JP6439749B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気中に含まれるＮＯｘを、アンモニアを還元剤として浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）を備えるＳＣＲシステムが知られている。ＳＣＲ触媒よりも上流側には、排気中に尿素水を供給する添加弁が設置される場合がある。排気中に添加された尿素水は、排気の熱やＳＣＲ触媒の熱により加水分解され、アンモニアに転化してＳＣＲ触媒に吸着される。尿素水はタンク等に貯留されており有限であるため、ユーザ等によって補給する必要があり、尿素水の補給をせずに尿素水を使い切ってしまうとＳＣＲ触媒に還元剤を供給することができなくなるために、大気中にＮＯｘが放出される虞がある。

ここで、尿素水の残量が少なくなった場合に警告を発し、その後に内燃機関の出力を尿素水の残量に応じて段階的に制限する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、ＳＣＲ触媒を備えると共に、排気中のＮＯｘを吸蔵し排気の空燃比が理論空燃比以下のときにＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＳＲ触媒ともいう。）を備え、尿素水の残量が少なくなった場合にはＮＳＲ触媒を主に使用する技術が知られている（例えば、特許文献５参照。）。

特開２０１３−１６０１０４号公報 特開２００７−３２１６７１号公報 特開２００２−３７１８３１号公報 特開２００１−１２３８２６号公報 国際公開第２０１４／１０８６１９号

尿素水の残量が少なくなった場合に内燃機関の出力を制限したとしても、尿素水を補給しなければ、いずれは尿素水を使い切ってしまう。尿素水を使い切った状態で内燃機関を運転すると、ＮＯｘの浄化が困難となる虞がある。また、国や地域によっては、尿素水を使い切ってしまった場合に、内燃機関の再始動を禁止している場合がある。この場合、尿素水を補給するまでは、内燃機関を停止させた後に該内燃機関を再始動することができなくなる虞がある。また、尿素水の残量が少なくなった場合に、ＮＳＲ触媒を主に使用する制御を実施したとしても、内燃機関から排出されるＮＯｘ量によってはＮＳＲ触媒だけでＮＯｘを浄化することが困難となる虞がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、選択還元型ＮＯｘ触媒に十分な量の還元剤を供給することができない場合であっても大気中へのＮＯｘの放出を抑制することにある。

上記課題を解決するために、内燃機関の排気通路に設けられる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記排気通路に設けられアンモニアを還元剤としてＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、アンモニアの前駆体またはアンモニアを貯留する貯留部を有し前記選択還元
型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、前記貯留部に貯留されているアンモニアの前駆体またはアンモニアの量が所定貯留量未満の場合には、前記内燃機関の出力を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率が許容範囲内となる所定出力以下に制限する制御である出力制限制御を実施する制御装置と、を備える。

アンモニアによりＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）を備えているＳＣＲシステムであっても、ＳＣＲ触媒以外の触媒として、さらに吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）を備えることができる。ＳＣＲ触媒の他にさらにＮＳＲ触媒を備えている場合には、ＳＣＲ触媒及びＮＳＲ触媒にてＮＯｘを浄化することができるため、一方の触媒においてＮＯｘ浄化率が低下しても、他方の触媒でＮＯｘ浄化率の低下を補うことができる。ここで、ＳＣＲ触媒とＮＳＲ触媒とではＮＯｘを還元するための還元剤が異なるため、ＳＣＲ触媒へ供給する還元剤が不足しても、ＮＳＲ触媒へは還元剤を供給することができる場合もある。例えば、内燃機関の空燃比を理論空燃比以下とすることによりＮＳＲ触媒へ還元剤を供給する場合には、内燃機関が作動している限りはＮＳＲ触媒へ還元剤を供給することができる。また、内燃機関の燃料を排気中に添加することによりＮＳＲ触媒へ還元剤を供給する場合には、内燃機関の燃料が存在する限りはＮＳＲ触媒へ還元剤を供給することができる。

しかし、ＳＣＲシステムに備わるＮＳＲ触媒にも容量に限りがある。このため、ＮＳＲ触媒でＮＯｘを浄化しようとした場合に、ＮＳＲ触媒にて浄化可能なＮＯｘ量よりも多くのＮＯｘがＮＳＲ触媒に流入し得る。この場合、ＮＳＲ触媒にてＮＯｘを浄化し切れなくなる。これに対して、内燃機関から排出されるＮＯｘ量を減少させることにより、ＮＳＲ触媒において浄化し切れないＮＯｘの量を減少させることができる。これにより、内燃機関を停止させることなく、大気中に放出されるＮＯｘ量を減少させることができる。ここで、内燃機関の出力を低下させることにより、燃焼ガス温度を低下させることができるので、ＮＯｘの発生量を低減することができる。すなわち、内燃機関の出力を低下させることにより、ＮＳＲ触媒から流出するＮＯｘ量を減少させることができる。また、所定貯留量は、出力制限制御を実施しない場合であってもＳＣＲ触媒においてＮＯｘを十分に浄化することができるアンモニアの前駆体又はアンモニアの量の下限値である。なお、所定貯留量は、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が許容範囲内になるアンモニアの前駆体又はアンモニアの量の下限値としてもよい。ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率の許容範囲は、例えば法規に基づいて決定してもよい。

また、前記制御装置は、前記貯留部に貯留されているアンモニアの前駆体またはアンモニアの量が前記所定貯留量未満の場合に、前記出力制限制御を実施すると共に、前記出力制限制御が実施されている場合には前記出力制限制御が実施されていない場合よりも、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比以下にして該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するリッチスパイクを実施する間隔を短くすることができる。

ここでいうリッチスパイクを実施する間隔は、リッチスパイクを開始した時点から次のリッチスパイクを開始する時点までの期間としてもよいし、リッチスパイクを終了した時点から次のリッチスパイクを開始する時点までの期間としてもよい。リッチスパイクは、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するために実施される。このリッチスパイクを実施する間隔を短くすることにより、ＮＳＲ触媒ではＮＯｘの吸蔵量が比較的少ない状態となり、これにより、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの吸蔵率（ＮＳＲ触媒に流入するＮＯｘ量に対する、ＮＳＲ触媒に吸蔵されるＮＯｘ量の比）が高くなる。したがって、ＮＳＲ触媒からＮＯｘが流出することを抑制できるため、ＳＣＲ触媒に十分な量のアンモニアを供給することができない場合であっても、大気中にＮＯｘが放出されることをより確実に抑制できる。また、リッチスパイクを実施する間隔を短くすることにより、出力制限制御を
実施したとしても、出力をより高くすることができるため、ドライバビリティの低下を抑制できる。

