WO2014162597A1 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine.
  • a selective reduction type NOx catalyst (hereinafter also referred to as “SCR catalyst”) that selectively reduces NOx in exhaust gas is carried on a filter. It has been developed (see, for example, Patent Document 1).
  • the filter collects particulate matter (hereinafter referred to as “PM”) in the exhaust.
  • the SCR catalyst reduces NOx in the exhaust gas using ammonia (NH 3 ) as a reducing agent.
  • SCRF such a filter carrying the SCR catalyst
  • an oxidation catalyst and a urea addition valve for NOx purification are arranged upstream of the SCRF.
  • SCRF as the exhaust purification device, it becomes possible to dispose the SCR catalyst on the upstream side in the exhaust passage, so that the SCR catalyst is easily heated by the heat of the exhaust, and thus the SCR catalyst. It is possible to improve the warm-up property of the catalyst and the NOx purification rate in the SCR catalyst.
  • a supply valve for supplying a reducing agent for reducing and purifying NOx is disposed.
  • NOx purification due to the reduction action of ammonia is exhibited by adsorbing ammonia at a predetermined site of the SCR catalyst.
  • a fuel component may be supplied into the exhaust gas for the purpose of raising the temperature of the exhaust gas. If the fuel component is adsorbed at the predetermined site of the SCR catalyst at that time, the SCR catalyst NOx purification by is difficult to be performed effectively. Therefore, a technique is disclosed in which when the fuel component adsorbed on the SCR catalyst reaches a predetermined amount or more, the SCR catalyst is forcibly heated to remove the adsorbed fuel component (see, for example, Patent Document 2). ).
  • an exhaust gas purification system for an internal combustion engine when a filter for collecting PM in exhaust gas and a selective reduction type NOx catalyst for selective reduction of NOx in exhaust gas are provided, the exhaust temperature flowing into the filter or the selective reduction type NOx catalyst is set.
  • Supply of a fuel component for increasing and supply of ammonia or an ammonia precursor (hereinafter referred to as “ammonia etc.”) for NOx purification are performed.
  • the fuel component supplied to the exhaust gas is generally oxidized by an oxidation catalyst disposed on the upstream side of the filter to raise the exhaust gas temperature, and the PM collected in the downstream filter is removed by oxidation for a predetermined purpose.
  • the temperature reduction of the selective reduction type NOx catalyst can be achieved.
  • ammonia or the like supplied to the exhaust is adsorbed at a predetermined site of the selective reduction type NOx catalyst in the form of ammonia, whereby NOx reduction purification is performed.
  • the fuel component supplied to the exhaust gas when the fuel component supplied to the exhaust gas is not oxidized by the oxidation catalyst and slips downstream, the fuel component reaches the selective reduction type NOx catalyst arranged on the downstream side, and is essentially ammonia. May be adsorbed at a predetermined site to be adsorbed. In this case, since the adsorption of ammonia is inhibited in the selective reduction type NOx catalyst, if this state continues, the NOx purification rate by the selective reduction type NOx catalyst may decrease.
  • the fuel component flowing out to the downstream side without being oxidized by the oxidation catalyst is referred to as “passing through the fuel component”, and the slipping fuel component is simply referred to as “passing through fuel component”. Sometimes.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and in an exhaust gas purification system for an internal combustion engine having a filter and a selective reduction type NOx catalyst, NOx purification of the selective reduction type NOx catalyst by a fuel component supplied to the exhaust gas.
  • the purpose is to suppress the influence on ability as much as possible.
  • an exhaust gas purification system of an internal combustion engine including an exhaust gas purification unit having a selective reduction type NOx catalyst and a filter, reaching of the ammonia for NOx selective reduction to the exhaust gas purification unit;
  • the inventor of the present application controls the timing of adsorption and the amount of adsorption of ammonia in the selective reduction type NOx catalyst included in the exhaust purification unit, thereby affecting the NOx purification capacity of the selective reduction type NOx catalyst by the slipping fuel component. It was found that it can be reduced.
  • the present invention provides an oxidation catalyst having an oxidation function provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and a fuel supply unit that supplies fuel components to the oxidation catalyst via exhaust gas flowing into the oxidation catalyst And a filter that is provided in an exhaust passage downstream of the oxidation catalyst and collects particulate matter in the exhaust, and a selective reduction type NOx catalyst that selectively reduces NOx in the exhaust using ammonia as a reducing agent.
  • An exhaust gas purification unit that is formed, a reducing agent supply unit that supplies ammonia or an ammonia precursor to the exhaust gas purification unit via exhaust gas flowing into the exhaust gas purification unit, and a fuel component supplied by the fuel supply unit
  • the reducing agent supply unit Ammonia for selective NOx reduction by ammonia or an ammonia precursor, which is increased compared to the supply amount at the time of non-through-passing, which is the supply amount of ammonia or an ammonia precursor to be supplied, is supplied by the fuel supply unit.
  • An internal combustion engine comprising: a supply control unit configured to control at least one of the supply of the increased ammonia or the ammonia precursor and the supply of the fuel component so as to reach the exhaust purification unit before the fuel component This is an exhaust purification system.
  • the exhaust purification system includes an exhaust purification unit, so that NOx purification in the exhaust by the selective reduction type NOx catalyst and PM in the exhaust by the filter are collected.
  • ammonia is finally adsorbed on the selective reduction type NOx catalyst by ammonia or a precursor thereof (hereinafter referred to as “ammonia etc.”) as a reducing agent supplied to the exhaust gas by the reducing agent supply unit.
  • ammonia etc. a precursor thereof
  • the fuel component is supplied by the fuel supply unit in accordance with the purpose such as raising the exhaust temperature so as to oxidize and remove the PM collected by the filter.
  • the fuel component supplied in this way is oxidized by the oxidation catalyst, so that the exhaust temperature is raised.
  • the exhaust purification section located on the downstream side of the lever.
  • the fuel component that has reached the exhaust purification section generally has a stronger adsorption action in the selective reduction type NOx catalyst than ammonia for NOx reduction.
  • the slipping fuel component is preferentially adsorbed to the selective reduction type NOx catalyst rather than ammonia, and as a result, there is a tendency to inhibit the reduction and purification of NOx by ammonia. Therefore, if the fuel component supplied by the fuel supply unit passes through the oxidation catalyst, the NOx purification rate by the selective reduction type NOx catalyst may be reduced.
  • the slipping of the fuel component in the oxidation catalyst may vary depending on the exhaust flow rate related to the operating state of the internal combustion engine, the amount of fuel component supplied to the exhaust, or the temperature of the oxidation catalyst related to the oxidation reaction in the oxidation catalyst. Can be caused by various factors. Therefore, in the exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present invention, when the fuel component that has passed through the oxidation catalyst reaches the exhaust gas purification unit, the fuel component is preferably present at a predetermined site of the selective reduction type NOx catalyst to which ammonia should be adsorbed. In consideration of adsorption, the supply control unit supplies ammonia and the like fuel so that ammonia for NOx purification arrives before the fuel component that has passed through reaches the exhaust purification unit. At least one of the component feeds is controlled.
  • a predetermined condition that causes the fuel component to slip through that is, when the fuel component is supplied by the fuel supply unit, it can be determined that the fuel component passes through the oxidation catalyst.
  • Control related to the supply of fuel components such as ammonia by the supply control unit is performed.
  • the amount of ammonia or the like supplied from the reducing agent supply unit is used for the oxidation reaction of the oxidation catalyst when the predetermined condition is not satisfied, that is, even when the fuel component is supplied by the fuel supply unit.
  • the amount is increased as compared with the supply amount of ammonia or the like when it can be determined that the gas does not pass through to the downstream side.
  • control by the supply control unit so that the ammonia that reaches the selective reduction type NOx catalyst due to the increased ammonia or the like reaches the exhaust purification unit before the fuel component supplied by the fuel supply unit.
  • the control target by the supply control unit may be the supply by the reducing agent supply unit, the supply by the fuel supply unit, or both supplies.
  • the ammonia for NOx reduction reaches the exhaust purification unit earlier than the slipping fuel component.
  • Ammonia is preferentially adsorbed on the reduced NOx catalyst.
  • the increased amount of ammonia or the like is supplied compared to the case where the predetermined condition is not satisfied, and thus the amount of ammonia adsorbed on the selective reduction type NOx catalyst at that time Thereafter, the influence of the inhibition of ammonia adsorption due to the adsorption of the fuel component that has arrived at the exhaust purification section later can be suppressed as much as possible. Thereby, it can be avoided that the amount of ammonia adsorbed to the selective reduction type NOx catalyst in a balanced manner is greatly reduced. This is considered to suppress the influence of the slip-through fuel component and greatly contribute to the maintenance of the NOx purification rate by the selective reduction type NOx catalyst.
  • the exhaust gas purification unit may be a NOx purification filter formed by carrying the selective reduction type NOx catalyst on the filter.
  • the exhaust gas purification unit that is a NOx purification filter is formed as a so-called SCRF.
  • SCRF so-called SCRF.
  • the filter and the selective reduction type NOx catalyst are disposed substantially at the same place in space, so that the slipping fuel component and ammonia for NOx purification coexist in the NOx purification filter. It will be in a state to get.
  • the NOx purification rate of the NOx purification filter is likely to decrease due to the adsorption of the fuel component to the selective reduction type NOx catalyst.
  • the form of the exhaust purification unit in the present invention is not limited to the form of SCRF, and for example, a form in which the filter and the selective reduction type NOx catalyst are disposed separately and the filter is disposed upstream of the selective reduction type NOx catalyst is also adopted. be able to.
  • the supply control unit supplies the fuel component supplied by the fuel supply unit to the time required for the fuel component to reach the exhaust gas purification unit and the reducing agent supply unit.
  • the supply time by the reducing agent supply unit and the supply time by the fuel supply unit based on the time required for the ammonia for selective reduction of NOx by the ammonia or the ammonia precursor to reach the exhaust gas purification unit. At least one may be controlled. That is, as described above, what is important in the present invention is that the ammonia for NOx purification arrives ahead of the fuel component in the selective reduction type NOx catalyst.
  • the supply timing by the reducing agent supply unit and the supply timing by the fuel supply unit are controlled in consideration of the time from when each component is supplied until it reaches the exhaust purification unit.
