(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯxを吸収し排気中の酸素濃度が低下するとそれまで吸収していたＮＯxを放出し還元剤の添加によってＮＯｘの還元浄化を行うＮＯｘ触媒と、
このＮＯｘ触媒のＳ被毒を回復すべき場合において、内燃機関が加速運転状態または定常運転状態にある時は、前記ＮＯｘ触媒での燃料の燃焼により、前記ＮＯｘ触媒をＮＯｘ浄化に適した範囲内の温度であって、前記ＮＯｘ触媒のＳ被毒回復に適した温度より低い温度を超えないように温度上昇させ、前記内燃機関が減速運転状態にある時に、排気空燃比をリーンにすることで前記ＮＯｘ触媒の温度を前記Ｓ被毒回復に適した温度にする昇温手段と、
を有する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘ浄化に適した範囲内の温度であって、前記ＮＯｘ触媒のＳ被毒回復に適した温度より低い温度とは、前記ＮＯｘ触媒の還元性能悪化の上限温度である、
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ＮＯｘ触媒がＳ被毒回復に適した温度に達した後は、所定時間、前記ＮＯｘ触媒に流れる排気ガスの空燃比をリッチにするとともに、前記昇温手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度をＳ被毒回復処理に適した温度に維持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【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に係り、特に、排気中の窒素酸化物（以下特に断らない限り「ＮＯｘ」という。）を除去するＮＯｘ触媒を有する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化装置として、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触媒を使用した排気浄化装置が知らている。
【０００３】
吸蔵還元型ＮＯx触媒は、ディーゼルエンジン等の圧縮着火式内燃機関やリーンバーンガソリンエンジン等の希薄燃焼式内燃機関から排出される排気を浄化可能な触媒である。
【０００４】
吸蔵還元型ＮＯx触媒は、当該触媒内に流入する排気ガスの空燃比（以下「排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）」という。）がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入排気の酸素濃度が低下するとそれまで吸収していたＮＯxを放出するというＮＯxの吸放出作用を行う。
【０００５】
前記圧縮着火式内燃機関や希薄燃焼式内燃機関では、それらの定常運転状態における排気空燃比がリーンであるから、吸蔵還元型ＮＯx触媒をこれら内燃機関の排気浄化装置に適用すると排気中のＮＯxがＮＯx触媒に吸収される。しかし、その吸収能力には限界があるのでやがて飽和し、それ以上吸収できなくなってＮＯxがリークしてしまう虞がある。
【０００６】
リーク回避のためにはＮＯx吸収能力を回復させなければならない。そのためにはそれまで吸蔵還元型ＮＯx触媒が吸収していたＮＯxを放出させて吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯｘ吸収能力を回復させる必要がある。
【０００７】
そこで吸蔵還元型ＮＯx触媒が飽和状態になる前に流入排気ガスの空燃比を所定タイミングでリッチにして酸素濃度を極度に低下させて吸蔵還元型ＮＯx触媒からＮＯｘを放出させることにより、そのＮＯx吸収能力の回復（以下「吸蔵還元型ＮＯx触媒の再生」という。）を行うようにしている。
【０００８】
しかし単なるＮＯｘの放出だけでは吸蔵還元型ＮＯx触媒の再生はできてもＮＯｘ触媒本来の機能であるＮＯｘ浄化はできずエミッションの悪化につながる。そこで例えば排気ポートに燃料噴射弁を備え付け、この燃料噴射弁から内燃機関の運転状態に応じて連続的あるいは間欠的に機関燃料を噴射して当該機関燃料を還元剤として吸蔵還元型ＮＯx触媒に添加することで放出されたＮＯｘをＮ2に還元し、もってＮＯｘ浄化を行う。
【０００９】
ところで機関燃料は硫黄成分を多く含んでいるので燃焼すると硫黄酸化物（以下特に断らない限り「ＳＯx」という。）を生成する。そして、ＳＯｘはＮＯxと同じメカニズムで吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されてしまう。
【００１０】
ＳＯｘ は安定な硫酸塩を形成するため一般に分解、放出されにくく、吸蔵還元型ＮＯx触媒に蓄積されやすい。
【００１１】
するとＳＯxを吸収した分、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化率が低下し、吸蔵還元型ＮＯx触媒の機能であるＮＯx浄化に支障を来す現象、いわゆるＳ被毒を生じる虞がある。よってＳ被毒状態にある吸蔵還元型ＮＯx触媒は回復させる必要があり、そのための処理を吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳ被毒回復処理という。
【００１２】
しかし、上述のように吸蔵還元型ＮＯx触媒内に蓄積された硫酸塩は比較的安定的であるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒がその再生を行なう温度（例えば、５００ ℃程度）にあったのでは吸蔵還元型ＮＯx触媒が吸収したＳＯｘ を放出させることは困難である。
【００１３】
Ｓ被毒回復処理を行うには、吸蔵還元型ＮＯx触媒の再生を行う前記温度よりも高い例えば６００〜７００℃程度の高温度にまで吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を高めるとともに排気空燃比をストイキあるいはリッチに定期的にすることで対処する。
【００１４】
一方、ディーゼルエンジンは従来からあるガソリンエンジンに比べて排気温度が低く、Ｓ被毒回復処理を行うに必要な前記高温度にするのは困難である。
【００１５】
