未だセンサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐ以下に低下しない場合、今度は、真の吸着量よりかなり少ない推定吸着量Ｗｅが算出されている（つまり推定吸着量Ｗｅが過小である）可能性があると疑い、その誤差を抑制するため、推定吸着量Ｗｅの値が増加される。このように、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えた状態が第２閾値時間Δｔｓ２の間継続したときにも、推定吸着量Ｗｅの値が変更される。推定吸着量Ｗｅが過小であると、必然的に尿素水噴射量Ｍは多めとなるため、尿素水噴射量Ｍが過剰となり、アンモニアスリップの傾向が強まる。よって実際にアンモニアスリップが起こっているのであれば、ここでの尿素水噴射量減少により、アンモニアスリップを確実に抑制することができる。

このとき、推定吸着量Ｗｅの値は、変更直前の値Ｗｅ２’から、これよりも大きく、かつ推定吸着量減少前の値Ｗｅ１よりも大きい所定の増加側基準値Ｗｅ３に、強制的かつステップ状に変更され、切り替えられ、あるいはリセットされる。Ｗｅ１からＷｅ３への増加量も比較的大きい。これにより、尿素水噴射量Ｍは、フィードバック補正の場合よりも大きく変更され、変更直前の値Ｍ２’から、これよりも少なく、かつＭ１よりも少ないＭ３へと大きく減少される。

増加側基準値Ｗｅ３は目標吸着量Ｗｔ（図２参照）よりも高い値である。これにより、目標吸着量Ｗｔと推定吸着量Ｗｅの差分ΔＷがマイナスとなり、第２噴射量ＭＢはゼロもしくはマイナスとされ、尿素水噴射量Ｍが減少される。

もし仮に、推定吸着量Ｗｅの過小が原因で（アンモニアスリップが原因で）第１閾値時間Δｔｓ１内にセンサ出力Ｖが低下しなかったのであれば（つまり上記の疑いが正しかったのであれば）、上記の尿素水噴射量減量措置によって、破線ｃで示す如く、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐ以下に低下する（アンモニアスリップが解消する）はずである。しかし図示例では、それが低下していない。

従ってこの場合には、推定吸着量Ｗｅの推定誤差拡大以外の原因による異常が考えられるため、装置に異常がある旨の異常判定を行う。すなわち、推定吸着量Ｗｅを増加した時点ｔ５から、第３経過時間がカウントされる。そしてこの第３経過時間が所定の第３閾値時間Δｔｓ３に達した時点ｔ６でも、未だセンサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐ以下に低下しない場合、異常判定を行い、図示しない警告装置（チェックランプ等）を起動させ、ユーザーに点検整備を促す。このように、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えた状態が第３閾値時間Δｔｓ３の間継続したときには、異常判定が行われる。

なお、推定吸着量のＷｅ２への減少により破線ｂの如くセンサ出力Ｖが低下した場合には、推定吸着量の誤差拡大が解消したものとして、減少後の値から引き続き推定吸着量の計算が実行される。推定吸着量のＷｅ３への増加により破線ｃの如くセンサ出力Ｖが低下した場合も同様である。

第１〜第３閾値時間Δｔｓ１〜Δｔｓ３は、任意に設定可能であり、同一の値であってもよいし、異なる値であってもよい。但し、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えている状態が徒に長続きしないよう適度な長さに設定する必要がある。また減少側基準値Ｗｅ２および増加側基準値Ｗｅ３も、任意に設定可能であり、予め定められた一定値としてもよいし、可変値としてもよい。

このように本実施形態では、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えた状態が閾値時間（第１閾値時間Δｔｓ１または第２閾値時間Δｔｓ２）の間継続したとき、推定吸着量Ｗｅを変更（減少または増加）することにより還元剤噴射量Ｍを変更（増加または減少）する（ｔ４またはｔ５）ので、アンモニア吸着量推定誤差の拡大に起因したＮＯｘスリップおよびアンモニアスリップを好適に解消することが可能である。また同時に、推定吸着量Ｗｅの推定誤差を縮小して推定吸着量Ｗｅを真の吸着量に近づけることができ、尿素水噴射量制御を適切に修正してＮＯｘエミッション（大気へのＮＯｘ排出量）を抑制することが可能となる。こうした推定誤差拡大状態を放置しても、なかなかそれは解消しないが、本実施形態のように強制的に推定吸着量Ｗｅを変更する手段を設けることで、推定誤差拡大を早期に解消することが可能である。

