(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化触媒の昇温制御による燃費悪化を抑制する。【解決手段】酸化触媒及びその下流側の排気浄化触媒と、酸化触媒及び排気浄化触媒の触媒昇温制御を行う手段と、酸化触媒の排気の流れ方向の温度分布を検出する温度分布検出手段と、触媒昇温制御の強度を調節する昇温強度調節手段と、排気浄化触媒の温度が所定の活性温度より低い場合は触媒昇温制御の強度を所定の強度に調節し、該所定の強度の触媒昇温制御により排気浄化触媒が活性温度以上に昇温した場合は、排気浄化触媒の温度が活性温度以上かつ温度分布検出手段により検出される温度分布において少なくとも酸化触媒の下流端近傍の所定領域の温度が酸化触媒の活性温度以上であれば、触媒昇温制御の強度を前記所定の強度よりも弱い強度に調節するように、昇温強度調節手段を制御する。【選択図】図３
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【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る酸化触媒と、
前記酸化触媒より下流側の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
前記酸化触媒及び前記排気浄化触媒の温度を上昇させる触媒昇温制御を実行する触媒昇温手段と、
前記酸化触媒の排気の流れ方向の温度分布を検出する温度分布検出手段と、
前記触媒昇温手段による触媒昇温制御の強度を調節する昇温強度調節手段と、
前記排気浄化触媒の温度が所定の活性温度より低い場合は、前記触媒昇温制御の強度を所定の強度に調節し、該所定の強度の触媒昇温制御により前記排気浄化触媒の温度が活性温度以上に上昇した場合は、前記排気浄化触媒の温度が活性温度以上かつ前記温度分布検出手段により検出される温度分布において少なくとも前記酸化触媒の下流端近傍の所定領域の温度が酸化触媒の活性温度以上であれば、前記触媒昇温制御の強度を前記所定の強度よりも弱い強度に調節するように、前記昇温強度調節手段を制御する制御手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記排気浄化触媒は、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒を含み、
前記制御手段は、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度より低い場合は、前記触媒昇温制御の強度を所定の強度に調節し、該所定の強度の触媒昇温制御により前記ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上に上昇した場合は、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上かつ前記温度分布検出手段により検出される温度分布において少なくとも前記酸化触媒の下流端近傍の所定領域の温度が酸化触媒の活性温度以上であれば、前記触媒昇温制御の強度を前記所定の強度よりも弱い強度に調節するように、前記昇温強度調節手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記排気浄化触媒は、前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられ、排気中の微粒子物質を捕集するとともに酸化触媒を有するフィルタを含み、
前記制御手段は、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度より低いか又は前記フィルタの温度がフィルタの活性温度より低い場合は、前記触媒昇温制御の強度を所定の強度に調節し、該所定の強度の触媒昇温制御により前記フィルタの温度がフィルタの活性温度以上に上昇し且つ前記ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上に上昇した場合は、前記フィルタの温度がフィルタの活性温度以上かつ前記ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上かつ前記温度分布検出手段により検出される温度分布において少なくとも前記酸化触媒の下流端近傍の所定領域の温度が酸化触媒の活性温度以上であれば、前記触媒昇温制御の強度を前記所定の強度よりも弱い強度に調節するように、前記昇温強度調節手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項において、
前記酸化触媒におけるＮＯｘの吸着量を検出するＮＯｘ吸着量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記ＮＯｘ吸着量検出手段により検出されるＮＯｘの吸着量が所定量以上になったと判定された場合、前記触媒昇温制御の強度を前記所定の強度に調節するように前記昇温強度調節手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、
前記排気浄化触媒は、所定の温度範囲において活性化するとともに該温度範囲より温度が高い場合及び低い場合には非活性となる触媒を含み、
前記制御手段は、前記触媒昇温制御の強度を前記所定の強度又は前記所定の強度より弱
い強度に調節するように前記昇温強度調節手段を制御しているときに、前記触媒の温度が前記温度範囲より高くなった場合は、前記触媒昇温制御を停止するよう前記触媒昇温手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項において
前記排気浄化触媒は、アンモニアを吸着して排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒を含み、
前記内燃機関の排気浄化装置は、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度及びアンモニア吸着量に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出するアンモニアスリップの発生条件が成立するか判定するアンモニアスリップ発生判定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記触媒昇温制御の強度を前記所定の強度又は前記所定の強度より弱い強度に調節するように前記昇温強度調節手段を制御しているときに、前記アンモニアスリップ発生判定手段によりアンモニアスリップの発生条件が成立すると判定された場合は、前記触媒昇温制御を停止するよう前記触媒昇温手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項において、
前記触媒昇温手段は、燃料を噴射する燃料噴射手段と、該噴射された燃料に着火する着火手段と、を有し、前記酸化触媒より上流の排気の温度を上昇させるバーナであることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記昇温強度調節手段は、前記燃料噴射手段により噴射される燃料量を調節することにより触媒昇温制御の強度を調節することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項において、
前記温度分布検出手段は、前記酸化触媒を複数の領域に分割した場合の各領域の温度を検出することを特徴とする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】
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒を早期昇温する技術が開発されている。例えば、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒を機関始動時に早期昇温する技術として、ＮＯｘ浄化触媒の上流に配置した酸化触媒に未燃燃料（ＨＣ）を添加し、酸化触媒においてＨＣが酸化反応することで発生する熱でＮＯｘ浄化触媒上流の排気の温度を上昇させることにより、ＮＯｘ浄化触媒を昇温する技術が記載されている。
【０００３】
