JP4816606B2

JP4816606B2 - 内燃機関の排気浄化システム

Info

Publication number: JP4816606B2
Application number: JP2007241129A
Authority: JP
Inventors: 真豪飯田; 伸基大橋; 篤史林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2027-09-18
Also published as: EP2196647A4; EP2196647B1; US20100212296A1; JP2009068481A; EP2196647A1; US8375706B2; WO2009038123A1

Description

本発明は内燃機関の排気浄化システムに関し、特に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関、特に希薄燃焼を行う内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化すべく吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化システムが知られている。この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、触媒周囲の雰囲気が高酸素濃度状態である場合は排気中のＮＯｘを触媒内へと吸蔵し、触媒周囲の雰囲気が低酸素濃度状態で且つ還元剤が存在している場合に吸蔵したＮＯｘを還元することで、排気の浄化を行う触媒である。

吸蔵還元型のＮＯｘ触媒においては、ＮＯｘと同様に排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）も吸蔵されることとなり、ＳＯｘ吸蔵量が増加するに従って吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化機能が低減するＳＯｘ被毒が発生する。

そこで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を解消させるために、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒床温をＳＯｘの放出が可能な温度まで上昇させるとともに、還元剤を供給して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気をストイキまたはリッチ雰囲気とすることによって、同触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させる制御（以下、「ＳＯｘ被毒回復制御」という）が行われる場合がある。

これに関連して、ＳＯｘ被毒回復制御中における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ吸蔵量が減少することに従って、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比（以下、「排気空燃比」ともいう）をよりリッチ側に変更する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００５−９０２５３号公報特開２００３−２９３７４７号公報特開２００５−２９１０３９号公報

しかしながら、ＳＯｘ被毒回復制御中におけるＳＯｘ吸蔵量の減少に従って排気空燃比をよりリッチ側に変更してゆく場合、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の酸化機能を超えた還元剤が該ＮＯｘ触媒に供給されてしまう場合がある。

その結果、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流側にすり抜けた還元剤が大気中に放出されることにより白煙が発生し、或いは硫化水素（Ｈ_２Ｓ）が大気中に放出され異臭の発生を招来する虞がある。言い換えると、白煙の発生や異臭の発生を抑制するためには吸蔵還元型ＮＯｘ触媒への還元剤の供給量が制限されてしまうため、ＳＯｘ被毒回復制御を早期に完了することが困難となる場合があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対するＳＯｘ被毒回復制御において、ＳＯｘ被毒回復制御をより短期間で完了することの可能な技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を
採用する。
すなわち、内燃機関の排気通路に設けられる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に上流側から還元剤を供給し、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を昇温させると共に該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を低下させることで、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復制御を実行する実行手段と、
前記ＳＯｘ被毒回復制御中において、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ吸蔵量の減少に起因するＳＯｘ放出速度の該ＳＯｘ被毒回復制御開始時に対する低下度合いを推定する推定手段と、
を備え、
前記実行手段は、前記推定手段により推定された前記ＳＯｘ放出速度の低下度合いが大きくなるに従って、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をより高温側の目標温度まで昇温させることを特徴とする。

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」ともいう）に対してＳＯｘ被毒回復制御が実行されるとＮＯｘ触媒に上流側から還元剤が供給される。その結果、ＮＯｘ触媒が昇温すると共に該ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比（以下、「排気空燃比」ともいう）が低下することで、該ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘが放出される。

ここで、ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＳＯｘが該ＮＯｘ触媒から放出されるときの放出速度は、ＳＯｘ吸蔵量、触媒床温、及び排気空燃比に相関がある。より詳しくは、ＳＯｘ吸蔵量がより少ないほどＳＯｘ放出速度が低く（遅く）なり、触媒床温がより高いほど、また排気空燃比がより低いほど、ＳＯｘ放出速度は高く（速く）なる。

従って、ＳＯｘ被毒回復制御中におけるＳＯｘの放出によってＳＯｘ吸蔵量が徐々に減少していくと、ＳＯｘ被毒回復制御中の触媒床温及び排気空燃比を一定とした場合、ＳＯｘ放出速度が徐々に低下することになる。従って、ＳＯｘ被毒回復制御中にＳＯｘ放出速度が低下することによってＳＯｘ被毒回復制御を早期に完了することが困難となる場合があった。

そこで、本発明では、ＳＯｘ被毒回復制御中において、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ吸蔵量の減少に起因するＳＯｘ放出速度の該ＳＯｘ被毒回復制御開始時に対する低下度合い（以下、単に「ＳＯｘ放出速度低下度合い」ともいう）を推定することとした。ここで、ＳＯｘ放出速度低下度合いは、ＳＯｘ被毒回復制御中の触媒床温及び排気空燃比を一定としたならば、ＳＯｘ吸蔵量の減少に起因してＳＯｘ放出速度がＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時に比べてどれだけ低下するかどうかの程度を表すものである。

