(57)【要約】【課題】ＤＰＦの再生制御が実行中か否かに関わらず常に適切なＮＯx排出量を算出して過不足のない尿素水溶液を供給でき、もって、良好なＮＯx浄化性能を実現できると共に、無駄な尿素水溶液の消費やスリップを未然に防止できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】ＮＯx排出量の算出用のマップとして通常制御時マップとは別に、ＤＰＦの強制再生時の過程に応じた予備昇温制御時マップ、上昇制御時マップ、下降制御時マップを設定し、現在の運転状態に応じたマップからＮＯx排出量を算出し（Ｓ４，１６，１８）、算出したＮＯx排出量から求めた尿素供給量に基づき噴射ノズルを駆動して尿素水溶液を供給する（Ｓ８）。【選択図】図３
2008138619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に尿素またはアンモニアにより排ガス中のＮＯxを還元するＮＯx触媒を設け、上記内燃機関の運転状態から求めたＮＯx排出量に基づき上記ＮＯx触媒への尿素またはアンモニアの供給量を決定し、該供給量に応じて上記ＮＯx触媒上に還元剤供給手段から尿素またはアンモニアを還元剤として供給する内燃機関の排気浄化装置において、
上記排気通路に設けられて、排ガス中のパティキュレートマターを捕集するフィルタと、
上記排ガスを昇温して上記フィルタに捕集されたパティキュレートマターを焼却除去するフィルタ再生手段と、
上記フィルタ再生手段の作動状態に応じて、該フィルタ再生手段の非作動時のＮＯx排出量を算出する通常制御時マップ、及び上記フィルタ再生手段の作動時のＮＯx排出量を算出するフィルタ再生時マップの何れかを選択し、該選択したマップに基づき上記内燃機関の運転状態からＮＯx排出量を算出し、該ＮＯx排出量から求めた上記尿素またはアンモニアの供給量に応じて上記還元剤供給手段を駆動制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記フィルタ再生手段は、上記フィルタ昇温時においてフィルタ温度を所定の温度領域内に保持すべく、該フィルタ温度を上昇させる上昇制御と該フィルタ温度を下降させる下降制御とを交互に実行し、
上記フィルタ再生時マップとして、少なくとも上記上昇制御時のＮＯx排出特性と対応する上昇制御時マップ、及び上記下降制御時のＮＯx排出特性と対応する下降制御時マップが設定され、
上記制御手段は、上記フィルタ再生手段の作動時には、上記上昇制御及び下降制御の実行状況に応じて、上記フィルタ再生時マップとして上昇制御時マップまたは下降制御時マップの何れかを選択することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に尿素またはアンモニアにより排ガス中のＮＯxを還元するＮＯx触媒を設け、上記内燃機関の運転状態から求めたＮＯx排出量に基づき上記ＮＯx触媒への尿素またはアンモニアの供給量を決定し、該供給量に応じて上記ＮＯx触媒上に還元剤供給手段から尿素またはアンモニアを還元剤として供給する内燃機関の排気浄化装置において、
上記排気通路に設けられて、排ガス中のパティキュレートマターを捕集するフィルタと、
上記排ガスを昇温して上記フィルタに捕集されたパティキュレートマターを焼却除去するフィルタ再生手段と、
上記ＮＯx触媒の温度を検出する温度検出手段と、
上記フィルタ再生手段の作動時において、上記温度検出手段により検出された触媒温度が上記ＮＯx触媒の活性上限温度を越えるときに、上記ＮＯx排出量から求めた尿素またはアンモニアの供給量を制限し、該制限後の尿素またはアンモニアの供給量に応じて上記還元剤供給手段を駆動制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記制御手段は、予め設定された上記活性上限温度近傍での上記ＮＯx触媒の温度上昇に対する浄化性能の低下特性に基づき、上記温度検出手段により検出された触媒温度から補正量を算出し、該補正量に基づいて上記尿素またはアンモニアの供給量を制限することを特徴とする請求項３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（以下、エンジンと称する）の排気浄化装置に係り、詳しくは排気通路に選択還元型ＮＯx触媒（以下、ＳＣＲ触媒と称する）及びパティキュレートマター（以下、ＰＭと称する）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称する）を備えた排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば排気通路にＳＣＲ触媒を備えたエンジンでは、排気通路のＳＣＲ触媒の上流側に配置した噴射ノズルから還元剤として尿素水溶液を噴射し、尿素水溶液が排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されて生成されるＮＨ３（アンモニア）を利用して、ＳＣＲ触媒上で排ガス中のＮＯxを還元している。