(57)【要約】【課題】  ＮＯｘの浄化効率を確保しつつ燃費の悪化を抑えることができる排気浄化装置を提供する。【解決手段】  本発明の一態様に係る排気浄化装置１００は、エンジン１０の排気通路１８に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒３１と、排気通路１８のＮＯｘ吸蔵触媒３１よりも下流に設けられた尿素ＳＣＲ触媒３４と、ＮＯｘ還元条件を設定し、ＮＯｘ還元条件が成立したとき、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又はリッチにして、ＮＯｘ吸蔵触媒３１が吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理を実施するＮＯｘ還元制御部４３と、を備え、ＮＯｘ還元制御部４３は、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するためのＮＯｘ還元条件を、エンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理を実施するためのＮＯｘ還元条件に比べて緩和した条件に設定する。【選択図】図４
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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設けられたＮＯｘ吸蔵触媒と、
前記排気通路の前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも下流に設けられた尿素ＳＣＲ触媒と、
ＮＯｘ還元条件を設定し、前記ＮＯｘ還元条件が成立したとき、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又はリッチにして、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理を実施するＮＯｘ還元制御部と、を備え、
前記ＮＯｘ還元制御部は、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するためのＮＯｘ還元条件を、エンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理を実施するためのＮＯｘ還元条件に比べて緩和した条件に設定する、排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘ還元条件には、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定の実施基準吸蔵量よりも多いという条件が含まれており、
前記ＮＯｘ還元制御部は、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するための実施基準吸蔵量である第１吸蔵量を、エンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理を実施するための実施基準吸蔵量である第２吸蔵量よりも小さく設定する、請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度を取得する尿素ＳＣＲ触媒温度取得部を更に備え、
前記ＮＯｘ還元制御部は、前記尿素ＳＣＲ触媒温度取得部が取得した前記尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度が低くなるに従って前記第１吸蔵量を小さく設定する、請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘ還元条件には、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定の実施基準吸蔵量よりも多く、かつ、前記エンジンがエンジン回転数及びエンジン負荷で定められる所定の実施可能運転領域内で運転されているという条件が含まれており、
前記ＮＯｘ還元制御部は、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するための実施可能運転領域である第１運転領域を、エンジン始動後２回目のＮＯｘ還元処理を実施するための実施可能運転領域である第２運転領域よりも広く設定する、請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ還元制御部は、前記第１運転領域を前記第２運転領域に比べて、エンジン回転数を高回転側に、エンジン負荷を高負荷側に、又はその両方に広げて設定する、請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度を取得する尿素ＳＣＲ触媒温度取得部を更に備え、
前記ＮＯｘ還元部は、前記尿素ＳＣＲ触媒温度取得部が取得した前記尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度が低くなるに従って前記第１運転領域を広く設定する、請求項４又は５に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガスにはＮＯｘが含まれており、近年、このＮＯｘの排出規制が厳しくなってきている。ガソリンエンジンではＮＯｘを浄化する触媒として三元触媒が広く採用されているが、三元触媒は理論空燃比で燃焼が行われたときでなければ高い浄化性能を発揮することができない。そのため、リーン空燃比で燃焼が行われるディーゼルエンジンでは三元触媒は採用されていない。
【０００３】
ディーゼルエンジンの排気浄化装置としては、ＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＣ）と、ＮＯｘとアンモニアを化学反応させて無害化する尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒とを併用するものが知られている。尿素ＳＣＲ触媒はＮＯｘ吸蔵触媒よりも高温領域で浄化効率が高くなるため、両触媒を併用すれば広い温度領域においてＮＯｘを効率的に浄化することができる。
【０００４】
ここで、ＮＯｘ吸蔵触媒は、ＮＯｘ吸蔵量が増えると吸蔵能力が低下するものの、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又はリッチにして吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理を実施すれば吸蔵能力が回復する。また、ＮＯｘ吸蔵触媒は、エンジン始動直後の触媒温度が低くいときにも吸蔵能力が低下する。そこで、従来、エンジン始動直後の触媒温度が低く吸蔵能力が低いときには、可能な限り速やかにＮＯｘ還元処理を実施し、ＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵能力を確保する制御が行われていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２１５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵量が少ない場合には、エンジン始動直後にＮＯｘ還元処理を実行しても吸蔵能力はさほど増加せず、むしろＮＯｘ還元処理では排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又はリッチにする必要があるため燃費が悪化してしまい好ましくない。
