(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に配置されたケーシング内に触媒を収容した内燃機関において、触媒が被毒したか否かを検出して触媒の被毒が検出されたときにケーシング内の排気圧力を低下させつつ触媒を加熱することにより触媒を再生するようにし、前記触媒に触媒加熱用燃料を供給して該触媒加熱用燃料を触媒において燃焼せしめることにより触媒を加熱するようにし、前記触媒内または触媒上流の前記ケーシング内に前記触媒加熱用燃料を吸着可能な吸着材を収容し、該吸着材の吸着容量はケーシング内の排気圧力が低くなるにつれて小さくなり、触媒を再生すべくケーシング内の排気圧力を低下させるのに先立って吸着材内に触媒加熱用燃料を吸着させておき、触媒を再生すべくケーシング内の排気圧力が低下されると吸着材から吸着されている触媒加熱用燃料が放出されて触媒に供給されるようにした内燃機関の触媒再生装置。
【請求項２】
前記触媒が有機可溶成分またはイオウ分により被毒したか否かを検出するようにした請求項１に記載の内燃機関の触媒再生装置。
【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触媒再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関排気通路内に配置された触媒は通常、吸着機能を備えた多孔質担体を備えている。ところが、機関から排出される排気中にはＳＯＦ（有機可溶成分）が含まれており、このＳＯＦは触媒の多孔質担体内に吸着される。ところが、多孔質担体の表面から離間した奥部に吸着されたＳＯＦは多孔質担体から離脱しにくく、また例えばゼオライトのような多孔質担体はそれ自体触媒機能を備えているのでＳＯＦが多孔質担体内に長期にわたって存在すると次第に改質されることになる。ところがこのように改質されたＳＯＦが触媒金属を覆い、或いは多孔質担体の細孔を目詰まりさせるようになるとＮＯX および還元剤が触媒金属に到達できなくなり、斯くして触媒がＳＯＦにより被毒することになる。
【０００３】
ところが、このＳＯＦは酸化雰囲気において多孔質担体の温度が或る程度高くなると燃焼する。そこで、触媒がＳＯＦにより被毒したか否かを検出し、触媒の被毒が検出されたときに触媒を加熱することによりＳＯＦを燃焼せしめ、それにより触媒を再生するようにしたディーゼル機関の触媒再生装置が公知である（特開平６−２００７３７号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、多孔質担体の表面上または表面付近に位置するＳＯＦは比較的容易に加熱されて燃焼せしめられる。しかしながら、多孔質担体の奥部に位置するＳＯＦを燃焼可能な温度まで加熱するのは困難であり、すなわち触媒を十分に再生させるのが困難であるという問題点がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、機関排気通路内に配置されたケーシング内に触媒を収容した内燃機関において、触媒が被毒したか否かを検出して触媒の被毒が検出されたときにケーシング内の排気圧力を低下させつつ触媒を加熱することにより触媒を再生するようにしている。すなわち１番目の発明では、ケーシング内の圧力を低下させることによってＳＯＦが触媒担体から離脱せしめられ或いは触媒担体の表面付近まで移動せしめられるのでＳＯＦが容易に加熱、燃焼せしめられる。
【０００６】
また、１番目の発明によればさらに、前記触媒に触媒加熱用燃料を供給して触媒加熱用燃料を触媒において燃焼せしめることにより触媒を加熱するようにしている。すなわち１番目の発明では、触媒を加熱するためのエネルギが低減される。
また、１番目の発明によればさらに、前記触媒内または触媒上流の前記ケーシング内に前記触媒加熱用燃料を吸着可能な吸着材を収容し、吸着材の吸着容量はケーシング内の排気圧力が低くなるにつれて小さくなり、触媒を再生すべくケーシング内の排気圧力を低下させるのに先立って吸着材内に触媒加熱用燃料を吸着させておき、触媒を再生すべくケーシング内の排気圧力が低下されると吸着材から吸着されている触媒加熱用燃料が放出されて触媒に供給されるようにしている。すなわち１番目の発明では、単位時間当たりに触媒に供給される触媒加熱用燃料量が増大される。
【０００７】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記触媒が有機可溶成分またはイオウ分により被毒したか否かを検出するようにしている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明をディーゼル機関に適用した場合について説明する。しかしながら、本発明を火花点火式機関に適用することもできる。
