WO2010113278A1 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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WO2010113278A1
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air
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吉田　耕平
寛 大月
真豪 飯田
伊津也 栗阪
菅原　康
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トヨタ自動車株式会社
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    • F02D41/1446—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being exhaust temperatures

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification system including an NOx storage reduction catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine.
  • NOx poisoning recovery processing for reducing SOx stored in the NOx catalyst is performed.
  • NOx poisoning recovery process the air-fuel ratio of exhaust flowing into the NOx catalyst (hereinafter referred to as inflowing exhaust) is repeatedly reduced to a predetermined air-fuel ratio.
  • inflowing exhaust the air-fuel ratio of exhaust flowing into the NOx catalyst
  • the reducing agent is supplied to the NOx catalyst and the temperature of the NOx catalyst rises, so that the SOx stored in the NOx catalyst is reduced.
  • Patent Document 1 describes a technique for controlling the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas so that the air-fuel ratio of the exhaust gas at the NOx catalyst outlet becomes the stoichiometric air-fuel ratio when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is reduced in the SOx poisoning recovery process. Has been. JP 2000-170525 A
  • the SOx stored in the NOx catalyst is reduced. However, even if the SOx stored in the upstream portion of the NOx catalyst is once reduced, it may be stored again in the downstream portion of the NOx catalyst before flowing out from the NOx catalyst.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a technique capable of improving the SOx reduction rate in the SOx poisoning recovery process.
  • the present invention makes the length of the period during which the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is reduced in the SOx poisoning recovery process longer at a relatively early time during the process than at a relatively late time during the process. It is.
  • the exhaust gas purification system for an internal combustion engine is: An NOx storage reduction catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine; SOx poisoning for performing SOx poisoning recovery processing for reducing SOx stored in the NOx storage reduction catalyst by repeatedly lowering the air fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst to a predetermined air fuel ratio.
  • Recovery processing execution means In the SOx poisoning recovery process, the length of the air-fuel ratio reduction period during which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is set to the predetermined air-fuel ratio is set at a relatively early time during the execution of the process. It is characterized in that it is longer than a relatively late time during the execution of the processing.
  • the amount of SOx reduction at the upstream portion of the NOx catalyst is larger than at a relatively late time during the execution of the process. Therefore, the amount of reducing agent consumed for the reduction of SOx stored in the upstream portion of the NOx catalyst is large, and the amount of SOx stored again in the downstream portion of the NOx catalyst is also large.
  • the present invention it is possible to increase the amount of reducing agent supplied to the downstream portion of the NOx catalyst at a relatively early time during execution of such SOx poisoning recovery processing. Therefore, the SOx stored again in the downstream portion of the NOx catalyst can be reduced again at a higher rate. Therefore, the SOx reduction rate in the SOx poisoning recovery process can be improved.
  • the air-fuel ratio decrease period may be gradually shortened as time elapses, and the above-mentioned is described according to the decrease in the SOx occlusion amount in the NOx catalyst.
  • the air-fuel ratio decrease period may be gradually shortened. Further, during the execution of the SOx poisoning recovery process, the air-fuel ratio decrease period may be shortened stepwise.
  • the present invention may further include SOx reduction amount distribution estimating means for estimating the distribution of the SOx reduction amount in the NOx catalyst during execution of the SOx poisoning recovery process.
  • SOx reduction amount distribution estimating means for estimating the distribution of the SOx reduction amount in the NOx catalyst during execution of the SOx poisoning recovery process.
  • the air-fuel ratio reduction period may be lengthened as the ratio of the SOx reduction amount in the upstream portion of the NOx catalyst increases.
  • the present invention may further comprise SOx occlusion amount distribution estimating means for estimating the SOx occlusion amount distribution in the NOx catalyst.
  • SOx occlusion amount distribution estimating means for estimating the SOx occlusion amount distribution in the NOx catalyst.
  • the SOx reduction amount distribution estimation means may estimate the SOx reduction amount distribution based on at least the SOx storage amount distribution estimated by the SOx storage amount distribution estimation means.
  • the SOx occlusion amount distribution estimation means may estimate the SOx occlusion amount distribution based on at least the temperature distribution history of the NOx catalyst and the history of the flow rate of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst.
  • the air-fuel ratio decrease period may be lengthened as the temperature of the downstream portion of the NOx catalyst is lower. This also can further improve the SOx reduction rate in the SOx poisoning recovery process.
  • the present invention can improve the SOx reduction rate in the SOx poisoning recovery process.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine and its intake / exhaust system according to the present embodiment.
  • the internal combustion engine 1 is a diesel engine for driving a vehicle having four cylinders 2.
  • Each cylinder 2 is provided with a fuel injection valve 3 that directly injects fuel into the cylinder 2.
  • the intake manifold 5 and the exhaust manifold 7 are connected to the internal combustion engine 1.
  • One end of an intake passage 4 is connected to the intake manifold 5.
  • One end of an exhaust passage 6 is connected to the exhaust manifold 7.
  • a compressor 8a of a turbocharger 8 is installed in the intake passage 4.
  • a turbine 8 b of a turbocharger 8 is installed in the exhaust passage 6.
  • EGR passage 13 One end of the EGR passage 13 is connected to the exhaust manifold 7, and the other end of the EGR passage 13 is connected to the intake manifold 5.
  • the EGR passage 13 is provided with an EGR valve 14 that controls the amount of EGR gas.
  • An air flow meter 11 is provided in the intake passage upstream of the compressor 8a in 4.
  • a throttle valve 12 is provided in the intake passage 4 downstream of the compressor 8a.
  • a NOx catalyst 10 is provided downstream of the turbine 8b in the exhaust passage 6.
  • a fuel addition valve 9 is provided in the exhaust passage 6 downstream of the turbine 8b and upstream of the NOx catalyst 10 to add fuel as a reducing agent into the exhaust.
  • a catalyst having an oxidation function may be disposed between the fuel addition valve 9 and the NOx catalyst 10 in the exhaust passage 6.
  • An upstream temperature sensor 15 is provided in the exhaust passage 6 downstream from the fuel addition valve 9 and upstream from the NOx catalyst 10.
  • a downstream temperature sensor 16 and an air-fuel ratio sensor 17 are provided downstream of the NOx catalyst 10 in the exhaust passage 6.
  • the internal combustion engine 1 is provided with an electronic control unit (ECU) 20.
  • the ECU 20 is a unit that controls the operating state of the internal combustion engine 1 and the like.
  • An air flow meter 11, an upstream temperature sensor 15, a downstream temperature sensor 16, an air-fuel ratio sensor 17, a crank position sensor 21, and an accelerator opening sensor 22 are electrically connected to the ECU 20.
  • the crank position sensor 21 detects the crank angle of the internal combustion engine 1.
  • the accelerator opening sensor 22 detects the accelerator opening of a vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted. Output signals from the sensors are input to the ECU 20.
  • the ECU 20 estimates the temperature of the NOx catalyst 10 based on the output values of the temperature sensors 15 and 16.
  • the ECU 20 derives the engine speed of the internal combustion engine 1 based on the output value of the crank position sensor 21.
  • the ECU 20 derives the engine load of the internal combustion engine 1 based on the output value of the accelerator opening sensor 22.
  • each fuel injection valve 3, throttle valve 12, and fuel addition valve 9 are electrically connected to the ECU 20. These are controlled by the ECU 20.
  • FIG. 2 is a time chart showing the transition of the SOx occlusion amount Qs of the NOx catalyst 10, the air-fuel ratio Rgin of the inflowing exhaust, the command signal of the combustion rich control and the fuel addition rich control, which will be described later, during the execution of the SOx poisoning recovery process. is there.
  • the SOx poisoning recovery process is realized by so-called rich spike control in which the air-fuel ratio Rgin of the inflowing exhaust gas is repeatedly reduced to the target rich air-fuel ratio Rgt.
  • the target rich air-fuel ratio Rgt is a rich air-fuel ratio that can reduce NOx occluded in the NOx catalyst 10, and is determined in advance based on experiments or the like.
  • the target value for reducing the air-fuel ratio Rgin of the inflowing exhaust gas in the rich spike control may be equal to or higher than the theoretical air-fuel ratio as long as the NOx stored in the NOx catalyst 10 can be reduced.
  • the period ⁇ tr in which the air-fuel ratio Rgin of the inflowing exhaust gas is reduced to the target rich air-fuel ratio Rgt in the rich spike control is referred to as a rich period ⁇ tr, and the air-fuel ratio Rgin of the inflowing exhaust gas is between the rich period and the rich period.
