JP2013122222A

JP2013122222A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2013122222A
Application number: JP2011271572A
Authority: JP
Inventors: Hirohiko Ota; 裕彦太田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2031-12-12
Also published as: DE102012222603B4; DE102012222603A1; JP5699922B2

Abstract

【課題】ＮＯｘ浄化触媒の劣化度合に応じた適切な量の還元剤を供給することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】エンジン１には、還元剤の供給によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒４１と、燃料が添加されるＤＰＦ触媒３２とが設けられている。制御装置８０は、エンジン１が搭載された車両の総走行距離に応じて還元剤の供給量を補正するとともに、燃料が添加されたときのＤＰＦ触媒３２の温度上昇量に応じて還元剤の供給量をさらに補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ浄化触媒や、排気中の粒子状物質を捕集するＤＰＦ触媒などを備える内燃機関の排気浄化装置が知られている。
この排気浄化装置では、機関運転中において、還元剤供給機構から排気通路に向けて尿素水が噴射される。噴射された尿素水は、排気の熱によって加水分解されてアンモニアとなる。そしてこのアンモニアがＮＯｘの還元剤としてＮＯｘ浄化触媒に供給される。なお、周知のように上記ＤＰＦ触媒に捕集された粒子状物質は、機関の燃料がＤＰＦ触媒に添加されることで燃焼処理される。

ところで、上述したＮＯｘ浄化触媒は熱等により劣化することが知られており、劣化が進むとＮＯｘを正常に浄化することができなくなる。ここで、特許文献１に記載されているように、排気系に設けられる触媒の劣化は、車両の総走行距離が伸びるほど進行する傾向がある。そこで、ＮＯｘ浄化触媒に供給する還元剤の供給量を車両の総走行距離に応じて補正するようにすれば、ＮＯｘを適切に浄化することができるようになる。

特開２０１０−１８５３２１号公報

ところで、機関始動されてから機関停止されるまでの間の走行距離が比較的短い運転態様（以下、ショートトリップ運転という）では、機関運転中の排気温度が上昇しにくいため、上述ＮＯｘ浄化触媒の劣化が進みにくい。従って、ショートトリップ運転が頻繁に行われる場合と行われない場合では、車両の総走行距離が同じであってもＮＯｘ浄化触媒の劣化度合が異なるようになる。従って、総走行距離に応じて還元剤の供給量を補正するだけでは、ＮＯｘ浄化触媒の劣化度合に応じた適切な量の還元剤を供給することができず、ＮＯｘ浄化率が低下するおそれがある。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ浄化触媒の劣化度合に応じた適切な量の還元剤を供給することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。なお、本明細書及び特許請求の範囲に記載の「上流」及び「下流」は、排気系での排気の流れ方向を基準にするものである。

請求項１に記載の発明は、排気通路内に設けられて還元剤の供給によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、同ＮＯｘ浄化触媒よりも上流の排気通路内に設けられて機関の燃料が添加される排気浄化部材とを備える内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関が搭載された車両の総走行距離に応じて前記還元剤の供給量を補正するとともに、燃料が添加されたときの前記排気浄化部材の温度上昇量に応じて前記供給量をさらに補正することをその要旨とする。

排気浄化部材に燃料が添加されると同排気浄化部材の温度は上昇するが、このときの温度上昇量は同排気浄化部材の劣化度合に応じて変化する。そして、この排気浄化部材が劣化しているのであれば、同じ排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒も同様に劣化していると考えられる。そこで、同構成では、ＮＯｘ浄化触媒の劣化度合と相関する車両の総走行距離に応じて還元剤の供給量を補正するようにしているが、この供給量を、ＮＯｘ浄化触媒の劣化度合と相関する排気浄化部材の温度上昇量に応じてさらに補正するようにしている。従って、ＮＯｘ浄化触媒の劣化度合に応じた適切な量の還元剤を供給することができるようになる。なお、同構成においては、車両の総走行距離が長くなるほど還元剤の供給量を増量補正することにより、ＮＯｘ浄化触媒の劣化によるＮＯｘ浄化率の低下を抑えることができる。

