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WO2011142011A1 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

内燃機関の排気浄化システム Download PDF

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WO2011142011A1
WO2011142011A1 PCT/JP2010/058036 JP2010058036W WO2011142011A1 WO 2011142011 A1 WO2011142011 A1 WO 2011142011A1 JP 2010058036 W JP2010058036 W JP 2010058036W WO 2011142011 A1 WO2011142011 A1 WO 2011142011A1
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WO
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amount
reduction catalyst
temperature
reducing agent
fuel
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/058036
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English (en)
French (fr)
Inventor
利岡　俊祐
広田　信也
伊藤　和浩
光一朗 福田
見上　晃
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to EP10851394.6A priority patent/EP2570625B1/en
Priority to JP2012514639A priority patent/JP5397542B2/ja
Priority to PCT/JP2010/058036 priority patent/WO2011142011A1/ja
Priority to CN201080066707.2A priority patent/CN102892984B/zh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine, and more particularly, to an exhaust gas purification system including a catalyst that receives nitrogen supply to reduce nitrogen oxide (NO x ) in exhaust gas.
  • an exhaust gas purification system including a catalyst that receives nitrogen supply to reduce nitrogen oxide (NO x ) in exhaust gas.
  • a selective reduction type catalyst (SCR: Selective Catalytic Reduction) arranged in an exhaust passage of the internal combustion engine, and a reducing agent addition valve arranged in an exhaust passage upstream of the selective reduction type catalyst, from the reducing agent addition valve SCR systems that add ammonia-derived compounds and compositions are known.
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • Patent Document 2 describes a configuration in which a urea addition valve, an oxidation catalyst, a particulate filter, and a selective reduction catalyst are sequentially arranged from the upstream side of the exhaust passage.
  • Patent Document 3 describes a configuration in which a particulate filter and a selective reduction catalyst are sequentially arranged from the upstream side of the exhaust passage, and urea and fuel are added between the particulate filter and the selective reduction catalyst.
  • Patent Document 4 describes an exhaust purification catalyst having oxidation ability and selective reduction ability.
  • JP 2009-013931 A JP 2008-545085 A JP 2008-157188 A JP 2008-031970 A
  • the selective reduction catalyst when the selective reduction catalyst includes a noble metal catalyst, or when the noble metal catalyst is disposed in the exhaust passage downstream from the reducing agent addition valve and upstream from the selective reduction catalyst, it is derived from ammonia added from the reducing agent addition valve. May be oxidized by the noble metal catalyst to be nitrogen oxide (NO x ).
  • NO x nitrogen oxide
  • the present invention has been made in view of the above-described various circumstances, and an object thereof is to reduce nitrogen oxide (NO x ) purification performance in an exhaust purification system of an internal combustion engine including an SCR system,
  • the purpose is to increase the degree of freedom in the layout of the exhaust purification system.
  • the inventor of the present invention supplies a selective reducing catalyst with a noble metal catalyst by supplying an ammonia-derived reducing agent and a hydrocarbon (fuel) at the same time. Attention was focused on matters that prevent a decrease in the NO x purification rate of the catalyst.
  • the amount of nitrogen oxide (NO x ) flowing out from the selective reduction catalyst increases. This is considered because the reducing agent is oxidized by the noble metal catalyst before reacting with the nitrogen oxide (NO x ).
  • the amount of nitrogen oxide (NO x ) reduced in the selective reduction catalyst decreases. Further, when the reducing agent is oxidized by the noble metal catalyst, new nitrogen oxides (NO x ) are generated. As a result, the amount of nitrogen oxide (NO x ) flowing out from the selective catalytic reduction catalyst increases. This phenomenon becomes conspicuous when the temperature of the selective catalytic reduction catalyst (the bed temperature of the selective catalytic reduction catalyst or the temperature of the gas passing through the selective catalytic reduction catalyst) is high (for example, 200 ° C. to 300 ° C. or higher).
  • the present inventor has conducted diligent experiments and verifications, and as a result, the selective reduction type catalyst by supplying ammonia-derived reducing agent and hydrocarbon simultaneously to the selective reduction type catalyst provided with the noble metal catalyst. It has been found that the amount of nitrogen oxides (NO x ) flowing out of the catalyst is reduced.
  • the inventor of the present application can oxidize nitrogen flowing out from the selective catalytic reduction catalyst if the ammonia-derived reducing agent and the hydrocarbon are simultaneously supplied even when the temperature of the selective catalytic reduction catalyst including the noble metal catalyst is high. It has also been found that the amount of product (NO x ) is reduced.
  • hydrocarbons are also supplied at the same time.
  • the exhaust gas purification system for an internal combustion engine of the present invention includes: A selective reduction catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and having a noble metal catalyst; An addition device that is disposed in an exhaust passage upstream of the selective catalytic reduction catalyst and adds a reducing agent derived from ammonia into the exhaust; A fuel supply device that supplies fuel into the exhaust gas upstream of the selective catalytic reduction catalyst; A control unit for supplying fuel from the fuel supply device when a reducing agent is added into the exhaust gas from the addition device; I was prepared to.
  • the reducing agent derived from ammonia when supplied to the selective catalytic reduction catalyst provided with the noble metal catalyst, oxidation of the reducing agent by the noble metal catalyst can be suppressed. Therefore, reduction of the NO x purification rate of the selective reduction catalyst can be suppressed.
  • the inventor of the present application has a higher purification rate of nitrogen oxide (NO x ) when the temperature of the selective catalytic reduction catalyst is lower than when it is higher than when the reducing agent derived from ammonia and the amount of hydrocarbons are lower. I found it. In other words, the inventor of the present application shows that when the temperature of the selective catalytic reduction catalyst is high, the nitrogen oxide (NO x ) purification rate is higher when the amount of ammonia-derived reducing agent is smaller and the amount of hydrocarbons is larger. I found.
  • control unit of the present invention may adjust the addition amount of the ammonia-derived reducing agent and the supply amount of hydrocarbons according to the temperature of the selective catalytic reduction catalyst. For example, the control unit may increase the amount of reducing agent added and reduce the amount of hydrocarbon supplied when the temperature of the selective catalytic reduction catalyst is low compared to when the temperature is high. Thus, when the addition amount of the reducing agent and the supply amount of hydrocarbons are adjusted, the purification rate of nitrogen oxides (NO x ) can be increased regardless of the temperature of the selective reduction catalyst.
  • NO x nitrogen oxides
  • the exhaust gas purification system for an internal combustion engine may further include a temperature control device that is disposed in the exhaust passage upstream of the selective reduction catalyst and adjusts the temperature of the exhaust gas.
  • a temperature control device that is disposed in the exhaust passage upstream of the selective reduction catalyst and adjusts the temperature of the exhaust gas. According to this configuration, the temperature of the selective catalytic reduction catalyst can be adjusted by the temperature control device. Therefore, it is possible to adjust the exhaust temperature so that the ratio of the amount of reducing agent derived from ammonia and the amount of hydrocarbon becomes a desired ratio.
