JP2014001683A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側に酸化能力を有する触媒を備えている場合において、選択還元型ＮＯｘ触媒における酸化能力が高くなることを抑制する。
【解決手段】酸化触媒と、酸化触媒よりも下流の排気通路に設けられる選択還元型ＮＯｘ触媒と、酸化触媒よりも下流で且つ選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられ、選択還元型ＮＯｘ触媒の酸化能力を高くする物質をトラップするトラップ部と、酸化触媒に燃料を供給する供給手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、酸化触媒に燃料を供給するときに、トラップ部の温度が高いほど、１回当たりの燃料の供給量を少なくし、且つ、燃料を供給する頻度を高くする制御装置を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路に上流側から順に、酸化触媒、パティキュレートフィルタ、還元剤添加弁、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）、ＮＨ_３酸化触媒を備え、酸化触媒を加熱するヒータを備え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触媒よりも上流側に貴金属（Ｐｔ等）を担持した酸化触媒が備わる排気浄化装置では、高温下で酸化触媒から貴金属が蒸散して下流へと流れ、この貴金属がＳＣＲ触媒に付着することがある。このようにＳＣＲ触媒に貴金属が付着すると、該貴金属によりＳＣＲ触媒における酸化能力が高くなる。そうすると、ＳＣＲ触媒に供給される還元剤が酸化されてしまうので、還元剤が不足する虞がある。また、還元剤に例えばＮＨ_３を用いた場合には、ＳＣＲ触媒に付着した貴金属によりＮＨ_３が酸化され、ＮＯｘが発生する。すなわち、ＳＣＲ触媒において還元剤が不足し、且つ、ＮＯｘが発生するので、ＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。

特開２０１０−２６５８６２号公報 特開２００９−０６２９３２号公報 特開２００２−０３８９３９号公報 特開２００３−１７２１８５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、選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側に酸化能力を有する触媒を備えている場合において、選択還元型ＮＯｘ触媒における酸化能力が高くなることを抑制することにある。

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酸化能力を有する触媒と、
前記酸化能力を有する触媒よりも下流の排気通路に設けられる選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記酸化能力を有する触媒よりも下流で且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の酸化能力を高くする物質をトラップするトラップ部と、
前記酸化能力を有する触媒に燃料を供給する供給手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記供給手段から前記酸化能力を有する触媒に燃料を供給するときに、前記トラップ部の温度が高いほど、１回当たりの燃料の供給量を少なくし、且つ、燃料を供給する頻度を高くする制御装置を備える。

酸化能力を有する触媒に燃料を供給することにより、該触媒の温度を上昇させたり、該触媒よりも下流に備わる他の部材の温度を上昇させたりできる。これにより、例えばフィ
ルタの再生、各触媒の暖機を実施することができる。また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えている場合には、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒を回復させることができる。なお、供給手段は、内燃機関から未燃燃料を排出させるものであってもよく、排気中に燃料を添加するものであってもよい。

ここで、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）よりも上流に備わる触媒から、酸化能力を有する物質（例えばＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈ）が蒸散することがある。この物質がＳＣＲ触媒に付着すると、該ＳＣＲ触媒の酸化能力が高くなってしまう。そうすると、ＳＣＲ触媒に供給される還元剤が、還元剤としてＮＯｘに作用する前にＳＣＲ触媒にて酸化されてしまうので、ＮＯｘを還元するための還元剤が不足する虞がある。また、還元剤としてアンモニア（ＮＨ_３）が用いられる場合には、アンモニアがＳＣＲ触媒にて酸化されてＮＯｘが発生する虞もある。このため、ＳＣＲ触媒で浄化しなくてはならないＮＯｘが増加する虞もある。

これに対して、ＳＣＲ触媒よりも上流にトラップ部を備えることにより、ＳＣＲ触媒の酸化能力を高くする物質を、該ＳＣＲ触媒に付着する前にトラップすることができる。

しかし、トラップ部においてトラップされた物質も、トラップ部の温度が高くなることにより蒸散する虞がある。すなわち、酸化能力を有する触媒で起こった事と同じ事が、トラップ部においても起こり得る。例えば、トラップ部に燃料が付着し、該付着した燃料がリーン空燃比のときに酸化されると、この燃料が付着していた箇所の温度が周りの温度よりも高くなり、前記物質が蒸散し易くなる。

したがって、制御装置は、前記物質が蒸散しない温度となるように、トラップ部の温度を調整する。そして、トラップ部に燃料が付着しないように、供給手段から燃料を供給すれば、トラップ部の温度上昇を抑制できる。

