JP2004084535A - 内燃機関の排気浄化方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】機関に硫黄固形化剤を供給してＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒を抑制する際に、硫黄固形化剤の消費量を低減する。
【解決手段】機関１の排気通路５にＮＯＸ吸蔵還元触媒２０を設けリーン空燃比排気中のＮＯＸを吸蔵させる。機関１には燃焼室１ａに直接燃料を噴射する噴射弁４０が設けられ、燃料ポンプ４３からコモンレール４１に圧送される燃料を噴射する。燃焼により燃料中の硫黄と反応して固体の硫酸塩を形成する硫黄固形化剤を含む添加剤は、タンク５１からポンプ５３によりコモンレールに注入され、燃料とともに噴射弁から燃焼室に供給される。ＥＣＵ３０は、ＮＯＸ吸蔵還元触媒の雰囲気条件が排気中のＳＯＸを吸収しにくい条件になっている場合には、ポンプ５３の吐出量を調整し、添加剤のコモンレールへの注入量を減量、または注入を停止する。これにより、硫黄固形化剤の消費量が低減される。
【選択図】　　　図１

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方法に関し、詳細にはＮＯＸ吸蔵還元触媒を用い排気浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の排気通路に、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収またはその両方にて選択的に吸蔵保持し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵したＮＯＸを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒を配置し、機関がリーン空燃比運転されているときのリーン空燃比の排気中のＮＯＸをＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵させることにより排気から除去し、機関が理論空燃比またはリッチ空燃比で運転されるときの機関排気中の還元成分によりＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵したＮＯＸを還元浄化する内燃機関の排気浄化方法が知られている。
【０００３】
ＮＯＸ吸蔵還元触媒を用いた排気浄化方法では、燃料中の硫黄によるＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ浄化能力の低下、すなわち硫黄被毒が問題になる場合がある。ガソリン、軽油などの燃料はわずかに硫黄を含有しているため燃焼後の排気中には微量のＳＯＸ（ＳＯ２、ＳＯ３等の硫黄酸化物）が含まれている。排気中のＳＯＸは、ＮＯＸと同様なメカニズムでＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵され、しかも一旦吸蔵されてしまうと、ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯＸが還元浄化される温度条件ではＮＯＸ吸蔵還元触媒から脱離しない。
【０００４】
このため、ＳＯＸを含む排気中で使用するとＮＯＸの吸蔵、還元浄化を繰り返すに連れてＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯＸ量は徐々に増大してしまい、吸蔵したＳＯＸ分だけ吸蔵できるＮＯＸの量が低下する。これにより、ＳＯＸによりＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力、すなわちＮＯＸ浄化能力が低下する、いわゆる硫黄被毒（またはＳ被毒）が生じるのである。
【０００５】
ＮＯＸ吸蔵還元触媒に硫黄被毒が生じると、ＮＯＸ浄化能力を回復させるためには通常のＮＯＸの還元浄化を行う場合よりもかなり高い温度まで触媒温度を上昇させたリッチ空燃比運転を行う必要がある。このため、機関排気温度が低い低速低負荷領域での運転が長時間続くような場合にはＳＯＸ被毒解消のために排気温度をかなり上昇させる必要があり、ＳＯＸ被毒を充分に解消できない問題や、ＳＯＸ被毒解消のために燃料消費が増大するなどの問題が生じる。
【０００６】
この問題を解決するために、排気中のＳＯＸがＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されることを抑制することにより、ＳＯＸ被毒の発生を防止する方法が考案されている。
例えば、特許文献１は、燃料に添加剤を混入することにより排気中のＳＯ２やＳＯ３などのガス成分を固体硫酸塩に転換して、ＮＯＸ吸蔵還元触媒への吸蔵を抑制する方法を開示している。
【０００７】
特許文献１の方法では、燃料中にバリウムなどの金属化合物を含む添加剤を添加して機関の燃焼室に供給して燃焼させることにより、燃料中の硫黄と反応させ、固体粒子の形の硫酸塩（例えば硫酸バリウムＢａＳＯ４）を形成している。
上記により形成される硫酸塩は固体粒子であるため、気体の硫黄酸化物とは異なりＮＯＸ吸蔵還元触媒には吸蔵されることがない。従って、長時間使用してもＮＯＸ吸蔵還元触媒のＳＯＸ吸蔵量が増大せず、ＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ浄化能力の低下（硫黄被毒）が生じない。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３１５４１０５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１のように燃焼時に硫黄と反応して固体硫酸塩を形成する添加剤を燃料に添加して排気中のＳＯＸを低減する方法は問題を生じる場合がある。
【００１０】
例えば、特許文献１の方法は添加剤を燃料に添加するものであるため、もともと添加剤を混合済の燃料か、或いは燃料とは別に添加剤を補給して、機関供給前に添加剤を燃料に添加する必要がある。添加剤を添加した燃料を補給する場合はともかく、燃料と別に添加剤を補給する場合には、添加剤の消費量を最小に抑えてできるだけ添加剤の補給間隔を長くすることが好ましい。しかし、特許文献１の方法では、添加剤の消費量を抑制することは考慮されていない。
【００１１】
また、添加剤により形成された固体硫酸塩は微細な粒子であるため、ＮＯＸ吸蔵還元触媒に捕捉されることなく触媒を通過してしまい大気に放出される。このため、真に必要な場合以外に添加剤を使用すると機関から排出されるパティキュレートの総量が増大してしまう問題がある。
【００１２】
これらの問題は添加剤混入済みの燃料を用いる場合にも、燃料と添加剤を個別に供給する場合にも生じる。
【００１３】
更に、燃料中に金属化合物などの添加剤を混入すると、後述するように燃料オクタン価の低下によるノックの発生や、機関燃焼室や排気弁へのデポジットの堆積が増大するなどの問題が生じることも判明している。
【００１４】
従って、特許文献１のように硫黄と反応して排気中に固体硫酸塩を形成する金属化合物などの添加剤を燃料に添加する場合には、上記の問題を解決する必要があるが、特許文献１はこれらの問題について全く考慮していない。
【００１５】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、硫黄と反応して排気中に固体硫酸塩を形成する金属化合物など（以下、「硫黄固形化剤」と称する）を機関に供給してＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒を抑制する場合に、硫黄固形化剤の消費量を低減するとともに、パティキュレートの増大やノックの発生、デポジットの生成などを抑制することが可能な内燃機関の排気浄化方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収またはその両方にて選択的に吸蔵保持し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵したＮＯＸを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒を内燃機関の排気通路に配置し、前記機関をリーン空燃比で運転したときの機関排気中のＮＯＸを前記触媒に吸蔵させ、前記機関を理論空燃比またはリッチ空燃比で運転したときの前記機関排気中の還元成分により前記触媒に吸蔵したＮＯＸを還元浄化する、内燃機関の排気浄化方法であって、燃焼時にＳＯＸと反応して固体硫酸塩を形成する硫黄固形化剤を前記機関に供給して、排気中のＳＯＸを固化することにより排気中のＳＯＸが前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されることを防止するとともに、前記硫黄固形化剤の機関への供給量を、前記触媒の雰囲気条件に応じて制御する、内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００１７】
