JP6087580B2 - 内燃機関の排気浄化装置およびその排気浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置およびその排気浄化方法に関し、特に還元剤としてのアンモニアにより排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を選択的に浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）を採用した内燃機関の排気浄化装置およびその排気浄化方法に関するものである。

近年、ディーゼルエンジンの排ガス規制（ＮＯｘ、ＰＭ規制）をクリアするために、エンジンのハードウェアや制御によるＮＯｘとＰＭ低減を、後処理装置により排ガスを浄化することが行われている。後処理装置には、粒子状物質、すなわちＰＭ（Particulate Matter）を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、ＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒を用いることがしばしば行われている。

ＳＣＲ触媒では、例えば以下のようにＮＯｘを浄化している。
（１）ＳＣＲ上流のＮＯｘ量（センサで計測、あるいは予測した）や、ＳＣＲ触媒温度、排ガス流量などに応じて、ＳＣＲ触媒上流で尿素を噴射する。
（２）噴射された尿素は、アンモニア（ＮＨ_３）に分解され、ＳＣＲ触媒に吸着される。
（３）排ガス中のＮＯｘはＳＣＲ触媒を通過する際に、吸着したＮＨ_３により浄化される。

ところで、ＳＣＲ触媒に吸着できるＮＨ_３量は、ＳＣＲ触媒に吸着できるＮＨ_３吸着量を上回った場合、ＮＨ_３が排気ガス中に排出されるという現象が起こる（ＮＨ_３スリップ）。ＮＨ_３吸着量が少ないとＮＯｘ浄化率が低くなる。したがって、ＮＨ_３吸着量を監視することはＮＯｘの浄化率を把握するうえで重要なことである。
しかしながら、ＮＨ_３吸着量は実測が困難であるため、一般には、排気管に設置したＮＯｘセンサの計測値などからＮＨ_３吸着量を推定するということが行われている。
しかしながらＮＨ_３吸着量を推定する際には、様々な要因で誤差が生じることは避けられない。例えば各種センサの精度低下など、各種パラメータの計測誤差、算出誤差等が考えられる。かかる誤差のあるデータでその後の処理を続行していくと、その誤差が累積され、高精度な尿素噴射量の制御、好適なＮＯｘの浄化がなしえないこととなり、ＮＨ_３吸着量の初期化の必要性が出てくるのである。

特許文献１で開示される内燃機関の排気浄化装置では、ＮＨ_３吸着量を初期化することが記載されている。
すなわち、特許文献１では、ＮＨ_３吸着量を初期化する手法として、還元剤添加手段の還元剤添加に伴うＮＯｘ触媒への還元剤供給と同ＮＯｘ触媒での還元反応による還元剤消費との収支の時系列データに基づいてＮＯｘ触媒における還元剤吸着量を算出すること、さらに、ＮＯｘ触媒に導入されるＮＯｘ量またはそれに相関するパラメータを算出することが行われる。そして、その算出結果に基づき、決定されたタイミングで初期化を実施するとしている。

特開２００９−２８１３５０号公報

このように、上述の特許文献１では、初期化の手続きが煩雑であり、且つ、複雑な演算を伴うこととなっている。
本発明は、以上のような不都合を克服するために提案されたものであって、内燃機関の排気浄化装置において、煩雑な手続き、且つ、複雑な演算を伴うことなく、所定条件においてＳＣＲ触媒温度を上げることで、ＳＣＲ触媒初期化を行い得るようにした、内燃機関の排気浄化装置およびその排気浄化方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる請求項１では、内燃機関の排気通路に配設され、内燃機関の排気中におけるＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒を具備する内燃機関の排気浄化装置において、ＳＣＲ触媒の上流側から、尿素水を排気通路に噴射して、尿素水から生ずるＮＨ_３の噴射量とＳＣＲ触媒上流のＮＯｘを浄化するためのＮＨ_３量とから前記ＳＣＲ触媒に吸着されるＮＨ_３吸着量推定値を算出するＮＨ３吸着量推定値算出部と、ＮＨ_３吸着量推定値算出部からのＮＨ_３吸着量推定値と前記ＳＣＲ触媒温度とから前記ＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値を導出するＮＯｘ量推定値導出部と、ＮＯｘ量推定値導出部からのＮＯｘ量推定値とＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値との誤差に基づいて、ＳＣＲ触媒を昇温してＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量の初期化を行うＳＣＲ触媒昇温指令部と、を具備する排気浄化コントローラ部を備えたことを特徴とする。

本発明においては、ＳＣＲ触媒の初期化に当たり、ＳＣＲ触媒温度を上げることで、ＮＨ_３の吸着量が下がることに着目した。すなわち、ＳＣＲ触媒温度を上げることで、ＮＨ_３の吸着量が下がるということは、ＮＨ_３はほとんどそのまま、排出されることになる。これをＳＣＲ触媒の初期化としている。
ＮＨ_３吸着量は実測が困難であるため、次式のように尿素（ＮＨ_３）噴射量とＳＣＲ上流のＮＯｘ量を浄化するためのＮＨ_３噴射量から推定するようにしている。
ＮＨ_３吸着量推定値（ｇ）＝∫（尿素噴射量−浄化用ＮＨ_３噴射量）…（１）
そして、例えばＮＨ_３吸着量推定値とＳＣＲ触媒温度との関係のマップから、ＮＯｘの浄化率を導出し、かかるＮＯｘ浄化率とＳＣＲ触媒上流のＮＯｘ量とを演算してＳＣＲ触媒下流におけるＮＯｘ量を推定する。
かかるＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値が、次いで、ＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量の実測値と比較して、生じる誤差が増大しているものであれば、かかる誤差のあるデータでその後の処理を続行していくと、その誤差が累積され、高精度な尿素噴射量の制御、好適なＮＯｘの浄化がなしえないこととして、ＳＣＲ触媒温度を上げてＳＣＲ触媒の初期化を行うのである。

