JP2019190360A

JP2019190360A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2019190360A
Application number: JP2018083345A
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Inventors: 厚平森; Kohei Mori
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2018-04-24
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Abstract

【課題】選択還元型触媒の異常診断後、選択還元型触媒のＮＨ３吸着量を早期に低下させる。【解決手段】本発明は、内燃機関の排気浄化装置であって、選択還元型触媒と、尿素水供給装置と、制御装置とを備える。制御装置は、目標供給量より多い供給量である異常診断時供給量の尿素水を選択還元型触媒に供給したときに、選択還元型触媒の下流側に排出されるアンモニアの量に応じて、選択還元型触媒の異常の有無を診断する。また、制御装置は、選択還元型触媒の異常診断の後、所定の条件が満たされる場合に、尿素水の供給量を減量する制御を行う。ここで所定の条件は、選択還元型触媒に吸着されているアンモニアの推定量が基準吸着量より多いこと、かつ、単位あたりの窒素酸化物の浄化に必要とされる尿素水の量が、基準尿素水量より少ないことである。【選択図】図８

Description

本発明は、アンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元する選択還元型触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。

排気中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」とも記載する）を浄化するため、排気通路に配置された選択還元型触媒を備える内燃機関の排気浄化装置が知られている。この排気浄化装置は、例えば尿素水等の還元剤を排気通路に添加する添加装置を備え、添加された還元剤に由来するアンモニア（以下「ＮＨ_３」とも記載する）を還元剤として、ＮＯｘを還元処理する。

また、排気浄化装置には、選択還元型触媒の異常診断を行う機能を有するものがある。例えば、特開２００４−１７６７１９号公報には、排気中のＮＯｘを還元剤により浄化する選択還元型触媒を有する排気ガス後処理システムにおいて、システムの欠陥の有無を診断する制御が記載されている。具体的に、この欠陥診断の制御では、供給する還元剤の量を変更し、排気系統に配置されたセンサの信号が還元剤の供給量の変更に相応する変化を示すかが検査される。その結果、センサの信号が所期の変化をしない場合、排気ガス後処理システムに欠陥が存在すると診断される。

特開２００４−１７６７１９号公報

選択還元型触媒の異常を診断するため、触媒に供給する還元剤の量を増量して、触媒の下流に所定より多くのＮＨ_３が流出した場合に、触媒の異常を診断する方法が知られている。このように、触媒の異常の診断のため、供給する還元剤の量を増量する場合、異常診断の制御の後、一時的に触媒に吸着されるＮＨ_３の量が増加する。触媒のＮＨ_３吸着量が閾値を超えた状態で、次回の異常診断のため多量の還元剤供給が実行されると、触媒でのＮＨ_３の吸着が飽和する。その結果、触媒の正常及び異常に関わらず、触媒下流にＮＨ_３が流出することとなる。

従って、触媒下流のＮＨ_３の流出量に基づいて触媒の異常を診断する制御により、正しく触媒の異常を検出するためには、ＮＨ_３吸着量が閾値未満となるまで待機する必要がある。

しかし、例えばＮＯｘ排出量が低い運転条件が連続するような場合、触媒に吸着したＮＨ_３の消費は遅く、触媒のＮＨ_３吸着量を閾値未満に低下させるまでには、相当の時間を要する。このため、触媒の異常診断の機会を十分に確保することができないこととなる。

本発明は、以上の課題を解決することを目的として、選択還元型触媒の異常診断後、選択還元型触媒のＮＨ_３吸着量を早期に低下させることで、次回、異常診断の機会を早期に確保できるように改良した内燃機関の排気浄化装置を提供するものである。

本発明は、内燃機関の排気浄化装置であって、選択還元型触媒と、尿素水供給装置と、制御装置とを備える。選択還元型触媒は、内燃機関の排気通路に配置され、アンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元する。尿素水供給装置は、選択還元型触媒より上流側に設置され、排気通路に尿素水を供給する。

制御装置は、目標供給量の尿素水が選択還元型触媒に供給されるように、尿素水供給装置を制御する。ここでの目標供給量は選択還元型触媒に流入する窒素酸化物の濃度に応じたものである。

制御装置は、更に、選択還元型触媒の異常の有無を診断する制御を行う機能を有する。この制御において、制御装置は、目標供給量より多い供給量である異常診断時供給量の尿素水が、選択還元型触媒に供給されるように、尿素水供給装置を制御する。制御装置は、異常診断時供給量の尿素水が供給されている間に、選択還元型触媒の下流側に排出されるアンモニアの量に応じて、選択還元型触媒の異常の有無を診断する。