この種の排気浄化装置では、エンジンのＮＯx排出量に対して尿素水溶液の供給量が不足するときにはＮＯx浄化性能の低下を引き起こし、供給量が過剰なときには尿素水溶液の無駄な消費やＮＯx触媒を素通り（スリップ）させる事態が発生してしまうため、ＮＯx排出量に対して過不足のない尿素水溶液を供給することが極めて重要となる。
【０００３】
そこで、適切な還元剤の供給を目的とした種々の対策が提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該特許文献１の技術では、良好な浄化作用が得られる最適温度にＳＣＲ触媒を保持すべくエンジンのＥＧＲガス量を制御する一方、このＥＧＲ制御によりＥＧＲガス量が増量補正されたときには還元剤の供給量を減少補正し、逆にＥＧＲ制御によりＥＧＲガス量が減量補正されたときには還元剤の供給量を増加補正し、これにより適切な還元剤の供給を図っている。
【特許文献１】特開平１０−８２３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の技術はＳＣＲ触媒単体に着目した場合の触媒温度制御及び還元剤の供給制御に過ぎず、例えばエンジンの排気通路にフィルタと共にＤＰＦが備えられた場合には以下に述べる２つの不具合が生じる。
即ち、周知のように排ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦは、捕集したＰＭを焼却除去すべくＤＰＦを昇温する再生制御を定期的に実行する必要があり、再生制御の際には、例えばエンジンのＥＧＲ量、燃料噴射時期、噴射圧力の変更、或いはメイン噴射後のポスト噴射によるＤＰＦ上へのＣＯ，ＨＣの供給等が行われるが、これらの再生制御を実行しているときのエンジンは通常運転時と比較してＮＯx排出特性が大幅に変化する。単にＥＧＲガス量に応じて還元剤供給量を増減補正するだけの特許文献１の技術では、このような大幅なＮＯx排出量の変動には対処できず、ＤＰＦの再生制御中には還元剤の供給量に過不足が生じてしまうという問題があった。
【０００５】
また、再生制御時のＤＰＦの昇温は、ＤＰＦと共に排気通路に配置されたＳＣＲ触媒にも影響を及ぼして温度上昇させる。例えばＰＭの焼却のために再生制御時のＤＰＦは600℃程度まで昇温される一方、ＳＣＲ触媒が良好なＮＯx浄化性能を発揮する活性温度域は250〜500℃程度であるため、ＳＣＲ触媒は活性上限温度を越えてＮＯx浄化性能が低下してしまう。特許文献１の技術では、このような事態を想定していないため、低下したＳＣＲ触媒の浄化性能に対して過剰な還元剤を供給してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、請求項１，２の発明は、ＤＰＦの再生制御が実行中か否かに関わらず、常に適切なＮＯx排出量を算出して過不足のない還元剤を供給でき、もって、良好なＮＯx浄化性能を実現できると共に、無駄な尿素またはアンモニアの消費やスリップを未然に防止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にある。
【０００７】
また、請求項３，４の発明は、ＤＰＦの再生制御の影響を受けてＳＣＲ触媒が温度上昇した場合であっても、そのＮＯx浄化性能に対応する適切な量の還元剤を供給でき、もって、無駄な尿素またはアンモニアの消費やスリップを未然に防止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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の排気通路に尿素またはアンモニアにより排ガス中のＮＯxを還元するＮＯx触媒を設け、内燃機関の運転状態から求めたＮＯx排出量に基づきＮＯx触媒への尿素またはアンモニアの供給量を決定し、供給量に応じてＮＯx触媒上に還元剤供給手段から尿素またはアンモニアを還元剤として供給する内燃機関の排気浄化装置において、排気通路に設けられて、排ガス中のパティキュレートマターを捕集するフィルタと、排ガスを昇温してフィルタに捕集されたパティキュレートマターを焼却除去するフィルタ再生手段と、フィルタ再生手段の作動状態に応じて、フィルタ再生手段の非作動時のＮＯx排出量を算出する通常制御時マップ、及びフィルタ再生手段の作動時のＮＯx排出量を算出するフィルタ再生時マップの何れかを選択し、選択したマップに基づき内燃機関の運転状態からＮＯx排出量を算出し、ＮＯx排出量から求めた尿素またはアンモニアの供給量に応じて還元剤供給手段を駆動制御する制御手段とを備えたものである。