  • the time required for the ammonia and fuel components to reach the exhaust purification unit can be calculated based on the volume of the exhaust passage from each supply unit to the exhaust purification unit, the exhaust amount per unit time, and the like. It is.
  • the control by the supply control unit when the control by the supply control unit is performed based on the arrival time of the fuel component and ammonia to the exhaust gas purification unit, the following two modes can be exemplified for the control by the supply control unit.
  • supply of ammonia or an ammonia precursor by the reducing agent supply unit may be periodically performed according to an operating state of the internal combustion engine.
  • the supply control unit supplies the ammonia for selective reduction of NOx by the increased amount of ammonia or the ammonia precursor supplied from the reducing agent supply unit at one supply timing to the exhaust purification unit.
  • the supply of ammonia or the like by the fuel supply unit is periodically performed according to the amount of NOx contained in the exhaust gas exhausted from the internal combustion engine every moment. Therefore, in the selective reduction type NOx catalyst of the exhaust purification unit, ammonia is periodically adsorbed and consumed for NOx reduction according to the supply cycle. And in the said invention, after the 1st arrival time when the ammonia for NOx purification by the increased ammonia etc. reached
  • ammonia or an ammonia precursor is periodically supplied by the reducing agent supply unit according to the operating state of the internal combustion engine, and also by the fuel supply unit.
  • the fuel component may be supplied in a plurality of times.
  • the supply control unit may supply the increased amount of ammonia or the ammonia precursor during the period in which the supply by the reducing agent supply unit and the supply by the fuel supply unit are performed in an overlapping manner.
  • the ammonia for selective reduction of NOx by the ammonia or the precursor of ammonia supplied from the reductant supply unit and the fuel component supplied from the fuel supply unit are supplied to the exhaust purification unit. It may be configured to control at least one of the supply timing by the reducing agent supply unit and the supply timing by the fuel supply unit so as to reach alternately.
  • ammonia and the like are periodically supplied as in the first embodiment, and the fuel component is supplied a plurality of times.
  • the fuel component and ammonia for NOx purification can coexist in the selective reduction NOx catalyst. Therefore, in the period in which both supplies overlap, the increased amount of ammonia or the like is supplied, and the ammonia and the fuel component for NOx selective reduction to the exhaust purification unit alternately arrive. Control by the supply control unit is performed. Thereby, it becomes possible to suppress the influence by the slipping fuel component as much as possible.
  • the exhaust gas purification system for an internal combustion engine when the predetermined condition is satisfied, the amount of the fuel component supplied by the fuel supply unit passes through the downstream side of the oxidation catalyst, and the internal combustion engine exhaust purification system is used. It may be configured to further include a slip-through amount calculation unit that calculates based on at least one of the operating state of the engine and the temperature of the oxidation catalyst.
  • the supply control unit determines an increase amount of the supply amount of ammonia or the precursor of the ammonia with respect to the supply amount at the time of non-passage based on the slipping amount of the fuel component calculated by the slipping amount calculation unit.
  • the supply amount of ammonia or the like that is increased in order to suppress the influence of the slip-through fuel component can be made a more suitable amount, and the waste amount of ammonia or the like can be suppressed and the influence of the slip-through fuel component can be effectively obtained. Can be reduced.
  • the influence of the fuel component supplied to the exhaust on the NOx purification capacity of the selective reduction type NOx catalyst is suppressed as much as possible. It becomes possible.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present invention. It is a figure which shows transition of the ammonia adsorption amount when the urea water supply for NOx purification
  • FIG. 5 is a diagram showing the correlation between the amount of fuel component passing through an oxidation catalyst and the increased amount for calculating the increased amount of urea water calculated in the NOx control shown in FIG. 4.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present embodiment, and also includes a part of an intake system of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine 1 is a diesel engine for driving a vehicle.
  • the internal combustion engine according to the present invention is not limited to a diesel engine, and may be a gasoline engine or the like.
  • the intake passage 15 and the exhaust passage 2 are connected to the internal combustion engine 1.
  • An air flow meter 16 and a throttle valve 17 are provided in the intake passage 15.
  • the air flow meter 16 detects the intake air amount of the internal combustion engine 1.
  • the throttle valve 17 adjusts the intake air amount of the internal combustion engine 1.
  • a selective reduction NOx catalyst (hereinafter simply referred to as “SCR catalyst”) that selectively reduces NOx in the exhaust using ammonia as a reducing agent collects particulate matter (PM) in the exhaust.
  • SCRF4 formed by being supported by a wall flow type filter is provided. Then, in order to generate ammonia that acts as a reducing agent in the SCR catalyst supported on the SCRF 4, urea water that is a precursor of ammonia stored in the urea tank 8 is located upstream of the SCRF 4. It is supplied into the exhaust by a valve 7.
  • urea water supplied from the supply valve 7 is hydrolyzed by the heat of the exhaust to generate ammonia, and when the ammonia reaches the SCRF 4, it is adsorbed by the SCR catalyst carried thereon. Then, a reduction reaction between ammonia and NOx in the exhaust occurs, and purification of NOx is performed.
  • urea water is supplied from the supply valve 7 as described above, but ammonia or ammonia water may be directly supplied to the exhaust gas instead.
  • An oxidation catalyst (hereinafter referred to as “ASC catalyst”) 5 for oxidizing ammonia slipping from SCRF 4 is provided downstream of SCRF 4.
  • the ASC catalyst 5 may be a catalyst configured by combining an oxidation catalyst and an SCR catalyst that reduces ammonia in exhaust gas using ammonia as a reducing agent.
  • an oxidation catalyst is formed by supporting a noble metal such as platinum (Pt) on a support made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zeolite, or the like, and copper (Cu SCR catalyst may be formed by supporting a base metal such as iron or iron (Fe).
  • the ASC catalyst 5 as a catalyst having such a configuration, HC, CO, and ammonia in the exhaust can be oxidized, and further, NOx is generated and generated by oxidizing a part of ammonia. NOx can also be reduced with excess ammonia.
  • an oxidation catalyst 3 having an oxidation function is provided upstream of the SCRF 4 and the supply valve 7.
  • a fuel supply valve 6 capable of supplying the fuel (fuel component) of the internal combustion engine 1 to the oxidation catalyst 3 via the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 3 is disposed on the upstream side of the oxidation catalyst 3.
  • the fuel component supplied to the exhaust gas from the fuel supply valve 6 is oxidized by the oxidation catalyst 3 and can raise the temperature of the exhaust gas flowing into the SCRF 4 located downstream.
  • a temperature sensor 9 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing out from the oxidation catalyst 3 is provided on the downstream side of the oxidation catalyst 3, and a NOx sensor 10 for detecting NOx in the exhaust gas flowing into the SCRF 4 is provided on the upstream side of the SCRF 4.
  • a NOx sensor 11 for detecting NOx in the exhaust gas flowing out from the SCRF 4 is also provided with an electronic control unit (ECU) 20 that controls the operating state of the internal combustion engine 1, an exhaust purification system, and the like.
  • ECU electronice control unit
  • the ECU 20 is electrically connected to an air flow meter 16, a crank position sensor 21, and an accelerator opening sensor 22, and detection values of the sensors are passed to the ECU 20. It is. Therefore, the ECU 20 determines the intake air amount based on the detection value of the air flow meter, the exhaust flow rate calculated based on the intake air amount, the engine speed based on the detection of the crank position sensor 21, the engine load based on the detection of the accelerator opening sensor 22, and the like. It is possible to grasp parameters relating to the operating state of the internal combustion engine 1.
  • the NOx in the exhaust gas flowing into the SCRF 4 can be detected by the NOx sensor 10, but the exhaust gas exhausted from the internal combustion engine 1 (the exhaust gas before being purified by the SCRF 4, that is, the exhaust gas flowing into the SCRF 4).
  • NOx included in the internal combustion engine 1 is related to the operation state of the internal combustion engine, and can be estimated based on the operation state of the internal combustion engine 1.
  • the ECU 20 can estimate the temperature of the oxidation catalyst 3 based on the exhaust temperature detected by the temperature sensor 9 or a temperature sensor (not shown) provided on the upstream side of the oxidation catalyst 3. Further, it is possible to estimate the temperatures of the SCRF 4 and the ASC catalyst 5 based on the exhaust temperature detected by the temperature sensor 12 or a temperature sensor (not shown) provided on the upstream side of the SCRF 4.
  • the ECU 20 issues an instruction to the supply valve 7, and an amount of urea water necessary for NOx reduction purification is supplied into the exhaust gas.
  • the Specifically, the urea water supply from the supply valve 7 is controlled so that the NOx purification rate by SCRF 4 determined by the following equation 1 falls within a predetermined range that is preferable from the viewpoint of exhaust purification.
  • NOx purification rate 1- (detected value of NOx sensor 11) / (detected value of NOx sensor 10) (1) Note that when the SCRF 4 is not in an activated state, NOx purification using the supplied urea water cannot be performed effectively, so the urea water supply from the supply valve 7 is the estimated temperature of the SCRF 4 Is carried out when the catalyst is at or above a predetermined temperature at which it is active.
  • the filter regeneration process for removing the PM deposited on the SCRF 4 is executed by the ECU 20.
  • a fuel component is supplied from the fuel supply valve 6, the fuel component is oxidized by the oxidation catalyst 3, and the temperature of the exhaust gas flowing into the SCRF 4 is increased by the oxidation heat.
  • the SCRF 4 temperature is controlled to a predetermined filter regeneration temperature (for example, 600 to 650 ° C.) at which the oxidation of PM is promoted by controlling the supply amount of the fuel component from the fuel supply valve 6. Raise to. As a result, the PM deposited on SCRF4 is oxidized and removed, and the PM collection ability of SCRF4 is regenerated.
  • a predetermined filter regeneration temperature for example, 600 to 650 ° C.
  • the execution of the filter regeneration processing may be requested every time a predetermined time has elapsed since the previous execution of the filter regeneration processing has ended.
  • a vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted is predetermined. You may request
  • the filter regeneration process may be requested every time the PM deposition amount in the SCRF 4 reaches a predetermined deposition amount. Note that the PM accumulation amount in the SCRF 4 can be estimated based on the history of the fuel injection amount in the internal combustion engine 1, the flow rate of the exhaust gas flowing into the SCRF 4, the temperature of the SCRF 4, and the like.
