特許 6790787 内燃機関の排気ガス浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6790787

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】内燃機関の排気ガス浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20201116BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20201116BHJP

   F01N 9/00 20060101ALI20201116BHJP

   F01N 3/035 20060101ALI20201116BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20201116BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/24 Z

   F01N3/08 B

   F01N3/24 C

   F01N3/24 E

   F01N3/24 L

   F01N9/00 Z

   F01N3/035 E

   F01N3/28 301G

   B01D53/94 223

   B01D53/94 400

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-241471(P2016-241471)

(22)【出願日】2016年12月13日

(65)【公開番号】特開2018-96279(P2018-96279A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2019年11月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128509

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 晴久

(74)【代理人】

【識別番号】100119356

【弁理士】

【氏名又は名称】柱山 啓之

(72)【発明者】

【氏名】榎 和広

【審査官】 坂口 達紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−１５０９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１５５６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１１８０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０５００７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０３３７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１３７７１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００−３／３８，

９／００−１１／００

Ｂ０１Ｄ ５３／７３，５３／８６−５３／９０，

５３／９４−５３／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気ガスが流れる排気通路と、
前記排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒の上流側の位置に設けられ、貴金属が担持された少なくとも一つの後処理部材と、
前記排気通路における前記少なくとも一つの後処理部材と前記ＮＯｘ触媒の間の位置に設けられた尿素水添加弁と、
前記排気通路における前記尿素水添加弁と前記ＮＯｘ触媒の間の位置に設けられ、前記少なくとも一つの後処理部材から飛散した貴金属を付着させるハニカム構造体と、
前記排気通路における前記尿素水添加弁の上流側の位置における排気ガス中の第１ＮＯｘ量を取得するための取得部と、
前記排気通路における前記ハニカム構造体と前記ＮＯｘ触媒の間の位置における排気ガス中の第２ＮＯｘ量を検出するための検出部と、
前記取得部により取得された第１ＮＯｘ量と、前記検出部により検出された第２ＮＯｘ量とに基づいて、前記ハニカム構造体に所定量以上の貴金属が付着したか否かを判定する判定部と、
を備え、
前記判定部は、前記内燃機関のアイドル運転時に判定を行う
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。

【請求項2】

前記判定部は、前記尿素水添加弁が尿素水を添加しているときに判定を行う
請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。

【請求項3】

内燃機関の排気ガス浄化装置であって
前記内燃機関の排気ガスが流れる排気通路と、
前記排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒の上流側の位置に設けられ、貴金属が担持された少なくとも一つの後処理部材と、
前記排気通路における前記少なくとも一つの後処理部材と前記ＮＯｘ触媒の間の位置に設けられた尿素水添加弁と、
前記排気通路における前記尿素水添加弁と前記ＮＯｘ触媒の間の位置に設けられ、前記少なくとも一つの後処理部材から飛散した貴金属を付着させるハニカム構造体と、
前記排気通路における前記尿素水添加弁の上流側の位置における排気ガス中の第１ＮＯｘ量を取得するための取得部と、
前記排気通路における前記ハニカム構造体と前記ＮＯｘ触媒の間の位置における排気ガス中の第２ＮＯｘ量を検出するための検出部と、
前記取得部により取得された第１ＮＯｘ量と、前記検出部により検出された第２ＮＯｘ量とに基づいて、前記ハニカム構造体に所定量以上の貴金属が付着したか否かを判定する判定部と、
を備え、
前記ハニカム構造体は、電熱ヒータを有し、
前記排気ガス浄化装置は、前記電熱ヒータを制御するヒータ制御部をさらに備え、
前記ヒータ制御部は、前記判定部が前記ハニカム構造体に貴金属が付着したと判定したとき、その付着した貴金属を失活させるよう前記電熱ヒータを作動させる
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。

【請求項4】

前記ヒータ制御部は、前記貴金属を失活させるよう前記電熱ヒータを作動させるとき、前記内燃機関の停止時に、合計作動時間が所定の終了時間に達するまで前記電熱ヒータを作動させる
請求項３に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。

【請求項5】

前記ヒータ制御部は、前記貴金属を失活させるよう前記電熱ヒータを作動させるとき、前記内燃機関の停止時毎に、所定の分割作動時間だけ前記電熱ヒータを作動させ、かつ、前記分割作動時間の合計値が前記終了時間に達するまで、前記内燃機関の停止時毎に繰り返し前記電熱ヒータを作動させる
請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。

