JP6131834B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気中の微粒子物質を捕集するフィルターと、アンモニアを還元剤とした選択還元反応によって排気中の窒素酸化物を浄化する選択還元触媒装置と、を備えるエンジンの排気浄化装置に関する。

上記のようなエンジンの排気浄化装置では、選択還元触媒装置のアンモニア吸着量が不足すると、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化性能が低下し、アンモニア吸着量が過大となると、アンモニアの漏出（アンモニアスリップ）が発生する。そのため、選択還元触媒装置のアンモニア吸着量が適量に保たれるように、選択還元触媒装置に対するアンモニアの供給量を調整する必要がある。

選択還元触媒装置のアンモニア吸着量の推定は、例えば、排気浄化装置の状態からアンモニア吸着量の単位時間当りの増減量を逐次演算し、その値を積算することで行われる。こうした場合、単位時間当りの増減量の演算値にずれがあると、そのずれが積み重なって、アンモニア吸着量の推定値が実際の値から大きく乖離することがある。

一方、微粒子物質（ＰＭ）捕集用のフィルターは、堆積したＰＭによる目詰まりを回避するため、堆積したＰＭを浄化してフィルターのＰＭ捕集能力を再生するフィルター再生処理を行う必要がある。フィルター再生処理は、例えばポスト噴射や排気燃料添加による排気中への未燃燃料の供給などにより、ＰＭフィルター内の排気温度を高めて、堆積したＰＭを燃焼させることで行われる。

こうしたフィルター再生処理の実施中の排気温度の上昇によっては、選択還元触媒装置の床温が高まって、同触媒装置に吸着したアンモニアが脱離する。そこで、特許文献１に記載のエンジンの排気浄化装置では、フィルター再生処理の完了毎に、アンモニア吸着量の推定値を「０」にリセットすることで、実値との乖離を防止するようにしている。

特開２０１０−２６１４２３号公報

ところで、例えばエンジンのアイドル運転時にフィルター再生処理が実施される場合など、フィルター再生処理時のエンジンの運転状態によっては、同処理の実施中の排気温度が十分に高くならないことがある。こうした場合、アンモニアの脱離速度が低下して、フィルター再生処理の完了までに、選択還元触媒に吸着したアンモニアを脱離し切れないことがある。そうした場合にも、実際には選択還元触媒には、一定のアンモニアが残存しているにも関わらず、アンモニア吸着量の推定値が「０」にリセットされてしまうため、アンモニア吸着量が実際よりも少なく見積られてしまう。このような過少評価された吸着量に基づきアンモニア供給量を制御すれば、選択還元触媒のアンモニア吸着量が過大となって、下流へのアンモニアの漏出、いわゆるアンモニアスリップが発生する虞がある。

このように、選択還元触媒のアンモニア吸着量を推定するとともに、フィルター再生処理の完了時にその値をリセットする場合には、フィルター再生処理の実施中に排気温度が十分高まらず、選択還元触媒からのアンモニアの脱離が不十分となると、アンモニア吸着量の推定値が実値から乖離して、制御を適切に行えなくなることがある。また、アンモニア吸着量の推定を行わない場合であっても、フィルター再生処理の完了時に選択還元触媒からアンモニアが脱離していることを前提に排気浄化装置の制御を行う場合には、フィルター再生処理の完了時に選択還元触媒からアンモニアが十分に脱離されないことがあると、やはりその制御を適切に行えなくなってしまう。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、選択還元触媒装置のアンモニア吸着状況に応じた適切な制御を行うことのできるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。

上記課題を解決するエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気通路に設けられて、排気中の微粒子物質を捕集するフィルターと、排気通路におけるフィルターの下流に設けられて、アンモニアを還元剤とした選択還元反応によって排気中の窒素酸化物を浄化する選択還元触媒装置と、その選択還元触媒装置にアンモニアを供給する還元剤供給装置と、を備えるとともに、フィルターの微粒子物質の捕集能力を再生するためのフィルター再生処理を行うエンジンの排気浄化装置において、フィルター再生処理の実施中における選択還元触媒装置の床温が一定値を超えている時間の積算値が既定値以下である場合、同フィルター再生処理が継続されるようになっている。

