JP2019073980A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】濃度センサの尿素濃度検出値が不正確な場合でも排気エミッションの悪化を抑制する。【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尿素水を噴射する噴射弁２５と、ＮＯｘ触媒の下流側に設けられ排気中のアンモニアを検出可能なガスセンサ４８と、尿素水の尿素濃度を検出する濃度センサ４９と、濃度センサの出力とガスセンサの出力との少なくとも一方に基づき、噴射弁から噴射される尿素水噴射量を補正する補正部１００とを備える。補正部は、濃度センサの出力とガスセンサの出力とがそれぞれ正常範囲内にあるか否かに応じて、補正方法を変更する。【選択図】図１

Description

本開示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弁から噴射され、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。

尿素水は尿素水タンクに貯留され、電動ポンプ等により噴射弁に供給される。制御部からの指示信号に基づき噴射弁が制御され、噴射弁から噴射される尿素水噴射量が制御される。尿素水の尿素濃度が濃度センサにより検出され、この尿素濃度検出値に基づき尿素水噴射量が補正される。

特開２００６−９６０６号公報 特開２０１４−１２９７４５号公報 特開２００５−１３３５４１号公報

ところで、濃度センサが正常であり、実際の尿素水濃度が正常であっても、使用環境等により、濃度センサの尿素濃度検出値が実際の尿素水濃度からずれて不正確となる場合がある。この不正確な尿素濃度検出値に基づいて通常と同じ方法で尿素水噴射量の補正を行えば、尿素水噴射量が不適切となり、排気エミッションが悪化する虞がある。

そこで、本開示は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、濃度センサの尿素濃度検出値が不正確な場合でも排気エミッションの悪化を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本開示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、尿素水を噴射する噴射弁と、
前記ＮＯｘ触媒の下流側の前記排気通路に設けられ、排気中のアンモニアを検出可能なガスセンサと、
前記尿素水の尿素濃度を検出する濃度センサと、
前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力との少なくとも一方に基づき、前記噴射弁から噴射される尿素水噴射量を補正する補正部と、
を備え、
前記補正部は、前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力とがそれぞれ正常範囲内にあるか否かに応じて、補正方法を変更する
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、前記補正部は、
前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力とがそれぞれ正常範囲内にあるか否かに応じて、第１補正方法と第２補正方法のいずれかを選択し、
前記濃度センサの出力が正常範囲内にあり、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるときには、前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力との両方に基づいて尿素水噴射量を補正する第１補正方法を選択し、
前記濃度センサの出力が正常範囲内になく、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるときには、前記濃度センサの出力に基づかず且つ前記ガスセンサの出力に基づいて尿素水噴射量を補正する第２補正方法を選択する。

好ましくは、前記補正部は、
前記濃度センサの出力が正常範囲内にあり前記ガスセンサの出力が正常範囲内にないとき、および、前記濃度センサの出力が正常範囲内になく前記ガスセンサの出力が正常範囲内にないとき、第１補正方法を選択する。

好ましくは、前記補正部は、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるか否かを、前記ＮＯｘ触媒の浄化率が正常範囲内にあるか否かにより判断する。

前記ガスセンサは、排気中のＮＯｘとアンモニアを検出可能なＮＯｘセンサであってもよい。

本開示によれば、濃度センサの尿素濃度検出値が不正確な場合でも排気エミッションの悪化を抑制できる。

内燃機関の構成を示す概略図である。 尿素水噴射量に対する各量の関係を示すグラフである。 選択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開示の実施形態を説明する。但し本開示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内に噴射する噴射弁としての尿素インジェクタ２５が設けられる。

尿素インジェクタ２５には、尿素水タンク２７に貯留された尿素水が電動ポンプ等により供給される。

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、回路要素（circuitry）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、ＥＣＵ１００に接続された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は排気中のＮＯｘとアンモニアの両方を検出可能である。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。

