JP7262705B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、還元剤を排気通路内に噴射する還元剤インジェクタと、この還元剤を用いてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、還元剤インジェクタから還元剤を噴射させる制御を行う制御器と、を有するエンジンの排気浄化装置に関する。

従来から、還元剤としての尿素を排気通路中に噴射する尿素インジェクタと、この尿素インジェクタから噴射された尿素から生成されたアンモニアを吸着し、この吸着したアンモニアを排気ガス中のＮＯｘと反応（還元）させて浄化する、選択還元型ＮＯｘ触媒としてのＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒と、を有するエンジンの排気浄化装置が知られている。例えば、特許文献１には、ＳＣＲ触媒からのアンモニアのスリップの発生を回避するように、尿素インジェクタからの尿素噴射量を制御する技術が開示されている。特に、この特許文献１に開示された技術では、エンジンの運転状態が加速運転状態である場合に、アンモニアのスリップが発生すると判定して、尿素噴射量を低減させている。

特開２０１４－７０５６６号公報

一般的に、ＳＣＲ触媒は、内部に吸着するアンモニアの量（以下では「アンモニア吸着量」と呼ぶ。）が多いほど、ＮＯｘ浄化率が高くなる。したがって、ＮＯｘ浄化率を向上させるためには、尿素噴射量を増加させてアンモニア吸着量を大きくすることが望ましいと言える。しかしながら、アンモニア吸着量を大きくしようとすると、ＳＣＲ触媒からアンモニアがスリップする可能性がある。すなわち、アンモニア吸着量を大きくすべく尿素噴射量を増加させると、ＳＣＲ触媒がアンモニアを吸着しきれなくなることで、換言するとアンモニア吸着量がＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着限界を超えることで、アンモニアがスリップしてしまう。

ここで、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着限界は、ＳＣＲ触媒の温度（詳しくはＳＣＲ触媒の担体温度である。以下では単に「ＳＣＲ温度」と呼ぶ。）により変化する。具体的には、ＳＣＲ温度が高くなるほど、アンモニア吸着限界が小さくなる。そのため、ＳＣＲ温度が高くなるほど、アンモニア吸着量が少なくなるように、尿素を噴射する必要がある。上記した特許文献１に記載された技術では、車両の加速時には、ＳＣＲ温度が高くなるため、アンモニア吸着量を少なくするように尿素噴射量を低減させることで、アンモニアのスリップを抑制している。

一方で、車両の加速時には、排気ガスに含まれるＮＯｘ量が多くなる。このようにＮＯｘ量が多いときには、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が低下する傾向にある。加えて、加速時には排気ガス流量も多くなるが、ＳＣＲ触媒は、排気ガス流量が多いときにもＮＯｘ浄化率が低下する傾向にある。よって、車両の加速時には、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率を確保しにくくなる。上記の特許文献１に記載された技術のように、車両の加速時に、アンモニアのスリップを抑制すべく尿素噴射量を低減させると、ＮＯｘと反応させるためのアンモニアが不足して、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率を十分に確保することができなくなる。

このようなことから、車両の加速時において、アンモニアのスリップを抑制しつつ、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率を確保することは困難であると言える。ただし、ＳＣＲ触媒を大型に構成すれば、つまりＳＣＲ触媒の容量を大きく構成すれば、ＳＣＲ触媒が吸着可能なアンモニアの絶対量が大きくなるので、加速時において、アンモニアのスリップを抑制しつつ、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率を確保できるものと考えられる。しかしながら、ＳＣＲ触媒を大型に構成すると、圧損が生じたり、コストが増加したりする。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、排気ガス流量が所定量以上となるエンジンの運転状態、例えば車両の加速時において、適切に増加させた目標還元剤吸着量に基づき還元剤インジェクタから還元剤を噴射させることで、選択還元型ＮＯｘ触媒からの還元剤のスリップを抑制しつつ、選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率を改善することができるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を、エンジンの排気通路内に噴射する還元剤インジェクタと、還元剤インジェクタにより噴射された還元剤を用いて、排気ガス中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度である触媒温度に基づき、選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着させるべき還元剤の量である目標還元剤吸着量を設定し、この目標還元剤吸着量に基づき、還元剤インジェクタから還元剤を噴射させる制御を行う制御器と、を有するエンジンの排気浄化装置であって、制御器は、排気ガス流量が所定量以上である状態にてエンジンが運転しているか否かを判定し、エンジンが当該状態にて運転していると判定された場合には、エンジンが当該状態にて運転していないと判定された場合よりも、同一の触媒温度において目標還元剤吸着量が大きくなるように、触媒温度に基づき目標還元剤吸着量を設定し、選択還元型ＮＯｘ触媒に現在吸着されている還元剤の量である推定還元剤吸着量を算出し、目標還元剤吸着量及び推定還元剤吸着量に基づき、還元剤インジェクタから噴射させるべき還元剤の量である還元剤噴射量を設定し、還元剤インジェクタから還元剤噴射量を噴射させる制御を行うように構成されている、ことを特徴とする。

このように構成された本発明では、制御器は、例えば回路により構成されており、排気ガス流量が所定量以上である状態にてエンジンが運転している場合に、排気ガス流量が所定量未満である状態にてエンジンが運転している場合よりも、同一の触媒温度において目標還元剤吸着量が大きくなるように、触媒温度に基づき目標還元剤吸着量を設定する。その結果、典型的には車両が加速しているときに、大きな量に設定された目標還元剤吸着量に応じて還元剤噴射量が増加されることで、選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率を改善することができる。すなわち、還元剤噴射量の増加により、選択還元型ＮＯｘ触媒における表面の部分（通過する排気ガスが接し易い部分）に吸着する還元剤量を多くして、この表面の部分に吸着した還元剤をＮＯｘとの反応に主に用いられるようにすることで、ＮＯｘ浄化率を改善することができる。また、還元剤噴射量の増加により、選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤吸着量が増加することによっても、ＮＯｘ浄化率が改善する。他方で、本発明では、排気ガス流量が所定量以上となったタイミングにおいて還元剤噴射量を増加させるので、すなわち典型的には加速時において還元剤噴射量を一時的に増加させるだけなので、選択還元型ＮＯｘ触媒からの還元剤のスリップを適切に抑制することができる。以上より、本発明によれば、車両の加速時などにおいて、選択還元型ＮＯｘ触媒からの還元剤のスリップを抑制しつつ、選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率を改善することができる。

他の観点では、上記の目的を達成するために、本発明は、還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を、エンジンの排気通路内に噴射する還元剤インジェクタと、還元剤インジェクタにより噴射された還元剤を用いて、排気ガス中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度である触媒温度に基づき、選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着させるべき還元剤の量である目標還元剤吸着量を設定し、この目標還元剤吸着量に基づき、還元剤インジェクタから還元剤を噴射させる制御を行う制御器と、を有するエンジンの排気浄化装置であって、制御器は、排気ガス流量が所定量以上である状態にてエンジンが運転しているか否かを判定し、エンジンが当該状態にて運転していると判定された場合には、エンジンが当該状態にて運転していないと判定された場合よりも、同一の触媒温度において目標還元剤吸着量が大きくなるように、触媒温度に基づき設定された目標還元剤吸着量を増加させる補正を行い、選択還元型ＮＯｘ触媒に現在吸着されている還元剤の量である推定還元剤吸着量を算出し、目標還元剤吸着量及び推定還元剤吸着量に基づき、還元剤インジェクタから噴射させるべき還元剤の量である還元剤噴射量を設定し、還元剤インジェクタから還元剤噴射量を噴射させる制御を行うように構成されている、ことを特徴とする。
このように構成された本発明によっても、車両の加速時などにおいて、選択還元型ＮＯｘ触媒からの還元剤のスリップを抑制しつつ、選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率を改善することができる。

