JP5310353B2

JP5310353B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP5310353B2
Application number: JP2009172274A
Authority: JP
Inventors: 嘉夫田川; 川島　　一仁
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-07-23
Also published as: JP2011027008A

Description

本発明はＮＯｘ吸蔵触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

車両に搭載される内燃機関の排気に含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）を除去する排気浄化装置として、種々の触媒を用いたものが提供されている。
このような触媒として、酸化触媒、三元触媒、ＮＯｘ吸蔵触媒などが知られている。
酸化触媒は、ＣＯ、ＨＣをＣＯ_２（二酸化炭素）_、Ｈ_２O（水）に酸化させるものである。
三元触媒は、ＣＯをＣＯ_２に酸化し、ＨＣをＣＯ_２とＨ_２Ｏに酸化し、ＮＯｘをＯ_２（酸素）とＮ_２（窒素）とに還元する触媒である。
三元触媒によってＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの３種類の有害物質を効率的に除去するためには、酸化雰囲気と還元雰囲気とが混在することが必要となる。そのため、三元触媒は、理論空燃比（ストイキオメトリック）付近で運転される内燃機関、例えば、ガソリンエンジンの排気浄化装置に適用されることが多い。

ＮＯｘ吸蔵触媒は、ＮＯｘを吸蔵する触媒である。
ＮＯｘ吸蔵触媒は、ディーゼルエンジンあるいは直噴式ガソリンエンジンのようにリーン空燃比（希薄空燃比）で運転する内燃機関の排気浄化装置に適用されることが多い。
また、ＮＯｘ吸蔵触媒は、吸蔵し得るＮＯｘの量に限界があるため、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘをＮＯｘパージによって除去する必要がある。
ＮＯｘパージは、排気に含まれる還元材としてのＣＯ、ＨＣを増加させ、これら還元材をＮＯｘ吸蔵触媒に与えることでＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘをＯ_２とＮ_２とに還元する。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒が再生される。

ところで、ＮＯｘ吸蔵触媒は、燃料に含まれる硫黄（サルファ）が酸素と反応したＳＯｘ（硫黄酸化物）をＮＯｘの代わりに吸蔵する性質を有している。このため、ＮＯｘ吸蔵触媒が多くの硫黄（サルファ）を吸蔵すると、やがてＮＯｘを吸蔵する能力が低下し、浄化効率が低下してしまう問題がある。
ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵された硫黄（サルファ）は、ＮＯｘに比較してより安定した状態でＮＯｘ吸蔵触媒に結合していることから、ＮＯｘパージの際の温度雰囲気よりも高温の状態にしないと、硫黄（サルファ）をＮＯｘ吸蔵触媒から脱離することができない。
すなわち、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵された硫黄（サルファ）はＮＯｘパージによって除去することができないため、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵された硫黄（サルファ）をサルファパージによって除去する必要がある。
サルファパージは、ＮＯｘ吸蔵触媒を高温雰囲気とするか、あるいは、高温雰囲気かつ還元雰囲気とすることでなされる。
具体的には、ＮＯｘ吸蔵触媒に供給される排気の温度を高温とすることによって高温雰囲気を形成する。あるいは、未燃燃料（還元材）をＮＯｘ吸蔵触媒に供給することによりＮＯｘ吸蔵触媒で未燃燃料（還元材）を酸化（燃焼）させることで高温雰囲気かつ還元雰囲気を形成する。

サルファパージのためにＮＯｘ吸蔵触媒に高温雰囲気を形成する場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒が熱劣化を生じないようにＮＯｘ吸蔵触媒の温度を適切に制御する必要がある。
そこで、次のような排気浄化装置が提案されている（特許文献１参照）。
すなわち、この排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵触媒よりも上流の排気通路の箇所に可燃物（燃料）を反応させて排気温度を上昇させる可燃物反応手段が設けられている。
そして、ＮＯｘ吸蔵触媒よりも上流側の排気通路の箇所でＮＯｘ吸蔵触媒に近接した箇所に、排気温度検出手段が設けられている。
この排気浄化装置は、排気温度検出手段で検出された温度に基づいて可燃物反応手段に供給する可燃物の量を増減することでＮＯｘ吸蔵触媒の温度を制御する。

