JP2010127182A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一酸化炭素および未燃炭化水素の排出を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】本発明の内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒と、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒よりも下流に配置され、酸素吸蔵能力を有する酸化触媒とを備える。排気浄化装置は、硫黄被毒回復処理ためにＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度以上に上昇するときに、酸化触媒の温度を検知することにより酸化触媒の酸素吸蔵量を算出し、酸素吸蔵量および予め定められたリッチ制御を行なう目標時間に基づいて排気ガスの目標空燃比を算出し、算出された排気ガスの目標空燃比に基づいてリッチ制御を行なう。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関の排気ガスには、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＨＣ）またはパティキュレート（ＰＭ）のほかに、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）が含まれる。窒素酸化物を除去する方法の一つとして、機関排気通路にＮＯ_Ｘ吸蔵触媒が配置されることが提案されている。

ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒は、排気ガスの空燃比が理論空燃比より大きな時、すなわち、排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_Ｘを吸蔵する。これに対して、排気ガス中の空燃比が理論空燃比より小さい時、すなわち排気ガスの空燃比がリッチのとき、または理論空燃比のときには、吸蔵されたＮＯ_Ｘを放出すると共に排気ガスに含まれる還元剤によりＮＯ_Ｘが還元浄化される。ディーゼルエンジン等は、通常運転時には排気ガスの空燃比がリーンであり、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒が排気ガス中のＮＯ_Ｘを吸蔵する。ＮＯ_Ｘの吸蔵を続けた後に、所定の時期に排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることにより、ＮＯ_Ｘを還元浄化することができる。

内燃機関の排気ガスには、硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）が含まれる場合がある。この場合に、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒は、ＮＯ_Ｘの吸蔵と同時にＳＯ_Ｘも吸蔵する。ＳＯ_Ｘが吸蔵されると、ＮＯ_Ｘの吸蔵可能量が低下する。このように、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒には、いわゆる硫黄被毒が生じる。この硫黄被毒を解消するために、ＳＯ_Ｘを放出する硫黄被毒回復処理が行なわれる。ＳＯ_Ｘは、ＮＯ_Ｘに比べて安定な状態でＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に吸蔵される。このため、硫黄被毒回復処理においては、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を昇温した上で空燃比がリッチな排気ガス又は理論空燃比の排気ガスを供給することによりＳＯ_Ｘを放出する。

特開２００８−５１００９号公報においては、排気管の途中に装着されたＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒と、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加弁と、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の下流側に酸素を供給する酸素供給手段とを備える排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置においては、燃料添加弁により還元剤を添加して硫黄被毒回復処理を行っているときに、酸素供給手段により酸素を供給することにより、一酸化炭素を酸化させると共に未燃の還元剤を燃焼させることが開示されている。

特開２００８−５１００９号公報

硫黄被毒回復処理においては、排気ガスの空燃比をリッチにするために、比較的大量の一酸化炭素や未燃炭化水素等の還元剤がＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に供給される。硫黄被毒回復処理のときには、一部の還元剤がＮＯ_Ｘ吸蔵触媒をすり抜ける。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の下流に酸化触媒が配置されることにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒をすり抜けた還元剤が酸化触媒により酸化されて、還元剤が大気に放出されることを抑制することができる。

ここで、酸化触媒には酸素吸蔵能力を有するものがある。たとえば、酸化触媒に酸素吸蔵物質が含まれるものがある。酸素吸蔵能力を有する酸化触媒は、排気ガスの空燃比がリーンのときに酸素を吸蔵する。一方で、排気ガスの空燃比がリッチになると、吸蔵していた酸素を放出して酸化反応を助勢する役割を有する。酸素吸蔵能力を有する酸化触媒は、温度が上昇するに伴って酸素吸蔵量が増加するという特性を有する。即ち温度が上昇するに伴って酸化触媒の酸化処理能力も向上する。

硫黄被毒回復処理においては、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の昇温を行なって、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度がＳＯ_Ｘ放出可能な温度以上に上昇したら、排気ガスの空燃比を予め定められた一定の空燃比まで下げていた。ところが、酸化触媒がＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の下流に配置されている排気浄化装置においては、排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ制御を開始したときに、酸化触媒の温度が十分に上昇しておらず、酸化処理能力が不十分な場合があった。この結果、酸化触媒において、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒をすり抜けた一酸化炭素や未燃炭化水素を十分に酸化処理することができずに大気中に放出されているという問題があった。

本発明は、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒と、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の下流に配置され、酸素吸蔵能力を有する酸化触媒とを備える内燃機関の排気浄化装置であって、一酸化炭素および未燃炭化水素の排出を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の排気浄化装置は、機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の下流の機関排気通路内に酸素吸蔵能力を有する酸化触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯ_Ｘ量が予め定められた許容量を超えたときに、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇させると共に、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ制御により硫黄被毒回復処理を行なう装置である。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒からＳＯ_Ｘを放出すべくＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにした場合に、酸化触媒に向けてＮＯ_Ｘ吸蔵触媒から流出する還元剤を酸化しうる排気ガスの目標空燃比およびリッチ制御を行う目標時間のうち少なくとも一方を算出し、排気ガスの目標空燃比およびリッチ制御を行なう目標時間に基づいてリッチ制御を行なうことを特徴とする。この構成により、一酸化炭素および未燃炭化水素の排出を抑制することができる。

上記発明においては、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、酸化触媒の温度を検知することにより酸化触媒の酸素吸蔵量を算出し、酸素吸蔵量および予め定められたリッチ制御を行なう目標時間に基づいて排気ガスの目標空燃比を算出し、排気ガスの目標空燃比に基づいてリッチ制御を行なうことができる。

上記発明においては、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、酸化触媒の温度を検知することにより酸化触媒の酸素吸蔵量を算出し、酸素吸蔵量および予め定められた排気ガスの目標空燃比に基づいてリッチ制御を行なう目標時間を算出し、リッチ制御を行なう目標時間に基づいてリッチ制御を行なうことができる。

上記発明においては、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、酸化触媒の温度を検知することにより酸化触媒の酸素放出速度を算出し、酸素放出速度に基づいて排気ガスの目標空燃比を算出し、排気ガスの目標空燃比に基づいてリッチ制御を行なうことができる。