また本実施形態では、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えた状態が第１閾値時間Δｔｓ１の間継続したとき（ｔ４）、推定吸着量Ｗｅを減少することにより尿素水噴射量Ｍを増加させる。その後、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えた状態が第２閾値時間Δｔｓ２の間継続したとき（ｔ５）、推定吸着量Ｗｅを増加することにより還元剤噴射量Ｍを減少させる。

すなわち、先に、ＮＯｘスリップを疑って推定吸着量減少による尿素水噴射量増加を行い、次に、アンモニアスリップを疑って推定吸着量増加による尿素水噴射量減少を行う。仮にこの順番が逆だと、実際にＮＯｘスリップが起こっている場合、先に推定吸着量増加による尿素水噴射量減少を行ってしまうため、益々流出ＮＯｘ量が増えてＮＯｘエミッションが悪化する。そこで本実施形態ではまず推定吸着量減少による尿素水噴射量増加を行い、ＮＯｘスリップでないことを担保した上で、アンモニアスリップを疑って推定吸着量増加による尿素水噴射量減少を行う。これにより、ＮＯｘスリップおよびアンモニアスリップを解消する際のＮＯｘエミッション悪化を効果的に抑制することができる。

また本実施形態では、尿素水噴射量を減少させた後（ｔ５の後）、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えた状態が第３閾値時間Δｔｓ３の間継続したとき（ｔ６）、異常判定を行う。すなわち、推定吸着量Ｗｅを大きく変更させて還元剤噴射量Ｍを大きく変更させてもなおセンサ出力Ｖが低下しない場合には、推定吸着量Ｗｅの推定誤差拡大以外の原因による異常が装置に生じていると考えられるため、異常判定を行ってユーザーに点検整備を促す。これにより、異常状態を確実に検出すると共に、その早期解消を図ることができる。

次に、図６を参照して、上記制御を具現化する本実施形態の制御ルーチンを説明する。図示するルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。なお、後述する第１〜第３フラグＦ１〜Ｆ３は初期状態でオフ（ＯＦＦ）である。

ステップＳ１０１では第１フラグＦ１がオン（ＯＮ）か否かが判断され、オンでないとき（オフのとき）はステップＳ１０２に進み、オンのときはステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０２では第２フラグＦ２がオンか否かが判断され、オンでないときはステップＳ１０３に進み、オンのときはステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１０３では第３フラグＦ２がオンか否かが判断され、オンでないときはステップＳ１０４に進み、オンのときはステップＳ１１５に進む。

ステップＳ１０４では、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えている（Ｖ＞Ｖｕｐ）か否かが判断され、超えていればステップＳ１０５に進み、超えてなければ今回のルーチンが終了される。

ステップＳ１０５では、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えた状態が第１閾値時間Δｔｓ１の間継続したか否かが判断される。継続した場合はステップＳ１０６に進み、継続してない場合はルーチンが終了される。

ステップＳ１０６では、第１フラグＦ１がオンされる。次いでステップＳ１０７において、推定吸着量Ｗｅが減少され、これにより還元剤噴射量Ｍが増加される。こうしてルーチンが終了される。

ステップＳ１０８では、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えている（Ｖ＞Ｖｕｐ）か否かが判断され、超えていればステップＳ１０９に進み、超えてなければステップＳ１０８Ａに進む。

ステップＳ１０８Ａでは、第１フラグＦ１がオフされ、その後ルーチンが終了される。

ステップＳ１０９では、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えた状態が第２閾値時間Δｔｓ２の間継続したか否かが判断される。継続した場合はステップＳ１１０に進み、継続してない場合はルーチンが終了される。

ステップＳ１１０では、第２フラグＦ２がオンされると共に、第１フラグＦ１がオフされる。次いでステップＳ１１１において、推定吸着量Ｗｅが増加され、これにより還元剤噴射量Ｍが減少される。こうしてルーチンが終了される。

ステップＳ１１２では、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えている（Ｖ＞Ｖｕｐ）か否かが判断され、超えていればステップＳ１１３に進み、超えてなければステップＳ１１２Ａに進む。

