JP2008069737A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＳＯｘ被毒回復制御の実行をより好適な時期に停止させることを課題とする。
【解決手段】排気中に燃料を供給することで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をＳＯｘの還元が可能な目標空燃比に制御すると共に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘの還元が可能な目標温度に制御し、それによって、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させるＳＯｘ被毒回復制御を実行するＳＯｘ被毒回復手段と、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出した排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、を備え、ＳＯｘ被毒回復手段によるＳＯｘ被毒回復制御の実行中に空燃比検出手段の検出値が目標空燃比に達したときに（Ｓ１０３）、該ＳＯｘ被毒回復制御の実行を停止させる（Ｓ１０４）。
【選択図】図４

Description

本発明は、排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気浄化システムとして、排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する）を備えたものが知られている。ＮＯｘ触媒は、周囲雰囲気が酸化雰囲気のときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、周囲雰囲気が還元雰囲気となると吸蔵していたＮＯｘを還元する。

このようなＮＯｘ触媒には、排気中のＮＯｘのみならずＳＯｘも吸蔵される。そのため、ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元すべく、所謂ＳＯｘ被毒回復制御が行われる。ＳＯｘ被毒回復制御では、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を低下させてＳＯｘの還元が可能な目標空燃比に制御すると共にＮＯｘ触媒の温度を上昇させてＳＯｘの還元が可能な目標温度に制御する。

特許文献１には、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中に排気の空燃比を検出し、この検出値がＮＯｘ触媒からＳＯｘが放出される値に達していないと判断された回数が許容値以上となった場合、ＳＯｘ被毒回復制御が異常である旨判断する技術が記載されている。
特開２００５−２９１１３０号公報 特開２００２−９７９３８号公報

ＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時期および実行停止時期を、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘの量の推定値に基づいて判断する場合がある。この場合、内燃機関での燃料噴射量の積算値等から推定されるＳＯｘの吸蔵量が所定の実行開始の閾値に達したときにＳＯｘ被毒回復制御の実行が開始される。また、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中に、吸入空気量やＮＯｘ触媒の温度の変化の履歴等からＳＯｘの還元量が推定される。そして、ＳＯｘの還元量の推定値がＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時のＳＯｘの吸蔵量の推定値に達したときに、ＳＯｘの還元が終了したと判断されＳＯｘ被毒回復制御の実行が停止される。

しかしながら、上記の場合、ＳＯｘの吸蔵量または還元量の推定値が実際の値とずれる場合がある。これらの推定値が実際の値とずれていると、ＳＯｘ被毒回復制御の実行時に、ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＳＯｘが実際には十分還元された後であっても該ＳＯｘ被毒回復制御の実行が継続される場合がある。

ＳＯｘ被毒回復制御においてはＮＯｘ触媒の温度を上昇させるため、その実行期間が長くなるほどＮＯｘ触媒の劣化が進行する虞がある。また、ＳＯｘ被毒回復制御の実行期間が長くなるほど燃費が悪化する虞がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＳＯｘ被毒回復制御の実行をより好適な時期に停止させることが可能な技術を提供することを課題とする。

本発明は、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中に、ＮＯｘ触媒から流出した排気の空燃比がＮ
Ｏｘ触媒に流入する排気の空燃比に達したときに該ＳＯｘ被毒回復制御の実行を停止させるものである。

より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側において排気中に燃料を供給する燃料供給手段と、
該燃料供給手段から排気中に燃料を供給することで、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をＳＯｘの還元が可能な目標空燃比に制御すると共に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘの還元が可能な目標温度に制御し、それによって、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させるＳＯｘ被毒回復制御を実行するＳＯｘ被毒回復手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出した排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、を備え、
前記ＳＯｘ被毒回復手段によるＳＯｘ被毒回復制御の実行中に前記空燃比検出手段の検出値が前記目標空燃比に達したときに、該ＳＯｘ被毒回復制御の実行を停止させることを特徴とする。

ＳＯｘはＮＯｘ触媒に硫酸塩として吸蔵される。そして、ＳＯｘ被毒回復制御の実行時においては、硫酸塩が熱分解されて硫酸イオンとなり、この硫酸イオンが還元されてＳＯ_２となる。このとき、硫酸イオン中のＯ_２が放出される。そのため、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中において、ＳＯｘが実際に還元されている間は、ＮＯｘ触媒から流出する排気の空燃比はＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比よりも高くなる。そして、ＳＯｘの還元が実際に終了するとＯ_２が放出されなくなる。そのため、ＮＯｘ触媒から流出する排気の空燃比がＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比に達する。

