(57)【要約】【課題】  パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときにも排気中のＮＯｘを良好に浄化することが可能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】  酸化触媒（３６）とＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒（４４）との間にパティキュレートフィルタ（４０）とアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（４２）とを備え、ＨＣ供給手段（５２）からＨＣを供給することによりパティキュレートフィルタ（４０）の強制再生を行っているときには、アンモニア供給手段（５４）からのアンモニアの供給を中止すると共に、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒（４４）が活性化していると判断するとＨＣ供給手段（５２）から供給するＨＣの量をパティキュレートフィルタ（４０）の強制再生に必要な量より所定量だけ増量する制御手段を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配設された酸化触媒と、
前記酸化触媒の下流側に配設され、ＨＣを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化するＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記酸化触媒と前記ＨＣ還元型ＮＯｘ触媒との間に配設され、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記酸化触媒と前記ＨＣ還元型ＮＯｘ触媒との間に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記酸化触媒にＨＣを供給することにより前記パティキュレートフィルタを昇温して強制再生を行うＨＣ供給手段と、
前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、
前記ＨＣ供給手段からＨＣを供給することにより前記強制再生を行っているときには、前記アンモニア供給手段からのアンモニアの供給を中止すると共に、前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒が活性化していると判断すると前記ＨＣ供給手段から供給するＨＣの量を前記パティキュレートフィルタの強制再生に必要な量より所定量だけ増量する制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記エンジンから排出されるＮＯｘの量を検出するエンジンＮＯｘ排出量検出手段と、
前記エンジンＮＯｘ排出量検出手段によって検出された前記エンジンからのＮＯｘ排出量に基づき、前記所定量を決定するＨＣ増量算出手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒から排出されるＮＯｘの量を検出する触媒ＮＯｘ排出量検出手段を更に備え、
前記ＨＣ増量算出手段は、前記エンジンＮＯｘ排出量検出手段によって検出された前記エンジンからのＮＯｘ排出量と、前記触媒ＮＯｘ排出量検出手段によって検出された前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量とから、前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を求め、前記所定量を前記ＮＯｘ浄化率に応じて補正することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
エンジンの排気通路に配設された酸化触媒と、
前記酸化触媒の下流側に配設され、ＨＣを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化するＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記酸化触媒と前記ＨＣ還元型ＮＯｘ触媒との間に配設され、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記酸化触媒と前記ＨＣ還元型ＮＯｘ触媒との間に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記パティキュレートフィルタを昇温して強制再生を行う昇温手段と、
前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、
前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒にＨＣを供給するＮＯｘ触媒用ＨＣ供給手段と、
前記昇温手段により前記パティキュレートフィルタを昇温して前記強制再生を行っているときには、前記アンモニア供給手段からのアンモニアの供給を中止すると共に、前記ＮＯｘ触媒用ＨＣ供給手段から前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒にＨＣを供給する制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気を浄化するための排気浄化装置に関し、特に排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒とを備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから排出される排気中に含まれる汚染物質の１つであるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を配設し、還元剤であるアンモニアをアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給することにより、排気中のＮＯｘを浄化するようにした排気浄化装置が用いられている。
このような排気浄化装置では、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側に尿素水を供給し、この尿素水が排気の熱により加水分解して生じたアンモニアがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給される。アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されたアンモニアは一旦アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着され、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒によって促進されることによりＮＯｘの浄化が行われる。
【０００３】
一方、ディーゼルエンジンなどでは、排気中に含まれるパティキュレートを除去して排気を浄化するため、パティキュレートフィルタを排気通路に配設し、排気中のパティキュレートを捕集するようにしている。
このパティキュレートフィルタでは、捕集したパティキュレートがパティキュレートフィルタ内に堆積することにより次第に排気抵抗が増大するので、パティキュレートの堆積量が所定量に達したときにパティキュレートフィルタを昇温し、パティキュレートを強制的に焼却してパティキュレートフィルタを強制再生することにより、パティキュレートフィルタの排気浄化機能を維持するようにしている。
【０００４】
このようなパティキュレートフィルタと、アンモニアを還元剤とするアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒とを共に備え、排気中のパティキュレートとＮＯｘとを浄化するようにした排気浄化装置が、例えば特許文献１などに開示されている。
特許文献１に示された排気浄化装置では、エンジンの排気通路にパティキュレートフィルタが配設され、パティキュレートフィルタの下流側にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒が配設されている。そして、パティキュレートフィルタによりパティキュレートが捕集された後、排気がアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給され、尿素水から生成されたアンモニアを還元剤として、この排気中のＮＯｘがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒により選択還元され浄化されるようになっている。
【０００５】
特許文献１に示された排気浄化装置でも、パティキュレートフィルタにパティキュレートが捕集されて堆積すると次第に排気抵抗が増大するので、パティキュレートフィルタを昇温して強制再生を行う必要がある。そこで、パティキュレートフィルタの上流側に設けた酸化触媒に燃料即ちＨＣ（炭化水素）を供給し、酸化触媒におけるＨＣの燃焼によってパティキュレートフィルタを昇温することにより、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートを焼却して強制再生を行うようにしている。
