WO2014097393A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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慎也 浅浦
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for supplying a reducing agent to a selective catalytic reduction catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine.
  • An exhaust gas purification device for an internal combustion engine includes a selective catalytic reduction (SCR) and a supply device that supplies a reducing agent to the selective catalytic reduction catalyst.
  • SCR selective catalytic reduction
  • a supply device that supplies a reducing agent to the selective catalytic reduction catalyst.
  • the consumption of the reducing agent in the selective reduction catalyst (contributes to the purification of NO X based on the amount of NO X exhausted from the internal combustion engine and the NO X purification rate in the selective reduction catalyst).
  • a technique for calculating the amount of reducing agent to be produced has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 discloses a technique for calculating the amount of reducing agent adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst based on the amount of reducing agent consumed, and adjusting the amount of reducing agent supplied according to the amount of reducing agent adsorption. Is described.
  • the amount of the reducing agent adsorbed on the selective reduction catalyst may vary depending on the temperature of the selective reduction catalyst and the flow rate of exhaust gas passing through the selective reduction catalyst. Therefore, according to the conventional technique described above, there is a possibility that the amount of the reducing agent supplied to the selective catalytic reduction catalyst becomes an inappropriate amount.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a selective reduction catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, and a supply device that supplies a reducing agent to the selective reduction catalyst.
  • the present invention is to provide a technique capable of making an appropriate amount of reducing agent supplied.
  • the present invention provides an exhaust gas purification system for an internal combustion engine including a selective reduction catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and a supply device that supplies a reducing agent to the selective reduction catalyst.
  • a selective reduction catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and a supply device that supplies a reducing agent to the selective reduction catalyst.
  • the apparatus based on the characteristic that the product of the flow rate of the exhaust gas flowing into the selective catalytic reduction catalyst per unit time and the concentration of the reducing agent contained in the exhaust gas flowing out of the selective catalytic reduction catalyst correlates with the surplus reducing agent amount. The amount of reducing agent supplied from the supply device was adjusted.
  • the exhaust emission control device for an internal combustion engine is: A selective reduction catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine; A supply device for supplying a reducing agent to the selective catalytic reduction catalyst; Obtaining means for obtaining a flow rate of exhaust flowing into the selective catalytic reduction catalyst per unit time; Measuring means for measuring the concentration of the reducing agent contained in the exhaust gas flowing out from the selective catalytic reduction catalyst; Wherein the exhaust flow rate obtained by the obtaining means, and the measured concentration by the measuring means, excess reducing agent amount the is the amount of the selective reduction is not consumed for purification of the NO X in the catalyst reducing agent and the exhaust flow rate A control means for calculating a surplus reducing agent amount based on a characteristic correlated with a multiplication value of concentration, and controlling the amount of reducing agent supplied from the supply device using the calculated surplus reducing agent amount as a parameter; I was prepared to.
  • the “supplying device” here may supply a reducing agent, or may supply a substance (reducing agent precursor) that changes into a reducing agent in exhaust or in a selective reduction catalyst. Good.
  • the reducing agent supplied from the supply device is adsorbed by the selective reduction catalyst.
  • Part of the reducing agent adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst is consumed as a reducing agent for reducing NO X contained in the exhaust gas to nitrogen, water, or the like. Excess of the reducing agent that is not consumed in the reduction of the NO X is or remains or, or the selective reduction catalyst desorb from the selective reduction catalyst.
  • the supply device continues to supply the reducing agent, the amount of reducing agent consumed for NO X purification (reducing agent consumption) gradually increases per unit time.
  • the surplus reducing agent amount gradually decreases, and the amount of reducing agent desorbed from the selective catalytic reduction catalyst per unit time (reducing agent desorption amount) gradually increases.
  • the integrated value of the supply amount of the reducing agent is equal to or greater than a predetermined amount, the excess reducing agent amount and the reducing agent desorption amount are in an equilibrium state. When such an equilibrium state is established, the amount of reducing agent adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst is maintained at a substantially constant amount (equilibrium adsorption amount).
  • the reducing agent supply amount is adjusted so that the amount of reducing agent adsorbed on the selective reduction catalyst (reducing agent adsorption amount) becomes equal to the equilibrium adsorption amount, the reduction desorbed from the selective reduction catalyst. while less suppressing the amount of agent, it is possible to increase the NO X purification rate of the selective reduction catalyst.
  • the amount of surplus reducing agent varies depending on the space velocity (SV: Space Velocity) when exhaust passes through the selective catalytic reduction catalyst.
  • SV Space Velocity
  • the amount of excess reducing agent increases when the space velocity is high compared to when the space velocity is low.
  • the amount of surplus reducing agent is large, the amount of reducing agent consumed is small and the amount of reducing agent desorbed from the selective catalytic reduction catalyst is larger than when the amount of surplus reducing agent is small. Therefore, it is desirable to correct the supply amount of the reducing agent according to the space velocity when the exhaust passes through the selective catalytic reduction catalyst.
  • the surplus reducing agent amount is determined by the space velocity when the exhaust gas passes through the selective catalytic reduction catalyst and the exhaust gas flowing out of the selective catalytic reduction catalyst.
  • the knowledge that it correlates with the multiplication value with the concentration of the reducing agent contained was obtained. Note that the space velocity when the exhaust gas passes through the selective catalytic reduction catalyst can be replaced with the flow rate of exhaust gas flowing into the selective catalytic reduction catalyst per unit time (exhaust gas flow rate).
  • the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine uses the multiplication value (excess reducing agent amount) of the exhaust gas flow rate acquired by the acquiring unit and the reducing agent concentration measured by the measuring unit as a parameter to control the supply amount of the reducing agent. By adjusting, it was made to avoid the situation where the amount of excess reducing agent excessively increases or decreases excessively.
  • the amount of the reducing agent supplied from the supply device may be controlled so that the surplus reducing agent amount becomes equal to the target surplus amount, or the reducing agent adsorption amount is controlled to be equal to the target adsorption amount. May be.
  • the selective reducing catalyst is selected when the supply amount of the reducing agent is controlled so that the reducing agent adsorption amount becomes equal to the target adsorption amount. comprising the of the NO X purification rate can be approximated to the desired of the NO X purification rate.
  • the selective catalytic reduction catalyst has a characteristic that when the temperature of the selective catalytic reduction catalyst is high, the amount of excess reducing agent increases and the amount of reducing agent adsorption decreases compared to when the temperature is low. Therefore, the reducing agent adsorption amount can be obtained from the temperature of the selective catalytic reduction catalyst and the excess reducing agent amount.
