(57)【要約】【課題】本発明は、酸化触媒と、酸化触媒より下流に配置されるＳＣＲ触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＳＣＲ触媒が未活性状態にあるときのＮＯＸ浄化率を高めることを高めることを課題とする。【解決手段】本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の排気通路に配置される酸化触媒と、酸化触媒より下流の排気通路に配置されるＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒が活性していないときに酸化触媒へ未燃燃料を供給する供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関が低負荷運転されたときは、未燃燃料の供給量を減量することにより、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ２の量を増加させるようにした。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された酸化触媒と、
前記酸化触媒より下流の排気通路に配置された選択還元型触媒と、
前記酸化触媒が活性しており、且つ前記選択還元型触媒が活性していないときに、前記酸化触媒へ未燃燃料を供給することにより、前記酸化触媒から流出する排気の温度を上昇させる昇温手段と、
前記昇温手段によって未燃燃料が前記酸化触媒へ供給されている期間において、内燃機関が低負荷運転されたときは、前記昇温手段によって前記酸化触媒へ供給される未燃燃料の量を減少させる制御手段と、
を備える内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
請求項１において、前記制御手段は、前記選択還元型触媒の温度が所定温度以上になったときに、内燃機関の吸入空気量を増量させる増量処理又は吸入空気量を減量させる減量処理のうち、前記選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率が高くなる方の処理を実行する内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
請求項２において、前記所定温度は、排気中に含まれる二酸化窒素の量を増加させることにより、前記選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率が上昇する最低の温度である内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
請求項２又は３において、前記制御手段は、前記選択還元型触媒の温度が前記所定温度以上から該所定温度未満へ低下したときに、前記昇温手段によって前記酸化触媒へ供給される未燃燃料の量を減少させる内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に配置された酸化触媒と、酸化触媒より下流の排気通路に配置された選択還元型触媒（以下、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒と
記す場合もある）を備える排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化触媒とＳＣＲ触媒を内燃機関の排気通路に配置した排気浄化システムが知られている。このような排気浄化システムとして、酸化触媒やＳＣＲ触媒の温度を高めることを目的として、酸化触媒へ未燃燃料（炭化水素（ＨＣ））を供給する技術が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献２には、酸化触媒と、ＳＣＲ触媒と、酸化触媒を迂回するバイパス通路と、を備えた排気浄化システムにおいて、酸化触媒により二酸化窒素（ＮＯ２）が過剰に生成されるときは、バイパス通路を通る排気の量を増加させる技術について記載されている。
【０００４】
特許文献３には、酸化触媒から流出するＮＯＸのうちＮＯ２が占める割合であるＮＯ２比率が５０パーセントのときは、未燃燃料を酸化触媒へ供給することにより、ＳＣＲの温度を所定温度まで上昇させようとする技術について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９５２７７号公報
【特許文献２】特開２００５−０２３９２１号公報
【特許文献３】特開２０１２−００７５５７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、酸化触媒の活性後からＳＣＲ触媒が活性するまでの期間において、未燃燃料の供給が継続されると、ＳＣＲ触媒におけるＮＯＸ浄化率が低くなる可能性があった。例えば、酸化触媒の活性後からＳＣＲ触媒が活性するまでの期間において、内燃機関が低負荷運転されたときは、未燃燃料の供給量に対してＳＣＲ触媒の温度上昇量が少なくなるため、ＳＣＲ触媒が活性するまでのＮＯＸ浄化率が小さくなる可能性があった。
