JP2009257243A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒回復をより
好適に行なうことができる技術を提供する。
【解決手段】吸蔵還元型ＮＯx触媒６と、燃焼が行われた後の気筒２内へ燃料を噴射させ
るポスト噴射手段１０と、を備え、吸蔵還元型ＮＯx触媒６を排気の流れ方向に少なくと
も３つの領域に分け、上流側の端部及び下流側の端部を含まない領域の硫黄被毒回復を行なうときに、ポスト噴射手段１０からの燃料噴射を行なうことにより還元剤を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒回復すべき部分の位置に応じて、目標空燃比及び目標
還元剤量を設定し、このときに下流側の部分では目標空燃比が高く且つ還元剤量が多くなるようにする技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、硫黄被毒回復すべき部分が、触媒の中間部分である場合には言及されていないため、改善の余地がある。つまり、触媒の中間部分の硫黄被毒回復が十分に行なわれない虞がある。
特開２００６−１６１７８９号公報 特開２００３−１６６４１５号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒回復をより好適に行なうことができる技術
を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられる吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記内燃機関の気筒内において燃焼が行われた後の該気筒内へ燃料を噴射させるポスト噴射手段と、
を備え、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒を排気の流れ方向に少なくとも３つの領域に分け、上流側の
端部及び下流側の端部を含まない領域の硫黄被毒回復を行なうときに、前記ポスト噴射手段からの燃料噴射を行なうことにより還元剤を供給することを特徴とする。

ポスト噴射手段は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射させるが、燃料が燃焼した後の膨張行程または排気行程において再度燃料を噴射させているため、このときの燃料は殆ど燃焼しないまま気筒内から排出される。

そして、ポスト噴射手段により気筒内へ燃料が噴射されると、気筒内での温度のために燃料が改質された状態となる。但し、ポスト噴射手段により噴射された燃料は殆ど燃焼しないため、排気中には酸素が多く残存している。そのため、吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流
端付近では硫黄成分は放出されない。そして、吸蔵還元型ＮＯx触媒の主に中間の領域に
おいて硫黄成分が放出されて硫黄被毒回復がなされる。

ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒は均一に進行するわけではなく、排気の流れ
方向で硫黄被毒の度合いが異なることがある。例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒の中間領域に
おいて硫黄被毒の度合いが高い場合に、ポスト噴射手段により還元剤を供給すれば、この中間領域の硫黄被毒回復を集中的に行なうことができる。これにより、燃料の消費量を減少させることができるため、燃費の悪化を抑制できる。また、速やかに硫黄被毒回復を完了させることができるため、排気の浄化性能を高く維持することができる。

なお、排気の温度や燃料の改質度合いによって吸蔵還元型ＮＯx触媒のどの領域で硫黄
被毒回復がなされるのか変わるため、ポスト噴射手段により還元剤を供給するときには、内燃機関の運転状態を規定の状態に保っても良い。また、吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被
毒の度合いが高い領域に還元剤が供給されるように内燃機関の運転状態を変更してもよい。

本発明においては、前記内燃機関の気筒内での燃焼時における空燃比を変更することで前記吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給する燃焼空燃比変更手段と、
前記内燃機関の排気通路内へ燃料を添加することで前記吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤
を供給する燃料添加装置と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒回復を行なうときに、該吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒の状態に応じて前記燃焼空燃比変更手段、前記ポスト噴射手段、および燃料添加装置から該吸蔵還元型ＮＯx触媒へ供給される還元剤の割合を変更する割合変更手段と、
を具備することができる。

燃焼空燃比変更手段は、例えば吸入空気量または燃料噴射量の少なくとも一方を変更することにより気筒内での燃焼時の空燃比（以下、燃焼空燃比という。）を変更する。これには、ＥＧＲガスの割合を変更することにより、吸入空気量または燃料噴射量を変更することも含む。また、燃焼後期に再度燃料を噴射するアフター噴射を行ない、該燃料を燃焼させることも含む。

また、燃料添加装置は、排気通路を流通する排気中へ燃料を添加する。

燃焼空燃比変更手段、ポスト噴射手段、燃料添加装置の何れによっても、吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤たる燃料を供給することができる。しかし、還元剤を供給可能な領域が
夫々異なる。

