JP6288000B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
内燃機関が備える2つのバンクのそれぞれに下流側で合流する副排気経路を接続し、副排気経路の合流部に主排気経路を接続し、各副排気経路に尿素添加弁と副選択還元型NOx触媒とを配置し、主排気経路に主選択還元型NOx触媒を配置した内燃機関システムが知られている。また、当該内燃機関システムの内燃機関の始動時等に、一方の尿素添加弁からの尿素添加量を減量し、他方の尿素添加弁からの尿素添加量が増量することにより、主選択還元型NOx触媒を早期に昇温すること(特許文献1参照)が提案されている。
特開2013−113194号公報
内燃機関の第1、第2気筒群にそれぞれ接続された第1、第2排気通路と、第1及び第2排気通路の下流側合流部に接続された第3排気通路とを備え、第1〜第3排気通路にそれぞれ第1〜第3選択還元型NOx触媒が配設された排気浄化システムの第1、第2排気通路のそれぞれに、PM(Particulate Matter)フィルタ、NSR(NOx Storage Reduction)触媒等が配置されることがある。第1、第2排気通路のそれぞれに、PMフィルタ
、NSR触媒等(以下、フィルタ等と表記する)が配置された排気浄化システムでは、PMフィルタ内に堆積したPMや、触媒に付着した硫黄等を酸化除去するために、適宜、フィルタ等が昇温されることになる。
第1排気通路に設けられているフィルタ等を昇温させると、第1選択還元型NOx触媒の温度も上昇する。また、第2排気通路に設けられているフィルタ等を昇温させると、第2選択還元型NOx触媒の温度が上昇する。そして、温度が高くなると、第1、第2選択還元型NOx触媒のNOxの浄化性能が低下し、また、昇温制御により高温となっている排気通路内に尿素水を添加すると、尿素水の加水分解により生成されたアンモニアが排気通路内の高温部分でNOxに酸化されてしまうこともある。
そのため、上記構成を有する排気浄化システムを、第1排気通路側のフィルタ等を昇温させるための昇温制御と第2排気通路側のフィルタ等を昇温させるための昇温制御とが同時期に行われないように制御すると共に、一方のフィルタ等の昇温制御中、例えば、第1排気通路側のフィルタ等の昇温制御中は、第1排気通路内への尿素水の添加を停止することが考えられる。ただし、第1排気通路側のフィルタ等の昇温制御中に第1排気通路内への尿素水の添加を停止しただけでは、第3選択還元型NOx触媒に吸着しているアンモニアの、NOxとの反応による消費速度(単位時間当たりの消費量)が、第3選択還元型NOx触媒へのアンモニアの補充速度よりも早くなってしまう。そのため、第1排気通路内への尿素水の添加を停止しただけでは、排気浄化システムとして、第1排気通路側のフィルタ等の昇温制御中に、NOxの浄化性能を維持することが出来ない。
第1排気通路側のフィルタ等の昇温制御中に、第1排気通路内への尿素水の添加を停止すると共に、第2排気通路内への尿素水の添加量を増量すれば(例えば、倍にすれば)、第1排気通路側のフィルタ等の昇温制御中に、第1気筒群側からのNOxを第3選択還元
型NOx触媒で浄化することが可能となる。しかしながら、第1排気通路側のフィルタ等の昇温制御時には、第1選択還元型NOx触媒の温度が上昇して、吸着していたアンモニアが第1選択還元型NOx触媒から脱離する。そして、第3選択還元型NOx触媒に全くアンモニアが吸着していなくても、単位時間内に第3選択還元型NOx触媒に多くのアンモニアが流入すると、第3選択還元型NOx触媒にてアンモニアスリップが発生する。尚、アンモニアスリップとは、流入したアンモニアの一部が触媒に吸着されずに排出される現象のことである。
従って、第1排気通路側のフィルタ等の昇温制御中に、第1排気通路内への尿素水の添加を停止すると共に、第2排気通路内への尿素水の添加量を増量するようにした場合には、第3選択還元型NOx触媒に過度量のアンモニアが流入して、流入したアンモニアの一部が第3選択還元型NOx触媒に吸着されることなく排出されてしまう虞がある。
そこで、本発明の課題は、内燃機関の第1、第2気筒群にそれぞれ接続された第1、第2排気通路と、第1及び第2排気通路の下流側合流部に接続された第3排気通路とを備え、第1〜第3排気通路にそれぞれ第1〜第3選択還元型NOx触媒が配置された排気浄化システムであって、第1排気通路に配設されたフィルタ又は触媒の昇温に伴って第1選択還元型NOx触媒が昇温される場合に、第3選択還元型NOx触媒に単位時間内に過度量のアンモニアが流入することを抑止できる排気浄化システムを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の、第1気筒群及び第2気筒群を有する内燃機関の排気浄化システムは、前記第1気筒群からの排気が流れる第1排気通路と、前記第2気筒群からの排気が流れる第2排気通路であって、その下流側端部で前記第1排気通路の下流側端部と合流した第2排気通路と、前記第1排気通路及び前記第2排気通路の合流部に接続された第3排気通路と、前記第1排気通路に配設された第1選択還元型NOx触媒と、前記第2排気通路に配設された第2選択還元型NOx触媒と、前記第3排気通路に配設された第3選択還元型NOx触媒と、前記第1選択還元型NOx触媒に流入する排気にアンモニア源を添加する第1添加弁と、前記第2選択還元型NOx触媒に流入する排気にアンモニア源を添加する第2添加弁と、前記第1排気通路に配設されたフィルタ又は触媒を昇温させる第1昇温制御と、前記第2排気通路に配設されたフィルタ又は触媒を昇温させる第2昇温制御とを、異なる時期に行う昇温制御部と、前記第1選択還元型NOx触媒に流入するNOx量に応じて定められる、前記第1添加弁に添加させるアンモニア源の基本量である第1基本添加量と、前記第2選択還元型NOx触媒に流入するNOx量に応じて定められる、前記第2添加弁に添加させるアンモニア源の基本量である第2基本添加量とに基づき、前記第1添加弁及び前記第2添加弁を制御する添加弁制御部とを備え、前記添加弁制御部は、前記昇温制御部によって前記第1昇温制御が開始されてから、前記第1排気通路に配設されたフィルタ又は触媒の前記第1昇温制御による昇温に伴って前記第1選択還元型NOx触媒から脱離する単位時間当たりのアンモニア量が所定量以下となるまでの間は、前記第1添加弁、前記第2添加弁に、それぞれ、前記第1基本添加量よりも少ない量のアンモニア源、前記第2基本添加量のアンモニア源を添加させ、前記単位時間当たりのアンモニア量が前記所定量以下となってから、前記第1昇温制御が終了して前記第1選択還元型NOx触媒の温度が、アンモニアの吸着によりNOx浄化が実質的に可能となる設定温度未満になるまでの間は、前記第1添加弁、前記第2添加弁に、それぞれ、前記第1基本添加量よりも少ない量のアンモニア源、前記第2基本添加量よりも多い量のアンモニア源を添加させる、構成を有する。
すなわち、本発明の内燃機関の排気浄化システムでは、第1排気通路に配設されたフィルタ又は触媒を昇温させる第1昇温制御と、第2排気通路に配設されたフィルタ又は触媒を昇温させる第2昇温制御とが、異なる時期に行われる。そして、本発明の内燃機関の排
気浄化システムでは、第1昇温制御が開始されてから、『第1排気通路に配設されたフィルタ又は触媒の第1昇温制御による昇温に伴って第1選択還元型NOx触媒から脱離する単位時間当たりのアンモニア量』が所定量以下となるまでの間(以下、第1期間と表記する)、第1添加弁からは、第1基本添加量(『前記第1選択還元型NOx触媒に流入するNOx量に応じて定められる、前記第1添加弁に添加させるアンモニア源の基本量』)よりも少ない量のアンモニア源が添加される。また、第1期間中、第2添加弁からは、第2基本添加量(『前記第2選択還元型NOx触媒に流入するNOx量に応じて定められる、前記第2添加弁に添加させるアンモニア源の基本量』)のアンモニア源が添加される。そのため、本発明の内燃機関の排気浄化システムでは、第1排気通路のフィルタ又は触媒の第1昇温制御による昇温中に、第3選択還元型NOx触媒に単位時間内に流入するアンモニア量が、第1昇温制御の開始時に第1添加弁からのアンモニア源の添加量を第1基本添加量より少くすると共に第2添加弁からのアンモニア源の添加量を第2基本添加量より多くした場合よりも、少なくなる。従って、本発明の内燃機関の排気浄化システムによれば、第1排気通路に配設されたフィルタ又は触媒の昇温に伴って第1選択還元型NOx触媒が昇温される場合に、第3選択還元型NOx触媒に単位時間内に過度量のアンモニアが流入することを抑止することができる。また、その結果として、第3選択還元型NOx触媒にてアンモニアスリップが発生することを抑止できることになる。
