JP2014101836A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＣＲとＥＧＲ装置を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＳＣＲの温度が高く、かつ、ＥＧＲガス量の増大が制限されているときに、大気中へ排出されるＮＯｘの増加を抑制する。
【解決手段】ＳＣＲの温度が排気内の窒素酸化物を還元するための所定範囲を超えるとき、または、内燃機関の運転状態に基づいてＳＣＲの温度がこの所定範囲を超えると予測されるときであって、ＥＧＲ装置による窒素酸化物の低減が制限されるときに、ＳＣＲの温度を低下させる制御を行うようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関し、特に選択還元型触媒とＥＧＲ装置を備えた排気浄化システムに関する。

従来、内燃機関の排気通路に選択還元型触媒（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を設け、排気内の窒素酸化物（ＮＯｘ）をアンモニア（ＮＨ_３）等の還元剤を用いて窒素（Ｎ_２）に還元することによって浄化する技術が知られている。また、排気通路から吸気通路へ排気の一部をＥＧＲガスとして供給する（還流させる）ＥＧＲ装置を設け、燃料の燃焼時に生成されるＮＯｘ量を低減させる技術も知られている。そして、双方を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、低負荷運転時、暖機運転時やＳＣＲによる浄化が効果的でないときに、ＥＧＲ装置によってＮＯｘ量を低減させる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。また、ＥＧＲ装置によってＳＣＲに流入するＮＯｘ量を調節する技術も知られている（例えば、特許文献２、３を参照）。

特開２００２−５１２６６６号公報 特開２００９−５４４８８３号公報 特開２００６−２７４８４４号公報 特開２００６−２９２３９号公報

ところで、ＳＣＲは、該ＳＣＲの温度が凡そ４００℃以上に上昇すると、還元剤を吸着（または吸蔵）する能力が低下する傾向にある。つまり、当該温度域においては、ＳＣＲのＮＯｘの浄化能（還元能）も低下する傾向にあるため、未浄化のＮＯｘ量が増加する可能性がある。ここで、ＥＧＲ装置も併せて備える内燃機関であれば、吸気通路に還流されるＥＧＲガス量を増大させて気筒内の燃焼温度を低下させることによって、ＮＯｘの発生を抑制させることが考えられる。しかしながら、内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタの粒子状物質の捕集量が多い場合等は、ＥＧＲガス量の増大が制限されるため、上述の方法でＮＯｘの発生を抑制させることは困難である。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＳＣＲの温度が高く、かつ、ＥＧＲガス量の増大が制限されているときに、大気中へ排出されるＮＯｘの増加を抑制することができる技術の提供にある。

上記した課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤により排気内の窒素酸化物を選択還元する選択還元型触媒と、
前記排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、
前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガス量を増大させることによって排気内の窒素酸化物を低減させる窒素酸化物低減手段と、
前記選択還元型触媒の温度が排気内の窒素酸化物を還元するための所定範囲を超えると
き、または、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記選択還元型触媒の温度が前記所定範囲を超えると予測されるときであって、前記窒素酸化物低減手段による窒素酸化物の低減が制限されるときに、前記選択還元型触媒の温度を低下させる制御を行う制御手段と、
を備えるようにした。

一般に、ＥＧＲ装置によって還流されるＥＧＲガス量を増大させると、混合気内のＥＧＲガス量が増大して燃焼温度が低くなるため、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と記す）の発生量が減少する。上述の「窒素酸化物低減手段」は、この方法を用いて排気内のＮＯｘを低減させる。そして、上述の「窒素酸化物低減手段による窒素酸化物の低減が制限されるとき」は、ＥＧＲ装置によってＥＧＲガス量を増大させてＮＯｘの発生を低減させることができないときを意味する。また、ＳＣＲの温度が、排気内のＮＯｘを還元するのに必要な量の還元剤（アンモニア等）を吸着または吸蔵（以下、単に「吸着」と記す）できる所定範囲内にある場合は、吸着された還元剤を用いて排気中のＮＯｘを還元させてＮ_２やＨ_２Ｏに転化させることができる。つまり、流入する排気内のＮＯｘを還元するためには、ＳＣＲの温度がこの所定範囲（以下、「ＮＯｘ浄化ウィンド」と記す）内にあることが必要である。

