JP4193553B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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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装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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けた場合、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）が保持される。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である。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流通させることで、初めて脱離が可能となる。
【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、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、排気中へ燃料の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】
ところで、上記の制御において、ＳＯｘ被毒回復制御の途中で機関が停止された場合、機関の再始動後に所定の制御実行条件、すなわち、機関回転、機関負荷及び触媒床温に基づき排気温度を上昇させる制御を実行可能な条件が整えば、ＳＯｘ被毒回復制御を継続するために、例えば、排気中への燃料添加の実行を開始していた（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−６１０５２号公報
【特許文献２】
特開２０００−８０９１４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、機関の再始動後、上記の制御実行条件が満たされたとしても、外気温、筒内温度、エキゾーストマニホールド温度、制御部品の応答性等の各種の要因で、機関の燃焼状態や触媒床温が安定しないことがある。かかる場合に、上記の燃料添加等によって排気温度を上昇させると、上記の不安定要素に起因して、必要以上に排気温度が上昇して触媒が過熱する虞がある。このような事態となれば、触媒の熱劣化の誘発、或いは触媒の溶損に至る可能性が生じてくる。
【０００８】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、中断されたＳＯｘ被毒回復制御を再開、継続するにあたり、触媒の過熱を防止するようにした内燃機関の排気浄化装置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、少なくとも内燃機関の燃焼状態や触媒床温が安定するまで、昇温手段による触媒の温度の上昇を開始させないようにした。
【００１０】
すなわち、第１の発明は、排気系に設置されるＮＯｘ触媒と、
このＮＯｘ触媒の温度を上昇させる昇温手段と、
を有し、
ＮＯｘ触媒に所定量以上のＳＯｘが吸蔵されたときは、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記昇温手段により前記ＮＯｘ触媒の温度を上昇させて、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたSＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復制御を実施する内燃機関において、
前記昇温手段による触媒の温度の上昇を制御するための要因が安定したか否かを判断する安定性判断手段と、
内燃機関の停止後であっても前記ＳＯｘ被毒回復制御の情報を保持するＳＯｘ被毒回復情報保持手段と、を備え、
前記ＳＯｘ被毒回復制御がその実行中に一旦中断された後に再開されるに際し、前記安定性判断手段が前記昇温手段による触媒の温度の上昇を制御する要因が安定したと判断したときに、前記ＳＯｘ被毒回復情報保持手段に保持されたＳＯｘ被毒回復制御の情報に基づいてＳＯｘ被毒回復制御を再開し継続することを特徴とする。
【００１１】
このようにして触媒の温度を上昇を制御する要因が安定した後にＳＯｘ被毒回復制御を再開すれば、不意に触媒の温度が上昇して触媒が過熱することを抑制できる。
【００１２】
第２の発明は、排気系に設置されるＮＯｘ触媒と、
このＮＯｘ触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
を有し、
ＮＯｘ触媒に所定量以上のＳＯｘが吸蔵されたときは、前記燃料供給手段により前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記ＮＯｘ触媒の温度を上昇させて、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたSＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復制御を実施する内燃機関において、
前記燃料供給手段により供給される燃料量を決定する要因が安定したか否かを判断する安定性判断手段と、
内燃機関の停止後であっても前記ＳＯｘ被毒回復制御の情報を保持するＳＯｘ被毒回復情報保持手段と、を備え、
前記ＳＯｘ被毒回復制御がその実行中に一旦中断された後に再開される際に、前記安定性判断手段が、前記燃料供給手段により供給される燃料量を決定する要因が安定したと判断したときに、前記ＳＯｘ被毒回復情報保持手段に保持されたＳＯｘ被毒回復制御の情報に基づいてＳＯｘ被毒回復制御を再開し継続することを特徴とする。
【００１３】
このようにすれば、ＳＯｘ被毒回復制御の再開後に、添加される燃料量が必要以上に増大して触媒温度が上昇し、触媒が過熱されることが抑制できる。
【００１４】
前記ＳＯｘ被毒回復制御は、例えば、内燃機関の停止又は所定のＳＯｘ被毒回復条件を満たさなくなったときに中断される。ＳＯｘ被毒回復制御の実行条件を満たさなくなる例としては、機関回転数が所定値以下となった場合、機関負荷が小さくなった場合、又は排気温度が高温となり触媒床温が過度に上昇してしまう虞がある場合等、である。
【００１５】
前記安定性判断手段は、内燃機関の停止によりＳＯｘ被毒回復制御が中断した場合は、内燃機関の再始動後に所定時間が経過したときに前記要因が安定したと判断することができる。例えば、触媒床温は、その触媒の部位による温度のばらつき等が原因で不安定になるが、内燃機関の再始動後に排気が触媒に流通して全体の温度が均一化されることで触媒床温が安定する。
【００１６】
前記昇温手段による触媒の温度の上昇を制御する要因としては、例えば、触媒温度、機関燃焼状態を例示することができる。
【００１７】
前記燃料供給手段により供給される燃料量を決定する要因としては、前記と同様に、例えば、触媒温度、機関燃焼状態を例示することができる。
【００１８】