  • a period ⁇ tl in which the lean air-fuel ratio is set is referred to as a lean period ⁇ tl.
  • the number of rich periods ⁇ tr in the rich spike control is three, but this number is not limited to this.
  • this rich period ⁇ tr corresponds to the air-fuel ratio decrease period according to the present invention.
  • the rich spike control is performed by reducing the air-fuel ratio of the combustion gas in the cylinder 2 to reduce the air-fuel ratio Rgin of the inflowing exhaust gas, and adding fuel from the fuel addition valve 9.
  • This is realized by using together with the fuel addition rich control for reducing the air-fuel ratio Rgin of the inflowing exhaust gas. That is, each rich period ⁇ tr is formed by sequentially executing the combustion rich control and the fuel addition rich control.
  • the combustion rich control is executed to reduce the air-fuel ratio Rgin of the inflowing exhaust gas to the target rich air-fuel ratio Rgt. Then, after executing the combustion rich control for a predetermined combustion rich period ⁇ tc, the combustion rich control is stopped and the fuel addition rich control is executed to maintain the air-fuel ratio Rgin of the inflowing exhaust gas at the target rich air-fuel ratio Rgt. The fuel addition rich control is stopped after the fuel addition rich period ⁇ ta is executed, and the air-fuel ratio Rgin of the inflowing exhaust gas becomes the lean air-fuel ratio.
  • the rich period ⁇ tr the combustion rich period ⁇ tc + the fuel addition rich period ⁇ ta.
  • the length of each rich period can be made longer than when rich spike control is realized only by combustion rich control.
  • the broken line in FIG. 2 shows the transition of the SOx occlusion amount Qs of the NOx catalyst 10 and the air-fuel ratio Rgin of the inflowing exhaust when the rich spike control is realized only by the combustion rich control.
  • the SOx poisoning recovery process is completed earlier as shown in FIG. Is possible.
  • each rich period ⁇ tr can be made longer by lengthening each combustion rich period ⁇ tc.
  • the temperature of the exhaust exhausted from the internal combustion engine 1 rises, while the oxidation reaction in the NOx catalyst 10 is suppressed, so the temperature of the NOx catalyst 10 falls. Therefore, if the combustion rich period ⁇ tc becomes excessively long, the exhaust temperature may excessively increase or the temperature of the NOx catalyst 10 may excessively decrease.
  • rich spike control can be realized only by fuel addition rich control, and each rich period ⁇ tr can be made longer by lengthening each fuel addition rich period ⁇ ta.
  • the temperature of the NOx catalyst 10 rises due to the oxidation reaction of the added fuel in the NOx catalyst 10. Therefore, if the fuel addition rich period ⁇ ta becomes excessively long, the temperature of the NOx catalyst 10 may be excessively increased.
  • each rich period can be made longer while suppressing the malfunction in the case where the rich spike control is realized by only one of the combustion rich control and the fuel addition rich control.
  • the length of the rich period ⁇ tr during execution of the rich spike control is set to a relatively late time during the execution of the control at a relatively early time during the execution of the control. Make it longer. That is, the rich period ⁇ tr immediately after the start of the rich spike control is made the longest, and thereafter the length is gradually shortened as time passes. More specifically, the rich period ⁇ tr is gradually shortened by gradually shortening the fuel addition rich period ⁇ ta in each rich period ⁇ tr.
  • the SOx occlusion amount in the upstream portion of the NOx catalyst 10 is the largest when the execution of the SOx poisoning recovery process is started, that is, when the rich spike control execution is started. Therefore, the amount of SOx reduction at the upstream portion of the NOx catalyst 10 is larger at a relatively early time during execution of the rich spike control than at a relatively late time during the execution of the control. Therefore, the amount of fuel (reducing agent) consumed for the reduction of SOx stored in the upstream portion of the NOx catalyst 10 is large, and the amount of SOx stored again in the downstream portion of the NOx catalyst 10 is large.
  • the amount of fuel supplied to the downstream portion of the NOx catalyst 10 at this time can be increased by increasing the rich period ⁇ tr at a relatively early time during execution of the rich spike control. Therefore, it becomes possible to reduce again the SOx occluded again in the downstream portion of the NOx catalyst 10 at a higher rate.
  • the SOx reduction rate in the SOx poisoning recovery process can be improved.
  • the amount of fuel used for the SOx poisoning recovery process can be suppressed as compared with the case where each rich period during execution of the rich spike control is uniformly extended.
  • step S101 the SOx occlusion amount Qs in the NOx catalyst 10 is estimated.
  • the SOx occlusion amount Qs is estimated based on the accumulated amount of fuel injection amount in the internal combustion engine 1, the flow rate of the inflowing exhaust gas, the history of the temperature of the NOx catalyst 10 and the like after the previous SOx poisoning recovery process is completed. Is done.
  • step S102 it is determined whether or not the SOx occlusion amount Qs in the NOx catalyst 10 estimated in step S101 is equal to or greater than the threshold value Qs0 for starting the SOx poisoning recovery process.
  • the threshold value Qs0 is a predetermined value based on experiments or the like. If an affirmative determination is made in step S102, the process of step S103 is executed next. If a negative determination is made, the execution of this flow is temporarily terminated.
  • step S103 the length of the fuel addition rich period ⁇ ta for forming a part of the first rich period ⁇ tr when the rich spike control is executed is set to ⁇ ta1.
  • ⁇ ta1 may be a predetermined constant value, or may be a value determined based on the current temperature of the NOx catalyst 10 or the like.
  • step S104 the execution of the combustion rich control is started in order to start the execution of the rich spike control.
  • the air-fuel ratio Rin of the inflowing exhaust gas is reduced to the target rich air-fuel ratio Rgt.
  • step S105 it is determined whether or not the combustion rich period ⁇ tc has elapsed since the execution of the combustion rich control was started. If an affirmative determination is made in step S105, the process of step S106 is executed next. If a negative determination is made, the process of step S105 is repeated.
  • step S106 the execution of the combustion rich control is stopped.
  • step S107 execution of fuel addition rich control is started.
  • the combustion rich control is switched to the fuel addition rich control at a timing such that the air-fuel ratio Rin of the inflowing exhaust gas is maintained at the target rich air-fuel ratio Rgt.
  • step S108 it is determined whether or not the fuel addition rich period ⁇ ta has elapsed since the execution of the fuel addition rich control was started. If an affirmative determination is made in step S108, the process of step S109 is executed next. If a negative determination is made, the process of step S108 is repeated.
  • step S109 execution of fuel addition rich control is stopped.
  • step S110 the SOx occlusion amount Qs at the current NOx catalyst 10 is estimated.
  • the reduction amount of the SOx occlusion amount is estimated based on the flow rate of the inflowing exhaust gas after the start of execution of the rich spike control and the temperature history of the NOx catalyst 10, and the SOx at the start of the execution of the rich spike control is estimated.
  • the SOx occlusion amount is calculated by subtracting from the occlusion amount.
  • step S111 it is determined whether or not the SOx occlusion amount Qs in the NOx catalyst 10 estimated in step S110 is equal to or less than the threshold value Qs1 for completing the SOx poisoning recovery process.
  • the threshold value Qs1 is a value determined in advance based on experiments or the like. If an affirmative determination is made in step S111, the execution of this flow is once terminated. If a negative determination is made, the process of step S112 is executed next.
  • step S112 the length of the lean period ⁇ tl until the air-fuel ratio Rgin of the inflowing exhaust gas is subsequently reduced to the target rich air-fuel ratio Rgt is determined.
  • the length of the lean period ⁇ tl is determined based on the length of the immediately preceding rich period ⁇ tr. That is, in the rich spike control according to the present embodiment, since the sum of the continuous rich period ⁇ tr and the lean period ⁇ tl is constant, the length of the lean period ⁇ tl changes according to the length of the rich period ⁇ tr.
  • step S113 the length of the fuel addition rich period ⁇ ta in the next rich period ⁇ tr is set to ⁇ tan.
  • ⁇ tan is the length of the fuel addition rich period ⁇ ta for forming a part of the nth rich period ⁇ tr in the current rich spike control.
  • the length is set to ⁇ ta2
  • the fuel addition rich period ⁇ ta in the third rich period ⁇ tr The length is set to ⁇ ta3.
  • ⁇ tan is smaller than the length ⁇ ta (n ⁇ 1) of the fuel addition rich period in the (n ⁇ 1) th rich period ⁇ tr.
