JP2004232555A - 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 PDFInfo
- Publication number
- JP2004232555A JP2004232555A JP2003022309A JP2003022309A JP2004232555A JP 2004232555 A JP2004232555 A JP 2004232555A JP 2003022309 A JP2003022309 A JP 2003022309A JP 2003022309 A JP2003022309 A JP 2003022309A JP 2004232555 A JP2004232555 A JP 2004232555A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen
- nox catalyst
- reducing agent
- exhaust gas
- amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
【課題】内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＳＯｘ被毒回復を早期に完了する技術を提供する。
【解決手段】酸素貯蔵能を有し且つ酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、ＮＯｘ触媒からＳＯｘが放出される還元剤濃度として前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、ＳＯｘ被毒回復中であって、ＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素が放出される間は前記ＳＯｘが放出される還元剤濃度よりも還元剤の濃度を更に濃くする酸素放出手段と、を具備した。
【選択図】図３
【解決手段】酸素貯蔵能を有し且つ酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、ＮＯｘ触媒からＳＯｘが放出される還元剤濃度として前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、ＳＯｘ被毒回復中であって、ＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素が放出される間は前記ＳＯｘが放出される還元剤濃度よりも還元剤の濃度を更に濃くする酸素放出手段と、を具備した。
【選択図】図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を内燃機関の排気系に配置し、還元雰囲気のときに排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵（吸着、吸収でも良い。）し、酸化雰囲気となったときは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘを還元して排気中のＮＯｘを浄化する技術が知られている。また、同じメカニズムで吸蔵されたＳＯｘによる被毒を回復する技術が知られている。
【０００３】
このＳＯｘ被毒の回復制御を行う技術として例えば、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量が許容レベルを超えると、還元雰囲気内で酸素濃度を変動させ、該ＮＯｘ触媒から徐々にＳＯｘを脱離させる技術（例えば、特許文献１参照）、ＳＯｘ被毒回復制御においてＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素が放出されている期間中空燃比のフィードバック制御を禁止する技術（例えば、特許文献２参照）、ＳＯｘ被毒回復を行う際に、還元雰囲気から徐々にストイキに近づける技術（例えば、特許文献３参照）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２７４２３２号公報（第３−５頁、図２、３）
【特許文献２】
特開２００２−１８８４３０号公報（第９頁、図４）
【特許文献３】
特開２０００−１７０５２５号公報（第６、７頁、図６）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＳＯｘ被毒回復を行うと、ＮＯｘ触媒に貯蔵されている酸素が放出され、その間のＮＯｘ触媒の雰囲気はストイキとなるため、ＳＯｘの放出が緩慢となる。従って、ＳＯｘ被毒の回復は貯蔵されている酸素が放出された後に活発となる。しかし、ＮＯｘ触媒の過熱防止のため、還元雰囲気とする時間は限られているので、酸素の放出に時間がかかるとＳＯｘ被毒を回復させるための時間が減少し、ＳＯｘ被毒の回復が完了するまでに時間がかかってしまう。
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＳＯｘ被毒回復を早期に完了する技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。即ち、
酸化雰囲気で酸素を貯蔵し還元雰囲気になると貯蔵した酸素を放出する酸素貯蔵能を有し且つ酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給して前記ＮＯｘ触媒からＳＯｘが放出される還元剤濃度とし前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、
ＳＯｘ被毒回復中であって、前記ＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素が放出される間は前記ＳＯｘが放出される還元剤濃度よりも還元剤の濃度を濃くする酸素放出手段と、
を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の最大の特徴は、ＮＯｘ触媒に酸素が貯蔵されている間は、還元剤の濃度を通常のＳＯｘ被毒回復時よりも濃くして、貯蔵されていた酸素を速やかに放出させ、その分ＳＯｘ放出に費やせる時間を長く取れるようにすることにある。
【０００９】
このように構成された内燃機関の排気浄化システムでは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に燃料中の硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯｘ）がＮＯｘと同じメカニズムで吸蔵（吸収、吸着でも良い。）される。このように、吸蔵されたＳＯｘは、ＮＯｘに比して安定していて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒内に残留してしまう。
【００１０】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘの量が増加すると、それに応じてＮＯｘの吸蔵に関与することができる触媒の量が減少するため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下するする。これをＳＯｘ被毒といい、ＮＯｘ浄化率が低下するため、適宜の時期にＳＯｘ被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、ＮＯｘ触媒を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ還元雰囲気の排気をＮＯｘ触媒に流通させて行われている。
【００１１】
ここで、ＮＯｘ触媒に酸素が貯蔵されている場合には、該ＮＯｘ触媒が還元雰囲気となると、該酸素がＮＯｘ触媒から放出される。これにより、ＮＯｘ触媒がストイキ状態となり、ＳＯｘの放出が緩慢となる。従って、ＳＯｘ被毒回復が完了するまでに時間を要することになる。
【００１２】
これに対し、ＮＯｘ触媒から酸素が放出されている間に、該ＮＯｘ触媒へ更に濃度の濃い還元雰囲気を供給することにより、酸素の放出量が増加され、酸素の放出に要する時間を短縮することが可能となる。
【００１３】
本発明においては、前記ＮＯｘ触媒下流の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段を更に備え、前記空燃比検出手段により検出される値が理論空燃比よりも小さくなった場合に、前記酸素放出手段は、還元剤の濃度を濃くすることを停止することができる。このように構成された内燃機関の排気浄化システムでは、ＮＯｘ触媒に流入する排気を還元雰囲気としても、ＮＯｘ触媒に貯蔵されている酸素が放出されている間は、該ＮＯｘ触媒からストイキ状態の排気が流出する。従って、ＮＯｘ触媒下流の空燃比を検出し、この検出値がストイキから還元雰囲気へ変化したときに酸素の放出が完了したと判定することが可能となる。
【００１４】
本発明においては、前記ＮＯｘ触媒に貯蔵されている酸素の量を推定する酸素貯蔵量推定手段を更に備え、前記酸素放出手段は、酸素の貯蔵量が多いほど還元剤の濃度を濃くする期間を長くすることができる。これにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に貯蔵されている酸素量に応じた還元剤の供給が可能となる。
【００１５】
尚、ＮＯｘ触媒に貯蔵されている酸素量に代えて、ＮＯｘ触媒から酸素が放出される期間に基づいて還元剤濃度を濃くする期間を決定しても良い。
【００１６】
本発明においては、前記酸素貯蔵量推定手段は、前記ＮＯｘ触媒に貯蔵可能な酸素量、還元剤が供給されていないときの排気中の炭化水素濃度、機関の吸入空気量から酸素貯蔵量を推定することができる。
【００１７】
ＮＯｘ触媒に貯蔵可能な酸素量、還元剤が供給されていないときの排気中の炭化水素濃度、機関の吸入空気量と、貯蔵されている酸素量と、には相関があるため、これらの値から酸素貯蔵量を推定することが可能となる。
【００１８】
本発明においては、前記還元剤供給手段は、複数回の還元剤の供給及び供給停止により還元雰囲気を形成し、前記酸素放出手段は、前記還元剤供給手段による複数回の還元剤の供給のうちの酸素放出に必要となる回数まで還元剤の供給量を増量させることができる。
【００１９】
ここで、還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で反応すると、該触媒の温度が上昇し過熱してしまう。これを防止するために、還元剤の供給を停止して触媒の温度を低下させている。また、還元雰囲気を形成する際に、連続して還元剤を供給すると排気中の還元剤濃度がＳＯｘ被毒回復に最適な濃度よりも濃くなりすぎてしまうことがある。これを防止するために、１回の還元雰囲気を複数回の還元剤の供給により形成させ、このときの供給回数により還元剤の濃度を調整している。しかし、還元剤の供給と供給停止とにより還元雰囲気と酸化雰囲気とを複数回変動させると、ＮＯｘ触媒を酸化雰囲気としたときに該ＮＯｘ触媒に酸素が貯蔵されるため、ＮＯｘ触媒を還元雰囲気とする毎に該ＮＯｘ触媒から酸素の放出が行われる。これにより、還元剤の消費量が増加し、還元剤に燃料を使用している場合には、燃費が悪化してしまう。これに対し、ＮＯｘ触媒を酸化雰囲気とするために複数回の還元剤の供給が行われる場合には、複数回のうち酸素が放出されるまでの間の回数は還元剤の供給量を増量することにより、該ＮＯｘ触媒を還元雰囲気とする毎に速やかな酸素の放出が可能となる。還元剤の供給量の増量は、複数回の還元剤が供給されるうちの酸素放出に必要となる回数において、還元剤が供給される時間を長くすることによっても良いし、また、還元剤の供給が停止される時間を短くすることによっても良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムを車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る排気浄化システムを適用するエンジン１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２２】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２３】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２４】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２５】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２６】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２７】
次に、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２８】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続されている。吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１が取り付けられている。
【００２９】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００３０】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００３１】
このように構成された吸気系では、吸気は、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３２】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮された吸気は、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３３】
一方、エンジン１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３４】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にて大気へと通じている。
【００３５】
