JP2013104346A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料添加と還元剤添加とが行われる内燃機関において、ＮＯｘ浄化率の低下を抑えることのできる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の排気通路２６には、酸化触媒３１、ＳＣＲ触媒４１と、還元剤を排気通路２６内に供給する還元剤供給機構２００と、排気通路２６内に燃料を添加する燃料添加機構と、ＳＣＲ触媒４１で浄化される前のＮＯｘ濃度を検出する第１ＮＯｘセンサ１３０とが備えられている。制御装置８０は、第１ＮＯｘセンサ１３０で検出されるＮＯｘ濃度に基づいて還元剤の添加量を制御する。そして、制御装置８０は、燃料添加機構による燃料添加が停止から酸化触媒３１でのＮＯｘ還元反応が収まるまでの期間が経過した後に還元剤添加を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
例えば、排気通路に設けられた酸化触媒と、この酸化触媒よりも下流に設けられて還元剤の添加によりＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するＮＯｘ浄化触媒と、還元剤を排気通路内に供給する還元剤供給機構と、酸化触媒よりも上流の排気通路内に機関の燃料を添加する燃料添加機構とを備える内燃機関の排気浄化装置が知られている（特許文献１等参照）。
この排気浄化装置では、還元剤供給機構から排気通路に向けて尿素水が噴射される。噴射された尿素水は、排気熱による加水分解によってアンモニアとなる。そして、このアンモニアが還元剤としてＮＯｘ浄化触媒に供給される。
また、燃料添加機構から添加された燃料が酸化触媒で酸化されることにより、排気の温度が上昇し、これにより各種触媒の早期活性化等が図られる。
特開２００８−２５５９０５号公報
排気中のＮＯｘを適切に浄化するには、ＮＯｘ浄化触媒で浄化される前の排気中のＮＯｘ濃度をＮＯｘセンサで検出し、その検出されたＮＯｘ濃度に基づいて還元剤の添加量を調整することが望ましい。なお、ＮＯｘ濃度は、ＮＯ（一酸化窒素）濃度とＮＯ２（二酸化窒素）濃度との和であり、以下、ＮＯｘ濃度中におけるＮＯ濃度の比率をＮＯ比率という［ＮＯ比率＝ＮＯ濃度／（ＮＯ濃度＋ＮＯ２濃度）］。
ところで、燃料添加が行われると酸化触媒でＮＯｘの還元反応（例えばＮＯ２の還元反応など）が生じる。そのため、ＮＯ２の量が減少する一方でＮＯの量は増加する。従って、ＮＯｘ濃度自体は同じでも、燃料添加の実行時には、非実行時と比べてＮＯ比率が増加する。
このようにしてＮＯ比率が変化すると、同じＮＯｘ濃度であってもＮＯｘセンサの出力値は異なるようになるため、ＮＯｘ濃度を正確に検出することが困難となる。ＮＯｘ濃度を正確に検出できない場合には、ＮＯｘ濃度に基づいた還元剤の添加量制御を適切に行うことができなくなり、場合によってはＮＯｘ浄化率が低下するおそれがある。
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料添加と還元剤添加とが行われる内燃機関において、ＮＯｘ浄化率の低下を抑えることのできる排気浄化装置を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。なお、本明細書及び特許請求の範囲に記載の「上流」及び「下流」は、排気系での排気の流れ方向を基準にするものである。
請求項１に記載の発明は、排気通路に設けられた酸化触媒と、同酸化触媒よりも下流に設けられて還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、還元剤を排気通路内に供給する還元剤供給機構と、前記酸化触媒よりも上流の排気通路内に機関の燃料を添加する燃料添加機構と、前記ＮＯｘ浄化触媒で浄化される前の排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサとを備え、前記ＮＯｘ濃度に基づいて前記還元剤の添加量を制御する内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料添加機構による燃料添加が停止した後に、前記還元剤供給機構による還元剤添加を行うことをその要旨とする。
同構成によれば、燃料添加が停止した後、つまり燃料添加による酸化触媒でのＮＯ２の還元反応が生じておらず、ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出が精度よく行えるときに、還元剤添加が行われる。従って、ＮＯｘセンサの検出値に基づく還元剤の添加量制御が適切に行えるようになる。そのため、燃料添加と還元剤添加とが行われる内燃機関において、ＮＯｘ浄化率の低下を抑えることできるようになる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料添加機構による燃料添加が停止から前記酸化触媒でのＮＯｘの還元反応が収まるまでの期間が経過した後に、前記還元剤供給機構による還元剤添加を行うことをその要旨とする。