またディーゼルエンジンが例えば高負荷運転状態にある場合、すなわちディーゼルエンジンにとっては高温となる状態でディーゼルエンジンが作動している時に排気空燃比をストイキやリッチにすると、すすや、未燃燃料成分などの粒子状物質であるいわゆるパティキュレートマター（以下特に断らない限り「ＰＭ」という。）等の微粒子が排出され易くなる。よって、当該高温時に排気空燃比をストイキやリッチにすることはできない。
【００１６】
よって前記高温時に何らかの手法で吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度（以下「触媒床温」という。）を上げ、さらに煤等の微粒子の排出されにくい軽負荷運転時に排気空燃比をストイキやリッチにすることでＳ被毒を回復するようにしている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ｓ被毒回復処理を行うに適した前記温度の確保のためにディーゼルエンジンを例えば加速運転すると、その運転状態における機関出力を維持するために燃料噴射量が増え、よって燃費面で好ましくない。
【００１８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、ＮＯx触媒の機能を確保しつつ、内燃機関が減速走行している時にＳ被毒回復処理を行うことで燃料消費を抑制することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明内燃機関の排気浄化装置は次の手段を採用した。
【００２０】
（１）本発明内燃機関の排気浄化装置は、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯxを吸収し排気中の酸素濃度が低下するとそれまで吸収していたＮＯxを放出し還元剤の添加によってＮＯｘの還元浄化を行うＮＯｘ触媒と、このＮＯｘ触媒のＳ被毒を回復すべき場合において、内燃機関が加速運転状態または定常運転状態にある時は、前記ＮＯｘ触媒をＮＯｘ浄化に適した温度範囲内で温度上昇させ、前記内燃機関が減速運転状態にある時に、排気空燃比をリーンにすることで前記ＮＯｘ触媒の温度をＳ被毒回復に適した温度にする昇温手段と、を有するようにした。
【００２１】
ここで、内燃機関全体の制御を行うＥＣＵについて簡単に述べるとともに、本項の構成要素について説明する。
【００２２】
ＥＣＵは、周知のごとくデジタルコンピュータからなり、双方向性バスによって相互に接続した、中央処理制御装置であるＣＰＵ，読み出し専用メモリであるＲＯＭ，ランダムアクセスメモリであるＲＡＭ，入力ポート，出力ポート等から構成する。
【００２３】
入力ポートは、内燃機関や車輌に取り付けた各種センサと電気的に接続され、これら各種センサの出力信号が入力ポートを介してＥＣＵ内に入ると、これら各センサに係るパラメータは一時的にＲＡＭに記憶される。
【００２４】
そして、ＣＰＵは専用メモリＲＯＭに記憶しておいた各種アプリケーションプログラムを実行するにあたり、双方向性バスを通じてランダムアクセスメモリＲＡＭに記憶していた前記パラメータやＲＯＭに記憶しておいたマップを必要に応じて呼び出し、前記パラメータに基づいてＣＰＵが必要とする演算処理を行い、この演算処理の結果、出力ポートを介して内燃機関の各種構成部材を作動する。
【００２５】
「ＮＯｘ触媒」としては、選択還元型ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒を例示できる。これらの触媒に用いるＮＯｘ浄化用の還元剤は、軽油やガソリンなどＨＣ成分を含むもの、すなわち内燃機関の燃焼用に用いる機関燃料を兼用するとよい。
【００２６】
「昇温手段」としては、内燃機関が加速運転状態または定常運転状態にある時は、前記ＮＯｘ触媒をＮＯｘ浄化に適した温度範囲内で上昇させ、前記内燃機関が減速運転状態にある時は、排気空燃比をリーンにすることで前記ＮＯｘ触媒の温度をＳ被毒回復に適した温度にするように設定されたアプリケーションプログラムを挙げられる。前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵにある。よって、ＥＣＵのことを昇温手段ということもできる。
【００２７】
「内燃機関が定常運転状態にある」とは、アクセルの踏み込み量が一定でかつ機関回転数が一定の状態での機関運転状態を意味する。
【００２８】
「ＮＯｘ浄化に適した温度範囲」とは例えば２００〜５００°C程度の温度を挙げられる。
【００２９】
「Ｓ被毒回復に適した温度」とは例えば６００〜７００°C程度の温度を挙げられる
「内燃機関」としては、希薄燃焼式内燃機関であるリーンバーンガソリンエンジンや圧縮着火式内燃機関であるディーゼルエンジンを例示できる。
【００３０】
このような構成の本発明内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒のＳ被毒を回復すべき場合において、内燃機関が加速運転状態または定常運転状態にある時は、前記ＮＯｘ触媒をＮＯｘ浄化に適した温度範囲内で上昇にさせるので、その時に還元剤を添加することでＮＯｘの還元浄化ができる。
【００３１】
また、内燃機関が減速運転状態にある時に、排気空燃比をリーンにすることで排気中の酸素量を増大できるため、当該増大した酸素が前記ＮＯｘ触媒に向けて供給されれば酸化反応を促進できる。この結果、それだけ反応熱が多くなってＮＯｘ触媒の温度を上げられる。よってＳ被毒回復に適した温度にまで当該反応熱を増加できるように前記酸素量を増大するように前記アプリケーションプログラムを設定しておけば、燃料を燃焼することによる触媒温度の上昇を意図する必要がない。この結果、少ない燃料でもＮＯｘ触媒をＳ被毒回復を行うに十分な温度にまで高められるようになるため燃料消費量を減らすことができる。
【００３２】
（２）また前記ＮＯｘ触媒がＳ被毒回復に適した温度に達した後は、所定時間、前記ＮＯｘ触媒に流れる排気ガスの空燃比をリッチにするとともに、前記昇温手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度をＳ被毒回復処理に適した温度に維持することが好ましい。
【００３３】