【０００７】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、酸化触媒と、酸化触媒より下流に配置されるＳＣＲ触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＳＣＲ触媒が未活性状態にあるときのＮＯＸ浄化率を高めることができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の排気通路に配置される酸化触媒と、酸化触媒より下流の排気通路に配置される選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）と、ＳＣＲ触媒が活性していないときに酸化触媒へ未燃燃料を供給する供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関が低負荷運転されたときは、未燃燃料の供給量を減量することにより、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ２の量を増加させるようにした。
【０００９】
詳細には、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に配置された酸化触媒と、
前記酸化触媒より下流の排気通路に配置された選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）と、
前記酸化触媒が活性しており、且つ前記選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）が活性していないときに、前記酸化触媒へ未燃燃料を供給することにより、前記酸化触媒から流出する排気の温度を上昇させる昇温手段と、
前記昇温手段によって未燃燃料が前記酸化触媒へ供給されている期間において、内燃機関が低負荷運転されたときは、前記昇温手段から供給される未燃燃料の量を減量させる制御手段と、
を備えるようにした。
【００１０】
酸化触媒及びＳＣＲ触媒を活性させる方法として、酸化触媒の活性前は少量の未燃燃料が酸化触媒へ供給され、酸化触媒が活性してからＳＣＲ触媒が活性するまでの期間は酸化触媒の活性前より多量の未燃燃料が酸化触媒へ供給される方法が一般的である。
【００１１】
ところで、内燃機関が低負荷運転されたときは、該内燃機関から排出される際の排気の温度が低くなる。そのため、酸化触媒において未燃燃料の酸化反応熱が排気に付与されても、排気からＳＣＲ触媒へ伝達される熱量が少なくなる。また、多量の未燃燃料が酸化触媒へ供給された場合は、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化触媒において殆ど酸化されず、それに伴ってＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ２の量が少なくなる。さらに、ＳＣＲ触媒の活性前は、該ＳＣＲ触媒の温度上昇量に比してＮＯＸ浄化率の上昇量が小さくなる場合もある。よって、酸化触媒が活性してからＳＣＲ触媒が活性するまでの期間において、内燃機関が低負荷運転されたときに酸化触媒へ供給される未燃燃料の量が多くなると、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が低くなる可能性があった。
【００１２】
ここで、内燃機関が低負荷運転されたときに、排気の一部をＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとして内燃機関の気筒内へ供給することにより、気筒内で燃料が燃焼す
る際に発生するＮＯＸ量を減少させる方法も考えられる。しかしながら、ＳＣＲ触媒が活性していないときは、内燃機関が冷間状態にある可能性があるため、ＮＯＸ発生量を減少させ得るのに十分な量のＥＧＲガスを供給することが困難である。
【００１３】
これに対し、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、酸化触媒が活性してからＳＣＲ触媒が活性するまでの期間において、内燃機関が低負荷運転されるとき（期間）は、酸化触媒に供給される未燃燃料の量を減量する。その場合、酸化触媒において酸化される未燃燃料の量が減少するため、酸化触媒において酸化されるＮＯの量が増加する。その結果、ＳＣＲ触媒へ流入する排気に含まれるＮＯ２の量（ＮＯ２比率）が増加する。ＮＯ２比率の高い排気がＳＣＲ触媒に流入した場合は、ＮＯ２を殆ど含まない排気がＳＣＲ触媒に導入された場合に比べ、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が高くなる。
【００１４】
したがって、本発明の内燃機関の排気浄化システムによれば、酸化触媒が活性してからＳＣＲ触媒が活性するまでの期間において、内燃機関が低負荷運転されたときに、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率を高めることができる。言い換えると、本発明の内燃機関の排気浄化システムによれば、十分な量のＥＧＲガスを供給することが困難な場合において、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率を可能な限り高めることができる。
【００１５】
なお、ここでいう「未燃燃料を減量させる」とは、未燃燃料の量を零より大きな範囲で減少させることに加え、未燃燃料の量を零まで減少（未燃燃料の供給を停止）することも含むものとする。
【００１６】
本発明の内燃機関の排気浄化システムにおいて、制御手段は、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上になったときに、内燃機関の吸入空気量を増量させる増量処理又は吸入空気量を減量させる減量処理のうち、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が高くなる方の処理を実行するよ
