JP2008128066A

JP2008128066A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2008128066A
Application number: JP2006312805A
Authority: JP
Inventors: Minehiro Murata; 峰啓村田; Yoshihisa Takeda; 好央武田; Hiroaki Fujita; 博昭藤田; Satoshi Hiranuma; 智平沼
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】還元剤を供給してＮＯxを浄化する選択還元型のＮＯx触媒の上流側に前段処理装置を設けた場合であっても、該前段処理装置の存在に拘わらず上記ＮＯx触媒への還元剤の供給を適切に制御でき、ＮＯx浄化性能の向上を図った排気浄化装置を提供する。
【解決手段】アンモニア供給制御手段は、ＮＯx触媒の入口の温度Ｔaが所定温度Ｔ1未満のとき、アンモニアの供給を禁止する一方(S10〜S14)、ＮＯx触媒の入口の温度の上昇速度ΔＴが所定速度ΔＴ1に達すると上記禁止を解除してアンモニアの供給を開始する(S12〜S22)。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンの排気を浄化するための排気浄化装置に関し、特にアンモニアを還元剤として排気中のＮＯxを還元浄化するＮＯx触媒を備えた排気浄化装置に関する。

エンジンの排気中に含まれる汚染物質の１つであるＮＯx（窒素酸化物）を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路に選択還元型のＮＯx触媒（ＳＣＲ触媒）を配設し、還元剤としてアンモニアをＮＯx触媒に供給することにより、排気中のＮＯxを浄化するようにした排気浄化装置が開発されている。
このような排気浄化装置では、ＮＯx触媒の上流側に尿素水を添加し、この尿素水が排気の熱により加水分解して生じたアンモニアがＮＯx触媒に供給される。ＮＯx触媒に供給されたアンモニアは一旦ＮＯx触媒に吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯxとの間の脱硝反応がＮＯx触媒によって促進されることによりＮＯxの浄化が行われる。

ところで、アンモニアはＮＯx触媒が高温であるときよりも比較的中低温である方がＮＯx触媒に吸着し易い傾向にあるが、排気温度が所定温度（例えば、２００℃）未満の領域では、ＮＯx触媒の温度が低く十分に活性状態にない或いは尿素水の霧化及び加水分解が促進されない等の理由から、ＮＯx触媒のアンモニア吸着能力の有無に拘わらず尿素水の添加、即ちアンモニアのＮＯx触媒への供給を禁止する技術も開発されている（特許文献１参照）。

一方、ディーゼルエンジンなどでは、排気中に含まれるパティキュレートを除去して排気を浄化するため、一般にはパティキュレートフィルタを排気通路のＮＯx触媒上流側に配設し、排気中のパティキュレートを捕集するようにしている。
特開２００３−３４３２４１号公報

上記特許文献１に記載の技術の場合、排気温度が所定温度未満のときには尿素水の添加を行わないため、例えばエンジンの冷態始動時等においては、排気温度が所定温度以上となるまでの間はアンモニアがＮＯx触媒に新たに吸着しておらず、故にアンモニア吸着量に支配されるＮＯx浄化率が低く、所定温度に達した時点で尿素水の添加を開始したとしてもＮＯx浄化率がすぐには上昇せず、ＮＯxを十分に浄化できないという問題がある。