また、尿素水タンク２７内の底部には、尿素水の尿素濃度を検出するための濃度センサ４９が、尿素水に浸漬された状態で設けられている。濃度センサ４９は、尿素濃度に相関した出力を発する。本実施形態において濃度センサ４９は、超音波を利用して尿素濃度を検出する超音波方式のセンサである。なお濃度センサ４９の設置位置は変更可能である。

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、後述する基本噴射量ＭＡと第１補正量ＭＢと第２補正量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。

基本噴射量ＭＡは、シリンダ９から排出されＮＯｘ触媒２４に流入するＮＯｘを還元するのに必要な噴射量である。基本噴射量ＭＡは、ＮＯｘ触媒２４に流入するＮＯｘ量（流入ＮＯｘ量）に相応した量とされる。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量と基本噴射量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量に対応した基本噴射量ＭＡを算出する。

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。

ＮＯｘ触媒２４はアンモニア吸着能を有し、ＮＯｘ触媒２４のアンモニア吸着量を制御することも考えられる。この場合、アンモニア吸着量を目標吸着量に近づけるための噴射量を基本噴射量ＭＡに含めてもよい。

第１補正量ＭＢは、濃度センサ４９の出力である尿素濃度検出値Ｃに基づいて尿素水噴射量Ｍを補正（尿素濃度補正という）するための値である。尿素濃度の基準値である基準濃度Ｃｂ（例えば３２％）が予め設定され、ＥＣＵ１００に記憶されている。ＥＣＵ１００は、尿素濃度検出値Ｃと基準濃度Ｃｂの乖離度合いに応じて第１補正量ＭＢを決定する。

具体的にはＥＣＵ１００は、基準濃度Ｃｂと尿素濃度検出値Ｃの差すなわち濃度差ΔＣ＝Ｃｂ−Ｃを算出し、ΔＣ＝０のとき、ゼロの第１補正量ＭＢを算出する。ΔＣ＞０のとき、すなわち尿素濃度検出値Ｃが基準濃度Ｃｂより小さいとき、正の第１補正量ＭＢを算出し、ΔＣが大きい程、大きな値の第１補正量ＭＢを算出する。逆にΔＣ＜０のとき、すなわち尿素濃度検出値Ｃが基準濃度Ｃｂより大きいとき、負の第１補正量ＭＢを算出し、ΔＣが小さい程、小さな値の第１補正量ＭＢを算出する。これにより濃度差ΔＣが補償される。

第２補正量ＭＣは、下流側ＮＯｘセンサ４８の出力であるセンサ出力Ｖに基づいて尿素水噴射量Ｍを補正（センサ出力フィードバック（Ｆ／Ｂ）補正という）するための値である。ＮＯｘセンサ出力の上限値Ｖｕｐが予め設定され、ＥＣＵ１００に記憶されている。ＥＣＵ１００は、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐ以下のときには、許容範囲内であるとして、ゼロの第２補正量ＭＣを算出する。他方、センサ出力Ｖが上限値Ｖｕｐを超えたときには、許容範囲外であるとして、ゼロ以外の第２補正量ＭＣを算出する。

ＥＣＵ１００は、センサ出力Ｖと上限値Ｖｕｐの差分ΔＶ（＝Ｖ−Ｖｕｐ）を算出し、この差分ΔＶがゼロより大きいとき、差分ΔＶに応じた大きさの第２補正量ＭＣを算出する。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もしくはフィードバック補正されることとなる。なおフィードバック制御は周知のＰＩＤ制御等の手法に従って行うことが可能である。

このように本実施形態では、濃度センサ４９の出力である尿素濃度検出値Ｃと、下流側ＮＯｘセンサ４８の出力であるセンサ出力Ｖとの両方に基づいて尿素水噴射量Ｍが補正される。この補正方法を、通常行う基本の補正方法である第１補正方法という。

