JP2013253540A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、排気浄化用触媒へ流入する排気の温度を上昇させることにより、該排気浄化用触媒の温度を目標温度まで昇温させる内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気の温度上昇量を必要最小限に抑えつつ、排気浄化用触媒を目標温度まで昇温させることができる技術の提供を課題とする。
【解決手段】本発明の内燃機関の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路にされた排気浄化用触媒と、前記排気浄化用触媒へ流入する排気の温度を上昇させることにより該排気浄化用触媒を昇温させる昇温手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化用触媒の劣化度合いと排気浄化用触媒より上流に配置される部品の熱容量とに基づいて、排気の温度上昇量を補正するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関し、特に内燃機関の排気通路に配置される排気浄化用触媒を昇温させる技術に関する。

従来、内燃機関を搭載した車両においては、ＮＯ_Ｘ触媒等の排気浄化用触媒を収容した触媒ケーシングが内燃機関の排気通路に配置されている。排気浄化用触媒は活性温度以上のときに浄化能力を発揮するため、内燃機関が冷間始動された場合等は排気浄化用触媒を早期に昇温させる必要がある。

排気浄化用触媒を昇温させる技術としては、触媒ケーシングへ流入する排気の温度を上昇させることにより、排気浄化用触媒を昇温させる技術が知られている。また、排気浄化用触媒の昇温速度は、該排気浄化用触媒の劣化度合いに応じて変化する。そのため、排気浄化用触媒の劣化度合いに応じて、排気温度の上昇量を補正する技術も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−０５７８５１号公報 特開２００４−２４５１３３号公報

ところで、排気浄化用触媒を所望の目標温度まで昇温させる際に必要となる排気温度の上昇量（要求上昇量）は、排気浄化用触媒の劣化度合いのみならず、種々の要因によって変化する可能性がある。例えば、排気浄化用触媒より上流に配置される部品（排気通路、酸化触媒、又はパティキュレートフィルタ等）の熱容量等によって、排気温度の要求上昇量が変化する。前記部品の熱容量は、該部品に付着する排気成分（例えば、煤等のＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ））の量によって変化する。

従って、前記部品の熱容量を考慮せずに排気浄化用触媒を昇温させようとすると、排気温度の上昇量が不足する事態や、排気温度の上昇量が過剰に多くなる事態を招く可能性がある。特に、内燃機関の運転状態が不規則に変化する場合に、前記部品の熱容量等が考慮されていないと、如何様な運転状態にも対応できるような過剰な昇温を行う必要があるため、昇温処理に起因した燃料消費量の大幅な増加を招く可能性がある。

本発明は、上記したような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に配置された排気浄化用触媒と、排気浄化用触媒へ流入する排気の温度を上昇させることにより該排気浄化用触媒を昇温させる昇温手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気温度の上昇量を少なく抑えつつ、排気浄化用触媒を目標温度まで昇温させることができる技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の排気通路にされた排気浄化用触媒と、前記排気浄化用触媒へ流入する排気の温度を上昇させることにより該排気浄化用触媒を昇温させる昇温手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化用触媒の劣化度合いと、排気浄化用触媒より上流に配置される部品の熱容量と、に基づいて
、排気温度の上昇量を補正するようにした。

ここで、排気浄化用触媒の劣化度合いが大きい場合は小さい場合に比べ、排気浄化用触媒の浄化能力が活性する温度が高くなる可能性がある。その結果、排気浄化用触媒の劣化度合いが大きい場合は小さい場合に比べ、排気温度の上昇量を多くする必要がある。

また、排気浄化用触媒より上流に配置される部品の熱容量は、該部品に付着する排気成分の量が少ない場合より多い場合に大きくなる。前記部品の熱容量が大きい場合は小さい場合に比べ、排気から前記部品へ伝達される熱量が多くなる。そのため、前記部品の熱容量が大きい場合は小さい場合に比べ、排気浄化用触媒へ流入する際の排気の温度が低くなる。よって、前記部品の熱容量が大きい場合は小さい場合に比べ、排気温度の上昇量を多くする必要がある。

上記したような要件に対し、排気浄化用触媒の劣化度合いと前記部品の熱容量とに基づいて、排気温度の上昇量が補正されると、排気温度の上昇量が排気浄化用触媒を目標温度まで昇温させるのに適した量となる。つまり、排気温度の上昇量は、排気浄化用触媒を目標温度まで昇温させるために必要な最小限の量になる。その結果、排気浄化用触媒の温度が目標温度まで到達しなくなったり、或いは排気浄化装置の温度が目標温度より過剰に高くなったりする事態を回避することができる。

詳細には、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置される排気浄化用触媒と、
前記排気浄化用触媒へ流入する排気の温度を所定量上昇させることにより、該排気浄化用触媒の温度を昇温させる昇温手段と、
前記所定量を補正する補正手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記補正手段は、前記排気浄化用触媒の劣化度合いに応じた第一補正量と前記排気浄化用触媒より上流に配置される部品の熱容量に応じた第二補正量により、前記所定量を補正するようにした。

ここでいう「所定量」は、排気浄化用触媒が劣化しておらず、且つ前記部品の熱容量が新品時の熱容量と同等（例えば、前記部品に排気成分が付着していない）のときに、前記排気浄化用触媒を所望の目標温度まで昇温させるのに必要な排気温度の上昇量である。