  • step S114 it is determined whether or not the lean period ⁇ tl has elapsed since the execution of the fuel addition rich control was stopped in step S109, that is, after the previous rich period ⁇ tr ended. If an affirmative determination is made in step S114, the process of step S104 is executed next. If a negative determination is made, the process of step S114 is repeated.
  • the rich period ⁇ tr in the rich spike control is formed by the combustion rich period ⁇ tc and the fuel addition rich period ⁇ ta. Then, the rich period ⁇ tr immediately after the start of rich spike control execution is the longest, and thereafter, the length becomes shorter every time the rich period ⁇ tr is formed.
  • the rich period is gradually shortened as time elapses during execution of rich spike control.
  • the length of the rich period may be changed stepwise.
  • the length of the rich period may be changed in two stages during execution of the rich spike control, and the rich period in the first half of the execution period of the control may be longer than the rich period in the second half.
  • the sub fuel injection rich control may be executed instead of the fuel addition rich control.
  • the sub fuel injection is performed by the fuel injection valve 3 at a timing after the main fuel injection and not used for combustion in the cylinder 2 to reduce the air-fuel ratio Rgin of the inflowing exhaust gas.
  • fuel can be supplied to the NOx catalyst 10 while securing the amount of oxygen in the exhaust, as in the fuel addition rich control.
  • the SOx poisoning recovery process is realized by rich spike control as in the first embodiment. Further, the rich period in the rich spike control is formed by sequentially executing the combustion rich control and the fuel addition rich control.
  • the distribution of the SOx reduction amount in the NOx catalyst 10 at the time of executing the SOx poisoning recovery process is estimated.
  • the rich period in the rich spike control is lengthened as the ratio of the SOx reduction amount in the upstream portion of the NOx catalyst 10 is larger.
  • the fuel supplied to the downstream part of the NOx catalyst 10 can be increased by extending the rich period. Therefore, it is possible to suppress a shortage of fuel for reducing SOx in the downstream portion of the NOx catalyst 10. Therefore, the SOx reduction rate in the SOx poisoning recovery process can be further improved.
  • the portion of the NOx catalyst 10 where the SOx occlusion amount is large increases the SOx reduction amount. Therefore, in this embodiment, the distribution of the SOx storage amount in the NOx catalyst 10 is estimated, and the distribution of the SOx reduction amount is estimated based on the distribution of the SOx storage amount.
  • the NOx catalyst 10 basically has a larger SOx occlusion amount in the upstream part.
  • the distribution of the SOx occlusion amount changes according to the temperature distribution of the NOx catalyst 10 and the flow rate of the inflowing exhaust gas. That is, the lower the temperature of the NOx catalyst 10, the more easily SOx is stored. Further, as the flow rate of the inflowing exhaust gas increases, the proportion of SOx stored in the downstream portion of the NOx catalyst 10 increases.
  • the distribution of the SOx occlusion amount in the NOx catalyst 10 is estimated based on the temperature distribution of the NOx catalyst 10 and the flow rate history of the inflowing exhaust gas.
  • the temperature distribution of the NOx catalyst 10 is estimated based on the output values of the upstream and downstream temperature sensors 15 and 16. Further, the flow rate of the inflowing exhaust gas is estimated based on the operating state of the internal combustion engine 1.
  • step S201 the temperature distribution of the NOx catalyst 10 is estimated.
  • step S202 the flow rate Qgin of the inflowing exhaust gas is estimated.
  • step S203 the distribution of the SOx occlusion amount in the NOx catalyst 10 is estimated based on the temperature distribution of the NOx catalyst 10 and the history of the flow rate Qgin of the inflowing exhaust gas.
  • the ECU 20 that executes the process of step S203 corresponds to the SOx occlusion amount distribution estimation means according to the present invention, and also corresponds to the SOx reduction amount distribution estimation means.
  • step S204 it is determined whether or not an execution condition for the SOx poisoning recovery process is satisfied, that is, whether or not an affirmative determination is made in step S102 in the flow of the SOx poisoning recovery process shown in FIG. If an affirmative determination is made in step S204, the process of step S205 is executed next. If a negative determination is made, execution of this flow is temporarily terminated.
  • step S205 based on the distribution of the SOx occlusion amount in the NOx catalyst 10, ⁇ ta1 which is the length of the fuel addition rich period ⁇ ta for forming a part of the first rich period ⁇ tr when the rich spike control is executed. Is determined.
  • ⁇ ta1 is determined to be a larger value as the ratio of the SOx occlusion amount in the upstream portion of the NOx catalyst 10 is larger.
  • the relationship between the ratio of the SOx occlusion amount in the upstream portion of the NOx catalyst 10 and ⁇ ta1 is determined in advance based on experiments or the like, and is stored in the ECU 20 in advance.
  • ⁇ ta1 determined in step S205 is applied to the process in step S103 in the SOx poisoning recovery process flow shown in FIG. Further, ⁇ tan determined based on ⁇ ta1 is applied to the process of step S113 in the flow.
  • the length of the rich period ⁇ tr in the rich spike process becomes longer as the ratio of the SOx occlusion amount in the upstream portion of the NOx catalyst 10 is larger, that is, as the ratio of the SOx reduction amount in the upstream portion of the NOx catalyst 10 is larger.
  • the SOx occlusion amount distribution in the NOx catalyst 10 at that time may be estimated again.
  • the length ⁇ tan (n ⁇ 2) of the fuel addition rich period ⁇ ta for forming a part of the second and subsequent rich periods ⁇ tr in the rich spike control is the estimated SOx occlusion amount in the NOx catalyst 10 newly estimated. You may determine based on distribution. According to this, the length of each rich period ⁇ tr can be made more suitable.
  • the SOx poisoning recovery process is realized by rich spike control as in the first embodiment. Further, the rich period in the rich spike control is formed by sequentially executing the combustion rich control and the fuel addition rich control.
  • the rich period in the rich spike control is lengthened as the temperature of the downstream portion of the NOx catalyst 10 is lower.
  • step S301 it is determined whether or not an execution condition for SOx poisoning recovery processing is satisfied, that is, whether or not an affirmative determination is made in step S102 in the flow of SOx poisoning recovery processing shown in FIG. The If an affirmative determination is made in step S301, the process of step S302 is executed next. If a negative determination is made, the execution of this flow is temporarily terminated.
  • step S302 the temperature Tcd of the downstream portion of the NOx catalyst 10 is estimated based on the output value of the downstream temperature sensor 16.
  • step S303 based on the temperature Tcd of the downstream portion of the NOx catalyst 10, the length of the fuel addition rich period ⁇ ta for forming a part of the first rich period ⁇ tr when the rich spike control is executed.
  • ⁇ ta1 is determined.
  • ⁇ ta1 is determined to be a larger value as the temperature Tcd of the downstream portion of the NOx catalyst 10 is lower.
  • the relationship between the temperature Tcd at the downstream portion of the NOx catalyst 10 and ⁇ ta1 is determined in advance based on experiments or the like and is stored in the ECU 20 in advance.
  • ⁇ ta1 determined in step S303 is applied to the process in step S103 in the SOx poisoning recovery process flow shown in FIG. Further, ⁇ tan determined based on ⁇ ta1 is applied to the process of step S113 in the flow.
  • the length of the rich period ⁇ tr in the rich spike process becomes longer as the temperature Tcd of the downstream portion of the NOx catalyst 10 is lower.
  • the temperature Tcd of the downstream portion of the NOx catalyst 10 at that time may be estimated again.
  • the length Ttan (n ⁇ 2) of the fuel addition rich period ⁇ ta for forming a part of the second and subsequent rich periods ⁇ tr in the rich spike control is newly estimated as the temperature Tcd of the downstream portion of the NOx catalyst 10. You may decide based on. According to this, the length of each rich period ⁇ tr can be made more suitable.
  • the SOx poisoning recovery process is realized by rich spike control as in the first embodiment.
  • the temperature of the exhaust discharged from the internal combustion engine 1 (the temperature of the exhaust flowing into the turbine 8b) Tge increases. If the temperature Tge of the exhaust gas rises excessively, the turbine 8b and the like may be adversely affected.
  • the temperature Tge of the exhaust discharged from the internal combustion engine 1 is estimated during the combustion rich period ⁇ tc.
  • the exhaust gas temperature Tge becomes higher than the predetermined upper limit exhaust gas temperature Tge1
  • the execution of the combustion rich control is stopped and the control is switched to the fuel addition rich control.
  • the combustion rich control is switched to the fuel addition rich control before the length of the combustion rich period ⁇ tc reaches ⁇ tan set in step S103 or step S113 in the flowchart shown in FIG.
