(57)【要約】【課題】ＮＯＸ触媒を溶損させることなく、ＮＯＸ触媒内の蓄積イオウ量を確実に減少させる。【解決手段】機関減速運転時に機関への燃料供給が停止される内燃機関の排気通路内に、ＮＯＸ触媒を配置する。機関減速運転時に、ＮＯＸ触媒内の蓄積ＳＯＸ量を減少させるために、ＮＯＸ触媒の温度を要求温度以上に維持しながら、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの平均空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチに切り替える蓄積ＳＯＸ量減少作用を行う。蓄積ＳＯＸ量減少作用中にＮＯＸ触媒の温度Ｔがその許容上限温度ＴＵを越え、このとき機関への燃料供給が停止されているときには、蓄積ＳＯＸ量減少作用を一時的に停止しつつ、スロットル開度ＤＴを最大開度ＤＴｍまで大きくする。また、ＥＧＲ制御弁開度ＤＥをゼロまで小さくする。【選択図】　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒を配置し、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために、ＮＯＸ触媒の温度を要求温度以上に維持しながら、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの平均空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチに切り替える蓄積イオウ量減少作用を行うようにした内燃機関の排気浄化装置において、機関減速運転時に機関回転数がしきい値よりも高いときには機関への燃料供給が停止されるようになっており、蓄積イオウ量減少作用を機関減速運転時に行うと共に、蓄積イオウ量減少作用を開始すべきときにＮＯＸ触媒の温度がその許容上限温度を越えておりかつこのとき機関への燃料供給が停止されるとき、又は蓄積イオウ量減少作用中にＮＯＸ触媒の温度がその許容上限温度を越えかつこのとき機関への燃料供給が停止されているときには、蓄積イオウ量減少作用を禁止し又は停止しつつスロットル開度を大きくする制御手段を具備した内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御手段によりスロットル開度が一旦大きくされた後、ＮＯＸ触媒の温度に基づいてスロットル開度を小さくするようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段によりスロットル開度が一旦大きくされた後、ＮＯＸ触媒の温度がその許容上限温度以下になったときには、スロットル開度を小さくすると共に、蓄積イオウ量減少作用を開始し又は再開するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＮＯＸ触媒が、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ上に担持されており、パティキュレートフィルタ上に堆積している微粒子を酸化除去するためにパティキュレートフィルタの温度が上昇されているときに、パティキュレートフィルタの温度がその許容上限温度よりも高くこのとき機関への燃料供給が停止されているときにはスロットル開度を一時的に大きくするようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒が配置され、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために、ＮＯＸ触媒の温度を要求温度以上に維持しながら、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの平均空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチに切り替える蓄積イオウ量減少作用を行うようにした内燃機関の排気浄化方法において、機関減速運転時に機関回転数がしきい値よりも高いときには機関への燃料供給が停止されるようになっており、蓄積イオウ量減少作用を機関減速運転時に行うと共に、蓄積イオウ量減少作用を開始すべきときにＮＯＸ触媒の温度がその許容上限温度を越えておりかつこのとき機関への燃料供給が停止されるとき、又は蓄積イオウ量減少作用中にＮＯＸ触媒の温度がその許容上限温度を越えかつこのとき機関への燃料供給が停止されているときには、蓄積イオウ量減少作用を禁止し又は停止しつつスロットル開度を大きくする内燃機関の排気浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒を配置し、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために、ＮＯＸ触媒の温度を要求温度以上に維持しながら、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの平均空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチに切り替える蓄積イオウ量減少作用を行うようにした内燃機関が知られている。
【０００３】
ところが、ＮＯＸ触媒内に多量の排気ガスが流入しているときに蓄積イオウ量減少作用を行うようにすると、この多量の排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えるのに多量の燃料が必要になる。
【０００４】
そこで、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの量が少ない例えば低負荷運転時に蓄積イオウ量減少作用を行うようにした内燃機関が公知である（特許第３２３７６０７号公報参照）。このようにすると蓄積イオウ量減少作用を完了するのに必要な燃料の量を低減することができる。なお、減速運転時やアイドル運転時もＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの量が少なくなっており、このときに蓄積イオウ量減少作用を行うこともできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの温度を上昇させることによって、ＮＯＸ触媒の温度を要求温度以上まで上昇させることができる。ところが、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの量が少なくなると排気ガスがＮＯＸ触媒内を一様に流れにくくなり、その結果ＮＯＸ触媒の一部分の温度が要求温度以上に維持されない恐れがある。即ち、ＮＯＸ触媒内の蓄積イオウ量を一様に減少させることができない恐れがある。