請求項１に記載の本発明によれば、ＮＨ_３吸着量推定値算出部からのＮＨ_３吸着量推定値とＳＣＲ触媒温度とからＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値を導出する。このＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値とＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値との誤差に基づいてＳＣＲ触媒温度を上げることでＮＨ_３の吸着量が下がる。
これによりＳＣＲ触媒上流から噴射されたＮＨ_３はＳＣＲ触媒に吸着されず、ＳＣＲ触媒はなんらＮＯｘ浄化がなしえない状態となり、ＳＣＲ触媒の初期化が達成されたこととなる。

また請求項２にかかる本発明では、排気浄化コントローラ部は、ＮＯｘ量推定値とＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値との誤差に基づいてＳＣＲ触媒の初期化の必要性を判定するＳＣＲ触媒初期化必要性判定部、を具備することを特徴とする。

また請求項３にかかる本発明では、ＳＣＲ触媒初期化必要性判定部は、ＳＣＲ触媒昇温終了後の所定時間経過時に基づいてＳＣＲ触媒の初期化の必要性を判定する構成としたことを特徴とする。

請求項２、３によれば、ＳＣＲ触媒の初期化を行う必要性がある場合にのみ、ＳＣＲ触媒を昇温するＳＣＲ触媒昇温指令を出すことができる。

また請求項４にかかる本発明では、排気浄化コントローラ部は、昇温可能な運転領域での運転であり、且つ排気中の粒子状物質の除去用フィルタの強制再生が不要であるとされた際に、ＳＣＲ触媒を昇温可能と判定するＳＣＲ触媒昇温可能判定部、を具備することを特徴とする。

これにより、昇温可能な運転領域で運転であり、粒子状物質の除去用フィルタの強制再生のための昇温がなされないときに、ＳＣＲ触媒を昇温可能と判定することができる。これにより、不要なＳＣＲ触媒の昇温をすることはない。

また請求項５にかかる本発明では、内燃機関の排気通路に配設されたＳＣＲ触媒によって、内燃機関の排気中におけるＮＯｘを浄化する内燃機関の排気浄化方法であって、ＳＣＲ触媒の上流側から、尿素水を排気通路に噴射して、尿素水から生ずるＮＨ_３の噴射量とＳＣＲ触媒上流のＮＯｘを浄化するためのＮＨ_３量とからＳＣＲ触媒に吸着されるＮＨ_３吸着量推定値を算出する手順と、ＮＨ_３吸着量推定値とＳＣＲ触媒温度とからＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値を導出して、ＮＯｘ量推定値とＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値との誤差に基づいてＳＣＲ触媒の初期化の必要性を判定するＳＣＲ触媒初期化必要性判定手順と、ＳＣＲ触媒を昇温してＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量の初期化を行うＳＣＲ触媒昇温手順と、を実行することを特徴とする。

これにより、ＮＨ_３吸着量推定値を算出したのち、このＮＨ_３吸着量推定値とＳＣＲ触媒温度とからＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値を導出することができる。
そしてこのＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値とＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値との誤差を求めて、この誤差からＳＣＲ触媒の初期化の必要性を判定することができる。
ＳＣＲ触媒の初期化が必要と判定されれば、ＳＣＲ触媒温度を上げることでＮＨ_３の吸着量が下がる。
これによりＳＣＲ触媒上流から噴射されたＮＨ_３はＳＣＲ触媒に吸着されず、ＳＣＲ触媒はなんらＮＯｘ浄化がなしえない状態となり、ＳＣＲ触媒の初期化が達成されたこととなる。

また請求項６にかかる本発明では、ＳＣＲ触媒昇温手順に先立ち、昇温可能な運転領域での運転であり、且つ排気中の粒子状物質の除去用フィルタの強制再生が不要とされた際に、ＳＣＲ触媒を昇温可能と判定するＳＣＲ触媒昇温可能判定手順を実行する、ことを特徴とする。

これにより、昇温可能な運転領域での運転中であり、粒子状物質の除去用フィルタの強制再生のための昇温がなされないときに、ＳＣＲ触媒を昇温可能と判定することができる。これにより、不要なＳＣＲ触媒の昇温をすることはない。

また請求項７にかかる本発明では、ＳＣＲ触媒初期化必要性判定手順において、誤差下限値＞ＮＯｘ誤差の積算値のとき、または誤差上限値＜ＮＯｘ誤差の積算値のとき、ＳＣＲ触媒の必要性を判定する、ことを特徴とする。

これにより、ＮＯｘ誤差の積算値が誤差下限値より小さいとき、または、誤差上限値より大きい時に、ＳＣＲ触媒初期化が必要であると判定することができる。

また請求項８にかかる本発明では、ＳＣＲ触媒初期化必要性判定手順において、ＳＣＲ触媒昇温終了判定後、規定時間経過したときに、ＳＣＲ触媒の必要性を判定する、ことを特徴とする。

これにより、ＳＣＲ触媒昇温終了判定後、規定時間経過しているときは、ＳＣＲ触媒による浄化が相当になされてＮＯｘ誤差が積算されているとみなして、ＳＣＲ触媒初期化が必要であると判定することができる。

