WO2014102932A1 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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見上　晃
中山　茂樹
大橋　伸基
高田　圭
櫻井　健治
佳久 塚本
寛 大月
潤一 松尾
山本　一郎
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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 gas purification system for an internal combustion engine.
  • an exhaust purification device provided in an exhaust passage of an internal combustion engine has been developed in which a filter carries a selective reduction type NOx catalyst (hereinafter referred to as an SCR catalyst).
  • the filter collects particulate matter (hereinafter referred to as PM) in the exhaust.
  • the SCR catalyst reduces NOx in the exhaust gas using ammonia (NH 3 ) as a reducing agent.
  • a filter carrying such an SCR catalyst may be referred to as SCRF.
  • the size of the exhaust gas purification device can be made smaller than when the filter and the SCR catalyst are separately provided in the exhaust passage. Therefore, the mountability of the exhaust purification device can be improved. Further, by adopting SCRF, it becomes possible to arrange the SCR catalyst upstream of the exhaust passage. The more upstream the SCR catalyst is arranged in the exhaust passage, the more easily the SCR catalyst is heated by the heat of the exhaust. Therefore, it is possible to improve the warm-up property of the SCR catalyst and improve the NOx purification rate (the ratio of the NOx amount reduced in the SCR catalyst to the NOx amount flowing into the SCRF) in the SCR catalyst.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which an oxidation catalyst, an injector, an SCRF, and a slip oxidation catalyst are sequentially provided from the upstream side along the flow of exhaust gas in an exhaust passage of a diesel engine.
  • An injector is a device that injects ammonia or a precursor of ammonia into the exhaust.
  • the slip oxidation catalyst is a catalyst that oxidizes ammonia that has passed through the SCRF.
  • the filter regeneration process is a process for oxidizing and depositing PM deposited on the SCRF.
  • the filter regeneration process is realized by supplying fuel to a pre-stage catalyst having an oxidation function provided in an exhaust passage upstream of SCRF.
  • the exhaust gas flowing into the SCRF is heated by the oxidation heat. Therefore, the temperature of SCRF can be raised to the filter regeneration temperature at which PM oxidation is promoted.
  • Patent Document 2 discloses a technique for reducing the amount of ammonia supplied to the SCRF before heat regeneration (filter regeneration) of the SCRF. According to this, the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst can be reduced before the thermal regeneration of the SCRF. As a result, it is possible to suppress the release of ammonia accompanying the thermal regeneration of SCRF.
  • Patent Document 3 estimates the amount of HC attached to the SCR catalyst provided in the exhaust passage, and raises the temperature of the SCR catalyst when the amount of HC attached exceeds the allowable amount of attachment.
  • a technique for desorbing HC is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a technique for stopping the temperature increase of the SCR catalyst when the amount of HC adhering to the SCR catalyst decreases to a predetermined lower limit after the temperature increase of the SCR catalyst is started.
  • SCRF is supplied with ammonia or an ammonia precursor. Then, in the SCR catalyst carried on the SCRF, NOx in the exhaust is reduced using ammonia as a reducing agent.
  • ammonia when ammonia is oxidized, NOx may be generated. Since it is necessary to suppress the generation of such NOx, it is difficult to carry a catalyst having a high oxidation ability on SCRF. Therefore, the SCR catalyst supported on SCRF has very low oxidation ability.
  • a part of the HC contained in the fuel supplied to the pre-stage catalyst may pass through the pre-stage catalyst without being oxidized in the pre-stage catalyst.
  • HC that has passed through the front catalyst flows into SCRF.
  • the SCR catalyst supported on SCRF has a very low oxidation ability. Therefore, when HC flows into SCRF, a part of the HC adheres to SCRF. Then, there is a possibility that the attached HC is not oxidized but remains attached to the SCRF.
  • the ammonia adsorption site to which ammonia should be adsorbed in the SCR catalyst supported on the SCRF is blocked by the HC.
  • the ammonia adsorption site is blocked by HC, it becomes difficult for ammonia to be adsorbed on the SCR catalyst after the completion of the filter regeneration process. As a result, the NOx purification rate in the SCR catalyst decreases.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to suppress a decrease in the NOx purification rate accompanying the execution of the filter regeneration process in an exhaust gas purification system for an internal combustion engine equipped with an SCRF.
  • the temperature of the SCRF is raised by raising the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, thereby removing HC adhering to the SCRF.
  • the exhaust gas purification system for an internal combustion engine is: A pre-stage catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and having an oxidation function; A fuel supply device for supplying fuel to the upstream catalyst; A filter that is provided in an exhaust passage downstream of the preceding catalyst and collects particulate matter in exhaust gas, and carries a selective reduction type NOx catalyst that reduces NOx in exhaust gas using ammonia as a reducing agent.
  • SCRF An ammonia supply device for supplying ammonia or an ammonia precursor to the filter
  • a filter regeneration process execution unit for performing a filter regeneration process for increasing the temperature of the filter by supplying fuel from the fuel supply device to the upstream catalyst, thereby removing particulate matter deposited on the filter; After the completion of the filter regeneration process by the filter regeneration process execution unit, the temperature of the filter is raised by raising the temperature of the exhaust discharged from the internal combustion engine, thereby removing the HC adhering to the filter.
  • An HC poisoning recovery process execution unit that executes a poison recovery process.
  • the temperature of the SCRF When the temperature of the SCRF is raised by raising the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, the temperature of the SCRF can be raised while suppressing an increase in the amount of HC flowing into the SCRF. Therefore, by executing the HC poisoning recovery process after the completion of the filter regeneration process, it is possible to remove HC adhering to the SCRF by executing the filter regeneration process while suppressing the attachment of new HC to the SCRF. it can.
  • the HC poisoning recovery process may be executed for a time corresponding to the amount of HC adhering to the SCRF at the start of execution of the HC poisoning recovery process.
  • the HC poisoning recovery process may be executed for a time corresponding to the execution time of the filter regeneration process. According to these, it is possible to suppress the HC poisoning recovery processing from being excessively long while sufficiently removing the HC adhering to the SCRF.
  • ammonia or an ammonia precursor in an amount corresponding to the SCRF temperature may be supplied to the SCRF by the ammonia supply device until the SCRF temperature reaches the target temperature during the filter regeneration process.
  • ammonia can be adsorbed on the ammonia adsorption site in the SCR catalyst even during the time that the SCRF temperature reaches the target temperature during the execution of the filter regeneration process. Therefore, the amount of HC adsorbed on the SCRF during the filter regeneration process can be suppressed. Therefore, the execution time of the HC poisoning recovery process can be shortened.
  • the present invention in the exhaust gas purification system for an internal combustion engine equipped with SCRF, it is possible to suppress a decrease in the NOx purification rate accompanying the execution of the filter regeneration process.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an intake / exhaust system of an internal combustion engine according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a flow of filter regeneration processing and HC poisoning recovery processing according to the first embodiment.
  • SCRF temperature Tf, pre-catalyst temperature Tpc, fuel addition amount Fadd from the fuel addition valve, post-injection amount Fpost in the internal combustion engine, SCRF when the filter regeneration process and the HC poisoning recovery process according to the first embodiment are executed 6 is a time chart showing transitions of the HC adhesion amount Qhc, the ammonia gas addition amount Aadd from the ammonia addition valve, and the ammonia adsorption amount Qam on the SCR catalyst.
  • 6 is a flowchart showing a flow of filter regeneration processing and HC poisoning recovery processing according to a modification of the first embodiment.
  • 12 is a flowchart illustrating a flow of ammonia gas addition control during the execution of the filter regeneration process according to the second embodiment.
  • SCRF temperature Tf, pre-catalyst catalyst temperature Tpc, fuel addition amount Fadd from the fuel addition valve, post-injection amount Fpost in the internal combustion engine, SCRF when the filter regeneration process and the HC poisoning recovery process according to the second embodiment are executed 6 is a time chart showing transitions of the HC adhesion amount Qhc, the ammonia gas addition amount Aadd from the ammonia addition valve, and the ammonia adsorption amount Qam on the SCR catalyst.
  • Example 1 Here, the case where the exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described.
  • the internal combustion engine according to the present invention is not limited to a diesel engine, and may be a gasoline engine or the like.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an intake / exhaust system of an internal combustion engine according to the present embodiment.
  • the internal combustion engine 1 is a diesel engine for driving a vehicle.
  • An intake passage 2 and an exhaust passage 3 are connected to the internal combustion engine 1.
  • An air flow meter 11 is provided in the intake passage 2. The air flow meter 11 detects the intake air amount of the internal combustion engine 1.
  • a first exhaust temperature sensor 12 In the exhaust passage 3, a first exhaust temperature sensor 12, a fuel addition valve 4, a front catalyst 5, an ammonia addition valve 6, SCRF 7, a second exhaust temperature sensor 13, a rear catalyst 8, and a third exhaust temperature sensor 14 are exhausted. It is provided in order from the upstream side along the flow.
