JP5692534B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

この発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン等、空燃比をリーンとする運転が頻繁に行われる内燃機関の排気浄化装置として尿素系の選択還元触媒を備えるものを挙げることができる。この排気浄化装置では、選択還元触媒に対して尿素水溶液等、アンモニア系の還元剤を添加弁を通じて添加し、その還元剤により排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元して浄化するようにしている。

また、尿素系の選択還元触媒を備える排気浄化装置では、還元剤として用いる尿素水溶液等が排気熱等によって変質することにより尿素由来のデポジットが生成されることがある。このデポジットが例えば添加弁の近傍等に堆積すると、添加弁から噴射される還元剤の量や噴霧形態を要求に見合うものとすることができなくなるため、選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が目標とする能力よりも低くなる。そこで、特許文献１に記載の排気浄化装置では、排気温度を上昇させて堆積したデポジットを焼失させる処理を定期的に実行するようにしている。

特開２００８−２７４９５２号公報

ところで、選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力の低下は、デポジットの堆積が生じたときの他、例えば経年変化によって添加弁の添加能力が低下したときにも生じる。すなわち、添加弁の実際の添加量がその駆動指令値に見合った量よりも少なくなっている場合には、選択還元触媒において本来要求される量の還元剤を添加することができなくなるため、選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が低くなる。そして、このように添加弁の添加能力が低下したことに起因して選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が低くなっている場合には、焼失処理を実行してもこれを解消することができず、燃費の悪化を招くこととなる。

この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ浄化能力の低下が、添加弁の添加能力が低下したことに起因するものか、デポジットの堆積に起因するものかを峻別し、デポジットの堆積が生じているとの判断に基づいてデポジットの焼失処理を実行することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置では、排気通路に尿素系の選択還元触媒を設け、この選択還元触媒に添加弁から還元剤を添加するようにしている。そして、添加弁から添加される還元剤の量を増加させる増加処理を実行し、この増加処理の実行に伴って選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が低下したときにデポジットの焼失処理を実行するようにしている。

添加弁の添加能力が低下し、添加弁から添加される還元剤の量がその要求量よりも少ないことに起因してＮＯｘ浄化能力が目標とする能力よりも低くなっているときに、こうした還元剤の添加量を増加させる増加処理が実行されると、選択還元触媒に添加される還元剤が増加するため、同選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が上昇するようになる。一方、デポジットの堆積が生じていることに起因してＮＯｘ浄化能力が目標とする能力よりも低くなっているときに、この増加処理が実行されると、添加弁から添加される還元剤によりデポジットの堆積が助長される。その結果、選択還元触媒に添加される還元剤の量が減少するようになり、選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が更に低下するようになる。

従って、このように増加処理の実行に伴って選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が更に低下したときにデポジットの焼失処理を実行することにより、デポジットの堆積が生じているとの正確な判断に基づいてデポジットの焼失処理を実行することができ、不要な焼失処理が実行されることによる燃費の悪化を抑制することができるようになる。尚、このように増加処理の実行に伴って選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が低下したことは、例えば選択還元触媒のＮＯｘ浄化率が低下したこと、選択還元触媒から単位時間当たりに排出されるＮＯｘの量が増加したこと、単位時間当たりに選択還元触媒に流入するＮＯｘの量と排出されるＮＯｘの量との差（流入ＮＯｘ量−排出ＮＯｘ量）が減少したこと、選択還元触媒から排出される排気のＮＯｘ濃度が上昇したこと、選択還元触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と排出される排気のＮＯｘ濃度との差（流入ＮＯｘ濃度−排出ＮＯｘ濃度）が低下したこと等々に基づいて判断することができる。

また、上述したように、添加弁の添加能力が低下し、添加弁から添加される還元剤の量が選択還元触媒に要求される量よりも少ないことに起因してＮＯｘ浄化能力が目標とする能力よりも低くなっているときには、この増加処理を実行することにより選択還元触媒に添加される還元剤の量が増加するため、選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が上昇するようになる。

従って、このように選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が上昇したときには、添加弁の目標添加量を増量補正し、その補正後の値を新たな目標添加量として学習することが望ましい。このように添加弁の目標添加量にかかる学習を行うことにより、選択還元触媒に要求される還元剤の量と実際に添加弁から添加される還元剤の量との間に生じている乖離を小さくすることができ、より適切な量の還元剤を選択還元触媒に添加することができるようになる。

ここで、上述した増加処理は、これを例えば所定期間毎に実行することもできるが、仮にその実行時において、デポジットの堆積が生じておらず、しかも添加弁の本来の添加能力が維持されて要求に見合う量の還元剤が添加弁から添加されている場合には、過剰な量の還元剤が選択還元触媒に添加されることとなる。このように還元剤の添加量が過剰になると、一部の還元剤が選択還元触媒に吸着されることなく同選択還元触媒から排出される、いわゆるアンモニアスリップの発生が懸念される。

