(57)【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、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒である第一ＳＣＲ触媒と、
前記第一ＳＣＲ触媒よりも下流の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒である第二ＳＣＲ触媒と、
前記第一ＳＣＲ触媒へアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する供給装置と、
前記第一ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上となる制御である昇温制御を実施する制御装置と、
を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記制御装置は、前記第二ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量が、前記昇温制御を開始する閾値である昇温開始閾値以上のときに前記昇温制御を開始する内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記昇温制御を実施する要求があるときであって該昇温制御を実施する前には、前記昇温制御を実施する要求がないときよりも、前記供給装置から前記第一ＳＣＲ触媒へ供給するアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を多くする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記昇温制御を実施する要求があるときであって該昇温制御を実施する前に、前記第二ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量が前記昇温開始閾値未満の場合には、前記昇温開始閾値以上の場合よりも、前記供給装置から前記第一ＳＣＲ触媒へ供給するアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を多くする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記昇温制御を実施する要求があるときであって該昇温制御を実施する前に、前記第一ＳＣＲ触媒からアンモニア又はアンモニアの前駆体が流れ出るように、前記供給装置から前記第一ＳＣＲ触媒へ供給するアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を調整する請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記昇温制御を実施しているときには、前記供給装置から前記第一ＳＣＲ触媒へのアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給を停止する請求項１から４の何れ
か１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記昇温制御を実施しているときであっても、前記第一ＳＣＲ触媒の温度が前記所定温度よりも低い場合、且つ、前記第二ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量が低下して前記昇温開始閾値未満となった場合には、前記供給装置から前記第一ＳＣＲ触媒へのアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給を再開する請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記昇温制御を実施しているときであっても、前記第一ＳＣＲ触媒の温度が前記所定温度以上の場合、且つ、前記第二ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量がアンモニアの吸着を再開させる閾値であり、前記昇温開始閾値よりも小さい値であるアンモニア供給閾値以下の場合には、前記第一ＳＣＲ触媒の温度を前記所定温度よりも下降させる制御である温度下降制御を実施し、該温度下降制御により前記第一ＳＣＲ触媒の温度が所定温度よりも低くなった後に、前記供給装置から前記第一ＳＣＲ触媒へのアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給を再開する請求項５に記載の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する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気中に含まれるＮＯｘを、アンモニアを還元剤として浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＳＣＲ触媒」ともいう。）が知られている。このＳＣＲ触媒よりも上流側には、排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体（例えば、尿素）を供給する還元剤供給弁が設置される。
【０００３】
このＳＣＲ触媒を、内燃機関の排気通路に直列に２つ設けることがある。この場合、還元剤供給弁を、上流側のＳＣＲ触媒（以下、第一ＳＣＲ触媒ともいう。）よりもさらに上流側に１つだけ設けている。下流側のＳＣＲ触媒（以下、第二ＳＣＲ触媒ともいう。）には、第一ＳＣＲ触媒から流出したアンモニアが吸着されるため、第二ＳＣＲ触媒においてもＮＯｘを還元することができる。このように、ＳＣＲ触媒を直列に２つ備えている場合には、第一ＳＣＲ触媒において浄化されなかったＮＯｘを、第二ＳＣＲ触媒において浄化することができる。また、第一ＳＣＲ触媒と第二ＳＣＲ触媒とでは、温度などが異なるため、一方のＳＣＲ触媒においてＮＯｘを浄化することができない状態であっても、他方のＳＣＲ触媒においてＮＯｘを浄化することができる状態の場合もある。したがって、ＳＣＲ触媒を直列に２つ備えることにより、システム全体としてのＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【０００４】
ここで、ＳＣＲ触媒の温度が高くなりすぎると、該ＳＣＲ触媒においてアンモニアが酸化されてＮＯｘが発生する虞がある。例えば、ＳＣＲ触媒が排気中の粒子状物質（以下、ＰＭと称する）を捕集するフィルタに担持されている場合には、フィルタ再生処理時にＳＣＲ触媒が高温になる。以下、ＳＣＲ触媒を担持したフィルタをＳＣＲＦともいう。フィルタ再生処理は、ＳＣＲＦに堆積したＰＭを酸化させて除去する処理である。フィルタ再生処理は、ＳＣＲＦよりも上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒である前段触媒に燃料（ＨＣ）を供給することで実現される。前段触媒において燃料が酸化されると、ＳＣＲＦに流入する排気が酸化熱によって加熱される。そのため、ＳＣＲＦの温度を、ＰＭの酸化が促進されるフィルタ再生温度まで上昇させることができる。
【０００５】
このような高温状態では、アンモニアによって浄化されるＮＯｘの量よりも、アンモニアが酸化されることで発生するＮＯｘの量のほうが多くなり得る。このため、アンモニアの供給量を増加しても、ＮＯｘ浄化率は低下する。一方、ＳＣＲ触媒を直列に２つ設けている場合には、第一ＳＣＲ触媒の温度が高い状態であっても、第二ＳＣＲ触媒の温度が低い状態の場合もある。しかし、フィルタ再生処理中に第二ＳＣＲ触媒にアンモニアを供給しようとしても、供給したアンモニアが第一ＳＣＲ触媒で酸化されてしまう。このため、第二ＳＣＲ触媒にアンモニアを供給することが困難となり、第二ＳＣＲ触媒においてアンモニアが不足してしまう。
