JP2013155644A

JP2013155644A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2013155644A
Application number: JP2012015612A
Authority: JP
Inventors: Hirohiko Ota; 裕彦太田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2013-08-15
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: DE102013201051A1; JP5716687B2; DE102013201051B4

Abstract

【課題】ＮＯｘ浄化触媒でのアンモニア吸着を好適に行う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、尿素水の添加によりＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒４１が設けられている。制御装置８０は、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量がＳＣＲ触媒４１の温度に基づいて設定される目標吸着量に達するまで尿素水の添加を行う。また、制御装置８０は、燃料カット中に設定されるアンモニアの目標吸着量を、燃料噴射中に設定される目標吸着量よりも多くする。
【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浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置が知られている。こうした排気浄化装置では、例えば尿素水などの還元剤が排気通路に向けて噴射される。そして噴射された還元剤がＮＯｘ浄化触媒に到達するとアンモニアとして同ＮＯｘ浄化触媒に吸着される。そして同触媒に吸着されたアンモニアによりＮＯｘが還元浄化される。

また、特許文献１に記載の装置では、ＮＯｘ浄化触媒における還元剤の貯蔵容量が許容上限容量よりも大きいと判断されたときには還元剤の供給を禁止することで、ＮＯｘ浄化触媒の還元剤吸着量が適正な量となるようにしている。

特開２００８−２５５９３７号公報

ところで、ＮＯｘ浄化触媒の温度が高くなるにつれて、吸着されるアンモニア量は減少するとともに同ＮＯｘ浄化触媒から脱離するアンモニア量は増えるようになる。従って、車両走行中などのように排気温度が高くなりやすいときには、還元剤を添加しても十分な量のアンモニアを吸着することができず、例えばＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘ浄化率の低下などを招くおそれがある。

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浄化触媒でのアンモニア吸着を好適に行う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。
請求項１に記載の発明は、還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、燃料噴射弁からの燃料噴射が中止される燃料カット中に前記還元剤を添加することをその要旨とする。

燃料噴射弁からの燃料噴射が実行されているときには、燃焼室でＮＯｘが発生する。このようにＮＯｘが発生している状態で還元剤が添加されると、一部の還元剤はＮＯｘ浄化触媒に達する前に排気中のＮＯｘと反応する。そのため、ＮＯｘとの反応分だけＮＯｘ浄化触媒に到達する還元剤の量は減り、この還元剤の減少分だけアンモニア吸着量も少なくなる。

一方、燃料噴射弁からの燃料噴射が中止される燃料カット中には、燃焼室でＮＯｘが発生しない。そこで同構成では、燃料カット中に還元剤を添加するようにしている。このように燃料カット中に添加された還元剤は排気中のＮＯｘと反応することなく、そのままＮＯｘ浄化触媒に到達する。従って、燃料カット中に還元剤を添加する場合には、燃料噴射中に同量の還元剤を添加する場合と比較してＮＯｘ浄化触媒に到達する還元剤の量が多くなり、アンモニア吸着量も多くなる。

また、燃料カット中は、燃料噴射中と比較して排気通路内の温度が低くなるため、ＮＯｘ浄化触媒の温度も低くなり、より多くのアンモニアを吸着することができる。
このように同構成によれば、添加された還元剤をより確実にＮＯｘ浄化触媒に供給することができるとともに、より多くのアンモニアを吸着できる状態のときに還元剤が添加されるため、ＮＯｘ浄化触媒のアンモニア吸着をより好適に行うことができるようになる。

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浄化触媒のアンモニア吸着量が同ＮＯｘ浄化触媒の温度に基づいて設定される目標吸着量に達するまで前記還元剤の添加を行うとともに、燃料カット中に設定される前記目標吸着量は、燃料噴射中に設定される前記目標吸着量よりも多くされることをその要旨とする。

