(57)【要約】【課題】選択還元型ＮＯｘ触媒での必要なＮＯｘ浄化率を確保しつつ、ＮＨ３の不足や過剰供給といった問題を回避する技術を提供する。【解決手段】ＳＣＲ触媒を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ２との両方を消費する第１反応Ｒ１、ＮＯ２を消費する第２反応Ｒ２、及びＮＯを消費する第３反応Ｒ３という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、排気温度センサが取得したＳＣＲ触媒の床温により導かれる各領域の床温と、ＳＣＲ触媒へ流入すると想定されるＮＯとＮＯ２との比率と、に基づいて、目標浄化率に到達するためのＳＣＲ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率範囲を算出し（Ｓ１０１）、算出された比率範囲内に収まるように、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を制御する（Ｓ１０２）。【選択図】図６
2012031787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に配置され、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へＮＨ３を供給するための還元剤を添加する還元剤添加部と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の床温を、検出又は推定することにより取得する床温取得部と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ２との両方を消費する第１反応、ＮＯ２を消費する第２反応、及びＮＯを消費する第３反応という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、前記床温取得部が取得した前記選択還元型ＮＯｘ触媒の床温により導かれる各領域の床温と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入すると想定されるＮＯとＮＯ２との比率と、に基づいて、目標浄化率に到達するための前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率範囲を算出する比率範囲算出部と、
前記比率範囲算出部によって算出された比率範囲内に収まるように、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を制御するＮＯｘ比率制御部と、
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】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に配置された酸化触媒と、
排気に前記酸化触媒を迂回させるバイパス通路と、
前記酸化触媒を流通する排気流量と前記バイパス通路を流通する排気流量とを調節する排気流量調節部と、
を更に備え、
前記ＮＯｘ比率制御部は、前記排気流量調節部で前記酸化触媒を流通する排気流量と前記バイパス通路を流通する排気流量とを調節することにより、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を制御することを特徴とする請求項１に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配置された選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に配置された還元剤添加部から還元剤を添加して、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へＮＨ３を供給し、前記選択還元型ＮＯｘ触媒でＮＯｘを浄化させる内燃機関の排気浄化方法であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ２との両方を消費する第１反応、ＮＯ２を消費する第２反応、及びＮＯを消費する第３反応という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の床温を、検出又は推定することにより取得する床温取得部が取得した前記選択還元型ＮＯｘ触媒の床温により導かれる各領域の床温と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入すると想定されるＮＯとＮＯ２との比率と、に基づいて、目標浄化率に到達するための前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率範囲を算出し、
算出された比率範囲内に収まるように、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
