(57)【要約】【課題】硫黄被毒回復処理を短時間で行なうことができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】機関排気通路内にＮＯＸ吸蔵触媒が配置され、ＮＯＸ吸蔵触媒の下流側にフィードバック制御を行なうための空燃比センサが配置され、ＮＯＸ吸蔵触媒の上流側に燃料添加弁が配置されている内燃機関の排気浄化装置であって、硫黄被毒回復処理のときに、燃料添加弁から燃料を供給することによりＮＯＸ吸蔵触媒を昇温させる昇温制御と、燃焼室内でアフター噴射を行なって排気ガスの空燃比をリッチにして、ＮＯＸ吸蔵触媒からＳＯＸを放出させるＳＯＸ放出制御とを交互に繰り返し、空燃比センサの出力値の学習を行なうときには、昇温制御の期間を短くすると共に燃料添加弁からの燃料の供給流量を増大し、昇温制御の完了直後に排気ガスの空燃比を低下させた状態で空燃比センサの出力値の学習を行なう。【選択図】図９
2010127251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯＸを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチまたは理論空燃比になると吸蔵したＮＯＸを放出するＮＯＸ吸蔵触媒を配置し、ＮＯＸ吸蔵触媒の下流の機関排気通路内に空燃比センサを配置し、ＮＯＸ吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯＸ量が予め定められた許容量を超えたときに、ＮＯＸ吸蔵触媒の温度をＳＯＸ放出可能な温度まで上昇させると共に、ＮＯＸ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることにより硫黄被毒回復処理を行なうようにした内燃機関の排気浄化装置において、
ＮＯＸ吸蔵触媒の上流側の機関排気通路内に燃料を供給する燃料供給手段を具備し、
ＳＯＸを放出すべきときには、燃料供給手段から燃料を供給することにより排気ガスの空燃比がリーンの状態でＮＯＸ吸蔵触媒を昇温させる昇温制御と、燃焼室内に燃焼可能な時期に追加の燃料を噴射して、空燃比センサの出力信号に基づき排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にフィードバック制御することにより、ＮＯＸ吸蔵触媒からＳＯＸを放出させるＳＯＸ放出制御とを交互に繰り返し、
空燃比センサの出力値の学習を行なうときには、昇温制御の期間を短くすると共に燃料供給手段からの燃料の供給流量を増大し、かつ、昇温制御の完了直後において燃焼可能な時期に燃焼室内に追加の燃料を噴射することにより排気ガスの空燃比をリーンの状態で低下させて、空燃比センサの出力値の学習を行なうことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
燃料供給手段は、機関排気通路内に燃料を供給する燃料添加弁を含む、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
燃料供給手段は、昇温制御の期間中に燃料添加弁からパルス状に燃料を供給することにより、ＮＯＸ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに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装置。
【請求項４】
昇温制御の期間中に燃料供給手段から燃料を供給したときに、排気ガスの空燃比が連続的にリッチまたは理論空燃比になる場合には、昇温制御の後に空燃比センサの出力値の学習を行なわずにＳＯＸ放出制御を行なって、後続の他の昇温制御の直後に空燃比センサの出力値の学習を行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯＸを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチまたは理論空燃比になると吸蔵したＮＯＸを放出するＮＯＸ吸蔵触媒を配置し、ＮＯＸ吸蔵触媒の下流の機関排気通路内に空燃比センサを配置し、ＮＯＸ吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯＸ量が予め定められた許容量を超えたときに、ＮＯＸ吸蔵触媒の温度をＳＯＸ放出可能な温度まで上昇させると共に、ＮＯＸ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることにより硫黄被毒回復処理を行なうようにした内燃機関の排気浄化装置において、
ＳＯＸを放出すべきときには、燃焼室内に燃焼不可能な時期に追加の燃料を噴射することにより排気ガスの空燃比がリーンの状態でＮＯＸ吸蔵触媒を昇温させる昇温制御と、燃焼室内に燃焼可能な時期に追加の燃料を噴射して、空燃比センサの出力信号に基づき排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にフィードバック制御することにより、ＮＯＸ吸蔵触媒からＳＯＸを放出させるＳＯＸ放出制御とを交互に繰り返し、
空燃比センサの出力値の学習を行なうときには昇温制御の期間を短くし、かつ、昇温制御の完了直後において、燃焼不可能な時期の燃料の噴射に加えて、燃焼可能な時期に追加の燃料を燃焼室内に噴射することにより排気ガスの空燃比をリーンの状態で低下させて、空燃比センサの出力値の学習を行なうことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
ＮＯＸ吸蔵触媒の上流側に酸化触媒が配置され、酸化触媒に未燃炭化水素が供給されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか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】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関の排気ガスには、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＨＣ）またはパティキュレート（ＰＭ）のほかに、窒素酸化物（ＮＯＸ）が含まれる。窒素酸化物を除去する方法の一つとして、機関排気通路にＮＯＸ吸蔵触媒が配置されることが提案されている。
【０００３】
ＮＯＸ吸蔵触媒は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯＸを吸蔵する。ＮＯＸの吸蔵量が許容量に達した時に、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることにより、吸蔵したＮＯＸが放出される。排気ガスの空燃比がリッチまたは理論空燃比の状態では、排気ガスに未燃炭化水素等の還元剤が多く含まれているために、放出されたＮＯＸを還元してＮ２に変換することができる。
【０００４】
内燃機関の排気ガスには、硫黄酸化物（ＳＯＸ）が含まれる場合がある。この場合にＮＯＸ吸蔵触媒は、ＮＯＸの吸蔵と同時にＳＯＸを吸蔵する。ＳＯＸが吸蔵されると、ＮＯＸの吸蔵可能量が低下する。このように、ＮＯＸ吸蔵触媒には、いわゆる硫黄被毒が生じる。硫黄被毒を解消するために、ＳＯＸを放出する硫黄被毒回復処理が行なわれる。ＳＯＸは、ＮＯＸに比べて安定な状態でＮＯＸ吸蔵触媒に吸蔵される。このため、硫黄被毒回復処理においては、ＮＯＸ吸蔵触媒を昇温した状態で、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることによりＳＯＸを放出する。
【０００５】
硫黄被毒回復処理において排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にするときに、排気ガスの空燃比を目標空燃比に近づけるために、機関排気通路に空燃比センサを配置して実際の排気ガスの空燃比を検出することにより排気ガスの空燃比を調整するフィードバック制御を行なうことが知られている。
【０００６】