酸化触媒でのＮＯｘの還元反応は、燃料添加を停止すると直ちに収まるわけではなく、ある程度の期間継続する。そこで、同構成では、燃料添加が停止から酸化触媒でのＮＯｘの還元反応が収まるまでの期間が経過した後に、還元剤供給機構による還元剤添加を行うようにしている。そのため、ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出をより精度よく行えるようになり、ＮＯｘ浄化率の低下をより適切に抑えることができるようになる。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤添加機構は、添加弁から還元剤を間欠供給するとともに、燃料添加が行われているときには還元剤添加を中断するものであり、還元剤を間欠供給するときの添加時間が、還元剤添加の中断回数に応じて変更されることをその要旨とする。
機関運転中ではＮＯｘが連続して発生するため、ＮＯｘを浄化するための還元剤の添加は可能な限り継続して行うことが望ましい。
他方、燃料添加が行われているときには、排気通路中に酸化剤として燃料が供給されるため、還元剤の添加は中断することが望ましい。しかし、このようにして還元剤の添加を中断すると、ＮＯｘを浄化するための還元剤の量が不足するため、ＮＯｘ浄化率が低下するおそれがある。
そこで同構成では、まず、還元剤を間欠供給するとともに、燃料添加が行われているときには還元剤添加を中断するようにしている。そして、還元剤を間欠供給するときの添加時間を、還元剤添加の中断回数に応じて変更するようにしている。従って、還元剤の不足度合に応じて、排気通路に供給される還元剤の量を調整することができる。そのため、還元剤添加の中断に伴うＮＯｘ浄化率の低下を抑えることができるようになる。
還元剤添加の中断回数に応じて還元剤の添加時間を変更する場合には、請求項４に記載の発明によるように、前記中断回数が多いときほど前記添加時間は長くされる、という構成を採用することができる。この構成によれば、還元剤添加の中断回数が多く、還元剤の不足度合が高いときほど、排気通路に供給される還元剤の量が多くなるため、還元剤添加の中断に伴うＮＯｘ浄化率の低下を適切に抑えることができるようになる。また、還元剤の添加時間が長くされると、添加弁の開弁時間が長くなるため、所定期間内に必要な量の還元剤を間欠添加にて供給する際の添加弁の開閉回数が少なくなる。従って、添加弁の耐久性を向上させることができる。
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記中断回数に応じて前記添加時間が変更されるときには、還元剤の添加量が増量補正されることをその要旨とする。
同構成によれば、還元剤添加の中断による還元剤の供給不足が、添加量の増量補正によって補われるため、還元剤添加の中断に伴うＮＯｘ浄化率の低下をより適切に抑えることができるようになる。
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の第１実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。 同実施形態にて実行される尿素水添加の中断処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態における尿素水添加の実行態様を示すタイミングチャート。 第２実施形態で実行される添加インターバルの可変処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態での尿素水添加の中断回数と添加インターバルとの関係を示すグラフ。 （Ａ）は、同実施形態において添加インターバルが短いときの添加態様を示すタイムチャート。（Ｂ）は、同実施形態において添加インターバルが長いときの添加態様を示すタイムチャート。
（第１実施形態）
以下、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を具体化した第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に、本実施形態にかかる排気浄化装置が適用されたディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図を示す。
エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。
燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。
吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。
排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。
排気通路２６の途中には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ１１が設けられている。同ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。
また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの下流には、排気を浄化する第１浄化部材３０が設けられている。この第１浄化部材３０の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒３１及びフィルタ３２が配設されている。
酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。また、フィルタ３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する部材であって、多孔質のセラミックで構成されている。このフィルタ３２には、ＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されており、排気中のＰＭは、フィルタ３２の多孔質の壁を通過する際に捕集される。
また、エキゾーストマニホールド８の集合部近傍には、酸化触媒３１やフィルタ３２に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介して前記サプライポンプ１０に接続されている。なお、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあって第１浄化部材３０の上流側であれば適宜変更するも可能である。
フィルタ３２に捕集されたＰＭの量（以下、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍという）が所定値を超えると、フィルタ３２の再生処理が開始されて燃料添加弁５からはエキゾーストマニホールド８内に向けて燃料が噴射される。この燃料添加弁５から噴射された燃料は、酸化触媒３１に達すると燃焼され、これにより排気温度の上昇が図られる。そして、酸化触媒３１にて昇温された排気がフィルタ３２に流入することにより、同フィルタ３２は昇温され、これによりフィルタ３２に堆積したＰＭが酸化処理されてフィルタ３２の再生が図られる。そして、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが所定の再生終了値ＰＭｅ以下にまで減少すると、燃料添加弁５からの燃料噴射が終了されて、再生処理は終了される。
また、排気通路２６の途中にあって、第１浄化部材３０の下流には、排気を浄化する第２浄化部材４０が設けられている。第２浄化部材４０の内部には、還元剤を利用して排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒として、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）４１が配設されている。
さらに、排気通路２６の途中にあって、第２浄化部材４０の下流には、排気を浄化する第３浄化部材５０が設けられている。第３浄化部材５０の内部には、排気中のアンモニアを浄化するアンモニア酸化触媒５１が配設されている。
エンジン１には、上記ＳＣＲ触媒４１に還元剤を供給する還元剤供給機構としての尿素水供給機構２００が設けられている。尿素水供給機構２００は、尿素水を貯留するタンク２１０、排気通路２６内に尿素水を噴射供給する尿素添加弁２３０、尿素添加弁２３０とタンク２１０とを接続する供給通路２４０、供給通路２４０の途中に設けられたポンプ２２０にて構成されている。
尿素添加弁２３０は、第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６に設けられており、その噴射孔はＳＣＲ触媒４１に向けられている。この尿素添加弁２３０が開弁されると、供給通路２４０を介して排気通路２６内に尿素水が噴射供給される。
ポンプ２２０は電動式のポンプであり、正回転時には、タンク２１０から尿素添加弁２３０に向けて尿素水を送液する。一方、逆回転時には、尿素添加弁２３０からタンク２１０に向けて尿素水を送液する。つまり、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素添加弁２３０及び供給通路２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。