このようなＮＯｘ浄化触媒の昇温技術に関して、酸化触媒をすり抜けたＨＣがＮＯｘ浄化触媒に吸着してＮＯｘ浄化触媒が被毒することがある。これに対し、ＮＯｘ浄化触媒の上流に大量のＨＣを添加することによってＮＯｘ浄化触媒を活性温度（約３５０℃）より高いＨＣ離脱温度（約６００℃）まで昇温させることによりＮＯｘ浄化触媒のＨＣ被毒を抑制する技術が提案されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３１９６６号公報
【特許文献２】特開２０００−１８６５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、酸化触媒、パティキュレートフィルタ、及びＮＯｘ浄化触媒などの排気浄化触媒を排気通路に直列に配置した構成の排気浄化装置において、最下流側の排気浄化触媒の温度を活性温度まで昇温させるために、上流側にある酸化触媒やフィルタをそれより高い温度まで昇温する昇温制御が行われている。
【０００６】
なお、排気浄化触媒が活性化した状態とは、排気浄化触媒が排気中の所定の成分（ＮＯｘ浄化触媒の場合はＮＯｘ）に対して所望の浄化能力を発揮することが可能な状態を意味するものとする。逆に、排気浄化触媒が非活性の状態とは、排気浄化触媒が排気中の所定の成分に対して所望の浄化能力を発揮することができない状態を意味するものとする。
【０００７】
例えば、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒の場合、触媒温度が或る活性下限温度より低い状態では、十分な触媒活性が得られないために所望のＮＯｘ浄化率を得ることができない。また、触媒温度が或る活性上限温度より高い状態では、触媒活性は得られるもののアンモニアが触媒に吸着しにくくなるために所望のＮＯｘ浄化率を得ることができない。
【０００８】
このように触媒温度が活性上限温度より高いために所望のＮＯｘ浄化率を得ることができない状態も、選択還元型ＮＯｘ触媒が非活性である状態に含ませるものとする。選択還元型ＮＯｘ触媒の場合は、上述した活性下限温度から活性上限温度までの温度範囲が、選択還元型ＮＯｘ触媒が活性化する温度範囲（所望のＮＯｘ浄化率が得られる温度範囲）となる。
【０００９】
このような昇温制御では、排気浄化触媒を昇温させる場合に、排気浄化触媒より上流側にある酸化触媒やパティキュレートフィルタも活性温度以上の高温に昇温することになり
、過剰な昇温制御によって燃費性能が低下する可能性があった。
【００１０】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、排気通路に配置される排気浄化触媒を昇温させる制御において燃費の悪化を抑制することができる内燃機関の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】
【００１１】
上記の課題を解決するための本発明は、
内燃機関の排気通路に設けられる酸化触媒と、
前記酸化触媒より下流側の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
前記酸化触媒及び前記排気浄化触媒の温度を上昇させる触媒昇温制御を実行する触媒昇温手段と、
前記酸化触媒の排気の流れ方向の温度分布を検出する温度分布検出手段と、
前記触媒昇温手段による触媒昇温制御の強度を調節する昇温強度調節手段と、
前記排気浄化触媒の温度が所定の活性温度より低い場合は、前記触媒昇温制御の強度を所定の強度に調節し、該所定の強度の触媒昇温制御により前記排気浄化触媒の温度が活性温度以上に上昇した場合は、前記排気浄化触媒の温度が活性温度以上かつ前記温度分布検出手段により検出される温度分布において少なくとも前記酸化触媒の下流端近傍の所定領域の温度が酸化触媒の活性温度以上であれば、前記触媒昇温制御の強度を前記所定の強度よりも弱い強度に調節するように、前記昇温強度調節手段を制御する制御手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置である。
【００１２】
このような酸化触媒及び排気浄化触媒が直列配置された排気浄化装置では、排気浄化触媒を活性温度以上に昇温させるために、酸化触媒も活性温度或いはそれよりも更に高い温度まで昇温していた。しかしながら、酸化触媒は過剰に昇温されていることになり、燃費性能が低下する原因ともなっていた。
【００１３】
この点、本発明においては、所定の強度の触媒昇温制御により酸化触媒及び排気浄化触媒の昇温を行って排気浄化触媒の温度が活性温度以上に上昇した場合には、排気浄化触媒の温度が活性温度以上かつ酸化触媒の下流端近傍の所定領域が活性化しているという条件が満足される限りにおいて、触媒昇温制御の強度が弱められる。これにより、触媒昇温制御に係るエネルギー消費が抑えられるので、燃費性能の低下を抑制できる。
【００１４】
触媒昇温制御の強度が弱められると、酸化触媒の温度は低下する。しかしながら、酸化触媒の温度は上流側から徐々に低下していくので、触媒昇温制御の強度が弱められてからしばらくの間は、上流側の領域が酸化触媒の活性温度より低く非活性であるものの下流側の領域は活性温度以上で活性化しているという状態になる。
【００１５】
本発明では、このように酸化触媒の一部領域が非活性状態になることを許容する。すなわち、「酸化触媒の少なくとも下流端近傍の所定領域が活性化している状態」には、酸化触媒の上流側の領域が活性化していない状態（温度が酸化触媒の活性温度より低い状態）が含まれる。
【００１６】
本発明によれば、排気浄化触媒が活性状態であることを条件に、酸化触媒の一部領域が非活性状態となることを許容して、触媒昇温制御を弱めるので、触媒昇温制御に係るエネルギー消費を抑えることが可能になる。
【００１７】
なお、酸化触媒の全域が非活性状態となった場合や酸化触媒の下流端近傍の所定領域が非活性状態となった場合には、触媒昇温制御の強度を元に戻す（酸化触媒及び排気浄化触媒を活性温度より低い状態から活性温度以上の状態へ昇温する際の触媒昇温制御の強度に
する）ことができる。また、排気浄化触媒が活性状態ではなくなった場合（排気浄化触媒の温度が活性温度より低くなった場合）も、触媒昇温制御の強度は元に戻される。
【００１８】
本発明において、
前記排気浄化触媒は、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒を含み、
前記制御手段は、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度より低い場合は、前記触媒昇温制御の強度を所定の強度に調節し、該所定の強度の触媒昇温制御により前記ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上に上昇した場合は、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上かつ前記温度分布検出手段により検出される温度分布において少なくとも前記酸化触媒の下流端近傍の所定領域の温度が酸化触媒の活性温度以上であれば、前記触媒昇温制御の強度を前記所定の強度よりも弱い強度に調節するように、前記昇温強度調節手段を制御するようにしても良い。
【００１９】
低温状態の酸化触媒にはＮＯｘが吸着し、酸化触媒の温度が上昇すると吸着しているＮＯｘが酸化触媒から脱離する。
【００２０】
本発明では、ＮＯｘ浄化触媒がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上の状態を維持しながら、酸化触媒の一部の温度が活性温度より低い状態と活性温度以上の状態とが交互に現われる。酸化触媒が低温のときは排気中のＮＯｘが酸化触媒に吸着することによりＮＯｘのエミッションが低減する。
【００２１】
酸化触媒の温度が上昇したときは、酸化触媒から脱離したＮＯｘはＮＯｘ浄化触媒において浄化される（排気からＮＯｘが除去される）。
【００２２】
本発明の排気浄化装置によれば、高いＮＯｘ浄化率を達成できるとともに、触媒昇温制御に係るエネルギー消費を抑えることができるので、燃費性能の低下を抑制することも可能となる。
【００２３】
上記構成において、
前記排気浄化触媒は、前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられ、排気中の微粒子物質を捕集するとともに酸化触媒を有するフィルタを含み、