ＳＯｘ被毒回復制御の実行中においては、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が目標空燃比に制御される。そのため、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中に空燃比検出手段の検出値が目標空燃比に達した場合、ＳＯｘの還元が実際に終了したと判断出来る。

従って、本発明によれば、ＳＯｘの還元が実際に終了した時点でＳＯｘ被毒回復制御の実行を停止させることが出来る。つまり、ＳＯｘ被毒回復制御の実行をより好適な時期に停止させることが出来る。これにより、ＳＯｘ被毒回復制御の実行期間が過剰に長くなるのを抑制することが出来る。その結果、ＮＯｘ触媒の劣化や燃費の悪化を抑制することが可能となる。

本発明においては、ＳＯｘ被毒回復手段が、燃料供給手段による燃料添加を間欠的に行うことでＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を周期的に目標空燃比に制御するものであってもよい。この場合、ＳＯｘ被毒回復手段によるＳＯｘ被毒回復制御の実行中において排気の空燃比を低下させる毎に目標空燃比をより低い値に変更してもよい。

ＳＯｘ被毒回復制御においては、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を低くするほどＳＯｘの還元を促進させることが出来る。上記によれば、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中、ＳＯｘの還元が実際に終了するまでの間はＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が徐々に低くされる。これにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘをより速やかに還元することが出来る。

本発明においては、ＳＯｘ被毒回復手段によるＳＯｘ被毒回復制御の実行中に空燃比検出手段の検出値が目標空燃比に達した後、燃料供給手段から燃料を供給することでＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を再度目標空燃比に制御し、このときに、空燃比検出手段の
検出値が低下し始めてから目標空燃比に達するまでの期間が短いほどＮＯｘ触媒の劣化度合いが大きいと判定する劣化度合い判定手段をさらに備えてもよい。

ＮＯｘ触媒は酸素を貯蔵する能力、所謂Ｏ_２ストレージ能力を有している。そのため、ＮＯｘ触媒にＳＯｘが吸蔵されていない状態であっても、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が目標空燃比まで低下しても、Ｏ_２ストレージ能力のためにＮＯｘ触媒に貯蔵されていたＯ_２が放出されている間はＮＯｘ触媒から流出する排気の空燃比は目標空燃比までは低下しない。

ＮＯｘ触媒の劣化度合いが高くなるほど、該ＮＯｘ触媒のＯ_２ストレージ能力は低くなる。つまり、Ｏ_２ストレージ能力のためにＮＯｘ触媒に貯蔵されるＯ_２の量は少なくなる。そのため、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が目標空燃比まで低下することでＮＯｘ触媒から流出した排気の空燃比が低下し始めてから、該排気の空燃比が目標空燃比に達すまでの期間は、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが高くなるほど短くなる。

上記によれば、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘの還元が実際に終了した時点で、即ち、ＮＯｘ触媒にＳＯｘが吸蔵されていない状態で、ＮＯｘ触媒の劣化度合いの判定が行われる。従って、ＮＯｘ触媒の劣化度合いをより精度良く判定することが出来る。

本発明において、ＮＯｘ触媒は、排気通路に設けられ排気中の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：以下、ＰＭと称する）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）に担持されているものであってもよい。また、フィルタに捕集されたＰＭを除去するフィルタ再生制御を実行するフィルタ再生手段をさらに備えてもよい。この場合、前記目標温度を第一目標温度とすると、フィルタ再生手段は、燃料供給手段から排気中に燃料を供給することでフィルタの温度をＰＭの酸化が可能な第二目標温度に制御し、それによって、フィルタに捕集されたＰＭを酸化させて除去する。

そして、上記の場合、フィルタ再生手段によるフィルタ再生制御の実行が終了したときに燃料供給手段から燃料を供給することでフィルタに流入する排気の空燃比を短期間目標空燃比に制御し、このときの空燃比検出手段の検出値の最低値と目標空燃比との差が所定値以上のときはＳＯｘ被毒回復制御の実行を開始する時期であると判定する開始時期判定手段をさらに備えてもよい。

フィルタ再生制御の実行が終了した時点ではフィルタの熱容量のためにＮＯｘ触媒の温度が高くなっている。そのため、このときにＮＯｘ触媒にＳＯｘが吸蔵されている場合は、フィルタに流入する排気の空燃比を目標空燃比に制御することでＳＯｘが還元される。

上述したように、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比に制御されたときに該ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘが還元されている場合は、該ＮＯｘ触媒から流出する排気の空燃比が目標空燃比に達しない。そして、このときにＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘの量が多いほど、硫酸イオン中から放出されるＯ_２が多くなるためＮＯｘ触媒から流出する排気の空燃比が高くなり、目標空燃比との差が大きくなる。