前記排気管１９の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０（以下、単にＮＯｘ触媒とする。）が設けられている。ＮＯｘ触媒２０は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ２ストレージ）能のある例えばセリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属が添加されている。
【００３６】
このＮＯｘ触媒２０は、該ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵（吸収、吸着でも良い。）し、一方、該ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していたＮＯｘを放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯｘ触媒２０から放出されたＮＯｘが還元される。また、セリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。
【００３７】
ＮＯｘ触媒２０より上流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４が取り付けられている。また、ＮＯｘ触媒２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気中のＮＯｘ濃度に対応した電気信号を出力するＮＯｘセンサ２２及び排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３が取り付けられている。
【００３８】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３９】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してＮＯｘ触媒２０へ流入し、排気中のＮＯｘが吸蔵される。その後、排気は排気管１９を流通して大気中へと放出される。
【００４０】
ところで、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気中の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸蔵されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒にて吸蔵されずに大気中へ放出されてしまう。
【００４１】
特に、エンジン１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し易い。尚、ここでいうリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては例えば２０乃至５０で、三元触媒ではＮＯｘを浄化できない領域を意味する。
【００４２】
従って、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前にＮＯｘ触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させる必要がある。
【００４３】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。例えば、排気中の燃料添加では、ＮＯｘ触媒２０より上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めることができる。
【００４４】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、後述するＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、を備えている。
【００４５】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００４６】
還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させると共に、ＮＯｘ触媒２０に到達し、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されていたＮＯｘを還元することになる。
【００４７】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止されることになる。
【００４８】
また、エンジン１には、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ３３が設けられている。
【００４９】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００５０】
ＥＣＵ３５には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号の他、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ３６の出力信号が入力されるようになっている。
【００５１】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、還元剤噴射弁２８等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００５２】
例えば、ＮＯｘ浄化制御では、ＥＣＵ３５は、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００５３】
リッチスパイク制御では、ＥＣＵ３５は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、ＮＯｘ触媒２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【００５４】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御することにより、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００５５】
具体的には、ＥＣＵ３５は、記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサ２３の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００５６】
ＥＣＵ３５は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００５７】
続いて、ＥＣＵ３５は、前記目標添加量をパラメータとして還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００５８】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【００５９】
ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【００６０】
このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してＮＯｘ触媒２０に流入する。
【００６１】
この結果、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、ＮＯｘ触媒２０がＮＯｘの吸蔵と還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【００６２】
このように、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元することが可能となる。
【００６３】
次に、ＳＯｘ被毒解消制御では、ＥＣＵ３５は、ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘによる被毒を解消すべくＳＯｘ被毒解消処理を行う。
【００６４】
ここで、エンジン１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ２）や三酸化硫黄（ＳＯ３）などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が生成される。
【００６５】
ＳＯｘは、排気とともにＮＯｘ触媒２０に流入し、ＮＯｘと同様のメカニズムによって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵される。
【００６６】
具体的には、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ２）や三酸化硫黄（ＳＯ３）等のＳＯｘが白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）の形でＮＯｘ触媒２０に吸蔵される。更に、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵された硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ４）を形成する。
【００６７】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ４）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ３）２）に比して安定していて分解し難く、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにＮＯｘ触媒２０内に残留してしまう。
【００６８】
ＮＯｘ触媒２０における硫酸塩（ＢａＳＯ４）の量が増加すると、それに応じてＮＯｘの吸蔵に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ吸蔵能力が低下する、いわゆるＳＯｘ被毒が発生する。
【００６９】
ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒を解消する方法としては、ＮＯｘ触媒２０の雰囲気温度をおよそ６００乃至６５０℃の高温域まで昇温させるとともに、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）をＳＯ３ −やＳＯ４ −に熱分解し、次いでＳＯ３ −やＳＯ４ −を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ２ −に還元する方法を例示することができる。
【００７０】
ＥＣＵ３５は、例えば、還元剤噴射弁２８から排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をＮＯｘ触媒２０において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってＮＯｘ触媒２０の床温を高めるようにする。同時に、各気筒の膨張行程若しくは排気行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させても良い。
【００７１】
上記したような燃料添加によりＮＯｘ触媒２０の床温が６００℃乃至６５０℃程度の高温域まで上昇する。その後も、引き続きＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるべくＥＣＵ３５は還元剤噴射弁２８から燃料を噴射させる。
【００７２】
このように被毒回復処理が実行されると、ＮＯｘ触媒２０の床温が高い状況下で、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）がＳＯ３ −やＳＯ４ −に熱分解され、それらＳＯ３ −やＳＯ４ −が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒が回復されることになる。
【００７３】
尚、本実施の形態では、ＳＯｘ被毒回復処理には前記リッチスパイクを行い排気の酸素濃度を低下させる。更に、１回のリッチスパイクを複数回の燃料噴射により形成させて、空燃比が過剰なリーンとならないようにする。ここで、１回に多量の燃料を噴射させると空燃比が過リッチとなる虞があり、ＮＯｘ触媒２０で反応しきれない燃料の一部が下流へ流出する虞がある。そこで、本実施の形態では、少量の燃料を複数回噴射させることにより、過リッチを抑制しつつリッチ雰囲気を形成させるようにした。
【００７４】
ここで、図２は、リッチスパイク時の還元剤噴射弁２８の開閉信号を示した図である。還元剤噴射弁２８は、信号がＯＦＦのときに閉弁し、ＯＮとなったときに開弁する。
【００７５】
１回のリッチスパイクは、例えば２０回の燃料噴射により形成されている。還元剤噴射弁２８の１回当たりの開弁時間は例えば６０ｍｓで、その後例えば１５０ｍｓの間閉弁される。これを、２０回繰り返すことにより、全体として１回のリッチスパイクが形成されている。このように、１回のリッチスパイクを複数回の燃料噴射により形成させると、空燃比が過剰にリッチとなることを抑制することができる。従って、ＮＯｘ触媒２０で反応せずに下流へ流出する燃料を低減することが可能となる。また、リッチスパイクは、例えば７．５ｓのリッチ休止期間毎に形成されている。このリッチ休止期間により、ＮＯｘ触媒２０の過熱を抑止することができ、ＮＯｘ触媒２０の熱劣化の発生を抑制することが可能となる。
【００７６】
ところで、ＮＯｘ触媒２０が酸素貯蔵能を有している場合には、リッチスパイクによりＮＯｘ触媒に還元剤が供給されたとしても、貯蔵されていた酸素が放出されて、ＮＯｘ触媒２０内ではストイキ状態となってしまう。従って、貯蔵されていた酸素が放出されている間は、ＳＯｘの放出が緩慢となる。一方、前述のようにＳＯｘ被毒回復時には、ＮＯｘ触媒の過熱を防止するため、リッチスパイクの後にリッチ休止期間が設けられている。１回のリッチスパイクの時間は延長することができないため、酸素が放出されている時間が長いほどＳＯｘの放出時間が短くなってしまう。従って、酸素の放出時間が長くなるとＳＯｘ被毒回復が完了するまでの時間が長くなり、燃料の消費量が多くなる。
【００７７】
また、リッチ休止期間には、ＮＯｘ触媒２０に酸素が再度貯蔵されてしまうため、リッチスパイク１回毎に酸素が放出されることになる。
【００７８】
そこで、本実施の形態では、酸素が放出されている間は還元剤（燃料）の供給量を増量し、酸素を速やかに放出させる。尚、ここでいう還元剤の供給量の増量とは、添加期間の延長や添加インターバルの短縮を示している。