これに対し、内燃機関の高負荷運転が継続された場合等には、ＳＣＲの温度がＮＯｘ浄化ウィンドの上限温度を超える可能性がある。このときには、ＳＣＲに吸着される還元剤の量が必要量を下回るため、ＳＣＲのＮＯｘ浄化能が低下して未浄化のまま大気中へ排出されるＮＯｘの量が多くなる可能性がある。

ここで、ＳＣＲのＮＯｘ浄化能が低下したときであっても、窒素酸化物低減手段によってＥＧＲガス量を増大させれば、排気内のＮＯｘが低減されることによって大気中へ排出されるＮＯｘの増加を抑制することができる。しかしながら、内燃機関の構成や運転状態によっては、窒素酸化物低減手段による窒素酸化物の低減が制限される場合がある。この場合には、ＥＧＲガス量の増大によって排気内のＮＯｘ量を低減させることができない。

そこで、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、ＳＣＲの温度が排気内のＮＯｘを還元するための所定範囲（ＮＯｘ浄化ウィンド）を超えるとき、または、内燃機関の運転状態に基づいてＳＣＲの温度がこの所定範囲を超えると予測されるときであって、窒素酸化物低減手段によるＮＯｘの低減が制限されるときに、制御手段によってＳＣＲの温度を低下させるようにした。これにより、過昇温によるＳＣＲのＮＯｘ浄化能の低下を抑制して、大気中へ排出されるＮＯｘの増加を抑制することができる。なお、「予測されるとき」とは、ＳＣＲの温度がＮＯｘ浄化ウィンド内にあるものの、内燃機関が高負荷運転状態等にあるために、当該温度がさらに上昇してＮＯｘ浄化ウィンドを超えると予測されるときを意味している。つまり、本発明の排気浄化システムによれば、ＳＣＲの温度がＮＯｘ浄化ウィンド内にあるときから予めＳＣＲの温度を低下させる制御を行うことによって、大気中へ排出されるＮＯｘの増加を予防的に抑制することも可能になる。

なお、内燃機関がディーゼルエンジン等である場合には、内燃機関から排出されるカーボン等の粒子状物質（パティキュレート・マター。以下、「ＰＭ」と記す）を捕集するパティキュレートフィルタが排気通路に配置される場合がある。この場合には、上述の制御手段は、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの捕集量が所定量以上のときに、ＳＣＲの温度を低下させるようにしてもよい。ここで、ＥＧＲ装置によって還流されるＥＧＲガス量が増大すると、混合気の燃焼温度が低くなって燃焼によるＰＭの発生量が増大する傾向にあるため、パティキュレートフィルタに流入するＰＭ量が増大する可能性がある。つまり、パティキュレートフィルタに所定量以上のＰＭが捕集されているときは、捕集量の過度な増大を抑制するために、窒素酸化物低減手段によるＮＯｘの低減が制限されて、ＥＧＲガス量の増大が制限される。そこで、本発明の内燃機関の浄化システムによれば
、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの捕集量が所定量以上のときに、制御手段によってＳＣＲの温度を低下させる制御が行われる。これにより、ＰＭ捕集量の増大によるパティキュレートフィルタの目詰まりや、再生処理（捕集されているＰＭを酸化及び除去するための処理）の実行頻度が増加する事態を回避しながら、大気中へ排出されるＮＯｘの増加を抑制することができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化システムにおいて、上述の制御手段は、内燃機関の排気の温度がＳＣＲの温度より低いときは、ＳＣＲに流入する排気量を増大させてこのＳＣＲの温度を低下させてもよい。これにより、ＳＣＲの温度を効果的に低下させて、大気中へ排出されるＮＯｘの増加を抑制することができる。

