(57)【要約】【課題】  本発明は、２つのＮＯｘ触媒を排気通路に直列に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒に吸蔵された酸化物をより好適に還元することが可能な技術を提供することを課題とする。【解決手段】  上流側ＮＯｘ触媒または下流側ＮＯｘに吸蔵された酸化物を還元する場合、それぞれのＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気と酸化雰囲気とに交互に変化させる排気浄化システムであって、下流側ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときは、上流側ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、上流側ＮＯｘ触媒より上流側の排気空燃比をより低下させ、且つ、下流側ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、上流側ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも、その酸化雰囲気とする期間を長くする。【選択図】  図３
2005098177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
該第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流側の前記排気通路に設けられた第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒または前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された酸化物を還元するときに、前記第1の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側に還元剤を間欠的に供給することによって、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側で排気空燃比を変更することで、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち酸化物を還元する方の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を、酸化雰囲気と還元雰囲気とに交互に変化させる空燃比変更手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記空燃比変更手段は、前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときは、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気空燃比をより低下させ、且つ、前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも、その酸化雰囲気とする期間を長くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記還元剤は燃料であって、
前記空燃比変更手段は、前記第1の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側に燃料を供給するときは、該燃料を複数回噴射するものであって、
さらに、前記空燃比変更手段は、前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときには、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときと比べて、同量の燃料を、噴射回数を減らし且つ一回当たりの噴射量を増加させて、前記第1の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側に燃料を供給することで、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気空燃比をより低下させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも低温で活性化する特性を有することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
排気通路に設けられた第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
該第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流側の前記排気通路に設けられ、且つ、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とは活性温度の異なる第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および／または前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するときに、前記第1の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側に還元剤を間欠的に供給することによって、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側で排気空燃比を変更することで、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうちＮＯｘを還元する方の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を、酸化雰囲気と還元雰囲気とに交互に変化させる空燃比変更手段と、を備え、
前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および／または前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する場合は、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度に応じて、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるか、または、前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるか、または、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるか、のいずれかとする内燃機関の排気浄化システムであって、
前記空燃比変更手段は、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型
ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときは、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気空燃比をより低下させ、且つ、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも、その酸化雰囲気とする期間を長くし、
さらに、前記空燃比変更手段は、前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときは、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気空燃比をより低下させ、且つ、前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも、その酸化雰囲気とする期間を長くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と称する）を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘやＳＯｘ（以下、酸化物と称する）を還元して、ＮＯｘ触媒の排気浄化能力を回復させる必要がある。そこで、このような内燃機関では、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気と還元雰囲気とに交互に変化させることで、ＮＯｘ触媒に吸蔵された酸化物を還元させるＮＯｘ還元制御やＳＯｘ還元制御が行われている。
【０００３】
