(57)【要約】【課題】本発明は、窒素酸化物低減触媒の再生後に残る窒素酸化物の量及び二酸化窒素の量を正確に予測する窒素酸化物低減触媒の再生を予測する方法、及びこれを用いて、窒素酸化物低減触媒の再生時期及び噴射される還元剤の量を調節する排気装置を提供する。【解決手段】本発明の窒素酸化物低減触媒の再生予測方法は、総還元剤質量流量を計算するステップ、硝酸塩の還元反応に用いられる還元剤の質量流量、二酸化窒素の還元反応に用いられる還元剤の質量流量、及び単純に酸化される還元剤の質量流量を計算するステップ、脱離された二酸化窒素の質量流量と、還元される二酸化窒素の質量流量を計算するステップ、窒素酸化物低減触媒でスリップする二酸化窒素の質量流量を計算するステップ、及び、再生後に窒素酸化物低減触媒に残る二酸化窒素の質量及び窒素酸化物の質量を計算するステップを含むことを特徴とする。【選択図】図３
2012117510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
総還元剤質量流量を計算するステップ、
前記総還元剤質量流量を用いて、硝酸塩の還元反応に用いられる還元剤の質量流量、二酸化窒素の還元反応に用いられる還元剤の質量流量、及び単純に酸化される還元剤の質量流量を計算するステップ、
前記硝酸塩の還元反応に用いられる還元剤の質量流量及び前記二酸化窒素の還元反応に用いられる還元剤の質量流量を用いて、脱離された二酸化窒素の質量流量と、還元される二酸化窒素の質量流量を計算するステップ、
窒素酸化物低減触媒でスリップする二酸化窒素の質量流量を計算するステップ、及び、
前記脱離された二酸化窒素の質量流量、前記還元される二酸化窒素の質量流量、及び前記スリップする二酸化窒素の質量流量から、再生後に前記窒素酸化物低減触媒に残る二酸化窒素の質量及び窒素酸化物の質量を計算するステップ、
を含むことを特徴とする窒素酸化物低減触媒の再生予測方法。
【請求項２】
前記総還元剤質量流量は、還元剤の利用効率と、噴射された還元剤の質量流量を用いて計算されることを特徴とする請求項１に記載の窒素酸化物低減触媒の再生予測方法。
【請求項３】
前記還元剤の利用効率は、排気ガスの質量流量と、前記窒素酸化物低減触媒の劣化度を用いて計算されることを特徴とする請求項２に記載の窒素酸化物低減触媒の再生予測方法。
【請求項４】
前記硝酸塩の還元反応に用いられる還元剤の質量流量は、前記窒素酸化物低減触媒の温度、前記窒素酸化物低減触媒の前端の空燃比（ｌａｍｂｄａ）、触媒に貯蔵された窒素酸化物の質量、及び前記総還元剤質量流量を用いて計算されることを特徴とする請求項１に記載の窒素酸化物低減触媒の再生予測方法。
【請求項５】
前記二酸化窒素の還元反応に用いられる還元剤の質量流量は、前記窒素酸化物低減触媒に貯蔵された二酸化窒素の質量、前記窒素酸化物低減触媒の温度、及び前記総還元剤質量流量を用いて計算されることを特徴とする請求項１に記載の窒素酸化物低減触媒の再生予測方法。
【請求項６】
前記単純に酸化される還元剤の質量流量は、前記窒素酸化物低減触媒の温度、エンジン出口の空燃比、及び前記総還元剤質量流量を用いて計算されることを特徴とする請求項１に記載の窒素酸化物低減触媒の再生予測方法。
【請求項７】
前記窒素酸化物低減触媒でスリップする二酸化窒素の質量流量は、二酸化窒素のスリップ効率、前記窒素酸化物低減触媒に貯蔵された二酸化窒素の質量、及び前記窒素酸化物低減触媒の温度を用いて計算されることを特徴とする請求項１に記載の窒素酸化物低減触媒の再生予測方法。
【請求項８】
前記二酸化窒素のスリップ効率は、前記窒素酸化物低減触媒の劣化度、初期の前記窒素酸化物低減触媒のスリップ効率、及び劣化した前記窒素酸化物低減触媒のスリップ効率を用いて計算されることを特徴とする請求項７に記載の窒素酸化物低減触媒の再生予測方法。
【請求項９】
燃焼室内に燃料を噴射する第１インジェクタを有するエンジンで発生した排気ガスが流れる排気パイプ、
前記排気パイプに取り付けられ、還元剤を噴射する第２インジェクタ、
前記第２インジェクタの後端排気パイプに装着され、前記第２インジェクタから噴射された還元剤を用いて排気ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる窒素酸化物低減触媒、及び、
前記第２インジェクタを制御して前記窒素酸化物低減触媒を再生させ、再生後に前記窒素酸化物低減触媒に残る二酸化窒素の質量及び窒素酸化物の量を計算する制御部、
を含み、
前記制御部は、前記窒素酸化物低減触媒の再生に用いられる総還元剤質量流量を計算し、硝酸塩の還元反応、二酸化窒素の還元反応、及び還元剤の単純酸化反応に用いられる各還元剤の質量流量を計算し、前記各還元剤の質量流量を用いて、前記窒素酸化物低減触媒から脱離された二酸化窒素の質量流量と、還元される二酸化窒素の質量流量を計算することを特徴とする排気装置。
【請求項１０】
前記制御部は、二酸化窒素のスリップ効率、前記窒素酸化物低減触媒に貯蔵された二酸化窒素の質量、及び前記窒素酸化物低減触媒の温度を用いて、前記窒素酸化物低減触媒でスリップする二酸化窒素の質量流量を計算することを特徴とする請求項９に記載の排気装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記窒素酸化物低減触媒から前記脱離された二酸化窒素の質量流量、前記還元される二酸化窒素の質量流量、及び前記スリップする二酸化窒素の質量流量から、再生後に前記窒素酸化物低減触媒に残る二酸化窒素の質量及び窒素酸化物の質量を計算することを特徴とする請求項１０に記載の排気装置。
