(57)【要約】【課題】燃機関の排気通路に複数のＮＯｘ触媒を直列に有する排気浄化システムにおいて、排気中の未燃燃料成分が多量にＮＯｘ触媒に流れ込んだとしても、ＮＯｘ触媒の熱劣化を可及的に抑制し当該システムにおけるＮＯｘ浄化率を好適に維持する。【解決手段】燃機関の排気通路に第一及び第二ＮＯｘ触媒を直列に有する排気浄化システムにおいて、検出部により第一ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中の未燃燃料成分の量を検出し、ＮＯｘ量制御部により、第一ＮＯｘ触媒の温度が、該第一ＮＯｘ触媒の熱劣化が想定される所定温度を超えている場合に、該第一ＮＯｘ触媒へ流入する排気に含まれるＮＯｘ量を、検出部により検出された未燃燃料成分の量に基づいて、該第一ＮＯｘ触媒の温度が該所定温度を超えていない場合における該第一ＮＯｘ触媒へ流入する排気に含まれるＮＯｘ量より多い所定量に増量する。【選択図】図２
2015094284.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、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する第一ＮＯｘ触媒と、
前記第一ＮＯｘ触媒の下流側の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する第二ＮＯｘ触媒と、
前記第一ＮＯｘ触媒の上流側で、該選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、
前記第一ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中の未燃燃料成分の量を検出する検出部と、
前記第一ＮＯｘ触媒の温度が、該第一ＮＯｘ触媒の熱劣化が想定される所定温度を超えている場合に、該第一ＮＯｘ触媒へ流入する排気に含まれるＮＯｘ量を、前記検出部により検出された未燃燃料成分の量に基づいて、該第一ＮＯｘ触媒の温度が該所定温度を超えていない場合における該第一ＮＯｘ触媒へ流入する排気に含まれるＮＯｘ量より多い所定量に増量するＮＯｘ量制御部と、
を備える、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、内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気に含まれるＮＯｘを、アンモニアを還元剤として使用して浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）を有する排気浄化システムが知られている。当該排気浄化システムには、ＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着量がＮＯｘ浄化のために適切な状態となるように、ＮＯｘ触媒の上流側において、排気中に、アンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する供給弁等が設置される。
【０００３】
ここで、ＮＯｘ触媒の温度が過度に上昇すると触媒が破損や溶損等の熱劣化を生じ、そのＮＯｘ浄化能が低下していくため、ＮＯｘ触媒温度の過昇温は可及的に回避するのが好ましい。例えば、特許文献１には、排気通路に設けられた触媒の温度が所定の温度を超えた場合に、排気への燃料添加量を増量してその燃料の気化潜熱により排気温度を低下させることで、触媒の過昇温を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２１４４１号公報
【特許文献２】特開平５−８６２１４号公報
【特許文献３】特開平６−１５９０４３号公報
【特許文献４】特開平５−１７１９２１号公報
【特許文献５】特開平１１−７６８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、内燃機関の排気浄化システムにおいてＮＯｘ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）が使用される場合、排気通路に少なくとも２つのＮＯｘ触媒を直列に配置することができる。このように複数のＮＯｘ触媒を利用することで、排気中に供給された還元剤を効率的に利用して排気浄化システムとしてのＮＯｘ浄化率を高めることができる。このような排気浄化システムでは、一般に内燃機関に近い上流側のＮＯｘ触媒は、下流側のＮＯｘ触媒と比べて相対的に高温の排気が流れ込むことになるため、その触媒温度が相対的に高くなる環境に置かれることになる。
