WO2010147107A1 - エンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法 - Google Patents

エンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an engine exhaust purification device and an exhaust purification method for selectively reducing and purifying nitrogen oxide (NOx) in exhaust using ammonia generated from an aqueous urea solution.
  • NOx nitrogen oxide
  • Patent Document 1 As a catalyst purification system for removing NOx contained in engine exhaust, an exhaust purification device as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-261253 (Patent Document 1) has been proposed.
  • This exhaust purification device injects and supplies an ammonia-based solution at a flow rate corresponding to the engine operating state to the exhaust upstream of an SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst disposed in the engine exhaust pipe, and the SCR catalyst releases NOx in the exhaust.
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • ammonia adsorbed on the SCR catalyst without reducing reaction with NOx in the exhaust gas, or ammonia released through the SCR catalyst without reducing reaction with NOx in exhaust gas may be released into the atmosphere.
  • Ammonia that has passed through the SCR catalyst is oxidized by an oxidation catalyst disposed downstream of the exhaust gas, so that release into the atmosphere can be suppressed.
  • the ammonia adsorption amount in the SCR catalyst is saturated because the flow rate of the urea aqueous solution supplied to the upstream of the exhaust gas is controlled without considering the ammonia adsorbed on the SCR catalyst.
  • ammonia oxidized by the oxidation catalyst increases. For this reason, in the conventional proposal technique, there is much ammonia which does not contribute to NOx purification, and it cannot be said that the urea aqueous solution is effectively utilized.
  • the present invention estimates the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst, and controls the addition of the urea aqueous solution in accordance with the estimation result, thereby effectively utilizing the urea aqueous solution. It is an object of the present invention to provide an exhaust purification device and an exhaust purification method.
  • an exhaust emission control device for an engine according to the present invention is provided in an exhaust pipe of an engine and selectively reduces and purifies NOx using ammonia generated from an aqueous urea solution, and the exhaust of the selective reduction catalyst
  • An addition device for adding an aqueous urea solution upstream and a control unit incorporating a computer are included.
  • the control unit calculates the amount of ammonia generated from the amount of urea aqueous solution added according to the engine operating state, and also controls the first amount in the exhaust discharged from the engine.
  • the NOx purification rate by the selective reduction catalyst is calculated based on the NOx concentration of 1 and the second NOx concentration in the exhaust gas that has passed through the selective reduction catalyst.
  • control unit estimates and calculates the amount of ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst based on the amount of ammonia produced and the NOx purification rate, and responds to the engine operating state based on the amount of ammonia adsorbed. Correct the amount of urea aqueous solution added. Thereafter, the control unit controls the operation of the addition device based on the corrected addition amount of the urea aqueous solution.
  • the control unit is based on the first NOx concentration in the exhaust discharged from the engine and the second NOx concentration in the exhaust that has passed through the selective reduction catalyst.
  • the NOx purification rate by the selective reduction catalyst is calculated, and the urea aqueous solution equivalent to the ammonia adsorbed to the selective reduction catalyst is calculated based on the addition amount of the urea aqueous solution according to the engine operating state and the NOx purification rate. Estimate and calculate the amount of adsorption.
  • control unit corrects the addition amount of the urea aqueous solution according to the engine operating state based on the adsorption amount of the urea aqueous solution, and then controls the operation of the addition device based on the corrected addition amount of the urea aqueous solution.
  • the control unit corrects the amount of urea aqueous solution added according to the engine operating state based on the NOx purification rate by the selective reduction catalyst, and this corrected urea aqueous solution Is added upstream of the selective reduction catalyst exhaust.
  • the selective reduction catalyst secures ammonia necessary for NOx purification. Meanwhile, ammonia that passes through the selective reduction catalyst and is released into the atmosphere can be suppressed. For this reason, effective utilization of urea aqueous solution can be aimed at.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an example of an exhaust emission control device embodying the present invention. It is a flowchart which shows an example of a control program. It is a flowchart which shows the other example of a control program.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an exhaust emission control device embodying the present invention.
  • a nitrogen oxidation catalyst 16 that oxidizes nitrogen monoxide (NO) to nitrogen dioxide (NO 2 ) and an aqueous urea solution are injected along the exhaust circulation direction into the exhaust pipe 14 connected to the exhaust manifold 12 of the engine 10.
