(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、酸化機能を有する前段触媒と、
前記前段触媒に燃料を供給する燃料供給装置と、
前記前段触媒より下流側の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタと、
前記フィルタにアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給するアンモニア供給装置と、
前記燃料供給装置から前記前段触媒に燃料を供給することで、前記フィルタの温度を粒子状物質の酸化が促進される所定のフィルタ再生温度まで上昇させ、それによって前記フィルタに堆積した粒子状物質を酸化させて除去するフィルタ再生処理を実行するフィルタ再生処理実行部と、
前記フィルタ再生処理を実行していない場合には、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量に応じた量のアンモニア又はアンモニアの前駆体を前記アンモニア供給装置により供給し、前記フィルタ再生処理を実行している場合には、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量から、前記燃料供給装置により供給される燃料であって前記前段触媒を通過する燃料により還元されるＮＯｘ量を減じたＮＯｘ量に応じた量のアンモニアまたはアンモニアの前駆体を前記アンモニア供給装置により供給する制御部と、
を備える内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記フィルタ再生処理を実行している場合に、前記アンモニア供給装置により供給されるアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を、前記フィルタの温度に基づいて変更する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記フィルタ再生処理を実行している場合に、前記アンモニア供給装置により供給するアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を、前記フィルタに流入する排気中の水分量に基づいて変更する請求項１または２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】
内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置として、フィルタに選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒と称する）を担持させたものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。フィルタは、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭと称する）を捕集する。ＳＣＲ触媒は、アンモ二ア（ＮＨ３）を還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。以下、このようなＳＣＲ触媒を担持したフィルタをＳＣＲＦと称する場合もある。【０００３】
排気浄化装置としてＳＣＲＦを採用することで、フィルタとＳＣＲ触媒とを別々に排気通路に設けた場合に比べて、排気浄化装置の大きさをより小さくすることができる。そのため、排気浄化装置の搭載性を向上させることができる。また、ＳＣＲＦを採用することで、排気通路におけるより上流側にＳＣＲ触媒を配置することが可能となる。排気通路におけるＳＣＲ触媒の配置がより上流側であるほど、該ＳＣＲ触媒が排気の熱によって加熱され易くなる。そのため、ＳＣＲ触媒の暖機性の向上や、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率の向上を図ることができる。【０００４】
ここで、ＳＣＲＦには、捕集されたＰＭが堆積する。そのため、ＳＣＲＦを備えた排気浄化システムにおいて、フィルタ再生処理が実行される。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】
なお、ＳＣＲ触媒よりも上流の排気通路に、ＨＣを添加するＨＣ添加弁と、尿素水を添加する尿素添加弁と、を備え、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化に必要な尿素水量が所定の上限量を上回る場合には、尿素水の供給に追加してＨＣを供給することが知られている（例えば、特許文献２参照）。【０００６】
ところで、ＳＣＲＦを備えた排気浄化システムにおいて、フィルタ再生処理を実施するときには、前段触媒に多量のＨＣが供給される。フィルタよりも下流側にＳＣＲ触媒が備わる従来の排気浄化システムでは、フィルタ再生処理時に前段触媒及びフィルタにおいてＨＣがほとんど酸化されるため、ＳＣＲ触媒に流入するＨＣの量は比較的少なかった。しかし、ＳＣＲＦの上流には前段触媒しか存在しないため、前段触媒で酸化されなかったＨＣがＳＣＲＦに流入する虞がある。そして、ＨＣがＳＣＲＦに流入すると、その一部がＮＯｘを還元させる。このため、ＳＣＲＦに流入するＮＯｘ量に基づいてアンモニアを供給すると、ＨＣにより還元されたＮＯｘの分だけ、アンモニアが過剰となる。すなわち、ＮＯｘを還元するために必要となるよりも多くのアンモニアが供給されることになる。そして、余ったアンモニアがＳＣＲＦから流出することにより、アンモニアが無駄になる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００７−５０１３５３号公報
