(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーン運転が可能な内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
前記ＳＣＲの劣化発生有無を判定する劣化判定手段と、
前記ＮＳＲ触媒の床温を可変可能な床温可変手段と、
前記ＳＣＲに劣化が発生していないと判定された場合には、前記ＮＳＲ触媒の床温を所定の基準温度域に制御し、前記ＳＣＲに劣化が発生していると判定された場合には、前記ＮＳＲ触媒の床温を当該基準温度域よりも低い所定の低温度域へと可変させる制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記内燃機関の機関負荷を検出する機関負荷検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記劣化判定手段により前記ＳＣＲに劣化が発生していると判定され、且つ、前記機関負荷が所定の基準負荷以上である場合に、前記ＮＳＲ触媒の床温を前記基準温度域から前記低温度域へと可変させ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】
前記基準温度域は３５０〜４５０℃の温度域であり、前記低温度域は２５０〜３５０℃の温度域であることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記劣化判定手段は、前記内燃機関の総走行距離が所定の基準距離を越えた場合に、前記ＳＣＲに劣化が発生していることを判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ＮＳＲ触媒の劣化度合に関する情報を取得する取得手段と、
前記情報によって把握される前記ＮＳＲ触媒の劣化度合が所定の基準値に達した場合に、前記ＮＳＲ触媒の劣化回復処理を行う劣化回復処理手段と、
前記劣化回復処理手段による前記劣化回復処理が開始される以前の所定期間に、前記床温可変手段を用いて前記ＮＳＲ触媒の床温を前記基準温度域から前記低温度域へと可変させる第２の制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記取得手段は、前記内燃機関の走行距離を前記情報として取得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】
前記第２の制御手段は、前記情報によって把握される前記ＮＳＲ触媒の劣化度合に応じて、前記ＮＳＲ触媒の床温を徐々に低い温度へと可変させることを特徴とする請求項５または６記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記劣化回復処理手段は、前記ＮＳＲ触媒を硫黄被毒から回復させる処理であることを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項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】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒とＮＯｘ選択還元触媒とを備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば日本特開２００９−９７４６９号公報に開示されるように、三元触媒（ＴＷＣ）、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）、およびＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）が、内燃機関の排気通路の上流側からこの順序で配置されたシステムが知られている。このシステムでは、バンク制御またはリッチスパイクが実行されることによって、三元触媒およびＮＳＲ触媒においてアンモニア（ＮＨ３）が生成される。生成されたアンモニア（ＮＨ３）はＳＣＲへ供給されて、該ＳＣＲに流入するＮＯｘを選択的に還元する際に使用される。
【０００３】
ＳＣＲにおけるアンモニア（ＮＨ３）を還元剤としたＮＯｘ還元反応は、発熱反応であり、低音環境下ほど進行し易い。逆に、ＳＣＲの温度が高くなり過ぎるとＳＣＲに還元剤としてのＮＨ３が供給されても、当該ＮＨ３によるＮＯｘ還元反応が進行し難くなり、ＳＣＲにおいて十分なＮＯｘ浄化率が得られなくおそれがある。この点、上記従来のシステムでは、ＳＣＲに流入する排気の温度が、ＳＣＲにおいてＮＨ３を還元剤としてＮＯｘ還元反応が進む温度の上限値を超えている場合に、ＮＳＲ触媒からＳＣＲまでの排気経路が、ＮＳＲ触媒からＳＣＲまでの最短経路からＵ字管を経由する経路に切り替えられる。これにより、ＳＣＲの温度が低下するので、該ＳＣＲにおいて好適にＮＯｘ還元反応が進行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−９７４６９号公報
