特許 5834906 内燃機関の排気浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5834906

(24)【登録日】2015年11月13日

(45)【発行日】2015年12月24日

(54)【発明の名称】内燃機関の排気浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20151203BHJP

   F01N 3/36 20060101ALI20151203BHJP

   F01N 3/00 20060101ALI20151203BHJP

   F02D 45/00 20060101ALN20151203BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/08 B

   F01N3/36 B

   F01N3/00 F

   !F02D45/00 360C

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2011-286724(P2011-286724)

(22)【出願日】2011年12月27日

(65)【公開番号】特開2013-133808(P2013-133808A)

(43)【公開日】2013年7月8日

【審査請求日】2013年12月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】横井 辰久

(72)【発明者】

【氏名】大田 健司

【審査官】 今関 雅子

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／０７９８４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０９４５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６４２５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００−３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、同ＮＯｘ浄化触媒よりも上流に設けられた前記還元剤を添加する添加弁と、同ＮＯｘ浄化触媒よりも上流であって同添加弁よりも下流に設けられた排気温度センサとを備え、同排気温度センサにて検出される排気温度に基づいて前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を推定する内燃機関の排気浄化装置において、
還元剤が添加されているときには、添加されていないときに比して前記ＮＯｘ浄化触媒の推定温度が高くされるとともに、同推定温度を高くするときの当該推定温度の上昇量は前記還元剤の温度が低いときほど大きくされる
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【請求項2】

前記還元剤の添加量が多いときほど、前記上昇量は大きくされる
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

【請求項3】

前記排気温度が高いときほど、前記上昇量は少なくされる
請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

【請求項4】

排気通路内の排気流量が多いときほど、前記上昇量は少なくされる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置が知られている。
こうした排気浄化装置では、機関運転中、還元剤供給機構から排気通路に向けて還元剤としての尿素水が噴射される。噴射された尿素水は、排気の熱によって加水分解されてアンモニアとなる。そしてこのアンモニアがＮＯｘの還元剤としてＮＯｘ浄化触媒に供給される。

【0003】

ところで、ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ還元は同触媒の温度に影響される。そのため還元剤添加の実行許可を判定したり、ＮＯｘ浄化率を推定したり、ＮＯｘ浄化触媒のアンモニア吸着量を推定したりするときなどには、ＮＯｘ浄化触媒の温度等が考慮される。

【0004】

このような排気系に設けられる触媒の温度は、一般的には、特許文献１等に記載されているように排気温度センサで検出される排気温度に基づいて推定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２６５７６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、排気温度センサの検出値に基づいてＮＯｘ浄化触媒の温度を推定するに際してその推定精度が低いと、例えば還元剤添加の実行許可を適切に判定することが困難になったり、ＮＯｘ浄化率の推定精度が悪化したり、アンモニア吸着量の推定精度が悪化したりする。つまりＮＯｘ浄化触媒の推定温度の精度が低いと、その推定温度を利用する各種制御や推定値などに悪影響を与えてしまう。

【0007】

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、還元剤が添加されるＮＯｘ浄化触媒の温度をより精度よく推定することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。なお、本明細書及び特許請求の範囲に記載の「上流」及び「下流」は、排気系での排気の流れ方向を基準にするものである。

【0009】

請求項１に記載の発明は、還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、同ＮＯｘ浄化触媒よりも上流に設けられた前記還元剤を添加する添加弁と、同ＮＯｘ浄化触媒よりも上流であって同添加弁よりも下流に設けられた排気温度センサとを備え、同排気温度センサにて検出される排気温度に基づいて前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を推定する内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤の温度に応じて前記ＮＯｘ浄化触媒の推定温度が変更されることをその要旨とする。