上述したようにＮＯｘ浄化触媒に吸着されるアンモニア量は、同ＮＯｘ浄化触媒の温度に応じて変化する。従って、同構成によるように、ＮＯｘ浄化触媒の温度に基づいてアンモニアの目標吸着量を設定し、ＮＯｘ浄化触媒のアンモニア吸着量が目標吸着量に達するまで還元剤の添加を行うことにより、ＮＯｘ浄化触媒には目標吸着量分のアンモニアを吸着させることができる。ここで、上述したように燃料カット中には、燃料噴射中に比べてＮＯｘ浄化触媒のアンモニア吸着量が増えるようになるため、同構成では、燃料カット中に設定される目標吸着量を、燃料噴射中に設定される目標吸着量よりも多くするようにしている。従って、このようにして目標吸着量を変更しない場合と比較して、燃料カット中にはより多くのアンモニアをＮＯｘ浄化触媒に吸着させることができるようになる。

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ＮＯｘ浄化触媒の温度が所定値よりも低いときに還元剤の添加を行うとともに、燃料カット中の前記ＮＯｘ浄化触媒の温度が前記所定値以上のときには、排気通路内の排気流量を増大させることをその要旨とする。

上述したようにＮＯｘ浄化触媒の温度が高くなるにつれて、吸着されるアンモニア量は減少するとともに同ＮＯｘ浄化触媒から脱離するアンモニア量は増えるようになる。従って、ＮＯｘ浄化触媒でのアンモニア吸着を適切に行うには、ＮＯｘ浄化触媒の温度が所定値よりも低いとき、つまりアンモニアをある程度吸着できるときに還元剤の添加を行うことが望ましい。

しかし、例えば高負荷運転直後の燃料カット時には、ＮＯｘ浄化触媒の温度が上記所定値以上になる可能性があり、この場合にはＮＯｘ浄化触媒の温度が上記所定値よりも低くなるまで還元剤の添加を行うことができない。そこで、同構成では、燃料カット中のＮＯｘ浄化触媒の温度が上記所定値以上であって還元剤の添加ができないときには、排気通路内の排気流量を増大させるようにしている。このようにして燃料カット中に排気流量が増大されると、実質的には排気通路内に流入する新気の量が増えるため、新気によるＮＯｘ浄化触媒の冷却が促進される。従って、同構成によれば、燃料カット中のＮＯｘ浄化触媒が高温の場合でも、より早期に還元剤の添加を行うことができるようになる。

請求項４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、前記内燃機関の排気通路には、ノズルベーンを備えた可変容量型の過給機が設けられており、燃料カット中の前記ＮＯｘ浄化触媒の温度が前記所定値以上のときには、前記ノズルベーンの開度が増大補正されることをその要旨とする。

同構成によれば、上記ノズルベーンの開度が増大補正されることにより、過給機の排気入口側の圧力損失が小さくなり、これにより排気通路内の排気流量が増大するようになる。

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、前記内燃機関の吸気通路には、吸入空気量を調量する絞り弁が設けられており、燃料カット中の前記ＮＯｘ浄化触媒の温度が前記所定値以上のときには、前記絞り弁の開度が増大補正されることをその要旨とする。

同構成によれば、吸気通路に設けられた上記絞り弁の開度が増大補正されることにより、燃料カット中において排気通路に流入する新気の量が増えるようになり、これにより排気通路内の排気流量が増大するようになる。

なお、ＮＯｘ浄化触媒の温度については、請求項６に記載の発明によるように、同ＮＯｘ浄化触媒の温度の近似値として、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の温度を利用する、という構成を採用することも可能である。

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。触媒温度とアンモニア吸着量との関係を示すグラフ。同実施形態におけるアンモニアの吸着処理についてその手順を示すフローチャート。第２実施形態におけるアンモニアの吸着処理についてその一部の手順を示すフローチャート。

（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３を参照して説明する。なお、本明細書に記載の「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。

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、気筒に導入される吸入空気を排気圧を利用して過給する可変容量型のターボチャージャ１１が設けられている。このターボチャージャ１１においてその排気側タービンの入口側には、排気流量を調整するノズルベーン１１ｖが設けられており、このノズルベーン１１ｖの開度が機関運転状態に応じて変更される。例えば低負荷領域ではノズルベーン１１ｖの開度が小さくされることにより、排気流量が少ない場合でも排気の動圧が大きくされる。また、高負荷領域ではノズルベーン１１ｖの開度が大きくされることにより、排気流量が多いときの排気の圧力損失が低減される。