前記制御手段は、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度より低いか又は前記フィルタの温度がフィルタの活性温度より低い場合は、前記触媒昇温制御の強度を所定の強度に調節し、該所定の強度の触媒昇温制御により前記フィルタの温度がフィルタの活性温度以上に上昇し且つ前記ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上に上昇した場合は、前記フィルタの温度がフィルタの活性温度以上かつ前記ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上かつ前記温度分布検出手段により検出される温度分布において少なくとも前記酸化触媒の下流端近傍の所定領域の温度が酸化触媒の活性温度以上であれば、前記触媒昇温制御の強度を前記所定の強度よりも弱い強度に調節するように、前記昇温強度調節手段を制御するようにしても良い。
【００２４】
この構成によれば、フィルタ及びＮＯｘ浄化触媒が活性状態であることを条件に、酸化触媒が部分的に非活性状態になることを許容するように、触媒昇温制御の強度を制御する。酸化触媒の一部領域が非活性状態となることを許容して触媒昇温制御を弱めることができるので、触媒昇温制御に係るエネルギー消費を抑えることができる。
【００２５】
酸化触媒の全域が非活性状態となった場合には、触媒昇温制御の強度を元に戻す。また、フィルタ及びＮＯｘ浄化触媒が活性状態ではなくなった場合（フィルタの温度がフィルタの活性温度より低いか、又は、ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度より低くなった場合）も、触媒昇温制御の強度は元に戻される。
【００２６】
なお、フィルタの活性温度はフィルタが有する酸化触媒の活性温度であり、「フィルタ及びＮＯｘ浄化触媒の温度が所定の活性温度以上」とは、「フィルタの温度がフィルタの酸化触媒の活性温度以上かつＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上」を意味するものとする。
【００２７】
従って、フィルタ及びＮＯｘ浄化触媒が活性温度以上の状態を維持しながら、酸化触媒の一部の温度が活性温度より低い状態と活性温度以上の状態とが交互に現われる。上述のように、低温状態の酸化触媒は排気中のＮＯｘを吸着し、酸化触媒の温度が上昇すると吸着しているＮＯｘが酸化触媒から脱離する。
【００２８】
脱離したＮＯｘはフィルタの酸化触媒においてＮＯからＮＯ２を生成する酸化反応に関与する。これにより、特にＮＯｘ浄化触媒が選択還元型ＮＯｘ触媒の場合には、選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアを還元剤とするＮＯｘの還元浄化反応に同程度の量のＮＯとＮＯ２が関与するようになり、高いＮＯｘ浄化率が得られる。
【００２９】
また、酸化触媒、フィルタ及び選択還元型ＮＯｘ触媒が直列配置された構成において、選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率のＮＯ２に対する感度が低い場合には、フィルタにおいてＮＯがＮＯ２に酸化する反応が弱くなってもＮＯｘ浄化率への影響が小さいので、フィルタの一部が活性温度より低くなることを許容することができる。
【００３０】
この場合、フィルタについては、酸化触媒と同様に、少なくとも一部の領域が活性温度以上であれば他の領域が活性温度より低くなっても触媒昇温制御の強度を所定の強度より弱い強度に調節する制御を継続するよう判断しても良い。これにより、触媒昇温制御の強度を所定の強度より弱い強度に調節する制御を長期間実施できるので、燃費の抑制効果をより一層高めることができる。
【００３１】
本発明において、
前記酸化触媒におけるＮＯｘの吸着量を検出するＮＯｘ吸着量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記ＮＯｘ吸着量検出手段により検出されるＮＯｘの吸着量が所定量以上になったと判定された場合、前記触媒昇温制御の強度を前記所定の強度に調節するように前記昇温強度調節手段を制御しても良い。
【００３２】
言い換えると、酸化触媒及びＮＯｘ浄化触媒が直列配置された構成において、制御手段は、所定の強度の触媒昇温制御によりＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上に上昇した場合は、ＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上かつ温度分布検出手段により検出される温度分布において少なくとも酸化触媒の下流端近傍の所定領域の温度が酸化触媒の活性温度以上であって、更にＮＯｘ吸着量検出手段により検出される酸化触媒におけるＮＯｘの吸着量が所定量より少なければ、触媒昇温制御の強度を前記所定の強度よりも弱い強度に調節するように昇温強度調節手段を制御し、逆にＮＯｘ吸着量検出手段により検出される酸化触媒におけるＮＯｘの吸着量が所定量以上であれば、触媒昇温制御の強度を前記所定の強度に調節するように昇温強度調節手段を制御する。
【００３３】
また、酸化触媒、フィルタ及びＮＯｘ浄化触媒が直列配置された構成において、制御手段は、所定の強度の触媒昇温制御によりフィルタの温度がフィルタの活性温度以上に上昇し及びＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上に上昇した場合は、フィルタの温度がフィルタの活性温度以上かつＮＯｘ浄化触媒の温度がＮＯｘ浄化触媒の活性温度以上かつ温度分布検出手段により検出される温度分布において少なくとも酸化触媒の下流端近傍の所定領域の温度が酸化触媒の活性温度以上であって、更にＮＯｘ吸着量検出手段により検出される酸化触媒におけるＮＯｘの吸着量が所定量より少なければ、触媒昇温
制御の強度を前記所定の強度より弱い強度に調節するように昇温強度調節手段を制御し、逆にＮＯｘ吸着量検出手段により検出される酸化触媒におけるＮＯｘの吸着量が所定量以上であれば、触媒昇温制御の強度を前記所定の強度に調節するように昇温強度調節手段を制御する。
【００３４】
所定量は、酸化触媒においてＮＯｘの吸着が飽和しているか否かを判定できるように定められる。酸化触媒におけるＮＯｘの吸着量は、酸化触媒に流入するＮＯｘ量や酸化触媒の温度に基づいて推定することができる。
【００３５】
本発明において、前記排気浄化触媒が、所定の温度範囲において活性化するとともに該温度範囲より温度が高い場合及び低い場合には非活性となる触媒を含む場合は、
前記制御手段は、前記触媒昇温制御の強度を前記所定の強度又は前記所定の強度より弱い強度に調節するように前記昇温強度調節手段を制御しているときに、前記触媒の温度が前記温度範囲より高くなった場合は、前記触媒昇温制御を停止するよう前記触媒昇温手段を制御しても良い。
【００３６】
ここで、「活性化」とは、排気浄化触媒が排気中の所定の成分に対して所望の排気浄化能力を発揮することが可能な状態を意味する。また、「非活性」とは、排気浄化触媒が排気中の所定の成分に対して所望の排気浄化能力を発揮することができない状態を意味する。
【００３７】
従って、「所定の温度範囲において活性化するとともに該温度範囲より温度が高い場合及び低い場合には非活性となる触媒」とは、「所定の温度範囲において所定の排気浄化能力を発揮するとともに該温度範囲より温度が高い場合及び低い場合には所定の排気浄化能力を発揮することができない触媒」又は「所定の温度範囲において排気浄化率が所定値以上となり、それ以外の温度において排気浄化率が所定値より低くなる触媒」と捉えることができる。
【００３８】
すなわち、排気浄化触媒の温度が活性下限温度より低い場合には所定の強度で触媒昇温制御を行い、排気浄化触媒の温度が活性温度範囲内の温度である場合には、酸化触媒の下流端近傍の所定領域の温度が活性温度以上であることを条件に触媒昇温制御の強度を前記所定の強度より弱い強度に調節し、ＮＯｘ浄化触媒の温度が活性上限温度より高い場合には触媒昇温制御を停止する。
【００３９】
ここで、「活性下限温度」とは、排気浄化触媒が排気中の所定の成分に対して所望の排気浄化能力を発揮することが可能な温度の下限値を意味する。「活性上限温度」とは、排気浄化触媒が排気中の所定の成分に対して所望の排気浄化能力を発揮することが可能な温度の上限値を意味する。