また、燃料が添加されたときの排気浄化部材の温度上昇量は、同排気浄化部材の劣化度合が高いほど小さくなる。従って、請求項２に記載の発明によるように、温度上昇量が小さいときほど還元剤の供給量を増量補正する、という構成を採用することにより、ＮＯｘ浄化触媒の劣化度合が高いときほど還元剤の供給量が増量補正されるようになる。従って、ＮＯｘ浄化触媒の劣化によるＮＯｘ浄化率の低下を適切に抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化部材よりも上流の排気通路内には前記燃料が添加される酸化触媒がさらに設けられており、前記燃料の添加時に前記ＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘの量に応じて前記供給量をさらに補正することをその要旨とする。

排気浄化部材よりも上流に酸化触媒が設けられており、この酸化触媒にも燃料が添加されるときには、酸化触媒上で燃料によるＮＯｘ還元が生じる。そのため、燃料の添加時には、非添加時に比べてＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘの量が減少する。従って、この場合には還元剤の供給量を減らすことができる。

また、酸化触媒での上記還元反応によってＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘの量が減少しているときには、添加された燃料の一部がＮＯｘの還元によって消費されるため、排気浄化部材に供給される燃料が減少し、同排気浄化部材の温度上昇量は小さくなる。従って、こうした温度上昇量の低下を排気浄化部材の劣化であると誤認し、還元剤の供給量を誤補正するおそれがある。

そこで同構成では、排気浄化部材よりも上流の排気通路内に、燃料が添加される酸化触媒がさらに設けられている場合には、ＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘの量に応じて還元剤の供給量をさらに補正するようにしている。従って、酸化触媒でのＮＯｘ還元に併せて、ＮＯｘ浄化触媒への還元剤供給量を補正することができる。また、上述したような排気浄化部材の劣化の誤認による還元剤供給量の誤補正を抑えることもできるようになる。

上記のように、ＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘの量に応じて還元剤の供給量をさらに補正する場合には、請求項４に記載の発明によるように、前記ＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘの量が少ないときほど前記供給量を減量補正する、という構成を採用することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料の添加時に前記ＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘの量をセンサで検出するとともに、同ＮＯｘの量を機関運転状態に基づいて推定し、その推定された値と前記センサの検出値との差が大きいときほど前記供給量を減量補正することをその要旨とする。

同構成では、ＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘの量をセンサで検出するとともに、機関運転状態に基づいて推定するようにもしている。ここで、酸化触媒で還元されるＮＯｘの量が多くなるほど、センサで検出されるＮＯｘの量は少なくなるため、ＮＯｘ量の推定値と検出値との差は大きくなる。そこで同構成では、ＮＯｘ量の推定値とセンサによる検出値との差が大きいときほど還元剤の供給量を減量補正するようにしており、これにより上記酸化触媒に燃料が添加されるときの還元剤の供給量を適切に補正することができるようになる。

本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の第１実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。同実施形態における添加量の算出処理の手順を示すフローチャート。同実施形態における補正係数の設定処理の手順を示すフローチャート。同実施形態での走行距離と第１補正係数との関係を示すグラフ。同実施形態での温度差と第２補正係数との関係を示すグラフ。第２実施形態における補正係数の設定処理の手順を示すフローチャート。同実施形態でのＮＯｘ減少量と第３補正係数との関係を示すグラフ。

（第１実施形態）
以下、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を具体化した第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。

図１に、本実施形態にかかる排気浄化装置が適用されたディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図を示す。
エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。

燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。

吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。

排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。
排気通路２６の途中には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ１１が設けられている。同ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの下流には、排気を浄化する第１浄化部材３０が設けられている。この第１浄化部材３０の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒３１及びＤＰＦ触媒３２が配設されている。

酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。また、ＤＰＦ触媒３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するフィルタであって多孔質のセラミックで構成されており、さらにはＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されている。排気中のＰＭは、ＤＰＦ触媒３２の多孔質の壁を通過する際に捕集される。なお、このＤＰＦ触媒３２は、上記排気浄化部材を構成している。