上記のようなフィルター、選択還元触媒装置を備えるエンジンの排気浄化装置では、フィルター再生処理の実施中に、選択還元触媒装置の床温が十分な期間以上、十分に高い状態となっていれば、そのフィルター再生処理の完了までに選択還元触媒装置に吸着したアンモニアが脱離される。しかしながら、フィルター再生処理の実施中に、選択還元触媒装置の床温が高まり難い場合には、フィルターの再生が完了する迄に、選択還元触媒装置に吸着したアンモニアを十分に脱離できないことがある。その点、上記のように構成されたエンジンの排気浄化装置では、フィルター再生処理の実施中における選択還元触媒装置の床温が一定値を超えている時間の積算値が既定値を超えるまで、フィルター再生処理が継続される。そのため、フィルター再生処理の実施中に、選択還元触媒装置の床温が高まり難い場合にも、アンモニアを十分脱離可能となる。したがって、上記のように構成されたエンジンの排気浄化装置では、選択還元触媒装置のアンモニア吸着状況に応じた適切な制御を行うことができるようになる。

選択還元触媒装置からのアンモニアの十分な脱離に必要な期間は、アンモニアの吸着量によって変化する。そのため、上記既定値は、フィルター再生処理の開始時における選択還元触媒装置のアンモニア吸着量に応じて可変とされることが望ましい。

第１実施形態の排気浄化装置が適用されるエンジンの吸排気系の構成を模式的に示す略図。 選択還元触媒装置の床温とアンモニア脱離速度との関係を示すグラフ。 第１実施形態のエンジンの排気浄化装置に適用されるフィルター再生処理ルーチンのフローチャート。 第２実施形態のエンジンの排気浄化装置に適用されるフィルター再生処理ルーチンのフローチャート。

（第１実施形態）
以下、エンジンの排気浄化装置の第１実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態の排気浄化装置は、車載用のディーゼルエンジンに適用されている。

図１に示すように、本実施形態の排気浄化装置が適用されるエンジンの吸気通路１０には、上流側から順に、吸気通路１０に取り込まれた吸気を濾過するエアクリーナー１１、吸気通路１０を流れる吸気の流量を検出するエアフローメーター１２、ターボチャージャーのコンプレッサー１３が設置されている。また、吸気通路１０におけるコンプレッサー１３の下流には、吸気を冷却するインタークーラー１４、吸気の流量を調整するスロットル１５が設置されている。そして、吸気通路１０は、スロットル１５の下流に設けられた吸気マニホールド１６にて、エンジンの各気筒に分岐されている。

一方、エンジンの排気通路１７の最上流部には、各気筒の排気を集合させる排気マニホールド１８が設けられている。排気通路１７における排気マニホールド１８の下流には、排気中に燃料を添加する燃料添加弁１９が設けられ、更にその下流には、ターボチャージャーのタービン２０が設置されている。排気通路１７におけるタービン２０の下流には、排気中の酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒装置２２が設けられ、更にその下流には、排気中の微粒子物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するＰＭフィルター２３が設けられている。

なお、排気通路１７における酸化触媒装置２２の上流には、酸化触媒装置２２に流入する排気の温度（入ガス温度）を検出する入ガス温度センサー２１が、排気通路１７における酸化触媒装置２２及びＰＭフィルター２３の間に部分には、同部分を流れる排気の温度（中ガス温度）を検出する中ガス温度センサー２４が、それぞれ設置されている。また、排気通路１７におけるＰＭフィルター２３の下流には、ＰＭフィルター２３を通過した排気の温度（出ガス温度）を検出する出ガス温度センサー２６が設置されている。さらに、排気通路１７には、ＰＭフィルター２３前後の排気の圧力差を検出する差圧センサー２５が設けられてもいる。

排気通路１７におけるＰＭフィルター２３の下流には、尿素水タンク３０からフィードポンプ３１により汲み出された尿素水を排気中に添加する尿素水添加弁２９が設置されている。また、排気通路１７における尿素水添加弁２９の下流には、排気に添加された尿素水を排気中に分散させるための分散板３２が設置されている。