ここで「所定時間」とは、Ｓ被毒状態にある吸蔵還元型ＮＯx触媒を回復させるに十分な時間をいう。
【００３４】
所定時間、前記ＮＯｘ触媒に流れる排気ガスの空燃比をリッチにするとともに、前記昇温手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度をＳ被毒回復処理に適した温度に維持することでＳ被毒回復処理を確実に実行できる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施態様について添付した図面に基づいて説明する。
【００３６】
まず、図１を参照して本発明内燃機関の排気浄化装置を採用した内燃機関の全体構成を説明する。
【００３７】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４ストローク・サイクル・ディーゼル機関である。
【００３８】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタ３を備えており、各インジェクタ３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続してある。このコモンレール４は、該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａを備えており、また燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。
【００３９】
燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動し、この燃料ポンプ６の入力軸に取り付けたポンププーリ６ａと内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けたクランクプーリ１ａとがベルト７でつながっている。
【００４０】
クランクシャフトが回転しその回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸にクランクプーリ１ａ−ベルト７−ポンププーリ６ａを介して伝わると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから燃料ポンプ６の入力軸に伝わる回転トルクの大きさに応じたポンプ圧を生じ、このポンプ圧に応じた量の燃料を燃料供給管５を介してコモンレール４に送る。
【００４１】
コモンレール４に送られた燃料は所定圧まで蓄圧されて各気筒２のインジェクタ３に分配される。そして、インジェクタ３に駆動電流が印加されると、インジェクタ３が開きインジェクタ３から気筒２内に燃料を噴射する。
【００４２】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８を接続してあり、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と図示しない吸気ポートを介してつながっている。
【００４３】
前記吸気枝管８は吸気管９と接続しており、吸気管９はその始端にエアクリーナボックス１０を有する。吸気管９のうちエアクリーナボックス１０よりも下流部分には、吸気管９内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、吸気管９内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１２とを取り付けてある。
【００４４】
前記吸気管９における吸気枝管８の上流近傍には、吸気管９内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３を設けてある。吸気絞り弁１３は、ステッパモータ等で構成された吸気絞り用アクチュエータ１４と連結されており、吸気絞り用アクチュエータ１４の作動によって開閉する。
【００４５】
吸気管９のうちエアフローメータ１１と吸気絞り弁１３との間には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａを設けてある。コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮されて高温度の吸気となる。この吸気は、吸気管９のうちコンプレッサハウジング１５ａよりも下流に設けたインタークーラ１６によって冷却される。これにより空気密度の低下が防止され内燃機関のパワーダウンを図る。なお、コンプレッサホイールは遠心過給機１５の別の構成部材であり排気系に配置したタービンハウジング１５ｂのタービンホイールと同軸でつながっている。
【００４６】
インタークーラ１６を経由することで冷却された吸気は、吸気絞り弁１３によって流量調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室に向けて分配され、各気筒２のインジェクタ３から噴射された燃料の燃焼に供される。
【００４７】
一方、内燃機関１には各気筒２の図示しない排気ポートを介して前記各気筒の燃焼室とつながっている排気枝管１８を有する。
【００４８】
排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続され、タービンハウジング１５ｂは排気管１９と接続してある。そして排気管１９の下流には図示しないマフラーを取り付けてある。
【００４９】
また、排気管１９の途中には、排気中の有害ガス成分を浄化するための排気浄化触媒を包蔵する排気浄化装置としての触媒コンバータ２０を配置してある。そして、排気管１９のうち触媒コンバータ２０よりも下流には、排気空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３と、排気温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４とを取り付けてある。
【００５０】
また空燃比センサ２３や排気温度センサ２４よりも下流には、排気管１９内における排気流量を調節する排気絞り弁２１を取り付けてある。排気絞り弁２１は、ステッパモータ等で構成した排気絞り用アクチュエータ２２とつながっており、排気絞り用アクチュエータ１４が作動することで開閉する。