制御装置は、更に、選択還元型触媒の異常の有無を診断する制御を行った後、尿素水の供給量を減量する制御を行う機能を有する。この制御は、選択還元型触媒の異常の有無の診断後、所定の条件が満たされる場合に実行される。この制御において、制御装置は、尿素水の供給量が、目標供給量より少なくなるように、尿素水供給装置を制御する。所定の条件は、選択還元型触媒に吸着されているアンモニアの推定量が基準吸着量より多いこと、かつ、単位あたりの窒素酸化物の浄化に必要とされる尿素水の量が、基準尿素水量より少ないことである。

選択還元型触媒の異常の有無の診断時には、尿素水の供給量が増量されるため、一時的に選択還元型触媒のアンモニア吸着量が増加する。選択還元型触媒の異常の有無は、触媒の下流に流出するアンモニア量に応じて診断されるので、この異常診断を正しく行うためには、選択還元型触媒のアンモニア吸着量をある程度低下させる必要がある。本実施の形態では、選択還元型触媒の異常診断後に、尿素水の供給量を減量するように構成されている。従って、早期に選択還元型触媒のアンモニア吸着量を通常時の吸着量にまで低下させることができ、より早い段階で、次回の異常診断を実行可能な状態とすることができる。従って、選択還元型触媒の異常診断の実行機会をより多く確保することができる。

本発明の実施の形態の排気浄化システムの全体構成を模式的に示す図である。浄化性能に異常のある選択還元型触媒における触媒床温とＮＨ_３吸着量との関係を示す図である。正常な浄化性能を有する選択還元型触媒における触媒床温とＮＨ_３吸着量との関係を示す図である。本発明の実施の形態のＮＨ_３吸着量を算出する機能について説明するためのブロック図である。本発明の実施の形態の選択還元型触媒の異常診断の制御について説明するためのタイミングチャートである。本発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。本発明の実施の形態におけるＳＣＲ床温と、排気ガス流量と、ＮＨ_３吸着量と、要求当量比との関係について説明するための図である。本発明の実施恩形態における尿素水供給量の減量制御について説明するためのタイミングチャートである。本発明の実施の形態において制御装置が実行する制御ルーチンについて説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態．
１．システム全体構成について
図１は、本発明の実施の形態の排気浄化装置及びその周辺機器を含むシステム全体の構成を模式的に示す図である。図１のシステムは、圧縮自着火式の内燃機関（以下「エンジン」と称する）２を有する。図１には、４つの気筒が図示されているが、気筒の数及びその配列に限定はない。エンジン２の排気通路４のターボチャージャの下流には、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）１０及びＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１２が配置されている。

ＤＯＣ１０には、排気中の未燃焼ガスであるＨＣ等を酸化処理する触媒が担持されている。ＤＰＦ１２は、排気中のＰＭ（微粒子成分）を捕集する部材であって、例えば多孔質セラミックで構成されている。ＤＰＦ１２には、ＰＭの酸化を促進するための触媒が担持されている。排気通路４のＤＯＣ１０の上流には、ＤＯＣ１０やＤＰＦ１２に燃料を供給するための燃料添加弁１４が設置されている。

排気通路４のＤＰＦ１２より下流には、選択還元型触媒であるＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒２０が設置されている。ＤＰＦ１２の下流側、かつ、ＳＣＲ触媒２０の上流側の排気通路４には、尿素水供給装置である尿素添加弁２２が設置されている。尿素添加弁２２は図示しない尿素水タンクに接続されている。尿素添加弁２２から排気通路４に噴射された尿素水は、加水分解されてアンモニア（以下「ＮＨ_３」と称する）となり、ＳＣＲ触媒２０に供給される。ＳＣＲ触媒２０は、供給された尿素水由来のＮＨ_３を還元剤として、排気中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と称する）を還元する。

排気浄化装置は、更に、制御装置３０を有している。制御装置３０には、排気温度センサ３２、ＮＯｘセンサ３４、ＮＨ_３センサ３６の他、エンジン２が有する各種のセンサが電気的に接続されている。制御装置３０には、その動作を制御するための複数のアクチュエータが接続されている。

