JP2004360575A

JP2004360575A - 内燃機関の排気浄化システム

Info

Publication number: JP2004360575A
Application number: JP2003159920A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Oki; 久大木; Yuji Kanto; 勇二関東
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: JP3972864B2

Abstract

【課題】ＮＯｘ触媒等のＳＯｘ放出制御を実行するにあたり、ＨＣの放出を抑制し、ＳＯｘが効率的に放出されるようにした排気浄化システムを提供する。
【解決手段】ＳＯｘ放出制御中にＳＯｘ保持能を有すると共に酸化能を有する触媒に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチに維持しつつ、燃料添加を密に行う期間と疎に行う期間を交互に設けることによって、空燃比がストイキまたはリッチに維持される期間中においても触媒温度の過度の上昇とＨＣ排出が抑制されるようにした。
【選択図】図４

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】
内燃機関の排気浄化では、例えば、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を保持（吸蔵、吸収、吸着を含む）する機能がある吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）等を内燃機関の排気通路に設置することがある。この場合、ＮＯｘ触媒等には、燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯｘ）が保持されてしまう。例えば、ＮＯｘ触媒では、ＮＯｘを保持する場合と同様のメカニズムでＳＯｘの保持が生じるが、保持されたＳＯｘはＮＯｘよりも離脱しにくく、酸素濃度が低下した還元雰囲気でＮＯｘの放出が行われてもＳＯｘは離脱せずに次第にＮＯｘ触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒（ＳＯｘ被毒）といい、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を低下させる原因となる。そのため、ＮＯｘ触媒を、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。
【０００３】
このとき、ＮＯｘ触媒に保持されたＳＯｘは、ＮＯｘ触媒を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ、酸素濃度を低下させた排気をこれに流通させることで、初めて脱離、放出が可能となる。
【０００４】
しかし、希薄燃焼が可能な内燃機関等では、機関運転時の排気温度が低いため、通常、ＳＯｘ放出が可能な温度までＮＯｘ触媒の温度を上昇させることが必要である。そこで、例えば、排気中への燃料添加を行うことによりＮＯｘ触媒の床温を上昇させつつ、排気の酸素濃度を低下させる制御を実行することでＳＯｘ放出を行う。
【０００５】
このとき、ＳＯｘの放出に伴いＨ_２Ｓが生成され異臭を放つ問題があるので、Ｈ_２Ｓの生成を抑制するために、ＳＯｘ放出制御時には排気の空燃比がリーンとなる期間とリッチとなる期間を交互に繰り返される間欠リッチが実施される（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−８２１３７号公報
【特許文献２】
特開２０００−１６１１０７号公報
【特許文献３】
特開２０００−２７４２３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような間欠リッチにおけるリーンの期間中は、ＮＯｘ触媒からのＳＯｘ放出が抑制されてしまうので、結果としてＳＯｘ放出に長時間を要することになる。この問題を解決するためにリッチ期間中のＳＯｘ放出効率が高くなるように、燃料添加量を多くして空燃比を低くし、リッチの程度を強めるとＳＯｘ放出量は増加するが、炭化水素（以下、ＨＣという）の排出量も多くなり排気のエミッションの悪化につながる。
【０００８】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、ＮＯｘ触媒等のＳＯｘ放出制御を実行するにあたり、ＨＣの放出を抑制し、かつＳＯｘが効率的に放出されるようにした排気浄化システムを提供することを技術的課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明は、ＳＯｘ放出制御中にＳＯｘ保持能を有すると共に酸化能を有する触媒に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチに維持しつつ、燃料添加を密に行う期間と疎に行う期間を交互に設けることによって、空燃比がストイキまたはリッチに維持される期間中においても触媒温度の過度の上昇とＨＣ排出が抑制されるようにした。
【００１０】
すなわち、第１の発明は、排気系に設けた排気中への燃料添加手段と、
該燃料添加手段の下流に配置したＳＯｘ保持能を有すると共に酸化能を有する触媒と、を備え、
