JP5900653B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
従来、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触媒と称する)を担持させたものが開発されている(例えば、特許文献1参照)。フィルタは、排気中の粒子状物質(以下、PMと称する)を捕集する。SCR触媒は、アンモ二ア(NH)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と称する場合もある。
排気浄化装置としてSCRFを採用することで、フィルタとSCR触媒とを別々に排気通路に設けた場合に比べて、排気浄化装置の大きさをより小さくすることができる。そのため、排気浄化装置の搭載性を向上させることができる。また、SCRFを採用することで、排気通路におけるより上流側にSCR触媒を配置することが可能となる。排気通路におけるSCR触媒の配置がより上流側であるほど、該SCR触媒が排気の熱によって加熱され易くなる。そのため、SCR触媒の暖機性の向上や、SCR触媒におけるNOx浄化率の向上を図ることができる。
ここで、SCRFには、捕集されたPMが堆積する。そのため、SCRFを備えた排気浄化システムにおいてはフィルタ再生処理が実行される。フィルタ再生処理は、SCRFに堆積したPMを酸化させて除去する処理である。フィルタ再生処理は、SCRFよりも上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する前段触媒に燃料を供給することで実現される。前段触媒において燃料が酸化されると、SCRFに流入する排気が酸化熱によって加熱される。そのため、SCRFの温度を、PMの酸化が促進されるフィルタ再生温度まで上昇させることができる。
特表2007−501353号公報
SCRFには、アンモニア又はアンモニアの前駆体が供給される。そして、SCRFに担持されたSCR触媒において、アンモニアを還元剤として排気中のNOxが還元される。ここで、アンモニアが酸化されるとNOxが生成される場合がある。このようなNOxの生成を抑制する必要があるため、SCRFには酸化能力の高い触媒を担持させることが困難である。従って、SCRFに担持されたSCR触媒は酸化能力が非常に低い。
上記のようなフィルタ再生処理が実行された際には、前段触媒に供給された燃料に含まれる炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)の一部が該前段触媒において酸化されずに該前段触媒をすり抜ける場合がある。前段触媒をすり抜けたHCやCOはSCRFに流入する。しかしながら、上述したようにSCRFに担持されたSCR触媒は酸化能力が非常に低い。そのため、HCやCOが前段触媒をすり抜けると、該HCやCOがSCRFをもすり抜けることとなる。
また、フィルタ再生処理が実行されることで、SCRFに堆積したPMが酸化されると、COが生成される。SCRFでは、このCOも酸化され難い。従って、フィルタ再生処理の実行時においては、燃料に含まれるHCやCO及びPMの酸化によって生成されたCOがSCRFから流出する虞がある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、SCRFを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、フィルタ再生処理の実行時にHCやCOが外部に排出されることを抑制すると共に、フィルタ再生処理を効率よく行うことができる技術を提供することを目的とする。
本発明では、SCRFよりも下流側の排気通路に後段触媒を設ける。後段触媒は酸化機能を有している。そして、フィルタ再生処理の実行が要求された時に、後段触媒の温度が所定活性温度より低いときは、フィルタ再生処理を実行する前に、内燃機関から排出される排気の温度を上昇させる制御と排気の流量を増加させる制御とを実行することで後段触媒の温度を上昇させる。
より詳しくは、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、酸化機能を有する前段触媒と、
前記前段触媒に燃料を供給する燃料供給装置と、
前記前段触媒より下流側の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元する選択還元型NOx触媒が担持されたフィルタと、
前記フィルタにアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給するアンモニア供給装置と、
前記フィルタより下流側の排気通路に設けられ、酸化機能を有する後段触媒と、
前記燃料供給装置から前記前段触媒に燃料を供給することで、前記フィルタの温度を粒子状物質の酸化が促進される所定のフィルタ再生温度まで上昇させ、それによって前記フィルタに堆積した粒子状物質を酸化させて除去するフィルタ再生処理を実行するフィルタ再生処理実行部と、を備え、
