(57)【要約】【課題】  水素消費量を抑制しつつ、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒再生を短時間で且つ有効に行うことのできる水素利用内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】  ＮＯｘ触媒の硫黄被毒再生を開始するに際し、ＮＯｘ触媒の温度が硫黄被毒再生に適した温度以上であるか否かが判別される（ステップ１０６）。ＮＯｘ触媒の温度が低い場合は、ガソリンのみでストイキ燃焼するとともに、点火時期を遅角する（ステップ１０８）。これにより、排気ガスによりＮＯｘ触媒の温度を上昇させる。ＮＯｘ触媒の温度が高くなったら、水素およびガソリンの合計当量比が１より大きくなるように両者の供給量がそれぞれ演算される（ステップ１１０）。そして、ガソリンの噴射が実行される（ステップ１１２）。次に、水素の噴射が実行される（ステップ１１４）。この水素の噴射は、燃焼後の膨張行程において行われる。【選択図】      図２
2006307679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非水素燃料と水素とを燃料として運転可能な水素利用内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の硫黄被毒再生を行う再生制御が実行中であるか否かを判定する再生制御実行状態判定手段と、
前記再生制御の実行中に、非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比と、水素の供給量の吸入空気量に対する当量比との合計が１より大きくなるようにそれぞれの供給量を演算する燃料供給量演算手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料を供給する非水素燃料供給手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の水素を、未燃焼の水素が前記ＮＯｘ触媒に到達するように供給する水素供給手段とを備えたことを特徴とする水素利用内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水素利用内燃機関の排気浄化装置において、
前記水素供給手段は、点火時期よりも遅く排気行程の終了以前の期間中に、前記内燃機関の燃焼室内に直接に水素を供給するものであることを特徴とする水素利用内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の水素利用内燃機関の排気浄化装置において、
前記水素供給手段は、前記内燃機関の吸気弁および排気弁が共に開弁した状態となるタイミングに、前記内燃機関の吸気通路内に水素を供給するものであることを特徴とする水素利用内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
非水素燃料と水素とを燃料として運転可能な水素利用内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の硫黄被毒再生を行う再生制御が実行中であるか否かを判定する再生制御実行状態判定手段と、
水素添加リーンバーン運転を行うリーンバーン条件の成立を判定するリーンバーン条件判定手段と、
前記リーンバーン条件の成立中に、水素の非水素燃料に対する比率を第１の比率として、非水素燃料および水素を供給するリーンバーン運転手段と、
前記再生制御の実行中に、非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比と、水素の供給量の吸入空気量に対する当量比との合計が１より大きく、且つ、水素の非水素燃料に対する比率が前記第１の比率より大きい第２の比率となるように、非水素燃料および水素の供給量を演算する燃料供給量演算手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料を供給する非水素燃料供給手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の水素を供給する水素供給手段とを備えたことを特徴とする水素利用内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の水素利用内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記ＮＯｘ触媒の温度が硫黄被毒再生に適した所定値以上であるか否かを判定する触媒温度条件判定手段と、
非水素燃料のみが供給され、且つ、排気ガスによって前記ＮＯｘ触媒が加温されるような運転条件を設定する運転条件設定手段と、
前記再生制御の実行中、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度が前記所定値より低い場合に、前記運転条件設定手段により設定された運転条件で前記内燃機関を運転させる触媒昇温手段とを備え、
前記非水素燃料供給手段および前記水素供給手段は、前記再生制御の実行中、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度が前記所定値以上である場合に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料および水素を供給することを特徴とする水素利用内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れかに記載の水素利用内燃機関の排気浄化装置において、
前記水素供給手段の水素供給能力を検出する水素供給能力検出手段と、
前記水素供給能力が所定値以上であるか否かを判定する水素供給能力判定手段と、
非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比が１より大きい第１の当量比になり、且つ、非水素燃料のみの供給によって前記ＮＯｘ触媒の硫黄被毒再生を行えるような非水素燃料の供給量を演算する非水素燃料供給量演算手段と、
前記再生制御の実行中、且つ、水素供給能力が前記所定値より小さい場合に、前記非水素燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料を供給する硫黄被毒再生手段とを備え、
前記非水素燃料供給手段および前記水素供給手段は、前記再生制御の実行中、且つ、水素供給能力が前記所定値以上である場合に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料および水素を供給することを特徴とする水素利用内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
請求項６に記載の水素利用内燃機関の排気浄化装置において、
前記燃料供給量演算手段は、非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比と、水素の供給量の吸入空気量に対する当量比との合計が、１より大きく且つ前記第１の当量比より小さい第２の当量比になるように、非水素燃料および水素の供給量を演算するものであることを特徴とする水素利用内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の水素利用内燃機関の排気浄化装置において、