  • An injection nozzle 18 to be supplied, an SCR catalyst 20 that selectively reduces and purifies NOx using ammonia generated from an aqueous urea solution, and an ammonia oxidation catalyst 22 that oxidizes ammonia that has passed through the SCR catalyst 20 are in this order. Arranged.
  • the aqueous urea solution stored in the reducing agent tank 24 is supplied to the injection nozzle 18 via a reducing agent addition unit 26 having a built-in pump and flow control valve.
  • a reducing agent addition unit 26 having a built-in pump and flow control valve.
  • an example of an addition apparatus is comprised including the injection nozzle 18, the reducing agent tank 24, and the reducing agent addition unit 26.
  • the reducing agent addition unit 26 may be configured to be divided into two parts: a pump module with a built-in pump and a dosing module with a built-in flow control valve.
  • a NOx sensor 28 for measuring the NOx concentration Cu in the exhaust discharged from the engine 10 is attached to the exhaust pipe 14 located upstream of the exhaust of the nitrogen oxidation catalyst 16.
  • a NOx sensor 30 that measures the NOx concentration Cd in the exhaust gas that has passed through the ammonia oxidation catalyst 22 is attached to the exhaust pipe 14 that is located downstream of the ammonia oxidation catalyst 22.
  • An exhaust temperature sensor 32 is attached. Note that, in the exhaust gas purification apparatus in which the ammonia oxidation catalyst 22 is not provided, the NOx sensor 30 measures the NOx concentration Cd in the exhaust gas that has passed through the SCR catalyst 20.
  • the measurement signals of the NOx sensors 28 and 30 and the exhaust temperature sensor 32 are respectively input to a reducing agent addition control unit 34 incorporating a computer.
  • the reductant addition control unit 34 electronically controls the engine 10 via a CAN (Controller (Area Network) or the like so that the rotational speed Ne and the load Q as the engine operating state can be appropriately read. Connected to.
  • the load Q of the engine 10 for example, a fuel injection flow rate, an intake air flow rate, an intake pressure, a supercharging pressure, an accelerator opening, a throttle opening, and the like can be applied.
  • the rotational speed Ne and the load Q of the engine 10 are not limited to the configuration read from the engine control unit 36, and may be directly measured by a known sensor.
  • the reducing agent addition control unit 34 executes a control program stored in a ROM (Read Only Memory) or the like so that ammonia corresponding to the engine operating state is supplied to the SCR catalyst 20.
  • the unit 26 is electronically controlled.
  • the urea aqueous solution injected and supplied (added) from the injection nozzle 18 is hydrolyzed using exhaust heat and water vapor in the exhaust, and converted into ammonia that functions as a reducing agent.
  • the ammonia is then selectively reduced react with NOx in the exhaust gas in the SCR catalyst 20, harmless water (H 2 O) and nitrogen (N 2) is the fact purified to is that known.
  • NO is oxidized to NO 2 by the nitrogen oxidation catalyst 16
  • the ratio of NO and NO 2 in the exhaust gas is improved to be suitable for the selective reduction reaction.
  • the ammonia that has passed through the SCR catalyst 20 is oxidized by the ammonia oxidation catalyst 22 disposed downstream of the exhaust gas, so that the ammonia is prevented from being released into the atmosphere as it is.
  • FIG. 2 shows an example of a control program executed by the reducing agent addition control unit 34 when the engine 10 is started.
  • step 1 abbreviated as “S1” in the figure, the same applies hereinafter
  • the reducing agent addition control unit 34 reads the exhaust temperature T from the exhaust temperature sensor 32 as the engine operating state, and rotates the engine speed from the engine control unit 36. Read Ne and load Q.
  • the reducing agent addition control unit 34 calculates the urea aqueous solution addition amount according to the engine operating state. Specifically, the reducing agent addition control unit 34 refers to the control map in which the urea aqueous solution addition amount suitable for the exhaust temperature, the rotational speed and the load is set, and corresponds to the exhaust temperature T, the rotational speed Ne and the load Q. Determine the amount of urea aqueous solution added.
  • the reducing agent addition control unit 34 controls the pump and flow control valve of the reducing agent addition unit 26 according to the urea aqueous solution addition amount so that the urea aqueous solution corresponding to the engine operating state is injected and supplied from the injection nozzle 18. Each is electronically controlled.