本発明において、好ましくは、制御器は、エンジンが上記の状態にて運転していると判定された場合には、選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤の吸着限界を超えない範囲内において、エンジンが当該状態にて運転していないと判定された場合よりも、同一の触媒温度において目標還元剤吸着量を大きくするように構成されている。
このように構成された本発明によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒からの還元剤のスリップを確実に抑制することができる。

本発明において、好ましくは、排気ガス中のＮＯｘ量に応じて出力値が変化するＮＯｘセンサを更に有し、制御器は、ＮＯｘセンサの出力値に基づいて、選択還元型ＮＯｘ触媒に対する異常判定を行い、エンジンが上記の状態にて運転していると判定された場合には、異常判定の実行性を確保するように定められた、選択還元型ＮＯｘ触媒の還元剤の吸着量における最大値を超えない範囲内において、エンジンが当該状態にて運転していないと判定された場合よりも、同一の触媒温度において目標還元剤吸着量を大きくするように構成されている。
このように構成された本発明によれば、還元剤のスリップ抑制及びＮＯｘ浄化率の改善を実現しつつ、選択還元型ＮＯｘ触媒の異常判定の実行頻度を適切に確保することができる。

本発明において、好ましくは、触媒温度が所定温度以上の高温域にあるときには、エンジンが上記の状態にて運転していると判定された場合に適用される目標還元剤吸着量と、エンジンが当該状態にて運転していないと判定された場合に適用される目標還元剤吸着量とが同じ量である。
このように構成された本発明によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒からの還元剤のスリップを確実に抑制することができる。

本発明において、好ましくは、触媒温度が所定温度未満の低温域にあるときには、エンジンが上記の状態にて運転していると判定された場合に適用される目標還元剤吸着量と、エンジンが当該状態にて運転していないと判定された場合に適用される目標還元剤吸着量との差が、触媒温度によらずに一定である。
このように構成された本発明によれば、還元剤のスリップ抑制及びＮＯｘ浄化率の改善を適切に実現することができる。

本発明において、好ましくは、触媒温度が低温域を超える中温域にあるときには、エンジンが上記の状態にて運転していると判定された場合に適用される目標還元剤吸着量と、エンジンが当該状態にて運転していないと判定された場合に適用される目標還元剤吸着量との差が、触媒温度が高くなるにつれて大きくなる。
このように構成された本発明によれば、還元剤のスリップ抑制及びＮＯｘ浄化率の改善を適切に実現することができる。

本発明において、好ましくは、触媒温度が中温域を超える高温域にあるときには、エンジンが上記の状態にて運転していると判定された場合に適用される目標還元剤吸着量と、エンジンが当該状態にて運転していないと判定された場合に適用される目標還元剤吸着量との差が、触媒温度が高くなるにつれて小さくなる。
このように構成された本発明によれば、還元剤のスリップ抑制及びＮＯｘ浄化率の改善を適切に実現することができる。

本発明において、好ましくは、制御器は、還元剤インジェクタによる還元剤の噴射により選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着された還元剤の量、及び、選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着された還元剤のうちで、ＮＯｘの還元により消費された還元剤の量に基づき、推定還元剤吸着量を算出し、目標還元剤吸着量と推定還元剤吸着量との差分、及び、ＮＯｘの還元により消費された還元剤の量に基づき、還元剤噴射量を設定するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、還元剤インジェクタからの還元剤噴射量の噴射によって、所望の量の還元剤を選択還元型ＮＯｘ触媒に正確に吸着させることができる。

本発明において、好ましくは、排気ガス流量が所定量以上である状態とは、エンジンの排気浄化装置が搭載された車両が加速しているときの状態に相当する。
このように構成された本発明によれば、特に車両の加速時において、還元剤のスリップ抑制及びＮＯｘ浄化率の改善を適切に実現することができる。

本発明に係るエンジンの排気浄化装置によれば、排気ガス流量が所定量以上となるエンジンの運転状態、例えば車両の加速時において、適切に増加させた目標還元剤吸着量に基づき還元剤インジェクタから還元剤を噴射させることで、選択還元型ＮＯｘ触媒からの還元剤のスリップを抑制しつつ、選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率を改善することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施形態によるエンジンシステムの制御系を示すブロック図である。 尿素噴射量の増加によりＮＯｘ浄化率が改善する理由についての説明図である。 本発明の第１実施形態による尿素噴射制御において用いられる目標アンモニア吸着量のマップである。 本発明の第１実施形態による尿素噴射制御を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態による尿素噴射制御を行ったときの結果を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態による尿素噴射制御において用いられる目標アンモニア吸着量を補正するためのマップについての説明図である。 本発明の第２実施形態による尿素噴射制御を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態において、排気ガス流量に応じてアンモニア吸着量補正量を変化させるためのマップについての説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置について説明する。

＜システム構成＞
まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態によるエンジンシステムの制御系を示すブロック図である。

図１に示すように、エンジンシステム２００は、ディーゼルエンジンとしてのエンジンＥと、エンジンＥに吸気を供給する吸気系ＩＮと、エンジンＥに燃料を供給するための燃料供給系ＦＳと、エンジンＥの排気ガスを排出するＥＸと、エンジンシステム２００に関する各種の状態を検出するセンサ１００～１１９とを有する。また、エンジンシステム２００には、該エンジンシステム２００の制御を行うコントローラ６０（図２参照）が設けられている。このエンジンシステム２００は車両に設けられるシステムであり、エンジンＥは該車両の駆動源として用いられる。

吸気系ＩＮは、吸気が通過する吸気通路１を有する。この吸気通路１には、上流側から順に、エアクリーナ３と、第１ターボ過給機５のコンプレッサと、第２ターボ過給機６のコンプレッサと、インタークーラ８と、スロットルバルブ７と、サージタンク１２とが設けられている。また、吸気通路１には、第２ターボ過給機６のコンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路１ａと、吸気バイパス通路１ａを開閉する吸気バイパスバルブ６ａとが設けられている。

吸気通路１におけるエアクリーナ３の直下流側の通路には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１０１及び吸気温度を検出する第１吸気温度センサ１０２が設けられている。吸気通路１における第１ターボ過給機５と第２ターボ過給機６との間の通路には、吸気の圧力を検出する第１吸気圧センサ１０３が設けられている。吸気通路１におけるインタークーラ８の直下流側の通路には、インタークーラ８を通過した吸気の温度を検出する第２吸気温度センサ１０６が設けられている。スロットルバルブ７には、該スロットルバルブ７の開度を検出するポジションセンサ１０５が設けられている。サージタンク１２には、吸気マニホールドにおける吸気の圧力を検出する第２吸気圧センサ１０８が設けられている。

エンジンＥは、吸気通路１の吸気マニホールドから供給された吸気を燃焼室１７内に導入するための吸気バルブ１５と、燃焼室１７に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２０と、通電により発熱する発熱部を燃焼室１７内に備えたグロープラグ２１と、燃焼室１７内での混合気の燃焼により往復運動するピストン２３と、燃焼室１７内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路４１に排出するための排気バルブ２７とを有する。ピストン２３は、コンロッド２４を介してクランクシャフト２５と連結されている。クランクシャフト２５は、ピストン２３の往復運動により回転される。

エンジンＥには、クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ１００が設けられている。コントローラ６０（図２参照）は、クランク角センサ１００からの検出信号に基づいて、エンジン回転数を取得する。

燃料供給系ＦＳは、燃料を貯蔵する燃料タンク３０と、燃料タンク３０から燃料噴射弁２０に燃料を供給するための燃料供給通路３８とを有する。燃料供給通路３８には、上流側から順に、低圧燃料ポンプ３１と、高圧燃料ポンプ３３と、コモンレール３５とが設けられている。