また、エキゾーストマニホールド８の集合部近傍には、酸化触媒３１やＤＰＦ触媒３２に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介して前記サプライポンプ１０に接続されている。なお、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあって第１浄化部材３０の上流側であれば適宜変更するも可能である。

ＤＰＦ触媒３２に捕集されたＰＭの量が所定値を超えると、ＤＰＦ触媒３２の再生処理が開始されて燃料添加弁５からはエキゾーストマニホールド８内に向けて燃料が噴射される。この燃料添加弁５から噴射された燃料は、酸化触媒３１に達すると燃焼され、これにより排気温度の上昇が図られる。そして、酸化触媒３１にて昇温された排気がＤＰＦ触媒３２に流入することにより、同ＤＰＦ触媒３２は昇温され、これによりＤＰＦ触媒３２に堆積したＰＭが酸化処理されてＤＰＦ触媒３２の再生が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、第１浄化部材３０の下流には、排気を浄化する第２浄化部材４０が設けられている。第２浄化部材４０の内部には、還元剤を利用して排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ浄化触媒としての選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）４１が配設されている。

さらに、排気通路２６の途中にあって、第２浄化部材４０の下流には、排気を浄化する第３浄化部材５０が設けられている。第３浄化部材５０の内部には、排気中のアンモニアを浄化するアンモニア酸化触媒５１が配設されている。

エンジン１には、上記ＳＣＲ触媒４１に還元剤を供給する還元剤供給機構としての尿素水供給機構２００が設けられている。尿素水供給機構２００は、尿素水を貯留するタンク２１０、排気通路２６内に尿素水を噴射供給する尿素添加弁２３０、尿素添加弁２３０とタンク２１０とを接続する供給通路２４０、供給通路２４０の途中に設けられたポンプ２２０にて構成されている。

尿素添加弁２３０は、第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６に設けられており、その噴射孔はＳＣＲ触媒４１に向かって開口されている。この尿素添加弁２３０が開弁されると、供給通路２４０を介して排気通路２６内に尿素水が噴射供給される。なお、尿素添加弁２３０は、上記還元剤噴射弁を構成している。

ポンプ２２０は電動式のポンプであり、正回転時には、タンク２１０から尿素添加弁２３０に向けて尿素水を送液する。一方、逆回転時には、尿素添加弁２３０からタンク２１０に向けて尿素水を送液する。つまり、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素添加弁２３０及び供給通路２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。このポンプ２２０は、上記回収手段を構成している。

また、尿素添加弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２６内には、尿素添加弁２３０から噴射された尿素水を分散させることにより同尿素水の霧化を促進する分散板６０が設けられている。

尿素添加弁２３０から噴射された尿素水は、排気の熱によって加水分解されてアンモニアとなる。そしてこのアンモニアがＮＯｘの還元剤としてＳＣＲ触媒４１に供給される。ＳＣＲ触媒４１に供給されたアンモニアは、同ＳＣＲ触媒４１に吸蔵されてＮＯｘの還元に利用される。なお、加水分解されたアンモニアの一部は、ＳＣＲ触媒４１に吸蔵される前に直接ＮＯｘの還元に利用される。

この他、エンジン１には排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。このＥＧＲ装置は、排気の一部を吸入空気に導入することで気筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させる装置である。この排気再循環装置は、吸気通路３とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、及びＥＧＲクーラ１４等により構成されている。ＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気再循環量、すなわちＥＧＲ量が調量される。また、ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。

エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量ＧＡを検出する。絞り弁開度センサ２０は吸気絞り弁１６の開度を検出する。機関回転速度センサ２１はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する。アクセルセンサ２２はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。外気温センサ２３は、外気温ＴＨｏｕｔを検出する。車速センサ２４はエンジン１が搭載された車両の車速ＳＰＤを検出する。イグニッションスイッチ２５は、車両の運転者によるエンジン１の始動操作及び停止操作を検出する。