また請求項９にかかる本発明では、ＳＣＲ触媒昇温手順が、ＳＣＲ触媒上流側の、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するＰＭ除去用フィルタの入口温度制御を、該ＰＭ除去用フィルタの強制再生時の制御により行われる、ことを特徴とする。

これにより、ＰＭ除去用フィルタの入口温度制御を簡略化することができる。

また請求項１０にかかる本発明では、ＰＭ除去用フィルタの入口温度制御を行う際、ＰＭ除去用フィルタの強制再生時と異なる入口目標温度に基づいて行う、ことを特徴とする。

これにより、ＰＭ除去用フィルタの入口温度を低く抑えられ、オイルダイリューションを軽減することができる。

また請求項１１にかかる本発明では、前記入口目標温度は、昇温開始から所定の上昇率で昇温させるようにする、ことを特徴とする。

これにより、ＮＨ_３スリップを抑制することができる。

また請求項１２にかかる本発明では、入口目標温度の上昇を昇温開始から複数段に設定してなる、ことを特徴とする。

これにより、ＮＨ_３スリップとオイルダイリューションを軽減することができる。

また請求項１３にかかる本発明では、入口目標温度は、ＳＣＲ触媒温度またはＳＣＲ触媒上流温度で補正する、ことを特徴とする。

また請求項１４にかかる本発明では、ＰＭ除去用フィルタの入口温度制御をする際、ＰＭ除去用フィルタの出口温度に基づいて行う、ことを特徴とする。

また請求項１５にかかる本発明では、ＰＭ除去用フィルタの入口温度制御をする際、ＳＣＲ触媒上流の温度に基づいて行う、ことを特徴とする。

さらに請求項１６にかかる本発明では、ＰＭ除去用フィルタの入口温度制御をする際、ＳＣＲ触媒の温度に基づいて行う、ことを特徴とする

以上、請求項１２〜請求項１６によれば、寒冷地でも確実にＳＣＲ触媒の昇温を行うことができる。

本発明によれば、ＮＨ_３吸着量推定値を算出し、ＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値を導出し、このＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値とＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値との誤差からＳＣＲ触媒初期化の必要性を判定し、ＳＣＲ触媒の初期化がＳＣＲ触媒温度を上げることで達成することができるので、これまでのような煩雑な初期化の手続き、且つ、複雑な演算を行うことは不要となる。

本発明にかかる内燃機関の排気浄化方法を実施するための内燃機関の第１実施形態にかかる概略系統図である。 図１に示す内燃機関における排気浄化装置の模式的な要部構成図である。 第１実施形態にかかるＳＣＲ触媒初期化処理を示すフローチャートである。 ＳＣＲ触媒温度に対する吸着可能なＮＨ_３量を示したグラフである。 ＮＨ_３吸着量推定値と実際のＮＨ_３吸着量との比較した時間的推移と、その都度のＳＣＲ触媒温度の変遷を示したグラフである。 第２実施形態におけるＳＣＲ触媒昇温時、ＤＰＦ入口温度制御を実行する際のＤＰＦ入口温度から目標温度まで所定レートで昇温する際の一例を示すグラフである。 ＤＰＦ入口温度から目標温度まで二段階的に昇温する際の一例を示すグラフである。 ＤＰＦ入口温度から目標温度まで多段階的に昇温する際の一例を示すグラフである。 第３実施形態にかかるＤＰＦ入口目標温度を補正する際の模式的なグラフである。 図９に示すＤＰＦ入口目標温度を補正する際の具体的な補正手順の流れを示した、ブロック図である。

以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置およびその排気浄化方法について、種々の実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に第１実施形態にかかる排気浄化装置を設けた、内燃機関１の吸排気系統、および電気系統の一例を示す。
内燃機関１は、エンジン本体２に吸気管３、排気管４、ＥＧＲ配管５が接続された吸排気系統を具備する。吸気管３上流側とエンジン出口近傍の排気管４の流路中には、過給器６のコンプレッサ、タービンが介装され、吸気管３にはインタークーラ７が設けられる。さらに、吸気管３には吸気スロットルバルブ８が設けられ、ＥＧＲ配管５には、ＥＧＲバルブ９が設けられる。そして、排気管４には、排気ガスの後処理装置としての排気浄化装置１０が連通接続されている。

かかるエンジン本体２の吸排気系統に対し、電気系統を構成する部品として、エンジン体本体２並びに吸気管３、排気管４、ＥＧＲ配管５、および排気浄化装置１０に配設された各種センサ（後述）からのセンサ出力他、アクセル入力信号、後述するＤＣＵからの信号を受け入れ、所定の信号処理、演算処理、さらには本発明の要旨であるＳＣＲ触媒初期化判定手順、ＳＣＲ触媒昇温可能判定、ＳＣＲ触媒昇温（後述）、を行うＥＣＵ１１（電子制御部、すなわちエンジンコントロールユニット）が配設される。
ＥＣＵ１１には、車載バッテリー１３がキースイッチＳｗを通じて電気的に接続されている。また車載バッテリー１３には、キースイッチＳｗを通じてスタータモータＭ_ｓｔが電気的に接続されている。