さらに、排気通路１７における分散板３２の下流には、第１ＳＣＲ装置３３、第２ＳＣＲ装置３４、及びアンモニアスリップ触媒装置３５の３つの触媒装置が順に設けられている。第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４はいずれも、アンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を選択還元（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）反応により浄化する触媒装置である。また、アンモニアスリップ触媒装置３５は、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４から漏れ出たアンモニアを還元反応によって窒素に分解する触媒装置である。

なお、排気通路１７における尿素水添加弁２９の上流には、これら３つの触媒装置（３３，３４，３５）を通過する前の排気の窒素酸化物濃度を検出する第１ＮＯｘセンサー２７、第１ＳＣＲ装置３３に流入する前の排気の温度（ＳＣＲ前ガス温度）を検出するＳＣＲ前ガス温度センサー２８が、それぞれ設置されている。また、排気通路１７におけるアンモニアスリップ触媒装置３５の下流には、アンモニアスリップ触媒装置３５を通過した排気の温度（ＡＳＣ後ガス温度）を検出するＡＳＣ後ガス温度センサー３６が設置されている。さらに、排気通路１７におけるアンモニアスリップ触媒装置３５の下流には、上記３つの触媒装置（３３，３４，３５）を通過した後の排気の窒素酸化物濃度を検出する第２ＮＯｘセンサー３７、及びその排気に含まれる微粒子物質の量を検出するＰＭセンサー３８もそれぞれ設置されている。

こうした排気浄化装置を備えるエンジンは、電子制御ユニット３９により制御されている。電子制御ユニット３９は、エンジン制御にかかる各種演算処理を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、制御用のプログラムやデータが記憶された読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等が一時的に記憶されるランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）を備える。電子制御ユニット３９には、エンジンの運転状態を検出する各種センサーの検出信号が入力されており、これには、排気浄化装置に設けられた上述の各センサー（２１，２４〜２８，３６〜３８）の検出信号も含まれる。そして、電子制御ユニット３９は、エンジン制御の一環として排気浄化装置の制御を行う。

電子制御ユニット３９は、排気浄化装置の制御において、ＰＭフィルター２３の目詰まりを防止するためのフィルター再生処理を実施する。すなわち、電子制御ユニット３９は、例えば差圧センサー２５により検出されるＰＭフィルター２３前後の排気の圧力差等により、ＰＭフィルター２３のＰＭ堆積量を推定し、その推定した堆積量が一定値に達すると、燃料添加弁１９による排気への燃料添加を実施する。排気に添加された未燃燃料が酸化触媒装置２２に流入すると、未燃燃料に含まれる酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）が酸化され、そのときの反応熱で排気温度が上昇する。これにより、ＰＭフィルター２３の床温が高められ、堆積したＰＭが燃焼される。

一方、本実施形態のエンジンの排気浄化装置では、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４によって排気中のＮＯｘが浄化される。第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４でのＮＯｘの浄化は、アンモニアを還元剤とした選択還元反応により行われ、これに使用されるアンモニアは、尿素水添加弁２９により排気に添加された尿素水の、排気中での熱分解、加水分解によって生成される。

ＮＯｘの浄化性能を維持するには、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４に十分な量のアンモニアが吸着された状態を保つ必要がある。一方、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４のアンモニアの吸着量が過大となると、アンモニアが下流に漏れ出てしてまう、いわゆるアンモニアスリップが発生する。なお、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４の下流には、アンモニアを分解するアンモニアスリップ触媒装置３５が設けられているが、定常的にアンモニアスリップが発生すると、アンモニアを分解し切れずに、アンモニアが外気に漏出してしまう虞がある。

そこで、電子制御ユニット３９は、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４に吸着されたアンモニアの単位時間当りの増減量を逐次演算し、その値を積算することで、それらのアンモニア吸着量を推定する。そして、電子制御ユニット３９は、その推定したアンモニア吸着量（推定アンモニア吸着量）が適量に保たれるように、尿素水添加弁２９の尿素水添加量を調整する。

なお、アンモニア吸着量の単位時間当りの増減量は、尿素水添加弁２９の尿素水の添加量や排気温度等から推定して求められており、その値にはある程度の誤差がある。そのため、そうした増減量を積算して求められる推定アンモニア吸着量の値は、誤差の積み重なりにより、実際の値から大きく乖離することがある。

