JP2007032396A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気浄化手段に対する処理に応じて還元剤供給位置から排気浄化手段までの距離を最適化し、各処理を最適な条件下で実施する技術を提供する。
【解決手段】 内燃機関１から延びる排気経路内に配置され、ＮＯｘ触媒とフィルタとを有する排気浄化手段と、排気浄化手段の上流に燃料を供給する第１燃料添加弁と、第１燃料添加弁の下流かつ排気浄化手段の上流に燃料を供給する第２燃料添加弁を備え、ＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒解消処理の際には、第１燃料添加弁から燃料を供給し、ＰＭ酸化除去処理の際には、第２燃料添加弁から燃料を供給する。
【選択図】 図２

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関、特にディーゼル機関の排気経路に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という場合もある。）を配置し、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）を浄化する技術が知られている。また、ＮＯｘ触媒を担持したり、ＮＯｘ触媒と直列に並べたりしてパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」という場合もある。）を配置し、内燃機関から排出される煤等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter、以下、「ＰＭ」という場合もある。）を捕集する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、ＮＯｘ触媒とフィルタとで構成される一体的な手段を排気浄化手段という。

排気浄化手段のＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持能力が飽和する前に、ＮＯｘ触媒に保持（吸蔵）されたＮＯｘあるいは硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」という場合もある。）を放出及び還元して除去する処理（ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒解消処理）を行う必要がある。この処理においては、排気経路の排気浄化手段の上流側に配置された還元剤供給手段から還元剤を供給することにより、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を必要に応じて理論空燃比以下（リッチ化）にして、ＮＯｘあるいはＳＯｘを還元除去している。

また、排気浄化手段のフィルタに捕集されたＰＭを酸化除去する処理（ＰＭ酸化除去処理）を行う必要がある。この処理においては、排気経路の排気浄化手段の上流側に配置された還元剤供給手段から還元剤を供給することにより、還元剤をＮＯｘ触媒において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタの温度を５００℃〜７００℃程度の高温域まで高めている。そして、このフィルタの昇温に加えてフィルタへ流入する排気を酸素過剰な雰囲気とし、ＰＭを酸化除去している。

上記の排気浄化手段に対するＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒解消処理、ＰＭ酸化除去処理においては、いずれも還元剤供給が必要となる。ただし、還元剤供給位置から排気浄化手段までの距離が長いと、排気浄化手段に到るまでに排気経路の内壁面への付着等によって到達遅れが生じ、最適な供給量に対して不足が生じる。それゆえ還元剤を有効利用できていないという問題があった。これに対して、還元剤供給位置の直下流に排気浄化手段を配置し、還元剤の有効利用を図る技術が特許文献１に開示されている。
特開２０００−２０５００５号公報 特開平１１−１３４５６号公報 特開２００３−９７２５４号公報

しかしながら、還元剤供給位置から排気浄化手段までの距離が短すぎると、排気浄化手段に至る前に還元剤が排気中に十分拡散しないおそれがある。これでは、ＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒解消処理の際に、還元剤がＮＯｘ触媒の全体に行き渡らず、ＮＯｘ触媒のＮＯｘあるいはＳＯｘの還元がＮＯｘ触媒の一部でしか行われず、不完全となってしまうおそれがある。なお、拡散とは、物理的な広がりと化学的なクラッキング（軽質化）の両方の意味を含むものである。

また、還元剤供給位置から排気浄化手段までの距離が長いと、以下のような不具合も考えられる。すなわち、ＰＭ酸化除去処理中に、当該内燃機関を搭載した車両が減速運転さ
れるなどフィルタの過昇温を生じさせ易い運転条件になった場合に、即座に還元剤供給を停止させたとしても、すでに供給していた還元剤のＮＯｘ触媒への到達遅れが生じ、遅れて到達する還元剤によってフィルタの過昇温を招いてしまうおそれがある。

このように、ＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒解消処理の際には、還元剤供給位置から排気浄化手段までの距離が短いと上述した不具合が生じ、ＰＭ酸化除去処理の際には、還元剤供給位置から排気浄化手段までの距離が長いと上述した不具合が生じる。すなわち、排気浄化手段に対する処理によって還元剤供給位置から排気浄化手段までの最適な距離が異なり、各処理に対する最適な条件が異なっているのである。