エンジン本体２には、ＥＣＵ１１との信号授受を行うものとして、例えばインジェクタ、コモンレール圧センサ、燃温センサ、クランクセンサ、カムセンサ、水温センサ、油圧スイッチ（いずれも図示省略）が配設される。
吸気管３の上流側にはエアフローメータｍ_ｅｆ、吸気温度センサＳ_ｉｎｔ、吸気管３の下流側、すなわちエンジン本体２の入口側には、吸気スロットルバルブ８、吸気絶対圧力センサＳ_ａｐ、吸気温度センサＳ_ｉｎｔ、が配設される。
ＥＧＲ配管５には、ＥＧＲバルブ９が配設される。
そして排気管４の下流側の排気浄化装置１０には、詳細は後述するが、上流側から順次、ＤＯＣ入口温度センサＳ_{ｄｏｉｎｔ}、ＤＰＦ入口温度センサＳ_{ｄｐｉｎｔ}、ＤＰＦ差圧センサＳ_ｄｐ、ＤＰＦ出口温度センサＳ_{ｄｐｏｕｔ}、ＮＯｘセンサＳ_ｎ１、排温センサ（図示省略）、ＮＯｘセンサＳ_ｎ２がそれぞれ配設される。
なお、ＮＯｘセンサＳ_ｎ１、排温センサＳｔ、ＮＯｘセンサＳ_ｎ２はＥＣＵ１１に取り込まれ、また、過給器６および吸気スロットルバルブ８は、ＥＣＵ１１により駆動される。

次に、以上のような内燃機関１において、排気浄化装置１０についてさらに図２に示し、本発明の要部構成を詳細に説明する。なお、ここでは、エンジン本体２周りの構成については、上述のとおりであるので、ここではその説明は省略する。
排気浄化装置１０は、エンジン本体２に接続された排気通路を構成する排気管４の、先ず上流側に配設された酸化触媒２０（ここでは、ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）を有する。また排気浄化装置１０は、該酸化触媒２０の下流側に配設され、エンジン本体２の排気中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒２１と、該ＳＣＲ触媒２１の下流側に配設され、ＳＣＲ触媒２１から排出される余剰のアンモニアを除去するための酸化触媒２２とを具備する。さらに、酸化触媒２０と酸化触媒２０の下流側のＳＣＲ触媒２１間には、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するＰＭ除去用フィルタとしてのＤＰＦ２３（Diesel Particulate Filter）を配設することができる。なお、図１では、ＤＰＦ２３がＤＯＣ２０と一体に収容されていることが示されている。
そして、ＤＰＦ２３の下流側、且つＳＣＲ触媒２１の上流側には、尿素水を噴射する尿素噴射部２４が設けられる。尿素噴射部２４は詳細は図示しないが、排気管４内に噴射ノズルを臨入させた電磁式噴射弁２４ｖと、尿素水を貯留するタンク部２４ｔとを備える。
すなわち尿素噴射部２４において、電磁式噴射弁２４ｖを通じて尿素水が排気管４内に噴射されると、排気熱による蒸発から加水分解にいたる化学反応によって直接的な還元剤となるアンモニアＮＨ_３が生成される。排気中のＮＨ_３とＮＯｘは、ＳＣＲ触媒２１を通過する間に反応し、窒素Ｎ_２と水Ｈ_２Ｏに変化するという反応でＮＯｘ浄化が行われるようになっている。
また、この場合、ＳＣＲ触媒２１の上流、下流にそれぞれ配設されるＮＯｘセンサＳ_ｎ１、Ｓ_ｎ２からの検知信号は、ＣＡＮを通じてＥＣＵ１１に取り込まれるようになっており、作動温度やエンジンスピードなどの重要なエンジンパラメータに合わせて尿素水溶液の噴射量が制御される構成である。
ＥＣＵ１１においては、以上のような内燃機関１において、エンジン体本体２並びに吸気管３、排気管４、ＥＧＲ配管５、および排気浄化装置１０に配設された各種センサからのセンサ出力他、アクセル入力信号により、所定の信号処理、演算処理、さらには排気浄化装置１０のＮＯｘ浄化処理の手順が実行される。

そしてＥＣＵ１１には、ＮＯｘ浄化処理の手順を実行するための排気浄化コントローラ部１１Ｃを備えている。
排気浄化コントローラ部１１Ｃは、ＮＨ３吸着量推定値算出部Ａと、ＮＯｘ量推定値導出部Ｂと、ＳＣＲ触媒昇温指令部Ｃと、ＳＣＲ触媒初期化必要性判定部Ｄと、ＳＣＲ触媒昇温可能判定部Ｅと、さらに、ＳＣＲ触媒の昇温終了判定部Ｆとを有する。
ＮＨ３吸着量推定値算出部Ａは、ＳＣＲ触媒の上流側から、尿素水を排気通路４に噴射して、尿素水から生ずるＮＨ_３の噴射量とＳＣＲ触媒上流のＮＯｘを浄化するためのＮＨ_３噴出量とからＳＣＲ触媒に吸着されるＮＨ_３吸着量推定値を算出する。
またＮＯｘ量推定値導出部Ｂは、ＮＨ３吸着量推定値算出部からのＮＨ_３吸着量推定値とＳＣＲ触媒温度とからＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値を導出する。
またＳＣＲ触媒昇温指令部Ｃは、ＮＯｘ量推定値導出部からのＮＯｘ量推定値とＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値との誤差に基づいて、ＳＣＲ触媒温度を昇温してＮＨ３吸着量推定値を初期化することでＳＣＲ触媒の初期化を行う。
またＳＣＲ触媒初期化必要性判定部Ｄは、ＮＯｘ量推定値とＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値との誤差、またはＳＣＲ触媒昇温終了後の所定時間経過時、またはＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値に基づいてＳＣＲ触媒の初期化の必要性を判定する。
またＳＣＲ触媒昇温可能判定部Ｅは、昇温可能な運転領域で運転中、且つ前記排気中の粒子状物質の除去用フィルタの強制再生が不要なとき、ＳＣＲ触媒を昇温可能と判定する。
さらに、排気浄化コントローラ部は、ＳＣＲ触媒の昇温終了判定部Ｆを有する。