このため、上述した増加処理を選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が低いと判定されるときに実行するのが望ましい。こうした構成によれば、添加弁の添加能力が低下している場合にはより適正な量の還元剤が選択還元触媒に添加されることとなる一方、デポジットの堆積が生じている場合にはこれを検出してデポジットの焼失処理が実行されることとなる。すなわち、いずれの場合においても、選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力を上昇させることができるとともに、過剰な量の還元剤が選択還元触媒に添加されることに起因するアンモニアスリップの発生についてもこれを抑制することができる。

ところで、上述したように、増加処理を実行したとき、添加弁の添加能力が低下していれば、選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が上昇する一方、デポジットの堆積が生じていれば、選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が更に低下するようになる。但し、増加処理を通じて還元剤の添加量を増加させたとき、こうしたＮＯｘ浄化能力の変化が小さい場合やその変化に遅れが生じたりする場合がある。このような場合には、ＮＯｘ浄化能力が上昇したかあるいは低下したかを正確に判断することが困難になるおそれがある。

そこで、こうした増加処理に際しては、選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が低いと判定される期間に添加弁から添加される還元剤の量を徐々に増加させることが望ましい。こうした構成によれば、添加弁の添加能力が低下している場合には、選択還元触媒に添加される還元剤の量が徐々に増大し、それに伴ってＮＯｘ浄化能力の変化が大きくなるため、同ＮＯｘ浄化能力が上昇したことをより的確に判断することができる。

一方、デポジットの堆積が生じている場合には、還元剤の添加量を徐々に増加させることで、デポジットの堆積量も徐々に増大し、それに伴ってＮＯｘ浄化能力の変化が大きくなるため、同ＮＯｘ浄化能力が低下したことをより的確に判断することができる。このように、増加処理において還元剤の添加量を徐々に増大させることで、選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が上昇したか低下したかをより的確に判断することができるようになる。

また、排気通路に尿素系の選択還元触媒が設けられるとともに、その選択還元触媒に添加弁から還元剤を添加するようにした内燃機関の排気浄化装置では、選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が低いと判定される期間に添加弁から添加される還元剤の量を徐々に増加させる増加処理を実行し、この増加処理の実行期間が所定期間に達したときにデポジットの焼失処理を実行するようにしてもよい。

添加弁の添加能力が低下し、添加弁から添加される還元剤の量がその要求量よりも少ないことに起因してＮＯｘ浄化能力が低くなっているときに、こうした還元剤の添加量を徐々に増加させる増加処理が実行されると、選択還元触媒に添加される還元剤が徐々に増大するため、同選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が上昇するようになる。その結果、選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力は回復することとなる。そして、このように選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が回復すれば、選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が低いとの判定がなされなくなるため、増加処理による還元剤の増量はその時点で停止されることとなる。

一方、デポジットの堆積が生じていることに起因してＮＯｘ浄化能力が低くなっているときに、この増加処理が実行されると、添加弁から添加される還元剤の量が増加することによりデポジットの堆積が助長されるため、その堆積量が更に増加し、選択還元触媒に添加される還元剤の量が減少するようになる。そしてこの場合は、添加弁の添加能力が低下している場合とは異なり、ＮＯｘ浄化能力が上昇することはないため、増加処理による還元剤の増量が停止されることはない。

従って、増加処理の実行期間が所定期間に達したときには、デポジットの堆積が生じたことに起因してＮＯｘ浄化能力が低下していると的確に判断することができる。そして、こうした判断のもと、デポジットの焼失処理を実行することにより、不要な焼失処理が実行されることによる燃費の悪化を抑制することができるようになる。

なお、この所定期間は、例えば増加処理による還元剤の増加量が所定の上限値に達するまでの期間としてこれを設定することができる。

この発明の第１の実施形態にかかる排気浄化装置の断面図。 デポジットを焼失させる際の処理手順を示すフローチャート。 ＮＯｘ浄化率及び還元剤の添加量の時間的推移を示すタイミングチャート。 第２の実施形態においてデポジットを焼失させる際の処理手順を示すフローチャート。 ＮＯｘ浄化率及び還元剤の添加量の時間的推移を示すタイミングチャート。 第３の実施形態においてデポジットを焼失させる際の処理手順を示すフローチャート。 ＮＯｘ浄化率及び還元剤の添加量の時間的推移を示すタイミングチャート。 その他の実施形態にかかる排気浄化装置の断面図。 ＮＯｘ浄化率及び還元剤の添加量の時間的推移を示すタイミングチャート。