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。

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、ＳＣＲ触媒４１に到達するとアンモニアとして吸着される。そしてＳＣＲ触媒４１に吸着されたアンモニアによりＮＯｘが還元浄化される。

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に導入される排気還流量、いわゆる外部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１００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。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２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２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２排気温度ＴＨ２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、ノズルベーン１１ｖ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も行う。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。

ところで、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量は、同ＳＣＲ触媒４１の温度（近似的には第２排気温度ＴＨ２）や、燃料噴射の状態によって変化する。
図２に、ＳＣＲ触媒４１の温度とアンモニア吸着量との関係を示す。なお、同図２に示す線Ｌ１は、燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射が実行されているときのアンモニア吸着量を示し、線Ｌ２は、燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射が中止されているとき、つまり燃料カットが行われているときのアンモニア吸着量を示す。

この図２に示すように、第２排気温度ＴＨ２が高くなるほど、つまりＳＣＲ触媒４１の温度が高くなるほど、ＳＣＲ触媒４１に吸着されるアンモニア量は少なくなり、吸着限界温度ＵＧを超えるとアンモニアを吸着することができなくなる。

また、燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射が実行されているときには、各気筒の燃焼室でＮＯｘが発生する。このようにＮＯｘが発生している状態で尿素水が添加されると、一部の尿素水はＳＣＲ触媒４１に達する前に排気中のＮＯｘと反応して同ＮＯｘを浄化する。そのため、ＮＯｘとの反応分だけＳＣＲ触媒４１に到達する尿素水の量は減り、この尿素水の減少分だけアンモニア吸着量も少なくなる。

一方、燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射が中止される燃料カット中には、燃焼室でＮＯｘが発生しない。従って、燃料カット中に尿素水を添加する場合には、添加された尿素水が排気中のＮＯｘと反応することなく、そのままＳＣＲ触媒４１に到達する。そのため、燃料カット中に尿素水を添加する場合には、燃料噴射中に同量の尿素水を添加する場合と比較してＳＣＲ触媒４１に到達する尿素水の量が多くなる。従って、ＳＣＲ触媒４１の温度が同じであっても、燃料カット中に尿素水を添加する場合には、燃料噴射中に同量の尿素水を添加する場合と比較してアンモニア吸着量が多くなる（図２に示す吸着増量分ＫＺの分だけアンモニア吸着量が多くなる）。

そこで、本実施形態では、ＳＣＲ触媒４１の温度や燃料噴射の状態によって変化するアンモニア吸着量を考慮して尿素水の添加制御を行うために、図３に示すアンモニアの吸着処理を行うようにしている。

以下、図３を参照して、アンモニアの吸着処理を説明する。なお、本処理は制御装置８０によって所定周期毎に繰り返し実行される。また、本処理では、ＳＣＲ触媒４１の温度の近似値として第２排気温度ＴＨ２を利用するようにしているが、ＳＣＲ触媒４１の温度を温度センサで直接検出するようにしてもよい。

本処理が開始されるとまず、第２排気温度ＴＨ２及び吸入空気量ＧＡに基づいて尿素添加量ＱＥが算出される（Ｓ１００）。この尿素添加量は、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、単位時間当たりに必要な添加量となっている。そして、機関負荷が高く第２排気温度ＴＨ２が高いときほど、単位時間当たりに燃焼室から排出されるＮＯｘ量は多くなる傾向がある。また、吸入空気量ＧＡが多いほど、単位時間当たりに燃焼室から排出されるＮＯｘ量は多くなる傾向がある。そこで、第２排気温度ＴＨ２が高いほど、あるいは吸入空気量ＧＡが多いほど尿素添加量ＱＥが多くなるように同尿素添加量ＱＥは可変設定される。