【請求項6】

前記ヒータ制御部は、前記判定部が判定を行うとき、前記ハニカム構造体に付着した貴金属が活性温度となるよう前記電熱ヒータを作動させる
請求項３〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。

【請求項7】

前記少なくとも一つの後処理部材が、上流側の酸化触媒と下流側のパティキュレートフィルタとを含む
請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置においては、排気通路に上流側から順に酸化触媒、パティキュレートフィルタ（ＤＰＦとも称する）および選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲとも称する）が設けられている。そしてＤＰＦとＮＯｘ触媒の間には尿素水添加弁が設けられる。尿素水添加弁から排気通路内に尿素水が添加されると、その尿素水が加水分解されてアンモニアが生成される。ＳＣＲは、そのアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元除去する。

【0003】

酸化触媒およびＤＰＦには触媒成分をなすＰｔ、Ｐｄ等の貴金属が担持されている。酸化触媒は主として排気ガス中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化し、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温する。ＤＰＦは排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集すると共に、その捕集したＰＭを貴金属と反応させて連続的に燃焼除去する。ＤＰＦは所謂連続再生式ＤＰＦである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１２７３０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、本発明者の鋭意研究の結果によれば、長期の使用により、ＳＣＲの前面部に極微量の貴金属が付着することが判明した。この付着貴金属は、ＳＣＲ上流側の酸化触媒およびＤＰＦの少なくとも一方から飛散したものと考えられる。

【0006】

この貴金属付着が起きると、尿素水添加弁から添加された尿素水の一部が付着貴金属により酸化されてＮＯｘに変化する。この結果、ＳＣＲのＮＯｘ浄化性能が低下するという問題が生じる。

【0007】

そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、貴金属の付着による選択還元型ＮＯｘ触媒の性能低下を抑制することが可能な内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一の態様によれば、
内燃機関の排気ガスが流れる排気通路と、
前記排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒の上流側の位置に設けられ、貴金属が担持された少なくとも一つの後処理部材と、
前記排気通路における前記少なくとも一つの後処理部材と前記ＮＯｘ触媒の間の位置に設けられた尿素水添加弁と、
前記排気通路における前記尿素水添加弁と前記ＮＯｘ触媒の間の位置に設けられ、前記少なくとも一つの後処理部材から飛散した貴金属を付着させるハニカム構造体と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置が提供される。

【0009】

好ましくは、前記排気ガス浄化装置は、
前記排気通路における前記尿素水添加弁の上流側の位置における排気ガス中の第１ＮＯｘ量を取得するための取得部と、
前記排気通路における前記ハニカム構造体と前記ＮＯｘ触媒の間の位置における排気ガス中の第２ＮＯｘ量を検出するための検出部と、
前記取得部により取得された第１ＮＯｘ量と、前記検出部により検出された第２ＮＯｘ量とに基づいて、前記ハニカム構造体に所定量以上の貴金属が付着したか否かを判定する判定部と、
をさらに備える。

【0010】

好ましくは、前記判定部は、前記内燃機関のアイドル運転時に判定を行う。

【0011】

好ましくは、前記判定部は、前記尿素水添加弁が尿素水を添加しているときに判定を行う。

【0012】

好ましくは、前記ハニカム構造体は、電熱ヒータを有し、
前記排気ガス浄化装置は、前記電熱ヒータを制御するヒータ制御部をさらに備える。

【0013】

好ましくは、前記ヒータ制御部は、前記判定部が判定を行うとき、前記ハニカム構造体に付着した貴金属が活性温度となるよう前記電熱ヒータを作動させる。

【0014】

好ましくは、前記ヒータ制御部は、前記判定部が前記ハニカム構造体に貴金属が付着したと判定したとき、その付着した貴金属を失活させるよう前記電熱ヒータを作動させる。

【0015】

好ましくは、前記ヒータ制御部は、前記貴金属を失活させるよう前記電熱ヒータを作動させるとき、前記内燃機関の停止時に、合計作動時間が所定の終了時間に達するまで前記電熱ヒータを作動させる。

【0016】

好ましくは、前記ヒータ制御部は、前記貴金属を失活させるよう前記電熱ヒータを作動させるとき、前記内燃機関の停止時毎に、所定の分割作動時間だけ前記電熱ヒータを作動させ、かつ、前記分割作動時間の合計値が前記終了時間に達するまで、前記内燃機関の停止時毎に繰り返し前記電熱ヒータを作動させる。