特に、ＮＯx触媒上流側に他の排気後処理装置、例えば上記パティキュレートフィルタを前段処理装置として備えた構成においては、パティキュレートフィルタの熱容量が比較的大きいため、パティキュレートフィルタの温度がある程度上昇するまでは下流側のＮＯx触媒の温度も十分には上昇せず、例えばＮＯx触媒の入口の排気温度が所定温度に達した時点で尿素水の添加を行うことにすると、エンジンの冷態始動時等において尿素水を添加しない期間が長期間に亘り、上記ＮＯx浄化率がすぐには上昇しないことと相俟ってＮＯxの浄化が大幅に遅れるという問題があり好ましいことではない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、還元剤を供給してＮＯxを浄化する選択還元型のＮＯx触媒の上流側に前段処理装置を設けた場合であっても、該前段処理装置の存在に拘わらず上記ＮＯx触媒への還元剤の供給を適切に制御でき、ＮＯx浄化性能の向上を図った排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯxを選択還元するＮＯx触媒と、前記排気通路の前記ＮＯx触媒よりも排気上流側部分に配設された前段処理装置と、前記ＮＯx触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、前記排気通路の前記ＮＯx触媒と前記前段処理装置との間の温度を検出する温度検出手段と、前記アンモニア供給手段によるアンモニアの供給を制御するアンモニア供給制御手段とを備え、該アンモニア供給制御手段は、前記温度検出手段により検出される温度が所定温度未満のとき、前記アンモニア供給手段からのアンモニアの供給を禁止する一方、該アンモニアの供給の禁止に拘わらず、前記温度検出手段により検出される温度の上昇速度が所定速度に達すると、前記禁止を解除してアンモニアの供給を開始することを特徴とする。

また、請求項２に係る排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯxを選択還元するＮＯx触媒と、前記排気通路の前記ＮＯx触媒よりも排気上流側部分に配設された前段処理装置と、前記ＮＯx触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、前記排気通路の前記ＮＯx触媒と前記前段処理装置との間の温度を検出する第１の温度検出手段と、前記排気通路の前記前段処理装置よりも排気上流側部分の温度を検出する第２の温度検出手段と、前記アンモニア供給手段によるアンモニアの供給を制御するアンモニア供給制御手段とを備え、該アンモニア供給制御手段は、前記第１の温度検出手段により検出される温度が第１所定温度未満のとき、前記アンモニア供給手段からのアンモニアの供給を禁止する一方、該アンモニアの供給の禁止に拘わらず、前記第２の温度検出手段により検出される温度が第２所定温度に達すると、前記禁止を解除してアンモニアの供給を開始することを特徴とする。

また、請求項３に係る排気浄化装置は、請求項１または２において、前記ＮＯx触媒に吸着したアンモニアの吸着量を推定するアンモニア吸着量推定手段をさらに備え、前記アンモニア供給制御手段は、該アンモニア吸着量推定手段により推定されるアンモニアの吸着量が前記ＮＯx触媒に吸着可能なアンモニアの所定許容量未満のとき、前記禁止を解除してアンモニアの供給を開始することを特徴とする。

請求項１の排気浄化装置によれば、アンモニアを還元剤として供給して排気中のＮＯxを選択還元するＮＯx触媒の排気上流側に前段処理装置が配設されている場合において、ＮＯx触媒の排気上流側（入口）の温度が所定温度未満のとき、アンモニアの供給を禁止する一方、該アンモニアの供給の禁止に拘わらず、上記ＮＯx触媒の排気上流側の温度の上昇速度が所定速度に達すると、上記禁止を解除してアンモニアの供給を開始するようにしたので、通常であれば内燃機関の冷態始動時のようにＮＯx触媒の温度が所定温度未満にまで低下しているような場合にはＮＯx触媒が十分に活性状態にない或いはアンモニアスリップが発生したりする等の理由からアンモニアの供給が禁止されるが、この際、ＮＯx触媒の排気上流側の前段処理装置の熱容量は比較的大きいことからＮＯx触媒の温度がなかなか上昇せずアンモニアの供給禁止期間が長引き、さらにはＮＯx触媒の温度が所定温度に達してからアンモニアの供給を開始してもすぐにはＮＯx触媒にアンモニアが十分に吸着しないためＮＯx浄化率がなかなか上昇せず、ＮＯxの浄化が大幅に遅れる可能性があるところ、ＮＯx触媒の排気上流側の温度の上昇速度が所定速度以上と急激である場合にはＮＯx触媒の温度がその後速やかに所定温度に達すると予測でき、当該予測に基づきアンモニアの供給を早期に開始してＮＯx触媒へのアンモニアの吸着を促進してＮＯx浄化率の上昇を早めるようにでき、ＮＯxの浄化の大幅な遅れを防止してＮＯx浄化性能を向上させることができる。