特開２０００−６４８２１号公報

上記従来装置は、可燃物反応手段の上流側から可燃物反応手段に供給される可燃物を含む排気の温度が、該可燃物反応手段による反応を行わせるのに適した温度であれば十分な効果を奏するものである。
しかしながら、何らかの原因により可燃物反応手段で反応しきれなかった可燃物がＮＯｘ吸蔵触媒に到達した場合、その可燃物の量によっては、ＮＯｘ吸蔵触媒での可燃物の反応（発熱）が著しいものとなる。その場合、ＮＯｘ吸蔵触媒に熱劣化などの性能劣化が生じることが懸念される。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、サルファパージを的確に実行しつつＮＯｘ吸蔵触媒が性能劣化に至る可能性を低減する上で有利な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気流路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒と、前記排気流路中で前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも上流側に設けられた酸化触媒と、前記排気流路中で前記酸化触媒よりも上流側に設けられ、前記排気流路内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を有し、前記酸化触媒よりも上流側から燃料を供給する燃料供給手段と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のサルファパージの要否を判定する判定手段と、前記酸化触媒の内部の温度を検出する温度検出手段と、前記判定手段によりサルファパージが要と判定された場合に、前記温度検出手段の検出結果に応じて、前記酸化触媒が失活しない範囲で前記ＮＯｘ吸蔵触媒に昇温した排気を供給することが可能な燃料の最大量である最大燃料量を決定する最大燃料量決定手段と、前記内燃機関の実空燃比と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒をサルファパージするために必要な排気の空燃比である目標空燃比との差分に基づき要求燃料量を決定する要求燃料量決定手段と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒をサルファパージするために前記ＮＯｘ吸蔵触媒に供給される燃料が前記最大燃料量以下となるように、前記燃料供給手段から供給される燃料の供給量を制限する制限手段とを備え、前記制限手段は、前記要求燃料量が前記最大燃料量以下であれば、前記燃料供給手段が供給する前記燃料の供給量を前記要求燃料量とし、前記要求燃料量が前記最大燃料量を上回れば、前記燃料供給手段が供給する前記燃料の供給量を前記最大燃料量に制限することを特徴とする。

本発明によれば、サルファパージが要と判定された場合に上流側排気浄化手段の内部の温度の検出結果に応じて上流側排気浄化手段が失活しない範囲でＮＯｘ吸蔵触媒に供給することが可能な燃料の最大量である最大燃料量を決定する。
そして、ＮＯｘ吸蔵触媒をサルファパージするためにＮＯｘ吸蔵触媒に供給される燃料が最大燃料量以下となるように、燃料供給手段が排気流路に供給する燃料を制限する。
そのため、上流側排気浄化手段の失活を抑止しつつ、ＮＯｘ吸蔵触媒のサルファパージをより的確に実施することができるので、ＮＯｘ吸蔵触媒が性能劣化に至る可能性を低減できる。

本発明に係る排気浄化装置２２が設けられたエンジン１０の構成を示す構成図である。上流側排気浄化手段２６（酸化触媒２６Ａ）が失活しない場合における燃料供給量と上流側排気浄化手段２６およびＮＯｘ吸蔵触媒２４の温度との関係を示す説明図である。上流側排気浄化手段２６（酸化触媒２６Ａ）が失活した場合における燃料供給量と上流側排気浄化手段２６およびＮＯｘ吸蔵触媒２４の温度との関係を示す説明図である。上流側排気浄化手段２６の内部の温度Ｔと最大燃料量Ｘとの関係を示すマップの説明図である。排気浄化装置２２によるサルファパージの動作を示すフローチャートである。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は燃料噴射弁２８Ａによる燃料噴射パターンの説明図である。

次に、本発明の実施の形態の内燃機関の排気浄化装置について図１乃至図６を参照して説明する。
まず、排気浄化装置２２が適用されるエンジン（内燃機関）１０について説明する。
図１に示すように、車両に搭載されたエンジン１０は、燃焼室１２と、燃料噴射弁１４（筒内燃料噴射弁）と、排気流路１６と、Ａ／Ｆ検出装置（酸素濃度センサー）１８と、後述するＥＣＵ(Electronic Control Unit)２０を含んで構成されている。
燃焼室１２は、燃料が燃焼される空間を形成するものである。
燃料噴射弁１４は、図示しない燃料タンクを有する燃料供給装置に燃料パイプを介して接続されている。前記燃料供給装置は、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁１４に供給することにより、この燃料を燃料噴射弁１４から燃焼室１２内に向けて所望の燃圧で噴射する高圧燃料ポンプを備えている。
燃料噴射弁１４は、ＥＣＵ２０により燃料の噴射タイミング、噴射量が制御される。

排気流路１６は、燃焼室１２で燃料が燃焼されることで発生する排気を車両の外部に導いて排出するものである。
本実施の形態では、エンジン１０は、燃焼室１２内に燃料噴射弁１４により燃料を噴射する直噴式ディーゼルエンジンで構成されている。なお、エンジン１０は、ガソリンエンジンなどであってもよく限定されるものではない。

排気浄化装置２２は、ＮＯｘ吸蔵触媒２４、上流側排気浄化手段２６、燃料供給手段２８、第１温度検出器３０、第２温度検出器３２、前記ＥＣＵ２０を含んで構成されている。

ＮＯｘ吸蔵触媒２４は、排気流路１６に設けられ、エンジン１０から排出される排気のＮＯｘを浄化するものである。
ＮＯｘ吸蔵触媒２４は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Rh）等の貴金属とバリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）等のＮＯｘ吸蔵剤を担持させて構成されている。
ＮＯｘ吸蔵触媒２４は、リーン空燃比雰囲気（酸化雰囲気）下でＮＯｘを捕捉、吸蔵する。
ＮＯｘ吸蔵触媒２４は、リッチ空燃比雰囲気（還元雰囲気）下で（言い換えるとＮＯｘパージされることによって）、捕捉しているＮＯｘを放出し、ＨＣ、ＣＯと反応させて還元する。すなわち、ＨＣ、ＣＯは還元材である。

