(57)【要約】【課題】ＮＨ３を生成する触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を速やかに増加させる。【解決手段】内燃機関１の排気の空燃比が理論空燃比よりも低いときにＮＨ３を生成する触媒であるＮＨ３生成触媒４２と、選択還元型ＮＯｘ触媒４３と、を排気通路４の上流側から順に備え、選択還元型ＮＯｘ触媒４３に吸着されているＮＨ３量が閾値未満の場合で、且つ、ＮＨ３生成触媒４２に吸蔵されているＮＯｘ量が閾値未満の場合に、ＮＨ３生成触媒４２よりも下流で且つ選択還元型ＮＯｘ触媒４３よりも上流から導入するＥＧＲガス量を増加させる。【選択図】図１
2015014215.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排気の空燃比が理論空燃比よりも高いときにＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比よりも低いときにＨ２及び吸蔵していたＮＯｘからＮＨ３を生成する触媒であるＮＨ３生成触媒と、
前記ＮＨ３生成触媒よりも下流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ＮＨ３生成触媒よりも上流の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続して排気の一部を吸気通路へ流す第一ＥＧＲ通路と、
前記ＮＨ３生成触媒よりも下流で且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続して排気の一部を吸気通路へ流す第二ＥＧＲ通路と、
前記第一ＥＧＲ通路及び前記第二ＥＧＲ通路を流れる排気の量を調整する調整装置と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているＮＨ３量が閾値未満の場合で、且つ、前記ＮＨ３生成触媒に吸蔵されているＮＯｘ量が閾値未満の場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているＮＨ３量が閾値以上の場合、または、前記ＮＨ３生成触媒に吸蔵されているＮＯｘ量が閾値以上の場合よりも、前記第一ＥＧＲ通路における排気の流量を減少させ、且つ、前記第二ＥＧＲ通路における排気の流量を増加させる制御装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記排気の空燃比を理論空燃比よりも低くしている場合には、排気の空燃比を理論空燃比以上にしている場合よりも、前記第一ＥＧＲ通路における排気の流量を増加させ、且つ、前記第二ＥＧＲ通路における排気の流量を減少させる請求項１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】
内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＳＲ触媒ともいう。）を配置する技術が知られている。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、三元触媒においても、ＮＳＲ触媒と同様の機能を持たせることができる。
【０００３】
また、三元触媒またはＮＳＲ触媒よりも下流側に、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）を設けることができる。このＳＣＲ触媒は、還元剤によりＮＯｘを選択還元する触媒である。ここで、内燃機関において理論空燃比よりも低い空燃比（リッチ空燃比）で燃焼を行うと、該内燃機関からＣＯまたはＨＣが排出される。そして、三元触媒またはＮＳＲ触媒において排気中のＣＯやＨＣからＨ２が生成されることがある。このＨ２と三元触媒またはＮＳＲ触媒から放出されるＮＯｘとからＮＨ３が生成されることがある。このＮＨ３は、ＳＣＲ触媒に吸着されて還元剤となる。
【０００４】
ここで、ＮＳＲ触媒とＳＣＲ触媒とを備え、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量と、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３吸着量と、に応じて目標空燃比を設定する技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３吸着量を増加させるためには、排気の空燃比をリッチ空燃比として、ＮＳＲ触媒においてＮＨ３を生成させなくてはならない。これには、ＳＣＲ触媒に吸着させるＮＨ３量を生成させるのに十分な量のＮＯｘがＮＳＲ触媒に吸蔵されている必要がある。したがって、ＮＳＲ触媒にＮＯｘが吸蔵されていなければ、リッチ空燃比に調整しても、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３吸着量を増加させることができない。ここで、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を増加させるために、例えば内燃機関の運転状態を変化させて該内燃機関から排出されるＮＯｘ量を増加させることが考えられる。しかし、内燃機関の運転状態を変更するためには、適正な運転状態となるように予め多くの実験が必要となり、時間を要する。また、内燃機関の運転状態を変化させることが困難な場合もある。したがって、ＮＳＲ触媒に速やかにＮＯｘを吸蔵させる技術が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２３７２９６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７２５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、ＮＨ３を生成する触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を速やかに増加させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明では、