ここで、同じ量の燃料を複数回に分けて供給するときに、燃料を供給する頻度を高くし且つ１回当たりの燃料の供給量を少なくするほうが、燃料を供給する頻度を低くし且つ１回当たりの燃料の供給量を多くするよりも、酸化能力を有する触媒において燃料が反応し易くなるので、トラップ部に燃料が付着し難くなる。すなわち、酸化能力を有する触媒に燃料を供給するときに、トラップ部の温度が高いほど、燃料を供給する頻度を高くし且つ１回当たりの燃料の供給量を少なくすれば、酸化能力を有する触媒を通過する燃料が少なくなるので、トラップ部において局所的に温度が上昇することを抑制し得る。これにより、前記物質の蒸散を抑制できる。

このように、ＳＣＲ触媒の酸化能力を高くする物質がトラップ部から再度蒸散することを抑制することで、該ＳＣＲ触媒の酸化能力が高くなることを抑制できる。これにより、ＳＣＲ触媒に供給する還元剤が不足することを抑制できる。また、ＮＯｘが発生することを抑制できる。これらにより、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。

なお、トラップ部の温度が高いほど、１回当たりの燃料の供給量を少なくし、且つ、燃料を供給する頻度を高くすることには、トラップ部の温度に応じて、段階的に、燃料を供給する頻度や１回当たりの燃料の供給量を変化させることを含む。また、トラップ部の温度が閾値よりも高いときには、閾値以下のときと比較して、供給手段から燃料を供給するときの１回当たりの燃料の供給量を少なくし、且つ、燃料を供給する頻度を高くすることも含む。

また、１回当たりの燃料の供給量は、１回当たりの燃料の供給時間としてもよい。すな
わち、燃料の供給時間が長いほど、燃料の供給量が多くなるとしてもよい。これは、例えば、排気の空燃比が１回低下する時間としてもよい。また、排気の空燃比が１回低下するときの燃料の供給量としてもよい。また、燃料を供給する頻度は、排気の空燃比を低下させる頻度としてもよい。

また、本発明においては、前記制御装置は、前記トラップ部にトラップされた前記選択還元型ＮＯｘ触媒の酸化能力を高くする物質の量が多いほど、前記供給手段から燃料を供給するときの１回当たりの燃料の供給量を少なくし、且つ、燃料を供給する頻度を高くすることができる。

すなわち、トラップ部にトラップされた前記物質の量が多いほど、より多くの物質が蒸散する虞がある。また、トラップ部にトラップされた前記物質の量が多いほど、トラップ部に燃料が到達したときに発熱し易いので、温度が上昇し易い。これに対し、燃料を供給する頻度を高くし且つ１回当たりの供給量を減少させることで、前記物質をより蒸散し難くすることができる。

また、本発明においては、前記制御装置は、前記トラップ部の温度が閾値よりも高いときには、閾値以下のときよりも、前記供給手段から燃料を供給するときの１回当たりの燃料の供給量を少なくし、且つ、燃料を供給する頻度を高くし、
前記制御装置は、前記トラップ部にトラップされた前記選択還元型ＮＯｘ触媒の酸化能力を高くする物質の量が多いほど、前記閾値を低くすることができる。

ここでいう閾値は、１回当たりの燃料の供給量及び燃料を供給する頻度を切り替えるときのトラップ部の温度として任意に設定することができる。なお、閾値は、トラップ部から前記物質が蒸散しない温度の上限値としてもよい。また、閾値は、トラップ部から前記物質が蒸散したとしても許容範囲内となる温度の上限値としてもよい。そして、トラップ部の温度が閾値よりも高いときに、燃料を供給する頻度を高くし、且つ、１回当たりの燃料の供給量を少なくすることにより、トラップ部からの前記物質の蒸散を抑制できる。しかし、トラップ部にトラップされた前記物質の量が多いほど、熱が発生し易くなり、また、より多くの物質が蒸散する虞がある。これに対し、トラップ部にトラップされた前記物質の量が多いほど、閾値を低くすることで、前記物質の蒸散を抑制できる。

また、本発明においては、前記供給手段は、前記内燃機関において主噴射の他に副噴射を実施することで前記内燃機関から未燃燃料を排出して前記酸化能力を有する触媒に燃料を供給すると共に、排気中に燃料を添加する燃料添加弁を備えて該燃料添加弁から前記酸化能力を有する触媒に燃料を供給することができる。

ここで、燃料添加弁から供給される燃料は、酸化能力を有する触媒において反応し難いので、該酸化能力を有する触媒を通り抜け易い。一方、内燃機関において副噴射を実施することにより、該内燃機関から排出させた未燃燃料は、酸化能力を有する触媒において反応し易い。すなわち、内燃機関から排出される未燃燃料は、酸化触媒を通り抜け難いので、トラップ部において局所的に温度が上昇することを抑制できる。そして、内燃機関から未燃燃料を排出されることにより、その分、燃料添加弁から供給する燃料量を減少させることができるので、酸化能力を有する触媒を通り抜ける燃料量を減少させることができる。

