JP2015148224A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ浄化率の低下を抑制しつつ、還元剤添加弁に付着しているＰＭの量を減少させる。【解決手段】ＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒よりも上流の排気通路に還元剤を供給する供給装置と、供給装置に付着している粒子状物質の量を減少させる所定の条件が成立している場合には所定の条件が成立していない場合よりも供給装置から１回当たりに供給する還元剤の量を多くし、且つ、所定の条件が成立している場合において前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度未満の場合には選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上の場合よりも供給装置からの還元剤の供給間隔を長くする制御装置を備える。【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置として、フィルタに選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）を担持させたものが開発されている。フィルタは、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を捕集する。ＳＣＲ触媒は、アンモ二ア（ＮＨ_３）を還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。以下、このようなＳＣＲ触媒を担持したフィルタをＳＣＲＦともいう。

ＳＣＲＦよりも上流側には、排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体（例えば、尿素）を供給する還元剤添加弁が設置される。ここで、従来では、還元剤添加弁よりも下流側にフィルタを備えていた（例えば特許文献１参照。）。一方、ＳＣＲＦでは、フィルタよりも上流に還元剤添加弁を備えている。フィルタよりも上流に還元剤添加弁を備えている場合には、還元剤添加弁の周りを流れる排気中のＰＭ量が比較的多い。この排気中のＰＭが還元剤添加弁に付着することにより、噴孔の開口面積が狭くなるので、該還元剤添加弁から供給される単位時間当たりの還元剤量が減少する虞がある。このため、ＳＣＲ触媒における還元剤量が不足して、ＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。なお、フィルタを備えていない場合にも同じことが言える。

ここで、還元剤添加弁から還元剤を供給するときに、１回当たりの還元剤供給量を増加させることにより、還元剤添加弁に付着しているＰＭを還元剤の噴射力で除去することが考えられる。しかし、ＳＣＲ触媒の温度が高いときには、ＳＣＲ触媒が吸着可能な還元剤量が減少するため、１回当たりの還元剤供給量を増加させると、ＳＣＲ触媒を通り抜ける還元剤が増加してしまう。また、ＳＣＲ触媒の温度が低いときには、ＳＣＲ触媒が吸着可能な還元剤量が比較的多いが、それでも吸着可能な還元剤量には限りがある。さらに、還元剤添加弁に付着しているＰＭを除去するときに、還元剤供給量が過剰であると、ＳＣＲ触媒から還元剤が流出する虞がある。一方、還元剤供給量が不足すると、還元剤添加弁に付着しているＰＭを除去するときにＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。

特開２０１１−１９０７２０号公報 特開２０１２−０３６８３９号公報 特開２０１３−１７０５７０号公報 特開２０１３−１４４９３８号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制しつつ、還元剤添加弁に付着しているＰＭの量を減少させることにある。

上記課題を解決するために本願では、
内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に還元剤を供給する供給装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記供給装置に付着している粒子状物質の量を減少させる所定の条件が成立している場合には所定の条件が成立していない場合よりも前記供給装置から１回当たりに供給する還元剤の量を多くし、且つ、前記所定の条件が成立している場合において前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度未満の場合には前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上の場合よりも前記供給装置からの還元剤の供給間隔を長くする制御装置を備える。

選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）は、フィルタに担持されていてもよい。また、供給装置よりも下流側にＳＣＲ触媒とフィルタとを備えていてもよい。所定の条件は、供給装置からＰＭを除去する要求がある場合に成立する。たとえば、供給装置に付着しているＰＭ量、または、供給装置に付着しているＰＭ量と相関関係にある値が閾値以上となった場合に、所定の条件が成立するとしてもよい。また、たとえば、供給装置に付着しているＰＭが許容範囲を超えたときに所定の条件が成立するとしてもよい。さらに、たとえば、所定の時間ごとに所定の条件が成立するとしてもよい。

供給装置に付着しているＰＭ量が多くなった場合に１回当たりの還元剤供給量を多くすることで、供給装置に付着しているＰＭを還元剤により除去することができる。ここで、１回当たりの還元剤供給量が多くなるほど、ＰＭを除去する効果が大きい。なお、還元剤の圧力を上昇させることにより、１回当たりの還元剤の供給量を多くしてもよいし、還元剤の供給時間を長くすることにより、１回当たりの還元剤の供給量を多くしてもよい。

ここで、ＳＣＲ触媒の温度が低い場合には、高い場合よりも、該ＳＣＲ触媒が吸着可能な還元剤量が多くなる。すなわち、ＳＣＲ触媒が吸着可能な還元剤の量は、ＳＣＲ触媒の温度によって変化する。ＳＣＲ触媒の温度が比較的低い場合には、吸着可能な還元剤量であっても、ＳＣＲ触媒の温度が比較的高い場合には、吸着することができなくなることもある。供給装置からＰＭを除去するためには、１回当たりの還元剤供給量を多くすることが有効であるが、還元剤供給量を多くしても、ＳＣＲ触媒の温度が高いと、一部の還元剤がＳＣＲ触媒に吸着されずに該ＳＣＲ触媒を通り抜ける虞がある。