（第１の実施形態）
以下、この発明をディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化した第１の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１に示すように、エンジン１０の排気通路１１には、尿素系の選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ触媒１２」という）が設けられている。排気通路１１はこのＳＣＲ触媒１２の排気上流側で分岐する分岐通路１１ａを含み、この分岐通路１１ａの端部には還元剤を噴射する添加弁３０が取り付けられている。こうした還元剤としては尿素水溶液が用いられる。

添加弁３０の噴口３１から分岐通路１１ａに噴射された還元剤は分岐通路１１ａを通じて排気通路１１に導入され、排気の熱によりアンモニアに加水分解されてＳＣＲ触媒１２に添加される。その結果、ＳＣＲ触媒１２では排気中のＮＯｘがアンモニアとの還元反応を通じて窒素に浄化されるようになる。

また、排気通路１１においてＳＣＲ触媒１２の排気上流側には第１ＮＯｘセンサ４１が設けられる一方、排気下流側には第２ＮＯｘセンサ４２が設けられている。第１ＮＯｘセンサ４１はＳＣＲ触媒１２に流入する排気のＮＯｘ濃度Ｎｉｎを検出する一方、第２ＮＯｘセンサ４２はＳＣＲ触媒１２から排出される排気のＮＯｘ濃度Ｎｏｕｔを検出する。これらＮＯｘセンサ４１，４２によりそれぞれ検出されるＮＯｘ濃度Ｎｉｎ，Ｎｏｕｔは制御部５０に取り込まれる。そして、制御部５０はＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化率を以下の式（１）に基づいて算出する。

ＮＯｘ浄化率←（Ｎｉｎ−Ｎｏｕｔ）・１００／Ｎｉｎ（％） …（１）

また、制御部５０は添加弁３０を開閉駆動することにより、還元剤を添加弁３０の噴口３１から噴射させる。この際の還元剤の添加量は、排気流量や機関回転速度等の機関運転状態に基づいて設定される。制御部５０はこうした添加弁３０の開閉駆動等の処理やその他の処理を行うためのプログラムや演算用マップを記憶するメモリ５０ａを備えている。

ところで、添加弁３０から噴射された還元剤の一部が排気熱等の影響によりビウレットやシアヌル酸等に変質しデポジットとなって分岐通路１１ａや排気通路１１の内面に堆積することがある。例えば、このデポジットが添加弁３０の噴口３１近傍等に堆積すると、添加弁３０から噴射される還元剤の量や噴霧形態を要求に見合うものとすることができなくなるため、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が機関運転状態に基づく目標能力よりも低くなる。このため、制御部５０は、ＮＯｘ浄化率に基づいてＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力を監視し、このＮＯｘ浄化能力が目標能力よりも低いと判定したときに、デポジットを焼失させる焼失処理を実行するようにしている。この焼失処理では、ポスト噴射を実行して排気温度をデポジットが焼失可能な温度にまで上昇させる。

但し、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力は、このようにデポジットの堆積が生じたときの他、例えば経年変化によって添加弁３０の添加能力が低下したときにも低くなる。すなわち、添加弁３０の実際の添加量がその駆動指令値に見合った量よりも少なくなっている場合には、ＳＣＲ触媒１２において本来要求される量の還元剤を添加することができなくなるため、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が低くなる。このように添加弁３０の添加能力が低下したことに起因してＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が低くなっている場合には、焼失処理を実行してもこれを解消することができず、燃費の悪化を招くこととなる。

そこで、制御部５０は、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力の低いときにそれが、添加弁３０の添加能力が低下したことに起因するものか、デポジットの堆積が生じたことに起因するものかを峻別し、デポジットの堆積が生じていると判断されるときにデポジットの焼失処理を実行するようにしている。

以下、この制御部５０により実行される一連の処理について説明する。尚、この処理は所定の制御周期をもって繰り返し実行される。
図２に示すように、この処理では、まず、先の式（１）に基づいてＮＯｘ浄化率の実際値（以下、「実ＮＯｘ浄化率ＳＲ」という）が検出される（ステップＳ１１０）。次に、ＮＯｘ浄化率の目標値（以下、「目標ＮＯｘ浄化率ＳＴ」という）と実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度ΔＳ１（＝目標ＮＯｘ浄化率ＳＴ−実ＮＯｘ浄化率ＳＲ）が算出される（ステップＳ１２０）。ここで、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴは機関回転速度や機関負荷等、機関運転状態に基づいて設定される。そして、この乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ１を上回っているか否かが判定される（ステップＳ１３０）。この判定値ΔＳＫ１は、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が目標能力よりも低くなっている否かを判定するための値である。