本発明の内燃機関の排気浄化システムによれば、排気浄化用触媒が劣化した場合に加え、前記部品の熱容量が変化した場合において、排気浄化用触媒を目標温度まで昇温させる際に必要となる排気温度の上昇量が正確に求められる。そのため、内燃機関の冷間始動後に排気浄化用触媒を活性温度まで昇温させる場合等において、内燃機関の運転状態がランダムに変化しても、排気温度の上昇量を必要最小限に抑えることが可能になる。その結果、昇温処理に伴う燃料消費量の増加を必要最小限に抑えることが可能になる。

ところで、前記第一補正量を求めるときに、前記部品の熱容量が新品時の熱容量と異なると、前記第一補正量を正確に求めることが困難になる。前記部品の熱容量は該部品に付着している排気成分の量に応じて変化するため、前記部品に排気成分が付着していないときに前記第一補正量が求められることが望ましい。

前記部品に付着した排気成分は、排気の流量が一定量以上となる状態が所定時間以上継続されたときに、前記部品から脱離する。また、前記部品がパティキュレートフィルタを含む場合は、該パティキュレートフィルタの捕集物を酸化させるための再生処理が行われたときに、酸化及び除去される。よって、排気の流量が一定量以上となる状態が所定時間
以上継続されたとき、又は前記部品に含まれるパティキュレートフィルタの再生処理が行われたときに、前記第一補正量を特定する処理が行われてもよい。このような方法によれば、前記部品に付着している排気成分の量の影響を受けることなく、排気浄化用触媒の劣化度合いに適応した第一補正量を求めること可能になる。

ここで、前記排気浄化用触媒が排気中の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を浄化するＮＯ_Ｘ触媒である場合は、前記補正手段は、昇温手段によりＮＯ_Ｘ触媒へ流入する排気の温度（すなわち、ＮＯ_Ｘ触媒の温度）を変化させるとともに、ＮＯ_Ｘ触媒の温度変化量に対するＮＯ_Ｘ浄化率（ＮＯ_Ｘ触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量に対してＮＯ_Ｘ触媒で浄化されるＮＯ_Ｘの量の割合）の変化量をパラメータとして、前記第一補正量を演算してもよい。例えば、補正手段は、ＮＯ_Ｘ触媒の温度変化量に対するＮＯ_Ｘ浄化率の変化量からＮＯ_Ｘ触媒のＮＯ_Ｘ浄化能力が活性する温度を求め、その活性温度と新品時の活性温度との差に基づいて第一補正量を求めてもよい。ここでいう「活性温度」は、例えば、昇温処理によってＮＯ_Ｘ触媒を活性させるときに、目標となるＮＯ_Ｘ浄化率を達成し得る温度である。

なお、昇温手段として、ＮＯ_Ｘ触媒より上流に配置される酸化触媒と該酸化触媒へ未燃燃料を供給する供給装置が用いられる場合は、酸化触媒から流出する一酸化窒素（ＮＯ）の量と酸化触媒から流出する二酸化窒素（ＮＯ_２）との比率（以下、「ＮＯ_２／ＮＯ比率」と称する）に応じて、前記ＮＯ_Ｘ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が変化する。前記ＮＯ_２／ＮＯ比率は、酸化触媒の劣化度合いに応じて変化する。例えば、前記酸化触媒の劣化度合いが大きい場合は小さい場合に比べ、酸化触媒において生成されるＮＯ_２の量が減少するため、前記ＮＯ_２／ＮＯ比率が小さくなる。前記ＮＯ_２／ＮＯ比率が小さい場合は大きい場合に比べ、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が小さくなる。従って、前記第一補正量は、ＮＯ_Ｘ触媒の劣化度合いに加え、酸化触媒の劣化度合いも考慮して決定されることが望ましい。

これに対し、ＮＯ_Ｘ触媒の温度変化量に対するＮＯ_Ｘ浄化率の変化量に基づいて求められる第一補正量は、ＮＯ_Ｘ触媒の劣化度合いに応じた補正分と酸化触媒の劣化度合いに応じた補正分を含むものとなる。そのため、昇温手段として酸化触媒と供給装置が用いられる場合、言い換えると、ＮＯ_Ｘ触媒の上流に酸化触媒が配置される場合は、酸化触媒の劣化度合いとＮＯ_Ｘ触媒の劣化度合いに適応した第一補正量を求めることが可能になる。

次に、補正手段は、昇温手段が排気温度を一定量高める処理を実行したときの排気浄化用触媒の温度変化量から第二補正量を求めてもよい。前記部品の熱容量が大きいとき（前記部品に付着している排気成分の量が多いとき）に昇温手段によって排気温度を一定量高める処理が実行されると、排気浄化用触媒の温度変化量は前記一定量より少なくなるとともに、それらの差は前記部品の熱容量が大きくなるほど（前記部品に付着している排気成分の量が多くなるほど）大きくなる。このように、昇温手段が排気温度を一定量高める処理を実行したときの排気浄化用触媒の温度変化量は、前記部品の熱容量（前記部品に付着している排気成分の量）と相関する。従って、上記した方法によれば、前記部品の熱容量に適した第二補正量を求めることができる。

