WO2010082306A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置 Download PDF

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文悟 川口
鴨下　伸治
小田　富久
大橋　伸基
智志 小早川
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine.
  • an exhaust purification system disclosed in Patent Literature 1 collects particulate matter (PM) contained in an exhaust gas, a burner system for raising the temperature of exhaust gas, provided in an exhaust passage. It includes a filter, a NOx adsorbent that temporarily adsorbs nitrogen oxide contained in the exhaust gas, a combustion device for burning the nitrogen oxide desorbed from the NOx adsorbent, and the like.
  • PM particulate matter
  • the exhaust purification device disclosed in Patent Document 1 a large amount of fuel is consumed in the combustion device in order to reduce and remove NOx.
  • a NOx catalyst in the exhaust passage instead of the combustion device.
  • the NOx catalyst include a selective reduction catalyst using urea as a reducing agent.
  • the regeneration process is performed on the above-described filter, if the NOx catalyst has not yet reached the activation temperature, such as immediately after a cold start, the NOx adsorbed by the NOx adsorbent is heated up and the NOx is removed.
  • the catalyst may pass through the catalyst and be released to the outside without being reduced.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to adsorb a filter that collects particulate matter in exhaust gas and nitrogen oxide in exhaust gas in an exhaust gas passage.
  • An internal combustion engine capable of suppressing release of nitrogen oxide to the outside during cold start, etc. in an exhaust purification device in which an adsorbent and a nitrogen oxide selective reduction catalyst for reducing nitrogen oxide in exhaust gas are separated and arranged
  • An object of the present invention is to provide an exhaust purification device.
  • An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, and is provided downstream of the filter in the exhaust passage and a filter for collecting particulate matter contained in the exhaust gas.
  • An adsorbing means for temporarily adsorbing an object, and raising the temperature of the exhaust gas flowing into the filter, the selective catalytic reduction converter and the adsorbing catalyst to make the temperature of the filter equal to or higher than a predetermined regeneration temperature
  • a regeneration processing means for regenerating the filter, and when the regeneration processing means is activated when the particulate matter is deposited on the filter over a predetermined amount,
  • the selective reduction catalytic converter is not activated, it is characterized by and a control means for prohibiting the start of the reproduction processing means.
  • the regeneration processing unit may include an oxidation catalytic converter that is provided upstream of the filter in the exhaust passage and raises the temperature of exhaust gas by oxidizing unburned fuel.
  • the regeneration processing unit may include a burner provided upstream of the oxidation catalytic converter in the exhaust passage.
  • the adsorption means may be formed integrally with the oxidation catalytic converter.
  • control unit may adopt a configuration that determines whether to prohibit the regeneration process from starting based on the state of the selective catalytic reduction converter and the adsorption state of nitrogen oxides in the adsorption unit.
  • an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine with improved nitrogen oxide purification performance at the time of cold start or the like can be obtained.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of the regeneration process of the DPF 30 by the ECU 100.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining another example of the regeneration process of the DPF 30 by the ECU 100.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
  • the internal combustion engine 10 is, for example, a diesel engine.
  • a burner 20 as a regeneration processing unit
  • Filter 30, selective catalytic reduction converter 40 and oxidation catalytic converter 50 are provided.
  • the exhaust temperature sensor 60 ⁇ / b> A is provided between the burner 20 and the oxidation catalytic converter 25 with an adsorption function
  • the exhaust temperature sensors 60 ⁇ / b> B and DPF 30 and selective reduction are provided between the oxidation catalytic converter 25 with an adsorption function and the DPF 30.
  • An exhaust gas temperature sensor 60C and an exhaust gas temperature sensor 60D are provided upstream and downstream of the catalytic converter 40, respectively.
  • the outputs of the exhaust gas temperature sensors 60A to 60D are input to an electronic control unit (ECU) 100. Is done.
  • ECU electronice control unit
  • a urea water addition valve 70 for adding a urea aqueous solution to the exhaust passage 15 and a downstream of the urea water addition valve 70 are provided between the DPF 30 and the selective reduction catalytic converter 40.