請求項２の排気浄化装置によれば、アンモニアを還元剤として供給して排気中のＮＯxを選択還元するＮＯx触媒の排気上流側に前段処理装置が配設されている場合において、ＮＯx触媒の排気上流側（入口）の温度が第１所定温度未満のとき、アンモニアの供給を禁止する一方、該アンモニアの供給の禁止に拘わらず、前段処理装置の排気上流側（入口）の温度が第２所定温度に達すると、上記禁止を解除してアンモニアの供給を開始するようにしたので、通常であれば内燃機関の冷態始動時のようにＮＯx触媒の温度が所定温度未満にまで低下しているような場合にはＮＯx触媒が十分に活性状態にない或いはアンモニアスリップが発生したりする等の理由からアンモニアの供給が禁止されるが、この際、ＮＯx触媒の排気上流側の前段処理装置の熱容量は比較的大きいことからＮＯx触媒の温度がなかなか上昇せずアンモニアの供給禁止期間が長引き、さらにはＮＯx触媒の温度が所定温度に達してからアンモニアの供給を開始してもすぐにはＮＯx触媒にアンモニアが十分に吸着しないためＮＯx浄化率がなかなか上昇せず、ＮＯxの浄化が大幅に遅れる可能性があるところ、ＮＯx触媒の排気上流側に位置する前段処理装置の排気上流側の温度が第２所定温度に達する場合にはＮＯx触媒の温度がその後速やかに所定温度に達すると予測でき、当該予測に基づきアンモニアの供給を早期に開始してＮＯx触媒へのアンモニアの吸着を促進してＮＯx浄化率の上昇を早めるようにでき、上記請求項１の場合と同様、ＮＯxの浄化の大幅な遅れを防止してＮＯx浄化性能を向上させることができる。

請求項３の排気浄化装置によれば、アンモニアの吸着量がＮＯx触媒に吸着可能なアンモニアの所定許容量未満のとき、アンモニアの供給の禁止を解除してアンモニアの供給を開始するので、ＮＯx触媒に吸着可能なアンモニアの所定許容量はＮＯx触媒の温度に応じて変化するものの、アンモニアの吸着量が当該アンモニアの所定許容量未満である場合に限りアンモニアの供給の禁止を解除することにより、余剰のアンモニアの供給によるアンモニアスリップの発生を防止しつつ、ＮＯx浄化性能を向上させることができる。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
先ず、第１実施例を説明する。
図１は、本発明に係る排気浄化装置が適用される４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）のシステム構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。

エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下、コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料である軽油を、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。
吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、エアクリーナ７から吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。

一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管（排気通路）２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。
排気管２０はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気絞り弁２６を介して排気後処理ユニット２８に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動する。

排気後処理ユニット２８は、上流側後処理装置（前段処理装置）３０と、上流側後処理装置３０の下流側に連通路３２で連通された下流側後処理装置３４とで構成される。上流側後処理装置３０内には、前段酸化触媒３６が収容されると共に、この前段酸化触媒３６の下流側にはディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦという）３８が収容されている。ＤＰＦ３８は、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化するために設けられる。

ＤＰＦ３８はハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、エンジン１の排気が内部を流通することによって排気中のパティキュレートを捕集する。
前段酸化触媒３６は排気中のＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成するので、このように前段酸化触媒３６とＤＰＦ３８とを配置することにより、ＤＰＦ３８に捕集され堆積しているパティキュレートは、通常において前段酸化触媒３６から供給されたＮＯ_２と反応して酸化し、ＤＰＦ３８の連続再生が行われる。

下流側後処理装置３４内には、アンモニアを吸着し、吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯxを選択還元して浄化する選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）として機能するＮＯx触媒４６が収容されると共に、このＮＯx触媒４６の下流側には主としてＮＯx触媒４６から流出したアンモニアを酸化してＮ_２とするための後段酸化触媒４８が収容されている。