【特許文献２】特開２００８−１５７１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、ＳＣＲ触媒を担持したフィルタの再生処理時に、アンモニアが流出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】
【０００９】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化機能を有する前段触媒と、
前記前段触媒に燃料を供給する燃料供給装置と、
前記前段触媒より下流側の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタと、
前記フィルタにアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給するアンモニア供給装置と、
前記燃料供給装置から前記前段触媒に燃料を供給することで、前記フィルタの温度を粒子状物質の酸化が促進される所定のフィルタ再生温度まで上昇させ、それによって前記フィルタに堆積した粒子状物質を酸化させて除去するフィルタ再生処理を実行するフィルタ再生処理実行部と、
前記フィルタ再生処理を実行していない場合には、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量に応じた量のアンモニア又はアンモニアの前駆体を前記アンモニア供給装置により供給し、前記フィルタ再生処理を実行している場合には、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量から、前記燃料供給装置により供給される燃料であって前記前段触媒を通過する燃料により還元されるＮＯｘ量を減じたＮＯｘ量に応じた量のアンモニアまたはアンモニアの前駆体を前記アンモニア供給装置により供給する制御部と、
を備える。【００１０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいては、前段触媒及びＳＣＲＦが内燃機関の排気通路において上流側から順に設けられている。そして、ＳＣＲＦには、アンモニア供給装置からアンモニア又はアンモニアの前駆体が供給される。ＳＣＲＦに担持されたＳＣＲ触媒では、供給されたアンモニア又は供給されたアンモ二アの前駆体から生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘが還元される。また、燃料供給装置から前段触媒に燃料が供給されることで、ＳＣＲＦ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。【００１１】
フィルタ再生処理が実行される際に、前段触媒において酸化されずに該前段触媒を通り抜けたＨＣはＳＣＲＦに流入する。このようにしてＳＣＲＦに流入するＨＣは、ＮＯｘを還元する還元剤となる。【００１２】
そして、本発明では、フィルタ再生処理を実行している場合には、ＨＣにより還元されるＮＯｘの分だけ、アンモニア供給装置から供給するアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を減少させる。ここで、フィルタ再生処理を実行していない場合には、ＨＣによるＮＯｘの還元が殆どないため、内燃機関から排出されるＮＯｘ量に応じてアンモニアを供給すれば、還元剤量に過不足が生じることを抑制できる。一方、フィルタ再生処理を実行している場合には、内燃機関から排出されるＮＯｘがＨＣ及びアンモニアで還元される。このため、内燃機関から排出されるＮＯｘ量からＨＣで還元される分のＮＯｘ量を減算して、残りのＮＯｘ量に応じてアンモニアを供給すれば、還元剤量に過不足が生じることを抑制できる。このように、ＳＣＲＦにおいて還元剤量に過不足が生じないため、ＳＣＲＦからアンモニアが流出することを抑制できる。【００１３】
本発明においては、前記制御部は、前記フィルタ再生処理を実行している場合に、前記アンモニア供給装置により供給されるアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を、前記フィルタの温度に基づいて変更することができる。【００１４】
ここで、フィルタの温度に応じてＳＣＲ触媒において反応するアンモニア量が変化するため、該フィルタの温度に応じて供給するアンモニア量を変化させれば、還元剤量に過不足が生じることを抑制できる。【００１５】
本発明においては、前記制御部は、前記フィルタ再生処理を実行している場合に、前記アンモニア供給装置により供給するアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を、前記フィルタに流入する排気中の水分量に基づいて変更することができる。【００１６】
フィルタに流入する排気中の水分量に応じてＳＣＲ触媒において反応するアンモニア量が変化するため、該フィルタに流入する排気中の水分量に応じて供給するアンモニア量を変化させれば、還元剤量に過不足が生じることを抑制できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＳＣＲ触媒を担持したフィルタの再生処理時に、アンモニアが流出することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】フィルタ再生処理が実行される前から、フィルタ再生処理が完了した後までの、ＳＣＲ触媒の温度、ＳＣＲＦへ流入するＨＣ量（ＨＣ流入量）、ＳＣＲＦに流入又は流出するＮＯｘ量、アンモニア添加弁からのアンモニア供給量、ＳＣＲＦから流出するアンモニア量（アンモニア流出量）の推移を示したタイムチャートである。
