(57)【要約】【課題】排気通路に酸化触媒と選択還元型触媒とが設けられた内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置全体のＮＯｘ浄化率を上昇させる。【解決手段】酸化触媒への燃料供給量を制御する制御部が、酸化触媒の温度がその活性温度以上の所定の温度範囲に属する場合において、選択還元型触媒が非活性状態となるときには、酸化触媒によるＮＯｘの還元浄化が行われるように、燃料供給量を制御する第１制御と、酸化触媒の温度が所定の温度範囲を超える場合において、選択還元型触媒が非活性状態となるときには、選択還元型触媒によるＮＯｘ浄化率に関わらず、酸化触媒による燃料の酸化によって選択還元型触媒に流入する排気温度を上昇させるように、燃料供給量を制御する第２制御とを実行する。【選択図】図４
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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設けられ、酸化能を有する酸化触媒であって、更に、触媒温度がその活性温度以上の所定の温度範囲に属するときに、排気を介して供給された燃料を還元剤として用いることで排気中のＮＯｘを還元浄化可能な酸化触媒と、
前記酸化触媒に流入する排気を介して該酸化触媒に燃料を供給する燃料供給部と、
前記排気通路における前記酸化触媒より下流側に設けられ、アンモニアを還元剤として用いることで排気中のＮＯｘを還元浄化する選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒に流入する排気を介して該選択還元型触媒にアンモニアまたはアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、
前記燃料供給部による燃料供給量を制御する制御部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記制御部は、
前記酸化触媒の温度が前記所定の温度範囲に属する場合において、前記選択還元型触媒が非活性状態となるときには、該酸化触媒によるＮＯｘの還元浄化が行われるように、前記燃料供給部による燃料供給量を制御する第１制御と、
前記酸化触媒の温度が前記所定の温度範囲を超える場合において、前記選択還元型触媒が非活性状態となるときには、前記選択還元型触媒によるＮＯｘ浄化率に関わらず、該酸化触媒による燃料の酸化によって該選択還元型触媒に流入する排気温度を上昇させるように、前記燃料供給部による燃料供給量を制御する第２制御と、
を実行する、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記酸化触媒の温度がその活性温度以上の場合において、前記選択還元型触媒が活性状態と非活性状態の間の過渡状態となるときには、該選択還元型触媒に流入する排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との比率を、該過渡状態にある該選択還元型触媒によるＮＯｘ浄化率を所定浄化率とする所定の比率としながら、該酸化触媒による燃料の酸化によって該選択還元型触媒に流入する排気温度を上昇させるように、前記燃料供給部による燃料供給量を制御する第３制御を実行する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記酸化触媒の温度がその活性温度以上の場合において、前記選択還元型触媒が前記過渡状態となるときであって、前記第１制御が実行されるときの前記酸化触媒のＮＯｘ浄化率が、前記第３制御が実行されるときの前記選択還元型触媒のＮＯｘ浄化率より高いと予測されるときは、前記第３制御に替えて前記第１制御を実行する、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記酸化触媒の温度がその活性温度以上の場合において、前記選択還元型触媒が前記過渡状態となるときにおける前記第３制御の実行に加えて、前記選択還元型触媒の温度がその活性温度より高い場合に、前記酸化触媒の温度により前記選択還元型触媒の温度が低下して前記過渡状態に移行すると予測されるときにも前記第３制御を実行する、請求項２または３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記酸化触媒の温度がその活性温度以上の場合において、前記選択還元型触媒が前記過渡状態となるときであって、前記酸化触媒の温度により前記選択還元型触媒の温度が上昇して活性状態に移行すると予測されるときは、前記第３制御を禁止する、請求項２から４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、排気通路に酸化触媒と選択還元型触媒が設けられた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気通路に、酸化能を有する酸化触媒と、この酸化触媒よりも下流側に、排気内の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択還元する選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）を備える排気浄化装置が知られている。酸化触媒は、内燃機関から排出される未燃の燃料や一酸化酸素を浄化したり、供給装置から供給される燃料を酸化して排気温度を上昇させたりすることができる。なお、酸化触媒は、排気内の燃料を還元剤として用いて排気内に含まれるＮＯｘを選択還元することができる。そこで、排気通路を流通する排気の温度が第１温度域にあるときは、酸化触媒でＮＯｘ浄化を行うために燃料を供給し、排気の温度がこの第１温度域より高い第２温度域にあるときは、ＳＣＲ触媒でＮＯｘ浄化を行うために尿素水を供給する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−４１４５４号公報