【０００７】
また、尿素ＳＣＲ触媒はＮＯｘ還元処理のような処理は不要であるため、ＮＯｘ吸蔵触媒と尿素ＳＣＲ触媒が併用されている排気浄化装置では、触媒温度を尿素ＳＣＲ触媒の浄化効率が高い温度領域にまで速やかに上昇させれば、エンジン始動後におけるＮＯｘ還元処理の実施回数が減って燃費の悪化を抑えることができる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ＮＯｘの浄化効率を確保しつつ燃費の悪化を抑えることができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る排気浄化装置は、エンジンの排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒と、前記排気通路の前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも下流に設けられた尿素ＳＣＲ触媒と、ＮＯｘ還元条件を設定し、前記ＮＯｘ還元条件が成立したとき、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又はリッチにして、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理を実施するＮＯｘ還元制御部と、を備え、前記ＮＯｘ還元制御部は、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するためのＮＯｘ還元条件を、エンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理を実施するためのＮＯｘ還元条件に比べて緩和した条件に設定する。
【００１０】
この構成によれば、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するためのＮＯｘ還元条件が、エンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理を実施するためのＮＯｘ還元条件に比べて緩和されているため、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理はエンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理よりも実施されやすい。これにより、エンジン始動直後のＮＯｘ吸蔵触媒の触媒温度が低い状態において、比較的早くＮＯｘ還元処理が行われる結果、ＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵能力を確保することができる。
【００１１】
また、上記の構成では、ＮＯｘ還元条件を「変更」するのではなく、「緩和」している。つまり、ＮＯｘ還元条件を判断する対象（パラメータ）自体は同じであり、判断基準となる値が緩和されるのであって、エンジン始動直後にはＮＯｘ還元条件を変更して（又は無条件で）すぐにＮＯｘ還元処理を実施するわけではない。そのため、不要なＮＯｘ還元処理の実施を回避することができ、燃費の悪化を抑えることができる。
【００１２】
さらに、上記の構成では、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流に尿素ＳＣＲ触媒が設けられている。そうすると、前述のとおりエンジン始動後の比較的早い時期にＮＯｘ還元処理が行われることにより、ＮＯｘ還元処理によって生じる熱が尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度を上昇させ、比較的早い時期に尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度が浄化効率の高い温度領域に達する。その結果、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の吸蔵能力を向上させるためにＮＯｘ還元処理を実施する必要が無くなり、燃費の悪化を抑えることができる。
【００１３】
また、上記の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ還元条件には、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定の実施基準吸蔵量よりも多いという条件が含まれており、前記ＮＯｘ還元制御部は、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するための実施基準吸蔵量である第１吸蔵量を、エンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理を実施するための実施基準吸蔵量である第２吸蔵量よりも小さく設定してもよい。
【００１４】
この構成によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵量に基づいてＮＯｘ還元処理を実行するか否かが判断されるため、例えば、ＮＯｘ吸蔵量がわずかであるにもかかわらず、エンジン始動直後にＮＯｘ還元処理が実施されてしまうのを回避することができる結果、燃費の悪化を抑制することができる。
【００１５】
また、上記の排気浄化装置において、前記尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度を取得する尿素ＳＣＲ触媒温度取得部を更に備え、前記ＮＯｘ還元制御部は、前記尿素ＳＣＲ触媒温度取得部が取得した前記尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度が低くなるに従って前記第１吸蔵量を少なく設定してもよい。
【００１６】
この構成によれば、尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度が低いときには、第１吸蔵量（エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するための実施基準吸蔵量）が少なくなるように、つまりＮＯｘ還元処理が実施されやすいように設定される。これにより、尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度が低い場合には、より速やかにＮＯｘ還元処理が実施され、尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度が浄化効率の良い温度領域に速やかに達することができる。その結果、エンジン始動後におけるＮＯｘ還元処理の実施回数を減らすことができ、燃費の悪化を抑えることができる。