本発明によれば、ＳＣＲとＥＧＲ装置を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＳＣＲの温度が高く、かつ、ＥＧＲガス量の増大が制限されているときに、大気中へ排出されるＮＯｘの増加を抑制することができる。

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。 ＳＣＲの温度とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。 本発明の実施例におけるＮＯｘ低減制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 ＥＧＲガス量とＮＯｘ発生量と排気温度との関係を示す図である。 燃料噴射時期と排気温度との関係を示す図である。

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。

［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例について説明する。図１は、本発明が適用され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、複数の気筒を有する自動車用の圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。なお、本発明を適用する内燃機関は、圧縮着火式の内燃機関に限られず、希薄燃焼運転される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は、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁１ａを備えている。また、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、吸気絞り弁（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ＥＣＵ１０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、ある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（ＳＣＲ）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、アルミナ系また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。さらに、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の内部において、ＳＣＲ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ＳＣＲへ供給される還元剤のうち、ＳＣＲをすり抜けた還元剤を酸化するためのものである。

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、アンモニア（ＮＨ_３）またはアンモニア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。

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、アンモニア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、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、尿素水溶液が排気や第二触媒ケーシング６の熱を受けて熱分解または加水分解される。尿素水溶液が熱分解または加水分解されると、アンモニアが生成される。このようにして生成されたアンモニアは、ＳＣＲに吸着（または吸蔵）される。ＳＣＲに吸着されたアンモニアは、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応して窒素（Ｎ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）を生成する。つまり、アンモニアは、ＮＯｘの還元剤として機能する。

また、内燃機関１は、吸気通路２と排気通路３を連通するＥＧＲ通路１００、及び該ＥＧＲ通路１００の通路断面積を変更するＥＧＲ弁１０１を含むＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ通路１００は、排気通路３を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路２のスロットル弁４より下流へ導く通路である。ＥＧＲ弁１０１は、前記ＥＧＲ通路１００の通路断面積を変更することにより、排気通路３から吸気通路２へ供給されるＥＧＲガス量を調整する弁機構である。なお、ＥＧＲ弁１０１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ＥＣＵ１０によって制御される。

また、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、該排気通路３内へ空気（２次エア）を供給する２次エア供給装置１５が設けられている。この２次エア供給装置１５も、後述するＥＣＵ１０によって制御される。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０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。ＥＣＵ１０は、第一排気温度センサ８、第二排気温度センサ９、クランクポジションセンサ１１、アクセルポジションセンサ１２、水温計１３、差圧センサ１４、第一ＮＯｘセンサ１
６、第二ＮＯｘセンサ１７等の各種センサと電気的に接続されている。

第一排気温度センサ８は、第一触媒ケーシング５より下流、か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、第一触媒ケーシング５から流出し、第二触媒ケーシング６に流入する排気の温度に相関する電気信号を出力する。第二排気温度センサ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から流出する排気の温度、つまり、第二触媒ケーシング６に収容されたＳＣＲの温度に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１１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１２は、内燃機関１が搭載される自動車の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。水温計１３は、内燃機関１の冷却水温度に相関する電気信号を出力する。また、差圧センサ１４は、排気通路３に配置されており、第一触媒ケーシング５の上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧に相関する電気信号を出力する。上述のように、第一触媒ケーシング５はパティキュレートフィルタを内装しているため、差圧センサ１４による出力値からパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量を求めることが可能になる。

また、第一ＮＯｘセンサ１６は、第一触媒ケーシング５より下流、か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に流入する排気内のＮＯｘ濃度に相関する電気信号を出力する。また、第二ＮＯｘセンサ１７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から流出する排気内のＮＯｘ濃度に相関する電気信号を出力する。上述のように、第二触媒ケーシング６はＳＣＲを内装しているため、第一ＮＯｘセンサ１６及び第二ＮＯｘセンサ１７による出力値から、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率（ＳＣＲへ流入するＮＯｘ量に対するＳＣＲで浄化されるＮＯｘ量の比率）を求めることが可能になる。