なお、上記の構成によれば、本発明の内燃機関の排気浄化システムにて、第1期間中に、第1及び第2添加弁から添加されるアンモニア源の量は、通常、内燃機関の第1気筒群及び第2気筒群から排出されるNOxの浄化(還元)に消費される量よりも少ない量となる。ただし、第3選択還元型NOx触媒に単位時間内に流入するアンモニア量が過度量でなければ、スリップが抑えられるので、第1排気通路に配設されたフィルタ又は触媒の第1昇温制御による昇温に伴って第1選択還元型NOx触媒から脱離したアンモニアが、第3選択還元型NOx触媒に効率的に吸着する。従って、第1期間における第3選択還元型NOx触媒のNOx浄化性能の低下が、第1選択還元型NOx触媒から脱離したアンモニアが吸着することにより、緩和される。そして、本発明の内燃機関の排気浄化システムでは、第1期間が終了してから(“前記単位時間当たりのアンモニア量が前記所定量以下となってから”)、第1昇温制御が終了して第1選択還元型NOx触媒の温度が、アンモニアの吸着によりNOx浄化が実質的に可能となる設定温度未満になるまでの間(以下、第2期間と表記する)は、第1添加弁から、第1基本添加量よりも少ない量のアンモニア源が添加され、第2添加弁から、第2基本添加量よりも多い量のアンモニア源が添加される。すなわち、本発明の内燃機関の排気浄化システムでは、第1期間が終了して第2期間になると、第2添加弁からのアンモニア源の添加量が増量される。従って、本発明の内燃機関の排気浄化システムでは、第1期間中に第3選択還元型NOx触媒の吸着アンモニア量が過度に減少して、第2期間(及び第1期間)中に第3選択還元型NOx触媒からNOxが排出されることを抑止できることにもなる。
また、本発明の内燃機関の排気浄化システムでは、第1昇温制御の開始後、第1昇温制御が終了して第1選択還元型NOx触媒の温度が設定温度未満になるまでの間、第1添加弁から、第1基本添加量よりも少ない量のアンモニア源が添加される。従って、本発明の内燃機関の排気浄化システムでは、高温となっている第1排気通路内にアンモニア源が添加されて、第3選択還元型NOx触媒に流入するNOx量が増えるといったことも生じないことになる。
本発明の内燃機関の排気浄化システムにおける第1選択還元型NOx触媒は、第1昇温制御により昇温されるフィルタ又は触媒とは別の触媒(触媒装置)であっても、第1昇温制御により昇温されるフィルタに担持されている粒子状の触媒であっても良い。同様に、第2選択還元型NOx触媒は、第2昇温制御により昇温されるフィルタ又は触媒とは別の触媒であっても、第2昇温制御により昇温されるフィルタに担持されている粒子状の触媒
であっても良い。
また、本発明の内燃機関の排気浄化システムにおける『所定量』は、第2添加弁に第2基本添加量より多い量のアンモニア源を添加させた場合に、昇温により第1選択還元型NOx触媒から脱離する単位時間当たりのアンモニア量(以下、昇温中脱離量と表記する)が最大量まで上昇した後に少なくなることで、第3選択還元型NOx触媒に単位時間内に過度量のアンモニアが流入しないことになる昇温中脱離量であれば良い。
上記条件を満たす昇温中脱離量の最大値は、第3選択還元型NOx触媒の吸着アンモニア量、第2添加弁から添加する予定のアンモニア源の量(第2基本添加量より多い量)等から定めることが出来る。ただし、所定量を、当該最大値よりも小さな値としておいても特に問題は生じない。そして、当該最大値を算出させると、ECUの負荷が大きくなるので、所定量としては、比較的に小さな固定値(“0”や、昇温中脱離量の最大値の10%等)を採用しておけば良い。
また、本発明の内燃機関の排気浄化システムを実現する際、第2昇温制御の実行時における添加弁制御を行うための構成としては、様々なものを採用することが出来る。例えば、添加弁制御部に、『前記昇温制御部によって前記第2昇温制御が開始されてから、前記第2排気通路に配設されたフィルタ又は触媒の前記第2昇温制御による昇温に伴って前記第2選択還元型NOx触媒から脱離する単位時間当たりのアンモニア量が所定量以下となるまでの間は、前記第2添加弁、前記第1添加弁に、それぞれ、前記第2基本添加量よりも少ない量のアンモニア源、前記第1基本添加量のアンモニア源を添加させ、前記単位時間当たりのアンモニア量が前記所定量以下となってから、前記第2昇温制御が終了して前記第2選択還元型NOx触媒の温度が、アンモニアの吸着によりNOx浄化が実質的に可能となる設定温度未満になるまでの間は、前記第2添加弁、前記第1添加弁に、それぞれ、前記第2基本添加量よりも少ない量のアンモニア源、前記第1基本添加量よりも多い量のアンモニア源を添加させる』機能を付与しておくことにより、第2昇温制御の実行時における添加弁制御が行われるようにしても良い。
本発明の内燃機関の排気浄化システムは、昇温中脱離量が所定量以下となったか否かを、アンモニアセンサ等で測定された昇温中脱離量に基づき判断されるシステムであっても良い。また、昇温中脱離量と、第1選択還元型NOx触媒の温度や、第1選択還元型NOx触媒に吸着されているアンモニア量との間には相関関係がある。従って、本発明の内燃機関の排気浄化システムを、『前記第1選択還元型NOx触媒の温度に基づき、前記単位時間当たりのアンモニア量が前記所定量以下となったか否かを判定する判定部』や、『前記第1選択還元型NOx触媒に吸着されているアンモニア量の推定量に基づき、前記単位時間当たりのアンモニア量が前記所定量以下となったか否かを判定する判定部』をさらに備えるシステムとして実現しても良い。
本発明によれば、内燃機関の第1、第2気筒群にそれぞれ接続された第1、第2排気通路と、第1及び第2排気通路の下流側合流部に接続された第3排気通路とを備え、第1〜第3排気通路にそれぞれ第1〜第3選択還元型NOx触媒が配置された排気浄化システムであって、第1選択還元型NOx触媒が昇温される場合に、第3選択還元型NOx触媒に過度量のアンモニアが流入することを抑止可能な排気浄化システムを提供することができる。
図1は、実施例1に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成図である。 図2は、実施例1に係る内燃機関の排気浄化システムのECUが周期的に実行する昇温制御管理処理の流れ図である。 図3は、実施例1に係る内燃機関の排気浄化システムのECUが周期的に実行する添加弁制御処理の流れ図である。 図4は、実施例1に係る内燃機関の排気浄化システムの機能を説明するための図である。 図5は、実施例1に係る内燃機関の排気浄化システムにおけるSCR触媒のNOx浄化率と、各SCRフィルタに対する昇温制御を同時期に行った場合におけるSCR触媒のNOx浄化率の説明図である。 図6は、実施例1に係る内燃機関の排気浄化システムの機能を説明するためのタイムチャートである。 図7は、実施例2に係る内燃機関の排気浄化システムのECUが周期的に実行する添加弁制御処理の流れ図である。
以下、本発明を実施するための形態を、実施例に基づき説明する。なお、以下で説明する構成、処理手順は、特に記載がない限りは、本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に、本発明の実施例1に係る内燃機関10の排気浄化システムの概略構成図を示す。
内燃機関10は、第1バンク11a及び第2バンク11bを有する、車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関10の各バンク11(11a、11b)は、4つの気筒12を備えており、各バンク11の各気筒12には、気筒12内に燃料を噴射するための燃料噴射弁13が配設されている。
第1バンク11aには、エキゾーストマニホールド(図示略)を介して第1排気通路15aが接続されている。また、第2バンク11bには、エキゾーストマニホールド(図示略)を介して第2排気通路15bが接続されている。第1排気通路15a及び第2排気通路15bは、下流側で合流しており、第1、第2排気通路15a、15bの合流部16には、第3排気通路17が接続されている。
第3排気通路17には、アンモニア(NH3)を還元剤として排気中のNOx(窒素酸化物)を選択的に還元する選択還元型NOx触媒であるSCR(Selective Catalytic Reduction)触媒23が配設されている。第3排気通路17の、SCR触媒23よりも上流側
、下流側の部分には、それぞれ、SCR触媒23に流入する排気の温度を検知する温度センサ34、排気中のPM(Particulate Matter;粒子状物質)量を検知するPMセンサ35が配設されている。
第1排気通路15aには、第1DOC(Diesel Oxidation Catalyst)21a、第1S
CR(Selective Catalytic Reduction)フィルタ22aが、上流側からこの順に配設され