ここで、所定値とは、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘの量がＳＯｘ被毒回復制御の実行開始の閾値となる量に達していると判断出来る値である。

上記によれば、ＮＯｘ触媒に実際に吸蔵されている実際のＳＯｘの量に基づいてＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時期を判定することが出来る。そのため、ＳＯｘ被毒回復制御の実行をより好適な時期に開始することが出来る。また、フィルタ再生制御の実行が終了した時点で、即ち、ＮＯｘ触媒の温度がすでに高くなっている状態で、上記のようなＳＯｘ
被毒回復制御の実行を開始する時期であるか否かの判定を行うことにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘを還元すべく該ＮＯｘ触媒を昇温させるために消費される燃料の量を抑制することが出来る。

また、上記の場合、ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘの吸蔵量を、少なくとも内燃機関での燃料噴射量および燃料供給手段からの燃料供給量の積算量に基づいて推定するＳＯｘ吸蔵量推定手段をさらに備えてもよい。この場合、フィルタ再生制御実行手段によるフィルタ再生制御の実行が終了したときにＳＯｘ吸蔵量推定手段によるＳＯｘの吸蔵量の推定値が所定ＳＯｘ量以上である場合に、開始時期判定手段によるＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時期であるか否かの判別を実行してもよい。

上記の場合、ＳＯｘ吸蔵量推定手段によってもＮＯｘ触媒におけるＳＯｘの吸蔵量をある程度の精度で推定することが出来る。ここで、所定ＳＯｘ量とは、ＳＯｘ被毒回復制御の実行開始の閾値以下の量であって実験等によって予め定められた値である。

これによれば、フィルタ再生制御の実行が終了したときにおいて、ＮＯｘ触媒における実際のＳＯｘの吸蔵量が所定ＳＯｘ量以上となっている可能性が高いときにのみ、開始時期判定手段によるＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時期であるか否かの判別が行われる。そのため、該判別のために消費される燃料の量をより抑制することが出来る。

本発明によれば、ＳＯｘ被毒回復制御の実行をより好適な時期に停止させることが出来る。これにより、ＳＯｘ被毒回復制御の実行期間が過剰に長くなるのを抑制することが出来る。その結果、ＮＯｘ触媒の劣化や燃費の悪化を抑制することが可能となる。

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形態について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
＜内燃機関の吸排気系の概略構成＞
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。

内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。この内燃機関１には、吸気通路３および排気通路２が接続されている。吸気通路３にはエアフローメータ１１が設けられている。排気通路２には排気中のＰＭを捕集するフィルタ５が設けられている。該フィルタ５にはＮＯｘ触媒６が担持されている。また、フィルタ５よりも上流側の排気通路２には酸化触媒４が設けられている。

酸化触媒４よりも上流側の排気通路２には排気中に燃料を添加する燃料添加弁７が設けられている。また、フィルタ５よりも下流側の排気通路２には排気の温度を検出する温度センサ８および排気の空燃比を検出する空燃比センサ９が設けられている。尚、本実施例においては、燃料添加弁７が本発明に係る燃料供給手段に相当し、空燃比センサ９が本発明に係る空燃比検出手段に相当する。

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）１０が併設されている。ＥＣＵ１０にはエアフローメータ１１および温度センサ８、空燃比センサ９が電気的に接続されている。そして、これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。

＜ＳＯｘ被毒回復制御＞
本実施例においては、ＮＯｘ触媒６に吸蔵されたＳＯｘを還元すべくＳＯｘ被毒回復制御が行われる。本実施例において、排気の空燃比は通常（ＳＯｘ被毒回復制御を実行していないとき）リーン空燃比となっている。ＳＯｘ被毒回復制御においては、ＮＯｘ触媒に流入する排気（以下、流入排気と称する）の空燃比を低下させてＳＯｘの還元が可能となる目標空燃比に制御すると共にＮＯｘ触媒の温度を上昇させてＳＯｘの還元が可能となる目標温度に制御する必要がある。ここで、目標空燃比はリッチ空燃比であって実験等によって予め定められた値である。

