(57)【要約】【課題】従来に比して、低温領域から高温領域に亘る幅広い温度範囲で、排気中のＮＯｘを効率良く浄化できるエンジンの排気浄化装置を提供すること。【解決手段】エンジン（２）の排気管（４）に設けられ、ＮＯｘを水素共存下で捕捉するＤｅＮＯｘ触媒（４２）と、排気管（４）とは別に設けられ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する燃料改質器（８）と、改質ガスをＤｅＮＯｘ触媒（４２）の上流側の排気管（４）内に導入する改質ガス導入通路（８１）と、改質ガスの流量を制御する改質ガス導入制御手段（７，８７）と、排気管（４）に設けられ、リーンのときに排気中のＮＯｘを捕捉し、捕捉したＮＯｘをリッチのときに還元浄化するＬＮＣ（４３）とを備え、ＤｅＮＯｘ触媒（４２）は、少なくともＡｇを含み、且つ水素共存下における触媒活性化温度が、ＬＮＣ４３の触媒活性化温度よりも低いことを特徴とする排気浄化装置（１）である。【選択図】図２
2010281309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気中のＮＯｘを水素共存下で捕捉するＮＯｘ捕捉触媒と、
前記排気通路とは別に設けられ、前記内燃機関の燃料を改質して少なくとも水素を含む還元性気体を生成する燃料改質器と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記燃料改質器により生成された還元性気体を、前記ＮＯｘ捕捉触媒の上流側の排気通路内に導入する還元性気体導入通路と、
前記還元性気体導入通路を介して導入される還元性気体の流量を制御する還元性気体導入制御手段と、
前記排気通路に設けられ、排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを捕捉し、捕捉したＮＯｘを排気の空燃比がリッチのときに還元浄化するＮＯｘ捕捉還元触媒と、を備え、
前記ＮＯｘ捕捉触媒は、少なくともＡｇを含み、且つ水素共存下における触媒活性化温度が、前記ＮＯｘ捕捉還元触媒の触媒活性化温度よりも低い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ＮＯｘ捕捉触媒は、前記ＮＯｘ捕捉還元触媒よりも上流側の排気通路に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されたＮＯｘの捕捉量を推定するＮＯｘ捕捉量推定手段と、
前記ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉することができるＮＯｘの最大捕捉量を推定するＮＯｘ最大捕捉量推定手段と、をさらに備え、
前記還元性気体導入制御手段は、前記ＮＯｘ捕捉量と前記ＮＯｘ最大捕捉量の関係が所定の条件を満たしたときに、前記還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記還元性気体導入制御手段は、前記ＮＯｘ最大捕捉量に対する前記ＮＯｘ捕捉量の比が所定の捕捉量判定値を上回ったときに、前記還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ捕捉触媒の温度を検出又は推定するＮＯｘ捕捉触媒温度検出手段をさらに備え、
前記ＮＯｘ最大捕捉量推定手段は、前記ＮＯｘ捕捉触媒温度に基づいて、前記ＮＯｘ最大捕捉量を推定することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘ捕捉触媒は、前記ＮＯｘ捕捉還元触媒よりも上流側の排気通路に配置され、
前記還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止したときに、前記内燃機関の燃料噴射量の増加及び吸入空気量の減少のうち少なくとも一方を実施して排気の空燃比をリッチにすることにより、前記ＮＯｘ捕捉還元触媒に捕捉されたＮＯｘを還元浄化するリッチ化手段をさらに備えることを特徴とする請求項３から５いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘ捕捉触媒の温度を検出又は推定するＮＯｘ捕捉触媒温度検出手段と、
前記ＮＯｘ捕捉触媒温度に基づいて、前記ＮＯｘ捕捉触媒のＮＯｘ捕捉率を推定するＮＯｘ捕捉率推定手段と、をさらに備え、
前記還元性気体導入制御手段は、前記ＮＯｘ捕捉率が所定の捕捉率判定値を下回ったときに、前記還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記ＮＯｘ捕捉還元触媒の温度を検出又は推定するＮＯｘ捕捉還元触媒温度検出手段をさらに備え、
前記還元性気体導入制御手段は、前記ＮＯｘ捕捉還元触媒温度が当該ＮＯｘ捕捉還元触媒の触媒活性化温度を上回ったときに、前記還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止することを特徴とする請求項１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、ＮＯｘ捕捉触媒及びＮＯｘ捕捉還元触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などに搭載される内燃機関、特に圧縮着火式内燃機関では、排気中に含まれるＮＯｘを浄化するため、ＮＯｘ吸着還元触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒などのＮＯｘ捕捉還元触媒を排気通路に設置する技術が広く知られている。
これらのＮＯｘ捕捉還元触媒を用いた技術では、排気の空燃比がリーン側にあるとき、即ち排気中に酸素が多く存在するときに、排気中のＮＯｘが触媒に一旦吸着（吸蔵）される。そして、周期的に排気の空燃比をリッチ側に制御することにより、一酸化炭素が生成されるなどして排気中に酸素が少ない状態が周期的に形成され、吸着（吸蔵）されていたＮＯｘが還元浄化される。
【０００３】
ところが、これらのＮＯｘ捕捉還元触媒は、その触媒活性を十分に発揮できる温度範囲が高温側に限定されている。このため、例えば内燃機関の始動直後などの低温条件下においては、ＮＯｘを効率良く浄化できないという問題がある。
【０００４】
そこで、例えば、第１温度以上で再生可能な排気浄化手段と、この排気浄化手段よりも上流側の排気通路に設けられ、第１温度よりも低い第２温度以下の温度で炭化水素（以下、「ＨＣ」という）を吸着し、吸着したＨＣを第２温度を超えたときに放出するＨＣ吸着材と、このＨＣ吸着材から放出されるＨＣを酸化浄化するための貴金属を有するＨＣ吸着触媒と、を備える排気浄化装置が開示されている（特許文献１参照）。この特許文献１に開示されている技術によれば、一旦吸着されたＨＣが低温領域で放出され、放出されたＨＣにより排気中のＮＯｘが還元浄化される。即ち、この技術によれば、上記のＮＯｘ捕捉還元触媒に比して、より低温領域でＮＯｘを還元浄化できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４０４５７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、上記のＮＯｘ捕捉還元触媒に比して低温領域でＮＯｘを効率良く浄化できるものの、高温領域ではＮＯｘを効率良く浄化することができない。即ち、上記のＮＯｘ捕捉還元触媒と同様に、特許文献１に開示されている技術は、ＮＯｘを効率良く浄化できる温度範囲が狭い。従って、低温領域から高温領域に亘る幅広い温度範囲で、排気中のＮＯｘを効率良く浄化できる排気浄化装置の開発が望まれる。