【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及び内燃機関の排気浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に上流から順に、酸化触媒、還元剤添加弁、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）を配置し、還元剤添加弁から添加した還元剤から生成されるＮＨ３（アンモニア）を用いて、ＳＣＲ触媒に流入する排気中のＮＯｘを浄化することが行われている。ここで、酸化触媒におけるＮＯ２吸着量の増減を推定し、推定したＮＯ２吸着量の増減に基づいて酸化触媒をバイパスする排気流量を調整し、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を１対１に近付ける技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の技術によれば、酸化触媒におけるＮＯ２吸着量を制御することで、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯとＮＯ２との比率をできるだけ１対１に近付けて必要な還元剤量を添加し、ＮＨ３の不足や過剰供給といった問題を回避しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２１６０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の技術においては、ＳＣＲ触媒では、基本的にＮＯとＮＯ２との比率が１対１であるとＮＯｘ浄化率が最も良くなるとの考え方に基づいて制御を行っている。これは、低温域では、ＮＯ及びＮＯ２とＮＨ３との反応（ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ：第１反応）が他の反応に比べて進行し易いからである。しかしながら、ＳＣＲ触媒での反応は、ＳＣＲ触媒床温の変化に伴い、ＮＯ２のみが浄化する反応（２ＮＯ２＋２ＮＨ３→Ｎ２＋ＮＨ４ＮＯ３＋Ｈ２Ｏ：第２反応）や、ＮＯのみが浄化する反応（４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ：第３反応）も同時に起こる。また、ＳＣＲ触媒の排気流れ上流側から順に複数に分けた際の各領域で、床温が異なる。これは、ＳＣＲ触媒の上流側の箇所ほど流入する排気の温度の影響を受け易い等、各領域の床温について影響を受ける要因が種々存在するからである。このように、各領域の床温が異なることから、各領域では第１〜第３反応の活性度合いが夫々異なる。よって、各領域での第１〜第３反応の活性度合いを考慮してＳＣＲ触媒に流入するＮＯとＮＯ２との比率を制御すれば、ＳＣＲ触媒での必要なＮＯｘ浄化率を確保し易く、ＮＨ３の不足や過剰供給といった問題を回避し易いと考えられた。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、選択還元型ＮＯｘ触媒での必要なＮＯｘ浄化率を確保しつつ、ＮＨ３の不足や過剰供給といった問題を回避する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置された選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に配置され、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へＮＨ３を供給するための還元剤を添加する還元剤添加部と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の床温を、検出又は推定することにより取得する床温取得部と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ２との両方を消費する第１反応、ＮＯ２を消費する第２反応、及びＮＯを消費する第３反応という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、前記床温取得部が取得した前記選択還元型ＮＯｘ触媒の床温により導かれる各領域の床温と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入すると想定されるＮＯとＮＯ２との比率と、に基づいて、目標浄化率に到達するための前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率範囲を算出する比率範囲算出部と、
前記比率範囲算出部によって算出された比率範囲内に収まるように、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を制御するＮＯｘ比率制御部と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【０００７】
本発明によると、選択還元型ＮＯｘ触媒の各領域での第１〜第３反応という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、目標浄化率に到達するための選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率範囲内に収まるように、選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を制御する。これにより、選択還元型ＮＯｘ触媒では目標浄化率以上のＮＯｘ浄化率を確保して、ＮＨ３の不足や過剰供給といった問題を回避することができる。
【０００８】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に配置された酸化触媒と、
排気に前記酸化触媒を迂回させるバイパス通路と、
前記酸化触媒を流通する排気流量と前記バイパス通路を流通する排気流量とを調節する排気流量調節部と、
を更に備え、
前記ＮＯｘ比率制御部は、前記排気流量調節部で前記酸化触媒を流通する排気流量と前記バイパス通路を流通する排気流量とを調節することにより、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を制御するとよい。
【０００９】
本発明によると、目標浄化率に到達するための選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率範囲内に収まるように、選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を制御することができる。