【００７９】
次に、本実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローについて説明する。
【００８０】
図３は、本実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローを示したフローチャート図である。
【００８１】
ステップＳ１０１では、ＳＯｘ被毒回復条件が成立しているか否か判定する。条件としては、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＳＯｘ量が所定量を超えたか等を例示することができる。ここで、ＳＯｘ吸蔵量は、燃料消費量やＮＯｘセンサ２２からの出力信号、車両走行距離等により求めることができる。燃料中の硫黄成分によりＮＯｘ触媒２０が被毒するので、燃料の消費量を積算してＥＣＵ３５に記憶させ、この燃料の消費量によりＳＯｘ吸蔵量を求めても良い。また、前述したように、ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒が進行すると、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ吸蔵能力が低下するため、ＮＯｘ触媒２０で吸蔵されずにＮＯｘ触媒２０下流にすり抜けるＮＯｘ量が増加する。従って、ＮＯｘ触媒２０の下流にＮＯｘセンサ２２を設け、この出力信号に基づいてＳＯｘ吸蔵量を求めても良い。更に、車両走行距離に応じてＳＯｘ吸蔵量が増加するとして、該車両走行距離に基づいてＳＯｘ吸蔵量を求めても良い。
【００８２】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００８３】
ステップＳ１０２では、燃料添加条件が決定される。ここでいう燃料添加条件とは、添加量（添加期間）Ａ、添加インターバルＢ、添加時間（リッチスパイク１回あたりの時間）Ｃ、添加休止時間（リッチ休止期間）Ｄである。
【００８４】
ステップＳ１０３では、燃料添加判定条件が成立しているか否か判定する。
条件としては、エンジン１がＳＯｘ被毒回復に適した運転状態であるか、ＮＯｘ触媒２０の温度がＳＯｘ被毒回復に適した温度（例えば、６００〜６５０℃）であるか等を例示することができる。
【００８５】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００８６】
ステップＳ１０４では、燃料の添加が行われる。燃料の添加は、ステップＳ１０２で求めた燃料添加条件に従って還元剤噴射弁２８から燃料を噴射して行われる。
【００８７】
ステップＳ１０５では、ＮＯｘ触媒２０から酸素が放出されているか否か判定する。ここでは、燃料の添加開始から所定の期間は酸素が放出されるものとして、燃料添加開始から所定の期間が経過していないか否かにより判定される。尚、所定の期間は、予め実験等により酸素が放出される期間を求めておき、予め所定の期間として定めておく。
【００８８】
ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。
【００８９】
ステップＳ１０６では、本ステップＳ１０６に入るのが初回か否か判定する。初回には、燃料添加条件が再決定され、初回以降では、初回に再決定された燃料添加条件が用いられる。初回であるか否は、ＥＣＵ３５内のフラグにより判定される。このフラグは、本ルーチン開始時にクリアされる。従って、ステップＳ１０６へ入るのが初回の場合には、フラグは０である。そして、次ステップに移行するときにフラグに１が代入される。これにより、初回以降はフラグが１となり、初回ではないと判定することが可能となる。
【００９０】
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ戻る。
【００９１】
ステップＳ１０７では、燃料添加条件が再決定される。これは、ステップＳ１０２で決定された添加量Ａを増量（添加期間を延長）し、若しくは添加インターバルＢを短縮することにより行われる。そして、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは次式により新たに求められる。
【００９２】
添加量Ａ＝添加量Ａ×補正係数Ｅ
若しくは
添加インターバルＢ＝添加インターバルＢ／補正係数Ｅ
ここで、補正係数Ｅは、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比を例えば１３．７から１３．８にするべく予め実験等により求められた値である。再決定された添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは、ＥＣＵ３５に記憶される。その後、ステップＳ１０３へ戻る。
【００９３】
ステップＳ１０８では、燃料添加時にＮＯｘ触媒２０内の雰囲気が目標空燃比（例えば、１４．２）となるように、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢのフィードバック制御を行う。ここで、本実施の形態では、空燃比センサ２３により検出されるＮＯｘ触媒２０下流の空燃比を、該ＮＯｘ触媒２０内の空燃比として取り扱う。
【００９４】
フィードバック制御には、先ず、空燃比センサ２３により検出される排気の空燃比と目標空燃比との差Ｆを算出する。空燃比の差Ｆと補正係数Ｇとの関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップに算出された空燃比の差Ｆを代入して補正係数Ｇを求める。そして、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢが次式により新たに求められる。
【００９５】
添加量Ａ＝添加量Ａ×補正係数Ｇ
若しくは
添加インターバルＢ＝添加インターバルＢ／補正係数Ｇ
このようにして算出された、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは、ＥＣＵ３５に記憶される。その後、ステップＳ１０３へ戻る。
【００９６】
このようにして、ＮＯｘ触媒から酸素が放出される期間は添加期間Ａを延長し、若しくは添加インターバルＢを短縮して速やかに酸素を放出することができる。
【００９７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＮＯｘ触媒からの酸素放出期間を短縮することができ、還元剤供給時間（１回のリッチスパイク時間）が同じでもＮＯｘ触媒内がストイキ以下になる期間を長くすることができる。これにより、ＮＯｘ触媒から多くのＳＯｘを放出させることができ、ＳＯｘ被毒回復を速やかに完了することができる。また、本実施の形態のように、還元剤に燃料が使用されている場合には、燃費の悪化を抑制することができる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、酸素放出時間により還元剤の供給量を変更する点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００９８】
ここで、ＮＯｘ触媒２０の酸素貯蔵量は、ＮＯｘ触媒２０の容量（貯蔵可能な酸素量）に比例し、還元剤添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度と吸入空気量との積に反比例する。従って、酸素放出時間は、ＮＯｘ触媒２０の容量が大きくなるほど、また、還元剤添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度と吸入空気量との積が小さくなるほど長くなる。
【００９９】
そこで、本実施の形態では、これらの値に基づいて、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵されている酸素量（酸素放出に要する時間としても良い。）を求めて、この量に応じた期間内は還元剤供給量を増量し、速やかに酸素の放出を完了させる。
【０１００】
次に、本実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローについて説明する。
【０１０１】
図４は、本実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローを示したフローチャート図である。
【０１０２】
ステップＳ２０１及びステップＳ２０２は、第１の実施の形態での図３中ステップＳ１０１及びステップＳ１０２と同様の処理がなされる。
【０１０３】
ステップＳ２０３では、ＮＯｘ触媒２０の酸素放出時間係数Ｅを算出する。酸素放出時間係数Ｅとは、ＮＯｘ触媒２０から放出される酸素の放出時間に比例する値である。ＮＯｘ触媒２０の酸素貯蔵量は、ＮＯｘ触媒２０の容量に比例し、還元剤添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度と吸入空気量との積に反比例する。従って、酸素放出時間は、ＮＯｘ触媒２０の容量が大きくなるほど、また、還元剤添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度と吸入空気量との積が小さくなるほど長くなる。
【０１０４】
そして、次式により酸素放出時間係数Ｅを算出する。
【０１０５】
酸素放出時間係数Ｅ＝触媒容量／（ベース燃焼でのＨＣ濃度×吸入空気量）
ここで、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵される酸素量は、該ＮＯｘ触媒２０の酸素貯蔵能力によって異なるので、同じ容量のＮＯｘ触媒２０であっても、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵される酸素量が異なることがある。従って、触媒容量に代えて、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵可能な酸素量を用いて酸素放出時間係数Ｅを求めても良い。
【０１０６】
ステップＳ２０４では、酸素放出時間係数Ｅから還元剤供給量の補正係数Ｆが算出される。補正係数Ｆは、酸素放出時間係数Ｅと還元剤供給量（添加量Ａ若しくは添加インターバルＢ）との関係を予め実験等により求めマップ化したものに、酸素放出時間係数Ｅを代入して求める。補正係数Ｆは、添加量Ａを増量し、若しくは添加インターバルＢを減少する値となり、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比を例えば１３．７から１３．８にする値である。
【０１０７】
ステップＳ２０５からステップＳ２０８までは、第１の実施の形態での図３中ステップＳ１０３からステップＳ１０６と同様の処理がなされる。
【０１０８】
ステップＳ２０９では、燃料添加条件が再決定される。これは、ステップＳ２０２で決定された添加量Ａを増量（添加期間を延長）し、若しくは添加インターバルＢを短縮することにより行われる。そして、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは次式により新たに求められる。
【０１０９】
添加量Ａ＝添加量Ａ×補正係数Ｆ
若しくは
添加インターバルＢ＝添加インターバルＢ／補正係数Ｆ
再決定された添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは、ＥＣＵ３５に記憶される。その後、ステップＳ２０５へ戻る。
【０１１０】
また、燃料添加時にＮＯｘ触媒２０内の雰囲気が目標空燃比となるように、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢのフィードバック制御を行うようにしても良い。この場合、ＮＯｘ触媒２０から酸素が放出されている状態なので、ＮＯｘ触媒２０下流ではストイキとなっている。従って、ＮＯｘ触媒２０の下流で空燃比を検出してフィードバック制御を行うことはできないため、ＮＯｘ触媒２０上流に空燃比センサを設け、この検出値によりフィードバック制御を行う。フィードバック制御には、先ず、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比と目標空燃比との差Ｉを算出する。空燃比の差Ｉと補正係数Ｊとの関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップに算出された空燃比の差Ｉを代入して補正係数Ｊを求める。そして、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢが次式により新たに求められる。
【０１１１】
添加量Ａ＝添加量Ａ×補正係数Ｊ
若しくは
添加インターバルＢ＝添加インターバルＢ／補正係数Ｊ
このようにして算出された、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢにより燃料の添加を行う。
【０１１２】
このようにフィードバック制御を行うことにより、酸素放出時間係数Ｅ等の誤差に起因した、酸素放出終了後の燃料の過剰添加によるＨＣの大気中への放出や白煙の発生を抑制することができる。
【０１１３】
ステップＳ２１０では、第１の実施の形態での図３中ステップＳ１０８と同様の処理がなされる。その後、ステップＳ２０５へ戻る。
【０１１４】
このようにして、ＮＯｘ触媒２０の容量（貯蔵可能な酸素量としても良い。）、還元剤噴射弁２８からの燃料添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度、吸入空気量から酸素が放出される期間を推定し、その間は添加期間Ａを延長し、若しくは添加インターバルＢを短縮して速やかに酸素を放出することができる。
【０１１５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＮＯｘ触媒からの酸素放出期間を短縮することができ、還元剤供給時間（１回のリッチスパイク時間）が同じでもＮＯｘ触媒内がストイキ以下になる期間を長くすることができる。これにより、ＮＯｘ触媒から多くのＳＯｘを放出させることができ、ＳＯｘ被毒回復を速やかに完了することができる。また、本実施の形態のように、還元剤に燃料が使用されている場合には、燃費の悪化を抑制することができる。
