JP4337715B2

JP4337715B2 - 内燃機関の排気浄化システム

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Publication number: JP4337715B2
Application number: JP2004342389A
Authority: JP
Inventors: 孝宏大羽
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2024-11-26
Also published as: DE602005000924D1; JP2006152869A; EP1662107B1; EP1662107A1; DE602005000924T2

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。

内燃機関の排気浄化システムにおいては、酸化雰囲気のときは排気中のＮＯｘを保持し、還元雰囲気のときは保持しているＮＯｘを還元する、所謂吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する）を、内燃機関の排気通路に備えたものがある。

そして、このような内燃機関の排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒に保持された、ＮＯｘやＳＯｘ等の酸化物を還元する場合に、該ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とすべく該ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する技術が知られている。

また、このような内燃機関の排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に排気絞り弁を設け、該ＮＯｘ触媒に還元剤を供給するときに該排気絞り弁を閉弁状態とすると共に、内燃機関でのメイン燃料噴射量を増加させるものがある（例えば、特許文献１参照。）。

また、ＮＯｘ触媒に還元剤を供給するときに排気絞り弁を閉弁状態とすることでＥＧＲガス量を増加させ、それによって、排気の空燃比をリッチ状態にするものがある（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１１−２９４１４５号公報特開２００２−３０９９８７号公報特開平１０−５４２７０号公報

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触媒に保持された酸化物を還元するときに、ＮＯｘ触媒を還元雰囲気とする、即ち、該ＮＯｘ触媒の温度をある程度以上にまで上昇させ、且つ、該ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比をある程度以下にまで低下させる必要がある。

そして、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に排気絞り弁が設けられている場合、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させるときには、排気絞り弁を閉弁方向に制御して排気絞りを行う場合がある。これは、排気絞りを行った場合、内燃機関の機関負荷が増加し、該内燃機関から排出される排気の温度、即ち、ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が上昇するため、ＮＯｘ触媒をより速やかに昇温することが可能となるためである。

一方、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比をある程度以下にまで低下させときは、該ＮＯｘ触媒より上流側から該ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する場合がある。しかしながら、ＮＯｘ触媒より上流側から該ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する場合、前記排気絞り弁によって排気絞りが行われていると、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比が、ＮＯｘ触媒に保持されている酸化物が還元され得る空燃比にまで低下し難くなる。これは、前記排気絞り弁によって排気絞りが行われると、該排気絞り弁より上流側では排気の流速が低下するため、ＮＯｘ触媒より上流側で供給された還元剤が拡散し易くなるためである。ＮＯｘ触媒より上流側で供給された還元剤が拡散すると、ＮＯｘ触媒に還元剤をより集中的に供給することが困難となるため、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比が低下し難くなる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、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、ＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元するときに、ＮＯｘ触媒をより速やかに昇温させると共に、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比をより速やかに低下させることで、ＮＯｘ触媒に保持された酸化物をより効率よく還元す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、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元させる場合において、ＮＯｘ触媒を昇温させるときは、該ＮＯｘ触媒より下流側に設けられた排気絞り弁を閉弁状態とし、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を低下させるときは、前記排気絞り弁を開弁状態として該ＮＯｘ触媒より上流側から該ＮＯｘ触媒に還元剤を供給するものである。

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、
内燃機関の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触媒より上流側に設けられ、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流側の前記排気通路に設けられた排気絞り弁と、
規定条件が成立したときに、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を規定温度以上に上昇させ、且つ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を規定空燃比以下に低下させることで、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元する酸化物還元手段と、を備え、
前記酸化物還元手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元する場合、前記触媒温度検出手段によって検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記規定温度より低いときは前記排気絞り弁を閉弁状態とし、前記触媒温度検出手段によって検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記規定温度以上となったときは、前記排気絞り弁を開弁状態とすると共に前記還元剤供給手段から還元剤を供給することで前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を前記規定空燃比以下に低下させることを特徴とする。

ここで、規定条件とは、還元する酸化物の種類に応じて予め定められた条件である。この規定条件としては、還元しようとする酸化物のＮＯｘ触媒での保持量が規定量以上となった場合等が例示出来る。

また、規定温度および規定空燃比は、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比が該規定空燃比以下であって、且つ、ＮＯｘ触媒の温度が該規定温度以上であれば、ＮＯｘ触媒に保持されている酸化物が還元される温度および空燃比である。この規定温度および規定空燃比は、還元する酸化物の種類に応じて予め定められた値である。

