JP4905415B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する）が設けられている場合、該ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を目標空燃比まで低下させることによって該ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させる。ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を低下させる方法としては、ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気通路に設けられた還元剤添加手段から排気中に還元剤を添加する方法および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が知られている。

また、特許文献１には、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するときに、ＥＧＲ量又は吸気量の少なくとも一つを制御することにより排気の空燃比を低下させた後、排気中への燃料添加により排気の空燃比をさらに低下させる技術が開示されている。
特開２００５−２２６４６３号公報

本発明は、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ＮＯｘをより効率よく還元させることが出来る技術を提供することを目的とする。

本発明では、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときに、還元剤添加手段から還元剤が添加された場合にＮＯｘ触媒に付着した還元剤が該ＮＯｘ触媒において気化することが可能か否かを還元剤気化判定手段によって判別する。そして、還元剤気化判定手段によって否定判定された場合は、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のみによってＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を低下させる。一方、還元剤気化判定手段によって肯定判定された場合は、還元剤添加手段から還元剤を添加することのみによって、又は内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させると共に還元剤添加手段から還元剤を添加することによってＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を低下させる。

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、
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気通路に設けられ排気中に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
内燃機関から排出される排気の空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を目標空燃比まで低下させることによって、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるＮＯｘ還元手段と、
前記還元剤添加手段から還元剤が添加された場合に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に付着した還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において気化することが可能か否かを判別する還元剤気化判定手段と、を備え、
前記ＮＯｘ還元手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときに、前記還元剤気化判定手段によって否定判定された場合は、前記排気空燃比制御手段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のみによって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を前記目標空燃比まで低下させ、前記還元剤気化判定
手段によって肯定判定された場合は、前記還元剤添加手段から還元剤を添加することのみによって、又は前記排気空燃比制御手段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と共に前記還元剤添加手段から還元剤を添加することによって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を前記目標空燃比まで低下させることを特徴とする。

ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を低下させるべく内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させた場合、気筒内において気化した燃料が還元剤としてＮＯｘ触媒に供給される。一方、還元剤添加手段から還元剤が添加された場合、添加された還元剤は排気中において気化すると共にその一部が気化せずにＮＯｘ触媒に到達し該ＮＯｘ触媒に付着する。そして、ＮＯｘ触媒に一旦付着した還元剤は該ＮＯｘ触媒において気化した後に還元剤として機能する。しかしながら、ＮＯｘ触媒に一旦付着した還元剤が該ＮＯｘ触媒において気化することが困難な場合がある。

そこで、本発明では、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するときに、還元剤添加弁から添加されＮＯｘ触媒に付着した還元剤がＮＯｘ触媒において気化することが可能か否かを還元剤気化判定手段によって判別する。そして、還元剤気化判定手段によって否定判定された場合、排気空燃比制御手段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のみによってＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を目標空燃比まで低下させる。ここで、目標空燃比は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させることが可能となる閾値以下の空燃比である。目標空燃比は実験等に基づいて予め定めることが出来る。

内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させた場合、上述したように、気筒内において気化した燃料が還元剤としてＮＯｘ触媒に供給されるため、ＮＯｘの還元反応が促進され易い。従って、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘをより効率よく還元させることが出来る。

一方、還元剤気化判定手段によって肯定判定された場合、還元剤添加手段から還元剤を添加することのみによって、又は排気空燃比制御手段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と共に還元剤添加手段から還元剤を添加することによってＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を目標空燃比まで低下させる。

還元剤添加弁から添加されＮＯｘ触媒に一旦付着した還元剤が該ＮＯｘ触媒において気化した後に還元剤として機能する場合、予め気化した状態の還元剤（燃料）がＮＯｘ触媒に供給される場合に比べて、還元剤がＮＯｘの還元に供される時間がより長くなる。その結果、より多くのＮＯｘを還元することが可能となる。従って、ＮＯｘ触媒に一旦付着した還元剤が該ＮＯｘ触媒において気化することが可能である場合は、還元剤添加手段からの還元剤の添加を用いてＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を目標空燃比まで低下させることにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘをより効率よく還元させることが出来る。

以上のように、本発明によれば、還元剤気化判定手段による判定結果に基づいてＮＯｘの還元方法を適宜選択することにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを常により効率よく還元させることが可能となる。

本発明において、還元剤気化判定手段は、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度より低い場合に否定判定し、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上の場合に肯定判定してもよい。

この場合、所定温度とは、ＮＯｘ触媒に付着した還元剤が該ＮＯｘ触媒において気化することが可能な下限温度以上の温度である。このような所定温度は、実験等に基づいて予め定めることが出来る。

内燃機関の機関回転数が高いときは該機関回転数が低いときに比べて吸入空気量が多くなるため必然的に排気の流量も多くなる。そして、気化した状態の還元剤（燃料）がＮＯｘ触媒に供給される場合、排気の流量が多くなると、ＮＯｘの還元に供されずにＮＯｘ触媒をすり抜ける還元剤の量が増加し易い。

そこで、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときの内燃機関の機関回転数が高いときは該機関回転数が低いときに比べて所定温度をより低い値に設定してもよい。

上述したように、還元剤添加手段から添加された還元剤の一部は排気中において気化せずにＮＯｘ触媒に一旦付着する。そのため、還元剤添加手段からの還元剤の添加を用いた場合、排気の流量が増加してもＮＯｘ触媒をすり抜ける還元剤の量は増加し難い。

従って、上記によれば、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときにＮＯｘ触媒をすり抜ける還元剤の量を抑制することが出来る。その結果、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘをより効率よく還元させることが可能となる。

また、本発明において、還元剤気化判定手段は、内燃機関の機関負荷が第一の所定負荷より低い場合に否定判定し、内燃機関の機関負荷が第一の所定負荷以上の場合に肯定判定してもよい。