また、尿素添加弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２６内には、尿素添加弁２３０から噴射された尿素水をＳＣＲ触媒４１の上流で分散させることにより同尿素水の霧化を促進する分散板６０が設けられている。
尿素添加弁２３０から噴射された尿素水は、排気の熱によって加水分解されてアンモニアとなる。そしてこのアンモニアがＮＯｘの還元剤としてＳＣＲ触媒４１に供給される。ＳＣＲ触媒４１に供給されたアンモニアは、同ＳＣＲ触媒４１に吸蔵されてＮＯｘの還元に利用される。なお、加水分解されたアンモニアの一部は、ＳＣＲ触媒４１に吸蔵される前に直接ＮＯｘの還元に利用される。
この他、エンジン１には排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。このＥＧＲ装置は、排気の一部を吸入空気に導入することで気筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させる装置である。この排気再循環装置は、吸気通路３とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、及びＥＧＲクーラ１４等により構成されている。ＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気再循環量、すなわちＥＧＲ量が調量される。また、ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。
エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量ＧＡを検出する。絞り弁開度センサ２０は吸気絞り弁１６の開度を検出する。機関回転速度センサ２１はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する。アクセルセンサ２２はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。外気温センサ２３は、外気温ＴＨｏｕｔを検出する。車速センサ２４はエンジン１が搭載された車両の車速ＳＰＤを検出する。イグニッションスイッチ２５は、車両の運転者によるエンジン１の始動操作及び停止操作を検出する。
また、酸化触媒３１の上流に設けられた第１排気温度センサ１００は、酸化触媒３１に流入する前の排気温度である第１排気温度ＴＨ１を検出する。差圧センサ１１０は、フィルタ３２の上流及び下流の排気圧の圧力差である差圧ΔＰを検出する。第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６にあって、尿素添加弁２３０の上流には、第２排気温度センサ１２０及び第１ＮＯｘセンサ１３０が設けられている。第２排気温度センサ１２０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気温度である第２排気温度ＴＨ２を検出する。第１ＮＯｘセンサ１３０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気中のＮＯｘ濃度、つまりＳＣＲ触媒４１で浄化される前の排気中のＮＯｘ濃度である第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出する。第３浄化部材５０の下流の排気通路２６には、ＳＣＲ触媒４１で浄化された排気のＮＯｘ濃度である第２ＮＯｘ濃度Ｎ２を検出する第２ＮＯｘセンサ１４０が設けられている。
これら各種センサ等の出力は制御装置８０に入力される。この制御装置８０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。
そして、この制御装置８０により、例えば燃料噴射弁４ａ〜４ｄや燃料添加弁５の燃料噴射量制御・燃料噴射時期制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御、ＥＧＲ弁１５の開度制御等、エンジン１の各種制御が行われる。また、上記フィルタ３２に捕集されたＰＭを燃焼させる上記再生処理等といった各種の排気浄化制御も同制御装置８０によって行われる。
また、制御装置８０は、排気浄化制御の一つとして、上記尿素添加弁２３０による尿素水の添加制御を行う。この添加制御では、エンジン１から排出されるＮＯｘを還元処理するために過不足の無い尿素水添加量ＮＴが機関運転状態等に基づいて算出される。以下では、ＮＯｘを還元処理するために必要な過不足の無い尿素水添加量を「当量比１」という。そして、算出された当量比１に相当する尿素水添加量ＮＴが尿素添加弁２３０から噴射されるように、同尿素添加弁２３０の開弁状態が制御される。