燃焼空燃比変更手段により吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給する場合には、気筒内
で酸素が消費されるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒へ流入する酸素量を減少させることがで
きる。また、燃焼時の熱により、燃料を改質することができる。そして、ポスト噴射手段により燃料が噴射されるときよりも温度が高い状態で燃料が改質されるため、改質度合いがより高くなる。これらにより、硫黄被毒回復を促進させることができる。しかし、燃料の反応性が高いために、吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側で反応が完了してしまうので、下
流側への還元剤量が不足する。そのため、この下流側において硫黄被毒回復が不十分となる虞がある。また、気筒内で空燃比を低くして燃焼を行うため、スモークが発生する虞がある。

燃料添加装置により吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給する場合には、吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒の上流側で燃料が改質され、その改質された燃料が下流側で反応する。つまり、
吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流側まで還元剤が到達し該下流側の硫黄被毒回復を行なうこと
ができるものの、上流側での反応が緩慢となるため、該上流側の硫黄被毒回復が不十分となる虞がある。また、排気中に酸素が多く含まれているため、供給された燃料の周りの局所的にリッチとなっている箇所でしか硫黄被毒回復が行なわれない。しかし、気筒内での燃焼時に酸素が十分あるので、スモークの発生が抑制される。

ポスト噴射手段により吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給する場合には、上記燃焼空
燃比変更手段による還元剤供給と燃料添加装置による還元剤供給との中間的な性質を有する。そのため、吸蔵還元型ＮＯx触媒の主に中間部において硫黄被毒回復を行なうことが
できる。但し、ピストンが上死点よりも下がった状態で燃料噴射が行なわれるため、シリ
ンダ壁面に燃料が付着して潤滑油を希釈させる虞がある。

このように、燃焼空燃比変更手段、ポスト噴射手段、及び燃料添加装置では、硫黄被毒回復が行なわれる主な領域が夫々異なる。そこで割合変更手段は、吸蔵還元型ＮＯx触媒
の硫黄被毒回復を行なうときに、該吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒の状態に応じて前記
燃焼空燃比変更手段、前記ポスト噴射手段、および燃料添加装置から該吸蔵還元型ＮＯx
触媒へ供給される夫々の還元剤（燃料としてもよい。）の割合を変更する。これは、還元剤の総量を変更しないで夫々割合を変更することと、還元剤の総量を変更しつつ夫々の割合を変更することと、の両方を含む。

このように、部位ごとの硫黄被毒の進行状態に応じて、還元剤の供給手段を変更することにより、より速やかに硫黄被毒回復を完了させると共に、燃料の消費量を減少できる。

そして、本発明においては、前記ポスト噴射手段により還元剤が供給される領域よりも上流側の領域への還元剤の供給は燃焼空燃比変更手段により行い、下流側の領域への還元剤の供給は燃料添加装置により行なうことができる。

吸蔵還元型ＮＯx触媒の領域毎の硫黄被毒の度合いに応じて、どの手段からどれだけ還
元剤を供給するのかを設定する。例えば、上流側の領域の硫黄被毒が他よりも進行している場合には、燃焼空燃比変更手段により還元剤を供給する割合を他よりも高くすることで、該上流側の領域の硫黄被毒回復を優先的に行なうことができる。なお、この上流側の領域は、上流側の端部を含まなくても良い。

また、上流側の領域と下流側の領域とに挟まれる中間の領域の硫黄被毒が他よりも進行している場合には、ポスト噴射手段により還元剤を供給する割合を他よりも高くすることで、該中間の領域の硫黄被毒回復を優先的に行なうことができる。

さらに、例えば下流側の領域の硫黄被毒が他よりも進行している場合には、燃料添加装置により還元剤を供給する割合を他よりも高くすることで、該下流側の領域の硫黄被毒回復を優先的に行なうことができる。なお、この下流側の領域は、下流側の端部を含まなくても良い。

ここで、還元剤を供給する割合とは、吸蔵還元型ＮＯx触媒へ供給される還元剤の総量
に対する割合である。また、燃焼空燃比変更手段、ポスト噴射手段、及び燃料添加装置の少なくとも１つから還元剤が供給されていれば良い。つまり、１つの領域のみの硫黄被毒が進行しているときや、２つの領域のみで硫黄被毒が進行しているときには、これらの領域に対応する手段のみにより還元剤を供給しても良い。

