(57)【要約】【課題】排気通路内に臨んだ噴孔から排気に還元剤を添加する添加弁及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、添加弁における噴孔の詰まりの抑制と排気エミッションの向上とを両立できる技術を提供する。【解決手段】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復する回復制御を実施する場合に少なくとも燃焼リッチ手段に燃焼リッチを実行させて、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比まで低下させる内燃機関の排気浄化装置において、回復制御を実施する場合に、所定の目標タイミングで添加弁に還元剤を強制的に添加させる強制添加制御を実行する強制添加手段を更に備え、目標タイミングは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘ又はＳＯｘが離脱している間に強制添加制御にかかる還元剤が該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するように決定されることを特徴とする。【選択図】図１
2009174445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させる燃焼リッチを実行する燃焼リッチ手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路内に臨んだ噴孔から排気に還元剤を添加する添加弁と、
を備え、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復する回復制御を実施する場合に少なくとも燃焼リッチ手段に燃焼リッチを実行させて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比まで低下させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記回復制御を実施する場合に、所定の目標タイミングで前記添加弁に還元剤を強制的に添加させる強制添加制御を実行する強制添加手段を更に備え、
前記目標タイミングは、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘ又はＳＯｘが離脱している間に、前記強制添加制御にかかる還元剤が該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するように決定されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記回復制御の実施によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させる場合において、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から離脱するＮＯｘ離脱量が第一基準値以上に維持される期間の範囲内で前記強制添加制御にかかる還元剤が該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するように、前記目標タイミングが決定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記回復制御の実施によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させる場合において、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から離脱するＳＯｘ離脱量が第二基準値以上に維持される期間の範囲内で前記強制添加制御にかかる還元剤が該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するように、前記目標タイミングが決定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させる燃焼リッチを実行する燃焼リッチ手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の排気通路に設けられる後段触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記後段触媒との間の排気通路内に臨んだ噴孔から排気に還元剤を添加する添加弁と、
を備え、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復する回復制御を実施する場合に少なくとも燃焼リッチ手段に燃焼リッチを実行させて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比まで低下させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記回復制御を実施する場合に、所定の目標タイミングで前記添加弁に還元剤を強制的に添加させる強制添加制御を実行する強制添加手段を更に備え、
前記目標タイミングは、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘ又はＳＯｘが前記後段触媒に流入している間に、前記強制添加制御にかかる還元剤が該後段触媒に流入するように決定されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させる燃焼リッチを実行する燃焼リッチ手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路内に臨んだ噴孔から排気に還元剤を添加する添加弁と、
を備え、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復する回復制御を実施する場合に少なくとも燃焼リッチ手段に燃焼リッチを実行させて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比まで低下させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記回復制御を実施する場合に、所定の目標タイミングで前記添加弁に還元剤を強制的に添加させる強制添加制御を実行する強制添加手段を更に備え、
前記目標タイミングは、前記燃焼リッチ手段による燃焼リッチの終了によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵量が第三基準値以上に回復してから前記強制添加制御にかかる還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するように決定されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させる燃焼リッチを実行する燃焼リッチ手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路内に臨んだ噴孔から排気に還元剤としての燃料を添加する添加弁と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の排気通路に設けられ、排気ガスに含まれる炭化水素を吸着及び酸化可能なＨＣ吸着酸化触媒と、
を備え、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復する回復制御を実施する場合に少なくとも燃焼リッチ手段に燃焼リッチを実行させて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比まで低下させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記回復制御を実施する場合に、所定の目標タイミングで前記添加弁に燃料を強制的に添加させる強制添加制御を実行する強制添加手段を更に備え、