また、酸化触媒３１の上流に設けられた第１排気温度センサ９０は、酸化触媒３１に流入する前の排気温度である第１排気温度ＴＨ１を検出する。酸化触媒３１とＤＰＦ触媒３２との間に設けられた第２排気温度センサ１００は、酸化触媒３１から流出した排気の温度、つまりＤＰＦ触媒３２に流入する前の排気温度である第２排気温度ＴＨ２を検出する。差圧センサ１１０は、ＤＰＦ触媒３２の上流及び下流の排気圧の圧力差ΔＰを検出する。

第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６にあって、尿素添加弁２３０の上流には、第３排気温度センサ１２０及び第１ＮＯｘセンサ１３０が設けられている。第３排気温度センサ１２０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気温度である第３排気温度ＴＨ３を検出する。第１ＮＯｘセンサ１３０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気中のＮＯｘ濃度である第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出する。

第３浄化部材５０よりも下流の排気通路２６には、ＳＣＲ触媒４１で浄化された排気のＮＯｘ濃度である第２ＮＯｘ濃度Ｎ２を検出する第２ＮＯｘセンサ１４０が設けられている。

これら各種センサ等の出力は制御装置８０に入力される。この制御装置８０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。

そして、制御装置８０により、例えば燃料噴射弁４ａ〜４ｄや燃料添加弁５の燃料噴射量制御・燃料噴射時期制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御、ＥＧＲ弁１５の開度制御等、エンジン１の各種制御が行われる。

また、上記ＤＰＦ触媒３２に捕集されたＰＭを燃焼させる上記再生処理等といった各種の排気浄化制御も同制御装置８０によって行われる。
制御装置８０は、そうした排気浄化制御の一つとして、上記尿素添加弁２３０による尿素水の添加制御を行う。この添加制御では、エンジン１から排出されるＮＯｘを還元処理するために必要な尿素添加量ＱＥが機関運転状態等に基づいて算出され、その算出された尿素添加量ＱＥが尿素添加弁２３０から噴射されるように、同尿素添加弁２３０の開弁状態が制御される。

また、尿素水添加が停止された後、尿素水供給機構２００の供給通路２４０内や尿素添加弁２３０内に尿素水が残留していると、その尿素水の凍結による体積増加によって供給通路２４０や尿素添加弁２３０が損傷するおそれがある。そこで、こうした尿素水の凍結を抑えるために、制御装置８０は、機関停止後に尿素添加弁２３０及び供給通路２４０から尿素水を回収する回収制御も行う。この回収制御では、予め定められた時間だけ、尿素添加弁２３０が開弁されるとともにポンプ２２０が逆回転される。これにより、尿素添加弁２３０や供給通路２４０に残留していた尿素水がタンク２１０に回収される。

ところで、上述したようにＳＣＲ触媒４１は熱等により劣化することが知られており、劣化が進むとＮＯｘ浄化率が低下するようになる。
そこで、本実施形態では、図２に示す尿素添加量ＱＥの算出処理と図３に示す補正係数の設定処理とを制御装置８０にて実行することにより、ＳＣＲ触媒４１の劣化度合に応じた適切な量の尿素水を供給し、これによりＳＣＲ触媒４１の劣化によるＮＯｘ浄化率の低下を抑えるようにしている。

図２に示すように、尿素水の添加量の算出処理が開始されるとまず、吸入空気量ＧＡ及び第３排気温度ＴＨ３に基づいて単位添加量ＴＴが算出される（Ｓ１０）。この単位添加量ＴＴは、ＮＯｘを還元処理するために必要な過不足の無い尿素水の添加量であって、ＮＯｘの単位濃度当たりに必要な添加量となっている。そして、吸入空気量ＧＡが多いほど、あるいは第３排気温度ＴＨ３が高いほどエンジン１から排出されるＮＯｘの量は増えるため、吸入空気量ＧＡが多いほど、あるいは第３排気温度ＴＨ３が高いほど単位添加量ＴＴが多くなるように、同単位添加量ＴＴは可変設定される。