前記フィルタ再生処理の実行が要求された時に、前記後段触媒の温度が所定活性温度より低いときは、前記フィルタ再生処理実行部によって前記フィルタ再生処理を実行する前に、内燃機関から排出される排気の温度を上昇させる制御と排気の流量を増加させる制御とを実行することで前記後段触媒の温度を前記所定活性温度以上に上昇させる。
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいては、前段触媒、SCRF、及び後段触媒が内燃機関の排気通路において上流側から順に設けられている。そして、SCRFには、アンモニア供給装置からアンモニア又はアンモニアの前駆体が供給される。SCRFに担持されたSCR触媒では、供給されたアンモニア又は供給されたアンモ二アの前駆体から生成されるアンモニアを還元剤として排気中のNOxが還元される。また、SCRFに堆積したPMを除去するためのフィルタ再生処理が、燃料供給装置から前段触媒に燃料が供給されることで実現される。
フィルタ再生処理が実行された際に、前段触媒において酸化されずに該前段触媒及びSCRFをすり抜けたHCやCOは後段触媒に流入する。このとき、後段触媒の酸化機能が十分に活性化していれば、該後段触媒においてHCやCOを酸化させることができる。
そこで、本発明では、フィルタ再生処理の実行が要求された時に、後段触媒の温度が所定活性温度より低いときは、フィルタ再生処理実行部によってフィルタ再生処理を実行する前に(即ち、燃料供給装置から前段触媒への燃料の供給を実行する前に)、内燃機関から排出される排気の温度を上昇させる制御と排気の流量を増加させる制御とを実行することで後段触媒の温度を所定活性温度以上に上昇させる。ここで、所定活性温度は、後段触媒に流入するHC及びCOを十分に酸化させることが可能な温度である。
内燃機関から排出される排気の温度を上昇させる制御によれば、燃料供給手段から前段触媒に燃料を供給する場合に比べて排気中のHCやCOの増加を抑制しつつ、後段触媒に流入する排気の温度を上昇させることができる。そして、後段触媒に流入する排気の温度を上昇させることで、該排気によって後段触媒に供給される熱量を増加させることができる。
また、排気の流量を増加させることで、後段触媒よりも上流側に設けられた前段触媒及びSCRFに排気の熱量が奪われ難くなる。そのため、排気によって後段触媒に供給される熱量をより増加させることができる。従って、後段触媒の昇温をより促進させることが可能となる。
本発明によれば、フィルタ再生処理は後段触媒の温度が所定活性温度以上のときに実行される。従って、フィルタ再生処理の実行時にHCやCOが外部に排出されることを抑制することができる。また、後段触媒の酸化機能の活性が不十分のときは、該後段触媒の酸化機能を十分なレベルまで速やかに高めることができる。従って、より早期にフィルタ再生処理の実行を開始することが可能となる。そのため、フィルタ再生処理を効率よく行うことができる。
本発明においては、フィルタ再生処理の実行が要求された時の後段触媒の温度が所定活性温度より低いときに、フィルタの温度が所定フィルタ温度より低い場合は、排気の流量を増加させる制御の実行を禁止してもよい。また、本発明においては、フィルタ再生処理の実行が要求された時の後段触媒の温度が所定活性温度より低いときに、SCRFに担持されたSCR触媒でのNOx浄化率が所定浄化率より低い場合は、排気の流量を増加させる制御の実行を禁止してもよい。
これらによれば、SCRFに担持されたSCR触媒でのNOx浄化率が不十分の状態のときにSCRFに流入するNOx量が増加することを抑制することができる。そのため、NOxの外部への排出量の増加を抑制することができる。
本発明においては、フィルタ再生処理の実行が要求された時の後段触媒の温度が所定活性温度より低いときに、フィルタの温度が所定フィルタ温度より低い場合は、排気の流量を増加させるときの増加量をフィルタの温度が該所定フィルタ温度以上のときよりも小さくしてもよい。また、本発明においては、フィルタ再生処理の実行が要求された時の後段触媒の温度が所定活性温度より低いときに、SCRFに担持されたSCR触媒でのNOx浄化率が所定浄化率より低い場合は、排気の流量を増加させるときの増加量をSCR触媒でのNOx浄化率が該所定浄化率以上のときよりも小さくしてもよい。
これらによれば、後段触媒の昇温を促進させつつ、NOxの外部への排出量の過剰な増加を抑制することができる。
本発明によれば、SCRFを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、フィルタ再生処理の実行時にHCやCOが外部に排出されることを抑制することができ、且つ、フィルタ再生処理を効率よく行うことができる。
実施例1に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例1に係る、排気昇温制御を実行した時の、前段触媒、SCRF、及び後段触媒の温度と排気の流量との関係を示す図である。 実施例1に係るフィルタ再生処理の実行開始のフローを示すフローチャートである。 実施例2に係るフィルタ再生処理の実行開始のフローを示すフローチャートである。 実施例3に係るフィルタ再生処理の実行開始のフローを示すフローチャートである。