本実施例にかかるＳＯｘ被毒回復制御では、燃料添加弁７によって排気中に燃料を間欠的に添加することで、流入排気の空燃比を周期的に目標空燃比に制御すると共に、ＮＯｘ触媒６の温度（フィルタ５の温度）を目標温度に制御する。燃料添加弁７によって排気中に燃料が添加されると、該燃料が酸化触媒４およびＮＯｘ触媒５に供給される。供給された燃料がこれらの触媒において酸化されることで生じる酸化熱によってＮＯｘ触媒６が昇温される。尚、ＳＯｘ被毒回復制御の実行時において、燃料添加弁７からの燃料添加を実行し流入排気の空燃比を目標空燃比に制御している期間を添加期間と称し、燃料添加弁７からの燃料添加の実行を休止している期間、即ち、流入排気の空燃比が通常の空燃比（リーン空燃比）となっている期間を休止期間と称する。

ここで、ＳＯｘ被毒回復制御の実行時における流入排気の空燃比とＮＯｘ触媒から流出した排気（以下、流出排気と称する）の空燃比との変化について図２に基づいて説明する。図２は、ＳＯｘ被毒回復制御実行時の一回の添加期間における流入排気および流入排気の空燃比の変化を示す図である。図２の（ａ）はＮＯｘ触媒６にＳＯｘが吸蔵されている場合を示す図であり、図２の（ｂ）はＮＯｘ触媒６に還元可能なＳＯｘが吸蔵されていない場合を示す図である。図２の（ａ）および（ｂ）において、縦軸は空燃比を表しており、横軸は時間を表している。また、図２の（ａ）および（ｂ）において、破線は流入排気の空燃比の変化を表しており、実線は流出排気の空燃比の変化を表している。

ＳＯｘ被毒回復制御の添加期間においては、図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、流入排気の空燃比が目標空燃比Ｒｔに制御される。このとき、ＮＯｘ触媒６にＳＯｘが吸蔵されていると該ＳＯｘがＳＯ_２に還元される。ＳＯｘがＳＯ_２に還元されるときにはＯ_２が放出される。そのため、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中において、ＮＯｘ触媒６に吸蔵されたＳＯｘが還元されている間は、図２の（ａ）に示すように、添加期間における流出排気の空燃比が流入排気の空燃比よりも高くなる。つまり、添加期間における流出排気の空燃比が目標空燃比Ｒｔまでは低下しない。

一方、ＮＯｘ触媒６にＳＯｘが吸蔵されていない場合は、ＳＯｘの還元に伴うＯ_２の放出はないため、図２の（ｂ）に示すように、添加期間における流出排気の空燃比が流入排気の空燃比に達する。しかしながら、この場合も、図２の（ｂ）に示すように、添加期間の初期においては、ある程度の期間、流出排気の空燃比が目標空燃比までは低下せず、該流出排気の空燃比が理論空燃比Ｒｓとなる。これは、ＮＯｘ触媒６がＯ_２ストレージ能力を有しており、該Ｏ_２ストレージ能力のためにＮＯｘ触媒６に貯蔵されていたＯ_２が放出されるためである。ここで、添加期間において、空燃比センサ９の検出値が低下し始めてから目標空燃比に達するまでの期間を貯蔵Ｏ_２放出期間Δｔｒと称する。

次に、ＳＯｘ被毒回復制御実行中における添加期間毎の流出排気の変化について図３に基づいて説明する。図３において、縦軸は空燃比を表しており、横軸は時間を表している。

ＳＯｘ被毒回復制御の実行中においては添加期間毎にＮＯｘ触媒６に吸蔵されたＳＯｘが還元され該ＳＯｘが徐々に減少していく。そのため、添加期間毎に還元されるＳＯｘの量も徐々に減少する。従って、ＳＯｘの還元に伴って放出されるＯ_２の量も添加期間毎に徐々に減少する。これにより、図３に示すように、添加期間中における流出排気の空燃比の最低値は添加期間毎により低い値となる。そして、ＳＯｘの還元が実際に終了すると、ＳＯｘの還元に伴うＯ_２の放出がなくなるため、流出排気の空燃比が流入排気の空燃比に達する。つまり、添加期間中における流出排気の空燃比の最低値が目標空燃比Ｒｔに達するようになる。

そこで、本実施例においては、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中において添加期間毎に空燃比センサ９によって流出排気の空燃比を検出し、この検出値の最低値が目標空燃比Ｒｔに達したときに燃料添加弁７による燃料添加を停止させてＳＯｘ被毒回復制御の実行を停止させる。

ここで、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御の実行停止のためのルーチンについて図４に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行されるルーチンである。

本ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１において、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中であるか否かを判別する。このＳ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ１０２において、ＥＣＵ１０は、添加期間中における空燃比センサ９の検出値の最低値Ｒｄｍｉｎを読み込む。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３に進み、Ｓ１０２において読み込まれた空燃比センサ９の検出値の最低値Ｒｄｍｉｎが目標空燃比に達したか否か、即ち、流出排気の空燃比が流入排気の空燃比に達したか否かを判別する。このＳ１０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０４に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０５に進む。