上記発明においては、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、酸化触媒の温度を検知することにより酸化触媒の酸素吸蔵量を算出し、酸素吸蔵量および排気ガスの目標空燃比から排気ガスの空燃比をリッチにする目標時間を算出して、排気ガスの目標空燃比およびリッチ制御を行なう目標時間に基づいてリッチ制御を行なうことが好ましい。

上記発明においては、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、酸化触媒の温度上昇に伴って排気ガスの空燃比を徐々に小さくすることが好ましい。

上記発明においては、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、酸化触媒の温度を検知することにより酸化触媒の酸素吸蔵量を算出し、酸素吸蔵量が予め定められた判定値以上になったときにリッチ制御を開始することが好ましい。

本発明によれば、一酸化炭素および未燃炭化水素の排出を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。

（実施の形態１）
図１から図１５を参照して、実施の形態１における内燃機関の排気浄化装置について説明する。

図１に、本実施の形態における圧縮着火式の内燃機関の全体図を示す。本実施の形態においては、自動車に配置されているディーゼルエンジンを例に取り上げて説明する。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、各気筒の燃焼室２と、各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁３を含む。また、機関本体１は、吸気マニホールド４と、排気マニホールド５とを含む。

吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結されている。コンプレッサ７ａの入口は、吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結されている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。更に、吸気ダクト６の周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための吸入空気冷却装置１１が配置されている。

一方、排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結されている。排気タービン７ｂの出口は、排気管１２を介してＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７に連結されている。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７の下流の機関排気通路内には排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタ１６が配置されている。また、図１に示される実施例では、パティキュレートフィルタ１６の下流の機関排気通路内に、酸化触媒１３が配置されている。すなわち、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７の下流に酸化触媒１３が配置されている。

排気マニホールド５と吸気マニホールド４との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲ通路１８が配置されている。ＥＧＲ通路１８内には電子制御式のＥＧＲ制御弁１９が配置されている。また、ＥＧＲ通路１８の周りにはＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置２０が配置されている。

それぞれの燃料噴射弁３は、燃料供給管２１を介してコモンレール２２に連結されている。このコモンレール２２は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に連結されている。燃料タンク２４に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２３によってコモンレール２２内に供給される。コモンレール２２に供給された燃料は、それぞれの燃料供給管２１を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータからなる。本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、電子制御ユニット３０を含む。電子制御ユニット３０は、双方性バス３１によって互いに接続された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を備える。ＲＯＭ３２は、読み込み専用の記憶装置であり、制御を行なうために必要なマップ等の情報が予め記憶されている。ＣＰＵ３４は、任意の演算や判断を行なうことができる。ＲＡＭ３３は、読み書きが可能な記憶装置であり、運転履歴などの情報を保存したり、演算結果を一時的に保存したりすることができる。

ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７の下流には、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７の温度を検出するための温度センサ２６が配置されている。酸化触媒１３の下流には、酸化触媒１３又はパティキュレートフィルタ１６の温度を検出するための温度センサ２７が配置されている。これら温度センサ２６，２７の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。

本実施の形態におけるの内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスの空燃比を検知する空燃比検知手段としての空燃比センサ２９を備える。空燃比センサ２９は、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７の下流に配置されている。また、空燃比センサ２９は、酸化触媒１３の上流に配置されている。空燃比センサ２９は、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７から流出する排気ガスの空燃比、または、酸化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比を検知する。空燃比センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。

また、パティキュレートフィルタ１６には、パティキュレートフィルタ１６の前後差圧を検出するための差圧センサ２８が取付けられている。この差圧センサ２８および吸入空気量検出器８の出力信号は、夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。

アクセルペダル４０には、アクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力電圧は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１９および燃料ポンプ２３に接続されている。

酸化触媒１３は、排気浄化を行うための酸化能力を有する触媒である。酸化触媒１３は、例えば、円筒形状のケース本体の内部に排気ガスの流れ方向に伸びる隔壁を有する基体を備える。基体は、例えばハニカム構造に形成されている。基体の表面には、例えば多孔質酸化物粉末よりなるコート層が形成され、このコート層に白金Ｐｔ等の貴金属触媒が担持されている。排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）および未燃炭化水素（ＨＣ）は、酸化触媒１３で酸化されて水や二酸化炭素等の無害な物質に変換される。以下、一酸化炭素および未燃炭化水素等の酸化触媒にて酸化される対象になる物質を、一酸化炭素等と称する。

本実施の形態における酸化触媒１３は、酸素吸蔵能力を有する。酸化触媒１３は、助触媒としてのセリア（セリウム酸化物）を有する。酸化触媒１３は、排気ガスの空燃比がリーンのときには酸素を貯蔵する。排気ガスの空燃比がリッチのときには、貯蔵されていた酸素を放出する。酸素を放出することにより、酸化反応を促進することができる。

パティキュレートフィルタ１６は、排気ガス中に含まれる炭素微粒子、サルフェート等のイオン系微粒子等の粒子状物質（パティキュレート）を除去するフィルタである。パティキュレートフィルタは、例えば、ハニカム構造を有し、ガスの流れ方向に伸びる複数の流路を有する。複数の流路において、下流端が封止された流路と上流端が封止された流路とが交互に形成されている。流路の隔壁は、コージライトのような多孔質材料で形成されている。この隔壁を排気ガスが通過するときにパティキュレートが捕捉される。

粒子状物質は、パティキュレートフィルタ１６上に捕集されて酸化される。パティキュレートフィルタ１６に次第に堆積する粒子状物質は、空気過剰の雰囲気中で温度を例えば６００℃程度まで上昇することにより酸化されて除去される。

図１に示す装置例においては、差圧センサ２８により検出されたパティキュレートフィルタ１６の前後差圧ΔＰが許容値を越えたときに、パティキュレートフィルタ１６に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたと判断される。粒子状物質の量が許容量を越えたときには、排気ガスの空燃比がリーンのもとでパティキュレートフィルタ１６の温度を上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去する。

図２に、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の概略断面図を示す。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７は、基体上に例えばアルミナからなる触媒担体４５が担持されている。触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されている。触媒担体４５の表面上にはＮＯ_Ｘ吸収剤４７の層が形成されている。貴金属触媒４６としては、例えば白金Ｐｔが用いられる。ＮＯ_Ｘ吸収剤４７を構成する成分としては、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。