ている。また、第2排気通路15bには、第2DOC21b、第2SCRフィルタ22bが、上流側からこの順に配設されている。
第1SCRフィルタ22aは、排気中のPMを捕集するフィルタに、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元するSCR触媒を担持させた装置である。第1DOC21aは、排気中の未燃炭化水素、一酸化炭素、NO(一酸化窒素)等を酸化する装置である。尚、本排気浄化システムでは、第1SCRフィルタ22aのPM堆積量が増えた場合、第1バンク11a側の燃料噴射弁13の制御により、この第1DOC21aに燃料が供給
される。そして、供給された燃料の第1DOC21aにおける燃焼熱により排気温度が上げられて、第1SCRフィルタ22aの温度が、第1SCRフィルタ22a内に堆積しているPMを酸化除去できる再生温度(例えば、650℃)まで上昇される。
第2DOC21b、第2SCRフィルタ22bは、それぞれ、第1DOC21a、第1SCRフィルタ22aと同じ装置である。
第1排気通路15aの、第1DOC21aと第1SCRフィルタ22aの間の部分には、第1添加弁25aと温度センサ31aとが配設されている。さらに、第1排気通路15aの、第1SCRフィルタ22aよりも下流の部分には、温度センサ32aとNOxセンサ33aとが配設されている。同様に、第2排気通路15bの、第2DOC21bと第2SCRフィルタ22bの間の部分には、第2添加弁25bと温度センサ31bとが配設されており、第2排気通路15bの、第2SCRフィルタ22bよりも下流の部分には、温度センサ32bとNOxセンサ33bとが配設されている。
第1排気通路15aに配設されている温度センサ31aは、第1SCRフィルタ22aに流入する排気の温度を検知するセンサである。第1排気通路15aに配設されている温度センサ32a、NOxセンサ33aは、それぞれ、第1SCRフィルタ22aから流出する排気の温度、当該排気中のNOx濃度を検知するセンサである。同様に、第2排気通路15bに配設されている温度センサ31b、温度センサ32b、NOxセンサ33bは、それぞれ、第2SCRフィルタ22bに流入する排気の温度、第2SCRフィルタ22bから流出する排気の温度、第2SCRフィルタ22bから流出する排気中のNOx濃度を検知するセンサである。
第1添加弁25aは、第1SCRフィルタ22aに流入する排気中に、アンモニア源としての尿素水を添加(供給)するインジェクタである。第2添加弁25bは、第2SCRフィルタ22bに流入する排気中に、アンモニア源としての尿素水を添加するインジェクタである。
また、本実施例に係る排気浄化システムは、CPU(Central Processing Unit)、R
OM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等で構成されたECU(Electronic Control Unit)40を備える。このECU40には、上記した各種センサから
の信号に加えて、イグニッションスイッチ、アクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセル開度センサ、機関回転速度を検知するクランクポジションセンサ、吸入空気量を検知するエアフローメータ等からの信号が入力されている。ECU40のROMには、CPUが実行するプログラム(ファームウェア)が記憶されており、ECU40は、CPUが当該プログラムを実行することにより、各種センサからの信号に基づき、燃料噴射弁13や添加弁25a、25b等を統合的に制御するユニットとして動作する。
以下、本実施例に係る排気浄化システムの機能を、ECU40による制御内容を中心に説明する。
ECU40は、内燃機関10に対する制御処理を行いながら、PM堆積量更新処理、吸着アンモニア量更新処理、昇温制御管理処理、添加弁制御処理等を行うように、構成(プログラミング)されている。以下、PM堆積量更新処理、吸着アンモニア量更新処理、昇温制御管理処理、添加弁制御処理の内容を順に説明する。
[PM堆積量更新処理]
PM堆積量更新処理は、ECU40内に保持(記憶)されている第1SCRフィルタ22aに堆積しているPM量(以下、第1PM堆積量と表記する)と、第2SCRフィルタ
22bに堆積しているPM量(以下、第2PM堆積量と表記する)とを更新するために、ECU40が周期的に行う処理である。
PM堆積量更新処理時、ECU40は、まず、内燃機関10の運転状態(例えば、排気量と燃料噴射量)に基づき、第1バンク11aから排出されるPM量である第1PM排出量と、第2バンク11bから排出されるPM量である第2PM排出量とを、算出する。ECU40が算出する各PM排出量は、各バンク11(11a、11b)から単位時間内に排出されるPM量であっても、PM堆積量更新処理の1実行周期(以下、t0と表記する)内に排出されるPM量であっても良い。
その後、ECU40は、算出した第1PM排出量と、第1SCRフィルタ22aの温度と、第1バンク11aからの単位時間当たりの排気量(時間t0当たりの排気量であっても良い)とに基づき、ECU40内に保持されている第1PM堆積量を、その時点におけるPM堆積量に更新する処理を行う。より具体的には、ECU40は、第1バンク11aからの単位時間当たり排気量を、吸入空気量と内燃機関10の運転状態(第1バンク11a側の各燃料噴射弁13からの燃料噴射量等)とから算出する。そして、ECU40は、算出した排気量と、第1PM排出量と、第1SCRフィルタ22aの温度(例えば、温度センサ31aにより測定された温度自体や、当該温度から推定した温度)とに基づき、前回のPM堆積量更新処理後、今回のPM堆積量更新処理までの間(つまり、時間t0の間)に、増加減少したPM堆積量を求める。尚、第1SCRフィルタ22aのPM堆積量が減少するのは、後述する第1昇温制御が開始された場合である。
そして、ECU40は、求めたPM堆積量だけ第1PM堆積量を増減することで、第1PM堆積量を、その時点(PM堆積量更新処理の実行時点)におけるPM堆積量に更新する。
PM堆積量更新処理時、ECU40は、上記した第1PM排出量の更新手順と同様の手順により、第2PM排出量と第2SCRフィルタ22bの温度と第2バンク11bからの排気量とに基づき、第2PM堆積量を、その時点におけるPM堆積量に更新する処理も行う。
そして、第1及び第2PM堆積量を更新したECU40は、今回のPM堆積量更新処理を終了する。
[吸着アンモニア量更新処理]
吸着アンモニア量更新処理は、ECU40が時間t1の経過毎に行う処理である。尚、この吸着アンモニア量更新処理の実行周期t1は、通常、添加弁制御処理(図3)の実行周期t2と同じ時間、又は、t2の1/n(nは2以上の整数)の時間とされる。
吸着アンモニア量更新処理では、ECU40内に保持されている、第1SCRフィルタ22a、第2SCRフィルタ22b及びSCR触媒23のそれぞれについての吸着アンモニア量が、吸着アンモニア量更新処理の実行時点における吸着アンモニア量に更新される。
より具体的には、吸着アンモニア量更新処理時には、第1SCRフィルタ22aの吸着アンモニア量を更新する第1更新処理と、第2SCRフィルタ22bの吸着アンモニア量を更新する第2更新処理と、SCRフィルタ23の吸着アンモニア量を更新する第3更新処理とが行われる。
第1更新処理では、第1SCRフィルタ22aの吸着アンモニア量が、以下の式に従っ
て更新される。
吸着アンモニア量(更新後)=吸着アンモニア量(更新前)−消費アンモニア量−脱離アンモニア量+供給アンモニア量 ・・・(式1)
ここで、吸着アンモニア量(更新後)とは、第1SCRフィルタ22aの、吸着アンモニア量更新処理(第1更新処理)による更新後のアンモニア量のことである。吸着アンモニア量(更新前)とは、第1SCRフィルタ22aの、吸着アンモニア量更新処理による更新前のアンモニア量のことである。
消費アンモニア量とは、前回の吸着アンモニア量更新処理から今回の吸着アンモニア量更新処理までの時間t1の期間(以下、注目期間と表記する)中に、NOxとの反応により消費された、第1SCRフィルタ22aの吸着アンモニア量のことである。脱離アンモニア量、供給アンモニア量とは、それぞれ、注目期間内に第1SCRフィルタ22aから脱離したアンモニア量、注目期間内に第1SCRフィルタ22aに吸着したアンモニア量のことである。
第1更新処理時、ECU40は、吸着アンモニア量の更新に使用する消費アンモニア量、脱離アンモニア量、供給アンモニア量を、それぞれ、以下の手順で求める。
ECU40は、消費アンモニア量を、第1SCRフィルタ22aのNOx浄化率と、第1SCRフィルタ22aに流入する単位時間当たりの排気量(以下、流入排気量と表記する)と、第1SCRフィルタ22aに流入する単位時間当たりのNOx量(以下、流入NOx量と表記する)とから求める。
