JP2006258047A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒の劣化時においてもＮＯｘ浄化のための還元剤の消費量を抑えつつ、ＮＯｘ浄化を行う。
【解決手段】ＮＯｘ触媒を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒の劣化程度が所定劣化程度以下であるとき、排気に還元剤を供給することで該ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキ空燃比もしくは該ストイキ空燃比よりリッチ側の所定リッチ空燃比とし（Ｓ１０１、Ｓ１０７、Ｓ１０８）、ＮＯｘ触媒の劣化程度が所定劣化程度を超えると判定されるとき、排気に還元剤を供給することで該ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキ空燃比よりリーン側の所定リーン空燃比とする（Ｓ１０４）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化を行う排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気通路に設けられたいわゆる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」ともいう。）によって、排気中のＮＯｘを還元、浄化する技術が知られている。しかし、このＮＯｘ触媒には排気中のＳＯｘが吸蔵されることでＳＯｘ被毒状態となると、ＮＯｘ触媒が劣化し、ＮＯｘの還元、浄化能力が低下する。

そこで、ＮＯｘ触媒がＳＯｘ被毒等によって劣化したときに、ＮＯｘ浄化のための排気空燃比の制御方法を、ＮＯｘ触媒が被毒していないときと異ならせる技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。この技術においては、ＮＯｘ浄化時に排気空燃比を所定のリッチ空燃比とした後にストイキ近傍の空燃比に調整する。そして、ＮＯｘ触媒の劣化時と非劣化時とで、ストイキ近傍の空燃比とする時間を変化させることで、大気へのＮＯｘの放出を抑制する。
特開２００１−２０７８１号公報 特開２００３−２０１８８８号公報 特開２００２−１１５５３６号公報

ＮＯｘ触媒を有する内燃機関において、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを浄化するために排気の空燃比をリッチ状態とする。これにより、排気中の還元剤（燃料等）と吸蔵されたＮＯｘとが反応し、ＮＯｘの浄化が行われることになる。しかし、ＮＯｘ触媒には、ＮＯｘとともに排気中のＳＯｘも吸蔵されることでＮＯｘ触媒の触媒機能が低下する。

更に、吸蔵されたＮＯｘと比べて、吸蔵されたＳＯｘを浄化（還元）するための内燃機関の運転条件が成立する機会は少ない。従って、ＮＯｘ触媒がＳＯｘ被毒した状態のときに、非ＳＯｘ被毒時と同様に、排気空燃比をリッチ状態としても、ＮＯｘ触媒により十分な浄化作用が行われず還元剤（燃料等）の無駄な消費につながる。これは、ＮＯｘ触媒がＳＯｘ以外の要因で劣化しＮＯｘ浄化能力が低下したときも、同様である。

本発明では、上記した問題に鑑み、ＮＯｘ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒の劣化時においてもＮＯｘ浄化のための還元剤（燃料等）の消費量を抑えつつ、ＮＯｘ浄化を行うことを目的とする。

本発明では、上記した問題を解決するために、ＮＯｘ触媒の劣化時と非劣化時とではＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化特性が異なることに着目した。従って、ＮＯｘ触媒の劣化時には、非劣化時とは異なった、そのＮＯｘ浄化特性に応じた排気への還元剤供給を行うことで、還元剤の消費量を抑えた上でＮＯｘ浄化を効率的に行うことが可能となる。

そこで、本発明は、内燃機関の排気浄化システムであって、内燃機関の排気通路に設けられ、白金および吸蔵剤を含む吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度を判定する劣化判定手段と、前記劣化判定手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が所定劣化程度以下であると判定されるとき、前記還元剤供給手段によって排気に還
元剤を供給することで該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキ空燃比もしくは該ストイキ空燃比よりリッチ側の所定リッチ空燃比とする通常ＮＯｘ浄化手段と、前記劣化判定手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が前記所定劣化程度を超えると判定されるとき、前記還元剤供給手段によって排気に還元剤を供給することで該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキ空燃比よりリーン側の所定リーン空燃比とする劣化時ＮＯｘ浄化手段と、を備えることを特徴とする。