  • the predetermined activation temperature is a temperature at which the fuel component supplied from the fuel supply valve 6 can be oxidized to some extent in the oxidation catalyst 3.
  • This predetermined activation temperature is a temperature determined according to the type and configuration of the oxidation catalyst 3, and is determined in advance based on experiments and the like.
  • the fuel component supplied to the exhaust gas from the fuel supply valve 6 is ideally oxidized by the oxidation catalyst 3 to increase the temperature of the exhaust gas.
  • a phenomenon may occur in which the oxidation catalyst 3 passes through the oxidation catalyst 3 without being subjected to the oxidation reaction in the oxidation catalyst 3 and flows into the downstream SCRF 4. .
  • This transition of the fuel component and the transition of the adsorption amount of ammonia in the SCRF 4 at that time will be described with reference to FIG. FIG.
  • the ammonia concentration in the SCRF 4 also periodically increases and decreases corresponding to the urea water supplied periodically, and the ammonia adsorption amount to the SCRF 4 also periodically increases and decreases. is doing. This is because the ammonia that periodically reaches the SCRF 4 is adsorbed by the SCR catalyst supported on the SCRF 4, and the adsorbed ammonia is consumed by reducing the NOx in the exhaust gas.
  • the fuel component supplied from the fuel supply valve 6 slips through the oxidation catalyst 3 due to a large exhaust flow rate flowing into the oxidation catalyst 3, as shown in FIG. Reaches SCRF4. At this time, the transition of the amount of adsorbed ammonia on the SCRF 4 when the urea water supply according to the prior art is performed is shown in FIG.
  • the adsorption amount increase indicated by the arrow a1 and the arrow c1 are indicated according to the periodic supply of urea water. Adsorption ammonia consumption is repeated. At this time, the ammonia adsorption amount in SCRF4 is at a level indicated by Lv1 in FIG.
  • predetermined site a site of the SCR catalyst supported on SCRF 4.
  • the urea water supply is controlled so that the amount of ammonia adsorbed on the SCRF 4 in an equilibrium manner does not decrease as much as possible even if the slipping-through fuel component reaches the SCRF 4. Details thereof will be described with reference to FIG. First, until the slipping-through fuel component reaches SCRF4, as in the case shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the adsorption amount increase indicated by the arrow a3 is increased according to the periodic supply of urea water. The adsorbed ammonia consumption indicated by the arrow c3 is repeated. At this time, the ammonia adsorption amount in SCRF4 is at a level indicated by Lv1 in FIG.
  • the ammonia concentration in SCRF 4 at that time becomes higher than the previous ammonia concentration, and the ammonia adsorption amount on SCRF 4 also increases by the amount indicated by arrow a4.
  • the amount of increase in the amount of adsorption indicated by the arrow a4 is larger than the amount of increase in the amount of adsorption before that (for example, the amount of increase in the amount of adsorption indicated by the arrow a3). Therefore, as shown in FIG. 2C, the ammonia adsorption amount to SCRF4 temporarily exceeds the level indicated by Lv1, as shown in FIG.
  • the SCRF 4 passes through and reaches the fuel component in a state where the ammonia adsorbed for the reduction and purification of NOx in the exhaust is consumed by the amount indicated by the arrow c4.
  • the supply amount of urea water when the fuel component does not pass through before the slipping fuel component reaches SCRF4 that is, the increase in the adsorption amount corresponding to the arrow a3.
  • the urea water increased in amount compared with the urea water supply amount for realizing the above is supplied. The details of the increased amount of urea water will be described later.
  • the so-called increased ammonia produced from the increased amount of supplied urea water is hereinafter referred to as “increased ammonia” (for example, ammonia indicated by arrow a4) and other than that.
  • Ammonia generated from the urea water supplied without increasing the amount is referred to as “normal ammonia” (for example, ammonia indicated by arrow a3). Therefore, the increased amount of ammonia is adsorbed to a predetermined site of the SCR catalyst, and the fuel component is adsorbed to the predetermined site through this state.
  • SCRF 4 it is adsorbed at a predetermined site of the SCR catalyst.
  • the ammonia generated from the urea water is efficient.
  • the result is the degree indicated by the arrow a5 in FIG. 2 (c), that is, the influence of the adsorbed fuel component. Only an increase in the amount of adsorption indicated by the arrow a5 occurs, which is smaller than the increase in the amount of adsorption indicated by.
  • the amount of ammonia adsorbed on the SCRF 4 is increased before the slipping fuel component reaches the SCRF 4, the amount of adsorbed ammonia is affected by the adsorbed fuel component as described above. Even if it decreases, the ammonia adsorption amount after reaching the slipping fuel component can be maintained at the same level (level indicated by Lv1) as the ammonia adsorption amount before reaching. As a result, even if the adsorption ammonia consumption indicated by the arrow c5 and the adsorption amount increase due to the periodic urea water supply are repeated again, the equilibrium ammonia adsorption amount is maintained at the level indicated by Lv1. Therefore, it is possible to avoid a decrease in the NOx purification rate of SCRF 4 due to the slipping fuel component.
  • FIG. 3 shows a time axis on the horizontal axis, (a) urea water supply command issued from the ECU 20 to the supply valve 7, (b) change in ammonia concentration in the SCRF 4, and (c) change in ammonia adsorption amount in the SCRF 4.
  • the important point in the NOx purification according to the present invention is that the increased amount of ammonia reaches SCRF4 before the fuel component passes through SCRF4.
  • the arrival time of the slip-through fuel component to SCRF4 is represented by t12
  • the arrival time of the increased ammonia to SCRF4 is represented by t22.
  • the arrival time of normal ammonia that reaches SCRF 4 next to the increased amount of ammonia is represented by t23.
  • the supply timing of the urea water from the supply valve 7 (that is, the arrival timing t12 of the slipping fuel component is approximately halfway between the arrival timing t22 of the increased amount of ammonia and the arrival timing t23 of the normal ammonia (that is, A supply command start timing issued from the ECU 20 to the supply valve 7, and a fuel component supply timing from the fuel supply valve 6 (that is, a supply command start timing issued from the ECU 20 to the fuel supply valve 6).
  • a time required for a part of the fuel component supplied from the fuel supply valve 6 to pass through and reach the SCRF 4 as a fuel component (hereinafter referred to as “fuel component arrival time”) ⁇ t1
  • the time required for the urea water supplied from 7 to reach SCRF4 as ammonia (hereinafter referred to as “ammonia arrival time”) ⁇ t2 is considered.
  • the fuel component arrival time ⁇ t1 can be calculated according to Equation 2 below.
  • ⁇ t1 (volume from fuel supply valve 6 to SCRF4) / ((Detected value of air flow meter 16 + fuel injection amount per unit time) ⁇ gas density) (2)
  • the ammonia arrival time ⁇ t2 can be calculated according to the following equation 3.
  • ⁇ t2 (volume from supply valve 6 to SCRF4) / ((Detected value of air flow meter 16 + fuel injection amount per unit time) ⁇ gas density) (3)
  • the detected value of the air flow meter 16 + the fuel injection amount per unit time) ⁇ the gas density means the exhaust amount per unit time.
  • the fuel component is supplied from the fuel supply valve 6 at time t11 earlier than time t12 by ⁇ t1.
  • a supply command may be issued from the ECU 20.
  • a supply command may be issued from the ECU 20 so that urea water is supplied from the supply valve 7 at time t21 earlier than time t22 by ⁇ t2.
  • the urea water supply command (command having the pulse width W2) corresponding to the increased amount of ammonia is supplied from the urea water supply command (command having the pulse width W1) corresponding to normal ammonia.
  • the NOx purification control shown in FIG. 4 is performed by executing a control program stored in the ECU 20.
  • S101 it is determined whether or not it is necessary to supply a fuel component from the fuel supply valve 6.
  • the determination process of S101 may be performed in consideration of whether or not it is time to perform the filter regeneration process that is performed when the PM deposition amount in SCRF 4 increases. In this case, if the filter regeneration process is performed, it is determined that the fuel component needs to be supplied.
  • the supply conditions necessary for the fuel supply are calculated based on the determination that the fuel supply is necessary. For example, when the fuel component is supplied for the filter regeneration process, the fuel component supply amount is calculated based on the PM amount accumulated in the SCRF 4. Further, the number of injections (injection frequency) by the fuel supply valve 6 is adjusted according to the calculated supply amount of the fuel component so that the fuel component injected from the fuel supply valve 6 is appropriately dispersed in the exhaust gas. .
  • the process of S102 ends, the process proceeds to S103.
  • the amount of fuel components supplied is considered to be a parameter related to the above reaction opportunity. Therefore, for example, as shown in FIG. 5B, whether or not the predetermined condition is satisfied may be determined from the correlation between the supply amount of the fuel component and the slipping amount of the fuel component. As indicated by a line L2 in FIG. 5B, when the supply amount of the fuel component is relatively small, an opportunity for the oxidation reaction of the fuel component in the oxidation catalyst 3 is secured, so that the slip-through amount can be ignored. However, when the supply amount of the fuel component increases beyond the threshold value, it is not sufficiently subjected to the oxidation reaction, and it is considered that the slip-through amount increases according to the increase.
  • the above-described exhaust flow rate and fuel component supply amount may be considered in combination, or one of them may be considered.
  • the temperature of the oxidation catalyst 3 is also considered as a parameter that may affect the oxidation efficiency of the fuel component, the determination regarding establishment of the predetermined condition may be performed in consideration of the temperature of the oxidation catalyst 3. If a positive determination is made in S103, the process proceeds to S104, and if a negative determination is made, the present control is terminated.
  • the urea water supply condition by the supply valve 7 is calculated.
  • the amount of urea water for supplying ammonia necessary for NOx reduction and purification is calculated so that the NOx purification rate calculated from the NOx sensors 10 and 11 according to Equation 1 falls within a predetermined purification rate range.
  • the increased amount of urea water necessary to generate the increased amount of ammonia described in FIGS. 2 and 3 is also calculated. Specifically, based on the fact that the increased amount of ammonia is for reducing the influence of the fuel component that passes through the oxidation catalyst 3 as described above, it is based on the amount of slip of the fuel component used in the determination process of S103. Thus, the increase amount of the urea water is calculated.
  • the amount of increase in urea water is increased as the amount of fuel component slipping through increases.
