(57)【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且つ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、  
該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられ且つ酸化機能を有する前段触媒と、
該前段触媒に流入する排気の温度である流入排気温度を検出する流入排気温度検出手段と、
該前段触媒の温度を検出する前段触媒温度検出手段と、
前記排気浄化装置の性能を回復させるときに前記前段触媒よりも上流側の排気中に還元剤を供給することで該還元剤を前記排気浄化装置に供給する還元剤供給手段と、
該還元剤供給手段による還元剤の供給が実行されたときに前記流入排気温度と前記前段触媒の温度との差に基づいて前記前段触媒で酸化された還元剤の量である還元剤酸化量を算出する還元剤酸化量算出手段と、
還元剤供給手段によって排気中に供給された還元剤の供給量と前記還元剤酸化量算出手段によって算出される還元剤酸化量との差に基づいて前記排気浄化装置に到達している還元剤の量である還元剤到達量を算出する還元剤到達量算出手段と、を備え、
前記還元剤供給手段による還元剤の供給の実行時に、前記還元到達量算出手段によって算出される還元剤到達量が目標供給量となるように前記還元剤供給手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記目標供給量が、前記排気浄化装置の性能の回復率が上限値近傍となる還元剤量の下限値近傍の値であ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、内燃機関の排気通路に設けられ且つ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられ且つ酸化機能を有する前段触媒と、を備える内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気システムにおいては、内燃機関の排気通路に設けられ且つ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられ且つ酸化機能を有する前段触媒と、を備えたものが知られている。このような構成においては、排気浄化装置の性能を回復すべく前段触媒よりも上流側の排気中に還元剤を供給することで該排気浄化装置に還元剤を供給する場合がある。
【０００３】
この場合、排気中に供給された還元剤が排気浄化装置に到達する前に前段触媒において酸化されることになる。
【０００４】
また、特許文献１には、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の上流側の排気温度と該触媒の下流側の排気温度との差に基づいて、排気中のＨＣが触媒において酸化することで発生した発熱量を推定し、この推定された発熱量が判定値よりも小さいときに触媒が劣化状態にあると判定する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１０６１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ且つ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられ且つ酸化機能を有する前段触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化装置の性能を回復すべく該排気浄化装置に還元剤を供給するときに、該排気浄化装置に実際に供給される還元剤の量をより好適に制御することが可能な技術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】
【０００６】
本発明は、還元剤供給の実行時に、前段触媒において酸化された還元剤の量である還元剤酸化量を算出すると共に、該還元剤酸化量と還元剤供給量との差に基づいて、排気浄化装置に到達している還元剤の量である還元剤到達量を算出する。そして、還元剤到達量が目標供給量となるように還元剤の供給方法および／または還元剤の供給量を制御する。
【０００７】
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムによれば、
内燃機関の排気通路に設けられ且つ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、  
該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられ且つ酸化機能を有する前段触媒と、
該前段触媒に流入する排気の温度である流入排気温度を検出する流入排気温度検出手段と、
該前段触媒の温度を検出する前段触媒温度検出手段と、
前記排気浄化装置の性能を回復させるときに前記前段触媒よりも上流側の排気中に還元剤を供給することで該還元剤を前記排気浄化装置に供給する還元剤供給手段と、
該還元剤供給手段による還元剤の供給が実行されたときに前記流入排気温度と前記前段触媒の温度との差に基づいて前記前段触媒で酸化された還元剤の量である還元剤酸化量を算出する還元剤酸化量算出手段と、
還元剤供給手段によって排気中に供給された還元剤の供給量と前記還元剤酸化量算出手
段によって算出される還元剤酸化量との差に基づいて前記排気浄化装置に到達している還元剤の量である還元剤到達量を算出する還元剤到達量算出手段と、を備え、
