(57)【要約】【課題】  ＳＯx被毒再生における吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度の変動を抑制してＳＯx被毒再生効率の悪化を抑制するとともに、ＳＯx被毒再生における燃費の悪化を抑制できる技術を提供する。【解決手段】  ＳＯx被毒再生を行う際に、吸蔵還元型ＮＯx触媒１０において、ＳＯx被毒再生場所を決定し（Ｓ１０２）、決定されたＳＯx被毒再生場所の位置に応じて（Ｓ１０４）、目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量を設定する（Ｓ１０５、Ｓ１０６）。【選択図】図３
2006161789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比を制御するとともに、前記内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯx触媒に上流から還元剤を供給することにより、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における硫黄分を除去する排気浄化触媒のＳＯx被毒再生方法であって、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒において、ＳＯx被毒再生すべき部分を決定するＳＯx被毒再生部分決定工程と、
前記内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比を目標空燃比に制御するとともに、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定された前記ＳＯx被毒再生すべき部分に対し、単位時間当たり目標還元剤量の還元剤を間欠的に供給する還元剤供給工程と、を有し、
前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の位置に応じて、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比及び前記目標還元剤量の値が設定されることを特徴とする排気浄化触媒のＳＯx被毒再生方法。
【請求項２】
前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側の所定上流領域内である場合と比較し、前記ＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における下流側の所定下流領域内である場合は、前記目標空燃比は高く設定されるとともに、前記目標還元剤量は多く設定されることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化触媒のＳＯx被毒再生方法。
【請求項３】
前記ＳＯx被毒再生部分決定工程においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における硫黄分の量が所定硫黄量以上となった部分を、前記ＳＯx被毒再生すべき部分と決定することを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化触媒のＳＯx被毒再生方法。
【請求項４】
前記目標空燃比の値には上限が設けられたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排気浄化触媒のＳＯx被毒再生方法。
【請求項５】
前記ＳＯx被毒再生部分決定工程においてＳＯx被毒再生すべき部分と決定された部分が複数箇所ある場合には、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比及び前記目標還元剤量の値は、前記複数のＳＯx被毒再生すべき部分のうち、最も上流側に位置する部分に対して設定されるべき値とされ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排気浄化触媒のＳＯx被毒再生方法。
【請求項６】
前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定される前記ＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側から下流側に順次変更されるとともに、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程及び、前記還元剤供給工程が繰り返し実行され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排気浄化触媒のＳＯx被毒再生方法。
【請求項７】
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒は、前記排気通路に直列に設けられた複数の吸蔵還元型ＮＯx触媒からなる吸蔵還元型ＮＯx触媒群であり、
前記ＳＯx被毒再生部分決定工程においては、前記ＳＯx被毒再生すべき部分として、前記複数の吸蔵還元型ＮＯx触媒のうち、ＳＯx被毒再生すべき吸蔵還元型ＮＯx触媒が決定されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の排気浄化触媒のＳＯx被毒再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気浄化触媒のＳＯx被毒再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガス中には、通常有害なＮＯxなどが含まれている。このため、排気中のＮＯxを浄化するために、内燃機関の排気系にＮＯx触媒を設けることが行われている。しかし、例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒の場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒に排気中のＳＯxが吸蔵されることにより、浄化性能が劣化するいわゆるＳＯx被毒が発生することが知られている。このＳＯx被毒を解消するために、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を硫黄分離脱温度以上に上昇させるとともに、還元剤を供給することによって、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されたＳＯxを還元放出する処理が行われている（以下、この処理を「ＳＯx被毒再生」という。）。
【０００３】
ここで、上記のＳＯx被毒再生としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を硫黄分離脱温度以上の予め定めた温度範囲内の温度に調整する温度調整工程と、排気ガスの空燃比をリッチに制御して吸蔵還元型ＮＯx触媒から硫黄分を離脱させる硫黄分離脱工程とを繰り返すことにより、より幅広い機関運転状態において過昇温することなく、ＳＯx被毒再生を行う方法などが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
上記のような従来のＳＯx被毒再生方法においては、内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比がリーンの状態で硫黄分離脱工程を実施し、排気の空燃比をリッチに制御した場合、特に比較的多量の還元剤を間欠的に排気に供給することによって排気の空燃比をリッチに制御した場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側の部分などにおいて温度の変動が大きくなり、一部の期間において吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が硫黄分離脱温度を下回ることが考えられた。その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒におけるＳＯxの還元効率が低下することが考えられた。
【０００５】
一方、上述した吸蔵還元型ＮＯx触媒における温度の変動を抑えるために、内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比がリッチの状態で硫黄分離脱工程を実施し、比較的少量の還元剤を間欠的に排気に供給することによって排気の空燃比をリッチに制御した場合には、ＳＯx被毒再生における燃費が悪化することが考えられ、また、スモークの発生などによりエミッションが悪化することが考えられた。
【特許文献１】特開２００４−０６８７００号公報
【特許文献２】特開２００２−３０３１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的とするところは、ＳＯx被毒再生における吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度の変動を抑制してＳＯx被毒再生効率の悪化を抑制するとともに、ＳＯx被毒再生における燃費の悪化を抑制できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、ＳＯx被毒再生を行う際に、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒において、ＳＯx被毒再生すべき部分を決定し、決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の位置に応じて、前記内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比及び、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒へ供給する還元剤量を制御することを最大の特徴とする。
