JP2019143513A

JP2019143513A - 内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法

Info

Publication number: JP2019143513A
Application number: JP2018027008A
Authority: JP
Inventors: 洋阿野田; Hiroshi Anoda
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2038-02-19
Also published as: CN111788372A; JP6969423B2; WO2019159932A1

Abstract

【課題】フィルタ再生時において、ＳＣＲ装置のＳＣＲ触媒に吸着されている還元剤が短時間で脱離及び放出されてＳＣＲ装置の下流側に大量に流出することを回避しつつ、フィルタ再生開始までの時間が長くなるという問題と、それに伴うＮＯｘ排出量の増加の懸念を解決できる、内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する。【解決手段】フィルタ装置２２のＰＭを燃焼除去するフィルタ再生の開始時に、選択還元型触媒装置２４における再生開始時の推定還元剤吸着量Ｓｅが予め設定した目標還元剤吸着量Ｓｔ以上であるか否かを判定し、推定還元剤吸着量Ｓｅが目標還元剤吸着量Ｓｔ以上である場合は、選択還元型触媒装置２４における推定還元剤吸着量Ｓｅが目標還元剤吸着量Ｓｔよりも少なくなるように、選択還元型触媒装置２４における吸着還元剤を減少させる吸着還元剤消費制御を行う。【選択図】図３

Description

本開示は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関する。

ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジン等の内燃機関においては、ＮＯｘ低減のために、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒、ＬＮＴ：ＬｅａｎＮＯｘＴｒａｐ）や選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒、ＳＣＲ：ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）を組み合わせ、さらに、排気微粒子（ＰＭ：ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）を捕集するフィルタ（例えば、ＤＰＦ：ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）を加えることで、低負荷〜高負荷まで幅広い運転領域でＮＯｘを低減することを狙った排気ガス浄化システムが主流になってきている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００６−５１２５２９号公報

ところで、このような排気ガス浄化システムでは、ＳＣＲ触媒を使用するので、フィルタの再生制御時において、排気ガスの急速昇温によりＳＣＲ触媒に吸着していたＮＨ₃（アンモニア）が脱離して、アンモニアスリップが発生する可能性がある。そのため、ＳＣＲ触媒に於けるＮＨ₃吸着量がある程度低下した状態から、フィルタ再生制御を開始する。

特に、ＳＣＲ触媒を担持したＳＣＲ装置の前段にＬＮＴ触媒を担持したＬＮＴ装置が配置されている場合には、ＮＯｘがＬＮＴ装置のＬＮＴ触媒に吸蔵されてしまい、ＳＣＲ装置におけるＮＨ₃消費量の低減効率が低下するので、ＮＨ₃吸着量が低減するまでの待ち時間が長くなり、フィルタ再生開始までの時間が長くなる懸念がある。フィルタ再生開始間までの時間が長くなると、ＮＯｘ排出量の増加などの懸念がある。

本開示の目的は、フィルタ再生時において、ＳＣＲ装置のＳＣＲ触媒に吸着されている還元剤が脱離及び放出されて、ＳＣＲ装置の下流側に流出することを回避しつつ、フィルタ再生開始までの時間が長くなるという問題と、それに伴うＮＯｘ排出量の増加の懸念を解決できる、内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明の態様の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に、上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置と、排気ガス中のＮＯｘを還元剤により還元する選択還元型触媒装置とを備えるとともに、前記排気通路に排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記選択還元型触媒装置における還元剤吸着量の推定値である推定還元剤吸着量を算出する推定還元剤吸着量算出手段と、前記フィルタ装置の粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生の開始時に、前記推定還元剤吸着量算出手段で算出された再生開始時の推定還元剤吸着量が予め設定した目標還元剤吸着量以上であるか否かを判定する還元剤吸着量判定手段と、前記還元剤吸着量判定手段で、前記推定還元剤吸着量算出手段で算出される推定還元剤吸着量が前記目標還元剤吸着量以上である場合は、前記推定還元剤吸着量算出手段で算出される推定還元剤吸着量が前記目標還元剤吸着量よりも少なくなるように、前記選択還元型触媒装置における吸着還元剤を減少させる吸着還元剤消費制御を行う吸着還元剤消費手段を備えて構成されている制御装置を有している。

