JP5761255B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、酸化触媒と、アンモニアを還元剤として用いて排気内の窒素酸化物を選択還元する選択還元型触媒と、を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
従来、内燃機関の排気通路に、酸化能力を有する酸化触媒と、この酸化触媒の下流側に、アンモニアを還元剤として用いて排気内の窒素酸化物(NOx)を選択還元する選択還元型触媒(以下、SCR触媒ともいう。)と、を備える内燃機関の排気浄化装置が知られている。このSCR触媒におけるNOxの選択還元反応においては、一酸化窒素(NO)と二酸化窒素(NO)が1対1で反応する還元反応の反応速度が特に速いことが知られている。そのため、SCR触媒のNOx浄化率は、当該SCR触媒に流入する排気のNO比率(排気内のNOに対するNOのモル比率)が、当該還元反応が促進される所定比率(例えば略1)に近いほど高くなる。しかしながら、内燃機関から排出される排気には、通常、NOがNOより多く含まれるため、当該排気のNO比率は上述の所定比率よりも低い。そこで、酸化触媒を用いて排気内のNOをNOに酸化させて、酸化触媒から流出してSCR触媒に流入する排気のNO比率を上述の所定比率に近付けることで、SCR触媒のNOx浄化率を上昇させる技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、排気に含まれる炭化水素(HC)が酸化触媒に付着すると、酸化触媒の酸化能力が低下するHC被毒が発生することがある。酸化触媒の酸化能力が低下すると、酸化されるNOの量が減少して酸化触媒から流出する排気のNO比率が低下する。つまり、酸化触媒にHC被毒が発生すると、結果的にSCR触媒のNOx浄化率が低下する。ここで、HC被毒の回復方法としては、リーン燃焼に切り替えて酸化触媒に流入する排気の酸素濃度を増大させることによって、酸化触媒に付着した炭化水素の酸化除去を促進させる技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特表2011−506818号公報 特開2000−145506号公報
ここで、上述した従来技術では、燃焼される混合気の酸素濃度も増大されるため、内燃機関から排出される排気内のNOx量が増大する虞がある。そのため、酸化触媒のHC被毒を回復させることができたとしても、大気に排出されるNOx量が増大する虞があった。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気通路に、酸化触媒と、この酸化触媒よりも下流側に設けられ、アンモニアを還元剤として用いて排気内の窒素酸化物を選択還元するSCR触媒と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、酸化触媒にHC被毒が発生した場合に、大気へのNOxの放出を抑制しながら酸化触媒のHC被毒を回復することを目的とする。
上記した課題を解決するために、本発明に係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、酸化能力を有する酸化触媒と、
前記排気通路における前記酸化触媒よりも下流側に設けられ、アンモニアを還元剤として用いて排気内の窒素酸化物を選択還元する選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒に排気を介してアンモニアまたはアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、
前記酸化触媒に炭化水素が付着することによって生じるHC被毒のHC被毒量を取得する酸化触媒被毒量取得部と、
前記内燃機関の燃焼室内で燃焼される混合気の酸素濃度を増大させる酸素濃度増大部と、
前記酸化触媒に付着している炭化水素を酸化除去することによって該酸化触媒のHC被毒を回復させる酸化触媒被毒回復部と、
を備え、
前記酸化触媒被毒回復部は、前記酸化触媒のHC被毒量がHC被毒による該酸化触媒の酸化能力の低下によって該酸化触媒から流出する排気内の一酸化窒素に対する二酸化窒素の比率が所定の閾比率未満になる量である場合は、前記選択還元型触媒の温度が該選択還元型触媒の活性温度以上のときに、該温度が該活性温度未満のときよりも前記酸素濃度を増大させるようにした。
酸化触媒に流入する排気に含まれる燃料、即ち炭化水素(HC)は、酸化触媒によって酸化されるが、その量や酸化触媒の触媒温度(以下、「床温」ともいう。)によっては、酸化触媒に付着して当該酸化触媒の酸化能力を低下させるHC被毒を引き起こす。なお、上述の酸化触媒被毒量取得部は、酸化触媒に流入する排気内のHC量や酸化触媒の床温からHC被毒量を取得する。ここで、酸化触媒の酸化能力は、HC被毒量が大きいほど低下する。つまり、HC被毒量が大きいほど、排気内の一酸化窒素(NO)から二酸化窒素(NO)が生成される酸化反応が抑制されるため、酸化触媒から流出する排気内のNOに対するNOの比率(以下、「NO比率」ともいう。)が低下する。
