JP7124727B2 - 内燃機関の排気浄化装置、及び車両 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置、及び車両 Download PDF

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Description

本開示は、内燃機関の排気浄化装置、及び車両に関する。
内燃機関の排気浄化装置として、アンモニア（ＮＨ３）を還元剤として、排気中のＮＯｘを選択的に還元するＮＯｘ選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction：以下、「ＳＣＲ触媒」と称する）を有するＳＣＲ触媒排気浄化システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
この種の排気浄化装置において、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ還元特性を効果的に機能させるためには、当該ＳＣＲ触媒中のアンモニアの溜め込み量（以下、「アンモニアストレージ量」と称する）を適切な量にコントロールする必要がある。そのコントロール手法としては、コントロールユニットにて、種々のセンサ情報に基づいて、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの消費量を逐次的に予測し、不足するアンモニア量を前駆体である尿素水としてＳＣＲ触媒に供給する手法が一般的である。
特開２０１２－１８９００７号公報
しかしながら、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化反応は、複雑であり、そのＮＯｘ浄化反応に基づくアンモニアの消費量をコントロールユニットで正確に演算するのは困難である。加えて、アンモニアの消費量の予測値は、尿素水噴射装置における噴射量の誤差やＮＯｘセンサの検出誤差等に起因しても誤差を含むことになる。
そのため、コントロールユニットの演算により推定されるアンモニアストレージ量の推定値が、実際値と乖離することは稀ではない。そして、その乖離が拡大して、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアストレージ量が過剰な状態（以下、「オーバーストレージ状態」と称する）が発生する場合がある。
このようなオーバーストレージ状態が発生した場合には、過剰なアンモニアがＳＣＲ触媒から脱離し、脱離したアンモニアが後段の酸化触媒によりＮＯｘに変化することで排気浄化装置のＮＯｘ浄化性能が低下する。又、脱離したアンモニアが後段の酸化触媒によりアンモニアのまま排出されたとしても、ＳＣＲ触媒の下流側ＮＯｘセンサは、アンモニアをＮＯｘとして検出し、コントローラ側ではＮＯｘ浄化性能が低下していると判断してしまうことになる。
加えて、オーバーストレージ状態が発生した場合には、余剰な尿素水又はアンモニアが排出されるおそれもある。
本開示は、上記問題点に鑑みてなされたもので、ＳＣＲ触媒におけるオーバーストレージ状態の発生を早期に検出可能とする内燃機関の排気浄化装置、及び車両を提供することを目的とする。
前述した課題を解決する主たる本開示は、
内燃機関の排気通路に配設される排気浄化装置であって、
前記排気通路内に配設されたＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒と、
前記ＳＣＲ触媒の上流側及び下流側それぞれにおいて排ガス中のＮＯｘ量を検出する上流側ＮＯｘセンサ及び下流側ＮＯｘセンサと、
前記排気通路内の前記ＳＣＲ触媒の上流側で、尿素水を噴射する尿素水噴射装置と、
前記ＳＣＲ触媒におけるアンモニアストレージ量を推定し、当該アンモニアストレージ量の推定値に基づいて、前記尿素水噴射装置の尿素水噴射量を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記上流側ＮＯｘセンサ及び前記下流側ＮＯｘセンサそれぞれの検出値の推移をモニタリングし、
前記ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が第１閾値以下まで低下したときに、単位時間あたりの前記上流側ＮＯｘセンサの検出値の変化量が第２閾値以上であり、且つ、単位時間あたりの前記下流側ＮＯｘセンサの検出値の変化量が第３閾値以下である場合、前記ＳＣＲ触媒においてオーバーストレージ状態が発生していることを示す異常検出信号を生成する、
排気浄化装置である。
又、他の局面では、
上記排気浄化装置を備える車両である。
本開示に係る排気浄化装置によれば、ＳＣＲ触媒におけるオーバーストレージ状態の発生を早期に検出することができる。