  • step 4 the reducing agent addition control unit 34 calculates the amount of ammonia generated from the urea aqueous solution addition amount using the fact that 2 mol of ammonia is generated from 1 mol of urea.
  • step 5 the reducing agent addition control unit 34 reads the NOx concentrations Cu and Cd from the NOx sensors 28 and 30, respectively.
  • the reducing agent addition control unit 34 estimates that a portion of the urea aqueous solution injected and supplied from the injection nozzle 18 that does not contribute to NOx purification is adsorbed by the SCR catalyst 20 in the ammonia state.
  • step 8 the reducing agent addition control unit 34 reads the exhaust temperature T from the exhaust temperature sensor 32 and reads the rotational speed Ne and the load Q from the engine control unit 36 as the engine operating state.
  • step 9 the reducing agent addition control unit 34 calculates the urea aqueous solution addition amount according to the engine operating state by the same method as in step 2.
  • step 10 the reducing agent addition control unit 34 calculates the urea aqueous solution amount corresponding to the ammonia adsorption amount estimated in step 7 by utilizing that 1 mol of ammonia is generated from 1/2 mol of urea. To do.
  • step 11 the reducing agent addition control unit 34 corrects the urea aqueous solution addition amount by subtracting the urea aqueous solution amount from the urea aqueous solution addition amount. That is, paying attention to the fact that ammonia adsorbed on the SCR catalyst 20 is used for purifying NOx in the exhaust gas, the reducing agent addition control unit 34 reduces the urea aqueous solution addition amount by that amount. Then, the reducing agent addition control unit 34 returns the process to step 3 when the correction of the urea aqueous solution addition amount is completed.
  • the urea aqueous solution addition amount corresponding to the engine operating state is added to the exhaust upstream of the SCR catalyst 20, and then passes through the NOx concentration in the exhaust discharged from the engine 10 and the ammonia oxidation catalyst 22. Based on the NOx concentration in the exhaust gas, the NOx purification rate selectively reduced and purified by the SCR catalyst 20 is obtained. Further, of the ammonia generation amount obtained from the urea aqueous solution addition amount according to the engine operating state, the amount represented by “1-NOx purification rate” is regarded as the ammonia adsorption amount adsorbed on the SCR catalyst 20.
  • the urea aqueous solution amount corresponding to the ammonia adsorption amount is corrected by subtracting it from the urea aqueous solution addition amount according to the engine operating state, and urea aqueous solution addition control is performed based on the corrected urea aqueous solution addition amount.
  • the urea aqueous solution addition amount corresponding to the engine operating state is corrected based on the NOx purification rate by the SCR catalyst 20, and the corrected urea aqueous solution addition amount is added upstream of the SCR catalyst 20.
  • the amount of urea aqueous solution addition corresponding to the engine operating state is corrected by that amount, so that the SCR catalyst 20 secures ammonia necessary for NOx purification while maintaining the SCR.
  • Ammonia released through the catalyst 20 to the atmosphere can be suppressed. For this reason, effective utilization of urea aqueous solution can be aimed at.
  • the ammonia oxidation catalyst 22 can be reduced in size, and a reduction in weight and cost can be expected.
  • FIG. 3 shows another example of a control program executed by the reducing agent addition control unit 34 when the engine 10 is started.
  • the processing common to the control program shown in FIG. 2 is simplified for the purpose of eliminating redundant description.
  • the reducing agent addition control unit 34 reads the exhaust temperature T from the exhaust temperature sensor 32 and reads the rotational speed Ne and the load Q from the engine control unit 36 as the engine operating state.
  • step 22 the reducing agent addition control unit 34 calculates the urea aqueous solution addition amount according to the engine operating state.
  • step 23 the reducing agent addition control unit 34 electronically controls the pump and the flow rate control valve of the reducing agent addition unit 26 in accordance with the urea aqueous solution addition amount.
  • step 24 the reducing agent addition control unit 34 reads the NOx concentrations Cu and Cd from the NOx sensors 28 and 30, respectively.
  • step 27 the reducing agent addition control unit 34 reads the exhaust temperature T from the exhaust temperature sensor 32 and the rotational speed Ne and the load Q from the engine control unit 36 as the engine operating state.
  • step 28 the reducing agent addition control unit 34 calculates the urea aqueous solution addition amount according to the engine operating state.
