(57)【要約】【課題】ＳＣＲを備えた内燃機関の排気浄化システムによるＮＯｘ浄化率を高める技術を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気通路５に配置され、ＮＨ３を還元剤としてＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ３を備え、バンク制御又はリッチスパイクによって排気中にリッチ成分を供給することによって排気中にＮＨ３を発生させ、該発生したＮＨ３をＳＣＲ３に供給する排気浄化システムにおいて、ＳＣＲ３に流入する排気の温度が、ＳＣＲ３においてＮＨ３を還元剤としてＮＯｘ還元反応が進む温度の上限値に基づいて定められる基準温度を超えている場合、流路切替弁１１によって排気の流通経路をＵ字管１０を通過する経路に切り替える。また、バンク制御後期にはバンク間空燃比差を小さくし、バンク制御終了直後のＳＣＲ３の温度が基準温度以下になるようにする。ＳＣＲ３の温度が基準温度以下になり、ＳＣＲ３におけるＮＯｘ還元反応が好適に進行する。【選択図】図１
2009097469.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、ＮＨ３を還元剤としてＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒にＮＨ３を供給するＮＨ３供給手段と、
前記ＮＨ３供給手段によって供給されたＮＨ３を還元剤として前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘ還元反応が行われる時に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が、前記ＮＨ３供給手段によって供給されたＮＨ３を還元剤とするＮＯｘ還元反応が進む温度の上限値に基づいて定められる所定の基準温度以下になるように、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を制御する温度制御手段と、
を備え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】
請求項１において、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度を取得する温度取得手段と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気を冷却する排気冷却手段と、
を備え、
前記温度制御手段は、前記温度取得手段によって取得される温度が前記基準温度より高い場合、前記排気冷却手段によって前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気を冷却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３】
請求項２において、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒より上流の排気通路から分岐して前記選択還元型ＮＯｘ触媒より上流の排気通路に再び合流するように設けられた分岐排気通路と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒より上流を流れる排気の流通経路を、前記分岐排気通路を通過する経路又は前記分岐排気通路を通過しない経路に切り替える流路切替手段と、
を更に備え、
前記分岐排気通路は、排気が前記分岐排気通路を通過する経路を流通する場合に失う熱量が、排気が前記分岐排気通路を通過しない経路を流通する場合に失う熱量と比較して大きくなるように構成され、
前記排気冷却手段は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒より上流を流れる排気の流通経路を、前記流路切替手段によって前記分岐排気通路を通過する経路に切り替えることにより、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気を冷却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４】
請求項２又は３において、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気を昇温する排気昇温手段を更に備え、
前記温度制御手段は、前記ＮＨ３供給手段によって供給されたＮＨ３を還元剤として前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘの還元反応が行われる時に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒において水蒸気が過熱水蒸気として存在するための温度の下限値に基づいて定められる所定の第２基準温度より低い場合、前記排気昇温手段によって前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気を昇温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５】
請求項４において、
前記排気昇温手段は、排気の空燃比を目標空燃比を中心として振動させることによって、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気を昇温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６】
請求項１乃至５のいずれか１項において、
前記内燃機関は複数の気筒群を有し、該複数の気筒群のうち一部の気筒群の気筒の空燃
比を目標空燃比よりリーン側の空燃比とするとともに他の気筒群の気筒の空燃比を目標空燃比よりリッチ側の空燃比とし、トータルの空燃比が目標空燃比となるように制御する気筒群別空燃比制御を行う手段を更に備え、
前記温度制御手段は、前記気筒群別空燃比制御が行われる期間の後半では、前記気筒群別空燃比制御における前記リーン側の空燃比と前記リッチ側の空燃比との差を、前記気筒群別空燃比制御が行われる期間の前半における前記リーン側の空燃比と前記リッチ側の空燃比との差より小さく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７】
請求項６において、
前記温度制御手段は、排気の温度が排気中で水性ガスシフト反応が進む温度の上限値に基づいて定められる所定の第３基準温度より低くなるように、前記気筒群別空燃比制御における前記リーン側の空燃比と前記リッチ側の空燃比との差を設定することを特徴とす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】
内燃機関からの排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の大気への排出量を低減する技術として、排気通路の途中にアンモニア（ＮＨ３）を還元剤として選択的にＮＯｘをＮ２に還元して無害化する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）を備えた排気浄化システムが知られている。なお、関連する技術が特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開平１０−４７０４１号公報
【特許文献２】特開２０００−１８０２６号公報
【特許文献３】特開２０００−２６５８２８号公報