【0010】

添加弁よりも下流に排気温度センサが設けられている場合には、同排気温度センサに還元剤が付着しやすくなる。ここで一般に、添加弁から添加される還元剤の温度は排気温度よりも低い。従って、排気温度センサに還元剤が付着すると、還元剤によって排気温度センサが冷却されるため、同センサの検出値は実際の排気温度よりも低くなる。そのため、還元剤が添加されているときには、排気温度センサで検出される排気温度に基づき算出されるＮＯｘ浄化触媒の推定温度が実際のＮＯｘ浄化触媒の温度よりも低くなりやすい。この点、同構成では、還元剤の温度に応じてＮＯｘ浄化触媒の推定温度を変更するようにしている。従って、還元剤添加によるセンサ検出値の低下分を加味してＮＯｘ浄化触媒の推定温度を算出することが可能となり、同ＮＯｘ浄化触媒の温度をより精度よく推定することができるようになる。

【0011】

また、この請求項１に記載の発明は、更に、還元剤が添加されているときには、添加されていないときに比して前記推定温度が高くされるとともに、同推定温度を高くするときの当該推定温度の上昇量は前記還元剤の温度が低いときほど大きくされることもその要旨とする。

【0012】

還元剤の温度が低くなるにつれて同還元剤による排気温度センサの冷却効果は高くなるため、同センサで検出される排気温度も低くなる。従って、還元剤の温度が低くなるにつれて、ＮＯｘ浄化触媒の推定温度は実際の温度よりも低くなるとともに、実際の温度に対する推定温度の誤差量も大きくなる。

【0013】

そこで、同構成によるように、還元剤が添加されているときには、添加されていないときに比して前記推定温度が高くされるとともに、同推定温度を高くするときの当該推定温度の上昇量は前記還元剤の温度が低いときほど大きくされる、という構成を採用することにより、還元剤が添加されているときの推定温度の上昇量が還元剤の温度に応じて可変設定されるようになるため、推定温度の精度が更に向上するようになる。

【0014】

還元剤の添加量が多くなるにつれて同還元剤による排気温度センサの冷却効果は大きくなるため、同センサで検出される排気温度も低くなる。従って、還元剤の添加量が多くなるにつれて、ＮＯｘ浄化触媒の推定温度は実際の温度よりも低くなるとともに、実際の温度に対する推定温度の誤差量も大きくなる。

【0015】

そこで、請求項２に記載の発明によるように、還元剤の添加量が多いときほど、前記上昇量は大きくされる、という構成を採用することにより、還元剤が添加されているときの推定温度の上昇量が還元剤の添加量に応じて可変設定されるようになるため、推定温度の精度が更に向上するようになる。

【0016】

また、還元剤添加が排気温度センサの検出値に与える影響は、内燃機関から排出される排気の温度が高いときほど小さくなる。また、還元剤添加が排気温度センサの検出値に与える影響は、排気通路内の排気流量が多いときほど小さくなる。

【0017】

そこで、請求項３に記載の発明によるように、排気温度が高いときほど前記上昇量は少なくされる、という構成や、請求項４に記載の発明によるように、排気通路内の排気流量が多いときほど前記上昇量は少なくされる、という構成を採用することにより、推定温度の精度がより一層向上するようになる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の一実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。

【図2】同実施形態における床温の推定処理の手順を示すフローチャート。

【図3】排気流量及び車速及び外気温と放熱温度との関係を示すグラフ。

【図4】第２排気温度と乖離温度との関係を示すグラフ。

【図5】尿素添加量及び第２排気温度及び排気流量及び尿素水温度とセンサ冷却温度との関係を示すグラフ。

【図6】排気流量となまし係数との関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１に、本実施形態にかかる排気浄化装置が適用されたディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図を示す。

【0020】

エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。

【0021】

燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。

【0022】

吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。

【0023】

排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。
排気通路２６の途中には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ１１が設けられている。同ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。

【0024】

また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの下流には、排気を浄化する第１浄化部材３０が設けられている。この第１浄化部材３０の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒３１及びＤＰＦ触媒３２が配設されている。

【0025】

酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。また、ＤＰＦ触媒３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するフィルタであって多孔質のセラミックで構成されており、さらにはＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されている。排気中のＰＭは、ＤＰＦ触媒３２の多孔質の壁を通過する際に捕集される。なお、このＤＰＦ触媒３２は、上記排気浄化部材を構成している。

【0026】

また、エキゾーストマニホールド８の集合部近傍には、酸化触媒３１やＤＰＦ触媒３２に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介して前記サプライポンプ１０に接続されている。なお、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあって第１浄化部材３０の上流側であれば適宜変更するも可能である。

