JP2021148071A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費悪化を防止しつつ窒素酸化物を効果的に除去する。【解決手段】一態様の排気浄化装置は、第１の還元剤噴射装置からの還元剤の噴射量である第１の噴射量、及び、第２の還元剤噴射装置からの還元剤の噴射量である第２の噴射量を決定する制御装置を備えている。この制御装置は、フィルタに捕集された粒子状物質の単位時間あたりの燃焼量の目標値を示す目標燃焼速度を決定する第１の制御と、フィルタの温度と目標燃焼速度とに基づいて、フィルタに供給されるべきＮＯ２の濃度の目標値を示す目標ＮＯ２濃度を決定する第２の制御と、フィルタに供給される排出ガス中のＮＯ２濃度が目標ＮＯ２濃度になるように第１の噴射量を調節する第３の制御と、を含む連続再生制御を実行する。【選択図】図１

Description

本開示は、排気浄化装置に関する。

エンジンで発生した排出ガスを浄化する排気浄化装置として、例えば下記特許文献１及び特許文献２が知られている。特許文献１には、燃料を排出ガスに添加してフィルタを加熱することにより、当該フィルタに捕集された粒子状物質を除去することが記載されている。

特許文献２には、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元するＳＣＲ触媒と、排出ガスに尿素水を添加する尿素添加装置と、ＳＣＲ触媒の下流側に設けられたＤＰＦ（Diesel particulate filter）とを備え、ＤＰＦ再生時に尿素水の添加を停止して、二酸化窒素（ＮＯ_２）をＤＰＦに導入することにより、ＤＰＦに捕集された粒子状物質を酸化させる装置が記載されている。

特開２００８−２５５９０５号公報 特開２０１０−１８０８６１号公報

上記特許文献１に記載の排気浄化装置では、フィルタの再生に燃料を用いているので車両の燃費が悪化するおそれがある。一方、特許文献２に記載の排気浄化装置では、フィルタの再生にＮＯ_２を用いているので燃費悪化の問題が生じないものの、ＮＯｘの還元が行われないので厳しい排出規制のある窒素酸化物が車両の外部に放出されるおそれがある。

そこで、燃費悪化を防止しつつ窒素酸化物を効果的に除去することが要求されている。

一態様の排気浄化装置は、内燃機関からの排出ガスが流れる排気通路に設けられた第１の選択還元触媒と、排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、第１の選択還元触媒及びフィルタよりも排気通路の下流側に設けられた第２の選択還元触媒と、第１の選択還元触媒に還元剤を供給する第１の還元剤噴射装置と、第２の選択還元触媒に還元剤を供給する第２の還元剤噴射装置と、第１の還元剤噴射装置からの還元剤の噴射量である第１の噴射量、及び、第２の還元剤噴射装置からの還元剤の噴射量である第２の噴射量を決定する制御装置と、フィルタの温度を取得する温度取得部と、を備えている。この制御装置は、フィルタに捕集された粒子状物質の単位時間あたりの燃焼量の目標値を示す目標燃焼速度を決定する第１の制御と、フィルタの温度と目標燃焼速度とに基づいて、フィルタに供給されるべきＮＯ_２の濃度の目標値を示す目標ＮＯ_２濃度を決定する第２の制御と、フィルタに供給される排出ガス中のＮＯ_２濃度が目標ＮＯ_２濃度になるように第１の噴射量を調節する第３の制御と、を含む連続再生制御を実行する。

上記態様に係る排気浄化装置では、目標燃焼速度に基づいて目標ＮＯ_２濃度が決定され、フィルタに供給される排出ガス中のＮＯ_２濃度が目標ＮＯ_２濃度になるように第１の噴射量が調節される。目標ＮＯ_２濃度でＮＯ_２をフィルタに供給することにより、燃料の添加によることなく、ＮＯ_２の酸化作用によって目標燃焼速度に応じた量の粒子状物質が除去される。さらに、フィルタの下流側に第２の選択還元触媒が設けられているので、粒子状物質の燃焼に利用されたＮＯ_２が第２の選択還元触媒によって除去される。したがって、上記態様の排気浄化装置によれば、燃費悪化を防止しつつ窒素酸化物を効果的に除去することができる。