水素供給能力が前記所定値より小さい場合に、前記再生制御を継続する時間を第１の時間に設定する第１の再生時間設定手段と、
水素供給能力が前記所定値以上である場合に、前記再生制御を継続する時間を前記第１の時間よりも短い第２の時間に設定する第２の再生時間設定手段とを更に備えたことを特徴とする水素利用内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水素利用内燃機関から排出される排気ガスを浄化する水素利用内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
理論空燃比よりも希薄な空燃比で燃料を燃焼させることで燃費低減を図るリーンバーンエンジンが知られている。リーンバーンエンジンには、一般に、リーン燃焼時に排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵するＮＯｘ触媒が設けられている。
【０００３】
ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵容量が限界に近づいたときには、排気ガスの空燃比を短時間だけリッチにするためにリッチスパイク制御が行われる。これにより、排気ガスに含まれる未燃燃料が還元剤となり、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘが還元される。その結果、ＮＯｘ触媒の吸蔵容量が回復する。
【０００４】
このようなＮＯｘ触媒には、硫黄分による吸蔵性能の低下、すなわち硫黄被毒という問題がある。燃料や潤滑油中の硫黄分に起因して排気ガス中に生成するＳＯｘ（硫黄酸化物）は、ＮＯｘよりもＮＯｘ触媒に吸蔵され易い。ＮＯｘ触媒にＳＯｘが蓄積すると、ＮＯｘの吸蔵性能が低下する。ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵性能を回復させるには、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを離脱させること、すなわち硫黄被毒再生を行うことを要する。この硫黄被毒再生には、ＮＯｘ触媒を還元雰囲気下で高温（例えば７００℃程度）に一定時間保持する必要がある。
【０００５】
特開平７−２１７４７４号公報には、単一の燃料を利用して運転する内燃機関において、硫黄被毒再生を行う必要があるときには、排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるように制御し、排気ガス中の未燃燃料を還元剤として用いて硫黄被毒再生を行うシステムが開示されている。
【０００６】
しかしながら、ガソリンや軽油のような燃料は還元性が比較的低いので、上記従来のシステムにおいては、硫黄被毒再生を行うのに比較的長い時間を要する。このため、リーンバーン運転ができない時間が長くなるので、燃費が悪化する場合がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２１７４７４号公報
【特許文献２】特開平７−９６２０１号公報
【特許文献３】特開２００４−１１６３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、燃焼促進剤としての水素をガソリンに添加する水素供給システムを備えた水素利用内燃機関が知られている。水素は、ガソリンや軽油のような燃料と比べて還元性が高い。よって、硫黄被毒再生の際の還元剤として水素を用いることができれば、より有効に硫黄被毒再生を行うことができる。
【０００９】
しかしながら、水素利用内燃機関を搭載した車輌においては、水素の搭載量は水素タンクのサイズによって制限される。また、車上で燃料の改質反応もしくは脱水素反応により水素を生成することもできるが、この場合も多量の水素を生成することは難しい。その一方で、リーンバーン運転等に用いる分の水素を十分に確保しておく必要がある。このようなことから、水素を用いてＮＯｘ触媒の硫黄被毒再生を行うとした場合には、水素の消費量をできるだけ抑える必要がある。
【００１０】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、水素消費量を抑制しつつ、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒再生を短時間で且つ有効に行うことのできる水素利用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】
【００１１】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、非水素燃料と水素とを燃料として運転可能な水素利用内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の硫黄被毒再生を行う再生制御が実行中であるか否かを判定する再生制御実行状態判定手段と、
前記再生制御の実行中に、非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比と、水素の供給量の吸入空気量に対する当量比との合計が１より大きくなるようにそれぞれの供給量を演算する燃料供給量演算手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料を供給する非水素燃料供給手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の水素を、未燃焼の水素が前記ＮＯｘ触媒に到達するように供給する水素供給手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記水素供給手段は、点火時期よりも遅く排気行程の終了以前の期間中に、前記内燃機関の燃焼室内に直接に水素を供給するものであることを特徴とする。
【００１３】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記水素供給手段は、前記内燃機関の吸気弁および排気弁が共に開弁した状態となるタイミングに、前記内燃機関の吸気通路内に水素を供給するものであることを特徴とする。
【００１４】
また、第４の発明は、上記の目的を達成するため、非水素燃料と水素とを燃料として運転可能な水素利用内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の硫黄被毒再生を行う再生制御が実行中であるか否かを判定する再生制御実行状態判定手段と、
水素添加リーンバーン運転を行うリーンバーン条件の成立を判定するリーンバーン条件判定手段と、
前記リーンバーン条件の成立中に、水素の非水素燃料に対する比率を第１の比率として、非水素燃料および水素を供給するリーンバーン運転手段と、
前記再生制御の実行中に、非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比と、水素の供給量の吸入空気量に対する当量比との合計が１より大きく、且つ、水素の非水素燃料に対する比率が前記第１の比率より大きい第２の比率となるように、非水素燃料および水素の供給量を演算する燃料供給量演算手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料を供給する非水素燃料供給手段と、