【０００６】
ＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの温度をかなり高くすれば、要求温度以上に維持されないＮＯＸ触媒部分はほとんど存在しなくなると考えられる。しかしながら、今度は、ＮＯＸ触媒の別の部分の温度が溶損しうる温度を越える恐れがある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、ＮＯＸ触媒を溶損させることなく、ＮＯＸ触媒内の蓄積イオウ量を確実に減少させることができる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒を配置し、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために、ＮＯＸ触媒の温度を要求温度以上に維持しながら、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの平均空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチに切り替える蓄積イオウ量減少作用を行うようにした内燃機関の排気浄化装置において、機関減速運転時に機関回転数がしきい値よりも高いときには機関への燃料供給が停止されるようになっており、蓄積イオウ量減少作用を機関減速運転時に行うと共に、蓄積イオウ量減少作用を開始すべきときにＮＯＸ触媒の温度がその許容上限温度を越えておりかつこのとき機関への燃料供給が停止されるとき、又は蓄積イオウ量減少作用中にＮＯＸ触媒の温度がその許容上限温度を越えかつこのとき機関への燃料供給が停止されているときには、蓄積イオウ量減少作用を禁止し又は停止しつつスロットル開度を大きくする制御手段を具備している。
【０００９】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記制御手段によりスロットル開度が一旦大きくされた後、ＮＯＸ触媒の温度に基づいてスロットル開度を小さくするようにしている。
【００１０】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、前記制御手段によりスロットル開度が一旦大きくされた後、ＮＯＸ触媒の温度がその許容上限温度以下になったときには、スロットル開度を小さくすると共に、蓄積イオウ量減少作用を開始し又は再開するようにしている。
【００１１】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、前記ＮＯＸ触媒が、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ上に担持されており、パティキュレートフィルタ上に堆積している微粒子を酸化除去するためにパティキュレートフィルタの温度が上昇されているときに、パティキュレートフィルタの温度がその許容上限温度よりも高くこのとき機関への燃料供給が停止されているときにはスロットル開度を一時的に大きくするようにしている。
【００１２】
また、前記課題を解決するために５番目の発明によれば、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒が配置され、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために、ＮＯＸ触媒の温度を要求温度以上に維持しながら、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの平均空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチに切り替える蓄積イオウ量減少作用を行うようにした内燃機関の排気浄化方法において、機関減速運転時に機関回転数がしきい値よりも高いときには機関への燃料供給が停止されるようになっており、蓄積イオウ量減少作用を機関減速運転時に行うと共に、蓄積イオウ量減少作用を開始すべきときにＮＯＸ触媒の温度がその許容上限温度を越えておりかつこのとき機関への燃料供給が停止されるとき、又は蓄積イオウ量減少作用中にＮＯＸ触媒の温度がその許容上限温度を越えかつこのとき機関への燃料供給が停止されているときには、蓄積イオウ量減少作用を禁止し又は停止しつつスロットル開度を大きくしている。
【００１３】
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯのような還元剤との比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１５】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。本発明による実施例では、スロットル開度ＤＴはほぼ全ての運転領域において最大開度ＤＴｍに維持され、要求負荷Ｌがかなり小さくなると最大開度ＤＴｍよりも小さくされ、要求負荷Ｌがゼロになると小さなアイドル開度ＤＴｉにされる。
【００１６】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２０ａを介して触媒コンバータ２２に接続される。触媒コンバータ２２内には、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ２２ａが収容され、パティキュレートフィルタ２２ａ上には後述するようにＮＯＸ触媒２４が担持されている。また、触媒コンバータ２２は排気管２０ｂに接続される。
【００１７】
更に図１を参照すると、排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。本発明による実施例では、ＥＧＲ制御弁開度ＤＥは機関運転状態例えば要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎに応じて定められる。