  • the frequency of supplying urea water to the exhaust that is, the interval between one urea water supply and the next urea water supply is also adjusted.
  • the fuel component arrival time ⁇ t1 and the ammonia arrival time ⁇ t2 are calculated according to Equations 2 and 3.
  • the fuel component supply timing and urea water supply As shown in FIG. 3, that is, the passage of fuel components reaches SCRF 4 at a time during which the next regular ammonia reaches the SCRF 4 (for example, approximately in the middle) between the increased ammonia amounts.
  • the timings of the urea water supply command and the fuel component supply command are adjusted.
  • the timing of the urea water supply command and the fuel component supply command there is a case where a margin for performing the adjustment is limited depending on the operating state of the internal combustion engine. For example, when the PM collected by SCRF 4 suddenly increases and the filter regeneration process needs to be performed quickly, the fuel component supply command timing is set to the optimum time for the filter regeneration process, and the filter The timing of the urea water supply command may be determined so that the increased ammonia reaches the SCRF 4 before the slipping fuel component generated in the regeneration process.
  • the slipping-through fuel component is first applied to SCRF4 from the increased amount of ammonia that will reach SCRF4 by the urea water supply command.
  • the timing of the fuel component supply command may be determined so as not to reach it.
  • the urea water supply corresponding to the increased amount of ammonia and the passing through of the fuel component reached SCRF 4 once (see FIG. 3), but if the amount of the passing through fuel component reached is large,
  • the urea water supply corresponding to the increased amount of ammonia may be continuously performed several times.
  • the fuel component is supplied a plurality of times according to the amount of PM to be oxidized and removed in the filter regeneration process, and it is determined that the fuel component slips through corresponding to each supply.
  • the urea water supply timing and each fuel component supply timing may be determined based on the technical idea of the present invention shown in the above embodiment so that the increased ammonia and the slipping fuel component alternately reach SCRF4. .
  • the SCRF 4 is arranged in the exhaust passage 2.
  • a filter for collecting PM and an SCR catalyst for NOx purification are integrally formed.
  • a filter and an SCR catalyst may be separately arranged, and PM collection and NOx purification may be performed respectively.
  • the filter is disposed in the exhaust passage between the oxidation catalyst 3 and the supply valve 7, and the SCR catalyst is disposed on the downstream side of the supply valve 7.
  • by performing the above-described NOx purification control it is possible to reduce the influence of the slip-through fuel component as much as possible and to realize suitable NOx purification.

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Abstract

　酸化触媒と、フィルタおよび選択還元型ＮＯｘ触媒とを含んで形成される排気浄化部と、を有する排気浄化システムにおいて、排気に燃料成分が供給される場合に該供給された燃料成分の一部が酸化触媒の下流側にすり抜ける所定条件が成立しているとき、該所定条件が成立していない場合におけるアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給量である非すり抜け時供給量と比べて増量されたアンモニア又はアンモニアの前駆体によるＮＯｘ選択還元のためのアンモニアが、すり抜ける燃料成分より先に排気浄化部に到達するように、該増量されたアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給と該燃料成分の供給の少なくとも一方を制御する。これにより、フィルタと選択還元型ＮＯｘ触媒を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気へ供給された燃料成分による選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力への影響を可及的に抑制する。

Description

内燃機関の排気浄化システム
　本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
　従来、内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置として、排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」と称する場合もある。）をフィルタに担持させたものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。フィルタは、排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」と称する）を捕集する。ＳＣＲ触媒は、アンモ二ア（ＮＨ３）を還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。以下、このようなＳＣＲ触媒を担持したフィルタを「ＳＣＲＦ」と称する。特許文献１に示す排気浄化装置では、ＳＣＲＦの上流側に、酸化触媒およびＮＯｘ浄化のための尿素添加弁が配置されている。このように、排気浄化装置としてＳＣＲＦを採用することで、排気通路においてより上流側にＳＣＲ触媒を配置することが可能となるため、該ＳＣＲ触媒が排気の熱によって加熱され易くなり、以てＳＣＲ触媒の暖機性の向上や、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率の向上を図ることができる。
　また、内燃機関の排気通路にフィルタとＳＣＲ触媒を個別に配置する構成でも、ＮＯｘを還元浄化するための還元剤を供給する供給弁が配置される。ここで、ＳＣＲＦにしろ、ＳＣＲ触媒とフィルタを個別に配置する構成にしろ、ＳＣＲ触媒の所定のサイトにアンモニアが吸着することで、アンモニアの還元作用によるＮＯｘ浄化が発揮されることになる。しかし、内燃機関においては、排気昇温等の目的のために排気中に燃料成分を供給する場合があり、そのとき当該燃料成分がＳＣＲ触媒の当該所定のサイトに吸着してしまうと、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘ浄化が効果的に行われ難くなる。そこで、ＳＣＲ触媒に吸着した燃料成分が所定量以上になったときに、ＳＣＲ触媒を強制的に昇温させて吸着した燃料成分を除去する技術が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。
特表２００７－５０１３５３号公報 特開２００９－４１４３７号公報
　内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気中のＰＭを捕集するフィルタと、排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を備えている場合、フィルタや選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気温度を上昇させるための燃料成分の供給と、ＮＯｘ浄化のためのアンモニア又はアンモニアの前駆体（以下、「アンモニア等」という）の供給が行われる。排気に供給された燃料成分は、一般にはフィルタの上流側に配置された酸化触媒で酸化されて排気温度が上昇され、所定の目的、例えば、下流側のフィルタに捕集されたＰＭの酸化除去や選択還元型ＮＯｘ触媒の温度維持等の達成が図られる。一方で、排気に供給されたアンモニア等は、アンモニアの形で選択還元型ＮＯｘ触媒の所定のサイトに吸着されることで、ＮＯｘの還元浄化が行われる。