【０００８】
より詳しくは、内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比を制御するとともに、前記内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯx触媒に上流から還元剤を供給することにより、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における硫黄分を除去する排気浄化触媒のＳＯx被毒再生方法であって、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒において、ＳＯx被毒再生すべき部分を決定するＳＯx被毒再生部分決定工程と、
前記内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比を目標空燃比に制御するとともに、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定された前記ＳＯx被毒再生すべき部分に対し、単位時間当たり目標還元剤量の還元剤を間欠的に供給する還元剤供給工程と、を有し、
前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の位置に応じて、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比及び前記目標還元剤量の値が設定されることを特徴とする。
【０００９】
ここで、ＳＯx被毒再生においては、内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比を制御するとともに、前記内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯx触媒に上流から還元剤を供給することにより、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を硫黄分離脱温度以上に上昇させる（実際には、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒上に担持された、あるいは別に設けられた酸化触媒における還元剤の反応熱により温度上昇させることが多い）とともに、還元剤濃度の高い雰囲気とし、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵または吸着されている硫黄分を還元除去させている。
【００１０】
この際、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒において、ＳＯxが還元される時の反応熱によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が過剰に上昇しないように、前記還元剤を、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に間欠的に供給することが一般的に行われている（以下、これを「リッチスパイク」という。）。
【００１１】
このリッチスパイクの実施にあたって、前記内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比を、比較的リーンな状態とし、リッチスパイクによって供給される還元剤の量を多くした場合には、還元剤供給時と還元剤供給休止時における還元剤供給量の差が大きくなるため、特に前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側部分においては、リッチスパイクの実施に伴う温度の変動が大きくなる。そうすると、一部の期間において前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度がＳＯxの浄化可能な閾値の温度としての硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を下回り、結果としてＳＯx被毒再生効率が低下するおそれがある。
【００１２】
一方、前記内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比を、比較的リッチな状態とし、リッチスパイクによって供給される還元剤の量を少なくした場合には、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側部分の温度の変動は小さくすることができるが、ＳＯx被毒再生時の燃費が悪化するおそれがあるとともに、前記内燃機関の気筒内における空燃比がリッチ状態となることから、エミッションが悪化するなどの不具合が生じるおそれがある。
【００１３】
これに対し、本発明では、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒においてＳＯx被毒再生すべき部分を決定し、
前記還元剤供給工程においては、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の位置に応じた前記目標空燃比及び前記目標還元剤量の値が設定されるようにした。
【００１４】
ここで、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の位置によって、該ＳＯx被毒再生すべき部分の熱容量が異なる場合について説明する。例えば、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の熱容量が小さい場合には、前記内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比を比較的リー
ンな状態とし、リッチスパイクによって供給される還元剤の量を多く設定すると、リッチスパイクの実施に伴う温度の変動が大きくなる。その結果、一部の期間において、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度がＳＯxの浄化可能な閾値の温度としての硫黄離脱温度（または再生下限温度）を下回り、ＳＯx被毒再生効率が低下するおそれが生じる。
【００１５】
それに対し、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の熱容量が大きい場合には、前記内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比を比較的リーンな状態とし、リッチスパイクによって供給される還元剤の量を多く設定しても、リッチスパイクの実施に伴う温度の変動は比較的小さい。
【００１６】
従って、例えば、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の熱容量が小さい場合には、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比を低く設定し、前記目標還元剤量の値を少なく設定するとよい。一方、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の熱容量が大きい場合には、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比を高く設定し、前記目標還元剤量の値を多く設定するとよい。
【００１７】
次に、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の位置によって、該ＳＯx被毒再生すべき部分の床温が異なる場合について説明する。例えば、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の床温が低い場合には、前記内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比を比較的リーンな状態とし、リッチスパイクによって供給される還元剤の量を多く設定すると、一部の期間において前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を下回り、ＳＯx被毒再生効率が低下する可能性が高くなる。
【００１８】
一方、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の床温が充分に高い場合には、前記内燃機関の気筒から排出される排気の空燃比を比較的リーンな状態とし、リッチスパイクによって供給される還元剤の量を多く設定しても、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を下回り、ＳＯx被毒再生効率が低下する可能性は低い。
【００１９】
従って、例えば、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の床温が低い場合には、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比を低く設定し、前記目標還元剤量の値を少なく設定するとよい。一方、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の床温が高い場合には、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比を高く設定し、前記目標還元剤量の値を多く設定するとよい。
【００２０】