特開２００６−３０７８０６号公報においては、複数の気筒を備え、複数の気筒を合流させて共通の１つの排気管に接続し、この排気管内にＮＯＸ吸蔵触媒を配置した排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置においては、ＮＯＸ吸蔵触媒の上流にリニア空燃比センサを、ＮＯＸ吸蔵触媒の下流に酸素センサを配置している。硫黄被毒回復制御のときに、ＮＯＸ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比が予め定められた空燃比となるようにリニア空燃比センサからの出力値を利用して、各気筒における空燃比を制御することが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３０７８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
燃焼室に噴射する燃料の噴射パターンを変更できる内燃機関では、燃焼室に噴射する燃料の噴射量を増加することにより、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比に制御することができる。硫黄被毒回復処理において、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にするときに、燃焼室に噴射する燃料の増加分を燃焼可能な時期に噴射することにより、燃焼室において重質な還元剤を軽質な還元剤に変換することができる。ＮＯＸ吸蔵触媒に好適な還元剤を供給することができる。
【０００９】
この内燃機関において、機関排気通路に空燃比センサを配置することにより、機関排気通路を流れる排気ガスの空燃比を検出することができ、検出される排気ガスの空燃比が目標の空燃比になるように、燃焼室に噴射する燃料の噴射量を制御することができる。すなわち、排気ガスの空燃比を実測して、燃料の噴射量を調整するフィードバック制御を行なうことができる。
【００１０】
ところで、空燃比センサは、高温の雰囲気下において、排気ガスの空燃比が理論空燃比以下になると出力値がリッチ側にずれるという現象を有する。このために、硫黄被毒回復処理のときには、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にする前に空燃比センサの較正を行って、空燃比センサの出力値の補正係数を更新する学習を行なっている。空燃比センサの出力値の学習は、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にする複数回の期間のうち、所定の間隔を空けて選定された期間に行なわれる。
【００１１】
空燃比センサの出力値の学習は、較正の精度を確保するために、排気ガスの空燃比を低下させて行われる。従来の技術においては、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にする期間内に、空燃比センサの出力値の学習を行なっていた。すなわち、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にする期間の一部分を用いて、空燃比センサの出力値の学習を行なっていた。このため、ＳＯＸを放出する期間の一部分が侵食され、硫黄被毒回復処理の時間が長くなるという問題があった。
【００１２】
本発明は、硫黄被毒回復処理を短時間で行なうことができる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】
【００１３】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯＸを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチまたは理論空燃比になると吸蔵したＮＯＸを放出するＮＯＸ吸蔵触媒を配置し、ＮＯＸ吸蔵触媒の下流の機関排気通路内に空燃比センサを配置し、ＮＯＸ吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯＸ量が予め定められた許容量を超えたときに、ＮＯＸ吸蔵触媒の温度をＳＯＸ放出可能な温度まで上昇させると共に、ＮＯＸ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることにより硫黄被毒回復処理を行なうようにしている。排気浄化装置は、ＮＯＸ吸蔵触媒の上流側の機関排気通路内に燃料を供給する燃料供給手段を具備し、ＳＯＸを放出すべきときには、燃料供給手段から燃料を供給することにより排気ガスの空燃比がリーンの状態でＮＯＸ吸蔵触媒を昇温させる昇温制御と、燃焼室内に燃焼可能な時期に追加の燃料を噴射して、空燃比センサの出力信号に基づき排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にフィードバック制御することにより、ＮＯＸ吸蔵触媒からＳＯＸを放出させるＳＯＸ放出制御とを交互に繰り返し行なう。排気浄化装置は、空燃比センサの出力値の学習を行なうときには、昇温制御の期間を短くすると共に燃料供給手段からの燃料の供給流量を増大し、かつ、昇温制御の完了直後において燃焼可能な時期に燃焼室内に追加の燃料を噴射することにより排気ガスの空燃比をリーンの状態で低下させて、空燃比センサの出力値の学習を行なう。この構成により、硫黄被毒回復処理を短時間で行うことができる。
【００１４】
上記発明においては、燃料供給手段は、機関排気通路内に燃料を供給する燃料添加弁を含むことができる。
【００１５】
上記発明においては、燃料供給手段は、昇温制御の期間中に燃料添加弁からパルス状に燃料を供給することにより、ＮＯＸ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにすることが好ましい。この構成により、昇温制御の期間中にもＮＯＸ吸蔵触媒からＳＯＸを放出させることができる。
【００１６】
上記発明においては、昇温制御の期間中に燃料供給手段から燃料を供給したときに、排気ガスの空燃比が連続的にリッチまたは理論空燃比になる場合には、昇温制御の後に空燃比センサの出力値の学習を行なわずにＳＯＸ放出制御を行なって、後続の他の昇温制御の直後に空燃比センサの出力値の学習を行うことが好ましい。この構成により、内燃機関の状態が空燃比センサの出力値の学習に適さないときに空燃比センサの出力値の学習を行なうことを排除できる。
【００１７】
本発明の他の内燃機関の排気浄化装置は、機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯＸを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチまたは理論空燃比になると吸蔵したＮＯＸを放出するＮＯＸ吸蔵触媒を配置し、ＮＯＸ吸蔵触媒の下流の機関排気通路内に空燃比センサを配置し、ＮＯＸ吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯＸ量が予め定められた許容量を超えたときに、ＮＯＸ吸蔵触媒の温度をＳＯＸ放出可能な温度まで上昇させると共に、ＮＯＸ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることにより硫黄被毒回復処理を行なうようにしている。排気浄化装置は、ＳＯＸを放出すべきときには、燃焼室内に燃焼不可能な時期に追加の燃料を噴射することにより排気ガスの空燃比がリーンの状態でＮＯＸ吸蔵触媒を昇温させる昇温制御と、燃焼室内に燃焼可能な時期に追加の燃料を噴射して、空燃比センサの出力信号に基づき排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にフィードバック制御することにより、ＮＯＸ吸蔵触媒からＳＯＸを放出させるＳＯＸ放出制御とを交互に繰り返す。排気浄化装置は、空燃比センサの出力値の学習を行なうときには昇温制御の期間を短くし、かつ、昇温制御の完了直後において、燃焼不可能な時期の燃料の噴射に加えて、燃焼可能な時期に追加の燃料を燃焼室内に噴射することにより排気ガスの空燃比をリーンの状態で低下させて、空燃比センサの出力値の学習を行なう。この構成により、硫黄被毒回復処理を短時間で行うことができる。
【００１８】