　ここで、排気に供給された燃料成分が酸化触媒で酸化されずに、その下流側にすり抜けてしまった場合、下流側に配置されている選択還元型ＮＯｘ触媒に燃料成分が到達し、本来アンモニアが吸着すべき所定のサイトに吸着してしまう場合がある。この場合、選択還元型ＮＯｘ触媒においてアンモニアの吸着が阻害されてしまうことになるため、この状態が継続すると選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率が低下するおそれがある。このように燃料成分が酸化触媒によって酸化されずにその下流側に流れ出ることを、本明細書では「燃料成分のすり抜け」と表現するとともに、そのすり抜けた燃料成分を単に「すり抜け燃料成分」と称することもある。
　本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、フィルタと選択還元型ＮＯｘ触媒を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気へ供給された燃料成分による選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力への影響を可及的に抑制することを目的とする。
　本発明において、上記課題を解決するために、選択還元型ＮＯｘ触媒とフィルタを有する排気浄化部を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ選択還元のためのアンモニアの排気浄化部への到達と、燃料成分の排気浄化部への到達との相関関係に着目した。すなわち、本願発明者は、排気浄化部に含まれる選択還元型ＮＯｘ触媒でのアンモニアの吸着時期およびその吸着量を制御することで、すり抜け燃料成分による選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力への影響を軽減できることを見出した。
　具体的には、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、酸化機能を有する酸化触媒と、前記酸化触媒に対して、該酸化触媒に流れ込む排気を介して燃料成分を供給する燃料供給部と、前記酸化触媒より下流側の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒とを含んで形成される排気浄化部と、前記排気浄化部に対して、該排気浄化部に流れ込む排気を介してアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、前記燃料供給部によって燃料成分が供給される場合に該供給された燃料成分の一部が前記酸化触媒の下流側にすり抜ける所定条件が成立しているとき、該所定条件が成立していない場合において該還元剤供給部によって供給されるべきアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給量である非すり抜け時供給量と比べて増量されたアンモニア又はアンモニアの前駆体によるＮＯｘ選択還元のためのアンモニアが、該燃料供給部によって供給される燃料成分より先に前記排気浄化部に到達するように、該増量されたアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給と該燃料成分の供給の少なくとも一方を制御する供給制御部と、を備える、内燃機関の排気浄化システムである。
　本発明に係る排気浄化システムは排気浄化部を備えることで、選択還元型ＮＯｘ触媒による排気中のＮＯｘ浄化と、フィルタによる排気中のＰＭの捕集が行われる。前者については、還元剤供給部によって排気に供給される還元剤としてのアンモニア又はその前駆体（以下、「アンモニア等」という）により、最終的に選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアが吸着することで、ＮＯｘとの選択還元反応が行われる。一方、後者については、排気中のＰＭがフィルタにより捕集され、外部への放出が抑制される。また、当該排気浄化システムでは、フィルタに捕集されたＰＭの酸化除去を行うべく排気温度を上昇させるため等の目的に応じて、燃料供給部による燃料成分の供給が行われる。このように供給された燃料成分は、酸化触媒によって酸化されることで、排気温度の上昇が図られる。
　ここで、排気浄化システムが置かれる条件次第では、供給された燃料成分のうち一部が酸化触媒によって酸化されない場合があり、その酸化されなかった燃料成分は、すり抜け燃料成分として排気の流れに乗ってその下流側に位置する排気浄化部にまで到達する可能性がある。排気浄化部に到達した燃料成分は、一般的にはＮＯｘ還元用のアンモニアと比べて選択還元型ＮＯｘ触媒における吸着作用が強い。そのため、すり抜け燃料成分は、アンモニアよりも選択還元型ＮＯｘ触媒に優先的に吸着してしまい、その結果、アンモニアによるＮＯｘの還元浄化を阻害するように作用する傾向がある。そのため、燃料供給部により供給された燃料成分が酸化触媒をすり抜けると、選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率を低下させてしまうおそれがある。
　酸化触媒における燃料成分のすり抜けは、内燃機関の運転状態に関連する排気流量や、排気に供給される燃料成分の量、または、酸化触媒での酸化反応に関連する該酸化触媒の温度等、様々な要因で生じ得る。そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、酸化触媒をすり抜けた燃料成分が排気浄化部に到達すると、好ましくはアンモニアが吸着すべき選択還元型ＮＯｘ触媒の所定のサイトに当該燃料成分が吸着されてしまうことを考慮して、すり抜けた当該燃料成分が排気浄化部に到達するよりも前に、ＮＯｘ浄化のためのアンモニアが到達するように、供給制御部により、アンモニア等の供給と燃料成分の供給のうち少なくとも一方が制御される。
　詳細には、燃料成分のすり抜けが生じる所定条件が成立しているとき、すなわち、仮に燃料供給部による燃料成分の供給が行われると、その燃料成分が酸化触媒をすり抜けると判断し得る場合に、供給制御部によるアンモニア等、燃料成分の供給に関する制御が行われる。このとき、還元剤供給部より供給されるアンモニア等の量は、所定条件が成立していないとき、すなわち、燃料供給部による燃料成分の供給が行われても酸化触媒の酸化反応に供せられて下流側にすり抜けないと判断し得る場合のアンモニア等の供給量と比べて増量されたものとなる。そして、当該増量されたアンモニア等に起因して選択還元型ＮＯｘ触媒に到達するアンモニアが、燃料供給部によって供給される燃料成分よりも先に排気浄化部に到達するように、供給制御部による制御が実行される。すなわち、供給制御部による制御対象は、還元剤供給部による供給であってもよく、又は燃料供給部による供給であってもよく、また、両供給が対象であってもよい。
　このように供給制御部による制御が行われると、燃料成分のすり抜けが生じ得ると判断できる場合には、すり抜け燃料成分よりもＮＯｘ還元のためのアンモニアが先に排気浄化部に到達するため、選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアが優先して吸着されることになる。これにより、すり抜け燃料成分による吸着阻害の影響を可及的に抑制することができる。更に、上記の通り、所定条件が成立している場合にはそうでない場合と比べて、増量されたアンモニア等が供給されていることから、その際に選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されるアンモニア量を増やすことができ、その後、遅れて排気浄化部に到達した燃料成分の吸着による、アンモニア吸着の阻害の影響を可及的に抑制することができる。これにより、平衡的に選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されるアンモニア量が大きく低下するのを回避することができる。これは、すり抜け燃料成分による影響を抑制し、選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率の維持に大きく資するものと考えられる。
　ここで、上記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記排気浄化部は、前記フィルタに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されて形成されたＮＯｘ浄化フィルタであってもよい。この場合、ＮＯｘ浄化フィルタである排気浄化部は、いわゆるＳＣＲＦとして形成されることになる。このようなＮＯｘ浄化フィルタでは、フィルタと選択還元型ＮＯｘ触媒が実質的に空間的に同じ場所に配置されているため、すり抜け燃料成分とＮＯｘ浄化のためのアンモニアが、ＮＯｘ浄化フィルタにおいていわば共存し得る状態となる。その結果、ＮＯｘ浄化フィルタにおいては、燃料成分の選択還元型ＮＯｘ触媒への吸着により、ＮＯｘ浄化フィルタによるＮＯｘ浄化率の低下が生じやすい。そこで、上述した供給制御部による燃料成分とアンモニア等の供給制御により、効果的にＮＯｘ浄化フィルタのＮＯｘ浄化率の維持を図ることが可能となる。なお、本発明における排気浄化部の形態は、ＳＣＲＦの形態に限られず、例えば、フィルタと選択還元型ＮＯｘ触媒を個別に、且つフィルタを選択還元型ＮＯｘ触媒より上流側に配置する形態も採用することができる。
　また、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記供給制御部は、前記燃料供給部により供給された燃料成分が前記排気浄化部に到達するまでに要する時間と、前記還元剤供給部により供給されたアンモニア又はアンモニアの前駆体によるＮＯｘ選択還元のためのアンモニアが該排気浄化部に到達するまでに要する時間に基づいて、該還元剤供給部による供給時期と該燃料供給部による供給時期のうち少なくとも一方を制御してもよい。すなわち、上述したように本願発明で重要であるのは、選択還元型ＮＯｘ触媒において、ＮＯｘ浄化のためのアンモニアがすり抜け燃料成分よりも先んじて到達することである点を踏まえ、当該アンモニアと当該燃料成分がそれぞれ供給されてから排気浄化部に到達するまでの時間を考慮して、還元剤供給部による供給時期や燃料供給部による供給時期を制御するものである。なお、アンモニアと燃料成分が、それぞれ排気浄化部に到達するのに要する時間は、各供給部から排気浄化部までの排気通路の容積や単位時間当たりの排気量等に基づいて算出することが可能である。
　このように燃料成分およびアンモニアの排気浄化部までの到達時間に基づいて供給制御部による制御が行われる場合において、当該供給制御部による制御に関し以下の二つの態様が例示できる。第一には、上記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記還元剤供給部によるアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給が周期的に行われてもよい。そして、その場合において、前記供給制御部は、一の供給時期において前記還元剤供給部から供給された、前記増量されたアンモニア又はアンモニアの前駆体によるＮＯｘ選択還元のためのアンモニアが前記排気浄化部に到達する第一到達時期と、該第一到達時期の次に前記還元剤供給部から供給されたアンモニア又はアンモニアの前駆体によるＮＯｘ選択還元のためのアンモニアが該排気浄化部に到達する第二到達時期との間の所定時期において、前記燃料供給部により供給された燃料成分が該排気浄化部に到達するように、該還元剤供給部による供給時期と該燃料供給部による供給時期のうち少なくとも一方を制御するように構成されてもよい。
　このように構成される内燃機関の排気浄化システムにおいては、燃料供給部によるアンモニア等の供給は、内燃機関から時々刻々排出される排気に含まれるＮＯｘ量に応じて周期的に行われる。そのため、排気浄化部の選択還元型ＮＯｘ触媒においては、その供給周期に応じて、アンモニアが周期的に吸着し、またＮＯｘ還元のために消費される。そして、上記発明では、増量されたアンモニア等によるＮＯｘ浄化のためのアンモニアが選択還元型ＮＯｘ触媒に到達した第一到達時期の後であって、次のアンモニアが到達する第二到達時期の前の所定時期に、燃料成分が選択還元型ＮＯｘ触媒に到達することになる。当該所定時期においては、それに先んじて、増量されたアンモニア等によるＮＯｘ浄化のためのアンモニアが既に選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているため、選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着される燃料成分の量を少なく抑えることができ、以て、すり抜け燃料成分による影響を可及的に抑制することができる。
