内燃機関の排気浄化システム
【課題】本発明は、内燃機関の排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒およびパティキュレートフィルタが設けられている場合において、選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの排出を抑制することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、選択還元型ＮＯｘ触媒と、該選択還元型ＮＯｘ触媒に尿素を供給する尿素供給手段と、パティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタを昇温させるフィルタ昇温制御を実行するフィルタ昇温手段と、を備えている。そして、フィルタ昇温制御の実行条件が成立したときは（Ｓ１０１）、尿素供給手段による選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止すると共に（Ｓ１０２）、選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止した時点から所定期間が経過してからフィルタ昇温手段によってフィルタ昇温制御を実行する（Ｓ１０３、Ｓ１０４）。
【解決手段】本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、選択還元型ＮＯｘ触媒と、該選択還元型ＮＯｘ触媒に尿素を供給する尿素供給手段と、パティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタを昇温させるフィルタ昇温制御を実行するフィルタ昇温手段と、を備えている。そして、フィルタ昇温制御の実行条件が成立したときは（Ｓ１０１）、尿素供給手段による選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止すると共に（Ｓ１０２）、選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止した時点から所定期間が経過してからフィルタ昇温手段によってフィルタ昇温制御を実行する（Ｓ１０３、Ｓ１０４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒および排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気浄化システムとして、内燃機関の排気通路に設けられアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を備えたものが知られている。このような排気浄化システムでは選択還元型ＮＯｘ触媒に尿素が供給される。供給された尿素は選択還元型ＮＯｘ触媒に一旦吸着し、吸着した尿素が加水分解することでアンモニアが生じる。このアンモニアが還元剤となって排気中のＮＯｘが還元される。
【０００３】
また、内燃機関の排気通路に排気中の粒子状物質（Particulate Matter :以下、ＰＭと称する）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）が設けられる場合がある。この場合、フィルタに捕集されたＰＭを除去すべく該フィルタを昇温させる場合がある。
【０００４】
特許文献１には、排気通路に酸化触媒、フィルタ、排気中に尿素系液体を噴射する液体噴射ノズル、選択還元型ＮＯｘ触媒、アンモニアスリップ防止触媒を上流から順に配置した構成が開示されている。この特許文献１には、ＥＧＲパイプおよびＥＧＲ弁が更に設けられている。そして、内燃機関の運転状態に基づいて液体噴射ノズルおよびＥＧＲ弁が制御される。
【特許文献１】特開２００４−２７０５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒およびフィルタが設けられている場合、フィルタを昇温させたときに選択還元型ＮＯｘ触媒の温度も上昇する場合がある。選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が急激に上昇すると、該選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着していた尿素の加水分解が急激に促進され、アンモニアの生成量が急増する。その結果、ＮＯｘの還元に消費されずに選択還元型ＮＯｘ触媒から排出されるアンモニアが増加する虞がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒およびフィルタが設けられている場合において、選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの排出を抑制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】
【０００７】
本発明は、フィルタの昇温を実行する条件が成立した場合、選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止すると共に、尿素の供給を停止してから所定期間経過後にフィルタの昇温を実行するものである。
【０００８】
即ち、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
該選択還元型ＮＯｘ触媒に尿素を供給する尿素供給手段と、
前記排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
該パティキュレートフィルタを昇温させるフィルタ昇温制御を実行するフィルタ昇温手
段と、を備え、
前記フィルタ昇温制御の実行条件が成立したときは、前記尿素供給手段による前記選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止すると共に、前記尿素供給手段による前記選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止した時点から所定期間が経過してから前記フィルタ昇温手段によって前記フィルタ昇温制御を実行することを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、フィルタ昇温制御の実行条件が成立すると選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給が停止される。そして、選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給が停止された時点から所定期間が経過してからフィルタ昇温制御が実行される。
【００１０】
これによれば、フィルタ昇温制御の実行条件が成立するまでの間に選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着した尿素が所定期間中にアンモニアとなりＮＯｘの還元に消費される。そして、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が減少してからフィルタ昇温制御が実行される。そのため、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇したときの該選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの排出を抑制することが出来る。
【００１１】
本発明においては、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量を推定する尿素吸着量推定手段をさらに備えてもよい。この場合、フィルタ昇温制御の実行条件が成立したときに選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が第一所定吸着量以上である場合に、尿素供給手段による選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止してもよい。
【００１２】
ここで、第一所定吸着量は、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が該第一所定吸着量以上のときにフィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇すると、選択還元型ＮＯｘ触媒から過剰な量のアンモニアが排出されると判断できる閾値である。
【００１３】
上記によっても、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇したときの該選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの排出を抑制することが出来る。
【００１４】
また、上記の場合、所定期間は、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が第一所定吸着量よりも少ない第二所定吸着量以下に減少するまでの期間であってもよい。
【００１５】
ここで、第二所定吸着量は、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が該第二所定吸着量以下であれば、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇しても、選択還元型ＮＯｘ触媒から排出されるアンモニアの量は許容範囲内となると判断できる閾値である。
【００１６】
