JP5983937B2

JP5983937B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP5983937B2
Application number: JP2012259811A
Authority: JP
Inventors: 希代香恒川
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: JP2014105645A

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、アンモニアの吸着制御に関する。

ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジンは、燃料と空気との混合気中に酸素が多く含まれることから排ガス中への窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が多くなる。
そこで、従来より、ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジンでは、選択還元型触媒や、ＮＯｘトラップ触媒等を排気流路に設けている。特にディーゼルエンジンでは、高回転速度・高負荷運転時にＮＯｘの排出量が多くなることから、尿素水を排気流路中の排ガスに添加して、尿素水が加水分解して発生したアンモニア（ＮＨ３）にてＮＯｘを還元浄化する選択還元型触媒装置（ＳＣＲシステム）が用いられている。

このような、選択還元型触媒装置では、特許文献１のように、ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生を行う際に、内燃機関より排出されるＮＯｘを還元浄化できる量のアンモニアを尿素水インジェクタより尿素水をケーシング（排気通路）内に供給し、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（選択還元型触媒装置）にてＮＯｘを還元浄化している。そして、ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生を行っていない時には、選択還元型触媒装置におけるアンモニアの吸着量が当該選択還元型触媒装置に吸着可能なアンモニアの上限吸着量以下となるように、尿素水インジェクタより排気通路内に供給する尿素水量を調整している。

特表２００９−２７０４４９号公報

上記特許文献１の排気浄化装置では、ディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生を行っていない場合に、尿素水インジェクタより尿素水を排気通路内に供給し、選択還元型触媒装置にアンモニアを吸着するようにしている。
しかしながら、選択還元型触媒装置に吸着されるアンモニア量は、尿素水が加水分解され選択還元型触媒装置に供給されるアンモニア量や、内燃機関より排出されるＮＯｘの排出量によって変化する。

したがって、例えば、内燃機関の高回転・高負荷運転時等の内燃機関から排出されるＮＯｘの排出量が多い時に、選択還元型触媒の上流に配設されたアンモニア吸着触媒よりアンモニアを脱離してＮＯｘを還元浄化する排気浄化装置に、特許文献１の技術を適用すると、アンモニア吸着触媒に供給されるアンモニア量が変化することから、内燃機関の高回転・高負荷運転時に必要なアンモニアの吸着量となるまでに時間を要する。

よって、内燃機関が高回転・高負荷運転となってＮＯｘの排出量が増加してもアンモニア吸着触媒におけるアンモニアの吸着量が少ないために、選択還元型触媒にて十分にＮＯｘの還元浄化が行われず、還元浄化されないＮＯｘが大気に放出される虞があり好ましいことではない。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＮＯｘを確実に還元浄化することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物をアンモニアにて還元浄化する選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒の上流に配設され、前記アンモニアを吸着し、前記選択還元型触媒のアンモニア脱離温度よりも高い温度で前記アンモニアを脱離するアンモニア吸着触媒と、前記アンモニア吸着触媒の上流に尿素水を供給する尿素水供給手段と、前記尿素水供給手段の作動を制御するアンモニア吸着制御手段と、前記尿素水供給手段の上流に配設され、前記排ガス中の微粒子状物質を除去するディーゼルパティキュレートフィルタと、を備え、前記アンモニア吸着制御手段は、少なくとも前記内燃機関から排出される窒素酸化物の排出量または前記排ガスの温度の状況によって前記尿素水の供給に対して前記アンモニア吸着触媒が前記アンモニアを吸着しやすい環境である前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生制御をしている状態の時に、前記内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物の還元浄化に必要な量以上のアンモニアが発生するよう前記尿素水を前記尿素水供給手段より供給することを特徴とする。

また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記アンモニア吸着触媒に前記アンモニアを吸着しやすい環境は、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生制御をしている状態の時で、前記アンモニア吸着触媒に吸着されているアンモニア量が所定量より少ない状態であることを特徴とする。

また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１或いは２において、前記尿素水供給手段の上流に、前記排ガス中の前記窒素酸化物の濃度を検出する第１濃度検出手段と、前記選択還元型触媒の下流に前記排ガス中の前記窒素酸化物の濃度を検出する第２濃度検出手段をそれぞれ備え、前記アンモニア吸着制御手段は、前記第２濃度検出手段の検出値が、前記第１濃度検出手段の検出値以上であると、前記尿素水供給手段からの前記尿素水の供給を終了することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、少なくとも内燃機関から排出される窒素酸化物の排出量または排ガスの温度の状況によって尿素水の供給に対してアンモニア吸着触媒がアンモニアを吸着しやすい環境であるディーゼルパティキュレートフィルタの再生制御をしている状態の時に、内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物の還元浄化に必要な量以上のアンモニアが発生するよう尿素水を尿素水供給手段より供給しているので、アンモニア吸着触媒に確実にアンモニアを吸着させることが可能となる。

