JP6569708B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路内に尿素を供給する尿素供給装置と、供給された尿素から生成されるアンモニアの還元作用によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）とを備えたエンジンの排気浄化装置に関する。

尿素（アンモニア）の供給を受けてＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒は、ＳＣＲ触媒の温度が高くなるほどアンモニアの上限吸着量（飽和吸着量）が低下するという性質がある。このため、例えばエンジンが高負荷運転された直後にエンジンが停止されたような場合には、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が少ない状態で次のエンジン始動を迎えることになるので、このエンジン始動からしばらくの間ＮＯｘ浄化性能を十分に確保できないという問題がある。

そこで、例えば下記特許文献１のように、エンジンを停止する操作が行われた後もエンジンの運転を継続するとともに、この継続運転中にＳＣＲ触媒の温度（床温）を低下させた上で尿素を供給することが提案されている。このようにすれば、次にエンジンが始動されたときにＳＣＲ触媒には十分な量のアンモニアが吸着しているので、始動時のＮＯｘ浄化性能を十分に確保することができる。

特開２００９−１９７７２８号公報

しかしながら、上記特許文献１の方法では、ドライバーがエンジンを停止する操作（イグニッション・オフ操作）を行った後もしばらくの間エンジンの運転が継続されることになるので、走行に寄与しない燃料の消費量が増える結果、燃費性能が悪化するという問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃費性能の悪化を防止しつつエンジン始動時のＮＯｘ浄化性能を確保することが可能なエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するためのものとして、本発明のエンジンの排気浄化装置は、エンジン本体から排出される排気ガスが流通する排気通路と、前記排気通路内に尿素を供給する尿素供給装置と、前記尿素供給装置よりも下流側の排気通路に設けられ、尿素から生成されるアンモニアの還元作用により排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、エンジンを停止させる停止操作が行われたときに前記ＳＣＲ触媒に吸着しているアンモニア吸着量が予め定められた基準量よりも少ないという特定条件が成立した場合に、前記エンジン本体への燃料供給が停止された状態で前記尿素供給装置から尿素を供給する停止時尿素供給制御を実行する尿素供給制御部と、前記停止時尿素供給制御の実行中、前記排気通路内を流れる空気流を生成する空気流通制御部とを備え、前記尿素供給制御部は、エンジンの運転中、前記アンモニア吸着量が予め定められた目標吸着量になるように前記尿素供給装置からの尿素の供給量を調整し、前記目標吸着量は、前記ＳＣＲ触媒の温度が高いほど低くなるように設定され、前記尿素供給制御部は、前記停止操作が行われたときの前記ＳＣＲ触媒の温度が予め定められた基準温度よりも高いときに前記特定条件が成立したと判定し、前記特定条件の成立時、前記空気流通制御部は、前記停止時尿素供給制御が実行されるよりも前に前記空気流の生成を開始し、前記尿素供給制御部は、前記空気流により前記ＳＣＲ触媒の温度が前記基準温度未満に低下するのを待ってから前記停止時尿素供給制御を開始する、ことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が極端に少ない状態で次のエンジン始動を迎えることを回避でき、エンジン始動時のＮＯｘ浄化性能を良好に確保することができる。すなわち、アンモニア吸着量が基準量よりも少ないという特定条件がエンジンの停止操作の時点で成立したということは、次にエンジンが始動されたときにＳＣＲ触媒に吸着しているアンモニアがすぐに枯渇する可能性があることを意味する。これに対し、本発明では、前記特定条件の成立時に、エンジン本体への燃料供給が停止された状態で、排気通路内に空気流を生成しつつ尿素を供給する制御が実行されるので、当該尿素を空気流とともにＳＣＲ触媒に供給することができ、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を増大させることができる。これにより、次にエンジンが始動させたときには、ＳＣＲ触媒に十分な量のアンモニアが吸着しているので、この吸着したアンモニアを利用してＮＯｘを適正に浄化することができる。しかも、アンモニア吸着量を増大させるための前記制御（空気流を生成しつつ尿素を供給する制御）が、エンジン本体への燃料供給が停止された状態で行われるので、例えばエンジン停止操作の後にエンジンの運転（燃料供給）を継続しながら尿素を供給したような場合と異なり、走行に寄与しない燃料の消費量が増えるのを回避することができ、燃費性能の悪化を防止することができる。

一方、エンジンの運転中は、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が目標吸着量になるように尿素の供給量が調整されるので、目標吸着量もしくはこれに近い量のアンモニアがＳＣＲ触媒に吸着された状態を維持することができ、運転中のＮＯｘ浄化性能を良好に確保することができる。また、ＳＣＲ触媒の温度が高いほど目標吸着量が低く設定されるので、アンモニアの上限吸着量（飽和吸着量）が高温側ほど低下するというＳＣＲ触媒の性質を反映した適切な量のアンモニアをＳＣＲ触媒に吸着させることができる。

さらに、エンジン停止操作時におけるＳＣＲ触媒の温度が基準温度よりも高いときに前記特定条件が成立したと判定されるので、アンモニアの目標吸着量が前記のようにＳＣＲ触媒の温度に応じて可変とされることを利用して、前記特定条件の成否をＳＣＲ触媒の温度に基づき適正に判定することができる。