Ｓ１０４に進んだＥＣＵ１０は、ＳＯｘ被毒回復制御の実行を停止させる。その後、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

一方、Ｓ１０５に進んだＥＣＵ１０は、ＳＯｘ被毒回復制御の実行を継続する。その後、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

以上説明したルーチンによれば、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中において流出排気の空燃比が目標空燃比Ｒｔに達したときに該ＳＯｘ被毒回復制御の実行が停止される。これにより、ＮＯｘ触媒６に吸蔵されたＳＯｘの還元が実際に終了した時点でＳＯｘ被毒回復制御の実行を停止させることが出来る。つまり、ＳＯｘ被毒回復制御の実行をより好適な時期に停止させることが出来る。これにより、ＳＯｘ被毒回復制御の実行期間が過剰に長くなるのを抑制することが出来る。その結果、ＮＯｘ触媒６やフィルタ５の劣化や燃費の悪化を抑制することが可能となる。

＜ＳＯｘ被毒回復制御実行中における目標空燃比の制御＞
上記においては、ＳＯｘ被毒回復制御における目標空燃比Ｒｔを一定値とした場合について説明した。しかしながら、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中において、ＮＯｘ触媒６からＳＯｘが実際に還元されている間は流入排気の空燃比をより低くした方が該ＳＯｘの還元をより促進させることが出来る。

そこで、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中において、添加期間における空燃比センサ９の検出値の最低値Ｒｄｍｉｎが目標空燃比Ｒｔに達していないと判断されている間、即ち、ＮＯｘ触媒６からのＳＯｘの還元がまだ終了していないと判断されている間は、次回の添加期間における目標空燃比Ｒｔをより低い値に設定しても良い。

この場合、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中、ＳＯｘの還元が実際に終了するまでの間は、燃料添加弁７からの燃料添加量が添加期間毎に増加され、流入排気の空燃比が添加期間毎により低くされることになる。これにより、各添加期間中におけるＳＯｘの還元をより促進させることが可能となる。そのため、ＮＯｘ触媒６に吸蔵されたＳＯｘをより速やかに還元することが出来る。

尚、このような場合も、添加期間における空燃比センサ９の検出値の最低値Ｒｄｍｉｎがその時点での目標空燃比Ｒｔに達したときにＳＯｘ被毒回復制御の実行が停止される。

＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様のＳＯｘ被毒回復制御が行われる。

＜ＮＯｘ触媒の劣化度合いの判定＞
本実施例では、ＮＯｘ触媒６の劣化度合いの判定が行われる。ＮＯｘ触媒６の劣化度合いが高くなるほど該ＮＯｘ触媒６のＯ_２ストレージ能力が低下する。ＮＯｘ触媒６のＯ_２ストレージ能力が低下すると該ＮＯｘ触媒６に貯蔵されるＯ_２の量が減少する。その結果、図２の（ｂ）に示すようなＳＯｘ被毒回復制御の実行時の添加期間における貯蔵Ｏ_２放出期間Δｔｒが短くなる。

そこで、本実施例では、この貯蔵Ｏ_２放出期間Δｔｒに基づいてＮＯｘ触媒６の劣化度合いを判定する。また、本実施例では、このＮＯｘ触媒６の劣化度合いの判定をＳＯｘ被毒回復制御の実行を停止させるときに行う。

ここで、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御の実行停止のためのルーチンについて図５に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行されるルーチンである。尚、本ルーチンは、実施例１に係るＳＯｘ被毒回復制御の実行停止のためのルーチンにＳ２０１からＳ２０３を加えたものである。そのため、Ｓ２０１からＳ２０３についてのみ説明し、その他のステップについては説明を省略する。

本ルーチンでは、Ｓ１０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２０１に進む。Ｓ２０１において、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁７によってＮＯｘ触媒６の劣化度合いの判定のための燃料添加を実行する。該燃料添加は、ＳＯｘ被毒回復制御の実行時における１回の添加期間での燃料添加と同一である。つまり、流入排気の空燃比が１回の添加期間と同一期間目標空燃比Ｒｔとなるように燃料添加が実行される。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０２に進み、燃料添加弁７によってＮＯｘ触媒６の劣化度合いの判定のための燃料添加を実行したときの貯蔵Ｏ_２放出期間Δｔｒを空燃比センサ９の検出値に基づいて導出する。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０３に進み、Ｓ２０２において導出された貯蔵Ｏ_２放出期間Δｔｒに基づいてＮＯｘ触媒６の劣化度合いを導出する。このとき、貯蔵Ｏ_２放出期間Δｔｒが短いほどＮＯｘ触媒６の劣化度合いが高いと判断する。このＮＯｘ触媒６の劣化度合いはＥＣＵ１０に記憶される。次に、ＥＣＵ１０はＳ１０４に進む。