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来に比して、より低温領域から高温領域に亘る幅広い温度範囲で、排気中のＮＯｘを効率良く浄化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】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン２）の排気通路（例えば後述の排気管４）に設けられ、前記内燃機関の排気中のＮＯｘを水素共存下で捕捉するＮＯｘ捕捉触媒（例えば、後述のＤｅＮＯｘ触媒４２）と、前記排気通路とは別に設けられ、前記内燃機関の燃料を改質して少なくとも水素を含む還元性気体を生成する燃料改質器（例えば、後述の燃料改質器８）と、を備えた内燃機関の排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置１）であって、前記燃料改質器により生成された還元性気体を、前記ＮＯｘ捕捉触媒の上流側の排気通路内に導入する還元性気体導入通路（例えば、後述の改質ガス導入通路８１）と、前記還元性気体導入通路を介して導入される還元性気体の流量を制御する還元性気体導入制御手段（例えば、後述のＥＣＵ７，改質ガス導入バルブ８７）と、前記排気通路に設けられ、排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを捕捉し、捕捉したＮＯｘを排気の空燃比がリッチのときに還元浄化するＮＯｘ捕捉還元触媒（例えば、後述のＬＮＣ４３）と、を備え、前記ＮＯｘ捕捉触媒は、少なくともＡｇを含み、且つ水素共存下における触媒活性化温度が、前記ＮＯｘ捕捉還元触媒の触媒活性化温度よりも低いことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明では、排気中のＮＯｘを水素共存下で捕捉するＮＯｘ捕捉触媒として、少なくともＡｇを含むＡｇ系触媒を用いる。Ａｇ系触媒中のＡｇは、酸素を含む排気中では酸化銀の状態で存在するところ、水素共存下では水素により容易に還元されて還元銀の状態となる。この還元銀は、金属銀や酸化銀の状態よりも排気中のＮＯｘを酸化して捕捉する能力が飛躍的に高い。例えば、還元銀は、１００℃程度の低温であってもＮＯｘを酸化して捕捉することができる。従って、ＮＯｘ捕捉触媒としてＡｇ系触媒を用いる本発明によれば、水素共存下において高いライトオフ性能が得られるため、内燃機関の始動直後からＮＯｘを効率良く浄化でき、始動直後のＮＯｘ排出量を低減できる。
ところで、本発明で用いるＡｇ系のＮＯｘ捕捉触媒は、例えば２５０℃程度の高温になると、水素が酸素と直接反応して消費されてしまうため、還元銀は酸化されて再び酸化銀の状態になる結果、ＮＯｘ捕捉能力が低下してしまうという特性がある。これに対して、本発明で用いるＮＯｘ捕捉還元触媒の触媒活性化温度は、水素共存下におけるＮＯｘ捕捉触媒の触媒活性化温度よりも高いため、例えば排気温度が２５０℃程度の高温になればＮＯｘ捕捉還元触媒が活性化し、ＮＯｘの捕捉還元を行うことが可能になる。
従って、本発明によれば、内燃機関の始動直後などの排気温度が低いときには、触媒活性化温度の低いＮＯｘ捕捉触媒でＮＯｘを捕捉でき、暖機完了後などの排気温度が高いときには、触媒活性化温度のより高いＮＯｘ捕捉還元触媒でＮＯｘを還元浄化できる。即ち、本発明によれば、従来に比して、より低温領域から高温領域に亘る幅広い温度範囲で、排気中のＮＯｘを効率良く浄化できる。
また、本発明では、排気通路とは別に燃料改質器を設け、この燃料改質器により生成された水素を含む還元性気体を、還元性気体導入通路を介してＮＯｘ捕捉触媒の上流側の排気通路内に導入する。これにより、水素を含む還元性気体がＮＯｘ捕捉触媒に供給されるため、内燃機関の始動直後の冷機時に、排気Ａ／Ｆをリッチにするために吸入空気量を絞る必要がなくなる。このため、内燃機関の失火の発生を回避できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ捕捉触媒は、前記ＮＯｘ捕捉還元触媒よりも上流側の排気通路に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、ＮＯｘ捕捉触媒をＮＯｘ捕捉還元触媒よりも上流側の排気通路に配置する。これにより、ＮＯｘ捕捉触媒を内燃機関の燃焼室に近付けることができる。このため、ＮＯｘ捕捉触媒を迅速に昇温でき、内燃機関の始動直後から効率良くＮＯｘを捕捉できる。従って、内燃機関の始動直後から、ＮＯｘを効率良く浄化できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されたＮＯｘの捕捉量（例えば、後述のΣＮＯｘ）を推定するＮＯｘ捕捉量推定手段（例えば、後述のＥＣＵ７，ＮＯｘセンサ９１，エアフローセンサ９３，クランク角センサ９４，アクセル開度センサ９５）と、前記ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉することができるＮＯｘの最大捕捉量（例えば、後述のΣＮＯｘ＿ｍａｘ）を推定するＮＯｘ最大捕捉量推定手段（例えば、後述のＥＣＵ７，排気温度センサ９２）と、をさらに備え、前記還元性気体導入制御手段は、前記ＮＯｘ捕捉量と前記ＮＯｘ最大捕捉量の関係が所定の条件を満たしたときに、前記還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記還元性気体導入制御手段は、前記ＮＯｘ最大捕捉量に対する前記ＮＯｘ捕捉量の比（例えば、後述のΣＮＯｘ／ΣＮＯｘ＿ｍａｘ）が所定の捕捉量判定値（例えば、後述のＱＮＡＴＨ）を上回ったときに、前記還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止することを特徴とする。
【００１４】
ＮＯｘ捕捉触媒は、捕捉可能なＮＯｘ量に限度があり、ＮＯｘ捕捉量がＮＯｘ最大捕捉量に近づくと、ＮＯｘ捕捉性能は著しく低下する。この場合には、捕捉されたＮＯｘを除去しない限り、ＮＯｘ捕捉触媒に水素を含む還元性気体を導入してもＮＯｘ捕捉性能が改善されることはない。特に本発明のように、排気通路とは別に設けた燃料改質器により水素を含む還元性気体を生成して導入する場合、ＮＯｘ捕捉量がＮＯｘ最大捕捉量に近づいているにも関わらず還元性気体を導入し続けることは、燃費の悪化に繋がる。
この点、請求項３及び４に記載の発明では、ＮＯｘ捕捉量とＮＯｘ最大捕捉量の関係が所定の条件を満たしたとき、具体的には、ＮＯｘ最大捕捉量に対するＮＯｘ捕捉量の比が所定の捕捉量判定値を上回ったときに、還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止する。これにより、還元性気体の無駄な導入を回避できるため、燃料改質器での燃料消費量を抑制でき、燃費が向上する。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ捕捉触媒の温度（例えば、後述のＴＤＥＮ）を検出又は推定するＮＯｘ捕捉触媒温度検出手段（例えば、後述の排気温度センサ９２）をさらに備え、前記ＮＯｘ最大捕捉量推定手段は、前記ＮＯｘ捕捉触媒温度に基づいて、前記ＮＯｘ最大捕捉量を推定することを特徴とする。
【００１６】
ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉することができるＮＯｘの最大捕捉量は、ＮＯｘ捕捉触媒の温度に依存するという特性がある。この点、請求項５に記載の発明では、ＮＯｘ捕捉触媒の温度に基づいてＮＯｘ最大捕捉量を推定するため、ＮＯｘ最大捕捉量を精度良く推定できる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項３から５いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ捕捉触媒は、前記ＮＯｘ捕捉還元触媒よりも上流側の排気通路に配置され、前記還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止したときに、前記内燃機関の燃料噴射量（例えば、後述のＱＩＮＪ）の増加及び吸入空気量（例えば、後述のＱＡＩＲ）の減少のうち少なくとも一方を実施して排気の空燃比をリッチにすることにより、前記ＮＯｘ捕捉還元触媒に捕捉されたＮＯｘを還元浄化するリッチ化手段（例えば、後述のＥＣＵ７，スロットルバルブ３２）をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明のように、ＮＯｘ捕捉触媒をＮＯｘ捕捉還元触媒よりも上流側の排気通路に配置し、ＮＯｘ捕捉触媒の上流側から水素を含む還元性気体を導入する構成を採用した場合には、還元性気体の導入を停止した後において、ＮＯｘ捕捉触媒の温度が上昇して、ＮＯｘ捕捉触媒が十分な捕捉性能を発揮する温度範囲を超えたときや、一定量以上の水素が共存する条件下でリッチな排気が供給されたときに、ＮＯｘ捕捉触媒からＮＯｘが放出される。