  • step 29 the reducing agent addition control unit 34 corrects the urea aqueous solution addition amount by subtracting the urea aqueous solution adsorption amount from the urea aqueous solution addition amount, and then returns the process to step 23.
  • the correction of the urea aqueous solution addition amount is performed on the basis of the urea aqueous solution, so that the control can be simplified.
  • step 7 and step 26 when calculating the ammonia adsorption amount or the urea aqueous solution adsorption amount corresponding thereto, the ammonia measured by the ammonia sensor attached to the exhaust pipe 14 located downstream of the ammonia oxidation catalyst 22 is measured.
  • the ammonia adsorption amount or the urea aqueous solution adsorption amount may be corrected based on the concentration. In this way, since the ammonia adsorption amount or the urea aqueous solution adsorption amount considering the ammonia amount that has passed through the ammonia oxidation catalyst 22 is obtained, the control accuracy can be improved. And the effective use of urea aqueous solution can be further promoted through the improvement of control accuracy.
  • the ammonia sensor measures the ammonia concentration in the exhaust gas that has passed through the SCR catalyst 20.
  • an exhaust purification device in which a DPF (Diesel Particulate Filter) for collecting and removing PM (particulate matter) is further disposed in the exhaust pipe 14 or a catalyst component that functions as an SCR catalyst is applied to the DPF.
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • PM particle matter
  • the present invention can also be applied to an exhaust emission control device.

Abstract

　コントロールユニットは、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液添加量から生成されるアンモニア生成量を演算すると共に、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液添加量をＳＣＲ触媒の排気上流に添加したときのＮＯｘ浄化率を演算する。また、コントロールユニットは、アンモニア生成量及びＮＯｘ浄化率に基づいて、ＳＣＲ触媒に吸着するアンモニア吸着量を推定演算する。そして、コントロールユニットは、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液添加量からアンモニア吸着量に相当する尿素水溶液量を減算補正し、補正後の尿素水溶液添加量に基づいて尿素水溶液の添加制御を行う。

Description

エンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法
　本発明は、尿素水溶液から生成されるアンモニアを使用して、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元浄化するエンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。
　エンジンの排気に含まれるＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２００８－２６１２５３号公報（特許文献１）に記載されるような排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、エンジン排気管に配設されたＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた流量のアンモニア系溶液を噴射供給し、ＳＣＲ触媒で排気中のＮＯｘを選択的に還元反応させることで、ＮＯｘを無害成分に浄化処理する。