本発明の目的とするところは、排気浄化手段に対する処理に応じて還元剤供給位置から排気浄化手段までの距離を最適化し、各処理を最適な条件下で実施する技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明にあっては以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関から延びる排気経路内に配置され、排気中のＮＯｘを吸蔵還元する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と内燃機関から排出される微粒子を捕集するフィルタとを有する排気浄化手段と、
前記排気浄化手段の上流の前記排気経路に還元剤を供給する第１還元剤供給手段と、
前記第１還元剤供給手段の下流かつ前記排気浄化手段の上流の前記排気経路に還元剤を供給する第２還元剤供給手段と、
を備え、
前記ＮＯｘ触媒から当該ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元させる際、及び、前記ＮＯｘ触媒から当該ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘを還元させる際には、前記第１還元剤供給手段から還元剤を供給し、
前記フィルタに捕集されている微粒子を酸化除去させる際には、前記第２還元剤供給手段から還元剤を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

これにより、ＮＯｘ触媒から当該ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元させる際、及び、ＮＯｘ触媒から当該ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘを還元させる際、すなわちＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒解消処理の際には、第１還元剤供給手段から排気浄化手段へ還元剤を供給する。よって、還元剤供給位置から排気浄化手段までの距離は、第２還元剤供給手段から還元剤を供給する場合よりも長くなる。そして、その長い距離の間に供給された還元剤が排気中に十分拡散し、還元剤が排気浄化手段の全体に行き渡り、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘあるいはＳＯｘの還元除去反応を促進させることができる。なお、拡散とは、物理的な広がりと化学的なクラッキング（軽質化）の両方の意味を含むものである。

また、フィルタに捕集されている微粒子を酸化除去させる際、すなわちＰＭ酸化除去処理の際には、第２還元剤供給手段から排気浄化手段へ還元剤を供給する。よって、還元剤供給位置から排気浄化手段までの距離は、第１還元剤供給手段から還元剤を供給する場合よりも短くなる。そして、この短い距離では排気浄化手段のＮＯｘ触媒への還元剤の到達遅れがなくなり、第２還元剤供給手段で還元剤を供給停止すればすぐに排気浄化手段へ還元剤が到達しなくなり、遅れて到達する還元剤によるフィルタの過昇温が防止でき、還元剤供給手段での還元剤供給停止による過昇温回避の即応性が得られる。

このように、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、排気浄化手段に対する処理に応じて還元剤供給位置から排気浄化手段までの距離を最適化し、各処理を最適な条件下で実施することができる。

前記フィルタに捕集されている微粒子を酸化除去させる際に、前記排気浄化手段が所定温度以下の場合には、前記第１還元剤供給手段から還元剤を供給することが好適である。

排気浄化手段の温度が比較的低温である場合には、ＰＭ酸化除去処理の際にある程度温度が上昇しても過昇温とはならない。それゆえ、ＰＭ酸化除去処理の際に、前記排気浄化手段が所定温度以下の場合には、排気浄化手段のＮＯｘ触媒への還元剤の到達遅れが生じ、遅れて到達する還元剤によってフィルタがある程度昇温してもフィルタの過昇温は防ぐことができる。

一方、ＰＭ酸化除去処理の際においても、還元剤供給位置から排気浄化手段までの距離を長くして燃料拡散による反応促進性を確保し、低温活性を高くしたりＮＯｘ触媒内の温度不均一性を向上したりすることが好適である。

それゆえ、フィルタに捕集されている微粒子を酸化除去させる際に、排気浄化手段が所定温度以下の場合には、言い換えればＰＭ酸化除去処理の際にフィルタが過昇温する可能性がないのであれば、排気浄化手段までの距離が長い第１還元剤供給手段から還元剤を供給することで、フィルタの過昇温を防止しつつ、低温活性を高くしたりＮＯｘ触媒内の温度不均一性を向上したりすることができる。

また、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘあるいはＳＯｘを還元させる際に、当該ＮＯｘ触媒における上流側部位と下流側部位のどちらから還元されるかを推定する部位推定手段を備え、前記ＮＯｘ触媒から当該ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元させる際、及び、前記ＮＯｘ触媒から当該ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘを還元させる際に、前記部位推定手段が下流側部位から還元されると推定した場合には、前記第２還元剤供給手段から還元剤を供給することが好適である。