そして、ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁１ａ、スロットル弁４、還元剤添加弁７、２次エア供給装置１５、ポンプ７０、及びＥＧＲ弁１０１等の各種機器と電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１０は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、前記各種機器を電気的に制御する。例えば、ＥＣＵ１０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を実行する。また、ＥＣＵ１０は、第二触媒ケーシング６に収容されたＳＣＲの温度が高温域に達して、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率が低下したときには、ＳＣＲを通過して大気中へ排出されるＮＯｘの増大を抑制するＮＯｘ低減処理を実行する。以下、本実施例におけるＮＯｘ低減制御について詳述する。

まず、ＮＯｘ低減制御の実行時期について図２を用いて説明する。図２は、ＳＣＲの温度とＮＯｘ浄化率の関係を示すグラフであり、横軸は温度を示し、縦軸はＮＯｘ浄化率を示している。なお、図２に示されるＮＯｘ浄化率の下限値とは、ＳＣＲ内に流入するＮＯｘを還元するのに必要なＮＯｘ浄化率の所定値（最小値）であって、予め実験等によって求められる。つまり、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率が当該下限値未満のときには、大気中へ排出される未浄化のＮＯｘ量が多くなる可能性がある。

図２に示されるように、ＳＣＲの温度が第一温度Ｔｅ１より低いときは、ＮＯｘ浄化率が下限値より低くなる。これは、ＳＣＲの温度が低すぎるときには、触媒活性が低いために還元能力も低いからである。一方、ＳＣＲの温度が、より高温域にある第二温度Ｔｅ２より高いときも、ＮＯｘ浄化率が下限値より低くなっている。これは、高温域においてはＳＣＲの吸着可能なアンモニア量が徐々に低下し、ＳＣＲの温度が第二温度Ｔｅ２を超えると、ＳＣＲ内に流入するＮＯｘを還元するのに必要な量のアンモニアが吸着されなくなるためである。つまり、ＳＣＲは、第一温度Ｔｅ１から第二温度Ｔｅ２までの温度範囲（
ＮＯｘ浄化ウィンド）において有効なＮＯｘ浄化能力を発揮する。なお、前記第二温度Ｔｅ２は、ＳＣＲの担持量や容量等によって変化するが、凡そ４００℃程度である。

ところで、内燃機関１の高負荷運転状態が継続された場合等は、ＳＣＲの温度が第二温度Ｔｅ２より高くなる可能性がある。ＳＣＲの温度が第二温度Ｔｅ２より高くなると、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率が上述の下限値より低くなるために、未浄化で大気へ排出されるＮＯｘの量が多くなる可能性がある。ここで、ＥＧＲ装置によって吸気通路２に還流されるＥＧＲガス量を増大させると、混合気内のＥＧＲガス量が増大して燃焼温度が低くなるために、ＮＯｘの発生量が減少する。このようにして内燃機関１から排出されるＮＯｘを低減させることにより、大気へ排出されるＮＯｘの増加を抑制することが可能になる。

しかしながら、内燃機関１のように、排気通路３にＰＭを捕集するパティキュレートフィルタを有する内燃機関では、ＰＭの捕集量が所定量以上の場合には、ＥＧＲ装置によってＥＧＲガス量を増大させることが好ましくないときがある。これは、ＥＧＲガス量が増大すると、混合気の燃焼温度が低くなってＰＭが発生しやすくなるために、パティキュレートフィルタに流入するＰＭ量が増大する可能性があるからである。つまり、ＰＭの捕集量が所定量以上のときにＥＧＲガス量の増大が実行されると、ＮＯｘ発生量が低減されるものの、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量がさらに増大する。その結果、パティキュレートフィルタの目詰まりや、再生処理の実行頻度の増加等の事態が生じる虞がある。特に、再生処理が頻繁に実行される事態になると、パティキュレートフィルタが高熱に晒される頻度が増すために、寿命の点から好ましくない。そこで、このような事態を回避するために、本実施例においては、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの捕集量が所定量以上の場合には、ＥＧＲガス量の増大がＥＣＵ１０によって制限される。つまり、この制限中においては、過昇温によってＳＣＲのＮＯｘ浄化能が低下していても、ＥＧＲガス量の増大によるＮＯｘ低減は実行されない。