【0017】

好ましくは、前記少なくとも一つの後処理部材が、上流側の酸化触媒と下流側のパティキュレートフィルタとを含む。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、貴金属の付着による選択還元型ＮＯｘ触媒の性能低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施形態に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の概略図である。

【図2】ハニカム構造体の正面図である。

【図3】判定処理のフローチャートである。

【図4】熱処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

【0021】

図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の概略図である。エンジン（内燃機関）１は、トラック等の大型車両（図示せず）に搭載された車両動力源としての多気筒圧縮着火式内燃機関、すなわちディーゼルエンジンである。図示例は直列４気筒エンジンを示すが、エンジンのシリンダ配置形式、気筒数等は任意である。なお車両および内燃機関の種類、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンは火花点火式内燃機関すなわちガソリンエンジンであってもよい。

【0022】

エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に接続された吸気通路３および排気通路４と、燃料噴射装置５とを備える。エンジン本体２は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品とを含む。

【0023】

燃料噴射装置５は、コモンレール式燃料噴射装置からなり、各気筒に設けられた燃料噴射弁すなわちインジェクタ７と、インジェクタ７に接続されたコモンレール８とを備える。インジェクタ７は、シリンダ９内に燃料を直接噴射する。コモンレール８は、インジェクタ７から噴射される燃料を高圧状態で貯留する。

【0024】

吸気通路３は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された吸気マニホールド１０と、吸気マニホールド１０の上流端に接続された吸気管１１とにより主に画成される。吸気マニホールド１０は、吸気管１１から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。吸気通路３には、上流側から順に、エアクリーナ１２、エアフローメータ１３、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４Ｃ、インタークーラ１５、および電子制御式の吸気スロットルバルブ１６が設けられる。エアフローメータ１３は、エンジン１の単位時間当たりの吸入空気量すなわち吸気流量を検出するための吸気量センサである。

【0025】

排気通路４は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された排気マニホールド２０と、排気マニホールド２０の下流側に配置された排気管２１とにより主に画成される。排気マニホールド２０は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気ガスを集合させる。排気マニホールド２０の下流側の排気通路４には、ターボチャージャ１４のタービン１４Ｔが設けられる。タービン１４Ｔより下流側の排気通路４には、上流側から順に、酸化触媒２２、パティキュレートフィルタ（ＤＰＦとも称する）２３、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲとも称する）２４およびアンモニア酸化触媒２６が設けられる。

【0026】

酸化触媒２２およびＤＰＦ２３には、触媒成分をなすＰｔ、Ｐｄ等の貴金属が担持されている。酸化触媒２２は、排気ガス中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温し、また排気中のＮＯをＮＯ₂に酸化する。ＤＰＦ２３は、所謂連続再生式ＤＰＦであり、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭとも称す）を捕集すると共に、その捕集したＰＭを貴金属と反応させて連続的に燃焼除去する。ＤＰＦ２３には、ハニカム構造の基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのものが用いられる。これに対し酸化触媒２２の基材の両端開口は全て開放され、酸化触媒２２は所謂フロースルータイプとされている。

【0027】

ＮＯｘ触媒２４は、尿素水添加弁（以下単に添加弁とも称する）２５から添加された尿素水に由来するアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。アンモニア酸化触媒２６は、ＮＯｘ触媒２４から排出された余剰アンモニアを酸化して浄化する。ＮＯｘ触媒２４およびアンモニア酸化触媒２６にも触媒成分をなすＰｔ、Ｐｄ等の貴金属が担持され、これらもフロースルータイプとされている。添加弁２５は、排気通路４におけるＤＰＦ２３とＮＯｘ触媒２４の間の位置に設けられ、排気通路４内に尿素水を添加もしくは噴射する。

【0028】

また、排気通路４における尿素水添加弁２５とＮＯｘ触媒２４の間の位置にはハニカム構造体２７が設けられている。図２にも示すように、ハニカム構造体２７は、酸化触媒２２と同様のハニカム構造かつフロースルータイプの基材５０を有するが、貴金属を有さず、言い換えれば基材５０に貴金属は担持されていない。またハニカム構造体２７は電熱ヒータ５１を有し、外部電力により加熱可能となっている。

【0029】

本実施形態において、ハニカム構造体２７は、金属製基材５０を備えた所謂メタルハニカムである。そしてこの基材５０には電熱ヒータ５１が内蔵されている。本実施形態では、図２に示すように、円筒状基材５０の軸回りに渦巻き状に配設された金属板を加熱材５２とする電熱ヒータ５１が採用されている。なお５３は基材５０に形成された多数の矩形セル、５４は基材５０の外周部を囲繞するカバー管である。

