(57)【要約】  フィルタ再生時のＮＯx浄化率の低下を抑制する。このため、選択還元型ＮＯx触媒と、選択還元型ＮＯx触媒よりも上流に設けられるフィルタと、選択還元型ＮＯx触媒よりも上流に設けられて排気の空燃比が理論空燃比以下のときにＮＨ３を生成するＮＨ３生成触媒と、フィルタの再生を行う再生部と、排気の空燃比を理論空燃比以下にしてＮＨ３生成触媒にてＮＨ３を生成させる生成部と、を備え、再生部は、生成部によるＮＨ３の生成が完了するまでフィルタの再生を禁止する。
2013132603.tif 000002
【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てＮＨ３を還元剤としてＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気通路に設けられて排気の空燃比が理論空燃比以下のときにＮＨ３を生成するＮＨ３生成触媒と、
前記フィルタの温度を上昇させると共に該フィルタに酸素を供給することでフィルタの再生を行う再生部と、
排気の空燃比を理論空燃比以下にして前記ＮＨ３生成触媒にてＮＨ３を生成させる生成部と、
を備え、
前記再生部は、前記生成部によるＮＨ３の生成が完了するまで前記フィルタの再生を禁止する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記生成部は、前記フィルタの再生を行っているときに前記内燃機関から排出されるＮＯxを浄化するのに必要となる量のＮＨ３を前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着するまでＮＨ３を生成する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記再生部は、前記フィルタの再生を行っているときに、前記選択還元型ＮＯx触媒に吸着しているＮＨ３量が所定値以下となった場合に、前記フィルタの再生を中断する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記生成部は、前記再生部が前記フィルタの再生を中断しているときに、排気の空燃比を理論空燃比以下にしてＮＨ３を生成させる請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記生成部は、前記フィルタの再生を再開したとしても前記フィルタの再生を行っているときに前記選択還元型ＮＯx触媒に吸着しているＮＨ３量が前記所定値以下とならないだけのＮＨ３を前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着するまでＮＨ３を生成し、
前記再生部は、前記フィルタの再生を再開したとしても前記フィルタの再生を行っているときに前記選択還元型ＮＯx触媒に吸着しているＮＨ３量が前記所定値以下とならないだけのＮＨ３を前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着した後に前記フィルタの再生を再開する請求項３または４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記再生部は、
前記フィルタに捕集されている粒子状物質の量が閾値以上となると、前記フィルタの再生を開始し、
前記フィルタの再生が開始されてから完了するまでの期間において前記内燃機関より排出されるＮＯxを前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量で浄化可能となるように、前記閾値を設定する請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記再生部は、前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いが大きいほど、前記フィルタの再生を行う間隔を短くする請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記生成部は、ＮＨ３の生成量が最も多くなる空燃比を含む所定の範囲の空燃比となるように、前記ＮＨ３生成触媒に流入する排気の空燃比を調整する請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記再生部は、前記フィルタの再生を行っているときに、前記選択還元型ＮＯx触媒の温度がＮＨ３を吸着可能な温度よりも高くなった場合に、前記フィルタの再生を中断し、
前記生成部は、前記再生部が前記フィルタの再生を中断しているときに、排気の空燃比を理論空燃比以下にしてＮＨ３を生成させる請求項１から８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、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気中の粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を捕集するフィルタを備えることがある。このフィルタに捕集されたＰＭは、フィルタの温度を高くすると共に排気中の酸素濃度を高くすることで除去することができる。このようにフィルタからＰＭを除去することを、フィルタの再生という。そして、外気温度が所定値以下のときにフィルタの再生を禁止することで、フィルタの温度を上昇させるときの効率を高める技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】
また、フィルタの再生時に、該フィルタよりも上流側に備えられたＮＯxの吸着体から該フィルタへＮＯxを供給する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。この技術では、ＮＯxによりＰＭの酸化を促進させている。また、フィルタの再生前に、ＮＯxの吸着体へ予め必要な量のＮＯxを吸着させている。【０００４】
また、フィルタよりも下流側に三元触媒を備え、三元触媒にてＮＯxが浄化可能な理論空燃比近傍とした後に、フィルタを再生可能なリーン空燃比とする技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。【０００５】
ところで、排気中のＰＭを捕集するフィルタよりも下流側に、吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＳＲ触媒ともいう。）及び選択還元型ＮＯx触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）を設けることがある。このＮＳＲ触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する。また、ＳＣＲ触媒は、還元剤によりＮＯxを選択還元する。【０００６】
ここで、フィルタの再生時には、該フィルタに流入する排気中の酸素濃度を高くする必要がある。また、フィルタの温度を高くする必要もある。このような状態では、ＮＳＲ触媒がＮＯxを吸蔵することが困難となる。また、ＳＣＲ触媒に還元剤を供給することも困難となる。したがって、フィルタの再生時には、ＮＯxの浄化率が低下する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２５５２８９号公報
【特許文献２】特開２００４−０５２６８０号公報
【特許文献３】特開２００９−１２７５５９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、フィルタ再生時のＮＯx浄化率の低下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装置は、
内燃機関の排気通路に設けられてＮＨ３を還元剤としてＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気通路に設けられて排気の空燃比が理論空燃比以下のときにＮＨ３を生成するＮＨ３生成触媒と、
前記フィルタの温度を上昇させると共に該フィルタに酸素を供給することでフィルタの再生を行う再生部と、