ここでＮＯｘ吸蔵触媒２４のサルファパージについて説明する。
前述したように、ＮＯｘ吸蔵触媒２４には、ＮＯｘと共に、燃料及びエンジンオイル中のサルファ分からの硫黄（サルファ）が吸蔵され、当該硫黄（サルファ）はＮＯｘパージでは除去不能である。
そのため、硫黄（サルファ）吸蔵量の推定値が所定量に達したときにサルファパージを行うことによりＮＯｘ吸蔵触媒２４に吸蔵されていたサルファを脱離させ、ＳＯ₂、Ｈ_２Ｓなどの硫黄化合物として排出させる。
サルファパージでは、ＮＯｘ吸蔵触媒２４に供給される排気の温度を高温とすることによって高温雰囲気を形成する。あるいは、未燃燃料（還元材）を供給することにより上流側排気浄化手段２６とＮＯｘ吸蔵触媒２４で未燃燃料（還元材）を酸化（燃焼）させることで高温雰囲気かつ還元雰囲気（高温リッチ雰囲気ともいう）を形成する。

高温雰囲気かつ還元雰囲気を形成する場合には、硫黄（サルファ）の脱離を図るために７００度程度の温度が必要となる。
一方、ＮＯｘ吸蔵触媒２４が過度に加熱されることによってＮＯｘ吸蔵触媒２４の温度が予め定められた許容温度を超えると、ＮＯｘ吸蔵触媒２４は熱劣化を生じ、ＮＯｘ吸蔵触媒２４としての機能が低下する。
そのため、サルファパージに際しては、ＮＯｘ吸蔵触媒２４の熱劣化の抑制を図りつつ硫黄（サルファ）の脱離を効率よく行うこと重要となる。

上流側排気浄化手段２６は、排気流路１６中でＮＯｘ吸蔵触媒２４よりも上流側に設けられエンジン１０から排出される排気を浄化するものである。
本実施の形態では、上流側排気浄化手段２６は酸化触媒（ＤＯＣ）２６Ａで構成されている。
なお、上流側排気浄化手段２６は、酸化触媒２６Ａに限定されるものではない。上流側排気手段２６として、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ:Diesel Particulate Filter）、三元触媒、前記ＮＯｘ吸蔵触媒２４とは別のＮＯｘ吸蔵触媒など従来公知のさまざまな排気浄化手段が使用可能である。
酸化触媒２６Ａは、排気中に含まれるＣＯ、ＨＣを酸化させて、二酸化炭素、水に浄化するものである。そのため、酸化触媒２６Ａは、未燃燃料が供給されると未燃燃料が酸化反応を生じることで温度が上昇し、未燃燃料の酸化反応が終了すると温度が低下する。
したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒２４をサルファパージする場合には、酸化触媒２６Ａに未燃燃料を供給することによって酸化触媒２６Ａからの排気の温度を上昇させＮＯｘ吸蔵触媒２４に高温雰囲気を形成すればよい。
すなわち、図２に示すように、未燃燃料が供給されると、酸化触媒２６Ａにおいて未燃燃料が酸化して酸化触媒２６Ａの温度が上昇する。やがて温度が上昇した排気が下流側のＮＯｘ吸蔵触媒２４に到達することでＮＯｘ吸蔵触媒２４の温度が上昇する。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒２４に高温雰囲気が形成される。
なお、図２は、未燃燃料の全てが酸化触媒２６Ａで酸化した場合を示している。
しかしながら、未燃燃料の一部が酸化触媒２４Ａで酸化し、未燃燃料の残りがＮＯｘ吸蔵触媒２４に供給される場合もある。
この場合は、酸化触媒２６Ａでの未燃燃料の酸化による排気の温度上昇によってＮＯｘ吸蔵触媒２４の温度が上昇することに加え、ＮＯｘ吸蔵触媒２４でも未燃燃料が酸化することによってＮＯｘ吸蔵触媒２４の温度がさらに上昇することになる。