本発明では、ＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元する場合、酸化物還元手段が、ＮＯｘ触媒の温度を規定温度以上に上昇させ、且つ、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を規定空燃比以下に低下させる。

そして、このときに、ＮＯｘ触媒の温度が規定温度より低いとき、即ち、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させるときは、酸化物還元手段は排気絞り弁を閉弁状態とする。ここで、排気絞り弁を閉弁状態とするとは、排気絞り弁を閉弁方向に制御することによって排気の流量が絞られる状態とすることである。排気絞り弁を閉弁状態とし排気の流量を絞ることで、ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度を上昇させることが出来るため、ＮＯｘ触媒の昇温をよ
り促進させることが出来る。

以上により、ＮＯｘ触媒を規定温度以上に上昇させるときは、ＮＯｘ触媒の温度をより速やかに上昇させることが出来る。

また、ＮＯｘ触媒の温度が規定温度以上となったときは、酸化物還元手段は、排気絞り弁を開弁状態とすると共に還元剤供給手段から還元剤を供給することでＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を規定空燃比以下に低下させる。ここで、排気絞り弁を開弁状態とするとは、排気絞り弁を閉弁状態としたときよりも該排気絞り弁の開度を大きい状態とすることであって、全開状態とする場合も含まれる。

排気絞り弁を開弁状態とすると、排気絞り弁を閉弁状態とした場合よりも、該排気絞り弁より上流側の排気の流速が上昇する。そのため、ＮＯｘ触媒より上流側から還元剤を供給するときに排気絞り弁を開弁状態とすることによって還元剤が拡散し難くなる。そのため、ＮＯｘ触媒により集中的に還元剤を供給することが可能となり、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を低下させ易くなる。

以上により、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を規定空燃比以下に低下させるときは、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比をより速やかに低下させることが出来る。

従って、本発明によれば、ＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元するときに、ＮＯｘ触媒をより速やかに昇温させると共に、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比をより速やかに低下させることが出来る。そのため、ＮＯｘ触媒に保持された酸化物をより効率よく還元することが出来る。

尚、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させる場合においても、排気絞り弁を閉弁状態とすると共に、還元剤供給手段によってＮＯｘ触媒に還元剤を供給しても良い。ＮＯｘ触媒に還元剤を供給すると、該還元剤がＮＯｘ触媒で酸化され、そのときの酸化熱によってＮＯｘ触媒を昇温させることが出来る。そして、このときに、排気絞り弁を閉弁状態とすると、該排気絞り弁より上流側の排気通路内の圧力が上昇するため、ＮＯｘ触媒における還元剤の酸化がより促進され易くなる。そのため、ＮＯｘ触媒の昇温がより促進されることになる。

本発明において、内燃機関によって駆動される補機の要求負荷を制御する補記要求負荷制御手段をさらに備えても良い。そして、この場合は、ＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元するときにおいて、排気絞り弁を開弁状態としたときは、補機要求負荷制御手段によって、排気絞り弁を閉弁状態としたときよりも補機の要求負荷を増加させても良い。

排気絞り弁を開弁状態とすると、排気絞り弁を閉弁状態としたときよりも内燃機関の機関負荷が低下するため、内燃機関から排出される排気の温度が低下する場合がある。そして、それに伴ってＮＯｘ触媒の温度が低下する虞がある。

そこで、上記制御では、排気絞り弁を開弁状態としたときは、排気絞り弁を閉弁状態としたときよりも補機の要求負荷を増加させる。補機の要求負荷を増加させることで、内燃機関の機関負荷を増加させることが出来る。つまり、排気絞り弁を開弁状態とすることによる内燃機関の機関負荷の低下を、補機の要求負荷を増加させることで抑制することが出来る。その結果、内燃機関から排出される排気の温度低下を抑制することが出来、以って、ＮＯｘ触媒の温度低下を抑制することが出来る。