このようなＮＯｘ還元制御としては、２つのＮＯｘ触媒を排気通路に直列に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、下流側ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する場合、上流側ＮＯｘ触媒より上流側から間欠的に供給される還元剤を増量し、さらに、上流側ＮＯｘ触媒と下流側ＮＯｘ触媒との間に設けられた二次空気供給装置から二次空気を供給する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。尚、ＳＯｘ還元制御としても、このＮＯｘ還元制御と同様、還元剤の供給量を増量し、さらに二次空気を供給する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開６−２００７４１号公報
【特許文献２】特開２０００−８７７３２号公報
【特許文献３】特開２０００−２７４２３２号公報
【特許文献４】特開２００１−２０７８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２つのＮＯｘ触媒を排気通路に直列に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化を効果的に行うためには、上流側ＮＯｘ触媒と下流側ＮＯｘ触媒との両方のＮＯｘ触媒から、吸蔵された酸化物を還元する必要がある。
【０００５】
そこで、本発明は、２つのＮＯｘ触媒を排気通路に直列に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒に吸蔵された酸化物をより好適に還元することが可能な技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
即ち、本発明は、２つのＮＯｘ触媒を排気通路に直列に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、上流側ＮＯｘ触媒または下流側ＮＯｘに吸蔵された酸化物を還元する場合、それぞれのＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気と酸化雰囲気とに交互に変化させるものであって、下流側ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときは、上流側ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、上流側ＮＯｘ触媒より上流側の排気空燃比をより低下させ、且つ、下流側ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、上流側ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも、その酸化雰囲気とする期間を長くするものである。
【０００７】
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
排気通路に設けられた第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
該第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流側の前記排気通路に設けられた第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒または前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された酸化物を還元するときに、前記第1の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側に還元剤を間欠的に供給することによって、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側で排気空燃比を変更することで、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち酸化物を還元する方の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を、酸化雰囲気と還元雰囲気とに交互に変化させる空燃比変更手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記空燃比変更手段は、前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときは、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気空燃比をより低下させ、且つ、前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも、その酸化雰囲気とする期間を長くすることを特徴とする。
【０００８】
ここで、排気空燃比とは排気の空燃比のことであって、還元剤が燃料以外の場合は、該還元剤の質量を燃料の質量に等価的に換算することによって求められる値である。
【０００９】
本発明においては、第1のＮＯｘ触媒より上流側に還元剤が供給されると、第１のＮＯｘ触媒より上流側の排気空燃比（以下、上流側排気空燃比と称する）が低下し、第１のＮＯｘ触媒には、還元成分を含んだ、空燃比の低い排気が流入する。そのため、第１のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気は還元雰囲気となる。一方、第1のＮＯｘ触媒より上流側での還元剤の供給が休止されると、上流側排気空燃比が上昇し、第１のＮＯｘ触媒には、空燃比の高い排気が流入する。そのため、第１のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気は酸化雰囲気となる。従って、第１のＮＯｘ触媒より上流側に還元剤を間欠的に供給して、上流側排気空燃比を変更することで、第１のＮＯｘ触媒に吸蔵された酸化物を還元することが出来る。
【００１０】
また、第１のＮＯｘ触媒より上流側に還元剤を間欠的に供給して、上流側排気空燃比を変更することによって、第１のＮＯｘ触媒より下流の排気空燃比、即ち、第２のＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比も、第１のＮＯｘ触媒に流入する排気と同様に変化させることが出来る。そのため、第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気または酸化雰囲気とすることが出来る。
【００１１】
しかしながら、還元剤は第１のＮＯｘ触媒より上流側に供給されるため、その還元成分の少なくとも一部は、第１のＮＯｘ触媒での酸化物の還元に使用され、第２のＮＯｘ触媒に流入する排気においては、その量が減少することになる。そのため、第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気としようとした場合に、上流側排気空燃比を、第１のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときと同じ空燃比とすると、還元成分が不足する虞がある。
【００１２】
また、還元成分による第１のＮＯｘ触媒での酸化物の還元には、その還元成分の酸化等のために排気中の酸素も使用されるため、第２のＮＯｘ触媒に流入する排気中の酸素量も減少する。そのため、第２のＮＯｘ触媒に還元剤が到達したとしても、酸素が不足し、還元成分がそのまま排出されて白煙が発生したり、吸蔵された酸化物がＳＯｘの場合は、Ｈ２Ｓが発生したりする虞がある。
【００１３】
そこで、本発明では、第２のＮＯｘ触媒に吸蔵された酸化物を還元する場合に該第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときは、第１のＮＯｘ触媒に吸蔵された酸化物を還元する場合に該第１のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、上
流側排気空燃比をより低下させる。上流側排気空燃比を低下させることによって、排気中の還元成分の量が増加するため、第１のＮＯｘ触媒を通過し第２のＮＯｘ触媒に到達する還元成分の量も増加させることが出来る。
【００１４】