前記再生制御の実行中に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の水素を供給する水素供給手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、第５の発明は、第１から第４の発明の何れかにおいて、
前記ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記ＮＯｘ触媒の温度が硫黄被毒再生に適した所定値以上であるか否かを判定する触媒温度条件判定手段と、
非水素燃料のみが供給され、且つ、排気ガスによって前記ＮＯｘ触媒が加温されるような運転条件を設定する運転条件設定手段と、
前記再生制御の実行中、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度が前記所定値より低い場合に、前記運転条件設定手段により設定された運転条件で前記内燃機関を運転させる触媒昇温手段とを備え、
前記非水素燃料供給手段および前記水素供給手段は、前記再生制御の実行中、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度が前記所定値以上である場合に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料および水素を供給することを特徴とする。
【００１６】
また、第６の発明は、第１から第５の発明の何れかにおいて、
前記水素供給手段の水素供給能力を検出する水素供給能力検出手段と、
前記水素供給能力が所定値以上であるか否かを判定する水素供給能力判定手段と、
非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比が１より大きい第１の当量比になり、且つ、非水素燃料のみの供給によって前記ＮＯｘ触媒の硫黄被毒再生を行えるような非水素燃料の供給量を演算する非水素燃料供給量演算手段と、
前記再生制御の実行中、且つ、水素供給能力が前記所定値より小さい場合に、前記非水素燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料を供給する硫黄被毒再生手段とを備え、
前記非水素燃料供給手段および前記水素供給手段は、前記再生制御の実行中、且つ、水素供給能力が前記所定値以上である場合に、前記燃料供給量演算手段により演算された量の非水素燃料および水素を供給することを特徴とする。
【００１７】
また、第７の発明は、第６の発明において、
前記燃料供給量演算手段は、非水素燃料の供給量の吸入空気量に対する当量比と、水素の供給量の吸入空気量に対する当量比との合計が、１より大きく且つ前記第１の当量比より小さい第２の当量比になるように、非水素燃料および水素の供給量を演算するものであることを特徴とする。
【００１８】
また、第８の発明は、第６又は第７の発明において、
水素供給能力が前記所定値より小さい場合に、前記再生制御を継続する時間を第１の時間に設定する第１の再生時間設定手段と、
水素供給能力が前記所定値以上である場合に、前記再生制御を継続する時間を前記第１の時間よりも短い第２の時間に設定する第２の再生時間設定手段とを更に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明によれば、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒再生を行う際、還元性の高い水素をＮＯｘ触媒に効率良く導入することができる。これにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを迅速かつ確実に還元することができる。よって、硫黄被毒再生を短時間で且つ有効に行うことができる。
【００２０】
第２の発明によれば、水素を燃焼室内に直接に供給する方式の内燃機関において、供給した水素が燃焼室内で燃焼するのを有効に抑制することができる。すなわち、供給した水素をより高い効率でＮＯｘ触媒に到達させることができる。その結果、硫黄被毒再生の際の水素消費量をさらに少なくすることができる。
【００２１】
第３の発明によれば、水素を吸気通路内に供給する方式の内燃機関において、供給した水素が燃焼室内で燃焼するのを有効に抑制することができる。すなわち、供給した水素をより高い効率でＮＯｘ触媒に到達させることができる。その結果、水素消費量をさらに少なくすることができる。
【００２２】
第４の発明によれば、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒再生を行う際、還元性の高い水素をＮＯｘ触媒に効率良く導入することができる。これにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを迅速かつ確実に還元することができる。よって、硫黄被毒再生を短時間で且つ有効に行うことができる。
【００２３】
第５の発明によれば、硫黄被毒再生を行う際、初めは非水素燃料のみで内燃機関を運転してＮＯｘ触媒の温度を上昇させ、ＮＯｘ触媒の温度が硫黄被毒再生が有効になされる温度に到達した後、水素の供給を開始する。これにより、ＮＯｘ触媒の温度が低いときに無駄に水素をＮＯｘ触媒に供給することを回避することができるので、水素消費量をさらに少なくすることができる。
【００２４】
第６の発明によれば、硫黄被毒再生を行うに際し、水素供給能力が小さい場合には、水素を使用することなく、非水素燃料のみを用いる。これにより、水素を、水素使用優先順位のより高い運転状態のときに使用するために、温存しておくことができる。よって、限られた量の水素をより有効に活用することができる。
【００２５】
第７の発明によれば、水素を使用して硫黄被毒再生を行う際にＮＯｘ触媒に流入する排気ガス中の水素濃度を比較的低くすることができる。その結果、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘが水素で還元されることで生成する硫化水素の発生量を抑制することができる。よって、硫化水素による異臭が問題となるのをより確実に防止することができる。
【００２６】
第８の発明によれば、水素を使用して硫黄被毒再生を行った場合に、より早期にリーンバーン運転等の通常運転に復帰することができる。その結果、水素使用量および非水素燃料使用量を共に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２８】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、燃焼室１１内に非水素燃料であるガソリンを噴射する燃料噴射弁３６と、燃焼室１１内に水素を噴射する水素噴射弁４４とを備えている。燃料噴射弁３６は、燃料通路３２を介して燃料タンク３０に連通している。燃料通路３２の途中には、ポンプ３４が設けられている。水素噴射弁４４は、水素通路４２を介して水素タンク４０に連通している。水素タンク４０には、圧縮水素が蓄えられている。この水素タンク４０には、蓄えられた水素の圧力を検出する圧力センサ４１が設置されている。内燃機関１０は、燃焼室１１内の混合気に点火するための点火プラグ１８を備えている。
【００２９】
燃焼室１１には、吸気弁１６を介して吸気通路１２が連通している。吸気通路１２の途中には、スロットルバルブ１４が設けられている。吸気通路１２におけるスロットルバルブ１４の上流には、エアフロメータ１５が設けられている。エアフロメータ１５は、内燃機関１０に流入する吸入空気量Gaを検知するように構成されている。