この場合、第一の所定負荷とは、ＮＯｘ触媒の温度が、該ＮＯｘ触媒に付着した還元剤が該ＮＯｘ触媒において気化することが可能な下限温度以上の温度であると判断出来る負荷である。このような第一の所定負荷は、実験等に基づいて予め定めることが出来る。

また、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときの内燃機関の機関回転数が高いときは該機関回転数が低いときに比べて第一の所定負荷をより低い値に設定してもよい。

これによれば、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときに、ＮＯｘ触媒をすり抜ける還元剤の量を抑制することが出来る。

本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、還元剤添加弁の詰まりを防止するための還元剤の添加である詰まり防止添加の実行条件が成立したか否かを判別する詰まり防止判定手段をさらに備えてもよい。この場合、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときであって且つ還元剤気化判定手段によって否定判定されたときに、詰まり防止添加の実行条件が成立した場合、排気空燃比制御手段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とともに詰まり防止添加を実行してもよい。

このとき、排気空燃比制御手段により内燃機関から排出される排気の空燃比を、詰まり防止添加を同時に実行しない場合と同様に低下させると、詰まり防止添加によって還元剤が添加された分、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比が目標空燃比よりもさらに低くなる。そこで、上記の場合、排気空燃比制御手段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ときの低下量を詰まり防止添加を同時に実行しない場合に比べて小さくする。

これによれば、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるタイミングとは異なるタイミングで詰まり防止添加を実行する場合に比べて、燃費の悪化を抑制することが出来る。

上記構成の場合、詰まり防止判定手段は、前回の詰まり防止添加の実行時からの経過時間が第一の所定時間に達した場合に詰まり防止添加の実行条件が成立したと判定してもよい。さらに、詰まり防止判定手段は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときに前回の詰まり防止添加の実行時からの経過時間が第一の所定時間よりも短い第二の所定時
間に達した場合も詰まり防止添加の実行条件が成立したと判定してもよい。

つまり、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときにおいては、前回の詰まり防止添加の実行時からの経過時間が第一の所定時間には達していない場合であっても、該経過時間が第二の所定時間に達していれば詰まり防止添加を実行する。

ここで、第一の所定時間とは、還元剤添加弁からの還元剤の添加がそれ以上継続して実行されない場合、還元剤添加弁の詰まりを解消させることが困難となる虞があると判断出来る閾値以下の時間である。このような第一の所定時間は、実験等に基づいて予め定めることが出来る。

ここで、還元剤添加手段からの還元剤の添加を用いてＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を目標空燃比まで低下させる場合は、該還元剤添加手段からの還元剤の添加が詰まり防止添加を兼ねることになる。また、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のみによってＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を目標空燃比まで低下させる場合は、上述したように、内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させるときの低下量を詰まり防止添加を同時に実行しない場合に比べて小さくする。

そして、上記によれば、前回の詰まり防止添加の実行時からの経過時間が第一の所定時間に達したときにのみ詰まり防止添加を実行する場合に比べて、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるタイミングで詰まり防止添加を同時に実行する機会が増加する。そのため、燃費の悪化をより抑制することが可能となる。

また、上記構成においては、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときであって且つ還元剤気化判定手段によって否定判定されたときに、詰まり防止添加の実行条件が成立した場合であっても、内燃機関の機関負荷が第二の所定負荷以下であるときには詰まり防止添加の実行を禁止してもよい。

内燃機関の機関負荷が低下すると、排気の温度及び排気通路の壁面温度が低下する。そのため、還元剤添加弁から添加された還元剤が排気通路の壁面に付着し易くなる。ここで、第二の所定負荷とは、詰まり防止添加が実行された場合、還元剤添加弁から添加された還元剤のうち排気通路の壁面に付着する還元剤の量が許容量より多くなると判断出来る閾値以上の機関負荷である。このような機関負荷は、実験等に基づいて予め定めることが出来る。

詰まり防止添加を実行したときに排気通路の壁面に付着する還元剤の量が増加すると、内燃機関から排出された空燃比の低下した排気と共にＮＯｘ触媒に流入する還元剤の量が減少する。そのため、内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させると共に詰まり防止添加を実行しても、排気通路の壁面に付着する還元剤の量が許容量より多くなると、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を目標空燃比まで低下させることが困難となる。

そこで、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときであって且つ還元剤気化判定手段によって否定判定されたときにおいて、内燃機関の機関負荷が第二の所定負荷以下である場合は、詰まり防止添加の実行を禁止する。そして、内燃機関から排出される排気の空燃比を制御することのみよってＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を目標空燃比まで低下させる。

これにより、内燃機関の機関負荷が第二の所定負荷以下である場合であっても、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を目標空燃比まで低下させることが出来る。

本発明においては、前記目標空燃比を第一の目標空燃比とし、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を第二の目標空燃比まで低下させると共にＮＯｘ触媒の温度を目標温度まで昇温させることによって、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させるＳＯｘ還元手段をさらに備えてもよい。この場合、ＳＯｘ還元手段は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させるときに、排気空燃比制御手段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のみによってＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を第二の目標空燃比まで低下させてもよい。

ここで、第二の目標空燃比は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させることが可能となる閾値以下の空燃比である。また、目標温度は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させることが可能となる閾値以上の空燃比である。第二の目標空燃比及び目標温度は実験等に基づいて予め定めることが出来る。

本発明の発明者による研究によれば、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させる場合は、ＮＯｘを還元させる場合と異なり、ＮＯｘ触媒に付着した還元剤がＮＯｘ触媒において気化することが可能なときであっても、還元剤添加手段から還元剤の添加を用いた場合よりも、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のみによってＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を低下させた方が、ＳＯｘの還元効率が高いことが判明した。