  • An addition valve downstream mixer 80 for mixing the exhaust gas EG and the urea aqueous solution is provided.
  • the urea water addition valve 70 is controlled by the ECU 100.
  • the burner 20 is, for example, a fuel injection valve that injects fuel toward the exhaust passage 15, an air inlet that supplies air toward the exhaust passage 15, and an ignition that ignites the fuel injected from the fuel injection valve and mixed with air. Consists of plugs and the like.
  • the start and stop of the burner 20 are controlled by the ECU 100.
  • the fuel is combusted and the temperature of the exhaust gas EG rises.
  • unburned fuel is supplied into the exhaust passage 15.
  • the burner 20 can supply a gas obtained by completely burning the fuel into the exhaust passage 15, or can supply the burned gas into the exhaust passage 15 with unburned fuel mixed with the burned gas.
  • the oxidation catalyst converter 25 with an adsorption function temporarily adsorbs an oxidation catalyst that oxidizes unburned fuel and the like and nitrogen oxide (NOx) in order to raise the temperature of the exhaust gas EG supplied to the DPF 30 and the like at the subsequent stage. It also has a NOx adsorption function that can be maintained. Specifically, for example, when the temperature rises to about 500 ° C. or higher, it is activated and its oxidation function works. On the other hand, the oxidation catalytic converter with adsorption function 25 temporarily adsorbs and holds NOx in a relatively low temperature state where the oxidation function is not activated. However, if the temperature rises to some extent, the adsorbed NOx is desorbed.
  • NOx nitrogen oxide
  • the oxidation catalyst converter with an adsorption function 25 can quickly remove NOx due to a rapid temperature rise by combining the oxidation catalyst with the NOx adsorption function.
  • the oxidation catalyst converter 25 with an adsorption function for example, the oxidation catalyst may be configured to carry an adsorption material composed of a material such as zeolite in a known oxidation catalyst structure.
  • the structure of the oxidation catalytic converter with adsorption function 25 is not particularly limited as long as it has both an oxidation function and a NOx adsorption function.
  • the DPF 30 is a filter that collects particulate matter (PM) contained in the exhaust gas EG.
  • the structure of the DPF 30 is composed of, for example, a honeycomb body made of metal or ceramics.
  • the DPF 30 needs to be heated to the activation temperature or higher by using the burner 20 and the oxidation catalytic converter 25 with an adsorption function, to burn the collected PM, and to regenerate the filter function.
  • the temperature of the DPF 30 in this regeneration process is, for example, about 600 to 700 ° C. Note that the determination of whether a predetermined amount of PM has accumulated on the DPF 30 is a well-known technique, and a description thereof will be omitted.
  • the selective reduction catalytic converter 40 selectively reduces NOx contained in the exhaust gas EG into nitrogen gas and water using the urea aqueous solution added from the urea addition valve 70 as a reducing agent. Specifically, the urea aqueous solution added to the exhaust gas EG is hydrolyzed by the heat of the exhaust gas EG to change to ammonia, and this ammonia reacts with NOx in the catalytic converter 40 to form water and harmless nitrogen. Be reduced.
  • the selective catalytic reduction converter 40 has a well-known structure, for example, a material composed of zeolite containing Si, O, and Al as main components and containing Fe ions, or a surface of a base material made of, for example, aluminum oxide alumina.
  • the selective reduction catalytic converter 40 has an activation temperature that functions as a catalyst of, for example, about 200 ° C. or more, and if NOx is supplied without reaching the activation temperature, it may be discharged outside without being reduced. There is.
  • the oxidation catalytic converter 50 serves to oxidize unburned fuel and ammonium that pass through the selective catalytic reduction converter 40.
  • the oxidation catalytic converter 50 has a known structure.
  • the ECU 100 includes a backup memory such as a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), and EEPROM (Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory), an A / D converter, a buffer, and the like. It comprises hardware including an output interface circuit including an input interface circuit, a drive circuit, etc., and necessary software.