ＮＯｘ触媒の下流側部位に吸蔵されているＮＯｘあるいはＳＯｘを還元させる場合、還元剤供給位置からＮＯｘ触媒までの距離が短くても、ＮＯｘあるいはＳＯｘの還元除去性能は悪化しない。これは、排気が下流側部位に至る過程で排気中の酸素が反応して減少し、下流側部位に到達する排気には酸素があまり存在せずに主にＨＣが存在することから、下流側部位におけるＮＯｘあるいはＳＯｘの還元反応が促進されるためである。

それゆえ、部位推定手段が下流側部位から還元されると推定した場合には、排気浄化手段までの距離が短い第２還元剤供給手段から還元剤を供給することで、還元反応を促進させることができるとともに、排気経路への燃料付着量が増加して還元に寄与する燃料が減少することに起因して燃費が悪化するという不具合を防止することができる。

本発明によると、排気浄化手段に対する処理に応じて還元剤供給位置から排気浄化手段までの距離を最適化し、各処理を最適な条件下で実施することができる。

以下に、本発明の具体的な実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、＃１〜＃４の４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・デ
ィーゼル機関であり、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、蓄圧室（コモンレール）４と接続され、このコモンレール４は燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。

内燃機関１からは排気通路７が延びている。排気通路７は、内燃機関１の気筒２の排気ポートから連続しており、当該排気通路７と各気筒２の排気ポートとで排気経路を形成する。排気通路７は、不図示の下流にてマフラーと接続されている。排気通路７の途中には、過給機８のタービンハウジング９が配置されており、排気通路７におけるタービンハウジング９より下流の部位には、気筒２から排出される排気を浄化するための排気浄化手段１０が配置されている。なお、排気浄化手段１０は、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が内燃機関１から排出される煤等のＰＭを捕集するフィルタに担持されたものである。また、排気浄化手段１０は、ＮＯｘ触媒とフィルタが直列に並んだものやそれらが交互に多重化されたものなどであってもよい。

内燃機関１の第１気筒（＃１）の排気ポートには、当該排気ポート内を流通する排気中に還元剤たる燃料を供給する第１燃料添加弁１１（第１還元剤供給手段）が取り付けられている。第１燃料添加弁１１は、燃料通路１２を介して燃料ポンプ６と接続されている。

また、排気通路７の排気浄化手段１０の上流側近傍には、排気通路７内を流通する排気中に還元剤たる燃料を供給する第２燃料添加弁１３（第２還元剤供給手段）が取り付けられている。第２燃料添加弁１３は、燃料通路１２を介して燃料ポンプ６と接続されている。

すなわち、第１燃料添加弁１１は、排気浄化手段１０の上流の排気経路に、具体的には内燃機関１の排気ポートに、燃料を添加する。また、第２燃料添加弁１３は、第１燃料添加弁１１の下流かつ排気浄化手段１０の上流の排気経路に、具体的には排気浄化手段１０の直上流の排気通路７に、燃料を添加する。そして、この第１燃料添加弁１１と第２燃料添加弁１３との間には、タービンハウジング９が介在している。

このように、第１燃料添加弁１１と第２燃料添加弁１３は、排気経路の上下流に離れて配置されていることから、排気浄化手段１０までの距離が異なっており、第１燃料添加弁１１から排気浄化手段１０までの距離の方が、第２燃料添加弁１３から排気浄化手段１０までの距離より長い。なお、この条件を満たせば、２つの燃料添加弁の位置は本実施例での配置位置に限られるものではない。

以上の構成の内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１４が併設されている。このＥＣＵ１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路である。

ＥＣＵ１４は、燃料噴射弁３、第１、第２燃料添加弁１１、１３を電気配線で接続されており、ＥＣＵ１４が燃料噴射弁３、第１、第２燃料添加弁１１、１３での燃料供給・停止や燃料供給量を制御することが可能になっている。

ＥＣＵ１４は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、例えば、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、燃料供給量の演算、燃料供給時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ１４が入力した各種信号やＥＣＵ１４が演算して得られた各種制御値は、ＥＣＵ１４のＲＡＭに一時的に記憶される。

更に、ＥＣＵ１４は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処
理などにおいて、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って燃料噴射弁３、第１、第２燃料添加弁１１、１３等を制御する。

そして、ＥＣＵ１４は、ＲＯＭに記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、後述するＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒解消処理、ＰＭ酸化除去処理といった排気浄化手段１０に対する処理を実行する。

まず、ＮＯｘ還元処理について説明する。ＮＯｘ還元処理は、排気浄化手段１０のＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とし、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元する処理である。