第１の実施形態に係る排気浄化装置の構成の一例を示す図 第１の実施形態に係るＥＣＵの構成の一例を示すブロック図 オーバーストレージ状態とのときにＳＣＲ触媒の下流で検出されるＮＯｘ量の挙動（図３Ａ）、及び、その変化量の挙動（図３Ｂ）の一例を示す図 オーバーストレージ状態とのときにＳＣＲ触媒の上流で検出されるＮＯｘ量の挙動（図４Ａ）、及び、その変化量の挙動（図４Ｂ）の一例を示す図 第１の実施形態に係るオーバーストレージ状態検出部による補正処理を説明する図 第１の実施形態に係るオーバーストレージ状態検出部が行う具体的な動作フローの一例を示す図 第１の実施形態に係る排気浄化装置における、尿素水噴射量の挙動（図７Ａ）、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアストレージ量の挙動（図７Ｂ）、及び、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率の挙動（図７Ｃ）の一例を示すタイムチャート ＳＣＲ触媒の温度の挙動（図８Ａ）、及び、その変化量の挙動（図８Ｂ）の一例を示す図 第２の実施形態に係るオーバーストレージ状態検出部が行う具体的な動作フローの一例を示す図
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（第１の実施形態）
［排気浄化装置の構成］
以下、図１を参照して、第１の実施形態に係る排気浄化装置の構成について説明する。
図１は、本実施形態に係る排気浄化装置Ｕの構成の一例を示す図である。
本実施形態に係る排気浄化装置Ｕは、例えば、トラック等の車両に搭載されており、エンジン１０の排ガス中のＮＯｘを浄化する。
エンジン１０は、例えば、燃焼室、燃焼室内で燃料を噴射する燃料噴射装置、及び、燃料噴射装置を制御するエンジンＥＣＵ等（図示せず）を含んで構成される。エンジン１０は、燃焼室内で、燃料と空気の混合気を燃焼及び膨張させて、動力を発生する。エンジン１０には、燃焼室内に空気を導入する吸気通路（例えば、吸気管）２０と、燃焼室から排出される燃焼後の排ガスを、車両の外部に排出する排気通路（例えば、排気管）３０と、が接続されている。
尚、本実施形態に係るエンジン１０は、４気筒エンジンであり、吸気通路２０からは吸気マニホルドを介して四つの燃焼室に分岐し、当該四つの燃焼室から排気マニホルドを介して排気通路３０に合流する構成となっている。
排気浄化装置Ｕは、ＳＣＲ触媒４０、尿素水噴射装置５０、各種センサ６１～６４、及び、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００を備えている。
ＳＣＲ触媒４０は、尿素水噴射装置５０から供給される尿素水が加水分解したアンモニアを吸着すると共に、当該吸着したアンモニアによって排ガス中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。ＳＣＲ触媒４０としては、公知のＳＣＲ触媒を用いることができ、例えば、セラミック製の担持体の表面に、Ｆｅゼオライト、Ｃｕゼオライト又はバナジウム等のＮＯｘ還元触媒を担持したものを用いることができる。尚、ＳＣＲ触媒４０としては、触媒上で尿素水をアンモニアに変換するタイプのものを用いてもよい。
尿素水噴射装置５０は、排気通路３０内のＳＣＲ触媒４０の上流側において、尿素水を噴射する。尿素水噴射装置５０は、例えば、尿素水添加弁５１、尿素水タンク５２、及び、サプライポンプ５３を含んで構成される。
尿素水噴射装置５０においては、尿素水タンク５２からサプライポンプ５３によって圧送された尿素水が、尿素水添加弁５１から排気通路３０中に噴射される。尿素水添加弁５１から排気通路３０中に噴射された尿素水は、排ガスの高温により加水分解され、アンモニアに変換されてＳＣＲ触媒４０に供給される。そして、当該アンモニアは、ＳＣＲ触媒４０に吸着して、当該ＳＣＲ触媒４０の作用でＮＯｘと反応して、ＮＯｘを還元浄化する。
尿素水噴射装置５０から排気通路３０に噴射する尿素水の噴射量は、尿素水添加弁５１の開度の調整により行われる。尚、尿素水添加弁５１の開度の制御は、ＥＣＵ１００（尿素水噴射制御部１０３）から出力される制御信号によって行われる。
各種センサ６１～６４は、排気通路３０を通流する排ガスの状態、及びＳＣＲ触媒４０の状態等を検出するために設けられている。具体的には、排気通路３０には、上流側ＮＯｘセンサ６１、下流側ＮＯｘセンサ６２、温度センサ６３、及び流量センサ６４等が備え付けられている。
上流側ＮＯｘセンサ６１は、排気通路３０のＳＣＲ触媒４０の上流側に配設され、ＳＣＲ触媒４０に流入するＮＯｘ量（即ち、ＮＯｘ濃度）を検出する。下流側ＮＯｘセンサ６２は、排気通路３０のＳＣＲ触媒４０の下流側に配設され、ＳＣＲ触媒４０から流出するＮＯｘ量（即ち、ＮＯｘ濃度）を検出する。温度センサ６３は、エンジン１０から排出される排ガスの温度を検出する。流量センサ６４は、エンジン１０から排出される排ガスの流量を検出する。そして、これらの各種センサ６１～６４は、検出により得られたセンサ情報を、逐次、ＥＣＵ１００に送信する。
