JP2018131984A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】直列に配置される２つのＮＯｘ触媒に対して還元剤を好適に供給する。
【解決手段】上流側のＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの量に応じた量の添加剤を上流側のＮＯｘ触媒よりも上流側に備わる第一添加装置から添加する通常制御と、２つのＮＯｘ触媒が活性している場合に、下流側のＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの量が所定の上限量を超えているときは、第一添加弁から添加する添加剤の量を通常制御時の添加剤の量よりも少なくする減量制御と、を実施する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
アンモニアを還元剤として使用することで、内燃機関の排気中に含まれるＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」ともいう。）が知られている。このＮＯｘ触媒よりも上流側には、排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体（以下、アンモニア又はアンモニアの前駆体を「添加剤」ともいう。）を添加する添加弁等が設置される。アンモニアの前駆体としては、尿素を例示できる。
ここで、排気通路にＮＯｘ触媒を直列に２つ設け、夫々のＮＯｘ触媒に対して添加剤を供給する構成が知られている。なお、以下では、上流側に設けられているＮＯｘ触媒を第一ＮＯｘ触媒ともいい、下流側に設けられているＮＯｘ触媒を第二ＮＯｘ触媒ともいう。この構成において、上流側のＮＯｘ触媒の温度が所定の上限温度以下の場合には、上流側のＮＯｘ触媒に対して添加剤を供給し、上流側のＮＯｘ触媒の温度が所定の上限温度を超えている場合には、下流側のＮＯｘ触媒に対して添加剤を供給する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１１−２０２６２０号公報
ここで、第一ＮＯｘ触媒及び第二ＮＯｘ触媒が共に活性状態にある場合に、第一ＮＯｘ触媒に対して添加剤を供給すると、第一ＮＯｘ触媒にアンモニアが吸着する。この状態で、第一ＮＯｘ触媒の温度が急に上昇すると、第一ＮＯｘ触媒に吸着可能なアンモニア量が急に減少するために、第一ＮＯｘ触媒に吸着されていたアンモニアが第一ＮＯｘ触媒から脱離する。このアンモニアは第二ＮＯｘ触媒に流入して、第二ＮＯｘ触媒に吸着される。この結果、第二ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が過剰になり得る。そうすると、第二ＮＯｘ触媒で吸着しきれないアンモニアが第二ＮＯｘ触媒から流出する虞がある。
また、このときには、第一ＮＯｘ触媒は活性しているために、第一ＮＯｘ触媒に対して添加剤が添加されると、排気に含まれるＮＯｘの多くは第一ＮＯｘ触媒で浄化される。したがって、第二ＮＯｘ触媒に流入するのは、第一ＮＯｘ触媒で浄化し切れなかった少量のＮＯｘなので、第二ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの消費量は少ない。すなわち、第二ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が過剰となっている状態が長く続くことになる。このため、第二ＮＯｘ触媒からアンモニアが脱離し易い状態が続くことになる。また、このような状態のときに第一ＮＯｘ触媒に対して添加剤を添加すると、第二ＮＯｘ触媒でＮＯｘを十分に浄化可能であるのにも関わらず、添加剤を添加することになるため、添加剤を無駄に添加することになる。
そこで本発明は、直列に配置される２つのＮＯｘ触媒に対して還元剤を好適に供給することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明では、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触媒である第一ＮＯｘ触媒と、前記第一ＮＯｘ触媒よりも下流の前記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触媒である第二ＮＯｘ触媒と、前記第一ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に設けられ、排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤を添加する第一添加装置と、前記第一ＮＯｘ触媒よりも下流且つ前記第二ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に設けられ、排気中に前記添加剤を添加する第二添加装置と、前記第一ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの量に応じた量の添加剤を前記第一添加装置から添加する通常制御を実施する制御装置であって、前記第一ＮＯｘ触媒及び前記第二ＮＯｘ触媒が活性している場合に、前記第二ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの量が所定の上限量を超えているときは、前記第一添加装置から添加する前記添加剤の量を前記通常制御時の前記添加剤の量よりも少なくする減量制御を実施する制御装置と、を備える。
通常制御では、第一ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの量に応じて第一添加装置から添加剤が添加されるため、第一ＮＯｘ触媒において好適にＮＯｘを還元することができる。しかし、通常制御時に第一ＮＯｘ触媒の温度が急に上昇すると、第一ＮＯｘ触媒に吸着されていたアンモニアが脱離して第一ＮＯｘ触媒から流出する。このアンモニアは、第二ＮＯｘ触媒に吸着される。このようにして、第二ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が増加すると、第二ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が所定の上限値を超える虞がある。ここでいう所定の上限値は、第二ＮＯｘ触媒から流出するアンモニアの量が許容範囲の上限値となるアンモニア吸着量である。なお、所定の上限値は、第二ＮＯｘ触媒から流出するアンモニアの量が許容範囲を超えることを抑制するために、第二ＮＯｘ触媒から流出するアンモニアの量が許容範囲の上限値となるアンモニア吸着量よりも少ないアンモニア吸着量として余裕を持たせてもよい。
第二ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が所定の上限量を超えた場合には、第二ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を減少させなければ、第二ＮＯｘ触媒から流出するアンモニア量が許容範囲を超える虞がある。このような場合には、制御装置は減量制御を実施する。減量制御では、通常制御時よりも第一添加装置から添加する添加剤の量を減少させるため、第一ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの量に応じた添加剤量よりも少ない量の添加剤が第一ＮＯｘ触媒に供給される。すなわち、第一ＮＯｘ触媒では、流入するＮＯｘ量に対して添加剤量が少ないため、該第一ＮＯｘ触媒に吸着されていたアンモニアが徐々に減少する。このようなアンモニアの減少により、第一ＮＯｘ触媒から流出するアンモニアが減少すると共に、第一ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘが増加する。そして、第二ＮＯｘ触媒に流入するアンモニアが減少することにより、第二ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が増加することを抑制できるため、第二ＮＯｘ触媒からのアンモニアの流出を抑制できる。また、第二ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘが増加することにより、第二ＮＯｘ触媒に吸着されていたアンモニアの消費量が増加するため、第二ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を減少させることができる。これによっても、第二ＮＯｘ触媒からのアンモニアの流出を抑制できる。そして、第二ＮＯｘ触媒からのアンモニアの流出を抑制することにより、無駄に添加する添加剤の量が減少するため、添加剤の消費量を減少させることができる。このように、第一ＮＯｘ触媒及び第二ＮＯｘ触媒に対して好適に添加剤を添加することができる。
