(57)【要約】【課題】触媒のＳ再生を行う機会を適切に確保することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、還元剤供給手段から還元剤を供給することで、触媒のＳ再生を行う。具体的には、制御手段は、リッチにすることができる機会（リッチ機会）が少ない場合には、リッチ機会が多い場合に比して、リッチ時間を短くして、触媒の再生を行う。つまり、リッチ機会が少ないほど、リッチ時間を短くする。これにより、リッチ時間の短縮により、当該リッチにする前に行われるリーン時間も短縮することができる。したがって、渋滞走行時などのリッチ機会が少ない場合においても、再生機会を適切に確保することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路上に設けられた触媒、及び、前記触媒の上流側に設けられ、前記排気通路中に還元剤を供給する還元剤供給手段を具備し、前記還元剤供給手段から還元剤を供給することによりＡ／Ｆをリッチにすることで、前記触媒の再生を行う内燃機関の排気浄化装置であって、
前記リッチにすることができる機会が少ない場合には、前記リッチにすることができる機会が多い場合に比して、前記リッチにする時間を短くして、前記触媒の再生を行う制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記触媒の再生の開始時において、前記触媒の再生の開始後に比して、前記リッチにする時間を短くする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記触媒からＳ放出させることが可能な最小時間を下限として、前記リッチにする時間を短くする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記リッチにする時間を短くする際に、前記触媒から未燃成分がすり抜けない範囲で、目標Ａ／Ｆをリッチ側に設定する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、触媒に保持された硫黄酸化物（ＳＯｘ）を離脱させるために、触媒に対する硫黄被毒回復処理（以下、単に「Ｓ再生」と呼ぶ。）が行われている。例えば、特許文献１には、Ａ／Ｆ（空燃比）をリッチ側とリーン側とに交互に切り替えることで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳ再生を行う技術が提案されている。具体的には、この技術では、触媒の過度の上昇とＨＣ排出とを防止するために、燃料添加を密に行う期間と疎に行う期間とを交互に設けている。また、特許文献２には、Ａ／Ｆをリッチとリーンとに交互に切り替えて触媒をＳ再生する場合において、特定運転状態と非特定運転状態とでリーンにする時間を変えることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３６０５７５号公報
【特許文献２】特開２０００−１３０２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１及び２に記載の技術では、低負荷運転が多くなる場合などにおいて、Ｓ再生を行う時間を十分に確保することができない場合があった。そのため、Ｓ再生を十分に行うことができない場合があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、触媒のＳ再生を行う機会を適切に確保することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、排気通路上に設けられた触媒、及び、前記触媒の上流側に設けられ、前記排気通路中に還元剤を供給する還元剤供給手段を具備し、前記還元剤供給手段から還元剤を供給することによりＡ／Ｆをリッチにすることで、前記触媒の再生を行う内燃機関の排気浄化装置は、前記リッチにすることができる機会が少ない場合には、前記リッチにすることができる機会が多い場合に比して、前記リッチにする時間を短くして、前記触媒の再生を行う制御手段を備える。
【０００７】
上記の内燃機関の排気浄化装置は、還元剤供給手段から還元剤を供給することによりＡ／Ｆをリッチにすることで、触媒の再生（例えばＳ再生）を行う。具体的には、制御手段は、リッチにすることができる機会（リッチ機会）が少ない場合には、リッチ機会が多い場合に比して、リッチ時間を短くして、触媒の再生を行う。つまり、リッチ機会が少ないほど、リッチ時間を短くする。これにより、リッチ時間の短縮により、当該リッチにする前に行われるリーン時間も短縮することができるので、再生機会を適切に確保することができる。具体的には、渋滞走行時などのリッチ機会が少ない場合においても、再生機会を適切に確保することが可能となる。
【０００８】
