内燃機関の排気浄化装置
【課題】硫化水素を確実に処理することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】上記の内燃機関の排気浄化装置は、第１の触媒と第２の触媒とを備える。第１の触媒は、硫黄酸化物を吸蔵するとともに還元する触媒である。第２の触媒は、排気通路上における第１の触媒の下流側に設けられ酸化機能を有する触媒である。さらに、内燃機関の排気浄化装置は、調整手段と制御手段とを備える。調整手段は、第２の触媒を通過する排気ガスの空燃比及び第２の触媒の触媒温度を調整可能な手段である。制御手段は、調整手段を用いて、第２の触媒を通過する排気ガスを内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比よりも低いリーン空燃比にするとともに第２の触媒の触媒温度を第１の所定温度まで昇温するリーン制御を行う。これにより、第１の触媒において生成された硫化水素を、第２の触媒において硫黄酸化物へと確実に酸化して放出させることができる。
【解決手段】上記の内燃機関の排気浄化装置は、第１の触媒と第２の触媒とを備える。第１の触媒は、硫黄酸化物を吸蔵するとともに還元する触媒である。第２の触媒は、排気通路上における第１の触媒の下流側に設けられ酸化機能を有する触媒である。さらに、内燃機関の排気浄化装置は、調整手段と制御手段とを備える。調整手段は、第２の触媒を通過する排気ガスの空燃比及び第２の触媒の触媒温度を調整可能な手段である。制御手段は、調整手段を用いて、第２の触媒を通過する排気ガスを内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比よりも低いリーン空燃比にするとともに第２の触媒の触媒温度を第１の所定温度まで昇温するリーン制御を行う。これにより、第１の触媒において生成された硫化水素を、第２の触媒において硫黄酸化物へと確実に酸化して放出させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化を行う内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気通路上に硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸蔵する触媒を用いた排気浄化装置が提案されている。このような排気浄化装置では、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＳＯｘを吸蔵する一方、触媒の温度が硫黄分離脱離温度（例えば６００℃以上）に昇温され、かつ、排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）またはリッチになったときに吸蔵したＳＯｘを離脱させる作用を有する。
【０００３】
ところが、上述の作用を利用することにより吸蔵したＳＯｘを離脱させる硫黄再生制御が行われると、触媒に吸蔵されていたＳＯｘの一部が離脱されると共に還元され、硫化水素（Ｈ２Ｓ）となる場合がある。この硫化水素は、臭気を有するため、そのまま外部へ放出するのは好ましくない。
【０００４】
このような問題に対し、以下の特許文献１には、硫黄酸化物を吸蔵する触媒の下流側の排気通路に酸化機能を有する触媒を配置し、硫黄再生制御が行われる時に、酸化機能を有する触媒を通過する排気ガスの空燃比が僅かにリーンとなるように制御する技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９２４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、硫黄再生制御が行われる際、硫黄酸化物を吸蔵する触媒を通過する排気ガスの空燃比をリッチにしたり、硫黄酸化物を吸蔵する触媒の触媒温度を高くしたりすると、硫化水素の放出速度が速くなるため、硫黄酸化物を吸蔵する触媒の下流側の排気通路に配置された酸化機能を有する触媒では、硫化水素を酸化しきれなくなる恐れがある。また、硫黄酸化物を吸蔵する触媒の触媒温度を高くした場合には、硫化水素だけでなく、白煙も発生してしまう可能性がある。そのため、特許文献１に記載の技術では、硫化水素や白煙の発生を考慮した硫黄再生制御を行う必要があり、結果として、硫黄再生制御を完了するのに時間がかかってしまう。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、硫黄酸化物を吸蔵する触媒より放出される硫化水素の放出速度が速くなった場合であっても、下流側の排気通路に配置された酸化機能を有する触媒で硫化水素を確実に酸化することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点では、排気通路上に設けられ硫黄酸化物を吸蔵するとともに還元する第１の触媒と、前記排気通路上における前記第１の触媒の下流側に設けられ酸化機能を有する第２の触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置は、前記第２の触媒を通過する排気ガスの空燃比及び前記第２の触媒の触媒温度を調整可能な調整手段と、前記第１の触媒に吸蔵された硫黄を還元する硫黄再生制御の実施の前後において、前記調整手段を用いて、前記第２の触媒を通過する排気ガスを内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比よりも低いリーン空燃比にするとともに前記第２の触媒の触媒温度を第１の所定温度まで昇温するリーン制御を行う制御手段を備える。
【０００９】