上記発明においては、ＮＯＸ吸蔵触媒の上流側に酸化触媒が配置され、酸化触媒に未燃炭化水素が供給される。この構成により、酸化触媒における酸化反応により排気ガスを昇温することができ、短時間にＮＯＸ吸蔵触媒の温度を上昇させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、硫黄被毒回復処理を短時間で行なう内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施の形態１）
図１から図１０を参照して、実施の形態１における内燃機関の排気浄化装置について説明する。
【００２１】
図１に、本実施の形態における内燃機関の全体図を示す。本実施の形態においては、圧縮着火式のディーゼルエンジンを例に取り上げて説明する。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、各気筒の燃焼室２と、各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁３と、吸気マニホールド４と、排気マニホールド５とを含む。
【００２２】
吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結されている。コンプレッサ７ａの入口は、吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結されている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。更に、吸気ダクト６の周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置されている。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００２３】
一方、排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結されている。排気タービン７ｂの出口は、排気管１２を介して酸化触媒１３に連結されている。酸化触媒１３の下流の機関排気通路内には排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタ１６が配置されている。また、パティキュレートフィルタ１６の下流の機関排気通路内には、ＮＯＸ吸蔵触媒（ＮＳＲ）１７が配置されている。
【００２４】
排気マニホールド５と吸気マニホールド４との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲ通路１８が配置されている。ＥＧＲ通路１８には電子制御式のＥＧＲ制御弁１９が配置されている。また、ＥＧＲ通路１８の周りにはＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２０が配置されている。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２０に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００２５】
それぞれの燃料噴射弁３は、燃料供給管２１を介してコモンレール２２に連結されている。このコモンレール２２は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に連結されている。燃料タンク２４に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２３によってコモンレール２２内に供給される。コモンレール２２に供給された燃料は、それぞれの燃料供給管２１を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００２６】
電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータからなる。本実施の形態における内燃機関の制御装置は、電子制御ユニット３０を含む。電子制御ユニット３０は、双方性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を備える。ＲＯＭ３２は、読み込み専用の記憶装置であり、制御を行なうための必要なマップ等の情報が予め記憶されている。ＣＰＵ３４は、任意の演算や判断を行なうことができる。ＲＡＭ３３は、読み書きが可能な記憶装置であり、運転履歴などの情報を保存したり、演算結果を一時的に保存したりすることができる。
【００２７】
機関排気通路において、酸化触媒１３の上流には、酸化触媒１３に流入する排気ガスの温度を検出するための温度センサ２９が配置されている。酸化触媒１３の下流には、酸化触媒１３の温度を検出するための温度センサ２７が配置されている。ＮＯＸ吸蔵触媒１７の下流には、ＮＯＸ吸蔵触媒１７又はパティキュレートフィルタ１６の温度を検出するための温度センサ２６が配置されている。また、ＮＯＸ吸蔵触媒１７の下流には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ６０が配置されている。温度センサ２６，２７，２９および空燃比センサ６０の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２８】
パティキュレートフィルタ１６には、パティキュレートフィルタ１６の前後差圧を検出するための差圧センサ２８が取付けられている。この差圧センサ２８および吸入空気量検出器８の出力信号は、夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２９】
酸化触媒１３の上流の機関排気通路内には、機関排気通路内に還元剤を供給する燃料供給手段として、燃料添加弁１５が配置されている。本実施の形態における燃料添加弁１５は、排気管１２の内部に向かって燃料を噴射するように形成されている。本実施の形態においては、機関本体１の燃料と同じ燃料を噴射するように形成されているが、この形態に限られず、機関本体１の燃料と異なる燃料が用いられていても構わない。
【００３０】
アクセルペダル４０には、アクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力電圧は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１９および燃料ポンプ２３に接続されている。さらに、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して燃料添加弁１５に接続されている。本実施の形態における燃料添加弁１５は、電子制御ユニット３０により制御されている。
【００３１】
酸化触媒１３は、排気浄化を行うための酸化能力を有する触媒である。酸化触媒１３は、例えば、円筒形状のケース本体の内部に排気ガスの流れ方向に伸びる隔壁を有する基体を備える。基体は、例えばハニカム構造に形成されている。基体の表面には、例えば多孔質酸化物粉末よりなるコート層が形成され、このコート層に白金Ｐｔ等の貴金属触媒が担持されている。排気ガスに含まれるＣＯまたはＨＣは、酸化触媒１３で酸化されて水や二酸化炭素等の物質に変換される。
【００３２】
パティキュレートフィルタ１６は、排気ガス中に含まれる炭素微粒子、サルフェート等のイオン系微粒子等の粒子状物質（パティキュレート）を除去するフィルタである。パティキュレートフィルタは、例えば、ハニカム構造を有し、ガスの流れ方向に伸びる複数の流路を有する。複数の流路において、下流端が封止された流路と上流端が封止された流路とが交互に形成されている。流路の隔壁は、コージライトのような多孔質材料で形成されている。この隔壁を排気ガスが通過するときにパティキュレートが捕捉される。
【００３３】
粒子状物質は、パティキュレートフィルタ１６上に捕集されて酸化される。パティキュレートフィルタ１６に次第に堆積する粒子状物質は、空気過剰の雰囲気中で温度を例えば６００℃程度まで上昇することにより酸化されて除去される。図１に示す装置例においては、差圧センサ２８により検出されたパティキュレートフィルタ１６の前後差圧が許容値を越えたときに、パティキュレートフィルタ１６に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたと判断される。粒子状物質の量が許容量を越えたときには、排気ガスの空燃比がリーンの状態でパティキュレートフィルタ１６の温度を上昇させ、堆積した粒子状物質を酸化除去する。