また、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの量を推定する推定部を備え、前記貯留部に貯留されているアンモニアの前駆体またはアンモニアの量が前記所定貯留量以上の場合には、前記制御装置は、前記推定部により推定されるＮＯｘの量が第一吸蔵量以上となる毎に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比以下にして該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するリッチスパイクを実施し、前記貯留部に貯留されているアンモニアの前駆体またはアンモニアの量が前記所定貯留量未満の場合には、前記制御装置は、前記出力制限制御を実施すると共に、前記推定部により推定されるＮＯｘの量が前記第一吸蔵量よりも少ない量である第二吸蔵量以上となる毎に前記リッチスパイクを実施することができる。

推定部により推定されるＮＯｘの量が第一吸蔵量以上となる毎にリッチスパイクを実施するよりも、第二吸蔵量以上となる毎にリッチスパイクを実施するほうが、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量が比較的少ない状態となりＮＯｘの吸蔵率が高くなるため、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵率が高くなる。したがって、ＳＣＲ触媒に十分な量のアンモニアを供給することができない場合であっても、ＮＳＲ触媒からＮＯｘが流出することをより確実に抑制できる。

また、前記貯留部に貯留されているアンモニアの前駆体またはアンモニアの量が所定貯留量以上の場合には、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が単位時間で吸蔵可能なＮＯｘ量と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が単位時間に還元可能なＮＯｘ量と、の合計量が所定ＮＯｘ量である内燃機関の排気浄化装置であって、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が前記単位時間で吸蔵可能な最大ＮＯｘ量は、前記所定ＮＯｘ量よりも少なく、前記所定出力は、前記単位時間に前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量が、前記最大ＮＯｘ量以下となる前記内燃機関の出力であってもよい。

貯留部に貯留されているアンモニアの前駆体またはアンモニアの量が所定貯留量以上の場合には、ＳＣＲ触媒に十分な量の還元剤を供給することができるため、ＳＣＲ触媒及びＮＳＲ触媒の両触媒でＮＯｘを浄化することができる。この場合には、単位時間に内燃機関から排出されるＮＯｘ量が所定ＮＯｘ量であったとしても、ＮＯｘを十分に浄化することができる。ここで、所定ＮＯｘ量は、貯留部に貯留されているアンモニアの前駆体またはアンモニアの量が所定貯留量以上の場合に、ＳＣＲ触媒及びＮＳＲ触媒で処理可能なＮＯｘ量といえる。しかし、ＮＳＲ触媒が単位時間に吸蔵可能なＮＯｘ量には限りがある。すなわち、貯留部に貯留されているアンモニアの前駆体またはアンモニアの量が所定貯留量未満の場合には、ＮＳＲ触媒だけでは単位時間に所定ＮＯｘ量を吸蔵することはできない。このため、単位時間に内燃機関から排出されるＮＯｘ量が、ＮＳＲ触媒で単位時間に吸蔵可能な最大ＮＯｘ量を超えると、ＮＳＲ触媒からＮＯｘが流出してしまう。これに対して、内燃機関から排出されるＮＯｘ量が、ＮＳＲ触媒が単位時間に吸蔵可能な最大ＮＯｘ量以下であれば、ＳＣＲ触媒に十分な量のアンモニアを供給することができない場合であっても、ＮＳＲ触媒で十分にＮＯｘを浄化することができる。すなわち、出力制限制御を実施するときに、所定出力を、ＮＳＲ触媒において単位時間に吸蔵可能な最大ＮＯｘ量以下となるような出力とすることで、ＮＳＲ触媒からＮＯｘが流出することを抑制できる。

本発明によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒に十分な量の還元剤を供給することができない場合であっても大気中へのＮＯｘの放出を抑制することができる。

実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。 ＮＳＲ触媒及びＳＣＲ触媒の温度と、各触媒が処理可能なＮＯｘ量との関係を示した図である。 実施例に係る出力制限制御のフローを示したフローチャートである。 実施例に係る再始動許可判定処理のフローを示したフローチャートである。 実施例に係る出力制限制御を実施したときのタイムチャートである。 ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量と、ＮＯｘ吸蔵率との関係を示した図である。 内燃機関からの排気通路上の距離と、排気の単位体積当たりのＮＯｘ量との関係を示した図である。 実施例２に係るリッチスパイクの制御フローを示したフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この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は、本実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関である。内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、上流側から順に、燃料添加弁３、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒４（以下、ＮＳＲ触媒４という。）、尿素水添加弁５２、選択還元型ＮＯｘ触媒６（以下、ＳＣＲ触媒６という。）が備えられている。

ＮＳＲ触媒４は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを放出及び還元する。なお、「吸蔵」とは、一時的なＮＯｘの吸着をも含む用語として使用している。

燃料添加弁３は、排気中に内燃機関１の燃料（ＨＣ）を添加する。この燃料は、ＮＳＲ触媒４においてＮＯｘを還元する還元剤として利用される。なお、ＮＳＲ触媒４に供給する還元剤には、内燃機関１から排出される未燃燃料であるＨＣまたはＣＯを利用することもできる。すなわち、内燃機関１をリッチ空燃比で運転することにより、ＮＳＲ触媒４へ還元剤を供給することもできる。この場合には、燃料添加弁３を備える必要はない。

ＳＣＲ触媒６は、予め吸着しておいたアンモニアによりＮＯｘを選択還元する。尿素水添加弁５２は、尿素水を添加することで、ＳＣＲ触媒６に還元剤（アンモニア）を供給する。尿素水添加弁５２から添加された尿素水は、排気の熱またはＳＣＲ触媒６からの熱により加水分解されてアンモニアとなり、ＳＣＲ触媒６に吸着する。なお、尿素水添加弁５２に代えて、アンモニアを添加する添加弁を備えていてもよい。すなわち、ＳＣＲ触媒６よりも上流の排気中には、アンモニアの前駆体、または、アンモニアを添加すればよい。

尿素水添加弁５２は、還元剤供給装置５の一部である。還元剤供給装置５は、タンク５１、尿素水添加弁５２、尿素水通路５３、ポンプ５４、残量センサ５５を備えている。

タンク５１は、尿素水を貯留している。尿素水添加弁５２はＳＣＲ触媒６よりも上流の
排気通路２に取り付けられている。尿素水通路５３は、タンク５１と尿素水添加弁５２とを接続して尿素水を流通させる。なお、本実施例においてはタンク５１が、本発明における貯留部に相当する。また、本実施例においては、還元剤供給装置５が、本発明におけるアンモニア供給装置に相当する。

ポンプ５４は、タンク５１内に設けられており、タンク５１側から尿素水添加弁５２側に尿素水を吐出する。なお、ポンプ５４は、タンク５１内に代えて、尿素水通路５３に設けてもよい。ポンプ５４は、電動ポンプであり、電力を供給することで回転する。ポンプ５４を作動させ且つ尿素水添加弁５２を開くことにより、尿素水通路５３を尿素水が圧送されて、排気中に尿素水が添加される。また、残量センサ５５は、タンク５１に取り付けられており、タンク５１内の尿素水の残量を検出する。