上記の内燃機関の排気浄化システムでは、ＮＯｘ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）の触媒機能によって排気中のＮＯｘが浄化される。このＮＯｘ触媒は、白金と吸蔵剤を含んでおり、この吸蔵剤に排気中のＮＯｘが吸蔵される。ここで、ＮＯｘ触媒の触媒機能は常に一定ではなく、ＮＯｘ触媒を構成する吸蔵剤にＮＯｘ以外の物質が吸蔵される等の理由でＮＯｘの吸蔵が十分に行われなくなり、ＮＯｘ触媒は劣化していく。このＮＯｘ触媒の劣化程度が劣化判定手段によって判定される。従って、上記の所定劣化程度とは、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸蔵が十分に行われずＮＯｘ触媒が吸蔵還元型触媒としての触媒機能を十分に発揮できないと判定されるための劣化程度の閾値である。

ここで、ＮＯｘ触媒の触媒機能が十分に発揮されているとき、換言すると劣化判定手段によってＮＯｘ触媒の劣化程度が所定劣化程度以下と判定されるとき、ＮＯｘ触媒は、吸蔵還元型触媒としての触媒機能を十分に発揮することが可能である。そこで、このような場合、通常ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化が行われる。通常ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化の特徴点は、排気の空燃比をストイキ空燃比もしくは所定リッチ空燃比とすることで、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元剤と還元反応させて、ＮＯｘの浄化を行う点である。従って、所定リッチ空燃比とは、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するために必要な排気の空燃比である。

また、ＮＯｘ触媒の触媒機能が十分に発揮されていないとき、換言すると劣化判定手段によってＮＯｘ触媒の劣化程度が所定劣化程度を超えると判定されるとき、ＮＯｘ触媒は吸蔵還元型触媒としての触媒機能を十分に発揮することが困難となり、従って排気中のＮＯｘを十分に吸蔵することが困難となる。このとき、ＮＯｘ触媒においては、吸蔵剤の吸蔵力の低下により、その担体の塩基性度が低下し白金の活性が向上する。その結果、ＮＯｘ触媒は、吸蔵還元型触媒としての機能は低下するが選択還元型触媒としての機能が向上する。

そこで、本発明に係る上記の内燃機関の排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒の劣化時にはＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化特性が変化することに着目して、該劣化時には劣化時ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘの浄化が行われる。即ち、ＮＯｘ触媒の劣化と関連して変化するＮＯｘ浄化特性に応じたＮＯｘ浄化が行われる。上述したように、ＮＯｘ触媒の劣化時には、該ＮＯｘ触媒は選択還元型触媒としての機能が向上することから、排気の空燃比が所定リーン空燃比に調整される。これにより、排気中のＮＯｘが、白金の触媒機能によって、選択的に還元剤と還元反応し浄化される。

以上をまとめると、本発明に係る上記の内燃機関の排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒の劣化程度が低いときは、本来の吸蔵還元型触媒としての触媒機能が発揮されるべく通常ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化が行われ、ＮＯｘ触媒の劣化程度が高いときは、一時的に本来の吸蔵還元型触媒としての触媒機能によるＮＯｘ浄化を中断し、選択還元型触媒としての触媒機能が発揮されるべく劣化時ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化が行われる。これにより、ＮＯｘ触媒の劣化時であっても、排気中のＮＯｘをより効率的に浄化することが可能となる。また、該劣化時において通常ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化を継続した場合、還元剤供給手段によって供給された還元剤がＮＯｘ浄化に十分に供されなくなるため還元剤が無駄に消費されてしまうが、本排気浄化システムにおいては劣化時ＮＯ
ｘ浄化手段によって、ＮＯｘ触媒の劣化程度に応じた量の還元剤の供給が行われるため、還元剤の無駄な消費を回避することが可能となる。