ところで、ＮＯｘ捕捉触媒から多量のＮＯｘが放出された場合に、下流のＮＯｘ捕捉還元触媒がすでにＮＯｘを多量に捕捉している状態のときは、ＮＯｘの捕捉率、即ちＮＯｘの浄化率が低いため、放出されたＮＯｘが下流のＮＯｘ捕捉還元触媒に捕捉されずに通過し、エミッションが悪化する恐れがある。
この点、請求項６に記載の発明では、還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止したときに、インジェクタからの燃料噴射量の増加、及びスロットルバルブを絞ることによる吸入空気量の減少のうち、少なくとも一方を実施して排気の空燃比をリッチにすることにより、ＮＯｘ捕捉還元触媒に捕捉されたＮＯｘを還元浄化する。これにより、ＮＯｘ捕捉還元触媒のＮＯｘ浄化率が高い状態で、上流のＮＯｘ捕捉触媒から放出されたＮＯｘを捕捉することができ、エミッションの悪化を回避できる。
また、水素を含む高温の還元性気体の導入を停止することにより、排気中の水素濃度の減少、及び排気温度（ＮＯｘ捕捉触媒温度）の変動を抑制でき、ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されているＮＯｘの放出自体を軽減することもでき、この点からもエミッションの悪化を回避できる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ捕捉触媒の温度を検出又は推定するＮＯｘ捕捉触媒温度検出手段と、前記ＮＯｘ捕捉触媒温度に基づいて、前記ＮＯｘ捕捉触媒のＮＯｘ捕捉率（例えば、後述のＲＮＡ）を推定するＮＯｘ捕捉率推定手段（例えば、後述のＥＣＵ７，ＮＯｘセンサ９１，クランク角センサ９４，アクセル開度センサ９５）と、をさらに備え、前記還元性気体導入制御手段は、前記ＮＯｘ捕捉率が所定の捕捉率判定値（例えば、後述のＲＮＡＴＨ）を下回ったときに、前記還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止することを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、ＮＯｘ捕捉触媒のＮＯｘ捕捉率が所定の捕捉率判定値を下回ったときに、還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止する。即ち、ＮＯｘ捕捉触媒のＮＯｘ捕捉性能が低下したときには、還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止する。これにより、還元性気体の無駄な導入を回避できるため、燃料改質器での燃料消費量を抑制でき、燃費が向上する。
また、ＮＯｘ捕捉触媒のＮＯｘ捕捉率は、ＮＯｘ最大捕捉量と同様に、ＮＯｘ捕捉触媒の温度に依存するという特性がある。この点、本発明では、ＮＯｘ捕捉触媒の温度に基づいてＮＯｘ捕捉率を推定するため、ＮＯｘ捕捉率を精度良く推定できる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ捕捉還元触媒の温度（例えば、後述のＴＬＮＣ）を検出又は推定するＮＯｘ捕捉還元触媒温度検出手段（例えば、後述の排気温度センサ９２）をさらに備え、前記還元性気体導入制御手段は、前記ＮＯｘ捕捉還元触媒温度が当該ＮＯｘ捕捉還元触媒の触媒活性化温度（例えば、後述のＴＬＮＣＴＨ）を上回ったときに、前記還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止することを特徴とする。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、ＮＯｘ捕捉還元触媒温度が当該ＮＯｘ捕捉還元触媒の触媒活性化温度を上回ったときに、還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止する。即ち、ＮＯｘ捕捉還元触媒の温度が上昇して触媒活性化状態に達したときには、還元性気体導入通路を介した還元性気体の導入を停止し、下流のＮＯｘ捕捉還元触媒でＮＯｘの浄化を行う。これにより、燃料改質器での燃料消費量を抑制できるため、燃費が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態における改質ガスの導入制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮとＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘの関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態における改質ガスの導入制御処理を説明するためのタイムチャートである。
【図５】ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮとＮＯｘ捕捉率ＲＮＡの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置１の構成を示す図である。内燃機関（以下、「エンジン」という）２は、各気筒２１の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンである。
【００２５】
エンジン２に燃料を供給する燃料供給系は、燃料タンク２３に貯留された燃料を加圧する燃料ポンプ（図示せず）と、この燃料ポンプにより加圧された燃料をエンジン２の気筒２１ごとに設けられたインジェクタに供給するコモンレール（図示せず）と、を含んで構成される。
【００２６】
インジェクタからの燃料噴射量ＱＩＮＪは、後述する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７によって設定される。また、このインジェクタの開弁時間は、設定された燃料噴射量ＱＩＮＪが得られるように、ＥＣＵ７からの駆動信号により制御される。
【００２７】
エンジン２には、吸気が流通する吸気管３と、排気が流通する排気管４と、吸気管３に吸気を圧送する過給機６とが設けられている。
【００２８】
吸気管３は、吸気マニホールド３１の複数の分岐部を介してエンジン２の各気筒２１の吸気ポートに接続されている。排気管４は、排気マニホールド４１の複数の分岐部を介してエンジン２の各気筒２１の排気ポートに接続されている。
【００２９】
吸気管３のうち過給機６の上流側には、エンジン２の吸入空気量ＱＡＩＲを制御するスロットルバルブ３２が設けられている。このスロットルバルブ３２は、アクチュエータを介してＥＣＵ７に接続されており、その開度はＥＣＵ７により電磁的に制御される。
【００３０】
排気管４には、上流側から順に、ＮＯｘ捕捉触媒（以下、「ＤｅＮＯｘ触媒」という）４２、ＮＯｘ捕捉還元触媒（以下、「ＬＮＣ」という）４３が設けられている。排気管４のうち、ＤｅＮＯｘ触媒４２の上流側には、後述する燃料改質器８で生成された水素を含む改質ガスを排気管４内に導入する改質ガス導入通路８１が接続されている。
【００３１】
ＤｅＮＯｘ触媒４２は、水素共存下で、排気中に含まれるＮＯｘを酸化して捕捉する。ここで、本発明における「捕捉」とは、吸着、吸収、吸蔵のいずれをも含む。