このアクチュエータには、少なくとも、尿素添加弁２２が含まれている。制御装置３０は、設定される尿素水の供給量に応じて、尿素添加弁２２の操作量を算出し、尿素添加弁２２に制御信号を出力することで、尿素添加弁２２を操作して、尿素水の供給量を制御する。

制御装置３０は、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御装置３０では、メモリ記憶されているプログラムがロードされて、プロセッサで実行されることで、制御に係る様々な機能が実現される。制御装置３０には各種のセンサから様々な情報が入力される。制御装置３０は、これらの情報に基づいて、各アクチュエータの操作量を決定する。なお、制御装置３０は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。

２．ＳＣＲ触媒の異常診断について
（１）ＳＣＲ触媒の異常診断の概念
制御装置３０が有する機能の１つに、ＳＣＲ触媒２０の異常の有無を自己診断するＯＢＤ（On-board diagnostics）機能がある。以下、制御装置３０によるＳＣＲ触媒２０の異常診断の制御について説明する。図２は、異常劣化触媒のＳＣＲ床温とＮＨ_３吸着量との関係を示す図であり、図３は正常触媒のＳＣＲ床温とＮＨ_３吸着量との関係を示す図である。「異常劣化触媒」とは、浄化性能に異常有りと診断されるほどに劣化したＳＣＲ触媒を意味し、「正常触媒」とは、正常な浄化性能を有するＳＣＲ触媒を意味するものとする。また、「ＳＣＲ床温」はＳＣＲ触媒２０の床温を意味する。

図２において曲線ａは異常劣化触媒の吸着可能なＮＨ_３吸着量の上限値である最大吸着量を示し、図３において曲線ｂは正常触媒の吸着可能なＮＨ_３の上限値である最大吸着量を表している。つまり、異常劣化触媒においては曲線ａを超える場合、又は、正常触媒においては曲線ｂを超える場合に、ＮＨ_３がＳＣＲ触媒２０から脱離するＮＨ_３スリップが起こると考えられる。

制御装置３０は、ＳＣＲ２０の異常診断に際し、多量のＮＨ_３を供給する「アクティブ添加」を実行する。そして、尿素水のアクティブ添加によって、ＮＨ_３スリップが発生するか否かに基づいて、ＳＣＲ２０の異常の有無を診断する。ここで、アクティブ添加におけるＮＨ_３の供給量を供給量Ａとする。

ＳＣＲ２０が正常触媒である場合、図３に示されるように、最大吸着量（曲線ｂ参照）が大きいため、現在のＮＨ_３吸着量Ｄと最大吸着量との差も大きい。従って、供給量ＡのＮＨ_３が供給された場合であっても、最大吸着量を超えることはなく、ＮＨ_３スリップは発生しない。

一方、ＳＣＲ２０が異常劣化触媒である場合、図２に示されるように、最大吸着量（曲線ａ参照）が小さいため、現在のＮＨ_３吸着量Ｃと最大吸着量との差も小さい。従って、少量のＮＨ_３を供給しただけでもＮＨ_３スリップが起きる状態にある。アクティブ添加によって、供給量ＡのＮＨ_３が供給されると、異常劣化触媒のＮＨ_３吸着量は直ぐに最大吸着量に達し、ＮＨ_３スリップが発生する。このように、アクティブ添加の結果、ＮＨ_３スリップが発生するか否かに基づいて、ＳＣＲ触媒２０の異常の有無が診断される。

なお、ＮＨ_３スリップが発生すると、ＳＣＲ触媒２０の下流側にＮＨ_３が流出することになる。従って、ＮＨ_３スリップの発生の有無は、ＳＣＲ触媒２０の下流側に排出される排気のＮＨ_３濃度が閾値より高いか否かに基づいて判定することができる。ＳＣＲ触媒２０の下流側のＮＨ_３濃度は、ＮＨ_３センサ３６の出力に基づいて検出される。

（２）アクティブ添加の実行条件
図２において、ＳＣＲ触媒２０が異常劣化触媒である場合に、ＮＨ_３スリップが確実に発生するＮＨ_３の吸着上限を破線ａ１で示す。破線ａ１で示した吸着上限は、異常劣化触媒における最大吸着量（曲線ａ）に対して、ばらつき等を考慮したマージンを加算した値である。アクティブ添加における供給量である異常診断時供給量Ａは、現在のＮＨ_３吸着量Ｃと吸着上限（破線ａ１）との差分よりも確実に大きくなる値に設定されている。これにより、ＳＣＲ触媒２０が異常劣化触媒である場合、アクティブ添加によって確実にＮＨ_３スリップを起こし、触媒異常有りの判定がされるようになっている。

