JP2010281266A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤｅＮＯｘ触媒及びＤＰＦを備えたエンジンの排気浄化装置において、ＤｅＮＯｘ触媒の熱劣化やエンジンの失火の問題を回避できる排気浄化装置を提供すること。
【解決手段】エンジン２の排気中のＮＯｘを水素共存下で吸着するＤｅＮＯｘ触媒（４２）と、ＤＰＦ（４３）と、排気管４とは別に設けられ、燃料を改質して少なくとも水素を含む改質ガスを生成する燃料改質器（８）と、改質ガスをＤｅＮＯｘ触媒（４２）の上流側の排気管４内に導入する第１導入通路（５２）と、第１導入通路（５２）を介して導入される改質ガスの流量を制御する第１導入制御手段（７，５１）と、を備え、第１導入制御手段（７，５１）は、ＤＰＦ４３に高温の排気を供給することにより、ＤＰＦ４３に捕集されて堆積したＰＭを燃焼除去するＤＰＦ４３再生時には、第１導入通路５２を介した改質ガスの導入を抑制又は停止する排気浄化装置である。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＮＯｘ吸着触媒、及び粒子状物質を捕集するフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

自動車などに搭載される内燃機関、特に圧縮着火式内燃機関では、排気中に含まれるＮＯｘを浄化するため、三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒を排気通路に設置する技術が知られている。ところが、これらの技術では、三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒の浄化活性が十分に発揮される温度域が比較的高温側にあるため、内燃機関の始動直後の低温域においては、ＮＯｘを効率良く浄化できないという問題がある。

そこで、水素共存下で上記の触媒よりも低温域からＮＯｘを吸着可能なＮＯｘ吸着触媒（以下、ＤｅＮＯｘ触媒という）を排気通路に設置し、このＤｅＮＯｘ触媒に水素を供給することにより、低温域からＮＯｘを浄化する技術が検討されている。ＤｅＮＯｘ触媒に水素を供給する方法としては、例えば、内燃機関の吸入空気量を低減し、排気空燃比（以下、「排気Ａ／Ｆ」という）をリッチにする方法が利用されている。

また、圧縮着火式内燃機関では、排気中に含まれる粒子状物質を捕集するため、上記のＤｅＮＯｘ触媒に加えて、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」という）を排気通路に設置する技術が知られている。このＤＰＦでは、捕集された粒子状物質が堆積していくにつれてＤＰＦの上流側と下流側との間で差圧が生じ、出力の低下や燃費の悪化を招く。このため、粒子状物質がある程度堆積した段階で、堆積した粒子状物質を燃焼除去する再生処理を実行する必要がある。

ＤＰＦの再生処理の際には、ＤＰＦに高温の排気を流入させ、ＤＰＦの温度を上昇させる必要がある。その方法としては、例えば、燃料噴射のタイミングを制御することにより、内燃機関から排出される排気自体の温度を上昇させる方法が挙げられる。また、ＤＰＦの上流に酸化触媒を設置するか、あるいはＤＰＦ自体に酸化触媒を担持させることにより、排気中に含まれる還元剤を酸化させ、その酸化反応で生じた反応熱を利用する方法が挙げられる。

また、さらに効率的な方法として、ＤＰＦの上流に、炭化水素（以下、「ＨＣ」という）吸着機能を有するＨＣ吸着触媒を設置する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、通常走行時に、排気中に含まれるＨＣをＨＣ吸着触媒に吸着させておき、吸着したＨＣをＤＰＦ再生時に酸化させることにより、その酸化反応で生じた反応熱を利用してＤＰＦに流入する排気の温度を上昇させることができる。

特許第４０４５７６４号公報

ところで、排気レイアウト上の制約やコストの観点からは、酸化触媒やＨＣ吸着触媒を用いずにＤＰＦの再生を実行できることが望ましい。
しかしながら、酸化触媒やＨＣ吸着触媒を用いない場合には、ＤＰＦ再生時に排気中の還元剤を酸化させることができないため、ＤＰＦの上流側の排気通路内を流通する排気の温度を上昇させることができない。従って、内燃機関から排出される排気自体の温度を上昇させる必要が生ずるが、その場合には、ＤＰＦだけでなくＤｅＮＯｘ触媒も高温の排気に晒されることとなり、ＤｅＮＯｘ触媒の熱劣化の問題が生ずる。