選択還元型触媒(以下、「SCR触媒」ともいう。)のNOx浄化率は、SCR触媒に流入する排気のNO比率が、SCR触媒によるNOx浄化が最も促進される所定比率(以下、「最適比率」ともいう。)以下である場合は、当該排気のNO比率の低下に応じて低下する。なお、SCR触媒は酸化触媒よりも下流側に設けられているから、SCR触媒に流入する排気のNO比率と酸化触媒から流出する排気のNO比率との間には相関関係がある。つまり、SCR触媒のNOx浄化率と酸化触媒から流出する排気のNO比率との間には相関関係がある。ゆえに、この相関関係から、SCR触媒によって所望のNOx浄化率(以下、「目標NOx浄化率」ともいう。)が発揮されるときにおける、酸化触媒から流出する排気のNO比率を定めることができる。本発明においては、当該NO比率を、上述の「所定の閾比率」とすることができる。つまり、HC被毒による酸化能力の低下によって、酸化触媒から流出する排気のNO比率が当該所定の閾比率未満になる場合は、SCR触媒のNOx浄化率が目標NOx浄化率未満になる。なお、上述のように、酸化触媒の酸化能力はHC被毒量に応じて低下する。ゆえに、酸化触媒のHC被毒量から、酸化触媒の酸化能力が、酸化触媒から流出する排気のNO比率が上述の所定の閾比率未満となる値まで低下したか否かを判断することができる。
以上より、本発明によれば、酸化触媒のHC被毒によって、酸化触媒から流出する排気のNO比率が上述の所定の閾比率未満になる場合は、SCR触媒の床温が該SCR触媒の活性温度以上のときに、該床温が該活性温度未満のときよりも混合気の酸素濃度が増大される。これにより、酸化触媒に流入する排気の酸素濃度が増大されるため、酸化触媒に付着しているHCの酸化除去が促進されて当該酸化触媒の酸化能力が回復する。その結果、酸化触媒から流出する排気のNO比率が上昇するため、SCR触媒のNOx浄化率を上昇させることができる。
ここで、混合気の酸素濃度が増大されると、内燃機関から排出されるNOxの量も増大することがある。ただし、混合気の酸素濃度の増大時には、SCR触媒の床温が、SCR触媒が十分に活性された活性温度以上にある。そのため、SCR触媒のNOx浄化能は維持されているので、酸化触媒のHC被毒の回復に伴ってSCR触媒に流出する排気のNO比率が上昇すれば、SCR触媒のNOx浄化率も上昇する。ゆえに、混合気の酸素濃度の増大による内燃機関から排出されるNOxの増大分は、NOx浄化率が上昇したSCR触媒によって浄化される。ゆえに、本発明によれば、大気へのNOxの放出を抑制しながら酸化触媒のHC被毒を回復することが可能になる。
なお、本発明に係る排気浄化装置が、内燃機関から排出された排気の一部を該内燃機関の吸気通路に還流させるEGR装置を更に備える場合は、酸素濃度増大部は、EGR装置による排気の還流量を減少させることによって混合気の酸素濃度を増大させてもよい。これにより、酸化触媒に流入する排気の酸素濃度をより効果的に増大させることが可能になる。
また、本発明においては、上述の酸素濃度増大部は、SCR触媒の床温がその活性温度以上のときは、SCR触媒の床温が高いほど、混合気の酸素濃度を増大させるようにしてもよい。ここで、SCR触媒の床温が高いほど、SCR触媒のNOx浄化能は高くなる(ただし、過昇温状態は除く)。そのため、HC被毒の回復に伴って上昇するSCR触媒のNOx浄化率の上昇幅は、SCR触媒の床温が高いほど大きい。ゆえに、本発明によれば、混合気の酸素濃度がより増大されたことによって内燃機関から排出されるNOxがより増大したとしても、その増大分は、NOx浄化率がより上昇したSCR触媒によって浄化される。その結果、大気へのNOxの放出を抑制しながら酸化触媒のHC被毒をより速やかに回復することが可能になる。
また、本発明に係る排気浄化装置が、酸化触媒とSCR触媒との間、または、SCR触媒と一体的に設けられ、排気内の粒子状物質を捕集するフィルタと、フィルタのHC被毒のHC被毒量を取得するフィルタ被毒量取得部と、酸化触媒に排気を介して燃料を供給する燃料供給部と、フィルタに付着している炭化水素を酸化除去することによって該フィルタのHC被毒を回復させるフィルタ被毒回復部と、を更に備える場合は、このフィルタ被毒回復部は、フィルタのHC被毒量が回復を必要とする所定量以上の場合は、酸化触媒の床温が所定温度以上のときに、該酸化触媒に燃料を供給するようにしてもよい。ここで、上述した酸化触媒のHC被毒と同様に、フィルタにもHC被毒が発生することがある。そのため、上述のフィルタ被毒量取得部は、フィルタに流入する排気内のHC量やフィルタの温度からHC被毒量を取得する。また、上述の所定温度は、供給された燃料を十分に酸化するために必要な酸化触媒の床温とすればよい。
本発明によれば、フィルタのHC被毒を回復する必要がある場合は、燃料供給部から供給される燃料が酸化触媒によってより効果的に酸化される。これにより、酸化触媒から流出する排気の温度が上昇するため、フィルタに流入する排気の温度が上昇する。その結果、フィルタに付着しているHCの酸化除去が促進されるため、フィルタのHC被毒がより効果的に回復される。
また、本発明においては、上述のフィルタ被毒回復部は、フィルタのHC被毒量が上述の所定量以上の場合は、酸化触媒の床温が上述の所定温度未満のときに、該床温が該所定温度以上のときよりも混合気の酸素濃度を増大させてもよい。これにより、酸化触媒に流入する排気の酸素濃度が増大されることによって、酸化触媒から流出する排気の温度が上昇され、また、当該排気の酸素濃度が増大される。その結果、フィルタに付着しているHCの酸化除去が促進されるため、燃料供給部による燃料供給を実行しなくてもフィルタのHC被毒を回復することができる。
本発明によれば、内燃機関の排気通路に、酸化触媒と、この酸化触媒よりも下流側に設けられ、アンモニアを還元剤として用いて排気内の窒素酸化物を選択還元するSCR触媒と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、酸化触媒にHC被毒が発生した場合に、大気へのNOxの放出を抑制しながら酸化触媒のHC被毒を回復することが可能になる。