【００３４】
図２に、ＮＯＸ吸蔵触媒の概略断面図を示す。ＮＯＸ吸蔵触媒１７は、基体上に例えばアルミナからなる触媒担体４５が担持されている。触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されている。触媒担体４５の表面上にはＮＯＸ吸収剤４７の層が形成されている。貴金属触媒４６としては、例えば白金Ｐｔが用いられる。ＮＯＸ吸収剤４７を構成する成分としては、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
【００３５】
機関吸気通路、燃焼室、または機関排気通路に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき（理論空燃比より大きなとき）には、排気ガス中に含まれるＮＯが貴金属触媒４６上において酸化されてＮＯ２になる。ＮＯ２は、硝酸イオンＮＯ３−の形でＮＯＸ吸収剤４７内に吸蔵される。
【００３６】
これに対して、排気ガスの空燃比がリッチのとき（理論空燃比より小さなとき）或いは理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ２）に進む。ＮＯＸ吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯ２の形でＮＯＸ吸収剤４７から放出される。放出されたＮＯＸは、排気ガスに含まれる未燃炭化水素、一酸化炭素によってＮ２に還元される。
【００３７】
本実施の形態における運転例では、ＮＯＸ吸蔵触媒に蓄えられるＮＯＸ吸蔵量を検知する。たとえば、機関回転数Ｎと要求トルクＴＱとを関数にする単位時間あたりのＮＯＸの蓄積量のマップを電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に内蔵しておく。運転状態に応じて算出される単位時間あたりのＮＯＸの蓄積量を積算することにより、ＮＯＸ吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯＸ吸蔵量を検知することができる。ＮＯＸ吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に燃料添加弁１５から燃料を添加して排気ガスの空燃比をリッチにする。排気ガスの空燃比を一時的にリッチにすることにより、ＮＯＸ吸収剤４７からＮＯＸを放出させると共に還元することができる。
【００３８】
図３に、ＮＯＸ吸蔵触媒の他の概略断面図を示す。排気ガス中にはＳＯＸ、即ちＳＯ２が含まれている。このＳＯ２は、ＮＯＸ吸蔵触媒１７に流入すると、貴金属触媒４６において酸化されてＳＯ３となる。このＳＯ３はＮＯＸ吸収剤４７に吸収されて、例えば炭酸バリウムＢａＣＯ３と結合しながら、硫酸イオンＳＯ４２−の形でＮＯＸ吸収剤４７内に拡散して、硫酸塩ＢａＳＯ４を生成する。ＮＯＸ吸収剤４７は、強い塩基性を有するために硫酸塩ＢａＳＯ４は安定していて分解しづらく、単に排気ガスの空燃比をリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ４は分解されずにそのまま残る。このため、ＮＯＸ吸蔵触媒の使用を継続すると、ＮＯＸ吸収剤４７内の硫酸塩ＢａＳＯ４が増大して、ＮＯＸ吸蔵触媒が吸収できるＮＯＸ量が低下することになる。
【００３９】
この様に、ＮＯＸ吸蔵触媒１７にいわゆる硫黄被毒が生じる。硫黄被毒を解消するためには、ＮＯＸ吸蔵触媒からＳＯＸを放出する硫黄被毒回復処理を行なう。硫黄被毒回復処理においては、ＮＯＸ吸蔵触媒１７の温度をＳＯＸ放出が可能な温度まで上昇させた状態でＮＯＸ吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることにより、ＮＯＸ吸蔵触媒からＳＯＸを放出する。
【００４０】
図４に、本実施の形態における空燃比センサの出力電流と空燃比との関係を説明するグラフを示す。本実施の形態における空燃比センサは、排気ガスの空燃比のそれぞれの点に対応した出力値を示す全領域型の空燃比センサである。空燃比が小さくなるほど（空燃比がリッチになるほど）、空燃比センサの出力電流は小さくなる。また、空燃比が１４．７の理論空燃比では、空燃比センサの出力電流は０Ａになる。本実施の形態における空燃比センサは、空燃比と出力値が略比例の関係を有するリニア空燃比センサであり、排気ガスのそれぞれの状態における空燃比を検出することができる。
【００４１】
図５は、本実施の形態の内燃機関において、硫黄被毒回復処理を行なうときのタイムチャートである。時刻ｔ０までは通常運転であり、時刻ｔ０で硫黄被毒回復処理を開始する。時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、ＮＯＸ吸蔵触媒の温度がＳＯＸ放出温度以上になるようにＮＯＸ吸蔵触媒の温度を上昇させている。すなわち、ＮＯＸ吸蔵触媒の床温を上昇させている。時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、ＮＯＸ吸蔵触媒の温度をＳＯＸ放出温度以上に維持しながら、間欠的に排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることにより、ＳＯＸを放出させている。時刻ｔ２以降では、硫黄被毒回復処理を終了して通常運転を行なっている。
【００４２】
本実施の形態における内燃機関の制御装置は、ＮＯＸ吸蔵触媒に蓄積するＳＯＸ吸蔵量を検知する。たとえば、機関回転数Ｎと要求トルクＴＱとを関数にする単位時間あたりのＳＯＸの蓄積量のマップを電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に内蔵しておく。運転状態に応じて算出される単位時間あたりのＳＯＸ蓄積量を積算することにより、ＮＯＸ吸蔵触媒に吸蔵されているＳＯＸ吸蔵量を検知することができる。ＮＯＸ吸蔵触媒のＳＯＸ吸蔵量が所定の量に達したら硫黄被毒回復処理を行う。
【００４３】
本実施の形態における内燃機関の制御装置は、燃焼室に噴射する燃料の噴射パターンを変更可能に形成されている。即ち、燃料噴射弁３の電子制御により燃料の噴射量および噴射時期を制御できるように形成されている。
【００４４】
図６に、本実施の形態における内燃機関の通常運転時における燃料の噴射パターンを示す。噴射パターンＡは、通常運転時における燃料の噴射パターンである。通常運転時においては、略圧縮上死点ＴＤＣで主噴射ＦＭが行なわれる。クランク角が略０°において主噴射ＦＭが行なわれる。また、主噴射ＦＭの燃焼を安定化させるために、主噴射ＦＭの前にパイロット噴射ＦＰが行なわれる。パイロット噴射ＦＰは、例えば、クランク角が圧縮上死点ＴＤＣの前の略１０°から略４０°の範囲において行なわれる。通常運転時においては、噴射パターンＢに示すように、パイロット噴射ＦＰが行なわれずに主噴射ＦＭのみが行なわれていても構わない。本実施の形態においては、パイロット噴射ＦＰが行なわれる噴射パターンを例に取り上げて説明する。
【００４５】
図５を参照して、通常運転において噴射パターンＡで運転されているときには、排気ガスの空燃比はリーンである。内燃機関の運転を継続するとともにＳＯＸが所定の許容量まで蓄積したことを検知して、時刻ｔ０でＮＯＸ吸蔵触媒の昇温を開始する。時刻ｔ０から時刻ｔ１において、ＮＯＸ吸蔵触媒の温度を上昇させる制御を行う。
【００４６】
図７に、ＮＯＸ吸蔵触媒を昇温するための噴射パターンを示す。噴射パターンＣは、排気ガスの温度が上昇する噴射パターンである。噴射パターンＣにおいては、主噴射ＦＭの噴射時期が圧縮上死点ＴＤＣから遅れている。すなわち、主噴射ＦＭの噴射時期を遅角させている。主噴射ＦＭの噴射時期の遅角に伴って、パイロット噴射ＦＰの噴射時期も遅角させている。主噴射ＦＭの噴射時期を遅角させることにより、排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００４７】