特に、本発明では、前記特定条件の成立に伴い、まず排気通路内に空気流が生成されてその後に尿素が供給されるので、尿素が供給される前のＳＣＲ触媒を空気流により冷却してその温度を迅速に基準温度未満まで低下させることができる。そして、このように基準温度未満になるまで冷却された（言い換えるとアンモニア吸着能力が高められた）ＳＣＲ触媒に尿素を供給することにより、ＳＣＲ触媒にアンモニアを効率よく吸着させてその吸着量を迅速に増大させることができる。

前記エンジンは、前記エンジン本体に導入される空気が流通する吸気通路と、当該吸気通路に設けられた電動過給機とを備えたものとすることができる。この場合、前記空気流通制御部は、前記電動過給機を駆動することにより前記空気流を生成することが好ましい（請求項２）。

この構成によれば、電動過給機を駆動して吸気通路から排気通路へと空気を圧送することにより、排気通路内を流れる空気流を確実に生成することができる。また、電動過給機は電力さえ供給すれば駆動できるので、このような電動過給機を用いることにより、エンジンを完全停止させた状態（ピストンの往復動等のエンジン本体の運動を完全に停止させた状態）で支障なく排気通路内に空気流を生成することができる。このため、エンジン停止操作の後にエンジン本体の運動が継続されること、ひいては当該運動の継続により乗員が違和感を覚えるような事態を有効に回避することができる。

前記エンジンは、前記エンジン本体の出力軸に連係されたスタータモータを備えるのが通常である。このため、前記空気流通制御部は、当該スタータモータを用いて前記エンジン本体をクランキングすることにより前記空気流を生成するものであってもよい（請求項３）。

この構成によれば、既存のスタータモータを用いて前記空気流を生成できるので、製造コスト等の面で有利になる。

以上説明したように、本発明のエンジンの排気装置によれば、燃費性能の悪化を防止しつつエンジン始動時のＮＯｘ浄化性能を確保することができる。

本発明の排気浄化装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態を示すシステム図である。 エンジンの制御系統を示すブロック図である。 エンジンの通常運転時に行われるドージング制御の具体的手順を示すフローチャートである。 ＳＣＲ触媒の温度を推定する手順を模式的に示す説明図である。 ＳＣＲ触媒の温度とアンモニアの上限吸着量および目標吸着量との関係を示すグラフである。 ＳＣＲ触媒の温度とアンモニア変換率との関係を示すグラフである。 尿素水の噴射量を決定する手順を模式的に示す説明図である。 エンジン停止時の制御の具体的手順を示すフローチャートである。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の排気浄化装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態を示すシステム図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのディーゼルエンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出された排気ガスが流通する排気通路４０と、吸気通路３０を流通する吸気を圧縮しつつエンジン本体１に送り出す過給装置５０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するＥＧＲ装置７０とを備えている。

エンジン本体１は、列状に並ぶ複数の気筒２（図１には１つの気筒のみが示される）を有する直列多気筒型のものであり、当該複数の気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、各気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、各気筒２にそれぞれ往復動可能に挿入された複数のピストン５とを有している。なお、各気筒２の構造は同一であるため、以下では基本的に１つの気筒２のみに注目して説明を進める。

ピストン５の上方には燃焼室６が画成されている。この燃焼室６には、後述する燃料噴射弁１５からの噴射により、軽油を主成分とする燃料が供給される。そして、供給された燃料が圧縮着火により燃焼（拡散燃焼）し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。

ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。

シリンダブロック３には、クランク軸７の角度（クランク角）およびクランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。また、シリンダヘッド４には、エンジン本体１（シリンダブロック３およびシリンダヘッド４）の内部を流通する冷却水の温度を検出する水温センサＳＮ２が設けられている。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２と、吸気弁１１および排気弁１２をクランク軸７の回転に連動して開閉駆動する動弁機構１３，１４とが設けられている。

シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６に燃料（軽油）を噴射する燃料噴射弁１５が設けられている。燃料噴射弁１５は、例えば、燃焼室６の天井面の中央部から放射状に燃料を噴射する多噴孔型の噴射弁である。なお、図示を省略するが、ピストン５の冠面には、燃料噴射弁１５から噴射された燃料を受け入れるための凹部（キャビティ）が形成されている。

吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。この吸気通路３０には、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、過給装置５０により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３２と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３３と、サージタンク３４とが、吸気通路３０の上流側（エンジン本体１から遠い側）からこの順に設けられている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１よりも下流側の部分には、吸気通路３０を通じてエンジン本体１に導入される空気（新気）の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３が設けられている。また、サージタンク３４には、その内部の吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ４が設けられている。

排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。この排気通路４０には、排気ガスに含まれる各種の有害成分を浄化するための複数の触媒４１〜４４が設けられている。具体的に、当実施形態では、酸化触媒４１と、ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）４２と、ＳＣＲ触媒４３と、スリップ触媒４４とが、排気通路４０の上流側（エンジン本体１に近い側）からこの順に設けられている。また、排気通路４０におけるＤＰＦ４２とＳＣＲ触媒４３との間の部分には、尿素インジェクタ４５とミキシングプレート４７とが設けられている。

酸化触媒４１は、排気ガス中のＣＯおよびＨＣを酸化して無害化する（ＣＯ_２およびＨ_２Ｏに変換する）ための触媒であり、例えば、多孔質性の担体と、当該担体に担持された白金やパラジウム等の触媒物質とを有している。

ＤＰＦ４２は、排気ガス中のスート（煤）を捕集するためのフィルタである。このＤＰＦ４２には、フィルタ再生時の高温条件下でスートを燃焼させるための白金等の触媒物質が含まれている。