実際の尿素濃度が基準濃度Ｃｂからずれると、その影響が少なからずＮＯｘ触媒２４の下流側の排気ガスにも現れる。このため、尿素濃度検出値Ｃに基づく補正を行わず、センサ出力Ｖに基づく補正のみを行っても、ある程度適切に補正を行える。しかし、実際の尿素濃度のずれの影響が、センサ出力Ｖに基づく補正によって解消されるまでの間に、タイムラグが存在する。このため、タイムラグの間に排気ガスが悪化する可能性がある。本実施形態の第１補正方法では、尿素濃度検出値Ｃに基づく補正を実行するため、フィードフォワード的に尿素濃度のずれ分を補償できる。よってセンサ出力Ｖに基づく補正による解消を待たないで尿素水噴射量を適切に補正でき、尿素濃度のずれによる排気ガスの悪化を迅速に抑制することができる。

なお、第１補正量ＭＢおよび第２補正量ＭＣの値は所定時間毎に更新学習されるものであってもよい。この場合、第１補正量ＭＢおよび第２補正量ＭＣの値は、イグニッションスイッチがオンされる度に予め定められた初期値（例えばゼロ）にリセットされてもよい。あるいは、イグニッションスイッチがオンされた時に前回イグニッションスイッチがオフされた時の値に復帰されてもよい。

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２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。

このため本実施形態では、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スリップとアンモニアスリップのいずれが起こっているのかを判別している。

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が起こっていると判定する。

具体的にはＥＣＵ１００は、センサ出力Ｖと上限値Ｖｕｐの差分ΔＶ（＝Ｖ−Ｖｕｐ）がゼロより大きいとき、尿素水噴射量を強制的に増量する。このときにセンサ出力Ｖが減少した場合は、ＮＯｘスリップが起こっているとして、差分ΔＶの大きさに応じた正の第２補正量ＭＣを算出する。これにより尿素水噴射量Ｍが増量補正され、ＮＯｘスリップが抑制される。また逆に、センサ出力Ｖが増加した場合は、アンモニアスリップが起こっているとして、差分ΔＶの大きさに応じた負の第２補正量ＭＣを算出する。これにより尿素水噴射量Ｍが減量補正され、アンモニアスリップが抑制される。

なお、こうした判別は公知方法を含め他の方法で行ってもよい。かかる判別を行うことにより、下流側ＮＯｘセンサ４８を用いた場合でもＮＯｘスリップとアンモニアスリップの両方を好適に抑制できる。

ところで、濃度センサ４９が正常であり、実際の尿素水濃度が正常であっても、使用環境等により、濃度センサ４９の尿素濃度検出値が実際の尿素水濃度からずれて不正確となる場合がある。この不正確な尿素濃度検出値に基づいて通常と同じ方法で尿素水噴射量の補正を行えば、尿素水噴射量が不適切となり、排気エミッションが悪化する虞がある。

これを具体的に説明すると、例えば夏場の高温環境下等において、尿素水タンク２７内の尿素水に細かい気泡（マイクロバブル）が発生し、これが、濃度センサ４９の一対の電極間に位置し、濃度センサ４９の尿素濃度検出値が実際の（真の）尿素水濃度より小さくなる方向にずれることがある。この尿素濃度検出値に基づき尿素水噴射量Ｍが増量補正されると、ＮＯｘ触媒２４へのアンモニア供給量が過剰となり、アンモニアスリップが生じることがある。

そこで、本実施形態では、こうした排気エミッションの悪化を抑制するため、ＥＣＵ１００が、濃度センサ４９の出力と下流側ＮＯｘセンサ４８の出力とがそれぞれ所定の正常範囲内にあるか否かに応じて、補正方法を変更する。以下、その内容を詳述する。

前述したように、ＥＣＵ１００は、濃度センサ４９の出力である尿素濃度検出値Ｃと、下流側ＮＯｘセンサ４８の出力であるセンサ出力Ｖとの両方に基づいて尿素水噴射量Ｍを補正する第１補正方法を実行可能である。他方、これとは別に、ＥＣＵ１００は、尿素濃度検出値Ｃに基づかず且つセンサ出力Ｖに基づいて尿素水噴射量Ｍを補正する第２補正方法も実行可能である。