本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置される排気浄化用触媒と、排気浄化用触媒へ流入する排気の温度を上昇させることにより該排気浄化用触媒を昇温させる昇温手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気温度の上昇量を必要最小限に抑えつつ、排気浄化用触媒を目標温度まで昇温させることができる。

本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔと浄化率（ＮＯ_Ｘ浄化率）Ｅｎｏｘとの関係を示す図である。 前段部品に付着している排気成分の量と前段部品の熱容量との関係を示す図である。 第一補正量及び第二補正量を求める際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。 選択還元型触媒の実際の目標活性温度を特定する方法を示す図である。 一定量の未燃燃料が供給される前後における選択還元型触媒の温度を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、希薄燃焼運転可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。

内燃機関１には、吸気通路２と排気通路３が接続されている。吸気通路２は、大気中から取り込まれた新気（空気）を内燃機関１の気筒へ導く通路である。排気通路３は、内燃機関１の気筒内から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。

吸気通路２の途中には、スロットル弁４が配置されている。スロットル弁４は、吸気通路２の通路断面積を変更することにより、内燃機関１の気筒内に吸入される空気量を調整する弁機構である。なお、スロットル弁４は、弁体と該弁体を開閉駆動するための電動機とを備え、電動機は後述するＥＣＵ１１によって制御される。

排気通路３の途中には、第一触媒ケーシング５と第二触媒ケーシング６が上流側から直列に配置されている。第一触媒ケーシング５は、筒状のケーシング内に酸化触媒とパティキュレートフィルタを内装している。その際、酸化触媒は、パティキュレートフィルタの上流に配置される触媒担体に担持されてもよく、或いはパティキュレートフィルタに担持されてもよい。

また、第二触媒ケーシング６は、筒状のケーシング内に、選択還元型触媒が担持された触媒担体を収容したものである。触媒担体は、例えば、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の活性成分（担体）をコーティングしたものである。このように構成された触媒担体には、酸化能を有する貴金属触媒（例えば、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等）が担持されている。なお、第二触媒ケーシング６に収容される選択還元型触媒は、本発明に係わる排気浄化用触媒に相当する。

第二触媒ケーシング６の内部において、選択還元型触媒より下流には酸化触媒を担持した触媒担体が配置されるようにしてもよい。その場合の酸化触媒は、後述する還元剤添加弁７から選択還元型触媒へ供給される還元剤のうち、選択還元型触媒をすり抜けた還元剤を酸化するための触媒である。

第一触媒ケーシング５と第二触媒ケーシング６との間の排気通路３には、ＮＨ_３又はＮＨ_３の前駆体である還元剤を排気中へ添加（噴射）するための還元剤添加弁７が取り付けられている。還元剤添加弁７は、ニードルの移動により開閉される噴孔を有する弁装置である。還元剤添加弁７は、ポンプ７０を介して還元剤タンク７１に接続されている。ポン
プ７０は、還元剤タンク７１に貯留されている還元剤を吸引するとともに、吸引された還元剤を還元剤添加弁７へ圧送する。還元剤添加弁７は、ポンプ７０から圧送されてくる還元剤を排気通路３内へ噴射する。なお、還元剤添加弁７の開閉タイミングやポンプ７０の吐出圧力は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１によって電気的に制御されるようになっている。

ここで、還元剤タンク７１に貯留される還元剤としては、尿素やカルバミン酸アンモニウム等の水溶液や、ＮＨ_３ガスを用いることができる。本実施例では、還元剤として、尿素水溶液を用いる例について述べる。

還元剤添加弁７から尿素水溶液が噴射されると、該尿素水溶液が排気とともに第二触媒ケーシング６へ流入する。その際、尿素水溶液は、排気や第二触媒ケーシング６の熱を受けて熱分解又は加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、ＮＨ_３が生成される。このようにして生成されたＮＨ_３は、選択還元型触媒に吸着又は吸蔵される。選択還元型触媒に吸着又は吸蔵されたＮＨ_３は、排気中に含まれるＮＯ_Ｘと反応して窒素（Ｎ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）を生成する。つまり、ＮＨ_３は、ＮＯ_Ｘの還元剤として機能する。その際、選択還元型触媒の広い範囲においてＮＨ_３が均一に吸着されていると、選択還元型触媒におけるＮＯ_Ｘの浄化率を高めることができる。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１１が併設されている。ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ１１は、第一ＮＯ_Ｘセンサ８、第二ＮＯ_Ｘセンサ９、排気温度センサ１０、クランクポジションセンサ１２、アクセルポジションセンサ１３、及びエアフローメータ１４等の各種センサと電気的に接続されている。

第一ＮＯ_Ｘセンサ８は、第一触媒ケーシング５より下流、且つ第二触媒ケーシング６より上流の排気通路３に配置され、第二触媒ケーシング６へ流入する排気に含まれるＮＯ_Ｘの量（ＮＯｘ流入量）に相関する電気信号を出力する。第二ＮＯ_Ｘセンサ９は、第二触媒ケーシング６より下流の排気通路３に配置され、第二触媒ケーシング６から流出する排気に含まれるＮＯ_Ｘの量（ＮＯ_Ｘ流出量）に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ１０は、第二触媒ケーシング６より下流の排気通路３に配置され、第二触媒ケーシング６から流出する排気の温度と相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１２は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１３は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１４は、内燃機関１に吸入される空気量（吸入空気量）に相関する電気信号を出力する。