内燃機関の排気通路に設けられて排気の空燃比が理論空燃比よりも高いときにＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比よりも低いときにＨ２及び吸蔵していたＮＯｘからＮＨ３を生成する
触媒であるＮＨ３生成触媒と、
前記ＮＨ３生成触媒よりも下流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ＮＨ３生成触媒よりも上流の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続して排気の一部を吸気通路へ流す第一ＥＧＲ通路と、
前記ＮＨ３生成触媒よりも下流で且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続して排気の一部を吸気通路へ流す第二ＥＧＲ通路と、
前記第一ＥＧＲ通路及び前記第二ＥＧＲ通路を流れる排気の量を調整する調整装置と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているＮＨ３量が閾値未満の場合で、且つ、前記ＮＨ３生成触媒に吸蔵されているＮＯｘ量が閾値未満の場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているＮＨ３量が閾値以上の場合、または、前記ＮＨ３生成触媒に吸蔵されているＮＯｘ量が閾値以上の場合よりも、前記第一ＥＧＲ通路における排気の流量を減少させ、且つ、前記第二ＥＧＲ通路における排気の流量を増加させる制御装置と、
を備える。
【０００９】
ＮＨ３生成触媒は、例えば、Ｈ２とＮＯとを反応させてＮＨ３を生成する触媒である。このＮＨ３は、排気の空燃比がリッチ空燃比のときに生成される。ＮＨ３生成触媒は、例えば、三元触媒または吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）とすることができる。
【００１０】
ここで、ＮＨ３生成触媒では、リッチ空燃比のときに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やＨＣとＨ２Ｏとが反応してＨ２が発生する。このＨ２がＮＨ３生成触媒から放出されるＮＯと反応してＮＨ３が生成される。したがって、ＮＨ３生成触媒においてＮＨ３を生成するためには、該ＮＨ３生成触媒にＮＯｘが吸蔵されている必要がある。したがって、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）にＮＨ３を供給するには、ＮＨ３生成触媒に予めＮＯｘを吸蔵させておかなければならない。
【００１１】
しかし、ＳＣＲ触媒にＮＨ３を供給する必要がある場合であっても、ＮＨ３生成触媒にＮＯｘが吸蔵されていない場合もある。これに対して本発明では、ＮＨ３生成触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を速やかに増加させるために、該ＮＨ３生成触媒を通過する排気の量を増加させる。ここで、第一ＥＧＲ通路を流れる排気の量が多くなるほど、または、第二ＥＧＲ通路を流れる排気の量が少なくなるほど、ＮＨ３生成触媒を通過する排気の量が少なくなる。一方、第一ＥＧＲ通路を流れる排気の量が少なくなるほど、または、第二ＥＧＲ通路を流れる排気の量が多くなるほど、ＮＨ３生成触媒を通過する排気の量が多くなる。そして、単位時間当たりにＮＨ３生成触媒を通過する排気の量が増加するほど、単位時間当たりにＮＨ３生成触媒に流入するＮＯｘ量が多くなる。これにより、単位時間当たりにＮＨ３生成触媒に吸蔵されるＮＯｘ量が増加する。したがって、第一ＥＧＲ通路において排気の流量を減少させ、且つ、第二ＥＧＲ通路において排気の流量を増加させることで、ＮＨ３生成触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を速やかに増加させることができる。
【００１２】
なお、第一ＥＧＲ通路において排気の流量を減少させることには、第一ＥＧＲ通路において排気の流通を遮断することを含む。また、選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているＮＨ３量における閾値は、ＮＨ３を供給する必要のある値であり、例えば、ＮＯｘ浄化率が許容範囲よりも低くなるＮＨ３量、または、ＮＯｘ浄化率が許容範囲よりも低くなる虞のあるＮＨ３量とすることができる。また、ＮＨ３吸着量の適正な範囲の下限値を閾値としてもよい。また、ＮＨ３生成触媒に吸蔵されているＮＯｘ量における閾値は、例えば、ＮＨ３を生成させるために必要となるＮＯｘ量の下限値、または、生成されるＮＨ３量が許容範囲となるＮＯｘ量の下限値とすることができる。
【００１３】
また、本発明においては、前記制御装置は、前記排気の空燃比を理論空燃比よりも低くしている場合には、排気の空燃比を理論空燃比以上にしている場合よりも、前記第一ＥＧ
Ｒ通路における排気の流量を増加させ、且つ、前記第二ＥＧＲ通路における排気の流量を減少させることができる。