【００５１】
そして、各気筒２で燃焼された混合気は排気ガスとなって排気ポート経由で排気枝管１８に排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂに入る。タービンハウジング１５ｂに流入した排気ガスは、タービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転し、このタービンホイールと同軸でつながっている前記コンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールを回転することで吸入空気を高圧にする。
【００５２】
タービンハウジング１５ｂから排出された排気ガスは、排気管１９を介して触媒コンバータ２０に流入し、そこで排気ガスに含まれる有害ガス成分を除去又は浄化する。触媒コンバータ２０にて有害ガス成分が除去又は浄化された排気ガスは、排気絞り弁２１により必要に応じて流量調整され、マフラーを通った後、大気中に放出される。
【００５３】
また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流れる排気の一部を吸気枝管８に再循環させる排気再循環通路（以下「ＥＧＲ通路」と称する。）２５でつながっている。ＥＧＲ通路２５は、そこを流れる排気再循環ガス（以下、「ＥＧＲガス」と称する。）の流量変更をする流量調整弁（以下、「ＥＧＲ弁」と称する。）２６を有する。ＥＧＲ弁２６は、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じてその開度が定まり、当該開度に応じてＥＧＲガスの流量が変わる。
【００５４】
また、ＥＧＲ通路２５のうちＥＧＲ弁２６よりも上流には、該ＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７を設けてある。
【００５５】
ＥＧＲ弁２６が開くと、ＥＧＲ通路２５が導通状態となり、排気枝管１８内を流れる排気ガスの一部がＥＧＲ通路２５に流入し、ＥＧＲクーラ２７を経由して吸気枝管８に流れる。
【００５６】
その際にＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧＲガスと所定の冷媒との間で熱交換が行われてＥＧＲガスを冷却する。
【００５７】
ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８に還流したＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いながら各気筒２の燃焼室に導かれ、インジェクタ３が噴射する燃料の燃焼に供される。しかしながら、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自ら燃焼することなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると混合気の燃焼温度が下がり、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量を抑制する。
【００５８】
更に、ＥＧＲクーラ２７によりＥＧＲガスを冷却すると、その温度が低下してＥＧＲガスの体積が小さくなる。このため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度を上昇することを抑制し、かつ燃焼室内に供給される新気の量が極端に減少することがないので、内燃機関１の作動に支障を来すこともない。
【００５９】
また、内燃機関１は、触媒コンバータ２０より上流の排気通路を流れる排気中に還元剤としての燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備える。
【００６０】
この還元剤供給機構は、図１に示すように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むよう内燃機関１のシリンダヘッドに取り付けられ、所定圧以上の燃料が印加されたときに開く還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、この還元剤供給路２９の途中に設けられ該還元剤供給通路２９内を流れる燃料の流量を調整する流量調整弁３０と、この流量調整弁３０より上流の還元剤供給路２９に設けられて該還元剤供給路２９内の燃料の流れを遮断する遮断弁３１とを備えている。
【００６１】
尚、還元剤噴射弁２８は、該還元剤噴射弁２８の噴孔が排気枝管１８におけるＥＧＲ通路２５の接続部位より下流であって、排気枝管１８における４つの枝管の集合部に最も近い気筒２の排気ポートに突出するとともに、排気枝管１８の集合部へ向くようにシリンダヘッドに取り付けることが好ましい。
【００６２】
これは、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤（未燃の燃料成分）がＥＧＲ通路２５へ流入するのを防止するとともに、還元剤が排気枝管１８内に滞ることなく遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ到達するようにするためである。
【００６３】
尚、図１に示す例では、内燃機関１の４つの気筒２のうち１番（＃１）気筒２が排気枝管１８の集合部に最も近い位置にある関係で、１番（＃１）気筒２の排気ポートに還元剤噴射弁２８を取り付けてあるが、１番（＃１）気筒２以外の気筒２が排気枝管１８の集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒２の排気ポートに還元剤噴射弁２８を取り付けるようにする。
【００６４】
このような還元剤供給機構では、流量調整弁３０が開くと、燃料ポンプ６から送られた高圧燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８に印加される。そして、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が所定圧以上に達すると、該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内に還元剤としての燃料を噴射する。