ＮＯｘ還元処理を実行するには、ＥＣＵ１４は、所定の周期毎にＮＯｘ還元処理実行条件が成立しているか否かを判別する。このＮＯｘ還元処理実行条件としては、例えば、ＮＯｘ触媒に吸蔵しているＮＯｘ量が所定のＮＯｘ吸蔵量以上であり、かつ、ＮＯｘ触媒が活性状態にある、不図示の排気温度センサの出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、ＳＯｘ被毒解消処理が実行されていない、などの条件を満たしていることを例示することができる。

上記ＮＯｘ還元処理実行条件が成立していると判別された場合は、ＥＣＵ１４は、燃料を燃料添加弁から噴射させて排気浄化手段１０のＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。

この結果、ＮＯｘ還元処理では、排気浄化手段１０のＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比は、目標リッチ空燃比となり、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘが放出・還元されることになる。

次に、ＳＯｘ被毒解消処理について説明する。排気浄化手段１０のＮＯｘ触媒は、ＮＯｘと同様のメカニズムによって排気中のＳＯｘを吸蔵するため、ＳＯｘの吸蔵量が増加すると、それに応じてＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低減する、いわゆるＳＯｘ被毒が発生する。

そして、このようにＮＯｘ触媒にＳＯｘ被毒が生じると、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒にて浄化されずに大気中へ放出されてしまう。これを防止するため、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出及び還元させる、ＳＯｘ被毒解消処理を実行することとしている。

ＳＯｘ被毒解消処理を実行するには、ＥＣＵ１４は、所定の周期毎にＳＯｘ被毒解消処理実行条件が成立しているか否かを判別する。このＳＯｘ被毒解消処理実行条件としては、例えば、ＮＯｘ触媒に吸蔵しているＳＯｘ量が所定のＳＯｘ吸蔵量以上であり、かつ、ＮＯｘ触媒が活性状態にある、不図示の排気温度センサの出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、ＮＯｘ還元処理が実行されていない、などの条件を満たしていることを例示することができる。

上記ＳＯｘ被毒解消処理実行条件が成立していると判別された場合は、ＥＣＵ１４は、先ず排気浄化手段１０のＮＯｘ触媒の床温を約６００℃に高めた上で、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比以下とするようにする。

具体的には、ＮＯｘ触媒の温度を早期に上昇させる手段として、内燃機関１の圧縮行程上死点近傍での通常の主燃料噴射に加えて、排気行程中もしくは膨張行程中に気筒内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射又は吸気行程もしくは排気行程の上死点近傍で気筒内に
燃料を噴射するビゴム噴射等の副噴射を行うことが有効である。

また、上述の副噴射の代わりにあるいは副噴射とともに、燃料添加弁から排気中へ還元剤たる燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をＮＯｘ触媒において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってＮＯｘ触媒の床温を高めるようにしてもよい。

そして、ＮＯｘ触媒の床温が約６００℃まで上昇したら、ＥＣＵ１４は、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比以下とすべく燃料添加弁から還元剤たる燃料を供給させる。そして、燃料添加弁から燃料が供給されると、燃料は気筒２から排出された排気と混ざり合って理論空燃比以下の混合気を形成してＮＯｘ触媒に流入し、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘが放出・還元されることになる。

ＰＭ酸化除去処理について説明する。排気浄化手段１０のフィルタにＰＭが過度に捕集されると、フィルタが目詰まりを起こし、排気抵抗の増加を生じさせ、内燃機関１の出力低下を生じさせる。そのため、フィルタに捕集されたＰＭを除去するフィルタの再生処理を実行することが必要であり、ＥＣＵ１４は、ＰＭ酸化除去処理を実行する。

ＰＭ酸化除去処理は、フィルタのＰＭ酸化除去処理実行条件が成立したときに、フィルタに捕集されているＰＭを除去すべく、ＥＣＵ１４が実行するものである。ＰＭ酸化除去処理実行条件としては、フィルタに捕集されているＰＭ量が、所定のＰＭ堆積量以上であるという条件を例示することができる。当該所定のＰＭ堆積量は、ＰＭがフィルタに堆積していることによりフィルタの目詰まりを起こし、この目詰まりが排気抵抗の増加を生じさせ、内燃機関の出力低下を生じさせてしまう限界量よりもやや低めに設定される量である。