【0030】

もっともハニカム構造体２７の構成はこれに限らず、例えば、外部電力により発熱可能なセラミックを素材として基材を作製してもよい。これによると、外部電力を供給したときに基材自体が発熱する。この場合、基材と電熱ヒータは一体化される。この他、他の形状、例えば棒状もしくは平板状の加熱材を電熱ヒータとして基材に内蔵した構成とすることもできる。

【0031】

ハニカム構造体２７は、ＮＯｘ触媒２４よりも短い所定の長さＬを有する。この長さＬは後述するように実験等を通じて最適に定められる。

【0032】

排気通路４における添加弁２５の上流側の位置には、排気ガス中のＮＯｘ量すなわち第１ＮＯｘ量を検出するための第１ＮＯｘセンサ４２が設けられている。本実施形態において第１ＮＯｘセンサ４２は酸化触媒２２の上流側の位置に配置されているが、その位置は添加弁２５の上流側であれば、適宜変更可能である。

【0033】

また、排気通路４におけるハニカム構造体２７とＮＯｘ触媒２４の間の位置には、排気ガス中のＮＯｘ量すなわち第２ＮＯｘ量を検出するための第２ＮＯｘセンサ４３が設けられている。本実施形態では、ハニカム構造体２７とＮＯｘ触媒２４の間に所定長さの短い隙間２８が設けられ、この隙間２８に臨むよう第２ＮＯｘセンサ４３が配置されている。

【0034】

このように、本実施形態の排気ガス浄化装置は、排気通路４に設けられたＮＯｘ触媒２４と、排気通路におけるＮＯｘ触媒２４の上流側の位置に設けられ、貴金属が担持された上流側の酸化触媒２２および下流側のＤＰＦ２３と、排気通路４におけるＤＰＦ２３とＮＯｘ触媒２４の間の位置に設けられた添加弁２５と、排気通路４における添加弁２５とＮＯｘ触媒２４の間の位置に設けられたハニカム構造体２７と、排気通路４における添加弁２５の上流側の位置における排気ガス中の第１ＮＯｘ量を検出するための第１ＮＯｘセンサ４２と、排気通路４におけるハニカム構造体２７とＮＯｘ触媒２４の間の位置における排気ガス中の第２ＮＯｘ量を検出するための第２ＮＯｘセンサ４３とを備える。酸化触媒２２およびＤＰＦ２３が特許請求の範囲にいう「少なくとも一つの後処理部材」に相当し、第２ＮＯｘセンサ４３が特許請求の範囲にいう「検出部」に相当する。なお後処理部材とは、排気ガス中の特定成分を除去もしくは減少する後処理を実行する部材をいう。この特定成分は、酸化触媒２２の場合、炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯであり、ＤＰＦ２３の場合、粒子状物質である。

【0035】

本実施形態では第１ＮＯｘ量を第１ＮＯｘセンサ４２により直接検出するが、後述するＥＣＵ１００により、エンジン運転状態（例えばエンジン回転数と燃料噴射量）に応じた第１ＮＯｘ量を所定のマップを用いて推定してもよい。これら検出と推定を総称して取得という。検出する場合、第１ＮＯｘセンサ４２が特許請求の範囲にいう「取得部」に相当する。また推定する場合、ＥＣＵ１００が特許請求の範囲にいう「取得部」に相当する。

【0036】

エンジン１はＥＧＲ装置３０をも備える。ＥＧＲ装置３０は、排気通路４内（特に排気マニホールド２０内）の排気ガスの一部（ＥＧＲガスとも称す）を吸気通路３内（特に吸気マニホールド１０内）に還流させるためのＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁３３とを備える。

【0037】

本実施形態の排気ガス浄化装置は、制御ユニットもしくはコントローラとしての電子制御ユニット（ＥＣＵとも称す）１００をも備える。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、インジェクタ７、吸気スロットルバルブ１６、添加弁２５、ＥＧＲ弁３３、およびハニカム構造体２７の電熱ヒータ５１を制御するように構成され、もしくはプログラムされている。ＥＣＵ１００は、特許請求の範囲にいう「ヒータ制御部」に相当する。