また、ＮＳＲ触媒４よりも下流で且つ尿素水添加弁５２よりも上流の排気通路２には、排気の温度を検出する温度センサ１１、及び、排気中のＮＯｘ濃度を検出する第一ＮＯｘセンサ１２が取り付けられている。温度センサ１１の検出値に基づいて、ＮＳＲ触媒４の温度又はＳＣＲ触媒６の温度を算出することができる。また、温度センサ１１の検出値をＮＳＲ触媒４又はＳＣＲ触媒６の温度としてもよい。さらに、ＳＣＲ触媒６よりも下流の排気通路には、排気中のＮＯｘ濃度を検出する第二ＮＯｘセンサ１３が取り付けられている。第二ＮＯｘセンサ１３により、ＳＣＲ触媒６から流出する排気中のＮＯｘ濃度が検出される。なお、ＮＳＲ触媒４に流入する排気中のＮＯｘ濃度は、内燃機関１の運転状態と関連しているため、内燃機関１の運転状態に基づいてＮＳＲ触媒４に流入する排気中のＮＯｘ濃度を推定することができる。ただし、ＮＳＲ触媒４よりも上流側にＮＯｘセンサを設けることにより、ＮＳＲ触媒４に流入する排気中のＮＯｘ濃度を検出することもできる。

また、内燃機関１には、内燃機関１へ燃料を供給する燃料噴射弁７が取り付けられている。さらに、内燃機関１には、吸気通路８が接続されている。吸気通路８の途中には、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル９が設けられている。また、スロットル９よりも上流の吸気通路８には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１５が取り付けられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１６を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１７、および機関回転速度を検知するクランクポジションセンサ１８が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁３、尿素水添加弁５２、燃料噴射弁７及びスロットル９が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。また、ＥＣＵ１０にはディスプレイ２０が接続されており、該ディスプレイ２０はＥＣＵ１０からの指示により後述する警告等を表示する。なお、本実施例では、ディスプレイ２０に警告等を表示しているが、これに代えて、音により警告を発してもよいし、警告ランプを点灯させてもよい。

本実施例に係る排気浄化装置は、ＳＣＲ触媒６によりＮＯｘを浄化するＳＣＲシステムを採用しており、ＳＣＲ触媒６の他にＮＳＲ触媒４をさらに備えている。ＳＣＲシステムでは、ＳＣＲ触媒６を通過する排気中のＮＯｘを還元するために、ＳＣＲ触媒６にアンモニアを吸着させておく。ＥＣＵ１０は、尿素水添加弁５２から尿素水を添加させることで、ＳＣＲ触媒６にアンモニアを吸着させる。

尿素水添加弁５２からの尿素水の添加は、通常、ＳＣＲ触媒６におけるアンモニアの吸着量が所定吸着量となるように実施される。この場合、尿素水添加弁５２からの尿素水の添加量は、以下のようにＳＣＲ触媒６に流入するＮＯｘ量に応じて決定される。なお、ここでいう通常とは、タンク５１内の尿素水の残量が十分のときといえる。ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯｘ量は、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量に等しい。ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯｘ量は、第一ＮＯｘセンサ１２及びエアフローメータ１５の検出値に基づいて算出することができる。上述のように尿素水添加弁５２からの尿素水の添加は、ＳＣＲ触媒６におけるアンモニアの吸着量が所定吸着量となるように実施される。この所定吸着量は、ＳＣＲ触媒６におけるＮＯｘ浄化率が許容範囲内となり、且つ、ＳＣＲ触媒６から流出するアンモニア量が許容範囲内となるような量である。ＳＣＲ触媒６におけるＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯｘ量に対してＳＣＲ触媒６で還元されるＮＯｘ量の比である。ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯｘ量に基づいて、ＳＣＲ触媒６におけるアンモニアの吸着量の減少量を算出することができるため、このアンモニアの吸着量の減少量を補うように、尿素水添加弁５２から尿素水を添加する。ＳＣＲ触媒６におけるアンモニアの吸着量の減少量と、尿素水添加弁５２からの尿素水の添加量と、の関係は予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

図２は、ＮＳＲ触媒４及びＳＣＲ触媒６の温度と、各触媒が処理可能なＮＯｘ量との関係を示した図である。「ＳＣＲ」で示される領域がＳＣＲ触媒６で処理可能なＮＯｘ量の範囲であり、「ＮＳＲ」で示される領域がＮＳＲ触媒４で処理可能なＮＯｘ量の範囲である。本実施例においては、主にＳＣＲ触媒６でＮＯｘを浄化するＳＣＲシステムを採用しているため、ＮＳＲ触媒４の容量はＳＣＲ触媒６と比較して小さく、ＮＳＲ触媒４は補助的にＮＯｘを浄化する。このため、ＮＳＲ触媒４が処理可能なＮＯｘ量は、ＳＣＲ触媒６と比較して少ない。

また、例えばＥＣＵ１０は、気筒内の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁７を制御する。この目標空燃比は、内燃機関１の運転状態に応じて設定される空燃比である。なお、本実施例に係る内燃機関１は、リーン空燃比で運転されている。したがって、気筒内の目標空燃比はリーン空燃比に設定されている。ただし、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元時には、燃料添加弁３から燃料を添加することにより、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比を一時的に理論空燃比以下まで低下させてＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘを還元する処理である所謂リッチスパイクを実施する。なお、燃料添加弁３から燃料を添加することに代えて、燃料噴射弁７から噴射する燃料の量を調整することにより気筒内の目標空燃比を一時的に理論空燃比以下まで低下させることでリッチスパイクを実施してもよい。

リッチスパイクは、通常、ＮＳＲ触媒４におけるＮＯｘ吸蔵量が第一吸蔵量となったときに、その第一吸蔵量のＮＯｘを還元するように実施される。ここでいう通常とは、上述のようにタンク５１内の尿素水の残量が十分のとき、すなわち、ＳＣＲ触媒６でも十分にＮＯｘが浄化されるときといえる。ＮＳＲ触媒４におけるＮＯｘ吸蔵量は、たとえば、ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量から、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量と、ＮＳＲ触媒４で還元されるＮＯｘ量と、を減算することにより求まる値を積算することにより求めることができる。ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量は、内燃機関１の運転状態に基づいて推定される。ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量は、第一ＮＯｘセンサ１２及びエアフローメータ１５の検出値に基づいて求めることができる。ＮＳＲ触媒４で還元されるＮＯｘ量、すなわち、リッチスパイクにより減少するＮＯｘ吸蔵量は、ＮＳＲ触媒４の温度、エアフローメータ１５の検出値、排気の空燃比と関連している。したがって、これらの関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておくことにより、ＮＳＲ触媒４の温度、エアフローメータ１５の検出値、排気の空燃比に基づいて、ＮＳＲ触媒４で還元されるＮＯｘ量を算出することができる。なお、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量は、上記方法に限ら
ず、他の周知の方法により算出してもよい。本実施例においては、ＥＣＵ１０がＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量を算出することで、本発明に係る推定部として機能する。以下、ＥＣＵ１０により算出されるＮＯｘ吸蔵量を、推定ＮＯｘ吸蔵量ともいう。

