JP6112093B2 - 排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関し、特に内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒のＮＨ_３吸着量を推定する技術に関する。

車両等に搭載される内燃機関の排気浄化システムとして、選択還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）を含む排気浄化装置と、前記排気浄化装置へアン
モニア（ＮＨ_３）又はＮＨ_３の前駆体である添加剤を供給する供給装置と、を備え、ＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ_３の量（以下、「ＮＨ_３吸着量」と記す）を推定し、その推定値が目標量となるように添加剤の添加量を制御するものが知られている。

ところで、ＳＣＲ触媒に吸着されたＮＨ_３は、内燃機関の停止期間中にＳＣＲ触媒から脱離したり、又は排気通路内の酸素（Ｏ_２）と反応して酸化されたりする可能性がある。そのため、内燃機関が停止された後に再始動される場合において、前回停止時のＮＨ_３吸着量に基づいて添加剤の供給量が制御されると、ＳＣＲ触媒の実際のＮＨ_３吸着量が目標量からかけ離れ、排気エミッションの悪化等を招く可能性がある。

よって、内燃機関が停止された後に再始動される場合において、添加剤の添加量をＳＣＲ触媒の実際のＮＨ_３吸着量に見合った量にするためには、内燃機関の停止期間中におけるＮＨ_３吸着量の減少量（以下、「ＮＨ_３減少量」と記す）を考慮して、再始動時のＮＨ_３吸着量を推定する必要がある。ＮＨ_３減少量を推定する方法としては、内燃機関の停止期間の長さ、及び停止期間中における外気温度の履歴に基づいて、ＮＨ_３減少量を推定する方法が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２０１０−２０９７７１号公報 特開２０１２−０５７５９１号公報 特開２０１０−２２３１７８号公報 特開２０１１−２４１６８６号公報

ところで、ＳＣＲ触媒は、ＮＨ_３が脱離しやすい環境、又はＮＨ_３が酸化しやすい環境においても、ある特定の量のＮＨ_３を安定して吸着し続ける特性を有している。このような特性を考慮せずにＮＨ_３減少量の推定が行われると、内燃機関の再始動時におけるＮＨ_３吸着量の推定値が実際のＮＨ_３吸着量に対して過剰に少なくなる可能性がある。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に配置されたＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量を推定する排気浄化システムにおいて、内燃機関の再始動時におけるＮＨ_３吸着量の推定値が実際のＮＨ_３吸着量に対して過剰に少なくなることを抑制することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の前回の停止時におけるＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量である停止時ＮＨ_３吸着量から、内燃機関の停止期間中におけるＮＨ_３吸着量の減少量であるＮＨ_３減少量を減算することで、内燃機関の始動時におけるＳＣＲ
触媒のＮＨ_３吸着量である始動時ＮＨ_３吸着量を推定する排気浄化システムにおいて、停止時ＮＨ_３吸着量が所定の閾値より多い場合は前記始動時ＮＨ_３吸着量を所定の閾値以上に制限し、停止時ＮＨ_３吸着量が所定の閾値以下である場合は前記停止時ＮＨ_３吸着量を始動時ＮＨ_３吸着量に設定するようにした。

詳細には、本発明は、内燃機関の排気通路に配置され、選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）を具備する排気浄化装置と、前記排気浄化装置へ流入する排気に、アンモニア（ＮＨ_３）又はＮＨ_３の前駆体である添加剤を添加する添加装置と、内燃機関の運転期間中において、前記排気浄化装置へ流入するＮＯ_Ｘの量と前記添加装置から添加される添加剤の量とをパラメータとして、前記ＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ_３の量であるＮＨ_３吸着量を演算する演算手段と、を備えた排気浄化システムにおいて、内燃機関が停止された後に再始動される場合に、少なくとも内燃機関の停止時における前記選択還元型触媒の温度をパラメータとして、内燃機関の停止期間中におけるＮＨ_３吸着量の減少量であるＮＨ_３減少量を推定し、内燃機関の停止時における前記演算手段の演算結果である停止時ＮＨ_３吸着量から前記ＮＨ_３減少量を減算することで、内燃機関が再始動される時点で前記ＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ_３の量である始動時ＮＨ_３吸着量を推定する推定手段を更に備え、前記停止時ＮＨ_３吸着量が前記所定の閾値より多い場合に、前記推定手段は、前記停止時ＮＨ_３吸着量から前記ＮＨ_３減少量を減算して得られる差が所定の閾値以上であれば前記差を前記始動時ＮＨ_３吸着量として推定し、前記差が前記所定の閾値未満であれば前記所定の閾値を前記始動時ＮＨ_３吸着量として推定し、前記停止時ＮＨ_３吸着量が前記所定の閾値以下である場合に、前記推定手段は、前記停止時ＮＨ_３吸着量を前記始動時ＮＨ_３吸着量として推定するようにした。