【0027】

ＤＰＦ触媒３２に捕集されたＰＭの量が所定値を超えると、ＤＰＦ触媒３２の再生処理が開始されて燃料添加弁５からはエキゾーストマニホールド８内に向けて燃料が噴射される。この燃料添加弁５から噴射された燃料は、酸化触媒３１に達すると燃焼され、これにより排気温度の上昇が図られる。そして、酸化触媒３１にて昇温された排気がＤＰＦ触媒３２に流入することにより、同ＤＰＦ触媒３２は昇温され、これによりＤＰＦ触媒３２に堆積したＰＭが酸化処理されてＤＰＦ触媒３２の再生が図られる。

【0028】

また、排気通路２６の途中にあって、第１浄化部材３０の下流には、排気を浄化する第２浄化部材４０が設けられている。第２浄化部材４０の内部には、還元剤を利用して排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ浄化触媒としての選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）４１が配設されている。

【0029】

さらに、排気通路２６の途中にあって、第２浄化部材４０の下流には、排気を浄化する第３浄化部材５０が設けられている。第３浄化部材５０の内部には、排気中のアンモニアを浄化するアンモニア酸化触媒５１が配設されている。

【0030】

エンジン１には、上記ＳＣＲ触媒４１に還元剤を供給する還元剤供給機構としての尿素水供給機構２００が設けられている。尿素水供給機構２００は、尿素水を貯留するタンク２１０、排気通路２６内に尿素水を噴射供給する尿素添加弁２３０、尿素添加弁２３０とタンク２１０とを接続する供給通路２４０、供給通路２４０の途中に設けられたポンプ２２０にて構成されている。タンク２１０には、尿素水の温度である尿素水温度ＴＨＮを検出する温度センサ２５０が設けられている。なお、この温度センサ２５０の配設位置は、尿素水の温度を検出可能な位置であれば任意に変更することができる。

【0031】

尿素添加弁２３０は、第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６に設けられており、その噴射孔はＳＣＲ触媒４１に向かって開口されている。この尿素添加弁２３０が開弁されると、供給通路２４０を介して排気通路２６内に尿素水が噴射供給される。

【0032】

ポンプ２２０は電動式のポンプであり、正回転時には、タンク２１０から尿素添加弁２３０に向けて尿素水を送液する。一方、逆回転時には、尿素添加弁２３０からタンク２１０に向けて尿素水を送液する。つまり、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素添加弁２３０及び供給通路２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。

【0033】

また、尿素添加弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２６内には、尿素添加弁２３０から噴射された尿素水を分散させることにより同尿素水の霧化を促進する分散板６０が設けられている。

【0034】

尿素添加弁２３０から噴射された尿素水は、排気の熱によって加水分解されてアンモニアとなる。そしてこのアンモニアがＮＯｘの還元剤としてＳＣＲ触媒４１に供給される。ＳＣＲ触媒４１に供給されたアンモニアは、同ＳＣＲ触媒４１に吸蔵されてＮＯｘの還元に利用される。なお、加水分解されたアンモニアの一部は、ＳＣＲ触媒４１に吸蔵される前に直接ＮＯｘの還元に利用される。

【0035】

この他、エンジン１には排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。このＥＧＲ装置は、排気の一部を吸入空気に導入することで気筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させる装置である。この排気再循環装置は、吸気通路３とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、及びＥＧＲクーラ１４等により構成されている。ＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気再循環量、すなわちＥＧＲ量が調量される。また、ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。

【0036】

エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量ＧＡを検出する。絞り弁開度センサ２０は吸気絞り弁１６の開度を検出する。機関回転速度センサ２１はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する。アクセルセンサ２２はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。外気温センサ２３は、外気温ＴＨｏｕｔを検出する。車速センサ２４はエンジン１が搭載された車両の車速ＳＰを検出する。イグニッションスイッチ２５は、車両の運転者によるエンジン１の始動操作及び停止操作を検出する。