排気系ＥＸは、排気ガスが通路する排気通路４１を有する。排気通路４１には、上流側から順に、第２ターボ過給機６のタービンと、第１ターボ過給機５のタービンと、ＮＯｘ触媒４５（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）４６と、ＤＰＦ４６の下流側の排気通路４１中に尿素を噴射する尿素インジェクタ５１と、尿素インジェクタ５１から噴射された尿素を用いてＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒４７（選択還元型ＮＯｘ触媒）と、ＳＣＲ触媒４７から排出された未反応のアンモニア（ＮＨ₃）を酸化させて浄化するスリップ触媒４８と、が設けられている。また、排気通路４１には、第２ターボ過給機６のタービンをバイパスする排気バイパス通路４１ａと、この排気バイパス通路４１ａを開閉する排気バイパスバルブ６ｂとが設けられている。さらに、排気通路４１には、第１ターボ過給機５のタービンをバイパスするウェストゲート通路４１ｂと、このウェストゲート通路４１ｂを開閉するウェストゲートバルブ５ａとが設けられている。

ＮＯｘ触媒４５は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンな状態（空気過剰率λがλ＞１）において排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態（λ≒１）あるいは理論空燃比よりも小さいリッチな状態（λ＜１）において還元する、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＣ：NOｘ Storage Catalyst）である。また、ＮＯｘ触媒４５は、ＮＳＣとしての機能だけでなく、排気ガス中の酸素を用いて炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などを酸化して水と二酸化炭素に変化させるディーゼル触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）としての機能も有するように構成されている。詳しくは、ＮＯｘ触媒４５は、ＤＯＣの触媒層の表面に、ＮＳＣの触媒材がコーティングされることで形成されている。

ＤＰＦ４６は、排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するフィルタである。ＤＰＦ４６に捕集されたＰＭは、高温に晒されかつ酸素の供給を受けることで燃焼し、ＤＰＦ４６から除去されるようになっている。

ＳＣＲ触媒４７は、尿素インジェクタ５１から噴射された尿素から生成されたアンモニアを吸着し、この吸着したアンモニアを排気ガス中のＮＯｘと反応（還元）させて浄化する。このことから、ＳＣＲ触媒４７は、供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒に相当し、尿素インジェクタ５１は、還元剤としての、アンモニアの前駆体である尿素を供給可能な還元剤インジェクタに相当する。例えば、ＳＣＲ触媒４７は、アンモニアによってＮＯｘを還元する触媒金属を、アンモニアをトラップするゼオライトに担持させて構成されている。ＳＣＲ触媒４７は、尿素インジェクタ５１が噴射した尿素水から生成されるアンモニアを吸着し、このアンモニアを還元剤として用いた化学反応（アンモニアの還元作用）により、排気ガス中のＮＯｘをＮ₂やＨ₂Ｏに変換させる。なお、本実施形態では、圧損の抑制や低コスト化を図るために、例えば比較的小型のＳＣＲ触媒４７が適用される。

尿素インジェクタ５１は、高純度の尿素を純水で水溶化してなる尿素水を排気通路４１内に供給する噴射弁である。尿素インジェクタ５１には、尿素水を供給する供給管５２の下流端が接続されている。供給管５２の上流端には、尿素水を貯留する尿素タンク５３が接続されている。また、供給管５２には、尿素水を尿素インジェクタ５１へ供給するポンプ５４が組み入れられている。尿素インジェクタ５１から排気通路４１内に尿素水が噴射されると、この尿素水に含まれる尿素は、高温下での加水分解によりアンモニアに変換されて、下流側のＳＣＲ触媒４７に吸着される。ポンプ５４は、加圧式のポンプであり、加圧力を発生することで、供給管５２を通して、尿素タンク５３に貯留された尿素水を尿素インジェクタ５１へ供給する。

ＮＯｘ触媒４５とＳＣＲ触媒４７とは、いずれもＮＯｘを浄化可能な触媒であるが、ＮＯｘの浄化率（ＮＯｘ浄化効率）が高くなる温度が互いに異なっている。詳しくは、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒４５の温度が比較的低温のときに高くなる一方、ＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒４７の温度（ＳＣＲ温度）が比較的高温のときに高くなる。

排気通路４１における第２ターボ過給機６よりも上流側の通路には、排気ガスの圧力を検出する排気圧センサ１０９及び排気ガスの温度を検出する第１排気温度センサ１１０が設けられている。排気通路４１における第１ターボ過給機５の直下流側の通路には、排気ガスの酸素濃度を検出するＯ２センサ１１１が設けられている。排気通路４１におけるＮＯｘ触媒４５の周辺には、ＮＯｘ触媒４５の直上流側の通路における排気ガスの温度を検出する第２排気温度センサ１１２と、ＮＯｘ触媒４５とＤＰＦ４６との間の通路における排気ガスの温度を検出する第３排気温度センサ１１３と、ＤＰＦ４６の直上流側の通路とＤＰＦ４６の直下流側の通路との圧力差を検出する差圧センサ１１４と、ＤＰＦ４６の直下流側の通路における排気ガスの温度を検出する第４排気温度センサ１１５と、ＤＰＦ４６の直下流側の通路でかつ尿素インジェクタ５１よりも上流側の位置におけるＮＯｘの濃度を検出する第１ＮＯｘセンサ１１６と、が設けられている。また、排気通路４１におけるＳＣＲ触媒４７の周辺には、ＳＣＲ温度を検出する触媒温度センサ１１７と、ＳＣＲ触媒４７の直下流側の通路におけるＮＯｘの濃度を検出する第２ＮＯｘセンサ１１８と、が設けられている。さらに、排気通路４１には、スリップ触媒４８の直上流側の通路における排気ガス中のＰＭを検出するＰＭセンサ１１９が設けられている。詳しくは後述するが、少なくとも第２ＮＯｘセンサ１１８は、排気ガス中のＮＯｘ量だけでなく、アンモニア量に応じても出力値が変化するＮＯｘセンサである。

本実施形態におけるエンジンシステム２００は、排気ガスの一部を吸気に還流させるＥＧＲ装置４３を更に有する。ＥＧＲ装置４３は、排気通路４１における排気バイパス通路４１ａの上流端よりも上流側の通路と、吸気通路１におけるスロットルバルブ７とサージタンク１２との間の通路とを接続するＥＧＲ通路４３ａと、ＥＧＲ通路４３ａを通過する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４３ｂと、ＥＧＲ通路４３ａを開閉する第１ＥＧＲバルブ４３ｃとを有する。また、ＥＧＲ装置４３は、ＥＧＲクーラ４３ｂをバイパスするＥＧＲクーラバイパス通路４３ｄと、ＥＧＲクーラバイパス通路４３ｄを開閉する第２ＥＧＲバルブ４３ｅとを有する。

図２に示すように、本実施形態のエンジンシステム２００は、コントローラ６０によって制御される。コントローラ６０は、回路により構成されており、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラである。コントローラ６０は、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）としての１以上のマイクロプロセッサ６０ａと、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ６０ｂと、電気信号の入出力をする入出力バス等を備えている。コントローラ６０は、本発明における「制御器」の一例である。

なお、コントローラ６０は、単一のプロセッサである必要はなく、電気的に接続された複数のプロセッサを含んでいても良い。例えば、コントローラ６０は、主にエンジンＥを制御するための第１のプロセッサ（典型的には「ＰＣＭ（Power-train Control Module）」）と、尿素インジェクタ５１及びポンプ５４等のドージング制御のための第２のプロセッサ（典型的には「ＤＣＵ（Dosing Control Unit）」）とを含んでいても良い。