一方、上述のフィルター再生処理により排気温が上昇すると、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４の床温が上昇して、それらに吸着したアンモニアが脱離する。そこで、電子制御ユニット３９は、フィルター再生処理の完了毎に、推定アンモニア吸着量の値を「０」にリセットすることで、その値の実値に対する乖離を回避している。

図２に示すように、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４の床温（以下、「ＳＣＲ床温」と記載する）が低いと、アンモニアの脱離速度は低下する。一方、エンジンのアイドル運転中にフィルター再生処理が実施される場合などには、再生処理の実施中に排気温度が十分に高まらず、ＳＣＲ床温が十分に上昇しないことがある。そのため、フィルター再生処理の実施中の排気温度が低い状態にあるときには、ＰＭフィルター２３の再生が完了するまでに、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４に吸着したアンモニアを十分に脱離できないことがある。

本実施形態のエンジンの排気浄化装置において実施されるフィルター再生処理は、その実施中におけるＳＣＲ床温が一定値を超えている時間の積算値が既定値以下である場合、その実施が継続される。以下、こうした本実施形態でのフィルター再生処理の詳細を説明する。

図３に示されるフィルター再生処理ルーチンは、本実施形態の排気浄化装置におけるフィルター再生処理の処理手順を示している。本実施形態の排気浄化装置でのフィルター再生処理は、電子制御ユニット３９が同ルーチンの手順に従って処理を実施することで行われる。

さて、本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、ＰＭフィルター２３の再生要求の有無が確認される。ＰＭフィルター２３の再生は、ＰＭフィルター２３の推定ＰＭ堆積量が既定の判定値以上であるときに要求される。ここで、ＰＭフィルター２３の再生が要求されていなければ（ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了され、要求されていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０１に処理が進められる。なお、推定ＰＭ堆積量は、ＰＭフィルター２３に堆積したＰＭの量の推定値であり、その値は、例えば差圧センサー２５により検出されるＰＭフィルター２３前後の排気の圧力差から求められる。

ステップＳ１０１に処理が進められると、そのステップＳ１０１において、尿素水添加弁２９の尿素水添加が行われているか否かが確認される。ここで、尿素水添加が行われていれば（ＹＥＳ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了され、行われていなければ（ＮＯ）、ステップＳ１０２に処理が進められる。

ステップＳ１０２に処理が進められると、そのステップＳ１０２において、そのときの推定アンモニア吸着量を既定値Ｖ１で除算した値が、脱離完了判定値に設定される。また、ステップＳ１０３において、フィルター再生処理が開始される。すなわち、燃料添加弁１９による排気への燃料添加が開始される。そして、ステップＳ１０７において肯定判定（ＹＥＳ）がなされるまで、以下のステップＳ１０４〜Ｓ１０７の処理が、制御周期毎に繰り返し実行される。

すなわち、ステップＳ１０４においては、ＳＣＲ前ガス温度センサー２８により検出されるＳＣＲ前ガス温度が、すなわち第１ＳＣＲ装置３３に流入する排気の温度が、既定のＮＨ３脱離開始温度Ａ１よりも高いか否かが判定される。なお、ここでのＳＣＲ前ガス温度は、ＳＣＲ床温の指標値として用いられている。

一方、ＮＨ３脱離開始温度Ａ１は、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４からのアンモニア（ＮＨ３）の脱離速度が、上記既定値Ｖ１となるＳＣＲ前ガス温度としてその値が設定されている。なお、ここでのアンモニア脱離速度は、上記制御周期当りのアンモニアの脱離量を示している。すなわち、ステップＳ１０３において設定される脱離完了判定値は、アンモニア脱離速度が上記既定値Ｖ１の状態で、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４に吸着したアンモニアを十分に脱離させるために必要な制御周期の数を表わすことになる。

ここで、ＳＣＲ前ガス温度がＮＨ３脱離開始温度Ａ１以下であれば（ＮＯ）、そのままステップＳ１０６に処理が進められる。一方、ＳＣＲ前ガス温度がＮＨ３脱離開始温度Ａ１よりも高ければ（ＹＥＳ）、ステップＳ１０５に処理が進められ、そのステップＳ１０５において、再生処理継続時間の積算が行われた後、ステップＳ１０６に処理が進められる。なお、再生処理継続時間は、フィルター再生処理の継続時間を決定するために使用されるカウンターであり、その値は、ステップＳ１０５での積算処理毎に「１」ずつカウントアップされる。

