JP2023012658A - 噴射量算出装置、噴射量制御方法及び排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ低減性能の低下を抑制すると共にアンモニアスリップを抑制可能な噴射量算出装置、及び、噴射量制御方法を提供する。
【解決手段】制御装置１は、車両における現在のセンサ値Ａ１の入力を受け、現在のセンサ値Ａ１と、選択還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、アンモニア吸着量が目標値に近づくように噴射量を算出する算出部１０と、現在のセンサ値Ｂ１の入力を受け、現在のセンサ値Ｂ１に基づいた将来予測によって、目標値の修正値である修正目標値を算出する予測部２０と、を備える。算出部１０は、予測部２０が算出した修正目標値に基づいて噴射量を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、噴射量算出装置、噴射量制御方法及び排気浄化装置に関する。

特許文献１には、排気浄化システムが記載されている。この排気浄化システムは、エンジンの排気管に順に設けられた酸化触媒、ＤＰＦ、及び、選択還元触媒を有している。また、この排気浄化システムは、ＤＰＦと選択還元触媒との間に尿素水を噴射するためのインジェクタを有している。選択還元触媒は、アンモニア等の還元剤が存在する雰囲気下で、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。インジェクタは、制御装置で発生した駆動パルスが印加されると開弁し、尿素水を選択還元触媒の上流側に噴射する。インジェクタにより噴射された尿素水は、排気の熱により熱分解又は加水分解される。これにより、還元剤としてのアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、選択還元触媒に供給される。

特開２０１３－１１２５５号公報

ところで、上述した排気浄化システム等が搭載された車両の運転状態が、軽負荷から高負荷に急激に変化した場合（例えば急加速が生じた場合）、図４に示されるように、まず、排ガス流量Ｆ１及び排気温度Ｔ１が上昇する。その後、排気温度Ｔ１の上昇から遅れて、触媒上流温度Ｔ２及び触媒温度Ｔ３が上昇する。触媒温度Ｔ３が上昇すると、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着可能量が減少する。このため、触媒温度Ｔ３の上昇が検出された場合には、アンモニアスリップの増大を避ける目的から、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量の目標値Ｑ１を低減させ、選択還元触媒への尿素水の噴射量Ｉ１を低減させることが考えられる（図４の（ｃ）のＱ２は、実際のアンモニアの吸着量（計算値）を示す）。

一方、車両の運転状態が軽負荷から高負荷に急激に変化した時点では、触媒温度Ｔ３の上昇が生じていないため、元々の高い目標値Ｑ１に応じた噴射量Ｉ１での尿素水の噴射が行われている。このため、上述した様に、その後に触媒温度Ｔ３が上昇した際には、アンモニアが吸着可能量を超えて選択還元触媒に供給されることとなり、アンモニアスリップＳ１が増加してしまう。このようなアンモニアスリップＳ１の増加が発生しないように目標値Ｑ１を一定のマージンをもって低下させると、ＮＯｘ低減性能の低下を招いてしまう。

そこで、本発明は、ＮＯｘ低減性能の低下を抑制すると共にアンモニアスリップを抑制可能な噴射量算出装置、及び、噴射量制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る噴射量算出装置は、排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元するための還元触媒が設けられた車両に搭載されており、還元触媒への尿素水の噴射量を算出する噴射量算出装置であって、車両における現在のセンサ値の入力を受け、現在のセンサ値と、還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、アンモニア吸着量が目標値に近づくように噴射量を算出する第１噴射量算出部と、現在のセンサ値の入力を受け、現在のセンサ値に基づいた将来予測によって、目標値の修正値である修正目標値を算出する将来予測部と、を備え、第１噴射量算出部は、将来予測部が算出した修正目標値に基づいて噴射量を算出する。

また、本発明に係る噴射量制御方法は、車両の排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元するための還元触媒への尿素水の噴射量を制御するための噴射量制御方法であって、車両における現在のセンサ値に基づいた将来予測により、還元触媒においてアンモニアスリップが発生すると予測された場合に、還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値を低く修正する目標値修正工程と、アンモニア吸着量が目標値修正工程で修正された目標値に近づくように噴射量を制御する噴射量制御工程と、を備える。

これらの装置及び方法では、車両の現在のセンサ値に基づいた将来予測によって、還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値を修正する。よって、例えば現時点のアンモニア吸着量の目標値に応じた尿素水の噴射量では、将来的にアンモニアスリップの増加が見込まれるような状況では、当該アンモニアスリップが発生しないようにアンモニア吸着量の目標値を小さく修正可能である。一方で、将来的にアンモニアスリップの増加が予測されないよう状況では、アンモニア吸着量の目標値を不必要に小さく修正することを避けることが可能である。よって、これらの装置及び方法によれば、ＮＯｘ低減性能の低下が抑制可能であると共にアンモニアスリップが抑制可能である。

