(57)【要約】  本発明は、パティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタより下流に配置されたＳＣＲとを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、大気中に排出されるＮＯＸ量を好適に減少させることを課題とする。本発明は、パティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタより下流に配置されたＳＣＲと、還元剤供給装置と、ＥＧＲ装置と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、パティキュレートフィルタの温度がＰＭ酸化開始温度以上であり且つＰＭ捕集量が上限量以下であるときは、ＥＧＲガス量を増加させ、パティキュレートフィルタの温度がＮＯ２とＰＭが酸化還元反応を促進させる温度範囲に属し且つＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドに属するときは、排気中のＮＯ２を増加させるようにした。
2014034947.tif 000002
【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パティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタより下流の排気通路に配置された選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒より上流の排気通路へアンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を供給する還元剤供給装置と、
排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に供給するＥＧＲ装置と、
前記パティキュレートフィルタの温度と相関する温度を検出する第一温度検出手段と、
前記選択還元型触媒の温度と相関する温度を検出する第二温度検出手段と、
前記パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭの量であるＰＭ捕集量を検出する検出手段と、
前記第一温度検出手段の検出値が粒子状物質の酸化し得る最低の温度以上であり、且つＰＭ再生処理の実行条件となるＰＭ捕集量に比して前記検出手段により検出されたＰＭ捕集量が所定量以上少ないときは、ＥＧＲガス量が増加するように前記ＥＧＲ装置を制御し、前記第一温度検出手段の検出値が粒子状物質の酸化し得る最低の温度より低い温度範囲であってパティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質と排気中に含まれるＮＯＸの一部である二酸化窒素との酸化還元反応を促進させる温度範囲に属し、且つ第二温度検出手段の検出値が前記ＮＯＸ浄化ウィンドに属するときは、内燃機関から排出されるＮＯＸを増加させる処理であるＮＯＸ増加処理を行う制御手段と、
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、前記第一温度検出手段の検出値が粒子状物質の酸化し得る最低の温度以上であり、且つＰＭ再生処理の実行条件となるＰＭ捕集量に比して前記検出手段により検出されたＰＭ捕集量が所定量以上少ないときは、前記第二温度検出手段の検出値が前記ＮＯＸ浄化ウィンドの上限値以上であることを条件として、ＥＧＲガス量が増加するように前記ＥＧＲ装置を制御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、前記制御手段は、ＥＧＲガス量が増加するように前記ＥＧＲ装置を制御している期間に、前記還元剤供給装置から供給される還元剤の量を減少させる内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項において、前記ＮＯＸ増加処理は、ＥＧＲガス量が減少するように前記ＥＧＲ装置を制御する処理である内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか１項において、前記内燃機関は、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備する圧縮着火式の内燃機関であり、
前記ＮＯＸ増加処理は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を進角させる処理であ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、内燃機関の排気浄化システムに関し、特に内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと選択還元型触媒（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を備えた排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタより下流の排気通路に配置されたＳＣＲと、ＳＣＲへ流入する排気中に還元剤を添加する還元剤供給手段と、排気通路から吸気通路へ排気の一部を還流させるＥＧＲ機構と、を備え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において、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）の酸化を目的として該パティキュレートフィルタを昇温させるときに、ＥＧＲガスの還流量を減少させる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。【０００３】
内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、排気通路から吸気通路へ排気の一部（ＥＧＲガス）を還流させるＥＧＲ装置と、を備えた排気浄化装置において、内燃機関が中負荷運転状態にあるときに、ＥＧＲガス量を多くすることにより、内燃機関のＮＯＸ排出量を低減する技術も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。【０００４】
内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、排気通路から吸気通路へ排気の一部（ＥＧＲガス）を還流させるＥＧＲ装置と、を備えた排気浄化装置において、パティキュレートフィルタの温度が高く、且つ排気中の酸素濃度が高いときに、ＥＧＲガス量を増加させる等の処理を行うことにより、パティキュレートフィルタを通過する排気の量を減少させる技術も提案されている（例えば、特許文献３を参照）。【０００５】
内燃機関の排気通路に配置されたＮＯＸ触媒と、排気通路から吸気通路へ排気の一部（ＥＧＲガス）を還流させるＥＧＲ装置と、を備えた排気浄化装置において、ＮＯＸ触媒の温度が活性領域より高いときに、ＥＧＲ率を大きくすることにより、排気温度の低下を図る技術も提案されている（例えば、特許文献４を参照）。【０００６】