次に、ＳＣＲ触媒４１の劣化度合いに応じて尿素水の添加量を補正するための係数である補正係数Ｋの設定処理が行われる（Ｓ２０）。この設定処理の詳細は後述する。
次に、ステップＳ２０で設定された補正係数Ｋが単位添加量ＴＴに乗算されることにより、ＳＣＲ触媒４１の劣化度合を考慮した補正後単位添加量ＴＴＨが算出される（Ｓ３０）。

次に、補正後単位添加量ＴＴＨに第１ＮＯｘ濃度Ｎ１が乗算されることにより、ＳＣＲ触媒４１の劣化度合に対応した尿素添加量ＱＥが算出されて（Ｓ４０）、本処理は終了される。このようにして尿素添加量ＱＥが算出されることにより、ＳＣＲ触媒４１の劣化度合に応じた適切な量の尿素水が供給される。

次に、図３に示す補正係数Ｋの設定処理を説明する。
本処理が開始されるとまず、燃料添加が行われているか否か、つまりＤＰＦ触媒３２の再生処理が行われているか否かが判定される（Ｓ１００）。そして、燃料添加が行われていないときには（Ｓ１００：ＮＯ）、前回の補正係数Ｋが維持されて（Ｓ１４０）、本処理は終了される。

一方、燃料添加が行われているときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、走行距離ＤＩＳに基づいて第１補正係数Ｋ１が算出される（Ｓ１１０）。図４に示すように、第１補正係数Ｋ１は、車両の総走行距離である走行距離ＤＩＳが長くなるほど大きい値となるように可変設定される。

次に、第３排気温度ＴＨ３と第２排気温度ＴＨ２との温度差ΔＴ（ΔＴ＝ＴＨ３−ＴＨ２）に基づいて第２補正係数Ｋ２が算出される（Ｓ１２０）。この温度差ΔＴは、燃料添加時のＤＰＦ触媒３２の温度上昇量である。そして、図５に示すように、第２補正係数Ｋ２は、温度差ΔＴが大きいほど、すなわち燃料添加時のＤＰＦ触媒３２の温度上昇量が大きいときほど小さい値となるように可変設定される。

そして、第１補正係数Ｋ１に第２補正係数Ｋ２が乗算した値が補正係数Ｋとして設定され（Ｓ１３０）、本処理は終了される。こうして設定された補正係数Ｋが、先のステップＳ３０の処理で利用されることにより、第１補正係数Ｋ１や第２補正係数Ｋ２が大きい値になるほど尿素添加量ＱＥは増量側に補正される。

次に、本実施形態の作用を説明する。
排気系に設けられるＳＣＲ触媒４１の劣化は、車両の総走行距離が伸びるほど進行する傾向がある。そこで、第１補正係数Ｋ１は、車両の総走行距離である走行距離ＤＩＳが長くなるほど、つまりＳＣＲ触媒４１の劣化度合が高いときほど大きい値となるように可変設定される。これによりＳＣＲ触媒４１の劣化度合が高いときほど尿素添加量ＱＥは多くなり、ＮＯｘは適切に浄化される。

ところが、ショートトリップ運転では、機関運転中の排気温度が上昇しにくいため、ＳＣＲ触媒４１の劣化が進みにくい。従って、ショートトリップ運転が頻繁に行われる場合と行われない場合では、走行距離ＤＩＳが同じであってもＳＣＲ触媒４１の劣化度合が異なるようになる。従って、走行距離ＤＩＳに応じて単位添加量ＴＴを補正するだけでは、ＳＣＲ触媒４１の劣化度合に応じた適切な量の尿素水を供給することができず、ＮＯｘ浄化率が低下するおそれがある。

ここで、ＤＰＦ触媒３２に燃料が添加されると同ＤＰＦ触媒３２の温度は上昇するが、このときの温度上昇量はＤＰＦ触媒３２の劣化度合に応じて変化する。そして、このＤＰＦ触媒３２が劣化しているのであれば、同じ排気通路に設けられたＳＣＲ触媒４１も同様に劣化していると考えられる。