図１を参照すると、１は機関本体、２はピストン、３は燃焼室、４は吸気ポート、５は吸気弁、６は排気ポート、７は排気弁、８は燃焼室３内に燃料を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁をそれぞれ示す。各燃料噴射弁８は燃料用蓄圧室９を介して燃料ポンプ１０に接続される。このようにすると各気筒の１燃焼サイクルにおいて複数回燃料噴射を行うことができる。各気筒の吸気ポート４はそれぞれ対応する吸気枝管１１を介して共通のサージタンク１２に接続され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介してエアフロメータ１４およびエアクリーナ１５に接続される。一方、各気筒の排気ポート６は共通の排気マニホルド１６に接続され、この排気マニホルド１６は排気管１７を介して触媒１８を収容したケーシング１９に接続され、このケーシング１９は排気管２０に接続される。また、触媒１８を迂回して排気管１７と排気管２０とを互いに接続するバイパス管２１が設けられており、このバイパス管２１内にはアクチュエータ２２により駆動される圧力低下弁２３が配置される。この圧力低下弁２３は通常閉弁に維持されている。なお、各燃料噴射弁８およびアクチュエータ２２は電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいてそれぞれ制御される。
【０００９】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５、および出力ポート３６を具備する。エアフロメータ１４は吸入空気量Ｇａに比例した出力電圧を発生し、踏み込み量センサ３７はアクセルペダル３８の踏み込み量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する。また、ケーシング１９の排気流入口に隣接する排気管１７にはケーシング１９内に流入する排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ３９ｕが取り付けられ、ケーシング１９の排気流出口に隣接する排気管２０にはケーシング１９から流出した排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ３９ｄが取り付けられる。これらエアフロメータ１４、踏み込み量センサ３７、および温度センサ３９ｕ，３９ｄの出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４０を介して入力ポート３５に入力される。さらに、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０度回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４１が接続される。ＣＰＵ３４ではこの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出される。一方、出力ポート３６はそれぞれ対応する駆動回路４２を介して各燃料噴射弁８およびアクチュエータ２２にそれぞれ接続される。
【００１０】
図１の内燃機関において、触媒１８はゼオライト、アルミナＡｌ2 Ｏ3 、シリカアルミナＳｉＯ2 ・Ａｌ2 Ｏ3 、活性炭、チタニアＴｉＯ2 のような多孔質担体上に白金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、または銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉのような遷移金属をイオン交換により担持させることにより形成される。ゼオライトとして例えばＺＳＭ−５型、フェリエライト、モルデナイトなどの高シリカ含有ゼオライトを用いることができる。この触媒１８は例えば炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯなどの還元剤を含む酸素雰囲気において流入する排気中のＮＯX をこれらＨＣ、ＣＯなどと選択的に反応せしめ、それによってＮＯX を窒素Ｎ2 に還元することができる。すなわち、触媒１８は流入する排気中が還元剤を含んでいると、たとえ酸素雰囲気であっても流入する排気中のＮＯX を還元する。
【００１１】
一方、図１のディーゼル機関では機関から排出されるスモークやパティキュレートを低減するために常時、空燃比を理論空燃比よりもリーンに維持しており、したがって触媒１８に流入する排気は常時、酸素雰囲気に維持されている。その結果、触媒１８においてＮＯX が常時、良好に還元される。