【００１０】
また、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置された選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に配置された還元剤添加部から還元剤を添加して、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へＮＨ３を供給し、前記選択還元型ＮＯｘ触媒でＮＯｘを浄化させる内燃機関の排気浄化方法であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ２との両方を消費する第１反応、ＮＯ２を消費する第２反応、及びＮＯを消費する第３反応という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の床温を、検出又は推定することにより取得する床温取得部が取得した前記選択還元型ＮＯｘ触媒の床温により導かれる各領域の床温と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入すると想定されるＮＯとＮＯ２との比率と、に基づいて、目標浄化率に到達するための前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率範囲を算出し、
算出された比率範囲内に収まるように、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法である。
【００１１】
本発明によっても、選択還元型ＮＯｘ触媒では目標浄化率以上のＮＯｘ浄化率を確保して、ＮＨ３の不足や過剰供給といった問題を回避することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、選択還元型ＮＯｘ触媒での必要なＮＯｘ浄化率を確保しつつ、ＮＨ３の不足や過剰供給といった問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】ＳＣＲ触媒床温と３つの反応の活性度合いとの関係を示す図である。
【図３】ＳＣＲ触媒の各領域の床温に応じた各領域の出入りするＮＯとＮＯ２との比率及びＮＯｘ浄化率を示す図である。
【図４】ＳＣＲ触媒全体が一定温度の場合におけるＮＯ２比率の目標比率範囲を求めるモデルを示す図である。
【図５】ＳＣＲ触媒が温度の異なる２つの領域に分けられる場合におけるＮＯ２比率の目標比率範囲を求めるモデルを示す図である。
【図６】実施例１に係るＮＯｘ比率制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００１５】
＜実施例１＞
（内燃機関）
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する車両駆動用の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１には、内燃機関１から排出された排気を流通させる排気通路２が接続されている。
【００１６】
排気通路２の途中には、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）３が配置されている。ＳＣＲ触媒３は、ＮＨ３（アンモニア）を用いて排気中のＮＯｘを還元浄化する。ＳＣＲ触媒３は、尿素やＮＨ３を吸着する機能を有する。
【００１７】
ＳＣＲ触媒３よりも上流の排気通路２には、ＳＣＲ触媒３に供給するＮＨ３に加水分解される還元剤として尿素水溶液（以下、尿素水という）を添加する尿素水添加弁４が配置されている。尿素水添加弁４からは、尿素水タンク５に蓄えられた尿素水が指令に基づいて排気通路２内に噴射される。噴射された尿素水は、（ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２のような反応で排気熱を用いて加水分解され、ＮＨ３が生成される。噴射された尿素水の尿素やＮＨ３は、ＳＣＲ触媒３に吸着される。尿素水添加弁４が、本発明の還元剤添加部に対応する。還元剤としては、尿素水以外にもアンモニア水溶液等のアンモニア系溶液を用いることができる。
【００１８】
尿素水添加弁４の上流の排気通路２には、酸化触媒６及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）７が配置されている。酸化触媒６は、排気中の物質を酸化させる。ＤＰＦ７は、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集する。また、ＤＰＦ７にＰＭが規定量を超えて堆積すると、内燃機関１でポスト噴射して酸化触媒６に燃料を供給し、この燃料の酸化によりＤＰＦ７を昇温させてＤＰＦ７に堆積したＰＭを強制的に酸化除去する。
【００１９】
排気に酸化触媒６を迂回させるバイパス通路８が配置されている。バイパス通路８は、酸化触媒６の上流の排気通路２と、酸化触媒６の下流且つＤＰＦ７の上流の排気通路２と、を接続している。
【００２０】
バイパス通路８との分岐下流且つ酸化触媒６の上流の排気通路２には、酸化触媒６を流通する排気流量を調節する第１流量調節弁９が設けられている。また、バイパス通路８に
は、バイパス通路８を流通する排気流量を調節する第２流量調節弁１０が設けられている。第１流量調節弁９及び第２流量調節弁１０が、本発明の排気流量調節部に対応する。
【００２１】