そこで、第１補正係数Ｋ１で補正される単位添加量ＴＴを、ＤＰＦ触媒３２の温度上昇量に応じてさらに補正するようにしている。より具体的には、燃料が添加されたときのＤＰＦ触媒３２の温度上昇量は、同ＤＰＦ触媒３２の劣化度合が高いほど小さくなる。そこで温度上昇量が小さいときほど、つまり上記温度差ΔＴが小さいときほど第２補正係数Ｋ２の値を大きくして単位添加量ＴＴを増量補正することにより、ＳＣＲ触媒４１の劣化度合が高いときほど尿素添加量ＱＥが増量側に補正され、これによりＳＣＲ触媒４１の劣化によるＮＯｘ浄化率の低下がより適切に抑えられるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）エンジン１が搭載された車両の走行距離ＤＩＳに基づいて第１補正係数Ｋ１を設定し、さらに燃料が添加されたときのＤＰＦ触媒３２の温度上昇量（温度差ΔＴ）に基づいて第２補正係数Ｋ２を設定するようにしている。そして、第１補正係数Ｋ１及び第２補正係数Ｋ２にて単位添加量ＴＴを補正することで尿素水の供給量を補正するようにしている。従って、ＳＣＲ触媒４１の劣化度合に応じた適切な量の尿素水を供給することができるようになる。
（第２実施形態）
次に、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を具体化した第２実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。

第１実施形態で説明した排気浄化装置では、ＤＰＦ触媒３２よりも上流に酸化触媒３１が設けられており、この酸化触媒３１にも燃料が添加される。酸化触媒３１に燃料が添加されると、酸化触媒３１上で燃料によるＮＯｘ還元が生じる。そのため、燃料の添加時には、非添加時に比べてＳＣＲ触媒４１に流入するＮＯｘの量が減少する。従って、この場合にはＮＯｘを浄化するための尿素水の供給量を減らすことができる。

また、酸化触媒３１での上記還元反応によってＳＣＲ触媒４１に流入するＮＯｘの量が減少しているときには、添加された燃料の一部がＮＯｘの還元によって消費されるため、ＤＰＦ触媒３２に供給される燃料が減少し、ＤＰＦ触媒３２の温度上昇量は小さくなる。従って、こうした温度上昇量の低下をＤＰＦ触媒３２の劣化であると誤認するおそれがある。このようにしてＤＰＦ触媒３２の劣化が誤認されると、上記第２補正係数Ｋ２の値が誤って大きくなるため、尿素水の供給量である上記尿素添加量ＱＥが過剰に増量補正されてしまう。

そこで、本実施形態では、上記補正係数Ｋの設定に際して、酸化触媒３１でのＮＯｘ還元及びＤＰＦ触媒３２への燃料添加量の減少を考慮して第３補正係数Ｋ３を算出するようにしており、先の図３で説明した補正係数Ｋの設定処理とは一部が異なっている。そこで以下では、第１実施形態における補正係数Ｋの設定処理との相異点を中心に、本実施形態での補正係数Ｋの設定処理を説明する。

図６に、本実施形態での補正係数Ｋの設定処理の手順を示す。なお、図６において、先の図３に示した処理と同じステップには、同一のステップ番号を付している。
本処理が開始されるとまず、燃料添加が行われているか否か、つまりＤＰＦ触媒３２の再生処理が行われているか否かが判定される（Ｓ１００）。そして、燃料添加が行われていないときには（Ｓ１００：ＮＯ）、前回の補正係数Ｋが維持されて（Ｓ１４０）、本処理は終了される。

一方、燃料添加が行われているときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、第１実施形態と同様に、走行距離ＤＩＳに基づいて第１補正係数Ｋ１が算出され（Ｓ１１０）、温度差ΔＴに基づいて第２補正係数Ｋ２が算出される（Ｓ１２０）。

