JP2010185434A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒でのアンモニアスリップをより適切に抑制する。
【解決手段】本発明の内燃機関の排気浄化装置１は、排気通路１４のうちの、途中で分岐されて形成された２つの分岐排気通路１４Ｂの一方に位置付けられた、アンモニア存在下でＮＯｘ浄化能を発揮する第１選択還元型ＮＯｘ触媒３２と、２つの分岐排気通路１４Ｂの他方に位置付けられた、同様にＮＯｘ浄化能を発揮する第２選択還元型ＮＯｘ触媒３４と、これらＮＯｘ触媒３２、３４に対してアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、これらＮＯｘ触媒３２、３４への排気ガス流入量を調節する排気ガス流入量調節手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンモニア存在下でＮＯｘ浄化能を発揮する選択還元型ＮＯｘ触媒を、排気系に備える、内燃機関の排気浄化装置に関する。

一般に、ディーゼル機関等の内燃機関の排気系に配置される排気浄化装置として、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するためのＮＯｘ触媒を含む排気浄化装置が知られている。このＮＯｘ触媒としては様々なタイプのものが知られているが、その中で、還元剤の添加によりＮＯｘを還元除去する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ: Selective Catalytic Reduction）（以下、ＳＣＲ触媒）が公知である。還元剤としては尿素が知られており、通常は尿素水（尿素水溶液）が触媒上流側の排気ガス中に噴射供給される。排気ガスや触媒からの受熱により尿素水からアンモニアが発生され、これにより、還元剤としてのアンモニアがＳＣＲ触媒に実質的に供給される。そして、このアンモニアによりＳＣＲ触媒上でＮＯｘが還元される。

このようなＳＣＲ触媒を備えた排気浄化装置では、例えば、当該ＳＣＲ触媒上流側に、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためにパティキュレートフィルタが配設される。捕集したＰＭがパティキュレートフィルタ内に堆積するような場合、それによってこのパティキュレートフィルタでの排気抵抗が増大するので、例えば、ＰＭ堆積量に応じてパティキュレートフィルタは昇温されて強制再生される。これに伴い、パティキュレートフィルタを通過した高温の排気ガスがＳＣＲ触媒に導入される。

他方、ＳＣＲ触媒には還元剤としてのアンモニアが吸着されるが、ＳＣＲ触媒に吸着可能なアンモニア量はＳＣＲ触媒の温度によって異なる。具体的には、ＳＣＲ触媒で吸着可能なアンモニア量は、ＳＣＲ触媒の温度が高温になるほど少なくなるという傾向にある。それ故、ＳＣＲ触媒に高温の排気ガスが導入されて、ＳＣＲ触媒が高温になるほど、ＳＣＲ触媒に添加供給されたアンモニアのうちの、余剰のアンモニアが、ＳＣＲ触媒を通過し易くなり、いわゆるアンモニアスリップが生じ易い。

これに対して、パティキュレートフィルタの上記のような強制再生時にＳＣＲ触媒でのアンモニアスリップを抑制するように創案された排気浄化装置が、特許文献１で提案されている。特許文献１の排気浄化装置では、ＳＣＲ触媒にアンモニアの供給を行っているときに、昇温することによるパティキュレートフィルタの強制再生を開始する場合には、ＳＣＲ触媒へのアンモニア供給が中止されるようにアンモニア供給手段は制御される。

特開２００６−３４２７３４号公報

ところで、ＳＣＲ触媒へ導入される排気ガスの温度は、機関運転状態に応じても変化する。例えば、車両に搭載された内燃機関では、加速時において、定常走行時に比べて、排気ガスの温度が上昇する。しかし、このような定常走行から加速への移行は、運転者の意思に基づくので不規則に生じ、短時間に生じることが多い。それ故、上記特許文献１に記載の如き制御では、このような場合には適切にアンモニアスリップを抑制することができない。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、排気通路に設けられたＳＣＲ触媒でのアンモニアスリップをより適切に抑制することにある。

かかる目的を達成するため、本発明は、排気通路のうちの、途中で分岐されて形成された２つの分岐排気通路の一方に位置付けられた、アンモニア存在下でＮＯｘ浄化能を発揮する第１選択還元型ＮＯｘ触媒と、２つの分岐排気通路の他方に位置付けられた、アンモニア存在下でＮＯｘ浄化能を発揮する第２選択還元型ＮＯｘ触媒と、第１選択還元型ＮＯｘ触媒および第２選択還元型ＮＯｘ触媒に対してアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、第１選択還元型ＮＯｘ触媒への排気ガス流入量および第２選択還元型ＮＯｘ触媒への排気ガス流入量を調節する排気ガス流入量調節手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置を提供する。