【特許文献４】特開平８−１８９３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明はＳＣＲを備えた排気浄化システムによるＮＯｘ浄化率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に配置され、ＮＨ３を還元剤としてＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲと、
前記ＳＣＲにＮＨ３を供給するＮＨ３供給手段と、
前記ＮＨ３供給手段によって供給されたＮＨ３を還元剤として前記ＳＣＲにおいてＮＯｘ還元反応が行われる時に、前記ＳＣＲの温度が、前記ＮＨ３供給手段によって供給されたＮＨ３を還元剤とするＮＯｘ還元反応が進む温度の上限値に基づいて定められる所定の基準温度以下になるように、前記ＳＣＲの温度を制御する温度制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００５】
ＳＣＲにおけるＮＨ３を還元剤としたＮＯｘ還元反応は、発熱反応であり、低温環境下ほど進行し易い。逆に、ＳＣＲの温度が高くなり過ぎると、ＳＣＲに還元剤としてのＮＨ３が供給されても、当該ＮＨ３によるＮＯｘ還元反応が進行しにくくなり、ＳＣＲにおいて十分なＮＯｘ浄化率が得られなくなる虞がある。この点、本発明の排気浄化システムでは、上記のように、温度制御手段によってＳＣＲの温度が所定の基準温度以下になるように制御される。所定の基準温度は、ＳＣＲの温度が該基準温度より低ければＮＨ３を還元剤とするＮＯｘ還元反応が好適に進むような温度であり、ＮＨ３を還元剤とするＮＯｘ還元反応が進む温度の上限値に基づいて、予め実験やシミュレーション等によって求められる。本発明により、ＳＣＲにおいて好適にＮＯｘ還元反応が進行する状態が維持されるので、ＳＣＲによるＮＯｘ浄化率を高めることができる。
【０００６】
ＮＨ３供給手段は、ＳＣＲにＮＨ３を供給可能な手段であればどのような手段であっても良い。例えば、ＳＣＲより上流の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ）や三元触媒（ＴＷＣ）が配置されたシステムの場合には、ＮＳＲやＴＷＣに炭化水素（ＨＣ）や水素（Ｈ２）等のリッチ成分を供給することによって、それらリッチ成分と排気中のＮＯｘやＮＳＲから脱離するＮＯｘとが反応してＮＨ３が生成されるので、これらの触媒より下流に配置されたＳＣＲにＮＨ３を供給することができる。また、ＳＣＲより上流の排気中に尿素水を噴射供給することによって、高温の排気中で当該尿素水が分解してＮＨ３が生
成される反応が進むので、ＳＣＲにＮＨ３を供給することができる。
【０００７】
ここで、「ＮＨ３供給手段によって供給されたＮＨ３を還元剤としてＳＣＲにおいてＮＯｘ還元反応が行われる時」とは、例えば、ＮＨ３供給手段によって供給されるＮＨ３と排気中のＮＯｘとが、ＳＣＲにおいて反応する場合には、「ＮＨ３供給手段によってＮＨ３が供給される時」を意味する。また、ＳＣＲはゼオライト構造を有し、ＮＨ３を吸着する性質がある。ＮＨ３供給手段によって供給されたＮＨ３がＳＣＲに吸着し、当該吸着したＮＨ３とＳＣＲに流入するＮＯｘとがＮＨ３供給手段によってＮＨ３の供給が行われた後にＳＣＲにおいて反応する場合には、「ＮＨ３供給手段によってＮＨ３の供給が行われた後であって、ＳＣＲにＮＯｘが流入する時」を意味する。例えば、ＳＣＲにおけるＮＯｘ還元反応はリーン環境下で好適に進行する性質がある。従って、ＮＨ３供給手段がリッチ成分を排気中に供給することによってＮＨ３を発生させる手段である場合には、リッチ成分の供給が終了してＳＣＲの周囲雰囲気がリーンとなった時に、ＳＣＲにおいてＮＯｘ還元反応が行われる。
【０００８】
本発明において、温度制御手段は、ＳＣＲの温度を取得する手段を有し、取得した温度が基準温度より低くなるように、ＳＣＲの温度制御をするようにしても良い。この場合、ＳＣＲの温度は、ＳＣＲにおけるＮＯｘ還元反応の温度環境条件を推定又は測定可能などのような手段によって取得しても良い。例えば、ＳＣＲの触媒床温を直接測定又は内燃機関の運転状態等に基づいて推定する手段や、ＳＣＲに流入する排気の温度に基づいてＳＣＲの温度を推定する手段等とすることができる。
【０００９】
例えば、ＳＣＲに流入する排気の温度を取得する温度取得手段を備えた構成とした場合、ＳＣＲに流入する排気を冷却する排気冷却手段を更に備え、
前記温度制御手段は、前記ＮＨ３供給手段によって供給されたＮＨ３を還元剤として前記ＳＣＲにおいてＮＯｘ還元反応が行われる時に、前記温度取得手段によって取得される温度が前記基準温度より高い場合、前記排気冷却手段によって前記ＳＣＲに流入する排気を冷却するようにしても良い。
【００１０】
この構成において、排気冷却手段は、ＳＣＲに流入する排気を冷却可能であればどのような手段であっても良い。例えば、
前記ＳＣＲより上流の排気通路から分岐して前記ＳＣＲより上流の排気通路に再び合流するように設けられた分岐排気通路と、
前記ＳＣＲより上流を流れる排気の流通経路を、前記分岐排気通路を通過する経路又は前記分岐排気通路を通過しない経路に切り替える流路切替手段と、
を更に備え、
前記分岐排気通路は、排気が前記分岐排気通路を通過する経路を流通する場合に失う熱量が、排気が前記分岐排気通路を通過しない経路を流通する場合に失う熱量と比較して大きくなるように構成されている場合、
前記排気冷却手段は、前記ＳＣＲより上流を流れる排気の流通経路を、前記流路切替手段によって前記分岐排気通路を通過する経路に切り替えることにより、前記ＳＣＲに流入する排気を冷却するようにしても良い。
【００１１】
上記構成によれば、ＳＣＲに流入する排気の温度が基準温度より高い場合には、排気の流通経路が分岐排気通路を経由してＳＣＲに流入する経路に切り替えられる。排気が分岐排気通路を通過する経路を流通するとき、分岐排気通路を通過しない経路を流通する場合と比較して、より多くの熱を奪われるので、排気はＳＣＲに流入する前に冷却される。従って、ＳＣＲの温度を低下させることができる。分岐排気通路を通過する経路の経路長を長くしたり、分岐排気通路内壁面の表面積が大きくなるように、分岐排気通路を構成したりすることによって、分岐排気通路を流通するときにより多くの熱が排気から奪われるよ
うにすることができる。
【００１２】
排気冷却手段としては、その他、エンジン冷却水や空冷によって排気を冷却するクーラをＳＣＲより上流の排気通路に配置するとともに、該クーラをバイパスするバイパス通路を設け、ＳＣＲに流入する排気の温度が基準温度より高い場合には、排気の流通経路としてクーラを通過する経路を選択し、それ以外の場合にはバイパス通路を通過する経路を選択するようにしても良い。
【００１３】
ところで、排気中には燃焼行程や、排気中のリッチ成分（炭化水素（ＨＣ）や水素（Ｈ２）等）と酸素（Ｏ２）との反応等によって発生した水蒸気が存在する。水蒸気は１００℃を超えてさらに加熱されることにより、非常に反応性の高い過熱水蒸気となる。過熱水蒸気の存在下でＳＣＲにおけるＮＯｘ還元反応が活性化される。また、過熱水蒸気存在下で排気中のＮＯｘが窒素（Ｎ２）とＯ２とに分解する分解反応が促進される。また、過熱水蒸気は水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）によってＨ２を生じ、該Ｈ２を還元剤とするＮＯｘ還元反応も促進される。
【００１４】
このような過熱水蒸気によるＮＯｘ浄化効果を有効に活用するために、本発明の排気浄化システムでは、