ここで、乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ１以下である場合には、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲと乖離度ΔＳ１が小さく、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力がその目標能力と一致しているか、それらに差があっても無視できる範囲であると判定される（ステップＳ１３０：ＮＯ）。このように乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ１以下であると判定された場合には、この一連の処理は一旦終了される。

一方、乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ１を上回っている場合、すなわちＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が目標能力よりも低くなっている場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、添加弁３０から添加される還元剤が所定量αだけ増加するように同添加弁３０の駆動指令値が変更される（ステップＳ１４０）。そして、このように添加弁３０から添加される還元剤を増加させた後、再度、実ＮＯｘ浄化率ＳＲが検出されるとともに（ステップＳ１５０）、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度ΔＳ２が算出される（ステップＳ１６０）。

次に、ステップＳ１４０において添加量の増加処理を実行した後の乖離度ΔＳ２が実行前の乖離度ΔＳ１よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ１７０）。そして、添加量の増加処理を実行することにより、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲと乖離度が増大した場合、すなわちＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が更に低下した場合（ステップＳ１７０：ＹＥＳ）、デポジットの焼失処理が実行される（ステップＳ１８０）。

一方、添加量の増加処理を実行することにより、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度が減少した場合、すなわちＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が上昇した場合（ステップＳ１７０：ＮＯ）、添加弁３０の目標添加量ＱＴの学習が実行される（ステップＳ１９０）。通常、添加弁３０の目標添加量ＱＴは、機関運転状態に基づいて設定される基本添加量ＱＢと一致しているが、この処理ではその基本添加量ＱＢ（＝目標添加量ＱＴ）を所定の補正量ＱＧをもって増量補正し、その増量補正した値を新たな目標添加量ＱＴとして設定する。ここで、補正量ＱＧは、例えば先の所定量α及び各乖離度ΔＳ１，ΔＳ２を用いた次の式：補正量ＱＧ←α・ΔＳ１／（ΔＳ１−ΔＳ２）に基づいて求めることができる。このように目標添加量ＱＴの学習なされると、その学習された目標添加量ＱＴがその後の還元剤の添加処理に反映されるようになる。

このようにデポジットの焼失処理（ステップＳ１８０）又は目標添加量ＱＴの学習処理（ステップＳ１９０）が実行された後、この一連の処理は終了される。
次に、本実施形態にかかる排気浄化装置の作用について説明する。

図３に示すように、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴに対して実ＮＯｘ浄化率ＳＲが徐々に低下することにより、それらの乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ１に達すると、添加量の増加処理が実行される（タイミングｔ１）。この増加処理が実行された場合、その後において実ＮＯｘ浄化率ＳＲは、以下のように変化する。

すなわち、添加弁３０の添加能力が低下し、添加弁３０から添加される還元剤の量がその要求量よりも少ないことに起因して実ＮＯｘ浄化率ＳＲが目標ＮＯｘ浄化率ＳＴよりも低くなっているときには、ＳＣＲ触媒１２に添加される還元剤が増加し、その要求量に近づくようになる。このため、図３の実線に示されるように、タイミングｔ１以降、実ＮＯｘ浄化率ＳＲは上昇し、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度は減少するようになる。すなわち、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が上昇するようになる。従ってこの場合には、ＳＣＲ触媒１２に要求される還元剤の量と実際に添加弁３０から添加される還元剤の量との間に生じている乖離を低減すべく目標添加量ＱＴの学習処理が実行されることとなる。

一方、デポジットの堆積が生じていることに起因して実ＮＯｘ浄化率ＳＲが目標ＮＯｘ浄化率ＳＴよりも低くなっているときには、添加弁３０から添加される還元剤の量が増加することによりデポジットの堆積が助長されるため、ＳＣＲ触媒１２に添加される還元剤の量が更に減少するようになる。このため、図３の一点鎖線に示されるように、タイミングｔ１以降、実ＮＯｘ浄化率ＳＲは更に低下し、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度は増加するようになる。すなわち、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が更に低下するようになる。従ってこの場合には、堆積したデポジットを焼失させるべくデポジットの焼失処理が実行されることとなる。

以上説明したように、本実施形態にかかる排気浄化装置によれば以下の効果を奏することができる。
（１）添加量の増加処理の実行に伴ってＳＣＲ触媒１２における目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度が増加したとき、すなわちＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が低下したときに、デポジットの焼失処理を実行するようにしている。このため、デポジットの堆積が生じているとの正確な判断に基づいてデポジットの焼失処理を実行することができ、不要な焼失処理が実行されることによる燃費の悪化を抑制することができるようになる。

（２）添加量の増加処理の実行に伴ってＳＣＲ触媒１２における目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度ΔＳ２が減少したとき、すなわちＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が上昇したときに、添加弁３０の目標添加量ＱＴを増量補正し、その補正後の値を新たな目標添加量ＱＴとして学習するようにしている。このため、ＳＣＲ触媒１２に要求される還元剤の量と実際に添加弁３０から添加される還元剤の量との間に生じている乖離を小さくすることができ、より適切な量の還元剤をＳＣＲ触媒１２に添加することができるようになる。