更に、主噴射ＦＭの後に、補助噴射としてのアフター噴射ＦＡを行っている。アフター噴射ＦＡは、主噴射の後の燃焼可能な時期に行なわれる。アフター噴射ＦＡは、例えば圧縮上死点後のクランク角が略４０°までの範囲で行なわれ、例えば、圧縮上死点後のクランク角が略２０°から略３０°の範囲において行なわれる。アフター噴射ＦＡを行なうことにより、後燃え期間が長くなり、排気ガスの温度を上昇させることができる。また、燃焼室における燃焼量が増加して排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００４８】
図５を参照して、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間では、燃焼室において噴射パターンＣを行なうことにより排気ガスの温度が上昇する。噴射パターンＣで運転を行なっているときには、排気ガスの空燃比はリーンである。排気ガスの温度が上昇することにより、ＮＯＸ吸蔵触媒の温度が上昇する。ＮＯＸ吸蔵触媒の温度をＳＯＸ放出温度以上の予め定められている目標温度まで上昇させる。このときの目標温度としては、例えば６００℃を採用することができる。なお、ＮＯＸ吸蔵触媒の昇温については、この形態に限られず、任意の方法を採用することができる。
【００４９】
ＮＯＸ吸蔵触媒の温度が目標温度に達したら、ＮＯＸ吸蔵触媒の温度をＳＯＸ放出温度以上に維持するために昇温制御を行なう。また、ＳＯＸを放出するために、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にするＳＯＸ放出制御を行う。
【００５０】
本実施の形態の昇温制御においては、燃料供給手段としての燃料添加弁１５により燃料を排気管１２内に供給する。燃焼室２においては、通常運転の時に行なう噴射パターンＡにより燃料を噴射している。排気ガスの空燃比は、リーンの状態である。昇温制御においては、燃料添加弁１５により燃料を供給する。燃料添加弁１５により供給された燃料は、酸化触媒１３に到達する。酸化触媒１３において酸化反応が生じる。このときに生じる酸化反応熱により排気ガスの温度を上昇させることができる。排気ガスの温度が上昇することにより、酸化触媒１３の下流に配置されているＮＯＸ吸蔵触媒１７を昇温することができる。ＳＯＸ放出制御の時期にはＮＯＸ吸蔵触媒の温度が下降するために、昇温制御によりＮＯＸ吸蔵触媒の温度を上昇する。
【００５１】
図８に、本実施の形態における排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にするための噴射パターンを示す。本実施の形態におけるＳＯＸ放出制御では、燃焼室内に噴射パターンＤにより燃料を噴射している。燃料添加弁からの燃料の供給は停止している。噴射パターンＤは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に間欠的に行なっている。噴射パターンＤは、燃焼パターンＣと比較したときに、アフター噴射ＦＡの噴射量が増加している。アフター噴射ＦＡの噴射量を増加することにより、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることができる。
【００５２】
ＳＯＸ放出制御において、アフター噴射ＦＡの噴射量を増加させることにより、燃焼室内での燃焼量が増加する。増加した燃料の少なくとも一部が燃焼することにより、排気ガスに含まれる軽質の未燃炭化水素（ＨＣ）やＣＯ等が増加する。このため、機関排気通路に軽質な未燃炭化水素（ＨＣ）またはＣＯ等を還元剤として供給することができる。軽質な未燃炭化水素やＣＯ等は、還元性に優れており、還元剤として好ましい。ＮＯＸ吸蔵触媒においては、還元剤が供給されることによりＳＯＸが放出される。本実施の形態においては、アフター噴射ＦＡの噴射量を増加することによりＳＯＸ放出制御を行なっているが、この形態に限られず、たとえば主噴射ＦＭの噴射量を増加しても構わない。
【００５３】
図５を参照して、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間においては、昇温制御とＳＯＸ放出制御とを交互に行なっている。即ち、噴射パターンＡおよび燃料添加弁による燃料の供給と、噴射パターンＤとを繰り返し行なっている。
【００５４】
本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、ＳＯＸ放出制御のときに、空燃比センサ６０の出力信号に基づいて、フィードバック制御を行なっている。すなわち、空燃比センサ６０により検出される排気ガスの空燃比が、予め定められた目標空燃比からずれている場合には、排気ガスの空燃比が目標空燃比になるように制御を行なっている。
【００５５】
図１を参照して、燃焼室２に噴射される燃料の量と、燃焼室２に送られる吸入空気量とが調整される。電子制御方式の燃料噴射弁３から噴射される燃料を増減することにより、燃焼室２に噴射される燃料の量を調整することができる。また、スロットル弁１０の開度を調整することにより、吸入空気量を調整することができる。例えば、空燃比センサ６０の出力値が、目標空燃比からリーン側にずれているときには（排気ガスの空燃比が目標空燃比よりも大きい場合には）、スロットル弁１０を閉じる方向に調整したり、燃料噴射弁３から噴射される燃料の量を多くしたりすることにより、リッチ側に調整することができる。
【００５６】
ここで、本実施の形態における空燃比センサは、排気ガスの温度が高い条件下で、理論空燃比以下になると、ＣＯシフト反応が生じて、出力値がリッチ側にずれるという特性を有する。排気ガスの温度が、例えば５００℃以上７００℃以下の雰囲気において、排気ガスの空燃比が理論空燃比以下になると、いわゆるリッチずれが発現する。ＣＯシフト反応は、ＣＯ（一酸化炭素）がＨ２Ｏ（水）と反応して、Ｈ２（水素）およびＣＯ２（二酸化炭素）が生成される反応である。このときに生成される水素が、空燃比センサに進入すると、水素が燃料と同等の還元剤として作用するために、空燃比センサは、見かけ上、真の空燃比よりもリッチ側にずれた信号を出力する。このＣＯシフト反応は、水性ガスシフト反応とも呼ばれる。ＣＯシフト反応が生じる条件は触媒に依存する。
【００５７】
硫黄被毒回復処理を行うときには、空燃比センサがリッチずれを生じるために、空燃比センサの出力値の学習を行なう。本実施の形態においては、予め定められた所定の間隔を空けて、複数回の空燃比センサの出力値の学習を行なう。本実施の形態における学習では、空燃比センサの出力値を補正するための学習補正係数を算出し、この学習補正係数を以前の学習補正係数に置き換えて保存する。学習補正係数は、たとえば、電子制御ユニット３０のＲＡＭ３３に記憶する。このように、空燃比センサの出力値を補正する補正係数を算出して、保存されている補正係数を更新することを学習という。
【００５８】
本実施の形態においては、空燃比センサの出力値の学習を行なう学習期間は、排気ガスの空燃比がリーンの範囲内で排気ガスの空燃比を低下させた状態の時に設定されている。学習期間は、排気ガスの空燃比がリーンの状態であり、空燃比センサのリッチずれが生じない領域である。学習期間においては、空燃比センサの出力値を検出する。燃焼室２に噴射される燃料の量と、燃焼室２に供給される吸入空気量とにより排気ガスの空燃比を計算により求める。
【００５９】
次に、計算により求められた排気ガスの空燃比に基づいて、空燃比センサの出力値の補正係数を算出する。すなわち、空燃比センサの出力値が、計算により求められた排気ガスの空燃比と同じ値になるように、空燃比センサの出力値に対する学習補正係数が算出される。学習補正係数は、空燃比センサの出力値に乗じる係数であっても良いし、空燃比センサの出力値に対して加算したり減算したりする係数であっても構わない。空燃比センサの出力値に対する学習補正係数が算出されたら、この学習補正係数を保存されている以前の学習補正係数に置き換えて保存する。この学習を行なうことにより、フィードバック制御を行なうときの空燃比センサのずれを小さくすることができる。
【００６０】