一実施形態では、フィルタよりも排気通路の上流側に配置され、排出ガスに含まれるＮＯをＮＯ_２に酸化する酸化触媒を更に備えていてもよい。酸化触媒によって排出ガスに含まれるＮＯをＮＯ_２に酸化することにより、フィルタ再生用のＮＯ_２をより効率よくフィルタに供給することができる。

一実施形態では、制御装置は、フィルタに捕集された粒子状物質の量が所定の閾値を超えたときに連続再生制御を実行してもよい。フィルタに捕集された粒子状物質の量が所定の閾値を超えたときに連続再生制御を実行することにより、粒子状物質の堆積量が過大になることを抑制することができる。

一実施形態では、温度取得部は、第２の選択還元触媒の温度を更に取得し、制御装置は、フィルタの温度が第１の温度閾値よりも高く、且つ、第２の選択還元触媒の温度が第２の温度閾値よりも高いときに、連続再生制御を実行してもよい。フィルタの温度が第１の温度閾値よりも高く、且つ、第２の選択還元触媒の温度が第２の温度閾値よりも高いときに連続再生制御を実行することにより、フィルタ上の粒子状物質を効率的に燃焼させつつ、粒子状物質の燃焼に利用されたＮＯｘを第２の選択還元触媒によって効率的に除去することができる。

一実施形態では、制御装置は、連続再生制御の実行時に、第２の選択還元触媒に対する還元剤の吸着量が増加するように第２の噴射量を調節する第４の制御を更に行ってもよい。第３の制御によって目標ＮＯ_２濃度のＮＯ_２がフィルタに供給されると、第２の選択還元触媒によって還元すべきＮＯｘの量が増加する。この実施形態では、第２の選択還元触媒に対する還元剤の吸着量を増加させているので、第２の選択還元触媒によってＮＯｘを効率よく除去することができる。

一実施形態では、制御装置は、目標燃焼速度を内燃機関から単位時間あたりに排出される粒子状物質の量よりも大きく設定してもよい。目標燃焼速度を内燃機関からの単位時間あたりの粒子状物質の排出量よりも大きくすることにより、フィルタの粒子状物質の堆積量が増加することを防止することができる。

本発明の一態様及び種々の実施形態によれば、燃費悪化を防止しつつ窒素酸化物を効果的に除去することができる。

一実施形態に係る排気浄化装置を含むエンジンシステムを概略的に示す図である。 排気浄化装置によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。 第１の噴射量及び第２の噴射量の一例を示すタイミングチャートである。 変形例に係る排気浄化装置を含むエンジンシステムを概略的に示す図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととし、同一又は相当の部分に対する重複した説明は省略する。

図１は、一実施形態に係る排気浄化装置２０を含むエンジンシステム１を概略的に示す図である。図１に示すエンジンシステム１は、トラック等の車両に搭載され、軽油等の燃料を燃焼させることによって車両を走行させるための駆動力を発生する。なお、本明細書では、エンジンシステム１によって生成される一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ_２）等をまとめて窒素酸化物（ＮＯｘ）と称する。

図１に示すように、エンジンシステム１は、エンジン１０を備えている。エンジン１０は、ディーゼル機関等の内燃機関である。エンジン１０には、排気マニホールドを介して排気通路１２が接続されている。エンジン１０の駆動によって排気マニホールドから排出された排出ガスは、排気通路１２を通って後述する排気浄化装置２０に流入する。

図１に示すように、排気通路１２には、排気浄化装置２０が設けられている。排気浄化装置２０は、第１の選択還元触媒２１、酸化触媒２２、フィルタ２３、第２の選択還元触媒２４及びアンモニア低減触媒２５を備えている。