第1SCRフィルタ22aのNOx浄化率は、第1SCRフィルタ22aに流入する排気中のNOx量に対する、第1SCRフィルタ22aにて浄化されるNOx量の割合である。
ECU40内には、第1SCRフィルタ22aの吸着アンモニア量、温度及び流入排気量の組み合わせに、第1SCRフィルタ22aのNOx浄化率を対応づけて記憶した第1マップが設定されている。尚、ECU40が参照する第1マップ及び以下で説明する各マップは、実験により作成されたものである。ただし、各マップは、理論計算結果に基づき作成されたものであっても良い。また、以下で説明するマップを使用する各処理を、マップを使用しない処理、すなわち、実験結果や理論計算結果から得られた関数式を用いて目的とする値を得る処理に変更しても良い。
第1SCRフィルタ22aの消費アンモニア量を算出する際、ECU40は、温度センサ32aにより測定された温度を、第1SCRフィルタ22aの温度として取得する。尚、第1SCRフィルタ22aの温度として、温度センサ31aより測定された温度、温度センサ31a又は温度センサ32aにより測定された温度から推定された温度を使用しても良い。
また、ECU40は、第1SCRフィルタ22aへの流入排気量を、吸入空気量と第1バンク11aの運転状態(各燃料噴射弁13からの燃料噴射量等)から算出する。そして、ECU40は、取得した温度、算出した流入排気量、及び、第1SCRフィルタ22aの更新前の吸着アンモニア量に対応づけられているNOx浄化率を第1マップから読み出すことによって、現在の第1SCRフィルタ22aのNOx浄化率を求める。
また、ECU40は、第1SCRフィルタ22aの流入NOx量も、吸入空気量及び第1バンク11aの運転状態から求める。
そして、ECU40は、上記のようにして求めたNOx浄化率、流入排気量及び流入NOx量に対応付けられている消費アンモニア量の値を第2マップから読み出す。ここで、第2マップとは、NOx浄化率、流入排気量及び流入NOx量の組合せに、単位時間あたりの消費アンモニア量を対応づけて記憶した、ECU40内に設定されているマップのことである。そして、ECU40は、読み出した値(単位時間あたりの消費アンモニア量)を用いて、第1SCRフィルタ22aについての注目期間内における消費アンモニア量を算出する。
ECU40内には、第1SCRフィルタ22aの更新前の吸着アンモニア量と、第1SCRフィルタ22aの温度の組合せに、第1SCRフィルタ22aの単位時間当たりの脱離アンモニア量を対応づけて記憶した第3マップも設定されている。ECU40は、第1SCRフィルタ22aの更新前の吸着アンモニア量と、第1SCRフィルタ22aの温度との組合せに対応づけられている単位時間当たりの脱離アンモニア量をこの第3マップから読み出し、読み出した単位時間当たりの脱離アンモニア量とt1とから、第1SCRフィルタ22aについての注目期間内における脱離アンモニア量を算出する。
さらに、ECU40内には、第1SCRフィルタ22aの更新前の吸着アンモニア量と、第1SCRフィルタ22aの温度と、第1SCRフィルタ22aに注目期間(時間t1の期間)内に流入するアンモニア量(以下、流入アンモニア量と表記する)の組合せに、第1SCRフィルタ22aの供給アンモニア量を対応づけて記憶した第4マップも設定されている。尚、既に説明したように、供給アンモニア量とは、注目期間内に第1SCRフィルタ22aに供給されたアンモニア量のことではなく、注目期間内に第1SCRフィルタ22aに吸着したアンモニア量のことである。
第4マップから読み出す供給アンモニア量の決定に必要な流入アンモニア量を得るために、ECU40は、最も最近、第1添加弁25aから添加された尿素水量から、注目期間内に第1SCRフィルタ22aに流入するアンモニア量を算出する。そして、ECU40は、算出したアンモニア量と、第1SCRフィルタ22aの更新前の吸着アンモニア量と、第1SCRフィルタ22aの温度との組合せに対応付けられている値を第4マップから読み出すことにより、第1SCRフィルタ22aの注目期間内における供給アンモニア量を求める。
上記のような手順で、第1SCRフィルタ22aの注目期間内における消費アンモニア量、脱離アンモニア量及び供給アンモニア量を求めたECU40は、求めた量を用いて、上記した式1により、吸着アンモニア量を更新する。そして、ECU40は、第1更新処理を終了する。
第2SCRフィルタ22bの吸着アンモニア量を更新する第2更新処理は、上記内容の第1更新処理と同様の処理が、第2SCRフィルタ22bについて行われる処理である。そのため、第2更新処理の詳細説明は省略するが、本実施例に係る排気浄化システムの第2SCRフィルタ22bは、第1SCRフィルタ22aと同じものである。従って、第2更新処理は、第1更新処理時に参照される第1〜第4マップをそのまま用いて、第2SCRフィルタ22bの吸着アンモニア量を更新する処理となっている。
第3更新処理も、第1更新処理(及び第2更新処理)と同様の手順で、SCR触媒23の吸着アンモニア量を更新する処理となっている。そのため、以下では、第1更新処理と異なる点を中心に、第3更新処理の内容を説明する。
第1SCRフィルタ22aと第2SCRフィルタ22bとは同じものであるが、SCR
触媒23と第1SCRフィルタ22aとは異なるものである。そのため、第3更新処理時には、第3更新処理用に用意された第1〜第4マップが使用される。また、SCR触媒23には、第1SCRフィルタ22aを通過した排気と第2SCRフィルタ22bを通過した排気とが流入する。そのため、第3更新処理時には、NOxセンサ33aにより検知されたNOx濃度と、NOxセンサ33bにより検知されたNOx濃度と、第1SCRフィルタ22aから流出する単位時間当たりの排気量、第2SCRフィルタ22bから流出する単位時間当たりの排気量とに基づき、流入排気量や流入NOx量が算出される。
[昇温制御管理処理]
昇温制御管理処理は、第1SCRフィルタ22aを昇温するための第1昇温制御と第2SCRフィルタ22bを昇温するための第2昇温制御の管理(各昇温制御を開始するか否かの判断等)のために、ECU40が周期的に行う処理である。
以下、昇温制御管理処理の流れ図である図2を用いて、昇温制御管理処理について説明する。尚、この昇温制御管理処理の実行周期は特に限定されないが、昇温制御管理処理の実行周期は、通常、添加弁制御処理(図3;詳細は後述)の実行周期t2と同じ周期か、t2以下の周期とされる。
図2に示してあるように、昇温制御管理処理を開始したECU40は、まず、第1SCRフィルタ22a及び第2SCRフィルタ22bのそれぞれについてのPM堆積量を取得する(ステップS101)。すなわち、ECU40は、PM堆積量更新処理により更新されてECU40内に保持されている第1PM堆積量と第2PM堆積量とを取得する。
次いで、ECU40は、昇温制御開始禁止フラグがONとなっているか否かを判断する(ステップS102)。
昇温制御開始禁止フラグの詳細を説明する前に、ECU40が行う第1昇温制御及び第2昇温制御について説明する。
ECU40が行う第1昇温制御は、第1バンク11a側の各燃焼噴射弁13に、噴射燃料が気筒12内で燃焼せずに第1排気通路15aに未燃の状態で排出されるタイミングで燃料を噴射させるポスト噴射を行わせることで、第1SCRフィルタ22aの温度を、PMを酸化除去できる再生温度(例えば、650℃)まで上昇させる制御である。同様に、ECU40が行う第2昇温制御は、第2バンク11b側の各燃焼噴射弁13に、ポスト噴射を行わせることで、第2SCRフィルタ22bの温度を再生温度まで上昇させる制御である。ただし、第1、第2昇温制御は、他の制御(例えば、エキゾーストマニホールド等に設けられた燃料添加弁から燃料を噴射させる制御)であっても良い。
昇温制御開始禁止フラグは、そのような内容の第1昇温制御と第2昇温制御とが同時期に行われないようにするためのフラグであって、値がONである場合に、昇温制御の開始が禁止されていることを意味するフラグである。ただし、昇温制御開始禁止フラグは、一方の昇温制御の実行中に、他方の昇温制御が開始されるのを禁止するためだけのフラグではなく、一方の昇温制御の実行中に、他方の昇温制御が開始されるのを禁止すると共に、一方の昇温制御の終了後、当該昇温制御により昇温されていた第1SCRフィルタ22a又は第2SCRフィルタ22bの温度が、設定温度まで下がるまでの間も、他方の昇温制御が開始されるのを禁止するフラグとなっている。
ここで、設定温度とは、アンモニアの吸着によりNOx浄化が実質的に可能となるSCRフィルタ22の温度以下の温度として予め定められている温度のことである。より具体的には、設定温度とは、SCRフィルタ22を、NOxを或る程度良好に浄化できる触媒