機関吸気通路、燃焼室、または機関排気通路に供給された排気ガスにおいて、空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称すると、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのとき（理論空燃比より大きなとき）には、排気ガス中に含まれるＮＯが貴金属触媒４６上において酸化されてＮＯ_２になる。ＮＯ_２は、硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でＮＯ_Ｘ吸収剤４７内に吸蔵される。

これに対して、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチのとき（理論空燃比より小さなとき）或いは理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進む。ＮＯ_Ｘ吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯ_Ｘ吸収剤４７から放出される。放出されたＮＯ_Ｘは、排気ガスに含まれる未燃ＨＣ、ＣＯによってＮ_２に還元される。

本実施の形態における運転例では、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に蓄えられるＮＯ_Ｘ吸蔵量を検知する。たとえば、機関回転数Ｎと要求トルクＴＱとを関数にする単位時間あたりのＮＯ_Ｘの蓄積量のマップを電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に内蔵しておく。運転状態に応じて算出される単位時間あたりのＮＯ_Ｘの蓄積量を積算することにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯ_Ｘ吸蔵量を検知することができる。ＮＯ_Ｘ吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に、ＮＯ_Ｘ吸蔵量が所定の量に達したら、排気ガスの空燃比を一時的にリッチにすることにより、ＮＯ_Ｘ吸収剤４７からＮＯ_Ｘを放出させると共に還元することができる。

図３に、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の他の概略断面図を示す。排気ガス中にはＳＯ_Ｘ、即ちＳＯ_２が含まれている。このＳＯ_２は、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７に流入すると、貴金属触媒４６において酸化されてＳＯ_３となる。このＳＯ_３はＮＯ_Ｘ吸収剤４７に吸収されて、例えば炭酸バリウムＢａＣＯ_３と結合しながら、硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形でＮＯ_Ｘ吸収剤４７内に拡散して、硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。ＮＯ_Ｘ吸収剤４７は、強い塩基性を有するために硫酸塩ＢａＳＯ_４は安定していて分解しづらく、単に排気ガスの空燃比をリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解されずにそのまま残る。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の使用を継続すると、ＮＯ_Ｘ吸収剤４７内の硫酸塩ＢａＳＯ_４が増大する。このため、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒が吸収できるＮＯ_Ｘ量が低下する。この様に、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７に硫黄被毒が生じる。

硫黄被毒を解消するためには、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒からＳＯ_Ｘを放出する硫黄被毒回復処理を行なう。硫黄被毒回復処理においては、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７の温度をＳＯ_Ｘ放出が可能な温度まで上昇させた状態でＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにすることにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒からＳＯ_Ｘを放出する処理を行なう。

図４に、酸素吸蔵能力を有する酸化触媒において、床温と酸素吸蔵量との関係を説明するグラフを示す。横軸が酸化触媒の床温であり、縦軸が酸化触媒に吸蔵されている酸素吸蔵量である。床温が高くなるほど酸素吸蔵量が増加する。また、床温が所定の温度まで上昇すると吸蔵された酸素が放出されやすくなるために、グラフの傾きが緩やかになる。本実施の形態における内燃機関の運転範囲では、床温と酸素吸蔵量とがほぼ比例する関係を有する。

本実施の形態においては、硫黄被毒回復処理を行なうときの制御について説明する。本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に蓄積するＳＯ_Ｘ吸蔵量を検知する。たとえば、機関回転数Ｎと要求トルクＴＱとを関数にする単位時間あたりのＳＯ_Ｘの蓄積量のマップを電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に内蔵しておく。運転状態に応じて算出される単位時間あたりのＳＯ_Ｘ蓄積量を積算することにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＳＯ_Ｘ吸蔵量を検知することができる。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒のＳＯ_Ｘ吸蔵量が所定の量に達したら硫黄被毒回復処理を行う。

硫黄被毒回復処理の終期については、例えば、排気ガスの空燃比がリッチになっている時間の積算値に基づいて残存するＳＯ_Ｘ量を算出する。そして、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に残存するＳＯ_Ｘ吸蔵量が、予め定められた値になったときに硫黄被毒回復処理を終了する。

本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、燃焼室に噴射する燃料の噴射パターンを制御可能に形成されている。即ち、燃料噴射弁３による燃料の噴射量および噴射時期を制御できるように形成されている。本実施の形態における硫黄被毒回復処理は、燃焼室における燃料の噴射パターンを制御することにより行なっている。噴射パターンの変更については後述する。

図５は、本実施の形態の内燃機関の排気浄化装置において、硫黄被毒回復処理を行なう運転制御のタイムチャートである。図５は、硫黄被毒回復処理の初期のタイムチャートである。時刻ｔ_０までが通常運転である。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒のＳＯ_Ｘ吸蔵量が所定の量に達したことを検知して硫黄被毒回復処理を開始する。

時刻ｔ_０から時刻ｔ_３までは、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度がＳＯ_Ｘ放出温度以上になるようにＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を昇温する昇温制御を行なっている。ＳＯ_Ｘを放出するために、例えば、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を６００℃以上に昇温する。時刻ｔ_３以降では、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出温度以上に維持する温度維持制御を行なっている。更に、時刻ｔ_２以降では、昇温制御および温度維持制御を行ないながら、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にするリッチ制御を行なうことにより、ＳＯ_Ｘを放出させている。リッチ制御は、間欠的に行なわれている。

図６に、本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度を上げるときのフローチャートを示す。図６は、図５の時刻ｔ_１から時刻ｔ_３までの期間に行なっている制御のフローチャートである。

ステップ１１１において、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７の床温Ｔ_Ｎを検知する。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７の温度は、図１を参照して、例えば、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７の下流に配置されている温度センサ２６により検知することができる。

ステップ１１２において、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の床温Ｔ_ＮがＳＯ_Ｘ放出可能な温度Ｔ_ＮＸ以上であるか否かを判定する。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の床温Ｔ_Ｎが、この判定値以上であれば、ステップ１１３に移行する。床温Ｔ_Ｎが判定値未満であれば、この制御を終了して、所定の時間の経過後に再度ステップ１１１を繰り返す。