ＥＣＵ１１は、内燃機関１に取り付けられた各種機器（例えば、燃料噴射弁等）、スロットル弁４、還元剤添加弁７、及びポンプ７０等と電気的に接続されている。ＥＣＵ１１は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の各種機器、スロットル弁４、還元剤添加弁７、及びポンプ７０等を電気的に制御する。例えば、ＥＣＵ１１は、内燃機関１の燃料噴射制御や、還元剤添加弁７から間欠的に還元剤を噴射させる添加制御等の既知の制御に加え、第二触媒ケーシング６の選択還元型触媒が未活性状態にあるときに該選択還元型触媒を活性させるための昇温処理を実行する。以下、本実施例における昇温処理の実行方法について述べる。

内燃機関１が冷間始動されたときや、内燃機関１の低負荷運転状態が継続されたときは、選択還元型触媒の温度が目標活性温度より低くなる可能性がある。そのような場合は、選択還元型触媒の温度を速やかに目標活性温度まで上昇させる必要がある。なお、ここでいう「目標活性温度」は、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が所望の値（目標ＮＯ_Ｘ浄化率
）と等しくなるときの選択還元型触媒の温度である。

そこで、ＥＣＵ１１は、選択還元型触媒の温度が目標活性温度より低いときに、第二触媒ケーシング６へ流入する排気の温度を上昇させるための処理（昇温処理）を実行する。昇温処理の実行方法としては、膨脹行程中又は排気行程中の気筒の燃料噴射弁から燃料を噴射（アフター噴射）させる方法、或いは酸化触媒より上流の排気通路３に燃料添加弁を配置して該燃料添加弁から排気中へ燃料を噴射させる方法等を用いることができる。これらの方法によれば、未燃燃料が酸化触媒によって酸化される際に酸化反応熱が発生し、その酸化反応熱によって第一触媒ケーシング５から流出する排気の温度（第二触媒ケーシング６へ流入する排気の温度）が上昇する。その結果、第二触媒ケーシング６の選択還元型触媒は、排気の熱を受けて昇温することになる。

昇温処理の実行時において目標とされる排気温度の上昇量は、酸化触媒へ供給される未燃燃料の量によって変化する。そのため、酸化触媒へ供給される未燃燃料の量は、選択還元型触媒を目標活性温度まで昇温させるのに適した量にされることが望ましい。

ところで、選択還元型触媒を目標活性温度まで昇温させる際に必要となる未燃燃料量は、選択還元型触媒の劣化度合いや、酸化触媒から選択還元型触媒へ至る排気の経路に配置される部品（例えば、パティキュレートフィルタ、及びパティキュレートフィルタから選択還元型触媒に至る排気通路３）に付着している排気成分（例えば、煤等のＰＭ）の量によって変化する。なお、以下では、酸化触媒から選択還元型触媒へ至る排気の経路に配置される部品を「前段部品」と称する。

前記選択還元型触媒の劣化度合いが大きいときは小さいときに比べ、該選択還元型触媒の目標活性温度が高くなる。ここで、選択還元型触媒の温度ＴｃａｔとＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘとの相関を図２に示す。図２中の実線は、選択還元型触媒が劣化していないとき（例えば、新品時）のＮＯ_Ｘ浄化率を示す。図２中の一点鎖線は、選択還元型触媒が劣化しているときのＮＯ_Ｘ浄化率を示す。

図２において、ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが増加し始める温度、言い換えると、第二触媒ケーシング６に収容される選択還元型触媒の一部が活性する温度（部分活性温度）Ｔｅ１は、選択還元型触媒が劣化していない場合より劣化している場合に高くなる。同様に、ＮＯ_Ｘ浄化率が略最大となる温度、すなわち、第二触媒ケーシング６に収容される選択還元型触媒の全体が活性する温度（完全活性温度）Ｔｅ２も、選択還元型触媒が劣化していない場合より劣化している場合に高くなる。これらの傾向は、選択還元型触媒の劣化度合いが小さい場合より大きい場合に顕著となる。

また、前段部品の熱容量は、該前段部品に付着している排気成分の量によって変化する。ここで、前段部品に付着している排気成分の量と該前段部品の熱容量との関係を図３に示す。図３において、前段部品に付着している排気成分の量が多い場合は少ない場合に比べ、前段部品の熱容量が大きくなる。前段部品の熱容量が大きい場合は小さい場合に比べ、排気から前段部品へ伝達される熱量が多くなる。その結果、前段部品の熱容量が大きい場合は小さい場合に比べ、第二触媒ケーシング６へ流入する排気の温度（以下、「流入排気温度」と称する）が低くなる。

図２、３に示したような特性を鑑みると、昇温処理において酸化触媒へ供給される未燃燃料の量は、予め選択還元型触媒の劣化や前段部品の熱容量の増加を見込んだ量に設定されてもよい。しかしながら、選択還元型触媒の劣化度合いが小さい場合や、前段部品の熱容量が小さい場合は、燃料消費量が不要に増加する虞がある。特に、内燃機関１の冷間始動後にアイドル運転状態や低負荷運転状態が継続された場合等は、昇温処理の実行時間が
長くなり易いため、燃料消費量が著しく増加する可能性がある。