ＥＣＵ１００（本発明の「制御装置」に相当）は、排気浄化装置Ｕの動作を制御する。ＥＣＵ１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、及び出力ポート等を含んで構成されている。ＥＣＵ１００の後述する各機能は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭ、ＲＡＭ等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。
尚、ＥＣＵ１００は、エンジン１０及び尿素水噴射装置５０等と通信することで、これらを制御したり、これらの状態情報を取得したりする。又、ＥＣＵ１００は、各種センサ６１～６４からセンサ情報を取得して、排気通路３０を通流する排ガスの状態、及びＳＣＲ触媒４０の状態等を検出する。
［ＥＣＵ１００の詳細構成］
次に、図２～図７を参照して、ＥＣＵ１００の詳細構成の一例について説明する。
図２は、本実施形態に係るＥＣＵ１００の構成の一例を示すブロック図である。
ＥＣＵ１００は、ＮＯｘ浄化率検出部１０１、アンモニアストレージ量推定部１０２、尿素水噴射制御部１０３、補正係数設定部１０４、及び、オーバーストレージ状態検出部１０５を備えている。
＜ＮＯｘ浄化率検出部１０１について＞
ＮＯｘ浄化率検出部１０１は、ＳＣＲ触媒４０におけるＮＯｘ浄化率を検出し、オーバーストレージ状態検出部１０５に送出する。ＮＯｘ浄化率検出部１０１は、例えば、上流側ＮＯｘセンサ６１のセンサ信号（即ち、ＳＣＲ触媒４０に流入するＮＯｘ量）及び下流側ＮＯｘセンサ６２のセンサ信号（即ち、ＳＣＲ触媒４０から流出するＮＯｘ量）に基づいて、ＳＣＲ触媒４０におけるＮＯｘ浄化率を検出する。
＜アンモニアストレージ量推定部１０２について＞
アンモニアストレージ量推定部１０２は、ＳＣＲ触媒４０中のアンモニアストレージ量を推定する。アンモニアストレージ量推定部１０２は、典型的には、尿素水噴射装置５０の尿素水噴射量に基づいて、ＳＣＲ触媒４０中に新たに吸着するアンモニアの吸着量を算出し、ＳＣＲ触媒４０に到来するＮＯｘ量に基づいて、ＳＣＲ触媒４０中のアンモニアの消費量を算出する。そして、アンモニアストレージ量推定部１０２は、ＳＣＲ触媒４０に新たに吸着したアンモニアの吸着量から、ＳＣＲ触媒４０中で消費したアンモニアの消費量を減算することによって、現時点におけるＳＣＲ触媒４０中のアンモニアストレージ量を推定する。つまり、アンモニアストレージ量推定部１０２は、尿素水噴射量の推移とＳＣＲ触媒４０におけるアンモニア消費量の推移とに基づいて、記憶部（例えば、ＲＡＭ）に記憶する現時点のアンモニアストレージ量を逐次的に更新していく。
尚、ＳＣＲ触媒４０中のアンモニアの消費量は、例えば、ＳＣＲ触媒４０に到来するＮＯｘ量（例えば、上流側ＮＯｘセンサ６１のセンサ情報）、排ガス温度（例えば、温度センサ６３のセンサ情報）、排ガス流量（例えば、流量センサ６４のセンサ情報）、及び、現時点におけるＳＣＲ触媒４０中のアンモニアストレージ量に基づいて、算出される。
アンモニアストレージ量推定部１０２は、オーバーストレージ状態検出部１０５から補正指令を受信した場合、記憶部（例えば、ＲＡＭ）に記憶する現時点におけるＳＣＲ触媒４０中のアンモニアストレージ量の推定値を、現時点におけるＳＣＲ触媒４０のストレージ可能量に補正する。これにより、ＳＣＲ触媒４０中のアンモニアストレージ量の推定値が実際値と乖離した場合に、ＳＣＲ触媒４０中のアンモニアストレージ量の推定値を、再度、実際値に近づける（図５を参照して後述）。
尚、現時点におけるＳＣＲ触媒４０のストレージ可能量は、例えば、予め記憶部（例えば、ＲＯＭ）に記憶した制御マップを用いて、現時点のＳＣＲ触媒４０（即ち、排ガス温度）から換算される。
＜尿素水噴射制御部１０３について＞
尿素水噴射制御部１０３は、尿素水添加弁５１に開度指令信号を出力することによって、尿素水噴射装置５０からの尿素水噴射を制御する。この際、尿素水噴射制御部１０３は、例えば、アンモニアストレージ量推定部１０２によって推定されるＳＣＲ触媒４０におけるアンモニアストレージ量の推定値が目標値に維持されるように、尿素水噴射装置５０の尿素水噴射量を制御する。これによって、ＳＣＲ触媒４０を、ＮＯｘ浄化率が高い状態で維持する。
尚、ＳＣＲ触媒４０におけるアンモニアストレージ量の目標値は、現時点における排ガス温度等によって適宜変化させられてもよい。
尿素水噴射制御部１０３は、例えば、現時点のＳＣＲ触媒４０におけるアンモニアストレージ量の推定値と目標値の差分と、尿素水噴射量とを関連付けた制御マップに基づいて、尿素水噴射量を算出する。そして、尿素水噴射制御部１０３は、制御マップを用いて算出した尿素水噴射量に、補正係数設定部１０４に設定された尿素噴射補正係数（例えば、０．５～１．５の間のいずれかの値）を乗算した値を、尿素水噴射装置５０に指令する尿素水噴射量と決定する。
＜補正係数設定部１０４について＞
補正係数設定部１０４は、尿素水噴射制御部１０３にて尿素水噴射量を決定する際の補正係数である尿素噴射補正係数を設定する。
尿素噴射補正係数は、主に、尿素水噴射装置５０の装置誤差（例えば、開度指令信号が指示する弁開度に対する実際の尿素水添加弁５１の弁開度の誤差）を校正するべく設定される。つまり、尿素水噴射装置５０が実際に噴射する尿素水噴射量は、尿素水噴射装置５０の装置誤差に起因して、尿素水噴射制御部１０３からの指令値からずれる場合があるため、排気浄化装置Ｕは、尿素噴射補正係数により当該装置誤差を校正する。