ＳＣＲ触媒３の直下流の排気通路２には、排気の温度を検出する排気温度センサ１１が配置されている。排気温度センサ１１が、本発明のＳＣＲ触媒３の床温を、推定することにより取得する床温取得部に対応する。排気温度センサ１１によって推定されるＳＣＲ触媒３の床温からは、後述するＳＣＲ触媒３の各領域の床温を導くことができる。なお、床温取得部は、ＳＣＲ触媒３に設けられ、ＳＣＲ触媒３の床温を、直接検出することにより取得するものでもよい。排気温度センサ１１の直下流の排気通路２には、ＳＣＲ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１２が配置されている。
【００２２】
以上述べたように構成された内燃機関１には電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１３が併設されている。ＥＣＵ１３には、排気温度センサ１１及びＮＯｘセンサ１２並びに不図示のクランクポジションセンサ及びアクセル開度センサが電気的に接続されている。これらの出力信号がＥＣＵ１３に入力される。また、ＥＣＵ１３には、尿素水添加弁４、第１流量調節弁９及び第２流量調節弁１０が電気的に接続されており、ＥＣＵ１３によってこれらが制御される。ＥＣＵ１３は、ＳＣＲ触媒３でＮＨ３を用いてＮＯｘを還元浄化するよう尿素水添加弁４から尿素水を添加する。
【００２３】
（ＳＣＲ触媒でのＮＯｘ浄化制御）
排気エミッションの悪化を防止するため、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率を目標浄化率に到達させるよう、尿素水添加弁４からの尿素水添加制御と、ＳＣＲ触媒３へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を制御するＮＯｘ比率制御と、を行う。尿素水添加制御は、ＳＣＲ触媒３でＮＯｘを浄化するために必要なＮＯｘ量に対応した尿素水量を尿素水添加弁４から添加する制御である。ＮＯｘ比率制御は、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率が目標浄化率に到達するよう、第１流量調節弁９及び第２流量調節弁１０で酸化触媒６を流通する排気流量とバイパス通路８を流通する排気流量とを調節することにより、ＳＣＲ触媒３へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を変更する制御である。
【００２４】
（ＮＯｘ比率制御）
ＮＯｘ比率制御では、目標浄化率に到達するためのＳＣＲ触媒３へ流入するＮＯとＮＯ２との比率範囲を算出し、算出された比率範囲内に収まるようにＳＣＲ触媒３へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を制御する。このようなＮＯｘ比率制御を正確に行うためには、目標浄化率に到達するためのＳＣＲ触媒３へ流入するＮＯとＮＯ２との比率範囲を正確に算出する必要がある。
【００２５】
ところで、本発明者らの知見によると、ＳＣＲ触媒３を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域でのＮＯｘ浄化率が異なることが判明した。これは、各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ２との両方を消費する第１反応（ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ）Ｒ１、ＮＯ２を消費する第２反応（２ＮＨ３＋２ＮＯ２→Ｎ２＋ＮＨ４ＮＯ３＋Ｈ２Ｏ）Ｒ２、及びＮＯを消費する第３反応（４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ）Ｒ３というＲ１〜Ｒ３の３つの反応の活性度合いが異なるからである。よって、上記比率範囲を正確に算出するためには、各領域でのこれら３つの反応の活性度合いを考慮しなければならない。
【００２６】
図２は、ＳＣＲ触媒床温と３つの反応の活性度合いとの関係を示す図である。図３は、ＳＣＲ触媒３の各領域の床温に応じた各領域の出入りするＮＯとＮＯ２との比率及びＮＯｘ浄化率を示す図である。図２に示すように、Ｒ１〜Ｒ３の３つの反応の活性度合いは、ＳＣＲ触媒３の床温に応じて異なる。例えば図２に示すＡ点では、図３（ａ）に示すように第１反応Ｒ１の活性度合いが８０％であり、第２反応Ｒ２及び第３反応Ｒ３の活性度合
いは０％である。このため、Ａ点では、第１反応Ｒ１のみが８０％の活性度合いで行われ、図示するＮＯとＮＯ２との比率及びＮＯｘ浄化率となる。図２に示すＢ点では、図３（ｂ）に示すように第１反応Ｒ１の活性度合いが９０％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが４０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが０％である。このため、Ｂ点では、第１反応Ｒ１が９０％の活性度合いで行われ、第２反応Ｒ２が４０％の活性度合いで行われ、図示するＮＯとＮＯ２との比率及びＮＯｘ浄化率となる。図２に示すＣ点では、図３（ｃ）に示すように第１反応Ｒ１の活性度合いが１００％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが６０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが３０％である。このため、Ｃ点では、第１反応Ｒ１が１００％の活性度合いで行われ、第２反応Ｒ２が６０％の活性度合いで行われ、第３反応Ｒ３が３０％の活性度合いで行われ、図示するＮＯとＮＯ２との比率及びＮＯｘ浄化率となる。
【００２７】
以上のことから、ＳＣＲ触媒３を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域の床温が、上記で例示したＡ点、Ｂ点、Ｃ点のように異なると、各領域でのＲ１〜Ｒ３の３つの反応の活性度合いが異なることになる。
【００２８】