また、本発明においては、前記燃焼空燃比変更手段により前記吸蔵還元型ＮＯx触媒へ
還元剤を供給する前に、前記硫黄被毒回復時よりも空燃比が高くなるように前記燃料添加装置から燃料の供給を行なうことができる。

ここで、燃焼空燃比変更手段により気筒内の空燃比が低下された状態では、排気の温度が低くなることがあるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側の温度が低下する虞がある。
つまり、上流側の硫黄被毒回復が不十分となる虞がある。これに対し、燃焼空燃比変更手段により還元剤を供給する前に、燃料添加装置から燃料の添加を行う。このときに、硫黄被毒回復に必要となる燃料添加量よりも少ない量を添加することで、吸蔵還元型ＮＯx触
媒の上流端から燃料を反応させることができる。そのため、吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流
端の温度を予め上昇させておくことができる。その後で燃焼空燃比変更手段により還元剤が供給されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流端では温度が高く且つ酸素が少ない状態と
なるため、硫黄被毒回復が速やかに行なわれる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒回復をより
好適に行なうことができる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・エンジンである。

内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。この吸気通路２の途中には、該吸気通路２内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ４が設けられている。このエアフローメータ４により、内燃機関１の吸入空気量Ｇａが測定される。また、この吸入空気量Ｇａに基づいて排気の量を求めることもできる。

一方、排気通路３の途中には、上流側（すなわち、内燃機関１側）から順に酸化触媒５と、吸蔵還元型ＮＯx触媒６（以下、ＮＯx触媒６という。）とが備えられている。

ＮＯx触媒６は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機
能を有する。

なお、ＮＯx触媒６に吸蔵されているＮＯxを還元するときには、該ＮＯx触媒６へ間欠
的に還元剤を供給する。

一方、ＮＯx触媒６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）もＮＯxと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたＳＯxはＮＯxよりも放
出されにくく、ＮＯx触媒６内に蓄積される。そして、ＳＯxが吸蔵されている分、ＮＯx
を吸蔵できる量が減少し、ＮＯx触媒６のＮＯx吸蔵力が低下する。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）といい、適宜の時期に硫黄被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。
この被毒回復処理は、ＮＯx触媒６を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ還
元剤を間欠的に供給して行なわれる。

内燃機関１は、各気筒１２にピストン１３を備えている。また、内燃機関１は、気筒１２内に燃料を噴射する燃料噴射弁１１が取り付けられている。この燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を調節することにより、内燃機関１はリッチ空燃比、理論空燃比、またはリーン空燃比にて運転することができる。これにより、酸化触媒５へ流入する排気の空燃比を変動させることができる。

ピストン１３は、クランク機構を介してクランクシャフト１５と接続されている。クランクシャフト１５の近傍には、クランク角センサ１６が設けられている。クランク角センサ１６は、クランクシャフト１５の回転角度（すなわち、クランク角）を検出するように構成されている。

また、酸化触媒５よりも上流の排気通路３には、該排気通路３を流通する排気の空燃比
を検出する第１空燃比センサ７が取り付けられている。一方、酸化触媒５よりも下流で且つＮＯx触媒６よりも上流の排気通路３には、該排気通路３を流通する排気の空燃比を検
出する第２空燃比センサ８が取り付けられている。

また本実施例では、酸化触媒５よりも上流の排気通路３内に還元剤たる燃料（軽油）を噴射する燃料添加弁９を備えている。ここで、燃料添加弁９は、後述するＥＣＵ１０からの信号により開弁して燃料を噴射する。燃料添加弁９から排気通路３内へ噴射された燃料は、排気通路３の上流から流れてきた排気の空燃比をリッチにする。なお、本実施例においては燃料添加弁９が、本発明における燃料添加装置に相当する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０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。

ＥＣＵ１０には、各種センサ等が電気配線を介して接続され、該センサ等の出力信号が入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁９及び燃料噴射弁１１が電気配線を介して接続され、該ＥＣＵ１０により燃料添加弁９からの燃料添加量及び燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。

