JP4292633B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、リーン混合気を燃焼せしめるようにした内燃機関において、還元剤例えばＨＣ（炭化水素）を含む酸化雰囲気においてＮＯX を還元可能なＮＯX 触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯX 触媒に流入するＮＯX 量に見合う量のＨＣをＮＯX 触媒に供給してＮＯX を還元するようにした内燃機関が知られている。
【０００３】
ところが、このようなＮＯX 触媒は通常、ＨＣ貯蔵能を備えており、例えばＮＯX 触媒の温度が低くなるとＮＯX 触媒にＨＣが貯蔵されるためにＨＣが不足してＮＯX 触媒から流出されるＮＯX 量が増大し、ＮＯX 触媒の温度が高くなるとＮＯX 触媒から貯蔵されているＨＣが放出するためにＨＣが過剰になってＮＯX 触媒から流出されるＨＣ量が増大する。
【０００４】
ＮＯX 触媒に貯蔵されるＨＣ量又はＮＯX 触媒から放出するＨＣ量はＮＯX 触媒に貯蔵されているＨＣ量に依存する。そこで、ＮＯX 触媒に貯蔵されているＨＣ量を表すＨＣ貯蔵値を求め、ＨＣ貯蔵値に基づいてＮＯX 触媒に供給すべきＨＣ量であるＨＣ供給量を求め、ＮＯX 触媒にＨＣをＨＣ供給量だけ供給するようにした内燃機関が公知である（特開平１０−２０５３２２号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＮＯX 触媒に貯蔵されているＨＣ量を直接的に求めることはできないのでＨＣ貯蔵値は推定せざるを得ない。しかしながら、ＨＣ貯蔵値の推定作用が長時間になるにつれてＨＣ貯蔵値が正規の値から次第にずれるようになり、即ちＨＣ貯蔵値が実際にＮＯX 触媒に貯蔵されているＨＣ量を正確に表さなくなる。このような正確でないＨＣ貯蔵値に基づいてＨＣ供給量を求めるようにすると、ＮＯX 触媒に供給されるＨＣ量が最適でなくなるという問題点がある。
【０００６】
従って、本発明の目的はＮＯX 触媒に供給される還元剤量を最適に維持することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、還元剤を含む酸化雰囲気においてＮＯX を還元可能でありかつ還元剤貯蔵能を有するＮＯX 触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯX 触媒に貯蔵されている還元剤量を表す還元剤貯蔵値を求め、還元剤貯蔵値に基づいてＮＯX 触媒に供給すべき還元剤量である還元剤供給量を求め、ＮＯX 触媒に還元剤を還元剤供給量だけ供給してＮＯX を還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量を既知の貯蔵量に一致せしめることが可能な制御手段と、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量に対する還元剤貯蔵値のずれが許容値よりも大きいか否かを判断する判断手段を具備し、ずれが許容値よりも大きいと判断されたときにＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量を前記既知の貯蔵量に一致せしめると共に、還元剤貯蔵値を既知の貯蔵量を表す値に変更するようにしている。即ち１番目の発明では、ずれが大きいと判断されたときに還元剤貯蔵値がＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量に一致せしめられる。
【０００８】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、判断手段は還元剤貯蔵値が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断している。
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内にＮＯX センサを配置し、判断手段は検出されたＮＯX 流出量が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断している。
【０００９】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内にＮＯX センサを配置し、ＮＯX 触媒からのＮＯX 流出量を推定する手段を具備し、判断手段は検出されたＮＯX 流出量と推定されたＮＯX 流出量との差が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断している。
【００１０】
また、５番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出する還元剤量である還元剤流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内に還元剤センサを配置し、判断手段は検出された還元剤流出量が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断している。
【００１１】
また、６番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出する還元剤量である還元剤流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内に還元剤センサを配置し、ＮＯX 触媒からの還元剤流出量を推定する手段を具備し、判断手段は検出された還元剤流出量と推定された還元剤流出量との差が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断している。
【００１２】
また、上記課題を解決するために７番目の発明によれば、還元剤を含む酸化雰囲気においてＮＯX を還元可能でありかつ還元剤貯蔵能を有するＮＯX 触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯX 触媒に貯蔵されている還元剤量を表す還元剤貯蔵値を求め、還元剤貯蔵値に基づいてＮＯX 触媒に供給すべき還元剤量である還元剤供給量を求め、ＮＯX 触媒に還元剤を還元剤供給量だけ供給してＮＯX を還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量に対する還元剤貯蔵値のずれが第１の許容値よりも大きいか否かを判断する判断手段を具備し、ずれが第１の許容値よりも大きいと判断されたときにずれが小さくなるように還元剤貯蔵値を補正するようにしている。
【００１３】
また、８番目の発明によれば７番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内にＮＯX センサを配置し、判断手段は検出されたＮＯX 流出量が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記第１の許容値よりも大きいと判断している。
【００１４】
また、９番目の発明によれば７番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内にＮＯX センサを配置し、ＮＯX 触媒からのＮＯX 流出量を推定する手段を具備し、判断手段は検出されたＮＯX 流出量と推定されたＮＯX 流出量との差が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記第１の許容値よりも大きいと判断している。
【００１５】
また、１０番目の発明によれば７番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出する還元剤量である還元剤流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内に還元剤センサを配置し、判断手段は検出された還元剤流出量が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記第１の許容値よりも大きいと判断している。
【００１６】
また、１１番目の発明によれば７番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出する還元剤量である還元剤流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内に還元剤センサを配置し、ＮＯX 触媒からの還元剤流出量を推定する手段を具備し、判断手段は検出された還元剤流出量と推定された還元剤流出量との差が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記第１の許容値よりも大きいと判断している。
【００１７】
また、１２番目の発明によれば７番目の発明において、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量を既知の貯蔵量に一致せしめることが可能な制御手段を具備し、判断手段は還元剤貯蔵値の補正作用が開始されてから予め定められた設定時間が経過した後に前記ずれが予め定められた第２の許容値よりも大きいか否かを判断し、ずれが第２の許容値よりも大きいと判断されたときにはＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量を前記既知の貯蔵量に一致せしめると共に、還元剤貯蔵値を既知の貯蔵量を表す値に変更するようにしている。即ち１２番目の発明では、還元剤貯蔵値の補正作用を行ってもずれが小さくならないときには還元剤貯蔵値がＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量に一致せしめられる。
【００１８】
また、１３番目の発明によれば１又は１２番目の発明において、前記既知の貯蔵量が零であり、かつ既知の貯蔵量を表す還元剤貯蔵値が零である。
また、１４番目の発明によれば１又は１２番目の発明において、前記制御手段がＮＯX 触媒を加熱することによりＮＯX 触媒から貯蔵されている還元剤を放出させる放出手段を具備している。即ち１４番目の発明では、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量が簡単にかつ速やかに既知の貯蔵量に一致せしめられる。
【００１９】
また、１５番目の発明によれば４，５，１０，１１番目の発明のうちいずれか一つにおいて、前記還元剤がアンモニア又はアンモニア発生剤を含み、前記還元剤センサがＮＨ3 センサである。アンモニアは例えば炭化水素や一酸化炭素などに比べて還元力が強く、従ってＮＯX が確実に浄化される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明をディーゼル機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式機関に適用することもできる。
図１を参照すると、１は機関本体、２は筒内に燃料を直接噴射する例えば電磁式の燃料噴射弁、３は吸気枝管、４はサージタンク、５は吸気ダクト、６は吸気ダクト５内に配置された吸気絞り弁、７はエアクリーナ、８は排気マニホルド、９は排気管、１０は排気管９に接続されかつＮＯX 触媒１１を収容したケーシング、１２はケーシング１０に接続された排気管をそれぞれ示す。
【００２１】
また、図１の内燃機関はＮＯX 触媒１１に還元剤を供給するための還元剤供給装置１３を具備し、この還元剤供給装置１３は排気管１９内に配置された還元剤供給ノズル１４と、この還元剤供給ノズル１４に接続された還元剤ポンプ１５と、還元剤を収容した還元剤タンク１６とを具備する。還元剤として例えばガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油、ブタン、プロパン、メタノールのように液体又は気体で保存しうる炭化水素、水素Ｈ2 、アンモニアＮＨ3 を用いることができる。
【００２２】
一方、還元剤を発生する還元剤発生剤も本明細書にいう還元剤に含まれるとすると、還元剤発生剤を還元剤供給装置１３から供給することもできる。この還元剤発生剤として例えば尿素を用いることができる。尿素は機関排気通路内又はＮＯX 触媒１１内でＮＨ3 を発生し、従って尿素はアンモニア発生剤として作用する。一方、尿素を固体の形でも供給しうるが、ＮＨ3 発生効率のことを考えると水溶液のような液体の方が好ましい。そこで本実施態様では、還元剤供給装置１３から尿素水溶液を供給するようにしている。
【００２３】
さらに図１の内燃機関はＮＯX 触媒１１を加熱するための触媒加熱装置１７を具備し、この触媒加熱装置１７はＮＯX 触媒１１と一体的に設けられた電気ヒータ１８と、スイッチ１９と、電源２０とを具備する。スイッチ１９は通常オフにされている。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、及び出力ポート３７を具備する。吸気ダクト５内には吸入空気質量流量Ｇａに比例した出力電圧を発生するエアフロメータ３８が取り付けられる。排気管１２にはＮＯX 触媒１１から流出した排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ３９が取り付けられる。この排気温度はＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴを表しており、従って以下ではこの排気温度をＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴと称する。また、踏み込み量センサ４０はアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する。これらセンサ３８，３９，４０の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４１を介して入力ポート３６に入力される。また、入力ポート３６には機関回転数Ｎを表す出力パルスを発生する回転数センサ４２が接続される。一方、出力ポート３７はそれぞれ対応する駆動回路４３を介して各燃料噴射弁２、還元剤ポンプ１５、及びスイッチ１９に接続される。
【００２４】
本実施態様において、ＮＯX 触媒１１はゼオライト、フェリエライト、モルデナイト、アルミナＡｌ2 Ｏ3 のような多孔質担体上に担持された白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属、又は銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉのような遷移金属を具備する。ゼオライトとして例えばＺＳＭ−５型などの高シリカ含有ゼオライトを用いることができる。或いは、ＮＯX 触媒１１をチタニアからなる担体上に酸化バナジウムを担持したバナジウム・チタニア触媒から形成してもよい。上述したように、本実施態様ではＮＨ3 でもってＮＯX を還元するようにしており、この目的のためにゼオライト担体上に銅Ｃｕ又は銅Ｃｕ及び白金Ｐｔを担持した触媒、又はバナジウム・チタニア触媒が好ましい。
【００２５】
このＮＯX 触媒１１は例えば炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、アンモニアＮＨ3 のような還元剤を含む酸素雰囲気においてＮＯX をこれらＨＣ，ＣＯ，ＮＨ3 と選択的に反応せしめ、それによってＮＯX を窒素Ｎ2 に還元することができる。即ち、ＮＯX 触媒１１は流入する排気中が還元剤を含んでいると、たとえ酸素雰囲気であっても流入する排気中のＮＯX を還元する。
