WO2014073408A1

WO2014073408A1 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: WO2014073408A1
Application number: PCT/JP2013/079137
Authority: WO
Inventors: 文悟川口; 健白澤; 小田　富久
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-05-15
Also published as: CN104769244A; US20150314239A1; EP2918805A4; IN2015DN03792A; EP2918805A1; CN104769244B; US9593611B2; JPWO2014073408A1; JP5880731B2; EP2918805B1

Abstract

　大気中に放出されるＮＯｘ量を低減することを目的とする。内燃機関の始動時にＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量から、ＳＣＲ触媒において生成された硝酸アンモニウムの量を減算することで、ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量を算出するとともに、ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量から推定されるＮＯｘ浄化率が閾値未満の場合には、閾値以上の場合よりも、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくする。

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。

　内燃機関の排気の温度が低いときに、アンモニアとＮＯｘとが反応して生成される硝酸アンモニウムを、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）に保持することにより、ＮＯｘが大気中へと放出されることを抑制する技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。

　ところで、ＳＣＲ触媒の温度や排気の温度が低いときには、ＳＣＲ触媒にアンモニアを供給することが困難な場合もある。この場合、ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量を増加させることができない。一方、硝酸アンモニウムが生成されるときには、アンモニアが消費されるので、ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量が減少する。そして、ＳＣＲ触媒の温度が十分に上昇して活性化したときに、ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量が少ないと、ＮＯｘを還元するためのアンモニアが不足する虞がある。また、硝酸アンモニウムの生成量が多いと、ＳＣＲ触媒の温度が上昇しても、該硝酸アンモニウムが除去されるまでに時間がかかる。そして、ＳＣＲ触媒の温度がＮＯｘを還元するのに十分な温度まで上昇しても、硝酸アンモニウムが存在する箇所では、アンモニアを吸着することができなくなる。このため、ＮＯｘを浄化することが困難となる。したがって、硝酸アンモニウムを生成するときにはＮＯｘの流出を抑制できるが、その後、ＳＣＲ触媒の温度が十分に上昇した場合にアンモニアの不足によりＮＯｘが流出し、全体としてはＮＯｘの流出量が多くなる虞がある。

特開２００６－３２０８５４号公報特開２０１２－０３１７８７号公報特開２００４－３４６７９４号公報特開２０１１－１０２５７３号公報特開２０１０－１０１２３７号公報

　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、大気中に放出されるＮＯｘ量を低減することにある。

　上記課題を達成するために本発明によ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アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
　前記選択還元型ＮＯｘ触媒へアンモニアを供給する供給装置と、
　前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を測定または推定する温度検出装置と、
　前記選択還元型ＮＯｘ触媒において生成された硝酸アンモニウムの量を測定または推定する硝酸アンモニウム量検出装置と、
　を備える内燃機関の排気浄化装置において、
　前記内燃機関の始動時に前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着しているアンモニア量から、前記選択還元型ＮＯｘ触媒において生成された硝酸アンモニウムの量を減算することで、現時点において前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着しているアンモニア量を算出するとともに、現時点において前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着しているアンモニア量から推定されるＮＯｘ浄化率が閾値未満の場合には、閾値以上の場合よりも、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくする制御装置を備える。

　ＳＣＲ触媒の温度がある程度高くなると、アンモニアとＮＯ_２とが反応して硝酸アンモニウムが生成される。この硝酸アンモニウムは、ＳＣＲ触媒に留まるため、ＮＯ_２を硝酸アンモニウムに変換してＳＣＲ触媒に貯蔵しておくことにより、ＮＯｘが大気中への放出されることを抑制できる。また、アンモニアとＮＯ_２とが反応を始める温度は、ＮＯが還元される温度よりも低いために、より低い温度においてもＮＯｘが大気中へ放出されることを抑制できる。

　しかし、硝酸アンモニウムを生成するときにはＮＯｘの流出を抑制できるが、その後、ＳＣＲ触媒の温度が十分に高くなったときにアンモニアが不足する虞がある。これに対し、ＮＯｘ浄化率が閾値未満となるまでアンモニアの吸着量が減少した場合に、硝酸アンモニウムの生成を抑制すれば、ＳＣＲ触媒の温度が十分に高くなったときに速やかにＮＯｘを浄化することができるので、全体としてのＮＯｘ浄化率を低減することができる。なお、閾値は、許容範囲の下限値となるＮＯｘ浄化率又は許容範囲の下限値となる虞のあるＮＯｘ浄化率とすることができる。

　なお、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくすることには、制御手段によりＮＯ_２量を多くしないこと、または制御手段によりＮＯ_２量を多くしてはいるがその度合いを小さくすることを含む。さらに、ＮＯｘ中のＮＯ_２の比率を低くすることにより、ＮＯ_２の量を少なくしてもよい。

　前記制御装置は、前記内燃機関の始動時に前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着しているアンモニア量から、前記選択還元型ＮＯｘ触媒において硝酸アンモニウムを生成するために消費されたアンモニアの量を減算することで、現時点において前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着しているアンモニア量を算出してもよい。

　本発明においては、前記制御装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ中のＮＯ_２の比率を高くすることにより、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を多くし、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ中のＮＯ_２の比率を低くすることにより、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくすることができる。

　ここで、ＮＯｘは主にＮＯとＮＯ_２とからなる。すなわち、ＮＯｘ中のＮＯ_２の比率を高めることにより、ＮＯｘ中のＮＯの比率が低くなる。また、ＮＯとＮＯ_２との比率を変化させても、ＮＯｘの量自体は変化しない。そして、ＮＯがＳＣＲ触媒において還元される温度は、ＮＯ_２から硝酸アンモニウムが生成される温度よりも高い。このため、ＳＣＲ触媒の温度が低いときに、ＮＯ_２の比を高くすることにより、ＳＣＲ触媒からＮＯｘが流出することを抑制できる。一方、ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量から推定されるＮＯｘ浄化率が閾値未満の場合には、ＮＯ_２の比を低くすることにより硝酸アンモニウムの生成を抑制することができる。これにより、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制できる。

　本発明においては、前記制御装置は、現時点において前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着しているアンモニア量から推定されるＮＯｘ浄化率が閾値未満の場合には、閾値以上の場合よりも、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくすることを、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が、アンモニアとＮＯ_２とが反応する所定温度以上の場合に行うことができる。

　ここで、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上であれば、アンモニアとＮＯ_２とが反応して硝酸アンモニウムが生成される。このような温度の場合であって、ＮＯｘ浄化率が閾値未満の場合に、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくすれば、硝酸アンモニウムの生成量を減少させることができるため、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制できる。一方、ＳＣＲ触媒の温度が所定値未満であれば、アンモニアとＮＯ_２とが反応しないため、硝酸アンモニウムも生成されないので、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくする必要はない。なお、所定温度は、アンモニアとＮＯ_２とが反応して硝酸アンモニウムの生成が始まる最低温度としてもよく、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯ_２量に対して生成される硝酸アンモニウム量の比が最も高くなる温度としてもよい。また、ＳＣＲ触媒の温度上昇に応じてＳＣＲ触媒に流入するＮＯ_２量に対して生成される硝酸アンモニウム量の比が変化する範囲の任意の温度としてもよい。

　本発明においては、前記制御装置は、現時点において前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着しているアンモニア量から推定されるＮＯｘ浄化率が閾値未満の場合には、閾値以上の場合よりも、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくすることを、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯを還元可能な温度未満の場合に行うことができる。

　ここで、ＳＣＲ触媒の温度がＮＯを還元可能な温度まで高くなれば、硝酸アンモニウムを生成しなくても、ＮＯ及びＮＯ_２を還元することができる。このため、硝酸アンモニウムを生成する必要はない。また、ＳＣＲ触媒の温度が高くなると硝酸アンモニウムを生成することができなくなるため、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯ_２の量を多くする必要はない。そして、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯ_２の量を低減し、ＮＯの量を増加させることにより、ＮＯとＮＯ_２とアンモニアとが反応することを促進することができるので、ＮＯｘ浄化率を高くすることができる。