前記還元剤供給手段による還元剤の供給の実行時に、前記還元到達量算出手段によって算出される還元剤到達量が目標供給量となるように前記還元剤供給手段を制御することを特徴とする。
【０００８】
前段触媒において還元剤が酸化されると酸化熱によって該前段触媒の温度が上昇する。そのため、流入排気温度と前段触媒の温度との差から該前段触媒での還元剤酸化量を算出することが出来る。
【０００９】
また、還元剤供給手段によって供給される還元剤供給量と前段触媒での還元剤酸化量との差から、排気浄化装置に到達する還元剤到達量、即ち、排気浄化触媒に実際に供給される還元剤の供給量を算出することが出来る。
【００１０】
そして、本発明によれば、還元剤到達量が目標供給量となるように還元剤供給手段が制御される。これにより、排気浄化装置に実際に供給される還元剤の供給量をより高精度で目標供給量に制御することが出来る。
【００１１】
尚、本発明においては、還元剤供給手段からの還元剤供給量を制御することで、排気浄化装置に到達する還元剤到達量を制御してもよい。また、還元剤供給手段による還元剤の供給方法を制御することで、排気浄化装置に到達する還元剤到達量を制御してもよい。
【００１２】
排気浄化装置の性能を回復させるべく該排気浄化装置に還元剤を供給する場合、排気浄化装置に実際に供給される還元剤の供給量が比較的少ないときは該還元剤の供給量の増加に伴ってその回復率が上昇する。
【００１３】
しかしながら、該還元剤の供給量がある程度の量以上となると排気浄化装置の性能の回復率が上限値に達し、それ以上の量の還元剤が供給されても回復率が上昇しない状態となる。
【００１４】
そこで、本発明においては、目標供給量を、排気浄化装置の性能の回復率が上限値近傍となる還元剤量の下限値近傍の値としてもよい。
【００１５】
これにより、排気浄化装置の性能を可及的に回復させることが出来ると共に、還元剤供給手段からの還元剤の供給量を抑制することが出来る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられ且つ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられ且つ酸化機能を有する前段触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化装置の性能を回復すべく該排気浄化装置に還元剤を供給するときに、該排気浄化装置に実際に供給される還元剤の量をより好適に制御することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１８】
＜内燃機関の吸排気系の概略構成＞
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
【００１９】
内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。この内燃機関１には、吸気通路３および排気通路２が接続されている。排気通路２には、酸化触媒４および吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５（以下、単にＮＯｘ触媒５と称する）が設けられている。
【００２０】
ＮＯｘ触媒５は、周囲雰囲気が酸化雰囲気のときに排気中のＮＯｘを吸蔵し周囲雰囲気が還元雰囲気のときに吸蔵していたＮＯｘを還元する触媒である。該ＮＯｘ触媒５は排気通路２における酸化触媒４より下流側に設けられている。尚、本実施例においては、酸化触媒４が本発明に係る前段触媒に相当し、ＮＯｘ触媒が本発明に係る排気浄化装置に相当する。前段触媒は酸化機能を有する触媒であればよく、例えば、酸化触媒４をＮＯｘ触媒とし、ＮＯｘ触媒５をＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタとしてもよい。
【００２１】
酸化触媒４より上流側の排気通路２には排気中に還元剤として燃料を添加する燃料添加弁６が設けられている。
【００２２】
さらに、排気通路２における酸化触媒４より上流側および酸化触媒４とＮＯｘ触媒５との間には排気の温度を検出する第一温度センサ８および第二温度センサ９がそれぞれ設けられている。
【００２３】
以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には第一温度センサ８および第二温度センサ９が電気的に接続されている。そして、これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、第二温度センサ９の出力値に基づいて酸化触媒４の温度を推定する。
【００２４】
また、ＥＣＵ１０には燃料添加弁６が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によってこれが制御される。
【００２５】
＜ＮＯｘ還元制御＞
本実施例では、ＮＯｘ触媒５に吸蔵されたＮＯｘを還元させて該ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるべくＮＯｘ還元制御が行われる。本実施例に係るＮＯｘ還元制御は、ＮＯｘ触媒５の温度が活性温度であるときに燃料添加弁６から間欠的に燃料を添加することで実行される。燃料添加弁６から燃料が添加されることで該燃料が酸化触媒４を介してＮＯｘ触媒５に供給される。これにより、ＮＯｘ触媒５の周囲雰囲気の空燃比が低下し該周囲雰囲気が還元雰囲気となるためＮＯｘ触媒５に吸蔵されたＮＯｘが還元される。また、燃料添加弁６からの燃料添加を間欠的に行うことで、酸化触媒４やＮＯｘ触媒５の過度な昇温を抑制することが出来る。