  • the “desired ratio” here may be determined as appropriate according to the characteristics of the internal combustion engine or the vehicle equipped with the internal combustion engine, or may be determined as appropriate according to the remaining amount of the reducing agent derived from ammonia or the remaining amount of hydrocarbon. It may be changed. For example, when the remaining amount of the ammonia-derived reducing agent is small, the exhaust gas temperature is increased compared to when the amount is large, thereby reducing the amount of ammonia-derived reducing agent added and reducing the nitrogen oxide (NO x ) purification rate. Can be maintained. Further, when the remaining amount of hydrocarbon is small, the exhaust gas temperature is lowered compared to when the amount is large, so that the purification rate of nitrogen oxide (NO x ) can be kept high while suppressing the amount of hydrocarbon supply.
  • a burner that burns fuel and secondary air can be used as the temperature control device.
  • the temperature of the exhaust can be increased by the heat generated when the fuel and the secondary air are combusted.
  • the secondary air is supplied without igniting the burner, the temperature of the exhaust can be lowered by the secondary air.
  • hydrocarbons can also be supplied from the burner into the exhaust.
  • the burner can also function as a fuel supply device.
  • the present invention can increase the degree of freedom in the layout of the exhaust gas purification system without reducing the nitrogen oxide (NO x ) purification performance in the exhaust gas purification system of the internal combustion engine including the SCR system.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust system of an internal combustion engine to which the present invention is applied.
  • the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine), but may be a spark ignition type internal combustion engine (gasoline engine).
  • an exhaust passage 2 is connected to the internal combustion engine 1.
  • the exhaust passage 2 is a passage for flowing gas (exhaust gas) flowing out from the cylinder of the internal combustion engine 1.
  • a turbine 3 of a centrifugal supercharger (turbocharger) is arranged.
  • An exhaust purification device 4 is disposed in the exhaust passage 2 downstream from the turbine 3.
  • the exhaust purification device 4 is a unit in which a selective catalytic reduction catalyst is accommodated in a cylindrical casing.
  • a selective catalytic reduction catalyst for example, a monolith type substrate having a honeycomb-shaped cross section made of cordierite or Fe—Cr—Al heat resistant steel is coated with an active component (support) of alumina or zeolite. Is.
  • a noble metal catalyst having an oxidizing ability for example, platinum (Pt) is supported on the carrier.
  • a particulate filter 5 is disposed in the exhaust passage 2 downstream from the exhaust purification device 4 described above.
  • the particulate filter 5 collects particulate matter (PM) contained in the exhaust gas.
  • a fuel addition valve 6 and a reducing agent addition valve 7 are arranged in the exhaust passage 2 located between the turbine 3 and the exhaust purification device 4.
  • the fuel addition valve 6 is connected to the fuel tank 61 via the first pump 60.
  • the first pump 60 sucks the fuel stored in the fuel tank 61 and pumps the sucked fuel to the fuel addition valve 6.
  • the fuel addition valve 6 adds the fuel sent from the first pump 60 to the exhaust in the exhaust passage 2.
  • the fuel addition valve 6, the first pump 60, and the fuel tank 61 are an embodiment of the fuel supply apparatus according to the present invention.
  • the above-described reducing agent addition valve 7 is connected to the reducing agent tank 71 via the second pump 70.
  • the second pump 70 sucks the reducing agent stored in the reducing agent tank 71 and pumps the sucked reducing agent to the reducing agent addition valve 7.
  • the reducing agent addition valve 7 adds the reducing agent sent from the second pump 70 into the exhaust passage 2.
  • the reducing agent addition valve 7, the second pump 70, and the reducing agent tank 71 are an embodiment of the addition device according to the present invention.
  • the reducing agent stored in the reducing agent tank 71 is a reducing agent derived from ammonia.
  • ammonia-derived reducing agent an aqueous solution of urea or ammonium carbamate can be used.
  • an aqueous urea solution is used as the ammonia-derived reducing agent.
  • the fuel addition valve 6, the reducing agent addition valve 7, the first pump 60, and the second pump 70 are electrically controlled by the ECU 8.
  • the ECU 8 is an electronic control unit that includes a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, and the like.
  • the ECU 8 controls each device described above using output signals from various sensors such as the crank position sensor 9, the accelerator position sensor 10, and the exhaust temperature sensor 11 as parameters.
  • the aforementioned crank position sensor 9 is a sensor that outputs an electrical signal corresponding to the rotational position of the output shaft (crankshaft) of the internal combustion engine 1.
  • the accelerator position sensor 10 is a sensor that outputs an electrical signal corresponding to the operation amount (accelerator opening) of the accelerator pedal.
  • the exhaust temperature sensor 11 is a sensor that is attached to the exhaust passage 2 between the exhaust purification device 4 and the particulate filter 5 and outputs an electrical signal corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification device 4.
  • the urea aqueous solution added to the exhaust gas from the reducing agent addition valve 7 is thermally decomposed and hydrolyzed in the exhaust gas or in the exhaust gas purification device 4 to generate ammonia (NH 3 ).
  • the ammonia (NH 3 ) generated in this way is adsorbed or occluded by the selective reduction catalyst of the exhaust purification device 4.
  • Ammonia (NH 3 ) adsorbed or occluded by the selective reduction catalyst reacts with nitrogen oxide (NO x ) contained in the exhaust gas to generate nitrogen (N 2 ) or water (H 2 O). That is, ammonia (NH 3 ) works as a reducing agent for nitrogen oxides (NO x ).
  • the urea aqueous solution added to the exhaust gas from the reducing agent addition valve 7 becomes too small, the amount of ammonia (NH 3 ) adsorbed on the selective reduction catalyst (ammonia adsorption amount) decreases. Therefore, a situation occurs in which a part of the nitrogen oxide (NO x ) contained in the exhaust is not reduced.
  • the urea aqueous solution added to the exhaust gas from the reducing agent addition valve 7 becomes excessive, a situation occurs in which a part of ammonia (NH 3 ) is not adsorbed by the selective catalytic reduction catalyst.
  • the target amount described above is an amount obtained by subtracting a predetermined margin from the maximum ammonia amount (ammonia saturation amount) that can be adsorbed by the selective catalytic reduction catalyst.
  • the amount of ammonia saturation changes according to the temperature (bed temperature) of the selective catalytic reduction catalyst.
  • the ammonia saturation amount is smaller when the temperature of the selective catalytic reduction catalyst is high than when it is low. Therefore, it is desirable that the target amount described above is changed according to the temperature of the selective catalytic reduction catalyst.