なお、内燃機関の冷間始動後などでは、第一ＮＯｘ触媒が活性していても第二ＮＯｘ触媒が活性していない場合がある。第二ＮＯｘ触媒が活性していない場合には、第二ＮＯｘ触媒にＮＯｘが流入してもほとんど還元されずに第二ＮＯｘ触媒から流出してしまう。したがって、このようなときに減量制御を実施してしまうと、第二ＮＯｘ触媒からＮＯｘが流出し得る。このような状態のときには、減量制御を実施せずに通常制御を実施することにより、第一ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを還元することができるため、第一ＮＯｘ触媒からＮＯｘが流出することを抑制できる。このため、第二ＮＯｘ触媒からＮＯｘが流出する
ことも抑制できる。
また、前記制御装置は、前記第二ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの量が前記所定の上限量よりも小さな値である所定の下限量に減少するまで前記減量制御を継続してもよい。
すなわち、第二ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が所定の上限量よりも多い場合に限り減量制御を行うこともできるが、この場合には、第二ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が所定の上限値またはその近傍の量になるため、またすぐに減量制御を実施する場合もある。一方、所定の下限量まで減少させることにより、第二ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を十分に減少させておけば、減量制御を頻繁に行う必要がない。また、所定の下限量まで減少させておくことにより、第二ＮＯｘ触媒からのアンモニアの流出をより確実に抑制することができる。なお、所定の下限量を小さくし過ぎると、第二ＮＯｘ触媒においてＮＯｘの還元が困難となる。一方、所定の下限量を大きくし過ぎると、減量制御を実施する効果が小さくなる。したがって、ＮＯｘの還元と、減量制御を実施する効果とを考慮して、所定の下限量を決定する。所定の下限量は、例えば、システム全体としてのＮＯｘ浄化率（ここでは、第一ＮＯｘ触媒と第二ＮＯｘ触媒とを合わせたＮＯｘ浄化率）が許容範囲内となるように設定してもよい。
前記制御装置は、前記減量制御において、前記第一添加装置から添加する添加剤の量を、前記第一ＮＯｘ触媒及び前記第二ＮＯｘ触媒を合わせたＮＯｘ浄化率が浄化率閾値以上になる量に設定してもよい。
このようにすることで、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値以上に維持される。ここで、減量制御を実施すると、第一ＮＯｘ触媒では、アンモニア吸着量が徐々に減少するためにＮＯｘ浄化率が徐々に減少し得る。また、減量制御を実施すると、第二ＮＯｘ触媒では、アンモニア吸着量が減少すると共にＮＯｘ流入量が増加するためにＮＯｘ浄化率が徐々に減少し得る。したがって、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が減少し得る。そうすると、減量制御を実施中にシステム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値よりも小さくなる虞がある。ここでいう浄化率閾値は、ＮＯｘ浄化率の許容範囲の下限値である。なお、浄化率閾値は、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が許容範囲の下限値よりも小さくなることを抑制するために、ＮＯｘ浄化率の許容範囲の下限値よりも大きなＮＯｘ浄化率として余裕を持たせることもできる。ＮＯｘ浄化率が浄化閾値よりも小さくなる場合には、減量制御時の添加剤の減量の程度を緩和すればよい。このように添加剤の減量の程度を緩和した場合であっても、減量制御時の添加剤量が通常制御時の添加剤量よりも少なくなるように、添加剤量を調整する。このようにして、システム全体としてのＮＯｘ浄化率を浄化率閾値以上に維持することにより、第二ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの流出を抑制できる。
本発明によれば、直列に配置される２つのＮＯｘ触媒に対して還元剤を好適に供給することができる。
実施例に係る内燃機関と、その排気系と、の概略構成を示す図である。 各種の値の推移を示したタイムチャートである。 実施例１に係る添加剤を添加する制御のフローを示したフローチャートである。 内燃機関の始動後の各種の値の推移を示したタイムチャートである。 各種の値の推移を示したタイムチャートである。 実施例２に係る添加剤を添加する制御のフローを示したフローチャートである。 減量制御を実施中の各種の値の推移を示したタイムチャートである。
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１）
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系と、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。ただし、内燃機関１はガソリンエンジンであってもよい。内燃機関１には排気通路２が接続されている。排気通路２には、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３１，３２が直列に２つ設けられている。以下では、上流側に備わる選択還元型ＮＯｘ触媒３１を第一ＮＯｘ触媒３１といい、下流側に備わる選択還元型ＮＯｘ触媒３２を第二ＮＯｘ触媒３２という。
第一ＮＯｘ触媒３１よりも上流の排気通路２には、排気中にアンモニアの前駆体である尿素水を添加する第一添加弁４１が設けられている。第一添加弁４１から添加された尿素水は、加水分解されてアンモニアとなり、第一ＮＯｘ触媒３１または第二ＮＯｘ触媒３２に吸着される。また、第一ＮＯｘ触媒３１よりも下流且つ第二ＮＯｘ触媒３２よりも上流の排気通路２には、排気中に尿素水を添加する第二添加弁４２が設けられている。第二添加弁４２から添加された尿素水は、加水分解されてアンモニアとなり、第二ＮＯｘ触媒３２に吸着される。第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２に吸着されたアンモニアは、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤として利用される。なお、第一添加弁４１及び第二添加弁４２は、尿素水に代えてアンモニアを添加してもよい。以下では、アンモニアの前駆体及びアンモニアを添加剤という。本実施例における第一添加弁４１が本発明における第一添加装置に相当し、本実施例における第二添加弁４２が本発明における第二添加装置に相当する。
さらに、第一添加弁４１よりも上流の排気通路２には、第一ＮＯｘ触媒３１に流れ込む排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１１と、第一ＮＯｘ触媒３１に流れ込む排気の空燃比を検出する空燃比センサ１２と、第一ＮＯｘ触媒３１に流れ込む排気の温度を検出する温度センサ１３と、が設けられている。また、内燃機関１には各気筒に夫々燃料を噴射する燃料噴射弁６が設けられている。また、内燃機関１には、吸気通路７が接続されている。吸気通路７には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ２３が取り付けられている。
そして、内燃機関１には制御装置として、電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１や排気浄化装置等を制御する。ＥＣＵ１０には、上述したＮＯｘセンサ１１、空燃比センサ１２、温度センサ１３、エアフローメータ２３の他、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続され、各センサの出力値がＥＣＵ１０に渡される。
ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ２１の検出に基づく機関回転速度や、アクセル開度センサ２２の検出に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。なお、本実施例では、第一ＮＯｘ触媒３１に流れ込む排気中のＮＯｘはＮＯｘセンサ１１によって検出可能であるが、内燃機関１から排出される排気（第一ＮＯｘ触媒３１に浄化