このように、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分の位置に応じて、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比及び前記目標還元剤量の値を設定することにより、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒におけるＳＯx被毒再生中の部分の温度が硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を下回るおそれがある場合には、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比を低く設定し、前記目標還元剤量の値を少なく設定することによって、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒におけるＳＯx被毒再生中の部分の温度が硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を下回ることを抑制することができ、前記ＮＯx触媒におけるＳＯx被毒再生中の部分の温度が硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を下回る危険性が少ない場合には、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比を高く設定し、前記目標還元剤量の値を多く設定することによって、ＳＯx被毒再生における燃費の悪化を抑制し、さらにはエミッションの悪化を抑制することができる。
【００２１】
また、本発明においては、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側の所定上流領域内である場合と比較し、前記ＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における下流側の所定下流領域内である場合は、前記目標空燃比は高く設定されるとともに、前記目標還元剤量は多く設定されるようにしてもよい。
【００２２】
ここで、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側にある場合には、ＳＯx被毒再生すべき部分の熱容量が小さく、また、リッチスパイク実施時における還元剤の供給量の変化が、前記ＳＯx被毒再生すべき部分の温度の変化に直接影響を及ぼす。従って、この場合には、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比は低く設定され、前記目標還元剤量は少なく設定されることが望ましい。一方、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における下流側にある場合には、熱容量も比較的大きく、また、リッチスパイク実施時における還元剤の供給量の変化も、前記還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側を通過する間になまされるので、前記ＳＯx被毒再生すべき部分の温度の変化にあまり影響を及ぼさない。従って、この場合には、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比は高く設定され、前記目標還元剤量は多く設定されてもよい。
【００２３】
ここで、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側の所定上流領域及び、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における下流側の所定下流領域とは、それぞれ、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒において、前記還元剤の供給量の変化の、前記ＳＯx被毒再生すべき部分の温度の変化に対する影響が、互いに有意差がある上流側及び下流側の領域としてもよい。
【００２４】
すなわち、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側と下流側との間で、前記還元剤の供給量の変化の、前記ＳＯx被毒再生すべき部分の温度の変化に対する影響に殆ど差がない場合には、例えば、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側半分を前記所定上流領域とし、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流側半分を前記所定下流領域としてもよい。
【００２５】
また、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側と下流側との間で、前記還元剤の供給量の変化の、前記ＳＯx被毒再生すべき部分の温度の変化に対する影響の差が大きい場合には、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒において相対的に上流側であれば、全て所定上流領域、相対的に下流側であれば、全て所定下流領域としてもよい。この場合は、結果として、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒において相対的に下流側にある場合は、相対的に上流側にある場合と比較し、前記目標空燃比は高く設定されるとともに、前記目標還元剤量は多く設定されるようにしてもよい。
【００２６】
より具体的には、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒において下流側にある程、前記目標空燃比はより高く設定されるとともに、前記目標還元剤量はより多く設定されるようにしてもよい。
【００２７】
こうすれば、より簡単な制御で、より確実に前記ＳＯx被毒再生すべき部分の温度の変化を抑制でき、ＳＯx被毒再生効率の悪化を抑制することができるとともに、ＳＯx被毒再生における燃費の悪化を抑制できる。
【００２８】
また、本発明においては、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における硫黄分の量が所定硫黄量以上となった部分を、前記ＳＯx被毒再生すべき部分と決定するようにしてもよい。
【００２９】
ここで、前記所定硫黄量とは、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における硫黄分の量がこの値以上となった部分においては、ＮＯx吸蔵能力の劣化が大きくなると予想される閾値としてのＳＯx吸蔵量である。従って、本発明によれば、ＮＯx吸蔵能力の劣化が大きくなる部分に対して選択的にＳＯx被毒再生することができるので、より効率よく、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を維持することができる。
【００３０】
また、本発明においては、前記目標空燃比の値に上限を設けるようにしてもよい。ここで、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流側の所定下流領域である場合について説明する。この場合は、本発明においては前述のように、前記目標空燃比の値を高く設定し、前記目標還元剤量を多く設定してもよい。これは、この場合には、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に供給される還元剤の量の変化の、前記ＳＯx被毒再生すべき部分の温度の変化に及ぼす影響は小さいからである。
【００３１】
しかし、この場合には、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側部分においては、逆に大きな温度の変化が生じていると考えられる。そうすると、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側の部分の温度が、一部の期間において過剰に高くなり、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒が熱劣化を引き起こすおそれがある。従って、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の各部に対して、上流側の部分において過昇温が生じない閾値としての昇温限界空燃比を設定しておき、前記目標空燃比が、昇温限界空燃比より高くなる場合には、目標空燃比を、昇温限界空燃比に設定するようにしてもよい。そうすれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側部分における過昇温を抑制することができる。
【００３２】
上記の説明においては、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流側の所定下流領域であるときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流側の部分における過昇温を抑制する場合について説明したが、本発明を、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における熱容量が大きい部分であるときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における熱容量が小さい部分における過昇温を抑制する場合や、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定されたＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における床温が低い部分であるときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における床温が高い部分における過昇温を抑制する場合に適用することも可能である。