また、連通路３２には、連通路３２内の排気中に尿素水を噴射供給する噴射ノズル（アンモニア供給手段）５０が設けられており、尿素水の供給量を調整する尿素水噴射装置５２から流通してきた尿素水を連通路３２内に噴射する。
噴射ノズル５０から噴射された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、ＮＯx触媒４６に供給される。ＮＯx触媒４６は供給されたアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアと排気中のＮＯxとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯxを浄化して無害なＮ_２とする。

このときＮＯxと反応せずにＮＯx触媒４６から流出した余剰のアンモニアは、後段酸化触媒４８によって酸化され、Ｎ_２またはＮＯxとなる。ここで生成されるＮＯxは後段酸化触媒４８に流入するアンモニアとさらに反応してＮ_２になるので、結局は後段酸化触媒４８に流入するアンモニアは無害なＮ_２となって大気中に放出される。
連通路３２の噴射ノズル５０の直上流側には、ＮＯx触媒４６の入口の排気温度ＴaをＮＯx触媒４６の温度として検出するＮＯx触媒入口温度センサ（第１の温度検出手段、温度検出手段）４４が設けられている。

また、前段酸化触媒３６の上流側には、前段酸化触媒３６の入口の排気温度Ｔbを検出する前段酸化触媒入口温度センサ（第２の温度検出手段）４０が設けられ、前段酸化触媒３６とＤＰＦ３８との間には、ＤＰＦ３８の入口の排気温度を検出するＤＰＦ入口温度センサ４２が設けられている。
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）５８は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行う。

ＥＣＵ５８の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した前段酸化触媒入口温度センサ４０、ＤＰＦ入口温度センサ４２及びＮＯx触媒入口温度センサ４４のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ６０や図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ６２などの各種センサ類が接続されている。一方、出力側には、演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁２６及び尿素水噴射装置５２などの各種デバイス類が接続されている。

これより、ＥＣＵ５８では、エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御が行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ６０によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ６２によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な量の燃料が供給される。

またＥＣＵ５８は、回転数センサ６０によって検出されたエンジン回転数や燃料の主噴射量等のエンジン運転状態に基づき、エンジン１から排出されるＮＯxをＮＯx触媒４６で選択還元するために必要な尿素水供給量（尿素水基本供給量）を、予め記憶しているマップデータから求め、求められた供給量の尿素水が噴射ノズル５０から排気中に供給されるように尿素水噴射装置５２を制御する。

これにより、噴射ノズル５０から連通路３２内の排気中に噴射供給された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、ＮＯx触媒４６に吸着する。そして、ＮＯx触媒４６は吸着したアンモニアとＮＯx触媒４６に流入する排気中のＮＯxとの間の脱硝反応を促進し、排気中のＮＯxは無害なＮ_２となって大気中に放出される。
この場合、ＮＯx触媒４６に吸着可能なアンモニアの量、即ちアンモニア吸着量Ｑamの許容量はＮＯx触媒４６の温度と相関を有し、図２に示すように、ＮＯx触媒４６の温度が低いほどアンモニア吸着量Ｑamの許容量は多いことが知られている。そして、ＮＯx触媒４６におけるＮＯx浄化率は、ＮＯx触媒４６のアンモニア吸着量Ｑamと相関を有し、図３に示すように、アンモニア吸着量Ｑamが多くなるほどＮＯx触媒４６におけるＮＯx浄化率は高いことが知られている。

以下、このように構成された本発明に係る排気浄化装置の制御、即ち尿素水供給制御の制御内容について説明する。
図４を参照すると、ＥＣＵ５８が実行する本発明の第１実施例に係る尿素水供給制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており（アンモニア供給制御手段）、以下、同フローチャートに沿い説明する。