　本発明においては、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流に酸化機能を有する触媒を備え、
　前記制御装置は、前記酸化機能を有する触媒に流入する未燃燃料量を多くすることにより、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくすることができる。

　酸化機能を有する触媒をＮＯが通過するときに、排気中に含まれる酸素によりＮＯが酸化されてＮＯ_２となる。しかし、このときに排気中に未燃燃料が含まれると、排気中の酸素は未燃燃料の酸化のために消費される。そして、ＮＯのままＳＣＲ触媒に流入しても、アンモニアとは反応せずに、ＳＣＲ触媒を通過してしまう。したがって、排気中の未燃燃料量を低減することにより、排気中の酸素が未燃燃料により消費されることを抑制できる。すなわち、ＮＯの酸化を促進させることができるので、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯ_２の量を増加させることができる。一方、ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量から推定されるＮＯｘ浄化率が閾値未満の場合には、ＮＯ_２の量を少なくすることにより硝酸アンモニウムの生成を抑制することができる。すなわち、酸化機能を有する触媒に流入する未燃燃料量を多くすることにより、ＮＯの酸化が抑制されるため、ＮＯ_２の量を少なくすることができる。

　本発明においては、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流に酸化機能を有する触媒と、
　前記酸化機能を有する触媒よりも上流の排気中に酸素を供給する酸素供給装置と、
　を備え、
　前記制御装置は、前記酸素供給装置により前記酸化機能を有する触媒よりも上流の排気中に供給する酸素の量を少なくすることにより、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくすることができる。

　酸化機能を有する触媒に酸素を供給すると、酸化機能を有する触媒においてＮＯが酸化され易くなるので、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯ_２の量を増加させることができる。一方、ＳＣＲ触媒が吸着しているアンモニア量から推定されるＮＯｘ浄化率が閾値未満の場合には、ＮＯ_２の量を少なくすることにより硝酸アンモニウムの生成を抑制することができる。すなわち、酸化機能を有する触媒に流入する酸素の量を少なくすることにより、ＮＯの酸化が抑制されるため、ＮＯ_２の量を少なくすることができる。

　本発明においては、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流に酸化機能を有する触媒と、
　前記酸化機能を有する触媒に熱を供給する熱供給手段と、
　を備え、
　前記制御手段は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上になるまで、前記熱供給手段により前記酸化機能を有する触媒に熱を供給させてもよい。

　酸化機能を有する触媒の温度を速やかに上昇させることにより、速やかにＮＯを酸化可能とすることができるので、早期にＳＣＲ触媒に流入するＮＯ_２の量を増加させることができる。

　本発明によれば、大気中に放出されるＮＯｘ量を低減することができる。

実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。一般的な、ＳＣＲ触媒の温度と、ＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。ＳＣＲ触媒の温度と、ＮＯ及びＮＯ_２の浄化率との関係を示した図である。ＮＯ浄化率、ＮＯ_２浄化率、ＮＯ_２比率の推移を示したタイムチャートである。ＳＣＲ触媒の温度、内燃機関から排出されるＨＣ量，ＣＯ量、ＳＣＲ触媒よりも下流側のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ量としてもよい）、ＳＣＲ触媒よりも下流側のＮＯ濃度（ＮＯ量としてもよい）の推移を示したタイムチャートである。硝酸アンモニウム生成量を算出するフローを示したフローチャートである。ＳＣＲ触媒の温度と、硝酸アンモニウム生成率との関係を示した図である。ＳＣＲ触媒の温度と、硝酸アンモニウムの分解量との関係を示した図である。硝酸アンモニウム生成量を算出する他のフローを示したフローチャートである。ＳＣＲ触媒６の温度と、硝酸アンモニウム生成可能量ＧＰＧＮＡとの関係を示した図である。アンモニア吸着量（ＮＨ_３吸着量）と、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。ＳＣＲ触媒の温度、内燃機関１から排出されるＨＣ量，ＣＯ量、ＳＣＲ触媒よりも下流側のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ量としてもよい）、ＳＣＲ触媒よりも下流側のＮＯ濃度（ＮＯ量としてもよい）、ＳＣＲ触媒が吸着している硝酸アンモニウムの量（硝酸アンモニウム堆積量）、アンモニア吸着量の推移を示したタイムチャートである。実施例１に係るＳＣＲ触媒の低温時の制御フローを示したフローチャートである。実施例１に係るＳＣＲ触媒の低温時の制御フローであってＳＣＲ触媒の温度を考慮したフローを示したフローチャートである。実施例２に係る内燃機関の概略構成を示す図である。実施例２に係る内燃機関の概略構成を示す他の図である。

　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、酸化触媒３、フィルタ４、還元剤噴射弁５、選択還元型ＮＯｘ触媒６（以下、ＳＣＲ触媒６という。）が設けられている。

　酸化触媒３は、酸化機能を有する触媒であればよく、例えば三元触媒または吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であってもよい。

　また、フィルタ４は、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。なお、フィルタ４には、触媒が担持されていてもよい。この場合、酸化触媒３は、必ずしも必要ではない。フィルタ４によってＰＭが捕集されることで、該フィルタ４にＰＭが徐々に堆積する。そして、フィルタ４の温度を強制的に上昇させる、所謂フィルタ４の再生処理を実行することで、該フィルタ４に堆積したＰＭを酸化させて除去することができる。たとえば、酸化触媒３に未燃燃料（ＨＣまたはＣＯ）を供給することでフィルタ４の温度を上昇させることができる。

　還元剤噴射弁５は、還元剤を噴射するときに開き、還元剤の噴射を停止するときに閉じる。還元剤には、アンモニア（ＮＨ_３）が用いられる。なお、還元剤噴射弁５は、アンモニアを噴射してもよく、尿素を噴射してもよい。還元剤噴射弁５から噴射された尿素は、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。このアンモニアは、ＳＣＲ触媒６において還元剤として利用される。すなわち、還元剤噴射弁５からは、アンモニアに変化する物質、または、アンモニアを供給する。アンモニアまたは尿素は、気体、液体（水溶液）、固体の何れの状態で供給してもよい。なお、本実施例においては還元剤噴射弁５が、本発明における供給装置に相当する。また、本実施例では、還元剤噴射弁５から尿素水を噴射するものとして説明する。

　ＳＣＲ触媒６は、還元剤を吸着しておき、ＮＯｘが通過するときに、吸着していた還元剤によりＮＯｘを選択還元する機能を有する。したがって、ＳＣＲ触媒６に還元剤としてアンモニアを予め吸着させておけば、ＳＣＲ触媒６において、ＮＯｘをアンモニアにより還元させることができる。

　また、フィルタ４よりも下流で且つＳＣＲ触媒６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と、排気中のＮＯｘ濃度を検出する上流側ＮＯｘセンサ１２と、が取り付けられている。なお、温度センサ１１によりフィルタ４の温度またはＳＣＲ触媒６の温度を検出することができる。また、上流側ＮＯｘセンサ１２により、ＳＣＲ触媒６に流入する排気中のＮＯｘ濃度を検出することができる。また、ＳＣＲ触媒６よりも下流の排気通路２には、排気中のＮＯｘ濃度を検出する下流側ＮＯｘセンサ１３が取り付けられている。

　なお、ＳＣＲ触媒６よりも下流側に温度センサを取り付けて、該温度センサによりＳＣＲ触媒６の温度を検出してもよい。また、内燃機関１の運転状態に基づいて、ＳＣＲ触媒６の温度を推定することもできる。例えば、機関回転数、燃料噴射量、及び吸入空気量と、ＳＣＲ触媒６の温度と、には相関関係があるため、これらの関係を予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。そして、本実施例においては温度センサ１１が、本発明における温度検出装置に相当する。

　内燃機関１には、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁７が設けられている。また、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。