  • the length of the rich period ⁇ tr that is the same as the case where the combustion rich control is switched from the fuel rich control to the fuel addition rich control after the length of the combustion rich period ⁇ tc reaches ⁇ tan is ensured.
  • the length of the fuel addition rich period ⁇ ta is adjusted.
  • step S401 it is determined whether or not the combustion rich period ⁇ tc is in progress. If the determination in step S401 is affirmative, the process of step S402 is executed next. If the determination is negative, the execution of this flow is temporarily terminated.
  • step S402 the temperature Tge of the exhaust discharged from the internal combustion engine 1 is estimated based on the operating state of the internal combustion engine 1.
  • a temperature sensor may be provided in the exhaust passage 6 upstream of the exhaust manifold 7 or the turbine 8b, and the temperature Tge of the exhaust may be detected by the temperature sensor.
  • step S403 it is determined whether or not the exhaust gas temperature Tge discharged from the internal combustion engine 1 is higher than the upper limit exhaust gas temperature Tge1. If an affirmative determination is made in step S403, the process of step S404 is executed next, and if a negative determination is made, the process of step S406 is executed next.
  • step S404 the execution of the combustion rich control is stopped.
  • step S405 execution of fuel addition rich control is started.
  • step S406 the execution of the combustion rich control is continued.
  • the temperature Tc of the NOx catalyst is estimated during the combustion rich period ⁇ tc.
  • the execution of the combustion rich control is stopped and switched to the fuel addition rich control.
  • the combustion rich control is switched to the fuel addition rich control before the length of the combustion rich period ⁇ tc reaches ⁇ tan set in step S103 or step S113 in the flowchart shown in FIG. Therefore, the length of the fuel addition rich period ⁇ ta is secured so that the same length of the rich period ⁇ tr as that when switching from the combustion rich control to the fuel addition rich control after the length of the combustion rich period ⁇ tc reaches ⁇ tan is ensured. Is adjusted.
  • step 502 the temperature Tc of the NOx catalyst 10 is estimated based on the output values of the upstream and downstream temperature sensors 15, 16.
  • step 503 it is judged if the temperature Tc of the NOx catalyst 10 is lower than the lower limit catalyst temperature Tc1. If an affirmative determination is made in step S503, the process of step S404 is executed next. If a negative determination is made, the process of step S406 is executed next.

Abstract

　本発明は、ＳＯｘ被毒回復処理におけるＳＯｘ吸蔵量に対するＳＯｘ還元量の比率であるＳＯｘ還元率を向上させることを目的とする。本発明では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を所定の空燃比まで繰り返し低下させることで、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させるＳＯｘ被毒回復処理において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を低下させている期間の長さを、該処理中の比較的早い時期においては該処理中の比較的遅い時期に比べて長くする。

Description

内燃機関の排気浄化システム
　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触媒を備えた排気浄化システムに関する。
　内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯx触媒と称する）を備えた排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させるＳＯｘ被毒回復処理が行われる。ＳＯｘ被毒回復処理においては、ＮＯｘ触媒に流入する排気（以下、流入排気と称する）の空燃比を所定の空燃比まで繰り返し低下させる。これにより、ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されると共にＮＯｘ触媒の温度が上昇するため、該ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘが還元される。
　特許文献１には、ＳＯｘ被毒回復処理において流入排気の空燃比を低下させる際に、ＮＯｘ触媒出口における排気の空燃比が理論空燃比となるように流入排気の空燃比を制御する技術が記載されている。
特開２０００－１７０５２５号公報
　ＳＯｘ被毒回復処理が実行されると、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘが還元される。しかしながら、ＮＯｘ触媒の上流部に吸蔵されていたＳＯｘは一旦還元されても、該ＮＯｘ触媒から流出する前に該ＮＯｘ触媒の下流部に再度吸蔵される場合がある。
　ここで、流入排気の空燃比が低減されることでＮＯｘ触媒に供給された還元剤は、先ず、ＮＯｘ触媒の上流部に吸蔵されたＳＯｘの還元により多くの量が消費される。そのため、ＳＯｘ被毒回復処理が実行されても、ＮＯｘ触媒の下流部には十分な量の還元剤が供給されず、上記のように一旦還元されたがＮＯｘ触媒の下流部に再度吸蔵されたＳＯｘを再度還元させることが困難となる場合がある。このような場合、十分なＳＯｘ還元率（ＳＯｘ吸蔵量に対するＳＯｘ還元量の比率）を確保できない虞がある。
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＳＯｘ被毒回復処理におけるＳＯｘ還元率を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
　本発明は、ＳＯｘ被毒回復処理における流入排気の空燃比を低下させている期間の長さを、該処理中の比較的早い時期においては該処理中の比較的遅い時期に比べて長くするものである。