【図３】排気中に水分が含まれる場合と、排気中に水分が含まれない場合と、の夫々について、ＳＣＲ触媒の温度と、ＨＣによるＮＯｘ浄化率と、の関係を示した図である。
【図４】フィルタ再生処理の実行時におけるアンモニア添加弁からのアンモニア供給量Ｑｒｅｄを決定するときのブロック図である。
【図５】Ｇｅｇｒ／（Ｇａ＋Ｇｆ）と、内燃機関の気筒内での燃焼前に既に含まれている水分量Ｑｈ２ｏｉと、の関係を示した図である。
【図６】空燃比（Ｇａ／Ｇｆ）と、内燃機関の気筒内での燃焼により発生する水分量Ｑｈ２ｏｃとの関係を示した図である。
【図７】燃料量Ｇｆと、内燃機関の気筒内での燃焼により発生する水分量Ｑｈ２ｏｃとの関係を示した図である。
【図８】燃料添加弁からの燃料供給量Ｑａｄｄと、前段触媒において発生する水分量Ｑｈｅｏｅとの関係を示した図である。
【図９】前段触媒温度Ｔｄｏｃと、前段触媒において発生する水分量Ｑｈｅｏｅとの関係を示した図である。
【図１０】実施例に係るフィルタ再生処理のフロー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】
【００１９】
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。
【００２０】
＜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。
【００２１】
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及びスロットル弁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。スロットル弁９は内燃機関１の吸入空気量を調整する。
【００２２】
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、アンモニア添加弁６、ＳＣＲＦ７、後段触媒８、第二ＮＯｘセンサ１５が排気の流れに沿って上流側から順に設けられている。
【００２３】
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。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。
【００２４】
なお、本実施例においては、燃料添加弁４が本発明に係る燃料供給装置に相当する。ただし、燃料添加弁４を設けずに、内燃機関１において、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副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。
【００２５】
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ＳＣＲ触媒７ａが担持されて構成されている。ＳＣＲ触媒７ａは、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。アンモニア添加弁６は、ＳＣＲＦ７にアンモニアを供給すべく、排気中にアンモニアガスを添加する。ＳＣＲＦ７にアンモニアが供給されると該アンモニアはＳＣＲＦ７に担持されたＳＣＲ触媒７ａに一旦吸着する。そして、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。
【００２６】
なお、本実施例においては、アンモニア添加弁６が本発明に係るアンモニア供給装置に相当する。ただし、本発明に係るアンモニア供給装置は、アンモニアを液体又は個体として供給する装置であってもよい。また、本発明に係るアンモニア供給装置は、アンモニアの前駆体を供給する装置であってもよい。例えば、本実施例において、アンモニア添加弁６に代えて、排気中に尿素水溶液を添加する尿素添加弁を設けてもよい。この場合、アンモニアの前駆体として尿素がＳＣＲＦ７に供給される。そして、尿素が加水分解することでアンモニアが生成される。
【００２７】
後段触媒８は酸化触媒である。ただし、後段触媒８は、酸化機能を有する他の触媒であってもよい。後段触媒８は、排気中のＨＣ、ＣＯ、及びアンモニアを酸化させる。なお、本実施例においては、後段触媒８は必ずしも必要ではない。
【００２８】
第一排気温度センサ１２及び第二排気温度センサ１４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、後段触媒８から流出する排気中のＮＯｘ濃度を検知する。
【００２９】
また、排気通路３における燃料添加弁４よりも上流側には、ＥＧＲ通路１６の一端が接続されている。ＥＧＲ通路１６の他端は、吸気通路２におけるスロットル弁９よりも下流側に接続されている。また、ＥＧＲ通路１６にはＥＧＲ弁１７が設けられている。
【００３０】
このような構成によれば、内燃機関１から排出された排気の一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１６を通して吸気通路２に導入される。これにより、ＥＧＲガスが内燃機関１に供給される。また、ＥＧＲ通路１６を通して吸気通路２に導入されるＥＧＲガスの流量がＥＧＲ弁１７によって調整される。なお、本実施例では、ＥＧＲ通路１６及びＥＧＲ弁１７は必ずしも必要ではない。