【００１４】
ここで、ＮＨ３生成触媒において生成されるＮＨ３が第二ＥＧＲ通路に流入すると、該第二ＥＧＲ通路が腐食する虞がある。これに対して、ＮＨ３が生成されるときには、第一ＥＧＲ通路における排気の流量を増加させ、且つ、第二ＥＧＲ通路における排気の流量を減少させることで、第二ＥＧＲ通路に流入するＮＨ３の量を減少させることができるため、第二ＥＧＲ通路の腐食を抑制できる。なお、第二ＥＧＲ通路における排気の流量を減少させることには、第二ＥＧＲ通路における排気の流通を遮断することを含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＮＨ３を生成する触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を速やかに増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例に係る内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３吸着量と、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。
【図３】実施例に係るＥＧＲ供給時のＮＨ３の生成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】
【００１７】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１８】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するガソリン機関である。
【００１９】
内燃機関１には、吸気通路３および排気通路４が接続されている。この吸気通路３の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサ５１が設けられている。また、コンプレッサ５１よりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が設けられている。このエアフローメータ７により、内燃機関１の吸入空気量が測定される。
【００２０】
また、コンプレッサ５１よりも下流の吸気通路３には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ８が設けられている。そして、インタークーラ８よりも下流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量を調整するスロットル９が設けられている。このスロットル９は、電動アクチュエータにより開閉される。
【００２１】
一方、排気通路４の途中には、前記ターボチャージャ５のタービン５２が設けられている。また、タービン５２よりも下流の排気通路４には、上流側から順に、三元触媒４１、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒４２（以下、ＮＳＲ触媒４２という。）、選択還元型ＮＯｘ触媒４３（以下、ＳＣＲ触媒４３という。）が備えられている。
【００２２】
三元触媒４１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４１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。このような酸素ストレージ能の作用により、三元触媒４１がＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを理論空燃比以外であっても浄化することができる。
【００２３】
なお、三元触媒４１には、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を還元する機能を持たせることもできる。この場合、ＮＳＲ触媒４２は設けなくてもよい。また、ＮＳＲ触媒４２を備える場合には、三元触媒４１は設けなくてもよい。
【００２４】
また、ＮＳＲ触媒４２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。ＮＳＲ触媒４２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。
【００２５】
なお、三元触媒４１またはＮＳＲ触媒４２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。例えば、三元触媒４１またはＮＳＲ触媒４２において、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やＨＣとＨ２Ｏとが反応してＨ２が発生すれば、該Ｈ２がＮＯと反応してＮＨ３が生成される。すなわち、本実施例においては三元触媒４１またはＮＳＲ触媒４２が、本発明におけるＮＨ３生成触媒に相当する。なお、本実施例では、ＮＳＲ触媒４２をＮＨ３生成触媒として説明するが、三元触媒４１をＮＨ３生成触媒としても同様に考えることができる。
【００２６】
ＳＣＲ触媒４３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。ＳＣＲ触媒４３へ供給する還元剤には、ＮＳＲ触媒４２にて生成されるＮＨ３を利用することができる。
【００２７】
また、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を吸気通路３へ再循環させるＥＧＲ装置３０が備えられている。このＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３１、第一ＥＧＲ弁３２Ａ、第二ＥＧＲ弁３２Ｂ、第三ＥＧＲ弁３２Ｃ、およびＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。