【０００９】
従って、フィルタ再生手段はフィルタを昇温する際に内燃機関の運転状態を通常運転時より変更し、例えば内燃機関のＥＧＲ量、燃料噴射時期、噴射圧力の変更、ポスト噴射の追加等により排気昇温やＣＯ，ＨＣの供給を行ってフィルタを昇温する。結果としてフィルタ昇温時は、それ以外の通常運転時と比較して内燃機関のＮＯx排出特性が大幅に変動する。
【００１０】
これらの通常運転時のＮＯx排出特性、フィルタ昇温時のＮＯx排出特性に従って通常制御時マップ及びフィルタ再生時マップが予め設定されており、フィルタ再生手段の作動状態に応じて制御手段により何れかのマップが選択される。そして、選択したマップに基づき内燃機関の運転状態からＮＯx排出量が算出され、ＮＯx排出量に対して過不足のない尿素またはアンモニアの供給量が決定されて、供給量に応じた尿素またはアンモニアが還元剤供給手段からＮＯx触媒に供給されてＮＯx還元に利用される。
【００１１】
従って、フィルタ再生手段の作動状態（通常運転時かフィルタ再生時か）によって内燃機関のＮＯx排出特性が大幅に変化しても、それに対応する特性のマップが適用されてＮＯx排出量の算出に適用されるため、フィルタ再生手段の作動状態に関わらず適切なＮＯx排出量に基づいて過不足のない尿素またはアンモニアをＮＯx触媒に供給可能となる。よって、尿素またはアンモニアの供給量不足に起因するＮＯx浄化性能の低下、或いは供給量過剰に起因する無駄な尿素またはアンモニアの消費やスリップが未然に防止される。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１において、フィルタ再生手段が、フィルタ昇温時においてフィルタ温度を所定の温度領域内に保持すべく、フィルタ温度を上昇させる上昇制御と該フィルタ温度を下降させる下降制御とを交互に実行し、フィルタ再生時マップとして、少なくとも上昇制御時のＮＯx排出特性と対応する上昇制御時マップ、及び下降制御時のＮＯx排出特性と対応する下降制御時マップが設定され、制御手段が、フィルタ再生手段の作動時には、上昇制御及び下降制御の実行状況に応じて、フィルタ再生時マップとして上昇制御時マップまたは下降制御時マップの何れかを選択するものである。
【００１３】
従って、フィルタ再生手段によるフィルタの昇温時において、昇温不足ではパティキュレートマターを焼却不能となり、過昇温ではフィルタの焼損を招くが、上昇制御と下降制御とが交互に繰り返されることによりこれらの不具合が回避され、フィルタ温度がパティキュレートマターの焼却に好適な温度領域に保持される。
そして、上昇制御及び下降制御は共にフィルタ再生手段の作動時の制御であるが、内燃機関の運転状態の相違に起因してＮＯx排出特性が異なることから、フィルタ再生時マップとして、それぞれの制御時のＮＯx排出特性と対応する上昇制御時マップ及び下降制御時マップが設定され、上昇制御及び下降制御の実行状況に応じて何れかのマップが選択されてＮＯx排出量の算出に適用される。よって、上昇制御か下降制御かに関わらず適切なＮＯx排出量が算出され、このＮＯx排出量に基づいて過不足のない尿素またはアンモニアをＮＯx触媒に供給可能となる。
【００１４】
請求項３の発明は、内燃機関の排気通路に尿素またはアンモニアにより排ガス中のＮＯxを還元するＮＯx触媒を設け、内燃機関の運転状態から求めたＮＯx排出量に基づきＮＯx触媒への尿素またはアンモニアの供給量を決定し、供給量に応じてＮＯx触媒上に還元剤供給手段から尿素またはアンモニアを還元剤として供給する内燃機関の排気浄化装置において、排気通路に設けられて、排ガス中のパティキュレートマターを捕集するフィルタと、排ガスを昇温してフィルタに捕集されたパティキュレートマターを焼却除去するフィルタ再生手段と、ＮＯx触媒の温度を検出する温度検出手段と、フィルタ再生手段の作動時において、温度検出手段により検出された触媒温度がＮＯx触媒の活性上限温度を越えるときに、ＮＯx排出量から求めた尿素またはアンモニアの供給量を制限し、制限後の尿素またはアンモニアの供給量に応じて還元剤供給手段を駆動制御する制御手段とを備えたものである。
【００１５】