【請求項１２】
前記制御部は、還元剤の利用効率と、噴射された還元剤の質量流量から、前記総還元剤質量流量を計算することを特徴とする請求項９に記載の排気装置。
【請求項１３】
前記制御部は、排気ガスの質量流量と、前記窒素酸化物低減触媒の劣化度から、還元剤の利用効率を計算することを特徴とする請求項１２に記載の排気装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記窒素酸化物低減触媒の温度、前記窒素酸化物低減触媒の前端の空燃比（ｌａｍｂｄａ）、触媒に貯蔵された窒素酸化物の質量、及び前記総還元剤質量流量から、硝酸塩の還元反応に用いられる還元剤の質量流量を計算することを特徴とする請求項９に記載の排気装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記窒素酸化物低減触媒に貯蔵された二酸化窒素の質量、前記窒素酸化物低減触媒の温度、及び前記総還元剤質量流量から、二酸化窒素の還元反応に用いられる還元剤の質量流量を計算することを特徴とする請求項９に記載の排気装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記窒素酸化物低減触媒の温度、前記エンジン出口の空燃比、及び前記総還元剤質量流量から、還元剤の単純酸化反応に用いられる還元剤の質量流量を計算することを特徴とする請求項９に記載の排気装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記窒素酸化物低減触媒の劣化度、初期の前記窒素酸化物低減触媒のスリップ効率、及び劣化した前記窒素酸化物低減触媒のスリップ効率から、二酸化窒素のスリップ効率を計算することを特徴とする請求項１０に記載の排気装置。
【請求項１８】
前記還元剤は、燃料であり、
前記排気装置は、前記第２インジェクタと前記窒素酸化物低減触媒との間の前記排気パイプ上に装着され、前記燃料を分解する燃料分解触媒をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素酸化物低減触媒の再生予測方法及びこれを用いた排気装置に係り、より詳しくは、窒素酸化物低減触媒の再生後に残る窒素酸化物の量及び二酸化窒素の量を正確に予測する、窒素酸化物低減触媒の再生を予測する方法及びこれを用いた排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンから排気マニホールドを通じて排出される排気ガスは、排気パイプに設けられた触媒コンバータ（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）に誘導されて浄化され、消音のためのマフラを通過した後、テールパイプを通じて大気中に排出される。触媒コンバータは、排気ガスに含まれている汚染物質を浄化する。そして、排気パイプ上には、排気ガスに含まれている粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒｓ：ＰＭ）を捕集するための媒煙フィルタが装着される。
窒素酸化物低減触媒（Ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ、ＤｅＮＯｘ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）は、排気ガスに含まれている窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化させる触媒コンバータの一形式である。ウレア（Ｕｒｅａ）、アンモニア（Ａｍｍｏｎｉａ）、一酸化炭素および炭化水素（Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ、ＨＣ）等のような還元剤を排気ガスに提供すれば、窒素酸化物低減触媒上で、排気ガスに含まれている窒素酸化物が還元剤との反応により還元される。
【０００３】
最近は、このような窒素酸化物低減触媒として、ＬＮＴ触媒（Ｌｅａｎ  ＮＯｘ  Ｔｒａｐ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）が用いられている。ＬＮＴ触媒は、エンジンがリーン（ｌｅａｎ）雰囲気で作動されると、排気ガスに含まれている窒素酸化物を吸着し、エンジンがリッチ（ｒｉｃｈ）雰囲気で作動されると、吸着した窒素酸化物を脱離する。このように、ＬＮＴ触媒に吸着された窒素酸化物を脱離することを、再生と言う。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
従来のＬＮＴ触媒の再生は、エンジンの運転状態に応じて発生される排気ガスに含まれている窒素酸化物の量を予測し、この排気ガスに含まれている窒素酸化物の量からＬＮＴ触媒に吸蔵された窒素酸化物を予測し、ＬＮＴ触媒に吸蔵された窒素酸化物の量が、設定された量以上になると、還元剤を噴射したり、または燃焼雰囲気を調節することによって行われた。従来の方法によるＬＮＴ触媒の再生を上手に遂行するためには、ＬＮＴ触媒に吸蔵された窒素酸化物の量を正確に予測しなければならない。ＬＮＴ触媒に吸蔵された窒素酸化物の量を正確に予測するためには、排気ガスに含まれている窒素酸化物の量と、再生後にＬＮＴ触媒に残る窒素酸化物及び二酸化窒素の量を正確に予測しなければならない。しかしながら、従来の方法で、再生後にＬＮＴ触媒に残る窒素酸化物及び二酸化窒素の量を正確に予測ことは難しいという問題点があった。