（３）添加量の増加処理は、これを例えば所定期間毎に実行することもできるが、仮にその実行時において、デポジットの堆積が生じておらず、しかも添加弁３０の本来の添加能力が維持されて要求に見合う量の還元剤が添加弁３０から添加されている場合には、過剰な量の還元剤がＳＣＲ触媒１２に添加されることとなる。このように還元剤の添加量が過剰になると、一部の還元剤がＳＣＲ触媒１２に吸着されることなく同ＳＣＲ触媒１２から排出される、いわゆるアンモニアスリップの発生が懸念される。この点、添加量の増加処理を目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ１以下であるとき、すなわちＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が目標能力よりも低くなっているときに実行するようにしているため、上述したようなアンモニアスリップの発生を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、この発明の第２の実施形態について、上述した第１の実施形態との相違点を中心に説明する。第１の実施形態では、添加量の増加処理に際して所定量αだけ目標添加量ＱＴを増加させるようにしたが、このように目標添加量ＱＴを増加させても、実ＮＯｘ浄化率ＳＲの変化が小さい場合やその変化に遅れが生じたりする場合がある。このような場合には、ＮＯｘ浄化能力が上昇したかあるいは低下したかを正確に判断することが困難になるおそれがある。そこで、制御部５０は、添加量の増加処理に際して、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が低いと判定される期間に添加弁３０から添加される還元剤の量を徐々に増加させるようにしている。

以下、この制御部５０により実行される一連の処理について説明する。
図４に示すように、この処理ではまず、還元剤の基本添加量ＱＢに対して補正量ＱＧが加算される（ステップＳ１００）。このように目標添加量ＱＴを補正量ＱＧに基づいて補正した後、ステップＳ１１０に移行する。尚、ステップＳ１１０，１２０，１３０の各処理の内容については、先の第１の実施形態と同様であるため、その説明を割愛する。ステップＳ１３０において、乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ１を上回っている場合、更にこの乖離度ΔＳ１が上記判定値ΔＳＫ１よりも大きい値に設定された別の判定値ΔＳＫ２（＞ΔＳＫ１）を上回っているか否かが判定される（ステップＳ１３５）。

ここで、乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ２以下であると判定された場合（ステップＳ１３５：ＮＯ）、補正量ＱＧに所定量βが加算され、その加算値（ＱＧ＋β）が新たな補正量ＱＧとして設定されるとともに、その補正量ＱＧがメモリ５０ａに記憶される（ステップＳ１９５）。このように補正量ＱＧが設定された後、この一連の処理が終了される。この補正量ＱＧは、その初期値が「０」であり、ステップＳ１９５の処理が実行される毎に所定量βをもって徐々に増大する。従って、先のステップＳ１００では、このステップＳ１９５の処理を通じて徐々に増大する補正量ＱＧに基づいて目標添加量ＱＴが増量補正されることとなる。

一方、乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ２を上回っている場合（ステップＳ１３５：ＹＥＳ）、デポジットの焼失処理が実行される（ステップＳ１８０）。そして、このようにデポジットの焼失処理が実行された場合には、メモリ５０ａに記憶されている補正量ＱＧが「０」にリセットされる（ステップＳ２００）。このように補正量ＱＧがリセットされた場合、その後はステップＳ１００では補正量ＱＧに基づく目標添加量ＱＴの増量補正が行われなくなる。

次に、本実施形態にかかる排気浄化装置の作用について説明する。
図５に示すように、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴに対して実ＮＯｘ浄化率ＳＲが徐々に低下することにより、それらの乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ１に達すると、添加弁３０の駆動指令値が変更され、目標添加量ＱＴが所定量βだけ徐々に増加させられる（タイミングｔ１〜）。このように目標添加量ＱＴが増加するため、その後において実ＮＯｘ浄化率ＳＲは、次のように変化する。

すなわち、添加弁３０の添加能力が低下し、添加弁３０から添加される還元剤の量がその要求量よりも少ないことに起因して実ＮＯｘ浄化率ＳＲが目標ＮＯｘ浄化率ＳＴよりも低くなっている場合には、ＳＣＲ触媒１２に添加される還元剤が増加し、その要求量に近づくようになる。

このため、図５の実線に示されるように、タイミングｔ１以降、実ＮＯｘ浄化率ＳＲは緩やかかに上昇し、それに伴って目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度ΔＳ１は減少するようになる。すなわち、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が上昇するようになる。そして、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ１以下になると（タイミングｔ２）、その後は、目標添加量ＱＴの増量補正が停止されるようになる。