【０００６】
そして、その上流側のＮＯｘ触媒の温度が比較的高い状態にあるときに、従来技術のように排気添加燃料の気化潜熱を利用した冷却方法を行おうとすると、その添加燃料がＮＯｘ触媒で酸化されることで生じる酸化熱の影響を無視できない場合がある。一般に、ＮＯｘ触媒では、ＮＯｘの還元効率を高めるために、排気中のＮＯをＮＯ２に変換するためのイオン交換金属（例えば、鉄や銅）が含まれている。このイオン交換金属により未燃燃料成分が酸化されることで生じる酸化熱が比較的大きくなると、効果的な触媒冷却が行えないばかりではなく、ＮＯｘ触媒の過昇温を引き起こすことになる。また、上流側のＮＯｘ触媒で排気中の未燃燃料成分が十分に酸化されなかったとしても、下流側に更にＮＯｘ触媒が配置されているため、その下流側のＮＯｘ触媒において酸化熱の発生による熱劣化が懸念される。
【０００７】
なお、従来技術のように触媒の冷却目的で排気に燃料添加を行う場合だけではなく、何らかの理由で直列に配置された複数のＮＯｘ触媒に対して、多量の未燃燃料成分が流れ込
んだ場合にも、同じようにＮＯｘ触媒の温度によっては熱劣化が顕著となり、排気浄化システムとしてのＮＯｘ浄化率が低下してしまう恐れがある。
【０００８】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気通路に複数のＮＯｘ触媒を直列に有する排気浄化システムにおいて、排気中の未燃燃料成分が多量にＮＯｘ触媒に流れ込んだとしても、ＮＯｘ触媒の熱劣化を可及的に抑制し当該システムとしてのＮＯｘ浄化率を好適に維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明において、上記課題を解決するために、ＮＯｘ触媒において未燃燃料成分の酸化反応に代えて、未燃燃料成分を利用したＮＯｘ還元反応を促進させる構成を採用した。ＮＯｘ触媒において生じる、未燃燃料成分を利用したＮＯｘ還元反応で生じる発熱は、未燃燃料成分の酸化反応による酸化熱よりも低いため、ＮＯｘ触媒の温度が過度に上昇することを抑制し得る。更に、当該ＮＯｘ還元反応では未燃燃料を消費することになるため、特に、上流側のＮＯｘ触媒で当該ＮＯｘ還元反応で未燃燃料成分を消費すれば下流側のＮＯｘ触媒に到達する未燃燃料成分の量を抑制でき、その熱劣化の回避をより確実なものとすることができる。
【００１０】
具体的には、本願発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する第一ＮＯｘ触媒と、前記第一ＮＯｘ触媒の下流側の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する第二ＮＯｘ触媒と、前記第一ＮＯｘ触媒の上流側で、該選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、前記第一ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中の未燃燃料成分の量を検出する検出部と、前記第一ＮＯｘ触媒の温度が、該第一ＮＯｘ触媒の熱劣化が想定される所定温度を超えている場合に、該第一ＮＯｘ触媒へ流入する排気に含まれるＮＯｘ量を、前記検出部により検出された未燃燃料成分の量に基づいて、該第一ＮＯｘ触媒の温度が該所定温度を超えていない場合における該第一ＮＯｘ触媒へ流入する排気に含まれるＮＯｘ量より多い所定量に増量するＮＯｘ量制御部と、を備える、内燃機関の排気浄化システムである。
【００１１】
上記排気浄化システムに含まれる第一ＮＯｘ触媒および第二ＮＯｘ触媒は、主に、還元剤供給部から供給された還元剤により生成されるアンモニアを還元剤としてＮＯｘを選択的に還元するＮＯｘ触媒である。なお、このＮＯｘ触媒で消費されるアンモニアは、還元剤供給部によって排気に供給されるアンモニア又はアンモニアの前駆体（例えば、尿素等）から生成される。供給されるこれらのアンモニア等は、水溶液の状態で排気に供給されてもよく、また、気体の状態で排気に供給されてもよい。
【００１２】