排気ガス流入量調節手段は、排気ガスの温度が所定温度よりも高いとき、第２選択還元型ＮＯｘ触媒への排気ガス流入量を、第１選択還元型ＮＯｘ触媒への排気ガス流入量よりも多くし、排気ガスの温度が所定温度以下のとき、第２選択還元型ＮＯｘ触媒への排気ガス流入量を、第１選択還元型ＮＯｘ触媒への排気ガス流入量よりも少なくするとよい。

アンモニア供給手段は、排気ガスの温度が所定温度よりも高いとき、排気ガスの温度が該所定温度よりも高いときの第２選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア最大吸着量に応じた量のアンモニアを供給するとよい。また、アンモニア供給手段は、排気ガスの温度が所定温度以下のとき、排気ガスの温度が該所定温度以下のときの第１選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア最大吸着量に応じた量のアンモニアを供給するとよい。

好ましくは、アンモニア供給手段は、排気ガスの温度が所定温度以下のとき、第１選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が第１目標吸着量になるようにアンモニアを供給し、排気ガスの温度が所定温度よりも高いとき、第２選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が、第１目標吸着量よりも少ない第２目標吸着量になるようにアンモニアを供給する。

本発明に係る実施形態が適用された内燃機関の概略的なシステム図である。 ＳＣＲ触媒の温度と、ＳＣＲ触媒へのアンモニア最大吸着量との関係を示す概念的なグラフである。 本発明に係る実施形態のフローチャートである。

以下に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置（以下、排気浄化装置）を、実施形態に基づいて詳述する。

図１は、本発明に係る実施形態の排気浄化装置１が適用された内燃機関１０の概略的なシステム図である。内燃機関１０は、自動車に搭載された圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼル機関であり、図１では、機関本体１０´から延出した、その排気系の一部が誇張して表されている（吸気系および機関内部機構等は省略されている）。内燃機関１０の排気管（排気マニホールドを含み得る。）１２によって区画形成された排気通路１４は、途中で分岐されて形成された２つの分岐排気通路を含んでいる。２つの分岐排気通路は、さらに下流側で合流する。ここでは、２つの分岐排気通路に分かれる分岐部Ｂから上流側の排気通路を上流側排気通路１４Ｕと称し、２つの分岐排気通路の一方を第１分岐排気通路１４Ｂ_１（図１中上側に位置）と称し、その他方を第２分岐排気通路１４Ｂ_２と称し、さらに、２つの分岐排気通路１４Ｂが合流する合流部Ｍから下流側の排気通路を下流側排気通路１４Ｄと称する。

上流側排気通路１４Ｕには、第１触媒コンバータ１６と、第２触媒コンバータ１８とが設けられている。排気通路１４が分岐部Ｂで分岐することで形成された２つの分岐排気通路１４Ｂの一方には第３触媒コンバータ２０が、その他方には第４触媒コンバータ２２が設けられている。そして、下流側排気通路１４Ｄには、第５触媒コンバータ２４が設けられている。つまり、第３触媒コンバータ２０および第４触媒コンバータ２２が並列に設けられている点を除いて、これら第１から第５の触媒コンバータ１６、１８、２０、２２、２４は排気通路１４に上流側から順に直列に配置されている。

第１触媒コンバータ１６内には、排気ガス中の未燃成分（特にＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒２８が配置されている。また、第２触媒コンバータ１８内には、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集して燃焼除去するＤＰＲ（Diesel Particulate Reduction）触媒３０が配置されている。また、第３触媒コンバータ２０内および第４触媒コンバータ２２内には、それぞれ、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ浄化能を有する触媒としてのＳＣＲ触媒３２、３４が配置されている。さらに、第５触媒コンバータ２４内には、ＳＣＲ触媒３２、３４を通過したアンモニアを処理するための酸化触媒３６が配置されている。なお、ＳＣＲ触媒３２、３４の両者の区別を容易にするべく、第３触媒コンバータ２０のＳＣＲ触媒３２を第１ＳＣＲ触媒と称し、第４触媒コンバータ２２のＳＣＲ触媒３４を第２ＳＣＲ触媒と称する。なお、本実施形態では、１つの触媒コンバータ内に、１つの触媒（フィルタを含む。）を配置したが、２つ以上の複数の触媒が同一の触媒コンバータ内に配置されてもよい。しかし、複数の触媒の相対的な位置関係が、本実施形態での複数の触媒の相対的な位置関係と同じあるいは同様であるとよい。