ところで、タンク５１に貯留されている尿素水には限りがある。このため、タンク５１に尿素水を補給しない限りは、尿素水添加弁５２から尿素水を添加する度に尿素水の残量が減少していく。そして、タンク５１における尿素水の残量が少なくなって、尿素水添加弁５２から十分な量の尿素水を添加することができなくなると、ＳＣＲ触媒６へ十分な量のアンモニアを供給することができなくなる。尿素水の残量が少ないときに内燃機関１を始動したとしても、その稼働中にＳＣＲ触媒６においてＮＯｘを浄化することが困難なため、ＮＯｘがＳＣＲ触媒６を通り抜けて大気中へＮＯｘが放出される虞がある。例えば、尿素水の残量が十分に多いときには、ＮＳＲ触媒４及びＳＣＲ触媒６で単位時間に浄化可能なＮＯｘ量が所定ＮＯｘ量であったとしても、尿素水の残量が少ないときにはＮＳＲ触媒４だけでＮＯｘを浄化するために単位時間に浄化可能なＮＯｘ量が所定ＮＯｘ量よりも少なくなる。すなわち、尿素水の残量が十分でないときには、ＮＳＲ触媒４だけでＮＯｘを処理することになるため、リッチスパイクが実施されていないときに単位時間で処理可能なＮＯｘ量は、ＮＳＲ触媒４が単位時間で吸蔵可能な最大ＮＯｘ量になる。この最大ＮＯｘ量は、前述の所定ＮＯｘ量よりも少ない。また、仮に、ＳＣＲ触媒６に十分な量のアンモニアを供給することができずＮＯｘ浄化率が低下する状態では、内燃機関１を始動することができないようにＥＣＵ１０が構成されている場合には、タンク５１に尿素水を補給するまでは、内燃機関１を始動することができない虞がある。したがって、車両の走行が困難となる。

そこで本実施例では、尿素水の残量が所定貯留量未満の場合には、後述する内燃機関１の出力制限制御を実施することにより、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量をＥＣＵ１０が調整する。この所定貯留量は、後述する内燃機関１の出力制限制御を実施しない場合であってもＳＣＲ触媒６においてＮＯｘを十分に浄化することができる尿素水量の下限値、または、ＳＣＲ触媒６におけるＮＯｘ浄化率が許容範囲内になる尿素水量の下限値である。したがって、尿素水の残量が所定貯留量未満の場合には、後述する内燃機関１の出力制限制御を実施しなければ、内燃機関１から排出されるＮＯｘを十分に浄化することが困難となる。そこで、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量を制限するために、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の出力を所定出力以下に制限する出力制限制御を実施する。所定出力は、ＮＳＲ触媒４におけるＮＯｘ浄化率が許容範囲内になる出力である。なお、単位時間に内燃機関１から排出されるＮＯｘ量が、ＮＳＲ触媒４にて単位時間で吸蔵可能な最大ＮＯｘ量以下となるように、内燃機関１の出力を制限してもよい。ＮＳＲ触媒４におけるＮＯｘ浄化率は、リッチスパイクを実施する間隔、すなわち、リッチスパイクを開始した時点から次のリッチスパイクを開始する時点までの期間、または、リッチスパイクを終了した時点から次のリッチスパイクを開始する時点までの期間における、ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量に対するＮＳＲ触媒４で還元されるＮＯｘ量の比である。ＮＯｘ浄化率の許容範囲は、例えば法規に基づいて決定される。

ここで、内燃機関１の出力を制限することにより、１サイクル当たりに燃料噴射弁７から噴射される燃料量を減少させることができるため、気筒内での燃焼温度を低下させることができる。これにより、ＮＯｘの発生を抑制することができるため、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量を減少させることができる。なお、内燃機関１の出力を制限することには、内燃機関１の最大トルクを低減させること、及び、車両の最大速度を減少させることを含むことができる。例えば、１サイクル当たりに燃料噴射弁７から噴射される燃料量に上限を設けることにより、内燃機関１の出力を所定出力以下に制限してもよい。

このように、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量がＮＳＲ触媒４において十分に浄化可
能な量となるように内燃機関１の出力を制限することにより、尿素水の残量が少なくなりＳＣＲ触媒６においてアンモニアが不足する状態であっても、大気中にＮＯｘが放出されることを抑制できる。したがって、タンク５１に尿素水を補給するまでの間に大気中へのＮＯｘの放出を抑制しつつ車両の走行が可能となる。

図３は、本実施例に係る出力制限制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０は、再始動禁止フラグが０であるか否か判定する。再始動禁止フラグは、内燃機関１が停止された後に、再始動を許可できない状態のときに１となり、再始動を許可できる状態のときに０となるフラグである。再始動禁止フラグが１の間は、内燃機関１の再始動が禁止される。したがって、ステップＳ１０１では、内燃機関１が再始動可能であるか否か判定される。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１２へ進む。ステップＳ１１２では再始動許可判定処理が実施されるが、これについては後述する。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１０は、尿素水残量が第一閾値未満であるか否か判定する。尿素水残量は、残量センサ５５により検出されるタンク５１内の尿素水の残量である。第一閾値は、ユーザへ尿素水の補給を促すために設定される尿素水残量である。この第一閾値は、尿素水の補給が必要となる尿素水残量であるが、出力制限制御を実施するほどではない尿素水残量といえる。したがって、本ステップＳ１０２では、タンク５１へ尿素水の補給が必要であるか否か判定しているといえる。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１３へ進む。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１０は、残量警告を実施する。本ステップＳ１０３では、尿素水の残量が少ないために尿素水の補給が必要であることをディスプレイ２０に表示する。ステップＳ１０３の処理が終了するとステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒４が正常であるか否か判定する。本ステップＳ１０４では、ＮＳＲ触媒４にてＮＯｘを浄化することが可能であるか否か判定している。ＮＳＲ触媒４が正常であるか否かは、周知の技術により判定することができる。例えば、ＮＳＲ触媒４におけるＮＯｘ浄化率を算出し、該ＮＯｘ浄化率が所定浄化率以上であればＮＳＲ触媒４が正常であると判定し、該ＮＯｘ浄化率が所定浄化率未満であればＮＳＲ触媒４が異常であると判定する。なお、ＮＳＲ触媒４が取り外された場合には、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒４が異常であると判定する。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１０は、尿素水残量が第二閾値未満であるか否か判定する。第二閾値は、第一閾値よりも小さな値であって、ＳＣＲ触媒６においてＮＯｘを十分に浄化することができる尿素水量の下限値、または、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率が許容範囲内になる尿素水量の下限値である。尿素水残量が第二閾値未満の場合には、尿素水の残量が０に近いためにＳＣＲ触媒６においてＮＯｘを十分に浄化することができない。すなわち、本ステップＳ１０５では、ＳＣＲ触媒６においてＮＯｘを浄化することができない状態であるか否か判定している。ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の出力を所定出力以下に制限する。
すなわち、本ステップＳ１０６では、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量がＮＳＲ触媒４で十分に浄化可能な量となるように、出力制限制御を実施する。この内燃機関１の出力の制限は、本ステップＳ１０６が終了した後も継続される。このときには、燃料噴射弁７からの燃料噴射量に上限が設定され、該上限を超えないように燃料噴射を実施する。燃料噴射量の上限は、ＮＳＲ触媒４でのＮＯｘ浄化率が許容範囲内となるように設定される。そして、所定出力は、燃料噴射量を上限に設定したときの内燃機関１の出力といえる。この燃料噴射量の上限は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。また、このときには、出力制限制御が実施されていることをディスプレイ２０に表示する。ステップＳ１０６の処理が終了するとステップＳ１０７へ進む。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０がステップＳ１０６を処理することにより、本発明における制御装置として機能する。また、本実施例においては第二閾値が、本発明における所定貯留量に相当する。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１０は、再始動禁止フラグを０に設定する。すなわち、本ステップＳ１０７では、内燃機関１の再始動を許可できる状態としている。ステップＳ１０６により出力制限制御が実施されている場合には、内燃機関１を再始動させたとしても、ＮＳＲ触媒４においてＮＯｘを浄化することができる。このため、内燃機関１が停止された後に内燃機関１の再始動を行ってもＮＯｘを浄化することができるので、再始動が許可されるように再始動禁止フラグが０に設定される。ステップＳ１０７の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。