【００２８】
ＥＧＲ通路３１は、第一分岐部３１Ａ、第二分岐部３１Ｂ、共通部３１Ｃを備えて構成されている。第一分岐部３１Ａの一端は、三元触媒４１よりも下流で且つＮＳＲ触媒４２よりも上流の排気通路４に接続されており、第一分岐部３１Ａの他端は、共通部３１Ｃの一端に接続されている。また、第二分岐部３１Ｂの一端は、ＮＳＲ触媒４２よりも下流で且つＳＣＲ触媒４３よりも上流の排気通路４に接続されており、第二分岐部３１Ｂの他端は、共通部３１Ｃの一端に接続されている。そして、共通部３１Ｃの他端は、コンプレッサ５１よりも上流の吸気通路３に接続されている。なお、第一分岐部３１Ａは、三元触媒４１よりも上流の排気通路４に接続されていてもよい。そして、本実施例では、ＥＧＲ通路３１を通って再循環される排気をＥＧＲガスと称している。
【００２９】
第一分岐部３１Ａには、第一ＥＧＲ弁３２Ａが設けられており、第二分岐部３１Ｂには、第二ＥＧＲ弁３２Ｂが設けられており、共通部３１Ｃには、第三ＥＧＲ弁３２Ｃが設けられている。第一ＥＧＲ弁３２Ａ、第二ＥＧＲ弁３２Ｂ、第三ＥＧＲ弁３２Ｃは、ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスの量を調整する。なお、第一ＥＧＲ弁３２Ａ及び第二ＥＧＲ弁３２Ｂを設ける代わりに、第一分岐部３１Ａと第二分岐部３１Ｂとの接続部において、第一分岐部３１Ａと第二分岐部３１Ｂとを流れるＥＧＲガス量の比を調整する調整弁、または、第一分岐部３１Ａまたは第二分岐部３１Ｂの何れか一方を共通部３１Ｃと接続する切替弁を設けていてもよい。なお
、本実施例においては第一分岐部３１Ａ及び共通部３１Ｃが、本発明における第一ＥＧＲ通路に相当し、第二分岐部３１Ｂ及び共通部３１Ｃが、本発明における第二ＥＧＲ通路に相当する。また、第一分岐部３１Ａの他端、及び、第二分岐部３１Ｂの他端が、夫々吸気通路３に接続されていてもよい。この場合、共通部３１Ｃ及び第三ＥＧＲ弁３２Ｃは必要ない。また、本実施例においては第一ＥＧＲ弁３２Ａ及び第二ＥＧＲ弁３２Ｂが、本発明における調整装置に相当する。
【００３０】
ＥＧＲクーラ３３は、該ＥＧＲクーラ３３を通過するＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水とで熱交換をして、該ＥＧＲガスの温度を低下させる。
【００３１】
また、三元触媒４１よりも下流で且つＮＳＲ触媒４２よりも上流の排気通路４には、排気中のＮＯｘ濃度を検知する第一ＮＯｘセンサ９１が取り付けられている。また、ＮＳＲ触媒４２よりも下流で且つＳＣＲ触媒４３よりも上流の排気通路４には、排気中のＮＯｘ濃度を検知する第二ＮＯｘセンサ９２が取り付けられている。
【００３２】
また、内燃機関１の各気筒２には、気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射弁２１が設けられている。なお、本実施例に係る燃料噴射弁２１を備える代わりに、内燃機関１の吸気通路３内に燃料を噴射する燃料噴射弁を設けてもよい。また、本実施例に係る燃料噴射弁２１と、内燃機関１の吸気通路３内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、を夫々設けてもよい。
【００３３】
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装置である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。
【００３４】
また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１４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出可能なアクセル開度センサ１５、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１６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。
【００３５】
一方、ＥＣＵ１０には、スロットル９、燃料噴射弁２１、第一ＥＧＲ弁３２Ａ、第二ＥＧＲ弁３２Ｂ、第三ＥＧＲ弁３２Ｃが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。
【００３６】
例えばＥＣＵ１０は、エアフローメータ７において検知される吸入空気量に応じた燃料を供給するようにスロットル９の開度または燃料噴射弁２１から噴射する燃料量を制御する。このときに設定される目標空燃比は、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。なお、本実施例に係る内燃機関１は、理論空燃比よりも高い空燃比（例えば２３から２５）で運転している。ただし、高負荷運転時などにおいて、理論空燃比近傍で内燃機関１が運転されることもある。また、ＮＨ３を生成するため又はＮＯｘを還元するために理論空燃比よりも低い空燃比（リッチ空燃比）で運転することもある。
【００３７】