図５を参照して、時刻ｔ_１において、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度がＳＯ_Ｘ放出可能な温度Ｔ_ＮＸに達している。本実施の形態においては、時刻ｔ_１では酸化触媒の温度が十分に高くないために、時刻ｔ_１においてリッチ制御を開始しておらず、昇温制御を持続している。本実施の形態においては、酸化触媒の温度が高くなって酸化触媒の酸化処理能力の向上を待つ制御を行なっている。

図６を参照して、ステップ１１３において、酸化触媒の床温Ｔ_Ｏを検知する。酸化触媒の床温は、図１を参照して、例えば、酸化触媒１３の下流に配置されている温度センサ２７により検知することができる。

次に、ステップ１１４において、酸化触媒１３の酸素吸蔵量Ｓを算出する。酸素吸蔵量の算出においては、図４に示す酸化触媒の床温と酸化吸蔵量との関係から求めることができる。例えば、床温を関数にする酸素吸蔵量のマップを電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に記憶しておく。酸化触媒１３の床温を検知することにより、酸化触媒に吸蔵されている酸素吸蔵量を検知することができる。

次に、ステップ１１５において、算出した酸素吸蔵量が所定の判定値以上か否かを判別する。ステップ１１５においては、酸化触媒が排気ガスの空燃比をリッチにしたときに、一酸化炭素等が大気中に排出されるのを抑制するために十分な酸素を保有しているか否かを判別する。本実施の形態においては、酸素吸蔵量の判定値が予め定められている。酸素吸蔵量の判定値は、例えば、電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に記憶しておくことができる。本実施の形態における判定値は、排気ガスの空燃比を僅かにリッチにしたときに、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒から流出する一酸化炭素等の略全てを酸化することが出来る酸素吸蔵量が設定されている。判定値としては、排気ガスの空燃比を理論空燃比にしたときに、一酸化炭素等が処理可能な酸素吸蔵量が設定されていても構わない。

ステップ１１５において、酸素吸蔵量が判定値未満であれば、この制御を終了して、所定の時間の後にステップ１１１から再度処理を行なう。酸素吸蔵量が判定値以上である場合にはステップ１１６に移行する。図５のタイムチャートにおいては、時刻ｔ_２において、酸素吸蔵量が判定値以上になっている。このときの酸化触媒の床温Ｔ_Ｏは、温度Ｔ_ＯＸである。

なお、本実施の形態においては、酸化触媒の床温から酸素吸蔵量を算出して、この酸素吸蔵量によりリッチ制御を行なうか否かを判別しているが、この形態に限られず、例えば、酸化触媒の床温によりリッチ制御を行なうか否かを判別しても構わない。

図６を参照して、ステップ１１５において、酸素吸蔵量が判定値以上の場合には、ステップ１１６に移行する。ステップ１１６においては、算出された酸素吸蔵量から排気ガスの目標空燃比を算出する。

図７に、リッチ制御を行うときの排気ガスの空燃比のタイムチャートの拡大図を示す。横軸が時間であり、縦軸が排気ガスの空燃比である。リッチ制御を行なうときには、排気ガスの空燃比を目標値まで下降させて、１回のリッチ制御を継続するリッチ化時間の間、排気ガスの空燃比を維持する。本実施の形態においては、リッチ化時間は予め設定されている。リッチ化時間と理論空燃比以下の空燃比の領域で囲まれるリッチ化の面積Ｓｒが画定される。

図８に、排気ガスの空燃比をリッチにしたときの面積Ｓｒと、酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量との関係のグラフを示す。横軸がリッチ化の面積Ｓｒであり、縦軸が酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量である。面積Ｓｒが増加すると、酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量が増加する。図８の関係から、面積Ｓｒまたは酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量のいずれか一方が特定されることにより、他方が求められる。すなわち、排気ガスの空燃比とリッチ化時間とにより、酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量を算出することができる。ここで、酸化触媒の酸素吸蔵量は、酸化触媒の酸化処理量に相当する。酸素吸蔵量が酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量以上であれば、一酸化炭素等を略全て酸化することができる。

図６を参照して、本実施の形態においては、ステップ１１４において、酸化触媒の酸素吸蔵量が算出されている。酸化触媒の酸素吸蔵量から、酸化触媒に流入させて略全てを酸化処理することができる一酸化炭素等の量が算出される。図８を参照して、酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量から面積Ｓｒを求めることができる。図７を参照して、本実施の形態においては、１回のリッチ化時間が予め定められているために、リッチ化の面積Ｓｒから排気ガスの目標空燃比を算出することができる。

このように、ステップ１１６において、排気ガスの目標空燃比を算出する。次に、ステップ１１７において、算出された排気ガスの目標空燃比となるようにリッチ制御を行なう。

図５を参照して、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３までの期間において、リッチ制御および温度維持制御が交互に行なわれている。本実施の形態においては、１回のリッチ制御を行なった後に、所定の時間の温度維持制御が行なわれている。温度維持制御の期間においては、排気ガスの空燃比がリーンになり、酸化触媒が酸素を吸蔵する。温度維持制御は、酸化触媒が吸蔵する酸素が飽和する時間以上で行なわれることが好ましい。

時刻ｔ_２から時刻ｔ_３の期間においては、酸化触媒の温度が更に上昇する。図４を参照して、酸化触媒の床温が上昇すると、酸素吸蔵量が増加する。このために、リッチ制御を行なうときの排気ガスの空燃比をより小さくすることができる。すなわち、図６に示す制御を繰り返し行なうことにより、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３においては酸化触媒の温度上昇に伴って、排出される一酸化炭素等の抑制は維持しながら、排気ガスの空燃比を徐々に小さくすることができる。

本実施の形態においては、排気ガスの空燃比の下限値が予め設定されている。排気ガスの目標空燃比が下限値に達したら、図６に示す制御を終了する。すなわち、予め定められた定常的にリッチ制御を行なう排気ガスの空燃比に達したら、図６に示す制御を終了する。時刻ｔ_３において、排気ガスの目標空燃比が下限値に達している。時刻ｔ_３以降では、一定の排気ガスの空燃比により硫黄被毒回復処理を行っている。時刻ｔ_３以降では、酸化触媒の温度が上昇して酸素吸蔵量が十分多くなっており、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒をすり抜ける一酸化炭素等の略全てを処理することができる。