うにしてもよい。なお、ここでいう「所定温度」は、例えば、ＮＯ２比率の上昇に伴って、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率も上昇する最低の温度である。
【００１７】
ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上であるときに吸入空気量の減量処理が実施されると、ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＮＯ２比率が高くなる。その結果、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が上昇する。
【００１８】
ところで、排気の温度が高いときは、吸入空気量の減量処理が実施された場合に比して、吸入空気量の増量処理が実施された場合の方がＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が高くなる可能性がある。すなわち、排気温度が高いときに吸入空気量の増量処理が実施されると、ＳＣＲ触媒の温度上昇速度が速くなるため、それに伴ってＮＯＸ浄化率の増加速度も高くなる。
【００１９】
これに対し、内燃機関の吸入空気量を増量させる増量処理又は吸入空気量を減量させる減量処理のうち、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が高くなる方の処理が実行されると、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率をより高めることが可能になる。
【００２０】
なお、ＳＣＲ触媒の温度が十分に高いときに吸入空気量の増量処理が実施されると、ＳＣＲ触媒の温度が過剰に高くなる可能性がある。よって、ＳＣＲ触媒の温度が十分に高いときは、吸入空気量の増量処理に優先して減量処理が実施されるようにしてもよい。
【００２１】
また、本発明の内燃機関の排気浄化システムにおいて、制御手段は、ＳＣＲ触媒の温度が前記所定温度以上から該所定温度未満へ低下したときに、昇温手段によって酸化触媒へ供給される未燃燃料の量を減少させるようにしてもよい。
【００２２】
ＳＣＲ触媒が所定温度以上のときに内燃機関の低負荷運転（例えば、アイドル運転）が継続されると、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度未満へ低下する可能性がある。ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上から所定温度未満へ低下した場合は、昇温手段が未燃燃料を酸化触媒へ供給することになる。ただし、上記したように内燃機関の低負荷運転が継続されているときに未燃燃料が酸化触媒へ供給されても、ＳＣＲ触媒の温度上昇速度が十分に速くならない上、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が低下する。
【００２３】
これに対し、ＳＣＲ触媒の温度が前記所定温度以上から該所定温度未満へ低下したときに、昇温手段によって酸化触媒へ供給される未燃燃料の量が減少されると、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率の低下量を少なく抑えることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、酸化触媒と、酸化触媒より下流に配置されるＳＣＲ触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＳＣＲ触媒が未活性状態にあるときのＮＯＸ浄化率を可及的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】未燃燃料を供給する運転領域と未燃燃料の供給を停止する運転領域を定めたマップを模式的に示す図である。
【図３】未燃燃料の供給が停止される低負荷運転領域を説明するための図である。
【図４】未燃燃料が供給される高負荷運転領域を説明するための図である。
【図５】昇温処理が実施された場合において、酸化触媒へ供給される未燃燃料の量と、ＳＣＲ触媒の温度と、酸化触媒から排出される排気のＮＯ２比率と、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率の経時変化を示すタイミングチャートである。
【図６】ＳＣＲ触媒の温度が下限値から活性温度に上昇するまでの期間におけるＮＯＸ浄化率の変化を示す図である。
【図７】昇温処理が実施される際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上に上昇したときにＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２７】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図７に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。なお、本発明を適用する内燃機関は、圧縮着火式の内燃機関の限られず、希薄燃焼運転される火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。
【００２８】
内燃機関１は、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁１ａを備えている。また、内燃機関１には、吸気通路２と排気通路３が接続されている。吸気通路２は、大気中から取り込まれた新気（空気）を内燃機関１の気筒へ導く通路である。排気通路３は、内燃機関１の気筒内から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。