ステップＳ１１２Ａでは、第２フラグＦ２がオフされ、その後ルーチンが終了される。

ステップＳ１１３では、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えた状態が第３閾値時間Δｔｓ３の間継続したか否かが判断される。継続した場合はステップＳ１１４に進み、継続してない場合はルーチンが終了される。

ステップＳ１１４では、第３フラグＦ３がオンされると共に、第２フラグＦ２がオフされる。次いでステップＳ１１５において、異常判定がなされる。こうしてルーチンが終了される。

この制御ルーチンを実行した場合、始めのうちは第１〜第３フラグＦ１〜Ｆ３がオフなので、ステップＳ１０４に進み、やがてステップＳ１０４，Ｓ１０５がイエスになると、ステップＳ１０６で第１フラグＦ１がオンされ、ステップＳ１０７で推定吸着量Ｗｅが減少され、還元剤噴射量Ｍが増加される。

以降の演算時期では、第１フラグＦ１がオンなので、ステップＳ１０１からステップＳ１０８に進み、前記同様、ステップＳ１０８，Ｓ１０９がイエスになるのを待つ。ステップＳ１０８，Ｓ１０９がイエスになった場合、ステップＳ１１０で第２フラグＦ２がオン、第１フラグＦ１がオフされ、ステップＳ１１１で推定吸着量Ｗｅが増加され、還元剤噴射量Ｍが減少される。

以降の演算時期では、第１フラグＦ１がオフ、第２フラグＦ２がオンなので、ステップＳ１０２からステップＳ１１２に進み、前記同様、ステップＳ１１２，Ｓ１１３がイエスになるのを待つ。ステップＳ１１２，Ｓ１１３がイエスになった場合、ステップＳ１１４で第３フラグＦ３がオン、第２フラグＦ２がオフされ、ステップＳ１１５で異常判定がなされる。

以降の演算時期では、第１および第２フラグＦ１，Ｆ２がオフ、第３フラグＦ３がオンなので、ステップＳ１０３からステップＳ１１５に進み、異常判定が継続される。

上記の説明で理解されるように、本実施形態のＥＣＵ１００は特許請求の範囲にいう推定部および制御部に相当する。

以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は他にも様々な実施形態が可能である。

（１）例えば、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えた状態が第１閾値時間Δｔｓ１の間継続した場合の推定吸着量Ｗｅの減少および増加（すなわち尿素水噴射量Ｍの増加および減少）の順番を逆にし、先に推定吸着量Ｗｅの増加（尿素水噴射量Ｍの減少）を行い、次に推定吸着量Ｗｅの減少（尿素水噴射量Ｍの増加）を行ってもよい。例えばアンモニアスリップを優先的に止めたい場合、この方法は効果的である。

（２）還元剤は、同等の機能を有するのであれば、尿素水以外のものであってもよい。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 内燃機関（エンジン）
４ 排気通路
２４ ＮＯｘ触媒
２５ 尿素インジェクタ
４８ 下流側ＮＯｘセンサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (3)

1. 排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記ＮＯｘ触媒の上流側の前記排気通路に設けられた還元剤噴射弁と、
   前記ＮＯｘ触媒の下流側の前記排気通路に設けられたＮＯｘセンサと、
   前記ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定する推定部と、
   前記ＮＯｘセンサの出力と、前記推定部によって推定されたアンモニア吸着量とに基づき、前記還元剤噴射弁から噴射される還元剤噴射量を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、推定アンモニア吸着量が所定の目標吸着量に近づくように還元剤噴射量を制御すると共に、前記ＮＯｘセンサの出力が所定の上限値を超えた状態が所定の閾値時間の間継続したとき、推定アンモニア吸着量を変更することにより還元剤噴射量を変更する
   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ＮＯｘセンサの出力が前記上限値を超えた状態が第１閾値時間の間継続したとき、推定アンモニア吸着量を減少することにより還元剤噴射量を増加させ、その後、前記ＮＯｘセンサの出力が前記上限値を超えた状態が第２閾値時間の間継続したとき、推定アンモニア吸着量を増加することにより還元剤噴射量を減少させる
   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、還元剤噴射量を減少させた後、前記ＮＯｘセンサの出力が前記上限値を超えた状態が第３閾値時間の間継続したとき、異常判定を行う
   請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images