前記ＳＣＲに流入する排気を昇温する排気昇温手段を更に備え、
前記温度制御手段は、前記ＮＨ３供給手段によって供給されたＮＨ３を還元剤として前記ＳＣＲにおいてＮＯｘの還元反応が行われる時に、前記ＳＣＲの温度が、前記ＳＣＲにおいて水蒸気が過熱水蒸気として存在するための温度の下限値に基づいて定められる所定の第２基準温度より低い場合、前記排気昇温手段によって前記ＳＣＲに流入する排気を昇温するようにしても良い。
【００１５】
こうすることにより、上記のような過熱水蒸気によるＮＯｘ還元反応の促進効果やＮＯｘ分解反応の促進効果等を有効に活用し、排気浄化システムのＮＯｘ浄化率をより一層高めることができる。ここで、所定の第２基準温度は、ＳＣＲにおいて水蒸気が過熱水蒸気として存在するための温度の下限値に基づいて定められる温度であり、予め実験やシミュレーション等によって求められる。
【００１６】
なお、ＳＣＲはＮＨ３やＨ２Ｏを吸着する性質があるが、その吸着量はＳＣＲの温度が低いほど多い傾向がある。本発明によれば、ＳＣＲの温度が基準温度より高くならないように温度制御が行われるため、ＳＣＲの温度が過剰に高くなることが抑制される。従って、ＮＨ３供給手段によって供給されるＮＨ３や排気中のＨ２Ｏをより多くＳＣＲの吸着させることができ、ＮＨ３によるＮＯｘ還元反応やＨ２Ｏによる上記諸効果によるＮＯｘ浄化効果をより一層高めることができる。
【００１７】
ここで、排気昇温手段は、ＳＣＲに流入する排気を昇温可能であればどのような手段であっても良い。例えば、排気の空燃比を目標空燃比を中心として振動させることによって排気の温度を上昇させる手段とすることができる。ここで、「空燃比を振動させる」とは、空燃比を、ある空燃比を中心として、該空燃比の上下に比較的微小な変動幅で比較的短い時間間隔で繰り返し変動させることを意味する。変動幅は変動の中心となる空燃比に対して対称であっても非対称であっても良い。また、変動の繰り返しは周期的であっても良いし周期性を持たない変動であっても良い。このように空燃比を振動させる制御を以下パータベーション制御と称する。
【００１８】
パータベーション制御を行うことにより、目標空燃比よりリーン側の空燃比の排気とリッチ側の空燃比の排気とが混在することになる。リーン側の空燃比の排気中にはＯ２が比較的多く含まれ、リッチ側の空燃比の排気中にはリッチ成分が比較的多く含まれる。従っ
て、これらの排気が混在すると、これらＯ２とリッチ成分とで酸化還元反応が進み、その反応熱によって排気の温度が上昇する。ここで、目標空燃比は、内燃機関の運転状態や排気浄化システムの状態等に応じて設定される排気の空燃比である。
【００１９】
また、排気通路にＴＷＣを備えた構成においては、ストイキ近傍の空燃比を中心として空燃比を振動させるパータベーション制御を行っても良い。特に、空燃比の振動範囲を、ＴＷＣによるＨＣ浄化率が最大となる空燃比とＣＯの浄化率が最大となる空燃比とを含む範囲になるようにすれば、ＴＷＣにおけるＨＣの酸化反応とＣＯの酸化反応との反応性を高めることができるので、排気昇温効果をより一層高めることができる。
【００２０】
本発明において、ＮＨ３供給手段は、前記ＳＣＲより上流の排気中にリッチ成分を供給することによって前記ＳＣＲより上流の排気中にＮＨ３を発生させる手段とすることができる。
【００２１】
排気中にリッチ成分（ＨＣやＨ２等）が供給されると、これらのリッチ成分と排気中のＮＯｘとが反応してＮＨ３が発生する。ＳＣＲにおけるＮＨ３によるＮＯｘ還元反応はリーン雰囲気下で好適に進む性質があるので、リッチ成分が排気中へ供給されることによって発生したＮＨ３は、主にＳＣＲのゼオライト構造に吸着し、リッチ成分の排気への供給が終了してＳＣＲがリーン雰囲気となった時に、当該吸着したＮＨ３によってＳＣＲに流入するＮＯｘの還元反応が進む。従って、この構成の場合、「ＮＨ３供給手段によって供給されたＮＨ３を還元剤としてＳＣＲにおいてＮＯｘ還元反応が行われる時」とは、リッチ成分の排気への供給が終了してＳＣＲがリーン雰囲気となった時である。
【００２２】
ＳＣＲより上流の排気中にリッチ成分が供給される場合としては、リーン燃焼可能な内燃機関において、内燃機関のリーン運転中に排気の空燃比を一時的にリッチに制御するリッチスパイクが行われる場合を例示できる。リッチスパイクが実行されると、リッチスパイクによって排気中に供給されるリッチ成分と、排気中のＮＯｘやＮＳＲから放出されるＮＯｘとが反応して、ＮＨ３が発生する。当該発生したＮＨ３はＳＣＲに吸着し、リッチスパイクが終了して通常のリーン運転に復帰した時に、当該吸着したＮＨ３によって排気中のＮＯｘが還元される。リッチスパイクは、一時的に排気の空燃比をストイキ又はリッチ雰囲気とする必要がある場合等に実行される。例えば、ＮＳＲを備えた内燃機関において、公知のＮＯｘ脱離還元処理やＳＯｘ被毒回復処理が行われる場合等にリッチスパイクが実行される。
【００２３】
本発明において、ＮＨ３供給手段は、複数の気筒を有する内燃機関において、複数の気筒のうち一部の気筒の空燃比を目標空燃比よりリーン側の空燃比とするとともに他の気筒の空燃比を目標空燃比よりリッチ側の空燃比とし、トータルの空燃比が目標空燃比となるように制御する気筒別空燃比制御を行う手段とすることができる。気筒別空燃比制御が実行されると、リーン側の空燃比に制御される気筒からの排気中にはより多くのＮＯｘが含まれ、リッチ側の空燃比に制御される気筒からの排気中にはより多くのリッチ成分が含まれる。これらの排気が混合することで、ＮＯｘとリッチ成分とが反応してＮＨ３が発生する。
【００２４】
気筒別空燃比制御は、例えば、ＮＳＲのＮＯｘ脱離還元処理やＳＯｘ被毒回復処理、パティキュレートマターを捕集するフィルタの再生処理に際して排気を昇温する場合等に実行される。目標空燃比は内燃機関の運転状態や排気浄化システムの状態等に応じて定められる。例えば、ＮＳＲのＮＯｘ脱離還元処理やＳＯｘ被毒回復処理を行う場合の気筒別空燃比制御では、ＮＳＲからＮＯｘやＳＯｘが脱離するための空燃比（ストイキ又はリッチ）となるように目標空燃比を設定する。
【００２５】
本発明において、ＮＨ３供給手段は、複数の気筒群を有する内燃機関において、複数の気筒群のうち一部の気筒群の空燃比を目標空燃比よりリーン側の空燃比とするとともに他の気筒群の空燃比を目標空燃比よりリッチ側の空燃比とし、トータルの空燃比が目標空燃比となるように制御する気筒群別空燃比制御を行う手段とすることができる。気筒群別空燃比制御が実行されると、リーン側の空燃比に制御される気筒群からの排気中にはより多くのＮＯｘが含まれ、リッチ側の空燃比に制御される気筒群からの排気中にはより多くのリッチ成分が含まれる。これらの排気が混合することで、ＮＯｘとリッチ成分とが反応してＮＨ３が発生する。
【００２６】
気筒群別空燃比制御は、気筒別空燃比制御と同様、排気を昇温する必要がある場合等に実行される。目標空燃比は内燃機関の運転状態や排気浄化システムの状態等に応じて定められる。例えば、ＮＳＲのＮＯｘ脱離還元処理やＳＯｘ被毒回復処理を行う場合のバンク制御では、ＮＳＲからＮＯｘやＳＯｘが脱離するための空燃比（ストイキ又はリッチ）となるように目標空燃比を設定する。
【００２７】
上述のように、ＳＣＲにおけるＮＨ３を還元剤としたＮＯｘ還元反応は、低温環境下で好適に進行する。ところが、気筒群別空燃比制御による排気昇温制御が終了した直後は、排気の温度が高くなっているため、ＳＣＲにおけるＮＯｘ還元反応が進みにくい。そのため、気筒群別空燃比制御によって還元剤としてのＮＨ３を発生させてＳＣＲに吸着させても、気筒群別空燃比制御終了直後はＳＣＲにおいて十分なＮＯｘ浄化率が得られない虞がある。