また、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒４２に吸蔵されているＮＯｘの還元処理を実施する。ＮＳＲ触媒４２に吸蔵されているＮＯｘの還元時には、燃料噴射弁２１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４２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。本実施例に係るリッチスパイクは、複数のサイクルにおいて気筒２内の空燃比を所定のリッチ空燃比とすることで、ＮＳＲ触媒４２に流入する排気の空燃比を所定のリッチ空燃比としている。
【００３８】
このリッチスパイクは、ＮＳＲ触媒４２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４２に吸蔵されているＮＯｘ量は、たとえば、ＮＳＲ触媒４２に流入するＮＯｘ量と、ＮＳＲ触媒４２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。そして、リッチスパイクにより減少した分のＮＯｘが減算される。例えばＮＳＲ触媒４２を通過する排気の空燃比がリッチ空燃比となっている時間に基づいて、減少した分のＮＯｘを算出することができる。また、ＮＳＲ触媒４２に吸蔵されているＮＯｘが０となるまでリッチスパイクを実施し、リッチスパイク完了時からのＮＳＲ触媒４２に流入するＮＯｘ量と、ＮＳＲ触媒４２から流出するＮＯｘ量と、の差を積算してもよい。ＮＳＲ触媒４２に流入するＮＯｘ量と、ＮＳＲ触媒４２から流出するＮＯｘ量とは、第一ＮＯｘセンサ９１及び第二ＮＯｘセンサ９２により検知できる。なお、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。
【００３９】
また、ＥＣＵ１０は、リッチスパイクを実施することにより、ＮＳＲ触媒４２においてＮＨ３を生成させる。このリッチスパイクは、ＳＣＲ触媒４３が吸着しているＮＨ３量が所定量まで減少したときに実施される。ＳＣＲ触媒４３が吸着しているＮＨ３量は、例えばＳＣＲ触媒４３に流入するＮＯｘ量に応じて減少する。ＳＣＲ触媒４３に流入するＮＯｘ量は、第二ＮＯｘセンサ９２により検知することができるため、このＮＯｘ量に基づいてＮＨ３の減少量を推定することができる。また、ＳＣＲ触媒４３に流入するＮＨ３量も第二ＮＯｘセンサ９２により検知することができる。また、ＮＳＲ触媒４２を通過する排気の空燃比がリッチ空燃比となっている時間に基づいて、ＳＣＲ触媒４３に流入するＮＨ３量を推定してもよい。そして、ＳＣＲ触媒４３に流入するＮＨ３量と、ＮＨ３の減少量とから、ＳＣＲ触媒４３が吸着しているＮＨ３量を算出することができる。
【００４０】
また、ＥＣＵ１０は、第一ＥＧＲ弁３２Ａ、第二ＥＧＲ弁３２Ｂ、第三ＥＧＲ弁３２Ｃの開度を調整することで、ＥＧＲガス量を調整する。ＥＣＵ１０は、後述する場合以外には、第一ＥＧＲ弁３２Ａを開き、第二ＥＧＲ弁３２Ｂを全閉とし、第三ＥＧＲ弁３２Ｃを開くことによりＥＧＲガスを供給する。すなわち、ＥＧＲガスは、第一分岐部３１Ａ及び共通部３１Ｃを介して供給される。このときには、第二分岐部３１ＢにはＥＧＲガスは流通しない。第一ＥＧＲ弁３２Ａまたは第三ＥＧＲ弁３２Ｃは、全開としてもよいし、供給するＥＧＲガス量に応じた開度としてもよい。
【００４１】
なお、ＥＧＲガスを供給しない場合には、少なくとも第三ＥＧＲ弁３２Ｃを全閉とすればよい。本実施例に係る内燃機関１は通常はリーン空燃比で運転されているため、排気中にＮＯｘが含まれる。このＮＯｘがＮＳＲ触媒４２に吸蔵されるため、該ＮＳＲ触媒４２に吸蔵されているＮＯｘを還元するためのリッチスパイクを実施する必要がある。これに対して、第一分岐部３１Ａを介してＥＧＲガスを供給した場合には、第二分岐部３１Ｂを介してＥＧＲガスを供給した場合よりも、ＮＳＲ触媒４２を通過する排気の量が少なくなる。すなわち、第一分岐部３１Ａを介してＥＧＲガスを供給すると、このＥＧＲガス量の分だけＮＳＲ触媒４２を通過する排気の量が少なくなる。そうすると、ＮＳＲ触媒４２に流入する排気の量が少なくなることにより、ＮＳＲ触媒４２に流入するＮＯｘ量が少なくなる。したがって、ＮＳＲ触媒４２に吸蔵されるＮＯｘ量を減少させることができるため、リッチスパイクを実施する間隔を広くすることができる。これにより、燃費の悪化を抑制できる。
【００４２】
ここで、ＮＳＲ触媒４２においてＮＨ３を生成させるためにリッチスパイクを実施すると、内燃機関１からＣＯまたはＨＣが排出される。このＣＯまたはＨＣは、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Ｈ２Ｏと反応し、その結果、Ｈ２が生成される。このように生成されるＨ２と、ＮＳＲ触媒４２から放出されるＮＯｘと、が反応することでＮＨ３が生成される。このＮＨ３は、下流のＳＣＲ触媒４３に吸着され、該ＳＣＲ触媒４３においてＮＯｘを還元させる還元剤となる。
【００４３】
したがって、ＮＳＲ触媒４２においてＮＨ３を生成させるためには、ＮＳＲ触媒４２にＮＯｘが吸蔵されている必要がある。このため、ＳＣＲ触媒４３に吸着されているＮＨ３量が少なくなったことによりＮＨ３を生成する要求があったとしても、ＮＳＲ触媒４２にＮＯｘが吸蔵されていない場合には、ＮＨ３を生成することができない。そうすると、ＳＣＲ触媒４３に還元剤を供給できなくなるので、ＳＣＲ触媒４３におけるＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。
【００４４】