また、内燃機関において副噴射を実施することにより、該内燃機関から温度の高いガスを排出させることができる。これにより、酸化能力を有する触媒の温度が上昇するので、その分、燃料添加弁から排気中へ供給する燃料量を減少させることができる。なお、副噴射は、主噴射の後の膨張行程中または排気行程中に行う燃料噴射としてもよい。

また、本発明においては、前記制御装置は、前記酸化能力を有する触媒を通過する排気の流量に応じて、前記供給手段から燃料を供給するときの１回当たりの燃料の供給量及び燃料を供給する頻度を決定することができる。

なお、排気の流量は、空間速度（ＳＶ）としてもよい。ここで、排気の流量が大きいほど、酸化能力を有する触媒において燃料が反応し難くなるので、燃料が酸化能力を有する触媒を通り抜け易くなる。したがって、排気の流量が大きいほど、燃料を供給するときの頻度を高くし且つ１回当たりの燃料の供給量を減少させることで、燃料が酸化能力を有する触媒を通り抜けることを抑制できる。

また、本発明においては、前記制御装置は、前記酸化能力を有する触媒の温度に応じて、前記供給手段から燃料を供給するときの１回当たりの燃料の供給量及び燃料を供給する頻度を決定することができる。

ここで、酸化能力を有する触媒の温度が高いほど、燃料が酸化能力を有する触媒を通り抜け易くなる。したがって、酸化能力を有する触媒の温度が高いほど、燃料を供給するときの頻度を高くし且つ１回当たりの燃料の供給量を減少させることで、燃料が酸化能力を有する触媒を通り抜けることを抑制できる。

本発明によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側に酸化能力を有する触媒を備えている場合において、選択還元型ＮＯｘ触媒における酸化能力が高くなることを抑制することができる。

実施例に係る内燃機関と、その排気系との概略構成を示す図である。 燃料添加弁の添加信号と、トラップ部の温度と、の関係を示したタイムチャートである。 実施例１に係る燃料添加制御のフローを示したフローチャートである。 実施例２に係る燃料添加制御のフローを示したフローチャートである。 実施例３に係る燃料添加制御のフローを示したフローチャートである。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系と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が、ガソリン機関であってもよい。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。

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、トラップ部５、選択還元型ＮＯｘ触媒６（以下、ＳＣＲ触媒６という。）が備えられている。

酸化触媒３は、酸化能力を有する触媒であり、排気中の例えばＨＣまたはＣＯを酸化させる。なお、酸化触媒３は、酸化能力を有する他の触媒（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。酸化触媒３には、例えばＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈといった貴金属が担持される。なお、以下では、酸化触媒３にＰｔが担持されているものとして説明す
るが、ＰｄまたはＲｈが担持されていてもＰｔと同様に適用することができる。そして、本実施例においては酸化触媒３が、本発明における酸化能力を有する触媒に相当する。また、本実施例においてはＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈが、本発明における「選択還元型ＮＯｘ触媒の酸化能力を高くする物質」に相当する。

フィルタ４は、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。なお、酸化触媒３は、フィルタ４に担持されていてもよい。

トラップ部５は、酸化触媒３から蒸散した物質（Ｐｔ）をトラップする装置である。トラップ部５は、Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｕの少なくとも一つを含んで構成される。このＮｉ，Ｐｄ，Ａｕは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈと同じ結晶構造である面心立方格子構造であり、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈと結合しやすい。

なお、トラップ部５は、Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｕの少なくとも一つを含む代わりに、ＣｅＯ_２，ＴｉＯ_２，ＣＺＹの少なくとも一つを含んで構成されてもよい。また、Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｕの少なくとも一つと、ＣｅＯ_２，ＴｉＯ_２，ＣＺＹの少なくとも一つと、を含んで構成されてもよい。ＣｅＯ_２，ＴｉＯ_２，及びＣＺＹは、Ｐｔと親和性が高い材料であり、酸素を介してＰｔの電子が共有され、Ｐｔと結合する性質がある。

また、トラップ部５は、Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｕの少なくとも一つを含む代わりに、結晶構造中に貴金属を取り込む性質のある材料を含んで構成されていてもよい。なお、Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｕの少なくとも一つと、結晶構造中に貴金属を取り込む性質のある材料と、を含んで構成されてもよい。さらに、ＣｅＯ_２，ＴｉＯ_２，ＣＺＹの少なくとも一つと、結晶構造中に貴金属を取り込む性質のある材料と、を含んで構成されてもよい。また、Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｕの少なくとも一つと、ＣｅＯ_２，ＴｉＯ_２，ＣＺＹの少なくとも一つと、結晶構造中に貴金属を取り込む性質のある材料と、を含んで構成されてもよい。結晶構造中に貴金属を取り込む性質のある材料（貴金属回収材料）としては、ペロブスカイト系複合酸化物を例示できる。