ここでいう「所定の閾値」は、ＳＣＲ触媒の温度が該ＳＣＲ触媒からＮＨ_３が脱離し易い温度域、又はＮＨ_３がＯ_２と反応（酸化）し易い温度域にあっても、ＳＣＲ触媒が安定して吸着し続けることができるＮＨ_３吸着量である。

このように構成された排気浄化システムでは、推定手段は、内燃機関が停止された後に再始動される場合に、内燃機関の停止時におけるＳＣＲ触媒の温度をパラメータとしてＮＨ_３減少量を推定する。ここで、内燃機関の停止期間中においては、ＳＣＲ触媒に吸着されたＮＨ_３が該ＳＣＲ触媒から離脱し、又は排気通路内のＯ_２と反応（酸化）することで、ＮＨ_３吸着量が減少する。その際、ＳＣＲ触媒から脱離するＮＨ_３の量及びＮＨ_３の酸化量は、内燃機関の停止時におけるＳＣＲ触媒の温度（以下、「停止時触媒温度」と記す）と相関する。たとえば、停止時触媒温度が高い場合は低い場合に比べ、内燃機関の停止期間中にＳＣＲ触媒から脱離するＮＨ_３の量、及びＳＣＲ触媒において酸化されるＮＨ_３の量が多くなる。よって、停止時触媒温度とＮＨ_３減少量との相関を予め実験的に求めておくことで、停止時触媒温度をパラメータとしてＮＨ_３減少量を推定することができる。なお、ＮＨ_３減少量は、内燃機関の停止期間の長さ（停止時間）によっても変化するため、停止時触媒温度と停止時間とＮＨ_３減少量との関係を予め求めておき、停止時触媒温度と停止時間とをパラメータとして、ＮＨ_３減少量を推定してもよい。

上記したような方法によりＮＨ_３減少量が推定されると、推定手段は、停止時ＮＨ_３吸着量からＮＨ_３減少量を減算することで、始動時ＮＨ_３吸着量を推定する。このように始動時ＮＨ_３吸着量が推定されると、内燃機関の再始動後におけるＮＨ_３吸着量の推定値が実際のＮＨ_３吸着量より多くなることが抑制され、それに応じて添加装置から添加される添加剤の量が排気中のＮＯ_Ｘを過不足なく浄化することができる量（以下、「適正添加量」と記す）に対して少なくなることが抑制される。

ところで、停止時ＮＨ_３吸着量が所定の閾値より多い場合は、内燃機関の停止期間中にＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量が減少するが、停止時ＮＨ_３吸着量が前記所定の閾値以下であ
る場合は、内燃機関の停止期間中にＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量が減少しない。よって、停止時ＮＨ_３吸着量が前記所定の閾値以下である場合に、停止時ＮＨ_３吸着量からＮＨ_３減少量を減算して始動時ＮＨ_３吸着量が推定されると、始動時ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量に対して過剰に少なくなる可能性がある。

また、停止時ＮＨ_３吸着量が前記所定の閾値より多い場合は、内燃機関の停止期間中にＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量が減少するが、ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量が前記所定の閾値と等しい量まで減少すると、それ以降はＮＨ_３吸着量が減少しなくなる。よって、停止時ＮＨ_３吸着量からＮＨ_３減少量を減算して得られる差が前記所定の閾値より小さくなる場合に、該差が始動時ＮＨ_３吸着量として推定されると、始動時ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量に対して過剰に少なくなる可能性がある。

これに対し、本発明の推定手段は、停止時ＮＨ_３吸着量が所定の閾値以下であるときは、停止時ＮＨ_３吸着量を始動時ＮＨ_３吸着量として推定する。このように始動時ＮＨ_３吸着量が推定されると、該始動時ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量に対して過剰に少なくなることが抑制される。さらに、本発明の推定手段は、前記停止時ＮＨ_３吸着量が前記所定の閾値より多い場合において、該停止時ＮＨ_３吸着量から前記ＮＨ_３減少量を減算して得られる差が前記所定の閾値未満であれば、前記始動時ＮＨ_３吸着量を前記所定の閾値と同量に推定する。このように始動時ＮＨ_３吸着量が前記所定の閾値以上に制限されると、始動時ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量に対して過剰に少なくなることをより確実に抑制することができる。