これは以下のようなことが原因と考えられる。即ち、還元剤添加手段から還元剤の添加を用いてＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を低下させた場合、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のみによってＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を低下させた場合に比べて、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比が不均一となり易い。ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比が不均一であっても、ＮＯｘの還元の場合、空燃比が十分に低下した部分においてＮＯｘはＮ_２に還元され、Ｎ_２としてＮＯｘ触媒から流出する。しかしながら、ＳＯｘの還元の場合、空燃比が十分に低下した部分においてＮＯｘ触媒からＳＯｘが放出されても、該放出されたＳＯｘが空燃比が比較的高い部分においてＮＯｘ触媒に再度吸蔵されてしまう場合がある。その結果、ＳＯｘの還元効率が低下する。

そこで、上記のように、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させる場合は、ＮＯｘ触媒に付着した還元剤がＮＯｘ触媒において気化することが可能か否かに関わらず、排気空燃比制御手段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のみによってＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を第二の目標空燃比まで低下させる。これにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘをより効率よく還元させることが可能となる。

本発明によれば、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ＮＯｘをより効率よく還元させることが出来る。

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形態について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
＜内燃機関およびその吸排気系の概略構成＞
図１は、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼルエンジンである。各気筒２には該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３が設けられている。

内燃機関１には、インテークマニホールド５およびエキゾーストマニホールド７が接続
されている。インテークマニホールド５には吸気通路４の一端が接続されている。エキゾーストマニホールド７には排気通路６の一端が接続されている。

吸気通路４にはターボチャージャ８のコンプレッサハウジング８ａが設置されている。排気通路６にはターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂが設置されている。

吸気通路に４におけるコンプレッサハウジング８ａよりも上流側にはエアフローメータ１１が設けられている。吸気通路４におけるコンプレッサハウジング８ａよりも下流側にはスロットル弁１２が設けられている。

排気通路６におけるタービンハウジング８ｂより下流側には酸化触媒９が設けられている。また、排気通路６における酸化触媒９より下流側にはＮＯｘ触媒１０が設けられている。

排気通路６におけるタービンハウジング８ｂより下流側且つ酸化触媒９より上流側には排気中に還元剤として燃料を添加する燃料添加弁１３が設けられている。本実施例においては、この燃料添加弁１３が本発明に係る還元剤添加手段に相当する。

排気通路６におけるＮＯｘ触媒１０より下流側には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ１７及び排気の温度を検出する温度センサ１８が設けられている。

本実施例に係る内燃機関１は排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に導入するＥＧＲ装置１４を備えている。ＥＧＲ装置１４は、ＥＧＲ通路１５およびＥＧＲ弁１６を有している。ＥＧＲ通路１５は、その一端がエキゾーストマニホールド７に接続されその他端がインテークマニホールド５に接続されている。該ＥＧＲ通路１５を介してＥＧＲガスがエキゾーストマニホールド７からインテークマニホールド５に導入される。ＥＧＲ弁１６はＥＧＲ通路１５に設けられており、インテークマニホールド５に導入されるＥＧＲガス量が該ＥＧＲ弁１６によって制御される。

内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１１、空燃比センサ１７、温度センサ１８、クランクポジションセンサ２１およびアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ２１は内燃機関１のクランク角を検出する。アクセル開度センサ２２は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。

ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転数を導出する。また、ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ２０は、温度センサ１８の検出値に基づいてＮＯｘ触媒１０の温度を導出する。また、ＥＣＵ２０は、空燃比センサ１７の検出値に基づいてＮＯｘ触媒１０に流入する排気の空燃比、即ちＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比を導出する。

また、ＥＣＵ２０には、各燃料噴射弁３、スロットル弁１２、燃料添加弁１３およびＥＧＲ弁１６が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。

＜ＮＯｘ還元制御＞
本実施例においては、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを還元させるＮＯｘ還元制御が行われる。ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを還元させるためには、ＮＯｘ触媒１０
の周囲雰囲気の空燃比をＮＯｘの還元が可能となるＮＯｘ還元目標空燃比まで低下させる必要がある。本実施例に係るＮＯｘ還元制御は、ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比を比較的短い周期でＮＯｘ還元目標空燃比にまで繰り返し低下させるリッチスパイク制御によって行われる。尚、本実施例においては、ＮＯｘ還元目標空燃比が、本発明に係る目標空燃比又は第一の目標空燃比に相当する。

ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比を低下させる方法としては、内燃機関１から排出される排気の空燃比を低下させる方法（以下、この方法を燃焼リッチと称する）及び燃料添加弁１３から燃料を添加する方法（以下、この方法を排気添加リッチと称する）がある。

ここで、燃焼リッチの具体的な方法としては、スロットル弁１２によって吸入空気量を減少させる方法、ＥＧＲ弁１６によってインテークマニホールド５に導入されるＥＧＲガスの量を増加させる方法、燃料噴射弁３によって主燃料噴射より後のタイミングであって且つ添加された燃料が燃焼するタイミングで副燃料噴射を実行する方法、及び、燃料噴射弁３によって燃料噴射のタイミングを遅角する方法等を例示することが出来る。このように、燃焼リッチは、スロットル弁１２、ＥＧＲ弁１６および燃料噴射弁３のうち少なくともいずれかをＥＣＵ２０によって制御することで実現される。本実施例においては、燃焼リッチを実現するＥＣＵ２０が本発明に係る排気空燃比制御手段に相当する。

そして、本実施例では、ＮＯｘ還元制御を実行するときに、燃焼リッチまたは排気添加リッチを適宜選択する。以下、この選択方法について図２に基づいて説明する。図２は、燃焼リッチまたは排気添加リッチによってＮＯｘ還元制御を実行した際のＮＯｘ触媒１０の温度とＮＯｘ還元率との関係を示す図である。ここで、ＮＯｘ還元率とは、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されていたＮＯｘの量に対する還元されたＮＯｘの量の割合のことである。図２において、縦軸はＮＯｘ還元率Ｒｎｏｘを表しており、横軸はＮＯｘ触媒の温度Ｔｃを表している。また、実線Ｌ１は燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御を実行した場合を示しており、破線Ｌ２は排気添加リッチによってＮＯｘ還元制御を実行した場合を示している。