なお、トラップ部５は、酸化触媒３から蒸散した物質を化学的にトラップする装置としてもよい。また、トラップは、吸着、吸蔵、または吸収等、どのようにしてもよい。

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。ＳＣＲ触媒６へ供給する還元剤には、ＮＨ_３を利用することができる。

なお、フィルタ４は、トラップ部５よりも下流で且つＳＣＲ触媒６よりも上流に設けることもできる。また、フィルタ４は、ＳＣＲ触媒６よりも下流に設けることもできる。

酸化触媒３よりも上流の排気通路２には、該排気通路２を流通する排気中に燃料（ＨＣ）を噴射する燃料添加弁７が設けられている。燃料添加弁７から排気中にＨＣを添加することにより、酸化触媒３でＨＣを反応させ、この反応熱により排気の温度を上昇させることができる。例えば、酸化触媒３、フィルタ４、ＳＣＲ触媒６の温度を上昇させるときに、燃料添加弁７からＨＣを添加する。

また、トラップ部５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、排気中に尿素水またはアンモニア（ＮＨ_３）を添加するアンモニア添加弁８が設けられている。尿素水は、排気の熱により加水分解されてＮＨ_３となる。なお、アンモニア添加弁８は、酸化触媒３よりも上流に設けてもよく、また、酸化触媒３よりも下流で且つトラップ部５よりも上流に設けてもよい。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。

なお、アンモニア添加弁８よりも下流にトラップ部５を設けると、トラップ部５でトラップされたＰｔによりアンモニアが酸化される虞があるため、本実施例では、トラップ部５の下流にアンモニア添加弁８を設けている。

また、酸化触媒３よりも下流で且つトラップ部５よりも上流の排気通路２には、排気の温度を検出する第一温度センサ１１及び排気の空燃比を検出する空燃比センサ１２が取り付けられている。なお、第一温度センサ１１により酸化触媒３の温度またはフィルタ４の温度を検出することができる。また、空燃比センサ１２により、酸化触媒３から流出する排気の空燃比、または、フィルタ４に流入する排気の空燃比を検出することができる。また、トラップ部５よりも下流で且つアンモニア添加弁８よりも上流の排気通路２には、排気の温度を検出する第二温度センサ１３が取り付けられている。この第二温度センサ１３により、トラップ部５の温度またはＳＣＲ触媒６の温度を検出することができる。なお、酸化触媒３、フィルタ４、トラップ部５、ＳＣＲ触媒６の夫々に温度センサを取り付けて、夫々の部材の温度を直接検出してもよい。

なお、上記センサは、全て取り付ける必要はなく、適宜選択して取り付けてもよい。

また、内燃機関１には、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁９が設けられている。

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。

ＥＣＵ１０には、上記センサが電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。また、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁７、アンモニア添加弁８、筒内噴射弁９が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。

そして、ＥＣＵ１０は、酸化触媒３よりも上流側から該酸化触媒３に対してＨＣを供給することで、酸化触媒３及び排気の温度を上昇させるこができる。例えば、ＳＣＲ触媒６の温度が低いためにＮＯｘ浄化率が低い場合に、酸化触媒３にＨＣを供給することで、ＳＣＲ触媒６の温度を上昇させることができる。また、酸化触媒３の温度を上昇させて浄化率を高めたいときにも、酸化触媒３にＨＣを供給することで該酸化触媒３の温度を上昇させることができる。

また、ＥＣＵ１０は、フィルタ４に捕集されているＰＭ量が閾値に達すると、酸化触媒３へＨＣを供給して排気の温度を上昇させる。そうすると、フィルタ４の温度が上昇するため、ＰＭが酸化される。これにより、フィルタ４からＰＭを除去することができる。このようにして、フィルタ４の再生が実施される。なお、酸化触媒３よりも下流に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えている場合には、該酸化触媒３にＨＣを供給することで、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を上昇させて、硫黄被毒を回復させることができる。

このように酸化触媒３へＨＣを供給するために、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁７から燃料を添加させる。なお、ＥＣＵ１０は、内燃機関１から未燃燃料を排出させることで、酸化触媒３にＨＣを供給することもできる。すなわち、筒内噴射弁９から主噴射を行なった後の膨張行程中若しくは排気行程中に再度燃料を噴射する副噴射（ポスト噴射またはアフター噴射）を行なったり、主噴射の時期を遅らせたりすることにより、内燃機関１からＨＣを多く含むガスを排出させることもできる。したがって、本実施例においては燃料添加弁
７又は筒内噴射弁９が、本発明における供給手段に相当する。

ところで、燃料添加弁７から排気中に添加されたＨＣが、排気中に分散する前に酸化触媒３に到達すると、酸化触媒３においてＨＣの濃度が高い箇所と低い箇所とができる。そして、ＨＣの濃度が高い箇所では、ＨＣの濃度が低い箇所と比べて、より多くの熱が発生するために、温度が高くなる。そうすると、温度の高い箇所において、酸化触媒３に含まれるＰｔが蒸散することがある。このようにして蒸散したＰｔは、排気と共に下流へと流れる。