尿素インジェクタ４５は、高純度の尿素を溶解した尿素水を排気通路４０の内部に噴射する噴射弁である。尿素インジェクタ４５には、尿素水を貯留するタンク４６から供給管４６ａを通じて尿素水が供給される。尿素インジェクタ４５から排気通路４０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（ＮＨ_３）に変換されて、下流側のＳＣＲ触媒４３に吸着される。なお、尿素インジェクタ４５は、請求項にいう「尿素供給装置」に相当する。

ミキシングプレート４７は、排気通路４０を前後に仕切る板状の部材であり、排気通路４０における尿素インジェクタ４５とＳＣＲ触媒４３との間の部分に設けられている。ミキシングプレート４７には、排気ガスの流れを撹拌するための複数の開口が形成されている。このようなミキシングプレート４７は、尿素インジェクタ４５から噴射された尿素水に含まれる尿素を均一に分散させつつ下流側（ＳＣＲ触媒４３）に送出する役割を果たす。

ＳＣＲ触媒４３は、排気ガス中のＮＯｘを還元して無害化する（Ｎ_２やＨ_２Ｏに変換する）ための触媒であり、例えば、多孔質性の担体と、当該担体に担持されたバナジウム、タングステン、またはゼオライト等の触媒物質とを有している。上述したとおり、ＳＣＲ触媒４３には、尿素インジェクタ４５が噴射した尿素水から生成されるアンモニアが吸着される。ＳＣＲ触媒４３は、このアンモニアを還元剤として用いた化学反応により、排気ガス中のＮＯｘをＮ_２やＨ_２Ｏに変換させる。

スリップ触媒４４は、ＳＣＲ触媒４３からスリップした（つまりＮＯｘの還元に使われないまま下流側に流出した）アンモニアを酸化するための酸化触媒である。このスリップ触媒４４としては、例えば酸化触媒４１と同様の構造のものを用いることができる。

排気通路４０におけるＤＰＦ４２とＳＣＲ触媒４３との間の部分には、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘ濃度センサＳＮ５が設けられている。また、このＮＯｘ濃度センサＳＮ５よりも下流側であってＳＣＲ触媒４３の直上流に位置する部分の排気通路４０（ミキシングプレート４７とＳＣＲ触媒４３との間の部分）には、排気ガスの温度を検出する排気温センサＳＮ６が設けられている。

過給装置５０は、いわゆる２ステージ型の過給装置であり、直列に配置された第１過給機５１および第２過給機５２を有している。

第１過給機５１は、いわゆるターボ過給機であり、排気通路４０を流通する排気ガスにより回転駆動されるタービン６１と、タービン６１と連動して回転可能に設けられ、吸気通路３０を流通する吸気を圧縮する第１コンプレッサ６２とを有している。第１コンプレッサ６２は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３２との間の部分に配置され、タービン６１は、排気通路４０における酸化触媒４１よりも上流側の部分に配置されている。排気通路４０には、タービン６１をバイパスするためのバイパス通路６３が設けられており、このバイパス通路６３には開閉可能なウェストゲート弁６４が設けられている。

第２過給機５２は、いわゆる電動過給機であり、電気式の駆動モータ６６と、駆動モータ６６により回転駆動されることで吸気を圧縮する第２コンプレッサ６７とを有している。第２コンプレッサ６７は、吸気通路３０における第１コンプレッサ６２よりも下流側（第１コンプレッサ６２とインタークーラ３２との間）の部分に配置されている。吸気通路３０には、第２コンプレッサ６７をバイパスするためのバイパス通路６８が設けられており、このバイパス通路６８には開閉可能なバイパス弁６９が設けられている。

ＥＧＲ装置７０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路７１と、ＥＧＲ通路７１に設けられたＥＧＲクーラ７２およびＥＧＲ弁７３とを有している。ＥＧＲ通路７１は、排気通路４０におけるタービン６１よりも上流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３３とサージタンク３４との間の部分とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ７２は、例えばエンジンの冷却水を利用した熱交換器であり、ＥＧＲ通路７１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却する。ＥＧＲ弁７３は、ＥＧＲ通路７１におけるＥＧＲクーラ７２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）の部分に設けられ、ＥＧＲ通路７１を流通する排気ガスの流量を調整する。

（２）制御系統
図２は、当実施形態のエンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるコントローラ１００は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。なお、コントローラ１００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（相互に連携可能な）複数のプロセッサを含んでいてもよい。例えば、コントローラ１００は、主にエンジン本体１を制御するための第１のプロセッサと、尿素インジェクタ４５等を制御するための第２のプロセッサとを含んでいてもよい。

コントローラ１００には各種センサによる検出情報が入力される。具体的に、コントローラ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、吸気圧センサＳＮ４、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５、および排気温センサＳＮ６と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された各種情報、例えばクランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、吸気流量、吸気圧（過給圧）、排気ガス中のＮＯｘ濃度、および排気ガスの温度等の情報が、それぞれコントローラ１００に入力される。

また、車両には、当該車両の走行速度（以下、車速という）を検出する車速センサＳＮ７と、車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度（以下、アクセル開度という）を検出するアクセルセンサＳＮ８と、外気温を検出する外気温センサＳＮ９とが設けられており、これら車速センサＳＮ７、アクセルセンサＳＮ８、および外気温センサＳＮ９による検出情報もコントローラ１００に入力される。

さらに、車両には、エンジンを始動または停止させる際にドライバーにより操作されるイグニッションスイッチＳＷ１が設けられており、このイグニッションスイッチＳＷ１の操作信号もコントローラ１００に入力される。