本発明にかかる内燃機関の排気浄化方法を実施する排気浄化装置における第１実施形態は以上のとおりであり、次に、かかる内燃機関１の一連の動作と共に排気浄化装置１０のＮＯｘ浄化処理の手順について説明する。内燃機関１の一連の動作は、本願発明の要旨とするところではないので、概略的に説明する。
キースイッチＳｗのオンにより、車載バッテリー１３からＥＣＵ１１に通電され、スタータモータＭｓｔを駆動することで、エンジン本体２のクランクシャフトが回される。これにより、ＥＣＵ１１からの指令でインジェクタを通じてシリンダ内に燃料が噴射され、エンジンがスタートする。このとき、吸気管３を通じて吸気された燃焼用空気は、過給器６のコンプレッサにより高圧高温の空気となり、インタークーラ７により冷やされて、エンジン本体２内のシリンダ内に送り込まれる一方、高圧の燃料がコモンレールＣｒ、燃料噴射弁Ｖｆを通じてシリンダ内に噴射され、燃焼が開始される。
燃焼ガスは、過給器６のタービンを回しながら、排気管４を通じて排気浄化装置１０に排気される。また、排気ガスの一部はＥＧＲ配管５を通じてエンジン本体２のシリンダ内に再循環され、再度燃焼に供される。

排気管４を通じて排気浄化装置１０に送られた排気は、順次、酸化触媒であるＤＯＣ２０、ＤＰＦ２３を通過し、それぞれ排気中のＰＭ中の未燃分を燃焼させ、ＰＭを除去してＳＣＲ触媒２１を通過することで排気中のＮＯｘが浄化され、ＳＣＲ触媒２１の下流側の酸化触媒２２にて、ＳＣＲ触媒２１から排出される余剰のアンモニアを除去し、排出される。ＳＣＲ触媒２１を通過する際は、尿素噴射部２４において、電磁式噴射弁２４ｖを通じて尿素水が排気管４内に噴射され、排気熱による蒸発から加水分解にいたる化学反応によって直接的な還元剤となるアンモニアＮＨ_３が生成される。排気中のＮＨ_３とＮＯｘは、ＳＣＲ触媒２１を通過する間に反応し、窒素Ｎ_２と水Ｈ_２Ｏに変化するという反応でＮＯｘを浄化することができる。

排気が排気浄化装置１０のＤＯＣ２０、ＤＰＦ２３を通過する際、ＤＯＣ入口温度センサＳ_{ｄｏｉｎｔ}、ＤＰＦ入口温度センサＳ_{ｄｐｉｎｔ}、ＤＰＦ差圧センサＳ_ｄｐ、ＤＰＦ出口温度センサＳ_{ｄｐｏｕｔ}にて排気の温度が検知され、逐次、ＥＣＵ１１に送り込まれる。そして、排気がＳＣＲ触媒２１を通過する際、ＮＯｘセンサＳ_ｎ１、排温センサ、ＮＯｘセンサＳ_ｎ２からの検知信号は、ＥＣＵ１１に取り込まれる。

ＥＣＵ１１の排気浄化コントローラ部１１Ｃでは、取り込まれた各検知信号に基づき、図３に示すような処理手順、すなわち（１）ＳＣＲ触媒初期化判定手順、（２）ＳＣＲ触媒昇温可能判定、（３）ＳＣＲ触媒昇温、（４）ＳＣＲ触媒昇温終了判定手順を実行する。
先ず、ＮＨ_３吸着量推定値算出部Ａにおいて、ＮＨ_３吸着量を計算する（ステップＳ１）。なお、前述のようにＳＣＲ触媒に吸着できるＮＨ_３量は、ＳＣＲ触媒温度により変わる。例えば図４にＳＣＲ触媒温度と吸着可能なＮＨ_３量との関係を示して説明する。すなわち、吸着可能なＮＨ_３量は、所定温度（約200℃）をピークに所定温度を超えると吸着量は低下し、それ以上の高温では吸着量は０に近づき、ほとんど吸着されない状態となる。ＮＨ_３吸着量は、
ＮＨ_３吸着量推定値（ｇ）＝∫（尿素噴射量−浄化用ＮＨ_３噴射量）
によって得られる。ここで尿素噴射量は、ＳＣＲ触媒２１の上流側の尿素噴射部２４から噴射されるＮＨ_３量で、浄化用ＮＨ_３噴射量は、浄化に必要なＮＨ_３量である。所定の演算によって求められる。
同時に、ＮＯｘ量推定値導出部Ｂは、ＮＨ_３吸着量推定値算出部ＡからのＮＨ_３吸着量推定値とＳＣＲ触媒温度とからＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値を導出する。
このＮＯｘ量推定値はＮＨ_３吸着量推定値に対応したものであり、例えば図５の破線で示すようにＮＨ_３吸着量推定値の曲線として表示することができる。
一方、ＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値は、実際のＮＨ_３吸着量として、実線で示すように想定される。また、図５においては、ＳＣＲ触媒温度が示されている。
以上のような図５において、ＮＨ_３吸着量推定値（ＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値）と実際のＮＨ_３吸着量（ＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値）との差が増大していることが示されている。