排気の空燃比を理論空燃比以下にして前記ＮＨ３生成触媒にてＮＨ３を生成させる生成部と、
を備え、
前記再生部は、前記生成部によるＮＨ３の生成が完了するまで前記フィルタの再生を禁止する。【００１０】
ＮＨ３生成触媒は、例えば、Ｈ２やＨＣとＮＯとを反応させてＮＨ３を生成する触媒である。フィルタとＮＨ３生成触媒とでは、どちらが上流側に備わっていてもよい。選択還元型ＮＯx触媒は、ＮＨ３を吸着し、該ＮＨ３によりＮＯxを還元する。【００１１】
再生部は、フィルタに捕集されているＰＭが酸化する温度までフィルタの温度を上昇させると共に、フィルタに流入する排気の空燃比をリーン空燃比として排気中の酸素濃度を高める。これにより、ＰＭを酸化させる。【００１２】
生成部は、フィルタの再生が行われる前に、ＮＨ３を生成させる。すなわち、フィルタの再生が行われる前に、ＮＨ３生成触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比以下とする。なお、生成部によるＮＨ３の生成が完了してから、再生部がフィルタの再生を開始してもよい。【００１３】
ここで、ＮＨ３は高温になると加水分解されてしまう。このため、フィルタの再生中には、ＮＨ３を生成することが困難になる。すなわち、フィルタの再生に適した条件と、ＮＨ３の生成に適した条件と、が異なるため、一方を行っているときには、他方を行うことは困難になる。そうすると、フィルタの再生時に、ＮＨ３が不足して、ＮＯxの浄化が困難となる虞がある。これに対して生成部は、フィルタの再生が行われる前に、ＮＨ３を生成する。すなわち、フィルタの再生が行われてＮＨ３の生成が困難となる前に、ＮＨ３を生成して選択還元型ＮＯx触媒に吸着させておく。そうすると、フィルタの再生時にＮＨ３を生成しなくても、選択還元型ＮＯx触媒に予め吸着させておいたＮＨ３によりＮＯxを還元させることができる。これにより、フィルタの再生と、ＮＯxの浄化と、を両立させることができる。【００１４】
また、本発明においては、前記生成部は、前記フィルタの再生を行っているときに前記内燃機関から排出されるＮＯxを浄化するのに必要となる量のＮＨ３を前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着するまでＮＨ３を生成することができる。【００１５】
ここで、フィルタの再生前に選択還元型ＮＯx触媒にＮＨ３を吸着させたとしても、その量が少ない場合には、フィルタの再生中にＮＨ３が不足する虞がある。これにより、フィルタの再生の途中でＮＯxを浄化することが困難となる虞がある。【００１６】
そこで、生成部は、フィルタの再生を行っているときにＮＨ３が不足しないように、フィルタの再生を行う前にＮＨ３を予め生成しておく。ここで、選択還元型ＮＯx触媒に十分な量のＮＨ３を吸着させておけば、フィルタの再生の途中でＮＨ３が不足することを抑制できる。すなわち、フィルタの再生が完了するまでに消費されるＮＨ３量以上のＮＨ３量を予め選択還元型ＮＯx触媒に吸着させておけば、フィルタの再生の途中でＮＨ３が不足することを抑制できる。【００１７】
フィルタの再生が完了するまでに消費されるＮＨ３量は、フィルタの再生が完了するまでに内燃機関から排出されるＮＯx量に基づいて算出することができる。内燃機関から排出されるＮＯx量は、例えば、現時点での内燃機関の運転状態が継続すると仮定することで推定することができる。また、フィルタに捕集されているＰＭ量に応じて、フィルタの再生に要する時間が長くなるため、ＮＯxの排出量も多くなる。したがって、フィルタに捕集されているＰＭ量に応じて、フィルタの再生が完了するまでのＮＯxの排出量を推定してもよい。【００１８】
また、本発明においては、前記再生部は、前記フィルタの再生を行っているときに、前記選択還元型ＮＯx触媒に吸着しているＮＨ３量が所定値以下となった場合に、前記フィルタの再生を中断することができる。【００１９】
ここで、フィルタの再生を行っているときには、ＮＯxを浄化するために選択還元型ＮＯx触媒に吸着しているＮＨ３が用いられるため、該ＮＨ３が徐々に減少する。そして、フィルタの再生を行う時間が長くなると、選択還元型ＮＯx触媒が吸着していたＮＨ３を使い切ってしまうことがある。なお、フィルタの再生前に十分な量のＮＨ３を選択還元型ＮＯx触媒に吸着させたとしても、フィルタの再生中に内燃機関の運転領域が変化すると、ＮＯxの排出量が変化するため、ＮＨ３が不足することもある。このようにＮＨ３が不足すると、ＮＯxの浄化が困難となる。【００２０】
また、選択還元型ＮＯx触媒には、ＮＨ３を吸着可能な温度の上限（以下、上限温度ともいう。）があり、この上限温度を超えると、吸着していたＮＨ３が排気中に放出される。したがって、フィルタ４の再生中に選択還元型ＮＯx触媒の温度が上限温度を超えると、ＮＯxの浄化が困難となる。【００２１】
そこで再生部は、ＮＨ３量が所定値以下となった場合にフィルタの再生を中断する。ここでいう所定値は、フィルタの再生時にＮＯxを還元することのできなくなる吸着量の上限値である。なお、所定値は、０としてもよい。すなわち、選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３がなくなったときに、フィルタの再生を中断してもよい。また、選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３がなくなると予測できる場合に、フィルタの再生を中断してもよい。また、選択還元型ＮＯx触媒の温度が、ＮＨ３を吸着可能な温度よりも高くなった場合に、フィルタの再生を中断してもよい。このようにフィルタの再生を中断することで、還元剤の不足によりＮＯxの浄化ができなくなることを抑制できる。【００２２】
また、本発明においては、前記生成部は、前記再生部が前記フィルタの再生を中断しているときに、排気の空燃比を理論空燃比以下にしてＮＨ３を生成させることができる。【００２３】
フィルタの再生を中断しているときに、生成部によりＮＨ３を生成させれば、選択還元型ＮＯx触媒がＮＨ３を再度吸着することができる。そうすると、フィルタの再生を再開したときにＮＯxを浄化することが可能となる。なお、選択還元型ＮＯx触媒に吸着しているＮＨ３量が十分に多くなったときに、ＮＨ３の生成を終了し、且つ、フィルタの再生を再開させてもよい。【００２４】
また、本発明においては、前記生成部は、前記フィルタの再生を再開したとしても前記フィルタの再生を行っているときに前記選択還元型ＮＯx触媒に吸着しているＮＨ３量が前記所定値以下とならないだけのＮＨ３を前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着するまでＮＨ３を生成し、
前記再生部は、前記フィルタの再生を再開したとしても前記フィルタの再生を行っているときに前記選択還元型ＮＯx触媒に吸着しているＮＨ３量が前記所定値以下とならないだけのＮＨ３を前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着した後に前記フィルタの再生を再開することができる。【００２５】
ここで、フィルタの再生を中断しているときに選択還元型ＮＯx触媒にＮＨ３を吸着させたとしても、その量が少ない場合には、フィルタの再生を再開した後に、選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量が所定値以下となってしまう。そうすると、フィルタの再生を再度中断する必要がある。このため、フィルタの温度を何度も上昇させる必要が生じるので、燃費が悪化する虞がある。また、フィルタの再生が完了するまでに時間がかかってしまう。【００２６】
そこで、生成部は、フィルタの再生を再開させた後に、フィルタの再生を中断する必要がないように、ＮＨ３を生成しておく。ここで、選択還元型ＮＯx触媒に十分な量のＮＨ３を吸着させておけば、フィルタの再生を中断する必要はない。そして、フィルタの再生が完了するまでに消費されるＮＨ３量以上のＮＨ３量を予め選択還元型ＮＯx触媒に吸着させた後に、再生部がフィルタの再生を再開すれば、フィルタの再生を中断する必要がなくなる。【００２７】
