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JP5900617B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Description

本発明は、排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
内燃機関の排気通路に、還元剤が供給されることで排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒と称する場合もある）を設ける場合がある。ＳＣＲ触媒に供給された還元剤は該ＳＣＲ触媒に吸着する。そして、ＳＣＲ触媒に吸着された還元剤がＮＯｘの還元に使用される。ここで、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ量に対する該ＳＣＲ触媒において還元されるＮＯｘ量の割合をＮＯｘ浄化率とする。
特許文献１及び２には、アンモニア（ＮＨ3）を還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置が記載されている。この特許文献１及び２に記載の排気浄化装置においては、排気通路に設けられたＳＣＲ触媒にアンモニアを供給するために、該ＳＣＲ触媒より上流側の排気中に尿素水が添加される。
さらに、特許文献１には、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量の推定値が所定量以下であると規定量以上の尿素水を添加し、該推定値が該所定量を超えると該規定量より少ない量の尿素水を添加する技術が開示されている。ここでの所定量とは、内燃機関のあらゆる運転状態で一定以上のＮＯｘ浄化率を実現でき且つＳＣＲ触媒からのアンモニアのスリップを抑制できるか否かの閾値である。
また、特許文献２には、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの実吸着量（吸着量の推定値）が目標吸着量に向けて増大するのに従い、該アンモニアの実吸着量を目標吸着量に向けて増大させるための排気中への尿素水の供給量を減少させる技術が開示されている。
また、特許文献１及び２に記載の技術では、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ量とＮＯｘ触媒でのＮＯｘ浄化率とに基づいて、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘの還元に消費されたアンモニア量が算出される。さらに、尿素水の添加量（アンモニアの供給量）とＮＯｘの還元に消費されたアンモニア量とに基づいて、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量が推定される。
特開２０１１−２４１６８６号公報 特開２０１０−０５３７０３号公報
上述したように、ＳＣＲ触媒には供給された還元剤が吸着し、吸着した還元剤がＮＯｘの還元に消費される。ここで、ＳＣＲ触媒に還元剤が供給された時に、該ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量が過剰に多いと、該ＳＣＲ触媒に吸着されずに流出する、又は該ＳＣＲ触媒に一旦吸着してもＮＯｘの還元には消費されずに該ＳＣＲ触媒から脱着して流出する還元剤の量が増加する虞がある。このようなＳＣＲ触媒からの還元剤の流出量の過剰な増加を抑制しつつ目標ＮＯｘ浄化率を達成するためには、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を、目標ＮＯｘ浄化率に応じて定められる目標吸着量に制御する必要がある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に制御することができる技術を提供することを目的とする。
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤が供給されることで排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する供給装置と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合に、前記供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量を、前記選択還元型ＮＯｘ触媒でのＮＯｘの還元に消費される単位時間当たりの還元剤量である還元消費量に所定量を加算した量に制御する制御部と、を備える。
ここで、供給装置には、還元剤そのものをＳＣＲ触媒に供給するもののみならず、最終的に還元剤に変化する物質（還元剤の前駆体）を供給するものも含まれる。
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいては、供給装置から供給されＳＣＲ触媒に吸着した還元剤が排気中のＮＯｘの還元に消費される。また、ＮＯｘの還元に消費される量よりも多くの還元剤がＳＣＲ触媒に供給されると、ＳＣＲ触媒に吸着した還元剤のうちの余剰分がＳＣＲ触媒に残る。さらに、余剰分としてＳＣＲ触媒に残った還元剤のうちの一部は、ＮＯｘの還元に消費されずにＳＣＲ触媒から脱着する。
従って、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量が目標吸着量に達した状態で、供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量を、ＳＣＲ触媒でのＮＯｘの還元に消費される単位時間当たりの還元剤量である還元消費量と同量とすると、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量は、ＮＯｘの還元に消費されずにＳＣＲ触媒から脱着する分徐々に減少する。つまり、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量が目標吸着量よりも少なくなる。
そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいては、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合、供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量を、還元消費量に所定量を加算した量に制御する。つまり、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合、ＳＣＲ触媒に単位時間当たりに供給される還元剤の量を還元消費量よりも多くする。
本発明によれば、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合、ＮＯｘの還元に消費される分の還元剤のみならず、ＮＯｘの還元に消費されずにＳＣＲ触媒から脱着する分の還元剤もＳＣＲ触媒に供給することができる。そのため、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に制御することができる。
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、ＳＣＲ触媒に吸着された還元剤のうち、ＮＯｘの還元に消費されずに該ＳＣＲ触媒から脱着する単位時間当たりの還元剤量である脱着量を算出する脱着量算出部をさらに備えてもよい。また、この場合、制御部は、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合に、前記所定量を脱着量算出部によって算出された脱着量と同量に設定してもよい。つまり、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合、ＳＣＲ触媒に単位時間当たりに供給される還元剤の量を、還元消費量に脱着量を加算した量としてもよい。
これによれば、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量により高精度で維持することができる。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムが脱着量算出部をさらに備えているときに、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量が目標吸着量よりも少ない場合、制御部は、供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量を、還元消費量に脱着量よりも多い量を加算した量に制御してもよい。また、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量が目標吸着量よりも多い場合、制御部は、供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量を、還元消費量に脱着量よりも少ない量を加算した量に制御してもよい。
これによれば、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量が目標吸着量よりも少ない場合は、該還元剤の吸着量を目標吸着量に向けて増加させることができる。また、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量が目標吸着量よりも多い場合は、該還元剤の吸着量を目標吸着量に向けて減少させることができる。
ここで、ＳＣＲ触媒の温度が高いほど、還元剤の脱着量は増加する。そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいては、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合、制御部が、ＳＣＲ触媒の温度が高いほど前記所定量をより多い量に設定してもよい。
これによれば、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を維持する場合に、還元剤の脱着量が多いほど、ＳＣＲ触媒に単位時間当たりに供給される還元剤の量が増加される。そのため、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に制御することができる。
また、ＳＣＲ触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘ量である流入ＮＯｘ量に対する供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量の割合を一定とすると、流入ＮＯｘ量が増加した場合、供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量も増加する。この場合でも、単位時間当たりにＳＣＲ触媒に吸着する還元剤の全体量に対するＮＯｘの還元に消費される還元剤量及び余剰分としてＳＣＲ触媒に残る還元剤量の割合は一定である。そのため、余剰分としてＳＣＲ触媒に残る還元剤量自体は増加する。従って、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量の増加量が大きくなる。
そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいては、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合、制御部が、流入ＮＯｘ量が多いほど、該流入ＮＯｘ量に対する供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量の割合が小さくなるように所定量を設定してもよい。
これによれば、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を維持する場合に、流入ＮＯｘ量が増加しても、余剰分としてＳＣＲ触媒に残る還元剤量の過剰な増加を抑制することができる。そのため、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に制御することができる。
本発明によれば、ＳＣＲ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に制御することができる。
実施例１に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 ＳＣＲ触媒に流入する単位時間当たりのアンモニア量（アンモニア流入量）、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘの還元に消費される単位時間あたりのアンモニア量（還元消費量）、余剰分としてＳＣＲ触媒に残る単位時間当たりのアンモニア量（余剰吸着量）、ＮＯｘの還元に消費されずにＳＣＲ触媒から脱着する単位時間当たりのアンモニア量（脱着量）、及びＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着量の推移を示す図である。 実施例１に係るアンモニア添加量の制御フローを示すフローチャートである。 ＳＣＲ触媒の温度及び当量比（ＮＨ3供給量／流入ＮＯｘ量）と平衡吸着量との関係を示す図である。 実施例２に係るアンモニア添加量制御における、ＳＣＲ触媒の温度と基準吸着操作量との関係を示す図である。 実施例２に係るアンモニア添加量の制御フローを示すフローチャートである。 実施例３に係るアンモニア添加量制御における、流入ＮＯｘ量と基準目標当量比との関係を示す図である。 実施例３に係るアンモニア添加量の制御フロー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。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは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＞
［吸排気系の概略構成］
以下、本発明の実施例１に係る内燃機関の排気浄化システムについて図１〜４を参照して説明する。図１は、本実施例に係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、車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。
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。また、内燃機関１の吸排気系にはターボチャージャ４が設けられている。ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａは吸気通路２に設けられており、ターボチャージャ４のタービン４ｂは排気通路３に設けられている。
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を流通する吸気の量を検出する。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）を制御する。
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ＮＯｘ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。このフィルタ８に酸化触媒７を担持させてもよい。また、酸化触媒７に代えて、酸化機能を有する他の触媒（例えば三元触媒）を設置してもよい。
ＳＣＲ触媒９は、アンモニア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。尚、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より下流側且つ添加弁１１より上流側の排気通路３には、第一ＮＯｘセンサ１２及び排気温度センサ１３が設けられている。アンモニアスリップ触媒１０より下流側の排気通路３には、第二ＮＯｘセンサ１４が設けられている。第一、第二ＮＯｘセンサ１２，１４は排気のＮＯｘ濃度を検出する。排気温度センサ１３は排気の温度を検出する。尚、これらのセンサの全てが必須というわけではなく、必要に応じて設けることができる。
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、エアフローメータ５、第一、第二ＮＯｘセンサ１２，１４、排気温度センサ１３が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ２０には、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。そして、各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。
ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２１の出力値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を算出する。また、ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２２の出力値に基づいて内燃機関１の機関負荷を算出する。