　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触媒に流入する排気の空燃比を所定の空燃比まで繰り返し低下させることで、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させるＳＯｘ被毒回復処理を実行するＳＯｘ被毒回復処理実行手段と、を備え、
　ＳＯｘ被毒回復処理において前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を前記所定の空燃比としている期間である空燃比低下期間の長さを、該処理実行中の比較的早い時期においては該処理実行中の比較的遅い時期に比べて長くすることを特徴とする。
　ＳＯｘ被毒回復処理実行中の比較的早い時期においては該処理実行中の比較的遅い時期に比べてＮＯｘ触媒の上流部でのＳＯｘ還元量が多い。従って、ＮＯｘ触媒の上流部に吸蔵されたＳＯｘの還元に消費される還元剤の量も多く、また、ＮＯｘ触媒の下流部に再度吸蔵されるＳＯｘの量も多い。
　本発明によれば、このようなＳＯｘ被毒回復処理実行中の比較的早い時期において、ＮＯｘ触媒の下流部にまで供給される還元剤の量を増加させることが出来る。そのため、ＮＯｘ触媒の下流部に再度吸蔵されたＳＯｘをより高い割合で再度還元させることが出来る。従って、ＳＯｘ被毒回復処理におけるＳＯｘ還元率を向上させることが出来る。
　尚、本発明においては、ＳＯｘ被毒回復処理の実行開始後、時間の経過と共に前記空燃比低下期間を徐々に短くしてもよく、また、ＮＯｘ触媒でのＳＯｘ吸蔵量の減少に応じて前記空燃比低下期間を徐々に短くしてもよい。また、ＳＯｘ被毒回復処理の実行中、前記空燃比低下期間を段階的に短くしてもよい。
　本発明は、ＳＯｘ被毒回復処理の実行時におけるＮＯｘ触媒でのＳＯｘ還元量の分布を推定するＳＯｘ還元量分布推定手段を更に備えていてもよい。この場合、ＳＯｘ被毒回復処理の実行時において、ＮＯｘ触媒の上流部におけるＳＯｘ還元量の割合が大きいほど前記空燃比低下期間を長くしてもよい。
　これによれば、ＮＯｘ触媒の上流部に吸蔵されたＳＯｘの還元に消費される還元剤の量が多く、また、ＮＯｘ触媒の下流部に再度吸蔵されるＳＯｘの量が多い場合であっても、ＮＯｘ触媒の下流部に供給される還元剤の量をより高い確率で確保することが出来る。従って、ＳＯｘ被毒回復処理におけるＳＯｘ還元率をさらに向上させることが出来る。
　本発明は、ＮＯｘ触媒でのＳＯｘ吸蔵量の分布を推定するＳＯｘ吸蔵量分布推定手段を更に備えていてもよい。ＳＯｘ被毒回復処理の実行時においては、ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘ吸蔵量の多い部分ほどＳＯｘ還元量が多くなる。そこで、前記ＳＯｘ還元量分布推定手段は、少なくともＳＯｘ吸蔵量分布推定手段によって推定されたＳＯｘ吸蔵量の分布に基づいてＳＯｘ還元量の分布を推定してもよい。
　また、ＳＯｘ吸蔵量分布推定手段は、少なくともＮＯｘ触媒の温度分布の履歴及びＮＯｘ触媒に流入する排気の流量の履歴に基づいてＳＯｘ吸蔵量の分布を推定してもよい。
　ＳＯｘ被毒回復処理の実行時において、ＮＯｘ触媒の下流部の温度が低いほど、ＮＯｘ触媒の上流部で一旦還元された後、その下流部に再度吸蔵されるＳＯｘの量は多くなる。そこで、本発明においては、ＮＯｘ触媒の下流部の温度が低いほど前記空燃比低下期間を長くしてもよい。これによっても、ＳＯｘ被毒回復処理におけるＳＯｘ還元率をさらに向上させることが出来る。
　本発明は、ＳＯｘ被毒回復処理におけるＳＯｘ還元率を向上させることが出来る。
第一の実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。 第一の実施例に係るＳＯｘ被毒回復処理の実行時における、ＮＯｘ触媒１０でのＳＯｘ吸蔵量Ｑｓ、流入排気の空燃比Ｒｇｉｎ、燃焼リッチ制御及び燃料添加リッチ制御の指令信号の推移を示すタイムチャートである。 第一の実施例に係るＳＯｘ被毒回復処理のフローを示すフローチャートである。 第二の実施例に係る、燃料添加リッチ期間の長さを決定するためのフローを示すフローチャートである。 第三の実施例に係る、燃料添加リッチ期間の長さを決定するためのフローを示すフローチャートである。 第四の実施例に係る排気温度の過度な上昇を抑制するためのフローを示すフローチャートである。 第四の実施例の変形例に係るＮＯｘ触媒の温度の過度な低下を抑制するためのフローを示すフローチャートである。
符号の説明
　１　内燃機関
　２　気筒
　４　吸気通路
　６　排気通路
　９　燃料添加弁
　１０　吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
　１５　上流側温度センサ
　１６　下流側温度センサ
　１７　空燃比センサ
　２０　ＥＣＵ
　以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に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。
　＜実施例１＞
　本発明の第一の実施例について図１～３に基づいて説明する。
　（内燃機関およ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およ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エンジンである。各気筒２には該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３が設けられている。
　内燃機関１には、インテークマニホールド５およびエキゾーストマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド５には吸気通路４の一端が接続されている。エキゾーストマニホールド７には排気通路６の一端が接続されている。
　吸気通路４にはターボチャージャ８のコンプレッサ８ａが設置されている。排気通路６にはターボチャージャ８のタービン８ｂが設置されている。
　エキゾーストマニホールド７にはＥＧＲ通路１３の一端が接続されており、インテークマニホールド５にはＥＧＲ通路１３の他端が接続されている。ＥＧＲ通路１３にはＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ弁１４が設けられている。
　吸気通路に４におけるコンプレッサ８ａよりも上流側にはエアフローメータ１１が設けられている。吸気通路４におけるコンプレッサ８ａよりも下流側にはスロットル弁１２が設けられている。
　排気通路６におけるタービン８ｂより下流側にはＮＯｘ触媒１０が設けられている。また、排気通路６におけるタービン８ｂより下流側且つＮＯｘ触媒１０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９が設けられている。尚、排気通路６における燃料添加弁９とＮＯｘ触媒１０との間に酸化機能を有する触媒を配置してもよい。
　排気通路６における燃料添加弁９より下流側且つＮＯｘ触媒１０より上流側には上流側温度センサ１５が設けられている。排気通路６におけるＮＯｘ触媒１０より下流側には下流側温度センサ１６及び空燃比センサ１７が設けられている。
　内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１１、上流側温度センサ１５、下流側温度センサ１６、空燃比センサ１７、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ２１は内燃機関１のクランク角を検出する。アクセル開度センサ２２は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。
　ＥＣＵ２０は、各温度センサ１５、１６の出力値に基づいてＮＯｘ触媒１０の温度を推定する。ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２１の出力値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２２の出力値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。
　また、ＥＣＵ２０には、各燃料噴射弁３、スロットル弁１２及び燃料添加弁９が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。
　（ＳＯｘ被毒回復処理）
　本実施例においては、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＳＯｘを還元させるためにＳＯｘ被毒回復処理が行われる。以下、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復処理の具体的な方法について図２に基づいて説明する。図２は、ＳＯｘ被毒回復処理の実行時における、ＮＯｘ触媒１０のＳＯｘ吸蔵量Ｑｓ、流入排気の空燃比Ｒｇｉｎ、後述する燃焼リッチ制御及び燃料添加リッチ制御の指令信号の推移を示すタイムチャートである。
　本実施例では、ＮＯｘ触媒１０でのＳＯｘ吸蔵量ＱｓがＳＯｘ被毒回復処理実行開始の閾値Ｑｓ０以上となるとＳＯｘ被毒回復処理の実行が開始される。本実施例に係るＳＯｘ被毒回復処理は、流入排気の空燃比Ｒｇｉｎを目標リッチ空燃比Ｒｇｔまで繰り返し低下させる、所謂リッチスパイク制御によって実現される。ここで、目標リッチ空燃比Ｒｇｔは、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘの還元が可能なリッチ空燃比であって、実験等に基づいて予め定められている。尚、リッチスパイク制御において流入排気の空燃比Ｒｇｉｎを低下させる際の目標値は、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘの還元が可能であれば理論空燃比以上であってもよい。