前記ＳＯｘ保持能を有すると共に酸化能を有する触媒に保持されたＳＯｘ量が所定量を超えたときに、前記燃料添加手段により前記ＳＯｘ保持能を有すると共に酸化能を有する触媒の温度を所定温度以上とし、かつＳＯｘ保持能を有すると共に酸化能を有する触媒に流入する排気の雰囲気をストイキまたはリッチの空燃比として、前記ＳＯｘ保持能を有すると共に酸化能を有する触媒に保持されたＳＯｘを放出させるＳＯｘ放出制御を実施する内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記ＳＯｘ放出制御中に前記ＳＯｘ保持能を有すると共に酸化能を有する触媒をストイキまたはリッチの空燃比に維持しつつ、前記燃料添加手段による燃料添加間隔が密の期間と疎の期間とを交互に繰り返すように制御する添加密度制御手段を有することを特徴とする。
【００１１】
ＳＯｘ放出制御では、排気中への燃料添加が密に実施されると酸化触媒からのＳＯｘ放出量が多くなるが、ＨＣ放出量も増大してしまう。そこで、リッチ期間において燃料添加が密の期間と疎の期間とを交互に繰り返すことで、燃料添加の休止期間中に前記酸化触媒に酸素が供給されるようにして、酸化触媒の酸化能を高めてＨＣの排出を抑制する。この場合、燃料添加が密の期間ではＳＯｘが放出され、疎の期間ではＨＣ排出抑制と触媒温度制御（過熱防止）が実現される。
【００１２】
前記ＳＯｘ放出制御は、酸化触媒に流通する排気の空燃比をリッチとするリッチ期間と、排気の空燃比をリーンとするリーン期間とを繰り返す間欠リッチにより実行され、前記添加密度制御手段による制御は、前記リッチ期間中に実施されるようにすることが可能である。
【００１３】
間欠リッチのうちのリーン期間のみで触媒温度制御を実施すると、酸化触媒の温度が上昇し過ぎないようにするためにリーン期間が長くなる。その結果、ＳＯｘ放出に必要な時間も長くなる。これを回避するために、リッチ期間においても燃料添加間隔が密の期間と疎の期間とを交互に繰り返すように制御することで、酸化触媒の温度を適切な範囲にコントロールすることが好ましい。その結果、前記リーン期間を短くすることができ、ＳＯｘ放出に必要な時間全体が長くなることが回避される。
【００１４】
また、内燃機関の負荷が小さくなる程、前記燃料添加間隔が密である割合を多くすることが好ましい。
【００１５】
内燃機関の軽負荷時には排気量が少ないため、全体として排気中へ添加される燃料が少なくなり、燃料添加間隔が密の割合を多くしてリッチの度合いを多くしてもＨＣの排出が少ないからである。このようにすればＳＯｘ放出が効率的に行える。
【００１６】
さらに、内燃機関の筒内から排出される排気の空燃比が低い程、前記燃料添加間隔が密である割合を少なくすることが好ましい。
【００１７】
基本となる筒内の混合気の空燃比が低いときは、気筒から排出される排気にＨＣが多く含まれるため、排気中への燃料添加量を減らしてＨＣ量を低下させてＨＣ排出を抑制する。
前記間欠リッチのリッチ期間では、該リッチ期間が終了に向かって進行する程、前記燃料添加間隔が疎である割合を多くすることが好ましい。
【００１８】
リッチスパイクが継続される状態ではリッチ時間が長くなる程、添加燃料が酸化触媒に吸着し、ＨＣを排出し易くするのでこのような事態を回避する。
【００１９】
前記燃料添加間隔が疎の期間における一回の燃料添加量を、前記燃料添加間隔が密な期間の一回の燃料添加量よりも多くすることで、単位時間あたりの燃料添加量を一定として所定の排気の空燃比を保持することが好適である。
【００２０】
このようにして空燃比がリーン側にずれることを防止してＳＯｘ放出の効率低下を防止する。
【００２１】
なお、本発明では、上述した制御を可能な限り組み合わせて実施することができる。
【００２２】
本発明によれば、排気系への燃料添加によるＮＯｘ触媒等のＳ０ｘ被毒回復制御等におけるＳＯｘ放出制御を実行するにあたり、ＨＣの放出を抑制し、かつＳＯｘが効率的に放出される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気浄化システムの再生制御を具体的な実施態様を図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る排気浄化システムの再生制御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。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る内燃機関１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２４】
図１に示す内燃機関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。内燃機関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。このコモンレール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。
【００２５】
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。
【００２６】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、この吸気枝管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。
【００２７】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続され、この吸気管９には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。