【００３０】
また、燃焼室１１には、排気弁２０を介して排気通路２２が連通している。排気通路２２には、三元触媒２４が設けられ、該三元触媒２４の下流にはＮＯｘ触媒２６が設けられている。
【００３１】
三元触媒２４の上流には空燃比センサ２３が設けられている。空燃比センサ２３は、排気空燃比を検出するように構成されている。三元触媒２４とＮＯｘ触媒２６の間には酸素センサ２５が設けられている。酸素センサ２５は、空燃比がリッチであるかリーンであるかに応じて信号を発するように構成されている。
【００３２】
ＮＯｘ触媒２６には、該ＮＯｘ触媒２６の温度を検出するＮＯｘ触媒温度センサ２７が設けられている。ＮＯｘ触媒２６の下流には、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ２８が設けられている。
【００３３】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。上述したスロットルバルブ１４、エアフローメータ１５、点火プラグ１８、空燃比センサ２３、酸素センサ２５、ＮＯｘ触媒温度センサ２７、ＮＯｘセンサ２８、ポンプ３４、燃料噴射弁３６および水素噴射弁４４、圧力センサ４１等はＥＣＵ５０に接続されており、ＥＣＵ５０によりそれぞれ制御されている。ＥＣＵ５０は、燃料噴射制御や点火時期制御のような内燃機関１０の全体の制御を実行する。
また、ＥＣＵ５０は、図示しないクランクシャフトに設けられたクランク角センサ１９の検出信号に基づき、機関回転数NEを算出することができる。
また、ＥＣＵ５０は、圧力センサ４１により検出された水素タンク４０内の水素の圧力に基づいて、水素タンク４０内の水素貯蔵量を検出することができる。
【００３４】
［実施の形態１の特徴］
次に、本実施形態における上記システムの動作について説明する。
上記システムにおいて、水素噴射弁４４から燃焼室１１内に水素を噴射することができ、燃焼噴射弁３６から燃焼室１１内にガソリンを噴射することができる。よって、上記システムによれば、成層燃焼あるいは均一燃焼による水素添加リーン燃焼運転を実行することができる。上記システムによれば、水素を添加することにより、リーン燃焼の燃焼状態を改善することができる。このため、安定したリーン燃焼運転が可能となる。
【００３５】
ところで、通常、混合気や排気ガス中の燃料の濃さを表すのに、吸入空気量と燃料との重量比である空燃比を用いるが、本実施の形態のようにガソリンと水素との双方を用いる場合においては、空燃比では適当でない。そこで、以下の説明では、当量比を用いて混合気や排気ガス中の燃料の濃さを表すこととする。
【００３６】
ここで、ガソリンの場合には、当量比とは、吸入された空気と過不足なく反応する量のガソリンの重量に対する、実際に含まれるガソリンの重量の比率である。ガソリンのみを噴射する場合には、ストイキのときに当量比は１となる。また、リッチのときには当量比は１より大きくなり、リーンのときには当量比は１より小さくなる。
また、水素の場合には、当量比とは、吸入された空気と過不足なく反応する量の水素の重量に対する、実際に含まれる水素の重量の比率である。
【００３７】
ガソリンおよび水素を両方を噴射する場合には、ガソリンの当量比と水素の当量比とを合計した合計当量比を用いることにより、混合気や排気ガス中の燃料の濃さを適切に表すことができる。この場合、ストイキ、すなわち、噴射されたガソリンおよび水素が吸入された空気と過不足なく反応するときに合計当量比は１となる。リッチ、すなわち、ガソリンおよび水素の噴射量の合計が吸入空気量に比して過剰なときには合計当量比は１より大きくなる。リーン、すなわち、ガソリンおよび水素の噴射量の合計が吸入空気量に比して不足するときには合計当量比は１より小さくなる。
【００３８】
上記システムにおいて、リーン燃焼運転時には、内燃機関１０から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘを三元触媒２４によって効率的に浄化することができない。このため、三元触媒２４を通過したＮＯｘは、ＮＯｘ触媒２６によって捕捉される。
【００３９】
このようなＮＯｘ触媒２６にＳＯｘが蓄積すると、硫黄被毒を生じ、ＮＯｘ吸蔵性能が低下する。上記システムでは、ＮＯｘ触媒２６の硫黄被毒が生じた場合には、硫黄被毒再生を行う。硫黄被毒再生では、排気ガスをリッチにしてＮＯｘ触媒２６を還元雰囲気下に置くとともに、ＮＯｘ触媒２６を高温に保持する。これにより、排気ガス中の未燃燃料が還元剤となって、ＮＯｘ触媒２６からＳＯｘを離脱させる。その結果、ＮＯｘ触媒２６のＮＯｘ吸蔵性能が回復する。
【００４０】
ガソリンのみを燃料とする従来のシステムにおいては、硫黄被毒再生の際の還元剤とされるものも当然にガソリンであった。これに対し、本発明では、硫黄被毒再生の際、未燃焼の水素をＮＯｘ触媒２６に到達させることにより、水素を還元剤として用いる。水素は、ガソリン等の非水素燃料よりも高い還元性を有する。このため、還元剤として水素を用いることにより、硫黄被毒再生を短時間で且つ有効に行うことができる。
【００４１】
しかしながら、車上に搭載できる水素の量は有限であり、車上で多量の水素を生成することも難しい。このため、硫黄被毒再生に用いる水素の量は、出来る限り抑える必要がある。また、ガソリン等の非水素燃料と比べて水素は燃焼しやすい性質を有する。このようなことから、硫黄被毒再生の際には、供給した水素を、なるべく燃焼させないで、ＮＯｘ触媒２６に効率良く到達させることが望ましい。
【００４２】
そこで、本実施形態では、硫黄被毒再生時に、当量比が１となる量のガソリンを噴射してストイキ燃焼を行い、その燃焼後の膨張行程時に水素噴射弁４４から水素を燃焼室１１内に噴射する。すなわち、ガソリンの燃焼によって燃焼室１１内の酸素が使い果たされた状態で、水素を噴射する。これにより、燃焼室１１内に供給された水素は、そのほぼ全部が燃焼することなく排気通路２２に送られ、ＮＯｘ触媒２６に到達する。ＮＯｘ触媒２６においては、水素によりＳＯｘが還元されて離脱する。その結果、ＮＯｘ触媒２６のＮＯｘ吸蔵性能が回復する。このようにして、本実施形態では、供給した水素のほぼ全部を無駄なく還元剤として利用することができるので、ＮＯｘ触媒２６の硫黄被毒再生を短時間で且つ有効に行うことができる。また、水素の消費量を抑制することもできる。
【００４３】
ところで、ＮＯｘ触媒２６からＳＯｘを離脱させるには、ＮＯｘ触媒２６の温度を例えば７００℃程度の高温に保持する必要がある。このため、硫黄被毒再生を行う際に、ＮＯｘ触媒２６の温度が低いときには、まず、排気温度を上昇させることにより、ＮＯｘ触媒２６の温度を硫黄被毒再生に適した所定値まで上昇させる昇温制御を行う。
【００４４】
ＮＯｘ触媒２６の温度が前記所定値に到達するまでは、ＮＯｘ触媒２６に水素を供給しても、ＮＯｘ触媒２６からＳＯｘを効率良く離脱させることはできず、水素が無駄となる。そこで、本実施形態では、ＮＯｘ触媒２６の温度が前記所定値に到達するまでは、水素の供給を禁止し、ガソリンのみを供給する。これにより、水素の消費量をさらに抑制することができる。
【００４５】
［実施の形態１における具体的処理］
図２は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図２に示すルーチンによれば、まず、ＮＯｘ触媒２６の硫黄被毒再生を行う再生制御が実行中であるか否かが判別される（ステップ１００）。