ステップＳ１０では、ＮＯx触媒入口温度センサ４４により検出されるＮＯx触媒４６の入口の排気温度ＴaひいてはＮＯx触媒４６の温度が所定温度Ｔ1（第１所定温度、所定温度、例えば、２００℃）未満（Ｔa＜Ｔ1）であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で排気温度Ｔaが所定温度Ｔ1未満である場合には、ステップＳ１２に進む。
即ち、エンジン１の冷態始動時のように、ＮＯx触媒４６の温度が所定温度Ｔ1未満であるほど低いときには、ＮＯx触媒４６が十分に活性状態になく、或いは噴射ノズル５０から尿素水を噴射しても尿素水の霧化及び加水分解が促進されずにアンモニアスリップを発生し兼ねないため、この場合には、ＮＯx触媒４６のアンモニア吸着能力の有無に拘わらず尿素水の添加を中止、即ちアンモニアのＮＯx触媒への供給を禁止すべくステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、排気温度Ｔaに基づき演算されるＮＯx触媒４６の温度上昇速度ΔＴが所定速度ΔＴ1より大（ΔＴ＞ΔＴ1）であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で、温度上昇速度ΔＴが所定速度ΔＴ1以下であってＮＯx触媒４６の温度の上昇がそれほど急でないような場合には、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、上記ステップＳ１０、１２の判別結果を受けて、噴射ノズル５０からの尿素水の供給ひいてはアンモニアのＮＯx触媒４６への供給を禁止し、当該ルーチンの実行を繰り返す。これにより、ＮＯx触媒４６が不活性である場合のＮＯx触媒４６への不必要なアンモニアの供給が抑制されるとともに、アンモニアスリップの発生が防止される。

一方、上記ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）でＮＯx触媒４６の温度が所定温度Ｔ1以上である場合、及び、ステップＳ１２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ＮＯx触媒４６の温度上昇速度ΔＴが所定速度ΔＴ1より大と判定された場合には、次にステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、ＮＯx触媒４６のアンモニア吸着量Ｑamが所定許容量Ｑ1未満であるか否かを判別する。

ここで、アンモニア吸着量Ｑamについては、例えば下記式(1)に基づき演算される（アンモニア吸着量推定手段）。
Ｑam(n)＝Ｑam(n-1)＋Ｄam−ｆ（μ，Ｕnox） …(1)
ここに、Ｑam(n)が求めるアンモニア吸着量Ｑam、Ｑam(n-1)は前回演算された前回値、Ｄamは上記尿素水基本供給量、ｆ（μ，Ｕnox）はアンモニア消費量の演算値であり、μはＮＯx浄化効率、ＵnoxはＮＯx質量流量を示す。

なお、かかるアンモニア吸着量Ｑamの演算手法については例えば特開平２００３−２９３７３７号公報等により公知であり、ここではその詳細についての説明は省略する。
また、所定許容量Ｑ1については、ＮＯx触媒４６の温度に応じ、上記図２をマップとして容易に求められる。
ステップＳ２０の判別結果が偽（Ｎｏ）でアンモニア吸着量Ｑamが所定許容量Ｑ1以上であるような場合には、アンモニアの供給が過多と考えられ、この場合には上記ステップＳ１４に進み、噴射ノズル５０からの尿素水の供給ひいてはアンモニアのＮＯx触媒４６への供給を禁止する。これにより、アンモニアスリップの発生が防止される。

一方、ステップＳ２０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ＮＯx触媒４６のアンモニア吸着量Ｑamが所定許容量Ｑ1未満と判定された場合には、次にステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、噴射ノズル５０からの尿素水の供給を許容し、アンモニアのＮＯx触媒４６への供給を行い、当該ルーチンの実行を繰り返す。
つまり、ＮＯx触媒４６の温度が所定温度Ｔ1以上である場合は勿論、一旦アンモニアのＮＯx触媒４６への供給を禁止した場合であっても、その後にＮＯx触媒４６の温度上昇速度ΔＴが所定速度ΔＴ1より大となった場合には、当該アンモニアの供給禁止に拘わらず、アンモニアのＮＯx触媒４６への供給を行うようにする。