図３において、ＳＣＲ触媒２０が正常触媒である場合でもＮＨ_３スリップが発生し得るＮＨ_３の吸着下限を破線ｂ１で示す。破線ｂ１で示した吸着下限は、正常触媒における最大吸着量（曲線ｂ）に対して、ばらつきを考慮したマージンを減算した値である。図３に示す吸着下限は、正常触媒においてＮＨ_３スリップが発生し得る下限値であり、逆に、正常触媒であれば、この吸着下限を超えなければＮＨ_３スリップが発生しないと言える。

ここで、現在のＳＣＲ床温Ｔ１におけるＮＨ_３吸着量と吸着下限（破線ｂ１）との差分である限界供給量Ｂは、ＳＣＲ触媒２０が正常触媒であれば、アクティブ添加によってもＮＨ_３スリップが発生せず、「正常触媒」の判定が得られる量の上限値であることを意味する。従って、本実施の形態の異常診断の制御では、異常診断時供給量Ａ＜限界供給量Ｂであることを、アクティブ添加条件とする。これにより、ＳＣＲ触媒２０が正常である場合に、「異常」と判定される誤判定を避けることができる。

（３）ＳＣＲ触媒２０のＮＨ_３吸着量の推定
ところで、上述したアクティブ添加の条件成立の判断等のためには、ＳＣＲ触媒２０のＮＨ_３吸着量を把握する必要がある。本実施の形態において、制御装置３０は、ＳＣＲ触媒２０のＮＨ_３吸着量を算出するための機能を有する。

図４は、制御装置３０が有するＮＨ_３吸着量を算出する機能を示すブロック図である。図４には、制御装置３０が有する機能のうち、ＮＨ_３吸着量の算出に係る機能が抽出されてブロックで表現されている。図４では、機能ごとに演算ユニット４１、４２、４３、４４が割り当てられている。但し、演算ユニット４１〜４４は、ハードウェアとして存在するものではなく、メモリに記憶されたプログラムが実行されたときに、仮想的に実現される。

演算ユニット４１では、供給ＮＨ_３量が算出される。供給ＮＨ_３量は、尿素添加弁２２からの尿素水の供給量に基づいて算出される。

演算ユニット４２では、消費ＮＨ_３量が算出される。ＮＨ_３消費量は、ＳＣＲ触媒２０のＮＯｘ浄化率と、流入するＮＯｘ量とから算出される。ここで、ＮＯｘ浄化率は、空気量（即ち、ＳＣＲ触媒２０に流入する排気流量）と、ＳＣＲ床温と、ＳＣＲ触媒２０でのＮＨ_３吸着量と相関を有する。具体的な相関関係は、予め実験等により求めることができる。本実施の形態では、この相関関係に基づいて空気量、ＳＣＲ床温、及び、ＮＨ_３吸着量を引数とするマップを作成し、予め制御装置３０に記憶しておく。演算ユニット４２には、後述するＳＣＲ触媒２０のＮＨ_３吸着量と、ＳＣＲ触媒２０の入口のＮＯｘ濃度と、ＳＣＲ触媒２０に流入する空気量と、ＳＣＲ床温とが入力される。演算ユニット４２は、入力された空気量、ＳＣＲ床温、ＮＨ_３吸着量に応じて、ＮＯｘ浄化率のマップに従って、ＮＯｘ浄化率を算出する。更に、算出されたＮＯｘ浄化率と、ＳＣＲ触媒２０に流入するＮＯｘ量とに応じて、消費ＮＨ_３量が算出される。

なお、ＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒２０が正常であるか異常劣化しているかによって、大きく異なる。従って、ＳＣＲ触媒２０が正常触媒である場合と異常劣化触媒である場合との両方を想定し、正常触媒及び異常劣化触媒のそれぞれの特性に応じて、ＮＯｘ浄化率のマップを個別に準備しておく。演算ユニット４２は、それぞれのマップを用いて、ＳＣＲ触媒２０が正常であると想定した場合の消費ＮＨ_３量と、異常劣化していると想定した場合の消費ＮＨ_３量とをそれぞれ算出する。