【００２６】
また、上記のように、燃料添加弁６から添加された燃料はＮＯｘ触媒５に到達する前に酸化触媒４に供給される。そのため、燃料添加弁６から添加された燃料のうち少なくとも一部は酸化触媒４において酸化される。従って、ＮＯｘ触媒５に実際に供給される燃料の量である到達燃料量は燃料添加弁６から添加された燃料添加量よりも少なくなる。そこで、本実施例では、到達燃料量が目標供給量となるように燃料添加弁６からの燃料添加量を制御する。
【００２７】
ここで、ＮＯｘ還元制御の実行時における、ＮＯｘ触媒５に実際に供給される燃料の供給量とＮＯｘ還元率との関係について図２に基づいて説明する。尚、ここで、ＮＯｘ還元率とは、ＮＯｘ触媒５に吸蔵されたＮＯｘの量に対する還元されるＮＯｘの量の割合を示す値である。図２において、縦軸はＮＯｘ還元率を表しており、ＮＯｘ触媒５に実際に供給される燃料の量を表している。
【００２８】
ＮＯｘ還元制御の実行時において、ＮＯｘ触媒５に実際に供給される燃料が比較的少ないときは該燃料の量の増加に伴ってＮＯｘ還元率が上昇する。しかしながら、図２に示すように、ＮＯｘ触媒５に実際に供給される燃料がある程度の量以上となるとＮＯｘ還元率が上限値に達し、それ以上の量の燃料が供給されてもＮＯｘ還元率が上昇しない状態となる。
【００２９】
そこで、本実施例に係るＮＯｘ還元制御においては、到達燃料量の目標値である目標供給量を、ＮＯｘ還元率が上限値近傍となる燃料量の下限値近傍の範囲（図２にＡで示す範囲）内の値に設定する。
【００３０】
＜ＮＯｘ還元制御のルーチン＞
以下、本実施例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンについて図３に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、所定の間隔で繰り返されるルーチンである。
【００３１】
本ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１において、ＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したか否かを判別する。ここで、ＮＯｘ還元制御の実行条件としては、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ吸蔵量の推定値がＮＯｘ還元制御実行の閾値以上となり且つ酸化触媒４およびＮＯｘ触媒５の温度が活性温度にある場合を例示することが出来る。このＳ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００３２】
Ｓ１０２において、ＥＣＵ１０は、吸入空気量および内燃機関１での燃料噴射量、第一温度センサ８によって検出される流入排気温度等に基づいて、燃料添加弁６による燃料添加を実行するときの基準燃料添加量Ｑｆｂａｓｅを算出する。この基準燃料添加量Ｑｆｂａｓｅは、燃料添加弁６や酸化触媒４が初期状態であるときは、ＮＯｘ触媒５への到達燃料量Ｑｆｎが目標供給量Ｑｆｎｔとなると予測される燃料添加量である。
【００３３】
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３に進み、燃料添加量Ｑｆｉを基準燃料添加量Ｑｆｂａｓｅとして燃料添加弁６による燃料添加を実行する。
【００３４】
しかしながら、燃料添加量Ｑｆｉを基準燃料添加量Ｑｆｂａｓｅとして燃料添加を実行しても、燃料添加弁６や酸化触媒４の製造誤差や劣化等に起因してＮＯｘ触媒５への到達燃料量Ｑｆｎが目標供給量Ｑｆｎｔよりも多くなったり少なくなったりする虞がある。そこで、本ルーチンにおいては以下の方法で燃料添加量Ｑｆｉを補正する。
【００３５】
ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３の次にＳ１０４に進む。Ｓ１０４において、ＥＣＵ１０は、第二温度センサ９の検出値から推定される酸化触媒４の温度から流入排気温度を減算することで温度差ΔＴｇｃを算出する。
【００３６】
ここで、内燃機関１の運転状態が定常状態であれば流入排気温度はほぼ一定であるが、燃料添加弁６による燃料添加は間欠的に行われるため酸化触媒４の温度は変動する。つまり、燃料添加弁６から添加された燃料が酸化触媒４に到達したときは該酸化触媒４の温度は上昇し、該燃料が酸化触媒４に到達していないときは該酸化触媒４の温度は下降する。そこで、Ｓ１０４において、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁６による間欠的な燃料添加が実行されている間、温度差ΔＴｇｃの履歴を記憶する。
【００３７】
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５に進み、記憶された温度差ΔＴｇｃの履歴に基づいて、酸化触媒４において酸化された燃料の量である酸化燃料量Ｑｆｏを算出する。ここでは、
温度差ΔＴｇｃが大きいほど酸化燃料量Ｑｆｏが多いと判断出来る。
【００３８】
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６に進み、基準燃料添加量Ｑｆｂａｓｅから酸化燃料量Ｑｆｏを減算することでＮＯｘ触媒５への到達燃料量Ｑｆｎを算出する。