そして、ＰＭ酸化除去処理実行条件が成立としていると判別された場合には、ＥＣＵ１４は、フィルタの温度を５００℃〜７００℃程度の高温域まで昇温させる昇温処理を実行するとともに、フィルタへ流入する排気を酸素過剰な雰囲気とする。

昇温処理は、燃料添加弁から排気中へ還元剤たる燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分を排気浄化手段１０のＮＯｘ触媒において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタの温度を高める処理である。

酸素過剰な雰囲気にする空燃比処理は、フィルタに流入する排気の空燃比がリーン空燃比となるように、燃料噴射弁３から噴射される燃料量又は燃料添加弁から排気中へ添加される燃料供給量を調整する制御である。

そして、このようなＰＭ酸化除去処理が実行されると、フィルタに捕集されているＰＭが酸化され、フィルタからＰＭが除去されることになる。

ここで、排気浄化手段１０のＮＯｘ触媒の、ＮＯｘあるいはＳＯｘの還元性能を向上させるためには、燃料添加弁により添加された燃料が排気中に十分拡散した状態でＮＯｘ触媒に至らせることが好ましい。また、燃料が揮発性の低い重質燃料である場合には、ＮＯｘ触媒に至る前に燃料を十分に気化させることが好適である。

それゆえ、ＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒解消処理の際には、燃料添加弁による燃料供給位置からＮＯｘ触媒までの距離が長いことが好ましい。また、ＰＭ酸化除去処理の昇温処理における昇温速度を高めるためには、燃料添加弁による燃料供給位置からＮＯｘ触媒までの距離が長いことが好ましい。

ただし、燃料添加弁による燃料供給位置から排気浄化手段１０までの距離が長いと、以下のような不具合も考えられる。すなわち、ＰＭ酸化除去処理中に、当該内燃機関を搭載した車両が減速運転されるなどフィルタの過昇温を生じさせ易い運転条件になった場合に、即座に還元剤供給を停止させたとしても、すでに供給していた燃料のＮＯｘ触媒への到達遅れが生じ、遅れて到達する燃料によってフィルタの過昇温を招いてしまうおそれがある。

このように、上記の排気浄化手段１０に対するＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒解消処理、ＰＭ酸化除去処理においては、いずれも燃料添加弁からの燃料供給が必要となるが、各処理の際に重要視するものに応じて燃料添加位置から排気浄化手段１０までの最適な距離が異なる。

上述した事項に鑑み、本実施例においては、排気浄化手段１０までの距離を異ならせた２つの第１、第２燃料添加弁１１、１３を配置し、排気浄化手段１０に対する処理に応じて第１、第２燃料添加弁１１、１３のどちらかを選択して燃料供給を行うようにする。

概略としては、ＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒解消処理の際には、ＮＯｘあるいはＳＯｘの還元効率を重要視し第１燃料添加弁１１から燃料を添加する。一方、ＰＭ酸化除去処理の際には、フィルタの過昇温を防止することを重要視し第２燃料添加弁１３から燃料を添加する。

具体的に、本実施例においては、ＥＣＵ１４が、図２のフローに従って、２つの第１、第２燃料添加弁１１、１３のどちらかから燃料供給を行うかを選択する。なお、このフローは、一定時間毎、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵが実行するルーチンである。以下、図２のフローチャート図に沿って説明する。

この制御ルーチンは、予めＥＣＵ１４のＲＯＭに記憶されているルーチンである。ＥＣＵ１４は、先ず、ステップ（以下、単に「Ｓ」という場合もある。）１０１においては、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理が要求されているか否かを判別する。なお、本実施例においては、上述したＮＯｘ還元処理実行条件が成立しているときにＮＯｘ還元処理が要求されていると判定し、上述したＳＯｘ被毒解消処理実行条件が成立しているときにＳＯｘ被毒解消処理が要求されていると判定する。そして、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理が要求されていると判別された場合は、Ｓ１０２へ進み、要求されていないと判別された場合は、Ｓ１０３へ進む。

Ｓ１０２においては、第１燃料添加弁１１を選択し、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理を実行する。よって、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理の際に第１燃料添加弁１１から排気へ燃料が供給される。これにより、燃料供給位置から排気浄化手段１０までの距離は、内燃機関１の排気ポートから排気浄化手段１０までとなり、長くなる。その結果、供給された燃料が排気中に十分拡散する。特に、第１燃料添加弁１１の下流にはタービンハウジング９が位置しており、タービンハウジング９を通過する際に十分拡散する。これにより、燃料が排気浄化手段１０の全体に行き渡り、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘあるいはＳＯｘの還元除去処理が促進され、還元効率が向上する。