【０００６】
ここで、内燃機関の排気通路に第一ＳＣＲ触媒及び第二ＳＣＲ触媒を直列に備え、第一ＳＣＲ触媒の温度が高い場合に、尿素水の供給量を低減させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、アンモニアが第一ＳＣＲ触媒及び第二ＳＣＲ触媒を通り抜けることを抑制している。
【０００７】
しかし、尿素水の供給量を低減しても、第一ＳＣＲ触媒の温度が高すぎる場合にはアンモニアが酸化されてＮＯｘが発生するため、尿素水の供給によりＮＯｘ浄化率がさらに低
下する虞がある。一方、尿素水の供給を停止してしまうと、還元剤の不足により、ＮＯｘ浄化率を向上させることは困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−２１５１５４号公報
【特許文献２】特開２００９−２７０４４９号公報
【特許文献３】特開２００９−２６４１８１号公報
【特許文献４】特開２００６−３４２７３４号公報
【特許文献５】特開２０１２−１５４２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、直列に複数のＳＣＲ触媒を備える場合において、上流側のＳＣＲ触媒の高温時に、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が低下することを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するために本発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒である第一ＳＣＲ触媒と、
前記第一ＳＣＲ触媒よりも下流の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒である第二ＳＣＲ触媒と、
前記第一ＳＣＲ触媒へアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する供給装置と、
前記第一ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上となる制御である昇温制御を実施する制御装置と、
を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記制御装置は、前記第二ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量が、前記昇温制御を開始する閾値である昇温開始閾値以上のときに前記昇温制御を開始する。
【００１１】
昇温制御を実施することにより第一ＳＣＲ触媒の温度が上昇する。ただし、昇温制御は、第一ＳＣＲ触媒のために該第一ＳＣＲ触媒の温度を上昇させる制御に限らない。例えば、排気通路にフィルタを備えている場合において、該フィルタに捕集されているＰＭを除去するときに排気の温度を上昇させることがある。また、第一ＳＣＲ触媒または第二ＳＣＲ触媒の温度、さらには排気通路に備わるその他の触媒の温度を上昇させるときに、排気の温度を上昇させることがある。触媒の温度の上昇は、活性温度に速やかに到達させるために行ったり、触媒の硫黄被毒またはＨＣ被毒を回復させるために行ったりする。このように、昇温制御は、目的によらず、第一ＳＣＲ触媒の温度が上昇する制御であればよい。
【００１２】
所定温度は、アンモニアが酸化される温度とすることができる。なお、所定温度は、ＰＭが酸化される温度としてもよい。ＰＭが酸化される温度になると、第一ＳＣＲ触媒においてアンモニアが酸化されてしまう。ここで、第一ＳＣＲ触媒から流出する排気は、第二ＳＣＲ触媒へ到達するまでに排気通路外へ放熱するため温度が低下する。このため、第一ＳＣＲ触媒の温度よりも第二ＳＣＲ触媒の温度のほうが低くなる。したがって、第一ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上となる場合であっても、第二ＳＣＲ触媒の温度は所定温度未満となり得る。しかし、第一ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上のときにアンモニアまたはアンモニアの前駆体を供給しても、第一ＳＣＲ触媒においてアンモニアが酸化されるため、第二ＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させることは困難である。一方、第一ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上となる前に、第二ＳＣＲ触媒に予めアンモニアを吸着させておけば、その後に第一ＳＣＲ触媒の温度が高くなったとしても、第二ＳＣＲ触媒に吸着されている
アンモニアによりＮＯｘを浄化することができる。
【００１３】
ここで制御装置は、第二ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量が昇温開始閾値以上のときに昇温制御を開始する。これにより、昇温制御中であっても第二ＳＣＲ触媒においてＮＯｘを浄化することができる。なお、第二ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量が昇温開始閾値未満のときには、昇温制御を禁止するとしてもよい。昇温開始閾値は、昇温制御を実施しているときに第二ＳＣＲ触媒においてＮＯｘを浄化するのに十分なアンモニア量である。なお、昇温開始閾値は、第二ＳＣＲ触媒においてアンモニアが飽和するときのアンモニアの吸着量（以下、飽和アンモニア吸着量ともいう。）よりも少ないアンモニア量であって、飽和アンモニア量に対して余裕を持ったアンモニア量としてもよい。飽和アンモニア吸着量は第二ＳＣＲ触媒の温度に応じて変化するため、昇温制御を実施しているときに第二ＳＣＲ触媒からアンモニアが脱離しないように、昇温開始閾値を設定してもよい。
【００１４】
前記制御装置は、前記昇温制御を実施する要求があるときであって該昇温制御を実施する前には、前記昇温制御を実施する要求がないときよりも、前記供給装置から前記第一ＳＣＲ触媒へ供給するアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を多くすることができる。
【００１５】
制御装置が、昇温制御を実施する要求があるか否か判定してもよい。なお、昇温制御を実施する要求があるときとは、昇温制御を実施する必要がある場合であって、例えば昇温制御を行う所定の条件が成立した場合をいう。例えば、昇温制御を実施しないと、フィルタに捕集されているＰＭ量が許容値を超える場合や、排気の浄化能力が許容範囲よりも低くなる場合には、昇温制御を実施する要求があるといえる。そして、昇温制御を実施する要求があるときには、速やかに昇温制御を開始することが望ましい。しかし、昇温制御を実施する要求があったとしても、制御装置は、第二ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量が昇温開始閾値以上のときでないと昇温制御を開始しない。これに対して、昇温制御を実施する要求があるときに、第一ＳＣＲ触媒へ供給するアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を比較的多くすれば、第一ＳＣＲ触媒から流出するアンモニア又はアンモニアの前駆体の量が増加する。そうすると、第二ＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着量を速やかに増加させることができる。このため、第二ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニア量が、速やかに昇温開始閾値に達することになる。したがって、昇温制御を実施する要求があった後、昇温制御を速やかに開始することが可能となる。