一方、この装置においては、アンモニア吸着量が目標値に近づくように尿素水の噴射量を算出する部分（第１噴射量算出部）と、将来予測によって当該目標値の修正値である修正目標値を算出する部分（将来予測部）とが別個に構成されており、且つ、それぞれに対して車両のセンサ値が入力される。よって、例えば、相対的に高負荷である将来予測部に対して、車両に搭載されたコンピュータの専用のコアを用意しつつ、相対的に低負荷である第１噴射量算出部を別のコアに振り分けることが可能である。

本発明に係る噴射量算出装置においては、将来予測部は、センサ値のうち、車両の還元触媒を含む触媒ユニットに導入される前の排気ガス温度を用いて将来予測を行ってもよい。このように、例えば触媒温度等と比較して、運転状況の変化に対して応答の早い排気ガス温度を用いて将来予測を行うことにより、より適切なアンモニア吸着量の目標値の修正が可能となる。

本発明に係る噴射量算出装置においては、将来予測部は、現在のセンサ値と、現在の目標値である現在目標値とに基づいて、アンモニア吸着量が現在目標値に近づくように噴射量を算出する第２噴射量算出部と、第２噴射量算出部が算出した噴射量と、現在目標値よりも大きく設定された第１仮目標値と、に基づいた将来予測によって、第１仮目標値のコストである第１コストを算出する第１コスト算出部と、第２噴射量算出部が算出した噴射量と、現在目標値よりも小さく設定された第２仮目標値と、に基づいた将来予測によって、第２仮目標値のコストである第２コストを算出する第２コスト算出部と、第１コストと第２コストとを比較することにより、第１仮目標値と第２仮目標値のうちの、より小さなコストを与える一方を修正目標値として設定する修正目標値設定部と、を有してもよい。このように、アンモニア吸着量の目標値の修正のための将来予測に対して、コストを導入することにより、将来予測部の負荷が低減される。

本発明に係る噴射量算出装置においては、第１コスト算出部は、還元触媒におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように第１コストを算出し、第２コスト算出部は、還元触媒におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように第２コストを算出してもよい。この場合、アンモニアスリップを確実に低減できる。この結果、アンモニアスリップ触媒の小型化による原価低減が実現され得る。

本発明によれば、ＮＯｘ低減性能の低下を抑制すると共にアンモニアスリップを抑制可能な噴射量算出装置、及び、噴射量制御方法を提供することできる。

一態様に係る排気浄化装置は、内燃機関によって発生した排気ガスが流れる排気通路に設けられた第１の選択還元触媒と、排気通路における第１の選択還元触媒の下流側に設けられた酸化触媒と、排気通路における酸化触媒の下流側に設けられた第２の選択還元触媒と、第１の選択還元触媒の上流側で排気通路内に尿素水を噴射する第１の噴射装置と、第１の選択還元触媒の下流側で、且つ、第２の選択還元触媒の上流側で排気通路内に尿素水を噴射する第２の噴射装置と、第１の噴射装置及び第２の選択還元触媒によって噴射される尿素水の噴射量を決定する噴射量算出装置と、排気ガスの温度又は第１の選択還元触媒の温度をセンサ値として取得する温度センサと、を備え、噴射量算出装置は、センサ値と第１の選択還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、第１の選択還元触媒におけるアンモニア吸着量が目標値に近づくように第１の噴射装置の尿素水の噴射量を決定する算出部と、センサ値に基づいて、将来時点での第１の選択還元触媒におけるアンモニアスリップの発生を予測すると共に、アンモニアスリップの発生が予測された場合に目標値を低くする予測部と、を含む。

上記の通り、一態様の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ低減性能の低下が抑制可能であると共にアンモニアスリップが抑制可能である。さらに、この排気浄化装置では、アンモニアスリップを抑制することで酸化触媒に導入されるアンモニア量を減少させることができるので、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）の生成を抑制することができる。

