(57)【要約】【課題】排気通路において上流側に第一選択還元触媒を、下流側に第二選択還元触媒を配置し第一選択還元触媒のさらに上流側から還元剤としての尿素水を供給する排気浄化システムにおいて、第一選択還元触媒の温度が高温の場合でも、よりに確実にまたはより効率的に、排気浄化システム全体のＮＯｘ浄化率を向上させることが可能な技術を提供する。【解決手段】第二選択還元触媒の温度がＮＯｘの還元浄化を効率的に実施可能か否かの高温側の閾値以上であり（Ｓ１０２）、且つ、第一選択還元触媒の上流側から供給された還元剤の少なくとも一部が第一選択還元触媒をすり抜け第二選択還元触媒に供給可能であると判定された場合（Ｓ２０２）に、第二選択還元触媒を冷却する制御を行う（Ｓ１０３）。【選択図】図８
2015086848.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、還元剤の供給を受けて排気中のＮＯｘを還元浄化する第一選択還元触媒と、
前記排気通路における前記第一選択還元触媒より下流側に設けられた第二選択還元触媒と、
前記排気通路における前記第一選択還元触媒より上流側において前記排気通路を通過する排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記第二選択還元触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記第二選択還元触媒を冷却する冷却手段と、
前記還元剤供給手段から供給された還元剤の少なくとも一部が、第一選択還元触媒をすり抜け前記第二選択還元触媒に供給可能であることを判定する還元剤供給判定手段と、をさらに備え、
前記温度取得手段が取得した第二選択還元触媒の温度が、前記ＮＯｘの還元浄化を効率的に実施可能か否かの高温側の閾値である冷却判定温度以上であり、且つ、
前記還元剤供給判定手段が、前記還元剤供給手段から供給された還元剤が、前記第一選択還元触媒をすり抜け前記第二選択還元触媒に供給可能であると判定した場合に、
前記冷却手段が前記第二選択還元触媒を冷却することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気中の窒素酸化物や微粒子物質を浄化する排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガス中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と表記する）を低減させる排気浄化システムとしては、排気通路中に排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択的触媒還元方式の触媒（以下「ＳＣＲ」ともいう。）と、ＳＣＲの上流において還元剤としての尿素水溶液を噴射する還元剤噴射弁と、を備えるものが知られている。この種の排気浄化システムでは、ＳＣＲの温度推移を予測しながら、尿素水溶液の噴射量を制御することにより、ＳＣＲにおけるＮＯｘの還元効率の低下を抑制している。
【０００３】
また、微粒子物質（以下、「ＰＭ：Particulate Matter」ともいう。）を捕集するフィルタにＳＣＲをコートし排気中のＮＯｘと微粒子物質とを浄化可能としたＳＣＲＦを備えるとともに、その下流にＳＣＲを備え、ＳＣＲＦの上流から還元剤としての尿素水溶液を供給する排気浄化システムも知られている。このような構成のシステムでは、フィルタのＰＭ捕集能力の再生処理中にＳＣＲＦ及びＳＣＲの温度が高くなると、ＮＯｘの還元反応とは別に、還元剤自体の酸化反応も同時に生ずるため、ＳＣＲＦ及び排気浄化システム全体のＮＯｘ浄化性能が低下する場合がある。
【０００４】
これに対し、下流のＳＣＲを冷却することで、ＳＣＲＦをすり抜けたＮＯｘまたはＳＣＲＦでＮＨ３が酸化して生じたＮＯｘを下流のＳＣＲで浄化をすることが考えられるが、下流のＳＣＲへの還元剤の流入量は上流のＳＣＲＦの温度、還元剤供給量等と関係して増減するため、ＳＣＲの冷却制御を適切に行わないと、下流のＳＣＲからも還元剤が流出したりＳＣＲにおけるＮＯｘ浄化率が低下したりする場合があった。また、下流のＳＣＲへの還元剤の流入がない場合にＳＣＲの冷却制御を行うことでエネルギーの無駄が生じる虞もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１６７５４９号公報
【特許文献２】特開２０１２−００４７８６号公報
【特許文献３】特開２０１１−０６９２７９号公報
【特許文献４】特開２０１１−０６９２３１号公報
【特許文献５】特開２００３−２９３７３６号公報
【特許文献６】特開２００３−２３２２１６号公報
【特許文献７】特開２０１２−２１５１５４号公報
【特許文献８】特開２００７−２４７６５２号公報