これによれば、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が十分に減少した状態でフィルタ昇温制御を実行することが出来る。
【００１７】
また、本発明においては、選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設けられアンモニアを酸化する機能を有するアンモニア酸化触媒と、所定期間中に選択還元型ＮＯｘ触媒を昇温させるＮＯｘ触媒昇温制御を実行するＮＯｘ触媒昇温手段と、をさらに備えてもよい。この場合、ＮＯｘ触媒昇温制御においては、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温するときの昇温速度よりも低い所定昇温速度で選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温される。
【００１８】
ＮＯｘ触媒昇温手段によって選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温された場合も、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の加水分解は促進され、該選択還元型ＮＯｘ触媒から排出されるアンモニアは増加する。しかしながら、所定昇温速度は、フィルタ昇温制御の実行に伴って
前記選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温するときの昇温速度よりも低い速度である。そのため、ＮＯｘ触媒昇温制御を実行することにより選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温されたときのアンモニアの排出量は、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温したときのアンモニアの排出量よりも少ない。
【００１９】
また、所定昇温速度は、選択還元型ＮＯｘ触媒から排出されるアンモニアの量がアンモニア酸化触媒で十分に酸化することが可能な範囲内となると判断できる値である。つまり、選択還元型ＮＯｘ触媒が所定昇温速度で昇温した場合、選択還元型ＮＯｘ触媒から排出されたアンモニアはアンモニア酸化触媒で十分に酸化されるため、アンモニア酸化触媒よりも下流側へのアンモニアの流出は抑制される。
【００２０】
従って、上記によれば、所定期間中に、アンモニア酸化触媒よりも下流側へのアンモニアの流出を抑制しつつより速やかに選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量を減少させることが出来る。そのため、所定期間がある一定の期間である場合は、該所定期間中に選択還元型ＮＯｘ触媒おける尿素の吸着量をより減少させることが出来る。その結果、フィルタ昇温制御を実行したときの選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの排出量をより抑制することが出来る。また、所定期間が、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が第一所定吸着量以上から第二所定吸着量以下に減少するまでの期間である場合は、所定期間を可及的に短くすることが出来る。その結果、フィルタ昇温制御をより早期に実行することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒およびフィルタが設けられている場合における選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの排出を抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
＜実施例１＞
＜内燃機関およびその吸排気系の概略構成＞
図１は、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼルエンジンである。各気筒２には該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３がそれぞれ設けられている。
【００２４】
内燃機関１には、インテークマニホールド５およびエキゾーストマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド５には吸気通路４の一端が接続されている。エキゾーストマニホールド７には排気通路６の一端が接続されている。本実施例において、排気通路６はエキゾーストマニホールド７の４番気筒近傍の位置に接続されている。
【００２５】
吸気通路４にはターボチャージャ８のコンプレッサハウジング８ａが設置されている。排気通路６にはターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂが設置されている。吸気通路４におけるコンプレッサハウジング８ａよりも上流側にはエアフローメータ１５が設けられている。
【００２６】
エキゾーストマニホールド７には排気中に燃料を添加する燃料添加弁９が設けられている。排気通路６におけるタービンハウジング８ｂより下流側には、酸化触媒１１およびフィルタ１２、選択還元型ＮＯｘ触媒１３、アンモニア酸化触媒１４が上流から順に直列に配置されている。選択還元型ＮＯｘ触媒１３はアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘ
を還元する触媒である。尚、フィルタ１２には酸化触媒等の酸化機能を有する触媒が担持されていてもよい。
【００２７】
排気通路６におけるフィルタ１２と選択還元型ＮＯｘ触媒１３との間には温度センサ１６および尿素添加弁１０が設けられている。温度センサ１６は排気の温度を検出するセンサである。尿素添加弁１０は排気中に尿素水溶液を添加する弁である。尿素添加弁１０には、尿素水溶液が貯留された尿素水溶液タンク（図示略）から尿素水溶液が供給される。本実施例においては、尿素添加弁１０が本発明に係る尿素供給手段に相当する。
【００２８】
尿素添加弁１０からは選択還元型ＮＯｘ触媒１３が活性状態にあるときに尿素水溶液が添加され、該尿素水溶液が選択還元型ＮＯｘ触媒１３に供給される。選択還元型ＮＯｘ触媒１３に供給された尿素水溶液中の尿素は選択還元型ＮＯｘ触媒１３に一旦吸着し、吸着した尿素が加水分解することでアンモニアが生じる。このアンモニアが還元剤となって排気中のＮＯｘが還元される。
【００２９】
内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１５および温度センサ１６が電気的に接続されている。そして、これらの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。
【００３０】
また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁３および燃料添加弁９、尿素添加弁１０が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。
【００３１】
＜フィルタ再生制御＞
本実施例では、フィルタ１２に捕集されたＰＭを除去するためのフィルタ再生制御が行われる。フィルタ再生制御は燃料添加弁９から燃料を添加することで行われる。燃料添加弁９から添加された燃料は酸化触媒１１に供給され該酸化触媒１１において酸化される。このときに生じる酸化熱によってフィルタ１２が昇温される。フィルタ再生制御ではフィルタ１２の温度をＰＭの酸化が可能な目標温度まで上昇させる。これにより、ＰＭが酸化されフィルタ１２から除去される。尚、本実施例においては、フィルタ再生制御が、本発明に係るフィルタ昇温制御に相当する。
【００３２】
フィルタ再生制御が実行されると、酸化触媒１１およびフィルタ１２の昇温に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度も上昇する。しかしながら、選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度が急激に上昇すると、選択還元型ＮＯｘ触媒１３に吸着していた尿素の加水分解が急激に促進されることで選択還元型ＮＯｘ触媒１３から排出されるアンモニアが増加する虞がある。
【００３３】
＜フィルタ再生制御のルーチン＞
そこで、実施例では、フィルタ再生制御を実行する前に尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止させる。以下、本実施例に係るフィルタ再生制御のルーチンについて、図２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、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００３４】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において、フィルタ再生制御の実行条件が成立したか否かについて判別する。フィルタ再生制御の実行条件としては、フィルタ１２におけるＰＭの捕集量の推定値が所定量以上となったとき等を例示することが出来る。本実施例においては、フィルタ再生制御の実行条件が、本発明に係るフィルタ昇温制御の実行条件に相当する。Ｓ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００３５】
Ｓ１０２において、ＥＣＵ２０は、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止する。