実施例1に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。 実施例1に係る酸化触媒のHC被毒回復制御のフローを示すフローチャートである。 実施例1に係る酸化触媒のHC被毒回復制御が実行されるときの各物理量の推移を示すタイムチャートである。 実施例1に係る酸化触媒のHC被毒量の更新時に使用されるマップを説明する図である。 実施例1に係る酸化触媒における床温とHC被毒量との関係を示す図である。 実施例1に係る酸化触媒におけるHC流入量とHC被毒量との関係を示す図である。 実施例2に係る酸化触媒のHC被毒回復制御のフローを示すフローチャートである。 実施例3に係る酸化触媒及びフィルタのHC被毒回復制御のフローを示すフローチャートである。 変形例に係る酸化触媒とフィルタの概略構成を示す部分図である。
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。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り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]
まず、本発明の第1の実施例について説明する。図1は、本発明が適用される内燃機関とその排気浄化装置の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、複数の気筒を有する自動車用の圧縮着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)である。
内燃機関1は、気筒内の燃焼室内へ燃料を噴射する燃料噴射弁1aを備えている。また、内燃機関1には、吸気通路2と排気通路3が接続されている。吸気通路2は、大気から取り込まれた空気を内燃機関1の気筒へ導く通路であり、内燃機関1の気筒内に吸入される空気量を調整するスロットル弁4が配置されている。また、排気通路3は、内燃機関1の気筒内から排出される排気を流通させるための通路である。
排気通路3には、上流側から順に、触媒ケーシング5、第1排気温度センサ6、還元剤添加弁7、第1NOxセンサ8、選択還元型触媒(SCR触媒)9、第2NOxセンサ10及び第2排気温度センサ11が配置されている。また、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であるECU100が併設されている。上述の燃料噴射弁1a、スロットルバルブ4、還元剤添加弁7は、ECU100に電気的に接続されており、ECU100によって制御される。また、ECU100には、上述の両排気温度センサ6や両NOxセンサに加えて、機関回転数を検知するクランクポジションセンサ12や運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセルポジションセンサ13が電気的に接続されており、これらの出力信号がECU100に入力される。なお。ECU1
00は、クランクポジションセンサ12やアクセルポジションセンサ13等の検出値に基づいて内燃機関10の運転状態を推定する。
触媒ケーシング5内には、酸化能力を有する酸化触媒5aと、排気内の粒子状物質(PM)を捕集するフィルタ5bが収容されている。酸化触媒5aは、内燃機関1から排出される未燃燃料や一酸化炭素等を酸化し、これらが大気へ排出されることを抑制する。また、酸化触媒5aは、排気に含まれる一酸化窒素(NO)を酸化して二酸化窒素(NO)を生成する。そして、第1排気温度センサ6は、触媒ケーシング5から流出する排気の温度を検出する。この第1排気温度センサ6の検出値から酸化触媒5aの触媒温度(床温)が推定される。なお、図1に模式的に示されるように、酸化触媒5aは、触媒ケーシング5内においてフィルタ5bの上流側に配置されているが、酸化触媒5aがフィルタ5bの上流側に配置される限りにおいて、それぞれが別個のケーシング内に収容されていてもよい。
還元剤添加弁7は、ECU100からの指令に基づいて排気通路3内を流通する排気に尿素水を噴射し、アンモニアの前駆体としての尿素をSCR触媒9に供給する。SCR触媒9は、尿素から生成されたアンモニアを還元剤として用いて排気内のNOxを浄化する。ここで、ECU100は、SCR触媒9の上流側に配置された第1NOxセンサ8と、下流側に配置された第2NOxセンサ10によって検出される排気のNOx濃度に基づいて、SCR触媒9においてNOxが効果的に還元されるように、還元剤添加弁7による尿素水の添加量を制御する。なお、還元剤添加弁7は、尿素水に代えてアンモニア水を添加してもよい。そして、第2排気温度センサ11は、SCR触媒9から流出する排気の温度を検出する。この第2排気温度センサ11の検出値からSCR触媒9の床温が推定される。
ここで、SCR触媒9のNOx浄化能は、床温の上昇と共に上昇する(ただし、床温が過度に上昇した場合は除く)。特に、SCR触媒9の床温が、SCR触媒9が十分に活性される活性温度以上になると、NOx浄化能が十分に高くなる。ただし、SCR触媒9によって実際に発揮されるNOx浄化率(SCR触媒へ流入するNOx量に対するSCR触媒で浄化されるNOx量の比率)は、SCR触媒9に流入する排気のNO比率(排気内のNOに対するNOのモル比率)に依存する傾向にある。具体的には、SCR触媒9によるアンモニアを還元剤として用いたNOxの選択還元反応においては、NOとNOが1対1で反応する下記の反応式(1)で示される還元反応1の反応速度が特に速い。