される前の排気であり、すなわち第一ＮＯｘ触媒３１に流れ込む排気）に含まれるＮＯｘは、内燃機関１の運転状態と関連性を有することから、上記内燃機関１の運転状態に基づいて推定することも可能である。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ１３によって検出される排気温度に基づいて、第一ＮＯｘ触媒３１の温度を推定することが可能である。また、温度センサ１３は、排気の温度に代えて、第一ＮＯｘ触媒３１の温度を検出するセンサであってもよい。なお、第一ＮＯｘ触媒３１の温度は、内燃機関１の運転状態と関連性を有することから、上記内燃機関１の運転状態に基づいて、第一ＮＯｘ触媒３１の温度を推定することも可能である。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ２３の検出値及び燃料噴射弁６からの燃料噴射量に基づいて、排気の流量を算出することができる。一方、ＥＣＵ１０には、第一添加弁４１、第二添加弁４２、及び燃料噴射弁６が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により第一添加弁４１、第二添加弁４２、及び燃料噴射弁６が制御される。
ＥＣＵ１０は、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量を夫々推定している。なお、以下では、第一ＮＯｘ触媒３１と第二ＮＯｘ触媒３２とを区別しないときには、単にＮＯｘ触媒３という。また、以下では、第一添加弁４１と第二添加弁４２とを区別しないときには、単に添加弁４という。
本実施例では、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の単位時間当たりの変化量を積算することにより、アンモニア吸着量を求めている。この積算は、ＥＣＵ１０により繰り返し行われる。ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の単位時間当たりの変化量は、アンモニア吸着量の単位時間当たりの増加量から単位時間当たりの減少量を減算することにより求めることができる。ここで、第一ＮＯｘ触媒３１においては、アンモニア吸着量の単位時間当たりの増加量は、第一添加弁４１から添加される単位時間当たりの添加剤量に応じて決まる。一方、第二ＮＯｘ触媒３２においては、アンモニア吸着量の単位時間当たりの増加量は、第二添加弁４２から添加される単位時間当たりの添加量と、第一ＮＯｘ触媒３１から脱離する単位時間当たりのアンモニア量（後述）と、に応じて決まる。なお、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の単位時間当たりの増加量を以下では、「供給ＮＨ３量」ともいう。
また、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の単位時間当たりの減少量は、ＮＯｘ触媒３で消費される単位時間当たりの添加剤量（以下、「消費ＮＨ３量」ともいう。）、及び、ＮＯｘ触媒３から脱離する単位時間当たりの添加剤量（以下、「脱離ＮＨ３量」ともいう。）の総量である。そして、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の単位時間当たりの変化量を積算することにより、現時点におけるアンモニア吸着量を算出する。
消費ＮＨ３量は、ＮＯｘ触媒３におけるＮＯｘ浄化率と、排気流量と、ＮＯｘ触媒３に流入する排気のＮＯｘ濃度（以下、入ＮＯｘ濃度ともいう。）と、に関連しているため、これらの値に基づいて算出することができる。なお、排気流量は、エアフローメータ２３により検出される吸入空気量に相関しているため該吸入空気量に基づいて算出してもよいし、センサにより検出してもよい。第一ＮＯｘ触媒３１における入ＮＯｘ濃度は、ＮＯｘセンサ１１により検出することができる。また、第二ＮＯｘ触媒３２における入ＮＯｘ濃度は、第一ＮＯｘ触媒３１から流出する排気のＮＯｘ濃度に等しい。第一ＮＯｘ触媒３１から流出する排気のＮＯｘ濃度は、第一ＮＯｘ触媒３１に流入する排気のＮＯｘ濃度及び第一ＮＯｘ触媒３１のＮＯｘ浄化率から算出することができる。ＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒３の温度と、排気流量と、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量と、に関連しているため、こられの値に基づいて算出することができる。なお、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量は、繰り返しアンモニア吸着量を算出しているときの前回算出された値（前回値）を用いる。これらの関係は予めマップ化しておいてもよい。なお、第二ＮＯｘ触媒３２の温度は、温度センサ１３の検出値及び内燃機関１の運転状態に基づいて推定するこ
ともできるし、第二ＮＯｘ触媒３２の温度を検出するためのセンサを別途実施することにより検出することもできる。
また、脱離ＮＨ３量は、ＮＯｘ触媒３の温度と、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の前回値と、関連しているため、これらの値に基づいて算出することができる。ＮＯｘ触媒３の温度と、アンモニア吸着量の前回値と、脱離ＮＨ３量と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、ＮＯｘ触媒３の温度及びアンモニア吸着量に基づいて、脱離ＮＨ３量を求めることができる。これらの関係を予めマップ化しておいてもよい。
以上のようにして、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の単位時間当たりの変化量を算出することができる。この値を積算することにより現時点におけるアンモニア吸着量を算出することができる。なお、ＥＣＵ１０の演算周期毎にアンモニア吸着量の変化量を算出し、この変化量を積算することで、現時点におけるアンモニア吸着量を算出することもできる。上記方法に限らず他の周知の方法によってＮＯｘ触媒３のアンモニア吸着量を推定してもよい。
また、ＥＣＵ１０は、添加弁４から添加剤を添加する制御を実施する。ＥＣＵ１０は、夫々のＮＯｘ触媒３のアンモニア吸着量が、アンモニア吸着量の目標値（以下、目標吸着量ともいう。）となるように、添加弁４から添加剤を添加する。この際、ＥＣＵ１０は、目標吸着量からのアンモニア吸着量の減少量に応じて、単位時間当たりの添加剤の添加量を決定する。なお、各触媒３の目標吸着量は、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が許容範囲内になるように、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。
例えば、第一ＮＯｘ触媒３１では、アンモニア吸着量の減少量は、消費ＮＨ３量と脱離ＮＨ３量との総量である。したがって、目標吸着量が一定の場合には、消費ＮＨ３量と脱離ＮＨ３量との総量に応じた量の添加剤が添加されるように、第一添加弁４１からの添加剤の添加量が決定される。なお、第一ＮＯｘ触媒３１の目標吸着量が変化する場合には、その変化量に応じて、第一添加弁４１からの添加剤の添加量を変化させる。一方、第二ＮＯｘ触媒３２では、第一ＮＯｘ触媒３１から流出したアンモニアが供給されるため、アンモニア吸着量の減少量は、消費ＮＨ３量と脱離ＮＨ３量との総量から供給ＮＨ３量を減算した値になる。したがって、目標吸着量が一定の場合には、消費ＮＨ３量と脱離ＮＨ３量との総量から供給ＮＨ３量を減算した値に応じた量の添加剤が添加されるように、第二添加弁４２から添加剤が添加される。第二ＮＯｘ触媒３２において、消費ＮＨ３量と脱離ＮＨ３量との総量から供給ＮＨ３量を減算した値が、負の値である場合（すなわち、アンモニアが過剰に供給された場合）には、第二添加弁４２からの添加剤の添加量を０とする。また、第二ＮＯｘ触媒３２の目標吸着量が変化する場合には、その変化量に応じて、第二添加弁４２からの添加剤の添加量を変化させる。以上のように、アンモニア吸着量の減少量を補うように添加弁４から添加剤を添加する制御を以下では、通常制御という。
ここで、内燃機関１の負荷が急に増加して排気の温度が高くなると、第一ＮＯｘ触媒３１の温度が上昇することにより、第一ＮＯｘ触媒３１に吸着可能なアンモニア量が減少する。このため、第一ＮＯｘ触媒３１に十分な量のアンモニアが吸着されていた場合には、第一ＮＯｘ触媒３１の温度上昇によってアンモニアを吸着しておくことができなくなるので、第一ＮＯｘ触媒３１からアンモニアが流出する。一方、内燃機関１の負荷が増加しても、排気通路２の下流側に備わる第二ＮＯｘ触媒３２は、温度が上昇しにくい。そのため、第一ＮＯｘ触媒３１から流出したアンモニアが、第二ＮＯｘ触媒３２に吸着される。これにより、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が過剰になる。
これに対して本実施例では、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２が活性してい