【００６５】
還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内に噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気ととともにタービンハウジング１５ｂに流入する。タービンハウジング１５ｂ内に流入した排気と還元剤とは、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に混合されてリッチ空燃比の排気となる。
【００６６】
この排気は、タービンハウジング１５ｂから排気管１９を介して触媒コンバータ２０に流入し、触媒コンバータ２０の排気浄化触媒が吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ窒素（Ｎ2）に還元される。
【００６７】
その後、流量調整弁３０が閉じて燃料ポンプ６から還元剤噴射弁２８への還元剤の供給が断たれると、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が前記所定圧未満となり、その結果、還元剤噴射弁２８が閉じて排気枝管１８内への還元剤の添加を停止する。
【００６８】
上記内燃機関１には、該内燃機関１を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５を有する。このＥＣＵ３５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り、図示しない、双方向性バスによって相互に接続された、中央処理制御装置ＣＰＵ，読み出し専用メモリＲＯＭ，ランダムアクセスメモリＲＡＭ，入力インタフェース回路、出力インタフェース回路等から構成されている。
【００６９】
前記入力インタフェース回路は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、還元剤圧力センサ３２、クランクポジションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等の各種センサと電気的に接続されている。これら各種センサの出力信号が入力インタフェース回路からＥＣＵ３５内に入ると、これらのパラメータは、一時的にランダムアクセスメモリＲＡＭに記憶される。そして、ＣＰＵが、これらのパラメータに基づいて必要とする演算処理を、読み出し専用メモリＲＯＭに記憶しておいた各種アプリケーションプログラムにしたがって実行するにあたり、双方向性バスを通じてランダムアクセスメモリＲＡＭが記憶していた前記パラメータやＲＯＭに記憶しておいたマップを必要に応じて呼び出す。
【００７０】
前記出力インタフェース回路は、前記各種センサの出力信号に基づいて作動するインジェクタ３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、遮断弁３１等の各種装置と電気的に接続され、これら各種装置は、ＣＰＵの演算結果に基づいて適宜作動する。
【００７１】
次に、排気浄化装置である触媒コンバータ２０について具体的に説明する。
【００７２】
触媒コンバータ２０は、ケース内に還元剤の存在下で排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するＮＯx触媒を包蔵するものであり、このようなＮＯx触媒としては、選択還元型ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒等を例示できるが、ここでは吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明する。
【００７３】
吸蔵還元型ＮＯx触媒は、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）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と、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、のようなアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）イットリウム（Ｙ）のような希土類との中から選ばれた少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属とを坦持して構成される。
【００７４】
このような構成の吸蔵還元型ＮＯx触媒は、排気空燃比がリーン空燃比であるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスの酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときはそれまで吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ還元及び浄化する。
【００７５】
尚、ここでいう排気空燃比とは、触媒コンバータ２０より上流の排気管１９、燃焼室、吸気管９等に供給された空気量の合計と燃料（炭化水素）量の合計との比を意味するものとする。従って、触媒コンバータ２０より上流の排気系に燃料、還元剤、あるいは空気が供給されない限り、排気空燃比は燃焼室に供給される混合気の空燃比と一致する。
【００７６】
ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出メカニズムについて、アルミナからなる担体上に白金（Ｐｔ）及びバリウム（Ｂａ）が担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明する。
【００７７】
吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出作用は、おおよそ図２に示されるようなメカニズムで行われていると考えられている。
【００７８】