すなわち、ＳＣＲ触媒の温度が低い場合には、ＳＣＲ触媒に吸着可能な還元剤量が比較的多いため、ＳＣＲ触媒に供給する還元剤量を増加させても、ＳＣＲ触媒に還元剤を吸着させることができる。しかし、ＳＣＲ触媒が吸着可能な還元剤量には限りがある。これに対し、還元剤供給間隔を長くすることにより、ＳＣＲ触媒から還元剤が流出することを抑制できる。また、ＳＣＲ触媒には十分な量の還元剤を吸着させておくことができるため、還元剤供給間隔を長くしても、ＮＯｘ浄化率の低下は抑制される。一方、ＳＣＲ触媒の温度が高い場合には、ＳＣＲ触媒が吸着可能な還元剤量が少なくなる。このため、１回当たりの還元剤供給量を多くしたときに、ＳＣＲ触媒が還元剤を吸着しきれずに、ＳＣＲ触媒から還元剤が流出し得る。したがって、ＳＣＲ触媒の温度が高いときに、ＳＣＲ触媒の温度が低いときのように還元剤の供給間隔を長くすると、還元剤が不足する虞がある。これにより、ＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。

そこで、制御装置は、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度未満の場合には、所定温度以上の場合よりも、供給装置から供給する還元剤の供給間隔を長くする。ＳＣＲ触媒の温度が所定温度未満の場合には、ＳＣＲ触媒に多くの還元剤を吸着させることができるため、還元剤の供給量の増加に応じて、還元剤の供給間隔を比較的長くすることができる。一方、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上の場合には、ＳＣＲ触媒に多くの還元剤を吸着させることが困難なため、還元剤の供給間隔を比較的短くする。これにより、ＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。所定温度は、１回当たりの還元剤供給量及び還元剤供給間隔を大きくすると、ＮＯｘ浄化率が低下する虞のある温度の下限値である。このようにして、ＮＯｘ
浄化率の低下を抑制しつつ、供給装置からの還元剤供給量が減少することを抑制できる。

前記制御装置は、前記所定条件が成立している場合で且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上の場合には、前記供給装置から１回当たりに供給する還元剤の量を多くしたことに応じて、前記所定条件が成立していない場合または前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度未満の場合よりも、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量を多くすることができる。

ＳＣＲ触媒へ供給する還元剤量が、ＳＣＲ触媒に吸着可能な還元剤量よりも多いと、余剰の還元剤がＳＣＲ触媒から流出する虞がある。したがって、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上の場合に、１回当たりの還元剤供給量を多くすると、余剰の還元剤がＳＣＲ触媒から流出する虞がある。これに対し、還元剤供給量の増加に応じて、内燃機関から排出されるＮＯｘ量を増加させれば、ＳＣＲ触媒における還元剤消費量を多くすることができるので、余剰の還元剤を減少させることができる。これにより、ＳＣＲ触媒から流出する還元剤量を減少させることができる。

前記制御装置は、前記所定の条件が成立しており且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度未満の場合には、前記１回当たりに供給する還元剤の量を多くしたことに応じて、前記供給装置から供給する還元剤の供給間隔を長くすることができる。

１回当たりの還元剤供給量を増加したときであっても、ＳＣＲ触媒に還元剤が吸着されれば、還元剤の供給間隔を長くすることができる。ここで、ＳＣＲ触媒に還元剤が吸着可能な範囲であれば、還元剤供給量と、還元剤供給間隔と、を変化させても、全体として同じ量の還元剤が供給されていれば、ＮＯｘ浄化率はほとんど変わらない。このため、１回当たりの還元剤供給量を増加させたことに合わせて、還元剤の供給間隔を長くしても、ＮＯｘ浄化率は高いまま維持することができる。

前記制御装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上の場合には、前記所定条件が成立しているか否かにかかわらず、還元剤の供給間隔を一定とすることができる。

ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上の場合には、ＳＣＲ触媒が吸着可能な還元剤量が少ないため、還元剤供給量を増加させたとしても、ＳＣＲ触媒に吸着される還元剤量は増加しない。このため、還元剤供給量を増加させたときに還元剤の供給間隔を長くすると、還元剤の不足を招く。これに対して、還元剤供給量を増加させたとしても、還元剤の供給間隔を変化させなければ、還元剤が不足することを抑制できる。これによりＮＯｘ浄化率の低下を抑制できる。

本発明によれば、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制しつつ、還元剤添加弁に付着しているＰＭの量を減少させることができる。