燃焼リッチを行うことによりＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比を低下させた場合、気筒２内において気化した燃料がＮＯｘ触媒１０に供給される。一方、排気添加リッチを行うことによりＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比を低下させた場合、燃料添加弁１３から添加された燃料の一部は排気中において気化されるが、他の一部は排気中において気化されずにＮＯｘ触媒１０に到達し該ＮＯｘ触媒１０に付着する。ＮＯｘ触媒１０に付着した燃料は付着したままの状態ではＮＯｘを還元するための還元剤として機能しない。

そのため、ＮＯｘ還元制御を実行するときのＮＯｘ触媒１０の温度が比較的低い場合は、燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御を実行した場合の方が、排気添加リッチによってＮＯｘ還元制御を実行した場合に比べてＮＯｘの還元がより促進され易い。即ち、ＮＯｘ還元制御を実行するときのＮＯｘ触媒１０の温度が比較的低い場合は、図２に示すように、燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御を実行した場合の方が、排気添加リッチによってＮＯｘ還元制御を実行した場合に比べてＮＯｘ還元率が高い。

一方、ＮＯｘ触媒１０の温度が比較的高いときに排気添加リッチが行われた場合、燃料添加弁１３から添加されＮＯｘ触媒１０に一旦付着した燃料が該ＮＯｘ触媒１０において気化する。気化した燃料はＮＯｘを還元するための還元剤として機能する。この場合、予め気化した状態の燃料がＮＯｘ触媒１０に供給される場合に比べて、燃料がＮＯｘの還元に供される時間がより長くなる。

そのため、ＮＯｘ還元制御を実行するときのＮＯｘ触媒１０の温度が比較的高い場合は、排気添加リッチによってＮＯｘ還元制御を実行した場合の方が、燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御を実行した場合に比べてより多くのＮＯｘを還元することが出来る。即ち、ＮＯｘ還元制御を実行するときのＮＯｘ触媒１０の温度が比較的高い場合は、図２に示すように、排気添加リッチによってＮＯｘ還元制御を実行した場合の方が、燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御を実行した場合に比べてＮＯｘ還元率が高い。

そこで、本実施例においては、ＮＯｘ還元制御を実行するときのＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１より低い場合は、燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御を実行する。そして、ＮＯｘ還元制御を実行するときのＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１以上の場合は、排気添加リッチによってＮＯｘ還元制御を実行する。

ここで、所定温度Ｔｃ１は、ＮＯｘ触媒１０に付着した燃料が該ＮＯｘ触媒１０において気化することが可能な下限温度である。このような所定温度Ｔｃ１は、実験等に基づいて予め定めることが出来る。尚、所定温度Ｔｃ１を、ＮＯｘ触媒１０に付着した燃料が該ＮＯｘ触媒１０において気化することが可能な下限温度よりも高い温度に設定してもよい。

即ち、本実施例によれば、燃料添加弁１３から燃料が添加され該燃料がＮＯｘ触媒１０に付着したときにＮＯｘ触媒１０において該燃料が気化することが困難と判断出来る場合は、燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御が実行される。また、燃料添加弁１３から燃料が添加され該燃料がＮＯｘ触媒１０に付着したときにＮＯｘ触媒１０において該燃料が気化することが可能と判断出来る場合は、排気添加リッチによってＮＯｘ還元制御が実行される。

このように、ＮＯｘ還元制御の実行方法を選択することにより、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを常により効率よく還元させることが出来る。その結果、ＮＯｘ還元制御の実行に伴う燃費の悪化を抑制することが出来る。

ここで、本実施例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンについて、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本実施例においては、本ルーチンを実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るＮＯｘ還元手段に相当する。

本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１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還元制御の実行条件としては、前回のＮＯｘ還元制御の実行時からの経過時間が所定時間に達したことや、前回のＮＯｘ還元制御の実行時からの内燃機関１における燃料噴射量の積算量が所定量に達したこと等を例示することが出来る。Ｓ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ１０２において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の機関回転数Ｎｅを導出する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３に進み、内燃機関１の機関回転数Ｎｅに基づいて所定温度Ｔｃ１を設定する。ここでは、内燃機関１の機関回転数Ｎｅが高いほど所定温度Ｔｃ１がより低い値に設定される。内燃機関１の機関回転数Ｎｅと所定温度Ｔｃ１との関係はマップとしてＥＣＵ２０に予め記憶されている。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４に進み、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃを導出する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５に進み、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１以上であるか否かを判別する。Ｓ１０５において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０６に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０７に進む。尚、本実施例においては、Ｓ１０５を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る還元剤気化判定手段に相当する。

Ｓ１０６に進んだＥＣＵ２０は排気添加リッチを実行する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

一方、Ｓ１０７に進んだＥＣＵ２０は燃焼リッチを実行する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

以上説明したルーチンによれば、ＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃに基づいてＮＯｘ還元制御の実行方法が選択される。

また、上記ルーチンによれば、内燃機関１の機関回転数Ｎｅに基づいて所定温度Ｔｃ１が設定される。内燃機関１の機関回転数Ｎｅが高いほど排気の流量は多くなる。燃焼リッチのように、予め気化した状態の燃料がＮＯｘ触媒１０に供給される場合、排気の流量が多くなると、ＮＯｘの還元に供されずにＮＯｘ触媒１０をすり抜ける燃料の量が増加し易い。ＮＯｘ触媒１０をすり抜ける燃料の量が増加するとＮＯｘ還元率が低下する。

一方、排気添加リッチの場合、燃料添加弁１３から添加された燃料の一部は排気中において気化せずにＮＯｘ触媒１０に付着する。そのため、排気の流量が多くてもＮＯｘ触媒１０をすり抜ける燃料の量が増加し難い。