また、上記の目的を達成するための本発明の態様の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に、上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置と、排気ガス中のＮＯｘを還元剤により還元する選択還元型触媒装置とを備えるとともに、前記排気通路に排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記選択還元型触媒装置における還元剤吸着量の推定値である推定還元剤吸着量を算出し、前記フィルタ装置の粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生の開始時に、算出された再生開始時の推定還元剤吸着量が予め設定した目標還元剤吸着量以上であるか否かを判定し、前記推定還元剤吸着量が前記目標還元剤吸着量以上である場合は、算出される推定還元剤吸着量が前記目標還元剤吸着量よりも少なくなるように、前記選択還元型触媒装置における吸着還元剤を減少させる吸着還元剤消費制御を行うことを特徴とする方法である。

本発明の態様の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、フィルタ再生時において、ＳＣＲ装置のＳＣＲ触媒に吸着されている還元剤が脱離及び放出されて、ＳＣＲ装置の下流側に流出することを回避しつつ、フィルタ再生開始までの時間が長くなるという問題を解決できる。

本発明の実施形態の内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。本発明の実施形態の内燃機関の排気ガス浄化システムの制御装置の構成を模式的に示す図である。本発明の実施形態の内燃機関の排気ガス浄化方法を実施するための制御フローの一例を示す図である。ＬＮＴ触媒とＳＣＲ触媒における、エンジン出口温度とＮＯｘ浄化率の関係を例示する図である。

以下、本発明の実施形態の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態の内燃機関の排気ガス浄化システム（以下、排気ガス浄化システム）１は、エンジン本体（Ｅ：内燃機関本体）１０から排出される排気ガスＧが通過する排気通路１１に、上流側から順に、ＮＯｘ吸蔵機能を有するＬＮＴ装置（ＮＯｘ触媒装置）２１と、排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するＣＳＦ装置（触媒付フィルタ装置）２２と、尿素水（厳密にはＮＨ₃（アンモニア：還元剤）を発生させる還元剤発生物質であるが、ここでは、説明の簡略化のため還元剤とする）を供給する尿素水供給装置２３と、尿素水から発生するＮＨ₃でＮＯｘを還元浄化するＳＣＲ装置（例えば、尿素ＳＣＲ触媒装置：選択還元型触媒装置）２４と、ＳＣＲ装置２４から流出するＮＨ₃を酸化して浄化する、ＡＳＣ（ＡｍｍｏｎｉａＳｌｉｐＣａｔａｌｙｓｔ：アンモニアスリップ触媒）と呼ばれるＤＯＣ装置（ＤＯＣ：ＤｉｅｓｅｌＯｘｉｄａｔｉｏｎＣａｔａｌｙｓｔ：酸化触媒）２５を備えて構成される。

また、それと共に、尿素水供給装置２３から噴射する尿素水Ｕの噴射量Ｕ１を制御する制御装置４０を備えて構成される。この制御装置４０は、通常はエンジン本体１０の全般の制御を行うエンジンコントロールユニットと呼ばれる制御装置に組み込まれるが、別の制御装置とすることも可能である。

つまり、この排気ガス浄化システム１は、内燃機関の排気通路１１に、上流側から順に、排気ガスＧ中のＮＯｘを吸蔵するＬＮＴ装置２１と、排気ガスＧ中のＮＯｘを還元剤により還元するＳＣＲ触媒装置２４とを備えるとともに、排気通路１１に排気ガスＧ中のＰＭを捕集するＣＳＦ装置２２を備えて構成されている。また、この排気ガス浄化システム１を制御するための制御装置４０を備えている。

なお、ＮＯｘを吸蔵するＬＮＴ装置２１として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置を例示しているが、ＮＯｘを吸蔵して排気ガス中のＮＯｘを浄化する触媒であればよく、本発明は、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置に限定されるものではない。また、ＰＭ（粒子状物質）を捕集するフィルタ装置として、触媒を担持したフィルタ装置の一つであるＣＳＦ装置を例示しているが、フィルタ再生を必要とするフィルタ装置であればよく、本発明は、このＣＳＦに限定されるものではない。

さらに、この図１に示す排気ガス浄化システムは例示であり、本発明は、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置の下流に、排気ガス中のＮＯｘを還元剤により還元する選択還元型触媒装置が配置され、フィルタ再生を必要とするフィルタ装置が排気通路のいずれかに配置されている排気ガス浄化システムであればよい。