  • the ECU 8 calculates the target amount using the temperature of the selective catalytic reduction catalyst as a parameter. At that time, the ECU 8 may use a map that defines the relationship between the temperature of the selective catalytic reduction catalyst and the target amount.
  • a value measured by a dedicated temperature sensor may be used, but in this embodiment, the output signal of the exhaust temperature sensor 11 is used as an alternative value. In that case, the exhaust gas temperature sensor 11 corresponds to the measurement unit of the present invention.
  • the ECU 8 controls the reducing agent addition valve 7 so that the actual ammonia adsorption amount matches the target amount described above. Specifically, the ECU 8 first calculates the amount of nitrogen oxides (NO x ) discharged from the internal combustion engine 1 per unit time (NO x emission amount). NO x emissions may be calculated by using a map as arguments an output signal (accelerator opening) and the engine speed of the accelerator position sensor 10.
  • the ECU 8 calculates a nitrogen oxide (NO x ) purification rate (NO x purification rate) in the selective reduction catalyst.
  • the NO x purification rate is calculated using the temperature of the selective catalytic reduction catalyst and the exhaust gas flow rate as parameters. At that time, the relationship between the NO x purification rate, the temperature of the selective catalytic reduction catalyst, and the exhaust gas flow rate may be mapped in advance.
  • the ECU 8 calculates the amount of ammonia (NH 3 ) consumed per unit time (ammonia consumption) in order to reduce nitrogen oxides (NO x ) using the NO x emission amount and the NO x purification rate as parameters. To do.
  • the ECU 8 subtracts the ammonia consumption amount from the amount of ammonia (NH 3 ) supplied to the selective reduction catalyst per unit time, thereby reducing the amount of ammonia (NH 3 ) adsorbed on the selective reduction catalyst per unit time. Calculate the quantity.
  • the ECU 8 calculates the actual ammonia adsorption amount by integrating the amount of ammonia (NH 3 ) adsorbed on the selective catalytic reduction unit per unit time.
  • the ECU 8 calculates a target addition amount (hereinafter referred to as “reference addition amount”) of ammonia (NH 3 ) using the difference between the two as a parameter, and sets the reference addition amount as the reference addition amount. Therefore, an aqueous urea solution is added.
  • the ECU 8 stops adding the urea aqueous solution.
  • the exhaust emission control device 4 of the present embodiment includes a selective reduction catalyst and a noble metal catalyst. Therefore, a part of ammonia (NH 3 ) supplied to the exhaust purification device 4 may be oxidized by the noble metal catalyst before being adsorbed or occluded by the selective reduction catalyst. In that case, the NO x purification rate in the selective reduction catalyst decreases. Further, when ammonia (NH 3 ) is oxidized, new nitrogen oxides (NO x ) are generated. As a result, a relatively large amount of nitrogen oxide (NO x ) may flow out from the selective catalytic reduction catalyst.
  • the fuel is added from the fuel addition valve 6. That is, when the urea aqueous solution is added, the fuel is also added at the same time.
  • the present inventor has conducted intensive experiments and verification, if the aqueous urea solution and fuel are added simultaneously, it found that reduction of the NO x purification rate can be suppressed. Further, the inventor of the present application may differ in the amount (ratio) of ammonia (NH 3 ) and hydrocarbon (HC) required for purifying nitrogen oxide (NO x ) depending on the temperature of the selective catalytic reduction catalyst. I found it.
  • FIG. 2 is a diagram showing a change in the required amount of the reducing agent with respect to the temperature change of the selective catalytic reduction catalyst.
  • the required amount shown in FIG. 2 is the amount of ammonia (NH 3 ) and hydrocarbon (HC) required to purify a certain amount of nitrogen oxides (NO x ).
  • the solid line indicates the required amount of ammonia (NH 3 )
  • the alternate long and short dash line indicates the required amount of hydrocarbon (HC)
  • the broken line indicates the reference addition amount of ammonia (NH 3 ).
  • the ratio between the required amount of ammonia (NH 3 ) and the required amount of hydrocarbon (HC) as shown in FIG. 2 (hereinafter referred to as “addition ratio”) is mapped in advance by an adaptation operation using experiments or the like. Shall be kept. Then, the ECU 8 determines the addition amount of ammonia (NH 3 ) and the addition amount of hydrocarbon (HC) based on the temperature of the selective catalytic reduction catalyst and the map shown in FIG. Specifically, the ECU 8 calculates the addition amount of ammonia (NH 3 ) and the addition amount of hydrocarbon (HC) by multiplying the reference addition amount described above by the addition ratio.
  • Figure 3 is a diagram showing the relationship between the temperature and the NO x purification rate of the selective reduction catalyst.
  • the solid line in FIG. 3 shows the NO x purification rate when ammonia (NH 3 ) and hydrocarbon (HC) are added according to the addition ratio defined in FIG. 2 described above. Further, the broken line in FIG. 3 indicates the NO x purification rate when only ammonia (NH 3 ) is added according to the reference addition amount.
  • the noble metal catalyst and the selective reduction catalyst can be supported on one carrier or substrate.
  • the degree of freedom in the layout of the exhaust purification system including the addition device and the selective reduction catalyst can be increased.
  • the selective reduction catalyst and the oxidation catalyst can be supported on one base material or carrier, or the selective reduction catalyst and the oxidation catalyst can be supported on the base material of the particulate filter.
  • the required amount of ammonia (NH 3 ) is smaller than the reference addition amount, the consumption amount of the urea aqueous solution can be reduced. Therefore, the capacity of the reducing agent tank 71 can be reduced. As a result, the in-vehicle performance of the reducing agent tank 71 can be improved.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a reducing agent addition processing routine.
  • This addition processing routine is a routine that is stored in advance in the ROM of the ECU 8 and is periodically executed by the ECU 8.
  • the ECU 8 first determines whether or not an addition condition is satisfied in S101. For example, the ECU 8 determines that the addition condition is satisfied when the actual ammonia adsorption amount is smaller than the target amount.
  • the ECU 8 proceeds to S107 and stops the operation of the reducing agent addition valve 7 and the fuel addition valve 6. That is, the ECU 8 stops the addition of the urea aqueous solution and the addition of fuel.
  • the ECU 8 proceeds to S102.
  • the ECU 8 reads the temperature of the selective catalytic reduction catalyst.
  • the output signal of the exhaust temperature sensor 11 is used as the temperature of the selective catalytic reduction catalyst.
  • the ECU 8 calculates the ratio (addition ratio) between the required amount of ammonia (NH 3 ) and the required amount of hydrocarbon (HC) from the exhaust temperature read in S102 and the map shown in FIG. To do. Subsequently, in S104, the ECU 8 obtains the reference addition amount by subtracting the actual ammonia adsorption amount from the target amount of ammonia (NH 3 ) adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst.