例えば、フィルタ４の再生を行うときには、酸化触媒３の温度が高くなるので、該酸化触媒３からＰｔが蒸散する虞がある。また、フィルタ４に触媒を担持させている場合には、該フィルタ４に担持されている触媒からＰｔが蒸散する虞がある。

ここで、トラップ部５を設けていない場合には、蒸散したＰｔがＳＣＲ触媒６に付着する。このようにＳＣＲ触媒６に付着するＰｔは微量ではあるが酸化能力を有するために、ＳＣＲ触媒６における酸化能力が高くなってしまう。そして、ＳＣＲ触媒６における酸化能力が高くなると、アンモニア添加弁８から添加されたアンモニアが酸化されて、ＮＯｘが発生する虞がある。すなわち、ＮＯｘを還元するために必要となる還元剤としてのアンモニアが減少し、且つ、還元すべきＮＯｘが増加してしまう。このため、ＳＣＲ触媒６におけるＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。

これに対し本実施例では、酸化触媒３から蒸散したＰｔをトラップ部５によりトラップすることができるので、ＳＣＲ触媒６にＰｔが付着することを抑制できる。

しかし、フィルタ４の再生を実施していると、高温の排気がトラップ部５を通過することにより、トラップ部５の温度が上昇する。そして、トラップ部５の温度が高くなると、トラップしていたＰｔが蒸散し易くなるので、トラップ部５よりも下流にＰｔが流出し易くなる。

これに対し本実施例では、燃料添加弁７からＨＣを供給するときに、トラップ部５の温度上昇を抑制する。なお、トラップ部５の温度が、Ｐｔが蒸散する温度未満となるように、燃料添加弁７を制御してもよい。

ここで、図２は、燃料添加弁７の添加信号と、トラップ部５の温度と、の関係を示したタイムチャートである。一点鎖線は、燃料添加の頻度を低くし、且つ、１回当たりの添加量を多くした場合を示し、実線は、Ａの場合よりも、燃料添加の頻度を高くし、且つ１回当たりの添加量を少なくした場合を示している。なお、トラップ部５の温度は、最も温度の高くなる箇所における温度である。燃料添加弁７の添加信号において、ＯＮのときには、燃料添加弁７へ通電されて該燃料添加弁が開き、燃料が添加される。ＯＦＦのときには、燃料添加弁７は閉じており、燃料の添加は停止される。ＯＮとなっている時間は、燃料の噴射量に比例する。また、トラップ部５の温度が、例えば６００℃であれば、フィルタ４においてＰＭが酸化される温度となる。

燃料添加弁７から燃料を添加するときには、１回当たりの添加量を多くするほど、燃料が酸化触媒３及びフィルタ４を通り抜け易くなるため、トラップ部５に燃料が付着し易くなる。このため、トラップ部５において局所的に温度が上昇し易くなり、Ｐｔが蒸散し易くなる。

これに対し、１回当たりの添加量を少なくすることにより、燃料が酸化触媒３及びフィルタ４を通り抜けることを抑制できる。なお、１回当たりの添加量を少なくするだけだと
、酸化触媒３において発生する熱が小さくなるので、フィルタ４の再生が実施できなくなる。このため、１回当たりの添加量を少なくするときに、合わせて、燃料添加の頻度を高くする。すなわち、１回当たりの添加量を減少させた分、添加頻度を高くして、酸化触媒３において発生する熱が減少しないようにする。このようにすることで、トラップ部５における局所的な温度上昇を抑制しつつ、フィルタ４の再生を実施することができる。

例えば、トラップ部５の温度が高いほど、１回当たりの添加量を少なくし、且つ、燃料添加の頻度を高くしてもよい。また、トラップ部５の温度が閾値よりも高いときには、閾値以下のときよりも、１回当たりの添加量を少なくし、且つ、燃料添加の頻度を高くしてもよい。この閾値は、１回当たりの添加量を多くし、且つ、燃料添加の頻度を低くしても、Ｐｔが蒸散しないトラップ部５の温度として予め実験等により求めておく。

ここで、トラップ部５の内部の平均温度が高いほど、局所的な温度上昇があったときにＰｔが蒸散し易くなる。なお、トラップ部５の内部の平均温度は、トラップ部５の全体の温度としてもよい。また、トラップ部５よりも下流の排気の温度としてもよい。