そして、ＬＮＴ装置２１としては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒などを担持した装置が例示される。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、触媒担体上に白金等の貴金属触媒とバリウム等のアルカリ土類金属等で形成されるＮＯｘ吸蔵材を担持した成型体などから構成されている。そして、排気ガス中のＮＯｘをリーン状態のときに、ＮＯｘ吸蔵材に一旦吸蔵させ、ＮＯｘの吸蔵量が飽和する前に排気ガスをＮＯｘパージ制御でリッチ空燃比状態にすることで、ＮＯｘ吸蔵材に吸蔵されたＮＯｘを放出させて、貴金属触媒の三元機能により還元するものである。

ＣＳＦ装置（触媒付フィルタ装置）２２は、コージェライト材料、若しくは炭化ケイ素（ＳｉＣ）材料等で形成され、ハニカムセラミックスのセルの両端を交互に塞ぐことでセラミックスの薄い壁をフィルタとして使用している。この微粒子捕集フィルタは、耐熱性に優れているため、フィルタ再生時に加熱することで捕集されているＰＭを燃焼して除去することができ、このフィルタ再生処理により、捕集性能を維持できる。また、よりＰＭの燃焼が起こり易くするために酸化触媒を担持させている。

尿素水供給装置２３は、尿素水タンク２３ａから尿素水供給配管２３ｂ経由で供給される尿素水ＵをＳＣＲ装置２４に供給するための噴射装置であり、制御装置４０により、尿素水Ｕの噴射の有無及びその噴射量Ｕ１を調整制御される。

ＳＣＲ装置２４は、例えば、尿素水を還元剤Ｕとして、発生したＮＨ₃で排気ガスＧ中のＮＯｘと反応させて窒素と水にする尿素選択還元型触媒を担持して構成される。この尿素選択還元型触媒としては、鉄イオン交換アルミノシリケートや銅イオン交換アルミノシリケートなどのゼオライト触媒などがあり、ＮＨ₃を吸着して、この吸着したＮＨ₃でＮＯｘを還元浄化する機能を有している。この選択還元型触媒装置２４を使用することで、ＮＨ₃を直接使用するのではなく、尿素水を排気ガスＧの中に噴射して、尿素水から加水分解により発生するＮＨ₃とＮＯｘを反応させることでＮＯｘを無害化する。

また、排気通路１１に配置されるセンサ群の内のＮＯｘセンサに関しては、ＬＮＴ装置２１に流入する排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度である第１ＮＯｘ濃度Ｃｎ１を検出するための第１ＮＯｘセンサ３１がＬＮＴ装置２１の入口側に設けられる。また、ＳＣＲ装置２４に流入する排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度である第２ＮＯｘ濃度Ｃｎ２を検出するための第２ＮＯｘセンサ３２がＳＣＲ装置２４の入口側に設けられる。さらに、ＤＯＣ装置２５から流出する排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度である第３ＮＯｘ濃度Ｃｎ３を検出するための第３ＮＯｘセンサ３３がＤＯＣ装置２５の出口側に設けられる。

更に、ラムダセンサ（空燃比センサ：酸素濃度センサ）に関しては、ＬＮＴ装置２１に流入する排気ガスＧの空燃比（λ）である第１空燃比Ｃａ１を検出するための第１ラムダセンサ３４がＬＮＴ装置２１の入口側に設けられる。また、ＣＳＦ装置２２に流入する排気ガスＧの空燃比（λ）である第２空燃比Ｃａ２を検出する第２ラムダセンサ３５がＣＳＦ装置２２の入口側に設けられる。

また、排気ガス温度センサに関してはＬＮＴ装置２１に流入する排気ガスＧの温度である第１排気ガス温度Ｔｇ１を検出するための第１排気ガス温度センサ（第１温度検出装置）３６がＬＮＴ装置２１の入口側に設けられる。また、ＳＣＲ装置２４に流入する排気ガスＧの温度である第２排気ガス温度Ｔｇ２を検出するための第２排気ガス温度センサ（第２温度検出装置）３７がＳＣＲ装置２４の入口側に設けられる。さらに、ＣＳＦ装置２２に流入する排気ガスＧの温度である第３排気ガス温度Ｔｇ３を検出するための第３排気ガス温度センサ３８がＣＳＦ装置２２の入口側に設けられる。

つまり、ＬＮＴ装置２１へ流入する排気ガスＧの温度である第１排気ガス温度Ｔｇ１を測定する第１排気ガス温度センサ３６と、ＳＣＲ装置２４へ流入する排気ガスＧの温度である第２排気ガス温度Ｔｇ２を測定する第２排気ガス温度センサ３７を備えて構成されている。