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態では、第２の実施の形態と比較して触媒劣化を考慮する点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【０１１６】
ここで、ＮＯｘ触媒が劣化すると、ＮＯｘ触媒に貯蔵可能な酸素量が減少することが知られている。従って、ＮＯｘ触媒の劣化が進むにつれて、ＳＯｘ被毒回復中に放出される酸素の量が減少する。本実施の形態では、ＮＯｘ触媒の劣化の度合いが進むにつれて、還元剤の供給量を増量する時間を短くする。
【０１１７】
次に、本実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローについて説明する。
【０１１８】
図５は、本実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローを示したフローチャート図である。
【０１１９】
ステップＳ３０１及びステップＳ３０２では、第１の実施の形態での図３中ステップＳ１０１及びステップＳ１０２と同様の処理がなされる。
【０１２０】
ステップＳ３０３では、触媒劣化量が算出される。ここで、触媒劣化量は、ＮＯｘ触媒２０が晒された温度とその時間により算出される触媒劣化の度合いを示す値である。即ち、触媒劣化量は以下の式により算出される。
【０１２１】
触媒劣化量＝（触媒床温履歴×時間）の積算値
ＮＯｘ触媒２０の床温は、排気温度センサ２４の出力信号、エアフローメータ１１の出力信号、燃料噴射弁３及び還元剤噴射弁２８からの燃料供給量等により算出する。
【０１２２】
ステップＳ３０４では、触媒劣化係数が算出される。触媒劣化量と触媒劣化係数との関係を予め実験等により求めてマップ化し、該マップに触媒劣化量を代入して触媒劣化係数が算出される。
【０１２３】
ステップＳ３０５では、ＮＯｘ触媒２０の酸素放出時間係数Ｅを算出する。酸素放出時間係数Ｅとは、ＮＯｘ触媒２０から放出される酸素の放出時間に比例する値である。ＮＯｘ触媒２０の酸素貯蔵量は、ＮＯｘ触媒２０の容量（貯蔵可能な酸素量）に比例し、還元剤添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度と吸入空気量との積及び触媒劣化係数に反比例する。従って、酸素放出時間は、ＮＯｘ触媒２０の容量が大きくなるほど、また、還元剤添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度と吸入空気量との積又は触媒劣化係数が小さくなるほど長くなる。
【０１２４】
そして、次式により酸素放出時間係数Ｅを算出する。
【０１２５】
酸素放出時間係数Ｅ＝触媒容量／｛（ベース燃焼でのＨＣ濃度×吸入空気量）×触媒劣化係数｝
ここで、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵される酸素量は、該ＮＯｘ触媒２０の酸素貯蔵能力によって異なるので、同じ容量のＮＯｘ触媒２０であっても、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵される酸素量が異なることがある。従って、触媒容量に代えて、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵可能な酸素量を用いて酸素放出時間係数Ｅを求めても良い。
【０１２６】
ステップＳ３０６では、酸素放出時間係数Ｅから還元剤供給量の補正係数Ｆが算出される。補正係数Ｆは、酸素放出時間係数Ｅと還元剤供給量（添加量Ａ若しくは添加インターバルＢ）との関係を予め実験等により求めマップ化したものに、酸素放出時間係数Ｅを代入して求める。補正係数Ｆは、添加量Ａを増量し、若しくは添加インターバルＢを減少する値となり、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比を例えば１３．７から１３．８にする値である。
【０１２７】
ステップＳ３０７からステップＳ３１０では、第１の実施の形態での図３中ステップＳ１０３からステップＳ１０６と同様の処理がなされる。
【０１２８】
ステップＳ３１１では、燃料添加条件が再決定される。これは、ステップＳ３０２で決定された添加量Ａを増量（添加期間を延長）し、若しくは添加インターバルＢを短縮することにより行われる。そして、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは次式により新たに求められる。
【０１２９】
添加量Ａ＝添加量Ａ×補正係数Ｆ
若しくは
添加インターバルＢ＝添加インターバルＢ／補正係数Ｆ
再決定された添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは、ＥＣＵ３５に記憶される。その後、ステップＳ３０７へ戻る。
【０１３０】
また、燃料添加時にＮＯｘ触媒２０内の雰囲気が目標空燃比となるように、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢのフィードバック制御を行うようにしても良い。この場合、ＮＯｘ触媒２０から酸素が放出されている状態なので、ＮＯｘ触媒２０下流ではストイキとなっている。従って、ＮＯｘ触媒２０の下流で空燃比を検出してフィードバック制御を行うことはできないため、ＮＯｘ触媒２０上流に空燃比センサを設け、この検出値によりフィードバック制御を行う。フィードバック制御には、先ず、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比と目標空燃比との差Ｉを算出する。空燃比の差Ｉと補正係数Ｊとの関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップに算出された空燃比の差Ｉを代入して補正係数Ｊを求める。そして、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢが次式により新たに求められる。
【０１３１】
添加量Ａ＝添加量Ａ×補正係数Ｊ
若しくは
添加インターバルＢ＝添加インターバルＢ／補正係数Ｊ
このようにして算出された、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢにより燃料の添加を行う。
【０１３２】
このようにフィードバック制御を行うことにより、酸素放出時間係数Ｅ等の誤差に起因した、酸素放出終了後の燃料の過剰添加によるＨＣの大気中への放出や白煙の発生を抑制することができる。
【０１３３】
ステップＳ３１２では、第１の実施の形態での図３中ステップＳ１０８と同様の処理がなされる。その後、ステップＳ３０７へ戻る。
【０１３４】
このようにして、ＮＯｘ触媒２０の容量（貯蔵可能な酸素量としても良い。）、還元剤噴射弁２８からの燃料添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度、吸入空気量、ＮＯｘ触媒２０の劣化の度合いから酸素が放出される期間を推定し、その間は添加期間Ａを延長し、若しくは添加インターバルＢを短縮して速やかに酸素を放出することができる。
【０１３５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＮＯｘ触媒からの酸素放出期間を短縮することができ、還元剤供給時間（添加時間）が同じでもＮＯｘ触媒内がストイキ以下になる期間を長くすることができる。これにより、ＮＯｘ触媒から多くのＳＯｘを放出させることができ、ＳＯｘ被毒回復を速やかに完了することができる。また、本実施の形態のように、還元剤に燃料が使用されている場合には、燃費の悪化を抑制することができる。
【０１３６】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、ＳＯｘ被毒回復中のＮＯｘ触媒から酸素が放出されている間に還元剤の供給量を増量して酸素の放出を速やかに完了させ、ＳＯｘの放出に費やせる時間を長くすることができる。これにより、ＳＯｘ被毒回復を速やかに完了し、還元剤に燃料が使用されている場合には燃費の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化システムを適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図２】リッチスパイク時の還元剤噴射弁２８の開閉信号を示した図である。
【図３】第１の実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローを示したフローチャート図である。
【図４】第２の実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローを示したフローチャート図である。
【図５】第３の実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローを示したフローチャート図である。
【符号の説明】
１ エンジン
１ａ クランクプーリ
１ｂ 排気ポート
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ コモンレール
５ 燃料供給管
６ 燃料ポンプ
６ａ ポンププーリ
７ ベルト
８ 吸気枝管
９ 吸気管
１１ エアフローメータ
１３ 吸気絞り弁
１４ 吸気絞り用アクチュエータ
１５ 遠心過給機
１５ａ コンプレッサハウジング
１５ｂ タービンハウジング
１８ 排気枝管
１９ 排気管
２０ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
２２ ＮＯｘセンサ
２３ 空燃比センサ
２４ 排気温度センサ
２８ 還元剤噴射弁
２９ 還元剤供給路
３３ クランクポジションセンサ
３５ ＥＣＵ
３６ アクセル開度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を内燃機関の排気系に配置し、還元雰囲気のときに排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵（吸着、吸収でも良い。）し、酸化雰囲気となったときは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘを還元して排気中のＮＯｘを浄化する技術が知られている。また、同じメカニズムで吸蔵されたＳＯｘによる被毒を回復する技術が知られている。
【０００３】
このＳＯｘ被毒の回復制御を行う技術として例えば、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量が許容レベルを超えると、還元雰囲気内で酸素濃度を変動させ、該ＮＯｘ触媒から徐々にＳＯｘを脱離させる技術（例えば、特許文献１参照）、ＳＯｘ被毒回復制御においてＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素が放出されている期間中空燃比のフィードバック制御を禁止する技術（例えば、特許文献２参照）、ＳＯｘ被毒回復を行う際に、還元雰囲気から徐々にストイキに近づける技術（例えば、特許文献３参照）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２７４２３２号公報（第３−５頁、図２、３）
【特許文献２】
特開２００２−１８８４３０号公報（第９頁、図４）
【特許文献３】
特開２０００−１７０５２５号公報（第６、７頁、図６）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＳＯｘ被毒回復を行うと、ＮＯｘ触媒に貯蔵されている酸素が放出され、その間のＮＯｘ触媒の雰囲気はストイキとなるため、ＳＯｘの放出が緩慢となる。従って、ＳＯｘ被毒の回復は貯蔵されている酸素が放出された後に活発となる。しかし、ＮＯｘ触媒の過熱防止のため、還元雰囲気とする時間は限られているので、酸素の放出に時間がかかるとＳＯｘ被毒を回復させるための時間が減少し、ＳＯｘ被毒の回復が完了するまでに時間がかかってしまう。
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＳＯｘ被毒回復を早期に完了する技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。即ち、
酸化雰囲気で酸素を貯蔵し還元雰囲気になると貯蔵した酸素を放出する酸素貯蔵能を有し且つ酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給して前記ＮＯｘ触媒からＳＯｘが放出される還元剤濃度とし前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、
ＳＯｘ被毒回復中であって、前記ＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素が放出される間は前記ＳＯｘが放出される還元剤濃度よりも還元剤の濃度を濃くする酸素放出手段と、
を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の最大の特徴は、ＮＯｘ触媒に酸素が貯蔵されている間は、還元剤の濃度を通常のＳＯｘ被毒回復時よりも濃くして、貯蔵されていた酸素を速やかに放出させ、その分ＳＯｘ放出に費やせる時間を長く取れるようにすることにある。
【０００９】
このように構成された内燃機関の排気浄化システムでは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に燃料中の硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯｘ）がＮＯｘと同じメカニズムで吸蔵（吸収、吸着でも良い。）される。このように、吸蔵されたＳＯｘは、ＮＯｘに比して安定していて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒内に残留してしまう。
【００１０】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘの量が増加すると、それに応じてＮＯｘの吸蔵に関与することができる触媒の量が減少するため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下するする。これをＳＯｘ被毒といい、ＮＯｘ浄化率が低下するため、適宜の時期にＳＯｘ被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、ＮＯｘ触媒を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ還元雰囲気の排気をＮＯｘ触媒に流通させて行われている。