一方、排気ガスに含まれている窒素酸化物の量を正確に予測する方法は、特許文献２及び特許文献３に開示されているため、ここでは、再生後にＬＮＴ触媒に残る窒素酸化物及び二酸化窒素の量を正確に予測する方法について述べる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０９８９８号公報
【特許文献２】韓国特許出願１０−２０１０−０１１５２３９
【特許文献３】韓国特許出願１０−２０１０−０１１５２３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、再生後に窒素酸化物低減触媒に残る窒素酸化物及び二酸化窒素の量を正確に予測する、窒素酸化物低減触媒の再生予測方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的とするところは、予測された窒素酸化物の再生状態により、窒素酸化物低減触媒の再生時期及び還元剤投入量を正確に予測する排気装置を提供することにある。
【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の実施形態による窒素酸化物低減触媒の再生予測方法は、総還元剤質量流量を計算するステップ、総還元剤質量流量を用いて、硝酸塩の還元反応に用いられる還元剤の質量流量、二酸化窒素の還元反応に用いられる還元剤の質量流量、及び単純に酸化される還元剤の質量流量を計算するステップ、硝酸塩の還元反応に用いられる還元剤の質量流量及び二酸化窒素の還元反応に用いられる還元剤の質量流量を用いて、脱離された二酸化窒素の質量流量と、還元される二酸化窒素の質量流量を計算するステップ、窒素酸化物低減触媒でスリップする二酸化窒素の質量流量を計算するステップ、及び、脱離された二酸化窒素の質量流量、還元される二酸化窒素の質量流量、及びスリップする二酸化窒素の質量流量から、再生後に窒素酸化物低減触媒に残る二酸化窒素の質量及び窒素酸化物の質量を計算するステップを含むことを特徴とする。
【０００８】
総還元剤質量流量は、還元剤の利用効率と、噴射された還元剤の質量流量を用いて計算されることが好ましい。
還元剤の利用効率は、排気ガスの質量流量と、窒素酸化物低減触媒の劣化度を用いて計算されることが好ましい。
硝酸塩の還元反応に用いられる還元剤の質量流量は、窒素酸化物低減触媒の温度、窒素酸化物低減触媒の前端の空燃比（ｌａｍｂｄａ）、触媒に貯蔵された窒素酸化物の質量、及び総還元剤質量流量を用いて計算されることが好ましい。
二酸化窒素の還元反応に用いられる還元剤の質量流量は、窒素酸化物低減触媒に貯蔵された二酸化窒素の質量、窒素酸化物低減触媒の温度、及び総還元剤質量流量を用いて計算されることが好ましい。
【０００９】
単純に酸化される還元剤の質量流量は、窒素酸化物低減触媒の温度、エンジン出口の空燃比、及び総還元剤質量流量を用いて計算されることが好ましい。
窒素酸化物低減触媒でスリップする二酸化窒素の質量流量は、二酸化窒素のスリップ効率、窒素酸化物低減触媒に貯蔵された二酸化窒素の質量、及び窒素酸化物低減触媒の温度を用いて計算されることが好ましい。
二酸化窒素のスリップ効率は、窒素酸化物低減触媒の劣化度、初期の窒素酸化物低減触媒のスリップ効率、及び劣化した窒素酸化物低減触媒のスリップ効率を用いて計算されることが好ましい。
【００１０】
本発明の他の実施形態による排気装置は、燃焼室内に燃料を噴射する第１インジェクタを有するエンジンで発生した排気ガスが流れる排気パイプ、排気パイプに取り付けられ、還元剤を噴射する第２インジェクタ、第２インジェクタの後端排気パイプに装着され、第２インジェクタから噴射された還元剤を用いて、排気ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる窒素酸化物低減触媒、及び、第２インジェクタを制御して窒素酸化物低減触媒を再生させ、再生後に窒素酸化物低減触媒に残る二酸化窒素の質量及び窒素酸化物の量を計算する制御部、を含み、制御部は、窒素酸化物低減触媒の再生に用いられる総還元剤質量流量を計算し、硝酸塩の還元反応、二酸化窒素の還元反応、及び還元剤の単純酸化反応に用いられる各還元剤の質量流量を計算し、各還元剤の質量流量を用いて、窒素酸化物低減触媒から脱離された二酸化窒素の質量流量と、還元される二酸化窒素の質量流量を計算することを特徴とする。
【００１１】
制御部は、二酸化窒素のスリップ効率、窒素酸化物低減触媒に貯蔵された二酸化窒素の質量、及び窒素酸化物低減触媒の温度を用いて、窒素酸化物低減触媒でスリップする二酸化窒素の質量流量を計算することが好ましい。
制御部は、窒素酸化物低減触媒から脱離された二酸化窒素の質量流量、還元される二酸化窒素の質量流量、及びスリップする二酸化窒素の質量流量から、再生後に窒素酸化物低減触媒に残る二酸化窒素の質量及び窒素酸化物の質量を計算することが好ましい。
制御部は、還元剤の利用効率と噴射された還元剤の質量流量から、総還元剤質量流量を計算することが好ましい。
【００１２】
制御部は、排気ガスの質量流量と、窒素酸化物低減触媒の劣化度から、還元剤の利用効率を計算することが好ましい。
制御部は、窒素酸化物低減触媒の温度、窒素酸化物低減触媒の前端の空燃比（ｌａｍｂｄａ）、触媒に貯蔵された窒素酸化物の質量、及び総還元剤質量流量から、硝酸塩の還元反応に用いられる還元剤の質量流量を計算することが好ましい。