したがって、アンモニア吸着触媒にアンモニアを吸着させることができるので、例えば内燃機関から排出される窒素酸化物の排出量が多い内燃機関の高回転速度・高負荷時に、アンモニア吸着触媒に吸着したアンモニアを脱離して、アンモニアを選択還元型触媒に供給することができ、窒素酸化物を確実に還元浄化することができる。

特に、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生制御中に尿素水供給手段より尿素水を供給することで、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生制御中は、内燃機関より排出される窒素酸化物の排出量が増加し、選択還元型触媒にて窒素酸化物を還元浄化する必要があるが、ディーゼルパティキュレートフィルタ内に堆積する微粒子状物質を燃焼させるために排ガスの温度が高温となっている。

したがって、尿素水供給手段より供給される尿素水が加水分解してアンモニアとなりやすい状態であるので、尿素水をアンモニアガスとして、アンモニア吸着触媒に確実に供給することが可能となる。
よって、アンモニア吸着触媒にアンモニアを吸着させることができるので、例えば内燃機関から排出される窒素酸化物の排出量が多い内燃機関の高回転速度・高負荷時に、アンモニア吸着触媒に吸着したアンモニアを脱離して、アンモニアを選択還元型触媒に供給することができ、窒素酸化物を確実に還元浄化することができる。

また、請求項２の発明によれば、アンモニア吸着触媒にアンモニアを吸着しやすい環境を、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生制御をしている状態の時で、アンモニア吸着触媒に吸着されているアンモニア量が所定量より少ない状態としている。

したがって、例えば、所定量をアンモニア吸着触媒にアンモニアを吸着できなくなるアンモニア吸着触媒に吸着可能な限界のアンモニア量とすることで、アンモニア吸着触媒に吸着されているアンモニア量が所定量となると、尿素水供給手段より尿素水の供給を行わないので、アンモニアがアンモニア吸着触媒に吸着されずに、アンモニア吸着触媒の下流に流出することを防止することができ、延いてはアンモニア吸着触媒で吸着されなかったアンモニアが車外に排出されることを防止することができる。

また、請求項３の発明によれば、選択還元型触媒の下流の排ガス中の窒素酸化物の濃度が、尿素水供給手段の上流の排ガス中の窒素酸化物の濃度以上であると、アンモニア吸着制御を終了するようにしている。
第１及び第２濃度検出手段は、一般的にアンモニアの影響を受ける特性を有している。そして、選択還元型触媒の下流の排ガス中の窒素酸化物の濃度が、尿素水供給手段の上流の排ガス中の窒素酸化物の濃度以上となる場合とは、尿素水供給手段より供給される尿素水が加水分解されてアンモニアとなり、当該アンモニアがアンモニア吸着触媒で吸着されず、且つ選択還元型触媒にて窒素酸化物の還元浄化に用いられず排出され、第２濃度検出手段が当該アンモニアの影響を受ける場合である。即ち、選択還元型触媒の下流の排ガス中の窒素酸化物の濃度が、尿素水供給手段の上流の排ガス中の窒素酸化物の濃度以上となる場合とは、尿素水供給手段より尿素水が過剰に供給されている場合をさす。

したがって、選択還元型触媒の下流の排ガス中の窒素酸化物の濃度が、尿素水供給手段の上流の排ガス中の窒素酸化物の濃度以上であると、尿素水供給手段より過剰に尿素水が供給され、アンモニアがアンモニア吸着触媒で吸着されず選択還元型触媒にて窒素酸化物の還元浄化にも用いられず排出されていると判別して、アンモニア吸着制御を終了することで、アンモニア吸着触媒で吸着されず、且つ選択還元型触媒にて窒素酸化物の還元浄化に用いられずアンモニアが車外に排出されることを防止することができる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンの概略構成図である。本発明の参考となる第１参考例における内燃機関の排気浄化装置のエンジンコントロールユニットが実行するアンモニア吸着制御の制御フローチャートである。本発明の参考となる第２参考例における内燃機関の排気浄化装置のエンジンコントロールユニットが実行するアンモニア吸着制御の制御フローチャートである。本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装置のエンジンコントロールユニットが実行するアンモニア吸着制御の制御フローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジン１の概略構成図である。
図１に示すように、エンジン（内燃機関）１は、多気筒の筒内直接噴射式内燃機関（例えばコモンレール式ディーゼルエンジン）であり、詳しくは、コモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射ノズル２に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で当該燃料噴射ノズル２から各気筒の燃焼室３内に噴射可能な構成を成している。

