JP4598843B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に還元剤としてのアンモニアにより排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を選択的に浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）を採用した排気浄化システムに好適に適用されるものである。なお、本システムは、一般に還元剤として尿素水溶液が用いられることから、尿素ＳＣＲシステムとして知られている。

近年、自動車等に適用されるエンジン（特にディーゼルエンジン）において、排気中のＮＯｘを高い浄化率で浄化する排気浄化システムとして、尿素ＳＣＲシステムの開発が進められており、一部実用化に至っている。尿素ＳＣＲシステムとしては次の構成が知られている。すなわち、尿素ＳＣＲシステムでは、エンジン本体に接続された排気管に選択還元型のＮＯｘ触媒が設けられるとともに、その上流側に、ＮＯｘ還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管内に添加する尿素水添加弁が設けられている。

上記システムにおいては、尿素水添加弁により排気管内に尿素水が添加されることで、ＮＯｘ触媒上で排気中のＮＯｘが選択的に還元除去される。ＮＯｘの還元に際しては、尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3）が生成され、そのアンモニアがＮＯｘ触媒に吸着するととともに同ＮＯｘ触媒上にてアンモニアに基づく還元反応が行われることによってＮＯｘが還元、浄化されることになる。

ここで、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を高め、しかもアンモニアスリップの発生を抑制するには、ＮＯｘ触媒に対してアンモニアを過不足無く供給することが必要である。そこで、ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量（還元剤吸着量）を推定し、その推定値に基づいて尿素水添加弁による尿素水添加量を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。具体的には、エンジンから排出されるＮＯｘ排出量と、ＮＯｘ触媒における実ＮＯｘ浄化率とを算出するとともに、これらＮＯｘ排出量と実ＮＯｘ浄化率とに基づいてＮＯｘ触媒でのアンモニア消費量を算出する。また、アンモニア消費量とその時の尿素水添加量とに基づいてアンモニア吸着量を算出し、そのアンモニア吸着量により尿素水添加量を制御する技術が提案されている。

ＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着量については、これを直接計測することは困難であるため、上記従来技術を含め一般には、排気管に設置したＮＯｘセンサの計測値などからアンモニア吸着量を推定する構成が採用されている。
特開２００３−２９３７３７号公報 特開２００３−２９３７３８号公報

しかしながら、ＮＯｘ触媒が温度上昇に伴い所定の高温状態になると、アンモニア吸着量の算出精度が低下すると考えられる。すなわち、ＮＯｘ触媒においてアンモニア吸着量の限界値は触媒温度に応じて異なると考えられ、アンモニア吸着量の限界値が小さい場合には、アンモニアスリップが生じやすくなる。また、アンモニアスリップが生じやすい状況下では、アンモニア吸着量を正しく算出することが困難となる。したがって、尿素水添加制御の精度が低下し、結果としてＮＯｘ浄化率が低下することが懸念される。

本発明は、還元剤添加制御を好適に実施し、ひいてはＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化を好適に行わせることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着しその還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）を備え、ＮＯｘ触媒の排気上流側に還元剤添加手段により還元剤を添加する排気浄化システムに適用される。そして、ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量を算出し、その還元剤吸着量に基づいて還元剤添加手段による還元剤添加量を制御する。また特に、請求項１に記載の発明では、ＮＯｘ触媒の温度又はそれに相関する温度情報を計測又は推定により取得し、その触媒温度又は温度情報に基づいて還元剤添加制御の実施態様を切り替える。なお、還元剤吸着量は、ＮＯｘ触媒における還元剤の供給と消費との収支に基づいて算出されるとよい。

要するに、ＮＯｘ触媒において還元剤吸着量の限界値は触媒温度に応じて異なり、それら両者の関係は概ね図４のとおりである。すなわち、触媒温度が高くなるほど、還元剤吸着量の限界値が小さくなる。したがって、ＮＯｘ触媒が高温状態にある場合には、同ＮＯｘ触媒に供給される還元剤が過剰になりやすく、還元剤過剰となることで還元剤がＮＯｘ触媒の下流側に排出される（アンモニアスリップが生じる）。かかる場合、ＮＯｘ触媒が高温状態にあると、還元剤吸着量の適正な管理が困難になり、還元剤吸着量に基づく還元剤添加制御を好適に行えなくなると考えられる。

この点、本発明では、ＮＯｘ触媒温度（又は温度情報）に基づいて還元剤添加制御の実施態様を切り替えるため、ＮＯｘ触媒温度の増加により還元剤吸着量の適正な管理が困難になる場合であっても、還元剤添加制御を好適に実施することが可能となる。その結果、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化を好適に行わせることができる。

請求項１に記載の発明では、都度取得した触媒温度が所定値よりも高い場合又はそれ相当の場合に、還元剤吸着量に基づく添加量制御を停止する。つまり、ＮＯｘ触媒温度が高い場合には、ＮＯｘ触媒に吸着可能な還元剤量に比べてＮＯｘ量が多く、またＮＯｘ浄化反応の時間も早いため、還元剤吸着量を特に考慮する必要はなく、還元剤吸着量を考慮せずに還元剤添加制御を実施してもＮＯｘ浄化率を維持することができる。

ＮＯｘ触媒が高温状態にある場合において、以下の（１）（２）のように制御の実施態様を変更することが望ましい。いずれにおいても、ＮＯｘ触媒が高温状態にある場合において適正なる還元剤添加制御を実施できる。

（１）ＮＯｘ触媒に導入される都度のＮＯｘ量に基づいて還元剤添加手段による還元剤添加量の基本値を算出する一方、都度の還元剤吸着量に基づいて還元剤添加手段による還元剤添加量の補正値を算出する。そして特に、触媒温度が所定値よりも低い場合又はそれ相当の場合に、還元剤添加量の基本値及び補正値により算出した添加量制御値により添加量制御を行い、触媒温度が所定値よりも高い場合又はそれ相当の場合に、前記基本値により算出した添加量制御値（すなわち、補正値を用いずに算出した添加量補正値）により添加量制御を行う（請求項１）。

（２）都度のＮＯｘ浄化率（算出値）に基づいて還元剤添加手段による還元剤添加量を制御する手段を備える。そして、触媒温度が所定値よりも高い場合又はそれ相当の場合に、還元剤吸着量に基づく添加量制御からＮＯｘ浄化率に基づく添加量制御への切替を行う（第１構成）。

請求項２に記載の発明では、還元剤吸着量に基づいて実施される第１制御と、還元剤吸着量に基づかずに実施される第２制御とで還元剤添加制御を切り替える構成において、第１制御から第２制御に切り替える場合の触媒温度しきい値と、その逆の第２制御から第１制御に切り替える場合の触媒温度しきい値とにヒステリシスが設けられている。

こうしてヒステリシスを設定することにより、第１制御と第２制御とにおける制御切替の頻度を減らすことができる。この場合、制御切替が実施される温度域（触媒温度しきい値を含む所定の温度域）は、還元剤吸着量に基づく添加量制御の精度が低下しやすい領域であり、当該温度域での制御切替の頻度を減らすことで、制御精度の低下を抑制できる。