【特許文献９】特開２００７−２７０６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気通路において上流側に第一選択還元触媒を、下流側に第二選択還元触媒を配置し第一選択還元触媒のさらに上流側から還元剤としての尿素水を供給する排気浄化システムにおいて、第一選択還元触媒の温度が高温の場合でも、よりに確実にまたはより効率的に、排気浄化システム全体のＮＯｘ浄化率を向上させることが可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、還元剤の供給を受けて排気中のＮＯｘを還元浄化する第一選択還元触媒と、第一選択還元触媒より下流側に設けられた第二選択還元触媒と、第一選択還元触媒より上流側から還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムで、第二選択還元触媒の温度がＮＯｘの還元浄化を効率的に実施可能か否かの高温側の閾値以上であり、且つ、還元剤供給手段から供給された還元剤の少なくとも一部が第一選択還元触媒をすり抜け第二選択還元触媒に供給可能であると判定された場合に、第二選択還元触媒を冷却する制御を行うことを最大の特徴とする。
【０００８】
より詳しくは、内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の供給を受けて排気中のＮＯｘを還元浄化する第一選択還元触媒と、
前記排気通路における前記第一選択還元触媒より下流側に設けられた第二選択還元触媒と、
前記排気通路における前記第一選択還元触媒より上流側において前記排気通路を通過する排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記第二選択還元触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記第二選択還元触媒を冷却する冷却手段と、
前記還元剤供給手段から供給された還元剤の少なくとも一部が、第一選択還元触媒をすり抜け前記第二選択還元触媒に供給可能であることを判定する還元剤供給判定手段と、をさらに備え、
前記温度取得手段が取得した第二選択還元触媒の温度が、前記ＮＯｘの還元浄化を効率的に実施可能か否かの高温側の閾値である冷却判定温度以上であり、且つ、
前記還元剤供給判定手段が、前記還元剤供給手段から供給された還元剤が、前記第一選択還元触媒をすり抜け前記第二選択還元触媒に供給可能であると判定した場合に、
前記冷却手段が前記第二選択還元触媒を冷却することを特徴とする内燃機関の排気浄化システムである。
【０００９】
ここで、還元剤の供給を受けて排気中のＮＯｘを還元浄化する第一選択還元触媒と、第一選択還元触媒より下流側に設けられた第二選択還元触媒と、第一選択還元触媒より上流側から還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいては、第一選択還元触媒の温度が高い場合に、第二選択還元触媒でもＮＯｘを浄化しなければならない場合がある。その場合は、第二選択還元触媒の温度も高温になっており、ＮＯｘの還元浄化を効率よく行うことが困難な場合が多いので、第二選択還元触媒を冷却することで、より効率的に、第二選択還元触媒においてＮＯｘを浄化することができる。
【００１０】
一方、第二選択還元触媒においてＮＯｘを浄化するには、還元剤供給手段から供給された還元剤の少なくとも一部が第一選択還元触媒をすり抜け第二選択還元触媒に供給可能であることが条件となる。すなわち、還元剤供給手段から供給された還元剤の少なくとも一部が第一選択還元触媒をすり抜け第二選択還元触媒に供給可能な状態でなければ、第二選択還元触媒を冷却する制御自体が無駄になる。
【００１１】
これに対し、本発明においては、第二選択還元触媒の温度がＮＯｘの還元浄化を効率的に実施可能か否かの高温側の閾値以上であり、且つ、還元剤供給手段から供給された還元剤の少なくとも一部が第一選択還元触媒をすり抜け第二選択還元触媒に供給可能であると判定された場合に、第二選択還元触媒を冷却する制御を行うこととした。これによれば、還元剤の存在という意味で第二選択還元触媒においてＮＯｘの還元浄化が可能な場合にのみ、第二選択還元触媒を冷却して、第二選択還元触媒の温度を、第一選択還元触媒の下流側に排出されたＮＯｘを効率的に浄化可能な温度に維持することが可能となる。
【００１２】
その結果、より確実に、第一選択還元触媒の下流側に排出されたＮＯｘを第二選択還元触媒で還元浄化できるとともに、無駄な冷却制御を防止できる。よって、排気浄化システム全体として、より効率的に排気中のＮＯｘを浄化することが可能になる。
【００１３】
また、本発明においては、冷却時の第二選択還元触媒の温度を、より高いＮＯｘ浄化率が得られる目標触媒温度に設定してもよい。これによれば、冷却手段によって第二選択還元触媒を冷却することで、より効率よく、第一選択還元触媒の下流側に排出されたＮＯｘを浄化することができる。
【００１４】
また、本発明においては、第一選択還元触媒の温度を取得する第一温度取得手段をさらに備え、上記した条件に加え、第一選択還元触媒の温度が、第一選択還元触媒において充分なＮＯｘ浄化率が得られるか否かの高温側の閾値以上である場合に、第二選択還元触媒を冷却するようにしてもよい。これによれば、第一選択還元触媒の温度がＮＯｘ浄化率が低下するような高温である場合にのみ、第二選択還元触媒を冷却できるので、この点においても無駄な冷却制御を防止することができる。
【００１５】
また、本発明においては、還元剤供給手段から供給された還元剤の少なくとも一部が、第一選択還元触媒をすり抜け第二選択還元触媒に供給可能であるか判定する際には、上記した条件に加え、排気流量、ＮＯｘ濃度、還元剤供給量の少なくとも一つに基づいて判定してもよい。これによれば、より精度よく、第一選択還元触媒をすり抜けて第二選択還元触媒に供給可能な還元剤の量を取得することができ、より精度よく、第二選択還元触媒の冷却制御を行うか否かの判断を行うことができる。