【００３１】
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。また、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ＳＣＲ触媒７ａの温度）を推定する。
【００３２】
さらに、ＥＣＵ１０には、スロットル弁９、燃料添加弁４、アンモニア添加弁６、及びＥＧＲ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。
【００３３】
ここで、ＳＣＲＦ７には、捕集されたＰＭが徐々に堆積する。そこで、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。本実施例に係るフィルタ再生処理は、燃料添加弁４から燃料を添加し、それによって燃料を前段触媒５に供給することで実現される。なお、本実施例においてはフィルタ再生処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明におけるフィルタ再生処理実行部に相当する。
【００３４】
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ＳＣＲＦ７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、燃料添加弁４からの燃料添加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。
【００３５】
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。
【００３６】
フィルタ再生処理の実行時には、前段触媒５に供給された燃料に含まれるＨＣの一部が該前段触媒５において酸化されずに該前段触媒５を通り抜ける場合がある。前段触媒５を通り抜けたＨＣはＳＣＲＦ７に流入する。ＳＣＲＦ７に流入したＨＣは、ＳＣＲ触媒７ａにおいてＮＯｘを還元させる還元剤となる。
【００３７】
ところで、フィルタ再生処理の実行時であっても、ＮＯｘを還元させるためにアンモニア添加弁６からアンモニアを添加している。フィルタ再生処理の実行時には、ＳＣＲ触媒７ａにアンモニアが吸着されても、温度が高いためにすぐに脱離する。このため、アンモニア添加弁６から添加するアンモニアの量は、ＮＯｘの還元のために必要となる量に対して過不足が生じないことが望ましい。
【００３８】
ここで、フィルタ再生処理が実行されていない場合には、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量、又は、ＳＣＲＦ７に流入するＮＯｘ量に応じて、アンモニア添加弁６からアンモニアを添加すればよい。すなわち、内燃機関１から排出されるＮＯｘを還元するために必要となる量のアンモニアを供給すれば、ＳＣＲ触媒７ａにおいて消費されるアンモニア量と供給されるアンモニア量とが釣り合うため、ＳＣＲ触媒７ａにおいてアンモニア量に過不足が生じることを抑制できる。なお、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量は、機関回転数及び機関負荷に基づいて推定することができる。また、第一ＮＯｘセンサ１３の検出値と、エアフローメータ１１により検出される吸入空気量から推定される排気の流量と、に基づいて、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量を算出することもできる。なお、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量は、ＳＣＲ触媒７ａに流入するＮＯｘ量と等しいとしてもよい。
【００３９】
一方、フィルタ再生処理が実行されている場合には、燃料添加弁４から添加され前段触媒５において酸化されなかったＨＣによってもＳＣＲ触媒７ａにおいてＮＯｘが還元される。したがって、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量、又は、ＳＣＲＦ７に流入するＮＯｘ量に対して、過不足が生じないようにアンモニア添加弁６からアンモニアを添加すると、ＨＣにより還元されたＮＯｘの分だけアンモニアが過剰となる。過剰となったアンモニアは、ＳＣＲ触媒７ａの温度が高いために該ＳＣＲ触媒７ａから脱離し、ＳＣＲＦ７から流出する。その後に、後段触媒８にてアンモニアを反応させることが可能であるが、アンモニアを無駄に消費することになる。
【００４０】
そこで本実施例では、フィルタ再生処理が実行されている場合には、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量、又は、ＳＣＲＦ７へ流入するＮＯｘ量から、ＨＣにより還元されるＮＯｘ量を減算して求まるＮＯｘ量に応じて、アンモニア添加弁６からアンモニアを供給する。なお、内燃機関１から排出されるＮＯｘ、又は、ＳＣＲＦ７へ流入するＮＯｘを全て還元するために必要となるアンモニア量から、ＨＣにより還元される分のＮＯｘを還元するために必要となるアンモニア量を減算することで、アンモニア添加弁６からのアンモニア供給量を算出してもよい。
【００４１】