上記の内燃機関の排気浄化装置は、第１の触媒と第２の触媒とを備える。第１の触媒は、排気通路上に設けられ、硫黄酸化物を吸蔵するとともに還元する触媒である。第２の触媒は、排気通路上における第１の触媒の下流側に設けられ、酸化機能を有する触媒である。さらに、内燃機関の排気浄化装置は、調整手段と制御手段とを備える。調整手段は、第２の触媒を通過する排気ガスの空燃比及び第２の触媒の触媒温度を調整可能な、例えば還元剤添加弁などの手段である。制御手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、調整手段を用いて、第２の触媒を通過する排気ガスを内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比よりも低いリーン空燃比にするとともに第２の触媒の触媒温度を第１の所定温度まで昇温するリーン制御を行う。硫黄再生制御の実施前において前記リーン制御を行うことにより、第２の触媒への酸素吸着量を増加させることができる。これにより、硫化水素を酸化させるのに必要な酸素を硫黄再生制御の実施前に予め増加させることができる。また、硫黄再生制御の実施後において前記リーン制御を行うことにより、硫黄再生制御の実施時やリーン制御移行直後において第１の触媒で生成された硫化水素を第２の触媒で確実に酸化させることができる。本発明によれば、第１の触媒より放出される硫化水素の放出速度が速くなった場合であっても、当該硫化水素を、第２の触媒において硫黄酸化物へと確実に酸化して放出させることができる。
【００１０】
上記の内燃機関の排気浄化装置の好適な実施例は、前記第１の所定温度は、前記第２の触媒の活性温度よりも高い温度である。
【００１１】
上記の内燃機関の排気浄化装置の好適な実施例は、前記第１の所定温度は、前記硫黄再生制御の実施時における前記第１の触媒を通過する排気ガスの空燃比または排気ガスの温度に応じて設定される。
【００１２】
上記の内燃機関の排気浄化装置の好適な実施例は、前記調整手段は、前記第１の触媒と前記第２の触媒との間に設けられた還元剤を前記排気通路に添加する還元剤添加弁である。
【００１３】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記リーン制御をパルス状に行う場合において、硫黄酸化物が前記第２の触媒に所定量吸蔵された、または、前記硫黄再生制御が繰り返し実行されたときの総実行時間が所定時間以上になったと判定した場合には、前記リーン制御のパルス間隔を短くする。このようにすることで、第２の触媒に吸蔵された硫黄酸化物を脱離して放出することが可能となり、硫黄被毒状態を解消することができる。
【００１４】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記リーン制御をパルス状に行う場合において、硫黄酸化物が前記第２の触媒に所定量吸蔵された、または、前記硫黄再生制御が繰り返し実行されたときの総実行時間が所定時間以上になったと判定した場合には、前記リーン制御のパルス間隔を短くする。このようにすることで、第２の触媒に吸蔵された硫黄酸化物を脱離させることができる。
【００１５】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記硫黄再生制御の実施後の前記リーン制御が行われる期間において、前記硫黄再生制御の実施終了直後の一定期間における前記リーン制御によるリッチ深さを、前記実施終了直後の一定期間以外の期間における前記リーン制御によるリッチ深さと比較して、浅くする。このようにすることで、硫黄再生制御の実施後のリーン制御開始直後において、リッチ深さが深すぎる状態となるのを防ぐことができる。
【００１６】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記硫黄再生制御の実施前の前記リーン制御が行われる期間において、前記硫黄再生制御の実施開始直前の一定期間における前記リーン制御によるリッチ深さを、前記実施開始直前の一定期間以外の期間における前記リーン制御によるリッチ深さと比較して、浅くする。このようにすることで、硫黄再生制御の実施開始直後において、リッチ深さが深すぎる状態となるのを防ぐことができる。
【００１７】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記リーン制御をパルス状に行う場合において、前記第２の触媒の触媒温度が第２の所定温度以上になっていると判定した場合には、前記リーン制御のパルス間隔を長くする。このようにすることで、第２の触媒が劣化してしまうのを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１９】
［装置構成］
まず、本発明の各実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について図１を用いて説明する。図１は、本発明の各実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両１００の概略構成を示す。
【００２０】
車両１００は、主に、吸気通路３と、エンジン（内燃機関）１０と、排気通路４と、上流触媒２１と、下流触媒２２と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０と、を備える。
【００２１】
吸気通路３は、エンジン１０に供給するための吸気ガス（例えば空気）を通過させる。エンジン１０は、吸気通路３より吸気ガスが供給されると共に、燃料噴射弁（不図示）によって噴射された燃料が供給される。供給された吸気ガスと燃料との混合気は、エンジン１０の燃焼室内において燃焼される。エンジン１０内の燃焼によった発生した排気ガスは、排気通路４に排出される。
【００２２】