【００２８】
そこで、気筒群別空燃比制御をＮＨ３供給手段としてＳＣＲにＮＨ３を供給する構成の場合、前記温度制御手段は、気筒群別空燃比制御が行われる期間の後半では、気筒群別空燃比制御においてリーン側の空燃比とされる気筒群の空燃比とリッチ側の空燃比とされる気筒群の空燃比との差（気筒群間空燃比差）を、気筒群別空燃比制御が行われる期間の前半における気筒群間空燃比差よりも小さくするようにしても良い。
【００２９】
気筒群別空燃比制御においては、気筒群間空燃比差が大きくなるほど排気昇温効果は大きくなる。逆に、その差を小さくすることによって、気筒群別空燃比制御による排気昇温効果は小さくすることができる。上記構成によれば、気筒群別空燃比制御の後半においては気筒群間空燃比差が小さくされるので、気筒群別空燃比制御の後半における排気昇温効果が小さくなる。よって、気筒群別空燃比制御終了後にＳＣＲに流入する排気の温度を速やかに基準温度以下の温度にまで低下させることができる。従って、気筒群別空燃比制御後のＳＣＲにおいて高いＮＯｘ浄化率を得ることが可能になる。
【００３０】
ここで、気筒群別空燃比制御の後半における気筒群間空燃比差は、気筒群別空燃比制御終了後のＳＣＲの温度と、気筒群別空燃比制御の目的と、の両方を考慮して設定することが好ましい。例えば、ＮＳＲのＳＯｘ被毒回復処理のための排気昇温を目的とした気筒群別空燃比制御では、排気の温度が、ＮＳＲからＳＯｘが脱離可能な温度の下限値より低くならない範囲でできるだけ低くなるように、気筒群別空燃比制御の後半における気筒群間の空燃比差を設定することが好ましい。こうすることによって、ＮＳＲのＳＯｘ被毒回復処理を適切に継続しつつ、気筒群別空燃比制御終了後に、ＳＣＲにおけるＮＯｘ還元反応が好適に進行可能な温度環境を早期に実現することが可能になる。
【００３１】
また、気筒群別空燃比制御において、温度制御手段は、排気の温度が排気中で水性ガスシフト反応が進む温度の上限値に基づいて定められる所定の第３基準温度より低くなるように、気筒群間空燃比差を設定するようにしても良い。
【００３２】
水性ガスシフト反応とは、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）から二酸化
炭素（ＣＯ２）とＨ２が生じる発熱反応である。この反応は過剰に高温の環境下では進行しにくい性質がある。上記第３基準温度は、この水性ガスシフト反応が好適に進む温度の上限値に基づいて定められる温度であり、予め実験やシミュレーション等によって求められる。上記構成によれば、排気温度が第３基準温度より低くなるように気筒群別空燃比制御における気筒群間空燃比差が設定されるので、気筒群別空燃比制御の実行中に排気中で水性ガスシフト反応が好適に進む。これにより、排気中により多くのＨ２を発生させることができる。このＨ２と排気中のＮＯｘとからＮＨ３が発生するので、本発明によれば、気筒群別空燃比制御中により多くのＮＨ３を発生させ、ＳＣＲに供給することが可能になる。また、該Ｈ２自体が還元剤としてＮＯｘを還元する反応が進行するので、排気浄化システムのＮＯｘ浄化率をより一層高めることができる。
【００３３】
気筒群別空燃比制御を行う構成において、各気筒群が複数の気筒を有する場合、前記ＮＨ３供給手段は、前記複数の気筒群のうち少なくとも１つの気筒群に関して、前記気筒群別空燃比制御において、当該気筒群の一部の気筒の空燃比と当該気筒群の他の気筒の空燃比とを異ならせるとともに、当該気筒群のトータルの空燃比が前記気筒群別空燃比制御における当該気筒群の目標空燃比となるように制御する気筒別空燃比制御を行うようにしても良い。
【００３４】
例えば、気筒群別空燃比制御よって所定のリーン空燃比に制御される気筒群に属する複数の気筒のうち、一部の気筒の空燃比を当該所定リーン空燃比よりややリーンの空燃比とし、当該気筒群のその他の気筒の空燃比を当該所定リーン空燃比よりややリッチの空燃比とし、当該気筒群のトータルの空燃比が当該所定リーン空燃比となるように制御する。さらに、当該気筒群に属する複数の気筒間で、当該所定リーン空燃比よりややリーンの空燃比とされる気筒と、当該所定リーン空燃比よりややリッチの空燃比とされる気筒と、を一又は複数サイクル毎に順次切り替えるようにしても良い。
【００３５】
このように、気筒群別空燃比制御における各気筒群に属する気筒に対して気筒別空燃比制御を行うことで、ある気筒群に属する複数の気筒からの排気の間でも、リッチ成分を多く含む排気とＮＯｘを多く含む排気とが混在することになり、より多くのＮＨ３を発生させることができる。従って、気筒群別空燃比制御中により多くのＮＨ３をＳＣＲに供給することが可能になり、気筒群別空燃比制御後にＳＣＲにおけるＮＯｘ浄化率をより一層高めることができる。
【００３６】
本発明においては、ＳＣＲを、排気通路におけるなるべく内燃機関から離れた位置に配置するようにしても良い。こうすることで、ＳＣＲに流入する排気の温度を低下させることができるので、ＳＣＲに流入する排気の温度が前記基準温度を超えてしまうことをより確実に抑制することができる。従って、ＳＣＲによるＮＯｘ浄化率を高めることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明により、ＮＨ３を還元剤としてＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲを備えた排気浄化システムによるＮＯｘ浄化率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
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態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３９】
図１は、本実施例に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は左バンク１２及び右バンク１３を備えた６気筒Ｖ型エンジンである。左バンク１２に属
する各気筒（＃１、＃２、＃３）の燃焼室は左バンク排気通路６に通じている。右バンク１３に属する各気筒（＃４、＃５、＃６）の燃焼室は右バンク排気通路７に通じている。左バンク排気通路６と右バンク排気通路７とは合流部１４において合流し、排気通路５に接続する。排気通路５には合流部１４から下流に向かって三元触媒（ＴＷＣ）４、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ）２、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）３が配置されている。ＮＳＲ２は流入する排気の空燃比がリーンの時に排気中にＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の空燃比がストイキ又はリッチで且つ還元剤の存在下で吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。また、ＳＣＲ３は、ＮＨ３を還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元する機能を有する。例えば、一酸化窒素（ＮＯ）は４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏなる反応によってＮ２に還元される。また、二酸化窒素（ＮＯ２）は６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏなる反応によってＮ２に還元される。ＴＷＣ４は、流入する排気の空燃比がストイキ近傍の所定の空燃比領域内にある時に、排気中のＮＯｘを還元するとともに、排気中のＨＣ及びＣＯを酸化する機能を有する。その他、排気中のパティキュレートマターを捕集するフィルタ等の排気浄化装置が排気通路５に設けられていても良い。