また、本発明においては、前記再生部は、
前記フィルタに捕集されている粒子状物質の量が閾値以上となると、前記フィルタの再生を開始し、
前記フィルタの再生が開始されてから完了するまでの期間において前記内燃機関より排出されるＮＯxを前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量で浄化可能となるように、前記閾値を設定することができる。【００２８】
すなわち、選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量に応じて、フィルタの再生を開始する時期、またはフィルタの再生を開始してから完了するまでの時間を設定することができる。ここで、フィルタの再生を行う時間は、フィルタに捕集されている粒子状物質の量が多いほど、長くなる。したがって、フィルタに捕集されている粒子状物質の量が多いほど、選択還元型ＮＯx触媒により多くのＮＨ３を吸着させておく必要がある。しかし、選択還元型ＮＯx触媒に吸着可能なＮＨ３量には限りがある。また、内燃機関の運転状態によっては、十分な量のＮＨ３を選択還元型ＮＯx触媒に吸着させることができない場合もある。これに対して、選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量に合わせて、フィルタの再生を行う時間を決定すれば、フィルタの再生の途中でＮＨ３が不足することを抑制できる。【００２９】
そして、フィルタの再生を行う時間と、フィルタに捕集されている粒子状物質の量と、には相関関係があるため、選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量に応じて、前記閾値を設定することができる。例えば、選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量が多いほど、閾値を大きくしてもよい。このようにして、フィルタの再生の途中でＮＨ３が不足することを抑制できる。なお、前記フィルタの再生中に排出されるＮＯx量が、前記選択還元型ＮＯx触媒に吸着可能なＮＨ３量で浄化可能なＮＯx量以下となるように、前記閾値を設定してもよい。また、選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いが大きくなるほど、吸着可能なＮＨ３量が少なくなるため、前記閾値を小さくしてもよい。【００３０】
また、本発明においては、前記再生部は、前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いが大きいほど、前記フィルタの再生を行う間隔を短くすることができる。【００３１】
ここで、選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いが大きいほど、吸着可能なＮＨ３量が少なくなる。このため、選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いが大きい場合には、フィルタの再生の途中でＮＨ３が不足する虞がある。これに対して、フィルタの再生を行う間隔を短くすれば、フィルタに捕集されている粒子状物質の量がより少ない状態でフィルタの再生が行われる。これにより、フィルタの再生に要する時間を短くすることができるため、フィルタの再生の途中でＮＨ３が不足することを抑制できる。【００３２】
また、本発明においては、前記生成部は、ＮＨ３の生成量が最も多くなる空燃比を含む所定の範囲の空燃比となるように、前記ＮＨ３生成触媒に流入する排気の空燃比を調整することができる。【００３３】
ここで、排気の空燃比を理論空燃比以下とすることにより、ＮＨ３生成触媒においてＮＨ３が生成される。しかし、空燃比によってＮＨ３の生成量に差が生じる。また、排気中のＨ２やＨＣとＮＯとを反応させてＮＨ３を生成する場合、空燃比が低すぎると、ＮＯが他の触媒で還元されてしまう。このため、ＮＯが不足して、ＮＨ３の生成が困難となる。【００３４】
これに対し、ＮＨ３の生成に適した空燃比とすることで、選択還元型ＮＯx触媒にＮＨ３を速やかに吸着させることができる。なお、所定の範囲の空燃比は、ＮＨ３の生成量が許容範囲となる空燃比の範囲としてもよい。また、生成部は、ＮＨ３の生成量が最も多くなる空燃比となるように、ＮＨ３生成触媒に流入する排気の空燃比を調整してもよい。また、ＮＨ３を生成するために必要となるＨ２の生成量が最も多くなる空燃比となるように、ＮＨ３生成触媒に流入する排気の空燃比を調整してもよい。そして、この排気の空燃比とする時間を所定時間継続することにより、選択還元型ＮＯx触媒に十分な量のＮＨ３を吸着させることができる。所定時間は、フィルタの再生時に必要となる量のＮＨ３が選択還元型ＮＯx触媒に吸着されるまでの時間としてもよい。【００３５】
また、本発明においては、前記再生部は、前記フィルタの再生を行っているときに、前記選択還元型ＮＯx触媒の温度がＮＨ３を吸着可能な温度よりも高くなった場合に、前記フィルタの再生を中断し、
前記生成部は、前記再生部が前記フィルタの再生を中断しているときに、排気の空燃比を理論空燃比以下にしてＮＨ３を生成させることができる。【００３６】
ここで、選択還元型ＮＯx触媒の温度が、ＮＨ３を吸着可能な上限温度を超えると、吸着していたＮＨ３が排気中に放出される。したがって、フィルタ４の再生中に選択還元型ＮＯx触媒の温度が前記上限温度を超えると、ＮＯxの浄化が困難となる。そこで再生部は、選択還元型ＮＯx触媒の温度がＮＨ３を吸着可能な温度よりも高くなった場合に、フィルタの再生を中断する。そして、フィルタの再生を中断しているときに、生成部によりＮＨ３を生成させれば、選択還元型ＮＯx触媒がＮＨ３を再度吸着することができる。そうすると、フィルタの再生を再開したときにＮＯxを浄化することが可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、フィルタ再生時のＮＯx浄化率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係るフィルタの再生時のＮＯx浄化制御のフローを示したフローチャートである。
【図３】排気の空燃比を理論空燃比以下とするときの空燃比の推移を示した図である。
【図４】実施例２に係るフィルタの再生時のＮＯx浄化制御のフローを示したフローチャートである。
【図５】実施例３に係るフィルタの再生時のＮＯx浄化制御のフローを示したフローチャートである。
【図６】実施例４に係るフィルタの再生時のＮＯx浄化制御のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００４０】
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ガソリン機関であるが、ディーゼル機関であってもよい。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。【００４１】
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、上流側から順に、三元触媒３、フィルタ４、吸蔵還元型ＮＯx触媒５（以下、ＮＳＲ触媒５という。）、選択還元型ＮＯx触媒６（以下、ＳＣＲ触媒６という。）が備えられている。なお、フィルタ４と、ＮＳＲ触媒５と、の順番は逆であってもよい。【００４２】
三元触媒３は、触媒雰囲気が理論空燃比のときにＮＯx，ＨＣおよびＣＯを最大効率で浄化する。また、三元触媒３は、酸素ストレージ能を有している。すなわち、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに過剰分の酸素を吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに不足分の酸素を放出することにより、排気を浄化する。【００４３】