【００４６】
再生制御が実行中でなかった場合には、再生制御を開始する条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１０２）。より具体的には、ＮＯｘ触媒２６に蓄積しているＳＯｘの量が算出される。そして、その算出値が、硫黄被毒再生を行う必要のある量に達している場合には、再生制御開始条件が成立と判定され、そうでない場合には、不成立と判定される。ＮＯｘ触媒２６に蓄積しているＳＯｘの量は、公知の手法により算出することができる。例えば、前回の再生制御時から現在までのガソリンの積算噴射量と、予め記憶されたガソリン中の硫黄濃度とを乗算することにより算出することができる。
【００４７】
ステップ１０２において再生制御開始条件の成立が認められた場合には、再生制御が開始される（ステップ１０４）。再生制御が開始されると、次回にステップ１００に戻ったとき、再生制御が実行中であると認められる。
【００４８】
ステップ１００において再生制御の実行中が認められた場合には、ＮＯｘ触媒２６の温度が所定値以上であるか否かが判別される（ステップ１０６）。この所定値とは、硫黄被毒再生に適した温度であり、例えば７００℃程度とされる。
【００４９】
ＮＯｘ触媒２６の温度が前記所定値より小さい場合は、ＮＯｘ触媒２６の温度が、有効に硫黄被毒再生可能な温度に達していないと判断される。そこで、この場合には、ＮＯｘ触媒２６の温度を上昇させるように、内燃機関１０の運転条件が変更される（ステップ１０８）。より具体的には、当量比が１、すなわちストイキとなる量のガソリンのみが噴射されるとともに、点火時期が遅角される。その結果、排気温度が上昇するので、ＮＯｘ触媒２６の温度が上昇する。
【００５０】
このステップ１０８では、上記のようにガソリンのみが噴射され、水素の噴射が禁止される。すなわち、ＮＯｘ触媒２６の温度を前記所定値に上昇させるまでの間は、水素を消費しなくて済む。よって、水素消費量をさらに抑制することができる。
【００５１】
ステップ１０６においてＮＯｘ触媒２６の温度が前記所定値より大きい場合には、ＮＯｘ触媒２６の温度が、有効に硫黄被毒再生可能な温度に達していると判断される。そこで、還元剤としての水素をＮＯｘ触媒２６に到達させるべく、水素を噴射する準備が開始される。
【００５２】
まず、水素の供給量とガソリンの供給量とがそれぞれ演算される（ステップ１１０）。ここでは、ガソリンの供給量は、当量比１を実現するように算出される。また、水素の供給量は、排気ガス中の水素濃度が硫黄被毒再生に十分な量となるように、予め定められた当量比を実現するように算出される。
【００５３】
次に、ガソリンの噴射が燃料噴射弁３６により実行される（ステップ１１２）。これにより、算出された量のガソリンが燃焼室１１内に供給される。燃焼室１１内では、ガソリンのみのストイキ燃焼が行われる。
【００５４】
次に、水素の噴射が水素噴射弁４４により実行される（ステップ１１４）。この水素の噴射は、燃焼後の膨張行程において行われる。より具体的には、燃焼が概ね終了するＡＴＤＣ４０°以降、膨張行程の終了前の期間に水素が噴射される。水素が噴射されたときには、その前に生じたガソリンのストイキ燃焼によって燃焼室１１内の酸素が使い果たされている。このため、燃焼室１１内に供給された水素は、そのほぼ全部が未燃焼のままで排気通路２２に送られ、ＮＯｘ触媒２６に到達する。これにより、本実施形態では、極めて高効率で水素を還元剤として利用することができる。その結果、ＮＯｘ触媒２６の硫黄被毒再生を短時間で且つ有効に行うことができる。また、水素の消費量も最小限に抑制することができる。
【００５５】
また、本実施形態では、膨張行程で噴射された水素が排気行程の間に既燃ガス中にムラなく均一に混合する。このため、ＮＯｘ触媒２６の硫黄被毒再生をより有効に行うことができる。
【００５６】
ＥＣＵ５０は、他のルーチンにより、再生制御の終了条件の成立を監視している。例えば、再生制御を開始してからの経過時間が所定の再生時間に到達した場合には、再生制御の終了条件成立が認められる。ＥＣＵ５０は、再生制御の終了条件成立が認められた場合には、再生制御を終了する。
【００５７】
ところで、上述した実施の形態１では、ガソリンを燃料噴射弁３６から燃焼室１１内に直接噴射するシステムについて説明したが、ガソリンを吸気通路１２の吸気ポートに噴射するシステムを用いてもよい。さらに、ガソリンをポート噴射および筒内噴射可能なシステムを用いてもよい。この場合も、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５８】
また、上述した実施の形態１では、水素タンク４０から水素を供給するシステムについて説明したが、車上で燃料を改質反応もしくは脱水素反応させることにより水素を生成するシステムを用いてもよい。
【００５９】
また、上述した実施の形態１では、ガソリン燃焼後の膨張行程において水素を燃焼室１１内に噴射することとしているが、水素を噴射するタイミングは、これに限定されるものではない。水素は、点火時期よりも遅く排気行程の終了以前の期間中のどこかで燃焼室１１内に噴射すればよい。
【００６０】
また、上述した実施の形態１では、硫黄被毒再生時のガソリンの当量比を１としているが、ガソリンと水素との割合は、これに限定されるものではない。すなわち、ガソリンと水素との合計当量比を１より大きくすれば、ガソリンの当量比は、１より小さくても大きくてもよい。
【００６１】
また、上述した実施の形態１では、三元触媒２４とＮＯｘ触媒２６とを直列に設けたシステムについて説明したが、三元触媒２４を設けていないシステムを用いてもよい。
【００６２】
また、上述した実施の形態１では、非水素燃料としてガソリンを用いるシステムについて説明したが、非水素燃料は、ガソリンに限定されるものではない。また、軽油等の非水素燃料を使用するディーゼルエンジンに本発明を適用しても良い。
【００６３】
ディーゼルエンジンに本発明を適用する場合において、非水素燃料のみを用いてＮＯｘ触媒２６の温度を上昇させる方法（ステップ１０８相当）としては、例えば、排気通路２２に設けた燃料添加インジェクタによって、排気ガスに非水素燃料を添加する方法が挙げられる。
【００６４】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、ステップ１００、１０２および１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「再生制御実行状態判定手段」が、ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料供給量演算手段」が、それぞれ実現されている。また、ＥＣＵ５０が、燃料噴射弁３６を制御してステップ１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「非水素燃料供給手段」が、水素噴射弁４４を制御してステップ１１４の処理を実行することにより前記第１の発明および第２の発明における「水素供給手段」が、ステップ１０６の処理を実行することにより前記第５の発明における「触媒温度条件判定手段」が、ステップ１０８の処理を実行することにより前記第５の発明における「運転条件設定手段」および「触媒昇温手段」が、それぞれ実現されている。
【００６５】
実施の形態２．
次に、図３および図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