【００４０】
ＳＣＲ３より上流且つＮＳＲ２より下流の排気通路５には、２つの分岐箇所を有する分岐部１５が設けられている。分岐部１５には、分岐部１５の一方の分岐箇所と他方の分岐箇所とを接続するＵ字管１０が接続されている。Ｕ字管１０を通過する経路の経路長はＵ字管１０を通過しない経路の経路長より長いため、排気がＵ字管１０を通過する経路を通過するときに失う熱量は、排気がＵ字管１０を通過しない経路を通過する場合に失う熱量より大きい。従って、本実施例のＵ字管１０は本発明の分岐排気通路に相当する。分岐部１５には流路切替弁１１が設けられている。流路切替弁１１は、排気通路５を流通する排気の流通経路を、Ｕ字管１０を通過する経路又はＵ字管１０を通過しない経路に切り替える弁である。本実施例の流路切替弁１１は本発明の流路切替手段に相当する。ＳＣＲ３の直前の排気通路５には排気の温度を測定する温度センサ９が備えられている。本実施例の温度センサ９は本発明の温度取得手段に相当する。
【００４１】
以上説明したように構成された内燃機関１には、内燃機関１を制御するためのコンピュータであるＥＣＵ８が併設されている。ＥＣＵ８は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する機能を有する。ＥＣＵ８には上記温度センサ９の他各種のセンサが接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ８に入力される。また、ＥＣＵ８には上記流路切替弁１１の他各種の機器が接続され、各機器の動作がＥＣＵ８から出力される制御信号によって制御される。
【００４２】
ＮＳＲ２に吸蔵されたＮＯｘをＮＳＲ２から放出させ還元する処理（ＮＯｘ脱離還元処理という）や、ＮＳＲ２に吸蔵されたＳＯｘをＮＳＲ２から脱離させる処理（ＳＯｘ被毒回復処理という）を行う場合、ＮＳＲ２の周囲雰囲気をストイキ又はリッチとし、且つＮＳＲ２を昇温する必要がある。本実施例の排気浄化システムでは、ＮＯｘ脱離還元処理又はＳＯｘ被毒回復処理を実行すべき条件が成立した場合には、左バンク１２に属する気筒の空燃比をリーン（例えばＡ／Ｆ１５）とし、右バンク１３に属する気筒の空燃比をリッチ（例えばＡ／Ｆ１２）とし、合流部１４における排気の空燃比がストイキ近傍の空燃比（例えばＡ／Ｆ１４．６）となるように空燃比制御を行う。このような空燃比制御を以下バンク制御と称する。本実施例のバンク制御は、本発明における気筒群別空燃比制御に相当する。バンク制御の実行時には、左バンク１２に属する気筒からはＯ２を比較的多く含む排気が排出され、右バンク１３に属する気筒からはＣＯやＨＣ等のリッチ成分が多く含まれる排気が排出される。これらの排気は合流部１４で合流し、排気通路５やＴＷＣ４においてこれら排気中のＯ２とリッチ成分とで酸化還元反応が進行し、その反応熱によって排気の温度が上昇する。これにより、ＮＳＲ２の温度が上昇する。また、トータルの排気空燃比がストイキよりややリッチの空燃比とされるため、ＮＳＲ２に吸蔵されたＮＯｘが放出され、ＮＯｘ脱離還元処理が行われる。また、バンク制御における左バンク１２の空
燃比と右バンク１３の空燃比との差（バンク間空燃比差という）をより大きくすれば（例えば、左バンク１２の空燃比＝Ａ／Ｆ１８、右バンク１３の空燃比＝Ａ／Ｆ１２とする）、バンク制御による排気昇温効果が高くなり、ＮＳＲ２の温度をＳＯｘ被毒回復処理を実行可能な程度にまで昇温することができる。
【００４３】
バンク制御を実行すると、ＴＷＣ４やＮＳＲ２において、右バンク１３に属する気筒からの排気中に含まれるＨＣやＨ２等のリッチ成分と、排気中のＮＯｘやＮＳＲ２から放出されるＮＯｘとが反応して、ＮＨ３が発生する。また、排気中のＮ２とＨ２とからＮＨ３が合成される反応も進行する。すなわち、本実施例においてバンク制御を実行する装置（図示しない燃料噴射システム、及びそれを制御するＥＣＵ８）が、本発明のＮＨ３供給手段に相当する。また、バンク制御に伴ってＨ２Ｏも発生する。これらバンク制御に伴って発生するＮＨ３やＨ２Ｏは、主にＳＣＲ３に吸着される。そして、ＮＯｘ脱離還元処理やＳＯｘ被毒回復処理を終了する条件が成立してバンク制御が終了し、通常運転モード（リーンバーンモード）に復帰すると、ＳＣＲ３に流入する排気中のＮＯｘが前記ＳＣＲ３に吸着されたＮＨ３を還元剤として還元され浄化される。
【００４４】
ところで、ＳＣＲ３におけるＮＨ３を還元剤とするＮＯｘ還元反応は、発熱反応である。従って、ＳＣＲ３の温度が過剰に高い場合、ＳＣＲ３においてＮＨ３によるＮＯｘ還元反応が進みにくくなり、十分なＮＯｘ浄化率が得られない虞がある。そこで、本実施例のシステムでは、バンク制御終了後、温度センサ９によってＳＣＲ３に流入する排気の温度を測定し、測定された温度Ｔが所定の基準温度Ｔ１より高い場合（Ｔ＞Ｔ１）、流路切替弁１１によって排気の流通経路をＵ字管１０を通過する経路に切り替えるようにした。上記のように、ＳＣＲ３に流入する前に排気がＵ字管１０を通過することによって、排気が冷却される。こうして、ＳＣＲ３に流入する排気の温度が基準温度Ｔ１以下になるようにすることにより、ＳＣＲ３におけるＮＨ３を還元剤としたＮＯｘ還元反応を好適に進行させることが可能となるので、ＳＣＲ３によるＮＯｘ浄化率を高めることができる。ここで、基準温度Ｔ１はＳＣＲ３においてＮＨ３によるＮＯｘ還元反応が好適に進む温度の上限値に基づいて定められる温度であり、本実施例ではＴ１＝３００℃とする。
【００４５】
ここで、排気中には燃焼行程や、排気中のリッチ成分（ＨＣ、Ｈ２等）とＯ２との反応等によって発生した水蒸気（Ｈ２Ｏ）が存在する。水蒸気は１００℃を超えてさらに加熱されることにより、非常に反応性の高い過熱水蒸気となる。過熱水蒸気の存在下でＳＣＲ３におけるＮＯｘ還元反応が活性化される。また、過熱水蒸気の存在下で排気中のＮＯｘがＮ２とＯ２とに分解するＮＯｘ分解反応が促進される。また、過熱水蒸気は水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）によってＨ２を生じるので、このＨ２を還元剤とするＮＯｘ還元反応も促進される。
【００４６】
このような過熱水蒸気によるＮＯｘ浄化効果を有効に活用するため、本実施例の排気浄化システムでは、温度センサ９によって測定されるＳＣＲ３に流入する排気の温度が過剰に低く、第２基準温度Ｔ２を下回る場合には、ＳＣＲ３に流入する排気の温度を、上記基準温度Ｔ１を超えない範囲で若干昇温するようにした。第２基準温度Ｔ２は排気中のＨ２Ｏが少なくともＳＣＲ２において過熱水蒸気として存在し得る温度の下限値に基づいて定められる温度であり、本実施例ではＴ２＝２００℃とする。こうすることにより、ＳＣＲ３においてＨ２Ｏが過熱水蒸気として好適に機能するので、上記のような過熱水蒸気による種々のＮＯｘ浄化効果を有効に活用することが可能になる。
【００４７】
本実施例では、温度センサ９によって測定される温度が第２基準温度Ｔ２を下回る場合には、空燃比を比較的短周期で微小振動させる制御を実行することによって、排気の昇温を行うようにした。このような空燃比制御を以下パータベーション制御と称する。パータベーション制御は、空燃比を、その時点での目標空燃比に対して若干リーン側の空燃比と