そこで、本実施例においては、選択還元型触媒の劣化度合いに応じた第一補正量と前段部品の熱容量に応じた第二補正量とを使用して、酸化触媒へ供給される未燃燃料の量を補正するようにした。以下、第一補正量と第二補正量を求める手順について図４に沿って説明する。図４は、第一補正量及び第二補正量を求める際にＥＣＵ１１が実行する処理ルーチンである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ１１のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ１１によって周期的に実行される。

図４の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１１は、先ずＳ１０１において、フィルタ再生処理の終了時であるか否かを判別する。ここでいう「フィルタ再生処理」は、第一触媒ケーシング５に収容されているパティキュレートフィルタを昇温させることにより、該パティキュレートフィルタの捕集物（ＰＭ）を酸化及び除去する処理である。

フィルタ再生処理が実行されたときは、パティキュレートフィルタを含む前段部品の温度がＰＭの酸化可能な温度域まで高められる。その場合、前段部品に付着している排気成分は、パティキュレートフィルタの捕集物と同様に酸化及び除去される。その結果、前段部品は、排気成分が付着していない状態となる。従って、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、前段部品の熱容量は、該前段部品に排気成分が付着していないとき（新品時）の熱容量と略同等になる。

前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、Ｓ１０２乃至Ｓ１０８において第一補正量が演算されることになる。すなわち、前段部品の熱容量の影響を受けない条件下において、第一補正量が求められることになる。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１１は、選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔが下限値Ｔｅｌｍｔ以上であるか否かを判別する。前記下限値Ｔｅｌｍｔは、選択還元型触媒が劣化している場合であっても該選択還元型触媒の少なくとも一部が活性し得る温度であり、予め実験等を利用した適合処理によって求められた値である。なお、選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔとしては、排気温度センサ１０の出力信号を用いるものとする。Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１１は、Ｓ１０３の処理へ進む。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１１は、還元剤添加処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ１１は、還元剤添加弁７から目標添加量の尿素水溶液水を添加させるべく、還元剤添加弁７を制御する。ここでいう「目標添加量」は、選択還元型触媒に吸着されるＮＨ_３の量が既定の目標吸着量Ａｎｈ３ｔｒｇとなるように定められた量である。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１１は、選択還元型触媒に実際に吸着されたＮＨ_３の量（実ＮＨ_３吸着量）Ａｎｈ３を演算する。詳細には、ＥＣＵ１１は、先ず選択還元型触媒の温度を該選択還元型触媒からＮＨ_３が脱離する温度（ＮＨ_３脱離温度）まで昇温させる。例えば、ＥＣＵ１１は、燃料噴射弁からアフター噴射させることにより、第二触媒ケーシング６へ流入する排気の温度を上昇させる。その際のアフター噴射量は、前段部品の熱容量が大きい場合においても選択還元型触媒の温度がＮＨ_３脱離温度以上まで昇温し得る量であり、予め実験等を利用した適合処理によって求められた量である。

続いて、ＥＣＵ１１は、選択還元型触媒から脱離したＮＨ_３の総量を演算する。その際、ＥＣＵ１１は、第二ＮＯ_Ｘセンサ９の出力信号を用いてＮＨ_３脱離量を演算する。第二ＮＯ_Ｘセンサ９は、排気中に含まれるＮＯ_Ｘに加え、ＮＨ_３にも反応する。ただし、選択還元型触媒をＮＨ_３脱離温度まで昇温させるためにアフター噴射が実施されているときは、排気の空燃比が理論空燃比以下になるため、内燃機関１から排出されたＮＯ_Ｘは酸化触
媒及び選択還元型触媒において浄化される。よって、選択還元型触媒の温度がＮＨ_３脱離温度以上であるときの第二ＮＯ_Ｘセンサ９の出力信号を積算することにより、選択還元型触媒から脱離したＮＨ_３の総量、言い換えれば選択還元型触媒の実ＮＨ_３吸着量Ａｎｈ３を算出することができる。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ１１は、前記Ｓ１０４において算出された実ＮＨ_３吸着量Ａｎｈ３と前記目標吸着量Ａｎｈ３ｔｒｇとの差の絶対値が許容値αより大きいか否かを判別する。前記許容値αは、例えば、実ＮＨ_３吸着量Ａｎｈ３の演算誤差に基づいて決定される値である。

選択還元型触媒のＮＨ_３吸着性能が劣化していたり、或いは還元剤添加弁７の噴射特性が経時変化していたりすると、実ＮＨ_３吸着量Ａｎｈ３と目標吸着量Ａｎｈ３ｔｒｇとの差の絶対値が許容値αより大きくなる。よって、Ｓ１０５において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１１は、Ｓ１０６へ進み、前記目標添加量の補正処理を実行する。その際、ＥＣＵ１１は、実ＮＨ_３吸着量Ａｎｈ３と目標吸着量Ａｎｈ３ｔｒｇとの差をパラメータとして前記目標添加量を補正する。このような手順によって目標添加量が補正されると、次回以降の尿素水溶液の添加処理が実施されたときに、実ＮＨ_３吸着量Ａｎｈ３と目標吸着量Ａｎｈ３ｔｒｇとの差の絶対値を前記許容値α以下に抑えることができる。なお、前記Ｓ１０５において否定判定された場合は、ＥＣＵ１１は、Ｓ１０６の処理をスキップしてＳ１０７の処理へ進む。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ１１は、還元剤添加処理を再度実行する。その際、Ｓ１０６において目標添加量が補正されていれば、ＥＣＵ１１は、補正後の目標添加量に従って還元剤添加処理を実行する。その結果、選択還元型触媒の実ＮＨ_３吸着量Ａｎｈ３は、前記目標吸着量Ａｎｈ３ｔｒｇと略同等になる。すなわち、実ＮＨ_３吸着量Ａｎｈ３と目標吸着量Ａｎｈ３ｔｒｇとの差は、前記許容値α以下となる。