　また、内燃機関１には、排気通路２内を流通する排気の一部を吸気通路８へ再循環させるＥＧＲ装置３０が備えられている。このＥＧＲ装置３０は、酸化触媒３よりも上流の排気通路２とスロットル９よりも下流の吸気通路８とを接続するＥＧＲ通路３１、及びＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整するＥＧＲ弁３２を備えている。

　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。

　また、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、および機関回転数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、還元剤噴射弁５、燃料噴射弁７、スロットル９、ＥＧＲ弁３２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により還元剤噴射弁５及び燃料噴射弁７の開閉時期、スロットル９及びＥＧＲ弁３２の開度が制御される。

　そして、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒６の温度に応じて、該ＳＣＲ触媒６に流入する全ＮＯｘ量に対するＮＯ_２量の比を調整する。なお、ＮＯｘは、主にＮＯとＮＯ_２とからなるため、ＮＯとＮＯ_２との比率を調整するとしてもよい。

　ここで、ＳＣＲ触媒６は、ある程度温度が高くならないとＮＯｘを還元することができない。すなわち、ＳＣＲ触媒６の温度がＮＯｘを浄化可能な温度に達するまでは、ＮＯｘを浄化することができない。そして、ＳＣＲ触媒６がアンモニアを吸着している場合には、ＳＣＲ触媒６の温度が上昇する過程で、まずＮＯ_２とアンモニアとが反応し、さらに温度が高くなると、ＮＯ及びＮＯ_２がアンモニアと反応する。すなわち、ＮＯとＮＯ_２とでは、ＳＣＲ触媒６においてアンモニアと反応する最低温度が異なる。

　図２は、一般的な、ＳＣＲ触媒６の温度と、ＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。ＮＯｘには、ＮＯおよびＮＯ_２が含まれる。一般的には、ＳＣＲ触媒６の温度が例えば１８０℃以上で、該ＳＣＲ触媒６におけるＮＯｘ浄化能力が高い状態を維持できると認識されている。しかし、１８０℃未満であっても、ＮＯ_２とアンモニアとが反応して硝酸アンモニウムが生成される。

　図３は、ＳＣＲ触媒６の温度と、ＮＯ及びＮＯ_２の浄化率との関係を示した図である。図３においてＡで示される温度は、ＮＯ_２の浄化率が高くなったときの温度である。Ｂで示される温度は、ＮＯ_２の浄化率は高くなった後で、且つ、ＮＯの浄化率が高くなる途中の温度である。Ｃで示される温度は、ＮＯの浄化率が高くなったときの温度である。

　ＳＣＲ触媒６の温度が、ＡからＢの間の場合には、主に以下の反応が起こる。
　２ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→ＮＨ_４ＮＯ_３＋Ｎ_２＋Ｈ_２Ｏ・・・（１）
　また、ＳＣＲ触媒６の温度が、ＢからＣの間の場合には、主に以下の反応が起こる。
　２ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→ＮＨ_４ＮＯ_３＋Ｎ_２＋Ｈ_２Ｏ
　ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ・・・（２）
　また、ＳＣＲ触媒６の温度が、Ｃよりも高い場合には、主に以下の反応が起こる。
　ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ
　４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ・・・（３）
　６ＮＯ_２＋８ＮＨ_３→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ・・・（４）

　すなわち、ＡからＢの間の温度では、アンモニアとＮＯ_２とは反応するが、アンモニアとＮＯとは殆ど反応しない。したがって、ＳＣＲ触媒６の温度が、ＡからＢの間の温度のときに、ＳＣＲ触媒６にＮＯが流入すると、ＳＣＲ触媒６においてＮＯが還元されずにＳＣＲ触媒６から流出する。一方、ＳＣＲ触媒６の温度が、ＡからＢの間の温度のときに、ＳＣＲ触媒６にＮＯ_２が流入すると、ＳＣＲ触媒６において硝酸アンモニウム（ＮＨ_４ＮＯ_３）が生成されて、該硝酸アンモニウムがＳＣＲ触媒６に吸着されるため、ＳＣＲ触媒６からＮＯ_２が流出することを抑制できる。

　すなわち、ＳＣＲ触媒６の温度がＡからＢまでの間の温度の場合には、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯｘ中のＮＯ_２の比を高めることにより、該ＳＣＲ触媒６からＮＯｘが流出することを抑制できる。そこで、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒６の温度がＡからＢまでの間の温度の場合に、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯｘ中のＮＯ_２の比率を高める（ＮＯ_２量を増加させる）。そして、本実施例では、内燃機関１から排出される未燃燃料（ＨＣ，ＣＯ）量を低減することにより、ＮＯ_２量を増加させ、内燃機関１から排出される未燃燃料（ＨＣ，ＣＯ）量を増加することにより、ＮＯ_２量を減少させる。

　ここで、排気中に酸素が存在すれば、ＮＯがＮＯ_２に酸化され得る。しかし、酸素はＮＯよりもＨＣ，ＣＯと反応し易いため、排気中にＨＣ，ＣＯが存在すると、ＮＯの酸化が阻害される。したがって、排気中のＨＣ，ＣＯの量を低減することにより、ＮＯの酸化を促進させることができる。

　そして、ＥＣＵ１０は、内燃機関１から排出される未燃燃料を低減するために、燃料噴射弁７における主噴射の時期を進角させるか、または、主噴射の後の副噴射（アフター噴射）の量を減少させる。なお、アフター噴射を停止してもよい。

　ここで、各触媒の低温時には、該触媒の温度を上昇させるための燃焼モードである昇温燃焼モードが実施される。昇温燃焼モードは、燃料噴射弁７における主噴射の時期を遅角させたり、主噴射の後にアフター噴射を実施したり、該アフター噴射の量を増加させたりすることで、内燃機関１から未燃燃料を排出させたり、内燃機関１から温度の高いガスを排出させたりする燃焼モードである。内燃機関１から未燃燃料を排出させることにより、該未燃燃料を触媒上で酸化させて、該触媒の温度を上昇させることができる。この昇温燃焼モードは、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６の温度が十分高くなるまで実施される。

　そして、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６の温度が十分高くなり、ＮＯｘ浄化率が許容範囲内となった後は、内燃機関１の運転状態（機関回転数や機関負荷）に応じて主噴射時期やアフター噴射量が決定される。このような燃焼モードを、以下、通常燃焼モードという。

　一方、ＳＣＲ触媒６の温度が、前記ＡからＢまでの間の温度の場合には、昇温燃焼モードを実施する場合よりも未燃燃料の排出量を低減することにより、ＮＯの酸化を促進させる。このときの未燃燃料の排出量は、通常燃焼モード以上で且つ昇温燃焼モードよりも少ない。このような燃焼モードを、以下、硝酸アンモニウム生成燃焼モードという。

　従来では、ＳＣＲ触媒６の温度が、ＮＯｘ浄化率が十分に高くなる前記Ｃで示される温度（例えば、１８０℃）になるまでは、昇温燃焼モードが実施され、Ｃで示される温度以上の場合に、通常燃焼モードが実施されていた。一方、本実施例では、ＳＣＲ触媒６の温度上昇の過程で、最初に昇温燃焼モードを実施するが、前記Ａで示される温度に達すると硝酸アンモニウム生成燃焼モードを実施し、そして、前記Ｂで示される温度以上になると、前記Ｃで示される温度（例えば、１８０℃）に達するまでは、昇温燃焼モードを実施し、Ｃで示される温度以上の場合に、通常燃焼モードを実施する。

　このように、ＳＣＲ触媒６の温度が、前記ＡからＢまでの間の温度である場合に、酸化触媒３またはＳＣＲ触媒６に流入する未燃燃料（ＨＣ，ＣＯ）の量を低減させることにより、ＮＯの酸化を促進させてＮＯｘ中のＮＯ_２の比率を高めることができる。これにより、ＳＣＲ触媒６において、硝酸アンモニウムをより多く生成することができるので、ＮＯｘがＳＣＲ触媒６を通り抜けることを抑制できる。すなわち、ＳＣＲ触媒６におけるＮＯｘ浄化率を向上させることができる。