このようにアンモニアのＮＯx触媒４６への供給の禁止に拘わらずアンモニアのＮＯx触媒４６への供給を行うのは、温度上昇速度ΔＴが所定速度ΔＴ1より大である場合には、ＮＯx触媒４６の温度が急速に上昇しており、その後速やかにＮＯx触媒４６の温度が上記所定温度Ｔ1に達することが予測されるためである。
このようにＮＯx触媒４６の温度上昇を予測してアンモニアのＮＯx触媒４６への供給を行うようにすると、ＮＯx触媒４６の温度が所定温度Ｔ1に達するのを待つことなく早期にアンモニアのＮＯx触媒４６への供給を開始することができる。

即ち、図６を参照すると、冷態始動時におけるＮＯx触媒４６の入口の排気温度Ｔaの時間変化がタイムチャートで示され、併せてアンモニアのＮＯx触媒４６への供給開始時点でのＮＯx触媒４６の温度上昇速度ΔＴが示されているが、同図に示すように、ＮＯx触媒４６の温度上昇速度ΔＴが所定速度ΔＴ1より大となった時点でアンモニアのＮＯx触媒４６への供給を開始することにより、ＮＯx触媒４６の温度（Ｔa）が所定温度Ｔ1に達してからアンモニアの供給を開始していた従来の場合に比べ、アンモニアのＮＯx触媒４６への供給時期を大幅に早期化することができる。

つまり、アンモニアの供給によりＮＯxを浄化するＮＯx触媒４６の上流側に前段酸化触媒３６やＤＰＦ３８のような熱容量の比較的大きな上流側後処理装置３０が配設されていると、特にエンジン１の冷態始動時において、上流側後処理装置３０に排気熱を吸収されてＮＯx触媒４６の温度がなかなか上昇せず、さらに、アンモニアの供給開始直後すぐにはアンモニアがＮＯx触媒４６に十分に吸着せず、故にＮＯx浄化効率がすぐには上昇せず、従来のようにＮＯx触媒４６の温度が所定温度Ｔ1に達してからアンモニアの供給を開始していたのではＮＯxの浄化が大幅に遅れるという問題が生じるのであるが、本発明においては、アンモニアのＮＯx触媒４６への供給時期が大幅に早期化されることで、ＮＯx触媒４６のアンモニア吸着量Ｑamを早期に増加させ、ＮＯx浄化率の上昇を早めるようにできる。

このように、本発明に係る排気浄化装置によれば、上流側後処理装置３０の存在に拘わらず、ＮＯx触媒４６へのアンモニアの供給を適切に制御できることになり、全体としてＮＯx浄化性能の向上を図ることができる。
次に、第２実施例を説明する。
第２実施例においても排気浄化装置の構成は上記図１に示した通りであり、ここでは説明を省略する。

図５を参照すると、ＥＣＵ５８が実行する本発明の第２実施例に係る尿素水供給制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており（アンモニア供給制御手段）、以下、同フローチャートに沿い第１実施例と異なる部分を中心に説明する。
第２実施例では、上記第１実施例における図４のステップＳ１２に代えてステップＳ１２’が実行される。ステップＳ１２’以外のステップについては上述した通りであり、同一符号を付して適宜説明を省略する。

ステップＳ１０を経てステップＳ１２’では、前段酸化触媒入口温度センサ４０により検出される前段酸化触媒３６の入口の排気温度Ｔbが所定温度Ｔ2（第２所定温度、例えば２００℃）以上（Ｔb≧Ｔ2）であるか否かを判別する。なお、所定温度Ｔ2は所定温度Ｔ1と同じでもよいが、例えば前段酸化触媒３６やＤＰＦ３８の熱容量に応じて適宜設定すればよい。判別結果が偽（Ｎｏ）で排気温度Ｔbが所定温度Ｔ2未満であって前段酸化触媒３６の入口の排気温度Ｔbがそれほど上昇していないような場合には、ステップＳ１４に進み、上記同様、噴射ノズル５０からの尿素水の供給ひいてはアンモニアのＮＯx触媒４６への供給を禁止し、当該ルーチンの実行を繰り返す。