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、その相対配置等は、特に記載がない限りは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>
ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムを、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。
[吸排気系の概略構成]
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、エアフローメータ11及びスロットル弁9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。スロットル弁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、燃料添加弁4、前段触媒5、第1排気温度センサ12、アンモニア添加弁6、SCRF7、第2排気温度センサ13、後段触媒8、第3排気温度センサ14、及びNOxセンサ15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。燃料添加弁4は、前段触媒5に燃料を供給すべく、排気中に燃料を添加する。
尚、本実施例においては、燃料添加弁4が本発明に係る燃料供給装置に相当する。ただし、燃料添加弁4を設けずに、内燃機関1において、噴射された燃料が燃焼に供されずに排気通路3に未燃の状態で排出されるタイミングで副燃料噴射を実行することで、前段触媒5に燃料を供給することもできる。
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、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元する。アンモニア添加弁6は、SCRF7にアンモニアを供給すべく、排気中にアンモニアガスを添加する。SCRF7にアンモニアが供給されると該アンモニアはSCRF7に担持されたSCR触媒7aに一旦吸着する。そして、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。
尚、本実施例においては、アンモニア添加弁6が本発明に係るアンモニア供給装置に相当する。ただし、本発明に係るアンモニア供給装置は、アンモニアを液体又は個体として供給する装置であってもよい。また、本発明に係るアンモニア供給装置は、アンモニアの前駆体を供給する装置であってもよい。例えば、本実施例において、アンモニア添加弁6に代えて、排気中に尿素水溶液を添加する尿素添加弁を設けてもよい。この場合、アンモニアの前駆体として尿素がSCRF7に供給される。そして、尿素が加水分解することでアンモニアが生成される。
後段触媒8は酸化触媒である。ただし、後段触媒8は、酸化機能を有する他の触媒であってもよい。また、後段触媒8は、酸化触媒と、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元するSCR触媒とを組み合わせることで構成された触媒であってもよい。この場合、例えば、酸化アルミニウム(Al)やゼオライト等を材料とする担体に白金(Pt)等の貴金属を担持させることで酸化触媒を形成し、ゼオライトを材料とする担体に銅(Cu)や鉄(Fe)等の卑金属を担持させることでSCR触媒を形成してもよい。後段触媒8をこのような構成の触媒とすることで、排気中のHC、CO、及びアンモニアを酸化させることができ、さらに、アンモニアの一部を酸化させることでNOxを生成すると共に該生成されたNOxを余剰のアンモニアを還元剤として還元することもできる。
第1排気温度センサ12、第2排気温度センサ13、及び第3排気温度センサ14は排気の温度を検知するセンサである。第1排気温度センサ12は、前段触媒5から流出した排気の温度を検知する。第2排気温度センサ13は、SCRF7から流出した排気の温度を検知する。第3排気温度センサ14は、後段触媒8から流出した排気の温度を検知する。NOxセンサ15は排気中のNOx量を検知する。
また、排気通路3における燃料添加弁4よりも上流側には、EGR通路16の一端が接続されている。EGR通路16の他端は、吸気通路2におけるスロットル弁9よりも下流側に接続されている。また、EGR通路16にはEGR弁17が設けられている。
このような構成によれば、内燃機関1から排出された排気の一部がEGRガスとしてEGR通路16を通して吸気通路2に導入される。これにより、EGRガスが内燃機関1に供給される。また、EGR通路16を通して吸気通路2に導入されるEGRガスの流量がEGR弁17によって調整される。