なお、センサは、第１の選択還元触媒の上流側において排気ガスの温度をセンサ値として取得してもよい。

第１実施形態に係る排気浄化装置の一例を示す模式図である。 図１に示された制御装置の一部の機能的な構成を示す図である。 排気浄化装置における各値の時間変化を示すグラフである。 排気浄化装置における各値の時間変化を示すグラフである。 第２実施形態に係る排気浄化装置における各値の時間変化を示すグラフである。 一実施形態に係る噴射量制御方法を示すフローチャートである。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して第１実施形態に係る排気浄化装置について詳細に説明する。図１は、排気浄化装置の一例を示す模式図である。図１に示される排気浄化装置１００は、例えばディーゼルエンジン（内燃機関）５０を備える車両に搭載されている。排気浄化装置１００は、制御装置（噴射量算出装置）１と、触媒ユニット１１０と、噴射部１２０と、を備えている。触媒ユニット１１０は、排気マニホルド５２を介してディーゼルエンジン５０の排気ポートに接続された排気管１０１に設けられている。触媒ユニット１１０は、排気管１０１の上流側から順に配置された酸化触媒１０３、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１０４、選択還元触媒（還元触媒）１０５、及び、アンモニア低減触媒１０６を含む。

酸化触媒１０３は、排気ガスＡの酸化処理を行う。ＤＰＦ１０４は、排気ガスＡ中の微粒子状物質を捕集する。選択還元触媒１０５は、還元剤の供給を受け、排気ガスＡ中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する。還元剤は、例えばアンモニアである。噴射部１２０は、選択還元触媒１０５に対して尿素水を噴射する（排気ガスＡに尿素水を添加する）。これにより、尿素水がアンモニアと炭酸ガスとに熱分解され、選択還元触媒１０５にアンモニアが供給される。

選択還元触媒１０５は、アンモニアを用いて排気ガスＡ中の窒素酸化物を還元する。アンモニア低減触媒１０６は、余剰のアンモニアを酸化処理する。なお、排気浄化装置１００は、ディーゼルエンジン５０と排気管１０１との接続部と触媒ユニット１１０との間において排気管１０１に設けられたＡＴＣ（After Turbo Catalyst）１０２をさらに備えてもよい。

また、排気浄化装置１００は、温度センサ１０７，１０８，１０９を備えている。温度センサ１０７は、ディーゼルエンジン５０と排気管１０１との接続部の直下であって、触媒ユニット１１０の上流側（ここではＡＴＣ１０２の更に上流側）に設けられている。温度センサ１０７は、触媒ユニット１１０の上流側における排気ガスＡの温度（以下、「排気ガス温度」という場合がある）を検出して制御装置１に入力する。

温度センサ１０８は、触媒ユニット１１０内において、選択還元触媒１０５の上流側に設けられている。温度センサ１０８は、選択還元触媒１０５の上流側における排気ガスＡの温度（以下、「触媒上流温度」という場合がある）を検出して制御装置１に入力する。温度センサ１０９は、選択還元触媒１０５に設けられている。温度センサ１０９は、選択還元触媒１０５の温度（以下、「触媒温度」という場合がある）を検出して制御装置１に入力する。

制御装置１は、上述した様に、温度センサ１０７～１０９を用いて、排気ガス温度、触媒上流温度、及び、触媒温度を取得可能とされている。また、制御装置１は、図示しない他のセンサを用いて、排気ガスＡの流量、噴射部１２０における尿素水の噴射量、外気温、排気ガスＡ中の酸素濃度、選択還元触媒１０５の上流側における排気ガスＡ中の窒素酸化物の濃度等を取得可能とされている。

制御装置１は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、データ送受信デバイスである通信モジュール等を含むコンピュータシステムとして構成されている。以下の図２に示される各機能部は、上記のハードウェア上に所定のプログラムを読み込ませることにより、ＣＰＵの制御のもとで、通信モジュールを動作させるとともにＲＡＭ等におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現され得る。

図２は、図１に示された制御装置の一部の機能的な構成を示す図である。図２に示される制御装置１は、選択還元触媒１０５への尿素水の噴射量を算出する噴射量算出装置として機能する。そのために、制御装置１は、算出部（第１噴射量算出部）１０と予測部（将来予測部）２０とを備えている。算出部１０は、吸着量算出部１１と噴射量算出部１２とを含む。

吸着量算出部１１は、車両の現在のセンサ値Ａ１の入力を受け、センサ値Ａ１に基づいて選択還元触媒１０５における現在のアンモニア吸着量を算出する。センサ値Ａ１は、上述したように制御装置１が取得可能な各種の値であり、一例として排気ガス温度である。吸着量算出部１１は、算出したアンモニア吸着量Ａ２を噴射量算出部１２に出力する。