制御部は、窒素酸化物低減触媒に貯蔵された二酸化窒素の質量、窒素酸化物低減触媒の温度、及び総還元剤質量流量から、二酸化窒素の還元反応に用いられる還元剤の質量流量を計算することが好ましい。
【００１３】
制御部は、窒素酸化物低減触媒の温度、エンジン出口の空燃比、及び総還元剤質量流量から、還元剤の単純酸化反応に用いられる還元剤の質量流量を計算することが好ましい。
制御部は、窒素酸化物低減触媒の劣化度、初期の窒素酸化物低減触媒のスリップ効率、及び劣化した窒素酸化物低減触媒のスリップ効率から、二酸化窒素のスリップ効率を計算することが好ましい。
還元剤は、燃料であり、排気装置は、第２インジェクタと窒素酸化物低減触媒との間の排気パイプ上に装着され、燃料を分解する燃料分解触媒をさらに含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、窒素酸化物の還元反応に実質的に用いられる還元剤の量及び窒素酸化物低減触媒の劣化度を考慮して、再生後に窒素酸化物低減触媒に残る窒素酸化物及び二酸化窒素の量を正確に予測し、後続再生を行なうことによって、窒素酸化物の浄化効率を向上させることができる。
また、窒素酸化物低減触媒に吸蔵された窒素酸化物及び二酸化窒素の正確な量に応じて再生時期及び還元剤の噴射量を調節することによって、燃費を向上させることができる。
さらに、窒素酸化物低減触媒に吸蔵された窒素酸化物及び二酸化窒素の正確な量を予測できることから、窒素酸化物低減触媒の過大設計を抑制することができ、窒素酸化物低減触媒に用いられる貴金属の量を減らすことができることから経済的なメリットをもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による窒素酸化物低減触媒の再生予測方法を適用できる排気装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態による窒素酸化物低減触媒の再生予測方法に用いられる制御部における入出力関係を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による窒素酸化物低減触媒の再生予測方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態において、各反応に関係する還元剤の質量流量の計算のためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、添付図面に基づき、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態による窒素酸化物の量を予測する方法を適用できる排気装置の一例を示す概略図である。
図１に示すとおり、内燃機関の排気装置は、エンジン１０、排気パイプ２０、排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ；ＥＧＲ）装置８０、燃料分解触媒３２、媒煙フィルタ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）３０、窒素酸化物低減触媒４０、及び制御部５０を含む。
【００１７】
エンジン１０は、燃料及び空気が混合された混合気を燃焼させて、化学的エネルギーを機械的エネルギーに変換する。例えば、ディゼルエンジン１０は、吸気マニホールド１８より燃焼室１２の内部に空気を取込み、燃焼室１２での燃焼過程で発生した排気ガスを、排気マニホールド１６より、エンジン外部に排出する。燃焼室１２には第１インジェクタ１４が取り付けられていて、燃料を燃焼室１２の内部に噴射する。
ここでは、ディゼルエンジンを例示したが、希薄燃焼（ｌｅａｎ  ｂｕｒｎ）ガソリンエンジンにおいても同様である。ガソリンエンジンの場合、吸気マニホールド１８を通じて燃料を含む混合気を燃焼室１２の内部に取込み、燃焼室１２の上部に装着された点火プラグ（図示せず）により点火する。
また、多様な圧縮比、好ましくは１６．５以下の圧縮比を有するエンジンを用いてもよい。
【００１８】
排気パイプ２０は、排気マニホールド１６に連結されて、排気ガスを車両の外部に排出させる。排気パイプ２０上には、媒煙フィルタ３０及び窒素酸化物低減触媒４０が装着されていて、排気ガス内に含まれている炭化水素、一酸化炭素、粒子状物質、及び窒素酸化物などを除去する。
排気ガス再循環装置８０は、排気パイプ２０上に装着されて、エンジン１０から排出される排気ガスの一部をエンジンに再供給する。排気ガス再循環装置８０は、吸気マニホールド１８に連結されて、排気ガスの一部を空気に混合して、燃焼室１２における燃焼温度を制御する。この燃焼温度の制御は、制御部５０の制御により、吸気マニホールド１８に供給される排気ガスの量を調節することによって行われる。
排気ガス再循環装置８０の下流の排気パイプ２０には第１酸素センサ２５が設置され、排気ガス再循環装置８０を通過した排気ガス内の酸素量を検出する。本明細書では、第１酸素センサの測定値をエンジン出口の空燃比（ｌａｍｂｄａ）と称する。
【００１９】
第２インジェクタ９０は、排気ガス再循環装置８０の下流の排気パイプ２０に設置され、制御部５０に電気的に連結され、制御部５０の制御によって排気パイプ２０内に燃料の追加噴射を行う。