排気通路４は、エンジン１０内の燃焼によって発生した排気ガスを通過させる。排気通路４上には、上流側から下流側に順に、還元剤添加弁３１、上流触媒２１、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）４１、還元剤添加弁３２、下流触媒２２、排気温度センサ４２、が設けられている。
【００２３】
上流触媒２１は、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒などの、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸蔵するとともに還元することが可能に構成された触媒である。還元剤添加弁３１は、上流触媒２１の上流側の排気通路４中に還元剤を噴射することにより、排気ガスに還元剤を添加する。言い換えると、還元剤添加弁３１は、上流触媒２１に還元剤を供給するための手段である。還元剤としては、例えば、軽油などの燃料や尿素などが挙げられる。還元剤添加弁３１は、ＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。なお、上流触媒２１としては、硫黄酸化物を吸蔵する触媒であればよく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒には限られない。
【００２４】
下流触媒２２は、いわゆる酸化機能を有する酸化触媒である。還元剤添加弁３２は、下流触媒２２の上流側の排気通路４中に還元剤を噴射することにより、排気ガスに還元剤を添加する。言い換えると、還元剤添加弁３２は、下流触媒２２に還元剤を供給するための手段である。還元剤としては、例えば、軽油などの燃料や尿素などが挙げられる。還元剤添加弁３２は、ＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。
【００２５】
Ａ／Ｆセンサ４１は、上流触媒２１と下流触媒２２との間の排気通路４に設けられており、上流触媒２１を通過した直後の排気ガスの空燃比を検出して、検出された空燃比に対応する検出信号をＥＣＵ５０に送信する。
【００２６】
排気温度センサ４２は、下流触媒２２の下流側の排気通路４に設けられており、下流触媒２２を通過した排気ガスの排気温度を検出して、検出された排気温度に対応する検出信号をＥＣＵ５０に送信する。
【００２７】
ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、車両内の各種センサから供給される出力に基づいて、車両内の制御を行う。本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆセンサ４１、排気温度センサ４２から送信された検出信号に基づいて、排気ガスの状態を求め、求められた排気ガスの状態に基づいて、還元剤添加弁３１、３２を制御することにより排気通路４中に還元剤を噴射する。例えば、第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、上流触媒２１に吸蔵された硫黄を還元する硫黄再生制御の実施の前後において、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加することとする。従って、上流触媒２１が本発明における第１の触媒として機能し、下流触媒２２が本発明における第２の触媒として機能する。また、還元剤添加弁３２が本発明における調整手段として機能し、ＥＣＵ５０が本発明における制御手段として機能する。なお、調整手段としては、還元剤添加弁３２に限られるものではなく、この代わりに、又は、加えて、例えばバーナーなどの加熱手段を備えることとしてもよい。
【００２８】
［第１実施形態］
次に、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法について説明する。まず、硫黄再生制御について説明する。例えば、上流触媒２１がＮＯｘ吸蔵還元触媒であるとした場合、上流触媒２１は、排気ガスの空燃比がリーンの時には窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵する。また、上流触媒２１は、排気ガスの空燃比が小さくなり、かつ、排気ガス中に未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化する。ここで、排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が存在すると、上流触媒２１はＮＯｘの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行うため、ＮＯｘの代わりにＳＯｘが吸蔵されたいわゆる硫黄被毒状態（Ｓ被毒状態）となる。上流触媒２１は、排気ガスの温度が硫黄脱離温度（例えば６００℃以上）に昇温され、かつ、排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチ（以下、単に「リッチ」と称する）になった時に、吸蔵したＳＯｘを脱離させるＳＯｘ脱離作用を有する。
【００２９】
従って、一般的な内燃機関の排気浄化方法では、ＳＯｘ吸蔵作用を有する触媒において、例えば還元剤添加弁３１より還元剤を排気ガスに添加することにより上記のＳＯｘ脱離作用を引き起こさせ、常温で気体であるＳＯ２の形で外部へ放出する硫黄再生制御（以下、「Ｓ再生制御」とも呼ぶことがある）が行われる。本発明の内燃機関の排気浄化装置においても、上流触媒２１はＳ再生制御が実施されることによりＳ被毒状態から回復する。しかしながら、このとき、上流触媒２１より脱離したＳＯｘの一部は還元されて、硫化水素（Ｈ２Ｓ）となる可能性がある。
【００３０】