上記のＳＯｘ放出速度低下度合いはＳＯｘ被毒回復制御の開始から終了に向かって増大してゆく。そこで、本発明においては、ＳＯｘ放出速度低下度合いが大きくなるに従って、ＮＯｘ触媒をより高温側の目標温度まで昇温することとした。ここで、ＮＯｘ触媒の目標温度とは、ＮＯｘ触媒からＳＯｘの放出が可能な温度であって且つＳＯｘ被毒回復制御中にＳＯｘ放出速度低下度合いが増大してもＳＯｘ放出速度が低下することを抑制可能に定められる温度である。

本発明によれば、ＳＯｘ被毒回復制御中のＮＯｘ触媒からのＳＯｘの放出によってＳＯｘ吸蔵量が減少し、ＳＯｘ放出速度低下度合いが増大しても、触媒床温をより高温側の目標温度まで上昇させることによって、ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘの還元反応を高めることができる。従って、ＳＯｘ離脱速度が低下することを抑制することが可能となり、以ってＳＯｘ被毒回復制御をより短期間で完了することができる。

また、本発明によれば、ＳＯｘ被毒回復制御が開始された初期においてＳＯｘ吸蔵量が多い場合にはＳＯｘ放出速度低下度合いが小さく、触媒床温の目標温度が比較的に低い温度に設定されるので、還元剤の消費量を節約することができる。

また、本発明において、実行手段は、ＳＯｘ放出速度低下度合いがより大きい場合における前記目標温度を該ＳＯｘ放出速度低下度合いがより小さい場合における該目標温度以上になるように制御しても良い。

例えば、ＳＯｘ離脱速度低下度合いに閾値を設定し、ＳＯｘ離脱速度低下度合いが閾値よりも大きくなった場合にＮＯｘ触媒の目標温度をより高温側に変更させても良い。この閾値は、触媒床温をより高温まで昇温させないと、ＳＯｘ放出速度が過度に低下するおそれがあると判断できるＳＯｘ放出速度低下度合いの値である。また、大きさを異にする複数の閾値を設定し、ＳＯｘ放出速度低下度合いがより大きい閾値よりも大きくなる毎に、ＮＯｘ触媒の目標温度をより高温側へ段階的に変更すると好適である。

また、本発明におけるＮＯｘ触媒の目標温度は、段階的に変更することに限定されず、連続的に変更されても良い。すなわち、ＳＯｘ放出速度低下度合いが大きくなるほど、ＮＯｘ触媒の目標温度が高くなるように該目標温度が制御されても良い。

また、本発明における実行手段は、ＳＯｘ放出速度低下度合いが大きくなるに従って、排気空燃比をよりリッチ側の目標空燃比まで低下させても良い。これによれば、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気がより高還元雰囲気になるので、ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘの還元反応をより促進することができる。従って、ＳＯｘ被毒回復制御中にＳＯｘ吸蔵量が減少することに起因してＳＯｘ放出速度低下度合いが増大しても、ＳＯｘ放出速度が低下することを好適に抑制できる。

また、本発明において、実行手段は、ＳＯｘ放出速度低下度合いがより大きい場合における目標空燃比を該ＳＯｘ放出速度低下度合いがより小さい場合における該目標空燃比以下になるように制御しても良い。

例えば、ＮＯｘ触媒の目標温度を変更するときと同様に、ＳＯｘ離脱速度低下度合いに閾値を設定し、ＳＯｘ離脱速度低下度合いがこの閾値よりも大きくなった場合に排気空燃比の目標空燃比をよりリッチ側に変更させても良い。この閾値は、排気空燃比をよりリッチ側まで低下させないと、ＳＯｘ放出速度が過度に低下するおそれがあると判断できるＳＯｘ放出速度低下度合いの値である。また、大きさを異にする複数の閾値を設定し、ＳＯｘ放出速度低下度合いがより大きい閾値よりも大きくなる毎に、目標空燃比をよりリッチ側へ段階的に変更するようにするとより好適である。

また、本発明における目標空燃比は、段階的に変更することに限定されず、連続的に変更されても良い。すなわち、ＳＯｘ放出速度低下度合いが大きくなるほど、目標空燃比がよりリッチ側になるように該目標空燃比が制御されても良い。

また、実行手段は、ＮＯｘ触媒が目標温度まで実際に昇温した後に、排気空燃比の目標空燃比をよりリッチ側に変更しても良い。また、実行手段は、ＮＯｘ触媒が目標温度まで実際に昇温するタイミングと、排気空燃比の目標空燃比をよりリッチ側に変更するタイミングとを略一致させても良い。これによれば、ＮＯｘ触媒の酸化機能を超えた還元剤が該ＮＯｘ触媒に供給される虞が無い。すなわち、ＮＯｘ触媒に供給された還元剤が大気中に放出されることを抑制し、白煙が発生することを抑制することができる。また、Ｈ_２Ｓが大気中に放出されることを抑制し、異臭が発生することを抑制することができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対するＳＯｘ被毒回復制御において、ＳＯｘ被毒回復制御をより短期間で完了することができる。