【0037】

また、酸化触媒３１よりも上流の排気通路に設けられた第１排気温度センサ１００は、酸化触媒３１に流入する前の排気温度である第１排気温度ＴＨ１を検出する。差圧センサ１１０は、ＤＰＦ触媒３２の上流及び下流の排気圧の圧力差である差圧ΔＰを検出する。

【0038】

第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６にあって、尿素添加弁２３０の上流には、第１ＮＯｘセンサ１３０が設けられている。第１ＮＯｘセンサ１３０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気中のＮＯｘ濃度、つまりＳＣＲ触媒４１で浄化される前の排気中のＮＯｘ濃度である第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出する。

【0039】

また、第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６にあって、尿素添加弁２３０の下流には、第２排気温度センサ１２０が設けられている。より具体的に、ＳＣＲ触媒４１を内部に固定する外筒（第２浄化部材４０の外筒）にあって同ＳＣＲ触媒４１よりも上流の部位に第２排気温度センサ１２０は設けられている。この第２排気温度センサ１２０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気温度である第２排気温度ＴＨ２を検出する。

【0040】

第３浄化部材５０よりも下流の排気通路２６には、ＳＣＲ触媒４１で浄化された排気のＮＯｘ濃度である第２ＮＯｘ濃度Ｎ２を検出する第２ＮＯｘセンサ１４０が設けられている。

【0041】

これら各種センサ等の出力は制御装置８０に入力される。この制御装置８０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。

【0042】

そして、制御装置８０により、例えば燃料噴射弁４ａ〜４ｄや燃料添加弁５の燃料噴射量制御・燃料噴射時期制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御、ＥＧＲ弁１５の開度制御等、エンジン１の各種制御が行われる。

【0043】

また、上記ＤＰＦ触媒３２に捕集されたＰＭを燃焼させる上記再生処理等といった各種の排気浄化制御も同制御装置８０によって行われる。
制御装置８０は、そうした排気浄化制御の一つとして、上記尿素添加弁２３０による尿素水の添加制御を行う。この添加制御では、まず、ＳＣＲ触媒４１の推定床温ＳＴが所定の許可温度を超えているか否かが判定される。そして、推定床温ＳＴが許可温度を超えているときには、ＳＣＲ触媒４１の温度がＮＯｘ還元に適した温度になっており、尿素水を添加してもよい状態であると判断される。こうして尿素水の添加が許可されると、エンジン１から排出されるＮＯｘを還元処理するために必要な尿素添加量ＱＥが機関運転状態等に基づいて算出される。そして、この算出された尿素添加量ＱＥが尿素添加弁２３０から噴射されるように、同尿素添加弁２３０の開弁状態が制御される。

【0044】

また、ＳＣＲ触媒４１は、床温が高くなるほどアンモニアの吸着量が少なくなる一方で、アンモニアの脱離量は多くなる。そのため、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量を推定するパラメータの一つとして同ＳＣＲ触媒４１の推定床温ＳＴが利用される。また、アンモニアの脱離量が多くなるほどＮＯｘ浄化率は高くなる傾向があるため、ＮＯｘ浄化率を推定するパラメータの一つとしてもＳＣＲ触媒４１の推定床温ＳＴが利用される。

【0045】

このように推定床温ＳＴは各種制御や推定値の算出に利用される値であり、同推定床温ＳＴの推定精度が低いと、それら各種制御や推定値の算出に悪影響を与えてしまう。
そこで、本実施形態では、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気温度である第２排気温度ＴＨ２に基づいてＳＣＲ触媒４１の床温を推定するようにしているが、その推定に際しては図２に示す推定処理を行うことにより、推定床温ＳＴの推定精度を高めるようにしている。なお、この推定処理は、制御装置８０によって所定周期毎に繰り返し実行される。