そこで、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、上流触媒２１に吸蔵された硫黄を還元するＳ再生制御の実施の前後におけるリーン制御として、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加することにより、下流触媒２２を通過する排気ガスを所定のリーン空燃比にするともに、下流触媒２２の触媒温度を所定温度まで昇温することとする。以下、図２を用いて具体的に述べる。
【００３１】
図２は、第１実施形態に係る、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比について時間に対する変化を示すグラフである。図２のグラフにおいて、破線で示すグラフは、Ｓ再生制御の実施の前後において還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加しないリーン制御を行う場合のグラフであり、実線で示すグラフは、Ｓ再生制御の実施の前後において還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加するリーン制御を行う場合のグラフである。
【００３２】
図２の破線で示すように、Ｓ再生制御の実施の前後において還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加しないリーン制御を行う場合には、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比は、上流触媒２１を通過する排気ガスの空燃比と同様、Ｓ再生制御が実施される期間の前後においてはリーンとなり、Ｓ再生制御が実施される期間（Ｓ再生制御期間）においてはリッチとなる。このＳ再生制御期間において、上流触媒２１に吸蔵されたＳＯｘは脱離される。このとき、脱離したＳＯｘの一部が還元されて、硫化水素（Ｈ２Ｓ）となる恐れがある。そして、上流触媒２１を通過する排気ガスの空燃比をリッチにしたり、上流触媒２１の触媒温度を高くしたりすると、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の放出速度が速くなるため、下流触媒２２では、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化しきれなくなる恐れがある。
【００３３】
一方、Ｓ再生制御の実施の前後において還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加するリーン制御を行う場合には、即ち、第１実施形態に係る排気浄化方法では、下流触媒２２を通過する排気ガスは、Ｓ再生制御の実施の前後において内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比（リーン１）よりも低いリーン空燃比（リーン２）に制御される。具体的には、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加することにより、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比は、図２の実線で示すように、エンジン１０のリーン燃焼によりリーンとなったときの空燃比（リーン１）よりも低い、リッチ側に少し寄った空燃比（リーン２）にされる。詳しくは、このリーン２は、Ｈ２ＳをＳＯ２に効率良く酸化するのに最適な空燃比に設定される。また、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加することにより、下流触媒２２の触媒温度は所定温度まで昇温される。下流触媒２２の触媒温度が昇温されると、下流触媒２２における酸素吸着量が増加して、Ｈ２Ｓと酸素（Ｏ２）との反応が活性化する。
【００３４】
Ｓ再生制御の実施前において、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加するリーン制御を行うことにより、下流触媒２２への酸素吸着量を増加させることができる。これにより、Ｈ２Ｓを酸化させるのに必要な酸素をＳ再生制御の実施前に予め増加させることができる。また、Ｓ再生制御の実施後において、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加するリーン制御を行うことにより、Ｓ再生制御の実施時やリーン制御移行直後において上流触媒２１で生成されたＨ２Ｓを下流触媒２２で確実に酸化させることができる。
【００３５】
つまり、第１実施形態に係る排気浄化方法では、Ｓ再生制御の実施の前後におけるリーン制御として、下流触媒２２を通過する排気ガスを内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比（リーン１）よりも低いリーン空燃比（リーン２）にするとともに、下流触媒２２の触媒温度を所定温度まで昇温する。これにより、上流触媒２１より放出されるＨ２Ｓの放出速度が速くなった場合であっても、当該Ｈ２Ｓを下流触媒２２においてＳＯ２へと確実に酸化して放出させることができる。従って、この所定温度が本発明における第１の所定温度に相当する。
【００３６】
また、ここでいう所定温度（第１の所定温度）としては、下流触媒２２の活性温度よりも高い温度となるのが好適である。図３は、下流触媒２２における触媒温度と酸化性能との関係を示すグラフである。ここでいう活性温度は、図３に示すように、下流触媒２２の触媒温度がこの当該活性温度を超えると、酸素吸着量が急激に増加し、Ｈ２ＳからＳＯ２へ酸化する割合が急激に増加するような温度である。従って、下流触媒２２の触媒温度を活性温度よりも高い温度に設定することで、Ｈ２ＳからＳＯ２へ酸化する割合を増加させることができる。
【００３７】