第一ＮＯｘ触媒は第二ＮＯｘ触媒より上流側に配置され、内燃機関からの排気が先に流れ込むため、第一ＮＯｘ触媒は比較的高温状態になりやすい環境に置かれている。ここで、第一ＮＯｘ触媒および第二ＮＯｘ触媒は、一般に酸化能力を有する鉄や銅等がイオン交換により組み込まれた構造を有する。これは、排気中のＮＯをＮＯ２に酸化させて、上記のＮＯｘの還元反応を効率的に実行するためである。したがって、このような構成を有する第一ＮＯｘ触媒と第二ＮＯｘ触媒が排気通路に直列に配置された排気浄化システムにおいて、第一ＮＯｘ触媒の温度が比較的高い状態にあるときに、第一ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中に多量の未燃燃料成分が含まれていると、第一ＮＯｘ触媒で未燃燃料成分の酸化反応が生じ、その触媒温度が過度に上昇する可能性がある。
【００１３】
そこで、本発明に係る排気浄化システムでは、第一ＮＯｘ触媒の温度が所定温度を越えている場合には、第一ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中のＮＯｘの増量制御が行われる。なお、この所定温度は、第一ＮＯｘ触媒の温度が過度に上昇することによる熱劣化を想定し得
る閾値であり、換言すれば、第一ＮＯｘ触媒の温度が所定温度を越える状態が続くと、第一ＮＯｘ触媒が熱劣化し始め、又は、熱劣化の程度が顕著になると判断するための閾値である。このように第一ＮＯｘ触媒の温度が所定温度を越えると、排気中の未燃燃料成分の酸化による温度上昇を可及的に抑制するために、ＮＯｘ量制御部が、排気中のＮＯｘ量を、第一ＮＯｘ触媒の温度が所定温度を越えていない場合の排気中のＮＯｘ量よりも多い所定量となるように増量制御を行う。
【００１４】
この結果、上流側に位置する第一ＮＯｘ触媒には、増量された多量のＮＯｘを含む排気が流れ込むことになる。そのため、第一ＮＯｘ触媒では、排気中の酸素が占める割合が低下する一方でＮＯｘが占める割合が上昇するため、排気中の未燃燃料成分を利用したＮＯｘの還元反応が促進されることになる。当該ＮＯｘの還元反応では未燃燃料成分を消費され、且つその還元反応による発熱は、未燃燃料成分の酸化熱より低いため、第一ＮＯｘ触媒の温度上昇を可及的に抑制しながら、下流側に位置する第二ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中の未燃燃料成分の量を減少させることができる。そして、好ましくは、増量されたＮＯｘ量である上記所定量は、第二ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中の未燃燃料成分が可及的に少なくなるように、換言すれば、第一ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元反応で排気中の未燃燃料成分が概ね全て消費されるように設定される。
【００１５】
このように、本発明に係る排気浄化システムでは、第一ＮＯｘ触媒の温度が所定温度を越えている場合でも、ＮＯｘ量制御部によるＮＯｘの増量制御が行われることで、たとえ排気中に多量の未燃燃料成分が含まれていたとしても、第一ＮＯｘ触媒の温度上昇を可及的に抑制しつつ、下流側の第二ＮＯｘ触媒をより適切に熱劣化から保護することが可能となる。この結果、少なくとも第二ＮＯｘ触媒が熱劣化から保護されることになり、以て排気浄化システムとしてはＮＯｘ浄化能を好適な状態に維持することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明によれば、内燃機関の排気通路に複数のＮＯｘ触媒を直列に有する排気浄化システムにおいて、排気中の未燃燃料成分が多量にＮＯｘ触媒に流れ込んだとしても、ＮＯｘ触媒の熱劣化を可及的に抑制し当該システムにおけるＮＯｘ浄化率を好適に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本願発明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】図１に示す内燃機関の排気浄化システムにおいて実行される熱劣化抑制制御のフローチャートである。
【図３】図１に示す内燃機関の排気浄化システムにおいて、上流側のＮＯｘ触媒での未燃燃料成分（ＨＣ）の消費量の推移を示す図である。
【図４】図１に示す内燃機関の排気浄化システムにおいて、上流側のＮＯｘ触媒での触媒温度とＮＯｘ量との相関を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本願発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。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。