ここで、本実施例では、ＮＯx触媒６の硫黄被毒回復時に、ＮＯx触媒６へ還元剤を供給する手段として以下の３つの手法を実行する。なお、この３つの手法は、夫々、硫黄被毒回復が効果的に行なわれる箇所が異なる。そして、この３つの手法の全てを用いて還元剤を供給することにより、ＮＯx触媒６の全体の硫黄被毒を回復させることができる。また
、硫黄被毒回復を行なう箇所に合わせて還元剤の供給手法を切り替えることで、特定の箇所のみの硫黄被毒を回復させることができる。

１つ目は、気筒１２内の空燃比を低下させた状態で燃焼を行うことにより還元剤を供給する手法である（以下、この手法を第１の手法という。）。つまり、気筒１２内の空燃比を理論空燃比近傍のリーン空燃比からリッチ空燃比の間で燃焼を行う。これは、気筒１２内での燃焼途中に更に燃料を噴射させて該燃料を燃焼させるアフター噴射を行なっても良い。このような状態で燃焼を行なうと、燃料の殆どは燃焼するが、酸素不足により燃料の燃え残りができる。つまり、気筒１２から未燃燃料が排出される。この未燃燃料は、気筒内の高温により十分に改質されたものであり、ＮＯx触媒６での反応性が高い。また、気
筒内で燃料を燃焼させることにより酸素が消費されるため、ＮＯx触媒６に流入する排気
中の酸素濃度が低くなっている。これらにより、ＮＯx触媒６の硫黄被毒が回復し易くな
る。その反面、ＮＯx触媒６の上流側で燃料が反応してしまうため、下流側へ燃料が届き
難くなるので、該下流側の硫黄被毒回復が十分に行なわれなくなる虞がある。なお、本実施例においては気筒１２内の空燃比を低下させた状態で燃焼を行なうＥＣＵ１０が、本発明における燃焼空燃比変更手段に相当する。

２つ目は、膨張行程または排気行程で燃料噴射弁１１から燃料を噴射させるポスト噴射を行なうことにより還元剤を供給する手法である（以下、この手法を第２の手法という。）。このときに噴射する燃料はほとんど燃焼しないまま気筒１２から排出される。この手法によれば、気筒１２内で既燃ガス中へ燃料が噴射されることにより、ある程度温度が高い雰囲気中で燃料が改質される。しかし、その程度は、前記第１の手法よりも低い。そのため、第１の手法用よりは下流側で硫黄被毒回復がなされる。一方、ポスト噴射はピストン１３が上死点付近以外に位置しているときに燃料を噴射するものであるため、該燃料が気筒１２の壁面に付着する。そのため、潤滑油に燃料が混入し該潤滑油を希釈させるため、内燃機関１の内部の摺動部等における潤滑が不十分となる虞がある。なお、本実施例においてはポスト噴射を行なうＥＣＵ１０が、本発明におけるポスト噴射手段に相当する。

３つ目は、燃料添加弁９から排気中へ燃料を添加することにより還元剤を供給する手法である（以下、この手法を第３の手法という。）。この手法によれば、殆ど改質されないままの燃料がＮＯx触媒６へ到達する。そして、この燃料はＮＯx触媒６の上流端で改質される。その後、改質された燃料が下流側へ流れて該下流側で硫黄被毒回復が行なわれる。そのため、前記第２の手法よりもさらに下流側で硫黄被毒回復がなされる。また、排気中には酸素が多く含まれているため、この酸素も一緒にＮＯx触媒６へ流入する。そして、
燃料の拡散が十分でない場合には、排気中に酸素が多く含まれている箇所と燃料が多く含まれている箇所とができる。そして、燃料が多く含まれている箇所でなければＮＯx触媒
６の硫黄被毒回復が十分になされないため、酸素の多い排気が流れる箇所において硫黄被毒回復が不十分となる虞がある。また、排気の温度が低い場合には、ＮＯx触媒６の温度
を硫黄被毒回復に必要となる温度で維持することができなくなるため、硫黄被毒回復を行なうことができなくなる。