ＥＣＵ１００は、尿素濃度検出値Ｃとセンサ出力Ｖとがそれぞれ所定の正常範囲内にあるか否かに応じて、第１補正方法と第２補正方法のいずれかを選択し実行する。そして尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内にあり、センサ出力Ｖが正常範囲内にあるときには第１補正方法を選択し、尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内になく、センサ出力Ｖが正常範囲内にあるときには第２補正方法を選択する。

尿素濃度検出値Ｃが所定の正常範囲内にあるか否かは次の方法で決定される。前述したように、尿素濃度の基準値である基準濃度Ｃｂ（例えば３２％）が予め設定され、その±α（αは正の所定値）の範囲内が正常範囲とされる。つまりＣｂ−α以上かつＣｂ＋α以下の範囲が正常範囲である。ＥＣＵ１００は、尿素濃度検出値Ｃがその正常範囲内にある場合に尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内にあると判定し、そうでない場合に尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内にないと判定する。

また、センサ出力Ｖが所定の正常範囲内にあるか否かは次の方法で決定される。本実施形態では、センサ出力Ｖに基づき、ＮＯｘ触媒２４の浄化率Ｒが算出され、この浄化率Ｒが正常範囲内にあるか否かにより、センサ出力Ｖが所定の正常範囲内にあるか否かが判断される。

浄化率Ｒが悪化すると排気エミッション（ＮＯｘスリップおよびアンモニアスリップを含む）が悪化し、排気エミッションが悪化するとセンサ出力Ｖが大きくなる。よって浄化率Ｒとセンサ出力Ｖには相関関係がある。本実施形態ではこの特性を利用して、浄化率Ｒに基づき、センサ出力Ｖが正常範囲内にあるか否かを好適に決定できる。

浄化率Ｒは次の方法でＥＣＵ１００により計算される。単位時間、具体的には演算周期τ（例えば１０ｍｓｅｃ）当たりの流入ＮＯｘ量ｄＮｉｎが、上流側ＮＯｘセンサ４７のセンサ出力Ｖｉｎと排気ガス流量に基づき計算される。また、演算周期τ当たりの流出ＮＯｘ量ｄＮｏｕｔが、下流側ＮＯｘセンサ４８のセンサ出力Ｖと排気ガス流量に基づき計算される。ｄＮｉｎおよびｄＮｏｕｔが演算周期τ毎に積算され、積算値ΣｄＮｉｎおよびΣｄＮｏｕｔが求められる。そして式：Ｒ＝１−ΣｄＮｏｕｔ／ΣｄＮｉｎにより浄化率Ｒが計算される。

なお、浄化率Ｒは、ＮＯｘスリップが起こっている場合には通常通りＮＯｘ浄化率を意味するが、アンモニアスリップが起こっている場合にはアンモニアスリップの大きさを表す指標値となる。いずれにしても、排気エミッションが悪化すれば浄化率Ｒは減少するから、上記の方法で浄化率Ｒを算出して差し支えない。

浄化率Ｒの下限値Ｒｄが予め設定され、ＥＣＵ１００に記憶されている。ＥＣＵ１００は、浄化率Ｒが下限値Ｒｄ以上の場合にセンサ出力Ｖが正常範囲内にあると判定し、そうでない場合にセンサ出力Ｖが正常範囲内にないと判定する。

以下、各パターンについて詳述する。まずＥＣＵ１００は、尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内にあり、センサ出力Ｖも正常範囲内にあるとき（第１パターンという）には、通常通り、第１補正方法を選択する。この場合、尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内にあるため、尿素水中の気泡による尿素濃度検出値Ｃのずれは生じていないと考えられる。よってこの場合には通常通り第１補正量ＭＢを算出し、これに基づく尿素濃度補正を行う。他方、適正な尿素濃度検出値Ｃに基づき適正な尿素濃度補正が行われたので、センサ出力Ｖも正常範囲内にあると考えられる。よってこの場合には通常通り第２補正量ＭＣを算出し、これに基づくセンサ出力フィードバック（Ｆ／Ｂ）補正を行う。