　なお、本実施例においては、ＮＯ_２の浄化率が十分に高くなったときの温度をＡとして、該Ａの温度から硝酸アンモニウム生成燃焼モードを開始しているが、これに代えて、ＮＯ_２の浄化率の上昇が始まる温度から硝酸アンモニウム生成燃焼モードを開始してもよい。また、ＮＯ_２の浄化率の上昇途中に硝酸アンモニウム生成燃焼モードを開始してもよい。硝酸アンモニウムの生成が始まる温度から、硝酸アンモニウムの生成量が最大となる温度までの間に硝酸アンモニウム生成燃焼モードを開始すればよい。

　例えば、硝酸アンモニウム生成燃焼モードを開始する温度をＮＯ_２の浄化率の上昇が始まるときの温度に近付けるほど、ＨＣ，ＣＯの排出がより低い温度で制限されることになり、硝酸アンモニウムの生成量は増加する。しかし、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６の温度上昇が緩慢になるため、ＳＣＲ触媒６が活性化して通常燃焼モードに移行するまでに時間がかかる。このため、燃費が悪化する虞がある。

　逆に、硝酸アンモニウム生成燃焼モードを開始する温度を高くするほど、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６の温度上昇を促進させることができるが、硝酸アンモニウムの生成量は低減する。このため、大気中へ排出されるＮＯｘ量が多くなる虞がある。硝酸アンモニウム生成燃焼モードを開始する温度の最適値は、例えば大気中へのＮＯｘの排出量や燃費を考慮して予め実験又はシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。例えば、ＳＣＲ触媒６から流出するＮＯｘ量が全体として低減するように、硝酸アンモニウム生成燃焼モードを開始する温度を決定してもよい。また、この温度は、運転条件に応じて変化させてもよい。

　また、本実施例では、ＮＯ_２の浄化率が高くなった後で、且つ、ＮＯの浄化率が高くなる途中の温度をＢとし、該Ｂの温度に達した後は昇温燃焼モードを実施しているが、これに代えて、ＮＯの浄化率の上昇が始まる温度から、ＮＯの浄化率が十分に高くなる温度（Ｃの温度）までの間の温度で昇温燃焼モードを開始してもよい。昇温燃焼モードを開始する温度の最適値は、例えば大気中へのＮＯｘの排出量や燃費を考慮して予め実験又はシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。例えば、ＳＣＲ触媒６から流出するＮＯｘ量が全体として低減するように、昇温燃焼モードを開始する温度を決定してもよい。また、この温度は、運転条件に応じて変化させてもよい。

　図４は、ＮＯ浄化率、ＮＯ_２浄化率、ＮＯ_２比率の推移を示したタイムチャートである。ＮＯ_２比率は、ＮＯとＮＯ_２との比率であり、ＮＯに対してＮＯ_２が多くなるほど、大きな値となる。一点鎖線は、ＳＣＲ触媒６の温度を示す。

　図４において、ＴＡは、前記（１）の反応が起こる期間であり、ＳＣＲ触媒６において硝酸アンモニウムが生成される期間である。ＴＢは、ＳＣＲ触媒６の温度が例えば１８０℃以上になる期間であり、前記（２）の反応が起こる期間である。ＴＣは、ＳＣＲ触媒６の温度が例えば２２０℃以上になる期間であり、前記（３）の反応が起こる期間である。ＴＤは、ＳＣＲ触媒６の温度が例えば２８０℃以上になる期間であり、前記（４）の反応が起こる期間である。

　このように、ＳＣＲ触媒６の温度に応じて、ＮＯ及びＮＯ_２の反応が異なり、ＮＯ_２の方がＮＯよりも、低い温度から浄化率が高くなる。

　図５は、ＳＣＲ触媒６の温度、内燃機関１から排出されるＨＣ量，ＣＯ量、ＳＣＲ触媒６よりも下流側のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ量としてもよい）、ＳＣＲ触媒６よりも下流側のＮＯ濃度（ＮＯ量としてもよい）の推移を示したタイムチャートである。

　ＴＡ１の時点において、ＳＣＲ触媒６の温度が前記Ａの温度に達している。ＴＢ１の時点において、ＳＣＲ触媒６の温度が前記Ｂの温度に達している。ＴＣ１の時点において、ＳＣＲ触媒６の温度が前記Ｃの温度に達している。実線は、ＴＡ１からＴＢ１までの期間において硝酸アンモニウム生成燃焼モードを実施した場合を示し、一点鎖線は、ＴＡ１からＴＢ１までの期間において硝酸アンモニウム生成燃焼モードの代わりに昇温燃焼モードを実施した場合を示している。

　図５の実線の場合、ＴＡ１からＴＢ１までの期間において硝酸アンモニウム生成燃焼モードが実施され、ＴＢ１からＴＣ１までの期間において昇温燃焼モードが実施され、ＴＣ１よりも後の期間において通常燃焼モードが実施される。一方、図５の一点鎖線の場合、ＴＡ１からＴＣ１までの期間において昇温燃焼モードが実施され、ＴＣ１よりも後の期間において通常燃焼モードが実施される。

　このように、従来（一点鎖線）では、ＴＡ１の時点以降に、内燃機関１から排出されるＨＣ量及びＣＯ量を増加させることにより、ＳＣＲ触媒６の温度上昇を図っている。この場合、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６において、ＨＣ，ＣＯが酸化されるため、排気中の酸素量が減少する。このため、ＮＯの酸化が抑制される。そして、このときにはＳＣＲ触媒６でＮＯとアンモニアとが反応しないので、ＮＯがＳＣＲ触媒６を通り抜ける。すなわち、ＳＣＲ触媒６よりも下流のＮＯｘ濃度及びＮＯ濃度が比較的高くなる。

　一方、本実施例（実線）では、ＴＡ１からＴＢ１までの期間では、ＨＣ，ＣＯの排出量が低減されるため、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６において酸素とＮＯとが反応してＮＯ_２が生成される。すなわち、このときの温度ではＳＣＲ触媒６を通り抜けてしまうＮＯ量を減少させ、ＳＣＲ触媒６においてアンモニアと反応して硝酸アンモニウムを生成させるＮＯ_２量を増加させることができる。これにより、ＳＣＲ触媒６よりも下流のＮＯｘ濃度及びＮＯ濃度が比較的低くなる。

　ところで、排気中のＮＯ_２とＳＣＲ触媒６に吸着されているアンモニアとが反応して硝酸アンモニウムが生成されるため、硝酸アンモニウム生成量の増加に応じて、ＳＣＲ触媒６におけるアンモニア吸着量が減少する。また、ＳＣＲ触媒６の温度が前記Ｂの温度に達するまでは、尿素水を供給してもアンモニアに変化しないため、アンモニア吸着量を増加させることができない。さらに、硝酸アンモニウムは約２１０℃で分解され、ＳＣＲ触媒６から除去されるが、硝酸アンモニウム生成量が多くなると、すべての硝酸アンモニウムが分解されるまでに時間がかかる。そして、ＳＣＲ触媒６に硝酸アンモニウムが存在する箇所では、アンモニアを吸着することができない。

　すなわち、硝酸アンモニウム生成量が多くなると、ＳＣＲ触媒６の温度がＮＯｘを浄化可能な温度に達したとしても、アンモニアが不足することによりＮＯｘの浄化が困難になる虞がある。そして、硝酸アンモニウムを生成することにより大気中への放出が抑制されたＮＯｘ量よりも、アンモニアが不足することにより大気中へ放出されるＮＯｘ量が上回ると、全体としては大気中へのＮＯｘの排出量が増加し得る。