さらに、第２のＮＯｘ触媒に吸蔵された酸化物を還元する場合に該第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、第１のＮＯｘ触媒に吸蔵された酸化物を還元する場合に該第１のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも、その酸化雰囲気とする期間を長くする。酸化雰囲気とする期間を長くすることで、第１のＮＯｘ触媒を通過して第２のＮＯｘ触媒に到達する酸素の量を増加させることが出来る。尚、このとき、第1のＮＯｘ触媒より上流側での還元剤の供給を休止する期間を長くすることで、酸化雰囲気とする期間を長くする。
【００１５】
本発明によれば、第２のＮＯｘ触媒に吸蔵された酸化物を還元するために必要となる量の還元成分や酸素を、該第２のＮＯｘ触媒に供給することが可能となる。また、従来あるような二次空気供給装置を設けることなく、第２のＮＯｘ触媒に十分な量の酸素を供給することが出来る。そのため、白煙やＨ２Ｓの発生を抑制することが可能となる。従って、第１のＮＯｘ触媒および第２のＮＯｘ触媒に吸蔵された酸化物をより好適に還元することが出来る。
【００１６】
本発明において、還元剤は燃料であっても良い。このとき、空燃比制御手段は、内燃機関における副燃料噴射や、第１のＮＯｘ触媒より上流側の排気通路における燃料添加、等によって、燃焼室または排気通路に燃料を複数回噴射することで、第1のＮＯｘ触媒より上流側に燃料を供給する。さらに、本発明においては、第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときは、第１のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときと比べて、同量の燃料を、噴射回数を減らし且つ一回当たりの噴射量を増加させることで、第１のＮＯｘ触媒より上流側の排気空燃比をより低下させても良い。
【００１７】
これは、燃焼室または排気通路に燃料を複数回噴射することで、排気空燃比を低下させる場合、供給する燃料の総量が同じであっても、噴射回数が多く且つ一回当たりの噴射量が少ないときよりも、噴射回数が少なく且つ一回当たりの噴射量が多いときの方が、より排気空燃比が低下するためである。
【００１８】
本発明によれば、第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときに、燃焼室または排気通路への燃料噴射を上述したように制御することによって、より少ない燃料供給量で効率的に上流側排気空燃比を低下させることが出来る。その結果、燃費悪化を抑制することが出来る。
【００１９】
本発明においては、第２のＮＯｘ触媒は、第１のＮＯｘ触媒より低温で活性化する特性を有することが好ましい。
【００２０】
ＮＯｘ触媒においては、より低温で活性化するものの方が、より少ない量の還元剤で、また、より早期に、吸蔵された酸化物を還元することが出来る。
【００２１】
従って、上記のような構成によれば、第２のＮＯｘ触媒を通過してそのまま排出される還元成分をより少なくすることが出来るため、白煙の発生をより抑制することが出来る。また、還元剤が燃料である場合は、燃費の悪化をより抑制することが可能となる。
【００２２】
尚、本発明において、還元剤は燃料に限られるものではなく、例えば、燃料タンクとは別に設けられたタンクに貯留されている灯油等であっても良い。
【００２３】
本発明においては、以下の手段を採用しても良い。
即ち、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
排気通路に設けられた第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
該第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流側の前記排気通路に設けられ、且つ、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とは活性温度の異なる第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および／または前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するときに、前記第1の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側に還元剤を間欠的に供給することによって、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側で排気空燃比を変更することで、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうちＮＯｘを還元する方の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を、酸化雰囲気と還元雰囲気とに交互に変化させる空燃比変更手段と、を備え、
前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および／または前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する場合は、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度に応じて、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるか、または、前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるか、または、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるか、のいずれかとする内燃機関の排気浄化システムであって、
前記空燃比変更手段は、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときは、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気空燃比をより低下させ、且つ、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも、その酸化雰囲気とする期間を長くし、
さらに、前記空燃比変更手段は、前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときは、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気空燃比をより低下させ、且つ、前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、前記第１の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記第２の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも、その酸化雰囲気とする期間を長くすることを特徴とする。
【００２４】
本発明においては、第１のＮＯｘ触媒と第２のＮＯｘ触媒とでは、活性化する温度が異なっている。そこで、本発明では、第１のＮＯｘ触媒および／または第２のＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する場合、それぞれのＮＯｘ触媒の温度に応じて、どのＮＯｘ触媒が活性化しているかを判断し、吸蔵されたＮＯｘを活性化した状態にあるＮＯｘ触媒から還元させる。このとき、第１のＮＯｘ触媒と第２のＮＯｘ触媒との両方が活性化している場合は、吸蔵されたＮＯｘを両方のＮＯｘ触媒から還元させる。
【００２５】
また、本発明においては、前記と同様、第１のＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するときは、該第１のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を、酸化雰囲気と還元雰囲気とに交互に変化させ、また、第２のＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するときは、該第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を、酸化雰囲気と還元雰囲気とに交互に変化させる。そして、第１のＮＯｘ触媒および第２のＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するときは、該第１のＮＯｘ触媒および該第２のＮＯｘ触媒の両方の周囲雰囲気を、酸化雰囲気と還元雰囲気とに交互に変化させる。
【００２６】