ここで、図２は、ＳＣＲ触媒４３におけるＮＨ３吸着量と、ＳＣＲ触媒４３におけるＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。ＳＣＲ触媒４３におけるＮＨ３の吸着量が多くなるほど、ＮＯｘ浄化率は高くなるが、ＮＨ３が飽和状態に近くなるので、ＮＨ３がＳＣＲ触媒４３から流出する可能性が高くなる。一方、ＳＣＲ触媒４３におけるＮＨ３吸着量が少なすぎると、ＮＯｘ浄化率が低くなる。したがって、ＳＣＲ触媒４３に吸着させるＮＨ３量には適正な範囲（以下、所定範囲とする。）が存在する。このため、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒４３が吸着しているＮＨ３量が所定範囲内となるように、ＮＳＲ触媒４２においてＮＨ３を生成させる。例えば、ＳＣＲ触媒４３が吸着しているＮＨ３量が所定範囲の下限値になった場合に、リッチスパイクを実施して、ＳＣＲ触媒４３が吸着しているＮＨ３量を所定範囲の上限値まで増加させる。
【００４５】
しかし、ＮＳＲ触媒４２にＮＯｘが吸蔵されていなければＮＨ３の生成は困難である。そこで本実施例では、ＥＧＲガスを供給している場合に、第一分岐部３１Ａにおける排気の流量を減少させ、且つ、第二分岐部３１Ｂにおける排気の流量を増加させる。すなわち、ＮＨ３を生成する要求がある場合において、ＮＳＲ触媒４２におけるＮＯｘ吸蔵量が十分でないときには、ＮＨ３を生成する要求がない場合またはＮＳＲ触媒４２におけるＮＯｘ吸蔵量が十分であるときよりも、第一ＥＧＲ弁３２Ａを閉じ側にし、第二ＥＧＲ弁３２Ｂを開き側にし、第三ＥＧＲ弁３２Ｃを開く。これにより、第一分岐部３１Ａにおける排気の流量が少なくなり、且つ、第二分岐部３１Ｂにおける排気の流量が多くなる。なお、第一ＥＧＲ弁３２Ａは全閉としてもよい。
【００４６】
ここで、第二ＥＧＲ弁３２Ｂを開くことにより、ＮＳＲ触媒４２を通過した後の排気が、第二分岐部３１Ｂに流入する。第二分岐部３１Ｂを介してＥＧＲガスを供給することで、第二分岐部３１Ｂを流通する排気の分だけ、ＮＳＲ触媒４２を通過する排気が増加する。これにより、単位時間当たりにＮＳＲ触媒４２へ流入するＮＯｘ量が多くなるので、ＮＳＲ触媒４２におけるＮＯｘ吸蔵速度（単位時間当たりに吸蔵されるＮＯｘ量）が増加する。したがって、ＮＳＲ触媒４２におけるＮＯｘ吸蔵量を速やかに増加させることができるため、より早期にＮＨ３を生成可能となる。
【００４７】
なお、ＮＨ３を生成する要求がある場合において、ＮＳＲ触媒４２に十分な量のＮＯｘが吸蔵されていないときには、ＮＳＲ触媒４２に吸蔵されているＮＯｘ量に応じて、第二ＥＧＲ弁３２Ｂの開度を調整してもよい。例えば、ＮＳＲ触媒４２に吸蔵されているＮＯｘ量が多いほど、第二ＥＧＲ弁３２Ｂの開度を小さくしてもよい。第二ＥＧＲ弁３２Ｂの開度を小さくすると、ＥＧＲガス量が減少するので、その分、第一ＥＧＲ弁３２Ｂの開度を大きくしてもよい。すなわち、ＮＳＲ触媒４２にＮＯｘを吸蔵させるときには、第二ＥＧＲ弁３２Ｂを全閉にしなければよい。また、ＮＳＲ触媒４２に十分な量のＮＯｘが吸蔵されている場合よりも、第一分岐部３１Ａにおける排気の流量が少なくなり、且つ、第二分岐部３１Ｂにおける排気の流量が多くなるように、第一ＥＧＲ弁３２Ａ及び第二ＥＧＲ弁３２Ｂの開度を決定してもよい。
【００４８】
また、ＥＧＲガスを供給している場合にリッチスパイクを実施するときには、リッチスパイクを実施しない場合よりも、第一分岐部３１Ａにおける排気の流量を増加させ、且つ、第二分岐部３１Ｂにおける排気の流量を減少させてもよい。すなわち、第一ＥＧＲ弁３
２Ａを開き側とし、第二ＥＧＲ弁３２Ｂを閉じ側とし、第三ＥＧＲ弁３２Ｃを開いてもよい。この場合、第二ＥＧＲ弁３２Ｂは全閉としてもよい。
【００４９】
ここで、リッチスパイクを実施したときに生成されるＮＨ３は、燃料中の塩素と反応する。そして、反応後の物質がＥＧＲ通路３１へ流入すると、該ＥＧＲ通路３１及びＥＧＲクーラ３３を腐食させる虞がある。これに対して、ＮＳＲ触媒４２よりも上流から導入するＥＧＲガス量を増加させることにより、ＮＳＲ触媒４２で生成されるＮＨ３がＥＧＲ通路３１へ流入することを抑制できる。なお、ＥＧＲガスを供給している場合にリッチスパイクを実施するときには、リッチスパイクを実施しない場合よりも、第一分岐部３１Ａにおける排気の流量が多くなり、且つ、第二分岐部３１Ｂにおける排気の流量が少なくなるように、第一ＥＧＲ弁３２Ａ及び第二ＥＧＲ弁３２Ｂの開度を決定してもよい。
【００５０】
また、ＳＣＲ触媒４３に吸着されているＮＨ３量を減少させたい場合には、内燃機関１を理論空燃比で運転してもよい。ここで、ＳＣＲ触媒４３におけるＮＨ３量が多すぎると、ＳＣＲ触媒４３の温度が変化したときなどに、ＳＣＲ触媒４３からＮＨ３が流出する虞がある。このような場合には、ＳＣＲ触媒４３に吸着されているＮＨ３量を減少させる。ここで、理論空燃比で内燃機関１を運転することにより、ＮＳＲ触媒４２に吸蔵されていたＮＯｘが、該ＮＳＲ触媒４２から放出される。このＮＯｘは、ＮＳＲ触媒４２においては還元剤の不足により還元されず、ＳＣＲ触媒４３へ流入する。
【００５１】
このように、ＳＣＲ触媒４３へ流入するＮＯｘを還元するために、ＳＣＲ触媒４３に吸着されているＮＨ３が消費されるので、ＳＣＲ触媒４３におけるＮＨ３吸着量を減少させることができる。このときには、第一分岐部３１Ａまたは第二分岐部３１Ｂのどちらを介してＥＧＲガスを供給してもよい。ただし、第一分岐部３１ＡからＥＧＲガスを導入したほうが、吸気通路３との圧力差が大きくなり、ＥＧＲガスを供給し易い。また、第一ＥＧＲ弁３２Ａ及び第二ＥＧＲ弁３２Ｂを共に開き、夫々の開度を調整してもよい。なお、ＥＧＲガスを供給している場合であっても、また、ＥＧＲガスを供給しない場合であっても同様に、内燃機関１を理論空燃比で運転することにより、ＳＣＲ触媒４３に吸着されているＮＨ３量を減少させることができる。