【００３６】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３に進み、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止した時点から所定期間Δｔｓが経過したか否かについて判別する。本実施例に係る所定期間Δｔｓは予め定められた一定の期間である。Ｓ１０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０４に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０３を繰り返す。
【００３７】
Ｓ１０４に進んだＥＣＵ２０は、燃料添加弁９からの燃料添加を開始して、フィルタ再生制御を実行する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。本実施例においては、Ｓ１０４を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るフィルタ昇温手段に相当する。
【００３８】
以上説明したルーチンによれば、フィルタ再生制御の実行条件が成立すると、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加が停止される。即ち、選択還元型ＮＯｘ触媒１３への尿素水溶液の供給が停止される。そして、選択還元型ＮＯｘ触媒１３への尿素水溶液の供給が停止された時点から所定期間Δｔｓが経過してからフィルタ再生制御が実行される。
【００３９】
これによれば、フィルタ再生制御の実行条件が成立するまでの間に選択還元型ＮＯｘ触媒１３に吸着した尿素が所定期間Δｔｓ中にアンモニアとなりＮＯｘの還元に消費される。そして、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量が減少してからフィルタ再生制御が実行される。そのため、フィルタ再生制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度が上昇したときの該選択還元型ＮＯｘ触媒１３からのアンモニアの排出を抑制することが出来る。
【００４０】
＜変形例＞
図３は、本実施例の変形例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。本変形例においては、排気通路６におけるタービンハウジング８ｂよりも下流側には、酸化触媒１７、選択還元型ＮＯｘ触媒１３、酸化触媒１１、フィルタ１２が上流から順に直列に配置されている。そして、排気通路６における酸化触媒１７と選択還元型ＮＯｘ触媒１３との間に尿素添加弁１０が設けられている。また、排気通路６における選択還元型ＮＯｘ触媒１３と酸化触媒１１との間に温度センサ１６が設けられている。その他の構成は、図１に示す概略構成と同様である。
【００４１】
本変形例のような構成の場合であっても、フィルタ再生制御は燃料添加弁９から燃料を添加することで行われる。燃料添加弁９から添加された燃料は酸化触媒１７および酸化触媒１１において酸化され、このときに生じる酸化熱によってフィルタ１２が昇温される。
【００４２】
そして、このような場合においても、酸化触媒１７において燃料が酸化することで生じる酸化熱によって選択還元型ＮＯｘ触媒１３が昇温する。つまり、フィルタ再生制御が実行されると選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度も上昇する。そのため、本変形例に係るフィルタ再生制御においても、図２に示すようなルーチンを適用してもよい。これにより、図１に示すような概略構成の場合と同様の効果を得ることが出来る。
【００４３】
＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様のフィルタ再生制御が行われる。
【００４４】
＜フィルタ再生制御のルーチン＞
ここで、本実施例に係るフィルタ再生制御のルーチンについて、図４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、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００４５】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ２０１において、フィルタ再生制御の実行条件が成立したか否かについて判別する。フィルタ再生制御の実行条件は実施例１と同様である。Ｓ２０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００４６】
Ｓ２０２において、ＥＣＵ２０は、現時点の選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕを算出する。選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕは、内燃機関１の運転状態および選択還元型ＮＯｘ触媒１３に流入する排気の温度の履歴、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加量の積算値等から算出することが出来る。
【００４７】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０３に進み、Ｓ２０２において算出された選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕが第一所定吸着量Ｑ１以上であるか否かを判別する。ここで、第一所定吸着量Ｑ１は、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕが該第一所定吸着量Ｑ１以上のときにフィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度が上昇すると、選択還元型ＮＯｘ触媒１３から過剰な量のアンモニアが排出されると判断できる閾値である。Ｓ２０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０４に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０８に進む。
【００４８】
Ｓ２０４において、ＥＣＵ２０は、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止する。これにより、選択還元型ＮＯｘ触媒１３への尿素水溶液の供給が停止する。その結果、上述したように、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量が減少し始める。
【００４９】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０５に進み、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止してからの選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量の減少量ΔＱｕを算出する。この減少量ΔＱｕは、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止してからの内燃機関１の運転状態および選択還元型ＮＯｘ触媒１３に流入する排気の温度の履歴等から算出することが出来る。
【００５０】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０６に進み、Ｓ２０２において算出された選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量ＱｕからＳ２０５において算出された尿素の吸着量の減少量ΔＱｕを減算することで、現時点の選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕ´を算出する。尚、本実施例では、Ｓ２０２およびＳ２０６を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る尿素吸着量推定手段に相当する。
【００５１】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０７に進み、Ｓ２０６において算出された選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕ´が第二所定吸着量Ｑ２以下であるか否かを判別する。ここで、第二所定吸着量Ｑ２は、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕ´が該第二所定吸着量Ｑ２以下であれば、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度が上昇しても、選択還元型ＮＯｘ触媒１３から排出されるアンモニアの量は許容範囲内となると判断できる閾値である。Ｓ２０７において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０８に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０５に戻る。
【００５２】
Ｓ２０８において、ＥＣＵ２０は、燃料添加弁９からの燃料添加を開始して、フィルタ再生制御を実行する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。尚、本実施例においては、Ｓ２０８を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るフィルタ昇温手段に相当する。
【００５３】