このとき、前記と同様、上流側排気空燃比を低下させることによって、第１のＮＯｘ触媒だけでなく第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気をも還元雰囲気とする。また、前記と同様、
酸化雰囲気とする期間を長くすることによって、第１のＮＯｘ触媒だけでなく第２ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気をも酸化雰囲気とする。
【００２７】
また、第１のＮＯｘ触媒および第２のＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するときは、第１のＮＯｘ触媒のみならず第２のＮＯｘ触媒にも還元成分と酸素とを供給する必要がある。しかしながら、このときは、第１のＮＯｘ触媒と第２のＮＯｘ触媒とが両方とも活性化しているため、第２のＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するとき、即ち、第１のＮＯｘ触媒は活性化しておらず第２のＮＯｘ触媒のみ活性化しているときと比べて、第２のＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘ量は少ない。そのため、ＮＯｘを還元するために必要となる還元成分や酸素の量も少なくなる。
【００２８】
そこで、本発明においては、第１のＮＯｘ触媒および第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときは、第１のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、上流側排気空燃比をより低下させる。そして、第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときは、第１のＮＯｘ触媒および第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、上流側排気空燃比をより低下させる。  
【００２９】
さらに、第１のＮＯｘ触媒および第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、第１のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも、その酸化雰囲気とする期間を長くする。そして、第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、第１のＮＯｘ触媒および第２のＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも、その酸化雰囲気とする期間を長くする。
【００３０】
本発明によれば、第１のＮＯｘ触媒と第２のＮＯｘ触媒とのそれぞれにおいて、吸蔵されたＮＯｘを還元するために必要となる量の還元成分および酸素を、それぞれのＮＯｘ触媒に供給することが可能となる。また、従来あるような二次空気供給装置を設けることなく、第２のＮＯｘ触媒に十分な量の酸素を供給することが出来る。従って、白煙の発生を抑制することが可能となる。
【００３１】
さらに、それぞれのＮＯｘ触媒において、該ＮＯｘ触媒が活性化した時期に、ＮＯｘの還元が行われるため、より少ない量の還元剤で、また、より早期に、ＮＯｘを還元することが出来る。従って、白煙の発生を抑制することが出来、また、還元剤が燃料である場合は、燃費悪化を抑制することが可能となる。
【００３２】
従って、本発明によれば、第１のＮＯｘ触媒および第２のＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘをより好適に還元することが出来る。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムによれば、２つのＮＯｘ触媒を排気通路に直列に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒に吸蔵された酸化物をより好適に還元することが出来る。その結果、ＮＯｘ触媒の排気浄化能力をより好適に回復させることが出来、排気浄化をより効果的に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３５】
＜内燃機関とその排気系および制御系の概略構成＞
先ず、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施例１について説明する。ここで
は、本発明を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関１とその排気系および制御系の概略構成を示す図である。
【００３６】
内燃機関１は車両駆動用のディーゼル機関である。この内燃機関１には排気通路２が接続されており、この排気通路２の途中には、直列に２つのＮＯｘ触媒３，４が設けられている（以下、上流側のＮＯｘ触媒３を上流側ＮＯｘ触媒３と称し、下流側のＮＯｘ触媒４を下流側ＮＯｘ触媒と称する）。尚、これらのＮＯｘ触媒３，４は、ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタであっても良い。
【００３７】
上流側ＮＯｘ触媒３より下流側、且つ、下流側ＮＯｘ触媒４より上流側の排気通路２には、該排気通路２を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する排気Ａ／Ｆセンサ６と、該排気通路２を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ７とが設けられている。上流側ＮＯｘ触媒３より上流側の排気通路２には、還元剤として排気中に燃料を添加する燃料添加弁５が設けられている。
【００３８】
以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０が併設されている。このＥＣＵ１０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の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ１０は、排気Ａ／Ｆセンサ６、排気温度センサ７等の各種センサと電気的に接続されており、各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、上流側ＮＯｘ触媒３に流入する排気の空燃比および下流側ＮＯｘ触媒４に流入する排気のそれぞれの空燃比を排気Ａ／Ｆセンサ６の出力値から推定する。また、ＥＣＵ１０は、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯｘ触媒４のそれぞれの温度を排気温度センサ７の出力値から推定する。さらに、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁５と電気的に接続されており、該燃料添加弁５を制御することが可能となっている。
【００３９】
尚、本実施例においては、下流側ＮＯｘ触媒４より下流側の排気通路２にも、さらに、排気Ａ／Ｆセンサおよび排気温度センサを設けても良い。このようにすることで、後述するＮＯｘ還元制御またはＳＯｘ還元制御をより精密に行うことが出来る。
【００４０】
＜ＮＯｘ触媒＞
ここで、本実施例に係るＮＯｘ触媒３，４について図２に基づいて説明する。図２は、上流側ＮＯｘ触媒３と下流側ＮＯｘ触媒４との活性温度の特性を示すグラフである。図２のグラフにおいて、横軸は、ＮＯｘ触媒の温度を表し、縦軸は、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を表している。また、曲線ａは、温度による下流側ＮＯｘ触媒４のＮＯｘ浄化率の変化を表し、曲線ｂは、温度による上流側ＮＯｘ触媒３のＮＯｘ浄化率の変化を表している。図２に示すように、下流側ＮＯｘ触媒４は上流側ＮＯｘ触媒３よりも低温で活性化する特性を有している。例えば、上流側ＮＯｘ触媒３の活性温度域は３００〜５００℃であり、下流側ＮＯｘ触媒４の活性温度域は１５０〜３５０℃としても良い。このように、活性温度の異なる２つのＮＯｘ触媒３，４を備えることによって、より広い温度範囲での排気浄化が可能となる。
【００４１】
また、ＮＯｘ触媒３，４は排気中のＮＯｘを吸蔵・還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒である。ＮＯｘ触媒３，４に吸蔵されたＮＯｘを還元するためには、周囲雰囲気を、空燃比の高い酸化雰囲気と、空燃比が低く還元剤が存在する還元雰囲気とに交互に変化させる必要がある。以下、このようなＮＯｘを還元させるための制御をＮＯｘ還元制御と称する。