【特許文献２】特開２００４−６０５１５号公報
【特許文献３】特許第３４８２８７４号公報
【特許文献４】特開２００３−３４３２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、酸化触媒やＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化能は、実際には触媒温度（床温）に依存する。排気温度の変化は触媒の床温変化と常に一致するわけではないため、排気温度に基づいて酸化触媒への燃料供給とＳＣＲ触媒への尿素水供給とを使い分ける特許文献１に記載の技術では、還元剤の供給を各触媒の床温に応じて適切に行うことは難しい。その結果、各触媒においてＮＯｘ浄化能が有効に発揮されない虞がある。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、排気通路に酸化触媒とＳＣＲ触媒とが設けられた内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置全体のＮＯｘ浄化率を上昇させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能を有する酸化触媒であって、更に、触媒温度がその活性温度以上の所定の温度範囲に属するときに排気を介して供給された燃料を還元剤として用いることで排気中のＮＯｘを還元浄化可能な酸化触媒と、
前記酸化触媒に流入する排気を介して該酸化触媒に燃料を供給する燃料供給部と、
前記排気通路における前記酸化触媒より下流側に設けられ、アンモニアを還元剤として用いることで排気中のＮＯｘを還元浄化する選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒に流入する排気を介して該選択還元型触媒にアンモニアまたはアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、
前記燃料供給部による燃料供給量を制御する制御部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記制御部は、
前記酸化触媒の温度が前記所定の温度範囲に属する場合において、前記選択還元型触媒が非活性状態となるときには、該酸化触媒によるＮＯｘの還元浄化が行われるように、前記燃料供給部による燃料供給量を制御する第１制御と、
前記酸化触媒の温度が前記所定の温度範囲を超える場合において、前記選択還元型触媒が非活性状態となるときには、前記選択還元型触媒によるＮＯｘ浄化率に関わらず、該酸化触媒による燃料の酸化によって該選択還元型触媒に流入する排気温度を上昇させるように、前記燃料供給部による燃料供給量を制御する第２制御と、
を実行するようにした。
【０００７】
酸化触媒は、触媒温度が所定の活性温度以上になると、十分な酸化能を発揮して排気内の燃料や一酸化炭素を酸化することができる。なお、酸化触媒は、触媒温度がこの活性温度以上の所定の温度範囲に属するときには、更に、排気を介して供給された燃料を還元剤として用いて排気中のＮＯｘをある程度還元浄化することができる。
【０００８】
一方、選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）は、アンモニアを還元剤として用いることで、排気内のＮＯｘを還元浄化する。一般に、内燃機関の排気浄化装置においては、ＮＯｘの浄化はＳＣＲ触媒によって主に行われる。ＳＣＲ触媒は、触媒温度が高温側の所定の閾温度以上になると、ＮＯｘ浄化率の高い活性状態になる。一方、ＳＣＲ触媒は、触媒温度が低温側の所定の閾温度以下になると、ＮＯｘ浄化率の低い非活性状態となる。
【０００９】
そこで、本発明の制御部は、酸化触媒の温度がその活性温度以上の所定の温度範囲に属する場合において、ＳＣＲ触媒が非活性状態となるときには、該酸化触媒によるＮＯｘの還元浄化が行われるように、燃料供給部による燃料供給量を制御する第１制御を実行する。これにより、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化能が低いときであっても、ＮＯｘ浄化能が発揮される状態にある酸化触媒に燃料が供給されることによって、酸化触媒によるＮＯｘの還元浄化が促進される。その結果、排気浄化装置のＮＯｘ浄化能を可及的に確保することができる。
【００１０】
また、本発明の制御部は、酸化触媒の温度が当該所定の温度範囲を超える場合において、ＳＣＲ触媒が非活性状態となるときには、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘ浄化率に関わらず、該酸化触媒による燃料の酸化によって該選択還元型触媒に流入する排気温度を上昇させるように、燃料供給部による燃料供給量を制御する第２制御を実行する。このときには、酸化触媒の触媒温度が高いために、酸化触媒によるＮＯｘの還元浄化を期待することはできないが、酸化触媒による燃料の酸化能は十分に高くなっている。そこで、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘ浄化率に関わらず、該酸化触媒による燃料の酸化によって該選択還元型触媒に流入する排気温度を上昇させるように燃料を供給することで、ＳＣＲ触媒の昇温に特化した燃料の供給を行うことができる。その結果、ＳＣＲ触媒をより速やかに活性状態に移行させることができるため、ＮＯｘ浄化能の高いＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率を早期に上昇させて、排気浄化装置のＮＯｘ浄化能を可及的に確保することができる。
【００１１】