従って、フィルタと共に排気通路に配設されたＮＯx触媒はフィルタ再生手段によるフィルタ昇温時の影響を受けて温度上昇し、活性上限温度を越えると浄化性能が低下するため、浄化性能に対して尿素またはアンモニアの供給量が過剰となる。ここで、フィルタ再生手段の作動時において、ＮＯx触媒の温度がＮＯx触媒の活性上限温度を越えるときには内燃機関のＮＯx排出量から求めた尿素またはアンモニアの供給量が制限されるため、温度上昇により低下したＮＯx触媒の浄化性能に対応した適切な量の尿素またはアンモニアが供給され、供給量過剰に起因する無駄な尿素またはアンモニアの消費やスリップが未然に防止される。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３において、制御手段が、予め設定された活性上限温度近傍でのＮＯx触媒の温度上昇に対する浄化性能の低下特性に基づき、温度検出手段により検出された触媒温度から補正量を算出し、補正量に基づいて尿素またはアンモニアの供給量を制限するものである。
従って、活性上限温度近傍でのＮＯx触媒の温度上昇に対する浄化性能の低下特性に基づいて補正量が算出され、この補正量に基づいて尿素またはアンモニアの供給量が制限されるため、その時点のＮＯx触媒の浄化性能に対応する一層適切な量の尿素またはアンモニアを供給可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように請求項１の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、予めフィルタ再生手段の非作動時及び作動時に対応するＮＯx排出特性のマップを設定し、フィルタ再生手段の作動状態に応じてマップを選択してＮＯx排出量を算出し、このＮＯx排出量に応じた供給量の尿素またはアンモニアをＮＯx触媒に供給するため、フィルタ再生手段の作動状態に関わらず常に過不足のない尿素またはアンモニアを供給でき、もって、良好なＮＯx浄化性能を実現できると共に、無駄な尿素またはアンモニアの消費やスリップを未然に防止することができる。
【００１８】
請求項２の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、フィルタ再生時マップを上昇制御時マップと下降制御時マップとに細分化し、制御の実行状況に応じて選択したマップを適用するようにしたため、ＮＯx排出量を一層適切に算出でき、もって、尿素またはアンモニアの供給量をさらに最適化することができる。
請求項３の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタ再生手段の作動時においてＮＯx触媒の温度が活性上限温度を越えるときにＮＯx排出量から求めた尿素またはアンモニアの供給量を制限するため、温度上昇により低下したＮＯx触媒の浄化性能に対応する適切な量の尿素またはアンモニアを供給でき、無駄な尿素またはアンモニアの消費やスリップを未然に防止することができる。
【００１９】
請求項４の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項３に加えて、ＮＯx触媒の温度上昇に対する浄化性能の低下特性から決定した補正量に基づき尿素またはアンモニアの供給量を制限するため、その時点のＮＯx触媒の浄化性能に対応する一層適切な量の尿素またはアンモニアを的確に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明をディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図であり、エンジン１は直列６気筒機関として構成されている。エンジン１の各気筒には燃料噴射弁２が設けられ、各燃料噴射弁２は共通のコモンレール３から加圧燃料を供給され、機関の運転状態に応じたタイミングで開弁して各気筒の筒内に燃料を噴射する。
【００２１】
エンジン１の吸気側には吸気マニホールド４が装着され、吸気マニホールド４に接続された吸気通路５には、上流側よりエアクリーナ６、ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａ、インタクーラ８、アクチュエータ９ａにより開閉駆動される吸気絞り弁９が設けられている。また、エンジン１の排気側には排気マニホールド１０が装着され、排気マニホールド１０には上記コンプレッサ７ａと同軸上に連結されたターボチャージャ７のタービン７ｂを介して排気通路１１が接続されている。
【００２２】
エンジン１の運転中においてエアクリーナ６を経て吸気通路５内に導入された吸気はターボチャージャ７のコンプレッサ７ａにより加圧された後にインタクーラ８、吸気絞り弁９、吸気マニホールド４を経て各気筒に分配され、各気筒の吸気行程で筒内に導入される。筒内では所定のタイミングで燃料噴射弁２から燃料が噴射されて圧縮上死点近傍で着火・燃焼し、燃焼後の排ガスは排気マニホールド１０を経てタービン７ｂを回転駆動した後に排気通路１１を経て外部に排出される。