【００３３】
また、本発明においては、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程においてＳＯx被毒再生すべき部分と決定された部分が複数箇所ある場合には、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比及び前記目標還元剤量の値は、前記複数のＳＯx被毒再生すべき部分のうち、最も上流側に位置する部分に対して設定されるべき値とされるようにしてもよい。
【００３４】
ここで、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側の部分と下流側の部分とを比較すると、上記した理由により、リッチスパイク実施時における還元剤の供給量の変化に伴う上流側の部分の温度の変化は、同様の場合における下流側の部分の温度の変化より大きくなる。換言すると、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側の部分の方が、下流側の部分とを比較すると、前記目標空燃比及び前記目標還元剤量に対する制限が厳しいと言える。
【００３５】
従って、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程においてＳＯx被毒再生すべき部分と決定された部分が複数箇所ある場合に、前記還元剤供給工程における目標空燃比及び目標還元剤量の値は、前記複数のＳＯx被毒再生すべき部分のうち、最も上流側に位置する部分に対して設定されるべき値とすれば、下流側に位置する前記ＳＯx被毒再生すべき部分において、温度の変化が過度に大きくなることを抑制でき、下流側に位置する前記ＳＯx被毒再生すべき部分の温度が硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を下回ることによりＳＯx被
毒再生効率が低下したり、過昇温したりすることを抑制することができる。その結果、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程においてＳＯx被毒再生すべき部分と決定された部分の数に係らず、前記ＳＯx被毒再生処理をより確実に行うことができる。
【００３６】
また、本発明においては、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程において決定される前記ＳＯx被毒再生すべき部分が、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における上流側から下流側に順次変更されるとともに、前記ＳＯx被毒再生部分決定工程及び、前記還元剤供給工程が繰り返し実行されるようにしてもよい。
【００３７】
すなわち、前記ＳＯx被毒再生すべき部分を、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側から下流側へ移動させながら、それぞれのＳＯx被毒再生すべき部分に対して、前記目標空燃比及び前記目標還元剤量を設定し、前記還元剤供給工程を順次実施していく。このようにすれば、常に、上記した、前記還元剤供給工程における前記目標空燃比及び前記目標還元剤量の値が、前記複数のＳＯx被毒再生すべき部分のうち、最も上流側に位置する部分に対して設定されるべき値とされるという条件を自動的に満たしつつ、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の全体に対して、ＳＯx被毒再生を行うことができる。加えて、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側から順次ＳＯx被毒再生を行うため、下流側におけるＳＯxの再被毒を抑制することができる。
【００３８】
また、本発明においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒は、前記排気通路に直列に設けられた複数の吸蔵還元型ＮＯx触媒からなる吸蔵還元型ＮＯx触媒群であり、
前記ＳＯx被毒再生部分決定工程においては、前記ＳＯx被毒再生すべき部分として、前記複数の吸蔵還元型ＮＯx触媒のうち、ＳＯx被毒再生すべき吸蔵還元型ＮＯx触媒が決定されるようにしてもよい。
【００３９】
すなわち、内燃機関の排気通路に複数個の吸蔵還元型ＮＯx触媒が直列に設けられた場合には、複数個の吸蔵還元型ＮＯx触媒からなる吸蔵還元型ＮＯx触媒群を上記の吸蔵還元型ＮＯx触媒と考え、前記複数個の吸蔵還元型ＮＯx触媒のうち、ＳＯx被毒再生をすべき吸蔵還元型ＮＯx触媒を、前記ＳＯx被毒再生すべき部分と考えることにより、上述した、１個の吸蔵還元型ＮＯx触媒に対して行う制御と同様の制御を、前記複数の吸蔵還元型ＮＯx触媒全体に適用することができる。
【００４０】
こうすれば、前記排気通路に直列に設けられた複数個の吸蔵還元型ＮＯx触媒のうち、一部の吸蔵還元型ＮＯx触媒において、温度が硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を下回ることを抑制でき、さらに、ＳＯx被毒再生における燃費及びエミッションの向上を図りつつ、前記排気通路に設けられた全ての吸蔵還元型ＮＯx触媒に対してＳＯx被毒再生を行うことができる。
【００４１】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明にあっては、ＳＯx被毒再生における吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度の変動を抑制してＳＯx被毒再生効率の悪化を抑制することができるとともに、ＳＯx被毒再生における燃費の悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００４４】
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関である。なお、図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。
【００４５】
図１において、内燃機関１には、内燃機関１から排出される排気が流通する排気管５が接続され、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の途中には、排気中のＮＯxを浄化する吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒という。）１０が配置されている。
【００４６】
なお、排気管５におけるＮＯx触媒１０の上流側には、ＮＯx触媒１０のＮＯx還元処理及び、ＳＯx被毒再生の際に、ＮＯx触媒１０に還元剤としての燃料を供給する燃料添加弁１３が配置されている。燃料添加弁１３から噴射された燃料は、内燃機関１からの排気とともにＮＯx触媒１０に導入される。
【００４７】
本実施例におけるＮＯx触媒１０は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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と、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。ＮＯx触媒１０は該ＮＯx触媒１０を通過する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、ＮＯx触媒１０を通過する排気の空燃比がリッチになり、かつ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを離脱させて還元浄化する作用を有する。また、ＮＯx触媒１０には、還元剤としての燃料が導入された際に酸化反応を起こし、その反応熱によってＮＯx触媒１０自体の温度を上昇させるための酸化触媒が担持されている。
【００４８】
また、内燃機関１には、内燃機関１及び排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する他、内燃機関１のＮＯx触媒１０に係る制御を行うユニットである。
【００４９】
ＥＣＵ２０には、図示しないエアフローメータ、クランクポジションセンサや、アクセルポジションセンサなどの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２０には、内燃機関１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施例における燃料添加弁１３などが電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０によって制御されるようになっている。
【００５０】
また、ＥＣＵ２０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。ＮＯx触媒１０に吸蔵されたＮＯxを還元放出するＮＯx還元処理ルーチン（説明は省略）や、後述する、本実施例におけるＳＯx被毒再生ルーチンも、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。
【００５１】