若干リッチ側の空燃比との間で振動させる制御である。本実施例では、バンク制御終了後のリーンバーンモードで運転中にパータベーション制御が行われることになるので、例えばＡ／Ｆ２５±０．３の範囲で空燃比を振動させる。パータベーション制御を実行することにより、リーンな排気中においてもＯ２濃度が若干濃い排気とリッチ成分濃度若干濃い排気とが混在することになるので、これらＯ２とリッチ成分との間の酸化還元反応の反応熱により、排気が昇温される。なお、本実施例において空燃比のパータベーション制御を行う装置（図示しない燃料噴射システム、吸入空気制御システム、それらを制御するＥＣＵ８）が本発明における排気昇温手段に相当する。
【００４８】
以上説明したように、本実施例の排気浄化システムによれば、バンク制御後のリーンバーンモードにおいて、ＳＣＲ３に流入する排気の温度が第２基準温度Ｔ２以上基準温度Ｔ１以下の温度範囲内に入るように温度制御が行われる。これにより、ＳＣＲ３においてＮＨ３を還元剤とするＮＯｘ還元反応が好適に進行可能な程度の低温環境が実現されるとともに、排気中の水蒸気がＳＣＲ３において過熱水蒸気として存在可能な程度の高温環境が実現される。従って、極めて高いＮＯｘ浄化率を達成することが可能となる。本実施例においては、ＳＣＲ３に流入する排気の温度がＴ２以上Ｔ１以下の温度範囲に入るように流路切替弁１１の制御及び空燃比パータベーション制御を行うＥＣＵ８が、本発明の温度制御手段に相当する。
【００４９】
ここで、本実施例の排気温度制御の具体的な実行定順について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施例の排気温度制御ルーチンを表すフローチャートである。このルーチンは内燃機関１の稼働中所定期間毎に繰り返し実行される。
【００５０】
まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ８は、バンク制御実行条件が成立したか否かを判定する。バンク制御実行条件は、例えば、ＮＯｘ脱離還元処理を実行すべき条件やＳＯｘ被毒回復処理を実行すべき条件が成立した場合に成立する。ＮＯｘ脱離還元処理の実行条件やＳＯｘ被毒回復処理の実行条件は既知の条件を用いることができる。ステップＳ１０１で肯定判定された場合、ＥＣＵ８はステップＳ１０２に進む。一方、ステップＳ１０１で否定判定された場合、ＥＣＵ８は、ステップＳ１０５に進む。
【００５１】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ８は、バンク制御を開始する。
【００５２】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ８は、バンク制御終了条件が成立したか否かを判定する。バンク制御終了条件は、例えば、ＮＯｘ脱離還元処理を終了すべき条件やＳＯｘ被毒回復処理を終了すべき条件が成立した場合に成立する。ＮＯｘ脱離還元処理の終了条件やＳＯｘ被毒回復処理の終了条件は既知の条件を用いることができる。ステップＳ１０３は肯定判定されるまで繰り替え実行される。
【００５３】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ８は、バンク制御を終了し、通常のリーンバーンモードに移行する。
【００５４】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ８は、ＳＣＲ３に流入する排気の温度Ｔを取得する。具体的には、ＥＣＵ８に入力される温度センサ９の検出信号を読み込む。
【００５５】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ８は、ステップＳ１０５で取得した温度Ｔが基準温度Ｔ１より高いか否かを判定する。ステップＳ１０６で肯定判定された場合（Ｔ＞Ｔ１）、ＥＣＵ８はステップＳ１０７に進む。一方、ステップＳ１０６で否定判定された場合（Ｔ≦Ｔ１）、ＥＣＵ８はステップＳ１０８に進む。
【００５６】
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ８は、流路切替弁１１によって、排気の流通経路を
Ｕ字管１０を通過する経路に切り替える。
【００５７】
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ８は、ステップＳ１０５で取得した温度Ｔが第２基準温度Ｔ２より低いか否かを判定する。ステップＳ１０８で肯定判定された場合（Ｔ＜Ｔ２）、ＥＣＵ８はステップＳ１０９に進む。一方、ステップＳ１０８で否定判定された場合（Ｔ≧Ｔ２）、ＥＣＵ８は本ルーチンの実行を終了する。
【００５８】
ステップＳ１０９において、ＥＣＵ８は、空燃比のパータベーション制御を行う。
【００５９】
以上のルーチンを実行することにより、ＳＣＲ３の温度Ｔが第２基準温度Ｔ２以上基準温度Ｔ１以下の温度範囲に入るようにフィードバック制御されるので、ＳＣＲ３によるＮＯｘ浄化率を高めることが可能となる。
【実施例２】
【００６０】
次に、本発明の実施例２について説明する。図３は、本実施例に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。図１を参照してすでに説明した実施例１の内燃機関とその排気系と実質的に同一の構成要素には同一の名称及び符号を用い、詳しい説明を省略する。本実施例では、排気通路５の上流側から順にＴＷＣ４、ＮＳＲ２、ＳＣＲ３が配置されている。また、ＴＷＣ４の触媒温度を測定する温度センサ１６、ＮＳＲ２の触媒温度を測定する温度センサ１７、ＳＣＲ３の触媒温度を測定する温度センサ１８がそれぞれ備えられている。なお、これらの各温度センサは、実施例１の温度センサ９と同様に、各触媒に流入する排気の温度を測定するセンサであっても良いし、各触媒の触媒床温を測定するセンサであっても良い。本実施例では、ＴＷＣ４やＮＳＲ２と比較してＳＣＲ３は内燃機関１からより離れた位置に配置されている。
【００６１】
本実施例では、実施例１と同様に、ＮＳＲ２のＮＯｘ脱離還元処理やＳＯｘ被毒回復処理に際して排気を昇温する必要がある場合に、バンク制御が行われる。以下、ＳＯｘ被毒回復処理に際して排気を昇温する場合について説明する。ＳＯｘ被毒回復処理においては、ＮＳＲ２の温度を６００−７００℃の非常に高い温度にまで昇温する必要がある。そのため、バンク制御終了直後は排気の温度が非常に高温の状態となり、ＳＣＲ３の温度が実施例１で説明した基準温度Ｔ１を超える状態となり易い。従って、バンク制御終了直後、ＳＣＲ３におけるＮＯｘの還元反応が好適に進まず、ＳＣＲ３によるＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。
【００６２】
そこで、本実施例では、バンク制御が行われる期間を前期、中期、後期の３つの期間に分割し、各期間におけるバンク制御の制御態様を異ならせるようにした。具体的には、バンク制御前期においては、ＮＳＲ２をより確実に昇温すべく、バンク間空燃比差をより大きくする。例えば、ＴＷＣ４の温度目標値を６００℃、ＮＳＲ２の温度目標値を７００℃とし、リーン空燃比に制御される左バンク１２の空燃比をＡ／Ｆ１８、リッチ空燃比に制御される右バンク１３の空燃比をＡ／Ｆ１０に設定してバンク制御を行う。このように、バンク間空燃比差を大きくすることによって、バンク制御による排気昇温効果が高まり、ＮＳＲ２を早期にＳＯｘ被毒回復処理を実行可能な温度にまで昇温し、またＮＳＲ２からのＳＯｘ脱離反応を活性化することができる。