【００２８】
また、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。
【００２９】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１０に流入した吸気は、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。コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、この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て吸気枝管８に流入する。この吸気枝管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る。各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料は前記吸気と混合され燃焼される。
【００３０】
他方、内燃機関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（図示省略）を介して各気筒２の燃焼室と連通している。また、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。
【００３１】
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、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００３２】
前記排気管１９の途中には、ＮＯｘ触媒２０が設けられている。
【００３３】
このＮＯｘ触媒２０より下流の排気管１９には、この排気管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２３が取り付けられている。
【００３４】
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ており、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。
【００３５】
そして、ＮＯｘ触媒２０は、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）を吸収する。
【００３６】
一方、ＮＯｘ触媒２０は、流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸化物（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、ＮＯｘ触媒２０は、放出された窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ_２）に還元せしめることができる。
【００３７】
ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関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はＮＯｘ触媒２０に保持されるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長時間継続されると、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ保持能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒２０にて保持されずに大気中へ放出されてしまう可能性がある。
【００３８】
特に、内燃機関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２０のＮＯｘ保持能力が飽和し易い。
【００３９】
なお、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から５０の範囲であり、三元触媒ではＮＯｘを浄化できない領域を意味する。したがって、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ保持能力が飽和する前に、ＮＯｘ触媒２０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たる燃料の濃度を高め、ＮＯｘ触媒２０に保持されたＮＯｘを還元させる必要がある。
【００４０】
このように酸素濃度を低下させる方法の一つに、排気中への燃料添加がある。この燃料添加を実施するには、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）を添加する燃料供給機構を設置し、この燃料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燃料の濃度を高めることができる。
【００４１】
前記燃料供給機構は、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燃料添加弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記燃料添加弁２８へ導く燃料供給路２９と、を備えている。
【００４２】
