(57)【要約】【課題】  内燃機関の排気浄化装置に関し、アンモニア吸蔵型の選択還元触媒における炭化水素被毒の発生を的確に把握し、排気ガス中のアンモニア濃度を最小限に抑制して、良好な環境性能を確保する。【解決手段】  内燃機関４の排気中の窒素酸化物を酸化雰囲気下で吸蔵し、該窒素酸化物を還元雰囲気下で還元するとともに該窒素酸化物からアンモニアを生成する吸蔵還元触媒１と、該アンモニアを吸蔵するとともに該アンモニアを還元剤として該窒素酸化物を還元する選択還元触媒２とを設ける。  また、選択還元触媒２の炭化水素被毒を検出する被毒検出手段４ａと、該炭化水素被毒が検出された場合に吸蔵還元触媒１で生成される該アンモニアの量を抑制するアンモニア生成抑制手段４ｃとを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気に含有される窒素酸化物を酸化雰囲気下で吸蔵し、該窒素酸化物を還元雰囲気下で還元するとともに該窒素酸化物からアンモニアを生成する吸蔵還元触媒と、
排気通路における該吸蔵還元触媒の下流側に介装され、吸蔵層に該アンモニアを吸蔵するとともに該アンモニアを還元剤として該窒素酸化物を還元するアンモニア吸蔵型の選択還元触媒と、
該選択還元触媒の該吸蔵層における炭化水素被毒の有無を検出する被毒検出手段と、
該被毒検出手段において該炭化水素被毒が検出された場合に、該吸蔵還元触媒で生成される該アンモニアの量を抑制するアンモニア生成抑制手段と、を備えた
ことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
該被毒検出手段において該炭化水素被毒が検出されない場合に、該排気の該還元雰囲気の生成間隔を短縮あるいは生成時間を延長する制御を実施するアンモニア生成促進手段をさらに備え、
該アンモニア生成抑制手段が、該被毒検出手段において該炭化水素被毒が検出された場合に、該アンモニア生成促進手段による制御を禁止する
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
該吸蔵還元触媒における触媒温度を推定又は検出する触媒温度検出手段と、
該選択還元触媒の下流側におけるアンモニア濃度を推定又は検出するアンモニア濃度検出手段と、をさらに備え、
該被毒検出手段が、該触媒温度及び該アンモニア濃度に基づいて該炭化水素被毒の有無を検出する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
該選択還元触媒における第二触媒温度を推定又は検出する第二触媒温度検出手段と、
該選択還元触媒の下流側における窒素酸化物濃度を推定又は検出する窒素酸化物濃度検出手段と、
該窒素酸化物濃度検出手段で検出された該窒素酸化物濃度の単位時間あたり又は単位走行距離あたりの増加量を演算する性能低下速度演算手段と、をさらに備え、
該被毒検出手段が、該第二触媒温度及び該増加量に基づいて該炭化水素被毒の有無を検出する
ことを特徴とする、請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
該選択還元触媒の該吸蔵層における炭化水素被毒量を演算する被毒量演算手段と、
該被毒検出手段で該炭化水素被毒が検出された場合に、該選択還元触媒に流入する排気温度を予め設定された所定温度以上に昇温させる再生制御を実施する被毒再生制御手段と、をさらに備え、
該被毒再生制御手段が、該被毒量演算手段で演算された該炭化水素被毒量に基づいて、該再生制御の継続時間を制御する
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
該選択還元触媒に流入する排気温度を検出する排気温度検出手段をさらに備え、
該被毒再生制御手段が、該排気温度検出手段で検出された該排気温度が高温であるほど、該再生制御の継続時間を短縮する
ことを特徴とする、請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
該アンモニア生成抑制手段が、該被毒再生制御手段における該再生制御の継続時間が経過したときに、該吸蔵還元触媒で生成される該アンモニアの量の抑制を停止する
ことを特徴とする、請求項５又は６記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
該被毒量演算手段が、該被毒再生制御手段における該再生制御の継続時間が経過した時点における第二炭化水素被毒量を演算し、
該被毒再生制御手段が、該被毒量演算手段で演算された該第二炭化水素被毒量に基づく該再生制御の追加時間を該継続時間に加算する
ことを特徴とする、請求項５〜７の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
単位時間あたり又は単位走行距離あたりの該再生制御の実施回数である再生頻度を演算する再生頻度演算手段と、
該再生頻度演算手段で演算された該再生頻度が予め設定された所定値以上となった場合に、警告を報知する報知手段と、をさらに備えた
ことを特徴とする、請求項５〜８の何れか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、内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物を除去する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気ガス中に含まれる窒素酸化物を低減させるための触媒として、尿素添加型の選択還元触媒〔尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒〕を用いる手法が知られている。すなわち、選択還元触媒の上流側の排気通路内に還元剤としての尿素水溶液を噴射し、加水分解によりアンモニアを生成して、窒素酸化物をアンモニアで還元させるものである。この手法は、ディーゼルエンジンの排気ガスのように酸素濃度が比較的高い雰囲気下や低温時における窒素酸化物の浄化にも効果的である。
【０００３】
また、選択還元触媒の上流にアンモニアを生成する触媒を配置することで、尿素水溶液の添加を不要とする技術も提案されている。例えば、特許文献１には、選択還元触媒の上流に吸蔵還元触媒（窒素酸化物吸着体）を配置するとともに、吸蔵還元触媒上で窒素酸化物の還元過程時に生成されるアンモニアを選択還元触媒での窒素酸化物浄化に利用する構成が開示されている。このように、窒素酸化物還元時の副生成物としてのアンモニアを選択還元触媒に供することで、尿素水溶液といった添加剤の噴射装置が不要になるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１１６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、選択還元触媒には、窒素酸化物の還元反応に供されるアンモニアを触媒内に吸着させて、所定量吸蔵するものがある。例えば、ゼオライト型選択還元触媒では、触媒上のゼオライト層におけるイオン交換サイト内にアンモニアを吸蔵する。このように、アンモニアを一時的にストレージ（貯蔵）することにより、排気ガス中のアンモニア濃度の変動に関わらず、継続的に窒素酸化物を還元することができるようになっている。