【００６３】
次に、バンク制御中期には、バンク制御によるＮＨ３発生量を多くすべく、各バンク内で気筒間空燃比を異ならせる制御を行う。例えば、ＴＷＣ４の温度目標値を５８０℃、ＮＳＲ２の温度目標値を６７０℃とし、リーン空燃比に制御される左バンク１２の空燃比をＡ／Ｆ１８、リッチ空燃比に制御される右バンク１３の空燃比をＡ／Ｆ１０に設定する。
【００６４】
さらに、左バンク１２の気筒＃１、＃２、＃３のうちいずれか１つの気筒の空燃比をＡ
／Ｆ１８より若干リッチな空燃比Ａ／Ｆ１７．６とし、他の２つの気筒の空燃比をＡ／Ｆ１８より若干リーンなＡ／Ｆ１８．２とし、左バンク１２トータルとしては空燃比Ａ／Ｆ１８だが、左バンク１２を構成する気筒間でリーン側の空燃比とリッチ側の空燃比とが混在するようにする。そして、左バンク１２の気筒の中で若干リッチな空燃比とされる対象となる気筒を、１又は複数サイクル毎に＃１、＃２、＃３から順番に選択する。
【００６５】
また、右バンク１３の気筒＃４、＃５、＃６のうちいずれか１つの気筒の空燃比をＡ／Ｆ１０より若干リーンな空燃比Ａ／Ｆ１０．４とし、他の２つの気筒の空燃比をＡ／Ｆ１０より若干リッチなＡ／Ｆ９．８とし、右バンク１３トータルとしては空燃比Ａ／Ｆ１０だが、右バンク１３を構成する気筒間でリッチ側の空燃比とリーン側の空燃比とが混在するようにする。そして、右バンク１３の気筒の中で若干リーンな空燃比とされる対象となる気筒を、１又は複数サイクル毎に＃４、＃５、＃６から順番に選択する。
【００６６】
このような制御を行うことによって、同一バンクに属する気筒からの排気であっても、若干リッチ側の空燃比とされた気筒からの排気にはＨ２がより多く含まれ、若干リーン側の空燃比とされた気筒からの排気にはＮＯｘがより多く含まれることになる。そして、これらの排気が各バンクの排気マニホールド（不図示）や各バンク排気通路６、７で混合することで、Ｈ２とＮＯｘとが反応し、より多くのＮＨ３が発生する。
【００６７】
また、この場合排気昇温効果が若干抑えられるので、排気中において水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）が好適に進行する条件が成立し、これによってもＨ２が発生する。水性ガスシフト反応によって発生したＨ２によって、排気中でのＮＨ３発生が促進される。なお、水性ガスシフト反応が好適に進行する温度は一般に２００−４００℃程度とされるが、出願人の研究によって、本実施例の構成においては、６００℃前後の温度まで水性ガスシフト反応が好適に進行することが見出された。従って、バンク制御中期のＴＷＣ４の温度目標値は５８０℃としている。発生したＮＨ３はＳＣＲ３に吸着し、バンク制御終了後のリーンバーンモードでの運転時にＳＣＲ３に流入するＮＯｘを還元する還元剤として機能するので、ＮＨ３発生量が増加することでＳＣＲ３によるＮＯｘ浄化効果を高めることができる。
【００６８】
次に、バンク制御後期には、バンク制御終了後にＳＣＲ３の温度環境をより早期にＮＨ３とＮＯｘとの酸化還元反応が好適に進行可能な条件を満足する温度環境とすべく、バンク間空燃比差を縮小する。ここで、バンク間空燃比差は、ＮＳＲ２の温度が、ＮＳＲ２からのＳＯｘ脱離反応が進行可能な温度の下限値を下回らないように定められる。例えば、ＮＳＲ２の温度目標値を６５０℃、ＳＣＲ３の温度目標値を基準温度の３００℃とし、リーン空燃比に制御される左バンク１２の空燃比をＡ／Ｆ１５、リッチ空燃比に制御される右バンク１３の空燃比をＡ／Ｆ１２に設定してバンク制御を行う。このように、バンク間空燃比差を小さくすることによって、バンク制御による排気昇温効果が抑えられる。従って、バンク制御終了後速やかに、ＳＣＲ３の温度を、ＮＨ３によるＮＯｘ還元反応が好適に進行する基準温度以下に低下させることができる。また、本実施例の構成では、ＳＣＲ３がＮＳＲ２やＴＷＣ４より内燃機関１からより離れた位置に配置されているため、ＳＣＲ３より上流の排気通路５を流通する過程で排気の温度が冷却され易く、より確実にＳＣＲ３を基準温度以下の低温にすることができる。
【００６９】
バンク制御の実行期間はＮＳＲ２に吸蔵されたＳＯｘをＮＳＲ２から脱離し尽くさせることが可能な期間として決定される。例えば、前回ＳＯｘ被毒回復処理が実行されてからの燃料噴射量の総量等に基づいて決定することができる。また、バンク間空燃比差が縮小されるバンク制御後期の長さは、バンク制御後期が開始してからバンク制御が終了するまでの間に、ＳＣＲ３の温度を基準温度Ｔ１以下の温度にまで低下させることが可能な期間として実験等により求めることができる。
【００７０】
このように、本実施例のバンク制御では、バンク制御後期において排気昇温効果を抑制し、ＳＣＲ３の温度を低下させるようにしているので、バンク制御終了後速やかに、ＳＣＲ３を、ＮＨ３によるＮＯｘ還元反応が好適に進行可能な基準温度Ｔ１以下の低温状態にすることができる。これにより、バンク制御によってＳＯｘ被毒回復処理やＮＯｘ脱離還元処理のための排気昇温を行うシステムにおいても、ＳＣＲ３によるＮＯｘ浄化率を高めることが可能になる。
【００７１】
ここで、本実施例のバンク制御の具体的な実行手順について、図４に基づいて説明する。図４は、本実施例のバンク制御ルーチンを表すフローチャートである。このルーチンは内燃機関１の稼働中所定期間毎に繰り返し実行される。
【００７２】
まず、ステップＳ２０１において、ＥＣＵ８は、バンク制御実行条件が成立したか否かを判定する。バンク制御実行条件は、本実施例では、ＳＯｘ被毒回復処理を実行すべき条件が成立した場合に成立する。ＳＯｘ被毒回復処理の実行条件は既知の条件を用いることができる。例えば、前回ＳＯｘ被毒回復処理が実行されてからの燃料噴射量の総量等に基づいてＳＯｘ被毒回復処理の実行条件の成立を判定する。ステップＳ２０１で肯定判定された場合、ＥＣＵ８はステップＳ２０２に進む。一方、ステップＳ２０１で否定判定された場合、ＥＣＵ８は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００７３】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ８は、前期バンク制御を開始する。前記バンク制御は上述したバンク制御前期に行われる制御である。すなわち、ＴＷＣ４の目標温度を６００℃、ＮＳＲ２の目標温度を７００℃とし、左バンクの空燃比をＡ／Ｆ１８、右バンクの空燃比をＡ／Ｆ１０に設定し、温度センサ１６及び１７によって測定される温度が前記各目標温度となるようにフィードバック制御する。温度のフィードバック制御においては、バンク制御におけるバンク間空燃比差の他、点火時期の制御等の既知の排気温度制御手段を併用しても良い。
【００７４】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ８は、前期バンク制御が開始されてからの経過時間Δｔ１が第１期間Δｔ１０に達したか否かを判定する。第１期間Δｔ１０は、ＮＳＲ２におけるＳＯｘ吸蔵量、前期バンク制御、中期バンク制御（上述したバンク制御中期に行われる制御）、及び、後期バンク制御（上述したバンク制御後期に行われる制御）の各々におけるＳＯｘ脱離反応の進み易さ（ＳＯｘ脱離速度）等に基づいて決定される。ステップＳ２０３で肯定判定されるまで、ＥＣＵ８は前期バンク制御を継続する。ステップＳ２０３で肯定判定された場合、ＥＣＵ８は前期バンク制御を終了してステップＳ２０４に進む。