すなわち、請求項１の発明では、硫黄固形化剤を機関に供給する際に、その供給量をＮＯＸ吸蔵還元触媒の雰囲気条件に応じて制御する。これにより、触媒の雰囲気条件が硫黄被毒が生じない条件のときには硫黄固形化剤の機関への供給量を低減または供給を停止することができるため、硫黄固形化剤の消費量を低減するとともに、パティキュレートの増大などの問題を抑制することが可能となる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒の雰囲気条件が、ＮＯＸ吸蔵還元触媒へのＳＯＸの吸蔵を抑制する雰囲気条件である場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００１９】
すなわち、請求項２の発明ではＮＯＸ吸蔵還元触媒の雰囲気条件が触媒へのＳＯＸの吸蔵を抑制するような条件である場合、すなわち、例えばＮＯＸ吸蔵還元触媒に流入する排気がリッチ空燃比であるような場合には、硫黄固形化剤の機関への供給量を減量、または供給を停止する。これにより、硫黄被毒が生じる可能性のない場合まで機関に無駄に硫黄固形化剤を供給することが防止され、硫黄固形化剤消費量とパティキュレート発生量とを低減することが可能となる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒の雰囲気条件が、ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯＸのＮＯＸ吸蔵還元触媒からの脱離を促進する雰囲気条件である場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００２１】
すなわち、請求項３の発明ではＮＯＸ吸蔵還元触媒の雰囲気条件が触媒からのＳＯＸの脱離を促進するような条件である場合、例えば硫黄被毒の解消操作実行中や、或いはＮＯＸ吸蔵還元触媒に流入する排気温度が高い場合などには、硫黄固形化剤の機関への供給量を減量、または供給を停止する。これにより、硫黄被毒が生じる可能性のない場合まで機関に無駄に硫黄固形化剤を供給することが防止され、硫黄固形化剤消費量とパティキュレート発生量とを低減することが可能となる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収またはその両方にて選択的に吸蔵保持し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵したＮＯＸを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒を内燃機関の排気通路に配置し、前記機関をリーン空燃比で運転したときの機関排気中のＮＯＸを前記触媒に吸蔵させ、前記機関を理論空燃比またはリッチ空燃比で運転したときの前記機関排気中の還元成分により前記触媒に吸蔵したＮＯＸを還元浄化する、内燃機関の排気浄化方法であって、燃焼時にＳＯＸと反応して固体硫酸塩を形成する硫黄固形化剤を前記機関に供給して、排気中のＳＯＸを固化することにより排気中のＳＯＸが前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されることを防止するとともに、前記硫黄固形化剤の機関への供給量を、前記機関の運転条件に応じて制御する、内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００２３】
すなわち、請求項４の発明では、硫黄固形化剤を機関に供給する際に、その供給量を機関の運転条件に応じて制御する。これにより、機関がリッチ空燃比で運転されている場合や、排気温度が高い時などのようにＮＯＸ吸蔵還元触媒にＳＯＸが吸蔵されることがない場合には硫黄固形化剤の機関への供給量を低減または供給を停止することができるため、硫黄固形化剤の消費量を低減するとともに、パティキュレートの増大などの問題を抑制することが可能となると共に、機関がデポジットの増大やノックが生じやすい運転条件で運転されているような場合に硫黄固形化剤の供給を低減することも可能となり、デポジットやノックの発生を抑制することが可能となる。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、前記内燃機関が、ＮＯＸ吸蔵還元触媒へのＳＯＸの吸蔵を抑制する運転条件で運転されている場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００２５】
すなわち、請求項５の発明では機関が、ＮＯＸ吸蔵還元触媒へのＳＯＸの吸蔵を抑制する運転条件で運転されている場合、すなわち、例えば機関がリッチ空燃比で運転されているような場合には、機関への硫黄固形化剤の供給量の低減または供給の停止を行う。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、前記内燃機関が、ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯＸのＮＯＸ吸蔵還元触媒からの脱離を促進する運転条件で運転されている場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００２７】
すなわち、請求項６の発明では、機関がＮＯＸ吸蔵還元触媒からのＮＯＸの脱離を促進するように運転条件で運転されている場合、すなわち、例えば機関が高負荷運転されており、排気温度が高くなっているような場合には、機関への硫黄固形化剤の供給量の低減または供給の停止を行う。
【００２８】
請求項７に記載の発明によれば、前記内燃機関が、前記硫黄固形化剤による機関内のデポジット生成を促進する運転条件で運転されている場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００２９】
すなわち、請求項７の発明では機関が、硫黄固形化剤によるデポジットの生成が促進されるような運転条件、すなわち、例えば機関温度が低いコールドスタート時、低速軽負荷運転などには、機関への硫黄固形化剤の供給量の低減または供給の停止を行う。これにより、機関へのデポジット堆積が抑制される。
【００３０】
請求項８に記載の発明によれば、前記内燃機関が、前記硫黄固形化剤の添加によりノック発生が促進される運転条件で運転されている場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００３１】
すなわち、請求項７の発明では硫黄固形化剤を添加することによりノックの発生が予想されるような場合、すなわち、例えば高負荷運転時などには、機関への硫黄固形化剤の供給量の低減または供給の停止を行う。これにより、ノックの発生を防止することが可能となる。
【００３２】
請求項９に記載の発明によれば、前記内燃機関にノックが発生した場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００３３】
すなわち、請求項９の発明では、機関運転中に実際にノックが発生した場合には、機関への硫黄固形化剤の供給量の低減または供給の停止を行う。これにより、ノックが実際に発生してしまった場合にもノックを消滅させることが可能となる。
【００３４】
請求項１０に記載の発明によれば、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収またはその両方にて選択的に吸蔵保持し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵したＮＯＸを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒を内燃機関の排気通路に配置し、前記機関をリーン空燃比で運転したときの機関排気中のＮＯＸを前記触媒に吸蔵させ、前記機関を理論空燃比またはリッチ空燃比で運転したときの前記機関排気中の還元成分により前記触媒に吸蔵したＮＯＸを還元浄化する、内燃機関の排気浄化方法であって、燃焼時にＳＯＸと反応して固体硫酸塩を形成する硫黄固形化剤を前記機関に供給して、排気中のＳＯＸを固化することにより排気中のＳＯＸが前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されることを防止するとともに、前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力に応じて前記硫黄固形化剤の機関への供給量を制御する、内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００３５】
すなわち、請求項１０の発明では、硫黄固形化剤を機関に供給する際に、その供給量をＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力（浄化能力）に応じて制御する。例えば、ＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力が大きい場合には、多少のＳＯＸを吸蔵してもＮＯＸ吸蔵能力は大幅には低下しない。しかし、硫黄被毒、或いは他の劣化原因によりＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低下しているような場合には、排気中のＳＯＸがＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されるとわずかなＳＯＸ吸蔵量の増大でも、ＮＯＸ吸蔵能力が大幅に低下してしまう場合がある。このため、ＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力に応じて、機関への硫黄固形化剤の供給量を制御することにより、ＮＯＸの浄化効率を高く維持しながら無駄な硫黄固形化剤の消費を抑制することが可能となる。