そして、第１、第２ＳＣＲ触媒３２、３４とＤＰＲ触媒３０との間、ここでは特にＤＰＲ触媒３０下流側かつ分岐部Ｂ上流側の間に、第１、第２ＳＣＲ触媒３２、３４にアンモニアを添加供給可能にするべく、還元剤としての尿素を選択的に添加するための尿素添加弁４０が設けられている。尿素は尿素水の形で使用される。尿素添加弁４０には、これに尿素水を供給するために、尿素水供給管４２によって区画形成された尿素水供給通路４４を介して、尿素水を貯留する尿素水タンク４６が接続される。そして、尿素水タンク４６から尿素水を尿素添加弁４０に向けて圧送するべくポンプ４８が設けられている。ただし、還元剤としての尿素水の尿素濃度は、寒冷地等でのその凍結を抑制するために、３２．５重量％であるとよい。

なお、ここでは、尿素添加弁４０、尿素水供給通路４４、尿素水タンク４６、ポンプ４８を含んで尿素供給装置５０が構成されている。ただし、尿素供給装置は、第１ＳＣＲ触媒３２に対する尿素添加弁と、第２ＳＣＲ触媒３４に対する尿素添加弁との２つの弁を備えることもできる。この場合、各尿素添加弁は、対応するＳＣＲ触媒が配置された分岐排気通路であって対応するＳＣＲ触媒上流側の排気通路に臨んで設けられるとよい。

ここでは尿素添加弁４０から添加された尿素水は、排気通路１４に設けられた分散板５２を介して、第１ＳＣＲ触媒３２や第２ＳＣＲ触媒３４に添加供給される。分散板５２は、添加尿素水を適切に満遍なく排気ガスに分散させるべく設けられる。なお、分散板５２は設けられなくてもよい。また、分散板は、上記の如く尿素添加弁が対応するＳＣＲ触媒毎に設けられる場合、対応する尿素添加弁下流側の、第３触媒コンバータ２０の入口部あるいはその近傍や、第４触媒コンバータ２２の入口部あるいはその近傍にそれぞれ設けられるとよい。

選択還元型ＮＯｘ触媒すなわちＳＣＲ触媒３２、３４は、ここでは、同じ構成を有する。本実施形態では、第１、第２ＳＣＲ触媒３２、３４は、Ｓｉ、Ｏ、Ａｌを主成分とすると共にＦｅイオンを含むゼオライトから構成されている。第１、第２ＳＣＲ触媒３２、３４は、その触媒温度が活性温度域（ＮＯｘ浄化温度域）にあり、かつ、尿素供給装置５０から尿素が添加されているときに（添加尿素（尿素水）の化学反応により生成するアンモニアの存在下で）ＮＯｘを還元浄化する。上記の如く尿素は尿素水として供給され、排気通路１４の熱で加水分解および熱分解される（ＣＯ（ＮＨ_２）_２→ＮＨ_３＋ＨＯＣＮ、ＨＯＣＮ＋Ｈ_２Ｏ→ＮＨ_３＋ＣＯ_２）。この結果、アンモニアが生成される。すなわち、尿素（尿素水）が第１、第２ＳＣＲ触媒３２、３４に向けて添加供給されると、第１、第２ＳＣＲ触媒３２、３４上にアンモニアが供給される。このアンモニアが第１、第２ＳＣＲ触媒３２、３４上でＮＯｘと反応して、ＮＯｘが還元される。なお、第１、第２ＳＣＲ触媒３２、３４としては、アルミナからなる基材の表面にバナジウム触媒（Ｖ_２Ｏ_５）を担持させたもの等が他に使用され得、本発明は種々のＳＣＲ触媒を許容する。なお、第１ＳＣＲ触媒３２と、第２ＳＣＲ触媒３４とは、異なる構成を備えてもよい。

ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter；ＤＰＦ）の一種であるＤＰＲ触媒３０は、フィルタ構造体であると共にその表面に貴金属を担持するものである。つまり、ＤＰＲ触媒３０は、フィルタで捕集した粒子状物質（ＰＭ）を、貴金属の触媒作用を利用して連続的に酸化（燃焼）させる連続再生式の触媒である。

酸化触媒２８と、酸化触媒３６とはここでは同じ構成を有する。それら酸化触媒２８、３６は、ハニカム構造体に白金（Ｐｔ）等の貴金属を担持させたものである。なお、酸化触媒２８と、酸化触媒３６とは、このような構成とは異なる構成を備えてもよく、また、それぞれ異なる構成を備えてもよい。酸化触媒３６は、上記したように、ＳＣＲ触媒３２、３４を漏れでたアンモニアを酸化して浄化処理するために設けられる。