【特許文献２】特開２００５−２１４０９８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、一般的にＳＣＲは、貴金属を含む三元触媒やＮＳＲ触媒よりも経時劣化し易い傾向にある。これは、ＳＣＲ内のゼオライト構造が水蒸気や脱Ａｌ反応によって比較的容易に破壊される傾向にあるためである。ＳＣＲの経時劣化が進行すると、そのＮＯｘ還元性能の低下によりＮＯｘ浄化率が低下してしまう。上記従来のシステムでは、ＳＣＲの経時劣化によるＮＯｘ浄化性能の低下を考慮していない。このため、上記従来のシステムでは、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせで常に高いＮＯｘ浄化率を実現する面で、更なる改良の余地を残すものであった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとを備える内燃機関において、ＳＣＲの劣化度合によらずＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせによって高いＮＯｘ浄化率を実現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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、リーン運転が可能な内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）と、
前記ＳＣＲの劣化発生有無を判定する劣化判定手段と、
前記ＮＳＲ触媒の床温を可変可能な床温可変手段と、
前記ＳＣＲに劣化が発生していないと判定された場合には、前記ＮＳＲ触媒の床温を所定の基準温度域に制御し、前記ＳＣＲに劣化が発生していると判定された場合には、前記ＮＳＲ触媒の床温を当該基準温度域よりも低い所定の低温度域へと可変させる制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関の機関負荷を検出する機関負荷検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記劣化判定手段により前記ＳＣＲに劣化が発生していると判定され、且つ、前記機関負荷が所定の基準負荷以上である場合に、前記ＮＳＲ触媒の床温を前記基準温度域から前記低温度域へと可変させることを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記基準温度域は３５０〜４５０℃の温度域であり、前記低温度域は２５０〜３５０℃の温度域であることを特徴としている。
【００１０】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つに記載の発明において、
前記劣化判定手段は、前記内燃機関の総走行距離が所定の基準距離を越えた場合に、前記ＳＣＲに劣化が発生していることを判定することを特徴としている。
【００１１】
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つに記載の発明において、
前記ＮＳＲ触媒の劣化度合に関する情報を取得する取得手段と、
前記情報によって把握される前記ＮＳＲ触媒の劣化度合が所定の基準値に達した場合に、前記ＮＳＲ触媒の劣化回復処理を行う劣化回復処理手段と、
前記劣化回復処理手段による前記劣化回復処理が開始される以前の所定期間に、前記床温可変手段を用いて前記ＮＳＲ触媒の床温を前記基準温度域から前記低温度域へと可変させる第２の制御手段と、
を更に備えることを特徴としている。
【００１２】
第６の発明は、第５の発明において、
前記取得手段は、前記内燃機関の走行距離を前記情報として取得することを特徴としている。
【００１３】
第７の発明は、第５または第６の発明において、
前記第２の制御手段は、前記情報によって把握される前記ＮＳＲ触媒の劣化度合に応じて、前記ＮＳＲ触媒の床温を徐々に低い温度へと可変させることを特徴としている。
【００１４】
第８の発明は、第５乃至第７の何れか１つの発明において、
前記劣化回復処理手段は、前記ＮＳＲ触媒を硫黄被毒から回復させる処理であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明によれば、ＳＣＲが劣化していない場合には、ＮＳＲ触媒の床温が所定の基準温度域に制御されている。この場合、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持することができるので、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせによって高いＮＯｘ浄化率を維持することができる。一方、ＳＣＲに劣化が発生していると判定された場合には、ＮＳＲ触媒の床温が該基準温度域よりも低い所定の低温度域へと可変される。この場合、ＮＳＲ触媒におけるアンモニア（ＮＨ３）の生成量が基準温度域の場合に比して増大するため、劣化後のＳＣＲには多量のＮＨ３が供給されることとなる。これにより、ＳＣＲにおけるＮＯｘ浄化率の低下が抑制されるので、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせによって高いＮＯｘ浄化率を維持することができる。このように、本発明によれば、ＳＣＲに劣化有無によらず、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせによって高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。
【００１６】