る場合において、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が所定の上限量を超えている場合には、超えていない場合よりも、第一添加弁４１から添加する添加剤量を減少させる。すなわち、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が所定の上限量を超えている場合には、通常制御時よりも第一添加弁４１から添加する添加剤量を減少させる。このように、通常制御時よりも第一添加弁４１から添加する添加剤量を減少させる制御を以下では減量制御という。本実施例ではＥＣＵ１０が減量制御を実施することにより、本発明における制御装置として機能する。
なお、第一添加弁４１から添加する添加剤量を減少させることには、添加剤の添加量を０になるまで減少させることも含む。すなわち、第一添加弁４１から添加剤を添加しないようにしてもよい。第二添加弁４２からの添加剤の添加は、上記の通常制御によって行われる。この場合、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が所定の上限量を超えている間は、消費ＮＨ３量と脱離ＮＨ３量との総量から供給ＮＨ３量を減算した値が、正の値であったとしても、第二添加弁４２からは添加剤が添加されない。この所定の上限量を以下では第一閾値とする。第一閾値は、目標吸着量よりも多いアンモニア吸着量であって、第二ＮＯｘ触媒３２から流出するアンモニアの量が許容範囲の上限値となるアンモニア吸着量、または、第二ＮＯｘ触媒から流出するアンモニアの量が許容範囲の上限値となるアンモニア吸着量から余裕を持たせた少なくしたアンモニア吸着量である。
ここで、第一添加弁４１からの添加剤の添加量を通常制御時よりも減少させることにより、第一ＮＯｘ触媒３１で消費されるアンモニア量よりも第一ＮＯｘ触媒３１に供給されるアンモニア量が少なくなるため、第一ＮＯｘ触媒３１においてアンモニアの吸着量が徐々に減少する。そのため、第一ＮＯｘ触媒３１におけるＮＯｘ浄化率が低下して、第一ＮＯｘ触媒３１から流出するＮＯｘ量が増加する。したがって、第二ＮＯｘ触媒３２に流入するＮＯｘ量が増加し、第二ＮＯｘ触媒３２に吸着しているアンモニア量がＮＯｘを還元するために減少する。また、第一ＮＯｘ触媒３１から流出するアンモニア量も減少することにより、第二ＮＯｘ触媒３２に新たに吸着されるアンモニア量を減少させることもできる。
図２は、各種の値の推移を示したタイムチャートである。上から順に、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の温度、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量（ＮＨ３吸着量）、第一添加弁４１からの添加剤の添加量を示している。温度におけるＬ１は、第一ＮＯｘ触媒３１の温度を示し、Ｌ２は第二ＮＯｘ触媒３２の温度を示している。ＮＨ３吸着量におけるＬ３は、通常制御のみを実施した場合の第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量を示し、Ｌ４は途中から減量制御を実施した場合の第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量を示している。また、ＮＨ３吸着量におけるＬ５は、通常制御のみを実施した場合の第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量を示し、Ｌ６は途中から減量制御を実施した場合の第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量を示している。また、添加量におけるＬ７は通常制御のみを実施した場合を示し、Ｌ８は途中から減量制御を実施した場合を示している。
Ｔ１は内燃機関１の負荷が上昇を開始する時点、Ｔ２は第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第一閾値を超える時点、Ｔ３は減量制御によって第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第二閾値よりも少なくなる時点を示している。ここで、本実施例における第二閾値は、本発明における所定の下限量に相当する。第二閾値は、例えば、システム全体としてのＮＯｘ浄化率（ここでは、第一ＮＯｘ触媒と第二ＮＯｘ触媒とを合わせたＮＯｘ浄化率）が許容範囲内となるように設定される。
Ｔ１から内燃機関１の負荷が増加し、この負荷の増加にしたがって、第一ＮＯｘ触媒３１の温度が上昇する。その後、第二ＮＯｘ触媒３２の温度が遅れて上昇する。第一ＮＯｘ
触媒３１の温度上昇と共に、第一ＮＯｘ触媒３１に吸着可能なアンモニア量が減少する。これにより、第一ＮＯｘ触媒３１からアンモニアが脱離するため、第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量が減少する。そのアンモニアは第二ＮＯｘ触媒３２に吸着されるため、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量は増加する。
Ｔ１からＴ２までの期間は通常制御が実施されており、第一ＮＯｘ触媒３１の温度上昇に伴い第一ＮＯｘ触媒３１からアンモニアが脱離し易くなるため、第一添加弁４１からの添加剤の添加量が増加している。しかし、新たに吸着するアンモニア量よりも脱離するアンモニア量のほうが多くなるため、第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量は目標吸着量から徐々に減少していく。このときには、第一ＮＯｘ触媒３１の温度上昇により活性が上がるため、アンモニア吸着量が少ない場合であってもＮＯｘを浄化することができる。
仮に従来と同じようにＴ２以降も通常制御を実施した場合には、Ｔ２以降も第一添加弁４１から添加剤を添加するため、第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量の低下が抑制される。この場合には、第一ＮＯｘ触媒３１における浄化性能が十分発揮されるように、第一添加弁４１からの添加剤の添加量が調整される。なお、第一添加弁４１からの添加剤の添加量には、第一ＮＯｘ触媒３１からのアンモニアの流出を抑制するために上限が設けられており、Ｔ２以降は、添加剤の添加量の上限に達している。しかし、第一ＮＯｘ触媒３１からのアンモニアの流出が続き、且つ、第一ＮＯｘ触媒３１からはＮＯｘがほとんど流出しないために、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量は増加を続ける。その後に第二ＮＯｘ触媒３２の温度も高くなり、第二ＮＯｘ触媒３２においてアンモニアの吸着が困難になると、第二ＮＯｘ触媒３２からアンモニアが流出してしまう。
一方、Ｔ２において通常制御から減量制御に切り替えると、第一添加弁４１からの添加剤の添加量が減少される。このときの減量制御時の添加剤の添加量は、予め実験またはシミュレーション等により最適値を求めておく。添加剤の添加量は、第二ＮＯｘ触媒３２にＮＯｘを供給し、アンモニアを供給しないような添加量であって、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量の増加を抑制する添加量となるように設定される。なお、減量制御では、添加剤の添加量を０にすることもできる。通常制御を継続して実施した場合よりも、減量制御に切り替えた場合のほうが第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量が減少する。これにより、第一ＮＯｘ触媒３１から流出するアンモニア量が減少すると共に第一ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ量が増加するため、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が速やかに減少する。
Ｔ３において減量制御を実施することによって第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第二閾値まで減少すると、通常制御に戻されるため、第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量が増加する。
このように、本実施例では、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第一閾値を超えた後は、第二閾値に減少するまで減量制御を継続しているが、これに代えて、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第一閾値を超えている間だけ減量制御を実施してもよい。この場合、第一閾値と第二閾値とが同じ値であると考えることができる。このようにすることで、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量を第一閾値以下にできる。しかし、この場合には、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が比較的多い状態で推移するため、第二ＮＯｘ触媒３２からアンモニアが流出し易い。したがって、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第一閾値を超えた後は、第二閾値に減少するまで減量制御を継続したほうが、アンモニアの流出を抑制する効果は大きくなる。