そこで、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲの温度が上述の第二温度Ｔｅ２を超えるときであって、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガス量の増大が制限されるときには、ＳＣＲの温度を低下させてＮＯｘ浄化率を上昇させる。これにより、ＳＣＲの浄化能が回復されるため、ＥＧＲガス量を増大させることなく、大気へ排出されるＮＯｘの増加を抑制することが可能になる。

次に、本実施例におけるＮＯｘの低減制御の実行手順について図３に沿って説明する。図３は、ＮＯｘ低減制御が実行される際にＥＣＵ１０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。図５の制御ルーチンは、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１０によって周期的に実行されるルーチンである。

制御ルーチンが開始されると、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０１の処理において、内燃機関１の運転状態、ＳＣＲの温度Ｔｓｃｒ、ＳＣＲに流入する排気の温度Ｔｅｘ及びパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量ΣＰＭを読み込む。内燃機関１の運転状態としては、機関回転数、水温、アクセル開度や燃料噴射量等である。これらの値は上述の各種センサ等からＥＣＵ１０へ出力される。ここで、ＳＣＲ温度Ｔｓｃｒとしては、第二排気温度センサ９の検出値を用いればよく、また、排気温度Ｔｅｘとしては、第一排気温度センサ８の検出値が用いればよい。また、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量ΣＰＭは、差圧センサ１４から出力される第二触媒ケーシング６の前後差圧と、排気通路３の排気流量を検出する不図示のエアフローメータの測定値等から演算される。

次に、Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０１で取得されたＳＣＲ温度Ｔｓｃｒが、ＮＯｘ浄化ウィンドの上限値である第二温度Ｔｅ２を超えているかを判定する。この処理において肯定判定された場合（Ｔｓｃｒ＞Ｔｅ２）は、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率が既に排気内のＮＯｘを浄化するのに必要な所定値（図２の下限値）を下回っていると考えられ
る。そこで、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ低減処理を実行すべくＳ１０３の処理に進む。一方、本処理において否定判定された場合は、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率が必要な所定値より低下していないことを意味するため、ＮＯｘ低減処理は不要と判断されて本ルーチンは終了する。

次に、Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０１の処理で取得されたパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量ΣＰＭが、所定の閾捕集量ΣＰＭｔｈ以上であるかが判定される。ここで、閾捕集量ΣＰＭｔｈは、予め実験等によって求められた量であって、パティキュレートフィルタの目詰まりや再生処理の実行頻度の増加を予防するために適当な量である。本処理において否定判定された場合は、ＰＭ量の増大が許容されるため、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５の処理へ進んでＥＧＲガス量を増大させる処理を実行する。上述のように、ＥＧＲガス量が増大されると、燃焼温度の低下によってＮＯｘの発生量が低下する。これにより、内燃機関１０から排出されるＮＯｘ量が低減されるため、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率が過昇温によって低下しているときであっても、大気に排出されるＮＯｘの増加を抑制することが可能になる。なお、この処理において増大されたＰＭがパティキュレートフィルタに捕集されても、パティキュレートフィルタに目詰まり等が発生することは回避される。そして、Ｓ１０５の処理が終了すると、本ルーチンは終了する。

これに対し、Ｓ１０３の処理において肯定判定された場合、つまり、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量ΣＰＭが閾捕集量ΣＰＭｔｈ以上である場合は、ＰＭ量の増大が制限されるために、ＥＧＲガス量の増大によるＮＯｘの低減は制限される。そこで、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲの温度を低下させてＮＯｘ浄化率を上昇させるべく、Ｓ１０４の処理へ進む。

Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１が燃料カット（燃料噴射弁１ａよる燃料噴射の停止）を実行しており、かつ、ＳＣＲに流入する排気の温度ＴｅｘがＳＣＲ温度Ｔｓｃｒ未満であるかを判定する。この処理において肯定判定が下される場合としては、例えば、内燃機関１が搭載される自動車の減速時が考えられる。肯定判定された場合は、ＳＣＲに流入する排気を用いてＳＣＲを冷却することができるため、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６の処理へ進んで、より効果的な冷却を実行するためにＳＣＲに流入する排気量を増大させる処理を行う。一方、本処理において否定判定された場合は、排気温度を低下させるためにＳ１０７の処理に進む。

Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ１０は、吸気通路２に配置されたスロットル弁４をできる限り開放する処理を行う。これにより、より多くの空気を各気筒内に流入させて、内燃機関１から排出される排気量を増大させることができる。また、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁１０１をできる限り閉塞する処理を行ってもよい。これにより、排気通路３から吸気通路１に還流されるＥＧＲガス量が低減されるため、より多くの排気をＳＣＲ内へ流入させることができる。なお、燃料カット中に内燃機関１から排出される排気は、実質的には空気であるためにＮＯｘ量が極めて低い。そのため、燃料カット中に排気量を増大させれば、ＳＣＲに流入するＮＯｘ量を増大させることなくＳＣＲを冷却することが可能になる。

以上のようにして、ＳＣＲに流入する排気量が増大されると、ＳＣＲが効果的に冷却されてＮＯｘ浄化率が上昇する。これにより、大気に排出されるＮＯｘの増加が抑制される。なお、ＳＣＲに流入する空気の流量を増大させる方法としては、第二触媒ケーシング６の上流側に配置された２次エア供給装置１５を用いてもよい。この方法においても、ＳＣＲに低温の空気を供給することができるため、効果的にＳＣＲを冷却することができる。そして、Ｓ１０６の処理が終了すると、本ルーチンは終了する。

一方、Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ１０は、排気温度Ｔｅｘを低下させる処理を行う。
つまり、上述のＳ１０４の処理において、排気温度ＴｅｘがＳＣＲ温度Ｔｓｃｒより高いと判定されているため、ＳＣＲを冷却させるためには、排気温度ＴｅｘをＳＣＲ温度Ｔｓｃｒ未満にする必要がある。そこで、ＥＣＵ１０は、本処理において、ＥＧＲガス量の減量や燃料噴射時期の進角化を実行して排気温度Ｔｅｘを低下させる。以下、これらの処理について図面を用いて説明する。

図４は、吸気通路に還流されるＥＧＲガス量を減少させた場合における、排気温度[℃]とＮＯｘ発生量（内燃機関１から単位時間に排出されるＮＯｘの量）[ｇ／ｈ]との関係を示す図である。なお、図４中においては、右へ進むほどＥＧＲガス量が少なくなっている。図４に示されるように、ＥＧＲガス量が減少するほど、排気温度が低下している。これは、ＥＧＲガス量が減少すると、気筒内に流入する吸気（空気とＥＧＲガス）の温度が低下するため、排出される排気全体の温度も低下するからである。つまり、ＥＧＲ装置によって吸気通路２に還流されるＥＧＲガス量を減少させれば、内燃機関１の排気の温度を低下させることができる。より具体的には、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ通路１００に配置されたＥＧＲ弁１０１を閉塞させる処理を行ってＥＧＲガス量を減少させる。このようにして温度を低下させた排気がＳＣＲに流入すると、ＳＣＲの温度も低下するため、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率を上昇させることができる。

なお、図４に示されるように、ＥＧＲガス量が減少するとＮＯｘ発生量は増加する。これは、ＥＧＲガス量が減少すると、吸気内の酸素濃度が増大することによって、燃焼時のピーク温度が高くなってＮＯｘの発生が増大するからである。しかしながら、Ｓ１０７の処理においては、ＥＧＲガス量が減少されるとＳＣＲのＮＯｘ浄化率は上昇するため、大気に排出されるＮＯｘが増大することは抑制される。ここで、ＥＧＲ弁１０１の閉塞量は、ＥＧＲガス量の減少によって増大するＮＯｘ量が浄化される限りにおいて適宜定めればよく、完全に閉塞することによってＥＧＲガス量をゼロにしてもよい。