NO + NO + NH → 2N + 3HO …(1)
そのため、SCR触媒9に流入する排気のNO比率が、還元反応1が最も促進される所定比率(例えば略1。以下、「最適比率」ともいう。)に近付くほど、SCR触媒9の実際のNOx浄化率(以下、単に「NOx浄化率」ともいう。)が高くなる。
以上のように構成された排気通路3には、内燃機関1の吸気通路に内燃機関1から排出された排気の一部を還流させるEGR装置20が設けられている。EGR装置20は、吸気通路2と排気通路3を連通するEGR通路21と、還流されるEGRガス量を調整するEGR弁22を備えている。EGR弁22は、電気的に接続されたECU100からの指令に基づいて、EGRガス量を調整する。
ところで、本実施例に係る内燃機関1の排気浄化装置においては、内燃機関1の運転が継続すると、酸化触媒5aに未燃燃料としての炭化水素(HC)が付着して、酸化触媒5aの酸化能力を低下させるHC被毒が発生することがある。このHC被毒は、より詳細には、酸化触媒5aに流入する排気内のHCが、酸化触媒5aに坦持されたプラチナ等の活性点に付着することによって、触媒の活性が低下する現象である。そのため、酸化触媒5aに付着しているHCの量をHC被毒量(以下、単に「被毒量」ともいう。)と定義すれ
ば、被毒量が増大するほど、酸化触媒5aの酸化能力は低下する。酸化触媒5aの酸化能力が低下すると、酸化触媒5aによるNOの酸化によって生成されるNOの量が減少する。ここで、内燃機関1から排出される排気には、通常、NOがNOよりも多く含まれている。そのため、酸化触媒5aのHC被毒が進行して被毒量が増大すると、酸化触媒5aの作用によるNO比率の上昇幅が減少する。つまり、酸化触媒5aの被毒量が増大するにつれて、酸化触媒5aから流出する排気のNO比率が低下する。その結果、SCR触媒9に流入する排気のNO比率が上述の最適比率から乖離していくため、SCR触媒9のNOx浄化率が低下する。ここで、NOxの大気への放出を十分に抑制するためには、SCR触媒9のNOx浄化率が所望の目標NOx浄化率以上であることが要求されるため、適当な時期に酸化触媒5aのHC被毒を回復する必要がある。
酸化触媒5aのHC被毒の回復は、酸化触媒5aに付着しているHCを酸化除去することによって行われる。ここで、酸化触媒5aに流入する排気を、燃料噴射弁1aにアフター噴射等を実行されることによって昇温させればHCの酸化除去を促進することができる。しかしながら、排気の昇温には燃料を消費するために好ましくない。そこで、酸化触媒5aに流入する排気の酸素濃度を増大させることによって、付着しているHCの酸化除去を促進させる方法が考えられる。ここで、酸化触媒5aに流入する排気の酸素濃度の増大は、内燃機関1において燃焼される混合気の酸素濃度を増大させることによって行うことができる。しかしながら、この方法では内燃機関1から排出される排気内のNOx量も増大する虞がある。そこで、本実施例に係る酸化触媒5aの被毒回復の制御においては、内燃機関1から排出されるNOxの増大分が浄化されるように、酸化触媒5aの被毒回復に伴ってSCR触媒9のNOx浄化率も上昇される。以下、このHC被毒回復制御について、図面を用いて説明する。
図2は、本実施例に係る酸化触媒5aのHC被毒の回復制御のフローを示すフローチャートである。このフローは、ECU100によって、所定の時間毎に、または、必要に応じて実行される。また、図3は、酸化触媒5aの回復制御の実行時における各物理量の推移を示すタイムチャートである。
ステップS101において、ECU100は、酸化触媒5aのHC被毒の被毒量であるQhc_docを更新する。本フローにおけるQhc_docは、前回のフローの終了時におけるQhc_docに、前回のフローの終了から本フローの開始までの期間Δtに発生した被毒量ΔQhc_docを加算することによって求められる。ここで、ECU100は、本フロー実行時における酸化触媒5aの床温Tdocと、Δt間に酸化触媒5aに流入した排気に含まれるHC量であるHC流入量とからΔQhc_docを取得する。なお、Tdocは、第1排気温度センサ6による検出値から推定される。また、HC流入量は、Δt間に内燃機関1から排出された燃料量から推定される。この燃料量は、燃料噴射弁1aによる燃料噴射量が多い(即ち、機関負荷が高い)ほど、また、EGR装置20によって還流されるEGRガス量が多いほど多い。そこで、ECU100は、取得された機関回転数、燃料噴射量やEGRガスの還流量に基づいて、予め用意されたマップや算出モデルからΔt間に内燃機関1から排出された燃料量を取得する。このようにしてTdocとHC流入量を取得すると、ECU100は、図4に模式的に示されるマップから対応するΔQhc_docを取得する。
ここで、図4は、ΔQhc_docの値が、TdocとHC流入量とに関連付けられて記憶されたマップを示している。このマップは、図5に示されるTdocと酸化触媒5aの被毒量との関係、及び、図6に示されるHC流入量と被毒量との関係に基づいて作成されたものであり、ECU100内に予め用意されている。
ここで、図5は、HC流入量が一定のときにおける、Tdocと酸化触媒5aの被毒量