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1排気温度センサ12、第2排気温度センサ13、第3排気温度センサ14、及びNOxセンサ15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。ECU10は、エアフローメータ11の出力値に基づいて排気通路3における排気の流量を推定する。また、ECU10は、第1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2排気温度センサ13の出力値に基づいてSCRF7の温度(即ちSCR触媒7aの温度)を推定し、第3排気温度センサ14の出力値に基づいて後段触媒8の温度を推定する。
さらに、ECU10には、スロットル弁9、燃料添加弁4、アンモニア添加弁6、及びEGR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。
[フィルタ再生処理]
SCRF7には、捕集されたPMが徐々に堆積する。そこで、本実施例においては、ECU10によって、SCRF7に堆積したPMを除去するためのフィルタ再生処理が実行される。本実施例に係るフィルタ再生処理は、燃料添加弁4から燃料を添加し、それによって燃料を前段触媒5に供給することで実現される。
前段触媒5において燃料が酸化されると酸化熱が生じる。この酸化熱によってSCRF7に流入する排気が加熱される。これにより、SCRF7の温度が上昇する。フィルタ再生処理の実行時においては、燃料添加弁4からの燃料添加量を制御することで、SCRF7の温度をPMの酸化が促進される所定のフィルタ再生温度(例えば、600〜650℃)まで上昇させる。その結果、SCRF7に堆積したPMが酸化され除去される。
本実施例では、前回のフィルタ再生処理の実行が終了してから所定時間が経過する毎にフィルタ再生処理の実行が要求される。尚、内燃機関1を搭載した車両が所定の走行距離を走行する毎にフィルタ再生処理の実行を要求してもよい。また、SCRF7におけるPM堆積量が所定の堆積量に達する毎にフィルタ再生処理の実行を要求してもよい。SCRF7におけるPM堆積量は、内燃機関1での燃料噴射量、SCRF7に流入する排気の流量、及びSCRF7の温度等の履歴に基づいて推定することができる。
そして、フィルタ再生処理の実行が要求された時に、前段触媒5の温度が所定の第1活性温度以上の場合、フィルタ再生処理が実行される(即ち、燃料添加弁4からの燃料添加が実行される)。ここで、第1活性温度は、燃料添加弁4から添加された燃料を前段触媒5においてある程度酸化させることが可能な温度である。この第1活性温度は、前段触媒5の種類及び構成に応じて定まる温度であり、実験等に基づいて予め定められている。
燃料添加弁4から燃料を添加することでフィルタ再生処理が実行されたときには、前段触媒5に供給された燃料に含まれるHCやCOの一部が該前段触媒5において酸化されずに該前段触媒5をすり抜ける場合がある。前段触媒5をすり抜けたHCやCOはSCRF7に流入する。しかしながら、SCRF7に担持されたSCR触媒7aは酸化能力が非常に低いため、該HCやCOはSCR触媒7aにおいて酸化され難い。そのため、前段触媒5をすり抜けたHCやCOはSCRF7をもすり抜けることとなる。
また、フィルタ再生処理が実行されることで、SCRF7に堆積したPMが酸化されると、COが生成される。SCRF7では、このCOも酸化され難い。従って、フィルタ再生処理の実行時においては、燃料に含まれるHCやCO及びPMの酸化によって生成されたCOがSCRF7から流出する虞がある。
ここで、本実施例においては、排気通路3におけるSCRF7よりも下流側に後段触媒8が設けられている。フィルタ再生処理が実行された際に、前段触媒5において酸化されずに該前段触媒5及びSCRF7をすり抜けたHCやCOは後段触媒8に流入する。このとき、後段触媒8の酸化機能が十分に活性化していれば、該後段触媒8においてHCやCOを酸化させることができる。
そこで、本実施例では、フィルタ再生処理の実行が要求された時に後段触媒8の温度が所定の第2活性温度より低いときは、フィルタ再生処理を実行する前(即ち、燃料添加弁4から燃料添加を実行する前)に、排気昇温制御及び排気流量増加制御を実行することで後段触媒の温度を所定活性温度以上に上昇させる。
ここで、第2活性温度は、後段触媒8おいて、該後段触媒8に流入するHC及びCOを十分に酸化させることが可能な温度である。この第2活性温度は、後段触媒8の種類及び構成に応じて定まる温度であり、実験等に基づいて予め定められている。尚、本実施例においては、この第2活性温度が、本発明に係る所定活性温度に相当する。
排気昇温制御は、内燃機関1から排出される排気の温度を上昇させる制御である。この排気昇温制御としては、内燃機関1において、一燃焼サイクル中における主燃焼噴射よりも後のタイミングであって噴射された燃料が燃焼に供されるタイミングで副燃料噴射を実行する制御を例示することができる。