【0038】

センサ類に関して、上述のエアフローメータ１３、第１ＮＯｘセンサ４２および第２ＮＯｘセンサ４３の他、エンジンの回転速度を検出するための回転速度センサ４０、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ４１、車両の積算走行距離を検出するためのトリップメータ４４が設けられる。これらセンサ類の出力信号はＥＣＵ１００に入力される。なおエンジンの回転速度としては、毎分当たりのエンジン回転数（ｒｐｍ）の値が用いられる。

【0039】

さて、前述したように、ハニカム構造体２７が無い従来装置においては、長期の使用によりＮＯｘ触媒の前面部、特に前面から特定長さ範囲内の領域に、極微量の貴金属が付着することが判明した。この特定長さは数ｃｍ（例えば３ｃｍ）程度であり、ＮＯｘ触媒の貴金属付着領域における単位体積当たりの貴金属濃度は数ｐｐｍ程度である。

【0040】

この付着貴金属は、ＮＯｘ触媒の上流側に位置する酸化触媒およびＤＰＦの少なくとも一方から飛散したものと考えられる。ここで、貴金属の飛散および付着に関する詳細なメカニズムは依然解明されていないが、長期の使用により、酸化触媒およびＤＰＦの一方または両方から貴金属が離脱し、これがＮＯｘ触媒まで飛散してきてＮＯｘ触媒に付着するものと考えられる。付着貴金属が酸化触媒およびＤＰＦの少なくとも一方から由来したものである可能性は高いと考えられる。

【0041】

こうした貴金属付着が起きると、尿素水添加弁から添加された尿素水の一部が付着貴金属により酸化されてＮＯｘに変化する。つまりＮＯｘ触媒自身によってＮＯｘを生成してしまう。その結果、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能が低下するという問題が生じる。

【0042】

そこで本実施形態では、添加弁２５とＮＯｘ触媒２４の間にハニカム構造体２７を設けている。こうすると、酸化触媒２２およびＤＰＦ２３の少なくとも一方（酸化触媒２２等と称す）から飛散した貴金属を、ＮＯｘ触媒２４に到達する手前で、ハニカム構造体２７により捕捉し、これに付着させることができる。よって、ＮＯｘ触媒２４への貴金属の付着を抑制ないし防止し、貴金属付着によるＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ浄化性能の低下を抑制ないし防止することができる。

【0043】

ここで、ハニカム構造体２７の長さＬは、好ましくは、実験等により判明した従来装置におけるＮＯｘ触媒の貴金属付着領域の長さと同等に設定され、数ｃｍ（例えば３ｃｍ）程度である。このようにハニカム構造体２７の長さＬが十分に短いので、ハニカム構造体２７の熱容量が小さくなり、排気温度低下によるＮＯｘ触媒２４の活性低下を最小限に止めることができる。

【0044】

ところで、エンジン運転中にはハニカム構造体２７に徐々に貴金属が付着していくが、その付着量があまりに多くなると、その付着貴金属により尿素水の一部がＮＯｘに変化し、ＮＯｘ触媒２４に供給されるＮＯｘ量が増大する問題が生じる。

【0045】

そこで本実施形態では、第１ＮＯｘセンサ４２により検出された第１ＮＯｘ量と、第２ＮＯｘセンサ４３により検出された第２ＮＯｘ量とに基づいて、ハニカム構造体２７に所定量以上の貴金属が付着したか否かを判定する判定部が設けられる。判定部は本実施形態ではＥＣＵ１００により形成される。ここで所定量とは、ハニカム構造体２７の付着貴金属により増大されたＮＯｘ量が許容上限値となるような量をいう。こうした判定部を設けることで、貴金属が所定量以上付着したと判定した場合、ＮＯｘ量増大を防止するのに必要な措置を採ることができる。

【0046】

ところで、例えばハニカム構造体２７を交換可能とし、貴金属が所定量以上付着したハニカム構造体２７を新品に交換することも考えられる。しかしながらこうした交換は煩雑であるし、ランニングコストの増大も懸念される。そこで、本実施形態では、ハニカム構造体２７に付着した貴金属を失活させ、ハニカム構造体２７を再生するようにしている。これにより煩雑な交換作業やランニングコストの増大を免れることができる。

【0047】

本発明者の研究結果によれば、従来装置において貴金属が所定量以上付着したＮＯｘ触媒を比較的高温で熱処理することで、付着貴金属が失活し、ＮＯｘ触媒の本来の性能を回復できることが判明している。そこで本実施形態においても、ハニカム構造体２７に同様の熱処理を行う。このためにハニカム構造体２７には電熱ヒータ５１が設けられている。熱処理は、ハニカム構造体２７を比較的高温の所定温度（例えば７００℃）まで電熱ヒータ５１により加熱し、その状態を所定時間（例えば１Ｈｒ）保持することで行う。この熱処理の条件は、従来装置におけるＮＯｘ触媒の熱処理の条件と同じである。これによりハニカム構造体２７に付着した貴金属を確実に失活できる。