  • the ECU 100 controls the burner 20, the urea water addition valve 70, and the like based on signals from the exhaust temperature sensors 60A to 60D. Specific processing by the ECU 100 will be described later.
  • step S1 it is determined whether or not the amount of PM deposited on the DPF 30 exceeds a PM regeneration request threshold value at which PM regeneration processing is to be executed (step S1).
  • the PM accumulation amount of the DPF 30 is calculated from, for example, the fuel injection amount from the previous PM regeneration process, and various well-known methods have been proposed for estimating the PM accumulation amount of the DPF 30.
  • the PM regeneration request threshold is determined based on, for example, the PM collection capability of the DPF 30.
  • step S2 if the current PM accumulation amount does not exceed the PM regeneration request threshold value, the process is terminated. If the current PM accumulation amount exceeds the PM regeneration request threshold value, NOx adsorbed by the adsorption function-added oxidation catalytic converter 25 is present, that is, the NOx adsorption amount of the adsorption function-added oxidation catalyst converter 25 Is determined to be greater than zero (step S2). In step S2, it can also be determined whether the NOx adsorption amount of the oxidation catalytic converter with adsorption function 25 is larger than a predetermined amount.
  • step S2 when the NOx adsorption amount of the oxidation catalyst converter with adsorption function 25 is zero, a PM regeneration process of the DPF 30 described later is executed (step S4).
  • step S2 if the oxidation catalytic converter with an adsorption function 25 is adsorbing NOx, the temperature of the exhaust gas upstream of the selective catalytic reduction converter 40 (pre-SCR exhaust temperature) is the activation temperature of the selective catalytic reduction catalyst ( It is determined whether the SCR activation temperature has been reached (step 3). That is, it is determined whether the catalyst of the selective catalytic reduction converter 40 is activated.
  • a method for determining whether the catalyst of the selective catalytic reduction converter 40 is activated it is possible to use another method other than referring to the pre-SCR exhaust temperature, and if it can be determined that the catalyst is activated. Good.
  • step S4 PM regeneration processing of the DPF 30 is executed (step S4).
  • the oxidation function of the oxidation catalytic converter 25 with the adsorption function is activated by igniting and starting the burner 20 to raise the temperature of the exhaust gas EG.
  • Gas EG flows into DPF 30, and the temperature of DPF 30 also rises.
  • the PM deposited on the DPF 30 burns and the DPF 30 is regenerated.
  • step S4 when the oxidation catalytic converter with adsorption function 25 becomes high due to the ignition and activation of the oxidation catalytic converter with adsorption function 25, the NOx adsorbed to the oxidation catalytic converter with adsorption function 25 increases with the temperature rise. The NOx passes through the DPF 30 and reaches the selective catalytic reduction converter 40. At this time, since the catalyst of the selective catalytic reduction converter 40 has already been activated as determined in step S3, NOx flowing from the upstream is selectively reduced to convert NOx into harmless nitrogen gas and water. .
  • the oxidation catalyst converter 25 with the adsorption function is reliably activated before the PM regeneration process of the DPF 30 is executed, the NOx separated from the oxidation catalyst converter 25 with the adsorption function is reliably ensured in the selective reduction catalyst converter 40. Purified.
  • step S3 If it is determined in step S3 that the catalyst of the selective catalytic reduction converter 40 has not been activated, the process ends. That is, activation of the PM regeneration processing means is prohibited. Thereby, since the burner 20 is not started, the temperature of the oxidation catalytic converter with adsorption function 25 does not rise, and the selective reduction in which NOx adsorbed on the oxidation catalytic converter with adsorption function 25 is released and the catalyst is not activated. Inflow to the catalytic converter 40 can be prevented.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining another example of the regeneration process of the DPF 30 by the ECU 100.
  • the PM regeneration process is executed at a first PM regeneration threshold value (PM accumulation amount) N1 that provides the best fuel efficiency, for example, as shown in FIG.
  • PM deposited on the DPF 30 can be burned with the least amount of fuel.