ところで、酸化触媒２６Ａは、それに供給される未燃燃料の量が増えるほど酸化反応による温度上昇が高くなるが、酸化触媒２６Ａに供給される未燃燃料の量がある基準を超えると酸化触媒２６Ａが失活して酸化反応を起こしにくくなり、温度が上昇しない。
このように酸化触媒２６Ａが失活すると、未燃燃料は酸化触媒２６Ａで利用されずに下流側のＮＯｘ吸蔵触媒２４に供給されるため、ＮＯｘ吸蔵触媒２４は供給された未燃燃料が酸化して急激に発熱する。このような発熱によりＮＯｘ吸蔵触媒２４が熱劣化するおそれが生じる。
すなわち、図３に示すように、未燃燃料がある基準を超えて供給されることにより、酸化触媒２６Ａが失活すると、未燃燃料は酸化触媒２６Ａでほとんど利用されず、したがって、酸化触媒２６Ａの温度はほとんど上昇しない。
酸化触媒２６Ａで利用されなかった残りの未燃燃料はそのままＮＯｘ吸蔵触媒２４に供給されるため、ＮＯｘ吸蔵触媒２４で未燃燃料が酸化して急激に温度が上昇し、ＮＯｘ吸蔵触媒２４の許容温度を超えてしまい、ＮＯｘ吸蔵触媒２４の熱劣化が生じる。
したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒２４をサルファパージする場合には、酸化触媒２６Ａが失活しないようにしてＮＯｘ吸蔵触媒２４の急激な発熱を抑制する必要がある。

燃料供給手段２８は、排気流路１６の上流側排気浄化手段２６よりも上流側から燃料を供給するものである。
本実施の形態では、燃料供給手段２８は、排気流路１６中で上流側排気浄化手段２６よりも上流側に設けられ、排気流路１６内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２８Ａを備えている。言い換えると、燃料供給手段２８は、燃料を排気流路１６内に噴射する排気管噴射を行うようにしている。
燃料噴射弁２８Ａには、図示しない燃料タンクから、エンジン１０によって駆動される燃料ポンプによって燃料が供給される。
燃料噴射弁２８Ａは、ＥＣＵ２０により燃料の噴射タイミング、噴射量が制御される。

第１温度検出器３０は、排気流路１６中の上流側排気浄化手段２６の上流側でかつ燃料供給手段２８の下流側に設けられ、上流側排気浄化手段２６の入口近傍における排気の温度を検出するものである。
第２温度検出器３２は、排気流路１６中の上流側排気浄化手段２６の下流側でＮＯｘ吸蔵触媒２４の上流側に設けられ、上流側排気浄化手段２６の出口近傍における排気の温度を検出するものである。

ＥＣＵ２０は、エンジン１０の制御を行う電子制御ユニットである。
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納するＲＯＭ、ワーキングエリアを提供するＲＡＭ、周辺回路とのインタフェースをとるインタフェース部などがバスによって接続されたマイクロコンピュータによって構成されている。そして、前記ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより機能する。
すなわち、ＥＣＵ２０の入力側には、従来公知の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
また、ＥＣＵ２０の入力側には、Ａ／Ｆ検出装置（酸素濃度センサー）１８、第１、第２温度検出器３０、３２からの検出情報が入力される。
また、ＥＣＵ２０の出力側には、前述の燃料噴射弁１４、２８Ａなどの各種出力デバイスが接続されている。
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵが前記制御プログラムを実行することにより、前記各種センサ類からの検出情報に基づき前記各種出力デバイスを制御し、これにより、エンジン１０の制御がなされる。

また、ＥＣＵ２０は、ＣＰＵが前記制御プログラムを実行することにより、判定手段３４と、温度検出手段３６と、最大燃料量決定手段３８と、制限手段４０と、要求燃料量決定手段４２として機能する。

判定手段３４は、ＮＯｘ吸蔵触媒２４のサルファパージの要否を判定するものである。
本実施の形態では、判定手段３４は、ＮＯｘ吸蔵触媒２４に吸蔵された硫黄（サルファ）量を推定し、この推定された硫黄（サルファ）量が予め定められた判定基準値を超えたことをもってサルファパージが必要であると判定する。
硫黄（サルファ）量の推定は例えば次のような手順で行う。
すなわち、判定手段３４は、エンジン１０の運転状態に基づいてその時々の排ガス中に含まれる硫黄（サルファ）量を推定し、推定した硫黄（サルファ）量を前回のサルファパージの実行時から逐次積算して硫黄（サルファ）量の積算値を求める。そして、この硫黄（サルファ）量の積算値を現在のＮＯｘ吸蔵触媒２４に吸蔵された硫黄（サルファ）量と見なす。
なお、ＮＯｘ吸蔵触媒２４のサルファパージの要否判定を行う構成は、このような推定値を用いて行う構成に限定されない。例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒２４の下流側にＮＯｘセンサを配置し、このＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ濃度の値に基づいて行うなど従来公知のさまざまな構成が使用可能である。

温度検出手段３６は、上流側排気浄化手段２６の内部の温度を検出するものである。
本実施の形態では、温度検出手段３６は前記の第１、第２温度検出器３０、３２で検出された温度に基づいて上流側排気浄化手段２６の内部の温度を検出する。
より詳細には、温度検出手段３６は、第１温度検出器３０で検出された上流側排気浄化手段２６の入口近傍における排気の温度と、第２温度検出器３２で検出された上流側排気浄化手段２６の出口近傍における排気の温度との温度差を求める。そして、この温度差に基づいて上流側排気浄化手段２６の内部の温度を推測することで上流側排気浄化手段２６の内部の温度を検出する。