内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、タービンより上流の排気通路からコンプレッサより下流の排気通路へ排気の一部（ＥＧＲガス）を還流させる第１ＥＧＲ装置と、タービンより下流の排気通路からコンプレッサより上流の排気通路へ排気の一部（ＥＧＲガス）を還流させる第２ＥＧＲ装置と、を備えた排気浄化装置において、排気温度がパティキュレートフィルタの再生温度より高いときは、第２ＥＧＲ装置を利用してＥＧＲガスを還流させる技術も提案されている（例えば、特許文献５を参照）。【０００７】
内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタより下流の排気通路に配置されたＮＯＸ触媒と、を備えた排気浄化装置において、排気中の酸素濃度を調整することにより、パティキュレートフィルタの再生とＮＯＸの脱硝を行う技術も提案されている（例えば、特許文献６を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−０４７０８１号公報
【特許文献２】特開２００７−００２６６８号公報
【特許文献３】特開２００２−１０６３２６号公報
【特許文献４】特開２０１０−００７５１８号公報
【特許文献５】特開２００４−１６２６７４号公報
【特許文献６】特開２００５−１３３７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、パティキュレートフィルタとＳＣＲを備えた排気浄化システムにおいて、ＥＧＲガス量が減量されると、内燃機関から排出されるＮＯＸの量が増加するため、ＳＣＲによって浄化（還元）されずに大気中へ排出されるＮＯＸの量が多くなる可能性がある。【００１０】
特に、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値（凡そ４００℃）より高い場合は、ＳＣＲに吸着される還元剤（例えば、アンモニア（ＮＨ３））の量が少なくなるめ、ＳＣＲによって浄化（還元）されずに大気中へ排出されるＮＯＸの量が増加し易い。【００１１】
本発明は、上記した実情鑑みてなされたものであり、その主な目的は、パティキュレートフィルタとＳＣＲとを備えた排気浄化システムにおいて、大気中へ排出されるＮＯＸ量を好適に減少させ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】
【００１２】
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パティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタより下流の排気通路に配置される選択還元型触媒と、選択還元型触媒より上流の排気通路へアンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を供給する還元剤供給装置と、内燃機関の排気通路から吸気通路へ排気の一部をＥＧＲガスとして供給するＥＧＲ機構と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、パティキュレートフィルタの温度が粒子状物質の酸化し得る最低の温度以上であり且つパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が少ないときはＥＧＲガスの量を増加させ、パティキュレートフィルタの温度が粒子状物質の酸化し得る最低の温度より低い温度範囲に属し且つ選択還元型触媒の温度がＮＯＸ浄化ウィンドに収まっているときは排気に含まれるＮＯＸの量を増加させるようにした。【００１３】
詳細には、内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタより下流の排気通路に配置された選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒より上流の排気通路へアンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を供給する還元剤供給装置と、
排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に供給するＥＧＲ装置と、
前記パティキュレートフィルタの温度と相関する温度を検出する第一温度検出手段と、
前記選択還元型触媒の温度と相関する温度を検出する第二温度検出手段と、
前記パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭの量であるＰＭ捕集量を検出する検出手段と、
前記第一温度検出手段の検出値が粒子状物質の酸化し得る最低の温度以上であり且つＰＭ再生処理の実行条件となるＰＭ捕集量の閾値に比して前記検出手段により検出されたＰＭ捕集量が所定量以上少ないときは、ＥＧＲガス量が増加するようにＥＧＲ装置を制御し、前記第一温度検出手段の検出値が粒子状物質の酸化し得る最低の温度より低い温度範囲であってパティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質と排気中に含まれるＮＯＸの一部である二酸化窒素との酸化還元反応を促進させる温度範囲に属し且つ第二温度検出手段の検出値が前記ＮＯＸ浄化ウィンドに属するときは、内燃機関から排出されるＮＯＸを増加させる処理であるＮＯＸ増加処理を行う制御手段と、
を備えるようにした。【００１４】
ここでいう「粒子状物質の酸化し得る最低の温度」は、パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質（ＰＭ）を酸化及び除去する処理であるＰＭ再生処理が実行されるときのパティキュレートフィルタの目標温度（例えば、５００℃から６００℃）より低い温度であり、パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭの一部が酸化し始める温度（例えば、４５０℃）である。「ＥＧＲガスの量を増加させる」は、パティキュレートフィルタの温度がＰＭの酸化し得る最低の温度を下回っているときに比べ、ＥＧＲガス量を多くする処理である。「パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質と排気中に含まれる二酸化窒素との酸化還元反応を促進させる温度範囲」は、「粒子状物質の酸化し得る最低の温度」より低い温度範囲（例えば、３５０℃前後の温度範囲）である。「ＮＯＸ浄化ウィンド」は、選択還元型触媒（以下、「ＳＣＲ」と記す）のＮＯＸ浄化率（ＳＣＲへ流入するＮＯＸ量に対してＳＣＲで浄化されるＮＯＸ量の比率）が予め定められた最低のＮＯＸ浄化率以上となる温度範囲であり、予め実験的に求められている。【００１５】
還元剤供給装置から供給された還元剤（アンモニア（ＮＨ３））は、ＳＣＲに吸着される。ＳＣＲに吸着されたアンモニア（ＮＨ３）は、排気中のＮＯＸと反応してＮ２やＨ２Ｏ等に転化される。ところで、ＳＣＲへ流入するＮＯＸの量が多くなると、ＳＣＲにおいて還元されずに大気中へ排出されるＮＯＸの量が多くなる可能性がある。また、ＳＣＲへ流入するＮＯＸの量が多くなると、ＳＣＲにおいてＮＯＸの浄化に消費される還元剤の量が多くなる可能性もある。よって、ＳＣＲへ流入するＮＯＸの量は、可能な限り少なくされることが望ましい。【００１６】