ここでは排気通路１４には、上流側から順に、酸化触媒２８、ＤＰＲ触媒３０およびＳＣＲ触媒３２、３４、酸化触媒３６が配列されているが、これらの配列順序はこれに限られない。しかし、ＳＣＲ触媒３２、３４は、並列に設けられ、酸化触媒３６はＳＣＲ触媒３２、３４下流側に配置されるとよい。また、ＤＰＦとしてＤＰＲ触媒３０が設けられることに限られず、他のタイプのＤＰＦが使用可能である。具体的には、ＤＰＦは、フィルタ構造体としてのみ構成され、内燃機関の連続作動時間が所定時間を越えた時期あるいはＤＰＦ前後の差圧が所定値以上になった時期に、例えば燃料噴射時期を遅らせて後燃えを生じさせることで、捕集した粒子状物質が酸化燃焼されて再生が図られるフィルタであってもよい。ただし、このようなＤＰＦの所定時期での再生は、ＤＰＲ触媒３０に対しても適用され得る。

本実施形態では、分岐部Ｂと第１ＳＣＲ触媒３２との間に第１弁６０が配置され、分岐部Ｂと第２ＳＣＲ触媒３４との間に第２弁６２が配置されている。第１弁６０および第２弁６２はそれぞれ対応するアクチュエータ６４、６６と組み合わされている。ただし、第１弁６０および第２弁６２は組み合わされて単一の弁とされてもよい。この場合、単一の弁は分岐部Ｂに設けられ得る。この単一の弁は三方弁であり得る。なお、第５触媒コンバータ２４下流側の排気通路には、マフラー（消音器）６８が設けられている。

尿素供給装置５０を備えた内燃機関１０全体の制御を司る制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０が設けられる。ＥＣＵ７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ７０は、各種センサ類を用いて得られた検出値等に基づいて、所望の内燃機関制御が実行されるように、不図示の燃料噴射弁等を制御する。またＥＣＵ７０は、尿素水添加量や尿素水添加時期を制御すべく、添加弁４０、ポンプ４８を制御する。さらに、ＥＣＵ７０は、第１ＳＣＲ触媒３２への排気ガス流入量および第２ＳＣＲ触媒３４への排気ガス流入量を調節するように、第１弁６０および第２弁６２の開度を制御する。

ＥＣＵ７０に接続されるセンサ類には、内燃機関１０の機関回転速度を検出するための回転速度センサ７２や、機関負荷を検出するための負荷センサ７４の他、排気ガスの温度を検出するための排気温センサ７６、７８や、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出することを可能にするＮＯｘセンサ８０、８２、８４が含まれる。回転速度センサ７２は、内燃機関１０のクランク角を検出するためのクランク角センサであり得る。負荷センサ７４は、吸気圧センサ、エアフローメーター、アクセル開度センサであり得る。排気温センサ（以下、第１排気温センサ）７６は、分岐部Ｂ上流側の排気通路、ここでは、特にＤＰＲ触媒３０下流側かつ分岐部Ｂ上流側の排気通路に設けられるが、他の箇所に設けられてもよい。また、排気温センサ（以下、第２排気温センサ）７８は、合流部Ｍ下流側の排気通路、ここでは特に酸化触媒３６下流側の排気通路に設けられるが、他の箇所に設けられてもよい。また、ＮＯｘセンサ（以下、第１ＮＯｘセンサ）８０は、分岐部Ｂ上流側の排気通路、ここでは特にＤＰＲ触媒３０下流側かつ分岐部Ｂ上流側の排気通路に設けられるが、他の箇所に設けられてもよい。また、ＮＯｘセンサ（以下、第２ＮＯｘセンサ）８２は、第１分岐排気通路１４Ｂ_１のうちの酸化触媒３２下流側の排気通路に設けられるが、他の箇所に設けられてもよい。さらに、ＮＯｘセンサ（以下、第３ＮＯｘセンサ）８４は、酸化触媒３６下流側の排気通路に設けられているが、他の箇所に設けられてもよい。なお、ここでのＮＯｘセンサ、特に第３ＮＯｘセンサ８４は、ＮＯｘのみならず、アンモニアにも反応するように構成されている。

なお、ここでは、ＳＣＲ触媒３２、３４に対してアンモニアを供給するアンモニア供給手段は、尿素水供給装置５０、特にその制御手段としてのＥＣＵ７０の一部を含んで構成される。第１ＳＣＲ触媒３２および第２ＳＣＲ触媒のそれぞれへの排気ガス流入量を調節する排気ガス流入量調節手段は、第１弁６０、第２弁６２と、アクチュエータ６４、６６と、ＥＣＵ７０の一部とを含んで構成される。また、排気ガスの温度が所定温度よりも高いか否かを判定する排気温判定手段は、排気温センサ７６、７８と、ＥＣＵ７０の一部とを含んで構成される。