ここで、図２は、フィルタ再生処理が実行される前から、フィルタ再生処理が完了した後までの、ＳＣＲＦ７（ＳＣＲ触媒７ａとしてもよい）の温度、ＳＣＲＦ７へ流入するＨＣ量（ＨＣ流入量）、ＳＣＲＦ７に流入又は流出するＮＯｘ量、アンモニア添加弁６からのアンモニア供給量、ＳＣＲＦ７から流出するアンモニア量（アンモニア流出量）の推移を示したタイムチャートである。実線は、ＨＣにより還元されるＮＯｘ量を考慮してアンモニア供給量を減少させた場合を示し、破線は、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量に応じてアンモニア供給量を決定した場合を示している。すなわち、破線は、ＨＣにより還元されるＮＯｘ量を考慮しないでアンモニア供給量を決定した場合である。Ｔ１の時点においてフィルタ再生処理が開始され、Ｔ２の時点においてＳＣＲＦの温度が、ＰＭの酸化が促進される温度である所定のフィルタ再生温度に達している。ＥＣＵ１０は、フィルタ再生処理を実行しているときには、ＳＣＲＦ７の温度が所定のフィルタ再生温度を維持するように、燃料添加弁４からの燃料添加量を調整する。そして、Ｔ３の時点において、フィルタ再生処理が終了している。Ｔ２からＴ３の期間において、ＰＭが酸化され除去される。
【００４２】
Ｔ１からＴ３の期間において燃料添加弁４から多くの燃料が添加されているため、ＨＣ流入量が増加する。このときにＳＣＲＦ７に流入するＮＯｘ量は、実線の場合と破線の場合とで同じである。なお、ＳＣＲＦ７から流出するＮＯｘ量が、実線の場合よりも破線の場合のほうが少ないのは、還元剤が過剰に存在するためにＮＯｘ浄化率が高くなっているためである。しかし、この状態では、アンモニア添加弁６からのアンモニア供給量及びＳＣＲＦ７から流出するアンモニア量が多くなってしまい、アンモニアを無駄に供給してしまう。一方、実線の場合であれば、ＳＣＲＦ７からＮＯｘ及びアンモニアが流出することを抑制することができる。そして、破線の場合よりも実線の場合のほうが、アンモニア添加弁６からのアンモニア供給量が少なくなるので、アンモニアの消費量を低減することができる。
【００４３】
また、ＳＣＲＦ７に流入するＨＣ量は、前段触媒５の温度及び燃料添加弁４からの燃料添加量と関連しているため、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に記憶しておく。そうすると、前段触媒５の温度及び燃料添加弁４からの燃料添加量に基づいて、ＳＣＲＦ７に流入するＨＣ量を求めることができる。
【００４４】
ここで、ＳＣＲＦ７に流入するＨＣの全てが、ＮＯｘを還元させるとは限らない。すなわち、ＨＣによるＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒７ａの種類や、排気中の水分量、ＳＣＲ触媒７ａの温度によって変わる。ここで、図３は、排気中に水分が含まれる場合（実線）と、排気中に水分が含まれない場合（破線）と、の夫々について、ＳＣＲ触媒７ａの温度と、ＨＣによるＮＯｘ浄化率と、の関係を示した図である。この関係は、ＳＣＲ触媒７ａの種類によって変わる。
【００４５】
このように、水分の有無及びＳＣＲ触媒７ａの温度により、ＨＣによるＮＯｘ浄化率が変わる。そこで、本実施例では、排気中の水分量及びＳＣＲ触媒７ａの温度に応じて、ＨＣにより還元されるＮＯｘ量を補正する。なお、排気中の水分量は、内燃機関１に供給される燃料量、内燃機関１の吸入空気量、ＥＧＲガス量等から求めることができる。このようにして、ＨＣにより還元されるＮＯｘ量をより正確に求めることで、必要となるアンモニア量をより正確に求めることができる。
【００４６】
図４は、フィルタ再生処理の実行時におけるアンモニア添加弁６からのアンモニア供給量Ｑｒｅｄを決定するときのブロック図である。
【００４７】
フィルタ再生処理の実行が要求されると、１０１において、ＰＭの酸化が促進される温度である目標ＳＣＲＦ温度Ｔｔｒｇが設定される。また、１０２において、現時点でのＳＣＲＦ７の温度（ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆ）が推定される。なお、目標ＳＣＲＦ温度Ｔｔｒｇは、所定のフィルタ再生温度（例えば、６００〜６５０℃）であり、予め設定しておく。また、ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆは、第二排気温度センサ１４の検出値と、エアフローメータ１１により検出される吸入空気量Ｇａと、に基づいて推定される。そして、１０３において、ＳＣＲＦ７の温度を、目標ＳＣＲＦ温度Ｔｔｒｇまで上昇させるために必要となる燃料供給量Ｑａｄｄが算出される。この燃料供給量Ｑａｄｄは、現時点でのＳＣＲＦ７の温度（ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆ）と、目標ＳＣＲＦ温度Ｔｔｒｇと、に基づいて算出される。ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆと、目標ＳＣＲＦ温度Ｔｔｒｇとから、燃料供給量Ｑａｄｄを算出するためのマップや式を予め求めてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。
【００４８】