これらの各種センサ３１〜３８の検出値は、制御装置４０に入力され、制御装置４０はこれらの入力データを基にして、各種演算を行い、エンジン本体１０に制御指令を出力する。それと共に、尿素水供給装置２３にも制御指令を出力して、尿素水供給装置２３から噴射する還元剤Ｕの噴射量Ｕ１を調整制御する。

また、排気ガス浄化システム１は、この制御装置４０の制御指令に従って、排気ガス温度を昇温して、ＣＳＦ装置２２における、ＣＳＦ装置２２に捕集されたＰＭを酸化除去するフィルタ再生制御を行ったり、排気ガス温度の昇温と排気ガスＧの空燃比をリッチ空燃比にして、ＬＮＴ装置２１における、吸蔵されたＮＯｘを放出すると共に、ＬＮＴ装置２１で担持している三元触媒により放出されたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘパージ制御（ＮＯｘ再生制御）を行ったり、また、排気ガス温度をＮＯｘパージ制御の温度よりも高い温度に昇温して、ＬＮＴ装置２１に吸蔵した硫黄成分を除去する硫黄パージ制御を行ったりする。

この制御装置４０は、図２に示すように、上記のフィルタ再生制御を行うフィルタ再生制御手段４１、ＮＯｘパージ制御を行うＮＯｘパージ制御手段４２、硫黄パージ制御を行う硫黄パージ制御手段４３、尿素水供給制御手段４４に加えて、推定ＮＨ₃吸着量算出手段（推定還元剤吸着量算出手段）５１と、ＮＨ₃吸着量判定手段（還元剤吸着量判定手段）５２と、吸着ＮＨ₃消費手段（吸着還元剤消費手段）５３を備えて構成されている。

この推定ＮＨ₃吸着量算出手段５１は、ＳＣＲ装置２４におけるＮＨ₃（還元剤）吸着量の推定値である推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅを算出する手段である。また、ＮＨ₃吸着量判定手段５２は、ＣＳＦ装置２２のＰＭを燃焼除去するフィルタ再生の開始時に、推定ＮＨ₃吸着量算出手段５１で算出されたフィルタ再生開始時の推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅが予め設定した目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔ以上であるか否かを判定する手段である。

また、吸着ＮＨ₃消費手段５３は、ＮＨ₃吸着量判定手段５２で、推定ＮＨ₃吸着量算出手段５１で算出される推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅが目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔ以上である場合は、推定ＮＨ₃吸着量算出手段５１で算出される推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅが目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔよりも少なくなるように、ＳＣＲ装置２４における吸着ＮＨ₃を減少させる吸着ＮＨ₃消費制御を行う手段である。

この吸着ＮＨ₃消費手段５３は、第１排気ガス温度センサ３６で検出される第１排気ガス温度Ｔｇ１が、ＬＮＴ装置２１におけるＮＯｘ放出温度に基づいて予め設定された第１設定温度Ｔｇｃ１以上になるように、排気ガスＧを昇温又は維持する吸着還元剤消費制御を行うように構成されている。この第１設定温度Ｔｇｃ１は、図４に例示するＮＯｘ浄化率とエンジン出口温度との関係で、ＬＮＴのＮＯｘ浄化率が低下する温度があるように、ＬＮＴ装置２１におけるＮＯｘ浄化率が低下する温度、言い換えれば、ＮＯｘ吸蔵能力が低下する温度、例えば、４００℃以上に設定される。

この排気ガスＧの昇温に起因するＬＮＴ装置２１のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の昇温により、フィルタ再生時において、フィルタ再生を開始する前に、ＬＮＴ装置２１に吸蔵されているＮＯｘを放出させて、この放出されたＮＯｘを下流側のＳＣＲ装置２４に流入させる。この流入したＮＯｘと、ＳＣＲ装置２４で吸着しているＮＨ₃とが反応してＮＯｘを還元浄化することにより、ＳＣＲ装置２４における吸着ＮＨ₃を減少させることができる。

このときの排気ガスＧの昇温は、ＮＯｘパージ制御とは異なり、排気ガスＧ中の空燃比（λ）はリーン状態とすることが好ましい。空燃比をリッチ状態とすると、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されたＮＯｘが三元触媒により還元浄化されてしまうため、ＳＣＲ装置２４に流入するＮＯｘが減少してしまい、ＳＣＲ装置２４における吸着ＮＨ₃の減少効果が低減してしまうからである。