一方、デポジットの堆積が生じていることに起因して実ＮＯｘ浄化率ＳＲが目標ＮＯｘ浄化率ＳＴよりも低くなっている場合には、添加弁３０から添加される還元剤の量が増加することによりデポジットの堆積が助長されるため、ＳＣＲ触媒１２に添加される還元剤の量が減少するようになる。このため、図５の一点鎖線に示されるように、タイミングｔ１以降、実ＮＯｘ浄化率ＳＲは更に低下し、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度ΔＳ１は増加するようになる。すなわち、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が更に低下するようになる。そして、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ２を上回るようになると（タイミングｔ３）、デポジットの焼失処理が実行されるとともに、補正量ＱＧが「０」にリセットされる。

以上説明したように、本実施形態にかかる排気浄化装置によれば以下の効果を奏することができる。
（４）添加量の増加処理に際して、乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ１を上回る期間、すなわちＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が低いと判定される期間に添加弁３０から添加される還元剤の量を徐々に増加させるようにしている。従って、添加弁３０の添加能力が低下している場合には、ＳＣＲ触媒１２に添加される還元剤の量が徐々に増大し、それに伴ってＮＯｘ浄化能力の変化が大きくなるため、同ＮＯｘ浄化能力が上昇したことをより的確に判断することができる。

一方、デポジットの堆積が生じている場合には、還元剤の添加量を徐々に増加させることで、デポジットの堆積量も徐々に増大し、それに伴ってＮＯｘ浄化能力の変化が大きくなるため、同ＮＯｘ浄化能力が低下したことをより的確に判断することができる。このように、増加処理において還元剤の添加量を徐々に増大させることで、実ＮＯｘ浄化率ＳＲが緩やかに変化するような場合であってもＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が上昇したか低下したかをより的確に判断することができるようになる。

（第３の実施形態）
次に、この発明の第３の実施形態について、上述した第２の実施形態との相違点を中心に説明する。第２の実施形態では、添加量の増加処理に際して、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が低いと判定される期間に添加弁３０から添加される還元剤の量を徐々に増加させるようにし、それに伴って乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ２を上回ったときにデポジットの焼失処理を実行するようにした。本実施形態では、同様に還元剤の量を徐々に増加させたとき、その増加量、すなわち補正量ＱＧが所定の上限値に達したときにデポジットの焼失処理を実行するようにしている。

図６に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１００，１１０，１２０，１３０，１８０，１９５，２００の処理の内容については、先の第２の実施形態と同様であるため、その説明を割愛する。このフローチャートに示される一連の処理では、ステップＳ１３０において、乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ１を上回っている場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、補正量ＱＧがその上限値ＱＧＬを上回っているか否かが判定される（ステップＳ１３６）。この上限値ＱＧＬは例えば還元剤の基本添加量ＱＢに対して例えば「１０％」等の所定の比率を乗じて求められる量に設定されている。

そして、補正量ＱＧが上限値ＱＧＬ以下である場合には（ステップＳ１３６：ＮＯ）、先に説明したように補正量ＱＧの更新処理が実行される（ステップＳ１９５）。一方、補正量ＱＧが上限値ＱＧＬを上回っている場合には（ステップＳ１３６：ＹＥＳ）、デポジットの焼失処理（ステップＳ１８０）及び補正量ＱＧの初期化処理（ステップＳ２００）が実行される。

上述した一連の処理によれば、添加弁３０の添加能力が低下し、添加弁３０から添加される還元剤の量がその要求量よりも少ないことに起因して実ＮＯｘ浄化率ＳＲが目標ＮＯｘ浄化率ＳＴよりも低くなっているときには、目標添加量ＱＴが増量補正されることでＳＣＲ触媒１２に添加される還元剤が増加し、その要求量に近づくようになる。このため、図７に実線で示されるように、タイミングｔ１以降、実ＮＯｘ浄化率ＳＲは緩やかかに上昇し、それに伴って目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度ΔＳ１は減少するようになる。そして、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度ΔＳ１が判定値ΔＳＫ１以下になると（タイミングｔ２）、目標添加量ＱＴの増量補正が停止されるようになる。

一方、デポジットの堆積が生じていることに起因して実ＮＯｘ浄化率ＳＲが目標ＮＯｘ浄化率ＳＴよりも低くなっているときには、添加弁３０から添加される還元剤の量が増加することによりデポジットの堆積が助長されるため、ＳＣＲ触媒１２に添加される還元剤の量が減少するようになる。このため、図７の一点鎖線に示されるように、タイミングｔ１以降、実ＮＯｘ浄化率ＳＲは更に低下し、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度ΔＳ１は増加するようになる。すなわち、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が更に低下するようになる。そして、添加量の増加処理を通じて補正量ＱＧがその上限値ＱＧＬを上回るようになると（タイミングｔ３）、デポジットの焼失処理が実行されるとともに、補正量ＱＧが「０」にリセットされる。従って、本実施形態によっても、第２の実施形態と同様の効果を奏することができる。