上記の内燃機関の排気浄化装置の一態様では、前記制御手段は、前記触媒の再生の開始時において、前記触媒の再生の開始後に比して、前記リッチにする時間を短くする。
【０００９】
この態様によれば、再生の開始時において、リッチにする前に行われるリーン時間を適切に短縮することができる。よって、再生領域（再生の実行条件）から外れることに起因する、リッチ機会の損失を適切に抑制することが可能となる。
【００１０】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記触媒からＳ放出させることが可能な最小時間を下限として、前記リッチにする時間を短くする。
【００１１】
この態様によれば、リッチ時間の短縮し過ぎにより、触媒からＳが放出されないといった事態を適切に防止することが可能となる。
【００１２】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記リッチにする時間を短くする際に、前記触媒から未燃成分がすり抜けない範囲で、目標Ａ／Ｆをリッチ側に設定する。
【００１３】
この態様によれば、リッチ時間を短くしても、触媒からの未燃成分のすり抜けを防止しつつ、触媒から適切にＳ放出させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】内燃機関の排気浄化装置を適用したシステムの概略構成図を示す。
【図２】第１実施例のＳ再生方法を具体的に説明するための図である。
【図３】第２実施例のＳ再生方法を具体的に説明するための図である。
【図４】第３実施例におけるＳ再生処理を示すフローチャートである。
【図５】第４実施例におけるＳ再生処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
［装置構成］
図１は、本発明における内燃機関の排気浄化装置を適用したシステムの一例を示す概略構成図である。図１では、実線矢印はガスの流れを示し、破線矢印は信号の入出力を示している。
【００１６】
図示のように、当該システムは、主に、吸気通路１と、エンジン（内燃機関）２と、排気通路３と、触媒４と、添加弁６と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０と、を有する。
【００１７】
吸気通路１は、エンジン２へ供給するための吸気が通過する。エンジン２は、吸気と燃料との混合気を燃焼させることによって車両における動力を発生する。エンジン２は、例えばディーゼルエンジンに相当する。エンジン２における燃焼によって発生した排気ガスは、排気通路３に排出される。
【００１８】
排気通路３上には、排気ガスを浄化可能に構成された触媒４が設けられている。例えば、触媒４として、ＮＳＲ(NOx Storage Reduction)が用いられる。また、触媒４の上流側の排気通路３上には添加弁６が設けられている。添加弁６は、排気通路３中にＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）などの還元剤を添加することで、触媒４へエネルギーを供給する装置である。添加弁６から添加される還元剤は、例えば、触媒４をＳ再生するために用いられる。添加弁６は、ＥＣＵ１０から供給される制御信号Ｓ６によって、添加量や添加タイミングなどが制御される。なお、添加弁６は、本発明における還元剤供給手段に相当する。
【００１９】
ＥＣＵ１０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備える。ＥＣＵ１０は、主に、添加弁６に対して制御信号Ｓ６を供給することで、添加弁６に対する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１０は、触媒４をＳ再生（硫黄被毒回復）するために、添加弁６より還元剤を添加させる制御を行う。詳細は後述するが、ＥＣＵ１０は、本発明における制御手段に相当する。なお、ＥＣＵ１０は、車両内の各構成要素に対して種々の制御を行うが、本発明に関係のない制御については説明を省略する。
［Ｓ再生方法］
次に、本実施例における触媒４のＳ再生方法について説明する。本実施例では、ＥＣＵ１０は、触媒４のＳ再生を行う機会が適切に確保されるように、触媒４に対するＳ再生を実施する。こうする理由は、以下の通りである。
【００２０】
触媒４のＳ再生は、添加弁６から還元剤を添加することにより排気ガスにおけるＡ／Ｆをリッチにすることで行われる（この場合、目標Ａ／Ｆはストイキに設定される）。このようなリッチにするための還元剤の添加は、触媒４の目標床温（最適浄化率が得られる触媒４の床温をいう。以下同じ。）に対しては過剰なものとなる傾向にあり、触媒４の床温が目標床温をオーバーシュートする場合がある。そのため、基本的には、Ｓ再生中における触媒４の床温制御は、エネルギーバランスをとるために、Ａ／Ｆをリッチとリーンとに交互に繰り返すことで実施される。つまり、触媒４が目標床温に対して過昇温しないように、Ｓ再生のためにリッチにする前に、リーン期間が確保される（つまり還元剤を添加しない期間が確保される）。以下では、このようにリッチにする前にリーンに設定することを「前出しリーン」と呼ぶ。