次に、ＤＰＦ触媒３２及び酸化触媒３１に燃料が添加されているときのＮＯｘ減少量ＮＤに基づいて第３補正係数Ｋ３が算出される（Ｓ２００）。このＮＯｘ減少量ＮＤは、次のようにして算出される値である。

すなわち機関回転速度及び機関負荷などの機関運転状態に基づいてＳＣＲ触媒４１に流入する排気中のＮＯｘ濃度の推定値ＮＳが算出される。そして、この推定値ＮＳから第１ＮＯｘ濃度Ｎ１が減算されることによりＮＯｘ減少量ＮＤが算出される。つまりＮＯｘ減少量ＮＤは、ＳＣＲ触媒４１に流入するＮＯｘの量、より詳細には機関運転状態から推定されるＮＯｘ濃度と実際のＮＯｘ濃度との乖離を示す。そして、燃料添加により酸化触媒３１にてより多くのＮＯｘが還元されるほど、ＳＣＲ触媒４１に流入するＮＯｘの量は減少するため、ＮＯｘ減少量ＮＤの値は大きくなる。

そして、図７に示すように、ＮＯｘ減少量ＮＤが多いほど、すなわち燃料添加によって酸化触媒３１でより多くのＮＯｘが還元されるほど、あるいは酸化触媒３１での燃料消費によりＤＰＦ触媒３２に添加される燃料量が減少するほど、第３補正係数Ｋ３は小さい値となるように可変設定される。なお、第３補正係数Ｋ３は「０」よりも大きく「１」以下の範囲内の値であり、単位添加量ＴＴを減量補正する値である。

こうして第３補正係数Ｋ３が算出されると、第１補正係数Ｋ１及び第２補正係数Ｋ２及び第３補正係数Ｋ３を乗算した値が補正係数Ｋとして設定され（Ｓ２１０）、本処理は終了される。こうして設定された補正係数Ｋが、先の図２におけるステップＳ３０の処理で利用されることにより、第１補正係数Ｋ１や第２補正係数Ｋ２が大きい値になるほど尿素添加量ＱＥは増量側に補正される一方で、この増量側への補正量は第３補正係数Ｋ３が小さい値になるほど減少される。

次に、本実施形態特有の作用を説明する。
燃料添加時において、ＳＣＲ触媒４１に流入するＮＯｘの量に応じて、つまりＮＯｘ減少量ＮＤに基づいて第３補正係数Ｋ３が算出され、この第３補正係数Ｋ３によって単位添加量ＴＴが補正されることにより、尿素水の供給量が補正される。より具体的には、ＮＯｘ減少量ＮＤが多いときほど第３補正係数Ｋ３は小さい値となる。従って、ＳＣＲ触媒４１に流入するＮＯｘの量が少ないときほど尿素水の供給量は減量補正される。そのため、酸化触媒３１でのＮＯｘ還元に併せて、ＳＣＲ触媒４１に供給される尿素水の量を減量補正することができる。また、上述したようなＤＰＦ触媒３２の劣化の誤認による尿素水供給量の誤補正も抑えられる。

また、ＳＣＲ触媒４１に流入するＮＯｘの量を第１ＮＯｘセンサ１３０で検出するとともに、機関運転状態に基づいて推定するようにもしている。ここで、酸化触媒３１で還元されるＮＯｘの量が多くなるほど、第１ＮＯｘセンサ１３０で検出されるＮＯｘの量は少なくなるため、ＮＯｘ量の推定値ＮＳとセンサ検出値との差は大きくなる。そこで、ＮＯｘ量の推定値ＮＳとセンサによる検出値との差である上記ＮＯｘ減少量ＮＤが大きいときほど第３補正係数Ｋ３を小さい値に設定して尿素水の供給量が減量補正されるようにしている。従って、酸化触媒３１に燃料が添加されるときの尿素水の供給量が適切に補正される。