ステップＳ１０６に処理が進められると、そのステップＳ１０６において、推定ＰＭ堆積量が「０」となっているか否かが、すなわち、ＰＭフィルター２３の再生が完了しているか否かが判定される。なお、推定ＰＭ堆積量は、ＰＭフィルター２３に堆積しているＰＭの量の推定値であり、その値は、例えば差圧センサー２５により検出されるＰＭフィルター２３前後の排気の圧力差により求められる。ここで、推定ＰＭ堆積量が未だ「０」となっておらず、ＰＭフィルター２３の再生が完了していなければ（ＮＯ）、ステップＳ１０４に処理が戻されて、次回の制御周期にそのステップＳ１０４以降の処理が再び実行される。一方、推定ＰＭ堆積量が「０」となっており、ＰＭフィルター２３の再生が完了していれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０７に処理が進められる。

ステップＳ１０７に処理が進められると、そのステップＳ１０７において、再生処理継続時間が、ステップＳ１０２の処理で演算された脱離完了判定値を上回っているか否かが判定される。ここで、再生継続時間が脱離完了判定値以下であれば（ＮＯ）、処理がステップＳ１０４に戻されて、次回の制御周期にそのステップＳ１０４以降の処理が再び実行される。一方、再生継続時間が脱離完了判定値を超えていれば、ステップＳ１０８に処理が進められる。

ステップＳ１０８に処理が進められると、そのステップＳ１０８において、フィルター再生処理が、すなわち燃料添加弁１９による排気への燃料添加が終了される。そして、続くステップＳ１０９において、推定アンモニア吸着量の値が「０」にリセットされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

続いて、以上のように構成された本実施形態のエンジンの排気浄化装置の作用を説明する。
本実施形態の排気浄化装置では、ＰＭフィルター２３のＰＭ堆積量が既定値に達すると、フィルター再生処理が実施される。フィルター再生処理が開始されると、燃料添加弁１９により排気に未燃燃料が供給され、その未燃燃料中の酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）が酸化触媒装置２２で酸化されることで、ＰＭフィルター２３に流入する排気の温度が上昇される。そして、それにより、ＰＭフィルター２３に堆積したＰＭが燃焼される。

また、このときの第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４には、ＰＭの燃焼によって更に高温となった排気が流入する。そして、その熱で、ＳＣＲ床温が上昇され、それらに吸着したアンモニアが脱離されるようになる。

なお、エンジンのアイドル運転時にフィルター再生処理が実施される場合など、フィルター再生処理の実施中のエンジンの運転状態によっては、フィルター再生処理の実施中に第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４に流入する排気の温度が十分に高くならないことがある。こうした場合には、ＳＣＲ床温が十分に高まらず、アンモニアの脱離速度が低下して、ＰＭフィルター２３の再生が完了するまでに、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４に吸着したアンモニアを脱離し切れなくなることがある。

その点、本実施形態のエンジンの排気浄化装置におけるフィルター再生処理は、その実施中におけるＳＣＲ床温（ＳＣＲ前ガス温度）がＮＨ３脱離開始温度Ａ１を超えている時間の積算値である再生継続時間が脱離完了判定値以下の場合、ＰＭフィルター２３の再生が完了しているか否かに関わらず、継続される。そのため、フィルター再生処理の実施中に排気温度が十分に高まらないときにも、その完了時には、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４のアンモニア吸着量が実質「０」と見做せるまで十分に低減されるようになる。

なお、こうした本実施形態では、ＳＣＲ前ガス温度が、選択還元触媒装置の床温の指標値として用いられる。また、本実施形態では、フィルター再生処理の実施中における、ＳＣＲ床温（ＳＣＲ前ガス温度）がＮＨ３脱離開始温度Ａ１よりも高くなっている時間の積算値を表わす再生処理継続時間が、「フィルター再生処理の実施中における選択還元触媒装置の床温が既定値を超えている時間の積算値」に相当している。さらに本実施形態では、脱離完了判定値が、フィルター再生処理の実施中における選択還元触媒装置の床温がその値以下である場合、同フィルター再生処理が継続される「既定値」に相当している。