【0048】

以下、本実施形態における貴金属付着判定処理を説明する。かかる判定処理は、図３に示すフローチャートの手順に従ってＥＣＵ１００により所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。

【0049】

まずステップＳ１０１では、現時点が所定の判定タイミングであるか否かが判断される。すなわち本実施形態では、所定の判定タイミング毎に判定を実施する。本実施形態では、トリップメータ４４により検出された車両の積算走行距離に基づき、前回判定時から現時点までの走行距離が所定の走行距離（例えば１０万ｋｍ）以上に増加したか否かが判断される。かかる増加があるとき、現時点は判定タイミングであると判断され、そうでないときは判定タイミングでないと判断される。このように本実施形態では所定の走行距離毎に判定を行う。もっともこれは変形可能で、例えば所定期間（例えば１〜２年）毎、あるいは所定の積算燃料噴射量毎に判定を行ってもよい。

【0050】

判定タイミングでないときは、ステップＳ１０１に戻って待機状態となり、判定タイミングであるときはステップＳ１０２に進む。

【0051】

ステップＳ１０２では、エンジン１がアイドル運転中であるか否かが判断される。ＥＣＵ１００は例えば、アクセル開度センサ４１により検出されたアクセル開度が０％つまりアクセルペダルが踏み込まれておらず、かつ、回転速度センサ４０により検出されたエンジン回転数が所定時間の間、目標アイドル回転数付近にあるときに、アイドル運転中であると判断し、そうでないときはアイドル運転中でないと判断する。

【0052】

アイドル運転中でないときは、ステップＳ１０２に戻って待機状態となり、アイドル運転中であるときはステップＳ１０３に進む。

【0053】

ステップＳ１０３では、電熱ヒータ５１が作動（ＯＮ）される。このとき、ハニカム構造体２７が所定の第１目標温度Ｔ１（例えば２００℃）以上で且つその付近になるよう、電熱ヒータ５１が制御される。第１目標温度Ｔ１は、ハニカム構造体２７に付着した貴金属の活性温度の最小値である活性開始温度に略等しく設定されている。この電熱ヒータ作動により、ハニカム構造体２７に付着した貴金属が活性温度となるようハニカム構造体２７を加熱し、その付着貴金属により尿素水をＮＯｘに酸化できるようになる。

【0054】

この際、ハニカム構造体２７に熱電対等の温度センサを設け、その温度センサの検出値と第１目標温度Ｔ１の差に基づき、電熱ヒータ５１をフィードバック制御してもよい。但しこうすると、応答性悪化、部品点数増大、制御複雑化等のデメリットが存在するので、本実施形態では温度センサを設けず、電熱ヒータ５１をフィードフォワード制御している。

【0055】

次に、ステップＳ１０４で、添加弁２５から尿素水が添加される。なおこれはエンジンの通常運転時にも行われていることである。このときＥＣＵ１００は、第１ＮＯｘセンサ４２により検出された第１ＮＯｘ量Ｃ１に対し、当量比が１となるような尿素水量を添加弁２５から添加させる。かかる尿素水量は所定のマップから算出可能である。

【0056】

次に、ステップＳ１０５で、第１ＮＯｘセンサ４２により検出された第１ＮＯｘ量Ｃ１と、第２ＮＯｘセンサ４３により検出された第２ＮＯｘ量Ｃ２との値が取得される。なお、第１ＮＯｘセンサ４２および第２ＮＯｘセンサ４３が排気ガスのＮＯｘ濃度を検出する場合、ＥＣＵ１００は、そのＮＯｘ濃度に排気流量を乗じて第１ＮＯｘ量Ｃ１および第２ＮＯｘ量Ｃ２を算出可能である。排気流量は、排気流量センサを設けて直接検出することもできるが、本実施形態では、エアフローメータ１３の検出値を排気流量の代用値として使用可能である。