図３は、本実施例に係る添加剤を添加する制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。
ステップＳ１０１では、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が夫々取得される。各アンモニア吸着量は、ＥＣＵ１０により別途算出されているため、この値が読み込まれる。
ステップＳ１０２では、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の温度が夫々取得される。各温度は、推定してもよく温度センサにより検知してもよい。
ステップＳ１０３では、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の温度が活性温度以上であるか否か判定される。第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２が活性していなければ、減量制御を実施したとしても第二ＮＯｘ触媒３２でＮＯｘを浄化し切れなくなるため、減量制御を実施する前提条件として、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２が活性している必要がある。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。
ステップＳ１０５では、活性している触媒に対して添加剤が添加される。このときには、活性している触媒に対して通常制御を実施する。すなわち、第一ＮＯｘ触媒３１の温度が活性温度以上の場合には第一添加弁４１から添加剤を添加し、第二ＮＯｘ触媒３２の温度が活性温度以上の場合には第二添加弁４２から添加剤を添加する。また、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の温度が共に活性温度未満であれば、第一添加弁４１及び第二添加弁４２からの添加剤の添加は行われない。
一方、ステップＳ１０４では、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第一閾値より多いか否か判定される。本ステップＳ１０４では、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が過剰であるか否か判定している。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、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Ｓ１０６では減量フラグがＯＮにされる。減量フラグは、減量制御を実施し且つ通常制御を実施しないときにＯＮとなり、減量制御を実施せず且つ通常制御を実施するときにＯＦＦとなるフラグである。一方、ステップＳ１０７では、通常制御が実施される。
ステップＳ１０８では、減量制御が実施されることで第一添加弁４１からの添加剤の添加量が減量される。減量後の添加剤量は、予め求めておいた固定値であってもよく、予め求めておいたマップにしたがった値であってもよい。この減量後の添加剤量は、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量の増加を抑制するように設定されるまた、本ステップでは、添加量を０としてもよい。
そして、ステップＳ１０９では、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第二閾値より少ないか否か判定される。すなわち、本ステップでは、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が十分に減少したか否か判定している。ステップＳ１０９で肯定判定がなされるとステップＳ１１０へ進んで減量フラグがＯＦＦとされる。一方、ステップＳ１０９で否定判定がなされると本フローチャートが終了される。このようにして、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第二閾値より少なくなるまで減量制御が実施される。
以上説明したように、本実施例では、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が過剰の場合には、第一添加弁４１から添加する添加剤量を減少させるため、第一ＮＯｘ触媒３１から流出するアンモニア量を減少させ、且つ、第一ＮＯｘ触媒３１から流出するＮＯｘ量を増加させている。これにより、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量を減少させることができるため、第二ＮＯｘ触媒３２からアンモニアが流出することを抑制できる。また
、第一ＮＯｘ触媒３１から流出するＮＯｘは、第二ＮＯｘ触媒３２において還元することができる。さらに、第二ＮＯｘ触媒３２からアンモニアの流出量を減少させることができるため、システム全体としての添加剤の消費量を低減することができる。このように、本実施例によれば添加剤を好適に添加することができる。また、添加剤の添加量を減少することができるため、添加剤を貯留するためのタンクの容量を小さくすることができるので、システムの小型化が可能となる。
（変形例）
本変形例では、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が過剰であっても、内燃機関１の冷間始動後などで第一ＮＯｘ触媒３１のみが活性しており、第二ＮＯｘ触媒３２が活性していない場合には、第一添加弁４１から添加剤を添加する。そして、第二ＮＯｘ触媒３２が活性した後に、減量制御を開始して第一添加弁４１からの添加剤の添加量を減少させる。たとえば、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が過剰な状態で内燃機関１が停止された場合には、第二ＮＯｘ触媒３２が活性していないで且つ第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が過剰な状態で内燃機関１が始動され得る。
ここで、第二ＮＯｘ触媒３２が活性していない場合には、第二ＮＯｘ触媒３２においてＮＯｘをほとんど浄化することができないため、第一ＮＯｘ触媒３１においてＮＯｘを浄化しなければ、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が低下してしまう。すなわち、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が過剰であるからといって第一添加弁４１からの添加剤の添加量を減少させると、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の何れにおいてもＮＯｘを浄化することが困難となるため、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が低下してしまう。このような場合には、第一添加弁４１から添加剤を添加することにより第一ＮＯｘ触媒３１においてＮＯｘを浄化させることで、システム全体としてのＮＯｘ浄化率の低下を抑制し得る。
図４は、内燃機関１の始動後の各種の値の推移を示したタイムチャートである。上から順に、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の温度、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量（ＮＨ３吸着量）、第一添加弁４１からの添加剤の添加量、第二ＮＯｘ触媒３２からのアンモニア流出量を示している。温度におけるＬ１１は第一ＮＯｘ触媒３１の温度を示し、Ｌ１２は第二ＮＯｘ触媒３２の温度を示している。また、ＮＨ３吸着量におけるＬ１３は、通常制御のみを実施した場合の第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量を示し、Ｌ１４は途中から減量制御を実施した場合の第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量を示している。また、添加量及びＮＨ３流出量におけるＬ１５，Ｌ１７は通常制御のみを実施した場合を示し、Ｌ１６，Ｌ１８は途中から減量制御を実施した場合を示している。図２では、全体的に第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の温度が活性温度よりも高い場合を示しているが、図４は、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の温度が活性温度よりも低い温度から始まっている。そのため、図２と図４とでは、縦軸のスケールの大きさが異なる。