　供給制御部による制御の形態として、次に、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記還元剤供給部によるアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給が周期的に行われ、また、前記燃料供給部による燃料成分の供給が複数回に分けて行われてもよい。そして、その場合において、前記供給制御部は、前記還元剤供給部による供給と前記燃料供給部による供給が重複して行われる期間において、前記増量されたアンモニア又はアンモニアの前駆体が該還元剤供給部から供給され、且つ、該還元剤供給部から供給されたアンモニア又はアンモニアの前駆体によるＮＯｘ選択還元のためのアンモニアと、該燃料供給部から供給された燃料成分とが、前記排気浄化部に交互に到達するように、該還元剤供給部による供給時期と該燃料供給部による供給時期のうち少なくとも一方を制御するように構成されてもよい。
　このように構成される内燃機関の排気浄化システムにおいては、第一の形態と同様にアンモニア等の供給が周期的に行われつつ、且つ、燃料成分の供給が複数回にわたって行われる。そして、両供給が時期を同じくして行われる場合には、選択還元型ＮＯｘ触媒において燃料成分とＮＯｘ浄化のためのアンモニアが共存し得る状態になる。そこで、その両供給が重複する期間において、上記増量されたアンモニア等の供給が行われるようにするとともに、排気浄化部へのＮＯｘ選択還元のためのアンモニアと燃料成分とが交互に到達するように、供給制御部による制御が行われる。これにより、すり抜け燃料成分による影響を可及的に抑制することが可能となる。
　ここで、上述までの内燃機関の排気浄化システムは、前記所定条件が成立している場合に、前記燃料供給部によって供給された燃料成分が前記酸化触媒の下流側にすり抜けるすり抜け量を、前記内燃機関の運転状態、および前記酸化触媒の温度のうち少なくとも何れかに基づいて算出するすり抜け量算出部を、更に備えるように構成されてもよい。そして、前記供給制御部は、前記すり抜け量算出部によって算出された燃料成分の前記すり抜け量に基づいて、前記非すり抜け時供給量に対するアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給量の増量分を決定する。このような構成により、すり抜け燃料成分による影響を抑制するために増量されるアンモニア等の供給量を、より好適な量とすることができ、アンモニア等の浪費抑制や、すり抜け燃料成分による影響を効果的に軽減し得る。
　本発明によれば、フィルタと選択還元型ＮＯｘ触媒を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気へ供給された燃料成分による選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力への影響を可及的に抑制することが可能となる。
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図である。 従来技術および本願発明に係るＮＯｘ浄化のための尿素水供給が行われたときのアンモニア吸着量の推移を示す図である。 本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて実行される尿素水供給および燃料成分供給の各供給時期を説明するための図である。 本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて実行される、尿素水供給を伴うＮＯｘ浄化制御に関するフローチャートである。 酸化触媒に流れ込む排気流量と、そこをすり抜ける燃料成分の量との相関を示す図である。 排気中に供給された燃料成分の量と、酸化触媒をすり抜ける燃料成分の量との相関を示す図である。 図４に示すＮＯｘ制御において算出される尿素水の増量分を算出するための、酸化触媒をすり抜ける燃料成分の量と、該増量分との相関を示す図である。
　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。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは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。
　本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施例について、本願明細書に添付された図に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図であって、且つ内燃機関の一部の吸気系も含む。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。
　内燃機関１には吸気通路１５および排気通路２が接続されている。吸気通路１５には、エアフローメータ１６及びスロットル弁１７が設けられている。エアフローメータ１６は内燃機関１の吸入空気量を検知する。スロットル弁１７は内燃機関１の吸入空気量を調整する。
　また、排気通路２には、排気中のＮＯｘをアンモニアを還元剤として選択還元する選択還元ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＳＣＲ触媒」という）が、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するウォールフロー型のフィルタに担持されて形成されるＳＣＲＦ４が設けられている。そして、ＳＣＲＦ４に担持されたＳＣＲ触媒おいて還元剤として作用するアンモニアを生成するために、尿素タンク８に貯留されている、アンモニアの前駆体である尿素水が、ＳＣＲＦ４の上流側に位置する供給弁７によって排気中に供給される。供給弁７から供給された尿素水が排気の熱で加水分解されて、アンモニアが生成され、当該アンモニアがＳＣＲＦ４に到達するとそこに担持されたＳＣＲ触媒に吸着される。そして、アンモニアと排気中のＮＯｘとの還元反応が生じ、ＮＯｘの浄化が行われる。本実施例では、上記の通り供給弁７から尿素水が供給されるが、それに代えて、アンモニア又はアンモニア水を直接排気に供給してもよい。
　ＳＣＲＦ４の下流側に、ＳＣＲＦ４からスリップしてくるアンモニアを酸化するための酸化触媒（以下、「ＡＳＣ触媒」）５が設けられている。また、ＡＳＣ触媒５は、酸化触媒と、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＳＣＲ触媒とを組み合わせることで構成された触媒であってもよい。この場合、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）やゼオライト等を材料とする担体に白金（Ｐｔ）等の貴金属を担持させることで酸化触媒を形成し、ゼオライトを材料とする担体に銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）等の卑金属を担持させることでＳＣＲ触媒を形成してもよい。ＡＳＣ触媒５をこのような構成の触媒とすることで、排気中のＨＣ、ＣＯ、及びアンモニアを酸化させることができ、さらに、アンモニアの一部を酸化させることでＮＯｘを生成すると共に該生成されたＮＯｘを、余剰のアンモニアで還元することもできる。
　更に、ＳＣＲＦ４および供給弁７の上流側に、酸化機能を有する酸化触媒３が設けられている。そして、酸化触媒３に流れ込む排気を介して酸化触媒３に内燃機関１の燃料（燃料成分）を供給可能な燃料供給弁６が、当該酸化触媒３の上流側に配置されている。燃料供給弁６から排気に供給された燃料成分は、酸化触媒３により酸化され、下流に位置するＳＣＲＦ４に流れ込む排気の温度を昇温させ得る。
　さらに、酸化触媒３の下流側には、酸化触媒３から流れ出る排気の温度を検出する温度センサ９が設けられ、ＳＣＲＦ４の上流側には、ＳＣＲＦ４に流れ込む排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ１０が設けられ、ＳＣＲＦ４の下流側には、ＳＣＲＦ４から流れ出る排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ１１と、その排気温度を検出する温度センサ１２が設けられている。そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されており、該ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態や排気浄化システム等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、上述した温度センサ９、１２、ＮＯｘセンサ１０、１１の他、エアフローメータ１６、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続され、各センサの検出値がＥＣＵ２０に渡される。したがって、ＥＣＵ２０は、エアフローメータの検出値に基づく吸入空気量やそれに基づいて算出される排気流量、クランクポジションセンサ２１の検出に基づく機関回転数や、アクセル開度センサ２２の検出に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態に関するパラメータを把握可能である。
　なお、本実施例では、ＳＣＲＦ４に流れ込む排気中のＮＯｘはＮＯｘセンサ１０によって検出可能であるが、内燃機関１から排出される排気（ＳＣＲＦ４に浄化される前の排気であり、すなわちＳＣＲＦ４に流れ込む排気）に含まれるＮＯｘは、内燃機関の運転状態と関連性を有することから、上記内燃機関１の運転状態に基づいて、推定することも可能である。また、ＥＣＵ２０は、温度センサ９もしくは酸化触媒３の上流側に設けられた温度センサ（図示せず）によって検出される排気温度に基づいて、酸化触媒３の温度を推定することが可能であり、また、温度センサ１２もしくはＳＣＲＦ４の上流側に設けられた温度センサ（図示せず）によって検出される排気温度に基づいて、ＳＣＲＦ４およびＡＳＣ触媒５の温度を推定することが可能である。
　そして、このように検出、推定される排気中のＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）に応じて、ＥＣＵ２０は供給弁７に指示を出し、ＮＯｘの還元浄化に必要な量の尿素水が排気中に供給される。詳細には、以下の式１で決定されるＳＣＲＦ４によるＮＯｘ浄化率が、排気浄化の観点から好ましい所定の範囲に収まるように、供給弁７からの尿素水供給が制御される。
　ＮＯｘ浄化率　＝　１－（ＮＯｘセンサ１１の検出値）／（ＮＯｘセンサ１０の検出値）　・・（式１）
　なお、ＳＣＲＦ４が活性された状態にない場合には、供給された尿素水を用いてのＮＯｘ浄化を効果的に行えないことから、供給弁７からの尿素水供給は、推定されるＳＣＲＦ４の温度が、該触媒が活性状態にある所定温度以上となっている場合に行われる。
　このように構成される内燃機関１の排気浄化システムにおいて、ＳＣＲＦ４により、排気中のＮＯｘ浄化およびＰＭ除去が行われる。ここで、ＳＣＲＦ４には、捕集されたＰＭが徐々に堆積し、その堆積量がある程度の量を超えると、内燃機関１の運転に支障を及ぼし得る。そこで、そのような場合には、ＥＣＵ２０によって、ＳＣＲＦ４に堆積したＰＭを除去するためのフィルタ再生処理が実行される。本実施例に係るフィルタ再生処理は、燃料供給弁６から燃料成分を供給し、当該燃料成分が酸化触媒３によって酸化され、その酸化熱によってＳＣＲＦ４に流入する排気温度が上昇する。フィルタ再生処理の実行時においては、燃料供給弁６からの燃料成分の供給量を制御することで、ＳＣＲＦ４の温度をＰＭの酸化が促進される所定のフィルタ再生温度（例えば、６００～６５０℃）まで上昇させる。その結果、ＳＣＲＦ４に堆積したＰＭが酸化除去され、ＳＣＲＦ４のＰＭ捕集能力が再生される。