【００１１】
ここで、ＮＯｘ触媒に酸素が貯蔵されている場合には、該ＮＯｘ触媒が還元雰囲気となると、該酸素がＮＯｘ触媒から放出される。これにより、ＮＯｘ触媒がストイキ状態となり、ＳＯｘの放出が緩慢となる。従って、ＳＯｘ被毒回復が完了するまでに時間を要することになる。
【００１２】
これに対し、ＮＯｘ触媒から酸素が放出されている間に、該ＮＯｘ触媒へ更に濃度の濃い還元雰囲気を供給することにより、酸素の放出量が増加され、酸素の放出に要する時間を短縮することが可能となる。
【００１３】
本発明においては、前記ＮＯｘ触媒下流の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段を更に備え、前記空燃比検出手段により検出される値が理論空燃比よりも小さくなった場合に、前記酸素放出手段は、還元剤の濃度を濃くすることを停止することができる。このように構成された内燃機関の排気浄化システムでは、ＮＯｘ触媒に流入する排気を還元雰囲気としても、ＮＯｘ触媒に貯蔵されている酸素が放出されている間は、該ＮＯｘ触媒からストイキ状態の排気が流出する。従って、ＮＯｘ触媒下流の空燃比を検出し、この検出値がストイキから還元雰囲気へ変化したときに酸素の放出が完了したと判定することが可能となる。
【００１４】
本発明においては、前記ＮＯｘ触媒に貯蔵されている酸素の量を推定する酸素貯蔵量推定手段を更に備え、前記酸素放出手段は、酸素の貯蔵量が多いほど還元剤の濃度を濃くする期間を長くすることができる。これにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に貯蔵されている酸素量に応じた還元剤の供給が可能となる。
【００１５】
尚、ＮＯｘ触媒に貯蔵されている酸素量に代えて、ＮＯｘ触媒から酸素が放出される期間に基づいて還元剤濃度を濃くする期間を決定しても良い。
【００１６】
本発明においては、前記酸素貯蔵量推定手段は、前記ＮＯｘ触媒に貯蔵可能な酸素量、還元剤が供給されていないときの排気中の炭化水素濃度、機関の吸入空気量から酸素貯蔵量を推定することができる。
【００１７】
ＮＯｘ触媒に貯蔵可能な酸素量、還元剤が供給されていないときの排気中の炭化水素濃度、機関の吸入空気量と、貯蔵されている酸素量と、には相関があるため、これらの値から酸素貯蔵量を推定することが可能となる。
【００１８】
本発明においては、前記還元剤供給手段は、複数回の還元剤の供給及び供給停止により還元雰囲気を形成し、前記酸素放出手段は、前記還元剤供給手段による複数回の還元剤の供給のうちの酸素放出に必要となる回数まで還元剤の供給量を増量させることができる。
【００１９】
ここで、還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で反応すると、該触媒の温度が上昇し過熱してしまう。これを防止するために、還元剤の供給を停止して触媒の温度を低下させている。また、還元雰囲気を形成する際に、連続して還元剤を供給すると排気中の還元剤濃度がＳＯｘ被毒回復に最適な濃度よりも濃くなりすぎてしまうことがある。これを防止するために、１回の還元雰囲気を複数回の還元剤の供給により形成させ、このときの供給回数により還元剤の濃度を調整している。しかし、還元剤の供給と供給停止とにより還元雰囲気と酸化雰囲気とを複数回変動させると、ＮＯｘ触媒を酸化雰囲気としたときに該ＮＯｘ触媒に酸素が貯蔵されるため、ＮＯｘ触媒を還元雰囲気とする毎に該ＮＯｘ触媒から酸素の放出が行われる。これにより、還元剤の消費量が増加し、還元剤に燃料を使用している場合には、燃費が悪化してしまう。これに対し、ＮＯｘ触媒を酸化雰囲気とするために複数回の還元剤の供給が行われる場合には、複数回のうち酸素が放出されるまでの間の回数は還元剤の供給量を増量することにより、該ＮＯｘ触媒を還元雰囲気とする毎に速やかな酸素の放出が可能となる。還元剤の供給量の増量は、複数回の還元剤が供給されるうちの酸素放出に必要となる回数において、還元剤が供給される時間を長くすることによっても良いし、また、還元剤の供給が停止される時間を短くすることによっても良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムを車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る排気浄化システムを適用するエンジン１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２２】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２３】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２４】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２５】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２６】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２７】
次に、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２８】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続されている。吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１が取り付けられている。
【００２９】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００３０】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００３１】
このように構成された吸気系では、吸気は、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３２】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮された吸気は、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３３】
一方、エンジン１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３４】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にて大気へと通じている。
【００３５】
前記排気管１９の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０（以下、単にＮＯｘ触媒とする。）が設けられている。ＮＯｘ触媒２０は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ２ストレージ）能のある例えばセリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属が添加されている。
【００３６】
このＮＯｘ触媒２０は、該ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵（吸収、吸着でも良い。）し、一方、該ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していたＮＯｘを放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯｘ触媒２０から放出されたＮＯｘが還元される。また、セリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。
【００３７】
ＮＯｘ触媒２０より上流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４が取り付けられている。また、ＮＯｘ触媒２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気中のＮＯｘ濃度に対応した電気信号を出力するＮＯｘセンサ２２及び排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３が取り付けられている。
【００３８】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３９】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してＮＯｘ触媒２０へ流入し、排気中のＮＯｘが吸蔵される。その後、排気は排気管１９を流通して大気中へと放出される。
【００４０】
ところで、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気中の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸蔵されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒にて吸蔵されずに大気中へ放出されてしまう。
【００４１】
特に、エンジン１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し易い。尚、ここでいうリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては例えば２０乃至５０で、三元触媒ではＮＯｘを浄化できない領域を意味する。
【００４２】
従って、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前にＮＯｘ触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させる必要がある。
【００４３】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。例えば、排気中の燃料添加では、ＮＯｘ触媒２０より上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めることができる。
【００４４】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、後述するＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、を備えている。
【００４５】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００４６】
還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させると共に、ＮＯｘ触媒２０に到達し、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されていたＮＯｘを還元することになる。
【００４７】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止されることになる。
【００４８】
また、エンジン１には、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ３３が設けられている。
【００４９】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００５０】
ＥＣＵ３５には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号の他、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ３６の出力信号が入力されるようになっている。
【００５１】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、還元剤噴射弁２８等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００５２】
例えば、ＮＯｘ浄化制御では、ＥＣＵ３５は、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００５３】
リッチスパイク制御では、ＥＣＵ３５は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、ＮＯｘ触媒２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【００５４】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御することにより、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００５５】
具体的には、ＥＣＵ３５は、記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサ２３の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００５６】
ＥＣＵ３５は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００５７】
続いて、ＥＣＵ３５は、前記目標添加量をパラメータとして還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００５８】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【００５９】
ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【００６０】
このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してＮＯｘ触媒２０に流入する。
【００６１】
この結果、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、ＮＯｘ触媒２０がＮＯｘの吸蔵と還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【００６２】