特開２００８－２６１２５３号公報
　ところで、エンジン運転状態によっては、排気中のＮＯｘと還元反応せずにＳＣＲ触媒に吸着するアンモニアや、排気中のＮＯｘと還元反応せずにＳＣＲ触媒を通過して大気中に放出されるアンモニアが存在する。ＳＣＲ触媒を通過したアンモニアは、その排気下流に配設された酸化触媒で酸化することで、大気中への放出を抑制することができる。しかし、従来提案技術では、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアを考慮せずに、その排気上流に噴射供給する尿素水溶液の流量を制御していたため、ＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着量が飽和状態であると、酸化触媒で酸化されるアンモニアが増加してしまう。このため、従来提案技術では、ＮＯｘ浄化に寄与しないアンモニアが多く、尿素水溶液が有効に活用されているとは言い難かった。
　そこで、本発明は従来の問題点に鑑み、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニア量を推定し、その推定結果に応じて尿素水溶液の添加制御を行うことで、尿素水溶液の有効活用を図ったエンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法を提供することを目的とする。
　このため、本発明に係るエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気管に配設され、尿素水溶液から生成されるアンモニアを使用してＮＯｘを選択還元浄化する選択還元触媒と、選択還元触媒の排気上流に尿素水溶液を添加する添加装置と、コンピュータを内蔵したコントロールユニットと、を有する。
　そして、第１形態によるエンジンの排気浄化装置では、コントロールユニットは、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量から生成されるアンモニアの生成量を演算すると共に、エンジンから排出される排気中の第１のＮＯｘ濃度、及び、選択還元触媒を通過した排気中の第２のＮＯｘ濃度に基づいて、選択還元触媒によるＮＯｘの浄化率を演算する。また、コントロールユニットは、アンモニアの生成量及びＮＯｘの浄化率に基づいて、選択還元触媒に吸着されるアンモニアの吸着量を推定演算すると共に、アンモニアの吸着量に基づいて、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量を補正する。その後、コントロールユニットは、補正された尿素水溶液の添加量に基づいて、添加装置の作動を制御する。
　また、第２形態によるエンジンの排気浄化装置では、コントロールユニットは、エンジンから排出される排気中の第１のＮＯｘ濃度、及び、選択還元触媒を通過した排気中の第２のＮＯｘ濃度に基づいて、選択還元触媒によるＮＯｘの浄化率を演算すると共に、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量、及び、ＮＯｘの浄化率に基づいて、選択還元触媒に吸着されるアンモニアに相当する尿素水溶液の吸着量を推定演算する。また、コントロールユニットは、尿素水溶液の吸着量に基づいて、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量を補正した後、補正された尿素水溶液の添加量に基づいて、添加装置の作動を制御する。
　一方、本発明に係るエンジンの排気浄化方法では、コントロールユニットが、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量を、選択還元触媒によるＮＯｘの浄化率に基づいて補正し、この補正後の尿素水溶液の添加量を選択還元触媒の排気上流に添加する。
　本発明によれば、選択還元触媒にアンモニアが吸着されているときには、その分だけエンジン運転状態に応じた尿素水溶液添加量が補正されるため、選択還元触媒でＮＯｘ浄化に必要なアンモニアを確保しつつ、選択還元触媒を通過して大気中に放出されるアンモニアを抑制することができる。このため、尿素水溶液の有効活用を図ることができる。
本発明を具現化した排気浄化装置の一例を示す全体構成図である。 制御プログラムの一例を示すフローチャートである。 制御プログラムの他の例を示すフローチャートである。
　以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
　図１は、本発明を具現化した排気浄化装置の一実施形態を示す。
　エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）へと酸化させる窒素酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液から生成されるアンモニアを使用してＮＯｘを選択的に還元浄化するＳＣＲ触媒２０と、ＳＣＲ触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、がこの順番で配設される。また、還元剤タンク２４に貯蔵される尿素水溶液は、ポンプ及び流量制御弁が内蔵された還元剤添加ユニット２６を経由して、噴射ノズル１８に供給される。なお、噴射ノズル１８，還元剤タンク２４及び還元剤添加ユニット２６を含んで、添加装置の一例が構成される。
　ここで、還元剤添加ユニット２６としては、ポンプが内蔵されたポンプモジュールと、流量制御弁が内蔵されたドージングモジュールと、に２分割された構成であってもよい。