以上より、本発明によれば、酸化触媒の温度がその活性温度以上の場合において、ＳＣＲ触媒が非活性状態となるときには、酸化触媒の温度に応じて、よりＮＯｘ浄化能が発揮される触媒のＮＯｘ浄化率が上昇するように、燃料供給部による燃料供給量が制御される。ゆえに、排気浄化装置全体のＮＯｘ浄化率を上昇させることができる。
【００１２】
なお、ＳＣＲ触媒は、その触媒温度が上述の高温側の所定の閾温度と低温側の所定の閾温度で定まる温度範囲内にあるときは、活性状態と非活性状態との間の過渡状態になる。ＳＣＲ触媒が過渡状態にある場合には、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率と触媒温度との間には相関関係があり、触媒温度が高くなるとＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が高くなる。ただし、このときのＮＯｘ浄化率は、活性状態のときのそれ以下になる。また、ＳＣＲ触媒が過渡
状態にある場合には、ＮＯｘ浄化率と、ＳＣＲ触媒に流入する排気中の一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ２）の比率（ＮＯ２比率）との間にも相関関係があり、ＮＯ２比率が所定の比率になると、特定のＮＯｘの還元反応が促進されるときの所定の浄化率となる。
【００１３】
そこで、本発明の制御部は、酸化触媒の温度がその活性温度以上の場合において、ＳＣＲ触媒が過渡状態となるときには、該ＳＣＲ触媒に流入する排気中のＮＯ２比率を、過渡状態にあるＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率を上述の所定浄化率とする所定の比率としながら、該酸化触媒による燃料の酸化によって該ＳＣＲ触媒に流入する排気温度を上昇させるように、燃料供給部による燃料供給量を制御する第３制御を実行するようにしてもよい。これにより、過渡状態にあるＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率を可及的に高くしながら、ＳＣＲ触媒を昇温させて速やかに活性状態に移行させることが可能になる。その結果、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率を早期に上昇させて、排気浄化装置のＮＯｘ浄化能を可及的に確保することができる。
【００１４】
また、本発明の制御部は、酸化触媒の温度がその活性温度以上の場合において、ＳＣＲ触媒が過渡状態となるときであって、第１制御が実行されるときの酸化触媒のＮＯｘ浄化率が、第３制御が実行されるときの選択還元型触媒のＮＯｘ浄化率より高いと予測されるときは、第３制御に替えて第１制御を実行するようにしてもよい。これにより、酸化触媒のＮＯｘ浄化率がより上昇すると予測されるときに、第３制御に替えて第１制御が実行されるため、排気浄化装置全体のＮＯｘ浄化率を確実に上昇させることができる。
【００１５】
また、本発明の制御部は、酸化触媒の温度がその活性温度以上の場合において、ＳＣＲ触媒が過渡状態となるときにおける第３制御の実行に加えて、ＳＣＲ触媒の温度がその活性温度以上の場合に、酸化触媒の温度によりＳＣＲ触媒の温度が低下して過渡状態に移行すると予測されるときにも第３制御を実行するようにしてもよい。例えば、酸化触媒の温度がＳＣＲ触媒の温度に比して十分に低いときは、酸化触媒から流出する低温の排気が下流側に配置されたＳＣＲ触媒に流入してＳＣＲ触媒の温度を低下させる虞がある。これにより、ＳＣＲ触媒の温度が過渡状態となる温度まで低下することによって、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が低下する可能性がある。本発明によれば、このような場合に、第３制御が予め実行されるため、過渡状態への移行後においてＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が低下することが未然に抑制される。
【００１６】
また、本発明の制御部は、酸化触媒の温度がその活性温度以上の場合において、ＳＣＲ触媒が過渡状態となるときであって、酸化触媒の温度によりＳＣＲ触媒の温度が上昇して活性状態に移行すると予測されるときは、第３制御を禁止するようにしてもよい。例えば、酸化触媒の温度が、ＳＣＲ触媒の温度に比して十分に高いときは、酸化触媒から流出される高温の排気がＳＣＲ触媒に流入することによってＳＣＲ触媒の温度が上昇すると予測される。つまり、ＳＣＲ触媒の昇温を実行しなくても、ＳＣＲ触媒の温度が上昇して活性状態に移行すると予測される。本発明によれば、このような場合には第３制御を禁止するため、燃料供給量を低減させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、排気通路に酸化触媒とＳＣＲ触媒が配置された内燃機関の排気浄化装置において、酸化触媒とＳＣＲ触媒の温度に応じて、よりＮＯｘ浄化能が発揮される触媒のＮＯｘ浄化率が上昇するように、燃料供給部による燃料供給量が制御されるため、排気浄化装置全体のＮＯｘ浄化率を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関と排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る酸化触媒の床温とＮＯｘ浄化率との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例１に係るＳＣＲ触媒の床温とＮＯｘ浄化率との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例１に係る燃料供給の制御モードを説明する図である。
【図５】本発明の実施例１に係る燃料供給制御のフローチャートである。