図３は、本実施例に係る燃料添加制御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実行される。

ステップＳ１０１では、燃料添加弁７からの燃料添加を実施するか否か判定される。本ステップでは、フィルタ４の再生、酸化触媒３の暖機、またはＳＣＲ触媒６の暖機を実施するか否か判定してもよい。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ１０２では、酸化触媒３の温度またはフィルタ４の温度が検出される。これら温度は、第一温度センサ１１により検出される。なお、内燃機関１の運転状態に基づいて、これら温度を推定してもよい。ステップＳ１０２の処理が完了すると、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３では、必要燃料添加量が算出される。この必要燃料添加量は、酸化触媒３またはフィルタ４の現時点の温度から、目標温度まで上昇させるために必要となる燃料添加量である。この必要燃料添加量は、ステップＳ１０２で検出される酸化触媒３の温度またはフィルタ４の温度に基づいて、マップを用いて算出される。このマップは、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。ステップＳ１０３の処理が完了すると、ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、トラップ部５の温度が検出される。この温度は、第二温度センサ１３により検出される。

ステップＳ１０５では、１回当たりの燃料添加量が算出される。このときには、ステップＳ１０４で検出されるトラップ部５の温度が高いほど、１回当たりの燃料添加量が少なくなるように、１回当たりの燃料添加量が算出される。この１回当たりの燃料添加量は、トラップ部５の温度を用いて、マップにより得る。このマップは、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。そして、この１回当たりの燃料添加量に応じて、燃料添加頻度が算出される。この燃料添加頻度も、マップにより得る。これらマップは、単位時間当たりの燃料添加量が、フィルタ４の再生に必要となる熱が得られるように設定される。ステップＳ１０５の処理が完了すると、ステップＳ１０６へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ１０５を処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。

ステップＳ１０６では、燃料添加弁７から燃料が添加される。ステップＳ１０６の処理
が完了すると、本ルーチンを終了させる。

このようにして、トラップ部５の温度が局所的に高くなることを抑制できるので、トラップ部５からＰｔが蒸散することを抑制できる。これにより、ＳＣＲ触媒６にＰｔが付着することを抑制できる。

なお、本実施例においては、ＥＣＵ１０は、トラップ部５にトラップされたＰｔの量が多いほど、１回当たりの燃料添加量を少なくし、且つ、燃料添加の頻度を高くしてもよい。

すなわち、トラップ部５にトラップされたＰｔの量が多いほど、より多くのＰｔが蒸散する虞がある。また、トラップ部５にトラップされたＰｔの量が多いほど、トラップ部５に燃料が到達したときに発熱し易いので、温度が上昇し易い。これに対し、燃料添加の頻度を高くし且つ１回当たりの燃料添加量を減少させることで、Ｐｔの蒸散を抑制し得る。

なお、トラップ部５にトラップされたＰｔの量は、例えば酸化触媒の劣化判定等で利用される周知の技術を用いて推定することができる。すなわち、トラップ部５における酸化能力を検出することで、該トラップ部５にトラップされたＰｔの量を推定することができる。また、酸化触媒３の温度の推移に基づいて、トラップ部５にトラップされたＰｔ量を推定してもよい。さらに、内燃機関１の運転時間や、車両の走行距離が長いほど、トラップ部５にトラップされたＰｔの量が多くなるものと考えて、これらの関係を予め実験等により求めておいてもよい。そして、ステップＳ１０５において算出される１回当たりの燃料添加量を、トラップ部５にトラップされたＰｔの量に応じて変更する。トラップ部５にトラップされたＰｔの量と、ステップＳ１０５において算出される１回当たりの燃料添加量の変更量または変更率は、予め実験等により最適値を求めておく。

また、本実施例においては、ＥＣＵ１０は、トラップ部５の温度が閾値よりも高いときには、閾値以下のときよりも、１回当たりの燃料添加量を少なくし、且つ、燃料添加の頻度を高くしてもよい。そして、ＥＣＵ１０は、トラップ部５にトラップされたＰｔの量が多いほど、この閾値を低くしてもよい。

ここでいう閾値は、１回当たりの燃料添加量及び燃料添加の頻度を切り替えるときのトラップ部５の温度として任意に設定することができる。なお、閾値は、トラップ部５からＰｔが蒸散しない温度の上限値としてもよい。また、閾値は、トラップ部５からＰｔが蒸散したとしても許容範囲内となる温度の上限値としてもよい。そして、トラップ部５の温度が閾値よりも高いときに、燃料添加の頻度を高くし、且つ、１回当たりの燃料添加量を少なくすることにより、トラップ部５からのＰｔの蒸散を抑制できる。しかし、トラップ部５にトラップされたＰｔの量が多いほど、熱が発生し易くなり、また、より多くのＰｔが蒸散する虞がある。これに対し、トラップ部５にトラップされたＰｔの量が多いほど、閾値を低くすることで、より低い温度で、燃料添加の頻度を高くし、且つ、１回当たりの燃料添加量を少なくするので、Ｐｔの蒸散を抑制できる。

＜実施例２＞
本実施例では、燃料添加弁７から燃料を添加するときに、内燃機関１での副噴射（ポスト噴射）を併用する。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。