コントローラ１００は、上記各センサおよびスイッチ（ＳＮ１〜ＳＮ９；ＳＷ１）からの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、コントローラ１００は、燃料噴射弁１５、スロットル弁３３、尿素インジェクタ４５、ウェストゲート弁６４、駆動モータ６６、バイパス弁６９、およびＥＧＲ弁７３等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。

上記制御に関する機能的要素として、コントローラ１００は、主制御部１０１と、ＳＣＲ状態推定部１０２と、ドージング制御部１０３とを有している。

主制御部１０１は、エンジン本体１での燃焼制御を司る制御モジュールである。例えば、主制御部１０１は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ８の検出値（アクセル開度）から特定されるエンジン負荷（要求トルク）と、エアフローセンサＳＮ３により検出される吸気流量とに基づいて、燃料噴射弁１５からの燃料の噴射量および噴射タイミングを決定し、その決定に従って燃料噴射弁１５を制御する。また、主制御部１０１は、上記エンジン回転速度／負荷等に基づいて目標過給圧を設定するとともに、吸気圧センサＳＮ４により検出される吸気圧（過給圧）がこの目標過給圧に一致するように、ウェストゲート弁６４およびバイパス弁６９の各開度や駆動モータ６６の回転を制御する。さらに、主制御部１０１は、ＥＧＲ率（気筒２に導入される全ガスに対するＥＧＲガスの割合）の目標値である目標ＥＧＲ率を上記エンジン回転速度／負荷等に基づいて設定し、この目標ＥＧＲ率が実現されるようにスロットル弁３３およびＥＧＲ弁７３の各開度を制御する。なお、主制御部１０１は、後述する掃気制御（図８のステップＳ１４）の際には、電動式の第２過給機５２を駆動して排気通路４０に空気流を生成する制御を実行する。このような主制御部１０１は、請求項にいう「空気流通制御部」に相当する。

ＳＣＲ状態推定部１０２は、ＳＣＲ触媒４３の状態を推定する処理を司る制御モジュールである。例えば、ＳＣＲ状態推定部１０２は、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５により検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度と、排気温センサＳＮ６により検出される排気ガスの温度と、尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射量とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３の温度やアンモニア吸着量を推定する。

ドージング制御部１０３は、尿素インジェクタ４５による尿素水の噴射制御を司る制御モジュールである。例えば、ドージング制御部１０３は、ＳＣＲ状態推定部１０２により推定されるＳＣＲ触媒４３の温度に基づいて尿素水の噴射量を決定し、その決定に従って尿素インジェクタ４５を制御する。なお、ドージング制御部１０３は、請求項にいう「尿素供給制御部」に相当する。

（３）通常運転時のドージング制御
次に、エンジンの通常運転時（後述する停止時等を除く運転時）に行われるドージング制御について説明する。この通常運転時のドージング制御では、ＳＣＲ触媒４３の温度に応じてアンモニアの目標吸着量（図５のＱａ）を設定し、この目標吸着量に応じた量の尿素水を尿素インジェクタ４５から噴射するといった制御が実行される。以下、詳しく説明する。

図３は、通常運転時のドージング制御の具体的手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す制御がスタートすると、コントローラ１００は、ステップＳ１において、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを推定する。なお、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、典型的には、ＳＣＲ触媒４３の担体の温度、つまり床温のことである。

図４は、上記ステップＳ１においてＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを推定する手順を模式的に示す図である（図中ではＳＣＲ触媒のことを単にＳＣＲと略記している）。本図に示すように、コントローラ１００は、まず、排気温センサＳＮ６により検出されるＳＣＲ触媒４３の直前の排気ガスの温度と、排気ガスの流量とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３への入熱量を算出する。なお、排気ガスの流量は、エアフローセンサＳＮ３により検出される吸気流量やＥＧＲ弁７３の開度等から推定することができる。次に、コントローラ１００は、車速センサＳＮ７により検出される車速と、外気温センサＳＮ９により検出される外気温とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３からの放熱量を算出する。そして、このようにして算出されたＳＣＲ触媒４３の入熱量および放熱量と、予め記憶されているＳＣＲ触媒４３の熱容量とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを算出する。具体的に、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、入熱量が大きいかまたは放熱量が小さいほど高い値に算出され、入熱量が小さいかまたは放熱量が大きいほど低い値に算出される。

ここで、ＳＣＲ触媒４３からの放熱量は、車速が高いほど大きいものとして扱うことができる。これは、車速が高いほどＳＣＲ触媒４３にあたる走行風が増えて放熱が促進されるからである。逆に、放熱量は、車速が低いほど小さくなるので、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、車速が低いほど高いと推定されることになる。

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ２に移行して、ＳＣＲ触媒４３に吸着させるべきアンモニアの目標吸着量Ｑａを決定する。目標吸着量Ｑａは、図５のグラフに示すように、ＳＣＲ触媒４３の温度（ＳＣＲ温度）Ｔｓに応じて可変的に設定される。コントローラ１００は、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓと目標吸着量Ｑａとの関係を定めたマップを予め記憶しており、上記ステップＳ１で推定されたＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓをこのマップに照合することにより、目標吸着量Ｑａを決定する。