【特許文献１】特開２００３−１７６７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１に示された排気浄化装置において強制再生が行われると、昇温されたパティキュレートフィルタを通過して高温となった排気がアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給される。このため、このような状態で尿素水の供給を行うと、尿素水から生成されてアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されたアンモニアは酸化してＮＯｘに転化し、大気中に放出される排気のＮＯｘ濃度をかえって増加させてしまうおそれがある。
【０００７】
従って、パティキュレートフィルタを昇温して強制再生を行う場合には、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給することができない。一方、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給することができなければ、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒による排気中のＮＯｘの浄化ができず、結果としてパティキュレートフィルタの強制再生中は排気中のＮＯｘの浄化を十分に行うことができないという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときにも排気中のＮＯｘを良好に浄化することが可能な排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設された酸化触媒と、前記酸化触媒の下流側に配設され、ＨＣを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化するＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記酸化触媒と前記ＨＣ還元型ＮＯｘ触媒との間に配設され、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、前記酸化触媒と前記ＨＣ還元型ＮＯｘ触媒との間に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記酸化触媒にＨＣを供給することにより前記パティキュレートフィルタを昇温して強制再生を行うＨＣ供給手段と、前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、前記ＨＣ供給手段からＨＣを供給することにより前記強制再生を行っているときには、前記アンモニア供給手段からのアンモニアの供給を中止すると共に、前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒が活性化していると判断すると前記ＨＣ供給手段から供給するＨＣの量を前記パティキュレートフィルタの強制再生に必要な量より所定量だけ増量する制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
このように構成された排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタにより排気中のパティキュレートが捕集されると共に、アンモニア供給手段から供給されたアンモニアを還元剤としてアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒により排気中のＮＯｘが浄化される。
そして、パティキュレートフィルタの強制再生を行う場合には、ＨＣ供給手段からＨＣを供給することによりパティキュレートフィルタを昇温する一方、制御手段はアンモニア供給手段からのアンモニアの供給を中止すると共に、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒が活性化していると判断するとＨＣ供給手段から供給するＨＣの量をパティキュレートフィルタの強制再生に必要な量より所定量だけ増量する。
【００１１】
このような増量により、パティキュレートフィルタの強制再生で消費されなかった余剰のＨＣは下流のＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒に供給され、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒は供給されたＨＣを還元剤として、排気中のＮＯｘを選択還元し浄化する。
より具体的には、このような排気浄化装置において、前記制御手段は、前記エンジンから排出されるＮＯｘの量を検出するエンジンＮＯｘ排出量検出手段と、前記エンジンＮＯｘ排出量検出手段によって検出された前記エンジンからのＮＯｘ排出量に基づき、前記所定量を決定するＨＣ増量算出手段とを備えることを特徴とする（請求項２）。
【００１２】
このように構成された排気浄化装置では、エンジンＮＯｘ排出量検出手段によって検出されたエンジンからのＮＯｘ排出量に基づいて、ＨＣ増量算出手段が決定した所定量が前記増量の際に用いられる。
このとき好ましくは、エンジンから排出されるＮＯｘの量は、エンジンの運転状態に基づき推定するようにしてもよい。
【００１３】
或いは、エンジンから排出されるＮＯｘの量は、前記排気通路に設けたエンジン排出ＮＯｘセンサにより直接検出するようにしてもよい。
更に、前記排気浄化装置において、前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒から排出されるＮＯｘの量を検出する触媒ＮＯｘ排出量検出手段を更に備え、前記ＨＣ増量算出手段は、前記エンジンＮＯｘ排出量検出手段によって検出された前記エンジンからのＮＯｘ排出量と、前記触媒ＮＯｘ排出量検出手段によって検出された前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ排出量とから、前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を求め、前記所定量を前記ＮＯｘ浄化率に応じて補正することを特徴とする（請求項３）。
【００１４】
このように構成された排気浄化装置では、エンジンＮＯｘ排出量検出手段によって検出されたエンジンのＮＯｘ排出量と、触媒ＮＯｘ排出量検出手段によって検出されたＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ排出量とから求めたＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率に応じて補正された所定量が、前記増量の際に用いられる。
また、前記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設された酸化触媒と、前記酸化触媒の下流側に配設され、ＨＣを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化するＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記酸化触媒と前記ＨＣ還元型ＮＯｘ触媒との間に配設され、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、前記酸化触媒と前記ＨＣ還元型ＮＯｘ触媒との間に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記パティキュレートフィルタを昇温して強制再生を行う昇温手段と、前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒にＨＣを供給するＮＯｘ触媒用ＨＣ供給手段と、前記昇温手段により前記パティキュレートフィルタを昇温して前記強制再生を行っているときには、前記アンモニア供給手段からのアンモニアの供給を中止すると共に、前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒が活性化しているときに前記ＮＯｘ触媒用ＨＣ供給手段から前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒にＨＣを供給する制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項４）。
【００１５】
このように構成された排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタにより排気中のパティキュレートが捕集されると共に、アンモニア供給手段から供給されたアンモニアを還元剤としてアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒により排気中のＮＯｘが浄化される。