これに対し、内燃機関の気筒内で燃焼される混合気の燃焼時期を遅角させることにより、混合気が燃焼する際に発生するＮＯＸの量（内燃機関から排出されるＮＯＸの量）を減少させる方法が考えられる。詳細には、圧縮着火式の内燃機関において燃料噴射時期を遅角させ、又は火花点火式の内燃機関において点火時期を遅角させる方法が考えられる。混合気の燃焼時期が遅角された場合は遅角されない場合に比べ、混合気の燃焼温度が低下する。その結果、混合気が燃焼する際に発生するＮＯＸの量（内燃機関から排出されるＮＯＸの量）が減少する。内燃機関から排出されるＮＯＸの量が減少すると、ＳＣＲへ流入するＮＯＸの量も減少する。【００１７】
しかしながら、燃料噴射時期又は点火時期が遅角されると、混合気の燃焼時に発生する熱エネルギのうち、内燃機関の出力に寄与する熱エネルギの量が少なくなる。そのため、内燃機関の発生トルクを運転者の要求トルクと同等にするためには、燃料噴射量を増量させる必要があり、燃料消費量や二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量が増加する可能性がある。【００１８】
そこで、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、パティキュレートフィルタの温度がＰＭの酸化し得る最低の温度（以下、「ＰＭ酸化開始温度」と称する）以上であるときは、ＥＧＲガス量を増量させるようにした。ＥＧＲガス量が増量されたときは、混合気の燃焼温度が低くなるため、内燃機関から排出されるＮＯＸの量が減少する。その結果、燃料噴射時期又は点火時期の遅角量を少なく抑えつつ、内燃機関から排出されるＮＯＸの量を減少させることができる。よって、燃料消費量やＣＯ２発生量の増加を抑えつつ、ＳＣＲへ流入するＮＯＸの量を少なくすることができる。【００１９】
なお、ＥＧＲガス量が増加されたときは、混合気の燃焼時に発生するＰＭの量（内燃機関から排出されるＰＭの量）が増加する可能性がある。しかしながら、内燃機関から排出されるＰＭはパティキュレートフィルタによって捕集されるため、大気中へ排出されるＰＭの量が増加する事態を回避することができる。【００２０】
ただし、内燃機関から排出されるＰＭの量が増加すると、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が増加し易くなるため、パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭを酸化及び除去するための処理（ＰＭ再生処理）の実行頻度が高くなる可能性がある。ＰＭ再生処理の実行頻度が高くなると、燃料消費量が増加することも懸念される。【００２１】
これに対し、本発明においてＥＧＲガスを増量させる処理は、パティキュレートフィルタの温度がＰＭ酸化開始温度以上であるときに実行されるため、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が大幅に増加する事態を回避することができる。その結果、ＰＭ再生処理の実行頻度が高くなる事態を回避しつつ、大気中に排出されるＮＯＸ及びＰＭの増加を抑制することができる。【００２２】
ところで、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が多いときにＥＧＲガス量が増加されると、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が過剰に多くなったり、パティキュレートフィルタで酸化されるＰＭの量が過剰に多くなったりする可能性がある。その結果、パティキュレートフィルタの圧力損失の増加に因る背圧の上昇や、ＰＭ酸化量（ＰＭ酸化速度）の増加に因るパティキュレートフィルタの過昇温などが誘発される可能性がある。【００２３】
これに対し、本発明の制御手段は、ＰＭ再生処理の実行条件となるＰＭ捕集量の閾値（以下、「ＰＭ再生閾値」と称する）に対し、検出手段により検出されたＰＭ捕集量が所定量以上少ないことを条件として、ＥＧＲガス量を増加させるようにした。このような方法によれば、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が過剰に多くなったり、パティキュレートフィルタで酸化されるＰＭの量が過剰に多くなったりする事態を回避することが可能になる。その結果、パティキュレートフィルタの圧力損失の増加に因る背圧の上昇や、ＰＭ酸化量（ＰＭ酸化速度）の増加に因るパティキュレートフィルタの過昇温を抑制することが可能になる。ここでいう「所定量」は、ＥＧＲガス量の増加によりパティキュレートフィルタへ流入するＰＭの量が増加した場合であっても、背圧の上昇やパティキュレートフィルタの過昇温を回避することができると考えられる量であり、予め実験等を利用した適合処理によって求められる量である。【００２４】
一方、本発明の制御手段は、第一温度検出手段の検出値がパティキュレートフィルタに捕集されているＰＭとＮＯＸの一部である二酸化窒素（ＮＯ２）との酸化還元反応を促進させる温度範囲に属し、且つ、第二温度検出手段の検出値がＮＯＸ浄化ウィンドに属するときは、内燃機関から排出されるＮＯＸを増加させる処理であるＮＯＸ増加処理を行う。【００２５】
パティキュレートフィルタの温度がＰＭ酸化開始温度より低い場合であっても、該パティキュレートフィルタの温度が特定の温度範囲（例えば、３５０℃前後の温度範囲）に属するときは、パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭと排気中のＮＯ２との酸化還元反応が促進（活性）される。【００２６】
よって、第一温度検出手段の検出値がパティキュレートフィルタに捕集されているＰＭと排気中のＮＯ２との酸化還元反応を促進させる温度範囲（以下、「ＮＯ２還元ウィンド」と称する）に属し、且つ、第二温度検出手段の検出値がＮＯＸ浄化ウィンドに属するときに、ＮＯＸ増加処理が実行されると、排気中に含まれるＮＯＸの増加に伴ってＮＯ２の量も増加する。排気中に含まれるＮＯ２の量が増加すると、パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭのうち、排気中のＮＯ２によって酸化されるＰＭの量が増加する。その結果、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が減少する。【００２７】
上記した方法によりパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が減少されると、第一温度検出手段の検出値がＰＭ酸化開始温度以上に上昇した時点におけるＰＭ捕集量がＰＭ再生閾値より少なくなる確率（頻度）が高くなる。その結果、第一温度検出手段の検出値がＰＭ酸化開始温度以上に上昇したときに、ＥＧＲガス量を増加させる処理が実行される確率（頻度）も高くなる。【００２８】
なお、ＮＯＸ増加処理が実行された場合は実行されない場合に比べ、ＳＣＲへ流入するＮＯＸの量が多くなることが考えられる。しかしながら、ＮＯＸの一部であるＮＯ２は、ＰＭと反応して還元される。また、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドに属しているため、残りのＮＯＸ（例えば、一酸化窒素（ＮＯ））はＳＣＲによって還元される。よって、ＮＯＸ増加処理が実行された場合に、大気中へ排出されるＮＯＸ量の増加が抑制される。【００２９】