また、フィルタ４は、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。なお、フィルタ４には、触媒が担持されていてもよい。フィルタ４によってＰＭが捕集されることで、該フィルタ４にＰＭが徐々に堆積する。そして、フィルタ４の温度を強制的に上昇させる、所謂フィルタ４の再生処理を実行することで、該フィルタ４に堆積したＰＭを酸化させて除去することができる。たとえば、三元触媒３にＨＣを供給することでフィルタ４の温度を上昇させることができる。また、三元触媒３を備えずに、フィルタ４の温度を上昇させる他の装置を備えていてもよい。さらに、内燃機関１から高温のガスを排出させることでフィルタ４の温度を上昇させてもよい。【００４４】
また、ＮＳＲ触媒５は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有する。ＮＳＲ触媒５に供給する還元剤には、内燃機関１から排出される未燃燃料であるＨＣまたはＣＯを利用することができる。【００４５】
なお、三元触媒３またはＮＳＲ触媒５を排気が通過するときに、排気中のＮＯxがＨＣまたはＨ２と反応してアンモニア（ＮＨ３）が生成されることがある。そして、本実施例においては三元触媒３またはＮＳＲ触媒５が、本発明におけるＮＨ３生成触媒に相当する。ＮＨ３生成触媒としては、三元触媒３またはＮＳＲ触媒５の何れか一方を備えていればよい。なお、本実施例においては、ＮＨ３生成触媒として三元触媒３またはＮＳＲ触媒５を使用しているが、これに代えて、ＮＨ３を生成可能な他の触媒を使用してもよい。【００４６】
ＳＣＲ触媒６は、還元剤を吸着しておき、ＮＯxが通過するときに、吸着していた還元剤によりＮＯxを選択還元する機能を有する。ＳＣＲ触媒６へ供給する還元剤には、三元触媒３またはＮＳＲ触媒５にて生成されるＮＨ３を利用することができる。【００４７】
また、三元触媒３よりも下流で且つフィルタ４よりも上流の排気通路２には、排気の温度を検出する第一温度センサ１１と、排気の空燃比を検出する空燃比センサ１２と、が取り付けられている。なお、第一温度センサ１１により三元触媒３の温度、または、フィルタ４の温度を検出することができる。また、空燃比センサ１２により、内燃機関１からの排気の空燃比、または、フィルタ４に流入する排気の空燃比を検出することができる。【００４８】
また、ＮＳＲ触媒５よりも下流で且つＳＣＲ触媒６よりも上流の排気通路２には、排気の温度を検出する第二温度センサ１３と、排気中のＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサ１４と、が取り付けられている。なお、第二温度センサ１３によりＮＳＲ触媒５の温度、または、ＳＣＲ触媒６の温度を検出することができる。また、ＮＯxセンサ１４により、ＳＣＲ触媒６に流入する排気中のＮＯx濃度またはＮＨ３濃度を検出することができる。また、ＮＯxセンサ１４により検出されるＮＨ３濃度に基づいて、ＳＣＲ触媒６が吸着するＮＨ３量を算出することもできる。【００４９】
なお、上記センサは、全て取り付ける必要はなく、適宜選択して取り付けてもよい。【００５０】
また、排気通路２には、フィルタ４よりも上流の圧力と、フィルタ４よりも下流の圧力と、の差を検出する差圧センサ１５が取り付けられている。この差圧センサ１５により、フィルタ４に捕集されているＰＭの量を検出することができる。【００５１】
また、内燃機関１には、内燃機関１へ燃料を供給する噴射弁７が取り付けられている。【００５２】
一方、内燃機関１には、吸気通路８が接続されている。吸気通路８の途中には、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル９が設けられている。また、スロットル９よりも上流の吸気通路８には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１６が取り付けられている。【００５３】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。【００５４】
また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１７を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１８、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１９が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。【００５５】
一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁７及びスロットル９が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁７の開閉時期及びスロットル９の開度が制御される。【００５６】
例えばＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１８により検出されるアクセル開度とクランクポジションセンサ１９により検出される機関回転数とから要求吸入空気量を決定する。そして、要求吸入空気量に応じて、スロットル９の開度が制御される。このときに変化する吸入空気量に応じた燃料噴射量を供給するように噴射弁７を制御する。このときに設定される空燃比を以下、通常の空燃比と称する。通常とは、後述するリッチスパイク、フィルタ４の再生、及びＮＨ３の生成が行われていないときとすることができる。この通常の空燃比は、内燃機関１の運転状態に応じて設定される空燃比である。そして、本実施例に係る内燃機関１では、リーンバーン運転がなされているため、通常の空燃比はリーン空燃比（例えば１８）である。【００５７】
また、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒５に吸蔵されているＮＯxの還元処理を実施する。ＮＳＲ触媒５に吸蔵されているＮＯxの還元時には、噴射弁７から噴射する燃料の量またはスロットル９の開度を調整することにより、ＮＳＲ触媒５に流入する排気の空燃比を所定のリッチ空燃比まで低下させる所謂リッチスパイクを実施する。このときには、排気の空燃比が例えば１２．５付近となるように、吸入空気量または燃料噴射量が調整される。【００５８】
このリッチスパイクは、ＮＳＲ触媒５に吸蔵されているＮＯx量が所定量となった場合に実施される。ＮＳＲ触媒５に吸蔵されているＮＯx量は、たとえば、ＮＳＲ触媒５に流入するＮＯx量と、ＮＳＲ触媒５から流出するＮＯx量と、の差を積算することにより算出される。ＮＳＲ触媒５に流入するＮＯx量、及び、ＮＳＲ触媒５から流出するＮＯx量は、例えばセンサを取り付けることにより検出できる。また、所定の時間または所定の走行距離ごとにリッチスパイクを実施してもよい。【００５９】
また、ＥＣＵ１０は、フィルタ４に捕集されたＰＭを除去するフィルタ４の再生を行う。このフィルタ４の再生では、フィルタ４の温度を、ＰＭが酸化される温度まで上昇させた後に、排気の空燃比を所定のリーン空燃比としている。なお、本実施例においてはフィルタ４の再生を行うＥＣＵ１０が、本発明における再生部に相当する。【００６０】
フィルタ４の再生は、該フィルタ４に捕集されているＰＭ量が閾値以上となったときに行われる。フィルタ４に捕集されているＰＭ量は、差圧センサ１５により検出することができる。また、フィルタ４に流入するＰＭ量と機関回転数及び機関負荷とは相関関係にあるため、機関回転数及び機関負荷から算出されるＰＭ量を積算しておき、該積算値が所定量に達したときにフィルタ４の再生を行ってもよい。さらに、所定の距離を走行する毎にフィルタ４の再生を行ってもよい。【００６１】
ところで、フィルタ４の再生時には、フィルタ４を流通する排気の温度を例えば５００℃から６００℃まで上昇させている。また、フィルタ４の再生時には、排気の空燃比を所定のリーン空燃比として排気中の酸素濃度を高くしている。このような状況では、三元触媒３におけるＮＯxの浄化率が低下する。また、ＮＳＲ触媒５においても、ＮＯxの吸蔵能力が低下する。一方、ＳＣＲ触媒６は、フィルタ４から離れて設けられている。このため、フィルタ４の再生時であっても、ＳＣＲ触媒６へ流入する排気の温度は比較的低いので、該ＳＣＲ触媒６においては、ＮＯxの浄化能力が高いまま維持される。しかし、フィルタ４の再生時にＮＨ３を生成することは困難である。【００６２】