以上説明した本実施形態のエンジンの排気浄化装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、フィルター再生処理の実施中におけるＳＣＲ床温が一定値を超えている時間の積算値が脱離完了判定値以下である場合、同フィルター再生処理が継続される。そのため、フィルター再生処理の完了時に、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４のアンモニア吸着量が十分に低減された状態となることが、より確実に保証されるようになる。したがって、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４のアンモニア吸着状況に応じた適切な制御を行うことができる。

（２）本実施形態では、脱離完了判定値を、フィルター再生処理の開始時における第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４の推定アンモニア吸着量に応じて可変設定している。そのため、フィルター再生処理の開始時における第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４のアンモニア吸着量の多寡に関わらず、アンモニアが確実に脱離されるように、フィルター再生処理の実施期間を適宜に設定することができる。

（第２実施形態）
次に、エンジンの排気浄化装置の第２実施形態を、図４を併せ参照して詳細に説明する。なお本実施形態にあって、上記実施形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

第１実施形態では、ＰＭフィルター２３の再生が完了しても、実施中におけるのＳＣＲ床温が一定値を超えている時間の積算値が脱離判定値以下であれば、フィルター再生処理が継続されていた。しかしながら、ＰＭフィルター２３の再生完了後にフィルター再生処理を継続しても、ＰＭフィルター２３に堆積したＰＭが燃焼され尽しており、その燃焼による排気温度の上昇が期待できないため、ＳＣＲ床温を十分に高められないことがある。そこで、本実施形態では、ＰＭフィルター２３の再生が完了された以降のフィルター再生処理の継続時には、排気温度を高めるために排気に供給される未燃燃料の量をその再生の完了前よりも多くすることで、アンモニアの脱離に必要なＳＣＲ床温を確保するようにしている。

図４に示されるフィルター再生処理ルーチンは、本実施形態の排気浄化装置におけるフィルター再生処理の処理手順を示している。本実施形態の排気浄化装置でのフィルター再生処理は、電子制御ユニット３９が同ルーチンの手順に従って処理を実施することで行われる。

本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ２００において、ＰＭフィルター２３の再生要求の有無が、すなわちＰＭフィルター２３のＰＭ堆積量が既定の判定値以上であるか否かが確認される。ここで、ＰＭフィルター２３の再生が要求されていなければ（ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、ＰＭフィルター２３の再生が要求されていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２０１に処理が進められ、そのステップＳ２０１において、尿素水添加弁２９の尿素水添加が行われているか否かが確認される。そして、尿素水添加が行われていれば（ＹＥＳ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了され、行われていなければ（ＮＯ）、ステップＳ２０２に処理が進められる。

ステップＳ２０２に処理が進められると、そのステップＳ２０２において、そのときの推定アンモニア吸着量を既定値Ｖ１で除算した値が、脱離完了判定値に設定される。また、続くステップＳ２０３において、フィルター再生処理が、すなわち、燃料添加弁１９による排気への燃料添加が開始される。そして、ステップＳ２０８において肯定判定（ＹＥＳ）がなされるまで、以下のステップＳ２０４〜Ｓ２０８の処理が、制御周期毎に繰り返し実行される。

すなわち、ステップＳ２０４においては、ＳＣＲ床温の指標値であるＳＣＲ前ガス温度が、ＮＨ３脱離開始温度Ａ１よりも高いか否かが判定される。そして、ＳＣＲ前ガス温度がＮＨ３脱離開始温度Ａ１以下であれば（ＮＯ）、そのままステップＳ２０６に処理が進められ、高ければ（ＹＥＳ）、ステップＳ２０５において再生処理継続時間の積算が行われた後、ステップＳ２０６に処理が進められる。

ステップＳ２０６に処理が進められると、そのステップＳ２０６において、推定ＰＭ堆積量が「０」となっているか否かが、すなわちＰＭフィルター２３の再生が完了しているか否かが確認される。ここで、推定ＰＭ堆積量が未だ「０」となっておらず、ＰＭフィルター２３の再生が完了していなければ（ＮＯ）、ステップＳ２０４に処理が戻され、次回の制御周期にそのステップＳ２０４以降の処理が再び実行される。一方、推定ＰＭ堆積量が「０」となっていて、ＰＭフィルター２３の再生が完了していれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２０７において燃料添加弁１９による排気への燃料添加量が増量補正された後、ステップＳ２０８に処理が進められる。