ここで、上記の内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記劣化判定手段は、ＳＯｘ被毒による前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度を判定してもよい。即ち、排気中のＳＯｘがＮＯｘ触媒の吸蔵剤に吸蔵されていくことで生じるＮＯｘ触媒の劣化程度に応じて、通常ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化と劣化時ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化とを使い分けても良い。尚、このときＮＯｘ触媒における劣化の程度は、内燃機関での燃料消費量等に基づいてＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘ量に基づいて判定されるようにしてもよい。例えば、吸蔵されたＳＯｘ量が基準となる量より多くなったとき劣化判定手段によってＮＯｘ触媒が劣化していると判定する。

また、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記劣化時ＮＯｘ浄化手段は、前記劣化判定手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が前記所定劣化程度を超えると判定されるときであって、且つ該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定範囲内の温度であるときに、前記還元剤供給手段によって排気に還元剤を供給することで該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を前記所定リーン空燃比としてもよい。即ち、劣化時ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化は、ＮＯｘ触媒が選択還元型触媒としての触媒機能が十分に発揮される温度状態にあるときに行われる。これにより、ＮＯｘ触媒の劣化時に、ＮＯｘ浄化のための還元剤の消費量をより確実に抑えながらＮＯｘの浄化を行うことが可能となる。

尚、前記所定範囲内の温度は、摂氏１５０度から３００度内の温度であってもよい。ＮＯｘ触媒の温度が摂氏１５０度から３００度の範囲内にあるとき、選択還元型触媒としての触媒機能が比較的良好となることが実験の結果から判明している。そこで、ＮＯｘ触媒の触媒温度がこの範囲内にあるときであって、ＮＯｘ触媒が劣化していると判定されるときは、劣化時ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化が行われる。

ＮＯｘ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒の劣化時においてもＮＯｘ浄化のための還元剤（燃料等）の消費量を抑えつつ、ＮＯｘ浄化を行うことが可能となる。

ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施例について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る排気浄化システムが適用される内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式内燃機関である。また、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。燃料噴射弁３は、所定圧に加圧された燃料を貯留する蓄圧室４と接続されている。内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、吸気ポートを介して燃焼室に接続される。同様に、内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管は排気ポートを介して燃焼室に接続される。ここで、吸気ポートおよび排気ポートには、各々吸気弁および排気弁が設けられている。

また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。吸気管８の上流部には吸気管８を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータ９が設けられ、更にその下流には、吸気管８内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸気絞り弁１０に
は、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。

吸気絞り弁１０の上流側の吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する過給機１６のコンプレッサ側が設けられ、排気枝管１２には過給機１６のタービン側が設けられている。過給機１６はいわゆる可変容量型過給機であって、その内部に可動式のノズルベーンを有し、該ノズルベーンの開度を調整することで、過給機１６による過給圧が制御される。過給機１６より下流であって吸気絞り弁１０の上流の吸気管８には、過給機１６によって加圧されて高温となった吸入空気を冷却するためのインタークーラ１５が設けられている。インタークーラ１５は冷却用の冷却水が供給されており、その供給量が調整されることで、インタークーラ１５の冷却能力が制御される熱交換装置である。

また、過給機１６のタービン側は、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラーに接続されている。そして、排気管１３の途中には、いわゆる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ触媒１４が設けられている。また、ＮＯｘ触媒１４の上流の排気管１３には、排気中に燃料を添加する燃料添加弁１７が備えられている。このＮＯｘ触媒１４は、白金と吸蔵剤（バリウム、カリウム、リチウム等）から構成され、通常、吸蔵還元型触媒としての機能を発揮する。ＮＯｘ触媒１４の触媒機能については、後述する。

更に、内燃機関１には、ＥＧＲ装置２１が設けられている。ＥＧＲ装置２１は排気枝管１２を流れる排気の一部を吸気枝管７へ再循環させる。ＥＧＲ装置２１は、排気枝管１２（上流側）から吸気枝管７（下流側）へ延出しているＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲ通路２２上に上流側から順に設けられたＥＧＲガス冷却用のＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲガスの流量調整用のＥＧＲ弁２４と、から構成される。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、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の運転状態等を制御するユニットである。