以上説明したルーチンによれば、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量が第一所定吸着量以上のときにフィルタ再生制御の実行条件が成立した場合は、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が第二所定吸着量以下まで減少してからフィルタ再生制御が実行される。つまり、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量が十分に減少した状態でフィルタ再生制御を実行することが出来る。従って、フィルタ再生制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度が上昇したときの該選択還元型ＮＯｘ触媒１３からのアンモニアの排出を抑制することが出来る。
【００５４】
尚、本実施例においては、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量が第一所定吸着量以上から第二所定吸着量以下に減少するまでの期間が、本発明に係る所定期間に相当する。
【００５５】
また、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を上述した実施例１の変形例のような構成とした場合にも、フィルタ再生制御において、図４に示すようなルーチンを適用してもよい。この場合も、図１に示すような概略構成の場合と同様の効果を得ることが出来る。
【００５６】
＜実施例３＞
本実施例に係る内燃機関およびその給排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様のフィルタ再生制御が行われる。
【００５７】
＜フィルタ再生制御のルーチン＞
ここで、本実施例に係るフィルタ再生制御のルーチンについて、図５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、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、図５に示すフローチャートは、図４に示すフローチャートにＳ３０５を加えたものである。そのため、Ｓ３０５についてのみ説明し、その他のステップの説明は省略する。
【００５８】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０４の後、Ｓ３０５に進む。Ｓ３０５において、ＥＣＵ２０は、選択還元型ＮＯｘ触媒１３を昇温させるＮＯｘ触媒昇温制御を実行する。
【００５９】
本実施例に係るＮＯｘ触媒昇温制御は、フィルタ再生制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３が昇温するときの昇温速度よりも低い所定昇温速度で選択還元型ＮＯｘ触媒１３を昇温させる制御である。また、所定昇温速度は、選択還元型ＮＯｘ触媒１３から排出されるアンモニアの量がアンモニア酸化触媒１４で十分に酸化することが可能な範囲内となる値である。該昇温速度は実験等によって予め定められている。
【００６０】
具体的には、ＮＯｘ触媒昇温制御は、フィルタ再生制御の実行時よりも少ない量の燃料を燃料添加弁９から添加することで行われる。燃料添加弁９から添加された燃料が、フィルタ再生制御の場合と同様、酸化触媒１１に供給され該酸化触媒１１において酸化される。このときに生じる酸化熱によって選択還元型ＮＯｘ触媒１３が昇温される。燃料添加弁９からの燃料添加量を制御することで選択還元型ＮＯｘ触媒１３の昇温速度を所定昇温速度に制御する。
【００６１】
本実施例においては、Ｓ３０５を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るＮＯｘ触媒昇温手段に相当する。Ｓ３０５の後、ＥＣＵ２０はＳ２０５に進む。
【００６２】
以上説明したルーチンによれば、フィルタ再生制御の実行条件が成立したときに選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量が第一所定量以上の場合、尿素添加弁１０から
の尿素水溶液の添加が停止されると共に、ＮＯｘ触媒昇温制御が実行される。
【００６３】
ＮＯｘ触媒昇温制御が実行された場合も、フィルタ再生制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度が上昇した場合と同様、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の加水分解は促進され、該選択還元型ＮＯｘ触媒１３から排出されるアンモニアは増加する。しかしながら、ＮＯｘ触媒昇温制御においては、選択還元型ＮＯｘ触媒１３は所定昇温速度で昇温される。そのため、選択還元型ＮＯｘ触媒１３から排出されるアンモニアの量は、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３が昇温したときよりも少なく、該アンモニアはアンモニア酸化触媒１４で十分に酸化される。従って、アンモニア酸化触媒１４よりも下流側へのアンモニアの流出は抑制される。
【００６４】
従って、ＮＯｘ触媒昇温制御を実行することで、アンモニア酸化触媒１４よりも下流側へのアンモニアの流出を抑制しつつより速やかに選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量を第二所定吸着量以下に減少させることが出来る。その結果、フィルタ昇温制御をより早期に実行することが可能となる。
【００６５】
尚、本実施例に係るＮＯｘ触媒昇温制御においては、燃料添加弁９からの燃料添加に代えて、内燃機関１から排出される排気を昇温させることで選択還元型ＮＯｘ触媒１３を昇温させてもよい。
【００６６】
また、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を上述した実施例１の変形例のような構成とした場合にも、フィルタ再生制御において、図５に示すようなルーチンを適用してもよい。この場合も、図１に示すような概略構成の場合と同様の効果を得ることが出来る。
【００６７】
実施例１のように、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止させた時点からある一定の期間である所定期間Δｔｓが経過した後、フィルタ再生制御を実行する場合においても、所定期間Δｔｓ中に実施例３に係るＮＯｘ触媒昇温制御を実行してもよい。この場合、所定期間Δｔｓ中に、アンモニア酸化触媒１４よりも下流側へのアンモニアの流出を抑制しつつ選択還元型ＮＯｘ触媒１３おける尿素の吸着量をより減少させることが出来る。その結果、フィルタ再生制御を実行したときの選択還元型ＮＯｘ触媒１３からのアンモニアの排出量をより抑制することが出来る。
【００６８】
尚、上記各実施例に係るフィルタ再生制御においては、燃料添加弁９からの燃料添加に代えて、内燃機関１から排出される排気を昇温させることでフィルタ１２を昇温させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施例１に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図。
【図２】実施例１に係るフィルタ再生制御のルーチンを示すフローチャート。
【図３】実施例１の変形例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図。
【図４】実施例２に係るフィルタ再生制御のルーチンを示すフローチャート。
【図５】実施例３に係るフィルタ再生制御のルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・内燃機関
６・・・排気通路
７・・・エキゾーストマニホールド
９・・・燃料添加弁
１０・・尿素添加弁
１１・・酸化触媒
１２・・パティキュレートフィルタ
１３・・選択還元型ＮＯｘ触媒
１４・・アンモニア酸化触媒
１５・・エアフローメータ
１６・・温度センサ
１７・・酸化触媒
２０・・ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒および排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気浄化システムとして、内燃機関の排気通路に設けられアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を備えたものが知られている。このような排気浄化システムでは選択還元型ＮＯｘ触媒に尿素が供給される。供給された尿素は選択還元型ＮＯｘ触媒に一旦吸着し、吸着した尿素が加水分解することでアンモニアが生じる。このアンモニアが還元剤となって排気中のＮＯｘが還元される。
【０００３】
また、内燃機関の排気通路に排気中の粒子状物質（Particulate Matter :以下、ＰＭと称する）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）が設けられる場合がある。この場合、フィルタに捕集されたＰＭを除去すべく該フィルタを昇温させる場合がある。
【０００４】
特許文献１には、排気通路に酸化触媒、フィルタ、排気中に尿素系液体を噴射する液体噴射ノズル、選択還元型ＮＯｘ触媒、アンモニアスリップ防止触媒を上流から順に配置した構成が開示されている。この特許文献１には、ＥＧＲパイプおよびＥＧＲ弁が更に設けられている。そして、内燃機関の運転状態に基づいて液体噴射ノズルおよびＥＧＲ弁が制御される。