そして、パティキュレートフィルタの強制再生を行う場合に、昇温手段によりパティキュレートフィルタを昇温する一方、制御手段はアンモニア供給手段からのアンモニアの供給を中止すると共に、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒が活性化しているときにＮＯｘ触媒用ＨＣ供給手段からＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒にＨＣを供給する。ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒は供給されたＨＣを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元し浄化する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１乃至３の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生を行う場合には、アンモニア供給手段からのアンモニアの供給が中止されるので、供給されたアンモニアが酸化して生成されるＮＯｘが大気中に排出されることはない。また、このときＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒が活性化していれば、ＨＣ供給手段から供給するＨＣの量をパティキュレートフィルタの強制再生に必要な量より所定量だけ増量するようにしたので、パティキュレートフィルタの強制再生に消費されなかった余剰のＨＣはＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒で還元剤として使用され、排気中のＮＯｘがＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒により浄化される。この結果、パティキュレートフィルタの強制再生中であっても排気中のＮＯｘを良好に浄化することが可能となる。
【００１７】
更に、請求項２の排気浄化装置によれば、エンジンＮＯｘ排出量検出手段によって検出されたエンジンからのＮＯｘ排出量に基づいて、前記増量の所定量を決定するようにしたので、ＮＯｘを浄化するために必要な量のＨＣをより精度よくＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒に供給することができる。
更にまた、請求項３の排気浄化装置によれば、エンジンＮＯｘ排出量検出手段によって検出されたエンジンのＮＯｘ排出量と、触媒ＮＯｘ排出量検出手段によって検出されたＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ排出量とから求めたＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率に応じて、前記増量の所定量を補正するようにしたので、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を最大限有効に発揮させるのに必要な量のＨＣを精度よく供給することができ、ＨＣの無駄な消費をなくすことができる。
【００１８】
また、請求項４の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生を行う場合には、アンモニア供給手段からのアンモニアの供給が中止されるので、供給されたアンモニアが酸化して生成されるＮＯｘが大気中に排出されることはない。また、このときＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒が活性化していれば、ＮＯｘ触媒用ＨＣ供給手段から供給されたＨＣを還元剤として、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒が排気中のＮＯｘを浄化する。この結果、パティキュレートフィルタの強制再生中であっても排気中のＮＯｘを良好に浄化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の１実施形態に係る排気浄化装置が適用される４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）のシステム構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、燃料噴射ポンプ（図示せず）から供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料である軽油が、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給され、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。
【００２０】
吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出するための吸気流量センサ１６が設けられている。
【００２１】
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管（排気通路）２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。
排気管２０はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気絞り弁２６を介して排気後処理装置２８に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動する。
【００２２】
排気後処理装置２８は、上流側ケーシング３０と、上流側ケーシング３０の下流側に連通路３２で連通された下流側ケーシング３４とで構成される。
上流側ケーシング３０内には、酸化触媒３６が収容されると共に、酸化触媒３６の出口側排気温度を検出する酸化触媒温度センサ３８が設けられている。
また、下流側ケーシング３４内には、その上流側からパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）４０、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２、及びＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４が収容されている。
【００２３】
フィルタ４０はハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化する。
また、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２は、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元することによりエンジン１の排気を浄化し、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４は、ＨＣを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元することによりエンジン１の排気を浄化する。
【００２４】
このＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４８は、後述するフィルタ４０の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯを酸化し、ＣＯ２として大気中に排出する機能も有している。
フィルタ４０が酸化触媒３６の下流側に配設されることにより、酸化触媒３６で排気中のＮＯから生成されたＮＯ２がフィルタ４０に供給される。フィルタ４０に捕集されて堆積したパティキュレートは、このＮＯ２と反応して酸化することによりフィルタ４０から除去され、フィルタ４０の連続再生が行われるようになっている。
【００２５】
下流側ケーシング３４内には、フィルタ４０の前後に、フィルタ４０上流側の排気圧力を検出する上流圧力センサ４６と、フィルタ４０下流側の排気圧力を検出する下流圧力センサ４８とが設けられている。また、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の下流側には、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の出口側排気温度を検出するＮＯｘ触媒温度センサ５０が設けられている。
【００２６】
排気絞り弁２６と排気後処理装置２８との間の排気管２０には、燃料噴射ポンプ（図示せず）から燃料が供給され、排気管２０内の排気中に燃料を噴射する燃料添加弁５２（ＨＣ供給手段）が設けられている。この燃料添加弁５２は、フィルタ４０の強制再生が必要となったときに排気中に燃料を噴射することにより、酸化触媒３６にＨＣを供給し、酸化触媒３６におけるＨＣの酸化により高温となった排気をフィルタ４０に供給してフィルタ４０の昇温を行うものである。
【００２７】
また、排気後処理装置２８の連通路３２には、連通路３２内の排気中に尿素水を噴射供給する噴射ノズル（アンモニア供給手段）５４が設けられており、噴射ノズル５４は尿素水噴射管５６を介して尿素水噴射装置５８に接続されている。