ここで、ＮＯＸ増加処理の実行方法としては、ＥＧＲガス量を減少させる方法を用いることができる。ＮＯＸ増加処理の他の実行方法としては、圧縮着火式の内燃機関において燃料噴射時期を進角させる方法、又は火花点火式の内燃機関において点火時期を進角させる方法等を用いることもできる。また、ＥＧＲガス量を減少させる方法と、燃料噴射時期又は点火時期を進角させる方法は、併用されてもよい。【００３０】
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の温度がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値を超えているときに、ＥＧＲガス量を増加させる処理を行うようにしてもよい。詳細には、制御手段は、第二温度検出手段の検出値がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値より高いときに、第一温度検出手段の検出値がＰＭ酸化開始温度以上であり且つＰＭ捕集量が再生閾値に比して所定量以上少なければ、ＥＧＲガス量が増加するようにＥＧＲ装置を制御してもよい。【００３１】
ここでいう「ＮＯＸ浄化ウィンドの上限値」は、排気中のＮＯＸを浄化する際に必要となる量のアンモニア（ＮＨ３）をＳＣＲが吸着しきれなくなる最低の温度と考えることができる。【００３２】
内燃機関の高負荷運転が継続された場合等は、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値より高くなる可能性がある。ＳＣＲの温度が前記上限値より高いときは、該ＳＣＲに吸着されるＮＨ３の量が減少するため、ＳＣＲのＮＯＸ浄化率が低下する。その結果、ＳＣＲによって浄化されずに大気中へ排出されるＮＯＸの量が多くなる可能性がある。【００３３】
これに対し、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値より高いときに、第一温度検出手段の検出値がＰＭ酸化開始温度以上であり且つＰＭ捕集量が再生閾値に比して所定量以上少ないことを条件としてＥＧＲガス量が増加されると、大気中に排出されるＮＯＸの量を少なく抑えることができる。【００３４】
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、第二温度検出手段の検出値がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値を超えている期間に、前記還元剤供給装置から供給される還元剤の量を減少させるようにしてもよい。【００３５】
ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値より高くなる期間は、ＳＣＲの吸着可能なＮＨ３量が少なくなる。そのため、ＳＣＲの温度が前記上限値より高いときに低いとき（ＮＯＸ浄化ウィンドに属するとき）と同量の還元剤が還元剤供給装置から供給されると、ＳＣＲに吸着されないＮＨ３が増加する可能性がある。【００３６】
これに対し、第二温度検出手段の検出値がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値を超えている期間に、還元剤供給装置から供給される還元剤の量が減少されると、ＳＣＲに吸着されないＮＨ３の量（ＮＨ３スリップ量）を少なく抑えることができるとともに、ＮＨ３の不要な消費を抑制することができる。なお、還元剤供給装置から供給される還元剤の量が減少されると、ＳＣＲのＮＯＸ浄化率が低下することも想定される。しかしながら、ＥＧＲガス量の増加により内燃機関から排出されるＮＯＸの量が少なくされているので、ＳＣＲによって浄化されずに大気中へ排出されるＮＯＸ量の増加は抑制される。よって、大気中へ排出されるＮＯＸ量の増加を抑制しつつ、ＮＨ３スリップ量の増加も抑制することができる。【００３７】
なお、還元剤供給装置から供給される還元剤の減量を開始するタイミングは、ＥＧＲガス量の増加が開始されるタイミングと同時である必要はなく、ＥＧＲガス量の増加が開始されるタイミングより早くてもよい。つまり、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値を超える前に、還元剤の減量が開始されてもよい。ＳＣＲの温度が前記上限値を超える前に還元剤の減量が開始されると、ＳＣＲの温度が前記上限値を超えたときに該ＳＣＲから脱離するＮＨ３の量を少なく抑えることができる。【００３８】
ＳＣＲの温度が前記上限値を超える前に還元剤の減量を開始する場合は、例えば、第二温度検出手段の検出値が前記上限値より低い所定温度に達したときに、第一温度検出手段の検出値が上昇傾向にあることを条件として、還元剤の減量が開始されてもよい。ここでいう「所定温度」は、パティキュレートフィルタの温度上昇に伴ってＳＣＲの温度が該所定温度から前記上限値より高い温度まで上昇すると考えられる最低の温度であり、予め実験等を利用した適合処理によって求めておくことができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、パティキュレートフィルタとＳＣＲを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、大気中へ排出されるＮＯＸ量を好適に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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】ＳＣＲの温度とＮＯＸ浄化率との関係を示す図である。
【図３】燃料噴射時期とＥＧＲガス量とＮＯＸ発生量とＰＭ発生量との関係を示す図である。
【図４】燃料噴射時期とＥＧＲガス量とＮＯＸ発生量と燃料消費量との関係を示す図である。
【図５】パティキュレートフィルタの温度とＰＭ酸化速度との関係を示す図である。
【図６】パティキュレートフィルタの温度とＮＯ２によるＰＭの酸化速度との関係を示す図である。
【図７】第１の実施例においてＮＯＸ低減処理の実行時にＥＣＵによって実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】第２の実施例におけ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９】第２の実施例においてＮＯＸ低減処理の実行時にＥＣＵによって実行される制御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】
【００４１】
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。
【００４２】
＜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に限られず、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
また、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）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。
【００４７】
なお、第二触媒ケーシング６の内部において、ＳＣＲ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、後述する還元剤添加弁７からＳＣＲへ供給される還元剤のうち、ＳＣＲをすり抜けた還元剤を酸化するためのものである。