実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 還元剤供給量の指示値と、実際の還元剤供給量との関係を示した図である。 還元剤添加弁の噴孔付近にＰＭが付着したときの図である。 ＳＣＲＦの温度が低い場合（例えば２５０℃以下の場合）の還元剤供給量及びＮＯｘ濃度の推移を示したタイムチャートである。 ＳＣＲＦの温度が高い場合（例えば２５０℃以上、特に４００℃以上の場合）の還元剤供給量及びＮＯｘ濃度の推移を示したタイムチャートである。 ＳＣＲ触媒の温度が所定温度未満の場合の、ＳＣＲ触媒の温度、還元剤添加弁に付着しているＰＭ量（ＰＭ付着量）、還元剤供給量の推移を示したタイムチャートである。 ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上の場合の、ＳＣＲ触媒の温度、還元剤添加弁に付着しているＰＭ量（ＰＭ付着量）、還元剤供給量、内燃機関からのＮＯｘ排出量の推移を示したタイムチャートである。 実施例に係る還元剤添加弁におけるＰＭ付着量を減少させる制御のフローを示したフローチャートである。 内燃機関からのＰＭ排出量Ｍｓｏｏｔと付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄとの関係を示した図である。 内燃機関の吸入空気量Ｇａと付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄとの関係を示した図である。 内燃機関の排気温度Ｔｅｘと付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄとの関係を示した図である。 還元剤供給量Ｑａｄと付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄとの関係を示した図である。 還元剤供給間隔Ｆａｄと付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄとの関係を示した図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の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）
ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を、車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合について説明する。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。

図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には吸気通路２及び排気通路３が接続されている。吸気通路２には、吸気の流れに沿って上流側から順に、エアフローメータ１１と、スロットル９とが設けられている。エアフローメータ１１は内燃機関１の吸入空気量を検知する。スロットル９は内燃機関１の吸入空気量を調整する。

排気通路３には、第一排気温度センサ１２、燃料添加弁４、前段触媒５、第一ＮＯｘセンサ１３、第二排気温度センサ１４、還元剤添加弁６、ＳＣＲＦ７、第二ＮＯｘセンサ１５、第三排気温度センサ１６が排気の流れに沿って上流側から順に設けられている。

前段触媒５は酸化触媒である。ただし、前段触媒５は、酸化機能を有する触媒であれば酸化触媒以外の触媒であってもよい。前段触媒５は、例えば三元触媒であってもよい。燃料添加弁４は、前段触媒５に燃料を供給すべく、排気中に燃料（ＨＣ）を添加する。

ＳＣＲＦ７は、排気中のＰＭを捕集するウォールフロー型のフィルタにＳＣＲ触媒７ａが担持されて構成されている。ＳＣＲ触媒７ａは、アンモニアを吸着し、該アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。なお、本実施例ではＳＣＲＦ７を用いているが、フィルタとＳＣＲ触媒とを別々に設けることもできる。フィルタとＳＣＲ触媒とを別々に設ける場合には、どちらが上流側であってもよい。さらに、ＳＣＲＦ７に代えて、フィルタの機能を有していないＳＣＲ触媒７ａを備えていてもよい。

還元剤添加弁６は、ＳＣＲ触媒７ａに還元剤としてのアンモニアを供給すべく、排気中にアンモニアを供給する。なお、アンモニアに代えて、アンモニアの前駆体を供給してもよい。アンモニアの前駆体としては、例えば尿素を挙げることができる。排気の熱により尿素が加水分解されると、アンモニアが生成される。アンモニア又はアンモニアの前駆体は、気体、液体、固体の何れの状態で供給してもよい。アンモニアの一部は、ＳＣＲ触媒７ａに吸着される。そして、ＳＣＲ触媒７ａが吸着したアンモニアが還元剤となって、排気中のＮＯｘが還元される。なお、本実施例においては還元剤添加弁６が、本発明における供給装置に相当する。

第一排気温度センサ１２、第二排気温度センサ１４、第三排気温度センサ１６は、排気の温度を検知するセンサである。第一排気温度センサ１２は、内燃機関１から流出する排気の温度または前段触媒５に流入する排気の温度を検知する。第二排気温度センサ１４は、前段触媒５から流出する排気の温度またはＳＣＲＦ７に流入する排気の温度を検知する。第三排気温度センサ１６は、ＳＣＲ触媒７ａから流出する排気の温度を検知する。第一ＮＯｘセンサ１３及び第二ＮＯｘセンサ１５は排気中のＮＯｘ濃度を検知するセンサである。第一ＮＯｘセンサ１３は、ＳＣＲＦ７に流入する排気中のＮＯｘ濃度を検知する。第二ＮＯｘセンサ１５は、ＳＣＲ触媒７ａから流出する排気中のＮＯｘ濃度を検知する。これらセンサは、必ずしも全てが必要であるということではなく、適宜選択して設けることができる。