そして、１０４において、燃料供給量Ｑａｄｄ及び前段触媒５の温度（前段触媒温度Ｔｄｏｃ）に基づいて、ＳＣＲＦ７に流入するＨＣ量（ＨＣ流入量Ｑｈｃ）を算出する。ここで、燃料添加により前段触媒５の温度が変化する。この前段触媒５の温度（前段触媒温度Ｔｄｏｃ）によりＨＣ流入量Ｑｈｃが変化するため、ＨＣ流入量Ｑｈｃを算出するときに、前段触媒温度Ｔｄｏｃを考慮している。前段触媒温度Ｔｄｏｃは、第一排気温度センサ１２の検出値と、エアフローメータ１１により得られる吸入空気量Ｇａと、内燃機関１の気筒内へ供給される燃料量Ｇｆと、燃料添加弁４からの燃料供給量Ｑａｄｄと、に応じて変化する。そこで、１０５において、第一排気温度センサ１２の検出値と、エアフローメータ１１により得られる吸入空気量Ｇａと、内燃機関１の気筒内へ供給される燃料量Ｇｆと、燃料添加弁４からの燃料供給量Ｑａｄｄと、に基づいて、前段触媒温度Ｔｄｏｃが算出される。この前段触媒温度Ｔｄｏｃを算出するためのマップや式を予め求めてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。また、燃料供給量Ｑａｄｄと、前段触媒温度Ｔｄｏｃとから、ＨＣ流入量Ｑｈｃを算出するためのマップや式を予め求めてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。
【００４９】
そして、１０６において、ＳＣＲＦ７に流入するＮＯｘ量（ＮＯｘ流入量Ｇｎｏｘ）と、ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆと、前段触媒温度Ｔｄｏｃと、ＨＣ流入量Ｑｈｃと、排気中の水分量Ｑｈ２ｏとに基づいて、ＳＣＲＦ７においてＨＣにより還元されるＮＯｘ量（ＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘ）が算出される。ＮＯｘ流入量Ｇｎｏｘは、１０７において、第一ＮＯｘセンサ１３により得られるＳＣＲＦ７に流入する排気中のＮＯｘ濃度と、エアフローメータ１１により得られる吸入空気量Ｇａと、内燃機関１の気筒内に供給される燃料量Ｇｆと、から算出される。ここで、ＮＯｘ流入量Ｇｎｏｘが多くなっても、ＨＣによるＮＯｘ浄化率はほぼ変化しないため、ＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘは増加する。すなわち、ＮＯｘ流入量Ｇｎｏｘに応じて、ＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘが変わる。また、ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆに応じてＨＣによるＮＯｘ浄化率が変わる。すなわち、ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆに応じて、ＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘが変わる。また、ＨＣ流入量Ｑｈｃが多いほど、ＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘが多くなる。また、ＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘは、排気中の水分量及び前段触媒温度Ｔｄｏｃにより変化するが、これについては後述する。ＮＯｘ流入量Ｇｎｏｘと、ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆと、前段触媒温度Ｔｄｏｃと、ＨＣ流入量Ｑｈｃと、排気中の水分量Ｑｈ２ｏと、ＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘと、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ＥＣＵ１０に記憶させておく。
【００５０】
また、１０８において、アンモニア添加弁６からのアンモニア供給量Ｑｒｅｄが算出される。１０８において算出されるアンモニア供給量Ｑｒｅｄは、ＨＣによるＮＯｘを考慮していないアンモニア供給量であり、補正前のアンモニア供給量である。フィルタ再生処理が実行されていない場合には、アンモニア添加弁６から供給するアンモニア量を、１０８において算出されるアンモニア供給量Ｑｒｅｄとしてもよい。１０８では、ＮＯｘ流入量Ｇｎｏｘに基づいて、ＳＣＲＦ７に流入するＮＯｘを全て還元させるアンモニア量をアンモニア供給量Ｑｒｅｄとして算出する。なお、ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆに応じてＮＯｘ浄化率が変わるため、必要となるアンモニア量も変わる。したがって、ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆに応じてアンモニア供給量Ｑｒｅｄを補正してもよい。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ＥＣＵ１０に記憶させておく。
【００５１】
そして、１０９において、アンモニア供給量Ｑｒｅｄから、ＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘに対応したアンモニア量を減算することで、アンモニア供給量Ｑｒｅｄを補正する。そして、１１０において、最終的なアンモニア供給量Ｑｒｅｄが決定され、これにしたがって、アンモニア添加弁６からアンモニアを供給する。
【００５２】