温度検出手段３６による上流側排気浄化手段２６の内部の温度の推測は例えば次のようにして行う。
予め実験によって、前記の温度差と上流側排気浄化手段２６の内部の温度との関係を測定し、温度差と上流側排気浄化手段２６の内部の温度との関係をマップとして設定しておく。そして、前記温度差に基づいて上流側排気浄化手段２６の内部の温度をマップから読み出す。
なお、温度検出手段３６の構成は、本実施の形態に限定されるものではない。例えば、上流側排気浄化手段２６の内部の温度を直接検出する温度検出器を設け、この温度検出器によって温度検出手段を構成してもよい。

最大燃料量決定手段３８は、判定手段３４によりＮＯｘ吸蔵触媒２４のサルファパージが要と判定された場合に、温度検出手段３６の検出結果に応じて、最大燃料量Ｘを決定するものである。最大燃料量Ｘとは、上流側排気浄化手段２６が失活しない範囲でＮＯｘ吸蔵触媒２４に供給することが可能な燃料の最大量である。
最大燃料量Ｘの決定は、例えば次のように行う。
すなわち、図４に示すように、上流側排気浄化手段２６の内部の温度Ｔと、この温度に対応した最大燃料量Ｘとの関係を予め実験によって測定しておく。
通常、温度Ｔが上昇するほど最大燃料量Ｘも増加する傾向にある。
そして、上流側排気浄化手段２６の温度Ｔと最大燃料量Ｘとの関係をマップとして設定しておく。そして、温度検出手段３６で検出された上流側排気浄化手段２６の内部の温度Ｔに基づいて最大燃料量Ｘをマップから読み出す。

制限手段４０は、ＮＯｘ吸蔵触媒２４をサルファパージするためにＮＯｘ吸蔵触媒２４に供給される燃料が最大燃料量Ｘ以下となるように、燃料供給手段２８から供給される燃料の供給量を制限するものである。
本実施の形態では、制限手段４０は、ＮＯｘ吸蔵触媒２４のサルファパージの開始から所定期間、燃料の供給量を制限する。ここで所定期間とは、上流側排気浄化手段２６の温度が失活しない程度の十分な高温となるまでの期間である。
また、具体的には、制限手段４０は、該制限手段４０が燃料噴射弁２８Ａによる燃料の噴射タイミングおよび燃料の噴射量の一方または双方を制御することによって燃料供給手段２８から供給される燃料の供給量の制限を行う。制限手段４０による燃料の噴射タイミングおよび燃料の噴射量の制御については後述する。

次に、要求燃料量決定手段４２について説明する。
エンジン１０が駆動トルクを発生するために行う燃焼によりエンジン１０から実際に排出された排気の空燃比を実空燃比Ａ／Ｆｂとする。本実施の形態では、実空燃比Ａ／Ｆｂは、ＥＣＵ２０が吸入空気量と燃料噴射量とから演算することによって求められる。
ＮＯｘ吸蔵触媒２４をサルファパージするために必要な排気雰囲気を形成する排気の空燃比を目標空燃比Ａ／Ｆａとする。目標空燃比Ａ／ＦａはＮＯｘ吸蔵触媒２４に応じて予め算出され設定されている。
要求燃料量決定手段４２は、実空燃比Ａ／Ｆｂと目標空燃比Ａ／Ｆａとの差分に相当する燃料量を演算によって算出し要求燃料量Ｙとして決定する。
そして、制限手段４０は、要求燃料量Ｙが最大燃料量Ｘ以下であれば、燃料供給手段２８が供給する燃料の供給量を要求燃料量Ｙに制限する。
また、制限手段４０は、要求燃料量Ｙが最大燃料量Ｘを上回れば、燃料供給手段２８が供給する燃料の供給量を最大燃料量Ｘに制限する。
このような要求燃料量決定手段４２を設けることにより、実空燃比Ａ／Ｆｂと目標空燃比Ａ／Ｆａとの差分を求めるといった単純な演算で要求燃料量Ｙを決定する。

次に、図５に示すフローチャートを参照して排気浄化装置２２の動作について説明する。
図５に示す一連の処理は、ＥＣＵ２０によって一定期間毎に実行（起動）される。
まず、判定手段３４によってサルファパージの要否が判定される（ステップＳ１０）。
ステップＳ１０が否定ならば、サルファパージが不要であるため、図５に示す一連の処理をスキップする。
ステップＳ１０が肯定ならば、温度検出手段３６は、上流側排気浄化手段２６の内部温度を検出する（ステップＳ１２）。

次いで、最大燃料量決定手段３８は、温度検出手段３６の検出結果に応じて最大燃料量Ｘを決定する（ステップＳ１４）。
次に、要求燃料量決定手段４２は、実空燃比Ａ／Ｆｂと目標空燃比Ａ／Ｆａとの差分に相当する燃料量を演算によって算出し要求燃料量Ｙとして決定する（ステップＳ１６）。