さらに、吸着ＮＨ₃消費手段５３は、吸着ＮＨ₃消費制御では、第２排気ガス温度センサ３７で検出される第２排気ガス温度Ｔｇ２が、ＳＣＲ装置２４におけるＮＨ₃消費効率に基づいて予め設定された第２設定温度Ｔｇｃ２以上で、かつ、ＳＣＲ装置２４におけるＮＨ₃放出温度に基づいて予め設定された第３設定温度Ｔｇｃ３以下になるように、第２排気ガス温度Ｔｇ２を昇温又は維持するように構成されていることが好ましい。この第２設定温度Ｔｇｃ２は、図４に例示するＮＯｘ浄化率とエンジン出口温度との関係で、ＳＣＲでＮＯｘ浄化率が高くなる温度があるように、ＮＯｘ浄化率が高く、吸蔵ＮＨ₃の消費率が多くなる温度、例えば、３００℃程度に設定される。

この排気ガスＧの昇温に起因するＳＣＲ装置２４のＳＣＲ触媒の昇温により、フィルタ再生時において、フィルタ再生を開始する前に、ＳＣＲ装置２４に吸着されているＮＨ₃をＮＯｘと反応させる。このＮＯｘ還元反応の効率、即ち、ＮＨ₃消費効率は、第２排気ガス温度Ｔｇ２が、上記で設定した第２設定温度Ｔｇｃ２以上になると大きくなるので、短時間で、ＳＣＲ装置２４における吸蔵ＮＨ₃を減少させることができるようになる。

また、ＳＣＲ装置２４のＳＣＲ触媒温度が高くなり過ぎると、ＳＣＲ装置２４におけるＮＯｘ浄化率が低下するため、第２排気ガス温度Ｔｇ２を上記で設定した第３設定温度Ｔｇｃ３以下に抑える。この第３設定温度Ｔｇｃ３は、図４に例示するＮＯｘ浄化率とエンジン出口温度との関係で、ＳＣＲでＮＯｘ浄化率が低くなる温度があるように、ＮＯｘ浄化率が低く吸蔵ＮＨ₃の消費率が減少する温度、例えば、４００℃程度に設定される。つまり、第２排気ガス温度Ｔｇ２を、図４に例示するＮＯｘ浄化率とエンジン出口温度との関係で、ＳＣＲにおけるＮＯｘ浄化率が高くなっている温度範囲Ｒａに相当する温度範囲内になる、昇温及び維持する。

そして、本発明の実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法（以下、排気ガス浄化方法）は、内燃機関の排気通路１１に、上流側から順に、排気ガスＧ中のＮＯｘを吸蔵するＬＮＴ装置２１と、排気ガスＧ中のＮＯｘをＮＨ₃により還元するＳＣＲ装置２４とを備えるとともに、排気通路１１に、排気ガスＧ中のＰＭを捕集するＣＳＦ装置２２を備えた排気ガス浄化方法であり、次のような方法である。

この排気ガス浄化方法において、ＳＣＲ装置２４におけるＮＨ₃吸着量の推定値である推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅを算出し、ＣＳＦ装置２２のＰＭを燃焼除去するフィルタ再生の開始時に、算出された再生開始時の推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅが予め設定した目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔ以上であるか否かを判定し、推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅが目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔ以上である場合は、算出される推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅが目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔよりも少なくなるように、ＳＣＲ装置２４における吸着ＮＨ₃を減少させる吸着ＮＨ₃消費制御を行う。

この上記の制御は、図３に示すような一例の制御フローで実施することができる。この図３の制御フローは内燃機関が運転を開始すると、上級の制御フローから呼ばれて、他の排気ガス浄化システム１の運転制御フローと並行して実施され、内燃機関の運転が終了する際には、割り込みが生じて、上級の制御フローに戻って、この上級の制御フローと共に終了するものとして示してある。

図３の制御フローが上位の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１の「再生要求あり？」で、ＣＳＦ装置２２におけるフィルタ再生制御（以下、再生制御とする）を要求するフィルタ再生要求（以下、再生要求とする）が有るか否かの判定をする。この判定で、再生要求が無い場合は、リターンし、上位の制御フローに戻って、予め設定した時間を経過した後、再度上位の制御フローから呼ばれてスタートし、これを繰り返す。