【００２６】
一方、図１のディーゼル機関では機関から排出されるスモークやパティキュレートを低減するために常時、酸素過剰燃焼が行われており、したがってＮＯX 触媒１１に流入する排気は通常、酸素雰囲気に維持されている。
この場合、機関から排出される未燃ＨＣやＣＯなどがＮＯX の還元剤として作用しうる。しかしながら、ディーゼル機関から排出される未燃ＨＣ量などに比べて浄化すべきＮＯX 量は圧倒的に多く、即ちＮＯX を良好に浄化するための還元剤が不足する。そこで、本実施態様ではＮＯX 触媒１１に還元剤供給装置１３から還元剤を２次的に供給し、それによって還元剤がＮＯX に対し不足しないようにしている。即ち、還元剤供給装置１３から供給された尿素が排気管９又はＮＯX 触媒１１内で例えば熱分解するとＮＨ3 が発生し、又はビウレットやシアヌル酸になどに形態変化するときにもＮＨ3 が発生する。このように尿素はＮＨ3 に転換され、このＮＨ3 はＮＯX 触媒１１においてＮＯX を還元する。
【００２７】
ところで、ＮＯX 触媒１１には還元剤の貯蔵能があることが確認されている。ＮＯX 触媒１１の貯蔵メカニズムは明らかにされていないが、尿素又はＮＨ3 の形で吸着により貯蔵されているものと考えられている。即ち、まず尿素の形でＮＯX 触媒１１内に付着し、次いでＮＨ3 に転換されてＮＨ3 の形でＮＯX 触媒１１内に保持されるか、又はＮＯX 触媒１１に到る前にＮＨ3 に転換されてＮＨ3 の形でＮＯX 触媒１１内に付着、保持される。一方、尿素の形で貯蔵されていると考えた場合、ＮＯX 触媒１１内でＮＨ3 に転換された後にＮＨ3 の形で放出されるか、又は尿素の形で放出された後にＮＨ3 に転換されると考えられている。言い換えると、ＮＯX 触媒１１はアンモニア又はアンモニア発生剤の貯蔵能を有することになる。
【００２８】
従って、冒頭で述べたようにＮＯX 触媒１１に流入するＮＯX 量である流入ＮＯX 量を還元するのに必要な量の尿素を供給すると、ＮＨ3 に過不足が生じてＮＯX を良好に浄化することができない。
ＮＯX 触媒１１に貯蔵される尿素又はＮＨ3 の量又はＮＯX 触媒から放出する尿素又はＮＨ3 の量はＮＯX 触媒１１に貯蔵されている尿素又はＮＨ3 量に依存する。そこで、ＮＯX 触媒１１に貯蔵されている尿素又はＮＨ3 量を表す還元剤貯蔵値を求め、この還元剤貯蔵値に基づいてＮＯX 触媒に供給すべき尿素水溶液量である尿素供給量を求め、ＮＯX 触媒に尿素水溶液を尿素供給量だけ供給するようにしている。次に、尿素供給量の算出方法について詳細に説明する。
【００２９】
尿素供給量ＱＵは例えば次式により算出される。
ＱＵ＝ＱＵＢ＋ＱＣ−ＱＲ
ここでＱＵＢは基本供給量、ＱＣは補正供給量、ＱＲは還元剤放出値をそれぞれ示している。
基本供給量ＱＵＢはＮＯX 触媒１１に流入するＮＯX を還元するのに必要な尿素水溶液量であって予め実験により求められている。この基本供給量ＱＵＢは単位時間当たりのＮＯX 流入量ＱＮＩＮとＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴとの関数として図２に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。基本供給量ＱＵＢはＮＯX 流入量ＱＮＩＮが大きくなるにつれて大きくなり、ＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが高くなるにつれて大きくなる。ここで、単位時間当たりのＮＯX 流入量ＱＮは予め実験により求められている。このＮＯX 流入量ＱＮＩＮは機関負荷を表すＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴと吸入空気量Ｇａとの関数として図３に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。ＮＯX 流入量ＱＮＩＮはＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが高くなるにつれて大きくなり、吸入空気量Ｇａが大きくなるにつれて大きくなる。なお、ＮＯX 触媒１１上流の機関排気通路内にＮＯX センサを配置してＮＯX 流入量ＱＮＩＮを検出するようにしてもよい。
【００３０】
一方、還元剤放出量ＱＲは単位時間当たりにＮＯX 触媒１１から放出される還元剤量を表しており、放出係数ｋｒと還元剤貯蔵値ＱＳとの積の形で算出される（ＱＲ＝ｋｒ・ＱＳ）。即ち、還元剤放出量ＱＲは放出係数ｋｒが大きくなるにつれて大きくなり、還元剤貯蔵値ＱＳが大きくなるにつれて大きくなる。上述したように、還元剤はＮＯX 触媒１１に吸着により貯蔵されると考えられており、この場合微視的に見ると定常状態においても還元剤の吸着、脱離が同時に行われている。還元剤放出量ＱＲはこの脱離分に相当する。
【００３１】
放出係数ｋｒは予め実験により求められており、ＮＯX 触媒１１の空間速度ＳＶとＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴとの関数として図４に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。放出係数ｋｒは空間速度ＳＶが高くなるにつれて大きくなり、ＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが高くなるにつれて大きくなる。
【００３２】
次に、補正供給量ＱＣは基本供給量ＱＵを補正するためのものであり、例えば次式により算出される。
ＱＣ＝ＱＳＡＴ−ＱＳ＋ＱＲ
ここでＱＳＡＴはＮＯX 触媒１１の飽和貯蔵量を示している。
飽和貯蔵量ＱＳＡＴが例えばｄだけ低下すると、ＮＯX 触媒１１から貯蔵されている還元剤がｄだけ放出される。逆に、飽和貯蔵量ＱＳＡＴがｄだけ増大すると、ＮＯX 触媒１１に供給された還元剤のうちｄだけＮＯX 触媒１１に貯蔵される。即ち、飽和貯蔵量ＱＳＡＴがｄだけ低下するときに還元剤を基本供給量ＱＢだけ供給すると還元剤がｄだけ過剰になり、飽和貯蔵量ＱＳＡＴがｄだけ増大するときにはｄだけ不足する。一方、飽和貯蔵量ＱＳＡＴの変化量は飽和貯蔵量ＱＳＡＴと還元剤貯蔵値ＱＳとの差（ＱＳＡＴ−ＱＳ）として表すことができる。さらに、還元剤が上述の還元剤放出量ＱＲだけ放出されたときには飽和貯蔵量がＱＲだけ増大したのと同じことになる。
【００３３】
従って、（ＱＳＡＴ−ＱＳ＋ＱＲ）を補正供給量ＱＣとしてこのＱＣを基本供給量ＱＵＢにを加算すれば、ＮＯX 触媒１１に還元剤を過不足なく供給できることになる。
なお、ＮＯX 触媒１１の飽和貯蔵量ＱＳＡＴは予め実験により求められており、ＮＯX 触媒１１の空間速度ＳＶ及びＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。飽和貯蔵量ＱＳＡＴは空間速度ＳＶが高くなるにつれて小さくなり、ＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが高くなるにつれて小さくなる。
【００３４】
一方、上記記載からわかるように還元剤貯蔵値ＱＳの変化分は補正供給量ＱＣに等しい。従って、前回の算出ルーチンにおける還元剤貯蔵値及び補正供給量をＱＳＯＬＤ、ＱＣＯＬＤで表すとすると、還元剤貯蔵値ＱＳは次式により算出される。
ＱＳ＝ＱＳＯＬＤ＋ＱＣＯＬＤ
従って、還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量を正確に表している限り、ＮＯX 触媒１１に供給される還元剤量は最適に維持される。しかしながら、還元剤貯蔵値ＱＳの算出作用が長時間になるにつれて還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが大きくなり、即ち還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量を正確に表さなくなる。
【００３５】
そこで本実施態様では、還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが予め定められた許容値よりも大きくなったか否かを判断し、このずれが許容値よりも大きくなったと判断されたときには、ＮＯX 触媒１１の実際の還元剤貯蔵量を既知の貯蔵量に一致せしめると共に、還元剤貯蔵値ＱＳをこの既知の貯蔵量を表す値に変更せしめるようにしている。具体的にいうと、既知の貯蔵量は零であり、この既知の貯蔵量を表す還元剤貯蔵値ＱＳも零である。従って、ＮＯX 触媒１１から貯蔵されている全ての還元剤を強制的に放出せしめると共に、還元剤貯蔵値ＱＳを零に戻すようにしているということになる。
【００３６】
既知の貯蔵量はどのような値でもよいが、零にするとＮＯX 触媒１１の実際の還元剤貯蔵量を容易に既知の貯蔵量に一致せしめることが可能となる。
ＮＯX 触媒１１から貯蔵されている還元剤を強制的に放出せしめるために、どのような手段を用いてもよい。しかしながら、ＮＯX 触媒１１を加熱すると還元剤即ち尿素又はアンモニアを確実にかつ速やかに放出させることができる。そこで本実施態様では、触媒加熱装置１７を設け、ＮＯX 触媒１１から貯蔵されている還元剤を強制的に放出せしめるべきときにヒータ１８を一時的に作動させるようにしている。
【００３７】
一方、概略的にいうと、還元剤貯蔵値ＱＳが大きくなるにつれて還元剤供給量ＱＵが少なくなり、実際の還元剤貯蔵量が小さくなるにつれて還元剤放出量ＱＲが少なくなる。従って、実際の還元剤貯蔵量が小さいにも関わらず還元剤貯蔵値ＱＳが大きくなっていると、還元剤が不足して多量のＮＯX がＮＯX 触媒１１から流出する恐れがある。そこで本実施態様では、還元剤貯蔵値ＱＳが予め定められた設定値よりも大きくなったときに還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが許容値よりも大きくなったと判断するようにしている。
【００３８】
なお、還元剤貯蔵量ＱＳが飽和貯蔵量ＱＳＡＴよりも少ないときに還元剤供給量を増量しても増量された還元剤のすべてが必ずしも貯蔵されるわけでなく、例えばＮＯX 触媒１１の種類に応じて定まる貯蔵率に応じて定まる量だけＮＯX 触媒１１に貯蔵される。そこでこの貯蔵率を考慮して還元剤貯蔵量ＱＳを算出するようにしてもよい。
【００３９】
図６及び図７は上述の実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。図６及び図７を参照すると、まず初めにステップ１００では基本供給量ＱＵＢが図２及び図３のマップから算出される。続くステップ１０１では電気ヒータ１８が作動（ＯＮ）されているか否かが判別される。電気ヒータ１８が停止（ＯＦＦ）されているときには次いでステップ１０２に進み、ＱＳ及びＱＵの算出ルーチンに進む。このルーチンは図８に示されている。
【００４０】
図８を参照すると、まず始めにステップ１５０では前回の処理サイクルにおける還元剤貯蔵値ＱＳＯＬＤ及び補正供給量ＱＣＯＬＤが読み込まれる。続くステップ１５１では還元剤貯蔵値ＱＳが算出される（ＱＳ＝ＱＳＯＬＤ＋ＱＣＯＬＤ）。続くステップ１５２では還元剤放出量ＱＲが算出される（ＱＲ＝ｋｒ・ＱＳ）。続くステップ１５３では図５のマップから飽和貯蔵量ＱＳＡＴが算出される。続くステップ１５４では補正供給量が算出される（ＱＣ＝ＱＳＡＴ−ＱＳ＋ＱＲ）。続くステップ１５５では還元剤供給量ＱＵが算出される（ＱＵ＝ＱＵＢ＋ＱＣ−ＱＲ）。
【００４１】
続くステップ１０３では、還元剤貯蔵値ＱＳが設定値ＱＳ１よりも大きいか否かが判別されるＱＳ≦ＱＳ１のときには次いでステップ１０４に進み、今回の処理サイクルにおける還元剤貯蔵値ＱＳ及び補正供給量ＱＣがＱＳＯＬＤ及びＱＣＯＬＤとしてそれぞれ記憶される。次いで処理サイクルを終了する。これに対し、ＱＳ＞ＱＳ１のときには次いでステップ１０５に進み、電気ヒータ１８が作動される（ＯＮ）。
【００４２】
電気ヒータ１８が作動されたときにはステップ１０１からステップ１０６に進み、基本供給量ＱＵＢと１よりも小さな一定値ｍとの積の形で還元剤供給量ＱＵが算出される（ＱＵ＝ＱＵＢ・ｍ）。即ち、電気ヒータ１８が作動されている間は最適な還元剤量を算出することができない。しかしながら、ＮＯX 触媒１１に新たに流入するＮＯX を還元する必要がある。この場合、ＮＯX 触媒１１から還元剤が放出されているので還元剤を基本供給量ＱＵＢだけ供給すると過剰になる。そこで、電気ヒータ１８が作動されている間は還元剤をＱＵＢ・ｍだけ供給するようにしている。
【００４３】
続くステップ１０７では電気ヒータ１８が作動されてから一定時間だけ経過したか否かが判別される。一定時間が経過していないときには処理サイクルを終了する。一定時間が経過したときにはＮＯX 触媒１１から貯蔵されている全ての還元剤が放出されたと判断してステップ１０８に進み、電気ヒータ１８を停止する（ＯＦＦ）。続くステップ１０９では還元剤貯蔵値ＱＳが零に戻され、ＱＳＯＬＤ及びＱＣＯＬＤも零に戻される。
【００４４】
なお、ＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが還元剤放出温度（例えば３５０℃）よりも高くなると、ＮＯX 触媒１１から貯蔵されている還元剤が一斉に放出され、還元剤貯蔵量が零になることが確認されている。従って、ステップ１０７において、ＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが還元剤放出温度よりも高くなってから一定時間が経過したか否かを判断するようにしてもよい。
【００４５】
図９に別の実施態様を示す。この実施態様はＮＯX 触媒１１下流の排気管１２内に、ＮＯX 触媒１１から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴに比例した出力電圧を発生するＮＯX センサ４４が配置されている点で図１の実施態様と構成を異にしている。ＮＯX センサ４４の出力電圧は対応するＡＤ変換器４１を介して入力ポート３６に入力される。
【００４６】
還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量からずれてくると、ＮＯX 触媒１１に最適な量の還元剤を供給できなくなるために、ＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが大きくなる。そこで本実施態様では、ＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが予め定められた設定量ＱＮ１よりも大きくなったときに還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが許容値よりも大きくなったと判断するようにしている。
図１０及び図１１は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図６及び図７のルーチンのステップ１０３をステップ２０３に置換したものであり、ステップ２００から２０２まで及び２０４から２０９までは図６及び図７のルーチンのステップ１００から１０２まで及び１０４から１０９までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ２０２からステップ２０３に進むと、ＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが設定値ＱＮ１よりも大きいか否かが判別される。ＱＮＯＵＴ≦ＱＮ１のときにはステップ２０４に進み、ＱＮＯＵＴ＞ＱＮ１のときにはステップ２０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。その結果、還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量に一致せしめられる。