【００１７】
また、上記の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ還元条件には、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定の実施基準吸蔵量よりも多く、かつ、前記エンジンがエンジン回転数及びエンジン負荷で定められる所定の実施可能運転領域内で運転されているという条件が含まれており、前記ＮＯｘ還元制御部は、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するための実施可能運転領域である第１運転領域を、エンジン始動後２回目のＮＯｘ還元処理を実施するための実施可能運転領域である第２運転領域よりも広く設定してもよい。
【００１８】
この構成であっても、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理はエンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理よりも実施されやすくなる。そのため、エンジン始動直後のＮＯｘ吸蔵触媒の触媒温度が低い状態において、比較的早くＮＯｘ還元処理が実施される結果、ＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵能力を確保することができる。
【００１９】
また、上記の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ還元制御部は、前記第１運転領域を前記第２運転領域に比べて、エンジン回転数を高回転側に、エンジン負荷を高負荷側に、又はその両方に広げて設定してもよい。
【００２０】
ここで、本来であれば、エンジン回転数が高いとき、又は、エンジン負荷が高いときには筒内温度が高くなることが多く、このときＮＯｘ還元処理を実施して空燃比を理論空燃比近傍又はリッチにすると、スモークやＨＣ（炭化水素）が発生するおそれがある。ただし、エンジン始動直後のＮＯｘ還元処理が一度も実施されていない状態では筒内温度が低くスモークやＨＣが発生しにくいため、第１運転領域を第２運転領域に比べて、エンジン回転数を高回転側に、エンジン負荷を高負荷側に、又はその両方に広げることができる。
【００２１】
また、上記の排気浄化装置において、前記尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度を取得する尿素ＳＣＲ触媒温度取得部を更に備え、前記ＮＯｘ還元部は、前記尿素ＳＣＲ触媒温度取得部が取得した前記尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度が低くなるに従って前記第１運転領域を広く設定してもよい。
【００２２】
この構成によれば、尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度が低いときには、第１運転領域（エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するための実施可能運転領域）が広くなるように、つまりＮＯｘ還元処理が実施されやすいように設定される。これにより、尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度が低い場合には、より速やかにＮＯｘ還元処理が実施され、尿素ＳＣＲ触媒の触媒温度が浄化効率の高い温度領域に速やかに達することができる。その結果、エンジン始動後におけるＮＯｘ還元処理の実施回数を減らすことができ、燃費の悪化を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上で説明したとおり、上記の排気浄化装置によれば、ＮＯｘの浄化効率を確保しつつ燃費の悪化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、エンジンシステムの概略図である。
【図２】図２は、ＮＯｘ吸蔵触媒及び尿素ＳＣＲ触媒のそれぞれについて、触媒温度とＮＯｘ浄化率の関係を示した図である。
【図３】図３は、エンジンシステムの電気系の構成のブロック図である。
【図４】図４は、第１実施形態におけるＮＯｘ還元制御のフローチャートである。
【図５】図５は、尿素ＳＣＲの触媒温度と第１吸蔵量の関係を示した図である。
【図６】図６は、第２実施形態におけるＮＯｘ還元制御のフローチャートである。
【図７】図７は、ＮＯｘ還元処理を実施するための実施可能運転領域を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１実施形態）
はじめに、第１実施形態に係る排気浄化装置について説明する。
【００２６】
＜全体構成＞
まず、排気浄化装置の全体構成について説明する。図１は、排気浄化装置１００を含むエンジンシステム１０１の概略図である。
【００２７】
本実施形態のエンジン１０は、車両に搭載されるディーゼルエンジンであって、吸気通路１１から供給された吸気を燃焼室１２内に導入する吸気バルブ１３と、燃焼室１２に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１４と、通電により発熱する発熱部を燃焼室１２内に備えたグロープラグ１５と、燃焼室１２内での混合気の燃焼により往復運動するピストン１６と、ピストン１６の往復運動により回転するクランクシャフト１７と、燃焼室１２内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路１８へ排出する排気バルブ１９と、を備えている。
【００２８】
また、排気浄化装置１００は、エンジン１０から排出される排気ガスに含まれる有害成分を浄化する装置であって、ＮＯｘ吸蔵触媒３１と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel particulate filter）３２と、尿素インジェクタ３３と、尿素ＳＣＲ触媒３４と、スリップ触媒３５と、を備えている。これらはいずれも排気通路１８に設けられている。
【００２９】