例えば、触媒温度が高温になることに伴い還元剤吸着量に基づく添加量制御（第１制御）が停止された後において、同添加量制御（第１制御）が再開されるタイミングを遅らせることができる。これにより、還元剤吸着量に基づく添加量制御が再開されるタイミングにおいて、当該添加量制御の精度を高めることが可能となる。

請求項３に記載の発明では、都度算出した還元剤吸着量を目標値に一致させるべく還元剤添加量のフィードバック制御を実施する構成において、都度取得した触媒温度又は温度情報に基づいてフィードバック制御のゲイン又はフィードバック量の上限値の少なくともいずれかを変更する。例えば、ＮＯｘ触媒温度が高温となる場合において、その時の触媒温度に基づいてゲイン値を小さい値に変更したり、フィードバック量の上限値を小さい値に変更したりする。

こうしてフィードバックゲイン又はフィードバック量の上限値を変更することにより、例えば、触媒温度が高温になることに伴い還元剤吸着量に基づく添加量制御を停止させる構成において、触媒温度の高温化に際して目標値に対する制御の追従性を適宜変更できる。したがって、還元剤吸着量に基づく添加量制御について停止／再開を切り替える構成においてその切替を滑らかに実施できる。
具体的には、請求項４に記載の発明では、触媒温度が所定値付近かつそれよりも低温側の温度域で高温側ほど又はそれ相当の場合に、フィードバック制御のゲイン又はフィードバック量の上限値の少なくともいずれかを徐々に低い値に変更する。これにより、フィードバックの目標値に対する制御の追従性を適宜変更できる。したがって、還元剤吸着量に基づく添加量制御について停止／再開を切り替える構成においてその切替を滑らかに実施できる。

内燃機関の運転負荷とＮＯｘ触媒の温度とには相関がある。例えば、内燃機関の運転負荷が大きい場合（高負荷時）には排気温度が高くなることに伴い触媒温度が上昇する。そこで、請求項５に記載したように、ＮＯｘ触媒の温度情報として内燃機関の負荷情報を取得し、都度の負荷情報に基づいて還元剤添加制御の実施態様を切り替える構成としてもよい。本構成であっても、上述のとおり還元剤添加制御を好適に実施することが可能となる。

図４に示すように、触媒温度が高くなるほど、ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量の限界値が小さくなり、「０」に近づく。つまり、ＮＯｘ触媒が高温状態にある場合には、ＮＯｘ触媒における実際の還元剤吸着量はほぼ０になる。そこで、請求項６に記載の発明では、触媒温度が所定の高温域に到達した場合又はそれ相当の場合に、還元剤吸着量について初期化を実施する。こうして還元剤吸着量を初期化することにより、還元剤吸着量の算出精度を維持できる。

なお、ＮＯｘ触媒では、内燃機関の運転状態下で還元剤の供給と消費との収支に応じて還元剤の吸着が行われ、本排気浄化装置では、その還元剤吸着に対応させて時系列データの蓄積により還元剤吸着量が算出されるものとなっている。そして、その時系列データの蓄積を一旦リセットすべく初期値を設定する処理が「初期化」に相当する。

還元剤吸着量の初期化に関してより具体的には、触媒温度が所定の高温域に到達した場合又はそれ相当の場合に、０又は０付近の値により還元剤吸着量を初期化するとよい（請求項７）。又は、前記触媒温度が所定の高温域に到達した場合又はそれ相当の場合に、触媒温度と還元剤吸着量の限界値との関係に基づいて算出した還元剤吸着量の限界値により前記還元剤吸着量を初期化するとよい（請求項８）。

以下には、本明細書の開示範囲内において上記以外に抽出可能な技術的思想を記載する。なお、下記の技術的思想の作用効果については、上述した請求項６の発明と作用効果が重複するためその説明を割愛する。

（ア）内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着しその還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するＮＯｘ触媒を備え、前記ＮＯｘ触媒の排気上流側に還元剤添加手段により還元剤を添加する排気浄化システムに適用され、
前記ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量を算出し、その還元剤吸着量に基づいて前記還元剤添加手段による還元剤添加量を制御する排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ触媒の温度又はそれに相関する温度情報を計測又は推定により取得する取得手段と、
前記触媒温度が所定の高温域に到達した場合又はそれ相当の場合に、前記還元剤吸着量について初期化を実施する初期化手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

また、上記（ア）において、次の（イ）（ウ）の技術的思想を組み合わせることが可能である。

（イ）前記初期化手段は、前記触媒温度が所定の高温域に到達した場合又はそれ相当の場合に、０又は０付近の値により前記還元剤吸着量を初期化する。

（ウ）前記ＮＯｘ触媒に関して触媒温度と還元剤吸着量の限界値との関係に基づいて、還元剤吸着量の限界値を算出する手段を備え、
前記初期化手段は、前記触媒温度が所定の高温域に到達した場合又はそれ相当の場合に、前記還元剤吸着量の限界値により前記還元剤吸着量を初期化する。

以下、本発明に係る排気浄化装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態の排気浄化装置は、選択還元型触媒を用いて排気中のＮＯｘを浄化するものであり、尿素ＳＣＲシステムとして構築されている。はじめに、図１を参照してこのシステムの構成について詳述する。図１は、本実施形態に係る尿素ＳＣＲシステムの概要を示す構成図である。本システムは、自動車に搭載されたディーゼルエンジン（図示略）により排出される排気を浄化対象として、排気を浄化するための各種アクチュエータ及び各種センサ、並びにＥＣＵ（電子制御ユニット）４０等を有して構築されている。

エンジン排気系の構成として、図示しないエンジン本体に接続され排気通路を形成する排気管１１には、上流側から順に酸化触媒１２、選択還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）１３が配設されている。排気管１１において酸化触媒１２とＳＣＲ触媒１３との間には、還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管１１内に添加供給するための尿素水添加弁１５が設けられるとともに、ＮＯｘセンサ１６と温度センサ１７とが設けられている。また、排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の下流側には、ＮＯｘセンサ１８が設けられている。ＮＯｘセンサ１６はＳＣＲ触媒１３の上流側にて排気中のＮＯｘ濃度を検出し、ＮＯｘセンサ１８はＳＣＲ触媒１３の下流側にて排気中のＮＯｘ濃度を検出する。以下の説明では、ＮＯｘセンサ１６を「上流側ＮＯｘセンサ」、ＮＯｘセンサ１８を「下流側ＮＯｘセンサ」とも称する。

排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の更に下流側には、同触媒１３から排出されるアンモニア（ＮＨ3）、すなわち余剰のアンモニアを除去するためのアンモニア除去装置として酸化触媒１９が設けられている。その他、排気管１１において酸化触媒１２よりも上流側には、エンジン本体から排出される排気の温度を検出する温度センサ２０が設けられている。