  • the coefficient based on the temperature of the selective catalytic reduction catalyst is Kd
  • Reducing agent adsorption amount (excess reducing agent amount) / Kd (1)
  • the coefficient Kd is a value that varies depending on the specification of the selective catalytic reduction catalyst, but a value suitable for the specification of the selective catalytic reduction catalyst can be experimentally obtained in advance. Therefore, the reducing agent adsorption amount can be calculated by substituting the surplus reducing agent amount calculated based on the correlation into the equation (1).
  • the NO X purification rate of the selective catalytic reduction catalyst is approximated to the target NO X purification rate. be able to.
  • the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising the selective reduction catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and the supply device that supplies the reducing agent to the selective reduction catalyst, the supply of the reducing agent The amount can be made appropriate.
  • FIG. 1 It is a figure which shows schematic structure of the intake / exhaust system of the internal combustion engine to which this invention is applied. It is a figure which shows the time-dependent change of ammonia inflow amount, ammonia consumption amount, surplus ammonia amount, ammonia desorption amount, and ammonia adsorption amount. It is a figure which shows the ratio of the excess ammonia amount and ammonia consumption amount when an exhaust gas flow volume changes. It is a figure which shows the ratio of the excess ammonia amount at the time of correct
  • a 2nd Example it is a flowchart which shows the process routine which ECU performs when adding ammonia from an addition valve.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an intake / exhaust system of an internal combustion engine to which the present invention is applied.
  • the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine), but may be a spark ignition type internal combustion engine (gasoline engine) operated in a lean combustion mode.
  • An intake passage 2 and an exhaust passage 3 are connected to the internal combustion engine 1.
  • a compressor 4a and a turbine 4b of a centrifugal supercharger (turbocharger) 4 are respectively arranged.
  • an air flow meter 5 and a throttle valve 6 are provided in the intake passage 2 upstream of the compressor 4a of the turbocharger 4.
  • the air flow meter 5 is a sensor that detects the amount (mass) of fresh air (air) flowing through the intake passage 2.
  • the throttle valve 6 is a valve mechanism that adjusts the amount of air flowing through the intake passage 2 (intake air amount).
  • an oxidation catalyst 7, a filter 8, an addition valve 11, and a selective reduction catalyst 9 (hereinafter referred to as an SCR catalyst 9) in order from the upstream side in the exhaust flow direction. )), And an ammonia slip catalyst 10 is provided.
  • the filter 8 collects particulate matter (PM) in the exhaust.
  • the oxidation catalyst 7 oxidizes hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), etc. contained in the exhaust.
  • the oxidation catalyst 7 may be carried on the filter 8. Further, the oxidation catalyst 7 is not limited to the one having only an oxidation function, and may be, for example, a three-way catalyst.
  • the SCR catalyst 9 is a catalyst that reduces NO X in the exhaust gas using ammonia (NH 3 ) as a reducing agent.
  • the addition valve 11 adds ammonia into the exhaust gas in order to supply ammonia as a reducing agent to the SCR catalyst 9.
  • the addition valve 11 may add a substance (a precursor of ammonia) that finally changes to ammonia.
  • the addition valve 11 may add urea water. In this case, urea added as urea water from the addition valve 11 is hydrolyzed by the heat of the exhaust to become ammonia.
  • the addition valve 11 corresponds to the supply device according to the present invention.
  • material supplied from the supplying apparatus according to the present invention is not limited to ammonia (or ammonia precursor) may be any material which functions as a reducing agent for reducing NO X in the SCR catalyst.
  • the reducing agent supplied from the supply device according to the present invention may be in any state of solid, liquid, and gas.
  • the ammonia slip catalyst 10 has an oxidation function.
  • the ammonia flowing out from the SCR catalyst 9 is oxidized to N 2 . Thereby, the outflow of ammonia to the outside of the vehicle is suppressed.
  • the exhaust passage 3 between the adding valve 11 and the filter 8, NO X sensor 12 is provided.
  • An exhaust temperature sensor 13 and an NH 3 sensor 14 are provided in the exhaust passage 3 between the SCR catalyst 9 and the ammonia slip catalyst 10.
  • the NO X sensor 12 is a sensor that measures the concentration of NO X contained in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst 9.
  • the exhaust gas temperature sensor 13 is a sensor that measures the temperature of the exhaust gas flowing out from the SCR catalyst 9.
  • the NH 3 sensor 14 is a sensor that measures the concentration of ammonia contained in the exhaust gas flowing out from the SCR catalyst 9, and corresponds to the measuring means according to the present invention.
  • the internal combustion engine 1 is provided with an electronic control unit (ECU) 20.
  • the ECU 20 is a unit that controls the operating state and the like of the internal combustion engine 1.
  • a crank position sensor 21 and an accelerator opening sensor 22 are electrically connected to the ECU 20.
  • the crank position sensor 21 detects the crank angle of the internal combustion engine 1.
  • the accelerator opening sensor 22 detects the accelerator opening of a vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted. Output signals from the various sensors described above are input to the ECU 20.
  • the ECU 20 is electrically connected to various devices such as the throttle valve 6 and the addition valve 11 and controls various devices based on the output signals of the various sensors described above. For example, the ECU 20 controls the addition valve 11 so that the amount of ammonia supplied to the SCR catalyst 9 becomes an appropriate amount. Below, the control method of the addition valve 11 in a present Example is described.
  • Ammonia supplied from the addition valve 11 to the SCR catalyst 9 is adsorbed by the SCR catalyst 9.
  • a part of the ammonia adsorbed on the SCR catalyst 9 is consumed as a reducing agent for reducing NO X in the exhaust to nitrogen (N 2 ) or water (H 2 O). Further, excess ammonia that is not consumed as a reducing agent remains in the SCR catalyst 9.
  • Some of the ammonia remaining in the SCR catalyst 9 is desorbed from the SCR catalyst 9 without being consumed in the reduction of NO X. This desorbed ammonia remains as it is or is oxidized to NO X or reduced from NO X to N 2 and flows out from the SCR catalyst 9.
  • FIG. 2 shows the amount of ammonia flowing into the SCR catalyst 9 per unit time (ammonia inflow amount) and the reducing agent per unit time in the SCR catalyst 9 when the addition valve 11 continues to supply a constant amount of ammonia.
  • FIG. 6 is a diagram showing the change over time in the amount of ammonia (ammonia desorption amount) and the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 9 (ammonia adsorption amount).