本実施の形態においては、酸化触媒の温度を検知することにより、酸化触媒の酸素吸蔵量を算出して、酸素吸蔵量が判定値以上になったときにリッチ制御を開始している。時刻ｔ_２までリッチ制御の開始時期を遅らせている。この制御を行なうことにより、酸化触媒の酸素吸蔵等が不十分のときにリッチ制御を行なうことを回避できる。または、酸化触媒の酸化処理量が少ないことに起因して、一酸化炭素等が大気中に排出されることを抑制できる。

本実施の形態においては、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３の期間において、酸素吸蔵量および予め定められたリッチ制御を行なう目標時間に基づいて、排気ガスの目標空燃比を算出している。酸化触媒の酸素吸蔵量に対応させて、排気ガスの空燃比を変化させている。このために、大気中に放出する一酸化炭素等を抑制することができる。

図９に、本実施の形態における酸化触媒の床温と、酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量との関係を説明するグラフを示す。棒グラフが酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量であり、直線が酸化触媒の処理可能量、即ち、酸化触媒の酸素吸蔵量である。本実施の形態においては、床温に依存する処理可能量の範囲内になるように、酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量が制御されている。このため、外気に放出される一酸化炭素等の量をほぼ零にすることができる。

本実施の形態においては、酸化触媒の酸化処理能力を算出し、酸化触媒の酸化処理能力に基づいて排気ガスの目標空燃比を算出して、この排気ガスの目標空燃比に基づいてリッチ制御を行なっている。または、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒から流出する還元剤を酸化しうる排気ガスの目標空燃比およびリッチ制御を行う目標時間のうち少なくとも一方を算出し、算出された目標値に基づいてリッチ制御を行なっている。この制御により、大気中に放出する一酸化炭素等を抑制することができる。

ここで、図１０に、硫黄被毒回復処理の開始時に昇温を行なうときの比較例のタイムチャートを示す。時刻ｔ_０までの通常の運転と、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの昇温制御については、本実施の形態における排気浄化装置の制御と同様である。

比較例の排気浄化装置の制御においては、時刻ｔ_１において、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒がＳＯ_Ｘ放出可能な温度Ｔ_ＮＸに達したことを検知してリッチ制御を開始している。時刻ｔ_１において、予め定められた一定の空燃比まで排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ制御を行なっている。

この制御においては、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの期間において、酸化触媒の温度Ｔ_Ｏが十分に上昇しておらず、酸化触媒に吸蔵されている酸素吸蔵量が不十分である。このため、酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量が酸素吸蔵量を超えてしまい、未処理の一酸化炭素等が外気に放出されてしまう。また、同様に、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３の期間においても、排気ガスの空燃比を調整することなく、予め定められた目標の空燃比に制御しているために、一酸化炭素等が放出されてしまう。

図１１に、排気浄化装置の比較例の制御における酸化触媒の床温と酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量の関係を説明するグラフを示す。比較例の制御においては、酸化触媒の酸化処理が可能な量に対して、酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量が一定である。酸化触媒の床温が低い領域において、酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量が処理可能量を越えている。このため、処理が不可能な一酸化炭素等が放出される。このように、比較例においては、時刻ｔ_１から時刻ｔ_３の期間において、一酸化炭素等が大気中に放出されてしまう。

図５を参照して、本実施の形態においては、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２において、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒がＳＯ_Ｘ放出可能な温度に達しても、即時にリッチ制御を行なわずに酸化触媒の温度が上昇するまで待機している。さらに、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３の間においては、酸化触媒の床温に対応させて、排気ガスの空燃比を徐々に小さくしている。この制御を行なうことにより、昇温中に放出される一酸化炭素等を抑制することができる。

次に、本実施の形態における排気ガスの空燃比の調整方法について説明する。本実施の形態における硫黄被毒回復処理は、燃焼室における燃料の噴射パターンを制御することにより行なっている。すなわち、燃焼室に噴射する燃料の噴射量および噴射時期を制御することにより行なっている。

図１２に、本実施の形態における内燃機関の通常運転時における燃料の噴射パターンを示す。噴射パターンＡは、通常運転時における燃料の噴射パターンである。通常運転時においては、略圧縮上死点ＴＤＣで主噴射ＦＭが行なわれる。すなわち、クランク角が略０°において主噴射ＦＭが行なわれる。また、主噴射ＦＭの燃焼を安定化させるために、主噴射ＦＭの前にパイロット噴射ＦＰが行なわれる。パイロット噴射ＦＰは、例えば、クランク角が圧縮上死点ＴＤＣの前の略１０°から略４０°の範囲において行なわれる。通常運転時においては、噴射パターンＢに示すように、パイロット噴射ＦＰが行なわれずに主噴射ＦＭのみで運転されていても構わない。本実施の形態においては、パイロット噴射ＦＰが行なわれる噴射パターンを例に取り上げて説明する。

図５を参照して、時刻ｔ_０までの通常の運転時においては、噴射パターンＡで運転されている。このときの排気ガスの空燃比はリーンである。次に、時刻ｔ_０でＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の昇温を開始して、時刻ｔ_０から時刻ｔ_３においてＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度を上昇させる昇温制御を行う。

図１３に、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を昇温したり昇温した温度を維持したりするための噴射パターンを示す。噴射パターンＣにおいては、主噴射ＦＭの噴射時期が圧縮上死点ＴＤＣから遅れている。すなわち、主噴射ＦＭの噴射時期を遅角させている。主噴射ＦＭの噴射時期の遅角に伴って、パイロット噴射ＦＰの噴射時期も遅角させている。主噴射ＦＭの噴射時期を遅角させることにより、排気ガスの温度を上昇させることができる。更に、主噴射ＦＭの後に、補助噴射としてのアフター噴射ＦＡを行っている。アフター噴射ＦＡは、主噴射の後の燃焼可能な時期に行なわれる。アフター噴射ＦＡは、例えば圧縮上死点後のクランク角が略４０°までの範囲で行なわれ、例えば、圧縮上死点後のクランク角が略２０°から略３０°の範囲において行なわれる。アフター噴射ＦＡを行なうことにより、後燃え期間が長くなり、排気ガスの温度を上昇させることができる。また、燃焼室における燃焼量が増加して排気ガスの温度を上昇させることができる。