【０００６】
しかしながら、内燃機関の運転状態や車両の走行状態に依っては、アンモニアの代わりに炭化水素（ＨＣ）が選択還元触媒の吸蔵層に吸着されるという炭化水素被毒（ＨＣ被毒）が生じる場合がある。例えば、長時間のアイドリング時や渋滞による低速走行時など、排気温度が極低温である状態では、炭化水素の物理吸着が促進されると同時に、排気ガス中に含まれる炭化水素濃度が増加するため、炭化水素被毒が発生しやすい。
【０００７】
このような傾向は、ガソリンエンジンよりも排気温度が全般的に低いディーゼルエンジンを搭載した車両で顕著である。そして、選択還元触媒に炭化水素被毒が生じると、窒素酸化物の還元反応に使用するアンモニア量を十分に確保することができず、窒素酸化物の浄化性能が低下してしまう。また、炭化水素被毒によってアンモニアの最大ストレージ量が減少することになるため、炭化水素被毒の度合いが高まるほど選択還元触媒よりも下流側に流出するアンモニア濃度が上昇してしまう。
【０００８】
このように、従来の技術では、選択還元触媒の炭化水素被毒に起因する排気浄化性能の低下に対して有効な対策を講じることができないという課題がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、アンモニア吸蔵型の選択還元触媒における炭化水素被毒の発生を的確に把握し、排気ガス中のアンモニア濃度を最小限に抑制して、良好な環境性能を確保することができるようにした、内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項１）は、内燃機関の排気に含有される窒素酸化物（ＮＯｘ）を酸化雰囲気下で吸蔵し、該窒素酸化物を還元雰囲気下で還元するとともに該窒素酸化物からアンモニアを生成する吸蔵還元触媒（ＮＯｘトラップ触媒）と、排気通路における該吸蔵還元触媒の下流側に介装され、吸蔵層（ゼオライト層等）に該アンモニアを吸蔵するとともに該アンモニアを還元剤として該窒素酸化物を還元するアンモニア吸蔵型の選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）と、該選択還元触媒の該吸蔵層における炭化水素被毒（ＨＣ被毒）の有無を検出する被毒検出手段と、該被毒検出手段において該炭化水素被毒が検出された場合に、該吸蔵還元触媒で生成される該アンモニアの量を抑制するアンモニア生成抑制手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
一般に、該選択還元触媒における該窒素酸化物の還元能力の低下には、触媒作用の低下による場合だけでなく、該アンモニアの吸蔵能力の低下による場合も考えられる。ここでは、後者の吸蔵能力の低下に関して、該吸蔵層における炭化水素被毒の度合いを把握したうえで、該吸蔵還元触媒における該アンモニアの生成量を制御している。
また、ここでいう酸化雰囲気とは排気中の酸素濃度が還元成分（ＨＣ，ＣＯ等）の濃度に対して相対的に高い状態を意味しており、還元雰囲気とは排気中の還元成分の濃度が酸素濃度に対して相対的に高い状態を意味している。エンジンにおける空燃比をリーンに設定すると排気が酸化雰囲気となり、一方、空燃比をリッチにすると排気が還元雰囲気となる。
【００１１】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項２）は、請求項１記載の構成に加え、該被毒検出手段において該炭化水素被毒が検出されない場合に、該排気の該還元雰囲気の生成間隔を短縮あるいは生成時間を延長する制御を実施するアンモニア生成促進手段をさらに備え、該アンモニア生成抑制手段が、該被毒検出手段において該炭化水素被毒が検出された場合に、該アンモニア生成促進手段による制御を禁止することを特徴としている。
【００１２】
なお、該アンモニア生成促進手段は、該還元雰囲気の生成間隔を短縮あるいは生成時間を延長することによって、該吸蔵還元触媒に該アンモニアを生成せしめている。例えば、炭化水素被毒の未検出時には、定期的に空燃比をリーン及びリッチ間で変更する際に、リーン時間を短縮しあるいはリッチ時間を延長することによって、アンモニアを生成する。一方、炭化水素被毒の検出時にはこのような制御が禁止されるため、相対的にリーン時間が延長されあるいはリッチ時間が短縮されることになる。
【００１３】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項３）は、請求項１又は２記載の構成に加え、該吸蔵還元触媒における触媒温度を推定又は検出する触媒温度検出手段と、該選択還元触媒の下流側におけるアンモニア濃度を推定又は検出するアンモニア濃度検出手段と、をさらに備え、該被毒検出手段が、該触媒温度及び該アンモニア濃度に基づいて該炭化水素被毒の有無を検出することを特徴としている。
【００１４】
なお、該吸蔵還元触媒における該アンモニアの生成量（生成濃度）は、該吸蔵還元触媒の触媒温度の関数として記述することが可能である。つまり、該触媒温度検出手段は、該吸蔵還元触媒における該触媒温度を推定又は検出することによって、該アンモニアの生成量を推定している。したがって、該被毒検出手段による炭化水素被毒の有無の検出は、該選択還元触媒の上流側で生成されたアンモニア濃度と、該選択還元触媒の下流側で実際に検出されたアンモニア濃度との比較によってなされている。
【００１５】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項４）は、請求項３記載の構成に加え、該選択還元触媒における第二触媒温度を推定又は検出する第二触媒温度検出手段と、該選択還元触媒の下流側における窒素酸化物濃度を推定又は検出する窒素酸化物濃度検出手段と、該窒素酸化物濃度検出手段で検出された該窒素酸化物濃度の単位時間あたり又は単位走行距離あたりの増加量を演算する性能低下速度演算手段と、をさらに備え、該被毒検出手段が、該第二触媒温度及び該増加量に基づいて該炭化水素被毒の有無を検出することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項５）は、請求項１〜４の何れか１項に記載の構成に加え、該選択還元触媒の該吸蔵層における炭化水素被毒量を演算する被毒量演算手段と、該被毒検出手段で該炭化水素被毒が検出された場合に、該選択還元触媒に流入する排気温度を予め設定された所定温度以上に昇温させる再生制御を実施する被毒再生制御手段と、をさらに備え、該被毒再生制御手段が、該被毒量演算手段で演算された該炭化水素被毒量に基づいて、該再生制御の継続時間を制御することを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項６）は、請求項５記載の構成に加え、該選択還元触媒に流入する排気温度を検出する排気温度検出手段をさらに備え、該被毒再生制御手段が、該排気温度検出手段で検出された該排気温度が高温であるほど、該再生制御の継続時間を短縮することを特徴としている。
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項７）は、請求項５又は６記載の構成に加え、該アンモニア生成抑制手段が、該被毒再生制御手段における該再生制御の継続時間が経過したときに、該吸蔵還元触媒で生成される該アンモニアの量の抑制を停止することを特徴としている。