本発明において、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設けられた排気絞り弁を第一の排気絞り弁とした場合、還元剤供給手段より下流側であって、且つ、ＮＯｘ触媒より上流側
の排気通路に設けられた第二の排気絞り弁をさらに備えても良い。そして、この場合は、酸化物還元手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元する場合において、酸化物還元手段は、ＮＯｘ触媒の温度が規定温度より低いとき、即ち、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させるときは、第一の排気絞り弁を閉弁状態とすると共に第二の排気絞り弁を開弁状態とし、ＮＯｘ触媒の温度が規定温度以上となったとき、即ち、還元剤供給手段から還元剤を供給することでＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を低下させるときは、第一の排気絞り弁を開弁状態とすると共に第二の排気絞り弁を閉弁状態としても良い。

上記構成の場合、第一の排気絞り弁を閉弁状態とすると共に第二の排気絞り弁を開弁状態とすると、第一の排気絞り弁のみの場合であって該第一の排気絞り弁を閉弁状態とした場合と同様、ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度を上昇させることが出来る。従って、上記制御によれば、ＮＯｘ触媒の温度を規定温度以上に上昇させるときには、ＮＯｘ触媒の温度をより速やかに上昇させることが出来る。

一方、第一の排気絞り弁を開弁状態とすると共に第二の排気絞り弁を閉弁状態とすると、第二の排気絞り弁の位置で排気の流量が絞られることになる。その結果、第二の排気絞り弁の上流側と下流側とで圧力差が生じるため、第一の排気絞り弁と第二の排気絞り弁との両方を開弁状態とした場合よりも、第二の排気絞り弁より下流側における排気の流速が上昇する。

そのため、第一の排気絞り弁を開弁状態とすると共に第二の排気絞り弁を閉弁状態として還元剤供給手段から還元剤を供給すると、第二の排気絞り弁より下流側においては還元剤がより拡散し難くなる。その結果、第二の排気絞り弁より下流側にあるＮＯｘ触媒の周囲により集中的に還元剤を供給することが可能となる。従って、上記制御によれば、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を規定空燃比以下に低下させるときには、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気をより速やかに低下させることが出来る。

本発明によれば、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、ＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元するときに、ＮＯｘ触媒をより速やかに昇温させると共に、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比をより速やかに低下させることが出来る。そのため、ＮＯｘ触媒に保持された酸化物をより効率よく還元することが出来る。

以下、本発明に係る内燃機関の触媒昇温システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。

＜内燃機関及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及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機関である。内燃機関１の気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室には、吸気ポート４と排気ポート５とが接続されている。吸気ポート４および排気ポート５の燃焼室への開口部は、それぞれ吸気弁６および排気弁７によって開閉される。吸気ポート４および排気ポート５は、それぞれ吸気通路８および排気通路９に接続されている。また、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１０が設けられている。

排気通路９には、ＮＯｘ触媒１１が設けられている。排気通路９において、ＮＯｘ触媒１１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１６が設けられて
いる。また、排気通路９において、ＮＯｘ触媒１１より下流側には、排気流量を制御する排気絞り弁１２が設けられている。

燃料添加弁１６より下流側、且つ、ＮＯｘ触媒１１より上流側の排気通路９には、排気温度に対応した電気信号を出力する上流側排気温度センサ１３、及び、排気空燃比に対応した電気信号を出力する排気空燃比センサ１５が設けられている。また、ＮＯｘ触媒１１より下流側、且つ、排気絞り弁１２より上流側には、排気温度に対応した電気信号を出力する下流側排気温度センサ１４が設けられている。

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ＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０には、上流側排気温度センサ１３や、下流側排気温度センサ１４、排気空燃比センサ１５等の各種センサが電気的に接続されている。各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。ＥＣＵ２０は、上流側排気温度センサ１３および／または下流側排気温度センサ１４の出力値に基づいてＮＯｘ触媒１１の温度を推定する。また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁１０や、燃料添加弁１６、排気絞り弁１２が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。さらに、ＥＣＵ２０には、内燃機関１を駆動力とするオルタネータ１７が電気的に接続されており、該オルタネータ１７の要求負荷がＥＣＵ２０によって制御される。尚、本実施例においては、本発明に係る補機が該オルタネータ１７を含んで構成される。

＜ＮＯｘ還元制御＞
次に、本実施例に係るＮＯｘ還元制御について説明する。本実施例においては、ＮＯｘ触媒１１に保持されたＮＯｘを還元する場合、ＮＯｘ触媒１１の温度を規定温度Ｔｃ以上に上昇させ、且つ、ＮＯｘ触媒１１の周囲雰囲気の空燃比を規定空燃比Ｒａｆ以下に低下させるＮＯｘ還元制御を実行する。