ＮＯｘ吸蔵触媒３１は、排気ガスの空燃比がリーンのときに（理論空燃比よりも大きいときに）排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍のときに又はリッチのときに（理論空燃比よりも小さいときに）吸蔵したＮＯｘを還元する。なお、ＮＯｘ吸蔵触媒３１が吸蔵したＮＯｘを還元する際、アンモニアが発生する。また、ＮＯｘ吸蔵触媒３１は、ＮＯｘ吸蔵量が増えると吸蔵能力が低下する。そのため、ＮＯｘ吸蔵量が一定以上になった場合には、後述するＮＯｘ還元制御部４３が排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又はリッチにすることにより、吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理が実施され、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の吸蔵能力が回復する。
【００３０】
また、ＮＯｘ吸蔵触媒３１は、排出ガス中の酸素を用いて炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などを酸化して水と二酸化炭素に変化させるディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）３６と一体に形成されている。具体的には、ディーゼル酸化触媒３６の触媒材層の表面に、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の触媒材がコーティングされている。
【００３１】
ディーゼルパティキュレートフィルタ３２は、ＮＯｘ吸蔵触媒３１よりも下流に設けられている。ディーゼルパティキュレートフィルタ３２は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するフィルターである。
【００３２】
尿素インジェクタ３３は、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２よりも下流に設けられている。尿素インジェクタ３３は、排気通路１８のディーゼルパティキュレートフィルタ３２と尿素ＳＣＲ触媒３４の間に尿素水を噴射する。なお、尿素インジェクタ３３から噴射される尿素水の水量及びタイミングは後述の制御装置４０によって制御される。
【００３３】
尿素ＳＣＲ触媒３４は、尿素インジェクタ３３よりも下流に設けられている。尿素ＳＣＲ触媒３４は、尿素インジェクタ３３から噴射された尿素を加水分解してアンモニアを生成し、この加水分解によって生成したアンモニア及びＮＯｘ吸蔵触媒３１で発生したアンモニアを排気ガス中のＮＯｘと反応（還元）させてＮＯｘを浄化する。
【００３４】
スリップ触媒３５は、尿素ＳＣＲ触媒３４よりも下流に設けられている。スリップ触媒３５は、尿素ＳＣＲ触媒３４から放出された（スリップした）アンモニアを酸化させて浄化する。
【００３５】
ここで、上述したＮＯｘ吸蔵触媒３１と尿素ＳＣＲ触媒３４は、いずれもＮＯｘを浄化する触媒であるが、ＮＯｘ浄化率が高くなる温度領域はそれぞれ異なる。図２は、ＮＯｘ吸蔵触媒３１と尿素ＳＣＲ触媒３４のそれぞれについて、触媒温度とＮＯｘ浄化率の関係を示した図である。図２における横軸が触媒温度であり、縦軸がＮＯｘ浄化率である。また、図２中の実線がＮＯｘ吸蔵触媒３１のグラフであり、破線が尿素ＳＣＲ触媒３４のグラフである。
【００３６】
図２に示すように、ＮＯｘ吸蔵触媒３１は、触媒温度がＮＳＣ浄化開始温度Ｔ１に達するとＮＯｘの浄化が可能となり、さらに触媒温度が上昇するとそれに従ってＮＯｘ浄化率が上昇し、ＮＯｘ浄化率が最大値に達した後は触媒温度が上昇するに従ってＮＯｘ浄化率が低下してゆく。同様に、尿素ＳＣＲ触媒３４は、触媒温度がＳＣＲ浄化開始温度Ｔ２に達するとＮＯｘの浄化が可能となり、さらに触媒温度が上昇するとそれに従ってＮＯｘ浄化率が上昇し、ＮＯｘ浄化率が最大値に達した後は触媒温度が上昇するに従ってＮＯｘ浄化率が低下してゆく。
【００３７】
ただし、尿素ＳＣＲ触媒３４のグラフは、ＮＯｘ吸蔵触媒３１のグラフに対して触媒温度が高い方向にオフセットしている。つまり、尿素ＳＣＲ触媒３４はＮＯｘ吸蔵触媒３１に比べて、高い温度領域でＮＯｘ浄化率が高くなっている。また、切替温度Ｔ３を境にして、触媒温度が切替温度Ｔ３よりも低いときにはＮＯｘ吸蔵触媒３１は尿素ＳＣＲ触媒３４よりもＮＯｘ浄化率が高く、触媒温度が切替温度Ｔ３よりも高いときには尿素ＳＣＲ触媒３４はＮＯｘ吸蔵触媒３１よりもＮＯｘ浄化率が高くなる。つまり、切替温度Ｔ３は、ＮＯｘ吸蔵触媒３１のＮＯｘ浄化率と尿素ＳＣＲ触媒３４のＮＯｘ浄化率とが逆転する触媒温度である。
【００３８】
このように、本実施形態に係る排気浄化装置１００は、ＮＯｘ吸蔵触媒３１と尿素ＳＣＲ触媒３４を併用しているため、広い温度領域において効率よくＮＯｘの浄化を行うことができる。ただし、触媒温度が切替温度Ｔ３よりも高くなれば、尿素ＳＣＲ触媒３４のＮＯｘ浄化率が高くなる結果、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の吸蔵能力を向上させるために排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又はリッチにするＮＯｘ還元処理が不要となるため、燃費が向上する。
【００３９】
＜電気系の構成＞
次に、排気浄化装置１００の電気系の構成について説明する。図３は、排気浄化装置１００を含むエンジンシステム１０１の電気系の構成を示すブロック図である。排気浄化装置１００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなる制御装置４０を備えている。
【００４０】
制御装置４０は、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ５１、クランク角を検出するクランク角センサ５２、尿素ＳＣＲ触媒３４に流入する排気ガス中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ５３、ＮＯｘ吸蔵触媒３１に流入する排気ガスの温度を測定するＮＯｘ吸蔵触媒入口温度センサ５４、及び、尿素ＳＣＲ触媒３４に流入する排気ガスの温度を測定する尿素ＳＣＲ触媒入口温度センサ５５と電気的に接続されており、これらのセンサから受信した信号に基づいて各種の情報を取得し、取得した情報に基づいて種々の演算を行う。
【００４１】
また、制御装置４０は、燃料噴射弁１４、及び、尿素インジェクタ３３と電気的に接続されており、種々の演算結果に基づいてこれらの機器に制御信号を送信する。なお、制御装置４０は、エンジン１０の基本的な制御として、主にエンジン回転数及びアクセル開度に基づいて目標トルク（目標となる負荷）を決定し、この目標トルクを発生するように、圧縮上死点付近で燃料噴射弁１４による燃料噴射（メイン噴射）を実行する。なお、上記のエンジン回転数は、クランク角センサ５２から受信した信号に基づいて算出することができる。また、上記のメイン噴射のみでは、排気ガスの空燃比はリーンとなる。
【００４２】