第１の選択還元触媒２１は、エンジン１０の下流側において排気通路１２に設けられている。第１の選択還元触媒２１は、例えばアンモニア（ＮＨ_３）を還元剤として用いて排出ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を窒素（Ｎ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）に還元する。第１の選択還元触媒２１に含まれる触媒成分としては、銅又は鉄が例示される。これらの触媒成分は、例えばアルミナ又はジルコニア等の酸化物担体上に担持される。第１の選択還元触媒２１は、例えば２５０℃以上のときに活性化され、排出ガスに含まれるＮＯｘを還元する機能を有する。

酸化触媒２２は、第１の選択還元触媒２１の下流側、且つ、フィルタ２３の上流側において排気通路１２に設けられている。酸化触媒２２は、例えばアルミナ製の担体に、白金、パラジウム等の貴金属触媒を担持させたものである。酸化触媒２２は、排出ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化させて浄化すると共に、排出ガスに含まれるＮＯをＮＯ_２に酸化する機能を有する。

フィルタ２３は、酸化触媒２２よりも排気通路１２の下流側に設けられている。例えば、フィルタ２３は、コージェライト又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）製のＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）であり、排出ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集する。

第２の選択還元触媒２４は、第１の選択還元触媒２１及びフィルタ２３よりも排気通路１２の下流側に設けられている。第２の選択還元触媒２４は、例えばアンモニアを還元剤として用いて排出ガスに含まれるＮＯｘを窒素及び水に還元する。第２の選択還元触媒２４に含まれる触媒成分としては、銅又は鉄が例示される。これらの触媒成分は、例えばアルミナ又はジルコニア等の酸化物担体上に担持される。第２の選択還元触媒２４は、例えば２５０℃以上のときに活性化され、排出ガスに含まれるＮＯｘを還元する機能を有する。

アンモニア低減触媒２５は、第２の選択還元触媒２４よりも排気通路１２の下流側に設けられている。アンモニア低減触媒２５は、例えばゼオライト触媒を含み、第２の選択還元触媒２４を通過した過剰なアンモニアを酸化処理する。

図１に示すように、排気浄化装置２０は、第１の還元剤噴射装置２６、第２の還元剤噴射装置２７、温度センサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ、ＮＯｘセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、差圧センサ３３、及び、制御装置３５を更に備えている。

第１の還元剤噴射装置２６は、第１の選択還元触媒２１の上流側において排気通路１２に接続され、還元剤として例えば尿素水を排気通路１２内に噴射する。排気通路１２内に噴射された尿素水は、排出ガスの熱で加水分解されてアンモニアになり、第１の選択還元触媒２１に供給される。第１の選択還元触媒２１へ供給されたアンモニアは、第１の選択還元触媒２１上でＮＯｘを還元する。

第２の還元剤噴射装置２７は、フィルタ２３の下流側、且つ、第２の選択還元触媒２４の上流側において排気通路１２に接続され、還元剤として例えば尿素水を排気通路１２内に噴射する。排気通路１２内に噴射された尿素水は、排出ガスの熱で加水分解されてアンモニアになり、第２の選択還元触媒２４に供給される。第２の選択還元触媒２４へ供給されたアンモニアは、第２の選択還元触媒２４上でＮＯｘを還元する。

第１の還元剤噴射装置２６及び第２の還元剤噴射装置２７は、開度を調節可能な弁体を有し、弁体の開度に応じた噴射量で排気通路１２に尿素水を供給する。後述するように、第１の還元剤噴射装置２６から排気通路１２への尿素水の噴射量（以下、「第１の噴射量」という）、及び、第２の還元剤噴射装置２７から排気通路１２への尿素水の噴射量（以下、「第２の噴射量」という）は、制御装置３５によって制御される。

温度センサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、第１の選択還元触媒２１、酸化触媒２２、フィルタ２３及び第２の選択還元触媒２４の温度をそれぞれ取得する温度取得部を構成する。温度センサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄによって計測された温度情報は、制御装置３５に出力される。なお、温度センサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、排気通路１２を流れる排出ガスの温度を計測し、計測した排出ガスの温度から第１の選択還元触媒２１、酸化触媒２２、フィルタ２３及び第２の選択還元触媒２４の温度をそれぞれ間接的に取得してもよい。

ＮＯｘセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、排出ガス中のＮＯｘ濃度を計測する。より詳細には、ＮＯｘセンサ３２ａは第１の選択還元触媒２１の入口側のＮＯｘ濃度を計測し、ＮＯｘセンサ３２ｂは酸化触媒２２の入口側のＮＯｘ濃度を計測する。ＮＯｘセンサ３２ｃはアンモニア低減触媒２５の出口側のＮＯｘ濃度を計測する。ＮＯｘセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃによって計測されたＮＯｘ濃度を示す情報は、制御装置３５に出力される。

差圧センサ３３は、フィルタ２３の上流側と下流側との差圧を計測する。差圧センサ３３によって計測されたフィルタ２３の差圧を示す情報は、制御装置３５に出力される。

制御装置３５は、ＣＰＵ［Central Processing Unit］、ＲＯＭ［Read Only Memory］、ＲＡＭ［Random Access Memory］、ＣＡＮ［Controller Area Network］通信回路等を有する電子制御ユニットであり、排気浄化装置２０全体の動作を制御する。制御装置３５は、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより後述する各種機能を実現する。

制御装置３５は、第１の還元剤噴射装置２６、第２の還元剤噴射装置２７、温度センサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ、ＮＯｘセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、及び、差圧センサ３３と通信可能に接続されている。制御装置３５は、各センサからの出力値に基づいて、第１の還元剤噴射装置２６の第１の噴射量、及び、第２の還元剤噴射装置２７の第２の噴射量を制御する。特に、制御装置３５は、排出ガスに含まれるＮＯ_２の酸化作用によってフィルタ２３に堆積したＰＭを燃焼させる連続再生制御を実行する。

図１に示すように、制御装置３５は、機能的構成要素として目標ＮＯ_２濃度決定部３６及び噴射量制御部３７を含んでいる。目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、エンジン１０から単位時間あたりに排出されるＰＭの量に基づいて、フィルタ２３に捕集されたＰＭの単位時間あたりの燃焼量の目標値を示す目標燃焼速度を決定し、フィルタ２３の温度と目標燃焼速度とに基づいて、フィルタ２３に供給されるべきＮＯ_２の濃度の目標値を示す目標ＮＯ_２濃度を決定する。噴射量制御部３７は、フィルタ２３に供給されるＮＯ_２の濃度が目標ＮＯ_２濃度になるように第１の噴射量を調節する。

図２を参照して、制御装置３５によって実行される処理について説明しつつ、制御装置３５の機能について詳細に説明する。図２は、制御装置３５によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。

図２に示すように、制御装置３５は、まず連続再生制御を実行するために各種パラメータを取得する（ステップＳＴ１）。具体的には、制御装置３５の目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、酸化触媒２２の温度、フィルタ２３の温度、第２の選択還元触媒２４の温度、排出ガス中のＮＯ_２濃度、エンジン１０から排出されるＰＭの量、及び、フィルタ２３に捕集されたＰＭの量（以下、「ＰＭ堆積量」という）を取得する。例えば、目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、温度センサ３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの出力値に基づいて酸化触媒２２、フィルタ２３及び第２の選択還元触媒２４の温度の温度を取得すると共に、ＮＯｘセンサ３２ｂによって計測されたＮＯｘ濃度とフィルタ２３の温度とに基づいて排出ガス中のＮＯ_２濃度を取得する。さらに、目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、例えばエンジン１０の負荷、回転数及び排気温度等に基づいてエンジン１０から排出されるＰＭの量を算出する。また、目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、差圧センサ３３によって計測されたフィルタ２３の差圧に基づいてフィルタ２３のＰＭ堆積量を取得する。なお、ＰＭ堆積量は、例えばエンジン１０から排出されたＰＭの累計量と燃焼されたＰＭの累計量とに基づいて算出されてもよい。