  • step S3 when the catalyst of the selective catalytic reduction converter 40 is not activated in step S3, if the PM regeneration process of the DPF 30 is prohibited, the state where the PM regeneration process is prohibited continues. Even during the prohibition period of the PM regeneration process, the amount of PM deposited in the DPF 30 increases beyond the first PM regeneration threshold N1. For this reason, as shown in FIG. 3, when the PM regeneration process is permitted, the fuel (fuel supplied to the burner 20) necessary for the PM regeneration process also increases, and the fuel efficiency may deteriorate.
  • the oxidation catalytic converter with adsorption function 25 employs a configuration having both a function as an adsorbent and a function as an oxidation catalyst.
  • the present invention is not limited to this, and a single substance that adsorbs NOx. It is also possible to arrange the adsorbent at any position downstream of the burner 20 and upstream of the selective catalytic reduction converter 40. Further, the oxidation catalyst function and the adsorbent function may be provided separately, and the oxidation catalyst function may be omitted. In this case, the temperature of the adsorbent may be directly increased with a burner.
  • the burner is used as the regeneration processing unit.
  • the present invention is not limited to this.
  • the post-injection of the fuel of the internal combustion engine is used instead of the burner, and the unburned fuel is upstream. It is also possible to raise the temperature of the exhaust gas by supplying it to the side oxidation catalyst.

Abstract

冷間始動時等における窒素酸化物の外部への放出を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタ（３０）と、フィルタ（３０）の下流に設けられ、窒素酸化物を還元する選択還元触媒コンバータ（４０）と、選択還元触媒コンバータ（４０）の上流に設けられ、排気ガスに含まれる窒素酸化物を一時的に吸着する吸着機能付き酸化触媒コンバータ（２５）と、フィルタ（３０）、選択還元触媒コンバータ（４０）及び酸化触媒コンバータ（２５）に流入する排気ガスの温度を上昇させてフィルタ（４０）の温度を所定の再生温度以上にすることにより当該フィルタを再生処理するバーナー（２０）と、バーナー（２０）を起動する際に、選択還元触媒コンバータ（４０）が活性化していない場合にはバーナー（２０）の起動を禁止するＥＣＵ（１００）とを備える。

Description

内燃機関の排気浄化装置
　本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