媒煙フィルタ３０は、第２インジェクタ９０の下流の排気パイプ２０に装着されている。媒煙フィルタ３０の上流側には、燃料分解触媒（Ｆｕｅｌ  Ｃｒａｃｋｉｎｇ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）３２が備えられている。燃料分解触媒３２は、第２インジェクタ９０と窒素酸化物低減触媒４０との間に配置される。ここでは、媒煙フィルタ３０とは別に燃料分解触媒３２が備えられている例を示したが、燃料分解触媒３２を媒煙フィルタ３０の前端部にコーティングすることもできる。
【００２０】
燃料分解触媒３２は、触媒反応によって、燃料内に含まれている炭素化合物の連結環（チェ−ン  リング）を切断して分解させる。つまり、燃料分解触媒３２は、熱分解（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｒａｃｋｉｎｇ）機能により、炭化水素を構成する連結環を切って分解する。これにより、追加噴射された燃料の有効反応表面積が増加し、高反応性の酸素が含まれている酸化型炭化水素（Ｏｘｙｇｅｎａｔｅｄ  ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）等を生成する。
燃料分解触媒による炭化水素の熱分解は、例えば、Ｃ１６Ｈ３４の炭化水素を例に取ると、〔化１〕に示す順で行われ、反応収支として〔化２〕のようになる。
【００２１】
【化１】
2012117510.tif 000003
【化２】
2012117510.tif 000004
ここで、＊はラジカルを意味する。
ここで、炭化水素は、排気ガス及び燃料に含まれている炭素と水素とから構成された化合物全てを称する。
【００２２】
燃料分解触媒３２の下流には、媒煙フィルタ３０の一種である媒煙濾過装置（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）３０が設置され、排気パイプ２０を通じて排出される排気ガスに含まれている粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒｓ：ＰＭ）を捕集する。ここで、媒煙フィルタ３０は、媒煙濾過装置３０と同義語として用いた。しかし、媒煙濾過装置３０の代わりに、他の種類の媒煙フィルタ３０（例えば、触媒媒煙フィルタ（ｃａｔａｌｙｚｅｄ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ：ＣＰＦ））を用いてもよい。
【００２３】
また、媒煙濾過装置３０には、酸化触媒（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）がコーティングされてもよい。このような酸化触媒は、排気ガスに含まれている炭化水素を二酸化炭素に酸化させ、排気ガスに含まれている一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させる。酸化触媒は、媒煙フィルタ３０の所定部分にまとめてコーティングされていてもよく、或いは、媒煙フィルタ３０の全領域に均等にコーティングされていてもよい。
燃料分解触媒３２の上流の排気パイプには第１温度センサ３５が取り付けられ、燃料分解触媒３２の入口温度を測定する。また、燃料分解触媒３２の下流には第２温度センサ３６が取り付けられ、燃料分解触媒３２の出口温度または媒煙フィルタ３０の入口温度を測定する。
【００２４】
一方、排気パイプ２０には差圧センサ５５が取り付けられる。差圧センサ５５は、媒煙フィルタ３０の前端部と後端部との圧力差を測定し、これに対する信号を制御部５０に伝達する。制御部５０は、差圧センサ５５で測定された圧力差が第１設定圧力以上である場合、媒煙フィルタ３０を再生するように制御することができる。
媒煙フィルタ３０の再生は、第１インジェクタ１４で燃料を後噴射することによって、媒煙フィルタ３０の内部に捕集された粒子状物質を燃焼させることにより行なうことができる。また、第２インジェクタ９０で燃料を追加噴射することによって、媒煙フィルタ３０を再生させることもできる。
【００２５】
窒素酸化物低減触媒４０は、媒煙フィルタ３０の下流の排気パイプ２０上に装着されて、排気ガスに含まれている窒素酸化物を吸着し、燃料の追加噴射によって吸着した窒素酸化物を脱離して還元反応を進めることにより、排気ガスに含まれている窒素酸化物を浄化する。
窒素酸化物低減触媒４０の上流及び下流には、第３温度センサ６０及び第４温度センサ６５がそれぞれ取り付けられていて、窒素酸化物低減触媒４０の入口部の温度と出口部の温度を測定する。図１では、窒素酸化物低減触媒４０が２つの部分に分かれている例を示した。これは、担体にコーティングされた金属比率を異にすることによって特定機能を遂行するためのものである。例えば、エンジン１０に近い第１部分４０には、パラジウム（Ｐｄ）の比率を高めた窒素酸化物低減触媒を充填することによって耐熱機能を強化し、テールパイプに近い第２部分４０には、白金（Ｐｔ）の比率を高めた窒素酸化物低減触媒を充填することによって炭化水素のスリップ（漏出）を防止することができる。これとは異なって、担体にコーティングされた金属比率が全領域において均一の窒素酸化物低減触媒４０を用いても良い。
【００２６】