【００４２】
さらに、ＮＯｘ触媒３，４は、ＮＯｘと同様、排気中のＳＯｘをも吸蔵する。ＮＯｘ触媒３，４に吸蔵されたＳＯｘを還元するためには、前記ＮＯｘ還元制御と同様、周囲雰囲気を、空燃比の高い酸化雰囲気と、空燃比が低く還元剤が存在する還元雰囲気とに交互に
変化させると共に、ＮＯｘ還元制御時よりもＮＯｘ触媒３，４の温度を高くする必要がある。以下、このようなＳＯｘを還元させるための制御をＳＯｘ還元制御と称する。
【００４３】
本実施例において、ＮＯｘ還元制御またはＳＯｘ還元制御を行うときは、燃料添加弁５から排気中に燃料を間欠的に添加することによって、上流側ＮＯｘ触媒３より上流側で排気空燃比を変更させて、各ＮＯｘ触媒３，４の周囲雰囲気を酸化雰囲気と還元雰囲気とに交互に変化させる。即ち、燃料添加弁５からの燃料添加を行い、上流側排気空燃比（本実施例においては、上流側ＮＯｘ触媒３より上流側の排気空燃比）を低下させることによって、各ＮＯｘ触媒３，４の周囲雰囲気を還元雰囲気とすることが出来る。一方、燃料添加弁５からの燃料添加を休止し、上流側排気空燃比を上昇させることによって、各ＮＯｘ触媒３，４の周囲雰囲気を酸化雰囲気とすることが出来る。
【００４４】
尚、それぞれのＮＯｘ触媒３，４の活性温度が異ならない場合や、上流側ＮＯｘ触媒３の方が下流側ＮＯｘ触媒４よりも低温で活性化する特性を有する場合、でも本発明は適用可能である。
【００４５】
＜ＳＯｘ還元制御＞
次に、本実施例におけるＳＯｘ還元制御について図３に基づいて説明する。図３（ａ）は、上流側ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＳＯｘを還元するときの上流側排気空燃比の制御を示すタイムチャート図である。図３（ｂ）は、下流側ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＳＯｘを還元するときの上流側排気空燃比の制御を示すタイムチャート図である。図３（ａ）,（ｂ）のそれぞれにおいて、横軸は時間を表し、縦軸は上流側排気空燃比を表している。尚、本実施例において、ＳＯｘ還元制御を行うときは、内燃機関１での副燃料噴射や、燃料添加弁５からの燃料添加、等によって、各ＮＯｘ触媒３，４の昇温制御が行われる。
【００４６】
上流側ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＳＯｘを還元する場合、図３（ａ）に示すように、上流側排気空燃比を、理論空燃比近傍のリッチ空燃比と、リーン空燃比とに、交互に変化させる。このような上流側排気空燃比の制御により、上流側ＮＯｘ触媒３の周囲雰囲気を酸化雰囲気と還元雰囲気とに交互に変化させてＳＯｘを還元する。
【００４７】
一方、下流側ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＳＯｘを還元する場合、図３（ｂ）に示すように、上流側排気空燃比を、理論空燃比近傍よりもより小さいリッチ空燃比と、リーン空燃比とに、交互に変化させる。このとき、上流側排気空燃比をリッチ空燃比とするとき、即ち、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を還元雰囲気にするときは、上流側ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＳＯｘを還元する場合に上流側ＮＯｘ触媒３の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、上流側排気空燃比をより低下させる。さらに、このとき、上流側排気空燃比をリーン空燃比とするとき、即ち、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、上流側ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＳＯｘを還元する場合に上流側ＮＯｘ触媒３の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも、その上流側排気空燃比をリーン空燃比とする期間を長くする。つまり、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を酸化雰囲気とする期間をより長くする。
【００４８】
下流側ＮＯｘ触媒４を還元雰囲気とする場合であっても、その周囲雰囲気の制御は、上流側排気空燃比の制御、即ち、燃料添加弁５からの燃料添加を制御することによって行われる。そのため、添加される燃料中の還元成分の少なくとも一部は、上流側ＮＯｘ触媒３でのＳＯｘの還元に使用され、下流側ＮＯｘ触媒４に流入する排気においては、その量は減少する。そのため、本実施例では、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を還元雰囲気にするときは、上流側ＮＯｘ触媒３の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、上流側排気空燃比をより低下させる。このように燃料添加を制御することで、排気中の還元成分の量を増加させることが出来るため、上流側ＮＯｘ触媒３を通過し下流側ＮＯｘ触媒４に到達
する還元成分の量も増加させることが出来る。
【００４９】
また、還元成分による上流側ＮＯｘ触媒３での酸化物の還元には、その還元成分の酸化等のために排気中の酸素も使用されるため、下流側ＮＯｘ触媒４に流入する排気中の酸素量は減少する。そのため、本実施例では、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を酸化雰囲気にするときは、上流側ＮＯｘ触媒３の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも、その酸化雰囲気とする期間を長くする。即ち、燃料添加弁５からの燃料添加を休止する期間を長くして、上流側排気空燃比がリーン空燃比にある期間を長くする。このような制御を行うことで、上流側ＮＯｘ触媒３を通過し下流側ＮＯｘ触媒４に到達する酸素の量を増加させることが出来る。
【００５０】
以上のように、本実施例のＳＯｘ還元制御によれば、下流側ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＳＯｘを還元するために必要となる還元成分と酸素とを、該下流側ＮＯｘ触媒４に供給することが可能となる。また、従来あるような二次空気供給装置を設けることなく、下流側ＮＯｘ触媒４に十分な量の酸素を供給することが出来る。従って、白煙やＨ２Ｓの発生を抑制することが可能となる。
【００５１】
＜ＳＯｘ還元制御時における還元雰囲気とするときの燃料添加制御＞
次に、本実施例において、ＳＯｘ還元制御時に、各ＮＯｘ触媒３，４の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときの燃料添加弁５からの燃料添加制御について図４に基づいて説明する。図４（ａ）は、上流側ＮＯｘ触媒３の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときの燃料添加弁５からの燃料添加制御を示すタイムチャート図である。図４（ｂ）は、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときの燃料添加弁５からの燃料添加制御を示すタイムチャート図である。図４（ａ）,（ｂ）のそれぞれにおいて、横軸は時間を表し、縦軸は上流側排気空燃比を表している。そして、点線は、上述した図３（ａ）,（ｂ）での上流側排気空燃比を表しており、実線は、燃料添加時の燃料噴射の波形を示している。即ち、図４（ａ）,（ｂ）において、実線がリッチ空燃比側にあるときは、燃料添加弁５は燃料を噴射しており、実線がリーン空燃比側にあるときは、燃料添加弁５は燃料を噴射していない。
【００５２】
各ＮＯｘ触媒３，４の周囲雰囲気を還元雰囲気とする場合、即ち上流側排気空燃比をリッチ空燃比にする場合、図４（ａ）,（ｂ）に示すように、燃料添加弁５は燃料を複数回噴射することによって該燃料を排気中に添加する。
【００５３】
燃料を排気中に複数回噴射することによって排気空燃比を低下させる場合、添加する燃料の総量が同じであっても、噴射回数が多く且つ一回当たりの噴射量が少ないときよりも、噴射回数が少なく且つ一回当たりの噴射量が多い方が、より排気空燃比が低下することが実験的にわかっている。
【００５４】