【００１６】
また、本発明においては、還元剤供給手段から供給された還元剤の少なくとも一部が、第一選択還元触媒をすり抜け第二選択還元触媒に供給可能であるか判定する際には、上記の条件に加え、還元剤供給手段からの還元剤供給量に基づいて判定してもよい。これによれば、さらに精度よく、第一選択還元触媒をすり抜ける還元剤の量を取得することができ、さらに精度よく、第二選択還元触媒の冷却制御を行うか否かの判断を行うことができる。
【００１７】
また、本発明においては、第一選択還元触媒をすり抜ける還元剤の量が、第一選択還元触媒の下流側に排出されるＮＯｘを還元浄化するのに必要な量より多い場合には、冷却時の第二選択還元触媒の温度を、余剰の還元剤を酸化可能な目標触媒温度に設定してもよい。これによれば、余剰の還元剤が第二選択還元触媒の下流側に排出されることをより確実に抑制することができる。
【００１８】
また、本発明においては、第一選択還元触媒の温度、排気流量、ＮＯｘ濃度の少なくとも一つに基づいて、より確実に第二選択還元触媒に還元剤を供給するための最適還元剤供給量を取得し、還元剤供給手段は、最適還元剤供給量に係る還元剤を排気に供給するようにしてもよい。これによれば、より確実に第二選択還元触媒に還元剤を供給することができ、より確実に、排気浄化システム全体としてのＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００１９】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にあっては、排気通路において上流側に第一選択還元触媒を、下流側に第二選択還元触媒を配置し第一選択還元触媒のさらに上流側から還元剤としての尿素水を供給する
排気浄化システムにおいて、第一選択還元触媒の温度が高温の場合でも、よりに確実にまたはより効率的に、排気浄化システム全体のＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関と排気系、制御系の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例における、選択的触媒還元方式の触媒の温度と、当該触媒におけるＮＯｘ浄化率及びＮＨ３の酸化割合との関係についての概念図である。
【図３】本発明の実施例１におけるＳＣＲＦの温度と、還元剤のすり抜け量との関係のグラフである。
【図４】本発明の実施例１におけるＳＣＲ温度制御ルーチンについてのフローチャートである。
【図５】本発明の実施例１におけるＳＣＲ温度制御ルーチンを実行した際の、ＳＣＲＦ及びＳＣＲに関連する各パラメータの変化を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２に係る内燃機関と排気系、制御系の概略構成を示す図である。
【図７】本発明の実施例２における各パラメータの変化によって、ＳＣＲＦに供給されたＮＨ３のうちの、ＮＯｘ浄化に使われる量と、ＳＣＲＦで酸化される量と、ＳＣＲＦをすり抜ける量との関係がどのように変わるかを示すグラフである。
【図８】本発明の実施例２におけるＳＣＲ温度制御ルーチン２についてのフローチャートである。
【図９】本発明の実施例３におけるＳＣＲ温度制御ルーチン３についてのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例における排気ガスの冷却装置の具体例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【００２３】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関１と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。図１において内燃機関１には、内燃機関１から排出される排気が流通する排気通路としての排気管５が接続され、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の途中には、排気中のＰＭを捕集するフィルタにＳＣＲをコートし排気中のＮＯｘとＰＭとを浄化可能とした第一選択還元触媒としてのＳＣＲＦ１０が配置されている。
【００２４】
また、排気管５におけるＳＣＲＦ１０の下流側には、排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択的触媒還元方式の触媒である第二選択還元触媒としてのＳＣＲ１１が配置されており、ＳＣＲＦ１０とＳＣＲＦの間の排気管５には、排気管５を通過する排気を冷却する冷却手段としての冷却装置１７が設けられている。また、排気管５におけるＳＣＲＦ１０の上流側には、還元剤としての尿素水溶液を噴射する還元剤供給手段としての還元剤噴射弁１４が配置されている。また、ＳＣＲＦ１０及びＳＣＲ１１の直上流には、各々の温度を検出するための第一温度取得手段としての第一温度センサ１５及び温度取得手段としての第二温度センサ１６が設けられている。
【００２５】
以上述べたように構成された内燃機関１及びその排気系には、内燃機関１及び排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０が併設され