ここで、規定温度Ｔｃおよび規定空燃比Ｒａｆは、それぞれ、ＮＯｘ触媒１１に保持されたＮＯｘを還元することが可能となる温度および空燃比の閾値であって、実験等によって予め定められた値である。尚、規定温度Ｔｃは、ＮＯｘ触媒１１の活性温度Ｔｒの下限値よりも高い値である。

本実施例に係るＮＯｘ還元制御において、ＮＯｘ触媒１１の温度が規定温度Ｔｃより低いとき、即ち、該ＮＯｘ触媒１１の温度を上昇させるときは、排気絞り弁１２を閉弁状態とすることで排気絞りを行う。これによって、内燃機関１の機関負荷が増加する。つまり、燃料噴射弁１０による主燃料噴射によって噴射される燃料が増加する。そのため、内燃機関１から排出される排気の温度、即ち、ＮＯｘ触媒１１に流入する排気の温度が上昇するため、ＮＯｘ触媒１１をより速やかに昇温させることが可能となる。

さらに、ＮＯｘ触媒１１の温度が、規定温度Ｔｃより低く、且つ、活性温度Ｔｒ以上のときは、排気絞り弁１２を閉弁状態とすると共に、燃料添加弁１６から排気中に燃料を添加することでＮＯｘ触媒１１に燃料を供給する。以下、燃料添加弁１６からの排気中への燃料添加を排気燃料添加と称する。

ＮＯｘ触媒１１に燃料が供給されると、該燃料がＮＯｘ触媒１１で酸化され、そのときの酸化熱によってＮＯｘ触媒１１の温度が上昇する。また、本実施例では、排気絞り弁１２を閉弁状態とすることで該排気絞り弁１２より上流側の排気通路９内の圧力が上昇している状態で、ＮＯｘ触媒１１に還元剤が供給される。そのため、ＮＯｘ触媒１１における燃料の酸化がより促進され易い。従って、ＮＯｘ触媒１１の昇温がより促進されることになる。

以上により、ＮＯｘ触媒１１を規定温度Ｔｃ以上に上昇させるときは、ＮＯｘ触媒１１をより速やかに昇温させることが出来る。

そして、本実施例に係るＮＯｘ還元制御において、ＮＯｘ触媒１１の温度が規定温度Ｔｃ以上となったときは、排気絞り弁１２を開弁状態とすると共に、ＮＯｘ触媒１１に流入する排気の空燃比を規定空燃比Ｒａｆ以下に低下させるべく燃料添加弁１６によって排気燃料添加を実行する。ＮＯｘ触媒１１に流入する排気の空燃比を規定空燃比Ｒａｆ以下とすることで、ＮＯｘ触媒１１の周囲雰囲気の空燃比を規定空燃比Ｒａｆ以下とすることが出来る。

ここで、ＮＯｘ触媒１１に流入する排気の空燃比を規定空燃比Ｒａｆ以下に低下させるべく燃料添加弁１６によって排気燃料添加を実行したときの排気空燃比の変化について図２に示すタイムチャートに基づいて説明する。図２の排気燃料添加においては、排気燃料添加を実行しているときをＯＮとし、排気燃料添加を休止しているときをＯＦＦとする。また、図２の排気空燃比において、実線は、排気絞り弁１２を開弁状態として燃料添加弁１６から燃料を添加した場合を表し、一点鎖線は、排気絞り弁１２を閉弁状態として燃料添加弁１６から燃料を添加した場合を表している。また、図２の排気空燃比において、破線は規定空燃比Ｒａｆを表している。

ＮＯｘ触媒１１に流入する排気の空燃比を規定空燃比Ｒａｆ以下とすべく燃料添加弁１６によって排気燃料添加を実行する場合、ＮＯｘ触媒１１の過昇温等を抑制するために、図２に示すように、燃料添加弁１６から燃料を間欠的に添加する。以下、このような間欠的な排気燃料添加を間欠排気燃料添加と称する。

ここで、排気絞り弁１２を閉弁状態として排気燃料添加を実行した場合、排気絞り弁１２より上流側の排気通路９における排気の流速が低下しているために、燃料添加弁１６から添加された燃料が拡散し易い。その結果、図２に示すように、排気空燃比が規定空燃比Ｒａｆ以下にまで低下し難くなる。