【００１６】
前記制御装置は、前記昇温制御を実施する要求があるときであって該昇温制御を実施する前に、前記第二ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量が前記昇温開始閾値未満の場合には、前記昇温開始閾値以上の場合よりも、前記供給装置から前記第一ＳＣＲ触媒へ供給するアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を多くすることができる。
【００１７】
なお、第二ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量が昇温開始閾値以上の場合には、アンモニア又はアンモニアの前駆体を供給しなくてもよい。第二ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量が昇温開始閾値未満の場合に、第一ＳＣＲ触媒に供給するアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給量を比較的多くすることにより、第二ＳＣＲ触媒に吸着さているアンモニア量を速やかに昇温開始閾値に到達させることができる。これにより、昇温制御を速やかに開始することができる。
【００１８】
前記制御装置は、前記昇温制御を実施する要求があるときであって該昇温制御を実施する前に、前記第一ＳＣＲ触媒からアンモニア又はアンモニアの前駆体が流れ出るように、前記供給装置から前記第一ＳＣＲ触媒へ供給するアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を調整することができる。
【００１９】
第一ＳＣＲ触媒からアンモニアが流出しないと、第二ＳＣＲ触媒へアンモニアを供給することができない。例えば、第一ＳＣＲ触媒が吸着可能なアンモニア量よりも多くのアンモニアを供給することで、第一ＳＣＲ触媒からアンモニアを流出させることができる。また、第一ＳＣＲ触媒においてアンモニアが飽和した後も、該第一ＳＣＲ触媒へアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給することにより、第一ＳＣＲ触媒からアンモニア又はアンモニアの前駆体を流出させることができる。これにより、第二ＳＣＲ触媒へアンモニアを吸着させることができる。なお、第一ＳＣＲ触媒においてアンモニアが飽和していなくても、条件によっては、第一ＳＣＲ触媒からアンモニアが流出する。
【００２０】
前記制御装置は、前記昇温制御を実施しているときには、前記供給装置から前記第一ＳＣＲ触媒へのアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給を停止することができる。
【００２１】
昇温制御を実施しているときには、第一ＳＣＲ触媒の温度が高くなることにより、アンモニアが酸化されてＮＯｘが発生する。昇温制御を実施しているときに、第一ＳＣＲ触媒へのアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給を停止することにより、第一ＳＣＲ触媒でＮＯｘが発生することを抑制できる。これにより、システム全体としてのＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００２２】
前記制御装置は、前記昇温制御を実施しているときであっても、前記第一ＳＣＲ触媒の温度が前記所定温度よりも低い場合、且つ、前記第二ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量が前記昇温開始閾値未満の場合には、前記供給装置から前記第一ＳＣＲ触媒へのアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給を再開することができる。
【００２３】
昇温制御を実施しているときであっても、例えば減速時には、排気通路を温度の低い排気が流通するため、第一ＳＣＲ触媒の温度が所定温度未満となり得る。一方、昇温制御を実施しているときには、第二ＳＣＲ触媒へアンモニアが供給されないため、ＮＯｘの浄化に消費される分、アンモニアの吸着量が減少する。このため、昇温制御を実施しているときに第二ＳＣＲ触媒においてアンモニアが不足する虞がある。これに対し、第一ＳＣＲ触媒の温度が低い場合には、第一ＳＣＲ触媒においてアンモニアの酸化が抑制されるため、該第一ＳＣＲ触媒及び第二ＳＣＲ触媒へアンモニアを吸着させることができる。これにより、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制できる。なお、このときには、第一ＳＣＲ触媒からアンモニアが流出しないように、該第一ＳＣＲ触媒へアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給してもよい。第一ＳＣＲ触媒の温度が再度上昇すれば、該第一ＳＣＲ触媒からアンモニアが脱離するので、第二ＳＣＲ触媒へアンモニアが供給される。
【００２４】
前記制御装置は、前記昇温制御を実施しているときであっても、前記第一ＳＣＲ触媒の温度が前記所定温度以上の場合、且つ、前記第二ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量がアンモニアの吸着を再開させる閾値であるアンモニア供給閾値以下の場合には、前記第一ＳＣＲ触媒の温度を前記所定温度よりも下降させる制御である温度下降制御を実施し、該温度下降制御により前記第一ＳＣＲ触媒の温度が所定温度よりも低くなった後に、前記供給装置から前記第一ＳＣＲ触媒へのアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給を再開することができる。
【００２５】
すなわち、制御装置は、第二ＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着量が過度に少なくなることがないように、昇温制御を実施しているときであっても、第二ＳＣＲ触媒へアンモニアを吸着させるために、第一ＳＣＲ触媒の温度を低下させることができる。なお、温度下降制御は、昇温制御を単に停止または禁止するだけであってもよく、積極的に排気の温度を低下させてもよい。このようにすることで、第二ＳＣＲ触媒においてアンモニアが不足することを抑制できるため、ＮＯｘ浄化率が著しく低下することを抑制できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、直列に複数のＳＣＲ触媒を備える場合において、上流側のＳＣＲ触媒の高温時に、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が低下することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ＳＣＲ触媒の温度と、ＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。
【図３】ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。
【図４】ＳＣＲ触媒の温度と、飽和アンモニア吸着量と、アンモニア酸化率と、の関係を示した図である。