ここで、該アンモニア生成抑制手段は、該再生制御の継続時間が経過したときに該炭化水素被毒が解消されたものとみなしていることになる。
【００１８】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項８）は、請求項５〜７の何れか１項に記載の構成に加え、該被毒量演算手段が、該被毒再生制御手段における該再生制御の継続時間が経過した時点における第二炭化水素被毒量を演算し、該被毒再生制御手段が、該被毒量演算手段で演算された該第二炭化水素被毒量に基づく該再生制御の追加時間を該継続時間に加算することを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項９）は、請求項５〜８の何れか１項に記載の構成に加え、単位時間あたり又は単位走行距離あたりの該再生制御の実施回数である再生頻度を演算する再生頻度演算手段と、該再生頻度演算手段で演算された該再生頻度が予め設定された所定値以上となった場合に、警告を報知する報知手段と、をさらに備えたことを特徴としている。
【００２０】
なお、上述の触媒温度検出手段や第二触媒温度検出手段としては、対象となる触媒の上流又は下流の排気温度から推定するものであってもよいし、あるいは、触媒の内部の排気温度や触媒表面温度から推定又は検出するものであってもよい。
また、上述のアンモニア濃度検出手段，窒素酸化物濃度検出手段としては、それぞれアンモニア濃度，窒素酸化物濃度を直接検出するガス濃度センサを用いてもよいし、あるいは一方のガス濃度から他方のガス濃度を推定するものとしてもよい。また、Ｏ２センサの検出結果から推定するものとしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項１）によれば、選択還元触媒の吸蔵層における炭化水素被毒が検出された場合に、吸蔵還元触媒でのアンモニアの生成が抑制されるため、排気中のアンモニア濃度を低下させることができ、良好な環境性能を確保することができる。
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項２）によれば、アンモニア生成促進手段による制御が禁止されるため、炭化水素被毒の検出時における排気中のアンモニア量をほぼ皆無にすることができる。
【００２２】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項３）によれば、選択還元触媒の上流側及び下流側のアンモニア濃度を把握することにより、選択還元触媒に使用あるいは吸蔵されたアンモニア量を正確に計測することができ、これを以て炭化水素被毒の有無を正確に検出することができる。
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項４）によれば、第二触媒温度及び増加量を把握することにより、触媒の熱劣化や一般的な経時劣化に伴う性能低下速度と実際の性能低下速度とを比較することができる。炭化水素被毒の場合には、熱劣化や一般的な経時劣化と比較して短時間で大幅に性能が低下するため、実際の性能低下速度が大きい場合には炭化水素被毒が生じているとみなすことができる。このように、選択還元触媒の吸蔵層の能力低下が炭化水素被毒によるものなのか、それとも吸蔵層の破壊によるものであるのかを正確に切り分けて判断することができる。
【００２３】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項５）によれば、選択還元触媒に流入する排気温度を昇温させることにより、吸蔵層に吸着した炭化水素を脱離させることができ、触媒性能及びアンモニアの吸蔵能力を回復させることができる。
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項６）によれば、選択還元触媒に流入する排気温度が高いほど炭化水素の吸蔵層からの脱離速度が増加するため、これに応じて再生制御の継続時間を短縮することにより、炭化水素の脱離量を確保しつつ燃費を向上させることができる。
【００２４】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項７）によれば、炭化水素被毒が解消された後には、再び吸蔵還元触媒でアンモニアを生成させて、アンモニアを選択還元触媒に吸蔵させることができる。
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項８）によれば、仮に何らかの理由によって再生制御で炭化水素被毒が完全には解消されなかったとしても、解消されなかった炭化水素被毒量に基づいて次回の再生制御に追加時間が加算されるため、確実に炭化水素被毒を解消することができる。
【００２５】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置（請求項９）によれば、炭化水素被毒のような一時的な能力低下と、経時劣化による能力低下とを確実に切り分けて判断することができる。また、経時劣化が検出されたことを搭乗者に報知して、点検整備を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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全体構成を示す模式図である。
【図２】本排気浄化装置の吸蔵還元触媒におけるアンモニア生成温度特性を示すグラフである。
【図３】本排気浄化装置の窒素酸化物パージ時間及び窒素酸化物パージ間隔を説明するためのタイムチャートである。
【図４】本排気浄化装置の選択還元触媒における炭化水素被毒量と被毒再生制御を実施する時間との関係を示すグラフである。
【図５】本排気浄化装置における選択還元触媒の上流の排気温度と被毒再生制御に係る炭化水素離脱係数との関係を示すグラフである。
【図６】本排気浄化装置による制御内容を説明するためのフローチャートである。
【図７】本排気浄化装置による被毒再生制御の経過時間と再生量との関係を説明するためのグラフである。
【図８】本発明の変形例としての排気浄化装置の全体構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面により、本発明の一実施形態について説明する。
［１．全体構成］
図１に示すエンジン５（内燃機関）は、炭化水素（ＨＣ）である軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、このエンジン５には排気通路７及び吸気通路８が接続されている。吸気は吸気通路８を介してエンジン５の各気筒の燃焼室へと導入され、燃焼後の排気ガス（以下、単に排気ともいう）は排気通路７を通って外部へ排出されている。エンジン５における空燃比Ｒ及び燃料噴射圧，燃料噴射タイミング等は、後述する制御装置４によって制御されている。なお、制御装置４にはインストルパネル内に配設された警告灯９（報知手段）が接続されている。
【００２８】
排気通路７上には、排気の流れの上流側から順に、ターボチャージャー（過給器），酸化触媒６ａ（ＤＯＣ），フィルタ６ｂ（ＤＰＦ），吸蔵還元触媒１及び選択還元触媒２（尿素ＳＣＲ触媒）が介装されている。