演算ユニット４３では、脱離ＮＨ_３量が算出される。脱離ＮＨ_３量は、空気量と脱離ＮＨ_３濃度から算出される。ここで、脱離ＮＨ_３濃度と、ＳＣＲ床温と、ＮＨ_３吸着量とは相関を有し、ＮＨ_３吸着量が同一であれば、ＳＣＲ床温が高いほど脱離ＮＨ_３量も多くなり、ＳＣＲ床温が同一であれば、ＮＨ_３吸着量が多いほど脱離ＮＨ_３量も多くなる。具体的な相関関係は、予め実験等により求めることができる。本実施の形態では、この相関関係に基づいて、ＳＣＲ床温、及び、ＮＨ_３吸着量を引数とする脱離ＮＨ_３濃度のマップを作成し、予め制御装置３０に記憶しておく。演算ユニット４３には、空気量とＳＣＲ床温と、後述するＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量が入力される。演算ユニット４３は、ＳＣＲ床温とＮＨ_３吸着量とに応じて、脱離ＮＨ_３濃度のマップに従って、脱離ＮＨ_３濃度を算出する。更に、演算ユニット４３は、算出された脱離ＮＨ_３濃度に、空気量を乗算することで、脱離ＮＨ_３量を算出する。

ところで脱離ＮＨ_３濃度は、ＳＣＲ触媒２０が正常であるか異常劣化しているかによって大きく異なる。従って、ＳＣＲ触媒２０が正常触媒である場合と異常劣化触媒である場合との両方を想定して、正常触媒及び異常劣化触媒のそれぞれの特性に応じて、脱離ＮＨ_３濃度のマップを個別に準備しておく。演算ユニット４３は、それぞれのマップを用いて、ＳＣＲ触媒２０が正常であると想定した場合の脱離ＮＨ_３濃度と、異常劣化していると想定した場合の脱離ＮＨ_３濃度とをそれぞれ算出する。

演算ユニット４４では、ＮＨ_３吸着量が算出される。具体的に、演算ユニット４４には、供給ＮＨ_３量と、演算ユニット４２で算出された消費ＮＨ_３量と、演算ユニット４３で算出された脱離ＮＨ_３量が入力される。演算ユニット４４は、入力された供給ＮＨ_３量、消費ＮＨ_３量、及び脱離ＮＨ_３量に応じて、数式１に従って、ＮＨ_３吸着量を算出する。

演算ユニット４４で算出されたＮＨ_３吸着量は、ＮＨ_３吸着量の推定値として出力されると共に、メモリに記憶され、更に、演算ユニット４２及び４３にそれぞれ入力され、演算ユニット４２及び４３における演算に用いられる。

（４）異常診断の制御について
図５は、制御装置３０による異常診断の制御のタイミングチャートである。図５に示す例では、アクティブ添加条件が成立し、アクティブ添加フラグがＯＮとされると、アクティブ添加が実行される。

ＳＣＲ触媒２０が正常であると想定した場合の、アクティブ添加時に推定されるＮＨ_３スリップ濃度の上限値は、図５の破線Ａで示される。この値は、正常触媒の場合のＮＨ_３吸着量の推定値とアクティブ添加時のＮＨ_３の異常診断時供給量Ａとから、正常時の吸着下限（図３の破線ｂ１）を減じた値に応じた値である。一方、ＳＣＲ触媒２０が異常劣化していると想定した場合の、アクティブ添加時に想定されるＮＨ_３スリップ濃度の下限値は、実線Ｂで示される。この値は、異常劣化触媒の場合のＮＨ_３吸着量の推定値と異常診断時供給量Ａから、異常劣化時の吸着上限（図２の破線ａ１）を減じた値に応じた値である。

上述したように、異常診断時供給量Ａ＜限界供給量Ｂであることがアクティブ添加の条件となるので、ＳＣＲ触媒２０が正常である場合の推定ＮＨ_３スリップ濃度（破線Ａ）の上限値は、ゼロ付近に安定した値である。一方、ＳＣＲ触媒２０が異常劣化していると想定した場合の推定ＮＨ_３スリップ濃度の下限値（実線Ｂ）は、アクティブ添加によって大幅に増加している。本実施の形態では、この推定ＮＨ_３スリップ濃度の下限値（実線Ｂ）を閾値として、実際にＳＣＲ触媒２０の下流側に排出されるＮＨ_３濃度が下限値を超えた場合に、ＳＣＲ触媒２０は異常有りと診断される。