コントローラ６０には、各種センサ１００～１１９の検出信号が入力される。また、コントローラ６０には、上記車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５０、及び、上記車両の車速を検出する車速センサ１５１のそれぞれが出力した検出信号が入力される。コントローラ６０は、入力された信号に基づいて、主に、スロットルバルブ７、燃料噴射弁２０、グロープラグ２１、第１ＥＧＲバルブ４３ｃ、第２ＥＧＲバルブ４３ｅ、及び、尿素インジェクタ５１の作動を制御する。特に、本実施形態では、コントローラ６０は、ＳＣＲ温度に基づき、ＳＣＲ触媒４７に吸着させるべきアンモニアの量（目標アンモニア吸着量）を設定し、この目標アンモニア吸着量に応じた尿素噴射量を尿素インジェクタ５１から噴射させる制御（以下では「尿素噴射制御」と呼ぶ。）を行う。

＜本実施形態の基本概念＞
次に、本発明の実施形態においてコントローラ６０が行う尿素噴射制御の基本概念について説明する。

一般的に、ＳＣＲ触媒４７は、内部に吸着するアンモニアの量（アンモニア吸着量）が多いほど、ＮＯｘ浄化率が高くなる。したがって、ＮＯｘ浄化率を向上させるためには、尿素インジェクタ５１からの尿素噴射量を増加させてアンモニア吸着量を大きくすることが望ましいと言える。しかしながら、アンモニア吸着量を大きくしようとすると、ＳＣＲ触媒４７からアンモニアがスリップする可能性がある。つまり、アンモニア吸着量を大きくすべく尿素噴射量を増加させると、ＳＣＲ触媒４７がアンモニアを吸着しきれなくなることで、換言するとアンモニア吸着量がＳＣＲ触媒４７におけるアンモニア吸着限界（ＳＣＲ触媒４７が吸着可能な最大のアンモニア吸着量を意味する。以下同様とする。）を超えることで、アンモニアがスリップしてしまう。そのため、コントローラ６０は、原則、このアンモニア吸着限界を超えない範囲内で目標アンモニア吸着量を設定して、この目標アンモニア吸着量に応じた尿素噴射量を尿素インジェクタ５１から噴射させる。

特に、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着限界は、ＳＣＲ温度により変化する。したがって、コントローラ６０は、アンモニア吸着限界を確実に超えないようにすべく、ＳＣＲ温度に応じて目標アンモニア吸着量を設定する。具体的には、ＳＣＲ温度が高くなるほど、アンモニア吸着限界が小さくなるので、コントローラ６０は、ＳＣＲ温度が高くなるほど、設定する目標アンモニア吸着量を小さくする（換言すると、ＳＣＲ温度が低くなるほど、設定する目標アンモニア吸着量を大きくする）。こうすることで、車両の加速時には、ＳＣＲ温度が高くなるため、目標アンモニア吸着量が小さい量に設定されて、尿素噴射量が低減される傾向にある。

他方で、車両の加速時には、排気ガスに含まれるＮＯｘ量が多くなる。このようにＮＯｘ量が多いときには、ＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化率が低下する傾向にある。加えて、加速時には排気ガス流量も多くなるが、ＳＣＲ触媒４７は、排気ガス流量が多いときにもＮＯｘ浄化率が低下する傾向にある。よって、車両の加速時には、ＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化率を確保しにくくなる。上述したように、車両の加速時に、アンモニアのスリップを抑制するために、目標アンモニア吸着量を小さい量に設定して尿素噴射量を低減させると、ＮＯｘと反応させるためのアンモニアが不足して、ＮＯｘ浄化率が十分に確保されなくなる傾向にある。

このようなことから、車両の加速時において、アンモニアのスリップを抑制しつつ、ＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化率を確保することは困難であると言える。ただし、ＳＣＲ触媒４７を大型に構成すれば、つまりＳＣＲ触媒４７の容量を大きく構成すれば、ＳＣＲ触媒４７が吸着可能なアンモニアの絶対量が大きくなるので、加速時において、アンモニアのスリップを抑制しつつ、ＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化率を確保できるものと考えられる。しかしながら、ＳＣＲ触媒４７を大型に構成すると、圧損が生じたり、コストが増加したりする。

そこで、本発明者らは、圧損の抑制や低コスト化のために比較的小型のＳＣＲ触媒４７を用いても、車両の加速時において、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップを抑制しつつ、ＳＣＲ触媒４７によるＮＯｘ浄化率の改善を図ることを考えた。これを実現すべく、本実施形態では、コントローラ６０は、（１）車両の加速を判断すべく、エンジンＥの排気ガス流量と事前に設定された所定量とを比較する判定を行い、（２）排気ガス流量が所定量以上である場合に、排気ガス流量が所定量未満である場合よりも、同一のＳＣＲ温度において目標アンモニア吸着量を大きな量に設定して、（３）こうして設定された目標アンモニア吸着量に応じた尿素噴射量を尿素インジェクタ５１から噴射させる。つまり、本実施形態では、コントローラ６０は、加速時において一時的に、ＳＣＲ触媒４７の目標アンモニア吸着量を大きくして、尿素インジェクタ５１からの尿素噴射量を増加させるようにする。

ここで、図３を参照して、上述したように尿素噴射量を一時的に増加させることでＮＯｘ浄化率が改善する理由について説明する。図３は、横軸にアンモニア吸着量を示し、縦軸にＮＯｘ浄化率を示している。また、グラフＧ１１は、尿素インジェクタ５１から尿素を噴射させているときの、ＳＣＲ触媒４７によるアンモニア吸着量に応じたＮＯｘ浄化率を示し、グラフＧ１２は、尿素インジェクタ５１から尿素を噴射させていないときの、ＳＣＲ触媒４７によるアンモニア吸着量に応じたＮＯｘ浄化率を示している。

グラフＧ１１とグラフＧ１２とを比較すると、同じアンモニア吸着量であっても、尿素を噴射させているときのほうが、尿素を噴射させていないときよりも、ＮＯｘ浄化率が高くなることがわかる。これは、尿素を噴射させているときには、ＳＣＲ触媒４７における表面の部分（通過する排気ガスが接し易い部分）に吸着するアンモニア量が多くなり、この表面の部分に吸着したアンモニアがＮＯｘとの反応に主に用いられることで、ＮＯｘ浄化率が比較的高くなるのである。これに対して、尿素を噴射させていないときには、ＳＣＲ触媒４７における表面の部分ではアンモニア量が少ないため、ＳＣＲ触媒４７における奥の部分（通過する排気ガスが接しにくい部分）に吸着したアンモニアがＮＯｘとの反応に主に用いられるため、ＮＯｘ浄化率が比較的低くなるのである。

このような理由により、本実施形態において、加速時に目標アンモニア吸着量を大きくして尿素噴射量を増加させることにより、この加速時におけるＮＯｘ浄化率の改善効果が得られるのである。加えて、尿素噴射量を増加させると、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量が増加するため、これによっても、ＮＯｘ浄化率が改善する。他方で、本実施形態では、加速時において尿素噴射量を一時的に増加させるだけなので、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップは発生しない。

＜第１実施形態＞
次に、上述した基本概念のもとで実施される本発明の第１実施形態による尿素噴射制御について説明する。概説すると、第１実施形態では、コントローラ６０は、排気ガス流量が所定量以上である場合には、排気ガス流量が所定量未満である場合よりも、同一のＳＣＲ温度において目標アンモニア吸着量が大きくなるように、ＳＣＲ温度に基づき目標アンモニア吸着量を設定して、当該目標アンモニア吸着量に応じた尿素噴射量を尿素インジェクタ５１から噴射させる制御を行う。具体的には、コントローラ６０は、（１）排気ガス流量が所定量未満である場合には、ＳＣＲ温度と目標アンモニア吸着量との関係が規定された第１マップを用いて、現在のＳＣＲ温度に対応する目標アンモニア吸着量を設定し、（２）排気ガス流量が所定量以上である場合には、ＳＣＲ温度と目標アンモニア吸着量との関係が規定されたマップであって、同一のＳＣＲ温度において第１マップよりも大きな目標アンモニア吸着量が規定された第２マップを用いて、現在のＳＣＲ温度に対応する目標アンモニア吸着量を設定する。