先ず、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比となって排気中の酸素濃度が高まると、図２（Ａ）に示されるように、排気中の酸素（Ｏ2）がＯ2-またはＯ2-の形で白金（Ｐｔ）の表面上に付着し、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）が白金（Ｐｔ）の表面上でＯ2-またはＯ2-と反応して二酸化窒素（ＮＯ2）を形成する（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。
【００７９】
二酸化窒素（ＮＯ2）は、白金（Ｐｔ）の表面上で酸化されつつ酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硝酸イオン（ＮＯ3-）を形成する。このように排気中の窒素酸化物（ＮＯx）は、硝酸イオン（ＮＯ3-）として吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵される。
【００８０】
このような作用をＮＯx吸蔵作用といい、ＮＯx吸蔵作用は、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気空燃比がリーンであり、且つ吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和しない限り継続される。
【００８１】
これに対して、流入排気の酸素濃度が低下すると、二酸化窒素（ＮＯ2）の生成量が減少するため、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合していた硝酸イオン（ＮＯ3-）が逆に二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）となって吸蔵還元型ＮＯx触媒から離脱する。
【００８２】
すなわち、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下すると、硝酸イオン（ＮＯ3-）の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）が二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）となって吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出される。
【００８３】
吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出した窒素酸化物（ＮＯx）は、図２（Ｂ）に示すように、排気中に含まれる還元成分（例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒の白金（Ｐｔ）上の酸素Ｏ2-またはＯ2-と反応して部分酸化した炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の活性種）と反応して窒素（Ｎ2）等に還元される。
【００８４】
即ち、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）は、白金（Ｐｔ）上でＯ2-またはＯ2-と反応して酸化し、それにより白金（Ｐｔ）上のＯ2-またはＯ2-が消費されてもなお炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が残存していれば、それらの炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯx）及び内燃機関１から排出された窒素酸化物（ＮＯx）が窒素（Ｎ2）に還元される。
【００８５】
従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比もしくはリッチ空燃比とすることにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ還元することが可能となる。
【００８６】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力には限りがあるため、長期にわたってリーン空燃比の排気が吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒にて除去又は浄化されずに大気中に放出されてしまう。
【００８７】
しかしながら、例えばディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、それ以上吸収できなくなってＮＯxがリークしてしまう虞がある。
【００８８】
リーク回避のためにはＮＯx吸収能力を回復させなければならず、そのためにはそれまで吸蔵還元型ＮＯx触媒が吸収していたＮＯxを放出させて吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯｘ吸収能力を回復させる必要がある。
【００８９】
そこで吸蔵還元型ＮＯx触媒が飽和状態になる前に流入排気ガスの空燃比を所定タイミングでリッチにして酸素濃度を極度に低下させて吸蔵還元型ＮＯx触媒からＮＯｘを放出させることにより、そのＮＯx吸収能力の回復を行う吸蔵還元型ＮＯx触媒の再生処理を行う必要がある。
【００９０】
しかし単なるＮＯｘの放出を行うだけでは吸蔵還元型ＮＯx触媒の再生はできてもＮＯｘ触媒本来の機能であるＮＯｘ浄化ができずエミッションの悪化につながる。そこで例えば排気ポートに燃料噴射弁を備え付け、この燃料噴射弁から内燃機関の運転状態に応じて連続的あるいは間欠的に機関燃料を噴射して当該機関燃料を還元剤として吸蔵還元型ＮＯx触媒に添加することで、放出されたＮＯｘをＮ2に還元しもってＮＯｘ浄化を行う。
【００９１】
ところで機関燃料は硫黄成分を多く含んでいるので燃焼すると硫黄酸化物（以下特に断らない限り「ＳＯx」という。）を生成する。そして、ＳＯｘはＮＯxと同じメカニズムで吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収される。
【００９２】