次に、燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射が中止される状態、つまり燃料カット中であるか否かが判定される（Ｓ１１０）。こうした燃料カットは、周知のように例えばエンジン１の減速時等に行われる。

そして、燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射が実行されており、燃料カット中ではないときには（Ｓ１１０：ＮＯ）、第２排気温度ＴＨ２に基づいて第１目標吸着量ＮＨｐ１が設定される（Ｓ１２０）。この第１目標吸着量ＮＨｐ１は、燃料噴射中におけるＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量の目標値であり、先の図２に示した線Ｌ１と同様に、第２排気温度ＴＨ２が高いときほど第１目標吸着量ＮＨｐ１は少なくされる。

次に、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量ＮＨｒが第１目標吸着量ＮＨｐ１よりも少ないか否かが判定される（Ｓ１３０）。このアンモニア吸着量ＮＨｒは、適宜の方法で推定される。例えば尿素添加量、排気温度、排気流量等といったアンモニア吸着量に相関するパラメータに基づいてアンモニア吸着量ＮＨｒは推定される。

そして、アンモニア吸着量ＮＨｒが第１目標吸着量ＮＨｐ１よりも少ないときには（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量ＮＨｒを増やすために、尿素添加が実行されて（Ｓ１４０）、本処理は一旦終了される。

一方、アンモニア吸着量ＮＨｒが第１目標吸着量ＮＨｐ１以上のときには（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、尿素添加が停止されて（Ｓ１５０）、本処理は一旦終了される。
他方、上記ステップＳ１１０において、燃料カット中であると判定されるときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、第２排気温度ＴＨ２に基づいて第２目標吸着量ＮＨｐ２が設定される（Ｓ１６０）。この第２目標吸着量ＮＨｐ２は、燃料カット中におけるＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量の目標値であり、先の図２に示した線Ｌ２と同様に、第２排気温度ＴＨ２が高いときほど第２目標吸着量ＮＨｐ２は少なくされる。また、同じ第２排気温度ＴＨ２のときでも、第２目標吸着量ＮＨｐ２の方が第１目標吸着量ＮＨｐ１よりも多くされる。

次に、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量ＮＨｒが第２目標吸着量ＮＨｐ２よりも少ないか否かが判定される（Ｓ１７０）。このアンモニア吸着量ＮＨｒは、上記ステップＳ１３０で説明したアンモニア吸着量ＮＨｒと同じである。

そして、アンモニア吸着量ＮＨｒが第２目標吸着量ＮＨｐ２よりも少ないときには（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量ＮＨｒを増やすために、尿素添加が実行されて（Ｓ１８０）、本処理は一旦終了される。

一方、アンモニア吸着量ＮＨｒが第２目標吸着量ＮＨｐ２以上のときには（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、尿素添加が停止されて（Ｓ１９０）、本処理は一旦終了される。
次に、本実施形態の作用を説明する。

本実施形態では、燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射が中止される燃料カット中に尿素水を添加するようにしている。このように燃料カット中に添加された尿素水は排気中のＮＯｘと反応することなく、そのままＳＣＲ触媒４１に到達する。従って、ＳＣＲ触媒４１に到達する尿素水の量が多くなり、これによりＳＣＲ触媒４１に吸着されるアンモニア量が多くなる。

また、燃料カット中は、燃料噴射中と比較して排気通路２６内の温度が低くなるため、ＳＣＲ触媒４１の温度も低くなる。従って、より多くのアンモニアを吸着することも可能になる。

また、上述したようにＳＣＲ触媒４１に吸着されるアンモニア量は、ＳＣＲ触媒４１の温度に応じて変化する。そこで、本実施形態では、ＳＣＲ触媒４１の温度の近似値である第２排気温度ＴＨ２に基づいてアンモニアの目標吸着量を設定し、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量ＮＨｒが目標吸着量に達するまで尿素水の添加を行うようにしており、これによりＳＣＲ触媒４１には目標吸着量分のアンモニアが吸着される。ここで、上述したように燃料カット中には、燃料噴射中に比べてＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量が増える。そこで本実施形態では、燃料カット中に設定される目標吸着量（第２目標吸着量ＮＨｒ２）を、燃料噴射中に設定される目標吸着量（第１目標吸着量ＮＨｐ１）よりも多くしている。従って、このようにして目標吸着量を変更しない場合と比較して、燃料カット中にはより多くのアンモニアがＳＣＲ触媒４１に吸着するようになる。