次に、ＥＣＵ１１の排気浄化コントローラ部１１Ｃでは、ステップＳ２において、ＳＣＲ触媒初期化の必要性を判定する手順を実行する。
ただし、以下のいずれかの条件（１）〜（３）を満たす場合において、ＳＣＲ触媒初期化が必要であるとする判定がなされる。すなわち、ＳＣＲ触媒初期化必要性判定部Ｄにおいて、
（１）ＳＣＲ触媒出口でのＮＯｘの誤差が大であるとき
これは、すなわち図５で示しているように、排気の浄化が進行する結果、ＮＨ３吸着量推定値（ＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値）と実際のＮＨ３吸着量（ＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値）との差が積算され、ＳＣＲ触媒出口でのＮＯｘの誤差がある閾値を超えたことを意味する。すなわち、
誤差下限値＞ＮＯｘ誤差の積算値、または誤差上限値＜ＮＯｘ誤差の積算値
ただし、ＮＯｘ誤差＝ＳＣＲ触媒下流ＮＯｘ量（浄化用ＮＨ_３噴射量（センサ計測値））−ＳＣＲ触媒下流ＮＯｘ量推定値（ＮＨ_３吸着量推定値）
（２）ＳＣＲ触媒昇温終了判定後、規定時間経過（例えば３０Ｈｒ〜５０Ｈｒ）した場合 ただし、ＤＰＦ強制再生が行われた場合は、ＳＣＲ触媒昇温が行われたと判定。
（３）ＳＣＲ触媒の下流側におけるＮＯｘセンサＳ_ｎ２の値からＮＨ_３スリップが発生したと判断した場合。

さらにＥＣＵ１１の排気浄化コントローラ部１１Ｃでは、ステップＳ３において、ＳＣＲ触媒昇温可能か否かの判定を行う。ただし、以下の（１）且つ（２）の条件を満たす場合、ＳＣＲ触媒昇温可能であると判定される。すなわち、ＳＣＲ触媒昇温可能判定部Ｅにおいて、
（１）昇温可能判定マップにより、昇温可能な運転領域で運転中の場合
この場合、事前にマップを作成しておく必要がある。
（２）ＤＰＦ強制再生で、強制再生を行う必要がない状態
ＤＰＦ強制再生は、例えばＰＭによる目詰まりをＬａｔｅ Ｐｏｓｔ噴射などで燃焼再生を行う操作で、かかるＤＰＦ強制再生を行う必要がある状態であれば、ＤＰＦ強制再生を優先して行う。これは、ＤＰＦ強制再生を行えば、ＳＣＲ触媒も昇温されるためである。

次いで、ＥＣＵ１１の排気浄化コントローラ部１１Ｃでは、ステップＳ４において、ＳＣＲ触媒の昇温指令を出力する。すなわち、ＳＣＲ触媒昇温指令部Ｃにおいて、
（１）ＳＣＲ触媒昇温時のＤＰＦ入口温度制御は、ＤＰＦ強制再生時の制御と同じ制御方法とする。これにより、制御を簡略化することができる。
なお、ＤＯＣ２０が活性温度（約２５０℃）以上に達するまでは、スロットルバルブ８を絞り、Ｅａｒｌｙ Ｐｏｓｔ噴射により昇温する。Ｐｏｓｔ噴射はメイン噴射後余分の燃料をシリンダ内に噴射することをいう。
また、ＤＯＣ２０が活性温度（約２５０℃）以上では、Ｌａｔｅ Ｐｏｓｔ噴射によりＤＰＦ入口温度を制御する。これは、ＳＣＲ触媒上流温度を制御するのは難しいためである。ＳＣＲ触媒温度が４５０℃以上となるＤＰＦ温度を事前に求めておき、その温度を目標温度とする。
（２）ＤＰＦ２３がないシステムの場合、ＳＣＲ触媒上流温度をスロットルバルブ８を絞り、Ｅａｒｌｙ Ｐｏｓｔ噴射により昇温する。

そして、ＥＣＵ１１の排気浄化コントローラ部１１Ｃでは、ステップＳ５において、ＳＣＲ触媒昇温終了判定を行う。昇温終了判定部Ｆにおいて、
ＳＣＲ触媒温度＞温度閾値（４００〜４５０℃）を規定時間経過したら、昇温処理を完了する。その場合、昇温開始からＳＣＲ触媒に吸着したＮＨ_３がほぼ０になる時間ｔを事前に決めておくようにする。
ＳＣＲ触媒温度を昇温することにより、図５に示すように、ＮＨ_３吸着量推定値および実際のＮＨ_３吸着量は０となり、ＮＨ_３吸着量推定値が初期化、すなわちＳＣＲ触媒の初期化が達成される。

以上のように本実施形態によれば、ＳＣＲ触媒の初期化がＳＣＲ触媒温度を上げることで達成することができるので、これまでのような煩雑な初期化の手続き、且つ、複雑な演算を行うことは不要となる。