尿素噴射補正係数は、例えば、初期状態では「１．０」に設定され、オーバーストレージ状態検出部１０５からの補正指令に応じて、「０．９」、「０．８」…と段階的に減少させられる。尿素噴射補正係数は、尿素水噴射制御部１０３からの指令値に係る尿素水噴射量と、実際に尿素水噴射装置５０が噴射する尿素水噴射量とを合致させるように機能する。
尚、尿素噴射補正係数を適切に設定することは、アンモニアストレージ量推定部１０２における推定精度の向上にもつながり、アンモニアストレージ量の推定値が実際値と乖離した状態が発生する頻度を低減することにも資する。
＜オーバーストレージ状態検出部１０５について＞
オーバーストレージ状態検出部１０５は、ＳＣＲ触媒４０におけるオーバーストレージ状態の発生を検出する。そして、オーバーストレージ状態検出部１０５は、ＳＣＲ触媒４０におけるオーバーストレージ状態の発生を検出した場合、アンモニアストレージ量推定部１０２及び補正係数設定部１０４に対して補正指令（本発明の「異常検出信号」に相当する）を出力する。
オーバーストレージ状態検出部１０５は、ＳＣＲ触媒４０においてオーバーストレージ状態が発生しているときには、ＳＣＲ触媒４０からアンモニアが継続的にスリップすることから、ＳＣＲ触媒４０の下流で、ある程度のＮＯｘ量が継続的に検出され、加えて、ＳＣＲ触媒４０の下流で検出されるＮＯｘ量とＳＣＲ触媒４０の上流で検出されるＮＯｘ量との相関が弱くなる、という特性を利用して、ＳＣＲ触媒４０におけるオーバーストレージ状態の発生を検出する。
具体的には、オーバーストレージ状態検出部１０５は、上流側ＮＯｘセンサ６１及び下流側ＮＯｘセンサ６２それぞれの検出値の推移をモニタリングし、ＳＣＲ触媒４０のＮＯｘ浄化率が第１閾値以下まで低下したときに、単位時間（例えば、１秒）あたりの上流側ＮＯｘセンサ６１の検出値の変化量が第２閾値以上であり（以下、「第１条件」と称する）、且つ、単位時間（例えば、１秒）あたりの下流側ＮＯｘセンサ６２の検出値の変化量が第３閾値以下である（以下、「第２条件」と称する）か否かを判定する。そして、オーバーストレージ状態検出部１０５は、第１条件及び第２条件の両方が充足している場合、ＳＣＲ触媒４０においてオーバーストレージ状態が発生していると断定する。
尚、ＳＣＲ触媒４０のＮＯｘ浄化率低下の判定基準である第１閾値としては、例えば、オーバーストレージ状態が発生している場合に通常検出される程度のＮＯｘ浄化率が設定され、例えば、７０％程度に設定される。
図３は、オーバーストレージ状態とのときにＳＣＲ触媒４０の下流で検出されるＮＯｘ量の挙動（図３Ａ）、及び、その変化量の挙動（図３Ｂ）の一例を示す図である。図４は、オーバーストレージ状態とのときにＳＣＲ触媒４０の上流で検出されるＮＯｘ量の挙動（図４Ａ）、及び、その変化量の挙動（図４Ｂ）の一例を示す図である。
オーバーストレージ状態とのときにＳＣＲ触媒４０の下流で検出されるＮＯｘ量は、主に、ＳＣＲ触媒４０でスリップしたアンモニアに起因して検出されたものである（図３を参照）。又、オーバーストレージ状態においては、ＳＣＲ触媒４０におけるＮＯｘ浄化率自体は、ある程度高い状態に維持されるため、ＳＣＲ触媒４０の下流で検出されるＮＯｘ量には、上流からの排ガス中に含まれるＮＯｘがＳＣＲ触媒４０で浄化されずに流出したものは、多くは含まれない。
そこで、オーバーストレージ状態検出部１０５は、単位時間あたりの下流側ＮＯｘセンサ６２の検出値の変化量が第３閾値以下であるか否か（第２条件）を判定することによって、ＳＣＲ触媒４０からアンモニアが継続的にスリップしている状態を検出する。尚、オーバーストレージ状態検出部１０５が判定基準とする第３閾値としては、ＳＣＲ触媒４０の下流で検出されるＮＯｘ量の変動が小さいことを示す基準値が設定され、例えば、±５ｐｐｍ／ｓに設定される。
一方、ＳＣＲ触媒４０の上流で検出されるＮＯｘ量は、エンジン１０から排出される排ガス中に含まれるＮＯｘ量であり、エンジン１０の運転状態に応じて、大きく変動することになる（図４を参照）。
そこで、オーバーストレージ状態検出部１０５は、単位時間あたりの上流側ＮＯｘセンサ６１の検出値の変化量が第２閾値以上であるか否か（第１条件）を判定することによって、ＳＣＲ触媒４０の上流で検出されるＮＯｘ量がある程度ダイナミックに変化している状態であることを検出する。即ち、第２条件に加えて、第１条件の充足状態を判定することにより、ＳＣＲ触媒４０に流入するＮＯｘ量がある程度ダイナミックに変化している状況下にあって、ＳＣＲ触媒４０の下流で検出されるＮＯｘ量が安定していることを確認することが可能である。つまり、第１条件と第２条件の両方を充足しているか否かを判定することによって、ＳＣＲ触媒４０のＮＯｘ浄化率が低下している要因が、ＳＣＲ触媒４０におけるアンダーストレージ状態であるのか、又は、ＳＣＲ触媒４０におけるオーバーストレージ状態であるのかを特定することが可能となる。