ターボチャージャーは、排気通路７及び吸気通路８のそれぞれを跨ぐように介装された過給器であり、排気通路７を流通する排気ガスの排気圧でタービンを回転させ、その回転力を利用してコンプレッサを駆動することにより、吸気通路８からの吸気を圧縮してエンジン５への過給を行う。
【００２９】
酸化触媒６ａは、触媒貴金属を備えた触媒であり、排気中に含まれる酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成し、このＮＯ２を下流側のフィルタ６ｂへ供給するものである。また、酸化触媒６ａは、排気中の未燃燃料（すなわち、ＨＣ）を酸化させて酸化熱を発生させ、排気温度を上昇させるようにも機能している。酸化触媒６ａは、コーディエライト，セラミックス等からなるハニカム状の担体にアルミナ粉末が塗布（コーティング）された上にプラチナ，ロジウム，パラジウム等の触媒貴金属の微粒子が担持された公知の構造を備えている。
【００３０】
フィルタ６ｂは、排気中のパティキュレートマター（炭素Ｃを主体とする粒子状物質，ＰＭ）を捕集する多孔質フィルタ（例えば、セラミックフィルタ）である。図１中に模式的に示すように、フィルタ６ｂの内部は壁体によって排気の流通方向に沿って複数に分割されており、排気がこの壁体を通過する際に壁体内や壁体表面へＰＭが捕集され、排気が濾過されている。
【００３１】
また、フィルタ６ｂ上では、酸化触媒６ａで生成されたＮＯ２を酸化剤として、捕集されたＰＭが所定の温度条件下で焼却されている。これにより、フィルタ６ｂの壁体に蓄積されたＰＭが取り除かれて、フィルタ６ｂが再生浄化されている。
吸蔵還元触媒１（ＮＯｘトラップ触媒）は、カリウム（Ｋ）やバリウム（Ｂａ）等の窒素酸化物吸蔵材（ＮＯｘトラップ材）を触媒表面に担持した触媒であり、ＮＯ２を硝酸塩（ＮＯ３-）の形で吸蔵する機能を備えている。吸蔵還元触媒１の表面には、上記の窒素酸化物吸蔵材だけでなく、酸化触媒６ａと同様の触媒貴金属の微粒子も担持されている。これにより吸蔵還元触媒１は、酸化触媒６ａで生成されたＮＯ２のほか吸蔵還元触媒１自身が生成したＮＯ２を酸化雰囲気下で吸蔵する。一方、吸蔵還元触媒１は、触媒の周囲が還元雰囲気になると吸蔵されたＮＯ３-をＮＯ２へ還元して、窒素酸化物吸蔵材から放出するようになっている。
【００３２】
例えば、エンジン５のリーン運転状態（エンジン５の通常運転状態）において、触媒表面の窒素酸化物吸蔵材はＮＯ２をＮＯ３-として吸蔵し、一方、排気中の炭化水素濃度が比較的高い状態やリッチ運転状態となったときにそのＮＯ３-をＮＯ２として排気中へ放出する。なお、ここでいう酸化雰囲気とは排気中の酸素濃度が還元成分（ＨＣ，ＣＯ等）の濃度に対して相対的に高い状態を意味しており、還元雰囲気とは排気中の還元成分の濃度が酸素濃度に対して相対的に高い状態を意味している。一般に、エンジンにおける空燃比Ｒをリーンに設定すると排気が酸化雰囲気となり、一方、空燃比Ｒをリッチに設定すると排気が還元雰囲気となる。
【００３３】
吸蔵還元触媒１の表面に担持されている触媒貴金属は、炭化水素濃度が比較的高くなると、窒素酸化物吸蔵材から放出されたＮＯ２と排気中のＣＯ及び炭化水素をともに酸化・還元させて、ＣＯ２，Ｎ２及びＨ２Ｏを生成する三元触媒として機能している。また、このときＮＯ２をリッチ雰囲気下で存在する水素と過剰に反応させてアンモニア（ＮＨ３）を生成するようになっている。つまり吸蔵還元触媒１は、排気中の窒素酸化物を酸化雰囲気下で吸蔵し、その窒素酸化物を還元雰囲気下で還元するとともにその窒素酸化物からアンモニアを生成するといったように、排気の酸化・還元雰囲気を変更することによって化学反応の能動的な制御が可能な触媒である。
【００３４】
また、吸蔵還元触媒１には、触媒温度Ｔ１を検出する触媒温度センサ３ｂ（触媒温度検出手段）が内蔵されている。ここで検出された触媒温度Ｔ１は制御装置４へ入力されている。なお、触媒温度センサ３ｂの代わりに吸蔵還元触媒１の上流側又は下流側に排気温度センサを配置してもよい。この場合、触媒温度Ｔ１とその上流又は下流の排気温度との相関関係を利用して、それらの排気温度から触媒温度Ｔ１を推定することができる。
【００３５】
図２に、吸蔵還元触媒１における触媒温度Ｔ１とアンモニア生成量との関係を示す。吸蔵還元触媒１は、触媒温度Ｔ１が第一温度ＴＡ以下である場合や第二温度ＴＢ以上（ただし、ＴＡ＜ＴＢ）である場合にはほとんどアンモニアを生成せず、第一温度ＴＡから第二温度ＴＢまでの間（所定の温度範囲）である場合にのみアンモニアを生成する特性を有している。
【００３６】
選択還元触媒２は、アンモニア添加型の窒素酸化物選択還元触媒であり、吸蔵還元触媒１で生成されたアンモニアを吸蔵し、そのアンモニアを還元剤として窒素酸化物をＮ２へと還元するものである。この選択還元触媒２は、触媒上にゼオライトからなる層（吸蔵層）を有するゼオライト型選択還元触媒であり、ゼオライト層のイオン交換サイト内にアンモニアを吸蔵する。本発明では、窒素酸化物の還元剤としての尿素水溶液を排気中に噴射するのではなく、吸蔵還元触媒１上で生成されたアンモニアを窒素酸化物の還元剤として利用している。そのため、選択還元触媒２は吸蔵還元触媒１の直下流に配設されている。
【００３７】
排気通路７上における選択還元触媒２の上流側（吸蔵還元触媒１と選択還元触媒２との間）には、選択還元触媒２へ流入する排気温度Ｔ０を検出する排気温度センサ３ａ（排気温度検出手段）が設けられている。また、吸蔵還元触媒１の内部には、その触媒温度Ｔ１を検出する触媒温度センサ３ｂ（触媒温度検出手段）が設けられている。さらに、選択還元触媒２の下流側には、排気中に含まれるアンモニア濃度Ａ０を検出するアンモニアセンサ３ｃ（アンモニア濃度検出手段）及び窒素酸化物濃度Ｎ０を検出する窒素酸化物センサ３ｄ（窒素酸化物濃度検出手段）が備えられている。これらの各センサ３ａ〜３ｄで検出された情報は、制御装置４へと入力されている。
【００３８】
［２．制御装置］
まず、本制御装置４における制御内容について説明する。制御装置４は、エンジン５における燃料噴射量及び燃料噴射タイミングを制御することによって、空燃比Ｒ及び排気の温度を制御する電子制御装置である。ここでは、図３に示すように、空燃比Ｒが周期的にＲ１又はＲ２の何れか一方に調整されて、排気の酸化・還元雰囲気が変更されている。以下、還元雰囲気を形成する空燃比Ｒ１の状態（リッチ運転状態）の継続時間のことをＮＯｘパージ時間と呼び、酸化雰囲気を形成する空燃比Ｒ２の状態（リーン運転状態）の継続時間のことをＮＯｘパージ間隔と呼ぶ。また、このような空燃比制御のことを、通常空燃比制御と呼ぶ。
【００３９】
また、選択還元触媒２での窒素酸化物の還元には、吸蔵還元触媒１で生成されるアンモニアが必要である。そこで、本実施形態の制御装置４は、選択還元触媒２での還元反応に係るアンモニア量が不足した場合に、ＮＯｘパージ時間を延長、あるいはＮＯｘパージ間隔を短縮することによって相対的にＮＯｘパージ時間を増大させて、選択還元触媒２に供給されるアンモニア量を増加させる制御を実施する。このような空燃比制御のことを、アンモニア生成促進制御と呼ぶ。
【００４０】