【図５】実施例１に係るフィルタ再生処理のフローを示したフローチャートである。
【図６】実施例２に係るフィルタ再生処理のフローを示したフローチャートである。
【図７】実施例３に係るフィルタ再生処理のフローを示したフローチャートである。
【図８】図７に示されるステップＳ３０２において実施される第二ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を増加させる制御のフローを示したフローチャートである。
【図９】実施例に係るフィルタ再生処理を実施したときの各種値の推移を示したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２９】
（実施例１）
ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムを、車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合について説明する。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。
【００３０】
図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には吸気通路２及び排気通路３が接続されている。吸気通路２には、エアフローメータ１１及びスロットル９が設けられている。エアフローメータ１１は内燃機関１の吸入空気量を検知する。スロットル９は内燃機関１の吸入空気量を調整する。
【００３１】
排気通路３には、第一排気温度センサ１２、燃料添加弁４、前段触媒５、第一ＮＯｘセンサ１３、第二排気温度センサ１４、還元剤供給弁６、ＳＣＲＦ７、第二ＳＣＲ触媒８、第二ＮＯｘセンサ１５、第三排気温度センサ１６が排気の流れに沿って上流側から順に設けられている。
【００３２】
前段触媒５は酸化触媒である。ただし、前段触媒５は、酸化機能を有する触媒であれば酸化触媒以外の触媒であってもよい。前段触媒５は、例えば三元触媒であってもよい。燃料添加弁４は、前段触媒５に燃料を供給すべく、排気中に燃料（ＨＣ）を添加する。
【００３３】
ＳＣＲＦ７は、排気中のＰＭを捕集するウォールフロー型のフィルタに第一ＳＣＲ触媒７ａが担持されて構成されている。第一ＳＣＲ触媒７ａ及び第二ＳＣＲ触媒８は、アンモニアを吸着し、該アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。
【００３４】
還元剤供給弁６は、第一ＳＣＲ触媒７ａ及び第二ＳＣＲ触媒８に還元剤としてのアンモ
ニアを供給すべく、排気中にアンモニアを供給する。なお、アンモニアに代えて、アンモニアの前駆体を供給してもよい。アンモニアの前駆体としては、例えば尿素を挙げることができる。排気の熱により尿素が加水分解されると、アンモニアが生成される。アンモニア又はアンモニアの前駆体は、気体、液体、固体の何れの状態で供給してもよい。アンモニアの一部は、第一ＳＣＲ触媒７ａに吸着される。第一ＳＣＲ触媒７ａに吸着されなかったアンモニア、または、第一ＳＣＲ触媒７ａから脱離したアンモニアが、第二ＳＣＲ触媒８に吸着される。そして、第一ＳＣＲ触媒７ａまたは第二ＳＣＲ触媒８が吸着したアンモニアが還元剤となって、排気中のＮＯｘが還元される。なお、本実施例においては還元剤供給弁６が、本発明における供給装置に相当する。
【００３５】
第一排気温度センサ１２、第二排気温度センサ１４、第三排気温度センサ１６は、排気の温度を検知するセンサである。第一排気温度センサ１２は、内燃機関１から流出する排気の温度または前段触媒５に流入する排気の温度を検知する。第二排気温度センサ１４は、前段触媒５から流出する排気の温度またはＳＣＲＦ７に流入する排気の温度を検知する。第三排気温度センサ１６は、第二ＳＣＲ触媒８から流出する排気の温度を検知する。第一ＮＯｘセンサ１３及び第二ＮＯｘセンサ１５は排気中のＮＯｘ濃度を検知するセンサである。第一ＮＯｘセンサ１３は、ＳＣＲＦ７に流入する排気中のＮＯｘ濃度を検知する。第二ＮＯｘセンサ１５は、第二ＳＣＲ触媒８から流出する排気中のＮＯｘ濃度を検知する。これらセンサは、必ずしも全てが必要であるということではなく、適宜選択して設けることができる。
【００３６】
内燃機関１の各気筒には、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁１７が設けられている。
【００３７】
内燃機関１には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ１１、第一排気温度センサ１２、第一ＮＯｘセンサ１３、第二排気温度センサ１４、第二ＮＯｘセンサ１５、第三排気温度センサ１６等の各種センサが電気的に接続されている。そして、各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、エアフローメータ１１の出力値に基づいて排気通路３における排気の流量を推定する。さらに、ＥＣＵ１０は、第一排気温度センサ１２の出力値に基づいて前段触媒５の温度を推定し、第二排気温度センサ１４の出力値に基づいてＳＣＲＦ７の温度（即ち第一ＳＣＲ触媒７ａの温度）を推定し、第三排気温度センサ１６の出力値に基づいて第二ＳＣＲ触媒８の温度を推定する。
【００３８】
さらに、ＥＣＵ１０には、スロットル９、燃料添加弁４、還元剤供給弁６、燃料噴射弁１７が電気的に接続されている。そして、これらの装置がＥＣＵ１０によって制御される。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。
【００３９】
また、本実施例では、内燃機関１から未燃燃料を排出させることもできる。ＥＣＵ１０は、内燃機関１において、燃料噴射弁１７から噴射された燃料が燃焼せずに排気通路３に未燃の状態で排出されるタイミングで燃料を噴射するポスト噴射を実行することで、前段触媒５に燃料を供給することもできる。
【００４０】
ここで、ＳＣＲＦ７には、捕集されたＰＭが徐々に堆積する。このため、本実施例においては、ＥＣＵ１０によって、ＳＣＲＦ７に堆積したＰＭを除去するためのフィルタ再生処理が実行される。フィルタ再生処理では、前段触媒５へ燃料を供給することで、該前段触媒５において排気の温度を上昇させる昇温制御が実施される。前段触媒５への燃料の供給は、燃料添加弁４からの燃料添加、または、ポスト噴射の少なくとも一方により実施される。
【００４１】
前段触媒５において燃料が酸化されると酸化熱が生じる。この酸化熱によってＳＣＲＦ
７に流入する排気が加熱される。これにより、ＳＣＲＦ７の温度が上昇する。フィルタ再生処理の実行時においては、前段触媒５へ供給する燃料量を制御することで、ＳＣＲＦ７の温度をＰＭの酸化が促進される所定のフィルタ再生温度（例えば、６００〜６５０℃）まで上昇させる。その結果、ＳＣＲＦ７に堆積したＰＭが酸化され除去される。なお、内燃機関１から温度の高いガスを排出させることで、ＳＣＲＦ７の温度を上昇させることもできる。
【００４２】
本実施例では、前回のフィルタ再生処理の実行が終了してから所定時間が経過する毎にフィルタ再生処理の実行が要求される。なお、内燃機関１を搭載した車両が所定の走行距離を走行する毎にフィルタ再生処理の実行を要求してもよい。また、ＳＣＲＦ７におけるＰＭ堆積量が所定の堆積量に達する毎にフィルタ再生処理の実行を要求してもよい。ＳＣＲＦ７におけるＰＭ堆積量は、内燃機関１での燃料噴射量、ＳＣＲＦ７に流入する排気の流量、及びＳＣＲＦ７の温度等の履歴に基づいて推定することができる。
【００４３】