（第２実施形態）
本発明は、以下の第２実施形態のように実施することができる。
本実施形態では、第１実施形態のステップＳ４におけるＳＣＲ触媒昇温時、ＤＰＦ入口温度制御は、ＤＰＦ強制再生時とパラメータを変えて実行される。
ＤＰＦ入口温度制御によって達成するＤＰＦ入口目標温度は、ここでは約５００℃とする。（なお、ＤＰＦ強制再生時は、約６００℃）
その場合、ＤＰＦ入口温度制御によってＤＰＦ入口温度を昇温する場合、昇温開始から一定レート（deg./sec）で、適宜時間をかけて目標温度まで昇温させる。これは、昇温開始から目標温度まで一気に昇温させると、ＮＨ_３吸着量が急激に低下することでＮＨ_３スリップの要因となるからである。
その場合、昇温の仕方として、任意回、段階的に昇温させるように昇温のレートを設定することができる（図６、図７、図８参照）。
図６は、ＤＰＦ入口の初期温度から目標温度（５００℃）に一段階で達するように昇温させた場合を示している。
図７は、ＤＰＦ入口の初期温度から目標温度（５００℃）に二段階で達するように昇温させた場合を示している。
さらに図８は、多段階に分けてＤＰＦ入口の初期温度から目標温度（５００℃）に二段階で達するように昇温させた場合を示している。

このように、ＤＰＦ入口の目標温度を低くすることで、燃料の一部がシリンダ壁に付着してエンジンオイルの希釈が起こるオイルダイリューションのリスクを軽減することができる。
ＤＰＦ入口温度制御において、ＤＰＦ入口目標温度は、昇温開始から一定レートで上昇させることで、上昇途中でのＮＨ_３吸着量が確保され、ＮＨ_３吸着量の急激な低下によるＮＨ_３スリップの発生を抑制することができる。
一方、オイルダイリューションのリスクを回避するには、初期温度から目標温度に、極力短時間で達するようにすることが望ましい。
そこで、ＤＰＦ入口の温度を目標温度まで達するまで、一定レートで緩慢にとることで、オイルダイリューションリスクを軽減でき、併せてＮＨ_３スリップ抑制を可能とすることができる。

（第３実施形態）
さらに本発明は、以下の第３実施形態のように実施することができる。
ここでは、第２実施形態で実行されるＤＰＦ入口温度制御において、例えば低外気温時、排気管の放熱が大きくなるなどの環境変化により、ＳＣＲ触媒を必要な温度まで昇温ができない状況が起こり得る場合に対処しようとするものである。
そのために、ＤＰＦ入口温度を、ＳＣＲ触媒温度、若しくはＳＣＲ触媒上流温度で補正することでＳＣＲ触媒を必要な温度まで昇温することができる（図９参照）。図９では、ＤＰＦ入口温度を目標のＤＰＦ入口温度の時間的変化を示し、それに伴って変化するＳＣＲ触媒の温度の時間的変化を示している。

ここで、第３実施形態について図１０にＤＰＦ入口目標温度の補正手続きの流れを示し、以下説明する。図１０は、図９で示す太い実線で示される補正後のＤＰＦ入口目標値に達する補正手続きの具体的な一手続を示している。すなわち、図１０にＤＰＦ入口目標温度をＳＣＲ触媒温度若しくはＳＣＲ触媒目標温度を用いて補正する手順を示している。
かかる補正手順は、ＤＰＦ入口温度がＤＰＦ入口目標温度とを比較し、ＤＰＦ入口温度がＤＰＦ入口目標温度より低い場合に実行される。

一つの補正手順として、ＤＰＦ入口温度から所定のレートリミット（昇温レート）で且つ所定のリミッタを加味して補正後のＤＰＦ入口目標温度に達するようにする。

別の補正手順として、ＳＣＲ触媒温度目標（例えば４５０℃）とＳＣＲ触媒温度（ＳＣＲ触媒上流温度、例えば４００℃）との偏差を勘案してかかる偏差をなくすようにゲインを得て、所定のレートリミットで且つ所定のリミッタを加味して補正後のＤＰＦ入口目標温度に達するルートが考えられる。

以上のようにＳＣＲ触媒温度目標とＳＣＲ触媒温度（ＳＣＲ触媒上流温度）により補正手順を経ることで、ＤＰＦ入口目標温度の補正を行い、この補正されたＤＰＦ入口目標温度で寒冷地でも確実にＳＣＲ触媒の昇温を行うことができる。

その他、第３実施形態では、ＳＣＲ触媒を必要な温度まで昇温するために、ＳＣＲ触媒昇温時の温度制御の対象を（１）ＤＰＦ出口温度または、（２）ＳＣＲ上流温度、または（３）ＳＣＲ触媒温度とする。
これは、エンジン本体２から排気管４に配置された各温度センサの位置が（１）ＤＰＦ出口、（２）ＳＣＲ上流、（３）ＳＣＲ触媒に配置されたことによる温度制御を意味している。
エンジン本体２からセンサの位置が遠くなるにつれて、ＳＣＲ触媒を必要な温度まで昇温するためには温度制御が難しくなる。しかしながら、制御対象をＳＣＲ触媒とすれば、ＳＣＲ触媒を必要な温度以上に昇温することができる。

以上、本発明では、ＳＣＲ触媒の初期化がＳＣＲ触媒温度を上げることで達成することができるので、これまでのような煩雑な初期化の手続き、且つ、複雑な演算を行うことは不要となる。

本発明では、複雑かつ、煩雑な初期化の手続きを要することなく、ＳＣＲ触媒の初期化を達成することができるので、装置的に製造コストを抑制することでき、様々なエンジンに対する適用性は高い。