一方、ステップＳ１０５で否定判定がなされるとステップＳ１０８へ進み、ＥＣＵ１０は、出力制限制御が実施されるまでに残された走行距離（出力制限までの残走行距離）をディスプレイ２０に表示する。出力制限までの残走行距離は、尿水残量が第二閾値未満となるまでの走行距離を推定した値である。尿素水残量と出力制限までの残走行距離との関係は予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。また、本ステップＳ１０８が処理される時点では、ＳＣＲ触媒６においてＮＯｘを浄化することができるため、本ステップＳ１０８では、出力制限制御を実施しない。また、すでに出力制限制御が実施されている場合（例えば出力制限制御が実施されているときに少量の尿素水を補給した場合）には、出力制限制御を終了させる。ステップＳ１０８の処理が終了するとステップＳ１０７へ進んでＥＣＵ１０が再始動禁止フラグを０に設定する。すなわち、尿素水残量が第二閾値以上でありＳＣＲ触媒６によってＮＯｘを浄化することが可能であるため、内燃機関１の再始動が許可される。

また、ステップＳ１０４で否定判定がなされてステップＳ１０９へ進むと、ＥＣＵ１０は、尿素水残量が第二閾値未満であるか否か判定する。本ステップＳ１０９では、ＮＳＲ触媒４が異常であり該ＮＳＲ触媒４でＮＯｘを浄化することが困難であるため、ＳＣＲ触媒６でＮＯｘを浄化することになる。したがって、本ステップＳ１０９では、ＳＣＲ触媒６でＮＯｘを浄化することが可能であるか否か判定している。ステップＳ１０９で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１０へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ進む。

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ１０は、再始動禁止フラグを１に設定して内燃機関１の再始動を禁止する。本ステップＳ１１０が処理される時点では、ＮＳＲ触媒４及びＳＣＲ触媒６の両方ともＮＯｘを浄化することができない状態であるため、本ステップＳ１１０では、内燃機関１の再始動を禁止して大気中へのＮＯｘの放出を抑制する。なお、内燃機関１が停止するまでは退避走行を行うことができる。

一方、ステップＳ１１１では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の再始動が禁止されるまでに残された走行距離（再始動禁止までの残走行距離）をディスプレイ２０に表示する。再始
動禁止までの残走行距離は、尿水残量が第二閾値未満となるまでの走行距離を推定した値である。尿素水残量と、再始動禁止までの残走行距離との関係は予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。本ステップＳ１１１が処理される時点では、ＮＳＲ触媒４が異常であるが、尿素水残量が第二閾値以上であるためＳＣＲ触媒６でＮＯｘを浄化可能であるため、本ステップＳ１１１では、出力制限制御を実施していない。ステップＳ１１１の処理が終了するとステップＳ１０７へ進んでＥＣＵ１０が再始動禁止フラグを０に設定する。すなわち、尿素水残量が第二閾値以上でありＳＣＲ触媒６でＮＯｘを浄化することができるため、内燃機関１の再始動が許可される。

また、ステップＳ１０２で否定判定がなされてステップＳ１１３へ進むと、ＥＣＵ１０は、出力制限制御が実施されている場合には該出力制限制御を終了し、ディスプレイ２０に警告等が表示されている場合には該警告等を消す。本ステップＳ１１３が処理される時点では、尿素水残量が第一閾値以上であり、十分な量のアンモニアをＳＣＲ触媒６へ供給することができるため、ステップＳ１１３では、出力制限制御を実施しない。また、ステップＳ１０３における残量警告、ステップＳ１０６における出力制限制御、ステップＳ１０８における出力制限までの残走行距離、ステップＳ１１１及び後述するステップＳ１２２における再始動禁止までの残走行距離の何れもディスプレイ２０に表示する必要がないため、これらが表示されている場合には、表示を消す。ステップＳ１１３の処理が終了するとステップＳ１０７へ進んでＥＣＵ１０は再始動禁止フラグを０に設定する。すなわち、尿素水残量が第一閾値以上であり尿素水残量が十分に多いため、内燃機関１の再始動が許可される。

図４は、本実施例に係る再始動許可判定処理のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、図３に示したステップＳ１１０において再始動禁止フラグが１に設定され、その後にステップＳ１０１において否定判定がなされてステップＳ１１２へ進んだときに、該ステップＳ１１２においてＥＣＵ１０により実行される。

ステップＳ１２０では、ＥＣＵ１０は、尿素水残量が第一閾値未満であるか否か判定する。第一閾値は、ステップＳ１０２における第一閾値と同じ値である。本ステップＳ１２０では、尿素水残量が第二閾値未満となった後に、タンク５１へ尿素水の補給が行われていない、または、タンク５１への尿素水の補給が行われているが尿素水残量が第一閾値未満の状態までしか補給が行われていない、の何れかに該当するか否か判定している。ステップＳ１２０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１２１へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１２４へ進む。