一方、ステップＳ１２’の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、排気温度Ｔbが所定温度Ｔ2以上と判定され、ステップＳ２０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ＮＯx触媒４６のアンモニア吸着量Ｑamが所定許容量Ｑ1未満であると判定された場合には、ステップＳ２２に進み、噴射ノズル５０からの尿素水の供給を許容し、アンモニアのＮＯx触媒４６への供給を行い、当該ルーチンの実行を繰り返す。

つまり、一旦アンモニアのＮＯx触媒４６への供給を禁止した場合であっても、その後に前段酸化触媒３６の入口の排気温度Ｔbが所定温度Ｔ2以上となった場合には、当該アンモニアの供給禁止に拘わらず、アンモニアのＮＯx触媒４６への供給を行うようにする。
このようにアンモニアのＮＯx触媒４６への供給の禁止に拘わらずアンモニアのＮＯx触媒４６への供給を行うのは、排気温度Ｔbが所定温度Ｔ2以上と高い場合には、前段酸化触媒３６やＤＰＦ３８が急速に昇温し、その後速やかにＮＯx触媒４６の温度が上記所定温度Ｔ1に達することが予測されるためである。

これにより、上記第1実施例の場合と同様、ＮＯx触媒４６の温度が所定温度Ｔ1に達するのを待つことなく早期にアンモニアのＮＯx触媒４６への供給を開始することができる。
即ち、再び図６を参照すると、冷態始動時におけるＮＯx触媒４６の入口の排気温度Ｔaとともに前段酸化触媒３６の入口の排気温度Ｔbの時間変化が破線で示されているが、同図に示すように、前段酸化触媒３６の入口の排気温度Ｔbが所定温度Ｔ2に達した時点でアンモニアのＮＯx触媒４６への供給を開始することにより、ＮＯx触媒４６の温度（Ｔa）が所定温度Ｔ1に達してからアンモニアの供給を開始していた従来の場合に比べ、アンモニアのＮＯx触媒４６への供給時期を大幅に早期化することができる。

これにより、ＮＯx触媒４６のアンモニア吸着量Ｑamを早期に増加させ、ＮＯx浄化率の上昇を早めるようにできる。
即ち、当該第２実施例においても、上記第１実施例の場合と同様、上流側後処理装置３０の存在に拘わらずＮＯx触媒４６へのアンモニアの供給を適切に制御できることになり、全体としてＮＯx浄化性能の向上を図ることができる。

なお、ここでは、前段酸化触媒入口温度センサ４０からの情報に基づき、前段酸化触媒３６の入口の排気温度Ｔbが所定温度Ｔ2に達したか否かを判別するようにしているが、ＤＰＦ入口温度センサ４２からの情報に基づいて判別を行うようにしてもよく、この場合であっても上記同様の作用及び効果を得ることができる。
以上で本発明に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明の実施形態は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、図４、５の制御ルーチンのステップＳ２０において、ＮＯx触媒４６のアンモニア吸着量Ｑamが所定許容量Ｑ1未満であるか否かを判別するようにしてアンモニアスリップを防止するようにしているが、ステップＳ２０は本発明の実施に必須のステップではなく、省略してもよい。この場合であっても本発明の作用及び効果を得ることができる。特に、上記実施形態では、ＮＯx触媒４６の下流側に後段酸化触媒４８を設けるようにしており、アンモニアスリップが生じても後段酸化触媒４８でアンモニアを浄化可能である。但し、後段酸化触媒４８は必要に応じて設けられるものであり、本発明の実施に必須の構成ではない。

また、上記実施形態では、ＮＯx触媒入口温度センサ４４によりＮＯx触媒４６の入口の排気温度ＴaをＮＯx触媒４６の温度として検出するようにしたが、ＮＯx触媒４６内に温度センサを設けてＮＯx触媒４６の温度を直接検出するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、排気後処理ユニット２８を上流側後処理装置３０と下流側後処理装置３４とに分けて構成したが、排気後処理ユニット２８は単一の後処理装置内に前段酸化触媒３６、ＤＰＦ３８、ＮＯx触媒４６及び後段酸化触媒４８を収容するようなものであってもよい。