ところで、フィルタ再生処理が実行されると、第一ＳＣＲ触媒７ａの温度が高くなる。ここで、図２は、ＳＣＲ触媒の温度と、ＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率は、温度によって変化する。そして、ＮＯｘ浄化率が最も高くなる温度が存在し、この温度よりも高くなっても、また、低くなっても、ＮＯｘ浄化率は低下する。図２における「第一ＳＣＲ」で示される範囲は、フィルタ再生処理が実行されているときの第一ＳＣＲ触媒７ａの温度の範囲である。図２における「第二ＳＣＲ」で示される範囲は、フィルタ再生処理が実行されているときの第二ＳＣＲ触媒８の温度の範囲である。第一ＳＣＲ触媒７ａは、第二ＳＣＲ触媒８よりも前段触媒５に近いために温度が高い。また、フィルタ再生処理が実行されることで、ＰＭが酸化されて熱が発生するため、第一ＳＣＲ触媒７ａの温度は第二ＳＣＲ触媒８の温度よりも高くなる。
【００４４】
図２に示されるように、フィルタ再生処理が実行されているときには、第一ＳＣＲ触媒７ａの温度が高いために、ＮＯｘ浄化率は低くなる。ここで、フィルタ再生処理が実行されているときの第一ＳＣＲ触媒７ａの温度は、アンモニアが酸化されてＮＯｘに変化する温度まで上昇する。このような温度では、ＳＣＲＦ７に流入するＮＯｘよりも、ＳＣＲＦ７から流出するＮＯｘのほうが多くなり得る。この場合、ＮＯｘ浄化率が負の値となる。また、第一ＳＣＲ触媒７ａでは、吸着していたアンモニアが、高温のために脱離するので、ＮＯｘを還元させるための還元剤が不足する。これらの理由から、フィルタ再生処理が実行されているときの第一ＳＣＲ触媒７ａのＮＯｘ浄化率は低くなる。
【００４５】
一方、フィルタ再生処理が実行されているときの第二ＳＣＲ触媒８の温度は、第一ＳＣＲ触媒７ａと比較すると、低くなる。このため、フィルタ再生処理が実行されているときの第二ＳＣＲ触媒８のＮＯｘ浄化率は比較的高くなる。
【００４６】
しかし、第二ＳＣＲ触媒８にアンモニアが吸着されていなければ、ＮＯｘを還元することができない。このため、第二ＳＣＲ触媒８にアンモニアが吸着されていない状態でフィルタ再生処理が実行されると、第一ＳＣＲ触媒７ａ及び第二ＳＣＲ触媒８においてＮＯｘを浄化することが困難となる。フィルタ再生処理時に第二ＳＣＲ触媒８にアンモニアを供給しようとして還元剤供給弁６からアンモニアを供給しても、第一ＳＣＲ触媒７ａにおいて酸化されたり、ＮＯｘの還元のために消費されたりするので、第二ＳＣＲ触媒８にはアンモニアがほとんど届かない。
【００４７】
そこで本実施例では、フィルタ再生処理が実行される前に、第二ＳＣＲ触媒８に閾値Ａ以上のアンモニアを予め吸着させておく。なお、第二ＳＣＲ触媒８に閾値Ａ以上のアンモニアが吸着されるのを待ってから、フィルタ再生処理を実行するとしてもよい。第二ＳＣＲ触媒８に閾値Ａ以上のアンモニアが吸着されるまで、フィルタ再生処理を禁止するとし
てもよい。ここでいう閾値Ａは、フィルタ再生処理の実行中に第二ＳＣＲ触媒８においてＮＯｘを還元するために必要となるアンモニア吸着量である。なお、本実施例においては閾値Ａが、本発明における昇温開始閾値に相当する。
【００４８】
図３は、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。アンモニア吸着量がある程度多くなるまでは、アンモニア吸着量が多くなるほど、ＮＯｘ浄化率は高くなる。一方、アンモニア吸着量がある程度多くなると、アンモニア吸着量が多くなっても、ＮＯｘ浄化率はほとんど変化がない。このＮＯｘ浄化率がほとんど変化しない範囲よりも、閾値Ａは小さな値とする。さらに、閾値Ａは、アンモニア吸着量が変化するとＮＯｘ浄化率も変化するようなアンモニア吸着量であって、ＮＯｘ浄化率が比較的高くなるアンモニア吸着量とする。閾値Ｃについては後述する。
【００４９】
さらに、閾値Ａは、第二ＳＣＲ触媒８における飽和アンモニア吸着量よりも少ない値とし、第二ＳＣＲ触媒８における飽和アンモニア吸着量に対して余裕を持った値とする。例えば、フィルタ再生処理を実行中には、第一ＳＣＲ触媒７ａからアンモニアが脱離するため、該アンモニアを第二ＳＣＲ触媒８において吸着できるようにしておいてもよい。
【００５０】
図４は、ＳＣＲ触媒の温度と、飽和アンモニア吸着量（実線）と、アンモニア酸化率（一点鎖線）と、の関係を示した図である。アンモニア酸化率は、供給されるアンモニアの量に対する、酸化されてＮＯｘに変化するアンモニアの量の比である。ＴＰＭは、ＰＭの酸化が始まる温度である。飽和アンモニア吸着量は、ＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど、少なくなり、閾値ＴＡ以上では０となる。この閾値ＴＡは、ＳＣＲ触媒がアンモニアを吸着できる最大温度である。一方、ＳＣＲ触媒の温度が閾値ＴＡ以上になると、温度が高くなるほど、アンモニア酸化率が高くなる。フィルタ再生処理が実行されると、第一ＳＣＲ触媒７ａの温度はＴＰＭ以上となるが、第二ＳＣＲ触媒８の温度は閾値ＴＡ以下となる。図４に示した関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、第二ＳＣＲ触媒８の温度に基づいて、該第二ＳＣＲ触媒８における飽和アンモニア吸着量を求めることができる。
【００５１】
第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量は、ＥＣＵ１０により推定される。第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量は、例えば、第二ＳＣＲ触媒８に流入するアンモニア量から、第二ＳＣＲ触媒８で消費されるアンモニア量を減算することにより求める。第二ＳＣＲ触媒８に流入するアンモニア量は、第一ＳＣＲ触媒７ａから流出するアンモニア量に等しい。第一ＳＣＲ触媒７ａから流出するアンモニア量は、運転条件及び第一ＳＣＲ触媒７ａにおけるＮＯｘ浄化率と相関関係にあるため、これらの関係を予め実験またはシミュレーションにより求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。
【００５２】
なお、第一ＳＣＲ触媒７ａと第二ＳＣＲ触媒８との間の排気通路３に、アンモニアを検出するアンモニアセンサを取り付けて、該アンモニアセンサの検出値に基づいて、第一ＳＣＲ触媒７ａから流出するアンモニア量を算出してもよい。第二ＳＣＲ触媒８で消費されるアンモニア量は、運転条件及び第二ＳＣＲ触媒８におけるＮＯｘ浄化率と相関関係にあるため、これらの関係を予め実験またはシミュレーションにより求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。なお、第一ＳＣＲ触媒７ａ及び第二ＳＣＲ触媒８におけるＮＯｘ浄化率は、各触媒の温度及び吸入空気量と相関関係にあるため、各触媒の温度及び吸入空気量に基づいて推定することができる。また、内燃機関１から排出されるＮＯｘ濃度の推定値と、第一ＮＯｘセンサ１３及び第二ＮＯｘセンサ１５により検出されるＮＯｘ濃度と、に基づいて、各触媒のＮＯｘ浄化率を求めることもできる。
【００５３】
図５は、本実施例に係るフィルタ再生処理のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００５４】