　これに対して本実施例では、ＮＯｘ浄化率を許容範囲内とするために必要となるアンモニア吸着量を維持できるように、硝酸アンモニウムの生成量を制限する。ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒６で生成された硝酸アンモニウムの量（以下、硝酸アンモニウム生成量ともいう。）、及び、ＳＣＲ触媒６が吸着しているアンモニア量（以下、アンモニア吸着量ともいう。）を推定し、ＮＯｘ浄化率が許容範囲内となるアンモニア吸着量を維持できるように、硝酸アンモニウムの生成を抑制する。

　具体的には、硝酸アンモニウムを生成するよりも前のアンモニア吸着量から硝酸アンモニウム生成量を減算した値を、現時点におけるアンモニア吸着量とし、この現時点におけるアンモニア吸着量が閾値未満となった場合に、硝酸アンモニウム生成燃焼モードを終了し、昇温燃焼モードに移行する。なお、閾値は、ＮＯｘ浄化率の許容範囲の下限値となるアンモニア吸着量としてもよく、該下限値となるアンモニア吸着量にある程度の余裕を持たせた値としてもよい。また、硝酸アンモニウム生成燃焼モードを終了させた後に、通常燃焼モードに移行してもよい。現時点におけるアンモニア吸着量は、硝酸アンモニウムを生成するよりも前のアンモニア吸着量から、硝酸アンモニウムを生成するために消費されたアンモニア量を減算した値としてもよい。

　ところで、硝酸アンモニウムが分解されるときには、以下の反応が起こり得る。
　ＮＨ_４ＮＯ_３→ＮＯ_３＋ＨＮＯ_３
　ＮＨ_４ＮＯ_３→Ｎ_２Ｏ＋２Ｈ_２Ｏ
　ＮＨ_４ＮＯ_３→２Ｎ_２＋Ｏ_２＋４Ｈ_２Ｏ
　すなわち、Ｎ_２Ｏが発生し得るが、このＮ_２Ｏの排出量を少なくする要求もある。これに対して硝酸アンモニウム生成量を低減することにより、Ｎ_２Ｏの排出量を低減することができる。この場合、前記閾値は、Ｎ_２Ｏの排出量が許容範囲の上限値となるアンモニア吸着量、または、該上限値となるアンモニア吸着量にある程度の余裕を持たせた値としてもよい。

　なお、硝酸アンモニウム生成量は、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯ_２が全て硝酸アンモニウムに変化するものとして推定してもよいが、所定の割合で硝酸アンモニウムに変化するものとして推定することもできる。また、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯ_２には、ＳＣＲ触媒６においてＮＯが酸化されて生成されるＮＯ_２も含む。ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯ_２量は、内燃機関１から排出されるＮＯ量及びＮＯ_２量、及び、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６にてＮＯからＮＯ_２に酸化される量に基づいて得られる。また、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６にてＮＯからＮＯ_２に酸化される量は、ＳＣＲ触媒６の温度、吸入空気量から求まる排気の流量などに基づいて算出される。また、推定される硝酸アンモニウム生成量に基づいて、硝酸アンモニウムを生成するために消費されたアンモニア量を算出することができる。

　図６は、硝酸アンモニウム生成量ＧＧＮＡを算出するフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実施される。なお、本実施例においては図６に示すフローを処理するＥＣＵ１０が、本発明における硝酸アンモニウム量検出装置に相当する。

　ステップＳ１０１では、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯｘ量（ＮＯｘ流入量ＧＮＯＸ）が算出される。例えば、上流側ＮＯｘセンサ１２により検出されるＳＣＲ触媒６に流入する排気中のＮＯｘ濃度と、エアフローメータ１５により検出される吸入空気量と、に基づいて、ＮＯｘ流入量ＧＮＯＸを算出することができる。また、内燃機関１の運転状態（機関回転数、燃料噴射量等）と、ＮＯｘ流入量ＧＮＯＸと、は相関関係にあるため、これらの関係を予め実験またはシミュレーションにより求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。さらに、吸気中の酸素濃度に基づいて、モデルを用いて計算してもよい。

　ステップＳ１０２では、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯｘ中のＮＯ_２の比率（ＮＯ_２比率ＲＮＯ２）が算出される。内燃機関１から排出されるＮＯｘ中のＮＯ_２の比率は、機関回転数、燃料噴射量、気筒内の温度等と相関関係があるため、これらの関係を予め実験またはシミュレーションにより求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておくことにより求めることができる。また、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６においてＮＯが酸化されることによりＮＯ_２の比率が高くなる。一方、ＨＣ，ＣＯによるＮＯ_２の還元によりＮＯ_２の比率が低くなる。このように、各触媒におけるＮＯ_２の比率の変化分を補正係数ＲＣＮＯ２として算出する。補正係数ＲＣＮＯ２は、各触媒におけるＮＯの酸化分と、ＨＣ，ＣＯによるＮＯ_２の還元分とを考慮して決定される。補正係数ＲＣＮＯ２は、各触媒の温度、各触媒に流入するＨＣ，ＣＯ量、排気の流量等と相関関係にあるため、これらの関係を予め実験またはシミュレーションにより求めてマップ化しておく。内燃機関１から排出されるＮＯｘ中のＮＯ_２の比率に補正係数ＲＣＮＯ２を乗算して、ＮＯ_２比率ＲＮＯ２を求めることができる。

　ステップＳ１０３では、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯ_２量ＧＮＯ２が算出される。ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯ_２量ＧＮＯ２は、ステップＳ１０１で算出されるＮＯｘ流入量ＧＮＯＸに、ステップＳ１０２で算出されるＮＯ_２比率ＲＮＯ２を乗算することにより算出される。

　ステップＳ１０４では、ＳＣＲ触媒６内でＮＯ_２が硝酸アンモニウムに変化する比率（硝酸アンモニウム生成率ＲＧＮＡ）が算出される。硝酸アンモニウム生成率ＲＧＮＡは、ＳＣＲ触媒６の温度と相関関係があるため、これらの関係を予め実験またはシミュレーションにより求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておく。

　ここで、図７は、ＳＣＲ触媒６の温度と、硝酸アンモニウム生成率ＲＧＮＡとの関係を示した図である。このように、ＳＣＲ触媒６の温度に応じて、硝酸アンモニウム生成率ＲＧＮＡが変化する。なお、排気の流量が多くなるほど、硝酸アンモニウム生成率ＲＧＮＡが低下するので、排気の流量を考慮した二次元マップとしてもよい。

　ステップＳ１０５では、硝酸アンモニウム生成量ＧＧＮＡが算出される。硝酸アンモニウム生成量ＧＧＮＡは、ステップＳ１０３で算出されるＳＣＲ触媒６に流入するＮＯ_２量ＧＮＯ２に、ステップＳ１０４で算出される硝酸アンモニウム生成率ＲＧＮＡを乗算することで算出される。硝酸アンモニウム生成量ＧＧＮＡは、単位時間当たりの生成量として算出されるため、この値を積算することにより、硝酸アンモニウムの生成量の総量を算出することができる。また、ステップＳ１０５では、硝酸アンモニウム生成量ＧＧＮＡに基づいて、硝酸アンモニウムを生成するために消費されたアンモニア量を算出してもよい。

　なお、ステップＳ１０５で算出される硝酸アンモニウム生成量ＧＧＮＡの積算値から、ＳＣＲ触媒６において分解される硝酸アンモニウムの量ＧＤＮＡを減算することで、ＳＣＲ触媒６が吸着している硝酸アンモニウムの量を算出することもできる。ＳＣＲ触媒６において分解される硝酸アンモニウムの量ＧＤＮＡは、ＳＣＲ触媒６の温度と相関関係があるため、これらの関係を予め実験またはシミュレーションにより求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておけばよい。