更に、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比まで低下させた後に、再度、空燃比センサの出力値の学習を行なっても構わない。ＳＯＸを放出させる空燃比まで排気ガスの空燃比を低下させるときの燃焼室に噴射される燃料の噴射量および吸入空気量は計算により求める。排気ガスの空燃比がリッチまたは理論空燃比の状態になったときには、空燃比センサのリッチずれが生じる場合がある。空燃比センサからの出力値を検出して、空燃比センサの出力値が目標の空燃比になるように学習補正係数を再び算出する。算出された学習補正係数を記憶されている学習補正係数に置き換えて保存する。
【００６１】
ＳＯＸ放出制御のときには、この学習補正係数を用いて空燃比センサから排気ガスの空燃比を検出する。検出された排気ガスの空燃比に基づいて、燃焼室における燃料の噴射量および吸入空気量のうち少なくとも一方を調整するフィードバック制御を行なう。フィードバック制御を行なうことにより、目標の空燃比に近い状態でＳＯＸの放出を行なうことができる。図５を参照して、本実施の形態においては、時刻ｔ１から時刻ｔ２にまでの期間において、複数回の空燃比センサの出力値の学習を行なっている。
【００６２】
図９に、本実施の形態における硫黄被毒回復処理を行っているときのタイムチャートの拡大図を示す。図９は、昇温制御とＳＯＸ放出制御とを交互に行なっているときに、空燃比センサの出力値の学習を行なうときのタイムチャートである。空燃比センサの出力値の学習を行なわないときには、一定の時間の昇温制御が行なわれ、その後に一定の時間のＳＯＸ放出制御が行なわれる（図５参照）。
【００６３】
本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置においては、空燃比センサの出力値の学習を行なう学習期間が、昇温制御の期間中に設定されている。すなわち、繰り返し行なう昇温制御のうち、１回の昇温制御の期間の終わりの時期に、学習期間Ｔ１が設定されている。学習を行なう場合には、学習期間直前の昇温制御の期間Ｌ１が他の昇温制御の期間Ｌｓｔａと比較して短くなる。
【００６４】
学習期間Ｔ１では、排気ガスの空燃比がリーンの範囲内で理論空燃比に近づける空燃比低下制御を行なう。本実施の形態においては、排気ガスの空燃比を理論空燃比より僅かにリーン側にした状態にしている。この状態を維持しながら空燃比センサの出力値の学習を行なう。空燃比センサの出力値の学習を行なうときに、フィードバック制御を行なうときの空燃比に排気ガスの空燃比を近づけることにより、精度の高い学習を行なうことができる。
【００６５】
本実施の形態の空燃比低下制御においては、主噴射の後に行なうアフター噴射ＦＡの量を調整することにより、空燃比を低下させている。アフター噴射ＦＡを行なうと、燃焼室内において少なくとも一部が燃焼するために、機関排気通路に配置されている酸化触媒１３に、軽質な還元剤を供給することができる。酸化触媒１３に供給される多くの還元剤は、酸化触媒１３にて消費される。このため、酸化触媒１３およびＮＯＸ吸蔵触媒１７をすり抜ける未燃炭化水素を少なくすることができて、大気中に未燃炭化水素が放出されることを抑制できる。または、空燃比センサ６０に悪影響を与えることを抑制できる。
【００６６】
図１０に、本実施の形態における比較例の硫黄被毒回復処理を行っているときのタイムチャートの拡大図を示す。比較例の硫黄被毒回復処理においては、昇温制御とＳＯＸ放出制御が交互に行なわれているときに、空燃比センサの出力値の学習を行なう学習期間Ｔｃｏｍが、ＳＯＸ放出制御の期間中に設定されている。すなわち、繰り返し行なうＳＯＸ放出制御のうち、１回のＳＯＸ放出制御の期間の始めの期間に、学習期間Ｔｃｏｍが設定されている。このために、ＳＯＸ放出制御を行う時間が短くなる。昇温制御の期間における燃料添加弁からの燃料の供給流量は、空燃比センサの出力値の学習を行なうか否かに関わらずに一定の供給流量Ｑｓｔａである。学習を行なう場合にも、学習期間直前の昇温制御の期間Ｌｃｏｍは、他の昇温制御の期間Ｌｓｔａと同じ長さである。
【００６７】
図９を参照して、本実施の形態においては、学習期間Ｔ１が昇温制御の期間に設定されている。空燃比センサの出力値の学習期間中に燃料添加弁からの燃料の供給を停止している。学習期間の間に燃料添加弁から燃料を供給すると、空燃比センサに重質の未燃炭化水素が到達して、出力値がリーン側にずれるリーンずれを生じる場合がある。したがって、学習期間の間は、空燃比センサへの悪影響を避けるために燃料添加弁からの燃料の供給を行なわないことが好ましい。しかしながら、空燃比センサへの影響が小さい場合には、学習期間中に燃料添加弁から燃料を供給しても構わない。
【００６８】
学習期間Ｔ１においては、燃焼室内においてアフター噴射ＦＡが行なわれるものの、燃料添加弁による燃料の供給は停止しているために、排気ガスの温度は下降する。本実施の形態においては、学習期間の直前の昇温制御の期間において、燃料添加弁の供給流量を増加することにより、ＳＯＸ放出期間中にＮＯＸ吸蔵触媒の温度が下がり過ぎることを防止する。学習期間の直前の昇温制御において、学習が行なわれないときの昇温制御の供給流量Ｑｓｔａよりも多い供給流量Ｑｈで燃料を供給する。このように、本実施の形態においては、昇温制御の期間を短くするとともに、燃料添加弁からの燃料の供給流量を増加している。
【００６９】
本実施の形態における空燃比センサの出力値の学習は、昇温制御とＳＯＸ放出制御と繰り返している期間の間に、複数回行われる（図５参照）。複数回の学習を行なうことにより、精度の高いフィードバック制御を行なうことができる。一方で、学習期間直前の昇温制御のときに供給流量を増加しないと、学習を行なう毎に昇温制御の期間が短くなってしまい、最終的にＮＯＸ吸蔵触媒の温度がＳＯＸ放出温度以下になる場合がある。しかしながら、本実施の形態においては、学習期間の直前の昇温制御において燃料添加弁の供給流量を増加することにより、ＮＯＸ吸蔵触媒の温度がＳＯＸ放出温度以下になることを防止することができる。または、ＮＯＸ吸蔵触媒の平均的な温度が目標温度未満になることを防止することができる。
【００７０】
本実施の形態における排気浄化装置は、硫黄被毒回復処理を行なうときに、燃料添加弁から供給する燃料の要求量を算出している。燃料添加弁から供給する単位時間あたりの燃料の要求量は以下の通りになる。
【００７１】
（燃料添加弁から供給する単位時間あたりの燃料の要求量）＝ｋ［（ＮＯＸ吸蔵触媒の目標温度）−（触媒に流入する排気ガスの温度）］×（排気ガスの流量）・・・（１）
ここで、ｋは定数であり、ＮＯＸ吸蔵触媒の目標温度は予め定められている。本実施の形態におけるＮＯＸ吸蔵触媒の目標温度は一定値である。本実施の形態においては、主に酸化触媒にて排気ガスの昇温を行っているために、触媒に流入するガス温度は酸化触媒１３の入口のガス温度である。
【００７２】
図９に示すように、酸化触媒１３の入口の排気ガスの温度は、ＮＯＸ吸蔵触媒の目標温度を下回っている。酸化触媒１３の入口の排気ガスの温度は、昇温制御の期間では略一定である。ＳＯＸ放出制御の期間では、燃焼室２内で燃焼する燃料の量が増加するために上昇する。酸化触媒１３の入口の排気ガスの温度は、空燃比低下制御の期間においても、燃焼室２内で燃焼する燃料の量が増加するために上昇する。
【００７３】
燃料添加弁１５から供給する燃料の要求量は、それぞれの時点における単位時間あたりの要求量の積算値である。燃料添加弁１５の要求量は、ＳＯＸ放出制御を行うときに積算されて徐々に多くなる。昇温制御において燃料添加弁１５から燃料を供給することにより、燃料添加弁１５の要求量が徐々に減少する。
【００７４】
本実施の形態においては、ＳＯＸ放出制御の開始時（学習期間の終了時）に燃料添加弁の要求量がゼロとなる様に、直前の昇温制御における燃料添加弁からの燃料の供給量が算出される。算出された供給量を昇温制御の期間内に供給できるように、燃料添加弁の供給流量Ｑｈが算出される。算出された供給流量Ｑｈにより、昇温制御の期間中に燃料の供給を行なっている。昇温制御の終了時（空燃比低下制御の開始時）に燃料添加弁の要求量は、ゼロを超えた値になる。この制御により、ＮＯＸ吸蔵触媒の温度の平均値を目標温度以上にすることができる。これに対して、比較例の硫黄被毒回復処理においては、燃料添加弁の要求量が、昇温制御の終了時（学習期間の開始時）にゼロとなる様に制御が行なわれている（図１０参照）。