ここで、ＳＣＲ触媒が安定して吸着し続けることができるＮＨ_３の量は、ＳＣＲ触媒の温度が低い場合より高い場合に少なくなる傾向がある。よって、前記所定の閾値は、内燃機関の停止時における前記選択還元型触媒の温度が高いときは低いときに比べ、小さい値に設定されてもよい。このように所定の閾値が設定されると、始動時ＮＨ_３吸着量と実際のＮＨ_３吸着量との誤差をより確実に小さくすることができる。

本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置されたＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量を推定する排気浄化システムにおいて、内燃機関の再始動時におけるＮＨ_３吸着量の推定値が実際のＮＨ_３吸着量に対して過剰に少なくなることを抑制することができる。

本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。 ＳＣＲ触媒を通過する排気の流量とＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率との関係を示す図である。 ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量とＳＣＲ触媒の温度とＮＨ_３酸化量との関係を示す図である。 ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量とＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ_３濃度との関係を示す図である。 外気温度が最も高い環境下における停止時触媒温度と停止時間と減少量との関係を示す図である。 停止時触媒温度と閾値との関係を示す図である。 始動時ＮＨ_３吸着量を推定する際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範
囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、希薄燃焼運転される圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。なお、内燃機関１は、希薄燃焼運転可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。

内燃機関１には、気筒内から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための排気管２が接続されている。排気管２の途中には、第一触媒ケーシング３が配置されている。第一触媒ケーシング３より下流の排気管２には、第二触媒ケーシング４が配置されている。

第一触媒ケーシング３は、たとえば、筒状のケーシング内に酸化触媒とパティキュレートフィルタを内装している。その際、酸化触媒は、パティキュレートフィルタの上流に配置される触媒担体に担持されてもよく、或いはパティキュレートフィルタに担持されてもよい。なお、第一触媒ケーシング３は、酸化触媒の代わりに、三元触媒又は吸蔵還元型触媒を収容してもよい。

第二触媒ケーシング４は、筒状のケーシング内に、ＳＣＲ触媒が担持された触媒担体を収容する。前記触媒担体は、たとえば、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼等から形成されるハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の活性成分（担体）をコーティングしたものである。なお、第二触媒ケーシング４におけるＳＣＲ触媒の下流には、酸化触媒が担持された触媒担体が配置されてもよい。その場合の酸化触媒は、ＳＣＲ触媒へ供給されるＮＨ_３のうち、ＳＣＲ触媒をすり抜けたＮＨ_３を酸化するために設けられる。第二触媒ケーシング４は、本発明に係わる「排気浄化装置」に相当する。

第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４との間の排気管２には、アンモニア（ＮＨ_３）又はＮＨ_３の前駆体である添加剤を排気中へ添加（噴射）するための添加弁５が配置されている。添加弁５は、ポンプ５０を介して添加剤タンク５１に接続されている。ポンプ５０は、添加剤タンク５１に貯留されている添加剤を吸引するとともに、吸引された添加剤を添加弁５へ圧送する。添加弁５は、ポンプ５０から圧送されてくる添加剤を排気管２内へ噴射する。添加弁５とポンプ５０と添加剤タンク５１との組合せは、本発明に係わる「添加装置」に相当する。

ここで、添加剤タンク５１に貯留される添加剤としては、ＮＨ_３ガス、又は尿素やカルバミン酸アンモニウム等の水溶液である。本実施例では、当該添加剤として尿素水溶液を用いるものとする。添加弁５から尿素水溶液が噴射されると、該尿素水溶液が排気とともに第二触媒ケーシング４へ流入する。その際、尿素水溶液が排気の熱を受けて熱分解され、又はＳＣＲ触媒により加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、ＮＨ_３が生成される。このようにして生成されたＮＨ_３は、ＳＣＲ触媒に吸着（又は吸蔵）される。ＳＣＲ触媒に吸着されたＮＨ_３は、排気中に含まれるＮＯ_Ｘと反応してＮ_２や水（Ｈ_２Ｏ）を生成する。つまり、ＮＨ_３は、ＮＯ_Ｘの還元剤として機能する。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８が併設
されている。ＥＣＵ８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ８には、ＮＯ_Ｘセンサ６、排気温度センサ７、クランクポジションセンサ９、アクセルポジションセンサ１０、及びエアフローメータ１１等の各種センサが電気的に接続されている。

ＮＯ_Ｘセンサ６は、第二触媒ケーシング４より下流の排気管２に配置され、第二触媒ケ
ーシング４から流出する排気のＮＯ_Ｘ濃度に相関する電気信号を出力する。なお、第二触媒ケーシング４がＳＣＲ触媒と酸化触媒とを収容している場合は、ＮＯ_Ｘセンサ６は、ＳＣＲ触媒と酸化触媒との間に配置されることが望ましい。排気温度センサ７は、第二触媒ケーシング４より下流の排気管２に配置され、第二触媒ケーシング４から流出する排気の温度と相関する電気信号を出力する。