【００４７】
次に図９の内燃機関の別の実施態様を説明する。
例えばＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが低いときにＮＯX 触媒１１へのＮＯX 流入量が大幅に増大すると、還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量を正確に表していたとしてもＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが大きくなる恐れがある。この場合、上述の図１０及び図１１の実施態様では電気ヒータ１８が作動されてＮＯX 触媒１１から還元剤が強制的に放出せしめられる。しかしながら、例えばＮＯX 流出量が少ないと予想されるにも関わらず実際のＮＯX 流出量が多いときに、還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが許容値よりも大きいと判断するのが好ましい。
【００４８】
一方、ＮＯX 流出量はＮＯX 流入量ＱＮＩＮが大きくなるにつれて大きくなり、ＮＯX 触媒１１のＮＯX 浄化率ＥＦＦが高くなるにつれて小さくなる。また、ＮＯX 浄化率ＥＦＦはＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが高くなるにつれて高くなり、空間速度ＳＶが高くなるにつれて低くなる。従って、機関運転状態に基づいてＮＯX 流出量を推定することができる。
【００４９】
このように推定されるＮＯX 流出量、すなわち推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴは予め実験により求められている。推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴはＮＯX 流入量ＱＮＩＮとＮＯX 浄化率ＥＦＦとの関数として図１２に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。また、ＮＯX 浄化率ＥＦＦも予め実験により求められており、ＮＯX 触媒１１の触媒温度ＴＣＡＴと空間速度ＳＶとの関数として図１３に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。なお、ＮＯX 流入量ＱＮＩＮは図２のマップから算出することができる。
【００５０】
そこで本実施態様では、まず推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴを算出し、ＮＯX センサ４４により検出されたＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴと推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴとの差、即ち流出量差ＤＩＦＮ（ＤＩＦＮ＝ＱＮＯＵＴ−ＱＮＥＳＴ）の絶対値｜ＤＩＦＮ｜が予め定められた設定値ＤＮ１よりも大きいときに、還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが許容値よりも大きいと判断している。
【００５１】
図１４及び図１５は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図６及び図７のルーチンのステップ１０３をステップ３０２ａ及び３０３に置換したものであり、ステップ３００から３０２まで及び３０４から３０９までは図６及び図７のルーチンのステップ１００から１０２まで及び１０４から１０９までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ３０２からステップ３０２ａに進むと、流出量差ＤＩＦＮの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図１６に示されている。
【００５２】
図１６を参照すると、まずステップ３５０では推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴが図２、１２、１３のマップから算出される。続くステップ３５１では流出量差ＤＩＦＮが算出される（ＤＩＦＮ＝ＱＮＯＵＴ−ＱＮＥＳＴ）。
続くステップ３０３では流出量差ＤＩＦＮの絶対値｜ＤＩＦＮ｜が設定値ＤＮ１よりも大きいか否かが判別される。｜ＤＩＦＮ｜≦ＤＮ１のときにはステップ３０４に進み、｜ＤＩＦＮ｜＞ＤＮ１のときにはステップ３０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００５３】
次に、図９の内燃機関の更に別の実施態様を説明する。
ＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが大きくなるのは還元剤が不足しているためであり、これは還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量よりも大きいときに生ずる。そこで本実施態様では、ＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが設定値ＱＮ１よりも大きいときには還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ減算し、それにより還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量を正確に表すようにしている。
【００５４】
ＱＮＯＵＴ＞ＱＮ１である限り還元剤貯蔵値ＱＳの減算補正が継続される。しかしながら、還元剤貯蔵値ＱＳを長時間に亙って減算補正してもＱＮＯＵＴ＞ＱＮ１のときには、これ以上減算補正を継続するのは好ましくない。そこで本実施態様では、還元剤貯蔵値ＱＳの補正作用を予め定められた設定時間だけ行っても未だＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが設定値ＱＮ１よりも大きいときにはＮＯX 触媒１１から貯蔵されている全ての還元剤を放出せしめると共に、還元剤貯蔵値ＱＳを零に戻すようにしている。
【００５５】
従って一般的にいうと、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量に対する還元剤貯蔵値のずれが第１の許容値よりも大きいか否かを判断し、このずれが第１の許容値よりも大きいと判断されたときにずれが小さくなるように還元剤貯蔵値を補正し、還元剤貯蔵値の補正作用が開始されてから予め定められた設定時間が経過した後にずれが予め定められた第２の許容値よりも大きいか否かを判断し、ずれが第２の許容値よりも大きいと判断されたときにはＮＯX 触媒に貯蔵されている全ての還元剤をＮＯX 触媒から放出せしめると共に、還元剤貯蔵値を零に戻すようにしているということになる。なお、本実施態様は第１の許容値と第２の許容値とが等しい場合を示している。当然のことながら、第１の許容値及び第２の許容値は互いに異なっていてもよい。
【００５６】
図１７及び図１８は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図１０及び図１１のルーチンのステップ２０３をステップ４０３，４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃ，４０３ｄに置換し、ステップ２０９をステップ４０９に置換したものであり、ステップ４００から４０２まで及び４０４から４０８までは図１０及び図１１のルーチンのステップ２００から２０２まで及び２０４から２０８までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ４０２からステップ４０３に進むと、ＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが設定値ＱＮ１よりも大きいか否かが判別される。ＱＮＯＵＴ≦ＱＮ１のときにはステップ４０３ａに進み、還元剤貯蔵値ＱＳの補正作用が開始されてからの時間を表すカウンタ値ＣＣがクリアされる。次いでステップ４０４に進む。一方、ＱＮＯＵＴ＞ＱＮ１のときにはステップ４０３ｂに進み、還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ減算される（ＱＳ＝ＱＳ−ｑ）。続くステップ４０３ｃではカウンタ値ＣＣが１だけインクリメントされる。続くステップ４０３ｄではカウンタ値ＣＣが設定値Ｃ１よりも大きいか否かが判別される。ＣＣ≦Ｃ１のときにはステップ４０４に進み、ＣＣ＞Ｃ１のときには次いでステップ４０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００５７】
一方、ステップ４０９ではＱＳ，ＱＳＯＬＤ，ＱＣＯＬＤに加えて、カウント値ＣＣが零に戻される。なお、補正量ｑを一定でなく、例えばＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴと設定値ＱＮ１との差に基づいて定めるようにしてもよい。
次に、図９の内燃機関の更に別の実施態様を説明する。
検出されたＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴと推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴとの流出量差ＤＩＦＮが大きくなるのは還元剤が不足しているためであり、これは還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量よりも大きいときに生ずる。また、流出量差ＤＩＦＮが負値のときにその絶対値｜ＤＩＦＮ｜が大きくなるのは還元剤が過剰になっているためであり、これは還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量よりも小さいときに生ずる。
【００５８】
そこで本実施態様では、流出量差の絶対値｜ＤＩＦＮ｜が設定値ＤＮ１よりも大きいときには還元剤貯蔵値ＱＳを補正すると共に、このとき流出量差ＤＩＦＮが正値であれば還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ減算し、流出量差ＤＩＦＮが負値であれば還元剤貯蔵値ＱＳに一定値ｑだけ加算するようにしている。
図１９及び図２０は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図１４及び図１５のルーチンのステップ３０３をステップ５０３，５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃ，５０３ｄ，５０３ｅ，５０３ｆに置換し、ステップ３０９をステップ５０９に置換したものであり、ステップ５００から５０２ａまで及び５０４から５０８までは図１４及び図１５のルーチンのステップ３００から３０２ａまで及び３０４から３０８までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ５０２ａからステップ５０３に進むと、流出量差の絶対値｜ＤＩＦＮ｜が設定値ＤＮ１よりも大きいか否かが判別される。｜ＤＩＦＮ｜≦ＤＮ１のときにはステップ５０３ａに進み、カウンタ値ＣＣがクリアされる。次いでステップ５０４に進む。一方、｜ＤＩＦＮ｜＞ＤＮ１のときにはステップ５０３ｂに進み、流出量差ＤＩＦＮが正値であるか否かが判別される。ＤＩＦＮ＞０のときには次いでステップ５０３ｃに進み、還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ減算される（ＱＳ＝ＱＳ−ｑ）。これに対し、ＤＩＦＮ≦０のときには次いでステップ５０３ｄに進み、還元剤貯蔵値ＱＳに一定値ｑだけ加算される（ＱＳ＝ＱＳ＋ｑ）。続くステップ５０３ｅではカウンタ値ＣＣが１だけインクリメントされる。続くステップ５０３ｆではカウンタ値ＣＣが設定値Ｃ１よりも大きいか否かが判別される。ＣＣ≦Ｃ１のときにはステップ５０４に進み、ＣＣ＞Ｃ１のときには次いでステップ５０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００５９】
一方、ステップ５０９ではＱＳ，ＱＳＯＬＤ，ＱＣＯＬＤに加えて、カウント値ＣＣが零に戻される。
図２１に更に別の実施態様を示す。この実施態様はＮＯX センサ４４に換えてＮＨ3 センサ４５が配置されている点で図９の実施態様と構成を異にしている。このＮＨ3 センサ４５はＮＯX 触媒１１から流出するアンモニア量であるＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴに比例した出力電圧を発生する。ＮＯX センサ４４の出力電圧は対応するＡＤ変換器４１を介して入力ポート３６に入力される。
【００６０】
還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量からずれてくると、ＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが大きくなる。そこで本実施態様では、ＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが予め定められた設定量ＱＲ１よりも大きくなったときに還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが許容値よりも大きくなったと判断し、このときＮＯX 触媒１１から貯蔵されている全ての還元剤を放出せしめると共に、還元剤貯蔵値ＱＳを零に戻すようにしている。
【００６１】
図２２及び図２３は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図１０及び図１１のルーチンのステップ２０３をステップ６０３に置換したものであり、ステップ６００から６０２まで及び６０４から６０９までは図１０及び図１１のルーチンのステップ１００から１０２まで及び２０４から２０９までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ６０２からステップ６０３に進むと、ＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが設定値ＱＲ１よりも大きいか否かが判別される。ＱＲＯＵＴ≦ＱＲ１のときにはステップ６０４に進み、ＱＲＯＵＴ＞ＱＲ１のときにはステップ６０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００６２】
次に図２１の内燃機関の別の実施態様を説明する。
本実施態様では、まず推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴを算出し、ＮＨ3 センサ４５により検出されたＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴと推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴとの差、即ち流出量差ＤＩＦＲ（ＤＩＦＲ＝ＱＲＯＵＴ−ＱＲＥＳＴ）の絶対値｜ＤＩＦＲ｜が予め定められた設定値ＤＲ１よりも大きいときに、還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが許容値よりも大きいと判断している。