【００５２】
また、ＳＣＲ触媒４３に吸着されているＮＨ３量を減少させたいが、ＮＳＲ触媒４２に吸蔵されているＮＯｘ量が十分でない場合には、理論空燃比（例えば１４．６）よりも少し高い空燃比（例えば１５）となるように、燃料噴射量または吸入空気量を調整してもよい。ここで、ＮＳＲ触媒４２にＮＯｘが吸蔵されていなければ、内燃機関１を理論空燃比で運転してもＮＳＲ触媒４２からＮＯｘが放出されないため、ＳＣＲ触媒４３に吸着されているＮＨ３量を減少させることが困難となる。
【００５３】
これに対し、理論空燃比よりも少し高い空燃比で内燃機関１を運転することにより、三元触媒４１におけるＮＯｘ浄化率が低下する。このため、三元触媒４１を通過するＮＯｘ量が増加する。また、ＮＳＲ触媒４２においても、理論空燃比近傍であるため、ＮＯｘはほとんど吸蔵されない。さらに、理論空燃比よりも少し高い空燃比とすることで、内燃機関１で発生するＮＯｘ量も増加する。したがって、ＳＣＲ触媒４３に流入するＮＯｘ量を増加させることができるため、ＳＣＲ触媒４３に吸着されているＮＨ３量を減少させることができる。このときには、第一分岐部３１Ａまたは第二分岐部３１Ｂのどちらを介してＥＧＲガスを供給してもよい。ただし、第一分岐部３１ＡからＥＧＲガスを導入したほうが、吸気通路３との圧力差が大きくなり、ＥＧＲガスを供給し易い。また、第一ＥＧＲ弁３２Ａ及び第二ＥＧＲ弁３２Ｂを共に開き、夫々の開度を調整してもよい。なお、ＥＧＲガスを供給している場合であっても、また、ＥＧＲガスを供給しない場合であっても同様に、内燃機関１を理論空燃比よりも少し高い空燃比で運転することにより、ＳＣＲ触媒４３に吸着されているＮＨ３量を減少させることができる。
【００５４】
また、ＳＣＲ触媒４３に吸着されているＮＨ３量を速やかに増加させたい場合で、且つ、ＮＳＲ触媒４２に十分な量のＮＯｘが吸蔵されている場合には、リッチスパイクの頻度を高めればよい。こうすることで、ＥＧＲガスを供給しているか否かに関わらず、ＮＳＲ触媒４２においてより多くのＮＨ３を生成させることができる。
【００５５】
ここで、ＥＧＲガスを供給していない場合において、ＮＨ３を生成する要求があるにも関わらず、ＮＳＲ触媒４２に吸蔵されているＮＯｘ量が十分でない場合には、内燃機関１を運転するときの目標空燃比を少し低くすることが考えられる。この場合、低くなった後の目標空燃比もリーン空燃比である。例えば、内燃機関１の目標空燃比を２５として運転していた場合には、目標空燃比を２４．５に低下させる。このように、空燃比を低下させると、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量が増加し、ＮＳＲ触媒４２に吸蔵されるＮＯｘ量が増加する。これは、ＥＧＲ装置３０を備えていない場合も同様である。
【００５６】
このように、ＥＧＲガスを供給していない場合またはＥＧＲ装置３０を備えていない場合において、ＮＳＲ触媒４２に吸蔵されるＮＯｘ量を増加させるには、内燃機関１の運転状態を変更しなければならない。このため、実験を繰り返すなどして、最適な運転状態を見つけ出す必要がある。これには、時間がかかる。また、空燃比が２５付近では、空燃比センサの精度が低くなるため、空燃比の制御が困難となる虞もある。
【００５７】
これに対して本実施例では、ＥＧＲガスを導入する位置を切り替えるだけで、ＮＳＲ触媒４２により多くのＮＯｘを吸蔵させることができる。このようにＥＧＲガスを導入する位置を変更しても、内燃機関１の運転状態への影響はほとんどない。このため、実験等にかかる時間を短縮することができる。また、空燃比を変更しないので、制御が困難となることも抑制できる。
【００５８】
図３は、本実施例に係るＥＧＲ供給時のＮＨ３の生成フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。また、本ルーチン開始時には、内燃機関１は理論空燃比よりも高い空燃比（例えば２３から２５）で運転されている。また、本ルーチン開始時には、第一ＥＧＲ弁３２Ａが開かれ、且つ、第二ＥＧＲ弁３２Ｂが閉じられており、第一分岐部３１Ａを介してＥＧＲガスが供給されている。
【００５９】
ステップＳ１０１では、ＳＣＲ触媒４３におけるＮＨ３吸着量が推定される。ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒４３に流入するＮＯｘ量及びＮＨ３量に基づいて、ＳＣＲ触媒４３におけるＮＨ３吸着量を算出する。ステップＳ１０１の処理が完了するとステップＳ１０２へ進む。
【００６０】
ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で推定されるＮＨ３吸着量が所定範囲外であるか否か判定される。この所定範囲は、図２において説明した所定範囲と同じである。所定範囲は、実験またはシミュレーション等により求めてもよい。本ステップでは、ＮＨ３吸着量が適正な範囲よりも多いか又は少ないか判定している。なお、本ステップでは、ＮＨ３吸着量が所定範囲外となる虞があるか否か判定してもよい。すなわち、所定範囲外となる前に、余裕を持って判定を行えるようにしてもよい。また、所定範囲に余裕を持たせてもよい。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはＮＨ３を生成する必要はないため本ルーチンを終了させる。
【００６１】
ステップＳ１０３では、ＳＣＲ触媒４３におけるＮＨ３吸着量が、閾値未満であるか否か判定される。ここでいう閾値は、ステップＳ１０２における所定範囲の下限値としてもよい。本ステップでは、ＳＣＲ触媒４３においてＮＨ３が不足する状態にあるか否か判定