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。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、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。

ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例における内燃機関１と、その吸排気系の概略構成を示す図である。図１において、内燃機関１には、内燃機関１に吸入される吸気が流通する吸気管１１が接続されている。そして、吸気管１１の途中には、該吸気管１１を流通する吸気の流量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１２が設けられている。また、内燃機関１には、該内燃機関１からの排気が流通する排気管２が接続されており、該排気管２は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管２の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という）３が内部に設置された触媒コンバータ４が配置されている。

ＮＯｘ触媒３は、内燃機関１が通常の運転状態にある時のように該ＮＯｘ触媒３に流入する排気の空燃比（以下、単に「排気空燃比」という）Ａ／Ｆが高いときには排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比Ａ／Ｆが低くなり且つ排気中に還元成分が存在するとき（還元雰囲気のとき）には、吸蔵されたＮＯｘを還元して放出する。

ここで、排気管２における触媒コンバータ４よりも上流側には、還元剤としての燃料を排気中に添加する燃料添加弁５が配置されている。また、排気管２における触媒コンバータ４の直上流には、排気の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６が設けられている。また、排気管２における触媒コンバータ４の直下流には、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７と、排気のＳＯｘ濃度に対応した電気信号を出力するＳＯｘ濃度センサ８が配置されている。

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、排気空燃比センサ６、排気温度センサ７及びＳＯｘ濃度センサ８、エアフローメータ１２が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。すなわち、ＥＣＵ１０は、排気空燃比センサ６の出力信号から排気空燃比Ａ／Ｆを検出し、排気温度センサ７の出力信号からＮＯｘ触媒３の温度（以下、「触媒床温」という）Ｔｃを検出する。また、ＳＯｘ濃度センサ８の出力信号からＮＯｘ触媒３から流出した排気のＳＯｘ濃度を検出し、エアフローメータ１２の出力信号から吸入空気量を検出する。一方、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁５が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により燃料添加弁５が制御される。

次に、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＳＯｘを放出させる本実施例のＳＯｘ被毒回復制御に
ついて説明する。ＳＯｘ被毒回復制御では、燃料添加弁５から排気中に還元剤としての燃料を添加することによって、触媒床温ＴｃをＳＯｘ放出可能な目標温度Ｔｃｔまで上昇させるとともに、排気空燃比Ａ／Ｆをストイキあるいはリッチ空燃比である目標排気空燃比Ａ／Ｆｔまで低下させる。

ここで、図２は、本実施例のＳＯｘ被毒回復制御において、燃料添加弁５に対するＥＣＵ１０の指令信号と、それに対応する排気空燃比Ａ／Ｆのタイムチャートを例示した図である。図２（ａ）は、燃料添加弁５に対する指令信号を示したタイムチャートである。また、図２（ｂ）は、排気空燃比Ａ／Ｆを示したタイムチャートである。ここで、図２（ａ）に示す指令信号がＯＮのときは燃料添加弁５が開弁されて燃料が排気中に添加され、指令信号がＯＦＦのときは燃料添加弁５が閉弁して、燃料の添加が休止される。

図示のように、ＳＯｘ被毒回復制御においては、燃料添加弁５からの燃料添加は間欠的に行われる。ここでは、１回の燃料添加の期間を添加期間と称し、添加期間と添加期間との間の期間を添加インターバルと称する。また、燃料添加が間欠的に行われる期間を総添加期間と称し、燃料添加弁５からの間欠的な燃料添加が休止されている期間を添加休止期間と称する。

ここで、添加期間（図２（ａ））を長くするほど排気空燃比Ａ／Ｆの変化量（図２（ｂ））は大きくなり、総添加期間（図２（ａ））を長くするほど（添加回数を多くするほど）リッチスパイクの形成期間（図２（ｂ））が長くなる。また、添加インターバル（図２（ａ））を短くするほど触媒床温Ｔｃの上昇量は大きくなる。

本実施例では、ＳＯｘ被毒回復制御における触媒床温Ｔｃ及び排気空燃比Ａ／Ｆを、それぞれ目標温度Ｔｃｔ及び目標空燃比Ａ／Ｆｔとなるように、燃料添加弁５からの燃料添加に係る添加期間、添加インターバル、総添加期間、添加休止期間（以下、これらをまとめて「燃料添加パラメータ」という）が設定され、燃料添加が行われる。本実施例においては燃料添加弁５に係る燃料添加を制御するＥＣＵ１０が本発明における実行手段に相当する。