また、上述の所定温度（第１の所定温度）は、Ｓ再生制御の実施時における上流触媒２１を通過する排気ガスの空燃比または排気ガスの温度に応じて設定されるとしても良い。上流触媒２１を通過する排気ガスの空燃比に応じて設定する例としては、Ｓ再生制御の実施時における上流触媒２１を通過する排気ガスのリッチ深さが深くなるほど、当該所定温度（第１の所定温度）を高く設定することが考えられる。これは、上流触媒２１を通過する排気ガスのリッチ深さが深くなるほど、上流触媒２１においてＨ２Ｓが多く発生すると考えられるからである。また、上流触媒２１を通過する排気ガスの温度に応じて設定する例としては、Ｓ再生制御の実施時における上流触媒２１を通過する排気ガスの温度が高くなるほど、当該所定温度（第１の所定温度）を高く設定することが考えられる。これは、上流触媒２１を通過する排気ガスの温度は、上流触媒２１の温度に影響を与えると考えられるからである。
【００３８】
以上に述べたことから分かるように、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御の実施の前後において、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加することにより、下流触媒２２を通過する排気ガスを内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比よりも低いリーン空燃比にする制御を行うとともに、下流触媒２２の触媒温度を所定温度まで昇温する。このようにすることで、上流触媒２１より放出されるＨ２Ｓの放出速度が速くなった場合であっても、当該Ｈ２Ｓを、下流触媒２２においてＳＯ２へと確実に酸化して放出させることができる。
【００３９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法について図４を説明する。図４は、第２実施形態に係る、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比について時間に対する変化を示すグラフである。上述の第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、Ｓ再生制御の実施後において、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加するリーン制御を行うことにより、Ｓ再生制御の実施時やリーン制御移行直後において上流触媒２１で生成されたＨ２Ｓを下流触媒２２で酸化させるとしていた。
【００４０】
しかしながら、上流触媒２１より放出されたＳＯ２やＨ２Ｓは、下流触媒２２よりＳＯ２として放出されずに、下流触媒２２にＳＯｘとして吸蔵され、下流触媒２２がＳ被毒状態となる可能性がある。この場合には、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘを脱離してＳＯ２として放出する必要がある。
【００４１】
そこで、第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御の実施後におけるリーン制御が行われる期間（リーン制御期間）において、上流触媒２１から放出されたＳＯｘが下流触媒２２に所定量吸蔵されたと判定した場合には、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにすることとする。具体的には、まず、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御の実施後におけるリーン制御期間において、排気温度センサ４２からの検出信号に基づいて、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘが所定量以上になっているか否かについて判定する。この判定方法としては、例えば、ＥＣＵ５０は、排気温度センサ４２からの検出信号に基づいて、下流触媒２２の触媒温度を求め、求められた触媒温度が所定温度以下になっているか否かについて判定する。ここで、所定温度は、触媒温度が当該所定温度以下になると、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘ量が所定量以上になっていると判定することができる温度に設定される。従って、ＥＣＵ５０は、求められた触媒温度が所定温度以下になっていると判定した場合には、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘ量が所定量以上になっていると判定することができる。所定量、所定温度は予め実験などにより求められ、ＲＯＭなどに記録されている。
【００４２】
ＥＣＵ５０は、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘ量が所定量以上になっていると判定した場合には、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加して、図４に示すように、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにすることとする。このようにすることで、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘを脱離してＳＯ２として放出することが可能となり、下流触媒２２のＳ被毒状態を解消することができる。
【００４３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法について図５を用いて説明する。図５は、第３実施形態に係る、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比について時間に対する変化を示すグラフである。
【００４４】