ＥＣＵ２０は、排気温度センサ１３の検出値に基づいてＳＣＲ触媒９の温度を推定する。尚、ＳＣＲ触媒９よりも下流側の排気通路３に排気温度センサが設けられている場合も、該排気温度の検出値に基づいてＳＣＲ触媒９の温度を推定することもできる。また、内燃機関１の運転状態に基づいてＳＣＲ触媒９の温度を推定することもできる。
ＥＣＵ２０は、エアフローメータ５の検出値及び第一ＮＯｘセンサ１２の検出値に基づいて、ＳＣＲ触媒９に流入する単位時間当たりのＮＯｘ量である流入ＮＯｘ量を算出することができる。さらに、ＥＣＵ２０は、第一及び第二ＮＯｘセンサ１２，１４の検出値に基づいて、ＳＣＲ触媒９でのＮＯｘ浄化率を算出することができる。
また、ＥＣＵ１０には、スロットル弁６及び添加弁１１が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ１０によって、これらの装置が制御される。
［アンモニア吸着量の推移］
上述したように、ＳＣＲ触媒９には、供給されたアンモニアが吸着する。そして、ＳＣＲ触媒９に吸着したアンモニアが排気中のＮＯｘの還元に消費される。また、ＳＣＲ触媒９に吸着したアンモニアのうちの余剰分がＳＣＲ触媒９に残る。
さらに、余剰分としてＳＣＲ触媒９に残ったアンモニアの内の一部は、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、ＳＣＲ触媒９に流入する単位時間当たりのアンモニア量（以下、アンモニア流入量と称する場合もある）、ＳＣＲ触媒９におけるＮＯｘの還元に消費される単位時間あたりのアンモニア量（以下、還元消費量と称する場合もある）、余剰分としてＳＣＲ触媒９に残る単位時間当たりのアンモニア量（以下、余剰吸着量と称する場合もある）、ＮＯｘの還元に消費されずにＳＣＲ触媒９から脱着する単位時間当たりのアンモニア量（以下、脱着量と称する場合もある）、及びＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量の推移を示す図である。
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、還元消費量が徐々に増加すると共に余剰吸着量が徐々に減少する。また、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が徐々に増加し、これに伴って脱着量が徐々に増加する。そして、ある程度の時間が経過すると、余剰吸着量と脱着量とが平衡状態となる。余剰吸着量と脱着量とが平衡状態となると、それ以降は還元消費量が一定となる。つまり、ＳＣＲ触媒９における単位時間当たりのＮＯｘ還元量が一定となる。また、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量も一定に維持される。以下、この余剰吸着量と脱着量とが平衡状態である時のＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量を平衡吸着量と称する場合もある。
［アンモニア添加量の制御］
次に、本実施例に係る添加弁からの単位時間当たりのアンモニアの添加量（以下、アンモニア添加量と称する場合もある）の制御について説明する。
上述したように、ＳＣＲ触媒９に吸着し、直ちにはＮＯｘの還元には使用されずに余剰分としてＳＣＲ触媒９に残っ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。ここで、ＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着量がある程度の量である状態で、仮にアンモニア添加量を還元消費量と同量とした場合、余剰吸着量は零となる。この場合でも、ＳＣＲ触媒９からは脱着量分のアンモニアが脱着する。そのため、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニアの吸着量は徐々に減少する。
そこで、本実施例においては、還元消費量のみならず脱着量をも考慮してアンモニア添加量を制御する。より詳しくは、アンモニア添加量を、還元消費量に吸着量操作量を加算した量に制御する。そして、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が目標吸着量に達しており、該アンモニア吸着量を目標吸着量に維持する場合は、吸着操作量を脱着量と同量に設定する。これによれば、還元消費量に脱着量を加算した量のアンモニアがＳＣＲ触媒９に供給される。そのため、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量を、その時点の吸着量、即ち目標吸着量に維持することができる。
また、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が目標吸着量よりも少ない場合は、吸着量操作量を脱着量よりも多い量に設定する。これによれば、還元消費量に脱着量よりも多い量を加算した量のアンモニアがＳＣＲ触媒９に供給される。そのため、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量を、目標吸着量に向けて増加させることができる。
また、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が目標吸着量よりも多い場合は、吸着量操作量を脱着量よりも少ない量に設定する。これによれば、還元消費量に脱着量よりも少ない量を加算した量のアンモニアがＳＣＲ触媒９に供給される。そのため、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量を、目標吸着量に向けて減少させることができる。