ここで、ＮＯｘ触媒３からのＳＯｘの放出速度（以下、「ＳＯｘ放出速度」という）Ｖｓｏｘは、ＳＯｘ被毒回復制御中におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘ、触媒床温Ｔｃ及び排気空燃比Ａ／Ｆに相関があり、ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘがより多いほど、触媒床温Ｔｃがより高いほど、排気空燃比Ａ／Ｆがより低いほど、ＳＯｘ放出速度Ｖｓｏｘは高くなる。

従って、ＳＯｘ被毒回復制御中におけるＳＯｘの放出によってＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが減少していくと、ＳＯｘ被毒回復制御中の触媒床温Ｔｃ及び排気空燃比Ａ／Ｆを一定とした場合、ＳＯｘ放出速度Ｖｓｏｘが徐々に低下することになる。従って、ＳＯｘ被毒回復制御中にＳＯｘ放出速度Ｖｓｏｘが低下するとＳＯｘ被毒回復制御の完了時期が遅れるおそれがある。

そこで、本実施例では、ＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時におけるＳＯｘ吸蔵量（以下、「開始時ＳＯｘ吸蔵量」という）Ｑｓｏｘｓに比べて、ＳＯｘ被毒回復制御中のＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが減少してゆくことに起因するＳＯｘ放出速度の低下度合い（以下、単に「ＳＯｘ放出速度低下度合い」という）Ｄｄｗを推定することとした。ここで、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗは、ＳＯｘ被毒回復制御中の触媒床温Ｔｃ及び排気空燃比Ａ／Ｆを一定としたならば、ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘの減少に起因してＳＯｘ放出速度ＶｓｏｘがＳＯｘ被毒回復制御の実行開始時に比べてどれだけ低下するかどうかの程度を表すものである。

本実施例におけるＳＯｘ被毒回復制御では、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが増大するに従って、触媒床温Ｔｃをより高温側の目標温度Ｔｃｔまで上昇させ、排気空燃比Ａ／Ｆをよりリッチ側の目標空燃比Ａ／Ｆｔまで段階的に低下させることで、ＳＯｘ放出速度Ｖｓｏｘが低下することを抑制することとした。

ここで、本実施例のＳＯｘ被毒回復制御に係る目標温度Ｔｃｔ及び目標空燃比Ａ／Ｆｔの設定について図３を参照して説明する。図３は、本実施例のＳＯｘ被毒回復制御におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘ、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗ、目標温度Ｔｃｔ、目標空燃比Ａ／Ｆｔのタイムチャートを例示した図である。図３（ａ）はＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘのタイムチャートを、図３（ｂ）はＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗのタイムチャートを、図３（ｃ）は目標温度Ｔｃｔのタイムチャートを、図３（ｄ）は目標空燃比Ａ／Ｆｔのタイムチャートを例示した図である。尚、図３（ｃ）中には、ＮＯｘ触媒３の実温度の時間推移を破線にて併せて示す。

図中の横軸に示した時間ｔｓはＳＯｘ被毒回復制御の開始時を表しており、時間ｔｅはＳＯｘ被毒回復制御の終了時を表す。また、時間ｔ１〜ｔ４については後述する。本実施例におけるＳＯｘ被毒回復制御の実行開始条件は、内燃機関１の運転履歴に基づきＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘを演算し、このＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが基準ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘｂ以上となったときに成立する。また、ＳＯｘ被毒回復制御の実行終了条件は、ＳＯｘ被毒回復制御の実行の実行によってＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが第２基準ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘｂ２以下となったときに成立する。

ここで、基準ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘｂは、ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが増大することによりＮＯｘ触媒３のＮＯｘ吸蔵能力が低下し、排気エミッションが悪化するおそれがあると判断できるＳＯｘ吸蔵量である。また、第２基準ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘｂ２は、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されていたＳＯｘが充分に放出され、当面はＮＯｘ触媒３のＮＯｘ吸蔵能力が低下するおそれが生じないと判断できるＳＯｘの吸蔵量である。基準ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘｂ及び第２基準ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘｂ２は、予め実験的に求めておく。

また、ＳＯｘ被毒回復制御の開始時においては、目標温度Ｔｃｔが開始時目標温度Ｔｃｔｂに設定されると共に目標空燃比Ａ／Ｆｔが開始時目標空燃比Ａ／Ｆｔｂに設定される。開始時目標温度Ｔｃｔｂ及び開始時目標空燃比Ａ／Ｆｔｂは、ＳＯｘ被毒回復制御の開始時における目標温度Ｔｃｔと目標空燃比Ａ／Ｆｔの意味であり、ＮＯｘ触媒３からＳＯｘの放出が好適に行われるように予め実験的に求めておく。尚、ＳＯｘ被毒回復制御の開始時ではＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが零となるため（図３（ｂ））、開始時目標温度Ｔｃｔｂ及び開始時目標空燃比Ａ／ＦｔｂはＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗがＳＯｘ放出速度Ｖｓｏｘに与える影響を考慮に入れずに設定される。