エンジン１の各気筒には、上下摺動可能なピストン４が設けられている。そして、当該ピストン４は、コンロッド５を介してクランクシャフト６に連結されている。また、クランクシャフト６の一端部にはフライホイールが設けられている。
燃焼室３には、インテークポート７とエキゾーストポート８とが連通されている。
インテークポート７には、燃焼室３と当該インテークポート７との連通と遮断を行うインテークバルブ９が設けられている。また、エキゾーストポート８には、燃焼室３と当該エキゾーストポート８との連通と遮断とを行うエキゾーストバルブ１０が設けられている。

インテークポート７の上流には、吸入した空気を各気筒に分配するインテークマニフォールド１１が連通するように設けられている。そして、エキゾーストポート８の下流には、各気筒から排出される排ガスをまとめるエキゾーストマニフォールド１２が連通するように設けられている。
インテークマニフォールド１１の各気筒に吸入空気を分配するための分岐の上流のインテークマニフォールド１１には、酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１３がセンサ部をインテークマニフォールド１１内に突出するように設けられている。また、空燃比センサ１３の下流には、燃焼室３に吸入される吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ１４がインテークマニフォールド１１内に突出するように設けられている。

インテークマニフォールド１１とエキゾーストマニフォールド１２には、それぞれが連通するように高温・高圧の排ガスの一部を吸気へ戻す、即ち高温・高圧のＥＧＲガスを吸気に導入する高圧ＥＧＲ通路（排気再循環手段）１５が設けられている。また、高圧ＥＧＲ通路１５は、酸素濃度センサ１３の上流のインテークマニフォールド１１に、高温・高圧の排ガスが吸気に戻る量、即ちＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ（排気再循環手段）１６を介して接続されている。また、高圧ＥＧＲ通路１５には、インテークマニフォールド１１に導入する排ガスを冷却するＥＧＲクーラ（排気再循環手段）１７が設けられている。

インテークマニフォールド１１の上流には、最上流から吸入された新気中のゴミを取り除くエアークリーナ１８と、圧縮され高温となった新気を冷却するインタークーラ２０と、新気の流量を調整しつつ、後述する低圧ＥＧＲ通路４１より導入される低圧のＥＧＲガスの流量を調整するための電子制御スロットルバルブ３９と、排気のエネルギを利用し吸入された新気を圧縮するターボチャージャ１９の図示しないコンプレッサハウジングとが吸気管２１を介してインテークマニフォールド１１に接続されている。また、高圧ＥＧＲ通路１５より導入されるＥＧＲガスの流量を調整するための電子制御スロットルバルブ２２は、インテークマニフォールド１１と吸気管２１との間に配設されている。電子制御スロットルバルブ２２，３９には、スロットルバルブの開き度合を検出するスロットルポジションセンサ２３，４０が備えられている。

吸気管２１のエアークリーナ１８とターボチャージャ１９のコンプレッサハウジングとの間の吸気管２１には、吸入される空気の温度を検出する吸気温度センサ３８が吸気管２１内に突出するように設けられている。
エキゾーストマニフォールド１２の下流には、ターボチャージャ１９に排ガスを導入する図示しないタービンハウジングと、排気管２４とが連通するように設けられている。

排気管２４には、上流から順番に排ガス中の被酸化成分を酸化する酸化触媒２５と、排ガス中の黒鉛を主成分とする微粒子状物資を捕集し燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ２６と、アンモニアを一時的に吸着し、排ガス温度が所定温度（４００℃）以上となると吸着したアンモニアを離脱するアンモニア吸着触媒２７と、排ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）をアンモニアを用いて還元浄化する選択還元型触媒２８とが連通するように設けられている。なお、酸化触媒２５とディーゼルパティキュレートフィルタ２６は、ケーシング２９内に配設されている。また、アンモニア吸着触媒２７と選択還元型触媒２８は、ケーシング３０内に配設されている。

アンモニア吸着触媒２７は、金属イオン（例えば、ＣｕやＦｅ）を含まないゼオライト、即ち、ブレンステッド酸点を有するゼオライトで構成されている。そして、アンモニア吸着触媒２７の触媒容量は、選択還元型触媒２８の触媒容量以下に設定されている。アンモニア吸着触媒２７は、触媒の温度が所定温度（４００℃）未満では、後述する尿素水インジェクタ３６より噴射された尿素水が加水分解を起こして発生したアンモニアを吸着し、触媒の温度が所定温度以上となると吸着したアンモニアを脱離する特性を有する。即ち、排ガス温度が所定温度以上となりアンモニア吸着触媒２７の温度が所定温度以上となると、アンモニア吸着触媒２７はアンモニアを脱離して、下流の選択還元型触媒２８にアンモニアを供給する。