内燃機関１の各気筒には、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁１７が設けられている。

内燃機関１には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ１１、第一排気温度センサ１２、第一ＮＯｘセンサ１３、第二排気温度センサ１４、第二ＮＯｘセンサ１５、第三排気温度センサ１６等の各種センサが電気的に接続されている。そして、各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。さらに、ＥＣＵ１０は、第一排気温度センサ１２の出力値に基づいて前段触媒５の温度を推定し、第二排気温度センサ１４の出力値に基づいてＳＣＲＦ７の温度（即ちＳＣＲ触媒７ａの温度）を推定する。なお、第二排気温度センサ１４の出力値に基づいて前段触媒５の温度を推定することもできる。さらに、第三排気温度センサ１６の出力値に基づいてＳＣＲＦ７の温度を推定することもできる。第一ＮＯｘセンサ１３及び第二ＮＯｘセンサ１５の出力値に基づいて、ＳＣＲ触媒７ａにおけるＮＯｘ浄化率を算出することもできる。

さらに、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁４、還元剤添加弁６、スロットル９、燃料噴射弁１７が電気的に接続されている。そして、これらの装置がＥＣＵ１０によって制御される。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。

ここで、還元剤添加弁６はＳＣＲＦ７よりも上流側に設けられているため、還元剤添加弁６の周りの排気中にはＰＭが多く含まれている。ＰＭが還元剤添加弁６の噴孔付近に付着すると、還元剤添加弁６から単位時間当たりに噴射される還元剤量が減少し得る。なお、以下では、特に断らない限りは、還元剤添加弁６にＰＭが付着するといった場合には、還元剤添加弁６の噴孔付近にＰＭが付着することを含むこととする。

図２は、還元剤供給量の指示値と、実際の還元剤供給量との関係を示した図である。指示値は、ＥＣＵ１０により算出される還元剤供給量であり、還元剤供給量の目標値とすることができる。「正常時」は、還元剤添加弁６にＰＭが付着していない場合を示し、「ＰＭ付着時」は、還元剤添加弁６にＰＭが付着している場合を示している。還元剤添加弁６にＰＭが付着すると、単位時間当たりの還元剤供給量が減少するため、還元剤供給量の指示値に対する実際の還元剤供給量が少なくなる。このため、ＳＣＲ触媒７ａにおいて、還
元剤が不足する虞がある。

図３は、還元剤添加弁６の噴孔６ａ付近にＰＭが付着したときの図である。このように、噴孔６ａ付近にＰＭが付着すると、還元剤が流れ難くなるために、単位時間当たりに噴孔６ａを通過する還元剤量が減少してしまう。例えば、内燃機関１からのＰＭ排出量が多い場合、又は、還元剤添加弁６からの還元剤供給量が少ない場合には、還元剤添加弁６にＰＭが付着し易くなる。

ここで、還元剤添加弁６からの還元剤供給量が多ければ、還元剤添加弁６に付着したＰＭを除去し得る。なお、還元剤供給量を多くすることには、還元剤の圧力を高くすることにより単位時間当たりの還元剤供給量を増加させること、または、還元剤の供給時間を長くすることにより還元剤供給量を増加させることを含む。なお、１回当たりの還元剤供給量が多いほど、還元剤添加弁６からＰＭを除去する効果が高い。

そこで本実施例では、還元剤添加弁６からの還元剤供給量を増加させることにより、還元剤添加弁６からＰＭを除去する。図４は、ＳＣＲＦ７の温度が低い場合（例えば２５０℃以下の場合）の還元剤供給量及びＮＯｘ濃度の推移を示したタイムチャートである。実線は還元剤添加弁６からの還元剤供給量を増加させていない場合を示し、破線は還元剤添加弁６からの還元剤供給量を増加させている場合を示している。なお、実線は、還元剤添加弁６から通常の還元剤供給を行っている場合としてもよい。

通常の還元剤供給は、還元剤添加弁６からＰＭを除去するとき以外の場合における還元剤供給である。通常の還元剤供給時における１回当たりの還元剤供給量及び通常の還元剤供給時における還元剤供給間隔は、ＳＣＲ触媒ａの温度が高い場合であっても、ＳＣＲ触媒７ａに還元剤が吸着され且つＮＯｘ浄化率が許容範囲内となるように決定される。このため、通常の還元剤供給時には、１回当たりの還元剤供給量は比較的少なく、且つ、還元剤供給間隔は比較的短い。

図４において、入ＮＯｘは、ＳＣＲＦ７に流入する排気中のＮＯｘ濃度を示しており、出ＮＯｘは、ＳＣＲＦ７から流出する排気中のＮＯｘ濃度を示している。図４において、破線の場合は、実線の場合と比較して、１回当たりの還元剤供給量が２倍になっており、且つ、還元剤供給間隔が２倍になっている。このため、実線の場合に２回の還元剤供給が行われた場合と、破線の場合に１回の還元剤供給が行われた場合と、で同じ時間で還元剤供給量の総量が同じになっている。実線の場合と破線の場合とで出ＮＯｘはほとんど変わらないので、ＮＯｘ浄化率もほとんど変わらない。

