JP2009250129A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気通路に直列に少なくとも二つ配置された各触媒のＳＯｘ被毒をより好適に回復させることを課題とする。
【解決手段】先ず、リーン空燃比の下で還元剤を供給することで上流側の触媒の温度を第一ＳＯｘ放出温度まで昇温させる。その後、還元剤を間欠的に供給することで、下流側の触媒の温度を第二ＳＯｘ放出温度まで昇温させると共にその周囲雰囲気の空燃比を間欠的にＳＯｘ還元空燃比まで低下させる。さらに、間欠的な還元剤の供給を実行しているときにおける還元剤の供給の休止期間の長さを、間欠的な還元剤の供給が開始された時点からの経過時間に応じて変更する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の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。

内燃機関の排気に含まれるＮＯｘを処理すべく、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する）を設ける場合がある。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触媒に吸蔵されたＳＯｘの量が増加することで、該ＮＯｘ触媒のＮＯｘの吸蔵能力が低下する、所謂ＳＯｘ被毒が生ずる場合がある。

そこで、内燃機関の排気通路に設けられた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を放出及び還元させるＳＯｘ被毒回復制御が行われる。ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出及び還元させるためには、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘの放出が可能となる所定の温度まで上昇させると共に、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比をＳＯｘの還元が可能となる所定の空燃比まで低下させる必要がある。

特許文献１には、内燃機関での副燃料噴射又は排気中への燃料添加によってＮＯｘ触媒に未燃燃料成分を供給することでＳＯｘ被毒回復制御を実現する技術が開示されている。この特許文献１に記載のＳＯｘ被毒回復制御においては、先ず、内燃機関での副燃料噴射又は排気中への燃料添加によってＮＯｘ触媒に未燃燃料成分を供給し、該未燃燃料成分がＮＯｘ触媒において酸化することで生ずる酸化熱によってＮＯｘ触媒を昇温させる。その後は、排気中への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が交互に所定のリッチ空燃比又は所定のリーン空燃比となるようにする。

また、特許文献２には、内燃機関の排気通路に二つのＮＯｘ触媒を直列に配置した構成及びそれらのＳＯｘ被毒回復制御に関する技術が開示されている。この特許文献２に記載のＳＯｘ被毒回復制御においては、二つのＮＯｘ触媒の上流側の排気通路にリッチ空燃比の排気とリーン空燃比の排気とを交互に供給することにより二つのＮＯｘ触媒の温度を上昇させる。その際、先ず比較的短い周期でリッチ空燃比排気とリーン空燃比排気とを排気通路に交互に供給して上流側のＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させ、上流側のＮＯｘ触媒からのＳＯｘの放出終了後に比較的長い周期でリッチ空燃比排気とリーン空燃比排気とを排気通路に交互に供給して下流側のＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させる。
特開２００５−１４６９７９号公報 特開２００５−３２５６９３号公報

本発明は、排気中のＳＯｘが吸着又は吸蔵することでＳＯｘ被毒が生じる触媒を内燃機関の排気通路に直列に少なくとも二つ配置した場合において、各触媒のＳＯｘ被毒をより好適に回復させることが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明では、内燃機関の排気通路に直列に配置された二つの触媒のＳＯｘ被毒を回復させるときに、先ず、リーン空燃比の下で還元剤を供給することで上流側の触媒の温度を第一ＳＯｘ放出温度まで昇温させる。その後、還元剤を間欠的に供給することで、下流側の触媒の温度を第二ＳＯｘ放出温度まで昇温させると共にその周囲雰囲気の空燃比を間欠的
にＳＯｘ還元空燃比まで低下させる。さらに、間欠的な還元剤の供給を実行しているときにおける還元剤の供給の休止期間の長さを、間欠的な還元剤の供給が開始された時点からの経過時間に応じて変更する。