そして、制限手段４０は、要求燃料量Ｙが最大燃料量Ｘ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。
ステップＳ１８の判定結果が否定であれば（要求燃料量Ｙ＞最大燃料量Ｘ）、制限手段４０は、燃料供給手段２８が供給する燃料の供給量を最大燃料量Ｘに制限した状態で燃料供給手段２８による燃料の供給を行い（ステップＳ２０）、ステップＳ１０に戻る。
この場合、燃料供給手段２８が供給する燃料の供給量は最大燃料量Ｘに制限されていることから、上流側排気浄化手段２６が失活することなく上流側排気浄化手段２６に燃料が供給されることになる。
上流側排気浄化手段２６は供給された燃料（最大燃料量Ｘ）が酸化することで、上流側排気浄化手段２６からＮＯｘ吸蔵触媒２４に対して昇温した排気が供給され、ＮＯｘ吸蔵触媒２４の温度も上昇する。
このようにしてステップＳ１８の判定結果が否定となり、ステップＳ２０により最大燃料量Ｘに制限された燃料の供給が実行される処理が何度か繰り返される毎に、上流側排気浄化手段２６およびＮＯｘ吸蔵触媒２４の温度が次第に上昇していく。したがって、最大燃料量Ｘの値も次第に増加していくことになる。
言い換えると、上流側排気浄化手段２６の温度が上昇すると、より多くの燃料を供給しても上流側排気浄化手段２６は失活しない。したがって、上流側排気浄化手段２６の温度上昇に応じて最大燃料量Ｘを次第に増加させていくことになる。

最大燃料量Ｘの値が増加することで、ステップＳ１８の判定結果が肯定（要求燃料量Ｙ≦最大燃料量Ｘ）になる。すると、制限手段４０は、燃料供給手段２８が供給する燃料の供給量を要求燃料量Ｙとした状態で燃料供給手段２８による燃料の供給を行う（ステップＳ２２）。
この場合、燃料供給手段２８が供給する燃料の供給量は最大燃料量Ｘ以下の要求燃料量Ｙに制御されていることから、上流側排気浄化手段２６が失活することなく上流側排気浄化手段２６に燃料が供給されることになる。
上流側排気浄化手段２６は供給された燃料（要求燃料量Ｙ）が酸化して温度が上昇し、上流側排気浄化手段２６からＮＯｘ吸蔵触媒２４に対して昇温した排気が供給され、ＮＯｘ吸蔵触媒２４にサルファパージを行うに足る高温雰囲気が形成される。
燃料供給手段２８から供給された燃料は、上流側排気浄化手段２６で酸化することにより、その一部がＨ_２Ｏ、ＣＯ_２に酸化されるが、残りの燃料は上流側排気浄化手段２６によってＣＯ、ＨＣなどに反応、改質される。これらＣＯ、ＨＣは還元材としてＮＯｘ吸蔵触媒２４に供給され、したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒２４はサルファパージを行うに足る高温雰囲気かつ還元雰囲気が形成される。
このようにしてＮＯｘ吸蔵触媒２４がサルファパージを行うに足る高温雰囲気かつ還元雰囲気となることによりＮＯｘ吸蔵触媒２４のサルファパージが行われる。

次いで、ＥＣＵ２０は、ＮＯｘ吸蔵触媒２４のサルファパージを終了するか否かを判定する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の判定結果が肯定ならば終了し、否定ならばステップＳ１０に戻る。
なお、サルファパージを終了するか否かの判定は、例えば、サルファパージを実行している時間を計時しておき、その計時した時間が予め定められた所定時間に到達したか否かに基づいて行うことができる。
以上のようにしてサルファパージが実行される。

図５に示す処理を実行する際、サルファパージの開始直後は、上流側排気浄化手段２６の温度Ｔが低く、したがって、図４に示すように、最大燃料量Ｘは低い値に留まっている。
そして、時間が経過するにしたがってステップＳ２０が繰り返して実行されることによって上流側排気浄化手段２６の温度Ｔが次第に上昇し最大燃料量Ｘも次第に増加する。
そのため、ＮＯｘ吸蔵触媒２４の温度がサルファパージを行うに足りる十分な高温となるまでの期間、燃料供給手段２８によって供給する燃料の供給量は、最大燃料量Ｘの増加に伴って増加する。
そして、ＮＯｘ吸蔵触媒２４の温度がサルファパージを行うに足りる十分な高温となった段階で、燃料供給手段２８によって供給する燃料の供給量は、要求燃料量Ｙとなる。
すなわち、制限手段４０は、ＮＯｘ吸蔵触媒２４のサルファパージの開始から所定期間、燃料の供給量を制限している。すなわち、所定期間は、上流側排気浄化手段２６の温度がサルファパージを行うに足りる十分な高温となるまでの期間である。