１ 内燃機関
２ エンジン本体
３ 吸気管
４ 排気管
５ ＥＧＲ配管
６ 過給器
７ インタークーラ
８ 吸気スロットルバルブ
９ ＥＧＲバルブ
１０ 排気浄化装置
１１ ＥＣＵ
１１Ｃ 排気浄化コントローラ部
１３ 車載バッテリー
２０、２２ 酸化触媒（ＤＯＣ）
２１ ＳＣＲ触媒
２３ ＤＰＦ
２４ 尿素噴射部
２４ｖ 電磁式噴射弁
２４ｔ タンク部
Ａ ＮＨ_３吸着量推定値算出部
Ｂ ＮＯｘ量推定値導出部
Ｃ ＳＣＲ触媒昇温指令部
Ｄ ＳＣＲ触媒初期化必要性判定部
Ｅ ＳＣＲ触媒昇温可能判定部
Ｆ 昇温終了判定部Ｆ

Claims (16)

1. 内燃機関の排気通路に配設され、前記内燃機関の排気中におけるＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒を具備する内燃機関の排気浄化装置において、
   前記ＳＣＲ触媒の上流側から、尿素水を前記排気通路に噴射して、該尿素水から生ずるＮＨ_３の噴射量から前記ＳＣＲ触媒上流のＮＯｘを浄化するためのＮＨ_３量を減算した値を所定時間積分して得られる、前記ＳＣＲ触媒に吸着されるＮＨ_３吸着量推定値を算出するＮＨ_３吸着量推定値算出部と、
   該ＮＨ_３吸着量推定値算出部からのＮＨ_３吸着量推定値と前記ＳＣＲ触媒温度とから前記ＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値を導出するＮＯｘ量推定値導出部と、
   該ＮＯｘ量推定値導出部からのＮＯｘ量推定値と前記ＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値との誤差に基づいて、前記ＳＣＲ触媒を昇温して前記ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量の初期化を行うＳＣＲ触媒昇温指令部と、
   を具備する排気浄化コントローラ部を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記排気浄化コントローラ部は、前記ＮＯｘ量推定値と前記ＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値との誤差に基づいて前記ＳＣＲ触媒の初期化の必要性を判定するＳＣＲ触媒初期化必要性判定部、を具備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ＳＣＲ触媒初期化必要性判定部は、前記ＳＣＲ触媒昇温終了後の前記所定時間経過時に基づいて前記ＳＣＲ触媒の初期化の必要性を判定する構成としたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記排気浄化コントローラ部は、昇温可能な運転領域での運転であり、且つ前記排気中の粒子状物質の除去用フィルタの強制再生が不要であるとされた際に、前記ＳＣＲ触媒を昇温可能と判定するＳＣＲ触媒昇温可能判定部、を具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 内燃機関の排気通路に配設されたＳＣＲ触媒によって、前記内燃機関の排気中におけるＮＯｘを浄化する内燃機関の排気浄化方法であって、
   前記ＳＣＲ触媒の上流側から、尿素水を前記排気通路に噴射して、該尿素水から生ずるＮＨ_３の噴射量から前記ＳＣＲ触媒上流のＮＯｘを浄化するためのＮＨ_３量を減算した値を所定時間積分して得られる、前記ＳＣＲ触媒に吸着されるＮＨ_３吸着量推定値を算出する手順と、
   該ＮＨ３吸着量推定値と前記ＳＣＲ触媒温度とから前記ＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量推定値を導出して、該ＮＯｘ量推定値と前記ＳＣＲ触媒下流のＮＯｘ量計測値との誤差に基づいて、前記ＳＣＲ触媒の初期化の必要性を判定するＳＣＲ触媒初期化必要性判定手順と、
   前記ＳＣＲ触媒を昇温して前記ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量の初期化を行うＳＣＲ触媒昇温手順と、
   を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
6. 前記ＳＣＲ触媒昇温手順に先立ち、昇温可能な運転領域での運転であり、且つ排気中の粒子状物質の除去用フィルタの強制再生が不要とされた際に、前記ＳＣＲ触媒を昇温可能と判定する前記ＳＣＲ触媒昇温可能判定手順を実行する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化方法。
7. 前記ＳＣＲ触媒初期化必要性判定手順において、
   誤差下限値＞ＮＯｘ誤差の積算値のとき、または誤差上限値＜ＮＯｘ誤差の積算値のとき、前記ＳＣＲ触媒の初期化の必要性を判定する、ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化方法。
8. 前記ＳＣＲ触媒初期化必要性判定手順において、前記ＳＣＲ触媒昇温終了判定後、規定時間経過したときに、前記ＳＣＲ触媒の初期化の必要性を判定する、ことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化方法。
9. 前記ＳＣＲ触媒昇温手順が、前記ＳＣＲ触媒上流側の、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するＰＭ除去用フィルタの入口温度制御を、該ＰＭ除去用フィルタの強制再生時の制御により行われる、ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化方法。
10. 前記ＰＭ除去用フィルタの入口温度制御を行う際、前記ＰＭ除去用フィルタの強制再生時と異なる入口目標温度に基づいて行う、ことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化方法。
11. 前記入口目標温度は、昇温開始から所定の上昇率で昇温させるようにする、ことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化方法。
12. 前記入口目標温度の上昇を昇温開始から複数段に設定してなる、ことを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化方法。
13. 前記入口目標温度は、ＳＣＲ触媒温度またはＳＣＲ触媒上流温度で補正する、ことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化方法。
14. 前記ＰＭ除去用フィルタの入口温度制御をする際、前記ＰＭ除去用フィルタの出口温度に基づいて行う、ことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化方法。
15. 前記ＰＭ除去用フィルタの入口温度制御をする際、ＳＣＲ触媒上流の温度に基づいて行う、ことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化方法。
16. 前記ＰＭ除去用フィルタの入口温度制御をする際、ＳＣＲ触媒の温度に基づいて行う、ことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化方法。

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