【特許文献１】特開２００４−２７０５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒およびフィルタが設けられている場合、フィルタを昇温させたときに選択還元型ＮＯｘ触媒の温度も上昇する場合がある。選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が急激に上昇すると、該選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着していた尿素の加水分解が急激に促進され、アンモニアの生成量が急増する。その結果、ＮＯｘの還元に消費されずに選択還元型ＮＯｘ触媒から排出されるアンモニアが増加する虞がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒およびフィルタが設けられている場合において、選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの排出を抑制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】
【０００７】
本発明は、フィルタの昇温を実行する条件が成立した場合、選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止すると共に、尿素の供給を停止してから所定期間経過後にフィルタの昇温を実行するものである。
【０００８】
即ち、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
該選択還元型ＮＯｘ触媒に尿素を供給する尿素供給手段と、
前記排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
該パティキュレートフィルタを昇温させるフィルタ昇温制御を実行するフィルタ昇温手
段と、を備え、
前記フィルタ昇温制御の実行条件が成立したときは、前記尿素供給手段による前記選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止すると共に、前記尿素供給手段による前記選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止した時点から所定期間が経過してから前記フィルタ昇温手段によって前記フィルタ昇温制御を実行することを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、フィルタ昇温制御の実行条件が成立すると選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給が停止される。そして、選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給が停止された時点から所定期間が経過してからフィルタ昇温制御が実行される。
【００１０】
これによれば、フィルタ昇温制御の実行条件が成立するまでの間に選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着した尿素が所定期間中にアンモニアとなりＮＯｘの還元に消費される。そして、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が減少してからフィルタ昇温制御が実行される。そのため、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇したときの該選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの排出を抑制することが出来る。
【００１１】
本発明においては、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量を推定する尿素吸着量推定手段をさらに備えてもよい。この場合、フィルタ昇温制御の実行条件が成立したときに選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が第一所定吸着量以上である場合に、尿素供給手段による選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止してもよい。
【００１２】
ここで、第一所定吸着量は、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が該第一所定吸着量以上のときにフィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇すると、選択還元型ＮＯｘ触媒から過剰な量のアンモニアが排出されると判断できる閾値である。
【００１３】
上記によっても、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇したときの該選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの排出を抑制することが出来る。
【００１４】
また、上記の場合、所定期間は、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が第一所定吸着量よりも少ない第二所定吸着量以下に減少するまでの期間であってもよい。
【００１５】
ここで、第二所定吸着量は、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が該第二所定吸着量以下であれば、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇しても、選択還元型ＮＯｘ触媒から排出されるアンモニアの量は許容範囲内となると判断できる閾値である。
【００１６】
これによれば、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が十分に減少した状態でフィルタ昇温制御を実行することが出来る。
【００１７】
また、本発明においては、選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設けられアンモニアを酸化する機能を有するアンモニア酸化触媒と、所定期間中に選択還元型ＮＯｘ触媒を昇温させるＮＯｘ触媒昇温制御を実行するＮＯｘ触媒昇温手段と、をさらに備えてもよい。この場合、ＮＯｘ触媒昇温制御においては、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温するときの昇温速度よりも低い所定昇温速度で選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温される。
【００１８】
ＮＯｘ触媒昇温手段によって選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温された場合も、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の加水分解は促進され、該選択還元型ＮＯｘ触媒から排出されるアンモニアは増加する。しかしながら、所定昇温速度は、フィルタ昇温制御の実行に伴って
前記選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温するときの昇温速度よりも低い速度である。そのため、ＮＯｘ触媒昇温制御を実行することにより選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温されたときのアンモニアの排出量は、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温したときのアンモニアの排出量よりも少ない。
【００１９】
また、所定昇温速度は、選択還元型ＮＯｘ触媒から排出されるアンモニアの量がアンモニア酸化触媒で十分に酸化することが可能な範囲内となると判断できる値である。つまり、選択還元型ＮＯｘ触媒が所定昇温速度で昇温した場合、選択還元型ＮＯｘ触媒から排出されたアンモニアはアンモニア酸化触媒で十分に酸化されるため、アンモニア酸化触媒よりも下流側へのアンモニアの流出は抑制される。
【００２０】
従って、上記によれば、所定期間中に、アンモニア酸化触媒よりも下流側へのアンモニアの流出を抑制しつつより速やかに選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量を減少させることが出来る。そのため、所定期間がある一定の期間である場合は、該所定期間中に選択還元型ＮＯｘ触媒おける尿素の吸着量をより減少させることが出来る。その結果、フィルタ昇温制御を実行したときの選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの排出量をより抑制することが出来る。また、所定期間が、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が第一所定吸着量以上から第二所定吸着量以下に減少するまでの期間である場合は、所定期間を可及的に短くすることが出来る。その結果、フィルタ昇温制御をより早期に実行することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒およびフィルタが設けられている場合における選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの排出を抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
＜実施例１＞
＜内燃機関およびその吸排気系の概略構成＞