次にＥＣＵ１００は、尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内にあり、センサ出力Ｖが正常範囲内にないとき（第２パターンという）にも、通常通り、第１補正方法を選択する。この場合、尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内にあるため、尿素水中の気泡による尿素濃度検出値Ｃのずれは生じていないと考えられる。よってこの場合には通常通り第１補正量ＭＢを算出し、これに基づく尿素濃度補正を行う。

他方、センサ出力Ｖが正常範囲内にないので、他の要因、例えばＮＯｘ触媒２４の故障、噴射弁２５の故障、その他の部品の故障等により、排気エミッションが悪化し、センサ出力Ｖが大きくなっているものと考えられる。よってこの場合には、補正方法としては通常通り第１補正方法を選択する一方で、ＥＣＵ１００の別の機能である診断機能により当該故障を検出し、故障時の制御モードに移行したり、チェックランプを点灯して修理を促したりする。これにより、補正方法を通常方法から変更せずに済み、制御の簡略化を図れる。

次にＥＣＵ１００は、尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内になく、センサ出力Ｖが正常範囲内にあるとき（第３パターンという）、通常とは異なる第２補正方法を選択する。この場合、尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内にないため、尿素水中の気泡による尿素濃度検出値Ｃのずれが生じているものと考えられる。よってこの場合には、尿素濃度検出値Ｃに基づく尿素濃度補正を行わない。これにより、ずれた尿素濃度検出値Ｃに基づき過剰な尿素濃度補正を行うことが禁止され、アンモニアスリップを効果的に抑制することができる。

他方、通常の第１補正方法の実行中に、尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内にないのにセンサ出力Ｖが正常範囲内にあるというのは、異常な事態である。なぜなら尿素濃度補正量（第１補正量ＭＢ）が異常なのにセンサ出力Ｖは正常を示しているからである。従ってこの場合には、補正方法を第２補正方法に変更し、尿素濃度補正を禁止し、センサ出力Ｆ／Ｂ補正のみを行う。センサ出力Ｆ／Ｂ補正によっても、タイムラグはあるものの、尿素濃度のずれをある程度補償できるため、第２補正方法に変更することにより、ずれた尿素濃度検出値Ｃの影響を受けることなく、好適に補正を続行することができる。

このように、濃度センサ４９の尿素濃度検出値が不正確な場合でも排気エミッションの悪化を抑制することができる。そして排気エミッションの悪化を抑制しつつ、尿素水噴射量の補正を好適に続行することができる。

次にＥＣＵ１００は、尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内になく、センサ出力Ｖも正常範囲内にないとき（第４パターンという）、通常通り、第１補正方法を選択する。この場合には、両者が正常範囲内にないため辻褄が合う。すなわち、通常の第１補正方法の実行中に、尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内にないため、尿素濃度補正量が異常であり、これを反映してセンサ出力Ｖも異常となっている。よってこの場合には、補正方法を変更せず、第１補正方法を継続する。

第１補正方法を継続すると、センサ出力Ｆ／Ｂ補正が大きく働き、やがて浄化率Ｒが上昇し、センサ出力Ｖが正常範囲内に入ってくる可能性がある。こうなると第３パターンに移行するので、第１補正方法を継続しても問題ない。むしろ補正方法を通常方法から変更せずに済むので、制御の簡略化を図れる。

以上の補正方法の選択を実行する選択ルーチンを図３に基づいて説明する。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。

まずステップＳ１０１では、濃度センサ４９の尿素濃度検出値Ｃ、上流側ＮＯｘセンサ４７のセンサ出力Ｖｉｎ、および下流側ＮＯｘセンサ４８のセンサ出力Ｖの値が取得される。

次いでステップＳ１０２では、センサ出力Ｖｉｎ、Ｖに基づき浄化率Ｒが計算される。

ステップＳ１０３では、尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内にあるか否かが判断される。

正常範囲内にあると判断された場合、ステップＳ１０４に進んで第１補正方法が選択され、ルーチンが終了される。この場合、第１補正方法に従って尿素水噴射量の補正が実行される。また尿素濃度検出値Ｃが正常範囲内にある場合、センサ出力Ｖが正常範囲内にある第１パターンの場合であっても、センサ出力Ｖが正常範囲内にない第２パターンの場合であっても、第１補正方法が選択される。