そのため、排気添加リッチによってＮＯｘ還元制御を実行する方が、燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御を実行する場合によりもＮＯｘ還元率が高いと判断出来る閾値となるＮＯｘ触媒１０の温度は、排気の流量が多いほど低くなる。そこで、本実施例では、内燃機関１の機関回転数Ｎｅが高いほど所定温度Ｔｃ１をより低い値に設定する。

これにより、ＮＯｘ還元制御を実行したときにＮＯｘ触媒１０をすり抜ける還元剤の量を抑制することが出来る。その結果、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘをより効率よく還元させることが可能となる。

尚、本実施例においては、ＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１以上の場合、燃焼リッチと排気添加リッチとを同時に行うことでＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気を目標空燃比まで低下させてもよい。この場合においても、燃料添加弁１３から添加された燃料の一部はＮＯｘ触媒１０に一旦付着する。そして、付着した燃料が気化して還元剤として機能する。そのため、燃焼リッチのみによってＮＯｘ還元制御を実行した場合に比べてＮＯｘをより効率よく還元することが出来る。

＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。

＜ＮＯｘ還元制御＞
本実施例においては、ＮＯｘ還元制御を実行するときに、燃焼リッチまたは排気添加リッチを内燃機関１の機関負荷に基づいて選択する。より詳しくは、ＮＯｘ還元制御を実行するときの内燃機関１の機関負荷Ｑｅが第一所定負荷Ｑｅ１より低い場合は、燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御を実行する。そして、ＮＯｘ還元制御を実行するときの内燃機関１の機関負荷Ｑｅが第一所定負荷Ｑｅ１以上の場合は、排気添加リッチによってＮＯｘ還元制御を実行する。

ここで、第一所定負荷Ｑｅ１は、ＮＯｘ触媒１０の温度が、該ＮＯｘ触媒１０に付着した燃料が該ＮＯｘ触媒１０において気化することが可能な下限温度であると判断出来る機関負荷である。このような第一の所定負荷は、実験等に基づいて予め定めることが出来る。尚、第一所定負荷Ｑｅ１を、ＮＯｘ触媒１０の温度が、該ＮＯｘ触媒１０に付着した燃料が該ＮＯｘ触媒１０において気化することが可能な下限温度より高い温度であると判断出来る機関負荷に設定してもよい。

このように、燃焼リッチまたは排気添加リッチを内燃機関１の機関負荷に基づいて選択することにより、実施例１と同様、燃料添加弁１３から燃料が添加され該燃料がＮＯｘ触媒１０に付着したときにＮＯｘ触媒１０において該燃料が気化することが困難と判断出来る場合は、燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御が実行される。また、燃料添加弁１３から燃料が添加され該燃料がＮＯｘ触媒１０に付着したときにＮＯｘ触媒１０において該燃料が気化することが可能と判断出来る場合は、排気添加リッチによってＮＯｘ還元制御が実行される。

従って、本実施例においても、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを常により効率よく還元させることが出来る。その結果、ＮＯｘ還元制御の実行に伴う燃費の悪化を抑制することが出来る。

ここで、本実施例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンについて図４に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、図４に示すフローチャートは、図３に示すフローチャートにおけるＳ１０３からＳ１０５をＳ２０３からＳ２０５に置き換えたものである。そのため、これらのステップについてのみ説明し、その他のステップについての説明は省略する。また、本実施例においては、本ルーチンを実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るＮＯｘ還元手段に相当する。

本ルーチンでは、Ｓ１０２の後、ＥＣＵ２０はＳ２０３に進む。Ｓ２０３において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の機関回転数Ｎｅに基づいて第一所定負荷Ｑｅ１を設定する。ここでは、内燃機関１の機関回転数Ｎｅが高いほど第一所定負荷Ｑｅ１がより低い値に設定される。内燃機関１の機関回転数Ｎｅと第一所定負荷Ｑｅ１との関係はマップとしてＥＣＵ２０に予め記憶されている。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０４に進み、内燃機関１の機関負荷Ｑｅを導出する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０５に進み、内燃機関１の機関負荷Ｑｅが第一所定負荷Ｑｅ１以上であるか否かを判別する。Ｓ２０５において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０６に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０７に進む。尚、本実施例においては、Ｓ２０５を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る還元剤気化判定手段に相当する。

以上説明したルーチンによれば、ＮＯｘ還元制御の実行時における内燃機関１の機関負荷Ｑｅに基づいてＮＯｘ還元制御の実行方法が選択される。

また、上記ルーチンによれば、内燃機関１の機関回転数Ｎｅに基づいて第一所定負荷Ｑｅ１が設定される。実施例１において述べた理由と同様の理由で、排気添加リッチによってＮＯｘ還元制御を実行する方が、燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御を実行する場合によりもＮＯｘ還元率が高いと判断出来る閾値となる内燃機関１の機関負荷は、排気の流量が多いほど低くなる。そこで、本実施例では、内燃機関１の機関回転数Ｎｅが高いほど第
一所定負荷Ｑｅ１をより低い値に設定する。

これにより、ＮＯｘ還元制御を実行したときにＮＯｘ触媒１０をすり抜ける還元剤の量を抑制することが出来る。その結果、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘをより効率よく還元させることが可能となる。

尚、本実施例においては、ＮＯｘ還元制御の実行時における内燃機関１の機関負荷Ｑｅが第一所定負荷Ｑｅ１以上の場合、燃焼リッチと排気添加リッチとを同時に行うことでＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気をＮＯｘ還元目標空燃比まで低下させてもよい。この場合においても、燃料添加弁１３から添加された燃料の一部はＮＯｘ触媒１０に一旦付着する。そして、付着した燃料が気化して還元剤として機能する。そのため、燃焼リッチのみによってＮＯｘ還元制御を実行した場合に比べてＮＯｘをより効率よく還元することが出来る。