［システム構成の説明］
図３は、本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。尚、図３において、図１に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図３に示すように、実施の形態２のシステムでは、前記実施の形態１の燃料噴射弁３６および水素噴射弁４４に代えて、吸気通路１２内にガソリンおよび水素をそれぞれ噴射する燃料噴射弁３７および水素噴射弁４５が設けられている。
【００６６】
［実施の形態２の特徴］
本実施形態のシステムは、上記のように、水素噴射弁４５により、水素を吸気通路１２内に噴射するように構成されている。このシステムにおいては、硫黄被毒再生時に水素を噴射する際、内燃機関１０の吸気弁１６および排気弁２０が共に開弁した状態となるタイミング、すなわちバルブオーバーラップの期間中に、吸気通路１２内に水素を噴射する。これにより、噴射された水素は、吸気弁１６、燃焼室１１および排気弁２０を通過して、排気通路２２へと流れる。よって、未燃焼の水素がＮＯｘ触媒２６に到達して還元剤として機能し、硫黄被毒再生を行うことができる。
【００６７】
［実施の形態２における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図４において、図２に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図４に示すルーチンによれば、ステップ１１０の水素およびガソリンの供給量の演算までは、上記実施の形態１と同様の制御を行う。
【００６８】
次に、ガソリンの噴射が燃料噴射弁３７により実行される（ステップ１１６）。この噴射は、例えば、吸気弁１６の開弁タイミングの直前に行われる。これにより、算出された量のガソリンが吸気通路１２内に供給され、混合気が形成される。
【００６９】
上記ステップ１１６の処理に続いて、水素の噴射が水素噴射弁４５によりバルブオーバーラップの期間中に実行される（ステップ１１８）。供給された水素は、噴射の勢いにより、吸気弁１６、燃焼室１１および排気弁２０を通過して、排気通路２２へ吹き流される。このようにして、未燃焼の水素がＮＯｘ触媒２６に到達する。これにより、本実施形態では、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００７０】
上記ステップ１１６の処理により形成された吸気通路１２内の混合気は、バルブオーバーラップの期間以降、吸気弁１６の開弁期間中に燃焼室１１内に吸入される。燃焼室１１内に吸入された混合気は、圧縮行程を経て、点火プラグ１８により点火され、燃焼する。
【００７１】
本実施形態では、吸気通路１２内に噴射された水素が、ＮＯｘ触媒２６に到達するまでの間に、既燃ガス中にムラなく均一に混合する。このため、ＮＯｘ触媒２６の硫黄被毒再生をより有効に行うことができる。
【００７２】
ところで、上述した実施の形態２では、ガソリンの噴射時期が水素の噴射時期より先であるシステムについて説明したが、ガソリンの噴射時期は、これに限定されるものではない。例えば、ガソリンの噴射時期は、水素の噴射時期より後でもよい。
【００７３】
また、上述した実施の形態２では、ガソリンを吸気通路１２に噴射するシステムについて説明したが、ガソリンを燃焼室１１内に直接噴射するシステムを用いても良い。
【００７４】
また、上述した実施の形態２では、吸気弁１６および排気弁２０のバルブタイミングが固定されているシステムについて説明したが、吸気弁１６や排気弁２０のバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構（ＶＶＴ）を備えたシステムを用いても良い。その場合には、ステップ１１８で水素を供給するのに先立って、バルブオーバーラップの期間を長くするようにバルブタイミングを変更することができる。
【００７５】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、燃料噴射弁３７を制御してステップ１１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「非水素燃料供給手段」が、水素噴射弁４５を制御してステップ１１８の処理を実行することにより前記第１の発明および第２の発明における「水素供給手段」が、それぞれ実現されている。
【００７６】
実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは、図３に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図５および図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００７７】
上記実施の形態１および実施の形態２においては、硫黄被毒再生時の水素の噴射タイミングを工夫することで未燃焼の水素をＮＯｘ触媒２６に到達させるようにした。これに対し、本実施形態では、硫黄被毒再生時の水素供給量のガソリン供給量に対する比率を、水素添加リーンバーン運転時に比して高めること、すなわち水素割合を多くすることで、水素の噴射タイミングによらずに、未燃焼の水素をＮＯｘ触媒２６に到達させるようにした。
【００７８】
水素添加リーンバーン運転時には、リーンな混合気を形成するべく、ガソリンおよび水素の合計当量比を１未満とする。これに対し、硫黄被毒再生時には、排気ガス中に未燃燃料が還元剤として残るようにするため、ガソリンと水素との合計当量比を１より大きくする。つまり、本実施形態では、硫黄被毒再生時に、水素添加リーンバーン運転時と比べて、混合気中の水素濃度自体を濃くするだけでなく、ガソリンに対する水素の割合をも増加させる。つまり、混合気中に水素が豊富に含まれる状態とする。また、水素噴射弁４５から吸気通路１２内に噴射された水素は、燃焼室１１内に流入したときには、空気およびガソリンとムラなく均一に混合している。これにより、燃焼したときに、水素がガソリンに優先して燃焼するのを防止することができる。このようなことから、本実施形態では、供給された水素の一部は燃焼室１１内で燃焼するものの、残りの水素を未燃焼のままで確実にＮＯｘ触媒２６に到達させることができる。よって、還元性の高い水素により、硫黄被毒再生を短時間で且つ有効に行うことができる。
【００７９】
［実施の形態３における具体的処理］
図５および図６は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図６において、図２に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００８０】
本実施形態では、ＥＣＵ５０は、図５に示すルーチンに基づき、リーンバーン運転を制御する。図５に示すルーチンでは、まず、公知の手法により、本システムにおいてリーンバーン運転が可能な条件が成立しているか否かが判別される（ステップ２００）。この条件の成立が認められた場合には、リーンバーン運転を行うべく、合計当量比が１より小さくなるように、水素の供給量とガソリンの供給量とがそれぞれ演算される（ステップ２０２）。また、ここでは、水素とガソリンとの比率が例えば２０：８０となるように、両者の供給量が演算される。ここでの、水素のガソリンに対する比率を「第１の比率」と呼ぶ。
【００８１】