図５を参照して、時刻ｔ_０から時刻ｔ_３までの期間において、排気ガスを昇温することにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を昇温することができる。また、時刻ｔ_３以降の期間において、噴射パターンＣを行なうことにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒をＳＯ_Ｘ放出温度以上に維持する温度維持制御を行なうことができる。噴射パターンＣで運転を行なっているときには、排気ガスの空燃比はリーンである。なお、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の昇温については、この形態に限られず、任意の方法を採用することができる。

図１４に、本実施の形態におけるリッチ制御を行なうときの噴射パターンを示す。時刻ｔ_２以降の期間において、ＳＯ_Ｘを放出するために、排気ガスの空燃比をリッチ又は理論空燃比にするリッチ制御を行う。噴射パターンＤは、噴射パターンＣと比較したときに、アフター噴射ＦＡの噴射量を増加させている。アフター噴射ＦＡは補助噴射である。アフター噴射ＦＡの噴射量を増加することにより、排気ガスの空燃比を小さく（リッチ側に）することができる。

また、図１を参照して、機関吸気通路にスロットル弁１０が配置されている。スロットル弁１０の開度を調整することにより、燃焼室２に流入する空気量を調整することができる。燃焼室２の内部に噴射する燃料の量に対して、燃焼室２に流入する空気量を調整することにより、燃焼室における空燃比を調整することができる。たとえば、燃焼室２に流入する空気量を少なくすることにより、燃焼室における空燃比を小さくできる。この結果、排気ガスの空燃比を小さくすることができる。

さらに、本実施の形態においては、空燃比センサ２９により酸化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比を検知して、排気ガスの空燃比が目標値となるように燃焼室２における噴射パターンおよび燃焼室２に流入する空気量を変更可能に形成されている。すなわち、フィードバック制御を行なうことにより、燃焼室２に噴射する燃料の量および吸入空気量を制御できるように形成されている。このように、燃焼室における空燃比を調整することにより、排気ガスの空燃比を調整することができる。

図５を参照して、時刻ｔ_２以降の期間において、昇温制御または温度維持制御が行なわれているときにリッチ制御が一定期間ごとに行なわれている。噴射パターンＤと噴射パターンＣとを繰り返し行ないながらＳＯ_Ｘを放出させている。時刻ｔ_２から時刻ｔ_３までの排気ガスの空燃比の制御においては、アフター噴射ＦＡの噴射量を調整することにより、排気ガスの空燃比の調整を行なっている。硫黄被毒回復処理の終了後には、噴射パターンを噴射パターンＡに戻して通常運転を行なう。

図１５に、本実施の形態におけるリッチ制御を行なうときの他の噴射パターンを示す。噴射パターンＥは、主噴射ＦＭ、アフター噴射ＦＡの後にさらに、ポスト噴射ＦＰＯを行なっている。ポスト噴射ＦＰＯは、ほとんど燃料の燃焼に関与しない噴射である。ポスト噴射ＦＰＯは、アフター噴射と同様に補助噴射であるが、アフター噴射が機関出力に影響を与える一方で、ポスト噴射は機関出力に寄与しない特徴を有する。ポスト噴射ＦＰＯは、例えば、圧縮上死点後のクランク角が略９０°から略１２０°の範囲内において行われる噴射である。ポスト噴射ＦＰＯを噴射することにより排気ガスの空燃比をリッチにすることができる。

ポスト噴射ＦＰＯが行なわれている場合には、ポスト噴射ＦＰＯの噴射量を調整することにより、排気ガスの空燃比の制御を行なうことができる。たとえば、ポスト噴射ＦＰＯの噴射量を少なくすることにより、排気ガスの空燃比を大きくする（リーン側にする）ことができる。

または、アフター噴射の噴射量およびポスト噴射の噴射量の制御が同時に行なわれていても構わない。すなわち、補助噴射の噴射量を調整することにより、排気ガスの空燃比の制御を行なうことができる。このように、主噴射の後に行なう補助噴射のうち、いずれかの補助噴射の量を調整することにより、排気ガスの空燃比を調整することができる。または、燃焼室内に噴射する燃料の量を調整する任意の制御を採用することができる。

本実施の形態においては、内燃機関の燃焼室に噴射する燃料の噴射量を調整することによりリッチ制御を行なっているが、この形態に限られず、排気ガスの空燃比を制御できる任意の制御を採用することができる。

例えば、機関排気通路において、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の上流側に還元剤を添加する還元剤供給手段が配置されていても構わない。例えば、排気管において、機関本体と同じ燃料を噴射する燃料添加弁が配置されていても構わない。燃料添加弁から噴射する噴射量を変更することにより、排気ガスの空燃比を調整することができる。

機関排気通路に燃料添加弁が配置されているときには、燃料添加弁から燃料を噴射することにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を昇温しても構わない。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒には、貴金属が担持されているために、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒においても酸化が行われる。この酸化反応熱により、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の昇温を行なうことができる。このときに、燃料添加弁から噴射する燃料の量は、酸化触媒の酸素の吸蔵を過剰に妨げないように、制限することが好ましい。例えば酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比が所定値以下とならないように制御することが好ましい。

本実施の形態においては、それぞれの触媒の下流に配置されている温度センサにより、それぞれの触媒の床温を検知しているが、この形態に限られず、触媒の床温を検知することができる任意の装置を採用することができる。

酸化触媒としては、酸素吸蔵能力を有する酸化触媒であれば構わない。例えば、酸化触媒が担持されている三元触媒であっても構わない。または、パティキュレートフィルタに、酸化触媒が担持されていても構わない。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒としては、ＮＯ_Ｘを一時的に吸蔵して放出することができる触媒であれば構わない。例えば、ＮＯ_Ｘの吸蔵および放出を行なうためにＮＯ_Ｘ吸収剤および貴金属がパティキュレートフィルタに担持されていても構わない。

（実施の形態２）
図１６および図１７を参照して、実施の形態２における内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施の形態における内燃機関は、実施の形態１における内燃機関と同様である（図１参照）。