この場合、機関から排出される未燃ＨＣやＣＯなどがＮＯX の還元剤として作用しうる。しかしながら、ディーゼル機関から排出される未燃ＨＣ量などに比べて浄化すべきＮＯX 量は圧倒的に多く、すなわちＮＯX を良好に浄化するための還元剤が不足する。そこで、図１の内燃機関では触媒１８に還元剤を２次的に供給し、それによって還元剤がＮＯX に対し不足しないようにしている。
【００１２】
触媒１８に還元剤を２次的に供給するために、触媒１８上流の排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給装置を設けてもよい。また、還元剤として例えばガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水素、液体の状態で保存しうるブタン、プロパンのような炭化水素、水素、或いはアンモニアなどを用いることができる。しかしながら、図１の内燃機関では還元剤として機関の燃料（炭化水素）を用い、燃料噴射弁８から膨張行程または排気行程に燃料噴射を行うことにより触媒１８に還元剤を供給するようにしている。このように膨張行程または排気行程に行われる燃料噴射は例えば圧縮上死点周りにおいて行われる通常の機関出力のための燃料噴射とは異なるものであり、この燃料は機関出力にほとんど寄与しない。このようにすると別個の還元剤供給装置および還元剤タンクを必要としない。以下では、このように膨張行程または排気行程に行われる燃料噴射を２次燃料噴射と称する。なお、２次燃料噴射は例えば圧縮上死点後１５０°クランク角度において行われる。
【００１３】
ところで、上述したように触媒１８は多孔質担体を備えているので炭化水素（還元剤）を物理吸着でもって吸着可能であり、すなわち触媒１８は炭化水素（還元剤）吸着材として作用しうる。この場合、触媒１８の炭化水素吸着容量は例えば触媒１８の温度が低くなるにつれて大きくなる。したがって、触媒１８は触媒１８の温度が低くなると流入する排気中の炭化水素を蓄え、触媒１８の温度が高くなると蓄えている炭化水素を放出する炭化水素吸放出作用を行うと考えることができる。
【００１４】
したがって、触媒１８上では触媒１８に新たに流入した炭化水素によるＮＯX 還元作用と、触媒１８から放出された炭化水素によるＮＯX 還元作用とが行われることになる。しかしながら本願発明者らによれば、触媒１８に新たに流入する炭化水素によるＮＯX 還元作用よりも触媒１８から放出された炭化水素によるＮＯX 還元作用のほうが優れていることが確認されている。
【００１５】
何故触媒１８から放出された炭化水素が優れたＮＯX 還元作用を有しているかについては明らかにされていない部分もある。しかしながら、ＮＯX 還元作用が以下のようなメカニズムで行われているためであると考えられる。すなわち、触媒１８を多孔質担体に白金Ｐｔを担持させて形成した場合を示す図２を参照すると、排気中の炭化水素ＨＣは一旦多孔質担体内に吸着される。この吸着された炭化水素ＨＣは多孔質担体内を移動し、次いで例えば触媒１８の温度が高くなると多孔質担体から放出される。この場合、炭化水素ＨＣは白金Ｐｔ粒子の表面に沿いつつまたは白金Ｐｔ粒子の極く近くにおいて多孔質担体から放出され、次いで白金Ｐｔ粒子の表面上に移動する。すなわち、触媒１８内に炭化水素ＨＣを吸着させた後に触媒１８から炭化水素ＨＣを放出させるようにすると多量の炭化水素ＨＣが白金Ｐｔ粒子の表面上に存在しうる。一方、ＮＯX および炭化水素ＨＣが互いに隣接して白金Ｐｔ粒子の表面上に存在するとこのＮＯX が炭化水素ＨＣにより還元される。したがって、このように白金Ｐｔ粒子の表面上に多量の炭化水素ＨＣが存在すると流入する排気中のＮＯX を良好に還元することができることになる。これに対し、触媒１８に吸着されることなく触媒１８内を流動する炭化水素ＨＣは必ずしも白金Ｐｔ粒子の表面上に到達しない。したがって、白金Ｐｔ粒子の表面上に存在する炭化水素はそれほど多くなく、斯くしてこの場合にはＮＯX を必ずしも十分に還元することができない。
【００１６】
このように図１の内燃機関では、触媒１８に新たに流入する炭化水素によるＮＯX 還元作用に加え、触媒１８から放出された炭化水素によるＮＯX 還元作用も行われており、したがって触媒１８においてＮＯX を良好に浄化できることになる。
ところが、機関から排出される排気中にはＳＯＦ（有機可溶成分）が含まれており、還元剤ばかりでなくこのＳＯＦも触媒１８の多孔質担体内に吸着される。ところが、多孔質担体の表面から離間した奥部に吸着されたＳＯＦは多孔質担体から離脱しにくく、また例えばゼオライトのような多孔質担体はそれ自体触媒機能を備えているのでＳＯＦが多孔質担体内に長期にわたって存在すると次第に改質されることになる。ところがこのように改質されたＳＯＦが触媒金属を覆い、或いは多孔質担体の細孔を目詰まりさせるようになるとＮＯX および還元剤が触媒金属に到達できなくなり、斯くして触媒１８がＳＯＦにより被毒することになる。
【００１７】