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）燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射が中止される燃料カット中に尿素水を添加するようにしている。従って、燃料カット中に尿素水を添加する場合には、燃料噴射中に同量の尿素水を添加する場合と比較してＳＣＲ触媒４１に到達する尿素水の量が多くなり、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量も多くなる。また、燃料カット中は、燃料噴射中と比較して排気通路２６内の温度が低くなるため、ＳＣＲ触媒４１の温度も低くなり、より多くのアンモニアを吸着することができる。このように本実施形態によれば、添加された尿素水をより確実にＳＣＲ触媒４１に供給することができるとともに、より多くのアンモニアを吸着できる状態のときに尿素水が添加されるため、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着をより好適に行うことができるようになる。

（２）ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量ＮＨｒが、ＳＣＲ触媒４１の温度の近似値である第２排気温度ＴＨ２に基づいて設定される目標吸着量に達するまで尿素水の添加を行うようにしている。そして燃料カット中に設定される目標吸着量（第２目標吸着量ＮＨｒ２）を、燃料噴射中に設定される目標吸着量（第１目標吸着量ＮＨｒ１）よりも多くするようにしている。従って、このようにして目標吸着量を変更しない場合と比較して、燃料カット中にはより多くのアンモニアをＳＣＲ触媒４１に吸着させることができるようになる。
（第２実施形態）
次に、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２実施形態について、図４を参照して説明する。

上述したようにＳＣＲ触媒４１の温度が高くなるにつれて、吸着されるアンモニア量は減少し、同温度がある閾値α（例えば上記吸着限界温度ＵＧ等）を超えるとアンモニアを吸着することができなくなる。従って、ＳＣＲ触媒４１でのアンモニア吸着を適切に行うには、ＳＣＲ触媒４１の温度が上記閾値αよりも低いとき、つまりアンモニアをある程度吸着できるときに尿素水の添加を行うことが望ましい。

しかし、例えば高負荷運転直後の燃料カット時には、ＳＣＲ触媒４１の温度が閾値α以上になる可能性があり、この場合にはＳＣＲ触媒４１の温度が閾値αよりも低くなるまで尿素水の添加を行うことができない。

そこで、本実施形態では、ＳＣＲ触媒４１の温度が閾値αよりも低いときに尿素水の添加を行うようにしている。そして、燃料カット中のＳＣＲ触媒４１の温度が上記閾値α以上のときには排気通路２６内の排気流量を増大させるようにしており、これにより燃料カット中のＳＣＲ触媒４１が高温の場合でも、より早期に尿素水の添加を行うことができるようにしている。

本実施形態は、図３に示したアンモニアの吸着処理の一部を変更する、より具体的にはステップＳ１７０以降の処理を変更することで具現化できる。そこで以下では、第１実施形態で説明した吸着処理からの変更点を中心にして、本実施形態でのアンモニアの吸着処理を説明する。

図４に、本実施形態におけるアンモニアの吸着処理についてその一部の手順を示す。
この図４に示すように、先の図３におけるステップＳ１７０の処理において、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量ＮＨｒが第２目標吸着量ＮＨｐ２よりも少ないと判定されるときには（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、第２排気温度ＴＨ２が閾値αよりも高いか否かが判定される（Ｓ２００）。この閾値αとしては、例えば上記吸着限界温度ＵＧを設定することができる。

そして、第２排気温度ＴＨ２が閾値αよりも高いときには（Ｓ２００：ＹＥＳ）、ＳＣＲ触媒４１の温度が過度に高く、アンモニアを適切に吸着することができないと判断される。そして、次には、排気流量の増大処理が行われて（Ｓ２１０）、本処理は一旦終了される。この排気流量の増大処理では、ノズルベーン１１ｖの開度が増大補正される。このようにしてノズルベーン１１ｖの開度が増大補正されると、ターボチャージャ１１の排気入口側の圧力損失が小さくなり、これにより排気通路２６内の排気流量が増大するようになる。