アンモニアの目標吸着量Ｑａは、同じく図５に示すアンモニアの上限吸着量Ｑｘよりも小さい値に設定される。上限吸着量Ｑｘとは、ＳＣＲ触媒４３に吸着させることが可能な上限のアンモニア吸着量であり、飽和吸着量とも呼ばれるものである。ＳＣＲ触媒４３は、その温度が高くなるほどアンモニアを吸着し難くなるという性質がある。このため、図５の上限吸着量Ｑｘのラインは、全体として、高温側（右側）ほど吸着量が少なくなる（右下がりの）傾向を有している。

上記のような上限吸着量Ｑｘの傾向に合わせて、アンモニアの目標吸着量Ｑａも、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが高いほど低くなる（逆に温度Ｔｓが低いほど高くなる）ように設定される。ただし、このように温度に依存して目標吸着量Ｑａが変化するのは第１所定温度Ｔ１から第２所定温度Ｔ２までの範囲だけであり、第１所定温度Ｔ１以下となる低温側の範囲では目標吸着量Ｑａが一律にＱ１に設定され、第２所定温度Ｔ２以上となる高温側の範囲では目標吸着量Ｑａが一律にゼロに設定される。なお、前者のように低温側（Ｔｓ≦Ｔ１）で目標吸着量Ｑａが一定値Ｑ１とされるのは、Ｑ１程度のアンモニアが吸着されていればＮＯｘの浄化性能が十分に良好になるので、Ｑ１よりもさらに吸着量を増やす意味がないからである。

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ３に移行して、現時点でＳＣＲ触媒４３に吸着されているアンモニアの量である現アンモニア吸着量Ｑｃを推定する。後述するステップＳ７で詳しく説明するように、現アンモニア吸着量Ｑｃは、尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射量を決定する過程で使用されるパラメータである。このため、現アンモニア吸着量Ｑｃは、これまでの尿素水の噴射量の履歴から逆算により求めることができる。すなわち、尿素水の噴射量の履歴から求められる各時点のアンモニア供給量から、ＳＣＲ触媒４３での各時点のアンモニア消費量（後述するステップＳ４で算出）を差し引いた分が、ＳＣＲ触媒４３に都度蓄積されることになるので、この蓄積分を時間ごとに積算したものを現アンモニア吸着量Ｑｃとして算出することができる。

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ４に移行して、ＳＣＲ触媒４３において消費されるアンモニアの量であるアンモニア消費量Ｗを推定する。具体的に、コントローラ１００は、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５により検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度と、演算により推定される排気ガスの流量（吸気流量の検出値やＥＧＲ弁７３の開度等から求められる値）とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３に流入するＮＯｘの量を算出し、このＮＯｘの流入量に基づいて、ＳＣＲ触媒４３でＮＯｘ還元のために消費されるアンモニアの量つまりアンモニア消費量Ｗを算出する（後述する図７の一部参照）。

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ５に移行して、上記ステップＳ１で推定されたＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが予め定められた噴射許可温度Ｘ以上であるか否かを判定する。噴射許可温度Ｘは、尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射の可否を決定するための閾値であり、尿素水に含まれる尿素がアンモニアに変換される割合を考慮して予め定められている。なお、噴射許可温度Ｘは、図５のマップに示した第１所定温度Ｔ１（アンモニアの目標吸着量Ｑａが最大値をとる温度）よりも低い値に設定されている。

図６は、ＳＣＲ触媒４３の温度（ＳＣＲ温度）Ｔｓと、尿素からアンモニアに変換される割合（アンモニア変換率）との関係を示すグラフである。この図６のグラフに示すように、アンモニア変換率は、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが高いほど高くなり、逆に温度Ｔｓが低いほど低くなる。このことは、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓがかなり低い状態で尿素水を噴射しても、尿素の多くがアンモニアとしてＳＣＲ触媒４３に吸着されない（つまり噴射した尿素水の多くが無駄になる）ことを意味する。そこで、当実施形態では、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓについて噴射許可温度Ｘを設定し、この噴射許可温度Ｘ未満では尿素水の噴射を禁止するようにしている。

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ６，Ｓ７に移行して、尿素インジェクタ４５から噴射すべき尿素水の噴射量Ｕを決定し、この決定した噴射量Ｕに相当する尿素を尿素インジェクタ４５から噴射させる。

図７は、上記ステップＳ６において噴射量Ｕを決定する手順を模式的に示す図である。本図に示すように、コントローラ１００は、上記ステップＳ４で求められたアンモニア消費量Ｗと、アンモニアの要求余剰供給量Ｑｄとに基づいて、尿素水の噴射量Ｕを算出する。ここで、アンモニアの要求余剰供給量Ｑｄとは、ＳＣＲ触媒４３においてアンモニア吸着量Ｑｃを目標吸着量Ｑａまで高めるのに必要なアンモニアの余剰供給量のことであり、上記ステップＳ２で決定されたアンモニアの目標吸着量Ｑａから、上記ステップＳ３で算出された現アンモニア吸着量Ｑｃを差し引くことで得られる値である。尿素水の噴射量Ｕは、要求余剰供給量Ｑｄおよびアンモニア消費量Ｗのいずれが多い場合でも大きい値として算出される。