第２の発明によれば、ＳＣＲに劣化が発生していると判定され、且つ、内燃機関の機関負荷が所定の基準負荷以上である場合に、ＮＳＲ触媒の床温が所定の基準温度域から所定の低温度域へと可変される。ＮＳＲ触媒の被毒等の観点からは、ＮＳＲ触媒の床温は基準温度域に制御されることが好ましい。一方、ＮＯｘの発生量が少ない低負荷時であれば、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率が劣化により低下している場合であってもＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。このため、本発明によれば、ＮＳＲ触媒の被毒を抑制するとともに、ＳＣＲに劣化有無によらず、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせによって高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。
【００１７】
第３の発明によれば、所定の基準温度域は３５０〜４５０℃に制御され、所定の低温度域は２５０〜３５０℃に制御される。このため、本発明によれば、所定の基準温度域においてＮＳＲ触媒のＮＯｘ浄化率を高く維持するとともに、所定の低温度域においてＮＨ３を多量に生成することができる。
【００１８】
総走行距離が長くなるほどＳＣＲの劣化度合は進行する。このため、第４の発明によれば、総走行距離に基づいて、ＳＣＲの劣化を有効に判定することができる。
【００１９】
第５の発明によれば、ＮＳＲ触媒の劣化回復処理を実行する以前の所定期間に、当該ＮＳＲ触媒の床温が基準温度域から低温度域へと可変される。このため、本発明によれば、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ浄化率が低下しているときにＮＨ３の生成量が増大されるので、ＳＣＲにおけるＮＯｘ浄化率を高め、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせによって高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。
【００２０】
第６の発明によれば、ＮＳＲ触媒の劣化度合に関する情報として内燃機関の走行距離が取得される。内燃機関の走行距離はＮＳＲ触媒の劣化度合の指標となる。このため、本発明によれば、走行距離に基づいて、ＮＳＲ触媒の劣化回復処理の実行時期を適切に判断することができる。
【００２１】
第７の発明によれば、ＮＳＲ触媒の劣化度合に応じてＮＳＲ触媒の床温が徐々に低い温度値に可変される。このため、本発明によれば、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ浄化率の低下につれて、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率を高めることができるので、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせによって常に高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。
【００２２】
第８の発明によれば、劣化回復処理手段によってＮＳＲ触媒の硫黄被毒を有効に回復させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の構成を説明するための図である。
【図２】排気熱回収器の構造を説明するための図である。
【図３】ＮＳＲ触媒およびＳＣＲから排出されるＮＨ３量およびＮＯｘ排出量をそれぞれ示す図である。
【図４】本実施の形態のＳＣＲの触媒床温とＮＯｘ浄化率の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】走行距離とＮＳＲ触媒のＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】本実施の形態２のシステムの変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、右バンク１０１および左バンク１０２を備えたＶ型のガソリンエンジンとして構成されている。右バンク１０１に属する気筒群は、排気通路１２１に連通している。また、左バンク１０２に属する気筒群は、排気通路１２２に連通している。排気通路１２１および１２２は、下流で合流した後に排気通路１２３の一端に連通している。以下、排気通路１２１、１２２、および１２３を特に区別しない場合には、これらを単に「排気通路１２」と称することとする。
【００２６】
排気通路１２１および１２２には、三元触媒であるスタート触媒（以下、「ＳＣ」と称する）１４１および１４２がそれぞれ配置されている。また、排気通路１２３には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）１６が配置されている。更に、排気通路１２３におけるＮＳＲ触媒１６の下流側には、ＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）１８が配置されている。以下、ＳＣ１４１および１４２を特に区別しない場合には、これらを単に「ＳＣ１４」と称することとする。
【００２７】