　図８は、ＳＣＲ触媒６の温度と、硝酸アンモニウムの分解量との関係を示した図である。このように、ＳＣＲ触媒６の温度がある程度高くなると、ＳＣＲ触媒６の温度が高くなるほど、硝酸アンモニウムの単位時間当たりの分解量が多くなる。なお、硝酸アンモニウムの残存量が多いほど、単位時間当たりの分解量が多くなるので、硝酸アンモニウムの残存量を考慮した二次元マップとしてもよい。また、排気の流量が多いほど、分解量が多くなるため、排気の流量に応じて補正してもよい。

　また、以下のようにして硝酸アンモニウム生成量ＧＧＮＡを算出することもできる。ここで、図９は、硝酸アンモニウム生成量ＧＧＮＡを算出する他のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実施される。なお、上述のフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

　本ルーチンでは、ステップＳ１０３の処理の後にステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、ＳＣＲ触媒６において生成可能な硝酸アンモニウムの量（硝酸アンモニウム生成可能量ＧＰＧＮＡ）が算出される。硝酸アンモニウム生成可能量ＧＰＧＮＡは、現時点におけるＳＣＲ触媒６の温度から求まるＳＣＲ触媒６において単位時間当たりに最大限生成可能な硝酸アンモニウム量である。ここで、硝酸アンモニウム生成可能量ＧＰＧＮＡを超えてＳＣＲ触媒６に流入するＮＯ_２は、硝酸アンモニウムに変化せずにＳＣＲ触媒６から流出する。すなわち、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯ_２が全て硝酸アンモニウムに変化するとは限らない。硝酸アンモニウム生成可能量ＧＰＧＮＡは、ＳＣＲ触媒６の温度と相関関係があるため、これらの関係を予め実験またはシミュレーションにより求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておけばよい。

　図１０は、ＳＣＲ触媒６の温度と、硝酸アンモニウム生成可能量ＧＰＧＮＡとの関係を示した図である。このように、ＳＣＲ触媒６の温度に応じて、硝酸アンモニウム生成可能量ＧＰＧＮＡ変化する。なお、排気の流量が多いほど、硝酸アンモニウム生成可能量ＧＰＧＮＡが少なくなるため、排気の流量に応じて補正してもよい。

　ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で算出される硝酸アンモニウム生成可能量ＧＰＧＮＡが、ステップＳ１０３で算出されるＳＣＲ触媒６に流入するＮＯ_２量ＧＮＯ２が全て硝酸アンモニウムに変化したときの量以下であるか否か判定される。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、硝酸アンモニウム生成量ＧＧＮＡが、硝酸アンモニウム生成可能量ＧＰＧＮＡと等しいとされる。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Ｓ２０４へ進み、ステップＳ１０３で算出されるＳＣＲ触媒６に流入するＮＯ_２量ＧＮＯ２が全て硝酸アンモニウムに変化したものとして硝酸アンモニウム生成量ＧＧＮＡが算出される。

　なお、硝酸アンモニウム生成燃焼モードが開始されるよりも前のアンモニア吸着量は、通常燃焼モードのときのアンモニア吸着量の目標値とすることができる。すなわち、通常燃焼モードのときには、アンモニア吸着量が目標値となるようにアンモニアが供給される。この場合、例えば、アンモニアの供給量の積算値から、ＮＯｘ浄化率から求まるアンモニアの消費量の積算値を減算することで、アンモニア吸着量を算出し、該アンモニア吸着量が目標値となるように、アンモニアを供給する。アンモニアの供給量は、還元剤噴射弁５の開弁時間に基づいて求めることができる。ＮＯｘ浄化率は、例えば、ＳＣＲ触媒６よりも上流側のＮＯｘ濃度と、ＳＣＲ触媒６よりも下流側とのＮＯｘ濃度と、から求めることができる。そして、内燃機関１が停止されても、アンモニア吸着量は変わらないので、硝酸アンモニウム生成燃焼モードが開始されるときには、アンモニア吸着量が目標値になっているものとして扱うことができる。なお、アンモニア吸着量は、周知の技術により求めることもできる。

　図１１は、アンモニア吸着量（ＮＨ_３吸着量）と、ＳＣＲ触媒６におけるＮＯｘ浄化率との関係を示した図である。アンモニア吸着量が多くなるほど、ＮＯｘ浄化率は高くなる。

　ここで、例えば、ＥＣＵ１０は、図１１のＨで示されるアンモニア吸着量を目標値として還元剤噴射弁５から還元剤を供給する。そして、硝酸アンモニウムが生成されると、アンモニア吸着量が減少する。上述したように硝酸アンモニウムを生成すると、例えば図１１のＥで示されるアンモニア吸着量となる。なお、図１１において、Ｆで示されるアンモニア吸着量は、ＮＯｘ浄化率が許容範囲の下限値となるアンモニア吸着量である。すなわち、アンモニア吸着量は、Ｆ以上に維持することが望ましい。

　そこで本実施例では、アンモニア吸着量が図１１のＧの値まで減少したときに、硝酸アンモニウム生成燃焼モードを終了させる。なお、図１１におけるＧの値は、Ｆの値よりも大きい値であって、アンモニア吸着量がＦの値まで減少しないように、Ｆの値に対して余裕を持たせた値である。また、アンモニア吸着量が図１１のＦの値まで減少したときに、硝酸アンモニウム生成燃焼モードを終了させてもよい。

　図１２は、ＳＣＲ触媒６の温度、内燃機関１から排出されるＨＣ量，ＣＯ量、ＳＣＲ触媒６よりも下流側のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ量としてもよい。）、ＳＣＲ触媒６よりも下流側のＮＯ濃度（ＮＯ量としてもよい。）、ＳＣＲ触媒６が吸着している硝酸アンモニウムの量（硝酸アンモニウム堆積量）、アンモニア吸着量の推移を示したタイムチャートである。硝酸アンモニウム堆積量は、硝酸アンモニウム生成量と等しいものとする。ＴＡ１の時点において、ＳＣＲ触媒６の温度が前記Ａの温度に達している。ＴＢ１の時点において、ＳＣＲ触媒６の温度が前記Ｂの温度に達している。ＴＣ１の時点において、ＳＣＲ触媒６の温度が前記Ｃの温度に達している。

　実線は、アンモニア吸着量が閾値未満になったときに硝酸アンモニウム生成燃焼モードを終了させた場合を示し、破線は、アンモニア吸着量が閾値未満になったときに硝酸アンモニウム生成燃焼モードを終了させない場合（図５における実線の場合）を示し、一点鎖線は、硝酸アンモニウム生成燃焼モードの代わりに昇温燃焼モードを実施した場合（図５における一点鎖線の場合）を示している。

　なお、図５に示したタイムチャートと比較して、夫々の値の推移が異なるが、これは、内燃機関１の運転状態等に応じて最適の昇温効果が得られるようにＨＣ，ＣＯの排出量等を調整しているためである。

　図１２のＴＡ２で示される時点において、アンモニア吸着量が閾値まで減少している。このため、本実施例（実線）では、ＴＡ２で示される時点から、ＨＣ，ＣＯの排出量を従来（一点鎖線）と同じになるまで増加している。

　アンモニア吸着量が閾値未満になったときに硝酸アンモニウム生成燃焼モードを終了させない場合（破線）には、ＴＡ２の時点よりも後でさらにアンモニア吸着量が減少するため、ＴＢ１の時点以降にＮＯｘ浄化率が低くなり、ＮＯｘ及びＮＯの排出量が多くなる。

　一方、本実施例（実線）の場合には、ＴＡ２からＴＢ１までの期間におけるＮＯｘの排出量は、破線の場合よりも多くなるが、ＴＣ１以降のＮＯｘの排出量は、破線の場合よりも少ない。これにより、本実施例では、全体としてのＮＯｘ排出量を、破線の場合よりも少なくできる。

　図１３は、本実施例に係るＳＣＲ触媒６の低温時の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、硝酸アンモニウム生成燃焼モード時に、ＥＣＵ１０により、所定の時間毎に実施される。