選択還元型触媒２８は、金属イオン（例えば、ＣｕやＦｅ）を含むゼオライト、即ち、ルイス酸点を有するゼオライトで構成されている。また、選択還元型触媒２８は、ＮＯｘを還元浄化する機能に加え、選択還元型触媒２８に供給されるアンモニアを吸着及び脱離する機能を有する。そして、選択還元型触媒２８は、アンモニア吸着触媒２７より脱離したアンモニア、尿素水インジェクタ３６より噴射された尿素水が加水分解を起こして発生したアンモニア、或いは選択還元型触媒２８に吸着したアンモニアによって排ガス中のＮＯｘを還元浄化するものである。なお、選択還元型触媒２８は、触媒の温度が約２００℃から３００℃でアンモニアの脱離を開始する。

排気管２４のターボチャージャ１９とケーシング２９との間には、排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３１が排気管２４内に突出するように設けられている。
ケーシング２９の酸化触媒２５の上流には、酸化触媒２５に流入する排ガスの温度を検出する排気温度センサ３２がケーシング２９内に突出するように設けられている。また、ケーシング２９の酸化触媒２５とディーゼルパティキュレートフィルタ２６との間には、酸化触媒２５から流出する排ガスの温度を検出する排気温度センサ３３がケーシング２９内に突出するように設けられている。そして、ケーシング２９のディーゼルパティキュレートフィルタ２６の下流には、ディーゼルパティキュレートフィルタ２６から流出する排ガスの温度を検出する排気温度センサ３４がケーシング２９内に突出するように設けられている。

排気管２４のディーゼルパティキュレートフィルタ２６とアンモニア吸着触媒２７との間、即ち排気管２４のケーシング２９とケーシング３０との間には、排ガス内のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ（第１濃度検出手段）３５が排気管２４内に突出するように設けられている。そして、排気管２４のＮＯｘセンサ３５とケーシング３０との間には、尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）３６が排気管２４内に突出するように設けられている。なお、ＮＯｘセンサ３５の検出値は、センサの特性上、アンモニアに影響されるものである。即ち、ＮＯｘセンサ３５の検出値は、排ガス中のＮＯｘの濃度が一定であっても、アンモニアの濃度が濃くなると、高い検出値（ＮＯｘ濃度）を出力する。

尿素水インジェクタ３６は、アンモニア吸着触媒２７及び選択還元型触媒２８にアンモニアを供給するための尿素水を排気管２４内に噴射するものである。なお、尿素水は、外部に設けられた図示しない尿素水タンクより供給される。そして、尿素水インジェクタ３６からアンモニア吸着触媒２７までの距離は、尿素水インジェクタ３６から噴射された尿素水が加水分解されアンモニアを発生するまでに必要な距離以上に設定されている。したがって、尿素水インジェクタ３６より噴射された尿素水は、アンモニア吸着触媒２７に到達するまでに加水分解を起こしアンモニアを発生する。

排気管２４の選択還元型触媒２８の下流、即ちケーシング３０の下流には、選択還元型触媒２８から流出する排ガス内のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ（第２濃度検出手段）３７が排気管２４内に突出するように設けられている。なお、ＮＯｘセンサ３７は、ＮＯｘセンサ３７と同様に、センサの特性上、アンモニアに影響されるものである。即ち、ＮＯｘセンサ３５の検出値は、排ガス中にＮＯｘの濃度が一定であっても、アンモニアの濃度が濃くなると、高い検出値（ＮＯｘ濃度）を出力する。

電子制御スロットルバルブ３９とターボチャージャ１９との間の吸気管２１と、ディーゼルパティキュレートフィルタ２９の下流の排気管２４には、それぞれが連通するように低温・低圧の排ガスの一部を吸気へ戻す、即ち低温・低圧のＥＧＲガスを吸気に導入する低圧ＥＧＲ通路（排気再循環手段）４１が設けられている。また、低圧ＥＧＲ通路４１には、排気が吸気に戻る量、即ちＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ（排気再循環手段）４２と、吸気へ戻す排気を冷やすＥＧＲクーラ（排気再循環手段）４３と、吸気に戻す排ガスから異物を取り除くＥＧＲフィルタ（排気再循環手段）４４とが設けられている。