内燃機関１０は、空燃比がリッチである場合に、ＨＣおよびＣＯを排出し易い。また、空燃比がリーンである場合にＮＯｘを排出しやすい。ＳＣ１４は、リーン雰囲気では酸素（Ｏ２）を吸着しながらＮＯｘを還元（Ｎ２に浄化）する。他方、リッチ雰囲気では、酸素を放出しながらＨＣおよびＣＯを酸化（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２に浄化）する。また、リッチ雰囲気下では、排気ガス中に含まれる窒素と水素、或いはＨＣとＮＯｘが反応することにより、アンモニア（ＮＨ３）が生成される。
【００２８】
ＮＳＲ触媒１６は、リーン雰囲気下では、排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵する。また、ＮＳＲ触媒１６は、リッチ雰囲気下で吸蔵しているＮＯｘを放出する。リッチ雰囲気下で放出されたＮＯｘは、ＨＣやＣＯにより還元される。この際、ＳＣ１４の場合と同様に、ＮＳＲ１６においてもＮＨ３が生成される。
【００２９】
ＳＣＲ１８は、Ｃｕ系ゼオライト触媒として構成され、ＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６が、リッチ雰囲気下で生成するＮＨ３を吸蔵し、リーン雰囲気下では、ＮＨ３を還元剤として、排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元する機能を有している。ＳＣＲ１８によれば、ＮＳＲ触媒１６の下流に吹き抜けてきたＮＨ３およびＮＯｘが大気中に放出される事態を有効に阻止することができる。
【００３０】
排気通路１２３におけるＮＳＲ触媒の上流側には、排気熱回収器２０が配設されている。図２は、排気熱回収器２０の構造を説明するための図である。この図に示すとおり、排気熱回収器２０は、Ｕターンパイプ２２と流路切替弁２４とを備えている。流路切替弁２４は、当該排気熱回収器２０のＯＮ／ＯＦＦに連動して、当該装置へ流入した排気の流出先を、Ｕターンパイプ２２と排気通路１２３との間で切り替えるための弁である。このような構成によれば、排気熱回収装置がＯＦＦの場合には、図中（ａ）に示すとおり、流入した排気が直接排気通路１２３へ流出する。これにより、高温の排気ガスを直接ＮＳＲ触媒１６内へ導くことができるので、ＮＳＲ触媒の床温を所定の基準温度域（３５０〜４５０℃）に制御することができる。一方、排気熱回収装置がＯＮの場合には、図中（ｂ）に示すとおり、流入した排気がＵターンパイプ２２に導かれる。これにより、高温の排気ガスの排気熱が回収されるので、ＮＳＲ触媒の床温を所定の基準温度域よりも低い低温度域（２５０〜３５０℃）に制御することができる。
【００３１】
本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０の出力部には、上述した排気熱回収器２０や、燃料噴射装置（図示せず）等の種々のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３０の入力部には、機関回転数を検出するためのクランク角センサやスロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ（何れも図示せず）等の種々のセンサ類が接続されている。ＥＣＵ３０は、入力された各種の情報に基づいて、図１に示すシステムの状態を制御することができる。
【００３２】
[実施の形態１の動作]
（ＮＳＲ触媒１６の機能および動作）
先ず、ＮＳＲ触媒１６の機能および動作について説明する。ＥＣＵ３０は、通常、内燃機関１０をリーン空燃比で運転（リーン運転）させる。リーン運転中は、ＮＯｘ等の酸化剤がＨＣ、ＣＯ等の還元剤よりも多量に排出される。このため、三元触媒を用いて当該排気ガスを浄化しようとしても、還元剤の不足によって全てのＮＯｘを浄化することができない。そこで、本実施の形態１のシステムは、排気通路１２にＮＳＲ触媒１６を備えることとしている。ＮＳＲ触媒１６は、ＮＯｘをＢａ（ＮＯ３）２等の硝酸塩として吸蔵する機能を有している。このため、本実施の形態１のシステムによれば、リーン運転中であっても、該ＮＯｘが大気中に放出されてしまう事態を効果的に抑制することができる。
【００３３】
但し、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ吸蔵性能は、吸蔵量が増加するにつれて低下してしまう。このため、リーン運転が長時間継続されると、吸蔵されなかったＮＯｘが該触媒下流に吹き抜けてしまう。そこで、本実施の形態１のシステムでは、ＮＳＲ触媒１６に吸蔵されたＮＯｘを定期的に脱離させて処理するリッチスパイク制御が実行される。より具体的には、ＮＳＲ触媒１６の吸蔵性能が低下する所定のタイミングで、内燃機関１０の排気空燃比が一時的にリッチに（例えば、Ａ／Ｆ＝１２）される。リッチスパイク実行中の排気ガスには、ＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元剤が多量に含まれている。このため、これらの還元剤がＮＳＲ触媒１６内へ導入されると、硝酸塩として吸蔵されていたＮＯｘは、ＮＯまで還元されて塩基から脱離される。脱離したＮＯｘは、ＮＳＲ触媒１６内の触媒上でＮ２等に浄化されて処理される。このように、リーン運転中にリッチスパイクを実行することにより、ＮＳＲ触媒１６に吸蔵されていたＮＯｘを脱離処理することができるので、ＮＯｘ吸蔵性能を有効に回復させることができる。
【００３４】
（ＳＣＲによるＮＯｘ浄化動作）