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、
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化機能を有すると共に、排気中のＳＯｘが吸着又は吸蔵することによってＳＯｘ被毒が生じ且つ所定の第一ＳＯｘ放出温度まで昇温すると吸着又は吸蔵されたＳＯｘが放出される上流側触媒と、
該上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記上流側触媒よりも上流側から前記上流側触媒及び前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記上流側触媒及び前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復制御を実行するＳＯｘ被毒回復手段と、を備え、
前記ＳＯｘ被毒回復手段が、先ず、前記上流側触媒の周囲雰囲気の空燃比がリーン空燃比に維持される範囲内で前記還元剤供給手段から前記上流側触媒に還元剤を供給することで前記上流側触媒の温度を前記第一ＳＯｘ放出温度まで上昇させるリーン昇温制御を実行し、その後、前記還元剤供給手段からの還元剤の供給を間欠的に行うことで、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を所定の第二ＳＯｘ放出温度まで上昇させると共に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を所定のＳＯｘ還元空燃比まで間欠的に低下させる間欠的空燃比低下制御を実行することによって前記ＳＯｘ被毒回復制御を実現するものであり、且つ、
前記ＳＯｘ被毒回復手段が、前記間欠的空燃比低下制御の実行中における、前記還元剤供給手段からの還元剤の供給を休止する期間の長さを、該制御の実行期間の初期ではそれ以降に比べてより短くすることを特徴とする。

ここで、第一ＳＯｘ放出温度は、上流側触媒に吸着又は吸蔵されたＳＯｘの放出が可能となる温度である。第二ＳＯｘ放出温度は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘの放出が可能となる温度である。ＳＯｘ還元空燃比は、ＮＯｘ触媒から放出されたＳＯｘの還元が可能となる空燃比である。

本発明では、上流側触媒及びＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を回復させる場合、ＳＯｘ被毒回復手段によってＳＯｘ被毒回復制御が実行される。該ＳＯｘ被毒回復制御は、先ずリーン昇温制御が実行され、その後、間欠的空燃比低下制御が実行されることによって実現される。

リーン昇温制御においては、上流側触媒の周囲雰囲気の空燃比がリーン空燃比に維持される範囲内で還元剤供給手段から該上流側触媒に還元剤が供給される。供給された還元剤は上流側触媒において酸化され、その酸化熱によって上流側触媒の温度が上昇する。そして、該リーン昇温制御においては、上流側触媒が第一ＳＯｘ放出温度まで昇温される。これにより、上流側触媒に吸着又は吸蔵されたＳＯｘが放出される。上流側触媒から放出されたＳＯｘはＮＯｘ触媒に吸蔵される。

上記のように、リーン昇温制御ではリーン空燃比の下で上流側触媒に還元剤が供給される。そのため、上流側触媒における還元剤の酸化が促進され易く、上流側触媒の全体が均一且つ十分に昇温され易い。その結果、上流側触媒の全体からＳＯｘが放出される。従って、上流側触媒に残留するＳＯｘの量を抑制することが出来る。

また、間欠的空燃比低下制御では、還元剤供給手段からの還元剤の供給が間欠的に行われる。これにより、ＮＯｘ触媒の温度を第二ＳＯｘ放出温度まで上昇させると共にＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比をＳＯｘ還元空燃比まで間欠的に低下させる。

ＮＯｘ触媒が第二ＳＯｘ放出温度まで昇温されることで、該ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘが放出される。ここで、ＮＯｘ触媒への還元剤の供給が間欠的に行われた場合、通常、ＮＯｘ触媒の上流側端部付近等、十分に昇温され難い部分生じる。これらの部分に吸蔵されたＳＯｘは放出され難く、残留し易い。

しかしながら、本発明においては、間欠的空燃比低下制御の実行前にリーン昇温制御が実行されている。このリーン昇温制御の実行によって、上流側触媒の温度のみならずＮＯｘ触媒の温度もある程度上昇する。特に、ＮＯｘ触媒の上流側端部付近の温度が上昇した状態となる。つまり、ＮＯｘ触媒の温度がある程度上昇した状態で間欠的空燃比低下制御が実行されることになる。そのため、ＮＯｘ触媒の上流側端部付近を含む該ＮＯｘ触媒全体が十分に昇温され易い。従って、ＮＯｘ触媒から放出されずに該ＮＯｘ触媒に残留するＳＯｘの量を抑制することが出来る。