図４（ａ）は、ＳＣＲ触媒３の床温がＡ点の温度で一定の場合の、ＳＣＲ触媒３内で浄化されて行くＮＯとＮＯ２との濃度分布（以下、ＮＯｘ濃度分布ともいう）及び目標浄化率に到達するためのＳＣＲ触媒３へ流入するＮＯとＮＯ２との比率範囲（以下、目標比率範囲ともいう）を示す図である。ここでは、目標浄化率として９０％を求めるものである。
【００２９】
図４（ａ）のＡ１は、内燃機関１から排出されＳＣＲ触媒３に流入するＮＯとＮＯ２との内ＮＯ２の比率（ＮＯ２／（ＮＯ＋ＮＯ２）：以下、ＮＯ２比率という）が５０％の場合を想定している。Ａ１の場合には、第１反応Ｒ１の活性度合いが８０％であり、第２反応Ｒ２及び第３反応Ｒ３の活性度合いは０％であるので、５０％ずつのＮＯとＮＯ２とが全て１対１で第１反応Ｒ１に用い尽くされる。これにより、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率は１００％である。
【００３０】
図４（ａ）のＡ２は、内燃機関１から排出されＳＣＲ触媒３に流入するＮＯ２比率が４５％の場合を想定している。Ａ２の場合には、第１反応Ｒ１の活性度合いが８０％であり、第２反応Ｒ２及び第３反応Ｒ３の活性度合いは０％であるので、４５％ずつのＮＯとＮＯ２とが１対１で第１反応Ｒ１に用いられ、１０％の余りのＮＯが反応できずに放出される。これにより、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率は９０％である。
【００３１】
図４（ａ）のＡ３は、内燃機関１から排出されＳＣＲ触媒３に流入するＮＯ２比率が５５％の場合を想定している。Ａ３の場合には、第１反応Ｒ１の活性度合いが８０％であり、第２反応Ｒ２及び第３反応Ｒ３の活性度合いは０％であるので、４５％ずつのＮＯとＮＯ２とが１対１で第１反応Ｒ１に用いられ、１０％の余りのＮＯ２が反応できずに放出される。これにより、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率は９０％である。
【００３２】
以上の図４（ａ）のＡ１〜Ａ３では、目標浄化率である９０％のＮＯｘ浄化率に到達するためには、Ａ１を含みＡ２からＡ３までの範囲が許容できるので、ＮＯ２比率の目標比率範囲が４５％〜５５％となる。
【００３３】
また、図４（ｂ）は、ＳＣＲ触媒３の床温がＢ点の温度で一定の場合の、ＳＣＲ触媒３内のＮＯｘ濃度分布及び目標比率範囲を示す図である。ここでも、目標浄化率として９０％を求めるものである。
【００３４】
図４（ｂ）のＢ１は、内燃機関１から排出されＳＣＲ触媒３に流入するＮＯ２比率が５
０％の場合を想定している。Ｂ１の場合には、第１反応Ｒ１の活性度合いが９０％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが４０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが０％であり、第１反応Ｒ１が第２反応Ｒ２よりも優先的に行われるので、５０％ずつのＮＯとＮＯ２とが全て１対１で第１反応Ｒ１に用い尽くされる。これにより、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率は１００％である。
【００３５】
図４（ｂ）のＢ２は、内燃機関１から排出されＳＣＲ触媒３に流入するＮＯ２比率が４５％の場合を想定している。Ｂ２の場合には、第１反応Ｒ１の活性度合いが９０％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが４０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが０％であり、第１反応Ｒ１が第２反応Ｒ２よりも優先的に行われるので、４５％ずつのＮＯとＮＯ２とが１対１で第１反応Ｒ１に用いられ、１０％の余りのＮＯが反応できずに放出される。これにより、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率は９０％である。
【００３６】
図４（ｂ）のＢ３は、内燃機関１から排出されＳＣＲ触媒３に流入するＮＯ２比率が７０％の場合を想定している。Ｂ３の場合には、第１反応Ｒ１の活性度合いが９０％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが４０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが０％であり、第１反応Ｒ１が第２反応Ｒ２よりも優先的に行われるので、まず３０％ずつのＮＯとＮＯ２とが１対１で第１反応Ｒ１に用いられ、次に３０％のＮＯ２が第２反応Ｒ２に用いられ、残りの１０％の余りのＮＯ２が反応できずに放出される。これにより、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率は９０％である。
【００３７】
以上の図４（ｂ）のＢ１〜Ｂ３では、目標浄化率である９０％のＮＯｘ浄化率に到達するためには、Ｂ１を含みＢ２からＢ３までの範囲が許容できるので、ＮＯ２比率の目標比率範囲が４５％〜７０％となる。
【００３８】
以上では、図４を用いＳＣＲ触媒３の床温が一定温度の場合を説明した。しかし、上述のように、ＳＣＲ触媒３を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域の床温が異なる場合もある。以下に、ＳＣＲ触媒３の各領域の床温が異なる場合を説明する。
【００３９】
図５（ａ）は、ＳＣＲ触媒３を排気流れ上流側から順に２つの上流側領域と下流側領域とに分けた際の上流側領域の床温がＡ点の温度であり、下流側領域の床温がＢ点の温度である場合の、ＳＣＲ触媒３内のＮＯｘ濃度分布及び比率範囲を示す図である。ここでも、目標浄化率として９０％を求めるものである。