尿素水噴射装置５８は、エアポンプ（図示せず）によって圧縮された加圧空気を蓄えたエアタンク６０から供給される加圧空気中に、尿素水タンク６２から尿素水供給ポンプ（図示せず）により供給される尿素水を噴出し、尿素水噴射管５６を介して噴射ノズル５４に加圧空気と共に尿素水を供給するものであって、エア供給管６４を介してエアタンク６０に接続されると共に、尿素水供給管６６を介して尿素水タンク６２に接続されている。
【００２８】
エア供給管６４にはエア制御弁６８が設けられ、このエア制御弁６８を開閉制御することにより、尿素水噴射装置５８への加圧空気の供給量が調整される。また、尿素水供給通路６６には尿素水制御弁７０が設けられ、この尿素水制御弁７０を開閉制御することにより、尿素水噴射装置５８への尿素水の供給量が調整される。即ち、これらエア制御弁６８及び尿素水制御弁７０をそれぞれ開閉制御することにより、噴射ノズル５４から排気中への尿素水の噴射供給量が調整される。
【００２９】
噴射ノズル５４から噴射された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２に供給される。アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２は供給されたアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを浄化して無害なＮ２とする。
このときＮＯｘと反応せずにアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２から流出したアンモニアは、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の酸化機能によって酸化され、Ｎ２またはＮＯｘとなる。ここで生成されるＮＯｘはＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４に流入するＨＣと反応してＮ２になるので、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４に流入するアンモニアは無害なＮ２となって大気中に放出されるようになっている。
【００３０】
排気後処理装置２８の下流側には、排気後処理装置２８から排出される排気中のＮＯｘの濃度、即ちＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４から排出されるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ（触媒ＮＯｘ排出量検出手段）７２が設けられている。
ＥＣＵ（制御手段）７４は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
【００３１】
ＥＣＵ７４の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ１６、酸化触媒温度センサ３８、上流圧力センサ４６、下流圧力センサ４８、ＮＯｘ触媒温度センサ５０及びＮＯｘセンサ７２のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ７６、及びアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ７８などの各種センサ類が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁２６、燃料添加弁５２、エア制御弁６８及び尿素水制御弁７０などの各種デバイス類が接続されている。
【００３２】
エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ７４によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ７６によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ７８によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な燃料量が供給される。
【００３３】
またＥＣＵ７４は、回転数センサ７６によって検出されたエンジン回転数や燃料の主噴射量等のエンジン運転状態に基づき、エンジン１から排出されるＮＯｘをアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２で選択還元するために必要な尿素水供給量を、予め記憶しているマップデータから求め、エア制御弁６８及び尿素水制御弁７０を開閉制御する。
尿素水制御弁７０によって供給量が調整された尿素水は、エア制御弁６８によって供給量が調整された加圧空気と尿素水噴射装置５８で混合され、加圧空気と共に噴射ノズル５４から連通路３２内の排気中に噴射供給される。こうして噴射供給された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２に吸着する。アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２は吸着したアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応を促進し、排気中のＮＯｘは無害なＮ２となる。
【００３４】
また、このときアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２に吸着されずにそのまま流出したアンモニアは、前述したように、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４により無害なＮ２となって大気中に放出される。
このように構成された排気浄化装置では、エンジン１から排出された排気が排気管２０を通って排気後処理装置２８に導入され、排気中のパティキュレートがフィルタ４０に捕集されると共に、前述したように酸化触媒３６から供給されるＮＯ２を用いた連続再生により、フィルタ４０に堆積したパティキュレートの酸化除去が行われる。また、尿素水供給制御により噴射ノズル５４から尿素水の供給が行われ、この尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２により排気中のＮＯｘが選択還元され、無害なＮ２となって大気中に排出される。
【００３５】
このときの尿素水供給制御は、エンジン１が始動されると図２のフローチャートに従って所定の制御周期で行われる。
まず、ステップＳ２では、排気中への尿素水の供給が可能であるか否かを判定する。例えば、エンジン１の始動直後などでアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４６が活性化温度に達していない場合や、排気温度が尿素水の加水分解を可能とする温度に達していない場合などでは、アンモニアを還元剤とするＮＯｘの浄化ができないため、尿素水を排気中に供給することができない。従って、ステップＳ２では酸化触媒温度センサ３８によって検出された酸化触媒３６出口側の排気温度などのエンジン運転状態に基づき、尿素水の供給を行ってもよい状態であるか否かを判定する。
【００３６】
ステップＳ２で尿素水の供給が不可と判定した場合は、今回の制御周期を終了し、次回の制御周期で再びステップＳ２から処理を行うが、以下においてはエンジン１が尿素水を供給可能な運転状態にあるものとして説明を行う。
ステップＳ２で尿素水の供給が可能であると判定した場合は、ステップＳ４に進み、強制再生フラグＦ１の値が１であるか否かを判定する。強制再生フラグＦ１はフィルタ４０の強制再生が行われるか否かを示すものであり、後述する強制再生制御において強制再生の要否を判定し、その判定結果に応じて値が設定されるものであり、値が１であると強制再生が行われることを示し、値が０であると強制再生が行われないことを示す。
【００３７】
フィルタ４０の強制再生が行われると、フィルタ４０の強制再生に伴い排気温度及びアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２の温度が上昇する。このような状態で噴射ノズル５４から排気中に尿素水を供給した場合、高温の排気及びアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２のため、尿素水は直接酸化してＮＯｘへと転化し、排気中のＮＯｘ濃度を増大させてしまう。
【００３８】
このため、ステップＳ４で強制再生フラグＦ１の値が１であると判定した場合は、何もせずに今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ２から処理を行う。従って、フィルタ４０の強制再生が行われている間は、噴射ノズル５４からの尿素水の供給が中止される。
一方、強制再生フラグＦ１の値が０である場合は、フィルタ４０の強制再生が行われていないので、尿素水の供給を行っても上述したようなＮＯｘ濃度の増大のおそれはないものとして、ステップＳ６に進む。
【００３９】