また、ＤｅＮＯｘ触媒にＮＯｘを吸着させるためにＤｅＮＯｘ触媒に水素を供給するに際して、排気Ａ／Ｆをリッチにすべく吸入空気量を絞ると、特に内燃機関の始動直後の冷機時において、失火が発生するリスクが高くなるという問題も生ずる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＤｅＮＯｘ触媒、及び粒子状物質を捕集するフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、ＤｅＮＯｘ触媒の熱劣化や内燃機関の失火の問題を回避できる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請求項１に記載の発明は、内燃機関（２）の排気通路（４）に設けられ、前記内燃機関の排気中のＮＯｘを水素共存下で吸着するＮＯｘ吸着触媒（４２）と、前記内燃機関の排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ（４３）と、前記排気通路とは別に設けられ、前記内燃機関の燃料を改質して少なくとも水素を含む還元性気体を生成する燃料改質器（８）と、を備えた内燃機関の排気浄化装置（１）であって、前記燃料改質器により生成された還元性気体を、前記ＮＯｘ吸着触媒の上流側の排気通路内に導入する第１導入通路（５２）と、前記第１導入通路を介して導入される還元性気体の流量を制御する第１導入制御手段（７，５１）と、を備え、前記第１導入制御手段は、前記フィルタに高温の排気を供給することにより、前記フィルタに捕集されて堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生時には、前記第１導入通路を介した還元性気体の導入を抑制又は停止することを特徴とする。

請求項１に記載の発明では、排気通路とは別に燃料改質器を設け、この燃料改質器により生成された水素を含む還元性気体を、第１導入通路を介して、ＮＯｘ吸着触媒の上流側の排気通路内に導入する。これにより、水素を含む還元性気体がＮＯｘ吸着触媒に供給されるため、内燃機関の始動直後の冷機時に、排気Ａ／Ｆをリッチにするために吸入空気量を絞る必要がなくなる。このため、内燃機関の失火の発生を回避できる。
また、本発明では、フィルタ再生時には、第１導入通路を介した還元性気体の導入を抑制又は停止する。これにより、フィルタを再生するために供給される高温の排気に加えて、燃料改質器で生成される５００℃〜８００℃の高温の還元性気体がＮＯｘ吸着触媒に供給されるのを回避でき、高温で熱劣化が生じるとされているＮＯｘ吸着触媒の熱劣化を回避できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸着触媒は、前記フィルタの上流側の排気通路に配置され、前記内燃機関の排気浄化装置は、前記燃料改質器により生成された還元性気体を、前記ＮＯｘ吸着触媒の下流側であって且つ前記フィルタの上流側の排気通路内に導入する第２導入通路（６２）と、前記第２導入通路を介して導入される還元性気体の流量を制御する第２導入制御手段（７，６１）と、をさらに備え、前記第２導入制御手段は、前記フィルタに高温の排気を供給することにより、前記フィルタに捕集されて堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生時には、前記第２導入通路を介した還元性気体の導入を実行することを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、ＮＯｘ吸着触媒をフィルタの上流側に配置することにより、ＮＯｘ吸着触媒を内燃機関の燃焼室に近付けることができる。このため、ＮＯｘ吸着触媒を迅速に昇温でき、内燃機関の始動直後から効率良くＮＯｘを吸着できる。従って、内燃機関の始動直後から、ＮＯｘを効率良く浄化できる。
また、本発明では、フィルタの再生時には、燃料改質器で生成される５００℃〜８００℃の高温の還元性気体を、第２導入通路を介して、ＮＯｘ吸着触媒の下流側で且つフィルタの上流側の排気通路内に導入する。これにより、高温の還元性気体がフィルタに供給されるため、フィルタを迅速に昇温でき、フィルタの再生を効率良く行うことができる。
また、本発明によれば、酸化触媒やＨＣ吸着触媒を設置することなく、上述の効果を得ることができるため、コストを削減できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気浄化装置は、前記ＮＯｘ吸着触媒の温度を検出又は推定するＮＯｘ吸着触媒温度検出手段（７，９１）をさらに備え、前記第１導入制御手段は、前記ＮＯｘ吸着触媒の温度が、当該ＮＯｘ吸着触媒がＮＯｘ吸着活性を示す温度範囲外にあるときには、前記第１導入通路を介した還元性気体の導入を停止することを特徴とする。