ここで、燃料噴射弁３は、ＥＣＵ２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、燃料噴射弁３からの燃料噴射時期および燃料噴射量が、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度等の運転状態に応じて、噴射弁毎に制御される。また、燃料添加弁１７も、ＥＣＵ２０からの指令に従って制御される。

更に、アクセル開度センサ３１がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ３０がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度や、各気筒２におけるピストン位置等を検出する。また、ＮＯｘ触媒１４の下流側の排気管１３に、ＮＯｘ触媒１４から流出する排気の温度を検出するための温度センサ３２が設けられ、ＥＣＵ２０に電気的に接続されている。

このように構成される内燃機関１においては、主にＮＯｘ触媒１４によって排気の浄化が行われる。通常、ＮＯｘ触媒１４が劣化していない場合、即ちＮＯｘ触媒１４がいわゆる吸蔵還元型触媒としての機能を発揮し得る状態にある場合、ＮＯｘ触媒１４においては、排気の空燃比がリーン状態であるとき排気中のＮＯｘがその内部に吸蔵され、排気の空燃比がリッチ状態となり且つ還元剤（燃料添加弁１７から添加された燃料）が存在するときは、吸蔵されたＮＯｘを還元、浄化するべく機能する。しかし、ＮＯｘ触媒１４の使用とともに、ＮＯｘ触媒１４を構成する吸蔵剤が劣化し、ＮＯｘ触媒１４が吸蔵還元型触媒
としての機能を十分に発揮することが困難となる場合がある。例えば、ＮＯｘ触媒１４の劣化の例として、排気中のＳＯｘが吸蔵剤に吸蔵されることで、ＮＯｘを吸蔵する能力が低下した場合が挙げられる。

ここで、図２および図３に基づいて、ＮＯｘ触媒１４によるＮＯｘ浄化の説明をする。図２は、ＮＯｘ触媒１４が劣化していない場合、即ちＮＯｘ触媒１４がいわゆる吸蔵還元型触媒としての機能を発揮し得る状態にある場合における、ＮＯｘ浄化の様子が示されている。図２の上段は、ＮＯｘ触媒１４に流入する排気の空燃比の変動を示し、中段はＮＯｘ触媒１４に流入する排気中のＮＯｘ濃度を示し、下段はＮＯｘ触媒１４から流出する排気中のＮＯｘ濃度を示している。図２から分かるように、ＮＯｘ触媒１４にＮＯｘが吸蔵され続けて飽和状態に近づいたときに、排気の空燃比がストイキ空燃比よりリッチ側の空燃比にまで調整される。これは、燃料添加弁１７からの排気への燃料添加によって行われる。この結果、吸蔵されていたＮＯｘが還元浄化され、再び排気中のＮＯｘの吸蔵を開始する。このように、燃料添加弁１７からの燃料添加によって、定期的に、ＮＯｘ触媒１４に流入する排気の空燃比を所定のリッチ空燃比に調整することで、ＮＯｘ触媒１４の吸蔵還元型触媒としての触媒機能が発揮される。

しかし、上述したようにＮＯｘ触媒１４には、排気中のＳＯｘも吸蔵される。その結果、ＮＯｘ触媒１４の吸蔵還元型触媒としての触媒機能が低下する。更に、ＮＯｘ触媒１４に吸蔵されたＳＯｘは、吸蔵剤と硫酸塩を形成するための、その内部に比較的安定的に留まる性質を有している。そのため、上述したＮＯｘの還元浄化の手法では、吸蔵されたＳＯｘをＮＯｘ触媒１４の外部に放出することは困難であり、更にＮＯｘ触媒１４の温度を上昇させる等の条件が成立しなければならない。そのため、吸蔵されたＳＯｘをＮＯｘ触媒１４から放出させてＮＯｘ触媒を劣化状態から回復させる機会は、ＮＯｘの還元浄化を行う機会よりも少なくなり、吸蔵還元型触媒としての触媒機能が低下した状態でＮＯｘ触媒１４によるＮＯｘ浄化を行うことが余儀なくされる場合がある。