次に、目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、フィルタ２３のＰＭ堆積量が所定の閾値Ｐを超えているか否かを判定する（ステップＳＴ２）。ＰＭ堆積量が所定の閾値Ｐを超えていない場合には、制御装置３５は、連続再生制御を行わずに一連の処理が終了する。そして、制御装置３５は、例えば排出ガス中のＮＯｘが所定の浄化率で浄化されるように、第１の選択還元触媒２１及び第２の選択還元触媒２４の温度に応じて第１の噴射量及び第２の噴射量が決定する通常制御を実行する。すなわち、制御装置３５は、フィルタ２３のＰＭ堆積量が所定の閾値Ｐを超えたときに連続再生制御を実行し、ＰＭ堆積量が所定の閾値Ｐよりも小さいときには連続再生制御を実行しない。

ＰＭ堆積量が所定の閾値Ｐを超えている場合には、目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、フィルタ２３の温度が、第１の温度閾値よりも高いか否かを判定する（ステップＳＴ３）。第１の温度閾値は、ＮＯ_２によってＰＭの酸化反応が進行する温度であり、例えば２６０℃である。フィルタ２３の温度が第１の温度閾値以下である場合には、制御装置３５は、連続再生制御を行わずに処理を終了する。

フィルタ２３の温度が第１の温度閾値よりも高い場合には、第２の選択還元触媒２４の温度が、第２の温度閾値よりも高いか否かを判定する（ステップＳＴ４）。第２の温度閾値は、第２の選択還元触媒２４によって排出ガスに含まれるＮＯｘが還元可能な温度であり、例えば２５０℃である。第２の選択還元触媒２４の温度が第２の温度閾値以下である場合には、制御装置３５は、連続再生制御を行わずに処理を終了する。すなわち、制御装置３５は、フィルタ２３の温度が第１の温度閾値よりも高く、且つ、第２の選択還元触媒２４の温度が第２の温度閾値よりも高いときに連続再生制御を実行し、フィルタ２３の温度が第１の温度閾値以下である場合、又は、第２の選択還元触媒２４の温度が第２の温度閾値以下である場合には連続再生制御を実行しない。

次に、目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、エンジン１０から排出されるＰＭの量に基づいて、単位時間あたりに除去すべきフィルタ２３上のＰＭの量を示す目標燃焼速度を決定する（ステップＳＴ５）（第１の制御）。例えば、目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、単位時間あたりにエンジン１０から排出されるＰＭの量よりも目標燃焼速度を大きく設定する。目標燃焼速度を単位時間あたりにエンジン１０から排出されるＰＭの量よりも大きくすることにより、フィルタ２３のＰＭ堆積量の増加が抑制される。

次に、目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、フィルタ２３の温度と目標燃焼速度とに基づいて、目標ＮＯ_２濃度を決定する（ステップＳＴ６）（第２の制御）。目標ＮＯ_２濃度とは、目標燃焼速度でフィルタ２３上のＰＭを燃焼させるためにフィルタ２３に供給されるべきＮＯ_２の濃度の目標値を示している。目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、ＰＭの燃焼速度を示すＰＭ燃焼モデルに基づいて目標ＮＯ_２濃度を決定する。例えば、制御装置３５は、フィルタ２３の温度と、ＰＭ堆積量と、ＮＯ_２濃度と、ＰＭの燃焼速度とが関連付けられたテーブルを記憶しており、このテーブルを参照して、ステップＳＴ１で取得されたフィルタ２３の温度及びＰＭ堆積量とステップＳＴ５で決定された目標燃焼速度とに基づいて、目標ＮＯ_２濃度を決定する。

なお、目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、テーブルを用いずに、フィルタ２３の温度と目標燃焼速度とを用いた計算によって目標ＮＯ_２濃度を決定してもよい。例えば、ある温度でのＰＭの燃焼速度は、下記式（１）に示すように、フィルタ２３上のＰＭ堆積量Ｃの一次関数として表すことが可能である。
ｄ［Ｃ］／ｄｔ＝ｋ［Ｃ］ ・・・（１）