図１に示されるようなディーゼル機関では、通常時の排気の空燃比はリーンでありＮＯｘ触媒１０においては、排気中のＮＯｘが吸蔵されることにより、排気中のＮＯxの浄化を行うことができる。しかし、ＮＯx触媒１０中に吸蔵されたＮＯxの量が増加すると、ＮＯx触媒１０におけるＮＯxの浄化能力が悪化する。従って、ＮＯx触媒１０中に吸蔵されたＮＯxの量が所定量を超える場合には、燃料添加弁１３からＮＯｘ触媒１０上流側の排気管５に還元剤としての燃料が供給されるＮＯx還元処理を行う。このことによりＮＯｘ触媒１０を通過する排気の空燃比が小さくなると共に還元剤の存在する状態とされ、ＮＯ
ｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘが還元放出される。
【００５２】
また、これとは別に、排気中にＳＯｘ成分が含まれていると、ＮＯｘ触媒１０はＮＯｘの吸蔵と同じメカニズムで排気中のＳＯｘを吸蔵する。排気ガスの空燃比がリーンのとき、排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ２）は例えば白金Ｐｔ上で酸化されてＳＯ３−、ＳＯ４−となり、例えば酸化バリウムＢａＯと結合してＢａＳＯ４を形成する。この場合のＢａＳＯ４は比較的安定であり、また、結晶が粗大化しやすいため一旦生成されると分解されにくく離脱されにくい。このため、ＮＯｘ触媒１０中のＢａＳＯ４の生成量が増大するとＮＯｘの吸蔵に関与できるＢａＯの量が減少してしまいＮＯｘの吸蔵能力が低下してしまう。
【００５３】
このＳＯx被毒を解消するためには、ＮＯｘ触媒１０に生成されたＢａＳＯ４を高温で分解するとともに、これにより生成されるＳＯ３−、ＳＯ４−の硫酸イオンをリッチ雰囲気下で還元し、気体状のＳＯ２に転換してＮＯｘ触媒１０から離脱させる必要がある。従ってＳＯx被毒再生を行うためには、ＮＯｘ触媒１０を高温且つリッチ雰囲気の状態にすることが必要とされる。
【００５４】
このようなＳＯx被毒再生を実施する方法として、ＮＯｘ触媒１０の上流において燃料添加弁１３から排気管５へ還元剤としての燃料を添加し、その燃料の酸化触媒における反応熱によってＮＯｘ触媒１０を昇温すると共にリッチ雰囲気を作り出す方法がある。しかし、この方法では、ＮＯx触媒１０を通過する排気の空燃比をリッチの状態に維持し続けようとすると、ＮＯｘ触媒１０における燃料等の反応によりＮＯｘ触媒１０の温度が上昇し、機関の運転状態によっては過昇温されてしまうおそれがある。
【００５５】
そこで、ＳＯx被毒再生の際には、内燃機関１の図示しない気筒から排出される排気の空燃比を目標空燃比に制御するとともに、リッチスパイクによって燃料添加弁１３から排気管５に還元剤を間欠的に供給し、ＮＯx触媒１０において、短期間に多量の還元剤が反応を起さないようにし、過昇温しないようにしている。
【００５６】
ここで、内燃機関１における燃焼は通常リーン空燃比で行われるので、通常時に、内燃機関１の気筒から排出される排気の空燃比はリーンである。その場合、ＮＯx触媒１０に充分な還元剤を供給するためには、燃料添加弁１３から間欠的に添加される還元剤の量を比較的多くする必要がある。そうすると、ＮＯx触媒１０において、燃料添加弁１３から添加された燃料が反応する期間の温度と、そうでない期間の温度との差が大きくなるので、ＮＯx触媒１０における温度の変動が大きくなる。
【００５７】
その結果、ＮＯx触媒１０の温度が低い期間中は、ＮＯx触媒１０の温度が、最低限、ＳＯxの還元反応に必要な硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を下回る場合があり、ＳＯx被毒再生効率が低下する場合がある。そこで、現実には、ＮＯx触媒１０のＳＯx被毒再生の際には、内燃機関１の気筒から排出される排気の空燃比をリッチ側に制御し、リッチスパイクにおいて燃料添加弁１３から燃料が添加されている間の単位時間あたりの燃料添加量を抑えることによって、ＮＯx触媒１０における温度の変動を抑制し、ＳＯx被毒再生効率が低下することを抑制している。
【００５８】
しかし、この場合、内燃機関１では、リッチ空燃比において燃焼が起きることとなるので、ＳＯx被毒再生処理の全体に関わる燃費が悪化し、さらに、この間の排気のエミッションが悪化する可能性があった。
【００５９】
そこで、本実施例においては、ＮＯx触媒１０における下流側の部分においては、上述のように比較的多くの燃料を間欠的に供給したとしても、その影響がなまされることによ
り、また、ＮＯx触媒１０における下流側の部分においては、熱容量が、ＮＯx触媒１０における上流側端部と比較して大きいことにより、温度の変化が、ＮＯx触媒１０における上流側の部分に比較して少なくなることに着目した。そして、ＮＯx触媒１０における下流側の部分をＳＯx被毒再生する場合には、内燃機関１から排出される排気の空燃比をリーン側に制御するとともに、燃料添加弁１３から間欠的に添加される燃料の単位時間あたりの添加量を増加させるようにした。一方、ＮＯx触媒１０における上流側の部分をＳＯx被毒再生する場合には、内燃機関１から排出される排気の空燃比をリッチ側に制御するとともに、燃料添加弁１３から間欠的に添加される燃料の単位時間あたりの添加量を減少させるようにした。
【００６０】
このことについて図２を用いて説明する。図２は、ＮＯx触媒１０における上流側端部ＡをＳＯx被毒再生する場合と、ＮＯx触媒１０における下流側の部分ＢをＳＯx被毒再生する場合とにおける、ＮＯx触媒１０に導入される排気の空燃比と、燃料添加弁１３にＥＣＵ２０の指令によって送られる添加パルス、上流側端部Ａにおける温度、下流側の部分Ｂにおける温度と示したタイムチャートである。ここで、図２の左列は、内燃機関１の気筒から排出される排気の空燃比をリッチ側に制御（目標燃焼Ａ／Ｆ＝リッチ）し、燃料添加弁１３から間欠的に添加される燃料の単位時間あたりの添加量を減少させた（目標還元剤添加量＝少）場合のタイムチャート、右列は、内燃機関１の気筒から排出される排気の空燃比をリーン側に制御（目標燃焼Ａ／Ｆ＝リーン）し、燃料添加弁１３から間欠的に添加される燃料の単位時間あたりの添加量を増加させた（目標還元剤添加量＝多）場合のタイムチャートである。なお、ここで、目標燃焼Ａ／Ｆは本実施例における目標空燃比であり、目標還元剤添加量は本実施例における目標還元剤量である。
【００６１】
本実施例においては、ＮＯx触媒１０の下流側の部分ＢについてＳＯx被毒再生を行う場合には、図２の右列に示したように、内燃機関１の気筒から排出される排気の空燃比をリーン側に制御し、燃料添加弁１３から間欠的に添加される燃料の単位時間あたりの添加量を増加させる。この場合は、ＮＯx触媒１０に導入される排気の空燃比の変動の振幅が大きくなる。そうすると、ＮＯx触媒１０の上流側端部Ａ点における温度の変動は大きくなり、一部の期間において、硫黄分離脱温度（または再生限界温度）を下回っている。しかし、ＮＯx触媒１０の下流側の部分であるＢ点においては、ＮＯx触媒１０に導入される排気の空燃比の変動がなまされているとともに、熱容量も大きいので、温度の変動は比較的小さくなっている。
【００６２】
従って、実際にＳＯx被毒再生を行う場所においてはＮＯx触媒１０の温度が硫黄分離脱温度（または再生限界温度）を下回らないので、ＳＯx被毒再生効率の悪化を抑制することができる。
【００６３】
一方、ＮＯx触媒１０における上流側端部Ａ点に対してＳＯx被毒再生を行う場合には、内燃機関１から排出される排気の空燃比をリッチ側に制御するとともに、燃料添加弁１３から間欠的に添加される燃料の単位時間あたりの添加量を減少させる。そうすることにより、ＮＯx触媒１０に導入される排気の空燃比の変動の振幅が小さくなり、Ａにおける温度変化も小さくなる。その結果、ＡにおいてもＮＯx触媒１０の温度が硫黄分離脱温度（または再生限界温度）を下回ることがなくなり、ＳＯx被毒再生効率の低下を抑制することができる。
【００６４】
次に、本実施例におけるＳＯx被毒再生ルーチンについて説明する。図３は、本実施例におけるＳＯx被毒再生ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼動中は所定期間毎に実行される。
【００６５】
本実施例におけるＳＯx被毒再生ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において、ＮＯx触媒１０の各場所におけるＳＯx吸蔵量が算出される。具体的には、ＮＯx触媒１０の中で検出点を複数箇所定義し、定義された複数の検出点に関し、前回のＳＯx被毒再生開始時のＳＯx吸蔵量及びＮＯx触媒の温度分布から、前回のＳＯx被毒再生終了時の残存ＳＯx量を推定し、各検出点における残存ＳＯx量と、前回のＳＯx被毒再生終了時以降の内燃機関１における消費燃料量とより、現時点での、各検出点におけるＳＯx吸蔵量を推定するようにしてもよい。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。
【００６６】
Ｓ１０２においては、Ｓ１０１において算出された各検出点におけるＳＯx吸蔵量より、ＳＯx被毒再生場所を決定する。具体的にはＳＯx吸蔵量が、ＮＯx触媒１０におけるＮＯx浄化性能に影響を及ぼすと考えられる閾値である限界ＳＯx吸蔵量以上であると判断された検出点について、ＳＯx被毒再生を行うと判断する。Ｓ１０２の処理が終了するとＳ１０３に進む。なお、ここで、上述の限界ＳＯx吸蔵量は、本実施例における所定硫黄量に相当する。
【００６７】
Ｓ１０３においては、Ｓ１０２においてＳＯx被毒再生場所があったかどうかが判定される。ここで、ＳＯx被毒再生場所がなかった。すなわち、ＳＯx吸蔵量が限界ＳＯx吸蔵量以上である場所がなかったと判定された場合には、そのまま本ルーチンを終了する。一方、ＳＯx被毒再生場所があった場合にはＳ１０４に進む。