このような構成を備える内燃機関での尿素水添加供給制御および排気ガス分配制御に関して、以下に説明する。

尿素水添加供給制御における尿素水添加の実行・停止は、ＳＣＲ触媒の温度、ここでは排気ガスの温度に基づいて推定される第１ＳＣＲ触媒３２の温度に応じて制御される。具体的には、第１ＳＣＲ触媒３２の温度が所定温度域の温度、ここでは第１所定温度よりも高い温度域の温度であるとき、尿素水添加が実行され、第１ＳＣＲ触媒３２の温度がその所定温度域の温度でないとき、尿素水添加が停止される。また、尿素水添加が実行されるとき、その添加量は、排気ガスの温度が高いとき（ここでは第２所定温度よりも高いとき）は、排気ガスの温度が相対的に低いとき（ここでは第２所定温度以下のとき）に比べて、少なくなるように調節される。なお、排気ガスの温度は、両ＳＣＲ触媒３２、３４、特に第１ＳＣＲ触媒３２の温度と実質的に対応関係にあるとみなすことができる。

排気ガス分配制御は、第１弁６０の開度および第２弁６２の開度を調節することによって行われる。これら弁６０、６２の開度は、排気ガスの温度に応じて調節制御される。具体的には、排気ガスの温度が低いとき（ここでは第２所定温度以下のとき）、第１弁６０が開かれ、第２弁６２が閉じられる。これに対して、排気ガスの温度が相対的に高いとき（ここでは第２所定温度よりも高いとき）、第１弁６０が閉じられ、第２弁６２が開かれる。

このような尿素水添加供給制御および排気ガス分配制御は、ＳＣＲ触媒の特性を考慮したものである。図２は、ＳＣＲ触媒の温度と、ＳＣＲ触媒へのアンモニア最大吸着量との関係を示す概念的なグラフである。ＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど、そのＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量は減少する。図２に示す例では、ＳＣＲ触媒の温度が２００℃のとき吸着可能な量のアンモニアを、ＳＣＲ触媒の温度が３００℃のときにも同様にＳＣＲ触媒に添加すると、アンモニア供給量はアンモニア最大吸着量を超える。それ故、ＳＣＲ触媒の温度に基づいて、ＳＣＲ触媒へのアンモニア供給量を調節することが必要とされる。なお、ここでは、制御応答性および容易性を考慮して、ＳＣＲ触媒の温度そのものではなく、このＳＣＲ触媒の温度と実質的に対応関係にある排気ガスの温度に基づいてアンモニア添加供給量の制御が行われる。

しかし、単にＳＣＲ触媒へのアンモニア供給量を調節するだけでは、排気ガスの急激な温度上昇への対応に限界がある。例えば、ＳＣＲ触媒が２００℃にあるようなときにアンモニアを、その最大吸着量に近い量、添加している場合を想定する。このような場合に、運転者がアクセルペダルを急に踏み込むと、排気ガスの温度の急激な上昇が生じる。この段階で、アンモニア添加が抑制されても、それまでにＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの存在により、ＳＣＲ触媒ではアンモニアスリップが生じることになる。このようなアンモニアスリップを抑制するように、本実施形態では、２つのＳＣＲ触媒を並列に配置し、排気ガスの温度とＳＣＲ触媒の温度との対応関係を考慮して、それらＳＣＲ触媒へのアンモニア添加供給量およびそれらＳＣＲ触媒への排気ガス流入量を制御する。

以下に、本実施形態での尿素水添加供給制御および排気ガス分配制御に関して、図３のフローチャートに基づいて説明する。ただし、図３のフローは、所定時間毎に繰り返される。ただし、ここで説明される制御は、本発明の一例を示すものであり、種々の修正および変更が許容される。

ＥＣＵ７０は、まず、ステップＳ３０１でＳＣＲ触媒の温度（図３中「ＳＣＲ温度」）が、第１所定温度以上か否かを判定する。ここで対象とされるＳＣＲ触媒は、第１ＳＣＲ触媒３２でも第２ＳＣＲ触媒３４でもよいが、ここでは第１ＳＣＲ触媒３２とされる。ただし、第１弁６０が閉じられている場合には、対象とされるＳＣＲ触媒は、第２ＳＣＲ触媒３４とされる。また、第１所定温度は、ＳＣＲ触媒で、ＮＯｘ浄化能が適切に発揮されるか否かで定められる。第１所定温度は種々設定され得るが、ここでは例えば２００℃とされる。ただし、ステップＳ３０１でのこのような判定は、第１、第２ＳＣＲ触媒３２、３４の温度がＮＯｘ浄化温度域の温度か否かを判断するための他の判定に置き換えられ得る。なお、本実施形態では、内燃機関１０の起動時には、第１弁６０および第２弁６２は開いた状態にある。