なお、ＮＯx触媒６の容量や、排気の流れ方向の長さ、排気の流れ方向に直交する断面
積等により、上記３つの手法による還元剤の到達範囲が変わる。また、温度や燃料の改質度合いによっても還元剤の到達範囲は変わる。そのため本実施例では、上記３つの手法により還元剤がＮＯx触媒６の全体に到達するようにＮＯx触媒６の形状を決定しても良い。同様に、夫々の手法により供給する還元剤の供給量をＮＯx触媒６の形状に応じて決定し
ても良い。さらに、内燃機関１の運転状態を変更しても良い。

そして、ＮＯx触媒６の硫黄被毒回復時には、例えば上記３手法を同時期に行なう。つ
まり、１回の還元剤の供給時に、３つの手法から同時に還元剤が供給されるようにする。例えば、アフター噴射が行なわれたサイクルにおいてポスト噴射を行ない、このときの排気が排気通路３を流通しているときに燃料添加弁９から燃料添加を行なう。また、ある程度の期間リッチ雰囲気の排気をＮＯx触媒６へ供給するときには、その期間の中の異なる
サイクルにてアフター噴射、ポスト噴射、燃料添加弁９からの燃料添加を行なっても良い。

このようにすることで、ＮＯx触媒６の上流端から下流端まで均一に還元剤を供給する
ことができるため、ＮＯx触媒６の全体で硫黄被毒回復を行なうことができる。これによ
り、ＮＯxの浄化能力をより高くすることができる。

なお、上記３つの手法を同時期に行なうことに代えて、１つまたは２つの手法のみにより還元剤を供給しても良い。例えば、ＮＯx触媒６の中心を含むが両端を含まない領域の
硫黄被毒の進行が特に進んでいる場合には、第２の手法のみにより還元剤の供給を行なっても良い。

そして、第２の手法または第３の手法によりＮＯx触媒６へ還元剤を供給する場合には
、内燃機関１での燃焼時の空燃比を硫黄被毒回復時以外のときよりも低下させても良い。これにより、排気中の酸素濃度が低下するため、還元剤の反応性を高めることができる。ここで、燃焼時の空燃比を低くするほど、還元剤の反応性が高くなり、より上流側で還元剤が反応するようになる。つまり、気筒１２内での燃焼時の空燃比を調節することにより、還元剤を反応させる箇所を変えることができるため、硫黄被毒回復がなされる箇所を変えることができる。例えば、ＮＯx触媒６を排気の流れ方向のどの箇所の硫黄被毒が進行
しているのかを検知し、この箇所で還元剤が反応するように気筒１２内の空燃比を調節しても良い。このようにすることで、燃料の消費量をより低減することができる。

本実施例においては、ＮＯx触媒６を排気の流れ方向に３つの領域に分け、夫々の領域
の硫黄被毒の度合いに応じて、３つの手法の夫々から供給する還元剤の量を変更する。例えば、還元剤の総量を変えずに、夫々の手法から供給する還元剤の割合を変更する。その他の装置については実施例１と同様のため説明を省略する。

ＮＯx触媒６の領域毎の硫黄被毒の度合いは、例えば内燃機関１の吸入空気量に基づい
て求めることができる。つまり、吸入空気量が多いほど、排気の量が多くなり、排気の流速が速くなるため、排気中の硫黄成分がＮＯx触媒６に吸蔵され難くなる。そのため、Ｎ
Ｏx触媒６の下流側に吸蔵される硫黄成分の量が増加する。例えばＮＯx触媒６の上流側、中間、下流側に夫々硫黄被毒の度合いをカウントするカウンタを設定し、吸入空気量に応じて夫々のカウンタのカウントアップを行なう。吸入空気量とカウンタのカウントアップ値との関係は予め実験等により求めても良い。上述のように、吸入空気量が多いほど、下流側のカウンタのカウントアップ値が大きくなる。

そして、ＮＯx触媒６の硫黄被毒回復時に、夫々のカウンタ値に比例するように、３つ
の手法から供給する還元剤量を決定する。

例えば、上流側、中間、下流側のカウンタ値の比が、５：３：２であった場合には、第１の手法から供給する還元剤量、第２の手法から供給する還元剤量、第３の手法から供給する還元剤量、の比が、５：３：２となるようにする。そして、還元剤の総量が例えばＮＯx触媒６の温度を７００℃とするために必要とされる量とする。