との関係を示す図である。Tdocが上昇すると酸化触媒5aの活性が上昇して酸化能力が高まるため、酸化触媒5aの被毒量は減少する。なお、図5では、Tdocが温度T1以上であるときには、被毒量は負の値となっている。これは、当該温度範囲においては、酸化触媒5aが十分な酸化能力を有しているため、HC被毒は進行せず、既にHC被毒が発生している場合にはそれが回復されることを意味している。また、図6は、Tdocが一定のときにおける、HC流入量と被毒量との関係を示す図である。図6に示されるように、HC流入量が増大すると酸化触媒5aの被毒量は増大する。そして、図5に示される関係を適当なTdoc範囲において求め、更に、図6に示される関係を適当なHC流入量範囲において求めることによって、図4に示されるマップが作成される。ところで、図4に示されるように、例えば、Tdocが低く、且つ、HC流入量が多いときには、ΔQhc_docが大きくなる。また、Tdocが高く、且つ、HC流入量が少ない場合には、ΔQhc_docが負となるため、酸化触媒5aのHC被毒が回復される。
ステップS102において、ECU100は、前ステップにおいて更新されたQhc_docが、所定の判定被毒量以上であるか否かを判定する。この判定被毒量は、酸化触媒5aから流出する排気のNO比率が所定の閾比率となるときにおける被毒量である。なお、この閾比率は、SCR触媒9の目標NOx浄化率に対応する、酸化触媒5aから流出する排気のNO比率である。つまり、酸化触媒5aの被毒量が当該判定被毒量以上の場合には、SCR触媒9のNOx浄化率が目標NOx浄化率未満になるため、NOxの大気への放出が十分に抑制されない虞がある。そのため、本ステップにおいて肯定判定が下された場合は、ECU100は、酸化触媒5aの被毒回復を実行するためにステップS103に進む。一方、本ステップにおいて否定判定が下された場合は、ECU100は、SCR触媒9のNOx浄化率を上昇させる必要がないと判断して本フローを終了する。例えば、図3における時間t0からt1までの期間内、即ち、酸化触媒5aの被毒量が低い状態において内燃機関1の運転が開始された直後の一定期間内に本フローが実行された場合には、酸化触媒5aのHC被毒が進行していないため、回復処理が実行されることなく本フローは終了される。
ステップS103において、ECU100は、本フローにおけるSCR触媒9の床温が、SCR触媒9の活性判定温度以上であるか否かを判定する。なお、SCR触媒9の床温は、第2排気温度センサ11の検出値から推定される。また、SCR触媒9の活性判定温度とは、SCR触媒9が十分なNOx浄化能を発揮するときの閾温度であって実験等によって予め用意しておけばよい。なお、この活性判定温度が、本発明における活性温度に対応する。本ステップにおいて否定判定が下された場合には、本フローは終了される。例えば、図3における時間t1からt2までの期間内においては、酸化触媒5aの被毒量が判定被毒量を超過しているが、SCR触媒9の床温が活性判定温度に達していない。このような場合には、内燃機関1から排出される排気のNOx量が増大することは好ましくないため、ECU100は、HC被毒の回復処理を実行することなく本フローを終了する。一方、本ステップにおいて肯定判定が下された場合は、SCR触媒9のNOx浄化能が十分に高いと判断されるため、ECU100は、ステップS104に進む。
ステップS104において、ECU100は、混合気の酸素濃度の増大量を決定する。この増大量は、酸化触媒5aに流入する排気の酸素濃度を被毒回復に十分な酸素濃度とするために必要な量である。ECU100は、ステップS101において取得されたQhc_docや内燃機関1の運転状態等に基づいて、予め用意されたマップやモデルから当該増大量を決定する。
ステップS105において、ECU100は、前ステップにおいて決定された増大量だけ混合気の酸素濃度が増大するように、EGR装置20によって還流されるEGRガス量を減少させる。なお、当該酸素濃度の増大量に対応するEGRガスの減少量は、内燃機関
1の運転状態等に基づいて、予め用意されたマップやモデルから取得するようにすればよい。EGRガス量が減少されると、図3における時間t2からt3までの期間に示されるように、SCR触媒9に流入する排気のNOx濃度(SCR触媒入口濃度)は一時的に増大する。しかしながら、酸化触媒5aの被毒量が減少することによって、SCR触媒9のNOx浄化率が上昇する。その結果、SCR触媒9から流出する排気のNOx濃度(テールパイプ濃度)が低下するため、未浄化のNOxの大気への放出が十分に抑制される。
ステップS106において、ECU100は、EGRガス量の減少後におけるQhc_docを、ステップS101における処理と同様の方法で取得する。
ステップS107において、ECU100は、前ステップにおいて更新されたQhc_docが、HC被毒回復処理の終了を判定するための所定の終了判定被毒量未満であるか否かを判定する。この終了判定被毒量は、酸化触媒5aのHC被毒が十分に回復された否かを判定するために設定される被毒量である。本ステップにおいて、肯定判定が下された場合は、酸化触媒5aのHC被毒は十分に回復されたと判断されて本フローは終了される。一方、否定判定が下された場合は、追加的にHC被毒の回復処理を実行する必要があると判断されて、ステップS103からの処理が再び実行される。
なお、本実施例においては、ステップS101において、酸化触媒5aのHC被毒量を更新するECU100が、本発明における酸化触媒被毒量取得部に相当する。また、ステップS105において、EGRガス量を減少させることによって混合気の酸素濃度を増大させるECU100が、本発明における酸素濃度増大部に相当する。そして、本フローを実行するECU100が、本発明における酸化触媒被毒回復部に相当する。