上述した排気系の構成では、エンジン本体から排出された排気は酸化触媒１２を通過し、その際、酸化触媒１２の酸化作用により排気中のＮＯ（一酸化窒素）がＮＯ2（二酸化窒素）に変換される。そしてその後、ＳＣＲ触媒１３では、アンモニアによるＮＯｘ還元が行われる。ＮＯｘ還元の詳細は後述する。

なお、酸化触媒１２は、ＰＭ除去装置としてのＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）と一体の装置として設けられていてもよい。この場合、ＤＰＦの上流側に酸化触媒１２を設けるか、或いはＤＰＦを担体としてそのセル表面に白金等を担持することで酸化触媒１２を一体化する。ちなみに、ＤＰＦは、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する連続再生式のＰＭ除去用フィルタであり、ＤＰＦに捕集されたＰＭは、ディーゼルエンジンにおけるメイン燃料噴射後のポスト噴射等により燃焼除去され（再生処理に相当）、これによりＤＰＦの継続使用が可能となっている。

ＳＣＲ触媒１３はＮＯｘの還元反応（排気浄化反応）を促進するものであり、
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ …（式１）
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ …（式２）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ …（式３）
のような反応を促進して排気中のＮＯｘを還元する。そして、これらの反応においてＮＯｘの還元剤となるアンモニア（ＮＨ3）を添加供給するものが、同ＳＣＲ触媒１３の上流側に設けられた尿素水添加弁１５である。

尿素水添加弁１５は、ガソリン噴射用の既存の燃料噴射弁（インジェクタ）とほぼ同様の構成を有するものであり、公知の構成が採用できるため、ここでは構成を簡単に説明する。尿素水添加弁１５は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、先端噴孔部を開閉するためのニードルを有する弁体部とを備えた電磁式開閉弁として構成されており、ＥＣＵ４０からの噴射駆動信号に基づき開弁又は閉弁する。すなわち、噴射駆動信号に基づき電磁ソレノイドが通電されると、該通電に伴いニードルが開弁方向に移動し先端噴孔部１５ａから尿素水が添加（噴射）される。

尿素水添加弁１５に対しては、尿素水タンク２１から尿素水が逐次供給されるようになっており、次に、尿素水供給系の構成について説明する。

尿素水タンク２１は給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定濃度（３２．５％）の尿素水が貯蔵されている。尿素水タンク２１内には、尿素水に浸漬した状態で尿素水ポンプ２２が設けられている。尿素水ポンプ２２は、ＥＣＵ４０からの駆動信号により回転駆動される電動式ポンプである。尿素水ポンプ２２には尿素水供給管２３の一端が接続されており、同尿素水供給管２３の他端は尿素水添加弁１５に接続されている。尿素水供給管２３により尿素水通路が形成されている。尿素水ポンプ２２が回転駆動されることにより、尿素水が汲み上げられ尿素水供給管２３を通じて尿素水添加弁１５側に吐出される。

尿素水ポンプ２２は、例えば駆動源として電動機（モータ）を備えるタービン式ポンプであり、電動機の駆動に伴いインペラが回転するとともにインペラ外周部に設けられた多数の羽根溝から尿素水が圧送されるようになっている。なお、尿素水ポンプ２２としてはロータ式ポンプ等、他のポンプが適用されてもよい。また、本システムには、尿素水の圧力を調整するための圧力調整弁２４が設けられており、尿素水ポンプ２２の吐出圧力は圧力調整弁２４によって適宜調整される。その他、尿素水ポンプ２２の吐出口部分には、尿素水を濾過するためのフィルタ（図示略）が設けられており、逐次吐出される尿素水はフィルタにより異物が除去された後、尿素水供給管２３に吐出される。

上記システムの中で電子制御ユニットとして主体的に排気浄化に係る制御を行う部分がＥＣＵ４０である。ＥＣＵ４０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、各種センサの検出値に基づいて所望とされる態様で尿素水添加弁１５をはじめとする各種アクチュエータを操作することにより、排気浄化に係る各種の制御を行うものである。具体的には、例えば尿素水添加弁１５の通電時間（開弁時間）や尿素水ポンプ２２の駆動量等を制御することにより、適切な時期に適正な量の尿素水を排気管１１内に添加供給する。

本実施形態に係る上記システムでは、エンジン運転時において、尿素水ポンプ２２の駆動により尿素水タンク２１内の尿素水が尿素水供給管２３を通じて尿素水添加弁１５に圧送され、尿素水添加弁１５により排気管１１内に尿素水が添加供給される。すると、排気管１１内において排気と共に尿素水がＳＣＲ触媒１３に供給され、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯｘの還元反応が行われることによってその排気が浄化される。ＮＯｘの還元に際しては、例えば、
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2 …（式４）
のような反応をもって、尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3）が生成され、ＳＣＲ触媒１３にアンモニアが吸着するとともに同ＳＣＲ触媒１３において排気中のＮＯｘがアンモニアにより選択的に還元除去される。すなわち、同ＳＣＲ触媒１３上で、そのアンモニアに基づく還元反応（上記反応式（式１）〜（式３））が行われることによって、ＮＯｘが還元、浄化されることになる。

尿素水添加弁１５の尿素水添加制御について説明する。本実施形態では、尿素水添加制御として、基本的にアンモニア吸着量によるフィードバック制御を実施することとしている。アンモニア吸着量のフィードバック制御とは、ＳＣＲ触媒１３における実際のアンモニア吸着量を算出するともとに、そのアンモニア吸着量を目標値に一致させるよう尿素水添加弁１５の尿素水添加量を制御するものである。アンモニア吸着量は、ＳＣＲ触媒１３におけるアンモニア供給とアンモニア消費との収支に基づいて算出される。

ここで、ＳＣＲ触媒１３の温度（ＳＣＲ触媒温度）とアンモニア吸着量の限界値とは図４に示す関係にあり、ＳＣＲ触媒温度が高くなるほどアンモニア吸着量の限界値が小さくなる。アンモニア吸着量の限界値は、ＳＣＲ触媒１３においてアンモニア吸着が飽和状態となる吸着量上限値である。また、ＳＣＲ触媒特性としてアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率とは基本的に図５に示す関係にあり、アンモニア吸着量が多くなるほどＮＯｘ浄化率が高くなる。

かかる場合、ＳＣＲ触媒１３が比較的低温の状態にあれば、アンモニア吸着量の限界値が大きく、ＳＣＲ触媒１３において十分量のアンモニアを吸着させておくことができるため、ＮＯｘ浄化率を高レベルに維持できる。また、アンモニアスリップの発生も抑制できる。これに対し、ＳＣＲ触媒１３が比較的高温の状態にあると、アンモニア吸着量の限界値が小さくなるため、アンモニア吸着量の適正な管理が困難になる。また、高温条件下ではＳＣＲ触媒１３からのアンモニアの離脱が多くなり、アンモニアスリップが生じやすくなる。以上の理由により、ＳＣＲ触媒１３が比較的高温の状態にある場合には、アンモニア吸着量による尿素水添加制御が好適に行えなくなると考えられる。