【図６】本発明の実施例２に係る燃料供給の制御モードを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の構成について説明する。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自動車用の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に限られず、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。
【００２１】
内燃機関１は、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁２を備えている。また、内燃機関１には、内燃機関１の気筒内から排出される排気を流通させるための排気通路３が接続されている。排気通路３には、上流側から順に、燃料添加弁４、酸化触媒５、第１排気温度センサ６、ＤＰＦ７、尿素水添加弁８、第１ＮＯｘセンサ９、選択還元型触媒１０（以下、「ＳＣＲ触媒１０」という）、第２ＮＯｘセンサ１１及び第２排気温度センサ１２が配置されている。燃料供給部としての燃料添加弁４は、排気通路３内を流通する排気に燃料を噴射し、酸化触媒５に燃料を供給する。なお、燃料噴射弁２によって、気筒内で燃焼が発生した後に燃料を噴射するアフター噴射やポスト噴射を行って、酸化触媒５に燃料を供給してもよい。この場合には、燃料噴射弁２が本実施例における燃料供給部に相当する。
【００２２】
酸化触媒５は、内燃機関１から排出される未燃の燃料や一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化し、これらが大気へ排出されることを抑制する。また、燃料噴射弁２や燃料添加弁４によって供給された燃料を酸化して排気温度を上昇させる。排気温度の上昇は、例えばＤＰＦ７の再生処理の実行時に行われる。なお、酸化触媒５は、触媒温度がその活性温度以上の所定の温度範囲に属するときには、燃料を還元剤として用いて、内燃機関１から排出されたＮＯｘを選択還元して浄化することもできる（詳細は後述）。
【００２３】
ＳＣＲ触媒１０は、アンモニアを用いて排気中のＮＯｘを窒素（Ｎ２）に選択還元してＮＯｘの浄化を行う。内燃機関１においては、ＮＯｘの浄化はＳＣＲ触媒１０によって主に行われる。つまり、活性状態にあるＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化能は、酸化触媒５によって発揮される浄化能に比して高い。ＳＣＲ触媒１０は、筒状のケーシング内に、流入したアンモニアを吸着する機能を有する触媒担体を収容している。この触媒担体は、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基材に、アルミナ系またはゼオライト系の活性成分（担体）がコーティングされたものである。なお、本実施例においては、ＤＰＦ７とＳＣＲ触媒１０を別々に設けているが、両者が一体化されたＳＣＲ触媒を用いてもよい。
【００２４】
ＳＣＲ触媒１０より上流側の排気通路３には、排気通路３内を流通する排気にアンモニアの前駆体としての尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ）が溶解された尿素水を添加する尿素水添加
弁８が配置されている。尿素水添加弁８は、ポンプ８０を介して尿素水タンク８１に接続されており、尿素水タンク８１からポンプ８０によって圧送されてくる尿素水を排気通路３内へ噴射する。噴射された尿素水は、排気の熱による加水分解反応によってアンモニアを発生する。このようにして発生したアンモニアがＳＣＲ触媒１０において還元剤として消費される。なお、尿素水の替わりにアンモニアが溶解されたアンモニア水を添加するようにしてもよい。
【００２５】
以上のように構成された内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、燃料噴射弁２、燃料添加弁４、尿素水添加弁８、ポンプ８０等の各種機器と電気的に接続されており、これらを電気的に制御する。また、ＥＣＵ２０は、第１排気温度センサ６、第１ＮＯｘセンサ９、第２ＮＯｘセンサ１１、第２排気温度センサ１２、エアフローメータ１３、回転計１４等の各種センサと電気的に接続されている。
【００２６】
第１排気温度センサ６は、排気通路３における酸化触媒５の下流側に配置され、酸化触媒５から流出する排気の温度に相関する電気信号を出力する。ＥＣＵ２０は、第１排気温度センサ６から出力された電気信号を用いて、酸化触媒５の触媒温度（床温）を推定する。また、第２排気温度センサ１２は、排気通路３におけるＳＣＲ触媒１０の下流側に配置され、ＳＣＲ触媒１０から流出する排気の温度に相関する電気信号を出力する。ＥＣＵ２０は、第２排気温度センサ１２から出力された電気信号を用いて、ＳＣＲ触媒１０の床温を推定する。
【００２７】
また、第１ＮＯｘセンサ９は、排気通路３におけるＳＣＲ触媒１０の上流側に配置され、ＳＣＲ触媒１０に流入する排気内のＮＯｘ濃度に相関する電気信号を出力する。また、第２ＮＯｘセンサ１１は、排気通路３におけるＳＣＲ触媒１０の下流側に配置され、ＳＣＲ触媒１０から流出する排気内のＮＯｘ濃度に相関する電気信号を出力する。ＥＣＵ２０は、これら２つのＮＯｘセンサから出力された電気信号を用いて、ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率を推定する。
【００２８】
また、エアフローメータ１３は、内燃機関１の吸気通路に配置され、内燃機関１に吸入される吸気量に相関する電気信号を出力する。ＥＣＵ２０は、エアフローメータ１３から出力された電気信号を用いて、内燃機関１の気筒内に吸入される酸素量を算出する。更に、ＥＣＵ２０は、算出された酸素量や、燃料噴射弁２によって噴射される燃料量、回転計１４によって検出される内燃機関１の機関回転数等を用いて、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量、すなわち、酸化触媒５に流入するＮＯｘ量を推定する。