装置として使用できるSCRフィルタ22の温度として予め定められている温度のことである。尚、第1昇温制御及び第2昇温制御の管理(各昇温制御を開始するか否かの判断等)のための昇温制御管理処理中に、上記のような設定温度が使用されているのは、昇温制御開始禁止フラグが、添加弁制御処理(図3;詳細は後述)により参照されるフラグとなっているからである。
昇温制御開始禁止フラグがONではなかった場合(ステップS102;NO)、ECU40は、ステップS101で取得した第1PM堆積量が、昇温制御を開始すべきPM堆積量として予め設定されている値である昇温開始量よりも大きくなっているか否かを判断する(ステップS103)。
第1PM堆積量が昇温開始量以下であった場合(ステップS103;NO)、ECU40は、ステップS101で取得した第2PM堆積量が、昇温開始量よりも大きくなっているか否かを判断する(ステップS105)。そして、ECU40は、第2PM堆積量が昇温開始量以下であった場合(ステップS105;NO)には、特に処理を行うことなく、この昇温制御管理処理を終了する。
一方、第1PM堆積量が昇温開始量よりも大きくなっていた場合(ステップS103;YES)、ECU40は、第1昇温制御を開始する(ステップS104)。また、ECU40は、第1PM堆積量は昇温開始量以下であるが、第2PM堆積量が昇温開始量よりも大きくなっていた場合(ステップS103;NO、ステップS105;YES)には、第2昇温制御を開始する(ステップS106)。
そして、ステップS104又はS106の処理を終えたECU40は、昇温制御開始禁止フラグをONに変更(ステップS107)してから、この昇温制御管理処理を終了する。
ここまで説明した処理手順から明らかなように、内燃機関10の運転により第1SCRフィルタ22a及び第2SCRフィルタ22b内にPMが堆積し、第1又は第2PM堆積量が昇温開始量を超えると、第1又は第2昇温制御が開始されて、昇温制御開始禁止フラグがONに変更される。
昇温制御開始禁止フラグがONに変更されると、ECU40は、ステップS102にて、“YES”側への分岐を行う。すなわち、昇温制御開始禁止フラグがONに変更されると、ECU40は、ステップS103〜S107の処理を行わなくなる。そして、第1及び第2昇温制御は、ステップS103〜S107の処理中で開始される処理であるため、昇温制御開始禁止フラグによって、第1昇温制御と第2昇温制御とが異なる時期に行われるように制御されることになる。
昇温制御開始禁止フラグがONであった場合(ステップS102;YES)、ECU40は、第1又は第2昇温制御を実行中であるか否かを判断する(ステップS110)。
第1又は第2昇温制御を実行中であった場合(ステップS110;YES)、ECU40は、昇温対象SCRフィルタ22のPM堆積量が昇温終了量未満であるか否かを判断する(ステップS111)。ここで、昇温対象SCRフィルタ22とは、実行中の昇温制御が第1昇温制御である場合には、第1SCRフィルタ22aのことであり、実行中の昇温制御が第2昇温制御である場合には、第2SCRフィルタ22bのことである。従って、昇温対象SCRフィルタ22のPM堆積量とは、昇温対象SCRフィルタ22が第1SCRフィルタ22aである場合には、第1PM堆積量のことであり、昇温対象SCRフィルタ22が第2SCRフィルタ22bである場合には、第2PM堆積量のことである。また
、昇温終了量とは、昇温制御を終了するPM堆積量として予め設定されている値のことである。
昇温対象SCRフィルタ22のPM堆積量が昇温終了量未満であった場合(ステップS111;YES)、ECU40は、実行中の第1又は第2昇温制御を終了(ステップS112)してから、昇温制御管理処理(図2の処理)を終了する。一方、昇温対象SCRフィルタ22のPM堆積量が昇温終了量未満ではなかった場合(ステップS111;NO)、ECU40は、実行中の第1又は第2昇温制御を終了することなく、昇温制御管理処理を終了する。
ECU40は、昇温制御開始禁止フラグがONとなっているが、第1又は第2昇温制御を実行中でなかった場合(ステップS102;YES、ステップS110;NO)には、昇温対象SCRフィルタ22の温度が設定温度未満となっているか否かを判断する(ステップS113)。すなわち、ECU40は、第1又は第2昇温制御を終了した場合には、ステップS113にて、それまで昇温していた昇温対象SCRフィルタ22の温度が、設定温度未満となったか否かを判断する。
昇温対象SCRフィルタ22の温度が設定温度以上であった場合(ステップS113;NO)、ECU40は、特に処理を行うことなく、昇温制御管理処理を終了する。また、ECU40は、昇温対象SCRフィルタ22の温度が設定温度未満であった場合(ステップS113;YES)には、昇温制御開始禁止フラグの値をOFFに変更(ステップS114)してから、昇温制御管理処理を終了する。
昇温制御開始禁止フラグの値がOFFに変更されると、ステップS103〜S107の処理が実行可能となる。従って、例えば、昇温されていなかった方のSCRフィルタ22のPM堆積量が昇温開始量を超えている状態で昇温制御開始禁止フラグの値がOFFに変更された場合には、当該SCRフィルタ22についての昇温制御が続いて開始されることになる。
[添加弁制御処理]
図3に、添加弁制御処理の流れ図を示す。
この添加弁制御処理は、ECU40が時間t2の経過毎に実行する処理である。尚、既に説明したように、添加弁制御処理の実行周期t2は、通常、吸着アンモニア量更新処理の実行周期である時間t1と同じ時間、又は、時間t1の整数倍の時間とされる。また、以下では、説明の便宜上、第1SCRフィルタ22a、第2SCRフィルタ22b及びSCR触媒23のそれぞれのことを、NOx浄化部とも表記する。
図3に示してあるように、添加弁制御処理を開始したECU40は、まず、第1基本添加量と第2基本添加量とを算出する(ステップS201)。
第1基本添加量、第2基本添加量は、それぞれ、第1添加弁25a、第2添加弁25bに添加させるアンモニア源の基本量として算出される量である。尚、図示してあるように、ステップS201の処理を終えたECU40は、昇温制御管理処理にて更新されている昇温制御開始禁止フラグの値がOFFであった場合(ステップS202;NO)には、第1添加弁25a、第2添加弁25bに、それぞれ、第1基本添加量、第2基本添加量を添加させる(ステップS203)。従って、第1添加弁25a、第2添加弁25bに添加させるアンモニア源の基本量とは、昇温制御開始禁止フラグがOFFである場合に、ECU40が各添加弁25に添加させるアンモニア源量のことである。
ステップS201で算出される第1基本添加量及び第2基本添加量は、ステップS203の処理が実行されると、吸着アンモニア総量が目標総量となるか目標総量に近づく尿素水量である。
ここで、吸着アンモニア総量とは、各NOx浄化部(第1SCRフィルタ22a、第2SCRフィルタ22b、SCR触媒23)の吸着アンモニア量の総和のことである。目標総量とは、各NOx浄化部についての目標吸着アンモニア量の総和のことである。
目標吸着アンモニア量とは、NOxの浄化を良好に行うために存在していることが好ましい吸着アンモニア量として予め設定されている量のことである。目標吸着アンモニア量をNOx浄化部の温度によって変えた方が、各NOx浄化部の吸着アンモニア量を良好に制御できる。そのため、ECU40内には、SCR触媒23の目標吸着アンモニア量をSCR触媒23の温度に対応づけて記憶した、SCR触媒23用の目標吸着アンモニア量マップが設定されている。また、ECU40内には、第1SCRフィルタ22a及び第2SCRフィルタ22b用の目標吸着アンモニア量マップも設定されている。
ステップS203の処理が実行されると吸着アンモニア総量が目標総量となるか目標総量に近づく第1基本添加量及び第2基本添加量は、各NOx浄化部の吸着アンモニア量、温度及び目標吸着アンモニア量と、各SCRフィルタ22に単位時間(又は時間t2)内に流入する排気量及びNOx量とに基づき、算出することが出来る。
そのため、ECU40は、ステップS201の処理時、各NOx浄化部用の目標吸着アンモニア量マップから、各NOx浄化部の温度に対応づけられている目標吸着アンモニア量を読み出す。また、ECU40は、上記吸着アンモニア量更新処理により算出され、ECU40内に保持されている各NOx浄化部の吸着アンモニア量を取得する。さらに、ECU40は、吸入空気量、内燃機関10の運転状態から、単位時間内に各SCRフィルタ22に流入するNOx量を算出する。
そして、ECU40は、上記のようにして用意した情報に基づき、吸着アンモニア総量が目標総量となるか目標総量に近づくように、第1基本添加量及び第2基本添加量を算出する。