【００３６】
請求項１１に記載の発明によれば、前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力が所定値より低下した場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を増量、もしくは供給を開始する、請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化方法が提供される。
【００３７】
すなわち、請求項１１の発明ではＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力が所定値より低下したときに、機関への硫黄固形化剤の供給量の増大または供給の開始を行う。これにより、ＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵還元能力が更に低下してＮＯＸ浄化効率が大幅に悪化することが防止されると共に、本来必要のない場合にまで無駄に硫黄固形化剤を消費することを防止できる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の排気浄化方法を自動車用ガソリン機関に適用する場合の装置全体の基本構成概略を示す図である。
【００３９】
図において、１は機関本体（図には１気筒のみを示す）、１ａは気筒燃焼室、３は吸気通路、３ａは吸気弁、５は排気通路、５ａは排気弁、７は点火プラグ、９はピストンを、それぞれ示している。また、４０は機関燃焼室１ａに直接燃料を噴射する燃料噴射弁である。
本実施形態では、機関１は負荷条件に応じて運転空燃比が変更されるが、その運転領域の大部分で理論空燃比よりリーンな空燃比で運転される、いわゆるリーンバーンエンジンとされている。
【００４０】
本実施形態では、排気通路５の機関１に近い位置には公知の三元触媒からなるスタートキャタリスト５ｂが配置され、その下流側にはＮＯＸ吸蔵還元触媒２０が配置されている。
ＮＯＸ吸蔵還元触媒は、機関１の排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを選択的に吸収または吸着して保持（吸蔵）することによりリーン空燃比の排気からＮＯＸを除去し、機関１の排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になったときに、排気中に含まれる炭化水素やＣＯなどの還元成分を用いて吸蔵したＮＯＸをＮ２に還元、浄化して放出する。
【００４１】
リーン空燃比運転中、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０に吸蔵したＮＯＸの量が増大すると、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力は吸蔵したＮＯＸの量に応じて低下する。ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の排気中のＮＯＸの除去効率（浄化率）はＮＯＸ吸蔵還元触媒の吸蔵能力とともに低下するため、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の排気浄化率は触媒２０に吸蔵したＮＯＸ量が増大するにつれて低下する。そして、ＮＯＸ吸蔵還元触媒が吸蔵可能な最大量のＮＯＸを吸蔵した状態（飽和状態）では、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０は排気中のＮＯＸを全く吸蔵することができなくなりＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ浄化率はゼロになる。
【００４２】
ＮＯＸ除去効率低下を防止するために、本実施形態ではＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵量がある程度まで増大したとき（或いは、ＮＯＸの浄化率がある程度まで低下したとき）にはリーン空燃比運転中の機関１を短時間リッチ空燃比で運転するリッチスパイク操作を行う。
【００４３】
リッチスパイクを行うことにより、一時的に機関１の排気空燃比はリッチ空燃比になり、酸素濃度が低下するとともに排気中の未燃炭化水素やＣＯ２、還元成分であるＣＯ等の量が増大する。これらの成分はＮＯＸ吸蔵還元触媒２０に吸蔵されたＮＯＸと反応し、ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯＸがＮ２に還元浄化され、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０から脱離する。
この、リッチスパイク操作によりＮＯＸ吸蔵還元触媒２０に吸蔵されたＮＯＸの量が減少するため、ＮＯＸ吸蔵還元触媒はＮＯＸ吸蔵能力を回復するようになる。
【００４４】
ところが、ガソリンには微量の硫黄分が含まれているため機関１の排気には硫黄の燃焼により生じたＳＯＸ（ＳＯ２、ＳＯ３等の硫黄酸化物）が含まれている。
ＳＯＸはＮＯＸと同じように吸着または吸収によりＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵される。しかも、一旦吸蔵されたＳＯＸはＮＯＸの還元浄化のためのリッチスパイク操作ではＮＯＸ吸蔵還元触媒から脱離しない。
【００４５】
このため、リーン空燃比運転中適切な間隔でリッチスパイク操作を行ってもＮＯＸ吸蔵還元触媒のＳＯＸ吸蔵量は増大を続けることになる。ＳＯＸの吸蔵量が増大した場合もＮＯＸ吸蔵量と同様にＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力は低下し、ＮＯＸ浄化能力もそれに応じて低下する。この、ＳＯＸ吸蔵量の増大によるＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ浄化率の低下を本明細書では「硫黄被毒」と呼んでいる。
【００４６】
ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯＸは高温かつリッチな排気をＮＯＸ吸蔵還元触媒に供給することにより脱離させることができる。しかし、硫黄被毒を解消するためには、通常の運転時より排気温度をかなり上昇させたリッチ空燃比運転をある程度の時間行う必要があるため、機関の発生トルクの変動や燃料消費の増大を生じる問題や、運転中に充分に硫黄被毒を解消できない場合が生じる。
このため、一旦生じてしまった硫黄被毒を解消させることよりも、排気中のＳＯＸを低減してＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒を抑制する方が実際的である。
【００４７】
そこで、本実施形態では硫黄固形化剤を機関に供給して燃料とともに燃焼させることにより、排気中のＳＯＸ量を低減するようにしている。
本実施形態で使用する硫黄固形化剤は、例えばカリウム（Ｋ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、鉄（Ｆｅ）、セリウム（Ｃｅ）などの金属を含む化合物であり、溶剤または液体燃料に溶解した液体として機関燃焼室に供給される。硫黄固形化剤は、燃焼時に選択的に燃料中の硫黄分と反応して排気中に固体の金属硫酸塩を生成する。これらの金属の硫酸塩は通常の排気温度では固体粒子となるため、ＮＯＸ吸蔵還元触媒に流入しても触媒には吸蔵されず、そのまま触媒を通過する。一方、硫酸塩が生成された分だけ排気中のガス状のＳＯＸ（ＳＯ２、ＳＯ３等）の量は低減するため、硫黄固形化剤を機関に供給することにより、ＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄固被毒を予防することが可能となる。
【００４８】
しかし、硫黄固形化剤を機関に供給するためには、硫黄固形化剤を添加した燃料を機関の燃料タンクに補給するか、或いは燃料とは別に硫黄固形化剤を機関に供給する装置を設ける必要がある。いずれの場合にも、機関の運転コストを低減するためにはできるだけ硫黄固形化剤の消費量を少なくすることが好ましい。
【００４９】
また、硫黄固形化剤は固体粒子（硫酸塩）を形成するが、この固体粒子は触媒では捕捉されずに触媒下流側に排出される。このため、硫黄固形化剤を使用すると大気に放出されるパティキュレートがわずかながら増大することになり好ましくない。従って、パティキュレートの増大防止の点からも硫黄固形化剤の使用量は可能な限り低減することが好ましい。
【００５０】
更に、硫黄固形化剤を燃料とともに燃焼室で燃焼すると、後述するように排気弁などに堆積するデポジット量が増大したりノックを生じる場合がある。
【００５１】
このため、硫黄固形化剤を使用する際はこれらの問題を考慮して使用の有無及び添加量を決めることが好ましい。このように、種々の条件に応じて硫黄固形化剤の使用、不使用を切り換えたり、使用量を条件に応じて変えるためには、予め燃料に硫黄固形化剤を混合した燃料を使用するのではなく、燃料とは別の装置で硫黄固形化剤を供給し、その供給量を調整可能とすることが必要となる。
【００５２】
上記を考慮して本実施形態では、機関１の燃料とは別に硫黄固形化剤を貯蔵し、燃料噴射弁４０から噴射される燃料に硫黄固形化剤を添加することにより機関１に供給している。