水素共存下でＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着触媒は、ＮＯｘ吸着活性、即ち、ＮＯｘ浄化活性を示す温度範囲が決まっており、例えばＡｇ系のＮＯｘ吸着触媒であれば１００℃〜２５０℃の範囲内である。このため、ＮＯｘ吸着触媒の温度が上記温度範囲外にあるときには、還元性気体を供給しても、ＮＯｘ吸着触媒はＮＯｘを吸着することができない。
この点、請求項３に記載の発明では、ＮＯｘ吸着触媒の温度が上記温度範囲外にあるときには、第１導入通路を介した還元性気体の導入を停止する。これにより、ＮＯｘ吸着触媒への還元性気体の供給が停止され、還元性気体の無駄な供給を回避できる。また、燃料改質器における燃料消費量を抑制でき、燃費が向上する。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気浄化装置は、前記ＮＯｘ吸着触媒の単位時間あたりのＮＯｘ吸着量を推定するＮＯｘ吸着量推定手段（７，９２，９４，９５）をさらに備え、前記第１導入制御手段は、前記ＮＯｘ吸着触媒の単位時間あたりのＮＯｘ吸着量が所定値より小さいときには、前記第１導入通路を介した還元性気体の導入を停止することを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、ＮＯｘ吸着触媒の単位時間あたりのＮＯｘ吸着量が所定値より小さいときには、第１導入通路を介した還元性気体の導入を停止する。即ち、ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着性能が低下したときには、還元性気体をＮＯｘ吸着触媒に供給するのを停止する。これにより、還元性気体の無駄な供給を回避できるため、燃料改質器における燃料消費量を抑制でき、燃費が向上する。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸着触媒は、少なくともＡｇを含むことを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、排気中のＮＯｘを水素共存下で吸着するＮＯｘ吸着触媒として、少なくともＡｇを含むＡｇ系触媒を用いる。Ａｇ系触媒中のＡｇは、酸素を含む排気中では酸化銀の状態で存在するところ、水素共存下では水素により容易に還元されて還元銀の状態となる。この還元銀は、金属銀や酸化銀の状態よりも排気中のＮＯｘを酸化して吸着する能力が飛躍的に高い。例えば、還元銀は、１００℃程度の低温であってもＮＯｘを酸化して吸着することができる。従って、ＮＯｘ吸着触媒としてＡｇ系触媒を用いる本発明によれば、水素共存下において高いライトオフ性能が得られるため、内燃機関の始動直後からＮＯｘを効率良く浄化でき、始動直後からＮＯｘ排出量を低減できる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸着触媒は、アルミナ、ジルコニア、セリア、及びセリア−ジルコニア複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１種を担体として含むことを特徴とする。

請求項６に記載の発明では、ＮＯｘ吸着触媒として、アルミナ、ジルコニア、セリア、及びセリア−ジルコニア複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１種を担体として含むものを用いる。これにより、より高いＮＯｘ吸着性能を発揮できる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態における改質ガスの導入制御処理の手順を示すフローチャートである。 ＤｅＮＯｘ触媒温度とＮＯｘ吸着率との関係を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置１の構成を示す図である。内燃機関（以下、「エンジン」という）２は、各気筒２１の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンである。

エンジン２に燃料を供給する燃料供給系は、燃料タンク２３に貯留された燃料を加圧する燃料ポンプ（図示せず）と、この燃料ポンプにより加圧された燃料をエンジン２の気筒２１ごとに設けられたインジェクタに供給するコモンレール（図示せず）と、を含んで構成される。

インジェクタからの燃料噴射量は、後述する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７によって設定される。また、このインジェクタの開弁時間は、設定された燃料噴射量が得られるように、ＥＣＵ７からの駆動信号により制御される。

エンジン２には、吸気が流通する吸気管３と、排気が流通する排気管４とが設けられている。吸気管３は、吸気マニホールド３１の複数の分岐部を介してエンジン２の各気筒２１の吸気ポートに接続されている。排気管４は、排気マニホールド４１の複数の分岐部を介してエンジン２の各気筒２１の排気ポートに接続されている。

排気管４には、上流側から順に、ＤｅＮＯｘ触媒４２、ＤＰＦ４３が設けられている。排気管４のうち、ＤｅＮＯｘ触媒４２の上流側には、後述する燃料改質器８で生成された水素を含む改質ガスを排気管４内に導入する第１導入通路５２が接続されている。また、排気管４のうち、ＤｅＮＯｘ触媒４２の下流側であって且つＤＰＦ４３の上流側には、上記改質ガスを排気管４内に導入する第２導入通路６２が接続されている。

ＤｅＮＯｘ触媒４２は、水素共存下で、排気中に含まれるＮＯｘを酸化して吸着する。ＤｅＮＯｘ触媒４２は、Ａｇを含むＡｇ系触媒である。より詳しくは、ＤｅＮｏｘ触媒４２は、Ａｇに加えて、アルミナ、ジルコニア、セリア、及びセリア−ジルコニア複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１種を担体として含むＡｇ系触媒である。