前記目標タイミングは、前記燃焼リッチ手段による燃焼リッチの終了によって前記ＨＣ吸着酸化触媒に吸着している炭化水素の吸着量が第四基準値以下に減少してから前記強制添加制御にかかる燃料が該ＨＣ吸着酸化触媒に流入するように決定されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・ガソリン機関では、この内燃機関の排気系に排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒を配置する技術が提案されている。このＮＯｘ触媒の一例として、流入する排気の空燃比が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、流入する排気の空燃比が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを離脱させつつ還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が知られている。
【０００３】
本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。また、ＮＯｘ吸蔵剤からの「離脱」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【０００４】
ここで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒には、排気中のＮＯｘの他、ＳＯｘが吸蔵される。ＮＯｘ触媒へのＮＯｘやＳＯｘの吸蔵量が増加すると同触媒の浄化能力が低下するため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を低下させると共に還元剤を供給して同触媒の浄化能力を回復させる回復制御（例えば、ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理等）が行われる。
【０００５】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を低下させる方法としては、内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させる方法（以下、「燃焼リッチ」とも称する）が例示できる。また、燃焼リッチとしては、吸気絞り弁による吸入空気量の低減、ＥＧＲガス量の増加、気筒内への主噴射の後に行われる副噴射等により、内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させることができる。
【０００６】
また、内燃機関の排気通路内に臨むように噴孔が形成された添加弁から還元剤（例えば、燃料）を噴射し、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気に還元剤を添加することで空燃比を低下させる方法が例示できる。
【０００７】
ところで、内燃機関から排出される排気には、スモークやＳＯＦ分が含まれるため、添加弁の噴孔にスモークやＳＯＦ分が侵入すると、それがデポジットと化して噴孔が詰まる虞がある。従って、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対する回復制御を行う際に燃焼リッチを実行すると、燃焼状態が悪化してスモーク及びＳＯＦ分の排出量が多くなり、添加弁の噴孔が詰まる可能性が高くなる。
【０００８】
これに関連して、特許文献１には、排気通路内に臨むように噴孔の形成された添加弁から排気に還元剤を添加する内燃機関の排気浄化装置において、排気中にスモークが多量に発生する状況にあると予測されたときに添加弁による還元剤の添加を強制的に実施することで、噴孔の詰まりを抑制する技術が開示されている（以下、添加弁の噴孔の詰まりを抑制するための添加を「強制添加」とも称する）。また、スモークが多量に発生する状況として、内燃機関の加速時、通常燃焼モードと低温燃焼モードとの間での燃焼モードの切り替え時等が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−８３１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のように燃焼リッチを実行すると内燃機関から排出される排気の酸素濃度は低くなる。そして、この燃焼リッチに併せて添加弁に強制添加を実施させると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における還元剤の酸化反応が充分に行われない場合がある。その結果、強制添加にかかる還元剤、或いは内燃機関から排出された排気にもともと含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をすり抜けてしまい、排気エミッションが悪化する場合があった。
【００１０】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気通路内に臨んだ噴孔から排気に還元剤を添加する添加弁及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、添加弁における噴孔の詰まりの抑制と排気エミッションの向上とを両立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】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させる燃焼リッチを実行する燃焼リッチ手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路内に臨んだ噴孔から排気に還元剤を添加する添加弁と、
を備え、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復する回復制御を実施する場合に少なくとも燃焼リッチ手段に燃焼リッチを実行させて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比まで低下させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記回復制御を実施する場合に、所定の目標タイミングで前記添加弁に還元剤を強制的に添加させる強制添加制御を実行する強制添加手段を更に備え、
前記目標タイミングは、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘ又はＳＯｘが離脱している間に、前記強制添加制御にかかる還元剤が該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するように決定されることを特徴とする。
【００１２】
ここで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理を行う場合や、硫黄被毒を回復するＳＯｘ被毒回復処理を行う場合のように、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復する回復制御を実施する場合には、同触媒に流入する排気の空燃比を低下させつつ還元剤が供給される。本発明における回復制御においては、少なくとも燃焼リッチ手段による燃焼リッチが実行されることで吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が目標空燃比まで低下させられる。
【００１３】
本明細書において、上記の「少なくとも」とは、添加弁からの還元剤の添加により排気の空燃比を低下させる排気添加リッチと燃焼リッチとを併せて実行することで、排気の空燃比を目標空燃比まで低下させても良いことを意味する。また、目標空燃比は、硝酸塩等の形で吸蔵されているＮＯｘが吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から確実に離脱できるように決定することが望ましく、例えば略理論空燃比又はリッチ空燃比として設定される。なお、添加弁からの還元剤としては、例えば燃料（軽油）等が例示できる。