次に、燃料供給手段２８によって供給する燃料の供給量を最大燃料量Ｘに制限する具体的な方法について説明する。
図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は燃料噴射弁２８Ａによる燃料噴射パターンの説明図である。横軸は時間、縦軸は噴射量を示す。
図６（Ａ）は比較例として示したものであり、制限手段４０の制御により燃料供給手段２８から供給される燃料の供給量の制限を行っていない場合の燃料噴射パターンを示している。
すなわち、燃料噴射を一定の周期で間欠的に行い、かつ、燃料の噴射量を一定とした燃料噴射パターンを示している。
上流側排気浄化手段２６の温度が低い段階でこのような噴射を行うと、上流側排気浄化手段２６の失活が発生し、未燃燃料がＮＯｘ吸蔵触媒２４に供給されることで急激に温度が上昇し、ＮＯｘ吸蔵触媒２４の熱劣化が生じてしまう。

図６（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、ＮＯｘ吸蔵触媒２４のサルファパージの開始から所定期間、制限手段４０の制御により燃料供給手段２８から供給される燃料の供給量の制限を行う場合の燃料噴射パターンの例を示している。ここで、所定期間とは、上流側排気浄化手段２６の温度が失活しない程度に十分な高温となるまでの期間である。
また、図６（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）において、符号ｔ０は燃料噴射弁２８Ａによる燃料噴射を開始した時点を示す。また、符号ｔ１、ｔ２、ｔ３はそれぞれＮＯｘ吸蔵触媒２４にサルファパージを行うに足りる十分な高温雰囲気および還元雰囲気が形成された時点を示す。

図６（Ｂ）の燃料噴射パターンは、燃料の噴射を一定の周期で間欠的に行い、かつ、時間経過と共に燃料の噴射量を増加させている。すなわち、燃料の噴射タイミングは一定であり、燃料の噴射量のみを制御したものである。
このように噴射量を制御することによって、燃料供給手段２８によって供給する燃料の供給量が最大燃料量Ｘに制限される。
この場合、燃料の噴射が間欠的になされるため、燃料が噴射されていない噴射休止期間が発生するため、燃料の供給を最大燃料量Ｘに制限している期間（時点ｔ０から時点ｔ１までの期間）を比較的長く要することになる。そのため、サルファパージの処理時間の短縮化を図る上で改善の余地がある。
なお、図６（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）において、サルファパージを行うに足りる十分な高温雰囲気および還元雰囲気が形成された時点ｔ１、ｔ２、ｔ３以降は、燃料供給手段２８によって供給する燃料の供給量は要求燃料量Ｙとされることになる。すなわち、時点ｔ１、ｔ２、ｔ３以降は、燃料噴射を一定の周期で間欠的に行い、かつ、燃料の噴射量を一定としている。

図６（Ｃ）の燃料噴射パターンは、噴射開始直後は燃料の噴射を連続的に行い、かつ、時間経過と共にステップ状に燃料の噴射量を増加させている。すなわち、燃料の噴射タイミングおよび燃料の噴射量の双方を制御したものである。
このように噴射量を制御することによって、燃料供給手段２８によって供給する燃料の供給量が最大燃料量Ｘに制限される。
この場合、燃料の供給を最大燃料量Ｘに制限している期間（時点ｔ０から時点ｔ２の期間）は、時間経過と共にステップ状に噴射量を増加させるため、噴射休止期間が発生しない。
そのため、図６（Ｂ）の場合に比較して、燃料の供給を最大燃料量Ｘに制限している期間の短縮を図る上で有利となり、サルファパージの処理時間の短縮化を図る上で有利となる。

図６（Ｄ）の燃料噴射パターンは、噴射開始直後は燃料の噴射を連続的に行い、かつ、時間経過に比例して燃料の噴射量を増加させている。すなわち、燃料の噴射タイミングおよび燃料の噴射量の双方を制御したものである。
このように噴射量を制御することによって、燃料供給手段２８によって供給する燃料の供給量が最大燃料量Ｘに制限される。
この場合、燃料の供給を最大燃料量Ｘに制限している期間（時点ｔ０から時点ｔ３の期間）は、時間経過に比例して噴射量を増加させるため、噴射休止期間が発生せず、かつ、図６（Ｃ）の場合に比較して、燃料の噴射量をより短時間で増加させることができる。
そのため、図６（Ｃ）の場合に比較して、燃料の供給を最大燃料量Ｘに制限している期間の短縮を図る上でより有利となり、サルファパージの処理時間の短縮化を図る上でより一層有利となる。