次に、ＳＣＲ１８の機能について説明する。上述したとおり、リッチスパイクの実行によって、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ吸蔵性能を有効に回復させることができる。しかしながら、リッチスパイクが実行されると、該ＮＳＲ触媒１６から脱離したＮＯｘの一部が浄化されずにそのまま下流に吹き抜けてしまう。また、上述したとおり、リーン運転中にＮＳＲ触媒１６に吸蔵されずに下流に吹き抜けるＮＯｘも存在する。これらの吹き抜けＮＯｘがそのまま大気中に放出されてしまうとエミッションの悪化を招いてしまう。
【００３５】
そこで、本実施の形態１のシステムは、ＮＳＲ触媒１６の下流側に吹き抜けたＮＯｘを処理するためのＳＣＲ１８を備えることとしている。上述したとおり、ＳＣＲ１８は、ＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６が、リッチ雰囲気下で生成するＮＨ３をその内部に吸蔵している。このため、ＳＣＲ１８によれば、ＮＳＲ触媒１６の下流に吹き抜けてきたＮＯｘをＮＨ３で選択的に還元して浄化することができる。これにより、ＮＯｘが大気中に放出されてエミッションが悪化する事態を有効に阻止することができる。
【００３６】
[本実施の形態１の特徴]
（ＮＳＲ触媒の床温とＮＯｘ浄化率との関係）
先ず、図３を参照して、ＮＳＲ触媒１６の床温とＮＯｘ浄化率との関係について説明する。本出願の発明者は、ＮＳＲ触媒１６の床温とＮＨ３の生成量との関係に着目して鋭意研究を重ねた。図３は、ＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８から排出されるＮＨ３量およびＮＯｘ排出量をそれぞれ示す図である。尚、図中（ａ）は、排気熱回収器２０をＯＦＦにしてＮＳＲ触媒１６の床温を４５０℃に制御した場合を、図中（ｂ）は、排気熱回収器２０をＯＮにしてＮＳＲ触媒１６の床温を３００℃に制御した場合を、それぞれ示している。
【００３７】
この図に示すとおり、ＮＳＲ触媒１６において生成されるＮＨ３量は、当該ＮＳＲ触媒１６の床温に大きく関係している。より具体的には、この図中（ａ）に示すとおり、ＮＳＲ触媒１６の床温が４５０℃の場合には、当該ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ吸蔵性能は高いがＮＨ３の生成量が少量となる。このような構成によれば、ＮＨ３不足によってＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化率は低下するものの、この温度域ではＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率が高いので、結果的にはＮＳＲ触媒とＳＣＲ１８との組み合わせによって、高いＮＯｘ浄化率を維持することができる。
【００３８】
一方、図中（ｂ）に示すとおり、ＮＳＲ触媒１６の床温が３００℃の場合には、当該ＮＳＲ触媒１６のＮＨ３の生成量は劇的に増大するが、ＮＯｘ吸蔵性能は低下する。このような構成によれば、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率は低下するものの、多量のＮＨ３の供給を受けたＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化率が高いので、結果的には上述したＮＳＲ触媒１６の床温が４５０℃の場合にと同様に、ＮＳＲ触媒とＳＣＲ１８との組み合わせによって、高いＮＯｘ浄化率を維持することができる。
【００３９】
このように、本実施の形態のシステムによれば、ＮＳＲ触媒１６の床温が基準温度域であっても、当該基準温度域よりも低い低温度域であっても、ＮＳＲ触媒とＳＣＲ１８との組み合わせによって、高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。但し、２５０〜３５０℃の低温度域では、ＮＳＲ触媒１６に硫黄成分が付着する現象（硫黄被毒）が発生し易い。このため、通常のリーン運転中は、ＮＳＲ触媒１６の床温を基準温度域（例えば４５０℃）に制御することが好ましい。
【００４０】
（本実施の形態の特徴的動作）
次に、図４を参照して、本実施の形態のシステムの特徴的動作について説明する。上述したとおり、本実施の形態のシステムでは、リーン運転中のＮＳＲ触媒１６の床温を基準温度域に制御することによって、高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。しかしながら、ＳＣＲ１８はゼオライトが主成分であるため経年劣化し易い。このため、ＳＣＲ１８に劣化が発生してしまうと、当該ＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化率の低下によってシステム全体のＮＯｘ浄化率を高く維持することができないことが想定される。
【００４１】
そこで、本実施の形態１のシステムでは、ＳＣＲ１８に劣化が発生したと判定された場合に、ＮＳＲ触媒１６の床温を低温度域に制御することとする。より具体的には、内燃機関１０の総走行距離が所定の基準距離を越えた場合に、排気熱回収器２０をＯＮにして、排気ガスをＵターンパイプ２２側へ流通させることとする。ＮＳＲ触媒１６の床温が所定の低温度域に制御されると、当該ＮＳＲ触媒１６でＮＨ３の生成量が劇的に増大する。これにより、劣化したＳＣＲ１８に多量のＮＨ３を供給することができるので、ＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化率を高めることが可能となる。