【0046】

本処理が開始されるとまず、第２排気温度ＴＨ２、吸入空気量ＧＡから算出される排気流量ＥＡ、車速ＳＰ、及び外気温ＴＨＡに基づいて放熱温度ＨＴが算出される（Ｓ１００）。この放熱温度ＨＴは、第２排気温度センサ１２０の配設位置からＳＣＲ触媒４１の排気上流側の端面までの間において排気から放熱される温度である。そして、排気流量ＥＡが少なくなるほど、排気からＳＣＲ触媒４１の外筒へ移動する熱量は多くなる。また、車速ＳＰが高いときほど、走行風による同外筒の冷却が促されるため、排気からＳＣＲ触媒４１の外筒へ移動する熱量は多くなる。また、外気温ＴＨＡが低いときほど、排気とＳＣＲ触媒４１の外筒との温度差が大きくなるため、排気から同外筒へ移動する熱量は多くなる。また、第２排気温度ＴＨ２が高いときほど、排気とＳＣＲ触媒４１の外筒との温度差が大きくなるため、排気から同外筒に移動する熱量は多くなる。従って、図３に示すように、排気流量ＥＡが少なくなるほど、放熱温度ＨＴの値は大きくされる。また、車速ＳＰが高いときほど、放熱温度ＨＴの値は大きくされる。また、外気温ＴＨＡが低いときほど、放熱温度ＨＴの値は大きくされる。そして第２排気温度ＴＨ２が高いときほど、放熱温度ＨＴの値は大きくされる。

【0047】

次に、第２排気温度ＴＨ２及び排気流量ＥＡに基づいて乖離温度ＫＴが算出される（Ｓ１１０）。この乖離温度ＫＴは、次のような温度である。すなわち、排気通路２６内では排気の偏流が生じるため、排気の偏流状態と第２排気温度センサ１２０の検出素子との位置関係に応じて、主流となる排気の温度（つまりＳＣＲ触媒４１に流入する排気の温度により近い温度）と第２排気温度ＴＨ２との間には乖離が生じる。そこで、第２排気温度ＴＨ２から主流となる排気の温度を減じた値を乖離温度ＫＴとして規定するようにしている。そして排気の偏流状態は、排気流量ＥＡに応じて種々変化するため、排気流量ＥＡに応じて乖離温度ＫＴが可変設定される。また、第２排気温度ＴＨ２が高いときほど上述した乖離の度合は大きくなる傾向がある場合には、図４に示すように、第２排気温度ＴＨ２が高いときほど乖離温度ＫＴの値は大きくされる。

【0048】

次に、尿素添加量ＱＥ、第２排気温度ＴＨ２、排気流量ＥＡ、及び尿素水温度ＴＨＮに基づいてセンサ冷却温度ＲＴＳが算出される（Ｓ１２０）。このセンサ冷却温度ＲＴＳは、還元剤添加によって第２排気温度センサ１２０が冷却されることで生じる第２排気温度ＴＨ２の温度低下量であり、次のようにして算出される。

【0049】

まず、第２排気温度センサ１２０は尿素添加弁２３０よりも下流に設けられているため、同第２排気温度センサ１２０には尿素水が付着しやすい。ここで一般に、尿素添加弁２３０から添加される尿素水の温度は排気温度よりも低い。従って、第２排気温度センサ１２０に尿素水が付着すると、尿素水によって第２排気温度センサ１２０が冷却されるため、同センサ１２０の検出値である第２排気温度ＴＨ２は、実際の排気温度よりも低くなる。そして尿素水の温度が低くなるにつれて、尿素水による第２排気温度センサ１２０の冷却効果は高くなるため、同センサ１２０で検出される排気温度も低くなる。従って、尿素水温度ＴＨＮが低くなるにつれて、ＳＣＲ触媒４１の推定床温ＳＴは実際の温度よりも低くなり、実際の温度に対する推定床温ＳＴの誤差量が大きくなる。

【0050】

また、尿素水の添加量が多くなるにつれて、尿素水による第２排気温度センサ１２０の冷却効果は大きくなるため、同センサ１２０で検出される第２排気温度ＴＨ２も低くなる。また、尿素水添加が第２排気温度センサ１２０の検出値に与える影響は、エンジン１から排出される排気の温度が高いときほど小さくなる。また、排気流量ＥＡが多いときほど、熱量を持った排気の体積に対して添加される尿素水の量が相対的に減るため、尿素水添加が第２排気温度センサ１２０の検出値に与える影響は小さくなる。