第1、第2基本添加量の算出手順としては、様々なものを採用することが出来る。例えば、以下の算出手順により第1、第2基本添加量が算出されるようにしておいても良い。
(A1)第1基本添加量として、その量の尿素水の加水分解により生成されるアンモニア量が、『第1SCRフィルタ22a及びSCR触媒23で、第1SCRフィルタ22aに時間t0内に流入するNOxとの反応により消費されるアンモニア量』と同量となる尿素水量を算出する。
(A2)第2基本添加量として、その量の尿素水の加水分解により生成されるアンモニア量が、『第1SCRフィルタ22a及びSCR触媒23で、第2SCRフィルタ22bに時間t0内に流入するNOxとの反応により消費されるアンモニア量』と同量となる尿素水量を算出する。
(A3)算出した第1及び第2基本添加量に、吸着アンモニア総量を、目標総量に近づけるための補正を施すことにより、ステップS201の処理結果としての第1基本添加量及び第2基本添加量を算出する。
A3の処理は、目標総量、各NOx浄化部の吸着アンモニア量、温度等から、A1及び
A2の処理にて算出された各基本添加量の補正量を求められるマップを利用して行われる処理であっても良い。ただし、そのようなマップは、大容量のものとならざるを得ない。そのため、A3の処理は、“目標総量−吸着アンモニア総量”×β/2(βは、1より小さな正数値)だけ、第1及び第2基本添加量が補正(増減)される処理等であっても良い。
また、上記した吸着アンモニア量更新処理と同様の内容の処理を、各添加弁25からの尿素水の添加量の値を変更しながら繰り返すことにより、吸着アンモニア総量が、目標総量とほぼ一致する第1及び第2基本添加量を算出しても良い。
尚、ECU40がステップS201にて行う処理は、第1SCRフィルタ22a又は第2SCRフィルタ22bの温度が高くても、尿素水の加水分解により生成されたアンモニアが酸化しないとして、第1及び第2基本添加量を算出する処理となっている。すなわち、第1SCRフィルタ22aの温度が例えば650℃程度となっている場合、第1添加弁25aから添加した尿素水から生成されるアンモニアは、第1SCRフィルタ22aにてNOxに酸化されてしまう。従って、SCR触媒23に第1排気通路15a側からアンモニアが供給されることはないのであるが、ステップS201の処理では、そのような場合も、SCR触媒23に第1排気通路15a側からアンモニアが供給されるとして、吸着アンモニア総量が目標総量となるか目標総量に近づく第1及び第2基本添加量が算出される。
ステップS201の処理を終えたECU40は、昇温制御開始禁止フラグがONとなっているか否かを判断する。既に説明したように、昇温制御開始禁止フラグがONではなかった場合(ステップS202;NO)、ECU40は、第1添加弁25a、第2添加弁25bのそれぞれに、第1基本添加量の尿素水、第2基本添加量の尿素水を添加させる(ステップS203)。そして、ECU40は、今回の添加弁制御処理(図3の処理)を終了する。
一方、昇温制御開始禁止フラグがONとなっていた場合(ステップS202;YES)、ECU40は、昇温対象SCRフィルタ22の温度が規定温度を超えているか否かを判断する(ステップS204)。
このステップの判断は、昇温されることにより昇温対象SCRフィルタ22から脱離する単位時間当たりのアンモニア量が、所定量以下となったか否かを判断するために行われているものである。所定量は、昇温対象となっていない方のSCRフィルタ用の添加弁(非昇温側添加弁)25からのアンモニア源の添加量を、基本添加量よりも多くした場合に、SCR触媒23に単位時間内に過度量のアンモニアが流入しないことになる量として予め定められている量(本実施例では、“0”)である。そして、昇温対象SCRフィルタ22から脱離する単位時間当たりのアンモニア量は、昇温対象SCRフィルタ22の温度が上昇するに従って、或る値まで上がってから減少する。従って、規定温度としては、昇温対象SCRフィルタ22から脱離する単位時間当たりのアンモニア量が所定量となる(所定量まで下がる)比較的に高い温度(昇温中に到達する、再生温度未満の温度)が使用されている。
昇温対象SCRフィルタ22の温度が規定温度以下であった場合(ステップS204;NO)、ECU40は、昇温側添加弁25、非昇温側添加弁25のそれぞれに、昇温側基本添加量より少ない量の尿素水、非昇温側基本添加量の尿素水を添加させる(ステップS204)。ここで、昇温側添加弁25、昇温側基本添加量とは、第1昇温制御が行われている場合、及び、第1昇温制御が終了したが第1SCRフィルタ22aの温度が設定温度未満まで下がっていない場合には、それぞれ、第1添加弁25a、第1基本添加量のこと
であり、第2昇温制御が行われている場合、及び、第2昇温制御が終了したが第2SCRフィルタ22bの温度が設定温度未満まで下がっていない場合には、第2添加弁25b、第2基本添加量のことである。非昇温側添加弁25、非昇温側基本添加量とは、第1昇温制御が行われている場合、及び、第1昇温制御が終了したが第1SCRフィルタ22aの温度が設定温度未満まで下がっていない場合には、それぞれ、第2添加弁25b、第2基本添加量のことであり、第1昇温制御が行われている場合、及び、第1昇温制御が終了したが第1SCRフィルタ22aの温度が設定温度未満まで下がっていない場合には、第1添加弁25a、第1基本添加量のことである。
一方、昇温対象SCRフィルタ22の温度が規定温度を超えていた場合(ステップS204;YES)、ECU40は、昇温側添加弁25、非昇温側添加弁25のそれぞれに、昇温側基本添加量より少ない量の尿素水、非昇温側基本添加量よりも多い量の尿素水を添加させる(ステップS206)。そして、ステップS205又はS206の処理を終えたECU40は、今回の添加弁制御処理を終了する。
以下、添加弁制御処理の内容をさらに具体的に説明する。
第1再生制御が開始される(図2、ステップS104)ことに因り昇温制御開始禁止フラグの値がONに変更された(ステップS107)場合を考える。
この場合、昇温制御開始禁止フラグの値がONに変更された直後に実行される添加弁制御処理(図3)のステップS202で“YES”側への分岐が行われる。そして、ステップS204にて、昇温対象SCRフィルタ22である第1SCRフィルタ22aの温度が規定温度を超えているか否かが判断される(ステップS204;NO)。
第1再生制御の開始直後は、第1SCRフィルタ22aの温度が規定温度以下となっている。そのため、ステップS205が実行されて、第1添加弁25a、第2添加弁25bに、それぞれ、第1基本添加量よりも少ない量の尿素水、第2基本添加量の尿素水を添加させるための制御が行われる。
第1再生制御が開始されて昇温制御開始禁止フラグの値がONに変更された場合、しばらくの間(第1SCRフィルタ22aの温度が規定温度を超えるまで)は、添加弁制御処理の実行毎に、ステップS205の処理が行われる。
そして、第1SCRフィルタ22aの温度が規定温度を超えた場合には、ステップS206が実行されて、第1添加弁25a、第2添加弁25bに、それぞれ、第1基本添加量よりも少ない量の尿素水、第2基本添加量よりも多い量の尿素水を添加させるための制御が行われる。
第1SCRフィルタ22aのPM堆積量が昇温終了量未満となると、昇温制御管理処理(図2)のステップS112が実行されて、昇温制御開始禁止フラグの値をONに維持したままで、第1昇温制御が終了される。そして、第1昇温制御が終了してから或る程度の時間が経過すると、昇温対象SCRフィルタである第1SCRフィルタ22aの温度が設定温度未満となるため、昇温制御開始禁止フラグの値がOFFに変更される(ステップS114)。
昇温制御開始禁止フラグの値がOFFに変更された直後に実行される添加弁制御処理では、ステップS202で“NO”側への分岐が行われる。そのため、ステップS203の処理が行われて、第1添加弁25aによる尿素水の添加量が、第1基本添加量よりも少ない量から、第1基本添加量に変更されると共に、第2添加弁25bによる尿素水の添加量が、第1基本添加量よりも多い量から、第2基本添加量に変更されることになる。
以上、説明したように、本実施例に係るECU40は、第1排気通路15aに配設されている第1SCRフィルタ22aを昇温させる第1昇温制御と、第2排気通路15bに配設されている第2SCRフィルタ22bを昇温させる第2昇温制御とを、異なる時期に行う(同時期に行わない)。
従って、ECU40の昇温制御法(図2参照)によれば、第1SCRフィルタ22aと第2SCRフィルタ22bの昇温制御を同時期に行う場合よりも、SCR触媒23のNOx浄化率を向上させることが出来る。