図４を参照して、本発明の第１実施形態による尿素噴射制御において用いられる目標アンモニア吸着量のマップについて具体的に説明する。図４は、横軸にＳＣＲ温度を示し、縦軸にアンモニア吸着量を示している。また、符号Ｇ２１は、排気ガス流量が所定量未満である場合に適用される第１マップを示し、符号Ｇ２２は、排気ガス流量が所定量以上である場合に適用される第２マップを示している。これら第１マップＧ２１及び第２マップＧ２２は、ＳＣＲ温度に応じて設定すべき目標アンモニア吸着量を規定している。他方で、符号Ｇ２３は、ＳＣＲ温度に応じたアンモニア吸着限界（ＳＣＲ触媒４７が吸着可能な最大のアンモニア吸着量であり、これ以上のアンモニア量を吸着させようとするとアンモニアのスリップが生じる量である）を示している。

図４に示すように、基本的には、排気ガス流量が所定量以上である場合に適用される第２マップＧ２２は、排気ガス流量が所定量未満である場合に適用される第１マップＧ２１よりも、同一のＳＣＲ温度において大きな目標アンモニア吸着量が規定されている。また、第２マップＧ２２は、アンモニア吸着限界Ｇ２３を超えない範囲内において、第１マップＧ２１よりも大きな目標アンモニア吸着量が規定されている。このアンモニア吸着限界Ｇ２３は、ＳＣＲ温度が高くなるほど、低くなっている。そのため、第１マップＧ２１及び第２マップＧ２２の両方とも、ＳＣＲ温度が高くなるほど、目標アンモニア吸着量が小さくなるように規定されている。特に、ＳＣＲ温度が第１高温域Ｒ２４（例えば３２０～６００℃程度の領域）にあるときには、アンモニア吸着限界Ｇ２３がかなり低くなるため、第２マップＧ２２に規定された目標アンモニア吸着量が、第１マップＧ２１に規定された目標アンモニア吸着量よりも大きくなっていない、具体的には、第２マップＧ２２に規定された目標アンモニア吸着量が、第１マップＧ２１に規定された目標アンモニア吸着量と同じ量になっている。

他方で、ＳＣＲ温度が、低温域Ｒ２１（例えば１７０～２１０℃程度の領域）、低温域Ｒ２１よりも高い中温域Ｒ２２（例えば１９０～２５０℃程度の領域）、及び、中温域Ｒ２２と第１高温域Ｒ２４との間の第２高温域Ｒ２３（例えば２３０～３４０℃程度の領域）にあるときには、第２マップＧ２２に規定された目標アンモニア吸着量が、同一のＳＣＲ温度で見たときに、第１マップＧ２１に規定された目標アンモニア吸着量よりも大きくなっている。詳しくは、ＳＣＲ温度が低温域Ｒ２１にあるときには、第２マップＧ２２に規定された目標アンモニア吸着量と、第１マップＧ２１に規定された目標アンモニア吸着量との差が、ＳＣＲ温度によらずに一定である。また、ＳＣＲ温度が中温域Ｒ２２にあるときには、第２マップＧ２２に規定された目標アンモニア吸着量と、第１マップＧ２１に規定された目標アンモニア吸着量との差が、ＳＣＲ温度が高くなるにつれて大きくなる。また、ＳＣＲ温度が第２高温域Ｒ２３にあるときには、第２マップＧ２２に規定された目標アンモニア吸着量と、第１マップＧ２１に規定された目標アンモニア吸着量との差が、ＳＣＲ温度が高くなるにつれて小さくなる。

更に、第１及び第２マップＧ２１、Ｇ２２（特に第２マップＧ２２）の目標アンモニア吸着量は、ＳＣＲ触媒４７の異常判定の実行性を確保する観点から定められたアンモニア吸着量の最大値Ｍａｘを超えないように規定されている。このＳＣＲ触媒４７の異常判定は、第１ＮＯｘセンサ１１６及び第２ＮＯｘセンサ１１８の出力値に基づきＳＣＲ触媒４７によるＮＯｘ浄化率を求め、こうして求められたＮＯｘ浄化率に基づきＳＣＲ触媒４７を診断するものである（ＮＯｘ浄化率が低い場合にＳＣＲ触媒４７が異常であると診断される）。アンモニア吸着限界Ｇ２３を超えないアンモニア吸着量であっても、目標アンモニア吸着量を大きくし過ぎると、ＳＣＲ触媒４７の異常判定の実行条件が成立しにくくなり、異常判定の実行頻度が低下する可能性がある。そのため、本実施形態では、ＳＣＲ触媒４７の異常判定の実行頻度がある程度確保されるように、目標アンモニア吸着量に制限（最大値Ｍａｘ）を設け、この最大値Ｍａｘを超えない範囲内で、第１及び第２マップＧ２１、Ｇ２２の目標アンモニア吸着量を規定している。

なお、ＳＣＲ温度が第１高温域Ｒ２４にある場合には、第２マップＧ２２が第１マップＧ２１に一致するため、第２マップＧ２２を規定せずに、第１マップＧ２１のみを規定してもよい。この場合には、排気ガス流量が所定量以上であっても、第１マップＧ２１を適用すればよい。

次に、図５を参照して、本発明の第１実施形態による尿素噴射制御の全体的な流れについて説明する。図５は、本発明の第１実施形態による尿素噴射制御を示すフローチャートである。このフローチャートは、コントローラ６０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１１では、コントローラ６０は、上述した各種センサ１００～１１９、１５０、１５１（図１及び図２参照）などから各種情報を取得する。代表的には、コントローラ６０は、エアフローセンサ１０１や、第４排気温度センサ１１５や、触媒温度センサ１１７などによる検出情報を取得する。

次いで、ステップＳ１２では、コントローラ６０は、現在の排気ガス流量が事前に定められた所定量未満であるか否かを判定する。この場合、コントローラ６０は、エアフローセンサ１０１により検出された吸気流量や、ＥＧＲ装置４３により還流されるＥＧＲガス量（第１ＥＧＲバルブ４３ｃの開度などから求められる）などに基づき、排気ガス流量を求める。排気ガス流量の判定に適用される所定量には、車両の加速時に生じる排気ガス流量、例えば比較的大きな加速時に生じる排気ガス流量が用いられる。

ステップＳ１２の結果、現在の排気ガス流量が所定量未満であると判定された場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、コントローラ６０は、ステップＳ１３に進む。この場合には、コントローラ６０は、車両が加速していないものと判断して、若しくは車両の加速度合いが比較的小さいと判断して、目標アンモニア吸着量の設定に用いるマップとして第１マップＧ２１を選択する。これに対して、現在の排気ガス流量が所定量未満であると判定されなかった場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、つまり排気ガス流量が所定量以上である場合、コントローラ６０は、ステップＳ１４に進む。この場合には、コントローラ６０は、車両が加速していると判断して、若しくは車両の加速度合いが比較的大きいと判断して、目標アンモニア吸着量の設定に用いるマップとして第２マップＧ２２を選択する。

次いで、上記のステップＳ１３、Ｓ１４の後、コントローラ６０は、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、コントローラ６０は、第１マップＧ２１又は第２マップＧ２２を参照して、現在のＳＣＲ温度に対応する目標アンモニア吸着量を設定する。この場合、１つの例では、コントローラ６０は、触媒温度センサ１１７によって検出された温度をＳＣＲ温度として用いる。他の例では、コントローラ６０は、第４排気温度センサ１１５によって検出された排気温度などからＳＣＲ温度を推定し、推定した当該ＳＣＲ温度を用いる。