図１は、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼルエンジンである。各気筒２には該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３がそれぞれ設けられている。
【００２４】
内燃機関１には、インテークマニホールド５およびエキゾーストマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド５には吸気通路４の一端が接続されている。エキゾーストマニホールド７には排気通路６の一端が接続されている。本実施例において、排気通路６はエキゾーストマニホールド７の４番気筒近傍の位置に接続されている。
【００２５】
吸気通路４にはターボチャージャ８のコンプレッサハウジング８ａが設置されている。排気通路６にはターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂが設置されている。吸気通路４におけるコンプレッサハウジング８ａよりも上流側にはエアフローメータ１５が設けられている。
【００２６】
エキゾーストマニホールド７には排気中に燃料を添加する燃料添加弁９が設けられている。排気通路６におけるタービンハウジング８ｂより下流側には、酸化触媒１１およびフィルタ１２、選択還元型ＮＯｘ触媒１３、アンモニア酸化触媒１４が上流から順に直列に配置されている。選択還元型ＮＯｘ触媒１３はアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘ
を還元する触媒である。尚、フィルタ１２には酸化触媒等の酸化機能を有する触媒が担持されていてもよい。
【００２７】
排気通路６におけるフィルタ１２と選択還元型ＮＯｘ触媒１３との間には温度センサ１６および尿素添加弁１０が設けられている。温度センサ１６は排気の温度を検出するセンサである。尿素添加弁１０は排気中に尿素水溶液を添加する弁である。尿素添加弁１０には、尿素水溶液が貯留された尿素水溶液タンク（図示略）から尿素水溶液が供給される。本実施例においては、尿素添加弁１０が本発明に係る尿素供給手段に相当する。
【００２８】
尿素添加弁１０からは選択還元型ＮＯｘ触媒１３が活性状態にあるときに尿素水溶液が添加され、該尿素水溶液が選択還元型ＮＯｘ触媒１３に供給される。選択還元型ＮＯｘ触媒１３に供給された尿素水溶液中の尿素は選択還元型ＮＯｘ触媒１３に一旦吸着し、吸着した尿素が加水分解することでアンモニアが生じる。このアンモニアが還元剤となって排気中のＮＯｘが還元される。
【００２９】
内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１５および温度センサ１６が電気的に接続されている。そして、これらの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。
【００３０】
また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁３および燃料添加弁９、尿素添加弁１０が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。
【００３１】
＜フィルタ再生制御＞
本実施例では、フィルタ１２に捕集されたＰＭを除去するためのフィルタ再生制御が行われる。フィルタ再生制御は燃料添加弁９から燃料を添加することで行われる。燃料添加弁９から添加された燃料は酸化触媒１１に供給され該酸化触媒１１において酸化される。このときに生じる酸化熱によってフィルタ１２が昇温される。フィルタ再生制御ではフィルタ１２の温度をＰＭの酸化が可能な目標温度まで上昇させる。これにより、ＰＭが酸化されフィルタ１２から除去される。尚、本実施例においては、フィルタ再生制御が、本発明に係るフィルタ昇温制御に相当する。
【００３２】
フィルタ再生制御が実行されると、酸化触媒１１およびフィルタ１２の昇温に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度も上昇する。しかしながら、選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度が急激に上昇すると、選択還元型ＮＯｘ触媒１３に吸着していた尿素の加水分解が急激に促進されることで選択還元型ＮＯｘ触媒１３から排出されるアンモニアが増加する虞がある。
【００３３】
＜フィルタ再生制御のルーチン＞
そこで、実施例では、フィルタ再生制御を実行する前に尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止させる。以下、本実施例に係るフィルタ再生制御のルーチンについて、図２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、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００３４】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において、フィルタ再生制御の実行条件が成立したか否かについて判別する。フィルタ再生制御の実行条件としては、フィルタ１２におけるＰＭの捕集量の推定値が所定量以上となったとき等を例示することが出来る。本実施例においては、フィルタ再生制御の実行条件が、本発明に係るフィルタ昇温制御の実行条件に相当する。Ｓ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００３５】
Ｓ１０２において、ＥＣＵ２０は、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止する。
【００３６】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３に進み、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止した時点から所定期間Δｔｓが経過したか否かについて判別する。本実施例に係る所定期間Δｔｓは予め定められた一定の期間である。Ｓ１０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０４に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０３を繰り返す。
【００３７】
Ｓ１０４に進んだＥＣＵ２０は、燃料添加弁９からの燃料添加を開始して、フィルタ再生制御を実行する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。本実施例においては、Ｓ１０４を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るフィルタ昇温手段に相当する。
【００３８】
以上説明したルーチンによれば、フィルタ再生制御の実行条件が成立すると、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加が停止される。即ち、選択還元型ＮＯｘ触媒１３への尿素水溶液の供給が停止される。そして、選択還元型ＮＯｘ触媒１３への尿素水溶液の供給が停止された時点から所定期間Δｔｓが経過してからフィルタ再生制御が実行される。
【００３９】
これによれば、フィルタ再生制御の実行条件が成立するまでの間に選択還元型ＮＯｘ触媒１３に吸着した尿素が所定期間Δｔｓ中にアンモニアとなりＮＯｘの還元に消費される。そして、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量が減少してからフィルタ再生制御が実行される。そのため、フィルタ再生制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度が上昇したときの該選択還元型ＮＯｘ触媒１３からのアンモニアの排出を抑制することが出来る。
【００４０】
＜変形例＞
図３は、本実施例の変形例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。本変形例においては、排気通路６におけるタービンハウジング８ｂよりも下流側には、酸化触媒１７、選択還元型ＮＯｘ触媒１３、酸化触媒１１、フィルタ１２が上流から順に直列に配置されている。そして、排気通路６における酸化触媒１７と選択還元型ＮＯｘ触媒１３との間に尿素添加弁１０が設けられている。また、排気通路６における選択還元型ＮＯｘ触媒１３と酸化触媒１１との間に温度センサ１６が設けられている。その他の構成は、図１に示す概略構成と同様である。
【００４１】
本変形例のような構成の場合であっても、フィルタ再生制御は燃料添加弁９から燃料を添加することで行われる。燃料添加弁９から添加された燃料は酸化触媒１７および酸化触媒１１において酸化され、このときに生じる酸化熱によってフィルタ１２が昇温される。
【００４２】
そして、このような場合においても、酸化触媒１７において燃料が酸化することで生じる酸化熱によって選択還元型ＮＯｘ触媒１３が昇温する。つまり、フィルタ再生制御が実行されると選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度も上昇する。そのため、本変形例に係るフィルタ再生制御においても、図２に示すようなルーチンを適用してもよい。これにより、図１に示すような概略構成の場合と同様の効果を得ることが出来る。
【００４３】
＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様のフィルタ再生制御が行われる。
【００４４】
＜フィルタ再生制御のルーチン＞