このような燃料供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が燃料供給路２９を介して燃料添加弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該燃料添加弁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。
【００４３】
燃料添加弁２８から排気枝管１８内へ噴射された燃料は、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に保持されていたＮＯｘを還元することになる。
【００４４】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により燃料添加弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への燃料の添加が停止されることになる。
【００４５】
以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００４６】
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。
【００４７】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、燃料添加弁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。
【００４８】
ところで、排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とすることで、ＮＯｘ触媒に保持されたＮＯｘを還元することが可能である。しかし、上述のようにＮＯｘ触媒では、ＮＯｘを保持する場合と同様のメカニズムでＳＯｘの保持が生じ、保持されたＳＯｘはＮＯｘよりも離脱しにくく、酸素濃度が低下した還元雰囲気でＮＯｘの放出が行われてもＳＯｘは離脱せずに次第にＮＯｘ触媒内に蓄積される。そのため、ＮＯｘ触媒を、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。ＳＯｘ被毒回復制御では、ＥＣＵ３５は、ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘによる被毒を解消すべく所定のＳＯｘ被毒解消処理を行う。
【００４９】
内燃機関１の燃料には、通常は硫黄（Ｓ）が含まれており、そのような燃料が内燃機関１で燃焼すると、二酸化硫黄（ＳＯ_２）や三酸化硫黄（ＳＯ_３）などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が生成される。
【００５０】
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に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）をＳＯ_３ ⁻やＳＯ_４ ⁻に熱分解し、次いでＳＯ_３ ⁻やＳＯ_４ ⁻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ＳＯ_２ ⁻として放出にする方法を例示することができる。
【００５１】
そのため、ＥＣＵ３５は、例えば、燃料添加弁２８から排気中へ燃料を添加することにより、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。
【００５２】
上記したような燃料添加により、ＮＯｘ触媒２０の床温が６００℃から６５０℃程度の高温域まで上昇するが、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、燃料添加弁２８から燃料を噴射させる。
【００５３】
このような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に保持されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）がＳＯ_３ ⁻やＳＯ_４ ⁻に熱分解され、それらＳＯ_３ ⁻やＳＯ_４ ⁻が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応し、ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒が回復されることになる。
【００５４】
なお、上述のＳＯｘ被毒回復処理には前記リッチスパイクを実行して排気の酸素濃度を低下させる。このとき、リッチスパイクは所定の休止期間をおいて実行され、排気の空燃比がリッチ雰囲気の期間とリーン雰囲気の期間が生じるようにする。さらに、１回のリッチスパイクを複数回の燃料噴射により形成すれば、空燃比が過剰なリッチとならないように調整できる。ＮＯｘ触媒２０は昇温は、上述のように燃料添加弁２８からの間欠的な燃料供給によって排気中のＨＣ濃度を次第に高くすることにより行う。
【００５５】
この場合、一度に多量の燃料を噴射すれば排気の空燃比が過リッチとなる虞があり、ＮＯｘ触媒２０で反応しきれない未燃燃料の一部が下流へ流出することがある。そこで、本実施の形態では、少量の燃料を複数回に分割して、すなわちパルス状に噴射することにより、過リッチを抑制しつつリッチ雰囲気を形成するようにしている。
【００５６】
なお、ＮＯｘ触媒２０の上流に設けた空燃比センサ２４によって排気の実空燃比を検知して、ＥＣＵ３５の指令により燃料添加弁２８から排気中に添加される燃料量が目標空燃比となるようにフィードバック制御するようにしてもよい。