そこで本実施例では、フィルタ４の再生時において、主にＳＣＲ触媒６にてＮＯxを浄化するように、フィルタ４の再生前にＳＣＲ触媒６にＮＨ３を吸着させておく。すなわち、ＥＣＵ１０は、ＮＨ３の生成が完了するまでフィルタ４の再生を禁止する。ＳＣＲ触媒６にＮＨ３を吸着させるために、排気の空燃比を理論空燃比以下とする。たとえば、理論空燃比よりもややリッチの空燃比としてもよい。このときに設定される空燃比は、例えば１３．５から１４．５であり、ＮＨ３の生成に適した空燃比である。この空燃比は、ＮＯx還元に適した空燃比（例えば１２．５）よりも高い空燃比である。例えば、水性ガスシフト反応または水蒸気改質反応により排気中のＣＯがＨ２に変化すれば、該Ｈ２がＮＯと反応してＮＨ３を生成することができる。そして、排気の空燃比を、ＮＨ３が最も多く生成される空燃比を含んだ所定の範囲の空燃比に調整してもよい。この所定の範囲は、ＮＨ３が多く生成される空燃比の範囲として予め実験等により求めることができる。【００６３】
このようにして生成されたＮＨ３を、ＳＣＲ触媒６に吸着させておく。これにより、フィルタ４の再生時に内燃機関１から排出されるＮＯxを、ＳＣＲ触媒６にて浄化することができる。【００６４】
図２は、本実施例に係るフィルタ４の再生時のＮＯx浄化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、所定の時間毎に、ＥＣＵ１０により実行される。【００６５】
ステップＳ１０１では、機関回転数及び吸入空気量が取得される。本ステップでは、内燃機関１の運転領域を算出するために必要となる値が取得される。機関回転数は、クランクポジションセンサ１９により得る。また、吸入空気量は、エアフローメータ１６により得る。なお、吸入空気量に代えて、内燃機関１の負荷と相関関係にある他の物理量を検出してもよい。【００６６】
ステップＳ１０２では、フィルタ４に捕集されているＰＭ量が検出される。このＰＭ量は、差圧センサ１５により得ることができる。【００６７】
ステップＳ１０３では、フィルタ４の再生を行う要求があるか否か判定される。本ステップでは、フィルタ４の再生を行うか否か判定してもよい。フィルタ４の再生は、フィルタ４に捕集されているＰＭ量が閾値以上のときに行われる。この閾値は、フィルタ４の再生が必要となる値として予め実験等により求めておく。なお、内燃機関１の運転領域がフィルタ４の再生に適した運転領域であるか否かをさらに判定してもよい。【００６８】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはフィルタ４の再生を行わずに本ルーチンを終了させる。【００６９】
ステップＳ１０４では、ＮＨ３を生成するための制御であるＮＨ３生成制御が行われる。ＮＨ３生成制御は、排気の空燃比を理論空燃比以下（例えば１３．５から１４．５の間の空燃比）とすることにより行われる。これにより、ＳＣＲ触媒６に還元剤としてのＮＨ３が吸着される。なお、本実施例においてはステップＳ１０４を処理するＥＣＵ１０が、本発明における生成部に相当する。そして、ＮＨ３の生成が完了したらステップＳ１０５へ進む。【００７０】
ステップＳ１０５では、フィルタ４の再生が行われる。フィルタ４の再生は、フィルタ４の温度を高温にした後に、排気の空燃比をリーンとすることにより行われる。この間に内燃機関１から排出されるＮＯxは、ＳＣＲ触媒６により浄化される。なお、本実施例においてはステップＳ１０５を処理するＥＣＵ１０が、本発明における再生部に相当する。【００７１】
このようにして、フィルタ４の再生を行う前に、ＳＣＲ触媒６にＮＨ３を吸着させておくことができる。このため、フィルタ４の再生時であっても、ＮＯxを浄化することができる。【００７２】
なお、ＮＨ３生成制御を行う時間は、規定の時間としてもよいが、以下のようにして決定してもよい。【００７３】
例えば、ＮＨ３生成制御は、フィルタ４の再生を行っているときに内燃機関１から排出されるＮＯxを浄化するのに必要となる量のＮＨ３をＳＣＲ触媒６が吸着するまで行ってもよい。【００７４】
すなわち、フィルタ４の再生を行っているときにＮＨ３が不足しないように、フィルタ４の再生時に必要となる量のＮＨ３を予め生成しておく。これは、フィルタ４の再生が完了するまでに消費されるＮＨ３量以上の量のＮＨ３を予めＳＣＲ触媒６に吸着させておくともいえる。【００７５】
内燃機関１から排出されるＮＯx量は、例えば、現時点での内燃機関１の運転状態が継続すると仮定することで推定することができる。すなわち、内燃機関１の運転状態と単位時間当たりのＮＯxの排出量とには相関関係があるため、該内燃機関１の運転状態に基づいて、内燃機関１から単位時間当たりに排出されるＮＯx量を推定することができる。また、内燃機関１から単位時間当たりに排出されるＮＯx量を実験等により求めておいてもよい。この場合、内燃機関１から排出されるＮＯx量が最も多い運転状態のときの値を用いてもよい。【００７６】
また、フィルタ４の再生を行う時間は、フィルタ４に捕集されているＰＭ量に応じて変わる。したがって、フィルタ４に捕集されているＰＭ量に基づいて、フィルタ４の再生時間を算出することができる。そして、このフィルタ４の再生時間に、単位時間当たりに排出されるＮＯx量を乗算することで、フィルタ４の再生中に内燃機関１から排出されるＮＯxの総量を算出することができる。そして、内燃機関１から排出されるＮＯxの総量に応じて、必要となるＮＨ３量も決まる。【００７７】
なお、ＳＣＲ触媒６に吸着しているＮＨ３量は、生成されるＮＨ３量と等しいものと考えてもよい。また、ＮＨ３を吸着させている最中であっても、ＮＯxによりＮＨ３が消費されるため、この消費されるＮＨ３を考慮してもよい。さらに、ＳＣＲ触媒６の浄化性能によってもＮＨ３の吸着量が変化するため、この浄化性能を考慮してもよい。【００７８】
また、ＮＨ３生成制御は、ＳＣＲ触媒６に最大限吸着可能な量のＮＨ３が生成される時間だけ行ってもよい。【００７９】
ここで、図３は、排気の空燃比を理論空燃比以下とするときの空燃比の推移を示した図である。実線は、本実施例に係るＮＨ３生成制御を行っている場合の第一の例であり、一点鎖線は、本実施例に係るＮＨ３生成制御を行っている場合の第二の例であり、二点鎖線は、一般的なＮＯx還元のためのリッチスパイクを実施している場合であり、破線は、フィルタ４の再生を行わないときにおいてＳＣＲ触媒６にＮＨ３を供給するときの場合を示している。【００８０】
図３の二点鎖線で示されるように、一般的なＮＯx還元のためのリッチスパイクを実施している場合には、ＮＨ３を生成する必要がないため、ＮＯxの還元に適した空燃比（例えば１２．５）に設定される。また、図３の破線で示されるように、本実施例に係るＮＨ３生成制御を行っていない場合には、ＮＯxの還元に適した空燃比（例えば１２．５）に設定されＮＯxの還元が完了した後に、ＮＨ３生成に適した空燃比（例えば１３．５）に設定される。そして、ＮＳＲ触媒５でのＮＨ３生成のために設定される空燃比（例えば１３．５）の継続時間は比較的短い。すなわち、ＮＨ３が不足すれば、ＮＨ３をすぐに生成することができるため、ＮＨ３の生成のために設定される空燃比（例えば１３．５）の継続時間が短い。【００８１】
一方、図３の実線で示されるように、本実施例に係るＮＨ３生成制御を行っている場合の第一の例では、ＮＯxの還元に適した空燃比（例えば１２．５）に設定されＮＯxの還元が完了した後に、ＮＨ３生成に適した空燃比（例えば１３．５）に設定される。そして、ＮＳＲ触媒５でのＮＨ３生成のために設定される空燃比（例えば１３．５）の継続時間を比較的長くすることにより、ＮＨ３の生成量を増加させている。このＮＨ３生成のために設定される空燃比（例えば１３．５）の継続時間は、フィルタ４の再生時に必要となる量のＮＨ３がＳＣＲ触媒６に吸着されるまでの時間としてもよい。【００８２】