第１ＳＣＲ触媒３２の温度は、ここでは推定することで求められる。具体的には、ＥＣＵ７０が、排気温センサ７６、７８からの出力信号に基づいて検出された排気温度に基づき、予め実験により定められて記憶保存するデータを検索して、第１ＳＣＲ触媒３２の温度を推定する。なお推定方法はこのような例に限られない。第１ＳＣＲ触媒３２の温度は、第１ＳＣＲ触媒３２に埋設した温度センサを用いて直接的に検出されてもよい。あるいは、第１ＳＣＲ触媒３２の温度は、回転速度センサ７２や負荷センサ７４からの出力信号に基づいて定まる機関運転状態に基づいて推定されてもよい。なお、第２ＳＣＲ触媒の温度も同様にして求められ得る。

一般に、機関始動時等には排気ガスの温度が低く、第１、第２ＳＣＲ触媒３２、３４の両温度も低い。それ故、そのような場合には、ＳＣＲ触媒の温度が第１所定温度よりも低いので、ステップＳ３０１で否定判定される。

ステップＳ３０１で否定判定されることで至るステップＳ３０３では、第１、第２ＳＣＲ触媒３２、３４の暖機を促進するために、第１弁６０および第２弁６２が共に開かれて（既に開いている場合には開いた状態に維持されて）、そして、両ＳＣＲ触媒３２、３４へのアンモニア供給量が零にされる。アンモニアスリップを抑制しつつ、ＳＣＲ触媒を第１所定温度にまで暖めるためである。なお、２つのＳＣＲ触媒３２、３４のうちの一方、ここでは排気ガスの温度が相対的に低いときに主として用いられる第１ＳＣＲ触媒３２を、より早期にＮＯｘ浄化に用いるように、ステップＳ３０３では、第１弁６０のみが開かれて、第２弁６２が閉じられてもよく、あるいは、第１弁６０の開度が第２弁６２の開度よりも相対的に大きくされてもよい。こうして該ルーチンは終了する。

次回以降のルーチンのステップＳ３０１で、ＳＣＲ触媒の温度が第１所定温度以上であれば、肯定判定される。この場合、次ぐ、ステップＳ３０５で、排気ガスの温度（図３中「排気温度」）が第２所定温度よりも高いか否かが判定される。上記の如く、ＳＣＲ触媒は、それ自体の温度に応じて異なるアンモニア吸着特性を発揮する。そして、ここでは、ＳＣＲ触媒は、排気ガスの温度が実質的に第２所定温度である場合を基準に、相対的に、アンモニア吸着能力の高い状態と、アンモニア吸着能力の低い状態とを有すると、みなされる。排気ガスの温度とＳＣＲ触媒の温度とは、時間差を無視すれば、概ね対応関係にある。それ故、ここでは、ＳＣＲ触媒の温度が用いられるが如く、排気ガスの温度が用いられる。なお、ＳＣＲ触媒の温度そのものが検出（あるいは推定）されて、そのＳＣＲ触媒の温度が第２所定温度と比較されることが、ステップＳ３０５で行われてもよい。ただし、第２所定温度は、上記第１所定温度よりも高い温度であり、種々設定され得るが、ここでは、例えば２６０℃とされる。好ましくは、第２所定温度は、第１ＳＣＲ触媒３２のアンモニア最大吸着量に基づいて定められる。

なお、ステップＳ３０５で用いられる排気ガスの温度は、第１排気温センサ７６と第２排気温センサ７８を用いて検出される。これは、より適切にＳＣＲ触媒の温度と排気ガスの温度とを関連付けるためである。ただし、両排気温センサ７６、７８のいずれか一方のみが用いられてもよい。