このように、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元することが可能となる。
【００６３】
次に、ＳＯｘ被毒解消制御では、ＥＣＵ３５は、ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘによる被毒を解消すべくＳＯｘ被毒解消処理を行う。
【００６４】
ここで、エンジン１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ２）や三酸化硫黄（ＳＯ３）などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が生成される。
【００６５】
ＳＯｘは、排気とともにＮＯｘ触媒２０に流入し、ＮＯｘと同様のメカニズムによって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵される。
【００６６】
具体的には、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ２）や三酸化硫黄（ＳＯ３）等のＳＯｘが白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）の形でＮＯｘ触媒２０に吸蔵される。更に、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵された硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ４）を形成する。
【００６７】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ４）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ３）２）に比して安定していて分解し難く、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにＮＯｘ触媒２０内に残留してしまう。
【００６８】
ＮＯｘ触媒２０における硫酸塩（ＢａＳＯ４）の量が増加すると、それに応じてＮＯｘの吸蔵に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ吸蔵能力が低下する、いわゆるＳＯｘ被毒が発生する。
【００６９】
ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒を解消する方法としては、ＮＯｘ触媒２０の雰囲気温度をおよそ６００乃至６５０℃の高温域まで昇温させるとともに、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）をＳＯ３ −やＳＯ４ −に熱分解し、次いでＳＯ３ −やＳＯ４ −を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ２ −に還元する方法を例示することができる。
【００７０】
ＥＣＵ３５は、例えば、還元剤噴射弁２８から排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をＮＯｘ触媒２０において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってＮＯｘ触媒２０の床温を高めるようにする。同時に、各気筒の膨張行程若しくは排気行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させても良い。
【００７１】
上記したような燃料添加によりＮＯｘ触媒２０の床温が６００℃乃至６５０℃程度の高温域まで上昇する。その後も、引き続きＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるべくＥＣＵ３５は還元剤噴射弁２８から燃料を噴射させる。
【００７２】
このように被毒回復処理が実行されると、ＮＯｘ触媒２０の床温が高い状況下で、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）がＳＯ３ −やＳＯ４ −に熱分解され、それらＳＯ３ −やＳＯ４ −が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒が回復されることになる。
【００７３】
尚、本実施の形態では、ＳＯｘ被毒回復処理には前記リッチスパイクを行い排気の酸素濃度を低下させる。更に、１回のリッチスパイクを複数回の燃料噴射により形成させて、空燃比が過剰なリーンとならないようにする。ここで、１回に多量の燃料を噴射させると空燃比が過リッチとなる虞があり、ＮＯｘ触媒２０で反応しきれない燃料の一部が下流へ流出する虞がある。そこで、本実施の形態では、少量の燃料を複数回噴射させることにより、過リッチを抑制しつつリッチ雰囲気を形成させるようにした。
【００７４】
ここで、図２は、リッチスパイク時の還元剤噴射弁２８の開閉信号を示した図である。還元剤噴射弁２８は、信号がＯＦＦのときに閉弁し、ＯＮとなったときに開弁する。
【００７５】
１回のリッチスパイクは、例えば２０回の燃料噴射により形成されている。還元剤噴射弁２８の１回当たりの開弁時間は例えば６０ｍｓで、その後例えば１５０ｍｓの間閉弁される。これを、２０回繰り返すことにより、全体として１回のリッチスパイクが形成されている。このように、１回のリッチスパイクを複数回の燃料噴射により形成させると、空燃比が過剰にリッチとなることを抑制することができる。従って、ＮＯｘ触媒２０で反応せずに下流へ流出する燃料を低減することが可能となる。また、リッチスパイクは、例えば７．５ｓのリッチ休止期間毎に形成されている。このリッチ休止期間により、ＮＯｘ触媒２０の過熱を抑止することができ、ＮＯｘ触媒２０の熱劣化の発生を抑制することが可能となる。
【００７６】
ところで、ＮＯｘ触媒２０が酸素貯蔵能を有している場合には、リッチスパイクによりＮＯｘ触媒に還元剤が供給されたとしても、貯蔵されていた酸素が放出されて、ＮＯｘ触媒２０内ではストイキ状態となってしまう。従って、貯蔵されていた酸素が放出されている間は、ＳＯｘの放出が緩慢となる。一方、前述のようにＳＯｘ被毒回復時には、ＮＯｘ触媒の過熱を防止するため、リッチスパイクの後にリッチ休止期間が設けられている。１回のリッチスパイクの時間は延長することができないため、酸素が放出されている時間が長いほどＳＯｘの放出時間が短くなってしまう。従って、酸素の放出時間が長くなるとＳＯｘ被毒回復が完了するまでの時間が長くなり、燃料の消費量が多くなる。
【００７７】
また、リッチ休止期間には、ＮＯｘ触媒２０に酸素が再度貯蔵されてしまうため、リッチスパイク１回毎に酸素が放出されることになる。
【００７８】
そこで、本実施の形態では、酸素が放出されている間は還元剤（燃料）の供給量を増量し、酸素を速やかに放出させる。尚、ここでいう還元剤の供給量の増量とは、添加期間の延長や添加インターバルの短縮を示している。
【００７９】
次に、本実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローについて説明する。
【００８０】
図３は、本実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローを示したフローチャート図である。
【００８１】
ステップＳ１０１では、ＳＯｘ被毒回復条件が成立しているか否か判定する。条件としては、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＳＯｘ量が所定量を超えたか等を例示することができる。ここで、ＳＯｘ吸蔵量は、燃料消費量やＮＯｘセンサ２２からの出力信号、車両走行距離等により求めることができる。燃料中の硫黄成分によりＮＯｘ触媒２０が被毒するので、燃料の消費量を積算してＥＣＵ３５に記憶させ、この燃料の消費量によりＳＯｘ吸蔵量を求めても良い。また、前述したように、ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒が進行すると、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ吸蔵能力が低下するため、ＮＯｘ触媒２０で吸蔵されずにＮＯｘ触媒２０下流にすり抜けるＮＯｘ量が増加する。従って、ＮＯｘ触媒２０の下流にＮＯｘセンサ２２を設け、この出力信号に基づいてＳＯｘ吸蔵量を求めても良い。更に、車両走行距離に応じてＳＯｘ吸蔵量が増加するとして、該車両走行距離に基づいてＳＯｘ吸蔵量を求めても良い。
【００８２】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００８３】
ステップＳ１０２では、燃料添加条件が決定される。ここでいう燃料添加条件とは、添加量（添加期間）Ａ、添加インターバルＢ、添加時間（リッチスパイク１回あたりの時間）Ｃ、添加休止時間（リッチ休止期間）Ｄである。
【００８４】
ステップＳ１０３では、燃料添加判定条件が成立しているか否か判定する。
条件としては、エンジン１がＳＯｘ被毒回復に適した運転状態であるか、ＮＯｘ触媒２０の温度がＳＯｘ被毒回復に適した温度（例えば、６００〜６５０℃）であるか等を例示することができる。
【００８５】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００８６】
ステップＳ１０４では、燃料の添加が行われる。燃料の添加は、ステップＳ１０２で求めた燃料添加条件に従って還元剤噴射弁２８から燃料を噴射して行われる。
【００８７】
ステップＳ１０５では、ＮＯｘ触媒２０から酸素が放出されているか否か判定する。ここでは、燃料の添加開始から所定の期間は酸素が放出されるものとして、燃料添加開始から所定の期間が経過していないか否かにより判定される。尚、所定の期間は、予め実験等により酸素が放出される期間を求めておき、予め所定の期間として定めておく。
【００８８】
ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。
【００８９】
ステップＳ１０６では、本ステップＳ１０６に入るのが初回か否か判定する。初回には、燃料添加条件が再決定され、初回以降では、初回に再決定された燃料添加条件が用いられる。初回であるか否は、ＥＣＵ３５内のフラグにより判定される。このフラグは、本ルーチン開始時にクリアされる。従って、ステップＳ１０６へ入るのが初回の場合には、フラグは０である。そして、次ステップに移行するときにフラグに１が代入される。これにより、初回以降はフラグが１となり、初回ではないと判定することが可能となる。
【００９０】
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ戻る。
【００９１】
ステップＳ１０７では、燃料添加条件が再決定される。これは、ステップＳ１０２で決定された添加量Ａを増量（添加期間を延長）し、若しくは添加インターバルＢを短縮することにより行われる。そして、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは次式により新たに求められる。
【００９２】
添加量Ａ＝添加量Ａ×補正係数Ｅ
若しくは
添加インターバルＢ＝添加インターバルＢ／補正係数Ｅ
ここで、補正係数Ｅは、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比を例えば１３．７から１３．８にするべく予め実験等により求められた値である。再決定された添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは、ＥＣＵ３５に記憶される。その後、ステップＳ１０３へ戻る。
【００９３】
ステップＳ１０８では、燃料添加時にＮＯｘ触媒２０内の雰囲気が目標空燃比（例えば、１４．２）となるように、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢのフィードバック制御を行う。ここで、本実施の形態では、空燃比センサ２３により検出されるＮＯｘ触媒２０下流の空燃比を、該ＮＯｘ触媒２０内の空燃比として取り扱う。
【００９４】
フィードバック制御には、先ず、空燃比センサ２３により検出される排気の空燃比と目標空燃比との差Ｆを算出する。空燃比の差Ｆと補正係数Ｇとの関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップに算出された空燃比の差Ｆを代入して補正係数Ｇを求める。そして、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢが次式により新たに求められる。
【００９５】
添加量Ａ＝添加量Ａ×補正係数Ｇ
若しくは
添加インターバルＢ＝添加インターバルＢ／補正係数Ｇ
このようにして算出された、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは、ＥＣＵ３５に記憶される。その後、ステップＳ１０３へ戻る。
【００９６】
このようにして、ＮＯｘ触媒から酸素が放出される期間は添加期間Ａを延長し、若しくは添加インターバルＢを短縮して速やかに酸素を放出することができる。
【００９７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＮＯｘ触媒からの酸素放出期間を短縮することができ、還元剤供給時間（１回のリッチスパイク時間）が同じでもＮＯｘ触媒内がストイキ以下になる期間を長くすることができる。これにより、ＮＯｘ触媒から多くのＳＯｘを放出させることができ、ＳＯｘ被毒回復を速やかに完了することができる。また、本実施の形態のように、還元剤に燃料が使用されている場合には、燃費の悪化を抑制することができる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、酸素放出時間により還元剤の供給量を変更する点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００９８】