　内燃機関の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために、多くの排気浄化システムが提案されている。例えば、特許文献１に開示された排気浄化システムは、排気通路に設けられた、排気ガスを昇温させるためのバーナーシステム、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するフィルタ、排気ガスに含まれる窒素酸化物を一時的に吸着するＮＯｘ吸着材、ＮＯｘ吸着材から脱離した窒素酸化物を燃焼するための燃焼装置等から構成されている。この排気浄化装置では、ＰＭが堆積したフィルタの再生は、バーナーシステムによりフィルタを昇温させてＰＭを燃焼除去することにより実行される。その際、ＮＯｘ吸着材も昇温するため、ＮＯｘ吸着材に吸着されたＮＯｘは脱離する。この脱離されたＮＯｘは、燃焼装置により還元除去される。
特開２００５－２０７２８１号公報
　ところで、特許文献１に開示された排気浄化装置においては、ＮＯｘを還元除去するために燃焼装置において多量の燃料を消費する。ＮＯｘの浄化に要する燃料消費を抑制するには、燃焼装置に代えて、ＮＯｘ触媒を排気通路中に設置することが考えられる。ＮＯｘ触媒としては、例えば、尿素を還元剤として用いた選択還元触媒が挙げられる。
　しかしながら、上記したフィルタを再生処理を実行する際に、冷間始動直後等のＮＯｘ触媒が未だ活性化温度に到達していない場合には、ＮＯｘ吸着材が昇温されて脱離したＮＯｘがＮＯｘ触媒をすり抜けて還元されずに外部に放出される可能性がある。
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気ガスの通路に、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、排気ガス中の窒素酸化物を吸着する吸着材と、排気ガス中の窒素酸化物を還元する窒素酸化物選択還元触媒とが分離配置された排気浄化装置において、冷間始動時等における窒素酸化物の外部への放出を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
　本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタと、前記排気通路の前記フィルタの下流に設けられ、排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元する選択還元触媒コンバータと、前記排気通路の前記選択還元触媒コンバータの上流に設けられ、前記選択還元触媒コンバータで還元されるべき排気ガスに含まれる窒素酸化物を一時的に吸着する吸着手段と、前記フィルタ、前記選択還元触媒コンバータ及び前記吸着触媒に流入する排気ガスの温度を上昇させて、前記フィルタの温度を所定の再生温度以上にすることにより当該フィルタを再生処理する再生処理手段と、前記フィルタへの粒子状物質の堆積が所定量を越えて前記再生処理手段を起動する際に、前記選択還元触媒コンバータが活性化していない場合には、前記再生処理手段の起動を禁止する制御手段と、を有することを特徴としている。
　上記構成において、前記再生処理手段は、前記排気通路の前記フィルタの上流に設けられ、未燃燃料を酸化することにより排気ガスを昇温させる酸化触媒コンバータを含む、構成を採用できる。
　上記構成において、前記再生処理手段は、前記排気通路の前記酸化触媒コンバータの上流に設けられたバーナーを含む、構成を採用できる。
　上記構成において、前記吸着手段は、前記酸化触媒コンバータと一体的に形成されている、構成を採用できる。
　上記構成において、前記制御手段は、前記選択還元触媒コンバータの状態と前記吸着手段における窒素酸化物の吸着状態とに基づいて、前記再生処理の起動を禁止するかを決定する、構成を採用できる。
　上記構成において、前記制御手段は、前記再生処理の起動の禁止期間中に、前記フィルタへの粒状物質の堆積量が前記第１の所定量を越える第２の所定量に達した場合には、前記再生処理の起動の禁止を解除する、構成を採用できる。
　本発明によれば、冷間始動時等における窒素酸化物の浄化性能が向上した内燃機関の排気浄化装置が得られる。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成図である。 図２は、ＥＣＵ１００によるＤＰＦ３０の再生処理の一例を示すフローチャートである。 図３は、ＥＣＵ１００によるＤＰＦ３０の再生処理の他の例を説明するための図である。
　以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
　図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成図である。図１において、内燃機関１０は、例えば、ディーゼルエンジンである。この内燃機関１０の排気通路１５には、上流側から順に、再生処理手段としてのバーナー２０、吸着材及び酸化触媒コンバータとしての吸着機能付酸化触媒コンバータ２５、フィルタとしてのＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）３０、選択還元触媒コンバータ４０及び酸化触媒コンバータ５０が設けられている。