【００４０】
図５（ａ）のＣ１は、内燃機関１から排出されＳＣＲ触媒３に流入するＮＯ２比率が５０％の場合を想定している。Ｃ１の場合には、上流側領域では、第１反応Ｒ１の活性度合いが８０％であり、第２反応Ｒ２及び第３反応Ｒ３の活性度合いは０％であるので、３０％ずつのＮＯとＮＯ２とが全て１対１で第１反応Ｒ１に用いられる。下流側領域では、第１反応Ｒ１の活性度合いが９０％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが４０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが０％であり、第１反応Ｒ１が第２反応Ｒ２よりも優先的に行われるので、残りの２０％ずつのＮＯとＮＯ２とが全て１対１で第１反応Ｒ１に用い尽くされる。これにより、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率は１００％である。
【００４１】
図５（ａ）のＣ２は、内燃機関１から排出されＳＣＲ触媒３に流入するＮＯ２比率が４５％の場合を想定している。Ｃ２の場合には、上流側領域では、第１反応Ｒ１の活性度合いが８０％であり、第２反応Ｒ２及び第３反応Ｒ３の活性度合いは０％であるので、３０％ずつのＮＯとＮＯ２とが全て１対１で第１反応Ｒ１に用いられる。下流側領域では、第１反応Ｒ１の活性度合いが９０％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが４０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが０％であり、第１反応Ｒ１が第２反応Ｒ２よりも優先的に行われるので、残りの１５％ずつのＮＯとＮＯ２とが全て１対１で第１反応Ｒ１に用いられ、
１０％の余りのＮＯが反応できずに放出される。これにより、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率は９０％である。
【００４２】
図５（ａ）のＣ３は、内燃機関１から排出されＳＣＲ触媒３に流入するＮＯ２比率が６０％の場合を想定している。Ｃ３の場合には、上流側領域では、第１反応Ｒ１の活性度合いが８０％であり、第２反応Ｒ２及び第３反応Ｒ３の活性度合いは０％であるので、３０％ずつのＮＯとＮＯ２とが全て１対１で第１反応Ｒ１に用いられる。下流側領域では、第１反応Ｒ１の活性度合いが９０％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが４０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが０％であり、第１反応Ｒ１が第２反応Ｒ２よりも優先的に行われるので、残りの１０％ずつのＮＯとＮＯ２とが全て１対１で第１反応Ｒ１に用いられ、次に１０％のＮＯ２が第２反応Ｒ２に用いられ、残りの１０％の余りのＮＯ２が反応できずに放出される。これにより、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率は９０％である。
【００４３】
以上の図５（ａ）のＣ１〜Ｃ３では、目標浄化率である９０％のＮＯｘ浄化率に到達するためには、Ｃ１を含みＣ２からＣ３までの範囲が許容できるので、ＮＯ２比率の目標比率範囲が４５％〜６０％となる。
【００４４】
図５（ｂ）は、ＳＣＲ触媒３を排気流れ上流側から順に２つの上流側領域と下流側領域とに分けた際の上流側領域の床温がＢ点の温度であり、下流側領域の床温がＣ点の温度である場合の、ＳＣＲ触媒３内のＮＯｘ濃度分布及び比率範囲を示す図である。ここでも、目標浄化率として９０％を求めるものである。
【００４５】
図５（ｂ）のＤ１は、内燃機関１から排出されＳＣＲ触媒３に流入するＮＯ２比率が５０％の場合を想定している。Ｄ１の場合には、上流側領域では、第１反応Ｒ１の活性度合いが９０％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが４０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが０％であり、第１反応Ｒ１が第２反応Ｒ２よりも優先的に行われるので、３５％ずつのＮＯとＮＯ２とが全て１対１で第１反応Ｒ１に用いられる。下流側領域では、第１反応Ｒ１の活性度合いが１００％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが６０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが３０％であり、第１反応Ｒ１が第２反応Ｒ２よりも優先的に行われるので、残りの１５％ずつのＮＯとＮＯ２とが全て１対１で第１反応Ｒ１に用い尽くされる。これにより、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率は１００％である。
【００４６】
図５（ｂ）のＤ２は、内燃機関１から排出されＳＣＲ触媒３に流入するＮＯ２比率が３５％の場合を想定している。Ｄ２の場合には、上流側領域では、第１反応Ｒ１の活性度合いが９０％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが４０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが０％であり、第１反応Ｒ１が第２反応Ｒ２よりも優先的に行われるので、３５％ずつのＮＯとＮＯ２とが全て１対１で第１反応Ｒ１に用いられる。下流側領域では、第１反応Ｒ１の活性度合いが１００％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが６０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが３０％であるので、残りの２０％のＮＯが第３反応Ｒ３に用いられ、１０％の余りのＮＯが反応できずに放出される。これにより、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率は９０％である。