【００４２】
また、ＳＣＲはその床温の変化によってＮＯｘ浄化率が変化する。図４は、本実施の形態のＳＣＲ１８の触媒床温とＮＯｘ浄化率の関係を示す図である。尚、図中の点線は劣化前のＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化率を、図中の実線は劣化後のＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化率を、それぞれ示している。また、図中の（１）はＮＳＲ触媒１６の床温が基準温度域に制御されている場合のＳＣＲの床温を、図中の（２）はＮＳＲ触媒１６の床温が低温度域に制御されている場合のＳＣＲの床温を、それぞれ示している。
【００４３】
この図に示すとおり、Ｃｕ系ゼオライトで構成されたＳＣＲ１８は、比較的低温の温度域においてＮＯｘ浄化率が高い。したがって、ＮＳＲ触媒１６の床温を基準温度域から低温度域へ低下させることとすると、ＳＣＲ１８の劣化に起因するＮＯｘ浄化率の低下を有効に抑制することができる。このように、ＮＳＲ触媒１６の床温を基準温度域から低温度域へ低下させることにより、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率が低下したとしても、システム全体としてのＮＯｘ浄化率の低下を有効に抑制することができる。
【００４４】
尚、ＳＣＲ１８に劣化が発生していると判定された場合であっても、例えば内燃機関１０の軽負荷時等には所望のＮＯｘ浄化率を満足できることも想定される。そこで、本実施の形態のシステムでは、内燃機関１０の負荷が所定の基準負荷以下である場合には、ＳＣＲ１８に劣化が発生していると判定された場合であっても、ＮＳＲ触媒１６の床温を基準温度域に制御することとしてもよい。これにより、ＮＳＲ触媒１６の床温低下に起因する硫黄被毒を有効に抑制することができる。
【００４５】
［実施の形態１における具体的処理］
次に、図５を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図５は、ＥＣＵ３０が、ＮＳＲ触媒１６の床温制御を実行するルーチンのフローチャートである。尚、図５に示すルーチンは、内燃機関１０のリーン運転中に繰り返し実行されるものとする。
【００４６】
図５に示すルーチンでは、先ず、ＳＣＲ１８が劣化したか否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、内燃機関１０の走行距離が所定の閾値Ｋに達したか否かが判定される。尚、閾値Ｋは、ＳＣＲ１８が所望のＮＯｘ浄化率を維持できない程度に劣化したことを判断するための基準距離として、予め設定された値が使用される。その結果、走行距離＞閾値Ｋの成立が認められない場合には、ＳＣＲ１８が未だ劣化しておらず、ＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８との組み合わせによって所望のＮＯｘ浄化率を維持することができると判断されて、次のステップに移行し、排気熱回収器２０がＯＦＦに制御される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、排気熱回収器２０の流路切替弁２４が、Ｕターンパイプ２２を経由せずに排気通路１２３へ排出する流路へと切り替えられる。これにより、ＮＳＲ触媒１６の床温は所定の基準温度域（３５０〜４５０℃）に制御される。
【００４７】
一方、上記ステップ１００において、走行距離＞閾値Ｋの成立が認められた場合には、ＳＣＲ１８が既に劣化していると判断されて、次のステップに移行し、内燃機関１０の負荷ＫＬが閾値Ｋ´より大きいか否かが判定される（ステップ１０４）。尚、閾値Ｋ´は、劣化したＳＣＲ１８では所望のＮＯｘ浄化率を維持できない基準負荷として、予め設定された値が使用される。その結果、ＫＬ＞Ｋ´の成立が認められない場合には、劣化したＳＣＲ１８によって所望のＮＯｘ浄化率を維持できると判断されて、上記ステップ１０２に移行し、排気熱回収器２０がＯＦＦに制御される。
【００４８】
一方、上記ステップ１０４において、ＫＬ＞Ｋ´の成立が認められた場合には、劣化したＳＣＲ１８によって所望のＮＯｘ浄化率を維持できないと判断されて、次のステップに移行し、排気熱回収器２０がＯＮに制御される（ステップ１０８）。ここでは、具体的には、排気熱回収器２０の流路切替弁２４が、Ｕターンパイプ２２を経由して排気通路１２３へ排出する流路へと切り替えられる。これにより、ＮＳＲ触媒１６の床温は所定の基準温度域よりも低い低温度域（２５０〜３５０℃）に制御される。
【００４９】
以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、ＳＣＲ１８が劣化して所望のＮＯｘ浄化率を維持できない場合に、ＮＳＲ触媒１６の床温が基準温度域から低温度域へ制御される。これにより、ＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化率を高めることができるので、ＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８との組み合わせによってＮＯｘ浄化率を高く維持することが可能となる。
【００５０】