Ｔ４は第一ＮＯｘ触媒３１の温度が活性温度を超える時点、Ｔ５は第二ＮＯｘ触媒３２の温度が活性温度を超える時点、Ｔ６は第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が減量制御によって第二閾値より少なくなる時点を示している。なお、本変形例では第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の活性温度が等しいものとして説明するが、各触媒の活性温度は異なっていてもよい。
内燃機関１の始動時点から第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第一閾値よりも多くなっているが、Ｔ４までは第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の温度が活性温度よりも低いため、第一添加弁４１からの添加剤の添加は実施していない。
内燃機関１の始動後は、上流側の第一ＮＯｘ触媒３１のほうが下流側の第二ＮＯｘ触媒３２よりも温度が速やかに上昇する。そのため、第一ＮＯｘ触媒３１のほうが、第二ＮＯｘ触媒３２よりも、活性温度に早く到達する。Ｔ４において第一ＮＯｘ触媒３１の温度が活性温度に達しても、第二ＮＯｘ触媒３２の温度は活性温度よりも低い。そのため、第一ＮＯｘ触媒３１のみでＮＯｘを還元するように、第一ＮＯｘ触媒３１に対して第一添加弁４１から添加剤を添加する。このときの還元剤の添加量は通常制御と同じである。このようにして、Ｔ４からＴ５までの期間は、第一ＮＯｘ触媒３１においてＮＯｘを還元する。しかし、第一ＮＯｘ触媒３１の温度が高くなって該第一ＮＯｘ触媒３１からアンモニアが脱離すると、第二ＮＯｘ触媒３２においてはアンモニアが過剰であるためにアンモニアを吸着することが困難となる。したがって、第二ＮＯｘ触媒３２からアンモニアが流出し得る。
Ｔ５において第二ＮＯｘ触媒３２の温度が活性温度に達すると、第二ＮＯｘ触媒３２においてＮＯｘを還元することができる。このときには、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第一閾値よりも多い。したがって、Ｔ５からは第二ＮＯｘ触媒３２においてＮＯｘを還元するために、第一添加弁４１からの添加剤の添加量を減少させている。これにより、第一ＮＯｘ触媒３１で還元しきれなかったＮＯｘが第二ＮＯｘ触媒３２に流入するため、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が減少する。また、第一添加弁４１からの添加剤の添加量が減少されるために、第一ＮＯｘ触媒３１から流出するアンモニア量が減少する。したがって、第二ＮＯｘ触媒３２に流入するアンモニア量が減少するため、第二ＮＯｘ触媒３２から流出するアンモニア量も減少する。
そして、Ｔ６において第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第二閾値まで減少しているため、第一添加弁４１からの添加剤の添加量を元に戻している。このようにして、第二ＮＯｘ触媒３２から流出するアンモニア量を低減させることができる。
内燃機関１の冷間始動時等では、図３に示したフローチャートにおいて、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２が共に活性温度に達するまでは、ステップＳ１０３において否定判定がなされてステップＳ１０５が処理される。例えば、図４におけるＴ４までは、ステップＳ１０５では第一添加弁４１からの添加剤の添加は停止される。Ｔ４からＴ５までの期間は、ステップＳ１０５において第一添加弁４１から添加剤が添加される。そして、Ｔ５以降はステップＳ１０３で肯定判定がなされて減量制御が実施される。その後、Ｔ６になると、ステップＳ１０９において肯定判定がなされて通常制御に戻る。
以上説明したように本変形例によれば、第二ＮＯｘ触媒３２が活性した後に減量制御を開始するため、第二ＮＯｘ触媒３２が活性するまでの期間は第一ＮＯｘ触媒３１においてＮＯｘを還元することができる。
（実施例２）
本実施例では、システム全体としてのＮＯｘ浄化率（すなわち、第一ＮＯｘ触媒と第二ＮＯｘ触媒とを合わせたＮＯｘ浄化率）が許容範囲内となるように、第一添加弁４１からの添加剤の添加量を調整する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。なお、システム全体としてのＮＯｘ浄化率は、ＥＣＵ１０により算出される。
ここで、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第一閾値を超えたために減量制御を実施して、第一添加弁４１からの添加剤の添加量を減少させると、第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量が徐々に減少していく。そのため、第一ＮＯｘ触媒３１におけるＮＯｘ浄化率が徐々に減少していく。一方、第二ＮＯｘ触媒３２では、アンモニア吸着量が第一閾値を超えているときにはＮＯｘ浄化率が比較的高くなるが、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が徐々に減少することにより、第二ＮＯｘ触媒３２におけるＮＯｘ浄化率も
徐々に低下する。したがって、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が徐々に低下し得る。そのため、減量制御中に第一添加弁４１からの添加剤の添加量を一律に減少させたままでいると、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第二閾値まで減少するまでの期間に、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が許容範囲よりも低下する虞がある。
そこで本実施例では、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値よりも小さくなった場合に、減量制御における第一添加弁４１から添加する添加剤の減量の程度を緩和させる。添加剤量は、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値以上となるように、通常制御時よりも添加剤量が少ない範囲で徐々に増加させる。なお、浄化率閾値は、許容範囲の下限値としてもよいが、許容範囲の下限値よりも少し大きな値として余裕を持たせてもよい。この場合、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が許容範囲の下限値よりも小さくならないような浄化率閾値を実験またはシミュレーション等により求めておいてもよい。
ここで、実施例１においても第二閾値を比較的大きな値に設定することにより、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値より小さくなることを抑制できる。しかし、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が比較的多い状態で減量制御を終了して通常制御に戻ることになるため、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が直ぐに第一閾値を超えてしまう虞がある。すなわち、第二ＮＯｘ触媒３２からアンモニアが流出し易くなる。一方、本実施例のように、第二閾値を比較的小さな値に設定し、且つ、システム全体としてのＮＯｘ浄化率に応じて第一添加弁４１からの添加剤の添加量を調整することにより、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制しつつ第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量を十分に少なくすることができる。