ＮＯｘ触媒６にＳＯｘが吸蔵されている状態では、貯蔵Ｏ_２放出期間Δｔｒにおいて、ＮＯｘ触媒６のＯ_２ストレージ能力のために該ＮＯｘ触媒６に貯蔵されていたＯ_２の放出に加えて、ＮＯｘ触媒６に吸蔵されていたＳＯｘの還元に伴うＯ_２の放出も生じることになる。そのため、ＮＯｘ触媒６の劣化度合いが高く、そのＯ_２ストレージ能力が低下している場合であっても、ＮＯｘ触媒６におけるＳＯｘの吸蔵量が多くＳＯｘの還元に伴うＯ_２の放出量が多いと貯蔵Ｏ_２放出期間Δｔｒが長くなる場合がある。そのため、このような場合に、貯蔵Ｏ_２放出期間Δｔｒに基づいてＮＯｘ触媒６の劣化度合いを判定すると実際の劣化度合いに対する誤差が大きくなる虞がある。

本実施例によれば、ＮＯｘ触媒６に吸蔵されたＳＯｘの還元が終了した時点で、即ち、ＮＯｘ触媒６にＳＯｘが吸蔵されていない状態で、貯蔵Ｏ_２放出期間Δｔｒに基づくＮＯｘ触媒６の劣化度合いの判定が行われる。従って、ＮＯｘ触媒６の劣化度合いをより精度良く判定することが出来る。

＜実施例３＞
本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様のＳＯｘ被毒回復制御が行われる。

＜フィルタ再生制御＞
本実施例では、フィルタ５に捕集されたＰＭを除去するフィルタ再生制御が行われる。また、本実施例では、ＳＯｘ被毒回復制御における目標温度を第一目標温度とする。そして、本実施例に係るフィルタ再生制御では、燃料添加弁７から燃料を添加することで該燃料を酸化触媒４およびＮＯｘ触媒６に供給し、これらの触媒において燃料が酸化されるときに生じる酸化熱によってフィルタ５を昇温させる。そして、フィルタ５の温度をＰＭの酸化が可能な第二目標温度に制御する。これにより、フィルタ５に捕集されたＰＭが酸化され除去される。

フィルタ再生制御は、フィルタ５におけるＰＭの捕集量が所定ＰＭ量に達したときに実行される。フィルタ５におけるＰＭの捕集量は内燃機関１の運転状態の履歴等に基づいて推定される。所定ＰＭ量は、フィルタ再生制御の実行開始の閾値となる値であって、実験等によって予め定められている。また、フィルタ再生制御は、実行開始後、所定時間が経過した時点でその実行が停止される。該所定時間は、フィルタ５に捕集されたＰＭの除去が終了したと判断出来る時間であって、実験等によって予め定められている。

＜ＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時期の判定＞
さらに、本実施例においては、フィルタ再生制御が終了したときに、ＳＯｘ被毒回復制御の実行を開始する時期であるか否かの判別を行う。ここで、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御の実行を開始する時期であるか否かの判別を行うためのルーチンについて図６に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行されるルーチンである。

本ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ３０１において、フィルタ再生制御の実行が終了したか否かを判別する。このＳ３０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ３０２において、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁７による燃料添加を短期間実行し、流入排気の空燃比をＳＯｘ被毒回復制御における目標空燃比Ｒｔまで低下させる。このときの燃料添加期間は、流入排気の空燃比を目標空燃比Ｒｔまで低下させることが可能な期間であればよく、ＳＯｘ被毒回復制御の実行時の添加期間より短い期間であってもよい。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ３０３に進み、Ｓ３０２において流入排気の空燃比を目標空燃比Ｒｔまで低下させたときにおける空燃比センサ９の検出値の最低値Ｒｄｍｉｎを読み込む。