このとき、反応速度定数ｋと絶対温度Ｔとの関係は、下記式（２）に示すアレニウスの式によって表される。なお、式（２）においてＥは活性化エネルギーを表している。
ｋ＝Ａｅ＾（−Ｅ／ＲＴ） ・・・（２）

そして、ＮＯ_２濃度と空間速度とによって定まるＰＭの燃焼速度の変化は、頻度因子Ａの増減によって近似することができるので、例えば上述の計算式から目標燃焼速度、ＰＭ堆積量、フィルタ２３の温度及び空間速度に基づいて目標ＮＯ_２濃度を算出することが可能である。

次に、目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、目標ＮＯ_２濃度のＮＯ_２をフィルタ２３に供給するために酸化触媒２２に供給されるべきＮＯｘ濃度の目標値を示す目標ＮＯｘ濃度を決定する（ステップＳＴ７）。酸化触媒２２の酸化能力は酸化触媒２２の温度によって変化するので、目標ＮＯ_２濃度決定部３６は、例えば酸化触媒２２の温度と目標ＮＯ_２濃度とに基づいて目標ＮＯｘ濃度を決定する。

次に、噴射量制御部３７は、第１の選択還元触媒２１の上流側のＮＯｘ濃度Ｃ１が目標ＮＯｘ濃度よりも高いか否かを判定する（ステップＳＴ８）。ＮＯｘ濃度Ｃ１は、例えばＮＯｘセンサ３２ａによって計測される。ＮＯｘ濃度Ｃ１が目標ＮＯｘ濃度以下である場合には、制御装置３５は、連続再生制御を行わずに処理を終了する。

一方、ＮＯｘ濃度Ｃ１が目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合には、酸化触媒２２に導入される排出ガス中のＮＯｘ濃度Ｃ２が目標ＮＯｘ濃度より高いか否かを判定する（ステップＳＴ９）。ＮＯｘ濃度Ｃ２は、例えばＮＯｘセンサ３２ｂによって計測される。ＮＯｘ濃度Ｃ２が目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合には、制御装置３５は処理を終了する。

一方、ＮＯｘ濃度Ｃ２が目標ＮＯｘ濃度以下である場合には、噴射量制御部３７は、酸化触媒２２に供給されるＮＯｘの濃度が目標ＮＯｘ濃度になるように第１の噴射量を調整する（ステップＳＴ１０）（第３の制御）。すなわち、噴射量制御部３７は、酸化触媒２２に供給される未還元のＮＯｘが増加するように第１の選択還元触媒２１への還元剤の供給量を減少させる。そして、酸化触媒２２に導入されたＮＯｘのうちＮＯが、酸化触媒２２によってＮＯ_２に酸化され、ＮＯｘに占めるＮＯ_２の割合が高められる。その結果、フィルタ２３に目標ＮＯ_２濃度でＮＯ_２が供給され、ＮＯ_２の酸化作用によってフィルタ２３に堆積されたＰＭが比較的低温下で燃焼されて除去される。

より詳細には、ステップＳＴ１０において噴射量制御部３７は、第１の選択還元触媒２１に導入される排出ガス中のＮＯｘ濃度に対するアンモニア濃度の比率を調節する。例えば、噴射量制御部３７は、通常制御時には、ＮＯｘ濃度に対するアンモニア濃度の比率が１．３になるように第１の噴射量を決定するのに対し、連続再生制御の実行時には、ＮＯｘ濃度に対するアンモニア濃度の比率が０．５〜１．０になるように第１の噴射量を減少させる。

次に、噴射量制御部３７は、ＰＭの燃焼に利用されたＮＯ_２が除去されるように第２の噴射量を調節する（ステップＳＴ１１）（第４の制御）。より詳細には、噴射量制御部３７は、第２の選択還元触媒２４に対する還元剤の吸着量が増加するように第２の噴射量を増加させる。例えば、噴射量制御部３７は、通常制御時には、第２の選択還元触媒２４の容量に対するアンモニア吸着量が２０％になるように第２の噴射量を制御するに対し、連続再生制御の実行時には、第２の選択還元触媒２４の容量に対するアンモニア吸着量が８０％になるように第２の噴射量を増加させる。このように、第２の選択還元触媒２４に対する還元剤の吸着量を増加させることにより、第２の選択還元触媒によってＮＯ_２を効率よく除去することができる。