そのため、図４（ｂ）に示すように、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときは、上流側ＮＯｘ触媒３の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときより、燃料噴射回数を減らし且つ一回当たりの燃料噴射量を増加させて、排気中に燃料を添加する。また、このときの一回の燃料添加（図４（ｂ）の点線）における燃料噴射量の総量は、上流側ＮＯｘ触媒３の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときの一回の燃料添加（図４（ａ）の点線）における燃料噴射量の総量と同量であっても良い。
【００５５】
このような燃料添加弁５からの燃料添加の制御によれば、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときに、より少ない燃料添加量で効率的に上流側排気空燃比を低下させることが出来る。その結果、燃費悪化を抑制することが可能となる。
【００５６】
尚、本実施例において、各ＮＯｘ触媒３，４の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときの上流側排気空燃比はリッチ空燃比に限られるものではない。即ち、このときの上流側排気空燃比は、理論空燃比でも良く、また、リーン空燃比であっても、各ＮＯｘ触媒３，４において、吸蔵されたＳＯｘを還元することが出来る空燃比であれば良い。
【００５７】
＜ＳＯｘ還元制御ルーチン＞
次に、本実施例におけるＳＯｘ還元制御のための制御ルーチンについて図５に基づいて説明する。図５は、本実施例に係るＳＯｘ還元制御ルーチンを示すフローチャート図である。本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されているものであって、内燃機関１の運転中、規定時間毎に実行されるルーチンである。
【００５８】
本ルーチンにおいて、ＥＣＵ１０は、先ず、Ｓ１０１において、上流側ＮＯｘ触媒３のＳＯｘ吸蔵量ＳＦｒと下流側ＮＯｘ触媒４のＳＯｘ吸蔵量ＳＲｒとをそれぞれ算出する。このとき、上流側ＮＯｘ触媒３のＳＯｘ吸蔵量ＳＦｒは、燃料中の硫黄濃度と内燃機関１での燃料消費量の積算値から算出される。一方、下流側ＮＯｘ触媒４のＳＯｘ吸蔵量ＳＲｒは、上流側ＮＯｘ触媒３を通過するＳＯｘ量および上流側ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＳＯｘを還元したときに再吸蔵されるＳＯｘ量の積算値から算出される。尚、上流側ＮＯｘ触媒３を通過するＳＯｘ量および上流側ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＳＯｘを還元したときに再吸蔵されるＳＯｘ量は、Ａ／Ｆセンサ６の出力値から導出される。
【００５９】
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０２に進み、上流側ＮＯｘ触媒３のＳＯｘ吸蔵量ＳＦｒが第１規定ＳＯｘ吸蔵量Ｓ１より多いか否かを判別する。ここで、第１規定ＳＯｘ吸蔵量Ｓ１とは、上流側ＮＯｘ触媒３に該第１規定ＳＯｘ吸蔵量より多いＳＯｘが吸蔵した場合、この吸蔵されたＳＯｘの還元を実行すると判断される閾値であり、予め定められた値である。ＥＣＵ１０は、Ｓ１０２において、肯定判定された場合、Ｓ１０５に進み、否定判定された場合、Ｓ１０３に進む。
【００６０】
Ｓ１０５に進んだＥＣＵ１０は、上述したような、上流側排気空燃比の制御を実行し、上流側ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＳＯｘを還元し、その後、Ｓ１０４に進む。
【００６１】
一方、Ｓ１０３に進んだＥＣＵ１０は、下流側ＮＯｘ触媒４のＳＯｘ吸蔵量ＳＲｒが第２規定ＳＯｘ吸蔵量Ｓ２より多いか否かを判別する。ここで、第２規定ＳＯｘ吸蔵量Ｓ２とは、下流側ＮＯｘ触媒４に該第２規定ＳＯｘ吸蔵量Ｓ２より多いＳＯｘが吸蔵した場合、この吸蔵されたＳＯｘの還元をすると判断される閾値であり、予め定められた値である。尚、第２規定ＳＯｘ吸蔵量Ｓ２は、前記第１規定吸蔵量Ｓ１よりも小さい値とする。これは、下流側ＮＯｘ触媒４は上流側ＮＯｘ触媒３よりも低温で活性化する特性を有しており、低温で活性化し易いＮＯｘ触媒の方が、少ないＳＯｘ吸蔵量でも排気浄化性能がより低下し易いためである。
【００６２】
Ｓ１０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０４に進む。一方、Ｓ１０３において、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は、上流側ＮＯｘ触媒３と下流側ＮＯｘ触媒４とには還元させる必要がある程のＳＯｘが吸蔵されていないと判断し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６３】
Ｓ１０４において、ＥＣＵ１０は、上述したような、上流側排気空燃比の制御を実行し、下流側ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＳＯｘを還元し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６４】
以上説明したＳＯｘ還元制御ルーチンによれば、各ＮＯｘ触媒３，４に吸蔵されたＳＯｘを、それぞれより好適な時期に、還元することが出来る。そのため、燃費悪化を抑制しつつ、排気浄化能力を回復させることが可能となる。
【００６５】
また、本実施例におけるＳＯｘ還元制御ルーチンによれば、上流側ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＳＯｘが還元された後には、下流側ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＳＯｘが還元される。これは、上流側ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＳＯｘが還元されたときは、この還元されたＳＯｘが下流側ＮＯｘ触媒４に再吸蔵される虞があるためである。また、このように、上流側ＮＯｘ触媒３と下流側ＮＯｘ触媒４との両方からＳＯｘを還元させることで、高温時のみならず低温時での排気浄化能力を回復させることが出来る。
【００６６】
また、ＳＯｘ還元制御は、それぞれのＮＯｘ触媒３，４のＳＯｘ吸蔵量が零になるまで行うのではなく、それぞれのＮＯｘ触媒３，４における排気浄化能力が十分に得られるＳＯｘ吸蔵量（以下、ＳＯｘ還元停止量と称する）となるまで行えば良い。これは、ＳＯｘ吸蔵量が減少すると、ＮＯｘ触媒３，４からのＳＯｘ放出速度は低下するため、ＳＯｘ還元制御をＳＯｘ吸蔵量が零になるまで行うと、その実行時間が長くなり、燃料消費量が増加して燃費悪化を招くためである。ここで、低温活性能力を有するＮＯｘ触媒の方が、ＳＯｘ吸蔵量が少量でもＳＯｘをより放出し易いため、上流側ＮＯｘ触媒３でのＳＯｘ還元停止量よりも下流側ＮＯｘ触媒４でのＳＯｘ還元停止量の方をより小さい値としても良い。
【００６７】
＜ＮＯｘ還元制御＞
次に、本実施例におけるＮＯｘ還元制御について図６に基づいて説明する。図６（ａ）は、上流側ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＮＯｘを還元するときの上流側排気空燃比の制御を示すタイムチャート図である。図６（ｂ）は、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＮＯｘを還元するときの上流側排気空燃比の制御を示すタイムチャート図である。図６（ｃ）は、下流側ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＮＯｘを還元するときの上流側排気空燃比の制御を示すタイムチャート図である。図６（ａ）,（ｂ）,（ｃ）のそれぞれにおいて、横軸は時間を表し、縦軸は上流側排気空燃比を表している。
【００６８】