次に、水素およびガソリンの噴射がそれぞれ燃料噴射弁４５および３７により実行される（ステップ２０４）。これにより、演算された量の水素およびガソリンが供給され、水素添加リーンバーン運転が行われる。
【００８２】
ＥＣＵ５０は、図５に示すルーチンとは別に、図６に示すルーチンを実行し、硫黄被毒再生を行う再生制御の開始条件の成立を監視している。図６に示すルーチンによれば、ガソリンのみでＮＯｘ触媒２６の温度を上昇させるステップ１０８までは、上記実施の形態２と同様の制御を行う。尚、ステップ１０２で再生制御開始条件の成立が認められた場合には、図５中のステップ２００でリーンバーン条件の不成立が認められ、リーンバーン運転は中止される。
【００８３】
図６に示すルーチン中、ステップ１０６において、ＮＯｘ触媒２６の温度が有効に硫黄被毒再生可能な温度に達していると判断された場合には、還元剤としての水素をＮＯｘ触媒２６に到達させるべく、水素の供給量とガソリンの供給量とがそれぞれ演算される（ステップ１２０）。ここでは、排気ガス中に未燃燃料が還元剤として残るようにするため、ガソリンと水素との合計当量比が１より大きくなるように両者の供給量が算出される。また、水素のガソリンに対する比率が、リーンバーン運転時の第１の比率より大きくなるように、両者の供給量が算出される。より具体的には、水素とガソリンとの比率は、例えば、５０：５０とされる。
【００８４】
次に、燃料噴射弁４５、３７により水素およびガソリンの噴射がそれぞれ実行される（ステップ１２２）。これにより、算出された量の水素およびガソリンが吸気通路１２内に供給され、均一な混合気が形成される。この混合気は、吸気弁１６を通って燃焼室１１内に吸入される。燃焼室１１内に吸入された混合気は、点火プラグ１８により点火され、燃焼する。燃焼前の混合気には、水素がムラなく均一に、且つ豊富に含まれている。このため、排気ガス中には未燃焼の水素が確実に残存する。この未燃焼の水素がＮＯｘ触媒２６に到達し、水素による硫黄被毒再生を行うことができる。これにより、本実施形態では、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００８５】
ところで、上述した実施の形態３では、ガソリンを吸気通路１２に噴射するシステムについて説明したが、ガソリンを燃焼室１１内に直接噴射するシステムを用いても良い。
【００８６】
また、上述した実施の形態３では、水素を吸気通路１２に噴射するシステムについて説明したが、水素を吸入空気中にムラなく均一に分散させることができるものであれば、水素を燃焼室１１内に直接噴射するシステムを用いても良い。
【００８７】
また、ステップ１２０で算出する水素とガソリンとの供給量の比率は、５０：５０に限定されない。例えば、この比率を１００：０としてもよい。
【００８８】
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、ステップ２００の処理を実行することにより前記第４の発明における「リーンバーン条件判定手段」が、ステップ１２０の処理を実行することにより前記第４の発明における「燃料供給量演算手段」が、それぞれ実現されている。また、ＥＣＵ５０が、ステップ２０２、２０４の処理を実行して燃料噴射弁３７および水素噴射弁４５を制御することにより前記第４の発明における「リーンバーン運転手段」が、燃料噴射弁３７および水素噴射弁４５を制御してステップ１２２の処理を実行することにより前記第４の発明における「非水素燃料供給手段」および「水素供給手段」が、それぞれ実現されている。
【００８９】
実施の形態４．
［実施の形態４の特徴］
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図７および図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００９０】
本実施形態では、圧力センサ４１を用いて、水素タンク４０内の水素貯蔵量、すなわち水素供給能力を検出する。硫黄被毒再生を行うに際し、水素供給能力が少ない場合には、ガソリンのみを用いて硫黄被毒再生を行う。そして、水素供給能力が十分な場合にのみ、水素を利用した硫黄被毒再生を行う。これにより、水素供給能力が少ない場合には、水素使用の優先順位の高い水素添加リーンバーン運転等のために水素を温存しておくことができる。
【００９１】
また、前述したように、水素は還元性が高い。このため、硫黄被毒再生を行うに際し、水素を利用する場合には、ガソリンのみを用いる場合よりも、硫黄被毒再生にかかる時間が短くて済む。そこで、本実施形態では、水素を利用して硫黄被毒再生を行う場合の再生制御継続時間を、ガソリンのみを用いて硫黄被毒再生を行う場合の再生制御継続時間よりも短くする。これにより、水素を利用して硫黄被毒再生を行った場合には、より早期にリーンバーン運転に復帰することができる。その結果、ガソリン消費量および水素消費量の双方をさらに低減することができる。
【００９２】
ところで、水素を利用して硫黄被毒再生を行った場合には、ＮＯｘ触媒２６に吸蔵されたＳＯｘが水素によって還元されることにより、硫化水素（Ｈ２Ｓ）が生成される。硫化水素には異臭があるため、排気ガス中の硫化水素濃度が高くなると、停車時に周囲に異臭を感じさせるという問題がある。硫黄被毒再生時の硫化水素生成量は、ＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガス中の水素濃度が高くなるにつれて増大しやすい。
【００９３】
その一方で、水素は還元性が高いので、水素を利用して硫黄被毒再生を行う場合には、ＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガス中の水素の当量比は、ガソリンのみを還元剤として用いる場合の当量比より少なくても、同等の被毒再生効果が得られる。
【００９４】
そこで、本実施形態では、水素を利用して硫黄被毒再生を行う場合の水素およびガソリンの目標合計当量比を、ガソリンのみを用いて硫黄被毒再生を行う場合のガソリンの目標当量比よりも小さくする。これにより、水素を利用して硫黄被毒再生を行った場合の、ＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガス中の水素濃度を低くすることができる。その結果、ガソリンのみを用いて硫黄被毒再生を行った場合と同等の被毒再生効果を確保しつつ、硫化水素の発生量を低減することができる。
【００９５】
［実施の形態４における具体的処理］
図７および図８は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図８において、図２に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００９６】
本実施形態では、ＥＣＵ５０は、図７に示すルーチンに基づき、水素タンク４０内の水素貯蔵量を監視している。図７に示すルーチンでは、まず、圧力センサ４１により検出された水素貯蔵量が所定値以上であるか否かを判別する（ステップ２１０）。
【００９７】
水素貯蔵量が所定値より小さい場合には、水素供給能力が十分でなく、硫黄被毒再生に水素を使用する余裕がないと判断される。この場合には、後述するように、ガソリンのみを用いて硫黄被毒再生が行われる。そこで、ガソリンのみを用いて硫黄被毒再生を行う際に必要な硫黄被毒再生時間として、Ｔ２なる時間が設定される（ステップ２１２）。このＴ２なる時間は、水素を用いる場合の硫黄被毒再生時間Ｔ１よりも長い時間である。次いで、ガソリンのみを用いて硫黄被毒再生を行う際の目標当量比として、１．０４なる値が設定される（ステップ２１４）。そして、硫黄被毒再生に水素を使用することの可否を表す水素使用フラグに、水素使用禁止を表す０がセットされる（ステップ２１６）。