  • ammonia adsorption amount when the surplus ammonia amount and the ammonia desorption amount are in an equilibrium state is referred to as an equilibrium adsorption amount.
  • the amount of ammonia supplied from the addition valve 11 per unit time is adjusted so that the excess ammonia amount and the ammonia desorption amount are in an equilibrium state.
  • the ammonia supply amount is adjusted so that the ammonia adsorption amount maintains the equilibrium adsorption amount. For example, when the ammonia adsorption amount reaches the target adsorption amount (equilibrium adsorption amount), the ammonia supply amount is made equal to the sum of the ammonia consumption amount and the ammonia desorption amount.
  • the ammonia supply amount is controlled so that, while suppressing decrease the amount of ammonia flowing out from the SCR catalyst 9, it is possible to increase the NO X purification rate.
  • the surplus ammonia amount and the ammonia desorption amount vary according to the space velocity (SV: SpaceeloVelocity) when the exhaust gas passes through the SCR catalyst 9.
  • the surplus ammonia amount and ammonia desorption amount vary according to the amount of exhaust gas flowing into the SCR catalyst per unit time (exhaust flow rate). For example, as shown in FIG. 3, when the exhaust gas flow rate is large, the amount of surplus ammonia increases and the ammonia consumption amount decreases compared to when the exhaust gas flow rate is small. As a result, the amount of ammonia flowing out from the SCR catalyst 9 may be excessively increased.
  • the addition amount is adjusted so that the surplus ammonia amount becomes equal to the target surplus amount.
  • the surplus ammonia amount is included in the amount of exhaust gas flowing into the SCR catalyst 9 per unit time (exhaust flow rate) and the exhaust gas flowing out of the SCR catalyst 9. The knowledge that it correlates with the multiplication value with the concentration of ammonia was obtained.
  • the exhaust flow rate Flw becomes equal to the intake air amount of the internal combustion engine 1 unless secondary air or the like is supplied in the exhaust passage 3 upstream from the SCR catalyst 9. Therefore, the output signal of the air flow meter 5 can be used as the exhaust flow rate Flw. As the ammonia concentration Cnh3, the output signal of the NH 3 sensor 14 can be used.
  • the ECU 20 calculates the surplus ammonia amount NH 3 mass by substituting the output signal of the air flow meter 5 and the output signal of the NH 3 sensor 14 into the equation (2). Then, the ECU 20 determines whether or not the surplus ammonia amount NH 3 mass is equal to the target surplus amount. When the surplus ammonia amount NH 3 mass is different from the target surplus amount, the target addition amount of ammonia is adjusted (corrected) using the difference therebetween as a parameter. For example, as in the example shown in FIG. 3 described above, when the surplus ammonia amount NH 3 mass is larger than the target surplus amount, the ECU 20 determines the surplus ammonia amount NH 3 mass and the target surplus amount from the target addition amount of ammonia.
  • the difference (a value obtained by subtracting the target surplus amount from the surplus ammonia amount NH 3 mass) is subtracted.
  • the ammonia addition amount is adjusted by such a method, as shown in FIG. 4, even if the exhaust gas flow rate is increased, the surplus ammonia amount can be made the target surplus amount.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a processing routine executed when the ECU 20 adds ammonia from the addition valve 11. This processing routine is stored in advance in the ROM of the ECU 20 and is periodically executed by the ECU 20.
  • the ECU 20 first reads the output signal (exhaust temperature) of the exhaust temperature sensor 13 in the processing of S101.
  • the ECU 20 determines whether or not the exhaust gas temperature read in the process of S101 is within the activation temperature range of the NH 3 sensor 14. If a negative determination is made in the process of S102, the ECU 20 returns to S101. If an affirmative determination is made in the process of S102, the ECU 20 proceeds to the process of S103.
  • the ECU 20 determines whether or not ammonia can be added from the addition valve 11. That is, it is determined whether or not the exhaust gas temperature read in the process of S101 is within the activation temperature range of the SCR catalyst 9. If a negative determination is made in the process of S103, the ECU 20 returns to the process of S101. If an affirmative determination is made in the process of S103, the ECU 20 proceeds to the process of S104, and controls the addition valve 11 to add the target addition amount of ammonia.
  • the ECU 20 reads the output signal (ammonia concentration Cnh3) of the NH 3 sensor 14.
  • the ECU 20 reads an output signal (exhaust gas flow Flw) of the air flow meter 5.
  • the acquisition means according to the present invention is realized by the ECU 20 executing the process of S106.
  • the ECU 20 calculates the surplus ammonia amount NH 3 mass by substituting the ammonia concentration Cnh3 read in the process of S105 and the exhaust gas flow Flw read in the process of S106 into the equation (2). .
  • the ECU 20 determines whether or not the surplus ammonia amount NH 3 mass calculated in the process of S107 is equal to the target surplus amount. In the process of S108, the ECU 20, when the difference between the surplus ammonia amount NH 3 mass and the target excess amount is not greater than the predetermined tolerance, a surplus amount of ammonia NH 3 mass and the target excess amount is equal to the determination May be.
  • the ECU 20 If an affirmative determination is made in the processing of S108, the ECU 20 once ends the execution of this routine. If a negative determination is made in the process of S108, the ECU 20 proceeds to the process of S109 and corrects the ammonia addition amount. Specifically, when the surplus ammonia amount NH 3 mass is larger than the target surplus amount, the ECU 20 determines the difference between the surplus ammonia amount NH 3 mass and the target surplus amount (amount obtained by subtracting the target surplus amount from the surplus ammonia amount NH 3 mass). Is subtracted from the target addition amount.
  • the ECU 20 sets the difference between the surplus ammonia amount NH 3 mass and the target surplus amount (amount obtained by subtracting the surplus ammonia amount NH 3 mass from the target surplus amount). Add to the amount added.
  • the target addition amount is corrected by such a method, when the exhaust flow rate Flw changes, the surplus ammonia amount NH 3 mass can be made equal to the target surplus amount. As a result, it is possible to avoid a situation in which the amount of ammonia flowing out from the SCR catalyst 9 becomes excessive.
  • control means according to the present invention is realized by the ECU 20 executing the processes of S107 and S108.
  • the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 9 is the target adsorption amount.
  • the surplus ammonia amount tends to increase when the exhaust flow rate is large compared to when the exhaust flow rate is small.
  • the ammonia adsorption amount tends to increase when the exhaust gas flow rate is large compared to when the exhaust gas flow rate is small. That is, regarding the exhaust flow rate, the surplus ammonia amount and the ammonia adsorption amount show the same tendency (proportional relationship).