ステップＳ３０５で、排気ガスの温度が第２所定温度以下である場合、否定判定される。この場合、次ぐステップＳ３０７で、第１弁６０が開かれ、第２弁６２が閉じられ、アンモニアが供給される。このときのアンモニア添加供給量は、排気ガスの温度が第２所定温度以下であって、第１ＳＣＲ触媒３２がアンモニア吸着能力の高い状態にあるとみなされるので、後述するステップＳ３０９での場合に比べて、多くされる。具体的には、相対的に多いアンモニア供給量を実現するためのデータ（マップ化されたデータであり得る。）が予め実験等に基づいて定められて記憶されている。第１ＮＯｘセンサ８０からの出力信号に基づいて検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度（あるいはこのＮＯｘ濃度と関係のあるＮＯｘ量）で、そのデータを検索することで、尿素水添加量や添加時期が定められる。そして、これらに基づいて尿素添加弁４０やポンプ４８が制御される。こうして第１ＳＣＲ触媒３２に供給されるアンモニアの量は、排気ガスの温度が第２所定温度以下のときの第１ＳＣＲ触媒３２のアンモニア最大吸着量に応じた量とされる。そして、第１ＳＣＲ触媒３２のアンモニア吸着量が第１目標吸着量（制御上の目標吸着アンモニア量）に近づくように（なるように）、第１ＳＣＲ触媒３２にアンモニアは供給される。この第１目標吸着量は、第１ＳＣＲ触媒３２のアンモニア最大吸着量以下の量であるとよい。なお、第１ＳＣＲ触媒３２からのＮＯｘの漏れや、第１ＳＣＲ触媒３２でのアンモニアスリップをよリ適切に抑制するように、第２ＮＯｘセンサ８２および第３ＮＯｘセンサ８４からの出力信号に基づいて、そのような尿素水添加量や添加時期は導き出される過程であるいは導き出されてから補正され得る。また、上記の如く求められる第１ＳＣＲ触媒３２の温度にも基づいて、そのような尿素水添加量や添加時期は調節され得る。

なお、このステップＳ３０７では、上記データをＮＯｘ濃度で検索して尿素水添加量等を得るが、他の種々の演算により尿素水添加量等が求められてもよい。また、ＮＯｘセンサは上記の如く３つ用いられることに限定されず、これらのいずれか１つあるいは任意の組み合わせのＮＯｘセンサが用いられてもよい。また、アンモニア供給量を調節するために、機関回転速度や機関負荷をも考慮して尿素水添加量等が定められてもよく、あるいは、機関回転速度や機関負荷のみに基づいて尿素水添加量等が定められてもよい。

他方、次回以降のルーチンにおいて、ステップＳ３０５で、排気ガスの温度が第２所定温度よりも高い場合には、肯定判定される。この場合、次ぐ、ステップＳ３０９で、第１弁６０が閉じられ、第２弁６２が開かれ、アンモニアの添加供給が継続される。こうして、第２ＳＣＲ触媒３４に排気ガスが流入するようになる。このように、ここでは、第２ＳＣＲ触媒３４は、ＳＣＲ触媒の温度が高温になる場合に用いられる触媒とされる。

このときのアンモニア添加供給量は、上記の如く、ステップＳ３０７での場合に比べて、少なくされる。これは、排気ガスの温度が第２所定温度より高いので、ＳＣＲ触媒がアンモニア吸着能力の低い状態になる（あるいはある）とみなされるからである。そして、第２ＳＣＲ触媒３４に供給されるアンモニアの量は、排気ガスの温度が第２所定温度よりも高いときの第２ＳＣＲ触媒３４のアンモニア最大吸着量に応じた量とされる。そして、第２ＳＣＲ触媒３４のアンモニア吸着量が、上記第１目標吸着量よりも少ない第２目標吸着量（制御上の目標吸着アンモニア量）に近づくように（なるように）、第２ＳＣＲ触媒３４にアンモニアは供給される。この第２目標吸着量は、ここでは第２ＳＣＲ触媒３２のアンモニア最大吸着量以下の量とされる。このため、それまでに使用されていても第２ＳＣＲ触媒３４のアンモニア吸着量が上記第１目標吸着量よりも少ない第２目標吸着量あるいはこの第２目標吸着量よりも少ない量にされている。それ故、第２ＳＣＲ触媒３４からのアンモニアスリップは適切に抑制される。

なお、ステップＳ３０９に至る場合の、尿素水供給装置５０からの尿素水添加量や添加時期は、予め実験等に基づいて定められて記憶されている、相対的に少ないアンモニア供給量を実現するためのデータ（マップ化されたデータであり得る。）を、第１ＮＯｘセンサ８０からの出力信号に基づいて検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度（あるいはこのＮＯｘ濃度と関係のあるＮＯｘ量）で検索することで定められる。そして、これらに基づいて尿素添加弁４０やポンプ４８が制御される。なお、第２ＳＣＲ触媒３４からのＮＯｘの漏れや、第２ＳＣＲ触媒３４でのアンモニアスリップをよリ適切に抑制するように、第２ＮＯｘセンサ８２および第３ＮＯｘセンサ８４からの出力信号に基づいて、そのような尿素水添加量や添加時期は導き出される過程であるいは導き出されてから補正される。また、上記した第１ＳＣＲ触媒３２の温度の求め方と同様にして求められる第２ＳＣＲ触媒３４の温度にも基づいて、そのような尿素水添加量や添加時期は調節されてもよい。ただし、ステップＳ３０７に関して上述したように、種々の変更や修正が、ステップＳ３０９に至る場合の尿素水添加制御でも許容される。