ここで、ポスト噴射は、内燃機関１の気筒内に行う燃料噴射であって、主噴射の後の膨張行程中または排気行程中に行う燃料噴射である。ポスト噴射を行うことにより、内燃機関１から温度の高いガスを排出させたり、酸化触媒３において反応し易い状態の未燃燃料を排出させたりできる。

このポスト噴射を併用することにより、燃料添加弁７から添加する燃料量を減少させることができる。すなわち、内燃機関１から未燃燃料を排出させることにより、酸化触媒３に燃料を供給することができるので、その分、燃料添加弁７から添加する燃料量を減少させることができる。また、内燃機関１から温度の高いガスを排出することにより、酸化触媒３の温度を上昇させることができるので、その分、燃料添加弁７から添加する燃料量を減少させることができる。そして、燃料添加弁７から添加する燃料よりも、内燃機関１から排出される燃料のほうが、酸化触媒３において反応し易いため、該酸化触媒３を通り抜け難い。

このように、内燃機関１においてポスト噴射を行うことにより、燃料添加弁７から燃料を添加するときの、１回当たりの燃料添加量をより少なくすることができるので、酸化触媒３及びフィルタ４を通り抜ける燃料を減少させることができる。これにより、トラップ部５の局所的な温度上昇を抑制できるので、トラップ部５からＰｔが蒸散することをより抑制できる。例えば、主にポスト噴射により酸化触媒３及びフィルタ４の温度を上昇させるようにし、ポスト噴射だけでは酸化触媒３またはフィルタ４の温度上昇が不十分の場合に、不足する温度上昇分を補うように、燃料添加弁７から燃料を添加してもよい。

図４は、本実施例に係る燃料添加制御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実行される。なお、前記フロート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Ｓ１０４の処理が完了すると、ステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、ポスト噴射量が算出される。すなわち、内燃機関１でポスト噴射を実施するときに気筒内に噴射する燃料量が算出される。このポスト噴射量は、予め設定される固定値としてもよく、ステップＳ１０３で算出される必要燃料添加量に所定値を乗算した値でもよく、ポスト噴射量が最も多くなる値としてもよい。また、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転数及び機関負荷）に応じて、ポスト噴射量を決定してもよい。これらのポスト噴射量は、予め実験等により最適値を求めておく。ステップＳ２０１の処理が完了すると、ステップＳ２０２へ進む。

ステップＳ２０２では、ステップＳ１０３において算出される必要燃料添加量から、ステップＳ２０１において算出されるポスト噴射量を減算した値を、燃料添加弁７から添加する総燃料量とし、該総燃料量から、１回当たりの燃料添加量を算出する。また、燃料添加の頻度は、ポスト噴射と、燃料添加弁７からの燃料添加と、の何れか一方から酸化触媒３へ燃料を供給する頻度として算出される。すなわち、ポスト噴射と、燃料添加弁７からの燃料添加と、が重なると、酸化触媒３への単位時間当たりの燃料供給量が多くなるので、これらが重ならないようにする。そして、燃料を添加する時期となったときに、ポスト噴射または燃料添加弁７からの燃料添加の何れか一方を実施する。なお、ポスト噴射と、燃料添加弁７からの燃料添加と、が重なるようにして、ポスト噴射により供給される燃料量と、燃料添加弁７からの燃料添加量と、を合わせた値が、１回当たりの燃料添加量と等しくなるように、夫々の燃料添加量を決定してもよい。そして、ステップＳ２０２の処理が完了すると、ステップＳ１０６へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ２０２を処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。

以上説明したように、本実施例によれば、ポスト噴射を併用することにより、燃料添加弁７からの１回当たりの燃料噴射量をさらに少なくすることができるので、トラップ部５の局所的な温度上昇をさらに抑制できる。

＜実施例３＞
本実施例では、排気の流量若しくは空間速度（ＳＶ）、又は酸化触媒３の温度に基づいて、燃料添加弁７からの１回当たりの燃料添加量及び燃料添加の頻度を決定する。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。

ここで、酸化触媒３の温度が高いほど、酸化触媒３を通り抜けるＨＣの量が多くなる。また、酸化触媒３における排気のＳＶが大きいほど、又は、酸化触媒３を通過する排気の流量が大きいほど、酸化触媒３を通り抜けるＨＣの量が多くなる。このように、酸化触媒３をＨＣが通り抜ける度合いは、酸化触媒３の温度、及び排気の流量若しくはＳＶに応じて変化する。