また、機関から排出される排気中には例えばＳＯ2 の形のイオウ分も含まれており、このイオウ分も触媒１８の多孔質担体内に吸着される。ところが、触媒１８内に例えばバリウムＢａのようなアルカリ土類金属が含まれていると多孔質担体内に吸着されたイオウ分は硫酸塩（ＢａＳＯ4 ）を形成し、この硫酸塩は化学的に安定であるので多孔質担体から離脱しにくい。その結果、多孔質担体の炭化水素吸着能力が低下し、或いは多孔質担体の細孔を目詰まりさせ、斯くして触媒１８がイオウ分により被毒することになる。
【００１８】
ところが、ＳＯＦは酸化雰囲気において多孔質担体の温度が高くなると燃焼し、硫酸塩は多孔質担体の温度が高くなると分解してＳＯ2 の形で多孔質担体から離脱する。する。そこで、図１の内燃機関では触媒１８がＳＯＦまたはイオウ分により被毒したか否かを判断し、被毒していると判断されたときには触媒１８を加熱してＳＯＦを燃焼せしめ、或いは硫酸塩を分解し、それにより触媒１８を再生するようにしている。
【００１９】
この場合、多孔質担体の表面上または表面付近に位置するＳＯＦまたはイオウ分は比較的容易に加熱されて燃焼または分解せしめられる。しかしながら、多孔質担体の表面から離間した奥部に位置するＳＯＦまたはイオウ分を燃焼または分解可能な温度まで加熱するのは困難であり、したがって触媒１８を長時間にわたって加熱する必要があり、多大なエネルギが必要となる。
【００２０】
一方、多孔質担体の吸着容量はケーシング１９内の排気圧力にも依存し、すなわちケーシング１９内の排気圧力が低くなるにつれて多孔質担体の吸着容量が小さくなる。言い換えると、ケーシング１９内の排気圧力が低くなると多孔質担体に吸着されているＳＯＦが放出される。また、硫酸塩の分解温度もケーシング１９内の排気圧力に依存し、すなわちケーシング１９内の排気圧力が低くなるにつれて硫酸塩の分解温度が低くなる。
【００２１】
そこで、図１の内燃機関では触媒１８を再生すべきときにはケーシング１９内の排気圧力を低下させつつ触媒１８を加熱するようにしている。その結果、多孔質担体の奥部に位置していたＳＯＦが多孔質担体から離脱せしめられ、或いは多孔質担体の表面付近まで移動せしめられるので容易に加熱、燃焼せしめられる。また、硫酸塩の分解温度が低下せしめられるので多孔質担体内の硫酸塩が容易に分解せしめられる。したがって、触媒１８を容易に再生できることになる。
【００２２】
ところで、例えば機関低負荷運転時や低回転運転時にはケーシング１９内の排気圧力が低下するので低負荷、低回転運転時に触媒１８を加熱すれば触媒１８を十分に再生できると考えられる。しかしながら、このような通常の機関運転による排気圧力変動では、触媒１８からＳＯＦを十分に放出させ、或いは硫酸塩の分解温度を十分に低下させるために必要な圧力低下は得られない。そこで、本実施態様ではケーシング１９上流の排気通路から分岐したバイパス管２１を設けると共にこのバイパス管２１内に圧力低下弁２３を配置し、触媒１８の再生作用を行うべきときには圧力低下弁２３を全開にすることによりケーシング１９内の排気圧力を低下せしめるようにしている。すなわち、圧力低下弁２３を全開にすると機関から排出された排気のほとんどがバイパス管２１内を流通するのでケーシング１９内の排気圧力を通常運転時よりも極めて低く、例えば大気圧程度まで低下させることができる。
【００２３】
一方、上述したように多孔質担体の吸着容量は触媒温度が高くなるにつれて小さくなる。したがって、触媒温度を高くすれば触媒１８から例えばＳＯＦを十分に放出できると考えられる。ところが物理吸着が行われる多孔質担体の吸着容量は温度よりも圧力に大きく依存し、すなわちケーシング１９内の排気圧力が高ければ触媒温度を高くしても触媒１８から例えばＳＯＦを十分に放出させることはできず、ケーシング１９内の排気圧力が低ければ触媒温度を低くしたとしても触媒１８から例えばＳＯＦを十分に放出させることができる。また、触媒１８全体を概ね一定温度まで加熱するのに必要な時間よりもケーシング１９内全体の圧力を概ね一定圧力まで低下させる時間のほうが極めて短い。そこで本発明では、触媒１８を再生すべきときにはケーシング１９内の排気圧力を低下させるようにしている。
【００２４】