  • the ECU 8 calculates the required amount of ammonia (NH 3 ) and the required amount of hydrocarbon (HC) using the addition ratio calculated in S103 and the reference addition amount obtained in S104 as parameters. To do.
  • the ECU 8 converts the required amount of ammonia (NH 3 ) into the amount of urea aqueous solution and converts the required amount of hydrocarbon (HC) into the amount of fuel.
  • the addition ratio of ammonia (NH 3 ) and hydrocarbon (HC) is determined, but the ratio between the required amount of urea aqueous solution and the required amount of fuel is determined. It may be.
  • the ECU 8 operates the reducing agent addition valve 7 and the fuel addition valve 6 in accordance with the amount of urea aqueous solution and the amount of fuel obtained in S105.
  • control part concerning this invention is implement
  • the layout in which the selective reduction catalyst and the noble metal catalyst are supported on a common carrier or base material is taken as an example, but the selective reduction catalyst is disposed in the exhaust passage downstream of the noble metal catalyst, and The same effect can be obtained even in a layout in which the reducing agent addition valve is arranged upstream of the noble metal catalyst.
  • the fuel supply device is exemplified by a device including the fuel addition valve 6, the first pump 60, and the fuel tank 61.
  • the fuel that the internal combustion engine 1 injects fuel into the cylinders.
  • the fuel supply device may be realized by injecting fuel from the fuel injection valve in a cylinder during the exhaust stroke (a cylinder in which the exhaust valve is open).
  • a burner for burning fuel and secondary air can also be used as a fuel supply device.
  • the difference between the first embodiment and the present embodiment described above is that a burner 12 is added to the exhaust passage 2 located between the turbine 3 and the exhaust purification device 4.
  • the burner 12 is a device that combusts the secondary air supplied from the air pump 120 and the fuel supplied from the first pump 60.
  • the burner 12 includes a spark plug (not shown), and the secondary air and fuel are combusted when the spark plug is activated. Gas burned in the burner 12 (combustion gas) is introduced into the exhaust passage 2 through the exhaust pipe 121.
  • the burner 12 and the fuel addition valve 6 share the first pump 60, but the burner 12 may be provided with a dedicated fuel pump.
  • the burner 12, the air pump 120, and the 1st pump 60 are equivalent to the temperature control apparatus concerning this invention.
  • the above-described burner 12 and air pump 120 are electrically controlled by the ECU 8.
  • the ECU 8 operates the burner 12 (ignition plug), the air pump 120, and the first pump 60 when the temperature of the selective catalytic reduction catalyst is raised or when the temperature of the particulate filter 5 is raised.
  • the high-temperature combustion gas generated in the burner 12 is introduced into the exhaust passage 2 via the exhaust pipe 121.
  • the temperature of the exhaust gas flowing into the selective reduction catalyst increases. Therefore, the selective catalytic reduction catalyst receives the heat of the combustion gas and quickly rises in temperature.
  • the ECU 8 determines whether the temperature of the selective catalytic reduction catalyst in the active state needs to be further increased, or when the particulate matter (PM) collected by the particulate filter 5 needs to be oxidized. By operating one pump 60 (and air pump 120), unburned fuel may be supplied to the selective reduction catalyst or the particulate filter 5.
  • unburned fuel is oxidized in the selective reduction catalyst or the particulate filter 5.
  • the temperature of the selective reduction catalyst or the particulate filter 5 is raised by the reaction heat generated when the unburned fuel is oxidized.
  • the ECU 8 controls the burner 12 so that the temperature of the selective catalytic reduction catalyst matches the target temperature (or the target temperature range).
  • the “target temperature” here is, for example, a temperature at which the NO x purification rate of the selective catalytic reduction catalyst is equal to or higher than a predetermined reference value, and is a required amount of ammonia (NH 3 ) and hydrocarbon (HC). This is the temperature at which the ratio to the required amount is the desired target ratio.
  • the “reference value” here corresponds to, for example, the NO x purification rate at which the amount of nitrogen oxide (NO x ) flowing out from the selective catalytic reduction catalyst is less than or equal to the regulated amount.
  • the “desired ratio” may be a fixed value that is appropriately determined according to the characteristics of the internal combustion engine 1, the characteristics of the vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted, the capacity of the reducing agent tank 71 and the fuel tank 61, and the like. Alternatively, it may be a variable value that is changed according to the remaining amount of urea aqueous solution or the remaining amount of fuel.
  • the exhaust gas temperature is raised compared to when the urea aqueous solution is large, so that the purification rate of nitrogen oxide (NO x ) can be maintained high while reducing the addition ratio of the urea aqueous solution.
  • the exhaust gas temperature is lowered compared to when the amount of fuel is large, so that the purification rate of nitrogen oxide (NO x ) can be kept high while the fuel addition ratio is lowered.
  • the ECU 8 may operate the ignition plug of the burner 12, the air pump 120, and the first pump 60.
  • the ECU 8 may operate only the air pump 120 without operating the ignition plug of the burner 12.
  • the ratio of the urea aqueous solution addition amount and the fuel addition amount can be set to an arbitrary ratio.