ＤｅＮＯｘ触媒４２に含まれるＡｇは、酸素を含む排気中では、主に酸化された状態の酸化銀として存在し、ＮＯｘ吸着能を持たない。これに対して、ＤｅＮＯｘ触媒４２に水素を供給して水素共存下とすると、酸化銀が水素と接触することによって容易に還元され、還元銀の状態となる（下記式（１）参照）。
還元銀は、金属銀や酸化銀の状態に比して、ＮＯｘを酸化して吸着する能力が飛躍的に高い。このため、１００℃程度の低温であっても、排気中のＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ_２）を酸化して吸着する（下記式（２）、（３）参照）。なお、下記式中において、Ａｇ（＊）は還元銀を表し、（ａｄ．）はＤｅＮＯｘ触媒４２への吸着を表す。
式（１）：ＡｇＯ＋Ｈ_２→Ａｇ（＊）＋Ｈ_２＋Ｏ_２
式（２）：ＮＯ＋Ｏ_２＋Ａｇ（＊）→ＮＯ_３（ａｄ．）＋Ａｇ（＊）
式（３）：２ＮＯ_２＋Ｏ_２＋Ａｇ（＊）→２ＮＯ_３（ａｄ．）＋Ａｇ（＊）

ＤｅＮＯｘ触媒４２の調製方法については特に限定されず、従来公知の方法により調製される。例えば、所定量の硝酸銀に蒸留水を加えて攪拌し、完全に溶解させた後、所定量のベーマイトを加え、所定の条件で乾燥させる。乾燥後、所定の条件で焼成を行って得られた触媒を粉砕することにより、目的のＡｇ系触媒粉末が得られる。

ＤＰＦ４３は、排気がフィルタの細孔を通過する際に、粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、以下、「ＰＭ」という）をフィルタの表面及びフィルタの細孔内に堆積させることによって捕集する。例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミックス多孔体からなるハニカム構造体を利用したウォールフロー型ＤＰＦが使用される。

ＤＰＦ４３では、ＰＭが捕集されていくにつれて排気管４の圧損が増大するため、捕集したＰＭを燃焼して除去する再生処理が実行される。本実施形態のＤＰＦ４３の再生処理は、エンジン２から排出される排気自体の温度を上昇させ、高温の排気をＤＰＦ４３に流入させることにより実行される。具体的には、エンジン２の燃焼室内に噴射する主噴射の噴射タイミングを遅らせたり、主噴射後さらに少量の燃料を噴射することにより、エンジン２から排出される排気自体の温度を上昇させ、ＤＰＦ４３の再生処理を実行する。
また、ＤＰＦ４３には、フィルタに捕集されて堆積したＰＭを燃焼させるＰＭ燃焼触媒が担持される。例えば、酸素放出能を有する複合酸化物に、ＡｇやＰｄを担持してなるＰＭ燃焼触媒が、従来公知のウォッシュコート法によりＤＰＦ４３に担持される。

第１導入通路５２は、後述する燃料改質器８で生成された水素を含む改質ガスを、ＤｅＮＯｘ触媒４２の上流側の排気管４内に導入する。これにより、水素を含む改質ガスが、ＤｅＮＯｘ触媒４２に供給される。
また、第２導入通路６２は、上記改質ガスを、ＤｅＮＯｘ触媒４２の下流側で且つＤＰＦ４３の上流側の排気管４内に導入する。これにより、水素を含む改質ガスが、ＤＰＦ４３に供給される。

第１導入通路５２には、第１導入通路５２を介して排気管４内に導入される改質ガスの流量を制御する第１導入バルブ５１が設けられている。また、第２導入通路６２には、第２導入通路６２を介して排気管４内に導入される改質ガスの流量を制御する第２導入バルブ６１が設けられている。
これら第１導入バルブ５１及び第２導入バルブ６１は、それぞれ図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ７に接続されており、第１導入通路５２を介した改質ガスの導入量、及び第２導入通路６２を介した改質ガスの導入量は、ＥＣＵ７により制御される。

燃料改質器８は、一端側が分岐して第１導入通路５２と第２導入通路６２とにそれぞれ連通する改質ガス通路８１と、この改質ガス通路８１内に設けられた改質触媒８２と、燃料ガスを改質ガス通路８１の他端側から改質触媒８２に供給する燃料ガス供給装置８３と、を含んで構成される。
上記構成からなる燃料改質器８では、エンジン２の燃料を、改質触媒８２の作用により改質し、水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び炭化水素（ＨＣ）を含む還元性気体の改質ガスを生成する。燃料改質器８で生成される改質ガスの温度は、およそ５００℃〜８００℃の高温である。