【００５３】
図１において、４５は機関１の燃料タンク、４３は高圧燃料ポンプを示す。また、４１は各気筒の燃料噴射弁４０に接続された共通のコモンレールである。コモンレール４１には、高圧燃料ポンプ４３により燃料タンク４５内の燃料が加圧供給され、コモンレール４１から各気筒の燃料噴射弁４０に分配供給される。
【００５４】
本実施形態では、燃料タンク４５、燃料ポンプ４３等の燃料系統とは別に硫黄固形化剤の供給系統が設けられている。図１に５１で示すのは、硫黄固形化剤を適宜な濃度で溶解した燃料または可燃性溶剤からなる添加剤を貯留する添加剤タンク、５３はタンク内の添加剤を高圧に加圧してコモンレール４１に注入する添加剤ポンプである。コモンレール４１に注入された添加剤は、燃料タンク４５から供給される燃料とコモンレール４１内で混合し、燃料噴射弁４０から燃焼室に噴射される。
【００５５】
添加剤ポンプ５３は、吐出量制御機構を備え、後述するＥＣＵ３０からの調量信号に応じた流量の添加剤をコモンレール４１に供給するものである。後述するように、本実施形態ではＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の雰囲気条件や機関の運転状態に応じて添加剤ポンプ５３の吐出量を調整することにより、機関１に供給する添加剤の量を制御する。
【００５６】
図１に３０で示すのは、機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。本実施形態ではＥＣＵ３０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入出力ポートを双方向性バスで接続した公知のマイクロコンピュータとして構成される。ＥＣＵ３０は、燃料ポンプ４３の吐出量を制御してコモンレール４１内の燃料圧力を運転条件に応じて変化させる噴射圧制御、燃料噴射弁４０の開弁時期、期間を制御して燃料噴射量、時期を制御する燃料噴射制御などの基本制御を行っているほか、本実施形態では条件に応じて添加剤ポンプ５３の吐出量を制御することにより、機関１への添加剤供給量を制御する後述の添加剤供給制御を行っている。
【００５７】
上述のように、本実施形態では硫黄固形化剤は燃料とは別にタンク５１に貯蔵され機関に供給される。従って、タンク５１には燃料とは別に硫黄固形化剤を補給する必要があり、補給頻度を低減するためにもできるだけ硫黄固形化剤の消費量を低減する必要がある。このため、機関運転中常に硫黄固形化剤を機関に供給するのではなく、真に必要な場合にのみ硫黄固形化剤を供給することにより、硫黄固形化剤の消費量を低減することが好ましい。
【００５８】
また、前述したように硫黄固形化剤の使用には、パティキュレートの排出量増大や、機関へのデポジット堆積、ノックの発生などの問題が伴うため、機関への供給ばこれらの問題を考慮して行う必要がある。
以下、上記の問題を考慮した場合の添加剤供給制御方法の実施形態について説明する。
【００５９】
（１）第１の実施形態
本実施形態では、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０にＳＯＸが吸蔵されやすい条件下で硫黄固形化剤を機関に供給する。すなわち、硫黄固形化剤を機関に供給する目的は、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０にＳＯＸが吸蔵されることを防止するためであるので、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０にＳＯＸが吸蔵されにくい条件では硫黄固形化剤の供給量を減量または供給を停止しても問題は生じない。
【００６０】
そこで、本実施形態ではＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＳＯＸ吸蔵が抑制される条件下では硫黄固形化剤の供給を停止または減量することにより、硫黄固形化剤の消費量を低減するとともに、パティキュレートの生成、デポジット堆積、ノック発生等を抑制している。
【００６１】
ＮＯＸ吸蔵還元触媒のＳＯＸ吸蔵を支配する条件の一つとしては触媒雰囲気（排気空燃比）がある。
すなわち、ＳＯＸは排気空燃比がリーンであるときはＮＯＸ吸蔵還元触媒に容易に吸蔵されるが、排気空燃比がリッチに近づくにつれてＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されにくくなる。
【００６２】
そこで、本実施形態では、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＳＯＸ吸蔵が抑制される条件として、触媒雰囲気が理論空燃比またはリーン空燃比になっていること、または機関１が触媒雰囲気を理論空燃比またはリーン空燃比にするような条件（燃焼空燃比が理論空燃比またはリーン空燃比）で運転されていることを判断し、これらの条件が成立している場合には機関１への硫黄固形化剤の供給を停止または減量するようにしている。
【００６３】
具体的には、本実施形態では以下の場合に硫黄固形化剤の供給を停止または減量する。
１）走行条件や運転条件の変化により機関が理論空燃比またはリッチ空燃比で運転される場合。
図２は、本実施形態における機関１の負荷条件と運転空燃比との関係を示す図である。図２に示すように、本実施形態では機関１は負荷条件に応じて運転空燃比が変更される。すなわち、機関回転数が低速または中速、機関出力トルク（アクセル開度）が小または中である領域では機関はリーン空燃比運転され、回転数、出力トルクが中から高の領域では機関は理論空燃比で運転される。また、回転数、出力トルクが高い領域では機関はリッチ空燃比で運転される。
【００６４】
従って、本実施形態では機関の負荷条件が、機関が理論空燃比またはリッチ空燃比で運転される条件になった場合には硫黄固形化剤の供給を停止または減量する。
【００６５】
２）リッチスパイク操作時
本実施形態では、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０が吸蔵したＮＯＸを還元浄化するために、リーン空燃比運転中定期的に機関１を短時間リッチ空燃比運転するリッチスパイク操作を行う。
前述したように、通常のリッチスパイク操作ではＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯＸまでは脱離させることはできないが、少なくともリッチスパイク操作実行中は排気空燃比がリッチ空燃比にされるため排気中のＳＯＸがＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されることはない。
そこで、本実施形態ではリッチスパイク操作実行中の場合には硫黄固形化剤の供給を停止または減量する。
【００６６】
３）硫黄被毒解消操作実行時
ＮＯＸ吸蔵還元触媒に一旦吸蔵されたＳＯＸは、リッチ空燃比下で排気温度を通常より高く維持した状態にある時間保持する硫黄被毒解消操作を実行することによりＮＯＸ吸蔵還元触媒から脱離させることができる。硫黄被毒解消操作実行時には、当然ながらＳＯＸはＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されない。
そこで、本実施形態では硫黄被毒解消操作実行中の場合には硫黄固形化剤の供給を停止または減量する。
【００６７】
４）バンク制御実行時
上述したリッチスパイク操作、硫黄被毒操作時にはＮＯＸ吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比をリッチ空燃比にする必要がある。この場合、通常、機関の全気筒をリッチ空燃比で運転することにより触媒流入排気の空燃比をリッチ空燃比にするが、例えば一部の気筒をリッチ空燃比運転し他の気筒はリーン空燃比運転して各気筒からの排気が混合した後の空燃比がリッチ空燃比になるようにする、いわゆるバンク制御を行うことによってリッチスパイク操作、硫黄被毒解消操作を実行することもできる。
【００６８】
バンク制御を行うと、リッチ空燃比運転した気筒からは未燃ＨＣなどを多量に含んだ排気が排出され、リーン空燃比運転をしている気筒からは酸素を多量に含む排気が排出されるため、触媒に流入する混合後の排気は、全体としてリッチ空燃比になるが多量の未燃ＨＣと酸素とを含んでいる。このため、ＮＯＸ吸蔵還元触媒上では未燃ＨＣと酸素とが反応して酸化反応により熱が発生し触媒温度が上昇する。バンク制御は、触媒温度が低いとき、或いは硫黄被毒解消操作のように触媒温度を上昇させる必要があるときに実行しＮＯＸ吸蔵還元触媒の温度を上昇させるためにも使用することができる。
【００６９】
バンク制御実行時は、少なくとも一部の気筒はリッチ空燃比で運転されるため、これらの気筒内の燃焼ではＳＯＸなどの硫黄酸化物は生成されにくくなる。このため、少なくともこれらのリッチ空燃比運転気筒には硫黄固形化剤を供給する必要はない。また、リッチスパイクや硫黄被毒解消操作実行のためにバンク制御が行われる場合には、触媒に流入する排気空燃比は全体としてリッチになるため、ＮＯＸ吸蔵還元触媒のＳＯＸ吸収が抑制される。このため、この場合には全部の気筒への硫黄固形化剤の供給を停止することができる。
【００７０】
図３は、本実施形態の上記添加剤供給制御操作を示すフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間間隔で実行される。