そして、ＮＯｘ触媒から放出されたＳＯｘは、該ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比がＳＯｘ還元空燃比となっているときに還元される。

また、間欠的空燃比低下制御によれば、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比の低下は間欠的であるため、ＮＯｘ触媒の温度の過度な上昇又は低下を抑制することが出来る。

さらに、本発明の場合、上述したように、間欠的空燃比低下制御の実行開始時において、ＮＯｘ触媒の上流側端部付近の温度が十分に昇温され易く、そこに吸蔵されたＳＯｘが放出され易い状態となっている。そこで、本発明では、間欠的空燃比低下制御の実行中における、還元剤供給手段からの還元剤の供給を休止する期間の長さを、該制御の実行期間の初期ではそれ以降に比べてより短くする。つまり、間欠的空燃比低下制御の実行期間の初期では、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比をＳＯｘ還元空燃比まで繰り返し低下させているときにおける該空燃比が一旦上昇している期間の長さを、該制御の実行期間の初期より後に比べて短くする。

これにより、間欠的空燃比低下制御の実行期間の初期において、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比がＳＯｘ還元空燃比まで低下している機会を増加させることが出来る。そのため、間欠的空燃比低下制御の実行期間の初期において、ＮＯｘ触媒の上流側端部付近に吸蔵されたＳＯｘの放出及び還元をより促進させることが出来る。

そして、間欠的空燃比低下制御の実行期間の初期以降においては、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比をＳＯｘ還元空燃比まで繰り返し低下させているときにおける該空燃比が一旦上昇している期間の長さを、該制御の実行期間の初期に比べて長くすることで、ＮＯｘ触媒の温度の過度な上昇又は低下を抑制する。これにより、ＮＯｘ触媒全体におけるＳＯｘの放出及び還元を促進させることが出来る。

以上説明したように、本発明によれば、上流側触媒及びＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒をより好適に回復させることが出来る。

本発明においては、間欠的空燃比低下制御の実行中における還元剤供給手段からの還元剤の供給を休止する期間の長さを、時間の経過と共に徐々に長くしてもよい。

また、内燃機関の運転状態に応じて排気の温度及び流量は変化する。

そこで、本発明においては、間欠的空燃比低下制御の実行中における還元剤供給手段からの還元剤の供給を休止する期間の長さを内燃機関の運転状態に応じて設定してもよい。

本発明によれば、排気中のＳＯｘが吸着又は吸蔵することでＳＯｘ被毒が生じる触媒を内燃機関の排気通路に直列に少なくとも二つ配置した場合において、各触媒のＳＯｘ被毒をより好適に回復させることが出来る。

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。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜内燃機関およびその吸排気系の概略構成＞
図１は、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼルエンジンである。各気筒２には該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３が設けられている。

内燃機関１には、インテークマニホールド５およびエキゾーストマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド５には吸気通路４の一端が接続されている。エキゾーストマニホールド７には排気通路６の一端が接続されている。

吸気通路４にはターボチャージャ８のコンプレッサハウジング８ａが設置されている。排気通路６にはターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂが設置されている。

吸気通路に４におけるコンプレッサハウジング８ａよりも上流側にはエアフローメータ１１が設けられている。吸気通路４におけるコンプレッサハウジング８ａよりも下流側にはスロットル弁１２が設けられている。

排気通路６におけるタービンハウジング８ｂより下流側には第一ＮＯｘ触媒９が設けられている。また、排気通路６における該第一ＮＯｘ触媒９よりも下流側には、排気中の粒子状物質（ＰＭ）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）１０が設けられている。該フィルタ１０には、第二ＮＯｘ触媒１８が担持されている。つまり、本実施例においては、排気通路６に第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８が上流側から順に直列に配置されている。第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８はいずれも吸蔵還元型ＮＯｘ触媒である。