ここで、ＳＣＲ触媒７ａの温度が低い場合には、通常の還元剤供給量に対して１回当たりの還元剤供給量及び還元剤供給間隔を２倍にしても、ＳＣＲ触媒７ａに還元剤が吸着される。これは、通常の還元剤供給における１回当たりの還元剤供給量及び還元剤供給間隔が、ＳＣＲ触媒７ａの温度が高い場合であってもＳＣＲ触媒７ａに還元剤が吸着されるように決定されているからである。すなわち、通常はＳＣＲ触媒７ａの温度が高い場合であってもＳＣＲ触媒７ａに還元剤が吸着されるように、１回当たりの還元剤供給量が比較的少なく且つ還元剤の供給間隔が比較的短く設定されている。そうすると、ＳＣＲ触媒７ａの温度が低い場合には、吸着可能な還元剤量に対し、還元剤供給量が少ないために、還元剤供給量を増加させたとしても、さらに還元剤を吸着する余裕がある。したがって、１回当たりの還元剤供給量及び還元剤供給間隔を増加させたとしても、ＳＣＲ触媒７ａから還元剤が流出することを抑制することができる。これに対して、ＳＣＲ触媒７ａの温度が高くなると、吸着可能な還元剤量が減少する。

図５は、ＳＣＲＦ７の温度が高い場合（例えば２５０℃以上、特に４００℃以上の場合
）の還元剤供給量及びＮＯｘ濃度の推移を示したタイムチャートである。実線及び破線は図４と同じ意味で用いている。ＳＣＲ触媒７ａの温度が高い場合に１回当たりの還元剤供給量及び還元剤供給間隔をたとえば２倍にすると、一部の還元剤がＳＣＲ触媒７ａに吸着されずに該ＳＣＲ触媒７ａから流出する。このため、ＳＣＲ触媒７ａにおいて還元剤が不足するので、ＮＯｘの浄化率が低下する。すなわち、図５において、出ＮＯｘが増加する場合がある。また、還元剤の過剰供給により、還元剤を供給しているときやその直後には、ＮＯｘ浄化率は高くなる。したがって、ＳＣＲ触媒７ａの温度が高い場合には、還元剤添加弁６からＰＭを除去するために１回当たりの還元剤供給量を多くするときに還元剤供給間隔を長くすると、ＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。

そこで本実施例では、還元剤添加弁６からＰＭを除去する場合に、ＳＣＲＦ７の温度（すなわち、ＳＣＲ触媒７ａの温度）が所定温度未満のときには、還元剤添加弁６からの１回当たりの還元剤供給量を通常の還元剤供給よりも多く、且つ、還元剤供給間隔を通常の還元剤供給よりも長くする。一方、ＳＣＲＦ７の温度（すなわち、ＳＣＲ触媒７ａの温度）が所定温度以上のときには、還元剤添加弁６からの１回当たりの還元剤供給量は通常の還元剤供給よりも多くするが、還元剤供給間隔は通常の還元剤供給と同じにする。すなわち、還元剤添加弁６からＰＭを除去する場合には、還元剤添加弁６からＰＭを除去しない場合よりも、１回当たりの還元剤供給量を増加させる。さらに、還元剤添加弁６からＰＭを除去する場合において、ＳＣＲＦ７の温度が所定温度未満の場合には、ＳＣＲ触媒７ａの温度が所定温度以上の場合よりも、還元剤供給間隔を長くする。還元剤供給間隔は、今回の還元剤供給の終了から次回の還元剤供給の開始までの期間としてもよく、今回の還元剤供給の開始から次回の還元剤供給の開始までの期間としてもよい。なお、図４及び図５では、１回当たりの還元剤供給量または還元剤供給間隔を通常の還元剤供給に対して２倍に設定しているが、ＳＣＲ触媒７ａの温度が低いときにＳＣＲ触媒７ａに吸着可能な範囲であれば、還元剤供給量を任意に増加させることができる。この場合、所定期間における還元剤供給量の総量が変化しないように、還元剤供給量に合わせて還元剤供給間隔を変更すればよい。

図６は、ＳＣＲ触媒７ａの温度が所定温度Ｔ１未満の場合の、ＳＣＲ触媒７ａの温度、還元剤添加弁６に付着しているＰＭ量（ＰＭ付着量）、還元剤供給量の推移を示したタイムチャートである。所定温度Ｔ１は、１回当たりの還元剤供給量及び還元剤供給間隔を大きくすると、ＮＯｘ浄化率が低下する虞のある温度の下限値である。すなわち、ＳＣＲ触媒７ａの温度が所定温度Ｔ１未満であれば、１回当たりの還元剤供給量及び還元剤供給間隔を大きくすることができる。ＰＭ付着量における開始閾値Ｑ１は、還元剤添加弁６に付着しているＰＭを除去する処理を開始するＰＭ付着量である。また、ＰＭ付着量における終了閾値Ｑ２は、還元剤添加弁６に付着しているＰＭを除去する処理を開始した後に、この処理を終了させるＰＭ付着量である。すなわち、ＴＡで示した時点においてＰＭ付着量が開始閾値Ｑ１に達すると還元剤供給量及び還元剤供給間隔を大きくし、その後にＴＢで示した時点においてＰＭ付着量が終了閾値Ｑ２に達すると、還元剤供給量及び還元剤供給間隔を元に戻す。