噴射量算出部１２は、吸着量算出部１１からアンモニア吸着量Ａ２の入力を受ける。噴射量算出部１２は、アンモニア吸着量Ａ２（すなわち、センサ値Ａ１）と選択元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、アンモニア吸着量Ａ２が当該目標値に近づくように、噴射部１２０からの尿素水の噴射量を算出する。アンモニア吸着量の目標値は、予め設定されている。制御装置１は、噴射量算出部１２が算出した噴射量での尿素水の噴射が行われるように、噴射部１２０に対して制御信号を出力する。

予測部２０は、リファレンスガバナ制御といった予測制御による将来予測によって、アンモニア吸着量の目標値を修正する。そのために、予測部２０は、噴射量算出部（第２噴射量算出部）２１、モデル生成部２２、コスト算出部（第１コスト算出部、第２コスト算出部）２３、及び、目標値設定部（修正目標値設定部）２４と、を含む。噴射量算出部２１は、車両の現在のセンサ値Ｂ１の入力を受ける。センサ値Ｂ１は、制御装置１が取得可能な各種の値であり、例えばセンサ値Ａ１と同じく排気ガス温度である。

噴射量算出部２１は、現在のセンサ値Ｂ１と、アンモニア吸着量の現在の目標値である現在目標値とに基づいて、アンモニア吸着量が現在目標値に近づくように尿素水の噴射量を算出する。噴射量算出部２１は、算出した尿素水の噴射量Ｂ２をモデル生成部２２に出力する。モデル生成部２２は、噴射量Ｂ２の入力を受け、噴射量Ｂ２と現在目標値とに基づいた将来予測のモデルを生成する。

ここでは、モデル生成部２２は、噴射量Ｂ２と、現在目標値よりも大きく設定された第１仮目標値と、に基づいた将来予測のための第１モデルを生成する。また、モデル生成部２２は、噴射量Ｂ２と、現在目標値よりも小さく設定された第２仮目標値と、に基づいた将来予測のための第２モデルを生成する。モデル生成部２２は、生成した第１モデル及び第２モデルを示す情報Ｂ３をコスト算出部２３に出力する。

コスト算出部２３は、情報Ｂ３の入力を受け、第１モデルによる将来予測によって第１仮目標値のコストである第１コストを算出すると共に、第２モデルによる将来予測によって第２仮目標値のコストである第２コストを算出する。より具体的には、コスト算出部２３は、選択還元触媒１０５におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように第１コストを算出すると共に、選択還元触媒１０５におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように第２コストを算出する。

このように、コスト算出部２３は、第１コストを算出する第１コスト算出部及び第２コストを算出する第２コスト算出部として機能する。コスト算出部２３は、算出した第１コスト及び第２コストを示す情報Ｂ４を目標値設定部２４に出力する。

目標値設定部２４は、情報Ｂ４の入力を受け、第１コストと第２コストとを比較することにより、第１仮目標値と第２仮目標値のうちの、より小さなコストを与える一方を修正目標値として設定する。一例として、目標値設定部２４は、第１仮目標値に基づいた第１モデルでの将来予測によって算出された第１コストが、第２仮目標値に基づいた第２モデルでの将来予測によって算出された第２コストよりも小さい場合には、第１仮目標値を修正目標値と設定する。

予測部２０では、以上の一連の動作を繰り返し実施することにより、修正目標値を更新することができる。すなわち、予測部２０では、目標値設定部２４が設定した修正目標値を基準とした仮目標値（第１及び第２仮目標値）に応じてモデル（第１及び第２モデル）を生成すると共に、当該モデルのコスト（第１及び第２コスト）を算出して比較することにより、修正目標値をさらに修正することができる。このように、予測部２０では、所定の回数（或いは、所定の閾値以下のコストを与える目標値が得られるまで）、将来予測及び目標値の修正を繰り返すことができる。

目標値設定部２４は、設定した（修正した）修正目標値Ｂ５を算出部１０の噴射量算出部１２に出力する。したがって、噴射量算出部１２は、予測部２０が算出した修正目標値に基づいて、尿素水の噴射量を算出することができる。

以上のように、制御装置１では、尿素水の噴射量を制御するための噴射量制御方法が実施される。特に、上述した様に、第１コスト及び第２コストが、アンモニアスリップを考慮したものとされている（アンモニアスリップが生じる場合に、アンモニアスリップが生じない場合よりも大きくなる）。換言すれば、制御装置１では、車両における現在のセンサ値Ｂ１に基づいた将来予測により、選択還元触媒１０５においてアンモニアスリップが発生すると予測された場合に、選択還元触媒１０５におけるアンモニア吸着量の目標値を低く修正する目標値修正工程と、アンモニア吸着量が目標値修正工程で修正された目標値に近づくように尿素水の噴射量を制御する噴射量制御工程と、を実施することとなる。