本実施の形態によれば、サルファパージが要と判定された場合に上流側排気浄化手段２６の内部の温度の検出結果に応じて上流側排気浄化手段２６が失活しない範囲でＮＯｘ吸蔵触媒２４に供給することが可能な燃料の最大量である最大燃料量Ｘを決定する。
そして、ＮＯｘ吸蔵触媒２４をサルファパージするためにＮＯｘ吸蔵触媒２４に供給される燃料が最大燃料量Ｘ以下となるように、燃料供給手段２８から供給される燃料の供給量を制限する。
したがって、上流側排気浄化手段２６の失活を抑止しつつ、ＮＯｘ吸蔵触媒２４のサルファパージをより的確に実施することができるので、ＮＯｘ吸蔵触媒２４が性能劣化に至る可能性を低減できる。

また、排気流路１６中に燃料噴射弁２８Ａが設けられた構成では、未燃燃料が比較的低温のまま上流側排気浄化手段２６に到達し易く、上流側排気浄化手段２６が失活する状況を招き易い。
これに対し、本発明では、最大燃料量決定手段３８で決定した最大燃料量Ｘを超えないように燃料の供給量が制限される。
したがって、排気流路１６中に燃料噴射弁２８Ａが設けられた構成であっても、上流側排気浄化手段２６の失活を抑止しつつ、ＮＯｘ吸蔵触媒２４のサルファパージをより的確に実施することができるので、ＮＯｘ吸蔵触媒２４が性能劣化に至る可能性を低減できる。

また、本実施の形態では、制限手段４０は、ＮＯｘ吸蔵触媒２４のサルファパージの開始から所定期間が経過する間に燃料の供給量を制限している。
この場合、上流側排気浄化手段２６の失活の抑止と、ＮＯｘ吸蔵触媒２４のサルファパージをより一層的確に両立して実現することができる。

なお、本実施の形態では、排気管噴射の場合について説明したが、本発明は燃料を燃焼しないタイミングで燃焼室１２に噴射するポスト噴射にも無論適用可能である。
この場合には、燃料供給手段２８を、エンジン１０に設けられた燃料噴射弁１４で構成してもよい。すなわち、燃焼室１２において燃料が燃焼した後に、燃料噴射弁１４から燃焼しないタイミングで未燃燃料を燃焼室１２に供給するようにしてもよい。
ポスト噴射の場合には、該燃料噴射弁１４から燃焼室１２に供給された未燃燃料は、燃焼室１２および排気通路１６によって温度が高められた状態となり反応性が高められた状態で上流側排気浄化手段２６に至る。
そのため、上流側排気浄化手段２６で発生する燃料の酸化反応を効果的に行わせることができ、したがって、サルファパージの処理時間の短縮化を図る上でより有利となる。

また、本実施の形態では、排気浄化装置２２が上流側排気浄化手段２６とＮＯｘ吸蔵触媒２４との２つの排気浄化手段を備え、上流側排気浄化手段２６がＮＯｘ吸蔵触媒２４の上流側に配置されている場合について説明した。
しかしながら、本発明は上流側排気浄化手段２６がＮＯｘ吸蔵触媒２４の上流側に配置されている構成であれば適用可能であり、上流側排気浄化手段２６とＮＯｘ吸蔵触媒２４とに加えて１つ以上の排気浄化手段を備える排気浄化装置にも無論適用可能である。

１０……エンジン、１６……排気流路、２４……ＮＯｘ吸蔵触媒、２６……上流側排気浄化手段、２８……燃料供給手段、３４……判定手段、３４……温度検出手段、３８……最大燃料量決定手段、４０……制限手段。

Claims

内燃機関の排気流路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒と、
前記排気流路中で前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも上流側に設けられた酸化触媒と、
前記排気流路中で前記酸化触媒よりも上流側に設けられ、前記排気流路内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を有し、前記酸化触媒よりも上流側から燃料を供給する燃料供給手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒のサルファパージの要否を判定する判定手段と、
前記酸化触媒の内部の温度を検出する温度検出手段と、
前記判定手段によりサルファパージが要と判定された場合に、前記温度検出手段の検出結果に応じて、前記酸化触媒が失活しない範囲で前記ＮＯｘ吸蔵触媒に昇温した排気を供給することが可能な燃料の最大量である最大燃料量を決定する最大燃料量決定手段と、
前記内燃機関の実空燃比と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒をサルファパージするために必要な排気の空燃比である目標空燃比との差分に基づき要求燃料量を決定する要求燃料量決定手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒をサルファパージするために前記ＮＯｘ吸蔵触媒に供給される燃料が前記最大燃料量以下となるように、前記燃料供給手段から供給される燃料の供給量を制限する制限手段とを備え、
前記制限手段は、前記要求燃料量が前記最大燃料量以下であれば、前記燃料供給手段が供給する前記燃料の供給量を前記要求燃料量とし、前記要求燃料量が前記最大燃料量を上回れば、前記燃料供給手段が供給する前記燃料の供給量を前記最大燃料量に制限する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記制限手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のサルファパージの開始から所定期間が経過する間に燃料の供給量を制限する、
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記燃料供給手段から供給される燃料噴射パターンが、燃料の供給を前記最大燃料量に制限している期間は連続的に、前記要求燃料量で供給される期間は間欠的に行われることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。