ＤｅＮＯｘ触媒４２は、Ａｇを含むＡｇ系触媒である。より詳しくは、ＤｅＮＯｘ触媒４２は、Ａｇに加えて、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、及びゼオライトからなる群より選択される少なくとも１種の酸化物を含んでなるＡｇ系触媒である。
このＡｇ系触媒からなるＤｅＮＯｘ触媒４２は、例えば１００℃の低温から２５０℃までの温度範囲において、ＮＯｘを酸化して捕捉する。
【００３２】
ＤｅＮＯｘ触媒４２に含まれるＡｇは、酸素を含む排気中では、主に酸化された状態の酸化銀として存在し、ＮＯｘ捕捉能を持たない。これに対して、ＤｅＮＯｘ触媒４２に水素を供給して水素共存下とすると、酸化銀が水素と接触することによって容易に還元され、還元銀の状態となる（下記式（１）参照）。
還元銀は、金属銀や酸化銀の状態に比して、ＮＯｘを酸化して捕捉する能力が飛躍的に高い。このため、１００℃程度の低温であっても、排気中のＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ２）を酸化して捕捉する（下記式（２）、（３）参照）。なお、下記式中において、Ａｇ（＊）は還元銀を表し、（ａｄ．）はＤｅＮＯｘ触媒４２への捕捉を表す。
［化１］
ＡｇＯ＋Ｈ２→Ａｇ（＊）＋Ｈ２＋Ｏ２      …（１）
ＮＯ＋Ｏ２＋Ａｇ（＊）→ＮＯ３（ａｄ．）＋Ａｇ（＊）      …（２）
２ＮＯ２＋Ｏ２＋Ａｇ（＊）→２ＮＯ３（ａｄ．）＋Ａｇ（＊）      …（３）
【００３３】
ＤｅＮＯｘ触媒４２の調製方法については特に限定されず、従来公知の方法により調製される。例えば、所定量の硝酸銀に蒸留水を加えて攪拌し、完全に溶解させた後、所定量のベーマイトを加え、所定の条件で乾燥させる。乾燥後、所定の条件で焼成を行って得られた触媒を粉砕することにより、目的のＡｇ系触媒粉末が得られる。
【００３４】
ＬＮＣ４３は、エンジン２で燃焼する混合気を理論空燃比よりもリーンに設定し、流入する排気の酸素濃度が比較的高い酸化雰囲気にしたときに、排気中のＮＯｘを捕捉する。また、ＬＮＣ４３は、流入する排気の還元剤（水素、一酸化炭素、及び炭化水素など）濃度が比較的高い還元雰囲気にしたときに、リーン雰囲気で捕捉したＮＯｘを還元する。
ＬＮＣ４３は、例えば２００℃から３５０℃までの温度範囲において、ＮＯｘを捕捉して還元する。
また、本実施形態のＬＮＣ４３には、ＮＯｘを吸着して還元するＮＯｘ吸着還元触媒や、ＮＯｘを吸収して還元するＮＯｘ吸収還元触媒や、ＮＯｘを吸蔵して還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒が含まれる。
【００３５】
本実施形態では、ＬＮＣ４３として、触媒担体に２つの層からなるＮＯｘ浄化触媒を担持させることによって形成されたものを用いる。
ＮＯｘ浄化触媒の下層は、白金、セリア、アルミナ、Ｃｅ−Ｐｒ−Ｌａ−Ｏｘ、及びＺｒ−Ｏｘをそれぞれ所定量含む触媒材料を、水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを触媒担体にコーティングすることにより形成される。
また、ＮＯｘ浄化触媒の上層は、鉄及びセリウムでイオン交換されたβ−ゼオライト、アルミナ、及びバインダーをそれぞれ所定量含む触媒材料を、水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを上述の下層にコーティングすることにより形成される。
【００３６】
以上のようなＮＯｘ浄化触媒を担持して構成されたＬＮＣ４３は、具体的には以下のように動作し、排気中のＮＯｘを浄化する。
【００３７】
［リーン状態１］
先ず、エンジン２の混合気を理論空燃比よりもリーン側に設定する所謂リーンバーン運転を行い、ＬＮＣ４３に流入する排気を酸化雰囲気にすると、排気中のＮＯｘは、上層を通過して下層に到達し、白金によって酸化（例えば、ＮＯ→ＮＯ２）される。そして、酸化されたＮＯｘ（例えば、ＮＯ２）は、下層に一旦捕捉されて貯蔵される。このとき、白金はＮＯ酸化触媒として機能し、セリアやＣｅ−Ｐｒ−Ｌａ−Ｏｘは、ＮＯｘ捕捉材として機能する。
【００３８】
［リッチ状態］
次に、例えば、エンジン２の混合気を理論空燃比近傍若しくは理論空燃比よりもリッチ側に設定する所謂リッチ運転を行うことにより、ＬＮＣ４３に流入する排気を還元雰囲気にすると、排気中の一酸化炭素と水のシフト反応により二酸化炭素と水素が生成される（下記式（４）参照）。また、上記リーン状態１で貯蔵されていたＮＯｘ及び排気中のＮＯｘは水素と反応し、アンモニアが生成される（下記式（５）参照）。ここで生成されたアンモニアは、上層に移動し、ゼオライトに捕捉されて貯蔵される。
［化２］
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２      …（４）
ＮＯｘ＋Ｈ２→ＮＨ３      …（５）
【００３９】
［リーン状態２］
次に、再びリーンバーン運転を行い、ＬＮＣ４３に流入する排気を酸化雰囲気にすると、上層に貯蔵されたアンモニアと、排気中のＮＯｘとがアンモニア選択接触還元法（ＮＨ３−ＳＣＲという）による反応で窒素に変換され（下記式（６）参照）、当該窒素は上層から放出される。このとき、Ｆｅ及びＣｅでイオン交換されたβ−ゼオライトは、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒として機能する。
［化３］
ＮＯｘ＋ＮＨ３＋Ｏ２→Ｎ２＋Ｈ２Ｏ      …（６）
【００４０】
このように、ＬＮＣ４３によれば、還元剤供給中に生成されるアンモニアがゼオライトに捕捉され、捕捉したアンモニアがリーンバーン運転中にＮＯｘと反応するので、ＮＯｘの浄化を効率良く行うことができる。
【００４１】
燃料改質器８は、排気管４にその一端側が接続された改質ガス導入通路８１と、この改質ガス導入通路８１内に設けられた改質触媒８２と、燃料ガスを改質ガス導入通路８１の他端側から改質触媒８２に供給する燃料ガス供給装置８３と、を含んで構成される。
上記構成からなる燃料改質器８では、エンジン２の燃料を、改質触媒８２の作用により改質し、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び炭化水素（ＨＣ）を含む還元性気体の改質ガスを生成する。燃料改質器８で生成される改質ガスの温度は、およそ５００℃〜８００℃の高温である。
【００４２】
改質ガス導入通路８１の途中には、この改質ガス導入通路８１を介して排気管４内に導入される改質ガスの流量を制御する改質ガス導入バルブ８７が設けられている。この改質ガス導入バルブ８７は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ７に接続されており、改質ガス導入通路８１を介した改質ガスの導入量は、ＥＣＵ７により制御される。
【００４３】
燃料ガス供給装置８３は、燃料タンク２３に貯蔵された燃料と、コンプレッサ８４により供給された空気とを所定の割合で混合して燃料ガスを製造し、この燃料ガスを改質ガス導入通路８１内の改質触媒８２に供給する。この燃料ガス供給装置８３は、改質触媒８２に供給される空気の量を制御する空気バルブ８５と、改質触媒８２に供給される燃料の量を制御する燃料バルブ８６と、これら空気バルブ８５及び燃料バルブ８６を介して供給された空気と燃料を混合し改質触媒８２に噴射する図示しない噴射器と、を備える。これら空気バルブ８５及び燃料バルブ８６は、それぞれ図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ７に接続されており、改質触媒８２に供給する空気の量及び燃料の量、並びに、燃料ガスの燃料量に対する空気量の割合は、ＥＣＵ７により制御される。
【００４４】