燃料ガス供給装置８３は、燃料タンク２３に貯蔵された燃料と、コンプレッサ８４により供給された空気とを所定の割合で混合して燃料ガスを製造し、この燃料ガスを改質ガス通路８１内の改質触媒８２に供給する。この燃料ガス供給装置８３は、改質触媒８２に供給される空気の量を制御する空気バルブ８５と、改質触媒８２に供給される燃料ガスの量を制御する燃料バルブ８６と、これら空気バルブ８５及び燃料バルブ８６を介して供給された空気と燃料ガスとを混合し、改質触媒８２に噴射する図示しない噴射器と、を備える。これら空気バルブ８５及び燃料バルブ８６は、それぞれ図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ７に接続されており、改質触媒８２に供給する空気の量及び燃料ガスの量、並びに、燃料ガスの量に対する空気の量の割合は、ＥＣＵ７により制御される。

改質触媒８２は、ロジウム、白金、パラジウム、ニッケル、及びコバルトよりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属触媒成分と、セリア、ジルコニア、アルミナ、及びチタニアよりなる群から選ばれる少なくとも１種の酸化物又はこれらを基本組成とした複合酸化物と、を含む。この改質触媒８２は、燃料ガス供給装置８３から供給された燃料ガスを改質し、水素、一酸化炭素、及び炭化水素を含む改質ガスを生成する。より具体的には、この改質触媒８２は、燃料ガスを構成する炭化水素と空気との部分酸化反応により、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成する。

改質触媒８２の調製方法については特に限定されず、従来公知の含侵法により調製される。例えば、所定の質量比になるように配合したセリア及びロジウムの粉末を、バインダー及び水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを調製する。次いで、調製したスラリーを、コージエライト製のハニカム担体にウォッシュコートし、所定の条件で乾燥、焼成することにより、改質触媒８２が得られる。

燃料改質器８は、グロープラグやスパークプラグなどを含んで構成された図示しない加熱ヒータを備えており、燃料改質器８の始動とともに、改質触媒８２を加熱することが可能となっている。
また、この燃料改質器８は、排気管４とは別に設けられており、燃料改質器８の燃料ガス供給装置８３及び改質触媒８２は、排気管４内には設けられていない。即ち、燃料改質器８は、排気管４内に設けられて排気管４内の排気中に含まれる燃料成分を改質するのではなく、燃料タンク２３から直接供給される燃料ガスを改質するため、多量の改質ガスを生成できるとともに、その生成量を制御できる。

以上のように構成された燃料改質器８は、後述のＥＣＵ７から送信された制御信号に基づいて駆動される。

ＥＣＵ７には、排気温度センサ９１が接続されている。排気温度センサ９１は、排気管４のうちＤｅＮＯｘ触媒４２の上流側に設けられており、ＤｅＮＯｘ触媒４２に流入する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。また、ＤｅＮＯｘ触媒４２の温度は、排気温度センサ９１の検出値に基づいて、ＥＣＵ７により算出される。

この他、ＥＣＵ７には、いずれも図示しないクランク角センサ、アクセル開度センサ、及びイグニッションスイッチが接続されている。

クランク角センサは、エンジン２のクランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ７に送信する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０°）ごとに送信される。アクセル開度センサは、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下、「アクセル開度」という）を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。イグニッションスイッチは、図示しない車両の運転席に設けられ、車両の起動又は停止を指令する信号をＥＣＵ７に送信する。

ここで、エンジン２の回転数（以下、「エンジン回転数」という）は、クランク角センサから送信されたＣＲＫ信号に基づいて、ＥＣＵ７により算出される。要求トルクは、エンジン回転数及びアクセル開度に応じ、予め格納されている所定のマップ（図示せず）を検索することによって、ＥＣＵ７により算出される。

ＥＣＵ７は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下、「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ７は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、インジェクタ、燃料改質器８、第１導入バルブ５１、及び第２導入バルブ６１などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。以上のようなハードウェア構成により、ＥＣＵ７には、以下に示す改質ガスの導入制御処理を実行するモジュールが構成される。