【００２３】
一方、吸気マニホールド４と排気マニホールド１０とはＥＧＲ通路１７により接続され、ＥＧＲ通路１７にはアクチュエータ１８ａにより開閉駆動されるＥＧＲ弁１８及びＥＧＲクーラ１９が設けられている。エンジン１の運転中にはＥＧＲ弁１８の開度に応じて排気マニホールド１０側から吸気マニホールド４側に排ガスの一部がＥＧＲガスとして還流される。
【００２４】
上記排気通路は、上流側から第１パイプ３３ａ、上流側ケーシング３１、第２パイプ３３ｂ、下流側ケーシング３２、第３パイプ３３ｃ、及び図示しない消音器により構成され、消音器の後端は大気に開放されている。上流側ケーシング３１及び下流側ケーシング３２は共に車両の前後方向に延びる略円筒形状をなし、これらのケーシング３１，３２と第２パイプ３３ｂの内部に本実施形態の排気浄化装置が収容されている。
【００２５】
上流側ケーシング３１は、内部の上流側に前段酸化触媒３４が収容されると共に、下流側にウォールフロー式のＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３５が収容され、後述するようにＤＰＦ３５は排ガス中のＰＭ（パティキュレートマター）を捕集する作用を奏する。下流側ケーシング３２は、内部の上流側にＳＣＲ触媒３６（選択還元型ＮＯx触媒）が収容されると共に、下流側に後段酸化触媒３７が収容されており、後述するようにＳＣＲ触媒３６は排ガス中のＮＯxを浄化する作用を奏する。
【００２６】
上記第２パイプ３３ｂ内には、排ガスに旋回流を生起させるためのフィン装置３８が設置されると共に、その下流側にノズル部温度センサ３９及び噴射ノズル４０（還元剤供給手段）が設置され、ＳＣＲ触媒３６の直上流位置には入口部温度センサ４１（温度検出手段）が設置されている。フィン装置３８は第２パイプ３３ｂの内周壁に立設された多数のフィン３８ａにより構成されており、各フィン３８ａが排気流通方向に対して所定角度をなすことにより第２パイプ３３ｂ内で旋回流を生起させる。噴射ノズル４０は、図示しないタンクから圧送される尿素水溶液を還元剤として第２パイプ３３ｂ内に任意に噴射可能に構成されている。
【００２７】
一方、上記吸気絞り弁９、排気絞り弁１２、ＥＧＲ弁１８の各アクチュエータ９ａ，１２ａ，１８ａ、燃料噴射弁２、ノズル部温度センサ３９、噴射ノズル４０、入り口部温度センサ４１等はＥＣＵ５１（電子コントロールユニット）に接続され、センサ類からの検出情報に基づいてＥＣＵ５１により駆動制御される。例えばＥＣＵ５１はエンジン回転速度や負荷等のエンジン１の運転状態に基づいて燃料噴射弁２の噴射量、噴射圧力、噴射時期を制御してエンジン１を運転すると共に、アクチュエータ１８ａによりＥＧＲ弁１８の開度を制御してＥＧＲ還流量を調整する。
【００２８】
また、ＥＣＵ５１はＤＰＦ３５の強制再生のためのポスト噴射、或いはＳＣＲ触媒３６によるＮＯx浄化のための噴射ノズル４０からの尿素供給等を制御しており、以下、これらのＤＰＦ３５によるパティキュレートの浄化作用及びＳＣＲ触媒３６によるＮＯxの浄化作用について述べる。
ＤＰＦ３５は排ガス中のＰＭを捕集する作用を奏し、エンジン１の排ガス温度が比較的高い運転状態では、前段酸化触媒３４の酸化作用により排ガス中のＮＯからＮＯ2が生成されて、ＮＯ2の酸化反応によりＤＰＦ３５に捕集されたＰＭが連続的に焼却除去されることで、ＤＰＦ３５の再生が図られる。一方、このような連続再生作用が得られない運転状態が継続したときには、例えばＤＰＦ３５の前後差圧から求めたＰＭ堆積量が所定の再生開始判定値に達した時点で、エンジン１の制御により排ガスを昇温してＰＭを強制的に焼却除去する（フィルタ再生手段）。この強制再生は、例えばエンジン１のＥＧＲ量、燃料噴射時期、噴射圧力の変更、或いはメイン噴射後のポスト噴射によるＤＰＦ３５上へのＣＯ，ＨＣの供給等により実行される。なお、強制再生でのＰＭ燃焼の際に生じるＣＯは後段酸化触媒３７によりＣＯ2に酸化される。
【００２９】
強制再生の内容をさらに詳述すると、強制再生は、予備昇温制御、上昇制御及び下降制御に３種の制御に細分化されている。図２はＤＰＦ３５の強制再生の実行状況を示すタイムチャートであり、この図ではエンジン１が通常運転から強制再生に移行する過程を示している。通常運転から強制再生に移行するには、まずＤＰＦ３５を昇温する必要があるため、予備昇温制御ではポスト噴射量を抑制した上で、ＤＰＦ３５の昇温を主目的としてＥＧＲ量、燃料噴射時期、噴射圧力の変更を実行している。予備昇温制御の継続によりＤＰＦ温度が上昇して、ＤＰＦ３５上でＣＯ，ＨＣを焼却可能な燃焼開始温度（図２では500℃）に達すると、上昇制御及び下降制御に切換えられる。