している。なお、本ステップでは、ＮＨ３吸着量が所定範囲よりも少なくなる虞があるか否か判定してもよい。すなわち、所定範囲よりも少なくなる前に、余裕を持って判定を行えるようにしてもよい。また、所定範囲に余裕を持たせてもよい。閾値は、ＮＯｘ浄化率が許容範囲内となるＮＨ３吸着量の下限値、または、ＮＯｘ浄化率が許容範囲内ではあるが許容範囲よりも低くなる虞のあるＮＨ３吸着量とすることができる。この閾値には、ある程度の余裕を持たせてもよい。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ステップＳ１０７へ進む。
【００６２】
ステップＳ１０４では、ＮＳＲ触媒４２におけるＮＯｘ吸蔵量が推定される。ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒４２に流入するＮＯｘ量、ＮＳＲ触媒４２から流出するＮＯｘ量、還元されたＮＯｘ量に基づいて、ＮＳＲ触媒４２におけるＮＯｘ吸蔵量を算出する。ステップＳ１０４の処理が完了するとステップＳ１０５へ進む。
【００６３】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で推定されるＮＯｘ吸蔵量が閾値以上であるか否か判定される。本ステップでは、ＮＨ３を生成するにあたり、ＮＳＲ触媒４２におけるＮＯｘ吸蔵量が十分に多いか否か判定される。ここでいう閾値は、ＮＨ３を生成するために必要となるＮＯｘ吸蔵量の下限値である。閾値は、実験またはシミュレーション等により求めてもよい。ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【００６４】
ステップＳ１０６では、第一ＥＧＲ弁３２Ａを閉じ側とし、第二ＥＧＲ弁３２Ｂを開き側とする。本ルーチンはＥＧＲガスを供給している場合に実施されるので、第三ＥＧＲ弁３２Ｃは開かれている。本ステップを処理することにより、第二分岐部３１Ｂを介してＥＧＲガスが供給されるので、ＮＳＲ触媒４２におけるＮＯｘ吸蔵量が増加する。なお、本ステップでは、第一ＥＧＲ弁３２Ａを全閉とし、第二ＥＧＲ弁３２Ｂを全開としてもよい。そして、ステップＳ１０６の処理が完了するとステップＳ１０４へ戻る。すなわち、ＮＳＲ触媒４２におけるＮＯｘ吸蔵量が閾値以上となるまで、ＮＳＲ触媒４２よりも下流側からＥＧＲガスを導入する。
【００６５】
また、ステップＳ１０７では、内燃機関１が理論空燃比または理論空燃比よりも少し高い空燃比で運転される。本ステップでは、ＳＣＲ触媒４３におけるＮＨ３吸着量が過多のため、ＳＣＲ触媒４３へＮＯｘを供給することで、ＮＨ３吸着量を減少させる。ステップＳ１０７の処理が完了すると、本ルーチンを終了させる。
【００６６】
また、ステップＳ１０８では、第一ＥＧＲ弁３２Ａを開き側とし、第二ＥＧＲ弁３２Ｂを閉じ側とする。すなわち、第一分岐部３１Ａを介して供給するＥＧＲガス量を増加させる。本ステップでは、リッチスパイクに備えて、ＮＳＲ触媒４２よりも上流側から導入するＥＧＲガス量を増加させる。なお、本ステップでは、第一ＥＧＲ弁３２Ａを全開とし、第二ＥＧＲ弁３２Ｂを全閉としてもよい。
【００６７】
そして、ステップＳ１０９においてリッチスパイクが実施される。このときには、ＮＳＲ触媒４２に十分なＮＯｘが吸蔵されているため、該ＮＳＲ触媒４２においてＮＨ３を生成することができる。したがって、ＳＣＲ触媒４３へＮＨ３を供給することができる。ステップＳ１０９の処理が完了すると、本ルーチンを終了させる。なお、本実施例においてはステップＳ１０６またはステップＳ１０９を処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。
【００６８】
以上説明したように、本実施例によれば、ＮＳＲ触媒４２に吸蔵されているＮＯｘ量が、ＮＨ３を生成するのに十分な量でない場合に、ＮＳＲ触媒４２よりも下流側からＥＧＲガスを導入することで、ＮＳＲ触媒４２に速やかにＮＯｘを吸蔵させることができる。こ
れにより、ＳＣＲ触媒４３においてＮＨ３が不足することを抑制できる。このときには、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度としてもよい。）はほとんど変化せず、ＣＯやＨＣの排出量もほとんど変わらないので、排気中の有害物質が増加することもない。また、実験等にかかる時間を短縮することができる。また、リッチスパイクを実施するときには、ＮＳＲ触媒４２よりも上流側からＥＧＲガスを導入することで、ＥＧＲ通路３１及びＥＧＲクーラ３３が腐食することを抑制できる。
【符号の説明】
【００６９】
１     内燃機関
２     気筒
３     吸気通路
４     排気通路
１０   ＥＣＵ
２１   燃料噴射弁
３０   ＥＧＲ装置
３１   ＥＧＲ通路
３１Ａ 第一分岐部
３１Ｂ 第二分岐部
３１Ｃ 共通部
３２Ａ 第一ＥＧＲ弁
３２Ｂ 第二ＥＧＲ弁
３２Ｃ 第三ＥＧＲ弁
３３   ＥＧＲクーラ
４１   三元触媒
４２   吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）
４３   選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
９１   第一ＮＯｘセンサ
９２   第二ＮＯｘセンサ
【図１】
2015014215.tif 000003
【図２】
2015014215.tif 000004
【図３】
2015014215.tif 000005