フィルタ５は熱容量を有しているため、フィルタ再生制御の実行が終了した時点では該フィルタ５に担持されたＮＯｘ触媒６の温度が高くなっている。そのため、フィルタ再生制御の実行が終了した時点においてＮＯｘ触媒６にＳＯｘが吸蔵されている場合は、Ｓ３０２において流入排気の空燃比を目標空燃比Ｒｔまで低下させると該ＳＯｘが還元される。この場合、ＳＯｘ被毒回復制御の実行時と同様、ＳＯｘの還元に伴うＯ_２の放出のために流出排気の空燃比は目標空燃比Ｒｔに達しない。そして、このときにＮＯｘ触媒６に吸蔵されているＳＯｘの量が多いほど、流出排気の空燃比、即ち空燃比センサ９の検出値はより高い値となる。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ３０３に進み、空燃比センサ９の検出値の最低値Ｒｄｍｉｎから目標空燃比Ｒｔを減算することでこれらの値の差ΔＲを算出する。フィルタ再生制御の実行が終了した時点においてＮＯｘ触媒６に吸蔵されているＳＯｘの量が多いほどこの差ΔＲは大きくなる。つまり、この空燃比センサ９の検出値の最低値Ｒｄｍｉｎと目標空燃比Ｒｔとの差ΔＲに基づいて、現時点でのＮＯｘ触媒６における実際のＳＯｘの吸蔵量を判断することが出来る。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ３０５に進み、空燃比センサ９の検出値の最低値Ｒｄｍｉｎと目標空燃比Ｒｔとの差ΔＲが所定値ΔＲ０以上であるか否かを判別する。ここで、所定値ΔＲ０とは、ＮＯｘ触媒６に吸蔵されているＳＯｘの量がＳＯｘ被毒回復制御の実行開始の閾値となる量に達していると判断出来る値である。このＳ３０５において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０６に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０７に進む。

Ｓ３０６に進んだＥＣＵ１０は、現時点がＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時期であると判定し、本ルーチンの実行を終了する。この場合、ＥＣＵ１０はＳＯｘ被毒回復制御の実行を開始する。

一方、Ｓ３０７に進んだＥＣＵ１０は、現時点はＳＯｘ被毒回復制御の実行時期ではないと判定し、本ルーチンの実行を終了する。

本実施例によれば、ＮＯｘ触媒６に実際に吸蔵されているＳＯｘの量に基づいてＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時期であるか否かが判別され、実行開始時期であると判定された場合はＳＯｘ被毒回復制御の実行が開始される。従って、ＳＯｘ被毒回復制御の実行をより好適な時期に開始することが出来る。

また、本実施例によれば、フィルタ再生制御の実行が終了した時点で、即ち、ＮＯｘ触媒の温度がすでに高くなっている状態で燃料添加弁７による燃料添加を短期間実行し、それによってＮＯｘ触媒６に吸蔵されたＳＯｘの還元を可能とさせる。そのため、ＳＯｘを還元すべく該ＮＯｘ触媒６を昇温させるために消費される燃料の量を抑制することが出来る。

＜変形例＞
以下、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御の実行を開始する時期であるか否かの判別を行うためのルーチンの変形例について図７に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り
返し実行されるルーチンである。尚、本ルーチンは、上述したＳＯｘ被毒回復制御の実行を開始する時期であるか否かの判別するためのルーチンにＳ４０１およびＳ４０２を加えたものである。そのため、Ｓ４０１およびＳ４０２についてのみ説明し、その他のステップについては説明を省略する。

本ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ４０１において、ＮＯｘ触媒６におけるＳＯｘの吸蔵量Ｑｓを推定する。ここでは、内燃機関１での燃料噴射量および燃料添加弁７からの燃料添加量の積算値や、内燃機関１の吸入空気量およびＮＯｘ触媒６の温度の履歴等に基づいてＮＯｘ触媒６におけるＳＯｘの吸蔵量Ｑｓが推定される。次に、ＥＣＵ１０はＳ３０１に進む。

Ｓ３０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ４０２に進む。Ｓ４０２において、ＥＣＵ１０は、ＳＯｘの吸蔵量の推定値Ｑｓが所定ＳＯｘ量Ｑｓ０以上である否かを判別する。ここで、所定ＳＯｘ量Ｑｓ０とは、ＳＯｘ被毒回復制御の実行開始の閾値以下の量であって実験等によって予め定められた値である。このＳ４０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

ＳＯｘの吸蔵量の推定値ＱｓはＮＯｘ触媒６における実際のＳＯｘの吸蔵量に対してある程度の誤差が生じる場合がある。しかしながら、該ＳＯｘの吸蔵量の推定値Ｑｓが所定ＳＯｘ量Ｑｓ０以上となったときは、実際のＳＯｘの吸蔵量も所定ＳＯｘ量Ｑｓ０以上となっている可能性が高い。換言すれば、該ＳＯｘの吸蔵量の推定値Ｑｓが所定ＳＯｘ量Ｑｓ０より少ないときは、実際のＳＯｘの吸蔵量も所定ＳＯｘ量Ｑｓ０以上となっている可能性は低い。