そして、燃料噴射ノズル２、酸素濃度センサ１３，３１、吸気温度センサ１４，３８、ＥＧＲバルブ１６，４２、電子制御スロットルバルブ２２，３９、スロットルポジションセンサ２３，４０、排気温度センサ３２，３３，３４、ＮＯｘセンサ３５，３７、尿素水インジェクタ３６、及びエンジン１の運転状態を検出する各種センサやエンジン１が搭載される車両の運転者が操作するアクセルペダルの操作度合いを検出するアクセルポジションセンサ等の各種装置は、エンジン１の総合的な制御を行うための制御装置であって入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、タイマ及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されるエンジンコントロールユニット（アンモニア吸着制御手段）５０と電気的に接続されている。当該エンジンコントロールユニット５０は、各種センサ類からの各情報に基づき各種装置の作動を制御して、エンジン１の運転を制御するものである。

エンジンコントロールユニット５０の入力側には、酸素濃度センサ１３，３１、吸気温度センサ１４，３８、スロットルポジションセンサ２３，４０、排気温度センサ３２，３３，３４、ＮＯｘセンサ３５，３７、及びアクセルポジションセンサ等のセンサ類が電気的に接続されており、これら各種装置及び各種センサ類からの検出情報が入力される。
一方、エンジンコントロールユニット５０の出力側には、燃料噴射ノズル２、ＥＧＲバルブ１６，４２、電子制御スロットルバルブ２２，３９、及び尿素水インジェクタ３６が電気的に接続されている。

これより、エンジンコントロールユニット５０は、各センサの検出値に基づき、燃料噴射ノズル２からのプレ噴射、メイン噴射及びアフタ噴射の燃料噴射量、噴射時期と、ＥＧＲバルブ１６，４２や電子制御スロットルバルブ２２，３９の開度と尿素水インジェクタ３６からの尿素水の噴射量等を最適に制御し、エンジン１を高精度に制御する。
また、エンジンコントロールユニット５０は、図示しない圧力センサにて検出されるディーゼルパティキュレートフィルタ２６の上流と下流の排ガスの圧力より、圧力差を算出し所定圧力差となった場合や、運転者の操作によって図示しない強制再生ボタン等が操作された場合に、燃焼噴射ノズル２からの燃料の噴射量や噴射時期を制御して、ディーゼルパティキュレートフィルタ２６内に堆積した微粒子状物質を燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ再生処理を実施する。

更にエンジンコントロールユニット５０は、エンジン１の運転状態やＮＯｘセンサ３５にて検出されるＮＯｘ濃度よりＮＯｘの排出量が多いと判定すると、アンモニア吸着触媒２７や選択還元型触媒２８に供給するアンモニアの供給量が増加するように、尿素水インジェクタ３６より噴射される尿素水の噴射量を増加させる。また、エンジンコントロールユニット５０は、エンジン１の運転状態や、尿素水インジェクタ３６とアンモニア吸着触媒２７との間の排ガス温度や、アンモニア吸着触媒２７内に吸着されているアンモニア量等に基づいて、アンモニア吸着触媒２７にアンモニアが吸着しやすい環境であると判定すると、尿素水インジェクタ３６より尿素水を噴射して、尿素水が加水分解されて発生したアンモニアをアンモニア吸着触媒２７に吸着させるアンモニア吸着制御を実施する。
［第１参考例］

図２に示す第１参考例のアンモニア吸着制御の制御フローチャートを説明すると、ステップＳ１０では、ＥＧＲを導入中（排気再循環手段を作動させ、内燃機関の吸気通路に排ガスを再循環させている状態に相当）であるか、否かを判別する。詳しくは、ＥＧＲバルブ１６，４２のいずれか或いは双方を作動させて、排ガスを吸気に導入しているか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でＥＧＲバルブ１６，４２のいずれか或いは双方を作動させて、排ガスを吸気に導入していれば、ステップＳ１２に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でＥＧＲバルブ１６，４２のいずれも作動しておらず、排ガスを吸気に導入していなければ、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１２では、排ガス温度が所定温度範囲内にあるか、否かを判別する。詳しくは、排気温度センサ３４にて検出されるディーゼルパティキュレートフィルタ２６から排出される排ガスの温度に基づいて、尿素水インジェクタ３６とアンモニア吸着触媒２７との間の排ガス温度（本発明の排ガスの温度に相当）を推定し、推定された当該排ガス温度が所定温度範囲内にあるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で推定された当該排ガス温度が所定温度範囲内にあれば、ステップＳ１４に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で推定された当該排ガス温度が所定温度範囲内になければ、ステップＳ１８に進む。なお、所定温度範囲の下限値は、尿素水が加水分解されてアンモニアとなる温度（例えば、２００℃）に設定される。また、所定温度範囲の上限値は、アンモニア吸着触媒２７よりアンモニアが脱離を開始する温度（例えば４００℃）に設定される。