【００４７】
図５（ｂ）のＤ３は、内燃機関１から排出されＳＣＲ触媒３に流入するＮＯ２比率が７５％の場合を想定している。Ｄ３の場合には、上流側領域では、第１反応Ｒ１の活性度合いが９０％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが４０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが０％であり、第１反応Ｒ１が第２反応Ｒ２よりも優先的に行われるので、まず２５％ずつのＮＯとＮＯ２とが全て１対１で第１反応Ｒ１に用いられ、次に５％のＮＯ２が第２反応Ｒ２に用いられる。下流側領域では、第１反応Ｒ１の活性度合いが１００％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが６０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが３０％であるので、残りの３５％のＮＯ２が第２反応Ｒ２に用いられ、残りの１０％の余りのＮＯ２が反
応できずに放出される。これにより、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率は９０％である。
【００４８】
以上の図５（ｂ）のＤ１〜Ｄ３では、目標浄化率である９０％のＮＯｘ浄化率に到達するためには、Ｄ１を含みＤ２からＤ３までの範囲が許容できるので、ＮＯ２比率の目標比率範囲が３５％〜７５％となる。
【００４９】
以上のように、図５を用いＳＣＲ触媒３を排気流れ上流側から順に２つの領域に分けた際の各領域の床温が異なる場合を説明した。このように、ＳＣＲ触媒３の各領域の床温が異なると、Ｒ１〜Ｒ３の３つの反応の活性度合いが各領域で異なるので、各領域でのＲ１〜Ｒ３の３つの反応の活性度合いが異なることを利用することにより、比率範囲を正確に算出することができる。すなわち、比率範囲は、図２及び図３のような各領域の床温とＲ１〜Ｒ３の３つの反応の活性度合いとを関連付けたマップと、各領域の床温と、ＳＣＲ触媒３へ流入すると想定されるＮＯとＮＯ２との比率と、に基づいて算出することができる。つまり、ＳＣＲ触媒３へ流入すると仮に想定されるＮＯとＮＯ２との比率に対して、各領域の床温をマップに取り込んで導出したＲ１〜Ｒ３の３つの反応の活性度合いを考慮して、各領域でのＮＯｘ浄化反応を推定してＮＯｘ浄化率を算出することができる。そして、算出したＮＯｘ浄化率が目標浄化率を達成できる限界の上限と下限のＳＣＲ触媒３へ流入すると想定されるＮＯとＮＯ２との比率を求め、この上限から下限までの範囲を比率範囲として特定することができる。なお、本実施例では、ＳＣＲ触媒３を排気流れ上流側から順に２つの領域に分けた場合を例示しているが、各領域はＳＣＲ触媒を３つ以上に分けるものでもよい。
【００５０】
そこで本実施例では、ＳＣＲ触媒３を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ２との両方を消費する第１反応Ｒ１、ＮＯ２を消費する第２反応Ｒ２、及びＮＯを消費する第３反応Ｒ３という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、排気温度センサ１１が取得したＳＣＲ触媒３の床温により導かれる各領域の床温と、ＳＣＲ触媒３へ流入すると想定されるＮＯとＮＯ２との比率と、に基づいて、目標浄化率に到達するためのＳＣＲ触媒３へ流入するＮＯとＮＯ２との比率範囲を算出する。このように比率範囲を算出するＥＣＵ１３が、本発明の比率範囲算出部に対応する。
【００５１】
そして、算出された比率範囲内に収まるように、ＳＣＲ触媒３へ流入するＮＯとＮＯ２との比率を、第１流量調節弁９及び第２流量調節弁１０によって制御する。酸化触媒６は、ＮＯをＮＯ２に酸化させる機能を有するので、内燃機関１から排出されるＮＯ２比率が目標比率範囲よりも低ければ、第１流量調節弁９を開き側に調整し、第２流量調節弁１０を閉じ側に調整し、酸化触媒６を流通する排気流量を多くすることで、ＮＯ２比率を高くする。内燃機関１から排出されるＮＯ２比率が目標比率範囲内であれば、第１流量調節弁９を全閉し、第２流量調節弁１０を全開し、バイパス通路８だけに排気を流通させることで、ＮＯ２比率を維持する。または、内燃機関１から排出されるＮＯ２比率が目標比率範囲内であり、排気が酸化触媒６を流通してもＮＯ２比率が目標比率範囲内に収まるようであれば、第１流量調節弁９を全開し、第２流量調節弁１０を全閉し、酸化触媒６を流通するように排気を流通させることで、ＮＯ２比率が変動しても目標比率範囲内に維持できる。内燃機関１から排出されるＮＯ２比率が目標比率範囲よりも高ければ、内燃機関１の運転状態をＮＯ２比率が低くなる運転状態に変更し、第１流量調節弁９を全閉し、第２流量調節弁１０を全開し、バイパス通路８だけに排気を流通させることで、ＮＯ２比率を低くする。また、このように比率を制御するＥＣＵ１３が、本発明のＮＯｘ比率制御部に対応する。
【００５２】
本実施例によると、ＳＣＲ触媒３では目標浄化率以上のＮＯｘ浄化率を確保して、ＮＨ３の不足や過剰供給といった問題を回避することができる。
【００５３】
（ＮＯｘ比率制御ルーチン）
ＥＣＵ１３が行うＮＯｘ比率制御ルーチンについて、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図６は、本実施例に係るＮＯｘ比率制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎にＥＣＵ１３によって実行される。