尚、オーバーストレージ状態検出部１０５が判定基準とする第２閾値としては、上流で検出されるＮＯｘ量がある程度ダイナミックに変化していることを示す基準値が設定され、例えば、±５０ｐｐｍ／ｓに設定される。
尚、オーバーストレージ状態検出部１０５は、状態の継続性を判定するのが望ましい。そのため、オーバーストレージ状態検出部１０５は、例えば、所定の判定時間（例えば、６０秒）内において、単位時間あたりの下流側ＮＯｘセンサ６２の検出値の変化量が第３閾値（例えば、±５０ｐｐｍ／ｓ）以下である状態が継続していれば、第２条件が充足していると判定するのが望ましい。又、同様に、オーバーストレージ状態検出部１０５は、例えば、所定の判定時間（例えば、６０秒）内において、単位時間あたりの上流側ＮＯｘセンサ６１の検出値の変化量が第２閾値（例えば、±５ｐｐｍ／ｓ）以上である状態が所定頻度以上であれば、第１条件が充足していると判定するのが望ましい。
図５は、オーバーストレージ状態検出部１０５による補正処理を説明する図である。図５の各グラフは、以下の推移を示す。
実線グラフ：ＳＣＲ触媒４０におけるアンモニアストレージ量の推定値の推移
点線グラフ：ＳＣＲ触媒４０におけるアンモニアストレージ量の実際値の推移
一点鎖線グラフ：ＳＣＲ触媒４０におけるストレージ可能量の推移
尚、図５中の矢印Ｔ１は、補正処理を行ったタイミングを示す。
オーバーストレージ状態検出部１０５は、ＳＣＲ触媒４０におけるオーバーストレージ状態の発生を検出した場合、アンモニアストレージ量推定部１０２にアンモニアストレージ量の推定値を補正するように補正指令を行うと共に、補正係数設定部１０４に尿素噴射補正係数を補正するように補正指令を行う。
オーバーストレージ状態は、ＳＣＲ触媒４０中のアンモニアが、ＳＣＲ触媒４０のストレージ可能量の限界まで溜め込まれた状態である。従って、オーバーストレージ状態の発生が検出された場合には、アンモニアストレージ量の実際値がストレージ可能量の略１００％であるにも関わらず、アンモニアストレージ量の推定値としては、ストレージ可能量に対して８０％程度として推定している状態（即ち、アンモニアストレージ量の推定値が実際値から乖離した状態）となっていることを意味する。
そこで、オーバーストレージ状態検出部１０５は、オーバーストレージ状態が検出された場合には、アンモニアストレージ量の推定値を、その時点におけるＳＣＲ触媒４０のストレージ可能量に補正するように、補正指令を行う。
ここで、ＳＣＲ触媒４０のストレージ可能量は、ＳＣＲ触媒４０の温度に応じて変化し、典型的には、ＳＣＲ触媒４０の温度が高くなるにつれて減少する。そのため、アンモニアストレージ量推定部１０２は、オーバーストレージ状態検出部１０５から補正指令を受けた場合、例えば、予め記憶した制御マップを用いて、現時点における排ガス温度に基づいて、現時点におけるＳＣＲ触媒４０のストレージ可能量を算出し、現時点におけるアンモニアストレージ量の推定値を当該ストレージ可能量に補正する。
尚、図５では、Ｔ１のタイミングで、アンモニアストレージ量推定部１０２が、ＳＣＲ触媒４０におけるアンモニアストレージ量の推定値を、当該タイミングにおけるＳＣＲ触媒４０のストレージ可能量に補正した態様を示す。図５では、この補正処理により、Ｔ１以降においては、ＳＣＲ触媒４０におけるアンモニアストレージ量の推定値が実際値と一致した状態となっている。
又、オーバーストレージ状態検出部１０５は、オーバーストレージ状態が検出された場合には、尿素噴射補正係数を減少させる方向に補正する。これにより、尿素噴射補正係数がより適切に設定されることになる。換言すると、これにより、アンモニアストレージ量推定部１０２における推定精度の向上につながり、アンモニアストレージ量の推定値が実際値と乖離した状態が発生する頻度も低減することになる。
図６は、オーバーストレージ状態検出部１０５が行う具体的な動作フローの一例を示す図である。図６に示すフローチャートは、例えば、ＥＣＵ１００がコンピュータプログラムに従って、所定間隔（例えば、１００ｍｓ毎）で実行するものである。
図７は、尿素水噴射装置５０における尿素水噴射量の挙動（図７Ａ）、ＳＣＲ触媒４０におけるアンモニアストレージ量の挙動（図７Ｂ）、及び、ＳＣＲ触媒４０におけるＮＯｘ浄化率の挙動（図７Ｃ）の一例を示すタイムチャートである。尚、図７のタイミングＴ２は、オーバーストレージ状態検出部１０５が補正指令を行ったタイミングを表している。
尚、図７Ｂは、ＳＣＲ触媒４０におけるアンモニアストレージ量の推定値（実線）と実際値（点線）の挙動を示している。又、ここでは、排気浄化装置Ｕは、ＳＣＲ触媒４０におけるアンモニアストレージ量の推定値が、ＳＣＲ触媒４０のストレージ可能量に対して９０％となるように、尿素水噴射量を制御している。