【００７５】
本実施の形態においては、学習期間直前の昇温制御の期間において、燃料添加弁の燃料の供給流量を増加するために、ＮＯＸ吸蔵触媒の最高温度は、他の昇温制御の期間よりも高くなる。学習期間においてＮＯＸ吸蔵触媒の温度が下降し、さらに、ＳＯＸ放出制御においてもＮＯＸ吸蔵触媒の温度が下降する。このときに、ＳＯＸ放出制御の終了時におけるＮＯＸ吸蔵触媒の温度は、学習を行なわないときの温度と同じになることが好ましい。すなわち、図１０に示す比較例におけるＳＯＸ放出制御の終了時の温度と同じになることが好ましい。このように、ＮＯＸ吸蔵触媒の温度が過度に下がることを防止して、ＮＯＸ吸蔵触媒の平均温度を目標温度以上に保つことができる。
【００７６】
本実施の形態においては、学習期間を昇温制御の期間内に組み込むことができるため、空燃比センサの出力値の学習を行なうときに、ＳＯＸ放出制御の時間が短くなることを回避できる。図９および図１０を参照して、本実施の形態における制御と比較例の制御とを比較すると、１回の昇温制御の期間、学習期間および１回のＳＯＸ放出制御の期間を合計した１サイクルの時間は同じである。しかし、学習期間を昇温制御の期間に組み込むことにより、ＳＯＸ放出制御の期間が短くなることを回避できる。この結果、硫黄被毒回復処理を短時間で行なうことができる。
【００７７】
本実施の形態においては、昇温制御のときに燃料添加弁から供給する燃料の供給流量を一定にしている。この制御を行なうことにより、燃料添加弁から供給する供給流量の最大値を小さくすることができて、未燃炭化水素が酸化触媒およびＮＯＸ吸蔵触媒をすり抜けることを抑制できる。
【００７８】
本実施の形態の排気浄化装置は、燃料添加弁とＮＯＸ吸蔵触媒との間に酸化触媒が配置されている。この構成により、酸化反応を促進することができ、短時間にＮＯＸ吸蔵触媒の昇温を行なうことができる。排気浄化装置は、この形態に限られず、酸化触媒が配置されてなくても構わない。ＮＯＸ吸蔵触媒には、酸化反応を生じる貴金属が担持されている。このため、ＮＯＸ吸蔵触媒においても酸化反応を生じる。ＮＯＸ吸蔵触媒の上流側に酸化触媒が配置されていない場合においても、ＮＯＸ吸蔵触媒に還元剤を供給することにより、ＮＯＸ吸蔵触媒を昇温することができる。
【００７９】
本実施の形態における燃料供給手段は、機関排気通路内に燃料を供給する燃料添加弁を含むが、この形態に限らず、燃料供給手段は、機関排気通路内に燃料を供給する任意の手段を採用することができる。
【００８０】
（実施の形態２）
図１１から図１３を参照して、実施の形態２における内燃機関の排気浄化装置について説明する。
【００８１】
図１１は、本実施の形態の排気浄化装置において硫黄被毒回復処理を行う第１の運転例のタイムチャートである。第１の運転例は、学習期間の直前の昇温制御が実施の形態１と異なる。第１の運転例では、空燃比センサの出力値の学習を行う学習期間Ｔ２を長くする制御を行なっている。第１の運転例においては、学習期間Ｔ２の直前の昇温制御において、排気ガスの空燃比がリーンの状態を保ちながら、多量の燃料を燃料添加弁から供給する。排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもわずかに大きな空燃比になる供給流量Ｑｈｈを算出している。この供給流量Ｑｈｈは、図９に示す実施の形態１における供給流量Ｑｈよりも更に大きい。学習を行なう場合には、学習期間直前の昇温制御の期間Ｌ２が他の昇温制御の期間Ｌｓｔａと比較して短くなる。
【００８２】
次に、実施の形態１と同様に、ＳＯＸ放出制御の開始時に燃料添加弁から供給する燃料の要求量がゼロになるように、昇温制御の期間中に燃料添加弁から供給する燃料の供給量を求める。算出されている供給流量Ｑｈｈにより、昇温制御において燃料添加弁から燃料を供給する時間を算出することができる。学習を行わないときの昇温制御の時間から燃料を供給する時間を差し引くことにより、学習期間Ｔ２を算出することができる。
【００８３】
第１の運転例においては、学習期間Ｔ２を長くすることができる。図９に示す実施の形態１における学習期間Ｔ１よりも長い学習期間Ｔ２を確保することができる。このように、学習期間の直前の昇温制御において、排気ガスの空燃比がリーンの範囲内で理論空燃比の近傍になるように、燃料添加弁から燃料を供給することにより、学習期間を長くすることができる。
【００８４】
図１２に、本実施の形態の排気浄化装置において硫黄被毒回復処理を行う第２の運転例のタイムチャートを示す。第２の運転例は、学習期間の直前の昇温制御が実施の形態１と異なる。第２の運転例では、学習期間Ｔ３の直前の昇温制御の期間中に、燃料添加弁からパルス状に燃料を供給することにより、排気ガスの空燃比をリッチにする。学習期間Ｔ３の直前の昇温制御の期間中に、いわゆるリッチスパイク制御を行なう。リッチスパイク制御を行なうことによりＳＯＸが放出される。学習を行なう場合には、昇温制御の期間Ｌ３が他の昇温制御の期間Ｌｓｔａと比較して短くなる。
【００８５】
第２の運転例においても、ＳＯＸ放出制御の開始時に燃料添加弁から供給する燃料の要求量がゼロになるように、学習期間の直前の昇温制御の期間中に供給する燃料の供給量を算出する。学習期間の直前の昇温制御において、算出された燃料の量をパルス状に供給する。
【００８６】
リッチスパイク制御においては、排気ガスの空燃比が過度にリッチにならないように、または、大気中に放出される未燃炭化水素が許容量を超えないように、燃料添加弁の供給流量を調整して、更に、パルス間隔を空けることが好ましい。パルス間隔を十分に空けることができない場合には、リッチスパイク制御を中止して他の制御を行なうことが好ましい。
【００８７】
第２の運転例においては、昇温制御の期間中にＳＯＸを放出させることができ、硫黄被毒回復処理の時間を短くすることができる。すなわち、ＳＯＸ放出制御に加えて、昇温制御の一部の期間においてもＳＯＸを放出させることができて、硫黄被毒回復を短時間で行なうことができる。
【００８８】
次に、本実施の形態における第３の運転例について説明する。第３の運転例においては、内燃機関の運転状態が、空燃比センサの出力値の学習に不適な状態の場合には、学習を中止する制御を行なう。
【００８９】
本実施の形態における排気浄化装置の硫黄被毒回復処理においては、ＳＯＸ放出制御において、排気ガスの空燃比がリッチまたは理論空燃比になる様に、燃焼室内で燃焼する燃料の量を増加させている。このため、燃焼室から排出される排気ガスの温度が上昇して、排気マニホールド５の温度が上昇する。一方で、昇温制御の期間は、燃焼室から排出される排気ガスの温度が低いため、排気マニホールド５の温度を下降させることができる。このため、昇温制御の期間は、排気マニホールドの温度を低下させるために必要な時間が定められている。また、空燃比センサの出力値の学習についても、学習に必要な最低時間が定められている。
【００９０】
ここで、昇温制御を行なうことができる時間は、以下の式で表される。また、燃料添加弁の供給流量は、供給流量を一定にする場合に、昇温制御の時間を用いて以下の式で表される。
【００９１】
（昇温制御の時間）＝（学習を行わないときの昇温制御の時間）−（学習に必要な時間）・・・（２）
（燃料添加弁の供給流量）＝（燃料添加弁から供給する燃料の供給量）／（昇温制御の時間）・・・（３）
排気ガスの空燃比は、排気ガスの流量と式（３）により算出された燃料添加弁の供給流量により、以下の式で表される。排気ガスの流量は、たとえば、機関本体の吸入空気量から算出することができる。
【００９２】
（排気ガスの空燃比）＝（排気ガスの流量）／（燃料添加弁の供給流量）・・・（４）
排気ガスの流量は、内燃機関の運転状態によって変化する。排気ガスの流量が小さいときには空燃比が小さくなり、学習期間直前の昇温制御において排気ガスの空燃比が理論空燃比以下になってしまう場合がある。このために、第３の運転例においては、排気ガスの空燃比を計算して、排気ガスの空燃比が理論空燃比以下であれば、空燃比センサの出力値の学習を中止する制御を行う。
【００９３】