ている。このＥＣＵ２０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の運転状態等を制御する他、ＳＣＲＦ１０、ＳＣＲ１１を含めた排気浄化システムに係る制
御を行うユニットである。
【００２６】
また、ＥＣＵ２０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。以下で説明する本実施例におけるＳＣＲ温度制御ルーチンも、ＥＣＵ２０内のＲＯＭに記憶されたプログラムの一つである。なお、本実施例において排気浄化システムは、図１に示す構成のうち、内燃機関１を除いた構成を含んでいる。
【００２７】
次に、本実施例におけるＳＣＲＦ１０及びＳＣＲ１１による排気浄化について説明する。内燃機関１から排出された排気は、排気管５を通りＳＣＲＦ１０に流入し、排気中のＰＭがＳＣＲＦ１０内のフィルタにより捕集される。また、ＳＣＲＦ１０に流入する排気には、排気に含まれるＮＯｘ量に応じて還元剤噴射弁１４から噴射された尿素水が添加される。排気に添加された尿素水は、先ずはＳＣＲＦ１０において排気の熱と排気中の水蒸気により加水分解されてＮＨ３（アンモニア）とＣＯ２（二酸化炭素）になる。
【００２８】
ＳＣＲＦ１０内で生成されたＮＨ３はＳＣＲＦ１０の温度が低い場合、その大部分はＳＣＲＦ１０に吸着される。そして、ＳＣＲＦ１０の温度が触媒活性温度以上に上昇すると、ＳＣＲＦ１０のアンモニア吸着層に吸着されたＮＨ３と排気ガス中のＮＯｘが反応して、窒素および水となり、排気中のＮＯｘが浄化される。続いて、ＳＣＲＦ１０から排出された排気はＳＣＲ１１に流入する。ＳＣＲ１１においては、ＳＣＲＦ１０で消費されず排気中に残留するＮＨ３が吸着される。ＳＣＲ１１では、このようにＳＣＲＦ１０で消費されずにすり抜けたＮＨ３によって、ＳＣＲ１１に流入する排気中のＮＯｘを還元浄化する。ＳＣＲ１１を通過してＮＯｘが浄化された排気は大気中へ放出される。
【００２９】
ところで、ＳＣＲＦ１０におけるフィルタのＰＭ再生制御が行われた場合には、ＳＣＲＦ１０の温度が６００〜６５０℃程度の高温になる。このような高温度条件下では、ＳＣＲＦ１０におけるＮＯｘ還元反応と同時に、還元剤噴射弁１４から排気中に添加された尿素の酸化反応が進行するため、ＳＣＲＦ１０におけるＮＯｘ還元反応に使用されるＮＨ３の量が減少する。その結果、ＳＣＲＦ１０におけるＮＯｘ浄化率が低下する場合がある。
【００３０】
それに対し、本実施例においては、冷却装置１７によって、ＳＣＲ１１が高温度に晒されないようにＳＣＲＦ１０から排出された排気を冷却しつつ、さらに、ＳＣＲＦ１０をすり抜けたＮＨ３をＳＣＲ１１に供給する。このことで、ＳＣＲＦ１０で浄化できなかったＮＯｘをＳＣＲ１１においてより確実に還元浄化する。
【００３１】
ここで、図２には、選択的触媒還元方式の触媒（ＳＣＲＦ１０やＳＣＲ１１）の温度と、当該触媒におけるＮＯｘ浄化率及びＮＨ３の酸化割合との関係についての概念図を示す。図２（ａ）は触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係を、図２（ｂ）は触媒の温度とＮＨ３の酸化割合との関係を示す。図２（ｂ）を見て分かるように、触媒の温度の上昇とともに、触媒におけるＮＨ３の酸化割合が急激に上昇する。そうすると、ＮＯｘ浄化に使用されるＮＨ３の割合が相対的に減少するため、触媒におけるＮＯｘ浄化率は、ＮＨ３の酸化割合の増加が無い場合と比較して減少する。
【００３２】
このように、ＳＣＲＦ１０においてもＳＣＲ１１においても、触媒温度によって、ＮＯｘ浄化率やＮＨ３の酸化割合が変化してしまうので、上記のようにＳＣＲＦ１０から排出された排気を冷却する際にも、これらの特性を考慮すべきである。
【００３３】
次に、図３には、ＳＣＲＦ１１の温度と、還元剤のすり抜け量との関係のグラフを示す。黒丸のラインに対して黒三角のラインは、より還元剤供給量を増加させた場合のラインである。図３からは、ＳＣＲＦ１０の温度及び、還元剤供給量によって、ＳＣＲ１１に流
入するＮＨ３の量が変化することが理解できる。このように、ＳＣＲＦ１０から排出された排気を冷却する際には、ＳＣＲＦ１０の温度及び、還元剤供給量によって、ＳＣＲ１１に流入する還元剤の量が変化することについても考慮すべきである。例えば、ＳＣＲ１１への還元剤の流入が無い状態で排気を冷却しても、ＳＣＲ１１においてＮＯｘ還元はできない。
【００３４】
これに対し、本実施例においては、ＳＣＲＦ１０及びＳＣＲ１１の温度を取得し、取得した温度より、ＳＣＲＦ１０をすり抜けてＳＣＲ１１に流入する還元剤の量を予測し、その予測値に基づいてＳＣＲ１１の冷却の有無を判定して制御を実行することとした。図４には、本実施例におけるＳＣＲ温度制御ルーチンについてのフローチャートを示す。ＳＣＲ温度制御ルーチンは、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶され、ＣＰＵによって実行されるプログラムであって、内燃機関１の稼働中は所定時間毎に定期的に実行されるルーチンである。
【００３５】