　ステップＳ３０１では、硝酸アンモニウム堆積量Ｍ１が算出される。硝酸アンモニウム堆積量Ｍ１は、ＳＣＲ触媒６が吸着している硝酸アンモニウムの量であり、硝酸アンモニウムの生成量と等しいものとして算出する。なお、ステップＳ３０１では、硝酸アンモニウム生成量に基づいて、硝酸アンモニウムを生成するために消費されたアンモニア量を算出してもよい。

　ステップＳ３０２では、硝酸アンモニウムが生成される前のアンモニア吸着量Ｍ２が算出される。このアンモニア吸着量Ｍ２は、内燃機関１の始動時のアンモニア吸着量としてもよく、ＨＣ，ＣＯの排出量の低減を開始する時点におけるアンモニア吸着量としてもよい。なお、内燃機関１が始動されてからＳＣＲ触媒６の温度が前記Ｂで示される温度になるまでは、尿素がアンモニアに変化しないので、ＳＣＲ触媒６にアンモニアを供給することができない。また、ＳＣＲ触媒６の温度が前記Ａよりも低いと、ＳＣＲ触媒６においてアンモニアが反応しないため、アンモニア吸着量は減少しない。

　ステップＳ３０３では、ステップＳ３０２で算出されるアンモニア吸着量Ｍ２からステップＳ３０１で算出される硝酸アンモニウム堆積量Ｍ１を減算して、現時点におけるアンモニア吸着量Ｍが算出される。なお、ステップＳ３０３では、ステップＳ３０２で算出されるアンモニア吸着量Ｍ２からステップＳ３０１で算出される「硝酸アンモニウムを生成するために消費されたアンモニア量」を減算して、現時点におけるアンモニア吸着量Ｍを算出してもよい。

　ステップＳ３０４では、現時点におけるアンモニア吸着量Ｍが閾値以上であるか否か判定される。閾値は、ＮＯｘ浄化率の許容範囲の下限値となるアンモニア吸着量としてもよく、該下限値となるアンモニア吸着量にある程度の余裕を持たせた値としてもよい。すなわち、本ステップでは、現時点におけるアンモニア吸着量Ｍが閾値以上であるか否か判定することに代えて、現時点においてＳＣＲ触媒６が吸着しているアンモニア量から推定されるＮＯｘ浄化率が閾値以上であるか否か判定してもよい。ＮＯｘ浄化率の閾値は、ＮＯｘ浄化率の許容範囲の下限値としてもよく、ある程度の余裕を持たせた値としてもよい。

　ステップＳ３０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０６へ進む。

　ステップＳ３０５では、内燃機関１からのＨＣ，ＣＯの排出量を減少させて、硝酸アンモニウム生成燃焼モードを実施する。なお、本実施例においてはステップＳ３０５を処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。

　一方、ステップＳ３０６では、内燃機関１からのＨＣ，ＣＯの排出量を増加させて、昇温燃焼モードを実施する。すなわち、硝酸アンモニウム生成燃焼モードを終了させ、触媒の温度上昇に適した昇温燃焼モードに移行する。

　なお、本実施例においては、ステップＳ３０４において、現時点におけるアンモニア吸着量Ｍが閾値以上であるか否か判定を行っているが、これに代えて、硝酸アンモニウムの生成量の積算値が所定値以下であるか否か判定してもよい。すなわち、硝酸アンモニウムの生成量の積算値が所定値を超えた場合には、アンモニア吸着量が少ないことによりＮＯｘ浄化率を許容範囲内に維持できないと判定してもよい。

　なお、図１３に示したフローに対し、ＳＣＲ触媒６の温度に応じて各燃焼モードを切り替える判断を加えてもよい。図１４は、本実施例に係るＳＣＲ触媒６の低温時の制御フローであってＳＣＲ触媒６の温度を考慮したフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＳＣＲ触媒６の低温時に、ＥＣＵ１０により、所定の時間毎に実施される。なお、上述のフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

　本フローでは、ステップＳ３０３の処理の後に、ステップＳ４０１が実行される。ステップＳ４０１では、ＳＣＲ触媒６の温度が前記Ａ以上であるか否か判定される。すなわち、ＳＣＲ触媒６の温度が、硝酸アンモニウムが生成される温度に達しているか否か判定される。

　ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ３０４へ進む。一方、ステップＳ４０１で否定判定がなされた場合には、ＳＣＲ触媒６において硝酸アンモニウムを生成することも、ＮＯｘを浄化することもできないため、本ルーチンを終了させる。この場合、昇温燃焼モードを実施してもよい。

　また、本ルーチンでは、ステップＳ３０５またはステップＳ３０６の処理の後にステップＳ４０２が実行される。ステップＳ４０２では、ＳＣＲ触媒６の温度が前記Ｂ以上であるか否か判定される。すなわち、ＳＣＲ触媒６において硝酸アンモニウムが生成されると共に、ＮＯ及びＮＯ_２が還元される温度に達しているか否か判定される。

　ステップＳ４０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ４０３へ進む。一方、ステップＳ４０２で否定判定がなされた場合には、ステップＳ４０１へ戻る。

　ステップＳ４０３では、ＨＣ，ＣＯの排出量を増加させて、昇温燃焼モードを実施する。すなわち、内燃機関１から排出されるＨＣ，ＣＯ量を比較的多くして、酸化触媒３等においてＨＣ，ＣＯを酸化させ、このときに発生する熱により、ＳＣＲ触媒６の温度を上昇させる。このときには、ＳＣＲ触媒６においてＮＯ及びＮＯ_２が還元されているので、ＮＯｘ中のＮＯ_２の比を高くする必要はない。

　ステップＳ４０４では、ＳＣＲ触媒６の温度が前記Ｃ以上であるか否か判定される。すなわち、ＳＣＲ触媒６が完全に活性し、本来の浄化性能を発揮することができる温度に達したか否か判定される。ステップＳ４０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合には、ステップＳ４０２へ戻る。

　ステップＳ４０５では、ＳＣＲ触媒６の昇温燃焼モードが終了され、通常燃焼モードに移行する。通常の燃焼モードでは、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転数及び機関負荷）に基づいて、主噴射量や主噴射、アフター噴射時期、アフター噴射量などが調整される。これらの関係は、燃費や機関出力が最適な状態となるように予め実験等により求めてマップ化されている。この後、本ルーチンを終了させる。

　なお、本実施例においては、酸化触媒３を備えているが、ＳＣＲ触媒６においてもＨＣ，ＣＯが酸化されるため、酸化触媒３を備えていない場合であっても、ＳＣＲ触媒６に流入する未燃燃料の量を低減することにより、ＮＯの酸化を促進させることができる。

　また、本実施例では、燃料噴射時期の進角、又は、アフター噴射量の減少により、内燃機関１からのＨＣ，ＣＯの排出を抑制しているが、他の手法によりＨＣ，ＣＯを低減してもよい。また、複数の手法を組み合わせてもよい。

　例えば、ＥＧＲ装置３０を備えている場合には、昇温燃焼モードのときよりも、硝酸アンモニウム生成燃焼モードのときのほうが、ＥＧＲガス量が少なくなるようにしてもよい。すなわち、硝酸アンモニウム生成燃焼モードのときにＥＧＲ弁３２の開度を小さくしてもよい。また、硝酸アンモニウム生成燃焼モードのときに、ＥＧＲガスの供給を停止してもよい。そうすると、燃焼状態がより安定するので、内燃機関１からの未燃燃料の排出量を低減することができる。これにより、ＮＯの酸化を促進させることができる。

　また、内燃機関１から排出されるＨＣ，ＣＯ量は変化させずに、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６に流入するＨＣ，ＣＯ量を低減してもよい。例えば、酸化触媒３よりも上流の排気通路２内に燃料を添加する燃料添加弁を備えている場合には、昇温燃焼モードのときよりも、硝酸アンモニウム生成燃焼モードのときのほうが、該燃料添加弁からの燃料添加量が少なくなるようにしてもよい。また、硝酸アンモニウム生成燃焼モードのときに、燃料添加弁からの燃料添加を停止してもよい。これにより、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６において燃料が酸素と反応することを抑制できるので、ＮＯの酸化を促進させることができる。