ＳＯｘ被毒回復制御が開始されると、ＥＣＵ１０はＳＯｘ被毒回復制御中におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘを算出すると共に、ＳＯｘ被毒回復制御を開始してからの該ＳＯｘ放出量Ｄｓｏｘを積算して、総ＳＯｘ放出量ΣＤｓｏｘを算出する。そして、ＥＣＵ１０は、開始時ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘｓから総ＳＯｘ放出量ΣＤｓｏｘを減算することで、ＳＯｘ被毒回復制御中におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘを算出する。

ここで、開始時ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘｓに対するＳＯｘ被毒回復制御中におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘの比をＳＯｘ吸蔵比Ｒｓｏｘ（Ｒｓｏｘ＝Ｑｓｏｘ／Ｑｓｏｘｓ）と称する。本実施例では、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗとＳＯｘ吸蔵比Ｒｓｏｘとの関係を予め実験等によって求めておき、これらの関係が格納されたＤｄｗ演算マップを作成しておく。そして、Ｄｄｗ演算マップにＳＯｘ吸蔵比Ｒｓｏｘをパラメータとしてアクセスすることで、ＳＯｘ被毒回復制御中に変化してゆくＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗを推定
することとした。

尚、ＳＯｘ吸蔵比Ｒｓｏｘが小さいほど、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが大きくなるように該ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが推定される。すなわち、ＳＯｘ被毒回復制御中におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘがより少なくなるほどＥＣＵ１０が推定するＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗの値は増大する。本実施例においてはＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗを推定するＥＣＵ１０が本発明における推定手段に相当する。

本実施例では、ＳＯｘ被毒回復制御中に推定されるＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが閾値Ｄｄｗｔｈ以上となった時に目標温度Ｔｃｔをより高温側に変更し、目標空燃比Ａ／Ｆｔをよりリッチ側に変更することで、ＳＯｘ放出速度Ｖｓｏｘが低下することを抑制する。ここで、閾値Ｄｄｗｔｈは、触媒床温Ｔｃをより高温まで昇温するとともに排気空燃比Ａ／Ｆをよりリッチ側まで低下させないと、ＳＯｘ放出速度Ｖｓｏｘが過度に低下するおそれがあると判断できるＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗの値である。

また、目標温度Ｔｃｔ及び目標空燃比Ａ／Ｆｔは、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗとの関係で最適な目標温度Ｔｃｔ及び目標空燃比Ａ／Ｆｔの組み合わせを予め実験等で求めておき、これらの関係が格納された目標値演算マップをＥＣＵ１０内に構築しておく。ここで、本実施例における目標温度Ｔｃｔは許容上限温度を超えないように設定することとした。この許容上限温度とは、ＮＯｘ触媒３に熱劣化が生じることを抑制するために設定される上限温度である。これにより、ＳＯｘ被毒回復制御中にＮＯｘ触媒３が過度に昇温されることが抑制される。

また、目標空燃比Ａ／Ｆｔは、許容下限空燃比よりもリッチ側の空燃比とならないように設定することとした。ここで、許容下限空燃比とは、排気空燃比Ａ／Ｆがこの空燃比よりも低くなると（リッチ空燃比になると）排気エミッションが過度に悪化すると判断される排気空燃比である。具体的には、ＳＯｘ被毒回復制御中に大気中に放出されるＨ_２Ｓ、及びＨＣの排出量が各々に設けられる許容値を超えないように許容下限空燃比が設定される。

尚、許容下限空燃比は、触媒床温Ｔｃが高いほどＮＯｘ触媒３の酸化機能が向上するため、目標温度Ｔｃｔをより高温側に変更する毎に許容下限空燃比がよりリッチ側に移行する。従って、目標温度Ｔｃｔをより高温側に変更することによって、排気エミッションの悪化が生じることを抑制しつつ目標空燃比Ａ／Ｆｔをよりリッチ側まで低下させることが可能となる。

ここで、図３（ｂ）に示すように、本実施例では、閾値Ｄｄｗｔｈとして第１閾値Ｄｄｗｔｈ１、第２閾値Ｄｄｗｔｈ２を設定している。ＥＣＵ１０は、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが第１閾値Ｄｄｗｔｈ１となる時間ｔ１において、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗ（Ｄｄｗｔｈ１）をパラメータとして目標値演算マップにアクセスし、Ｄｄｗｔｈ１に対応する第１目標温度Ｔｃｔ１及び第１目標空燃比Ａ／Ｆｔ１を演算して求める。ここで、第１目標温度Ｔｃｔ１は開始時目標温度Ｔｃｔｂに比べてより高温側の温度であり、第１目標空燃比Ａ／Ｆｔ１は開始時目標空燃比Ａ／Ｆｔｂに比べてよりリッチ側の空燃比である。