【００１４】
回復制御に際して燃焼リッチが実行されると内燃機関からの排気はスモークやＳＯＦ分を多く含むようになり、添加弁の噴孔に侵入するスモークやＳＯＦ分がデポジットと化して噴孔が詰まり易くなってしまう。そこで本発明では、回復制御を実施する際に強制添加制御を行うことで、添加弁における噴孔の詰まりの抑制することとした。
【００１５】
上記回復制御において燃焼リッチが実行されると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘやＳＯｘが離脱する。そこで、本発明では、強制添加制御において還元剤を強制的に添加する目標タイミングを、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘ又はＳＯｘが離脱している間に強制添加制御にかかる還元剤が該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へと流入するように決定する。これによれば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する強制添加制御にかかる還元剤と、ＮＯｘ又はＳＯｘとの間で酸化還元反応が起こる。つまり、上記ＮＯｘ又はＳＯｘを酸化剤として、強制添加制御にかかる還元剤を酸化させることができる。ここで酸化剤として機能するＮＯｘ又はＳＯｘには、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された後、燃焼リッチの実行によって同触媒から離脱するＮＯｘ又はＳＯｘの他、同触媒に流入する排気中に元々含まれていたＮＯｘ又はＳＯｘも包含される。
【００１６】
本発明によれば、強制添加制御にかかる還元剤を確実に酸化できるので、大気中への還元剤の放出が抑制される。従って、添加弁における噴孔の詰まりの抑制と排気エミッションの向上とを好適に両立することが可能となる。
【００１７】
ところで、一回の回復制御において吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱するときのＮＯｘ離脱量、又はＳＯｘが離脱するときのＳＯｘ離脱量は経時的に変化する。ここで、ＮＯｘ離脱量とは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から離脱する単位時間当たりのＮＯｘの質量として定義されても良い。同様にＳＯｘ離脱量は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から離脱する単位時間当たりにＳＯｘの質量として定義されても良い。
【００１８】
回復制御が実行されると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比の低下に伴ってＮＯｘ離脱量、或いはＳＯｘ離脱量は徐々に増大してゆき、やがてピーク値（最大値）に到達する。そして、ピーク値に到達した後は、ＮＯｘ離脱量及びＳＯｘ離脱量は徐々に減少する。
【００１９】
そこで、回復制御の実施によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させる場合において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から離脱するＮＯｘ離脱量が第一基準値以上に維持される期間の範囲内で強制添加制御にかかる還元剤が該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するように、目標タイミングが決定されても良い。
【００２０】
第一基準値とは、強制添加制御にかかる還元剤を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において同触媒から離脱するＮＯｘと反応させ、酸化させるために必要充分なＮＯｘ離脱量の下限値であり、予め実験的に求めておくことができる。
【００２１】
また、回復制御の実施によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させる場合において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から離脱するＳＯｘ離脱量が第二基準値以上に維持される期間の範囲内で強制添加制御にかかる還元剤が該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するように、目標タイミングが決定されても良い。第二基準値とは、強制添加制御にかかる還元剤を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において同触媒から離脱するＳＯｘと反応させ、酸化させるために必要充分なＳＯｘ離脱量の下限値であり、予め実験的に求めておくことができる。
【００２２】
上記のように目標タイミングを決定することで、強制添加制御にかかる還元剤を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から離脱するＮＯｘ、又はＳＯｘによってより確実に酸化させることができる。なお、本発明において、強制添加制御にかかる還元剤を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入させる期間は、ＮＯｘ離脱量が第一基準値以上に維持される期間の一部、或いはＳＯｘ離脱量が第二基準値以上に維持される期間の一部であっても良い。
【００２３】
また、強制添加制御を実施する際に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を比較的短い周期でスパイク的に（短時間に）リッチとする場合において、吸蔵還元型ＮＯ
ｘ触媒から周期的に離脱するＮＯｘ又はＳＯｘと同期させた強制添加制御を行うと好適である。
【００２４】
また、上記課題を達成するために本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させる燃焼リッチを実行する燃焼リッチ手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の排気通路に設けられる後段触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記後段触媒との間の排気通路内に臨んだ噴孔から排気に還元剤を添加する添加弁と、
を備え、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復する回復制御を実施する場合に少なくとも燃焼リッチ手段に燃焼リッチを実行させて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比まで低下させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記回復制御を実施する場合に、所定の目標タイミングで前記添加弁に還元剤を強制的に添加させる強制添加制御を実行する強制添加手段を更に備え、
前記目標タイミングは、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出したＮＯｘ又はＳＯｘが前記後段触媒に流入している間に、前記強制添加制御にかかる還元剤が該後段触媒に流入するように決定されることを特徴としても良い。
【００２５】
上記構成においては、後段触媒において排気中の有害物質を浄化させ、或いは当該後段触媒の昇温等を図るべく、添加弁から還元剤が排気に添加される。例えば、後段触媒は選択還元型ＮＯｘ触媒であっても良い。その場合には、選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する還元剤としてはアンモニア由来の還元剤であっても良い。アンモニア由来の還元剤には、アンモニアおよびアンモニアを発生させるアンモニア発生剤が含まれる。例えば、アンモニア由来の還元剤としてはアンモニア水、尿素水等が例示できる。