図１３に、本実施の形態の第３の運転例のフローチャートを示す。空燃比センサの出力値の学習を行なう毎に、この制御フローによる判別を行なう。ステップ１０１においては、燃料添加弁から供給する燃料の供給量を算出する。次に、ステップ１０２において、上記の式（２）により、燃料添加弁から燃料を供給することができる昇温制御の時間を算出する。本実施の形態においては、上記の式（２）に記載の学習を行わないときの昇温制御の時間および学習に必要な時間が予め定められている。このために昇温制御の時間は予め定められている。
【００９４】
次に、ステップ１０３において、算出された昇温制御の時間を用いて、上記の式（３）および式（４）により、燃料添加弁から供給される燃料の供給量を、算出された昇温時間で供給したときの排気ガスの空燃比を算出する。
【００９５】
次に、ステップ１０４において、算出された排気ガスの空燃比が理論空燃比以下か否かを判別する。ステップ１０４において、排気ガスの空燃比が理論空燃比以下である場合は、ステップ１０５に移行して空燃比センサの出力値の学習を中止する。ステップ１０４において、排気ガスの空燃比が理論空燃比より大きい場合には、ステップ１０６に移行して空燃比センサの出力値の学習を行う。
【００９６】
空燃比センサの出力値の学習を中止した場合には、例えば、後続の複数の昇温制御のうち、いずれかの昇温制御の期間に学習を行なうことができる。たとえば、内燃機関の運転状態が変化して、排気ガスの空燃比が小さくなったときに空燃比センサの出力値の学習を行なうことができる。
【００９７】
このように、第３の運転例においては、空燃比センサの出力値の学習に不適な状態のときに学習を行なうことを排除できる。
【００９８】
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰り返さない。
【００９９】
（実施の形態３）
図１４から図１６を参照して、実施の形態３における内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、機関排気通路に燃料を供給する燃料添加弁を備えていない。排気浄化装置は、燃焼室における燃料の噴射パターンの変更により硫黄被毒回復処理の制御を行なっている。
【０１００】
図１４に、本実施の形態における硫黄被毒回復処理を行っているときのタイムチャートの拡大図を示す。通常運転の制御、ＮＯＸ吸蔵触媒をＳＯＸ放出温度以上に上昇させる制御およびＳＯＸ放出制御については、実施の形態１と同様である。
【０１０１】
図１５に、本実施の形態における昇温制御を行なうときの噴射パターンを示す。噴射パターンＥは、主噴射ＦＭの後にポスト噴射ＦＰＯを行なっている。ポスト噴射ＦＰＯは、燃焼室において燃料が燃焼しない噴射である。ポスト噴射ＦＰＯは、アフター噴射と同様に補助噴射であるが、アフター噴射が機関出力に影響を与える一方で、ポスト噴射は機関出力に寄与しない特徴を有する。ポスト噴射ＦＰＯは、例えば、圧縮上死点後のクランク角が略９０°から略１２０°の範囲内において行われる。噴射パターンＥにて運転を行なっているときには、排気ガスの空燃比はリーンである。ポスト噴射ＦＰＯを噴射することにより酸化触媒に未燃炭化水素を供給することができて、酸化触媒の温度が上昇する。排気ガスの温度が上昇して、ＮＯＸ吸蔵触媒を昇温することができる。
【０１０２】
図１６に、本実施の形態における空燃比低下制御を行なうときの噴射パターンを示す。噴射パターンＦは、噴射パターンＥに加えてアフター噴射ＦＡを行なう。アフター噴射ＦＡを行なうことにより、排気ガスの空燃比を理論空燃比に近づけることができる。排気ガスをリーンの状態に維持しながら空燃比を低下させることができる。
【０１０３】
本実施の形態においては、昇温制御としてポスト噴射ＦＰＯを含む噴射を行なうことにより、ＮＯＸ吸蔵触媒の昇温を行なっている。また、学習期間の空燃比低下制御中にもポスト噴射ＦＰＯを行なっている。ポスト噴射ＦＰＯは、燃焼室おいて噴射されるために、温度が上昇している。このために、ポスト噴射ＦＰＯで供給された未燃炭化水素は、酸化触媒１３において高い反応性を有している。ポスト噴射ＦＰＯにより供給された未燃炭化水素は、酸化触媒１３においてほぼ全てが酸化される。このために、酸化触媒１３をすり抜けて大気中に放出される未燃炭化水素の量を少なくすることができる。または、空燃比センサ６０の出力に悪影響を及ぼすことを回避することができる。このために、空燃比の出力値の学習を行なう学習期間にもポスト噴射を行なうことができる。
【０１０４】
学習期間直前の昇温制御および学習期間中におけるポスト噴射の供給流量は、ＳＯＸ放出制御の開始時にポスト噴射による燃料の要求量がゼロになるように算出されている。
【０１０５】
このように、燃料添加弁を有しない内燃機関においても、昇温制御の期間を短くしてポスト噴射を噴射することにより、学習期間を昇温制御の期間に組み込むことができる。ＳＯＸ放出制御の期間が短くなることを回避することができる。この結果、短時間で硫黄被毒回復処理を行うことができる。
【０１０６】
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１または２と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
【０１０７】
上記の実施の形態は適宜組み合わせることができる。たとえば、実施の形態１における燃料供給手段を備える内燃機関の排気浄化装置において、学習期間の空燃比低下制御のときに、燃焼室内でポスト噴射を噴射することにより排気ガスの空燃比を低下させても構わない。
【０１０８】
上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】実施の形態１における内燃機関の概略図である。
【図２】ＮＯＸを吸蔵する時のＮＯＸ吸蔵触媒の拡大概略断面図である。
【図３】ＳＯＸを吸蔵する時のＮＯＸ吸蔵触媒の拡大概略断面図である。
【図４】実施の形態１における空燃比センサの特性を説明するグラフである。
【図５】実施の形態１における硫黄被毒回復処理を行なうときのタイムチャートである。
【図６】通常運転時における噴射パターンの説明図である。
【図７】ＮＯＸ吸蔵触媒の温度を上昇させるときの噴射パターンの説明図である。
【図８】排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にするときの噴射パターンを説明する図である。
【図９】実施の形態１における硫黄被毒回復処理を行なっているときのタイムチャートの拡大図である。
【図１０】実施の形態１における比較例の硫黄被毒回復処理を行なっているときタイムチャートの拡大図である。
【図１１】実施の形態２における硫黄被毒回復処理の第１の運転例のタイムチャートの拡大図である。
【図１２】実施の形態２における硫黄被毒回復処理の第２の運転例のタイムチャートの拡大図である。
【図１３】実施の形態２における硫黄被毒回復処理の第３の運転例のフローチャートである。
【図１４】実施の形態３における硫黄被毒回復処理を行なっているときのタイムチャートの拡大図である。
【図１５】実施の形態３における昇温制御を行なうときの噴射パターンの説明図である。
【図１６】実施の形態３における空燃比低下制御を行なうときの噴射パターンの説明図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１    機関本体
２    燃焼室
３    燃料噴射弁
５    排気マニホールド
８    吸入空気量検出器
１０    スロットル弁
１２    排気管
１３    酸化触媒
１５    燃料添加弁
１６    パティキュレートフィルタ
１７    ＮＯＸ吸蔵触媒
２６    温度センサ
２７    温度センサ
２８    差圧センサ
２９    温度センサ
３０    電子制御ユニット
４５    触媒担体
４６    貴金属触媒
４７    ＮＯＸ吸収剤
６０    空燃比センサ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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