具体的には、ECU40が、第1SCRフィルタ22aの温度を650℃まで昇温する第1昇温制御を行っている場合を考える。この場合、図4に模式的に示したように、SCR触媒23に、第1排気通路15a側からは、高温(650℃)の排気が流入する。ただし、第2排気通路15b側からは、第2制御処理は行われておらず、低温(図では、250℃)の排気が流入するため、第1昇温制御が行われている場合におけるSCR触媒23の温度は、比較的に低い温度(図では、450℃)となる。
一方、第1SCRフィルタ22aの温度を650℃まで昇温する第1昇温制御と第2SCRフィルタ22bの温度を650℃まで昇温する第2昇温制御とを同時期に行った場合、SCR触媒23の温度は、再生温度よりも少し低くなるため、600℃程度となる。そして、図5に示したように、一般的なSCR触媒のNOx浄化率は、SCR触媒の温度が500℃以上となると著しく低下する。そのため、第1SCRフィルタ22aと第2SCRフィルタ22bの昇温制御を同時期に行った場合におけるSCR触媒23のNOx浄化率は、図5に示してあるように、低いもの(“両バンク再生”)となってしまう。一方、SCR触媒23の温度が450℃程度であれば、SCR触媒23のNOx浄化率(“片バンク再生”)は、殆ど低下しない。
このように、ECU40の昇温制御法によれば、第1SCRフィルタ22aと第2SCRフィルタ22bの昇温制御を同時期に行う場合よりも、SCR触媒23のNOx浄化率を向上させることが出来る。
ただし、第1昇温制御と第2昇温制御とを異なる時期に行うようにしても、或る昇温制御、例えば、第1昇温制御の開始時に、第1添加弁25aからの尿素水添加量を第1基本添加量よりも少くすると共に第2添加弁25bからの尿素水添加量を第2基本添加量よりも多くするようにした場合(以下、『第1昇温制御開始時に第2添加弁25bからの尿素水添加量を増量した場合』と表記する)には、SCR触媒23に単位時間内に過度量のアンモニアが流入してアンモニアスリップが生じる虞がある。
一方、本実施例のように、第1昇温制御の開始後、第1昇温制御により昇温されて第1SCRフィルタ22aの温度が規定温度を超えるまでの間(ステップS202;YES、S204;NO)は、第1添加弁25a、第2添加弁25bから、それぞれ、第1基本添加量よりも少ない量の尿素水、第2基本添加量の尿素水が添加されるようにしておけば、第1SCRフィルタ22aの昇温中に、SCR触媒23に単位時間内に流入するアンモニア量を、第1昇温制御開始時に第2添加弁25bからの尿素水添加量を増量した場合よりも、少なくすることが出来る。
以下、図6を用いて、本実施例のように各添加弁25からの尿素水添加量を制御した場合、第1昇温制御開始時に第2添加弁25bからの尿素水添加量を増量した場合よりも、第1SCRフィルタ22aの昇温中にSCR触媒23に単位時間内に流入するアンモニア量が少なくなる理由を具体的に説明する。
本実施例のように各添加弁25からの尿素水添加量を制御した場合も、第1昇温制御開始時に第2添加弁25bからの尿素水添加量を増量した場合も、図6(a)に示してあるように、第1昇温制御が開始されると、第1SCRフィルタ22aの温度が上昇し始める。そして、第1SCRフィルタ22a昇温に伴い、図6(c)に示してあるように、第1SCRフィルタ22aに吸着していたアンモニアが脱離していく。
第1昇温制御開始時に第2添加弁25bからの尿素水の添加量を増量した場合(図6(d)の一点鎖線参照)には、第1SCRフィルタ22aから脱離したアンモニア(図6(c))と、第2SCRフィルタ22bをスリップしたアンモニアとが、SCR触媒23に供給される。そのため、第1昇温制御開始時に第2添加弁25bからの尿素水の添加量を増量した場合には、SCR触媒23に単位時間内に過度量のアンモニアが流入して、図6(c)に、“SCR触媒(添加量遅延増量)”というキャプションを付した一点鎖線で示してあるように、SCR触媒23からアンモニアが流出することもある。
一方、本実施例のように、第1昇温制御の開始後、第1SCRフィルタ22aの温度が規定温度を超えるまでは、第2添加弁25bからの尿素水の添加量が、増量されない(第2基本添加量とされる)ようにしておけば、第1SCRフィルタ22aからアンモニアが脱離する期間中に第2排気通路15b側からSCR触媒23に供給されるアンモニア量が、第1昇温制御開始時に第2添加弁25bからの尿素水の添加量を増量した場合よりも少なくなるため、SCR触媒23に単位時間内に過度量のアンモニアが供給されなくなる。従って、本実施例のように各添加弁25からの添加量を制御すれば、図6(c)に、“SCR触媒(添加量遅延増量)”というキャプションを付した実線で示してあるように、SCR触媒23からアンモニアが全く流出しないようにすることや、SCR触媒23からのアンモニアの排出量がより少量となるようにすることが可能となる。
また、本実施例の排気浄化システムにて、第1昇温制御の開始後、第1昇温制御により昇温されて第1SCRフィルタ22aの温度が規定温度以上となるまでの間(以下、第1期間と表記する)に、第1添加弁25a及び第2添加弁25bから添加される尿素水量(第1基本添加量よりも少ない量+第2基本添加量)は、通常、内燃機関10の第1バンク11a及び第2バンク11bから排出されるNOxの浄化(還元)に消費される量(第1基本添加量+第2基本添加量)よりも少ない量となる。ただし、SCR触媒23に単位時間内に流入するアンモニア量が過度量でなければ、第1昇温制御の実行によりSCRフィルタ22aから脱離したアンモニアが、SCR触媒23に吸着する。従って、第1期間におけるSCR触媒23のNOx浄化性能の低下は、第1SCRフィルタ22aから脱離したアンモニアが吸着する分、緩和される。そして、排気浄化システムでは、第1期間が終了してから、第1昇温制御が終了して第1選択還元型NOx触媒の温度が、アンモニアの吸着によりNOx浄化が実質的に可能となる設定温度未満になるまでの間は、第2添加弁25bから、第2基本添加量よりも多い量のアンモニア源が添加される(ステップS206)。すなわち、排気浄化システムでは、第1期間が終了すると、第2添加弁25bからのアンモニア源の添加量が増量される。従って、排気浄化システムでは、第1昇温制御の実行中にSCR触媒23の吸着アンモニア量が過度に減少して、SCR触媒23からNOxが排出されるようになってしまうこともない。
さらに、排気浄化システムでは、第1昇温制御の開始後、第1昇温制御が終了して第1選択還元型NOx触媒の温度が、アンモニアの吸着によりSCRフィルタ22によるNOx浄化が実質的に可能となる設定温度未満になるまでの間、第1添加弁25aから、第1基本添加量よりも少ない量のアンモニア源が添加される(ステップS205及びS206)。従って、本発明の内燃機関の排気浄化システムでは、高温となっている第1排気通路15a内にアンモニア源が添加されて、SCR触媒23に流入するNOx量が過度に増え
るといったことも生じないことになる。
《実施例2》
本発明の実施例2に係る内燃機関の排気浄化システムは、上記した第1実施例に係る内燃機関の排気浄化システムと、実行される添加弁制御処理の内容のみが異なるシステムである。そのため、以下では、第1実施例の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、第2実施例に係るECU40が周期的に行う添加弁制御処理の内容のみを説明することにする。
本実施例に係るECU40が周期的に行う添加弁制御処理は、図7に示した手順の処理である。
この添加弁制御処理のステップS301〜S303、S305及びS306の処理は、それぞれ、上記した実施例1に係る昇温制御管理処理(図3)のステップS201〜S203、S205及びS206の処理と同じ処理である。
ステップS304の処理は、実施例1に係る添加弁制御処理のステップS204の処理と同様に、昇温対象SCRフィルタ22から単位時間内に脱離するアンモニア量が所定量以下となったか否かを判断するための処理である。ただし、ステップS304では、図示してあるように、昇温対象SCRフィルタ22の温度が規定温度を超えているか否かではなく、昇温対象SCRフィルタ22の吸着アンモニア量が規定量未満であるか否かにより、上記アンモニア量が所定量以下となったか否かが判断される。
すなわち、図6(b)、(c)に示してあるように、昇温対象SCRフィルタ22から単位時間内に脱離するアンモニア量(図6では、NH3排出量)は、昇温対象SCRフィルタ22の吸着アンモニア量とも相関している。そのため、昇温対象SCRフィルタ22から単位時間内に脱離するアンモニア量が所定量以下(例えば、ほぼ“0”)となる吸着アンモニア量を求めて、当該吸着アンモニア量を規定量として使用すれば、昇温対象SCRフィルタ22の吸着アンモニア量に基づき、昇温対象SCRフィルタ22から単位時間内に脱離するアンモニア量が所定量以下となったか否かを判断することが出来る。