ここで、ＮＯｘ触媒２０の酸素貯蔵量は、ＮＯｘ触媒２０の容量（貯蔵可能な酸素量）に比例し、還元剤添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度と吸入空気量との積に反比例する。従って、酸素放出時間は、ＮＯｘ触媒２０の容量が大きくなるほど、また、還元剤添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度と吸入空気量との積が小さくなるほど長くなる。
【００９９】
そこで、本実施の形態では、これらの値に基づいて、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵されている酸素量（酸素放出に要する時間としても良い。）を求めて、この量に応じた期間内は還元剤供給量を増量し、速やかに酸素の放出を完了させる。
【０１００】
次に、本実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローについて説明する。
【０１０１】
図４は、本実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローを示したフローチャート図である。
【０１０２】
ステップＳ２０１及びステップＳ２０２は、第１の実施の形態での図３中ステップＳ１０１及びステップＳ１０２と同様の処理がなされる。
【０１０３】
ステップＳ２０３では、ＮＯｘ触媒２０の酸素放出時間係数Ｅを算出する。酸素放出時間係数Ｅとは、ＮＯｘ触媒２０から放出される酸素の放出時間に比例する値である。ＮＯｘ触媒２０の酸素貯蔵量は、ＮＯｘ触媒２０の容量に比例し、還元剤添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度と吸入空気量との積に反比例する。従って、酸素放出時間は、ＮＯｘ触媒２０の容量が大きくなるほど、また、還元剤添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度と吸入空気量との積が小さくなるほど長くなる。
【０１０４】
そして、次式により酸素放出時間係数Ｅを算出する。
【０１０５】
酸素放出時間係数Ｅ＝触媒容量／（ベース燃焼でのＨＣ濃度×吸入空気量）
ここで、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵される酸素量は、該ＮＯｘ触媒２０の酸素貯蔵能力によって異なるので、同じ容量のＮＯｘ触媒２０であっても、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵される酸素量が異なることがある。従って、触媒容量に代えて、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵可能な酸素量を用いて酸素放出時間係数Ｅを求めても良い。
【０１０６】
ステップＳ２０４では、酸素放出時間係数Ｅから還元剤供給量の補正係数Ｆが算出される。補正係数Ｆは、酸素放出時間係数Ｅと還元剤供給量（添加量Ａ若しくは添加インターバルＢ）との関係を予め実験等により求めマップ化したものに、酸素放出時間係数Ｅを代入して求める。補正係数Ｆは、添加量Ａを増量し、若しくは添加インターバルＢを減少する値となり、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比を例えば１３．７から１３．８にする値である。
【０１０７】
ステップＳ２０５からステップＳ２０８までは、第１の実施の形態での図３中ステップＳ１０３からステップＳ１０６と同様の処理がなされる。
【０１０８】
ステップＳ２０９では、燃料添加条件が再決定される。これは、ステップＳ２０２で決定された添加量Ａを増量（添加期間を延長）し、若しくは添加インターバルＢを短縮することにより行われる。そして、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは次式により新たに求められる。
【０１０９】
添加量Ａ＝添加量Ａ×補正係数Ｆ
若しくは
添加インターバルＢ＝添加インターバルＢ／補正係数Ｆ
再決定された添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは、ＥＣＵ３５に記憶される。その後、ステップＳ２０５へ戻る。
【０１１０】
また、燃料添加時にＮＯｘ触媒２０内の雰囲気が目標空燃比となるように、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢのフィードバック制御を行うようにしても良い。この場合、ＮＯｘ触媒２０から酸素が放出されている状態なので、ＮＯｘ触媒２０下流ではストイキとなっている。従って、ＮＯｘ触媒２０の下流で空燃比を検出してフィードバック制御を行うことはできないため、ＮＯｘ触媒２０上流に空燃比センサを設け、この検出値によりフィードバック制御を行う。フィードバック制御には、先ず、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比と目標空燃比との差Ｉを算出する。空燃比の差Ｉと補正係数Ｊとの関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップに算出された空燃比の差Ｉを代入して補正係数Ｊを求める。そして、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢが次式により新たに求められる。
【０１１１】
添加量Ａ＝添加量Ａ×補正係数Ｊ
若しくは
添加インターバルＢ＝添加インターバルＢ／補正係数Ｊ
このようにして算出された、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢにより燃料の添加を行う。
【０１１２】
このようにフィードバック制御を行うことにより、酸素放出時間係数Ｅ等の誤差に起因した、酸素放出終了後の燃料の過剰添加によるＨＣの大気中への放出や白煙の発生を抑制することができる。
【０１１３】
ステップＳ２１０では、第１の実施の形態での図３中ステップＳ１０８と同様の処理がなされる。その後、ステップＳ２０５へ戻る。
【０１１４】
このようにして、ＮＯｘ触媒２０の容量（貯蔵可能な酸素量としても良い。）、還元剤噴射弁２８からの燃料添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度、吸入空気量から酸素が放出される期間を推定し、その間は添加期間Ａを延長し、若しくは添加インターバルＢを短縮して速やかに酸素を放出することができる。
【０１１５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＮＯｘ触媒からの酸素放出期間を短縮することができ、還元剤供給時間（１回のリッチスパイク時間）が同じでもＮＯｘ触媒内がストイキ以下になる期間を長くすることができる。これにより、ＮＯｘ触媒から多くのＳＯｘを放出させることができ、ＳＯｘ被毒回復を速やかに完了することができる。また、本実施の形態のように、還元剤に燃料が使用されている場合には、燃費の悪化を抑制することができる。
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態では、第２の実施の形態と比較して触媒劣化を考慮する点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【０１１６】
ここで、ＮＯｘ触媒が劣化すると、ＮＯｘ触媒に貯蔵可能な酸素量が減少することが知られている。従って、ＮＯｘ触媒の劣化が進むにつれて、ＳＯｘ被毒回復中に放出される酸素の量が減少する。本実施の形態では、ＮＯｘ触媒の劣化の度合いが進むにつれて、還元剤の供給量を増量する時間を短くする。
【０１１７】
次に、本実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローについて説明する。
【０１１８】
図５は、本実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローを示したフローチャート図である。
【０１１９】
ステップＳ３０１及びステップＳ３０２では、第１の実施の形態での図３中ステップＳ１０１及びステップＳ１０２と同様の処理がなされる。
【０１２０】
ステップＳ３０３では、触媒劣化量が算出される。ここで、触媒劣化量は、ＮＯｘ触媒２０が晒された温度とその時間により算出される触媒劣化の度合いを示す値である。即ち、触媒劣化量は以下の式により算出される。
【０１２１】
触媒劣化量＝（触媒床温履歴×時間）の積算値
ＮＯｘ触媒２０の床温は、排気温度センサ２４の出力信号、エアフローメータ１１の出力信号、燃料噴射弁３及び還元剤噴射弁２８からの燃料供給量等により算出する。
【０１２２】
ステップＳ３０４では、触媒劣化係数が算出される。触媒劣化量と触媒劣化係数との関係を予め実験等により求めてマップ化し、該マップに触媒劣化量を代入して触媒劣化係数が算出される。
【０１２３】
ステップＳ３０５では、ＮＯｘ触媒２０の酸素放出時間係数Ｅを算出する。酸素放出時間係数Ｅとは、ＮＯｘ触媒２０から放出される酸素の放出時間に比例する値である。ＮＯｘ触媒２０の酸素貯蔵量は、ＮＯｘ触媒２０の容量（貯蔵可能な酸素量）に比例し、還元剤添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度と吸入空気量との積及び触媒劣化係数に反比例する。従って、酸素放出時間は、ＮＯｘ触媒２０の容量が大きくなるほど、また、還元剤添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度と吸入空気量との積又は触媒劣化係数が小さくなるほど長くなる。
【０１２４】
そして、次式により酸素放出時間係数Ｅを算出する。
【０１２５】
酸素放出時間係数Ｅ＝触媒容量／｛（ベース燃焼でのＨＣ濃度×吸入空気量）×触媒劣化係数｝
ここで、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵される酸素量は、該ＮＯｘ触媒２０の酸素貯蔵能力によって異なるので、同じ容量のＮＯｘ触媒２０であっても、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵される酸素量が異なることがある。従って、触媒容量に代えて、ＮＯｘ触媒２０に貯蔵可能な酸素量を用いて酸素放出時間係数Ｅを求めても良い。
【０１２６】
ステップＳ３０６では、酸素放出時間係数Ｅから還元剤供給量の補正係数Ｆが算出される。補正係数Ｆは、酸素放出時間係数Ｅと還元剤供給量（添加量Ａ若しくは添加インターバルＢ）との関係を予め実験等により求めマップ化したものに、酸素放出時間係数Ｅを代入して求める。補正係数Ｆは、添加量Ａを増量し、若しくは添加インターバルＢを減少する値となり、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比を例えば１３．７から１３．８にする値である。
【０１２７】
ステップＳ３０７からステップＳ３１０では、第１の実施の形態での図３中ステップＳ１０３からステップＳ１０６と同様の処理がなされる。
【０１２８】
ステップＳ３１１では、燃料添加条件が再決定される。これは、ステップＳ３０２で決定された添加量Ａを増量（添加期間を延長）し、若しくは添加インターバルＢを短縮することにより行われる。そして、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは次式により新たに求められる。
【０１２９】
添加量Ａ＝添加量Ａ×補正係数Ｆ
若しくは
添加インターバルＢ＝添加インターバルＢ／補正係数Ｆ
再決定された添加量Ａ若しくは添加インターバルＢは、ＥＣＵ３５に記憶される。その後、ステップＳ３０７へ戻る。
【０１３０】
また、燃料添加時にＮＯｘ触媒２０内の雰囲気が目標空燃比となるように、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢのフィードバック制御を行うようにしても良い。この場合、ＮＯｘ触媒２０から酸素が放出されている状態なので、ＮＯｘ触媒２０下流ではストイキとなっている。従って、ＮＯｘ触媒２０の下流で空燃比を検出してフィードバック制御を行うことはできないため、ＮＯｘ触媒２０上流に空燃比センサを設け、この検出値によりフィードバック制御を行う。フィードバック制御には、先ず、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比と目標空燃比との差Ｉを算出する。空燃比の差Ｉと補正係数Ｊとの関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップに算出された空燃比の差Ｉを代入して補正係数Ｊを求める。そして、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢが次式により新たに求められる。
【０１３１】
添加量Ａ＝添加量Ａ×補正係数Ｊ
若しくは
添加インターバルＢ＝添加インターバルＢ／補正係数Ｊ
このようにして算出された、添加量Ａ若しくは添加インターバルＢにより燃料の添加を行う。
【０１３２】
このようにフィードバック制御を行うことにより、酸素放出時間係数Ｅ等の誤差に起因した、酸素放出終了後の燃料の過剰添加によるＨＣの大気中への放出や白煙の発生を抑制することができる。
【０１３３】
ステップＳ３１２では、第１の実施の形態での図３中ステップＳ１０８と同様の処理がなされる。その後、ステップＳ３０７へ戻る。
【０１３４】
このようにして、ＮＯｘ触媒２０の容量（貯蔵可能な酸素量としても良い。）、還元剤噴射弁２８からの燃料添加前（ベース燃焼）でのＨＣ濃度、吸入空気量、ＮＯｘ触媒２０の劣化の度合いから酸素が放出される期間を推定し、その間は添加期間Ａを延長し、若しくは添加インターバルＢを短縮して速やかに酸素を放出することができる。
【０１３５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＮＯｘ触媒からの酸素放出期間を短縮することができ、還元剤供給時間（添加時間）が同じでもＮＯｘ触媒内がストイキ以下になる期間を長くすることができる。これにより、ＮＯｘ触媒から多くのＳＯｘを放出させることができ、ＳＯｘ被毒回復を速やかに完了することができる。また、本実施の形態のように、還元剤に燃料が使用されている場合には、燃費の悪化を抑制することができる。