【００５４】
図６に示すルーチンが開始されると、Ｓ１０１では、ＳＣＲ触媒３へ流入するＮＯとＮＯ２との比率範囲を算出する。比率範囲は以下のようにして特定する。まず、ＳＣＲ触媒３へ流入すると想定されるＮＯとＮＯ２との比率（ＮＯ２比率）に５０％を設定する。排気温度センサ１１の出力値からは、ＳＣＲ触媒３の床温が推定される。このＳＣＲ触媒３の床温を推定する際には、内燃機関１の運転状態等を加味してもよい。この排気温度センサ１１の出力値から推定されたＳＣＲ触媒３の床温により、内燃機関１の運転状態等を加味することでＳＣＲ触媒３の各領域の床温を推定する。推定されたＳＣＲ触媒３の各領域の床温を、図２及び図３のような各領域の床温とＲ１〜Ｒ３の３つの反応の活性度合いとを関連付けたマップに取り込んで、各領域のＲ１〜Ｒ３の３つの反応の活性度合いを導出する。そして、ＮＯ２比率５０％に対する、各領域のＲ１〜Ｒ３の３つの反応の活性度合いを考慮して、各領域でのＮＯｘ反応を推定してＮＯｘ浄化率を算出する。このようなＮＯｘ浄化率の算出を、算出したＮＯｘ浄化率が目標浄化率を達成できる限界となるＳＣＲ触媒３へ流入すると想定されるＮＯ２比率が特定できるまで行う。つまり、ＮＯ２比率５０％から上方の比率及び下方の比率へ想定されるＮＯ２比率を変更してＮＯｘ浄化率を算出する。そして、算出したＮＯｘ浄化率が目標浄化率を達成できる限界の上限と下限のＮＯ２比率を求め、この上限から下限の範囲を比率範囲として特定する。本ステップの処理を行うＥＣＵ１３が、本発明の比率範囲算出部に対応する。
【００５５】
Ｓ１０２では、Ｓ１０１で算出された比率範囲内に収まるように、ＳＣＲ触媒３へ流入するＮＯとＮＯ２との比率（ＮＯ２比率）を制御する。内燃機関１から排出されるＮＯ２比率が目標比率範囲よりも低ければ、第１流量調節弁９を開き側に調整し、第２流量調節弁１０を閉じ側に調整し、酸化触媒６を流通する排気流量を多くすることで、ＮＯ２比率を高くする。内燃機関１から排出されるＮＯ２比率が目標比率範囲内であれば、第１流量調節弁９を全閉し、第２流量調節弁１０を全開し、バイパス通路８だけに排気を流通させることで、ＮＯ２比率を維持する。または、内燃機関１から排出されるＮＯ２比率が目標比率範囲内であり、排気が酸化触媒６を流通してもＮＯ２比率が目標比率範囲内に収まるようであれば、第１流量調節弁９を全開し、第２流量調節弁１０を全閉し、酸化触媒６を流通するように排気を流通させることで、ＮＯ２比率が変動しても目標比率範囲内に維持できる。内燃機関１から排出されるＮＯ２比率が目標比率範囲よりも高ければ、内燃機関１の運転状態をＮＯ２比率が低くなる運転状態に変更し、第１流量調節弁９を全閉し、第２流量調節弁１０を全開し、バイパス通路８だけに排気を流通させることで、ＮＯ２比率を低くする。本ステップの処理を行うＥＣＵ１３が、本発明のＮＯｘ比率制御部に対応する。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
【００５６】
また、Ｓ１０２で決定されたＮＯ２比率の場合に得られるＮＯｘ浄化率、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量、ＮＯｘセンサ１２の検出値、さらにはＳＣＲ触媒３に吸着された尿素やＮＨ３の量を考慮して、必要な尿素水の量を算出し、尿素水添加制御を行う。このようにして尿素水が算出されると尿素水はＮＯｘの浄化に最適な量となるので、ＮＨ３の不足や過剰供給といった問題を回避することができる。
【００５７】
以上説明した本ルーチンによると、ＳＣＲ触媒３の各領域での床温が異なると、各領域でのＲ１〜Ｒ３という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、排気温度センサ１１が取得したＳＣＲ触媒３の床温により導かれる各領域の床温と、ＳＣＲ触媒３へ流入すると想定されるＮＯ２比率と、に基づいて、目標浄化率に到達するためのＳＣＲ触媒３
へ流入するＮＯとＮＯ２との比率範囲を算出することができる。そして、算出された比率範囲内に収まるように、ＳＣＲ触媒３へ流入するＮＯ２比率を制御することができる。よって、ＳＣＲ触媒３では目標浄化率以上のＮＯｘ浄化率を確保して、ＮＨ３の不足や過剰供給といった問題を回避することができる。
【００５８】
＜その他＞
上記実施例では、ＮＯとＮＯ２との比率を目標比率範囲内に収めるために、バイパス通路８と第１流量調節弁９と第２流量調節弁１０とを用いて内燃機関１から排出されるＮＯとＮＯ２との比率を変更していた。しかしこれに限られない。例えば、内燃機関１の運転状態を変更することで内燃機関１から排出されるＮＯとＮＯ２との比率を変更するものでもよいし、他の手法であってもよい。
【００５９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。また、上記実施例は、本発明に係る内燃機関の排気浄化方法の実施例をも兼ねるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１：内燃機関、２：排気通路、３：ＳＣＲ触媒、４：尿素水添加弁、５：尿素水タンク、６：酸化触媒、７：ＤＰＦ、８：バイパス通路、９：第１流量調節弁、１０：第２流量調節弁、１１：排気温度センサ、１２：ＮＯｘセンサ、１３：ＥＣＵ
【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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【図６】
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