そこで本実施形態では、ＳＣＲ触媒温度が所定の高温域及びそれ以外の温度域のいずれにあるかに基づいて尿素水添加制御の実施態様を切り替えることとしている。具体的には、ＳＣＲ触媒温度が所定値以上である場合には、アンモニア吸着量をパラメータとする尿素水添加制御を停止し、アンモニア吸着量をパラメータとしない別の尿素水添加制御を実施する。具体的には、アンモニア吸着量をパラメータとしない別の尿素水添加制御として、ＳＣＲ触媒１３に導入されるＮＯｘ量や触媒特性に基づいて算出される添加量基本値に基づいて尿素水添加制御を実施する。

ＳＣＲ触媒１３が高温状態にある場合には、ＳＣＲ触媒１３でのＮＯｘ浄化反応の反応速度が大きくなることから、アンモニア吸着量による尿素水添加制御を行わなくても、ＮＯｘ浄化率の維持が可能となる。

尿素水添加弁１５による尿素水添加制御の全体構成を、図２に機能ブロック図として示す。なお、図２中、各ブロックの出力等には、（１）〜（９）の数字を付している。

図２では、まずはアンモニア吸着量の算出に関して、ＳＣＲ触媒１３の上流側におけるＮＯｘ量（以下、上流側ＮＯｘ量（１）という）を算出する上流側ＮＯｘ量算出部Ｍ１と、ＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量（以下、下流側ＮＯｘ量（２）という）を算出する下流側ＮＯｘ量算出部Ｍ２と、上流側ＮＯｘ量（１）に基づいて尿素水添加弁１５による尿素水添加量の基本値である基本添加量（３）を算出する基本添加量算出部Ｍ３と、基本添加量算出部Ｍ３にて算出した基本添加量（３）を、後述する補正量算出部Ｍ７にて算出した添加量補正値（７）で補正して尿素水添加量（４）を算出する添加量補正部Ｍ４と、上流側／下流側の各ＮＯｘ量算出部Ｍ１，Ｍ２にて算出したＮＯｘ量（１）（２）の差（＝上流側ＮＯｘ量−下流側ＮＯｘ量）とその時の尿素水添加量（４）とに基づいてアンモニア吸着量（５）を算出するアンモニア吸着量算出部Ｍ５とを備えている。

なお、上流側ＮＯｘ量算出部Ｍ１において、エンジン本体からのＮＯｘ排出量を上流側ＮＯｘ量（１）として算出することも可能である。

アンモニア吸着量算出部Ｍ５について補足説明する。同算出部Ｍ５では、その時々の尿素水添加量（４）に基づいて尿素水添加ごとのＳＣＲ触媒１３に対するアンモニア供給量ＶＡを算出するとともに、上流側ＮＯｘ量（１）と下流側ＮＯｘ量（２）との差であるＮＯｘ反応量に基づいてアンモニア消費量ＶＢを算出する。そして、それらアンモニア供給量ＶＡとアンモニア消費量ＶＢとにより、尿素水添加弁１５の尿素水添加の都度生じるアンモニア吸着の量である吸着発生量ＶＣを算出し、さらに、その吸着発生量ＶＣを逐次積算することで、ＳＣＲ触媒１３における実吸着量であるアンモニア吸着量（５）を算出する。要するに、その時々のアンモニア供給量ＶＡとアンモニア消費量ＶＢとの差である吸着発生量ＶＣ（＝ＶＡ−ＶＢ）がＳＣＲ触媒１３での「還元剤収支の時系列データ」であり、その吸着発生量ＶＣが所定の時間周期で算出されるとともにその算出値が逐次積算されることで、ＳＣＲ触媒１３における実際のアンモニア吸着量（５）が算出（推定）されるようになっている。

また、添加量補正値の算出に関して、上述したアンモニア吸着量算出部Ｍ５と、アンモニア吸着量の目標値（６）を設定する目標値設定部Ｍ６と、アンモニア吸着量（５）と目標値（６）との偏差に基づいて添加量補正値（７）を算出する補正量算出部Ｍ７とを備えている。

また、添加量制御の切替に関して、ＳＣＲ触媒１３の温度であるＳＣＲ触媒温度（８）を算出するＳＣＲ触媒温度算出部Ｍ８と、ＳＣＲ触媒温度（８）に基づいて、添加量補正部Ｍ４にて算出した尿素水添加量（４）と基本添加量算出部Ｍ３にて算出した基本添加量（３）とのいずれを最終の添加量制御値（９）として出力するかを切り替える制御切替部Ｍ９とを備える。制御切替部Ｍ９から出力される添加量制御値（９）が尿素水添加弁１５に対する出力値に相当し、この添加量制御値（９）により尿素水添加弁１５が開弁駆動されて尿素水添加制御が実行される。

すなわち、制御切替部Ｍ９では、アンモニア吸着量（５）に基づいて添加量制御値（９）が算出される場合と、アンモニア吸着量（５）に基づかずに添加量制御値（９）が算出される場合とが切り替えられるようになっている。

次に、ＥＣＵ４０による尿素水添加制御の手順について詳しく説明する。図３は、尿素水添加制御処理を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ４０により所定の時間周期で繰り返し実行される。なお下記の説明では、各制御パラメータについて、上述した図２のブロック図で使用した符号を必要に応じて併記する。

図３において、ステップＳ１１では、ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側における各ＮＯｘ量である上流側ＮＯｘ量（１）と下流側ＮＯｘ量（２）とを算出する。このとき、上流側ＮＯｘ量（１）は、ＳＣＲ触媒１３に導入される都度のＮＯｘ量であり、上流側ＮＯｘセンサ１６の出力値から検出した上流側ＮＯｘ濃度と、吸気管に設けたエアフロメータ（図示略）の出力値から検出した排気流量とに基づいて算出される。また、下流側ＮＯｘ量（２）は、下流側ＮＯｘセンサ１８の出力値から検出した下流側ＮＯｘ濃度と、エアフロメータ（図示略）の出力値から検出した排気流量とに基づいて算出される。なお、排気流量の算出に関し、エンジン回転速度や燃料噴射量等の運転状態パラメータからマップや数式を用いて排気流量を算出したり、排気管に設けた流量センサにより排気流量を計測したりすることも可能である。

次に、ステップＳ１２では、尿素水の基本添加量（３）を算出する。このとき、算出パラメータとして上流側ＮＯｘ量（１）を用い、その上流側ＮＯｘ量（１）が多いほど基本添加量（３）として大きい値を算出する。

その後、ステップＳ１３では、その時のＳＣＲ触媒温度Ｔｓｃｒが所定値Ｔ１未満であるか否かを判定する。所定値Ｔ１は、図４の関係に基づいて設定され、所望とするアンモニア吸着量の限界値を基準として定められる。本実施形態ではＴ１＝３００℃である。ちなみに、ＳＣＲ触媒１３の活性温度（例えば、所定のＮＯｘ浄化性能が発揮可能となる触媒温度）は約２００℃であり、その活性温度よりも高温側にＴ１が設定されている。そして、Ｔｓｃｒ＜Ｔ１であればステップＳ１４に進み、Ｔｓｃｒ≧Ｔ１であればステップＳ２１に進む。