ＳＣＲ温度制御ルーチンが実行されると、まず、Ｓ１０１において、ＳＣＲＦ１０の温度Ｔｓｃｒｆが冷却判定閾値Ｔ１以上かどうかが判定される。より具体的には、ＳＣＲＦ１０の温度Ｔｓｃｒｆは、第一温度センサ１５の出力に基づいて算出される。また、冷却判定閾値Ｔ１は、ＳＣＲＦ１０の温度がこれ以上の場合には、ＳＣＲＦ１０から排出される排気の温度も高く、ＳＣＲ１１の冷却制御を実施してＳＣＲ１１の温度をＮＯｘ浄化率が高い状態に維持しないと、排気浄化システム全体としても充分なＮＯｘ浄化率を維持することが困難であると判断される温度である。冷却判定閾値Ｔ１は、予め実験によってあるいは理論的に定めておいてもよい。Ｓ１０１において、ＳＣＲＦ１０の温度Ｔｓｃｒｆが冷却判定閾値Ｔ１より低いと判定された場合には、ＳＣＲ１１の冷却制御は不要と判断されるので、そのまま本ルーチンを一旦終了する。一方、ＳＣＲＦ１０の温度Ｔｓｃｒｆが冷却判定閾値Ｔ１以上と判定された場合にはＳ１０２に進む。
【００３６】
Ｓ１０２においては、ＳＣＲ１１の温度Ｔｓｃｒが冷却判定閾値Ｔ２以上か否かが判定される。より具体的には、ＳＣＲ１１の温度Ｔｓｃｒは、第二温度センサ１６の出力に基づいて算出される。また、冷却判定閾値Ｔ２は、ＳＣＲ１１の温度がこれ以上の場合には、ＳＣＲ１１において還元剤ＮＨ３の酸化により、充分なＮＯｘ浄化率が得られないと判断される温度である。冷却判定閾値Ｔ２は、予め実験によってあるいは理論的に定めておいてもよい。Ｓ１０２において、ＳＣＲ１１の温度Ｔｓｃｒが冷却判定閾値Ｔ２より低いと判定された場合には、ＳＣＲ１１の冷却制御は不要と判断されるので、そのまま本ルーチンを一旦終了する。一方、ＳＣＲ１１の温度Ｔｓｃｒが冷却判定閾値Ｔ２以上と判定された場合にはＳ１０３に進む。
【００３７】
Ｓ１０３においては、ＳＣＲ１１の冷却制御が実施される。ここでは、ＥＣＵ２０において、目標触媒温度Ｔｔｒｇが算出される。この目標触媒温度Ｔｔｒｇは、ＳＣＲ１１の温度と浄化率との関係の推定モデルとマップを用いてＳＣＲ１１において最適なＮＯｘ浄化率が得られる温度として決定されてもよいし、予め実験的、理論的に求められた値に定められてもよい。そして、ＳＣＲ１１の温度が目標触媒温度Ｔｔｒｇになるように、ＳＣＲ１１が冷却される。より具体的には、本実施例では、ＳＣＲＦ１０とＳＣＲ１１の間における排気管５の周囲に内燃機関１の冷却水を通過させておき、この冷却水の流量を増加させることにより、ＳＣＲ１１を冷却する。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。
【００３８】
Ｓ１０４では、ＳＣＲＦ１０の温度Ｔｓｃｒｆが冷却判定閾値Ｔ１より低いかどうかが判定される。ここで、ＳＣＲＦ１０の温度Ｔｓｃｒｆが冷却判定閾値Ｔ１より低いと判定された場合には、これ以上ＳＣＲ１１の冷却制御を継続する必要がないと判断されるので、ＳＣＲ１１の冷却制御を停止して本ルーチンを一旦終了する。一方、ＳＣＲＦ１０の温
度Ｔｓｃｒｆが冷却判定閾値Ｔ１以上であると判定された場合には、Ｓ１０５に進む。
【００３９】
Ｓ１０５では、ＳＣＲ１１の温度Ｔｓｃｒが目標触媒温度Ｔｔｒｇより低いかどうかが判定される。ここで、ＳＣＲ１１の温度Ｔｓｃｒが目標触媒温度Ｔｔｒｇ以上であると判定された場合には、さらに冷却制御を継続する必要があると判断されるので、Ｓ１０３の処理の前に戻る。一方、ＳＣＲ１１の温度Ｔｓｃｒが目標触媒温度Ｔｔｒｇより低いと判定された場合には、これ以上ＳＣＲ１１の冷却制御を継続する必要がないと判断されるので、ＳＣＲ１１の冷却制御を停止して本ルーチンを一旦終了する。
【００４０】
なお、本ルーチンの実行においては、ＳＣＲＦ１０の温度が極端に高くない限り、ＳＣＲ１１においてＮＯｘ浄化が可能な程度のＮＨ３のすり抜けが生じていることを前提としている。よって、本実施例においては、Ｓ１０１の処理を実行するＥＣＵ２０が還元剤供給判定手段に相当する。もちろん、Ｓ１０１において、ＳＣＲＦ１０の温度が冷却判定閾値Ｔ１より高温の所定の閾値以上である場合には、ＳＣＲ１１においてＮＯｘ浄化が可能な程度のＮＨ３のすり抜けが生じないと判断し、ＳＣＲ温度制御ルーチンを一旦終了するような制御としてもよい。
【００４１】
図５には、上記のＳＣＲ温度制御ルーチンを実行した際の、ＳＣＲＦ１０及びＳＣＲ１１に関連する各パラメータの変化について示す。図５（ａ）はＳＣＲＦ１０及びＳＣＲ１１の温度変化である。図５（ｂ）はＳＣＲＦ１０へ流入する排気とＳＣＲ１１から排出される排気におけるＮＯｘ濃度の変化である。図５（ｃ）はＳＣＲＦ１０及びＳＣＲ１１上におけるＮＨ３の酸化量の変化である。
【００４２】
図５（ａ）に示すように、内燃機関１のＳＣＲＦ１０のフィルタのＰＭ再生処理が開始されると、ＳＣＲＦ１０及び、ＳＣＲ１１の温度は上昇を続ける。そして、ＳＣＲＦ１０の温度が上昇して冷却判定温度Ｔ１以上となり、さらに、ＳＣＲ１１の温度が上昇して冷却判定温度Ｔ２以上となる時刻ｔ１においてＳＣＲ１１の冷却制御が開始される。これにより、ＳＣＲ１１の温度は低下し始める。そして、ＳＣＲ温度が目標触媒温度Ｔｔｒｇより低くなる時刻ｔ２において、冷却制御が停止される。
【００４３】
また、ＳＣＲＦ１０へ流入する排気におけるＮＯｘ濃度は、図５（ｂ）に示すように一定になっている。そして、ＳＣＲＦ１０及びＳＣＲ１１の温度が上昇するにつれて、ＳＣＲＦ１０及びＳＣＲ１１におけるＮＯｘ浄化率が一旦上昇するので、ＳＣＲ１１から排出される排気におけるＮＯｘ濃度は低下する。そして、ＳＣＲＦ１０及びＳＣＲ１１の温度がさらに上昇し続けると、図５（ｃ）に示すようにＳＣＲＦ１０及びＳＣＲ１１上におけるＮＨ３の酸化量が増加し始めるので、図５（ｂ）に示すようにＳＣＲ１１から排出される排気におけるＮＯｘ濃度は再度増加する。
【００４４】