図５には、ＳＣＲ触媒２０が異常劣化している場合の例が示されている。従って、実際のＳＣＲ触媒２０の下流側のＮＨ_３濃度の実測値である実ＮＨ_３濃度も、アクティブ添加と共に大きく増加している。この値は、上述した推定ＮＨ_３スリップ濃度の下限値（実線Ｂ）である閾値を大きく上回っており、図５の例では、ＳＣＲ触媒２０は異常有りと診断される。

図６は、制御装置３０が実行する具体的な制御のルーチンを示すフローチャートである。図６のルーチンでは、まず、ステップＳ１２において、ＳＣＲ触媒２０の現在のＮＨ_３吸着量が算出される。ここでは、上述したようにＳＣＲ触媒２０が正常であると想定した場合と異常劣化していると想定した場合とのそれぞれの場合におけるＮＨ_３吸着量が算出される。

次に、ステップＳ１４において、アクティブ添加の実施条件が成立しているか否かが判別される。上述したように、アクティブ添加の実施条件は、アクティブ添加時の供給量である異常診断時供給量Ａより、限界供給量Ｂが大きいことである。

ステップＳ１４において、アクティブ添加の実施条件が成立していないと判別された場合、今回の処理はこのまま終了する。

一方、ステップＳ１４において、アクティブ添加の実施条件が成立していると判別された場合、次に、ステップＳ１６においてアクティブ添加が実行される。即ち、ＳＣＲ触媒２０に異常診断時供給量ＡのＮＨ_３が供給されるように、尿素添加弁２２から、異常診断時供給量Ａに応じた量の尿素水が供給される。

次にステップＳ１８に進み、ＳＣＲ触媒２０の異常の有無が診断される。即ち、アクティブ添加実行後、ＳＣＲ触媒２０の下流側のＮＨ_３濃度が取得され、取得されたＮＨ_３濃度が閾値より大きいか否かに基づいて、異常劣化の有無の判定が行われる。その後、今回の処理は一旦終了する。

３．尿素水供給量の減量制御について
（１）尿素水供給量の減量制御の概要
制御装置３０が有する機能の１つに、ＳＣＲ触媒２０の異常の有無の診断後に、ＮＨ_３を減量する機能がある。以下、制御装置３０のこの機能による、尿素水供給量の減量制御について説明する。

上記の触媒の異常劣化の診断制御では、アクティブ添加が実行されるため、一時的に、ＳＣＲ触媒２０に吸着するＮＨ_３量が増加する。上述した通り、異常診断の制御を実行するためには、異常診断時供給量Ａ＜限界供給量Ｂが成立する必要がある。ここで限界供給量Ｂは、ＮＨ_３スリップが発生するＮＨ_３の吸着下限（破線ａ１）から、ＳＣＲ触媒２０が正常であると想定した場合のＮＨ_３吸着量の推定値を減じた値である。従って、アクティブ添加の実行条件を早期に成立させるためには、ＳＣＲ触媒２０に吸着するＮＨ_３を早期に減量する必要がある。

そのため本実施の形態では、制御装置３０は、アクティブ添加実行後、尿素水の添加量を一時的に減量する。但し、アクティブ添加実行後もＮＨ_３吸着量が少ない場合には、減量を行わない。また、ＮＯｘの浄化には、ＮＨ_３吸着量に加え瞬時供給ＮＨ_３量も影響する。従って、要求当量比が高い場合には、尿素水の供給量の減量を実行しない。これにより、ＮＯｘ浄化率の低下を避けることができる。また要求当量比が高ければ、ＮＨ_３消費量も高くなるため、尿素水添加の減量を実行しなくても、早期にＮＨ_３吸着量を通常の吸着量まで減量できることが予想される。
（２）要求当量比
図７は、ＳＣＲ床温と、排気ガス流量と、ＮＨ_３吸着量と、当量比との関係について説明するための図である。図７を用いて、要求当量比の算出方法について説明する。ここで要求当量比は、ＮＯｘを還元処理するために必要な過不足ない尿素水の添加量であり、単位濃度あたりに必要な添加量を示す。要求当量比に、ＮＯｘ濃度が乗じられることで、尿素水供給量が算出される。