【0057】

次に、ステップＳ１０６で、第２ＮＯｘ量Ｃ２が第１ＮＯｘ量Ｃ１より所定量以上増加しているか否かが判断される。本実施形態においては、第１ＮＯｘ量Ｃ１と第２ＮＯｘ量Ｃ２の比Ｒ＝Ｃ２／Ｃ１が算出され、この比Ｒが所定の判定閾値Ｒｔｈ（例えば１．２）以上であるか否かが判断される。なお比の代わりに差を用いることも可能である。

【0058】

比Ｒが判定閾値Ｒｔｈ未満の場合、ステップＳ１０７に進んで、ハニカム構造体２７に貴金属が所定量以上付着していない、すなわち貴金属付着なしと判定される。他方、比Ｒが判定閾値Ｒｔｈ以上の場合、ステップＳ１１０に進んで、ハニカム構造体２７に貴金属が所定量以上付着している、すなわち貴金属付着ありと判定される。

【0059】

このように、第２ＮＯｘ量Ｃ２が第１ＮＯｘ量Ｃ１より所定量以上増加した場合、その原因は、ハニカム構造体２７に付着した比較的多くの貴金属が尿素水を積極的に酸化してＮＯｘを生成しているからと考えられる。よってその場合には、貴金属付着ありと判定され、これによりハニカム構造体２７への貴金属付着を高精度で確実に検出することができる。

【0060】

貴金属付着なしの場合、ステップＳ１０７の後にステップＳ１０８に進み、電熱ヒータ５１が作動停止（ＯＦＦ）される。そしてステップＳ１０９において初期化処理が行われ、現時点の走行距離がゼロにリセットされる。これにより判定処理が終了される。

【0061】

他方、貴金属付着ありの場合、ステップＳ１１０の後にステップＳ１１１に進み、ハニカム構造体２７の熱処理が行われる。この熱処理終了後、ステップＳ１０９の初期化処理を経て判定処理が終了される。

【0062】

本判定処理に関し、貴金属の所定量以上の付着は比較的長期の使用により起こることから、ステップＳ１０１の所定の走行距離（例えば１０万ｋｍ）は、その付着が起こる使用期間の最小値に対応する値として設定されている。これにより判定タイミング間の周期を適切に定められると共に、電熱ヒータ５１の作動頻度を最小限とし、その作動による電力消費ひいては燃費悪化を最小限に止めることができる。

【0063】

また、排気流量が最小となるエンジンのアイドル運転中に電熱ヒータ５１を作動させるので、排気ガスにより電熱ヒータ５１の熱が持ち去さられるのを最大限に抑制し、消費電力を抑制できる。また、エンジンのアイドル運転中に判定を実行するので、エンジン運転状態が安定している最中に判定を実行でき、判定精度を高められる。

【0064】

次に、ステップＳ１１１で実行されるハニカム構造体２７の熱処理について説明する。この熱処理は、図４に示すフローチャートの手順に従ってＥＣＵ１００により所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。

【0065】

まずステップＳ２０１では、エンジンを運転または停止状態とすべく運転手により操作されるイグニッションスイッチ（ＩＧ）がオフ（ＯＦＦ）であるか否かが判断される。オフでないときは、ステップＳ２０１に戻って待機状態となり、オフであるときはステップＳ２０２に進む。イグニッションスイッチのオンはエンジン運転中を意味し、イグニッションスイッチのオフはエンジン停止中を意味する。

【0066】

ステップＳ２０２では、電熱ヒータ５１が作動（ＯＮ）される。このとき、ハニカム構造体２７が所定の第２目標温度Ｔ２（例えば７００℃）以上で且つその付近になるよう、電熱ヒータ５１が制御される。第２目標温度Ｔ２は、第１目標温度Ｔ１より高く、ハニカム構造体２７に付着した貴金属が失活する温度の最小値に略等しく設定されている。この電熱ヒータ作動により、ハニカム構造体２７が第２目標温度Ｔ２まで加熱され、ハニカム構造体２７に付着した貴金属を最小限の電力消費で失活させることができる。なお電熱ヒータ５１がフィードフォワード制御される点は前記同様である。

【0067】

次に、ステップＳ２０３では、電熱ヒータ５１の作動開始時点から内蔵タイマによりカウントされる電熱ヒータ５１の作動時間ｔｈが、所定の分割作動時間ｔｓ（例えば１０分）に達したか否か、すなわち、電熱ヒータ５１の作動開始時点から分割作動時間ｔｓが経過したか否かが判断される。分割作動時間ｔｓに達してなければ、ステップＳ２０２に戻ってヒータ作動状態が継続され、分割作動時間ｔｓに達したならばステップＳ２０４に進む。