上記のようにアンモニア添加量を制御することで、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量を目標吸着量に制御することができる。
以下、本実施例に係るアンモニア添加量の制御フローについて図３に基づいて説明する。図３は、本実施例に係るアンモニア添加量の制御フローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、エアフローメータ５の検出値及び第一及ＮＯｘセンサ１２の検出値に基づいて流入ＮＯｘ量Ｑｉｎｎｏｘが算出される。次に、ステップＳ１０２において、第一及び第二ＮＯｘセンサ１２，１４の検出値に基づいて、ＳＣＲ触媒９でのＮＯｘ浄化率Ｒｐｎｏｘが算出される。
次に、ステップＳ１０３において、還元消費量Ｑｃｏａｍが算出される。流入ＮＯｘ量Ｑｉｎｎｏｘ及びＮＯｘ浄化率Ｒｐｎｏｘから、ＳＣＲ触媒９において還元された単位時間当たりのＮＯｘ量を算出することができる。ステップＳ１０３においては、この単位時間当たりのＮＯｘの還元量に基づいて、ＮＯｘの還元に消費された単位時間当たりのアンモニア量である還元消費量Ｑｃｏａｍが算出される。
次に、ステップＳ１０４において、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量Ｑａｍが算出される。ここでは、周知のどのような方法を用いてアンモニア吸着量Ｑａｍを算出してもよい。
また、流入ＮＯｘ量Ｑｉｎｎｏｘに対する単位時間当たりのアンモニア供給量（添加弁１１からのアンモニア添加量）の割合（ＮＨ3供給量／流入ＮＯｘ量）を当量比とすると、ＳＣＲ触媒９の温度及び当量比は平衡吸着量と相関がある。図４は、ＳＣＲ触媒９の温度及び当量比と平衡吸着量との関係を示す図である。図４における「全酸点吸着」は、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニアを吸着する酸点の全てにアンモニアが吸着された場合のアンモニア吸着量を示している。これは、ＳＣＲ触媒９に理論上最も多くのアンモニアが吸着したときのアンモニア吸着量である。
図４に示すように、ＳＣＲ触媒９の温度が高いほど平衡吸着量は小さくなる。また、当量比が大きいほど平衡吸着量は大きくなる。そのため、ＳＣＲ触媒９の温度及び当量比が一定の状態がある程度の期間継続している場合、即ち、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が平衡吸着量に達していると想定される場合は、ＳＣＲ触媒９の温度及び当量比に基づいて、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量Ｑａｍを算出することができる。
次に、ステップＳ１０５において、脱着量Ｑｄｅａｍが算出される。ＳＣＲ触媒９の温度が高いほど、また、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が多いほど、脱着量Ｑｄｅａｍは大きくなる。そのため、ＳＣＲ触媒９の温度及びＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量に基づいて脱着量Ｑｄｅａｍを算出してもよい。
また、余剰吸着量と脱着量とが平衡状態であることが想定される場合、余剰吸着量を求めることで脱着量Ｑｄｅａｍを算出することができる。余剰吸着量は、単位時間当たりのアンモニア供給量から還元消費量Ｑｃｏａｍを減算することで算出することができる。
次に、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０４で算出された現時点のＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量Ｑａｍが目標吸着量Ｑａｍｔと等しいか否かが判別される。ここで、目標吸着量Ｑａｍｔは、目標ＮＯｘ浄化率を達成することができ、且つ、ＳＣＲ触媒９からのアンモニアの流出量が上限値以下となるような値として、実験等に基づき予め定められている。また、目標吸着量ＱａｍｔをＳＣＲ触媒９の温度に応じて定めてもよい。尚、ステップＳ１０６においては、アンモニア吸着量Ｑａｍの値が、目標吸着量Ｑａｍｔを基準値とする所定の範囲内であれば、肯定判定されるようにしてもよい。
ステップＳ１０６において肯定判定された場合、次にステップＳ１０８の処理が実行される。ステップＳ１０８においては、吸着量操作量Ｑｈが、ステップＳ１０５で算出された脱着量Ｑｄｅａｍと同量に設定される。そして、次に、ステップＳ１１１において、アンモニア添加量が、ステップＳ１０３で算出された還元消費量Ｑｃｏａｍに吸着量操作量Ｑｈが加算された量に制御される。
一方、ステップＳ１０６において否定判定された場合、次にステップＳ１０７の処理が実行される。ステップＳ１０７においては、ステップＳ１０４で算出された現時点のＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量Ｑａｍが目標吸着量Ｑａｍｔより少ないか否かが判別される。
ステップＳ１０７において肯定判定された場合、次にステップＳ１０９の処理が実行される。ステップＳ１０９においては、吸着量操作量Ｑｈが、ステップＳ１０５で算出された脱着量Ｑｄｅａｍよりも多い量に設定される。また、ステップＳ１０７において否定判定された場合、即ち、ステップＳ１０４で算出された現時点のＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量Ｑａｍが目標吸着量Ｑａｍｔより多い場合、次にステップＳ１１０の処理が実行される。ステップＳ１１０においては、吸着量操作量Ｑｈが、ステップＳ１０５で算出された脱着量Ｑｄｅａｍよりも少ない量に設定される。ステップＳ１０９又はＳ１１０の次には、ステップＳ１１１の処理が実行される。