【００２６】
例えば、還元剤として尿素水が採用される場合、排気中に添加された尿素水は加水分解されることでアンモニアが生成される。そして、このアンモニアが選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されることで、ＮＯｘが還元される。一方、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対しては、前述したように少なくとも燃焼リッチ手段に燃焼リッチを実行させ、同触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比まで低下させることで回復制御が行われる。
【００２７】
上記の構成では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒への回復制御が実施されると、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流側に配置された添加弁の噴孔がスモークやＳＯＦ分によって詰まり易くなる。本発明では、回復制御が行われる際に強制添加制御を実行することで、添加弁の詰まりを抑制することとした。すなわち、上記回復制御において燃焼リッチが実行されると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘやＳＯｘが流出し、下流側の後段触媒に流入する。そこで、本発明における添加弁から還元剤を強制添加させるときの目標タイミングは、上記ＮＯｘ又はＳＯｘが後段触媒に流入している間に強制添加制御にかかる還元剤が後段触媒に流入するように決定される。
【００２８】
これによれば、強制添加制御にかかる還元剤を後段触媒に流入するＮＯｘ又はＳＯｘを酸化剤として酸化させることができる。ここでいう、ＮＯｘ又はＳＯｘには、リッチ燃焼の実行によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から離脱したＮＯｘ又はＳＯｘの他、内燃機関から排出された排気に元々含まれていたＮＯｘ又はＳＯｘであって同触媒に吸蔵されることなくすり抜けてきたＮＯｘ又はＳＯｘも包含される。本発明によれば、強制添加制御にかかる還元剤を確実に酸化させることができるので、当該還元剤が後段触媒をすり抜けて大気中に放出されることが抑制される。従って、添加弁における噴孔の詰まりの抑制と排気エミッションの向上とを好適に両立することができる。
【００２９】
また、上記回復制御において吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を比較的短い周期でスパイク的にリッチとする場合には、強制添加制御にかかる還元剤を後段触媒に対して断続的又は連続的に還元剤を供給しても良い。その場合には、強制添加制御にかかる還元剤が後段触媒に流入するタイミングと、ＮＯｘ又はＳＯｘが後段触媒に流入するタイミングとを同期させると、好適である。
【００３０】
また、上記課題を達成するために本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させる燃焼リッチを実行する燃焼リッチ手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路内に臨んだ噴孔から排気に還元剤を添加する添加弁と、
を備え、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復する回復制御を実施する場合に少なくとも燃焼リッチ手段に燃焼リッチを実行させて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比まで低下させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記回復制御を実施する場合に、所定の目標タイミングで前記添加弁に還元剤を強制的に添加させる強制添加制御を実行する強制添加手段を更に備え、
前記目標タイミングは、前記燃焼リッチ手段による燃焼リッチの終了によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵量が第三基準値以上に回復してから前記強制添加制御にかかる還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するように決定されることを特徴としても良い。
【００３１】
ここで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は酸素吸蔵能を有しており、同触媒に流入する排気の空燃比が高いときには排気中の酸素を吸蔵し、排気の空燃比が低下すると吸蔵した酸素を離脱させることができる。本発明では、回復制御が実施されると排気の空燃比が著しく低下するため同触媒において吸蔵されていた大部分の酸素は放出される。このように酸素吸蔵量が少ない状態で強制添加制御を実行すると、強制添加制御にかかる還元剤を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒にて充分に酸化させることができず、還元剤が同触媒の下流側へとすり抜けてしまう可能性がある。
【００３２】
そこで、本発明における目標タイミングは、燃焼リッチの終了によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の酸素吸蔵量が第三基準値以上に回復してから強制添加制御にかかる還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するように決定する。第三基準値とは、強制添加制御にかかる還元剤を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された酸素によって酸化させるために充分と判断できる酸素吸蔵量の下限値であり、予め実験的に求めておくことができる。
【００３３】
これによれば、強制添加制御にかかる還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する際には、回復制御の実施によって一旦は減少した酸素吸蔵量が第三基準値以上に回復しているため、還元剤を確実に酸化させることができる。従って、添加弁における噴孔の詰まりの抑制と排気エミッションの向上とを好適に両立することができる。
【００３４】
また、上記課題を達成するために本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させる燃焼リッチを実行する燃焼リッチ手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路内に臨んだ噴孔から排気に還元剤としての燃料を添加する添加弁と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の排気通路に設けられ、排気ガスに含まれる炭化
水素を吸着及び酸化可能なＨＣ吸着酸化触媒と、
を備え、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復する回復制御を実施する場合に少なくとも燃焼リッチ手段に燃焼リッチを実行させて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比まで低下させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記回復制御を実施する場合に、所定の目標タイミングで前記添加弁に燃料を強制的に添加させる強制添加制御を実行する強制添加手段を更に備え、
前記目標タイミングは、前記燃焼リッチ手段による燃焼リッチの終了によって前記ＨＣ吸着酸化触媒に吸着している炭化水素の吸着量が第四基準値以下に減少してから前記強制添加制御にかかる燃料が該ＨＣ吸着酸化触媒に流入するように決定されることを特徴としても良い。
【００３５】