従って、本実施例に係るECU40の添加弁制御(図7)によっても、各SCRフィルタ22の昇温制御時に、SCR触媒23に単位時間内に過度量のアンモニアが流入することを抑止することが出来る。
《変形例》
上記した実施例1、2に係る排気浄化システムは、各種の変形を行えるものである。例えば、各実施形態に係る排気浄化システムは、ECU40が、昇温制御管理処理(図2)を行うことによって昇温制御部として機能し、添加弁制御処理(図3、図4)のステップS205及びS206、又は、S305及びS306の処理を行うことによって、添加弁制御部として機能し、添加弁制御処理(図3、図4)のステップS204又はS304の処理を行うことによって判定部として機能するシステムであったが、例えば、昇温制御部として機能するECUと添加弁制御部及び判定部として機能するECUとを別に設けておいても良い。
添加弁制御処理(図3、図7)を、吸着アンモニア総量が目標総量となる又は目標総量に近づくように第1及び第2基本添加量を算出する算出処理が、適宜、行われる処理、例えば、昇温制御開始禁止フラグが“OFF”である場合には、当該算出処理が行われ、昇温制御開始禁止フラグが“ON”である場合には、吸着アンモニア総量を考慮することなく第1及び第2基本添加量を算出する算出処理が行われる処理に変形しても良い。尚、吸
着アンモニア総量を考慮することなく第1及び第2基本添加量を算出する算出処理とは、第1SCRフィルタ22a及びSCR触媒23で、第1SCRフィルタ22aに流入するNOxとの反応により消費されるアンモニア量と同量のアンモニアを生成できる尿素水量、第2SCRフィルタ22b及びSCR触媒23で、第2SCRフィルタ22bに流入するNOxとの反応により消費されるアンモニア量と同量のアンモニアを生成できる尿素水量を、それぞれ、第1基本添加量、第2基本添加量として算出する処理のことである。
また、添加弁制御処理を、他の条件(例えば、実行される時間帯)によって、実行する算出処理が選択される処理に変形しても良い。
また、各実施例に係る排気浄化システムは、PMフィルタであると共に選択還元型NOx触媒であるSCRフィルタ22が第1及び第2排気通路15に配設されたシステムであった。ただし、各実施例の技術は、第1排気通路15a、第2排気通路15b、第3排気通路17にそれぞれ選択還元型NOx触媒が配置されており、第1、第2排気通路15の選択還元型NOx触媒が昇温されることがある排気浄化システムであれば、どのような排気浄化システムにも適用できるものである。
従って、各実施例に係る排気浄化システムを、PMフィルタと選択還元型NOx触媒とが別々に分かれた形態で各排気通路15に配設されたシステムであって、上記内容の昇温制御管理処理(図2)により、第1排気通路15aのPMフィルタの昇温制御と第2排気通路15bのPMフィルタの昇温制御とが同時期に行われないように管理され、上記内容の添加弁制御処理(図3、図7)により、第1添加弁25a及び第2添加弁25bが制御されるシステムに変形しても良い。また、排気浄化システムを、第1、第2排気通路15にPMフィルタが配設されていないシステム、例えば、第1、第2排気通路15のそれぞれに、DOCとNSR触媒と選択還元型NOx触媒とが、上流側からこの順に配設されたシステムであって、上記内容の昇温制御管理処理により、硫黄被毒回復のために第1排気通路15aのNSR触媒を昇温する昇温制御と、硫黄被毒回復のために第2排気通路15bのNSR触媒を昇温する昇温制御とが同時期に行われないように管理され、上記内容の添加弁制御処理によって、第1添加弁25a及び第2添加弁25bが制御されるシステムに変形しても良い。
また、各実施例に係る排気浄化システムは、第1排気通路15a、第2排気通路15bが、それぞれ、バンク11a内の気筒群、バンク11b内の気筒群に接続されたシステムであるが、各排気通路15が接続される気筒群がバンク内の気筒群である必要はない。従って、各実施例に係る排気浄化システムを、第1排気通路15aが、直列型内燃機関(例えば、直列型6気筒内燃機関)の特定の気筒群に接続され、第2排気通路15bが、残りの気筒群に接続されたシステムに変形しても良い。
排気浄化システムを、具体的な構成が上記したものとは異なるシステム、例えば、各排気通路15にNOxセンサ33が配設されておらず、排気通路17のSCR触媒23よりも上流の部分にNOxセンサが配設されているシステムに変形しても良い。さらに、各NOx浄化部(第1SCRフィルタ22a、第2SCRフィルタ22b、SCR触媒23)の吸着アンモニア量の算出手順や、各添加弁25から添加する尿素水量の算出手順、各添加弁25の具体的な制御手順が上記したものと異なっても良いことや、各添加弁25からアンモニア源として添加される物質が、尿素水でなくても良いことなどは、当然のことである。
10 内燃機関
11a 第1バンク
11b 第2バンク
12 気筒
13 燃料噴射弁
15a 第1排気通路
15b 第2排気通路
16 合流部
17 第3排気通路
21a 第1DOC
21b 第2DOC
22a 第1SCRフィルタ
22b 第2SCRフィルタ
23 SCR触媒
25a 第1添加弁
25b 第2添加弁
31、32、34 温度センサ
33 NOxセンサ
35 PMセンサ
40 ECU

Claims (3)

  1. 第1気筒群及び第2気筒群を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、
    前記第1気筒群からの排気が流れる第1排気通路と、
    前記第2気筒群からの排気が流れる第2排気通路であって、その下流側端部で前記第1排気通路の下流側端部と合流した第2排気通路と、
    前記第1排気通路及び前記第2排気通路の合流部に接続された第3排気通路と、
    前記第1排気通路に配設された第1選択還元型NOx触媒と、
    前記第2排気通路に配設された第2選択還元型NOx触媒と、
    前記第3排気通路に配設された第3選択還元型NOx触媒と、
    前記第1選択還元型NOx触媒に流入する排気にアンモニア源を添加する第1添加弁と、
    前記第2選択還元型NOx触媒に流入する排気にアンモニア源を添加する第2添加弁と、
    前記第1排気通路に配設されたフィルタ又は触媒を昇温させる第1昇温制御と、前記第2排気通路に配設されたフィルタ又は触媒を昇温させる第2昇温制御とを、異なる時期に行う昇温制御部と、
    前記第1選択還元型NOx触媒に流入するNOx量に応じて定められる、前記第1添加弁に添加させるアンモニア源の基本量である第1基本添加量と、前記第2選択還元型NOx触媒に流入するNOx量に応じて定められる、前記第2添加弁に添加させるアンモニア源の基本量である第2基本添加量とに基づき、前記第1添加弁及び前記第2添加弁を制御する添加弁制御部と、
    を備え、
    前記添加弁制御部は、前記昇温制御部によって前記第1昇温制御が開始されてから、前記第1排気通路に配設されたフィルタ又は触媒の前記第1昇温制御による昇温に伴って前記第1選択還元型NOx触媒から脱離する単位時間当たりのアンモニア量が所定量以下となるまでの間は、前記第1添加弁、前記第2添加弁に、それぞれ、前記第1基本添加量よりも少ない量のアンモニア源、前記第2基本添加量のアンモニア源を添加させ、前記単位時間当たりのアンモニア量が前記所定量以下となってから、前記第1昇温制御が終了して前記第1選択還元型NOx触媒の温度が、アンモニアの吸着によりNOx浄化が実質的に可能となる設定温度未満になるまでの間は、前記第1添加弁、前記第2添加弁に、それぞれ、前記第1基本添加量よりも少ない量のアンモニア源、前記第2基本添加量よりも多い量のアンモニア源を添加させる
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  2. 前記第1選択還元型NOx触媒の温度に基づき、前記単位時間当たりのアンモニア量が前記所定量以下となったか否かを判定する判定部を、さらに備える
    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システム。
  3. 前記第1選択還元型NOx触媒に吸着されているアンモニア量の推定量に基づき、前記単位時間当たりのアンモニア量が前記所定量以下となったか否かを判定する判定部を、さらに備える
    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システム。
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