尚、本実施例においては、上記フローにおけるステップＳ１０５を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る脱着量算出部に相当する。また、本実施例においては、上記フローにおけるステップＳ１０６からＳ１１１を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る制御部に相当する。
＜実施例２＞
以下、本発明の実施例２に係る内燃機関の排気浄化システムについて図５，６を参照して説明する。尚、以下においては、実施例１と同様の点についての説明は省略する。
［アンモニア添加量の制御］
本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様、還元消費量のみならず脱着量をも考慮してアンモニア添加量を制御する。つまり、アンモニア添加量を、還元消費量に吸着量操作量を加算した量に制御する。
上述したように、ＳＣＲ触媒９の温度が高いほど脱着量は増加する。そこで、本実施例に係るアンモニア添加量制御では、脱着量自体を算出せずに、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量及びＳＣＲ触媒９の温度に基づいて吸着操作量を決定する。図５は、本実施例に係るアンモニア添加量制御における、ＳＣＲ触媒９の温度と基準吸着操作量との関係を示す図である。ここで、基準吸着量操作量とは、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が目標吸着量に達しており、該アンモニア吸着量を目標吸着量に維持する場合の吸着操作量である。
図５に示すように、本実施例では、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量を目標吸着量に維持する場合に、該アンモニア吸着量が同量であっても、ＳＣＲ触媒９の温度が高いほど基準吸着操作量を多い量に設定する。これによれば、脱着量が多いほど、アンモニア添加量を多くすることができる。つまり、脱着量が多いほど、ＳＣＲ触媒９への単位時間当たりの供給量を増加させることができる。そのため、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量を目標吸着量に維持することが可能となる。
尚、本実施例に係るアンモニア添加量制御において、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が目標吸着量よりも少ない場合は、吸着量操作量を基準吸着量操作量よりも多い量に設定する。これによれば、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量を、目標吸着量に向けて増加させることができる。また、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が目標吸着量よりも多い場合は、吸着量操作量を基準吸着量操作量よりも少ない量に設定する。ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量を、目標吸着量に向けて減少させることができる。
以下、本実施例に係るアンモニア添加量の制御フローについて図６に基づいて説明する。図６は、本実施例に係るアンモニア添加量の制御フローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。尚、本フローにおいて図３に示すフローと同様の処理が実行されるステップについては同様の参照番号を付し、その説明を省略する。
本フローでは、ステップＳ１０４の次にステップＳ２０５の処理が実行される。ステップＳ２０５では、目標吸着量及びＳＣＲ触媒９の温度に基づいて基準吸着量操作量Ｑｈｂａｓｅが算出される。目標吸着量及びＳＣＲ触媒９の温度と基準吸着量操作量Ｑｈｂａｓｅとの関係は、実験等に基づいて予め定められ、マップ又は関数をとしてＥＣＵ２０に記憶されている。このマップ又は関数においては、目標吸着量が大きいほど基準吸着量操作量Ｑｈｂａｓｅの値は大きくなっている。また、図５に示すように、目標吸着量が同一であっても、ＳＣＲ触媒９の温度が高いほど基準吸着量操作量Ｑｈｂａｓｅの値は大きくなっている。
そして、ステップＳ１０６において肯定判定された場合、即ち、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量Ｑａｍが目標吸着量Ｑａｍｔと等しい場合、次に、ステップＳ２０８の処理が実行される。ステップＳ２０８では、吸着量操作量Ｑｈが、ステップＳ２０５で算出された基準吸着量操作量Ｑｈｂａｓｅに設定される。
そして、次に、ステップＳ１１１において、アンモニア添加量が、ステップＳ１０３で算出された還元消費量Ｑｃｏａｍに吸着量操作量Ｑｈが加算された量に制御される。これにより、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量Ｑａｍが目標吸着量Ｑａｍｔに維持される。
また、ステップＳ１０７において肯定判定された場合、即ち、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量Ｑａｍが目標吸着量Ｑａｍｔより少ない場合、次に、ステップＳ２０９の処理が実行される。ステップＳ２０９では、吸着量操作量Ｑｈが、ステップＳ２０５で算出された基準吸着量操作量Ｑｈｂａｓｅよりも多い量に設定される。