ステップＳ１２１では、ＥＣＵ１０は、尿素水残量が第三閾値未満であるか否か判定する。本ステップＳ１２１では、内燃機関１の再始動が禁止される状態を維持するべきか否か判定している。第三閾値は、第一閾値よりも小さく且つ第二閾値よりも大きな値である。本実施例では、尿素水残量が一旦第二閾値未満となった場合には、その後に尿素水残量が第三閾値以上になるまで尿素水を補給しなければ、内燃機関１の再始動が許可されないようにしている。このようにして、内燃機関１の再始動が許可されている状態と禁止されている状態とが頻繁に切り替わることを抑制している。すなわち、尿素水残量が第二閾値未満となった後に少量の尿素水が補給された場合に、仮に、内燃機関１の再始動を許可したとしても、その後に尿素水残量がすぐに第二閾値未満になると、再度、内燃機関１の再始動を禁止しなくてはならない。このため、尿素水を補給したとしても、すぐに尿素水残量が第二閾値未満となり得る場合には、内燃機関１の再始動を禁止したままにしている。したがって、第三閾値は、尿素水を添加すると尿素水残量がすぐに第二閾値未満となり得る値として設定される。ステップＳ１２１で肯定判定がなされた場合には内燃機関１の再始動が禁止される状態を維持したまま本フローチャートを終了させる。本フローチャートが終了されると、図３におけるステップＳ１１２の処理も終了するため、図３におけるフ
ローチャートも終了する。一方、ステップＳ１２１で否定判定がなされた場合にはステップＳ１２２へ進む。

ステップＳ１２２では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の再始動が禁止されるまでに残された走行距離（再始動禁止までの残走行距離）をディスプレイ２０に表示する。尿素水残量と、再始動禁止までの残走行距離との関係は予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。ステップＳ１２２は、尿素水残量が一旦第二閾値未満まで減少した後に尿素水が補給されて、尿素水残量が第三閾値以上となった場合に処理される。本ステップＳ１２２を処理する時点では、ＮＳＲ触媒４は異常であるが、ＳＣＲ触媒６でＮＯｘを浄化可能であるため、ステップＳ１２２では出力制限制御を実施していない。ステップＳ１２２の処理が終了するとステップＳ１２３へ進んでＥＣＵ１０が再始動禁止フラグを０に設定する。すなわち、尿素水残量が第三閾値以上であるためＳＣＲ触媒６でＮＯｘを浄化することができるので、内燃機関１の再始動が許可される。ステップＳ１２３の処理が終了した場合にはＥＣＵ１０が本フローチャートを終了する。本フローチャートが終了されると、図３におけるステップＳ１１２の処理も終了するため、図３に示したフローチャートも終了する。

一方、ステップＳ１２０で否定判定がなされてステップＳ１２４へ進むと、ＥＣＵ１０は、ディスプレイ２０に表示されている警告等を消す。すなわち、ステップＳ１０３で表示された残量警告及びステップＳ１１１及びステップＳ１２２で表示された再始動禁止までの残走行距離をディスプレイ２０から消す。本ステップＳ１２４を処理する時点では、尿素水残量が第一閾値以上になるまで尿素水が補給されており、十分な量のアンモニアをＳＣＲ触媒６へ供給することができるため、ステップＳ１２４では、ディスプレイ２０に警告等を表示する必要はない。また、本ステップＳ１２４を処理する時点では、ＳＣＲ触媒６でＮＯｘを浄化可能であり、且つ、出力制限をしたとしてもＮＳＲ触媒４においてＮＯｘを浄化することが困難なため、ステップＳ１２４では出力制限制御を実施しない。ステップＳ１２４の処理が終了するとステップＳ１２３へ進んで、ＥＣＵ１０は再始動禁止フラグを０に設定する。すなわち、尿素水残量が第一閾値以上であるため、内燃機関１の再始動が許可される。

次に、図５は、本実施例に係る出力制限制御を実施したときのタイムチャートである。図５における「尿素水残量」は、タンク５１内の尿素水の残量を示している。尿素水残量における第一閾値及び第二閾値は、上記の第一閾値及び第二閾値と同じ値である。また、ＳＣＲ作動状態は、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化の状態を示しており、Ａ１はＳＣＲ触媒６によりＮＯｘが浄化可能な状態を示し、Ａ２はＳＣＲ触媒６によりＮＯｘを浄化することができない状態を示している。図５における「警告状態」は、ディスプレイ２０に表示されている警告の状態を示しており、Ｂ１は警告がない状態であり、Ｂ２は残量が少ないことを警告している状態（ステップＳ１０３）であり、Ｂ３は出力制限制御が実施されていることを警告している状態（ステップＳ１０６）である。図５における「運転状態」は、内燃機関１の運転状態を示しており、Ｃ１は出力制限が行われていない通常の運転状態を示しており、Ｃ２は内燃機関１の出力制限が行われている運転状態を示しており、Ｃ３は内燃機関１の再始動が禁止されている状態を示している。また、図５の「ＮＯｘ排出量」における実線は内燃機関１から排出される単位時間当たりのＮＯｘの量を示しており、一点鎖線はＳＣＲ触媒６から流出する単位時間当たりのＮＯｘの量を示している。また「ＮＯｘ排出量」における「ＮＳＲ触媒処理可能ＮＯｘ量」は、ＮＳＲ触媒４において処理可能なＮＯｘ量の下限値を示している。ここで、ＮＳＲ触媒４が処理可能なＮＯｘ量は、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量によって変化し得る。しかし、ＮＳＲ触媒４が処理可能なＮＯｘ量に応じて内燃機関１の出力を変化させると制御が煩雑になる。このため、本実施例では、ＮＳＲ触媒４が処理可能なＮＯｘ量が最も少なくなった状態であっても、ＮＳＲ触媒４においてＮＯｘが処理可能なように、ＮＳＲ触媒４において処理可能なＮＯｘ量の下限
値をＮＳＲ触媒処理可能ＮＯｘ量として設定している。ＮＳＲ触媒処理可能ＮＯｘ量は予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

Ｔ１において尿素水残量が第一閾値よりも少なくなっている（ステップＳ１０２でＹＥＳ）。すなわち、Ｔ１においてタンク５１に尿素水の補給が必要な状態となる。これにより、警告状態がＢ１からＢ２に変化して、尿素水の残量が少ないために尿素水の補給が必要であることをディスプレイ２０に表示する（ステップＳ１０３）。このときには、尿素水はまだ存在しており、ＳＣＲ触媒６においてＮＯｘを浄化可能な状態であるため、ＳＣＲ作動状態は、Ａ１のままであり、内燃機関１の運転状態も通常のまま、すなわち、Ｃ１のままである。

Ｔ２において尿素水残量が第二閾値未満となる（ステップＳ１０５でＹＥＳ）。なお、Ｔ１からＴ２までの期間では、尿素水の補給が必要であることに加えて、出力制限までの残走行距離がディスプレイ２０に表示される（ステップＳ１０８）。Ｔ２において尿素水残量が第二閾値未満になると、ＳＣＲ触媒６においてＮＯｘを浄化することができなくなるため、ＳＣＲ作動状態は、Ａ１からＡ２へと変化する。同時に、ＮＳＲ触媒４によってＮＯｘを浄化するために、内燃機関１の出力が制限されるので、運転状態がＣ１からＣ２に変化する（ステップＳ１０６）。そして、出力制限制御が実施されていることをディスプレイ２０で表示するので、警告状態がＢ２からＢ３へと変化する（ステップＳ１０６）。