改質触媒８２は、ロジウム、白金、パラジウム、ニッケル、及びコバルトよりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属触媒成分と、セリア、ジルコニア、アルミナ、及びチタニアよりなる群から選ばれる少なくとも１種の酸化物又はこれらを基本組成とした複合酸化物と、を含む。この改質触媒８２は、燃料ガス供給装置８３から供給された燃料ガスを改質し、水素、一酸化炭素、及び炭化水素を含む改質ガスを生成する。より具体的には、この改質触媒８２は、燃料ガスを構成する炭化水素と空気との部分酸化反応により、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成する。
【００４５】
改質触媒８２の調製方法については特に限定されず、従来公知のウォッシュコート法により調製される。例えば、所定の質量比になるように配合したセリア及びロジウムの粉末を、バインダー及び水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを調製する。次いで、調製したスラリーを、コージエライト製のハニカム担体にコーティングし、所定の条件で乾燥、焼成することにより、改質触媒８２が得られる。
【００４６】
燃料改質器８は、グロープラグやスパークプラグなどを含んで構成された図示しない加熱ヒータを備えており、燃料改質器８の始動とともに、改質触媒８２を加熱することが可能となっている。
また、この燃料改質器８は、排気管４とは別に設けられており、燃料改質器８の燃料ガス供給装置８３及び改質触媒８２は、排気管４内には設けられていない。即ち、燃料改質器８は、排気管４内に設けられて排気管４内の排気中に含まれる燃料成分を改質するのではなく、燃料タンク２３から直接供給される燃料ガスを改質する。このため、燃料改質器８は、多量の改質ガスを生成できるとともに、その生成量を制御できる。
【００４７】
以上のように構成された燃料改質器８は、後述のＥＣＵ７から送信された制御信号に基づいて駆動される。
【００４８】
ＥＣＵ７には、ＮＯｘセンサ９１、排気温度センサ９２、及びエアフローセンサ９３が接続されている。ＮＯｘセンサ９１は、ＤｅＮＯｘ触媒４２を通過後の排気中のＮＯｘ濃度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。排気温度センサ９２は、ＬＮＣ４３を通過後の排気の温度ＴＥを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。エアフローセンサ９３は、エンジン２に吸入される吸入空気量ＱＡＩＲを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。
また、ＤｅＮＯｘ触媒４２の温度ＴＤＥＮと、ＬＮＣ４３の温度ＴＬＮＣは、排気温度センサ９２の検出値に基づいて、ＥＣＵ７により算出される。
【００４９】
この他、ＥＣＵ７には、クランク角センサ９４、アクセル開度センサ９５、及びイグニッションスイッチ９６が接続されている。
【００５０】
クランク角センサ９４は、エンジン２のクランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ７に送信する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０°）ごとに送信される。アクセル開度センサ９５は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下、「アクセル開度」という）ＡＰを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。イグニッションスイッチ９６は、図示しない車両の運転席に設けられ、車両の起動又は停止を指令する信号をＥＣＵ７に送信する。
【００５１】
ここで、エンジン２の回転数（以下、「エンジン回転数」という）ＮＥは、クランク角センサ９４から送信されたＣＲＫ信号に基づいて、ＥＣＵ７により算出される。要求トルクＴＲＱは、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに応じて予め設定された所定のマップ（図示せず）を検索することによって、ＥＣＵ７により算出される。また、上述のインジェクタからの燃料噴射量ＱＩＮＪは、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに応じて予め設定されたＱＩＮＪマップ（図示せず）を検索することによって、ＥＣＵ７により算出される。
【００５２】
ＥＣＵ７は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ７は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、インジェクタ２２などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。以上のようなハードウェア構成により、ＥＣＵ７には、以下に示す改質器制御処理を実行するモジュールが構成される。
【００５３】
以下、本実施形態における改質ガスの導入制御処理について説明する。
図２は、本実施形態における改質ガスの導入制御処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ最大捕捉量に対するＮＯｘ捕捉量の比が所定の捕捉比判定値を上回ったとき、ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉率が所定の捕捉率判定値を下回ったとき、及びＬＮＣの温度がＬＮＣの触媒活性化温度を上回ったときに、改質ガス導入通路を介した改質ガスの導入を停止することにより、ＤｅＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化からＬＮＣによるＮＯｘ浄化への切替えを適切なタイミングで実行する処理であり、イグニッションスイッチがＯＮにされた後、ＥＣＵにより所定の周期で繰り返し実行される。
【００５４】
ステップＳ１では、ＬＮＣ温度ＴＬＮＣが、所定のＬＮＣ温度判定値ＴＬＮＣＴＨを上回っているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ２に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ４に移る。
ＬＮＣ温度ＴＬＮＣは、排気温度センサの検出値に基づいて、ＥＣＵにより算出される。所定のＬＮＣ温度判定値ＴＬＮＣＴＨとしては、ＬＮＣが活性化し始める温度である触媒活性化温度が予め設定され、ＥＣＵに格納されている。本実施形態では、ＬＮＣの触媒活性化温度は２００℃〜２５０℃であり、この範囲内でＬＮＣ温度判定値ＴＬＮＣＴＨが設定される。
【００５５】
ステップＳ２では、改質ガス導入バルブを閉じ、改質ガス導入通路を介した改質ガスの導入を停止する。停止後はステップＳ３に移る。
本ステップでは、ＬＮＣ温度ＴＬＮＣが触媒活性化温度を上回っており、ＬＮＣが活性化されているとステップＳ１で判別されたことから、改質ガス導入通路を介した改質ガスの導入を停止する。これにより、ＬＮＣが活性化された後は、ＬＮＣによるＮＯｘ浄化が実行される。
【００５６】
ステップＳ３では、後述するリッチ制御のためのリッチタイマをセットする。リッチタイマをセット後、本処理を終了する。
【００５７】
ステップＳ４では、ＤｅＮＯｘ触媒に捕捉することができるＮＯｘの最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘに対する、ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉量、即ちＤｅＮＯｘ触媒に捕捉したＮＯｘの積算値ΣＮＯｘの比であるΣＮＯｘ／ΣＮＯｘ＿ｍａｘが、所定の捕捉量判定値ＱＮＡＴＨを上回っているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ１３に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ５に移る。