【００６８】
Ｓ１０４においては、目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量が導出される。具体的には、ＳＯx被毒再生場所の位置と、目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量との関係が格納されたマップから、Ｓ１０２で決定されたＳＯx被毒再生場所の位置に対応する目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量の値を読み出すことによって導出する。
【００６９】
ここで、前述のように、目標燃焼Ａ／Ｆとは、本実施例における目標空燃比であり、内燃機関１の気筒から排出される排気の空燃比に相当する。目標還元剤添加量とは、本実施例における目標還元剤量であり、リッチスパイクにおいて燃料添加弁１３から間欠的に燃料が添加される場合の、燃料を添加している期間中に単位時間当たりに添加される燃料量に相当する。
【００７０】
ここで、上記のＳＯx被毒再生場所の位置と、目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量との関係は予め実験的に求められる。図４を用いて、ＳＯx被毒再生場所の位置と、目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量との関係の求め方について説明する。図４は、ＮＯx触媒１０における軸方向の位置と、その位置で確保が可能な温度及び、目標燃焼Ａ／Ｆを示すグラフである。
【００７１】
図４の上側のグラフには、ＮＯx触媒１０における軸方向の位置と、確保可能温度との関係を示している。この図に描かれた曲線によれば、例えば、燃焼Ａ／Ｆ=２５とした場合は、ＳＯx被毒再生するのに充分な還元剤をＮＯx触媒１０に供給するためには、燃料添加弁１３から間欠的に供給される還元剤の量を増加させる必要がある。そうすると、ＮＯx触媒１０の上流側端部Ａにおいて温度の変動が大きくなるので、確保可能温度は低くなってしまう。逆に燃焼Ａ／Ｆ＝１８の場合、燃料添加弁１３から間欠的に供給すべき還元剤量は少なくてもよいため、上流側端部Ａにおける温度の変動は小さくなる。その結果、確保可能温度は、燃焼Ａ／Ｆ＝２５の場合と比較して高くなる。
【００７２】
図４の下側に示すのは上記のような状態において、ＮＯx触媒１０の温度を硫黄分離脱温度（または再生下限温度）以上とするために必要な燃焼Ａ／Ｆを示したグラフである。すなわち、上流側端部Ａにおいては、図４の上側のグラフにおいて硫黄分離脱温度（または再生下限温度）以上の温度を確保するためには、燃焼Ａ／Ｆを１８以下にする必要があ
る。それに対して下流側の部分Ｂにおいては、温度の変動は小さくなるので、燃焼Ａ／Ｆ＝２５としても、硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を確保することができる。
【００７３】
このように、図４の下側のグラフから、ＮＯx触媒１０における軸方向の位置と、目標燃焼Ａ／Ｆとの関係を得ることができる。また、目標燃焼Ａ／Ｆの値が決まると、ＳＯx被毒再生のために必要な還元剤量の値との差分より、燃料添加弁１３から単位時間あたりに添加すべき目標還元剤添加量を得ることができる。
【００７４】
説明を図３に戻す。Ｓ１０４において、上記のような考え方に基いて作成されたマップから目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量が導出されると、Ｓ１０５において燃焼Ａ／Ｆが目標燃焼Ａ／Ｆとなるべく制御される。具体的には、図示しない吸気絞り弁または、図示しないＥＧＲ弁の開度を制御することによって、内燃機関１の気筒に導入される吸気の量を制御することによって、燃焼Ａ／Ｆを制御する。
【００７５】
次に、Ｓ１０６に進み、燃料添加弁１３より、単位時間当たりに目標還元剤添加量に相当する還元剤を、間欠的に添加する。Ｓ１０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００７６】
以上、説明したように、本実施例においては、ＮＯx触媒１０の各検出部に吸蔵されたＳＯxの量から、ＳＯx被毒再生が必要である場所を決定し、ＳＯx被毒再生が必要である場所において、ＮＯx触媒の温度が硫黄分離脱温度（または再生下限温度）以上を確保できる最低の目標燃焼Ａ／Ｆを求め、実際の燃焼Ａ／Ｆを当該目標Ａ／Ｆとなるべく制御し、さらにＳＯx再生処理可能な最低の量の還元剤を目標還元剤添加量として、燃料添加弁１３から添加している。
【００７７】
従って、ＮＯx触媒１０のＳＯx被毒再生場所において、温度が硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を下回ることを抑制し、ＳＯx被毒再生効率の低下を抑制することができる。それと同時に、内燃機関１の気筒から排出される排気の空燃比を無駄に低い燃焼Ａ／Ｆに制御することを抑制できるので、ＳＯx被毒再生における燃費の悪化及び、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００７８】
なお、図３に示すフローチャートにおいて、Ｓ１０１及びＳ１０２の処理は、本実施例におけるＳＯx被毒再生部分決定工程に相当する。また、Ｓ１０４からＳ１０６の処理は、本実施例における還元剤供給工程に相当する。
【００７９】
また、図３におけるＳ１０２において、ＳＯx被毒再生場所が複数箇所あった場合には、最も上流側に位置するＳＯx被毒再生場所に対して得られる目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量の値を採用するようにしてもよい。これは、ＳＯx被毒再生場所がＮＯx触媒１０の上流に位置するほど、ＳＯx被毒再生場所の温度を硫黄分離脱温度（または再生下限温度）以上に維持できる燃焼Ａ／Ｆの値が小さい、換言すると燃焼Ａ／Ｆに対する条件が厳しいので、最も上流側に位置するＳＯx被毒再生場所に対して得られる目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量の値を採用することにより、複数のＳＯx被毒再生場所に対してＳＯx被毒再生効率の低下を抑制しつつ、同時にＳＯx被毒再生を行うことができる。
【００８０】
次に、本実施例における別の態様について説明する。この態様は、図３のＳ１０４において、目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量を導出したマップについての考え方が異なる。すなわち、目標燃焼Ａ／Ｆを導出する際には、ＮＯx触媒１０におけるＳＯx被毒再生場所の温度が硫黄分離脱温度（または再生下限温度）以上となることを確保するとともに、ＮＯx触媒１０の温度が過昇温しないことを考慮に入れた態様である。
【００８１】
図５は、本態様における、ＮＯx触媒１０におけるＳＯx被毒再生場所の位置と、目標燃焼Ａ／Ｆとの関係を示すマップについての考え方を示したグラフである。
【００８２】
図５において、上から２番目に書かれたグラフは、ＮＯx触媒１０におけるＳＯx被毒再生場所の位置と、触媒最高温度との関係を示している。すなわち、前述のように、燃焼Ａ／Ｆが同じであれば、ＮＯx触媒１０におけるＳＯx被毒再生場所の位置が上流側であるほど、ＳＯx被毒再生場所における温度の変動が大きくなる。そうすると、ＳＯx被毒再生場所における最高温度も高くなることを示している。図５の、上から２番目のグラフによれば、ＮＯx触媒１０におけるＳＯx被毒再生場所が同じであれば、燃焼Ａ／Ｆが高いほど、最高温度も高くなることが分かる。ここに示す触媒限界温度とは、ＮＯx触媒１０の温度がこの温度以上になると、ＮＯx触媒１０の過昇温によって熱劣化が生じる可能性があると判断される閾値としての触媒温度である。
【００８３】
図５における上から３番目に示されたグラフは、図４における下側のグラフに対して、ＮＯx触媒１０の触媒最高温度が触媒限界温度を超えない、すなわちＮＯx触媒１０が過昇温しない制限を考慮して、目標燃焼Ａ／Ｆを求めたグラフである。例えば、ＮＯx触媒１０の上流側端部Ａについて考えると、ＮＯx触媒１０の温度が硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を下回らないという条件から求められる燃焼Ａ／Ｆの条件は、燃焼Ａ／Ｆ≦１８である。一方、ＮＯx触媒１０の触媒最高温度が触媒限界温度を超えないという条件から求められる燃焼Ａ／Ｆの条件は、燃焼Ａ／Ｆ≦１６である。従って、この場合の目標燃焼Ａ／Ｆは１６となる。ここで、燃焼Ａ／Ｆ＝１６という値は、前述の昇温限界空燃比に相当する。
【００８４】
以上、説明したように、本実施例における本態様においては、目標燃焼Ａ／Ｆを導出する際に、ＮＯx触媒１０が過昇温しないことをも考慮に入れて、目標燃料Ａ／Ｆに上限を設けているので、ＳＯx被毒再生において、ＳＯx被毒再生効率の低下及び、燃費とエミッションの悪化を抑制できるとともに、さらにＮＯx触媒１０が過昇温することも抑制することができる。
【００８５】
なお、本実施例においては、ＮＯx触媒１０におけるＳＯx被毒再生場所によって、熱容量及び、リッチスパイク実施時における還元剤の供給量の変化の影響度合いが異なることに基いて、ＳＯx被毒再生場所に応じて目標燃料Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量を設定したが、ＮＯx触媒１０におけるＳＯx被毒再生場所によって、熱容量のみが異なる場合や、ＮＯx触媒１０におけるＳＯx被毒再生場所によって、ＮＯx触媒１０の床温が異なる場合に対して同様の制御を適用してもよい。