Ｓ１０８では、ＥＣＵ１１は、第一補正量の演算処理を実行する。詳細には、ＥＣＵ１１は、選択還元型触媒の実際の目標活性温度を特定し、特定された目標活性温度と選択還元型触媒が劣化していない場合の目標活性温度との差から第一補正量を演算する。

ここで、選択還元型触媒の実際の目標活性温度を特定する方法について図５に基づいて説明する。図５は、選択還元型触媒の温度ＴｃａｔとＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘとの関係を示す図である。図５中の実線は選択還元型触媒が劣化していないとき（新品時）のＮＯ_Ｘ浄化率を示し、図５中の一点鎖線は選択還元型触媒が劣化しているときのＮＯ_Ｘ浄化率を示す。また、図５中のＴｅ２ｂａｓｅは選択還元型触媒が劣化していないときの目標活性温度を示し、図５中のＥｎｏｘｔｒｇは昇温処理実行時の目標ＮＯ_Ｘ浄化率を示す。

図５に示すように、ＥＣＵ１１は、選択還元型触媒の温度ＴｃａｔをＴｃａｔ０１からＴｃａｔ０５へ段階的に上昇させる。なお、図５に示す例では、選択還元型触媒の温度が５段階に上昇させられているが、５段階未満、若しくは５段階以上であってもよい。また、選択還元型触媒の温度は、無段階に上昇されてもよい。

ＥＣＵ１１は、図５中の白丸で示すように、各温度Ｔｃａｔ０１、Ｔｃａｔ０２、Ｔｃａｔ０３、Ｔｃａｔ０４、Ｔｃａｔ０５におけるＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘを演算する。ここで、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘは、以下の式に従って演算される。
Ｅｎｏｘ＝（Ａｎｏｘｉｎ−Ａｎｏｘｏｕｔ）／Ａｎｏｘｉｎ

上記の式中のＡｎｏｘｉｎは、選択還元型触媒へ流入するＮＯ_Ｘ量（ＮＯｘ流入量）を示すパラメータであり、第一ＮＯ_Ｘセンサ８の出力信号値が代入される。上記式中のＡｎ
ｏｘｏｕｔは、選択還元型触媒から流出するＮＯ_Ｘ量（ＮＯｘ流出量）を示すパラメータであり、第二ＮＯ_Ｘセンサ９の出力信号値が代入される。

ＥＣＵ１１は、上記の方法により算出された複数のＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘと目標ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘｔｒｇとを比較することにより、ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが前記目標ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘｔｒｇと等しくなる温度（実際の目標活性温度）を判別する。図５に示す例では、選択還元型触媒の温度がＴｃａｔ０５であるときのＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが目標ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘｔｒｇと等しいため、Ｔｃａｔ０５が実際の目標活性温度と判定される。

なお、図５に示す例では、目標ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘｔｒｇは、第二触媒ケーシング６に収容される選択還元型触媒の全体が活性するときのＮＯ_Ｘ浄化率に設定されているが、第二触媒ケーシング６に収容される選択還元型触媒の一部が活性するときのＮＯ_Ｘ浄化率であってもよく、或いは選択還元型触媒が部分活性したときのＮＯ_Ｘ浄化率と完全活性したときのＮＯ_Ｘ浄化率との間のＮＯ_Ｘ浄化率であってもよい。

ＥＣＵ１１は、選択還元型触媒が劣化していないときの目標活性温度Ｔｅ２ｂａｓｅと実際の目標活性温度Ｔｃａｔ０５との差（Ｔｃａｔ０５−Ｔｅ２ｂａｓｅ）をパラメータとして第一補正量を演算する。その際、選択還元型触媒が劣化していないときの目標活性温度Ｔｅ２ｂａｓｅに対して実際の目標活性温度Ｔｃａｔ０５が高くなるほど、昇温処理実行時に酸化触媒へ供給される未燃燃料量が多くなるように、第一補正量が定められるものとする。

前記Ｓ１０２乃至前記Ｓ１０８に示すような手順によれば、前段部品の熱容量が新品時の熱容量と略同等であり、且つ選択還元型触媒の実ＮＨ_３吸着量Ａｎｈ３が目標吸着量Ａｎｈ３ｔｒｇと略同等であるときに、第一補正量が特定（演算）されることになる。そのため、前段部品に付着している排気成分の量や選択還元型触媒の実ＮＨ_３吸着量の影響を受けることなく、選択還元型触媒の劣化度合いに適合した第一補正量を算出することが可能になる。