ステップＳ６では、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２で排気中のＮＯｘを浄化するために必要なアンモニアの量から、供給すべき尿素水の量を求める。具体的には、まず回転数センサ７６によって検出されたエンジン回転数やＥＣＵ７４によって算出された燃料主噴射量などのエンジン運転状態に基づき、エンジン１からのＮＯｘ排出量を推定する。また、酸化触媒温度センサ３８によって検出された酸化触媒３６出口側の排気温度に基づき、予め記憶しているマップからアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２のＮＯｘ浄化率を求める。そして、これらＮＯｘ推定排出量とＮＯｘ浄化率とからアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化量を求め、そのＮＯｘ浄化量に対応するアンモニア量を求める。このようにして求められたアンモニア量から必要な尿素水供給量が求められる。
【００４０】
次にステップＳ６からステップＳ８に進むと、ステップＳ６で求められた量の尿素水が噴射ノズル５４から排気中に噴射供給されるように、エア制御弁６８と尿素水制御弁７０とが開閉制御され、噴射ノズル５４から尿素水が加圧空気と共に連通路３２内の排気中に噴射される。
噴射ノズル５４から噴射された尿素水は排気の熱によって加水分解し、アンモニアが生成される。このアンモニアはアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２に供給されてアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２に吸着し、排気中のＮＯｘと吸着したアンモニアとの間の脱硝反応がアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２によって促進され、排気中のＮＯｘが選択還元されて無害なＮ２に転化される。
【００４１】
また、このときＮＯｘと反応せずにアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２から流出したアンモニアは、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の酸化機能によって酸化され、Ｎ２またはＮＯｘとなる。ここで生成されるＮＯｘはＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４に流入する排気中のＨＣと反応してＮ２になるので、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４に流入するアンモニアは無害なＮ２となって大気中に放出される。
【００４２】
このようにしてステップＳ８で尿素水の供給を行った後、今回の制御周期を終え、次の制御周期で再びステップＳ２から処理を行う。
噴射ノズル５４から尿素水の供給を行っているときに、フィルタ４０の強制再生が必要になると、後述の強制再生制御により強制再生フラグＦ１の値が０から１に切り換えられるので、ステップＳ４からステップＳ６には進まず、前述のようにステップＳ４でその制御周期での処理が終了する。従って、フィルタ４０の強制再生が行われると、噴射ノズル５４からの尿素水の供給が中止される。
【００４３】
以上のような尿素水供給制御を行うことにより、フィルタ４０の強制再生が行われないときには噴射ノズル５４から排気中に尿素水が供給されてアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２に還元剤のアンモニアが供給され、フィルタ４０の強制再生が行われる場合には、噴射ノズル５４からの尿素水の供給、即ちアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２へのアンモニアの供給が中止される。
【００４４】
一方、フィルタ４０に捕集されて堆積したパティキュレートは、排気中のＮＯが酸化触媒３６で酸化されて生成したＮＯ２を酸化剤とする連続再生により酸化除去される。しかしながら、エンジン１の排気温度が低い運転状態、例えば低速、低負荷運転などでは排気温度が酸化触媒３６の活性化温度まで上昇せず、排気中のＮＯが酸化されずにフィルタ４０の連続再生が十分行われない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ４０内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ４０が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ４０におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜フィルタ４０を昇温し強制再生を行うようにしている。
【００４５】
フィルタ４０を強制再生するための強制再生制御は、図３のフローチャートに従い、所定の制御周期で行われる。
まず、図３のステップＳ１２において、強制再生フラグＦ１の値が１であるか否かを判定する。強制再生フラグＦ１の初期設定値は０となっており、最初の制御周期ではステップＳ１２からステップＳ１４へと進む。
【００４６】
ステップＳ１４ではフィルタ４０の強制再生が必要であるか否かを判定する。具体的には、上流圧力センサ４６と下流圧力センサ４８の検出値から求めたフィルタ４０前後の差圧と、吸気流量センサ１６の検出値から算出したフィルタ４０への排気流量とに基づき、フィルタ４０へのパティキュレートの堆積量を推定し、この推定堆積量が強制再生開始判定値以上である場合に、強制再生が必要であると判断している。
【００４７】
パティキュレートの推定堆積量が強制再生開始判定値未満である場合は、現時点での強制再生が不要であると判定し、この制御周期を終了し、次の制御周期において再びステップＳ１２から処理を行う。
一方、強制再生が必要と判断した場合にはステップＳ１６に進み、強制再生フラグＦ１の値を１として、強制再生を行っていることを示すように変更し、次のステップＳ１８に進む。
【００４８】
ステップＳ１６で強制再生フラグＦ１の値が１となると、尿素水供給制御において、前述したように噴射ノズル５４からの尿素水の供給が中止され、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２に還元剤のアンモニアが供給されなくなる。アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２では、これまでに供給されたアンモニアが吸着しており、アンモニアの供給中止後もしばらくの間は吸着しているアンモニアによりＮＯｘの浄化が行われる。
【００４９】
ステップＳ１８では、酸化触媒温度センサ３８によって検出された酸化触媒３６出口側の排気温度Ｔｆｃが２５０℃以上であるか否かを判定することにより、酸化触媒３６が活性化したか否かを判定する。
酸化触媒３６出口側の排気温度Ｔｆｃが２５０℃未満である場合には、酸化触媒３６が活性化していないものとしてステップＳ２０に進み、酸化触媒３６の昇温制御を行う。
【００５０】
この昇温制御は、酸化触媒３６に高温の排気を供給することにより、酸化触媒３６の温度を活性化温度（例えば２５０℃）まで昇温するものであり、吸気制御弁１２や排気絞り弁２６を閉方向に制御してエンジン１から排出される排気の温度を上昇させると共に、必要に応じて燃料添加弁５２から排気中に第１の燃料添加を行う。第１の燃料添加により排気中に供給された燃料は、温度の上昇した排気中で燃焼し、高温の排気が酸化触媒３６に供給されることにより、酸化触媒３６の温度が上昇する。
【００５１】
次にステップＳ２８に進むと、ステップＳ１４の時と同様に、フィルタ４０前後の差圧とフィルタ４０への排気流量とに基づき推定したパティキュレートの堆積量が、強制再生終了判定値以下であるか否かの判定を行う。
上述のように酸化触媒３６はまだ十分活性化していない状況であるため、パティキュレートの焼却は行われておらず、パティキュレートの推定堆積量は強制再生終了判定値より大であると判定されて今回の制御周期を終え、次の制御周期で再びステップＳ１２から強制再生制御を行う。
【００５２】
この場合、既に強制再生フラグＦ１の値は１となっているので、ステップＳ１２からステップＳ１８へ進むことになる。
ステップＳ１８で、酸化触媒３６出口側の排気温度Ｔｆｃが２５０℃未満で酸化触媒３６が依然として活性化していないと判定した場合には、再びステップＳ２０で吸気制御弁１２及び排気絞り弁２６の制御と第１の燃料添加による触媒昇温制御が行われる。
【００５３】
従って、酸化触媒３６出口側の排気温度Ｔｆｃが２５０℃未満で、酸化触媒３６が活性化していない間は、制御周期ごとにステップＳ２０による触媒昇温制御が繰り返し行われる。
このようにして触媒昇温制御が繰り返され、酸化触媒３６出口側の排気温度Ｔｆｃが２５０℃以上になって酸化触媒３６が活性化したと判定すると、ステップＳ１８からステップＳ２２へ進む。
【００５４】