一方、排気絞り弁１２を開弁状態として排気燃料添加を実行すると、排気絞り弁１２を閉弁状態として排気燃料添加を実行したときよりも、該排気絞り弁１２より上流側の排気通路９における排気の流速が上昇しているために、燃料添加弁１６から添加された燃料が拡散し難い。その結果、図２に示すように、排気空燃比が規定空燃比Ｒａｆ以下にまで低下し易くなる。

そのため、本実施例に係るＮＯｘ還元制御では、ＮＯｘ触媒１１の周囲雰囲気の空燃比を規定空燃比Ｒａｆ以下にまで低下させるときは、排気絞り弁１２を開弁状態として燃料添加弁１６による間欠排気燃料添加を実行する。

これにより、ＮＯｘ触媒１１の周囲雰囲気の空燃比を規定空燃比Ｒａｆ以下に低下させるときは、ＮＯｘ触媒１１の周囲雰囲気の空燃比をより速やかに低下させることが出来る。

＜ＮＯｘ還元制御の制御ルーチン＞
以下、本実施例に係るＮＯｘ還元制御の制御ルーチンについて、図３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、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、クランクシャフトが規定クランク角回転する毎に実行される。

本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において、ＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したか否かを判別する。ＮＯｘ還元制御の実行条件としては、ＮＯｘ触媒１１に保持
されたＮＯｘ量が第一規定ＮＯｘ量以上となったと判断出来る場合を例示することが出来る。また、ＮＯｘ還元制御の実行条件を、前回のＮＯｘ還元制御の実行が終了してからの燃料噴射弁１０からの燃料噴射量の積算値が規定量以上となった場合や、前回のＮＯｘ還元制御の実行が終了してからの車両の走行距離が規定距離以上となった場合としても良い。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は本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ１０２において、ＥＣＵ２０は、ＮＯｘ触媒１１の温度が規定温度Ｔｃ以上であるか否かを判別する。Ｓ１０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０３に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０７に進む。

Ｓ１０７において、ＥＣＵ２０は、ＮＯｘ触媒１１の温度が活性温度Ｔｒ以上であるか否かを判別する。Ｓ１０７において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０８に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０９に進む。

Ｓ１０８に進んだＥＣＵ２０は、排気絞り弁１２を閉弁状態とすると共に、燃料添加弁１６によって排気燃料添加を実行する。このとき、排気絞り弁１２の開度は可及的に小さくするのが好ましい。また、燃料添加弁１６からの燃料添加量は、現時点でのＮＯ触媒１１の温度と規定温度Ｔｃとの差に基づいて決定する。Ｓ１０８において、排気絞り弁１２を閉弁状態とすると共に、燃料添加弁１６によって排気燃料添加を実行した後、ＥＣＵ２０はＳ１０２に戻る。

一方、Ｓ１０９に進んだＥＣＵ２０は、排気絞り弁１２を閉弁状態とし、その後、Ｓ１０７に戻る。Ｓ１０９においても、前記と同様、排気絞り弁１２の開度は可及的に小さくするのが好ましい。Ｓ１０９において、排気絞り弁１２を閉弁状態とした後、ＥＣＵ２０はＳ１０７に戻る。

また、Ｓ１０３において、ＥＣＵ２０は排気絞り弁１２を開弁状態とする。このとき、排気絞り弁１２の開度は可及的に大きくするのが好ましい。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４に進み、燃料添加弁１６によって間欠排気燃料添加を実行する。このとき、燃料添加弁１６によって添加する燃料添加量は、ＮＯｘ触媒１１に流入する排気の現時点での排気空燃比と規定空燃比Ｒａｆとの差に基づいて決定する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５に進み、オルタネータ１７の発電量を増加させることで、該オルタネータ１７の要求負荷を増加させる。

Ｓ１０３において排気絞り弁１２を開弁状態とした場合、排気絞り弁１２を閉弁状態とした場合よりも内燃機関１の機関負荷が低下するため、内燃機関１に流入する排気の温度が低下する場合がある。そして、それに伴いＮＯｘ触媒１１の温度が低下する虞がある。

そこで、Ｓ１０５においてオルタネータ１７の要求負荷を増加させることで、内燃機関１の機関負荷の低下を抑制する。これにより、内燃機関１から排出される排気の温度低下を抑制することが出来、以って、ＮＯｘ触媒１１の温度低下を抑制することが出来る。尚、ここでのオルタネータ１７の要求負荷の増加量は、Ｓ１０３において排気絞り弁１２を開弁状態とすることよる内燃機関１の機関負荷の低下量に基づいて決定される。

尚、排気絞り弁１２を開弁状態とすることよる内燃機関１の機関負荷の低下量がある程度以上大きい場合は、オルタネータ１７の要求負荷を増加させると共に、ＮＯｘ触媒１１の周囲雰囲気の空燃比を低下させるべく燃料添加弁１６によって間欠排気燃料添加を実行
した時において燃料添加の休止期間となるべき期間に、さらに、燃料添加弁１６から燃料添加を行っても良い。

これにより、ＮＯｘ触媒１１に供給される燃料が増加するため、該ＮＯｘ触媒１１での燃料の酸化によって発生する熱量が増加することになる。そのため、内燃機関１の機関負荷の低下量が大きい場合であっても、ＮＯｘ触媒１１の温度低下を抑制することが可能となる。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６に進み、ＮＯｘ還元制御の実行終了条件が成立したか否かを判別する。ここで、ＮＯｘ還元制御の実行終了条件としては、ＮＯｘ触媒１１に保持されたＮＯｘ量が、第一規定ＮＯｘ量より小さい値である第二規定ＮＯｘ量以下となったと判断出来る場合を例示することが出来る。また、ＮＯｘ還元制御の実行終了条件を、燃料添加弁１６による間欠排気燃料添加の実行が開始されてからの経過時間が規定時間以上となった場合としても良い。Ｓ１０６において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了し、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０６に戻る。

以上説明した制御ルーチンによれば、ＮＯｘ触媒１１を昇温させるときは排気絞り弁１２が閉弁状態にされ、ＮＯｘ触媒１１の周囲雰囲気の空燃比を低下させるときは、排気絞り弁１２が開弁状態にされて燃料添加弁１６による排気燃料添加が実行される。

従って、本実施例によれば、ＮＯｘ触媒１１に保持されたＮＯｘを還元するときに、ＮＯｘ触媒１１をより速やかに昇温させると共に、ＮＯｘ触媒１１の周囲雰囲気の空燃比をより速やかに低下させることが出来る。そのため、ＮＯｘ触媒１１に保持されたＮＯｘをより効率よく還元することが出来る。

尚、ＮＯｘ触媒１１に保持されたＳＯｘを還元する場合においても、本実施例に係るＮＯｘ還元制御と同様に、燃料添加弁１６と排気絞り弁１２とを制御しても良い。つまり、ＮＯｘ触媒１１に保持されたＳＯｘを還元する場合においても、ＮＯｘ触媒１１を昇温させるときは排気絞り弁１２を閉弁状態とし、ＮＯｘ触媒１１の周囲雰囲気の空燃比を低下させるときは、排気絞り弁１２を開弁状態にして燃料添加弁１６による排気燃料添加を実行しても良い。これにより、ＮＯｘ触媒１１に保持されたＳＯｘをより効率よく還元することが出来る。

また、燃料添加弁１６による排気燃料添加に換えて、燃料噴射弁１０によって、燃焼サイクルにおける、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、非着火の時期に燃料を噴射するポスト燃料噴射を実行しても良い。ここで、非着火の時期とは、気筒２内に燃料が噴射されたときに、噴射された燃料のほとんどが着火しない時期のことである。

また、本実施例では、ＮＯｘ触媒１１を昇温させる場合において燃料添加弁１６による排気燃料添加を実行するのは、ＮＯｘ触媒１１の温度が活性温度Ｔｒ以上の場合とした。しかしながら、ＮＯｘ触媒１１の温度が活性温度Ｔｒより低い場合であっても、内燃機関１の機関負荷がある程度低い場合は、燃料添加弁１６による排気燃料添加を実行するとしても良い。

内燃機関１の機関負荷が低い場合は排気通路９における排気の流速が低いため、燃料添加弁１６から添加された燃料がＮＯｘ触媒１１に付着し易い。そして、ＮＯｘ触媒１１に付着した燃料は、該ＮＯｘ触媒１１が活性温度Ｔｒ以上となると酸化されるため、該ＮＯｘ触媒１１の昇温がより促進されることになる。

＜内燃機関及びその吸排気系の概略構成＞
図４は、本実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。本実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成は、燃料添加弁１６より下流側であって、且つ、上流側排気温度センサ１３及び排気空燃比センサ１５より上流側の排気通路９に、排気絞り弁１８が設けられている点のみが、上述した実施例１と異なる。その他の構成は実施例１と同様であるため、同様の構成には同様の参照番号を付しその説明を省略する。

本実施例においては、排気絞り弁１２を第一排気絞り弁１２とし、排気絞り弁１８を第二排気絞り弁１８とする。

＜ＮＯｘ還元制御の制御ルーチン＞
次に、本実施例に係るＮＯｘ還元の制御ルーチンについて、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。尚、本ルーチンは、上述した実施例１に係るＮＯｘ還元制御の制御ルーチンのＳ１０３およびＳ１０８、Ｓ１０９を、それぞれ、Ｓ２０１およびＳ２０８、Ｓ２０９に置換えたものである。これら以外のステップは実施例１と同様であるため、ここではＳ２０１およびＳ２０８、Ｓ２０９についてのみ説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、クランクシャフトが規定クランク角回転する毎に実行される。

本ルーチンでは、Ｓ１０７において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０８に進む。Ｓ２０８において、ＥＣＵ２０は、第一排気絞り弁１２を閉弁状態とすると共に、第二排気絞り弁１８を開弁状態とする。そして、燃料添加弁１６によって排気燃料添加を実行する。このとき、実施例１と同様、第一排気絞り弁１２の開度は可及的に小さくするのが好ましい。また、燃料添加弁１６からの燃料添加量は、実施例１と同様、現時点でのＮＯ触媒１１の温度と規定温度Ｔｃとの差に基づいて決定する。Ｓ２０８において、排気絞り弁１２を閉弁状態とすると共に、第二排気絞り弁１８を開弁状態とし、さらに、燃料添加弁１６によって排気燃料添加を実行した後、ＥＣＵ２０はＳ１０２に戻る。

一方、本ルーチンでは、Ｓ１０７において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０９に進む。Ｓ２０９において、ＥＣＵ２０は、第一排気絞り弁１２を閉弁状態とすると共に、第二排気絞り弁１８を開弁状態とする。Ｓ２０９においても、前記と同様、第一排気絞り弁１２の開度は可及的に小さくするのが好ましい。Ｓ２０９において、排気絞り弁１２を閉弁状態とすると共に、第二排気絞り弁１８を開弁状態した後、ＥＣＵ２０はＳ１０７に戻る。

また、本実施例では、Ｓ１０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０３に進む。Ｓ２０３において、ＥＣＵ２０は、第一排気絞り弁１２を開弁状態とすると共に、第二排気絞り弁１８を閉弁状態とする。このとき、実施例１と同様、第一排気絞り弁１２の開度は可及的に大きくするのが好ましい。Ｓ２０３において、第一排気絞り弁１２を開弁状態とすると共に、第二排気絞り弁１８を閉弁状態とした後、ＥＣＵ２０はＳ１０４に進む。

本実施例に係る構成の場合、第一排気絞り弁１２を閉弁状態とすると共に第二排気絞り弁１８を開弁状態とすると、実施例１のように、第一排気絞り弁１２のみの場合であって該第一排気絞り弁１２を閉弁状態とした場合と同様、ＮＯｘ触媒１１に流入する排気の温度を上昇させることが出来、また、第一排気絞り弁１２より上流側の排気通路９内の圧力を上昇させることが出来る。

従って、上記ＮＯｘ還元制御の制御ルーチンにおけるＳ２０８およびＳ２０９のように、ＮＯｘ触媒１１の温度を規定温度Ｔｃ以上に上昇させるときに、第一排気絞り弁１２を
閉弁状態とすると共に第二排気絞り弁１８を開弁状態とすることで、ＮＯｘ触媒１１の温度をより速やかに上昇させることが出来る。

一方、本実施例に係る構成の場合、第一排気絞り弁１２を開弁状態とすると共に第二排気絞り弁１８を閉弁状態とすると、第二排気絞り弁１８の位置で排気の流量が絞られることになる。その結果、第二排気絞り弁１８の上流側と下流側とで圧力差が生じるため、第一排気絞り弁１２と第二排気絞り弁１８との両方を開弁状態とした場合よりも、第二排気絞り弁１２より下流側における排気の流速が上昇する。