引き続いて、排気浄化装置１００の作用・効果について説明する。車両の運転状態が、軽負荷から高負荷に急激に変化した場合（例えば急加速が生じた場合）、図３に示されるように、まず、排ガス流量Ｆ１及び排気温度Ｔ１が上昇する。その後、排気温度Ｔ１の上昇から遅れて、触媒上流温度Ｔ２及び触媒温度Ｔ３が上昇する。

触媒温度Ｔ３が上昇すると、選択還元触媒１０５におけるアンモニアの吸着可能量が減少する。このため、触媒温度Ｔ３の上昇が検出された場合には、アンモニアスリップの増大を避ける目的から、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量の目標値Ｑ１を低減させ、選択還元触媒への尿素水の噴射量Ｉ１を低減させることが考えられる（図３の（ｃ）のＱ２は、実際のアンモニアの吸着量（計算値）を示す）。

一方、車両の運転状態が軽負荷から高負荷に急激に変化した時点では、触媒温度Ｔ３の上昇が生じていないため、元々の高い目標値Ｑ１に応じた噴射量Ｉ１での尿素水の噴射が行われている。このため、上述した様に、その後に触媒温度Ｔ３が上昇した際には、アンモニアが吸着可能量を超えて選択還元触媒に供給されることとなり、アンモニアスリップＳ１が増加してしまう。このようなアンモニアスリップＳ１の増加が発生しないように、目標値Ｑ１を一定のマージンをもって低下させると、ＮＯｘ低減性能の低下を招いてしまう。

これに対して、制御装置１、及び、制御装置１の噴射量制御方法では、車両の現在のセンサ値Ｂ１に基づいた将来予測によって、選択還元触媒１０５におけるアンモニア吸着量の目標値Ｑ１を修正する（図３の（ｃ）のＱ３は、修正された目標値を示す）。よって、例えば現時点のアンモニア吸着量の目標値Ｑ１に応じた尿素水の噴射量では、将来的にアンモニアスリップＳ１の増加が見込まれるような状況では、当該アンモニアスリップＳ１が発生しないようにアンモニア吸着量の目標値Ｑ１を小さく修正可能である。これにより、図３の（ｅ）に示されるように、アンモニアスリップＳ２の増大が避けられる。一方で、将来的にアンモニアスリップの増加が予測されないよう状況では、アンモニア吸着量の目標値Ｑ１を不必要に小さく修正することを避けることが可能である。よって、制御装置１、及び、制御装置１の噴射量制御方法によれば、ＮＯｘ低減性能の低下が抑制可能であると共にアンモニアスリップが抑制可能である。

一方、制御装置１においては、アンモニア吸着量が目標値に近づくように尿素水の噴射量を算出する部分（算出部１０）と、将来予測によって当該目標値の修正値である修正目標値を算出する部分（予測部２０）とが別個に構成されており、且つ、それぞれに対して車両のセンサ値Ａ１，Ｂ１が入力される。よって、例えば、相対的に高負荷である予測部２０に対して、車両に搭載されたコンピュータの専用のコアを用意しつつ、相対的に低負荷である算出部１０を別のコアに振り分けることが可能である。

また、制御装置１においては、予測部２０は、センサ値Ｂ１のうち、選択還元触媒１０５を含む触媒ユニット１１０に導入される前の排気ガス温度を用いて将来予測を行うことができる。このように、例えば触媒温度等と比較して、運転状況の変化に対して応答の早い排気ガス温度を用いて将来予測を行うことにより、より適切なアンモニア吸着量の目標値の修正が可能となる。

また、制御装置１においては、予測部２０は、現在のセンサ値Ｂ１と、現在の目標値である現在目標値とに基づいて、アンモニア吸着量が現在目標値に近づくように噴射量を算出する噴射量算出部２１と、噴射量算出部２１が算出した噴射量と、現在目標値よりも大きく設定された第１仮目標値と、に基づいた将来予測によって、第１仮目標値のコストである第１コストを算出する第１コスト算出部（コスト算出部２３）と、噴射量算出部２１が算出した噴射量と、現在目標値よりも小さく設定された第２仮目標値と、に基づいた将来予測によって、第２仮目標値のコストである第２コストを算出する第２コスト算出部（コスト算出部２３）と、第１コストと第２コストとを比較することにより、第１仮目標値と第２仮目標値のうちの、より小さなコストを与える一方を修正目標値として設定する目標値設定部２４と、を有している。このように、アンモニア吸着量の目標値の修正のための将来予測に対して、コストを導入することにより、予測部２０の負荷が低減される。