【００４０】
「所定の成分」とは、その排気浄化触媒により排気中から除去することを意図されている成分であり、例えばＮＯｘ浄化触媒であればＮＯｘである。「所望の排気浄化能力」とは、規制等を考慮して設計段階である値に設定される浄化率などである。
【００４１】
例えばアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒の場合、触媒温度が高温になり過ぎるとアンモニアが選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着しにくくなるために所望のＮＯｘ浄化率が得られなくなる。
【００４２】
上記構成によれば、触媒温度が、所望の排気浄化能力を発揮できないほど高温になったと判定される場合には触媒昇温制御が停止されるので、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のように触媒温度が高温になりすぎると所望の排気浄化能力を発揮できない触媒においても、所
望の排気浄化能力が発揮される状態を好適に維持することができる。
【００４３】
このようにある活性下限温度から活性上限温度までの温度範囲内で所望の排気浄化能力を発揮することができる排気浄化触媒の場合、これまで述べた本発明の各構成における「排気浄化触媒の活性温度」を、上記の意味での活性下限温度として捉えることができる。その場合、本発明の各構成における「排気浄化触媒が活性温度以上」とは、排気浄化触媒が活性下限温度以上ということであって、活性温度範囲を超えた（活性上限温度より高い）温度ということではない。
【００４４】
本発明において、前記排気浄化触媒、アンモニアを吸着して排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒を含む場合は、
前記内燃機関の排気浄化装置は、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度及びアンモニア吸着量に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出するアンモニアスリップの発生条件が成立するか判定するアンモニアスリップ発生判定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記触媒昇温制御の強度を前記所定の強度又は前記所定の強度より弱い強度に調節するように前記昇温強度調節手段を制御しているときに、前記アンモニアスリップ発生判定手段によりアンモニアスリップの発生条件が成立すると判定された場合は、前記触媒昇温制御を停止するよう前記触媒昇温手段を制御しても良い。
【００４５】
選択還元型ＮＯｘ触媒は触媒に吸着するアンモニアがＮＯｘの還元浄化作用をなす。そして選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニアの量は触媒温度が高くなるほど減少する。そのため、選択還元型ＮＯｘ触媒に多量のアンモニアが吸着している状態で触媒温度が上昇した場合、吸着できなくなったアンモニアが脱離してアンモニアスリップを発生させる可能性がある。
【００４６】
上記構成によれば、このようなアンモニアスリップが発生する可能性があると判断できるアンモニアスリップの発生条件が成立する場合には、触媒昇温制御が停止されるので、アンモニアスリップの発生を好適に抑制することができる。
【００４７】
選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量は、選択還元型ＮＯｘ触媒より上流の排気に添加されるアンモニアや尿素の量、内燃機関の運転状態、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度、選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量、選択還元型ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ量などに基づいて検出することが可能である。
【００４８】
本発明において、前記触媒昇温手段は、燃料を噴射する燃料噴射手段と、該噴射された燃料に着火する着火手段と、を有し、前記酸化触媒より上流の排気の温度を上昇させるバーナであってもよい。
【００４９】
このようなバーナを用いた場合、内燃機関から排出される未燃ＨＣやＣＯの浄化率が大幅に高くなる。本発明においては酸化触媒の一部が非活性状態となることが許容されるため、酸化触媒によるＨＣやＣＯの浄化作用が低下する場合が考えられるが、バーナを用いることによってシステム全体としてのＨＣやＣＯの浄化率が低下することを抑制できる。
【００５０】
本発明において、前記昇温強度調節手段は、前記燃料噴射手段により噴射される燃料量を調節することにより触媒昇温制御の強度を調節するようにしても良い。
【００５１】
この場合、触媒昇温制御の強度を弱める制御は、燃料噴射手段による燃料噴射量を減少させる制御になるので、触媒昇温制御の強度を弱めることにより昇温制御に係る燃料消費量を低減することができる。
【００５２】
上記構成において、前記温度分布検出手段は、前記酸化触媒を複数の領域に分割した場合の各領域の温度を検出するようにしても良い。
【００５３】
各領域の温度は各領域の酸化触媒における位置や内燃機関の運転状態に基づく推定により検出することもできるし、温度センサによって直接検出することもできる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、排気通路に配置される排気浄化触媒を昇温させる制御において燃費の悪化を抑制することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図である。
【図２】実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおけるバーナの概略構成を示す図である。
【図３】実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて触媒昇温制御を行う場合の温度制御を説明するための図である。
【図４】実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおける酸化触媒の領域分割を示す図である。
【図５】実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおける他の触媒昇温制御を行う場合の温度制御を説明するための図である。
【図６】実施例に係る内燃機関の排気浄化システムの触媒昇温制御を行った場合の触媒昇温制御の強度、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度、酸化触媒の温度及び酸化触媒におけるＮＯｘ吸着量の時間変化の一例を示す図である。
【図７】実施例に係る内燃機関の排気浄化システムの触媒昇温制御を表すフローチャートである。
【図８】実施例に係る内燃機関の排気浄化システムの他の触媒昇温制御を表すフローチャートである。
【図９】選択還元型ＮＯｘ触媒の温度と吸着可能なアンモニアの量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００５７】
図１は本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図である。図１において、エンジン１には既燃ガスが排出される排気通路２が接続される。排気通路２にはエンジン１に近い側から順に、酸化触媒４、排気中の微粒子物質を捕集するとともに酸化触媒を有するフィルタ５と、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒６（ＮＯｘ浄化触媒）と、が備わる。
【００５８】
選択還元型ＮＯｘ触媒６より上流側の排気通路２には、排気中に尿素水を噴射する尿素添加弁７が備わる。尿素添加弁７から排気中に噴射された尿素水は、排気中で分解してアンモニア（ＮＨ３）を生成する。このアンモニアが選択還元型ＮＯｘ触媒６において還元剤として作用する。尿素添加弁７による尿素水の噴射はＥＣＵ１３によって制御される。
【００５９】