  • the coefficient Kd is a value determined so that the ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 decreases as the temperature of the SCR catalyst 9 increases.
  • the coefficient Kd is a coefficient that increases as the temperature of the SCR catalyst 9 increases.
  • a coefficient Kd suitable for the specifications of the SCR catalyst 9 disposed in the exhaust passage 3 of the internal combustion engine 1 is obtained in advance by an adaptation process using experiments or the like. It is possible to leave. Therefore, in this embodiment, a map that defines the relationship between the temperature of the SCR catalyst 9 and the coefficient Kd (hereinafter referred to as “coefficient map”) is obtained in advance, and the coefficient map is stored in the ROM of the ECU 20.
  • the temperature of the SCR catalyst 9 correlates with the temperature of the exhaust gas flowing out from the SCR catalyst 9, the output signal of the exhaust temperature sensor 13 may be used as the temperature of the SCR catalyst 9. Further, the temperature of the SCR catalyst 9 may be calculated from the operating state of the internal combustion engine 1 (intake air amount, fuel injection amount, engine speed, etc.).
  • the actual ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 can be obtained. Then, the ECU 20 compares the actual ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 with the target adsorption amount, and corrects the ammonia addition amount according to the difference between them. Specifically, when the actual ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 is larger than the target adsorption amount, the ECU 20 calculates the difference between the ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 and the target adsorption amount (a value obtained by subtracting the target adsorption amount from the ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 ). What is necessary is just to subtract from the target addition amount.
  • the ECU 20 When the actual ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 is smaller than the target adsorption amount, the ECU 20 adds the difference between the ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 and the target adsorption amount (a value obtained by subtracting the ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 from the target adsorption amount) as a target addition. What is necessary is just to add to quantity.
  • the amount of ammonia added is adjusted (corrected) by the above-described method, the actual ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 is changed to the target adsorption amount (for example, equilibrium adsorption) even when the exhaust flow rate or the temperature of the SCR catalyst 9 changes. Amount).
  • the target adsorption amount for example, equilibrium adsorption
  • the NO X purification rate of the SCR catalyst 9 can be approximated to a desired NO X purification rate.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a processing routine executed when the ECU 20 adds ammonia from the addition valve 11.
  • This processing routine is stored in advance in the ROM of the ECU 20 and is periodically executed by the ECU 20.
  • FIG. 6 the same reference numerals are assigned to the same processes as those in the process routine of FIG. 5 described above.
  • the ECU 20 executes the process of S201 after executing the process of S107.
  • the ECU 20 obtains a coefficient Kd suitable for the temperature of the SCR catalyst 9 based on the exhaust gas temperature (the temperature of the SCR catalyst 9) read in the process of S101 and the coefficient map.
  • the ECU 20 calculates the actual ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 by substituting the surplus ammonia amount NH 3 mass calculated in the process of S107 and the coefficient Kd into the equation (3).
  • the ammonia adsorption amount ShigumaNH 3 calculated in the processing of S201 determines whether equal to the target adsorption amount. At that time, ECU 20, subject to the difference between the ammonia adsorption amount ShigumaNH 3 and the target adsorption amount is equal to or less than the allowable value, it may be determined that the ammonia adsorption amount ShigumaNH 3 and the target adsorption amount are equal.