より詳細には、尿素添加弁２３０を繰り返し開閉させることにより尿素水を排気通路２６に間欠供給する。
この間欠供給に際しては、予め定められた所定期間ＳＴ内に必要とされる尿素水添加量ＮＴが、第１ＮＯｘ濃度Ｎ１、機関回転速度ＮＥ、吸入空気量ＧＡ、及び第２排気温度ＴＨ２に基づいて算出される。そして、間欠供給実行時の添加間隔時間であって適宜設定された添加インターバルＩＮＴにて所定期間ＳＴを除する（ＳＴ／ＩＮＴ）ことにより、所定期間ＳＴ内での添加回数Ｎが算出される。そして、上記尿素水添加量ＮＴを添加回数Ｎにて除する（ＮＴ／Ｎ）ことにより、添加１回当たりの尿素水添加量である単位尿素水添加量ＮＴＡが算出される。そしてこの単位尿素水添加量ＮＴＡが供給できるように尿素添加弁２３０の添加時間Ｔが設定される。そして、添加インターバルＩＮＴ毎にその添加インターバルＩＮＴ内において添加時間Ｔの間だけ尿素添加弁２３０が開弁されることにより、尿素水の間欠供給が行われる。なお、上記尿素水の間欠供給は、機関運転中は継続して行われ、機関運転が停止されると停止される。
ところで、上述したように、燃料添加弁５による燃料添加が行われると、酸化触媒３１でＮＯｘの還元反応が生じる。より詳細にはＮＯ２の還元反応が生じるため、ＮＯｘ濃度に占めるＮＯ比率が増加する。このようにしてＮＯ比率が変化すると、同じＮＯｘ濃度であっても第１ＮＯｘセンサ１３０の出力値は異なるようになるため、第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を正確に検出することが困難となる。従って、第１ＮＯｘ濃度Ｎ１に基づいた上記尿素水添加量ＮＴの設定を適切に行うことができなくなり、場合によってはＮＯｘ浄化率が低下するおそれがある。
そこで、制御装置８０は、図２に示す尿素水添加の中断処理を所定周期毎に実行することで、ＮＯｘ浄化率の低下を抑えるようにしている。なお、本処理は、尿素水添加が行われているときに実行される。
本処理が開始されるとまず、燃料添加の実行条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１００）。このステップＳ１００では、例えばフィルタ３２の再生処理の実行条件が成立しているときや、燃料添加弁５の詰まりを抑えるための詰まり防止噴射の実行条件が成立しているとき、あるいはＳＣＲ触媒４１等の早期暖機を図るための排気温度を上昇させる昇温処理の実行条件が成立しているときなどに肯定判定される。
そして、燃料添加の実行条件が成立していないときには（Ｓ１００：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。
一方、燃料添加の実行条件が成立しているときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、尿素水添加が中止され（Ｓ１１０）、次に、燃料添加が実行される（Ｓ１２０）。
次に、燃料添加の中止条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１３０）。ここでは、例えば上記再生処理や詰まり防止噴射、あるいは昇温処理が完了したときなどに肯定判定される。そして、燃料添加の中止条件が成立していないときには（Ｓ１３０：ＮＯ）、同中止条件が成立するまでステップＳ１３０での判定が繰り返し行われる。
一方、燃料添加の中止条件が成立するときには（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、燃料添加が中止される（Ｓ１４０）。
次に、経過時間Ｋの計測が開始される（Ｓ１５０）。この経過時間Ｋは、ステップＳ１４０にて燃料添加が中止されてからの経過時間を示す値である。
次に、尿素水添加の実行条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１６０）。ここでは、ＳＣＲ触媒４１の温度がＮＯｘ浄化に必要な温度となっているときに、肯定判定される。
そして、尿素水添加の実行条件が成立していないときには（Ｓ１６０：ＮＯ）、同実行条件が成立するまでステップＳ１６０での判定が繰り返し行われる。
一方、尿素水添加の実行条件が成立するときには（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、経過時間Ｋが判定時間Ａ以上であるか否かが判定される（Ｓ１７０）。この判定時間Ａは、予め実験等を通じて設定される値であり、燃料添加が中止されてから酸化触媒３１でのＮＯｘの還元反応が収まるまでの時間が設定されている。
そして、経過時間Ｋが判定時間Ａに満たないときには（Ｓ１７０：ＮＯ）、ステップＳ１７０の判定が繰り返し行われる。