さらに、選択還元触媒２における窒素酸化物の還元能力は、ゼオライト層の炭化水素被毒の度合いによって大きく変動する。すなわち、選択還元触媒２でのアンモニアの吸蔵上限値が低下すれば、アンモニアが生成されていない状態下での窒素酸化物の還元能力が大きく低下することになる。そこで、本実施形態の制御装置４では、選択還元触媒２の炭化水素被毒の有無及びその度合いを把握した上で、それを解消するための空燃比制御及び排気温度制御を実施する。
【００４１】
なお、炭化水素被毒の解消に係る空燃比制御のことをアンモニア生成抑制制御と呼ぶ。また、炭化水素被毒を再生させるための排気温度制御のことをゼオライト層の再生制御と呼ぶ。
【００４２】
［２−１．内部構成］
続いて、本制御装置４の内部構成について説明する。本制御装置４は、マイクロコンピュータで構成されたエンジン５を制御するための電子制御装置であり、周知のマイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスとして提供されている。この制御装置４は、空燃比制御に係る空燃比制御部４ｃ及び排気温度制御に係る被毒再生制御部４ｆ（被毒再生制御手段）の二種類の制御部を備えて構成されている。さらに、制御装置４には、被毒検出部４ａ（被毒検出手段），被毒量演算部４ｂ（被毒量演算手段），再生頻度演算部４ｇ（再生頻度演算手段）が備えられている。
【００４３】
［２−２．被毒検出部］
被毒検出部４ａは、選択還元触媒２のゼオライト層における炭化水素被毒の有無を検出するものである。ここでは、以下の条件〔１〕及び〔２〕がともに成立する場合に、炭化水素被毒があるものと判断する。
〔１〕吸蔵還元触媒１でアンモニアが生成されている
〔２〕選択還元触媒２の下流側に規定濃度ＡＰを超えるアンモニアが検出されている
被毒検出部４ａは、条件〔１〕に関して、図２に示されたアンモニアの生成温度範囲に基づき、吸蔵還元触媒１の触媒温度Ｔ１が第一温度ＴＡから第二温度ＴＢまでの間にある場合（ＴＡ≦Ｔ１≦ＴＢ）に、アンモニアが生成されているものと判定する。また、アンモニアが生成されている状態下で、選択還元触媒２の下流側のアンモニア濃度Ａ０が規定濃度ＡＰを超えていれば（Ａ０＜ＡＰ）、被毒検出部４ａは炭化水素被毒があるものと判断する。
【００４４】
また、下記の条件〔２′〕を条件〔２〕に代えて、あるいは上記の条件〔１〕，〔２〕に加えてもよい。
〔２′〕選択還元触媒２の下流側に規定濃度ＮＰを超える窒素酸化物が検出されている
ここでいう規定濃度ＡＰ，ＮＰは、予め設定された所定値としてもよいし、あるいは触媒温度Ｔ１の関数として設定してもよい。
【００４５】
［２−３．被毒量演算部］
被毒量演算部４ｂは、選択還元触媒２のゼオライト層における炭化水素被毒の度合いを演算するものである。ここでは、選択還元触媒２の下流側の窒素酸化物濃度Ｎ０に基づいて炭化水素被毒量Ｐを演算する。炭化水素被毒量Ｐは、窒素酸化物濃度Ｎ０の関数として以下の式１のように記述される。
【００４６】
炭化水素被毒量Ｐ＝ｆ（窒素酸化物濃度Ｎ０−規定量ＮＰ）  ・・・（式１）
つまりここでは、選択還元触媒２に炭化水素被毒が生じていないときに排出されるだろう窒素酸化物の規定量ＮＰと実際の窒素酸化物濃度Ｎ０との差が炭化水素被毒に起因する濃度上昇分であるとみなして、炭化水素被毒量Ｐを演算していることになる。
ここでいう規定量ＮＰは、予め設定された一定値としてもよいし、あるいは空燃比Ｒや触媒温度Ｔ１に応じて変動する値としてもよい。なお、炭化水素被毒量Ｐの演算は、被毒検出部４ａで炭化水素被毒があるものと判断されたときと、後述する炭化水素被毒の再生制御が終了したときに実施される。
【００４７】
以下、被毒検出部４ａで炭化水素被毒があるものと判断されたときに演算されたものを炭化水素被毒量Ｐと表記し、後述する炭化水素被毒の再生制御が終了したときに演算されたものを炭化水素被毒量Ｐ′と表記する。なお、窒素酸化物濃度Ｎ０についても、後述する炭化水素被毒の再生制御が終了したときのものを窒素酸化物濃度Ｎ０′と表記する。
【００４８】
［２−４．空燃比制御部］
空燃比制御部４ｃは、前述の三種類の空燃比制御を実施するものである。また、空燃比制御部４ｃには、アンモニア生成促進部４ｄ（アンモニア生成促進手段）及びアンモニア生成抑制部４ｅ（アンモニア生成抑制手段）が備えられている。
【００４９】
アンモニア生成促進部４ｄは、被毒検出部４ａで炭化水素被毒が検出されていない状態で所定の条件が成立した場合に、アンモニア生成促進制御を実施する。アンモニア生成促進制御では、アンモニア生成促進部４ｄによって定期的にＮＯｘパージ時間が延長され、あるいはＮＯｘパージ間隔が短縮される。これにより、選択還元触媒２に供給されるアンモニア量が増加するようになっている。
【００５０】
アンモニア生成促進制御の開始条件は、以下の通りである。
〔３〕吸蔵還元触媒１の触媒温度Ｔ１が第一温度ＴＡから第二温度ＴＢまでの間にある
〔４〕選択還元触媒２での窒素酸化物の還元反応に係るアンモニア量が不足している
これらの条件〔３〕及び〔４〕がともに成立する場合に、アンモニア生成促進制御が開始される。
上記の条件〔４〕は、例えば、選択還元触媒２の吸蔵層に吸蔵されているアンモニア量が予め設定された所定量未満であるか否かを判定してもよいし、あるいは、選択還元触媒２の下流側のアンモニア濃度や窒素酸化物濃度に基づいて判定してもよい。
【００５１】
一方、アンモニア生成抑制部４ｅは、被毒検出部４ａで炭化水素被毒が検出された場合に、アンモニア生成抑制制御を実施するものである。アンモニア生成抑制制御では、アンモニア生成促進部４ｄによるアンモニア生成促進制御が禁止される。つまり、炭化水素被毒が検出されている状態では、たとえアンモニア量が不足していたとしても、定期的なＮＯｘパージ時間の延長が禁止され（すなわち、通常空燃比制御が実施され）、その結果、アンモニアが生成されないようになっている。
【００５２】
なお、アンモニア生成抑制制御時には、空燃比が通常空燃比制御と同様に制御されることになる。通常空燃比制御では積極的にアンモニアが生成される訳ではないが、ごく僅かなアンモニアは発生しうる。したがって、正確にいえば、アンモニア生成抑制制御はアンモニアの生成を抑制する制御であるといえる。一方、通常空燃比制御で生成されるアンモニアの量が制御上無視できる程ごく僅かであるとすれば、実質的には、アンモニア生成抑制制御はアンモニアの生成を禁止する制御であるともいえる。
【００５３】
［２−５．被毒再生制御部］
被毒再生制御部４ｆは、前述のゼオライト層の再生制御を実施するものである。すなわち、被毒検出部４ａで炭化水素被毒が検出された場合に、選択還元触媒２に流入する排気温度Ｔ０を予め設定された所定温度ＴＣ以上に昇温させる制御が実施される。本実施形態では具体的な昇温手法に関する説明を省略するが、例えばアフター噴射やポスト噴射（エンジン出力を得るためのメイン噴射の後に付加的に燃料を噴射すること），酸化触媒６ａの上流側の排気通路７内への燃料噴射等を用いることが考えられる。ここで設定されている所定温度ＴＣとは、選択還元触媒２のゼオライト層に吸蔵された炭化水素が脱離する温度であり、例えば380℃前後に設定されている。
【００５４】