【００４８】
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の前駆体である還元剤を排気中へ添加（噴射）するための還元剤添加弁７が取り付けられている。還元剤添加弁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。還元剤添加弁７は、ポンプ７０を介して還元剤タンク７１に接続されている。ポンプ７０は、還元剤タンク７１に貯留されている還元剤を吸引するとともに、吸引された還元剤を還元剤添加弁７へ圧送する。還元剤添加弁７は、ポンプ７０から圧送されてくる還元剤を排気通路３内へ噴射する。なお、還元剤添加弁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。
【００４９】
ここで、還元剤タンク７１に貯留される還元剤としては、尿素やカルバミン酸アンモニウム等の水溶液や、アンモニアガスを用いることができる。本実施例では、還元剤として、尿素水溶液を用いる例について述べる。
【００５０】
還元剤添加弁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ＮＨ３は、ＳＣＲに吸着（又は吸蔵）される。ＳＣＲに吸着された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、ＮＨ３は、ＮＯＸの還元剤として機能する。
【００５１】
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、及び該ＥＧＲ通路１００の通路断面積を変更するＥＧＲ弁１０１を含むＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ通路１００は、排気通路３を流れる排気の一部を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。
【００５２】
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。
【００５３】
第一排気温度センサ８は、第一触媒ケーシング５より下流、且つ第二触媒ケーシング６より上流の排気通路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に収容されたパティキュレートフィルタの温度に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の温度に相関する電気信号を出力する。なお、第一排気温度センサ８は、本発明に係わる第一温度検出手段に相当する。第二排気温度センサ９は、本発明に係わる第二温度検出手段に相当する。
【００５４】
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。
【００５５】
ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁１ａ、スロットル弁４、還元剤添加弁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、還元剤添加弁７から間欠的に還元剤を噴射させる添加制御等の既知の制御に加え、第二触媒ケーシング６に収容されたＳＣＲのＮＯＸ浄化率が低下するときに内燃機関１から排出されるＮＯＸの量を低減させるＮＯＸ低減処理を実行する。以下、本実施例におけるＮＯＸ低減処理の実行方法について述べる。
【００５６】
先ず、ＳＣＲのＮＯＸ浄化能力が活性する温度範囲（ＮＯＸ浄化ウィンド）について図２に基づいて説明する。図２中の横軸はＳＣＲの温度を示し、縦軸はＳＣＲのＮＯＸ浄化率（ＳＣＲへ流入するＮＯＸ量に対してＳＣＲで浄化されるＮＯＸ量の比率）を示す。ＳＣＲの温度が第一温度Ｔｅ１より低いときは、該ＳＣＲの還元能力が低くなるため、ＮＯＸ浄化率が予め定められた下限値より低くなる。一方、ＳＣＲの温度が第一温度Ｔｅ１より高い第二温度Ｔｅ２より高くなると、該ＳＣＲの吸着可能なＮＨ３の量が少なくなるため、ＮＯＸ浄化率が下限値より低くなる。よって、ＳＣＲは、第一温度Ｔｅ１から第二温度Ｔｅ２までの温度範囲（ＮＯＸ浄化ウィンド）において有効なＮＯＸ浄化能力を発揮する。なお、前記第二温度Ｔｅ２は、ＳＣＲの担持量や容量等によって変化するが、凡そ４００℃程度である。
【００５７】
ところで、内燃機関１の高負荷運転状態が継続された場合等は、ＳＣＲの温度が第二温度Ｔｅ２より高くなる可能性がある。ＳＣＲの温度が前記第二温度Ｔｅ２より高くなると、ＳＣＲによって浄化されずに大気中へ排出されるＮＯＸの量が多くなる可能性がある。
【００５８】
これに対し、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化温度ウィンドの上限値（第二温度Ｔｅ２）より高いときに、内燃機関の気筒内で燃焼される混合気の燃焼時期を遅角させる方法が考えられる。燃料噴射弁１ａの燃料噴射時期が遅角された場合は遅角されない場合に比べ、混合気の燃焼温度が低下する。その結果、混合気が燃焼する際に発生するＮＯＸの量（内燃機関１から排出されるＮＯＸの量）が減少する。しかしながら、燃料噴射時期が遅角されると、機関出力の低下を招くため、燃料噴射量を増量させる必要があり、燃料消費量や二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量が増加する可能性がある。
【００５９】
そこで、本実施例のＮＯＸ低減処理では、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値（第二温度Ｔｅ２）より高い場合において、パティキュレートフィルタの温度がＰＭの酸化し得る最低の温度（ＰＭ酸化開始温度）以上であるときは、ＥＧＲガス量を増量させるようにした。
【００６０】
ＥＧＲガス量が多いときは少ないときに比べ、混合気の燃焼温度が低くなるため、ＮＯＸ発生量が減少する。その結果、燃料噴射時期の遅角量を少なくすることができる。よって、燃料消費量やＣＯ２発生量の増加を抑制しつつ、内燃機関から排出されるＮＯＸの量を減らすことができる。すなわち、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値（第二温度Ｔｅ２）より高いときに、燃料消費量やＣＯ２発生量の増加を抑えつつ、大気中へ排出されるＮＯＸの増加を抑制することができる。
【００６１】
図３は、燃料噴射時期とＥＧＲガス量とＮＯＸ発生量（内燃機関１から排出されるＮＯＸの量）とＰＭ発生量（内燃機関１から排出されるＰＭの量）との関係を示す図である。図３中の実線は、燃料噴射時期の遅角量が少ない場合（例えば、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドに収まっているときの遅角量）において、ＥＧＲガス量を変化させたときのＰＭ発生量とＮＯＸ発生量の関係を示す。一方、図３中の破線は、燃料噴射時期の遅角量が多い場合において、ＥＧＲガス量を変化させたときのＰＭ発生量とＮＯＸ発生量との関係を示す。なお、図３中の実線及び破線において、図中の左側へ進むほどＥＧＲガス量が多くなるものとする。
【００６２】