酸化触媒４、フィルタ５の酸化触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒６は、それぞれの触媒作用が活性化する活性温度があり、これらの触媒によって排気浄化を行うためには各触媒の温度を各触媒の活性温度以上に昇温する必要がある。本実施例の排気浄化システムでは、酸
化触媒４、フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６を昇温するために、酸化触媒４より上流側にバーナ３が設けられる。
【００６０】
図２はバーナ３の概略構成を示す図である。図２に示すように、バーナ３は、バーナ燃焼室１７、空気供給通路１６、エアポンプ１８、燃料噴射弁１４（燃料添加手段）、点火プラグ１５（着火手段）を備えている。図２の排気通路２に描かれている矢印は排気通路２における排気の流れを示す。
【００６１】
図２に示すように、バーナ燃焼室１７は排気通路２内に突出するように設置され、バーナ燃焼室１７の排気通路２に突出した端部は排気通路２に開放している。バーナ燃焼室１７にはエアポンプ１８によって圧送された二次空気が空気供給通路１６を通して供給される。
【００６２】
ここで二次空気とは、排気とは別にバーナ燃焼室１７に供給される空気である。燃料噴射弁１４はバーナ燃焼室１７内に燃料を噴射する。バーナ燃焼室１７内では、燃料噴射弁１４から噴射される燃料と空気供給通路１６から供給される空気とが混合して形成される混合気に点火プラグ１５による点火が行われることで、燃料が燃焼し火炎が形成される。
【００６３】
この火炎の熱によって排気が加熱される。燃料噴射弁１４、点火プラグ１５及びエアポンプ１８の動作はＥＣＵ１３によって制御される。
【００６４】
図１に戻り、酸化触媒４の下流側の排気通路２には酸化触媒４から流出する排気の温度を検出する排気温度センサ８が備わる。フィルタ５の下流側の排気通路２にはフィルタ５から流出する排気の温度を検出する排気温度センサ９が備わる。
【００６５】
選択還元型ＮＯｘ触媒６の下流側の排気通路２には選択還元型ＮＯｘ触媒６から流出する排気の温度を検出する排気温度センサ１０が備わる。各排気温度センサによる検出値はＥＣＵ１３に入力される。ＥＣＵ１３は排気温度センサ８による検出値に基づいて酸化触媒４の温度を取得し、排気温度センサ９による検出値に基づいてフィルタ５の温度を取得し、排気温度センサ１０による検出値に基づいて選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度を検出する。
【００６６】
選択還元型ＮＯｘ触媒６の上流側の排気通路２には選択還元型ＮＯｘ触媒６に流入する排気中のＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサ１１が備わり、選択還元型ＮＯｘ触媒６の下流側の排気通路２には選択還元型ＮＯｘ触媒６から流出する排気中のＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサ１２が備わる。
【００６７】
各ＮＯｘセンサによる検出値はＥＣＵ１３に入力される。ＥＣＵ１３はＮＯｘセンサ１１及びＮＯｘセンサ１２から入力される検出値に基づいて選択還元型ＮＯｘ触媒６によるＮＯｘ浄化率を算出する。
【００６８】
ＥＣＵ１３はエンジン１の運転状態を制御するコンピュータである。ＥＣＵ１３には上述した排気温度センサ８、９及び１０、ＮＯｘセンサ１１及び１２の他、不図示のクランク角度センサやアクセル開度センサなどの各種センサが接続され、各種センサによる検出値が入力される。
【００６９】
ＥＣＵ１３は各種センサから入力される検出値に基づいてエンジン１の運転状態や運転者の要求を取得し、それに基づいて上述した尿素添加弁７、バーナ３の燃料噴射弁１４、点火プラグ１５及びエアポンプ１８の他、エンジン１の不図示の燃料噴射弁などの各種機器の動作を制御する。
【００７０】
ＥＣＵ１３は、フィルタ５の温度をフィルタ５の酸化触媒の活性温度以上に昇温させるとともに選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度を選択還元型ＮＯｘ触媒６の活性温度以上に昇温させるために、バーナ３を作動させて酸化触媒４に流入する排気の温度を上昇させる。
【００７１】
本実施例ではバーナ３を作動させて酸化触媒４に流入する排気の温度を上昇させる制御が本発明における「触媒昇温制御」に相当し、バーナ３が「触媒昇温手段」として機能している。
【００７２】
図３は、図１で説明したような酸化触媒４、フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６が排気通路２に直列配置されている排気浄化システムにおいてフィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６を活性温度以上に昇温させる場合の各触媒の温度を示す図である。
【００７３】
図３において横軸は排気通路２における各触媒の位置を表し、右側ほどエンジン１からの距離が遠い。図３の縦軸は温度を表す。図３の実線Ａは、一般的な触媒昇温制御の場合の各触媒の温度を表す。
【００７４】
図３の実線Ａに示すように、直列配置されている複数の触媒は下流側ほど放熱によって温度が低下するため、最下流側に配置された選択還元型ＮＯｘ触媒６を選択還元型ＮＯｘ触媒６の活性温度以上に昇温するとともに、中程に配置されたフィルタ５をフィルタ５の酸化触媒の活性温度以上に昇温するために、上流側にある酸化触媒４をフィルタ５や選択還元型ＮＯｘ触媒６の活性温度よりも更に高い温度まで昇温させる。
【００７５】
そのため、酸化触媒４は過剰に昇温されていることになり、燃費性能が低下する原因となる場合がある。
【００７６】
これに対し、本実施例の排気浄化システムでは、図４に示すように、酸化触媒４を排気の流れ方向で３つの領域Ｘ１，Ｘ２及びＸ３に分けて考え、排気の流れ方向の酸化触媒４の温度分布を考える。
【００７７】
そして、所定の強度に調節された触媒昇温制御により一旦フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６が活性温度以上に昇温した場合、フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性温度以上であることを条件に、酸化触媒４の３つの領域のうち下流端の領域Ｘ３以外の領域の温度（領域Ｘ１及びＸ２の温度）が酸化触媒４の活性温度より低くなること、すなわち非活性状態となることを許容することとした。
【００７８】
つまり、所定の強度に調節された触媒昇温制御により一旦フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６が活性温度以上に昇温した場合、フィルタ５又は選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性温度より低くなるか、又は、酸化触媒４の下流端の領域Ｘ３の温度が活性温度より低くなるまでの期間は、触媒昇温制御の強度を前記所定の強度よりも弱い強度に調節する。
【００７９】
ここで、触媒昇温制御の強度を弱めるために、本実施例の場合には、バーナ３による排気の加熱の強度を弱める。具体的には、バーナ３の燃料噴射弁１４による燃料噴射量を減少させることによって触媒昇温制御の強度を弱める。
【００８０】
バーナ３による排気の加熱の強度を弱めると、酸化触媒４の温度は低下する。しかしながら、酸化触媒４の温度は上流側の領域Ｘ１から徐々に低下していくので、バーナ３の加熱強度が弱められてからしばらくの間は、上流側の領域Ｘ１やＸ２が活性温度より低くなって非活性であるものの、下流端の領域Ｘ３は活性温度以上で活性化している、という状
態になる。
【００８１】
本実施例の排気浄化システムでは、このように酸化触媒４の一部領域（下流端領域Ｘ３以外の領域）が非活性状態になることを許容する。本実施例において、少なくとも領域Ｘ３が活性化している状態が、本発明における「酸化触媒の少なくとも下流端近傍の所定領域が活性化している状態」に相当し、この状態には上流側の領域Ｘ１やＸ２が非活性状態（温度が酸化触媒４の活性温度より低い状態）が含まれる。
【００８２】