【００１８】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００１９】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。排気管２０ｂにはＮＯＸ触媒２３から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ４８が取り付けられ、温度センサ４８の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。ここで、ＮＯＸ触媒２３から流出した排気ガスの温度はＮＯＸ触媒２３の温度を表しており、アクセルペダル５０の踏み込み量は要求負荷を表している。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。ＣＰＵ４４ではこの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。
【００２０】
一方、出力ポート４６は対応する駆動回路５３を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、及び燃料ポンプ２８にそれぞれ接続される。
【００２１】
図１に示される内燃機関では、機関減速運転時に機関への燃料供給が一時的に停止される。このことを図２に示される燃料供給制御ルーチンを参照しながら簡単に説明する。
【００２２】
図２を参照すると、まずステップ１００では機関への燃料供給が停止されていることを表すフラグＸＦＣがセットされている（ＸＦＣ＝１）か否かが判別される。フラグＸＦＣは通常リセットされている（ＸＦＣ＝０）ので次いでステップ１０１に進み、要求負荷Ｌがゼロであるか否か、即ち機関減速運転時であるか否かが判別される。Ｌ＞０のときには処理サイクルを終了し、機関への燃料供給を継続する。これに対し、Ｌ＝０のときには次いでステップ１０２に進み、機関回転数Ｎが第１のしきい値Ｎ１よりも高いか否かが判別される。Ｎ≦Ｎ１のときには処理サイクルを終了し、機関への燃料供給を継続する。これに対し、Ｎ＞Ｎ１のときには次いでステップ１０３に進み、機関への燃料供給が停止される。次いでステップ１０４に進み、フラグＸＦＣがセットされる（ＸＦＣ＝１）。
【００２３】
フラグＸＦＣがセットされたときにはステップ１００からステップ１０５に進み、要求負荷Ｌがゼロよりも大きいか又は機関回転数Ｎが第２のしきい値Ｎ２（＜Ｎ１）よりも低いか否か、即ち機関減速運転時でなくなったか又は機関回転数Ｎがかなり低くなったか否かが判別される。Ｌ＝０かつＮ≧Ｎ２のときには処理サイクルを終了し、機関への燃料供給を継続して停止する。これに対し、Ｌ＞０又はＮ＜Ｎ２のときには次いでステップ１０６に進み、機関への燃料供給が再開される。続くステップ１０７ではフラグＸＦＣがリセットされる（ＸＦＣ＝０）。
【００２４】
一方、パティキュレートフィルタ２２ａの隔壁の両側面及び細孔内壁面上にはＮＯＸ触媒２３がそれぞれ担持されている。このＮＯＸ触媒２３は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウム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、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。
【００２５】
ＮＯＸ触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【００２６】
ＮＯＸ触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００２７】
即ち、ＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ２がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（ＮＯ＋Ｏ２→ＮＯ２＋Ｏ＊、ここでＯ＊は活性酸素）。次いで生成されたＮＯ２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯＸ触媒内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硝酸イオンＮＯ３−の形でＮＯＸ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯＸがＮＯＸ触媒内に蓄えられる。
【００２８】
これに対し、ＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ＋２Ｏ＊）に進み、斯くしてＮＯＸ触媒内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯの形でＮＯＸ触媒から放出される。この放出されたＮＯＸは排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯＸが存在しなくなるとＮＯＸ触媒から次から次へとＮＯＸが放出されて還元され、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸの量が次第に減少する。
【００２９】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯＸを蓄え、ＮＯＸを放出することなくＮＯＸを還元することも可能である。また、活性酸素Ｏ＊に着目すれば、ＮＯＸ触媒はＮＯＸの蓄積及び放出に伴って活性酸素Ｏ＊を生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。
【００３０】
図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、従ってＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されている。その結果、排気ガス中のＮＯＸはＮＯＸ触媒２３内に蓄えられる。
【００３１】
時間の経過と共にＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＮＯＸ量は次第に増大する。そこで本発明による実施例では、例えばＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＮＯＸ量が許容量を越えたときにはＮＯＸ触媒２３内に蓄えられているＮＯＸを還元しＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＮＯＸ量を減少させるためにＮＯＸ触媒２３に還元剤を一時的に供給するようにしている。この場合、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。