【００２１】
エネルギーバランスをとるためには、前出しリーン時間は、リッチにする時間（以下、「リッチ時間」と呼ぶ。）に応じて確保する必要があると言える。よって、Ｓ再生の効率はリッチ時間を長くするほうが良くなる傾向にあるが、このようにリッチ時間を長くする場合には、前出しリーン時間を長く確保する必要があると言える。これより、実際の走行時では加減速が繰り返されたり、渋滞走行などが行われたりするため、十分な床温確保の機会が減り、Ｓ再生のためにリッチにすることができる機会（以下、「リッチ機会」と呼ぶ。）を確保しにくいものと考えられる。
【００２２】
このような理由より、本実施例では、触媒４のＳ再生を行う機会が適切に確保されるように、触媒４に対するＳ再生を実施する。以下では、ＥＣＵ１０が行うＳ再生方法の実施例（第１実施例〜第４実施例）について具体的に説明する。
【００２３】
（第１実施例）
第１実施例では、リッチ機会が少ない場合に、リッチ機会が多い場合に比して、Ｓ再生のためにリッチにする時間（リッチ時間）を短くして、触媒４の再生を行う。つまり、ＥＣＵ１０は、リッチ機会が少ないほどリッチ時間を短縮する。具体的には、ＥＣＵ１０は、Ｓ再生の機会を確保することが困難であるか否かを判定し（例えば渋滞走行時であるか否かなどを判定し）、Ｓ再生の機会を確保することが困難であると判定された場合に、Ｓ再生を行う際のリッチ時間を短く設定する。
【００２４】
こうする理由は、以下の通りである。前述したように、リッチ時間を長くする場合には、触媒４の過昇温防止のため、長い前出しリーン時間を確保する必要があると言える。これに対して、リッチ時間を短くする場合には、添加量が少ないので触媒４が過昇温する可能性が低いため、前出しリーン時間を長く確保する必要がないと言える。つまり、前出しリーン時間が短くても問題ないと言える。
【００２５】
したがって、第１実施例では、リッチ時間を短縮すると添加前の前出しリーン時間も短縮できることを利用して、Ｓ再生機会を確保する。具体的には、ＥＣＵ１０は、リッチ機会が少ない場合、つまりＳ再生の機会を確保することが困難な状況では、リッチ時間を短縮する。
【００２６】
図２は、第１実施例のＳ再生方法を具体的に説明するための図である。図２は、横方向に時間を示し、上側に触媒４の床温（目標床温）を示し、下側にＡ／Ｆ（目標Ａ／Ｆ）を示している。具体的には、図２では、左側に、グラフＡ１１及びグラフＢ１１によって、リッチ機会が「ｎ１」である場合の床温及びＡ／Ｆの一例を示している。また、中央に、グラフＡ１２及びグラフＢ１２によって、リッチ機会が「ｎ２」である場合の床温及びＡ／Ｆの一例を示している。また、右側に、グラフＡ１３及びグラフＢ１３によって、リッチ機会が「ｎ３」である場合の床温及びＡ／Ｆの一例を示している。なお、リッチ機会は「回／ｓｅｃ」で定義され、「ｎ１＜ｎ２＜ｎ３」であるものとする。
【００２７】
図２に示すように、リッチ機会が「ｎ１」である場合にはリッチ時間は「Ｔ１１」に設定され、リッチ機会が「ｎ２」である場合にはリッチ時間は「Ｔ１２」に設定され、リッチ機会が「ｎ３」である場合にはリッチ時間は「Ｔ１３」に設定されていることがわかる。この場合、「Ｔ１１＜Ｔ１２＜Ｔ１３」である。これより、リッチ機会が少ないほど、リッチ時間として短い時間が設定されていることがわかる。こうすることにより、渋滞走行時などのリッチ機会が少ない場合には、リッチ時間が短く設定されることで前出しリーン時間も短くなるため、Ｓ再生開始が早くなる。つまり、リッチ機会が少ないにもかかわらずＳ再生の機会を適切に確保することができる（但し、この場合には、添加量が少ないためＳ放出量は比較的少ない）。一方で、リッチ機会が多い場合には、リッチ時間が長く設定されるため、Ｓ放出量を適切に確保することができる。
【００２８】
以上説明した第１実施例によれば、リッチ時間の短縮により前出しリーン時間も短縮することができるので、Ｓ再生機会を適切に確保することができる。よって、リッチ機会が少ない場合においてもＳ放出を行うことができ、触媒４のＮＯｘ浄化率を適切に補償することが可能となる。
【００２９】
（第２実施例）
次に、第２実施例について説明する。第２実施例では、触媒４のＳ再生の開始時において、Ｓ再生の開始後に比して、リッチ時間を短くする点で、第１実施例と異なる。具体的には、第２実施例では、ＥＣＵ１０は、Ｓ再生を開始してから最初に設定するリッチ時間を、その後に設定するリッチ時間よりも短くする。
【００３０】