【００２９】
次に、本実施例に係る酸化触媒５の触媒機能について説明する。酸化触媒５は、床温が活性温度としての所定の温度Ｔｄ１（例えば、１５０℃）以上になると、触媒が活性化されて、次の反応式１で示される酸化反応１によって燃料（炭化水素ＨＣ）を酸化する。
２ＨＣ＋５／２Ｏ２→２ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ    …（１）
【００３０】
この酸化反応は発熱反応である。そのため、ＳＣＲ触媒１０の昇温や、ＤＰＦ７の再生処理が実行される際には、酸化触媒５から流出する排気の温度を上昇させるために、酸化触媒５への燃料供給が実行される。
【００３１】
一方、酸化触媒５は、ＳＣＲ触媒１０には劣るものの、燃料を還元剤として用いてＮＯｘをある程度選択還元することができる。より詳細には、酸化触媒５は、燃料に含まれる炭化水素（例えば、プロピレン（Ｃ３Ｈ６））を還元剤として用いて、次の反応式２で示される還元反応２によって、ＮＯｘ中のＮＯ２を選択還元することができる。
ＮＯ２＋２／９Ｃ３Ｈ６→１／２Ｎ２＋２／３ＣＯ２＋２／３Ｈ２Ｏ    …（２）
【００３２】
なお、内燃機関１から排出される排気内のＮＯｘの中では、ＮＯの割合が最も高い。そのため、酸化触媒５においてＮＯｘが効果的に浄化されるためには、その前提として、酸化触媒５において次の反応式３で示されるＮＯの酸化反応３が促進されて、還元反応２に供されるＮＯ２が生成されることが必要になる。
２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２    …（３）
【００３３】
酸化触媒５に供給された燃料は、酸化反応１と還元反応２に供される。ただし、酸化触媒５においては、酸化反応１の方が生じやすいため、供給された燃料は酸化反応１によって優先的に消費される。そのため、燃料の供給量によっては、酸化反応１が過度に促進される可能性がある。酸化触媒５の酸化能は、床温が一定のときには一定であり、また、排気内の酸素には限りがあるため、酸化反応１が過度に促進されることによって酸素が消費されると、酸化反応３が抑制される可能性がある。酸化反応３が抑制されると、酸化反応３によって生成されるＮＯ２の量が減少するため、還元反応２が抑制されることになり、結果的に酸化触媒５のＮＯｘ浄化能が低下する虞がある。そのため、酸化触媒５によってＮＯｘが効果的に浄化されるためには、酸化触媒５に適切な量の燃料を供給する必要がある。
【００３４】
酸化触媒５に適切な量の燃料が供給された場合、酸化触媒５は、図２に示されるような特性を示す。なお、図２は、酸化触媒５に適切な量の燃料が供給されたときにおける酸化触媒５の床温とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。図２に示されるように、酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ１より低いときは、酸化触媒５の酸化能が低いためにＮＯｘ浄化率は低くなる。一方、床温が温度Ｔｄ２（例えば、約２８０℃）より高くなると、酸化触媒５の酸化能が十分に高くなるものの、燃料が酸化される酸化反応１が支配的に生じるため、ＮＯ２の還元反応が抑制されてＮＯｘ浄化率は低くなる。つまり、酸化触媒５は、触媒温度がその活性温度Ｔｄ１以上の所定の温度範囲である、温度Ｔｄ１から温度Ｔｄ２までの温度範囲に属するときに、排気中のＮＯｘを効果的に還元浄化することができる。そのため、酸化触媒５のＮＯｘ浄化能を効果的に発揮させるためには、酸化触媒５の床温がこの温度範囲にあるときに、適切な量の燃料を供給する制御を行えばよい。
【００３５】
次に、本実施例に係るＳＣＲ触媒１０の触媒機能について図３を用いて説明する。なお、図３は、ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率と床温との関係を示す図である。また、図３においては、破線が排気内のＮＯ２比率（ＮＯとＮＯ２の合計の物質量に対するＮＯ２の物質量の比率）が５０％のときのＮＯｘ浄化率を示し、実線及び１点鎖線が、それぞれＮＯ２比率が４０％のとき及び３０％のときのＮＯｘ浄化率を示している。
【００３６】
図３に示されるように、ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ１（例えば、約１５０℃）以下のときは、ＳＣＲ触媒１０は非活性状態にあって、ＮＯｘ浄化率は低い。一方、床温が温度Ｔｓ２（例えば、約２００℃）以上のときは、ＳＣＲ触媒１０は活性状態にあって、ＮＯｘ浄化率は高い。非活性状態と活性状態の何れの状態においても、ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率は、排気内のＮＯ２比率の影響をあまり受けない。なお、この温度Ｔｓ２が、ＳＣＲ触媒１０の活性温度に相当する。そして、ＳＣＲ触媒１０は、床温が温度Ｔｓ１から温度Ｔｓ２までの温度範囲にあるときは、活性状態と非活性状態との間の過渡状態にある。過渡状態にあるＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率は、温度が高くなると高くなる傾向にあり、また、ＮＯ２比率に応じて変動する。
【００３７】
詳細には、図３に示されるように、過渡状態にあるＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率は、ＮＯ２比率が５０％に近いほどＮＯｘ浄化率が高い。これは、過渡状態にあるＳＣＲ触媒１０においては、ＮＯとＮＯ２が１：１の比率で反応する、反応式（４）に示される還元反応４が支配的に発生することに因る。