　本実施例では、前回のフィルタ再生処理の実行が終了してから所定時間が経過する毎にフィルタ再生処理の実行が要求されてもよく、別法として、内燃機関１を搭載した車両が所定の走行距離を走行する毎にフィルタ再生処理の実行を要求してもよい。また、ＳＣＲＦ４におけるＰＭ堆積量が所定の堆積量に達する毎にフィルタ再生処理の実行を要求してもよい。なお、ＳＣＲＦ４におけるＰＭ堆積量は、内燃機関１での燃料噴射量、ＳＣＲＦ４に流入する排気の流量、及びＳＣＲＦ４の温度等の履歴に基づいて推定することができる。そして、フィルタ再生処理の実行が要求された時に、酸化触媒３の温度が所定の活性温度以上の場合、フィルタ再生処理が実行される（即ち、燃料供給弁６からの燃料成分の供給が実行される）。当該所定の活性温度は、燃料供給弁６から供給された燃料成分を酸化触媒３においてある程度酸化させることが可能な温度である。この所定の活性温度は、酸化触媒３の種類及び構成に応じて定まる温度であり、実験等に基づいて予め定められている。
　ここで、燃料供給弁６から排気に供給された燃料成分は、理想的には酸化触媒３によって排気昇温のために酸化されるが、実際には、酸化触媒３に流れ込む排気流量や、供給された燃料成分の量、酸化触媒３の温度等、様々な要因によって、酸化触媒３での酸化反応に供されずに酸化触媒３をすり抜けて、下流側のＳＣＲＦ４に流れ込む現象が生じる場合がある。この燃料成分のすり抜け現象と、その際のＳＣＲＦ４におけるアンモニアの吸着量の推移について、図２に基づいて説明する。図２は、（ａ）従来技術によるＮＯｘ浄化が行われ、且つ燃料成分のすり抜けが生じていない場合、（ｂ）従来技術によるＮＯｘ浄化が行われ、且つ燃料成分のすり抜けが生じている場合、（ｃ）本願発明によるＮＯｘ浄化が行われ、且つ燃料成分のすり抜けが生じている場合のそれぞれにおいて、ＮＯｘ浄化のための尿素水供給が行われる際の、ＳＣＲＦ４内でのアンモニア濃度推移、ＳＣＲＦ４におけるアンモニア吸着量の推移、ＳＣＲＦ４内での燃料成分濃度の推移を示している。なお、図２に示す例においては、排気中のＮＯｘ濃度に応じて供給弁７から尿素水が周期的に供給されている。
　図２（ａ）を見て理解できるように、周期的に供給される尿素水に対応して、ＳＣＲＦ４内のアンモニア濃度も周期的に増減するとともに、ＳＣＲＦ４へのアンモニア吸着量も周期的に増減している。これは、ＳＣＲＦ４に周期的に到達したアンモニアがＳＣＲＦ４に担持されているＳＣＲ触媒に吸着されるとともに、排気中のＮＯｘに対して還元作用を及ぼし吸着されているアンモニアが消費されるからである。ここで、酸化触媒３に流れ込む排気流量が多い等の理由で、燃料供給弁６から供給された燃料成分が酸化触媒３をすり抜けてしまうと、図２（ｂ）に示すように、すり抜け燃料成分はＳＣＲＦ４に到達する。このとき、従来技術による尿素水供給を行った場合の、ＳＣＲＦ４へのアンモニア吸着量の推移が、図２（ｂ）に示されている。
　すり抜け燃料成分がＳＣＲＦ４に到達するまでは、図２（ａ）に示す場合と同じように、周期的な尿素水の供給に応じて、矢印ａ１で示される吸着量増加と、矢印ｃ１で示される吸着アンモニア消費が繰り返されている。このときの、ＳＣＲＦ４におけるアンモニア吸着量は、図２（ｂ）中にＬｖ１で示されるレベルにある。ここで、すり抜け燃料成分がＳＣＲＦ４に到達すると、ＳＣＲＦ４に担持されているＳＣＲ触媒の、本来であればアンモニアが吸着すべきサイト（以下、「所定サイト」という）に燃料成分が吸着してしまう。そのため、供給弁６からの尿素水供給が行われても、当該尿素水から生成されたアンモニアが効率的にＳＣＲ触媒の所定サイトに吸着できず、結果、図２（ｂ）で矢印ａ２で示される程度、すなわち、吸着した燃料成分の影響を受けて矢印ａ１で示される吸着量増加よりも少ない、矢印ａ２で示される吸着量増加しか生じないことになる。その後は、再び、矢印ｃ２で示される吸着アンモニア消費と、周期的な尿素水供給による吸着量増加が繰り返されることになる。その結果、図２（ｂ）に示す場合では、すり抜け燃料成分がＳＣＲＦ４に到達した後は、ＳＣＲＦ４におけるアンモニア吸着量は、上記Ｌｖ１で示されるレベルよりも低いＬｖ２で示されるレベルに低下することになる。このことは、ＳＣＲＦ４に平衡的に吸着されるアンモニア量が低下することを意味し、ＳＣＲＦ４によるＮＯｘ浄化率の低下を招く要因となる。
　そこで、本願発明によるＮＯｘ浄化では、すり抜け燃料成分がＳＣＲＦ４に到達してもＳＣＲＦ４に平衡的に吸着されるアンモニア量が可及的に低下しないように、尿素水供給が制御される。その詳細について、図２（ｃ）に基づいて説明する。先ず、すり抜け燃料成分がＳＣＲＦ４に到達するまでは、図２（ａ）、（ｂ）に示す場合と同じように、周期的な尿素水の供給に応じて、矢印ａ３で示される吸着量増加と、矢印ｃ３で示される吸着アンモニア消費が繰り返されている。このときの、ＳＣＲＦ４におけるアンモニア吸着量は、図２（ｃ）中にＬｖ１で示されるレベルにある。ここで、すり抜け燃料成分がＳＣＲＦ４に到達する直前において、周期的に供給される尿素水の量が増量される。そのため、当該時点におけるＳＣＲＦ４内のアンモニア濃度は、それ以前のアンモニア濃度よりも高くなり、また、ＳＣＲＦ４へのアンモニア吸着量も矢印ａ４で示される分、増加する。この矢印ａ４で示される吸着量の増加分は、それ以前の吸着量の増加分（例えば、矢印ａ３で示される吸着量の増加分）よりも多い。そのため、図２（ｃ）に示すように、一時的ではあるがＳＣＲＦ４へのアンモニア吸着量がＬｖ１で示されるレベルを超えた状態となる。
　そして、その後、排気中のＮＯｘの還元浄化のために吸着されていたアンモニアが、矢印ｃ４で示される分だけ消費された状態で、ＳＣＲＦ４がすり抜け燃料成分の到達を迎えることになる。このように本願発明に係るＮＯｘ浄化制御では、すり抜け燃料成分がＳＣＲＦ４に到達する前に、燃料成分のすり抜けが生じていない場合の尿素水の供給量、すなわち、矢印ａ３に相当する吸着量の増加を実現するための尿素水供給量と比べて増量された尿素水が供給される。なお、この尿素水の増量分の詳細については後述する。また、本願明細書において、当該増量されて供給された尿素水から生成される、いわば増量されたアンモニアを、以降「増量アンモニア」（例えば、矢印ａ４で示されるアンモニア）と称するとともに、それ以外の増量されずに供給された尿素水から生成されるアンモニアは「通常アンモニア」（例えば、矢印ａ３で示されるアンモニア）と称することとする。そのため、ＳＣＲ触媒の所定サイトに対して増量アンモニアが吸着し、その状態を経て所定サイトへ燃料成分が吸着されることになる。ここで、燃料成分がＳＣＲＦ４に到達するとＳＣＲ触媒の所定サイトに吸着されることになるため、その後、供給弁６からの尿素水供給が行われても、当該尿素水から生成されたアンモニアが効率的にＳＣＲ触媒の所定サイトに吸着できず、結果、図２（ｂ）と同じように、図２（ｃ）の矢印ａ５で示される程度、すなわち、吸着した燃料成分の影響を受けて矢印ａ３で示される吸着量増加よりも少ない、矢印ａ５で示される吸着量増加しか生じないことになる。
　しかし、本願発明によるＮＯｘ浄化では、すり抜け燃料成分がＳＣＲＦ４に到達する前に、ＳＣＲＦ４へのアンモニア吸着量を増量しているため、上記のように吸着した燃料成分の影響を受けてアンモニア吸着量が減少したとしても、すり抜け燃料成分の到達後におけるアンモニア吸着量は、到達前のアンモニア吸着量のレベルと同程度のレベル（Ｌｖ１で示されるレベル）に維持することが可能となる。その結果、再び、矢印ｃ５で示される吸着アンモニア消費と、周期的な尿素水供給による吸着量増加が繰り返されても、平衡的なアンモニア吸着量は、概ねＬｖ１で示されるレベルに維持されることになり、以て、すり抜け燃料成分に起因するＳＣＲＦ４のＮＯｘ浄化率の低下を回避することができる。
　このように本願発明によるＮＯｘ浄化によれば、すり抜け燃料成分の影響を軽減することができる。一方で、その効果を好適に発揮させるためには、上記の通りすり抜け燃料成分がＳＣＲＦ４に到達する前に、増量アンモニアがＳＣＲＦ４に到達している必要がある。そこで、このようなＳＣＲＦ４へのアンモニア供給を可能とするための、尿素水供給について図３に基づいて説明する。図３は、横軸の時間軸を揃えて、（ａ）ＥＣＵ２０から供給弁７に出される尿素水供給指令、（ｂ）ＳＣＲＦ４内でのアンモニア濃度推移、（ｃ）ＳＣＲＦ４におけるアンモニア吸着量の推移、（ｄ）ＳＣＲＦ４内での燃料成分濃度の推移、（ｅ）ＥＣＵ２０から燃料供給弁６に出される燃料成分供給指令を並べて示した図である。なお、図３中の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の記載内容は、図２（ｃ）に示す記載内容と実質的に同じである。
　ここで、本願発明によるＮＯｘ浄化で肝要な点は、ＳＣＲＦ４にすり抜け燃料成分が到達する前に、増量アンモニアがＳＣＲＦ４に到達することである。なお、図３においては、すり抜け燃料成分のＳＣＲＦ４への到達時期はｔ１２で表わされ、増量アンモニアのＳＣＲＦ４への到達時期はｔ２２で表わされる。また、周期的な尿素水の供給が行われている中で増量アンモニアの次にＳＣＲＦ４へ到達することになる通常アンモニアの到達時期はｔ２３で表わされている。
　そして、本実施例では、すり抜け燃料成分の到達時期ｔ１２が、増量アンモニアの到達時期ｔ２２と通常アンモニアの到達時期ｔ２３の概ね中間となるように、供給弁７からの尿素水の供給時期（すなわち、ＥＣＵ２０から供給弁７に対して出される供給指令の開始時期）と、燃料供給弁６からの燃料成分の供給時期（すなわち、ＥＣＵ２０から燃料供給弁６に対して出される供給指令の開始時期）との相関が調整される。そして、当該調整においては、燃料供給弁６から供給された燃料成分の一部がすり抜け燃料成分としてＳＣＲＦ４に到達するまでに要する時間（以下、「燃料成分到達時間」と称する）Δｔ１と、供給弁７から供給された尿素水がアンモニアとしてＳＣＲＦ４に到達するまでに要する時間（以下、「アンモニア到達時間」と称する）Δｔ２が考慮される。
　例えば、燃料成分到達時間Δｔ１は、以下の式２に従って算出することができる。
　Δｔ１＝（燃料供給弁６からＳＣＲＦ４までの容積）／
（（エアフローメータ１６の検出値＋単位時間の燃料噴射量）×ガス密度）・・（式２）
　また、アンモニア到達時間Δｔ２は、以下の式３に従って算出することができる。
　Δｔ２＝（供給弁６からＳＣＲＦ４までの容積）／
（（エアフローメータ１６の検出値＋単位時間の燃料噴射量）×ガス密度）・・（式３）
　上記式２および式３において、（エアフローメータ１６の検出値＋単位時間の燃料噴射量）×ガス密度）は、単位時間当たりの排気量を意味する。
　そして、燃料成分がすり抜けると想定される場合にそのすり抜け燃料成分を時期ｔ１２にＳＣＲＦ４に到達させるためには、時期ｔ１２よりΔｔ１早い時期ｔ１１において、燃料供給弁６から燃料成分が供給されるようにＥＣＵ２０から供給指令が出されればよい。また、増量アンモニアを時期ｔ２２にＳＣＲＦ４に到達させるためには、時期ｔ２２よりΔｔ２早い時期ｔ２１において、供給弁７から尿素水が供給されるようにＥＣＵ２０から供給指令が出されればよい。なお、図３においては、増量アンモニアに対応する尿素水供給指令（パルス幅Ｗ２を有する指令）は、通常アンモニアに対応する尿素水供給指令（パルス幅Ｗ１を有する指令）より、尿素水の供給量が多いことによりＷ２＞Ｗ１の関係を有する。ここで、図３に示す供給指令の時期や、ＳＣＲＦ４へのすり抜け燃料成分やアンモニアの到達時期の相関関係は一例であり、排気通路２を流れる排気流量等の諸条件や、ＮＯｘ浄化のための尿素水供給条件（供給量や供給頻度等）によって変動し得る。
　次に、上述までの本願発明によるＮＯｘ浄化を行うための制御について、図４に基づいて説明する。図４に示すＮＯｘ浄化制御は、ＥＣＵ２０に格納された制御プログラムが実行することで、行われる。先ず、Ｓ１０１では、燃料供給弁６からの燃料成分の供給が必要か否かが判定される。例えば、ＳＣＲＦ４におけるＰＭ堆積量が多くなった際に行われる上記フィルタ再生処理が行われるタイミングであるか否かを考慮し、Ｓ１０１の判定処理が行われてもよい。この場合、フィルタ再生処理を行う場合であれば、燃料成分の供給が必要と判定されることになる。また、フィルタ再生処理が行われる場合のようにＳＣＲＦ４に比較的多くのＰＭは堆積してはいないが、ＳＣＲＦ４の目詰まりを可及的に防止するために断続的に排気温度を昇温させるような場合でも、当該判定処理により燃料成分の供給が必要と判定されることになる。Ｓ１０１で肯定判定されるとＳ１０２へ進み、否定判定されると本制御を終了する。