【実施例１】
【００１９】
本願発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施例について、本願明細書に添付された図に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関１の排気浄化システムの概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、本願発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジ
ン等であってもよい。なお、図１においては、内燃機関１の吸気系や、排気通路２を流れる排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ装置等の記載は省略されてるが、必要に応じてこれらの構成は本願発明の一部として言及される。
【００２０】
内燃機関１の排気通路２には、排気中のＮＯｘをアンモニアを還元剤として選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という）が２つ、排気の流れに沿って直列に配置されている。具体的には、排気の流れに沿って上流側に第一ＮＯｘ触媒３と、その下流側に第二ＮＯｘ触媒４が配置され、両触媒の間は所定距離をもって隔離されている。すなわち、第一ＮＯｘ触媒３と第二ＮＯｘ触媒４は、それぞれ個別に形成されたＮＯｘ触媒であって、それぞれがアンモニアによるＮＯｘ還元浄化能を有するものである。そして、各ＮＯｘ触媒３、４において還元剤として作用するアンモニアを生成するために、尿素タンク６に貯留されている、アンモニアの前駆体である尿素水が、第一ＮＯｘ触媒３の上流側に位置する供給弁７によって排気中に供給される。供給弁７から供給された尿素水が排気の熱で加水分解されて、アンモニアが生成され、当該アンモニアが順次、第一ＮＯｘ触媒３、第二ＮＯｘ触媒４に流れ込み、各ＮＯｘ触媒に吸着することで、アンモニアと排気中のＮＯｘとの還元反応（例えば、以下の式１で示す反応）が生じ、ＮＯｘの浄化が行われる。
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ・・・（式１）
なお、本実施例では、上記の通り供給弁７から尿素水が供給されるが、それに代えて、アンモニア又はアンモニア水を直接排気に供給してもよい。更に、第二ＮＯｘ触媒４の下流側に、そこからスリップしてくるアンモニアを酸化するための酸化触媒（以下、「ＡＳＣ触媒」）５が設けられている。
【００２１】
更に、供給弁７の上流側には、第一ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気の空燃比を検出する空燃比センサ８と、該排気の温度を検出する温度センサ９が設けられている。また、供給弁７の上流側には、第一ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサ１０が設けられ、第二ＮＯｘ触媒４の下流側には、第二ＮＯｘ触媒４から流れ出る排気中のＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサ１１が設けられている。そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されており、該ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態や排気浄化システム等を制御するユニットである。このＥＣＵ２０には、上述した空燃比センサ８、温度センサ９、ＮＯｘセンサ１０、１１の他、図示しない吸気系の諸センサ（例えば、エアフローメータ）、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続され、各センサの検出値がＥＣＵ２０に渡される。したがって、ＥＣＵ２０は、エアフローメータの検出値に基づく吸入空気量や、クランクポジションセンサ２１の検出に基づく機関回転数や、アクセル開度センサ２２の検出に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。
【００２２】