以上より、本実施例によれば、酸化触媒5aにHC被毒が発生している場合には、混合気の酸素濃度が増大されることによって被毒回復が実行される。この場合において、内燃機関1から排出されるNOx量が増大しても、その増大分は、NOx浄化率がより上昇したSCR触媒9によって浄化される。その結果、大気へのNOxの放出を抑制しながら酸化触媒5aのHC被毒を回復することが可能になる。
[実施例2]
次に、本発明の第2の実施例について、図7を用いて説明する。図7は、本実施例において実行される酸化触媒5aのHC被毒の回復制御のフローを示すフローチャートである。本実施例に係る回復制御においては、酸化触媒5aの被毒回復の必要性がより高くなっている場合、即ち、酸化触媒5aの被毒量がより増大している場合は、被毒回復をより速やかに実行するために、SCR触媒9の床温が高いほど、混合気の酸素濃度がより増大される早期被毒回復制御が実行される。なお、この早期被毒回復制御のフローは、ステップS103の後にステップS204からステップS207が実行される点で上述の実施例1のフローと異なる。そのため、以下においては、上述の実施例1と同様の構成については説明を省略する。なお、以下においては、実施例1において実行される回復制御を通常被毒回復制御と称する。
ステップS103においてSCR触媒9の床温が活性判定温度以上であると判定されると、ECU100は、ステップS204において、ステップS101で更新されたQhc_docが、所定の第2判定被毒量以上であるか否かを判定する。この第2判定被毒量は、上述のステップS102で用いられる判定被毒量よりも大きい値であって、酸化触媒5aの被毒量がより増大していることによって、酸化触媒5aの被毒回復の必要性がより高くなっているか否かを判断するために設定される値である。つまり、本フローの以前に実行されたフローのステップS103において否定判定が下されていた場合には、酸化触媒5aの被毒量が判定被毒量を超えていた場合(即ち、ステップS102において肯定判定
の場合)であっても、SCR触媒9の床温が活性判定温度未満であることを理由に酸化触媒5aの被毒回復が実行されなかった場合が有り得る。そのため、本フローにおいてSCR触媒9の床温が活性判定温度以上であると判定されたときには、酸化触媒5aの被毒量が通常時よりも増大していることが有り得る。当該被毒量がより増大している場合には、より速やかに酸化触媒5aの被毒回復を行う必要がある。ゆえに、ECU100は、本ステップにおいて肯定判定が下された場合には、早期被毒回復制御を行うためにステップS205へ進む。一方、本ステップにおいて否定判定が下された場合には、酸化触媒5aの被毒回復を速やかに行う必要がないため、ECU100は、ステップS104に進んで通常被毒回復制御を継続する。
ステップS205において、ECU100は、SCR触媒9の床温が、所定の第2活性判定温度以上であるか否かを判定する。この第2活性判定温度は、上述のステップS103で用いられる活性判定温度よりも高い温度である。つまり、早期被毒回復制御においては、混合気の酸素濃度が通常被毒回復制御に比してより増大されるため、SCR触媒9の活性が十分であるか否かが判断される。本ステップにおいて肯定判定が下された場合、ECU100は、SCR触媒9の活性は十分に高いと判断してステップS206に進む。一方、本ステップにおいて否定判定が下された場合、ECU100は、ステップS104に進んで通常被毒回復制御に復帰する。
ステップS206において、ECU100は、本フローの実行時における混合気の酸素濃度が、所定の判定酸素濃度未満であるか否かを判定する。この判定酸素濃度は、本フロー実行時における当該排気の酸素濃度を、通常被毒回復制御における増大幅よりも更に大きい増大幅で増大させることができるか否かを判定するために設定される値である。つまり、早期被毒回復制御においては、混合気の酸素濃度が、通常被毒回復制御の実行時よりも増大されるため、本フロー実行時における当該酸素濃度が十分に低いか否かが判断される。そこで、ECU100は、内燃機関1の運転状態や、EGRガスの還流量(或いは、EGRガス率)等から、本フローにおける混合気の酸素濃度を取得し、上述の判定酸素濃度と比較する。本ステップにおいて肯定判定が下された場合、ECU100は、EGRガスをより減少させることによって酸素濃度をより増大させることが可能であると判断してステップS207に進む。一方、本ステップにおいて否定判定が下された場合、ECU100は、ステップS104に進んで通常被毒回復制御に復帰する。
ステップS207において、ECU100は、混合気の酸素濃度の増大量である第2増大量を決定する。ここで、この増大量は、通常被毒回復制御のステップS104において決定される増大量よりも大きい量である。つまり、早期被毒回復制御においては、SCR触媒9の床温が高いほど、混合気の酸素濃度が増大される。そこで、ECU100は、以前のステップにおいて取得されたSCR触媒9の床温や、Qhc_doc、内燃機関1の運転状態等に基づいて、予め用意されたマップやモデルから第2増大量を決定する。第2増大量が決定されると、ECU100は、ステップS105に進み、第2増大量だけ混合気の酸素濃度が増大するように、EGRガス量を減少させる。
以上より、本実施例によれば、酸化触媒5aのHC被毒を速やかに回復する必要がある場合には、SCR触媒9の床温が高いほど、混合気の酸素濃度が増大される。ここで、混合気の酸素濃度がより増大されたことによって内燃機関1から排出されるNOx量がより増大したとしても、この増大分は、NOx浄化率がより上昇したSCR触媒9によって浄化される。その結果、大気へのNOxの放出を抑制しながら酸化触媒のHC被毒をより速やかに回復することが可能になる。