上記の構成によれば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をすり抜けた排気中の炭化水素はＨＣ吸着酸化触媒に吸着され、該ＨＣ吸着酸化触媒に酸素過剰な排気が流入することによって、上記触媒に吸着された炭化水素が酸化される。ここで、回復制御が実施されると燃焼リッチによって、排気中には通常よりも多くの炭化水素が含まれるようになる。その結果、ＨＣ吸着酸化触媒における炭化水素の吸着量が増加する。
【００３６】
このときに強制添加制御を実行すると、強制添加制御にかかる燃料すなわち炭化水素をＨＣ吸着酸化触媒が吸着しきれず、この燃料が下流側にすり抜けてしまう可能性が高くなる。そこで、本発明においては、燃焼リッチが終了することでＨＣ吸着酸化触媒に流入する排気の空燃比がリーン側に変更された後、吸着された炭化水素がある程度酸化され、比較的に少なくなるまでの間は強制添加制御の実行を待機する。
【００３７】
すなわち、本発明において、目標タイミングは、燃焼リッチの終了によってＨＣ吸着酸化触媒に吸着している炭化水素の吸着量が第四基準値以下に減少してから強制添加制御にかかる燃料がＨＣ吸着酸化触媒に流入するように決定される。第四基準値とは、強制添加制御にかかる燃料が排気中に添加されても、当該燃料がＨＣ吸着酸化触媒に確実に吸着されると判断できるＨＣ吸着酸化触媒における炭化水素の吸着量の上限値である。
【００３８】
これによれば、強制添加制御にかかる燃料は、ＨＣ吸着酸化触媒において確実に吸着され、同触媒上で確実に酸化させることができる。また、強制添加制御は燃焼リッチが終了したあとに実行されるので、かかる燃料を酸化させるための酸素を充分に供給できる。従って、本発明によれば、添加弁における噴孔の詰まりの抑制と排気エミッションの向上とを好適に両立することができる。
【００３９】
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】
【００４０】
本発明にあっては、内燃機関の排気通路内に臨んだ噴孔から排気ガスに還元剤を添加する添加弁及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、添加弁における噴孔の詰まりの抑制と排気エミッションの向上とを両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
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。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００４２】
図１は本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１と、その吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４サイクルディーゼルエンジンである。
【００４３】
内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。この吸気通路２の途中には、スロットル４が設けられている。このスロットル４は、電動アクチュエータにより開閉される。スロットル４よりも上流の吸気通路２には、該吸気通路２内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ５が設けられている。このエアフローメータ５により、内燃機関１の吸入新気量が測定される。
【００４４】
一方、排気通路３の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」と称する）６が備えられており、排気通路３はＮＯｘ触媒６の下流にて図示しないマフラーに接続されている。ＮＯｘ触媒６は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素吸蔵能力のあるセリア（Ｃｅ２Ｏ３）を添加して構成されるＮＯｘ触媒を採用した。
【００４５】
このように構成されたＮＯｘ触媒６は、該ＮＯｘ触媒６に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵（吸収、吸着）する。一方、ＮＯｘ触媒６に流入する排気の酸素濃度が低下したときは、ＮＯｘ触媒６からＮＯｘが離脱（放出）する。そして、ＮＯｘ触媒６から放出されたＮＯｘは、排気中に含まれる還元成分（炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等）と反応して、還元浄化される。
【００４６】
本実施例では、ＮＯｘ触媒６よりも上流の排気通路３には噴孔から還元剤としての燃料を排気中に添加する燃料添加弁７が備えられている。すなわち、燃料添加弁７において燃料を噴射する噴孔は排気通路３に臨むように形成されている。そして、燃料添加弁７は、後述するＥＣＵ２０からの信号により開弁して燃料を噴射する。本実施例においては燃料添加弁７が本発明における添加弁に相当する。
【００４７】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２０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の運転状態を制御するユニットである。
【００４８】
ＥＣＵ２０には、運転者がアクセルペダル１２を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１３、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１４が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。一方、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁１１および燃料添加弁７が電気配線を介して接続され、該ＥＣＵ２０により燃料噴射弁１１および燃料添加弁７の開閉時期が制御される。
【００４９】
例えば、ＥＣＵ２０は、各種センサの出力信号から把握される内燃機関１の運転状態に基づき燃料噴射弁１１の燃料噴射に係る制御を実施する。燃料の噴射量および噴射時期は、基本的にはアクセル開度センサ１３により検出されるアクセルペダル１２の踏み込み量、クランクポジションセンサ１４により検出される機関回転数に基づき、予め設定されたマップ（図示省略）を参照して決定される。
【００５０】
ここで、ＮＯｘ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量力には限りがあるため、内燃機関１が長期に亘りリーン燃焼運転されると、ＮＯｘ触媒６のＮＯｘ吸蔵能力が飽和してしまう。そこで、本実施例では、ＮＯｘ触媒６のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前に、ＮＯｘ触媒６に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元処理が行われる。
【００５１】
具体的には、ＮＯｘ触媒６に流入する排気の空燃比（以下、「流入排気空燃比」と称する）を目標空燃比に向けて比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。本実施例における目標空燃比はリッチ空燃比として設定される。その結果、ＮＯｘ触媒６に吸蔵されたＮＯｘがＮＯｘ触媒６から放出され、排気中のＨＣやＣＯ等と反応することで還元される。本実施例におけるＮＯｘ還元処理は本発明における回復制御の一例である。
【００５２】
リッチスパイク制御において流入排気空燃比を目標空燃比まで低下させるには、内燃機関１から排出される排気の空燃比を低下させることによっても、また燃料添加弁７から燃料を噴射させることによっても行うことができる。つまり、これらの手段によってＮＯｘ触媒６へ還元剤を供給することにより、ＮＯｘ触媒６に吸蔵されているＮＯｘの還元を行うことができる。
【００５３】