なお、本実施例では、第一ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘ量はＮＯｘセンサ１０によって検出可能であるが、その態様に代えて、内燃機関１から排出される排気（第一ＮＯｘ触媒３に浄化される前の排気）に含まれるＮＯｘ量は、内燃機関の運転状態と関連性を有することから、上記内燃機関１の運転状態、例えば、エアフローメータによって検出される吸入空気量や内燃機関１での燃料噴射量等に基づいて当該ＮＯｘ量を推定することで、ＮＯｘセンサ１０の設置を省略することもできる。また、ＥＣＵ２０は、温度センサ９によって検出される排気温度に基づいて、第一ＮＯｘ触媒３の温度を推定することが可能である。
【００２３】
そして、内燃機関１が運転状態にある場合には、ＮＯｘセンサ１０によって検出される排気中のＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）に応じて、ＥＣＵ２０は供給弁７に指示を出し、ＮＯｘの還元浄化に必要な量の尿素水が排気中に供給される。詳細には、以下の式２で決定される第一ＮＯｘ触媒３及び第二ＮＯｘ触媒４によるＮＯｘ浄化率が、所定の範囲（例えば、
エミッションにおけるＮＯｘ濃度が既定の規制値以下となる浄化率の範囲）に収まるように、供給弁７からの尿素水供給が制御される。
ＮＯｘ浄化率  ＝  １−（ＮＯｘセンサ１１の検出値）／（ＮＯｘセンサ１０の検出値）  ・・・（式２）
【００２４】
ここで、第一ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中に多量の未燃燃料成分（以下、「ＨＣ」という）が含まれていると、そのＨＣが第一ＮＯｘ触媒３や、その下流側に位置する第二ＮＯｘ触媒４に含まれているイオン交換金属の酸化能によって酸化され酸化熱が発生する場合がある。特に、上流側に位置する第一ＮＯｘ触媒３は、比較的高温の環境下に置かれているため、その触媒温度は第二ＮＯｘ触媒４と比べても高くなる傾向にあり、イオン交換金属の酸化能もより活発な状態にある。そのため、第一ＮＯｘ触媒３の温度が比較的高温となっているときに、そこに多量のＨＣを含む排気が流れ込むと、第一ＮＯｘ触媒３および第二ＮＯｘ触媒４の温度が過度に上昇しその熱劣化が進行してしまい、排気浄化システムとしてのＮＯｘ浄化率の悪化を招くことになる。
【００２５】
そこで、図１に示す内燃機関１の排気浄化システムでは、このような各ＮＯｘ触媒の熱劣化が生じ得る状況に至ったときに、可及的にＮＯｘ触媒の温度上昇を抑制し、排気浄化システムとしてのＮＯｘ浄化率を好適に維持できるように、図２に示す熱劣化抑制制御が実行される。当該制御は、ＥＣＵ２０に格納された制御プログラムを実行することで、行われる。
【００２６】
図２に示す熱劣化抑制制御では、第一ＮＯｘ触媒３の温度が、該ＮＯｘ触媒において熱劣化が発生している、又は熱劣化が発生する直前の温度状態であるときに、第一ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＨＣ量に応じて、その排気に含まれるＮＯｘ量を増量させる増量処理が行われる。排気中に多量のＨＣが含まれると、第一ＮＯｘ触媒３において酸化反応が生じ触媒温度が過度に上昇する可能性があることは上述のとおりであるが、そのような状況の中、排気中のＨＣ量に対応してＮＯｘ量を増加させると、第一ＮＯｘ触媒３において、ＨＣを利用したＮＯｘの還元反応（以下の反応式３を参照）を促進することができる。
ＨＣ＋ＮＯｘ  →  Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２０  ・・・（式３）
【００２７】
すなわち、排気中のＮＯｘが増量されることで、排気において酸素が占める割合を低下させて、ＨＣの酸化反応を抑制するとともに、ＮＯｘ量の増加により式３の還元反応そのものが促進される。そして、式３により生じる反応熱は、ＨＣの酸化熱よりも小さいため、第一ＮＯｘ触媒３の温度上昇を抑制しながら、各ＮＯｘ触媒の温度上昇の要因となり得るＨＣが消費されていく。したがって、式３で示す還元反応が促進されることは、ＮＯｘ触媒の過度な温度上昇を抑制しながら、排気中に含まれるＨＣを消費し、特に下流側に位置する第二ＮＯｘ触媒４を熱的に負荷の少ない環境下に置くことを意味し、これにより第一ＮＯｘ触媒３及び第二ＮＯｘ触媒４を有する排気浄化システムとしてのＮＯｘ浄化率を好適に維持することが可能となる。
【００２８】