本実施例の排気浄化システムにおいて、酸化触媒４の一部領域が非活性状態になることを許容するのは、フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性温度以上であることを条件としている。すなわち、図３の破線Ｂで表されるような温度状態である。
【００８３】
本実施例の排気浄化システムでは、フィルタ５又は選択還元型ＮＯｘ触媒６が活性温度より低い場合には、実線Ａで表すように酸化触媒４、フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６の全てを昇温させることを目的として調節される比較的強い強度である所定の強度によって触媒昇温制御を行うことで、フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６を活性化させる。
【００８４】
そして、フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６が活性化した後は、当該活性状態が維持されていることを条件に、酸化触媒４が一部非活性状態になることを許容するようにバーナ３による排気加熱を弱める。これにより、バーナ３による触媒昇温制御に係る燃料消費量を抑えることが可能になる。
【００８５】
従って、触媒昇温制御における燃費の悪化を抑制することが可能になる。酸化触媒４の下流端の領域Ｘ３が非活性状態となった場合には、バーナ３による触媒昇温制御の強度を所定の強度に戻す（図３の実線Ａ）。
【００８６】
また、フィルタ５や選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性温度より低くなった場合も触媒昇温制御の強度を所定の強度に戻す。
【００８７】
以上説明したように、本実施例の排気浄化システムでは、フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６が活性化状態である場合に、酸化触媒４の一部領域が非活性状態をも含む低温状態となることが許容される。この場合、酸化触媒４の非活性領域においてはＨＣやＣＯの酸化作用が得られないことになる。
【００８８】
しかしながら、本実施例の排気浄化システムでは、バーナ３を備えており、バーナ３によって排気加熱を行うとＨＣやＣＯのエミッションが著しく低減することがわかっている。従って、酸化触媒４の一部領域が非活性状態となることを許容したとしても、それによって排気浄化システム全体としてＨＣやＣＯのエミッションが悪化することは抑制できる。
【００８９】
ここで、酸化触媒４が低温状態の場合には、酸化触媒４に排気中のＮＯｘが吸着する。酸化触媒４に吸着したＮＯｘは酸化触媒４の温度が上昇した際に酸化触媒４から脱離する。酸化触媒４から脱離したＮＯｘはフィルタ５の酸化触媒においてＮＯからＮＯ２を生成する酸化反応に関与する。
【００９０】
これにより、選択還元型ＮＯｘ触媒６におけるアンモニアを還元剤とするＮＯｘの還元浄化反応に同程度の量のＮＯとＮＯ２が関与するようにできるので、選択還元型ＮＯｘ触媒６の高いＮＯｘ浄化率を達成できる。
【００９１】
なお、選択還元型ＮＯｘ触媒６の特性や排気浄化システムの構成によっては、選択還元型ＮＯｘ触媒６によるＮＯｘ浄化率が選択還元型ＮＯｘ触媒６に流入するＮＯ２の量に対して感度が低い場合がある。そのような場合は、フィルタ５の酸化触媒が酸化触媒４と同様一部非活性状態となることを許容しても、選択還元型ＮＯｘ触媒６の高いＮＯｘ浄化率が得られる場合もある。
【００９２】
すなわち、このような場合には、酸化触媒４だけでなく、フィルタ５もその一部領域が非活性状態となることを許容することができる。この場合、酸化触媒４、フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度制御は、図５の破線Ｃに示すようになる。図５は、フィルタ５を酸化触媒４と同様３つの領域に分割し、最下流側の領域が活性温度以上であることを条件にそれより上流側の領域が非活性状態となることを許容した場合に可能な温度制御を例示的に示している。
【００９３】
これにより、バーナ３による排気加熱の強度を所定の強度より弱い強度に調節可能な期間を長く確保できるようになる。従って、より一層の燃費悪化抑制効果が得られる。
【００９４】
図６は以上説明した本実施例の排気浄化システムによる触媒昇温制御を行った場合の、バーナ３による排気加熱の強度、選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度、酸化触媒４の温度、酸化触媒４におけるＮＯｘ吸着量の時間変化の一例を示す図である。なお、図６は概念図であり、時間や温度のスケールは実際に観測されるものとは異なる場合がある。
【００９５】
ここでは簡単のためフィルタ５の温度変化については省略した。図６（Ａ）に示すように、選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性温度より低いことによりバーナ３による所定の強度（強い強度）による触媒昇温制御の実行が要求されると、図３の実線Ａで示すような強い強度でバーナ３による排気加熱が開始される。
【００９６】
バーナ３による強い強度の排気加熱の実施により、図６（Ｃ）に示すように酸化触媒４の温度が上昇し始める。図６（Ｃ）において、酸化触媒４の各領域Ｘ１，Ｘ２及びＸ３における温度変化を別々の曲線で表している。
【００９７】
図６（Ｃ）に示すように、最上流側の領域Ｘ１が最も温度上昇しやすく、下流側の領域ほど温度上昇の速度が遅くなる。図６（Ｄ）に示すように、酸化触媒４に非活性状態の領域が存在する場合、酸化触媒４におけるＮＯｘの吸着量が増加する。
【００９８】
酸化触媒４における活性温度以上の領域が増加すると、酸化触媒４に吸着していたＮＯｘの脱離が促進されたＮＯｘの吸着量が減少する。
【００９９】
時刻ｔ１において選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性温度以上になる。この時、バーナ３による強い強度の排気加熱により、酸化触媒４の温度は全領域とも活性温度よりかなり高い温度になっている。ここで、選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性温度以上かつ酸化触媒４の少なくとも下流端の領域Ｘ３の温度が活性温度以上という条件が満たされるので、バーナ３による排気加熱の強度が弱められる。
【０１００】
これにより、酸化触媒４の各領域の温度が低下し始めるが、図６（Ｃ）に示すように、上流側の領域Ｘ１が最も早く温度低下し、下流側の領域ほど温度低下は遅い。そのため、図６（Ｃ）に示すように、酸化触媒４の上流側領域Ｘ１やＸ２の温度が活性温度より低い温度まで低下しても、下流端の領域Ｘ３の温度が活性温度以上の状態になる。
【０１０１】
この時、酸化触媒４の領域Ｘ１やＸ２は非活性状態となっているが、本実施例の制御では図６（Ａ）に示すようにバーナ３の排気加熱の強度が弱に制御されたままとなる。この
時、図６（Ｂ）に示すように、選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度上昇は鈍化し、或いは低下する場合もあるが、活性温度より高い状態は保つことができる。
【０１０２】
これは、バーナ３による排気加熱の強度が弱くされることによる影響が最下流側に配置された選択還元型ＮＯｘ触媒６に現われるのに遅れがあることが一因となっている。また、酸化触媒４の上流側領域Ｘ１やＸ２が非活性状態となることにより、図６（Ｄ）に示すように、酸化触媒４のＮＯｘ吸着量が増加傾向になる。
【０１０３】
時刻ｔ２において酸化触媒４の下流端の領域Ｘ３の温度が活性温度より低くなると、バーナ３による排気加熱の強度を弱くすることが可能な条件が満たされなくなるので、バーナ３による排気加熱の強度が元の強い強度に戻される。
【０１０４】
これにより図６（Ｃ）に示すように酸化触媒４の各領域の温度が上昇し始める。温度上昇の速度についても上流側領域ほど早い。また、排気加熱の強度が強に制御されることにより、選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度は若干上昇傾向になる。
【０１０５】
また、酸化触媒４の温度が上流側領域から徐々に上昇して活性温度以上になっていくため、図６（Ｄ）に示すように酸化触媒４のＮＯｘ吸着量が増加傾向から減少傾向へ変化する。