【００２９】
吸気通路２の途中には、吸気絞り弁（スロットル弁）４が配置されている。スロットル弁４は、吸気通路２の通路断面積を変更することにより、内燃機関１の気筒内に吸入される空気量を調整する弁機構である。なお、スロットル弁４は、弁体と該弁体を開閉駆動するための電動機とを備え、電動機は後述するＥＣＵ１０によって制御される。
【００３０】
排気通路３の途中には、第一触媒ケーシング５と第二触媒ケーシング６が上流側から直列に配置されている。第一触媒ケーシング５は、筒状のケーシング内に酸化触媒とパティキュレートフィルタを内装している。その際、酸化触媒は、パティキュレートフィルタの上流に配置される触媒担体に担持されてもよく、あるいはパティキュレートフィルタに担持されてもよい。また、酸化触媒とパティキュレートフィルタは、相互に独立したケーシングに収容されてもよい。
【００３１】
第二触媒ケーシング６は、筒状のケーシング内に、選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）が担持された触媒担体を収容したものである。触媒担体は、例えば、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の活性成分（担体）をコーティングしたものである。さらに、触媒担体には、酸化能を有する貴金属触媒（例えば、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等）が担持されている。
【００３２】
なお、第二触媒ケーシング６の内部において、ＳＣＲ触媒より下流には酸化触媒を担持した触媒担体が配置されるようにしてもよい。その場合の酸化触媒は、ＳＣＲ触媒へ供給される還元剤のうち、ＳＣＲ触媒をすり抜けた還元剤を酸化するためのものである。
【００３３】
第一触媒ケーシング５と第二触媒ケーシング６との間の排気通路３には、ＮＨ３又はＮＨ３の前駆体である添加剤を排気中へ添加（噴射）するための添加弁７が取り付けられている。添加弁７は、ニードルの移動により開閉される噴孔を有する弁装置である。添加弁
７は、ポンプ７０を介してタンク７１に接続されている。ポンプ７０は、タンク７１に貯留されている添加剤を吸引するとともに、吸引された添加剤を添加弁７へ圧送する。添加弁７は、ポンプ７０から圧送されてくる添加剤を排気通路３内へ噴射する。なお、添加弁７とポンプ７０は、本発明に係わる還元剤供給装置の一実施態様である。
【００３４】
ここで、タンク７１に貯留される添加剤としては、尿素やカルバミン酸アンモニウム等の水溶液や、ＮＨ３ガスを用いることができる。本実施例では、添加剤として、尿素水溶液を用いる例について述べる。
【００３５】
添加弁７から尿素水溶液が噴射されると、尿素水溶液が排気とともに第二触媒ケーシング６へ流入する。その際、尿素水溶液が排気や第二触媒ケーシング６の熱を受けて熱分解又は加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、アンモニア（ＮＨ３）が生成される。このようにして生成されたアンモニア（ＮＨ３）は、ＳＣＲ触媒に吸着（又は吸蔵）される。ＳＣＲ触媒に吸着されたアンモニア（ＮＨ３）は、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯＸ）と反応して窒素（Ｎ２）や水（Ｈ２Ｏ）を生成する。つまり、アンモニア（ＮＨ３）は、窒素酸化物（ＮＯＸ）の還元剤として機能する。
【００３６】
また、内燃機関１は、吸気通路２と排気通路３を連通するＥＧＲ通路１００と、該ＥＧＲ通路１００の通路断面積を変更するＥＧＲ弁１０１と、を含むＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ通路１００は、排気通路３内の排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路２のスロットル弁４より下流へ導く通路である。ＥＧＲ弁１０１は、前記ＥＧＲ通路１００の通路断面積を変更することにより、排気通路３から吸気通路２へ供給されるＥＧＲガス量を調整する弁機構である。なお、ＥＧＲ弁１０１は、弁体と該弁体を開閉駆動するための電動機とを備え、電動機は後述するＥＣＵ１０によって制御される。
【００３７】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０は、第一排気温度センサ８、第二排気温度センサ９、クランクポジションセンサ１１、アクセルポジションセンサ１２、エアフローメータ１３、及びＡ／Ｆセンサ１４等の各種センサと電気的に接続されている。
【００３８】
第一排気温度センサ８は、第一触媒ケーシング５と第二触媒ケーシング６の間の排気通路３に配置され、第一触媒ケーシング５から流出する排気の温度、言い換えると、第一触媒ケーシング５に収容された酸化触媒の温度と相関する電気信号を出力する。第二排気温度センサ９は、第二触媒ケーシング６より下流の排気通路３に配置され、第二触媒ケーシング６から流出する排気の温度、言い換えると、第二触媒ケーシング６に収容されたＳＣＲ触媒の温度に相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１１は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１２は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１３は、内燃機関１に吸入される空気量（吸入空気量）に相関する電気信号を出力する。Ａ／Ｆセンサ１４は、第一触媒ケーシング５より上流の排気通路３に配置され、排気の空燃比に相関する電気信号を出力する。