【００６３】
この場合、推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴは予め実験により求められており、還元剤供給量ＱＵとＮＯX 浄化率ＥＦＦとの関数として図２４に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。この推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴは還元剤供給量ＱＵが大きくなるにつれて大きくなり、ＮＯX 浄化率ＥＦＦが高くなるにつれて小さくなる。
【００６４】
図２５及び図２６は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図１４及び図１５のルーチンのステップ３０２ａ及び３０３をステップ７０２ａ及び７０３に置換したものであり、ステップ７００から７０２まで及び７０４から７０９までは図１４及び図１５のルーチンのステップ３００から３０２まで及び３０４から３０９までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ７０２からステップ７０２ａに進むと、流出量差ＤＩＦＲの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図２７に示されている。
【００６５】
図２７を参照すると、まずステップ７５０では推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴが図１３及び２４のマップから算出される。続くステップ７５１では流出量差ＤＩＦＲが算出される（ＤＩＦＲ＝ＱＲＯＵＴ−ＱＲＥＳＴ）。
続くステップ７０３では流出量差ＤＩＦＲの絶対値｜ＤＩＦＲ｜が設定値ＤＲ１よりも大きいか否かが判別される。｜ＤＩＦＲ｜≦ＤＲ１のときにはステップ７０４に進み、｜ＤＩＦＲ｜＞ＤＲ１のときにはステップ７０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００６６】
次に、図２１の内燃機関の更に別の実施態様を説明する。
ＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが大きくなるのは還元剤が過剰になっているためであり、これは還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量よりも小さいときに生ずる。そこで本実施態様では、ＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが設定値ＱＲ１よりも大きいときには還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ加算するようにしている。また、還元剤貯蔵値ＱＳの補正作用を予め定められた設定時間だけ行っても未だＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが設定値ＱＲ１よりも大きいときにはＮＯX 触媒１１から貯蔵されている全ての還元剤を放出せしめると共に、還元剤貯蔵値ＱＳを零に戻すようにしている。
【００６７】
図２８及び図２９は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図１７及び図１８のルーチンのステップ４０３，４０３ｂをステップ８０３，８０３ｂにそれぞれ置換したものであり、ステップ８００から８０２まで、８０３ａ，８０３ｃ，８０３ｄ、及び８０４から８０９までは図１７及び図１８のルーチンのステップ４００から４０２まで、４０３ａ，４０３ｃ，４０３ｄ、及び４０４から４０９までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ８０２からステップ８０３に進むと、ＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが設定値ＱＲ１よりも大きいか否かが判別される。ＱＲＯＵＴ≦ＱＲ１のときにはステップ８０３ａに進み、カウンタ値ＣＣがクリアされる。次いでステップ８０４に進む。一方、ＱＲＯＵＴ＞ＱＲ１のときにはステップ８０３ｂに進み、還元剤貯蔵値ＱＳに一定値ｑだけ加算される（ＱＳ＝ＱＳ＋ｑ）。続くステップ８０３ｃではカウンタ値ＣＣが１だけインクリメントされる。続くステップ８０３ｄではカウンタ値ＣＣが設定値Ｃ１よりも大きいか否かが判別される。ＣＣ≦Ｃ１のときにはステップ８０４に進み、ＣＣ＞Ｃ１のときには次いでステップ８０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００６８】
次に、図２１の内燃機関の更に別の実施態様を説明する。
検出されたＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴと推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴとの流出量差ＤＩＦＲが大きくなるのは還元剤が過剰になっているためであり、これは還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量よりも小さいときに生ずる。また、流出量差ＤＩＦＲが負値のときにその絶対値｜ＤＩＦＲ｜が大きくなるのは還元剤が不足しているためであり、これは還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量よりも大きいときに生ずる。
【００６９】
そこで本実施態様では、流出量差の絶対値｜ＤＩＦＲ｜が設定値ＤＲ１よりも大きいときには還元剤貯蔵値ＱＳを補正すると共に、このとき流出量差ＤＩＦＲが負値であれば還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ減算し、流出量差ＤＩＦＲが正値であれば還元剤貯蔵値ＱＳに一定値ｑだけ加算するようにしている。
図３０及び図３１は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図１９及び図２０のルーチンのステップ５０２ａ，５０３，５０３ｂをステップ９０２ａ，９０３，９０３ｂに置換したものであり、ステップ９００から９０２まで、９０３ａ，９０３ｃ，９０３ｄ，９０３ｅ，９０３ｆ、及び９０４から９０９までは図１９及び図２０のルーチンのステップ５００から５０２まで、５０３ａ，５０３ｃ，５０３ｄ，５０３ｅ，５０３ｆ、及び５０４から５０９までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ９０２からステップ９０２ａに進むと、図２７の流出量差ＤＩＦＲの算出ルーチンが実行される。続くステップ９０３では、流出量差の絶対値｜ＤＩＦＲ｜が設定値ＤＲ１よりも大きいか否かが判別される。｜ＤＩＦＲ｜≦ＤＲ１のときにはステップ９０３ａに進む。一方、｜ＤＩＦＲ｜＞ＤＲ１のときにはステップ９０３ｂに進み、流出量差ＤＩＦＲが負値であるか否かが判別される。ＤＩＦＲ＜０のときには次いでステップ９０３ｃに進み、還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ減算される（ＱＳ＝ＱＳ−ｑ）。これに対し、ＤＩＦＲ≧０のときには次いでステップ９０３ｄに進み、還元剤貯蔵値ＱＳに一定値ｑだけ加算される（ＱＳ＝ＱＳ＋ｑ）。続くステップ９０３ｅではカウンタ値ＣＣが１だけインクリメントされる。続くステップ９０３ｆではカウンタ値ＣＣが設定値Ｃ１よりも大きいか否かが判別される。ＣＣ≦Ｃ１のときにはステップ９０４に進み、ＣＣ＞Ｃ１のときには次いでステップ９０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００７０】
これまで述べてきた実施態様では、機関本体１とＮＯX 触媒１１間の排気管９内に還元剤供給装置１３を設け、この還元剤供給装置１３からＮＯX 触媒１１に還元剤を供給するようにしている。しかしながら、燃料噴射弁２から機関膨張行程又は排気行程に２回目の燃料噴射を行うことによりＮＯX 触媒１１に還元剤を供給するようにしてもよい。
【００７１】
また、これまで述べてきた実施態様では、ＮＯX 触媒１１から貯蔵されている還元剤を強制的に放出せしめるためにＮＯX 触媒１１を直接加熱する触媒加熱装置１７を設けている。しかしながら、排気管９周りに電気ヒータを配置してＮＯX 触媒１１への流入排気を加熱するようにしてもよい。又は、吸気絞り弁６の開度を通常運転時に比べ一時的に減少せしめて流入排気の温度を高めるようにしてもよいし、ＮＯX 触媒１１下流の排気通路内に排気絞り弁が配置されている内燃機関では、排気絞り弁の開度を通常運転時に比べ一時的に減少せしめてもよい。さらに、ＥＧＲガス供給装置を備えた内燃機関では、ＥＧＲガス量を通常運転時に比べ一時的に増大せしめてもよい。さらに、燃料噴射時期を通常運転時に比べ一時的に遅角せしめてもよい。さらに、火花点火式内燃機関では点火時期を通常運転時に比べ一時的に遅角せしめてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
ＮＯX 触媒に供給される還元剤量を最適に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】基本供給量ＱＵＢを示す線図である。
【図３】ＮＯX 流入量ＱＮＩＮを示す線図である。
【図４】放出係数ＫＲを示す線図である。
【図５】ＮＯX 触媒の飽和貯蔵量ＱＳＡＴを示す線図である。
【図６】割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図７】割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図８】ＱＳ及びＱＣの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】別の実施態様を示す内燃機関の全体図である。
【図１０】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴを示す線図である。
【図１３】ＮＯX 浄化率ＥＦＦを示す線図である。
【図１４】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】流出量差ＤＩＦＮの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２１】別の実施態様を示す内燃機関の全体図である。
【図２２】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２３】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２４】推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴを示す線図である。
【図２５】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２６】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２７】流出量差ＤＩＦＲの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図２８】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２９】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図３０】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図３１】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
８…排気マニホルド
１１…ＮＯX 触媒
１３…還元剤供給装置
１７…触媒加熱装置
４４…ＮＯX センサ
４５…ＮＨ3 センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、リーン混合気を燃焼せしめるようにした内燃機関において、還元剤例えばＨＣ（炭化水素）を含む酸化雰囲気においてＮＯX を還元可能なＮＯX 触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯX 触媒に流入するＮＯX 量に見合う量のＨＣをＮＯX 触媒に供給してＮＯX を還元するようにした内燃機関が知られている。
【０００３】
ところが、このようなＮＯX 触媒は通常、ＨＣ貯蔵能を備えており、例えばＮＯX 触媒の温度が低くなるとＮＯX 触媒にＨＣが貯蔵されるためにＨＣが不足してＮＯX 触媒から流出されるＮＯX 量が増大し、ＮＯX 触媒の温度が高くなるとＮＯX 触媒から貯蔵されているＨＣが放出するためにＨＣが過剰になってＮＯX 触媒から流出されるＨＣ量が増大する。
【０００４】
ＮＯX 触媒に貯蔵されるＨＣ量又はＮＯX 触媒から放出するＨＣ量はＮＯX 触媒に貯蔵されているＨＣ量に依存する。そこで、ＮＯX 触媒に貯蔵されているＨＣ量を表すＨＣ貯蔵値を求め、ＨＣ貯蔵値に基づいてＮＯX 触媒に供給すべきＨＣ量であるＨＣ供給量を求め、ＮＯX 触媒にＨＣをＨＣ供給量だけ供給するようにした内燃機関が公知である（特開平１０−２０５３２２号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＮＯX 触媒に貯蔵されているＨＣ量を直接的に求めることはできないのでＨＣ貯蔵値は推定せざるを得ない。しかしながら、ＨＣ貯蔵値の推定作用が長時間になるにつれてＨＣ貯蔵値が正規の値から次第にずれるようになり、即ちＨＣ貯蔵値が実際にＮＯX 触媒に貯蔵されているＨＣ量を正確に表さなくなる。このような正確でないＨＣ貯蔵値に基づいてＨＣ供給量を求めるようにすると、ＮＯX 触媒に供給されるＨＣ量が最適でなくなるという問題点がある。
【０００６】
従って、本発明の目的はＮＯX 触媒に供給される還元剤量を最適に維持することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、還元剤を含む酸化雰囲気においてＮＯX を還元可能でありかつ還元剤貯蔵能を有するＮＯX 触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯX 触媒に貯蔵されている還元剤量を表す還元剤貯蔵値を求め、還元剤貯蔵値に基づいてＮＯX 触媒に供給すべき還元剤量である還元剤供給量を求め、ＮＯX 触媒に還元剤を還元剤供給量だけ供給してＮＯX を還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量を既知の貯蔵量に一致せしめることが可能な制御手段と、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量に対する還元剤貯蔵値のずれが許容値よりも大きいか否かを判断する判断手段を具備し、ずれが許容値よりも大きいと判断されたときにＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量を前記既知の貯蔵量に一致せしめると共に、還元剤貯蔵値を既知の貯蔵量を表す値に変更するようにしている。即ち１番目の発明では、ずれが大きいと判断されたときに還元剤貯蔵値がＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量に一致せしめられる。