　以下、リッチスパイク制御において流入排気の空燃比Ｒｇｉｎを目標リッチ空燃比Ｒｇｔに低下させている期間Δｔｒをリッチ期間Δｔｒと称し、リッチ期間とリッチ期間との間であって流入排気の空燃比Ｒｇｉｎがリーン空燃比となっている期間Δｔｌをリーン期間Δｔｌと称する。尚、図２では、リッチスパイク制御におけるリッチ期間Δｔｒの回数が三回となっているが、この回数はこれに限定されるものではない。本実施例においては、このリッチ期間Δｔｒが本発明に係る空燃比低下期間に相当する。
　そして、本実施例においては、リッチスパイク制御を、気筒２内における燃焼ガスの空燃比を低下させることで流入排気の空燃比Ｒｇｉｎを低下させる燃焼リッチ制御と、燃料添加弁９から燃料を添加することで流入排気の空燃比Ｒｇｉｎを低下させる燃料添加リッチ制御とを併用することで実現する。つまり、各リッチ期間Δｔｒを、燃焼リッチ制御と燃料添加リッチ制御とを順に実行することによって形成させる。
　より詳細には、図２に示すように、リッチ期間Δｔｒにおいて、先ず燃焼リッチ制御を実行することで流入排気の空燃比Ｒｇｉｎを目標リッチ空燃比Ｒｇｔに低下させる。そして、燃焼リッチ制御を所定の燃焼リッチ期間Δｔｃ実行した後、該燃焼リッチ制御を停止すると共に燃料添加リッチ制御を実行し、流入排気の空燃比Ｒｇｉｎを目標リッチ空燃比Ｒｇｔに維持する。燃料添加リッチ制御は燃料添加リッチ期間Δｔａ実行された後停止され、流入排気の空燃比Ｒｇｉｎがリーン空燃比となる。これにより、リッチ期間Δｔｒ＝燃焼リッチ期間Δｔｃ＋燃料添加リッチ期間Δｔａとなる。
　このように、燃焼リッチ制御及び燃料添加リッチ制御によってリッチスパイク制御を実現することで、燃焼リッチ制御のみによってリッチスパイク制御を実現する場合に比べて各リッチ期間の長さをより長くすることが出来る。図２における破線は燃焼リッチ制御のみによってリッチスパイク制御を実現した場合のＮＯｘ触媒１０のＳＯｘ吸蔵量Ｑｓ及び流入排気の空燃比Ｒｇｉｎの推移を示している。本実施例においては、上記の方法によって各リッチ期間をより長くすることでＳＯｘの還元を促進させることが出来るため、この図２に示すように、ＳＯｘ被毒回復処理をより早期に完了させることが可能となる。
　尚、燃焼リッチ制御のみによってリッチスパイク制御を実現する場合であっても、各燃焼リッチ期間Δｔｃを長くすることで各リッチ期間Δｔｒをより長くすることが出来る。しかしながら、燃焼リッチ期間Δｔｃ中は、内燃機関１から排出される排気の温度が上昇する一方、ＮＯｘ触媒１０における酸化反応が抑制されるため該ＮＯｘ触媒１０の温度は低下する。そのため、燃焼リッチ期間Δｔｃが過度に長くなると、排気温度の過度な上昇を招いたり、ＮＯｘ触媒１０の温度の過度な低下を招いたりする虞がある。
　また、燃料添加リッチ制御のみによってリッチスパイク制御を実現し、各燃料添加リッチ期間Δｔａを長くすることで各リッチ期間Δｔｒをより長くすることも出来る。しかしながら、燃料添加リッチ期間Δｔａ中は、ＮＯｘ触媒１０における添加燃料の酸化反応によってＮＯｘ触媒１０の温度が上昇する。そのため、燃料添加リッチ期間Δｔａが過度に長くなると、ＮＯｘ触媒１０の温度の過度な上昇を招く虞がある。
　本実施例によれば、上記のように燃焼リッチ制御又は燃料添加リッチ制御のいずれか一方のみよってリッチスパイク制御を実現する場合の不具合を抑制しつつ、各リッチ期間をより長くすることが出来る。
　さらに、本実施例においては、図２に示すように、リッチスパイク制御の実行中におけるリッチ期間Δｔｒの長さを該制御実行中の比較的早い時期においては該制御実行中の比較的遅い時期に比べて長くする。つまり、リッチスパイク制御実行開始直後のリッチ期間Δｔｒを最も長くし、その後は時間の経過と共にその長さを徐々に短くする。より詳細には、各リッチ期間Δｔｒにおける燃料添加リッチ期間Δｔａを徐々に短くすることで、リッチ期間Δｔｒを徐々に短くする。
　ＮＯｘ触媒１０の上流部におけるＳＯｘ吸蔵量は、ＳＯｘ被毒回復処理の実行開始時、即ちリッチスパイク制御実行開始時に最も多くなっている。そのため、リッチスパイク制御実行中の比較的早い時期においては該制御実行中の比較的遅い時期に比べてＮＯｘ触媒１０の上流部でのＳＯｘ還元量が多い。従って、ＮＯｘ触媒１０の上流部に吸蔵されたＳＯｘの還元に消費される燃料（還元剤）の量も多く、また、ＮＯｘ触媒１０の下流部に再度吸蔵されるＳＯｘの量も多い。
　上記のようにリッチスパイク制御実行中の比較的早い時期においてリッチ期間Δｔｒを長くすることで、この時期にＮＯｘ触媒１０の下流部にまで供給される燃料の量を増加させることが出来る。そのため、ＮＯｘ触媒１０の下流部に再度吸蔵されたＳＯｘをより高い割合で再度還元することが可能となる。
　従って、本実施例によれば、ＳＯｘ被毒回復処理におけるＳＯｘ還元率を向上させることが出来る。また、リッチスパイク制御実行中における各リッチ期間を一律に長くする場合に比べて、ＳＯｘ被毒回復処理のために使用される燃料の量を抑制することが出来る。
　（ＳＯｘ被毒回復処理フロー）
　次に、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復処理のフローについて図３に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本実施例においては、本フローを実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るＳＯｘ被毒回復処理実行手段に相当する。
　本フローでは、先ずステップＳ１０１において、ＮＯｘ触媒１０でのＳＯｘ吸蔵量Ｑｓが推定される。該ＳＯｘ吸蔵量Ｑｓは、前回のＳＯｘ被毒回復処理が終了してからの、内燃機関１での燃料噴射量の積算量並びに流入排気の流量及びＮＯｘ触媒１０の温度の履歴等に基づいて推定される。
　次に、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で推定されたＮＯｘ触媒１０でのＳＯｘ吸蔵量ＱｓがＳＯｘ被毒回復処理実行開始の閾値Ｑｓ０以上であるか否かが判別される。該閾値Ｑｓ０は実験等に基づいて予め定められた値である。ステップＳ１０２において、肯定判定された場合、次にステップＳ１０３の処理が実行され、否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。
　ステップＳ１０３においては、リッチスパイク制御の実行時における最初のリッチ期間Δｔｒの一部を形成するための燃料添加リッチ期間Δｔａの長さをΔｔａ１に設定する。ここで、Δｔａ１は、予め定められた一定値であってもよく、また、現時点でのＮＯｘ触媒１０の温度等に基づいて決定される値でもよい。
　次に、ステップＳ１０４において、リッチスパイク制御の実行を開始すべく、燃焼リッチ制御の実行が開始される。これにより、流入排気の空燃比Ｒｉｎが目標リッチ空燃比Ｒｇｔまで低下する。
　次に、ステップＳ１０５において、燃焼リッチ制御の実行が開始されてから燃焼リッチ期間Δｔｃが経過したか否かが判別される。ステップＳ１０５において、肯定判定された場合、次にステップＳ１０６の処理が実行され、否定判定された場合、ステップＳ１０５の処理が繰り返される。
　ステップＳ１０６においては、燃焼リッチ制御の実行が停止される。そして、次に、ステップＳ１０７において、燃料添加リッチ制御の実行が開始される。ここで、実際には、燃焼リッチ制御及び燃料添加リッチ制御の実行が停止又は開始されてから流入排気の空燃比Ｒｉｎが変化するまでには応答遅れが存在し、また、該応答遅れの長さは制御毎に異なっている。ステップＳ１０６及びＳ１０７では、これらの応答遅れを考慮して、流入排気の空燃比Ｒｉｎが目標リッチ空燃比Ｒｇｔに維持されるようなタイミングで燃焼リッチ制御から燃料添加リッチ制御に切り替えられる。
　次に、ステップＳ１０８において、燃料添加リッチ制御の実行が開始されてから燃料添加リッチ期間Δｔａが経過したか否かが判別される。ステップＳ１０８において、肯定判定された場合、次にステップＳ１０９の処理が実行され、否定判定された場合、ステップＳ１０８の処理が繰り返される。
　ステップＳ１０９においては、燃料添加リッチ制御の実行が停止される。
　次に、ステップＳ１１０において、現時点のＮＯｘ触媒１０でのＳＯｘ吸蔵量Ｑｓが推定される。ここでは、リッチスパイク制御の実行開始後の流入排気の流量及びＮＯｘ触媒１０の温度の履歴等に基づいてＳＯｘ吸蔵量の減少量を推定し、該減少量をリッチスパイク制御の実行開始時のＳＯｘ吸蔵量から減算することでＳＯｘ吸蔵量を算出する。
　次に、ステップＳ１１１において、ステップＳ１１０で推定されたＮＯｘ触媒１０でのＳＯｘ吸蔵量ＱｓがＳＯｘ被毒回復処理実行終了の閾値Ｑｓ１以下であるか否かが判別される。該閾値Ｑｓ１は実験等に基づいて予め定められた値である。ステップＳ１１１において、肯定判定された場合、本フローの実行が一旦終了され、否定判定された場合、次にステップＳ１１２の処理が実行される。
　ステップＳ１１２においては、次に流入排気の空燃比Ｒｇｉｎを目標リッチ空燃比Ｒｇｔに低下させるまでのリーン期間Δｔｌの長さを決定する。ここで、リーン期間Δｔｌの長さは直前のリッチ期間Δｔｒの長さに基づいて決定される。つまり、本実施例に係るリッチスパイク制御においては、連続するリッチ期間Δｔｒとリーン期間Δｔｌとの和は一定であるため、リッチ期間Δｔｒの長さに応じてリーン期間Δｔｌの長さが変化する。