  • the ECU 20 If an affirmative determination is made in the process of S202, the ECU 20 once ends the execution of this routine. On the other hand, if a negative determination is made in the process of S202, the ECU 20 proceeds to the process of S203, and corrects the ammonia addition amount (target addition amount). For example, when the ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 is larger than the target adsorption amount, the ECU 20 calculates the difference between the ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 and the target adsorption amount (a value obtained by subtracting the target adsorption amount from the ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 ) from the target addition amount. Subtract.
  • the ECU 20 sets the difference between the ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 and the target adsorption amount (a value obtained by subtracting the ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 from the target adsorption amount) as the target addition amount. to add.
  • the ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 can be approximated to the target adsorption amount.
  • the NO X purification rate of the SCR catalyst 9 can be approximated to a desired NO X purification rate.
  • the ammonia addition amount is corrected so that the ammonia adsorption amount ⁇ NH 3 becomes equal to the target adsorption amount, and the internal combustion engine 1 is mounted.
  • the ammonia addition amount may be corrected so that the surplus ammonia amount NH 3 mass becomes equal to the target surplus amount.

Abstract

　本発明は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、還元剤の供給量を適量にすることを課題とする。この課題を解決するために、本発明は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、単位時間あたりに選択還元型触媒へ流入する排気の流量と選択還元型触媒から流出する排気に含まれる還元剤の濃度との乗算値が余剰の還元剤量に相関する特性に基づいて、供給装置から供給される還元剤の量を調整するようにした。

Description

内燃機関の排気浄化装置
　本発明は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒へ還元剤を供給する技術に関する。
　内燃機関の排気浄化装置として、選択還元型触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）と、該選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、を備えたものが知られている。このような排気浄化装置において、内燃機関から排出されるＮＯＸの量と選択還元型触媒におけるＮＯＸ浄化率とに基づいて、選択還元型触媒における還元剤の消費量（ＮＯＸの浄化に寄与する還元剤の量）を算出する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。また、特許文献１には、還元剤の消費量に基づいて選択還元型触媒に吸着されている還元剤の量を演算し、還元剤の吸着量に応じて還元剤の供給量を調整する技術について記載されている。
特開２００３－２９３７３７号公報
　ところで、選択還元型触媒に吸着されている還元剤の量は、選択還元型触媒の温度や選択還元型触媒を通過する排気の流量によって変化する場合がある。そのため、上記した従来の技術によると、選択還元型触媒へ供給される還元剤の量が不適当な量になる可能性があった。
　本発明は、上記した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選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、還元剤の供給量を適量にすることができる技術の提供にある。
　本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、単位時間あたりに選択還元型触媒へ流入する排気の流量と選択還元型触媒から流出する排気に含まれる還元剤の濃度との乗算値が余剰の還元剤量に相関する特性に基づいて、供給装置から供給される還元剤の量を調整するようにした。
　詳細には、本発明に係わる内燃機関の排気浄化装置は、
　内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、
　選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、
　前記選択還元型触媒へ単位時間あたりに流入する排気の流量を取得する取得手段と、
　前記選択還元型触媒から流出する排気に含まれる還元剤の濃度を測定する測定手段と、
　前記取得手段により取得された排気流量と、前記測定手段により測定された濃度と、前記選択還元型触媒においてＮＯＸの浄化に消費されない還元剤の量である余剰還元剤量が前記排気流量と前記濃度の乗算値に相関する特性と、に基づいて余剰還元剤量を演算し、算出された余剰還元剤量をパラメータとして前記供給装置から供給される還元剤の量を制御する制御手段と、
を備えるようにした。
　ここでいう「供給装置」は、還元剤を供給するものであってもよく、排気中又は選択還元型触媒において還元剤に変化する物質（還元剤の前駆体）を供給するものであってもよい。
　供給装置から供給された還元剤は、選択還元型触媒に吸着される。選択還元型触媒に吸着された還元剤の一部は、排気中に含まれるＮＯＸを窒素や水等に還元するための還元剤として消費される。ＮＯＸの還元に消費されない余剰の還元剤は、選択還元型触媒から脱着したり、又は選択還元型触媒に残存したりする。
　ただし、供給装置が還元剤を供給し続けた場合は、単位時間あたりにＮＯＸの浄化に消費される還元剤の量（還元剤消費量）が徐々に増加する。また、余剰還元剤量が徐々に減少するとともに、単位時間あたりに選択還元型触媒から脱着する還元剤の量（還元剤脱着量）が徐々に増加する。そして、還元剤の供給量の積算値が所定量以上になると、余剰還元剤量と還元剤脱着量とが平衡状態になる。このような平衡状態が成立しているときは、選択還元型触媒に吸着されている還元剤の量が略一定量（平衡吸着量）に維持される。
　よって、選択還元型触媒に吸着されている還元剤の量（還元剤吸着量）が平衡吸着量と等しくなるように、還元剤の供給量が調整されると、選択還元型触媒から脱着する還元剤の量を少なく抑えつつ、選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率を高めることが可能となる。
　ところで、余剰還元剤量は、排気が選択還元型触媒を通過するときの空間速度（SV: Space Velocity）によって変化する。例えば、空間速度が高いときは低いときに比べ、余剰還元剤量が多くなる。余剰還元剤量が多い場合は少ない場合に比べ、還元剤消費量が少なくなるとともに、選択還元型触媒から脱着する還元剤の量が多くなる。したがって、還元剤の供給量は、排気が選択還元型触媒を通過するときの空間速度に応じて補正されることが望ましい。