【0051】

従って、図５に示すように、尿素添加量ＱＥが多いときほどセンサ冷却温度ＲＴＳの値は大きくなるように同センサ冷却温度ＲＴＳは可変設定される。また、第２排気温度ＴＨ２が高いときほどセンサ冷却温度ＲＴＳの値は小さくなるように同センサ冷却温度ＲＴＳは可変設定される。また、排気流量ＥＡが多いときほどセンサ冷却温度ＲＴＳの値は小さくなるように同センサ冷却温度ＲＴＳは可変設定される。そして、尿素水温度ＴＨＮが低いときほどセンサ冷却温度ＲＴＳの値は大きくなるように同センサ冷却温度ＲＴＳは可変設定される。

【0052】

次に、排気流量ＥＡに基づいてなまし係数Ｋが算出される（Ｓ１４０）。このなまし係数Ｋは、第２排気温度ＴＨ２が変化したときのＳＣＲ触媒４１の実際の温度の変化遅れを補償する値であり、次式（１）によるなまし処理に利用される。そして、排気流量ＥＡが多いときほど上記変化遅れの時間は短くなるため、図６に示すように、排気流量ＥＡが多いときほど、なまし係数Ｋは小さい値に設定される。これにより次式（１）から算出される推定床温ＳＴは、排気流量ＥＡが多いときほど、第２排気温度ＴＨ２の変化に対してより速やかに変化するようになる。

【0053】

次に、本処理が前回実行されたときに算出された推定床温ＳＴｐ、現在の第２排気温度ＴＨ２、上記ステップＳ１００にて算出された放熱温度ＨＴ、上記ステップＳ１１０にて算出された乖離温度ＫＴ、上記ステップＳ１２０にて算出されたセンサ冷却温度ＲＴＳ、及び上記ステップＳ１３０にて算出されたなまし係数Ｋに基づいて推定床温ＳＴが更新される。この推定床温ＳＴを更新するステップＳ１４０の処理では、次式（１）に基づいたなまし処理にて推定床温ＳＴが算出される。

【0054】

ＳＴ＝ＳＴｐ＋（（（ＴＨ２−ＨＴ−ＫＴ＋ＲＴＳ）−ＳＴｐ）／Ｋ） …（１）
ＳＴ：今回の推定床温（更新後の推定床温）
ＳＴｐ：前回の推定床温（更新前の推定床温）
ＴＨ２：第２排気温度
ＨＴ：放熱温度
ＫＴ：乖離温度
ＲＴＳ：センサ冷却温度
Ｋ：なまし係数

こうして推定床温ＳＴが算出されると、本処理は一旦終了される。なお、ステップＳ１００からステップＳ１３０までの各処理は、それらの実行順序を適宜変更してもよい。

【0055】

次に、本実施形態の作用を説明する。
第２排気温度センサ１２０は尿素添加弁２３０よりも下流に設けられているため、同第２排気温度センサ１２０には尿素水が付着しやすい。ここで一般に、尿素添加弁２３０から添加される尿素水の温度は排気温度よりも低い。従って、第２排気温度センサ１２０に尿素水が付着すると、尿素水によって第２排気温度センサ１２０が冷却されるため、同センサ１２０のセンサ検出値である第２排気温度ＴＨ２は、実際の排気温度よりも低くなる。そのため、尿素水が添加されているときには、第２排気温度センサ１２０で検出される第２排気温度ＴＨ２に基づき算出されるＳＣＲ触媒４１の推定床温ＳＴが実際の推定床温ＳＴよりも低くなりやすい。

【0056】

そこで本実施形態では、第２排気温度ＴＨ２に基づいて推定床温ＳＴを算出するようにしているが、この推定床温ＳＴの算出に際して、尿素水添加によるセンサ検出値の低下量を示す上記センサ冷却温度ＲＴＳを算出し、上記式（１）では第２排気温度ＴＨ２にセンサ冷却温度ＲＴＳを加算するようにしている。これにより、尿素水が添加されているときには、添加されていないときに比して推定床温ＳＴが高くなるように、尿素水の温度に応じてＳＣＲ触媒４１の推定床温ＳＴが変更される。従って、尿素水添加によるセンサ検出値の低下分を加味してＳＣＲ触媒４１の推定床温ＳＴを算出することが可能となり、ＳＣＲ触媒４１の温度をより精度よく推定することができるようになる。