他方、ステップＳ１０３で正常範囲内にないと判断された場合、ステップＳ１０５に進んで、浄化率Ｒに基づき、センサ出力Ｖが正常範囲内にあるか否かが判断される。

正常範囲内にあると判断された場合（第３パターンの場合）、ステップＳ１０６に進んで第２補正方法が選択され、ルーチンが終了される。この場合、第２補正方法に従って尿素水噴射量の補正が実行される。

他方、正常範囲内にないと判断された場合（第４パターンの場合）、ステップＳ１０４に進んで第１補正方法が選択され、ルーチンが終了される。この場合、第１補正方法に従って尿素水噴射量の補正が実行される。

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補正部に相当する。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示は他にも様々な実施形態が可能である。

（１）上記実施形態では、ＮＯｘ触媒の下流側の排気中のアンモニアを検出可能なガスセンサとして、排気中のＮＯｘとアンモニアの両方を検出可能な下流側ＮＯｘセンサ４８を用いた。しかしながら、ガスセンサはアンモニアを検出可能であれば他のセンサであってもよく、アンモニアをＮＯｘと区別して検出可能なアンモニアセンサであってもよい。

（２）濃度センサ４９は、尿素水タンク２７以外の場所に設置されてもよく、他の尿素水貯留箇所に設置されてもよい。

（３）上記実施形態では、ＮＯｘ触媒２４の浄化率Ｒが正常範囲内にあるか否かにより、下流側ＮＯｘセンサ４８のセンサ出力Ｖが正常範囲内にあるか否かを判断した。しかしながら、他の方法を採用してもよく、例えば下流側ＮＯｘセンサ４８のセンサ出力Ｖをそれ自体の正常範囲と直接比較して、センサ出力Ｖが正常範囲内にあるか否かを判断してもよい。

（４）上記実施形態では、濃度センサ４９の尿素濃度検出値が実際の尿素水濃度より小さくなる方向にずれてアンモニアスリップが生じる場合を主に説明した。しかしながら本開示は、逆の場合、すなわち濃度センサ４９の尿素濃度検出値が実際の尿素水濃度より大きくなる方向にずれてＮＯｘスリップが生じる場合にも同様に有効である。

本開示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開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示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
４９ 濃度センサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (5)

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、尿素水を噴射する噴射弁と、
   前記ＮＯｘ触媒の下流側の前記排気通路に設けられ、排気中のアンモニアを検出可能なガスセンサと、
   前記尿素水の尿素濃度を検出する濃度センサと、
   前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力との少なくとも一方に基づき、前記噴射弁から噴射される尿素水噴射量を補正する補正部と、
   を備え、
   前記補正部は、前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力とがそれぞれ正常範囲内にあるか否かに応じて、補正方法を変更する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記補正部は、
   前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力とがそれぞれ正常範囲内にあるか否かに応じて、第１補正方法と第２補正方法のいずれかを選択し、
   前記濃度センサの出力が正常範囲内にあり、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるときには、前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力との両方に基づいて尿素水噴射量を補正する第１補正方法を選択し、
   前記濃度センサの出力が正常範囲内になく、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるときには、前記濃度センサの出力に基づかず且つ前記ガスセンサの出力に基づいて尿素水噴射量を補正する第２補正方法を選択する
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記補正部は、
   前記濃度センサの出力が正常範囲内にあり前記ガスセンサの出力が正常範囲内にないとき、および、前記濃度センサの出力が正常範囲内になく前記ガスセンサの出力が正常範囲内にないとき、第１補正方法を選択する
   請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記補正部は、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるか否かを、前記ＮＯｘ触媒の浄化率が正常範囲内にあるか否かにより判断する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記ガスセンサは、排気中のＮＯｘとアンモニアを検出可能なＮＯｘセンサである
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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