【０００８】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、判断手段は還元剤貯蔵値が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断している。
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内にＮＯX センサを配置し、判断手段は検出されたＮＯX 流出量が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断している。
【０００９】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内にＮＯX センサを配置し、ＮＯX 触媒からのＮＯX 流出量を推定する手段を具備し、判断手段は検出されたＮＯX 流出量と推定されたＮＯX 流出量との差が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断している。
【００１０】
また、５番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出する還元剤量である還元剤流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内に還元剤センサを配置し、判断手段は検出された還元剤流出量が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断している。
【００１１】
また、６番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出する還元剤量である還元剤流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内に還元剤センサを配置し、ＮＯX 触媒からの還元剤流出量を推定する手段を具備し、判断手段は検出された還元剤流出量と推定された還元剤流出量との差が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断している。
【００１２】
また、上記課題を解決するために７番目の発明によれば、還元剤を含む酸化雰囲気においてＮＯX を還元可能でありかつ還元剤貯蔵能を有するＮＯX 触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯX 触媒に貯蔵されている還元剤量を表す還元剤貯蔵値を求め、還元剤貯蔵値に基づいてＮＯX 触媒に供給すべき還元剤量である還元剤供給量を求め、ＮＯX 触媒に還元剤を還元剤供給量だけ供給してＮＯX を還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量に対する還元剤貯蔵値のずれが第１の許容値よりも大きいか否かを判断する判断手段を具備し、ずれが第１の許容値よりも大きいと判断されたときにずれが小さくなるように還元剤貯蔵値を補正するようにしている。
【００１３】
また、８番目の発明によれば７番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内にＮＯX センサを配置し、判断手段は検出されたＮＯX 流出量が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記第１の許容値よりも大きいと判断している。
【００１４】
また、９番目の発明によれば７番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内にＮＯX センサを配置し、ＮＯX 触媒からのＮＯX 流出量を推定する手段を具備し、判断手段は検出されたＮＯX 流出量と推定されたＮＯX 流出量との差が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記第１の許容値よりも大きいと判断している。
【００１５】
また、１０番目の発明によれば７番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出する還元剤量である還元剤流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内に還元剤センサを配置し、判断手段は検出された還元剤流出量が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記第１の許容値よりも大きいと判断している。
【００１６】
また、１１番目の発明によれば７番目の発明において、ＮＯX 触媒から流出する還元剤量である還元剤流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内に還元剤センサを配置し、ＮＯX 触媒からの還元剤流出量を推定する手段を具備し、判断手段は検出された還元剤流出量と推定された還元剤流出量との差が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記第１の許容値よりも大きいと判断している。
【００１７】
また、１２番目の発明によれば７番目の発明において、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量を既知の貯蔵量に一致せしめることが可能な制御手段を具備し、判断手段は還元剤貯蔵値の補正作用が開始されてから予め定められた設定時間が経過した後に前記ずれが予め定められた第２の許容値よりも大きいか否かを判断し、ずれが第２の許容値よりも大きいと判断されたときにはＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量を前記既知の貯蔵量に一致せしめると共に、還元剤貯蔵値を既知の貯蔵量を表す値に変更するようにしている。即ち１２番目の発明では、還元剤貯蔵値の補正作用を行ってもずれが小さくならないときには還元剤貯蔵値がＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量に一致せしめられる。
【００１８】
また、１３番目の発明によれば１又は１２番目の発明において、前記既知の貯蔵量が零であり、かつ既知の貯蔵量を表す還元剤貯蔵値が零である。
また、１４番目の発明によれば１又は１２番目の発明において、前記制御手段がＮＯX 触媒を加熱することによりＮＯX 触媒から貯蔵されている還元剤を放出させる放出手段を具備している。即ち１４番目の発明では、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量が簡単にかつ速やかに既知の貯蔵量に一致せしめられる。
【００１９】
また、１５番目の発明によれば４，５，１０，１１番目の発明のうちいずれか一つにおいて、前記還元剤がアンモニア又はアンモニア発生剤を含み、前記還元剤センサがＮＨ3 センサである。アンモニアは例えば炭化水素や一酸化炭素などに比べて還元力が強く、従ってＮＯX が確実に浄化される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明をディーゼル機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式機関に適用することもできる。
図１を参照すると、１は機関本体、２は筒内に燃料を直接噴射する例えば電磁式の燃料噴射弁、３は吸気枝管、４はサージタンク、５は吸気ダクト、６は吸気ダクト５内に配置された吸気絞り弁、７はエアクリーナ、８は排気マニホルド、９は排気管、１０は排気管９に接続されかつＮＯX 触媒１１を収容したケーシング、１２はケーシング１０に接続された排気管をそれぞれ示す。
【００２１】
また、図１の内燃機関はＮＯX 触媒１１に還元剤を供給するための還元剤供給装置１３を具備し、この還元剤供給装置１３は排気管１９内に配置された還元剤供給ノズル１４と、この還元剤供給ノズル１４に接続された還元剤ポンプ１５と、還元剤を収容した還元剤タンク１６とを具備する。還元剤として例えばガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油、ブタン、プロパン、メタノールのように液体又は気体で保存しうる炭化水素、水素Ｈ2 、アンモニアＮＨ3 を用いることができる。
【００２２】
一方、還元剤を発生する還元剤発生剤も本明細書にいう還元剤に含まれるとすると、還元剤発生剤を還元剤供給装置１３から供給することもできる。この還元剤発生剤として例えば尿素を用いることができる。尿素は機関排気通路内又はＮＯX 触媒１１内でＮＨ3 を発生し、従って尿素はアンモニア発生剤として作用する。一方、尿素を固体の形でも供給しうるが、ＮＨ3 発生効率のことを考えると水溶液のような液体の方が好ましい。そこで本実施態様では、還元剤供給装置１３から尿素水溶液を供給するようにしている。
【００２３】
さらに図１の内燃機関はＮＯX 触媒１１を加熱するための触媒加熱装置１７を具備し、この触媒加熱装置１７はＮＯX 触媒１１と一体的に設けられた電気ヒータ１８と、スイッチ１９と、電源２０とを具備する。スイッチ１９は通常オフにされている。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、及び出力ポート３７を具備する。吸気ダクト５内には吸入空気質量流量Ｇａに比例した出力電圧を発生するエアフロメータ３８が取り付けられる。排気管１２にはＮＯX 触媒１１から流出した排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ３９が取り付けられる。この排気温度はＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴを表しており、従って以下ではこの排気温度をＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴと称する。また、踏み込み量センサ４０はアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する。これらセンサ３８，３９，４０の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４１を介して入力ポート３６に入力される。また、入力ポート３６には機関回転数Ｎを表す出力パルスを発生する回転数センサ４２が接続される。一方、出力ポート３７はそれぞれ対応する駆動回路４３を介して各燃料噴射弁２、還元剤ポンプ１５、及びスイッチ１９に接続される。
【００２４】
本実施態様において、ＮＯX 触媒１１はゼオライト、フェリエライト、モルデナイト、アルミナＡｌ2 Ｏ3 のような多孔質担体上に担持された白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属、又は銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉのような遷移金属を具備する。ゼオライトとして例えばＺＳＭ−５型などの高シリカ含有ゼオライトを用いることができる。或いは、ＮＯX 触媒１１をチタニアからなる担体上に酸化バナジウムを担持したバナジウム・チタニア触媒から形成してもよい。上述したように、本実施態様ではＮＨ3 でもってＮＯX を還元するようにしており、この目的のためにゼオライト担体上に銅Ｃｕ又は銅Ｃｕ及び白金Ｐｔを担持した触媒、又はバナジウム・チタニア触媒が好ましい。
【００２５】
このＮＯX 触媒１１は例えば炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、アンモニアＮＨ3 のような還元剤を含む酸素雰囲気においてＮＯX をこれらＨＣ，ＣＯ，ＮＨ3 と選択的に反応せしめ、それによってＮＯX を窒素Ｎ2 に還元することができる。即ち、ＮＯX 触媒１１は流入する排気中が還元剤を含んでいると、たとえ酸素雰囲気であっても流入する排気中のＮＯX を還元する。
【００２６】
一方、図１のディーゼル機関では機関から排出されるスモークやパティキュレートを低減するために常時、酸素過剰燃焼が行われており、したがってＮＯX 触媒１１に流入する排気は通常、酸素雰囲気に維持されている。
この場合、機関から排出される未燃ＨＣやＣＯなどがＮＯX の還元剤として作用しうる。しかしながら、ディーゼル機関から排出される未燃ＨＣ量などに比べて浄化すべきＮＯX 量は圧倒的に多く、即ちＮＯX を良好に浄化するための還元剤が不足する。そこで、本実施態様ではＮＯX 触媒１１に還元剤供給装置１３から還元剤を２次的に供給し、それによって還元剤がＮＯX に対し不足しないようにしている。即ち、還元剤供給装置１３から供給された尿素が排気管９又はＮＯX 触媒１１内で例えば熱分解するとＮＨ3 が発生し、又はビウレットやシアヌル酸になどに形態変化するときにもＮＨ3 が発生する。このように尿素はＮＨ3 に転換され、このＮＨ3 はＮＯX 触媒１１においてＮＯX を還元する。
【００２７】
ところで、ＮＯX 触媒１１には還元剤の貯蔵能があることが確認されている。ＮＯX 触媒１１の貯蔵メカニズムは明らかにされていないが、尿素又はＮＨ3 の形で吸着により貯蔵されているものと考えられている。即ち、まず尿素の形でＮＯX 触媒１１内に付着し、次いでＮＨ3 に転換されてＮＨ3 の形でＮＯX 触媒１１内に保持されるか、又はＮＯX 触媒１１に到る前にＮＨ3 に転換されてＮＨ3 の形でＮＯX 触媒１１内に付着、保持される。一方、尿素の形で貯蔵されていると考えた場合、ＮＯX 触媒１１内でＮＨ3 に転換された後にＮＨ3 の形で放出されるか、又は尿素の形で放出された後にＮＨ3 に転換されると考えられている。言い換えると、ＮＯX 触媒１１はアンモニア又はアンモニア発生剤の貯蔵能を有することになる。
【００２８】
従って、冒頭で述べたようにＮＯX 触媒１１に流入するＮＯX 量である流入ＮＯX 量を還元するのに必要な量の尿素を供給すると、ＮＨ3 に過不足が生じてＮＯX を良好に浄化することができない。
ＮＯX 触媒１１に貯蔵される尿素又はＮＨ3 の量又はＮＯX 触媒から放出する尿素又はＮＨ3 の量はＮＯX 触媒１１に貯蔵されている尿素又はＮＨ3 量に依存する。そこで、ＮＯX 触媒１１に貯蔵されている尿素又はＮＨ3 量を表す還元剤貯蔵値を求め、この還元剤貯蔵値に基づいてＮＯX 触媒に供給すべき尿素水溶液量である尿素供給量を求め、ＮＯX 触媒に尿素水溶液を尿素供給量だけ供給するようにしている。次に、尿素供給量の算出方法について詳細に説明する。
【００２９】
尿素供給量ＱＵは例えば次式により算出される。
ＱＵ＝ＱＵＢ＋ＱＣ−ＱＲ
ここでＱＵＢは基本供給量、ＱＣは補正供給量、ＱＲは還元剤放出値をそれぞれ示している。