　次にＳ１０２では、燃料供給が必要と判定されたことを踏まえ、当該燃料供給に必要な供給条件の算出が行われる。例えば、フィルタ再生処理のために燃料成分の供給を行う場合、ＳＣＲＦ４に堆積しているＰＭ量に基づいて燃料成分の供給量が算出される。また、燃料供給弁６から噴射された燃料成分が適切に排気中に分散するように、その算出された燃料成分の供給量に応じて燃料供給弁６による噴射回数（噴射頻度）が調整される。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
　Ｓ１０３では、Ｓ１０２で算出された供給条件の下で供給される燃料成分が供給されたときに、当該燃料成分の一部が酸化触媒３によって酸化されずに、すり抜け燃料成分として下流側に流れ出す、すり抜けの所定条件が成立しているか否かが判定される。酸化触媒５での燃料成分の酸化反応は、酸化触媒３での燃料成分と酸素との反応機会に依拠する傾向がある。そこで、例えば、図５Ａに示すように、酸化触媒３に流れ込む排気流量と燃料成分のすり抜け量の相関から、当該所定条件の成立の有無を判定してもよい。図５Ａにおいて線Ｌ１で示されるように、排気流量が比較的小さい場合には、酸化触媒３における燃料成分の酸化反応の機会は確保されるため、すり抜け量は無視できる。しかし、排気流量が閾値を超えて増加すると、その増加に応じてすり抜け量が多くなると考えられる。
　また、燃料成分の供給量も上記反応機会に関連するパラメータと考えられる。そこで、例えば、図５Ｂに示すように、燃料成分の供給量と燃料成分のすり抜け量の相関から、当該所定条件の成立の有無を判定してもよい。図５Ｂにおいて線Ｌ２で示されるように、燃料成分の供給量が比較的小さい場合には、酸化触媒３における燃料成分の酸化反応の機会は確保されるため、すり抜け量は無視できる。しかし、燃料成分の供給量が閾値を超えて増加すると十分に酸化反応に供されず、その増加に応じてすり抜け量が多くなると考えられる。なお、所定条件の成立の判定に関しては、上述の排気流量および燃料成分の供給量を複合的に考慮してもよく、また、いずれか一方を考慮してもよい。更には、燃料成分の酸化効率に影響を及ぼし得るパラメータとして酸化触媒３の温度も考えられることから、酸化触媒３の温度も考慮して所定条件の成立に関する判定を行ってもよい。Ｓ１０３で肯定判定されるとＳ１０４へ進み、否定判定されると本制御を終了する。
　Ｓ１０４では、供給弁７による尿素水の供給条件が算出される。例えば、ＮＯｘセンサ１０、１１から式１に従って算出されるＮＯｘ浄化率が所定の浄化率の範囲に収まるように、ＮＯｘの還元浄化に必要なアンモニアを供給するための尿素水量が算出される。このとき、図２、図３において説明した増量アンモニアを生成するために必要な尿素水の増量分も算出される。具体的には、増量アンモニアは上記の通り酸化触媒３をすり抜ける燃料成分による影響を軽減させるためのものであることを踏まえて、Ｓ１０３の判定処理の際に利用された燃料成分のすり抜け量に基づいて尿素水の増量分が算出される。具体的には、図６に示すように、燃料成分のすり抜け量が多くなるに従い、尿素水の増量分を増大させる。また、尿素水の供給量の他に、尿素水を排気に供給する頻度、すなわち、一の尿素水供給と次の尿素水供給との間隔も調整される。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
　次に、Ｓ１０５では、式２および式３に従い、燃料成分到達時間Δｔ１とアンモニア到達時間Δｔ２が算出される。その後、Ｓ１０６において、Ｓ１０２およびＳ１０４で算出された燃料成分の供給条件と尿素水の供給条件、およびＳ１０５で算出された各到達時間Δｔ１、Δｔ２に基づいて、燃料成分の供給時期と尿素水の供給時期の相関が図３に示すように、すなわち増量アンモニアの次の通常アンモニアのＳＣＲＦ４への到達時期の間（例えば、両者の概ね中間）の時期に、すり抜け燃料成分がＳＣＲＦ４に到達するように、尿素水供給指令および燃料成分供給指令のタイミングが調整される。このように尿素水供給指令および燃料成分供給指令のタイミングを調整する場合、内燃機関の運転状態によっては、調整を行い得る余裕が限られる場合がある。例えば、ＳＣＲＦ４に捕集されたＰＭが急激に増加し速やかにフィルタ再生処理を行う必要がある場合には、燃料成分供給指令の時期はフィルタ再生処理に最適の時期に設定した上で、そのフィルタ再生処理で生じるすり抜け燃料成分より先に増量アンモニアがＳＣＲＦ４に到達するように、尿素水供給指令の時期を決定してもよい。逆に、所定の理由で尿素水供給指令の時期を特定の時期にする必要がある場合は、当該尿素水供給指令によりＳＣＲＦ４に到達することになる増量アンモニアより、すり抜け燃料成分が先にＳＣＲＦ４に到達することがないように、燃料成分供給指令の時期を決定してもよい。Ｓ１０６の処理が終了すると、本制御が再び繰り返される。
　このように本制御によれば、すり抜け燃料成分がＳＣＲＦ４に到達する場合であっても、それに先んじて増加アンモニアをＳＣＲＦ４に担持されたＳＣＲ触媒に吸着させることができ、以て、すり抜け燃料成分によるＳＣＲ触媒へのアンモニア吸着量の影響を可及的に軽減させることが可能となる。
　＜変形例１＞
　上記実施例では、増量アンモニアに対応する尿素水供給およびすり抜け燃料成分のＳＣＲＦ４への到達は、それぞれ一回であったが（図３を参照）、すり抜け燃料成分の到達量が多い場合には、増量アンモニアに対応する尿素水供給を数回連続して行ってもよい。また、フィルタ再生処理において酸化除去すべきＰＭ量に応じて燃料成分の供給が複数回にわたって行われる場合であって、且つ各供給に対応して燃料成分のすり抜けが生じると判定される場合には、増量アンモニアとすり抜け燃料成分が交互にＳＣＲＦ４に到達するように、上記実施例に示した本願発明の技術思想に基づいて各尿素水供給の時期および各燃料成分供給の時期が決定されればよい。
　＜変形例２＞
　図１に示す内燃機関の排気浄化システムでは、排気通路２にＳＣＲＦ４が配置され、ＳＣＲＦ４では、ＰＭを捕集するフィルタとＮＯｘ浄化のためのＳＣＲ触媒がいわば一体的に形成されている。このようなＳＣＲＦ４の形態に代えて、フィルタとＳＣＲ触媒を個別に配置し、それぞれによってＰＭ捕集およびＮＯｘ浄化が行われるようにしてもよい。この場合、当該フィルタは、酸化触媒３と供給弁７の間の排気通路に配置され、またＳＣＲ触媒は供給弁７の下流側に配置される。このような変形例に係る形態においても、上述したＮＯｘ浄化制御が行われることで、すり抜け燃料成分の影響を可及的に軽減させ、好適なＮＯｘ浄化を実現することが可能となる。
１    内燃機関
２    排気通路
３    酸化触媒
４    選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
５    ＡＳＣ触媒
６    燃料供給弁
７    供給弁
９、１２    温度センサ
１０、１１  ＮＯｘセンサ
２０  ＥＣＵ
２１  クランクポジションセンサ
２２  アクセル開度センサ

Claims (6)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられ、酸化機能を有する酸化触媒と、
    　前記酸化触媒に対して、該酸化触媒に流れ込む排気を介して燃料成分を供給する燃料供給部と、
    　前記酸化触媒より下流側の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒とを含んで形成される排気浄化部と、
    　前記排気浄化部に対して、該排気浄化部に流れ込む排気を介してアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、
    　前記燃料供給部によって燃料成分が供給される場合に該供給された燃料成分の一部が前記酸化触媒の下流側にすり抜ける所定条件が成立しているとき、該所定条件が成立していない場合において該還元剤供給部によって供給されるべきアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給量である非すり抜け時供給量と比べて増量されたアンモニア又はアンモニアの前駆体によるＮＯｘ選択還元のためのアンモニアが、該燃料供給部によって供給される燃料成分より先に前記排気浄化部に到達するように、該増量されたアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給と該燃料成分の供給の少なくとも一方を制御する供給制御部と、
    　を備える、内燃機関の排気浄化システム。
  2. 　前記排気浄化部は、前記フィルタに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されて形成されたＮＯｘ浄化フィルタである、
    　請求項１に記載の排気浄化システム。
  3. 　前記供給制御部は、
    　前記燃料供給部により供給された燃料成分が前記排気浄化部に到達するまでに要する時間と、前記還元剤供給部により供給されたアンモニア又はアンモニアの前駆体によるＮＯｘ選択還元のためのアンモニアが該排気浄化部に到達するまでに要する時間に基づいて、該還元剤供給部による供給時期と該燃料供給部による供給時期のうち少なくとも一方を制御する、
    　請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  4. 　前記内燃機関の運転状態に応じて、前記還元剤供給部によるアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給が周期的に行われ、
    　前記供給制御部は、一の供給時期において前記還元剤供給部から供給された、前記増量されたアンモニア又はアンモニアの前駆体によるＮＯｘ選択還元のためのアンモニアが前記排気浄化部に到達する第一到達時期と、該第一到達時期の次に前記還元剤供給部から供給されたアンモニア又はアンモニアの前駆体によるＮＯｘ選択還元のためのアンモニアが該排気浄化部に到達する第二到達時期との間の所定時期において、前記燃料供給部により供給された燃料成分が該排気浄化部に到達するように、該還元剤供給部による供給時期と該燃料供給部による供給時期のうち少なくとも一方を制御する、
    　請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  5. 　前記内燃機関の運転状態に応じて、前記還元剤供給部によるアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給が周期的に行われ、
    　前記燃料供給部による燃料成分の供給が複数回に分けて行われ、
    　前記供給制御部は、前記還元剤供給部による供給と前記燃料供給部による供給が重複して行われる期間において、前記増量されたアンモニア又はアンモニアの前駆体が該還元剤供給部から供給され、且つ、該還元剤供給部から供給されたアンモニア又はアンモニアの前駆体によるＮＯｘ選択還元のためのアンモニアと、該燃料供給部から供給された燃料成分とが、前記排気浄化部に交互に到達するように、該還元剤供給部による供給時期と該燃料供給部による供給時期のうち少なくとも一方を制御する、
    　請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  6. 　前記所定条件が成立している場合に、前記燃料供給部によって供給された燃料成分が前記酸化触媒の下流側にすり抜けるすり抜け量を、前記内燃機関の運転状態、および前記酸化触媒の温度のうち少なくとも何れかに基づいて算出するすり抜け量算出部を、更に備え、
    　前記供給制御部は、前記すり抜け量算出部によって算出された燃料成分の前記すり抜け量に基づいて、前記非すり抜け時供給量に対するアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給量の増量分を決定する、
    　請求項１から請求項５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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