本実施例では、まず時間ｔ１において、目標温度Ｔｃｔを開始時目標温度Ｔｃｔｂから第１目標温度Ｔｃｔ１に変更することとした（図３（ｃ））。そして、図３（ｃ）中に破線で示したように、触媒床温Ｔｃが実際にＴｃｔ１まで上昇する時間ｔ２において、目標空燃比Ａ／Ｆｔを開始時目標空燃比Ａ／Ｆｔｂから第１目標空燃比Ａ／Ｆｔ１に変更することとした。

また、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが更に増大し、該ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが第２閾値Ｄｄｗｔｈ２となる時間ｔ３において、再度ＥＣＵ１０はＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗ（Ｄｄｗｔｈ２）をパラメータとして目標値演算マップにアクセスし、Ｄｄｗｔｈ２に対応する第２目標温度Ｔｃｔ２及び第２目標空燃比Ａ／Ｆｔ２を演算して求める。ここで、第２目標温度Ｔｃｔ２は第１目標温度Ｔｃｔ１に比べてより高温側の温度であり、第２目標空燃比Ａ／Ｆｔ２は第１目標空燃比Ａ／Ｆｔ１に比べてよりリッチ側の空燃比である。

そして、時間ｔ３において目標温度Ｔｃｔが第１目標温度Ｔｃｔ１から第２目標温度Ｔｃｔ２に変更され、触媒床温Ｔｃが実際に第２目標温度Ｔｃｔ２まで上昇する時間ｔ４にて目標空燃比Ａ／Ｆｔが第１目標空燃比Ａ／Ｆｔ１から第２目標空燃比Ａ／Ｆｔ２に変更される。

このように本実施例におけるＳＯｘ被毒回復制御によれば、ＳＯｘ被毒回復制御中にＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが増大するに従って、目標温度Ｔｃｔがより高温側に変更され、目標空燃比Ａ／Ｆｔがよりリッチ側に変更されることで、ＳＯｘ放出速度Ｖｓｏｘの低下が抑制される。従って、ＳＯｘ被毒回復制御をより短時間で完了させることが可能となる。

また、触媒床温Ｔｃが実際に目標温度Ｔｃｔ（Ｔｃｔ１、Ｔｃｔ２）まで上昇してから目標空燃比Ａ／Ｆｔがよりリッチ側（Ａ／Ｆｔ１、Ａ／Ｆｔ２）に変更されるので、添加燃料がＮＯｘ触媒３から多量に流出して白煙が発生することが抑制され、またＨ_２Ｓが多量に排出されることに起因する異臭の発生が抑制される。

図４は、本実施例におけるＳＯｘ被毒回復制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼働中は所定期間毎に実行されるルーチンである。

本ルーチンが実行されると、まずステップＳ１０１において、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中か否かが判定される。ＳＯｘ被毒回復制御の実行中、すなわちＳＯｘ被毒回復制御の継続中である判定された場合にはステップＳ１１２に進み、ＳＯｘ被毒回復制御の実行中ではないと判定された場合にはステップＳ１０２に進む。尚、ステップＳ１１２の処理については後述する。

ステップＳ１０２では、内燃機関１の運転履歴に基づきＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが推定される。具体的には前回のＳＯｘ被毒回復制御が終了した以降における内燃機関１での燃料消費量、若しくは該燃料消費量と関連のある内燃機関１を搭載した車両の走行距離等から推定する。

ステップＳ１０３では、ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが基準ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘｂ以上であるか否かが判定される。そして肯定判定（Ｑｓｏｘ≧Ｑｓｏｘｂ）された場合にはＳＯｘ被毒回復制御を実行する必要があると判断され、ステップＳ１０４に進む。一方、否定判定（Ｑｓｏｘ＜Ｑｓｏｘｂ）された場合にはＳＯｘ被毒回復制御を実行する必要がないと判断され、本ルーチンを一旦終了する。尚、本ステップからステップＳ１０４に進む際には、本ステップで推定されたＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが開始時ＳＯｘ吸蔵量ＱｓｏｘｓとしてＥＣＵ１０内に記憶される。

ステップＳ１０４では、ＮＯｘ触媒３の目標温度Ｔｃｔが開始時目標温度Ｔｃｔｂに設定されると共に目標空燃比Ａ／Ｆｔが開始時目標空燃比Ａ／Ｆｔｂに設定される。ステッ
プＳ１０５では、排気空燃比センサ６及び排気温度センサ７の出力信号が読み込まれ、現在の触媒床温Ｔｃ及び排気空燃比Ａ／Ｆが検出される。