以下、本実施形態における改質ガスの導入制御処理について説明する。
図２は、本実施形態における改質ガスの導入制御処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、ＤＰＦの再生に応じて、第１導入通路を介した改質ガスの導入と第２導入通路を介した改質ガスの導入との切替制御を実行する処理であり、イグニッションスイッチがＯＮにされた後、ＥＣＵにより所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１１では、ＤｅＮＯｘ触媒の温度が所定の下限値を上回っているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ１２に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ１５に移る。
ＤｅＮＯｘ触媒の温度は、排気温度センサの検出値に基づいて、ＥＣＵにより推定される。所定の下限値は、図３に示すＤｅＮＯｘ触媒温度とＮＯｘ吸着率との関係に基づいて予め設定され、ＥＣＵに格納されている。
図３は、水素共存下におけるＤｅＮＯｘ触媒温度とそのＮＯｘ吸着率との関係を示しており、この図３から明らかであるように、ＤｅＮＯｘ触媒は、ＮＯｘ吸着活性を示す温度範囲、即ちＮＯｘ吸着性能を十分に発揮できる温度範囲が決まっている。本実施形態のＤｅＮＯｘ触媒として用いられるＡｇ系触媒では、ＮＯｘ吸着活性を示す温度範囲は、例えば１００℃〜２５０℃である。従って、ＤｅＮＯｘ触媒の温度が、この温度範囲外にあるときには、ＮＯｘを吸着することができない。このため、ＮＯｘ吸着活性を示す温度範囲の下限値が、所定の下限値として設定される。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１により、ＤｅＮＯｘ触媒がＮＯｘ吸着性能を十分に発揮できる状態にあると判定されたため、第１導入通路を介した改質ガスの導入を開始する。具体的には、ＥＣＵにより第１導入バルブを開き、燃料改質器で生成した水素を含む改質ガスを、第１導入通路を介してＤｅＮＯｘ触媒の上流側の排気管内に導入する。導入後はステップＳ１３に移る。
なお、このときはＤＰＦ４３の再生時ではないため、ＤｅＮＯｘ触媒４２に流入する排気の温度は低温であり、導入される高温の改質ガス量は排気量に比して少ないことから、ＤｅＮＯｘ触媒４２が熱劣化することはない。

ステップＳ１３では、ＤｅＮＯｘ触媒の温度が所定の上限値を上回っているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ１４に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ１５に移る。
ステップＳ１１と同様に、ＤｅＮＯｘ触媒の温度は、排気温度センサの検出値に基づいて、ＥＣＵにより推定される。所定の上限値は、図３に示すＤｅＮＯｘ触媒温度とＮＯｘ吸着率との関係に基づいて予め設定され、ＥＣＵに格納されている。具体的には、ＮＯｘ吸着活性を示す温度範囲の上限値が、所定の上限値として設定される。

ステップＳ１４では、第１導入通路を介した改質ガスの導入を停止する。具体的には、ＥＣＵにより第１導入バルブを閉じ、第１導入通路を介した改質ガスの導入を停止する。停止後はステップＳ１５に移る。

ステップＳ１５では、ＤＰＦ再生を実行するか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ１６に移り、ＮＯの場合には、改質ガスの導入制御処理を終了する。具体的には、車両の走行距離に基づいて、ＤＰＦ再生を実行するか否かを判別する。例えば、５００ｋｍ走行毎に、ＤＰＦ再生を実行すると判別する。

ステップＳ１６では、第１導入通路を介した改質ガスの導入が実行されていた場合には、第１導入通路を介した改質ガスの導入を停止する。具体的には、ＥＣＵにより第１導入バルブを閉じ、第１導入通路を介した改質ガスの導入を停止する。停止後はステップＳ１７に移る。

ステップＳ１７では、第２導入通路を介した改質ガスの導入を開始する。具体的には、ＥＣＵにより第２導入バルブを開き、燃料改質器で生成した水素を含む改質ガスを、第２導入通路を介して、ＤｅＮＯｘ触媒の下流側であって且つＤＰＦの上流側の排気管内に導入する。導入後はステップＳ１８に移る。

ステップＳ１８では、ＤＰＦ再生が終了したか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ１９に移り、ＮＯの場合には、改質ガスの導入制御処理を終了する。具体的には、ＤＰＦ再生が終了したか否かは、予め設定されたＤＰＦ再生時間が経過したか否かにより、判別する。

ステップＳ１９では、ステップＳ１８によりＤＰＦ再生が終了したと判別されたため、第２導入通路を介した改質ガスの導入を停止する。具体的には、ＥＣＵにより第２導入バルブを閉じ、第２導入通路を介した改質ガスの導入を停止する。停止後は改質ガスの導入制御処理を終了する。

以上詳述したように、本実施形態によれば以下の効果が奏される。
本実施形態では、排気管４とは別に燃料改質器８を設け、この燃料改質器８により生成された水素を含む還元性気体の改質ガスを、第１導入通路５２を介して、ＤｅＮＯｘ触媒４２の上流側の排気管４内に導入する。これにより、水素を含む改質ガスがＤｅＮＯｘ触媒４２に供給されるため、エンジン２の始動直後の冷機時に、排気Ａ／Ｆをリッチにするために吸入空気量を絞る必要がなくなる。このため、エンジン２の失火の発生を回避できる。
また、本実施形態では、ＤＰＦ４３の再生時には、第１導入通路５２を介した改質ガスの導入を停止する。これにより、ＤＰＦ４３を再生するために供給される高温の排気に加えて、燃料改質器８で生成される５００℃〜８００℃の高温の改質ガスがＤｅＮＯｘ触媒４２に供給されるのを回避でき、高温で熱劣化が生じるとされているＤｅＮＯｘ触媒の熱劣化を回避できる。