【００９８】
これに対し、ステップ２１０において水素貯蔵量が所定値以上の場合には、水素供給能力が十分であり、硫黄被毒再生に水素を用いる余裕があると判断される。この場合には、硫黄被毒再生時間として、Ｔ１なる時間が設定される（ステップ２１８）。前述したように、このＴ１は、Ｔ２より短い時間とされる。水素を利用する場合には、ガソリンのみを用いる場合よりも、硫黄被毒再生時間が短くて済むからである。次いで、水素を用いて硫黄被毒再生を行う際の水素およびガソリンの目標合計当量比として、１．０２なる値が設定される（ステップ２２０）。この目標合計当量比１．０２は、前述したガソリンのみを用いる場合のガソリンの目標当量比１．０４より小さい。しかしながら、水素の高い還元性により、ガソリンのみで当量比１．０４とする場合と同等の硫黄被毒再生効果が得られる。次いで、硫黄被毒再生に水素を使用することの可否を表す水素使用フラグに、水素使用許可を表す１がセットされる（ステップ２２２）。
【００９９】
ＥＣＵ５０は、図７に示すルーチンとは別に、図８に示すルーチンを実行し、硫黄被毒再生を行う再生制御の開始条件の成立を監視している。図８に示すルーチンによれば、再生制御の開始条件成立を受けて再生制御を開始するステップ１０４までは、上記実施の形態１と同様の制御を行う。
【０１００】
再生制御が開始され、ステップ１００において再生制御の実行中が認められた場合には、水素使用フラグが１であるか否かが判別される（ステップ１２４）。水素使用フラグが１でないことが認められた場合には、硫黄被毒再生に水素を使用することが禁止されていると判断される。そこで、ガソリンのみを用いる場合の目標当量比１．０４を実現するように、ガソリンの供給量が演算される（ステップ１２６）。次いで、燃料噴射弁４４により、演算された量のガソリンの噴射が実行される（ステップ１２８）。燃焼後の排気ガス中には、当量比１を超える分、すなわち当量比０．０４の分のガソリンが未燃焼で残る。この未燃焼のガソリンが還元剤となって、ＮＯｘ触媒２６の硫黄被毒再生が行われる。
【０１０１】
これに対し、ステップ１２４において水素使用フラグが１であることが認められた場合には、硫黄被毒再生に水素を使用することが許可されていると判断される。そこで、水素を用いる場合の目標合計当量比１．０２を実現するように、水素およびガソリンの供給量が演算される（ステップ１２５）。本実施形態では、ガソリンの当量比が１、水素の当量比が０．０２となるように、両者の供給量が演算される。
【０１０２】
次に、燃料噴射弁４４により、演算された量、すなわち当量比１のガソリンの噴射が実行される（ステップ１２７）。これにより、燃焼室１１内では、ガソリンのみのストイキ燃焼が行われる。
【０１０３】
次に、演算された量、すなわち当量比０．０２の水素の噴射が水素噴射弁４４により実行される（ステップ１２９）。この水素の噴射は、燃焼後の膨張行程において行われる。より具体的には、燃焼が概ね終了するＡＴＤＣ４０°以降、膨張行程の終了前の期間に水素が噴射される。水素が噴射されたときには、その前に生じたガソリンのストイキ燃焼によって燃焼室１１内の酸素が使い果たされている。このため、燃焼室１１内に供給された水素は、そのほぼ全部が未燃焼のままで排気通路２２に送られ、ＮＯｘ触媒２６に到達する。これにより、本実施形態では、極めて高効率で水素を還元剤として利用することができる。その結果、ＮＯｘ触媒２６の硫黄被毒再生を短時間で且つ有効に行うことができる。また、水素の消費量も最小限に抑制することができる。
【０１０４】
また、この場合にＮＯｘ触媒２６に到達する水素の量は、当量比で０．０２である。この量は、ガソリンのみで硫黄被毒再生を行う場合にＮＯｘ触媒２６に到達するガソリンの当量比０．０４よりも小さい。これにより、水素を用いて硫黄被毒再生を行う場合にＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガス中の水素濃度を比較的低くすることができる。その結果、硫化水素の発生量を抑制することができ、停車時に異臭が問題となるのを確実に防止することができる。
【０１０５】
ＥＣＵ５０は、再生制御を開始してからの経過時間を監視している（ステップ１３０）。そして、ステップ２１２で設定された硫黄被毒再生時間Ｔ２、あるいはステップ２１８で設定された硫黄被毒再生時間Ｔ１が経過するまで、上述した再生制御を継続する。そして、硫黄被毒再生時間が経過したら、再生制御を終了する（ステップ１３２）。
【０１０６】
前述したように、本実施形態では、水素を用いる場合の硫黄被毒再生時間Ｔ１は、ガソリンのみを用いる場合の硫黄被毒再生時間Ｔ２よりも短くされている。よって、水素を用いて硫黄被毒再生を行った場合には、ガソリンのみを用いて硫黄被毒再生を行った場合よりも早期にリーンバーン運転等の通常運転に復帰することができる。よって、ガソリンおよび水素の消費量をさらに低減することができる。
【０１０７】
ところで、上述した実施の形態４においては、水素供給能力が小さい場合に硫黄被毒再生に水素を使用することを禁止する処理を、実施の形態１に組み込むこととしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本実施形態において特有な上記の処理は、実施の形態２または３に組み込むこととしてもよい。
【０１０８】
尚、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が、ステップ２１０の処理を実行することにより前記第６の発明における「水素供給能力判定手段」が、ステップ２１４および１２６の処理を実行することにより前記第６の発明における「非水素燃料供給量演算手段」が、ステップ１２８の処理を実行することにより前記第６の発明における「硫黄被毒再生手段」が、ステップ２２０および１２５の処理を実行することにより前記第７の発明における「燃料供給量演算手段」が、ステップ２１２の処理を実行することにより前記第８の発明における「第１の再生時間設定手段」が、ステップ２１８の処理を実行することにより前記第８の発明における「第２の再生時間設定手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１０】
１０  内燃機関
１１  燃焼室
１２  吸気通路
１４  スロットルバルブ
１５  エアフロメータ
１６  吸気弁
１８  点火プラグ
１９  クランク角センサ
２０  排気弁
２２  排気通路
２３  空燃比センサ
２４  三元触媒
２５  酸素センサ
２６  ＮＯｘ触媒
２７  ＮＯｘ触媒温度センサ
２８  ＮＯｘセンサ
３０  燃料タンク
３２  燃料通路
３４  ポンプ
３６、３７  燃焼噴射弁
４０  水素タンク
４１  圧力センサ
４２  水素通路
４４、４５  水素噴射弁
５０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
【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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