ステップＳ２０８に処理が進められると、そのステップＳ２０８において、再生継続時間が脱離完了判定値を超えているか否かが判定される。ここで、再生継続時間が脱離完了判定値以下であれば（ＮＯ）、ステップＳ２０４に処理が戻され、次回の制御周期にそのステップＳ２０４以降の処理が再び実行される。一方、再生継続時間が脱離完了判定値を超えていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２０９に処理が進められる。

ステップＳ２０９に処理が進められると、そのステップＳ２０９において、フィルター再生処理が、すなわち燃料添加弁１９による排気への燃料添加が終了される。そして、続くステップＳ２１０において、推定アンモニア吸着量の値が「０」にリセットされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

次に、こうした本実施形態の作用を説明する。
本実施形態のエンジンの排気浄化装置においても、フィルター再生処理の実施中の排気温度が十分に高まらない状態となったときには、フィルター再生処理の実施期間が延長されて、ＰＭフィルター２３の再生完了後もその実施が継続される。ただし、ＰＭフィルター２３の再生が完了すると、ＰＭフィルター２３に堆積したＰＭが燃焼され尽してしまうため、その燃焼による排気温度の上昇が期待できなくなる。そのため、十分なアンモニア脱離速度が得られるまで、ＳＣＲ床温が十分に高められなくなることがある。

その点、本実施形態のエンジンの排気装置では、ＰＭフィルター２３の再生完了後における、フィルター再生処理の延長時には、燃料添加弁１９による排気への燃料添加量が増量補正される。そのため、ＰＭフィルター２３の再生完了後にも、ＳＣＲ床温は十分に高められ、それらに吸着したアンモニアが好適に脱離されるようになる。

以上説明した本実施形態のエンジンの排気浄化装置によれば、上記（１）及び（２）に記載の効果に加え、更に以下の効果を奏することができる。
（３）本実施形態では、ＰＭフィルター２３の再生が完了された以降のフィルター再生処理の継続時には、排気温度を高めるために排気に供給される未燃燃料の量をその再生の完了前よりも多くしている。そのため、ＰＭフィルター２３の再生が完了して同ＰＭフィルター２３に堆積したＰＭが燃焼され尽した後にも、ＳＣＲ床温を十分に高めてアンモニアの脱離を進めることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、フィルター再生処理の開始時における推定アンモニア吸着量に応じて脱離完了判定値を演算していたが、その値を定数としても良い。例えば推定アンモニア吸着量が適量に維持されるように、尿素水添加量を制御している場合には、フィルター再生処理の開始時におけるアンモニア吸着量は通常、ほぼ一定の値となっているため、脱離完了判定値を定数としても、アンモニアが確実に脱離されるように、フィルター再生処理の期間を設定することが可能である。

・上記実施形態では、ＳＣＲ前ガス温度を、選択還元触媒装置の床温の指標値として用いていたが、それらの床温を直接検出したり、エンジンの運転状態や排気に添加された未燃燃料の量などからそれらの床温を推定したりするようにしても良い。

・上記実施形態では、ＰＭフィルター２３前後の差圧から推定ＰＭ堆積量を求めていたが、それ以外の方法で求めるようにしても良い。例えば、エンジンの運転状態から求められた単位時間当りのエンジンのＰＭ排出量、及びフィルター再生処理の実施中のＰＭフィルター２３の床温から求められたＰＭの燃焼速度から単位時間当りのＰＭフィルター２３のＰＭ堆積量の増減量を演算し、その演算した増減量を積算することで、推定ＰＭ堆積量を求めるようにすることもできる。

・上記実施形態では、尿素水添加弁２９により、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４の上流の排気中に尿素水を添加することで、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４へのアンモニアの供給を行うようにしていたが、それらへのアンモニアの供給をそれ以外の方法で行うようにしても良い。