一方、第２排気温度ＴＨ２が閾値α以下に低いときには（Ｓ２００：ＮＯ）、ＳＣＲ触媒４１の温度がアンモニアを適切に吸着することができる程度の温度になっていると判断される。そして、次には、尿素添加が実行されて（Ｓ１８０）、本処理は一旦終了される。

他方、先の図３におけるステップＳ１７０の処理において、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量ＮＨｒが第２目標吸着量ＮＨｐ２以上であると判定されるときには（Ｓ１７０：ＮＯ）、尿素添加が停止されて（Ｓ１９０）、本処理は一旦終了される。

次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態では、第２排気温度ＴＨ２が閾値α以下に低いときに尿素添加が実行される。そして、燃料カット中の第２排気温度ＴＨ２が閾値α値以上であって、ＳＣＲ触媒４１の温度が過度に高いと判断されるときには、排気通路２６内の排気流量を増大させる処理が行われる。このようにして燃料カット中に排気流量が増大されると、実質的には排気通路２６内に流入する新気の量が増えるため、新気によるＳＣＲ触媒４１の冷却と第２排気温度ＴＨ２の低下とが促進される。従って、第２排気温度ＴＨ２が閾値α以下になるまでの時間が短縮され、これによって早期に尿素水の添加が行われるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、上記（１）、（２）に記載の効果に加えて次の効果も得ることができる。
（３）ＳＣＲ触媒４１の温度の近似値である第２排気温度ＴＨ２が閾値αよりも低いときに尿素水の添加を行うようにしている。そして、燃料カット中の第２排気温度ＴＨ２が上記閾値α以上のときには、排気通路２６内の排気流量を増大させる増大処理を行うようにしている。従って、燃料カット中のＳＣＲ触媒４１が高温の場合でも、より早期に尿素水の添加を行うことができるようになる。

（４）燃料カット中の第２排気温度ＴＨ２が上記閾値α以上のときには、ノズルベーン１１ｖの開度を増大補正するようにしている。従って、排気通路２６内の排気流量を実際に増大させ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２実施形態では、排気流量の増大処理に際してノズルベーン１１ｖの開度を増大補正するようにしたが、この他の態様で排気流量を増大させてもよい。例えば、吸気絞り弁１６の開度をより大きくすることができる場合には、同開度を増大補正するようにしてもよい。この場合には、燃料カット中において排気通路２６に流入する新気の量が増えるようになるため、これによっても排気通路２６内の排気流量が増大するようになる。

・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、１１ｖ…ノズルベーン、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、１００…第１排気温度センサ、１１０…差圧センサ、１２０…第２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

還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
燃料噴射弁からの燃料噴射が中止される燃料カット中に前記還元剤を添加する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記ＮＯｘ浄化触媒のアンモニア吸着量が同ＮＯｘ浄化触媒の温度に基づいて設定される目標吸着量に達するまで前記還元剤の添加を行うとともに、燃料カット中に設定される前記目標吸着量は、燃料噴射中に設定される前記目標吸着量よりも多くされる
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ＮＯｘ浄化触媒の温度が所定値よりも低いときに還元剤の添加を行うとともに、燃料カット中の前記ＮＯｘ浄化触媒の温度が前記所定値以上のときには、排気通路内の排気流量を増大させる
請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関の排気通路には、ノズルベーンを備えた可変容量型の過給機が設けられており、燃料カット中の前記ＮＯｘ浄化触媒の温度が前記所定値以上のときには、前記ノズルベーンの開度が増大補正される
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関の吸気通路には、吸入空気量を調量する絞り弁が設けられており、燃料カット中の前記ＮＯｘ浄化触媒の温度が前記所定値以上のときには、前記絞り弁の開度が増大補正される
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ＮＯｘ浄化触媒の温度の近似値として、同ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の温度を利用する
請求項２〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。