【００３２】
ところで、排気ガス中にはイオウ分がＳＯＸの形で含まれており、ＮＯＸ触媒２３内にはＮＯＸばかりでなくＳＯＸも蓄えられる。このＳＯＸのＮＯＸ触媒２３内への蓄積メカニズムはＮＯＸの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、ＮＯＸ触媒２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素Ｏ２がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気ガス中のＳＯ２は白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＳＯ３となる。次いで生成されたＳＯ３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯＸ触媒２３内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ４−の形でＮＯＸ触媒２３内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ４−は次いでバリウムイオンＢａ＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ４を生成する。
【００３３】
この硫酸塩ＢａＳＯ４は分解しにくく、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもＮＯＸ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ４の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯＸ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ４の量が増大し、その結果ＮＯＸ触媒２３が蓄えうるＮＯＸの量が減少することになる。
【００３４】
ところが、ＮＯＸ触媒２３の温度を例えば６００℃以上に維持しつつＮＯＸ触媒２３に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチにすると、ＮＯＸ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ４が分解してＳＯ３の形でＮＯＸ触媒２３から放出される。この放出されたＳＯ３は排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応してＳＯ２に還元せしめられる。このようにしてＮＯＸ触媒２３内に硫酸塩ＢａＳＯ４の形で蓄えられているＳＯＸの量が次第に減少し、このときＮＯＸ触媒２３からＳＯＸがＳＯ３の形で流出することがない。
【００３５】
そこで本発明による実施例では、例えばＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えたときには、ＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＳＯＸ量を減少させるために、ＮＯＸ触媒２３の温度を要求温度ＴＳ例えば６００℃以上に維持する昇温制御を行いつつ、ＮＯＸ触媒２３に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチに維持する蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うようにしている。なお、本発明による実施例では、燃料噴射弁６から供給された燃料の積算値が求められ、この積算値が予め定められたしきい値を越えたときにＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えたと判断される。
【００３６】
ＮＯＸ触媒の温度を要求温度ＴＳ以上まで上昇させ要求温度ＴＳ以上に維持する昇温制御を実行するためには様々な方法がある。例えばＮＯＸ触媒２３の上流端に電気ヒータを配置して電気ヒータによりＮＯＸ触媒２３又はＮＯＸ触媒２３に流入する排気ガスを加熱する方法や、ＮＯＸ触媒２３上流の排気通路内に燃料を二次的に噴射してこの燃料を燃焼させることによりＮＯＸ触媒２３を加熱する方法や、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させてＮＯＸ触媒２３の温度を上昇させる方法がある。
【００３７】
ここで、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させる方法にも様々な方法がある。その方法の一つは燃料噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる方法である。即ち、通常主燃料Ｑｍは図３において（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図３の（ＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍの噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇する。なお、上述した機関への燃料供給というのはこの主燃料Ｑｍの供給のことである。
【００３８】
また、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるために図３の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍに加え、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射することもできる。このように補助燃料Ｑｖを追加的に噴射すると補助燃料Ｑｖ分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇する。この場合、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑｖからアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑｍの反応が加速される。従ってこの場合には図３の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせることができるので内燃機関から排出される排気ガスの温度はかなり高くなる。