また、図３の一点鎖線で示されるように、ＮＯxの還元に適した空燃比（例えば１２．５）に設定しないで、ＮＨ３生成に適した空燃比（例えば１３．５）に設定することもできる。すなわち、ＮＯx還元のためのリッチスパイクを行わずに、ＮＨ３を生成してもよい。ＮＨ３生成に適した空燃比（例えば１３．５）としている時間は、フィルタ４の再生時に必要となる量のＮＨ３がＳＣＲ触媒６に吸着されるまでの時間としてもよい。
【実施例２】
【００８３】
本実施例では、フィルタ４の再生を行っている最中に、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量が不足する場合には、フィルタ４の再生を中断する。そして、ＳＣＲ触媒６にＮＨ３を吸着させた後に、フィルタ４の再生を再開する。その他の装置などは実施例１と同じため、説明を省略する。【００８４】
フィルタ４の再生前にＮＨ３生成制御を行った場合、または、フィルタ４の再生前にすでにＳＣＲ触媒６にＮＨ３がある程度吸着していた場合であっても、フィルタ４の再生を行う時間が長くなると、ＳＣＲ触媒６においてＮＨ３が不足する虞がある。ここで、フィルタ４の再生に必要な時間は、フィルタ４に捕集されているＰＭ量が多くなるほど長くなる。例えば、フィルタ４に捕集されているＰＭ量が閾値以上となったときにフィルタ４の再生を行うとしても、内燃機関１の運転領域がフィルタ４の再生に適した運転領域となるまでは、フィルタ４の再生を開始することができない。そして、内燃機関１の運転領域が、フィルタ４の再生に適した運転領域となるまでに時間がかかると、フィルタ４の再生を開始するまでに多くのＰＭが捕集される。【００８５】
また、ＳＣＲ触媒６に吸着可能なＮＨ３量には限りがあり、しかも、フィルタ４の再生時にＮＨ３を生成することは困難である。このようなことから、ＳＣＲ触媒６に吸着していたＮＨ３をフィルタ４の再生中に使い切ってしまうことも考えられる。そうすると、その後はＮＯxの浄化が困難となる。【００８６】
これに対し本実施例では、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量が所定値以下となった場合にフィルタ４の再生を中断する。ここでいう所定値は、フィルタ４の再生時にＮＯxを還元することのできなくなる吸着量の上限値である。なお、所定値は、０としてもよい。すなわち、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３がなくなったときに、フィルタ４の再生を中断してもよい。例えば、ＳＣＲ触媒６よりも下流にＮＯxを検出するセンサを設け、フィルタ４の再生中にＮＯxが検出された場合には、ＳＣＲ触媒６にＮＨ３が吸着されていないと判断して、フィルタ４の再生を中断してもよい。また、フィルタ４の再生時に排出されると推定されるＮＯxの総量が、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３により浄化可能なＮＯx量よりも多い場合に、フィルタ４の再生を中断してもよい。【００８７】
また、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３がなくなると予測できる場合に、フィルタ４の再生を中断してもよい。ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量は、該ＳＣＲ触媒６に流入したＮＯx量に基づいて算出することができる。この場合、ＳＣＲ触媒６に流入したＮＯx量は、内燃機関１の運転状態から推定した値であってもよく、ＮＯxセンサ１４により検出した値であってもよい。【００８８】
そして、フィルタ４の再生を中断しているときに、ＮＨ３を生成させれば、ＳＣＲ触媒６がＮＨ３を再度吸着することができる。そうすると、フィルタ４の再生を再開したときにＮＯxを浄化することが可能となる。【００８９】
フィルタ４の再生を中断しているときにＮＨ３生成制御を行う時間は、規定の時間としてもよい。また、フィルタ４の再生が完了するまでに内燃機関１から排出されると推定されるＮＯxの総量を浄化可能な量のＮＨ３がＳＣＲ触媒６に吸着されるまでの時間としてもよい。【００９０】
図４は、本実施例に係るフィルタ４の再生時のＮＯx浄化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、所定の時間毎に、ＥＣＵ１０により実行される。なお、前記フローチャート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。【００９１】
ステップＳ２０１では、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量（ＮＨ３吸着量）が、所定値以下であるか否か判定される。この所定値は、ＮＯxを浄化できなくなるＮＨ３の吸着量の上限値である。なお、所定値は、０としてもよい。本ステップでは、ＳＣＲ触媒６が吸着していたＮＨ３を使い切ったか否か判定してもよい。本ルーチンでは、ＳＣＲ触媒６にＮＨ３が残っている限りは、フィルタ４の再生を行い、フィルタ４の再生中にＮＨ３の残量が所定値以下となると、フィルタ４の再生を中断している。【００９２】
ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０２へ進んで、フィルタ４の再生が中断される。その後、ステップＳ１０４へ戻り、ＮＨ３が生成される。一方、ステップＳ２０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０３へ進む。【００９３】
ステップＳ２０３では、ＳＣＲ触媒６の温度が閾値よりも高いか否か判定される。この閾値は、ＳＣＲ触媒６にＮＨ３が吸着可能な温度の上限値である。ここで、フィルタ４の再生を行っている時間が長くなると、ＳＣＲ触媒６の温度が必要以上に高くなることがある。このため、ＳＣＲ触媒６の温度が閾値よりも高くなり、吸着していたＮＨ３が放出される虞がある。そこで、本ステップでは、ＳＣＲ触媒６の温度が、ＮＨ３を吸着可能な温度を超えたか否か判定している。【００９４】
ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０２へ進んで、フィルタ４の再生が中断される。一方、ステップＳ２０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０４へ進む。【００９５】
ステップＳ２０４では、フィルタ４の再生が完了したか否か判定される。例えば、差圧センサ１５により検出されるＰＭ量が閾値未満となったときにフィルタ４の再生が完了したと判定される。また、フィルタ４の再生を開始してから所定の期間が経過したときに、フィルタ４の再生が完了したと判定してもよい。【００９６】
ステップＳ２０４で肯定判定がなされた場合には、本ルーチンを終了させる。一方、ステップＳ２０４で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０１へ戻る。【００９７】
以上説明したように、本実施例によれば、ＳＣＲ触媒６にＮＨ３が吸着されている場合に限りフィルタ４の再生を行うため、フィルタ４の再生時にＮＯxがＳＣＲ触媒６を通り抜けることを抑制できる。
【実施例３】
【００９８】
本実施例では、フィルタ４の再生を行う基準となるＰＭの堆積量を、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量に応じて変化させる。すなわち、前記ステップＳ１０３における閾値を、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量に応じて変化させる。また、前記ステップＳ１０３における閾値を、ＳＣＲ触媒６が最大限吸着可能なＮＨ３量に応じて変化させてもよい。その他の装置などは実施例１と同じため、説明を省略する。【００９９】