次いで、ステップＳ１６では、コントローラ６０は、尿素インジェクタ５１による尿素の噴射によりＳＣＲ触媒４７に吸着されたアンモニア量（吸着アンモニア量）と、ＳＣＲ触媒４７に吸着されたアンモニアのうちで、ＮＯｘの還元により消費されたアンモニア量（消費アンモニア量）に基づき、ＳＣＲ触媒４７に現在吸着されているアンモニア量である推定アンモニア吸着量を算出する。コントローラ６０は、現在のＳＣＲ温度と、現在の排気ガス流量と、尿素インジェクタ５１からの前回の尿素噴射量に対応するアンモニア量（尿素量をアンモニア量に換算した量）と、前回の推定アンモニア吸着量とに基づき、所定の演算式やマップを用いて、吸着アンモニア量を算出する。この場合、コントローラ６０は、ＳＣＲ触媒４７から脱離したアンモニア量も加味して吸着アンモニア量を算出する、つまり脱離したアンモニア量を差し引いたアンモニア量を算出する。他方で、コントローラ６０は、現在のＳＣＲ温度と、現在の排気ガス流量と、ＳＣＲ触媒４７に導入されたＮＯｘ量（エンジンＥの運転状態などから求められる）と、前回の推定アンモニア吸着量とに基づき、所定の演算式やマップを用いて、消費アンモニア量を算出する。そして、コントローラ６０は、吸着アンモニア量から消費アンモニア量を減算した量を推定アンモニア吸着量として用いる。

次いで、ステップＳ１７では、コントローラ６０は、ステップＳ１５で設定された目標アンモニア吸着量とステップＳ１６で算出された推定アンモニア吸着量との差分、具体的には「目標アンモニア吸着量－推定アンモニア吸着量」を算出する。次いで、ステップＳ１８では、コントローラ６０は、ステップＳ１７で算出されたアンモニア吸着量の差分に対してステップＳ１６で算出された消費アンモニア量を加算し、加算により得られたアンモニア量を尿素量に換算し、当該尿素量を尿素インジェクタ５１からの尿素噴射量として設定する。次いで、ステップＳ１９では、コントローラ６０は、ステップＳ１８で設定された尿素噴射量を尿素インジェクタ５１から噴射させる制御を行う。

次に、図６を参照して、本発明の第１実施形態に係る尿素噴射制御による作用について説明する。図６は、本発明の第１実施形態による尿素噴射制御を行ったときの結果を示すタイムチャートである。図６は、上から順に、車速、ＳＣＲ温度、排気ガス流量、アンモニア吸着量、尿素噴射量を示している。

車両が加速しているときに、矢印Ａ３１、Ａ３２に示すように、排気ガス流量（実線で示す）が一時的に所定量（破線で示す）以上となる。こうして排気ガス流量が所定量以上となったタイミングにおいて、矢印Ａ３３、Ａ３４に示すように、目標アンモニア吸着量（実線で示す）が、推定アンモニア吸着量（破線で示す）を一時的に超える。これは、排気ガス流量が所定量以上である場合には、第２マップＧ２２が選択されることで、第１マップＧ２１が選択される場合（排気ガス流量が所定量未満である場合）よりも、設定される目標アンモニア吸着量が大きくなるからである。その結果、矢印Ａ３５、Ａ３６に示すように、目標アンモニア吸着量の増加に応じて尿素噴射量が一時的に立ち上がり、この尿素噴射量を尿素インジェクタ５１から噴射させる制御が行われることとなる。なお、図６から明らかなように、所定量以上であった排気ガス流量が所定量未満になると、目標アンモニア吸着量が速やかに推定アンモニア吸着量よりも低下し、その結果、尿素噴射量が速やかに立ち下がることとなる（つまり尿素インジェクタ５１からの尿素噴射が終了する）。

以上説明した第１実施形態によれば、コントローラ６０は、排気ガス流量が所定量以上である場合に、排気ガス流量が所定量未満である場合よりも、同一のＳＣＲ温度において目標アンモニア吸着量が大きくなるように、ＳＣＲ温度に基づき目標アンモニア吸着量を設定する。その結果、典型的には車両が加速しているときに、大きな量に設定された目標アンモニア吸着量に応じて尿素噴射量が増加されることで、ＳＣＲ触媒４７によるＮＯｘ浄化率を改善することができる。すなわち、尿素噴射量の増加により、ＳＣＲ触媒４７における表面の部分（通過する排気ガスが接し易い部分）に吸着するアンモニア量を多くして、この表面の部分に吸着したアンモニアをＮＯｘとの反応に主に用いられるようにすることで、ＮＯｘ浄化率を改善することができる。また、尿素噴射量の増加により、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量が増加することによっても、ＮＯｘ浄化率が改善する。他方で、第１実施形態では、排気ガス流量が所定量以上となったタイミングにおいて尿素噴射量を増加させるので、すなわち典型的には加速時において尿素噴射量を一時的に増加させるだけなので、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップを適切に抑制することができる。このようなことから、第１実施形態によれば、車両の加速時などにおいて、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップを抑制しつつ、ＳＣＲ触媒４７によるＮＯｘ浄化率を改善することができる。

また、第１実施形態によれば、コントローラ６０は、排気ガス流量が所定量以上である場合に、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着限界Ｇ２３を超えない範囲内において、目標アンモニア吸着量を大きくするので、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップを確実に抑制することができる。

また、第１実施形態によれば、コントローラ６０は、排気ガス流量が所定量以上である場合に、ＳＣＲ触媒４７の異常判定の実行性を確保する観点から定められたアンモニア吸着量の最大値Ｍａｘを超えない範囲内において、目標アンモニア吸着量を大きくするので、アンモニアのスリップ抑制及びＮＯｘ浄化率の改善を実現しつつ、ＳＣＲ触媒４７の異常判定の実行頻度を適切に確保することができる。

また、第１実施形態によれば、コントローラ６０は、ＳＣＲ温度が第１高温域Ｒ２４にあるときには、アンモニア吸着限界Ｇ２３がかなり低くなるため、排気ガス流量が所定量以上である場合に適用される目標アンモニア吸着量を、排気ガス流量が所定量未満である場合に適用される目標アンモニア吸着量と同じ量に設定する。これにより、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップを確実に抑制することができる。

また、第１実施形態によれば、コントローラ６０は、ＳＣＲ温度が低温域Ｒ２１にあるときには、排気ガス流量が所定量以上である場合に適用される目標アンモニア吸着量と、排気ガス流量が所定量未満である場合に適用される目標アンモニア吸着量との差を、ＳＣＲ温度によらずに一定にする。これにより、アンモニアのスリップ抑制及びＮＯｘ浄化率の改善を適切に実現することができる。

また、第１実施形態によれば、コントローラ６０は、ＳＣＲ温度が中温域Ｒ２２にあるときには、排気ガス流量が所定量以上である場合に適用される目標アンモニア吸着量と、排気ガス流量が所定量未満である場合に適用される目標アンモニア吸着量との差を、ＳＣＲ温度が高くなるにつれて大きくする。これによっても、アンモニアのスリップ抑制及びＮＯｘ浄化率の改善を適切に実現することができる。