次に、本発明による実施態様における触媒再生方法について詳細に説明する。まず、触媒１８がＳＯＦまたはイオウ分により被毒したか否かを検出する方法について説明する。本実施態様では触媒１８に流入する排気の温度と触媒１８から流出する排気の温度との差に基づいて触媒１８が被毒したか否かを検出するようにしている。すなわち、触媒１８が活性状態にある場合、触媒１８が被毒していなければ触媒１８において２次燃料噴射により供給された炭化水素の酸化反応が活発に生ずるので触媒１８から排出される排気の温度すなわち出口温度Ｔｄは触媒１８に流入する排気の温度すなわち入口温度Ｔｕよりも高くなり、出口温度Ｔｄと入口温度Ｔｕの温度差（Ｔｄ−Ｔｕ）はしきい値ＤＬＴよりも大きく維持される。ところが、触媒１８が被毒すると炭化水素の酸化反応が不活発になるのでこの温度差（Ｔｄ−Ｔｕ）がしきい値ＤＬＴよりも小さくなる。そこで本実施態様では、しきい値ＤＬＴを例えば機関運転状態に応じて予め求めておき、出口温度Ｔｄと入口温度Ｔｕの温度差（Ｔｄ−Ｔｕ）がこのしきい値ＤＬＴよりも小さくなったときに触媒１８が被毒していると判断するようにしている。なお、設定値ＤＬＴは例えばアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰと機関回転数Ｎとの関数として図３に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２５】
次に、本実施態様における触媒１８の加熱方法について説明する。本実施態様におけるように燃焼室３内において２次燃料噴射を行うようにすると２次燃料噴射による炭化水素の一部が燃焼室３内で燃焼せしめられる。この場合、膨張行程または排気行程において２次燃料噴射時期が早いときほど燃焼室３内で燃焼せしめられる炭化水素量が多くなり、すなわち２次燃料噴射時期が早いときほど触媒１８内に流入する排気の温度が高くなる。触媒１８内に流入する排気の温度が高くなると触媒１８の温度も高くなり、触媒１８の温度が或る程度高くなると２次燃料噴射による炭化水素の一部が触媒１８においてＮＯX よりも酸素と活発に反応するようになる。すなわち、２次燃料噴射による炭化水素（燃料）が触媒加熱用燃料として作用して触媒１８において燃焼し、その結果触媒１８の温度が速やかに上昇する。そこで本実施態様では、触媒１８を加熱すべきときには２次燃料噴射時期を通常の２次燃料噴射時期よりも膨張行程または排気行程において早めるようにしている。すなわち、触媒１８を加熱すべきときには２次燃料噴射時期を例えば圧縮上死点後９０°クランク角度から１２０°程度に定めている。このようにすると触媒１８を加熱するために追加の要素を必要とせず、複雑な制御も必要としない。また、触媒１８を加熱するためのエネルギを低減することができる。
【００２６】
なお、触媒１８に触媒加熱用燃料を供給するために触媒１８上流の排気通路内に追加の燃料供給装置を設けてもよい。また、触媒加熱用燃料として例えばガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水素、液体の状態で保存しうるブタン、プロパンのような炭化水素、水素、或いはアンモニアなどを用いることができる。しかしながら、本実施態様におけるように２次燃料噴射でもって炭化水素を供給するようにすると別個の燃料供給装置および燃料タンクを必要としない。
【００２７】
触媒１８の加熱作用が行われて触媒１８の温度を代表する出口温度Ｔｄが予め定められた設定温度Ｔ１よりも高くなると、すなわちＳＯＦが燃焼可能でありかつイオウ分が分解可能な温度まで触媒１８が加熱されると２次燃料噴射が停止され、すなわち触媒１８の加熱作用が停止される。次いで圧力低下弁２３が開弁され、その結果ケーシング１９内の圧力が低下せしめられて触媒１８内のＳＯＦが一斉に放出される。このとき触媒１８の温度はＳＯＦが燃焼可能な温度よりも高く維持されており、しかも触媒１８は酸化雰囲気に維持されているので触媒１８から放出されたＳＯＦが良好に燃焼する。また、このとき触媒１８内の硫酸塩が一斉に分解して触媒１８から放出され、斯くして触媒１８が再生される。なお、本実施態様において設定温度Ｔ１は例えば６００℃に定められるが、触媒１８のイオウ分による被毒を考慮しない場合には設定温度Ｔ１を例えば４００℃に定めることができる。
【００２８】
ＳＯＦが燃焼している間は出口温度Ｔｄは比較的高く維持されるが、ＳＯＦの燃焼が終了すると出口温度Ｔｄが次第に低下する。そこで、出口温度ＴｄがＴ１よりも低く定められた設定温度Ｔ２（例えば３００℃）よりも低くなったときには触媒１８の再生作用が完了したと判断して圧力低下弁２３を閉弁し、２次燃料噴射を再開する。
【００２９】
図４は上述の触媒被毒検出方法を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは設定時間毎の割り込みによって実行される。