図３において、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドに収まっているときは、実線上の破線白丸で示すように、燃料噴射時期の遅角量が少なく、且つＥＧＲガス量が少なくされる。また、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値（第二温度Ｔｅ２）より高いときに、破線上の黒丸で示すように燃料噴射時期が遅角されると、ＰＭ発生量の増加を少なく抑えつつＮＯＸ発生量の増加も少なく抑えることができる。一方、実線上の実線白丸で示すように、燃料噴射時期の遅角量を少なく抑えつつＥＧＲガス量が増加されると、ＮＯＸ発生量を少なく抑えることができるものの、ＰＭ発生量が多くなる。
【００６３】
次に、燃料噴射時期とＥＧＲガス量とＮＯＸ発生量と燃料消費量との関係を図４に示す。図４中の実線は、燃料噴射時期の遅角量が少ない場合において、ＥＧＲガス量を変化させたときの燃料消費量とＮＯＸ発生量との関係を示す。一方、図４中の破線は、燃料噴射時期の遅角量が多い場合において、ＥＧＲガス量を変化させたときの燃料消費量とＮＯＸ発生量との関係を示す。なお、図４中の破線白丸、実線白丸、及び実線黒丸のそれぞれにおける燃料噴射時期とＥＧＲガス量は、前述の図３中の破線白丸、実線白丸、及び実線黒丸と同等である。
【００６４】
図４において、破線上の実線黒丸の燃料噴射時期及びＥＧＲガス量によって内燃機関１が運転された場合は、実線上の実線白丸の燃料噴射時期及びＥＧＲガス量によって内燃機関１が運転された場合に比べ、燃料消費量が悪化する。
【００６５】
ここで、パティキュレートフィルタの温度がＰＭ酸化開始温度より高いときに、図３中及び図４中の実線白丸の燃料噴射時期及びＥＧＲガス量が選択されると、内燃機関１から排出されるＰＭ量の増加分は、パティキュレートフィルタにおいて酸化されるＰＭ量によって相殺することができる。つまり、ＰＭ発生量の増加に伴うパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量の増加を可能な限り少なく抑えることができる。よって、ＰＭ再生処理の実行頻度の増加を抑えつつ、ＮＯＸ発生量及び燃料消費量を少なく抑えることが可能になる。
【００６６】
なお、パティキュレートフィルタにおいて単位時間あたりに酸化されるＰＭの量（ＰＭ酸化速度）は、図５に示すように、所定の温度（ＰＭ酸化開始温度）Ｔｐｍ以上のときに増加し始める。よって、ＳＣＲの温度が前記第二温度Ｔｅ２より高く、且つ、パティキュレートフィルタの温度がＰＭ酸化開始温度Ｔｐｍ以上であるときに、上記したＮＯＸ低減処理（燃料噴射時期の遅角を抑制しつつＥＧＲガス量を増加させる処理）が実施されると、燃料消費量の増加（ＣＯ２発生量の増加）、ＰＭ再生処理の実行頻度の増加、並びに大気中に排出されるＰＭ量の増加を抑えつつ、大気中に排出されるＮＯＸ量の増加を抑制することができる。前記したＰＭ酸化開始温度Ｔｐｍは、パティキュレートフィルタの材質やパティキュレートフィルタの容量等によって変化するが、凡そ４５０℃程度である。
【００６７】
ところで、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量がＰＭ再生閾値以上又はＰＭ再生閾値に近似しているときに、ＥＧＲガス量の増量によるＮＯＸ低減処理が実行されると、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が過剰に多くなったり、パティキュレートフィルタで酸化されるＰＭの量が過剰に多くなったりする可能性がある。その結果、パティキュレートフィルタの圧力損失の増加に因る背圧の上昇や、ＰＭ酸化量（ＰＭ酸化速度）の増加に因るパティキュレートフィルタの過昇温などが誘発される可能性がある。
【００６８】
これに対し、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量がＰＭ再生閾値に対して所定量以上少ないときにＥＧＲガス量の増量によるＮＯＸ低減処理が実行されると、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が過剰に多くなったり、パティキュレートフィルタで酸化されるＰＭの量が過剰に多くなったりする事態を回避することが可能になる。その結果、パティキュレートフィルタの圧力損失の増加に因る背圧の上昇や、ＰＭ酸化量（ＰＭ酸化速度）の増加に因るパティキュレートフィルタの過昇温を抑制することが可能になる。ここでいう「所定量」は、ＥＧＲガス量の増加によりパティキュレートフィルタへ流入するＰＭの量が増加した場合であっても、背圧の上昇やパティキュレートフィルタの過昇温を回避することができると考えられる量であり、予め実験等を利用した適合処理によって求められる量である。
【００６９】
なお、パティキュレートフィルタの温度Ｔｆｌｔが前記ＰＭ酸化開始温度Ｔｐｍより低い所定の温度範囲にあるときは、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭが排気中の二酸化窒素（ＮＯ２）と反応して酸化される。
【００７０】
パティキュレートフィルタの温度とＮＯ２によるＰＭの酸化速度との関係を図６に示す。図６において、パティキュレートフィルタの温度が第一フィルタ温度Ｔｆ１以上且つ第二フィルタ温度Ｔｆ２以下の温度範囲（ＮＯ２還元ウィンド）に属するときは、排気中のＮＯ２と反応して酸化されるＰＭの量（ＰＭ酸化速度）が増加する。なお、第一フィルタ温度Ｔｆ１と第二フィルタ温度Ｔｆ２とにより特定される温度範囲は、凡そ３５０℃前後の温度範囲であり、予め実験的に求めておくことができる。
【００７１】
したがって、パティキュレートフィルタの温度Ｔｆｌｔが前記ＮＯ２還元ウィンドに属しているときに、内燃機関１から排出されるＮＯ２の量が増加されると、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量ΣＰＭを減少させることができる。その結果、パティキュレートフィルタの温度ＴｆｌｔがＰＭ酸化開始温度Ｔｐｍ以上になったときに、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量ΣＰＭが上限量Ａを下回る確率が高くなる。つまり、パティキュレートフィルタの温度ＴｆｌｔがＰＭ酸化開始温度Ｔｐｍ以上になったときに、ＮＯＸ低減処理が実行され易くなる。
【００７２】
内燃機関１から排出されるＮＯ２を増量させる方法としては、ＥＧＲガス量を減量する方法や燃料噴射時期を進角（遅角量を減少）させる方法等を用いることができる。しかしながら、ＥＧＲガス量を減量させる処理や料噴射時期を進角させる処理が実行されると、内燃機関１から排出される一酸化窒素（ＮＯ）の量も増加する。よって、内燃機関１から排出されるＮＯ２を増量させるための処理は、ＳＣＲの温度ＴｓｃｒがＮＯＸ浄化ウィンドに収まっていることを条件として実行されることが望ましい。
【００７３】
そこで、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲの温度ＴｓｃｒがＮＯＸ浄化ウィンドに属していることを条件としてＮＯ２を増量させる処理を実行することにより、大気中へ排出されるＮＯＸ量の増加を抑制しつつ、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量ΣＰＭを減少させるようにした。
【００７４】