図５は、各種の値の推移を示したタイムチャートである。上から順に、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の温度、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量（ＮＨ３吸着量）、第一ＮＯｘ触媒３１と第二ＮＯｘ触媒３２とシステム全体とのＮＯｘ浄化率、第一添加弁４１からの添加剤の添加量を示している。温度におけるＬ２１は、第一ＮＯｘ触媒３１の温度を示し、Ｌ２２は第二ＮＯｘ触媒３２の温度を示している。ＮＨ３吸着量におけるＬ２３は実施例１に係る減量制御を実施した場合の第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量を示し、Ｌ２４は本実施例に係る減量制御を実施した場合の第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量を示している。また、ＮＨ３吸着量におけるＬ２５は通常制御のみを実施した場合の第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量を示し、Ｌ２６は途中から減量制御を実施した場合の第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量を示している。また、ＮＯｘ浄化率におけるＬ２７は実施例１に係る減量制御を実施した場合のシステム全体としてのＮＯｘ浄化率を示し、Ｌ２８は実施例１に係る減量制御を実施した場合の第一ＮＯｘ触媒３１のＮＯｘ浄化率を示し、Ｌ２９は第二ＮＯｘ触媒３２のＮＯｘ浄化率を示している。また、ＮＯｘ浄化率におけるＬ３０は、本実施例に係る減量制御を実施した場合のシステム全体としてのＮＯｘ浄化率を示している。ＮＯｘ浄化率におけるＬ３１は、本実施例に係る減量制御を実施した場合の第一ＮＯｘ触媒３１のＮＯｘ浄化率を示している。また、添加量におけるＬ３２は通常制御のみを実施した場合を示し、Ｌ３３は途中から減量制御を実施した場合を示している。
Ｔ７は内燃機関１の負荷が上昇を開始する時点、Ｔ８は第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第一閾値を超える時点、Ｔ９はシステム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値よりも小さくなる時点、Ｔ１０は第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が減量制御によって第二閾値より少なくなる時点を示している。
第一ＮＯｘ触媒３１におけるＮＯｘ浄化率、及び、第二ＮＯｘ触媒３２におけるＮＯｘ浄化率は、夫々の触媒のアンモニア吸着量に応じて変化する。そのため、Ｔ７からＴ８ま
では、第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量が減少するのに従って、第一ＮＯｘ触媒３１のＮＯｘ浄化率が下降し、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が増加するのに従って、第二ＮＯｘ触媒３２のＮＯｘ浄化率が上昇する。そして、Ｔ８において減量制御を開始すると、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が減少する。そうすると、第二ＮＯｘ触媒３２におけるＮＯｘ浄化率も低下する。また、このときには第一ＮＯｘ触媒３１におけるアンモニア吸着量も減少している。そのため、Ｔ８以降は、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が徐々に低下する。
Ｔ９においてシステム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値よりも小さくなると、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値以上となるように、第一添加弁４１からの添加剤の添加量を通常制御時の添加量よりも少ない範囲で徐々に増加させている。このときには、第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量は増加に転じ、第一ＮＯｘ触媒３１におけるＮＯｘ浄化率も上昇する。仮に、第一添加弁４１からの添加剤の添加量をＴ８からＴ９までの最も減量した添加量で一定にすると、システム全体としてのＮＯｘ浄化率は、Ｌ２７で示されるように、Ｔ９以降に浄化率閾値よりも小さくなってしまう。本実施例では、Ｔ９から、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量の増加を抑制することができる範囲で第一添加弁４１からの添加剤の添加量が調整される。なお、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値以上となるように、第一添加弁４１からの添加剤の添加量をフィードバック制御してもよい。
図６は、本実施例に係る添加剤を添加する制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、図３に示したフローチャートと同じ処理が実行されるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。また、ステップＳ１０６までの処理は、図３に示したフローチャートと同じため、説明を省略する。
図６に示したフローチャートでは、ステップＳ１０６の処理が終了するとステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、システム全体としてのＮＯｘ浄化率ＣＣＡＬが算出される。ここで、第一ＮＯｘ触媒３１における浄化率Ｃ１ＣＡＬは、内燃機関１の吸入空気量ＧＡ、第一ＮＯｘ触媒３１の温度ＴＡ、第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量Ｑ１と関連していることから、以下の関数Ｆ１により算出することができる。
Ｃ１ＣＡＬ＝Ｆ１（ＧＡ，ＴＡ，Ｑ１）
同様に、第二ＮＯｘ触媒３２におけるＮＯｘ浄化率Ｃ２ＣＡＬは、内燃機関１の吸入空気量ＧＡ、第二ＮＯｘ触媒３２の温度ＴＢ、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量Ｑ２と関連していることから、以下の関数Ｆ２により算出することができる。
Ｃ２ＣＡＬ＝Ｆ２（ＧＡ，ＴＢ，Ｑ２）
そして、システム全体としてのＮＯｘ浄化率ＣＣＡＬは以下の式により算出することができる。
ＣＣＡＬ＝Ｃ１ＣＡＬ＋（１−Ｃ１ＣＡＬ）×Ｃ２ＣＡＬ
ステップＳ２０２では、システム全体としてのＮＯｘ浄化率ＣＣＡＬが浄化率閾値よりも小さいか否か判定される。本ステップＳ２０２では、第一添加弁４１から添加する添加剤の減量の程度を緩和させる必要があるか否か判定している。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進んで、実施例１で設定される添加量に設定される。
ステップＳ２０３では、第一ＮＯｘ触媒３１に要求されるＮＯｘ浄化率（要求ＮＯｘ浄化率）Ｃ１ＲＥＱが算出される。第一ＮＯｘ触媒３１の要求ＮＯｘ浄化率Ｃ１ＲＥＱは、
システム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値ＣＣＡＬＴＲＧとなるような第一ＮＯｘ触媒３１のＮＯｘ浄化率として算出される。すなわち、以下の式により算出することができる。
Ｃ１ＲＥＱ＝（ＣＣＡＬＴＲＧ−Ｃ２ＣＡＬ）／（１−Ｃ２ＣＡＬ）
ステップＳ２０４では、第一ＮＯｘ触媒３１の目標吸着量Ｑ１ＴＲＧが算出される。第一ＮＯｘ触媒３１の目標吸着量Ｑ１ＴＲＧは、ステップＳ２０３で算出される第一ＮＯｘ触媒３１の要求ＮＯｘ浄化率となるような第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量として算出される。第一ＮＯｘ触媒３１の目標吸着量Ｑ１ＴＲＧは、第一ＮＯｘ触媒３１の要求ＮＯｘ浄化率Ｃ１ＲＥＱ、第一ＮＯｘ触媒３１の温度ＴＡ、内燃機関１の吸入空気量ＧＡと関連していることから、以下の関数Ｆ３により算出することができる。
Ｑ１ＴＲＧ＝Ｆ３（Ｃ１ＲＥＱ，ＴＡ，ＧＡ）
ステップＳ２０５では、第一添加弁４１からの添加剤の添加量が更新される。第一添加弁４１からの添加剤の添加量ＱＡＤＤ１は、ステップＳ２０４で算出される第一ＮＯｘ触媒３１の目標吸着量Ｑ１ＴＲＧとなるような添加剤の添加量として算出される。第一添加弁４１からの添加剤の添加量ＱＡＤＤ１は、第一ＮＯｘ触媒３１の目標吸着量Ｑ１ＴＲＧ、第一ＮＯｘ触媒３１の温度ＴＡ、内燃機関１の吸入空気量ＧＡと関連していることから、以下の関数Ｆ４により算出することができる。
ＱＡＤＤ１＝Ｆ４（Ｑ１ＴＲＧ，ＴＡ，ＧＡ）
このときには、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値以上となるように、第一添加弁４１からの添加剤の添加量ＱＡＤＤ１が多くなる。ステップＳ２０５の処理が終了するとステップＳ１０９へ進む。
なお、ステップＳ２０４とステップＳ２０５との処理を統合し、第一ＮＯｘ触媒３１の要求ＮＯｘ浄化率Ｃ１ＲＥＱを発揮できる添加剤の添加量を直接算出するか、または、マップ等により求めるようにしてもよい。
以上説明したように本実施例によれば、システム全体としてのＮＯｘ浄化化率の低下を抑制しつつ、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量をより少なくすることができる。このため、第二ＮＯｘ触媒３２からのアンモニアの流出をより確実に抑制することができる。また、第二閾値をより小さくすることができるため、アンモニアの流出をより確実に抑制することができる。このため、添加剤の消費量の低減効果が大きい。
（実施例３）