　窒素酸化触媒１６の排気上流に位置する排気管１４には、エンジン１０から排出される排気中のＮＯｘ濃度Ｃuを測定するＮＯｘセンサ２８が取り付けられる。一方、アンモニア酸化触媒２２の排気下流に位置する排気管１４には、アンモニア酸化触媒２２を通過した排気中のＮＯｘ濃度Ｃdを測定するＮＯｘセンサ３０が取り付けられる。また、ＳＣＲ触媒２０の排気上流、具体的には、噴射ノズル１８とＳＣＲ触媒２０との間に位置する排気管１４には、ＳＣＲ触媒２０へと流れ込む排気の温度（排気温度）Ｔを測定する排気温度センサ３２が取り付けられる。なお、アンモニア酸化触媒２２が配設されない排気浄化装置では、ＮＯｘセンサ３０は、ＳＣＲ触媒２０を通過した排気中のＮＯｘ濃度Ｃdを測定する。
　ＮＯｘセンサ２８及び３０並びに排気温度センサ３２の各測定信号は、コンピュータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット３４に夫々入力される。また、還元剤添加コントロールユニット３４は、エンジン運転状態としての回転速度Ｎe及び負荷Ｑを適宜読み込み可能なように、ＣＡＮ（Controller Area Network）などを介して、エンジン１０を電子制御するエンジンコントロールユニット３６に接続される。
　ここで、エンジン１０の負荷Ｑとしては、例えば、燃料噴射流量，吸気流量，吸気圧力，過給圧力，アクセル開度，スロットル開度などを適用することができる。また、エンジン１０の回転速度Ｎe及び負荷Ｑは、エンジンコントロールユニット３６から読み込む構成に限らず、公知のセンサによって直接測定するようにしてもよい。
　そして、還元剤添加コントロールユニット３４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じたアンモニアがＳＣＲ触媒２０に供給されるように、還元剤添加ユニット２６を電子制御する。
　かかる排気浄化装置において、噴射ノズル１８から噴射供給（添加）された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気を使用して加水分解され、還元剤として機能するアンモニアへと転化される。このアンモニアは、ＳＣＲ触媒２０において排気中のＮＯｘと選択的に還元反応し、無害な水（Ｈ2Ｏ）及び窒素（Ｎ2）へと浄化されることは知られたことである。このとき、ＳＣＲ触媒２０におけるＮＯｘ浄化率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ2へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ2との比率が選択還元反応に適したものに改善される。一方、ＳＣＲ触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることが抑制される。
　図２は、エンジン１０の始動を契機として、還元剤添加コントロールユニット３４で実行される制御プログラムの一例を示す。
　ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、還元剤添加コントロールユニット３４が、エンジン運転状態として、排気温度センサ３２から排気温度Ｔを読み込むと共に、エンジンコントロールユニット３６から回転速度Ｎe及び負荷Ｑを読み込む。
　ステップ２では、還元剤添加コントロールユニット３４が、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液添加量を演算する。具体的には、還元剤添加コントロールユニット３４が、排気温度，回転速度及び負荷に適合した尿素水溶液添加量が設定された制御マップを参照し、排気温度Ｔ，回転速度Ｎe及び負荷Ｑに応じた尿素水溶液添加量を求める。
　ステップ３では、還元剤添加コントロールユニット３４が、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液が噴射ノズル１８から噴射供給されるように、尿素水溶液添加量に応じて還元剤添加ユニット２６のポンプ及び流量制御弁を夫々電子制御する。
　ステップ４では、還元剤添加コントロールユニット３４が、１モルの尿素から２モルのアンモニアが生成されることを利用して、尿素水溶液添加量から生成されるアンモニア生成量を演算する。
　ステップ５では、還元剤添加コントロールユニット３４が、ＮＯｘセンサ２８及び３０からＮＯｘ濃度Ｃu及びＣdを夫々読み込む。
　ステップ６では、還元剤添加コントロールユニット３４が、“ＮＯｘ浄化率＝（ＮＯｘ濃度Ｃu－ＮＯｘ濃度Ｃd）／ＮＯｘ濃度Ｃu”という式を利用して、ＳＣＲ触媒２０によるＮＯｘ浄化率を演算する。
　ステップ７では、還元剤添加コントロールユニット３４が、“アンモニア吸着量＝アンモニア生成量×（１－ＮＯｘ浄化率）”という式を利用して、ＳＣＲ触媒２０に吸着するアンモニア吸着量を推定演算する。要するに、還元剤添加コントロールユニット３４は、噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液のうちＮＯｘ浄化に寄与しない分が、アンモニア状態でＳＣＲ触媒２０に吸着されたと推定する。
　ステップ８では、還元剤添加コントロールユニット３４が、エンジン運転状態として、排気温度センサ３２から排気温度Ｔを読み込むと共に、エンジンコントロールユニット３６から回転速度Ｎe及び負荷Ｑを読み込む。
　ステップ９では、還元剤添加コントロールユニット３４が、ステップ２と同様な方法で、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液添加量を演算する。
　ステップ１０では、還元剤添加コントロールユニット３４が、１モルのアンモニアは１／２モルの尿素から生成されることを利用して、ステップ７で推定演算したアンモニア吸着量に相当する尿素水溶液量を演算する。