【００３９】
ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁１ａ、スロットル弁４、添加弁７、ポンプ７０、及びＥＧＲ弁１０１等の各種機器と電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、前記各種機器を電気的に制御する。例えば、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の燃料噴射制御や、添加弁７から間欠的に添加剤を噴射させる添加制御等の既知の制御に加え、第一触媒ケーシング５に収容された酸化触媒や第二触媒ケーシング６に収容されたＳＣＲ触媒の温度が低いときに、それら酸化触媒やＳＣＲ触媒の温度を上昇させるための昇温処理を実行する。以下、本実施例における昇温処理の実行方法について述べる。
【００４０】
内燃機関１が冷間始動されたときは、酸化触媒及び選択還元型触媒が活性していない状態、すなわち、酸化触媒が排気中の未燃燃料成分（ＨＣやＣＯ等）を酸化することができず、且つ選択還元型触媒が排気中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元することができない状態になる。よって、酸化触媒及び選択還元型触媒を早期に活性させる必要がある。
【００４１】
これに対し、酸化触媒及びＳＣＲ触媒の活性前は少量の未燃燃料を酸化触媒へ供給し、酸化触媒が活性してからＳＣＲ触媒が活性するまでの期間は酸化触媒の活性前より多量の未燃燃料を酸化触媒へ供給する方法が考えられる。なお、未燃燃料を酸化触媒へ供給する方法としては、酸化触媒より上流の排気通路３に燃料を添加し、又は膨張行程若しくは排気行程の気筒内へ燃料噴射弁からアフター噴射する方法を用いることができる。
【００４２】
ところで、酸化触媒が活性してからＳＣＲ触媒が活性するまでの期間において、内燃機関１が低負荷運転されたときは、該内燃機関１から排出される際の排気の温度が低くなる。そのため、酸化触媒において未燃燃料の酸化反応熱が発生しても、排気からＳＣＲ触媒へ伝達される熱量が少なくなる。また、多量の未燃燃料が酸化触媒へ供給された場合は、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化触媒において殆ど酸化されず、それに伴ってＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ２の量が僅かになる。さらに、ＳＣＲ触媒の温度が下限値より低いときは、該ＳＣＲ触媒の温度上昇量に比してＮＯＸ浄化率の上昇量が小さくなる場合もある。よって、酸化触媒が活性してからＳＣＲ触媒が活性するまでの期間において、内燃機関１が低負荷運転されたときに酸化触媒へ供給される未燃燃料の量が多くなると、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が低くなる可能性があった。
【００４３】
これに対し、内燃機関１が低負荷運転されたときに、排気の一部をＥＧＲガスとして内燃機関１の気筒内へ供給することにより、ＮＯＸ発生量を減少させる方法も考えられる。しかしながら、ＳＣＲ触媒が活性していないときは、内燃機関１が冷間状態にある可能性が高いため、ＮＯＸ発生量を減少させ得るのに十分な量のＥＧＲガスを供給することが困難である。
【００４４】
そこで、本実施例の昇温処理では、ＥＣＵ１０は、酸化触媒が活性してからＳＣＲ触媒が活性するまでの期間において、ＳＣＲ触媒の温度が下限値以上であり、且つ内燃機関１が低負荷運転されているときは、酸化触媒に対する未燃燃料の供給を停止するようにした。ここでいう「下限値」は、例えば、排気中にＮＯ２が存在することを条件として、ＳＣＲ触媒がＮＯＸを浄化することができる最低の温度である。
【００４５】
詳細には、ＥＣＵ１０は、図２に示すようなマップに従って未燃燃料の供給と停止を切り替える。図２は、内燃機関１の負荷と回転速度を引数とするマップの模式図であり、予め実験等を利用した適合処理によって定められたマップである。図２に示すように、排気温度が低くなる低負荷運転領域では、未燃燃料が酸化触媒に供給されない。一方、排気温度が高くなる高負荷運転領域では、未燃燃料が酸化触媒に供給される。ここでいう「低負荷運転領域」は、未燃燃料が酸化触媒へ供給されたと仮定した場合に、未燃燃料の反応熱による酸化触媒の温度上昇効果と、酸化触媒から排気へ伝達される熱による酸化触媒の温度低下効果とが相互に相殺される運転領域である。具体的には、図３に示すように、未燃燃料の供給によって酸化触媒の温度が上昇した場合に、該酸化触媒の温度が排気温度を上回る運転領域である。一方、「高負荷運転領域」は、未燃燃料が酸化触媒へ供給されたと仮定した場合に、未燃燃料の反応熱による酸化触媒の温度上昇効果と、排気から酸化触媒へ伝達される熱による酸化触媒の温度上昇効果との相乗効果が得られる運転領域である。具体的には、図４に示すように、未燃燃料の供給によって酸化触媒の温度が上昇した場合に、該酸化触媒の温度に比して排気温度が高くなる運転領域である。なお、図３、４中の「Ｘ」は、未燃燃料の供給開始から未燃燃料の反応熱が酸化触媒の温度に反映されるまで