図７に示されるように、要求当量比は、排気ガス流量とＳＣＲ床温とＮＨ_３吸着量と相関を有する。例えばＳＣＲ床温とＮＨ_３吸着量とが一定である場合、排気ガス流量が大きい場合ほど要求当量比も大きく、排気ガス流量とＮＨ_３吸着量とが一定である場合、ＳＣＲ床温が高い場合ほど要求当量比も大きくなる。また、ＳＣＲ床温と排気ガス流量とが一定である場合、ＮＨ_３吸着量が大きい場合ほど要求当量比は小さくなる。図７に示されるような、排気ガス流量とＳＣＲ床温とＮＨ_３吸着量と要求当量比との具体的な関係は、予め実験等により求められる。これをマップとして定め制御装置３０に記憶しておく。要求当量比は、このマップに従って、排気ガス流量とＳＣＲ床温とＮＨ_３吸着量とを引数として算出される。

（３）尿素水供給量の減量制御の例
図８は、本実施の形態の尿素水供給量の減量制御について説明するためのタイミングチャートである。図８に示されるように、アクティブ添加及びＳＣＲ触媒の異常診断実行中のｔ１〜ｔ２の期間に、ＳＣＲ触媒２０のＮＨ_３吸着量は通常時の吸着量から急増している。なお、図８の例では、ＳＣＲ触媒２０は正常触媒である。

ＳＣＲ触媒２０の異常診断の制御が終了した時点Ｔ２において、要求当量比が基準当量比より小さいこと、及びＮＨ_３吸着量が基準吸着量より大きいことを条件として、通常時の尿素水供給量より尿素水供給量を減量する減量補正が行われる。なお、基準当量比は、必要な瞬時ＮＨ_３供給量が低く、尿素水の供給量を減量しても、ＮＯｘ浄化率を低下させない程度の当量比に基づいて、適合により定められた値である。また、基準吸着量は、アクティブ添加を実行しても、正常触媒であれば、ＮＨ_３スリップを発生させない程度の吸着量に基づいて、適合により定められた値である。

尿素水供給量の減量補正は、ＮＨ_３吸着量と要求当量比とに応じて決定される補正係数を乗じる補正である。この補正係数は１より小さい値であり、要求当量比が一定の条件下で比較した場合、ＮＨ_３吸着量が大きいほど小さな値に設定される。即ち、ＮＨ_３吸着量が大きいほど減量分も大きくなる。また、補正係数は、ＮＨ_３吸着量が一定の条件下で比較した場合、要求当量比が大きい場合ほど大きな値に設定される。即ち、要求当量比が大きいほど減量分は小さくなる。ＮＨ_３吸着量と要求当量比と補正係数との関係は、適合により定められる。

図８では減量補正しない場合の尿素水供給量を破線Ａ、減量補正後の尿素水供給量を実線Ｂで示している。図８の例では、時点ｔ３において、要求当量比が基準当量比を超えているため、この時点ｔ３で、尿素水供給量の減量補正は一旦停止される。再び、時点ｔ４において、要求当量比が基準当量比より小さくなると、尿素水供給量の減量補正が再開される。図８の例では、尿素水供給量の減量補正は、ＮＨ_３吸着量が基準吸着量以下となる時点ｔ５まで継続され、その後、減量補正は終了する。

（４）尿素水供給量の減量制御の制御ルーチン
図９は、制御装置３０が実行する具体的な制御ルーチンについて説明するためのフローチャートである。図９に示されるように、まず、ステップＳ１０２において、ＮＨ_３吸着量が算出される。ここでは、ＳＣＲ触媒２０の診断結果に基づき、例えばＳＣＲ触媒２０が正常であれば、正常触媒の場合のＮＨ_３吸着量のみが算出される。算出の方法は上述した通りである。

次に、ステップＳ１１０に進み、要求当量比が算出される。要求当量比は、上述した通り、ＳＣＲ床温と排気ガス流量とＮＨ_３吸着量に応じて、マップに従って算出される。

次に、ステップＳ１１２に進み、ステップＳ１１０で算出されたＮＨ_３吸着量が、基準吸着量より大きいか否かが判別される。

ステップＳ１１２において、ＮＨ_３吸着量が基準吸着量より大きいと判別された場合、次に、ステップＳ１１４に進み、減量補正係数が算出される。減量補正係数は、ＮＨ_３吸着量及び要求当量比に応じて算出される値である。

次に、ステップＳ１１６に進み、要求当量比が基準当量比より小さいか否かが判別される。ステップＳ１１６において、要求当量比が基準当量比より小さいと判別された場合には、次に、ステップＳ１１８に進み、減量補正有りに設定される。

一方、ステップＳ１１２において「ＮＯ」と判別された場合、即ち、ＮＨ_３吸着量が基準吸着量以下であると判別された場合、あるいは、ステップＳ１１６において「ＮＯ」と判別された場合、即ち、要求当量比が基準当量比以上であると判別された場合、ステップＳ１２０に進み、減量補正無しとされる。