図４を参照すると、まずステップ５０では触媒１８の被毒検出条件が成立しているか否かが判別される。本実施態様では、触媒１８が活性状態にありかつ前回の触媒再生作用から一定時間以上経過しているときに被毒検出条件が成立していると判断され、それ以外は被毒検出条件が成立していないと判断される。被毒検出条件が成立していないときには処理サイクルを終了し、被毒検出条件が成立しているときには次いでステップ５１に進む。ステップ５１ではしきい値ＤＬＴが現在の機関運転状態に基づき図３のマップを用いて算出される。続くステップ５２では出口温度Ｔｄと入口温度Ｔｕとの温度差（Ｔｄ−Ｔｕ）がしきい値ＤＬＴよりも小さいか否かが判別される。（Ｔｄ−Ｔｕ）≧ＤＬＴのときには触媒１８が被毒していないと判断して処理サイクルを終了する。これに対し、（Ｔｄ−Ｔｕ）＜ＤＬＴのときには触媒１８が被毒していると判断して次いでステップ５３に進み、被毒フラグをセットした後に処理サイクルを終了する。この被毒フラグは予めリセットされており、触媒１８が被毒していると判断されたときにセットされ、触媒１８の再生作用が完了すると再びリセットされる。
【００３０】
図５は触媒１８の再生作用を制御するためのルーチンを示している。このルーチンは設定時間毎の割り込みによって実行される。
図５を参照すると、まずステップ６０では上述の被毒フラグがセットされているか否かが判別される。被毒フラグがセットされていないときには次いでステップ６１に進み、２次燃料噴射時期ＴＳＦＩがＮＯＲＭとされる。このＮＯＲＭは例えば圧縮上死点後１５０°クランク角である。次いでステップ６２に進んで２次燃料噴射を行った後に処理サイクルを終了する。したがって、還元剤としての炭化水素が触媒１８に供給される。なお、このとき圧力低下弁２３は閉弁されている。
【００３１】
ステップ６０において被毒フラグがセットされているときには次いでステップ６３に進み、触媒１８の加熱作用が完了したときにセットされ、それ以外はリセットされる加熱フラグがセットされているか否かが判別される。加熱フラグは通常リセットされているので次いでステップ６４に進み、２次燃料噴射時期ＴＳＦＩがＡＤＶとされる。このＡＤＶはＮＯＲＭよりも早い例えば圧縮上死点後９０°クランク角である。次いでステップ６５に進み、２次燃料噴射が実行される。次いでステップ６６に進み、出口温度Ｔｄが設定温度Ｔ１よりも高いか否かが判別される。Ｔｄ≦Ｔ１のときには処理サイクルを終了し、これに対しＴｄ＞Ｔ１となったときには、すなわちＳＯＦが燃焼可能でありかつイオウ分が分解可能な温度まで触媒１８が加熱されたときには次いでステップ６７に進み、加熱フラグ６７をセットする。次いでステップ６８に進んで圧力低下弁２３を開弁し、したがってケーシング１９内の圧力が低下せしめられる。次いで処理サイクルを終了する。
【００３２】
加熱フラグがセットされたときにはステップ６３からステップ６９に進み、２次燃料噴射が停止される。続くステップ７０では出口温度Ｔｄが設定温度Ｔ２よりも低いか否かが判別される。Ｔｄ≧Ｔ２のときには次いで処理サイクルを終了する。これに対し、Ｔｄ＜Ｔ２のときには触媒１８の再生作用が完了したと判断し、次いでステップ７１に進んで被毒フラグをリセットし、次いでステップ７２に進んで加熱フラグをリセットする。次いでステップ７３では圧力低下弁２３が閉弁される。
【００３３】
図６に別の実施態様を示す。
図６を参照すると、バイパス管２１の排気流出端よりも上流の排気管２０内にはアクチュエータ４３により駆動される圧力上昇弁４４が配置される。この圧力上昇弁４４は通常、開弁に維持されているが、排気ブレーキとして用いることもできる。電子制御ユニット３０の出力ポート３６は対応する駆動回路４２を介してアクチュエータ４３に接続され、アクチュエータ４３は電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいて制御される。また、ケーシング１９の排気流入口に隣接する排気管１７にはケーシング１９内に流入する排気中のＮＯX 濃度に比例した出力電圧を発生する上流側濃度センサ４５ｕが取り付けられ、ケーシング１９の排気流出口に隣接する排気管２０にはケーシング１９から流出した排気中のＮＯX 濃度に比例した出力電圧を発生する下流側濃度センサ４５ｄが取り付けられる。これら濃度センサ４５ｕ，４５ｄの出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４０を介して電子制御ユニット３０の入力ポート３５に入力される。
【００３４】
さらに、触媒１８よりも上流のケーシング１９内には炭化水素を吸着可能な吸着材４６が収容される。吸着材４６は例えばシリカＳｉＯ2 のように触媒機能を備えていないか或いは触媒機能が低い多孔質材から形成される。この吸着材４６の吸着容量はケーシング１９内の排気圧力が低くなるにつれて小さくなり、したがって吸着材４６はケーシング１９内の排気圧力が高くなると流入する排気中の炭化水素を蓄え、ケーシング１９内の排気圧力が低くなると吸着している炭化水素を放出する吸放出作用を備えていると考えることができる。
【００３５】