ところで、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率は、選択還元型触媒の実ＮＨ_３吸着量や劣化度合いに加え、排気中のＮＯ_２／ＮＯ比率（酸化触媒から流出するＮＯの量と酸化触媒から流出するＮＯ_２の量の比率）によっても変化する。前記ＮＯ_２／ＮＯ比率は、酸化触媒の劣化度合いに応じて変化する。例えば、酸化触媒の劣化度合いが大きい場合は小さい場合に比べ、前記ＮＯ_２／ＮＯ比率が小さくなる。前記ＮＯ_２／ＮＯ比率が小さい場合は大きい場合に比べ、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が小さくなる。よって、前記第一補正量は、ＮＯ_Ｘ触媒の劣化度合いに加え、酸化触媒の劣化度合いも考慮して決定されることが望ましい。

これに対し、前記Ｓ１０１乃至前記Ｓ１０８に示すような手順に従って求められる第一補正量は、ＮＯ_Ｘ触媒の劣化度合いに応じた補正分と酸化触媒の劣化度合いに応じた補正分を含むものとなる。そのため、酸化触媒と選択還元型触媒の少なくとも一方が劣化している場合であっても、その劣化度合いに適合した第一補正量を求めることが可能である。

ここで図４の処理ルーチンに戻り、ＥＣＵ１１は、前記Ｓ１０８の処理を実行した後、又は前記Ｓ１０１において否定判定された場合に、Ｓ１０９の処理へ進む。Ｓ１０９では、ＥＣＵ１１は、第二補正量の演算処理を実行する。詳細には、ＥＣＵ１１は、酸化触媒に対して一定量の未燃燃料を供給したときの選択還元型触媒の実際の温度上昇量を特定し、実際の温度上昇量と前段部品の新品時における温度上昇量との差から第二補正量を演算する。

ここで、選択還元型触媒の実際の温度上昇量を特定する方法について図６に基づいて説明する。図６は、一定量の未燃燃料が供給される前後における選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔを示すタイミングチャートである。図６中の実線は選択還元型触媒の実際の温度変化を示し、図６中の一点鎖線は前段部品の新品時における選択還元型触媒の温度変化を示す。

図６に示すように、ＥＣＵ１１は、一定量の未燃燃料を酸化触媒へ供給する直前における選択還元型触媒の温度と一定量の未燃燃料が酸化触媒へ供給された後における選択還元型触媒の最高温度との差（実際の温度上昇量）ΔＴｃａｔを演算する。すなわち、ＥＣＵ１１は、未燃燃料の供給後における選択還元型触媒の最高温度から未燃燃料の供給直前における選択還元型触媒の温度を減算することより、実際の温度上昇量ΔＴｃａｔを算出する。続いて、ＥＣＵ１１は、前段部品が新品状態にあるときの温度上昇量ΔＴｃａｔ０と前記した実際の温度上昇量ΔＴｃａｔとの差をパラメータとして、第二補正量を演算する。その際、新品時の温度上昇量ΔＴｃａｔ０に対して実際の温度上昇量ΔＴｃａｔが小さくなるほど、昇温処理の実行時に酸化触媒へ供給される未燃燃料量が多くなるように、第二補正量が定められるものとする。

このような手順によりＳ１０９の処理が実行されると、前段部品の熱容量に適合した第二補正量を求めることができる。言い換えれば、前段部品に付着している排気成分の量に適合した第二補正量を求めることができる。

したがって、ＥＣＵ１１が図４の処理ルーチンを実行することにより、選択還元型触媒の劣化度合い及び酸化触媒の劣化度合いに適合した第一補正量を求めることができるとともに、前段部品の熱容量（前段部品に付着している排気成分の量）に適合した第二補正量を求めることができる。

ここで、第一補正量及び第二補正量を使用して、昇温処理実行時に酸化触媒へ供給される未燃燃料量を補正する例について述べる。ＥＣＵ１１は、選択還元型触媒の温度（排気温度センサ１０の出力信号）が目標活性温度より低いとき（選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率より低いとき）に、選択還元型触媒の実際の温度と目標活性温度との温度差、及び排気の流量（エアフローメータ１４の出力信号）をパラメータとして、酸化触媒へ供給すべき未燃燃料量（以下、「基準未燃燃料量」と称する）を演算する。ここでいう「基準未燃燃料量」は、選択還元型触媒及び酸化触媒が劣化しておらず、且つ前段部品に排気成分が付着していない場合において、選択還元型触媒を目標活性温度まで昇温させるのに必要となる未燃燃料量である。なお、前記温度差と排気流量と基準未燃燃料量との関係は、予めマップ化しておいてもよい。

ＥＣＵ１１は、前記基準未燃燃料量に第一補正量と第二補正量を乗算することにより、酸化触媒へ供給すべき未燃燃料量を算出する。このような方法により未燃燃料量が補正されると、選択還元型触媒を目標活性温度まで昇温させる際に必要となる未燃燃料の量を正確に求めることができる。そのため、選択還元型触媒の昇温処理に起因した燃料消費量の増加を最小限に抑えつつ、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を目標ＮＯ_Ｘ浄化率まで高めることが可能になる。

なお、本実施例では、フィルタ再生処理の終了時に第一補正量を求める例について述べたが、排気流量が一定量以上となる状態が所定時間以上継続されたときに第一補正量を求めてもよい。

第一触媒ケーシング５と第二触媒ケーシング６との間に配置される部品（例えば、排気
通路３）に付着している排気成分は、排気の流量が一定量以上となる状態が所定時間以上継続されたときに脱離する。また、第一触媒ケーシング５のパティキュレートフィルタに捕集されているＰＭの量は既知の種々の方法によって求めることができる。よって、排気の流量が一定量以上となる状態が所定時間以上継続されたときは、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量をパラメータとして、前段部品の熱容量を特定（演算）することが可能である。