[実施例3]
次に、本発明の第3の実施例について、図8を用いて説明する。図8は、本実施例にお
いて実行される酸化触媒5a及びフィルタ5bのHC被毒の回復制御のフローを示すフローチャートである。本実施例に係る回復制御は、酸化触媒5aに被毒回復の必要がない場合であっても、フィルタ5bにその必要がある場合には、酸化触媒5aの被毒回復処理またはフィルタ5bの被毒回復処理が実行される点で、上述の実施例1に係る被毒回復制御と異なる。そのため、以下においては、上述の実施例1と同様の構成については説明を省略する。また、図2に示される実施例1に係るフローにおけるステップと同様のステップについては説明を省略する。
ステップS102において否定判定が下された場合、ECU100は、酸化触媒5aの被毒回復を行うことによってSCR触媒9のNOx浄化率を上昇させる必要がないと判断してステップS303に進む。ステップS303において、ECU100は、フィルタ5bに発生しているHC被毒の被毒量であるQhc_dpfを更新する。本フローにおけるQhc_dpfは、過去のフローにおいて取得された直近のQhc_dpfに、当該Qhc_dpfの取得時から本フローの実行時までの期間Δt´に発生した被毒量ΔQhc_dpfを加算することによって求められる。ここで、ECU100は、上述したΔQhc_docの取得方法と同様に、本フロー実行時におけるフィルタ5bの温度とΔt´間に
フィルタ5bに流入した排気に含まれるHC量であるフィルタHC流入量とからΔQhc_dpfを取得する。なお、本実施例においては、フィルタ5bの温度としては、酸化触媒5aの床温Tdocが用いられる。また、このフィルタHC流入量は、上述の酸化触媒5aに係るHC流入量と同様の方法、或いは、同様の方法によって取得された値を補正することによって求めることができる。また、本実施例においては、ΔQhc_dpfの値が、TdocとフィルタHC流入量とに関連付けられて記憶されたマップが予め用意されている。当該マップは、図4に示されるΔQhc_docに係るマップと同様に、Tdocとフィルタ5bの被毒量との関係、及び、フィルタHC流入量と被毒量との関係に基づいて作成されたものである。
ステップS304において、ECU100は、更新されたQhc_dpfが、所定の第3判定被毒量以上であるか否かを判定する。この第3判定被毒量は、フィルタ5bの被毒回復を実行する必要があるか否かを判定するための閾値であり、実験等によって予め求められている。本ステップにおいて否定判定が下された場合、ECU100は、フィルタ5bの被毒回復処理を実行する必要がないと判断して本フローを終了する。一方、本ステップにおいて肯定判定が下された場合は、ECU100は、ステップS305に進む。
ステップS305において、ECU100は、本フローにおける酸化触媒5aの床温Tdocが、所定の第3活性判定温度以上であるか否かを判定する。ここで、この第3活性判定温度は、燃料噴射弁1aからアフター噴射等によって供給される燃料を十分に酸化することができる程度に酸化触媒5aの酸化能力が上昇しているか否かを判定するための閾温度である。本ステップにおいて否定判定が下された場合、ECU100は、燃料噴射弁1aからの燃料添加によってフィルタ5bに流入する排気を昇温することはできないと判断して、上述の通常被毒回復制御に復帰する。ここで、通常被毒回復制御においても、酸化触媒5aに付着しているHCが酸化除去されることによって酸化触媒5aから流出する排気(つまり、フィルタ5bに流入する排気)が昇温されるため、フィルタ5bのHC被毒が回復される。また、酸化触媒5aの被毒量が低い場合には、酸化触媒5aにおいて酸素が消費されないことによって、フィルタ5bに流入する排気の酸素濃度が増大されるため、フィルタ5bのHC被毒が回復される。一方、本ステップにおいて肯定判定が下された場合、ECU100は、ステップS306に進む。
ステップS306において、ECU100は、燃料噴射弁1aによる燃料供給を実行する。供給される燃料の量は、TdocやQhc_dpfに基づいて予め用意されたマップやモデルから取得すればよい。本ステップにおいて供給された燃料が酸化触媒5aに流入
すると、当該燃料が酸化触媒5aによって酸化されることで排気温度が上昇する。このようにして温度が上昇した排気が酸化触媒5aから流出してフィルタ5bに流入すると、フィルタ5bに付着しているHCが酸化されるため、フィルタ5bのHC被毒が回復される。
ステップS307において、ECU100は、前ステップにおける燃料供給実行後におけるQhc_dpfを、ステップS303における処理と同様の方法で更新する。
ステップS308において、ECU100は、前ステップにおいて更新されたQhc_dpfが、フィルタ5bの被毒回復処理の終了を判定するための所定の第2終了判定被毒量未満であるか否かを判定する。本ステップにおいて、肯定判定が下された場合は、フィルタ5bのHC被毒は十分に回復されたと判断されて本フローは終了される。一方、否定判定が下された場合は、追加的にHC被毒の回復処理を実行する必要があると判断されて、ステップS304からの処理が再び実行される。
なお、本実施例においては、ステップS303において、フィルタ5bのHC被毒量を更新するECU100が、本発明におけるフィルタ被毒量取得部に相当する。また、ステップS306において、酸化触媒5aに排気を介して燃料を供給する燃料噴射弁1aが、本発明における燃料供給部に相当する。そして、本フローを実行するECU100が、本発明におけるフィルタ被毒回復部に相当する。