ここで、本実施例に係るフィルタ再生制御のルーチンについて、図４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、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００４５】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ２０１において、フィルタ再生制御の実行条件が成立したか否かについて判別する。フィルタ再生制御の実行条件は実施例１と同様である。Ｓ２０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００４６】
Ｓ２０２において、ＥＣＵ２０は、現時点の選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕを算出する。選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕは、内燃機関１の運転状態および選択還元型ＮＯｘ触媒１３に流入する排気の温度の履歴、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加量の積算値等から算出することが出来る。
【００４７】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０３に進み、Ｓ２０２において算出された選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕが第一所定吸着量Ｑ１以上であるか否かを判別する。ここで、第一所定吸着量Ｑ１は、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕが該第一所定吸着量Ｑ１以上のときにフィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度が上昇すると、選択還元型ＮＯｘ触媒１３から過剰な量のアンモニアが排出されると判断できる閾値である。Ｓ２０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０４に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０８に進む。
【００４８】
Ｓ２０４において、ＥＣＵ２０は、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止する。これにより、選択還元型ＮＯｘ触媒１３への尿素水溶液の供給が停止する。その結果、上述したように、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量が減少し始める。
【００４９】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０５に進み、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止してからの選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量の減少量ΔＱｕを算出する。この減少量ΔＱｕは、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止してからの内燃機関１の運転状態および選択還元型ＮＯｘ触媒１３に流入する排気の温度の履歴等から算出することが出来る。
【００５０】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０６に進み、Ｓ２０２において算出された選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量ＱｕからＳ２０５において算出された尿素の吸着量の減少量ΔＱｕを減算することで、現時点の選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕ´を算出する。尚、本実施例では、Ｓ２０２およびＳ２０６を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る尿素吸着量推定手段に相当する。
【００５１】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０７に進み、Ｓ２０６において算出された選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕ´が第二所定吸着量Ｑ２以下であるか否かを判別する。ここで、第二所定吸着量Ｑ２は、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量Ｑｕ´が該第二所定吸着量Ｑ２以下であれば、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度が上昇しても、選択還元型ＮＯｘ触媒１３から排出されるアンモニアの量は許容範囲内となると判断できる閾値である。Ｓ２０７において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０８に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０５に戻る。
【００５２】
Ｓ２０８において、ＥＣＵ２０は、燃料添加弁９からの燃料添加を開始して、フィルタ再生制御を実行する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。尚、本実施例においては、Ｓ２０８を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るフィルタ昇温手段に相当する。
【００５３】
以上説明したルーチンによれば、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量が第一所定吸着量以上のときにフィルタ再生制御の実行条件が成立した場合は、選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が第二所定吸着量以下まで減少してからフィルタ再生制御が実行される。つまり、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量が十分に減少した状態でフィルタ再生制御を実行することが出来る。従って、フィルタ再生制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度が上昇したときの該選択還元型ＮＯｘ触媒１３からのアンモニアの排出を抑制することが出来る。
【００５４】
尚、本実施例においては、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量が第一所定吸着量以上から第二所定吸着量以下に減少するまでの期間が、本発明に係る所定期間に相当する。
【００５５】
また、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を上述した実施例１の変形例のような構成とした場合にも、フィルタ再生制御において、図４に示すようなルーチンを適用してもよい。この場合も、図１に示すような概略構成の場合と同様の効果を得ることが出来る。
【００５６】
＜実施例３＞
本実施例に係る内燃機関およびその給排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様のフィルタ再生制御が行われる。
【００５７】
＜フィルタ再生制御のルーチン＞
ここで、本実施例に係るフィルタ再生制御のルーチンについて、図５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、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、図５に示すフローチャートは、図４に示すフローチャートにＳ３０５を加えたものである。そのため、Ｓ３０５についてのみ説明し、その他のステップの説明は省略する。
【００５８】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０４の後、Ｓ３０５に進む。Ｓ３０５において、ＥＣＵ２０は、選択還元型ＮＯｘ触媒１３を昇温させるＮＯｘ触媒昇温制御を実行する。
【００５９】
本実施例に係るＮＯｘ触媒昇温制御は、フィルタ再生制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３が昇温するときの昇温速度よりも低い所定昇温速度で選択還元型ＮＯｘ触媒１３を昇温させる制御である。また、所定昇温速度は、選択還元型ＮＯｘ触媒１３から排出されるアンモニアの量がアンモニア酸化触媒１４で十分に酸化することが可能な範囲内となる値である。該昇温速度は実験等によって予め定められている。
【００６０】
具体的には、ＮＯｘ触媒昇温制御は、フィルタ再生制御の実行時よりも少ない量の燃料を燃料添加弁９から添加することで行われる。燃料添加弁９から添加された燃料が、フィルタ再生制御の場合と同様、酸化触媒１１に供給され該酸化触媒１１において酸化される。このときに生じる酸化熱によって選択還元型ＮＯｘ触媒１３が昇温される。燃料添加弁９からの燃料添加量を制御することで選択還元型ＮＯｘ触媒１３の昇温速度を所定昇温速度に制御する。
【００６１】
本実施例においては、Ｓ３０５を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るＮＯｘ触媒昇温手段に相当する。Ｓ３０５の後、ＥＣＵ２０はＳ２０５に進む。
【００６２】