本実施例においては、第一ＮＯｘ触媒９が、本発明に係る上流側触媒に相当し、第二ＮＯｘ触媒１８が、本発明に係るＮＯｘ触媒に相当する。

排気通路６におけるタービンハウジング８ｂより下流側且つ第一ＮＯｘ触媒９より上流側には排気中に還元剤として燃料を添加する燃料添加弁１３が設けられている。本実施例においては、燃料添加弁１３が、本発明に係る還元剤供給手段に相当する。

排気通路６における第一ＮＯｘ触媒９より下流側且つフィルタ１０より上流側には、排気の温度を検出する第一温度センサ２３及び排気の空燃比を検出する第一空燃比センサ２４が設けられている。排気通路６におけるフィルタ１０より下流側には、排気の温度を検出する第二温度センサ２５及び排気の空燃比を検出する第二空燃比センサ２６が設けられている。

本実施例に係る内燃機関１は排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に導入するＥＧＲ装
置１４を備えている。ＥＧＲ装置１４は、ＥＧＲ通路１５およびＥＧＲ弁１６を有している。ＥＧＲ通路１５は、その一端がエキゾーストマニホールド７に接続されその他端がインテークマニホールド５に接続されている。該ＥＧＲ通路１５を介してＥＧＲガスがエキゾーストマニホールド７からインテークマニホールド５に導入される。ＥＧＲ弁１６はＥＧＲ通路１５に設けられており、インテークマニホールド５に導入されるＥＧＲガス量が該ＥＧＲ弁１６によって制御される。

内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１１、第一温度センサ２３、第一空燃比センサ２４、第二温度センサ２５、第二空燃比センサ２６、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ２１は内燃機関１のクランク角を検出する。アクセル開度センサ２２は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。

ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転数を導出する。また、ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ２０は、第一及び第二温度センサ２３、２５の検出値に基づいて第一ＮＯｘ触媒９及び第二ＮＯｘ触媒１８の温度をそれぞれ導出する。ＥＣＵ２０は、第一及び第二空燃比センサ２４、２６の検出値に基づいて第一ＮＯｘ触媒９及び第二ＮＯｘ触媒１８の周囲雰囲気の空燃比を導出する。

また、ＥＣＵ２０には、各燃料噴射弁３、スロットル弁１２、燃料添加弁１３およびＥＧＲ弁１６が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。

＜ＳＯｘ被毒回復制御＞
第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８には排気中のＮＯｘのみならずＳＯｘをも吸蔵される。本実施例では、第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復制御が行われる。第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８に吸蔵されたＳＯｘをこれらの触媒から放出させるためには、これらの触媒の温度を所定のＳＯｘ放出温度まで上昇させる必要がある。また、これらの触媒から放出されたＳＯｘを還元させるためには、これらの周囲雰囲気の空燃比を所定のＳＯｘ還元空燃比まで低下させる必要がある。

ＳＯｘ放出温度は、第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８に吸蔵されたＳＯｘの放出が可能となる温度である。また、ＳＯｘ還元空燃比は、第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８から放出されたＳＯｘの還元が可能となる空燃比である。これらの値は実験等に基づいて予め求めることが出来る。

ディーゼルエンジンでは、排気の空燃比は、通常、理論空燃比よりも高いリーン空燃比となっているが、本実施例では、ＳＯｘ還元空燃比を所定のリッチ空燃比（理論空燃比よりも低い空燃比）とする。尚、ＳＯｘ還元空燃比は、ＳＯｘの還元が可能となる空燃比であればよく、必ずしもリッチ空燃比である必要はない。

（従来の制御）
ここで、従来の、所謂リッチスパイク制御によるＳＯｘ被毒回復制御を本実施例に適用した場合について説明する。従来のリッチスパイク制御によるＳＯｘ被毒回復制御では、例えば、燃料添加弁１３から間欠的に燃料を添加することにより、第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８の周囲雰囲気の空燃比を比較的短い周期でＳＯｘ還元空燃比まで繰り返し低下させる。