＜実施例３＞
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様の方法でＮＯｘ還元制御が実行される。

＜詰まり防止添加＞
本実施例においては、燃料添加弁１３の詰まりを防止するために該燃料添加弁１３から微量の燃料を添加する詰まり防止添加が行われる。本実施例に係る詰まり防止添加は、内燃機関１の運転中、第一所定時間Δｔ１が経過する毎に実行される。

ここで、第一所定時間Δｔ１は、燃料添加弁１３からの燃料の添加がそれ以上継続して実行されない場合、燃料添加弁１３の詰まりを解消させることが困難となる虞があると判断出来る閾値である。このような第一所定時間Δｔ１は、実験等に基づいて予め定めることが出来る。尚、第一所定時間Δｔ１を、燃料添加弁１３の詰まりを解消させることが困難となる虞があると判断出来る閾値より短い時間に設定してもよい。また、詰まり防止添加の実行時に燃料添加弁１３から添加される燃料の量は予め定められている。

＜ＮＯｘ還元制御＞
また、本実施例においては、ＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したときに詰まり防止添加を実行するタイミングとなる場合がある。このとき、ＮＯｘ還元制御が排気添加リッチによって行われる場合は、ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気を低下させるために行われる燃料添加弁１３からの燃料添加が詰まり防止添加を兼ねることになる。

一方、ＮＯｘ還元制御が燃焼リッチによって行われる場合、内燃機関１から排出される空燃比を詰まり防止添加を同時に実行しない場合と同様に低下させた状態で詰まり防止添加を実行すると、ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比が目標空燃比よりもさらに低くなる。そこで、上記の場合、燃焼リッチによって内燃機関１から排出される排気の空燃比を低下させるときの低下量を詰まり防止添加を同時に実行しない場合に比べて小さくする。そして、燃焼リッチと詰まり防止添加とを同時に実行する。

ここで、本実施例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンについて図５に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、図５に示すフローチャートは、図３に示すフローチャートにＳ３０７からＳ３０９を加えたものである。そのため、これらのステップについてのみ説明し、その他のステップについての説明は省略する。また、本実施例においては、本ルーチンを実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るＮＯｘ還元手段に相当する。

本ルーチンでは、Ｓ１０５において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ３０７に進む。Ｓ３０７において、ＥＣＵ２０は、前回の詰まり防止添加の実行時からの経過時間Δｔが第一所定時間Δｔ１以上となったか否かを判別する。Ｓ３０７において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ３０８に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０７に進む。尚、本実施例においては、Ｓ３０７を実行するＥＣＵ２０を含んで本発明に係る詰まり防止判定手段が構成される。

Ｓ３０８に進んだＥＣＵ２０は、後述するＳ３０９において燃焼リッチを実行するときにおける内燃機関１から排出される排気の空燃比の低下量ΔＲｇａｓを、詰まり防止添加として燃料添加弁１３から添加される燃料の量の分だけ減量補正する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０９に進み、燃焼リッチ及び詰まり防止添加を実行する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

本実施例においては、燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御を実行するタイミングで詰まり防止添加を実行するタイミングとなった場合、燃焼リッチと詰まり防止添加とが同時に実行される。これにより、詰まり防止添加として燃料添加弁１３から添加された燃料がＮＯｘ触媒１０にＮＯｘを還元するための還元剤として供給される。また、燃焼リッチと詰まり防止添加とが同時に実行される場合であっても、ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気が過剰に低下することが抑制される。従って、燃焼リッチによるＮＯｘ還元制御と詰まり防止添加とを異なるタイミングで実行する場合に比べて、燃費の悪化を抑制することが出来る。

尚、本実施例に係る詰まり防止添加の実行時期の判断方法や燃焼リッチと詰まり防止添加とを同時に実行する方法は、実施例２に係るＮＯｘ還元制御にも適用できる。

＜変形例１＞
次に、本実施例の第一の変形例について説明する。本変形例においても、上記と同様、内燃機関１の運転中、第一所定時間Δｔ１が経過する毎に詰まり防止添加が実行される。さらに、本実施例においては、ＮＯｘ還元制御を実行するときに、前回の詰まり防止添加の実行時からの経過時間Δｔが第一所定時間Δｔ１よりも短い第二所定時間Δｔ２に達した場合においても詰まり防止添加を実行する。

この場合においても、ＮＯｘ還元制御が排気添加リッチによって行われる場合は、ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気を低下させるために行われる燃料添加弁１３からの燃料添加が詰まり防止添加を兼ねることになる。

また、ＮＯｘ還元制御が燃焼リッチによって行われる場合は、燃焼リッチによって内燃機関１から排出される排気の空燃比を低下させるときの低下量を詰まり防止添加を同時に実行しない場合に比べて小さくする。そして、燃焼リッチと詰まり防止添加とを同時に実行する。

これによれば、前回の詰まり防止添加の実行時からの経過時間Δｔが第一所定時間Δｔ１に達したときにのみ詰まり防止添加を実行する場合に比べて、ＮＯｘ還元制御を実行するタイミングで詰まり防止添加を実行する機会が増加する。つまり、詰まり防止添加として燃料添加弁１３から添加される燃料がＮＯｘの還元に寄与する機会が増加する。従って、燃費の悪化をさらに抑制することが出来る。

以下、本変形例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンについて図６に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、図６に示すフローチャートは、図５に示すフ
ローチャートにおけるＳ３０７をＳ４０７に置き換えたものである。そのため、Ｓ４０７についてのみ説明し、その他のステップについての説明は省略する。

本ルーチンでは、Ｓ１０５において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ４０７に進む。Ｓ４０７において、ＥＣＵ２０は、前回の詰まり防止添加の実行時からの経過時間Δｔが第二所定時間Δｔ２以上となったか否かを判別する。Ｓ４０７において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ３０８に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０７に進む。尚、本実施例においては、Ｓ４０７を実行するＥＣＵ２０を含んで本発明に係る詰まり防止判定手段が構成される。