このような場合に、図２に示すように、ＮＯｘ触媒１４に流入する排気の空燃比を所定のリッチ空燃比とすると、ＮＯｘ触媒１４が劣化しているため燃料添加弁１７によって添加された還元剤としての燃料がＮＯｘと十分に還元反応を行わず、そのまま大気へ放出される虞がある。これはエミッションの悪化とともに、燃料の無駄な消費に繋がる。そこで、このような場合には、図３に示すＮＯｘ浄化が行われる。

図３の上段は、ＮＯｘ触媒１４に流入する排気の空燃比の変動を示し、中段はＮＯｘ触媒１４に流入する排気中のＮＯｘ濃度を示し、下段はＮＯｘ触媒１４から流出する排気中のＮＯｘ濃度を示している。ＮＯｘ触媒１４にＳＯｘが吸蔵されて触媒が劣化するとき、ＮＯｘ触媒１４の担体の塩基性度は下がるため、ＮＯｘ触媒１４を構成する白金の本来の活性が上昇する。従って、ＮＯｘ触媒１４の劣化時においては、この白金の活性を利用したＮＯｘ浄化を行う。具体的には、図３に示すように、燃料添加弁１７からの排気への燃料添加を定期的に行うとともに、その際の排気の空燃比がストイキよりリーン側の所定のリーン空燃比になるようにする。即ち、ＮＯｘ触媒１４を本来の吸蔵還元型触媒として機能させるのではなく、いわゆる選択還元型触媒として機能させることで、ＮＯｘの浄化を行う。

図２と図３を比較してもわかるように、ＮＯｘ触媒１４の劣化時にそれを選択還元型触媒として機能させた場合、吸蔵還元型触媒として機能させるよりも若干ＮＯｘの浄化率（入りＮＯｘ濃度に対する出ＮＯｘ濃度の割合）は低下するものの、劣化時に吸蔵還元型触媒として機能させるよりＮＯｘの浄化が効率的に行われ、且つ排気中の燃料によるエミッションの悪化と燃料の無駄な消費を抑制することが可能となる。

ここで、上述したＮＯｘ触媒１４によるＮＯｘ浄化を踏まえて、内燃機関１において行われるＮＯｘ浄化制御について、図４に基づいて説明する。尚、本実施例におけるＮＯｘ浄化制御は、内燃機関１が稼動状態にあるときに、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。

Ｓ１０１では、ＮＯｘ触媒１４が劣化していない状態において、ＮＯｘ触媒１４が吸蔵還元型触媒として機能することで通常ＮＯｘ浄化を行う。即ち、図２に示すように、燃料添加弁１７からの排気への燃料添加によって、ＮＯｘ触媒１４に流れ込む排気の空燃比を所定のリッチ空燃比に調整することで、ＮＯｘ触媒１４に吸蔵されているＮＯｘの還元浄化を行う。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、ＮＯｘ触媒１４がＳＯｘ被毒状態にあるか否かが判定される。即ち、ＮＯｘ触媒１４に排気中のＳＯｘが吸蔵されることで、ＮＯｘ触媒１４が吸蔵還元型触媒としての機能を十分に発揮することが困難となっているか否かが判定される。具体的には、内燃機関１において燃焼に供される燃料噴射弁３からの燃料噴射量の積算量から、ＮＯｘ触媒１４が吸蔵するＳＯｘ量を推定し、その推定量が基準となる量を超えたとき、ＮＯｘ触媒１４の吸蔵剤に比較的多くのＳＯｘが吸蔵されることでＮＯｘ触媒１４が吸蔵還元型触媒としての機能を十分に発揮できない状態となっている、即ちＮＯｘ触媒１４が劣化していると判定される。ＮＯｘ触媒１４がＳＯｘ被毒状態にあると判定されるとき、即ちＮＯｘ触媒１４が劣化していると判定されると、Ｓ１０３へ進む。一方で、ＮＯｘ触媒１４がＳＯｘ被毒状態にないと判定されるとき、即ちＮＯｘ触媒１４が劣化していないと判定されると、Ｓ１０８へ進む。