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ      …（４）
【００３８】
ゆえに、ＳＣＲ触媒１０内におけるＮＯとＮＯ２の比率が１：１、すなわち、ＮＯ２比率が５０％に近いほど、還元反応４が促進されるため、ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率が高くなる。したがって、ＳＣＲ触媒１０が過渡状態にあるときは、ＳＣＲ触媒１０に流入する排気のＮＯ２比率を、還元反応４が促進されるような所定の比率に近付けることによって、ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率を、ＮＯ２比率が５０％のときにおける所定の浄化率まで上昇させることができる。そのため、酸化触媒５に供給する燃料の量を適切に制御して、酸化触媒５から流出する排気（すなわち、ＳＣＲ触媒１０に流入する排気）のＮＯ２比率を当該所定の比率に近付ければ、過渡状態にあるＳＣＲ触媒１０に流入する排気のＮＯｘ浄化率を所定の浄化率まで上昇させながら、ＳＣＲ触媒１０の昇温を図ることができる。
【００３９】
次に、本実施例に係る排気浄化装置のＮＯｘ浄化率を上昇させるためにＥＣＵ２０が実行する燃料供給制御について、図４を用いて説明する。なお、燃料供給制御とは、本実施例における制御部としてのＥＣＵ２０によって実行される、燃料噴射弁２や燃料添加弁４から供給される燃料の量の制御である。また、図４は、酸化触媒５の床温が活性温度である温度Ｔｄ１以上の場合において、ＳＣＲ触媒１０の床温が活性温度である温度Ｔｓ２以下のときに、ＥＣＵ２０によって実行される燃料供給制御の制御モードを説明する図である。なお、図４に示されるように、酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ１未満の場合には、供給された燃料が十分に酸化されずに流出する虞があるため、ＥＣＵ２０によって燃料供給が禁止される。
【００４０】
酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ１と温度Ｔｄ２までの温度範囲に属する場合において、ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ１以下のときは、酸化触媒５がＮＯｘ浄化能を発揮できる状態にあるのに対してＳＣＲ触媒１０は非活性状態にある。このときには、図４に示されるように、ＥＣＵ２０によって、「ＨＣ−ＳＣＲモード」が実行される。この制御モードは、上述したように、酸化触媒５によるＮＯｘ還元浄化が行われるように燃料供給量が制御されるモードである。これにより、ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化能が低いときであっても、ＮＯｘ浄化能がより発揮される状態にある酸化触媒５によるＮＯｘの還元浄化が促進されるため、排気浄化装置のＮＯｘ浄化率が上昇する。ここで、この制御モードの実行時に供給される燃料の量は、酸化触媒５の床温等に基づいて定まる量であり、実験等によって予め求めておけばよい。なお、この制御モードが、本発明における第１制御に相当する。
【００４１】
酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ２より高い場合において、ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ１以下のときは、酸化触媒５が排気内のＮＯｘを効果的に浄化できない状態にあり、更に、ＳＣＲ触媒１０も非活性状態にある。ただし、このときには、酸化触媒５は、床温が高いために酸化能は高い。そのため、このときには、図４に示されるように、ＥＣＵ２０によって、「ＮＯ２ガード無しＳＣＲ昇温モード」が実行される。この制御モードは、ＳＣＲ触媒１０によるＮＯｘ浄化率に関わらず、酸化触媒５による燃料の酸化によってＳＣＲ触媒１０に流入する排気温度を上昇させるように燃料供給量が制御されるモードである。これにより、ＳＣＲ触媒１０の昇温に特化した燃料の供給を行うことができる。その結果、ＳＣＲ触媒１０がより早期に昇温されるため、ＮＯｘ浄化能の高いＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率を効果的に上昇させることができる。ここで、この制御モードの実行時に供給される燃料の量は、エアフローメータ１３によって検出される空気量や、ＳＣＲ触媒１０の床温等に基づいて定まる量であり、実験等によって予め求めておけばよい。なお、この制御モードが、本発明における第２制御に相当する。
【００４２】
酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ１以上の場合において、ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ
１から温度Ｔｓ２までの範囲にあるときは、ＳＣＲ触媒１０は過渡状態にある。このときには、図４に示されるように、ＥＣＵ２０によって、「ＮＯ２ガード有りＳＣＲ昇温モード」が実行される。この制御モードは、ＳＣＲ触媒１０に流入する排気中のＮＯとＮＯ２との比率を、過渡状態でのＳＣＲ触媒１０によるＮＯｘ浄化率を所定浄化率とする所定の比率としながら、酸化触媒５による燃料の酸化によってＳＣＲ触媒１０に流入する排気温度が上昇するように燃料供給量が制御されるモードである。これにより、過渡状態にあるＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率を所定浄化率に近付けながら、ＳＣＲ触媒１０を昇温させてＮＯｘ浄化率を上昇させることができる。ここで、この制御モードの実行時に供給される燃料の量は、エアフローメータ１３によって検出される空気量や、燃料噴射弁２によって噴射される燃料噴射量等に基づいて定まる量であり、実験等によって予め求めておけばよい。なお、この制御モードが、本発明における第３制御に相当する。