ステップＳ１０６では、触媒床温Ｔｃ及び排気空燃比Ａ／Ｆがそれぞれの目標温度Ｔｃｔ及び目標空燃比Ａ／Ｆｔとなるように、図２で説明した燃料添加弁５に係る燃料添加パラメータが設定され、該燃料添加パラメータに則り燃料添加弁５からの燃料添加制御が行われる。

ステップＳ１０７では、エアフローメータ１２の出力値に基づき検出される吸入空気量と、ＳＯｘ濃度センサ８の出力値に基づき検出されるＳＯｘ濃度とに基づいてＳＯｘ放出量Ｄｓｏｘが推定され、ＳＯｘ被毒回復制御が開始されてからの該ＳＯｘ放出量Ｄｓｏｘの積算値である総ＳＯｘ放出量ΣＤｓｏｘが算出される。そして、ステップＳ１０３において記憶された開始時ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘｓが読み込まれ、該開始時ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘｓから総ＳＯｘ放出量ΣＤｓｏｘを減算することで現在のＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが算出される。

ステップＳ１０８では、現在のＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが第２基準ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘｂ２以下となったか否かが判定される。そして、肯定判定された場合（Ｑｓｏｘ≦Ｑｓｏｘｂ２）には、ＳＯｘ被毒回復制御を終了すべきであると判断され、続くステップＳ１０９において燃料添加弁５による燃料添加制御を終了させ、本ルーチンを一旦終了する。一方、否定判定された場合（Ｑｓｏｘ＞Ｑｓｏｘｂ２）には、ＳＯｘ被毒回復制御を継続すべきであると判断され、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、開始時ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘｓに対する現在のＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘの比であるＳＯｘ吸蔵比Ｒｓｏｘが算出され、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗとＳＯｘ吸蔵比Ｒｓｏｘとの関係が格納されたマップにＳＯｘ吸蔵比Ｒｓｏｘが代入され、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが推定される。

ステップＳ１１１では、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗに応じて目標温度Ｔｃｔ及び目標空燃比Ａ／Ｆｔが設定され、ＥＣＵ１０内に記憶される。すなわち、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが第１閾値Ｄｄｗｔｈ１よりも小さい場合には、目標温度Ｔｃｔが開始時目標温度Ｔｃｔｂに、目標空燃比Ａ／Ｆｔが開始時目標空燃比Ａ／Ｆｔｂに設定・記憶される。

また、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが第１閾値Ｄｄｗｔｈ１以上であって且つ第２閾値Ｄｄｗｔｈ２よりも小さい場合には、目標温度Ｔｃｔが第１目標温度Ｔｃｔ１に、目標空燃比Ａ／Ｆｔが第１目標空燃比Ａ／Ｆｔ１に設定・記憶される。また、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが第２閾値Ｄｄｗｔｈ２以上である場合には、目標温度Ｔｃｔが第２目標温度Ｔｃｔ２に、目標空燃比Ａ／Ｆｔが第２目標空燃比Ａ／Ｆｔ２に設定・記憶される。本ステップの処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

次に、ステップＳ１０１において、ＳＯｘ被毒回復制御の継続中である判定された場合の制御内容について説明する。その場合には、上述のようにステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、ステップＳ１１１において記憶された目標温度Ｔｃｔが読み込まれる。そして、ステップＳ１１３では、目標温度Ｔｃｔを更新する必要があるか否か判定される。すなわち、現在の目標温度ＴｃｔとステップＳ１１２で読み込まれた目標温度Ｔｃｔが異なる場合には、肯定判定され、ステップＳ１１４に進む。また、現在の目標温度ＴｃｔとステップＳ１１２で読み込まれた目標温度Ｔｃｔが同じである場合には、否定判定され、ステップＳ１１５に進む。

ステップＳ１１４では、目標温度ＴｃｔがステップＳ１１２で読み込まれた値に更新される。そして、本ステップの処理が終わるとステップＳ１０５に進み、ＳＯｘ被毒回復制御が継続される。一方、ステップＳ１１５では、ステップＳ１１２で読み込まれた目標温度Ｔｃｔが開始時目標温度Ｔｃｔｂであるか否か判定される。肯定判定された場合には、ステップＳ１０５に進み、ＳＯｘ被毒回復制御が継続される。一方、否定判定された場合には、ステップＳ１１６に進む。

ステップＳ１１６では、触媒床温Ｔｃが検出されるとともに、該触媒床温Ｔｃが目標温度Ｔｃｔまで上昇したか（目標温度Ｔｃｔ以上となったか）否かが判定される。ここでの目標温度Ｔｃｔは、ステップＳ１１４において更新された最新の目標温度である。そして、本ステップにて肯定判定された場合（Ｔｃ≧Ｔｃｔ）には、目標空燃比Ａ／Ｆｔをリッチ側に変更しても排気エミッションが悪化する虞がないと判断され、ステップＳ１１７に進む。一方、否定判定された場合（Ｔｃ＜Ｔｃｔ）には、目標空燃比Ａ／Ｆｔをリッチ側に変更すると排気エミッションが悪化する虞があると判断され、ステップＳ１０５に進み、現在の目標空燃比Ａ／Ｆｔのまま、ＳＯｘ被毒回復制御が継続される。