ここで、所定の捕捉量判定値ＱＮＡＴＨとしては、ΣＮＯｘがΣＮＯｘ＿ｍａｘを超えない範囲で、１未満の値が設定される。また、ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉量ΣＮＯｘは、後述するステップＳ１１で算出され、ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘは、後述するステップＳ１２で算出される。
本ステップにより、ΣＮＯｘ／ΣＮＯｘ＿ｍａｘの値が、所定の捕捉量判定値ＱＮＡＴＨを上回っており、ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉量がＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘに近い値となっていると判別されたときには、後述するステップＳ１３〜１７に進んで、改質ガスの導入が停止され、リッチ制御が実行される。
【００５８】
ステップＳ５では、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮがＤｅＮＯｘ触媒温度下限値ＴＤＥＮＬＭＬを下回っているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ２に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ６に移る。
ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮは、排気温度センサの検出値に基づいて、ＥＣＵにより算出される。また、ＤｅＮＯｘ触媒温度下限値ＴＤＥＮＬＭＬは、ＤｅＮＯｘ触媒が活性を示す温度範囲の下限、即ちＤｅＮＯｘ触媒が活性化し始める触媒活性化温度に設定される。本実施形態では、ＤｅＮＯｘ触媒温度下限値ＴＤＥＮＬＭＬは、例えば１００℃に設定される。
本ステップにより、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮがＤｅＮＯｘ触媒温度下限値ＴＤＥＮＬＭＬを下回っていると判別されたときは、ステップＳ２に移って改質ガス導入バルブを閉じて改質ガスの導入を停止した後、リッチタイマをセットして本処理を終了する。これにより、ＤｅＮＯｘ触媒が未活性であるときには、改質ガスの導入が停止される。
【００５９】
ステップＳ６では、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮがＤｅＮＯｘ触媒温度上限値ＴＤＥＮＬＭＨを上回っているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ２に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ７に移る。
ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮは、排気温度センサの検出値に基づいて、ＥＣＵにより算出される。また、ＤｅＮＯｘ触媒温度上限値ＴＤＥＮＬＭＨは、ＤｅＮＯｘ触媒が活性を示す温度範囲の上限、即ちＤｅＮＯｘ触媒がさらに高温化して不活性化する温度に設定される。本実施形態では、ＤｅＮＯｘ触媒温度上限値ＴＤＥＮＬＭＬは、例えば２５０℃に設定される。
本ステップにより、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮがＤｅＮＯｘ触媒温度上限値ＴＤＥＮＬＭＨを上回っていると判別されたときは、ステップＳ２に移って改質ガス導入バルブを閉じて改質ガスの導入を停止した後、リッチタイマをセットして本処理を終了する。これにより、ＤｅＮＯｘ触媒が不活性化したときには、改質ガスの導入が停止される。
また、本ステップにより、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮがＤｅＮＯｘ触媒温度上限値ＴＤＥＮＬＭＨを上回っていないと判別されたときは、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮがＤｅＮＯｘ触媒の触媒活性温度範囲内であることから、ステップＳ７〜１０へと進んで改質ガスの導入を開始する。
【００６０】
ステップＳ７では、ＤｅＮＯｘ触媒前段の排気、即ちＤｅＮＯｘ触媒に流入する排気中のＮＯｘ濃度（以下、「ＤｅＮＯｘ触媒前ＮＯｘ濃度」という）を推定する。推定後はステップＳ８に移る。
具体的には、ＤｅＮＯｘ触媒前ＮＯｘ濃度は、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて予め設定されたＦｅｅｄ＿ＮＯｘマップ（図示せず）を検索することによって、ＥＣＵにより算出される。
【００６１】
ステップＳ８では、ＤｅＮＯｘ触媒後段の排気、即ちＤｅＮＯｘ触媒を通過後の排気中のＮＯｘ濃度（以下、「ＤｅＮＯｘ触媒後ＮＯｘ濃度」という）を測定する。測定後はステップＳ９に移る。
具体的には、ＤｅＮＯｘ触媒後ＮＯｘ濃度は、ＮＯｘセンサの検出値に基づいて、ＥＣＵにより算出される。
【００６２】
ステップＳ９では、ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉率ＲＮＡが、所定のＮＯｘ捕捉率判定値ＲＮＡＴＨを下回っているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ２に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ１０に移る。
ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉率ＲＮＡは、ステップＳ７で推定されたＤｅＮＯｘ触媒前ＮＯｘ濃度と、ステップＳ８で測定されたＤｅＮＯｘ触媒後ＮＯｘ濃度を用いて、下記式（Ｉ）により算出される。
本ステップにより、ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉率ＲＮＡが所定のＮＯｘ捕捉率判定値ＲＮＡＴＨを下回っていると判別されたときは、ステップＳ２に移って改質ガス導入バルブを閉じて改質ガスの導入を停止した後、リッチタイマをセットして本処理を終了する。これにより、ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉性能が低下したときには、改質ガスの導入が停止される。
【数１】
2010281309.tif 000003
【００６３】
ステップＳ１０では、改質ガス導入バルブを開き、改質ガス通路を介した改質ガスの導入を開始する。開始後はステップＳ１１に移る。
【００６４】
ステップＳ１１では、ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉量、即ちＤｅＮＯｘ触媒に捕捉したＮＯｘの積算値ΣＮＯｘを算出する。算出後はステップＳ１２に移る。
具体的には、ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉量ΣＮＯｘは、ステップＳ７で推定されたＤｅＮＯｘ触媒前ＮＯｘ濃度と、ステップＳ８で測定されたＤｅＮＯｘ触媒後ＮＯｘ濃度を用いて、下記式（ＩＩ）により算出される。なお、式中の排気流量としては、エアフローセンサにより検出された吸入空気量ＱＡＩＲを代用する。
【数２】
2010281309.tif 000004
【００６５】
ステップＳ１２では、ＤｅＮＯｘ触媒に捕捉することができるＮＯｘの最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘを算出する。算出後は本処理を終了する。
ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘは、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮに応じて予め設定された、図３に示すΣＮＯｘ＿ｍａｘテーブルを検索することにより算出される。図３に示すように、ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘは、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮに依存しており、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮがある温度以上になると、急激に増大してピークに達し、その後は温度の上昇とともに緩やかに減少する。
なお、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮは、排気温度センサの検出値に基づいて、ＥＣＵにより算出される。
【００６６】
ステップＳ１３では、リッチタイマが「０」であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ１４に移り、ＮＯの場合にはステップＳ１５に移る。
【００６７】
ステップＳ１４では、ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉量ΣＮＯｘを「０」に設定する。設定後はステップＳ１７に移る。
【００６８】
ステップＳ１５では、燃料噴射量ＱＩＮＪの増加と、吸入空気量ＱＡＩＲの減少により、排気空燃比のリッチ制御の実行を開始する。実行開始後はステップＳ１６に移る。
具体的には、インジェクタの開弁時間を長く設定し、燃料噴射量ＱＩＮＪを増量させ、また、スロットルバルブを閉じて吸入空気量を低減させる。これにより、排気空燃比がリッチ化されてＬＮＣに捕捉していたＮＯｘが還元浄化され、ＬＮＣが十分な量のＮＯｘを捕捉可能な状態となる。
【００６９】
ステップＳ１６では、リッチタイマを減算する。減算後はステップＳ１７に移る。
本ステップにより、排気空燃比のリッチ制御中において、リッチタイマが減算される。リッチタイマが「０」となると、リッチ制御が終了となる。
【００７０】
ステップＳ１７では、改質ガス導入バルブを閉じ、改質ガス導入通路を介した改質ガスの導入を停止する。停止後、本処理を終了する。
【００７１】
図４は、本実施形態における改質ガスの導入制御処理を説明するためのタイムチャートである。
図４は、イグニッションスイッチをオンにしてエンジンを始動させた後の車両走行時の例を示している。先ず、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮは、時間の経過に比例して上昇し、時刻ｔ１において、ＤｅＮＯｘ触媒温度下限値ＴＤＥＮＬＭＬを上回る（ステップＳ５参照）。
【００７２】
時刻ｔ１において、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮがＤｅＮＯｘ触媒温度下限値ＴＤＥＮＬＭＬを上回ったことに応じて、ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉量ΣＮＯｘの積算を開始する（ステップＳ１１参照）。ＮＯｘ捕捉量ΣＮＯｘの積算が開始されると、ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘに対するＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉量ΣＮＯｘの比であるΣＮＯｘ／ΣＮＯｘ＿ｍａｘが上昇し始める（ステップＳ１２，４参照）。
また、時刻ｔ１では、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮがＤｅＮＯｘ触媒温度下限値ＴＤＥＮＬＭＬを上回り、ＤｅＮＯｘ触媒が活性化されたことから、改質ガス導入バルブを開き、改質ガスの導入を開始する（ステップＳ９参照）。
【００７３】
その後、時間の経過に比例して、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮと、ΣＮＯｘ／ΣＮＯｘ＿ｍａｘは上昇する。そして、時刻ｔ２において、ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘに対するＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉量ΣＮＯｘの比であるΣＮＯｘ／ΣＮＯｘ＿ｍａｘが、所定の捕捉量判定値ＱＮＡＴＨを上回る（ステップＳ１２，４参照）。
【００７４】
時刻ｔ２において、ΣＮＯｘ／ΣＮＯｘ＿ｍａｘが、所定の捕捉量判定値ＱＮＡＴＨを上回ったことに応じて、改質ガス導入バルブを閉じ、改質ガスの導入を停止する（ステップＳ４，１７参照）。
また、時刻ｔ２において、改質ガスの導入の停止と同時に、排気空燃比のリッチ制御を開始し、リッチタイマが減算され始める（ステップＳ１３〜１６参照）。
【００７５】
その後、リッチタイマが減算され、時刻ｔ３においてリッチタイマの減算が終了すると同時に、リッチ制御を終了する。このとき、ＤｅＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉量ΣＮＯｘが０に設定され、ΣＮＯｘ／ΣＮＯｘ＿ｍａｘの値が０となる（ステップＳ１４参照）。
【００７６】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、排気中のＮＯｘを水素共存下で捕捉するＤｅＮＯｘ触媒４２として、少なくともＡｇを含むＡｇ系触媒を用いる。Ａｇ系触媒中のＡｇは、酸素を含む排気中では酸化銀の状態で存在するところ、水素共存下では水素により容易に還元されて還元銀の状態となる。この還元銀は、金属銀や酸化銀の状態よりも排気中のＮＯｘを酸化して捕捉する能力が飛躍的に高い。例えば、還元銀は、１００℃程度の低温であってもＮＯｘを酸化して捕捉することができる。従って、ＤｅＮＯｘ触媒４２としてＡｇ系触媒を用いる本実施形態によれば、水素共存下において高いライトオフ性能が得られるため、エンジン２の始動直後からＮＯｘを効率良く浄化でき、始動直後のＮＯｘ排出量を低減できる。
ところで、本実施形態で用いるＡｇ系のＤｅＮＯｘ触媒４２は、例えば２５０℃程度の高温になると、水素が酸素と直接反応して消費されてしまうため、還元銀は酸化されて再び酸化銀の状態になる結果、ＮＯｘ捕捉能力が低下してしまうという特性がある。これに対して、本実施形態で用いるＬＮＣ４３の触媒活性化温度は、水素共存下におけるＤｅＮＯｘ触媒４２の触媒活性化温度よりも高いため、例えば排気温度が２５０℃程度の高温になればＬＮＣ４３が活性化し、ＮＯｘの捕捉還元を行うことが可能になる。
従って、本実施形態によれば、エンジン２の始動直後などの排気温度が低いときには、触媒活性化温度の低いＤｅＮＯｘ触媒４２でＮＯｘを捕捉でき、暖機完了後などの排気温度が高いときには、触媒活性化温度のより高いＬＮＣ４３でＮＯｘを還元浄化できる。即ち、本実施形態によれば、従来に比して、より低温領域から高温領域に亘る幅広い温度範囲で、排気中のＮＯｘを効率良く浄化できる。
また、本実施形態では、排気管４とは別に燃料改質器８を設け、この燃料改質器８により生成された水素を含む還元性気体の改質ガスを、改質ガス導入通路８１を介してＤｅＮＯｘ触媒４２の上流側の排気管４内に導入する。これにより、水素を含む改質ガスがＤｅＮＯｘ触媒４２に供給されるため、エンジン２の始動直後の冷機時に、排気Ａ／Ｆをリッチにするために吸入空気量ＱＡＩＲを絞る必要がなくなる。このため、エンジン２の失火の発生を回避できる。
【００７７】
また、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ触媒４２をＬＮＣ４３よりも上流側の排気管４に配置する。これにより、ＤｅＮＯｘ触媒４２をエンジン２の燃焼室に近付けることができる。このため、ＤｅＮＯｘ触媒４２を迅速に昇温でき、エンジン２の始動直後から効率良くＮＯｘを捕捉できる。従って、エンジン２の始動直後から、ＮＯｘを効率良く浄化できる。