【００４３】
次に、本実施例における燃料供給制御の実行手順について図５を用いて説明する。図５は、ＥＣＵ２０が実行する制御フローを示したフローチャートである。この制御フローは、内燃機関１の運転時に周期的に実行される。
【００４４】
本制御フローが開始されると、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０１において、今回の制御フロー実行時における酸化触媒５の床温とＳＣＲ触媒１０の床温を取得する。上述のように、酸化触媒５の床温及びＳＣＲ触媒１０の床温は、それぞれ第１排気温度センサ６及び第２排気温度センサ１２に検出される排気温度から推定される。
【００４５】
次に、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２において、酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ１以上であるかを判定する。本ステップにおいて否定判定がなされた場合は、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０３に進んで燃料供給を禁止して、本ルーチンを終了する。
【００４６】
ステップＳ１０２において肯定判定が下された場合は、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０４に進み、ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ２以下であるかを判定する。本ステップにおいて否定判定がなされた場合は、ＳＣＲ触媒１０は既に活性状態にあって、ＮＯｘ浄化率が十分に高いと考えられる。そこで、ＥＣＵ２０は、排気浄化装置のＮＯｘ浄化率の上昇を目的とした燃料供給を実行せずに本フローを終了する。
【００４７】
一方、ステップＳ１０４において肯定判定が下された場合は、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０５に進み、ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ１以上であるかを判定する。本ステップにおいて否定判定がなされた場合は、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０６に進んで酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ２以下であるかを判定する。
【００４８】
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合は、以前の判定結果と合わせて、酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ１と温度Ｔｄ２までの温度範囲に属し、且つ、ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ１より低いことを意味する。そこで、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０７に進んで、ＨＣ−ＳＣＲモードを実行して酸化触媒５のＮＯｘ浄化率を上昇させる。ステップＳ１０７が実行されると、本フローは終了される。
【００４９】
一方、ステップＳ１０６で否定判定がなされた場合は、以前の判定結果と合わせて、酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ２より高く、且つ、ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ１より低いことを意味する。そこで、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０８に進んで、ＮＯ２ガード無しＳＣＲ昇温モードを実行する。これにより、ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率が上昇する。ステップＳ１０８が実行されると、本フローは終了される。
【００５０】
なお、ステップＳ１０５において肯定判定がなされた場合は、以前の判定結果と合わせて、酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ１以上であり、且つ、ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ
１と温度Ｔｓ２までの温度範囲にあることを意味する。つまり、ＳＣＲ触媒１０は過渡状態にある。そこで、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０９に進んでＮＯ２ガード有りＳＣＲ昇温モードを実行する。これにより、過渡状態にあるＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率を所定浄化率に近付けながら、ＳＣＲ触媒１０を昇温させてＮＯｘ浄化率を上昇させることができる。ステップＳ１０９が実行されると、本フローは終了される。
【００５１】
以上より、本実施例によれば、酸化触媒５の床温が活性温度以上の場合において、酸化触媒５とＳＣＲ触媒１０の床温に基づいて、燃料供給制御の制御モードを選択して実行するため、よりＮＯｘ浄化能が発揮される触媒のＮＯｘ浄化率が上昇するように適切に燃料供給を行うことができる。その結果、排気浄化装置全体のＮＯｘ浄化率を上昇させることが可能になる。
【００５２】
［実施例２］