ステップＳ２２では、ＮＯｘ触媒温度センサ５０によって検出されたＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４出口側の排気温度ＴｐｃをＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の温度に相当するものとし、この排気温度Ｔｐｃが、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の活性温度下限値Ｔａｌ以上かつ活性温度上限値Ｔａｈ以下であるか否かを判定することにより、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４が活性化しているか否かを判定する。
【００５５】
ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の温度に相当する排気温度Ｔｐｃが前記活性温度範囲内はないと判定するとステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、フィルタ４０に流入する排気の温度が所定温度（例えば６００℃）となるように予め設定され記憶した燃料量Ｑｆｓを、第２の燃料添加により燃料添加弁５２から供給すべき燃料添加量Ｑｆとして設定し、燃料添加弁５２から排気中に燃料添加量Ｑｆの燃料、即ちＨＣを供給する。この所定温度は、フィルタ４０に堆積したパティキュレートがもっとも効率よく燃焼する温度として予め求められたものである。従って、前記燃料量Ｑｆｓは、フィルタ４０の強制再生に必要なＨＣの量に相当する。
【００５６】
このようにして第２の燃料添加が行われることにより、添加されたＨＣは酸化触媒３６に達し、活性化温度にある酸化触媒３６で燃焼する。この燃焼により排気温度が上昇し、フィルタ４０に堆積したパティキュレートが焼却されることにより、フィルタ４０が強制再生される。
一方、ＮＯｘ触媒温度センサ５０によって検出されたＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４出口側の排気温度Ｔｐｃ、即ちＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の温度が、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の活性温度下限値Ｔａｌ以上かつ活性温度上限値Ｔａｈ以下であって、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４が活性化しているとステップＳ２２で判定した場合にはステップＳ２６に進む。
【００５７】
ステップＳ２６では、フィルタ４０に流入する排気の温度が前記所定温度（例えば６００℃）となるように予め設定され記憶した燃料量Ｑｆｓに所定量Ｑａを加算して、第２の燃料添加による燃料添加量Ｑｆを設定し、燃料添加弁５２から排気中に燃料添加量Ｑｆの燃料、即ちＨＣを供給する。
このようにして第２の燃料添加が行われることにより、添加されたＨＣは酸化触媒３６に達し、活性化温度にある酸化触媒３６で燃焼する。この燃焼により排気温度が上昇し、フィルタ４０に堆積したパティキュレートが焼却されることにより、フィルタ４０が強制再生される。このとき、第２の燃料添加により供給されたＨＣの量は、フィルタ４０の強制再生に必要な量より所定量Ｑａだけ増量されているため、余剰となったＨＣは燃焼することなくＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４に達する。
【００５８】
ところで、フィルタ４０の強制再生が行われているときには、前述のように噴射ノズル５４からの尿素水の供給が行われず、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２に還元剤のアンモニアが供給されないため、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの浄化は行われない。このため、排気中のＮＯｘはアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２で浄化されずにＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４に達する。
【００５９】
ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４に達した排気中のＮＯｘは、第２の燃料添加によって供給されたＨＣを還元剤として、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４により選択還元され、無害なＮ２となって大気中に排出される。
このようにして、第２の燃料添加において燃料供給量を、フィルタ４０の強制再生に必要な量より所定量Ｑａだけ増量することにより、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４による排気中のＮＯｘの浄化が行われることから、ステップＳ２２では所定量Ｑａを、エンジン１からのＮＯｘの排出量と、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４からのＮＯｘ放出量とに基づいて決定するようにしている。
【００６０】
具体的には、回転数センサ７６によって検出されたエンジン回転数やＥＣＵ７４によって算出された燃料主噴射量などのエンジン運転状態に基づき、ＥＣＵ７４はエンジン１からのＮＯｘ排出量を推定して検出する。そして、ＥＣＵ７４は、このようにして検出したエンジン１からのＮＯｘ排出量に対して、浄化に必要なＨＣの量を、第２の燃料添加の基本量として設定する。
【００６１】
更に、ＥＣＵ７４は、ＮＯｘ触媒温度５０によって検出されたＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４下流側の排気温度に基づき、当該温度におけるＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の基準ＮＯｘ浄化率を、予め記憶しているマップから読み出す。そして、上述のようにして推定したエンジン１からのＮＯｘ排出量と、ＮＯｘセンサ７２によって検出されたＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４からのＮＯｘ排出量とから、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の実際のＮＯｘ浄化率を求め、マップから読み出した前記基準ＮＯｘ浄化率と比較する。
【００６２】
比較の結果、実際のＮＯｘ浄化率が基準ＮＯｘ浄化率に達していない場合には、ＨＣが不足しているためにＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４のＮＯｘ浄化機能が十分発揮されていないとして前記基本量を増量補正する。
一方、実際のＮＯｘ浄化率が基準ＮＯｘ浄化率に達している場合には、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４のＮＯｘ浄化機能が十分発揮されているものの、ＨＣが過剰に供給されている可能性があるとして前記基本量を減量補正する。
【００６３】
このようにして、所定量Ｑａを、エンジン１からのＮＯｘの排出量と、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４からのＮＯｘ放出量とに基づいて決定することにより、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４のＮＯｘ浄化機能が十分発揮される最適な量のＨＣが供給されるように所定量Ｑａが決定される。従って、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４のＮＯｘ浄化機能を最大限有効に発揮させることができると共に、必要以上に供給されたＨＣがそのまま大気中に排出されるようなこともない。
【００６４】
なお、上述のように、本実施形態では、ＥＣＵ７４がエンジンＮＯｘ排出量検出手段及びＨＣ増量算出手段に相当する。
また、エンジン１からのＮＯｘ排出量は、上述のようにエンジン１の運転状態に基づき推定して検出する代わりに、排気後処理装置より上流側の排気管２０にエンジンＮＯｘ排出量検出手段としてエンジン排出ＮＯｘセンサを設け、このエンジン排出ＮＯｘセンサで直接検出するようにしてもよい。
【００６５】
こうして、ステップＳ２４或いはステップＳ２６における第２の燃料添加を行うことにより、フィルタ４０に堆積していたパティキュレートが焼却され、フィルタ４０へのパティキュレート堆積量が減少していく。そして、ステップＳ２８で、フィルタ４０前後の差圧とフィルタ４０への排気流量とに基づき推定したパティキュレートの堆積量が、強制再生終了判定値以下であると判定すると、フィルタ４０の強制再生が完了したものとしてステップＳ３０に進む。
【００６６】
ステップＳ３０では、フィルタ４０の強制再生が完了したことから、強制再生フラグＦ１の値を０とし、強制再生が行われていないことを示すように変更して今回の制御周期を終了する。