また、被毒再生制御部４ｆは、被毒量演算部４ｂで演算された炭化水素被毒量Ｐに基づいて再生制御の標準的な実施時間（標準再生時間）ｔを設定する。この標準再生時間ｔは、選択還元触媒２に流入する排気温度Ｔ０が常に所定温度ＴＣで一定である場合に炭化水素被毒が解消されるまでの時間である。標準再生時間ｔの設定は、一回の再生制御につき一回だけ行われる。
【００５５】
ここでは、図４に示すように、炭化水素被毒量Ｐが予め設定された所定量Ｐ０である場合に標準再生時間ｔがｔ０に設定され、炭化水素被毒量Ｐがこれよりも低い場合にはｔ＝０とされている。つまり、炭化水素被毒量Ｐが０≦Ｐ＜Ｐ０の範囲では、炭化水素被毒量が極めて微少であるものとみなして被毒再生制御が実施されない。また、炭化水素被毒量Ｐが所定量Ｐ０以上の範囲では、炭化水素被毒量Ｐの増分に比例するように標準再生時間ｔの増分が設定されている。したがって、炭化水素被毒量Ｐが大きいほど、被毒再生制御の継続時間が延長されることになる。
【００５６】
一般に、炭化水素は排気温度Ｔ０が高いほど、ゼオライト層から短時間で脱離する。つまり、排気温度Ｔ０が高いほど炭化水素の脱離速度が大きくなる。そこで、被毒再生制御部４ｆは、排気温度Ｔ０から予想される炭化水素の脱離速度に応じて再生制御の実施時間を短縮する操作を実施する。
ここでは、排気温度センサ３ａから随時入力される排気温度Ｔ０に基づいて、選択還元触媒２のゼオライト層からの炭化水素の脱離速度に係るＨＣ（炭化水素）脱離係数ｋが設定される。例えば、図５に示すように、排気温度Ｔ０が所定温度ＴＣである状態を基準としてＨＣ脱離係数ｋがｋ＝１に設定され、排気温度Ｔ０がこれよりも低い場合にはｋ＝０とされている。つまり、排気温度Ｔ０が０≦Ｔ０＜ＴＣの範囲では、炭化水素が脱離しないものとみなしている。また、排気温度Ｔ０が所定温度ＴＣ以上の範囲では、排気温度Ｔ０が高いほど、設定されるＨＣ脱離係数ｋが指数的に増大するように設定されている。
【００５７】
被毒再生制御部４ｆは、このように設定されたＨＣ脱離係数ｋを用いて炭化水素の脱離量を積算し、再生制御が過度に長引かないようにその継続時間を制御する。例えば、再生制御の単位時間をＣ２（例えば１秒）とすると、ＨＣ脱離係数ｋと単位時間Ｃ２との積はその単位時間での炭化水素の脱離量に対応する値となる。一方、標準再生時間ｔは炭化水素被毒量Ｐの関数であるから、ｋ・Ｃ２の積算値と標準再生時間ｔとを比較することで、炭化水素被毒が解消されたか否かの実質的な判定が可能である。
【００５８】
本実施形態では、再生制御の開始時からの経過時間に対応する値を格納するカウンターＣ１と、後述する制御サイクル毎の経過時間（単位時間）をカウントするタイマーＣ２とを用意し、制御サイクル毎にＣ１＋ｋ・Ｃ２の値をカウンターＣ１に代入したうえで、カウンターＣ１が標準再生時間ｔ以上となるまで再生制御を継続するようになっている。
さらに、被毒再生制御部４ｆは、再生制御が終了した時点で演算された炭化水素被毒量Ｐ′に基づき、追加再生時間ｔ′を設定する。この追加再生時間ｔ′は、炭化水素被毒量Ｐ′に比例した大きさに設定されて、その後の再生制御の継続時間ｔに加算されるものである。つまり、再生制御を実施したにも関わらず十分に炭化水素被毒が解消されていない場合には、その回復不足の度合いに応じてその後の再生制御の継続時間を延長する。なお、追加再生時間ｔ′の初期値はｔ′＝０である。
【００５９】
［２−６．再生頻度演算部］
再生頻度演算部４ｇは、再生制御の頻度Ｆ（以下、単に再生頻度と呼ぶ）を演算して、選択還元触媒２の状態を判断するものである。ここでは、単位時間あたり又は単位走行距離あたりの再生制御の実施回数を再生頻度Ｆとして演算する。この頻度は、選択還元触媒２における炭化水素被毒以外の要因による性能の低下を把握するために用いられる。
【００６０】
すなわち、選択還元触媒２のゼオライト層に炭化水素被毒のみが発生している場合には、再生制御で炭化水素をゼオライト層から脱離させ、選択還元触媒２の性能を完全に回復させることが可能である。一方、何らかの理由によってゼオライト層が破壊されたような場合には吸蔵量の最大値が低下することになるため、再生制御を実施したとしても選択還元触媒２の性能は完全には回復しない。その結果、再生制御が繰り返し実施され、再生頻度Ｆが大きくなる。
【００６１】
そこで、本実施形態では、再生頻度Ｆが予め設定された所定頻度Ｆ０以上となったときに警告灯９を点灯させて、選択還元触媒２の交換やメンテナンスをドライバに促すこととしている。
なお、ここでの再生頻度Ｆの演算は、エンジン５の始動時を基準としたものとしてもよいし、あるいは前回の再生制御の終了時を基準としたものとしてもよい。前者の場合、再生制御の実施回数をエンジン５の始動時からの経過時間又は走行距離で除算したものが再生頻度Ｆとなる。また、後者の場合、一回の再生制御毎に、前回の再生制御の終了時からの経過時間又は走行距離の逆数が再生頻度Ｆとなる。
【００６２】
［３．フローチャート］
図６は、制御装置４において所定の周期で繰り返し実施される制御内容を簡略化して示したフローチャートである。まず、ステップＡ１０では、吸蔵還元触媒１の触媒温度Ｔ１，選択還元触媒２の下流側のアンモニア濃度Ａ０及び窒素酸化物濃度Ｎ０が制御装置４に読み込まれる。
【００６３】
続くステップＡ２０では、被毒検出部４ａにおいて、触媒温度Ｔ１が第一温度ＴＡから第二温度ＴＢまでの間にあるか否かが判定される。ここでは、吸蔵還元触媒１でアンモニアが生成される環境が整っているか否かが判定されており、条件〔１〕が判定されている。ここで、ＴＡ≦Ｔ１≦ＴＢが成立する場合には制御がステップＡ３０へ進み、成立しない場合にはこのフローを終了してステップＡ１０へと戻る。
【００６４】
ステップＡ３０では、被毒検出部４ａにおいて、選択還元触媒２の下流側に規定濃度ＡＰを超えるアンモニアが検出されているか否かが判定される。ここでは、条件〔２〕が判定されており、すなわち、選択還元触媒２からのアンモニアのスリップ量に基づいてゼオライト層の炭化水素被毒の有無が判定されている。ここでＡ０＜ＡＰが成立する場合にはステップＡ４０へ進み、成立しない場合にはステップＡ２００へ進む。なお、ステップＡ２００では、炭化水素被毒がないものとして通常空燃比制御が実施され、あるいはアンモニア生成促進制御が実施される。
【００６５】
ステップＡ４０以降のステップは、アンモニア生成抑制制御及び再生制御に係るステップである。ステップＡ４０では、被毒量演算部４ｂにおいて、窒素酸化物濃度Ｎ０に基づき炭化水素被毒量Ｐが演算される。続くステップＡ５０では、被毒再生制御部４ｆにおいて、前ステップで演算された炭化水素被毒量Ｐに基づき、基本再生時間ｔが設定される。
そして続くステップＡ６０では、カウンターＣ１がＣ１＝０に設定され、タイマーＣ２のカウント（計時）が開始される。カウンターＣ１は炭化水素被毒の再生制御の終了条件判定に用いられるものであり、ステップＡ７０〜Ａ１３０の制御サイクル毎に累積加算されるものである。したがって、実際の再生制御の経過時間とは必ずしも一致しない。一方、タイマーＣ２は上記の制御サイクル毎の経過時間を正確に計測するものである。なお、タイマーＣ２で計測される一回の制御サイクルの経過時間は、図７中に示された時間ｔｗに対応する。
【００６６】