以下、本実施例におけるＮＯＸ低減処理の実行手順について図７に沿って説明する。図７は、ＮＯＸ低減処理が実行される際に、ＥＣＵ１０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。図７の制御ルーチンは、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１０によって周期的に実行されるルーチンである。
【００７５】
図７の制御ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０１の処理において、パティキュレートフィルタの温度Ｔｆｌｔ、ＳＣＲの温度Ｔｓｃｒ、及びパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量ΣＰＭを読み込む。パティキュレートフィルタの温度Ｔｆｌｔとしては、前記第一排気温度センサ８の出力信号を用いることができる。ＳＣＲの温度Ｔｓｃｒとしては、前記第二排気温度センサ９の出力信号を用いることができる。なお、パティキュレートフィルタの温度Ｔｆｉｌｔ、又はＳＣＲの温度Ｔｓｃｒの温度は、内燃機関１の運転状態（燃料噴射量や吸入空気量等）をパラメータとして推定演算されてもよい。パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量は、既知の方法により求めることができる。例えば、パティキュレートフィルタの前後差圧（図しない差圧センサの測定値）と排気流量（エアフローメータ１３の測定値）等をパラメータとして、ＰＭ捕集量が演算されてもよい。また、パティキュレートフィルタの温度と内燃機関１の機関運転状態（吸入空気量や燃料噴射量）等をパラメータとして、ＰＭ捕集量が演算されてもよい。
【００７６】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０１で読み込まれたＰＭ捕集量ΣＰＭが上限量Ａ以下であるか否かを判別する。上限量Ａは、前述のＰＭ再生閾値から所定量を減算した量である。Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合（ΣＰＭ≦Ａ）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３の処理へ進む。一方、Ｓ１０２の処理において否定判定された場合（ΣＰＭ＞Ａ）は、ＥＣＵ１０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。その際、ＥＣＵ１０は、前述した図３中及び図４中の実線黒丸で示したように燃料噴射時期を遅角させることにより、ＰＭ発生量とＮＯＸ発生量の増加を抑制してもよい。
【００７７】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０１で読み込まれたＳＣＲの温度ＴｓｃｒがＮＯＸ浄化ウィンドの上限値（第二温度Ｔｅ２）より高いか否かを判別する。Ｓ１０３の処理において肯定判定された場合（Ｔｓｃｒ＞Ｔｅ２）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４の処理へ進む。
【００７８】
Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０１で読み込まれたパティキュレートフィルタの温度ＴｆｌｔがＰＭ酸化開始温度Ｔｐｍ以上であるか否かを判別する。Ｓ１０４の処理において肯定判定された場合（Ｔｆｌｔ≧Ｔｐｍ）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５の処理へ進む。
【００７９】
Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲガス量を増加させることにより、内燃機関１から排出されるＮＯＸの量を減少させる。具体的には、ＥＣＵ１０は、燃料噴射時期及びＥＧＲガス量が前述の図３中及び図４中の実線白丸で示した燃料噴射時期及びＥＧＲガス量と一致するように、燃料噴射弁１ａ及びＥＧＲ弁１０１を制御する。その場合、燃料消費量の増加を抑えつつＮＯＸ発生量を減少させることができる。また、ＥＧＲガス量が増加された場合はＰＭ発生量が増加するが、内燃機関１から排出されるＰＭはパティキュレートフィルタによって捕集されるため、大気中に排出されるＰＭの量が増加する事態を回避することができる。さらに、パティキュレートフィルタの温度ＴｆｌｔがＰＭ酸化開始温度Ｔｐｍ以上であるため、ＰＭ発生量の増加分はパティキュレートフィルタにおいて酸化されるＰＭの量によって相殺される。その結果、ＰＭ再生処理の実行頻度の増加を抑制しつつ、ＮＯＸ発生量の増加を抑制することができる。また、ＰＭ捕集量ΣＰＭが上限量Ａ以下であることを条件としてＥＧＲガス量が増加されるため、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が過剰に多くなったり、パティキュレートフィルタで酸化されるＰＭの量が過剰に多くなったりする事態を回避しつつＮＯＸ低減処理を行うことが可能になる。その結果、パティキュレートフィルタの圧力損失の増加に因る背圧の上昇や、ＰＭ酸化量（ＰＭ酸化速度）の増加に因るパティキュレートフィルタの過昇温を抑制することもできる。
【００８０】
ところで、ＳＣＲの温度ＴｓｃｒがＮＯＸ浄化ウィンドの上限値（第二温度Ｔｅ２）より高いときは、該ＳＣＲの吸着可能なＮＨ３の量が少なくなる。そのため、ＳＣＲの温度ＴｓｃｒがＮＯＸ浄化ウィンドに属するとき（Ｔｅ１≦Ｔｓｃｒ≦Ｔｅ２）と同量の還元剤が還元剤添加弁７から供給されると、ＳＣＲに吸着されないＮＨ３の量（ＮＨ３スリップ量）が多くなる可能性がある。
【００８１】
そこで、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０４の処理においてＥＧＲガス量を増加させるときに、還元剤添加弁７から供給される還元剤の量を減量させるようにした。その場合、ＳＣＲへ供給されるＮＨ３の量が減少するため、ＳＣＲに吸着されないＮＨ３の量が増加する事態を回避することができる。ところで、還元剤添加弁７から供給される還元剤の量が減少されると、ＳＣＲのＮＯＸ浄化率が低下することも想定される。しかしながら、ＥＧＲガス量の増加により内燃機関１から排出されるＮＯＸの量が少なくされているので、ＳＣＲによって浄化されずに大気中へ排出されるＮＯＸ量の増加は抑制される。よって、大気中へ排出されるＮＯＸ量の増加を抑制しつつ、ＮＨ３スリップ量の増加も抑制することができる。
【００８２】
なお、前記Ｓ１０２の処理において否定判定された場合（ΣＰＭ＞Ａ）、又は前記Ｓ１０３の処理において否定判定された場合（Ｔｓｃｒ≦Ｔｅ２）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６の処理へ進む。Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０１において読み込まれたＳＣＲの温度ＴｓｃｒがＮＯＸ浄化ウィンドに属しているか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲの温度Ｔｓｃｒが前記第一温度Ｔｅ１以上且つ前記第二温度Ｔｅ２以下の範囲に属しているか否かを判別する。Ｓ１０６の処理において否定判定された場合（Ｔｓｃｒ＜Ｔｅ１、又はＴｓｃｒ＞Ｔｅ２）は、ＥＣＵ１０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０６の処理において肯定判定された場合（Ｔｅ１≦Ｔｓｃｒ≦Ｔｅ２）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０７の処理へ進む。