ステップＳ１４では、アンモニア吸着触媒中に吸着されているアンモニア量、即ちアンモニア吸着量Ｗnが所定量未満であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でアンモニア吸着量Ｗnが所定量未満であれば、ステップＳ１６に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でアンモニア吸着量Ｗnが所定量未満でなければ、ステップＳ１８に進む。なお、所定量は、アンモニア吸着触媒２７に吸着可能な限界のアンモニア量に設定される。

ステップＳ１６では、尿素水インジェクタ３６から尿素水の噴射を開始する。即ち、尿素水インジェクタ３６から尿素水を噴射して、尿素水が加水分解されて発生するアンモニアをアンモニア吸着触媒２７に吸着させる。そして、ステップＳ１０へ戻る。
そして、ステップＳ１８では、尿素水インジェクタ３６からの尿素水の噴射を終了する。そして、本ルーチンをリターンする。

第１参考例では、ＥＧＲバルブ１６，４２のいずれか或いは双方を作動させて、排ガスを吸気に導入しており、尿素水インジェクタ３６とアンモニア吸着触媒２７との間の排ガス温度が所定温度範囲内であって、アンモニア吸着触媒中に吸着されているアンモニア吸着量Ｗnが所定量未満であると、尿素水インジェクタ３６から尿素水の噴射を開始して、尿素水が加水分解されて発生するアンモニアをアンモニア吸着触媒２７に吸着させる。

アンモニア吸着触媒２７は、ブレンステッド酸点を有するゼオライトで構成されているので、例えば、車両が急加速してエンジン１が高負荷運転となり、排ガスの温度が上昇し、アンモニア吸着触媒２７の温度が所定温度（４００℃）以上となると吸着したアンモニアを脱離する。そして、選択還元型触媒２８では、アンモニア吸着触媒２７を脱離したアンモニアと、尿素水インジェクタ３６より噴射される尿素水から発生したアンモニアとによって、エンジン１の高負荷運転等により排出量が増加したエンジン１から排出されるＮＯｘを還元浄化する。

ＥＧＲの導入中、即ち排ガスを吸気に導入している時に尿素水インジェクタ３６より尿素水を供給することで、ＥＧＲの導入中では、エンジン１から排出されるＮＯｘの排出量が減少するので、選択還元型触媒２８にてＮＯｘを積極的に還元浄化する必要がなくなる。

また、尿素水インジェクタ３６とアンモニア吸着触媒２７との間の排ガス温度が、下限値を尿素水が加水分解されてアンモニアとなる温度（例えば、２００℃）で設定され、上限値をアンモニア吸着触媒２７よりアンモニアが脱離を開始する温度（例えば４００℃）に設定された所定温度範囲内である時に尿素水インジェクタ３６より尿素水を供給することで、尿素水を加水分解してアンモニアとし、アンモニア吸着触媒２７に吸着させることができ、更にアンモニア吸着触媒２７に吸着したアンモニアが脱離することを防止できるので、アンモニア吸着触媒２７にアンモニアを確実に吸着させることができる。

また、アンモニア吸着触媒２７に吸着されているアンモニア量、即ちアンモニア吸着量Ｗnがアンモニア吸着触媒２７に吸着可能な限界のアンモニア量に設定された所定量未満であると尿素水インジェクタ３６から尿素水の供給を行わないので、アンモニアがアンモニア吸着触媒２７に吸着されずに、アンモニア吸着触媒２７の下流に流出することを防止することができ、延いてはアンモニア吸着触媒２７で吸着されなかったアンモニアが車外に排出されることを防止することができる。
［第２参考例］

図３に示す第２参考例のアンモニア吸着制御の制御フローチャートを説明すると、第２参考例のアンモニア吸着制御は、尿素水インジェクタ３６での尿素水の噴射後に、ディーゼルパティキュレートフィルタ２６とアンモニア吸着触媒２７との間に配設されるＮＯｘセンサ３５の検出値と、選択還元型触媒２８の下流に配設されるＮＯｘセンサ３７の検出値とを比較し判別している。