ステップＳ１０１では、フィルタ再生処理の実行が要求されているか否か判定される。本ステップでは、ＳＣＲＦ７に流入する排気の温度が、アンモニアを酸化させる温度になる昇温制御が実施されるか否か判定している。例えば、前回のフィルタ再生処理の実行が終了してから所定時間が経過する毎にフィルタ再生処理の実行が要求される。また、内燃機関１を搭載した車両が所定の走行距離を走行する毎にフィルタ再生処理の実行を要求してもよい。また、ＳＣＲＦ７におけるＰＭ堆積量が所定の堆積量に達する毎にフィルタ再生処理の実行を要求してもよい。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００５５】
ステップＳ１０２では、第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量が閾値Ａ以上であるか否か判定される。閾値Ａは、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００５６】
ステップＳ１０３では、フィルタ再生処理が実行される。これにより、第一ＳＣＲ触媒７ａにおいては、ＮＯｘを浄化することが困難となる。
【００５７】
ステップＳ１０４では、フィルタの再生が完了したか否か判定される。ＳＣＲＦ７に捕集されているＰＭ量が十分に少なくなった場合に、フィルタの再生が完了する。なお、フィルタ再生処理が開始されてから、所定時間が経過したときにフィルタの再生が完了したと判定してもよい。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させ、一方、否定判定がなされた場合には再度ステップＳ１０４が実行される。すなわち、フィルタの再生が完了するまで、ステップＳ１０４が繰り返し実行される。
【００５８】
このように、フィルタ再生処理が実行されるときには、第二ＳＣＲ触媒８に十分な量のアンモニアが吸着されているので、フィルタ再生処理の実行中であっても、第二ＳＣＲ触媒８においてＮＯｘを浄化することができる。これにより、システム全体としてのＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。
【００５９】
なお、本実施例においては、フィルタ再生処理の実行中において、第一ＳＣＲ触媒７ａの温度が高くなる場合について説明したが、他の理由により第一ＳＣＲ触媒７ａの温度が高くなる場合についても同様に考えることができる。例えば、前段触媒５よりも下流の触媒の温度を上昇させる目的のために、該前段触媒５に燃料を供給することがある。すなわち、前段触媒５よりも下流に設けられる触媒の活性化のため、又は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を設けている場合において該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒を解消するために前段触媒５に燃料を供給することがある。すなわち、これらの場合においても、昇温制御が実施される。このような場合において、第一ＳＣＲ触媒７ａの温度が、アンモニアの酸化する温度まで上昇するのであれば、それよりも前に第二ＳＣＲ触媒８にアンモニアを吸着させておいてもよい。
【００６０】
（実施例２）
本実施例では、フィルタ再生処理を実行する前に、第一ＳＣＲ触媒７ａに供給するアンモニア量を積極的に増加させる。これにより、第二ＳＣＲ触媒８に吸着されているアンモニア量を速やかに増加させる。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。
【００６１】
ここで、還元剤供給弁６からアンモニアを供給したときに、第一ＳＣＲ触媒７ａにおいて吸着されなかったアンモニア、又は、第一ＳＣＲ触媒７ａから脱離したアンモニアが、第二ＳＣＲ触媒８に吸着される。第一ＳＣＲ触媒７ａがアンモニアを吸着可能な状態であれば、第一ＳＣＲ触媒７ａから流出するアンモニア量は少ないため、第二ＳＣＲ触媒８に
吸着されるアンモニア量も少なくなる。このため、第二ＳＣＲ触媒８に吸着されているアンモニア量が閾値Ａ以上となるまでに時間がかかる虞がある。本実施例では、フィルタ再生処理を実行する要求があるときには、フィルタ再生処理を実行する要求がないときと比較して、第一ＳＣＲ触媒７ａに供給するアンモニア量を多くする。例えば、排気中のアンモニア濃度をより高くすることにより、第一ＳＣＲ触媒７ａから流出するアンモニア量を増加させることができる。このときには、アンモニアを供給する時間を長くすることによりアンモニアの供給量を多くすることで排気中のアンモニア濃度を高くしてもよいし、単位時間当たりのアンモア供給量を増加させることによりアンモニアの供給量を多くすることで排気中のアンモニア濃度を高くしてもよい。これにより、第一ＳＣＲ触媒７ａから流出するアンモニア量が増加するため、第二ＳＣＲ触媒８に吸着されるアンモニア量が増加する。
【００６２】
本実施例では、第一ＳＣＲ触媒７ａにおいてアンモニアが飽和するよりも多くの量のアンモニアを該第一ＳＣＲ触媒７ａに供給することで、第一ＳＣＲ触媒７ａからアンモニアを積極的に流出させてもよい。
【００６３】
図６は、本実施例に係るフィルタ再生処理のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００６４】
本実施例では、ステップＳ１０１で肯定判定がなされると、ステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、還元剤供給弁６から供給するアンモニア量を増加させる。すなわち、フィルタ再生処理の実行の要求があるときのアンモニア供給量を、フィルタ再生処理の実行の要求がないときのアンモニア供給量よりも、多くする。フィルタ再生処理の実行の要求がないときのアンモニア供給量は、第一ＳＣＲ触媒７ａに流入するＮＯｘ量に応じて決定される。アンモニア供給量の増加は、ステップＳ１０２で肯定判定がなされるまで続ける。すなわち、ステップＳ１０２で否定判定がなされると、ステップＳ２０１へ戻る。なお、増量後のアンモニア供給量の最適値は、予め実験またはシミュレーション等により求めておいてもよい。
【００６５】
そして、ステップＳ１０２で肯定判定がなされると、ステップＳ２０２へ進む。ステップＳ２０２では、アンモニアの供給が停止される。このときには、第二ＳＣＲ触媒８に十分な量のアンモニアが吸着されているため、アンモニアの供給を停止しても、第二ＳＣＲ触媒８に吸着されているアンモニアによりＮＯｘを浄化することができる。なお、ステップＳ２０２においては、アンモニアの供給を停止させることに代えて、アンモニアの供給量を減少させてもよい。すなわち、第二ＳＣＲ触媒８が吸着しているアンモニア量が閾値Ａ未満の場合よりも、第一ＳＣＲ触媒７ａに供給するアンモニアの量を少なくしてもよい。
【００６６】
さらに、ステップＳ１０４において肯定判定がなされた場合、すなわちフィルタの再生が完了したと判定された場合には、ステップＳ２０３へ進んで、アンモニアの供給が再開される。ステップＳ２０３では、フィルタ再生処理の実行の要求がないときのアンモニア供給量に設定して、アンモニアを供給する。
【００６７】
以上説明したように、本実施例によれば、フィルタ再生処理の実行の要求があるときには、第一ＳＣＲ触媒７ａから流出するアンモニア量を積極的に増加させるため、第二ＳＣＲ触媒８に速やかにアンモニアを吸着させることができる。したがって、フィルタ再生処理を速やかに開始することができる。
【００６８】
（実施例３）
本実施例では、フィルタ再生処理の実行中に、第二ＳＣＲ触媒８に吸着されているアンモニア量が少なくなった場合について説明する。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。
【００６９】