に要する期間である。
【００４６】
図５は、図２のマップに従って未燃燃料の供給と停止が切り替えられた場合に、酸化触媒へ供給される未燃燃料の量と、ＳＣＲ触媒の温度と、酸化触媒から排出される排気のＮＯ２比率と、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率の経時変化を示すタイミングチャートである。図５中の実線は内燃機関１の運転状態に応じて未燃燃料の供給と停止が切り替えられた場合の経時変化を示し、図５中の一点鎖線は内燃機関１の運転状態にかかわらず未燃燃料が供給された場合の経時変化を示す。
【００４７】
図５において、ＳＣＲ触媒の温度が下限値Ｔｓ０以上であり、且つ内燃機関１が低負荷運転される期間（図５中のｔ１からｔ２の期間）において、未燃燃料の供給が停止された場合は停止されない場合に比べ、酸化触媒において酸化されるＮＯの量が増加する。その結果、未燃燃料の供給が停止された場合は停止されない場合に比べ、ＳＣＲ触媒の温度上昇速度が小さくなるものの、排気中のＮＯ２比率が高くなる。その結果、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率は、未燃燃料が供給される場合より供給されない場合の方が高くなる。なお、未燃燃料の供給と停止を切り替える処理は、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度に到達するまで実行される。ここでいう「活性温度」は、本発明に係わる「所定温度」に相当する温度であり、排気中のＮＯ２比率を高めることにより、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が高まる最低の温度である。
【００４８】
したがって、内燃機関１の運転状態に応じて未燃燃料の供給と停止が切り替えられた場合は、内燃機関１の運転状態にかかわらず未燃燃料が供給された場合に比べ、酸化触媒が活性してからＳＣＲ触媒が活性するまでの期間（ＳＣＲ触媒の温度が下限値から活性温度に上昇するまでの期間）におけるＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が高くなる（図６を参照）。なお、図６中の実線は内燃機関１の運転状態に応じて未燃燃料の供給と停止が切り替えられた場合のＮＯＸ浄化率を示し、一点鎖線は内燃機関１の運転状態にかかわらず未燃燃料が供給された場合のＮＯＸ浄化率を示す。また、図６中のＴｓ０は前記下限値を示し、Ｔｓ１はＳＣＲ触媒の活性温度を示す。
【００４９】
以下、本実施例における昇温処理の実行手順について図７に沿って説明する。図７は、昇温処理が実施される際にＥＣＵ１０が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。図７の処理ルーチンは、予めＥＣＵ１０のＲＯＭ等に記憶されており、ＥＣＵ１０（ＣＰＵ）によって周期的に実行される。
【００５０】
図７の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１の処理において、酸化触媒の温度が活性温度Ｔｄｏｃ以上であるか否かを判別する。ここでいう「活性温度Ｔｄｏｃ」は、酸化触媒の酸化機能が発現する最低の温度である。また、酸化触媒の温度としては、第一排気温度センサ８の出力信号を用いるものとする。
【００５１】
前記Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、該Ｓ１０１の処理を再度実行する。一方、前記Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０２の処理へ進む。
【００５２】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ１０は、未燃燃料を酸化触媒へ供給する。その際、ＥＣＵ１０は、膨張行程若しくは排気行程の気筒の燃料噴射弁１ａから燃料を噴射（アフター噴射）させることにより、未燃燃料を酸化触媒へ供給する。なお、ＥＣＵ１０がＳ１０２の処理を実行することにより、本発明に係わる昇温手段が実現される。
【００５３】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒の温度が下限値Ｔｓ０以上であるか否かを判別する。その際、ＳＣＲ触媒の温度としては、第二排気温度センサ９の出力信号を用いる
ものとする。Ｓ１０３の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０１の処理へ戻る。一方、Ｓ１０３の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４の処理へ進む。
【００５４】
Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１が低負荷運転状態にあるか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ１０は、機関負荷と機関回転速度から定まる内燃機関１の運転状態が図２中の「未燃燃料供給停止」領域に属するか否かを判別する。その際、ＥＣＵ１０は、機関負荷として、アクセルポジションセンサ１２の出力信号（アクセル開度）を用いるものとする。
【００５５】