ステップＳ１１７では、ステップＳ１１１において記憶された目標空燃比Ａ／Ｆｔが読み込まれ、該目標空燃比Ａ／Ｆｔが更新される。そして、本ステップが終了すると、ステップＳ１０５に進み、ＳＯｘ被毒回復制御が継続される。

以上のように、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御によれば、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが増大するに従って、触媒床温Ｔｃをより高温側の目標温度Ｔｃｔまで段階的に上昇させるとともに、排気空燃比Ａ／Ｆをよりリッチ側の目標空燃比Ａ／Ｆｔまで低下させることで、ＳＯｘ放出速度Ｖｓｏｘが低下することを抑制できる。

尚、本実施例では、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗの閾値Ｄｄｗｔｈとして、大きさを異にする二の閾値（第１閾値Ｄｄｗｔｈ１及び第２閾値Ｄｄｗｔｈ２）を設定する場合を例として説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗの大きさに応じて閾値Ｄｄｗｔｈを更に細かく設定することで、ＳＯｘ被毒回復制御中におけるＳＯｘ放出速度Ｖｓｏｘの低下の抑制を、より細やかに行うことができる。また、例えば単一の閾値Ｄｄｗｔｈを設定することで、ＳＯｘ被毒回復制御の処理内容をより簡素化することも可能である。

また、本実施例における目標温度Ｔｃｔ及び目標空燃比Ａ／Ｆｔは、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが増大するに従って連続的に変更されても良い。すなわち、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗが大きくなるほど、目標温度Ｔｃｔをより高温側に、また目標空燃比Ａ／Ｆｔをよりリッチ側に連続的に変更しても良い。

また、本実施例では、燃料添加弁５から燃料を排気中に添加することで、ＮＯｘ触媒３に還元剤たる燃料を供給しているが、内燃機関１の気筒内に配置された燃料噴射弁（図示省略）からの主噴射とは異なるタイミング（例えば、膨脹行程・排気行程等）にて該燃料噴射弁から燃料を噴射する副噴射によってＮＯｘ触媒３に燃料を供給しても良いのは勿論である。

実施例１における内燃機関と、その吸排気系の概略構成を示す図である。実施例１のＳＯｘ被毒回復制御において、燃料添加弁に対するＥＣＵの指令信号と、それに対応する排気空燃比Ａ／Ｆのタイムチャートを例示した図である。（ａ）は、燃料添加弁に対する指令信号のタイムチャートである。（ｂ）は、排気空燃比Ａ／Ｆのタイムチャートである。本実施例のＳＯｘ被毒回復制御におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘ、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗ、目標温度Ｔｃｔ、目標空燃比Ａ／Ｆｔのタイムチャートを例示した図である。（ａ）は、ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘのタイムチャートである。（ｂ）は、ＳＯｘ放出速度低下度合いＤｄｗのタイムチャートである。（ｃ）は、目標温度Ｔｃｔのタイムチャートである。（ｄ）は、目標空燃比Ａ／Ｆｔのタイムチャートである。実施例１におけるＳＯｘ被毒回復制御ルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・排気管
３・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
４・・・触媒コンバータ
５・・・燃料添加弁
６・・・排気空燃比センサ
７・・・排気温度センサ
８・・・ＳＯｘ濃度センサ
１０・・ＥＣＵ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に上流側から還元剤を供給し、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を昇温させると共に該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を低下させることで、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復制御を実行する実行手段と、
前記ＳＯｘ被毒回復制御中において、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ吸蔵量の減少に起因するＳＯｘ放出速度の該ＳＯｘ被毒回復制御開始時に対する低下度合いを推定する推定手段と、
を備え、
前記実行手段は、前記推定手段により推定された前記ＳＯｘ放出速度の低下度合いが大きくなるに従って、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をより高温側の目標温度まで昇温させることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
前記実行手段は、前記ＳＯｘ放出速度の低下度合いがより大きい場合における前記目標温度を該ＳＯｘ放出速度の低下度合いがより小さい場合における該目標温度以上になるように制御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。
前記実行手段は、前記推定手段により推定された前記ＳＯｘ放出速度の低下度合いが大きくなるに従って、前記排気の空燃比をよりリッチ側の目標空燃比まで低下させ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。
前記実行手段は、前記ＳＯｘ放出速度の低下度合いがより大きい場合における前記目標空燃比を該ＳＯｘ放出速度の低下度合いがより小さい場合における該目標空燃比以下になるように制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。