　また、排気通路１５において、バーナー２０と吸着機能付酸化触媒コンバータ２５との間には排気温度センサ６０Ａ、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５とＤＰＦ３０との間には排気温度センサ６０Ｂ、ＤＰＦ３０と選択還元触媒コンバータ４０との間には上流側に排気温度センサ６０Ｃ及び下流側に排気温度センサ６０Ｄがそれぞれ設けられており、これら排気温度センサ６０Ａ～６０Ｄの出力は、電子制御装置（ＥＣＵ）１００に入力される。
　さらに、排気通路１５において、ＤＰＦ３０と選択還元触媒コンバータ４０との間には、排気通路１５に尿素水溶液を添加するための尿素水添加弁７０と、この尿素水添加弁７０の下流に設けられて排気ガスＥＧと尿素水溶液を混合させるための添加弁下流ミキサ８０とが設けられている。なお、尿素水添加弁７０はＥＣＵ１００により制御されるようになっている。
　バーナー２０は、例えば、排気通路１５に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁、排気通路１５に向けて空気を供給する空気導入口、燃料噴射弁から噴射されて空気と混合した燃料に点火する点火プラグ等から構成される。バーナー２０の起動及び停止は、ＥＣＵ１００により制御される。このバーナー２０を必要に応じて起動することにより、燃料が燃焼されて排気ガスＥＧの温度が上昇し、これと同時に、未燃燃料が排気通路１５内に供給される。なお、バーナー２０は、燃料を完全に燃焼したガスを排気通路１５内に供給することもできるし、燃焼させたガスに未燃燃料を混ぜた状態で排気通路１５内に供給することもできる。
　吸着機能付酸化触媒コンバータ２５は、後段のＤＰＦ３０等に供給される排気ガスＥＧの温度を昇温させるために未燃燃料等を酸化する酸化触媒と、窒素酸化物（ＮＯｘ）を一時的に吸着保持できるＮＯｘ吸着機能とを併せ持つ。具体的には、たとえば、５００℃程度以上に温度上昇すると活性化してその酸化機能が働く。一方、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５は、酸化機能が活性化していない比較的低温度の状態では、ＮＯｘを一時的に吸着保持するが、ある程度以上温度上昇すると、吸着していたＮＯｘが脱離する。すなわち、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５は、酸化触媒にＮＯｘ吸着機能を併せもつことにより、急速な温度上昇によりＮＯｘの離脱を速やかに実行できる。この吸着機能付酸化触媒コンバータ２５としては、例えば、酸化触媒はゼオライトなどの材料で構成される吸着材料を、周知の酸化触媒の構造に担持させた構成とすることができる。なお、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５は、酸化機能とＮＯｘ吸着機能の双方を備えていれば、その構造については特に限定されない。
　ＤＰＦ３０は、排気ガスＥＧに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタである。ＤＰＦ３０の構造は、周知のように、例えば、金属やセラミクス製のハニカム体で構成されている。ＤＰＦ３０は、ＰＭが所定量堆積するとバーナー２０および吸着機能付酸化触媒コンバータ２５を用いて、その活性温度以上に昇温して、捕集したＰＭを燃焼処理し、フィルタ機能を再生する必要がある。この再生処理におけるＤＰＦ３０の温度は、例えば、６００～７００℃程度となる。なお、ＤＰＦ３０に所定量のＰＭが堆積したかの判断は、周知技術であるので、説明を省略する。
　選択還元触媒コンバータ４０は、尿素添加弁７０から添加される尿素水溶液を還元剤として用いて、排気ガスＥＧに含まれるＮＯｘを選択的に還元して窒素ガスと水にする。具体的には、排気ガスＥＧ中に添加された尿素水溶液は、排気ガスＥＧの熱により加水分解されてアンモニアに変化し、このアンモニアが触媒コンバータ４０においてＮＯｘと反応し、水と無害な窒素に還元される。この選択還元触媒コンバータ４０は、周知の構造であり、例えば、Ｓｉ、Ｏ、Ａｌを主成分とすると共にＦｅイオンを含むゼオライトから構成されたものや、例えば、酸化アルミニウムアルミナからなる基材の表面にバナジウム触媒（Ｖ２Ｏ５）を担持させたものなどを用いることができ、特に、これらに限定されるわけではない。選択還元触媒コンバータ４０は、触媒として機能する活性化温度は、例えば２００℃程度以上であり、活性化温度に達しない状態でＮＯｘが供給されると、これが還元されないまま外部に排出される可能性がある。
　酸化触媒コンバータ５０は、選択還元触媒コンバータ４０をすり抜ける未燃燃料やアンモニウムを酸化する役割を果たす。この酸化触媒コンバータ５０には、周知の構造のものが用いられる。
　ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）等のバックアップ用メモリ、Ａ／Ｄ変換器やバッファ等を含む入力インターフェース回路、駆動回路等を含む出力インターフェース回路を含むハードウエアと所要のソフトウエアで構成される。ＥＣＵ１００は、各排気温度センサ６０Ａ～６０Ｄからの信号等に基づいて、バーナー２０、尿素水添加弁７０等を制御する。なお、ＥＣＵ１００による具体的な処理については後述する。