　ステップ１１では、還元剤添加コントロールユニット３４が、尿素水溶液添加量から尿素水溶液量を減算することで、尿素水溶液添加量を補正する。即ち、ＳＣＲ触媒２０に吸着しているアンモニアは、排気中のＮＯｘ浄化に利用されることに着目し、還元剤添加コントロールユニット３４が、その分だけ尿素水溶液添加量を減らすようにする。そして、還元剤添加コントロールユニット３４は、尿素水溶液添加量の補正が完了したら、処理をステップ３へと戻す。
　このような排気浄化装置によれば、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液添加量をＳＣＲ触媒２０の排気上流に添加した後、エンジン１０から排出される排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア酸化触媒２２を通過した排気中のＮＯｘ濃度に基づいて、ＳＣＲ触媒２０で選択的に還元浄化されるＮＯｘの浄化率が求められる。また、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液添加量から求められるアンモニア生成量のうち、“１－ＮＯｘ浄化率”で表される分はＳＣＲ触媒２０に吸着されるアンモニア吸着量であるとみなす。そして、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液添加量からアンモニア吸着量に相当する尿素水溶液量を減算して補正し、補正後の尿素水溶液添加量に基づいて尿素水溶液添加制御が行われる。要するに、ＳＣＲ触媒２０によるＮＯｘ浄化率に基づいてエンジン運転状態に応じた尿素水溶液添加量を補正し、補正後の尿素水溶液添加量をＳＣＲ触媒２０の排気上流に添加する。
　従って、ＳＣＲ触媒２０にアンモニアが吸着されているときには、その分だけエンジン運転状態に応じた尿素水溶液添加量が減量補正されるため、ＳＣＲ触媒２０でＮＯｘ浄化に必要なアンモニアを確保しつつ、ＳＣＲ触媒２０を通過して大気中に放出されるアンモニアを抑制することができる。このため、尿素水溶液の有効活用を図ることができる。また、ＳＣＲ触媒２０に吸着されずにアンモニア酸化触媒２２へと導入されるアンモニア量が減ることから、アンモニア酸化触媒２２の小型化が可能となり、重量及びコストの低減も期待できる。
　図３は、エンジン１０の始動を契機として、還元剤添加コントロールユニット３４で実行される制御プログラムの他の例を示す。ここで、図２に示す制御プログラムと共通する処理については、重複説明を排除することを目的として、その説明を簡単にする。
　ステップ２１では、還元剤添加コントロールユニット３４が、エンジン運転状態として、排気温度センサ３２から排気温度Ｔを読み込むと共に、エンジンコントロールユニット３６から回転速度Ｎe及び負荷Ｑを読み込む。
　ステップ２２では、還元剤添加コントロールユニット３４が、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液添加量を演算する。
　ステップ２３では、還元剤添加コントロールユニット３４が、尿素水溶液添加量に応じて還元剤添加ユニット２６のポンプ及び流量制御弁を夫々電子制御する。
　ステップ２４では、還元剤添加コントロールユニット３４が、ＮＯｘセンサ２８及び３０からＮＯｘ濃度Ｃu及びＣdを夫々読み込む。
　ステップ２５では、還元剤添加コントロールユニット３４が、“ＮＯｘ浄化率＝（ＮＯｘ濃度Ｃu－ＮＯｘ濃度Ｃd）／ＮＯｘ濃度Ｃu”という式を利用して、ＳＣＲ触媒２０によるＮＯｘ浄化率を演算する。
　ステップ２６では、還元剤添加コントロールユニット３４が、“尿素水溶液吸着量＝尿素水溶液添加量×（１－ＮＯｘ浄化率）”という式を利用して、ＳＣＲ触媒２０に吸着するアンモニア吸着量に相当する尿素水溶液吸着量を推定演算する。
　ステップ２７では、還元剤添加コントロールユニット３４が、エンジン運転状態として、排気温度センサ３２から排気温度Ｔを読み込むと共に、エンジンコントロールユニット３６から回転速度Ｎe及び負荷Ｑを読み込む。
　ステップ２８では、還元剤添加コントロールユニット３４が、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液添加量を演算する。
　ステップ２９では、還元剤添加コントロールユニット３４が、尿素水溶液添加量から尿素水溶液吸着量を減算することで、尿素水溶液添加量を補正した後、処理をステップ２３へと戻す。
　このような排気浄化装置によれば、先の一例の作用及び効果に加え、尿素水溶液添加量の補正が尿素水溶液ベースで行われるため、制御の簡略化を図ることができる。
　なお、ステップ７及びステップ２６で、アンモニア吸着量又はこれに相当する尿素水溶液吸着量を演算するとき、アンモニア酸化触媒２２の排気下流に位置する排気管１４に取り付けられたアンモニアセンサにより測定されたアンモニア濃度に基づいて、アンモニア吸着量又は尿素水溶液吸着量を補正するようにしてもよい。このようにすれば、アンモニア酸化触媒２２を通過したアンモニア量を考慮したアンモニア吸着量又は尿素水溶液吸着量が求められるため、制御精度を向上させることができる。そして、制御精度の向上を通して、尿素水溶液の有効活用をさらに促進させることができる。ここで、アンモニア酸化触媒２２が配設されない排気浄化装置では、アンモニアセンサは、ＳＣＲ触媒２０を通過した排気中のアンモニア濃度を測定する。
　また、本発明は、排気管１４にＰＭ（粒子状物質）を捕集除去するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）がさらに配設された排気浄化装置、又は、ＤＰＦにＳＣＲ触媒として機能する触媒成分が塗布された排気浄化装置などにも適用可能である。
　　１０　エンジン
　　１４　排気管
　　１８　噴射ノズル
　　２０　ＳＣＲ触媒
　　２４　還元剤タンク
　　２６　還元剤添加ユニット