本実施例では、排気流量及び第一ＮＯｘ触媒３１に流入するＮＯｘ量が変動することにより、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が変動する場合に、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が許容範囲内となるように、第一添加弁４１からの添加剤の添加量を調整する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。
ここで、減量制御を実施している場合に、排気の流量が急に多くなったり、内燃機関１のからのＮＯｘ排出量が急に多くなることにより第一ＮＯｘ触媒３１に流入するＮＯｘ量が急に多くなったりすると、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が少ないときには、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値よりも小さくなる虞がある。
そこで本実施例では、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値よりも小さくなった場合に、減量制御における第一添加弁４１から添加する添加剤の減量の程度を監査させる。添加剤量は、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値以上となるように設定する。
図７は、減量制御を実施中の各種の値の推移を示したタイムチャートである。このタイムチャートは、減量制御が実施されている途中のタイムチャートである。上から順に、第一ＮＯｘ触媒３１に流入する排気のＮＯｘ濃度（流入ＮＯｘ濃度）、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量（ＮＨ３吸着量）、システム全体としてのＮＯｘ浄化率、第一添加弁４１からの添加剤の添加量を示している。ＮＨ３吸着量におけるＬ４１は第一ＮＯｘ触媒３１を示し、Ｌ４２は第二ＮＯｘ触媒３２を示している。Ｔ１１は第一ＮＯｘ触媒３１に流入する排気のＮＯｘ濃度が上昇してシステム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値よりも小さくなる時点、Ｔ１２は第一ＮＯｘ触媒３１に流入する排気のＮＯｘ濃度が下降する時点、Ｔ１３は第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第二閾値より少なくなる時点を示している。Ｔ１１以前から減量制御が開始されており、Ｔ１３以降も減量制御が継続している。
Ｔ１１以前から、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第一閾値よりも多いために減量制御が実施されており、第一添加弁４１からの添加剤の添加量が減少されている。このときには、第一ＮＯｘ触媒３１に流入する排気のＮＯｘ濃度が比較的低いために、システム全体としてのＮＯｘ浄化率は浄化率閾値以上となっている。
Ｔ１１から内燃機関１の運転状態が変化して、減量制御中に第一ＮＯｘ触媒３１に流入する排気のＮＯｘ濃度が比較的高くなる。このときには、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量は多いものの、第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量が少ないために、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２でＮＯｘを浄化し切れなくなる。そのため、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値よりも小さくなる。これに対して、第一添加弁４１からの添加剤の添加量が通常制御時よりも添加剤量が少ない範囲で増加される。なお、図７で示した例では、システム全体としてのＮＯｘ浄化率を速やかに上昇させるために、第一添加弁４１からの添加剤の添加量を通常制御時よりも添加剤量が少ない範囲で一旦大きく増加させ、添加剤量を減少させた後に、システム全体としてのＮＯｘ浄化率に応じて、第一添加弁４１からの添加剤の添加量を通常制御時よりも添加剤量が少ない範囲で徐々に増加させている。このときには、第一ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量は増加に転じ、第一ＮＯｘ触媒３１におけるＮＯｘ浄化率も上昇する。Ｔ１１からＴ１２では、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が増加しない範囲で第一添加弁４１からの添加剤の添加量が設定される。なお、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が浄化率閾値以上となるように、第一添加弁４１からの添加剤の添加量をフィードバック制御してもよい。
Ｔ１２において内燃機関１の運転状態が変化して、第一ＮＯｘ触媒３１に流入する排気のＮＯｘ濃度が比較的低くなっている。このときに第一ＮＯｘ触媒３１に流入するＮＯｘ量に対して、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量は十分に多いため、第一添加弁４１からの添加剤の添加量をＴ１１からＴ１２までの期間の添加量よりも減少させて、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量の減少を促進させる。
そして、Ｔ１３において第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量が第二閾値よりも少なくなると、減量制御から通常制御に切り替わる。
本実施例に係る添加剤を添加する制御のフローについては、図６に示したフローチャートと同じため、説明を省略する。
以上説明したように本実施例によれば、システム全体としてのＮＯｘ浄化化率の低下を抑制しつつ、第二ＮＯｘ触媒３２のアンモニア吸着量をより少なくすることができる。このため、第二ＮＯｘ触媒３２からのアンモニアの流出をより確実に抑制することができる。
１ 内燃機関
２ 排気通路
６ 燃料噴射弁
７ 吸気通路
１０ ＥＣＵ
１１ ＮＯｘセンサ
１２ 空燃比センサ
１３ 温度センサ
２１ クランクポジションセンサ
２２ アクセル開度センサ
２３ エアフローメータ
３１ 第一ＮＯｘ触媒
３２ 第二ＮＯｘ触媒
４１ 第一添加弁
４２ 第二添加弁

Claims (3)

  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触媒である第一ＮＯｘ触媒と、
    前記第一ＮＯｘ触媒よりも下流の前記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触媒である第二ＮＯｘ触媒と、
    前記第一ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に設けられ、排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤を添加する第一添加装置と、
    前記第一ＮＯｘ触媒よりも下流且つ前記第二ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に設けられ、排気中に前記添加剤を添加する第二添加装置と、
    前記第一ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの量に応じた量の添加剤を前記第一添加装置から添加する通常制御を実施する制御装置であって、前記第一ＮＯｘ触媒及び前記第二ＮＯｘ触媒が活性している場合に、前記第二ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの量が所定の上限量を超えているときは、前記第一添加装置から添加する前記添加剤の量を前記通常制御時の前記添加剤の量よりも少なくする減量制御を実施する制御装置と、
    を備える内燃機関の排気浄化装置。
  2. 前記制御装置は、前記第二ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの量が前記所定の上限量よりも小さな値である所定の下限量に減少するまで前記減量制御を継続する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 前記制御装置は、前記減量制御において、前記第一添加装置から添加する添加剤の量を、前記第一ＮＯｘ触媒及び前記第二ＮＯｘ触媒を合わせたＮＯｘ浄化率が浄化率閾値以上になる量に設定する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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