また、窒素酸化物低減触媒４０の上流の排気パイプ２０には第２酸素センサ６２が設置され、窒素酸化物低減触媒４０の下流の排気パイプ２０には第３酸素センサ７０が取り付けられる。第２酸素センサ６２は、窒素酸化物低減触媒４０に流入される排気ガスに含まれている酸素量を測定して、測定値に対応する信号を制御部５０に伝達する。これによって、制御部５０が排気ガスのリーン／リッチ制御（ｌｅａｎ／ｒｉｃｈ  ｃｏｎｔｒｏｌ）を行うことを助ける。また、第３酸素センサ７０は、本発明の実施形態による内燃機関の排気装置が排気ガスに含まれている有害物質を正常に除去しているか否かをモニターするためのものである。ここでは、排気パイプ２０に第２酸素センサ６２を追加装着した例を示した。しかし、排気パイプ２０に第２酸素センサ６２を取り付けずに、第１酸素センサ２５及び第３酸素センサ７０の測定値、燃料消耗量、及びエンジンの稼働ヒストリー（ｈｉｓｔｏｒｙ）の少なくとも一つに基づいて、窒素酸化物低減触媒４０に流入する排気ガスに含まれている酸素量を推定することもできる。本明細書では、第２酸素センサ６２の測定値を触媒の前端の空燃比（ｌａｍｂｄａ）と称する。
【００２７】
制御部５０は、各センサから検出された信号に基づいてエンジンの運転条件を判断し、エンジンの運転条件に基づいて燃料の追加噴射量及び追加噴射時期を制御する。この制御によって、窒素酸化物低減触媒４０に吸着された窒素酸化物は脱離する。例えば、制御部５０は、窒素酸化物低減触媒４０に吸着された窒素酸化物の量が設定値以上である場合、燃料を追加噴射する制御を行なう。
また、制御部５０は、窒素酸化物低減触媒４０で窒素酸化物の還元反応が活性化するため、排気ガス内で窒素酸化物に対する炭化水素の比率が設定比率以上になるように制御する。例えば、設定された比率は、５である。
【００２８】
一方、制御部５０は、エンジンの運転条件に基づき、窒素酸化物低減触媒４０に吸着された窒素酸化物の量、窒素酸化物低減触媒の後端からの窒素酸化物のスリップ量（漏出量）、及び窒素酸化物に対する炭化水素の比率を計算する。このような計算は、数多い実験によって定められたマップに基づいて行われる。
また、制御部５０は、エンジンの運転条件、エンジンの状態または窒素酸化物低減触媒の状態に応じて第２インジェクタ９０の燃料噴射パターンを変化させる。ここで、エンジンの状態は、エンジンの作動期間を考慮して推定し、窒素酸化物低減触媒の状態は、窒素酸化物低減触媒の劣化を考慮して推定する。
さらに、制御部５０は、媒煙フィルタ３０の再生を進行させる。
【００２９】
一方、制御部５０は、第２インジェクタ９０での追加噴射を制御する代わりに、第１インジェクタ１４での後噴射を制御することによって、窒素酸化物低減触媒４０で窒素酸化物還元反応を活性化することができる。この場合、後噴射された燃料は、燃料分解触媒３２で高反応性の還元剤に変換されて、窒素酸化物低減触媒４０で窒素酸化物の還元反応を促進させる。したがって、本明細書及び特許請求の範囲における追加噴射は、後噴射を含むものと解釈すべきである。
【００３０】
ここでは、窒素酸化物低減触媒４０としてＬＮＴ触媒を用いたことを例示した。
以下、窒素酸化物低減触媒４０の一例について、詳しく説明する。
窒素酸化物低減触媒４０は、担体にコーティングされた第１、２触媒層を含む。第１触媒層は排気ガスに近接して配置され、第２触媒層は担体に近接して配置される。
【００３１】
第１触媒層は、排気ガスに含まれている窒素酸化物を酸化させ、酸化された窒素酸化物の一部を、燃え残った燃料または排気ガスに含まれている炭化水素との酸化−還元反応によって還元させる。また、酸化された窒素酸化物の他の一部は第２触媒層に拡散される。
【００３２】
第２触媒層は、第１触媒層から拡散した窒素酸化物を吸着し、追加噴射される燃料によって、吸着した窒素酸化物を脱離する。第２触媒層に拡散された窒素酸化物は、硝酸塩の形で第２触媒層に吸着される。また、第２触媒層から脱離された窒素酸化物は、二酸化窒素の形で第１触媒層へ移動し、一部は還元され、他の一部はスリップし、残りは第１触媒層に吸着される。
第２触媒層は吸着物質を含む。この吸着物質には弱塩基性酸化物が用いられる。具体的に、弱塩基性酸化物には、アルカリまたはアルカリ土類金属を含む酸化物が用いられ、より具体的には、バリウムを含む酸化物が用いられる。
【００３３】
以下、窒素酸化物低減触媒４０の作動原理について、詳しく説明する。
第２インジェクタ９０から燃料が追加噴射されない場合、排気ガスに含まれている窒素酸化物は第１触媒層で酸化される。酸化された窒素酸化物の一部は、排気ガスに含まれている炭化水素と酸化−還元反応を行い、窒素気体に還元される。この過程で、排気ガスに含まれている炭化水素は二酸化炭素に酸化される。
また、第１触媒層で酸化された窒素酸化物の一部と、排気ガスに含まれている窒素酸化物は、第２触媒層に拡散して吸着される。
【００３４】
第２インジェクタ９０で燃料が追加噴射される場合、追加噴射された燃料は、燃料分解触媒を通過する過程で、低分子の炭化水素に変換される。変換された低分子の炭化水素の一部は酸素と結合して酸化型炭化水素に変換されて、窒素酸化物低減触媒４０を通過する。
このとき、第２触媒層では、吸着されていた窒素酸化物が燃料の炭化水素と置換され、第２触媒層より脱離する。また、第１触媒層では、脱離した窒素酸化物と、炭化水素及び／または酸素と結合した酸化型炭化水素との酸化−還元反応によって、窒素酸化物は窒素気体に還元され、炭化水素及び／または酸素と結合した酸化型炭化水素は二酸化炭素に酸化される。
よって、排気ガスに含まれている窒素酸化物と炭化水素が浄化される。
【００３５】
図２は、本発明の実施形態による窒素酸化物低減触媒の再生予測方法に用いられる制御部における入出力関係を示すブロック図である。
図２に示すとおり、排気ガスの質量流量検出部１００、触媒劣化度検出部１１０、還元剤の噴射量検出部１２０、ＮＯｘ量検出部１３０、第３温度センサ６０、第４温度センサ６５、第１酸素センサ２５、及び第２酸素センサ６２は、制御部５０に電気的に連結されており、検出した値を制御部５０に伝達する。