続くステップＡ７０では、アンモニア生成抑制部４ｅにおいて、アンモニア生成促進制御が禁止される。さらにステップＡ８０では、被毒再生制御部４ｆにおいて、排気を昇温させる制御が実施される。これにより、炭化水素被毒が検出されている間はアンモニアが生成されず、さらにゼオライト層に吸蔵されていた炭化水素が脱離し始める。
ステップＡ９０では、排気温度センサ３ａで検出された排気温度Ｔ０が被毒再生制御部４ｆに読み込まれ、ステップＡ１００でその排気温度Ｔ０に基づいてＨＣ脱離係数ｋが設定される。
【００６７】
ステップＡ１１０では、被毒再生制御部４ｆにおいて、カウンターＣ１が標準再生時間ｔと追加再生時間ｔ′とを加算した値以上であるか否かが判定される。つまりここでは、ゼオライト層の再生が完了したとみなせる時間が経過したか否かが判定されている。ここで、Ｃ１＜ｔ＋ｔ′である場合には、まだゼオライト層の再生が完了していないと判断されてステップＡ１２０へ進む。
【００６８】
ステップＡ１２０では、被毒再生制御部４ｆにおいて、カウンターＣ１にＨＣ脱離係数ｋと単位時間Ｃ２との積が加算される。例えば、排気温度Ｔ０が所定温度ＴＣである状態であれば、ｋ＝１であるから、カウンターＣ１には実際の経過時間（再生制御を開始してからの経過時間であり、ステップＡ６０からの経過時間）が加算されることになる。また、排気温度Ｔ０が所定温度ＴＣよりも高温であれば、それに応じてＨＣ脱離係数ｋが大きくなるため、カウンターＣ１には実際の経過時間以上の時間が加算されることになる。
【００６９】
続くステップＡ１３０では、被毒再生制御部４ｆにおいてタイマーＣ２が０にリセットされ、ステップＡ７０へと進む。このように、ゼオライト層の再生が完了したとみなせる時間が経過しない限り、タイマーＣ２はステップＡ７０〜Ａ１３０の制御サイクル毎の経過時間を繰り返し計時する。
一方、ステップＡ１１０においてＣ１≧ｔ＋ｔ′である場合には、ゼオライト層の再生が完了したとみなせる時間が経過したと判断されて、ステップＡ１４０へ進む。
【００７０】
ステップＡ１４０では、選択還元触媒２の下流側の窒素酸化物濃度Ｎ０′が再び制御装置４に読み込まれる。この窒素酸化物濃度Ｎ０′は再生制御終了時の濃度であり、直前の再生制御による炭化水素被毒の回復の度合いを判定するためのものである。
そして、続くステップＡ１５０では、被毒量演算部４ｂにおいて、再生制御終了時の窒素酸化物濃度Ｎ０′に基づき炭化水素被毒量Ｐ′が演算され、さらにステップＡ１６０では被毒再生制御部４ｆにおいて、炭化水素被毒量Ｐ′に基づいて追加再生時間ｔ′が設定される。ここで設定される追加再生時刻ｔ′は、ステップＡ１１０での判定条件に用いられるものであり、その後の再生制御の継続時間に追加されることになる。
【００７１】
その後、ステップＡ１７０では再生頻度演算部４ｇにおいて再生頻度Ｆが演算され、続くステップＡ１８０では再生頻度Ｆが所定頻度Ｆ０未満であるか否かが判定される。ここでＦ＜Ｆ０である場合には、ゼオライト層が破壊されている訳ではないものとしてこのフローを終了し、ステップＡ１０へと戻る。また、Ｆ≧Ｆ０である場合には、ステップＡ１９０へ進み、再生頻度演算部４ｇが警告灯９を点灯させる。これにより、選択還元触媒２の交換やメンテナンスが必要であることがドライバに報知される。
【００７２】
［４．効果］
上記のような制御により、本排気浄化装置では炭化水素被毒が検出されるとアンモニア生成促進制御が禁止されるため、吸蔵還元触媒１でのアンモニアの生成が抑制され、排気中のアンモニア濃度をほぼ０にすることができる。つまり、選択還元触媒２の下流側へのアンモニアの流出を抑制することができ、排気成分をクリーンに保つことができる。
【００７３】
また、このようなアンモニアの生成の抑制と同時に、ゼオライト層の再生制御が実施されるため、選択還元触媒２に流入する排気温度Ｔ０を昇温させてゼオライト層に吸蔵された炭化水素を脱離させることができ、選択還元触媒２を炭化水素被毒から回復させることができる。
炭化水素被毒を検出する構成に関して、被毒検出部４ａでは、条件〔１〕及び〔２〕から、選択還元触媒２の上流側及び下流側のアンモニア濃度を把握している。これにより、選択還元触媒２に使用あるいは吸蔵されたアンモニア量を正確に計測することができ、炭化水素被毒の有無を正確に検出することができる。
【００７４】
また、ゼオライト層の再生制御に関して、排気温度Ｔ０から予想される炭化水素の脱離速度に応じて再生制御の実施時間を短縮しているため、炭化水素の脱離量を確保しつつ燃費を向上させることができる。
例えば、図７に示すように、任意の目標再生量Ｑの炭化水素を選択還元触媒２のゼオライト層から脱離させるのに要する時間がｔであるとすると、図中の直線の勾配は、単位時間当たりの脱離量に対応する値となる。ここで、時刻ｔｘに排気温度Ｔ０が上昇して単位時間当たりの脱離量が増大すれば、破線で示すように時刻ｔｙ（ｔｙ＜ｔ）には目標再生量Ｑに到達する。このように、再生制御の継続時間を短縮することにより、アフター噴射やポスト噴射といった排気の昇温のために消費される燃料量を節約することができる。
【００７５】
また、再生制御の終了時における炭化水素被毒量Ｐ′に応じて次回の再生制御を追加再生時間ｔ′だけ延長するようになっているため、仮に何らかの理由によって再生制御で炭化水素被毒が完全には解消されなかったとしても、次回の再生制御で確実に炭化水素被毒を解消することができる。
さらに、再生制御が終了する毎に再生頻度Ｆが所定頻度Ｆ０以上であるか否かを判定することにより、炭化水素被毒のような一時的な能力低下と、経時劣化による能力低下とを確実に切り分けることが可能である。なお、再生頻度Ｆが所定頻度Ｆ０以上となった場合には警告灯９が点灯するため、選択還元触媒２のゼオライト層が経時劣化したことを搭乗者に報知することができ、点検整備を促すことができる。
【００７６】
このように、本排気浄化装置によれば、炭化水素被毒の発生を的確に把握し、排気ガス中のアンモニア濃度を最小限に抑制して、良好な環境性能を確保することができる。
【００７７】
［５．変形例］
本発明の変形例としての添加剤噴射装置を図８に示す。なお、上述の実施形態で説明されたものと同一の構成については同一の符号を用いて図中に示し、説明を省略する。本変形例では、再生頻度Ｆを評価する代わりに、選択還元触媒２の性能低下速度を評価するものである。
【００７８】
図８に示すように、選択還元触媒２にはその触媒温度Ｔ２を検出する第二触媒温度センサ３ｅ（第二触媒温度検出手段）が内蔵されている。以下、吸蔵還元触媒１の触媒温度Ｔ１と区別するために、選択還元触媒２の触媒温度のことを第二触媒温度Ｔ２と呼ぶ。ここで検出された第二触媒温度Ｔ２は制御装置４へ入力されている。
また、制御装置４は、上述の実施形態と同様に、被毒検出部４ａ，被毒量演算部４ｂ，空燃比制御部４ｃ及び被毒再生制御部４ｆを備え、再生頻度演算部４ｇの代わりに性能低下速度演算部４ｈ（性能低下速度演算手段）を備えて構成される。
【００７９】
性能低下速度演算部４ｈは、選択還元触媒２における窒素酸化物の浄化性能の低下速度を演算するものである。浄化性能の低下速度は、被毒量演算部４ｂで演算される炭化水素被毒量Ｐの単位時間あたり又は単位走行距離あたりの増加量として演算される。したがって、本変形例の被毒量演算部４ｂは、炭化水素被毒が検出された時や再生制御が終了した時だけでなく、随時、炭化水素被毒量Ｐを演算している。なお、炭化水素被毒量Ｐは、前述の式１に基づいて演算される。したがって、性能低下速度演算部４ｈは、窒素酸化物濃度Ｎ０の単位時間あたり又は単位走行距離あたりの増加量を演算するように機能しているといえる。