  • the pre-stage catalyst 5 is an oxidation catalyst. However, the pre-stage catalyst 5 may be a catalyst other than the oxidation catalyst as long as it has an oxidation function.
  • the fuel addition valve 4 adds fuel into the exhaust gas in order to supply fuel to the front catalyst 5.
  • the fuel addition valve 4 corresponds to the fuel supply apparatus according to the present invention.
  • the timing is later than the main fuel injection, and the injected fuel is not burned in the combustion chamber and is not burned in the exhaust passage 3.
  • SCRF7 is configured by supporting an SCR catalyst 7a on a wall flow type filter that collects PM in exhaust gas.
  • the SCR catalyst 7a reduces NOx in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent.
  • the ammonia addition valve 6 adds ammonia gas into the exhaust gas so as to supply ammonia to the SCRF 7.
  • ammonia is supplied to the SCRF 7, the ammonia is once adsorbed at an ammonia adsorption site in the SCR catalyst 7a supported on the SCRF 7. Then, the adsorbed ammonia becomes a reducing agent, and NOx in the exhaust is reduced.
  • the ammonia addition valve 6 corresponds to the ammonia supply device according to the present invention.
  • the ammonia supply device according to the present invention may be a device that supplies ammonia as a liquid or a solid.
  • the ammonia supply apparatus according to the present invention may be an apparatus for supplying an ammonia precursor.
  • a urea addition valve for adding an aqueous urea solution into the exhaust gas may be provided instead of the ammonia addition valve 6, a urea addition valve for adding an aqueous urea solution into the exhaust gas may be provided. In this case, urea is supplied to SCRF 7 as an ammonia precursor. And ammonia is produced
  • the latter stage catalyst 8 is an oxidation catalyst.
  • the rear catalyst 8 may be another catalyst having an oxidation function.
  • the rear catalyst 8 may be a catalyst configured by combining an oxidation catalyst and an SCR catalyst that reduces ammonia in exhaust using ammonia as a reducing agent.
  • an oxidation catalyst is formed by supporting a noble metal such as platinum (Pt) on a support made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zeolite, or the like, and copper (Cu SCR catalyst may be formed by supporting a base metal such as iron or iron (Fe).
  • the rear catalyst 8 By making the rear catalyst 8 a catalyst having such a configuration, HC, CO and ammonia in the exhaust can be oxidized, and further, a part of ammonia is oxidized and NOx is generated and generated. NOx can be reduced using excess ammonia as a reducing agent.
  • the first exhaust temperature sensor 12, the second exhaust temperature sensor 13, and the third exhaust temperature sensor 14 are sensors that detect the temperature of the exhaust.
  • the first exhaust temperature sensor 12 detects the temperature of the exhaust discharged from the internal combustion engine 1.
  • the second exhaust temperature sensor 13 detects the temperature of the exhaust gas flowing out from the SCRF 7.
  • the third exhaust temperature sensor 14 detects the temperature of the exhaust gas flowing out from the rear catalyst 8.
  • the internal combustion engine 1 is provided with an electronic control unit (ECU) 10.
  • ECU electronice control unit
  • Various sensors such as an air flow meter 11, a first exhaust temperature sensor 12, a second exhaust temperature sensor 13, and a third exhaust temperature sensor 14 are electrically connected to the ECU 10. And the output signal of various sensors is input into ECU10.
  • the ECU 10 estimates the flow rate of the exhaust gas in the exhaust passage 3 based on the output value of the air flow meter 11. Further, the ECU 10 estimates the temperature of the SCRF 7 based on the output value of the second exhaust temperature sensor 13 and estimates the temperature of the rear catalyst 8 based on the output value of the third exhaust temperature sensor 14.
  • the ECU 10 is electrically connected to the fuel injection valve, the fuel addition valve 4 and the ammonia addition valve 6 of the internal combustion engine 1. These devices are controlled by the ECU 10.
  • the collected PM is gradually deposited on the SCRF 7. Therefore, in this embodiment, a filter regeneration process is executed to remove PM deposited on the SCRF 7.
  • the filter regeneration process according to the present embodiment is realized by adding fuel from the fuel addition valve 4 and supplying the fuel to the front catalyst 5 thereby. When the fuel is oxidized in the front catalyst 5, oxidation heat is generated. The exhaust gas flowing into the SCRF 7 is heated by this oxidation heat. Thereby, the temperature of SCRF7 rises.
  • the amount of fuel added from the fuel addition valve 4 is controlled to raise the temperature of the SCRF 7 to a predetermined filter regeneration temperature (for example, 650 ° C.) at which PM oxidation is promoted. As a result, PM deposited on SCRF 7 is oxidized and removed.
  • a predetermined filter regeneration temperature for example, 650 ° C.
  • the filter regeneration process is executed every time a predetermined time elapses.
  • the filter regeneration process may be executed each time a vehicle equipped with the internal combustion engine 1 travels a predetermined travel distance. Further, the filter regeneration process may be executed every time the PM accumulation amount in SCRF 7 reaches a predetermined accumulation amount.
  • the PM accumulation amount in the SCRF 7 can be estimated based on the history of the fuel injection amount in the internal combustion engine 1, the flow rate of the exhaust gas flowing into the SCRF 7, the temperature of the SCRF 7, and the like.
  • a part of the HC contained in the fuel supplied to the front catalyst 5 may pass through the front catalyst 5 without being oxidized in the front catalyst 5.
  • HC that has passed through the front catalyst 5 flows into the SCRF 7.
  • the SCR catalyst 7a supported on the SCRF 7 has a very low oxidizing ability. Therefore, when HC flows into SCRF7, a part of the HC adheres to SCRF7. Then, there is a possibility that the attached HC is not oxidized but remains attached to the SCRF.
  • the ammonia adsorption site to which ammonia should be adsorbed in the SCR catalyst 7a supported on the SCRF 7 is blocked by the HC.
  • the HC poisoning recovery process is executed to remove the HC adhering to the SCRF 7.
  • the HC poisoning recovery process is a process of increasing the temperature of the SCRF 7 to an HC poisoning recovery temperature (for example, 650 ° C.) at which HC oxidation is promoted by increasing the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1.
  • This HC poisoning recovery process is realized in the internal combustion engine 1 by executing the auxiliary fuel injection at a timing later than the main fuel injection and when the injected fuel is used for combustion in the combustion chamber. The By executing the auxiliary fuel injection at such timing, the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 can be raised.
  • the auxiliary fuel injection executed at such timing is referred to as post injection.
  • the temperature of the SCRF 7 When the temperature of the SCRF 7 is increased by increasing the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1, the temperature of the SCRF 7 can be increased while suppressing an increase in the amount of HC flowing into the SCRF 7. Therefore, by executing the HC poisoning recovery process after the completion of the filter regeneration process, it is possible to remove the HC adhering to the SCRF 7 by executing the filter regeneration process while suppressing the adhesion of new HC to the SCRF 7. it can.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the filter regeneration process and the HC poisoning recovery process according to this embodiment. This flow is stored in advance in the ECU 10 and is repeatedly executed by the ECU 10.
  • step S101 it is determined whether or not an execution condition for the filter regeneration process is satisfied. In this embodiment, when a predetermined time has elapsed since the previous execution of the filter regeneration process has been completed, it is determined that the condition for executing the filter regeneration process has been satisfied. If a negative determination is made in step S101, the execution of this flow is temporarily terminated. On the other hand, when an affirmative determination is made in step S101, the process of step S102 is executed next.
  • step S102 fuel addition from the fuel addition valve 4 is executed. That is, the filter regeneration process is executed.
  • the temperature of the SCRF 7 is adjusted to the filter regeneration temperature, which is the target temperature, by controlling the amount of fuel added from the fuel addition valve 4.
  • step S103 it is determined whether or not an execution end condition for the filter regeneration process is satisfied.
  • a predetermined regeneration execution time has elapsed since the start of the execution of the filter regeneration process, it is determined that the execution end condition for the filter regeneration process is satisfied.
  • step S103 If a negative determination is made in step S103, the processes in steps S102 and S103 are executed again. On the other hand, when a positive determination is made in step S103, the process of step S104 is performed next. In step S104, the fuel addition from the fuel addition valve 4 is stopped. That is, the execution of the filter regeneration process is terminated.
  • step S105 the HC adhesion amount Qhc at the current SCRF 7 is calculated.
  • the amount of HC adhering to the SCRF 7 per unit time and the amount of HC oxidized per unit time during execution of the filter regeneration process are the amount of fuel added from the fuel addition valve 4, the flow rate of exhaust, the temperature of the pre-stage catalyst 5, and It can be estimated based on the temperature of the SCRF 7 or the like. Then, by accumulating these values, the HC adhesion amount Qhc in SCRF 7 can be calculated.