【０１０６】
時刻ｔ３において酸化触媒４の下流端の領域Ｘ３の温度が活性温度以上になった時に、図６（Ｂ）に示すように選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度も活性温度以上であるので、バーナ３による排気加熱の強度を弱めることが可能な条件が満たされ、バーナ３による排気加熱の強度が弱に制御される。
【０１０７】
これにより、上述の場合と同様酸化触媒４の各領域の温度が低下し始める。ここで、このバーナ３にほる排気加熱の強度が弱められた後、時刻ｔ４において図６（Ｂ）に示すように選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性温度より低くなったとする。
【０１０８】
この時、図６（Ｃ）に示すように酸化触媒４の下流端の領域Ｘ３の温度は活性温度以上であるとする。この場合、バーナ３による排気加熱の強度を弱めることが可能な条件の内、酸化触媒４の下流端領域Ｘ３の温度に関する条件は満たすものの、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度に関する条件が満たされなくなるので、図６（Ａ）に示すようにバーナ３による排気加熱の強度を弱くする制御が停止され、元の強い強度での排気加熱が行われる。
【０１０９】
これにより酸化触媒４の各領域の温度が上昇に転じるとともに、少し遅れて選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度も上昇に転じる。そして、時刻ｔ５において選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性温度以上になったとする。これによりバーナ３による排気加熱の強度を弱めることが可能な条件が成立し、図６（Ａ）に示すように排気加熱の強度を弱くする制御が開始される。
【０１１０】
図７は、本実施例の排気浄化システムにおける触媒昇温制御を表すフローチャートである。図７のフローチャートで表される処理はＥＣＵ１３によって定期的に実行される。
【０１１１】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１３は触媒昇温制御の実行要否を判定する。ここでは、排気温度センサ９による検出値に基づいて取得されるフィルタ５の温度がフィルタ５の活性温度より低いか、又は排気温度センサ１０による検出値に基づいて取得される選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が選択還元型ＮＯｘ触媒６の活性下限温度より低い場合に、触媒昇温制御の実行が必要と判定する。
【０１１２】
ここで、選択還元型ＮＯｘ触媒は触媒温度が所定の温度範囲内の温度である場合に活性化し、触媒温度がその温度範囲より低い場合及び高い場合は非活性となる。
【０１１３】
なお、「活性化」とは、選択還元型ＮＯｘ触媒が排気中のＮＯｘに対して所望の浄化能力を発揮し、所望のＮＯｘ浄化率が得られる状態を意味する。また、「非活性」とは、選択還元型ＮＯｘ触媒が排気中のＮＯｘに対して所望の浄化能力を発揮することができず、所望のＮＯｘ浄化率が得られない状態を意味する。
【０１１４】
「活性下限温度」とは、選択還元型ＮＯｘ触媒が所望のＮＯｘ浄化率の排気浄化能力を発揮することが可能な温度範囲の下限値である。「所望のＮＯｘ浄化率」は、エミッションの規制値などを考慮して予め設定される値である。フィルタ５の活性温度とは、フィルタ５の酸化触媒の活性温度である。
【０１１５】
ステップＳ１０１において触媒昇温制御の実行が必要と判定した場合、ＥＣＵ１３はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０１において触媒昇温制御の実行が不要と判定した場合、ＥＣＵ１３はこのフローチャートの処理を一旦抜ける。
【０１１６】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１３は触媒昇温制御を実行する。ここでは、触媒昇温制御として、バーナ３による排気加熱を実行し、その強度を強に制御する。これにより酸化触媒４、フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６の全てについて昇温が開始される。
【０１１７】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１３はフィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が各々の活性温度以上になったか否かを判定する。フィルタ５の温度がフィルタ５の活性温度より低いか、選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が選択還元型ＮＯｘ触媒６の活性下限温度より低いか、のいずれかの場合、ＥＣＵ１３はステップＳ１０２に戻り、強い強度に調節されたバーナ３による触媒昇温制御を継続する。
【０１１８】
一方、ステップＳ１０３においてフィルタ５の温度がフィルタ５の活性温度以上かつ選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が選択還元型ＮＯｘ触媒６の活性下限温度以上であると判定した場合、ＥＣＵ１３はステップＳ１０４に進む。
【０１１９】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１３は酸化触媒４の少なくとも下流端の領域Ｘ３の温度が酸化触媒４の活性温度以上であるか否かを判定する。ここで、酸化触媒４の各領域Ｘ１，Ｘ２及びＸ３の温度は、エンジン１の運転状態や排気温度センサ８による検出値などに基づいて演算して取得する。
【０１２０】
また、酸化触媒４の各領域の温度をセンサにより直接検出することも勿論可能である。ここでは、酸化触媒４の下流端の領域Ｘ３の温度に基づいて判定を行うので、少なくとも領域Ｘ３の温度だけが取得できれば十分である。
【０１２１】
本実施例において酸化触媒の領域Ｘ３の温度を取得する処理を実行するＥＣＵ１３が本発明における「温度分布検出手段」として機能している。酸化触媒４の少なくとも下流端の領域Ｘ３の温度が活性温度以上であると判定した場合、ＥＣＵ１３はステップＳ１０５に進む。一方、酸化触媒４の下流端の領域Ｘ３の温度が活性温度より低い場合、ＥＣＵ１３はステップＳ１０２に戻り、強い強度に調節した触媒昇温制御を実行する。
【０１２２】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１３は選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性上限温度以下であるか否かを判定する。選択還元型ＮＯｘ触媒は、触媒温度が活性下限温度以上であれば触媒活性自体は得られるものの、触媒温度が高すぎるとアンモニアが吸着しにくくなるためにＮＯｘの還元反応が起こりにくくなり、結果として所望のＮＯｘ浄化率が得
られなくなる。
【０１２３】
「活性上限温度」とは、選択還元型ＮＯｘ触媒が所望のＮＯｘ浄化率の排気浄化能力を発揮することが可能な温度範囲の上限値である。この意味で、上記の実施例の説明において単に「選択還元型ＮＯｘ触媒の活性温度以上」といった場合、それは「選択還元型ＮＯｘ触媒の活性上限温度以上」ではなく「選択還元型ＮＯｘ触媒の活性下限温度以上」を意味するものと捉えることができる。
【０１２４】
ステップＳ１０５において、選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性上限温度以下と判定した場合、ＥＣＵ１３はステップＳ１０６に進み、バーナ３による触媒昇温制御の強度を弱に調節する。
【０１２５】
一方、ステップＳ１０５において、選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性上限温度より高いと判定した場合、ＥＣＵ１３はステップＳ１０７に進み、バーナ３による触媒昇温制御を停止する。
【０１２６】
ステップＳ１０６においてバーナ３による触媒昇温制御の強度を弱くした後、ＥＣＵ１３はステップＳ１０３に戻り、フィルタ５の温度が活性温度以上かつ選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性下限温度以上であるかの判定を行う。以降の処理は上述した通りである。