図２は、本実施例におけるＮＯx触媒６の硫黄被毒回復のフローを示したフローチャー
トである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、硫黄被毒回復が必要であるか否か判定される。例えば、前回の硫黄被毒完了時からの車両の走行距離が４００Ｋｍ以上であるか否か判定される。これは、硫黄被毒回復が必要となる走行距離として予め設定しておく。また、前記カウンタ値の総量または何れか１つのカウンタ値が閾値以上となっているか否かを判定しても良い。

ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０２では、還元剤（すなわち、燃料噴射量）の総量が算出される。このときには、供給された還元剤により、ＮＯx触媒６の温度が例えば７００℃となるようにす
る。例えば内燃機関の運転状態（機関回転数または機関負荷）によりＮＯx触媒６の温度
が変わるため、該運転状態と還元剤の総量との関係を予め実験等により求めておいても良い。

ステップＳ１０３では、カウンタ値に応じて、夫々の手法から供給する還元剤量が算出される。つまり、ステップＳ１０２で決定された還元剤の総量を、カウンタ値の比に応じて分配する。なお、本実施例においてはステップＳ１０３を実行するＥＣＵ１０が、本発明における割合変更手段に相当する。

ステップＳ１０４では、還元剤の供給を開始する。つまり、３つの手法の夫々から、ステップＳ１０３で決定される還元剤量が供給される。

ステップＳ１０５では、全カウンタ値を減算する。つまり、硫黄被毒が回復された分、カウンタを減じる。例えば還元剤を供給した時間に比例してカウンタを減じる。

このようにすることで、ＮＯx触媒６の各領域における硫黄被毒の度合いの比が殆ど変
わらないまま該硫黄成分の吸蔵量が減少するため、ＮＯx触媒６の全体の硫黄被毒を効率
よく回復させることができる。つまり、還元剤がＮＯx触媒６をすり抜けることを抑制で
きるため、燃費の悪化を抑制できる。

本実施例においては、第１の手法により還元剤を供給する直前に、燃料添加弁９から燃料を添加する。その他の装置については実施例１と同様のため説明を省略する。

ここで、第１の手法のみでは、空燃比が最も低くなるときに排気の温度が低下するため、ＮＯx触媒６の温度が硫黄被毒回復に必要となる温度以下となることがある。例えば、
内燃機関１の負荷が低いときには、排気の温度が低いため、ＮＯx触媒６の温度が低下し
易い。そのため、ＮＯx触媒６の上流側の硫黄被毒回復が緩慢となる。

そこで、第１の手法により還元剤を供給する前に、燃料添加弁９から燃料を添加する。このときには、前記第３の手法により還元剤を供給するときよりも、燃料の噴射間隔を短くし、且つ１回当たりの噴射量を少なくする。このようにすることで、より多くの排気中へ燃料が分散されるので、空燃比が高くなる。そのため、ＮＯx触媒６での反応性が高く
なるため、該ＮＯx触媒６の上流端から燃料が反応し、温度が上昇する。

つまり、燃料添加弁９から燃料を添加することで、ＮＯx触媒６の上流側でも温度が上
昇するため、第１の手法による温度低下分を補うことができる。これにより、ＮＯx触媒
６の上流側では、温度が高く且つ酸素濃度が低い状態となるため、硫黄被毒を速やかに回復させることができる。また、燃料添加弁９からの燃料添加により、ＮＯx触媒６の下流
側で硫黄被毒回復が行なわれる。

なお、第１の手法により還元剤を供給した後、ＮＯx触媒６の温度が再び低下するため
、排気に中に再度燃料を添加して温度低下を抑制しても良い。

図３は、本実施例における気筒内の空燃比とＮＯx触媒６の温度との推移を示したタイ
ムチャートである。この温度は、ＮＯx触媒６の上流端の温度である。「ＮＯx触媒温度」における実線は第１の手法による還元剤供給の前に、燃料添加を行なわなかった場合を示す。また、破線は第１の手法による還元剤供給の前に、燃料添加を行なった場合を示している。

最初に燃料添加を行なうことで、ＮＯx触媒６の温度が一旦上昇するため、第１の手法
による還元剤の供給を行なったときに温度が下降したとしても、硫黄被毒回復に必要となる温度は維持できる。