ここで、従来では、例えばＴ２において内燃機関１の再始動が禁止される状態となる（運転状態の破線で示したＣ３の状態）。したがって、従来では、Ｔ１からＴ２までの間に尿素水を補給しなければ、Ｔ２以降で内燃機関１を一旦停止させると、再始動することができなくなった。なお、Ｔ２以降ではＳＣＲ触媒６にてＮＯｘを浄化することができないが、車両が移動できなくなると尿素水の補給も困難となることから、所定の走行距離に達するまでの間は退避走行が可能なようにしてもよい。

一方、本実施例では、Ｔ２から後の期間であっても、内燃機関１からのＮＯｘ排出量が「ＮＳＲ触媒処理可能ＮＯｘ量」以下に抑えられている。すなわち、Ｔ２以降でＮＳＲ触媒４にてＮＯｘを処理可能なように、内燃機関１の出力制限を実施している。このため、内燃機関１の再始動を禁止しなくても済む。そして、Ｔ３において尿素水が補給されることによって（ステップＳ１０２でＮＯ）、ＳＣＲ触媒６によるＮＯｘの浄化が可能となるため、出力制限制御が終了する（ステップＳ１１３）。このように、従来ではＴ２からＴ３までの期間において内燃機関１の再始動が禁止される場合であっても、本実施例では内燃機関１の再始動は禁止されない。

なお、本実施例においては内燃機関１から排出されるＮＯｘ量を減少させるために、内燃機関１の出力を制限しているが、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量を減少させるその他の手段を併用することもできる。例えば、ＥＧＲ装置を備えている場合には、ＥＧＲガスの量を増加させることにより内燃機関１から排出されるＮＯｘ量を減少させることができる。また、燃料噴射弁７からの燃料噴射時期を遅角させることにより燃焼温度が低下するため、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量を減少させることができる。したがって、内燃機関１の出力を制限することに併せて、ＥＧＲガス量を増加させたり、または、燃料噴射時期を遅角させたりしてもよい。

以上説明したように本実施例によれば、ＳＣＲ触媒６に十分な量のアンモニアを供給することができない状態であっても、ＮＳＲ触媒４によってＮＯｘが浄化可能なように出力制限制御を実施するため、内燃機関１を作動させつつ大気中にＮＯｘが放出されることを抑制できる。

＜実施例２＞
図６は、ＮＳＲ触媒４におけるＮＯｘ吸蔵量と、ＮＯｘ吸蔵率との関係を示した図である。ＮＯｘ吸蔵率は、ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量に対する、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されるＮＯｘ量の比である。図６に示されるように、ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほど、ＮＯｘ吸蔵率は低下する。したがって、ＮＯｘ吸蔵量が少ない状態のほうが、ＮＯｘ吸蔵率は高くなる。図６に示されるように、ＮＳＲ触媒４ではＮＯｘ吸蔵率が低い場合もあるため、実施例１で説明した出力制限制御を実施したとしても、ＮＳＲ触媒４においてＮＯｘの一部が吸蔵されない場合もある。

ここで、ＮＳＲ触媒４において吸蔵されなかったＮＯｘは、ＳＣＲ触媒６に流入することになる。しかし、ＳＣＲ触媒６に十分な量のアンモニアを供給することができないときには、ＳＣＲ触媒６においてＮＯｘを浄化することができない。このため、ＳＣＲ触媒６に流入したＮＯｘは、そのままＳＣＲ触媒６から流出する。したがって、ＳＣＲ触媒６に十分な量のアンモニアを供給することができないときには、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘを減少させることが好ましい。すなわち、ＮＳＲ触媒４におけるＮＯｘ吸蔵率を高い状態にすることが好ましい。

図６に示されるように、ＮＯｘ吸蔵率を高い状態にするためには、ＮＯｘ吸蔵量が少ない状態にすればよい。ここで、リッチスパイクの頻度を高めることにより、ＮＯｘ吸蔵量が比較的少ない状態になる。実施例１で説明したように、リッチスパイクは、通常、ＮＳＲ触媒４におけるＮＯｘ吸蔵量が第一吸蔵量となったときに、その第一吸蔵量のＮＯｘを還元するように実施される。一方、本実施例では、実施例１に係る出力制限制御を実施しているときに、第一吸蔵量よりも少ないＮＯｘ吸蔵量でリッチスパイクを実施する。すなわち、通常ではＮＯｘ吸蔵量が第一吸蔵量に達するとリッチスパイクを実施するが、出力制限制御を実施している場合には、第一吸蔵量よりも少ない第二吸蔵量に達するとリッチスパイクを実施する。このときには、第二吸蔵量のＮＯｘを還元できるようにリッチスパイクを実施する。このように、本実施例では、リッチスパイクを実施する閾値となるＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量を、出力制限制御を実施しているときと実施していないときとで変えている。

このようにして、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が第二吸蔵量に達する毎にリッチスパイクを実施することにより、ＮＯｘ吸蔵量が比較的少ない状態になる。これにより、ＮＯｘ吸蔵率を高くすることができるため、ＮＳＲ触媒４で吸蔵されずに該ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量が減少する。このため、出力制限制御を実施しているときにＮＳＲ触媒４及びＳＣＲ触媒６を通り抜けて大気中に放出されるＮＯｘ量をより確実に減少させることができる。

図７は、内燃機関１からの排気通路２上の距離と、排気の単位体積当たりのＮＯｘ量との関係を示した図である。図７は、ＳＣＲ触媒６から流出する排気の単位体積当たりのＮＯｘ量（ＳＣＲ触媒６の下流端の排気の単位体積当たりのＮＯｘ量）が同一量となるように、内燃機関１から排出されるガスの単位体積当たりのＮＯｘ量を調整した場合を示している。「ＮＳＲ」で示される範囲は、ＮＳＲ触媒４の上流端から下流端までの範囲を示し、「ＳＣＲ」で示される範囲は、ＳＣＲ触媒６の上流端から下流端までの範囲を示している。「正常」は、ＮＳＲ触媒４及びＳＣＲ触媒６においてＮＯｘを浄化可能な場合を示している。この場合、ＮＳＲ触媒４及びＳＣＲ触媒６の夫々においてＮＯｘを浄化可能であるため、内燃機関１から排出されるガスの単位体積当たりのＮＯｘ量が比較的多くても、ＳＣＲ触媒６の下流端に至るまでの間においてＮＯｘ量が十分に減少する。