  • step S106 an execution time ⁇ Tp of the HC poisoning recovery process to be executed is set.
  • the execution time ⁇ Tp of the HC poisoning recovery process is set based on the HC adhesion amount Qhc in SCRF7. That is, when the HC adhesion amount Qhc in SCRF 7 is large, the execution time ⁇ Tp of the HC poisoning recovery process is set shorter than when the HC adhesion amount Qhc is small.
  • the relationship between the HC adhesion amount Qhc in SCRF 7 and the execution time ⁇ Tp of the HC poisoning recovery process is determined based on experiments and the like. The relationship between these values is stored in advance in the ECU 10 as a map or a function.
  • step S107 post injection in the internal combustion engine 1 is executed. That is, the HC poisoning recovery process is executed.
  • the temperature of the SCRF 7 is adjusted to the HC poisoning recovery temperature, which is the target temperature, by controlling the injection timing and the injection amount of the auxiliary fuel injection.
  • the HC poisoning recovery temperature and the filter regeneration temperature may be the same temperature.
  • step S108 whether or not the time ⁇ Tp set in step S106 has elapsed since the start of the post injection in the internal combustion engine 1, that is, the start of the HC poisoning recovery process. Determined. If a negative determination is made in step S108, the processes in steps S107 and S108 are executed again. On the other hand, if an affirmative determination is made in step S108, the process of step S109 is then executed. In step S109, the post injection is stopped. That is, the execution of the HC poisoning recovery process is terminated.
  • the execution time ⁇ Tp of the HC poisoning recovery process is set based on the HC adhesion amount Qhc in SCRF7.
  • the HC poisoning recovery process may be executed without setting the execution time of the HC poisoning recovery process in advance.
  • the residual amount of HC in SCRF 7 is estimated during the execution of the HC poisoning recovery process.
  • the execution of the HC poisoning recovery process may be terminated when the estimated residual HC amount is equal to or less than the predetermined residual amount.
  • the amount of HC oxidation per unit time during execution of the HC poisoning recovery process can be estimated based on the flow rate of the exhaust gas, the temperature of the SCRF 7, and the like.
  • the HC residual amount in SCRF 7 can be calculated by subtracting the HC oxidation amount from the HC adhesion amount at the start of execution of the HC poisoning recovery process.
  • the execution time of the HC poisoning recovery process may be set based on the execution time of the filter regeneration process. In this case, when the execution time of the filter regeneration process is short, the execution time of the HC poisoning recovery process is set shorter than when the execution time of the filter regeneration process is long. Also by this, it is possible to suppress excessively long execution time of the HC poisoning recovery process while sufficiently removing the HC adhering to the SCRF 7.
  • the execution time of the HC poisoning recovery process may be a predetermined time. Even in this case, the HC adhering to the SCRF 7 can be removed by executing the filter regeneration process. However, from the viewpoint of suppressing deterioration in fuel consumption, it is preferable to change the execution time of the HC poisoning recovery process according to the HC adhesion amount in SCRF 7 or the execution time of the filter regeneration process as described above.
  • the PM residual amount in SCRF 7 may be estimated during the filter regeneration process. Then, in step S103 of the above flow, when the estimated PM residual amount becomes equal to or smaller than the predetermined residual amount, it may be determined that the condition for ending the filter regeneration process is satisfied.
  • the amount of PM oxidation per unit time during the execution of the filter regeneration process can be estimated based on the exhaust flow rate, the temperature of the SCRF 7, and the like. Then, the PM residual amount in SCRF 7 can be calculated by subtracting the PM oxidation amount from the PM deposition amount at the start of execution of the filter regeneration process.
  • the predetermined residual amount may be an amount larger than an amount at which it can be determined that substantially all of the oxidizable PM has been removed.
  • the temperature of the SCRF 7 is adjusted to a target temperature substantially the same as the target temperature in the filter regeneration process even during the execution of the HC poisoning recovery process. Therefore, even if PM remains in the SCRF 7 when the filter regeneration process is completed, the remaining PM can be oxidized and removed during the execution of the HC poisoning recovery process.
  • FIG. 3 shows the temperature Tf of the SCRF 7, the temperature Tpc of the front catalyst 5, the fuel addition amount Fadd from the fuel addition valve 4, the internal combustion engine 1 when the filter regeneration process and the HC poisoning recovery process according to this embodiment are executed.
  • 6 is a time chart showing changes in post injection amount Fpost at HC, HC adhesion amount Qhc at SCRF7, ammonia gas addition amount Aadd from the ammonia addition valve 6, and ammonia adsorption amount Qam at the SCR catalyst 7a.
  • the horizontal axis represents time t.
  • Tft represents the target temperature (filter regeneration temperature, HC poisoning recovery temperature) of SCRF 7 in the filter regeneration process and the HC poisoning recovery process.
  • the fuel addition from the fuel addition valve 4 is executed from time t0 to time t3. That is, the execution time of the filter regeneration process is from time t0 to t3. Therefore, during the period from time t0 to t3, the HC attachment amount Qhc in SCRF7 increases. During this time, the temperature Tf of the SCRF 7 gradually increases from the time t1 to the time t2, and the SCRF temperature Tf is maintained at the target temperature (filter regeneration temperature) Tft from the time t2 to the time t3.
  • the period from time t3 to t4 is the execution time of the HC poisoning recovery process.
  • the supply of new HC to the SCRF 7 is suppressed, and the temperature Tf of the SCRF 7 is maintained at the target temperature (HC poisoning recovery temperature). Therefore, during the period from time t3 to t4, the HC adhesion amount Qhc in SCRF7 decreases.
  • the temperature Tf of the SCRF 7 reaches the target temperature (filter regeneration temperature, HC poisoning recovery temperature) Tft, it is difficult for ammonia to be adsorbed on the SCR catalyst 7a. Therefore, in the present embodiment, the addition of ammonia gas from the ammonia addition valve 6 is stopped during the execution of the filter regeneration process and the HC poisoning recovery process.
  • the temperature Tf of SCRF 7 (that is, the temperature of the SCR catalyst 7a) gradually decreases between time t4 and time t5. Accordingly, the amount of ammonia that can be adsorbed on the SCR catalyst 7a increases. Therefore, during the time t4 to t5, the ammonia gas addition amount Aadd from the ammonia addition valve 6 is gradually increased. Thereby, during the time t4 to t5, the ammonia adsorption amount Qam in the SCR catalyst 7a gradually increases.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the flow of filter regeneration processing and HC poisoning recovery processing according to this modification.
  • processes other than step S205 are the same as those in the flowchart shown in FIG. Therefore, only the process of step S205 will be described, and the description of the process of other steps will be omitted.
  • This flow is stored in advance in the ECU 10 and is repeatedly executed by the ECU 10.
  • step S205 it is determined whether or not the temperature of SCRF 7 has become equal to or lower than a predetermined processing start temperature Tf0.
  • the processing start temperature Tf0 is a temperature that is equal to or lower than a target temperature (filtering temperature) for the filter regeneration processing and is equal to or higher than a lower limit value of the temperature at which HC attached to the SCRF 7 can be oxidized.
  • This processing start temperature Tf0 is determined in advance based on experiments and the like.
  • step S104 If a negative determination is made in step S104, the process of step S104 is executed again. On the other hand, if an affirmative determination is made in step S104, the process of step S105 is then executed.
  • step S105 the amount of HC deposited in SCRF 7 at the current time is subtracted from the amount of HC deposited in SCRF 7 at the end of execution of the filter regeneration process to subtract the amount of HC oxidized after the completion of execution of the filter regeneration process. Is calculated.
  • the execution time ⁇ Tp of the HC poisoning recovery process set in step S106 can be shortened. As a result, it becomes possible to further suppress the deterioration of fuel consumption accompanying the execution of the HC poisoning recovery process.
  • Example 2 The schematic configuration of the intake and exhaust system of the internal combustion engine according to the present embodiment is the same as that according to the first embodiment. Hereinafter, only differences from the first embodiment in the filter regeneration process and the HC poisoning recovery process according to the present embodiment will be described.
  • Example 1 As described above, when the temperature of the SCRF 7 rises to the target temperature (filter regeneration temperature, HC poisoning recovery temperature), it is difficult for ammonia to be adsorbed on the SCR catalyst 7a. Therefore, in Example 1, the addition of ammonia gas from the ammonia addition valve 6 was stopped during the execution of the filter regeneration process and the HC poisoning recovery process. However, ammonia can be adsorbed on the SCR catalyst 7a until the temperature of the SCRF 7 reaches the target temperature during the filter regeneration process, that is, while the temperature of the SCRF 7 is lower than the target temperature. Therefore, in this embodiment, addition of ammonia gas from the ammonia addition valve 6 is executed until the temperature of the SCRF 7 reaches the target temperature even during execution of the filter regeneration process.