そして、時刻ｔ１においてＳＣＲ１１の冷却制御が開始されると、ＳＣＲ１１の温度の低下に伴い、ＳＣＲ１１におけるＮＨ３の酸化量が減少しＮＯｘ浄化率が上昇するので、その結果としてＳＣＲ１１から排出される排気におけるＮＯｘ濃度も低下する。
【００４５】
以上のように、本実施例によれば、ＰＭ再生処理などにより、ＳＣＲＦ１０の温度がＳＣＲ１１の冷却制御が必要と判断される高温であり、且つ、ＳＣＲ１１の温度がＳＣＲ１１においても充分なＮＯｘ浄化率が得られないと判断される温度である場合には、ＳＣＲ１１の冷却制御を行いＳＣＲ１１をＮＯｘ浄化率の高い状態に維持する。そして、ＳＣＲＦ１０の温度上昇によるＮＯｘ浄化率低下や、ＮＨ３自体が酸化することに起因して増加するＮＯｘを、ＳＣＲ１１において充分に還元浄化することができる。
【００４６】
また、本実施例では、ＳＣＲＦ１０において充分なＮＯｘ浄化率が見込めず、ＳＣＲ１
１の温度低下が有効に働く場合にのみ、ＳＣＲ１１の冷却制御を行うので、ＳＣＲＦ１０及びＳＣＲ１１を有効に使い切り、効率良く排気浄化をすることが可能となる。
【００４７】
＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２について説明する。実施例２では、ＳＣＲＦ１０へ流入する排気におけるＮＯｘ濃度、排気流量、触媒温度、還元剤供給量を取得し、これらの値から、ＳＣＲ１１の最適な冷却量を算出し、最適冷却制御用の目標温度を算出し、この値に基づいてＳＣＲ１１の冷却制御を行う例について説明する。
【００４８】
図６には、本実施例における内燃機関１及びその排気系、制御系について示す。図６に示した系では、ＮＯｘセンサ１８及び、吸入空気量センサ１９から取得した情報をＳＣＲ１１の冷却制御に用いることとしている。なお、本実施例において排気浄化システムは、図６に示す構成のうち、内燃機関１を除いた構成を含んでいる。
【００４９】
次に図７は、ＮＨ３によるＮＯｘ還元処理に影響を及ぼすパラメータの変化によって、ＳＣＲＦ１０に供給されたＮＨ３のうちの、ＮＯｘ浄化に使われるＮＨ３の量と、ＳＣＲＦ１０で酸化されるＮＨ３の量と、ＳＣＲＦ１０をすり抜けるＮＨ３の量との関係がどのように変わるかを示すグラフである。図７（ａ）は還元剤としてのＮＨ３の供給量との関係を、図７（ｂ）は排気流量との関係を、図７（ｃ）はフィルタ温度すなわちＳＣＲＦ１０の温度との関係を示す。
【００５０】
図７（ａ）から分かるように、ＮＨ３の供給量を増加させると、それに比例して、ＮＯｘ浄化に使われるＮＨ３の量と、ＳＣＲＦ１０で酸化されるＮＨ３の量と、ＳＣＲＦ１０をすり抜けるＮＨ３の量の合計量は増加する。そして、ＮＨ３の供給量を増加させることで、ＮＯｘ浄化に使われるＮＨ３の量、ＳＣＲＦ１０をすり抜けるＮＨ３の量を増加させることができる。
【００５１】
図７（ｂ）から分かるように、排気流量が増加すると、供給されたＮＨ３のうち、ＮＯｘ浄化に使われるＮＨ３の量とＳＣＲＦ１０で酸化されるＮＨ３の量は減少し、ＳＣＲＦ１０をすり抜けるＮＨ３の量が増加する。また、図７（ｃ）から分かるように、フィルタ温度すなわちＳＣＲＦ１０の温度が上昇すると、供給されたＮＨ３のうち、ＮＯｘ浄化に使われるＮＨ３の量は減少し、ＳＣＲＦ１０で酸化されるＮＨ３の量は増加し、ＳＣＲＦ１０をすり抜けるＮＨ３の量は減少する。そして、ＳＣＲＦ１０の温度が非常に高い場合には、ＳＣＲ１１に還元剤を供給できない場合も生じる。
【００５２】
このように、ＮＨ３の供給量、排気流量、ＳＣＲＦ１１の温度によって、ＳＣＲＦ１１におけるＮＯｘ浄化量、ＮＨ３の酸化量及び、ＮＨ３のすり抜け量が決まるので、これに応じて、ＳＣＲ１１の冷却温度を制御することで、より精度よく、ＳＣＲ１１におけるＮＯｘ浄化率を向上させ、排気浄化システム全体のＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００５３】
図８には、本実施例におけるＳＣＲ温度制御ルーチン２についてのフローチャートを示す。ＳＣＲ温度制御ルーチン２は、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶され、ＣＰＵによって実行されるプログラムであって、内燃機関１の稼働中は所定時間毎に定期的に実行されるルーチンである。
【００５４】
ＳＣＲ温度制御ルーチン２が実行されると、まず、Ｓ１０１において、ＳＣＲＦ１０の温度Ｔｓｃｒｆが冷却判定閾値Ｔ１以上かどうかが判定され、Ｓ１０２においては、ＳＣＲ１１の温度Ｔｓｃｒが冷却判定閾値Ｔ２以上か否かが判定されるが、これは実施例１で説明したＳＣＲ温度制御ルーチンにおける処理と同様の処理であるので、ここでは詳細な
説明は省略する。
【００５５】
次に、Ｓ２０１においては、ＳＣＲＦ１０から排出される未浄化ＮＯｘの量Ｑｎｏｘ及び、ＮＨ３のすり抜け量Ｑｒｅｄが算出される。より具体的には、ＳＣＲＦ１０へ流入する排気のＮＯｘ濃度、排気流量、ＳＣＲＦ１０の温度、ＮＨ３供給量に基づいて、図７に示したような特性を考慮した推定モデル、推定マップを用いて算出される。Ｓ２０１の処理が終了するとＳ２０２に進む。
【００５６】