【００５７】
このようなＳＯｘ被毒回復制御は、機関回転数ＮＥ、機関出力トルクＴが所定の値である領域で実行するように定めることができる。
【００５８】
前記制御についてさらに詳説すると、例えば図３に示すように、燃料添加弁２８に送られるＥＣＵ３５の指令信号の波形を調整することでＨＣ濃度やＮＯｘ触媒２０の温度を所望の値に収束させることができる。
【００５９】
先ず、燃料噴射弁２８は、指令信号が「ＯＮ」の状態で開弁し、所定圧力で燃料を排気枝管１８内に供給する。このような燃料添加が行われることで、ＨＣ濃度が高い状態であるリッチスパイクが形成される。
【００６０】
このとき、図３に示すように、添加期間Ｃｓｅｃを長くするほどＨＣ濃度の変化量が大きくなり、総添加期間ＴＣｓｅｃを長くするほど（添加回数を多くするほど）リッチスパイクの形成期間が長くなる。
【００６１】
また、添加インターバルＢｍｓを短くするほど、排気中のＨＣ濃度が高くなりフィルタ温度の上昇量は大きくなる。
【００６２】
一方、燃料添加の休止期間Ｄｓｅｃの長さは、ＨＣ濃度が低くなる期間（連続的に形成されるリッチスパイクの間においてリーン雰囲気が継続する期間）の長さに対応する。この休止期間Ｄｓｅｃの長さにより、ＮＯｘ触媒２０の床温を調整することができる。すなわち、休止期間Ｄｓｅｃを長くするほどＮＯｘ触媒２０の温度は低くなる。
（実施の形態１）
本実施の形態では上記の基本的な制御に加え、図４（ａ）（ｂ）に示すように、リッチスパイクの間に燃料の添加密度をさらに変化させ、パルス状の燃料添加が密である期間と疎である期間とを設ける。このようにすれば、ＮＯｘ触媒２０からのＨＣの放出を抑制することができるとともに、所定の空燃比が維持されるのでＳＯｘを効果的に放出することができる。ここでは、燃料添加が疎な期間を設け、燃料添加の休止期間に酸素をＮＯｘ触媒２０に供給して、ＮＯｘ触媒２０の酸化能を維持することでＨＣの排出を抑制している。
【００６３】
図４（ａ）（ｂ）に示すように燃料添加を密にすれば、これに対応して空燃比センサ２４の出力は、理論空燃比よりも低いリッチ側で安定的に推移する。
【００６４】
一方、燃料添加を疎が期間では、パルス添加におけるインターバルのときに空燃比はリーン側に変化するので、全体として空燃比が変動する。したがって、燃料添加中に排気の空燃比が過度にリッチになることが回避される。このとき、燃料添加中の全域を密とすれば、図４（ｃ）において破線２０１で示すようにリッチスパイクの間、ＨＣは常に一定量が放出されてしまう。これに対して、密と疎を繰り返すことで、これに伴って実線２０２で示すようにＨＣの放出量が変化するので、リッチスパイクの間に放出される量は全期間密のときに比べて明らかに減少する。
【００６５】
一方、ＳＯｘは常に燃料添加を密にしたときには、図４（ｄ）における破線２０３で示すように放出される。これに対して、密と疎を繰り返すときは、実線２０４に示すように放出され、添加が密に行われるときと比較すると抄出量は減少するが、全体として放出量が大きく低下することはない。
【００６６】
したがって、密と疎を繰り返すことでＨＣの放出の抑制効果は大であり、かつＳＯｘの放出作用が大きく損なわれることはない。
【００６７】
なお、ＮＯｘ触媒２０に保持されているＳＯｘ量が多いとき程、前記の燃料添加が密である割合を少なく、疎である割合を多くすることが好ましい。ＳＯｘの保持量が多いときは、ＮＯｘ触媒２０の活性（酸化能）が低下しているため、ＨＣを排出し易い。そこで疎の割合を多くすることでＨＣの排出を抑制する。
【００６８】
ＮＯｘ触媒２０におけるＳＯｘの保持量は、機関回転数ＮＥ × 燃料噴射量Ｑの二次元マップに基づいて算出することができる。その他、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。あるいは、燃料中の硫黄成分によりＮＯｘ触媒２０が被毒ことから、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保持量を求めても良い。また、ＳＯｘ被毒が進行するとＮＯｘ触媒のＮＯｘの保持量が減少し、ＮＯｘ触媒２０下流に流通するＮＯｘの量が増大する。したがって、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保持量を求めても良い。さらに、車両走行距離に応じてＳＯｘ保持量が増加するとして、この車両走行距離に基づいてＳＯｘ保持量を求めることも可能である。
【００６９】
次に、ＮＯｘ触媒２０の熱劣化を検出して、その熱劣化の度合いに応じて燃料添加の前記密度を変更することが望ましい。熱劣化によっても触媒の活性が低下するので、劣化度合いが高いとＨＣが排出され易くなる。
【００７０】
そこで燃料添加の疎の割合を多くすることで、ＨＣの排出を抑制する。
【００７１】
ＮＯｘ触媒の熱劣化度合いを判定するには、例えば、ＮＯｘ触媒２０の下流の排気路内に設けたＮＯｘセンサ２２により、ＳＯｘ被毒回復処理の前後におけるＮＯｘ触媒２０をすり抜けるＮＯｘ濃度を計測、比較して判断する方法、ＳＯｘ被毒回復処理を行った回数等の運転履歴から判断する方法等がある。
【００７２】
このようにしてＮＯｘ触媒２０の劣化度が大きくなるにしたがって、燃料添加が密な割合を少なくし、疎の割合を多くする。
【００７３】