　次に、ＥＣＵ１００によるＤＰＦ３０の再生処理手順の一例について図２に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図２に示す再生処理ルーチンは、内燃機関の始動後、例えば、所定時間毎に実行される。
　先ず、ＤＰＦ３０に堆積したＰＭ堆積量がＰＭ再生処理を実行すべきＰＭ再生要求しきい値を超えているかを判断する（ステップＳ１）。ＤＰＦ３０のＰＭ堆積量は、たとえば、前回のＰＭ再生処理からの燃料噴射量等から算出するが、ＤＰＦ３０のＰＭ堆積量の推定方法は種々の周知の方法が提案されている。ＰＭ再生要求しきい値は、たとえば、ＤＰＦ３０のＰＭ捕集能力等を基に決定される。
　ステップＳ２において、現在のＰＭ堆積量がＰＭ再生要求しきい値を超えていない場合は、処理を終了する。現在のＰＭ堆積量がＰＭ再生要求しきい値を超えている場合には、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５に吸着されたＮＯｘが存在するか、すなわち、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５のＮＯｘ吸着量がゼロより大であるかを判断する（ステップＳ２）。なお、このステップＳ２において、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５のＮＯｘ吸着量が所定量より大きいかで判断することもできる。
　ステップＳ２において、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５のＮＯｘ吸着量がゼロである場合には、後述するＤＰＦ３０のＰＭ再生処理を実行する（ステップＳ４）。
　ステップＳ２において、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５がＮＯｘを吸着している場合には、選択還元触媒コンバータ４０の上流側の排気ガスの温度（ＳＣＲ前排気温）が選択還元触媒の活性化温度（ＳＣＲ活性温度）に達しているかを判断する（ステップ３）。すなわち、選択還元触媒コンバータ４０の触媒が活性化しているかを判断する。なお、選択還元触媒コンバータ４０の触媒が活性化しているかを判断する方法は、ＳＣＲ前排気温を参照する以外の他の方法を用いることも可能であり、触媒が活性化していることを判断できればよい。
　ステップＳ３において、選択還元触媒コンバータ４０の触媒が活性化していると判断した場合には、ＤＰＦ３０のＰＭ再生処理を実行する（ステップＳ４）。ＤＰＦ３０のＰＭ再生処理を実行するには、バーナー２０を点火、起動して、排気ガスＥＧを高温化させることにより、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５の酸化機能が活性化し、その結果、高温の排気ガスＥＧがＤＰＦ３０に流入し、ＤＰＦ３０の温度も上昇する。これにより、ＤＰＦ３０に堆積したＰＭが燃焼し、ＤＰＦ３０が再生処理される。
　ここで、ステップＳ４において、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５の点火、起動により、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５が高温になると、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５に吸着されたＮＯｘは、温度上昇にともなって、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５から離脱し、このＮＯｘがＤＰＦ３０を通過して選択還元触媒コンバータ４０に到達する。このとき、選択還元触媒コンバータ４０の触媒は、ステップＳ３の判断により、既に活性化されているので、上流から流入するＮＯｘを選択的に還元処理し、ＮＯｘを無害な窒素ガス及び水に変換する。すなわち、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５は、ＤＰＦ３０のＰＭ再生処理を実行する前に、確実に活性化しているので、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５から離脱したＮＯｘが確実に選択還元触媒コンバータ４０において浄化される。
　ステップＳ３において、選択還元触媒コンバータ４０の触媒が活性化していないと判断した場合には、処理を終了する。すなわち、ＰＭ再生処理手段の起動を禁止する。これにより、バーナー２０が起動されないので、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５の温度が上昇することがなく、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５に吸着されたＮＯｘが離脱して触媒が活性化していない選択還元触媒コンバータ４０に流入するのを防ぐことができる。