Ｔｓｃｒ＜Ｔ１であり、ステップＳ１４に進むと、ステップＳ１４〜Ｓ１７でアンモニア吸着量（５）の算出処理を実行する。詳しくは、ステップＳ１４では、上流側ＮＯｘ量（１）と下流側ＮＯｘ量（２）との差によりＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ反応量を算出するとともに、そのＮＯｘ反応量に基づいてＳＣＲ触媒１３でのアンモニア消費量ＶＢを算出する。このとき、例えば、ＳＣＲ触媒１３の温度等を加味しつつＮＯｘ反応量からアンモニア消費量ＶＢを算出することが好ましい。ステップＳ１５では、尿素水添加量（４）の前回値に基づいて、尿素水添加弁１５による前回の尿素水添加に伴い実際にＳＣＲ触媒１３に供給されたアンモニア量であるアンモニア供給量ＶＡを算出する。例えば、排気温度などを加味してアンモニア供給量ＶＡを算出することが好ましい。

ステップＳ１６では、アンモニア供給量ＶＡとアンモニア消費量ＶＢとの差分により、尿素水添加（アンモニア供給）に伴いＳＣＲ触媒１３に吸着するアンモニア量である吸着発生量ＶＣを算出する。続くステップＳ１７では、上記ステップＳ１６で算出した吸着発生量ＶＣを逐次積算してアンモニア吸着量（５）を算出する。

その後、ステップＳ１８では、あらかじめ定められたＳＣＲ触媒特性からＳＣＲ触媒１３のＮＯｘ浄化率の上限値を算出するとともに、その上限値からアンモニア吸着量の目標値（６）を算出する。このとき、ＳＣＲ触媒特性は、例えば図５のようにアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係として定められており、アンモニア吸着量に対してＮＯｘ浄化率がほぼ一定となる上限値を基にアンモニア吸着量の目標値を算出する。なお、排気温度を加味して目標値（６）を算出してもよい。

ステップＳ１９では、アンモニア吸着量（５）と目標値（６）との偏差に基づいて添加量補正値（７）を算出する。本実施形態では、アンモニア吸着量に基づくフィードバック制御を実施することとしており、アンモニア吸着量（５）と目標値（６）との偏差を算出するとともに、例えばＰＩ又はＰＩＤ等のフィードバック手法を用いアンモニア吸着量の偏差が解消されるようにして添加量補正値（７）を算出する。

最後に、ステップＳ２０では、基本添加量（３）と添加量補正値（７）とを加算して尿素水添加量（４）を算出するとともに、その尿素水添加量（４）を最終の添加量制御値（９）とする。つまり、アンモニア吸着量（５）に基づくフィードバック制御が反映されて最終の添加量制御値（９）が算出され、その添加量制御値（９）に基づいて尿素水添加弁１５により尿素水添加が実行される。

一方、Ｔｓｃｒ≧Ｔ１であり、ステップＳ１３からステップＳ２１に進んだ場合には、ステップＳ１２で算出した基本添加量（３）を最終の添加量制御値（９）とする。つまり、アンモニア吸着量（５）によらず基本添加量（３）により最終の添加量制御値（９）が算出され、その添加量制御値（９）に基づいて尿素水添加弁１５により尿素水添加が実行される。また、続くステップＳ２２では、アンモニア吸着量（５）を初期化する。本実施形態では、その時点でメモリ（ＲＡＭ）に記憶されているアンモニア吸着量（５）を０にクリアする。

ＳＣＲ触媒１３が高温状態になった場合（Ｔｓｃｒ≧Ｔ１になった場合）にアンモニア吸着量（５）を初期化することについて補足説明する。

要するに、アンモニア吸着量（５）には、ＳＣＲ触媒１３における実際の吸着量に対していくらかの誤差（算出誤差）を含んでおり、この算出誤差により尿素水添加制御が好適に行われず、結果としてＮＯｘ浄化率が低下したりアンモニアスリップが生じたりすることが懸念される。それゆえに、アンモニア吸着量（５）について誤差分を解消するための初期化処理を実施するのが望ましい。

そこで本実施形態では、図４の関係を利用し、ＳＣＲ触媒１３が高温となりアンモニア吸着量の限界値が小さくなった状態、すなわちＳＣＲ触媒１３のアンモニア吸着能力が低下して実際のアンモニア吸着量が少なくなった状態で、０又は０付近の微小値によりアンモニア吸着量（５）を初期化する。つまり、ＳＣＲ触媒１３の高温状態下では、同ＳＣＲ触媒１３にて吸着可能なアンモニア量がわずかな量に限られ、また、アンモニアが吸着したとしても反応速度が大きいために直ぐに離脱する。そのため、ＳＣＲ触媒１３の高温状態下においては、０又は０付近の微小値によるアンモニア吸着量（５）の初期化が可能となる。なお、初期化に用いる値は、図４の関係にて決まるアンモニア吸着量の限界値と０との間のいずれかの値（例えば、図４のＸ１内の値）であればよい。アンモニア吸着量の限界値での初期化も可能である。

上述した図３によれば、エンジン負荷増加等によりＳＣＲ触媒１３が高温になりアンモニア吸着量による尿素水添加制御が停止されると、その時点でアンモニア吸着量（５）が０に初期化される。そしてその後、アンモニア吸着量による尿素水添加制御が再開される場合には、その初期化の値（＝０）から、吸着発生量ＶＣの積算によるアンモニア吸着量（５）の算出が行われる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

ＳＣＲ触媒温度が所定の高温状態にある場合（Ｔｓｃｒ≧Ｔ１である場合）に、アンモニア吸着量に基づく尿素水添加量制御を停止するとともに、アンモニア吸着量に基づく尿素水添加制御からアンモニア吸着量に基づかない尿素水添加制御への制御切替を実施する構成とした。そのため、ＳＣＲ触媒１３が高温状態にありアンモニアスリップの発生等によりアンモニア吸着量の適正な管理が困難になる場合であっても、尿素水添加制御を好適に実施することが可能となる。その結果、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ浄化を好適に行わせることができる。

ＳＣＲ触媒温度が高い場合には、ＳＣＲ触媒１３に吸着可能なアンモニア量に比べてＮＯｘ量が多く、またＮＯｘ浄化反応の時間も早い。このとき、ＮＯｘ浄化性能におけるアンモニア吸着量の寄与が小さくなる。そのため、アンモニア吸着量を特に考慮する必要はなく、アンモニア吸着量を考慮せずに尿素水添加制御を実施したとしても、ＮＯｘ浄化率を維持することができる。

ＳＣＲ触媒温度が所定の高温状態になった場合（Ｔｓｃｒ≧Ｔ１になった場合）に、アンモニア吸着量を「０」に初期化する構成としたため、図４に示す触媒特性を考慮しつつ好適なるアンモニア吸着量の初期化を実施できる。これにより、アンモニア吸着量の算出精度を維持できる。