クランクポジションセンサ９は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１０は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１１は、内燃機関１に吸入される空気の量（質量）に相関する電気信号を出力する。

また、ＥＣＵ８は、内燃機関１に取り付けられた各種機器（たとえば、燃料噴射弁等）、添加弁５、及びポンプ５０等と電気的に接続されている。ＥＣＵ８は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の各種機器、添加弁５、及びポンプ５０等を電気的に制御する。たとえば、ＥＣＵ８は、内燃機関１の燃料噴射制御等のような既知の制御に加え、内燃機関１の運転期間中に添加弁５から間欠的に添加剤を噴射させる添加制御や、ＳＣＲ触媒の故障診断等を実行する。添加制御では、ＥＣＵ８は、第二触媒ケーシング４のＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ_３量の推定値（推定ＮＨ_３吸着量）を求め、その推定ＮＨ_３吸着量に基づいて添加弁５を制御する。また、ＳＣＲ触媒の故障診断では、ＥＣＵ８は、推定ＮＨ_３吸着量が所定量以上であるときのＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率（ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量に対してＳＣＲ触媒で浄化されるＮＯ_Ｘ量の比率）を求め、そのＮＯ_Ｘ浄化率が所定の閾値より小さければ、ＳＣＲ触媒が故障していると診断する。

前記添加制御や前記故障診断に用いられる推定ＮＨ_３吸着量は、ＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ_３（尿素水溶液が排気中で熱分解されて生成されるＮＨ_３と尿素水溶液がＳＣＲ触媒において加水分解されて生成されるＮＨ_３）の量から、ＳＣＲ触媒において消費されるＮＨ_３の量を減算した値を積算することによって推定される。ここで、ＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ_３の量は、添加弁５から添加される尿素水溶液の量をパラメータとして演算される。また、ＳＣＲ触媒において消費されるＮＨ_３の量は、ＳＣＲ触媒において排気中のＮＯ_Ｘと反応するＮＨ_３の量、ＳＣＲ触媒において排気中の酸素（Ｏ_２）と反応するＮＨ_３の量（以下、「ＮＨ_３酸化量」と記す）、及びＳＣＲ触媒から離脱するＮＨ_３の量（以下、「ＮＨ_３スリップ量」と記す）の総和である。

ＳＣＲ触媒においてＮＯ_Ｘと反応するＮＨ_３の量は、ＮＯ_Ｘ流入量とＮＯ_Ｘ浄化率とをパラメータとして演算される。その際、ＮＯ_Ｘ流入量は、内燃機関１から排出されるＮＯ_Ｘの量（内燃機関１において混合気が燃焼する際に発生するＮＯ_Ｘの量）に相関する。内燃機関１から排出されるＮＯ_Ｘの量は、混合気に含まれる酸素の量と、混合気に含まれる燃料の量と、燃料噴射時期と、機関回転速度とに相関する。混合気に含まれる酸素の量は、吸入空気量（エアフローメータ１１の出力信号）に相関する。混合気に含まれる燃料の量は、燃料噴射量に相関する。よって、ＥＣＵ８は、エアフローメータ１１の出力信号と、燃料噴射量と、燃料噴射時期と、機関回転速度と、をパラメータとして、ＮＯ_Ｘ流入量を演算してもよい。なお、上記した種々のパラメータとＮＯ_Ｘ流入量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップや関数式の態様でＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておくようにしてもよい。また、第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４との間の排気管２にＮＯ_Ｘセンサが配置される場合は、ＥＣＵ８は、該ＮＯ_Ｘセンサの検出値（ＮＯ_Ｘ濃度）と排気の量（吸入空気量と燃料噴射量との総和）とをパラメータとして、ＮＯ_Ｘ流入量を演算してもよい。

一方、ＮＯ_Ｘ浄化率は、単位時間あたりにＳＣＲ触媒へ流入する排気の流量（単位時間あたりの吸入空気量と単位時間あたりの燃料噴射量との総和）とＳＣＲ触媒の温度とをパ
ラメータとして推定される。図２は、排気の流量（単位時間あたりの吸入空気量と単位時間あたりの燃料噴射量との総和）と、ＳＣＲ触媒の温度と、ＮＯ_Ｘ浄化率との関係を示す図である。ＮＯ_Ｘ浄化率は、排気流量が多くなるほど小さくなり、且つＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど大きくなる（ただし、ＳＣＲ触媒の温度が上限温度（たとえば、３５０℃）を超えると、ＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど小さくなる）傾向がある。そこで、ＥＣＵ８は、図２に示したような関係に基づいて、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を求める。なお、図２に示すような関係を予め求めておき、それらの関係をマップ又は関数式の態様でＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておくようにしてもよい。