また、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ触媒４２をＤＰＦ４３の上流側に配置することにより、ＤｅＮＯｘ触媒４２をエンジン２の燃焼室に近付けることができる。このため、ＤｅＮＯｘ触媒４２を迅速に昇温でき、エンジン２の始動直後から効率良くＮＯｘを吸着できる。従って、エンジン２の始動直後から、ＮＯｘを効率良く浄化できる。
また、本実施形態では、ＤＰＦ４３の再生時には、燃料改質器８で生成される５００℃〜８００℃の高温の改質ガスを、第２導入通路６２を介して、ＤｅＮＯｘ触媒４２の下流側で且つＤＰＦ４３の上流側の排気管４内に導入する。これにより、高温の改質ガスがＤＰＦ４３に供給されるため、ＤＰＦ４３を迅速に昇温でき、ＤＰＦ４３の再生を効率良く行うことができる。
また、本実施形態によれば、酸化触媒やＨＣ吸着触媒を設置することなく、上述の効果を得ることができるため、コストを削減できる。

また、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ触媒４２の温度が、ＮＯｘ吸着活性を示す温度範囲外にあるときには、第１導入通路５２を介した改質ガスの導入を停止する。これにより、ＤｅＮＯｘ触媒４２への改質ガスの供給が停止され、改質ガスの無駄な供給を回避できる。また、燃料改質器８における燃料消費量を抑制でき、燃費が向上する。

また、本実施形態では、排気中のＮＯｘを水素共存下で吸着するＤｅＮＯｘ触媒４２として、Ａｇを含むＡｇ系触媒を用いる。Ａｇ系触媒中のＡｇは、酸素を含む排気中では酸化銀の状態で存在するところ、水素共存下では水素により容易に還元されて還元銀の状態となる。この還元銀は、金属銀や酸化銀の状態よりも排気中のＮＯｘを酸化して吸着する能力が飛躍的に高い。例えば、還元銀は、１００℃程度の低温であってもＮＯｘを酸化して吸着することができる。従って、ＤｅＮＯｘ触媒４２としてＡｇ系触媒を用いる本実施形態によれば、水素共存下において高いライトオフ性能が得られるため、エンジン２の始動直後からＮＯｘを効率良く浄化でき、始動直後からＮＯｘ排出量を低減できる。

本実施形態では、ＥＣＵ７が、第１導入制御手段、第２導入制御手段、ＮＯｘ吸着触媒温度検出手段を構成する。具体的には、図２のステップＳ１１〜１４の実行に係る手段が第１導入制御手段に相当し、図２のステップＳ１５〜１８の実行に係る手段が第２導入制御手段に相当する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

例えば、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ触媒４２の温度が、ＮＯｘ吸着活性を示す温度範囲外にあるときには、第１導入通路５２を介した改質ガスの導入を停止するが（図２のステップＳ１１〜１４）、ＤｅＮＯｘ触媒４２の単位時間あたりのＮＯｘ吸着量が所定値より小さいときに、第１導入通路５２を介した改質ガスの導入を停止するように構成してもよい。
この構成によれば、ＤｅＮＯｘ触媒４２のＮＯｘ吸着性能が低下したときに、改質ガスをＤｅＮＯｘ触媒４２に供給するのを停止することができる。これにより、改質ガスの無駄な供給を回避できるため、燃料改質器８における燃料消費量を抑制でき、燃費が向上する。
ここで、ＮＯｘ吸着量の所定値は、用いるＤｅＮＯｘ触媒４２の組成に応じて、予め設定され、ＥＣＵに格納される。
また、ＤｅＮＯｘ触媒４２の単位時間あたりのＮＯｘ吸着量、即ちＮＯｘ吸着率は、ＤｅＮＯｘ触媒４２の上流側の排気中のＮＯｘ濃度と、ＤｅＮＯｘ触媒４２の下流側の排気中のＮＯｘ濃度とから算出される。より詳しくは、ＤｅＮＯｘ触媒４２の上流側の排気中のＮＯｘ濃度は、エンジン回転数と要求トルクに応じて、所定のＦｅｅｄ＿ＮＯｘマップを検索することにより、ＥＣＵ７により算出される。また、ＤｅＮＯｘ触媒４２の下流側の排気中のＮＯｘ濃度は、排気管４のうちＤｅＮＯｘ触媒４２の下流側にＮＯｘセンサを設け、このＮＯｘセンサの検出値に基づいて、ＥＣＵ７により算出される。