このようなリッチスパイク制御では、第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８の周囲雰囲気の空燃比がＳＯｘ還元空燃比まで低下したときであっても、これらの触媒の周囲雰囲気にはＯ_２が比較的多く存在する。そのため、第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８において燃料添加弁１３から添加された燃料が酸化され、これらの触媒がＳＯｘ放出温度まで昇温される。これにより、第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８に吸蔵されたＳＯｘを放出及び還元させることが出来る。

しかしながら、上記のようなリッチスパイク制御を実行した場合であっても、各ＮＯｘ触媒９、１８における上流側端部付近はそれらの下流側部分に比べて昇温し難い。これは、各ＮＯｘ触媒９、１８に燃料が供給されたときに、その上流側端部付近で該燃料が酸化されることで熱が生じても、各ＮＯｘ触媒９、１８への燃料の供給が休止されているときに、該熱が下流側に向かって移動するためである。さらに、各ＮＯｘ触媒９、１８における外周部付近も十分には昇温し難い。

また、第二ＮＯｘ触媒１８は第一ＮＯｘ触媒９に比べて昇温し易い。しかしながら、第一ＮＯｘ触媒９から放出されたＳＯｘが第二ＮＯｘ触媒１８に吸蔵される場合がある。そして、第二ＮＯｘ触媒１８においても、その上流側端部付近はその他の部分に比べて昇温し難い。

図２は、従来のリッチスパイク制御によるＳＯｘ被毒回復制御が行われた際の第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８のＳＯｘ被毒回復状況を示す図である。図２において、斜線部はＳＯｘが残留している部分を表している。

上記のことから、従来のリッチスパイク制御によるＳＯｘ被毒回復制御では、図２に示すように、第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８における上流側端部付近及び外周部付近に吸蔵されたＳＯｘは放出され難く、残留し易い。

（本実施例の制御）
そこで、本実施例においては、以下のような方法で第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８のＳＯｘ被毒回復制御を行う。本実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御においては、先ず、第一ＮＯｘ触媒９に吸蔵されたＳＯｘを放出させるためのリーン昇温制御が実行され、その後、第二ＮＯｘ触媒１８に吸蔵されたＳＯｘを放出及び還元させるためのリッチスパイク制御が実行される。尚、本実施例においては、このときのリッチスパイク制御が、本発明に係る間欠的空燃比低下制御に相当する。

リーン昇温制御においては、第一ＮＯｘ触媒９をＳＯｘ放出温度まで昇温すべく燃料添加弁１３からの燃料添加が行われる。このとき、第一ＮＯｘ触媒９の周囲雰囲気がリーン空燃比に維持されるように、燃料添加弁１３からの燃料の添加量が制御される。これにより、リーン空燃比の下で第一ＮＯｘ触媒９に燃料が供給される。この場合、第一ＮＯｘ触媒９における燃料の酸化が促進され易い。そのため、第一ＮＯｘ触媒９の全体を均一且つ十分に昇温させることが出来る。その結果、第一ＮＯｘ触媒９の全体からＳＯｘが放出される。従って、第一ＮＯｘ触媒９に残留するＳＯｘの量を抑制することが出来る。

リーン昇温制御が実行されることにより第一ＮＯｘ触媒９から放出されたＳＯｘは第二ＮＯｘ触媒１８に吸蔵される。

そして、リーン昇温制御に続いて実行されるリッチスパイク制御においては、第二ＮＯｘ触媒１８の周囲雰囲気の空燃比を比較的短い周期でＳＯｘ還元空燃比まで繰り返し低下させるべく、燃料添加弁１３からの燃料添加が間欠的に行われる。以下、リッチスパイク
制御の実行中において、第二ＮＯｘ触媒１８の周囲雰囲気の空燃比がＳＯｘ還元空燃比まで低下している期間をリッチ期間と称し、第二ＮＯｘ触媒１８の周囲雰囲気の空燃比がリーン空燃比となっている期間（リッチ期間とリッチ期間との間）をリーン期間と称する。