Ｓ１０３では、ＮＯｘ触媒１４の触媒温度が所定範囲内の温度か否かが判定される。上述したように、ＮＯｘ触媒１４が劣化した場合、ＮＯｘ触媒１４を吸蔵還元型触媒として機能させるよりも選択還元型触媒として機能させた方が、ＮＯｘの浄化率は向上する。しかし、この選択還元型触媒としての機能によるＮＯｘ浄化率は、図５に示すように、触媒温度に応じて推移する。図５は、本実施例に用いられるＮＯｘ触媒１４の触媒温度と選択還元型触媒としての機能によるＮＯｘ浄化率との関係を示す。このように、ＮＯｘ触媒１４においては、触媒温度が摂氏約２５０度になるときＮＯｘ浄化率がピークを迎え、その前後において２５０度から触媒温度が離れるに従い、ＮＯｘ浄化率が下降する。

本実施例においては、ＮＯｘ浄化率が約１５％以上得られるときに、ＮＯｘ触媒１４の選択還元型触媒としての機能によるＮＯｘ浄化を行うものとする。従って、上記の所定範囲は、摂氏１５０度から３００度の範囲とする。尚、ＮＯｘ触媒１４の触媒温度は、排気温度センサ３２によって得られる排気温度から推定される。ＮＯｘ触媒１４の触媒温度が所定範囲内の温度であるとき、即ちＮＯｘ触媒１４の選択還元型触媒としての機能が発揮されるときはＳ１０４へ進む。一方で、ＮＯｘ触媒１４の触媒温度が所定範囲内の温度でないとき、即ちＮＯｘ触媒１４の選択還元型触媒としての機能が発揮されないときはＳ１０５へ進む。

Ｓ１０４では、ＮＯｘ触媒１４が劣化している状態において、ＮＯｘ触媒１４が選択還元型触媒として機能することで劣化時ＮＯｘ浄化を行う。即ち、図３に示すように、燃料添加弁１７からの排気への燃料添加によって、ＮＯｘ触媒１４に流れ込む排気の空燃比を所定のリーン空燃比に調整することで、ＮＯｘ触媒１４の選択還元機能を利用して排気中のＮＯｘ浄化を行う。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。

Ｓ１０５では、所定の条件が成立したことをもって、ＮＯｘ触媒１４のＳＯｘ被毒状態からの回復が図られる。ＳＯｘ被毒状態からの回復は、ＮＯｘ触媒１４の触媒温度を比較的高温とするとともに、ＮＯｘ触媒１４に流れ込む排気の空燃比をリッチ空燃比とする必
要がある。そのため排気流速を抑えるべく、機関負荷や機関回転速度で決定される内燃機関１の運転状態が低負荷領域に属しているときに、ＮＯｘ触媒１４のＳＯｘ被毒回復状態からの回復を行わなければならない。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。

Ｓ１０６では、Ｓ１０５で開始したＮＯｘ触媒１４のＳＯｘ被毒状態からの回復が完了したか否かが判定される。即ち、ＮＯｘ触媒１４が劣化状態から回復し、吸蔵還元型触媒としての機能を十分に発揮し得る状態となったか否かが判定される。ＮＯｘ触媒１４のＳＯｘ被毒状態からの回復が完了したと判定されるとＳ１０７へ進み、ＮＯｘ触媒１４のＳＯｘ被毒状態からの回復が完了していないと判定されるとＳ１０６の処理を再び行う。