排気流量増加制御は、排気通路3を流れる排気の流量を増加させる制御である。排気流量増加制御としては、スロットル弁9の開度を大きくすることで吸入空気量を増加させる制御や、EGR弁17の開度を小さくすることでEGRガス量を減少させる制御を例示することができる。
排気昇温制御によって内燃機関1から排出される排気の温度を上昇させることで、燃料添加弁4から燃料を添加し該燃料を前段触媒5において酸化させる場合に比べて排気中のHCやCOの増加を抑制しつつ、後段触媒8に流入する排気の温度を上昇させることができる。そして、後段触媒8に流入する排気の温度を上昇させることで、該排気によって後段触媒8に供給される熱量を増加させることができる。
また、排気流量増加制御によって排気通路3を流れる排気の流量を増加させることで、後段触媒8よりも上流側に設けられた前段触媒5及びSCRF7に排気の熱量が奪われ難くなる。つまり、後段触媒8に流入する排気の温度をより高く維持することができる。そのため、排気によって後段触媒8に供給される熱量をより増加させることができる。従って、後段触媒8の昇温をより促進させることが可能となる。
図2は、排気昇温制御を実行した時の、前段触媒5、SCRF7、及び後段触媒8の温度と排気の流量との関係を示す図である。図2において、破線は相対的に排気の流量が小さい場合の温度を示しており、実線は相対的に排気の流量が大きい場合の温度を示している。図2に示すように、フィルタ再生処理の実行時において、排気の流量が大きいときは、排気の流量が小さいときに比べて後段触媒8の温度が高くなる。
上記によれば、フィルタ再生処理は、後段触媒8の温度が第2活性温度以上のときに実行される。つまり、後段触媒8の酸化能力が十分に活性化した状態の下でフィルタ再生処理が実行される。従って、フィルタ再生処理の実行時にHCやCOが外部に排出されることを抑制することができる。
また、フィルタ再生処理の実行が要求された時に後段触媒8の酸化機能の活性が不十分のときは、該後段触媒8の酸化機能を十分なレベルまで速やかに高めることができる。従って、より早期にフィルタ再生処理の実行を開始することが可能となる。そのため、フィルタ再生処理を効率よく行うことができる。
[フィルタ再生処理の実行開始のフロー]
ここで、本実施例に係るフィルタ再生処理の実行開始のフローについて図3に基づいて説明する。図3は、本実施例に係るフィルタ再生処理の実行開始のフローを示すフローチャートである。本フローは、ECU10に予め記憶されており、ECU10によって繰り返し実行される。
本フローでは、先ずステップS101において、フィルタ再生処理の実行要求があるか否かが判別される。上述したように、本実施例では、前回のフィルタ再生処理の実行が終了してから所定時間が経過したときに、フィルタ再生処理の実行が要求される。ステップS101において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、ステップS101において肯定判定された場合、次にステップS102の処理が実行される。
ステップS102においては、前段触媒5の温度Tpreが所定の第1活性温度Tc1以上であるか否かが判別される。上述したように、第1活性温度Tc1は、実験等に基づいて定められ、ECU10に予め記憶されている。前段触媒5の温度Tpreが第1活性温度Tc1より低い場合、燃料添加弁4から燃料を添加しても該燃料が前段触媒5において酸化され難い。そのため、ステップS102において否定判定された場合は、本フローの実行が一旦終了される。一方、ステップS102において肯定判定された場合、次にステップS103の処理が実行される。
ステップS103においては、後段触媒8の温度Tpostが所定の第2活性温度Tc2以上であるか否かが判別される。上述したように、第2活性温度Tc2は、実験等に基づいて定められ、ECU10に予め記憶されている。ステップS103において肯定判定された場合、次にステップS104において、燃料添加弁4からの燃料添加が実行される。即ち、フィルタ再生処理の実行が開始される。
一方、ステップS103において否定判定された場合、次にステップS105の処理が実行される。ステップS105においては排気昇温制御が実行される。このときの排気温度の上昇量は、後段触媒8の温度Tpostや、内燃機関1の運転状態等に応じて設定されてもよく、また、予め定められた一定量であってもよい。
次に、ステップS106において排気流量増加制御が実行される。このときの排気流量の増加量は、後段触媒8の温度Tpostや、内燃機関1の運転状態等に応じて設定されてもよく、また、予め定められた一定量であってもよい。
次に、ステップS107において、後段触媒8の温度Tpostが第2活性温度Tc2以上であるか否かが再度判別される。ステップS107において否定判定された場合、次にステップS105及びステップS106の処理が再度実行される。即ち、排気昇温制御及び排気流量増加制御の実行が継続される。