また、第１実施形態によれば、コントローラ６０は、ＳＣＲ温度が第２高温域Ｒ２３にあるときには、排気ガス流量が所定量以上である場合に適用される目標アンモニア吸着量と、排気ガス流量が所定量未満である場合に適用される目標アンモニア吸着量との差を、ＳＣＲ温度が高くなるにつれて小さくする。これによっても、アンモニアのスリップ抑制及びＮＯｘ浄化率の改善を適切に実現することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態による尿素噴射制御について説明する。第２実施形態では、コントローラ６０は、上述した第１マップＧ２１のみを用いて、現在のＳＣＲ温度に対応する目標アンモニア吸着量を設定し、排気ガス流量が所定量以上である場合に、この第１マップＧ２１により設定された当該目標アンモニア吸着量を増加させる補正を行う。なお、以下では、第１実施形態と異なる構成（制御、処理、作用及び効果を含む）のみを説明し、第１実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。よって、ここで特に説明しない構成については、第１実施形態と同様であるものとする。

図７を参照して、本発明の第２実施形態による尿素噴射制御において用いられる目標アンモニア吸着量を補正するための補正量のマップについて説明する。以下では、この補正量を「アンモニア吸着量補正量」と呼び、補正量のマップを「補正量マップ」と呼ぶ。図７は、横軸にＳＣＲ温度を示し、縦軸にアンモニア吸着量補正量を示している。コントローラ６０は、まず、第１マップＧ２１（図４）を参照して、現在のＳＣＲ温度に対応する目標アンモニア吸着量を設定し、排気ガス流量が所定量以上である場合に、図７の補正量マップを参照して、現在のＳＣＲ温度に対応するアンモニア吸着量補正量を決定し、このアンモニア吸着量補正量を第１マップＧ２１により設定された目標アンモニア吸着量に加算することで、最終的に適用すべき目標アンモニア吸着量を設定する。

図７に示すように、補正量マップでは、ＳＣＲ温度に応じてアンモニア吸着量補正量が変化するようになっている。このアンモニア吸着量補正量は、第１マップＧ２１に規定された目標アンモニア吸着量と第２マップＧ２２に規定された目標アンモニア吸着量との差分（第２マップＧ２２の目標アンモニア吸着量－第１マップＧ２１の目標アンモニア吸着量）に相当する。したがって、ＳＣＲ温度に応じたアンモニア吸着量補正量の変化の態様は、第１及び第２マップＧ２１、Ｇ２２に規定された目標アンモニア吸着量に応じたものとなる。まず、補正量マップは、アンモニア吸着量補正量が適用された目標アンモニア吸着量（つまり排気ガス流量が所定量以上である場合に適用される目標アンモニア吸着量）が、アンモニア吸着限界Ｇ２３（図４）を超えないように規定されている。また、補正量マップは、アンモニア吸着量補正量が適用された目標アンモニア吸着量が、ＳＣＲ触媒４７の異常判定の実行性を確保する観点から定められたアンモニア吸着量の最大値Ｍａｘ（図４）を超えないように規定されている。

また、補正量マップは、ＳＣＲ温度の第１高温域Ｒ２４において、アンモニア吸着量補正量が０になるように規定され、これにより、アンモニア吸着量補正量が適用された目標アンモニア吸着量と、アンモニア吸着量補正量が適用されていない目標アンモニア吸着量（つまり排気ガス流量が所定量未満である場合に適用される目標アンモニア吸着量）とが同じ量になるようになっている。また、補正量マップは、ＳＣＲ温度の低温域Ｒ２１において、アンモニア吸着量補正量がＳＣＲ温度によらずに一定値となるように規定され、これにより、アンモニア吸着量補正量が適用された目標アンモニア吸着量と、アンモニア吸着量補正量が適用されていない目標アンモニア吸着量との差が、ＳＣＲ温度によらずに一定になるようになっている。

また、補正量マップは、ＳＣＲ温度の中温域Ｒ２２において、ＳＣＲ温度が高くなるほどアンモニア吸着量補正量が大きくなるように規定され、これにより、アンモニア吸着量補正量が適用された目標アンモニア吸着量と、アンモニア吸着量補正量が適用されていない目標アンモニア吸着量との差が、ＳＣＲ温度が高くなるにつれて大きくなるようになっている。また、補正量マップは、ＳＣＲ温度の第２高温域Ｒ２３において、ＳＣＲ温度が高くなるほどアンモニア吸着量補正量が小さくなるように規定され、これにより、アンモニア吸着量補正量が適用された目標アンモニア吸着量と、アンモニア吸着量補正量が適用されていない目標アンモニア吸着量との差が、ＳＣＲ温度が高くなるにつれて小さくなるようになっている。

次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態による尿素噴射制御の全体的な流れについて説明する。図８は、本発明の第２実施形態による尿素噴射制御を示すフローチャートである。このフローチャートも、コントローラ６０によって所定の周期で繰り返し実行される。図８のステップＳ２１、Ｓ２５～Ｓ２８の処理は、それぞれ、図５のステップＳ１１、Ｓ１６～Ｓ１９の処理と同様であるため、その説明を省略する。ここでは、ステップＳ２２～Ｓ２４の処理のみを説明する。

まず、ステップＳ２２では、コントローラ６０は、第１マップＧ２１を読み出して、この第１マップＧ２１を参照して、現在のＳＣＲ温度に対応する目標アンモニア吸着量を設定する。次いで、ステップＳ２３では、コントローラ６０は、現在の排気ガス流量が事前に定められた所定量以上であるか否かを判定する。

ステップＳ２３の結果、現在の排気ガス流量が所定量以上であると判定された場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、コントローラ６０は、ステップＳ２４に進む。この場合には、コントローラ６０は、車両が加速していると判断して、若しくは車両の加速度合いが比較的大きいと判断して、ステップＳ２２で設定された目標アンモニア吸着量を補正する。具体的には、コントローラ６０は、補正量マップ（図７）を参照して、現在のＳＣＲ温度に対応するアンモニア吸着量補正量を決定し、このアンモニア吸着量補正量をステップＳ２２で設定された目標アンモニア吸着量に加算することで、最終的に適用すべき目標アンモニア吸着量を設定する。この後、コントローラ６０は、ステップＳ２５以降の処理にて、補正された目標アンモニア吸着量に基づき尿素インジェクタ５１の尿素噴射量を設定し、尿素噴射量を噴射させる制御を行う。

他方で、現在の排気ガス流量が所定量以上であると判定されなかった場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、つまり排気ガス流量が所定量未満である場合、コントローラ６０は、上記のステップＳ２４の処理を行わずに、ステップＳ２５に進む。この場合には、コントローラ６０は、車両が加速していないものと判断して、若しくは車両の加速度合いが比較的小さいと判断して、ステップＳ２２で設定された目標アンモニア吸着量を補正せずに、当該目標アンモニア吸着量をステップＳ２５以降の処理にてそのまま適用することとする。

以上説明した第２実施形態によれば、コントローラ６０は、排気ガス流量が所定量以上である場合に、排気ガス流量が所定量未満である場合よりも、同一のＳＣＲ温度において目標アンモニア吸着量が大きくなるように、ＳＣＲ温度に基づき設定された目標アンモニア吸着量を増加させる補正を行う。これによっても、上述した第１実施形態と同様に、車両の加速時などにおいて、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップを抑制しつつ、ＳＣＲ触媒４７によるＮＯｘ浄化率を改善することができる。

なお、排気ガス流量が所定量以上であるときと排気ガス流量が所定量未満であるときとで、適用するアンモニア吸着量補正量をステップ状に変化させることに限定はされない。つまり、排気ガス流量が所定量を跨ぐときに、アンモニア吸着量補正量を０と補正量マップにより決まる補正量（ＳＣＲ温度に応じた量）との間で切り替えることに限定はされない。他の例では、排気ガス流量が所定量付近にあるときに、アンモニア吸着量補正量を０と補正量マップにより決まる補正量との間で連続的に変化させてもよい。これについて、図９を参照して説明する。