Ｓ１０７では、ＮＯｘ触媒１４においてＳ１０４の処理によって劣化時ＮＯｘ浄化が行われていたときは、ＮＯｘ触媒１４がＳＯｘ被毒状態から回復したことをもって、Ｓ１０１の処理で行われていた通常ＮＯｘ浄化を再開させる。即ち、ＮＯｘ触媒１４が劣化状態から回復したときは、選択還元型触媒としての触媒機能ではなく吸蔵還元型触媒としての機能を発揮させて、ＮＯｘの浄化を行う。また、ＮＯｘ触媒１４においてＳ１０４の処理による劣化時ＮＯｘ浄化が行われていないときは、通常ＮＯｘ浄化を継続する。Ｓ１０７の処理後、本制御を終了する。

また、Ｓ１０８では、Ｓ１０２での判定結果よりＮＯｘ触媒１４はＳＯｘによって劣化状態には至っていないため、Ｓ１０１の処理での通常ＮＯｘ浄化を継続させる。Ｓ１０８の処理後、本制御を終了する。

本制御によると、ＮＯｘ触媒１４の非劣化時には、吸蔵還元型触媒としての触媒機能を利用してＮＯｘの浄化を行う。しかし、ＮＯｘ触媒１４が劣化していると判定されるときは、吸蔵還元型触媒としての触媒機能を利用するとＮＯｘを十分に浄化することが困難となり、且つエミッションの悪化や燃料消費量の増大が生じることを鑑み、選択還元型触媒としての触媒機能を利用することで、ＮＯｘ浄化を効率的に行い、エミッションの悪化や燃料消費量の増大を抑制することが可能となる。即ち、本制御においては、ＮＯｘ触媒１４が劣化しているときは、緊急的にＮＯｘの浄化方法を通常ＮＯｘ浄化から劣化時ＮＯｘ浄化に切り替えることで、触媒劣化に伴うＮＯｘ浄化率の低下等の悪影響を抑えることが可能となる。

尚、本制御においては、ＮＯｘ触媒１４への還元剤（燃料等）の供給は、燃料添加弁１７によって行われる。しかし、これに代えて、燃料噴射弁３からの燃料噴射量や燃料噴射時期、噴射回数を調整することで、排気中に含まれる燃料の未燃成分量を制御して、ＮＯｘ触媒１４に還元剤を供給するようにしてもよい。

本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化システムが適用される内燃機関およびその制御系統の概略構成を表す図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化システムのＮＯｘ触媒によってＮＯｘ浄化（通常ＮＯｘ浄化）が行われるときの、排気空燃比、排気中のＮＯｘ濃度の推移を示す図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化システムのＮＯｘ触媒によってＮＯｘ浄化（劣化時ＮＯｘ浄化）が行われるときの、排気空燃比、排気中のＮＯｘ濃度の推移を示す図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて行われるＮＯｘ浄化制御に関するフローチャートである。 本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化システムのＮＯｘ触媒における、触媒温度と選択還元型触媒としての触媒機能が発揮されるときのＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。

符号の説明

１・・・・内燃機関
３・・・・燃料噴射弁
７・・・・吸気枝管
１２・・・・排気枝管
１４・・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
１７・・・・燃料添加弁
２０・・・・ＥＣＵ
３２・・・・排気温度センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、白金および吸蔵剤を含む吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度を判定する劣化判定手段と、
   前記劣化判定手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が所定劣化程度以下であると判定されるとき、前記還元剤供給手段によって排気に還元剤を供給することで該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキ空燃比もしくは該ストイキ空燃比よりリッチ側の所定リッチ空燃比とする通常ＮＯｘ浄化手段と、
   前記劣化判定手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が前記所定劣化程度を超えると判定されるとき、前記還元剤供給手段によって排気に還元剤を供給することで該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキ空燃比よりリーン側の所定リーン空燃比とする劣化時ＮＯｘ浄化手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記劣化判定手段は、ＳＯｘ被毒による前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度を判定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。
3. 前記劣化時ＮＯｘ浄化手段は、前記劣化判定手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化程度が前記所定劣化程度を超えると判定されるときであって、且つ該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定範囲内の温度であるときに、前記還元剤供給手段によって排気に還元剤を供給することで該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を前記所定リーン空燃比とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記所定範囲内の温度は、摂氏１５０度から３００度内の温度であ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。

Images