ところで、上述した実施の形態１においては、内燃機関１０の総走行距離に基づいてＳＣＲ１８の劣化判定を行うこととしている。しかしながら、ＳＣＲ１８の劣化判定の方法はこれに限られず、ＳＣＲ１８の経年劣化度合が反映された他のパラメータとして、例えば内燃機関１０の総回転数などを用いることとしてもよいし、また、ＳＣＲ１８の下流にＮＯｘセンサや温度センサ等を設けて、劣化有無を直接検出することとしてもよい。
【００５１】
また、上述した実施の形態１においては、排気熱回収器２０として、Ｕターンパイプ２２と流路切替弁２４とで構成された装置を用いることとしているが、ＮＳＲ触媒の床温を基準温度域と低温度域との間で切り替えることができるのであれば、例えば、空燃比Ａ／Ｆを可変させる方法や、点火時期を遅進角させる方法でもよい。
【００５２】
また、上述した実施の形態１においては、内燃機関１０の負荷として充填効率ＫＬを用いているが、ＫＬに代えて空気量Ｇａを用いることとしてもよい。
【００５３】
尚、上述した実施の形態１においては、ＮＳＲ触媒１６が前記第１の発明における「ＮＳＲ触媒」に、ＳＣＲ１８が前記第１の発明における「ＳＣＲ」に、排気熱回収器２０が前記第１の発明における「床温可変手段」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「劣化判定手段」が、上記ステップ１０２および１０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００５４】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第２の発明における「機関負荷検出手段」が、上記ステップ１０２および１０４の処理を実行することにより、前記第２の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００５５】
実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図６乃至図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２は、図１に示すシステムを用いて、後述する図７に示すルーチンを実行することにより実現することができる。
【００５６】
上述したとおり、通常のリーン運転時は、排気熱回収器２０がＯＦＦにされて、ＮＳＲ触媒１６の床温が通常温度域（３５０〜４５０℃）となるように制御されている。しかしながら、このような温度領域においては、ＮＳＲ触媒１６の硫黄被毒が進行するため、ＮＯｘ浄化性能およびＮＨ３生成性能が徐々に低下してしまう。
【００５７】
そこで、このようなＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８とを備えるシステムでは、所定の周期（例えば３０００ｋｍに１回）でＮＳＲ触媒１６に付着した硫黄成分を脱離させる再生処理が実行される。これにより、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化性能およびＮＨ３生成性能を定期的に回復させることができる。尚。再生処理では、ＮＳＲ触媒１６の床温を７００℃程度まで昇温させることおよびＮＳＲ触媒１６内をリッチ雰囲気に晒すことが必要とされるが、これらの動作については種々の方法が既に公知になっているため、その詳細な説明を省略する。
【００５８】
図６は、走行距離とＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。この図に示すとおり、走行とともに低下したＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率は、硫黄被毒の再生処理により回復させることができる。しかしながら、当該再生処理を実行する直前の時期においては、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率が低下してしまっている。このため、係る時期においては、ＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８との組み合わせによって高いＮＯｘ浄化率を実現することができないことが想定される。
【００５９】
そこで、本実施の形態２のシステムでは、ＮＳＲ触媒１６の硫黄被毒の再生処理の実行直前の期間に、ＮＳＲ触媒１６の床温を低温度域に制御することとする。より具体的には、内燃機関１０の走行距離が再生処理を実行する走行距離の直前の距離である場合に、排気熱回収器２０をＯＮにして、排気ガスをＵターンパイプ２２側へ流通させることとする。ＮＳＲ触媒１６の床温が所定の低温度域に制御されると、当該ＮＳＲ触媒１６でＮＨ３の生成量が劇的に増大する。これにより、ＳＣＲ１８に多量のＮＨ３を供給することができるので、ＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化率を有効に高めて、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率低下を有効に補うことができる。
【００６０】
［実施の形態１における具体的処理］
次に、図７を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図７は、ＥＣＵ３０が、ＮＳＲ触媒１６の床温制御を実行するルーチンのフローチャートである。尚、図７に示すルーチンは、内燃機関１０のリーン運転中に繰り返し実行されるものとする。