図３の操作では、まずステップ３０１でＮＯＸ吸蔵還元触媒のＳＯＸ吸蔵抑制条件が成立しているか否かが判定される。ステップ３０１で判断されるＳＯＸ吸蔵抑制条件は、上述したように、現在、１）機関が理論空燃比またはリッチ空燃比運転領域で運転されていること、２）リッチスパイク操作実行中であること、３）硫黄被毒解消操作実行中であること、４）バンク制御実行中であること、とされ、１）から４）のいずれか１つ以上が成立する場合には、ＳＯＸ吸蔵抑制条件が成立したと判断する。
【００７１】
ステップ３０１の条件が成立しない場合には、ステップ３０３に進み添加剤ポンプ５３の吐出量を予め定めた値に設定し、コモンレール４１に所定流量の添加剤を注入する。これにより、コモンレール４１内で燃料と混合した硫黄固形化剤が燃料噴射弁４０から各気筒の燃焼室に噴射される。なお、添加剤の供給量は、燃焼室に噴射される燃料中の硫黄固形化剤濃度が、パティキュレートの生成量が過大にならず、かつ排気中のガス状ＳＯＸが低減されるような量に設定するが、燃料の種類、機関の形式等により異なってくるため、予め実験などにより最適な濃度を決定しておくことが望ましい。
【００７２】
一方ステップ３０１でＳＯＸ吸蔵抑制条件が成立した場合には、ステップ３０５に進み添加剤供給制限操作を行う。添加剤供給制限操作では、ＥＣＵ３０は添加剤ポンプ５３の吐出量をステップ３０３での吐出量より減量、または吐出を停止する。これにより、硫黄固形化剤の消費量を低減するとともに、パティキュレートやデポジットの生成、ノックの発生などを抑制することができる。
【００７３】
図４は、本実施形態の変形例を実施するための装置構成を示す図１と同様な図である。図４において、図１と同じ参照符号は図１と同様な要素を示している。図４の構成は、図１の構成に対して、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の下流側の排気通路に空燃比センサ３１が配置されている点のみが図１の構成と相違している。空燃比センサ３１は排気中の酸素濃度に基づいて排気の空燃比を検出するセンサである。
【００７４】
前述の実施形態では、ＮＯＸ吸蔵還元触媒の雰囲気がリッチ空燃比になるような機関の運転状態をＳＯＸ吸蔵抑制条件（図３、ステップ３０１）としていた。しかし、実際には機関の排気空燃比がリッチになった場合でも、触媒表面からの酸素放出などのために直ちに触媒雰囲気がリッチになるわけではなく、若干の時間的ずれが生じる。
【００７５】
そこで、本実施形態ではＮＯＸ吸蔵還元触媒２０下流側に配置した空燃比センサ３１で実際にＮＯＸ吸蔵還元触媒２０を通過した排気の空燃比を検出してＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の雰囲気条件を直接判断することにより添加剤供給制御をより正確に行っている。
【００７６】
すなわち、本操作ではまず空燃比センサ３１からＮＯＸ吸蔵還元触媒２０下流側の排気の空燃比を検出し、検出した空燃比がリーン空燃比である場合には図３のステップ３０３の添加剤供給を行い、検出した空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比である場合には、ステップ３０５の添加剤供給制限を行う。なお、添加剤供給停止ではなく、供給量の低減を行う場合には例えば空燃比が低いほど（リッチになるほど）添加剤供給量を少なくするようにしても良い。
【００７７】
（２）第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
前述の実施形態では、ＮＯＸ吸蔵還元触媒の雰囲気条件に応じて硫黄固形化剤の機関への供給を制御していたが、本実施形態ではＮＯＸ吸蔵還元触媒からＳＯＸが離脱する条件下では硫黄固形化剤の機関への供給を停止または供給量の低減を行う。
【００７８】
前述したように、ＮＯＸ吸蔵還元触媒から吸蔵したＳＯＸの離脱が行われる状態では、排気中にガス状ＳＯＸが含まれていてもＮＯＸ吸蔵還元触媒に排気中のＳＯＸが吸蔵されることはない。
そこで、本実施形態ではＮＯＸ吸蔵還元触媒２０からＳＯＸが脱離する条件下では硫黄固形化剤の供給を停止または減量することにより、硫黄固形化剤の消費量を低減するとともに、パティキュレートの生成、デポジット堆積、ノック発生等を抑制している。
【００７９】
前述したように、ＮＯＸ吸蔵還元触媒から吸蔵したＳＯＸが脱離するのは、触媒温度が高い場合である。
そこで、本実施形態では触媒温度が上昇する以下の機関運転条件をＳＯＸの脱離条件としている。
【００８０】
１）機関の高回転高負荷運転（または、車両の高速走行）継続時
図２で説明したように、本実施形態の機関１は高回転高負荷時には理論空燃比またはリッチ空燃比で運転される。このため、高回転高負荷運転時には機関排気温度が上昇する。従って、機関の高回転高負荷運転（車両の高速運転）がある程度継続した場合には触媒温度は上昇しており、ＳＯＸがＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されることはない。
そこで、本実施形態では機関の高速高負荷運転（または車両の高速運転）が所定時間以上継続した場合には、硫黄固形化剤の供給を停止または減量する。
【００８１】
２）硫黄被毒解消操作実行時
硫黄被毒解消操作実行時には、触媒はリッチ空燃比かつ高温になっており、吸蔵されたＳＯＸがＮＯＸ吸蔵還元触媒から脱離するため、排気中にＳＯＸが存在してもＮＯＸ吸蔵還元触媒にＳＯＸが吸蔵されることはない。
そこで、本実施形態では、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の硫黄被毒解消操作実行時には硫黄固形化剤の供給を停止または減量する。
【００８２】
３）バンク制御時
前述したように、機関のバンク制御時にはＮＯＸ吸蔵還元触媒上でリッチ空燃比気筒から排出される未燃炭化水素が燃焼し、触媒温度が上昇する。従って、この場合もＮＯＸ吸蔵還元触媒の温度が上昇し、ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯＸが脱離しやすくなり、ＳＯＸの吸蔵が生じにくくなる。
そこで、本実施形態出は機関のバンク制御がおこなわれるときには硫黄固形化剤の供給を停止または減量する。
【００８３】
図５は、上記添加剤供給制御操作を具体的に説明するフローチャートである。
本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間間隔で実行される。
図５の操作では、まずステップ５０１で現在ＮＯＸ吸蔵還元触媒の雰囲気条件がＳＯＸの脱離を促進する条件になっているか否かを判定する。ここで、ＮＯＸ吸蔵還元触媒からのＳＯＸの脱離を促進する条件とは上記したように、１）機関の高速高負荷運転（車両の高速走行）が所定時間以上継続していること、２）硫黄被毒回復操作実行中であること、３）機関のバンク制御実行中であること、とされ、上記１）から３）のいずれか１つ以上が成立した場合には、ＳＯＸ脱離促進条件が成立したと判断する。
【００８４】
ステップ５０１でＳＯＸ脱離促進条件が成立している場合にはステップ５０３に進み、機関に添加剤を供給し、ＳＯＸ脱離促進条件が成立していない場合には、ステップ５０５に進み、機関への添加剤の供給を停止または減量する。ステップ５０３及びステップ５０５は、それぞれ図３ステップ３０３、３０５と同一の操作である。
図５の操作を実行することにより、硫黄固形化剤の消費量を低減するとともに、パティキュレートやデポジットの生成、ノックの発生などを抑制することができる。
【００８５】
次に、図６を用いて本実施形態の変形例について説明する。
図６は、本実施形態の変形例を実施するための装置構成を示す図１と同様な図である。図において、図１と同じ参照符号は図１と同様な要素を示している。
図６の構成は、図１の構成に対して、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の下流側の排気通路に排気温度センサ３３が配置されている点のみが相異している。
【００８６】
図６の実施形態では、機関の運転状態から間接的に推定するのではなく、排気温度センサ３３で検出した排気温度に基づいて、直接的にＮＯＸ吸蔵還元触媒２０からのＳＯＸの脱離促進条件が成立しているか否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ３０は排気温度センサ３３により検出したＮＯＸ吸蔵還元触媒２０通過後の排気温度が所定値以上である場合には、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０からのＳＯＸの脱離が促進される条件になっていると判断する。
【００８７】
このように、触媒２０下流側の排気温度センサ３３で検出した排気温度に基づいて直接的にＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の雰囲気条件を判断することにより、より正確な添加剤供給制御を行うことが可能となる。
【００８８】
（３）第３の実施形態
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。前述の第１と第２の実施形態では、ＮＯＸ吸蔵還元触媒がＳＯＸを吸蔵しにくい雰囲気条件になっているときに硫黄固形化剤の供給を停止または減量することにより、硫黄固形化剤の消費量の低減とパティキュレート生成などを抑制していた。