本発明によれば、Ｓ０ｘ被毒回復制御が中断された後に再開された場合において、触媒床温や機関燃焼が安定するまではＳ０ｘ被毒回復条件及び触媒の温度を上昇させるための条件が成立していても、直ちにＳ０ｘ被毒回復制御を開始せず、上記の触媒温度を制御するための要因が安定したと判断された後に前記制御を開始するので、触媒温度が過度に上昇することが抑制される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気浄化装置の具体的な実施態様を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通し、この燃料ポンプ６から吐出された燃料は、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。
【００２３】
内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、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。
【００２４】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続され、吸気枝管８の直上流に位置する部位には、この吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。
【００２５】
また、吸気管９の上流に設置したエアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管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。
【００２６】
一方、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１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００２７】
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、下流にて大気へと通じている。
【００２８】
前記排気管１９の途中には、ＮＯｘ保持材を含む吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０（以下、単にＮＯｘ触媒とする。）が設けられている。ＮＯｘ触媒２０は、コージェライトのような多孔質材料から形成され、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。なお、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ2ストレージ）能のある例えばセリア（ＣｅＯ2）等の遷移金属が添加されている。
【００２９】
このＮＯｘ触媒２０は、このＮＯｘ触媒２０に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）を保持し、一方、このＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは保持していたＮＯｘを離脱させる。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、該ＮＯｘ触媒２０から離脱したＮＯｘが還元される。また、セリア（ＣｅＯ2）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。
【００３０】
ＮＯｘ触媒２０より上流の排気管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２４が取り付けられている。また、ＮＯｘ触媒２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気中のＮＯｘ濃度に対応した電気信号を出力するＮＯｘセンサ２２及び排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３が取り付けられている。
【００３１】
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がＮＯｘ触媒に保持されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長時間継続されると、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒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。
【００３２】
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触媒のＮＯｘ保持能力が飽和し易い。
【００３３】
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触媒のＮＯｘ保持能力が飽和する前にＮＯｘ触媒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触媒に保持されたＮＯｘを還元させる必要がある。
【００３４】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号参照）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。排気中の燃料添加では、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備え、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
また、内燃機関１には、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。
【００４０】
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：Electronic Control Unit）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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
ところで、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に保持されたＮＯｘを還元することが可能となる。しかし、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浄化率が低下する。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。このような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ＳＯｘ被毒解消処理を行う。
【００４４】
ここで、内燃機関１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料が内燃機関１で燃焼すると、二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が生成される。
【００４５】