次に、ＥＣＵ３５で処理されるＳＯｘ被毒回復制御を、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００７４】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ３５が機関運転開始からの運転履歴を収集すべく各種センサの出力信号をＲＡＭ３５３上に記憶する。例えば、機関運転開始からの経過時間、目標要求トルクを満たすために各気筒２に供された燃料の供給量、各気筒２に吸入された空気量、前回の燃料供給時からの経過時間、車両走行距離数の積算値、排気温度などである。収集された運転履歴をＣＰＵ３５１に読み出し、ＳＯｘ被毒回復制御条件、すなわち、燃料の供給実行条件が成立しているか否かＣＰＵ３５１内にて判別する。ＳＯｘ被毒回復制御条件としては、ＮＯｘ触媒２０におけるＳＯｘの吸収量が所定量以上であるか否か、である。この条件が満たされないときは、本処理ルーチンの実行を一旦終了する。
【００７５】
前記の条件が満たされたときは、ステップＳ１０２に進み、添加燃料の供給量の算出を行う。ここでは、現在の機関運転に供されている混合気の空燃比と、前記ステップＳ１０１にて算出されたＳＯｘの吸収量とをパラメータとしてＳＯｘ被毒の回復に供される燃料のベース添加量をＲＯＭ３５２上に予め準備されたベース添加量算出マップに基づき算出する。燃料供給量算出マップは、各種予備実験に基づき作成されたものである。
【００７６】
次に、ステップＳ１０３に進み、ＮＯｘ触媒２０の熱劣化の度合いを検出する。
【００７７】
その後、ステップＳ１０４に進んで、前記ステップＳ１０１からＳ１０３で得た情報を基礎として料添加の条件を決定する。すなわち、前記添加燃料量、Ｓ０ｘ吸収量、ＮＯｘ触媒２０の熱劣化の度合いから、総添加時間ＴＣｓｅｃ、添加時間Ｃｓｅｃ、燃料添加のインターバルＢｍｓ及び及び添加休止時間Ｄｓｅｃが決定される。
【００７８】
次に、ステップＳ１０５に進み、排気中への燃料添加判定条件が成立しているか否かを判定する。条件としては、内燃機関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を熱分解し得る高温域（例えば、５５０〜７００℃の範囲）であるか否か、また排気の空燃比がストイキより小さいか否か、ＮＯｘの吸放出作用を促す燃料の供給が実行状態にあるか否か、などの条件を例示することができる。これらの条件が満たされないときは、本処理ルーチンの実行を一旦終了する。
【００７９】
前記ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進み、燃料添加を実行する。
【００８０】
この実施の形態によれば、ＮＯｘ触媒２０の状態（ＳＯｘ吸収量及び熱劣化度合い）を考慮して燃料添加をコントロールするため、ＨＣのすり抜け防止とＳＯｘ放出を高次元で両立させることができる。
（実施の形態２）
実施の形態１と同様に、リッチスパイクの間に燃料の添加密度を変化させ、パルス状の燃料添加を密にする期間と疎にする期間とを設け、ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒回復処理を実施する。
【００８１】
ただし、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒２０の状態の他に、さらに内燃機関１の運転状態を考慮した制御を行う。
【００８２】
第１に内燃機関１の負荷に応じて、ＥＣＵ３５は燃料添加を密にする期間と疎にする期間の割合が異なるようにコントロールする。ここでは、軽負荷のときは、排気量が少ないため、全体として添加燃料を少なくできるので、添加が密な割合を少なくし、疎な割合を多くする。そして、負荷が大きくなるにつれて添加が密な割合を多くしていく。
【００８３】
第２に、内燃機関１の筒内から排出される排気の空燃比がリッチな程、密な割合を少なくする。排気の空燃比のベースとなる混合気の空燃比は、吸入空気量と燃料噴射量から求められ、ＥＣＵ３５が決定するものである。基本となる混合気の空燃比がリッチな程、排気中に排出されるＨＣ量が増大するので、ＥＣＵ３５は、過剰なＨＣが排気中に含まれないように、添加が密な割合を少なくし、疎な割合を多くする。そして、筒内の空燃比が大きくなる（リーンになる）につれて燃料添加が密な割合を多くしていくように制御する。
【００８４】
このようにすれば、排気中のＨＣ濃度が過剰に高くなる状況を回避することができるので、ＨＣの放出が抑制される。
（実施の形態３）
実施の形態１と同様に、リッチスパイクを実行している間に燃料の添加密度を変化させ、パルス状の燃料添加を密にする期間と疎にする期間とを設け、ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒回復処理を実施する。
【００８５】
この実施の形態では、燃料添加を密にする期間と疎にする期間とでは、一回あたりの燃料添加量が異なるようにして、疎の期間には一回あたりの燃料添加量を密の期間に比較して多くし、密の場合と疎の場合での単位時間あたりの平均燃料添加量が同一となるように調整する。
【００８６】
このようにすれば、単位時間あたりの空燃比が一定となり、効率的なＳＯｘ放出が行える。
（その他の実施の形態）
ＳＯｘ放出制御がリッチ期間とリーン期間を交互に繰り返す間欠リッチによって行われる場合のリッチ期間では、ＥＣＵ３５は、このリッチ期間が終了に向かって進行する程、前記燃料添加間隔が疎である割合を多くする。例えば、１０秒間にわたりリッチスパイクを継続するとき、リッチスパイクの５秒経過時と７秒経過時とを比較すれば、後者での疎の割合が大きくなるように制御する。
【００８７】