図１６に、本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の制御のタイムチャートを示す。図１７に、本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の制御のフローチャートを示す。時刻ｔ_０までの通常運転、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの昇温制御、および時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの昇温制御については、実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３までのＮＯ_Ｘ吸蔵触媒が昇温している期間のリッチ制御が実施の形態１と異なる。

図１７を参照して、ステップ１１１からステップ１１５までは、実施の形態１における制御と同様である（図６参照）。時刻ｔ_２から時刻ｔ_３までの制御において、ステップ１１５にて酸素吸蔵量が判定値以上である場合には、ステップ１１８に移行する。本実施の形態においては、リッチ制御を行なうときの一定の排気ガスの目標空燃比が予め定められている。ステップ１１８においては、算出された酸素吸蔵量により、リッチ制御を行なう目標時間を算出する。

ステップ１１８においては、図８を参照して、算出された酸素吸蔵量Ｓから、酸化触媒において酸化処理が可能な一酸化炭素等の量を算出して、更に、リッチ化の面積Ｓｒを算出する。図７を参照して、この面積Ｓｒと予め定められた排気ガスの空燃比から、１回のリッチ制御を行なうリッチ化の目標時間を算出する。

ステップ１１９においては、算出されたリッチ制御を行なう目標時間および予め定められた排気ガスの目標空燃比に基づいて運転パターンを変更する。リッチ制御を行なう時間を変更する場合には、例えば図１４に示す噴射パターンＤを行なう運転期間の長さを変更することにより、リッチ制御を行なう時間を変更することができる。

図１６を参照して、時刻ｔ_２においてリッチ制御が開始されている。このときの時刻ｔ_２以降の排気ガスの空燃比は一定である。時刻ｔ_２から時刻ｔ_３までの間において、酸化触媒の床温の温度上昇に伴って、リッチ制御を行なう時間が徐々に長くなる。

本実施の形態においては、酸化触媒の酸素吸蔵量を算出して、予め定められた排気ガスの目標空燃比により、リッチ制御を行なう目標時間を算出している。リッチ制御を行なう時間を制御することにより、酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量を制御することができる。

このように、本実施の形態においては、酸化触媒の酸化処理能力を算出し、酸化触媒の酸化処理能力に基づいてリッチ制御を行なう目標時間を算出している。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒から流出する一酸化炭素等を酸化しうるリッチ制御を行なう目標時間を算出している。酸化触媒に流入する一酸化炭素等の略全てを酸化処理することができ、大気中に放出される一酸化炭素等を抑制することができる。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

（実施の形態３）
図１８から図２１を参照して、実施の形態３における内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施の形態における内燃機関は、実施の形態１における内燃機関と同様である（図１参照）。

図１８に、本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の制御のタイムチャートを示す。図１９に、本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の制御のフローチャートを示す。時刻ｔ_０までの通常運転、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの昇温制御、および時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの昇温制御については、実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３までのＮＯ_Ｘ吸蔵触媒が昇温している期間の制御が実施の形態１と異なる。

図１９を参照して、ステップ１１１からステップ１１５までは、実施の形態１における排気浄化装置の制御と同様である（図６参照）。時刻ｔ_２から時刻ｔ_３までの制御において、ステップ１１５にて酸素吸蔵量が判定値以上であれば、ステップ１２１に移行する。本実施の形態においては、ステップ１２１にて、酸化触媒に吸蔵されている酸素を放出するときの酸素放出速度Ｖを算出する。

図２０に、酸化触媒の床温と酸化触媒の酸素放出速度との関係を説明するグラフを示す。横軸が酸化触媒の床温であり、縦軸が酸素放出速度Ｖである。酸化触媒の床温が高くなるほど、酸素放出速度が高くなっていることが分かる。酸素放出速度は、一酸化炭素等を酸化する速度に対応する。ここで、酸化触媒の種類等により、床温が低いと酸素放出速度が遅く、一酸化炭素等が流入する速度に達しない場合がある。即ち、酸素放出速度が遅く、全ての一酸化炭素等を酸化できない場合がある。図２０においては、一つの一酸化炭素の流入速度に対して、床温が低い領域で一酸化炭素等が酸化触媒をすり抜ける領域が画定されている。

本実施の形態においては、酸化触媒の酸素放出速度を考慮して制御を行なう。図２０に示すグラフから、酸化触媒の床温を特定することにより、酸素放出速度Ｖを算出することができる。例えば、酸化触媒の床温を関数とする酸素放出速度のマップを電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２の中に記憶しておくことができる。酸化触媒の床温を検知することにより、酸素放出速度を算出することができる。

図１９を参照して、ステップ１２１にて酸素放出速度Ｖが算出されたら、ステップ１２２に移行する。ステップ１２２においては、算出された酸素放出速度内で全ての一酸化炭素等を酸化することができる排気ガスの目標空燃比を算出する。例えば、酸素放出速度Ｖを関数とする排気ガスの目標空燃比のマップを電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に記憶しておく。酸素放出速度Ｖを特定することにより、対応する排気ガスの空燃比を算出することができる。酸素放出速度Ｖが大きくなると、設定できる排気ガスの空燃比も小さくすることができる。

次に、ステップ１２３において、ステップ１１４において算出された酸素吸蔵量Ｓと、ステップ１２２において算出された排気ガスの目標空燃比に基づいて、リッチ制御を行なう時間を算出する。リッチ制御を行なう時間の算出においては、前述の実施の形態と同様に、リッチ制御を行なうときの面積Ｓｒを算出することにより求めることができる。次に、ステップ１２４に移行して、算出された排気ガスの目標空燃比およびリッチ制御を行なう時間に基づいて運転パターンを変更する。

図１８を参照して、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３の期間においては、排気ガスの空燃比が徐々に小さくなっている。本実施の形態においては、１回のリッチ制御を行なう時間が算出されているために、それぞれのリッチ制御の時間が異なっている。たとえば、酸化触媒の酸素放出速度により、リッチ制御を行なうときの排気ガスの空燃比が制限された場合には、１回のリッチ制御を行なう時間が長くなる。この制御により、吸蔵されたより多くの酸素を酸化処理に用いることができる。なお、リッチ制御を行なうときの排気ガスの空燃比が制限された場合に、リッチ制御を行なう回数を増やしても構わない。