次に、ＮＨ_３酸化量は、ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＯ_２濃度と推定ＮＨ_３吸着量の前回の演算値とをパラメータとして演算される。図３は、ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＯ_２濃度とＮＨ_３酸化量との関係を示す図である。図３において、ＮＨ_３酸化量は、ＮＨ_３吸着量が多くなるほど多くなり、且つ、ＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど多くなる。よって、ＥＣＵ８は、図３に示したような関係に基づいて、ＮＨ_３酸化量を求める。なお、図３に示すような関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ又は関数式の態様でＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておくようにしてもよい。

また、ＮＨ_３スリップ量は、推定ＮＨ_３吸着量の前回の演算値と、ＳＣＲ触媒の温度と、単位時間あたりにＳＣＲ触媒を通過する排気の流量と、をパラメータとして求められる。図４は、ＳＣＲ触媒を通過する排気の流量が一定である場合において、ＮＨ_３吸着量とＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ_３濃度との関係を示す図である。図４において、ＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ_３濃度は、ＮＨ_３吸着量が多くなるほど濃くなり、且つＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど濃くなる。よって、ＳＣＲ触媒を通過する排気の流量が一定である場合は、ＮＨ_３スリップ量は、ＮＨ_３吸着量が多くなるほど、且つＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど多くなるといえる。一方、ＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ_３濃度が一定であれば、単位時間あたりにＳＣＲ触媒を通過する排気の流量が多くなるほど、単位時間あたりのＮＨ_３スリップ量が多くなる。そこで、ＥＣＵ８は、図４に示したような関係に基づいて、ＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ_３濃度を求め、該ＮＨ_３濃度に単位時間あたりの排気流量（単位時間あたりの吸入空気量と単位時間あたりの燃料噴射量との総和）を乗算することにより、ＮＨ_３スリップ量を算出する。

以上述べた方法による推定ＮＨ_３吸着量の演算処理は、内燃機関１の運転期間中に所定の周期で繰り返し行われる。そして、ＥＣＵ８は、推定ＮＨ_３吸着量が規定量より少なくなると、添加弁５から尿素水溶液を噴射させる。ここでいう「規定量」は、たとえば、ＳＣＲ触媒が吸着することができる最大のＮＨ_３量（ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着速度とＮＨ_３脱離速度とが平衡状態になるときのＮＨ_３吸着量）から所定のマージンを差し引いた量である。また、ＥＣＵ８は、推定ＮＨ_３吸着量が所定量以上であるときにＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を求め、そのＮＯ_Ｘ浄化率と所定の閾値とを比較することでＳＣＲ触媒の故障診断を実行する。なお、ＥＣＵ８が上記した方法によって推定ＮＨ_３吸着量を演算することにより、本発明に係わる「演算手段」が実現される。

ところで、内燃機関１が停止された後に再始動される場合においては、前回の停止時における推定ＮＨ_３吸着量（停止時ＮＨ_３吸着量）を用いて、再始動後に添加弁５から添加される尿素水溶液の量を制御する方法が考えられる。しかしながら、ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量は、内燃機関１の停止期間中に減少する可能性がある。よって、停止時ＮＨ_３吸着量が内燃機関１の再始動時におけるＮＨ_３吸着量（始動時ＮＨ_３吸着量）として用いられると、始動時ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量より多くなる可能性がある。その場合、内燃機関１の再始動後に添加弁５から添加される尿素水溶液の量が排気中のＮＯ_Ｘを過不足なく浄化するために必要な量（適正添加量）より少なくなる可能性がある。その結果、ＳＣＲ触媒によって浄化されるＮＯ_Ｘの量が少なくなり、排気エミッションの悪化を招く
可能性がある。また、始動時ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量より多くなると、内燃機関１の運転期間中に添加弁５から添加される尿素水溶液の量が適正添加量より少なくなるため、ＳＣＲ触媒の故障診断が実行される際の推定ＮＨ_３吸着量が前記所定量より少なくなる可能性もある。その場合、ＳＣＲ触媒が正常であるにもかかわらず、ＳＣＲ触媒が故障していると誤診断される可能性もある。

そこで、本実施例では、内燃機関１の停止期間中におけるＮＨ_３吸着量の減少量（ＮＨ_３減少量）を推定し、停止時ＮＨ_３吸着量からＮＨ_３減少量を減算することで、始動時ＮＨ_３吸着量を求めるようにした。そして、ＥＣＵ８は、内燃機関１の再始動後は、始動時ＮＨ_３吸着量を使用して推定ＮＨ_３吸着量の演算を行うとともに、その推定ＮＨ_３吸着量に基づいて尿素水溶液の添加量を制御したり、又はＳＣＲ触媒の故障診断処理を実行したりするものとする。