また、ステップＳ１０７において否定判定された場合、即ち、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量Ｑａｍが目標吸着量Ｑａｍｔより多い場合、次に、ステップＳ２１０の処理が実行される。ステップＳ２１０では、吸着量操作量Ｑｈが、ステップＳ２０５で算出された基準吸着量操作量Ｑｈｂａｓｅよりも少ない量に設定される。そして、ステップＳ２０９又はＳ２１０の次には、ステップＳ１１１の処理が実行される。これにより、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量Ｑａｍが目標吸着量Ｑａｍｔに向けて増加又は減少する。
尚、本実施例においては、上記フローにおけるステップＳ１０６，Ｓ２０８，Ｓ１１１を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る制御部に相当する。
＜実施例３＞
以下、本発明の実施例３に係る内燃機関の排気浄化システムについて図７，８を参照して説明する。尚、以下においては、実施例１と同様の点についての説明は省略する。
［アンモニア添加量の制御］
本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様、還元消費量のみならず脱着量をも考慮してアンモニア添加量を制御する。つまり、アンモニア添加量を還元消費量に吸着量操作量を加算した量に制御する。
本実施例に係るアンモニア添加量制御では、当量比（ＮＨ3供給量／流入ＮＯｘ量）が所望の値となるようにアンモニア添加量を制御する。ここで、流入ＮＯｘ量に関わらず当量比を一定とすると、流入ＮＯｘ量が増加した場合、単位時間当たりのアンモニアの供給量が増加する。この場合でも、単位時間当たりにＳＣＲ触媒に吸着する還元剤の全体量に対する還元消費量及び余剰吸着量の割合は一定である。そのため、余剰吸着量自体は増加する。その結果、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニアの吸着量の増加量が大きくなる。
そこで、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいては、流入ＮＯｘ量に応じて目標当量比を変更する。そして、目標当量比に基づいて吸着操作量を決定する。図７は、本実施例に係るアンモニア添加量制御における、流入ＮＯｘ量と基準目標当量比との関係を示す図である。ここで、基準目標当量比とは、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が目標吸着量に達しており、該アンモニア吸着量を目標吸着量に維持する場合の当量比である。この基準目標当量比に基づいて基準吸着量操作量が設定される。
図７に示すように、本実施例では、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量を目標吸着量に維持する場合に、該アンモニア吸着量が同量であっても、流入ＮＯｘ量が多いほど基準目標当量比を小さい値に設定する。これによれば、流入ＮＯｘ量が増加した場合でも、該流入ＮＯｘ量の増加割合に比べて基準吸着量操作量の増加割合は小さくなる。つまり、アンモニア供給量の増加割合を小さくすることができる。その結果、余剰吸着量の過剰な増加を抑制することができる。そのため、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量を目標吸着量に維持することが可能となる。
尚、本実施例に係るアンモニア添加量制御においても、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が目標吸着量よりも少ない場合は、実施例２に係るアンモニア添加制御と同様、吸着量操作量を基準吸着量操作量よりも多い量に設定する。これによれば、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量を、目標吸着量に向けて増加させることができる。また、ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量が目標吸着量よりも多い場合は、吸着量操作量を基準吸着量操作量よりも少ない量に設定する。ＳＣＲ触媒９におけるアンモニア吸着量を、目標吸着量に向けて減少させることができる。
以下、本実施例に係るアンモニア添加量の制御フローについて図８に基づいて説明する。図８は、本実施例に係るアンモニア添加量の制御フローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。尚、本フローにおいて図６に示すフローと同様の処理が実行されるステップについては同様の参照番号を付し、その説明を省略する。
本フローでは、ステップＳ１０４の次にステップＳ３０４の処理が実行される。ステップＳ３０４では、目標吸着量及びステップＳ１０１で算出された流入ＮＯｘ量Ｑｉｎｎｏｘに基づいて基準目標当量比Ｅｑｔｂａｓｅが算出される。目標吸着量及び流入ＮＯｘ量Ｑｉｎｎｏｘと基準目標当量比Ｅｑｔｂａｓｅとの関係は、実験等に基づいて予め定められ、マップ又は関数をとしてＥＣＵ２０に記憶されている。このマップ又は関数においては、目標吸着量が小さいほど基準目標当量比Ｅｑｔｂａｓｅの値は小さくなっている。また、図７に示すように、目標吸着量が同一であっても、流入ＮＯｘ量Ｑｉｎｎｏｘが多いほど基準目標当量比Ｅｑｔｂａｓｅの値は小さくなっている。
次に、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０４で算出された基準目標当量比Ｅｑｔｂａｓｅ及び流入ＮＯｘ量Ｑｉｎｎｏｘに基づいて基準吸着量操作量Ｑｈｂａｓｅが算出される。