  • ammonia can be adsorbed on the ammonia adsorption sites in the SCR catalyst 7a even during the time until the temperature of the SCRF 7 reaches the target temperature during execution of the filter regeneration process. Therefore, the amount of HC adhering to SCRF 7 during the filter regeneration process can be suppressed. As a result, the amount of HC adhering to SCRF 7 at the end of execution of the filter regeneration process can be reduced.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow of ammonia gas addition control during the execution of the filter regeneration process according to the present embodiment. This flow is stored in advance in the ECU 10 and is repeatedly executed by the ECU 10.
  • step S301 it is determined whether or not the filter regeneration process is being executed. If a negative determination is made in step S301, the execution of this flow is temporarily terminated. On the other hand, if an affirmative determination is made in step S301, the process of step S302 is then executed.
  • step S302 it is determined whether or not the temperature Tf of the SCRF 7 is lower than the target temperature Tft (filter regeneration temperature) Tft. If an affirmative determination is made in step S302, then the process of step S303 is executed.
  • step S303 an ammonia gas addition amount Add from the ammonia addition valve 6 is set.
  • the ammonia gas addition amount Add is set according to the temperature Tf of SCRF 7 (that is, the temperature of SCR catalyst 7a). That is, when the temperature Tf of the SCRF 7 is high, the ammonia addition amount Add is set smaller than when the temperature is low.
  • the relationship between the ammonia addition amount Add and the temperature Tf of the SCRF 7 is determined based on experiments and the like. The relationship between these values is stored in advance in the ECU 10 as a map or a function.
  • step S304 addition of ammonia from the ammonia addition valve 6 is executed. At this time, the amount of ammonia added is adjusted to the amount set in step S303.
  • step S302 determines whether the temperature of SCRF 7 has reached the target temperature Tft. If a negative determination is made in step S302, that is, if the temperature of SCRF 7 has reached the target temperature Tft, the process of step S305 is then executed. In step S305, the addition of ammonia gas from the ammonia addition valve 6 is stopped.
  • the amount of ammonia gas added from the ammonia addition valve 6 gradually increases as the temperature of the SCRF 7 rises. Reduced to Thereby, it can suppress that an excessive amount of ammonia gas is supplied to SCRF7. Therefore, the ammonia outflow from SCRF 7 can be suppressed.
  • FIG. 6 shows the temperature Tf of the SCRF 7, the temperature Tpc of the front catalyst 5, the fuel addition amount Fadd from the fuel addition valve 4, the internal combustion engine 1 when the filter regeneration process and the HC poisoning recovery process according to this embodiment are executed.
  • 6 is a time chart showing changes in post injection amount Fpost at HC, HC adhesion amount Qhc at SCRF7, ammonia gas addition amount Aadd from the ammonia addition valve 6, and ammonia adsorption amount Qam at the SCR catalyst 7a.
  • the horizontal axis represents time t.
  • Tft represents the target temperature (filter regeneration temperature, HC poisoning recovery temperature) of SCRF 7 in the filter regeneration process and the HC poisoning recovery process.
  • the solid line indicates the transition of each value according to the present embodiment, and the broken line indicates the transition of each value when the filter regeneration process and the HC poisoning recovery process according to the first embodiment are performed. Show.
  • the addition of ammonia gas from the ammonia addition valve 6 is also executed during the time t0 to t2 during which the filter regeneration process is being executed. Then, during the time t1 to t2, the amount of ammonia gas added from the ammonia addition valve 6 is gradually reduced as the temperature of the SCRF 7 rises. As a result, at the time t2, the ammonia adsorption amount Qam in the SCR catalyst 7a becomes substantially zero.
  • the execution time of the HC poisoning recovery process (time from t3 to t4) can be shortened compared to the case of the first embodiment.
  • the SCRF 7 rises to a temperature at which PM oxidation is promoted, as in the filter regeneration process.
  • the temperature of the SCRF 7 is set to the same temperature by supplying fuel to the upstream catalyst 5. Compared with the case where the fuel consumption is increased up to, the fuel consumption is increased. Therefore, removal of PM deposited on SCRF 7 is performed by filter regeneration processing in order to suppress deterioration of fuel consumption.