なお、前段触媒５におけるＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘは、排気中の水分量Ｑｈ２ｏ及び前段触媒温度Ｔｄｏｃにより変化するため、ＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘを排気中の水分量Ｑｈ２ｏ及び前段触媒温度Ｔｄｏｃに応じて補正してもよい。ここで、排気中の水分量Ｑｈ２ｏは、内燃機関１の気筒内での燃焼前に既に含まれている水分量Ｑｈ２ｏｉ、内燃機関１の気筒内での燃焼により発生する水分量Ｑｈ２ｏｃ、前段触媒５において発生する水分量Ｑｈｅｏｅに基づいて算出される。
【００５３】
なお、燃料の燃焼時には以下の反応が起こる。
ＣｍＨｎ＋（ｍ＋ｎ／４）Ｏ２→ｍＣＯ２＋（ｎ／２）Ｈ２Ｏ・・・（式１）
【００５４】
内燃機関１の気筒内での燃焼前に既に含まれている水分量Ｑｈ２ｏｉは、吸入空気量Ｇａ、気筒内に供給される燃料量Ｇｆ、ＥＧＲガス量Ｇｅｇｒ、燃料のＨとＣとの比Ｒｈｃ等から算出することができる。吸入空気量Ｇａは、エアフローメータ１１により検出される。燃料量Ｇｆ及びＥＧＲガス量Ｇｅｇｒは、内燃機関１の運転状態及びＥＣＵ１０に記憶されているマップから求められる。燃料のＨとＣとの比Ｒｈｃは、上記式１のｎをｍで除算した値（ｎ／ｍ）であり、供給されると想定される燃料のＨとＣとの比を予めＥＣＵ１０に記憶させておく。
【００５５】
例えば、図５は、Ｇｅｇｒ／（Ｇａ＋Ｇｆ）と、内燃機関１の気筒内での燃焼前に既に含まれている水分量Ｑｈ２ｏｉと、の関係を示した図である。横軸は、ＥＧＲガス量Ｇｅｇｒを、吸入空気量Ｇａと燃料量Ｇｆとの合計値で除算した値である。ＥＧＲガス量Ｇｅｇｒが多くなるほど、内燃機関１の気筒内での燃焼前に既に含まれている水分量Ｑｈ２ｏｉが多くなる。すなわち、吸入空気量Ｇａ、気筒内に供給される燃料量Ｇｆ、ＥＧＲガス量Ｇｅｇｒに基づいて、図５に示した関係に基づいて、内燃機関１の気筒内での燃焼前に既に含まれている水分量Ｑｈ２ｏｉを算出することもできる。内燃機関１の気筒内での燃焼前に既に含まれている水分量Ｑｈ２ｏｉを求めるためのマップまたは式は、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。
【００５６】
内燃機関１の気筒内での燃焼により発生する水分量Ｑｈ２ｏｃは、吸入空気量Ｇａ、気筒内に供給される燃料量Ｇｆ、燃料のＨとＣとの比Ｒｈｃ等から算出することができる。
【００５７】
例えば、図６は、空燃比（Ｇａ／Ｇｆ）と、内燃機関１の気筒内での燃焼により発生する水分量Ｑｈ２ｏｃとの関係を示した図である。燃料量Ｇｆが多くなるほど、内燃機関１の気筒内での燃焼により発生する水分量Ｑｈ２ｏｃが多くなる。また、図７は、燃料量Ｇｆと、内燃機関１の気筒内での燃焼により発生する水分量Ｑｈ２ｏｃとの関係を示した図である。燃料量Ｇｆが多くなるほど、内燃機関１の気筒内での燃焼により発生する水分量Ｑｈ２ｏｃが多くなる。このように、図６または図７に示した関係に基づいて、内燃機関１の気筒内での燃焼により発生する水分量Ｑｈ２ｏｃを算出することもできる。内燃機関１の気筒内での燃焼により発生する水分量Ｑｈ２ｏｃを求めるためのマップまたは式は、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。
【００５８】
前段触媒５において発生する水分量Ｑｈｅｏｅは、前段触媒温度Ｔｄｏｃ、燃料添加弁４からの燃料供給量Ｑａｄｄ、燃料のＨとＣとの比Ｒｈｃ、排気の流量等から算出することができる。なお、排気の流量は、吸入空気量Ｇａ、気筒内に供給される燃料量Ｇｆ、ＥＧＲガス量Ｇｅｇｒに基づいて算出される。
【００５９】
例えば、図８は、燃料添加弁４からの燃料供給量Ｑａｄｄと、前段触媒５において発生する水分量Ｑｈｅｏｅとの関係を示した図である。燃料供給量Ｑａｄｄが多くなるほど、前段触媒５において発生する水分量Ｑｈｅｏｅが多くなる。また、図９は、前段触媒温度Ｔｄｏｃと、前段触媒５において発生する水分量Ｑｈｅｏｅとの関係を示した図である。前段触媒温度Ｔｄｏｃが高いほど、前段触媒５において発生する水分量Ｑｈｅｏｅが多くなる。このように、図８または図９に示した関係に基づいて、前段触媒５において発生する水分量Ｑｈｅｏｅを算出することもできる。前段触媒５において発生する水分量Ｑｈｅｏｅを求めるためのマップまたは式は、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。
【００６０】
そして、内燃機関１の気筒内での燃焼前に既に含まれている水分量Ｑｈ２ｏｉ、内燃機関１の気筒内での燃焼により発生する水分量Ｑｈ２ｏｃ、前段触媒５において発生する水分量Ｑｈｅｏｅを合算することで、排気中の水分量Ｑｈ２ｏを求めることができる。なお、必要に応じて水分量を体積濃度に変換して用いてもよい。
【００６１】
ここで、本実施例に係るフィルタ再生処理のフローについて図１０に基づいて説明する。図１０は、本実施例に係るフィルタ再生処理のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。なお、本実施例においては図１０に示すフローを実行するＥＣＵ１０が、本発明における制御部に相当する。
【００６２】
ステップＳ２０１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。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Ｓ２０１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本ルーチンを終了させる。なお、ステップＳ２０１で否定判定がなされた場合には、フィルタ再生処理が実施されないため、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量またはＳＣＲＦ７に流入するＮＯｘ量に応じて、アンモニア添加弁６から供給するアンモニア量を決定する。