このように基準吸着量操作量Ｑｈｂａｓｅが決定されることで、次にステップＳ１０６において肯定判定され、ステップＳ２０８において吸着量操作量Ｑｈが基準吸着量操作量Ｑｈｂａｓｅに設定された上で、ステップＳ１１１において、アンモニア添加量が、還元消費量Ｑｃｏａｍに該吸着量操作量Ｑｈが加算された量に制御されると、当量比が基準目標当量比となる。
尚、本実施例においては、上記フローにおけるステップＳ１０６，Ｓ２０８，Ｓ１１１を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る制御部に相当する。
本実施例に係るアンモニア添加量の制御に、実施例２に係るアンモニア添加量の制御を適用してもよい。つまり、本実施例に係るアンモニア添加量の制御においても、ＳＣＲ触媒９の温度が高いほど基準吸着量操作量Ｑｈｂａｓｅが大きくなるように、ＳＣＲ触媒９の温度が高いほど基準目標当量比Ｅｑｔｂａｓｅを大きくしてもよい。
１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
７・・・酸化触媒
８・・・フィルタ
９・・・選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
１０・・アンモニアスリップ触媒
１１・・添加弁
１２・・第一ＮＯｘセンサ
１３・・排気温度センサ
１４・・第二ＮＯｘセンサ

Claims (4)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤が供給されることで排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する供給装置と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合に、前記供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量を、前記選択還元型ＮＯｘ触媒でのＮＯｘの還元に消費される単位時間当たりの還元剤量である還元消費量に所定量を加算した量に制御する制御部と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着された還元剤のうち、ＮＯｘの還元に消費されずに該選択還元型ＮＯｘ触媒から脱着する単位時間当たりの還元剤量である脱着量を算出する脱着量算出部と、を備え、
    前記制御部が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合に、前記所定量を前記脱着量算出部によって算出された前記脱着量と同量に設定する内燃機関の排気浄化システム。
  2. 前記制御部が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における還元剤の吸着量が目標吸着量よりも少ない場合は、前記供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量を、前記還元消費量に前記脱着量よりも多い量を加算した量に制御し、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における還元剤の吸着量が目標吸着量よりも多い場合は、前記供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量を、前記還元消費量に前記脱着量よりも少ない量を加算した量に制御する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  3. 内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤が供給されることで排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する供給装置と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合に、前記供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量を、前記選択還元型ＮＯｘ触媒でのＮＯｘの還元に消費される単位時間当たりの還元剤量である還元消費量に所定量を加算した量に制御する制御部と、を備え、
    前記制御部が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が高いほど前記所定量をより多い量に設定
    する内燃機関の排気浄化システム。
  4. 内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤が供給されることで排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する供給装置と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合に、前記供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量を、前記選択還元型ＮＯｘ触媒でのＮＯｘの還元に消費される単位時間当たりの還元剤量である還元消費量に所定量を加算した量に制御する制御部と、を備え、
    前記制御部が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における還元剤の吸着量を目標吸着量に維持する場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘ量である流入ＮＯｘ量が多いほど、該流入ＮＯｘ量に対する前記供給装置からの単位時間当たりの還元剤の供給量の割合が小さくなるように前記所定量を設定する内燃機関の排気浄化システム。
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