第２の噴射量の調整後、ステップＳＴ９の処理が再び行われ、ＮＯｘ濃度Ｃ２が目標ＮＯｘ濃度よりも高いか否かが判定される。

図３を参照して、排気浄化装置２０の作用効果について説明する。図３は、第１の噴射量及び第２の噴射量の一例を示すタイミングチャートである。図３中の線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、ＮＯｘセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃによってそれぞれ計測されたＮＯｘ濃度を示している。図３中の線Ｌ４は、目標ＮＯ_２濃度決定部３６によって決定された目標ＮＯｘ濃度を示している。図３中の期間Ｔ１は、制御装置３５によって通常制御が行われる期間を示し、期間Ｔ２は、制御装置３５によって連続再生制御が行われる期間を示している。

上述のように、通常制御が行われる期間Ｔ１では、第１の選択還元触媒２１及び第２の選択還元触媒２４の温度に応じて第１の噴射量及び第２の噴射量が制御される。図３の例では、第１の選択還元触媒２１の温度が１８０℃を超えると、第１の還元剤噴射装置２６から第１の選択還元触媒２１に還元剤が供給され、ＮＯｘセンサ３２ｂによって計測されるＮＯｘ濃度が低下する（線Ｌ２参照）。さらに、第２の選択還元触媒２４の温度が１８０℃を超えると、第２の還元剤噴射装置２７から第２の選択還元触媒２４に還元剤が供給され、ＮＯｘセンサ３２ｃによって計測されるＮＯｘ濃度が低下する（線Ｌ３参照）。

一方、連続再生制御が行われる期間Ｔ２では、酸化触媒２２に供給されるＮＯｘの濃度が目標ＮＯｘ濃度になるように第１の噴射量が減少される。その結果、目標ＮＯｘ濃度（図３の線Ｌ４参照）に近づくようにＮＯｘセンサ３２ｂによって計測されるＮＯｘ濃度が増加する。これにより、目標ＮＯ_２濃度のＮＯ_２を含む排出ガスがフィルタ２３に供給され、ＮＯ_２の酸化作用によってフィルタ２３に捕集されたＰＭが燃焼される。

さらに、期間Ｔ２では、ＰＭの燃焼に利用されたＮＯ_２が除去されるように第２の噴射量が増加される。これにより、第２の選択還元触媒２４によってＮＯｘが還元され、ＮＯｘセンサ３２ｃによって計測されるＮＯｘ濃度は維持される。

上述したように、一実施形態の排気浄化装置２０では、連続再生制御時に目標燃焼速度に基づいて目標ＮＯ_２濃度が決定され、フィルタに供給されるＮＯ_２の濃度が目標ＮＯ_２濃度になるように第１の噴射量が調節される。目標ＮＯ_２濃度でＮＯ_２をフィルタ２３に供給することにより、燃料の添加によることなく、ＮＯ_２の酸化作用によって目標燃焼速度に応じた量のＰＭを燃焼させることが可能である。さらに、第２の選択還元触媒２４に対する還元剤の吸着量が増加するように第２の噴射量を調節することによりＮＯｘを効率よく除去することができる。したがって、上記実施形態の排気浄化装置２０によれば、燃費悪化を防止しつつＮＯｘを効果的に除去することができる。

以上、種々の実施形態に係る排気浄化装置について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形態様を構成可能である。