　以上説明したように、本実施例によれば、ＳＣＲ触媒６においてＮＯを浄化することができないがＮＯ_２とアンモニアとが反応して硝酸アンモニウムが生成される温度のときに、排気中のＨＣ，ＣＯの量を減少させることで、排気中のＮＯの量を減少させ且つＮＯ_２の量を増加させることができる。そして、ＳＣＲ触媒６においてＮＯ_２とアンモニアとを反応させて硝酸アンモニウムを生成することにより、ＳＣＲ触媒６からＮＯｘが流出することを抑制できる。すなわち、大気中に放出されるＮＯｘ量を低減することができる。

　さらに、本実施例によれば、ＳＣＲ触媒６の活性後のＮＯｘ浄化率が許容範囲内となるように硝酸アンモニウムの生成を制限するため、全体としての大気中へのＮＯｘの排出量を低減することができる。

（実施例２）
　実施例１においては、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６に流入するＨＣ，ＣＯ量を減少させることにより、ＮＯの酸化を促進している。一方、本実施例においては、排気中の酸素濃度を上昇させることにより、ＮＯの酸化を促進する。なお、本実施例は、前記実施例と同時に実施することができる。

　図１５は、本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図１と同じ装置については同じ符号を付して説明を省略する。

　本実施例では、酸化触媒３よりも上流の排気通路２に二次空気を供給する二次空気供給装置４０が備わる。二次空気供給装置４０は、排気通路２に接続される二次空気供給通路４１と、二次空気供給通路４１に接続され空気を吐出するポンプ４２とを備える。ポンプ４２は、ＥＣＵ１０により制御される。

　ここで、排気中の酸素濃度を上昇させることにより、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６に流入するＮＯの酸化を促進させることができる。これにより、ＳＣＲ触媒６における硝酸アンモニウム生成量が増加するので、ＮＯｘが大気中に放出されることを抑制できる。一方、ＳＣＲ触媒６が吸着しているアンモニア量から推定されるＮＯｘ浄化率が閾値未満の場合には、ＮＯ_２の量を少なくすることにより硝酸アンモニウムの生成を抑制することができる。すなわち、酸化機能を有する触媒に流入する酸素の量を少なくすることにより、ＮＯの酸化が抑制されるため、ＮＯ_２の量を少なくすることができる。これにより、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。

　また、例えば、ＥＧＲ装置３０を備えている場合には、ＥＧＲガス量を低減することにより、排気中の酸素濃度を上昇させることができ、ＥＧＲガス量を増加することにより、排気中の酸素濃度を下降させることができる。ＥＧＲガス量を低減するときには、ＥＧＲガスの供給を停止してもよい。さらに、スロットル９の開度を大きくしてもよい。すなわち、内燃機関１から排出される酸素量を増加させるか、又は、排気中に酸素を供給することにより、排気中の酸素濃度を上昇させることができる。なお、本実施例においてはＥＧＲ装置３０または二次空気供給装置４０が、本発明における酸素供給装置に相当する。

　ＥＧＲガス量または二次空気量、スロットル９の開度は、実験又はシミュレーション等により最適値を求めてもよい。また、酸化触媒３の温度またはＳＣＲ触媒６の温度に応じてＥＧＲガス量または二次空気量、スロットル９の開度を調整してもよい。

　なお、酸化触媒３またはＳＣＲ触媒６の温度を上昇させる加熱装置を備えていてもよい。ここで、酸化触媒３またはＳＣＲ触媒６の温度を加熱装置により上昇させることができれば、ＮＯを酸化可能な温度に速やかに上昇させることができる。これにより、硝酸アンモニウムを早期に生成させることができる。加熱装置は、ＥＣＵ１０により制御される。

　図１６は、本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す他の図である。加熱装置として酸化触媒３を加熱する電気ヒータ６０を備えている。電気ヒータ６０は、ＥＣＵ１０により制御される。電気ヒータ６０は、酸化触媒３の担体に通電することで、該担体の電気抵抗により発熱するものであってもよい。また、電気ヒータ６０をＳＣＲ触媒６に備えていてもよい。

　このように、電気ヒータ６０により、酸化触媒３またはＳＣＲ触媒６の温度を上昇させることができる。なお、電気ヒータ６０に代えて、燃焼式ヒータを用いてもよい。また、ターボチャージャ、及び、該ターボチャージャのタービンをバイパスする通路を備えている場合には、該タービンをバイパスする通路に排気を流通させることで、該タービンにおける排気の温度低下を抑制できる。すなわち、酸化触媒３またはＳＣＲ触媒６の温度を上昇させてもよいし、排気の温度低下を抑制してもよい。

　酸化触媒３またはＳＣＲ触媒６の加熱は、前記Ａ，Ｂ，Ｃの何れかの温度に達するまで実施してもよい。なお、本実施例においては電気ヒータ、燃焼式ヒータ、タービンをバイパスするバイパス通路が、本発明における熱供給装置に相当する。

　また、酸化触媒３及びＳＣＲ触媒６を通過する排気の流量を低減することで、触媒における反応時間を確保してもよい。例えば、吸入空気量を低減したり、過給圧を低減したりしてもよい。また、ＥＧＲガス量を増加させてもよい。

１     内燃機関
２     排気通路
３     酸化触媒
４     フィルタ
５     還元剤噴射弁
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   上流側ＮＯｘセンサ
１３   下流側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
３０   ＥＧＲ装置
３１   ＥＧＲ通路
３２   ＥＧＲ弁

Claims

　内燃機関の排気通路に設けられアンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
　前記選択還元型ＮＯｘ触媒へアンモニアを供給する供給装置と、
　前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を測定または推定する温度検出装置と、
　前記選択還元型ＮＯｘ触媒において生成された硝酸アンモニウムの量を測定または推定する硝酸アンモニウム量検出装置と、
　を備える内燃機関の排気浄化装置において、
　前記内燃機関の始動時に前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着しているアンモニア量から、前記選択還元型ＮＯｘ触媒において生成された硝酸アンモニウムの量を減算することで、現時点において前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着しているアンモニア量を算出するとともに、現時点において前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着しているアンモニア量から推定されるＮＯｘ浄化率が閾値未満の場合には、閾値以上の場合よりも、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくする制御装置を備える内燃機関の排気浄化装置。
　前記制御装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ中のＮＯ_２の比率を高くすることにより、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を多くし、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ中のＮＯ_２の比率を低くすることにより、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記制御装置は、現時点において前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着しているアンモニア量から推定されるＮＯｘ浄化率が閾値未満の場合には、閾値以上の場合よりも、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくすることを、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が、アンモニアとＮＯ_２とが反応する所定温度以上の場合に行う請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記制御装置は、現時点において前記選択還元型ＮＯｘ触媒が吸着しているアンモニア量から推定されるＮＯｘ浄化率が閾値未満の場合には、閾値以上の場合よりも、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくすることを、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯを還元可能な温度未満の場合に行う請求項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。
　前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流に酸化機能を有する触媒を備え、
　前記制御装置は、前記酸化機能を有する触媒に流入する未燃燃料量を多くすることにより、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流に酸化機能を有する触媒と、
　前記酸化機能を有する触媒よりも上流の排気中に酸素を供給する酸素供給装置と、
　を備え、
　前記制御装置は、前記酸素供給装置により前記酸化機能を有する触媒よりも上流の排気中に供給する酸素の量を少なくすることにより、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯ_２の量を少なくする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流に酸化機能を有する触媒と、
　前記酸化機能を有する触媒に熱を供給する熱供給装置と、
　を備え、
　前記制御装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上になるまで、前記熱供給装置により前記酸化機能を有する触媒に熱を供給させる請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。