そして、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）等のＳＯｘが白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ4 2-）の形でＮＯｘ触媒２０に保持される。さらに、ＮＯｘ触媒２０に吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ4）を形成する。この硫酸塩（ＢａＳＯ4）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）に比して安定していて分解し難く、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにＮＯｘ触媒２０内に残留してしまう。
【００４６】
ＮＯｘ触媒２０における硫酸塩（ＢａＳＯ4）の量が増加すると、それに応じてＮＯｘの保持に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ保持能力が低下する、いわゆるＳＯｘ被毒が発生する。
【００４７】
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（ＢａＳＯ4）をＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解し、次いでＳＯ3 -やＳＯ4 -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ＳＯ2 -に還元する方法を例示することができる。
【００４８】
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。
【００４９】
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。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。
【００５０】
このように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（ＢａＳＯ4）がＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解され、それらＳＯ3 -やＳＯ4 -が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒が回復されることになる。
【００５１】
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。
【００５２】
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し、空燃比が過剰なリッチとならないようにする。ここで、一度に多量の燃料を噴射する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。
【００５３】
このようなＳＯｘ被毒回復制御は、図２に示すように、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。この領域は、実質的には、内燃機関１から排出される排気温度が所定の範囲にある場合を示すものである。ＳＯｘ被毒回復制御は、その実行可能領域ａ内にある場合にのみ実行され、内燃機関１の運転状態がこの領域ａから外れた場合には中止される。また、当然ながら内燃機関１が停止されたときにもＳＯｘ被毒回復制御は中止される。
【００５４】
その後、内燃機関１の運転が再開され、かつその運転状態が、再び図２に示すＳＯｘ被毒回復制御の実施可能領域ａ内に移行したときは、この制御を再開、継続することが可能となる。
【００５５】
しかし、上記領域ａ内であっても、内燃機関１の停止後、ある程度の時間が経過した後に内燃機関１を再始動させると、例えば、触媒では、排気が流入する入口部分が高温になり、他の部分との温度差が生じることがある。このように、触媒の温度にばらつきが発生し、または、内燃機関１の燃焼状態が不安定であるときは、不安定なパラメータに基づいて昇温制御が実行されて、必要以上に触媒温度を上昇させる制御が行われる虞がある。すなわち、触媒床温を測定または推定して、これを上昇させるために排気中に燃料添加をする場合に、触媒床温のばらつきによって触媒温度を実際よりも低く認識して、必要量を超えた燃料添加を実施すれば、触媒温度が過度に上昇する場合がある。
【００５６】
そこで、次に述べる本発明の実施の形態１では、内燃機関１の停止によってＳ被毒回復制御が中断された場合には、内燃機関１の再始動後、所定の時間が経過するまで、すなわち触媒床温のばらつきが解消し、また、機関燃焼が安定するのに必要な時間が経過するまで上記制御を再開しないこととした。
【００５７】
次に、本発明の制御を、図３に示すＳＯｘ被毒回復制御のフローチャートに基づいて説明する。
【００５８】
ステップＳ１０１では、ＳＯｘ被毒回復条件が成立しているか否か判定する。条件としては、ＮＯｘ触媒２０に保持されたＳＯｘ量が所定量を超えたか等を例示することができる。ここで、ＳＯｘ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。
【００５９】
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。燃料中の硫黄成分によりＮＯｘ触媒２０が被毒するので、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。
【００６０】
また、ＳＯｘ被毒が進行すると吸蔵還元型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。更に、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。
【００６１】
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このルーチンを終了する。
【００６２】
ステップＳ１０２では、内燃機関１の再始動の経過時間がＸsec.以上か否かが判断される。
【００６３】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはこのルーチンを終了する。
【００６４】
ステップＳ１０３では、排気中への燃料添加判定条件が成立しているか否かが判定する。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被毒回復に適した温度Ａ℃からＢ℃の範囲（例えば、５５０〜７００℃の範囲）であるか、また排気の空燃比がストイキより小さいか否か等を例示することができる。
【００６５】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０４へ進み、燃料添加を実行する。一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合にはこのルーチンを終了する。
【００６６】
以上のように、本制御では内燃機関１の再始動後、ある閾値以上の時間が経過し、燃料添加実行条件が成立したら燃料添加が実施される。したがって、触媒床温や内燃機関１の燃焼が安定した後に、燃料添加による触媒温度の上昇が実行され、この燃料添加による触媒温度は所期の目標通りに上昇し、触媒床温が適正な温度範囲にコントロールされつつ、ＳＯｘ被毒回復が行われる。
（その他の実施の形態）