＜変形例２＞
次に、本実施例の第二の変形例について説明する。本変形例においても、上記と同様、内燃機関１の運転中、第一所定時間Δｔ１が経過する毎に詰まり防止添加が実行される。しかしながら、本実施例では、燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御を実行するときに前回の詰まり防止添加の実行時からの経過時間Δｔが第一所定時間Δｔ１に達したときであっても、内燃機関１の機関負荷Ｑｅが第二所定負荷Ｑｅ２以下の場合は詰まり防止添加の実行を禁止する。

ここで、第二所定負荷Ｑｅ２は、詰まり防止添加が実行された場合、燃料添加弁１３から添加された燃料のうち排気通路６の壁面に付着する燃料の量が許容量より多くなると判断出来る閾値である。このような機関負荷は、実験等に基づいて予め定めることが出来る。尚、第二所定負荷Ｑｅ２を、詰まり防止添加が実行された場合、燃料添加弁１３から添加された燃料のうち排気通路６の壁面に付着する燃料の量が許容量より多くなると判断出来る閾値よりも高い機関負荷に設定してもよい。

上述したように、燃焼リッチと詰まり防止添加とを同時に実行する場合、燃焼リッチを実行するときにおける内燃機関１から排出される排気の空燃比の低下量ΔＲｇａｓを、詰まり防止添加として燃料添加弁１３から添加される燃料の量の分だけ減量補正する。しかしながら、内燃機関１の機関負荷が第二所定負荷Ｑｅ２以下の場合、燃焼リッチと詰まり防止添加とを同時に実行しても、燃焼リッチによって空燃比が低下した排気と共にＮＯｘ触媒１０に流入する燃料が少ないため、ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比をＮＯｘ還元目標空燃比まで低下させることが困難となる。

そこで、本実施例では、燃焼リッチによってＮＯｘ還元制御を実行するときに詰まり防止添加を実行するタイミングとなっても、内燃機関１の機関負荷Ｑｅが第二所定負荷Ｑｅ２以下の場合は詰まり防止添加の実行を禁止する。そして、燃焼リッチによるＮＯｘ還元制御のみ実行する。この場合、燃焼リッチのみによってＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比をＮＯｘ還元目標空燃比まで低下させる。

これにより、内燃機関１の機関負荷が第二所定負荷Ｑｅ２以下である場合であっても、ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比をＮＯｘ還元目標空燃比まで低下させることが出来る。従って、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することが可能となる。

以下、本変形例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンについて図７に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、図７に示すフローチャートは、図５に示すフローチャートにＳ５０８加えたものである。そのため、Ｓ５０８についてのみ説明し、その他のステップについての説明は省略する。

本ルーチンでは、Ｓ３０７において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ５０８に進む
。Ｓ５０８において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の機関負荷Ｑｅが第二所定負荷Ｑｅ２以下であるか否かを判別する。Ｓ５０８において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０７に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ３０８に進む。

尚、本変形例において、燃焼リッチと同時に詰まり防止添加を実行することが禁止された場合、詰まり防止添加は燃焼リッチの終了後に実行される。

また、本変形例に係る詰まり防止添加の実行禁止の判断方法を変形例２に適用してもよい。

また、実施例２に係るＮＯｘ還元制御に本変形例を適用した場合、第二所定負荷Ｑｅ２は第一所定負荷Ｑｅ１よりも低い値に設定される。

＜実施例４＞
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様の方法でＮＯｘ還元制御が実行される。

＜ＳＯｘ被毒回復制御＞
本実施例においては、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＳＯｘを還元させるＳＯｘ被毒回復制御が行われる。ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＳＯｘを還元させるためには、ＮＯｘ触媒１０の温度をＳＯｘの還元が可能となる目標温度まで上昇させるとともに、ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比をＮＯｘの還元が可能となるＳＯｘ還元目標空燃比まで低下させる必要がある。そのため、ＳＯｘ被毒回復制御においても、ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比を比較的短い周期でＳＯｘ還元目標空燃比にまで繰り返し低下させるリッチスパイク制御が行われる。尚、本実施例においては、ＳＯｘ還元目標空燃比が、本発明に係る第二の目標空燃比に相当する。

ここで、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＳＯｘを還元させるべくＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比をＳＯｘ還元目標空燃比にまで低下させる場合、ＮＯｘ触媒１０において燃料が気化することが可能か否かに関わらず、排気添加リッチを用いた場合よりも燃焼リッチのみを用いた場合の方がＳＯｘ還元率が高い。ここで、ＳＯｘ還元率とは、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されていたＳＯｘの量に対する還元されたＳＯｘの量の割合のことである。

そこで、本実施例において、ＳＯｘ被毒回復制御を実行するときは、ＮＯｘ触媒１０の温度及び内燃機関１の機関負荷に関わらず、燃焼リッチのみによってＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比をＳＯｘ還元目標空燃比にまで低下させる。

これにより、本実施例によれば、ＮＯｘ還元制御においてはＮＯｘを常により効率よく還元させることが出来るのみならず、ＳＯｘ被毒回復制御においてはＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＳＯｘをより効率よく還元させることが出来る。

以下、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御のルーチンについて、図８に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本実施例においては、本ルーチンを実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るＳＯｘ還元手段に相当する。