内燃機関１の停止期間中にＮＨ_３吸着量が減少する主な要因は、ＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ_３が該ＳＣＲ触媒から離脱したり、又はＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ_３が排気管２内のＯ_２と反応して酸化されたりすることにある。内燃機関１の停止期間中に、ＳＣＲ触媒から離脱するＮＨ_３の量、及び排気管２内のＯ_２と反応して酸化されるＮＨ_３の量は、ＳＣＲ触媒の温度に相関する。よって、内燃機関１の停止期間中におけるＳＣＲ触媒の温度推移をモニタし、その温度推移に基づいてＮＨ_３減少量を求めてもよい。ただし、内燃機関１の停止期間中におけるＳＣＲ触媒の温度推移をモニタするためには、内燃機関１の停止期間中もＥＣＵ８や排気温度センサ７等を作動させる必要があり、ＥＣＵ８や図示しないバッテリの負荷が大きくなる。

そこで、内燃機関１の停止時におけるＳＣＲ触媒の温度（停止時触媒温度）をパラメータとして、ＮＨ_３減少量を推定する方法が考えられる。ただし、停止時触媒温度が同じであっても、停止期間の長さ（停止時間）によってＮＨ_３減少量が異なる可能性がある。そのため、停止時触媒温度と停止時間とをパラメータとして、ＮＨ_３減少量を推定することが望ましい。また、内燃機関１の停止期間中におけるＳＣＲ触媒の温度推移は、停止期間中の外気温度の推移によって変化する可能性がある。しかしながら、前述したように、内燃機関１の停止期間中における外気温度の推移をモニタしようとすると、ＥＣＵ８やバッテリの負荷が大きくなる。よって、本実施例では、内燃機関１の停止期間中における外気温度が最も高い状況を想定して、停止時触媒温度と停止時間とＮＨ_３減少量との関係を求めておき、それらの関係に基づいてＮＨ_３減少量を推定するようにした。

ここで、外気温度が最も高い環境下における停止時触媒温度と停止時間とＮＨ_３減少量との関係を図５に示す。図５に示すように、停止時触媒温度が高いときは低いときに比べ、ＮＨ_３減少量が多くなる。また、停止期間が長いときは短いときに比べ、ＮＨ_３減少量が多くなる。このような関係に基づいてＮＨ_３減少量が推定されると、内燃機関１の停止期間中にＥＣＵ８や排気温度センサ７等を作動させることなく、ＮＨ_３減少量を推定することができる。また、外気温度が最も高い環境、言い換えると、ＳＣＲ触媒の温度が最も低下し難い環境を想定してＮＨ_３減少量を推定することで、その推定値が実際のＮＨ_３減少量に対して過剰に少なくなることが抑制される。その結果、ＮＨ_３減少量の推定値を用いて求められる始動時ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量より多くなることが抑制される。よって、内燃機関１の始動後に添加弁５から添加される尿素水溶液の量が前記適正添加量より少なくなる事態を回避することができ、尿素水溶液の不足による排気エミッションの悪化を抑制することができる。

なお、ＳＣＲ触媒から脱離するＮＨ_３の量は、停止時ＮＨ_３吸着量が多くなるほど多くなる可能性があるため、上記図５に示した関係に基づいて求められたＮＨ_３減少量を、停止時ＮＨ_３吸着量に応じて補正してもよい。たとえば、停止時ＮＨ_３吸着量が多くなるほ
ど、ＮＨ_３減少量が多くなるように補正してもよい。このように、停止時ＮＨ_３吸着量を考慮してＮＨ_３減少量を推定すると、その推定精度をより高めることができる。

ところで、ＳＣＲ触媒は、ＳＣＲ触媒の温度がＮＨ_３の脱離し易い温度域、及びＮＨ_３の酸化し易い温度域にあっても、特定の量（所定の閾値）のＮＨ_３を安定して吸着し続ける特性を有している。そのため、停止時ＮＨ_３吸着量が前記所定の閾値以下である場合は、たとえ内燃機関１の停止期間中におけるＳＣＲ触媒の温度がＮＨ_３の脱離し易い温度域、又はＮＨ_３の酸化し易い温度域にあっても、ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量が停止時ＮＨ_３吸着量から減少しない。また、内燃機関１の停止期間中に、ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量が前記所定の閾値まで減少すると、たとえＳＣＲ触媒の温度がＮＨ_３の脱離し易い温度域、又はＮＨ_３の酸化し易い温度域にあっても、ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量がそれ以上減少しなくなる。