【００３９】
更に、図３の（ＩＶ）に示されるように主燃料Ｑｍに加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑｐを噴射することもできる。即ち、補助燃料Ｑｐが燃焼室又は排気通路内で燃焼するために内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇する。
【００４０】
本発明による実施例では、図３の（ＩＩＩ）に示されるように吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射し、それにより昇温制御を実行するようにしている。
【００４１】
一方、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えるために、燃焼室５から排出される排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えることもできるし、又はＮＯＸ触媒２３上流の排気通路内に追加の燃料ないし還元剤を二次的に噴射することもできる。ここで、燃焼室５から排出される排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えるために、燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の平均空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えることもできるし、又は図３の（Ｖ）に示されるように主燃料Ｑｍに加え、膨張行程中又は排気行程中に追加の燃料Ｑｒを噴射することもできる。
【００４２】
本発明による実施例では、燃料噴射弁６から膨張行程又は排気行程に追加の燃料Ｑｒを噴射し、それによりＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比がわずかばかりリッチに維持されるようにしている。
【００４３】
次に、図４を参照して本発明による実施例の基本的な蓄積ＳＯＸ量減少作用について説明する。
【００４４】
図４の矢印Ｘは蓄積ＳＯＸ量減少作用を行うべきであると判断されたときを表しており、このときまず昇温制御が実行される。その結果、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが上昇され、要求温度ＴＳ以上に維持される。また、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥがわずかに小さくなる。
【００４５】
次いで、矢印Ｙで示されるように要求負荷Ｌがゼロになると即ち機関減速運転になると、スロットル開度ＤＴがアイドル開度ＤＴｉにされる。一方、図４に示される例ではこのとき機関回転数Ｎが第１のしきい値Ｎ１よりも高いので、機関への燃料供給が停止される。更に、このときＥＧＲ制御弁開度ＤＥが最大開度ＤＥｍにされる。なお、機関への燃料供給が停止されるときには、スロットル開度ＤＴをアイドル開度ＤＴｉよりも小さな開度にすることもできる。
【００４６】
このような状態で、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥがわずかばかりリッチに切り替えられる。その結果、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが要求温度ＴＳ以上に維持されながら、排気ガスの空燃比ＡＦＥがわずかばかりリッチに切り替えられることになり、従って蓄積ＳＯＸ量減少作用が実質的に開始される。この場合、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの量が少なくなっており、従って追加の燃料Ｑｒ（図３）を低減することができる。また、ＥＧＲ制御弁開度ＤＥが最大開度ＤＥｍにされているので機関に吸入される新規の量が低減され、従って機関への燃料供給が停止されているときにＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが低下するのが抑制される。
【００４７】
機関への燃料供給が停止されている間は、昇温制御が停止される。このようにしても追加の燃料ＱｒがＮＯＸ触媒２３内で燃焼するので、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔは要求温度ＴＳ以上に維持される。
【００４８】
次いで、矢印Ｚで示されるように機関回転数Ｎが第２のしきい値Ｎ２よりも低くなると、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥがわずかばかりリッチに維持されながら、機関への燃料供給が再開され、機関回転数Ｎがアイドル回転数Ｎｉに維持される。また、このとき昇温制御が再開され、燃焼が不安定になるのを阻止するためにＥＧＲ制御弁開度ＤＥがアイドル開度ＤＥｉにされる。
【００４９】
次いで、矢印Ｗで示されるように、蓄積ＳＯＸ量減少作用が行われている時間の積算値ｔＳが予め定められた設定値になると、蓄積ＳＯＸ量減少作用が完了せしめられる。即ち、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥがリーンに戻され、昇温制御が停止される。この設定値はＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＳＯＸ量をほぼゼロにするのに必要な時間である。次いで、矢印Ｖで示されるように要求負荷Ｌが高くなると、スロットル開度ＤＴが最大開度ＤＴｍにされ、ＥＧＲ制御弁開度ＤＥが機関運転状態に応じて制御される。
【００５０】
これに対し、時間積算値ｔＳが上述した設定値になる前に、要求負荷Ｌがゼロよりも大きくなり即ち加速運転が開始されると、蓄積ＳＯＸ量減少作用が中断せしめられる。即ち、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥがリーンに戻され、昇温制御が停止される。次いで、再び機関減速運転が行われると蓄積ＳＯＸ量減少作用が再開される。
【００５１】