【００３０】
上昇制御及び下降制御は、ＤＰＦ３５をＰＭの焼却に好適な燃焼温度（図２では600℃）に保持しながら、ＤＰＦ３５上でのＰＭの焼却に要するＣＯ，ＨＣの供給を主目的としたものであり、双方の制御ではポスト噴射量を増大させることでＣＯ，ＨＣを供給している。加えて上昇制御ではＤＰＦ温度を上昇させ、下降制御ではＤＰＦ温度を下降させるようにＥＧＲ量、燃料噴射時期、噴射圧力等が設定されている。
【００３１】
上記予備昇温制御を終了すると、まず上昇制御が実行されてＤＰＦ温度が更に上昇して燃焼温度まで増加する。この時点で下降制御に切換えられ、下降制御がＤＰＦ温度に反映するまでの所定の遅れ後にＤＰＦ温度は下降に転じて燃焼温度まで低下する。この時点で上昇制御に切換えられ、上昇制御がＤＰＦ温度に反映するまでの所定の遅れ後にＤＰＦ温度は上昇に転じて燃焼温度まで増加する。以上の上昇制御と下降制御を交互に繰り返すことによりＤＰＦ温度は燃焼温度近傍に保持される。
【００３２】
図２ではエンジン１が比較的定常運転の場合を示しているため、上昇制御及び下降制御がほぼ等しい期間だけ継続されているが、これらの制御の実行状況はエンジン１の運転状態に応じて変化し、例えば、エンジン１の排気温度が低下するアイドル運転時には自ずと上昇制御の継続期間が延長化されてＤＰＦ温度の上昇が図られ、排気温度が上昇する車両急加速時には自ずと下降制御の継続期間が延長化されてＤＰＦ温度の下降が図られ、結果としてエンジン運転状態に関わらずＤＰＦ温度は燃焼温度近傍に保持される。
【００３３】
なお、強制再生は、例えばＤＰＦ３５の前後差圧から求めたＰＭ堆積量が所定の再生終了判定値まで低下した時点で終了されるが、終了時には上記予備昇温に相当する制御は実行されず、上昇制御または下降制御から直接的に通常制御に移行する。
一方、ＳＣＲ触媒３６はＮＯx浄化のためにＮＨ３（アンモニア）の供給を要することから、ＥＣＵ５１はエンジン１の運転状態やノズル部温度センサ３９の検出値等に基づき、噴射ノズル４０からの尿素水溶液の噴射量を制御する。噴射された尿素水溶液は排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されてＮＨ３を生成し、このＮＨ３によりＳＣＲ触媒３６上では排ガス中のＮＯxが無害なＮ２に還元されてＮＯxの浄化が行われる一方、このときの余剰ＮＨ3が後段酸化触媒３７によりＮＯに酸化される。
【００３４】
なお、ＳＣＲ触媒３６の上流側に尿素をＮＨ３に加水分解する作用を奏する加水分解触媒を配置してもよいし、或いは、噴射ノズル４０から尿素水溶液に代えてアンモニア水溶液を噴射するようにしてもよい。
ところで、［発明が解決しようとする課題］でも述べたように、ＤＰＦ３５の強制再生ではエンジン１が通常運転の制御から強制再生制御（具体的には予備昇温制御、上昇制御、下降制御）に切換えられるため、エンジン１の制御状況と共にＮＯx排出特性が大幅に変化する。図２では通常制御時と強制再生制御時とのエンジン１の燃料噴射時期Ｔ，Ｔ１〜Ｔ３、噴射圧力Ｐ，Ｐ１〜Ｐ３、ＮＯx排出量ＮＯx，ＮＯx１〜ＮＯx３を模式的に示しているが、燃料噴射時期Ｔ，Ｔ１〜Ｔ３及び噴射圧力Ｐ，Ｐ１〜Ｐ３と同様にＮＯx排出量ＮＯx，ＮＯx１〜ＮＯx３は各制御間で大きな格差を有し、必然的にＳＣＲ触媒３６に供給すべき尿素水溶液の最適値にも大きな隔たりがあり、共通する尿素供給量を適用することは不可能である。そこで、本実施形態では、各制御（通常制御時、予備昇温制御、上昇制御、下降制御）でのＮＯx排出特性に対応して予めＮＯx排出量の算出用のマップを設定し、それぞれのマップから算出したＮＯx排出量に基づいて尿素供給量を決定する対策を講じている（制御手段）。
【００３５】
また、強制再生時のＤＰＦ３５の昇温は下流側に位置するＳＣＲ触媒３６にも影響を及ぼして温度上昇させ、ＳＣＲ触媒３６が活性上限温度を越えてＮＯx浄化性能が低下してしまい、ＮＯx浄化性能に対して尿素供給量が過剰になるという問題がある。そこで、本実施形態では、ＳＣＲ触媒３６が活性温度域を越えたときに尿素供給量を制限する対策を講じている（制御手段）。
【００３６】
以上の尿素供給に関する２点の特徴的な制御を以下に詳述する。
図３はＥＣＵ５１が実行する尿素供給制御ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ５１は当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。