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Abstract

　本発明は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へアンモニア由来の還元剤を供給する添加装置と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、窒素酸化物の還元能力を低下させることなく排気浄化システムのレイアウトの自由度を高めることを課題とする。この課題を解決するために、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、アンモニア由来の還元剤を選択還元型触媒へ供給するときに炭化水素も同時に供給することにより、貴金属触媒によって容易に酸化されない還元剤を生成するようにした。

Description

内燃機関の排気浄化システム
　内燃機関の排気浄化システムに関し、特にアンモニアの供給を受けて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する触媒を備えた排気浄化システムに関する。
　内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）と、選択還元型触媒より上流の排気通路に配置された還元剤添加弁と、を備え、前記還元剤添加弁からアンモニア由来の化合物や組成物を添加させるＳＣＲシステムが知られている。
　近年、排気エミッションに対する規制強化に伴い、ＳＣＲシステムに酸化触媒やパティキュレートフィルタを追加する必要性も生じている。そのため、排気通路の上流側から燃料添加弁、酸化触媒、パティキュレートフィルタ、尿素添加弁、選択還元型触媒、及びアンモニア酸化触媒を順次配置したシステムも提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
　特許文献２には、排気通路の上流側から尿素添加弁、酸化触媒、パティキュレートフィルタ、及び選択還元型触媒を順次配置した構成について記述されている。特許文献３には、排気通路の上流側からパティキュレートフィルタと選択還元型触媒を順次配置し、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間に尿素及び燃料を添加する構成について記述されている。特許文献４には、酸化能と選択還元能とを備えた排気浄化用触媒について記述されている。
特開２００９－０１３９３１号公報 特開２００８－５４５０８５号公報 特開２００８－１５７１８８号公報 特開２００８－０３１９７０号公報
　ところで、選択還元型触媒が貴金属触媒を備える場合、あるいは還元剤添加弁より下流且つ選択還元型触媒より上流の排気通路に貴金属触媒が配置される場合は、還元剤添加弁から添加されたアンモニア由来の還元剤が貴金属触媒により酸化されて窒素酸化物（ＮＯｘ）になる可能性がある。
　その場合、選択還元型触媒において還元される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量が減少するうえ、選択還元型触媒において窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成されることになる。これに対し、前述した特許文献１に開示されたような構成を採用する方法が考えられるが、排気浄化システムのレイアウトの自由度が低下するため、車両搭載性の低下や製造コストの上昇を招く可能性がある。
　本発明は、上記した種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＳＣＲシステムを含む内燃機関の排気浄化システムにおいて、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化性能を低下させることなく、排気浄化システムのレイアウトの自由度を高めることにある。
　本発明の発明者は、上記した課題を解決するために、貴金属触媒を備えた選択還元型触媒に対してアンモニア由来の還元剤と炭化水素（燃料）とを同時に供給することにより、選択還元型触媒におけるＮＯｘ浄化率の低下が抑制される事項に着目した。
　貴金属触媒を備えた選択還元型触媒にアンモニア由来の還元剤のみが供給された場合は、選択還元型触媒から流出する窒素酸化物（ＮＯｘ）の量が増加する。これは、還元剤が窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応する前に貴金属触媒によって酸化されるためと考えられる。
　還元剤が貴金属触媒によって酸化されると、選択還元型触媒において還元される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量が減少する。さらに、還元剤が貴金属触媒によって酸化されると、新たな窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成される。その結果、選択還元型触媒から流出する窒素酸化物（ＮＯｘ）の量が増加する。この現象は、選択還元型触媒の温度（選択還元型触媒の床温又は選択還元型触媒を通過するガスの温度）が高いとき（たとえば、２００℃乃至３００℃以上のとき）に顕著となる。
　これに対し、本願発明者は、鋭意の実験及び検証を行った結果、貴金属触媒を備えた選択還元型触媒に対し、アンモニア由来の還元剤と炭化水素とを同時に供給することにより、選択還元型触媒から流出する窒素酸化物（ＮＯｘ）の量が低減されることを見出した。
　さらに、本願発明者は、貴金属触媒を備えた選択還元型触媒の温度が高いときであっても、アンモニア由来の還元剤と炭化水素が同時に供給されれば、選択還元型触媒から流出する窒素酸化物（ＮＯｘ）の量が低減されることも見出した。
　これらのメカニズムについては明確に解明されていないが、アンモニア由来の還元剤と炭化水素が選択還元型触媒へ流入する前に物理的又は化学的に結合又は反応することにより、貴金属触媒によって酸化され難い重質な還元剤が生成されると予想される。
　そこで、本発明は、貴金属触媒を備えた選択還元型触媒に対してアンモニア由来の還元剤を供給するときに、炭化水素も同時に供給するようにした。
　詳細には、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、
　内燃機関の排気通路に配置され、貴金属触媒を具備する選択還元型触媒と、
　前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置され、アンモニア由来の還元剤を排気中に添加する添加装置と、
　前記選択還元型触媒より上流において排気中に燃料を供給する燃料供給装置と、
　前記添加装置から排気中へ還元剤を添加させるときに、前記燃料供給装置から燃料を供給させる制御部と、
を備えるようにした。
　かかる発明によれば、貴金属触媒を備えた選択還元型触媒に対してアンモニア由来の還元剤を供給したときに、貴金属触媒による還元剤の酸化を抑制することができる。そのため、選択還元型触媒におけるＮＯｘ浄化率の低下が抑制される。
　したがって、貴金属触媒と選択還元型触媒とを１つの基材又は担体に担持させることが可能になる。また、貴金属触媒の下流に選択還元型触媒が配置される場合において、貴金属触媒より上流に添加装置を配置することも可能となる。このように排気浄化システムのレイアウトの自由度が高められると、排気浄化システムの車両搭載性を高めることが可能になるうえ、製造コストを下げることも可能になる。
　なお、本願発明者は、選択還元型触媒の温度が低いときは高いときに比べ、アンモニア由来の還元剤が多く且つ炭化水素が少ない方が窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率が高いことも見出した。言い換えると、本願発明者は、選択還元型触媒の温度が高いときは低いときに比べ、アンモニア由来の還元剤が少なく且つ炭化水素が多い方が窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率が高いことを見出した。
　そこで、本発明の制御部は、選択還元型触媒の温度に応じてアンモニア由来の還元剤の添加量と炭化水素の供給量とを調整するようにしてもよい。たとえば、制御部は、選択還元型触媒の温度が低いときは高いときに比べ、還元剤の添加量が多く且つ炭化水素の供給量が少なくしてもよい。このように還元剤の添加量及び炭化水素の供給量が調整されると、選択還元型触媒の温度に関わらず、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率を高めることができる。