ここで、第二ＳＣＲ触媒８に予めアンモニアを吸着させておいたとしても、フィルタ再生処理の実行中にはアンモニアが供給されないので、第二ＳＣＲ触媒８に吸着されていたアンモニアが全て消費されてしまう虞がある。このときには第一ＳＣＲ触媒７ａにもアンモニアが吸着されていないため、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が低下してしまう。そこで、本実施例では、フィルタ再生処理の実行中であっても、第一ＳＣＲ触媒７ａの温度がアンモニアを吸着可能な温度またはアンモニアが酸化しない温度となっている場合には、還元剤供給弁６からアンモニアを供給する。このときには、第一ＳＣＲ触媒７ａに吸着されているアンモニア量が閾値Ｂ以上となるまでアンモニアを供給する。閾値Ｂは、第二ＳＣＲ触媒８においてＮＯｘを浄化するのに必要となるアンモニア量とすることができる。また、閾値Ｂは、第一ＳＣＲ触媒７ａの飽和アンモニア量としてもよい。第一ＳＣＲ触媒７ａにアンモニアを吸着させておけば、フィルタ再生処理の実行初期に第一ＳＣＲ触媒７ａからアンモニアが脱離するので、第二ＳＣＲ触媒８にアンモニアを供給することができる。
【００７０】
なお、実施例２と同様に、第一ＳＣＲ触媒７ａからアンモニアが流出するように、アンモニアを供給してもよい。これにより、フィルタ再生処理中には、第一ＳＣＲ触媒７ａから脱離するアンモニアと、第二ＳＣＲ触媒８に吸着されていたアンモニアと、により第二ＳＣＲ触媒８においてＮＯｘを浄化することができる。
【００７１】
ここで、フィルタ再生処理を実行していても、例えば減速中には、温度の低い排気がＳＣＲＦ７を流通するため、第一ＳＣＲ触媒７ａの温度がアンモニアを吸着可能な温度まで低下し得る。このときには、アンモニアがＮＯｘに酸化されることもない。このときに第一ＳＣＲ触媒７ａにアンモニアを吸着させておくことにより、次にＳＣＲＦ７の温度が上昇したときに、第一ＳＣＲ触媒７ａからアンモニアが脱離する。そして、このアンモニアは第二ＳＣＲ触媒８に吸着される。したがって、第二ＳＣＲ触媒８においてＮＯｘの浄化が可能となる。
【００７２】
なお、ＳＣＲＦ７の温度がアンモニアを吸着可能な温度まで低下しない場合で、且つ、第二ＳＣＲ触媒８に吸着されているアンモニア量が閾値Ｃ以下の場合には、ＳＣＲＦ７の温度を下降させる制御である温度下降制御を実施してもよい。温度下降制御は、例えば、前段触媒５への燃料の供給を停止することで実現される。温度下降制御は、昇温制御を停止する制御としてもよい。すなわち、燃料添加弁４からの燃料添加、または、ポスト噴射を停止または禁止することにより実施される。そして、ＳＣＲＦ７の温度がアンモニアを吸着可能な温度まで低下した後に、還元剤供給弁６からアンモニアを供給する。
【００７３】
閾値Ｃは、第二ＳＣＲ触媒８において、これ以上アンモニア吸着量が低下すると、ＮＯｘ浄化率が目標値に対して一定値以上下回るアンモニア吸着量である。すなわち、閾値Ｃは、これ以上アンモニア吸着量が減少すると、ＮＯｘ浄化率が著しく低下するアンモニア吸着量である。なお、閾値Ｃは、第二ＳＣＲ触媒８がＮＯｘを浄化するために要求されるアンモニアの吸着量に対して、一定値以上下回るアンモニアの吸着量としてもよい。なお、本実施例においては閾値Ｃが、本発明におけるアンモニア供給閾値に相当する。
【００７４】
図７は、本実施例に係るフィルタ再生処理のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００７５】
本実施例においては、ステップＳ１０３の処理の後に、ステップＳ３０１が処理される。ステップＳ３０１では、第二ＳＣＲ触媒８におけるアンモニア吸着量が閾値Ａ以上であるか否か判定される。閾値Ａは、ステップＳ１０２における閾値Ａと同じ値である。ただし、閾値Ａを、ステップＳ１０２における閾値Ａと異なる値に設定することもできる。第二ＳＣＲ触媒８におけるアンモニア吸着量は、ステップＳ２０２においてアンモニアの供給が停止されてからのＮＯｘ浄化量に基づいて推定される。ＮＯｘ浄化量は、第二ＳＣＲ触媒８に流入するＮＯｘ量と、第二ＳＣＲ触媒８の温度と、内燃機関１の吸入空気量と、に基づいて推定される。ここで、第二ＳＣＲ触媒８に流入するＮＯｘ量が多いほど、第二ＳＣＲ触媒８におけるアンモニアの消費量が多くなる。第二ＳＣＲ触媒８におけるＮＯｘ浄化率は、第二ＳＣＲ触媒８の温度及び内燃機関１の吸入空気量と関連している。そして、第二ＳＣＲ触媒８に流入するＮＯｘ量と、第二ＳＣＲ触媒８におけるＮＯｘ浄化率と、から、第二ＳＣＲ触媒８におけるアンモニアの消費量を算出することができる。なお、ステップＳ１０２において第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量が閾値Ａ以上であると判定されているため、ＮＯｘを浄化する前のアンモニア吸着量は、閾値Ａとして計算する。これらの関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてマップ化しておいてもよい。
【００７６】
ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０４へ進む。その後、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合には、ステップＳ３０１へ戻る。
【００７７】
一方、ステップＳ３０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ３０２へ進む。ステップＳ３０２では、第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量を増加させる制御が実施される。
【００７８】
ここで、図８は、図７に示されるステップＳ３０２において実施される第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量を増加させる制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００７９】
ステップＳ３０３では、ＳＣＲＦ７の温度が、閾値ＴＡ以下であるか否か判定される。閾値ＴＡは、第一ＳＣＲ触媒７ａにおいてアンモニアを吸着可能な温度の上限値である。閾値ＴＡは、図４における閾値ＴＡである。本ステップでは、第一ＳＣＲ触媒７ａがアンモニアを吸着可能であるか否か判定される。ステップＳ３０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０４へ進む。
【００８０】
ステップＳ３０４では、アンモニアの増量供給が開始される。ステップＳ３０４におけるアンモニア供給量は、フィルタ再生処理実行時以外のときのアンモニア供給量よりも多くしている。これにより、第一ＳＣＲ触媒７ａへ速やかにアンモニアを吸着させることができる。ただし、ステップＳ３０４におけるアンモニア供給量を、フィルタ再生処理実行時以外のときのアンモニア供給量と同じにしてもよい。
【００８１】
ステップＳ３０５では、第一ＳＣＲ触媒７ａのアンモニア吸着量が閾値Ｂ以上であるか否か判定される。閾値Ｂは、予め実験またはシミュレーション等により求めておいてもよい。
【００８２】
ステップＳ３０５で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には、ステップＳ３０４へ戻る。すなわち、第一ＳＣＲ触媒７ａのアンモニア吸着量が閾値Ｂ以上となるまで、アンモニアの供給が継続される。
【００８３】
ステップＳ２０２でアンモニアの供給が停止された後、ステップＳ３０６においてＳＣ
ＲＦ７の温度を急上昇させるための制御であるＳＣＲＦ温度急上昇制御が実施される。このステップＳ３０６では、内燃機関１から温度の高い排気または未燃燃料を排出させたり、燃料添加弁４から燃料を添加したりして、ＳＣＲＦ７の温度をＰＭが酸化される温度まで速やかに上昇させる。