上記したようなＳＣＲ触媒の特性を考慮せずに、ＮＨ_３減少量が推定されると、その推定値を用いて求められる始動時ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量に対して過剰に少なくなる可能性がある。特に、前述したように、内燃機関１の停止期間中における外気温度が最も高い環境を想定してＮＨ_３減少量が推定される方法においては、始動時ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量に対して過剰に少なくなる可能性が高い。

よって、本実施例では、停止時ＮＨ_３吸着量が前記所定の閾値以下である場合は、始動時ＮＨ_３吸着量を停止時ＮＨ_３吸着量と同量に推定するようにした。また、停止時ＮＨ_３吸着量が前記所定の閾値より多い場合において、停止時ＮＨ_３吸着量からＮＨ_３減少量を減算した量が前記所定の閾値未満であれば、始動時ＮＨ_３吸着量を前記所定の閾値と同量に推定するものとする。

上記したように、ＳＣＲ触媒の特性を考慮して始動時ＮＨ_３吸着量が推定されると、その始動時ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量に対して過剰に少なくなることが抑制される。その結果、内燃機関１の始動後に添加弁５から添加される尿素水溶液の量が前記適正添加量に対して過剰に多くなることが抑制され、尿素水溶液の不要な消費を少なく抑えることができる。

なお、ＳＣＲ触媒が安定して吸着し続けることができるＮＨ_３の量（所定の閾値）は、停止時触媒温度に応じて異なる。たとえば、図６に示すように、停止時触媒温度が高いときは低いときに比べ、前記所定の閾値が小さくなる。よって、前記所定の閾値は、停止時触媒温度をパラメータとして決定されるものとする。

以下、本実施例において始動時ＮＨ_３吸着量を推定する手順について図７に沿って説明する。図７は、始動時ＮＨ_３吸着量を推定する際にＥＣＵ８が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、内燃機関１の始動時（たとえば、イグニッションスイッチがオフからオンへ切り替えられたとき）に、ＥＣＵ８によって実行される処理ルーチンであり、予めＥＣＵ８のＲＯＭに記憶されている。

図７の処理ルーチンでは、ＥＣＵ８は、先ずＳ１０１の処理において、内燃機関１の前回の停止時におけるＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量である停止時ＮＨ_３吸着量ΣＮＨ_３ｓｔｐを読み込む。停止時ＮＨ_３吸着量ΣＮＨ_３ｓｔｐは、内燃機関１の前回の運転停止時にバックアップＲＡＭ等の不揮発性のメモリに記憶されるものとする。

Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ８は、内燃機関１の前回の停止時におけるＳＣＲ触媒の温度（停止時触媒温度）Ｔｓｃｒを読み込む。停止時触媒温度Ｔｓｃｒも、上記した停止時ＮＨ_３吸着量ΣＮＨ_３ｓｔｐと同様に、内燃機関１の前回の運転停止時にバックアップＲ
ＡＭ等の不揮発性のメモリに記憶されるものとする。なお、ＳＣＲ触媒の温度は、内燃機関１の運転履歴から推定されてもよく、或いは排気温度センサ７の測定値を代用してもよい。

Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０２の処理で読み込まれた停止時触媒温度Ｔｓｃｒと前述の図６に示した関係とに基づいて、所定の閾値ΣＮＨ_３ｔｈｒｅを演算する。続いて、ＥＣＵ８は、Ｓ１０４の処理へ進み、前記Ｓ１０１の処理で読み込まれた停止時ＮＨ_３吸着量ΣＮＨ_３ｓｔｐが前記Ｓ１０３の処理で算出された所定の閾値ΣＮＨ_３ｔｈｒｅより多いか否かを判別する。

前記Ｓ１０４の処理において肯定判定された場合（ΣＮＨ_３ｓｔｐ＞ΣＮＨ_３ｔｈｒｅ）は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０５の処理へ進む。Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０２の処理で読み込まれた停止時触媒温度Ｔｓｃｒと停止時間と前述の図５に示した関係とに基づいて、内燃機関１の停止期間中におけるＮＨ_３吸着量の減少量であるＮＨ_３減少量ΔＮＨ_３を推定（演算）する。その際、停止時間は、内燃機関１の前回の停止時の日時と今回の再始動時の日時との差から演算されるものとする。

Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０１の処理で読み込まれた停止時ＮＨ_３吸着量ΣＮＨ_３ｓｔｐから前記Ｓ１０５の処理で推定されたＮＨ_３減少量ΔＮＨ_３を減算して得られる差（ΣＮＨ_３ｓｔｐ−ΔＮＨ_３）が前記Ｓ１０３の処理で算出された所定の閾値ΣＮＨ_３ｔｈｒｅ以上であるか否かを判別する。