　また、本発明にかかる内燃機関の排気浄化システムは、選択還元型触媒より上流の排気通路に配置され、排気の温度を調整する調温装置をさらに備えるようにしてもよい。かかる構成によると、調温装置により選択還元型触媒の温度を調整することができる。そのため、アンモニア由来の還元剤の量と炭化水素の量との比率が所望の比率となるように排気温度を調整することもできる。
　ここでいう「所望の比率」は、内燃機関や内燃機関を搭載する車両の特性に応じて適宜決められてもよく、あるいはアンモニア由来の還元剤の残量や炭化水素の残量に応じて適宜変更されてもよい。たとえば、アンモニア由来の還元剤の残量が少ないときは多いときに比べ排気温度を高めることにより、アンモニア由来の還元剤の添加量を少なく抑えつつ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率を高く維持することができる。また、炭化水素の残量が少ないときは多いときに比べ排気温度を低めることにより、炭化水素の供給量を少なく抑えつつ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率を高く維持することができる。
　調温装置としては、燃料と二次空気を燃焼させるバーナを用いることができる。バーナが点火されると燃料と二次空気が燃焼する際に発生する熱によって排気の温度を高めることができる。バーナを点火させずに二次空気が供給されると、二次空気により排気の温度を低下させることができる。
　なお、バーナを点火させずに燃料が供給された場合、又は燃料過濃な状態でバーナが点火された場合は、該バーナから排気中に炭化水素を供給することもできる。その結果、バーナを燃料供給装置として機能させることもできる。
　本発明は、ＳＣＲシステムを含む内燃機関の排気浄化システムにおいて、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化性能を低下させることなく、排気浄化システムのレイアウトの自由度を高めることができる。
第１の実施例における内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。 選択還元型触媒の温度変化に対する還元剤の要求量の変化を示す図である。 選択還元型触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。 還元剤の添加処理ルーチンを示すフローチャートである。 第２の実施例における内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
　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＞
　先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図４に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。
　図１において、内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２は、内燃機関１の気筒内から流出するガス（排気）を流すための通路である。排気通路２の途中には、遠心過給機（ターボチャージャ）のタービン３が配置されている。タービン３より下流の排気通路２には、排気浄化装置４が配置されている。
　排気浄化装置４は、筒状のケーシング内に選択還元型触媒を収容したものである。選択還元型触媒は、たとえば、コーディライトやＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の活性成分（担体）をコーティングしたものである。さらに、前記した担体には、酸化能を有する貴金属触媒（たとえば、白金（Ｐｔ））が担持されている。
　前記した排気浄化装置４より下流の排気通路２には、パティキュレートフィルタ５が配置されている。パティキュレートフィルタ５は、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するものである。
　前記したタービン３と排気浄化装置４との間に位置する排気通路２には、燃料添加弁６と還元剤添加弁７が配置されている。燃料添加弁６は、第１ポンプ６０を介して燃料タンク６１に接続されている。第１ポンプ６０は、燃料タンク６１に貯留されている燃料を吸引するとともに、吸引された燃料を燃料添加弁６へ圧送する。燃料添加弁６は、第１ポンプ６０から送られてくる燃料を排気通路２内の排気へ添加する。燃料添加弁６、第１ポンプ６０、及び燃料タンク６１は、本発明に係わる燃料供給装置の一実施態様である。
　前記した還元剤添加弁７は、第２ポンプ７０を介して還元剤タンク７１に接続されている。第２ポンプ７０は、還元剤タンク７１に貯留されている還元剤を吸引するとともに、吸引された還元剤を還元剤添加弁７へ圧送する。還元剤添加弁７は、第２ポンプ７０から送られてくる還元剤を排気通路２内へ添加する。還元剤添加弁７、第２ポンプ７０、及び還元剤タンク７１は、本発明に係わる添加装置の一実施態様である。
　なお、還元剤タンク７１に貯留される還元剤は、アンモニア由来の還元剤である。アンモニア由来の還元剤としては、尿素やカルバミン酸アンモニウムなどの水溶液を用いることができる。本実施例では、アンモニア由来の還元剤として尿素水溶液を用いるものとする。
　上記した燃料添加弁６、還元剤添加弁７、第１ポンプ６０、及び第２ポンプ７０は、ＥＣＵ８によって電気的に制御されるようになっている。ＥＣＵ８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどから構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ８は、クランクポジションセンサ９、アクセルポジションセンサ１０、排気温度センサ１１などの各種センサの出力信号をパラメータとして、上記した各機器を制御する。
　前記したクランクポジションセンサ９は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に応じた電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ１０は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に応じた電気信号を出力するセンサである。排気温度センサ１１は、排気浄化装置４とパティキュレートフィルタ５との間の排気通路２に取り付けられ、排気浄化装置４から流出した排気の温度に応じた電気信号を出力するセンサである。
　ここで、還元剤添加弁７（及び第２ポンプ７０）の制御方法について述べる。還元剤添加弁７から排気中に添加された尿素水溶液は、排気中又は排気浄化装置４において熱分解及び加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）を生成する。このようにして生成されたアンモニア（ＮＨ３）は、排気浄化装置４の選択還元型触媒に吸着又は吸蔵される。選択還元型触媒に吸着又は吸蔵されたアンモニア（ＮＨ３）は、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応して窒素（Ｎ２）や水（Ｈ２Ｏ）を生成する。つまり、アンモニア（ＮＨ３）は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元剤として働く。
　なお、還元剤添加弁７から排気中に添加される尿素水溶液が過少になると、選択還元型触媒に吸着されるアンモニア（ＮＨ３）の量（アンモニア吸着量）が少なくなる。そのため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の一部が還元されない事態が発生する。一方、還元剤添加弁７から排気中に添加される尿素水溶液が過多になると、アンモニア（ＮＨ３）の一部が選択還元型触媒に吸着されない事態が発生する。
　したがって、尿素水溶液の添加量は、選択還元型触媒のアンモニア吸着量が適量（目標量）となるように制御されることが望ましい。前記した目標量は、選択還元型触媒が吸着可能な最大のアンモニア量（アンモニア飽和量）から所定のマージンを差し引いた量である。
　アンモニア飽和量は、選択還元型触媒の温度（床温）に応じて変化する。たとえば、選択還元型触媒の温度が高いときは低いときに比べ、アンモニア飽和量が少なくなる。よって、前記した目標量は、選択還元型触媒の温度に応じて変更されることが望ましい。