ＳＣＲ触媒温度が高温になる場合としては、エンジンが高負荷状態にあり、排気流量が増えると同時にＮＯｘ排出量が増えると考えられる。この場合、ＮＯｘ排出量が増えると、ＮＯｘセンサ等、各種センサの精度低下やアンモニアスリップの発生等に起因してアンモニア吸着量の算出誤差が生じる。この点、上記のとおりＳＣＲ触媒温度が高温となる場合に、アンモニア吸着量に基づく尿素水添加制御が停止されるため、アンモニア吸着量の算出誤差が生じることに伴う制御精度の低下を抑制できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、アンモニア吸着量に基づいて実施される尿素水添加制御（以下、「第１制御」ともいう）と、アンモニア吸着量に基づかずに実施される尿素水添加制御（以下、「第２制御」ともいう）とを切り替える構成において、第１制御から第２制御に切り替える場合の触媒温度しきい値と、その逆に第２制御から第１制御に切り替える場合の触媒温度しきい値とにヒステリシスを設ける構成としている。

図６は、本実施形態における尿素水添加制御処理を示すフローチャートであり、本処理は、第１実施形態における図３の処理に置き換えて実施される。なお、図３と重複する処理については説明を割愛する。

図６において、ステップＳ３１では、上流側ＮＯｘ量（１）と下流側ＮＯｘ量（２）とを算出し、続くステップＳ３２では、尿素水の基本添加量（３）を算出する。これらステップＳ３１，Ｓ３２の各処理は図３のステップＳ１１，Ｓ１２と同様の処理である。

その後、ステップＳ３３では、ＳＣＲ触媒温度Ｔｓｃｒが所定値Ｔ１未満であるか否かを判定し、ステップＳ３４では、ＳＣＲ触媒温度Ｔｓｃｒが所定値Ｔ２未満であるか否かを判定する。ここで、ステップＳ３３は、図３のステップＳ１３と同じ処理であり、所定値Ｔ１は例えば３００℃である。また、所定値Ｔ２は、所定値Ｔ１よりも低い温度であり（Ｔ２＜Ｔ１）、例えばＴ２＝２８０℃である。なお、所定値Ｔ１，Ｔ２は、いずれもアンモニア吸着量の限界値が小さくなる領域、すなわちＳＣＲ触媒１３が高温状態となる温度領域（ＳＣＲ触媒１３の活性温度以上の温度域）に設定されている。

そして、Ｔｓｃｒ＜Ｔ２であれば、ステップＳ３５に進んでアンモニア吸着量をパラメータとして用いる尿素水添加制御（第１制御）を実施し、Ｔｓｃｒ≧Ｔ１であれば、ステップＳ３６に進んでアンモニア吸着量をパラメータとして用いない尿素水添加制御（第２制御）を実施する。また、Ｔ２≦Ｔｓｃｒ＜Ｔ１であれば、ステップＳ３７に進み、制御の切替を実施せずその時点の尿素水添加制御（第１制御、第２制御のいずれか）をそのまま継続する。

ここで、ステップＳ３５は図３のステップＳ１４〜Ｓ２０の処理に相当し、同ステップＳ３５では、アンモニア吸着量を目標値に一致させるべく尿素水添加量のフィードバック制御を実行する。また、ステップＳ３６は図３のステップＳ２１の処理に相当し、同ステップＳ３６では、アンモニア吸着量をパラメータとして使わず基本添加量による尿素水添加量のオープン制御を実行する（ステップＳ２２の初期化処理も実施してよい）。

要するに、図７のタイムチャートに示すように、ＳＣＲ触媒温度が所定値Ｔ１未満のタイミングｔａ以前においては、アンモニア吸着量をパラメータとして用いる尿素水添加制御（第１制御）が実施され、その後、ＳＣＲ触媒温度の上昇により、タイミングｔａでＳＣＲ触媒温度が所定値Ｔ１を超えると、アンモニア吸着量をパラメータとして用いない尿素水添加制御（第２制御）が実施される。そして、ＳＣＲ触媒温度が下降に転じ、タイミングｔｂでＳＣＲ触媒温度Ｔｓｃｒが所定値Ｔ２未満になると、再びアンモニア吸着量をパラメータとして用いる尿素水添加制御（第１制御）が開始される。つまり、所定値Ｔ１，Ｔ２を温度しきい値として、尿素水添加制御の実施態様がヒステリシスを持って切り替えられる。

上記のようにヒステリシスを持たせて尿素水添加制御を切り替えることにより、第１制御／第２制御の切替頻度（アンモニア吸着量による尿素水添加制御の停止及び再開の頻度でもある）を少なくすることができる。この場合、制御切替が実施される温度域（Ｔ１〜Ｔ２の温度域）は、アンモニア吸着量に基づく添加量制御の精度が低下しやすい高温領域であり、当該温度域での制御切替の頻度を減らすことで、制御精度の低下を抑制できる。

例えば、ＳＣＲ触媒温度が高温になることに伴いアンモニア吸着量に基づく添加量制御が停止された後において、同添加量制御が再開されるタイミングを遅らせることができる。これにより、アンモニア吸着量に基づく添加量制御が再開されるタイミングにおいて、当該添加量制御の精度を高めることが可能となる。

尿素水添加制御の切替が頻繁になると、尿素水添加量の急変が繰り返し行われることが想定され、それに伴う尿素水添加弁１５等への悪影響が懸念されるが、こうした不都合も抑制できる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、第１，第２の実施形態との相違点として、アンモニア吸着量を用いる尿素水添加量のフィードバック制御において、都度のＳＣＲ触媒温度に基づいてフィードバック制御の実施態様を変更することとしている。その実施態様の変更について具体的には、フィードバック上限値の変更、フィードバックゲインの変更を行うこととしている。

図８は、本実施形態における尿素水添加制御処理を示すフローチャートであり、本処理は、第２実施形態における図６の処理の一部を変更したものである。

図８において、ステップＳ４１では、上流側ＮＯｘ量（１）と下流側ＮＯｘ量（２）とを算出し、続くステップＳ４２では、尿素水の基本添加量（３）を算出する（図６のステップＳ３１，Ｓ３２と同様）。また、ステップＳ４３では、ＳＣＲ触媒温度Ｔｓｃｒが所定値Ｔ１未満であるか否かを判定し、ステップＳ４４では、ＳＣＲ触媒温度Ｔｓｃｒが所定値Ｔ２未満であるか否かを判定する（図６のステップＳ３３，Ｓ３４と同様）。上述したとおり、所定値Ｔ１，Ｔ２は、いずれもアンモニア吸着量の限界値が小さくなる領域、すなわちＳＣＲ触媒１３が高温状態となる温度領域に設定されている。

そして、Ｔｓｃｒ≧Ｔ１である場合、アンモニア吸着量をパラメータとして用いない尿素水添加制御を実施する（ステップＳ４７、図６のステップＳ３６と同様）。すなわち、アンモニア吸着量をパラメータとして使わず基本添加量による尿素水添加量のオープン制御を実行する。