以上、この発明の各実施形態について説明したが、これら実施形態は以下のように変更した変形例として実施することもできる。
・第３の実施形態では、補正量ＱＧがその上限値ＱＧＬを上回ったときに、デポジットの焼失処理（ステップＳ１８０）及び補正量ＱＧの初期化処理（ステップＳ２００）を実行するようにした。これに対して、例えば添加量の増加処理が開始されてからの経過時間を監視し、同増加処理の継続時間が予め定められた所定時間に達したときにそれら各処理を実行するようにしてもよい。ここで、この所定時間は、添加量の増加処理を実行してもＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が回復することはなく、デポジットの堆積が助長されて同ＮＯｘ浄化能力が低下すると判断するのに十分な時間に設定される。

・上記各実施形態では、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力を目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの乖離度に基づいて判断するようにした。すなわち、この乖離度が大きいときほど、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が低いと判断するようにした。ここで、この乖離度としては、各実施形態において例示した目標ＮＯｘ浄化率ＳＴと実ＮＯｘ浄化率ＳＲとの偏差（＝ＳＴ−ＳＲ）の他、目標ＮＯｘ浄化率ＳＴに対する実ＮＯｘ浄化率ＳＲの比（ＳＲ／ＳＴ）を採用することもできる。また、ＳＣＲ触媒１２に流入する排気のＮＯｘ濃度Ｎｉｎについては、第１ＮＯｘセンサ４１を用いることなく、例えばこれを機関回転速度及び機関負荷等の機関運転状態に基づいて推定することもできる。

・また、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力は、ＮＯｘ濃度に基づいて判断することもできる。例えば、図８に示すように、ＳＣＲ触媒１２の排気下流側に同ＳＣＲ触媒１２から排出される排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ４３を設ける構成を採用する。そして、このＮＯｘセンサ４３により検出されるＮＯｘ濃度（以下、「実ＮＯｘ濃度」という）と機関運転状態に基づいて設定されるＮＯｘ濃度の目標値（以下、「目標ＮＯｘ濃度」という）との乖離度に基づいてＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力を第１の実施形態と同様の態様で判断するようにしてもよい。例えば、図９に示すように、ＮＯｘ濃度の乖離度（＝実ＮＯｘ濃度−目標ＮＯｘ濃度）が所定の判定値を上回ったときに、目標添加量ＱＴを増量する（タイミングｔ１）。そして、増量後の乖離度を監視し、これが図９に一点鎖線で示すように減少する場合には、目標添加量ＱＴを増量補正し、その補正後の値を新たな目標添加量ＱＴとして学習する。

一方、図９に実線で示すように乖離度が増加した場合には、デポジットの焼失処理を実行する。ここで、上記乖離度としては、目標ＮＯｘ濃度と実ＮＯｘ濃度との偏差（実ＮＯｘ濃度−目標ＮＯｘ濃度）の他、目標ＮＯｘ濃度に対する実ＮＯｘ濃度の比（実ＮＯｘ濃度／目標ＮＯｘ濃度）を採用することもできる。

また、定常運転時であること等、目標ＮＯｘ濃度が変化しないことを前提とすれば、還元剤を増量した後は実ＮＯｘ濃度のみを監視し、実ＮＯｘ濃度が減少した場合には目標添加量ＱＴの学習処理（ステップＳ１９０）を実行する一方、増加した場合にはデポジットの焼失処理（ステップＳ１８０）を実行するようにしてもよい。このようにＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力をＮＯｘ濃度に基づいて判断する構成は第１の実施形態に限らず、第２の実施形態や第３の実施形態においても同様に適用することができる。

・その他、上記各実施形態において、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力を例えば、ＳＣＲ触媒１２から排出されるＮＯｘの量に基づいて判断することもできる。この場合には、例えばＳＣＲ触媒１２から排出されるＮＯｘの量が機関運転状態に基づいて設定される目標量よりも多くなったときに、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が低いとして添加量の増加処理を開始する。そして、この増加処理に伴ってＳＣＲ触媒１２から排出されるＮＯｘの量が減少したときに目標添加量ＱＴの学習処理（ステップＳ１９０）又は補正量ＱＧの更新処理（ステップＳ１９５）を実行する一方、増加した場合にはデポジットの焼失処理（ステップＳ１８０）を実行する。