以上より、本実施例によれば、フィルタ5bに回復が必要な程度のHC被毒が発生している場合には、燃料供給または流入する排気の酸素濃度が増大されることによって、フィルタ5bのHC被毒が回復される。これにより、酸化触媒5aの床温に応じた方法で、フィルタのHC被毒をより確実に回復することが可能になる。
[変形例]
本発明に係る変形例においては、上述の実施例におけるフィルタ5bとSCR触媒9に代えて、SCR触媒と排気内のPMを捕集するフィルタとが一体的に設けられたSCRF触媒が使用される。ここで、SCR触媒とフィルタとが一体的に設けられる態様としては、例えば、SCR触媒がパティキュレートフィルタに担持される態様が考えられる。そして、本変形例は、排気通路3に設けられた一のケーシング内に酸化触媒とSCRF触媒が収容される点で、上述の実施例に係る排気浄化装置と異なる。そのため、以下においては、上述の実施例と同様の構成については説明を省略する。
図9は、本変形例に係る排気浄化装置の排気通路3の一部を示す部分図である。図9に示されるように、ケーシング5c内における上流側に酸化触媒5aが設けられ、この酸化触媒5aの下流側にSCR触媒とフィルタが一体的に設けられたSCRF触媒9aが設けられる。なお、還元剤添加弁7は酸化触媒5aとSCRF触媒9aとの間に設けられる。そして、図9に例示されるように、第1排気温度センサ6は酸化触媒5aの下流側に設けられ、第2排気温度センサ11はSCRF触媒9aの下流側に設けられる。また、図9に例示されるように、第1NOxセンサ8及び第2NOxセンサ10は、それぞれSCRF触媒9aの上流側と下流側に配置される。
本変形例に係る内燃機関の排気浄化装置においても、上記実施例1から3において説明した方法と同様の方法によって、酸化触媒5aの被毒回復制御やSCRF触媒9aの被毒回復制御が実行される。その結果、上記実施例と同様の効果が奏される。特に本変形例においては、酸化触媒5aとSCRF触媒9aとの間隔が、上述の実施例における酸化触媒5aとSCR触媒9との間隔よりも小さいため、酸化触媒5aにHC被毒が発生している状態で、SCRF触媒9aが活性温度に達する状況が生じやすい。ゆえに、本変形例にお
いては、酸化触媒5aの被毒回復制御が実行される機会がより多くなると共に、内燃機関1から排出されるNOxがより効果的に浄化される。その結果、NOxの放出の抑制と酸化触媒5aのHC被毒の回復をより効果的に実行することが可能になる。
1 内燃機関
3 排気通路
5a 酸化触媒
5b フィルタ
9 SCR触媒
20 EGR装置
100 ECU

Claims (5)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能力を有する酸化触媒と、
    前記排気通路における前記酸化触媒よりも下流側に設けられ、アンモニアを還元剤として用いて排気内の窒素酸化物を選択還元する選択還元型触媒と、
    前記選択還元型触媒に排気を介してアンモニアまたはアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、
    前記酸化触媒に炭化水素が付着することによって生じるHC被毒のHC被毒量を取得する酸化触媒被毒量取得部と、
    前記内燃機関の燃焼室内で燃焼される混合気の酸素濃度を増大させる酸素濃度増大部と、
    前記酸化触媒に付着している炭化水素を酸化除去することによって該酸化触媒のHC被毒を回復させる酸化触媒被毒回復部と、
    を備え、
    前記酸化触媒被毒回復部は、前記酸化触媒のHC被毒量がHC被毒による該酸化触媒の酸化能力の低下によって該酸化触媒から流出する排気内の一酸化窒素に対する二酸化窒素の比率が所定の閾比率未満になる量である場合は、前記選択還元型触媒の温度が該選択還元型触媒の活性温度以上のときに、該温度が該活性温度未満のときよりも前記酸素濃度を増大させる、内燃機関の排気浄化装置。
  2. 請求項1において、
    前記内燃機関から排出された排気の一部を該内燃機関の吸気通路に還流させるEGR装置を更に備え、
    前記酸素濃度増大部は、前記EGR装置による排気の還流量を減少させることによって前記酸素濃度を増大させる、内燃機関の排気浄化装置。
  3. 請求項1または2において、
    前記酸素濃度増大部は、前記選択還元型触媒の温度が高いほど、前記酸素濃度を増大させる、内燃機関の排気浄化装置。
  4. 請求項1から3の何れか1項において、
    前記酸化触媒と前記選択還元型触媒との間、または、前記選択還元型触媒と一体的に設けられ、排気内の粒子状物質を捕集するフィルタと、
    前記フィルタに炭化水素が付着することによって生じるHC被毒のHC被毒量を取得するフィルタ被毒量取得部と、
    前記酸化触媒に排気を介して燃料を供給する燃料供給部と、
    前記フィルタに付着している炭化水素を酸化除去することによって該フィルタのHC被毒を回復させるフィルタ被毒回復部と、
    を更に備え、
    前記フィルタ被毒回復部は、前記フィルタのHC被毒量が回復を必要とする所定量以上の場合は、前記酸化触媒の温度が所定温度以上のときに、該酸化触媒に燃料を供給する、内燃機関の排気浄化装置。
  5. 請求項4において、
    前記フィルタ被毒回復部は、前記フィルタのHC被毒量が前記所定量以上の場合は、前記酸化触媒の温度が前記所定温度未満のときに、該温度が該所定温度以上のときよりも前記酸素濃度を増大させる、内燃機関の排気浄化装置。
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