（４）エンジン停止時の制御
次に、エンジン停止時の制御について説明する。エンジンを停止させるためにドライバーがイグニッションスイッチＳＷ１をオフ操作したとき、仮にＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓがかなり高温（例えば図５のグラフにおける第２所定温度Ｔ２に近い温度）であった場合には、ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量Ｑｃが非常に少ない状態でエンジンが停止されることになる。このため、次にエンジンを始動したときには、ＳＣＲ触媒４３に吸着されているアンモニアがすぐに枯渇することになり、その後はＮＯｘ浄化性能が大きく低下した状態が続くことになる。もちろん、エンジン始動後直ちに尿素インジェクタ４５から尿素水を噴射することができればこのような問題は起きないが、エンジン始動時のＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、通常（エンジン停止からよほど短期間でエンジンを再始動するような場合を除いて）、図６に示した噴射許可温度Ｘよりも低くなっているので、始動後直ちに尿素水の噴射が可能になることはまず期待できない。このような事態を想定して、エンジン停止時は次のような制御が実行される。

図８は、エンジン停止時の制御の具体的手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す制御がスタートすると、コントローラ１００は、ステップＳ１１において、イグニッションスイッチＳＷ１から入力される信号に基づいて、エンジンを停止させるイグニッション・オフ操作が行われたか否かを判定する。

上記ステップＳ１１でＹＥＳと判定されてイグニッション・オフ操作（エンジン停止操作）が行われたことが確認された場合、コントローラ１００は、ステップＳ１２に移行して、燃料噴射弁１５による各気筒２への燃料供給を停止する（燃料カット）。この燃料カットにより、ピストン５の往復動（クランク軸７の回転）がほどなく停止され、エンジンは停止状態に至る。

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ１３に移行して、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが図５に示す基準温度Ｒより高いか否かを判定する。ここで、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、上述した図３のステップＳ１と同様、排気ガスの温度や流量等の各種パラメータから演算により推定される値である。また、この温度Ｔｓと比較される基準温度Ｒは、ＳＣＲ触媒４３へのアンモニアの追加吸着の要否を判定するための閾値であり、アンモニアの目標吸着量Ｑａがゼロになる第２所定温度Ｔ２よりもやや低くなるように予め定められている。

ここで、エンジンの運転中は、上述したように、ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量Ｑｃが目標吸着量Ｑａに一致するように尿素水の噴射量が調整されるので、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが上記基準温度Ｒよりも高いということは、アンモニア吸着量Ｑｃが図５に示す値Ｑｒ（以下、これを基準量という）未満であることを意味する。言い換えると、上記ステップＳ１３の判定は、ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量Ｑｃが基準量Ｑｒ未満であるか否かを判定することと等価である。基準量Ｑｒに相当する量のアンモニアがＳＣＲ触媒４３に吸着されていれば、次にエンジンが始動されたときに尿素インジェクタ４５からの尿素（アンモニア）の供給がしばらく途絶えたとしても、蓄えた上記基準量Ｑｒのアンモニアを用いて所要レベルのＮＯｘ浄化性能を維持することが可能である。言い換えると、基準量Ｑｒ（または基準温度Ｒ）は、エンジン始動後に想定されるアンモニアの無供給期間においてＮＯｘ浄化性能を確保できるように考慮された値である。逆に、アンモニア吸着量Ｑｃが基準量Ｑｒ未満である（ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが基準温度Ｒよりも高い）場合には、次にエンジンが始動された際にＮＯｘ浄化性能が大きく低下するおそれがある。

上記ステップＳ１３でＹＥＳと判定されてイグニッション・オフ時のＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが基準温度Ｒより高いことが確認された場合、コントローラ１００は、ステップＳ１４に移行して、吸気通路３０から排気通路４０へと流れる空気流を生成する制御（以下、これを掃気制御という）を開始する。具体的に、コントローラ１００は、掃気制御として、電動式の第２過給機５２を作動させる（つまり駆動モータ６６を駆動して第２コンプレッサ６７を回転させる）とともに、ＥＧＲ弁７３を開弁させる。これにより、第２過給機５２により圧送された空気がＥＧＲ通路７１を通じて排気通路４０に流入する。排気通路４０に流入した空気は、各触媒４１〜４４を通過しつつ外部へと排出され、この過程で各触媒４１〜４４が冷却される。

なお、エンジン本体１の複数の気筒２のいずれかは、場合によっては、吸気弁１１と排気弁１２の双方が開弁した状態で停止している。すなわち、当実施形態のエンジンは、吸気弁１１と排気弁１２の双方が排気上死点を跨いで開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるようにバルブタイミングが設定されており、この場合、複数の気筒２のいずれかは当該バルブオーバーラップ期間中のクランク角で停止している可能性がある。このようにいずれかの気筒２がバルブオーバーラップ期間にある場合、第２過給機５２により圧送された空気は、ＥＧＲ通路７１だけでなく、バルブオーバーラップ期間にある気筒２の燃焼室６および吸排気ポート９，１０を通じて排気通路４０に流入することになる。

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ１５に移行して、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが上述した基準温度Ｒ以下に低下したか否かを判定する。

上記ステップＳ１５でＹＥＳと判定されてＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが基準温度Ｒ以下に低下したことが確認された場合、コントローラ１００は、ステップＳ１６に移行して、尿素インジェクタ４５から尿素水を噴射する制御を開始する。噴射された尿素水は、排気通路４０内の空気流に乗って下流側のＳＣＲ触媒４３に供給され、アンモニアとして吸着される。なお、このステップＳ１６における尿素水の噴射制御は、請求項にいう「停止時尿素供給制御」に相当する。

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ１７に移行して、ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量Ｑｃが所定量Ｑｒ’よりも多くなったか否かを判定する。図５に示すように、所定量Ｑｒ’は、上述した基準量Ｑｒよりも若干高い値に設定されている。また、図３のステップＳ３で説明したように、当実施形態では、ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量（現アンモニア吸着量）Ｑｃを常時算出し、更新している。上記ステップＳ１７では、このように逐次更新されるアンモニア吸着量Ｑｃと、上記所定量Ｑｒ’（図５）とが比較され、前者が後者よりも多いか否かが判定される。