更に、単位時間当たりにＳＣＲ触媒１２に流入するＮＯｘの量と排出されるＮＯｘの量との差ΔＱＮ（＝流入ＮＯｘ量−排出ＮＯｘ量）に基づいてＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力を判断することもできる。この場合には、例えば上記差ΔＱＮが機関運転状態に基づいて設定される目標値よりも少なくなったときに、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が低いとして添加量の増加処理を開始する。そして、この増加処理に伴って上記差ΔＱＮが増加したときに目標添加量ＱＴの学習処理（ステップＳ１９０）又は補正量ＱＧの更新処理（ステップＳ１９５）を実行する一方、減少した場合にはデポジットの焼失処理（ステップＳ１８０）を実行する。

また、単位時間当たりにＳＣＲ触媒１２に流入する排気のＮＯｘ濃度と排出される排気のＮＯｘ濃度との差ΔＣＮ（流入ＮＯｘ濃度−排出ＮＯｘ濃度）に基づいてＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力を判断するようにしてもよい。この場合には、例えば上記差ΔＣＮが機関運転状態に基づいて設定される目標値よりも小さくなったときに、ＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が低いとして添加量の増加処理を開始する。そして、この増加処理に伴って上記差ΔＣＮが増加したときに目標添加量ＱＴの学習処理（ステップＳ１９０）又は補正量ＱＧの更新処理（ステップＳ１９５）を実行する一方、減少した場合にはデポジットの焼失処理（ステップＳ１８０）を実行する。

・上述した各実施形態及び各変形例において、デポジットの焼失処理を実行した直後にＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力を再度検出し、その検出されるＮＯｘ浄化能力が所定の水準にまで上昇していないときに、ＳＣＲ触媒１２が損傷する等してこれが正常に機能していないと判断することもできる。特に、上記各実施形態にて例示したように、排気通路１１においてＳＣＲ触媒１２の排気上流側及び排気下流側にそれぞれＮＯｘセンサを設けるようにした構成によれば、こうしたＳＣＲ触媒１２の異常をより高い精度をもって判定することができる。

・上述した各実施形態やその変形例では、排気通路１１において分岐通路１１ａが接続される部位よりも排気上流側に排気中の粒子状物質を捕捉するフィルタを設けるようにしてもよい。こうした構成にあっては、フィルタに捕捉された粒子状物質の量を監視し、その量が所定量を上回った場合に、ポスト噴射を実行する等して排気温度を上昇させることにより、フィルタに捕捉された粒子状物質を焼失させてフィルタの機能を回復させるフィルタ再生処理が実行される。このため、デポジットの焼失処理をフィルタ再生処理と兼ねることとし、同フィルタ再生処理を通じてデポジットを焼失させるようにしてもよい。この場合には、条件：添加量の増加処理に伴ってＳＣＲ触媒１２のＮＯｘ浄化能力が低下したこと、条件：フィルタに捕捉された粒子状物質の量が所定量を上回ったこと、のいずれか一方が成立したときに、フィルタ再生処理を実行するようにする。

・還元剤として尿素水溶液を用いる例を示したが、例えばアンモニア化合物等、その他のアンモニア系還元剤を使用することもできる。
・本発明にかかる排気浄化装置の適用対象となる内燃機関としてディーゼルエンジンを例示したが、この内燃機関はディーゼルエンジンに限定されず、例えば空燃比をリーンとする運転が頻繁に行われるガソリンエンジンであってもよい。

１０…エンジン、１１…排気通路、１１ａ…分岐通路、１２…ＳＣＲ触媒、３０…添加弁、３１…噴口、４１…第１ＮＯｘセンサ、４２…第２ＮＯｘセンサ、４３…ＮＯｘセンサ、５０…制御部、５０ａ…メモリ。

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた尿素系の選択還元触媒と、該選択還元触媒に還元剤を添加する添加弁とを備え、前記選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が低いと判定されるときに前記添加弁から添加される還元剤の量を増加させる増加処理を実行し、この増加処理の実行に伴って前記選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が低下したときにデポジットの焼失処理を実行する
   内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記増加処理の実行に伴って前記選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が上昇したときに、前記添加弁の目標添加量を増量補正し、その補正後の値を新たな目標添加量として学習する
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記増加処理の実行に際し、前記選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が低いと判定される期間に前記添加弁から添加される還元剤の量を徐々に増加させる
   請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 内燃機関の排気通路に設けられた尿素系の選択還元触媒と、該選択還元触媒に還元剤を添加する添加弁とを備え、前記選択還元触媒のＮＯｘ浄化能力が低いと判定される期間に前記添加弁から添加される還元剤の量を徐々に増加させる増加処理を実行し、該増加処理の実行期間が所定期間に達したときにデポジットの焼失処理を実行する
   内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記所定期間は前記増加処理による還元剤の増加量が所定の上限値に達するまでの期間である
   請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。