ステップＳ１１８又はステップＳ１２０の後、次に、ステップＳ１２２に進み、尿素水供給量が算出される。即ち、減量補正無しとされた場合には、要求当量比にＮＯｘ濃度を乗じて尿素水供給量が算出される。このとき算出される尿素水供給量は、ＳＣＲ触媒２０に流入するＮＯｘ濃度に応じて設定された、通常のＮＯｘ浄化時に要求される目標供給量である。

一方、減量補正有りとされ、補正係数が設定されている場合には、要求当量比とＮＯｘ濃度と補正係数とを乗じて、尿素水供給量が算出される。このとき算出される尿素水の供給量は、そのＮＯｘ濃度の排気を浄化するために通常時に要求される目標供給量に比べて、少ない量となる。その後、今回の処理が終了する。

以上説明した通り、本実施の形態の制御では、アクティブ添加により一時的にＮＨ_３吸着量が増量した場合、尿素水供給量が減量補正される。これにより、ＳＣＲ触媒２０に吸着するＮＨ_３の消費を促し、ＮＨ_３吸着量を早期に減量させることができる。従って、従来に比べて早い段階で、次回のＳＣＲ触媒の異常診断の機会を確保することができる。また、ここでの尿素水供給量の減量は、ＮＨ_３吸着量が基準吸着量より大きく、かつ、要求当量比が基準当量比より小さいことを条件として実行される。従って、尿素水供給量の減量によるＮＯｘ浄化率の低下を避けることができる。

なお、以上の実施の形態において、要求当量比が基準当量比より小さい場合に、ＮＨ_３吸着量と要求当量比に応じて設定された補正係数を乗じることで尿素水供給量を減じる補正を実行する場合について説明した。しかしながら、尿素水供給量の減量制御は、アクティブ添加実行後に、必要な瞬時供給ＮＨ_３量が確保される範囲で、尿素水供給量を減量する補正であればよい。

従って、要求当量比に替えて、単位ＮＯｘ濃度あたりのＮＯｘ浄化に必要とされる尿素水の量に相関する他のパラメータを用いることができる。また、減量補正の補正量は、一定量又は固定の補正係数よって算出される量であってもよい。あるいは、また、減量補正の補正量は、ＮＨ_３吸着量と要求当量比（又は要求当量比に替えて用いられる他のパラメータ）とのいずれか１つ以上に応じて変化する量であってもよいし、ＮＨ_３吸着量と要求当量比（又は要求当量比に替えて用いられる他のパラメータ）とのいずれか１つ以上に応じて変化する補正係数によって算出される量であってもよい。

ＳＣＲ触媒２０の異常診断又は尿素水供給量の減量制御において用いられる各推定値の算出方法について具体的に説明したが、例えばＮＨ_３吸着量等の推定方法等は種々に知られており、周知の他の推定方法によって算出してもよい。

２エンジン
４排気通路
１０ＤＯＣ
１２ＤＰＦ
１４燃料添加弁
２０ＳＣＲ触媒
２２尿素添加弁
３０制御装置
３２排気温度センサ
３４ＮＯｘセンサ
３６ＮＨ_３センサ
４１―４４演算ユニット

Claims

内燃機関の排気通路に配置され、アンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元する選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒より上流側に設置され、前記排気通路に尿素水を供給する尿素水供給装置と、
前記選択還元型触媒に流入する窒素酸化物の濃度に応じた目標供給量の尿素水が、前記選択還元型触媒に供給されるように、前記尿素水供給装置を制御するように構成された制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、更に、
前記目標供給量より多い供給量である異常診断時供給量の尿素水が、前記選択還元型触媒に供給されるように、前記尿素水供給装置を制御して、
前記異常診断時供給量の尿素水が供給されている間に、前記選択還元型触媒の下流側に排出されるアンモニアの量に応じて、前記選択還元型触媒の異常の有無を診断し、
前記選択還元型触媒の異常の有無の診断後に、
前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニアの推定量が基準吸着量より多く、かつ、
単位あたりの窒素酸化物の浄化に必要とされる尿素水の量が、基準尿素水量より少ない場合に、
前記尿素水の供給量が、前記目標供給量より少なくなるように、前記尿素水供給装置を制御する、
ように構成されている内燃機関の排気浄化装置。