Abstract

　本発明は、ＳＣＲ触媒を担持したフィルタを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、フィルタ再生処理の実行に伴うＮＯｘ浄化率の低下を抑制することを目的とする。本発明では、フィルタ再生処理の実行終了後、内燃機関から排出される排気の温度を上昇させることでフィルタの温度を上昇させ、それによってフィルタに付着したＨＣを除去する。

Description

内燃機関の排気浄化システム
　本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
　従来、内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置として、フィルタに選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒と称する）を担持させたものが開発されている。フィルタは、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭと称する）を捕集する。ＳＣＲ触媒は、アンモ二ア（ＮＨ３）を還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。以下、このようなＳＣＲ触媒を担持したフィルタをＳＣＲＦと称する場合もある。
　排気浄化装置としてＳＣＲＦを採用することで、フィルタとＳＣＲ触媒とを別々に排気通路に設けた場合に比べて、排気浄化装置の大きさをより小さくすることができる。そのため、排気浄化装置の搭載性を向上させることができる。また、ＳＣＲＦを採用することで、排気通路におけるより上流側にＳＣＲ触媒を配置することが可能となる。排気通路におけるＳＣＲ触媒の配置がより上流側であるほど、該ＳＣＲ触媒が排気の熱によって加熱され易くなる。そのため、ＳＣＲ触媒の暖機性の向上や、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率（ＳＣＲＦに流入するＮＯｘ量に対するＳＣＲ触媒において還元されるＮＯｘ量の割合）の向上を図ることができる。
　特許文献１には、ディーゼルエンジンの排気通路において、酸化用触媒、注入器、ＳＣＲＦ、及びスリップ酸化用触媒を排気の流れに沿って上流側から順に設けた構成が開示されている。注入器は、アンモニア又はアンモニアの前駆体を排気に注入する装置である。スリップ酸化用触媒は、ＳＣＲＦをすり抜けたアンモニアを酸化する触媒である。
　ここで、ＳＣＲＦには、捕集されたＰＭが堆積する。そのため、ＳＣＲＦを備えた排気浄化システムにおいてはフィルタ再生処理が実行される。フィルタ再生処理は、ＳＣＲＦに堆積したＰＭを酸化させて除去する処理である。フィルタ再生処理は、ＳＣＲＦよりも上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する前段触媒に燃料を供給することで実現される。前段触媒において燃料が酸化されると、ＳＣＲＦに流入する排気が酸化熱によって加熱される。そのため、ＳＣＲＦの温度を、ＰＭの酸化が促進されるフィルタ再生温度まで上昇させることができる。
　特許文献２には、ＳＣＲＦの熱再生（フィルタ再生）の前に、該ＳＣＲＦへのアンモニアの供給量を低減する技術が開示されている。これによれば、ＳＣＲＦの熱再生の前にＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着量を減少させることができる。その結果、ＳＣＲＦの熱再生に伴うアンモニアの放出を抑制することができる。
　また、特許文献３には、排気通路に設けられたＳＣＲ触媒におけるＨＣ付着量を推定し、該ＨＣ付着量が許容付着量を超えたときに、ＳＣＲ触媒を昇温させることで該ＳＣＲ触媒からＨＣを脱離させる技術が開示されている。さらに、特許文献２には、ＳＣＲ触媒の昇温開始後、ＳＣＲ触媒におけるＨＣ付着量が予め定められた下限値まで低下したときに該ＳＣＲ触媒の昇温を停止する技術が開示されている。
特表２００７－５０１３５３号公報 特開２００７－１７０３８８号公報 特開２００９－４１４３７号公報
　ＳＣＲＦには、アンモニア又はアンモニアの前駆体が供給される。そして、ＳＣＲＦに担持されたＳＣＲ触媒において、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘが還元される。ここで、アンモニアが酸化されるとＮＯｘが生成される場合がある。このようなＮＯｘの生成を抑制する必要があるため、ＳＣＲＦには酸化能力の高い触媒を担持させることが困難である。従って、ＳＣＲＦに担持されたＳＣＲ触媒は酸化能力が非常に低い。
　上記のようなフィルタ再生処理が実行された際には、前段触媒に供給された燃料に含まれるＨＣの一部が該前段触媒において酸化されずに該前段触媒をすり抜ける場合がある。前段触媒をすり抜けたＨＣはＳＣＲＦに流入する。上述したようにＳＣＲＦに担持されたＳＣＲ触媒は酸化能力が非常に低い。そのため、ＨＣがＳＣＲＦに流入すると、該ＨＣの一部がＳＣＲＦに付着する。そして、付着したＨＣが酸化されずにＳＣＲＦに付着したままの状態となる虞がある。
　ＳＣＲＦにＨＣが付着していると、ＳＣＲＦに担持されたＳＣＲ触媒においてアンモニアが吸着すべきアンモニア吸着サイトがＨＣによって塞がれる。アンモニア吸着サイトがＨＣによって塞がれると、フィルタ再生処理の実行終了後において、ＳＣＲ触媒にアンモニアが吸着し難くなる。その結果、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下する。
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＳＣＲＦを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、フィルタ再生処理の実行に伴うＮＯｘ浄化率の低下を抑制することを目的とする。
　本発明では、フィルタ再生処理の実行終了後、内燃機関から排出される排気の温度を上昇させることでＳＣＲＦの温度を上昇させ、それによってＳＣＲＦに付着したＨＣを除去する。
　より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
　内燃機関の排気通路に設けられ、酸化機能を有する前段触媒と、
　前記前段触媒に燃料を供給する燃料供給装置と、
　前記前段触媒より下流側の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタ（ＳＣＲＦ）と、
　前記フィルタにアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給するアンモニア供給装置と、
　前記燃料供給装置から前記前段触媒に燃料を供給することで前記フィルタの温度を上昇させ、それによって前記フィルタに堆積した粒子状物質を除去するフィルタ再生処理を実行するフィルタ再生処理実行部と、
　前記フィルタ再生処理実行部によるフィルタ再生処理の実行終了後、内燃機関から排出される排気の温度を上昇させることで前記フィルタの温度を上昇させ、それによって前記フィルタに付着したＨＣを除去するＨＣ被毒回復処理を実行するＨＣ被毒回復処理実行部と、を備える。
　内燃機関から排出される排気の温度を上昇させることでＳＣＲＦの温度を上昇させた場合、ＳＣＲＦに流入するＨＣ量の増加を抑制しつつＳＣＲＦの温度を上昇させることができる。そのため、フィルタ再生処理の実行終了後、ＨＣ被毒回復処理を実行することで、ＳＣＲＦへの新たなＨＣの付着を抑制しつつ、フィルタ再生処理の実行によってＳＣＲＦに付着したＨＣを除去することができる。
　これにより、ＳＣＲＦに担持されたＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着サイトが付着したＨＣによって塞がれたままの状態となることを抑制することができる。従って、本発明によれば、フィルタ再生処理の実行に伴うＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。
　本発明において、ＨＣ被毒回復処理は、該ＨＣ被毒回復処理の実行開始時のＳＣＲＦにおけるＨＣ付着量に応じた時間実行されてもよい。また、ＨＣ被毒回復処理は、フィルタ再生処理の実行時間に応じた時間実行されてもよい。これらによれば、ＳＣＲＦに付着したＨＣを十分に除去しつつ、ＨＣ被毒回復処理の実行時間が過剰に長くなることを抑制することができる。
　本発明においては、フィルタ再生処理の実行中においてＳＣＲＦの温度が目標温度に達するまでの間、ＳＣＲＦの温度に応じた量のアンモニア又はアンモニアの前駆体をアンモニア供給装置によってＳＣＲＦに供給してもよい。
　これによれば、フィルタ再生処理の実行中においてＳＣＲＦの温度が目標温度に達するまでの間においても、ＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着サイトにアンモニアを吸着させることができる。従って、フィルタ再生処理の実行中におけるＳＣＲＦへのＨＣの吸着量を抑制することができる。そのため、ＨＣ被毒回復処理の実行時間を短縮することができる。
　本発明によれば、ＳＣＲＦを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、フィルタ再生処理の実行に伴うＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。
実施例１に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係るフィルタ再生処理及びＨＣ被毒回復処理のフローを示すフローチャートである。 実施例１に係るフィルタ再生処理及びＨＣ被毒回復処理を実行した際の、ＳＣＲＦの温度Ｔｆ、前段触媒の温度Ｔｐｃ、燃料添加弁からの燃料添加量Ｆａｄｄ、内燃機関におけるポスト噴射量Ｆｐｏｓｔ、ＳＣＲＦにおけるＨＣ付着量Ｑｈｃ、アンモニア添加弁からのアンモニアガス添加量Ａａｄｄ、及びＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着量Ｑａｍの推移を示すタイムチャートである。 実施例１の変形例に係るフィルタ再生処理及びＨＣ被毒回復処理のフローを示すフローチャートである。 実施例２に係るフィルタ再生処理の実行中におけるアンモニアガス添加制御のフローを示すフローチャートである。 実施例２に係るフィルタ再生処理及びＨＣ被毒回復処理を実行した際の、ＳＣＲＦの温度Ｔｆ、前段触媒の温度Ｔｐｃ、燃料添加弁からの燃料添加量Ｆａｄｄ、内燃機関におけるポスト噴射量Ｆｐｏｓｔ、ＳＣＲＦにおけるＨＣ付着量Ｑｈｃ、アンモニア添加弁からのアンモニアガス添加量Ａａｄｄ、及びＳＣＲ触媒におけるアンモニア吸着量Ｑａｍの推移を示すタイムチャートである。