【００３６】
排気ガスの質量流量検出部１００は、排気パイプ２０を流れる排気ガスの質量流量を検出する。
触媒劣化度検出部１１０は窒素酸化物低減触媒４０の劣化度を検出する。触媒劣化度は、エンジン１０の稼働ヒストリー、窒素酸化物低減触媒４０の再生ヒストリー、及び、再生後の窒素酸化物低減触媒４０の入口部と出口部との温度差などを考慮して決定される。
還元剤の噴射量検出部１２０は、現在噴射している還元剤の噴射量を検出する。還元剤の噴射量は、制御部５０によってデューティ制御されるため、現在のデューティ値を読み取ることによって検出することができる。
【００３７】
第３温度センサ６０は、窒素酸化物低減触媒４０の入口部の温度を検出する。
第４温度センサ６５は、窒素酸化物低減触媒４０の出口部の温度を検出する。
第３温度センサ６０及び第４温度センサ６５で検出された温度は、設定された計算により、窒素酸化物低減触媒４０の温度を決定するのに用いられる。これとは異なって、測定された窒素酸化物低減触媒４０の入口部の温度または窒素酸化物低減触媒４０の出口部の温度を窒素酸化物低減触媒４０の温度とすることもできる。
【００３８】
第１酸素センサ２５は、排気ガス再循環装置８０を通過した排気ガス内の酸素量を検出する。上述したように、第１酸素センサ２５の検出値はエンジン出口の空燃比で表示される。
第２酸素センサ６２は、窒素酸化物低減触媒４０に流入される排気ガス内の酸素量を検出する。上述したように、第２酸素センサ６２の検出値は、窒素酸化物低減触媒４０の前端の空燃比で表示される。
【００３９】
制御部５０では、上記の各検出部及び各センサより伝えられた値に基づいて、エンジンの運転条件、燃料の噴射量、燃料の噴射時期、燃料の噴射パターン、燃料の追加噴射量（すなわち、還元剤の噴射量）、追加噴射時期（すなわち、再生時期）、及び追加噴射パターンを決定し、第１、第２２インジェクタ１４、９０を制御するための信号を第１、第２インジェクタ１４、９０に出力する。また、制御部５０は、差圧センサ５５で測定された値に基づいて媒煙フィルタ３０の再生を制御する。上述したように、媒煙フィルタ３０の再生は、第１インジェクタ１４による後噴射または第２インジェクタ９０による追加噴射によって行われる。さらに、制御部５０は、第２触媒層で脱離される二酸化窒素の質量流量、窒素気体に還元される二酸化窒素の質量流量、窒素酸化物低減触媒４０でスリップ（漏出）する二酸化窒素の質量流量を計算し、これに基づいて、再生後に第２触媒層に残留する硝酸塩の質量及び第１触媒層に残留する二酸化窒素の質量を計算する。
一方、本発明の実施形態による内燃機関の排気装置には、図２に記載したセンサ以外に複数のセンサが取り付けられても良いが、説明の便宜のため省略する。
【００４０】
図３は、本発明の実施形態による窒素酸化物低減触媒の再生予測方法を示すフローチャートであり、図４は、本発明の実施形態において、各反応に関係する還元剤の質量流量の計算を行うフローチャートである。
【００４１】
排気ガスの質量流量検出部１００は排気ガスの質量流量を検出し（Ｓ２１０）、触媒劣化度検出部１１０は窒素酸化物低減触媒４０の劣化度を検出し（Ｓ２２０）、還元剤の噴射量検出部１２０は排気ガスに噴射された還元剤の質量流量を検出し（Ｓ２３０）、そして、第３、４温度センサ６０、６５の検出値に基づいて窒素酸化物低減触媒４０の温度を検出する（Ｓ２４０）。
【００４２】
また、制御部５０は、再生後に第２触媒層に残留する窒素酸化物の量及び新しく第２触媒層に吸着する窒素酸化物の量から、触媒に吸着した窒素酸化物の量を検出し（Ｓ２５０）、第１酸素センサ２５はエンジン出口の空燃比を検出し（Ｓ２６０）、第２酸素センサ６２は触媒の前端の空燃比（Ｓ２７０）を検出する。一方、第１、第２酸素センサ２５の不正確性及び時間遅延の理由により、エンジン出口の空燃比及び触媒の前端の空燃比は、次式により計算できる。
【００４３】
【数１】
2012117510.tif 000005
【数２】
2012117510.tif 000006
【００４４】
制御部５０は、排気ガスの質量流量及び窒素酸化物低減触媒４０の劣化度を用いて設定されたマップから還元剤の利用効率を計算し（Ｓ２８０）、還元剤の利用効率と噴射された還元剤の質量流量から、窒素酸化物低減触媒４０で起る反応に関係する総還元剤質量流量を計算する（Ｓ２９０）。
その後、制御部５０は各反応に関係する還元剤の質量流量を計算する（Ｓ３００）。
以下、図４を参考して、各反応に関係する還元剤の質量流量を計算する過程について、より詳しく説明する。
【００４５】
制御部５０は、窒素酸化物低減触媒４０の温度、窒素酸化物低減触媒４０の前端の空燃比、及び窒素酸化物低減触媒４０に貯蔵された窒素酸化物の量を用いて設定されたマップから硝酸塩の還元反応に用いられる還元剤の質量流量を計算するための第１反応係数（ｋ１）を計算する（Ｓ４２０）。
また、制御部５０は、窒素酸化物低減触媒４０の温度及び窒素酸化物低減触媒４０に吸着した二酸化窒素の量を用いて設定されたマップから二酸化窒素の還元反応に用いられる還元剤の質量流量を計算するための第２反応係数（ｋ２）を計算する（Ｓ４３０）。窒素酸化物低減触媒４０に吸着された二酸化窒素の量は、再生後に窒素酸化物低減触媒４０に残留する二酸化窒素の量及び新しく窒素酸化物低減触媒４０に吸着される二酸化窒素の量を用いて、制御部５０が計算する（Ｓ３４０）。