前記Ｓ１０６の処理において肯定判定された場合（（ΣＮＨ_３ｓｔｐ−ΔＮＨ_３）≧ΣＮＨ_３ｔｈｒｅ）は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０７の処理へ進み、前記停止時ＮＨ_３吸着量ΣＮＨ_３ｓｔｐから前記ＮＨ_３減少量ΔＮＨ_３を減算して得られる差（ΣＮＨ_３ｓｔｐ−ΔＮＨ_３）を始動時ＮＨ_３吸着量ΣＮＨ_３ｓｔｒとして推定する。一方、Ｓ１０６の処理において否定判定された場合（ΣＮＨ_３ｓｔｐ−ΔＮＨ_３）＜ΣＮＨ_３ｔｈｒｅ）は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０８の処理へ進み、前記所定の閾値ΣＮＨ_３ｔｈｒｅを始動時ＮＨ_３吸着量ΣＮＨ_３ｓｔｒとして推定する。

また、前記Ｓ１０４の処理において否定判定された場合（ΣＮＨ_３ｓｔｐ≦ΣＮＨ_３ｔｈｒｅ）は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０９の処理へ進む。Ｓ１０９の処理では、ＥＣＵ８は、前記停止時ＮＨ_３吸着量ΣＮＨ_３ｓｔｐを始動時ＮＨ_３吸着量ΣＮＨ_３ｓｔｒとして推定する。

以上述べたようにＥＣＵ８が図７の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる「推定手段」が実現される。その結果、内燃機関１の停止期間中にＥＣＵ８や排気温度センサ７等を作動させることなく、始動時ＮＨ_３吸着量を推定することができる。さらに、始動時ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量をより多くなることを抑制しつつ、始動時ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量に対して過剰に少なくなることも抑制することができる。よって、内燃機関１の始動後に添加弁５から添加される尿素水溶液の量が排気中のＮＯ_Ｘを過不足なく浄化するために必要な量（適正添加量）から乖離することも抑制することができるため、内燃機関１の始動後における排気エミッションの悪化を抑制しつつ、尿素水溶液の消費量の不要な増加も抑制することができる。また、ＳＣＲ触媒の故障診断が実行される際に、ＳＣＲ触媒が正常であるにもかかわらず、ＳＣＲ触媒が異常であると誤診断されることも抑制することができる。

１ 内燃機関
２ 排気管
３ 第一触媒ケーシング
４ 第二触媒ケーシング
５ 添加弁
６ ＮＯ_Ｘセンサ
７ 排気温度センサ
８ ＥＣＵ
５０ ポンプ
５１ 添加剤タンク

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路に配置され、選択還元型触媒を具備する排気浄化装置と、
   前記排気浄化装置へ流入する排気に、アンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤を添加する添加装置と、
   内燃機関の運転期間中において、前記排気浄化装置へ流入するＮＯ_Ｘの量と前記添加装置から添加される添加剤の量とをパラメータとして、前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニアの量であるＮＨ_３吸着量を演算する演算手段と、
   を備えた排気浄化システムにおいて、
   内燃機関が停止された後に再始動される場合に、少なくとも内燃機関の停止時における前記選択還元型触媒の温度をパラメータとして、内燃機関の停止期間中におけるＮＨ_３吸着量の減少量であるＮＨ_３減少量を推定し、内燃機関の停止時における前記演算手段の演算結果である停止時ＮＨ_３吸着量から前記ＮＨ_３減少量を減算することで、内燃機関が再始動される時点で前記ＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ_３の量である始動時ＮＨ_３吸着量を推定する推定手段を更に備え、
   前記停止時ＮＨ_３吸着量が所定の閾値より多い場合に、前記推定手段は、前記停止時ＮＨ_３吸着量から前記ＮＨ_３減少量を減算して得られる差が前記所定の閾値以上であれば、前記差を前記始動時ＮＨ_３吸着量として推定し、前記差が前記所定の閾値未満であれば、前記所定の閾値を前記始動時ＮＨ_３吸着量として推定し、
   前記停止時ＮＨ_３吸着量が前記所定の閾値以下である場合に、前記推定手段は、前記停止時ＮＨ_３吸着量を前記始動時ＮＨ_３吸着量として推定する排気浄化システム。
2. 前記所定の閾値は、内燃機関の停止時における前記選択還元型触媒の温度が高いときは低いときに比べ、小さい値に設定される請求項１に記載の排気浄化システム。

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