【００８０】
また、被毒検出部４ａは、以下の条件が成立する場合に、炭化水素被毒があるものと判断する。
〔５〕第二触媒温度Ｔ２が予め設定された低温域（例えば250℃以下）である
〔６〕浄化性能の低下速度が予め設定された所定速度よりも大きい
一般に、炭化水素被毒はアイドリング状態や低速走行時など、選択還元触媒２が低温域にあるときに顕著に見られる現象であり、第二触媒温度Ｔ２が高温であるときにはほとんど発生しない。また、経時劣化による性能低下速度は炭化水素被毒による性能低下速度と比較して小さく、緩やかに低下する。
【００８１】
したがって、これらの特性を利用すれば、浄化性能の低下が炭化水素被毒に起因するものであるのか、それとも経時劣化によるものなのかを判断することが可能となる。本変形例では、上記の条件〔５〕及び〔６〕がともに成立した場合に、炭化水素被毒による浄化性能の低下があったものと判断する。
このように、本変形例としての排気浄化装置によれば、第二触媒温度Ｔ２及び浄化性能の低下速度を把握することにより、触媒の熱劣化や一般的な経時劣化に伴う性能低下速度と実際の性能低下速度とを比較することができる。すなわち、選択還元触媒２のゼオライト層の能力低下が炭化水素被毒によるものなのか、それともゼオライト層の破壊によるものであるのかを正確に切り分けて判断することができる。
【００８２】
［６．その他］
以上、本発明の一実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態等に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態では、アンモニア生成促進制御を禁止すること（すなわち、通常空燃比制御を実施すること）によってアンモニア生成を抑制しているが、これに代えて、あるいはこれに加えて、排気の温度を制御することによってアンモニアの生成を抑制することも考えられる。
【００８３】
前述の通り、吸蔵還元触媒１におけるアンモニアの生成は、吸蔵還元触媒１の触媒温度Ｔ１が第一温度ＴＡから第二温度ＴＢまでの間にある場合に限られているため、触媒温度Ｔ１が第一温度ＴＡ以下又は第二温度ＴＢ以上になるように排気温度制御を実施することでアンモニアの生成を抑制することが可能である。この場合、制御装置４における制御対象が排気の温度のみとなるため、ＮＯｘパージ時間やＮＯｘパージ間隔とは無関係に、アンモニア生成量を抑制しつつ炭化水素被毒を解消することができる。
【００８４】
また、上述の実施形態及び変形例では、被毒量演算部４ｂにおいて、窒素酸化物濃度Ｎ０と規定量ＮＰとの差に基づいて炭化水素被毒量Ｐを演算しているが、このような演算手法の代わりに、窒素酸化物濃度Ｎ０の変化量の大きさ（変化勾配）に基づいて炭化水素被毒量Ｐを演算する構成としてもよい。すなわち、炭化水素被毒量Ｐが増加するほど、アンモニア吸蔵量の最大値が低下するため、浄化能力を超えて選択還元触媒２の上流側から流入した窒素酸化物がそのまま下流側へ排出されることになり、炭化水素被毒量Ｐの単位時間あたり又は単位走行距離あたりの増加量が大きくなる。したがって、窒素酸化物濃度Ｎ０の変化勾配の大きさと炭化水素被毒量Ｐとの関係を定式化し、あるいは予めマップを作成しておくことで、炭化水素被毒量Ｐを演算することが可能である。
【００８５】
また、上述の実施形態及び変形例では、条件〔１〕を触媒温度Ｔ１に基づいて判定しているが、これに代えて吸蔵還元触媒１で生成されるアンモニアを直接検出する構成とすることも考えられる。すなわち、吸蔵還元触媒１と選択還元触媒２との間の排気通路上にアンモニアセンサや窒素酸化物センサを配設し、これらの検出結果からアンモニア濃度を推定するものとしてもよい。
【００８６】
また、上述の実施形態及び変形例におけるアンモニアセンサ３ｃの具体例としては、アンモニア濃度を直接検出するアンモニアガスセンサやレーザー式分析センサ等を用いてもよいし、あるいは窒素酸化物センサ３ｄやＯ２センサを用いてその検出結果からアンモニア濃度を推定するものとしてもよい。
同様に、上述の実施形態及び変形例における窒素酸化物センサ３ｄの具体例としては、窒素酸化物濃度を直接検出する窒素酸化物ガス濃度センサ等を用いてもよいし、あるいはアンモニアセンサ３ｃやＯ２センサを用いてその検出結果から窒素酸化物濃度を推定するものとしてもよい。したがって、実質的には、上述の実施形態及び変形例におけるアンモニアセンサ３ｃ及び窒素酸化物センサ３ｄのうち、少なくとも何れか一方のセンサがあれば、本願発明に係る制御は可能である。
【００８７】
なお、吸蔵還元触媒１や選択還元触媒２の触媒温度Ｔ１，Ｔ２はそれぞれ、上流側の排気温度や下流側の排気温度から推定することができる。したがって、上述の実施形態及び変形例における触媒温度センサ３ｂ，３ｅを省略するとともに、排気温度センサ３ａで検出された排気温度Ｔ０に基づいて二つの触媒温度Ｔ１，Ｔ２を推定する構成とすることもできる。あるいは、吸蔵還元触媒１の上流側や選択還元触媒２の下流側の排気温度を検出するセンサを設けて、二つの触媒温度Ｔ１，Ｔ２を推定してもよい。
【００８８】
また、上述の実施形態ではディーゼルエンジン５の排気系に本発明を適用したものが例示されているが、ガソリンエンジンを備えた車両への適用も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等を含む内燃機関を搭載した車両の製造産業全般に利用可能である。また、本発明は、自動車産業や動力出力装置の製造産業などにも利用可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１  吸蔵還元触媒（ＮＯｘトラップ触媒，ＮＴＣ）
２  選択還元触媒（尿素ＳＣＲ触媒）
３ａ  排気温度センサ（排気温度検出手段）
３ｂ  触媒温度センサ（触媒温度検出手段）
３ｃ  アンモニアセンサ（アンモニア濃度検出手段）
３ｄ  窒素酸化物センサ（窒素酸化物濃度検出手段）
３ｅ  第二触媒温度センサ（第二触媒温度検出手段）
４  制御装置
４ａ  被毒検出部（被毒検出手段）
４ｂ  被毒量演算部（被毒量演算手段）
４ｃ  空燃比制御部
４ｄ  アンモニア生成促進部（アンモニア生成促進手段）
４ｅ  アンモニア生成抑制部（アンモニア生成抑制手段）
４ｆ  被毒再生制御部（被毒再生制御手段）
４ｇ  再生頻度演算部（再生頻度演算手段）
４ｈ  性能低下速度演算部（性能低下速度演算手段）
５  エンジン（内燃機関）
６ａ  酸化触媒（ＤＯＣ）
６ｂ  フィルタ（ＤＰＦ）
７  排気通路
８  吸気通路
９  警告灯（報知手段）
Ｔ０  選択還元触媒の上流側の排気温度
Ｔ１  吸蔵還元触媒の触媒温度
Ｔ２  選択還元触媒の触媒温度（第二触媒温度）
Ａ０  選択還元触媒の下流側のアンモニア濃度
Ｎ０  選択還元触媒の下流側の窒素酸化物濃度
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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