Ｓ２０２においては、ＮＨ３のすり抜けがあるか否か、すなわち、Ｓ２０１において算出されたＱｒｅｄが零より大きいか否かが判定される。ここでＱｒｅｄ＝０の場合には、ＳＣＲ１１に到達するＮＨ３がなく還元剤不足でＮＯｘ浄化が不可能な状態であるので、ＳＣＲ１１の冷却制御を行っても無駄になると判断されるため、本ルーチンを一旦終了する。一方、Ｑｒｅｄ＞０の場合には、ＳＣＲ１１に供給可能なＮＨ３が存在し、ＮＯｘ浄化が可能な状態であるので、ＳＣＲ１１の冷却制御の効果が期待できると判断されるため、Ｓ２０３に進む。
【００５７】
Ｓ２０３においては、還元剤すり抜け量Ｑｒｅｄが未浄化ＮＯｘ量Ｑｎｏｘの浄化に必要な量（以下、Ｑｎｏｘ浄化使用量ともいう。）より大きいか否かが判定される。ここで、Ｑｒｅｄ＞Ｑｎｏｘ浄化使用量と判定された場合には、ＳＣＲ１１でＮＨ３の酸化反応を起こし、Ｑｎｏｘ浄化使用量に対する余剰分のＮＨ３を全て消費させることが要求されるのでＳ２０４に進む。これは、ＳＣＲ１１から余剰ＮＨ３がさらに下流側に漏れると、ＮＨ３が外部に排出されたり、ＮＨ３の酸化により生じたＮＯｘが外部に排出される虞があるからである。一方、Ｑｒｅｄ≦Ｑｎｏｘ浄化使用量と判定された場合には、実施例１で説明したＳＣＲ温度制御ルーチンにおける制御と同様の冷却制御で充分と考えられるので、Ｓ１０３に進む。
【００５８】
Ｓ２０４においては、最適冷却量が算出される。すなわち、未浄化ＮＯｘ量Ｑｎｏｘ、排気流量、ＮＨ３のすり抜け量Ｑｒｅｄに基づく推定モデルとマップにより、最適冷却制御用の目標温度Ｔｔｒｇ２を算出する。この最適冷却制御用の目標触媒温度Ｔｔｒｇ２は、ＳＣＲ１１において未浄化ＮＯｘが還元浄化され、且つ、余剰のすり抜けＮＨ３を酸化して全てを消費できるようなＳＣＲ１１の温度である。Ｓ２０４の処理が終了するとＳ１０３に進み、触媒冷却制御が実施される。Ｓ２０４からＳ１０３に進んだ場合の目標温度はＴｔｒｇ２、Ｓ２０３からＳ１０３に進んだ場合の目標触媒温度はＴｔｒｇとなる。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４に進む。Ｓ１０４の処理は実施例１で説明したＳＣＲ温度制御ルーチンにおける処理と同等であるので、ここでは説明を省略する。
【００５９】
Ｓ２０５では、ＳＣＲ１１の温度Ｔｓｃｒが目標触媒温度より低いかどうかが判定される。この目標触媒温度は、Ｓ２０３で肯定判定されていた場合にはＴｔｒｇ２であり、Ｓ２０３で否定判定されていた場合にはＴｔｒｇである。ここで、ＳＣＲ１１の温度Ｔｓｃｒが目標触媒温度以上であると判定された場合には、さらに冷却制御を継続する必要があると判断されるので、Ｓ１０３の前に戻る。一方、ＳＣＲ１１の温度Ｔｓｃｒが目標触媒温度より低いと判定された場合には、これ以上ＳＣＲ１１の冷却制御を継続する必要がないと判断されるので、ＳＣＲ１１の冷却制御を停止して本ルーチンを一旦終了する。
【００６０】
以上、説明したとおり、本実施例においては、ＳＣＲＦ１０へ流入される排気のＮＯｘ濃度、排気流量、ＳＣＲＦ１０の温度、ＮＨ３供給量に基づいて、未浄化ＮＯｘの量Ｑｎｏｘ及び、ＮＨ３のすり抜け量Ｑｒｅｄが算出される。そして、Ｑｒｅｄが、Ｑｎｏｘの浄化に必要なＮＨ３の量であるＱｎｏｘ浄化使用量より大きい場合には、ＳＣＲ１１でＮＨ３の一部酸化反応を起こし、余剰のＮＨ３を全て消費させるための目標温度Ｔｔｒｇ２が算出され、当該温度まで冷却されるようにＳＣＲ１１の冷却制御が行われる。よって、
ＳＣＲ１１からのＮＨ３の流出をより確実に抑制することができ、ＮＨ３や、ＮＨ３が酸化して生じたＮＯｘが外部に排出されることを抑制できる。
【００６１】
また、本実施例においては、ＮＨ３のすり抜け量Ｑｒｅｄがあるかどうかを判定し、ＮＨ３のすり抜け量Ｑｒｅｄがない場合には、ＳＣＲ１１でのＮＯｘ浄化は不可能と判断し、ＳＣＲ１１の冷却制御を行わないこととした。これにより、実際にＮＯｘ浄化率向上の効果が期待できる場合にのみＳＣＲ１１の冷却制御を行うことができ、エネルギーの無駄を抑制することができる。なお、本実施例においては、Ｓ２０２の処理を実行するＥＣＵ２０が還元剤供給判定手段に相当する。
【００６２】
＜実施例３＞
次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例では、ＳＣＲＦ１０の温度、排気流量、ＮＯｘ濃度を検知または推定し、ＮＯｘ浄化効率を最大化する還元剤供給量、ＳＣＲ１０の温度を算出した上で、ＳＣＲ１１を冷却制御する例について説明する。なお、本実施例に係る内燃機関１と、その排気系及び制御系の概略構成は図６に示したものと同様である。
【００６３】
図９には、本実施例におけるＳＣＲ温度制御ルーチン３についてのフローチャートを示す。ＳＣＲ温度制御ルーチン３は、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶され、同じくＥＣＵ２０のＣＰＵによって実行されるプログラムであって、内燃機関１の稼働中は所定時間毎に定期的に実行されるルーチンである。
【００６４】
ＳＣＲ温度制御ルーチン３が実行されると、まず、Ｓ１０１において、ＳＣＲＦ１０の温度Ｔｓｃｒｆが冷却判定閾値Ｔ１以上かどうかが判定され、次に、Ｓ２０１においては、未浄化ＮＯｘの量Ｑｎｏｘ及び、ＮＨ３のすり抜け量Ｑｒｅｄが算出される。Ｓ１０１及びＳ２０１における処理の内容は、実施例２のＳＣＲ温度制御ルーチン２におけるＳ１０１及びＳ２０１の処理の内容と同等であるので、ここでは詳細は省略する。Ｓ２０１の処理が終了するとＳ３０１に進む。
【００６５】