リッチスパイクが継続する状態ではリッチ時間が長くなる程、添加燃料がＮＯｘ触２０に多く吸着する。このような状態が進行すると、ＮＯｘ触媒２０がＨＣを排出し易くなるので、このような事態を回避するために燃料添加の間隔を疎にして、インターバルの期間を多くする。すると、インターバル期間にはＮＯｘ触媒２０に酸素が供給されるのでその酸化能が回復する。よってＨＣ放出量が減少する。
【００８８】
また、ＮＯｘ触媒２０の温度に基づいて燃料添加の疎密の割合を変えるように制御する。
【００８９】
ＳＯｘ被毒回復制御では、上述したように触媒温度がおよそ６００乃至６５０℃の範囲で実施されるが、その範囲で触媒温度が低いときは燃料添加が疎の割合を多くする。ＮＯｘ触媒２０の活性（酸化能）は、さらに温度が上昇しているときに比較すると低くなっているので、ＨＣを排出し易すい。そこで疎の割合を多くすることでＨＣの排出を抑制する。
【００９０】
ところで、上記実施の形態では、触媒温度を上昇させるために、触媒上流の排気通路中に燃料添加弁２８により添加される場合について説明したが、このような燃料添加に併せて筒内におけるポスト噴射等の副噴射により排気中に未燃成分を供給する方法、低温燃焼により排気中に未燃成分を増加させる方法を実施する場合が含まれる。
【００９１】
さらに、燃料添加弁２８による燃料添加を実施せず、ポスト噴射等の副噴射により排気中に未燃成分を供給し、または、低温燃焼により排気中に未燃成分を増加させる方法で触媒床温を上昇させる場合にも、本発明の制御を適用することが可能である。
【００９２】
なお、上述の実施の形態ではＮＯｘ触媒２０の下流に、図示しない酸化触媒を設けることが好ましい。ＮＯｘ触媒２０から放出され、またこれをすり抜けたＨＣが前記酸化触媒にて酸化され、外部に放出されることが防止される。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＯｘ触媒等のＳＯｘ放出制御を実行するにあたり、ＨＣの放出を抑制しつつ、ＳＯｘを効率的に放出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の全体を示す図である。
【図２】ＥＣＵの概略構成を示す図である。
【図３】ＳＯｘ被毒回復制御における燃料添加によりリッチスパイクが形成される状態を示す図である。
【図４】本発明の制御によってリッチスパイクを形成した状態を示す図である。（ａ）は燃料添加の密度を示す図であり、（ｂ）は排気の空燃比の変化を示す。（ｃ）は燃料添加に伴って放出されるＨＣ量の変化を示し、（ｄ）は放出されるＳＯｘ量の変化を示す。
【図５】本発明の実施の形態におけるＳＯｘ被毒回復制御の実行フローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
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
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・ＮＯｘ触媒
２２・・・ＮＯｘセンサ
２３・・・排気温度センサ
２４・・・空燃比センサ
２８・・・燃料添加弁
２９・・・燃料供給路
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

排気系に設けた排気中への燃料添加手段と、
該燃料添加手段の下流に配置したＳＯｘ保持能を有すると共に酸化能を有する触媒と、を備え、
前記触媒に保持されたＳＯｘ量が所定量を超えたときに、前記燃料添加手段により前記触媒の温度を所定温度以上とし、かつ前記酸化触媒に流通する排気の空燃比をストイキまたはリッチとして、酸化触媒に保持されているＳＯｘを放出させるＳＯｘ放出制御を実施する内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記ＳＯｘ放出制御中に前記酸化触媒をストイキまたはリッチの雰囲気に維持しつつ、前記燃料添加手段による燃料添加間隔が密の期間と疎の期間とを交互に繰り返すように制御する添加密度制御手段を有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ＳＯｘ放出制御は、酸化触媒に流通する排気の空燃比をリッチとするリッチ期間と、排気の空燃比をリーンとするリーン期間とを繰り返す間欠リッチにより実行され、前記添加密度制御手段による制御は前記リッチ期間中に実施され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。
内燃機関の負荷が小さくなる程、前記燃料添加間隔が密である割合を多くすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
内燃機関の筒内から排出される排気の空燃比が低い程、前記燃料添加間隔が密である割合を少なくすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
前記間欠リッチのリッチ期間では、該リッチ期間が終了に向かって進行する程、前記燃料添加間隔が疎である割合を多くすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
前記燃料添加間隔が疎の期間における一回の燃料添加量を、前記燃料添加間隔が密な期間の一回の燃料添加量よりも多くすることで、単位時間あたりの燃料添加量を一定として所定の排気の空燃比を保持することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。