ところで、図１の内燃機関では２次燃料噴射時期を早めて触媒１８に流入する排気の温度を高め、このとき２次燃料噴射による炭化水素が触媒加熱用燃料として作用して触媒１８において燃焼することにより触媒１８を加熱するようにしている。このように触媒１８を加熱する場合、単位時間当たりに触媒１８に供給される触媒加熱用燃料量を多くすれば触媒１８の加熱時間を短縮することができ、したがって触媒１８の再生時間を短縮することができる。ところが、１回の２次燃料噴射で噴射可能な燃料量には限界があり、また単位時間当たりに行われる２次燃料噴射回数は機関回転数に依存する。したがって、２次燃料噴射でもって触媒１８に触媒加熱用燃料を供給するようにすると単位時間当たりに触媒１８に多量の触媒加熱用燃料を供給することができない。
【００３６】
一方、ケーシング１９内の排気圧力が低下すると吸着材４６に吸着されている炭化水素が一斉に放出され、この炭化水素は次いで触媒１８に到る。また、触媒１８を再生すべきときには図１の内燃機関と同様にケーシング１９内の排気圧力が低下せしめられる。そこで本実施態様では、触媒１８の再生作用を行うべくケーシング１９内の排気圧力を低下するのに先立って吸着材４６内に炭化水素を予め吸着させておき、触媒１８の再生作用を行うべくケーシング１９内の排気圧力を低下させたときに吸着材から炭化水素が放出されこの炭化水素が触媒１８に供給されるようにしている。この場合、吸着材４６からは多量の炭化水素が一斉に放出され、この多量の炭化水素は次いで触媒１８に到って燃焼する。したがって、触媒１８が速やかに加熱せしめられる。
【００３７】
吸着材４６から多量の炭化水素を放出させるためには吸着材４６に多量の炭化水素を予め吸着させておけばよいが、上述したように吸着材４６の吸着容量はケーシング１９内の排気圧力が低くなるにつれて大きくなる。そこで本実施態様では、触媒１８の被毒が検出されたときにはまず圧力上昇弁４４を一定時間だけ閉弁してケーシング１９内の排気圧力を高め、同時に２次燃料噴射を行って吸着材４６内に多量の炭化水素が吸着されるようにしている。なお、この場合の２次燃料噴射時期を早めることにより触媒１８を加熱しておくと、次いで吸着材４６から放出されて触媒１８に到った炭化水素が速やかに燃焼を開始することができる。
【００３８】
ところで、本実施態様では触媒１８に流入する排気中のＮＯX 濃度と触媒１８から流出する排気中のＮＯX 濃度との差に基づいて触媒１８が被毒したか否かを検出するようにしている。すなわち、触媒１８が被毒すると触媒１８に流入したＮＯX の一部は還元されることなく触媒１８から排出されるようになる。そこで本実施態様では上流側濃度センサ４５ｕにより検出された触媒１８の入口部におけるＮＯX 濃度ＣＮＵと下流側濃度センサ４５ｄにより検出された触媒１８の出口部におけるＮＯX 濃度ＣＮＤの差ＤＣＮ（＝ＣＮＵ−ＣＮＤ）を算出すると共にこの差ＤＣＮの平均値ＡＶＥを算出し、この平均値ＡＶＥが設定値ＣＮ１よりも低いときには触媒１８がＳＯＦまたはイオウ分により被毒していると判断するようにしている。
【００３９】
次に、図７および図８に示すルーチンを参照して本実施態様をさらに詳細に説明する。図７および図８に示すルーチンは設定時間毎の割り込みによってそれぞれ実行される。
まず、触媒１８の被毒を検出するためのルーチンを示す図７を参照すると、まずステップ８０では触媒１８の被毒検出条件が成立しているか否かが判別される。本実施態様でも触媒１８が活性状態にありかつ前回の触媒再生作用から一定時間以上経過しているときに被毒検出条件が成立していると判断され、それ以外は被毒検出条件が成立していないと判断される。被毒検出条件が成立していないときには処理サイクルを終了し、被毒検出条件が成立しているときには次いでステップ８１に進む。
【００４０】
ステップ８１では触媒１８の入口部におけるＮＯX 濃度ＣＮＵと触媒１８の出口部におけるＮＯX 濃度ＣＮＤの差ＤＣＮ（＝ＣＮＵ−ＣＮＤ）が算出される。続くステップ８２ではこの差ＤＣＮの積算値ＳＤが算出され、続くステップ８３ではＤＣＮの積算回数を表すカウント値Ｃが１だけインクリメントされる。続くステップ８４ではカウント値Ｃが一定値ｎになったか否かが判別される。Ｃ＜ｎのときには処理サイクルを終了し、Ｃ＝ｎとなったときには次いでステップ８５に進む。ステップ８５ではＤＣＮの平均値ＡＶＥ（＝ＳＤ／ｎ）が算出される。続くステップ８６では積算値ＳＤがクリアされ（ＳＤ＝０）、続くステップ８７ではカウント値Ｃがクリアされる（Ｃ＝０）。続くステップ８８では平均値ＡＶＥが設定値ＣＮ１よりも小さいか否かが判別される。ＡＶＥ≧ＣＮ１のときは触媒１８が被毒していないと判断して処理サイクルを終了する。これに対し、ＡＶＥ＜ＣＮ１のときには触媒１８が被毒していると判断して次いでステップ８９に進み、被毒フラグをセットした後に処理サイクルを終了する。この被毒フラグは予めリセットされており、触媒１８が被毒していると判断されたときにセットされ、触媒１８の再生作用が完了すると再びリセットされる。
【００４１】