基本供給量ＱＵＢはＮＯX 触媒１１に流入するＮＯX を還元するのに必要な尿素水溶液量であって予め実験により求められている。この基本供給量ＱＵＢは単位時間当たりのＮＯX 流入量ＱＮＩＮとＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴとの関数として図２に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。基本供給量ＱＵＢはＮＯX 流入量ＱＮＩＮが大きくなるにつれて大きくなり、ＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが高くなるにつれて大きくなる。ここで、単位時間当たりのＮＯX 流入量ＱＮは予め実験により求められている。このＮＯX 流入量ＱＮＩＮは機関負荷を表すＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴと吸入空気量Ｇａとの関数として図３に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。ＮＯX 流入量ＱＮＩＮはＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが高くなるにつれて大きくなり、吸入空気量Ｇａが大きくなるにつれて大きくなる。なお、ＮＯX 触媒１１上流の機関排気通路内にＮＯX センサを配置してＮＯX 流入量ＱＮＩＮを検出するようにしてもよい。
【００３０】
一方、還元剤放出量ＱＲは単位時間当たりにＮＯX 触媒１１から放出される還元剤量を表しており、放出係数ｋｒと還元剤貯蔵値ＱＳとの積の形で算出される（ＱＲ＝ｋｒ・ＱＳ）。即ち、還元剤放出量ＱＲは放出係数ｋｒが大きくなるにつれて大きくなり、還元剤貯蔵値ＱＳが大きくなるにつれて大きくなる。上述したように、還元剤はＮＯX 触媒１１に吸着により貯蔵されると考えられており、この場合微視的に見ると定常状態においても還元剤の吸着、脱離が同時に行われている。還元剤放出量ＱＲはこの脱離分に相当する。
【００３１】
放出係数ｋｒは予め実験により求められており、ＮＯX 触媒１１の空間速度ＳＶとＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴとの関数として図４に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。放出係数ｋｒは空間速度ＳＶが高くなるにつれて大きくなり、ＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが高くなるにつれて大きくなる。
【００３２】
次に、補正供給量ＱＣは基本供給量ＱＵを補正するためのものであり、例えば次式により算出される。
ＱＣ＝ＱＳＡＴ−ＱＳ＋ＱＲ
ここでＱＳＡＴはＮＯX 触媒１１の飽和貯蔵量を示している。
飽和貯蔵量ＱＳＡＴが例えばｄだけ低下すると、ＮＯX 触媒１１から貯蔵されている還元剤がｄだけ放出される。逆に、飽和貯蔵量ＱＳＡＴがｄだけ増大すると、ＮＯX 触媒１１に供給された還元剤のうちｄだけＮＯX 触媒１１に貯蔵される。即ち、飽和貯蔵量ＱＳＡＴがｄだけ低下するときに還元剤を基本供給量ＱＢだけ供給すると還元剤がｄだけ過剰になり、飽和貯蔵量ＱＳＡＴがｄだけ増大するときにはｄだけ不足する。一方、飽和貯蔵量ＱＳＡＴの変化量は飽和貯蔵量ＱＳＡＴと還元剤貯蔵値ＱＳとの差（ＱＳＡＴ−ＱＳ）として表すことができる。さらに、還元剤が上述の還元剤放出量ＱＲだけ放出されたときには飽和貯蔵量がＱＲだけ増大したのと同じことになる。
【００３３】
従って、（ＱＳＡＴ−ＱＳ＋ＱＲ）を補正供給量ＱＣとしてこのＱＣを基本供給量ＱＵＢにを加算すれば、ＮＯX 触媒１１に還元剤を過不足なく供給できることになる。
なお、ＮＯX 触媒１１の飽和貯蔵量ＱＳＡＴは予め実験により求められており、ＮＯX 触媒１１の空間速度ＳＶ及びＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。飽和貯蔵量ＱＳＡＴは空間速度ＳＶが高くなるにつれて小さくなり、ＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが高くなるにつれて小さくなる。
【００３４】
一方、上記記載からわかるように還元剤貯蔵値ＱＳの変化分は補正供給量ＱＣに等しい。従って、前回の算出ルーチンにおける還元剤貯蔵値及び補正供給量をＱＳＯＬＤ、ＱＣＯＬＤで表すとすると、還元剤貯蔵値ＱＳは次式により算出される。
ＱＳ＝ＱＳＯＬＤ＋ＱＣＯＬＤ
従って、還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量を正確に表している限り、ＮＯX 触媒１１に供給される還元剤量は最適に維持される。しかしながら、還元剤貯蔵値ＱＳの算出作用が長時間になるにつれて還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが大きくなり、即ち還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量を正確に表さなくなる。
【００３５】
そこで本実施態様では、還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが予め定められた許容値よりも大きくなったか否かを判断し、このずれが許容値よりも大きくなったと判断されたときには、ＮＯX 触媒１１の実際の還元剤貯蔵量を既知の貯蔵量に一致せしめると共に、還元剤貯蔵値ＱＳをこの既知の貯蔵量を表す値に変更せしめるようにしている。具体的にいうと、既知の貯蔵量は零であり、この既知の貯蔵量を表す還元剤貯蔵値ＱＳも零である。従って、ＮＯX 触媒１１から貯蔵されている全ての還元剤を強制的に放出せしめると共に、還元剤貯蔵値ＱＳを零に戻すようにしているということになる。
【００３６】
既知の貯蔵量はどのような値でもよいが、零にするとＮＯX 触媒１１の実際の還元剤貯蔵量を容易に既知の貯蔵量に一致せしめることが可能となる。
ＮＯX 触媒１１から貯蔵されている還元剤を強制的に放出せしめるために、どのような手段を用いてもよい。しかしながら、ＮＯX 触媒１１を加熱すると還元剤即ち尿素又はアンモニアを確実にかつ速やかに放出させることができる。そこで本実施態様では、触媒加熱装置１７を設け、ＮＯX 触媒１１から貯蔵されている還元剤を強制的に放出せしめるべきときにヒータ１８を一時的に作動させるようにしている。
【００３７】
一方、概略的にいうと、還元剤貯蔵値ＱＳが大きくなるにつれて還元剤供給量ＱＵが少なくなり、実際の還元剤貯蔵量が小さくなるにつれて還元剤放出量ＱＲが少なくなる。従って、実際の還元剤貯蔵量が小さいにも関わらず還元剤貯蔵値ＱＳが大きくなっていると、還元剤が不足して多量のＮＯX がＮＯX 触媒１１から流出する恐れがある。そこで本実施態様では、還元剤貯蔵値ＱＳが予め定められた設定値よりも大きくなったときに還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが許容値よりも大きくなったと判断するようにしている。
【００３８】
なお、還元剤貯蔵量ＱＳが飽和貯蔵量ＱＳＡＴよりも少ないときに還元剤供給量を増量しても増量された還元剤のすべてが必ずしも貯蔵されるわけでなく、例えばＮＯX 触媒１１の種類に応じて定まる貯蔵率に応じて定まる量だけＮＯX 触媒１１に貯蔵される。そこでこの貯蔵率を考慮して還元剤貯蔵量ＱＳを算出するようにしてもよい。
【００３９】
図６及び図７は上述の実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。図６及び図７を参照すると、まず初めにステップ１００では基本供給量ＱＵＢが図２及び図３のマップから算出される。続くステップ１０１では電気ヒータ１８が作動（ＯＮ）されているか否かが判別される。電気ヒータ１８が停止（ＯＦＦ）されているときには次いでステップ１０２に進み、ＱＳ及びＱＵの算出ルーチンに進む。このルーチンは図８に示されている。
【００４０】
図８を参照すると、まず始めにステップ１５０では前回の処理サイクルにおける還元剤貯蔵値ＱＳＯＬＤ及び補正供給量ＱＣＯＬＤが読み込まれる。続くステップ１５１では還元剤貯蔵値ＱＳが算出される（ＱＳ＝ＱＳＯＬＤ＋ＱＣＯＬＤ）。続くステップ１５２では還元剤放出量ＱＲが算出される（ＱＲ＝ｋｒ・ＱＳ）。続くステップ１５３では図５のマップから飽和貯蔵量ＱＳＡＴが算出される。続くステップ１５４では補正供給量が算出される（ＱＣ＝ＱＳＡＴ−ＱＳ＋ＱＲ）。続くステップ１５５では還元剤供給量ＱＵが算出される（ＱＵ＝ＱＵＢ＋ＱＣ−ＱＲ）。
【００４１】
続くステップ１０３では、還元剤貯蔵値ＱＳが設定値ＱＳ１よりも大きいか否かが判別されるＱＳ≦ＱＳ１のときには次いでステップ１０４に進み、今回の処理サイクルにおける還元剤貯蔵値ＱＳ及び補正供給量ＱＣがＱＳＯＬＤ及びＱＣＯＬＤとしてそれぞれ記憶される。次いで処理サイクルを終了する。これに対し、ＱＳ＞ＱＳ１のときには次いでステップ１０５に進み、電気ヒータ１８が作動される（ＯＮ）。
【００４２】
電気ヒータ１８が作動されたときにはステップ１０１からステップ１０６に進み、基本供給量ＱＵＢと１よりも小さな一定値ｍとの積の形で還元剤供給量ＱＵが算出される（ＱＵ＝ＱＵＢ・ｍ）。即ち、電気ヒータ１８が作動されている間は最適な還元剤量を算出することができない。しかしながら、ＮＯX 触媒１１に新たに流入するＮＯX を還元する必要がある。この場合、ＮＯX 触媒１１から還元剤が放出されているので還元剤を基本供給量ＱＵＢだけ供給すると過剰になる。そこで、電気ヒータ１８が作動されている間は還元剤をＱＵＢ・ｍだけ供給するようにしている。
【００４３】
続くステップ１０７では電気ヒータ１８が作動されてから一定時間だけ経過したか否かが判別される。一定時間が経過していないときには処理サイクルを終了する。一定時間が経過したときにはＮＯX 触媒１１から貯蔵されている全ての還元剤が放出されたと判断してステップ１０８に進み、電気ヒータ１８を停止する（ＯＦＦ）。続くステップ１０９では還元剤貯蔵値ＱＳが零に戻され、ＱＳＯＬＤ及びＱＣＯＬＤも零に戻される。
【００４４】
なお、ＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが還元剤放出温度（例えば３５０℃）よりも高くなると、ＮＯX 触媒１１から貯蔵されている還元剤が一斉に放出され、還元剤貯蔵量が零になることが確認されている。従って、ステップ１０７において、ＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが還元剤放出温度よりも高くなってから一定時間が経過したか否かを判断するようにしてもよい。
【００４５】
図９に別の実施態様を示す。この実施態様はＮＯX 触媒１１下流の排気管１２内に、ＮＯX 触媒１１から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴに比例した出力電圧を発生するＮＯX センサ４４が配置されている点で図１の実施態様と構成を異にしている。ＮＯX センサ４４の出力電圧は対応するＡＤ変換器４１を介して入力ポート３６に入力される。
【００４６】
還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量からずれてくると、ＮＯX 触媒１１に最適な量の還元剤を供給できなくなるために、ＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが大きくなる。そこで本実施態様では、ＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが予め定められた設定量ＱＮ１よりも大きくなったときに還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが許容値よりも大きくなったと判断するようにしている。
図１０及び図１１は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図６及び図７のルーチンのステップ１０３をステップ２０３に置換したものであり、ステップ２００から２０２まで及び２０４から２０９までは図６及び図７のルーチンのステップ１００から１０２まで及び１０４から１０９までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ２０２からステップ２０３に進むと、ＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが設定値ＱＮ１よりも大きいか否かが判別される。ＱＮＯＵＴ≦ＱＮ１のときにはステップ２０４に進み、ＱＮＯＵＴ＞ＱＮ１のときにはステップ２０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。その結果、還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量に一致せしめられる。
【００４７】
次に図９の内燃機関の別の実施態様を説明する。
例えばＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが低いときにＮＯX 触媒１１へのＮＯX 流入量が大幅に増大すると、還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量を正確に表していたとしてもＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが大きくなる恐れがある。この場合、上述の図１０及び図１１の実施態様では電気ヒータ１８が作動されてＮＯX 触媒１１から還元剤が強制的に放出せしめられる。しかしながら、例えばＮＯX 流出量が少ないと予想されるにも関わらず実際のＮＯX 流出量が多いときに、還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが許容値よりも大きいと判断するのが好ましい。
【００４８】
一方、ＮＯX 流出量はＮＯX 流入量ＱＮＩＮが大きくなるにつれて大きくなり、ＮＯX 触媒１１のＮＯX 浄化率ＥＦＦが高くなるにつれて小さくなる。また、ＮＯX 浄化率ＥＦＦはＮＯX 触媒１１の温度ＴＣＡＴが高くなるにつれて高くなり、空間速度ＳＶが高くなるにつれて低くなる。従って、機関運転状態に基づいてＮＯX 流出量を推定することができる。
【００４９】
このように推定されるＮＯX 流出量、すなわち推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴは予め実験により求められている。推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴはＮＯX 流入量ＱＮＩＮとＮＯX 浄化率ＥＦＦとの関数として図１２に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。また、ＮＯX 浄化率ＥＦＦも予め実験により求められており、ＮＯX 触媒１１の触媒温度ＴＣＡＴと空間速度ＳＶとの関数として図１３に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。なお、ＮＯX 流入量ＱＮＩＮは図２のマップから算出することができる。
【００５０】
そこで本実施態様では、まず推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴを算出し、ＮＯX センサ４４により検出されたＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴと推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴとの差、即ち流出量差ＤＩＦＮ（ＤＩＦＮ＝ＱＮＯＵＴ−ＱＮＥＳＴ）の絶対値｜ＤＩＦＮ｜が予め定められた設定値ＤＮ１よりも大きいときに、還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが許容値よりも大きいと判断している。