【００６３】
ステップＳ２０２では、ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆ及び目標ＳＣＲＦ温度Ｔｔｒｇに基づいて、燃料添加弁４からの燃料供給量Ｑａｄｄが算出される。この燃料供給量Ｑａｄｄは、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まで上昇させるために必要となる燃料量である。
【００６４】
ステップＳ２０３では、前段触媒温度Ｔｄｏｃ及び燃料供給量Ｑａｄｄに基づいて、ＳＣＲＦ７へ流入するＨＣ量（ＨＣ流入量Ｑｈｃ）が算出される。
【００６５】
ステップＳ２０４では、燃料量Ｇｆ、吸入空気量Ｇａ、ＥＧＲガス量Ｇｅｇｒ等に基づいて、排気中の水分量Ｑｈ２ｏが算出される。
【００６６】
ステップＳ２０５では、ＳＣＲＦ７へ流入する排気中のＮＯｘ濃度、吸入空気量Ｇａ、燃料量Ｇｆに基づいて、ＳＣＲＦ７へ流入するＮＯｘ量（ＮＯｘ流入量Ｇｎｏｘ）が算出される。
【００６７】
ステップＳ２０６では、ＮＯｘ流入量Ｇｎｏｘ、ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆ、前段触媒温度Ｔｄｏｃ、ＨＣ流入量Ｑｈｃ、排気中の水分量Ｑｈ２ｏに基づいて、ＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘが算出される。
【００６８】
ステップＳ２０７では、ＮＯｘ流入量Ｇｎｏｘ、ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆに基づいて、アンモニア添加弁６から添加するアンモニア量（アンモニア供給量Ｑｒｅｄ）が算出される。なお、ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆに応じてＮＯｘの浄化率が変わるため、必要となるアンモニア量も変わる。したがって、ＮＯｘ流入量Ｇｎｏｘだけではなく、ＳＣＲＦ温度Ｔｓｃｒｆを考慮してアンモニア供給量Ｑｒｅｄが求められる。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ＥＣＵ１０に記憶させておく。
【００６９】
ステップＳ２０８では、ＨＣによるＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘに基づいて、アンモニア供給量Ｑｒｅｄが補正される。すなわち、ＨＣにより還元されたＮＯｘの分だけアンモニアが不要となるため、ＨＣによるＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘに応じたアンモニア量が、アンモニア供給量Ｑｒｅｄから減算される。
【００７０】
なお、図１０に示したフローでは、ＨＣによるＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘに応じたアンモニア量を、アンモニア供給量Ｑｒｅｄから減算することでアンモニア供給量Ｑｒｅｄを補正しているが、これに代えて、ＮＯｘ流入量ＧｎｏｘからＨＣによるＮＯｘ還元量Ｒｎｏｘを減算して求まるＮＯｘ量に対応したアンモニア量をアンモニア供給量Ｑｒｅｄとして算出してもよい。
【００７１】
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行しているときには、ＨＣにより還元されるＮＯｘの分だけ、アンモニア添加弁６から供給するアンモニア量を減少させるため、アンモニアを無駄に消費することを抑制できる。また、ＳＣＲＦ７よりも下流にアンモニアが流出することを抑制できる。また、ＳＣＲＦ７の温度または排気中の水分量を考慮してアンモニア供給量を決定することで、ＳＣＲＦ７よりも下流にアンモニアが流出することをより抑制できる。
【符号の説明】
【００７２】
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     アンモニア添加弁
７     ＳＣＲＦ
７ａ   選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
８     後段触媒
９     スロットル弁
１０   ＥＣＵ
１１   エアフローメータ
１２   第一排気温度センサ
１３   第一ＮＯｘセンサ
１４   第二排気温度センサ
１５   第二ＮＯｘセンサ
１６   ＥＧＲ通路
１７   ＥＧＲ弁
【図１】
0005910759.tif 000002
【図２】
0005910759.tif 000003
【図３】
0005910759.tif 000004
【図４】
0005910759.tif 000005
【図５】
0005910759.tif 000006
【図６】
0005910759.tif 000007
【図７】
0005910759.tif 000008
【図８】
0005910759.tif 000009
【図９】
0005910759.tif 000010
【図１０】
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