制御装置４０は、機能的な構成として、ＮＯｘ吸蔵触媒温度取得部４１と、尿素ＳＣＲ触媒温度取得部４２と、ＮＯｘ還元制御部４３と、を有している。
【００４３】
ＮＯｘ吸蔵触媒温度取得部４１は、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の触媒温度を取得する部分である。ＮＯｘ吸蔵触媒３１の触媒温度は、ＮＯｘ吸蔵触媒３１に流入する排気ガスの温度とほぼ同じになる。そのため、本実施形態のＮＯｘ吸蔵触媒温度取得部４１は、ＮＯｘ吸蔵触媒入口温度センサ５４から受信した測定信号に基づいてＮＯｘ吸蔵触媒３１の触媒温度を取得する。ただし、ＮＯｘ吸蔵触媒温度取得部４１は、エンジン１０の運転モデルから算出することによりＮＯｘ吸蔵触媒３１の触媒温度を取得してもよい。
【００４４】
尿素ＳＣＲ触媒温度取得部４２は、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度を取得する部分である。尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度は、尿素ＳＣＲ触媒３４に流入する排気ガスの温度とほぼ同じになる。そのため、本実施形態の尿素ＳＣＲ触媒温度取得部４２は、尿素ＳＣＲ触媒入口温度センサ５５から受信した測定信号に基づいて尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度を取得する。ただし、尿素ＳＣＲ触媒温度取得部４２は、エンジン１０の運転モデルから算出することにより尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度を取得してもよい。
【００４５】
ＮＯｘ還元制御部４３は、ＮＯｘ還元制御を行う部分である。具体的には、ＮＯｘ還元制御部４３は、ＮＯｘ還元条件を設定し、設定したＮＯｘ還元条件が成立したとき、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又はリッチにして、ＮＯｘ吸蔵触媒が吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理を実施する。本実施形態のＮＯｘ還元処理は、ＮＯｘ還元制御部４３が燃料噴射弁１４に制御信号を送信し、燃料噴射弁１４が膨張行程で燃焼に寄与しない（トルクを発生しない）ポスト噴射を行うことにより実施される。上述したメイン噴射に加えてポスト噴射を行えば、燃焼せずに残った燃料が排気ガスに含まれ、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍又はリッチになる。
【００４６】
なお、本実施形態では、燃料噴射弁１４によるポスト噴射によってＮＯｘ還元処理を実施しているが、このポスト噴射に代えて、排気通路１８に直接燃料を噴射することにより排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又はリッチにし、ＮＯｘ還元処理を実施してもよい。
【００４７】
＜ＮＯｘ還元制御＞
次に、ＮＯｘ還元制御をより詳しく説明する。図４は、ＮＯｘ還元制御のフローチャートである。このＮＯｘ還元制御は、ＮＯｘ還元制御部４３により遂行される。
【００４８】
ＮＯｘ還元制御はエンジン１０の始動に伴って開始される。ＮＯｘ還元制御が開始されると、ＮＯｘ還元制御部４３は尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が切替温度Ｔ３よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１）。なお、前述のとおり尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度は、尿素ＳＣＲ触媒温度取得部４２によって取得される。また、切替温度Ｔ３は、ＮＯｘ吸蔵触媒３１と尿素ＳＣＲ触媒３４のＮＯｘ浄化率が逆転する温度である（図２参照）。なお、ステップＳ１では切替温度Ｔ３に換えて切替温度Ｔ３以外の他の温度を用いてもよい。
【００４９】
尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が切替温度Ｔ３よりも低いときは（ステップＳ１でＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。一方、尿素ＳＣＲ触媒３４の温度が切替温度Ｔ３以上のときは（ステップＳ１でＮＯ）、ＮＯｘ還元処理を実施せずにステップＳ１に戻る。これは、尿素ＳＣＲ触媒３４の温度が切替温度Ｔ３以上であれば、尿素ＳＣＲ触媒３４の浄化効率が高くなるため、ＮＯｘ還元処理を実施してＮＯｘ吸蔵触媒３１の吸蔵能力を向上させる必要が無いからである。
【００５０】
続いて、ステップＳ２では、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の触媒温度が、ＮＳＣ浄化開始温度Ｔ１よりも高いか否かを判定する。なお、前述のとおりＮＯｘ吸蔵触媒３１の触媒温度は、ＮＯｘ吸蔵触媒温度取得部４１によって取得される。また、ＮＳＣ浄化開始温度Ｔ１は、ＮＯｘ吸蔵触媒３１によるＮＯｘの浄化が可能となる温度である（図２参照）。ＮＯｘ吸蔵触媒３１の触媒温度が、ＮＳＣ浄化開始温度Ｔ１よりも高いときは（ステップＳ２でＹＥＳ）、ステップＳ３に進む。
【００５１】
一方、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の触媒温度が、ＮＳＣ浄化開始温度Ｔ１以下のときは（ステップＳ２でＮＯ）、ＮＯｘ還元処理を実施してもＮＯｘ吸蔵触媒３１が吸蔵したＮＯｘを還元できないため、ＮＯｘ還元処理を実施せずにステップＳ１に戻る。なお、ステップＳ２では、ＮＳＣ浄化開始温度Ｔ１に代えて、ＮＳＣ浄化開始温度Ｔ１以外の他の温度を用いてもよい。
【００５２】
続いて、ステップＳ３では、ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を一度も実施していないか否か（未実施か否か）を判定する。ＮＯｘ還元制御は、一旦開始されるとステップＳ１乃至Ｓ９のフローを繰り返すが、ＮＯｘ還元制御が開始されてから後述するステップＳ７を一度も経ていない場合は、ＮＯｘ還元処理を一度も実施していないことになる。
【００５３】
ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を一度も行っていないときは（ステップＳ３でＹＥＳ）、実施基準吸蔵量を第１吸蔵量に設定する（ステップＳ４）。一方、ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を行ったことがあるときは（ステップＳ３でＮＯ）、実施基準吸蔵量を第２吸蔵量に設定する（ステップＳ５）。この第１吸蔵量と第２吸蔵量は異なる値であって、第１吸蔵量は第２吸蔵量よりも小さく、両者はいずれも固定値である。
【００５４】