まず、ステップＳ２でＤＰＦ３５の強制再生中であるか否かを判定し、Ｎｏ（否定）のときにはステップＳ４に移行して、通常制御時のＮＯx排出特性に対応して設定された通常制御時マップに基づきエンジン１のＮＯx排出量を算出する。例えば図４に示すように通常制御時マップは設定されており、燃料噴射量ｑ（機関負荷）或いはエンジン回転速度Ｎeが高いほどＮＯx排出量として大きな値が算出される。続くステップＳ６では算出したＮＯx排出量から尿素供給量を決定し、ステップＳ８で決定した尿素供給量に基づき噴射ノズル４０を駆動制御して尿素水溶液を噴射した後、ルーチンを終了する。
【００３７】
基本的には尿素から生成されたＮＨ３とＮＯxとの反応比率は所定の化学反応式により自ずと決定されるため、この反応比率に従ってＮＯx排出量から導かれたＮＨ３を加水分解により生成可能なように尿素供給量が決定される。無論、このときの尿素供給量は、ＳＣＲ触媒３６が活性化して正常なＮＯx浄化性能を発揮している前提の下での値となる。なお、エンジン１の運転領域が変化する過渡時には、燃料噴射量ｑやエンジン回転速度Ｎeの変化に対してＮＯx排出量には遅れが生じるため、過渡制制御ではこの応答遅れを見込んだ尿素供給量の補正が実行される。
【００３８】
一方、上記ステップＳ２でＤＰＦ３５の強制再生中であるとしてＹｅｓ（肯定）の判定を下したときにはステップＳ１０に移行し、現在予備昇温制御中であるか否かを判定する。判定がＹｅｓのときにはステップＳ１２に移行して、予備昇温制御時のＮＯx排出特性に対応して設定された予備昇温制御時マップ（フィルタ再生時マップ）に基づきＮＯx排出量を算出する。予備昇温制御時マップは、図４の通常制御時マップと同じく燃料噴射量ｑ及びエンジン回転速度ＮeからＮＯx排出量を算出するものであるが、その特性は通常制御時マップとは大幅に相違し、同一運転領域であっても算出されるＮＯx排出量も相違する。
【００３９】
また、上記ステップＳ１０の判定がＮｏのときにはステップＳ１４に移行し、現在上昇制御中であるか否かを判定する。判定がＹｅｓのときにはステップＳ１６に移行して、上昇制御時のＮＯx排出特性に対応して設定された上昇制御時マップ（フィルタ再生時マップ）に基づきＮＯx排出量を算出する。また、上記ステップＳ１６の判定がＮｏのときにはステップＳ１８に移行して、下降制御時のＮＯx排出特性に対応して設定された下降制御時マップ（フィルタ再生時マップ）に基づきＮＯx排出量を算出する。これらのマップも通常制御時マップや予備昇温制御時マップとは特性が相違し、同一運転領域で異なるＮＯx排出量が算出される。
【００４０】
上記ステップＳ１２，１６，１８の何れかでＮＯx排出量を算出した後はステップＳ２０に移行し、算出したＮＯx排出量から尿素供給量を決定する。その後はステップＳ２２に移行し、入口部温度センサ４１により検出されたＳＣＲ触媒３６の入口温度ＴinからＳＣＲ触媒３６のベッド温度Ｔscrを推定し、推定したベッド温度Ｔscrから尿素供給量に対する補正量α（＝0〜1.0）を算出する。なお、ＳＣＲ触媒３６に温度センサを設けてベッド温度Ｔscrを直接的に検出してもよいし、エンジン１の運転状態からベッド温度Ｔscrを推定してもよい。
【００４１】
図５はＳＣＲ触媒３６のベッド温度に対する浄化特性と補正量αの設定状況とを示す特性図であり、ＳＣＲ触媒３６が良好なＮＯx浄化性能を発揮する活性温度域は約250〜500℃の範囲内であり、活性下限温度である250℃を下回った場合には温度が低下するほど浄化性能は次第に低下し、活性上限温度である500℃を越えた場合には温度が上昇するほど浄化性能は次第に低下し、200℃未満及び700℃以上ではほとんど浄化性能を発揮しない（本発明の請求項４の「浄化性能の低下特性」に相当）。
【００４２】
通常制御時におけるＳＣＲ触媒３６の温度域の上限は500℃弱のため、活性上限温度を越える可能性はほとんどないが、強制再生によりＤＰＦ３５が600℃近傍まで昇温されたときには、その影響を受けて下流側のＳＣＲ触媒３６は活性上限温度である500℃を越えてしまう。無論、これらの温度域は一例に過ぎず、ＳＣＲ触媒３６の仕様等によって異なることは言うまでもない。
【００４３】
上記ステップＳ２２の補正量αの算出処理は以上のＳＣＲ触媒３６の特性に基づいて実行され、補正量αはベッド温度Ｔscrが250〜500℃の範囲内では1.0に設定され、500〜700℃間では一定変化率で0まで低下し、700℃以上では0に保持される。同様に、補正量αはベッド温度Ｔscrが250〜200℃間では一定変化率で0まで低下し、200℃未満ではOに保持される。これにより補正量αは、その時点のＳＣＲ触媒３６が有するＮＯx浄化性能と相関する値に設定される。
【００４４】