ここで、リーン昇温制御が実行されているときにおいては、第一ＮＯｘ触媒９の温度のみならず第二ＮＯｘ触媒１８の温度もある程度上昇する。特に、第二ＮＯｘ触媒１８の上流側端部付近の温度が上昇し易い。そこで、本実施例においては、リッチスパイク制御の実行中における燃料添加弁１３からの燃料添加を休止する期間の長さを、該制御の実行期間の初期ではそれ以降に比べてより短くする。つまり、リッチスパイク制御の実行中におけるリーン期間の長さを、該制御の実行期間の初期においては該制御の実行期間の初期より後に比べて短くする。

これにより、リッチスパイク制御の実行期間の初期におけるリッチ期間の回数がより多くなる。即ち、第二ＮＯｘ触媒１８の周囲雰囲気の空燃比がＳＯｘ還元空燃比まで低下している機会が増加する。第二ＮＯｘ触媒１８の上流側端部付近の温度がある程度上昇した状態のときに、その周囲雰囲気がＳＯｘ還元空燃比となる期間が増加することで、第二ＮＯｘ触媒１８の上流側端部付近に吸蔵されたＳＯｘの放出及び還元をより促進させることが出来る。

さらに、リッチスパイク制御の実行期間の初期以降においては、その初期に比べてリーン期間の長さがより長くなる。これにより、リッチ期間中における燃料の酸化が過度に促進されることによる第二ＮＯｘ触媒１８の過昇温を抑制しつつ、第二ＮＯｘ触媒１８全体におけるＳＯｘの放出及び還元を促進させることが出来る。

図３は、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御が行われた際の第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８のＳＯｘ被毒回復状況及びそれぞれの触媒の温度分布を示す図である。図３の（１）はリーン昇温制御が行われたときを示しており、図３の（２）はリッチスパイク制御が行われたときを示している。図３においても、斜線部はＳＯｘが残留している部分を表している。また、図３の（１）、（２）夫々の下段の曲線が第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８の温度分布を示している。図３の（１）、（２）夫々の下段におけるＴｃ０はＳＯｘ放出温度の下限値を表している。

図３の（１）における矢印はＳＯｘの移動を表している。図３の（１）に示すように、リーン昇温制御が行われたときは、第一ＮＯｘ触媒９の全体の温度がＳＯｘ放出温度となる。これにより、第一ＮＯｘ触媒９の全体からＳＯｘが放出される。そして、放出されたＳＯｘが第二ＮＯｘ触媒１８に吸蔵される。

また、図３の（２）に示すように、リーン昇温制御に続いてリッチ昇温制御が行われたときは、第一ＮＯｘ触媒９の全体の温度がＳＯｘ放出温度となる。そして、第二ＮＯｘ触媒１８の周囲雰囲気の空燃比が比較的短い周期でＳＯｘ還元空燃比まで繰り返し低下する。これにより、第二ＮＯｘ触媒１８の全体からＳＯｘが放出されると共に該ＳＯｘが還元される。

以上説明したように、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御によれば、第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８のＳＯｘ被毒をより好適に回復させることが出来る。

次に、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御のフローについて図４に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。

本フローでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において、第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８のＳＯｘ被毒を回復させるためのＳＯｘ被毒回復制御の実行条件が成立したか否かを判別する。ここで、このＳＯｘ被毒回復制御の実行条件としては、前回の該制御の実行時からの、内燃機関１での燃料噴射量の積算値又は内燃機関１を搭載した車両の走行距離が所定の値に達したこと等を例示することが出来る。Ｓ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本フローの実行を一旦終了する。