続いて、ステップＳ６では、ＮＯｘ吸蔵量がステップＳ４又はステップＳ５で設定した実施基準吸蔵量よりも多いか否かを判定する。前述のとおり、ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を一度も行っていないときの実施基準吸蔵量である第１吸蔵量は、ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を実施したことがあるときの実施基準吸蔵量である第２吸蔵量よりも小さい。そのため、ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を一度も行っていないときは、ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を実施したことがあるときに比べてステップＳ６の条件が成立しやすい。
【００５５】
なお、本実施形態において、ＮＯｘ吸蔵触媒３１のＮＯｘ吸蔵量は、エンジン１０の運転モデルから算出した値をＮＯｘセンサ５３で測定したＮＯｘ濃度を用いて補正することにより取得している。ただし、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の上流側と下流側の両方にＮＯｘセンサを設け、両センサが測定したＮＯｘ濃度の差によってＮＯｘ吸蔵量を算出してもよい。
【００５６】
続いて、ＮＯｘ吸蔵量が実施基準吸蔵量よりも多いとき（ステップＳ６でＹＥＳ）、ＮＯｘ還元処理を行う（ステップＳ７）。一方、ＮＯｘ吸蔵量が実施基準吸蔵量以下のとき（ステップＳ６でＮＯ）、ＮＯｘ還元処理を行わずステップＳ１に戻る。
【００５７】
ステップＳ７においてＮＯｘ還元処理を実施した後は、ＮＯｘ吸蔵量が処理目標吸蔵量よりも少なくなった否かを判定する（ステップＳ８）。ＮＯｘ吸蔵量が処理目標吸蔵量よりも少なくなったときは（ステップＳ８でＹＥＳ）、ステップＳ１に戻る。一方、ＮＯｘ吸蔵量が処理目標吸蔵量以上のときは（ステップＳ８でＮＯ）、ステップＳ７に戻ってＮＯｘ吸蔵量が処理目標吸蔵量よりも少なくなるまでＮＯｘ還元処理を繰り返す。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の吸蔵能力が回復する。
【００５８】
＜作用効果＞
上記のステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５で説明した通り、本実施形態のＮＯｘ還元制御部４３は、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するための実施基準吸蔵量である第１吸蔵量を、エンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理を実施するための実施基準吸蔵量である第２吸蔵量よりも小さく設定している。つまり、ＮＯｘ還元制御部４３は、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するためのＮＯｘ還元条件を、エンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理を実施するためのＮＯｘ還元条件に比べて緩和した条件に設定している。
【００５９】
そのため、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理はエンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理よりも実施されやすい。これにより、エンジン始動直後におけるＮＯｘ吸蔵触媒の触媒温度が低い状態のときであっても、比較的早い時期にＮＯｘ還元処理が実施される結果、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の吸蔵能力を確保することができる。
【００６０】
また、本実施形態では、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を行う場合とエンジン始動後２回目のＮＯｘ還元処理を行う場合とで、ＮＯｘ還元処理を行うか否かの判断基準の対象であるＮＯｘ吸蔵触媒３１のＮＯｘ吸蔵量自体は変わっておらず、あくまでも判断基準の値である実施基準吸蔵量が第２吸蔵量から第１吸蔵量へと緩和されるのである。つまり、本実施形態では、判断基準の対象そのものをエンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を行う場合とエンジン始動後２回目のＮＯｘ還元処理を行う場合とで変えて（又は無条件で）、エンジン始動後にすぐにＮＯｘ還元処理が実施するわけではない。そのため、本実施形態によれば、不要なＮＯｘ還元処理を回避することができ、燃費の悪化を抑えることができる。
【００６１】
さらに、上記のとおり、エンジン始動後、比較的早い時期にＮＯｘ還元処理が実施されると、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の下流に尿素ＳＣＲ触媒３４が設けられているため、ＮＯｘ還元処理によって生じた熱が尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度を速やかに上昇させることができる。その結果、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が尿素ＳＣＲ触媒３４の浄化効率が高くなる温度領域まで速やかに上昇し、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の吸蔵能力を向上させるＮＯｘ還元処理が不要となる。これにより、エンジン始動後における燃費の悪化を抑えることができる。
【００６２】
以上のとおりであるから、本実施形態によれば、浄化性能を確保しつつ燃費の悪化を抑えることができる。
【００６３】
＜変形例＞
上記の第１実施形態では、第１吸蔵量及び第２吸蔵量がいずれも固定値である場合について説明したが、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度に応じて第１吸蔵量を変化させてもよい。具体的には、図５に示すように、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が高くなるに従って大きくなるように、尿素ＳＣＲ触媒３４の温度が低くなるに従って小さくなるように第１吸蔵量を設定してもよい。なお、図５は、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度と第１吸蔵量の関係を示した図であって、横軸が尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度を示しており、縦軸が第１吸蔵量を示している。
【００６４】