本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ６０１において、ＳＯｘ被毒回復制御の実行条件が成立したか否かを判別する。ここで、ＳＯｘ被毒回復制御の実行条件を、ＮＯｘ還元制御の実行条件と同様、前回のＳＯｘ被毒回復制御の実行時からの経過時間又は内燃機関１における燃料噴射量の積算量に基づいて設定してもよい。Ｓ６０１において、肯定判定
された場合、ＥＣＵ２０はＳ６０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ６０２において、ＥＣＵ２０は燃料添加弁１３による燃料添加を実行する。ここでの燃料添加は、ＮＯｘ触媒１０を目標温度Ｔｃｔまで昇温させるためのものである。該燃料添加は間欠的に行われる。該燃料添加が行われることで、添加された燃料が酸化触媒９及びＮＯｘ触媒１０に供給される。排気の空燃比がリーン空燃比の状態でこれらの触媒に燃料が供給されることで、これらの触媒において該燃料が酸化される。そのときに生じる酸化熱によってＮＯｘ触媒１０が昇温する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ６０３に進み、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが目標温度Ｔｃｔ以上となったか否かを判別する。Ｓ６０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ６０４に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ６０２に戻り燃料添加弁１３による燃料添加を継続する。

Ｓ６０４において、ＥＣＵ２０は燃料添加弁１３による燃料添加の実行を停止する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ６０５に進み、燃焼リッチを実行する。これにより、ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比をＳＯｘ還元目標空燃比まで低下させる。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

以上説明したルーチンによれば、ＮＯｘ触媒１０が目標温度以上に昇温された後、燃焼リッチによってＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比がＳＯｘ還元目標空燃比にまで低下される。そのため、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＳＯｘをより効率よく還元させることが可能となる。

尚、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復制御において、燃焼リッチの実行中にＮＯｘ触媒１０の温度が目標温度より低下した場合は、燃焼リッチの実行を一旦停止すると共に燃料添加弁１３による燃料添加を再度実行することでＮＯｘ触媒１０を再度昇温してもよい。この場合、ＮＯｘ触媒１０の温度が再度目標温度以上となったときに、燃料添加弁１３による燃料添加の実行を停止して燃焼リッチを再開する。

また、本実施例においては、燃料添加弁１３による燃料添加を実行することで、ＮＯｘ触媒１０を昇温させたが、その昇温の方法はこれに限られるものではない。

上記各実施例は可能な限り組み合わせることが出来る。

実施例１に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図。 燃焼リッチまたは排気添加リッチによってＮＯｘ還元制御を実行した際のＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ還元率との関係を示す図。 実施例１に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャート。 実施例２に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャート。 実施例３に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャート。 実施例３の第一の変形例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャート。 実施例３の第二の変形例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャート。 実施例４に係るＳＯｘ被毒回復制御のルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
４・・・吸気通路
５・・・インテークマニホールド
６・・・排気通路
７・・・エキゾーストマニホールド
８・・・ターボチャージャ
８ａ・・コンプレッサハウジング
８ｂ・・タービンハウジング
９・・・酸化触媒
１０・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
１１・・エアフローメータ
１２・・スロットル弁
１３・・燃料添加弁
１４・・ＥＧＲ装置
１５・・ＥＧＲ通路
１６・・ＥＧＲ弁
１７・・空燃比センサ
１８・・温度センサ
２０・・ＥＣＵ
２１・・クランクポジションセンサ
２２・・アクセル開度センサ

Claims (9)

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、
   該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気通路に設けられ排気中に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
   内燃機関から排出される排気の空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を目標空燃比まで低下させることによって、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるＮＯｘ還元手段と、
   前記還元剤添加手段から還元剤が添加された場合に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に付着した還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において気化することが可能か否かを判別する還元剤気化判定手段と、を備え、
   前記ＮＯｘ還元手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときに、前記還元剤気化判定手段によって否定判定された場合は、前記排気空燃比制御手段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のみによって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を前記目標空燃比まで低下させ、前記還元剤気化判定手段によって肯定判定された場合は、前記還元剤添加手段から還元剤を添加することのみによって、又は前記排気空燃比制御手段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と共に前記還元剤添加手段から還元剤を添加することによって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を前記目標空燃比まで低下させることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記還元剤気化判定手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度より低い場合に否定判定し、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上の場合に肯定判定す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。
3. 前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときの内燃機関の機関回転数が高いときは該機関回転数が低いときに比べて前記所定温度をより低い値に設定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記還元剤気化判定手段は、内燃機関の機関負荷が第一の所定負荷より低い場合に否定判定し、内燃機関の機関負荷が前記第一の所定負荷以上の場合に肯定判定す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。
5. 前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときの内燃機関の機関回転数が高いときは該機関回転数が低いときに比べて前記第一の所定負荷をより低い値に設定することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記還元剤添加弁の詰まりを防止するための還元剤の添加である詰まり防止添加の実行条件が成立したか否かを判別する詰まり防止判定手段をさらに備え、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときであって且つ前記還元剤気化判定手段によって否定判定されたときに、前記詰まり防止添加の実行条件が成立した場合、前記排気空燃比制御手段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とともに前記詰まり防止添加を実行し、且つ前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比が前記目標空燃比となるように前記排気空燃比制御手段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ときの低下量を前記詰まり防止添加を実行しない場合に比べて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１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
7. 前記詰まり防止判定手段が、前回の前記詰まり防止添加の実行時からの経過時間が第一の所定時間に達した場合に前記詰まり防止添加の実行条件が成立したと判定し、
   さらに、前記詰まり防止判定手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときに前回の前記詰まり防止添加の実行時からの経過時間が前記第一の所定時間よりも短い第二の所定時間に達した場合も前記詰まり防止添加の実行条件が成立したと判定することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の排気浄化システム。
8. 前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるときであって且つ前記還元剤気化判定手段によって否定判定されたときに前記詰まり防止添加の実行条件が成立した場合であっても、内燃機関の機関負荷が第二の所定負荷以下であるときには前記詰まり防止添加の実行を禁止することを特徴とする請求項６または７に記載の内燃機関の排気浄化システム。
9. 前記目標空燃比が第一の目標空燃比であって、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を第二の目標空燃比まで低下させると共に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を目標温度まで昇温させることによって、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させるＳＯｘ還元手段をさらに備え、
   前記ＳＯｘ還元手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元させるときに、前記排気空燃比制御手段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のみによって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を前記第二の目標空燃比まで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。

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