Ｓ３０１においては、最適還元剤供給量Ｑｓｕｐｐｌｙを算出する。この最適還元剤供給量Ｑｓｕｐｐｌｙは、ＳＣＲＦ１０において確実にＮＨ３のすり抜けを発生させ、ＳＣＲ１１に確実にＮＨ３を供給し、結果として排気浄化システム全体のＮＯｘ浄化率が最大となる還元剤供給量であって、ＳＣＲＦ１０へ流入する排気のＮＯｘ濃度、排気流量、ＳＣＲＦ１０の温度、この時点における還元剤供給量等に基づき、図７に示したような特性を考慮した推定モデル、推定マップを用いて算出されるものである。Ｓ３０１の処理が終了するとＳ３０２に進む。
【００６６】
Ｓ３０２においては、還元剤噴射弁１４からのＮＨ３供給量をＳ３０１で算出された最適還元剤供給量Ｑｓｕｐｐｌｙに変更する。Ｓ３０２の処理が終了するとＳ１０２に進む。Ｓ１０２ではＳＣＲ１１の温度Ｔｓｃｒが冷却判定閾値Ｔ２以上か否かが判定される。この処理の内容は、実施例１のＳＣＲ温度制御ルーチンにおけるＳ１０２の処理と同等であるので、詳細な説明は省略する。Ｓ１０２においてＳＣＲ１１の温度Ｔｓｃｒが冷却判定閾値Ｔ２以上であると判定された場合にはＳ３０３に進む。
【００６７】
Ｓ３０３においては、未浄化ＮＯｘの量Ｑｎｏｘ及び、還元剤のすり抜け量Ｑｒｅｄが改めて算出される。より具体的には、ＳＣＲＦ１０へ流入する排気のＮＯｘ濃度、排気流量、ＳＣＲＦ１０の温度、Ｓ３０２で変更された新たなＮＨ３供給量に基づいて、図７に示したような特性を考慮した推定モデル、推定マップを用いて算出される。Ｓ３０３の処理が終了するとＳ２０３に進む。Ｓ２０３〜Ｓ２０５までの処理の内容は、実施例２のＳＣＲ温度制御ルーチン２におけるＳ２０３〜Ｓ２０５の処理の内容と同等であるので、こ
こでは詳細は省略する。
【００６８】
以上、説明したように、本実施例においては、実施例２と同様に、ＳＣＲ１１において未浄化ＮＯｘが還元浄化され、且つ、余剰のすり抜けＮＨ３を酸化して全てを消費できるようなＳＣＲ１１の温度である目標触媒温度Ｔｔｒｇ２を算出し、それに向けて冷却制御を行う。それに加えて、排気浄化システム全体としてのＮＯｘ浄化率を最大にする最適還元剤供給量Ｑｓｕｐｐｙを算出し、ＳＣＲＦ１０に供給する。これにより、より確実に、排気浄化システム全体としてのＮＯｘ浄化率を向上させることが可能である。
【００６９】
なお、本実施例におけるＳＣＲ温度制御ルーチン３では、必ずＳＣＲ１１においてＮＯｘ浄化が可能な程度のＮＨ３のすり抜けが生じるような最適還元剤供給量Ｑｓｕｐｐｌｙを使用している。従って、最適還元剤供給量Ｑｓｕｐｐｌｙを算出する際に、ＳＣＲ１１においてＮＯｘ浄化が可能な程度のＮＨ３のすり抜けが生じるか否かの判定がされていると考えられる。よって、本実施例ではＳ３０１を実行するＥＣＵ２０が還元剤供給判定手段であると言える。
【００７０】
次に、上記の実施例で説明した触媒冷却制御においてＳＣＲ１１に流入する排気の温度を低下させる機構の例について説明する。図１０には、排気ガスの冷却装置１７の具体例を示す。図１０（ａ）に示すのは、内燃機関１の冷却水を利用して排気ガスを冷却する例である。この例では、ラジエータ１７ａからの冷却水路１７ｂを排気管５の周囲に這い回している。そして、冷却不要の場合にはラジエータ１７からの冷却水を極低流量で循環させ、ＳＣＲ１１の冷却制御においては、Ｔｔｒｇまたは、Ｔｔｒｇ２の値に応じて流量を増加させ、制御する。
【００７１】
図１０（ｂ）に示すのは、排気管５をＳＣＲＦ１０とＳＣＲ１１との間で分岐させ、分岐管５ａには、空冷または水冷で分岐管５ａを通過する排気を冷却する冷却素子１７ｃが備えられている。冷却不要の場合には排気制御弁５ｂによってＳＣＲＦ１０からの排気の全てが排気管５のみを通過してＳＣＲ１１に流入するようにする。ＳＣＲ１１の冷却制御においては、Ｔｔｒｇまたは、Ｔｔｒｇ２の値に応じて、分岐管５ａを通過する排気の量と、必要に応じて冷却素子１７ｃを流れる水または空気の流量を増加し、ＳＣＲ１１に流入する排気の温度を制御する。
【００７２】
図１０（ｃ）に示すのは、蓄熱材１７ｄを有する蓄熱システムを備えており、蓄熱材１７ｄにおける蓄熱量、放熱量を制御する例である。すなわち、冷却不要の場合は、蓄熱システムを作動させない。また、ＳＣＲ１１の冷却制御においては蓄熱システムを作動させ、排気の熱を蓄熱材１７ｄへ移動させることでＳＣＲ１１に流入する排気を冷却する。また、ＳＣＲ１１の温度が低くなり過ぎた場合には、蓄熱材１７ｄに蓄えられた熱を排気に戻してＳＣＲ１１に流入する排気の温度を上昇させる。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・内燃機関
５・・・排気管
１０・・・ＳＣＲＦ
１１・・・ＳＣＲ
１４・・・還元剤噴射弁
１５・・・第一温度センサ
１６・・・第二温度センサ
１７・・・冷却装置
２０・・・ＥＣＵ
【図１】
2015086848.tif 000003
【図２】
2015086848.tif 000004
【図３】
2015086848.tif 000005
【図４】
2015086848.tif 000006
【図５】
2015086848.tif 000007
【図６】
2015086848.tif 000008
【図７】
2015086848.tif 000009
【図８】
2015086848.tif 000010
【図９】
2015086848.tif 000011
【図１０】
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