これに対し、Ｔｓｃｒ＜Ｔ１である場合、アンモニア吸着量をパラメータとして用いる尿素水添加制御を実施する（ステップＳ４５，Ｓ４６）。このとき基本的には、アンモニア吸着量を目標値に一致させるべく尿素水添加量のフィードバック制御を実行する（図６のステップＳ３５と同様）。また特に、ＳＣＲ触媒温度Ｔｓｃｒが所定値Ｔ２以上であるか否かに応じてフィードバック制御の実施態様を変更する。すなわち、ＳＣＲ触媒温度Ｔｓｃｒが所定値Ｔ２未満であれば、通常のフィードバック上限値及び通常のフィードバックゲインに基づいてフィードバック制御を実施する。これに対し、ＳＣＲ触媒温度Ｔｓｃｒが所定値Ｔ２以上であれば（Ｔ２≦Ｔｓｃｒ＜Ｔ１であれば）、フィードバック上限値及びフィードバックゲインを制限し、その制限したフィードバック上限値及びフィードバックゲインに基づいてフィードバック制御を実施する。

ステップＳ４５について補足すると、フィードバック上限値とフィードバックゲインとが図９（ａ）（ｂ）に基づいて設定される。図９（ａ）によれば、ＳＣＲ触媒温度ＴｓｃｒがＴ１〜Ｔ２の温度域にある場合に、高温側ほどフィードバック上限値が徐々に低い値に設定されるようになっている。また、図９（ｂ）によれば、ＳＣＲ触媒温度ＴｓｃｒがＴ１〜Ｔ２の温度域にある場合に、高温側ほどフィードバックゲインが徐々に低い値に設定されるようになっている。

なお、フィードバック上限値、フィードバックゲインとしてそれぞれ大小異なる複数段階の値を設定しておき、その複数段階の値により、フィードバック上限値、フィードバックゲインを段階的に変化させるようにしてもよい。また、フィードバック上限値及びフィードバックゲインのうちいずれか一方のみを可変に設定する構成としてもよい。

フィードバック上限値の設定に関して、次の数式を用いて当該設定を行う構成であってもよい。なお、αはフィードバック上限値、β，γは定数（ただしβ＜０）である。

α＝（Ｔｓｃｒ−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２）×β＋γ
上記のようにＳＣＲ触媒温度が所定の高温状態にある場合（Ｔｓｃｒ≧Ｔ１である場合）にアンモニア吸着量に基づく尿素水添加制御を停止する構成において、しきい値温度（境界温度）であるＴ１付近かつそれよりも低温側の温度域（Ｔ１〜Ｔ２の温度域）でフィードバック上限値及びフィードバックゲインを徐々に変更することにより、フィードバック目標値に対する制御の追従性を適宜変更できる。したがって、アンモニア吸着量に基づく添加量制御について停止／再開を切り替える構成においてその切替を滑らかに実施できる。

アンモニア吸着量に基づく添加量制御の停止／再開が切り替えられる場合には、尿素水添加量の急変が生じることが想定され、それに伴う尿素水添加弁１５等への悪影響が懸念されるが、こうした不都合も抑制できる。

（第４の実施形態）
本実施形態では、上述した各実施形態との相違点として、アンモニア吸着量を用いない尿素水添加制御としてＮＯｘ浄化率を用いた尿素水添加制御を実施する。つまり、ＳＣＲ触媒温度が所定値よりも高い場合に、アンモニア吸着量に基づく尿素水添加制御（第１制御に相当）からＮＯｘ浄化率に基づく尿素水添加制御（第２制御に相当）への切替を行う構成としている。

図１０は、本実施形態における尿素水添加制御処理を示すフローチャートであり、本処理は、第２実施形態における図６の処理の一部を変更したものである。

図１０において、ステップＳ５１では、上流側ＮＯｘ量（１）と下流側ＮＯｘ量（２）とを算出し、続くステップＳ５２では、尿素水の基本添加量（３）を算出する（図６のステップＳ３１，Ｓ３２と同様）。また、ステップＳ５３では、ＳＣＲ触媒温度Ｔｓｃｒが所定値Ｔ１未満であるか否かを判定する（図６のステップＳ３３と同様）。

そして、Ｔｓｃｒ＜Ｔ１である場合には、ステップＳ５４に進み、アンモニア吸着量による尿素水添加制御を実施する（図６のステップＳ３５と同様）。

また、Ｔｓｃｒ≧Ｔ１である場合には、ステップＳ５５に進み、現時点での実際のＮＯｘ浄化率を算出する。具体的には、上流側ＮＯｘ量（１）と下流側ＮＯｘ量（２）とによりＳＣＲ触媒１３における実際のＮＯｘ浄化率を算出する。ここで、ＮＯｘ浄化率は、上流側ＮＯｘ量（１）と下流側ＮＯｘ量（２）との差を上流側ＮＯｘ量（１）により割ることで算出される。すなわち、ＮＯｘ浄化率をＸ１、上流側ＮＯｘ量をＹ１、下流側ＮＯｘ量をＹ２とすると、
Ｘ１＝（Ｙ１−Ｙ２）／Ｙ１
によりＮＯｘ浄化率Ｘ１が算出される。

その後、ステップＳ５６では、ＮＯｘ浄化率に基づいて尿素水添加制御を実施する。すなわち、アンモニア吸着量によらずＮＯｘ浄化率に基づく尿素水添加制御を実施する。このとき、ＮＯｘ浄化率の目標値に対して実際のＮＯｘ浄化率（ステップＳ５５の算出値）が小さければ尿素水添加量を増量し、実際のＮＯｘ浄化率（ステップＳ５５の算出値）が大きければ尿素水添加量を減量するようにして尿素水添加制御が実施される。

本第４の実施形態においても、上述した各実施形態と同様に、ＳＣＲ触媒１３が高温状態にありアンモニアスリップの発生等によりアンモニア吸着量の適正な管理が困難になる場合であっても、尿素水添加制御を好適に実施することが可能となる。その結果、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ浄化を好適に行わせることができる。

上記のように、ＳＣＲ触媒温度が所定値よりも高い場合にアンモニア吸着量に基づく尿素水添加制御からＮＯｘ浄化率に基づく尿素水添加制御への切替を行う構成において、その切替温度（触媒温度しきい値）にヒステリシスを持たせる構成を付加してもよい（詳細は第２の実施形態と同様）。