【００７５】
ステップＳ２０４において、ＥＣＵ８は、中期バンク制御を開始する。すなわち、ＴＷＣ４の目標温度を５８０℃、ＮＳＲ２の目標温度を６７０℃とし、左バンクの空燃比をＡ／Ｆ１８、右バンクの空燃比をＡ／Ｆ１０に設定し、さらに各バンク内で気筒別に空燃比を異ならせる。そして、温度センサ１６及び１７によって測定される温度が前記各目標温度となるようにフィードバック制御する。温度のフィードバック制御においては、バンク制御におけるバンク間空燃比差、バンク内の気筒間空燃比差の他、点火時期の制御等の既知の排気温度制御手段を併用しても良い。
【００７６】
ステップＳ２０５において、ＥＣＵ８は、中期バンク制御が開始されてからの経過時間Δｔ２が第２期間Δｔ２０に達したか否かを判定する。第２期間Δｔ２０は、第１期間Δｔ１０と同様に決定される。ステップＳ２０５で肯定判定されるまで、ＥＣＵ８は中期バンク制御を継続する。ステップＳ２０５で肯定判定された場合、ＥＣＵ８は中期バンク制御を終了してステップＳ２０６に進む。
【００７７】
ステップＳ２０６において、ＥＣＵ８は、後期バンク制御を開始する。すなわち、ＮＳＲ２の目標温度を６５０℃、ＳＣＲ３の目標温度を３００℃とし、左バンクの空燃比をＡ／Ｆ１５、右バンクの空燃比をＡ／Ｆ１２に設定し、温度センサ１７及び１８によって測定される温度が前記各目標温度となるようにフィードバック制御する。温度のフィードバック制御においては、バンク制御におけるバンク間空燃比差の他、点火時期の制御等の既知の排気昇温制御手段を併用しても良い。
【００７８】
ステップＳ２０７において、ＥＣＵ８は、後期バンク制御が開始されてからの経過時間Δｔ３が第３期間Δｔ３０に達したか否かを判定する。第３期間Δｔ３０は、第１期間Δｔ１０、第２期間Δｔ２０のようにＮＳＲ２におけるＳＯｘ吸蔵量や、各バンク制御期間におけるＳＯｘ脱離速度に加えて、ＳＣＲ３の温度が基準温度Ｔ１に低下するのに要する時間に基づいて決定される。ステップＳ２０７で肯定判定されるまで、ＥＣＵ８は後期バンク制御を継続する。ステップＳ２０７で肯定判定された場合、ＥＣＵ８はステップＳ２０８に進み、バンク制御を終了する。
【００７９】
以上のルーチンを実行することにより、バンク制御終了直後においても、ＳＣＲ３においてＮＨ３によるＮＯｘ還元反応が好適に進行可能な低温環境がＳＣＲ３において早期に実現されるので、ＳＣＲ３によるＮＯｘ浄化率を高めることが可能になる。
【００８０】
なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。
【００８１】
例えば、上記実施例では６気筒Ｖ型エンジンに本発明を適用した実施例について説明したが、本発明は気筒の本数や配列形式によらずに適用することが可能である。例えば、直列型エンジンの場合、バンク制御の代わりにリッチスパイクや気筒間で空燃比を異ならせる空燃比制御を行うことによって排気中にリッチ成分を供給することによって排気中でＮＨ３を発生させ、当該発生させたＮＨ３をＳＣＲ３に供給することができる。例えば、リッチスパイク後のリーン運転中に温度センサ９によって測定される排気温度に応じて、流路切替弁１１を切り替えるようにすれば、ＳＣＲ３に流入する排気の温度が基準温度を超えないようにＳＣＲ３の温度制御をすることができる。
【００８２】
また、Ｕ字管１０や分岐部１５からＳＣＲ３までの経路長は、ＳＣＲ３の温度が基準温度を超えないように延長・短縮して目標ＮＯｘ浄化率に適合させると良い。
【００８３】
また、上記実施例では、ＳＣＲ３に流入する排気の温度が基準温度を超えている場合には、流路切替弁１１によって排気の流通経路をＵ字管１０を通過する経路に切り替えることによって排気を冷却するようにしたが、排気を冷却する手段はこれに限られない。
【００８４】
例えば、Ｕ字管１０はＳＣＲ３より上流の排気通路５のある箇所で分岐して当該箇所に再び戻るように設けられた分岐通路だが、ＳＣＲ３より上流の排気通路５のある箇所で分岐してＳＣＲ３より上流の排気通路５の他の場所に戻るように設けられた分岐通路であって、当該分岐通路を通過する経路を排気が通過する際に失う熱量が当該分岐通路を通過しない経路を排気が通過する際に失う熱量より大きい分岐通路を備え、排気の流通経路を当該分岐通路を通過する経路又は当該分岐通路を通過しない経路のいずれかに切り替え可能な装置を備え、ＳＣＲ３に流入する排気の温度が基準温度を超えている場合には、当該装置によって排気の流通経路を当該分岐通路を通過する経路に切り替えることによって排気を冷却することもできる。
【００８５】
また、例えば、ＳＣＲ３より上流の排気通路５に、エンジン冷却水や空冷等によって排
気を冷却する排気ガスクーラを配置するとともに、この排気ガスクーラをバイパスするバイパス通路を設け、排気の流通経路をバイパス通路を通過する経路又は排気ガスクーラを通過する経路に切り替える切替弁を設け、ＳＣＲ３に流入する排気の温度が基準温度を超える場合には、切替弁によって排気の流通経路を排気ガスクーラを通過する経路に切り替えるようにしても良い。その他、排気を冷却する機能を有する手段であればどのような手段を用いても良い。
【００８６】
また、上記実施例では、ＳＣＲ３に流入する排気の温度が第２基準温度を下回る場合には、空燃比のパータベーション制御を行うことによって排気を昇温するようにしたが、排気を昇温する手段はこれに限られない。例えば、点火時期の遅角制御、マルチ噴射や副噴射や噴射時期等の燃料噴射制御、ＥＧＲ制御等の既知の排気昇温制御を用いて排気を昇温するようにしても良い。
【００８７】
また、上記実施例では、ＳＣＲ３に流入する排気の温度を温度センサ９によって測定し、測定された温度が所定範囲（第２基準温度以上基準温度以下の温度範囲）に入るように温度制御する実施例について説明したが、ＳＣＲ３に流入する排気の温度を例えば内燃機関１の運転状態等に基づく推定によって取得するようにしても良い。また、ＳＣＲ３の触媒床温を直接測定するセンサを設け、ＳＣＲ３におけるＮＯｘ還元反応の温度環境を直接的に取得するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】実施例１に係る排気浄化システムの内燃機関とその排気系の概略構成を表す図である。
【図２】実施例１における排気温度制御のルーチンを表すフローチャートである。
【図３】実施例２に係る排気浄化システムの内燃機関とその排気系の概略構成を表す図である。
【図４】実施例２におけるバンク制御のルーチンを表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８９】
１     内燃機関
２     吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ）
３     選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）
４     三元触媒（ＴＷＣ）
５     排気通路
６     左バンク排気通路
７     右バンク排気通路
８     ＥＣＵ
９     温度センサ
１０   Ｕ字管
１１   流路切替弁
１２   左バンク
１３   右バンク
１４   合流部
１５   分岐部
【図１】
2009097469.tif 000003
【図２】
2009097469.tif 000004
【図３】
2009097469.tif 000005
【図４】
2009097469.tif 000006