　図３は、ＥＣＵ１００によるＤＰＦ３０の再生処理の他の例を説明するための図である。上記実施形態において、ＰＭ再生処理は、例えば、図３に示すように、燃費が最も良くなるような第１のＰＭ再生しきい値（ＰＭ堆積量）Ｎ１において実行される。第１のＰＭ再生しきい値Ｎ１において、最も少ない燃料でＤＰＦ３０に堆積したＰＭを燃焼できる。
　図２において説明したように、ステップＳ３において、選択還元触媒コンバータ４０の触媒が活性化していない場合には、ＤＰＦ３０のＰＭ再生処理を禁止すると、ＰＭ再生処理が禁止された状態が継続する。このＰＭ再生処理の禁止期間中にも、ＤＰＦ３０のＰＭの堆積量は第１のＰＭ再生しきい値Ｎ１を超えて増加していく。このため、図３に示すように、ＰＭ再生処理が許可されたときにＰＭ再生処理に必要な燃料（バーナー２０へ供給する燃料）も増大し、燃費が悪化する可能性がある。
　一方、ＤＰＦ３０のＰＭの堆積量が増加すると、ＰＭ再生時の発熱量も大きくなり、ＤＰＦ３０の下流に存在する選択還元触媒コンバータ４０の触媒が活性化に至る速度を速めることができる。したがって、ＰＭ再生処理が禁止された状態において、ＰＭの堆積量の増加に伴う燃費悪化と、ＰＭの堆積量の増加に伴う選択還元触媒コンバータ４０の触媒の早期活性化とのトレードオフにより、図３に示すＰＭ再生しきい値Ｎ２を設定する。
　そして、ＰＭ再生処理が禁止された期間中において、ＰＭの堆積量がＰＭ再生しきい値Ｎ２に達した場合には、再生処理の起動の禁止を解除して、ＰＭ再生処理を実行する。これにより、燃費悪化を最小限に抑えつつ、選択還元触媒コンバータ４０の触媒の活性化を速めることができる。
　上記実施形態では、吸着機能付酸化触媒コンバータ２５が吸着材としての機能と酸化触媒としての機能を併せ持つ構成を採用したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、ＮＯｘを吸着する単独の吸着材をバーナー２０の下流でかつ選択還元触媒コンバータ４０の上流のいずれかの位置に配置することも可能である。また、酸化触媒機能と吸着材の機能とを別個に設けても良く、さらに、酸化触媒機能を省略することも可能である。この場合には、バーナーで吸着材を直接的に昇温すればよい。
　上記実施形態では、再生処理手段としてバーナーを用いた場合を説明したが、これに限定されるわけではなく、たとえば、バーナーに代えて内燃機関の燃料のポスト噴射を用いて、未燃燃料を上流側の酸化触媒に供給して排気ガスを昇温させることも可能である。

Claims (6)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタと、
    　前記排気通路の前記フィルタの下流に設けられ、排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元する選択還元触媒コンバータと、
    　前記排気通路の前記選択還元触媒コンバータの上流に設けられ、前記選択還元触媒コンバータで還元されるべき排気ガスに含まれる窒素酸化物を一時的に吸着する吸着手段と、
    　前記フィルタ、前記選択還元触媒コンバータ及び前記吸着手段に流入する排気ガスの温度を上昇させて、前記フィルタの温度を所定の再生温度以上にすることにより当該フィルタを再生処理する再生処理手段と、
    　前記フィルタへの粒子状物質の堆積が所定量を越えて前記再生処理手段を起動する際に、前記選択還元触媒コンバータが活性化していない場合には、前記再生処理手段の起動を禁止する制御手段と、
    を有する内燃機関の排気浄化装置。
  2. 　前記再生処理手段は、前記排気通路の前記フィルタの上流に設けられ、未燃燃料を酸化することにより排気ガスを昇温させる酸化触媒コンバータを含む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。
  3. 　前記再生処理手段は、前記排気通路の前記酸化触媒コンバータの上流に設けられたバーナーを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 　前記吸着手段は、前記酸化触媒コンバータと一体的に形成されている、
    ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 　前記制御手段は、前記選択還元触媒コンバータの状態と前記吸着手段における窒素酸化物の吸着状態とに基づいて、前記再生処理の起動を禁止するかを決定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 　前記制御手段は、前記再生処理の起動の禁止期間中に、前記フィルタへの粒状物質の堆積量が前記第１の所定量を越える第２の所定量に達した場合には、前記再生処理の起動の禁止を解除する、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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