　以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的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＞
　ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムを、車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合について説明する。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。
　［吸排気系の概略構成］
　図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には吸気通路２及び排気通路３が接続されている。吸気通路２にはエアフローメータ１１が設けられている。エアフローメータ１１は内燃機関１の吸入空気量を検知する。
　排気通路３には、第１排気温度センサ１２、燃料添加弁４、前段触媒５、アンモニア添加弁６、ＳＣＲＦ７、第２排気温度センサ１３、後段触媒８、及び第３排気温度センサ１４が排気の流れに沿って上流側から順に設けられている。
　前段触媒５は酸化触媒である。ただし、前段触媒５は、酸化機能を有する触媒であれば酸化触媒以外の触媒であってもよい。燃料添加弁４は、前段触媒５に燃料を供給すべく、排気中に燃料を添加する。
　尚、本実施例においては、燃料添加弁４が本発明に係る燃料供給装置に相当する。ただし、燃料添加弁４を設けずに、内燃機関１において、主燃料噴射よりも遅いタイミングであって、噴射された燃料が燃焼室内での燃焼に供されずに排気通路３に未燃の状態で排出されるタイミングで副燃料噴射を実行することで、前段触媒５に燃料を供給することもできる。
　ＳＣＲＦ７は、排気中のＰＭを捕集するウォールフロー型のフィルタにＳＣＲ触媒７ａが担持されて構成されている。ＳＣＲ触媒７ａは、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。アンモニア添加弁６は、ＳＣＲＦ７にアンモニアを供給すべく、排気中にアンモニアガスを添加する。ＳＣＲＦ７にアンモニアが供給されると該アンモニアはＳＣＲＦ７に担持されたＳＣＲ触媒７ａにおけるアンモニア吸着サイトに一旦吸着する。そして、吸着したアンモニアが還元剤となって排気中のＮＯｘが還元される。
　尚、アンモニアが酸化されるとＮＯｘが生成される場合がある。このようなＮＯｘの生成を抑制する必要があるため、ＳＣＲＦ７に担持されたＳＣＲ触媒７ａは酸化能力が非常に低い。
　本実施例においては、アンモニア添加弁６が本発明に係るアンモニア供給装置に相当する。ただし、本発明に係るアンモニア供給装置は、アンモニアを液体又は個体として供給する装置であってもよい。また、本発明に係るアンモニア供給装置は、アンモニアの前駆体を供給する装置であってもよい。例えば、本実施例において、アンモニア添加弁６に代えて、排気中に尿素水溶液を添加する尿素添加弁を設けてもよい。この場合、アンモニアの前駆体として尿素がＳＣＲＦ７に供給される。そして、尿素が加水分解することでアンモニアが生成される。
　後段触媒８は酸化触媒である。ただし、後段触媒８は、酸化機能を有する他の触媒であってもよい。また、後段触媒８は、酸化触媒と、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＳＣＲ触媒とを組み合わせることで構成された触媒であってもよい。この場合、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）やゼオライト等を材料とする担体に白金（Ｐｔ）等の貴金属を担持させることで酸化触媒を形成し、ゼオライトを材料とする担体に銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）等の卑金属を担持させることでＳＣＲ触媒を形成してもよい。後段触媒８をこのような構成の触媒とすることで、排気中のＨＣ、ＣＯ、及びアンモニアを酸化させることができ、さらに、アンモニアの一部を酸化させることでＮＯｘを生成すると共に該生成されたＮＯｘを余剰のアンモニアを還元剤として還元することもできる。
　第１排気温度センサ１２、第２排気温度センサ１３、及び第３排気温度センサ１４は排気の温度を検知するセンサである。第１排気温度センサ１２は、内燃機関１から排出された排気の温度を検知する。第２排気温度センサ１３は、ＳＣＲＦ７から流出した排気の温度を検知する。第３排気温度センサ１４は、後段触媒８から流出した排気の温度を検知する。
　内燃機関１には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ１１、第１排気温度センサ１２、第２排気温度センサ１３、及び第３排気温度センサ１４等の各種センサが電気的に接続されている。そして、各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、エアフローメータ１１の出力値に基づいて排気通路３における排気の流量を推定する。また、ＥＣＵ１０は、第２排気温度センサ１３の出力値に基づいてＳＣＲＦ７の温度を推定し、第３排気温度センサ１４の出力値に基づいて後段触媒８の温度を推定する。
　さらに、ＥＣＵ１０には、内燃機関１の燃料噴射弁、燃料添加弁４、及びアンモニア添加弁６が電気的に接続されている。そして、これらの装置がＥＣＵ１０によって制御される。
　［フィルタ再生処理］
　ＳＣＲＦ７には、捕集されたＰＭが徐々に堆積する。そこで、本実施例においては、ＳＣＲＦ７に堆積したＰＭを除去するためにフィルタ再生処理が実行される。本実施例に係るフィルタ再生処理は、燃料添加弁４から燃料を添加し、それによって燃料を前段触媒５に供給することで実現される。前段触媒５において燃料が酸化されると酸化熱が生じる。この酸化熱によってＳＣＲＦ７に流入する排気が加熱される。これにより、ＳＣＲＦ７の温度が上昇する。フィルタ再生処理の実行時においては、燃料添加弁４からの燃料添加量を制御することで、ＳＣＲＦ７の温度をＰＭの酸化が促進される所定のフィルタ再生温度（例えば、６５０℃）まで上昇させる。その結果、ＳＣＲＦ７に堆積したＰＭが酸化され除去される。
　本実施例では、フィルタ再生処理は所定時間が経過する毎に実行される。尚、内燃機関１を搭載した車両が所定の走行距離を走行する毎にフィルタ再生処理を実行してもよい。また、ＳＣＲＦ７におけるＰＭ堆積量が所定の堆積量に達する毎にフィルタ再生処理を実行してもよい。ＳＣＲＦ７におけるＰＭ堆積量は、内燃機関１での燃料噴射量、ＳＣＲＦ７に流入する排気の流量、及びＳＣＲＦ７の温度等の履歴に基づいて推定することができる。
　上記のようなフィルタ再生処理が実行された時には、前段触媒５に供給された燃料に含まれるＨＣの一部が該前段触媒５において酸化されずに該前段触媒５をすり抜ける場合がある。前段触媒５をすり抜けたＨＣはＳＣＲＦ７に流入する。ここで、上述したように、ＳＣＲＦ７に担持されたＳＣＲ触媒７ａは酸化能力が非常に低い。そのため、ＨＣがＳＣＲＦ７に流入すると、該ＨＣの一部がＳＣＲＦ７に付着する。そして、付着したＨＣが酸化されずにＳＣＲＦに付着したままの状態となる虞がある。ＳＣＲＦ７にＨＣが付着していると、ＳＣＲＦ７に担持されたＳＣＲ触媒７ａにおいてアンモニアが吸着すべきアンモニア吸着サイトがＨＣによって塞がれる。アンモニア吸着サイトがＨＣによって塞がれると、フィルタ再生処理の実行終了後において、ＳＣＲ触媒７ａにアンモニアが吸着し難くなる。その結果、ＳＣＲ触媒７ａにおけるＮＯｘ浄化率が低下する。
　そこで、本実施例においては、フィルタ再生処理の実行終了後、ＳＣＲＦ７に付着したＨＣを除去すべくＨＣ被毒回復処理が実行される。ＨＣ被毒回復処理は、内燃機関１から排出される排気の温度を上昇させることでＳＣＲＦ７の温度をＨＣの酸化が促進されるＨＣ被毒回復温度（例えば、６５０℃）まで上昇させる処理である。このＨＣ被毒回復処理は、内燃機関１において、主燃料噴射よりも遅いタイミングであって、噴射された燃料が燃焼室内での燃焼に供されるタイミングで副燃料噴射を実行することで実現される。このようなタイミングで副燃料噴射を実行することで、内燃機関１から排出される排気の温度を上昇させることができる。以下、このようなタイミングで実行される副燃料噴射をポスト噴射と称する。
　内燃機関１から排出される排気の温度を上昇させることでＳＣＲＦ７の温度を上昇させた場合、ＳＣＲＦ７に流入するＨＣ量の増加を抑制しつつＳＣＲＦ７の温度を上昇させることができる。そのため、フィルタ再生処理の実行終了後、ＨＣ被毒回復処理を実行することで、ＳＣＲＦ７への新たなＨＣの付着を抑制しつつ、フィルタ再生処理の実行によってＳＣＲＦ７に付着したＨＣを除去することができる。
　これにより、ＳＣＲＦ７に担持されたＳＣＲ触媒７ａにおけるアンモニア吸着サイトが付着したＨＣによって塞がれたままの状態となることを抑制することができる。そのため、ＮＯｘを還元する際に還元剤となるアンモニアのＳＣＲ触媒７ａへの吸着がＨＣによって阻害されることが抑制される。従って、フィルタ再生処理の実行終了後にＨＣ被毒回復処理を実行することで、フィルタ再生処理の実行に伴うＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。
　［処理フロー］
　図２は、本実施例に係るフィルタ再生処理及びＨＣ被毒回復処理のフローを示すフローチャートである。本フローはＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。
　本フローでは、先ずステップＳ１０１において、フィルタ再生処理の実行条件が成立したか否かが判別される。本実施例では、前回のフィルタ再生処理の実行が終了してから所定時間が経過すると、フィルタ再生処理の実行条件が成立したと判断される。ステップＳ１０１において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、ステップＳ１０１において肯定判定された場合、次にステップＳ１０２の処理が実行される。