・上記実施形態では、尿素水添加弁２９の尿素水の添加量や排気温度等からアンモニア吸着量の単位時間当りの増減量を推定して求め、その推定した値を積算することで、推定アンモニア吸着量を演算していたが、それ以外の方法で推定アンモニア吸着量を演算するようにしても良い。いずれにせよ、フィルター再生処理の完了時に推定アンモニア吸着量の値をリセットするのであれば、フィルター再生処理の完了時にアンモニア吸着量が十分低減されていないことがあれば、その値が実値から乖離してしまう。そのため、フィルター再生処理の実施中に排気温度が十分に高まらず、アンモニアの脱離が進み難いときに、その実施期間を延長するようにすれば、処理完了時におけるアンモニアの脱離完了をより確実とすることができる。

・上記実施形態では、推定アンモニア吸着量を、尿素水添加量等の制御に使用するとともに、フィルター再生処理の完了時にその値をリセットするようにしていた。そのため、フィルター再生処理の完了時に第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４からのアンモニアの脱離が完了しないことがあると、推定アンモニア吸着量が実値から乖離して、その値を使用する制御を適切に実施できなくなる。もっとも、推定アンモニア吸着量の演算を行わない場合にも、フィルター再生処理の完了時に第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４のアンモニアが十分に脱離されていることを前提に排気浄化装置の制御を行うのであれば、フィルター再生処理の完了時にアンモニアの脱離が不十分となると、やはり適切に制御を行うことができなくなる。そのため、排気温度が低い状態にあるときのフィルター再生処理の実施期間の延長は、アンモニア吸着量の推定を行わない排気浄化装置においても、効果を奏し得る。

・上記実施形態では、フィルター再生処理を、排気への燃料添加により行うようにしていたが、例えば、燃焼行程後期のポスト噴射、バーナーやヒーターによる排気やＰＭフィルター２３の直接加熱など、他の方法でフィルター再生処理を行うようにしても良い。

・上記実施形態では、アンモニアを還元剤とした選択還元反応によって排気中の窒素酸化物を浄化する選択還元触媒装置として、第１ＳＣＲ装置３３及び第２ＳＣＲ装置３４の２つの触媒装置を有していたが、そうした選択還元触媒装置を一つのみ、あるいは３つ以上備えるようにしても良い。また、ＰＭ捕集用のフィルター、その下流に設けられた選択還元触媒装置、その選択還元触媒装置にアンモニアを供給する還元剤供給装置を有するのであれば、排気浄化装置の構成は、任意に変更しても良い。

１０…吸気通路、１１…エアクリーナー、１２…エアフローメーター、１３…コンプレッサー、１４…インタークーラー、１５…スロットル、１６…吸気マニホールド、１７…排気通路、１８…排気マニホールド、１９…燃料添加弁、２０…タービン、２１…入ガス温度センサー、２２…酸化触媒、２３…ＰＭフィルター、２４…中ガス温度センサー、２５…差圧センサー、２６…出ガス温度センサー、２７…第１ＮＯｘセンサー、２８…ＳＣＲ前ガス温度センサー、２９…尿素水添加弁、３０…尿素水タンク、３１…フィードポンプ、３２…分散板、３３…第１ＳＣＲ触媒、３４…第２ＳＣＲ触媒、３５…アンモニアスリップ触媒、３６…ＡＳＣ後ガス温度センサー、３７…第２ＮＯｘセンサー、３８…ＰＭセンサー、３９…電子制御ユニット。

Claims (1)

1. エンジンの排気通路に設けられて、排気中の微粒子物質を捕集するフィルターと、前記排気通路における前記フィルターの下流に設けられて、アンモニアを還元剤とした選択還元反応によって排気中の窒素酸化物を浄化する選択還元触媒装置と、前記選択還元触媒装置に前記アンモニアを供給する還元剤供給装置と、を備えるとともに、前記フィルターの前記微粒子物質の捕集能力を再生するためのフィルター再生処理を行うエンジンの排気浄化装置において、
   前記フィルター再生処理の実施中における前記選択還元触媒装置の床温が一定値を超えている時間の積算値が既定値以下である場合、同フィルター再生処理が継続され、
   前記既定値は、前記フィルター再生処理の開始時における選択還元触媒装置のアンモニア吸着量に応じて可変とされる、
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。