さらに、制御装置１においては、コスト算出部２３は、選択還元触媒１０５におけるアンモニアスリップが大きくなるほど大きな値となるように第１コストを算出すると共に、アンモニアスリップが大きくなるほど大きな値となるように第２コストを算出する。このため、アンモニアスリップを確実に低減できる。この結果、アンモニアスリップ触媒（例えばアンモニア低減触媒１０６）の小型化による原価低減が実現され得る。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る排気浄化装置について説明する。以下では、第１実施形態に係る排気浄化装置１００との相違点について主に説明し、重複する説明は省略する。

図５は、第２実施形態に係る排気浄化装置２００を概略的に示す図である。図５に示すように、この排気浄化装置２００は、触媒ユニット１１０に代えて触媒ユニット２１０を備えている。触媒ユニット２１０は、排気通路を提供する排気管１０１に設けられ、第１の選択還元触媒２０１、酸化触媒２０２、ＤＰＦ２０３、第２の選択還元触媒２０４及びアンモニア低減触媒２０５を含んでいる。

第１の選択還元触媒２０１は、排気管１０１におけるＡＴＣ１０２の下流側に設けられている。第１の選択還元触媒２０１は、例えばアンモニアを還元剤として用いて排気ガスに含まれるＮＯｘを窒素（Ｎ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）に還元する。酸化触媒２０２は、第１の選択還元触媒２０１よりも排気管１０１の下流側に設けられている。酸化触媒２０２は、排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）等を酸化して浄化する。

ＤＰＦ２０３は、排気管１０１における酸化触媒２０２の下流側に設けられている。酸化触媒２０２は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する。第２の選択還元触媒２０４は、排気管１０１におけるＤＰＦ２０３の下流側に設けられている。第２の選択還元触媒２０４は、例えばアンモニアを還元剤として用いて排気ガスに含まれるＮＯｘを窒素及び水に還元する。アンモニア低減触媒２０５は、余剰のアンモニアを酸化処理する。

排気浄化装置２００は、第１の噴射装置２２０及び第２の噴射装置２２１を更に備えている。第１の噴射装置２２０は、第１の選択還元触媒２０１の上流側で還元剤として尿素水を排気管１０１内に噴射する。排気管１０１内に噴射された尿素水は、排気ガスの熱で加水分解されてアンモニアになり、第１の選択還元触媒２０１に供給される。第１の選択還元触媒２０１へ供給されたアンモニアは、第１の選択還元触媒２０１上でＮＯｘを還元する。

第２の噴射装置２２１は、第１の選択還元触媒２０１の下流側で、且つ、第２の選択還元触媒２０４の上流側で還元剤として尿素水を排気管１０１内に噴射する。排気管１０１内に噴射された尿素水は、排気ガスの熱で加水分解されてアンモニアになり、第２の選択還元触媒２０４に供給される。第２の選択還元触媒２０４へ供給されたアンモニアは、第２の選択還元触媒２０４上でＮＯｘを還元する。

なお、触媒ユニット２１０には温度センサ２０８，２０９が設けられていてもよい。温度センサ２０８は、第１の選択還元触媒２０１上流側に設けられ、第１の選択還元触媒２０１上流側の排気ガスの温度を検出する。温度センサ２０９は、第１の選択還元触媒２０１の温度を検出する。温度センサ２０８，２０９は、検出された排気ガス又は第１の選択還元触媒２０１の温度を示す情報を制御装置１に出力する。

第１実施形態に係る排気浄化装置１００と同様に、制御装置１は、リファレンスガバナ制御等を用いた予測モデルによって、第１の選択還元触媒２０１のアンモニアスリップ量を予測し、当該アンモニアスリップ量が減少するように第１の選択還元触媒２０１のアンモニア吸着量の目標値を修正する。

図２及び図６を参照して、制御装置１によって行われる処理の一例について詳細に説明する。図６は、排気浄化装置２００を用いて行われる噴射量制御方法の例を示すフローチャートである。

図６に示すように、まず吸着量算出部１１が、現時点での第１の選択還元触媒２０１のアンモニア吸着量Ａ２を算出する（ステップＳＴ１）。第１の選択還元触媒２０１のアンモニア吸着量Ａ２は、例えばセンサ値Ａ１、排気ガス中のＮＯｘ濃度、及び、第１の噴射装置２２０に基づいて算出される。次に、噴射量算出部１２は、現時点でのアンモニア吸着量Ａ２とアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、第１の噴射装置２２０によって噴射されるべき尿素水の噴射量を決定する（ステップＳＴ２）。このとき、噴射量算出部１２は、第１の選択還元触媒のアンモニア吸着量Ａ２がアンモニア吸着量の目標値に近づくように尿素水の噴射量を決定する。