この構成によれば、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が低いときには、第１吸蔵量が小さく設定されるため、より速やかにＮＯｘ還元処理が実施され、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が浄化効率の高い温度領域により速やかに達することができる。その結果、エンジン始動後におけるＮＯｘ還元処理の回数を減らすことができ、燃費の悪化を抑えることができる。なお、同様にして、第２吸蔵量も尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度に応じて変化させてもよい。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る排気浄化装置１００について説明する。第２実施形態では、ＮＯｘ還元制御におけるＮＯｘ還元条件が、第１実施形態のものと異なる。ただし、それ以外の点は、第２実施形態に係る排気浄化装置１００は、第１実施形態に係る排気浄化装置１００と基本的に同じ構成を備えている。そこで、以下では、第２実施形態におけるＮＯｘ還元制御を中心に説明し、排気浄化装置１００の全体構成及び電気系の構成については説明を省略する。
【００６６】
＜ＮＯｘ還元制御＞
図６は、第２実施形態におけるＮＯｘ還元制御のフローチャートである。図４と図６を対比すればわかるように、第２実施形態のＮＯｘ還元制御は、第１実施形態のＮＯｘ還元制御におけるステップＳ４、Ｓ５を有しておらず、これに代えてステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３を有している。
【００６７】
ＮＯｘ還元制御が開始されると、ＮＯｘ還元制御部４３は尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が切替温度Ｔ３よりも低いか否かを判定し（ステップＳ１）、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が切替温度Ｔ３よりも低いときは（ステップＳ１でＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。一方、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が切替温度Ｔ３以上のときは（ステップＳ１でＮＯ）、ＮＯｘ還元処理を実施せずにステップＳ１に戻る。
【００６８】
続いて、ステップＳ２では、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の触媒温度が、ＮＳＣ浄化開始温度Ｔ１よりも高いか否かを判定する。ＮＯｘ吸蔵触媒３１の触媒温度が、ＮＳＣ浄化開始温度Ｔ１よりも高いときは（ステップＳ２でＹＥＳ）、ステップＳ３に進む。一方、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の触媒温度が、ＮＳＣ浄化開始温度Ｔ１以下のときは（ステップＳ２でＮＯ）、ＮＯｘ還元処理を実施せずにステップＳ１に戻る。
【００６９】
続いて、ステップＳ３では、ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を一度も実施していないか否かを判定する。ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を一度も実施していないときは（ステップＳ３でＹＥＳ）、実施可能運転領域を第１運転領域に設定する（ステップＳ１１）。一方、ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を実施したことがあるときは（ステップＳ３でＮＯ）、実施可能運転領域を第２運転領域に設定する（ステップＳ１２）。
【００７０】
図７に示すように、実施可能運転領域として設定する第１運転領域及び第２運転領域は、エンジン回転数及びエンジン負荷によって定められたエンジン１０の運転領域であって、第１運転領域は第２運転領域よりも広い。また、第１運転領域及び第２運転領域はいずれも固定の領域である。
【００７１】
ここで、本実施形態では、エンジン１０が所定の運転領域（実施可能運転領域）内で運転されているという条件を満たすときにＮＯｘ還元処理を実施する。これは、エンジン１０が低回転又は低負荷で運転している場合にＮＯｘ還元処理を実施すると、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の触媒温度が低いことから、ＮＯｘを十分に還元できず、ポスト噴射で噴射した燃料が適切に燃焼せずに失火するおそれがあるからである。また、エンジン１０が高回転又は高負荷で運転している場合にＮＯｘ還元処理を実施すると、筒内温度が高い状態でポスト噴射することになり、このとき燃料と空気が適切に混合する前に着火して、スモーク及びＨＣが発生するおそれがあるからである。
【００７２】
ただし、エンジン始動直後であるＮＯｘ還元制御開始直後は、筒内温度が低いままである。そのため、ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を一度も行っていないときの実施可能運転領域（第１運転領域）を高回転側及び高負荷側に広げたとしても、ＮＯｘ還元処理によるスモーク及びＨＣは発生しにくい。よって、本実施形態では、図７に示すように、第１運転領域を第２運転領域に比べて、エンジン回転数を高回転側に、及び、エンジン負荷を高負荷側に広げた領域に設定している。
【００７３】
続いて、ステップＳ１３では、エンジン１０がステップＳ１１又はステップＳ１２で設定した実施可能運転領域内で運転しているか否かを判定する。前述のとおり、ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を一度も行っていないときの実施可能運転領域である第１運転領域は、ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を実施したことがあるときの実施可能運転領域である第２運転領域よりも広い。そのため、ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を一度も行っていないときは、ＮＯｘ還元制御開始後にＮＯｘ還元処理を実施したことがあるときに比べてステップＳ１３の条件が成立しやすい。
【００７４】
ステップＳ１３において、エンジン１０が実施可能運転領域内で運転しているとき（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ステップＳ６に進む。一方、エンジン１０が実施可能運転領域内で運転していないとき（ステップＳ１３でＮＯ）、ＮＯｘ還元処理を行わずステップＳ１に戻る。
【００７５】