【０１３６】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、ＳＯｘ被毒回復中のＮＯｘ触媒から酸素が放出されている間に還元剤の供給量を増量して酸素の放出を速やかに完了させ、ＳＯｘの放出に費やせる時間を長くすることができる。これにより、ＳＯｘ被毒回復を速やかに完了し、還元剤に燃料が使用されている場合には燃費の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化システムを適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図２】リッチスパイク時の還元剤噴射弁２８の開閉信号を示した図である。
【図３】第１の実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローを示したフローチャート図である。
【図４】第２の実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローを示したフローチャート図である。
【図５】第３の実施の形態によるＳＯｘ被毒回復のフローを示したフローチャート図である。
【符号の説明】
１ エンジン
１ａ クランクプーリ
１ｂ 排気ポート
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ コモンレール
５ 燃料供給管
６ 燃料ポンプ
６ａ ポンププーリ
７ ベルト
８ 吸気枝管
９ 吸気管
１１ エアフローメータ
１３ 吸気絞り弁
１４ 吸気絞り用アクチュエータ
１５ 遠心過給機
１５ａ コンプレッサハウジング
１５ｂ タービンハウジング
１８ 排気枝管
１９ 排気管
２０ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
２２ ＮＯｘセンサ
２３ 空燃比センサ
２４ 排気温度センサ
２８ 還元剤噴射弁
２９ 還元剤供給路
３３ クランクポジションセンサ
３５ ＥＣＵ
３６ アクセル開度センサ
Claims (5)
- 酸化雰囲気で酸素を貯蔵し還元雰囲気になると貯蔵した酸素を放出する酸素貯蔵能を有し且つ酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給して前記ＮＯｘ触媒からＳＯｘが放出される還元剤濃度とし前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、
ＳＯｘ被毒回復中であって、前記ＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素が放出される間は前記ＳＯｘが放出される還元剤濃度よりも還元剤の濃度を濃くする酸素放出手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 - 前記ＮＯｘ触媒下流の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段を更に備え、前記空燃比検出手段により検出される値が理論空燃比よりも小さくなった場合に、前記酸素放出手段は、還元剤の濃度を濃くすることを停止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
- 前記ＮＯｘ触媒に貯蔵されている酸素の量を推定する酸素貯蔵量推定手段を更に備え、前記酸素放出手段は、酸素の貯蔵量が多いほど還元剤の濃度を濃くする期間を長くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
- 前記酸素貯蔵量推定手段は、前記ＮＯｘ触媒に貯蔵可能な酸素量、還元剤が供給されていないときの排気中の炭化水素濃度、機関の吸入空気量から酸素貯蔵量を推定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
- 前記還元剤供給手段は、複数回の還元剤の供給及び供給停止により還元雰囲気を形成し、前記酸素放出手段は、前記還元剤供給手段による複数回の還元剤の供給のうちの酸素放出に必要となる回数まで還元剤の供給量を増量させることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003022309A JP4314835B2 (ja) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | 内燃機関の排気浄化システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003022309A JP4314835B2 (ja) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | 内燃機関の排気浄化システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004232555A true JP2004232555A (ja) | 2004-08-19 |
| JP4314835B2 JP4314835B2 (ja) | 2009-08-19 |
Family
ID=32951405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003022309A Expired - Lifetime JP4314835B2 (ja) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | 内燃機関の排気浄化システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4314835B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006027903A1 (ja) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Isuzu Motors Limited | 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム |
| JP2008528281A (ja) * | 2005-01-31 | 2008-07-31 | トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド | 窒素酸化物吸蔵還元触媒のマイクロ波アシスト脱硫 |
| JP2010174739A (ja) * | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP2018105156A (ja) * | 2016-12-22 | 2018-07-05 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
-
2003
- 2003-01-30 JP JP2003022309A patent/JP4314835B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006027903A1 (ja) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Isuzu Motors Limited | 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム |
| EP1793099A4 (en) * | 2004-09-03 | 2010-03-17 | Isuzu Motors Ltd | METHOD FOR CLEANING EXHAUST GASES AND EXHAUST GAS CLEANING SYSTEM |
| US7716918B2 (en) | 2004-09-03 | 2010-05-18 | Isuzu Motors Limited | Method of exhaust gas purification and exhaust gas purification system |
| JP2008528281A (ja) * | 2005-01-31 | 2008-07-31 | トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド | 窒素酸化物吸蔵還元触媒のマイクロ波アシスト脱硫 |
| JP2010174739A (ja) * | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP2018105156A (ja) * | 2016-12-22 | 2018-07-05 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| CN108361094A (zh) * | 2016-12-22 | 2018-08-03 | 丰田自动车株式会社 | 用于内燃机的排气控制设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4314835B2 (ja) | 2009-08-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4288942B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| US7127883B1 (en) | Exhaust gas purifying apparatus of internal combustion engine | |
| JP3613676B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JPH10317946A (ja) | 排気浄化装置 | |
| EP1176290B1 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
| JP3972864B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化システム | |
| JP2002038942A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP3680727B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4107137B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4385617B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化システム | |
| JP4314835B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化システム | |
| JP4556364B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4193553B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4001045B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP3876569B2 (ja) | 筒内噴射式内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4314833B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP3791312B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP3414323B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP3496572B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4175031B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP2002195025A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4321117B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP2003129830A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4052100B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP2000145438A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051226 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080903 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090113 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090316 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090428 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090511 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4314835 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120529 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120529 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130529 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130529 Year of fee payment: 4 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |