JP4389609B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、ＮＯｘ吸収剤の上流側及び下流側に酸素濃度センサを設け、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるための還元リッチ化の実行中において、下流側の酸素濃度センサの値が、上流側の酸素濃度センサの値に基づいて設定される所定基準値を越えたときに還元リッチ化を終了する内燃機関の排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２９９４６６号公報 特開平９−３０３１９３号公報 特開２００２−１８８４３０号公報

しかしながら、上記のような従来技術に係る排気浄化装置が、内燃機関として、例えば、ディーゼルエンジンに適用された場合には、以下のような問題が生じることが懸念される。

上記のような従来技術において、還元リッチ化を実行する還元手段は、機関に供給する混合気の空燃比をリッチ化するものであるが、ディーゼルエンジンにおいては、機関に供給する混合気の空燃比をリッチ化することは困難であるため、排気通路に設けられた還元剤添加弁から排気系に燃料として軽油を供給することにより排気の空燃比をリッチ化することが行われている。

ここで、還元剤添加弁を通じて排気系に供給される軽油は、液滴（霧）状に拡散するものであって、軽油は蒸発性が低いため、ガス（気体）状となることなくＮＯｘ吸収剤まで移送される場合がある。そして、ＮＯｘ吸収剤に達した液滴状の軽油のうち、同触媒の表面に接触し、ＮＯｘ吸収剤に実質的に作用するのは一部のみであり、その他の部分はＮＯｘ吸収剤を素通りし、過剰分として下流に放出されてしまう場合がある。このような場合には、ＮＯｘ吸収剤の上流側や下流側に設けられた酸素濃度センサで排気の空燃比を精度良く検出することは困難であって、還元リッチ化を正常に実行することができなくなってしまうことが懸念される。軽油が過剰分として下流に放出された状態のままとなってしまうと、排気エミッションの悪化や燃料消費率の悪化を招いてしまう。

本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気系に還元剤を添加してＮＯｘ触媒を還元する内燃機関の排気浄化装置において、排気エミッションの悪化や燃料消費率の悪化を抑制することのできる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の触媒が第２の触媒の上流側に配設されるように、内燃機関の排気通路に第１及び第２の触媒を設け、さらに、第１及び第２の触媒間と、第２の触媒の下流側とにそれぞれ第１及び第２の空燃比検出手段を設けることにより、燃料や第１の触媒を還元する還元剤が第１の触媒をすり抜けてしまう（触媒で反応せず（触媒に作用せず）に触媒を素通りして過剰分として下流に放出されてしまう、触媒を通過してしまう）ことを抑制することを要旨とする。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、具体的には、希薄燃焼可能な内燃機関の排気
通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（第１の触媒に相当）と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられ、酸化能を有する触媒（第２の触媒に相当）と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記酸化能を有する触媒との間の排気通路内の排気の空燃比を検出する第１の空燃比検出手段と、
前記酸化能を有する触媒の下流側の排気通路内の排気の空燃比を検出する第２の空燃比検出手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路内に液滴状の還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段による還元剤の供給時に、前記第１の空燃比検出手段による検出結果が所定のリーン空燃比であり、前記第１の空燃比検出手段による出力と前記第２の空燃比検出手段による出力との差が所定値以上であると判断した場合に、前記還元剤供給手段により供給される所定時間当たりの還元剤の量を減量させる制御手段と、
を備えることを特徴とする。

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒という場合もある）を還元する場合には、還元剤として、例えば、燃料（軽油）がＮＯｘ触媒に添加される。この添加された燃料（以下、添加燃料という場合もある）は、ＮＯｘ触媒の温度が比較的低い場合等（例えば、貴金属触媒が活性温度より低い場合）においては、ＮＯｘ触媒をすり抜けてしまう場合がある。

これは、還元剤供給手段により供給される添加燃料は液滴（霧）状であって、添加燃料が液滴状のままＮＯｘ触媒まで移送されることによるものである。そして、ＮＯｘ触媒に達した液滴状の添加燃料のうち、同触媒の表面に接触し、ＮＯｘ触媒に実質的に作用するのは一部のみであり、その他の部分はＮＯｘ触媒を素通りし、過剰分として下流に放出されてしまう場合がある。このように、排気通路内に液滴状の添加燃料が存在する状態では、第１の空燃比検出手段で排気の空燃比を精度良く検出することは困難であり、排気通路内に液滴状の添加燃料が比較的多量に存在していても（例えば、リッチ空燃比であっても）、第１の空燃比検出手段はリーン空燃比を示すこととなる。

そして、ＮＯｘ触媒をすり抜けてしまった添加燃料は、ＮＯｘ触媒の下流側に設けられた酸化能を有する触媒によって酸化（浄化）される。ここで、ＮＯｘ触媒をすり抜けてしまう添加燃料の量が多い場合には、酸化能を有する触媒で浄化されずに下流へと流出してしまうこととなり、このような場合には、第２の空燃比検出手段は第１の空燃比検出手段の出力よりもリッチ側（空燃比がより濃い側）の出力を示すこととなる。

そこで、燃料添加時において、第１の空燃比検出手段による検出結果が所定のリーン空燃比であり、第１の空燃比検出手段による出力と第２の空燃比検出手段による出力との差が所定値以上である場合に、添加燃料の量を減量させる制御を行うことにより、ＮＯｘ触媒をすり抜けてしまう分の添加燃料を低減させることができる。

このように、添加燃料がＮＯｘ触媒をすり抜けてしまうことを抑制し、添加された分の添加燃料によってＮＯｘ触媒を還元することができるようになるので、燃料消費率の悪化を抑制することができる。また、酸化触媒よりも下流側へ流出してしまう燃料の量を低減することができるので、排気エミッションの悪化を抑制することができる。さらに、添加燃料がＮＯｘ触媒をすり抜けてしまうことを抑制することができるので、ＮＯｘ触媒の下流側に設けられる触媒を小型化する（酸化能をより小さいものとする）ことが可能となる。

ここで、制御手段は、還元剤供給手段により一時的に還元剤を供給する制御、いわゆる
リッチスパイク制御を行うことによって排気を還元雰囲気（排気の空燃比が理論空燃比以下）とすることによりＮＯｘ触媒を還元している。このようなリッチスパイク制御では、還元剤供給手段による還元剤の供給及び供給停止を複数回繰り返すことにより還元雰囲気を形成させている。

ところで、還元剤供給手段により供給された還元剤がＮＯｘ触媒で反応した場合、ＮＯｘ触媒の温度が上昇して過熱してしまうおそれがある。これを防止するために、１回の還元雰囲気（リッチスパイク制御）を複数回の還元剤の供給により形成させるとよい。

そして、（制御手段による還元剤減量制御前に）１回の還元雰囲気を形成するために複数回の還元剤が供給されていた時間を前記所定時間として、この所定時間当たりの還元剤の量を減量させるとよい。

そして、還元剤の量を減量させるには、１回の還元雰囲気を形成するために供給される還元剤の供給回数を減少させるとよい。１回の還元雰囲気を形成するために供給される還元剤の供給回数を減少させる方法としては、特に限定されるものではない。

例えば、還元剤の供給が１回の還元雰囲気を形成させるために行われていた複数回のうちの半分の回数を行うとした場合には、該複数回のうちの前半部分のみとしてもよいし、後半部分のみとしてもよいし、該複数回のうちの奇数回（または偶数回）のみ供給することとしてもよい。ここで、複数回のうちの奇数回（または偶数回）のみ供給するとは、還元剤の供給間隔を大きくするということもできる。また、（制御手段による還元剤減量制御前に）１回の還元雰囲気を形成するために行われていた還元剤供給の回数は変えずに、還元剤の供給間隔を大きくしてもよい。この場合、（制御手段による還元剤減量制御時に）１回の還元雰囲気を形成するために行われる還元剤供給の時間は（制御手段による還元剤減量制御前よりも）長くなる。

なお、ＮＯｘ触媒をすり抜けてしまった添加燃料の量に応じて、適宜、還元剤の供給回数や、還元剤の供給間隔（供給タイミング）を変更するものであってもよい。これには、例えば、還元剤の量を減量させたにもかかわらず、第１の空燃比検出手段による出力と第２の空燃比検出手段による出力との差が所定値以上ある場合に、還元剤を減量させる量をさらに大きくするとよい。この場合、還元剤の供給回数をさらに減らしたり、還元剤の供給間隔をさらに大きくするとよい。

このように、還元剤の量を減量させることにより、リッチスパイク制御によって形成される還元雰囲気が過濃となる（部分的に過濃となる場合も含む）ことを抑制することができるので、添加燃料がＮＯｘ触媒をすり抜けてしまうことを抑制することができるものである。

上記の構成において、前記制御手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が目標のリッチ空燃比となるように前記還元剤供給手段により還元剤を供給するものであって、前記所定のリーン空燃比と前記所定値とのうち少なくともいずれか一方を、該目標のリッチ空燃比に基づいて設定することも好ましい。

制御手段は、例えば、目標のリッチ空燃比が小さいほど、所定のリーン空燃比を小さくするとよい。また、目標のリッチ空燃比が小さいほど、所定値を小さくするとよい。

また、制御手段は、同一試験条件下において第１の空燃比検出手段による出力（値）と第２の空燃比検出手段による出力（値）との間に生じる差（センサバラツキ、個体差）を
考慮した値を所定値として、第１の空燃比検出手段による出力と第２の空燃比検出手段による出力との差を判断してもよい。

また、上記の構成において、前記制御手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、排気空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイク制御を実行するものであって、１回のリッチスパイク制御の間で前記第１の空燃比検出手段と前記第２の空燃比検出手段とによりそれぞれ検出された値のうち最もリッチ側となった値を、それぞれ前記第１の空燃比検出手段と前記第２の空燃比検出手段とによる出力とするとよい。

また、第１の触媒として酸化能を有する触媒が設けられた場合であっても、触媒の劣化などにより燃料が触媒をすり抜けてしまうことを抑制することができる。また、第１の触媒の上流側にさらに触媒が設けられていてもよい。

本発明によれば、内燃機関の排気系に還元剤を添加してＮＯｘ触媒を還元する内燃機関の排気浄化装置において、排気エミッションの悪化や燃料消費率の悪化を抑制することが可能となる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関としてディーゼルエンジンを説明するための概略断面図である。まず、内燃機関の基本構造及び機能について説明する。

図１において、内燃機関１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気系３０及び排気系４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンである。

先ず、燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、コモンレール１２、燃料噴射弁１３、遮断弁１４、調量弁１５、還元剤添加弁１６、機関燃料通路Ｐ１及び添加燃料通路Ｐ２等を備えて構成される。

サプライポンプ１１は、燃料タンク（図示略）から汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は、サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３に分配する。燃料噴射弁１３は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料を噴射供給する。

他方、サプライポンプ１１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を添加燃料通路Ｐ２を介して還元剤添加弁１６に供給する。添加燃料通路Ｐ２には、サプライポンプ１１から還元剤添加弁１６に向かって遮断弁１４及び調量弁１５が順次配設されている。遮断弁１４は、緊急時において添加燃料通路Ｐ２を遮断し、燃料供給を停止する。調量弁１５は、還元剤添加弁１６に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。

還元剤添加弁１６は、燃料噴射弁１３と同じくその内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、還元剤として機能する燃料を、適宜の量、適宜のタイミングで排気系４０に設けられた触媒４１上流に添加供給する。還元剤添加弁１６に供給される燃圧が調量弁１５により調整されることによって、還元剤添加弁１６から排気系４０に供給される量が調整される。ここで、還元剤添加弁１６は、還元剤供給手段を構成している。

吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成している。一方、排気系４０は、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成している。

また、排気系４０において、排気系４０及びＥＧＲ通路５０の連絡部位の下流には２つの触媒が設けられている。２つの触媒のうち上流側に設けられた触媒４１は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒４１という）であり、下流側に設けられた触媒４２は、酸化能を有する触媒（以下、酸化触媒４２という）である。

また、内燃機関１の各部位には、各種センサが取り付けられており、当該部位の環境条件や、内燃機関１の運転状態に関する信号を出力する。例えば、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ６１，６２は、排気系４０のそれぞれ配設された部位において排気中の空燃比に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。ここで、Ａ／Ｆセンサ６１，６２は、それぞれ第１，第２の空燃比検出手段を構成している。また、アクセルポジションセンサ（図示略）はアクセルペダル（図示略）の踏み込み量に応じた検出信号を出力する。クランク角センサ（図示略）は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。

これら各センサは、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６０と電気的に接続されている。

ＥＣＵ６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ、タイマーカウンタ等を備え、これら各部と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路と、外部出力回路とが双方向性バスにより接続されて構成される論理演算回路を備える。ここで、ＥＣＵ６０は制御手段を構成している。

このように構成されたＥＣＵ６０は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づき燃料噴射弁１３や還元剤添加弁１６の開閉弁動作に関する制御等、内燃機関１の運転状態に関する各種制御を実施する。

次に、ＮＯｘ触媒４１についてさらに詳しく説明する。

このＮＯｘ触媒４１は、該触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比（理論空燃比以上、排気が酸化雰囲気）であるときには、排気中のＮＯｘを吸蔵（吸収、吸着）して大気中に放出しないようにし、該触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比（理論空燃比以下、排気が還元雰囲気）となったときには、吸蔵していたＮＯｘを還元して除去するものである。

このため、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（酸化雰囲気）となり排気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４１に吸蔵されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒４１にて吸蔵されずに大気中へ放出されてしまう。

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４１のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し易い。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、Ａ／Ｆ（空燃比）＝２０〜５０で、三元触媒ではＮＯｘを浄化できない領域を意味する。

従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前にＮＯｘ触媒４１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の濃度を高め、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されたＮＯｘを還元させる必要がある。そこで、ＥＣＵ６０が、ＮＯｘ触媒４１に流入する排気の空燃比を比較的短い周期でスパイク的（短時間）にリッチ空燃比とする、リッチスパイク制御を実行する。

このリッチスパイク制御では、ＥＣＵ６０は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判定する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、ＮＯｘ触媒４１が活性状態にあるか、排気温度センサの出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下であるか、ＳＯｘ被毒回復制御が実行されていないか等の条件を例示することができる。

上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ６０は、還元剤添加弁１６からスパイク的に還元剤たる燃料を排気系４０に直接添加供給することによって、排気中の還元成分濃度を高め、ＮＯｘ触媒４１に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。

そして、このようにして形成されたリッチ空燃比の排気は、その後ＮＯｘ触媒４１に流入し、該触媒に保持されていたＮＯｘを還元することになる。

このようにして、ＮＯｘ触媒４１に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返すことにより、ＮＯｘ触媒がＮＯｘの吸蔵と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことができることになる。

ここで、排気系４０に添加された還元剤は、ＮＯｘ触媒４１の温度を上昇させる特性を有する。このため、１度に多量の燃料が添加されると、ＮＯｘ触媒４１の温度が上昇して、ＮＯｘ触媒４１の温度が過剰に高くなることに起因する熱劣化を生じさせてしまうおそれがある。したがって、還元剤を添加する場合には、還元剤の添加量を適正な量とする必要がある。

そこで、内燃機関１では、１回のリッチスパイク制御を複数回の燃料添加（燃料噴射）により形成させている。すなわち、リッチスパイク制御を開始した後、ＥＣＵ６０は、ＮＯｘ触媒４１に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすべく還元剤添加弁１６を通じて還元剤を間欠的（断続的）に添加し、所定のタイミングで還元剤の添加を停止し、これを繰り返すことにより、ＮＯｘ触媒４１を効率的に還元させつつＮＯｘ触媒の過熱を防止している。

図２は、本実施の形態におけるリッチスパイク制御において、ＥＣＵ６０が出力する、還元剤添加弁１６を開弁させるための指令信号（開弁指令信号）を示すタイムチャートの一例である。

先ず、図２に示すように、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵したＮＯｘを放出すべきとの要求があった場合に、ＥＣＵ６０は、還元剤添加弁１６を開弁させるための開弁指令信号を、所定時間（以下、供給期間という）Δｔ１にわたって間欠的に出力することで、還元剤添加弁１６を通じて液滴（霧）状の燃料を間欠的に噴射供給し、ＮＯｘ触媒４１に流入する排気の空燃比が目標リッチ空燃比になるようにする。

その後、ＥＣＵ６０は、ＮＯｘ触媒４１の過熱を抑制すべく開弁指令信号の出力を、所定時間（以下、休止期間という）Δｔ２休止し、目標リーン空燃比になるようにする。そ
して、休止期間Δｔ２を経た後、還元剤の添加を再開して、再度目標リッチ空燃比になるようにする。そして、再度、供給期間Δｔ１の間還元剤を間欠的に添加した後、休止期間Δｔ２の間還元剤添加を休止し、これを繰り返し制御している。

このように、リッチスパイク制御が開始されると、基本的にはＮＯｘ触媒４１に吸蔵されたＮＯｘが還元されて当該触媒４１の機能が十分に回復するまで、断続的にＮＯｘ触媒４１に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするように還元剤の添加及び休止が繰り返される。

次に、本実施の形態の特徴について説明する。

本実施の形態では、ＮＯｘ触媒４１の下流側に酸化触媒４２を設け、酸化触媒４２の上流側及び下流側にそれぞれＡ／Ｆセンサ６１，６２を設けた（Ａ／Ｆセンサ６１にあってはＮＯｘ触媒４１と酸化触媒４２の間に設けた）ことを特徴とするものである。

ここで、排気系４０に燃料として軽油を添加するシステム特有の現象として、ＮＯｘ触媒４１の温度が比較的低い場合等においては、添加燃料がＮＯｘ触媒４１をすり抜けてしまう場合がある。そして、排気中に液滴状の添加燃料が存在する状態では、Ａ／Ｆセンサ６１で排気の空燃比を精度良く検出することは困難であって、Ａ／Ｆセンサ６１は液滴状の添加燃料が比較的多量に存在していてもリーン空燃比と検出してしまうおそれがある。

添加燃料がＮＯｘ触媒４１をすり抜けてしまっても、ＮＯｘ触媒４１の下流側に設けられた酸化触媒４２は、ＮＯｘ触媒４１に比べて酸化性能が格段に良いため、ＮＯｘ触媒４１をすり抜けてしまった液滴状の添加燃料をより確実に酸化することが可能となる。酸化触媒４２により液滴状の添加燃料がより確実に酸化されるので、酸化触媒４２の下流側に設けられたＡ／Ｆセンサ６２の検出精度をより向上させることが可能となる。

そして、Ａ／Ｆセンサ６２の検出精度が向上することにより、以下に示すような燃料添加制御において、添加燃料がＮＯｘ触媒４１をすり抜けてしまったかどうかを判断することが可能となる。

図３は、ＥＣＵ６０により実行される燃料添加制御において、添加燃料がＮＯｘ触媒４１をすり抜けてしまったかどうかの判断基準を示す図である。

図３に示すように、ＥＣＵ６０は、酸化触媒４２の上流側に設けられたＡ／Ｆセンサ６１の出力に対して、Ａ／Ｆセンサ６１と酸化触媒４２の下流側に設けられたＡ／Ｆセンサ６２との出力差（２つのＡ／Ｆセンサ６１，６２の出力差）がどのような状態にあるかによって、添加燃料がＮＯｘ触媒４１をすり抜けてしまったかどうかを判断している。

図３に示すパターンＡは、Ａ／Ｆセンサ６１によりリッチ空燃比と検出され、２つのＡ／Ｆセンサ６１，６２の出力差が小さいと判断された場合であり、また、図３に示すパターンＣは、Ａ／Ｆセンサ６１によりリーン空燃比と検出され、２つのＡ／Ｆセンサ６１，６２の出力差が小さいと判断された場合である。パターンＡ，Ｃは、２つのＡ／Ｆセンサ６１，６２の出力差が小さい場合である。これは、酸化触媒４２の上流側、下流側とも略同じような空燃比となっている場合を表している。

また、図３に示すパターンＢは、Ａ／Ｆセンサ６１によりリッチ空燃比と検出され、２つのＡ／Ｆセンサ６１，６２の出力差が大きいと判断された場合である。これは、例えば、燃料添加制御が実行されている場合であって、添加燃料がガス化した状態で、過濃な部分を有する混合気がＮＯｘ触媒４１に流入することにより、添加燃料がＮＯｘ触媒４１を
すり抜けてしまう場合であって、酸化触媒４２の上流側ではリッチ空燃比である（添加燃料はガス状なので、Ａ／Ｆセンサにより検出される）が、酸化触媒４２によって添加燃料が酸化されることによって酸化触媒４２の下流側ではリーン空燃比となっている場合などを表している。

燃料添加制御における、添加燃料がＮＯｘ触媒４１をすり抜けてしまったかどうかの判断において、これらパターンＡ，Ｂ，Ｃのいずれかである場合には、通常の燃料添加制御が実行される。

図３に示すパターンＤは、Ａ／Ｆセンサ６１により所定のリーン空燃比と検出され、２つのＡ／Ｆセンサ６１，６２の出力差が大きいと判断された場合である。これは、例えば、燃料添加制御が実行されている場合であって、添加燃料が液滴状のままＮＯｘ触媒４１まで達してしまう場合である。このような場合には、酸化触媒４２の上流側に設けられたＡ／Ｆセンサ６１は、リーン空燃比と検出してしまう。本実施の形態では、上述したように、酸化触媒４２により液滴状の添加燃料を酸化することによってＡ／Ｆセンサ６２の検出精度を向上しているので、酸化触媒４２の下流側ではＡ／Ｆセンサ６２はＡ／Ｆセンサ６１の検出値よりもリッチ側（例えば、リッチ空燃比）と検出する。

ここで、本実施の形態においては、２つのＡ／Ｆセンサ６１，６２の出力差ΔＡ／Ｆは、ΔＡ／Ｆ＝１（所定値）とする。そして、ΔＡ／Ｆ≧１となった場合に２つのＡ／Ｆセンサ６１，６２の出力差が大きいと判断し、ΔＡ／Ｆ＜１となった場合には２つのＡ／Ｆセンサ６１，６２の出力差は小さいと判断することとする。なお、ここではΔＡ／Ｆの大小の判断基準（所定値）をΔＡ／Ｆ＝１としているが、２つのセンサのセンサバラツキを考慮した値であれば、これに限るものではない。また、このΔＡ／Ｆの大小の判断基準となる所定値と、Ａ／Ｆセンサ６１により検出される所定のリーン空燃比とのうち少なくともいずれか一方は、上述したリッチスパイク制御において設定される所定の目標リッチ空燃比に基づいて決定されるとよい。また、ＥＣＵ６０は、１回のリッチスパイク制御の間で、Ａ／Ｆセンサ６１，６２によりそれぞれ検出された値のうち最もリッチ側となった値を、それぞれＡ／Ｆセンサ６１，６２による出力として採用している。

このように、Ａ／Ｆセンサ６１によりリーン空燃比と検出され、Ａ／Ｆセンサ６２によりリッチ空燃比と検出された場合には、添加燃料がＮＯｘ触媒４１をすり抜けてしまったと判断し、ＥＣＵ６０は以下に示すような燃料添加制御を実行する。

次に、本実施の形態に係る燃料添加制御について説明する。

本実施の形態の燃料添加制御は、上述したリッチスパイク制御において燃料添加が行われる場合に還元剤添加弁１６を制御するものである。すなわち、ＥＣＵ６０は、添加燃料がＮＯｘ触媒４１をすり抜けてしまったと判断した場合に、還元剤添加弁１６を制御することによって、排気系４０に供給する所定時間（例えば、１回のリッチスパイクが行われるのに要する時間）当たりの燃料添加量を減量させるものである。

本実施の形態では、複数回の燃料噴射により形成される１回のリッチスパイク制御において燃料噴射の回数を減らすことにより、排気系４０に供給する所定時間当たりの燃料添加量を減量させている。

図４は、複数回の燃料噴射により形成される１回のリッチスパイク制御において燃料噴射の回数を減らす方法を説明するための図であり、同図（ａ）は通常のリッチスパイク制御を示し、同図（ｂ），（ｃ）は燃料噴射の回数を減らした場合のリッチスパイク制御を示している。なお、図４（ａ）においては、１回のリッチスパイク制御が４回の燃料噴射
により形成された場合について示すものである。図４においては、縦軸を燃料噴射量としている。

複数回の燃料噴射により形成される１回のリッチスパイク制御において燃料噴射の回数を減らす方法として、本実施の形態においては、２つの方法について説明する。

第１の方法としては、図４（ａ）に示すように１つの供給期間Δｔ１（１回のリッチスパイク制御）に４回燃料噴射していたものを、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示す４回のうちのはじめの２回のみとする方法である。

第２の方法としては、図４（ａ）に示すように、１つの供給期間Δｔ１（１回のリッチスパイク制御）に４回燃料噴射していたものを、図４（ｃ）に示すように、図４（ａ）に示す燃料噴射の間隔を大きくする（間隔ｘ＜間隔ｙとする）ことによって燃料噴射を２回のみとする方法である。

なお、上述した第１及び第２の方法においては、１つの供給期間Δｔ１に４回燃料噴射していたものとしたが、これに限るものではなく、また、１つの供給期間Δｔ１に４回燃料噴射していたものを２回としたが、これに限るものでもない。

また、第２の方法において燃料噴射の間隔を大きくする場合には、図４（ａ）に示す燃料噴射の間隔ｘよりも大きくした間隔ｙで４回燃料噴射するものであってもよい。すなわち、１回のリッチスパイク制御において行われる燃料噴射の回数は同じであって、１回のリッチスパイク制御が行われる期間の長さ（時間）が長くなるものであってもよいもので、図４（ｄ）に示すように、供給期間Δｔ１よりも期間の長い供給期間Δｔ１’において４回の燃料噴射を行うものであってもよい。この場合の休止期間Δｔ２の長さは適宜設定されるとよい。

上述した第１の方法や第２の方法によって燃料噴射を行うことによって、添加燃料の量を減少させることができる（または、制御前よりも長い時間をかけて少量ずつ燃料を添加できる）ので、燃料添加制御によって形成される混合気が過濃となることを抑制することができ、添加燃料がＮＯｘ触媒４１をすり抜けてしまうことを抑制することが可能となる。したがって、燃料消費率の悪化や排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。

さらに、添加燃料がＮＯｘ触媒４１をすり抜けてしまうことを抑制することができるので、ＮＯｘ触媒４１の下流側に設けられる酸化触媒４２を小型化する（酸化能力をより小さいものとする）ことが可能となる。これにより、省スペース化及びコストダウンを図ることが可能となる。

本実施の形態においては、還元剤添加弁１６により添加された添加燃料が液滴状のままＮＯｘ触媒４１に達してしまった場合について説明したが、本実施の形態に係る排気浄化装置は、添加燃料の性状が変化してしまった場合や、添加燃料（還元剤）として軽質燃料を用いた場合にも好適に適用することが可能である。

ここで、軽質燃料とは、例えば、軽油を沸点の差を利用して２つ以上の燃料に分留（分別蒸留）するもので、燃料を部分蒸発させ蒸気を回収して残留燃料（重質燃料）と分けることにより、軽質燃料を分留するものである。このような軽質燃料を添加燃料として用いることによって、ＮＯｘ触媒４１の浄化率を向上させることが可能となる。

添加燃料の性状が変化して濃いガス状となってＮＯｘ触媒４１に達してしまうような場
合や、軽質燃料を排気系４０に添加して軽質燃料の割合が多く非常に濃くなってしまった場合などにおいては、上述した液滴状の添加燃料と同様に、ＮＯｘ触媒４１をすり抜けてしまう場合がある。

このような場合においても、上述した燃料添加制御をＥＣＵ６０により実行することにより、非常に濃くなる混合気（過度にリッチ空燃比となる領域）の形成を抑制することができるので、添加燃料のすり抜けを防止することができる。したがって、燃料消費率の悪化や排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。

なお、本実施の形態に係る燃料添加制御は、ＮＯｘ触媒４１の還元時における制御として説明したが、これに限らず、例えば、ＮＯｘ触媒４１の硫黄被毒回復制御としても好適に適用することが可能である。

本発明の実施の形態に係る内燃機関を示す概略構成図。 本実施の形態におけるリッチスパイク制御において、開弁指令信号を示すタイムチャートを示す図。 本発明の実施例において、添加燃料がＮＯｘ触媒をすり抜けてしまったかどうかの判断基準を示す図。 本発明の実施の形態において、複数回の燃料噴射により形成される１回のリッチスパイク制御において燃料噴射の回数を減らす方法を説明するための図。

符号の説明

１ 内燃機関
１０ 燃料供給系
１１ サプライポンプ
１２ コモンレール
１３ 燃料噴射弁
１４ 遮断弁
１５ 調量弁
１６ 還元剤添加弁
２０ 燃焼室
３０ 吸気系
４０ 排気系
４１ ＮＯｘ触媒
４２ 酸化触媒
５０ ＥＧＲ通路
６０ ＥＣＵ
６１ Ａ／Ｆセンサ
６２ Ａ／Ｆセンサ
Ｐ１ 機関燃料通路
Ｐ２ 添加燃料通路

Claims (3)

1. 希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられ、酸化能を有する触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記酸化能を有する触媒との間の排気通路内の排気の空燃比を検出する第１の空燃比検出手段と、
   前記酸化能を有する触媒の下流側の排気通路内の排気の空燃比を検出する第２の空燃比検出手段と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路内に液滴状の還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記還元剤供給手段による還元剤の供給時に、前記第１の空燃比検出手段による検出結果がリーン空燃比であり、前記第１の空燃比検出手段による出力と前記第２の空燃比検出手段による出力との差が、前記第２の空燃比検出手段による出力が前記第１の空燃比検出手段による出力よりもリッチ側となりつつ所定値以上であると判断した場合に、前記還元剤供給手段により供給される所定時間当たりの還元剤の量を減量させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記制御手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が目標のリッチ空燃比となるように前記還元剤供給手段により還元剤を供給するものであって、前記所定値を、該目標のリッチ空燃比に基づいて設定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. 前記制御手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、排気空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイク制御を実行するものであって、１回のリッチスパイク制御の間で前記第１の空燃比検出手段と前記第２の空燃比検出手段とによりそれぞれ検出された値のうち最もリッチ側となった値を、それぞれ前記第１の空燃比検出手段と前記第２の空燃比検出手段とによる出力とする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。

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