図３に示すように、ステップＳ１０からステップＳ１６までは、ＥＧＲの導入中であるか否か、排ガス温度が所定温度範囲内にあるか否か、アンモニア吸着触媒中に吸着されているアンモニア吸着量Ｗnが所定量未満であるか否かを判別し、判別結果が全て真（Ｙｅｓ）であると、尿素水インジェクタ３６から尿素水の噴射を開始する。そして、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７では、選択還元型触媒２８の下流に配設されるＮＯｘセンサ３７の検出値（ＮＯｘ濃度）Ｄoが、ディーゼルパティキュレートフィルタ２６とアンモニア吸着触媒２７との間に配設されるＮＯｘセンサ３５の検出値（ＮＯｘ濃度）Ｄiより大きいか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でＮＯｘ濃度ＤoがＮＯｘ濃度Ｄiより大きければ、ステップＳ１８に進み、尿素水インジェクタ３６からの尿素水の噴射を終了して、本ルーチンをリターンする。また、判別結果が否（Ｎｏ）でＮＯｘ濃度ＤoがＮＯｘ濃度Ｄiよりも大きくなければ、ステップＳ１０へ戻る。

ＥＧＲバルブ１６，４２のいずれか或いは双方を作動させて、排ガスを吸気に導入しており、尿素水インジェクタ３６とアンモニア吸着触媒２７との間の排ガス温度が所定温度範囲内であって、アンモニア吸着触媒中に吸着されているアンモニア吸着量Ｗnが所定量未満であると、尿素水インジェクタ３６から尿素水の噴射を開始して、尿素水が加水分解されて発生するアンモニアをアンモニア吸着触媒２７に吸着させる。そして、ＮＯｘ濃度ＤoがＮＯｘ濃度Ｄiより大きければ、尿素水インジェクタ３６から尿素水の噴射を終了する。また、ＮＯｘ濃度ＤoがＮＯｘ濃度Ｄiより大きくなければ、ＥＧＲの導入の有無等の判別を再度行う。

ＮＯｘセンサ３５及びＮＯｘセンサ３７は、一般的にアンモニアの影響を受ける特性を有している。そして、選択還元型触媒２８の下流の排ガス中のＮＯｘ濃度Ｄoが、尿素水インジェクタ３６の上流の排ガス中のＮＯｘ濃度Ｄiより大きくなる場合とは、尿素水インジェクタ３６より噴射される尿素水が加水分解されてアンモニアとなり、当該アンモニアがアンモニア吸着触媒２７で吸着されず、且つ選択還元型触媒２８にてＮＯｘの還元浄化に用いられず排出され、ＮＯｘセンサ３７が当該アンモニアの影響を受ける場合である。即ち、選択還元型触媒２８の下流の排ガス中のＮＯｘ濃度Ｄoが、尿素水インジェクタ３６の上流の排ガス中のＮＯｘ濃度Ｄiより大きくなる場合とは、尿素水インジェクタ３６より尿素水が過剰に供給されている場合をさす。

選択還元型触媒２８の下流の排ガス中のＮＯｘ濃度Ｄoが、尿素水インジェクタ３６の上流の排ガス中のＮＯｘ濃度Ｄiより大きくなると、尿素水インジェクタ３６より過剰に尿素水が噴射され、アンモニアがアンモニア吸着触媒２７で吸着されず選択還元型触媒２８にてＮＯｘの還元浄化にも用いられず排出されていると判別して、尿素水インジェクタ３６から尿素水の噴射を終了することで、アンモニア吸着触媒２７で吸着されず、且つ選択還元型触媒２８にてＮＯｘの還元浄化に用いられずアンモニアが車外に排出されることを防止することができる。
［一実施例］
次に本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装置のエンジンコントロールユニット５０でのアンモニア吸着制御について説明する。

図４は、本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装置のエンジンコントロールユニット５０でのアンモニア吸着制御の制御フローチャートである。
一実施例のアンモニア吸着制御は、第２参考例に対して、ステップＳ１０でのＥＧＲ導入であるか否かの判別をディーゼルパティキュレートフィルタ再生中であるか否かの判別としている点が異なる。

図３に示すように、ステップＳ１０’では、ディーゼルパティキュレートフィルタ２６の再生制御中（本発明のディーゼルパティキュレートフィルタの再生制御している状態に相当）であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でディーゼルパティキュレートフィルタ２６の再生制御中であれば、ステップＳ１２に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でディーゼルパティキュレートフィルタ２６の再生制御中でいなければ、ステップＳ１８に進む。

そして、ステップＳ１２からステップＳ１８までは、排ガス温度が所定温度範囲内にあるか否か、アンモニア吸着触媒中に吸着されているアンモニア吸着量Ｗnが所定量未満であるか否かを判別し、判別結果が全て真（Ｙｅｓ）であると、尿素水インジェクタ３６から尿素水の噴射を開始する。そして、ＮＯｘ濃度ＤoがＮＯｘ濃度Ｄiより大きくなければ、吸気への排気の導入等の判別を再度行う。また、ＮＯｘ濃度ＤoがＮＯｘ濃度Ｄiより大きければ、尿素水インジェクタ３６から尿素水の噴射を終了する。