　次に、ステップＳ１１３において、次回のリッチ期間Δｔｒにおける燃料添加リッチ期間Δｔａの長さをΔｔａｎに設定する。ここで、Δｔａｎは、今回のリッチスパイク制御におけるｎ回目のリッチ期間Δｔｒの一部を形成するための燃料添加リッチ期間Δｔａの長さである。例えば、今回のリッチスパイク制御における２回目のリッチ期間Δｔｒにおける燃料添加リッチ期間Δｔａであれば、その長さがΔｔａ２に設定され、３回目のリッチ期間Δｔｒにおける燃料添加リッチ期間Δｔａであれば、その長さがΔｔａ３に設定される。また、Δｔａｎは、ｎ－１回目のリッチ期間Δｔｒにおける燃料添加リッチ期間の長さΔｔａ（ｎ－１）より小さい値となっている。
　次に、ステップＳ１１４において、ステップＳ１０９において燃料添加リッチ制御の実行が停止されてから、即ち前回のリッチ期間Δｔｒが終了してから、リーン期間Δｔｌが経過したか否かが判別される。ステップＳ１１４において、肯定判定された場合、次にステップＳ１０４の処理が実行され、否定判定された場合、ステップＳ１１４の処理が繰り返される。
　上記フローによれば、リッチスパイク制御におけるリッチ期間Δｔｒが燃焼リッチ期間Δｔｃと燃料添加リッチ期間Δｔａとによって形成される。そして、リッチスパイク制御実行開始直後のリッチ期間Δｔｒが最も長く、その後、リッチ期間Δｔｒが形成される毎にその長さは短くなる。
　尚、上記においては、リッチスパイク制御の実行中において時間の経過と共にリッチ期間を徐々に短くしたが、リッチ期間の長さを段階的に変更してもよい。例えば、リッチスパイク制御の実行中においてリッチ期間の長さを二段階に変更するものとし、該制御の実行期間前半におけるリッチ期間をその後半におけるリッチ期間より長くしてもよい。
　また、リッチスパイク制御を実現する際に、燃料添加リッチ制御に代えて副燃料噴射リッチ制御を実行してもよい。副燃料噴射リッチ制御では、主燃料噴射よりも後であって気筒２内での燃焼に供されないタイミングで燃料噴射弁３によって副燃料噴射を行うことで流入排気の空燃比Ｒｇｉｎを低下させる。副燃料噴射リッチ制御によれば、燃料添加リッチ制御と同様、排気中の酸素量を確保しつつＮＯｘ触媒１０に燃料を供給することが出来る。
　＜実施例２＞
　本発明の第二の実施例について図４に基づいて説明する。ここでは第一の実施例と異なる点についてのみ説明する。
　（リッチ期間の決定方法）
　本実施例においても、第一の実施例と同様、ＳＯｘ被毒回復処理をリッチスパイク制御によって実現する。また、リッチスパイク制御におけるリッチ期間を燃焼リッチ制御と燃料添加リッチ制御とを順に実行することによって形成させる。
　ここで、ＳＯｘ被毒回復処理を実行した際に、ＮＯｘ触媒１０の上流部におけるＳＯｘ還元量が多いほど、ＮＯｘ触媒１０の上流部でＳＯｘの還元のために消費される燃料の量が多い。また、ＮＯｘ触媒１０の上流側におけるＳＯｘ還元量が多いほど、ＮＯｘ触媒１０の下流部に再度吸蔵されるＳＯｘの量が多い。そのため、ＮＯｘ触媒１０の上流側におけるＳＯｘ還元量が多いほど、ＮＯｘ触媒１０の下流部においてＳＯｘを十分に還元するための燃料が不足し易い。
　そこで、本実施例においては、ＳＯｘ被毒回復処理の実行時におけるＮＯｘ触媒１０でのＳＯｘ還元量の分布を推定する。ＮＯｘ触媒１０の上流部におけるＳＯｘ還元量の割合が大きいほどリッチスパイク制御におけるリッチ期間を長くする。
　リッチ期間を長くすることで、ＮＯｘ触媒１０の下流部にまで供給される燃料を多くすることが出来る。そのため、ＮＯｘ触媒１０の下流部においてＳＯｘを還元するための燃料が不足することを抑制することが出来る。従って、ＳＯｘ被毒回復処理におけるＳＯｘ還元率をさらに向上させることが出来る。
　（ＳＯｘ還元量分布推定方法）
　ＮＯｘ触媒１０におけるＳＯｘ吸蔵量が多い部分ほどＳＯｘ還元量が多くなる。そこで、本実施例においては、ＮＯｘ触媒１０におけるＳＯｘ吸蔵量の分布を推定し、該ＳＯｘ吸蔵量の分布に基づいてＳＯｘ還元量の分布を推定する。
　ＮＯｘ触媒１０においては基本的にその上流部ほどＳＯｘ吸蔵量が多い。しかしながら、ＳＯｘ吸蔵量の分布は、ＮＯｘ触媒１０の温度分布及び流入排気の流量等に応じて変化する。つまり、ＮＯｘ触媒１０の温度が低いほどＳＯｘは吸蔵され易い。また、流入排気の流量が多いほど、ＮＯｘ触媒１０の下流部に吸蔵されるＳＯｘの割合が高くなる。
　そのため、本実施例では、ＮＯｘ触媒１０の温度分布及び流入排気の流量の履歴に基づいてＮＯｘ触媒１０におけるＳＯｘ吸蔵量の分布を推定する。尚、ＮＯｘ触媒１０の温度分布は上流側及び下流側温度センサ１５、１６の出力値に基づいて推定される。また、流入排気の流量は内燃機関１の運転状態に基づいて推定される。
　（燃料添加リッチ期間決定フロー）
　本実施例においては、上記のようなリッチ期間の長さの調整は、リッチ期間における燃料添加リッチ期間の長さを調整することによって行われる。以下、本実施例に係る、燃料添加リッチ期間の長さを決定するためのフローについて図４に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって所定の間隔で繰り返し実行される。
　本フローでは、先ずステップＳ２０１において、ＮＯｘ触媒１０の温度分布が推定される。
　次に、ステップＳ２０２において、流入排気の流量Ｑｇｉｎが推定される。
　次に、ステップＳ２０３において、ＮＯｘ触媒１０の温度分布及び流入排気の流量Ｑｇｉｎの履歴に基づいて、ＮＯｘ触媒１０でのＳＯｘ吸蔵量の分布が推定される。尚、本実施例においては、ステップＳ２０３の処理を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るＳＯｘ吸蔵量分布推定手段に相当し、また、ＳＯｘ還元量分布推定手段に相当する。
　次に、ステップＳ２０４において、ＳＯｘ被毒回復処理の実行条件が成立したか否か、即ち、図３に示すＳＯｘ被毒回復処理のフローにおけるステップＳ１０２において肯定判定されたか否かが判別される。ステップＳ２０４において、肯定判定された場合、次にステップＳ２０５の処理が実行され、否定判定された場合、本フローが実行が一旦終了される。
　ステップＳ２０５においては、ＮＯｘ触媒１０でのＳＯｘ吸蔵量の分布に基づいて、リッチスパイク制御の実行時における最初のリッチ期間Δｔｒの一部を形成するための燃料添加リッチ期間Δｔａの長さであるΔｔａ１が決定される。ここでは、ＮＯｘ触媒１０の上流部におけるＳＯｘ吸蔵量の割合が大きいほどΔｔａ１がより大きい値に決定される。ＮＯｘ触媒１０の上流部におけるＳＯｘ吸蔵量の割合とΔｔａ１との関係は予め実験等に基づいて定められており、ＥＣＵ２０に予め記憶されている。
　上記ステップＳ２０５において決定されたΔｔａ１が、図３に示すＳＯｘ被毒回復処理のフローにおけるステップＳ１０３の処理に適用される。また、該Δｔａ１を基準に決定されたΔｔａｎが該フローにおけるステップＳ１１３の処理に適用される。
　これにより、リッチスパイク処理におけるリッチ期間Δｔｒの長さが、ＮＯｘ触媒１０の上流部におけるＳＯｘ吸蔵量の割合が大きいほど、即ち、ＮＯｘ触媒１０の上流部におけるＳＯｘ還元量の割合が大きいほど長くなる。
　尚、本実施例では、ＳＯｘ被毒回復処理の実行中、即ちリッチスパイク制御の実行中に、その時点のＮＯｘ触媒１０でのＳＯｘ吸蔵量の分布を改めて推定してもよい。そして、リッチスパイク制御における２回目以降のリッチ期間Δｔｒの一部を形成するための燃料添加リッチ期間Δｔａの長さΔｔａｎ（ｎ≧２）を、改めて推定されたＮＯｘ触媒１０でのＳＯｘ吸蔵量の分布に基づいて決定してもよい。これによれば、各リッチ期間Δｔｒの長さをより好適なものとすることが出来る。
　＜実施例３＞
　本発明の第三の実施例について図５に基づいて説明する。ここでは第一の実施例と異なる点についてのみ説明する。
　（リッチ期間の決定方法）
　本実施例においても、第一の実施例と同様、ＳＯｘ被毒回復処理をリッチスパイク制御によって実現する。また、リッチスパイク制御におけるリッチ期間を燃焼リッチ制御と燃料添加リッチ制御とを順に実行することによって形成させる。
　ここで、ＳＯｘ被毒回復処理を実行した際に、ＮＯｘ触媒１０の下流部の温度が低いほど、ＮＯｘ触媒１０の上流部で一旦還元された後、その下流部に再度吸蔵されるＳＯｘの量は多くなる。そこで、本実施例では、ＮＯｘ触媒１０の下流部の温度が低いほどリッチスパイク制御におけるリッチ期間を長くする。
　これにより、ＮＯｘ触媒１０の下流部に吸蔵されたＳＯｘの量に応じた量の還元剤を該下流部に供給することが出来る。その結果、ＳＯｘ被毒回復処理におけるＳＯｘ還元率をさらに向上させることが出来る。
　（燃料添加リッチ期間決定フロー）
　本実施例においても、上記のようなリッチ期間の長さの調整は、リッチ期間における燃料添加リッチ期間の長さを調整することによって行われる。以下、本実施例に係る、燃料添加リッチ期間の長さを決定するためのフローについて図５に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって所定の間隔で繰り返し実行される。
　本フローでは、先ずステップＳ３０１において、ＳＯｘ被毒回復処理の実行条件が成立したか否か、即ち、図３に示すＳＯｘ被毒回復処理のフローにおけるステップＳ１０２において肯定判定されたか否かが判別される。ステップＳ３０１において、肯定判定された場合、次にステップＳ３０２の処理が実行され、否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。
　ステップＳ３０２においては、下流側温度センサ１６の出力値に基づいてＮＯｘ触媒１０の下流部の温度Ｔｃｄを推定する。
　次に、ステップＳ３０３において、ＮＯｘ触媒１０の下流部の温度Ｔｃｄに基づいて、リッチスパイク制御の実行時における最初のリッチ期間Δｔｒの一部を形成するための燃料添加リッチ期間Δｔａの長さであるΔｔａ１が決定される。ここでは、ＮＯｘ触媒１０の下流部の温度Ｔｃｄが低いほどΔｔａ１がより大きい値に決定される。ＮＯｘ触媒１０の下流部の温度ＴｃｄとΔｔａ１との関係は予め実験等に基づいて定められており、ＥＣＵ２０に予め記憶されている。