【００８４】
ステップＳ３０６においてＳＣＲＦ７の温度を上昇させる過程において、第一ＳＣＲ触媒７ａの温度がアンモニアを吸着可能な温度よりも高くなり、該第一ＳＣＲ触媒７ａからアンモニアが脱離する。このアンモニアが第二ＳＣＲ触媒８に吸着されることにより、フィルタ再生処理の実行中に第二ＳＣＲ触媒８においてＮＯｘを浄化することができる。
【００８５】
一方、ステップＳ３０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ３０７へ進む。ステップＳ３０７では、第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量が閾値Ｃ以下であるか否か判定される。閾値Ｃは、予め実験またはシミュレーション等により求めておいてもよい。ステップＳ３０７では、第二ＳＣＲ触媒８にアンモニアを供給しなければ、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が著しく低下するか否か判定している。ステップＳ３０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０３へ戻る。
【００８６】
ステップＳ３０８では、ＳＣＲＦ７の温度を下降させるための制御である温度下降制御が実施される。このステップＳ３０８では、ＳＣＲＦ７の温度を、アンモニアを吸着可能な温度まで上昇させる。すなわち、第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量が閾値Ｃ以下の場合には、ＳＣＲＦ７の温度を下降させることにより、第一ＳＣＲ触媒７ａにおいてアンモニアを吸着可能とする。
【００８７】
図９は、本実施例に係るフィルタ再生処理を実施したときの各種値の推移を示したタイムチャートである。「温度」における、実線は、第一ＳＣＲ触媒７ａ（ＳＣＲＦ７）の温度を示し、一点鎖線は第二ＳＣＲ触媒８の温度を示している。「アンモニア供給量」は、第一ＳＣＲ触媒７ａに供給されるアンモニア量と関連している。図９において、Ｔ１の時点は、フィルタ再生処理を実行する要求が始まる時点である。Ｔ１の時点よりも前は、排気中のＮＯｘ濃度に応じてアンモニアの供給量が決定される。
【００８８】
Ｔ１からＴ３までの期間では、フィルタ再生処理は実行しておらず、アンモニアの供給量を、フィルタ再生処理の要求がなされる前よりも増加させている。これにより、Ｔ１からＴ３の期間では、アンモニアの増量供給により、第一ＳＣＲ触媒７ａのアンモニア吸着量が増加する。そして、Ｔ２の時点において、第一ＳＣＲ触媒７ａのアンモニア吸着量が閾値Ｂ以上になる。したがって、Ｔ２からＴ３の期間において、第一ＳＣＲ触媒７ａからアンモニアが流出するため、第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量が増加する。第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量が閾値Ａ以上になると、フィルタ再生処理が開始される。Ｔ３の時点において、第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量が閾値Ａとなるので、アンモニアの供給が停止されると共に、フィルタ再生処理が開始される。
【００８９】
Ｔ３の時点以降では、フィルタ再生処理が実行されているため、第一ＳＣＲ触媒７ａ及び第二ＳＣＲ触媒８の温度が高くなる。これにより、第一ＳＣＲ触媒７ａからアンモニアが脱離し、該アンモニアが第二ＳＣＲ触媒８に吸着される。したがって、Ｔ３からＴ４までの期間には、第一ＳＣＲ触媒７ａのアンモニア吸着量が低下し、且つ、第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量が増加する。
【００９０】
Ｔ４の時点では、第一ＳＣＲ触媒７ａのアンモニア吸着量が０となる。これにより、第一ＳＣＲ触媒７ａから流出するアンモニアがなくなるので、第二ＳＣＲ触媒８に供給されるアンモニアがなくなる。そして、Ｔ４の時点以降では、第二ＳＣＲ触媒８に吸着されて
いるアンモニアがＮＯｘの浄化に消費されるので、該第二ＳＣＲ触媒８におけるアンモニア吸着量が減少する。
【００９１】
Ｔ５の時点では、第一ＳＣＲ触媒７ａの温度が閾値ＴＡ未満となり、且つ、第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量が閾値Ａ未満となっている。このときには、第一ＳＣＲ触媒７ａにアンモニアを吸着させることができる。このため、アンモニアが供給される。このアンモニアの供給により、第一ＳＣＲ触媒７ａのアンモニア吸着量が増加する。このときには、第一ＳＣＲ触媒７ａからアンモニアが流出しないようにアンモニアを供給するため、第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量は増加しない。ただし、第一ＳＣＲ触媒７ａにおいてＮＯｘが浄化されるため、第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量の減少が抑制される。
【００９２】
そして、Ｔ６からＴ７の期間は、第一ＳＣＲ触媒７ａの温度が閾値ＴＡ以上となるため、アンモニアの供給が停止される。この期間では、第一ＳＣＲ触媒７ａからアンモニアが脱離するため、該第一ＳＣＲ触媒７ａのアンモニア吸着量が減少する。一方、第二ＳＣＲ触媒８には第一ＳＣＲ触媒７ａから流出するアンモニアが供給されるものの、アンモニアの供給量が少ないために、アンモニア吸着量が減少している。Ｔ７からＴ９の期間も、Ｔ５からＴ７の期間と同様の処理となる。
【００９３】
さらに、Ｔ９の時点において、第一ＳＣＲ触媒７ａの温度が閾値ＴＡ未満となり、且つ、第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量が閾値Ａ未満となっているので、アンモニアが供給される。そして、Ｔ１０の時点において、第一ＳＣＲ触媒７ａのアンモニア吸着量が閾値Ｂに到達するため、アンモニアの供給が停止される。その後、第一ＳＣＲ触媒７ａからアンモニアが脱離して第一ＳＣＲ触媒７ａのアンモニア吸着量が減少する。それにしたがって、第二ＳＣＲ触媒８のアンモニア吸着量が増加する。
【００９４】
以上説明したように本実施例によれば、フィルタ再生処理を実施しているときであっても、第二ＳＣＲ触媒８にアンモニアを吸着させることができるため、ＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。
【符号の説明】
【００９５】
１     内燃機関
２     吸気通路
３     排気通路
４     燃料添加弁
５     前段触媒
６     還元剤供給弁
７ａ   第一ＳＣＲ触媒
８     第二ＳＣＲ触媒
１７   燃料噴射弁
【図１】
0005915623.tif 000002
【図２】
0005915623.tif 000003
【図３】
0005915623.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005915623.tif 000007
【図７】
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【図８】
0005915623.tif 000009
【図９】
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