ここで、内燃機関１から排出される排気の空燃比を低下させる場合、ＥＣＵ２０は、スロットル４を閉じ側へ変更することにより吸入空気量を減少させたり、主噴射を行った後の膨張行程中若しくは排気行程中に再度燃料を噴射する副噴射（ポスト噴射）を燃料噴射弁１１に行わせる。また、本実施例における内燃機関１は排気通路３内を流通する排気の一部を吸気通路２へ再循環させるＥＧＲ装置を備えていても良い。この場合には、排気通路３内から吸気通路２へ再循環する排気ガス（ＥＧＲガス）量の増加を併せて実行することで該内燃機関１から排出される排気の空燃比を低下させても良い。
【００５４】
ここで、内燃機関１から排出される排気空燃比の低下のことを以下、「燃焼リッチ」と称する。本実施例においてはスロットル４、燃料噴射弁１１を制御して燃焼リッチを実行するＥＣＵ２０が、本発明における燃焼リッチ手段に相当する。また、燃料添加弁７から燃料を噴射させることによる排気空燃比の低下のことを以下、「排気添加リッチ」と称する。
【００５５】
本実施例においては、リッチスパイク制御を実行する際には、少なくとも燃焼リッチが実行され、内燃機関１から排出される排気の空燃比がベース空燃比と比較して低下させられる。ベース空燃比はリッチスパイク制御を実行しないときの内燃機関１の空燃比であり、内燃機関１の負荷等により設定される。これによれば、内燃機関１の燃焼室内で混合気の空燃比を大幅に低下させることができ、しかもＮＯｘ還元効率の高いＣＯが燃焼室内で生成されるため、ＮＯｘ還元効率を高めることができる。
【００５６】
しかしながら、内燃機関１の運転状態によっては燃焼リッチの実行だけでは流入排気空燃比を目標空燃比まで低下させることが困難となる場合がある。例えば、内燃機関１の高負荷運転時のように燃焼噴射弁１１からの燃料噴射量が多い場合には、燃焼室における混合気の燃焼状態が不安定になる虞がある。その場合には、排気添加リッチを併せて実行することで流入排気空燃比を目標空燃比まで確実に低下させることができる。
【００５７】
具体的には、本実施例ではＥＣＵ２０がリッチスパイク制御の実行条件が成立しているかどうか判別する。リッチスパイク制御の実行条件とは、本実施例においてはＮＯｘ還元処理、或いはＳＯｘ被毒回復処理を実行するべきと判断されるときに成立する。例えば、内燃機関１の運転履歴等に基づいてＮＯｘ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量、ＳＯｘ吸蔵量を推定し、これら夫々に設定される規定値以上にこれらの推定値が到達した場合にリッチス
パイク制御の実行条件が成立する。
【００５８】
そして、ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態を検出する。具体的には、現在のアクセル開度センサ１３の出力値、クランクポジションセンサ１４の出力値、エアフローメータ５の出力値等がＥＣＵ２０によって読み込まれる。そして、ＥＣＵ２０は、現在のベース空燃比及び目標空燃比に基づいて、燃焼リッチを行う際の目標となる内燃機関１から排出される排気の空燃比を設定し、この空燃比に基づいてスロットル４の開度、燃料噴射弁１１によるポスト噴射量等が制御され、燃焼リッチが実行される。また、燃焼リッチの実行だけでは、流入排気空燃比を目標空燃比まで低下することができない場合には、燃料添加弁７による排気添加リッチにかかる燃料添加量および添加時期がＥＣＵ２０により決定され、排気添加リッチが実行される。
【００５９】
ところで、このようにリッチスパイク制御に際して燃焼リッチを実行すると、通常運転時に比べて内燃機関１から排出されるスモーク及びＳＯＦ分の排出量が多くなる。このスモークやＳＯＦ分が燃料添加弁７の噴孔に侵入すると、それがデポジットと化して噴孔が詰まりやすくなる。
【００６０】
そこで、ＥＣＵ２０は、燃焼リッチを行うことで生じ易くなる燃料添加弁７の噴孔の詰まりを抑制すべく、燃料添加弁７から強制的に燃料を排気中に添加する制御（以下、「強制添加制御」と称する）を行う。これにより、燃料添加弁７の噴孔内にデポジット化したスモークやＳＯＦ分を燃料によって洗い流すことができる。
【００６１】
次に、本実施例における強制添加制御にかかる燃料を添加させるタイミング（以下、「強制添加タイミング」と称する）Ｔｍについて説明する。本実施例においては強制添加タイミングＴｍが本発明における所定の目標タイミングに相当する。図２は、リッチスパイク制御を実行する際のリッチ燃焼のＯＮ−ＯＦＦ、流入排気空燃比Ａ／Ｆ、ＮＯｘ触媒６におけるＮＯｘ放出量Ｑｄｎを例示したタイムチャートである。
【００６２】
最上段に図示したタイムチャートはリッチ燃焼のＯＮ−ＯＦＦを示している。ここでリッチ燃焼はＯＮのときに実行され、ＯＦＦのときに非実行とされる。すなわち、図２においては時間ｔ１から時間ｔ２の間に亘り燃焼リッチが実行される。
【００６３】
また、中段に示すタイムチャートは流入排気空燃比Ａ／Ｆを示し、最下段に示すタイムチャートはＮＯｘ放出量Ｑｄｎを示している。ＮＯｘ放出量Ｑｄｎは、流入排気空燃比Ａ／Ｆが低下することによってＮＯｘ触媒６から放出されるＮＯｘの単位時間当たりの放出量である。本実施例においてはＮＯｘ放出量Ｑｄｎが本発明におけるＮＯｘ離脱量に相当する。
【００６４】
時間ｔ１において燃焼リッチがＯＮ、すなわち燃焼リッチの実行が開始されると、流入排気空燃比Ａ／Ｆ目標空燃比に向かって低下する。その結果、ＮＯｘ触媒６に吸蔵されているＮＯｘが放出されるため、ＮＯｘ放出量Ｑｄｎが増加してゆく。ここで、ＮＯｘ放出量Ｑｄｎは燃焼リッチの実行時において一定ではなく、図示のようにＮＯｘの放出開始後は時間の経過と共に増加してゆくが、やがてピーク値（最大値）Ｑｄｎｐｅａｋに到達する。これは、ＮＯｘの放出によって、ＮＯｘ吸蔵量が次第に減少するためである。そして、ＮＯｘ放出量Ｑｄｎはピーク値Ｑｄｎｐｅａｋに到達した後は徐々に減少する。そして、時間ｔ２において燃焼リッチの実行が終了すると、ＮＯｘ放出量Ｑｄｎは急激に減少し、最終的にＮＯｘ放出量Ｑｄｎが０になる。
【００６５】
本実施例の強制添加制御では、強制添加制御にかかる燃料をＮＯｘとの間で酸化還元反応が起こるように燃料添加弁７に添加させる。そうすることで、ＮＯｘを酸化剤として強
制添加制御にかかる燃料を確実に酸化させることができる。なお、上記ＮＯｘには、燃焼リッチの実行によってＮＯｘ触媒６から放出されるＮＯｘの他、内燃機関１から排出され、ＮＯｘ触媒６に流入する排気に元々含まれていたＮＯｘが包含される。
【００６６】
ここで、図中に示した符号Ｑｄｎｂは基準ＮＯｘ放出量を示したものである。基準ＮＯｘ放出量Ｑｄｎｂは、強制添加制御にかかる燃料をＮＯｘ触媒６から放出されるＮＯｘによって酸化させるために充分なＮＯｘ放出量の下限値であり、予め実験的に求められる。本実施例においては基準ＮＯｘ放出量が本発明における第一基準値に相当する。
【００６７】
ここで、ＮＯｘ放出量Ｑｄｎが基準ＮＯｘ放出量Ｑｄｎｂ以上に維持される期間の始期を時間ｔ３、終期を時間ｔ４にて図中に示す。本実施例における強制添加タイミングＴｍは、時間ｔ３から時間ｔ４までの範囲内で、すなわちＮＯｘ放出量Ｑｄｎが基準ＮＯｘ放出量Ｑｄｎｂ以上に維持される期間の範囲内で強制添加制御にかかる燃料がＮＯｘ触媒６に流入するように決定される。ここで、燃料添加弁７から強制添加制御にかかる燃料が添加されたあと、燃料が実際にＮＯｘ触媒６へと流入するまで若干のタイムラグが生じ得る。その点、本実施例における強制添加タイミングＴｍは、このタイムラグを考慮に入れて決定される。
【００６８】
以上のように、本制御によれば燃料添加弁７の噴孔内にデポジットされたスモークやＳＯＦ分を燃料によって流すとともに、この燃料をＮＯｘ触媒６において確実に酸化させることができる。従って、燃料添加弁７における噴孔の詰まりの抑制及び排気エミッションの向上を好適に両立することが可能となる。
【００６９】