【0068】

ステップＳ２０４では電熱ヒータ５１が作動停止（ＯＦＦ）される。そしてステップＳ２０５において、分割熱処理回数ｎをカウントする内蔵カウンタの値が１だけカウントアップされる。

【0069】

次いでステップＳ２０６において、分割熱処理回数ｎが所定の終了回数Ｎ（例えば６）に達したか否かが判断される。達してなければステップＳ２０１に戻って前記の工程が繰り返し実行され、達していれば熱処理が終了される。

【0070】

なお、熱処理終了後には図３のステップＳ１０９に進み、分割熱処理回数ｎがゼロにリセットされる。

【0071】

上述したように、ハニカム構造体２７を再生させるためには、ハニカム構造体２７を第２目標温度Ｔ２（例えば７００℃）にした状態を、所定時間（例えば１Ｈｒ）の間、継続する必要がある。言い換えれば、電熱ヒータ５１の合計作動時間ｔｇが終了時間ｔｅ（例えば１Ｈｒ）に達するまで電熱ヒータ５１を作動させる必要がある。

【0072】

他方、本実施形態では、前記判定処理と同様、排気ガスによる電熱ヒータ５１の熱の持ち去りを防止するため、イグニッションスイッチのオフ時すなわちエンジン停止時に熱処理を実行する。しかし、１回のエンジン停止時に比較的長い終了時間ｔｅを確保するのは、実際上困難である。

【0073】

そこで本実施形態では、その終了時間ｔｅを複数に分割し、エンジン停止時毎に熱処理を繰り返し実行する。これにより、利便性を格段に向上することが可能である。

【0074】

本実施形態では、終了時間ｔｅをＮ等分（例えば６等分）して分割作動時間ｔｓを規定すると共に、エンジン停止時毎に、ヒータ作動時間ｔｈが分割作動時間ｔｓに達するまで電熱ヒータ５１を作動させる。そしてこれをＮ回繰り返し、エンジン停止時毎のヒータ作動時間の合計値すなわち合計作動時間ｔｇが終了時間ｔｅに達したら、熱処理を終了する。分割作動時間ｔｓは、１回のエンジン停止時に概ね確保できると予想される時間として予め設定されている。こうした分割作動時間ｔｓのヒータ作動をＮ回繰り返すことで、終了時間ｔｅの間連続して電熱ヒータ５１を作動させたときと同様の熱処理を、各回のエンジン停止タイミングを利用して有利に実施することができる。

【0075】

もっとも、電熱ヒータ５１の制御方法は変更可能である。例えば終了時間ｔｅは等分しなくてもよく、エンジン停止時毎に、そのエンジン停止の全時間に亘って電熱ヒータ５１を作動させてもよい。そして、エンジン停止時毎のヒータ作動時間ｔｈをカウントし、その合計作動時間ｔｇが終了時間ｔｅに達したら、熱処理を終了してもよい。終了時間ｔｅは分割しなくてもよく、例えば、エンジン停止を終了時間ｔｅの間継続できるような条件（例えば夜間のエンジン停止）が満たされたとき、その終了時間ｔｅの全時間に亘って連続的に電熱ヒータ５１を作動させてもよい。

【0076】

以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は以下のような他の実施形態も可能である。

【0077】

（１）上記実施形態ではＮＯｘ触媒の上流側に、酸化触媒２２およびＤＰＦ２３からなる２つの後処理部材を設けたが、後処理部材の数、種類等は変更可能である。例えば後処理部材の数は１つまたは３つ以上でもよい。後処理部材の数が３つ以上の場合、その中に酸化触媒とＤＰＦが含まれていてもよい。後処理部材の種類は酸化触媒およびＤＰＦ以外のものであってもよい。

【0078】

（２）判定実行時のエンジン運転条件は、アイドル運転時に限らず、例えば小排気流量となる低回転低負荷運転時であってもよい。

【0079】

（３）判定実行時に、ハニカム構造体に付着した貴金属が活性温度となるような所定条件が満たされる場合には、必ずしも電熱ヒータを作動させなくてもよい。例えば、高回転または高負荷運転直後という条件をその所定条件とすることができる。

【0080】

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

【符号の説明】

【0081】

１ エンジン
４ 排気通路
２２ 酸化触媒
２３ パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
２４ 選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）
２５ 尿素水添加弁
２７ ハニカム構造体
４２ 第１ＮＯｘセンサ
４３ 第２ＮＯｘセンサ
５１ 電熱ヒータ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】