　そこで、ＥＣＵ８は、選択還元型触媒の温度をパラメータとして目標量を演算する。その際、ＥＣＵ８は、選択還元型触媒の温度と目標量との関係を定めたマップを利用してもよい。なお、選択還元型触媒の温度としては、専用の温度センサによって測定された値が用いられてもよいが、本実施例では排気温度センサ１１の出力信号が代替値として用いられるものとする。その場合、排気温度センサ１１は、本発明の測定部に相当する。
　上記した方法により目標量が定められると、ＥＣＵ８は、実際のアンモニア吸着量が前記した目標量と一致するように還元剤添加弁７を制御する。詳細には、ＥＣＵ８は、先ず、単位時間あたりに内燃機関１から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量（ＮＯｘ排出量）を演算する。ＮＯｘ排出量は、アクセルポジションセンサ１０の出力信号（アクセル開度）と機関回転数とを引数とするマップを用いて算出されてもよい。
　続いて、ＥＣＵ８は、選択還元型触媒における窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率（ＮＯｘ浄化率）を演算する。ここでいう「ＮＯｘ浄化率」は、選択還元型触媒に流入する窒素酸化物（ＮＯｘ）の量に対し、選択還元型触媒において還元される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量の割合に相当する値である。ＮＯｘ浄化率は、選択還元型触媒の温度と排気流量とをパラメータとして算出される。その際、ＮＯｘ浄化率と選択還元型触媒の温度と排気流量との関係を予めマップ化しておくようにしてもよい。
　ＥＣＵ８は、ＮＯｘ排出量とＮＯｘ浄化率をパラメータとして、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元するために、単位時間あたりに消費されるアンモニア（ＮＨ３）の量（アンモニア消費量）を演算する。
　ＥＣＵ８は、単位時間あたりに選択還元型触媒へ供給されるアンモニア（ＮＨ３）の量からアンモニア消費量を減算することにより、単位時間あたりに選択還元型触媒に吸着されるアンモニア（ＮＨ３）の量を演算する。ＥＣＵ８は、単位時間あたりに選択還元型触媒に吸着されるアンモニア（ＮＨ３）の量を積算することにより、実際のアンモニア吸着量を算出する。
　ＥＣＵ８は、実際のアンモニア吸着量が目標量より少ないときは、両者の差をパラメータとしてアンモニア（ＮＨ３）の目標添加量（以下、「基準添加量」と称する）を算出し、基準添加量にしたがって尿素水溶液の添加を行う。一方、実際のアンモニア吸着量が目標量以上であるときは、ＥＣＵ８は、尿素水溶液の添加を停止する。
　ところで、本実施例の排気浄化装置４は、選択還元型触媒と貴金属触媒とを含んでいる。そのため、排気浄化装置４へ供給されたアンモニア（ＮＨ３）の一部は、選択還元型触媒に吸着又は吸蔵される前に、貴金属触媒によって酸化される可能性がある。その場合、選択還元型触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下する。さらに、アンモニア（ＮＨ３）が酸化されると、新たな窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成される。その結果、選択還元型触媒から比較的多量の窒素酸化物（ＮＯｘ）が流出する可能性がある。
　そこで、本実施例では、還元剤添加弁７から尿素水溶液を添加させる際に、燃料添加弁６から燃料を添加させるようにした。つまり、尿素水溶液の添加が行われるときは、それと同時に燃料の添加も行われるようにした。
　本願発明者は、鋭意の実験及び検証を行った結果、尿素水溶液と燃料が同時に添加されると、ＮＯｘ浄化率の低下が抑制されることを見出した。さらに、本願発明者は、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する際に必要となるアンモニア（ＮＨ３）及び炭化水素（ＨＣ）の量（比率）は、選択還元型触媒の温度によって異なることも見出した。
　図２は、選択還元型触媒の温度変化に対する還元剤の要求量の変化を示す図である。図２に示す要求量は、一定量の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する際に必要となるアンモニア（ＮＨ３）及び炭化水素（ＨＣ）の量である。図２中において、実線はアンモニア（ＮＨ３）の要求量を示し、一点鎖線は炭化水素（ＨＣ）の要求量を示し、破線はアンモニア（ＮＨ３）の基準添加量を示す。
　図２に示すように、選択還元型触媒の温度が高いときは低いときに比べ、アンモニア（ＮＨ３）の要求量が少なくなるとともに炭化水素（ＨＣ）の要求量が多くなる。逆に、選択還元型触媒の温度が低いときは高いときに比べ、アンモニア（ＮＨ３）の要求量が多くなるとともに炭化水素（ＨＣ）の要求量が少なくなる。
　図２に示したようなアンモニア（ＮＨ３）の要求量と炭化水素（ＨＣ）の要求量との比率（以下、「添加比率」と称する）は、実験などを利用した適合作業により予めマップ化しておくものとする。そして、ＥＣＵ８は、選択還元型触媒の温度と図２に示したマップとに基づいてアンモニア（ＮＨ３）の添加量と炭化水素（ＨＣ）の添加量を決定する。具体的には、ＥＣＵ８は、前述した基準添加量に添加比率を乗算することにより、アンモニア（ＮＨ３）の添加量と炭化水素（ＨＣ）の添加量を算出する。
　図３は、選択還元型触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。図３中の実線は、前述した図２に定められた添加比率にしたがってアンモニア（ＮＨ３）と炭化水素（ＨＣ）を添加した場合のＮＯｘ浄化率を示している。また、図３中の破線は、基準添加量にしたがってアンモニア（ＮＨ３）のみを添加した場合のＮＯｘ浄化率を示している。
　図３において、アンモニア（ＮＨ３）のみが添加された場合は選択還元型触媒の温度が高くなるほどＮＯｘ浄化率が低下するのに対し、アンモニア（ＮＨ３）と炭化水素（ＨＣ）が添加された場合は選択還元型触媒の温度にかかわらずＮＯｘ浄化率が高く維持される。
　よって、貴金属触媒と選択還元型触媒とを１つの担体又は基材に担持させることができる。その結果、添加装置及び選択還元型触媒を含む排気浄化システムのレイアウトの自由度を高めることができる。たとえば、１つの基材又は担体に選択還元型触媒と酸化触媒とを担持させたり、パティキュレートフィルタの基材に選択還元型触媒と酸化触媒を担持させたりすることが可能になる。
　また、前述した図２に示したように、アンモニア（ＮＨ３）の要求量は基準添加量より少なくなるため、尿素水溶液の消費量を少なく抑えることができる。よって、還元剤タンク７１の容量を小さくすることが可能になる。その結果、還元剤タンク７１の車載性を向上させることもできる。
　以下、本実施例における還元剤の添加手順について図４に沿って説明する。図４は、還元剤の添加処理ルーチンを示すフローチャートである。この添加処理ルーチンは、予めＥＣＵ８のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ８によって周期的に実行される。
　添加処理ルーチンでは、ＥＣＵ８は、先ずＳ１０１において添加条件が成立しているか否かを判別する。たとえば、ＥＣＵ８は、実際のアンモニア吸着量が目標量より少ないときに、添加条件が成立していると判定する。
　前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０７へ進み、還元剤添加弁７及び燃料添加弁６の作動を停止させる。すなわち、ＥＣＵ８は、尿素水溶液の添加及び燃料の添加を停止させる。
　前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０２へ進む。Ｓ１０２では、ＥＣＵ８は、選択還元型触媒の温度を読み込む。ここでは、選択還元型触媒の温度として、排気温度センサ１１の出力信号が用いられるものとする。
　Ｓ１０３では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０２で読み込まれた排気温度と図２に示したマップとから、アンモニア（ＮＨ３）の要求量と炭化水素（ＨＣ）の要求量との比率（添加比率）を演算する。続いて、ＥＣＵ８は、Ｓ１０４において、選択還元型触媒に吸着されるアンモニア（ＮＨ３）の目標量から実際のアンモニア吸着量を減算することにより、基準添加量を求める。
　Ｓ１０５では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０３で算出された添加比率と前記Ｓ１０４で求められた基準添加量とをパラメータにして、アンモニア（ＮＨ３）の要求量と炭化水素（ＨＣ）の要求量とを演算する。ＥＣＵ８は、アンモニア（ＮＨ３）の要求量を尿素水溶液の量に変換するとともに、炭化水素（ＨＣ）の要求量を燃料の量に変換する。