ステップＳ１１の「再生要求あり？」の判定で、再生要求が有る場合は、ステップＳ１２の「ＮＯｘパージ制御の停止」に行く。このステップＳ１２の「ＮＯｘパージ制御の停止」では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘパージ制御を停止し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ低減制御（ＤｅＮＯｘ制御）を停止する。つまり、ＮＯｘパージ制御の停止を行う。

次のステップＳ１３の「ＳＣＲ入口温度の入力」では、第２排気ガス温度センサ３７で検出される第２排気ガス温度Ｔｇ２、つまり、ＳＣＲ入口温度を入力する。そして、「目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔの設定」では、ＳＣＲ装置２４における吸着可能なＮＨ₃吸着量Ｓｍａｘは、ＳＣＲ触媒の温度の影響を大きく受けるので、この第２排気ガス温度Ｔｇ２に基づいて、フィルタ再生時（以下再生時とする）の目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔを設定する。この再生時の目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔは、再生時は、排気ガス流量が小さく、排気ガスが急昇温するため、アンモニアスリップが発生し易くなるので、再生時以外の通常時の目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔ０と比較して、これより小さい値に設定される。

さらに、「推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅの算出」では、ＳＣＲ装置２４におけるＮＨ₃吸着量の推定値である推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅを算出する。この推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅは、供給ＮＨ₃量から消費ＮＨ₃量を減算し、さらに、ＮＨ₃スリップ量を減算したものである（推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅ＝前回推定ＮＨ₃吸着量＋供給ＮＨ₃量−消費ＮＨ₃量−ＮＨ₃スリップ量）。

この供給ＮＨ₃量は、尿素水Ｕから加水分解により発生したＮＨ₃の供給量であり、これは尿素水供給装置２３から供給した尿素水Ｕの噴射量Ｕ１などを基にして算出される。

消費ＮＨ₃量は、エンジン本体１０から発生したＮＯｘ量を還元するのに使用したＮＨ₃の量である。これは、ＳＣＲ装置２４に流入するＮＯｘ量とＳＣＲ触媒の温度（例えば、第２排気ガス温度Ｔｇ２で代用）、排気ガスＧの流量、ＮＯとＮＯ₂の比率、反応時のＮＨ₃吸着量等を基にして計算される。このＳＣＲ装置２４に流入するＮＯｘ量は、ＬＮＴ装置２１の出口側の第２ＮＯｘ濃度Ｃｎ２と排気ガスＧの流量とから得られる単位時間ごとのＮＯｘ量で推定することができる。

また、このＳＣＲ装置２４に流入するＮＯｘ量(ＳＣＲ入口ＮＯｘ量)は、エンジン出口のＮＯｘ量からＬＮＴ装置２１のＮＯｘ吸蔵脱離量とＬＮＴ装置２１のＮＯｘ還元量を減算したものである（ＳＣＲ入口ＮＯｘ量＝エンジン出口のＮＯｘ量−ＬＮＴ装置のＮＯｘ吸蔵脱離量−ＬＮＴ装置のＮＯｘ還元量）。

そして、このエンジン出口のＮＯｘ量は、エンジン運転状態から推定したり、ＬＮＴ装置２１の入口側のＮＯｘセンサと排気ガス流量から計算したりすることができる。また、ＬＮＴ装置２１のＮＯｘ吸蔵脱離量はＬＮＴ温度、排気ガス流量、ＮＯｘ吸蔵量から計算できる。そして、ＬＮＴ装置２１のＮＯｘ還元量はＬＮＴ温度、排気ガス流量、ＮＯｘ吸蔵量、空燃比から計算できる。

また、ＮＨ₃スリップ量は、ＳＣＲ装置２４におけるＮＨ₃吸着量と温度と排気ガスＧの流量などを基にして計算される。

そして、次のステップＳ１４の「Ｓｅ≧Ｓｔ」の判定では、推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅが目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔより大きいか否かを判定する。このステップＳ１４の「Ｓｅ≧Ｓｔ」の判定で、推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅが目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔ以上である場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１５の「吸着ＮＨ₃消費制御」に行き、予め設定した時間を経過した後、ステップＳ１３に戻り、この予め設定した時間で変化した、新たな推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅと新たな目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔを比較する。