続くステップＳ２４では上記ステップＳ２０で決定した尿素供給量に対して補正量αを乗算し、その後、上記ステップＳ８に移行して補正後の尿素供給量に基づき尿素水溶液を噴射してルーチンを終了する。補正量αの乗算により尿素供給量はＳＣＲ触媒３６のＮＯx浄化性能を反映した値として算出され、例えばＳＣＲ触媒３６の活性温度域に相当する250〜500℃ではＮＯx排出量に対応する値に設定され、200℃未満及び700℃以上では0に制限され、その間の500〜700℃及び250〜200℃の領域ではＳＣＲ触媒３６のＮＯx浄化性能の低下特性に応じた値に制限される。
【００４５】
なお、温度上昇や温度低下に伴うＳＣＲ触媒３６の浄化性能の低下特性は図５に示す直線状の一定変化率のものに限らず、ＳＣＲ触媒３６の仕様等に応じて種々の低下特性が考えられるが、その場合であっても低下特性に応じて補正量αを設定すればよい。
以上説明したように本実施形態のエンジン１の排気浄化装置によれば、エンジン１の制御状況に起因してＮＯx排出量に大きな格差が発生する通常制御時と強制再生制御時とでＮＯx排出量を算出するためのマップを別設定し、さらに強制再生制御の中でもＮＯx排出特性が相違する予備昇温制御、上昇制御及び下降制御に対してＮＯx排出量の算出用のマップを別設定している。従って、各制御状況でのＮＯx排出特性に対応するマップから適切なＮＯx排出量を算出でき、算出したＮＯx排出量に基づきエンジン１の制御状況に関わらず（通常制御か強制再生制御かに関わらず、或いは強制再生制御であっても予備昇温制御、上昇制御、下降制御に関わらず）常に過不足のない尿素水溶液を供給できる。よって、尿素水溶液の供給量不足を防止して良好なＮＯx浄化性能を実現できると共に、供給量過剰に起因する無駄な尿素水溶液の消費やスリップを未然に防止することができる。
【００４６】
また、ＳＣＲ触媒３６が活性温度域を外れてＮＯx浄化性能を低下させたときには、その低下特性に基づいて設定した補正量αにより尿素供給量を制限するため、例えば始動直後でＳＣＲ触媒３６が活性下限温度を下回っている場合のみならず、強制再生時のＤＰＦ３５の昇温によりＳＣＲ触媒３６が活性上限温度を越えた場合でも、その時点のＮＯx浄化性能の低下特性に対応する適切な量の尿素水溶液を供給できる。よって、供給量過剰に起因する無駄な尿素水溶液の消費やスリップを未然に防止することができる。
【００４７】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態ではＤＰＦ３５の下流側にＳＣＲ触媒３６を配置したが、逆にＳＣＲ触媒３６の下流側にＤＰＦ３５を配置してもよい。このようなレイアウトでも、通常運転時とＤＰＦ３５の強制再生時とではエンジン１のＮＯx排出量が相違すると共に、ＤＰＦ３５の強制再生時にはＳＣＲ触媒３６が温度上昇するため、上記実施形態で述べた対策を実行することで同様の作用効果を得ることができる。
【００４８】
又、上記実施形態では、強制再生制御時のＮＯx排出量を算出するためのマップを、予備昇温制御時マップ、上昇制御時マップ及び下降制御時マップに細分化したが、例えば強制再生制御として上昇制御及び下降制御のみを実行する場合には、それに合わせて予備昇温制御時マップを省略して、上昇制御時マップ及び下降制御時マップのみを適用してもよい。また、ＮＯx排出特性の相違は、通常制御時と強制再生制御時との間で顕著に生じ、これに比較して予備昇温制御、上昇制御、下降制御の相互間のＮＯx排出特性の相違は比較的小のため、強制姿勢制御時のマップを細分化せずに、予備昇温制御、上昇制御及び下降制御の特性を平均化した単一のマップを適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図２】ＤＰＦの強制再生の実行状況を示すタイムチャートである。
【図３】ＥＣＵが実行する尿素供給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】エンジン運転状態からＮＯx排出量を算出するための通常制御時マップを示す図である。
【図５】ＳＣＲ触媒のベッド温度に対する浄化特性と補正量の設定状況とを示す特性図である。
【符号の説明】
【００５０】
１      エンジン（内燃機関）
１１    排気通路
３５    ＤＰＦ（フィルタ）
３６    ＳＣＲ触媒（ＮＯx触媒）
４０    噴射ノズル（還元剤供給手段）
４１    入口部温度センサ（温度検出手段）
５１    ＥＣＵ（フィルタ再生手段、制御手段）
【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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