上記変形例によれば、フィルタ再生制御の実行が終了したときにおいて、ＮＯｘ触媒６における実際のＳＯｘの吸蔵量が所定ＳＯｘ量Ｑｓ０以上となっている可能性が高いときにのみ、ＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時期であるか否かの判定のための燃料添加弁７による燃料添加が行われる。従って、ＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時期であるか否かの判定のために消費される燃料の量をより抑制することが出来る。

以上説明した各実施例においては、燃料添加弁７による燃料添加に代えて、内燃機関１において主燃料噴射より後の時期に副燃料噴射を実行することで排気中に燃料を供給してもよい。

実施例１に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図。 ＳＯｘ被毒回復制御実行時の一回の添加期間における流入排気および流入排気の空燃比の変化を示す図。図２の（ａ）はＮＯｘ触媒にＳＯｘが吸蔵されている場合を示す図であり、図２の（ｂ）はＮＯｘ触媒に還元可能なＳＯｘが吸蔵されていない場合を示す図である。 ＳＯｘ被毒回復制御実行中における添加期間毎の流出排気の変化を示す図。 実施例１に係るＳＯｘ被毒回復制御の実行停止のためのルーチンを示すフローチャート。 実施例２に係るＳＯｘ被毒回復制御の実行停止のためのルーチンを示すフローチャート。 実施例３に係るＳＯｘ被毒回復制御の実行を開始する時期であるか否かの判別を行うためのルーチンを示すフローチャート。 実施例３に係るＳＯｘ被毒回復制御の実行を開始する時期であるか否かの判別を行うためのルーチンの変形例を示すフローチャート。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・吸気通路
４・・・酸化触媒
５・・・パティキュレートフィルタ
６・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
７・・・燃料添加弁
８・・・温度センサ
９・・・空燃比センサ
１０・・ＥＣＵ
１１・・エアフローメータ

Claims (5)

1. 排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側において排気中に燃料を供給する燃料供給手段と、
   該燃料供給手段から排気中に燃料を供給することで、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をＳＯｘの還元が可能な目標空燃比に制御すると共に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘの還元が可能な目標温度に制御し、それによって、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させるＳＯｘ被毒回復制御を実行するＳＯｘ被毒回復手段と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出した排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、を備え、
   前記ＳＯｘ被毒回復手段によるＳＯｘ被毒回復制御の実行中に前記空燃比検出手段の検出値が前記目標空燃比に達したときに、該ＳＯｘ被毒回復制御の実行を停止させ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ＳＯｘ被毒回復手段が、前記燃料供給手段による燃料添加を間欠的に行うことで前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を周期的に前記目標空燃比に制御するものであって、
   前記ＳＯｘ被毒回復手段によるＳＯｘ被毒回復制御の実行中において排気の空燃比を低下させる毎に前記目標空燃比をより低い値に変更していくことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記ＳＯｘ被毒回復手段によるＳＯｘ被毒回復制御の実行中に前記空燃比検出手段の検出値が前記目標空燃比に達した後、前記燃料供給手段から燃料を供給することで前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を再度前記目標空燃比に制御し、このときに、前記空燃比検出手段の検出値が低下し始めてから前記目標空燃比に達するまでの期間が短いほど前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化度合いが大きいと判定する劣化度合い判定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記目標温度が第一目標温度であり、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が、前記排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタに担持されているものであって、
   前記燃料供給手段から排気中に燃料を供給することで前記パティキュレートフィルタの温度を粒子状物質の酸化が可能な第二目標温度に制御し、それによって、前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を酸化させて除去するフィルタ再生制御を実行するフィルタ再生手段と、
   該フィルタ再生手段によるフィルタ再生制御の実行が終了したときに前記燃料供給手段から燃料を供給することで前記パティキュレートフィルタに流入する排気の空燃比を短期間前記目標空燃比に制御し、このときの前記空燃比検出手段の検出値の最低値と前記目標空燃比との差が所定値以上のときはＳＯｘ被毒回復制御の実行を開始する時期であると判定する開始時期判定手段と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘの吸蔵量を、少なくとも前記内燃機関での燃料噴射量および前記燃料供給手段からの燃料供給量の積算量に基づいて推定するＳＯｘ吸蔵量推定手段をさらに備え、
   前記フィルタ再生制御実行手段によるフィルタ再生制御の実行が終了したときに前記ＳＯｘ吸蔵量推定手段によるＳＯｘの吸蔵量の推定値が所定ＳＯｘ量以上である場合に、前
   記開始時期判定手段によるＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時期であるか否かの判別を実行することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気浄化システム。

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