　このような要求に対し、本願発明者が鋭意の実験及び検証を行った結果、余剰還元剤量は、排気が選択還元型触媒を通過するときの空間速度と選択還元型触媒から流出した排気に含まれる還元剤の濃度との乗算値に相関するという知見を得た。なお、排気が選択還元型触媒を通過するときの空間速度は、単位時間あたりに選択還元型触媒へ流入する排気の流量（排気流量）に置き換えることもできる。
　よって、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、取得手段により取得された排気流量と測定手段により測定された還元剤濃度との乗算値（余剰還元剤量）をパラメータとして還元剤の供給量を調整することにより、余剰還元剤量が過剰に多くなったり、又は過剰に少なくなったりする事態を回避するようにした。
　ここで、供給装置から供給される還元剤の量は、余剰還元剤量が目標余剰量と等しくなるように制御されてもよく、又は還元剤吸着量が目標吸着量と等しくなるように制御されてもよい。
　余剰還元剤は選択還元型触媒から脱着するため、余剰還元剤量が目標余剰量と等しくなるように還元剤の供給量が調整された場合は、選択還元型触媒から排出される還元剤の量を少なく抑えることが可能になる。
　一方、選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率は還元剤吸着量によって変化するため、還元剤吸着量が目標吸着量と等しくなるように還元剤の供給量が制御された場合は、選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率を所望のＮＯＸ浄化率に近似させることが可能になる。
　なお、還元剤吸着量が目標吸着量と等しくなるように還元剤の供給量を調整する場合は、選択還元型触媒が実際に吸着している還元剤の量を特定する必要がある。ここで、選択還元型触媒は、該選択還元型触媒の温度が高いときは低いときに比べ、余剰還元剤量が多くなるとともに還元剤吸着量が少なくなる特性を有する。よって、選択還元型触媒の温度と余剰還元剤量から還元剤吸着量を求めることができる。例えば、選択還元型触媒の温度に基づく係数をＫｄとした場合に、以下の式（１）が成立する。
　還元剤吸着量＝（余剰還元剤量）／Ｋｄ・・・（１）
　前記係数Ｋｄは、選択還元型触媒の仕様によって変化する値であるが、選択還元型触媒の仕様に適した値を予め実験的に求めておくことが可能である。よって、前記相関関係に基づいて算出された余剰還元剤量を前記式（１）に代入することにより、還元剤吸着量を算出することができる。
　上記した方法により算出された還元剤吸着量が目標吸着量と等しくなるように、還元剤の供給量が調整されると、選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率を目標ＮＯＸ浄化率に近似させることができる。
　本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ還元剤を供給する供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、還元剤の供給量を適量にすることができる。
本発明を適用する内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 アンモニア流入量とアンモニア消費量と余剰アンモニア量とアンモニア脱着量とアンモニア吸着量との経時変化を示す図である。 排気流量が変化した場合の余剰アンモニア量とアンモニア消費量の割合を示す図である。 排気流量の変化に応じてアンモニアの添加量を補正した場合の余剰アンモニア量とアンモニア消費量の割合を示す図である。 第１の実施例において、添加弁からアンモニアを添加する際に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。 第２の実施例において、添加弁からアンモニアを添加する際に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。
　＜実施例１＞
　先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図５に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関の吸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、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、希薄燃焼運転される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、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。吸気通路２と排気通路３には、遠心過給機（ターボチャージャ）４のコンプレッサ４ａとタービン４ｂがそれぞれ配置されている。
　ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａより上流側の吸気通路２には、エアフローメータ５及びスロットル弁６が設けられている。エアフローメータ５は、吸気通路２を流通する新気（空気）の量（質量）を検出するセンサである。スロットル弁６は、吸気通路２を流通する空気の量（吸入空気量）を調整する弁機構である。
　ターボチャージャ４のタービン４ｂより下流側の排気通路３には、排気の流れ方向の上流側から順に、酸化触媒７、フィルタ８、添加弁１１、選択還元型触媒９（以下、ＳＣＲ触媒９と称する。）、及びアンモニアスリップ触媒１０が設けられている。
　フィルタ８は、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。酸化触媒７は、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化する。なお、酸化触媒７は、フィルタ８に担持されてもよい。また、酸化触媒７は、酸化機能のみを有するものに限られず、例えば、三元触媒であってもよい。
　ＳＣＲ触媒９は、アンモニア（ＮＨ３）を還元剤として排気中のＮＯＸを還元する触媒である。添加弁１１は、ＳＣＲ触媒９に還元剤たるアンモニアを供給するために、排気中にアンモニアを添加する。なお、添加弁１１は、最終的にアンモニアに変化する物質（アンモニアの前駆体）を添加するものであってもよい。例えば、添加弁１１は、尿素水を添加するものであってもよい。この場合、添加弁１１から尿素水として添加された尿素は排気の熱で加水分解されアンモニアとなる。
　本実施例においては、添加弁１１が本発明に係る供給装置に相当する。ただし、本発明に係る供給装置から供給される物質はアンモニア（又はアンモニアの前駆体）に限られるものではなく、ＳＣＲ触媒においてＮＯＸを還元させるための還元剤として機能する物質であればよい。また、本発明に係る供給装置から供給される還元剤は固体、液体、気体の何れの状態のものであってもよい。
　アンモニアスリップ触媒１０は酸化機能を有している。このアンモニアスリップ触媒１０において、ＳＣＲ触媒９から流出したアンモニアがＮ２に酸化される。これにより、車両の外部へのアンモニアの流出が抑制される。
　フィルタ８と添加弁１１の間の排気通路３には、ＮＯＸセンサ１２が設けられている。ＳＣＲ触媒９とアンモニアスリップ触媒１０の間の排気通路３には、排気温度センサ１３とＮＨ３センサ１４が設けられている。ＮＯＸセンサ１２は、ＳＣＲ触媒９へ流入する排気に含まれるＮＯＸの濃度を測定するセンサである。排気温度センサ１３は、ＳＣＲ触媒９から流出する排気の温度を測定するセンサである。ＮＨ３センサ１４は、ＳＣＲ触媒９から流出する排気に含まれるアンモニアの濃度を測定するセンサであり、本発明に係わる測定手段に相当する。
　内燃機関１には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、前記したエアフローメータ５、ＮＯＸセンサ１２、排気温度センサ１３、ＮＨ３センサ１４に加え、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ２１は、内燃機関１のクランク角度を検出する。アクセル開度センサ２２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。上記した各種センサの出力信号は、ＥＣＵ２０に入力される。
　また、ＥＣＵ２０は、スロットル弁６や添加弁１１等の各種機器と電気的に接続され、前記した各種センサの出力信号に基づいて各種機器を制御する。例えば、ＥＣＵ２０は、ＳＣＲ触媒９に供給されるアンモニアの量が適量となるように、添加弁１１を制御する。以下では、本実施例における添加弁１１の制御方法について述べる。
　添加弁１１からＳＣＲ触媒９へ供給されたアンモニアは、ＳＣＲ触媒９に吸着される。ＳＣＲ触媒９に吸着されたアンモニアの一部は、排気中のＮＯＸを窒素（Ｎ２）や水（Ｈ２Ｏ）に還元するための還元剤として消費される。また、還元剤として消費されない余剰のアンモニアは、ＳＣＲ触媒９に残存する。ＳＣＲ触媒９に残存したアンモニアのうちの一部は、ＮＯＸの還元に消費されずにＳＣＲ触媒９から脱着する。この脱着したアンモニアは、アンモニアのまま、又は、酸化されてＮＯＸとなって、又は、ＮＯＸから還元されてＮ２となってＳＣＲ触媒９から流出する。
　図２は、添加弁１１が一定量のアンモニアを供給し続けた場合において、単位時間あたりにＳＣＲ触媒９へ流入するアンモニア量（アンモニア流入量）と、ＳＣＲ触媒９において単位時間あたりに還元剤として消費されるアンモニア量（アンモニア消費量）と、ＳＣＲ触媒９において還元剤として消費されずに残存するアンモニアの単位時間あたりの量（余剰アンモニア量）と、単位時間あたりにＳＣＲ触媒９から脱着するアンモニアの量（アンモニア脱着量）と、ＳＣＲ触媒９に吸着されているアンモニアの量（アンモニア吸着量）と、の経時変化を示す図である。