次に、触媒１８の再生作用を制御するためのルーチンを示す図８を参照すると、まずステップ９０では上述の被毒フラグがセットされているか否かが判別される。被毒フラグがセットされていないときには次いでステップ９１に進み、２次燃料噴射時期ＴＳＦＩがＮＯＲＭとされる。このＮＯＲＭは例えば圧縮上死点後１５０°クランク角である。次いでステップ９２に進んで２次燃料噴射を行った後に処理サイクルを終了する。したがって、還元剤としての炭化水素が触媒１８に供給される。なお、このとき圧力低下弁２３は閉弁されており、圧力上昇弁４４は開弁されている。
ステップ９０において被毒フラグがセットされているときには次いでステップ９３に進み、吸着材４６への炭化水素吸着作用が完了したときにセットされ、それ以外はリセットされる吸着フラグがセットされているか否かが判別される。吸着フラグは通常リセットされているので次いでステップ９４に進み、圧力上昇弁４４が閉弁される。この場合の圧力上昇弁４４の開度は機関背圧の上昇に伴う機関出力の低下を許容範囲内に維持しつつケーシング１９内の排気圧力を十分に上昇させるのに最適な開度であって予め実験により求められている。次いでステップ９５に進み、２次燃料噴射時期ＴＳＦＩがＡＤＶとされる。このＡＤＶはＮＯＲＭよりも早い例えば圧縮上死点後９０°クランク角である。次いでステップ９６に進み、２次燃料噴射が実行される。したがって、触媒加熱用燃料としての炭化水素が吸着材４６内に吸着される。また、触媒１８が加熱される。次いでステップ９７に進み、圧力上昇弁４４が閉弁されてから一定時間が経過した否か、すなわち吸着材４６への炭化水素吸着作用が一定時間だけ行われたか否かが判別される。一定時間が経過していないときには処理サイクルを終了し、これに対し一定時間が経過したときには吸着材４６内に触媒１８を十分に加熱するのに十分な量の炭化水素が吸着されたと判断して次いでステップ９８に進み、吸着フラグをセットする。次いでステップ９９に進んで圧力低下弁２３を開弁し、次いでステップ１００に進んで圧力上昇弁４４を開弁した後に処理サイクルを終了する。
【００４２】
吸着フラグがセットされたときにはステップ９３からステップ１０１に進み、２次燃料噴射が停止される。続くステップ１０２では圧力低下弁２３開弁されてから一定時間が経過したか否か、すなわち触媒１８の再生作用が一定時間だけ行われたか否かが判別される。一定時間が経過していないときには次いで処理サイクルを終了する。これに対し、一定時間が経過したときには触媒１８の再生作用が完了したと判断し、次いでステップ１０３に進んで被毒フラグをリセットし、次いでステップ１０４に進んで吸着フラグをリセットする。次いでステップ１０５では圧力低下弁２３が閉弁される。
【００４３】
これまで述べてきた実施態様ではケーシング１９内の圧力を制御するためにバイパス管２１を設けると共にバイパス管２１内に圧力低下弁２３を配置してこの圧力低下弁２３の開度を制御し、或いは排気管２０内に圧力上昇弁４４を配置してこの圧力上昇弁４４の開度を制御するようにしている。しかしながら、例えば排気マニホルド１６とサージタンク１１とを互いに接続するＥＧＲ通路内にＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御弁を配置してこのＥＧＲ制御弁の開度を制御することによりケーシング１９内の圧力を制御するようにすることもできる。或いは、ケーシング１９下流の排気通路内に排気駆動式過給機を設け、この過給機のウエストゲート弁の開度を制御することによりケーシング１９内の圧力を制御するようにすることもできる。
【００４４】
【発明の効果】
触媒を被毒から十分に再生することができるので排気を良好に浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】触媒における炭化水素吸放出作用およびＮＯX 還元作用を説明する図である。
【図３】設定値ＤＬＴを示す線図である。
【図４】触媒の被毒を検出するためのフローチャートである。
【図５】触媒の再生作用を制御するためのフローチャートである。
【図６】別の実施態様による内燃機関の全体図である。
【図７】図６の実施態様における触媒の被毒を検出するためのフローチャートである。
【図８】図６の実施態様における触媒の再生作用を制御するためのフローチャートである。
【符号の説明】
３…燃焼室
８…燃料噴射弁
１６…排気マニホルド
１８…触媒
１９…ケーシング
２１…バイパス管
２３…圧力低下弁
３９ｕ，３９ｄ…温度センサ
４４…圧力上昇弁
４５ｕ，４５ｄ…濃度センサ
４６…吸着材
【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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