また、同じくＳＣＲ触媒温度が所定値よりも高い場合にアンモニア吸着量に基づく尿素水添加制御からＮＯｘ浄化率に基づく尿素水添加制御への切替を行う構成において、制御切替のしきい値温度（境界温度）であるＴ１付近かつそれよりも低温側の温度域（Ｔ１〜Ｔ２の温度域）でフィードバック上限値及びフィードバックゲインを徐々に変更する構成を付加してもよい。このとき、アンモニア吸着量に基づく尿素水添加制御の復帰時にのみ（第２制御→第１制御の切替時のみ）、フィードバック上限値及びフィードバックゲインを徐々に変更する構成であってもよい（詳細は第３の実施形態と同様）。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・ＳＣＲ触媒温度Ｔｓｃｒが所定値以上であることに加え、ＳＣＲ触媒１３に導入されるＮＯｘ量が所定量以上であることを、尿素水添加制御の実施態様を切り替える条件としてもよい。つまり、ＳＣＲ触媒１３のアンモニア吸着量は、アンモニアの供給と消費との収支を逐次積算していくことで推定される。この場合、ＮＯｘ量が多く尿素水の添加量が多いほど、算出誤差が大きくなると考えられる。また、ＮＯｘ量が多いほどアンモニアスリップが起こりやすい。これらの要因から、アンモニア吸着量の算出誤差はＮＯｘ量が多い時ほど大きくなる傾向にある。そこで、ＳＣＲ触媒１３に導入されるＮＯｘ量（エンジンからのＮＯｘ排出量でも同じ）が所定量以上である場合に、アンモニア吸着量に基づく尿素水添加制御を停止する。

・ＳＣＲ触媒１３が高温状態であることを判定するための触媒温度しきい値（所定値Ｔ１）を可変に設定する構成としてもよい。例えば、ＳＣＲ触媒１３の劣化度合いを検出し、その劣化度合いに基づいて触媒温度しきい値（所定値Ｔ１）を可変に設定する。この場合、劣化度合いが大きいほど、触媒温度しきい値（所定値Ｔ１）として小さい値を設定するとよい。

・上記実施形態では、ＳＣＲ触媒１３の上流側に設置した温度センサ１７の出力によりＳＣＲ触媒温度Ｔｓｃｒを検出し、そのＳＣＲ触媒温度Ｔｓｃｒに基づいて尿素水添加制御の実施態様を切り替える構成としたが、これに代えて、エンジン１０から排出される排気の温度をセンサ等により計測し、又はエンジン運転状態に基づいて演算により推定し、その排気温度に基づいて尿素水添加制御の実施態様を切り替える構成としてもよい。この場合、排気温度が「ＮＯｘ触媒の温度情報」に相当する。

また、エンジンの運転負荷とＳＣＲ触媒温度とには相関があることを利用して、都度のエンジン負荷に基づいて尿素水添加制御の実施態様を切り替える構成としてもよい。すなわち、エンジン負荷が高い場合には、排気温度が高くなることに伴いＳＣＲ触媒温度が上昇する。したがって、エンジン負荷が所定値以上である場合には、アンモニア吸着量に基づく尿素水添加制御を停止する。そして、アンモニア吸着量に基づく尿素水添加制御に代えて、基本添加量に基づく尿素水添加制御や、ＮＯｘ浄化率に基づく尿素水添加制御を実施する。なお、エンジン負荷は、エンジン回転速度、燃料噴射量、吸気流量、ＮＯｘ排出量、排気温度などから推定できる。

・本発明を、上述した尿素ＳＣＲシステム以外で具体化することも可能である。例えば、アンモニア発生源として固体の尿素を用いその尿素から還元剤としての尿素水又はアンモニアを生成するシステム、アンモニア発生源として軽油などの燃料を用いるシステム、アンモニアを排気通路に直接添加するシステム、アンモニア以外の還元剤（ＨＣ等）を用いるシステムなどにおいて具体化することも可能である。

発明の実施の形態における排気浄化システムの概略を示す構成図。 尿素水添加制御に関する全体構成を示す機能ブロック図。 尿素水添加制御処理を示すフローチャート。 触媒温度とアンモニア吸着量の限界値との関係を示す図。 アンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を示す図。 第２の実施形態における尿素水添加制御処理を示すフローチャート。 ＳＣＲ触媒温度の変化に対するアンモニア吸着量制御の切替動作を説明するためのタイムチャート。 第３の実施形態における尿素水添加制御処理を示すフローチャート。 （ａ）はＳＣＲ触媒温度とフィードバック上限値との関係を示す図、（ｂ）はＳＣＲ触媒温度とフィードバックゲインとの関係を示す図。 第４の実施形態における尿素水添加制御処理を示すフローチャート。

符号の説明

１１…排気管、１３…ＳＣＲ触媒（ＮＯｘ触媒）、１５…尿素水添加弁（還元剤添加手段）、４０…ＥＣＵ（取得手段、制御切替手段、及び初期化手段）。

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着しその還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するＮＯｘ触媒を備え、前記ＮＯｘ触媒の排気上流側に還元剤添加手段により還元剤を添加する排気浄化システムに適用され、
   前記ＮＯｘ触媒における還元剤吸着量を算出し、その還元剤吸着量に基づいて前記還元剤添加手段による還元剤添加量を制御する排気浄化装置において、
   前記ＮＯｘ触媒の温度又はそれに相関する温度情報を計測又は推定により取得する取得手段と、
   前記ＮＯｘ触媒に導入される都度のＮＯｘ量に基づいて前記還元剤添加手段による還元剤添加量の基本値を算出する手段と、
   前記還元剤吸着量に基づいて前記還元剤添加手段による還元剤添加量の補正値を算出する手段と、
   前記触媒温度が所定値よりも低い場合又はそれ相当の場合に、前記還元剤添加量の基本値及び補正値により算出した添加量制御値により添加量制御を行い、前記触媒温度が所定値よりも高い場合又はそれ相当の場合に、前記基本値により算出した添加量制御値により添加量制御を行う制御切替手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記制御切替手段は、前記還元剤吸着量に基づいて実施される第１制御と、前記還元剤吸着量に基づかずに実施される第２制御とで還元剤添加制御を切り替えるものであり、
   前記第１制御から前記第２制御に切り替える場合の触媒温度しきい値と、その逆の前記第２制御から前記第１制御に切り替える場合の触媒温度しきい値とにヒステリシスが設けられている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記還元剤吸着量を目標値に一致させるべく還元剤添加量のフィードバック制御を実施するものであり、
   前記制御切替手段は、前記取得手段により取得した触媒温度又は温度情報に基づいて前記フィードバック制御のゲイン又はフィードバック量の上限値の少なくともいずれかを変更する請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記制御切替手段は、前記触媒温度が前記所定値付近かつそれよりも低温側の温度域で高温側ほど又はそれ相当の場合に、前記フィードバック制御のゲイン又はフィードバック量の上限値の少なくともいずれかを徐々に低い値に変更する請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記取得手段は、前記温度情報として前記内燃機関の負荷情報を取得し、
   前記制御切替手段は、前記内燃機関の負荷情報に基づいて還元剤添加制御の実施態様を切り替える請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記触媒温度が所定の高温域に到達した場合又はそれ相当の場合に、前記還元剤吸着量について初期化を実施する初期化手段を備える請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記初期化手段は、前記触媒温度が所定の高温域に到達した場合又はそれ相当の場合に、０又は０付近の値により前記還元剤吸着量を初期化する請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記ＮＯｘ触媒に関して触媒温度と還元剤吸着量の限界値との関係に基づいて、還元剤吸着量の限界値を算出する手段を備え、
   前記初期化手段は、前記触媒温度が所定の高温域に到達した場合又はそれ相当の場合に、前記還元剤吸着量の限界値により前記還元剤吸着量を初期化する請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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