　図２に示すように、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が略零の状態から一定量のアンモニアが供給され続けると、アンモニア消費量、アンモニア脱着量、及びアンモニア吸着量が徐々に増加する。一方、余剰アンモニア量は、時間の経過とともに徐々に減少する。アンモニアの供給量の積算値が所定量以上になると（図２中のｔ）、余剰アンモニア量とアンモニア脱着量が略等しくなる（平衡状態）。余剰アンモニア量とアンモニア脱着量が平衡状態あるときは、アンモニア消費量が略一定量（単位時間あたりに還元されるＮＯＸの量が略一定量）になるとともに、ＳＣＲ触媒９に吸着されているアンモニアの量（アンモニア吸着量）も略一定量になる。以下では、余剰アンモニア量とアンモニア脱着量が平衡状態にあるときのアンモニア吸着量を平衡吸着量と称する。
　単位時間あたりに添加弁１１から供給されるアンモニアの量（アンモニア供給量）は、余剰アンモニア量とアンモニア脱着量が平衡状態になるように調整される。言い換えると、アンモニア吸着量が平衡吸着量を維持するように、アンモニア供給量が調整される。例えば、アンモニア吸着量が目標吸着量（平衡吸着量）に達しているときは、アンモニア供給量は、アンモニア消費量とアンモニア脱着量の総和に等しくされる。このようにアンモニア供給量が制御されると、ＳＣＲ触媒９から流出するアンモニアの量を少なく抑えつつ、ＮＯＸ浄化率を高めることができる。
　ところで、余剰アンモニア量やアンモニア脱着量は、排気がＳＣＲ触媒９を通過する際の空間速度（SV:Space Velocity）に応じて変化する。言い換えると、余剰アンモニア量やアンモニア脱着量は、単位時間あたりにＳＣＲ触媒へ流入する排気の量（排気流量）に応じて変化する。例えば、図３に示すように、排気流量が多いときは少ないときに比べ、余剰アンモニア量が多くなるとともに、アンモニア消費量が減少する。その結果、ＳＣＲ触媒９から流出するアンモニアの量が過剰に多くなる可能性がある。
　そこで、本実施例では、余剰アンモニア量が目標余剰量と等しくなるように、添加量を調整するようにした。ここで、本願発明者が鋭意の実験及び検証を行った結果、余剰アンモニア量は、単位時間あたりにＳＣＲ触媒９へ流入する排気の量（排気流量）とＳＣＲ触媒９から流出する排気に含まれるアンモニアの濃度との乗算値に相関するという知見を得た。
　すなわち、余剰アンモニア量をＮＨ３ｍａｓｓ、排気流量をＦｌｗ、アンモニア濃度をＣｎｈ３とした場合に、以下の式（２）が成立する。
　ＮＨ３ｍａｓｓ＝Ｆｌｗ＊Ｃｎｈ３・・・（２）
　ここで、排気流量Ｆｌｗは、ＳＣＲ触媒９より上流の排気通路３において２次エア等が供給されない限り、内燃機関１の吸入空気量と同等になる。よって、排気流量Ｆｌｗとしては、エアフローメータ５の出力信号を用いることができる。アンモニア濃度Ｃｎｈ３としては、ＮＨ３センサ１４の出力信号を用いることができる。
　ＥＣＵ２０は、エアフローメータ５の出力信号とＮＨ３センサ１４の出力信号を前記式（２）に代入することにより、余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓを算出する。そして、ＥＣＵ２０は、余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓが目標余剰量と等しいか否かを判別する。余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓと目標余剰量が相異する場合は、それらの差をパラメータとしてアンモニアの目標添加量を調整（補正）する。例えば、前述した図３に示した例のように、余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓが目標余剰量より多い場合は、ＥＣＵ２０は、アンモニアの目標添加量から、余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓと目標余剰量の差分（余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓから目標余剰量を差し引いた値）を減算する。このような方法によってアンモニア添加量が調整されると、図４に示すように、排気流量が増加した場合であっても、余剰アンモニア量を目標余剰量にすることができる。
　以下、本実施例におけるアンモニア添加量の制御手順について図５に沿って説明する。図５は、ＥＣＵ２０が添加弁１１からアンモニアを添加させるときに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、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ２０によって周期的に実行される。
　図５の処理ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１の処理において、排気温度センサ１３の出力信号（排気温度）を読み込む。
　Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０１の処理で読み込まれた排気温度がＮＨ３センサ１４の活性温度範囲にあるか否かを判別する。Ｓ１０２の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０１へ戻る。Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３の処理へ進む。
　Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ２０は、添加弁１１からアンモニアを添加可能な状態にあるか否かを判別する。すなわち、Ｓ１０１の処理で読み込まれた排気温度がＳＣＲ触媒９の活性温度範囲にあるか否かを判別する。Ｓ１０３の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０１の処理へ戻る。Ｓ１０３の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４の処理へ進み、目標添加量のアンモニアを添加するように添加弁１１を制御する。
　Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ２０は、ＮＨ３センサ１４の出力信号（アンモニア濃度Ｃｎｈ３）を読み込む。
　Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ２０は、エアフローメータ５の出力信号（排気流量Ｆｌｗ）を読み込む。ＥＣＵ２０がＳ1０６の処理を実行することにより、本発明に係わる取得手段が実現される。
　Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５の処理で読み込まれたアンモニア濃度Ｃｎｈ３とＳ１０６の処理で読み込まれた排気流量Ｆｌｗを前記式（２）に代入することにより、余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓを算出する。
　Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０７の処理で算出された余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓが目標余剰量と等しいか否かを判別する。なお、Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ２０は、余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓと目標余剰量との差が予め定められた許容値以下であるときは、余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓと目標余剰量が等しいと判定してもよい。
　Ｓ１０８の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行をいったん終了する。Ｓ１０８の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０９の処理へ進み、アンモニア添加量を補正する。詳細には、余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓが目標余剰量より多い場合は、ＥＣＵ２０は、余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓと目標余剰量の差分（余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓから目標余剰量を差し引いた量）を目標添加量から減算する。一方、余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓが目標余剰量より少ない場合は、ＥＣＵ２０は、余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓと目標余剰量の差分（目標余剰量から余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓを差し引いた量）を目標添加量に加算する。このような方法により目標添加量が補正されると、排気流量Ｆｌｗが変化した場合に、余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓを目標余剰量と同等にすることができる。その結果、ＳＣＲ触媒９から流出するアンモニアの量が過剰に多くなる事態を回避することができる。