一方、図７において「ケース１」は、実施例１に係る出力制限制御のみを実施した場合
を示しており、「ケース２」は、実施例１に係る出力制限制御の実施に加えて、本実施例２に係るリッチスパイクの頻度を高くした場合を示している。「ケース１」及び「ケース２」を比較すると、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量に差はないが、「ケース２」のほうがリッチスパイクの頻度を高くした分、内燃機関１から排出されるガスの単位体積当たりのＮＯｘ量がより多くても、ＮＳＲ触媒４からＮＯｘが流出することを抑制できる。したがって、出力制限制御を実施したとしても、実施例１よりも実施例２の方が出力をより高くすることができるため、ドライバビリティの低下を抑制できる。そこで本実施例では、内燃機関１の出力を制限するときには、内燃機関１の出力を制限しないときよりも、リッチスパイクの間隔が短くなるように（すなわち、リッチスパイクの頻度が高くなるように）、リッチスパイクを実施する閾値となるＮＯｘ吸蔵量を小さくする。

図８は、本実施例に係るリッチスパイクの制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、実施例１で説明した図３に示したフローチャートは、図８に示したフローチャートとは別々に実行される。

ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量を算出する。ＥＣＵ１０は、実施例１で説明したように推定ＮＯｘ吸蔵量を随時算出しているため、この値が読み込まれる。ステップＳ２０１の処理が終了するとステップＳ２０２へ進む。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１０は、出力制限制御が実施されているか否か判定する。本ステップＳ２０２では、リッチスパイクの間隔を短くする必要があるか否か判定している。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進む。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２０１で読み込まれた推定ＮＯｘ吸蔵量が第二吸蔵量以上であるか否か判定する。出力制限制御を実施している場合にはＳＣＲ触媒６によるＮＯｘの浄化が困難なために、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵率を高めるようにリッチスパイクの間隔を短くする。このため、推定ＮＯｘ吸蔵量が第二吸蔵量以上になるとステップＳ２０４へ進んでリッチスパイクが実施される。すなわち、ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０４へ進んでＥＣＵ１０がリッチスパイクを実施する。一方、ステップＳ２０３で否定判定がなされた場合には、リッチスパイクを実施する時期ではないため、本フローチャートが終了される。

一方、ステップＳ２０２で否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進み、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒４が正常であるか否か判定する。ステップＳ２０５における判定は、ステップＳ１０４と同様にして行われる。ＮＳＲ触媒４が異常であればリッチスパイクを実施してもＮＳＲ触媒４でＮＯｘを浄化することができないため、リッチスパイクを実施しない。すなわち、ステップＳ２０５で否定判定がなされると、リッチスパイクを実施せずに本フローチャートを終了させる。一方、ステップＳ２０５で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０６へ進む。

ステップＳ２０６では、ＥＣＵ１０は、推定ＮＯｘ吸蔵量が第一吸蔵量以上であるか否か判定する。ＮＳＲ触媒４が正常であり且つ出力制限制御を実施していない場合には、尿素水の残量が十分に多い状態であるため、ＳＣＲ触媒６によりＮＯｘを十分に浄化することができる。このため、リッチスパイクの間隔を長くして推定ＮＯｘ吸蔵量が第一吸蔵量以上となることによりＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵率が低くなったとしても、ＳＣＲ触媒６においてＮＯｘを浄化することができる。したがって、推定ＮＯｘ吸蔵量が第一吸蔵量以上になった場合にステップＳ２０７へ進んで、リッチスパイクが実施される。すなわち、ステップＳ２０６で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０７へ進んでＥＣＵ１０
がリッチスパイクを実施する。一方、ステップＳ２０６で否定判定がなされた場合には、リッチスパイクを実施する時期ではないため、本フローチャートが終了される。

以上説明したように本実施例によれば、ＳＣＲ触媒６に還元剤を供給することができない場合には、内燃機関１の出力を制限し、さらに、リッチスパイクの間隔を短くすることでＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘを減少させる。したがって、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯｘが少なくなることにより、例えＳＣＲ触媒６に還元剤を供給することができない状態であったとしても、大気中にＮＯｘを放出することをより確実に抑制しつつ車両を移動させることができる。また、リッチスパイクの間隔を短くすることにより、ＮＳＲ触媒４からのＮＯｘの流出が抑制されるため、出力制限制御を実施しているときの出力の最大値である所定出力をより大きな値に設定することができる。

なお、本実施例では、推定ＮＯｘ吸蔵量の閾値を小さくすることによりリッチスパイクの間隔を短くしているが、所定期間毎または所定走行距離毎にリッチスパイクを実施している場合には、この所定期間または所定走行距離を短くすることによりリッチスパイクの間隔を短くしてもよい。

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 燃料添加弁
４ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）
５ 還元剤供給装置
６ 選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
７ 燃料噴射弁
８ 吸気通路
９ スロットル
１０ ＥＣＵ
１１ 温度センサ
１２ 第一ＮＯｘセンサ
１３ 第二ＮＯｘセンサ
１５ エアフローメータ
１６ アクセルペダル
１７ アクセル開度センサ
１８ クランクポジションセンサ
２０ ディスプレイ
５１ タンク
５２ 尿素水添加弁
５３ 尿素水通路
５４ ポンプ
５５ 残量センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記排気通路に設けられアンモニアを還元剤としてＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   アンモニアの前駆体またはアンモニアを貯留する貯留部を有し前記選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、
   前記貯留部に貯留されているアンモニアの前駆体またはアンモニアの量が所定貯留量未満の場合には、前記内燃機関の出力を前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率が許容範囲内となる所定出力以下に制限する制御である出力制限制御を実施する制御装置と、
   を備える内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記制御装置は、前記貯留部に貯留されているアンモニアの前駆体またはアンモニアの量が前記所定貯留量未満の場合に、前記出力制限制御を実施すると共に、前記出力制限制御が実施されている場合には前記出力制限制御が実施されていない場合よりも、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比以下にして該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するリッチスパイクを実施する間隔を短くする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの量を推定する推定部を備え、
   前記貯留部に貯留されているアンモニアの前駆体またはアンモニアの量が前記所定貯留量以上の場合には、前記制御装置は、前記推定部により推定されるＮＯｘの量が第一吸蔵量以上となる毎に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比以下にして該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するリッチスパイクを実施し、
   前記貯留部に貯留されているアンモニアの前駆体またはアンモニアの量が前記所定貯留量未満の場合には、前記制御装置は、前記出力制限制御を実施すると共に、前記推定部により推定されるＮＯｘの量が前記第一吸蔵量よりも少ない量である第二吸蔵量以上となる毎に前記リッチスパイクを実施する、
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記貯留部に貯留されているアンモニアの前駆体またはアンモニアの量が所定貯留量以上の場合には、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が単位時間で吸蔵可能なＮＯｘ量と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が単位時間で還元可能なＮＯｘ量と、の合計量が所定ＮＯｘ量である内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が前記単位時間で吸蔵可能な最大ＮＯｘ量は、前記所定ＮＯｘ量よりも少なく、
   前記所定出力は、前記単位時間に前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量が、前記最大ＮＯｘ量以下となる前記内燃機関の出力である、
   請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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