次に、モデル生成部２２が、決定された尿素水の噴射量Ｂ２とアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、将来時点での第１の選択還元触媒２０１のアンモニアスリップ量を予測する（ステップＳＴ３）。より具体的には、モデル生成部２２は、アンモニア吸着量の目標値よりも所定値だけ大きい第１仮目標値、及び、アンモニア吸着量の目標値よりも所定値だけ小さい第２仮目標値を設定する。そして、モデル生成部２２は、第１の選択還元触媒２０１のアンモニア吸着量が第１仮目標値になるように制御したと想定した場合の第１予測モデルの下で第１の選択還元触媒２０１のアンモニアスリップ量を予測すると共に、第１の選択還元触媒２０１のアンモニア吸着量が第２仮目標値になるように制御したと想定した場合の第２予測モデルの下で第１の選択還元触媒２０１のアンモニアスリップ量を予測する。なお、モデル生成部２２は、アンモニアスリップ量に加えて、第１予測モデルに基づいて第１の選択還元触媒２０１のＮＯｘ低減量を予測すると共に、第２予測モデルに基づいて第１の選択還元触媒２０１のＮＯｘ低減量を予測してもよい。

次に、コスト算出部２３が、第１予測モデル及び第２予測モデルによって予測された第１の選択還元触媒２０１のアンモニアスリップ量に基づいて、第１コスト及び第２コストを算出する（ステップＳＴ４）。例えば、コスト算出部２３は、予測されるアンモニアスリップ量が大きいほど、第１コスト及び第２コストを大きくする。

次に、目標値設定部２４は、第１コスト及び第２のコストに基づいて、第１の選択還元触媒２０１のアンモニア吸着量の目標値を修正する（ステップＳＴ５）。例えば、目標値設定部２４は、第１コストが第２コストよりも小さい場合には、アンモニア吸着量の目標値を第１仮目標値に変更する。一方、第１コストが第２コストよりも大きい場合には、目標値設定部２４は、アンモニア吸着量の目標値を第２仮目標値に変更する。すなわち、目標値設定部２４は、第１の選択還元触媒２０１においてアンモニアスリップが発生すると予測された場合には、アンモニアスリップ量が小さくなるようにアンモニア吸着量の目標値を低くする。目標値設定部２４は、変更後のアンモニア吸着量の目標値を修正目標値として噴射量算出部１２に出力する。

次に、噴射量算出部１２は、修正目標値に基づいて第１の噴射装置２２０によって噴射されるべき尿素水の噴射量を決定する（ステップＳＴ６）。これにより、第１の選択還元触媒２０１のアンモニア吸着量が修正目標値になるように第１の噴射装置２２０の尿素水の噴射量が修正される。

第１の選択還元触媒２０１においてアンモニアスリップが発生すると、第１の選択還元触媒２０１を通過したアンモニアが酸化触媒２０２によって酸化され、温室効果ガスである亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）が生成される。これに対して、上述のように、第２実施形態に係る排気浄化装置２００では、第１の選択還元触媒２０１においてアンモニアスリップが発生すると予測された場合には、アンモニアスリップ量が小さくなるようにアンモニア吸着量の目標値を小さくするので、酸化触媒２０２に導入されるアンモニアが減少する。その結果、Ｎ_２Ｏの生成を抑制することができる。

以上の実施形態は、本発明の一形態を説明したものである。したがって、本発明は、上記実施形態に限定されることなく変形され得る。

例えば、コスト算出部２３は、第１の選択還元触媒２０１のＮＯｘ低減率が大きくなるほど第１のコスト及び第２のコストが小さくなり、第１の選択還元触媒２０１のＮＯｘ低減率が小さくなるほど第１のコスト及び第２のコストが大きくなるように第１のコスト及び第２のコストを算出してもよい。このように第１のコスト及び第２のコストを算出することによって、ＮＯｘを効果的に低減しつつアンモニアスリップを抑制することができる。