本実施例においては、上述したＳＯｘ還元制御時と同様、各ＮＯｘ触媒３，４に吸蔵されたＮＯｘを還元する場合、図６（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に示すように、上流側排気空燃比をリッチ空燃比と、リーン空燃比とに、交互に変化させる。このとき、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯｘ触媒４の両方の周囲雰囲気を還元雰囲気とするとき（図６（ｂ）参照）は、上流側ＮＯｘ触媒３の周囲雰囲気を還元雰囲気とするとき（図６（ａ）参照）よりも、上流側排気空燃比をより低下させる。また、このとき、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯｘ触媒４の両方の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするとき（図６（ｂ）参照）は、上流側ＮＯｘ触媒３の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするとき（図６（ａ）参照）よりも、上流側排気空燃比をリーン空燃比とする期間を長くする。つまり、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯｘ触媒４の両方の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、その酸化雰囲気とする期間を、上流側ＮＯｘ触媒３の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも長くする。
【００６９】
さらに、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を還元雰囲気とするとき（図６（ｃ）参照）は、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯｘ触媒４の両方の周囲雰囲気を還元雰囲気とするとき（図６（ｂ）参照）よりも、上流側排気空燃比をより低下させる。また、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするとき（図６（ｃ）参照）は、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯｘ触媒４の両方の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするとき（図６（ｂ）参照）よりも、上流側排気空燃比をリーン空燃比とする期間を長くする。つまり、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときは、その酸化雰囲気とする期間を、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯｘ触媒４の両方の周囲雰囲気を酸化雰囲気とするときよりも長くする。
【００７０】
このように上流側排気空燃比を制御することで、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯ
ｘ触媒４に吸蔵されたＮＯｘを同時に還元する場合、および、下流側ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＮＯｘを還元する場合において、それぞれ場合に必要となる量の還元成分と酸素とを、上流側ＮＯｘ触媒３のみならず下流側ＮＯｘ触媒４にも供給することが出来る。また、従来あるような二次空気供給装置を設けることなく、下流側ＮＯｘ触媒４に十分な量の酸素を供給することが出来る。従って、白煙の発生を抑制することが可能となる。
【００７１】
尚、ＮＯｘ還元制御時においても、各ＮＯｘ触媒３，４の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときの上流側排気空燃比はリッチ空燃比に限られるものではない。即ち、このときの上流側排気空燃比は、理論空燃比でも良く、また、リーン空燃比であっても各ＮＯｘ触媒３，４において吸蔵されたＮＯｘを還元することが出来る空燃比であれば良い。
【００７２】
＜ＮＯｘ還元制御時における還元雰囲気とするときの燃料添加制御＞
次に、本実施例において、ＮＯｘ還元制御時に、各ＮＯｘ触媒３，４の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときの燃料添加弁５からの燃料添加制御について説明する。ＮＯｘ還元制御時においても、前記と同様、各ＮＯｘ触媒３，４の周囲雰囲気を還元雰囲気とする場合、即ち上流側排気空燃比をリッチ空燃比にする場合、燃料添加弁５は燃料を複数回噴射することによって該燃料を排気中に添加する。
【００７３】
ここで、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯｘ触媒４の両方の周囲雰囲気を還元雰囲気とする場合に燃料添加弁５から燃料を排気中に添加するときは、上流側ＮＯｘ触媒３の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、燃料噴射回数を減らし且つ一回当たりの燃料噴射量を増加させる。さらに、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を還元雰囲気とする場合に燃料添加弁５から燃料を排気中に添加するときは、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯｘ触媒４の両方の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときよりも、燃料噴射回数を減らし且つ一回当たりの燃料噴射量を増加させる。また、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯｘ触媒４の両方の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときの一回の燃料添加における燃料噴射量の総量と、上流側ＮＯｘ触媒３の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときの一回の燃料添加における燃料噴射量の総量と、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときの一回の燃料添加における燃料噴射量の総量と、は同量であっても良い。
【００７４】
このような燃料添加弁５からの燃料添加の制御によれば、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯｘ触媒４の両方の周囲雰囲気を還元雰囲気とする場合、および、下流側ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気を還元雰囲気とする場合に、より少ない燃料添加量で効率的に上流側排気空燃比をより低下させることが出来る。即ち、それぞれの場合に適した空燃比とすることが出来る。その結果、燃費悪化を抑制することが可能となる。
【００７５】
＜ＮＯｘ還元制御ルーチン＞
次に、本実施例におけるＮＯｘ還元制御のための制御ルーチンについて図７，８に基づいて説明する。図７．８は、本実施例に係るＮＯｘ還元制御ルーチンを示すフローチャート図である。本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されているものであって、内燃機関１の運転中、規定時間毎に実行されるルーチンである。
【００７６】
本ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ず、Ｓ２０１において、ＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したか否かを判別する。ここで、ＮＯｘ還元制御実行条件としては、前回のＮＯｘ還元制御の実行終了時から所定時間が経過したことや、前回のＮＯｘ還元制御の実行終了時からの内燃機関１での消費燃料の積算値が所定値に達したこと等が例示出来る。ＥＣＵ１０は、Ｓ２０１において、肯定判定された場合、Ｓ２０２に進み、否定判定された場合、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００７７】
Ｓ２０２において、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ７によって検出される、上流側ＮＯ
ｘ触媒３と下流側ＮＯｘ触媒４との間の排気通路を流通する排気温度Ｔｃ（以下、単に排気温度Ｔｃと称する）を読み込む。
【００７８】
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０３に進み、排気温度Ｔｃが、第１規定温度Ｔ１以上か否かを判別する。ここで、第１規定温度Ｔ１とは、排気温度Ｔｃが該第１規定温度Ｔ１より小さい場合、上流側ＮＯｘ触媒３の温度および下流側ＮＯｘ触媒４の温度が両方ともそれぞれのＮＯｘ触媒３，４の活性温度範囲内にないと判断できる値である。この第１規定温度Ｔ１は予め実験等によって定められた値である。ＥＣＵ１０は、Ｓ２０３において、肯定判定された場合、Ｓ２０４に進み、否定判定された場合、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００７９】
Ｓ２０４において、ＥＣＵ１０は、排気温度Ｔｃが、第１規定温度Ｔ１以上、且つ、第２規定温度Ｔ２以下であるか否かを判別する。ここで、第２規定温度Ｔ２とは、排気温度Ｔｃが、前記第１規定温度Ｔ１以上、且つ、該第２規定温度Ｔ２以下の場合、低温活性能力を有する下流側ＮＯｘ触媒４の温度は活性温度範囲内となっているが、上流側ＮＯｘ触媒３の温度は活性温度範囲に達していないと判断できる値である。この第２規定温度Ｔ２は予め実験等によって定められた値である。ＥＣＵ１０は、Ｓ２０４において、肯定判定された場合、Ｓ２０５に進み、否定判定された場合、Ｓ２０７に進む。
【００８０】
Ｓ２０５に進んだＥＣＵ１０は、内燃機関１での吸入空気量Ｇａが規定吸入空気量Ｇ０以上か否かを判別する。上流側ＮＯｘ触媒３の温度が活性温度範囲にない状態で、下流側ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＮＯｘを還元させるために燃料添加弁５から排気中に燃料が添加された場合、排気流量が少ないと、添加された燃料の上流側ＮＯｘ触媒３への付着量が増加する虞がある。ここでの規定吸入空気量Ｇ０とは、内燃機関１での吸入空気量Ｇａが該規定吸入空気量Ｇ０以上の場合、排気流量が規定排気流量以上となる吸入空気量のことである。また、ここでの規定排気流量とは、排気流量が該規定排気流量以上の場合、上流側ＮＯｘ触媒３の温度が活性温度範囲にない状態でも、燃料添加弁５から添加された燃料が該上流側ＮＯｘ触媒３へ付着するのを抑制することが出来る排気流量のことである。この規定吸入空気量Ｇ０は予め実験等によって定められた値である。
【００８１】
Ｓ２０５において、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁５から燃料を添加すると、該燃料の上流側ＮＯｘ触媒３への付着量が増加する虞があると判断し、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ２０５において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０６に進み、上述したような、上流側排気空燃比の制御を実行し、下流側ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＮＯｘを還元し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８２】
Ｓ２０７に進んだＥＣＵ１０は、排気温度Ｔｃが、第２規定温度Ｔ２より高く、且つ、第３規定温度Ｔ３より低いか否かを判別する。ここで、第３規定温度Ｔ３とは、排気温度Ｔｃが、前記第２規定温度Ｔ２より高く、且つ、該第３規定温度Ｔ３より低い場合、上流側ＮＯｘ触媒３の温度および下流側ＮＯｘ触媒４の温度が両方ともそれぞれの活性温度範囲内あると判断できる値であり、さらに、排気温度Ｔｃが該第３規定温度Ｔ３以上のときは、上流側ＮＯｘ触媒３の温度は活性温度範囲内にあるが、下流側ＮＯｘ触媒４の温度は活性温度範囲を超えていると判断できる値である。この第３規定温度Ｔ３は予め実験等によって定められた値である。ＥＣＵ１０は、Ｓ２０７において、肯定判定された場合、Ｓ２０８に進み、否定判定された場合、Ｓ２０９に進む。
【００８３】
Ｓ２０８に進んだＥＣＵ１０は、上述したような上流側排気空燃比の制御を実行し、上流側ＮＯｘ触媒３および下流側ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＮＯｘを同時に還元し、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ２０９に進んだＥＣＵ１０は、上述したような上流側排気空燃比の制御を実行し、上流側ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＮＯｘを同時に還元し、
本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８４】
以上説明したＮＯｘ還元制御ルーチンによれば、各ＮＯｘ触媒３，４に吸蔵されたＮＯｘを、それぞれより好適な時期に還元することが出来るため、より少ない量の還元剤で、また、より早期に、ＮＯｘを還元することが出来る。従って、白煙の発生を抑制でき、また、燃費悪化を抑制することが可能となる。また、下流側ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＮＯｘを還元するときに、還元剤として添加される燃料が、上流側ＮＯｘ触媒３に付着することを抑制することが出来る。
【００８５】
本実施例によれば、上述したようなＳＯｘ還元制御を行うことによって、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘをより好適に還元することが出来、また、上述したようなＮＯｘ還元制御を行うことによって、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘをより好適に還元することが出来る。その結果、ＮＯｘ触媒の排気浄化能力をより好適に回復させることが出来、排気浄化をより効果的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関とその排気系および制御系の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施例に係る上流側ＮＯｘ触媒と下流側ＮＯｘ触媒との活性温度の特性を示すグラフ。
【図３】本発明の実施例に係るＳＯｘ還元制御時の上流側排気空燃比の制御を示すタイムチャート図。図３（ａ）は、上流側ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元するときの上流側排気空燃比の制御を示すタイムチャート図。図３（ｂ）は、下流側ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元するときの上流側排気空燃比の制御を示すタイムチャート図。
【図４】本発明の実施例に係るＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときの燃料添加弁からの燃料添加制御を示すタイムチャート図。図４（ａ）は、上流側ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときの燃料添加弁からの燃料添加制御を示すタイムチャート図。図４（ｂ）は、下流側ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするときの燃料添加弁からの燃料添加制御を示すタイムチャート図。
【図５】本発明の実施例に係るＳＯｘ還元制御ルーチンを示すフローチャート図。
【図６】本発明の実施例に係るＮＯｘ還元制御時の上流側排気空燃比の制御を示すタイムチャート図。図６（ａ）は、上流側ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するときの上流側排気空燃比の制御を示すタイムチャート図。図６（ｂ）は、上流側ＮＯｘ触媒および下流側ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するときの上流側排気空燃比の制御を示すタイムチャート図。図６（ｃ）は、下流側ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するときの上流側排気空燃比の制御を示すタイムチャート図。
【図７】本発明の実施例に係るＮＯｘ還元制御ルーチンの一部を示すフローチャート図。
【図８】本発明の実施例に係るＮＯｘ還元制御ルーチンの一部を示すフローチャート図。
【符号の説明】
【００８７】
１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・上流側ＮＯｘ触媒
４・・・下流側ＮＯｘ触媒
５・・・燃料添加弁
６・・・排気Ａ／Ｆセンサ
７・・・排気温度センサ
１０・・ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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