このように一実施例に係る内燃機関の排気浄化装置では、ディーゼルパティキュレートフィルタ２６の再生制御中であり、尿素水インジェクタ３６とアンモニア吸着触媒２７との間の排ガス温度が所定温度範囲内であって、アンモニア吸着触媒中に吸着されているアンモニア吸着量Ｗnが所定量未満であると、尿素水インジェクタ３６から尿素水の噴射を開始して、尿素水が加水分解されて発生するアンモニアをアンモニア吸着触媒２７に吸着させる。そして、ＮＯｘ濃度ＤoがＮＯｘ濃度Ｄiより大きくなければ、吸気への排気の導入等の判別を再度行う。また、ＮＯｘ濃度ＤoがＮＯｘ濃度Ｄiより大きければ、尿素水インジェクタ３６から尿素水の噴射を終了する。

ディーゼルパティキュレートフィルタ２６の再生制御中に尿素水インジェクタ３６より尿素水を噴射することで、ディーゼルパティキュレートフィルタ２６の再生制御中では、エンジン１より排出されるＮＯｘの排出量が増加し、選択還元型触媒２８にてＮＯｘを還元浄化する必要があるが、ディーゼルパティキュレートフィルタ２６内に堆積する微粒子状物質を燃焼させるために排ガスの温度が高温となっている。

したがって、排ガスの温度が高温となっており、尿素水インジェクタ３６より噴射される尿素水が加水分解してアンモニアとなりやすい状態であるので、尿素水をアンモニアガスとして、アンモニア吸着触媒２７に確実に供給することが可能となる。
よって、アンモニア吸着触媒２７にアンモニアを吸着させることができるので、例えばエンジン１から排出されるＮＯｘの排出量が多いエンジン１の高回転速度・高負荷時に、アンモニア吸着触媒２７に吸着したアンモニアを脱離して、アンモニアを選択還元型触媒２８に供給することができ、ＮＯｘを確実に還元浄化することができる。

以上で発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の形態は上記実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、エンジン１をコモンレール式ディーゼルエンジンとしているが、これに限定されるものではなく、ＮＯｘの排出量が比較的多く選択還元型触媒を装着する排気系を有する希薄燃焼ガソリンエンジンにも適用可能であることはいうまでもない。

１エンジン（内燃機関）
２６ディーゼルパティキュレートフィルタ
２７アンモニア吸着触媒
２８選択還元型触媒
３５ＮＯｘセンサ（第１濃度検出手段）
３６尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）
３７ＮＯｘセンサ（第２濃度検出手段）
５０ＥＣＵ（アンモニア吸着制御手段）

Claims

内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物をアンモニアにて還元浄化する選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒の上流に配設され、前記アンモニアを吸着し、前記選択還元型触媒のアンモニア脱離温度よりも高い温度で前記アンモニアを脱離するアンモニア吸着触媒と、
前記アンモニア吸着触媒の上流に尿素水を供給する尿素水供給手段と、
前記尿素水供給手段の作動を制御するアンモニア吸着制御手段と、
前記尿素水供給手段の上流に配設され、前記排ガス中の微粒子状物質を除去するディーゼルパティキュレートフィルタと、を備え、
前記アンモニア吸着制御手段は、少なくとも前記内燃機関から排出される窒素酸化物の排出量または前記排ガスの温度の状況によって前記尿素水の供給に対して前記アンモニア吸着触媒が前記アンモニアを吸着しやすい環境である前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生制御をしている状態の時に、前記内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物の還元浄化に必要な量以上のアンモニアが発生するよう前記尿素水を前記尿素水供給手段より供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記アンモニア吸着触媒に前記アンモニアを吸着しやすい環境は、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生制御をしている状態の時で、前記アンモニア吸着触媒に吸着されているアンモニア量が所定量より少ない状態であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記尿素水供給手段の上流に、前記排ガス中の前記窒素酸化物の濃度を検出する第１濃度検出手段と、
前記選択還元型触媒の下流に前記排ガス中の前記窒素酸化物の濃度を検出する第２濃度検出手段をそれぞれ備え、
前記アンモニア吸着制御手段は、前記第２濃度検出手段の検出値が、前記第１濃度検出手段の検出値以上であると、前記尿素水供給手段からの前記尿素水の供給を終了することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。