一方、ステップS107において肯定判定された場合、次にステップS108およびS109の処理が実行される。ステップS108においては排気昇温制御の実行が停止される。ステップS109においては排気流量増加制御の実行が停止される。次に、ステップS104の処理が実行される。即ち、フィルタ再生処理の実行が開始される。
上記フローによれば、後段触媒8の温度が第2活性温度以上の状態でフィルタ再生制御の実行が開始される。また、フィルタ再生処理の実行が要求された時に後段触媒8の温度が第2活性温度より低いときは、排気昇温制御及び排気流量増加制御が実行されることで後段触媒8の昇温が促進される。
尚、本実施例において、フィルタ再生処理の実行が要求された時に前段触媒5の温度が第1活性温度以上であり且つ後段触媒8の温度が第2活性温度以上である場合においても、燃料添加弁4からの燃料添加に加えて排気昇温制御を実行することでフィルタ再生処理を実行してもよい。
<実施例2>
[フィルタ再生処理の実行開始のフロー]
本実施例に係るフィルタ再生処理の実行開始のフローについて図4に基づいて説明する。図4は、本実施例に係るフィルタ再生処理の実行開始のフローを示すフローチャートである。ここでは、実施例1に係るフィルタ再生処理の実行開始のフローとは異なる点についてのみ説明する。図4において図3に示すフローチャートにおける各ステップと同様の処理を行うステップには同様の参照番号を付し、その説明を省略する。尚、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例1と同様である。
本フローでは、ステップS105の次にステップS206の処理が実行される。ステップS206においては、SCRF7の温度Tfが所定の第3活性温度Tc3以上であるか否かが判別される。ステップS206において肯定判定された場合、次にステップS106の処理が実行される。即ち、排気流量増加制御が実行される。一方、ステップS206において否定判定された場合、次に、ステップS106の処理が実行されずに、ステップS107の処理が実行される。即ち、排気流量増加制御の実行が禁止される。
排気流量像制御によって排気通路3を流れる排気の流量を増加させると、SCRF7に流入するNOx量が増加する。このとき、SCRF7に担持されたSCR触媒7aにおけるNOx浄化率(SCRF7に流入するNOx量に対する該SCR触媒7aにおいて還元されるNOx量の割合)が不十分であると、NOxの外部への排出量が過剰に増加する虞がある。
そこで、本実施例では、上記フローのように、後段触媒8の温度が第2所定温度より低いときであっても、SCRF7の温度が第3活性温度より低い場合は排気流量増加制御の実行を禁止する。ここで、第3活性温度は、排気流量増加制御を実行してもNOxの外部への排出量が許容範囲内となる程度にSCR触媒7aのNOx浄化機能が活性化していると判断できる温度である。この第3活性温度は、SCR触媒7aの種類及び構成に応じて定まる温度であり、実験等に基づいて予め定められている。尚、本実施例においては、この第3活性温度が、本発明に係る所定フィルタ温度に相当する。
本実施例によれば、SCRF7に担持されたSCR触媒7aでのNOx浄化率が不十分の状態のときにSCRF7に流入するNOx量が増加することを抑制することができる。そのため、NOxの外部への排出量の増加を抑制することができる。
(変形例)
本実施例に係るフィルタ再生処理の実行開始のフローにおいては、排気流量増加制御の実行を禁止することに代えて、排気流量増加制御における排気の流量の増加量を小さくしてもよい。つまり、図4に示すフローのステップS206において否定判定された場合、該ステップS206において肯定判定された場合に比べて排気流量の増加量を小さくして排気流量増加制御を実行してもよい。
これによれば、後段触媒8の昇温を促進させつつ、NOxの外部への排出量の過剰な増加を抑制することができる。
<実施例3>
[フィルタ再生処理の実行開始のフロー]
本実施例に係るフィルタ再生処理の実行開始のフローについて図5に基づいて説明する。図5は、本実施例に係るフィルタ再生処理の実行開始のフローを示すフローチャートである。ここでは、実施例1に係るフィルタ再生処理の実行開始のフローとは異なる点についてのみ説明する。図5において図3に示すフローチャートにおける各ステップと同様の処理を行うステップには同様の参照番号を付し、その説明を省略する。尚、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例1と同様である。
本フローでは、ステップS105の次にステップS306の処理が実行される。ステップS306においては、SCRF7に担持されたSCR触媒7aにおけるNOx浄化率Rpが算出される。SCRF7に流入する排気中のNOx量は内燃機関1の運転状態等に基づいて推定することができる。また、SCRF7から流出する排気中のNOx量はNOxセンサ15によって検出することができる。これらのNOx量の推定値及び検出値に基づいてSCR触媒7aにおけるNOx浄化率Rpを算出することができる。尚、排気通路3におけるSCRF7よりも上流側にもNOxセンサを設け、SCRF7に流入する排気中のNOx量を該NOxセンサによって検出してもよい。