一方、Ｓ１０３においては、ＰＭ酸化除去処理が要求されているか否かを判別する。なお、本実施例においては、上述したＰＭ酸化除去処理実行条件が成立しているときにＰＭ酸化除去処理が要求されていると判定する。そして、ＰＭ酸化除去処理が要求されていると判別された場合は、Ｓ１０４へ進み、要求されていないと判別された場合は、本ルーチンの実行を終了する。

Ｓ１０４においては、第２燃料添加弁１３を選択し、ＰＭ酸化除去処理を実行する。よって、ＰＭ酸化除去処理の際に、第２燃料添加弁１３から排気浄化手段１０へ燃料が供給される。これにより、燃料供給位置から排気浄化手段１０までの距離は、排気浄化手段１０の直上流から排気浄化手段１０までとなり、短くなる。その結果、この短い距離では排気浄化手段１０のＮＯｘ触媒への燃料の到達遅れがなくなり、第２燃料添加弁１３からの燃料供給を停止すればすぐに排気浄化手段１０へ燃料が到達しないようにすることができる。これにより、遅れて到達する燃料によるフィルタの過昇温が防止でき、第２燃料添加弁１３での燃料供給停止による過昇温回避の即応性が得られる。

このように、排気浄化手段１０に対する処理（ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒解消処理、ＰＭ酸化除去処理）によって、第１、第２燃料添加弁１１、１３のどちらかを選択し、燃料添加位置を切り替えるので、排気浄化手段１０に対する処理に応じて燃料添加位置から排気浄化手段１０までの距離を最適化し、各処理を最適な条件下で実施することができる。

上記実施例１では、ＰＭ酸化除去処理の際には、一律に第２燃料添加弁１３から排気浄化手段１０へ燃料を供給していた。しかし、ＰＭ酸化除去処理の際においてもフィルタが過昇温する可能性がないのであれば、燃料添加位置から排気浄化手段１０までの距離を長くして燃料拡散による反応促進性を確保し、低温活性を高くしたりＮＯｘ触媒内の温度不均一性を向上したりすることが好適である。

そこで、本実施例においては、ＰＭ酸化除去処理の際のフィルタ温度に応じて第１、第２燃料添加弁１１、１３のどちらかを選択して燃料供給を行うようにする。つまり、ＰＭ酸化除去処理の際に、排気浄化手段１０におけるフィルタ温度が所定温度より高いか否かを判別し、フィルタ温度が所定温度より高いと判別された場合は、第２燃料添加弁１３を選択し、所定温度以下であると判別された場合は、第１燃料添加弁１１を選択し、ＰＭ酸化除去処理を実行する。

具体的に、本実施例においては、ＥＣＵ１４が、図３のフローに従って、２つの第１、第２燃料添加弁１１、１３のどちらかから燃料供給を行うかを選択する。なお、このフローにおけるＳ２０１〜Ｓ２０４のステップは、実施例１でのＳ１０１〜Ｓ１０４のステップと同じであるので、説明を省略する。

Ｓ２０３においてＰＭ酸化除去処理が要求されていると判別された場合は、Ｓ２１０へ進み、当該ステップにおいて、排気浄化手段１０におけるフィルタ温度が所定温度より高いか否かを判別する。そして、フィルタ温度が所定温度より高いと判別された場合は、Ｓ２０４へ進み、第２燃料添加弁１３を選択し、ＰＭ酸化除去処理を実行する。一方、所定温度以下であると判別された場合は、Ｓ２０２へ進み、第１燃料添加弁１１を選択し、ＰＭ酸化除去処理を実行する。

なお、当該所定温度としては、６００℃であることを例示することができる。また、フィルタの温度検出は、内燃機関１の始動後からの吸入空気量及び機関回転数から導くことができる排気温度の履歴によって推定することができる。また、フィルタ温度を直に検出するセンサによって検出するものでもよい。