また、本実施形態では、第１導入バルブ５１及び第２導入バルブ６１の制御としては、全開又は全閉のいずれかであるが、これらのバルブの開度を調整し、第１導入通路５２を介した改質ガスの導入と第２導入通路６２を介した改質ガスの導入との割合を制御するような構成であってもよい。即ち、ＤＰＦ４３再生時に、第１導入通路５２を介した改質ガスの導入を停止するのではなく、抑制する構成であってもよい。

また、本実施形態では、ＤＰＦ４３の再生実行の判別は、車両の走行距離に基づいて行うが、例えば、ＤＰＦ４３に捕集されて堆積したＰＭ堆積量に基づいて行う構成であってもよい。ＰＭ堆積量は、例えば、ＤＰＦ４３の上流側と下流側とに差圧センサを設け、この差圧センサにより検出されたＤＰＦ４３の差圧（圧損）に基づいて、ＥＣＵ７により算出される。

また、本実施形態では、ＤＰＦ４３の再生終了の判別は、所定の再生時間が経過したか否かで行うが、例えば、ＤＰＦ４３の上流側と下流側とに差圧センサを設け、この差圧センサにより検出されたＤＰＦ４３の差圧（圧損）に基づいて行う構成であってもよい。

１…排気浄化装置
２…エンジン（内燃機関）
４…排気管（排気通路）
４２…ＤｅＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸着触媒）
４３…ＤＰＦ（フィルタ）
５１…第１導入バルブ（第１導入制御手段）
５２…第１導入通路
６１…第２導入バルブ（第２導入制御手段）
６２…第２導入通路
７…ＥＣＵ（第１導入制御手段、第２導入制御手段、ＮＯｘ吸着触媒温度検出手段）
８…燃料改質器
９１…排気温度センサ（ＮＯｘ吸着触媒温度検出手段）

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気中のＮＯｘを水素共存下で吸着するＮＯｘ吸着触媒と、
   前記内燃機関の排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記排気通路とは別に設けられ、前記内燃機関の燃料を改質して少なくとも水素を含む還元性気体を生成する燃料改質器と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記燃料改質器により生成された還元性気体を、前記ＮＯｘ吸着触媒の上流側の排気通路内に導入する第１導入通路と、
   前記第１導入通路を介して導入される還元性気体の流量を制御する第１導入制御手段と、を備え、
   前記第１導入制御手段は、前記フィルタに高温の排気を供給することにより、前記フィルタに捕集されて堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生時には、前記第１導入通路を介した還元性気体の導入を抑制又は停止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記ＮＯｘ吸着触媒は、前記フィルタの上流側の排気通路に配置され、
   前記内燃機関の排気浄化装置は、
   前記燃料改質器により生成された還元性気体を、前記ＮＯｘ吸着触媒の下流側であって且つ前記フィルタの上流側の排気通路内に導入する第２導入通路と、
   前記第２導入通路を介して導入される還元性気体の流量を制御する第２導入制御手段と、をさらに備え、
   前記第２導入制御手段は、前記フィルタに高温の排気を供給することにより、前記フィルタに捕集されて堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生時には、前記第２導入通路を介した還元性気体の導入を実行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. 前記内燃機関の排気浄化装置は、前記ＮＯｘ吸着触媒の温度を検出又は推定するＮＯｘ吸着触媒温度検出手段をさらに備え、
   前記第１導入制御手段は、前記ＮＯｘ吸着触媒の温度が、当該ＮＯｘ吸着触媒がＮＯｘ吸着活性を示す温度範囲外にあるときには、前記第１導入通路を介した還元性気体の導入を停止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。
4. 前記内燃機関の排気浄化装置は、前記ＮＯｘ吸着触媒の単位時間あたりのＮＯｘ吸着量を推定するＮＯｘ吸着量推定手段をさらに備え、
   前記第１導入制御手段は、前記ＮＯｘ吸着触媒の単位時間あたりのＮＯｘ吸着量が所定値より小さいときには、前記第１導入通路を介した還元性気体の導入を停止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。
5. 前記ＮＯｘ吸着触媒は、少なくともＡｇを含むことを特徴とする請求項１から４いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記ＮＯｘ吸着触媒は、アルミナ、ジルコニア、セリア、及びセリア−ジルコニア複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１種を担体として含むことを特徴とする請求項１から５いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。

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