例えば、上記実施形態では、フィルタ２３が第１の選択還元触媒２１よりも排気通路１２の下流側に設けられているが、フィルタ２３の配置位置は第１の選択還元触媒２１の下流側に限定されるものではない。例えば、図４に示す排気浄化装置２０Ａは、第１の選択還元触媒２１及びフィルタ２３に代えて、排出ガスに含まれるＰＭを捕集するフィルタと当該フィルタ上にコーティングされた選択還元触媒を含むＳＣＲフィルタ４０を備えている。すなわち、ＳＣＲフィルタ４０は、排出ガスに含まれるＰＭを捕集すると共に排出ガスに含まれるＮＯｘを還元する機能を有している。このようなＳＣＲフィルタ４０を備える場合であっても、目標燃焼速度に基づいてＳＣＲフィルタ４０のフィルタに供給されるべき目標ＮＯ_２濃度を決定し、目標ＮＯ_２濃度のＮＯ_２がＳＣＲフィルタ４０に供給されるように第１の噴射量を制御することにより、ＳＣＲフィルタ４０のフィルタ上に捕集されたＰＭをＮＯ_２の酸化作用によって除去することができる。

なお、上記実施形態では、第１の還元剤噴射装置２６及び第２の還元剤噴射装置２７が還元剤として尿素水を噴射する例について説明したが、第１の還元剤噴射装置２６及び第２の還元剤噴射装置２７は、尿素水以外の還元剤を第１の選択還元触媒２１及び第２の選択還元触媒２４に供給してもよい。

１０…エンジン（内燃機関）、１２…排気通路、２０，２０Ａ…排気浄化装置、２１…第１の選択還元触媒、２２…酸化触媒、２３…フィルタ、２４…第２の選択還元触媒、２６…第１の還元剤噴射装置、２７…第２の還元剤噴射装置、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…温度センサ（温度取得部）、３５…制御装置、４０…ＳＣＲフィルタ。

Claims (6)

1. 内燃機関からの排出ガスが流れる排気通路に設けられた第１の選択還元触媒と、
   前記排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記第１の選択還元触媒及び前記フィルタよりも前記排気通路の下流側に設けられた第２の選択還元触媒と、
   前記第１の選択還元触媒に還元剤を供給する第１の還元剤噴射装置と、
   前記第２の選択還元触媒に前記還元剤を供給する第２の還元剤噴射装置と、
   前記第１の還元剤噴射装置からの前記還元剤の噴射量である第１の噴射量、及び、前記第２の還元剤噴射装置からの前記還元剤の噴射量である第２の噴射量を決定する制御装置と、
   前記フィルタの温度を取得する温度取得部と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記フィルタに捕集された前記粒子状物質の単位時間あたりの燃焼量の目標値を示す目標燃焼速度を決定する第１の制御と、
   前記フィルタの温度と前記目標燃焼速度とに基づいて、前記フィルタに供給されるべきＮＯ_２の濃度の目標値を示す目標ＮＯ_２濃度を決定する第２の制御と、
   前記フィルタに供給される前記排出ガス中のＮＯ_２濃度が前記目標ＮＯ_２濃度になるように前記第１の噴射量を調節する第３の制御と、
   を含む連続再生制御を実行する、排気浄化装置。
2. 前記フィルタよりも前記排気通路の上流側に配置され、前記排出ガスに含まれるＮＯをＮＯ_２に酸化する酸化触媒を更に備える、請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記制御装置は、前記フィルタに捕集された前記粒子状物質の量が所定の閾値を超えたときに前記連続再生制御を実行する、請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
4. 前記温度取得部は、前記第２の選択還元触媒の温度を更に取得し、
   前記制御装置は、前記フィルタの温度が第１の温度閾値よりも高く、且つ、前記第２の選択還元触媒の温度が第２の温度閾値よりも高いときに、前記連続再生制御を実行する、請求項１〜３の何れか一項に記載の排気浄化装置。
5. 前記制御装置は、前記連続再生制御の実行時に、前記第２の選択還元触媒に対する前記還元剤の吸着量が増加するように前記第２の噴射量を調節する第４の制御を更に行う、請求項１〜４の何れか一項に記載の排気浄化装置。
6. 前記制御装置は、前記目標燃焼速度を前記内燃機関から単位時間あたりに排出される前記粒子状物質の量よりも大きく設定する、請求項１〜５の何れか一項に記載の排気浄化装置。
   

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