【００３９】
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０７に進み、Ｓ１０５において算出された到達燃料量Ｑｆｎが目標供給量Ｑｆｎｔより小さいか否かを判別する。Ｓ１０７において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０８に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０９に進む。
【００４０】
Ｓ１０８において、ＥＣＵ１０は、到達燃料量Ｑｆｎが目標供給量Ｑｆｎｔとなるよう燃料添加弁６からの燃料添加量Ｑｆｉを増量補正する。その後、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００４１】
一方、Ｓ１０９において、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５において算出された到達燃料量Ｑｆｎが目標供給量Ｑｆｎｔより大きいか否かを判別する。Ｓ１０９において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１０に進む。一方、Ｓ１０９において、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。この場合、燃料添加弁６からの燃料添加量Ｑｆｉは基準燃料添加量Ｑｆｂａｓｅに維持される。
【００４２】
Ｓ１１０において、ＥＣＵ１０は、到達燃料量Ｑｆｎが目標供給量Ｑｆｎｔとなるよう燃料添加弁６からの燃料添加量Ｑｆｉを減量補正する。その後、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００４３】
以上説明したルーチンによれば、燃料添加弁６からの燃料添加が実行されることでＮＯｘ触媒５に実際に供給される到達燃料量Ｑｆｎが算出される。そして、この到達燃料量Ｑｆｎが目標供給量Ｑｆｎｔとなるよう燃料添加弁６からの燃料添加量Ｑｆｉが制御される。
【００４４】
従って、ＮＯｘ還元制御の実行時において、ＮＯｘ触媒５に実際に供給される燃料の供給量（到達燃料量Ｑｆｎ）をより高精度で目標供給量Ｑｆｎｔに制御することが出来る。その結果、ＮＯｘ触媒５に吸蔵されたＮＯｘを可及的に還元することが出来ると共に、ＮＯｘ還元制御の実行時における燃料添加弁６からの燃料添加量を抑制することが出来る。
【００４５】
尚、上記ルーチンにおいては、燃料添加弁６からの燃料添加量Ｑｆｉを制御することで到達燃料量Ｑｆｎを目標供給量Ｑｆｎｔに制御する。本実施例においては、これに代えて、燃料添加弁６による燃料添加方法を制御することによって到達燃料量Ｑｆｎを目標供給量Ｑｆｎｔに制御してもよい。
【００４６】
例えば、燃料添加弁６から間欠的に燃料を添加する際の燃料添加のインターバルを長くすることで到達燃料量Ｑｆｎを増加させることが出来、該燃料添加のインターバルを短くすることで到達燃料量Ｑｆｎを減量させることが出来る。また、燃料添加弁６から間欠的に燃料を添加する際の一回の燃料添加当たりの燃料添加量を増加させることで到達燃料量Ｑｆｎを増加させることが出来、該一回の燃料添加当たりの燃料添加量を減少させることで到達燃料量Ｑｆｎを減少させることが出来る。
【００４７】
また、本実施例に係るＮＯｘ還元制御おいては、燃料添加弁６による燃料添加に代えて、内燃機関１において排気行程時に副燃料噴射を実行することで排気中に燃料を供給し、該燃料をＮＯｘ触媒５に供給してもよい。
【００４８】
本実施例においては、ＮＯｘ還元制御の実行時に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、ＮＯｘ触媒５に吸蔵されたＳＯｘを還元する、所謂ＳＯｘ被毒回復制御の実行時に本発明を適用してもよい。この場合、ＳＯｘ被毒回復制御の実行時において、ＮＯｘ触媒５に実際に供給される燃料の量をより好適な量に制御することが出来る。
【００４９】
また、ＮＯｘ触媒５に代えて、ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタを設けた場合においては、該パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を除去するフィルタ再生制御に本発明を適用してもよい。この場合、フィルタ再生制御の実行時において、パティキュレートフィルタに実際に供給される燃料の量をより好適な量に制御するが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図。
【図２】ＮＯｘ触媒に実際に供給される燃料の供給量とＮＯｘ還元率との関係を示す図。
【図３】実施例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５１】
１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・吸気通路
４・・・酸化触媒
５・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
６・・・燃料添加弁
８・・・第一温度センサ
９・・・第二温度センサ
１０・・ＥＣＵ
【図１】
0004665830.tif 000002
【図２】
0004665830.tif 000003
【図３】
0004665830.tif 000004