図２１は、本実施の形態における排気浄化装置の制御において、酸化触媒の床温とリッチ制御を行なう時間の関係、および酸化触媒の床温とリッチ制御を行なうときの排気ガスの目標空燃比の関係を説明するグラフである。床温の低い領域においては、図２０に示す一酸化炭素等がすり抜ける領域が画定されている。

一酸化炭素等がすり抜ける領域においては、床温が上昇するに伴って排気ガスの目標空燃比が徐々に上昇している。また、床温が上昇するに伴って、リッチ制御を行なうリッチ化時間は徐々に短くなっている。一酸化炭素等がすり抜ける領域よりも床温が高い領域においては、リッチ化時間および排気ガスの目標空燃比を共に一定にしている。

本実施の形態においては、酸化触媒の温度を検知することにより酸化触媒の酸素放出速度を算出し、酸素放出速度に基づいて排気ガスの目標空燃比を算出している。この制御により、酸素放出速度が遅い場合においても、大気中に一酸化炭素等が放出されることを抑制できる。

また、本実施の形態においては、算出された酸素吸蔵量および算出された目標空燃比から排気ガスの空燃比をリッチする目標時間を算出している。この制御を行なうことにより、酸化触媒に吸蔵されているより多くの酸素を排出することができる。リッチ制御においては、この形態に限られず、リッチ化時間を予め設定しておいても構わない。

その他の構成、作用および効果については実施の形態１または２と同様であるのでここで説明を繰り返さない。

上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。

実施の形態１における内燃機関の概略図である。 ＮＯ_Ｘを吸収する時のＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の拡大概略断面図である。 ＳＯ_Ｘを吸収する時のＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の拡大概略断面図である。 酸素吸蔵能力を有する酸化触媒における床温と酸素吸蔵量との関係を説明するグラフである。 実施の形態１における排気浄化装置において、硫黄被毒回復処理を行なうために昇温を行なうときのタイムチャートである。 実施の形態１における排気浄化装置において、硫黄被毒回復処理を行なうために昇温を行なうときのフローチャートである。 リッチ制御を行なうときの排気ガスの空燃比の拡大図である。 リッチ制御を行なうときの面積Ｓｒと酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量の関係を説明するグラフである。 実施の形態１における酸化触媒の床温と、酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量との関係のグラフである。 実施の形態１における比較例の排気浄化装置の制御を説明するタイムチャートである。 実施の形態１における比較例の酸化触媒の床温と、酸化触媒に流入する一酸化炭素等の量との関係のグラフである。 通常の運転状態における燃焼室での噴射パターンである。 硫黄被毒回復処理においてＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を昇温する時の燃焼室での噴射パターンである。 硫黄被毒回復処理をおいてリッチ制御を行なう時の燃焼室での噴射パターンである。 硫黄被毒回復処理をおいてリッチ制御を行なう時の燃焼室での他の噴射パターンである。 実施の形態２における硫黄被毒回復処理を行なうために昇温を行なうときのタイムチャートである。 実施の形態２における硫黄被毒回復処理を行なうために昇温を行なうときのフローチャートである。 実施の形態３における硫黄被毒回復処理を行なうために昇温を行なうときのタイムチャートである。 実施の形態３における硫黄被毒回復処理を行なうために昇温を行なうときのフローチャートである。 酸化触媒の床温と酸素放出速度との関係を説明するグラフである。 酸化触媒の床温と排気ガスの目標空燃比またはリッチ制御を行なう時間との関係を説明するグラフである。

符号の説明

１ 機関本体
２ 燃焼室
３ 燃料噴射弁
８ 吸入空気量検出器
１０ スロットル弁
１２ 排気管
１３ 酸化触媒
１７ ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒
２１ 燃料供給管
２６ 温度センサ
２７ 温度センサ
２８ 差圧センサ
２９ 空燃比センサ
３０ 電子制御ユニット
３１ 双方性バス
３２ ＲＯＭ
３３ ＲＡＭ
３４ ＣＰＵ

Claims (7)

1. 機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の下流の機関排気通路内に酸素吸蔵能力を有する酸化触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯ_Ｘ量が予め定められた許容量を超えたときに、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇させると共に、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ制御により硫黄被毒回復処理を行なうようにした内燃機関の排気浄化装置において、
   ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒からＳＯ_Ｘを放出すべくＮＯ_Ｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにした場合に、酸化触媒に向けてＮＯ_Ｘ吸蔵触媒から流出する還元剤を酸化しうる排気ガスの目標空燃比およびリッチ制御を行う目標時間のうち少なくとも一方を算出し、前記排気ガスの目標空燃比および前記リッチ制御を行なう目標時間に基づいて前記リッチ制御を行なうことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
2. ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、酸化触媒の温度を検知することにより酸化触媒の酸素吸蔵量を算出し、酸素吸蔵量および予め定められたリッチ制御を行なう目標時間に基づいて排気ガスの目標空燃比を算出し、前記排気ガスの目標空燃比に基づいて前記リッチ制御を行なうことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、酸化触媒の温度を検知することにより酸化触媒の酸素吸蔵量を算出し、酸素吸蔵量および予め定められた排気ガスの目標空燃比に基づいてリッチ制御を行なう目標時間を算出し、前記リッチ制御を行なう目標時間に基づいて前記リッチ制御を行なうことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、酸化触媒の温度を検知することにより酸化触媒の酸素放出速度を算出し、酸素放出速度に基づいて排気ガスの目標空燃比を算出し、前記排気ガスの目標空燃比に基づいて前記リッチ制御を行なうことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、酸化触媒の温度を検知することにより酸化触媒の酸素吸蔵量を算出し、酸素吸蔵量および排気ガスの目標空燃比から排気ガスの空燃比をリッチにする目標時間を算出して、前記排気ガスの目標空燃比および前記リッチ制御を行なう目標時間に基づいて前記リッチ制御を行なうことを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、酸化触媒の温度上昇に伴って排気ガスの空燃比を徐々に小さくすることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯ_Ｘ放出可能な温度まで上昇すべき時に、酸化触媒の温度を検知することにより酸化触媒の酸素吸蔵量を算出し、酸素吸蔵量が予め定められた判定値以上になったときに前記リッチ制御を開始することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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