そのため、第一排気絞り弁１２を開弁状態とすると共に第二排気絞り弁１８を閉弁状態として排気添加を実行すると、第二排気絞り弁１８より下流側においては燃料がより拡散し難くなる。その結果、ＮＯｘ触媒１１の周囲により集中的に燃料を供給することが可能となる。

従って、上記ＮＯｘ還元制御の制御ルーチンにおけるＳ２０３のように、ＮＯｘ触媒１１の周囲雰囲気を規定空燃比Ｒａｆ以下に低下させるときに、第一排気絞り弁１２を開弁状態とすると共に第二排気絞り弁１８を閉弁状態とすることで、ＮＯｘ触媒１１の周囲雰囲気をより速やかに低下させることが出来る。

以上説明したように、本実施例によれば、ＮＯｘ触媒１１に保持されたＮＯｘを還元するときに、ＮＯｘ触媒１１をより速やかに昇温させると共に、ＮＯｘ触媒１１の周囲雰囲気の空燃比をより速やかに低下させることが出来る。そのため、ＮＯｘ触媒１１に保持されたＮＯｘをより効率よく還元することが出来る。

尚、ＮＯｘ触媒１１に保持されたＳＯｘを還元する場合においても、本実施例に係るＮＯｘ還元制御と同様に、燃料添加弁１６および第一排気絞り弁１２、第二排気絞り弁１８を制御しても良い。これにより、ＮＯｘ触媒１１に保持されたＳＯｘをより効率よく還元することが出来る。

また、実施例１と同様、燃料添加弁１６による排気燃料添加に換えてポスト燃料噴射を実行しても良い。

また、実施例１と同様、ＮＯｘ触媒１１を昇温させる場合において、ＮＯｘ触媒１１の温度が活性温度Ｔｒより低い場合であっても、内燃機関１の機関負荷がある程度低い場合は、燃料添加弁１６による排気燃料添加を実行するとしても良い。

本発明の実施例１に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成図。燃料添加弁によって排気燃料添加を実行したときの排気空燃比の変化を示すタイムチャート。本発明の実施例１に係るＮＯｘ還元制御の制御ルーチンを示すフローチャート。本発明の実施例２に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成図。本発明の実施例２に係るＮＯｘ還元制御の制御ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
９・・・排気通路
１０・・燃料噴射弁
１１・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
１２・・排気絞り弁（第一排気絞り弁）
１３・・上流側排気温度センサ
１４・・下流側排気温度センサ
１５・・排気空燃比センサ
１６・・燃料添加弁
１７・・オルタネータ
１８・・第二排気絞り弁
２０・・ＥＣＵ

Claims

内燃機関の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触媒より上流側に設けられ、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流側の前記排気通路に設けられた排気絞り弁と、
規定条件が成立したときに、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を規定温度以上に上昇させ、且つ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を規定空燃比以下に低下させることで、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元する酸化物還元手段と、
前記内燃機関によって駆動される補機の要求負荷を制御する補機要求負荷制御手段と、を備え、
前記酸化物還元手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元する場合、前記触媒温度検出手段によって検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記規定温度より低いときは前記排気絞り弁を閉弁状態とし、前記触媒温度検出手段によって検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記規定温度以上となったときは、前記排気絞り弁を開弁状態とすると共に前記還元剤供給手段から還元剤を供給することで前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を前記規定空燃比以下に低下させ、
且つ、前記酸化物還元手段によって、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元する場合において、前記排気絞り弁を開弁状態としたときは、前記補機要求負荷制御手段によって、前記排気絞り弁を閉弁状態としたときよりも前記補機の要求負荷を増加させることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
前記排気絞り弁を第一の排気絞り弁とし、
前記還元剤供給手段より下流側であって、且つ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の前記排気通路に設けられた第二の排気絞り弁をさらに備え、
前記酸化物還元手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元する場合において、前記触媒温度検出手段によって検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記規定温度より低いときは、前記第一の排気絞り弁を閉弁状態とすると共に前記第二の排気絞り弁を開弁状態とし、前記触媒温度検出手段によって検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記規定温度以上となったときは、前記第一の排気絞り弁を開弁状態とすると共に前記第二の排気絞り弁を閉弁状態とする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。