【0057】

また、尿素水温度ＴＨＮが低くなるにつれて、尿素水による第２排気温度センサ１２０の冷却効果は高くなるため、同センサ１２０で検出される第２排気温度ＴＨ２も低くなる。そこで、先の図５に示したように、尿素水温度ＴＨＮが低いときほどセンサ冷却温度ＲＴＳの絶対値が大きくなるようにすることで、尿素水が添加されるときの推定床温ＳＴの上昇量が大きくなるようにしている。従って、尿素水が添加されているときの推定床温ＳＴの上昇量が尿素水の温度に応じて可変設定されるようになるため、推定床温ＳＴの精度が更に向上するようになる。

【0058】

また、尿素水の添加量が多くなるにつれて、尿素水による第２排気温度センサ１２０の冷却効果は高くなるため、同センサ１２０で検出される第２排気温度ＴＨ２も低くなる。そこで、先の図５に示したように、尿素添加量ＱＥが多いときほどセンサ冷却温度ＲＴＳの絶対値が大きくなるようにすることで、尿素水が添加されている推定床温ＳＴの上昇量が大きくなるようにしている。従って、尿素水が添加されているときの推定床温ＳＴの上昇量が尿素水の添加量に応じて可変設定されるようになるため、推定床温ＳＴの精度が更に向上するようになる。

【0059】

また、尿素水添加が第２排気温度センサ１２０の検出値に与える影響は、上述したようにエンジン１から排出される排気の温度が高いときほど小さくなる。そこで、先の図５に示したように、第２排気温度ＴＨ２が高いときほどセンサ冷却温度ＲＴＳの絶対値が小さくなるようにすることで、第２排気温度ＴＨ２が低いときほど推定床温ＳＴの上昇量は小さくなるようにしている。従って、推定床温ＳＴの精度がより一層向上するようになる。

【0060】

また、上述したように尿素水添加が第２排気温度センサ１２０の検出値に与える影響は、排気通路２６内の排気流量ＥＡが多いときほど小さくなる。そこで、先の図５に示したように、排気流量ＥＡが多いときほどセンサ冷却温度ＲＴＳの絶対値が小さくなるようにすることで、排気流量ＥＡが多いときほど推定床温ＳＴの上昇量は小さくなるようにしている。従って、これによっても推定床温ＳＴの精度がより一層向上するようになる。

【0061】

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）第２排気温度センサ１２０の検出値に基づいてＳＣＲ触媒４１の床温を推定するようにしている。そして、尿素水の温度に応じてＳＣＲ触媒４１の推定床温ＳＴが変更されるようにしている。より具体的には、尿素水が添加されているときには、添加されていないときに比して推定床温ＳＴが高くなるようにしている。従って、尿素水添加による第２排気温度センサ１２０のセンサ検出値の低下分を加味してＳＣＲ触媒４１の推定床温ＳＴを算出することが可能となり、ＳＣＲ触媒４１の温度をより精度よく推定することができるようになる。

【0062】

（２）尿素水温度ＴＨＮが低いときほどセンサ冷却温度ＲＴＳの値が大きくなるようにすることで、尿素水温度ＴＨＮが低いときほど、尿素水が添加されているときの推定床温ＳＴの上昇量が大きくなるようにしている。このように尿素水が添加されているときの推定床温ＳＴの上昇量が尿素水の温度に応じて可変設定されるようになるため、推定床温ＳＴの精度が更に向上するようになる。

【0063】

（３）尿素添加量ＱＥが多いときほどセンサ冷却温度ＲＴＳの値が大きくなるようにすることで、尿素添加量ＱＥが多いときほど、尿素水が添加されているときの推定床温ＳＴの上昇量が大きくなるようにしている。このように尿素水が添加されているときの推定床温ＳＴの上昇量が尿素水の添加量に応じて可変設定されるようになるため、推定床温ＳＴの精度が更に向上するようになる。