このようにリッチ時間を短縮することで、当該リッチの前に確保される前出しリーンにおける時間（つまりＳ再生における初期の前出しリーン時間）も短くすることができる。よって、Ｓ再生領域（Ｓ再生の実行条件）から外れることに起因する、リッチ機会の損失を適切に抑制することが可能となる。
【００３１】
図３は、第２実施例のＳ再生方法を具体的に説明するための図である。図３は、横方向に時間を示し、上側に触媒４の床温（目標床温）を示し、下側にＡ／Ｆ（目標Ａ／Ｆ）を示している。具体的には、図３では、左側に、グラフＣ１１及びグラフＤ１１によって、Ｓ再生の開始時のリッチ時間を短くしなかった場合（つまり、Ｓ再生の開始時及び開始後によらずに、リッチ時間を概ね一定に設定した場合に相当する。以下では、このようにリッチ時間を設定する方法を「比較例」と呼ぶ。）の、床温及びＡ／Ｆの一例を示している。また、右側に、グラフＣ１２及びグラフＤ１２によって、Ｓ再生の開始時のリッチ時間を短くした場合（つまり第２実施例による方法によってリッチ時間を設定した場合）の、床温及びＡ／Ｆの一例を示している。
【００３２】
図３に示すように、第２実施例におけるＳ再生開始時のリッチ時間Ｔ２２は、比較例におけるＳ再生開始時のリッチ時間Ｔ２１よりも短いことがわかる。そのため、第２実施例の方法によれば、比較例による方法と比較して、Ｓ再生の開始直後の前出しリーン時間を短くすることができる。具体的には、第２実施例における初回の前出しリーン時間Ｔ３２は、比較例における初回の前出しリーン時間Ｔ３１よりも短くなる。これにより、Ｓ再生領域から外れることが多いような運転条件でも、リッチ機会を適切に確保することが可能となる。
【００３３】
なお、図３では、Ｓ再生開始時におけるリッチ時間を初回の１回のみ短縮する例を示したが、Ｓ再生開始時におけるリッチ時間を、初回を含めて数回分短縮しても良い。
【００３４】
また、第２実施例におけるＳ再生方法と、前述した第１実施例におけるＳ再生方法とを組み合わせて実施しても良い。具体的には、リッチ機会が少ないほどリッチ時間を短縮すると共に、Ｓ再生開始時におけるリッチ時間を短くすることができる。
【００３５】
（第３実施例）
次に、第３実施例について説明する。第３実施例では、前述した実施例で示したようにリッチ時間を短縮する場合に、触媒４からＳ放出させることが可能な最小のリッチ時間（以下、「Ｓ放出可能時間」と呼ぶ。）を下限として、リッチ時間を設定する点で、第１及び第２実施例と異なる。つまり、第３実施例では、ＥＣＵ１０は、第１実施例のようにリッチ機会に応じてリッチ時間を短縮する場合、及び／又は、第２実施例のようにＳ再生開始時のリッチ時間を短くする場合、Ｓ放出可能時間を下限としてリッチ時間を短くする。例えば、ＥＣＵ１０は、排気ガス量、排気ガス温度、触媒４の床温、触媒４のＳ堆積量、還元剤の量などに基づいて、Ｓ放出可能時間を算出する。
【００３６】
このような第３実施例によれば、リッチ時間の短縮し過ぎにより、触媒４からＳが放出されないといった事態を適切に防止することが可能となる。
【００３７】
図４は、第３実施例のＳ再生方法を示すフローチャートである。当該フローチャートに示す処理は、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。なお、この処理は、リッチ時間の短縮要求がある場合に実行される。
【００３８】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０は、Ｓ再生のためのリッチ時間の短縮要求を出す。そして、処理はステップＳ１０２に進む。
【００３９】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１０は、Ｓ放出可能時間に基づいてリッチ時間を算出する。この場合、ＥＣＵ１０は、例えば、排気ガス量、排気ガス温度、及び還元剤の添加量に基づいて、触媒モデルに従って触媒４の床温及び触媒４のＳ堆積量を求めて、これに基づいてＳ放出可能時間を算出する。そして、ＥＣＵ１０は、算出されたＳ放出可能時間以上の時間をリッチ時間に設定する（Ｓ放出可能時間をリッチ時間に設定する場合も含む）。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０３に進む。
【００４０】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１０は、前出しリーン時間を算出する。例えば、ＥＣＵ１０は、リッチにするために添加する還元剤の総量や熱容量などに基づいて、前出しリーン時間を算出する。そして、処理はステップＳ１０４に進む。
【００４１】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０３で算出された前出しリーン時間に基づいて、リーン制御を開始する。そして、処理はステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０２で算出されたリッチ時間に基づいて、リッチ制御を開始する。そして、処理は終了する。