続いて、ステップＳ６では、ＮＯｘ吸蔵量が実施基準吸蔵量よりも多いか否かを判定する。本実施形態では、第１実施形態と異なり、実施基準吸蔵量はＮＯｘ還元処理を実施したことがあるか否かに関係なく一定である。ただし、第１実施形態のようにＮＯｘ還元処理を実施したことがあるか否かに応じて実施基準吸蔵量を変動させてもよい。
【００７６】
続いて、ＮＯｘ吸蔵量が実施基準吸蔵量よりも多いときは（ステップＳ６でＹＥＳ）、ＮＯｘ還元処理を行う（ステップＳ７）。一方、ＮＯｘ吸蔵量が実施基準吸蔵量以下のときは（ステップＳ６でＮＯ）、ＮＯｘ還元処理を行わずステップＳ１に戻る。
【００７７】
ステップＳ７においてＮＯｘ還元処理を実施した後は、ＮＯｘ吸蔵量が処理目標吸蔵量よりも少なくなった否かを判定し（ステップＳ８）、ＮＯｘ吸蔵量が処理目標吸蔵量よりも少なくなるまでＮＯｘ還元処理を繰り返す（ステップＳ９）。
【００７８】
＜作用効果＞
上記のステップＳ３、Ｓ１１、Ｓ１２で説明した通り、本実施形態のＮＯｘ還元制御部４３は、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するための実施可能運転領域である第１運転領域を、エンジン始動後２回目のＮＯｘ還元処理を実施するための実施可能運転領域である第２運転領域よりも広く設定している。つまり、本実施形態においても、ＮＯｘ還元制御部４３は、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を実施するためのＮＯｘ還元条件を、エンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理を実施するためのＮＯｘ還元条件に比べて緩和した条件に設定している。
【００７９】
そのため、第２実施形態に係る排気浄化装置１００の場合も、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理はエンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理よりも実施されやすい。よって、エンジン始動直後のＮＯｘ吸蔵触媒の触媒温度が低い状態であっても、比較的早い時期にＮＯｘ還元処理が実施される結果、ＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵能力を確保することができる。
【００８０】
また、本実施形態では、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を行う場合とエンジン始動後２回目のＮＯｘ還元処理を行う場合とで、ＮＯｘ還元処理を行うか否かの判断基準の対象である実施可能運転領域自体は変わっておらず、あくまでも判断基準の値（領域）である実施可能運転領域が第２運転領域から第１運転領域へと緩和されるのである。つまり、本実施形態においても、判断基準の対象そのものをエンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理を行う場合とエンジン始動後２回目のＮＯｘ還元処理を行う場合とで変えて（又は無条件で）、エンジン始動後にすぐにＮＯｘ還元処理が実施するわけではない。そのため、本実施形態によれば、不要なＮＯｘ還元処理を回避することができ、燃費の悪化を抑えることができる。
【００８１】
さらに、上記のとおり、エンジン始動後、比較的早い時期にＮＯｘ還元処理が実施されると、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の下流に尿素ＳＣＲ触媒３４が設けられているため、ＮＯｘ還元処理によって生じた熱が尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度を速やかに上昇させることができる。その結果、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が尿素ＳＣＲ触媒３４の浄化効率が高くなる温度領域まで速やかに上昇し、ＮＯｘ吸蔵触媒３１の吸蔵能力を向上させるＮＯｘ還元処理が不要となる。これにより、エンジン始動後における燃費の悪化を抑えることができる。
【００８２】
上記のとおりであるから、本実施形態によれば、浄化性能を確保しつつ燃費の悪化を抑えることができる。
【００８３】
＜変形例＞
上記の第２実施形態では、第１運転領域及び第２運転領域がいずれも固定の領域である場合について説明したが、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度に応じて第１運転領域の範囲を変化させてもよい。具体的には、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が高くなるに従って第１運転領域を狭く設定し、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が低くなるに従って第１運転領域を広く設定してもよい。
【００８４】
この構成によれば、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が低いときには、第１運転領域が広く設定されるため、より速やかにＮＯｘ還元処理が実施され、尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度が浄化効率の高い温度領域により速やかに達することができる。その結果、エンジン始動後におけるＮＯｘ還元処理の回数を減らすことができ、燃費の悪化を抑えることができる。なお、同様にして、第２運転領域も尿素ＳＣＲ触媒３４の触媒温度に応じて変化させてもよい。
【００８５】
なお、上記の第２実施形態では、ＮＯｘ還元制御部４３が、第１運転領域を第２運転領域に比べて、エンジン回転数を高回転側に、及び、エンジン負荷を高負荷側に広げた領域に設定する場合について説明した（図７参照）。ただし、ＮＯｘ還元制御部４３は、第１運転領域を第２運転領域に比べて、エンジン回転数を高回転側に広げただけの領域に設定してもよく、エンジン負荷を高負荷側に広げただけの領域に設定してもよい。いずれの場合であっても、エンジン始動後１回目のＮＯｘ還元処理は、エンジン始動後２回目以降のＮＯｘ還元処理よりも実施されやすくなる。
【符号の説明】
【００８６】
１０  エンジン
１８  排気通路
３１  ＮＯｘ吸蔵触媒
３４  尿素ＳＣＲ触媒
４０  制御装置
４２  尿素ＳＣＲ触媒温度取得部
４３  ＮＯｘ還元制御部
１００  排気浄化装置
【図１】
2018119410.tif 000003
【図２】
2018119410.tif 000004
【図３】
2018119410.tif 000005
【図４】
2018119410.tif 000006
【図５】
2018119410.tif 000007
【図６】
2018119410.tif 000008
【図７】
2018119410.tif 000009