さて、冒頭で述べたように、蓄積ＳＯＸ量減少作用が行われているときにＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが、溶損が生じうる温度を越える恐れがある。そこで本発明による実施例では、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが、溶損が生じうる温度よりも低く設定された許容上限温度ＴＵ、例えば７００℃を越えたときに、機関への燃料供給が停止されているときには、スロットル開度ＤＴを一時的に大きくするようにしている。このことを図５を参照しながら説明する。
【００５２】
図５において、矢印Ｙは上述したように要求負荷Ｌがゼロになったときを示している。このとき、機関への燃料供給が停止され、昇温制御が停止され、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥがわずかばかりリッチに切り替えられる。また、スロットル開度ＤＴがアイドル開度ＤＴｉにされ、ＥＧＲ制御弁開度ＤＥが最大開度ＤＥｍにされる。
【００５３】
次いで、矢印Ｊで示されるようにＮＯＸ触媒２３の温度Ｔがその許容上限温度ＴＵを越えると、スロットル開度ＤＴがアイドル開度ＤＴｉよりも大きな開度、例えば最大開度ＤＴｍまで大きくされ、ＥＧＲ制御弁開度ＤＥが最大開度ＤＥｍよりも小さな開度、例えばゼロまで小さくされる。このようにすると、低温の空気がＮＯＸ触媒２３内に大量に流入することになり、斯くしてＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが急激に低下せしめられる。この場合、機関への燃料供給が停止されているので、スロットル開度ＤＴを変更したとしても、燃焼に影響を与えることがない。
【００５４】
また、このとき追加の燃料Ｑｒの供給が停止され、即ちＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥがリッチでなくなる。従って、蓄積ＳＯＸ量減少作用が一時的に停止されることになる。
【００５５】
図５に示される例では、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが許容上限温度ＴＵよりも高い限り、スロットル開度ＤＴが最大開度ＤＴｍに維持され、ＥＧＲ制御弁開度ＤＥがゼロに維持される。次いで、矢印Ｋで示されるようにＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが許容上限温度ＴＵ以下になると、追加の燃料Ｑｒの供給が再開され、即ちＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥがわずかばかりリッチに戻される。従って、蓄積ＳＯＸ量減少作用が再開される。
【００５６】
また、Ｔ≦ＴＵになるとスロットル開度ＤＴがアイドル開度ＤＴｉに向けて徐々に小さくされる。具体的には、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが要求温度ＴＳよりも低くならないように、例えばＮＯＸ触媒２３の温度Ｔ又は温度Ｔの変化率に基づいてスロットル開度ＤＴが制御される。一方、ＥＧＲ制御弁開度ＤＥは最大開度ＤＥｍに戻される。従って、スロットル開度ＤＴが最大開度ＤＴｍまで大きくされ、ＥＧＲ制御弁開度ＤＥがゼロまで小さくされた後には、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔに基づいてスロットル開度ＤＴ及びＥＧＲ制御弁開度ＤＥが制御されるということになる。
【００５７】
なお、蓄積ＳＯＸ量減少作用を開始すべきときに、すでに許容上限温度ＴＵを越えている恐れもある。この場合には、機関への燃料供給が停止されると直ちにスロットル開度ＤＴが最大開度ＤＴｍにされ、ＥＧＲ制御弁開度ＤＥがゼロにされる。また、このとき、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥはリッチに切り替えられず、即ち蓄積ＳＯＸ量減少作用が開始されない。
【００５８】
図６から図８は上述した蓄積ＳＯＸ量減少作用を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００５９】
図６から図８を参照すると、まずステップ１２０では蓄積ＳＯＸ量減少作用を実行すべきか否かが判別される。本発明による実施例では、ＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＳＯＸ量ＱＳが許容量ＱＳＵを越えたときに蓄積ＳＯＸ量減少作用を実行すべきであると判断され、次いで蓄積ＳＯＸ量が下限量例えばゼロになると蓄積ＳＯＸ量減少作用を実行すべきでないと判断される。蓄積ＳＯＸ量減少作用を実行すべきでないときには次いでステップ１２１に進み、昇温制御が停止される。即ち補助燃料Ｑｖが噴射されない。続くステップ１２２では、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンにされる。即ち追加燃料Ｑｒが噴射されない。続くステップ１２３ではスロットル開度ＤＴ及びＥＧＲ制御弁開度ＤＥが通常制御される。続くステップ１２４では後述するフラグＸＴがリセットされる（ＸＴ＝０）。
【００６０】
一方、ステップ１２０で蓄積ＳＯＸ量減少作用を実行すべきときには次いでステップ１２５に進み、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが要求温度ＴＳ以上か否かが判別される。Ｔ＜ＴＳのときには次いでステップ１２６に進み、昇温制御が行われる。即ち補助燃料Ｑｖが噴射される。次いで上述したステップ１２２からステップ１２４までに進む。
【００６１】
Ｔ≧ＴＳになるとステップ１２５からステップ１２７に進み、要求負荷Ｌがゼロであるか否か、即ち機関減速運転時であるか否かが判別される。Ｌ＞０のときには次いでステップ１２６に進んだ後にステップ１２２からステップ１２４までに進む。
【００６２】
Ｌ＝０になるとステップ１２７からステップ１２８に進み、図２を参照して説明したフラグＸＦＣがセットされている（ＸＦＣ＝１）か否かが判別される。フラグＸＦＣがリセットされている（ＸＦＣ＝０）とき、即ち機関への燃料供給が停止されていないときには次いでステップ１２９に進み、昇温制御が行われる。続くステップ１３０ではＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥがわずかばかりリッチに切り替えられる。即ち追加燃料Ｑｒが噴射される。続くステップ１３１では、スロットル開度ＤＴ及びＥＧＲ制御弁開度ＤＥがそれぞれのアイドル開度ＤＴｉ，ＤＥｉにされる。続くステップ１３２ではフラグＸＴがリセットされる（ＸＴ＝０）。