図７は、ＳＣＲ触媒７ａの温度が所定温度以上の場合の、ＳＣＲ触媒７ａの温度、還元剤添加弁６に付着しているＰＭ量（ＰＭ付着量）、還元剤供給量、内燃機関１からのＮＯｘ排出量の推移を示したタイムチャートである。ＳＣＲＦ７の温度（すなわち、ＳＣＲ触媒７ａの温度）が所定温度Ｔ１以上の場合には、還元剤添加弁６からの還元剤供給量を多くするが、還元剤供給間隔は変化させない。

ここで、１回当たりの還元剤供給量を多くしたときに、還元剤供給間隔を長くしないと、ＳＣＲ触媒７ａにおいて還元剤が余剰となる虞がある。この余剰の還元剤は、ＳＣＲ触媒７ａから流出する虞がある。そこで本実施例では、ＳＣＲ触媒７ａの温度が所定温度以
上の場合であって１回当たりの還元剤供給量を増加させているときに、内燃機関１からのＮＯｘ排出量を増加させてもよい。この場合、ＳＣＲ触媒７ａにおける余剰の還元剤に応じてＮＯｘ排出量を増加させる。すなわち、内燃機関１からのＮＯｘ排出量を増加させることにより、ＳＣＲ触媒７ａにおける余剰の還元剤を反応させることで、ＳＣＲ触媒７ａから還元剤が流出することを抑制する。なお、内燃機関１からのＮＯｘ排出量が多すぎると、ＳＣＲ触媒７ａにおけるＮＯｘ浄化率が低下するため、ＳＣＲ触媒７ａから流出する還元剤量及びＳＣＲ触媒７ａにおけるＮＯｘ浄化率が許容範囲内となるように、内燃機関１からのＮＯｘ排出量を決定する。

図７において、ＴＡで示した時点においてＰＭ付着量が開始閾値Ｑ１に達すると１回当たりの還元剤供給量を増加すると共に内燃機関１からのＮＯｘ排出量を増加し、その後にＴＢで示した時点においてＰＭ付着量が終了閾値Ｑ２に達すると、還元剤供給量及び内燃機関１からのＮＯｘ排出量を元に戻す。

このように、還元剤供給量の増加に応じて内燃機関１からのＮＯｘ排出量を増加させることにより、ＳＣＲ触媒７ａから還元剤が流出することを抑制できる。このＮＯｘ排出量は、ＳＣＲ触媒７ａにおいて余剰の還元剤と反応するため、ＮＯｘ浄化率の低下もほとんどない。

図８は、本実施例に係る還元剤添加弁６におけるＰＭ付着量を減少させる制御のフローを示したフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。

ステップＳ１０１では、付着量判定値Ｑｄが算出される。付着量判定値Ｑｄは、還元剤添加弁６におけるＰＭ付着量と相関関係にある値である。なお、付着量判定値Ｑｄは、ＰＭ付着量としてもよい。付着量判定値Ｑｄは、単位時間当たりの内燃機関１からのＰＭ排出量Ｍｓｏｏｔ、単位時間当たりの内燃機関１の吸入空気量Ｇａ（排気の流量としてもよい）、内燃機関１の排気温度Ｔｅｘと関連しているため、これらの値から求めることができる。付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄは、単位時間当たりの値とする。

図９は、内燃機関１からのＰＭ排出量Ｍｓｏｏｔと付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄとの関係を示した図である。内燃機関１からのＰＭ排出量Ｍｓｏｏｔが多いほど、還元剤添加弁６にＰＭが付着し易くなる。すなわち、図９に示されるように、内燃機関１からのＰＭ排出量Ｍｓｏｏｔが多くなるほど、付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄは大きくなる。この関係は、予め実験又はシミュレーション等により求めることができる。

図１０は、内燃機関１の吸入空気量Ｇａと付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄとの関係を示した図である。図１０では、内燃機関１からのＰＭ排出量Ｍｓｏｏｔが変化した場合の内燃機関１の吸入空気量Ｇａと付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄとの関係も示している。吸入空気量Ｇａが多いほど、排気中のＰＭ濃度が低くなるため、還元剤添加弁６にＰＭが付着し難くなる。すなわち、図１０に示されるように、内燃機関１の吸入空気量Ｇａが多くなるほど、付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄは小さくなる。さらに、内燃機関１からのＰＭ排出量Ｍｓｏｏｔが多くなるほど、付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄは大きくなる。この関係は、予め実験又はシミュレーション等により求めることができる。

図１１は、内燃機関１の排気温度Ｔｅｘと付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄとの関係を示した図である。ここで、排気温度Ｔｅｘが高いと、ＰＭ中の高沸点成分の一部が蒸発するため、還元剤添加弁６にＰＭが付着し難くなる。一方、排気温度Ｔｅｘが低いと、ＰＭ中の高沸点成分が蒸発し難くなるので、還元剤添加弁６にＰＭが付着し易くなる。すなわち、図１１に示されるように、内燃機関１の排気温度Ｔｅｘが高くなるほど、付着量判定
値Ｑｄの変化量ΔＱｄは小さくなる。この関係は、予め実験又はシミュレーション等により求めることができる。