【実施例２】
【００８６】
次に、本発明における実施例２について説明する。実施例２においては、実施例１のように、ＮＯx触媒１０における特定のＳＯx被毒再生場所に対して適当な条件でＳＯx被毒再生を行うのではなく、ＮＯx触媒１０の上流側の端部から下流側の端部までの各位置を順次ＳＯx被毒再生場所とし、順次決められたＳＯx被毒再生場所に対して適当な条件で順次ＳＯx被毒再生を行う例について説明する。
【００８７】
本実施例が適用される内燃機関及び、その排気系及び制御系は、図１に示したものと同じであるので、それについての説明は省略する。図６には、本実施例におけるＳＯx被毒再生ルーチンを示す。
【００８８】
本実施例におけるＳＯx被毒再生ルーチンが実行されると、まずＳ２０１においてＮＯx触媒全体のＳＯx吸蔵量が算出される。図３のＳ１０１との相違点は、本ルーチンにおいては、ＮＯx触媒１０の所定の検出点におけるＳＯx吸蔵量を個別に算出するのではなく、
ＮＯx触媒１０全体としてのＳＯx吸蔵量を算出する点である。具体的には、前回のＳＯx被毒再生の終了時以降の消費燃料量から算出してもよい。Ｓ２０１の処理が終了するとＳ２０２に進む。
【００８９】
Ｓ２０２においては、ＳＯx被毒再生が必要かどうかが判定される。具体的には、Ｓ２０１において算出されたＮＯx触媒１０全体としてのＳＯx吸蔵量が触媒限界ＳＯx吸蔵量以上であるかどうかが判定される。ここで触媒限界ＳＯx吸蔵量は、ＮＯx触媒１０全体にこれ以上のＳＯxが吸蔵された場合には、ＮＯx触媒１０のＮＯx浄化性能の劣化が大きくなると判断される閾値としてのＳＯx吸蔵量である。
【００９０】
Ｓ２０２において、ＳＯx被毒再生が必要ない、すなわちＮＯx触媒１０全体としてのＳＯx吸蔵量が触媒限界ＳＯx吸蔵量未満であると判定された場合にはそのまま本ルーチンを終了する。一方、ＳＯx被毒再生が必要である、すなわちＮＯx触媒１０全体としてのＳＯx吸蔵量が触媒限界ＳＯx吸蔵量以上であると判定された場合にはＳ２０３に進む。
【００９１】
Ｓ２０３においては、ＮＯx触媒１０全体のＳＯx被毒再生を行うにあたってまず、ＮＯx触媒１０の上流側端部における目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量が導出される。ここでは、ＳＯx被毒再生場所の位置と、目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量との関係が格納されたマップから、ＮＯx触媒１０の上流側端部に対応する目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量の値を読み出すことによって導出する。このマップに関しては、図３のＳ１０４において用いられたものと同じマップを用いても良い。
【００９２】
次に、Ｓ２０４に進んで、燃焼Ａ／ＦをＳ２０３で導出された目標燃焼Ａ／Ｆに制御し、Ｓ２０５に進んで燃料添加弁１３から、Ｓ２０３で導出された目標還元剤添加量の還元剤を添加する。この処理の内容については、図３に示したＳ１０５及びＳ１０６の処理と同様である。ここで、Ｓ２０５において還元剤が添加された後、Ｓ２０６の処理に進むまでの間には所定の待ち時間が設定されている。この待ち時間は、ＮＯx触媒１０の所定のＳＯx被毒再生場所に対してＳＯx被毒再生を行った後、次のＳＯx被毒再生場所に対してＳＯx被毒を行うまでのインターバルと考えることができる。この待ち時間については、燃焼Ａ／Ｆの制御速度や燃料添加弁１３の応答速度などを考慮の上、最も効率よくＳＯx被毒再生が行われるインターバルを実験的に求めるようにしてもよい。
【００９３】
そして、Ｓ２０６においては、Ｓ２０３で導出された目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量が、ＮＯx触媒１０の下流側端部に対するものかどうかが判定される。すなわち、本ルーチンでは、ＮＯx触媒１０の上流側の端部から下流側の端部まで位置に対して順次ＳＯx被毒再生を行うので、ここで、ＮＯx触媒１０の上流側の端部から下流側の端部までの位置に対してＳＯx被毒再生が終わったかどうかが判定される。ここで、Ｓ２０３で導出された目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量が、ＮＯx触媒１０の下流側端部に対するものであると判定された場合には、ＮＯx触媒１０の上流側の端部から下流側の端部までに対してＳＯx被毒再生が終わったと判断されるので、本ルーチンを一旦終了する。一方、Ｓ２０３で導出された目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量が、ＮＯx触媒１０の下流側端部に対するものではないと判定された場合には、ＮＯx触媒１０の上流側の端部から下流側の端部までに対してＳＯx被毒再生が終了していないと判断されるので、Ｓ２０７に進む。
【００９４】
Ｓ２０７においては、現在設定されている目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量に対応するＮＯx触媒における位置よりも、所定量下流側の位置について目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量が前述のマップから導出される。ここで所定量とは、予め設定された長さであり、例えばＮＯx触媒１０の軸方向の長さの１／ｎの長さとしてもよい。ここで、ｎが多い程、ＮＯx触媒１０をきめ細かく分割し、それぞれの場所に適当な目標燃焼Ａ
／Ｆと目標還元剤添加量でＳＯx被毒再生が行われるので、より確実にＳＯx被毒再生を完了できる。
【００９５】
Ｓ２０７の処理が終了すると、再度Ｓ２０４〜Ｓ２０６の処理を実行し、Ｓ２０６において、目標燃焼Ａ／Ｆ及び目標還元剤添加量が、ＮＯx触媒１０の下流側端部に対するものと判定されるまで、これらの処理が繰り返される。そして、Ｓ２０６において、目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量が、ＮＯx触媒１０の下流側端部に対するものと判定された場合には、ＮＯx触媒１０の上流側の端部から下流側の端部までについて、適当な目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量でＳＯx被毒再生が行われたと判断されるので、本ルーチンを一旦終了する。
【００９６】
以上説明したように、本実施例においては、ＮＯx触媒１０の上流側端部から下流側端部までを適宜分割し、それぞれの場所に対して、硫黄分離脱温度（または再生下限温度）以上が確保できる適当な目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量によってＳＯx被毒再生を行う。従って、より確実にＮＯx触媒１０全体に対してＳＯx被毒再生を完了させることができる。なお、簡単にはＮＯx触媒１０を２分割、すなわち上流側と下流側の２箇所に対して適当な目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量によってＳＯx被毒再生を行うようにしてもよい。
【００９７】
また、本実施例においては、ＮＯx触媒１０の上流側端部から下流にむけて順次ＳＯx被毒再生を進めるため、常に、燃焼Ａ／Ｆに対する条件が厳しい最も上流側に位置するＳＯx被毒再生場所に対して得られる目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量の値を採用することになる。従って、全てのＳＯx被毒再生場所に対してＳＯx被毒再生効率の低下を抑制しつつ、ＳＯx被毒再生を行うことができる。加えて、ＮＯx触媒１０の下流側において、ＳＯx再被毒が生じることを抑制できる。
【実施例３】
【００９８】
次に、本発明における実施例３について説明する。実施例３においては、実施例１のように、内燃機関１の排気管５に1個のＮＯx触媒１０が配置されているのではなく、複数個のＮＯx触媒が直列に配置された例について説明する。
【００９９】
図７は本実施例における内燃機関１とその排気系及び制御系について示した図である。図７においては、上流側ＮＯx触媒１１の下流側に下流側ＮＯx触媒１２が備えられている。また、上流側ＮＯx触媒１１の上流側の排気管５には、上流側ＮＯx触媒１１の上流側のＮＯx濃度を検出する第１ＮＯxセンサ１４が備えられている。同様に、上流側ＮＯx触媒１１と下流側ＮＯx触媒１２との間の排気管５には第２ＮＯxセンサ１５が、下流側ＮＯx触媒１２の下流側の排気管５には第３ＮＯxセンサ１６が備えられている。
【０１００】
次に、本実施例におけるＳＯx被毒再生について説明する。図８には本実施例におけるＳＯx被毒再生ルーチンである。本ルーチンが実行されると、まずＳ３０１において、上流側ＮＯx触媒１１及び下流側ＮＯx触媒１２におけるＳＯx吸蔵量が算出される。具体的には、第１ＮＯxセンサ１４と第２ＮＯxセンサ１５の出力の差から、上流側ＮＯx触媒１１におけるＳＯx吸蔵量を検出する。すなわち、第１ＮＯxセンサ１４と第２ＮＯxセンサ１５の出力の差から上流側ＮＯx触媒１１におけるＮＯx浄化性能を検出し、さらにＮＯx浄化性能と相関の高いＳＯx吸蔵量を検出する。また、同様にして第２ＮＯxセンサ１５の出力と、第３ＮＯxセンサ１６の出力の差から、下流側ＮＯx触媒１２におけるＳＯx吸蔵量を検出する。Ｓ３０１の処理が終了するとＳ３０２に進む。
【０１０１】
Ｓ３０２においては、ＳＯx被毒再生対象ＮＯx触媒が決定される。具体的にはＳＯx吸蔵量が、ＮＯx触媒におけるＮＯx浄化性能の劣化が激しくなると考えられる閾値としての