次に、図５は、燃料噴射弁１ａによるメイン噴射の時期[ｄｅｇＡＴＤＣ]と、排気温度[℃]との関係を示す図である。なお、図５中においては、左へ進むほどメイン噴射の時期が早くなっているが、より詳細には、左へ進むほどメイン噴射時期の遅角量が減少されて圧縮上死点に近づいているといえる。つまり、図５には、メイン噴射による混合気の着火時期が圧縮上死点に近づくほど、排気温度が低下することが示されている。これは、着火時期が圧縮上死点に近づくほど、より多くの燃焼エネルギーがピストンを下降させる仕事に費やされることになるため、排出される排気のエネルギーがより低位になって温度が低下するからである。したがって、燃料噴射弁１ａによるメイン噴射の時期が進角化されると、内燃機関１から排出される排気の温度が低下する。その結果、温度が低下した排気によってＳＣＲが冷却されるため、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率を上昇させることができる。

なお、図５には示されていないが、メイン噴射時期が圧縮上死点に近づくほど、混合気の着火時点における圧縮比が高くなって燃焼温度が上昇するため、ＮＯｘの発生量が増大する。しかしながら、Ｓ１０７の処理においては、メイン噴射時期の進角化によってＳＣＲのＮＯｘ浄化率は上昇するため、大気に排出されるＮＯｘが増大することは抑制される。ここで、噴射時期の進角量は、進角化によって増大するＮＯｘ量を浄化できる限りにおいて適宜定めればよい。

以上より、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０７の処理において、ＥＧＲガス量の減量やメイン噴射時期の進角化を実行して排気温度を低下させる。なお、これらの処理は、一方のみでもよいし、両方を併せて実行してもよい。このようにして、燃料噴射時においても排気温度を低下させることによって、ＳＣＲを冷却させてＮＯｘ浄化率を上昇化させることが可能になる。その結果、大気に排出されるＮＯｘの増加を抑制することが可能になる。そして、この処理が終了すると、本ルーチンは終了する。

以上のようにしてＥＣＵ１０が図３の制御ルーチンを実行することにより、本実施例におけるＮＯｘ低減処理が実行される。これにより、過昇温によってＳＣＲのＮＯｘ浄化率が必要な所定値より低くなっているときであって、ＥＧＲガス量の増大が制限されているときであっても、ＳＣＲの温度を低下させてＮＯｘ浄化率を上昇させることが可能になる。その結果、大気へ排出されるＮＯｘの増大を抑制することができる。

また、本ルーチンによれば、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が所定量以上であることによってＥＧＲガス量の増大が制限されているときであっても、ＳＣＲの温度を低下させることによって、ＰＭ量を増大させることなく大気へ排出されるＮＯｘの増大を抑制することができる。

また、本実施例によれば、ＳＣＲに流入する排気の温度がＳＣＲの温度よりも低い場合には、排気量を増大させる処理を行う。これにより、例えば、内燃機関の燃料カット時において、大気へ排出されるＮＯｘを増大させることなく、効率的にＳＣＲを冷却することが可能になる。

［実施例２］
以下、本発明の第２の実施例について説明する。なお、実施例２と上記した実施例１との相違点は、図３のフローチャートのＳ１０２の処理において否定判定（ＳＣＲ温度Ｔｓｃｒが第二温度Ｔｅ２を超えていない）された後に、さらにＳＣＲ温度Ｔｓｃｒが第二温度Ｔｅ２を超えると予測される点にある。以下、これについて説明する。