【００７８】
また、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ触媒４２のＮＯｘ捕捉量ΣＮＯｘと、ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘとの関係が所定の条件を満たしたとき、具体的には、ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘに対するＮＯｘ捕捉量ΣＮＯｘの比であるΣＮＯｘ／ΣＮＯｘ＿ｍａｘが所定の捕捉量判定値ＱＮＡＴＨを上回ったときに、改質ガス導入通路８１を介した改質ガスの導入を停止する。これにより、改質ガスの無駄な導入を回避できるため、燃料改質器８での燃料消費量を抑制でき、燃費が向上する。
【００７９】
また、ＤｅＮＯｘ触媒４２に捕捉することができるＮＯｘの最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘは、ＤｅＮＯｘ触媒４２の温度に依存するという特性があるところ、本実施形態によれば、ＤｅＮＯｘ触媒４２の温度に基づいてＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘを推定するため、ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘを精度良く推定できる。
【００８０】
また、本実施形態のように、ＤｅＮＯｘ触媒４２をＬＮＣ４３よりも上流側の排気管４に配置し、ＤｅＮＯｘ触媒４２の上流側から水素を含む改質ガスを導入する構成を採用した場合には、改質ガスの導入を停止した後において、ＤｅＮＯｘ触媒４２の温度が上昇して、ＤｅＮＯｘ触媒４２が十分な捕捉性能を発揮する温度範囲を超えたときや、一定量以上の水素が共存する条件下でリッチな排気が供給されたときに、ＤｅＮＯｘ触媒４２からＮＯｘが放出される。
ところで、ＤｅＮＯｘ触媒４２から多量のＮＯｘが放出された場合に、下流のＬＮＣ４３がすでにＮＯｘを多量に捕捉している状態のときは、ＮＯｘの捕捉率、即ちＮＯｘの浄化率が低いため、放出されたＮＯｘが下流のＬＮＣ４３に捕捉されずに通過し、エミッションが悪化する恐れがある。
この点、本実施形態では、改質ガス導入通路８１を介した改質ガスの導入を停止したときに、インジェクタからの燃料噴射量ＱＩＮＪの増加、及びスロットルバルブ３２を絞ることによる吸入空気量ＱＡＩＲの減少のうち、少なくとも一方を実施して排気の空燃比をリッチにすることにより、ＬＮＣ４３に捕捉されたＮＯｘを還元浄化する。これにより、ＬＮＣ４３のＮＯｘ浄化率が高い状態で、上流のＤｅＮＯｘ触媒４２から放出されたＮＯｘを捕捉することができ、エミッションの悪化を回避できる。
また、水素を含む高温の改質ガスの導入を停止することにより、排気中の水素濃度の減少、及び排気温度ＴＥ（ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮ）の変動を抑制でき、ＤｅＮＯｘ触媒４２に捕捉されているＮＯｘの放出自体を軽減することもでき、この点からもエミッションの悪化を回避できる。
【００８１】
また、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ触媒４２のＮＯｘ捕捉率ＲＮＡが所定の捕捉率判定値ＲＮＡＴＨを下回ったときに、改質ガス導入通路８１を介した改質ガスの導入を停止する。即ち、ＤｅＮＯｘ触媒４２のＮＯｘ捕捉性能が低下したときには、改質ガス導入通路８１を介した改質ガスの導入を停止する。これにより、改質ガスの無駄な導入を回避できるため、燃料改質器８での燃料消費量を抑制でき、燃費が向上する。
また、ＤｅＮＯｘ触媒４２のＮＯｘ捕捉率ＲＮＡは、ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘと同様に、ＤｅＮＯｘ触媒４２の温度に依存するという特性がある。この点、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ触媒４２の温度に基づいてＮＯｘ捕捉率ＲＮＡを推定するため、ＮＯｘ捕捉率ＲＮＡを精度良く推定できる。
【００８２】
また、本実施形態では、ＬＮＣ４３が当該ＬＮＣ４３の触媒活性化温度を上回ったときに、改質ガス導入通路８１を介した改質ガスの導入を停止する。即ち、ＬＮＣ４３の温度が上昇して触媒活性化状態に達したときには、改質ガス導入通路８１を介した改質ガスの導入を停止し、下流のＬＮＣ４３でＮＯｘの浄化を行う。これにより、燃料改質器８での燃料消費量を抑制できるため、燃費が向上する。
【００８３】
本実施形態では、ＥＣＵ７が、還元性気体導入制御手段、ＮＯｘ捕捉量推定手段、ＮＯｘ最大捕捉量推定手段、リッチ化手段、及びＮＯｘ捕捉率推定手段を構成する。具体的には、図２のステップＳ１，４，５，６，１０の実行に係る手段が還元性気体導入手段に相当し、ステップＳ７，８，１０の実行に係る手段がＮＯｘ捕捉率推定手段に相当し、ステップＳ１１の実行に係る手段がＮＯｘ捕捉量推定手段に相当し、ステップＳ１２の実行に係る手段がＮＯｘ最大捕捉量推定手段に相当し、ステップＳ１５の実行に係る手段がリッチ化手段に相当する。
【００８４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
例えば、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮがＤｅＮＯｘ触媒温度下限値ＴＤＥＮＬＭＬを下回っていると判別されたときや、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮがＤｅＮＯｘ触媒温度上限値ＴＤＥＮＬＭＨを上回っていると判別されたときには、改質ガス導入バルブを閉じて改質ガスの導入を停止するが（図２のステップＳ５〜６）、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮに基づいてＮＯｘ捕捉率ＲＮＡを推定し、推定されたＮＯｘ捕捉率ＲＮＡが所定のＮＯｘ捕捉率判定値ＲＮＡＴＨを下回っているときに、改質ガス導入バルブを閉じて改質ガスの導入を停止するように構成してもよい。
なお、ＮＯｘ捕捉率ＲＮＡは、ＤｅＮＯｘ触媒温度ＴＤＥＮに応じて予め設定された、図５に示すＲＮＡテーブルを検索することにより算出される。
これにより、改質ガスの無駄な供給を回避できるため、燃料改質器８における燃料消費量を抑制でき、燃費が向上する。
【符号の説明】
【００８５】
１…排気浄化装置
２…エンジン（内燃機関）
３２…スロットルバルブ（リッチ化手段）
４…排気管（排気通路）
４２…ＤｅＮＯｘ触媒（ＮＯｘ捕捉触媒）
４３…ＬＮＣ（ＮＯｘ捕捉還元触媒）
７…ＥＣＵ（還元性気体導入制御手段、ＮＯｘ捕捉量推定手段、ＮＯｘ最大捕捉量推定手段、リッチ化手段、ＮＯｘ捕捉率推定手段）
８…燃料改質器
８１…改質ガス導入通路（還元性気体導入通路）
８７…改質ガス導入バルブ（還元性気体導入制御手段）
９１…ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ捕捉量推定手段、ＮＯｘ捕捉率推定手段）
９２…排気温度センサ（ＮＯｘ捕捉触媒温度検出手段，ＮＯｘ捕捉還元触媒温度検出手段、ＮＯｘ最大捕捉量推定手段）
９３…エアフローセンサ（ＮＯｘ捕捉量推定手段）
９４…クランク角センサ（ＮＯｘ捕捉量推定手段，ＮＯｘ捕捉率推定手段）
９５…アクセル開度センサ（ＮＯｘ捕捉量推定手段，ＮＯｘ捕捉率推定手段）
９６…イグニッションスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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