ＥＣＵ１０は、以上の関係から算出される付着量判定値Ｑｄに変化量ΔＱｄを加算していくことにより、付着量判定値Ｑｄを更新する。

ステップＳ１０２では、付着量判定値Ｑｄが開始閾値Ｑ１以上であるか否か判定される。本ステップでは、還元剤添加弁６からＰＭを除去する必要があるか否か判定している。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。なお、本実施例においてステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合は、本発明における「供給装置に付着している粒子状物質の量を減少させる所定の条件が成立している場合」に相当し、本実施例においてステップＳ１０２で否定判定がなされた場合は、本発明における「所定の条件が成立していない場合」に相当する。

ステップＳ１０３では、ＳＣＲＦ７の温度Ｔｓｃｒが所定温度Ｔ１未満であるか否か判定される。所定温度Ｔ１は、前述のように、１回当たりの還元剤供給量及び還元剤供給間隔を大きくすると、ＮＯｘ浄化率が低下する虞のある温度の下限値である。所定温度Ｔ１は、たとえば２５０℃である。すなわち、本ステップでは、ＳＣＲＦ７の温度Ｔｓｃｒに基づいて、１回当たりの還元剤供給量を増加させ且つ還元剤供給間隔を長くすることができるか否か判定している。所定温度Ｔ１は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。

ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４では、還元剤添加弁６からＰＭを除去するときの還元剤供給量Ｑａｄ及び還元剤供給間隔Ｆａｄが算出される。還元剤供給量Ｑａｄは、１回当たりの還元剤供給量である。還元剤供給量Ｑａｄは、還元剤添加弁６からＰＭを除去するための還元剤供給を実施しない場合の還元剤供給量（すなわち、通常の還元剤供給量）よりも多い還元剤供給量である。還元剤供給量Ｑａｄは、ＰＭを除去する効果が許容範囲内となるように決定される。さらに、ステップＳ１０４で算出される還元剤供給量Ｑａｄ及び還元剤供給間隔Ｆａｄは、通常の還元剤供給において決定される還元剤供給量よりも多くし、且つ、通常の還元剤供給において決定される還元剤供給間隔よりも長くする。なお、ＳＣＲ触媒７ａの温度が低いほど、還元剤供給量Ｑａｄを多くし且つ還元剤供給間隔Ｆａｄを長くしてもよい。さらに、還元剤供給量Ｑａｄ及び還元剤供給間隔Ｆａｄは、ＮＯｘ浄化率が通常の還元剤供給から変化しないように設定してもよい。そうすると、所定期間における還元剤供給量の総量が、通常の還元剤供給が行われたと仮定した場合の還元剤供給量の総量と同じになる。また、内燃機関１からのＮＯｘ排出量に対して還元剤が過不足なく供給されるように、還元剤供給量Ｑａｄ及び還元剤供給間隔Ｆａｄを決定してもよい。これらの関係は、予め実験またはシミュレーション等により決定しておいてもよい。

ステップＳ１０５では、付着量判定値Ｑｄが算出される。還元剤の供給により還元剤添加弁６におけるＰＭ付着量が減少する。本ステップでは、ＰＭ付着量が減少した後の付着量判定値Ｑｄを算出する。このため、本ステップでは、まず、付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄを算出する。この変化量ΔＱｄは、負の値である。

図１２は、１回当たりの還元剤供給量Ｑａｄと付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄとの関係を示した図である。ここで、１回当たりの還元剤供給量Ｑａｄが多いほど、還元剤添加弁６からＰＭを除去する効果が高い。すなわち、１回当たりの還元剤供給量Ｑａｄが多いほど、付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄが小さくなる。そして、１回当たりの還元剤供給量Ｑａｄがある程度多くなると、付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄが負の値となる。すな
わち、還元剤供給量Ｑａｄが多いと、付着量判定値Ｑｄは徐々に減少いていくことになる。そして、付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄが負の値になることは、ＰＭ付着量の減少を意味する。この関係は、予め実験又はシミュレーション等により求めることができる。

図１３は、還元剤供給間隔Ｆａｄと付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄとの関係を示した図である。図１３では、１回当たりの還元剤供給量Ｑａｄが変化した場合の還元剤供給間隔Ｆａｄと付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄとの関係も示している。還元剤供給間隔Ｆａｄが短いほど、ＰＭを除去する効果が高い。すなわち、図１３に示されるように、還元剤供給間隔が短くなるほど、付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱｄは小さくなる。そして、還元剤供給間隔Ｆａｄがある程度短くなると、付着量判定値Ｑｄの変化量ΔＱＤが負の値となる。この関係は、予め実験又はシミュレーション等により求めることができる。ＥＣＵ１０は、以上の関係から算出される付着量判定値Ｑｄに変化量ΔＱｄを加算していくことにより、付着量判定値Ｑｄを更新する。