なお、図２において、流入排気空燃比Ａ／Ｆ及びＮＯｘ放出量Ｑｄｎは経時とともに直線的に推移しているがあくまでもこれは模擬的に示したものであり、例えば曲線的に推移していても良いのは勿論である。また、強制添加制御にかかる燃料がＮＯｘ触媒６へと流入させる期間は、時間ｔ３から時間ｔ４までの範囲のうち一部分の期間であっても良いのは勿論である。また、より確実に燃料をＮＯｘによって酸化させるため、ＮＯｘ放出量Ｑｄｎがピーク値Ｑｄｎｐｅａｋ近傍となるタイミングで燃料添加弁７からの燃料がＮＯｘ触媒６に流入するように強制添加タイミングＴｍを決定しても良い。
【００７０】
また、リッチスパイク制御にかかる燃焼リッチの実行が開始される時間ｔ１、ＮＯｘ放出量Ｑｄｎが基準ＮＯｘ放出量Ｑｄｎｂ以上に維持される期間を決定づける時間ｔ３、時間ｔ４及び強制添加タイミングＴｍの関係については予め実験的に求めておき、マップとしてＥＣＵ２０に記憶しておいても良い。また、ＮＯｘセンサによって、ＮＯｘ触媒６からのＮＯｘ放出量Ｑｄｎを検出することによって、強制添加タイミングＴｍを決定しても良い。
【００７１】
次に、本実施例における強制添加制御の応用例について説明する。以下に説明する応用例では、ＮＯｘ触媒６のＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復処理を行う際にＮＯｘ触媒６から放出されるＳＯｘによって強制添加制御にかかる燃料を酸化させる。
【００７２】
排気中に含まれるＳＯｘがＮＯｘ触媒６に流入すると、ＮＯｘと略同様のメカニズムで吸蔵される。そして、ＳＯｘの吸蔵量が増加すると、ＮＯｘ触媒６のＮＯｘ吸蔵能力が低下するＳＯｘ被毒が生じるためＳＯｘ被毒回復処理が行われる。
【００７３】
具体的には、ＮＯｘ触媒６の雰囲気温度をおよそ６００乃至６５０℃の高温域まで昇温させるとともに、リッチスパイク制御を行うことで流入排気空燃比Ａ／Ｆをリッチ空燃比である目標空燃比まで低下させる。そうするとＮＯｘ触媒６に吸蔵されているＳＯｘが該ＮＯｘ触媒６から放出され、ＨＣやＣＯと反応することで還元される。
【００７４】
ここで、本応用例における強制添加タイミングＴｍは、ＮＯｘ触媒６からＳＯｘが放出されている間に強制添加制御にかかる燃料がＮＯｘ触媒６に流入するように決定される。ＳＯｘ被毒回復処理においてＮＯｘ触媒６から放出されるＳＯｘの単位時間当たりの放出量をＳＯｘ放出量Ｑｄｓと称する。強制添加タイミングＴｍは、ＳＯｘ放出量Ｑｄｓが基準ＳＯｘ放出量Ｑｄｓｂ以上に維持される期間の範囲内で強制添加制御にかかる燃料がＮＯｘ触媒６に流入するように決定される。
【００７５】
基準ＳＯｘ放出量Ｑｄｓｂとは、強制添加制御にかかる燃料をＮＯｘ触媒６から放出されるＳＯｘに酸化させるために充分なＳＯｘ放出量の下限値であり、予め実験的に求められる。本実施例においてはＳＯｘ放出量Ｑｄｓが本発明におけるＳＯｘ離脱量に相当し、基準ＳＯｘ放出量Ｑｄｓｂが第二基準値に相当する。これによれば、ＳＯｘを酸化剤として強制添加制御にかかる燃料を確実に酸化させることができる。なお、上記ＳＯｘには、燃焼リッチの実行によってＮＯｘ触媒６から放出されるＳＯｘの他、内燃機関１から排出され、ＮＯｘ触媒６に流入する排気に元々含まれていたＳＯｘが包含される。
【実施例２】
【００７６】
次に、本発明を実施するための実施の形態として、第２の実施例について説明する。図３は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１と、その吸排気系の概略構成を示す図である。図３において図１に示した構成と同様であるものは、同一の符号を付すことで説明を省略する。
【００７７】
本実施例におけるＮＯｘ触媒６よりも下流の排気通路３には、アンモニアの供給によって排気中のＮＯｘを還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」と称する）２１が備えられる。また、ＮＯｘ触媒６とＳＣＲ触媒２１との間の排気通路３には、噴孔から還元剤としての尿素水を排気中に添加する尿素添加弁２２が備えられている。尿素添加弁２２における尿素水を噴射する噴孔は、燃料添加弁７の噴孔と同様に排気通路３に臨むように形成されている。また尿素添加弁２２はＥＣＵ２０と電気的に接続され、ＥＣＵ２０からの信号により開弁して尿素水を排気中に添加する。
【００７８】
尿素添加弁２２から排気中に添加された尿素水は、排気中で加水分解されてアンモニアが生成される。そして、このアンモニアが排気とともにＳＣＲ触媒２１に流入することで、該ＳＣＲ触媒２１にＮＯｘの還元剤として作用するアンモニアが供給される。本実施例においては尿素添加弁２２が本発明における添加弁に相当する。また、本実施例においてはＳＣＲ触媒２１が本発明における後段触媒に相当する。
【００７９】
一方、ＮＯｘ触媒６に対するＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理については実施例１と同様である。すなわち、ＥＣＵ２０は、燃焼リッチ、或いは燃焼リッチ及び排気添加リッチの併用によってリッチスパイク制御を行う。そして、リッチスパイク中は排気中のスモークやＳＯＦ分が増加するため、燃料添加弁７及び尿素添加弁２２から強制的に燃料及び尿素水を添加させる強制添加制御が実行される。
【００８０】
燃料添加弁７に対する強制添加制御については既述のため説明を省略し、尿素添加弁２２に対する強制添加制御について説明する。ＮＯｘ触媒６に対するＮＯｘ還元処理においてＮＯｘ触媒６から放出されたＮＯｘの一部は、ＮＯｘ触媒６から流出してＳＣＲ触媒２１に流入する。またＳＯｘ被毒回復処理においてＮＯｘ触媒６から放出されたＳＯｘの一部は、ＮＯｘ触媒６から流出してＳＣＲ触媒２１に流入する。
【００８１】
本実施例では、上記のようにＳＣＲ触媒２１に流入するＮＯｘ又はＳＯｘによって強制添加制御にかかる尿素水を酸化させる。すなわち、強制添加タイミングＴｍは、ＳＣＲ触
媒２１に流入するＮＯｘ又はＳＯｘによって強制添加制御にかかる尿素水が酸化されるように決定される。なお、ここでいう、ＮＯｘ又はＳＯｘには、リッチ燃焼の実行によってＮＯｘ触媒６から離脱したＮＯｘ又はＳＯｘの他、内燃機関１から排出された排気に元々含まれていたＮＯｘ又はＳＯｘであってＮＯｘ触媒６をすり抜けてきたＮＯｘ又はＳＯｘも包含される。これにより、強制添加制御にかかる尿素水は、ＮＯｘ又はＳＯｘを酸化剤として確実に酸化されるので、尿素添加弁２２における噴孔の詰まりの抑制及び排気エミッションの向上を好適に両立することができる。
【００８２】
また、本実施例においては、ＮＯｘ触媒６の下流側にＳＣＲ触媒２１を設けているが、これに代わって他種の排気浄化触媒を配置しても良く、酸化触媒、酸化能やＮＯｘ吸蔵能を有するパティキュレートフィルタ等、いかなるものであっても良い。
【実施例３】
【００８３】
次に、本発明を実施するための実施の形態として、第３の実施例について説明する。本実施例における内燃機関１及びその吸排気系の構成において図１に示した構成と同様であるので、説明を省略する。
【００８４】
ここで、ＮＯｘ触媒６は酸素吸蔵能力を有しており、同触媒に流入する排気の空燃比が高いときには酸素を吸蔵し、排気の空燃比が低下すると吸蔵した酸素を放出させる。本実施例にかかる強制添加制御では、ＮＯｘ触媒６に吸蔵された酸素を酸化剤として燃料を酸化させることとした。
【００８５】
本実施例における燃料添加弁７の噴孔の詰まりを抑制する強制添加制御について図４を参照して説明する。図４は、リッチスパイク制御におけるリッチ燃焼のＯＮ−ＯＦＦ、流入排気空燃比Ａ／Ｆ、ＮＯｘ触媒６における酸素吸蔵量Ｑｏを例示したタイムチャートである。ここで、酸素吸蔵量Ｑｏとは、ＮＯｘ触媒６の有する酸素吸蔵能力によって吸蔵された酸素量を意味する。
【００８６】
図４において、最上段にリッチ燃焼のＯＮ−ＯＦＦを示し、中段に流入排気空燃比Ａ／Ｆを示し、最下段に酸素吸蔵量Ｑｏを示す。なお、リッチ燃焼のＯＮ及びＯＦＦ、流入排気空燃比Ａ／Ｆについては既述のため、説明を省略する。図示のように、時間ｔ１において燃焼リッチがＯＮ、すなわち燃焼リッチが開始され流入排気空燃比Ａ／Ｆが低下すると、ＮＯｘ触媒６からは吸蔵されていた酸素が放出されるため酸素吸蔵量Ｑｏが減少する。
【００８７】