図４は、本実施例におけるＮＯx触媒６の硫黄被毒回復のフローを示したフローチャー
トである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ２０１では、ＮＯx触媒６の上流端の温度が例えば６５０℃以上であるか否
か判定される。この温度は、第１の手法のみにより還元剤の供給を行なっても、ＮＯx触
媒６の上流側の硫黄被毒回復を十分に行なうことが可能な温度として予め決定しておく。また、ＮＯx触媒６の上流端の温度は、上流側温度または下流側温度に基づいて求めても
良く、また、上流端に直接温度センサを取り付けて測定しても良い。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進む。

ステップＳ２０２では、第１の手法による還元剤の供給を開始する。つまり、第１の手
法による温度低下があっても上流側の硫黄被毒回復を行なうことが可能であるため、第１の手法により還元剤を供給する。

ステップＳ２０３では、上流側のカウンタ値を減算する。つまり、硫黄被毒が回復された分、カウンタ値を減じる。例えば還元剤を供給した時間に比例してカウンタ値を減じる。

ステップＳ２０４では、上流側のカウンタが０となっているか否か判定される。つまり、上流側の硫黄被毒回復が完了しているか否か判定される。ステップＳ２０４で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了する。一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０１へ戻る。

ステップＳ２０５では、燃料添加弁９からの燃料添加を開始する。ここで言う燃料添加は、主にＮＯx触媒６の上流側の温度を上昇させるためのものである。つまり、ＮＯx触媒６の上流側の硫黄被毒回復が不十分となる虞があるため、先ずＮＯx触媒６の温度が上昇
される。

ステップＳ２０６では、下流側のカウンタ値を減算する。つまり、燃料添加によりＮＯx触媒６の上流側の温度を上昇させると共に下流側の硫黄被毒回復もなされるため、その
分カウンタ値を減算する。

ステップＳ２０７では、下流側のカウンタ値が０となっているか否か判定される。つまり、下流側の硫黄被毒回復が完了しているか否か判定される。ステップＳ２０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０８へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進む。

ステップＳ２０８では、燃料添加弁９からの燃料添加量を、ＮＯx触媒６の温度を上昇
させるために必要となる分に減少させる。つまり、下流側の硫黄被毒回復が完了しているため該下流側の硫黄被毒回復を行なうための還元剤は必要ないため、燃料添加量を減少させる。また、排気温度の低下等によりＮＯx触媒６の温度が低下するため、それに合わせ
て燃料添加量を調節する。この場合、内燃機関１の運転状態に応じて燃料添加量を決定しても良く、温度に基づいて燃料添加量のフィードバック制御を行っても良い。その後、ステップＳ２０４へ進む。

このようにして、ＮＯx触媒６の温度低下を抑制しつつ硫黄被毒回復を行なうことがで
きるため、硫黄被毒回復を速やかに完了させることができる。

なお、本実施例では第１の手法により還元剤を供給する前に燃料添加弁９からの燃料添加を行なっているが、同様にして、第２の手法により還元剤を供給する前に燃料添加弁９からの燃料添加を行なっても良い。つまり、ポスト噴射を行なった排気がＮＯx触媒６へ
到達する前に、燃料添加弁９から添加された燃料がＮＯx触媒９へ到達するようにしても
良い。この場合にも、ＮＯx触媒６の温度低下を抑制しつつ硫黄被毒回復を行なうことが
できる。

さらに、第３の手法により還元剤を供給する前に燃料添加弁９からの燃料添加を行なっても良い。この場合、共に燃料添加弁９から燃料が添加されるが、燃料添加弁９からの１回当たりの燃料噴射量及び噴射間隔が異なる。

本実施例は、実施例２と以下の点で相違する。すなわち、本実施例では、ＮＯx触媒６
の夫々の領域毎にカウンタの閾値を設定し、何れかの領域でカウンタ値が閾値以上となった場合に硫黄被毒回復を開始する。このときには、カウンタ値が閾値以上となった領域のみの硫黄被毒回復を行なっても良く、全領域の硫黄被毒回復を行なっても良い。その他の装置については実施例１と同様のため説明を省略する。