上記の実施の形態では、機関停止によりＳＯｘ被毒回復制御が中断した場合について述べたが、それ以外の原因、例えば、内燃機関１がアイドリング状態になったこと、または高速走行で排気温度がきわめて高いことに起因して、ＳＯｘ被毒回復制御が中断されるときがある。このような場合にも、上記の実施の形態で述べたように、内燃機関１の再始動後、所定時間が経過するまで、燃料添加を開始せず、ＳＯｘ被毒回復制御を再開しないように制御することができる。なお、ＳＯｘ被毒回復制御は、図２に示す領域ａの範囲外になるいずれの場合にも中断される。
【００６７】
ただし、ＳＯｘ被毒回復制御の中断原因のうち、内燃機関１がアイドリング状態になったときでは、アイドリング中でも触媒温度を低下させないような燃料添加の継続により、触媒温度がばらつきが生じない程度まで保持されていれば、所定時間の経過を待つことなく燃料添加を開始してもよい場合がある。また、高速走行等で排気温度が高い場合、排気温度がＳＯｘ被毒回復制御可能な温度領域まで低下したときには、内燃機関１の燃焼状態や触媒床温が不安定であることはないので、通常は、直ぐにＳＯｘ被毒回復制御を再開しても差し支えない。したがって、このような判断を本制御において行い、中断の原因によって所定時間をおかずに燃料添加を開始する場合を設定してもよい。
【００６８】
また、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。
【００６９】
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。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、中断されたＳＯｘ被毒回復制御を再開、継続するにあたり、触媒の過熱を防止することができる。
【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概略構成図である。
【図２】ＳＯｘ被毒回復制御の実行可能な領域を示す図である。
【図３】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・・・空燃比センサ
２４・・・排気温度センサ
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
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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けた場合、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）が保持される。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である。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流通させることで、初めて脱離が可能となる。
【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、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、排気中へ燃料の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】
ところで、上記の制御において、ＳＯｘ被毒回復制御の途中で機関が停止された場合、機関の再始動後に所定の制御実行条件、すなわち、機関回転、機関負荷及び触媒床温に基づき排気温度を上昇させる制御を実行可能な条件が整えば、ＳＯｘ被毒回復制御を継続するために、例えば、排気中への燃料添加の実行を開始していた（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−６１０５２号公報
【特許文献２】
特開２０００−８０９１４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、機関の再始動後、上記の制御実行条件が満たされたとしても、外気温、筒内温度、エキゾーストマニホールド温度、制御部品の応答性等の各種の要因で、機関の燃焼状態や触媒床温が安定しないことがある。かかる場合に、上記の燃料添加等によって排気温度を上昇させると、上記の不安定要素に起因して、必要以上に排気温度が上昇して触媒が過熱する虞がある。このような事態となれば、触媒の熱劣化の誘発、或いは触媒の溶損に至る可能性が生じてくる。
【０００８】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、中断されたＳＯｘ被毒回復制御を再開、継続するにあたり、触媒の過熱を防止するようにした内燃機関の排気浄化装置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、少なくとも内燃機関の燃焼状態や触媒床温が安定するまで、昇温手段による触媒の温度の上昇を開始させないようにした。
【００１０】
すなわち、第１の発明は、排気系に設置されるＮＯｘ触媒と、
このＮＯｘ触媒の温度を上昇させる昇温手段と、
を有し、
ＮＯｘ触媒に所定量以上のＳＯｘが吸蔵されたときは、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記昇温手段により前記ＮＯｘ触媒の温度を上昇させて、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたSＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復制御を実施する内燃機関において、
前記昇温手段による触媒の温度の上昇を制御するための要因が安定したか否かを判断する安定性判断手段と、
内燃機関の停止後であっても前記ＳＯｘ被毒回復制御の情報を保持するＳＯｘ被毒回復情報保持手段と、を備え、
前記ＳＯｘ被毒回復制御がその実行中に一旦中断された後に再開されるに際し、前記安定性判断手段が前記昇温手段による触媒の温度の上昇を制御する要因が安定したと判断したときに、前記ＳＯｘ被毒回復情報保持手段に保持されたＳＯｘ被毒回復制御の情報に基づいてＳＯｘ被毒回復制御を再開し継続することを特徴とする。
【００１１】
このようにして触媒の温度を上昇を制御する要因が安定した後にＳＯｘ被毒回復制御を再開すれば、不意に触媒の温度が上昇して触媒が過熱することを抑制できる。
【００１２】
第２の発明は、排気系に設置されるＮＯｘ触媒と、
このＮＯｘ触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
を有し、
ＮＯｘ触媒に所定量以上のＳＯｘが吸蔵されたときは、前記燃料供給手段により前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記ＮＯｘ触媒の温度を上昇させて、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたSＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復制御を実施する内燃機関において、
前記燃料供給手段により供給される燃料量を決定する要因が安定したか否かを判断する安定性判断手段と、
内燃機関の停止後であっても前記ＳＯｘ被毒回復制御の情報を保持するＳＯｘ被毒回復情報保持手段と、を備え、