上記ステップＳ１７でＹＥＳと判定されてＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量Ｑｃが所定量Ｑｒ’よりも多くなったことが確認された場合、コントローラ１００は、ステップＳ１８に移行して、上記ステップＳ１４で開始された掃気制御と、上記ステップＳ１６で開始された尿素水の噴射制御とを、それぞれ停止する。すなわち、電動式の第２過給機５２の作動を停止して空気流の生成を止めるとともに、尿素インジェクタ４５の作動を停止して尿素水の噴射量をゼロにする。

（５）作用効果
以上説明したように、当実施形態では、エンジンを停止させるイグニッション・オフ操作が行われたときに、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが予め定められた基準温度Ｒよりも高い（言い換えるとアンモニア吸着量Ｑｃが基準量Ｑｒよりも少ない）ことを条件に（以下、これを特定条件という）、電動式の第２過給機５２を駆動して排気通路４０内を流れる空気流を生成する掃気制御と、尿素インジェクタ４５から尿素水を噴射する噴射制御（停止時尿素水噴射制御）とが併せて実行される（ステップＳ１４，Ｓ１６）。このような構成によれば、燃費性能の悪化を防止しつつ、エンジン始動時のＮＯｘ浄化性能を良好に確保できるという利点がある。

すなわち、エンジン停止時に特定条件が成立したということは、次にエンジンが始動されたときにＳＣＲ触媒４３に吸着しているアンモニアがすぐに枯渇する可能性があることを意味する。これに対し、上記実施形態では、上記特定条件の成立時に、エンジン本体１への燃料供給が停止された状態で、排気通路４０内に空気流を生成しつつ尿素水を噴射する制御が実行されるので、噴射された尿素水を空気流とともにＳＣＲ触媒４３に供給することができ、ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量を増大させることができる。これにより、次にエンジンが始動させたときには、ＳＣＲ触媒４３に十分な量のアンモニアが吸着しているので、この吸着したアンモニアを利用してＮＯｘを適正に浄化することができる。しかも、アンモニアを増量させるための上記制御（空気流を生成しつつ尿素水を噴射する制御）が、エンジン本体１への燃料供給が停止された状態で行われるので、例えばイグニッション・オフ後にエンジンの運転（燃料供給）を継続しながら尿素水を噴射したような場合と異なり、走行に寄与しない燃料の消費量が増えるのを回避することができ、燃費性能の悪化を防止することができる。

特に、上記実施形態では、排気通路４０内に空気流を生成する掃気制御を第２過給機５２の駆動により実現しているので、乗員の違和感を回避しつつ確実に空気流を生成することができる。すなわち、電動式の第２過給機５２は電力さえ供給すれば駆動できるので、このような第２過給機５２を用いることにより、エンジンを完全停止させた状態（ピストンの往復動等のエンジン本体１の運動を完全に停止させた状態）で支障なく排気通路４０内に空気流を生成することができる。このため、イグニッション・オフ後にエンジン本体１の運動が継続されること、ひいては当該運動の継続により乗員が違和感を覚えるような事態を有効に回避することができる。

さらに、上記実施形態では、上記掃気制御の実行時に、電動式の第２過給機５２の駆動に加えて、ＥＧＲ弁７３を開弁させる操作が行われるので、第２過給機５２により圧送された空気をＥＧＲ通路７１を通じて排気通路４０に流入させることができ、排気通路４０を流れる空気流を確実に生成することができる。

また、上記実施形態では、上記特定条件の成立時に、排気通路４０内に空気流を生成する掃気制御（Ｓ１４）がまず開始されて、その後にＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが基準温度Ｒ未満まで低下すると、その時点で尿素インジェクタ４５から尿素水の噴射（Ｓ１６）が開始されるので、排気通路４０内の空気流によりＳＣＲ触媒４３を冷却してその温度Ｔｓを迅速に基準温度Ｒ未満まで低下させながら、基準温度Ｒ未満になるまで冷却された（言い換えるとアンモニア吸着能力が高められた）ＳＣＲ触媒４３に尿素水を噴射することにより、ＳＣＲ触媒４３にアンモニアを効率よく吸着させてその吸着量を迅速に増大させることができる。

（６）変形例
上記実施形態では、エンジンの停止操作（イグニッション・オフ操作）が行われたときのＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが基準温度Ｒよりも高い（言い換えるとアンモニア吸着量Ｑｃが基準量Ｑｒよりも少ない）という特定条件が成立した場合に、電動式の第２過給機５２（電動過給機）を駆動して排気通路４０内に空気流を生成する掃気制御を実行しつつ、尿素インジェクタ４５から尿素水を噴射させるようにしたが、前者の掃気制御を実現するための手段は電動過給機に限られない。例えば、ほとんどのエンジンには、その始動時にクランク軸７を強制回転させるためのスタータモータが備えられるので、このスタータモータを用いてエンジン本体１をクランキング（強制回転）することにより上記掃気制御を実現してもよい。すなわち、スタータモータを駆動してエンジン本体１をクランキングすれば、エンジン本体１がいわばポンプとして機能し、吸気通路３０から排気通路４０へと流れる空気流が生成される。なお、ここでいうスタータモータとは、クランク軸７を駆動できるようにクランク軸７に連係されたモータであればよく、その種類は特に限定されない。例えば、クランク軸７の駆動のみが可能な一般的なスタータモータを用いてもよいし、駆動と発電の双方が可能な電動モータ（いわゆるスタータージェネレータ）を用いてもよい。