そこで、図２に基づいて、本発明における熱劣化抑制制御の詳細について説明する。先ず、Ｓ１０１では、温度センサ９に基づいて推定された第一ＮＯｘ触媒３の温度Ｔ１が、所定温度Ｔ０を超えているか否かが判定される。この所定温度Ｔ０は、第一ＮＯｘ触媒３の温度Ｔ１が過度に上昇してその熱劣化が顕著になると想定し得る触媒温度に関する閾値である。したがって、第一ＮＯｘ触媒３の温度Ｔ１が所定温度Ｔ０を超えている場合は、第一ＮＯｘ触媒３が熱劣化し始めている、又は、その熱劣化の程度が顕著になっていると判断することができる。Ｓ１０１で肯定判定されるとＳ１０２へ処理は進み、Ｓ１０１で否定判定されるとＳ１０７へ進む。
【００２９】
次にＳ１０２では、空燃比センサ８により検出された排気空燃比やエアフローメータの検出値から算出される排気流量等に基づいて、第一触媒３に流れ込む排気中に含まれるＨＣ量が推定される。また、空燃比センサ８を用いる代わりに、内燃機関１における燃料噴射量や燃料噴射時期等の燃焼条件を用いて、排気に含まれるＨＣ量を推定してもよい。ここで、図１に示す内燃機関１の排気系においては、第一ＮＯｘ触媒３の上流側に酸化触媒の記載が省略されているが、一般には、暖機時において各ＮＯｘ触媒の温度上昇を図ること等を目的に当該酸化触媒が設けられる。そのような場合には、当該酸化触媒によってＨＣが酸化された後の排気が第一ＮＯｘ触媒３に流れ込むことを踏まえて、内燃機関１の燃焼条件や、当該酸化触媒でのＨＣの酸化効率等に基づいて、第一ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＨＣ量を推定すればよい。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００３０】
Ｓ１０３では、現時点での第一ＮＯｘ触媒３の温度Ｔ１に対応する式３の還元反応（ＨＣ−ＳＣＲ反応）によるＮＯｘ消費量Ｎ１が推定される。ここで、ＮＯｘ消費量Ｎ１の推定方法について、図３及び図４に基づいて説明する。図３は、第一ＮＯｘ触媒３でのＨＣ消費量とその触媒温度との相関を示す図である。図３において線Ｌ１で示されるのは、Ｓ１０２で推定された第一ＮＯｘ触媒３に流入する排気中のＨＣ量である。そして、線Ｌ２で示されるのは、後述するＳ１０６の処理によって行われる上記のＮＯｘの増量処理が行われる前の段階で、第一ＮＯｘ触媒３で行われている式３の還元反応（ＨＣ−ＳＣＲ反応）により消費されるＨＣ量である。換言すると、線Ｌ２で示されるＨＣ消費量は、上記ＮＯｘ増量処理により促進される前の、式３の還元反応（ＨＣ−ＳＣＲ反応）により消費されるＨＣ量である。したがって、第一ＮＯｘ触媒３の温度が図３に示すＴ１であれば、Ｈ１で示されるＨＣ量はその時点での第一ＮＯｘ触媒３での式３の還元反応（ＨＣ−ＳＣＲ反応）により消費されるが、Ｈ２で示されるＨＣは余剰なＨＣであることを意味する。
【００３１】
そこで、本発明では、このＴ２で示される余剰なＨＣを、促進された式３の還元反応（ＨＣ−ＳＣＲ反応）によって消費されるように、ＮＯｘ消費量Ｎ１が決定される。具体的には、図４に示すように、ＮＯｘ消費量Ｎ１は以下の式４によって算出される。
ＮＯｘ消費量Ｎ１＝Ｈ２／ｆ（Ｔ１）  ・・・（式４）
ｆ（Ｔ）：触媒温度Ｔに依存する式３の還元反応（ＨＣ−ＳＣＲ反応）によるＮＯｘ浄化率。
式３に従えば、その還元反応では、ＨＣとＮＯｘが等量反応する。そして、第一ＮＯｘ触媒３における式３の還元反応（ＨＣ−ＳＣＲ反応）は、その触媒温度に依存することから、結果として、ＮＯｘ浄化率を温度依存の関数の形で表現することができ、以て余剰なＨＣを消費するために必要な理論上のＮＯｘ量Ｎ１を、式４に示すように算出することができる。なお、関数ｆ（Ｔ）、すなわち第一ＮＯｘ触媒３の温度と式３の還元反応（ＨＣ−ＳＣＲ反応）によるＮＯｘ浄化率との相関は、事前の実験等によって決定し、ＥＣＵ２０内のメモリに記憶させておけばよい。このように算出されるＮＯｘ消費量Ｎ１と触媒温度との相関は、図４において線Ｌ３で表される。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００３２】
次に、Ｓ１０４では、第一ＮＯｘ触媒３において、式３の還元反応（ＨＣ−ＳＣＲ反応）以外の反応で消費されるＮＯｘ量Ｎ２が推定される。本実施例では、供給弁７から供給される尿素水により生成されるアンモニアを利用した、式１で示されるＮＯｘ還元反応において消費されるＮＯｘ量をＮ２とする。このＮＯｘ消費量Ｎ２と触媒温度との相関は、事前の実験等によって決定されＥＣＵ２０内のメモリに記憶されている。なお、当該相関は、図４において線Ｌ４で表される。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００３３】