限界ＳＯx吸蔵量以上であると判断されたＮＯx触媒について、ＳＯx被毒再生を行うと判断する。例えば、上流側ＮＯx触媒１１におけるＳＯx吸蔵量のみが限界ＳＯx吸蔵量以上であった場合には、上流側ＮＯx触媒１１のみが、ＳＯx被毒再生対象ＮＯx触媒となる。Ｓ３０２の処理が終了するとＳ３０３に進む。
【０１０２】
Ｓ３０３においては、Ｓ３０２においてＳＯx被毒再生対象ＮＯx触媒があったかどうかが判定される。ここで、ＳＯx被毒再生対象ＮＯx触媒がなかった。すなわち、ＳＯx吸蔵量が限界ＳＯx吸蔵量以上であるＮＯx触媒がなかったと判定された場合には、そのまま本ルーチンを終了する。一方、ＳＯx被毒対象ＮＯx触媒があった場合にはＳ３０４に進む。
【０１０３】
Ｓ３０４においては、目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量が導出される。すなわち、ＳＯx被毒再生対象ＮＯx触媒と、目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量との関係が格納されたマップから、Ｓ３０２で決定されたＳＯx被毒再生対象ＮＯx触媒に対応する目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量の値を読み出すことによって導出する。換言すると、ＳＯx被毒再生対象ＮＯx触媒が上流側ＮＯx触媒１１か、下流側ＮＯx触媒１２かによって、各々の場合に適当な目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量が導出される。
【０１０４】
ここで、上記のＳＯx被毒再生対象ＮＯx触媒と、目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量との関係は予め実験的に求められる。この関係については、図４に示した考え方と同様の考え方が適用される。
【０１０５】
図９は、排気管５に直列に配置された２個のＮＯx触媒と、それらのＮＯx触媒において確保が可能な温度及び、目標Ａ／Ｆを示すグラフである。
【０１０６】
図９の上側のグラフには、排気管５に直列に配置された２個のＮＯx触媒と、確保可能温度との関係が示されている。このグラフにおいて、例えば、上流側ＮＯx触媒１１については、図４で説明したのと同じ理由により、燃焼Ａ／Ｆ=２５とした場合は、ＳＯx被毒再生するのに充分な還元剤をＮＯx触媒１０に供給するために、燃料添加弁１３から間欠的に供給される還元剤の量を増加させる必要がある。その結果、上流側ＮＯx触媒１１において温度の変動が大きくなるので、確保可能温度は低くなってしまう。逆に燃焼Ａ／Ｆ＝１８の場合、燃料添加弁１３から間欠的に供給すべき還元剤量は少なくてもすむため、上流側ＮＯx触媒１１における温度の変動は小さくなる。その結果、確保可能温度は、燃焼Ａ／Ｆ＝２５の場合と比較して高くなる。
【０１０７】
一方、下流側ＮＯx触媒１２においては、リッチスパイク実行時に燃料添加弁１３から間欠的に供給される還元剤の、下流側ＮＯx触媒１２の温度の変化に対する影響が上流側ＮＯx触媒１１に比較して小さいので、各燃焼Ａ／Ｆの値について、確保可能温度は高くなり、燃焼Ａ／Ｆ＝２５の場合でも硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を確保することができる。
【０１０８】
図９の下側に示すグラフは上記のような状態において、上流側ＮＯx触媒１１及び下流側ＮＯx触媒１２の温度を硫黄分離脱温度（または再生下限温度）以上とするために必要な燃焼Ａ／Ｆを示した図である。すなわち、上流側ＮＯx触媒１１においては、図９の上側のグラフにおいて硫黄分離脱温度（または再生下限温度）以上の温度を確保するためには、燃焼Ａ／Ｆを１８以下にする必要がある。それに対して下流側ＮＯx触媒１２においては、温度の変動は小さくなるので、燃焼Ａ／Ｆ＝２５としても、硫黄分離脱温度（または再生下限温度）を確保することができる。
【０１０９】
このように、図９の下側の図から、ＳＯx被毒再生対象ＮＯx触媒が上流側ＮＯx触媒１１である場合、及び下流側ＮＯx触媒１２である場合について、それぞれ目標燃焼Ａ／Ｆ
を得ることができる。また、目標燃焼Ａ／Ｆの値が決まると、ＳＯx被毒再生のために必要な還元剤量の値との差分より、燃料添加弁１３から単位時間あたりに添加すべき目標還元剤添加量を得ることができる。
【０１１０】
なお、この説明においては、上流側ＮＯx触媒１１と下流側ＮＯx触媒１２との熱容量はほぼ同じという前提で説明しているが、これらの熱容量が異なる場合は、その点を考慮に入れて目標燃焼Ａ／Ｆを導出する必要がある。例えば、下流側ＮＯx触媒１２の熱容量が極端に小さい場合には、燃料添加弁１３から間欠的に供給される還元剤の、下流側ＮＯx触媒１２の温度の変化に対する影響が、必ずしも上流側ＮＯx触媒１１の温度の変化に対する影響が小さくならないからである。
【０１１１】
ここで、説明を図８に戻す。Ｓ３０４において、目標燃焼Ａ／Ｆ及び、目標還元剤添加量が導出されると、Ｓ３０５において燃焼Ａ／Ｆが目標燃焼Ａ／Ｆとなるべく制御され、Ｓ３０６に進み、燃料添加弁１３より、単位時間当たりに目標還元剤添加量に相当する還元剤を、間欠的に添加する。Ｓ３０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【０１１２】
以上、説明したように、本実施例においては、第１ＮＯxセンサ１４、第２ＮＯxセンサ１５及び、第３ＮＯxセンサ１６の出力から、上流側ＮＯx触媒１１及び下流側ＮＯx触媒１２に吸蔵されたＳＯxの量を検出し、そこから、ＳＯx被毒再生の対象となるＮＯx触媒を決定する。そして、ＳＯx被毒再生の対象となるＮＯx触媒について、その温度が硫黄分離脱温度（または再生限界温度）以上となることを確保できる最低の目標燃焼Ａ／Ｆを求め、実際の燃焼Ａ／Ｆが当該目標燃焼Ａ／Ｆとなるべく制御する。さらにＳＯx被毒再生可能な最低の量の還元剤を、燃料添加弁１３から添加する。
【０１１３】
従って、複数のＮＯx触媒を備える内燃機関の排気系において、ＳＯx被毒再生の対象となるＮＯx触媒の温度が硫黄分離脱温度（または再生限界温度）を下回ることを抑制し、ＳＯx被毒再生効率の低下を抑制することができる。それと同時に、無駄に低い燃焼Ａ／Ｆに制御することを抑制できるので、ＳＯx被毒再生における燃費の悪化及び、エミッションの悪化を抑制することができる。
【０１１４】
なお、上記で説明した実施例においては、ＳＯx被毒再生時には、ＮＯx触媒１０に対して還元剤としての燃料を供給する例について説明したが、還元剤として燃料以外の例えば尿素などを用いる排気浄化触媒に対して、上記実施例と同様の制御を適用してもよい。また、上記実施例においては、内燃機関１がディーゼル機関である場合について説明したが、内燃機関１がディーゼル機関以外、例えばガソリン機関である場合に、上記実施例と同様の制御を適用してもよい。さらに、上記実施例においては、還元剤は内燃機関１の排気管５に設けられた燃料添加弁１３から供給される例について説明したが、還元剤としての燃料がポスト噴射、ビゴム噴射などの副噴射によって供給される場合に対して上記実施例と同様の制御を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の実施例１における内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。
【図２】ＮＯx触媒における上流側端部をＳＯx被毒再生する場合と、ＮＯx触媒における下流側の部分をＳＯx被毒再生する場合とにおける、ＮＯx触媒に導入される排気の空燃比と、燃料添加弁にＥＣＵの指令によって送られる添加パルス、上流側端部における温度、下流側の部分における温度とを示したタイムチャートである。
【図３】本発明の実施例１におけるＳＯx被毒再生ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例１におけるＮＯx触媒でのＳＯx被毒再生場所の位置と、その位置で確保が可能な温度及び、目標燃焼Ａ／Ｆとを示すグラフである。
【図５】本発明の実施例１の別の態様におけるＮＯx触媒でのＳＯx被毒再生場所の位置と、その位置で確保が可能な温度、触媒最高温度及び、目標燃焼Ａ／Ｆとを示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２におけるＳＯx被毒再生ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例３におけるにおける内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の実施例３におけるＳＯx被毒再生ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施例３における、ＳＯx被毒再生の対象となるＮＯx触媒と、そのＮＯx触媒で確保が可能な温度及び、目標燃焼Ａ／Ｆとを示すグラフである
【符号の説明】
【０１１６】
１・・・内燃機関
５・・・排気管
１０・・・ＮＯx触媒
１１・・・上流側ＮＯx触媒
１２・・・下流側ＮＯx触媒
１３・・・燃料添加弁
１４・・・第１ＮＯxセンサ
１５・・・第２ＮＯxセンサ
１６・・・第３ＮＯxセンサ
２０・・・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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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