Ｓ１０２において、ＥＣＵ２０は、上述したリーン昇温制御を実行する。このリーン昇温制御の実行中においては、第一温度センサ２３の検出値及び第一空燃比センサ２５の検出値に基づいて燃料添加弁１３からの燃料添加量を制御してもよい。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３に進み、リーン昇温制御の実行開始時点からの経過時間が時間ｔ１に達したか否かを判別する。ここで、時間ｔ１は、第一ＮＯｘ触媒９のＳＯｘ被毒の回復がほぼ完了したと判断出来る値である。このような時間ｔ１は実験等に基づいて予め定めることが出来る。Ｓ１０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０４に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０３を繰り返す。

Ｓ１０４において、ＥＣＵ２０は、リッチスパイク制御における、初期のリーン期間（以下、第一リーン期間と称する）の長さΔｔｌｅａｎ１及び初期以降のリーン期間（以下、第二リーン期間と称する）の長さΔｔｌｅａｎ２を、内燃機関１の運転状態に基づいて算出する。このとき、上述したように、第一リーン期間の長さΔｔｌｅａｎ１は第二リーン期間の長さΔｔｌｅａｎ２よりも短くなる。

また、内燃機関１の運転状態に応じて排気の温度及び流量は変化する。そのため、該運転状態に基づいて第一及び第二リーン期間の長さΔｔｌｅａｎ１、Δｔｌｅａｎ２を設定することで、リッチスパイク制御の実行期間中における第二ＮＯｘ触媒１８の温度をより好適に制御することが出来る。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５に進み、リーン昇温制御を停止すると共に、上述したリッチスパイク制御を実行する。リッチスパイク制御の実行期間中においては、その初期はリーン期間を第一リーン期間Δｔｌｅａｎ１とし、初期以降はリーン期間を第二リーン期間Δｔｌｅａｎ２とする。第一リーン期間Δ１ｌｅａｎ１から第二リーン期間Δｔｌｅａｎ２への切り換えは、所定のタイミングで行ってもよく、又は、第二ＮＯｘ触媒の１８の温度に基づいて行ってもよい。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６に進み、リッチスパイク制御の実行開始時点からの経過時間が時間ｔ２に達したか否かを判別する。ここで、時間ｔ２は、第二ＮＯｘ触媒９のＳＯｘ被毒の回復がほぼ完了したと判断出来る値である。このような時間ｔ２は実験等に基づいて予め定めることが出来る。Ｓ１０６において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０７に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０６を繰り返す。

Ｓ１０７において、ＥＣＵ２０はリッチスパイク制御を停止する。その後、ＥＣＵ２０は本フローの実行を一旦終了する。

本実施例においては、上記フローを実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るＳＯｘ被毒回復手段に相当する。

尚、本実施例では、リッチスパイク制御におけるリーン期間の長さを、該制御の実行期間での初期とそれ以降との二段階で変更するものとした。しかしながら、そのリーン期間
の長さを、リッチスパイク制御の実行開始時点からの時間の経過と共に徐々に長くしてもよい。

また、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御では、燃料添加弁１３からの燃料添加に代えて、内燃機関１において燃料噴射弁３によって主燃料噴射より後のタイミングで副燃料噴射を行うことでリーン昇温制御及びリッチスパイク制御を実現してもよい。

内燃機関１において副燃料噴射を行うことによっても、第一ＮＯｘ触媒９の周囲雰囲気の空燃比をリーン空燃比に維持しつつ該第一ＮＯｘ触媒９に燃料（燃料成分）を供給することが出来る。また、内燃機関１において副燃料噴射を間欠的に行うことによっても、第二ＮＯｘ触媒１８の周囲雰囲気の空燃比を比較的短い周期でＳＯｘ還元空燃比まで繰り返し低下させることが出来る。

内燃機関１での副燃料噴射を用いてリッチスパイク制御を行った場合、燃料添加弁１３からの燃料添加を用いてリッチスパイク制御を行った場合に比べて、リッチ期間中においては第二ＮＯｘ触媒１８の周囲雰囲気に存在するＯ_２は非常に少ない。そのため、内燃機関１での副燃料噴射を用いてリッチスパイク制御を行った場合、燃料添加弁１３からの燃料添加を用いてリッチスパイク制御を行ったとは逆に、リッチ期間中は第二ＮＯｘ触媒１８の温度が低下する虞がある。