次に、ステップS307において、SCR触媒7aにおけるNOx浄化率Rpが所定浄化率Rp0以上であるか否かが判別される。ステップS307において肯定判定された場合、次にステップS106の処理が実行される。即ち、排気流量増加制御が実行される。一方、ステップS307において否定判定された場合、次に、ステップS106の処理が実行されずに、ステップS107の処理が実行される。即ち、排気流量増加制御の実行が禁止される。
ここで、所定浄化率は、排気流量増加制御を実行することで、SCRF7に流入するNOx量が増加してもNOxの外部への排出量が許容範囲内となるNOx浄化率である。この所定浄化率は、SCR触媒7aの種類及び構成に応じて定まる値であり、実験等に基づいて予め定められている。
上記フローによれば、後段触媒8の温度が第2所定温度より低いときであっても、SCR触媒7aにおけるNOx浄化率が所定浄化率より低い場合は排気流量増加制御の実行が禁止される。従って、実施例2に係るフローと同様、SCRF7に担持されたSCR触媒7aでのNOx浄化率が不十分の状態のときにSCRF7に流入するNOx量が増加することを抑制することができる。そのため、NOxの外部への排出量の増加を抑制することができる。
(変形例)
本実施例に係るフィルタ再生処理の実行開始のフローにおいては、実施例2に係るフローと同様、排気流量増加制御の実行を禁止することに代えて、排気流量増加制御における排気の流量の増加量を小さくしてもよい。つまり、図5に示すフローのステップS307において否定判定された場合、該ステップS307において肯定判定された場合に比べて排気流量の増加量を小さくして排気流量増加制御を実行してもよい。
これによれば、後段触媒8の昇温を促進させつつ、NOxの外部への排出量の過剰な増加を抑制することができる。
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・・・アンモニア添加弁
7・・・フィルタ(SCRF)
7a・・選択還元型NOx触媒(SCR触媒)
8・・・後段触媒
9・・・スロットル弁
10・・ECU
11・・エアフローメータ
12・・第1排気温度センサ
13・・第2排気温度センサ
14・・第3排気温度センサ
15・・NOxセンサ
16・・EGR通路
17・・EGR弁

Claims (3)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化機能を有する前段触媒と、
    前記前段触媒に燃料を供給する燃料供給装置と、
    前記前段触媒より下流側の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元する選択還元型NOx触媒が担持されたフィルタと、
    前記フィルタにアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給するアンモニア供給装置と、
    前記フィルタより下流側の排気通路に設けられ、酸化機能を有する後段触媒と、
    前記燃料供給装置から前記前段触媒に燃料を供給することで、前記フィルタの温度を粒子状物質の酸化が促進される所定のフィルタ再生温度まで上昇させ、それによって前記フィルタに堆積した粒子状物質を酸化させて除去するフィルタ再生処理を実行するフィルタ再生処理実行部と、を備え、
    前記フィルタ再生処理の実行が要求された時に、前記後段触媒の温度が所定活性温度より低いときは、前記フィルタ再生処理実行部によって前記フィルタ再生処理を実行する前に、内燃機関から排出される排気の温度を上昇させる制御と排気の流量を増加させる制御とを実行することで前記後段触媒の温度を前記所定活性温度以上に上昇させる内燃機関の排気浄化システム。
  2. 前記フィルタ再生処理の実行が要求された時の前記後段触媒の温度が前記所定活性温度より低いときに、前記フィルタの温度が所定フィルタ温度より低い場合は、排気の流量を増加させる制御の実行を禁止するか、又は、排気の流量を増加させるときの増加量を前記フィルタの温度が前記所定フィルタ温度以上のときよりも小さくする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  3. 前記フィルタ再生処理の実行が要求された時の前記後段触媒の温度が前記所定活性温度より低いときに、前記フィルタに担持された前記選択還元型NOx触媒でのNOx浄化率が所定浄化率より低い場合は、排気の流量を増加させる制御の実行を禁止するか、又は、排気の流量を増加させるときの増加量を前記選択還元型NOx触媒でのNOx浄化率が前記所定浄化率以上のときよりも小さくする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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