前記ＳＯｘ被毒回復制御がその実行中に一旦中断された後に再開される際に、前記安定性判断手段が、前記燃料供給手段により供給される燃料量を決定する要因が安定したと判断したときに、前記ＳＯｘ被毒回復情報保持手段に保持されたＳＯｘ被毒回復制御の情報に基づいてＳＯｘ被毒回復制御を再開し継続することを特徴とする。
【００１３】
このようにすれば、ＳＯｘ被毒回復制御の再開後に、添加される燃料量が必要以上に増大して触媒温度が上昇し、触媒が過熱されることが抑制できる。
【００１４】
前記ＳＯｘ被毒回復制御は、例えば、内燃機関の停止又は所定のＳＯｘ被毒回復条件を満たさなくなったときに中断される。ＳＯｘ被毒回復制御の実行条件を満たさなくなる例としては、機関回転数が所定値以下となった場合、機関負荷が小さくなった場合、又は排気温度が高温となり触媒床温が過度に上昇してしまう虞がある場合等、である。
【００１５】
前記安定性判断手段は、内燃機関の停止によりＳＯｘ被毒回復制御が中断した場合は、内燃機関の再始動後に所定時間が経過したときに前記要因が安定したと判断することができる。例えば、触媒床温は、その触媒の部位による温度のばらつき等が原因で不安定になるが、内燃機関の再始動後に排気が触媒に流通して全体の温度が均一化されることで触媒床温が安定する。
【００１６】
前記昇温手段による触媒の温度の上昇を制御する要因としては、例えば、触媒温度、機関燃焼状態を例示することができる。
【００１７】
前記燃料供給手段により供給される燃料量を決定する要因としては、前記と同様に、例えば、触媒温度、機関燃焼状態を例示することができる。
【００１８】
本発明によれば、Ｓ０ｘ被毒回復制御が中断された後に再開された場合において、触媒床温や機関燃焼が安定するまではＳ０ｘ被毒回復条件及び触媒の温度を上昇させるための条件が成立していても、直ちにＳ０ｘ被毒回復制御を開始せず、上記の触媒温度を制御するための要因が安定したと判断された後に前記制御を開始するので、触媒温度が過度に上昇することが抑制される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気浄化装置の具体的な実施態様を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通し、この燃料ポンプ６から吐出された燃料は、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。
【００２３】
内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、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。
【００２４】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続され、吸気枝管８の直上流に位置する部位には、この吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。
【００２５】
また、吸気管９の上流に設置したエアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管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。
【００２６】
一方、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１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００２７】
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、下流にて大気へと通じている。
【００２８】
前記排気管１９の途中には、ＮＯｘ保持材を含む吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０（以下、単にＮＯｘ触媒とする。）が設けられている。ＮＯｘ触媒２０は、コージェライトのような多孔質材料から形成され、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。なお、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ2ストレージ）能のある例えばセリア（ＣｅＯ2）等の遷移金属が添加されている。
【００２９】
このＮＯｘ触媒２０は、このＮＯｘ触媒２０に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）を保持し、一方、このＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは保持していたＮＯｘを離脱させる。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、該ＮＯｘ触媒２０から離脱したＮＯｘが還元される。また、セリア（ＣｅＯ2）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。
【００３０】
ＮＯｘ触媒２０より上流の排気管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２４が取り付けられている。また、ＮＯｘ触媒２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気中のＮＯｘ濃度に対応した電気信号を出力するＮＯｘセンサ２２及び排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３が取り付けられている。
【００３１】
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がＮＯｘ触媒に保持されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長時間継続されると、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒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。
【００３２】
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触媒のＮＯｘ保持能力が飽和し易い。
【００３３】
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触媒のＮＯｘ保持能力が飽和する前にＮＯｘ触媒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触媒に保持されたＮＯｘを還元させる必要がある。
【００３４】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号参照）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。排気中の燃料添加では、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備え、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