また、上記実施形態では、噴射ノズル５０から尿素水を供給することにより、ＮＯx触媒４６にアンモニアを供給するようにしたが、噴射ノズル５０或いは他の手段によりアンモニアそのものをＮＯx触媒４６に供給するようにしてもよいし、尿素水に代えて排気中でアンモニアに転化可能な物質を排気中に供給するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、エンジン１を４気筒のディーゼルエンジンとしたが、エンジンの形式や気筒数などはこれに限られるものではない。

本発明に係る排気浄化装置の全体構成図である。ＮＯx触媒の温度とアンモニア吸着量の許容量との関係を示す図である。アンモニア吸着量とＮＯx浄化率との関係を示す図である。本発明の第１実施例に係る尿素水供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本発明の第２実施例に係る尿素水供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。冷態始動時におけるＮＯx触媒の入口の排気温度Ｔaと前段酸化触媒の入口の排気温度Ｔbの時間変化を示すタイムチャートであって、併せてアンモニアの供給開始時点でのＮＯx触媒の温度上昇速度ΔＴを示す図である。

符号の説明

１エンジン
２０排気管（排気通路）
３０上流側後処理装置（前段処理装置）
３６前段酸化触媒
３８ＤＰＦ
４０前段酸化触媒入口温度センサ（第２の温度検出手段）
４４ＮＯx触媒入口温度センサ（第１の温度検出手段、温度検出手段）
４６ＮＯx触媒
５０噴射ノズル（アンモニア供給手段）
５８ＥＣＵ

Claims

内燃機関の排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯxを選択還元するＮＯx触媒と、
前記排気通路の前記ＮＯx触媒よりも排気上流側部分に配設された前段処理装置と、
前記ＮＯx触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、
前記排気通路の前記ＮＯx触媒と前記前段処理装置との間の温度を検出する温度検出手段と、
前記アンモニア供給手段によるアンモニアの供給を制御するアンモニア供給制御手段とを備え、
該アンモニア供給制御手段は、前記温度検出手段により検出される温度が所定温度未満のとき、前記アンモニア供給手段からのアンモニアの供給を禁止する一方、該アンモニアの供給の禁止に拘わらず、前記温度検出手段により検出される温度の上昇速度が所定速度に達すると、前記禁止を解除してアンモニアの供給を開始することを特徴とする排気浄化装置。
内燃機関の排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯxを選択還元するＮＯx触媒と、
前記排気通路の前記ＮＯx触媒よりも排気上流側部分に配設された前段処理装置と、
前記ＮＯx触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、
前記排気通路の前記ＮＯx触媒と前記前段処理装置との間の温度を検出する第１の温度検出手段と、
前記排気通路の前記前段処理装置よりも排気上流側部分の温度を検出する第２の温度検出手段と、
前記アンモニア供給手段によるアンモニアの供給を制御するアンモニア供給制御手段とを備え、
該アンモニア供給制御手段は、前記第１の温度検出手段により検出される温度が第１所定温度未満のとき、前記アンモニア供給手段からのアンモニアの供給を禁止する一方、該アンモニアの供給の禁止に拘わらず、前記第２の温度検出手段により検出される温度が第２所定温度に達すると、前記禁止を解除してアンモニアの供給を開始することを特徴とする排気浄化装置。
前記ＮＯx触媒に吸着したアンモニアの吸着量を推定するアンモニア吸着量推定手段をさらに備え、
前記アンモニア供給制御手段は、該アンモニア吸着量推定手段により推定されるアンモニアの吸着量が前記ＮＯx触媒に吸着可能なアンモニアの所定許容量未満のとき、前記禁止を解除してアンモニアの供給を開始することを特徴とする、請求項１または２記載の排気浄化装置。