次に、本発明の変形例としての実施例２について説明する。本実施例に係る内燃機関及び排気浄化装置の概略構成は実施例１と同様である。以下、本実施例に係る燃料供給制御について、実施例１とは異なる点を中心に図６を用いて説明する。なお、図６は、実施例２においてＥＣＵ２０によって実行される燃料供給制御の制御モードを説明する図である。
【００５３】
本実施例においては、酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ１から温度Ｔｄ２までの範囲にある場合において、ＳＣＲ触媒１０が過渡状態となるときであって、ＨＣ−ＳＣＲモードが実行されるときの酸化触媒５のＮＯｘ浄化率が、ＮＯ２ガード有りＳＣＲ昇温モードが実行されるときのＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率より高いと予測されるときは、ＮＯ２ガード有りＳＣＲ昇温モードに替えてＨＣ−ＳＣＲモードが実行される。
【００５４】
酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ１から温度Ｔｄ２までの範囲にある場合において、ＳＣＲ触媒１０が過渡状態にあるときは、酸化触媒５とＳＣＲ触媒１０の双方が、適切な量の燃料供給が実行されるとＮＯｘの還元浄化能を効果的に発揮できる状態にある。本実施例によれば、酸化触媒５のＮＯｘ浄化率がより高くなると予測される場合にＨＣ−ＳＣＲモードが実行されるため、排気浄化装置全体のＮＯｘ浄化率を確実に上昇させることができる。なお、この予測は、ＥＣＵ２０によって推定された酸化触媒５の床温やＳＣＲ触媒１０の床温等に基づいて行えばよい。例えば、ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ１に近いほど、ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率が低くなるため、酸化触媒５の床温とＳＣＲ触媒１０の床温が図６に示される領域Ａ内にある場合は、酸化触媒５のＮＯｘ浄化率が、ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率より高くなると予測される。
【００５５】
また、本実施例においては、酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ１以上の場合において、ＳＣＲ触媒１０が過渡状態にあるときにＮＯ２ガード有りＳＣＲ昇温モードが実行されるのに加えて、ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ２より高い場合に、酸化触媒５の床温によりＳＣＲ触媒１０の床温が低下して過渡状態に移行すると予測されるときにも、ＮＯ２ガード有りＳＣＲ昇温モードが実行される。
【００５６】
ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ２以上であることによって、ＳＣＲ触媒１０が活性状態にある場合であっても、酸化触媒５の床温がＳＣＲ触媒１０の床温に比して十分に低いときは、酸化触媒５から流出する低温の排気が下流側に配置されたＳＣＲ触媒１０に流入してＳＣＲ触媒１０の床温を低下させる虞がある。これにより、ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ２を下回って、ＳＣＲ触媒１０が過渡状態に移行する虞がある。つまり、ＥＣＵ２０によって推定された酸化触媒５の床温が、ＳＣＲ触媒１０の床温に比して十分に低い場合（例えば、酸化触媒５の床温とＳＣＲ触媒１０の床温が図６に示される領域Ｂ内にある場合）は、酸化触媒５の床温によりＳＣＲ触媒１０の床温が低下して過渡状態に移行す
ると予測される。本実施例によれば、このような場合にも、ＮＯ２ガード有りＳＣＲ昇温モードが予め実行される。これにより、過渡状態への移行後においてＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化率が低下することが未然に抑制される。その結果、排気浄化装置のＮＯｘ浄化率の低下を抑制することが可能になる。
【００５７】
また、本実施例においては、酸化触媒５の床温が温度Ｔｄ１以上の場合において、ＳＣＲ触媒１０が過渡状態にあるときであって、酸化触媒５の床温によりＳＣＲ触媒１０の床温が上昇して活性状態に移行すると予測されるときは、ＮＯ２ガード有りＳＣＲ昇温モードが禁止される。
【００５８】
ＳＣＲ触媒１０の床温が温度Ｔｓ１から温度Ｔｓ２までの範囲にあることによって、ＳＣＲ触媒１０が過渡状態にある場合であっても、酸化触媒５の床温がＳＣＲ触媒１０の床温に比して十分に高いときは、酸化触媒５から流出する高温の排気がＳＣＲ触媒１０に流入することによってＳＣＲ触媒１０の床温が上昇すると予測される。つまり、第１排気温度センサ６からの出力信号に基づいて推定された酸化触媒５の床温が、第２排気温度センサ１２からの出力信号に基づいて推定されたＳＣＲ触媒１０の床温に比して十分に高い場合（例えば、酸化触媒５の床温とＳＣＲ触媒１０の床温が図６に示される領域Ｃ内にある場合）は、酸化触媒５の床温によりＳＣＲ触媒１０の床温が上昇して活性状態に移行すると予測される。本実施例によれば、このような場合に、ＮＯ２ガード有りＳＣＲ昇温モードが禁止されるため、燃料供給量を低減させることが可能になる。
【符号の説明】
【００５９】
１     内燃機関
２     燃料噴射弁
３     排気通路
４     燃料添加弁
５     酸化触媒
１０   ＳＣＲ触媒
２０   ＥＣＵ
【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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