　ステップＳ１０２においては、燃料添加弁４からの燃料添加が実行される。即ち、フィルタ再生処理が実行される。フィルタ再生処理においては、燃料添加弁４からの燃料添加量を制御することで、ＳＣＲＦ７の温度が目標温度であるフィルタ再生温度に調整される。
　次に、ステップＳ１０３において、フィルタ再生処理の実行終了条件が成立したか否かが判別される。本実施例では、フィルタ再生処理の実行が開始されてから所定の再生実行時間が経過すると、フィルタ再生処理の実行終了条件が成立したと判断される。
　ステップＳ１０３において否定判定された場合、ステップＳ１０２及びＳ１０３の処理が再度実行される。一方、ステップＳ１０３において肯定判定された場合、次にステップＳ１０４の処理が実行される。ステップＳ１０４においては、燃料添加弁４からの燃料添加が停止される。即ち、フィルタ再生処理の実行が終了される。
　次に、ステップＳ１０５において、現時点のＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量Ｑｈｃが算出される。フィルタ再生処理の実行中における単位時間当たりにＳＣＲＦ７に付着するＨＣ量及び単位時間当たりに酸化されるＨＣ量は、燃料添加弁４からの燃料添加量、排気の流量、前段触媒５の温度、及びＳＣＲＦ７の温度等に基づいて推定することができる。そして、これらの値を積算することで、ＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量Ｑｈｃを算出することができる。
　次に、ステップＳ１０６において、これから実行されるＨＣ被毒回復処理の実行時間ΔＴｐが設定される。ここで、ＨＣ被毒回復処理の実行時間ΔＴｐは、ＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量Ｑｈｃに基づいて設定される。つまり、ＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量Ｑｈｃが多いときは、該ＨＣ付着量Ｑｈｃが少ない時に比べてＨＣ被毒回復処理の実行時間ΔＴｐが短く設定される。ＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量ＱｈｃとＨＣ被毒回復処理の実行時間ΔＴｐとの関係は、実験等に基づいて定められている。そして、これらの値の関係がマップ又は関数としてＥＣＵ１０に予め記憶されている。
　次に、ステップＳ１０７において、内燃機関１におけるポスト噴射が実行される。即ち、ＨＣ被毒回復処理が実行される。ＨＣ被毒回復処理においては、副燃料噴射の噴射時期及び噴射量を制御することで、ＳＣＲＦ７の温度が目標温度であるＨＣ被毒回復温度に調整される。尚、ＨＣ被毒回復温度とフィルタ再生温度とは同一の温度であってもよい。
　次に、ステップＳ１０８において、内燃機関１におけるポスト噴射の実行が開始されてから、即ちＨＣ被毒回復処理の実行が開始されてから、ステップＳ１０６で設定された時間ΔＴｐが経過したか否かが判別される。ステップＳ１０８において否定判定された場合、ステップＳ１０７及びＳ１０８の処理が再度実行される。一方、ステップＳ１０８において肯定判定された場合、次にステップＳ１０９の処理が実行される。ステップＳ１０９においては、ポスト噴射が停止される。即ち、ＨＣ被毒回復処理の実行が終了される。
　上記フローにおいては、ＨＣ被毒回復処理の実行時間ΔＴｐが、ＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量Ｑｈｃに基づいて設定される。これにより、ＳＣＲＦ７に付着したＨＣを十分に除去しつつ、ＨＣ被毒回復処理の実行時間ΔＴｐが過剰に長くなることを抑制することができる。そのため、ＨＣ被毒回復処理の実行に伴う燃費の悪化を抑制することができる。
　尚、本実施例においては、ＨＣ被毒回復処理の実行時間を予め設定せずに、該ＨＣ被毒回復処理を実行してもよい。この場合、ＨＣ被毒回復処理の実行中に、ＳＣＲＦ７におけるＨＣ残留量を推定する。そして、推定されたＨＣ残留量が所定残留量以下となった時に、ＨＣ被毒回復処理の実行を終了してもよい。ＨＣ被毒回復処理の実行中における単位時間当たりのＨＣ酸化量は、排気の流量及びＳＣＲＦ７の温度等に基づいて推定することができる。そして、ＨＣ被毒回復処理の実行開始時のＨＣ付着量からＨＣ酸化量を減算することで、ＳＣＲＦ７におけるＨＣ残留量を算出することができる。
　また、ＨＣ被毒回復処理の実行時間を、フィルタ再生処理の実行時間に基づいて設定してもよい。この場合、フィルタ再生処理の実行時間が短いときは、フィルタ再生処理の実行時間が長いときに比べてＨＣ被毒回復処理の実行時間が短く設定される。これによっても、ＳＣＲＦ７に付着したＨＣを十分に除去しつつ、ＨＣ被毒回復処理の実行時間が過剰に長くなることを抑制することができる。
　また、ＨＣ被毒回復処理の実行時間を予め定められた一定時間としてもよい。この場合でも、フィルタ再生処理の実行によってＳＣＲＦ７に付着したＨＣを除去することができる。ただし、燃費の悪化を抑制するという観点では、上述したように、ＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量又はフィルタ再生処理の実行時間に応じてＨＣ被毒回復処理の実行時間を変更した方が好ましい。
　また、本実施例においては、フィルタ再生処理の実行中にＳＣＲＦ７におけるＰＭ残留量を推定してもよい。そして、上記フローのステップＳ１０３において、推定されたＰＭ残留量が所定残留量以下となったときに、フィルタ再生処理の実行終了条件が成立したと判断してもよい。フィルタ再生処理の実行中における単位時間当たりのＰＭ酸化量は、排気の流量及びＳＣＲＦ７の温度等に基づいて推定することができる。そして、フィルタ再生処理の実行開始時のＰＭ堆積量からＰＭ酸化量を減算することで、ＳＣＲＦ７におけるＰＭ残留量を算出することができる。
　この場合、所定残留量は、酸化可能なＰＭの略全てが除去されたと判断できる量より多い量であってもよい。所定残留量をこのような量に設定することで、可能な限りＰＭを除去しようとした場合に比べてフィルタ再生処理の実行時間を短縮することができる。また、本実施例においては、ＨＣ被毒回復処理の実行中においても、ＳＣＲＦ７の温度がフィルタ再生処理における目標温度と略同一の目標温度に調整される。そのため、フィルタ再生処理が終了した時点でＳＣＲＦ７にＰＭが残留していても、該残留したＰＭをＨＣ被毒回復処理の実行中に酸化させ除去することができる。
　＜タイムチャート＞
　図３は、本実施例に係るフィルタ再生処理及びＨＣ被毒回復処理を実行した際の、ＳＣＲＦ７の温度Ｔｆ、前段触媒５の温度Ｔｐｃ、燃料添加弁４からの燃料添加量Ｆａｄｄ、内燃機関１におけるポスト噴射量Ｆｐｏｓｔ、ＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量Ｑｈｃ、アンモニア添加弁６からのアンモニアガス添加量Ａａｄｄ、及びＳＣＲ触媒７ａにおけるアンモニア吸着量Ｑａｍの推移を示すタイムチャートである。図３において、横軸が時間ｔを表している。また、図３において、Ｔｆｔが、フィルタ再生処理及びＨＣ被毒回復処理におけるＳＣＲＦ７の目標温度（フィルタ再生温度、ＨＣ被毒回復温度）を表している。
　図３においては、時間ｔ０からｔ３までの間、燃料添加弁４からの燃料添加が実行される。つまり、時間ｔ０からｔ３までの間がフィルタ再生処理の実行時間である。そのため、時間ｔ０からｔ３までの間においては、ＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量Ｑｈｃが増加する。尚、この間において、時間ｔ１からｔ２までの間はＳＣＲＦ７の温度Ｔｆが徐々に上昇し、時間ｔ２からｔ３までの間はＳＣＲＦの温度Ｔｆが目標温度（フィルタ再生温度）Ｔｆｔに維持される。
　そして、時間ｔ３からｔ４までの間、内燃機関１におけるポスト噴射が実行される。つまり、時間ｔ３からｔ４までの間がＨＣ被毒回復処理の実行時間である。この間においては、ＳＣＲＦ７への新たなＨＣの供給が抑制されつつ、該ＳＣＲＦ７の温度Ｔｆが目標温度（ＨＣ被毒回復温度）に維持される。そのため、時間ｔ３からｔ４までの間においては、ＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量Ｑｈｃが減少する。
　尚、ＳＣＲＦ７の温度Ｔｆが目標温度（フィルタ再生温度、ＨＣ被毒回復温度）Ｔｆｔに達していると、ＳＣＲ触媒７ａにはアンモニアが吸着し難い。そのため、本実施例では、フィルタ再生処理の実行中及びＨＣ被毒回復処理の実行中はアンモニア添加弁６からのアンモニアガスの添加は停止される。
　そして、時間ｔ４においてＨＣ被毒回復処理の実行が終了されると、アンモニア添加弁６からのアンモニアガスの添加が再開される。このとき、フィルタ再生処理を実行することでＳＣＲＦ７に付着したＨＣはＨＣ被毒回復処理を実行することで除去されている。そのため、ＳＲＣ触媒７ａにおけるアンモニアの吸着が促進され易くなっている。
　また、時間ｔ４においてＨＣ被毒回復処理の実行が終了されると、時間ｔ４からｔ５の間においては、ＳＣＲＦ７の温度Ｔｆ（即ち、ＳＣＲ触媒７ａの温度）が徐々に低下する。これに伴いＳＣＲ触媒７ａに吸着可能なアンモニア量が増加する。そこで、時間ｔ４からｔ５の間においては、アンモニア添加弁６からのアンモニアガス添加量Ａａｄｄを徐々に増加させる。これにより、時間ｔ４からｔ５の間においては、ＳＣＲ触媒７ａにおけるアンモニア吸着量Ｑａｍが徐々に増加する。
　［変形例］
　次に、本実施例の変形例について説明する。本実施例において、フィルタ再生処理の実行終了後、即ち燃料添加弁４からの燃料添加の停止後、ＨＣ被毒回復処理を実行しなくてもＳＣＲＦ７の温度がＨＣの酸化が可能な温度に維持されていれば、ＳＣＲＦ７に付着したＨＣは除去される。そのため、必ずしも、フィルタ再生処理の実行終了と同時にＨＣ被毒回復処理の実行を開始する必要はない。
　そこで、本変形例においては、フィルタ再生処理の実行終了後にＳＣＲＦ７の温度に基づいてＨＣ被毒回復処理の実行開始時期を判断する。図４は、本変形例に係るフィルタ再生処理及びＨＣ被毒回復処理のフローを示すフローチャートである。本フローにおいて、ステップＳ２０５以外の処理は、図４に示すフローチャートと同様である。そのため、ステップＳ２０５の処理についてのみ説明し、その他のステップの処理についての説明は省略する。本フローはＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。