Ｓ２１０後のフィルタ温度が所定温度以下であると判別された場合のＳ２０２においては、ＰＭ酸化除去処理の際に、第１燃料添加弁１１から排気浄化手段１０へ燃料が供給される。この場合には、フィルタ温度が所定温度以下であり、ある程度の昇温が生じても過
昇温とはならないので、ＰＭ酸化除去処理の際に、排気浄化手段１０への燃料の到達遅れが生じることに起因するフィルタの過昇温を防ぐことができる。このため、燃料添加弁での燃料供給停止による過昇温回避の即応性は得られないがかまわない。

また、第１燃料添加弁１１から排気浄化手段１０までの距離は、内燃機関１の排気ポートから排気浄化手段１０までの間となって、第２燃料添加弁１３から排気浄化手段１０までの距離よりも長くなる。そして、その長い距離の間に供給された燃料が排気中に十分拡散し、燃料が排気浄化手段１０の径方向全域に行き渡り、燃料のＮＯｘ触媒における酸化を完全に行うことができ、酸化反応性を確保できる。この結果、ＮＯｘ触媒内の温度不均一性を改善できるし、低温活性を高くすることができる。

このように、ＰＭ酸化除去処理においても、フィルタ過昇温の可能性の存否によって第１、第２燃料添加弁１１、１３のどちらかを選択し、燃料添加位置を切り替えるので、ＰＭ酸化除去処理を最適な条件下で実施することができる。

なお、上記においては、フィルタ温度が所定温度以下であるなら第１燃料添加弁１１を選択してＰＭ酸化除去処理を実行するというように、フィルタの過昇温の危険がない条件としてフィルタ温度を例示している。

このフィルタの過昇温の危険がない条件としては、その他に、車速が１２０ｋｍ／ｈ以下、ＰＭ堆積量が１ｇ以下、推定燃料到達遅れ時間が０．５ｓｅｃ以下のいずれかであることを例示することができる。

また、例えば、車速が１２０ｋｍ／ｈ、ＰＭ堆積量が１ｇおよび燃料推定遅れ時間が０．５ｓｅｃであるときのフィルタの過昇温の危険がないフィルタ温度を６００℃にするというように、逐一フィルタ温度、車速、ＰＭ堆積量および推定燃料到達遅れ時間を総合的に勘案してフィルタの過昇温の危険がない条件を定めてもよい。

上記実施例１，２では、ＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒解消処理の際には、一律に第１燃料添加弁１１からＮＯｘ触媒へ燃料を供給していた。しかし、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理の処理対象部位がＮＯｘ触媒の下流側部位であれば、燃料添加位置からＮＯｘ触媒までの距離が短くても、ＮＯｘあるいはＳＯｘの還元除去性能は悪化しない。これは、排気が下流側部位に至る過程で排気中の酸素が反応して減少し、下流側部位に到達する排気には酸素があまり存在せずに主にＨＣが存在することから、下流側部位におけるＮＯｘあるいはＳＯｘの還元反応が促進されるためである。

一方、燃料添加位置から排気浄化手段１０までの距離が長いと、排気経路の内壁への燃料付着量が増加し、燃費が悪化するという問題がある。

そこで、本実施例においては、ＥＣＵ１４が、ＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒解消処理を実行する際に、先ず、ＮＯｘ触媒を排気流れ方向の上流側部位と下流側部位の２つに分けた場合にどちらの部位からＮＯｘあるいはＳＯｘが還元されるのかを推定する。

そして、推定した、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理の際に還元される部位（以下、「処理対象部位」という場合もある。）に応じて、第１、第２燃料添加弁１１、１３のどちらかを選択して燃料供給を行うようにする。つまり、ＮＯｘ触媒における上流側部位から還元されると推定したら第１燃料添加弁１１を選択し、ＮＯｘ触媒における下流側部位と推定したら第２燃料添加弁１３を選択し、ＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒解消処理を実行する。

なお、処理対象部位を推定する手法は以下の通りである。例えば、上流側部位あるいは下流側部位のいずれか一方が活性温度である場合には、活性温度に達している部位を処理対象部位であると推定する。ただし、当該部位にＮＯｘあるいはＳＯｘが吸蔵されていない場合はこの限りではない。一方、上流側部位および下流側部位がともに活性温度である場合には、上流側部位を処理対象部位であると推定する。ただし、上流側部位にＮＯｘあるいはＳＯｘが吸蔵されていない場合は下流側部位を処理対象部位であると推定する。