【００４６】
また、制御部５０は、エンジン１０の空燃比から排気ガス中に含まれている酸素の濃度を計算し（Ｓ４４０）、窒素酸化物低減触媒４０の温度と排気ガス中に含まれている酸素の濃度から、単純に酸素との酸化反応に用いられる還元剤の質量流量を計算するための第３反応係数（ｋ３）を計算する（Ｓ４５０）。
【００４７】
その後、制御部５０は、第１、第２、第３反応係数（ｋ１、ｋ２、ｋ３）を加算して、総反応係数（ｋ）を求め（Ｓ４７０）、第１反応係数（ｋ１）を総反応係数（ｋ）で割って第１反応係数比率（ｒ１）を求め（Ｓ４８０）、第２反応係数（ｋ２）を総反応係数（ｋ）で割って第２反応係数比率（ｒ２）を求め（Ｓ４９０）、第３反応係数（ｋ３）を総反応係数（ｋ）で割って第３反応係数比率（ｒ３）を求める。
【００４８】
その後、制御部５０は、第１反応係数比率（ｒ１）と総還元剤質量流量を用いて、硝酸塩の還元反応に用いられる還元剤の質量流量を計算し（Ｓ３１０）、第２反応係数比率（ｒ２）と総還元剤質量流量を用いて、二酸化窒素の還元反応に用いられる還元剤の質量流量を計算し（Ｓ３２０）、第３反応係数比率（ｒ３）と総還元剤質量流量を用いて、単純に酸化される還元剤の質量流量を計算する（Ｓ３３０）。
【００４９】
上記のように、各反応に用いられる還元剤の質量流量が計算されると（Ｓ３００）、制御部５０は、第２触媒層から脱離される二酸化窒素の質量流量を計算する（Ｓ３５０）。第２触媒層から脱離される二酸化窒素の質量流量は、下記の［化３］に基づいて計算される。
【００５０】
【化３】
2012117510.tif 000007
ここで、Ｍａｄはアルカリまたはアルカリ土類金属を表し、ｘ、ｙはそれぞれ炭化水素の炭素の数及び水素の数を表す（以下の化学式でも同様である。）。
Ｍａｄ（アルカリまたはアルカリ土類金属）としてバリウム（Ｂａ）を、また、ＣｘＨｙとしてＣ３Ｈ６を用いると、［化３］は次の通りとなる。
【化４】
2012117510.tif 000008
【００５１】
したがって、総還元剤質量流量、第１反応係数比率、二酸化窒素のモル質量、及び還元剤のモル質量から、［化３］の反応式を用いて、第２触媒層から脱離される二酸化窒素の質量流量を計算することができる。
また、制御部５０は第１触媒層から還元される二酸化窒素の質量流量を計算する（Ｓ３６０）。第１触媒層から還元される二酸化窒素の質量流量は、下記の［化５］に基づいて計算される。
【００５２】
【化５】
2012117510.tif 000009
ＣｘＨｙとしてＣ３Ｈ６を用いると、［化５］は次の通りである。
【化６】
2012117510.tif 000010
【００５３】
したがって、総還元剤質量流量、第２反応係数比率、二酸化窒素のモル質量、及び還元剤のモル質量から、［化６］を用いて、第１触媒層から還元される二酸化窒素の質量流量を計算することができる。
また、制御部５０は、単純に酸化される還元剤の質量流量を下記の［化７］に基づいて計算する（Ｓ３３０）。
【００５４】
【化７】
2012117510.tif 000011
ＣｘＨｙとしてＣ３Ｈ６を用いると、［化７］は次の通りである。
【化８】
2012117510.tif 000012
【００５５】
制御部５０は、窒素酸化物低減触媒４０の劣化度、初期の窒素酸化物低減触媒４０のスリップ効率、及び劣化した窒素酸化物低減触媒４０のスリップ効率を用いて、現在の窒素酸化物低減触媒４０のスリップ効率を計算する（Ｓ３７０）。また、制御部５０は、現在の窒素酸化物低減触媒４０のスリップ効率、窒素酸化物低減触媒４０の温度、及び窒素酸化物低減触媒４０に吸着した二酸化窒素の量を用いて、スリップした二酸化窒素の質量流量を計算する（Ｓ３８０）。その後、制御部５０は、脱離した二酸化窒素の質量流量から、還元された二酸化窒素の質量流量及びスリップした二酸化窒素の質量流量を引いた値を、積分する（Ｓ３９０）。
【００５６】
したがって、再生後に窒素酸化物低減触媒４０に残留する窒素酸化物の量が計算され（Ｓ４００）、再生後に窒素酸化物低減触媒４０に残留する二酸化窒素の量が計算される（Ｓ４１０）。
【００５７】
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の属する技術的範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５８】
１０      エンジン
１２      燃焼室
１６      排気マニホールド
１４      第１インジェクタ
１８      吸気マニホールド
２０      排気パイプ
２５      第１酸素センサ
３０      媒煙フィルタ、（媒煙濾過装置）
３２      燃料分解触媒
３５      第１温度センサ
３６      第２温度センサ
４０      窒素酸化物低減触媒
５０      制御部
５５      差圧センサ
６０      第３温度センサ
６２      第２酸素センサ
６５      第４温度センサ
７０      第３酸素センサ
８０      排気ガス再循環装置
９０      第２インジェクタ
１００    排気ガスの質量流量検出部
１１０    触媒劣化度検出部
１２０    還元剤の噴射量検出部
１３０    ＮＯｘ量検出部
【図１】
2012117510.tif 000013
【図２】
2012117510.tif 000014
【図３】
2012117510.tif 000015
【図４】
2012117510.tif 000016