ステップＳ１０６では、付着量判定値Ｑｄが終了閾値Ｑ２未満であるか否か判定される。本ステップでは、還元剤添加弁６からのＰＭの除去が完了したか否か判定している。なお、本ステップＳ１０６では、付着量判定値Ｑｄが終了閾値Ｑ２未満であるか否か判定されることに代えて、付着量判定値Ｑｄが終了閾値Ｑ２以下であるか否か判定されてもよい。ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させ、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ戻る。

一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７では、１回当たりの還元剤供給量Ｑａｄが算出される。なお、通常の還元剤供給から還元剤供給間隔を変化させない。１回当たりの還元剤供給量Ｑａｄは、還元剤添加弁６からＰＭを除去可能な値として設定されている。１回当たりの還元剤供給量Ｑａｄは、ステップＳ１０４で算出される還元剤供給量Ｑａｄと同じ値としてもよい。

ステップＳ１０８では、目標ＮＯｘ排出量Ｍｎｏｘが算出される。目標ＮＯｘ排出量Ｍｎｏｘは、還元剤添加弁６からＰＭを除去するときに単位時間当たりに内燃機関１から排出させるＮＯｘ量である。目標ＮＯｘ排出量Ｍｎｏｘは、ステップＳ１０７において算出される還元剤供給量Ｑａｄによって浄化されるＮＯｘ量である。すなわち、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量が目標ＮＯｘ排出量Ｍｎｏｘとなっているときに、還元剤供給量をステップＳ１０７で算出される還元剤供給量Ｑａｄとすることにより、ＮＯｘ排出量に対して過不足なく還元剤を供給することができる。還元剤供給量Ｑａｄと、目標ＮＯｘ排出量Ｍｎｏｘとの関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

ステップＳ１０９では、目標ＮＯｘ排出量Ｍｎｏｘに応じて内燃機関１が制御される。内燃機関１からのＮＯｘ排出量は、スロットル９の開度に応じて変化する。また、ＥＧＲ装置を備えている場合には、ＥＧＲ弁の開度に応じてもＮＯｘ排出量が変化する。さらに、ターボ弁を有するターボチャージャを備えている場合には、ターボ弁の開度に応じてもＮＯｘ排出量が変化する。したがって、スロットル９の開度、ＥＧＲ弁の開度、ターボ弁の開度などを調整することにより内燃機関１からのＮＯｘ排出量を制御することができる。なお、内燃機関１からのＮＯｘ排出量は、内燃機関１の運転状態（機関回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ）によっても変化する。内燃機関１の運転状態に応じて、目標ＮＯｘ排出量Ｍｎｏｘとなるスロットル９の開度などを予め実験またはシミュレーション等により求めておくことで、内燃機関１の運転状態及び目標ＮＯｘ排出量Ｍｎｏｘに応じて内燃機関１からＮＯｘ排出量が目標ＮＯｘ排出量Ｍｎｏｘとなるようなスロットル９の開度などを求めることができる。ＮＯｘ排出量を目標ＮＯｘ排出量Ｍｎｏｘに合わせる制御は、周知の技術を用いることもできる。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０５と同様にして、付着量判定値Ｑｄが算出される。

ステップＳ１１１では、ステップＳ１０６と同様にして、付着量判定値Ｑｄが終了閾値Ｑ２未満であるか否か判定される。ステップＳ１１１で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させ、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１０へ戻る。

以上説明したように本実施例によれば、ＳＣＲＦ７の温度、すなわちＳＣＲ触媒７ａの温度に応じて還元剤供給量及び還元剤供給間隔を調整することにより、
ＮＯｘ浄化率の低下を抑制しつつ、還元剤添加弁６に付着しているＰＭの量を減少させることができる。

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ 燃料添加弁
５ 前段触媒
６ 還元剤添加弁
７ ＳＣＲＦ
７ａ ＳＣＲ触媒
９ スロットル
１０ ＥＣＵ
１１ エアフローメータ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に還元剤を供給する供給装置と、
   を備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記供給装置に付着している粒子状物質の量を減少させる所定の条件が成立している場合には所定の条件が成立していない場合よりも前記供給装置から１回当たりに供給する還元剤の量を多くし、且つ、前記所定の条件が成立している場合において前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度未満の場合には前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上の場合よりも前記供給装置からの還元剤の供給間隔を長くする制御装置を備える内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記制御装置は、前記所定条件が成立している場合で且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上の場合には、前記供給装置から１回当たりに供給する還元剤の量を多くしたことに応じて、前記所定条件が成立していない場合または前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度未満の場合よりも、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量を多くする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記制御装置は、前記所定の条件が成立しており且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度未満の場合には、前記１回当たりに供給する還元剤の量を多くしたことに応じて、前記供給装置から供給する還元剤の供給間隔を長くする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記制御装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上の場合には、前記所定条件が成立しているか否かにかかわらず、還元剤の供給間隔を一定とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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