ステップＳ１において、オーバーストレージ状態検出部１０５は、ＳＣＲ触媒４０におけるＮＯｘ浄化率が第１閾値（例えば、７０％）以下まで低下しているか否かを判定する。ここで、ＳＣＲ触媒４０におけるＮＯｘ浄化率が第１閾値以下まで低下していない場合（ステップＳ１：ＮＯ）、オーバーストレージ状態検出部１０５は、特に処理を実行することなく、図６のフローチャートの処理を終了する。一方、ＳＣＲ触媒４０におけるＮＯｘ浄化率が第１閾値以下まで低下している場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、オーバーストレージ状態検出部１０５は、ステップＳ２に処理を進める。
尚、このステップＳ１において、オーバーストレージ状態検出部１０５は、ＮＯｘ浄化率の積分値に基づいて、ＳＣＲ触媒４０におけるＮＯｘ浄化率が低下しているか否かを判定してもよい。これによって、ＮＯｘ浄化率を検出する際のノイズに起因して、無用に試験動作を実施してしまうことを回避することができる。
ステップＳ２において、オーバーストレージ状態検出部１０５は、単位時間あたりの上流側ＮＯｘセンサ６１の検出値の変化量が第２閾値以上であるか否かを判定する。ここで、上流側ＮＯｘセンサ６１の検出値の変化量が第２閾値未満である場合（ステップＳ２：ＮＯ）、オーバーストレージ状態検出部１０５は、特に処理を実行することなく、図６のフローチャートの処理を終了する。一方、上流側ＮＯｘセンサ６１の検出値の変化量が第２閾値以上である場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、オーバーストレージ状態検出部１０５は、ステップＳ３に処理を進める。
ステップＳ３において、オーバーストレージ状態検出部１０５は、単位時間あたりの下流側ＮＯｘセンサ６２の検出値の変化量が第３閾値以下であるか否かを判定する。ここで、下流側ＮＯｘセンサ６２の検出値の変化量が第３閾値よりも大きい場合（ステップＳ３：ＮＯ）、オーバーストレージ状態検出部１０５は、特に処理を実行することなく、図６のフローチャートの処理を終了する。一方、下流側ＮＯｘセンサ６２の検出値の変化量が第３閾値以下である場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、オーバーストレージ状態検出部１０５は、ステップＳ４に処理を進める。
ステップＳ４において、オーバーストレージ状態検出部１０５は、オーバーストレージ状態が発生していると断定して、アンモニアストレージ量推定部１０２及び補正係数設定部１０４に補正指令を送信する。
これにより、アンモニアストレージ量推定部１０２は、記憶部（例えば、ＲＡＭ）に記憶する現時点のＳＣＲ触媒４０のアンモニアストレージ量の推定値を増加させるように補正する。この際、アンモニアストレージ量推定部１０２は、例えば、記憶部（例えば、ＲＡＭ）に記憶する現時点のＳＣＲ触媒４０のアンモニアストレージ量の推定値を、現時点のＳＣＲ触媒４０のストレージ可能量に補正する。
尚、このステップＳ４において、アンモニアストレージ量推定部１０２がアンモニアストレージ量の推定値を増加させる処理は、任意の手法であってよい。かかる処理は、例えば、段階的に（例えば、５％毎）、アンモニアストレージ量の推定値を増加させる処理であってもよい。かかる手法であっても、図６のフローチャートの処理を繰り返し実行することで、アンモニアストレージ量の推定値を段階的に実際値に近づけることができる。
又、オーバーストレージ状態検出部１０５から補正指令を受けた補正係数設定部１０４は、記憶部（例えば、ＲＡＭ）に記憶する現時点の尿素噴射補正係数を減少させるように補正する。この際、補正係数設定部１０４は、例えば、記憶部（例えば、ＲＡＭ）に記憶する現時点の尿素噴射補正係数を、１段階減少させる方向に補正する。
このステップＳ４によって、尿素水噴射装置５０から噴射される尿素水噴射量は、オーバーストレージ状態検出前よりも減少することになり、ＳＣＲ触媒４０におけるＮＯｘ浄化率は、時間の経過と共に回復することになる（図７を参照）。
又、このステップＳ４で、尿素噴射補正係数を減少させることによって、アンモニアストレージ量の推定値と目標値との間の差分の単位量当たりの尿素水噴射量を減少させることになるため、尿素水噴射装置５０の装置誤差に伴う過剰噴射を抑制することができる。
尚、ステップＳ４を実行した際には、所定時間（例えば、１０分間）、図６に示すフローチャートの処理の実行を禁止するのが望ましい。これによって、ＳＣＲ触媒４０におけるＮＯｘ浄化率が回復する前に、ＳＣＲ触媒４０のアンモニアストレージ量の推定値及び尿素噴射補正係数を補正する処理を繰り返し実行してしまうことを抑制することができる。
以上のような処理により、ＳＣＲ触媒４０のアンモニアストレージ量の推定値と実際値との間の乖離は、解消されることになる。又、尿素噴射補正係数も適切な値に設定されることになるため、長期的に見て、ＳＣＲ触媒４０のアンモニアストレージ量の推定値と実際値との間の乖離が発生する頻度も抑制されることになる。
［効果］
以上のように、本実施形態に係る排気浄化装置Ｕによれば、早期に、ＳＣＲ触媒におけるオーバーストレージ状態の発生を検出することができる。又、本実施形態に係る排気浄化装置Ｕによれば、高精度に、ＳＣＲ触媒におけるオーバーストレージ状態の発生を検出することができる。そして、これにより、アンモニアストレージ量の推定値、及び、尿素噴射補正係数を適切に補正することができる。