【０１２７】
バーナ３による排気加熱の強度、すなわち燃料噴射弁１４による燃料噴射量を調節するＥＣＵ１３が本発明における「昇温強度調節手段」として機能している。上記のフローチャートの処理を実行するＥＣＵ１３が本発明における「制御手段」として機能している。
【０１２８】
なお、本実施例では、バーナ３による排気加熱の強度を所定の強い強度と弱い強度との２段階のいずれかに切り替える例を説明したが、２段階より多い設定値を切り替えるようにしても良いし、酸化触媒４の下流端の領域Ｘ３の温度、フィルタ５の温度、選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度などに応じて演算される可変値に設定することもできる。
【０１２９】
要は、フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６が活性状態であり、かつ、酸化触媒４の少なくとも下流端の領域Ｘ３が活性状態であるという条件を満たす場合には、それ以外の場合と比較してバーナ３による排気加熱の強度が弱くなるように制御されるのであれば、どのような制御態様であっても、本実施例の排気浄化システムと同様に燃費悪化抑制の効果が得られる。
【０１３０】
また、本実施例では酸化触媒４の温度を３つの領域の温度に分けて下流端の領域の温度に応じて触媒昇温制御の強度を制御する例を説明したが、領域分割数は２つでも良いし、３つより多くても良い。
【０１３１】
２つに分けた場合は下流側の領域の温度に応じて、４つ以上の領域に分けた場合は下流側の１又は複数の領域の温度に応じて、バーナ３による触媒昇温制御の強度を制御することができる。
【０１３２】
また、上述したように、酸化触媒４の温度が活性温度より低くなると、酸化触媒４にＮＯｘが吸着する。これにより尿素添加弁７による尿素の供給を行わなくてもＮＯｘの排出が抑制されることになるが、酸化触媒４におけるＮＯｘの吸着量には上限があり、吸着量が所定の飽和量に達すると、酸化触媒４の温度が活性温度より低くてもＮＯｘが吸着しなくなる。
【０１３３】
この場合、酸化触媒４を昇温させてＮＯｘの離脱を促進させるとともに、尿素添加弁７による尿素の供給を行って選択還元型ＮＯｘ触媒６によるＮＯｘの還元浄化が行われるようにするのが好ましい。
【０１３４】
図８は、上記説明した本実施例の触媒昇温制御において、酸化触媒４におけるＮＯｘの吸着量を考慮した場合の処理手順を表すフローチャートである。図８のフローチャートにおいて、図７で説明した処理と同一内容の処理を行うステップには図７のフローチャートと同じ番号を付し、説明を割愛する。
【０１３５】
図８のフローチャートでは、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４において肯定判定された場合、すなわち、バーナ３による触媒昇温制御の強度を弱めることが可能な条件が成立した場合、更に、ステップＳ２０１において酸化触媒４におけるＮＯｘ吸着量が飽和吸着量に達していないか確認する。ＮＯｘ吸着量が飽和吸着量に達している場合には、バーナ３による触媒昇温制御の強度を弱めることはせず、酸化触媒４に吸着するＮＯｘを脱離させるべく、ステップＳ１０２に戻って強い強度での触媒昇温制御を実行する。
【０１３６】
一方、酸化触媒４におけるＮＯｘ吸着量が飽和吸着量に達していない場合には、バーナ３による触媒昇温制御の強度を弱めることが可能と判断する。図７のフローチャートでは、この次に選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性上限温度を超えていないか確認する処理を行う例を説明したが、ここでは、代わりにアンモニアスリップが発生する可能性があるか否かを確認する処理を行う例を説明する。
【０１３７】
すなわち、ステップＳ２０１で酸化触媒４におけるＮＯｘ吸着量が飽和吸着量より少ないと判定した場合、ＥＣＵ１３はステップＳ２０２に進み、選択還元型ＮＯｘ触媒６においてアンモニアスリップが発生する可能性があるか否かを判定する。ここでは、選択還元型ＮＯｘ触媒６の触媒温度と選択還元型ＮＯｘ触媒６におけるアンモニア吸着量とに基づいてアンモニアスリップの発生可能性（アンモニアスリップの発生条件の成立有無）を判断する。
【０１３８】
選択還元型ＮＯｘ触媒６に吸着可能なアンモニアの量は選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度に依存する。図９に選択還元型ＮＯｘ触媒の温度と吸着可能なアンモニアの量との関係を示す。図９に示すように、選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が高くなるほど、吸着可能なアンモニアの量は少なくなる。
【０１３９】
この触媒温度と吸着可能なアンモニアの量との関係はマップとしてＥＣＵ１３に記憶しておくことができる。ＥＣＵ１３は、この触媒温度と吸着可能なアンモニアの量との関係に基づいて、現状よりも選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が上昇した場合に、選択還元型ＮＯｘ触媒６に吸着しているアンモニアが選択還元型ＮＯｘ触媒６より下流側の排気通路２に流出する可能性があるか否かを判定する。
【０１４０】
現状で選択還元型ＮＯｘ触媒６に吸着しているアンモニアの量は、ＮＯｘセンサ１１により検出される流入ＮＯｘ量、ＮＯｘセンサ１２により検出される流出ＮＯｘ量、尿素添加弁７により添加される尿素の量、エンジン１の運転状態、選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度などに基づいて推定する。
【０１４１】
ステップＳ２０１においてアンモニアスリップが発生する可能性があると判定した場合、ＥＣＵ１３はステップＳ１０７に進んでバーナ３による触媒昇温制御を停止する。一方、ステップＳ２０１においてアンモニアスリップが発生する可能性が無いと判定した場合、ＥＣＵ１３はステップＳ１０６に進んでバーナ３による触媒昇温制御の強度を弱める。ステップＳ２０２の処理を行うＥＣＵ１３が本発明における「アンモニアスリップ発生判
定手段」として機能している。
【０１４２】
図８のフローチャートによれば、フィルタ５及び選択還元型ＮＯｘ触媒６の温度が活性温度以上かつ酸化触媒４の下流端の領域Ｘ３の温度が活性温度以上かつ酸化触媒４のＮＯｘ吸着量が飽和量より少ないという条件が満たされる場合に、触媒昇温制御の強度が弱められる制御（ステップＳ１０５）が継続されることになる。
【０１４３】
酸化触媒４におけるＮＯｘの吸着量は、酸化触媒４に流入するＮＯｘの積算値や酸化触媒４の温度に基づいて演算することができる。この場合、酸化触媒４のＮＯｘ吸着量を演算により取得するＥＣＵ１３が本発明における「ＮＯｘ吸着量検出手段」として機能している。
【０１４４】
また、上述の実施例では酸化触媒、フィルタ及び選択還元型ＮＯｘ触媒が直列配置された排気浄化システムを例に説明したが、酸化触媒と選択還元型ＮＯｘ触媒の組み合わせや、その他酸化触媒と活性化のために昇温を要する何らかの排気浄化触媒との組み合わせに適用することができる。例えば、ＮＯｘ浄化触媒は選択還元型ＮＯｘ触媒に限らず、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒でも良い。上記各実施例は可能な限り組み合わせて本発明を実施することができる。
【符号の説明】
【０１４５】
１     エンジン
２     排気通路
３     バーナ
４     酸化触媒
５     フィルタ
６     選択還元型ＮＯｘ触媒
７     尿素添加弁
８     排気温度センサ
９     排気温度センサ
１０   排気温度センサ
１１   ＮＯｘセンサ
１２   ＮＯｘセンサ
１３   ＥＣＵ
１４   燃料噴射弁
１５   点火プラグ
１６   空気供給通路
１７   バーナ燃焼室
１８   エアポンプ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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