　本フローでは、ステップＳ１０４の次にステップＳ２０５の処理が実行される。ステップＳ２０５においては、ＳＣＲＦ７の温度が所定の処理開始温度Ｔｆ０以下となったか否かが判別される。ここで、処理開始温度Ｔｆ０は、フィルタ再生処理の目標温度（フィルタ処理温度）以下の温度であって、且つ、ＳＣＲＦ７に付着したＨＣの酸化が可能な温度の下限値以上の温度である。この処理開始温度Ｔｆ０は、実験等に基づいて予め定められている。
　ステップＳ１０４において否定判定された場合、ステップＳ１０４の処理が再度実行される。一方、ステップＳ１０４において肯定判定された場合、次にステップＳ１０５の処理が実行される。
　この場合、ステップＳ１０５においては、フィルタ再生処理の実行終了時点でのＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量から、フィルタ再生処理の実行終了後に酸化されたＨＣ量を減算することで、現時点のＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量Ｑｈｃが算出される。
　これによれば、フィルタ再生処理の実行終了と同時にＨＣ被毒回復処理の実行を開始する場合に比べて、ＨＣ被毒回復処理の実行開始時点のＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量が少なくなる。従って、ステップＳ１０６において設定されるＨＣ被毒回復処理の実行時間ΔＴｐを短くすることができる。その結果、ＨＣ被毒回復処理の実行に伴う燃費の悪化をより抑制することが可能となる。
　＜実施例２＞
　本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例１に係る構成と同様である。以下、本実施例に係るフィルタ再生処理及びＨＣ被毒回復処理において、実施例１と異なる点についてのみ説明する。
　上述したように、ＳＣＲＦ７の温度が目標温度（フィルタ再生温度、ＨＣ被毒回復温度）まで上昇していると、ＳＣＲ触媒７ａにはアンモニアが吸着し難い。そのため、実施例１においては、フィルタ再生処理及びＨＣ被毒回復処理の実行中においては、アンモニア添加弁６からのアンモニアガスの添加を停止した。しかしながら、フィルタ再生処理の実行中においてＳＣＲＦ７の温度が目標温度に達するまでの間、即ち、ＳＣＲＦ７の温度が目標温度より低い間は、ＳＣＲ触媒７ａにアンモニアを吸着させることができる。そこで、本実施例においては、フィルタ再生処理の実行中においても、ＳＣＲＦ７の温度が目標温度に達するまでの間は、アンモニア添加弁６からのアンモニアガスの添加を実行する。
　これにより、フィルタ再生処理の実行中におけるＳＣＲＦ７の温度が目標温度に達するまでの間においても、ＳＣＲ触媒７ａにおけるアンモニア吸着サイトにアンモニアを吸着させることができる。そのため、フィルタ再生処理の実行中のＳＣＲＦ７へのＨＣ付着量を抑制することができる。その結果、フィルタ再生処理の実行終了時点でのＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量を少なくすることができる。
　従って、本実施例によれば、フィルタ再生処理の実行開始時からアンモニア添加弁６からのアンモニアガスの添加を停止する場合に比べて、ＨＣ被毒回復処理の実行時間を短縮することが可能となる。そのため、ＨＣ被毒回復処理の実行に伴う燃費の悪化をより抑制することができる。
　［アンモニアガス添加制御のフロー］
　図５は、本実施例に係るフィルタ再生処理の実行中におけるアンモニアガス添加制御のフローを示すフローチャートである。本フローはＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。
　本フローでは、先ずステップＳ３０１において、フィルタ再生処理の実行中であるか否かが判別される。ステップＳ３０１において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、ステップＳ３０１において肯定判定された場合、次にステップＳ３０２の処理が実行される。
　ステップＳ３０２においては、ＳＣＲＦ７の温度Ｔｆが目標温度Ｔｆｔ（フィルタ再生温度）Ｔｆｔより低いか否かが判別される。ステップＳ３０２において肯定判定された場合、次にステップＳ３０３の処理が実行される。ステップＳ３０３においては、アンモニア添加弁６からのアンモニアガスの添加量Ａｄｄが設定される。ここで、アンモニアガスの添加量Ａｄｄは、ＳＣＲＦ７の温度Ｔｆ（即ち、ＳＣＲ触媒７ａの温度）に応じて設定される。つまり、ＳＣＲＦ７の温度Ｔｆが高いときは、その温度が低い場合に比べて、アンモニアの添加量Ａｄｄが少なく設定される。アンモニアの添加量ＡｄｄとＳＣＲＦ７の温度Ｔｆとの関係は、実験等に基づいて定められている。そして、これらの値の関係がマップ又は関数としてＥＣＵ１０に予め記憶されている。
　次に、ステップＳ３０４において、アンモニア添加弁６からのアンモニアの添加が実行される。この時、アンモニアの添加量が、ステップＳ３０３において
設定された量に調整される。
　一方、ステップＳ３０２において否定判定された場合、即ち、ＳＣＲＦ７の温度が目標温度Ｔｆｔに達している場合、次にステップＳ３０５の処理が実行される。ステップＳ３０５においては、アンモニア添加弁６からのアンモニアガスの添加が停止される。
　上記フローによれば、フィルタ再生処理の実行中にアンモニア添加弁６からのアンモニアガスの添加を実行する場合に、ＳＣＲＦ７の温度が上昇するにつれて、アンモニア添加弁６からのアンモニアガスの添加量が徐々に減らされる。これにより、過剰な量のアンモニアガスがＳＣＲＦ７に供給されることを抑制することができる。そのため、ＳＣＲＦ７からのアンモニアの流出を抑制することができる。
　［タイムチャート］
　図６は、本実施例に係るフィルタ再生処理及びＨＣ被毒回復処理を実行した際の、ＳＣＲＦ７の温度Ｔｆ、前段触媒５の温度Ｔｐｃ、燃料添加弁４からの燃料添加量Ｆａｄｄ、内燃機関１におけるポスト噴射量Ｆｐｏｓｔ、ＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量Ｑｈｃ、アンモニア添加弁６からのアンモニアガス添加量Ａａｄｄ、及びＳＣＲ触媒７ａにおけるアンモニア吸着量Ｑａｍの推移を示すタイムチャートである。図６において、横軸が時間ｔを表している。また、図６において、Ｔｆｔが、フィルタ再生処理及びＨＣ被毒回復処理におけるＳＣＲＦ７の目標温度（フィルタ再生温度、ＨＣ被毒回復温度）を表している。また、図６において、実線は、本実施例に係る各値の推移を示しており、破線は、実施例１に係るフィルタ再生処理及びＨＣ被毒回復処理を実行した際の各値の推移を示している。
　本実施例では、フィルタ再生処理の実行中である時間ｔ０からｔ２までの間においても、アンモニア添加弁６からのアンモニアガスの添加が実行される。そして、時間ｔ１からｔ２までの間においては、ＳＣＲＦ７の温度上昇に伴い、アンモニア添加弁６からのアンモニアガスの添加量が徐々に減らされる。その結果、時間ｔ２の時点では、ＳＣＲ触媒７ａにおけるアンモニア吸着量Ｑａｍは略零となる。
　しかしながら、時間ｔ０からｔ２までの間においは、ＳＣＲ触媒７ａにおけるアンモニア吸着サイトにアンモニアが吸着されるため、ＳＣＲＦ７にＨＣが付着し難くなる。従って、フィルタ再生処理の実行が終了する時間ｔ３の時点でのＳＣＲＦ７におけるＨＣ付着量Ｑｈｃが、実施例１の場合に比べて少なくなる。そのため、ＨＣ被毒回復処理の実行時間（ｔ３からｔ４までの時間）を実施例１の場合よりも短縮することができる。
　尚、上記実施例１及び２に係るＨＣ被毒回復処理においては、フィルタ再生処理と同様、ＰＭの酸化が促進される温度までＳＣＲＦ７が上昇する。しかしながら、ＨＣ被毒回復処理のように内燃機関１から排出される排気の温度を上昇させることでＳＣＲＦ７の温度を上昇させる場合、燃料を前段触媒５に供給することでＳＣＲＦ７の温度を同一の温度まで上昇させる場合に比べて燃料の消費量がより多くなる。そのため、燃費の悪化を抑制すべく、ＳＣＲＦ７に堆積したＰＭの除去はフィルタ再生処理によって行われる。
１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・燃料添加弁
５・・・前段触媒
６・・・アンモニア添加弁
７・・・フィルタ（ＳＣＲＦ）
７ａ・・選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
８・・・後段触媒
１０・・ＥＣＵ
１１・・エアフローメータ
１２・・第１排気温度センサ
１３・・第２排気温度センサ
１４・・第３排気温度センサ

Claims (4)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられ、酸化機能を有する前段触媒と、
    　前記前段触媒に燃料を供給する燃料供給装置と、
    　前記前段触媒より下流側の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタと、
    　前記フィルタにアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給するアンモニア供給装置と、
    　前記燃料供給装置から前記前段触媒に燃料を供給することで前記フィルタの温度を上昇させ、それによって前記フィルタに堆積した粒子状物質を除去するフィルタ再生処理を実行するフィルタ再生処理実行部と、
    　前記フィルタ再生処理実行部によるフィルタ再生処理の実行終了後、内燃機関から排出される排気の温度を上昇させることで前記フィルタの温度を上昇させ、それによって前記フィルタに付着したＨＣを除去するＨＣ被毒回復処理を実行するＨＣ被毒回復処理実行部と、を備える内燃機関の排気浄化システム。
  2. 　ＨＣ被毒回復処理が、該ＨＣ被毒回復処理の実行開始時の前記フィルタにおけるＨＣ付着量に応じた時間実行される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  3. 　ＨＣ被毒回復処理が、フィルタ再生処理の実行時間に応じた時間実行される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  4. 　フィルタ再生処理の実行中において前記フィルタの温度が目標温度に達するまでの間、前記フィルタの温度に応じた量のアンモニア又はアンモニアの前駆体を前記アンモニア供給装置によって前記フィルタに供給する請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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