ＳＯｘ は安定な硫酸塩を形成するため、分解および放出されにくく、吸蔵還元型ＮＯx触媒に蓄積されやすい。すると吸蔵還元型ＮＯx触媒がＳＯxを吸収した分、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化率が低下し、吸蔵還元型ＮＯx触媒の機能であるＮＯx浄化に支障を来す現象、いわゆるＳ被毒を生じる虞がある。よってＳ被毒状態にある吸蔵還元型ＮＯx触媒は回復させる必要があり、そのための処理を吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳ被毒回復処理という。
【００９３】
しかし、上述のように吸蔵還元型ＮＯx触媒内に蓄積された硫酸塩は比較的安定的であるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒がその再生を行なう温度（例えば、２５０〜５００ ℃程度）にあったのでは吸蔵還元型ＮＯx触媒が吸収したＳＯｘ を放出させることは困難である。
【００９４】
Ｓ被毒回復処理を行うには、吸蔵還元型ＮＯx触媒の再生を行う前記温度よりも高い例えば６００〜７００℃程度の高温度にまで吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を高めるとともに排気空燃比をストイキあるいはリッチに定期的にすることで対処する。
【００９５】
一方、ディーゼルエンジンは従来からあるガソリンエンジンに比べて排気温度が低く、Ｓ被毒回復処理を行うに必要な前記高温度にするのは困難である。またディーゼルエンジンが例えば高負荷運転状態にある場合、すなわちディーゼルエンジンにとっては高温となる状態でディーゼルエンジンが作動している時に排気空燃比をストイキやリッチにすると、すすや、未燃燃料成分などの粒子状物質であるＰＭ等の微粒子が排出され易くなる。よって、当該高温時に排気空燃比をストイキやリッチにすることはできない。
【００９６】
よって前記高温時に吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度である触媒床温を上げ、さらに煤等の微粒子の排出されにくい軽負荷運転時に排気空燃比をストイキやリッチにすることでＳ被毒を回復することが考えられる。
【００９７】
しかし、Ｓ被毒回復処理を行うに適した前記温度の確保のためにディーゼルエンジンを例えば加速運転すると、その運転状態における機関出力を維持するために燃料噴射量が増え、よって燃費面で好ましくない。以上の問題点については従来技術の説明で既に述べた通りである。
【００９８】
これに対し、本実施の形態に係る内燃機関１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒の機能を確保しつつ、内燃機関が減速走行している時にＳ被毒回復処理を行うことで燃費を良くするという技術である。
【００９９】
すなわち、内燃機関１が加速運転状態または定常運転状態にある時は、前記ＮＯｘ触媒をＮＯｘ浄化に適した温度範囲内で上昇させ、内燃機関１が減速運転状態にある時は、排気空燃比をリーンにすることでＮＯｘ触媒の温度をＳ被毒回復に適した温度にする昇温手段を内燃機関１は有する。
【０１００】
なお、「内燃機関１が加速運転状態または定常運転状態にある」のうち「定常運転状態にある」とは、ドライバによるアクセルの踏み込み量が一定でかつ機関回転数が一定の状態での機関運転状態を意味する。
【０１０１】
次に図３のフローチャートを参照してＥＣＵ３５によるエンジン１のＳ被毒回復処理実行ルーチンを実現するためのプログラムについて述べる。
【０１０２】
このプログラムは、以下に述べるステップ１０１〜ステップ１０８からなる。また、これらのステップからなるプログラムは、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶してあり必要に応じて呼び出される。前記各ステップにおける処理は、すべてＥＣＵ３５のＣＰＵによる。なお、記号Ｓを用い、例えばステップ１０１であればＳ１０１と省略して示す。
【０１０３】
燃料消費量から吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳ被毒量を概算し、既定値以上に達している場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒がＳ被毒を回復すべき場合にあると判断してこのルーチンに移行する。
【０１０４】
すなわちＳ１０１でＳ被毒回復処理の必要性の有無を判定し、肯定判定すればＳ１０２に進み、否定判定すれば本制御を終了する。なおＳ被毒回復のためには、触媒床温が６００°C以上で排気空燃比が１４．５以下である必要があり、当該条件を満足しなければＳ被毒の回復はできない。
【０１０５】
Ｓ１０２ではまず触媒床温を検出し、５００°C以下の場合に昇温制御を実施する。すなわち５００°Cよりも高いかどうかを判定し、否定判定すればＳ１０３に進み、肯定判定した場合は否定判定するまでこの処理を繰り返す。
【０１０６】
触媒床温が５００°Cよりも高い場合、Ｓ１０３よりも後の処理に進まないようにしたのは、内燃機関１が減速運転状態にある時に排気空燃比をリーンにすることで燃料の燃焼に期することなくＮＯｘ触媒の温度をＳ被毒回復に適した前記６００°C以上の温度にするという本発明の技術的思想にもとるからである。
【０１０７】
なお、Ｓ被毒回復のための条件である６００°Cからあまり離れていない５００°Cに判定値を設定することで無駄な燃費悪化を防止している。また５００°CはＮＯx触媒２０の還元性能悪化の限界値であり、それ以上の温度になると還元性能が悪化するけれどもＮＯｘ浄化に適した温度ではある。なおＮＯｘ浄化に適した温度範囲として２５０〜５００°Cを挙げられる。
【０１０８】
Ｓ１０３では触媒床温が５００°C以下である場合には昇温制御の実行を行うというものであり、内燃機関の運転状態に応じて還元剤噴射弁２８から噴射される燃料による昇温制御、インジェクタ３が噴く主噴射以外の副次的噴射であるいわゆるポスト噴射される燃料による昇温制御、空燃比をリッチにするいわゆるエンジンリッチによる昇温制御のいずれかまたはこれらの組み合わせにより機関運転状態に応じた昇温制御を行う。この昇温制御により吸蔵還元型ＮＯx触媒をＮＯｘ浄化に適した温度範囲内にまで上昇させる。
【０１０９】
Ｓ１０４では内燃機関１が加速運転状態または定常運転状態にあるかどうかを判定し、肯定判定した場合は、Ｓ１０２に戻り、否定判定した場合、すなわち内燃機関１が減速運転状態にある時はＳ１０５に進む。