　　２８　ＮＯｘセンサ
　　３０　ＮＯｘセンサ
　　３２　排気温度センサ
　　３４　還元剤添加コントロールユニット
　　３６　エンジンコントロールユニット

Claims (10)

  1. 　エンジンの排気管に配設され、尿素水溶液から生成されるアンモニアを使用して窒素酸化物を選択還元浄化する選択還元触媒と、
    　前記選択還元触媒の排気上流に尿素水溶液を添加する添加装置と、
    　コンピュータを内蔵したコントロールユニットと、
    　を含んで構成され、
    　前記コントロールユニットは、
    　エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量から生成されるアンモニアの生成量を演算し、
    　前記エンジンから排出される排気中の第１の窒素酸化物濃度、及び、前記選択還元触媒を通過した排気中の第２の窒素酸化物濃度に基づいて、前記選択還元触媒による窒素酸化物の浄化率を演算し、
    　前記アンモニアの生成量及び前記窒素酸化物の浄化率に基づいて、前記選択還元触媒に吸着されるアンモニアの吸着量を推定演算し、
    　前記アンモニアの吸着量に基づいて、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量を補正し、
    　前記補正された尿素水溶液の添加量に基づいて、前記添加装置の作動を制御する
    　ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  2. 　前記コントロールユニットは、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量から、前記アンモニアの吸着量に相当する尿素水溶液の吸着量を減算することで、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量を補正することを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
  3. 　前記コントロールユニットは、前記選択還元触媒を通過した排気中のアンモニア濃度に基づいて、前記アンモニアの吸着量をさらに補正することを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
  4. 　前記エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量は、前記エンジンの排気温度，回転速度及び負荷から演算されることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
  5. 　エンジンの排気管に配設され、尿素水溶液から生成されるアンモニアを使用して窒素酸化物を選択還元浄化する選択還元触媒と、
    　前記選択還元触媒の排気上流に尿素水溶液を添加する添加装置と、
    　コンピュータを内蔵したコントロールユニットと、
    　を含んで構成され、
    　前記コントロールユニットは、
    　前記エンジンから排出される排気中の第１の窒素酸化物濃度、及び、前記選択還元触媒を通過した排気中の第２の窒素酸化物濃度に基づいて、前記選択還元触媒による窒素酸化物の浄化率を演算し、
    　エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量、及び、前記窒素酸化物の浄化率に基づいて、前記選択還元触媒に吸着されるアンモニアに相当する尿素水溶液の吸着量を推定演算し、
    　前記尿素水溶液の吸着量に基づいて、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量を補正し、
    　前記補正された尿素水溶液の添加量に基づいて、前記添加装置の作動を制御する
    　ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  6. 　前記コントロールユニットは、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量から、前記尿素水溶液の吸着量を減算することで、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量を補正することを特徴とする請求項５記載のエンジンの排気浄化装置。
  7. 　前記コントロールユニットは、前記選択還元触媒を通過した排気中のアンモニア濃度に基づいて、前記尿素水溶液の吸着量をさらに補正することを特徴とする請求項５記載のエンジンの排気浄化装置。
  8. 　前記エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量は、前記エンジンの排気温度，回転速度及び負荷から演算されることを特徴とする請求項５記載のエンジンの排気浄化装置。
  9. 　エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量を、選択還元触媒による窒素酸化物の浄化率に基づいて補正し、この補正後の尿素水溶液の添加量を選択還元触媒の排気上流に添加することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  10. 　コンピュータを内蔵したコントロールユニットが、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加量を、選択還元触媒による窒素酸化物の浄化率に基づいて補正し、この補正後の尿素水溶液の添加量を選択還元触媒の排気上流に添加することを特徴とするエンジンの排気浄化方法。
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