【００６１】
図７に示すルーチンでは、先ず、ＮＳＲ触媒１６の硫黄被毒再生処理の実行直前か否かが判定される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、内燃機関１０の走行距離が硫黄被毒再生処理を実行する走行距離に達する直前か否かが判定される。その結果、ＮＳＲ触媒１６の硫黄被毒再生処理の実行直前でないと判定された場合には、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率が未だ劣化しておらず、ＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８との組み合わせによって所望のＮＯｘ浄化率を維持することができると判断されて、次のステップに移行し、排気熱回収器２０がＯＦＦに制御される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２と同様の処理が実行される。
【００６２】
一方、上記ステップ２００において、ＮＳＲ触媒１６の硫黄被毒の再生処理の実行直前でないと判定された場合には、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率が低下していると判断されて、次のステップに移行し、排気熱回収器２０がＯＮに制御される（ステップ２０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０８と同様の処理が実行される。
【００６３】
次に、ＮＳＲ触媒１６の硫黄被毒再生処理が終了したか否かが判定される（ステップ２０６）。その結果、ＮＳＲ触媒１６の硫黄被毒再生処理が未だ終了していないと判定された場合には、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率が未だ低下していると判断されて、上記ステップ２０４の処理が繰り返し実行される。一方、上記ステップ２０６において、ＮＳＲ触媒１６の硫黄被毒再生処理が終了したと判定された場合には、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率が回復したと判断されて、上記ステップ２０２に移行し、排気熱回収器２０がＯＦＦに制御される。
【００６４】
以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、ＮＳＲ触媒１６の硫黄被毒の再生処理が実行される直前の時期に、ＮＳＲ触媒１６の床温が基準温度域から低温度域へ制御される。これにより、ＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化率を高めることができるので、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率の低下分を有効に補うことが可能となる。
【００６５】
ところで、上述した実施の形態２においては、ＮＳＲ触媒１６の硫黄被毒の回復処理を実行する直前の期間に、排気熱回収機２０をＯＮにすることとしているが、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率の低下度合に応じて排気熱回収機２０の流路切替弁２４の開度を徐々に可変させることとしてもよい。図８は、本実施の形態２のシステムの変形例を説明するための図である。上述した図６に示すとおり、硫黄被毒再生処理を実行するまでの期間において、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化率は、走行距離が長くなるほど低下する。そこで、図８中の（ａ）に示すとおり、例えば、硫黄被毒再生処理を実行するまでの期間において、走行距離が長くなるほど流路切替弁２４の開度をＯＮ側へ制御することとしてもよい。これにより、ＮＳＲ触媒１６の床温をリニアに可変させることができるので、図８中（ｂに示すとおり、）ＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８との組み合わせによって高いＮＯｘ浄化率を実現することが可能となる。
【００６６】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２００の処理を実行することにより、前記第５の発明における「取得手段」が、上記ステップ４０２および２０６の処理を実行することにより、前記第５の発明における「第２の制御手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００６７】
１０  内燃機関（エンジン）
１２  排気通路
１４  スタート触媒（ＳＣ）
１６  ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）
１８  ＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）
２０  排気熱回収器
２２  Ｕターンパイプ
２４  流路切替弁
３０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
【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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