そこで、ＥＣＵ１１は、前記Ｓ１０１の処理の代わりに、排気流量が一定量以上となる状態が所定時間以上継続されている否かを判別するための処理を実行し、該処理において肯定された場合に、前記Ｓ１０２乃至前記Ｓ１０８の処理を実行してもよい。

ところで、図４に示したような方法によって第一補正量及び第二補正量が求められる前に昇温処理が実行される場合も想定される。そのような場合に、基準未燃燃料量に基づいて昇温処理が実行されると、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率まで上昇しない可能性がある。つまり、選択還元型触媒と酸化触媒の少なくとも一方の劣化、およびまたは前段部品の熱容量の増加が発生しているときに、基準未燃燃料量に基づいて昇温処理が実行されると、選択還元型触媒の温度が目標活性温度に到達しなかったり、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率に到達しなかったりする可能性がある。

そこで、ＥＣＵ１１は、図４の説明で述べた方法とは異なる方法に従って、第一補正量及び第二補正量の暫定値を求めておくようにしてもよい。例えば、選択還元型触媒及び酸化触媒の劣化度合いは、選択還元型触媒及び酸化触媒が車両に搭載された時点からの総走行距離や選択還元型触媒及び酸化触媒が曝された排気温度の積算値等と相関する。よって、ＥＣＵ１１は、前記総走行距離や前記積算値をパラメータとして、第一補正量の暫定値を随時求めておくようにしてもよい。

また、前段部品に付着している排気成分の量は、内燃機関１から排出されるＰＭの積算量に相関する。内燃機関１から排出されるＰＭの量は、内燃機関１の運転状態（吸入空気量や燃料噴射量）に基づいて演算することができる。よって、ＥＣＵ１１は、内燃機関１から排出されるＰＭの積算量をパラメータとして、第二補正量の暫定値を随時求めておくようにしてもよい。

第一補正量及び第二補正量の暫定値が随時求められるになると、図４に示した方法によって第一補正量や第二補正量が求められる前に昇温処理が実行される場合に、前記暫定値を用いて基準未燃燃料量を補正することができる。その結果、選択還元型触媒の温度が目標活性温度から大幅に乖離する事態や、不要な燃料消費量の大幅な増加を抑えることができる。

なお、第一補正量の暫定値は、図４の方法によって第一補正量が算出されたときに、該第一補正量と同等の値に修正されてもよい。その場合、第一補正量の暫定値が適正値から大幅に乖離しにくくなる。また、第二補正量の暫定値は、フィルタ再生処理の終了時や排気流量が一定量以上となる状態が所定時間以上継続されたときにリセットされてもよい。その場合、第二補正量の暫定値が適正値から大幅に乖離しにくくなる。従って、第一補正量及び第二補正量の暫定値が用いられた場合であっても、選択還元型触媒の昇温処理に起因した燃料消費量の増加を最小限に抑えつつ、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を目標ＮＯ_Ｘ浄化率の近傍まで高めることが可能になる。

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ スロットル弁
５ 第一触媒ケーシング
６ 第二触媒ケーシング
７ 還元剤添加弁
８ 第一ＮＯ_Ｘセンサ
９ 第二ＮＯ_Ｘセンサ
１０ 排気温度センサ
１１ ＥＣＵ
１２ クランクポジションセンサ
１３ アクセルポジションセンサ
１４ エアフローメータ
７０ ポンプ
７１ 還元剤タンク

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に配置される排気浄化用触媒と、
   前記排気浄化用触媒へ流入する排気の温度を所定量上昇させることにより、該排気浄化用触媒の温度を昇温させる昇温手段と、
   前記所定量を補正する補正手段と、
   を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、
   前記補正手段は、前記排気浄化用触媒の劣化度合いに応じた第一補正量と前記排気浄化用触媒より上流に配置される部品の熱容量に応じた第二補正量により、前記所定量を補正することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 請求項１において、前記補正手段は、排気の流量が一定量以上となる状態が所定時間以上継続されたときに、前記第一補正量を特定する処理を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
3. 請求項１又は２において、前記部品は、前記排気浄化用触媒より上流に配置されるパティキュレートフィルタを具備し、
   前記補正手段は、前記パティキュレートフィルタの捕集物を酸化させるための再生処理が実行されたときに、前記第一補正量を特定する処理を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
4. 請求項２又は３において、前記排気浄化用触媒は、排気中の窒素酸化物を浄化するＮＯ_Ｘ触媒であり、
   前記昇温手段は、前記排気浄化用触媒より上流に配置された酸化触媒と、該酸化触媒へ未燃燃料を供給する供給装置を具備し、
   前記第一補正量を特定する処理は、前記昇温手段により前記ＮＯ_Ｘ触媒の温度を変化させるとともに、その際の前記ＮＯ_Ｘ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率の変化量から前記第一補正量を演算する処理であることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
5. 請求項１乃至４の何れか１項において、前記補正手段は、前記昇温手段により排気温度を一定量増加させる処理が行われたときの前記排気浄化用触媒の温度変化量から前記第二補正量を演算することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。

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