次に、Ｓ１０５では、上記余剰なＨＣを消費するために増量すべきＮＯｘ量の目標値が決定される。具体的には、Ｓ１０３で推定されたＮＯｘ消費量Ｎ１とＳ１０４で推定されたＮＯｘ消費量Ｎ２の和であるＮ３（Ｎ３＝Ｎ１＋Ｎ２）が、増量後の、第一ＮＯｘ触媒
３に流れ込む排気中のＮＯｘ量の目標値とされる。すなわち、第一ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中にこの目標値のＮＯｘが含まれていれば、理論上、第一ＮＯｘ触媒３により浄化可能な範囲のＮＯｘ量で、排気中の余剰ＨＣを式３の還元反応に従い処理できることになる。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。
【００３４】
Ｓ１０６では、第一ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘ量が、Ｓ１０５で決定された目標値となるように内燃機関１の運転状態が制御される。具体的には、ＮＯｘセンサ１０の検出値に基づいて、内燃機関１での燃料噴射時期を進角させたり、内燃機関１にＥＧＲ装置が搭載されている場合には、ＥＧＲガス量を減量したりすることで、流入ＮＯｘ量が調整される。Ｓ１０６の処理後、本熱劣化抑制制御が終了する。
【００３５】
また、上記のとおり、Ｓ１０１で否定判定されると、処理はＳ１０７へ進むが、このＳ１０７では、上記式１のＮＯｘ還元反応に従った通常のＮＯｘ還元処理が行われる。すなわち、第一ＮＯｘ触媒３の温度が所定温度Ｔ０以下である場合には、第一ＮＯｘ触媒３の熱劣化が顕著になる可能性は低いため、内燃機関１に求められる機関負荷等に応じた通常の燃焼条件の下、内燃機関１から排出される排気に含まれたＮＯｘを、供給弁７から供給された尿素水より生成されるアンモニアによって還元浄化するＮＯｘ還元処理が行われる。したがって、Ｓ１０７の処理においては、内燃機関１はいわば成り行きで制御され、上述のＳ１０５におけるＮＯｘ増量目標値の決定や、ＮＯｘ量をその目標値まで増量するＳ１０６の処理は行われない。そのため、仮に内燃機関１への要求負荷等が同じ条件であれば、Ｓ１０７の処理時における排気中のＮＯｘ量は、Ｓ１０６の処理時における排気中のＮＯｘ量よりも少なくなる。
【００３６】
このように本制御によれば、排気通路２に第一ＮＯｘ触媒３と第二ＮＯｘ触媒４が直列に配置された内燃機関１の排気浄化システムにおいて、第一ＮＯｘ触媒３の温度が所定温度を越えている場合には、そこに流れ込む排気中のＨＣ量に基づいて、当該排気中のＮＯｘ量を増量する処理が行われる。このＮＯｘ増量処理により、余剰なＨＣを、可及的に式３の還元反応（ＨＣ−ＳＣＲ反応）で消費できるため、第一ＮＯｘ触媒３の温度上昇を可及的に抑えながら、少なくとも第二ＮＯｘ触媒４に流れ込むＨＣ量を効果的に低減することができる。これにより、少なくとも第二ＮＯｘ触媒４の熱劣化の程度を効果的に軽減できるため、排気浄化システムとしてのＮＯｘ浄化率を好適に維持することができる。
【００３７】
＜変形例＞
上記実施例では、排気通路２に第一ＮＯｘ触媒３と第二ＮＯｘ触媒４が直列に配置された排気浄化システムにおいて、図２に示す熱劣化抑制制御が実行されている。この態様に代えて、排気通路２に一つのＮＯｘ触媒が設けられている場合でも、その上流側部分を上記第一ＮＯｘ触媒３に対応させ、且つ、その下流側部分を上記第二ＮＯｘ触媒４に対応させることで、図２に示す熱劣化抑制制御を適用してもよい。この場合、事前の実験等により、その上流側部分における、式３の還元反応（ＨＣ−ＳＣＲ反応）におけるＨＣの消費量や、その還元反応の効率等を特定しておくのが好ましい。
【符号の説明】
【００３８】
１    内燃機関
２    排気通路
３    第一ＮＯｘ触媒
４    第二ＮＯｘ触媒
５    ＡＳＣ触媒
６    尿素タンク
７    供給弁
８    空燃比センサ
９    温度センサ
１０、１１  ＮＯｘセンサ
２０  ＥＣＵ
２１  クランクポジションセンサ
２２  アクセル開度センサ
【図１】
2015094284.tif 000003
【図２】
2015094284.tif 000004
【図３】
2015094284.tif 000005
【図４】
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