１…制御装置（噴射量算出装置）、１０…算出部（第１噴射量算出部）、２０…予測部（将来予測部）、２１…噴射量算出部（第２噴射量算出部）、２３…コスト算出部（第１コスト算出部、第２コスト算出部）、２４…目標値設定部（修正目標値設定部）、５０…ディーゼルエンジン（内燃機関）、１００，２００…排気浄化装置、１０３，２０２…酸化触媒、１０５…選択還元触媒（還元触媒）、１０７～１０９，２０８，２０９…温度センサ、２０１…第１の選択還元触媒、２０４…第２の選択還元触媒、２２０…第１の噴射装置，２２１…第２の噴射装置。

Claims (7)

1. 排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元するための還元触媒が設けられた車両に搭載されており、前記還元触媒への尿素水の噴射量を算出する噴射量算出装置であって、
   前記車両における現在のセンサ値の入力を受け、現在の前記センサ値と、前記還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、前記アンモニア吸着量が前記目標値に近づくように前記噴射量を算出する第１噴射量算出部と、
   現在の前記センサ値の入力を受け、現在の前記センサ値に基づいた将来予測によって、前記目標値の修正値である修正目標値を算出する将来予測部と、
   を備え、
   前記第１噴射量算出部は、前記将来予測部が算出した前記修正目標値に基づいて前記噴射量を算出する、
   噴射量算出装置。
2. 前記将来予測部は、前記センサ値のうち、前記車両の前記還元触媒を含む触媒ユニットに導入される前の排気ガス温度を用いて前記将来予測を行う、
   請求項１に記載の噴射量算出装置。
3. 前記将来予測部は、
   現在の前記センサ値と、現在の前記目標値である現在目標値とに基づいて、前記アンモニア吸着量が前記現在目標値に近づくように前記噴射量を算出する第２噴射量算出部と、
   前記第２噴射量算出部が算出した前記噴射量と、前記現在目標値よりも大きく設定された第１仮目標値と、に基づいた将来予測によって、前記第１仮目標値のコストである第１コストを算出する第１コスト算出部と、
   前記第２噴射量算出部が算出した前記噴射量と、前記現在目標値よりも小さく設定された第２仮目標値と、に基づいた将来予測によって、前記第２仮目標値のコストである第２コストを算出する第２コスト算出部と、
   前記第１コストと前記第２コストとを比較することにより、前記第１仮目標値と前記第２仮目標値のうちの、より小さなコストを与える一方を前記修正目標値として設定する修正目標値設定部と、
   を有する、
   請求項１又は２に記載の噴射量算出装置。
4. 前記第１コスト算出部は、前記還元触媒におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように前記第１コストを算出し、
   前記第２コスト算出部は、前記還元触媒におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように前記第２コストを算出する、
   請求項３に記載の噴射量算出装置。
5. 内燃機関によって発生した排気ガスが流れる排気通路に設けられた第１の選択還元触媒と、
   前記排気通路における前記第１の選択還元触媒の下流側に設けられた酸化触媒と、
   前記排気通路における前記酸化触媒の下流側に設けられた第２の選択還元触媒と、
   前記第１の選択還元触媒の上流側で前記排気通路内に尿素水を噴射する第１の噴射装置と、
   前記第１の選択還元触媒の下流側で、且つ、前記第２の選択還元触媒の上流側で前記排気通路内に尿素水を噴射する第２の噴射装置と、
   前記第１の噴射装置及び前記第２の選択還元触媒によって噴射される尿素水の噴射量を決定する噴射量算出装置と、
   前記排気ガスの温度又は前記第１の選択還元触媒の温度をセンサ値として取得する温度センサと、
   を備え、
   前記噴射量算出装置は、
   前記センサ値と前記第１の選択還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、前記第１の選択還元触媒におけるアンモニア吸着量が前記目標値に近づくように前記第１の噴射装置の尿素水の噴射量を決定する算出部と、
   前記センサ値に基づいて、将来時点での前記第１の選択還元触媒におけるアンモニアスリップの発生を予測すると共に、前記アンモニアスリップの発生が予測された場合に前記目標値を低くする予測部と、
   を含む、排気浄化装置。
6. 前記センサは、前記第１の選択還元触媒の上流側において前記排気ガスの温度を前記センサ値として取得する、請求項５に記載の噴射量算出装置。
7. 車両の排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元するための還元触媒への尿素水の噴射量を制御するための噴射量制御方法であって、
   前記車両における現在のセンサ値に基づいた将来予測により、前記還元触媒においてアンモニアスリップが発生すると予測された場合に、前記還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値を低く修正する目標値修正工程と、
   前記アンモニア吸着量が前記目標値修正工程で修正された目標値に近づくように前記噴射量を制御する噴射量制御工程と、
   を備える噴射量制御方法。

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