Ｓ１０２の処理において、ＳＣＲ温度Ｔｓｃｒが第二温度Ｔｅ２を超えていないと判定された場合であっても、内燃機関１の運転状態によっては、当該判定後においてＳＣＲ温度Ｔｓｃｒが上昇して第二温度Ｔｅ２を超えるときがある。そこで、本実施例においては、当該判定後において、内燃機関１の運転状態に基づいて、ＳＣＲ温度Ｔｓｃｒがさらに上昇して第二温度Ｔｅ２を超えるかを予測する。ここで、ＳＣＲの温度がさらに上昇すると予測される内燃機関１の運転状態とは、例えば、燃料噴射弁１ａによる燃料噴射量が高噴射量で維持されている状態や、さらに高い噴射量の操作が実行されるとき等であり、Ｓ１０１の処理で読み込まれた運転状態から適宜判断される。そして、内燃機関１の運転状態がこのような状態にあり、さらにＳＣＲ温度ＴｓｃｒがＮＯｘ浄化ウィンド内にあるものの、第二温度Ｔｅ２近傍の温度にあるとき等には、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ温度Ｔｓｃｒが第二温度Ｔｅ２を超えると予測する。

このようにして、ＳＣＲ温度Ｔｓｃｒが第二温度Ｔｅ２を超えると予測された場合には、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３の処理に進んで、ＮＯｘ低減処理を進行させる。つまり、本実施例によれば、ＳＣＲ温度Ｔｓｃｒが第二温度Ｔｅ２を超えることによってＮＯｘ浄化率が必要な所定値より低くなる前に、予防的にＮＯｘ低減処理が実行される。特に、ＥＧＲガス量の増大が制限される場合には、ＳＣＲ温度が第二温度Ｔｅ２を超える前に、Ｓ１０６やＳ１０７の処理が実行されてＳＣＲが冷却される。これにより、過昇温によるＳＣＲのＮＯｘ浄化率の低下を予め回避することができるため、大気へ排出されるＮＯｘの増大をより効果的に抑制することができる。また、上述したように、Ｓ１０７の処理において排気温度を低下させる処理が実行されると、一時的にＮＯｘ量が増大する可能性がある。しかしながら、本実施例によれば、Ｓ１０７の処理が実行される場合であっても、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率は必要な所定値より低くなっていない。したがって、本実施例によれば、Ｓ１０７の処理によって増大したＮＯｘの大気への排出も、より効果的に抑制することが可能になる。

１ 内燃機関
１ａ 燃料噴射弁
２ 吸気通路
３ 排気通路
５ 第一触媒ケーシング
６ 第二触媒ケーシング
８ 第一排気温度センサ
９ 第二排気温度センサ
１０ ＥＣＵ
１００ ＥＧＲ通路
１０１ ＥＧＲ弁

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤により排気内の窒素酸化物を選択還元する選択還元型触媒と、
   前記排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、
   前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガス量を増大させることによって排気内の窒素酸化物を低減させる窒素酸化物低減手段と、
   前記選択還元型触媒の温度が排気内の窒素酸化物を還元するための所定範囲を超えるとき、または、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記選択還元型触媒の温度が前記所定範囲を超えると予測されるときであって、前記窒素酸化物低減手段による窒素酸化物の低減が制限されるときに、前記選択還元型触媒の温度を低下させる制御を行う制御手段と、
   を備える内燃機関の排気浄化システム。
2. 請求項１において、前記排気通路に設けられたパティキュレートフィルタをさらに備え、
   前記制御手段は、前記選択還元型触媒の温度が前記所定範囲を超えるとき、または、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記選択還元型触媒の温度が前記所定範囲を超えると予測されるときであって、前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の捕集量が所定量以上のときに、前記選択還元型触媒の温度を低下させる制御を行う内燃機関の排気浄化システム。
3. 請求項１または２において、前記制御手段は、前記選択還元型触媒に流入する排気の温度が該選択還元型触媒の温度より低いときに、前記選択還元型触媒に流入する排気量を増大させて該選択還元型触媒の温度を低下させる制御を行う内燃機関の排気浄化システム。

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