これに対して、本実施形態ではＮＯＸ吸蔵還元触媒の本来の機能であるＮＯＸの浄化効率が低下しない範囲ではＮＯＸ吸蔵還元触媒のＳＯＸ吸蔵をある程度許容する点が相違している。
【００８９】
ＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力は、触媒温度や触媒内のＮＯＸ吸蔵量、触媒劣化（硫黄被毒を含む）などの種々の要因により変化する。いま、ＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力が充分に大きい場合には、多少のＳＯＸを吸蔵してもＮＯＸ吸蔵能力に余裕があるためＮＯＸの浄化効率はあまり低下しない。
ところが、もともとＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低下して余裕がない状態でＳＯＸが吸蔵されると、相対的にＮＯＸの浄化効率の低下が大きくなってしまう。
【００９０】
そこで、本実施形態ではＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力が充分に大きい場合には機関への硫黄固形化剤の供給を減量もしくは停止し、ＮＯＸ吸蔵能力が低下してある値以下になった場合には機関への硫黄固形化剤の供給を増量若しくは開始するようにしている。
これにより、本実施形態では硫黄固形化剤の消費量を低減するとともに、パティキュレートの生成等を抑制することが可能となっている。
【００９１】
図７は、本実施形態の排気浄化方法を実施するための装置の構成例を示す図１と同様な図である。図７において図１と同じ参照符号は図１と同様な要素を示している。
図７の実施形態は、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の下流側の排気通路に排気中のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸ濃度センサ３５が配置されている点のみが図１の構成と相異している。
【００９２】
リーン空燃比運転中、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０は排気中のＮＯＸを吸蔵する。これにより、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵量は徐々に増大し、それに応じてＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力は低下する。ＮＯＸ吸蔵能力が低下すると触媒のＮＯＸ浄化効率も低下するため、触媒に流入する排気中のＮＯＸのうち触媒に吸蔵されずに下流側に通過するＮＯＸの割合が増大する。すなわち、ＮＯＸ吸蔵還元触媒の吸蔵能力が低下すると触媒下流側の排気中のＮＯＸ濃度は増大するようになる。
【００９３】
本実施形態では、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０下流側に配置したＮＯＸ濃度センサ３５で検出した排気中のＮＯＸ濃度をＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力を表す指標として用いて、ＮＯＸ濃度センサ３５で検出したＮＯＸ濃度が予め定めた値以上になったときにＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力が所定値以下に低下したと判断し、機関への硫黄固形化剤の供給を増量または開始することにより大幅なＮＯＸ浄化効率の低下を防止する。
これにより、本実施形態では硫黄固形化剤の消費量を低減するとともに、パティキュレートの生成等を抑制することが可能となる。
【００９４】
図８は本実施形態の添加剤供給量制御操作を説明するフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間間隔で実行される。
図８の操作において、ステップ８０１ではＮＯＸ濃度センサ３５で検出したＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の下流側排気中のＮＯＸ濃度ＮＲが読み込まれる。そして、ステップ８０３では読み込んだＮＯＸ濃度ＮＲが所定の基準値ＮＲ０以上であるか否かが判定される。本実施形態では、基準値ＮＲ０は、触媒２０下流側での許容ＮＯＸ濃度より小さい適宜な値に設定されている。
【００９５】
ステップ８０３でＮＲ＜ＮＲ０であった場合には、触媒２０下流側へのＮＯＸの通過量は少なく、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力には余裕があると考えられるため、ステップ８０５に進み、添加剤の供給を停止するか、或いは少量の添加剤を機関１に供給する。
【００９６】
一方、ステップ８０３でＮＲ≧ＮＲ０であった場合には、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力が低下して余裕が少なくなっていると判断できる。そこでこの場合には、ステップ８０７で添加剤の供給をステップ８０５の供給量より大きな量まで増量または、ステップ８０５で供給を停止していた場合には供給を開始する。
これにより、ＮＯＸ吸蔵能力が低下したＮＯＸ吸蔵還元触媒２０に排気中のＳＯＸが吸蔵されてＮＯＸ吸蔵能力が大幅に低下することが防止される。
【００９７】
図９は、第３の実施形態の変形例を実施するための装置の概略構成を示す図である。
図９の装置は、図７の装置に対してＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の下流側のみならず上流側にもＮＯＸ濃度センサ３６を配置している点のみが相異している。
図７、図８の実施形態ではＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の下流側の排気のＮＯＸ濃度のみに基づいてＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力を判断している。
【００９８】
ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力は、流入する排気中のＮＯＸのうち触媒２０に吸蔵されるＮＯＸの量（または割合）として表される。ＮＯＸ吸蔵能力が低下すると、触媒２０に吸蔵されずに下流側に流出するＮＯＸ量が増大し下流側排気のＮＯＸ濃度が増大する。このため、前述の実施形態では触媒２０下流側の排気ＮＯＸ濃度を触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力の指標として使用していた。しかし、実際にはＮＯＸ吸蔵還元触媒２０下流側の排気中のＮＯＸ濃度は触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力のみにより変化するわけではなく、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０に流入する排気中のＮＯＸ濃度によっても変化する。
【００９９】
このため、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力を正確に判定するためにはＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の下流側での排気ＮＯＸ濃度だけでなく、上流側での排気ＮＯＸ濃度をも考慮することが好ましい。
そこで、本実施形態ではＮＯＸ濃度センサ３５で検出したＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の下流側ＮＯＸ濃度ＤＮＲと、ＮＯＸ濃度センサ３６で検出したＮＯＸ吸蔵還元触媒２０の上流側ＮＯＸ濃度ＵＮＲとを用いてＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力の指標となる数値を算出する。
【０１００】
前述のようにＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力は流入する排気中のＮＯＸのうちどれだけの量のＮＯＸを触媒２０が吸蔵したかにより表される。ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０に吸蔵されるＮＯＸ量は、例えば触媒上流側ＮＯＸ濃度ＵＮＲと下流側ＮＯＸ濃度ＤＮＲとの差に比例する。従って、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力の指標としてΔＮＲ＝ＵＮＲ−ＤＮＲを用いることができる。
【０１０１】
また、同様に、ＮＯＸ吸蔵能力は流入する排気中のＮＯＸのうち触媒２０に吸蔵されるＮＯＸ量の割合として定義することもできる。従って、触媒下流側ＮＯＸ濃度ＤＮＲと上流側ＮＯＸ濃度とＵＮＲとの比ＲＮＲ＝ＤＮＲ／ＵＮＲをＮＯＸ吸蔵能力の指標として用いても良い。
【０１０２】
図１０は、ΔＮＲをＮＯＸ吸蔵能力の指標として用いた場合の添加剤供給制御操作を示すフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間間隔で実行される。