　なお、前述した図２に示した例では、アンモニア（ＮＨ３）と炭化水素（ＨＣ）との添加比率が定められているが、尿素水溶液の要求量と燃料の要求量との比率が定められていてもよい。
　Ｓ１０６では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０５で求められた尿素水溶液の量と燃料の量とにしたがって、還元剤添加弁７及び燃料添加弁６を作動させる。
　このようにＥＣＵ８が添加処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる制御部が実現される。その結果、選択還元型触媒と貴金属触媒が１つの担体又は基材に担持されている場合であっても、選択還元型触媒のＮＯｘ浄化率を高く維持することが可能となる。
　なお、本実施例では選択還元型触媒と貴金属触媒とが共通の担体又は基材に担持されるレイアウトを例に挙げたが、選択還元型触媒が貴金属触媒より下流の排気通路に配置され、且つ還元剤添加弁が貴金属触媒より上流に配置されるレイアウトであっても同様の効果を得ることができる。
　要するに、尿素水溶液水の添加が行われるときに燃料（炭化水素（ＨＣ））も同時に添加されれば、排気浄化システムのレイアウトにかかわらず同様の効果を得ることが可能になる。
　よって、選択還元型触媒のＮＯｘ浄化率を低下させることなく、排気浄化システムのレイアウトを多様化させることが可能となる。その結果、排気浄化システムの車載性を向上させることができるとともに、製造コストを低減させることも可能となる。
　本実施例では、本発明に係わる燃料供給装置として、燃料添加弁６、第１ポンプ６０、及び燃料タンク６１を含む装置を例に挙げたが、内燃機関１が気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を備えている場合は排気行程中の気筒（排気弁が開弁している気筒）において燃料噴射弁から燃料を噴射させることにより、燃料供給装置が実現されるようにしてもよい。また、燃料と二次空気を燃焼させるためのバーナを燃料供給装置として使用することもできる。
　＜実施例２＞
　次に、本発明の第２の実施例について図５に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
　前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、タービン３と排気浄化装置４との間に位置する排気通路２にバーナ１２が追加されている点にある。バーナ１２は、エアポンプ１２０から供給される二次空気と第１ポンプ６０から供給される燃料とを燃焼させる装置である。
　バーナ１２は図示しない点火プラグを備えており、該点火プラグが作動することにより二次空気及び燃料が燃焼されるようになっている。バーナ１２において燃焼されたガス（燃焼ガス）は、排出管１２１を介して排気通路２内へ導入されるようになっている。なお、図５に示す例では、バーナ１２と燃料添加弁６が第１ポンプ６０を共用しているが、バーナ１２に専用の燃料ポンプが設けられてもよい。バーナ１２、エアポンプ１２０、及び第１ポンプ６０は、本発明に係わる調温装置に相当する。
　前記したバーナ１２及びエアポンプ１２０は、ＥＣＵ８によって電気的に制御されるようになっている。たとえば、ＥＣＵ８は、選択還元型触媒を昇温させる場合やパティキュレートフィルタ５を昇温させる場合等に、バーナ１２（点火プラグ）とエアポンプ１２０と第１ポンプ６０を作動させる。
　その場合、バーナ１２において発生した高温な燃焼ガスが排出管１２１を介して排気通路２へ導入されることになる。その結果、選択還元型触媒へ流入する排気の温度が上昇する。よって、選択還元型触媒が燃焼ガスの熱を受けて速やかに昇温する。
　また、ＥＣＵ８は、活性状態にある選択還元型触媒をさらに昇温させる必要がある場合や、パティキュレートフィルタ５に捕集された粒子状物質（ＰＭ）を酸化させる必要がある場合等は、第１ポンプ６０（及びエアポンプ１２０）を作動させることにより、未燃の燃料を選択還元型触媒又はパティキュレートフィルタ５へ供給させてもよい。
　その場合、未燃の燃料が選択還元型触媒又はパティキュレートフィルタ５において酸化されることになる。その結果、未燃燃料が酸化する際に発生する反応熱によって選択還元型触媒又はパティキュレートフィルタ５が昇温させられる。
　さらに、本実施例においては、ＥＣＵ８は、選択還元型触媒の温度が目標温度（又は目標となる温度範囲）と一致するようにバーナ１２を制御する。ここでいう「目標温度」は、たとえば、選択還元型触媒のＮＯｘ浄化率が予め定められた基準値以上となる温度であって、アンモニア（ＮＨ３）の要求量と炭化水素（ＨＣ）の要求量との比率が所望の目標比率となる温度である。
　ここでいう「基準値」は、たとえば、選択還元型触媒から流出する窒素酸化物（ＮＯｘ）の量が規制量以下となるＮＯｘ浄化率に相当する。また、「所望の比率」は、内燃機関１の特性、内燃機関１を搭載する車両の特性、あるいは還元剤タンク７１や燃料タンク６１の容量などに応じて適宜決められる固定値であってもよく、あるいは尿素水溶液の残量や燃料の残量に応じて変更される可変値であってもよい。
　たとえば、尿素水溶液の残量が少ないときは多いときに比べ排気温度を高めることにより、尿素水溶液の添加比率を低下させつつ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率を高く維持することができる。また、燃料の残量が少ないときは多いときに比べ排気温度を低めることにより、燃料の添加比率を低下させつつ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率を高く維持することができる。
　なお、選択還元型触媒の温度を上昇させる場合は、ＥＣＵ８は、バーナ１２の点火プラグとエアポンプ１２０と第１ポンプ６０を作動させればよい。一方、選択還元型触媒の温度を低下させる場合は、ＥＣＵ８は、バーナ１２の点火プラグを作動させずに、エアポンプ１２０のみを作動させればよい。
　このように、バーナ１２を利用して選択還元型触媒の温度を調整することにより、尿素水溶液の添加量と燃料の添加量との比率を任意の比率にすることが可能となる。
１     内燃機関
２     排気通路
３     タービン
４     排気浄化装置
５     パティキュレートフィルタ
６     燃料添加弁
７     還元剤添加弁
８     ＥＣＵ
９     クランクポジションセンサ
１０   アクセルポジションセンサ
１１   排気温度センサ
１２   バーナ
６０   第１ポンプ
６１   燃料タンク
７０   第２ポンプ
７１   還元剤タンク
１２０ エアポンプ
１２１ 排出管

Claims (5)

  1. 　内燃機関の排気通路に配置され、貴金属触媒を具備する選択還元型触媒と、
    　前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置され、アンモニア由来の還元剤を排気中に添加する添加装置と、
    　前記選択還元型触媒より上流において排気中に燃料を供給する燃料供給装置と、
    　前記添加装置から排気中へ還元剤を添加させるときに、前記燃料供給装置から燃料を供給させる制御部と、
    を備える内燃機関の排気浄化システム。
  2. 　請求項１において、前記選択還元型触媒の温度と相関する温度を測定する測定部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記測定部により測定された温度に応じて、前記添加装置から添加される還元剤の量と前記燃料供給装置から供給される燃料の量とを変更する内燃機関の排気浄化システム。
  3. 　請求項２において、前記制御部は、前記測定部により測定された温度が高いときは低いときに比べ、還元剤の量が少なくなり且つ燃料の量が多くなるように前記添加装置及び前記燃料供給装置を制御する内燃機関の排気浄化システム。
  4. 　請求項１乃至３の何れか１項において、前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置され、排気の温度を調整する調温装置をさらに備える内燃機関の排気浄化システム。
  5. 　請求項４において、前記調温装置は、燃料と二次空気を燃焼させるバーナである内燃機関の排気浄化システム。
     
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