【００８３】
Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０１の処理で読み込まれたパティキュレートフィルタの温度Ｔｆｌｔが第一フィルタ温度Ｔｆ１以上且つ第二フィルタ温度Ｔｆ２以下の温度範囲（ＮＯ２還元ウィンド）に属しているか否かを判別する。Ｓ１０７の処理において否定判定された場合（Ｔｆｌｔ＜Ｔｆ１、又はＴｆｌｔ＞Ｔｆ２）は、ＥＣＵ１０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合（Ｔｆ１≦Ｔｆｌｔ≦Ｔｆ２）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０８の処理へ進む。
【００８４】
Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１から排出されるＮＯ２を増量させる処理（ＮＯ２増量処理）を実行する。詳細には、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲガス量を減少させ、又は燃料噴射時期を進角させる。このような手順によりＮＯ２増量処理が実行されると、大気中へ排出されるＮＯＸ量の増加を抑制しつつ、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量ΣＰＭを減少させることが可能になる。その結果、パティキュレートフィルタの温度がＰＭ酸化開始温度Ｔｐｍ以上となったときに、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量ΣＰＭが上限量Ａ以下となる確率が高くなる。よって、パティキュレートフィルタの温度がＰＭ酸化開始温度Ｔｐｍ以上となったときに、ＥＧＲガス量の増量によるＮＯＸ低減処理が実行される確率（頻度）を高めることができる。
【００８５】
また、前記Ｓ１０４の処理において否定判定された場合（Ｔｆｌｔ＜Ｔｐｍ）は、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲガス量の増量によるＮＯＸ低減処理を実行せずに、本ルーチンの実行を終了する。その際、ＥＣＵ１０は、前述した図３中及び図４中の実線黒丸で示したように燃料噴射時期を遅角させることにより、ＮＯＸ発生量を低減させてもよい。
【００８６】
以上述べたようにＥＣＵ１０が図７の制御ルーチン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。その結果、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値を超えているときに、燃料消費量（ＣＯ２）の増加やＮＨ３スリップ量の増加を少なく抑えつつ、大気中に排出されるＮＯＸ及びＰＭの増加を抑制することができる。
【００８７】
＜実施例２＞
本発明の第２の実施例について図８乃至図９に基づいて説明する。図８は、本発明を適用する内燃機関及びその吸排気系の他の構成例を示す図である。図８中において、前述した実施例と同様の構成要素には同等の符号を付している。
【００８８】
図８において、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、該排気通路３内へ空気（２次エア）を供給する２次エア供給装置１５が設けられている。２次エア供給装置１５は、ＥＣＵ１０によって制御される。詳細には、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値より高く、且つ、パティキュレートフィルタの温度がＰＭ酸化開始温度未満であるときに、２次エア供給装置１５から排気通路３へ２次エアを供給させる。その場合、ＳＣＲへ流入する排気は、低温の２次エアにより冷却され、それに伴ってＳＣＲも冷却される。その結果、ＳＣＲの温度がＮＯＸ浄化ウィンドの上限値より高いにもかかわらず、ＥＧＲガス量の増加によるＮＯＸ低減処理を実行することができない場合に、ＳＣＲの温度を速やかに前記上限値以下へ低下させることができる。よって、ＮＯＸ低減処理を実行することができないときに、大気中へ排出されるＮＯＸ量の増加を可能な限り少なく抑えることができる。
【００８９】
図９は、ＮＯＸ低減処理の実行時にＥＣＵ１０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。図９中において、前述した第１の実施例の制御ルーチン（図７を参照）と同等の処理には同一の符号を付している。図９の制御ルーチンと前述した図７の制御ルーチンとの相違点は、Ｓ１０４の処理において否定判定された場合（Ｔｆｌｔ＜Ｔｐｍ）に、Ｓ２０１の処理が実行される点にある。Ｓ２０１の処理では、ＥＣＵ１０は、２次エア供給装置１５から排気通路３へ２次エアを供給させる。その場合、ＮＯＸ低減処理を実行することができない条件下においてＳＣＲの温度Ｔｓｃｒが前記上限値（第二温度Ｔｅ２）より高くなる期間を短縮させることができる。
【００９０】
なお、２次エアの供給は、ＳＣＲの温度Ｔｓｃｒが前記上限値（第二温度Ｔｅ２）に近似したときに実施されるようにしてもよい。その場合、ＳＣＲの温度Ｔｓｃｒが前記上限値（第二温度Ｔｅ２）を上回り難くなる。
【００９１】
前述した第１及び第２の実施例においては、ＰＭ捕集量ΣＰＭが上限量Ａ以下であり、且つパティキュレートフィルタの温度ＴｆｌｔがＰＭ酸化開始温度Ｔｐｍ以上であり、且つＳＣＲの温度ＴｓｃｒがＮＯＸ浄化ウィンドの上限値（第二温度Ｔｅ２）より高いことを条件として、ＥＧＲガス量が増加される例について述べたが、ＳＣＲの温度ＴｓｃｒがＮＯＸ浄化ウィンドの上限値（第二温度Ｔｅ２）より高いことは必須の条件ではない。すなわち、ＰＭ捕集量ΣＰＭが上限量Ａ以下であり、且つパティキュレートフィルタの温度ＴｆｌｔがＰＭ酸化開始温度Ｔｐｍ以上であることを条件として、ＥＧＲガス量が増加されてもよい。
【００９２】
ＰＭ捕集量ΣＰＭが上限量Ａ以下であり、且つパティキュレートフィルタの温度ＴｆｌｔがＰＭ酸化開始温度Ｔｐｍ以上であることを条件として、ＥＧＲガス量が増加されると、ＳＣＲへ流入するＮＯＸの量が少なくなる。その結果、ＳＣＲがＮＯＸを浄化するために必要となる還元剤の量が少なくなる。よって、ＳＣＲへ供給される還元剤の量を少なく抑えつつ、大気中へ排出されるＮＯＸ量の増加を抑制することができる。
【符号の説明】
【００９３】
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     還元剤添加弁
８     第一排気温度センサ
９     第二排気温度センサ
１０   ＥＣＵ
１１   クランクポジションセンサ
１２   アクセルポジションセンサ
１３   エアフローメータ
１４   Ａ／Ｆセンサ
１５   ２次エア供給装置
７０   ポンプ
７１   還元剤タンク
１００ ＥＧＲ通路
１０１ ＥＧＲ弁
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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