（第２の実施形態）
次に、図８、図９を参照して、第２の実施形態に係るＥＣＵ１００の構成について説明する。本実施形態に係るＥＣＵ１００は、オーバーストレージ状態検出部１０５における判定条件の点で、第１の実施形態と相違する。尚、第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する。
本実施形態に係るオーバーストレージ状態検出部１０５は、オーバーストレージ状態の誤検出を抑制する観点から、上記した第１条件及び第２条件に加えて、第３条件及び第４条件を、オーバーストレージ状態が発生しているか否かを判定するための判定条件とする。
図８は、ＳＣＲ触媒４０の温度の挙動（図８Ａ）、及び、その変化量の挙動（図８Ｂ）の一例を示す図である。
図９は、本実施形態に係るオーバーストレージ状態検出部１０５が行う具体的な動作フローの一例を示す図である。
尚、図９のフローチャートは、図６のフローチャートのステップＳ３の後に、上記第３条件に対応するステップＳａの判定処理、及び、上記第４条件に対応するステップＳｂの判定処理が追加されている点で、図６のフローチャートと相違する。
まず、オーバーストレージ状態検出部１０５は、第３条件として、ＳＣＲ触媒４０の温度が第４閾値以下であり、且つ、ＳＣＲ触媒４０の温度の変化量が第５閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳａ）。そして、オーバーストレージ状態検出部１０５は、ＳＣＲ触媒４０の温度が第４閾値以下であり、且つ、ＳＣＲ触媒４０の温度の変化量が第５閾値以下である場合（ステップＳａ：ＹＥＳ）、ＳＣＲ触媒４０においてオーバーストレージ状態が発生しているおそれがあると断定する。一方、オーバーストレージ状態検出部１０５は、当該第３条件を充足しない場合（ステップＳａ：ＮＯ）、適切な判定タイミングではないと判断して、図９のフローチャートの処理を終了する。
一般に、ＳＣＲ触媒４０の温度は、排ガス温度に依拠するため、エンジン１０の運転状態に応じて、時間的に変動する（図８を参照）。そして、ＳＣＲ触媒４０の温度が高い場合には、ＳＣＲ触媒４０においてオーバーストレージ状態が発生しているか否かに関わらず、ＳＣＲ触媒４０からアンモニアスリップが発生することになる。特に、ＳＣＲ触媒４０の温度が急上昇している際には、ＳＣＲ触媒４０からのアンモニアスリップの量も大きくなる。
オーバーストレージ状態検出部１０５は、かかる高温時のアンモニアスリップに起因して、ＳＣＲ触媒４０においてオーバーストレージ状態が発生していると誤検出する状態を回避するため、上記第３条件を更なる判定条件とする。尚、オーバーストレージ状態検出部１０５が判定基準とするＳＣＲ触媒４０の温度に係る第４閾値としては、例えば、３５０℃が設定され、ＳＣＲ触媒４０の温度変化に係る第５閾値としては、例えば、５℃／ｓが設定される。
又、オーバーストレージ状態検出部１０５は、第４条件として、ＳＣＲ触媒４０におけるストレージ可能量とアンモニアストレージ量の推定値との差が第６閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳｂ）。そして、オーバーストレージ状態検出部１０５は、ＳＣＲ触媒４０におけるストレージ可能量とアンモニアストレージ量の推定値との差が第６閾値以下である場合（ステップＳｂ：ＹＥＳ）、ＳＣＲ触媒４０においてオーバーストレージ状態が発生しているおそれがあると断定する。一方、オーバーストレージ状態検出部１０５は、当該第４条件を充足しない場合（ステップＳｂ：ＮＯ）、適切な判定タイミングではないと判断して、図９のフローチャートの処理を終了する。
一般に、ＳＣＲ触媒４０のストレージ可能量は、ＳＣＲ触媒４０の温度に依拠するため、エンジン１０の運転状態に応じて、時間的に変動する（図５の一点鎖線グラフを参照）。そして、ＳＣＲ触媒４０の温度が急上昇した際等において、ＳＣＲ触媒４０のストレージ可能量が低下したときには、ＳＣＲ触媒４０からのアンモニアスリップが発生することになる。つまり、アンモニアストレージ量の推定値が、ＳＣＲ触媒４０のストレージ可能量付近である場合には、アンモニアストレージ量の推定値が実際値と乖離していないにも関わらず、オーバーストレージ状態検出部１０５は、アンモニアストレージ量の推定値が実際値と乖離していると判断してしまうおそれがある。
オーバーストレージ状態検出部１０５は、このような誤判断を回避するため、上記第４条件を更なる判定条件とする。尚、この場合には、ＳＣＲ触媒４０に一時的にオーバーストレージ状態が発生していると言えるが、アンモニアストレージ量の推定値が実際値と乖離している訳ではないため、補正処理を実行する自体を回避する観点から、本実施形態に係るオーバーストレージ状態検出部１０５は、上記第４条件を更なる判定条件として設定する。
オーバーストレージ状態検出部１０５が判定基準とするストレージ可能量とアンモニアストレージ量の推定値との差に係る第６閾値としては、例えば、５％程度が設定される。