上記のように、掃気制御としてスタータモータによるクランキングを行うようにした場合には、既存の部品を用いて空気流を生成できるので、製造コスト等の面で有利になる。しかしながら、エンジン停止操作の後にクランキングが行われるということは、当該停止操作の後のエンジンの挙動が本来期待される挙動とは異なるものになるので、乗員が違和感を覚えるおそれがある。これに対し、上記実施形態のように、電動式の第２過給機５２を駆動するようにした場合には、上記のような乗員の違和感を回避しつつ確実に空気流を生成できるという利点がある。

上記実施形態では、上記掃気制御の実行時に、第２過給機５２（電動過給機）を駆動し、かつＥＧＲ弁７３を開弁するようにしたが、後者のＥＧＲ弁７３の開弁は必ずしも必要ではない。例えば、エンジンが停止した時点で複数の気筒２のいずれかがバルブオーバーラップ期間（吸・排気弁１１，１２の双方が開いている期間）にある場合には、当該気筒２を通じて吸気通路３０から排気通路４０へと流れる空気流を生成することができる。したがって、このような場合はＥＧＲ弁７３を開弁させることは不要である。また、複数の気筒２のいずれにおいてもバルブオーバーラップ期間が形成されていない場合には、スタータモータを用いてクランク軸７をいくらか回転させ、それによっていずれかの気筒２に強制的にバルブオーバーラップ期間を形成してもよい。このようにすれば、ＥＧＲ弁７３を開弁させることなく確実に空気流を生成することができる。

上記実施形態では、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを各種パラメータに基づき演算により推定したが（図４）、当該温度Ｔｓをセンサを用いて直接検出するようにしてもよい。

上記実施形態では、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが噴射許可温度Ｘ以上である場合にのみ尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射を許可する（噴射許可温度Ｘ未満の場合は噴射を禁止する）ようにしたが、尿素水の噴射の可否は、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に供給された尿素の周囲温度を代表する温度（以下、指標温度という）に基づいて決定すればよく、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓとは異なる別の指標温度に基づいて尿素水の噴射の可否を決定してもよい。例えば、尿素インジェクタ４５からＳＣＲ触媒４３までの間を流れる排気ガスの温度（上記実施形態でいえば排気温センサＳＮ６により検出される排気ガスの温度）に基づいて尿素水の噴射の可否を決定してもよい。

上記実施形態では、軽油を主成分とする燃料を圧着着火させるディーゼルエンジンに本発明の排気浄化装置を適用した例について説明したが、本発明を適用可能なエンジンは、ＮＯｘを浄化するためにＳＣＲ触媒を設ける必要のあるエンジンであればよく、例えばガソリンを主成分とする燃料をリーンな空燃比下で燃焼させるリーンバーンガソリンエンジンに本発明を適用してもよい。

１ エンジン本体
７ クランク軸（出力軸）
３０ 吸気通路
４０ 排気通路
４３ ＳＣＲ触媒
４５ 尿素インジェクタ（尿素供給装置）
５２ 第２過給機（電動過給機）
１０１ 主制御部（空気流通制御部）
１０３ ドージング制御部（尿素供給制御部）
Ｑａ （アンモニアの）目標吸着量
Ｑｒ （アンモニアの）基準量
Ｒ 基準温度

Claims (3)

1. エンジン本体から排出される排気ガスが流通する排気通路と、
   前記排気通路内に尿素を供給する尿素供給装置と、
   前記尿素供給装置よりも下流側の排気通路に設けられ、尿素から生成されるアンモニアの還元作用により排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、
   エンジンを停止させる停止操作が行われたときに前記ＳＣＲ触媒に吸着しているアンモニア吸着量が予め定められた基準量よりも少ないという特定条件が成立した場合に、前記エンジン本体への燃料供給が停止された状態で前記尿素供給装置から尿素を供給する停止時尿素供給制御を実行する尿素供給制御部と、
   前記停止時尿素供給制御の実行中、前記排気通路内を流れる空気流を生成する空気流通制御部とを備え、
   前記尿素供給制御部は、エンジンの運転中、前記アンモニア吸着量が予め定められた目標吸着量になるように前記尿素供給装置からの尿素の供給量を調整し、
   前記目標吸着量は、前記ＳＣＲ触媒の温度が高いほど低くなるように設定され、
   前記尿素供給制御部は、前記停止操作が行われたときの前記ＳＣＲ触媒の温度が予め定められた基準温度よりも高いときに前記特定条件が成立したと判定し、
   前記特定条件の成立時、前記空気流通制御部は、前記停止時尿素供給制御が実行されるよりも前に前記空気流の生成を開始し、
   前記尿素供給制御部は、前記空気流により前記ＳＣＲ触媒の温度が前記基準温度未満に低下するのを待ってから前記停止時尿素供給制御を開始する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記エンジンは、前記エンジン本体に導入される空気が流通する吸気通路と、当該吸気通路に設けられた電動過給機とを備え、
   前記空気流通制御部は、前記電動過給機を駆動することにより前記空気流を生成する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
3. 請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記エンジンは、前記エンジン本体の出力軸に連係されたスタータモータを備え、
   前記空気流通制御部は、前記スタータモータを用いて前記エンジン本体をクランキングすることにより前記空気流を生成する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。