【０１１０】
内燃機関１が減速運転状態にある時に進むＳ１０５では排気空燃比を瞬時リーンにする。このようにすることで、吸蔵還元型ＮＯx触媒は瞬間的に酸素過剰な雰囲気状態におかれる。すなわち排気中の酸素量が増大するため当該増大した酸素が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に向けて供給されるようになる。この結果、酸化反応を促進させてそれだけ反応熱が多くなり吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を上げられる。
【０１１１】
Ｓ１０６では触媒床温がＳ被毒回復に必要な前記６００°Cよりも高いかどうかを判定し、肯定判定すればＳ１０７に進み、否定判定した場合はＳ１０５に戻り、Ｓ１０６で肯定判定されるまで当該処理を繰り返す。このようにすることで触媒床温を前記６００°Cまで昇温制御する。Ｓ１０６は、内燃機関１が減速運転状態にある時に排気空燃比が瞬時リーンな状態で行う処理である（Ｓ１０４，Ｓ１０５参照）。よって、Ｓ１０４〜Ｓ１０６は、内燃機関１が減速運転状態にある時に排気空燃比をリーンにすることで吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度をＳ被毒回復に適した温度にする昇温手段といえる。またこのＳ１０４〜Ｓ１０６を含む本プログラムはＲＯＭに記憶され、ＲＯＭの属性はＥＣＵ９にあるので、ＥＣＵ３５を内燃機関１が減速運転状態にある時は排気空燃比をリーンにすることで吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度をＳ被毒回復に適した温度にする昇温手段ということができる。また、当該昇温手段は内燃機関１が加速運転状態または定常運転状態にある時は、前記ＮＯｘ触媒をＮＯｘ浄化に適した温度に維持する昇温手段でもある（Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４参照）。
【０１１２】
Ｓ１０７では還元剤噴射弁２８からの燃料噴射の実行またはエンジンリッチの実行により排気空燃比をＳ１０３で行った昇温制御と同じ昇温制御を行うことで所定時間、リッチにする。
【０１１３】
Ｓ１０８では、Ｓ１０７での所定時間を図示しない適宜のタイマでカウントする。この所定時間は実験により、また適宜の演算式を用いることによって得たものである。そして、当該所定時間が経過した後にＳ被毒回復制御が終了する。
【０１１４】
このような構成の内燃機関１によれば次のような作用効果を奏する。
【０１１５】
ＮＯｘ触媒のＳ被毒を回復すべき場合において、内燃機関１が加速運転状態または定常運転状態にある時は、吸蔵還元型ＮＯx触媒をＮＯｘ浄化に適した温度範囲に属する例えば５００°Cに上昇させるので、その時に還元剤を添加することでＮＯｘの還元浄化ができる。
【０１１６】
また、内燃機関１が減速運転状態にある時に、排気空燃比をリーンにすることで排気中の酸素量を増大できるため、当該増大した酸素が吸蔵還元型ＮＯx触媒に向けて供給されれば酸化反応を促進できる。よって、それだけ反応熱が多くなってＮＯｘ触媒の温度を上げられるのでＳ被毒回復に適した温度にまで当該反応熱を増加できるように前記酸素量を増大する（Ｓ１０５参照）ことにより、これまでの技術のように燃料を燃焼することによる触媒温度の上昇を意図する必要がない。この結果、少ない燃料でもＮＯｘ触媒をＳ被毒回復処理を行うに十分な温度にまで高めることができるため燃料消費量を減らすことができる。
【０１１７】
また  タイマにて前記所定時間をカウントし、その間、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れる排気ガスの空燃比をリッチにするとともに、前記昇温手段であるＥＣＵ３５は、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度をＳ被毒回復処理に適した温度に維持することでＳ被毒回復処理を確実に行える。
【０１１８】
【発明の効果】
本出願内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯx触媒の機能を確保しつつ、内燃機関が減速走行している時にＳ被毒回復処理を行うことで燃料消費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明内燃機関の排気浄化装置を適用した内燃機関の全体構成を示す図
【図２】吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出作用図
【図３】内燃機関のＳ被毒回復処理実行ルーチンを実現するためのプログラムを説明するためのフローチャート
【符号の説明】
１     内燃機関
２     気筒
３     インジェクタ
４     コモンレール
４ａ   コモンレール圧センサ
５     燃料供給管
６     燃料ポンプ
６ａ   ポンププーリ
１ａ   クランクプーリ
７     ベルト
８     吸気枝管
９     吸気管
１０   エアクリーナボックス
１１   エアフローメータ
１２   吸気温度センサ
１３   吸気絞り弁
１４   吸気絞り用アクチュエータ
１５   遠心過給機
１５ａ コンプレッサハウジング
１６   インタークーラ
１５ｂ タービンハウジング
１８   排気枝管
１９   排気管
２０   触媒コンバータ
２３   空燃比センサ
２４   排気温度センサ
２２   排気絞り用アクチュエータ
２１   排気絞り弁
２５   ＥＧＲ通路
２６   ＥＧＲ弁
２７   ＥＧＲクーラ
２８   還元剤噴射弁
２９   還元剤供給路
３０   流量調整弁
３１   遮断弁
３５   ＥＣＵ
１７   吸気管圧力センサ
３２   還元剤圧力センサ
３３   クランクポジションセンサ
３４   水温センサ
３５    ＥＣＵ（昇温手段）
３６   アクセル開度センサ
【図１】
0004496615.tif 000002
【図２】
0004496615.tif 000003
【図３】
0004496615.tif 000004