【００４２】
以上説明した処理によれば、リッチ時間の短縮し過ぎにより、触媒４からＳが放出されないといった事態を適切に防止することが可能となる。
【００４３】
（第４実施例）
次に、第４実施例について説明する。第４実施例では、前述した実施例で示したようにリッチ時間を短縮する際に、目標Ａ／Ｆを通常よりもリッチ側に設定する点で（通常では、基本的には目標Ａ／Ｆはストイキに設定される）、第１乃至第３実施例と異なる。具体的には、第４実施例では、ＥＣＵ１０は、第１実施例のようにリッチ機会に応じてリッチ時間を短縮する際、及び／又は、第２実施例のようにＳ再生開始時のリッチ時間を短くする際、触媒４から未燃成分（ＨＣなど）がすり抜けない範囲で、リッチ時間における目標Ａ／Ｆをリッチ側に設定する。つまり、ＥＣＵ１０は、触媒４から未燃成分のすり抜けが生じないＡ／Ｆの限界値によって規定される範囲内で、目標Ａ／Ｆを通常よりもリッチに制御する。
【００４４】
但し、ＥＣＵ１０は、触媒４から未燃成分のすり抜けが生じないＡ／Ｆの限界値に相当する添加量が、触媒４からＳ放出させることが可能な最低の添加量以下である場合には、このように目標Ａ／Ｆをリッチ側に設定しない。なお、触媒４からＳ放出させることが可能な最低の添加量は、触媒４の酸素吸蔵能（ＯＳＣ）による還元剤消費量などに基づいて算出される。
【００４５】
このような第４実施例によれば、初期の触媒４の酸素吸蔵能による還元剤消費分などを上回る量の還元剤を、適切に添加することができる。よって、リッチ時間を短縮しても、触媒４から適切にＳ放出させることが可能となる
図５は、第４実施例のＳ再生方法を示すフローチャートである。当該フローチャートに示す処理は、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。なお、この処理は、リッチ時間の短縮要求がある場合に実行される。
【００４６】
ステップＳ２０１〜Ｓ２０２、Ｓ２０４〜Ｓ２０６の処理は、それぞれ、前述したステップＳ１０１〜Ｓ１０２、Ｓ１０３〜Ｓ１０５の処理と同様であるため、その説明を省略する。ここでは、ステップＳ２０３の処理のみ説明を行う。
【００４７】
ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１０は、Ｓ再生のためにリッチ制御する際（ステップＳ２０６）の目標Ａ／Ｆを算出する。この場合、ＥＣＵ１０は、例えば、排気ガス量、排気ガス温度、及び還元剤の添加量に基づいて、触媒モデルに従って触媒４の床温及び触媒４のＳ堆積量を求めて、これに基づいて目標Ａ／Ｆを算出する。具体的には、ＥＣＵ１０は、触媒４から未燃成分のすり抜けが生じないようなＡ／Ｆの限界値（以下、「第１のＡ／Ｆ」と呼ぶ。）を求めると共に、設定されたリッチ時間（ステップＳ２０２）において触媒４からＳ放出させることが可能なＡ／Ｆの限界値（以下、「第２のＡ／Ｆ」と呼ぶ。）を求め、第１のＡ／Ｆと第２のＡ／Ｆとを比較することで、目標Ａ／Ｆを設定する。この場合、ＥＣＵ１０は、第１のＡ／Ｆが第２のＡ／Ｆよりも大きい場合には、目標Ａ／Ｆを第１のＡ／Ｆに設定する。これに対して、ＥＣＵ１０は、第１のＡ／Ｆが第２のＡ／Ｆ以下である場合には、目標Ａ／Ｆをリッチ側に設定しない。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ２０４に進む。
【００４８】
以上説明した処理によれば、初期の触媒４の酸素吸蔵能による還元剤消費分などを上回る量の還元剤を添加することができ、リッチ時間を短縮しても、触媒４から適切にＳ放出させることが可能となる。
【００４９】
なお、第４実施例におけるＳ再生方法と、前述した第３実施例におけるＳ再生方法とを組み合わせて実施しても良い。具体的には、第４実施例におけるＳ再生方法を行う場合においても、リッチ時間を短縮する際に、Ｓ放出可能時間を下限としてリッチ時間を短くすることができる。
［変形例］
上記では、添加弁６より還元剤を添加することで触媒４へエネルギーを供給する実施例を示したが、他の例では、このような添加弁６を用いる代わりに、ポスト噴射を行っても良い。つまり、本発明は、燃料をポスト噴射することで触媒へエネルギーを供給する構成に対しても同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  吸気通路
２  エンジン
３  排気通路
４  触媒
６  添加弁
１０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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