他方、ステップＳ３０９に至った場合の尿素水添加供給制御および排気ガス分配制御が行われている場合のあるルーチンのステップＳ３０５で、排気ガスの温度が第２所定温度以下であるとして否定判定されると、上記の如くステップＳ３０７でのそれら制御が行われる。

このように、本実施形態では、並列に設けられた２つのＳＣＲ触媒への排気ガス流入量が、２つのＳＣＲ触媒の温度と実質的に対応関係にあるとみなすことができる排気ガスの温度に基づいて調節される。特に、ここでは、排気ガスの温度に基づいて、２つのＳＣＲ触媒が使い分けられる。これに加えて、それらＳＣＲ触媒へのアンモニア添加供給量が同様に調節される。そして、一方のＳＣＲ触媒に対する目標吸着アンモニア量は、他方のＳＣＲ触媒に対する目標吸着アンモニア量よりも少なくされる。したがって、アンモニアスリップを適切に抑制しつつ、ＮＯｘ浄化を適切に行うことができる。

以上、本発明を上記実施形態およびその変形例等に基づいて説明したが、本発明に係る、このような上記実施形態の態様等は、矛盾が生じない限りにおいて、部分的に又は全体的に組み合わせることが可能である。また、本発明は圧縮着火式内燃機関以外の内燃機関にも適用可能であり、例えば火花点火式内燃機関にも適用可能である。

以上、本発明を実施形態等に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されない。本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１０ 内燃機関
１４ 排気通路
１４Ｕ 上流側排気通路
１４Ｂ_１ 第１分岐排気通路
１４Ｂ_２ 第２分岐排気通路
１４Ｄ 下流側排気通路
２８ 酸化触媒
３０ ＤＰＲ触媒
３２ 第１ＳＣＲ触媒
３４ 第２ＳＣＲ触媒
３６ 酸化触媒
４０ 尿素添加弁
４４ 尿素水供給通路
４６ 尿素水タンク
４８ ポンプ
５０ 尿素水供給装置
６０ 第１弁
６２ 第２弁
７６ 第１排気温センサ
７８ 第２排気温センサ
８０ 第１ＮＯｘセンサ
８２ 第２ＮＯｘセンサ
８４ 第３ＮＯｘセンサ
Ｂ 分岐部

Claims (5)

1. 排気通路のうちの、途中で分岐されて形成された２つの分岐排気通路の一方に位置付けられた、アンモニア存在下でＮＯｘ浄化能を発揮する第１選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記２つの分岐排気通路の他方に位置付けられた、アンモニア存在下でＮＯｘ浄化能を発揮する第２選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記第１選択還元型ＮＯｘ触媒および前記第２選択還元型ＮＯｘ触媒に対してアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、
   前記第１選択還元型ＮＯｘ触媒への排気ガス流入量および前記第２選択還元型ＮＯｘ触媒への排気ガス流入量を調節する排気ガス流入量調節手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記排気ガス流入量調節手段は、
   排気ガスの温度が所定温度よりも高いとき、前記第２選択還元型ＮＯｘ触媒への排気ガス流入量を、前記第１選択還元型ＮＯｘ触媒への排気ガス流入量よりも多くし、
   排気ガスの温度が前記所定温度以下のとき、前記第２選択還元型ＮＯｘ触媒への排気ガス流入量を、前記第１選択還元型ＮＯｘ触媒への排気ガス流入量よりも少なく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。
3. 前記アンモニア供給手段は、排気ガスの温度が所定温度よりも高いとき、排気ガスの温度が該所定温度よりも高いときの前記第２選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア最大吸着量に応じた量のアンモニアを供給することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記アンモニア供給手段は、排気ガスの温度が前記所定温度以下のとき、排気ガスの温度が該所定温度以下のときの前記第１選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア最大吸着量に応じた量のアンモニアを供給することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記アンモニア供給手段は、
   排気ガスの温度が前記所定温度以下のとき、前記第１選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が第１目標吸着量になるようにアンモニアを供給し、
   排気ガスの温度が前記所定温度よりも高いとき、前記第２選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が、前記第１目標吸着量よりも少ない第２目標吸着量になるようにアンモニアを供給することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images