前記Ｓ１０４の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５の処理へ進む。Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ１０は、酸化触媒に対する未燃燃料の供給を停止する。その場合、酸化触媒から流出する排気のＮＯ２比率が高まるため、それに伴ってＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率も高められる。なお、ＥＣＵ１０がＳ１０５の処理を実行することにより、本発明に係わる制御手段が実現される。
【００５６】
一方、前記Ｓ１０４の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６の処理へ進む。Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ１０は、酸化触媒に対する未燃燃料の供給を継続する。その場合、酸化触媒から流出する排気に含まれる熱量が多くなるため、ＳＣＲ触媒の温度が速やかに上昇する。ＳＣＲ触媒の温度が速やかに上昇すると、それに伴ってＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率も上昇する。
【００５７】
ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０５又は前記Ｓ１０６の処理を実行した後に、Ｓ１０７の処理を実行する。すなわち、Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度Ｔｓ１以上に上昇したか否かを判別する。
【００５８】
Ｓ１０７の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４の処理へ戻る。一方、Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０８の処理へ進み、酸化触媒に対する未燃燃料の供給を終了する。
【００５９】
以上述べたようにＥＣＵ１０が図７の処理ルーチンに従って昇温処理を実行することにより、酸化触媒が活性してからＳＣＲ触媒が活性するまでの期間において、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率を可能な限り高くすることができる。
【００６０】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００６１】
前述した第１の実施例では、ＳＣＲ触媒の温度が下限値から活性温度に上昇するまでの期間におけるＮＯＸ浄化率を高める例について述べたが、本実施例では、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上のときのＮＯＸ浄化率を高める例について述べる。
【００６２】
ＳＣＲ触媒の温度が活性温度に達したときに、内燃機関１の吸入空気量が減量されると、ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＮＯ２比率が高くなる。その結果、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が上昇する。
【００６３】
ところで、排気の温度が高くなる条件下においては、吸入空気量が減量された場合に比して、吸入空気量が増量された場合の方がＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が高くなる可能性がある。すなわち、排気温度が高いときに内燃機関１の吸入空気量が増量されると、ＳＣＲ触媒の温度上昇速度が速くなるため、それに伴ってＮＯＸ浄化率の増加速度も高くなる。
【００６４】
そこで、本実施例の内燃機関の排気浄化システムは、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上に達したときに、内燃機関１の吸入空気量を増量させる処理（増量処理）と内燃機関１の吸入空気量を減量させる処理（減量処理）のうち、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が高くなる方の処理を実行するようにした。
【００６５】
詳細には、ＥＣＵ１０は、先ず、酸化触媒の温度と吸入空気量の増加量をパラメータとして、ＳＣＲ触媒の温度上昇量を演算する。続いて、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒の温度上昇量をパラメータとして、ＮＯＸ浄化率の上昇量（以下、「第一上昇量」と称する）を演算する。また、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒の温度と吸入空気量の減少量とＮＯ２比率をパラメータとして、ＮＯＸ浄化率の上昇量（以下、「第二上昇量」と称する）を演算する。ＥＣＵ１０は、第一上昇量が第二上昇量より大きい場合は増量処理を実行し、第二上昇量が第一上昇量より大きい場合は減量処理を実行する。
【００６６】
このような方法により吸入空気量の増量処理と減量処理が切り替えられると、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上であるときのＮＯＸ浄化率を可能な限り高めることが可能になる。
【００６７】
なお、ＳＣＲ触媒の温度が十分に高いときに吸入空気量の増量処理が実施されると、ＳＣＲ触媒の温度が過剰に高くなる可能性がある。よって、ＳＣＲ触媒の温度が十分に高いときは、吸入空気量の増量処理に優先して減量処理が実施されるようにしてもよい。
【００６８】