図１０の操作では、ステップ１００１で下流側ＮＯＸ濃度センサ３５出力ＤＮＲとともに上流側ＮＯＸ濃度センサ３６出力ＵＮＲが読み込まれ、ステップ１００３では、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力の指標としてＵＮＲとＤＮＲとの差ΔＮＲが算出される。
【０１０３】
そして、ステップ１００５では、ΔＮＲが所定の基準値ΔＮＲ０以下になったか否かを判定する。ΔＮＲが基準値ΔＮＲ０より大きい場合には、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力はまだ充分に大きいと考えられるためステップ１００７に進み、添加剤の供給を停止するか、或いは少量の添加剤を機関１に供給する。
【０１０４】
一方、ステップ１００９ΔでＮＲ≦ΔＮＲ０であった場合には、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０のＮＯＸ吸蔵能力が低下して余裕が少なくなっていると判断できる。そこで、この場合には、ステップ１００９で添加剤の供給を増量または、供給を開始する。
これにより、ＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力が更に大幅に低下することが防止される。
【０１０５】
（４）第４の実施形態
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
本実施形態では、図１の装置構成を用いて機関の排気弁などへのデポジット堆積防止の観点から機関への硫黄固形化剤の供給を制御する。
【０１０６】
前述したように、硫黄固形化剤は、燃焼時に燃料中の硫黄分と反応して金属硫酸塩を生成する。この硫酸塩は通常の排気温度では固体粒子となる。このため、条件によっては硫酸塩が点火プラグや吸気弁、排気弁などに堆積してデポジットを形成する場合がある。吸気弁、排気弁にデポジットが堆積すると、閉弁不良などの弁の作動不良を生じる場合があるため、デポジットの生成はできるだけ抑制する必要がある。デポジットの生成量は、機関の燃焼温度や排気温度などによって変化し、機関運転条件により変動する。
【０１０７】
そこで、本実施形態では機関がデポジットの生成が促進される運転状態で運転されている場合には、機関への硫黄固形化剤の供給を減量または停止することにより、デポジットの堆積を防止している。また、一定条件下で硫黄固形化剤の機関への供給を減量または停止することにより、硫黄固形化剤の消費量が低減されパティキュレート生成量の増大が防止される。
【０１０８】
硫黄固形化剤と燃料中の硫黄との反応により生成された硫酸塩は、燃焼時には高温のためガス化している。しかし、ガス化した硫酸塩は燃焼ガス（排気）温度が低下すると排気中に固体として析出して固体粒子を形成する。
このため、例えば燃焼室内、或いは排気弁通過時に排気温度が低い場合には硫酸塩が排気弁等に固体粒子として析出、付着してデポジットを形成するようになる。従って、機関の燃焼温度や機関温度が低い場合にはデポジットの生成が促進されるようになる。
【０１０９】
そこで、本実施形態では機関がデポジット生成を促進する運転条件で運転されている場合、すなわち、機関温度や燃焼ガス温度が低くなる運転状態では機関への硫黄固形化剤の供給を減量または停止することにより、デポジットの生成を抑制している。
【０１１０】
図１１は、本実施形態の添加剤供給制御操作を説明するフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間間隔で実行される。
図１１の操作では、ステップ１１０１でまず機関運転状態を表すデータが読み混まれる。ここでいう、機関運転状態を表すデータとは、例えば潤滑油温度、冷却水温度、負荷状態（機関回転数、アクセル開度）等、機関温度や燃焼ガス（排気ガス）温度に関連するデータである。これらのデータは、それぞれ図示しない対応するセンサーから読み込まれる。
【０１１１】
次いでステップ１１０３ではステップ１１０１で読み込んだデータに基づいて、現在機関がデポジット生成を促進する条件で運転されているか否かを判定する。前述したように、デポジット生成を促進する機関運転条件とは、機関温度、燃焼温度等が低い運転状態であり、例えば、外気温度が低い場合や冷間運転時、コールドスタート直後の運転時、アイドル運転時、低速軽負荷運転が継続する場合などが該当する。
【０１１２】
ステップ１１０３で現在機関がデポジット生成を促進する条件で運転されている場合には、ステップ１１０５に進み、機関１への添加剤の供給を停止するか、或いは少量の添加剤を供給する。これにより、デポジットの生成が抑制される。
【０１１３】
ステップ１１０３で現在機関がデポジット生成を促進する条件で運転されていない場合には、ステップ１１０７に進み、機関１への添加剤の供給量をステップ１１０５の場合に較べて増量するか、或いはステップ１１０５で供給が停止されていた場合には供給を開始する。これにより、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０にＳＯＸが吸蔵されることが防止される。
【０１１４】
（５）第５の実施形態
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
本実施形態では、図１の装置構成を用いて機関のノック発生を抑止するように硫黄固形化剤の供給を制御する。
【０１１５】
機関のノックは気筒内のエンドガスの自己着火により生じる気柱振動によって発生するが、ノックにより振動や騒音が発生する他、過度のノックが発生すると極端な場合には点火プラグやバルブ、ピストンなどが損傷する場合もある。
ノックは、点火時期を進角したり圧縮比を高めた機関では発生しやすく、圧縮圧力が高くなる全負荷付近で特に発生しやすくなる。
【０１１６】
硫黄固形化剤を燃料に添加する場合、少量であればそれほどノックに対する影響はないものの、多量に添加するとノックが生じやすくなる傾向が見られる。この原因は現在のところ明らかでないが、大量に硫黄固形化剤を燃料に添加したことにより、燃料中の高オクタン価成分（例えばイソオクタンなど）の濃度が混入した硫黄固形化剤の分だけ相対的に低下し、燃料のオクタン価が低下するためではないかと考えられる。
【０１１７】
本実施形態では、機関が現在、硫黄固形化剤を供給することによりノック発生が促進される運転領域で運転されているか否かを判断し、ノック発生が促進される領域で運転されている場合には、硫黄固形化剤の機関への供給を減量もしくは停止するようにしている。
これにより、本実施形態ではノックの発生を抑制するとともに、硫黄固形化剤の消費量を低減し、パティキュレートの生成量増大を抑制することができる。
【０１１８】
図１２は、本実施形態の添加剤供給制御操作を説明するフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間間隔で実行される。
図１２の操作では、ステップ１２０１でまず機関運転状態を表すデータが読み混まれる。ここでいう、機関運転状態を表すデータとは、例えば機関回転数、アクセル開度（運転者のアクセルペダル踏み込み量）、点火時期など機関負荷に関連するデータである。これらのデータは、それぞれ図示しない対応するセンサーから読み込まれる。
【０１１９】
次いでステップ１２０３ではステップ１２０１で読み込んだデータに基づいて、現在機関がノックの発生しやすい条件、すなわち筒内圧縮圧力が増加して点火時期が進角された状態で運転されているか否かを判定する。
ステップ１２０３で現在機関がノックの発生しやすい条件で運転されている場合には、機関に硫黄固形化剤を供給するとノックの発生が促進されるおそれがあるためステップ１２０５に進み、機関１への添加剤の供給を停止するか、或いは添加剤の供給量を少量にする。これにより、ノックの発生が抑制される。
【０１２０】
ステップ１２０３で現在機関が硫黄固形化剤供給によりノックの発生が促進される条件で運転されていない場合には、ステップ１２０７に進み、機関１への添加剤の供給量をステップ１２０５の場合に較べて増量するか、或いはステップ１２０５で供給が停止されていた場合には供給を開始する。これにより、ＮＯＸ吸蔵還元触媒２０にＳＯＸが吸蔵されることが防止されるようになる。
【０１２１】
図１３は、第５の実施形態の変形例を示す装置概略構成図である。
図１３において、図１と同じ参照符号は図１と同様な要素を表している。
図１３の装置は、図１の装置に対して、機関１のシリンダブロックにノックセンサ３７が設けられている点のみが相異している。
ノックセンサ３７は、機関のノックに特有な特定の周波数の帯域の振動を検出する公知の形式のセンサである。
【０１２２】
前述の実施形態では、ＥＣＵ３０は機関運転状態に基づいて現在の機関運転状態が硫黄固形化剤の供給によりノック発生が促進される状態か否かを判定し、促進される運転状態では硫黄固形化剤の機関への供給を減量もしくは停止していた。しかし、ノックの発生の有無は種々の条件に影響され、機関運転状態から予測したのでは、必ずしも正確にノック発生の有無を判定することはできない。
【０１２３】
そこで、本実施形態では、例えば図１２のステップ１２０３の操作に代えて、現在ノックが発生しているか否かをノックセンサ３７を用いて直接検出し、ノックが発生していない場合にバス１２０７の操作で添加剤の機関への供給を行い、現在実際にノックが発生している場合にはステップ１２０５の操作を実行し、直ちに機関に供給する添加剤を減量または停止するようにしている。