一方、経過時間Ｋが判定時間Ａ以上であるときには（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０で中止された尿素水添加が再開されて（Ｓ１８０）、本処理は一旦終了される。
次に、本実施形態の作用を説明する。
機関運転中ではＮＯｘが連続して発生するため、ＮＯｘを浄化するための尿素水添加は継続して行われる。
他方、燃料添加が行われているときには、排気通路２６中に酸化剤として燃料が供給されるため、還元剤である尿素水の添加は中断することが望ましい。そこで、図３に示すように、時刻ｔ１において燃料添加が開始されると、尿素水添加は中止される。そして、時刻ｔ２において燃料添加が中止されると、この燃料添加が中止された後に尿素水添加が再開される（時刻ｔ３）。
このように燃料添加が停止した後、つまり燃料添加による酸化触媒３１でのＮＯ２の還元反応が生じておらず、第１ＮＯｘセンサ１３０による第１ＮＯｘ濃度Ｎ１の検出が精度よく行えるときに、尿素水添加が行われる。従って、第１ＮＯｘセンサ１３０の検出値に基づく尿素水の添加量制御が適切に行えるようになる。そのため、燃料添加と尿素水添加とが行われるエンジン１において、第１ＮＯｘセンサ１３０の検出精度低下に起因するＮＯｘ浄化率の低下が抑えられる。
ここで、酸化触媒３１でのＮＯｘの還元反応は、燃料添加を停止すると直ちに収まるわけではなく、ある程度の期間継続する。そこで本実施形態では、時刻ｔ２において燃料添加が中止された後、上記判定時間Ａが経過してから、つまり燃料添加が停止から酸化触媒３１でのＮＯｘの還元反応が収まるまでの期間が経過した後に、尿素水添加が再開される（時刻ｔ３）。そのため、第１ＮＯｘセンサ１３０による第１ＮＯｘ濃度Ｎ１の検出をより精度よく行えるようになり、ＮＯｘ浄化率の低下がより適切に抑えられる。
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）第１ＮＯｘセンサ１３０で検出される第１ＮＯｘ濃度Ｎ１に基づいて尿素水添加量ＮＴを調整するようにしている。そして、排気通路２６への燃料添加が停止した後に、尿素水添加を行うようにしている。従って、第１ＮＯｘセンサ１３０の検出値に基づく尿素水の添加量制御が適切に行えるようになる。そのため、燃料添加と尿素水添加とが行われるエンジン１において、ＮＯｘ浄化率の低下を抑えることできるようになる。
（２）燃料添加が停止から上記判定時間Ａが経過した後に、つまり酸化触媒３１でのＮＯｘの還元反応が収まるまでの期間が経過した後に、尿素水添加を行うようにしている。そのため、第１ＮＯｘセンサ１３０による第１ＮＯｘ濃度Ｎ１の検出をより精度よく行えるようになり、ＮＯｘ浄化率の低下をより適切に抑えることができるようになる。
（第２実施形態）
次に、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を具体化した第２実施形態について、図４〜図６を参照して説明する。
第１実施形態では、燃料添加が行われているときに尿素水の添加を中断するようにした。このようにして尿素水の添加を中断すると、ＮＯｘを浄化するための尿素水の量が不足するため、ＮＯｘ浄化率が低下するおそれがある。そこで、本実施形態では、尿素水添加の中断に伴うＮＯｘ浄化率の低下を抑えるために、添加インターバルＩＮＴの可変処理も実行するようにしており、この点のみが第１実施形態と異なっている。そこで以下では、添加インターバルＩＮＴの可変処理を中心にして本実施形態を説明する。
この可変処理も、制御装置８０によって所定周期毎に繰り返し行われる。
本処理が開始されるとまず、尿素水添加の中断回数Ｃが判定値Ｂ以上であるか否かが判定される（Ｓ２００）。ここでは、この中断回数Ｃは、先の図２に示したステップＳ１１０での処理、つまり尿素水添加の中止処理が行われた回数を示すものである。
そして、中断回数Ｃが判定値Ｂよりも少ないときには（Ｓ２００：ＮＯ）、尿素水添加の中断によるＮＯｘ浄化率の低下は、許容範囲内に収まっていると判断されて、本処理は一旦終了される。このように中断回数Ｃが判定値Ｂよりも少ないときには、添加インターバルＩＮＴは可変設定されることなく、適宜設定された所定の一定値に設定される。
一方、中断回数Ｃが判定値Ｂ以上のときには（Ｓ２００：ＹＥＳ）、尿素水添加の中断によるＮＯｘ浄化率の低下が懸念されるため、ステップＳ２１０以降の処理が行われる。
ステップＳ２１０では、中断回数Ｃに基づいて添加インターバルＩＮＴが可変設定される。この可変設定では、図５に示すように、中断回数Ｃが多いときほど添加インターバルＩＮＴは長くされる。
次に、ステップＳ２２０では、尿素水の添加量が増量補正されて、本処理は一旦終了される。この増量補正では、尿素水添加の中断による尿素水の不足量を補うように、尿素水の添加量が増量補正される。例えば、通常であれば、当量比１に相当する尿素水添加量ＮＴが設定されるのであるが、このステップＳ２２０では、当量比２、あるいは当量比３に相当する尿素水添加量ＮＴを設定することにより、尿素水添加量ＮＴが増量補正される。
または、ステップＳ２２０では、尿素添加弁２３０の噴射圧を増大補正するなどして単位時間当たりの添加量を増大補正するようにしてもよい。このようにすれば、尿素水添加が中断される場合でも、実際に添加される尿素水の量を、当量比１に相当する尿素水添加量ＮＴに近づけることができる。
次に、図６を参照して、本実施形態の作用を説明する。なお、図６の（Ａ）には、添加インターバルＩＮＴが短いときの添加時間Ｔを示し、図６の（Ｂ）には、添加インターバルＩＮＴが長いときの添加時間Ｔを示す。
上述したように、尿素水の間欠供給に際しては、添加インターバルＩＮＴにて所定期間ＳＴを除する（ＳＴ／ＩＮＴ）ことにより、所定期間ＳＴ内での添加回数Ｎが算出される。そして、上記尿素水添加量ＮＴを添加回数Ｎにて除する（ＮＴ／Ｎ）ことにより、添加１回当たりの尿素水添加量である単位尿素水添加量ＮＴＡが算出される。そしてこの単位尿素水添加量ＮＴＡが供給できるように尿素添加弁２３０の添加時間Ｔが設定される。
従って、添加インターバルＩＮＴが長くなると、所定期間ＳＴ内での添加回数Ｎが少なくなり、添加１回当たりの尿素水添加量である単位尿素水添加量ＮＴＡは多くなる。そのため、所定期間ＳＴ内において必要とされる上記尿素水添加量ＮＴを添加するに際して、図６の（Ｂ）に示すように添加インターバルＩＮＴが長くなると、図６の（Ａ）に示すように添加インターバルＩＮＴが短い場合と比べて、尿素水の添加時間Ｔは長くなる。
上記尿素水添加量ＮＴを添加するに際して、添加時間Ｔが短いと、同図６の（Ａ）に二点鎖線にて示すように、尿素水添加の中断によって必要な量の尿素水を所定期間ＳＴ内において供給することができなくなるおそれがある。
一方、上記可変処理を実行する場合には、中断回数Ｃが多いときほど添加インターバルＩＮＴが長くされるため、中断回数Ｃが多く、尿素水の不足度合が高いときほど尿素水の添加時間Ｔは長くなる。従って、尿素水添加が中断される前に、できるだけ多くの尿素水を供給しておくことが可能となる。そのため、尿素水添加の中断に伴うＮＯｘ浄化率の低下が適切に抑えられる。
また、添加時間Ｔが長くなると、尿素添加弁２３０の開弁時間が長くなるため、所定期間ＳＴ内に必要な量の尿素水を間欠添加にて供給する際の尿素添加弁２３０の開閉回数が少なくなる。従って、尿素添加弁２３０の耐久性も向上するようになる。
さらに、先の図４に示したように、ステップＳ２１０にて中断回数Ｃに基づいた添加インターバルＩＮＴの変更が行われるときには、つまり尿素水が不足している可能性が高いときには、尿素水の添加量が増量補正される。従って、尿素水添加の中断による尿素水の供給不足が増量補正によって補われるため、尿素水添加の中断に伴うＮＯｘ浄化率の低下がより適切に抑えられる。
以上説明したように、本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、さらに次の効果を得ることができる。
（３）尿素水添加の中断回数Ｃに応じて添加インターバルＩＮＴを可変設定することにより、尿素水を間欠供給するときの添加時間Ｔを変更するようにしている。従って、尿素水の不足度合に応じて、排気通路２６に供給される尿素水の量を調整することができる。そのため、尿素水添加の中断に伴うＮＯｘ浄化率の低下を抑えることができるようになる。
（４）中断回数Ｃが多いときほど添加時間Ｔは長くなるようにしている。そのため、尿素水添加の中断回数Ｃが多く、尿素水の不足度合が高いときほど、排気通路２６に供給される尿素水の量が多くなるため、尿素水添加の中断に伴うＮＯｘ浄化率の低下を適切に抑えることができるようになる。また、添加時間Ｔが長くされると、尿素添加弁２３０の開閉回数が少なくなるため、尿素添加弁２３０の耐久性を向上させることができる。
（５）中断回数Ｃに応じて添加時間Ｔが変更されるときには、尿素水の添加量を増量補正するようにしている。そのため、尿素水添加の中断に伴うＮＯｘ浄化率の低下をより適切に抑えることができるようになる。
なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第１実施形態では、判定時間Ａとして、燃料添加が中止されてから酸化触媒３１でのＮＯｘの還元反応が収まるまでの時間を設定した。そして、燃料添加の停止後、同判定時間Ａが経過してから尿素水添加を再開するようにした。この他、燃料添加の停止後、上記判定時間Ａよりも短い時間が経過した時点で尿素水添加を再開するようにしてもよい。この場合でも、尿素水の添加は少なくとも排気通路２６への燃料添加が停止した後に行われるため、酸化触媒３１で還元されるＮＯ２の量が燃料添加の実行中に比べて少なくなっているときに、尿素水添加が行われる。従って、この変形例においても、酸化触媒３１でのＮＯｘ還元反応に起因した第１ＮＯｘセンサ１３０の検出精度低下が抑えられた状態で、尿素水添加量ＮＴを算出することができ、上記（１）と同様な効果を得ることができる。
・第２実施形態では、ステップＳ２００にて中断回数Ｃが判定値Ｂ以上であると判定されたときに、中断回数Ｃに基づいた添加インターバルＩＮＴの設定を行うようにした。この他、ステップＳ２００の処理を省略して、中断回数Ｃに基づいた添加インターバルＩＮＴの設定を常に行うようにしてもよい。
・第２実施形態では、添加インターバルＩＮＴの可変設定を通じて尿素水の添加時間Ｔを変更するようにした。この他、中断回数Ｃが多いときほど添加時間Ｔが長くなるように、同添加時間Ｔを直接変更するようにしてもよい。
・第２実施形態において、ステップＳ２２０の処理、つまり尿素水の添加量の増量補正を省略してもよい。この場合でも上記（５）以外の効果を得ることができる。
・還元剤として尿素水を使用するようにしたが、この他の還元剤を使用するようにしてもよい。
・ＮＯｘ浄化触媒として、選択還元型ＮＯｘ触媒とは異なる触媒を用いてもよい。
１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…燃料添加弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホール、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…吸気絞り弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…絞り弁開度センサ、２１…機関回転速度センサ、２２…アクセルセンサ、２３…外気温センサ、２４…車速センサ、２５…イグニッションスイッチ、２６…排気通路、２７…燃料供給管、３０…第１浄化部材、３１…酸化触媒、３２…フィルタ、４０…第２浄化部材、４１…選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）、５０…第３浄化部材、５１…アンモニア酸化触媒、６０…分散板、８０…制御装置、１００…第１排気温度センサ、１１０…差圧センサ、１２０…第２排気温度センサ、１３０…第１ＮＯｘセンサ、１４０…第２ＮＯｘセンサ、２００…尿素水供給機構（還元剤供給機構）、２１０…タンク、２２０…ポンプ、２３０…尿素添加弁、２４０…供給通路。

Claims (5)

  1. 排気通路に設けられた酸化触媒と、同酸化触媒よりも下流に設けられて還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、還元剤を排気通路内に供給する還元剤供給機構と、前記酸化触媒よりも上流の排気通路内に機関の燃料を添加する燃料添加機構と、前記ＮＯｘ浄化触媒で浄化される前の排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサとを備え、同ＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ濃度に基づいて前記還元剤の添加量を制御する内燃機関の排気浄化装置において、
    前記燃料添加機構による燃料添加が停止した後に、前記還元剤供給機構による還元剤添加を行う
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 前記燃料添加機構による燃料添加が停止から前記酸化触媒でのＮＯｘ還元反応が収まるまでの期間が経過した後に、前記還元剤供給機構による還元剤添加を行う
    請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 前記還元剤供給機構は、添加弁から還元剤を間欠供給するとともに、燃料添加が行われているときには還元剤添加を中断するものであり、
    還元剤を間欠供給するときの添加時間が、還元剤添加の中断回数に応じて変更される
    請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 前記中断回数が多いときほど前記添加時間は長くされる
    請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 前記中断回数に応じて前記添加時間が変更されるときには、還元剤の添加量が増量補正される
    請求項３または４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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