また、内燃機関１が高負荷運転状態にあるときは排気の熱量が多いため、減量処理が実行された場合のＮＯＸ浄化率に比べ、増量処理が実行された場合のＮＯＸ浄化率の方が高くなる。一方、内燃機関１が低負荷運転状態にあるときは排気の熱量が少ないため、増量処理が実行された場合のＮＯＸ浄化率に比べ、減量処理が実行された場合のＮＯＸ浄化率の方が高くなる。よって、ＥＣＵ１０は、内燃機関１が低負荷運転状態にあるときは減量処理を実行し、内燃機関１が高負荷運転状態にあるときは増量処理を実行するようにしてもよい。
【００６９】
＜実施例３＞
次に、本発明の第３の実施例について図８に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００７０】
前述した第１の実施例では、ＳＣＲ触媒の温度が下限値から活性温度に上昇するまでの期間におけるＮＯＸ浄化率を高める例について述べたが、本実施例では、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上の温度域から活性温度未満の温度域へ低下したときのＮＯＸ浄化率を高める例について述べる。
【００７１】
ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上のときに内燃機関１の低負荷運転（例えば、アイドル運転）が継続されると、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度未満へ低下する可能性がある。言い換えると、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上から活性温度未満へ低下した場合は、内燃機関１の低負荷運転状態が継続されていると推定することができる。内燃機関１が低負荷運転されているときに未燃燃料が酸化触媒に供給されると、ＳＣＲ触媒の温度が十分に上昇しない上、排気中のＮＯ２比率の低下によってＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が却って低下する可能性がある。
【００７２】
そこで、本実施例の内燃機関の排気浄化システムでは、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上から活性温度未満へ低下した場合は、酸化触媒に対する未燃燃料の供給を行わないようにした。つまり、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上から活
性温度未満へ低下した場合は、ＳＣＲ触媒の温度が下限値以上且つ活性温度未満であるとともに内燃機関１が低負荷運転されている場合と同様に、酸化触媒に対する未燃燃料の供給を行わないようにした。このような方法によれば、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上から活性温度未満へ低下したときに、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率の低下量を少なく抑えることができる。
【００７３】
以下、本実施例において未燃燃料の供給を制御する手順について図８に沿って説明する。図８は、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上に上昇した後にＥＣＵ１０によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ１０のＲＯＭ等に記憶されている。
【００７４】
図８の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ２０１の処理において、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度Ｔｓ１未満に低下したか否かを判別する。Ｓ２０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０１の処理を再度実行する。一方、Ｓ２０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０２の処理へ進み、酸化触媒に対する未燃燃料の供給を制限する。すなわち、ＥＣＵ１０は、酸化触媒に対する未燃燃料の供給を禁止する。なお、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０２の処理を実行した後に、前述の第１の実施例の処理ルーチン（図７を参照）を実行するようにしてもよい。
【００７５】
以上述べた実施例によれば、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上から活性温度未満へ低下したときに、未燃燃料の供給に伴う燃料消費量の増加を抑制しつつ、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率の低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１     内燃機関
１ａ   燃料噴射弁
２     吸気通路
３     排気通路
４     スロットル弁
５     第一触媒ケーシング
６     第二触媒ケーシング
７     添加弁
８     第一排気温度センサ
９     第二排気温度センサ
１０   ＥＣＵ
１４   Ａ／Ｆセンサ
７０   ポンプ
７１   タンク
【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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