しかし、この場合であっても、リッチ期間とリーン期間とが繰り返されることで第二ＮＯｘ触媒１８の温度低下が抑制される。さらに、本実施例の場合、第二ＮＯｘ触媒１８においても比較的温度が低下し易い上流側端部付近に吸蔵されたＳＯｘは、その部分の温度が比較的高い温度となっているリッチスパイク制御の実行期間の初期の時点で放出及び還元され易い。

従って、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御において、内燃機関１での副燃料噴射を用いてリーン昇温制御及びリッチスパイク制御を行った場合であっても、第一及び第二ＮＯｘ触媒９、１８のＳＯｘ被毒をより好適に回復させることが出来る。

また、本実施例においては、第一ＮＯｘ触媒９に代えて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒以外の触媒を設けてもよい。この場合、代わりの触媒は、排気中のＳＯｘが吸着又は吸蔵することでＳＯｘ被毒が生じ且つ所定のＳＯｘ放出温度まで昇温すると吸着又は吸蔵されたＳＯｘが放出されるものであればよい。このような触媒としては、酸化触媒や所謂Ｓトラップ触媒等を例示することが出来る。

本発明の実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図。 従来のリッチスパイク制御によるＳＯｘ被毒回復制御が行われた際の第一及び第二ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒回復状況を示す図。 本発明の実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御が行われた際の第一及び第二ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒回復状況及びそれぞれの触媒の温度分布を示す図。図３の（１）はリーン昇温制御が行われたときを示しており、図３の（２）はリッチスパイク制御が行われたときを示している。 本発明の実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御のフローを示すフローチャート。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
４・・・吸気通路
５・・・インテークマニホールド
６・・・排気通路
７・・・エキゾーストマニホールド７
９・・・第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
１０・・パティキュレートフィルタ
１３・・燃料添加弁
１８・・第二吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
２０・・ＥＣＵ
２１・・クランクポジションセンサ
２２・・アクセル開度センサ
２３・・第一温度センサ
２４・・第一空燃比センサ
２５・・第二温度センサ
２６・・第二空燃比センサ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化機能を有すると共に、排気中のＳＯｘが吸着又は吸蔵することによってＳＯｘ被毒が生じ且つ所定の第一ＳＯｘ放出温度まで昇温すると吸着又は吸蔵されたＳＯｘが放出される上流側触媒と、
   該上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記上流側触媒よりも上流側から前記上流側触媒及び前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記上流側触媒及び前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復制御を実行するＳＯｘ被毒回復手段と、を備え、
   前記ＳＯｘ被毒回復手段が、先ず、前記上流側触媒の周囲雰囲気の空燃比がリーン空燃比に維持される範囲内で前記還元剤供給手段から前記上流側触媒に還元剤を供給することで前記上流側触媒の温度を前記第一ＳＯｘ放出温度まで上昇させるリーン昇温制御を実行し、その後、前記還元剤供給手段からの還元剤の供給を間欠的に行うことで、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を所定の第二ＳＯｘ放出温度まで上昇させると共に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を所定のＳＯｘ還元空燃比まで間欠的に低下させる間欠的空燃比低下制御を実行することによって前記ＳＯｘ被毒回復制御を実現するものであり、且つ、
   前記ＳＯｘ被毒回復手段が、前記間欠的空燃比低下制御の実行中における、前記還元剤供給手段からの還元剤の供給を休止する期間の長さを、該制御の実行期間の初期ではそれ以降に比べてより短くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記間欠的空燃比低下制御の実行中における前記還元剤供給手段からの還元剤の供給を休止する期間の長さを、時間の経過と共に徐々に長く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. 前記間欠的空燃比低下制御の実行中における前記還元剤供給手段からの還元剤の供給を休止する期間の長さを内燃機関の運転状態に応じて設定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。
   

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