ここで、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量に応じて、フィルタ４の再生時に浄化可能なＮＯx量が変化する。このため、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量に応じて、フィルタ４の再生時にＮＯxを浄化可能な時間が変化する。例えば、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量が少なくなるほど、フィルタ４の再生時にＮＯxを浄化可能な時間が短くなる。したがって、ＮＯxを浄化可能な範囲でフィルタ４の再生を行うことにより、フィルタ４の再生中にＮＯxがＳＣＲ触媒６を通り抜けることを抑制できる。また、ＮＯxの浄化が可能な限り、フィルタ４の再生を行うことができる。この場合、フィルタ４の再生時間は、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量に応じて制限される。すなわち、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量に応じて、フィルタ４の再生を行うことができる時間を変化させる。そして、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量によって、フィルタ４の再生を行うことができる時間を決めることができる。【０１００】
フィルタ４の再生を行う時間と、フィルタ４に捕集されているＰＭ量と、には相関関係があるため、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量に応じて、フィルタ４の再生時に除去可能なＰＭ量が定まる。この除去可能なＰＭ量を、前記ステップＳ１０３における閾値として設定する。すなわち、ステップＳ１０３における閾値を、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量に応じて変化させる。【０１０１】
また、例えば、ステップＳ１０３における閾値を、ＳＣＲ触媒６に最大限吸着可能なＮＨ３量に対応する値としてもよい。このＳＣＲ触媒６に最大限吸着可能なＮＨ３量は、ＳＣＲ触媒６の劣化と共に少なくなる。【０１０２】
図５は、本実施例に係るフィルタ４の再生時のＮＯx浄化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、所定の時間毎に、ＥＣＵ１０により実行される。なお、前記フローチャート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。【０１０３】
本ルーチンでは、ステップＳ１０３の前に、ステップＳ３０１が処理される。ステップＳ３０１では、ステップＳ１０３においてフィルタ４の再生の閾値となるＰＭの捕集量が算出される。このＰＭの捕集量は、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量に基づいて算出される。【０１０４】
本ステップでは、まず、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量が算出される。このＮＨ３量は、ＳＣＲ触媒６が最も多くのＮＨ３を吸着したときの値として、予め実験等により求めておいてもよい。すなわち、ＳＣＲ触媒６が吸着し得るＮＨ３量の最大値としてもよい。なお、フィルタ４の再生中以外には、ＳＣＲ触媒６に、常にＮＨ３が最大限吸着しているように還元剤を供給しておいてもよい。【０１０５】
ところで、ＳＣＲ触媒６が最大限吸着可能なＮＨ３量は、該ＳＣＲ触媒６の劣化とともに減少する。したがって、ＳＣＲ触媒６の劣化の度合いに基づいて、ＳＣＲ触媒６が最大限吸着可能なＮＨ３量を減少させてもよい。この場合、ＳＣＲ触媒６の劣化の度合いが大きくなるほど、ステップＳ１０３における閾値が小さくなり、フィルタ４の再生を行う間隔が短くなる。なお、ＳＣＲ触媒６が劣化している場合には、劣化していない場合よりも、閾値を小さくするとしてもよい。【０１０６】
そして、ＳＣＲ触媒６の劣化の度合いは、例えば、ＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３の吸着性能に基づいて判断することができる。例えば、ＳＣＲ触媒６よりも下流に排気中のＮＨ３濃度を検出するセンサを設け、ＮＨ３を生成させたときに該センサによりＮＨ３が検出されるまでのＮＨ３の生成量に基づいて判断することができる。このＮＨ３の生成量は、ＳＣＲ触媒６が最大限吸着可能なＮＨ３量となる。また、ＳＣＲ触媒６の劣化の度合いをＳＣＲ触媒６の温度の履歴に応じて判断することもできる。また、例えばＳＣＲ触媒６よりも上流側と下流側とのＮＯx濃度をセンサを用いて検出し、排気がＳＣＲ触媒６を通過するときのＮＯx濃度の低減率からＮＯxの浄化率を算出することで、ＳＣＲ触媒６の劣化の度合いを判断してもよい。また、周知技術によりＳＣＲ触媒６の劣化の度合いを判断してもよい。【０１０７】
また、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量に基づいて、フィルタ４の再生の閾値となるＰＭの捕集量を算出してもよい。ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量と、フィルタ４の再生の閾値となるＰＭの捕集量と、には相関関係がある。この関係を予め実験等により求めておけば、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量に基づいて、フィルタ４の再生の閾値となるＰＭの捕集量を算出することができる。そして、この閾値に基づいて、ステップＳ１０３でフィルタ４の再生を行う要求があるか否か判定される。【０１０８】
以上説明したように、本実施例によれば、ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量に応じてフィルタ４の再生を行う閾値となるＰＭの捕集量を設定するため、フィルタ４の再生中にＮＨ３が不足することを抑制できる。
【実施例４】
【０１０９】
本実施例では、ＳＣＲ触媒６が劣化していると判定された場合には、フィルタ４に捕集されているＰＭ量が閾値未満であっても、ＮＨ３生成制御及びフィルタ４の再生を行う。すなわち、ＳＣＲ触媒６が劣化した場合には、フィルタ４の再生を行う間隔を短くする。その他の装置などは実施例１と同じため、説明を省略する。【０１１０】
ここで、ＳＣＲ触媒６の劣化の度合いが許容範囲を超えたときに、ＳＣＲ触媒６が劣化していると判定してもよい。例えば、ＳＣＲ触媒６が最大限吸着可能なＮＨ３量が閾値以下となったときに、ＳＣＲ触媒６が劣化したと判定できる。また、例えば、ＳＣＲ触媒６におけるＮＯxの浄化率を算出し、このＮＯxの浄化率が閾値以下となったときに、ＳＣＲ触媒６が劣化したと判定してもよい。【０１１１】
ＳＣＲ触媒６が劣化していない場合には、フィルタ４に捕集されているＰＭ量が閾値以上となったときに、フィルタ４の再生が行われる。一方、ＳＣＲ触媒６が劣化している場合には、フィルタ４に捕集されているＰＭ量が閾値未満であっても、フィルタ４の再生が行われる。【０１１２】
なお、ＳＣＲ触媒６が劣化している場合には、劣化していない場合よりも、フィルタ４の再生時間を短くする。すなわち、ＳＣＲ触媒６が劣化している場合には、該ＳＣＲ触媒６が吸着しているＮＨ３量が少なくなるため、浄化可能なＮＯx量が少なくなる。これに合わせて、フィルタ４の再生時間を短くする。また、ＳＣＲ触媒６が劣化している場合には、フィルタ４に捕集されているＰＭ量が少ない状態でフィルタ４の再生が行われるため、フィルタ４の再生時間が短くなる。なお、ＳＣＲ触媒６の劣化の度合いが大きいほど、フィルタ４の再生を行う間隔を短くし、且つフィルタ４の再生時間を短くしてもよい。【０１１３】
図６は、本実施例に係るフィルタ４の再生時のＮＯx浄化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、所定の時間毎に、ＥＣＵ１０により実行される。なお、前記フローチャート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。【０１１４】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１では、ＮＨ３生成制御を行う時間が設定される。このときには、フィルタ４に捕集されているＰＭ量が多いために、多くのＮＨ３を生成する必要がある。また、前回ルーチンにおいてＳＣＲ触媒６は劣化していないと判定されていると考えられるため、ＳＣＲ触媒６は、多くのＮＨ３を吸着することができる。以上より、本ステップでは、ＮＨ３生成制御を行う時間が比較的長い時間に設定される。この時間は、予めＥＣＵ１０に記憶しておいた規定値としてもよい。そして、ステップＳ１０４へ進み、ステップＳ４０１で設定された時間だけ、ＮＨ３生成制御が行われる。【０１１５】