【００６３】
これに対し、フラグＸＦＣがセットされている（ＸＦＣ＝１）とき、即ち機関への燃料供給が停止されているときにはステップ１２８からステップ１３３に進み、昇温制御が停止される。続くステップ１３４ではＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが許容上限温度ＴＵよりも高いか否かが判別される。Ｔ＞ＴＵのときにはステップ１３５に進み、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガス平均空燃比ＡＦＥがリーンにされる。続くステップ１３６ではスロットル開度ＤＴが最大開度ＤＴｍにされ、ＥＧＲ制御弁開度ＤＥがゼロにされる。続くステップ１３７ではフラグＸＴがセットされる（ＸＴ＝１）。
【００６４】
これに対し、Ｔ≦ＴＵのときにはステップ１３４からステップ１３８に進み、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガス平均空燃比ＡＦＥがわずかばかりリッチにされる。続くステップ１３９ではフラグＸＴがセットされている（ＸＴ＝１）か否かが判別される。フラグＸＴがセットされている（ＸＴ＝１）ときには次いでステップ１４０に進み、スロットル開度ＤＴ及びＥＧＲ制御弁開度ＤＥがＮＯＸ触媒２３の温度Ｔに応じた開度にされる。続くステップ１４１ではスロットル開度ＤＴがアイドル開度ＤＴｉまで戻されたか否かが判別される。ＤＴ＞ＤＴｉのときには処理サイクルを終了し、ＤＴ＝ＤＴｉのときには次いでステップ１４２に進み、フラグＸＴがリセットされる（ＸＴ＝０）。このようにフラグＸＴはＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが許容上限温度ＴＵを越えるとセットされ、次いでスロットル開度ＤＴがアイドル開度ＤＴｉまで戻されるとリセットされる。言い換えると、フラグＸＴはスロットル開度ＤＴ及びＥＧＲ制御弁開度ＤＥをＮＯＸ触媒２３の温度Ｔに応じて制御すべきときにセットされる。
【００６５】
一方、フラグＸＴがリセットされているとき（ＸＴ＝０）にはステップ１３９からステップ１４３に進み、スロットル開度ＤＴがアイドル開度ＤＴｉにされ、ＥＧＲ制御弁開度ＤＥが最大開度ＤＥｍにされる。
【００６６】
ところで、排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ２２ａ上に捕集される。図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、また、ＮＯＸ触媒２３は酸化能を有しているので、パティキュレートフィルタ２２ａの温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃以上に維持されていれば、パティキュレートフィルタ２２ａ上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【００６７】
ところが、パティキュレートフィルタ２２ａの温度が微粒子を酸化しうる温度に維持されなくなるか又は単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２２ａ内に流入する微粒子の量がかなり多くなると、パティキュレートフィルタ２２ａ上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、パティキュレートフィルタ２２ａの圧損が増大する。そこで本発明による実施例では、例えばパティキュレートフィルタ２２ａ上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたときには、パティキュレートフィルタ２２ａに流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ２２ａの温度を微粒子酸化要求温度例えば６００℃以上まで上昇し次いで微粒子酸化要求温度以上に維持するようにしている。この微粒子酸化制御が行われるとパティキュレートフィルタ２２ａ上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。
【００６８】
本発明による実施例では、このような微粒子酸化制御が行われているときに、ＮＯＸ触媒２３ないしパティキュレートフィルタ２２ａの温度Ｔが許容上限温度ＴＵを越え、このとき機関への燃料供給が停止されているときにも、スロットル開度ＤＴが例えば最大開度ＤＴｍまで一時的に大きくされ、ＥＧＲ制御弁開度ＤＥがゼロまで一時的に小さくされる。従って、微粒子酸化制御が行われているときにもＮＯＸ触媒２３ないしパティキュレートフィルタ２２ａが溶損するのを阻止することができる。
【００６９】
【発明の効果】
ＮＯＸ触媒を溶損させることなく、ＮＯＸ触媒内の蓄積イオウ量を確実に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】燃料供給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】補助燃料及び追加燃料を説明するための図である。
【図４】本発明による実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図５】本発明による実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図６】蓄積ＳＯＸ量減少制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】蓄積ＳＯＸ量減少制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】蓄積ＳＯＸ量減少制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
１７…スロットル弁
２０ａ…排気管
２２ａ…パティキュレートフィルタ
２３…ＮＯＸ触媒
２５…ＥＧＲ制御弁
４８…温度センサ
【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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