また、内燃機関１には、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。
【００４０】
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：Electronic Control Unit）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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
ところで、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に保持されたＮＯｘを還元することが可能となる。しかし、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浄化率が低下する。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。このような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ＳＯｘ被毒解消処理を行う。
【００４４】
ここで、内燃機関１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料が内燃機関１で燃焼すると、二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が生成される。
【００４５】
そして、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）等のＳＯｘが白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ4 2-）の形でＮＯｘ触媒２０に保持される。さらに、ＮＯｘ触媒２０に吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ4）を形成する。この硫酸塩（ＢａＳＯ4）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）に比して安定していて分解し難く、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにＮＯｘ触媒２０内に残留してしまう。
【００４６】
ＮＯｘ触媒２０における硫酸塩（ＢａＳＯ4）の量が増加すると、それに応じてＮＯｘの保持に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ保持能力が低下する、いわゆるＳＯｘ被毒が発生する。
【００４７】
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（ＢａＳＯ4）をＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解し、次いでＳＯ3 -やＳＯ4 -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ＳＯ2 -に還元する方法を例示することができる。
【００４８】
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。
【００４９】
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。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。
【００５０】
このように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（ＢａＳＯ4）がＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解され、それらＳＯ3 -やＳＯ4 -が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒が回復されることになる。
【００５１】
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。
【００５２】
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し、空燃比が過剰なリッチとならないようにする。ここで、一度に多量の燃料を噴射する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。
【００５３】
このようなＳＯｘ被毒回復制御は、図２に示すように、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。この領域は、実質的には、内燃機関１から排出される排気温度が所定の範囲にある場合を示すものである。ＳＯｘ被毒回復制御は、その実行可能領域ａ内にある場合にのみ実行され、内燃機関１の運転状態がこの領域ａから外れた場合には中止される。また、当然ながら内燃機関１が停止されたときにもＳＯｘ被毒回復制御は中止される。
【００５４】
その後、内燃機関１の運転が再開され、かつその運転状態が、再び図２に示すＳＯｘ被毒回復制御の実施可能領域ａ内に移行したときは、この制御を再開、継続することが可能となる。
【００５５】
しかし、上記領域ａ内であっても、内燃機関１の停止後、ある程度の時間が経過した後に内燃機関１を再始動させると、例えば、触媒では、排気が流入する入口部分が高温になり、他の部分との温度差が生じることがある。このように、触媒の温度にばらつきが発生し、または、内燃機関１の燃焼状態が不安定であるときは、不安定なパラメータに基づいて昇温制御が実行されて、必要以上に触媒温度を上昇させる制御が行われる虞がある。すなわち、触媒床温を測定または推定して、これを上昇させるために排気中に燃料添加をする場合に、触媒床温のばらつきによって触媒温度を実際よりも低く認識して、必要量を超えた燃料添加を実施すれば、触媒温度が過度に上昇する場合がある。
【００５６】
そこで、次に述べる本発明の実施の形態１では、内燃機関１の停止によってＳ被毒回復制御が中断された場合には、内燃機関１の再始動後、所定の時間が経過するまで、すなわち触媒床温のばらつきが解消し、また、機関燃焼が安定するのに必要な時間が経過するまで上記制御を再開しないこととした。
【００５７】
次に、本発明の制御を、図３に示すＳＯｘ被毒回復制御のフローチャートに基づいて説明する。
【００５８】
ステップＳ１０１では、ＳＯｘ被毒回復条件が成立しているか否か判定する。条件としては、ＮＯｘ触媒２０に保持されたＳＯｘ量が所定量を超えたか等を例示することができる。ここで、ＳＯｘ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。
【００５９】
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。燃料中の硫黄成分によりＮＯｘ触媒２０が被毒するので、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。
【００６０】
また、ＳＯｘ被毒が進行すると吸蔵還元型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。更に、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。