【００５１】
図１４及び図１５は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図６及び図７のルーチンのステップ１０３をステップ３０２ａ及び３０３に置換したものであり、ステップ３００から３０２まで及び３０４から３０９までは図６及び図７のルーチンのステップ１００から１０２まで及び１０４から１０９までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ３０２からステップ３０２ａに進むと、流出量差ＤＩＦＮの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図１６に示されている。
【００５２】
図１６を参照すると、まずステップ３５０では推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴが図２、１２、１３のマップから算出される。続くステップ３５１では流出量差ＤＩＦＮが算出される（ＤＩＦＮ＝ＱＮＯＵＴ−ＱＮＥＳＴ）。
続くステップ３０３では流出量差ＤＩＦＮの絶対値｜ＤＩＦＮ｜が設定値ＤＮ１よりも大きいか否かが判別される。｜ＤＩＦＮ｜≦ＤＮ１のときにはステップ３０４に進み、｜ＤＩＦＮ｜＞ＤＮ１のときにはステップ３０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００５３】
次に、図９の内燃機関の更に別の実施態様を説明する。
ＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが大きくなるのは還元剤が不足しているためであり、これは還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量よりも大きいときに生ずる。そこで本実施態様では、ＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが設定値ＱＮ１よりも大きいときには還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ減算し、それにより還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量を正確に表すようにしている。
【００５４】
ＱＮＯＵＴ＞ＱＮ１である限り還元剤貯蔵値ＱＳの減算補正が継続される。しかしながら、還元剤貯蔵値ＱＳを長時間に亙って減算補正してもＱＮＯＵＴ＞ＱＮ１のときには、これ以上減算補正を継続するのは好ましくない。そこで本実施態様では、還元剤貯蔵値ＱＳの補正作用を予め定められた設定時間だけ行っても未だＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが設定値ＱＮ１よりも大きいときにはＮＯX 触媒１１から貯蔵されている全ての還元剤を放出せしめると共に、還元剤貯蔵値ＱＳを零に戻すようにしている。
【００５５】
従って一般的にいうと、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量に対する還元剤貯蔵値のずれが第１の許容値よりも大きいか否かを判断し、このずれが第１の許容値よりも大きいと判断されたときにずれが小さくなるように還元剤貯蔵値を補正し、還元剤貯蔵値の補正作用が開始されてから予め定められた設定時間が経過した後にずれが予め定められた第２の許容値よりも大きいか否かを判断し、ずれが第２の許容値よりも大きいと判断されたときにはＮＯX 触媒に貯蔵されている全ての還元剤をＮＯX 触媒から放出せしめると共に、還元剤貯蔵値を零に戻すようにしているということになる。なお、本実施態様は第１の許容値と第２の許容値とが等しい場合を示している。当然のことながら、第１の許容値及び第２の許容値は互いに異なっていてもよい。
【００５６】
図１７及び図１８は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図１０及び図１１のルーチンのステップ２０３をステップ４０３，４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃ，４０３ｄに置換し、ステップ２０９をステップ４０９に置換したものであり、ステップ４００から４０２まで及び４０４から４０８までは図１０及び図１１のルーチンのステップ２００から２０２まで及び２０４から２０８までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ４０２からステップ４０３に進むと、ＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴが設定値ＱＮ１よりも大きいか否かが判別される。ＱＮＯＵＴ≦ＱＮ１のときにはステップ４０３ａに進み、還元剤貯蔵値ＱＳの補正作用が開始されてからの時間を表すカウンタ値ＣＣがクリアされる。次いでステップ４０４に進む。一方、ＱＮＯＵＴ＞ＱＮ１のときにはステップ４０３ｂに進み、還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ減算される（ＱＳ＝ＱＳ−ｑ）。続くステップ４０３ｃではカウンタ値ＣＣが１だけインクリメントされる。続くステップ４０３ｄではカウンタ値ＣＣが設定値Ｃ１よりも大きいか否かが判別される。ＣＣ≦Ｃ１のときにはステップ４０４に進み、ＣＣ＞Ｃ１のときには次いでステップ４０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００５７】
一方、ステップ４０９ではＱＳ，ＱＳＯＬＤ，ＱＣＯＬＤに加えて、カウント値ＣＣが零に戻される。なお、補正量ｑを一定でなく、例えばＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴと設定値ＱＮ１との差に基づいて定めるようにしてもよい。
次に、図９の内燃機関の更に別の実施態様を説明する。
検出されたＮＯX 流出量ＱＮＯＵＴと推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴとの流出量差ＤＩＦＮが大きくなるのは還元剤が不足しているためであり、これは還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量よりも大きいときに生ずる。また、流出量差ＤＩＦＮが負値のときにその絶対値｜ＤＩＦＮ｜が大きくなるのは還元剤が過剰になっているためであり、これは還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量よりも小さいときに生ずる。
【００５８】
そこで本実施態様では、流出量差の絶対値｜ＤＩＦＮ｜が設定値ＤＮ１よりも大きいときには還元剤貯蔵値ＱＳを補正すると共に、このとき流出量差ＤＩＦＮが正値であれば還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ減算し、流出量差ＤＩＦＮが負値であれば還元剤貯蔵値ＱＳに一定値ｑだけ加算するようにしている。
図１９及び図２０は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図１４及び図１５のルーチンのステップ３０３をステップ５０３，５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃ，５０３ｄ，５０３ｅ，５０３ｆに置換し、ステップ３０９をステップ５０９に置換したものであり、ステップ５００から５０２ａまで及び５０４から５０８までは図１４及び図１５のルーチンのステップ３００から３０２ａまで及び３０４から３０８までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ５０２ａからステップ５０３に進むと、流出量差の絶対値｜ＤＩＦＮ｜が設定値ＤＮ１よりも大きいか否かが判別される。｜ＤＩＦＮ｜≦ＤＮ１のときにはステップ５０３ａに進み、カウンタ値ＣＣがクリアされる。次いでステップ５０４に進む。一方、｜ＤＩＦＮ｜＞ＤＮ１のときにはステップ５０３ｂに進み、流出量差ＤＩＦＮが正値であるか否かが判別される。ＤＩＦＮ＞０のときには次いでステップ５０３ｃに進み、還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ減算される（ＱＳ＝ＱＳ−ｑ）。これに対し、ＤＩＦＮ≦０のときには次いでステップ５０３ｄに進み、還元剤貯蔵値ＱＳに一定値ｑだけ加算される（ＱＳ＝ＱＳ＋ｑ）。続くステップ５０３ｅではカウンタ値ＣＣが１だけインクリメントされる。続くステップ５０３ｆではカウンタ値ＣＣが設定値Ｃ１よりも大きいか否かが判別される。ＣＣ≦Ｃ１のときにはステップ５０４に進み、ＣＣ＞Ｃ１のときには次いでステップ５０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００５９】
一方、ステップ５０９ではＱＳ，ＱＳＯＬＤ，ＱＣＯＬＤに加えて、カウント値ＣＣが零に戻される。
図２１に更に別の実施態様を示す。この実施態様はＮＯX センサ４４に換えてＮＨ3 センサ４５が配置されている点で図９の実施態様と構成を異にしている。このＮＨ3 センサ４５はＮＯX 触媒１１から流出するアンモニア量であるＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴに比例した出力電圧を発生する。ＮＯX センサ４４の出力電圧は対応するＡＤ変換器４１を介して入力ポート３６に入力される。
【００６０】
還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量からずれてくると、ＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが大きくなる。そこで本実施態様では、ＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが予め定められた設定量ＱＲ１よりも大きくなったときに還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが許容値よりも大きくなったと判断し、このときＮＯX 触媒１１から貯蔵されている全ての還元剤を放出せしめると共に、還元剤貯蔵値ＱＳを零に戻すようにしている。
【００６１】
図２２及び図２３は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図１０及び図１１のルーチンのステップ２０３をステップ６０３に置換したものであり、ステップ６００から６０２まで及び６０４から６０９までは図１０及び図１１のルーチンのステップ１００から１０２まで及び２０４から２０９までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ６０２からステップ６０３に進むと、ＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが設定値ＱＲ１よりも大きいか否かが判別される。ＱＲＯＵＴ≦ＱＲ１のときにはステップ６０４に進み、ＱＲＯＵＴ＞ＱＲ１のときにはステップ６０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００６２】
次に図２１の内燃機関の別の実施態様を説明する。
本実施態様では、まず推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴを算出し、ＮＨ3 センサ４５により検出されたＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴと推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴとの差、即ち流出量差ＤＩＦＲ（ＤＩＦＲ＝ＱＲＯＵＴ−ＱＲＥＳＴ）の絶対値｜ＤＩＦＲ｜が予め定められた設定値ＤＲ１よりも大きいときに、還元剤貯蔵値ＱＳと実際の還元剤貯蔵量との間のずれが許容値よりも大きいと判断している。
【００６３】
この場合、推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴは予め実験により求められており、還元剤供給量ＱＵとＮＯX 浄化率ＥＦＦとの関数として図２４に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。この推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴは還元剤供給量ＱＵが大きくなるにつれて大きくなり、ＮＯX 浄化率ＥＦＦが高くなるにつれて小さくなる。
【００６４】
図２５及び図２６は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図１４及び図１５のルーチンのステップ３０２ａ及び３０３をステップ７０２ａ及び７０３に置換したものであり、ステップ７００から７０２まで及び７０４から７０９までは図１４及び図１５のルーチンのステップ３００から３０２まで及び３０４から３０９までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ７０２からステップ７０２ａに進むと、流出量差ＤＩＦＲの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図２７に示されている。
【００６５】
図２７を参照すると、まずステップ７５０では推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴが図１３及び２４のマップから算出される。続くステップ７５１では流出量差ＤＩＦＲが算出される（ＤＩＦＲ＝ＱＲＯＵＴ−ＱＲＥＳＴ）。
続くステップ７０３では流出量差ＤＩＦＲの絶対値｜ＤＩＦＲ｜が設定値ＤＲ１よりも大きいか否かが判別される。｜ＤＩＦＲ｜≦ＤＲ１のときにはステップ７０４に進み、｜ＤＩＦＲ｜＞ＤＲ１のときにはステップ７０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００６６】
次に、図２１の内燃機関の更に別の実施態様を説明する。
ＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが大きくなるのは還元剤が過剰になっているためであり、これは還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量よりも小さいときに生ずる。そこで本実施態様では、ＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが設定値ＱＲ１よりも大きいときには還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ加算するようにしている。また、還元剤貯蔵値ＱＳの補正作用を予め定められた設定時間だけ行っても未だＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが設定値ＱＲ１よりも大きいときにはＮＯX 触媒１１から貯蔵されている全ての還元剤を放出せしめると共に、還元剤貯蔵値ＱＳを零に戻すようにしている。
【００６７】