　上記ステップＳ３０３において決定されたΔｔａ１が、図３に示すＳＯｘ被毒回復処理のフローにおけるステップＳ１０３の処理に適用される。また、該Δｔａ１を基準に決定されたΔｔａｎが該フローにおけるステップＳ１１３の処理に適用される。
　これにより、リッチスパイク処理におけるリッチ期間Δｔｒの長さが、ＮＯｘ触媒１０の下流部の温度Ｔｃｄが低いほど長くなる。
　尚、本実施例では、ＳＯｘ被毒回復処理の実行中、即ちリッチスパイク制御の実行中に、その時点のＮＯｘ触媒１０の下流部の温度Ｔｃｄを改めて推定してもよい。そして、リッチスパイク制御における２回目以降のリッチ期間Δｔｒの一部を形成するための燃料添加リッチ期間Δｔａの長さΔｔａｎ（ｎ≧２）を、改めて推定されたＮＯｘ触媒１０の下流部の温度Ｔｃｄに基づいて決定してもよい。これによれば、各リッチ期間Δｔｒの長さをより好適なものとすることが出来る。
　＜実施例４＞
　本発明の第四の実施例について図５に基づいて説明する。ここでは第一の実施例と異なる点についてのみ説明する。
　本実施例においても、第一の実施例と同様、ＳＯｘ被毒回復処理をリッチスパイク制御によって実現する。ここで、リッチスパイク制御の実行中における燃焼リッチ期間Δｔｃ中は、上述したように、内燃機関１から排出される排気の温度（タービン８ｂに流入する排気の温度）Ｔｇｅが上昇する。該排気の温度Ｔｇｅが過度に上昇すると、タービン８ｂ等に悪影響を及ぼす虞がある。
　そこで、本実施例では、燃焼リッチ期間Δｔｃ中に、内燃機関１から排出される排気の温度Ｔｇｅを推定する。そして、該排気の温度Ｔｇｅが所定の上限排気温度Ｔｇｅ１より高くなった場合は、燃焼リッチ制御の実行を停止して、燃料添加リッチ制御に切り替える。
　尚、この場合、燃焼リッチ期間Δｔｃの長さが、図３に示すフローチャートにおけるステップＳ１０３又はステップＳ１１３において設定したΔｔａｎに達する前に、燃焼リッチ制御が燃料添加リッチ制御に切り替えられることになる。しかし、この場合であっても、燃焼リッチ期間Δｔｃの長さがΔｔａｎに達してから燃焼リッチ制御から燃料添加リッチ制御に切り替えられる場合と同様のリッチ期間Δｔｒの長さが確保されるように、燃料添加リッチ期間Δｔａの長さが調整される。
　上記によれば、リッチスパイク制御の実行中における排気温度Ｔｇｅの過度な上昇をより高い確率で抑制することが出来る。
　以下、本実施例に係る排気温度の過度な上昇を抑制するためのフローについて図６に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、リッチスパイク制御の実行中、ＥＣＵ２０によって所定の間隔で繰り返し実行される。
　本フローでは、先ずステップＳ４０１において、燃焼リッチ期間Δｔｃ中であるか否かが判別される。ステップＳ４０１において、肯定判定された場合、次にステップＳ４０２の処理が実行され、否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。
　ステップＳ４０２においては、内燃機関１から排出される排気の温度Ｔｇｅが内燃機関１の運転状態に基づいて推定される。尚、エキゾーストマニホールド７又はタービン８ｂより上流側の排気通路６に温度センサを設け、該温度センサによって該排気の温度Ｔｇｅを検出してもよい。
　次に、ステップＳ４０３において、内燃機関１から排出される排気の温度Ｔｇｅが上限排気温度Ｔｇｅ１より高いか否かが判別される。ステップＳ４０３において、肯定判定された場合、次にステップＳ４０４の処理が実行され、否定判定された場合、次にステップＳ４０６の処理が実行される。
　ステップＳ４０４においては、燃焼リッチ制御の実行が停止される。次に、ステップＳ４０５において、燃料添加リッチ制御の実行が開始される。
　一方、ステップＳ４０６においては、燃焼リッチ制御の実行が継続される。
　（変形例）
　次に、本実施例の変形例について説明する。リッチスパイク制御の実行中における燃焼リッチ期間Δｔｃ中は、上述したように、ＮＯｘ触媒１０における酸化反応が抑制されるため該ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃは低下する。ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが過度に低下するとＳＯｘの還元が困難となる虞がある。
　そこで、本実施例では、燃焼リッチ期間Δｔｃ中に、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｃを推定する。そして、該ＮＯｘ触媒の温度Ｔｃが所定の下限触媒温度Ｔｃ１より低くなった場合は、燃焼リッチ制御の実行を停止して、燃料添加リッチ制御に切り替える。
　尚、この場合も、燃焼リッチ期間Δｔｃの長さが、図３に示すフローチャートにおけるステップＳ１０３又はステップＳ１１３において設定したΔｔａｎに達する前に、燃焼リッチ制御が燃料添加リッチ制御に切り替えられることになる。そのため、燃焼リッチ期間Δｔｃの長さがΔｔａｎに達してから燃焼リッチ制御から燃料添加リッチ制御に切り替えられる場合と同様のリッチ期間Δｔｒの長さが確保されるように、燃料添加リッチ期間Δｔａの長さが調整される。
　上記によれば、リッチスパイク制御の実行中におけるＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃの過度な低下をより高い確率で抑制することが出来る。
　以下、本実施例に係るＮＯｘ触媒の温度の過度な低下を抑制するためのフローについて図７に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、リッチスパイク制御の実行中、ＥＣＵ２０によって所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローは、図６に示したフローチャートのステップＳ４０２及びＳ４０３をステップＳ５０２及びＳ５０３に置き換えたものである。そのため、ステップＳ５０２及びＳ５０３の処理についてのみ説明する。
　ステップ５０２においては、上流側及び下流側温度センサ１５、１６の出力値に基づいてＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが推定される。
　次に、ステップ５０３において、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが下限触媒温度Ｔｃ１より低いか否かが判別される。ステップＳ５０３において、肯定判定された場合、次にステップＳ４０４の処理が実行され、否定判定された場合、次にステップＳ４０６の処理が実行される。
　上記各実施例は可能な限り組み合わせることが出来る。

Claims (5)

  1. 　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触媒に流入する排気の空燃比を所定の空燃比まで繰り返し低下させることで、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させるＳＯｘ被毒回復処理を実行するＳＯｘ被毒回復処理実行手段と、を備え、
    　ＳＯｘ被毒回復処理において前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を前記所定の空燃比としている期間である空燃比低下期間の長さを、該処理実行中の比較的早い時期においては該処理実行中の比較的遅い時期に比べて長くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  2. 　ＳＯｘ被毒回復処理の実行時における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒でのＳＯｘ還元量の分布を推定するＳＯｘ還元量分布推定手段を更に備え、
    　ＳＯｘ被毒回復処理の実行時において、前記ＳＯｘ還元量分布推定手段によって推定される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流部でのＳＯｘ還元量の割合が大きいほど前記空燃比低下期間を長く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。
  3. 　前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒でのＳＯｘ吸蔵量の分布を推定するＳＯｘ吸蔵量分布推定手段を更に備え、
    　前記ＳＯｘ還元量分布推定手段が、少なくとも前記ＳＯｘ吸蔵量分布推定手段によって推定されたＳＯｘ吸蔵量の分布に基づいてＳＯｘ還元量の分布を推定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  4. 　前記ＳＯｘ吸蔵量分布推定手段が、少なくとも前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度分布の履歴及び前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の流量の履歴に基づいてＳＯｘ吸蔵量の分布を推定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。
  5. 　前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流部の温度が低いほど前記空燃比低下期間を長くすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
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