この吸着ＮＨ₃消費制御では、算出される推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅが目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔよりも少なくなるように、あるいは、第２排気ガス温度Ｔｇ２が第２設定温度Ｔｇｃ２と第３設定温度Ｔｇｃ３との間の範囲内になるように、ＳＣＲ装置２４における吸着ＮＨ₃を減少させる制御を行う。具体的には、この吸着ＮＨ₃消費制御では、第１排気ガス温度Ｔｇ１が第１設定温度Ｔｇｃ１以上になるように、排気ガスＧの温度を昇温又は維持する。この排気ガスＧの昇温としては、エンジン本体１０における燃料噴射量を増加したり、ポスト噴射や排気管内燃料噴射で排気通路１１に供給した未燃燃料をＬＮＴ装置２１で酸化して発熱させたりするなどの、排気ガスＧの温度を上昇させる方法が採用される。

そして、ステップＳ１４の「Ｓｅ≧Ｓｔ」の判定で、推定ＮＨ₃吸着量Ｓｅが目標ＮＨ₃吸着量Ｓｔ未満である場合は、ステップＳ１６の「再生条件成立？」に行く。このステップＳ１６の「再生条件成立？」では、ＣＳＦ装置２２における再生制御の開始条件が満たされているか否かを判定し、再生制御の開始条件が満たされていない場合は（ＮＯ）、予め設定した時間を経過した後、ステップＳ１３に戻る。

一方、このステップＳ１６の「再生条件成立？」で、再生制御の開始条件が満たされている場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１７の「再生制御」に行き、ＣＳＦ装置２２における再生制御を行い、この再生制御が完了した後、リターンに行き、上位の制御フローに戻り、予め設定した時間を経過した後、再度上位の制御フローから呼ばれてスタートし、これを繰り返す。

なお、図３の制御フローの途中で、内燃機関の運転が終了されると、割り込みにより、図示しないが必要な制御の終了処理を行ってから、リターンして上級の制御フローに戻り、この上級の制御フローと共に終了する。

なお、ＬＮＴ装置２１の触媒温度の代わりに第１排気ガス温度Ｔｇ１を使用しているが、第３排気ガス温度Ｔｇ３を用いてもよく、さらには、より精度良い触媒温度を推定する場合には、第１排気ガス温度Ｔｇ１と第３排気ガス温度Ｔｇ３を用いて、単純平均や重み付き平均をＬＮＴ装置２１の触媒温度とすることも可能である。

また、ＳＣＲ装置２４の触媒温度の代わりに第２排気ガス温度Ｔｇ２を使用しているが、ＳＣＲ装置２４とＤＯＣ装置２５の間の排気通路１１に、第４排気ガス温度センサを設けて、この第４排気ガス温度センサで検出される第４排気ガス温度Ｔｇ４を用いてもよく、さらには、より精度良い触媒温度を推定する場合には、第２排気ガス温度Ｔｇ２と第４排気ガス温度Ｔｇ４を用いて、単純平均や重み付き平均を、ＳＣＲ装置２４の触媒温度とすることも可能である。

上記のように、この実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、フィルタ再生時において、ＳＣＲ装置２４のＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ₃が脱離及び放出されて、ＳＣＲ装置２４の下流側に流出することを回避しつつ、フィルタ再生開始までの時間が長くなるという問題を解決できる。

特に、ＳＣＲ触媒を担持したＳＣＲ装置２４の前段にＬＮＴ触媒を担持したＬＮＴ装置２１が配置されている場合には、ＮＯｘがＬＮＴ装置２１のＬＮＴ触媒に吸蔵されてしまい、ＳＣＲ装置２４におけるＮＨ₃消費量の低減効率が低下するので、ＮＨ₃吸着量が低減するまでの待ち時間が長くなり、フィルタ再生開始までの時間が長くなるが、この問題をより効果的に解決できる。

つまり、ＳＣＲ装置２４におけるＮＨ₃吸着量が多く、ＬＮＴ装置２１のＮＯｘ吸蔵量が少ない場合は、ＬＮＴ装置２１のＮＯｘ吸蔵量を飽和させて、ＳＣＲ装置２４の吸着ＮＨ₃を消費する必要があり、時間を要する。こうしたケースに対して、ＬＮＴ装置２１のＮＯｘ吸蔵効率が低下する温度まで昇温することで、ＬＮＴ装置２１からの放出ＮＯｘによるＳＣＲ装置２４における吸着ＮＨ₃の消費と、ＬＮＴ装置２１におけるＮＯｘ吸蔵飽和を不要にすることと、ＳＣＲ装置２４のＳＣＲ触媒の温度上昇による反応効率の向上（＝ＮＨ₃消費効率の向上）との総合的な効果が得られ、フィルタ再生開始までの時間を短縮することができる。これによって、ＮＯｘ排出量を低減でき、ＣＳＦ装置２２へのＰＭ過堆積も抑制することが可能となる。