ここで、閾値は硫黄被毒回復のし易さの度合い（回復性）及びＮＯxの還元のし易さの
度合い（ＮＯx還元効率）に比例して決定される。

図５は、ＮＯx触媒６の上流端からの距離と、ＮＯx触媒６の硫黄成分の吸蔵量及びＮＯx還元効率との関係を示した図である。図５の横軸の左端がＮＯx触媒６の上流端であり、図の右端がＮＯx触媒６の下流端である。実線はカウンタの閾値に相当する硫黄成分の吸
蔵量を示し、破線はＮＯx還元効率を示している。黒丸は回復性を示している。

回復性は、上流側のほうが下流側よりも高い。つまり、上流側で放出された硫黄成分の一部が下流側で再度吸蔵されるため、上流側では硫黄被毒回復が速やかに完了するが、下流側ほど硫黄被毒回復が完了するまでに時間がかかる。

また、ＮＯx還元効率は、下流側のほうが上流側よりも高い。つまり、上流側では排気
中に含まれる酸素が還元剤と反応するため、ＮＯxが還元され難い。一方下流側では、排
気中の酸素濃度が低くなっているため、ＮＯxが還元され易い。

これらから、下流側の硫黄被毒の度合いを優先的に低下させたほうが良い。すなわち、下流側では一旦硫黄被毒が発生すると回復し難いために硫黄成分の吸蔵量を可及的に少なくしたほうが良く、また下流側ではＮＯx還元効率が高いため該下流側の硫黄成分の吸蔵
量を少なくすることによりＮＯxをより多く浄化させることができる。

以上より、下流側ほど上記閾値を小さくする。つまり、下流側ほど硫黄被毒の度合いが低い場合であっても硫黄被毒回復が開始される。これにより、硫黄被毒の回復性及びＮＯx還元効率を高く保つことができる。

なお、本実施例では何れかのカウンタが閾値以上となった場合に全ての領域で硫黄被毒回復を行なっているが、これに変えてカウンタが閾値以上となっている領域のみの硫黄被毒回復を行なっても良い。つまり、上流側のカウンタが閾値以上の場合には第１の手法のみにより還元剤を供給し、中間のカウンタが閾値以上の場合には第２の手法のみにより還元剤を供給し、下流側のカウンタが閾値以上の場合には第３の手法のみにより還元剤を供給しても良い。

実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。 実施例２におけるＮＯx触媒の硫黄被毒回復のフローを示したフローチャートである。 実施例３における気筒内の空燃比とＮＯx触媒の温度との推移を示したタイムチャートである。 実施例３におけるＮＯx触媒の硫黄被毒回復のフローを示したフローチャートである。 ＮＯx触媒の上流端からの距離と、ＮＯx触媒の硫黄成分の吸蔵量及びＮＯx還元効率との関係を示した図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ エアフローメータ
５ 酸化触媒
６ 吸蔵還元型ＮＯx触媒
７ 第１空燃比センサ
８ 第２空燃比センサ
９ 燃料添加弁
１０ ＥＣＵ
１１ 燃料噴射弁

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられる吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
   前記内燃機関の気筒内において燃焼が行われた後の該気筒内へ燃料を噴射させるポスト噴射手段と、
   を備え、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒を排気の流れ方向に少なくとも３つの領域に分け、上流側の
   端部及び下流側の端部を含まない領域の硫黄被毒回復を行なうときに、前記ポスト噴射手段からの燃料噴射を行なうことにより還元剤を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記内燃機関の気筒内での燃焼時における空燃比を変更することで前記吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給する燃焼空燃比変更手段と、
   前記内燃機関の排気通路内へ燃料を添加することで前記吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤
   を供給する燃料添加装置と、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒回復を行なうときに、該吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒の状態に応じて前記燃焼空燃比変更手段、前記ポスト噴射手段、および燃料添加装置から該吸蔵還元型ＮＯx触媒へ供給される還元剤の割合を変更する割合変更手段と、
   を具備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装置。
3. 前記ポスト噴射手段により還元剤が供給される領域よりも上流側の領域への還元剤の供給は燃焼空燃比変更手段により行い、下流側の領域への還元剤の供給は燃料添加装置により行なう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装置。
4. 前記燃焼空燃比変更手段により前記吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給する前に、前
   記硫黄被毒回復時よりも空燃比が高くなるように前記燃料添加装置から燃料の供給を行なうことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images