ＮＯｘ触媒の温度分布は、これまでＮＯｘ触媒に流入してきた排気のエネルギの履歴、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理の間に燃料添加弁から添加してきた燃料供給量、ＮＯｘ触媒の特性で定まる浄化率などに基づいて把握することができる。また、ＮＯｘ触媒の温度を直に検出するセンサによって検出してもよい。

そして、本実施例においては、ＥＣＵ１４が、図４のフローに従って、２つの第１、第２燃料添加弁１１、１３のどちらかから燃料供給を行うかを選択する。なお、このフローにおけるＳ３０１〜Ｓ３０４のステップは、実施例１でのＳ１０１〜Ｓ１０４のステップと同じであるので、説明を省略する。

ＥＣＵ１４は、先ず、Ｓ３０１においては、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理が要求されたかを判別する。そして、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理が要求されていると判別された場合は、Ｓ３１０へ進み、要求されていないと判別された場合は、Ｓ３０３へ進む。

Ｓ３１０においては、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理の際の処理対象部位がＮＯｘ触媒における上流側部位と下流側部位のどちらであるかを推定し、推定した部位がＮＯｘ触媒における上流側部位か否かを判別する。そして、処理対象部位がＮＯｘ触媒における上流側部位と判別された場合は、Ｓ３０２へ進み、第１燃料添加弁１１を選択し、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理を実行する。一方、ＮＯｘ触媒における上流側部位ではない（下流側部位）と判別された場合は、Ｓ３０４へ進み、第２燃料添加弁１３を選択し、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理を実行する。

Ｓ３１０後のＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理の際の処理対象部位がＮＯｘ触媒における上流側部位ではないと判別された場合のＳ３０４においては、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理の際に、第２燃料添加弁１３から排気へ燃料が供給される。よって、第２燃料添加弁１３から排気浄化手段１０までの距離は、排気浄化手段１０の直上流から排気浄化手段１０までの間となって短くなる。

これにより、ＮＯｘあるいはＳＯｘの還元除去性能を維持したまま添加した燃料が排気通路に付着して還元に寄与する燃料が減少することに起因する燃費悪化を抑制することができる。

このように、ＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒解消処理においても、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒解消処理の際の処理対象部位がＮＯｘ触媒の上流側部位か下流側部位かによって第１、第２燃料添加弁１１、１３のどちらかを選択し、燃料添加位置を切り替えるので、ＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒解消処理を最適な条件下で実施することができる。

上述した実施例２および３は、各々独立して述べているが、特にこれに限定されるわけではなく、両者を組み合わせてもよいことは言うまでもない。

実施例１に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係る排気浄化手段に対する処理に応じて燃料添加弁を選択する制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例２に係る排気浄化手段に対する処理に応じて燃料添加弁を選択する制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例３に係る排気浄化手段に対する処理に応じて燃料添加弁を選択する制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ コモンレール
５ 燃料供給管
６ 燃料ポンプ
７ 排気通路
８ 過給機
９ タービンハウジング
１０ 排気浄化手段
１１ 第１燃料添加弁
１２ 燃料通路
１３ 第２燃料添加弁

Claims (3)

1. 内燃機関から延びる排気経路内に配置され、排気中のＮＯｘを吸蔵還元する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と内燃機関から排出される微粒子を捕集するフィルタとを有する排気浄化手段と、
   前記排気浄化手段の上流の前記排気経路に還元剤を供給する第１還元剤供給手段と、
   前記第１還元剤供給手段の下流かつ前記排気浄化手段の上流の前記排気経路に還元剤を供給する第２還元剤供給手段と、
   を備え、
   前記ＮＯｘ触媒から当該ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元させる際、及び、前記ＮＯｘ触媒から当該ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘを還元させる際には、前記第１還元剤供給手段から還元剤を供給し、
   前記フィルタに捕集されている微粒子を酸化除去させる際には、前記第２還元剤供給手段から還元剤を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記フィルタに捕集されている微粒子を酸化除去させる際に、前記排気浄化手段が所定温度以下の場合には、前記第１還元剤供給手段から還元剤を供給することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘあるいはＳＯｘを還元させる際に、当該ＮＯｘ触媒における上流側部位と下流側部位のどちらから還元されるかを推定する部位推定手段を備え、
   前記ＮＯｘ触媒から当該ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元させる際、及び、前記ＮＯｘ触媒から当該ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘを還元させる際に、前記部位推定手段が下流側部位から還元されると推定した場合には、前記第２還元剤供給手段から還元剤を供給する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。

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