【００６１】
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このルーチンを終了する。
【００６２】
ステップＳ１０２では、内燃機関１の再始動の経過時間がＸsec.以上か否かが判断される。
【００６３】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはこのルーチンを終了する。
【００６４】
ステップＳ１０３では、排気中への燃料添加判定条件が成立しているか否かが判定する。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被毒回復に適した温度Ａ℃からＢ℃の範囲（例えば、５５０〜７００℃の範囲）であるか、また排気の空燃比がストイキより小さいか否か等を例示することができる。
【００６５】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０４へ進み、燃料添加を実行する。一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合にはこのルーチンを終了する。
【００６６】
以上のように、本制御では内燃機関１の再始動後、ある閾値以上の時間が経過し、燃料添加実行条件が成立したら燃料添加が実施される。したがって、触媒床温や内燃機関１の燃焼が安定した後に、燃料添加による触媒温度の上昇が実行され、この燃料添加による触媒温度は所期の目標通りに上昇し、触媒床温が適正な温度範囲にコントロールされつつ、ＳＯｘ被毒回復が行われる。
（その他の実施の形態）
上記の実施の形態では、機関停止によりＳＯｘ被毒回復制御が中断した場合について述べたが、それ以外の原因、例えば、内燃機関１がアイドリング状態になったこと、または高速走行で排気温度がきわめて高いことに起因して、ＳＯｘ被毒回復制御が中断されるときがある。このような場合にも、上記の実施の形態で述べたように、内燃機関１の再始動後、所定時間が経過するまで、燃料添加を開始せず、ＳＯｘ被毒回復制御を再開しないように制御することができる。なお、ＳＯｘ被毒回復制御は、図２に示す領域ａの範囲外になるいずれの場合にも中断される。
【００６７】
ただし、ＳＯｘ被毒回復制御の中断原因のうち、内燃機関１がアイドリング状態になったときでは、アイドリング中でも触媒温度を低下させないような燃料添加の継続により、触媒温度がばらつきが生じない程度まで保持されていれば、所定時間の経過を待つことなく燃料添加を開始してもよい場合がある。また、高速走行等で排気温度が高い場合、排気温度がＳＯｘ被毒回復制御可能な温度領域まで低下したときには、内燃機関１の燃焼状態や触媒床温が不安定であることはないので、通常は、直ぐにＳＯｘ被毒回復制御を再開しても差し支えない。したがって、このような判断を本制御において行い、中断の原因によって所定時間をおかずに燃料添加を開始する場合を設定してもよい。
【００６８】
また、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。
【００６９】
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。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、中断されたＳＯｘ被毒回復制御を再開、継続するにあたり、触媒の過熱を防止することができる。
【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概略構成図である。
【図２】ＳＯｘ被毒回復制御の実行可能な領域を示す図である。
【図３】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・・・空燃比センサ
２４・・・排気温度センサ
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 (2)
- 排気系に設置される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
このＮＯｘ触媒の温度を上昇させる昇温手段と、
を有し、
前記ＮＯｘ触媒に所定量以上のＳＯｘが吸蔵されたときは、このＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記昇温手段により前記ＮＯｘ触媒の温度を上昇させて、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させるＳＯｘ被毒再生制御を実行する内燃機関において、
前記昇温手段によるＮＯｘ触媒の温度の上昇を制御するための要因である、触媒温度、機関燃焼状態のうちの少なくとも一つが安定したか否かを判断する安定性判断手段であって、機関再始動後に所定時間が経過したときに前記要因が安定したと判断する安定性判断手段と、
機関停止後であっても前記ＳＯｘ被毒回復制御の情報を保持するＳＯｘ被毒回復情報保持手段と、を備え、
前記ＳＯｘ被毒再生制御がその実行中に機関停止によって一旦中断された後に機関再始動後に再開するに際し、前記安定性判断手段が、機関再始動後に所定時間が経過して前記昇温手段による触媒の温度の上昇を制御する要因が安定したと判断したとき、前記ＳＯｘ被毒回復情報保持手段に保持されたＳＯｘ被毒再生制御の情報に基づいてＳＯｘ被毒回復制御を再開し継続することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 排気系に設置される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
このＮＯｘ触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
を有し、
前記ＮＯｘ触媒に所定量以上のＳＯｘが吸蔵されたときは、前記燃料供給手段により前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記ＮＯｘ触媒の温度を上昇させて、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させるＳＯｘ被毒再生制御を実施する内燃機関において、
前記燃料供給手段により供給される燃料量を決定する要因である、触媒温度、機関燃焼状態のうちの少なくとも一つが安定したか否かを判断する安定性判断手段であって、機関再始動後に所定時間が経過したときに前記要因が安定したと判断する安定性判断手段と、
機関停止後であっても前記ＳＯｘ被毒回復制御の情報を保持するＳＯｘ被毒回復情報保持手段と、を備え、
前記ＳＯｘ被毒再生制御がその実行中に機関停止によって一旦中断された後に機関再始動後に再開される際に、前記安定性判断手段が、機関再始動後に所定時間が経過して前記燃料供給手段により供給される燃料量を決定する要因が安定したと判断したときに、前記ＳＯｘ被毒回復情報保持手段に保持されたＳＯｘ被毒再生制御の情報に基づいてＳＯｘ被毒回復制御を再開し継続することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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