【０１２４】
これにより、より確実に機関のノックが抑制されるようになる。
なお、上述の各実施形態では添加剤ポンプ５３によりコモンレール４１内に硫黄固形化剤を含む添加剤を所要量注入して、コモンレール内の燃料と混合させた状態で燃料噴射弁４０から燃焼室に硫黄固形化剤を噴射しているが、本発明の方法はこれに限定されるわけではなく、例えば各気筒に燃料噴射弁４０に加えて燃焼室に添加剤を噴射する専用の噴射弁を設けポンプ５３で加圧した添加剤を直接燃焼室に噴射するようにしても良い。
【０１２５】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、硫黄固形化剤を機関に供給してＮＯＸ吸蔵還元触媒の硫黄被毒を抑制する場合に、硫黄固形化剤の消費量を低減するとともに、パティキュレートの増大などを抑制することが可能となるという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化方法を自動車用機関に適用するための装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の機関の負荷条件と運転空燃比との関係を示す図である。
【図３】本発明の排気浄化方法における添加剤供給制御操作の第１の実施形態を説明するフローチャートである。
【図４】第１の実施形態の変形例の装置概略構成を示す図である。
【図５】本発明の排気浄化方法における添加剤供給制御操作の第２の実施形態を説明するフローチャートである。
【図６】第２の実施形態の変形例の装置概略構成を示す図である。
【図７】本発明の排気浄化方法における添加剤供給制御の第３の実施形態を実施するための装置概略構成を示す図である。
【図８】本発明の排気浄化方法における添加剤供給制御操作の第３の実施形態を説明するフローチャートである。
【図９】第３の実施形態の変形例の装置概略構成を示す図である。
【図１０】第３の実施形態の変形例における添加剤供給制御操作を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の排気浄化方法における添加剤供給制御操作の第４の実施形態を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の排気浄化方法における添加剤供給制御操作の第５の実施形態を説明するフローチャートである。
【図１３】第５の実施形態の変形例の装置概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１…内燃機関本体
２０…ＮＯＸ吸蔵還元触媒
３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４０…燃料噴射弁
４３…燃料ポンプ
４５…燃料タンク
５１…添加剤タンク
５３…添加剤ポンプ

Claims (11)

  1. 流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収またはその両方にて選択的に吸蔵保持し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵したＮＯＸを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒を内燃機関の排気通路に配置し、
    前記機関をリーン空燃比で運転したときの機関排気中のＮＯＸを前記触媒に吸蔵させ、前記機関を理論空燃比またはリッチ空燃比で運転したときの前記機関排気中の還元成分により前記触媒に吸蔵したＮＯＸを還元浄化する、内燃機関の排気浄化方法であって、
    燃焼時にＳＯＸと反応して固体硫酸塩を形成する硫黄固形化剤を前記機関に供給して、排気中のＳＯＸを固化することにより排気中のＳＯＸが前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されることを防止するとともに、前記硫黄固形化剤の機関への供給量を、前記触媒の雰囲気条件に応じて制御する、内燃機関の排気浄化方法。
  2. 前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒の雰囲気条件が、ＮＯＸ吸蔵還元触媒へのＳＯＸの吸蔵を抑制する雰囲気条件である場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化方法。
  3. 前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒の雰囲気条件が、ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯＸのＮＯＸ吸蔵還元触媒からの脱離を促進する雰囲気条件である場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化方法。
  4. 流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収またはその両方にて選択的に吸蔵保持し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵したＮＯＸを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒を内燃機関の排気通路に配置し、
    前記機関をリーン空燃比で運転したときの機関排気中のＮＯＸを前記触媒に吸蔵させ、前記機関を理論空燃比またはリッチ空燃比で運転したときの前記機関排気中の還元成分により前記触媒に吸蔵したＮＯＸを還元浄化する、内燃機関の排気浄化方法であって、
    燃焼時にＳＯＸと反応して固体硫酸塩を形成する硫黄固形化剤を前記機関に供給して、排気中のＳＯＸを固化することにより排気中のＳＯＸが前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されることを防止するとともに、前記硫黄固形化剤の機関への供給量を、前記機関の運転条件に応じて制御する、内燃機関の排気浄化方法。
  5. 前記内燃機関が、ＮＯＸ吸蔵還元触媒へのＳＯＸの吸蔵を抑制する運転条件で運転されている場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化方法。
  6. 前記内燃機関が、ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯＸのＮＯＸ吸蔵還元触媒からの脱離を促進する運転条件で運転されている場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化方法。
  7. 前記内燃機関が、前記硫黄固形化剤による機関内のデポジット生成を促進する運転条件で運転されている場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化方法。
  8. 前記内燃機関が、前記硫黄固形化剤の添加によりノック発生が促進される運転条件で運転されている場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化方法。
  9. 前記内燃機関にノックが発生した場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を減量、もしくは供給を停止する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化方法。
  10. 流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収またはその両方にて選択的に吸蔵保持し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵したＮＯＸを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒を内燃機関の排気通路に配置し、
    前記機関をリーン空燃比で運転したときの機関排気中のＮＯＸを前記触媒に吸蔵させ、前記機関を理論空燃比またはリッチ空燃比で運転したときの前記機関排気中の還元成分により前記触媒に吸蔵したＮＯＸを還元浄化する、内燃機関の排気浄化方法であって、
    燃焼時にＳＯＸと反応して固体硫酸塩を形成する硫黄固形化剤を前記機関に供給して、排気中のＳＯＸを固化することにより排気中のＳＯＸが前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒に吸蔵されることを防止するとともに、前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力に応じて前記硫黄固形化剤の機関への供給量を制御する、内燃機関の排気浄化方法。
  11. 前記ＮＯＸ吸蔵還元触媒のＮＯＸ吸蔵能力が所定値より低下した場合には、前記硫黄固形化剤の前記機関への供給量を増量、もしくは供給を開始する、請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化方法。
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