一方、時間ｔ２において燃焼リッチがＯＦＦ、すなわち燃焼リッチが終了するとＮＯｘ触媒６にはリーン空燃比の排気が流入するため、酸素吸蔵量Ｑｏが増加する。ここで、図中に示した符号Ｑｏｂは基準酸素吸蔵量Ｑｏｂを示したものである。基準酸素吸蔵量Ｑｏｂは、強制添加制御にかかる燃料をＮＯｘ触媒６に吸蔵された酸素によって酸化させるために充分と判断できる酸素吸蔵量の下限値であり、予め実験的に求められる。本実施例においては基準酸素吸蔵量Ｑｏｂが本発明における第三基準値に相当する。
【００８８】
ここで、酸素吸蔵量Ｑｏが基準酸素吸蔵量Ｑｏｂ以上となるまで回復する時点を時間ｔ５として図中に図示する。本実施例の強制添加タイミングＴｍは、強制添加制御にかかる燃料が時間ｔ５以降にＮＯｘ触媒６に流入するように決定される。すなわち、強制添加タイミングＴｍは、燃焼リッチの終了によって酸素吸蔵量Ｑｏが基準酸素吸蔵量Ｑｏｂ以上に回復してから強制添加制御にかかる燃料がＮＯｘ触媒６に流入するように決定される。言い換えると、酸素吸蔵量Ｑｏが基準酸素吸蔵量Ｑｏｂ以上になるまで、強制添加制御にかかる燃料のＮＯｘ触媒６への流入が待機されることになる。
【００８９】
なお、上記の時間ｔ５は、燃焼リッチがＯＦＦされる時間ｔ２からの経過時間と酸素吸
蔵量Ｑｏとの関係が格納されたマップに基づいて求めることができる。そして、燃料添加弁７から添加された燃料がＮＯｘ触媒６に流入するまでに要する時間と、時間ｔ５とに基づいて強制添加タイミングＴｍを決定することができる。また、本実施例ではＮＯｘ触媒６の上流の排気通路３に流入排気空燃比Ａ／Ｆを検出する空燃比センサ、あるいはＯ２センサを配置し、これらの検出値に基づいて強制添加タイミングＴｍを決定しても良い。また、図４において、流入排気空燃比Ａ／Ｆ及び酸素吸蔵量Ｑｏは経時とともに直線的に推移しているがあくまでもこれは模擬的に示したものであり、例えば曲線的に推移していても良いのは勿論である。
【００９０】
以上のように、本制御によれば、強制添加制御にかかる燃料をＮＯｘ触媒６に吸蔵された酸素によって確実に酸化させることができる。従って、燃料添加弁７における噴孔の詰まりの抑制及び排気エミッションの向上を好適に両立することができる。
【実施例４】
【００９１】
次に、本発明を実施するための実施の形態として、第４の実施例について説明する。図５は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１と、その吸排気系の概略構成を示す図である。図５において図１に示した構成と同様であるものは、同一の符号を付すことで説明を省略する。図示のように、本実施例ではＮＯｘ触媒６よりも下流の排気通路３には、排気中に含まれるＨＣを吸着及び酸化可能なスイーパ２３が配置されている。スイーパ２３は、酸素過剰な排気が流入することで吸着したＨＣを酸化させることができる。本実施例においてはスイーパ２３が本発明におけるＨＣ吸着酸化触媒に相当する。
【００９２】
次に、本実施例における燃料添加弁７の噴孔の詰まりを抑制する強制添加制御について図６を参照して説明する。図６は、リッチスパイク制御におけるリッチ燃焼のＯＮ−ＯＦＦ、流入排気空燃比Ａ／Ｆ、スイーパ２３におけるＨＣ吸着量Ｑｈｃを例示したタイムチャートである。同図において、最上段にリッチ燃焼のＯＮ−ＯＦＦを示し、中段に流入排気空燃比Ａ／Ｆを示し、最下段にＨＣ吸着量Ｑｈｃを示す。なお、リッチ燃焼のＯＮ及びＯＦＦ、流入排気空燃比Ａ／Ｆについては既述のため、説明を省略する。本実施例においてはＨＣ吸着量Ｑｈｃが本発明における炭化水素の吸着量に相当する。
【００９３】
図示のように、時間ｔ１において燃焼リッチがＯＮ、すなわち燃焼リッチが開始されるまでは流入排気空燃比Ａ／Ｆはベース空燃比に略等しく、ＮＯｘ触媒６には酸素過剰な排気が流入する。従って、スイーパ２３に流入した排気中のＨＣはスイーパ２３にて吸着及び酸化されるため、ＨＣ吸着量Ｑｈｃは少なく維持される。
【００９４】
一方、時間ｔ１において燃焼リッチが実行されると、流入排気空燃比Ａ／Ｆがリッチ空燃比である目標空燃比まで低下することにより、スイーパ２３でのＨＣの酸化反応が行われなくなる。そして、排気中の還元成分が増加することによってスイーパ２３に流入し、吸着されるＨＣの量は増加するため、ＨＣ吸着量Ｑｈｃが急激に増加する。そして、時間ｔ２において燃焼リッチが終了すると、流入排気空燃比Ａ／Ｆがリーン側に変更される。その結果、リッチ燃焼の実行時においてスイーパ２３に吸着されたＨＣの酸化反応が促進され、ＨＣ吸着量Ｑｈｃが減少してゆく。
【００９５】
図中に示した符号Ｑｈｃｂは基準ＨＣ吸着量Ｑｈｃｂを示したものである。基準ＨＣ吸着量Ｑｈｃｂは、強制添加制御にかかる燃料が燃料添加弁７から添加されても、当該燃料がスイーパ２３に確実に吸着され、スイーパ２３をすり抜ける虞がないと判断できるＨＣ吸着量Ｑｈｃの上限値であり、予め実験的に求められる。本実施例においては基準ＨＣ吸着量Ｑｈｃｂが本発明における第四基準値に相当する。基準ＨＣ吸着量Ｑｈｃｂよりも増加したＨＣ吸着量Ｑｈｃが、燃焼リッチが終了することで酸素の酸化が促進された結果、
基準ＨＣ吸着量Ｑｈｃｂまで減少する時点を時間ｔ６として図中に図示する。
【００９６】
本実施例の強制添加タイミングＴｍは、強制添加制御にかかる燃料が時間ｔ６以降にＮＯｘ触媒６に流入するように決定される。すなわち、強制添加タイミングＴｍは、燃焼リッチの終了によってＨＣ吸着量Ｑｈｃが基準ＨＣ吸着量Ｑｈｃｂ以下に減少してから強制添加制御にかかる燃料がスイーパ２３に流入するように決定される。
【００９７】
言い換えると、ＨＣ吸着量Ｑｈｃが基準ＨＣ吸着量Ｑｈｃｂ以下に減少するまでの間は、強制添加制御にかかる燃料のスイーパ２３への流入が待機される。その結果、強制添加制御にかかる燃料はスイーパ２３に確実に吸着され、排気中の酸素と反応することで酸化される。従って、燃料添加弁７における噴孔の詰まりの抑制及び排気エミッションの向上を好適に両立することができる。
【００９８】
なお、図６において、流入排気空燃比Ａ／Ｆ及びＨＣ吸着量Ｑｈｃは経時とともに直線的に推移しているがあくまでもこれは模擬的に示したものであり、例えば曲線的に推移していても良いのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関と、その吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】リッチスパイク制御を実行する際のリッチ燃焼のＯＮ−ＯＦＦ、流入排気空燃比Ａ／Ｆ、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ放出量Ｑｄｎを例示したタイムチャートである。
【図３】実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関と、その吸排気系の概略構成を示す図である。
【図４】リッチスパイク制御におけるリッチ燃焼のＯＮ−ＯＦＦ、流入排気空燃比Ａ／Ｆ、ＮＯｘ触媒における酸素吸蔵量Ｑｏを例示したタイムチャートである。
【図５】実施例４に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関と、その吸排気系の概略構成を示す図である。
【図６】リッチスパイク制御におけるリッチ燃焼のＯＮ−ＯＦＦ、流入排気空燃比Ａ／Ｆ、スイーパにおけるＨＣ吸着量Ｑｈｃを例示したタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１００】
１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・スロットル
６・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
７・・・燃料添加弁
１１・・燃料噴射弁
２０・・ＥＣＵ
２１・・選択還元型ＮＯｘ触媒
２２・・尿素添加弁
２３・・スイーパ
【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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