一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ４０２へ進む。ステップＳ４０２では、ＳＣＲ触媒６が劣化しているか否か判定される。前記したようにしてＳＣＲ触媒６が劣化しているか否か判定してもよいが、簡易的に、内燃機関１の運転時間が所定時間以上のときに、ＳＣＲ触媒６が劣化していると判定してもよい。また、内燃機関１の運転時間が長いほど、ＳＣＲ触媒６の劣化の度合いが大きいとしてもよい。また、車両の走行距離が所定距離以上のときに、ＳＣＲ触媒６が劣化していると判定してもよい。また、車両の走行距離が長いほど、ＳＣＲ触媒６の劣化の度合いが大きいとしてもよい。さらには、排気の温度の積算値が所定値以上のときに、ＳＣＲ触媒６が劣化していると判定してもよい。また、排気の温度の積算値が大きいほど、ＳＣＲ触媒６の劣化の度合いが大きいとしてもよい。【０１１６】
ステップＳ４０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ４０３へ進む。ステップＳ４０３では、ＮＨ３生成制御を行う時間が設定される。このときには、フィルタ４に捕集されているＰＭ量は少ないため、生成するＮＨ３は少なくてよい。また、ＳＣＲ触媒６は劣化しているため、吸着可能なＮＨ３量は少ない。以上より、本ステップでは、ＮＨ３生成制御を行う時間が比較的短い時間に設定される。この時間は、ステップＳ４０１で設定される時間よりも短い。この時間は、予めＥＣＵ１０に記憶しておいた規定値としてもよい。また、ＳＣＲ触媒６の劣化の度合いに応じて、ＮＨ３生成制御を行う時間を短くしてもよい。そして、ステップＳ１０４へ進み、ステップＳ４０３で設定された時間だけ、ＮＨ３生成制御が行われる。【０１１７】
また、ステップＳ４０２で否定判定がなされた場合には、フィルタ４の再生を行う必要がないため、本ルーチンを終了させる。【０１１８】
以上説明したように、本実施例によれば、フィルタ４が劣化しているときには、劣化していないときよりも、フィルタ４の再生が行われる間隔が短くなり、且つ、フィルタ４の再生が行われる時間が短くなる。すなわち、フィルタ４が劣化してＮＨ３の吸着可能量が低下しても、それに合わせてフィルタ４の再生間隔及びフィルタ４の再生時間を調整するため、ＳＣＲ触媒６においてＮＨ３が不足することを抑制できる。これにより、ＮＯx浄化率が低下することを抑制できる。
【符号の説明】
【０１１９】
１     内燃機関
２     排気通路
３     三元触媒
４     フィルタ
５     吸蔵還元型ＮＯx触媒（ＮＳＲ触媒）
６     選択還元型ＮＯx触媒（ＳＣＲ触媒）
７     噴射弁
８     吸気通路
９     スロットル
１０   ＥＣＵ
１１   第一温度センサ
１２   空燃比センサ
１３   第二温度センサ
１４   ＮＯxセンサ
１５   差圧センサ
１６   エアフローメータ
１７   アクセルペダル
１８   アクセル開度センサ
１９   クランクポジションセンサ
【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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【手続補正書】
【提出日】平成24年8月10日(2012.8.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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てＮＨ３を還元剤としてＮＯＸを還元する選択還元型ＮＯＸ触媒と、
前記選択還元型ＮＯＸ触媒よりも上流の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記選択還元型ＮＯＸ触媒よりも上流の排気通路に設けられて排気の空燃比が理論空燃比以下のときにＮＨ３を生成するＮＨ３生成触媒と、
前記フィルタの温度を上昇させると共に該フィルタに酸素を供給することでフィルタの再生を行う再生部と、
排気の空燃比を理論空燃比以下にして前記ＮＨ３生成触媒にてＮＨ３を生成させる生成部と、
を備え、
前記再生部は、前記生成部によるＮＨ３の生成が完了するまで前記フィルタの再生を禁止し、
前記生成部は、前記フィルタの再生中にはＮＨ３の生成を行わない内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記生成部は、前記フィルタの再生を行っているときに前記内燃機関から排出されるＮＯＸを浄化するのに必要となる量のＮＨ３を前記選択還元型ＮＯＸ触媒が吸着するまでＮＨ３を生成する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記再生部は、前記フィルタの再生を行っているときに、前記選択還元型ＮＯＸ触媒に吸着しているＮＨ３量が所定値以下となった場合に、前記フィルタの再生を中断する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記生成部は、前記再生部が前記フィルタの再生を中断しているときに、排気の空燃比を理論空燃比以下にしてＮＨ３を生成させる請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記生成部は、前記フィルタの再生を再開したとしても前記フィルタの再生を行っているときに前記選択還元型ＮＯＸ触媒に吸着しているＮＨ３量が前記所定値以下とならないだけのＮＨ３を前記選択還元型ＮＯＸ触媒が吸着するまでＮＨ３を生成し、
前記再生部は、前記フィルタの再生を再開したとしても前記フィルタの再生を行っているときに前記選択還元型ＮＯＸ触媒に吸着しているＮＨ３量が前記所定値以下とならないだけのＮＨ３を前記選択還元型ＮＯＸ触媒が吸着した後に前記フィルタの再生を再開する請求項３または４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記再生部は、
前記フィルタに捕集されている粒子状物質の量が閾値以上となると、前記フィルタの再生を開始し、
前記フィルタの再生が開始されてから完了するまでの期間において前記内燃機関より排出されるＮＯＸを前記選択還元型ＮＯＸ触媒が吸着しているＮＨ３量で浄化可能となるように、前記閾値を設定する請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記再生部は、前記選択還元型ＮＯＸ触媒の劣化の度合いが大きいほど、前記フィルタの再生を行う間隔を短くする請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記生成部は、ＮＨ３の生成量が最も多くなる空燃比を含む所定の範囲の空燃比となるように、前記ＮＨ３生成触媒に流入する排気の空燃比を調整する請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記再生部は、前記フィルタの再生を行っているときに、前記選択還元型ＮＯＸ触媒の温度がＮＨ３を吸着可能な温度よりも高くなった場合に、前記フィルタの再生を中断し、
前記生成部は、前記再生部が前記フィルタの再生を中断しているときに、排気の空燃比を理論空燃比以下にしてＮＨ３を生成させる請求項１から８の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【国際調査報告】
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