【0064】

（４）第２排気温度ＴＨ２が高いときほどセンサ冷却温度ＲＴＳの値が小さくなるようにすることで、第２排気温度ＴＨ２が低いときほど、尿素水が添加されているときの推定床温ＳＴの上昇量は小さくなるようにしている。従って、推定床温ＳＴの精度がより一層向上するようになる。

【0065】

（５）排気流量ＥＡが多いときほどセンサ冷却温度ＲＴＳの値が小さくなるようにすることで、排気流量ＥＡが多いときほど、尿素水が添加されているときの推定床温ＳＴの上昇量は小さくなるようにしている。従って、これによっても推定床温ＳＴの精度がより一層向上するようになる。

【0066】

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・センサ冷却温度ＲＴＳを算出するためのパラメータとして、尿素添加量ＱＥ、第２排気温度ＴＨ２、排気流量ＥＡ、及び尿素水温度ＴＨＮという４つのパラメータを用いるようにしたが、尿素添加量ＱＥを省略したり、第２排気温度ＴＨ２を省略したり、排気流量ＥＡを省略したりしてもよい。また、尿素添加量ＱＥ及び第２排気温度ＴＨ２を省略したり、第２排気温度ＴＨ２及び排気流量ＥＡを省略したり、尿素添加量ＱＥ及び排気流量ＥＡを省略したりしてもよい。

【0067】

・尿素水の温度に応じてＳＣＲ触媒４１の推定床温ＳＴを変更するために、より具体的には、尿素水が添加されているときには、添加されていないときに比して推定床温ＳＴが高くなるように、センサ冷却温度ＲＴＳを尿素水温度ＴＨＮに基づいて可変設定するようにした。この他、より簡易的には、尿素水が添加されているときの推定床温ＳＴの上昇量を一定にしてもよい。例えば、尿素水が添加されていないときには、尿素水温度ＴＨＮに基づくセンサ冷却温度ＲＴＳの設定温度を「０」とし、尿素水が添加されているときには、尿素水温度ＴＨＮに基づくセンサ冷却温度ＲＴＳの設定温度を、適宜設定された「０」以外の一定値としてもよい。

【0068】

・推定床温ＳＴの算出に際しては第２排気温度ＴＨ２のなまし処理を行うようにしたが、こうしたなまし処理は必ずしも行わなくてもよい。
・第２排気温度センサはＳＣＲ触媒４１の外筒に設けられていた。その他、尿素添加弁２３０と外筒との間の排気通路２６であれば、同第２排気温度センサ１２０の配設位置は任意に変更することができる。

【0069】

・尿素水の温度に応じてＳＣＲ触媒４１の推定床温ＳＴを変更するために、センサ冷却温度ＲＴＳを可変設定するようにしたが、この他の態様を用いてもよい。要は、尿素水添加による第２排気温度センサ１２０の検出値の低下が、ＳＣＲ触媒４１の推定床温ＳＴに反映されるようにすればよい。

【0070】

・還元剤として尿素水を使用するようにしたが、この他の還元剤を使用するようにしてもよい。
・上記実施形態における排気系の構成を一例であり、還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、還元剤を添加する添加弁と、この添加弁よりも下流に設けられた排気温度センサとを備えており、この排気温度センサの検出値に基づいてＮＯｘ浄化触媒の温度を推定する排気浄化装置であれば、本発明は同様に適用することができる。

【符号の説明】

【0071】

１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…燃料添加弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホール、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…吸気絞り弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…絞り弁開度センサ、２１…機関回転速度センサ、２２…アクセルセンサ、２３…外気温センサ、２４…車速センサ、２５…イグニッションスイッチ、２６…排気通路、２７…燃料供給管、３０…第１浄化部材、３１…酸化触媒、３２…フィルタ、４０…第２浄化部材、４１…ＮＯｘ浄化触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒：ＳＣＲ触媒）、５０…第３浄化部材、５１…アンモニア酸化触媒、６０…分散板、８０…制御装置、１００…第１排気温度センサ、１１０…差圧センサ、１２０…第２排気温度センサ、１３０…第１ＮＯｘセンサ、１４０…第２ＮＯｘセンサ、２００…尿素水供給機構、２１０…タンク、２２０…ポンプ、２３０…尿素添加弁、２４０…供給通路、２５０…温度センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】