ステップＳ３０において強制再生フラグＦ１の値が０となることにより、尿素水供給制御では前述したように尿素水の供給が再開され、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２に再び還元剤のアンモニアが供給されるようになる。
【００６７】
フィルタ４０の強制再生が完了することにより、第２の燃料添加によるＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４へのＨＣ供給はなくなるが、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２へのアンモニア供給再開により、排気中のＮＯｘは引き続きアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２で浄化される。
フィルタ４０の強制再生が完了した後の制御周期では、強制再生フラグＦ１の値が０となっていることから、ステップＳ１２からステップＳ１４へと処理が進むようになり、ステップＳ１４で再びフィルタ４０の強制再生が必要と判定するまでは、ステップＳ１２とステップＳ１４の処理が繰り返されることになる。
【００６８】
以上のようにして尿素水供給制御と強制再生制御とが行われることにより、フィルタ４０の強制再生が行われないときには、尿素水供給制御による尿素水の供給によって、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２がアンモニアを還元剤としてＮＯｘを選択還元することで排気中のＮＯｘが浄化される。
またフィルタ４０の強制再生を行っているときには、尿素水供給制御により尿素水の供給が中止され、尿素水からのＮＯｘ生成による排気中のＮＯｘ濃度の増大が防止される。このとき、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４が活性化していれば、フィルタ４０の強制再生に必要なＨＣ供給量より所定量Ｑａだけ増量したＨＣが酸化触媒３６に供給されることにより、酸化触媒３６で燃焼せずにＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４に達したＨＣが還元剤となり、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４で排気中のＮＯｘが選択還元され、排気中のＮＯｘが浄化される。
【００６９】
従って、フィルタ４０の強制再生中であっても、排気中のＮＯｘを良好に浄化することが可能となる。
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では燃料添加弁５２からの第２の燃料添加の際にフィルタ４０の強制再生に必要なＨＣ供給量を所定量Ｑａだけ増量することにより、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒へのＨＣの供給を行うようにしたが、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒へのＨＣの供給方法はこれに限られるものではなく、燃料添加弁５２とは別にＮＯｘ触媒用燃料供給弁８０を設けるようにしてもよい。
【００７０】
図４は、そのような変形例における排気後処理装置２８とその周辺の構成図である。図４において前記実施形態と同様の部材については前記実施形態と同じ符号を用いており、前記実施形態とは、ＮＯｘ触媒用燃料供給弁（ＮＯｘ触媒用ＨＣ供給手段）８０が設けられている点のみが相違している。また、図４に示す部分以外の本変形例の構成についても前記実施形態と同一の構成となっている。
【００７１】
このＮＯｘ触媒用燃料供給弁８０は、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２とＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４との間に配設されている。ＮＯｘ触媒用燃料供給弁８０には、前記実施形態と同様に燃料噴射ポンプ（図示せず）から燃料が供給され、ＥＣＵ７４により開閉が制御されることにより、下流側ケーシング３４内の排気中への燃料供給量が制御されるようになっている。
【００７２】
このような変形例において、ＥＣＵ７４により行われる尿素水供給制御は前記実施形態と同一であるので説明を省略する。
また、フィルタ４０の強制再生制御は図５に示すフローチャートに従って行われるが、図３に示した前記実施形態における強制再生制御のフローチャートから、ステップＳ２２とステップＳ２６が削除され、ステップＳ１８で酸化触媒３６が活性化したと判定すると直ちにステップＳ２４にて、第２の燃料添加によりフィルタ４０の昇温を行う点のみが前記実施形態と相違する。このため、図５の強制再生制御については、この相違点の部分について説明し、他の各ステップについての説明は省略する。
【００７３】
即ち本変形例の強制再生制御では、前期実施形態と同様にして、酸化触媒３６出口側の排気温度Ｔｆｃが２５０度以上となり酸化触媒３６が活性化したとステップ１８で判定するとステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４では、前記実施形態のステップ２４と同様に、フィルタ４０に流入する排気の温度が所定温度（例えば６００℃）となるように予め設定された燃料量Ｑｆｓを、第２の燃料添加により燃料添加弁５２から供給すべき燃料添加量Ｑｆとして設定し、燃料添加弁５２から排気中に燃料添加量Ｑｆの燃料、即ちＨＣを供給する。
【００７４】
そして、燃料添加弁５２から供給されたＨＣは、酸化触媒３６に達し、活性化温度にある酸化触媒３６で燃焼する。この燃焼により排気温度が上昇し、フィルタ４０に堆積したパティキュレートが焼却されることにより、フィルタ４０が強制再生される。従って、本変形例では燃料添加弁５２が昇温手段に相当する。
このように、本変形例の強制再生制御では、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒にＨＣを供給するための増量は行わず、フィルタ４０の昇温のためにのみ第２の燃料添加を行う。
【００７５】
ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４へのＨＣの供給は、図６に示すフローチャートに従い、所定の制御周期で行われる。
まず、ステップＳ４０では強制再生制御フラグＦ１の値が１であるか否かを判定する。強制再生フラグＦ１の値が０であるときは、フィルタ４０の強制再生が行われておらず、尿素水供給制御によって尿素水の供給が行われていることから、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘの浄化が行われている。従って、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４によるＮＯｘの浄化は不要であるため、何もせずに今回の制御周期を終了する。
【００７６】
一方、強制再生フラグＦ１の値が１であるときは、フィルタ４０の強制再生が行われており、尿素水供給制御によって尿素水の供給が中止されていることから、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘの浄化が行われていないことになる。
そこで、この場合にはステップＳ４２に進み、ＮＯｘ触媒温度センサ５０によって検出されたＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４出口側の排気温度Ｔｐｃ、即ちＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の温度が、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の活性温度下限値Ｔａｌ以上かつ活性温度上限値Ｔａｈ以下であるか否かを判定することにより、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４が活性化しているか否かを判定する。
【００７７】
ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の温度がその活性温度範囲内はないと判定すると、ＨＣの供給を行ってもＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４によるＮＯｘの浄化はできないため、今回の制御周期を終了する。
一方、ステップＳ４２で、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４出口側の排気温度Ｔｐｃ、即ちＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の温度が、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の活性温度下限値Ｔａｌ以上かつ活性温度上限値Ｔａｈ以下であって、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４が活性化していると判定した場合にはステップＳ４４に進む。