１内燃機関の排気ガス浄化システム
１０エンジン本体
１１排気通路
２１ＬＮＴ装置（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置）
２２ＣＳＦ装置（触媒付きフィルタ装置）
２３尿素水供給装置（還元剤供給装置）
２４ＳＣＲ装置（選択還元型触媒装置）
２５ＤＯＣ装置（ＡＳＣ：酸化触媒装置）
３１第１ＮＯｘセンサ
３２第２ＮＯｘセンサ
３３第３ＮＯｘセンサ
３４第１ラムダセンサ
３５第２ラムダセンサ
３６第１排気ガス温度センサ（第１温度検出装置）
３７第２排気ガス温度センサ（第２温度検出装置）
３８第３排気ガス温度センサ
４０制御装置
４１フィルタ再生制御手段
４２ＮＯｘパージ制御手段
４３硫黄パージ制御手段
４４尿素水供給制御手段
５１推定ＮＨ₃吸蔵量算出手段（推定還元剤吸蔵量算出手段）
５２ＮＨ₃吸着量判定手段（還元剤吸着量判定手段）
５３吸蔵ＮＨ₃消費手段（吸蔵還元剤消費手段）
Ｇ排気ガス
Ｕ尿素水（還元剤）

Claims

内燃機関の排気通路に、上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置と、排気ガス中のＮＯｘを還元剤により還元する選択還元型触媒装置とを備えるとともに、前記排気通路に排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
前記選択還元型触媒装置における還元剤吸着量の推定値である推定還元剤吸着量を算出する推定還元剤吸着量算出手段と、
前記フィルタ装置の粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生の開始時に、前記推定還元剤吸着量算出手段で算出された再生開始時の推定還元剤吸着量が予め設定した目標還元剤吸着量以上であるか否かを判定する還元剤吸着量判定手段と、
前記還元剤吸着量判定手段で、前記推定還元剤吸着量算出手段で算出される推定還元剤吸着量が前記目標還元剤吸着量以上である場合は、前記推定還元剤吸着量算出手段で算出される推定還元剤吸着量が前記目標還元剤吸着量よりも少なくなるように、前記選択還元型触媒装置における吸着還元剤を減少させる吸着還元剤消費制御を行う吸着還元剤消費手段を備えて構成されている制御装置を有していることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置へ流入する排気ガスの温度を測定する第１温度検出装置を備えると共に、
前記吸着還元剤消費手段が、前記吸着還元剤消費制御では、前記第１温度検出装置で検出される第１排気ガス温度が、前記ＮＯｘ還元型触媒装置におけるＮＯｘ放出温度に基づいて予め設定された第１設定温度以上になるように、排気ガス温度を昇温又は維持するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
前記選択還元型触媒装置へ流入する排気ガスの温度を測定する第２温度検出装置を備えると共に、
前記吸着還元剤消費手段が、前記吸着還元剤消費制御では、前記第２温度検出装置で検出される第２排気ガス温度が、前記選択還元型触媒装置における還元剤消費効率に基づいて予め設定された第２設定温度以上で、かつ、前記選択還元型触媒装置における還元剤放出温度に基づいて予め設定された第３設定温度以下になるように、排気ガス温度を昇温又は維持するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
内燃機関の排気通路に、上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置と、排気ガス中のＮＯｘを還元剤により還元する選択還元型触媒装置とを備えるとともに、前記排気通路に排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化方法において、
前記選択還元型触媒装置における還元剤吸着量の推定値である推定還元剤吸着量を算出し、
前記フィルタ装置の粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生の開始時に、算出された再生開始時の推定還元剤吸着量が予め設定した目標還元剤吸着量以上であるか否かを判定し、
前記推定還元剤吸着量が前記目標還元剤吸着量以上である場合は、算出される推定還元剤吸着量が前記目標還元剤吸着量よりも少なくなるように、前記選択還元型触媒装置における吸着還元剤を減少させる吸着還元剤消費制御を行うことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。