以上のように、本実施形態に係るＥＣＵ１００によれば、より高精度に、ＳＣＲ触媒４０におけるオーバーストレージ状態、即ち、アンモニアストレージ量の推定値が実際値と乖離している状態を検出することができる。
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。
上記実施形態では、ＥＣＵ１００の構成の一例として、ＮＯｘ浄化率検出部１０１、アンモニアストレージ量推定部１０２、尿素水噴射制御部１０３、補正係数設定部１０４、及び、オーバーストレージ状態検出部１０５の機能が一のコンピュータによって実現されるものとして記載したが、複数のコンピュータによって実現されてもよいのは勿論である。例えば、アンモニアストレージ量推定部１０２の機能と尿素水噴射制御部１０３の機能は、それぞれ別個のＥＣＵに搭載されてもよい。
又、上記実施形態では、一例として、排気浄化装置Ｕをディーゼルエンジンに適用した態様ついて説明する。但し、本実施形態に係る排気浄化装置Ｕは、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンにも適用し得る。
又、上記実施形態では、排気浄化装置Ｕの適用対象の一例として、車両を示したが、排気浄化装置Ｕの適用対象は、これに限定されない。例えば、排気浄化装置Ｕは、発電機、建設機械、船舶等に適用されてもよい。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本開示に係る排気浄化装置によれば、ＳＣＲ触媒におけるオーバーストレージ状態の発生を早期に検出することができる。
Ｕ 排気浄化装置
１０ エンジン
２０ 吸気通路
３０ 排気通路
４０ ＳＣＲ触媒（ＮＯｘ選択還元化型触媒）
５０ 尿素水噴射装置
５１ 尿素水添加弁
５２ 尿素水タンク
５３ サプライポンプ
６１ 上流側ＮＯｘセンサ
６２ 下流側ＮＯｘセンサ
６３ 温度センサ
６４ 流量センサ
１００ ＥＣＵ（制御装置）
１０１ ＮＯｘ浄化率検出部
１０２ アンモニアストレージ量推定部
１０３ 尿素水噴射制御部
１０４ 補正係数設定部
１０５ オーバーストレージ状態検出部

Claims (6)

  1. 内燃機関の排気通路に配設される排気浄化装置であって、
    前記排気通路内に配設されたＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒と、
    前記ＳＣＲ触媒の上流側及び下流側それぞれにおいて排ガス中のＮＯｘ量を検出する上流側ＮＯｘセンサ及び下流側ＮＯｘセンサと、
    前記排気通路内の前記ＳＣＲ触媒の上流側で、尿素水を噴射する尿素水噴射装置と、
    前記ＳＣＲ触媒におけるアンモニアストレージ量を推定し、当該アンモニアストレージ量の推定値に基づいて、前記尿素水噴射装置の尿素水噴射量を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、前記上流側ＮＯｘセンサ及び前記下流側ＮＯｘセンサそれぞれの検出値の推移をモニタリングし、
    前記ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が第１閾値以下まで低下したときに、単位時間あたりの前記上流側ＮＯｘセンサの検出値の変化量が第２閾値以上であり、且つ、単位時間あたりの前記下流側ＮＯｘセンサの検出値の変化量が第３閾値以下である場合、前記ＳＣＲ触媒においてオーバーストレージ状態が発生していることを示す異常検出信号を生成する、
    排気浄化装置。
  2. 前記制御装置は、前記ＳＣＲ触媒の温度が第４閾値以下であり、且つ、前記ＳＣＲ触媒の温度の変化量が第５閾値以下である場合に限って、前記異常検出信号を生成する、
    請求項１に記載の排気浄化装置。
  3. 前記制御装置は、前記ＳＣＲ触媒におけるアンモニアストレージ可能量と前記アンモニアストレージ量の推定値との差が第６閾値以上である場合に限って、前記異常検出信号を生成する、
    請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
  4. 前記制御装置は、前記異常検出信号を生成した場合、前記アンモニアストレージ量の推定値を、前記ＳＣＲ触媒の現時点でのストレージ可能量に補正する、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
  5. 前記制御装置は、前記異常検出信号を生成した場合、前記アンモニアストレージ量の推定値と目標値との間の差分の単位量当たりの前記尿素水噴射量が減少するように、前記尿素水噴射量を調整する補正係数を補正する、
    請求項１乃至４のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の排気浄化装置を備える車両。
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