図２８及び図２９は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図１７及び図１８のルーチンのステップ４０３，４０３ｂをステップ８０３，８０３ｂにそれぞれ置換したものであり、ステップ８００から８０２まで、８０３ａ，８０３ｃ，８０３ｄ、及び８０４から８０９までは図１７及び図１８のルーチンのステップ４００から４０２まで、４０３ａ，４０３ｃ，４０３ｄ、及び４０４から４０９までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ８０２からステップ８０３に進むと、ＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴが設定値ＱＲ１よりも大きいか否かが判別される。ＱＲＯＵＴ≦ＱＲ１のときにはステップ８０３ａに進み、カウンタ値ＣＣがクリアされる。次いでステップ８０４に進む。一方、ＱＲＯＵＴ＞ＱＲ１のときにはステップ８０３ｂに進み、還元剤貯蔵値ＱＳに一定値ｑだけ加算される（ＱＳ＝ＱＳ＋ｑ）。続くステップ８０３ｃではカウンタ値ＣＣが１だけインクリメントされる。続くステップ８０３ｄではカウンタ値ＣＣが設定値Ｃ１よりも大きいか否かが判別される。ＣＣ≦Ｃ１のときにはステップ８０４に進み、ＣＣ＞Ｃ１のときには次いでステップ８０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００６８】
次に、図２１の内燃機関の更に別の実施態様を説明する。
検出されたＮＨ3 流出量ＱＲＯＵＴと推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴとの流出量差ＤＩＦＲが大きくなるのは還元剤が過剰になっているためであり、これは還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量よりも小さいときに生ずる。また、流出量差ＤＩＦＲが負値のときにその絶対値｜ＤＩＦＲ｜が大きくなるのは還元剤が不足しているためであり、これは還元剤貯蔵値ＱＳが実際の還元剤貯蔵量よりも大きいときに生ずる。
【００６９】
そこで本実施態様では、流出量差の絶対値｜ＤＩＦＲ｜が設定値ＤＲ１よりも大きいときには還元剤貯蔵値ＱＳを補正すると共に、このとき流出量差ＤＩＦＲが負値であれば還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ減算し、流出量差ＤＩＦＲが正値であれば還元剤貯蔵値ＱＳに一定値ｑだけ加算するようにしている。
図３０及び図３１は本実施態様を実行するための割り込みルーチンを示している。このルーチンは図１９及び図２０のルーチンのステップ５０２ａ，５０３，５０３ｂをステップ９０２ａ，９０３，９０３ｂに置換したものであり、ステップ９００から９０２まで、９０３ａ，９０３ｃ，９０３ｄ，９０３ｅ，９０３ｆ、及び９０４から９０９までは図１９及び図２０のルーチンのステップ５００から５０２まで、５０３ａ，５０３ｃ，５０３ｄ，５０３ｅ，５０３ｆ、及び５０４から５０９までにそれぞれ相当する。相違点について説明すると、ステップ９０２からステップ９０２ａに進むと、図２７の流出量差ＤＩＦＲの算出ルーチンが実行される。続くステップ９０３では、流出量差の絶対値｜ＤＩＦＲ｜が設定値ＤＲ１よりも大きいか否かが判別される。｜ＤＩＦＲ｜≦ＤＲ１のときにはステップ９０３ａに進む。一方、｜ＤＩＦＲ｜＞ＤＲ１のときにはステップ９０３ｂに進み、流出量差ＤＩＦＲが負値であるか否かが判別される。ＤＩＦＲ＜０のときには次いでステップ９０３ｃに進み、還元剤貯蔵値ＱＳから一定値ｑだけ減算される（ＱＳ＝ＱＳ−ｑ）。これに対し、ＤＩＦＲ≧０のときには次いでステップ９０３ｄに進み、還元剤貯蔵値ＱＳに一定値ｑだけ加算される（ＱＳ＝ＱＳ＋ｑ）。続くステップ９０３ｅではカウンタ値ＣＣが１だけインクリメントされる。続くステップ９０３ｆではカウンタ値ＣＣが設定値Ｃ１よりも大きいか否かが判別される。ＣＣ≦Ｃ１のときにはステップ９０４に進み、ＣＣ＞Ｃ１のときには次いでステップ９０５に進んで電気ヒータ１８が作動される。
【００７０】
これまで述べてきた実施態様では、機関本体１とＮＯX 触媒１１間の排気管９内に還元剤供給装置１３を設け、この還元剤供給装置１３からＮＯX 触媒１１に還元剤を供給するようにしている。しかしながら、燃料噴射弁２から機関膨張行程又は排気行程に２回目の燃料噴射を行うことによりＮＯX 触媒１１に還元剤を供給するようにしてもよい。
【００７１】
また、これまで述べてきた実施態様では、ＮＯX 触媒１１から貯蔵されている還元剤を強制的に放出せしめるためにＮＯX 触媒１１を直接加熱する触媒加熱装置１７を設けている。しかしながら、排気管９周りに電気ヒータを配置してＮＯX 触媒１１への流入排気を加熱するようにしてもよい。又は、吸気絞り弁６の開度を通常運転時に比べ一時的に減少せしめて流入排気の温度を高めるようにしてもよいし、ＮＯX 触媒１１下流の排気通路内に排気絞り弁が配置されている内燃機関では、排気絞り弁の開度を通常運転時に比べ一時的に減少せしめてもよい。さらに、ＥＧＲガス供給装置を備えた内燃機関では、ＥＧＲガス量を通常運転時に比べ一時的に増大せしめてもよい。さらに、燃料噴射時期を通常運転時に比べ一時的に遅角せしめてもよい。さらに、火花点火式内燃機関では点火時期を通常運転時に比べ一時的に遅角せしめてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
ＮＯX 触媒に供給される還元剤量を最適に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】基本供給量ＱＵＢを示す線図である。
【図３】ＮＯX 流入量ＱＮＩＮを示す線図である。
【図４】放出係数ＫＲを示す線図である。
【図５】ＮＯX 触媒の飽和貯蔵量ＱＳＡＴを示す線図である。
【図６】割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図７】割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図８】ＱＳ及びＱＣの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】別の実施態様を示す内燃機関の全体図である。
【図１０】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】推定ＮＯX 流出量ＱＮＥＳＴを示す線図である。
【図１３】ＮＯX 浄化率ＥＦＦを示す線図である。
【図１４】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】流出量差ＤＩＦＮの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２１】別の実施態様を示す内燃機関の全体図である。
【図２２】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２３】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２４】推定ＮＨ3 流出量ＱＲＥＳＴを示す線図である。
【図２５】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２６】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２７】流出量差ＤＩＦＲの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図２８】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図２９】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図３０】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【図３１】別の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
８…排気マニホルド
１１…ＮＯX 触媒
１３…還元剤供給装置
１７…触媒加熱装置
４４…ＮＯX センサ
４５…ＮＨ3 センサ
Claims (15)
- 還元剤を含む酸化雰囲気においてＮＯX を還元可能でありかつ還元剤貯蔵能を有するＮＯX 触媒を機関排気通路内に配置し、該ＮＯX 触媒に貯蔵されている還元剤量を表す還元剤貯蔵値を求め、該還元剤貯蔵値に基づいてＮＯX 触媒に供給すべき還元剤量である還元剤供給量を求め、ＮＯX 触媒に還元剤を該還元剤供給量だけ供給してＮＯX を還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量を既知の貯蔵量に一致せしめることが可能な制御手段と、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量に対する還元剤貯蔵値のずれが許容値よりも大きいか否かを判断する判断手段を具備し、該ずれが該許容値よりも大きいと判断されたときにＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量を前記既知の貯蔵量に一致せしめると共に、還元剤貯蔵値を該既知の貯蔵量を表す値に変更するようにした内燃機関の排気浄化装置。
- 判断手段は還元剤貯蔵値が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- ＮＯX 触媒から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内にＮＯX センサを配置し、判断手段は検出されたＮＯX 流出量が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- ＮＯX 触媒から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内にＮＯX センサを配置し、ＮＯX 触媒からのＮＯX 流出量を推定する手段を具備し、判断手段は検出されたＮＯX 流出量と推定されたＮＯX 流出量との差が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- ＮＯX 触媒から流出する還元剤量である還元剤流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内に還元剤センサを配置し、判断手段は検出された還元剤流出量が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- ＮＯX 触媒から流出する還元剤量である還元剤流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内に還元剤センサを配置し、ＮＯX 触媒からの還元剤流出量を推定する手段を具備し、判断手段は検出された還元剤流出量と推定された還元剤流出量との差が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記許容値よりも大きいと判断する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 還元剤を含む酸化雰囲気においてＮＯX を還元可能でありかつ還元剤貯蔵能を有するＮＯX 触媒を機関排気通路内に配置し、該ＮＯX 触媒に貯蔵されている還元剤量を表す還元剤貯蔵値を求め、該還元剤貯蔵値に基づいてＮＯX 触媒に供給すべき還元剤量である還元剤供給量を求め、ＮＯX 触媒に還元剤を該還元剤供給量だけ供給してＮＯX を還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量に対する還元剤貯蔵値のずれが第１の許容値よりも大きいか否かを判断する判断手段を具備し、該ずれが該第１の許容値よりも大きいと判断されたときに該ずれが小さくなるように還元剤貯蔵値を補正するようにした内燃機関の排気浄化装置。
- ＮＯX 触媒から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内にＮＯX センサを配置し、判断手段は検出されたＮＯX 流出量が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記第１の許容値よりも大きいと判断する請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- ＮＯX 触媒から流出するＮＯX 量であるＮＯX 流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内にＮＯX センサを配置し、ＮＯX 触媒からのＮＯX 流出量を推定する手段を具備し、判断手段は検出されたＮＯX 流出量と推定されたＮＯX 流出量との差が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記第１の許容値よりも大きいと判断する請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- ＮＯX 触媒から流出する還元剤量である還元剤流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内に還元剤センサを配置し、判断手段は検出された還元剤流出量が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記第１の許容値よりも大きいと判断する請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- ＮＯX 触媒から流出する還元剤量である還元剤流出量を検出するためにＮＯX 触媒下流の排気通路内に還元剤センサを配置し、ＮＯX 触媒からの還元剤流出量を推定する手段を具備し、判断手段は検出された還元剤流出量と推定された還元剤流出量との差が予め定められた設定値よりも大きくなったときに前記ずれが前記第１の許容値よりも大きいと判断する請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- ＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量を既知の貯蔵量に一致せしめることが可能な制御手段を具備し、判断手段は還元剤貯蔵値の補正作用が開始されてから予め定められた設定時間が経過した後に前記ずれが予め定められた第２の許容値よりも大きいか否かを判断し、該ずれが該第２の許容値よりも大きいと判断されたときにはＮＯX 触媒に実際に貯蔵されている還元剤量を前記既知の貯蔵量に一致せしめると共に、還元剤貯蔵値を該既知の貯蔵量を表す値に変更するようにした請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記既知の貯蔵量が零であり、かつ該既知の貯蔵量を表す還元剤貯蔵値が零である請求項１又は１２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記制御手段がＮＯX 触媒を加熱することによりＮＯX 触媒から貯蔵されている還元剤を放出させる放出手段を具備した請求項１又は１２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記還元剤がアンモニア又はアンモニア発生剤を含み、前記還元剤センサがＮＨ3 センサである請求項４，５，１０，１１のうち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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