【００７８】
ステップＳ４４では、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４でのＮＯｘの浄化に必要な量Ｑａの燃料、即ちＨＣをＮＯｘ触媒用燃料供給弁８０から供給し、供給されたＨＣはＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４に達する。
一方、フィルタ４０の強制再生が行われているときに、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を通過した排気中のＮＯｘは、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４に達する。
【００７９】
ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４に達した排気中のＮＯｘは、ＮＯｘ触媒用燃料供給弁８０から供給されたＨＣを還元剤として、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４により選択還元され、無害なＮ２となって大気中に排出される。
このときＮＯｘ触媒用燃料供給弁８０から供給される燃料量は、前記実施形態における所定量Ｑａと同様にして決定される。
【００８０】
このようにしてＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４へのＨＣの供給制御が行われることにより、前記実施形態と同様に、フィルタ４０の強制再生中であっても良好に排気中のＮＯｘを浄化することが可能となる。
以上で前記実施形態の変形例についての説明を終えるが、前記実施形態の変形例はこれに限られるものではない。
【００８１】
例えば、前記実施形態では、燃料添加弁５２をＨＣ供給手段とし、燃料添加弁５２から第１及び第２の燃料添加を行うことにより、酸化触媒３６及びフィルタ４０の昇温を行うようにしたが、これに代えてインジェクタ４から主噴射とは別のポスト噴射により第１及び第２の追加燃料噴射を行うようにしてもよい。
この場合、フィルタ４０を強制再生する際に酸化触媒３６を活性化させるため、前記実施形態と同様に吸気制御弁１２や排気絞り弁２６を閉方向に制御すると共に、各気筒の膨張行程においてインジェクタ４から第１の追加燃料噴射を行う。第１の追加燃料の噴射タイミングは、膨張行程終期よりも比較的早期であって、このようなタイミングで追加燃料を気筒内に噴射することにより、追加燃料と気筒内の高温の燃焼ガスとが混合して排気ポートや排気マニホールド１８内で追加燃料が燃焼し、高温の排気が酸化触媒３６に供給されることにより、酸化触媒３６の温度が上昇する。
【００８２】
また、パティキュレートを焼却可能な温度までフィルタ４０を昇温するため、第２の追加燃料を排気行程でインジェクタ４から噴射する。このような噴射タイミングで第２の追加燃料が各気筒に噴射されることにより、第２の追加燃料は気筒内や排気マニホールド１８内で燃焼することなく酸化触媒３６に達し、活性化温度にある前段酸化触媒３６で燃焼する。この燃焼により排気温度がパティキュレートの燃焼に最適な温度まで上昇し、フィルタ４０に堆積したパティキュレートが焼却されることにより、フィルタ４０が強制再生される。
【００８３】
このようにして第２の追加燃料噴射を行う際に、前記実施形態と同様に、フィルタ４０の強制再生に必要な燃料量Ｑｆｓに所定量Ｑａの増量を行うことにより、増量されたＨＣがＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４に達する。このＨＣを還元剤としてＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４によるＮＯｘの浄化が行われるため、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
また、前記実施形態では、下流側ケーシング３４内においてフィルタ４０の下流側にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２を配置するようにしたが、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２の下流側にフィルタ４０を配置するようにしても同様の効果を得ることができる。
更に、排気後処理装置２８を上流側ケーシング３０と下流側ケーシングとに分けて構成したが、単一のケーシング内に酸化触媒３６、フィルタ４０、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２及びＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４を収容するようにしてもよい。
【００８５】
また、前記実施形態では、尿素水を供給するための噴射ノズル５４をフィルタ４０の上流側に配置するようにしたが、フィルタ４０とアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２との間に配置してもよく、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２の上流側に配置されていればどのような位置でもよい。
更に、前記実施形態では噴射ノズル５４から尿素水を供給することにより、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２にアンモニアを供給するようにしたが、噴射ノズル５４或いは他の手段によりアンモニアそのものをアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２に供給するようにしてもよい。
【００８６】
また、前記実施形態では、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４の温度として、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４出口側の排気温度を用いたが、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４入口側の排気温度を検出して用いるようにしてもよく、またＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４内の温度を検出して用いてもよい。
更に、前記実施形態では、フィルタ４０の強制再生要否及び終了の判定を、フィルタ４０前後の差圧とフィルタ４０への排気流量とに基づき推定したパティキュレートの堆積量に基づき行ったが、これに限られるものではなく、前回の強制再生実施後のエンジン１への燃料供給量の積算値に基づいて行ってもよく、種々知られている方法を採用することが可能である。
【００８７】
最後に、前記実施形態はディーゼルエンジンの排気浄化装置に本発明を適用したものであったが、エンジンの形式はこれに限定されるものではなく、酸化触媒３６、フィルタ４０、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４２及びＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒４４を備えたエンジンであればどのようなものでも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の全体構成図である。
【図２】図１の排気浄化装置で行われる尿素水供給制御のフローチャートである。
【図３】図１の排気浄化装置で行われる強制再生制御のフローチャートである。
【図４】図１の排気浄化装置の変形例における排気後処理装置とその周辺を示す構成図である。
【図５】図４の排気浄化装置で行われる強制再生制御のフローチャートである。
【図６】図４の排気浄化装置で行われるＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒へのＨＣ供給制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８９】
１  エンジン
２０  排気管（排気通路）
３６  酸化触媒
４０  パティキュレートフィルタ
４２  アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒
４４  ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒
５２  燃料添加弁（ＨＣ供給手段、昇温手段）
５４  噴射ノズル（アンモニア供給手段）
７４  ＥＣＵ（制御手段）
８０  ＮＯｘ触媒用燃料供給弁（ＮＯｘ触媒用ＨＣ供給手段）
【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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