これに対し本実施例では、酸化触媒３の温度又は、排気の流量若しくはＳＶに応じて１回当たりの燃料添加量及び燃料添加の頻度を調整する。

図５は、本実施例に係る燃料添加制御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実行される。なお、前記フロート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Ｓ１０４の処理が完了すると、ステップＳ３０１へ進む。そして、ステップＳ３０１では、酸化触媒３におけるＳＶまたは排気の流量が検出される。例えば、吸入空気量を検出し、該吸入空気量に基づいてＳＶ又は排気の流量を算出してもよい。また、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転数及び機関負荷）に応じて、ＳＶまたは排気の流量が変化するため、内燃機関１の運転状態と、ＳＶまたは排気の流量との関係を予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１０に記憶させておき、該マップを用いてＳＶまたは排気の流量を得てもよい。また、ＳＶまたは排気の流量を検出するセンサを取り付けて、ＳＶまたは排気の流量を直接検出してもよい。ステップＳ３０１の処理が完了すると、ステップＳ３０２へ進む。

ステップＳ３０２では、燃料添加弁７から燃料を添加するときの１回当たりの燃料添加量及び燃料添加の頻度が算出される。本ステップでは、前記ステップＳ１０５において設定される１回当たりの燃料添加量を、ＳＶまたは排気の流量に応じて変更する。ここで、ＳＶ又は排気の流量が大きいほど、燃料が通り抜け易くなるので、１回当たりの燃料添加量を少なくする。なお、ＳＶ又は排気の流量が閾値以上のときには、閾値未満のときよりも１回当たりの燃料添加量を少なくしてもよい。ＳＶ又は排気の流量と、１回当たりの燃料添加量の変更量または変更率との関係は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。そして、１回当たりの燃料添加量が算出されたら、それに合わせて、燃料添加の頻度を決定する。ステップＳ３０２の処理が完了すると、ステップＳ１０６へ進む。

なお、ステップＳ３０２では、酸化触媒３の温度が高いほど、１回当たりの燃料添加量を少なくし且つ燃料添加の頻度を高くしてもよい。このときには、前記ステップＳ１０５において設定される１回当たりの燃料添加量を、酸化触媒３の温度に応じて変更する。また、酸化触媒３の温度が閾値以上のときには、閾値未満のときよりも１回当たりの燃料添加量を少なくしてもよい。酸化触媒３の温度と、１回当たりの燃料添加量の変更量または変化率との関係を予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶されておいてもよい。また、ステップＳ３０２では、前記ステップＳ１０５において設定される１回当たりの燃料添加量を、排気の流量若しくはＳＶ、又は酸化触媒３の温度の何れか１つに基づいて変更してもよく、排気の流量若しくはＳＶの一方と、酸化触媒３の温度とに基づいて変更してもよい。そして、本実施例においてはステップＳ３０２を処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。

このようにして、酸化触媒３から流出する燃料をさらに低減することができるので、ト
ラップ部５の局所的な温度上昇をさらに抑制できる。

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 酸化触媒
４ フィルタ
５ トラップ部
６ 選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
７ 燃料添加弁
８ アンモニア添加弁
９ 筒内噴射弁
１０ ＥＣＵ
１１ 第一温度センサ
１２ 空燃比センサ
１３ 第二温度センサ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ酸化能力を有する触媒と、
   前記酸化能力を有する触媒よりも下流の排気通路に設けられる選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記酸化能力を有する触媒よりも下流で且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の酸化能力を高くする物質をトラップするトラップ部と、
   前記酸化能力を有する触媒に燃料を供給する供給手段と、
   を備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記供給手段から前記酸化能力を有する触媒に燃料を供給するときに、前記トラップ部の温度が高いほど、１回当たりの燃料の供給量を少なくし、且つ、燃料を供給する頻度を高くする制御装置を備える内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記制御装置は、前記トラップ部にトラップされた前記選択還元型ＮＯｘ触媒の酸化能力を高くする物質の量が多いほど、前記供給手段から燃料を供給するときの１回当たりの燃料の供給量を少なくし、且つ、燃料を供給する頻度を高くする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記制御装置は、前記トラップ部の温度が閾値よりも高いときには、閾値以下のときよりも、前記供給手段から燃料を供給するときの１回当たりの燃料の供給量を少なくし、且つ、燃料を供給する頻度を高くし、
   前記制御装置は、前記トラップ部にトラップされた前記選択還元型ＮＯｘ触媒の酸化能力を高くする物質の量が多いほど、前記閾値を低くする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記供給手段は、前記内燃機関において主噴射の他に副噴射を実施することで前記内燃機関から未燃燃料を排出して前記酸化能力を有する触媒に燃料を供給すると共に、排気中に燃料を添加する燃料添加弁を備えて該燃料添加弁から前記酸化能力を有する触媒に燃料を供給する請求項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。
5. 前記制御装置は、前記酸化能力を有する触媒を通過する排気の流量に応じて、前記供給手段から燃料を供給するときの１回当たりの燃料の供給量及び燃料を供給する頻度を決定する請求項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。
6. 前記制御装置は、前記酸化能力を有する触媒の温度に応じて、前記供給手段から燃料を供給するときの１回当たりの燃料の供給量及び燃料を供給する頻度を決定する請求項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。

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