図９は、本発明の第２実施形態において、排気ガス流量に応じてアンモニア吸着量補正量を変化させるためのマップについての説明図である。図９は、横軸に排気ガス流量を示し、縦軸にアンモニア吸着量補正量を示している。図９に示すマップによれば、（１）排気ガス流量が所定量Ｑ１以上であるときには、上述した補正量マップ（図７）により定まる、ＳＣＲ温度に応じた補正量Ｃ１が、アンモニア吸着量補正量として適用され、（２）排気ガス流量が所定量Ｑ１よりも小さい量Ｑ２以上で且つ所定量Ｑ１未満であるときに、０と補正量Ｃ１との間の排気ガス流量に応じた量（詳しくは排気ガス流量に応じて線形に変化する量）が、アンモニア吸着量補正量として適用され、（３）排気ガス流量が量Ｑ２未満である場合には、アンモニア吸着量補正量が０に設定される。

＜変形例＞
以下では、上述した実施形態の変形例について説明する。

上述した実施形態では、コントローラ６０は、エアフローセンサ１０１により検出された吸気流量などに基づき排気ガス流量を求め、この排気ガス流量を直接的に用いて、排気ガス流量が所定量以上である状態にてエンジンＥが運転しているか否かを判定していた。他の例では、排気ガス流量を用いずに、エンジン回転数や、エンジン負荷や、燃料噴射量や、アクセル開度や、排気ガス中のＮＯｘ濃度などに基づき、排気ガス流量が所定量以上である状態にてエンジンＥが運転しているか否かを判定してもよい。要は、車両の加速状態を判定する（車両が加速しているか否かの判定だけでなく、加速度合いの判定も含む）ことができるパラメータを用いればよい。

上述した実施形態では、アンモニアの前駆体である尿素を尿素インジェクタ５１から噴射させていたが、他の例では、所定のインジェクタからアンモニアを直接噴射させるようにしてもよい。

上述した実施形態では、ＳＣＲ触媒４７に加えてＮＯｘ触媒４５を具備する排気浄化システムに本発明を適用する例を示したが、本発明は、ＮＯｘ触媒４５を具備しない排気浄化システムにも適用可能である。例えば、本発明は、ＮＯｘ触媒４５の代わりに酸化触媒を用いた排気浄化システムにも適用可能である。

４１ 排気通路
４５ ＮＯｘ触媒
４７ ＳＣＲ触媒
４８ スリップ触媒
５１ 尿素インジェクタ
５３ 尿素タンク
６０ コントローラ
１０１ エアフローセンサ
１１５ 第４排気温度センサ
１１７ 触媒温度センサ
２００ エンジンシステム
Ｅ エンジン
ＥＸ 排気系

Claims (10)

1. 還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を、エンジンの排気通路内に噴射する還元剤インジェクタと、
   前記還元剤インジェクタにより噴射された前記還元剤を用いて、排気ガス中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度である触媒温度に基づき、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着させるべき前記還元剤の量である目標還元剤吸着量を設定し、この目標還元剤吸着量に基づき、前記還元剤インジェクタから前記還元剤を噴射させる制御を行う制御器と、
   を有するエンジンの排気浄化装置であって、
   前記制御器は、
   排気ガス流量が所定量以上である状態にて前記エンジンが運転しているか否かを判定し、
   前記エンジンが前記状態にて運転していると判定された場合には、前記エンジンが前記状態にて運転していないと判定された場合よりも、同一の前記触媒温度において前記目標還元剤吸着量が大きくなるように、前記触媒温度に基づき前記目標還元剤吸着量を設定し、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒に現在吸着されている前記還元剤の量である推定還元剤吸着量を算出し、
   前記目標還元剤吸着量及び前記推定還元剤吸着量に基づき、前記還元剤インジェクタから噴射させるべき前記還元剤の量である還元剤噴射量を設定し、
   前記還元剤インジェクタから前記還元剤噴射量を噴射させる制御を行うように構成されている、
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を、エンジンの排気通路内に噴射する還元剤インジェクタと、
   前記還元剤インジェクタにより噴射された前記還元剤を用いて、排気ガス中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度である触媒温度に基づき、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着させるべき前記還元剤の量である目標還元剤吸着量を設定し、この目標還元剤吸着量に基づき、前記還元剤インジェクタから前記還元剤を噴射させる制御を行う制御器と、
   を有するエンジンの排気浄化装置であって、
   前記制御器は、
   排気ガス流量が所定量以上である状態にて前記エンジンが運転しているか否かを判定し、
   前記エンジンが前記状態にて運転していると判定された場合には、前記エンジンが前記状態にて運転していないと判定された場合よりも、同一の前記触媒温度において前記目標還元剤吸着量が大きくなるように、前記触媒温度に基づき設定された前記目標還元剤吸着量を増加させる補正を行い、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒に現在吸着されている前記還元剤の量である推定還元剤吸着量を算出し、
   前記目標還元剤吸着量及び前記推定還元剤吸着量に基づき、前記還元剤インジェクタから噴射させるべき前記還元剤の量である還元剤噴射量を設定し、
   前記還元剤インジェクタから前記還元剤噴射量を噴射させる制御を行うように構成されている、
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
3. 前記制御器は、前記エンジンが前記状態にて運転していると判定された場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒による前記還元剤の吸着限界を超えない範囲内において、前記エンジンが前記状態にて運転していないと判定された場合よりも、同一の前記触媒温度において前記目標還元剤吸着量を大きくするように構成されている、請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置。
4. 前記排気ガス中のＮＯｘ量に応じて出力値が変化するＮＯｘセンサを更に有し、
   前記制御器は、
   前記ＮＯｘセンサの出力値に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に対する異常判定を行い、
   前記エンジンが前記状態にて運転していると判定された場合には、前記異常判定の実行性を確保するように定められた、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の前記還元剤の吸着量における最大値を超えない範囲内において、前記エンジンが前記状態にて運転していないと判定された場合よりも、同一の前記触媒温度において前記目標還元剤吸着量を大きくするように構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。
5. 前記触媒温度が所定温度以上の高温域にあるときには、前記エンジンが前記状態にて運転していると判定された場合に適用される前記目標還元剤吸着量と、前記エンジンが前記状態にて運転していないと判定された場合に適用される前記目標還元剤吸着量とが同じ量である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。
6. 前記触媒温度が所定温度未満の低温域にあるときには、前記エンジンが前記状態にて運転していると判定された場合に適用される前記目標還元剤吸着量と、前記エンジンが前記状態にて運転していないと判定された場合に適用される前記目標還元剤吸着量との差が、前記触媒温度によらずに一定である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。
7. 前記触媒温度が前記低温域を超える中温域にあるときには、前記エンジンが前記状態にて運転していると判定された場合に適用される前記目標還元剤吸着量と、前記エンジンが前記状態にて運転していないと判定された場合に適用される前記目標還元剤吸着量との差が、前記触媒温度が高くなるにつれて大きくなる、請求項６に記載のエンジンの排気浄化装置。
8. 前記触媒温度が前記中温域を超える高温域にあるときには、前記エンジンが前記状態にて運転していると判定された場合に適用される前記目標還元剤吸着量と、前記エンジンが前記状態にて運転していないと判定された場合に適用される前記目標還元剤吸着量との差が、前記触媒温度が高くなるにつれて小さくなる、請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置。
9. 前記制御器は、
   前記還元剤インジェクタによる前記還元剤の噴射により前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着された前記還元剤の量、及び、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着された前記還元剤のうちで、前記ＮＯｘの還元により消費された前記還元剤の量に基づき、前記推定還元剤吸着量を算出し、
   前記目標還元剤吸着量と前記推定還元剤吸着量との差分、及び、前記ＮＯｘの還元により消費された前記還元剤の量に基づき、前記還元剤噴射量を設定するように構成されている、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。
10. 前記排気ガス流量が前記所定量以上である前記状態とは、前記エンジンの排気浄化装置が搭載された車両が加速しているときの状態に相当する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。

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