以上説明したように、本実施形態によれば、上記（１）の効果に加えて、さらに次の効果を得ることができる。
（２）燃料添加時にＳＣＲ触媒４１に流入するＮＯｘの量、つまり上記ＮＯｘ減少量ＮＤに応じて第３補正係数Ｋ３を算出し、この第３補正係数Ｋ３にて単位添加量ＴＴを補正することで尿素水の供給量を補正するようにしている。従って、酸化触媒３１でのＮＯｘ還元に併せてＳＣＲ触媒４１への尿素水供給量を補正することができる。また、上述したようなＤＰＦ触媒３２の劣化の誤認による尿素水供給量の誤補正を抑えることもできるようになる。

（３）燃料添加時にＳＣＲ触媒４１に流入するＮＯｘの量を第１ＮＯｘセンサ１３０で検出するとともに、同ＮＯｘの量を機関運転状態に基づいて推定し、その推定された値と第１ＮＯｘセンサ１３０の検出値との差（ＮＯｘ減少量ＮＤ）が大きいときほど尿素水の供給量を減量補正するようにしている。そのため、酸化触媒３１に燃料が添加されるときの尿素水の供給量を適切に補正することができるようになる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第１実施形態では、燃料添加が行われているときに第２補正係数Ｋ２の算出を行うようにした。この他、図３のステップＳ１００の処理を省略する。そして、上述したＤＰＦ触媒３２の再生処理が行われたとき、つまりＤＰＦ触媒３２に燃料が添加されたときの温度差ΔＴを制御装置８０のメモリに記憶しておく。そして、図３のステップＳ１１０では、メモリから温度差ΔＴを読み込み、この読み込まれた温度差ΔＴに基づいて第２補正係数Ｋ２を設定してもよい。

・第２実施形態において、燃料添加時と非添加時とでＳＣＲ触媒４１に流入するＮＯｘの変化量を計測、或いは推定する。そして、その変化量をＮＯｘ減少量ＮＤの代わりに利用してもよい。この場合には、同変化量が多いときほど第３補正係数Ｋ３の値が小さくなるようにする。

・各実施形態における排気浄化部材は、ＤＰＦ触媒３２であった。この他、燃料添加時の温度上昇量が劣化により変化するものであれば、他の排気浄化部材でもよい。
・還元剤として尿素水を使用するようにしたが、この他の還元剤を使用するようにしてもよい。

１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…燃料添加弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホール、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…吸気絞り弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…絞り弁開度センサ、２１…機関回転速度センサ、２２…アクセルセンサ、２３…外気温センサ、２４…車速センサ、２５…イグニッションスイッチ、２６…排気通路、２７…燃料供給管、３０…第１浄化部材、３１…酸化触媒、３２…フィルタ、４０…第２浄化部材、４１…ＮＯｘ浄化触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒：ＳＣＲ触媒）、５０…第３浄化部材、５１…アンモニア酸化触媒、６０…分散板、８０…制御装置、９０…第１排気温度センサ、１００…第２排気温度センサ、１１０…差圧センサ、１２０…第３排気温度センサ、１３０…第１ＮＯｘセンサ、１４０…第２ＮＯｘセンサ、２００…尿素水供給機構、２１０…タンク、２２０…ポンプ、２３０…尿素添加弁、２４０…供給通路。

Claims

排気通路内に設けられて還元剤の供給によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、同ＮＯｘ浄化触媒よりも上流の排気通路内に設けられて機関の燃料が添加される排気浄化部材とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関が搭載された車両の総走行距離に応じて前記還元剤の供給量を補正するとともに、燃料が添加されたときの前記排気浄化部材の温度上昇量に応じて前記供給量をさらに補正する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記温度上昇量が小さいときほど前記供給量を増量補正する
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気浄化部材よりも上流の排気通路内には前記燃料が添加される酸化触媒がさらに設けられており、
前記燃料の添加時に前記ＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘの量に応じて前記供給量をさらに補正する
請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘの量が少ないときほど前記供給量を減量補正する
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記燃料の添加時に前記ＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘの量をセンサで検出するとともに、同ＮＯｘの量を機関運転状態に基づいて推定し、その推定された値と前記センサの検出値との差が大きいときほど前記供給量を減量補正する
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。