以上説明したルーチンによれば、フィルタ再生制御の実行条件が成立したときに選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量が第一所定量以上の場合、尿素添加弁１０から
の尿素水溶液の添加が停止されると共に、ＮＯｘ触媒昇温制御が実行される。
【００６３】
ＮＯｘ触媒昇温制御が実行された場合も、フィルタ再生制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３の温度が上昇した場合と同様、選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の加水分解は促進され、該選択還元型ＮＯｘ触媒１３から排出されるアンモニアは増加する。しかしながら、ＮＯｘ触媒昇温制御においては、選択還元型ＮＯｘ触媒１３は所定昇温速度で昇温される。そのため、選択還元型ＮＯｘ触媒１３から排出されるアンモニアの量は、フィルタ昇温制御の実行に伴って選択還元型ＮＯｘ触媒１３が昇温したときよりも少なく、該アンモニアはアンモニア酸化触媒１４で十分に酸化される。従って、アンモニア酸化触媒１４よりも下流側へのアンモニアの流出は抑制される。
【００６４】
従って、ＮＯｘ触媒昇温制御を実行することで、アンモニア酸化触媒１４よりも下流側へのアンモニアの流出を抑制しつつより速やかに選択還元型ＮＯｘ触媒１３における尿素の吸着量を第二所定吸着量以下に減少させることが出来る。その結果、フィルタ昇温制御をより早期に実行することが可能となる。
【００６５】
尚、本実施例に係るＮＯｘ触媒昇温制御においては、燃料添加弁９からの燃料添加に代えて、内燃機関１から排出される排気を昇温させることで選択還元型ＮＯｘ触媒１３を昇温させてもよい。
【００６６】
また、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を上述した実施例１の変形例のような構成とした場合にも、フィルタ再生制御において、図５に示すようなルーチンを適用してもよい。この場合も、図１に示すような概略構成の場合と同様の効果を得ることが出来る。
【００６７】
実施例１のように、尿素添加弁１０からの尿素水溶液の添加を停止させた時点からある一定の期間である所定期間Δｔｓが経過した後、フィルタ再生制御を実行する場合においても、所定期間Δｔｓ中に実施例３に係るＮＯｘ触媒昇温制御を実行してもよい。この場合、所定期間Δｔｓ中に、アンモニア酸化触媒１４よりも下流側へのアンモニアの流出を抑制しつつ選択還元型ＮＯｘ触媒１３おける尿素の吸着量をより減少させることが出来る。その結果、フィルタ再生制御を実行したときの選択還元型ＮＯｘ触媒１３からのアンモニアの排出量をより抑制することが出来る。
【００６８】
尚、上記各実施例に係るフィルタ再生制御においては、燃料添加弁９からの燃料添加に代えて、内燃機関１から排出される排気を昇温させることでフィルタ１２を昇温させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施例１に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図。
【図２】実施例１に係るフィルタ再生制御のルーチンを示すフローチャート。
【図３】実施例１の変形例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図。
【図４】実施例２に係るフィルタ再生制御のルーチンを示すフローチャート。
【図５】実施例３に係るフィルタ再生制御のルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・内燃機関
６・・・排気通路
７・・・エキゾーストマニホールド
９・・・燃料添加弁
１０・・尿素添加弁
１１・・酸化触媒
１２・・パティキュレートフィルタ
１３・・選択還元型ＮＯｘ触媒
１４・・アンモニア酸化触媒
１５・・エアフローメータ
１６・・温度センサ
１７・・酸化触媒
２０・・ＥＣＵ
【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アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
該選択還元型ＮＯｘ触媒に尿素を供給する尿素供給手段と、
前記排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
該パティキュレートフィルタを昇温させるフィルタ昇温制御を実行するフィルタ昇温手段と、を備え、
前記フィルタ昇温制御の実行条件が成立したときは、前記尿素供給手段による前記選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止すると共に、前記尿素供給手段による前記選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止した時点から所定期間が経過してから前記フィルタ昇温手段によって前記フィルタ昇温制御を実行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】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量を推定する尿素吸着量推定手段をさらに備え、
前記フィルタ昇温制御の実行条件が成立したときに前記尿素吸着量推定手段によって推定される前記選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が第一所定吸着量以上である場合に、前記尿素供給手段による前記選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止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システム。
【請求項３】
前記所定期間が、前記尿素吸着量推定手段によって推定される前記選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が前記第一所定吸着量よりも少ない第二所定吸着量以下に減少するまでの期間であることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側の前記排気通路に設けられアンモニアを酸化する機能を有するアンモニア酸化触媒と、
前記所定期間中に、前記フィルタ昇温制御の実行に伴って前記選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温するときの昇温速度よりも低い所定昇温速度で前記選択還元型ＮＯｘ触媒を昇温させるＮＯｘ触媒昇温制御を実行するＮＯｘ触媒昇温手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
該選択還元型ＮＯｘ触媒に尿素を供給する尿素供給手段と、
前記排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
該パティキュレートフィルタを昇温させるフィルタ昇温制御を実行するフィルタ昇温手段と、を備え、
前記フィルタ昇温制御の実行条件が成立したときは、前記尿素供給手段による前記選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止すると共に、前記尿素供給手段による前記選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止した時点から所定期間が経過してから前記フィルタ昇温手段によって前記フィルタ昇温制御を実行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】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量を推定する尿素吸着量推定手段をさらに備え、
前記フィルタ昇温制御の実行条件が成立したときに前記尿素吸着量推定手段によって推定される前記選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が第一所定吸着量以上である場合に、前記尿素供給手段による前記選択還元型ＮＯｘ触媒への尿素の供給を停止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システム。
【請求項３】
前記所定期間が、前記尿素吸着量推定手段によって推定される前記選択還元型ＮＯｘ触媒における尿素の吸着量が前記第一所定吸着量よりも少ない第二所定吸着量以下に減少するまでの期間であることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒より下流側の前記排気通路に設けられアンモニアを酸化する機能を有するアンモニア酸化触媒と、
前記所定期間中に、前記フィルタ昇温制御の実行に伴って前記選択還元型ＮＯｘ触媒が昇温するときの昇温速度よりも低い所定昇温速度で前記選択還元型ＮＯｘ触媒を昇温させるＮＯｘ触媒昇温制御を実行するＮＯｘ触媒昇温手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２５５９０５（Ｐ２００８−２５５９０５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９９７６１（Ｐ２００７−９９７６１）
【出願日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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