　なお、ＥＣＵ２０がＳ１０７及びＳ１０８の処理を実行することにより、本発明に係わる制御手段が実現される。
　以上述べた実施例によれば、排気流量Ｆｌｗが変化した場合であっても、余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓが目標余剰量と等しくなるように、アンモニア添加量を調整することが可能になる。その結果、ＳＣＲ触媒９から流出するアンモニアの量が過剰に多くなる事態を回避することができる。
　＜実施例２＞
　次に、本発明の第２の実施例について図６に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
　前述した第１の実施例では、余剰アンモニア量が目標余剰量と等しくなるようにアンモニアの添加量を調整する例について述べたが、本実施例では、ＳＣＲ触媒９のアンモニア吸着量が目標吸着量と等しくなるようにアンモニアの添加量を調整する例について述べる。
　余剰アンモニア量は、排気流量が少ないときに比して多いときに多くなる傾向がある。アンモニア吸着量は、余剰アンモニア量と同様に、排気流量が少ないときに比して多いときに多くなる傾向がある。つまり、排気流量については、余剰アンモニア量とアンモニア吸着量が同様の傾向（比例関係）を示す。
　しかしながら、ＳＣＲ触媒９の温度（床温）については、余剰アンモニア量とアンモニア吸着量が異なる傾向を示す。すなわち、ＳＣＲ触媒９の温度が高いときは低いときに比べ、余剰アンモニア量が多くなるが、アンモニア吸着量が少なく傾向がある。これらの傾向を鑑みると、以下の式（３）が成立する。なお、式（３）中のΣＮＨ３は、アンモニア吸着量を示し、ＫｄはＳＣＲ触媒９の温度に応じた係数を示す。
　ΣＮＨ３＝ＮＨ３ｍａｓｓ／Ｋｄ・・・（３）
　ここで、前記係数Ｋｄは、ＳＣＲ触媒９の温度が高くなるほど、アンモニア吸着量ΣＮＨ３が少なくなるように定められた値である。詳細には、前記係数Ｋｄは、ＳＣＲ触媒９の温度が高くなるほど大きな値になる係数である。このような係数Ｋｄは、ＳＣＲ触媒９の仕様によって変化するが、内燃機関１の排気通路３に配置されるＳＣＲ触媒９の仕様に適した係数Ｋｄを予め実験等を利用した適合処理によって求めておくことが可能である。よって、本実施例においては、ＳＣＲ触媒９の温度と係数Ｋｄとの関係を規定したマップ（以下、「係数マップ」と称する）を予め求めておくとともに、係数マップをＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させておくものとする。なお、ＳＣＲ触媒９の温度は該ＳＣＲ触媒９から流出する排気の温度に相関するため、排気温度センサ１３の出力信号をＳＣＲ触媒９の温度として用いてもよい。また、ＳＣＲ触媒９の温度は、内燃機関１の運転状態（吸入空気量、燃料噴射量、機関回転数等）から演算されてもよい。
　このような方法によれば、実際のアンモニア吸着量ΣＮＨ３を求めることができる。そして、ＥＣＵ２０は、実際のアンモニア吸着量ΣＮＨ３と目標吸着量とを比較し、それらの差分に応じてアンモニアの添加量を補正すればよい。詳細には、実際のアンモニア吸着量ΣＮＨ３が目標吸着量より多い場合は、ＥＣＵ２０は、アンモニア吸着量ΣＮＨ３と目標吸着量の差分（アンモニア吸着量ΣＮＨ３から目標吸着量を差し引いた値）を目標添加量から減算すればよい。また、実際のアンモニア吸着量ΣＮＨ３が目標吸着量より少ない場合は、ＥＣＵ２０は、アンモニア吸着量ΣＮＨ３と目標吸着量の差分（目標吸着量からアンモニア吸着量ΣＮＨ３を差し引いた値）を目標添加量に加算すればよい。
　上記した方法によってアンモニアの添加量が調整（補正）されると、排気流量やＳＣＲ触媒９の温度が変化した場合であっても、実際のアンモニア吸着量ΣＮＨ３を目標吸着量（例えば、平衡吸着量）に近似させることができる。その結果、ＳＣＲ触媒９のＮＯＸ浄化率を所望のＮＯＸ浄化率に近似させることも可能になる。
　以下、本実施例におけるアンモニア添加量の制御手順について図６に沿って説明する。図６は、ＥＣＵ２０が添加弁１１からアンモニアを添加させるときに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、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ２０によって周期的に実行される。なお、図６中において、前述した図５の処理ルーチンと同様の処理については同等の符号が付されている。
　図６の処理ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０７の処理を実行した後に、Ｓ２０１の処理を実行する。Ｓ２０１の処理では、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０１の処理で読み込まれた排気温度（ＳＣＲ触媒９の温度）と前記係数マップに基づいて、ＳＣＲ触媒９の温度に適した係数Ｋｄを求める。ＥＣＵ２０は、Ｓ１０７の処理で算出された余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓと前記係数Ｋｄを前記式（３）に代入することにより、実際のアンモニア吸着量ΣＮＨ３を演算する。
　ＥＣＵ２０は、Ｓ２０１の処理を実行した後にＳ２０２の処理へ進み、Ｓ２０１の処理で算出されたアンモニア吸着量ΣＮＨ３が目標吸着量と等しいか否かを判別する。その際、ＥＣＵ２０は、アンモニア吸着量ΣＮＨ３と目標吸着量との差が許容値以下であることを条件として、アンモニア吸着量ΣＮＨ３と目標吸着量が等しいと判定してもよい。
　Ｓ２０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行をいったん終了する。一方、Ｓ２０２の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０３の処理へ進み、アンモニアの添加量（目標添加量）を補正する。例えば、アンモニア吸着量ΣＮＨ３が目標吸着量より多い場合は、ＥＣＵ２０は、アンモニア吸着量ΣＮＨ３と目標吸着量の差（アンモニア吸着量ΣＮＨ３から目標吸着量を差し引いた値）を目標添加量から減算する。一方、アンモニア吸着量ΣＮＨ３が目標吸着量より少ない場合は、ＥＣＵ２０は、アンモニア吸着量ΣＮＨ３と目標吸着量の差（目標吸着量からアンモニア吸着量ΣＮＨ３を差し引いた値）を目標添加量に加算する。
　以上述べた実施例によれば、排気流量ＦｌｗやＳＣＲ触媒９の温度が変化した場合であっても、アンモニア吸着量ΣＮＨ３を目標吸着量に近似させることができる。その結果、ＳＣＲ触媒９のＮＯＸ浄化率を所望のＮＯＸ浄化率に近似させることができる。
　なお、前述した第１の実施例と第２の実施例は、適当に組み合わせることができる。例えば、内燃機関１から排出されるＮＯＸの量が多くなり易い高負荷運転時はアンモニア吸着量ΣＮＨ３が目標吸着量と等しくなるようにアンモニアの添加量が補正され、内燃機関１を搭載した車両の走行速度が小さいときや該車両の停車時は余剰アンモニア量ＮＨ３ｍａｓｓが目標余剰量と等しくなるようにアンモニアの添加量が補正されてもよい。
１     内燃機関
２     吸気通路
３     排気通路
４     ターボチャージャ
５     エアフローメータ
６     スロットル弁
７     酸化触媒
８     フィルタ
９     ＳＣＲ触媒
１０   アンモニアスリップ触媒
１１   添加弁
１２   ＮＯＸセンサ
１３   排気温度センサ
１４   ＮＨ３センサ
２０   ＥＣＵ
２１   クランクポジションセンサ
２２   アクセル開度センサ

Claims (3)

  1. 　内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、
    　選択還元型触媒へ還元剤又は還元剤の前駆体である還元剤を供給する供給装置と、
    　前記選択還元型触媒へ単位時間あたりに流入する排気の流量を取得する取得手段と、
    　前記選択還元型触媒から流出する排気に含まれる還元剤の濃度を測定する測定手段と、
    　前記取得手段により取得された排気流量と、前記測定手段により測定された還元剤濃度と、前記選択還元型触媒においてＮＯＸの浄化に消費されない還元剤の量である余剰還元剤量が前記排気流量と前記還元剤濃度との乗算値に相関する関係と、に基づいて余剰還元剤量を演算し、算出された余剰還元剤量をパラメータとして還元剤の供給量を調整する制御手段と、
    を備える内燃機関の排気浄化装置。
  2. 　請求項１において、前記制御手段は、余剰還元剤量が目標余剰還元剤量と等しくなるように還元剤の供給量を調整する内燃機関の排気浄化装置。
  3. 　請求項１において、前記選択還元型触媒の温度に相関する温度を検出する検出手段をさらに備え、
    　前記制御手段は、前記検出手段により検出された温度が高いときは低いときに比べ、余剰還元剤量が多くなるとともに前記選択還元型触媒に吸着されている還元剤の量である還元剤吸着量が少なくなる特性に基づいて還元剤吸着量を演算し、算出された還元剤吸着量が目標還元剤吸着量と等しくなるように還元剤の供給量を調整する内燃機関の排気浄化装置。
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