Ｓ再生制御の実施の前後において、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加することによりリーン制御が行われる場合、実際には、ＥＣＵ５０は、リーン制御をパルス状に行うことが考えられる。即ち、ＥＣＵ５０は、還元剤添加弁３２より噴射される還元剤の量を時間に対してパルス状に変化するように制御することが考えられる。具体的には、図５に示すように、Ｓ再生制御の実施の前後におけるリーン制御期間において、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比は、エンジン１０の燃焼によりリーン１からリーン２へとパルス状に制御されることとなる。
【００４５】
ここで、Ｓ再生制御が繰り返し実施され、上流触媒２１に吸蔵されたＳＯｘの大半が放出された状態となったときには、下流触媒２２では、大量のＳＯ２が通過する又はＨ２ＳよりＳＯｘが生成されることとなるため、ＳＯｘが吸蔵される可能性がある。
【００４６】
そこで、第３実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、上流触媒２１から放出されたＨ２Ｓが所定量以上となっている、または、Ｓ再生制御が繰り返し実行されたときの総実行時間が所定時間以上となっている、と判定した場合には、図５に示すように、当該判定前よりもリーン制御のパルス間隔を短くすることとする。上流触媒２１から放出されたＨ２Ｓの量は、Ａ／Ｆセンサ４１からの検出信号に基づいて求めることができる。また、総実行時間は、最初のＳ再生制御の実行開始時からの時間を、タイマー等を用いて計測することにより求めることができる。ここで、所定量、所定時間は予め実験などにより求められ、ＲＯＭなどに記録されている。このようにすることで、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘを脱離させることができる。
【００４７】
（変形例）
なお、ここで、第３実施形態の変形例について述べる。リーン制御のパルス間隔を制御する他の例として、ＥＣＵ５０は、下流触媒２２の触媒温度が所定温度以上となっていると判定した場合には、当該判定前よりもリーン制御のパルス間隔を長くすることとしてもよい。この所定温度は、下流触媒２２の触媒温度が当該所定温度以上になると劣化してしまう可能性がある温度に設定される。従って、この所定温度は、本発明における第２の所定温度に相当する。このようにすることで、還元剤の添加による下流触媒２２の触媒温度の上昇を抑えることができ、下流触媒２２が劣化してしまうのを抑えることができる。
【００４８】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法について図６を用いて説明する。図６は、第４実施形態に係る、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比について時間に対する変化を示すグラフである。
【００４９】
Ｓ再生制御の実施終了直後においては、上流触媒２１の上流側の還元剤添加弁３１より排気ガスに添加された還元剤のうち、一部はＳ再生制御で使われずに下流触媒２２を通過する可能性がある。そのため、このとき、上流触媒２１と下流触媒２２との間の還元剤添加弁３２より排気ガスに還元剤を常に同じ量で添加すると、リッチ深さが深すぎる状態となり、リーン制御において反応しなかった分の還元剤が下流触媒２２より外部へ放出される恐れがある。
【００５０】
そこで、第４実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御の実施後のリーン制御が行われる期間において、図６に示すように、Ｓ再生制御の実施終了直後（リーン制御実施開始直後）の一定期間Ｔ１ａにおけるリーン制御のリッチ深さを、当該一定期間Ｔ１ａ以外の期間Ｔ２ａにおけるリーン制御によるリッチ深さと比較して浅くすることとする。具体的には、Ｓ再生制御の実施終了直後の一定期間Ｔ１ａにおける還元剤添加弁３２より排気ガスに添加される還元剤の量を、当該一定期間Ｔ１ａ以外の期間Ｔ２ａにおける還元剤添加弁３２より排気ガスに添加される還元剤の量と比較して、少なくすることとする。このようにすることで、リーン制御実施開始直後において、リッチ深さが深すぎる状態となるのを防ぐことができる。
【００５１】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法について図７を用いて説明する。図７は、第５実施形態に係る、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比について時間に対する変化を示すグラフである。
【００５２】
Ｓ再生制御が実施前のリーン制御において、還元剤添加弁３２より排気ガスに還元剤を常に同じ量で添加すると、Ｓ再生制御の実施開始直後において、リッチ深さが深すぎる状態となり、Ｓ再生制御において反応しなかった分の還元剤が下流触媒２２より外部へ放出される恐れがある。
【００５３】
そこで、第５実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御の実施前におけるリーン制御において、図７に示すように、Ｓ再生制御の実施開始直前（リーン制御実施終了直前）の一定期間Ｔ１ｂにおけるリーン制御のリッチ深さを、当該一定期間Ｔ１ｂ以外の期間Ｔ２ｂにおけるリーン制御によるリッチ深さと比較して浅くすることとする。具体的には、Ｓ再生制御の実施開始直前の一定期間Ｔ１ｂにおける還元剤添加弁３２より排気ガスに添加される還元剤の量を、当該一定期間Ｔ１ｂ以外の期間Ｔ２ｂにおける還元剤添加弁３２より排気ガスに添加される還元剤の量と比較して、少なくすることとする。このようにすることで、Ｓ再生制御の実施開始直後において、リッチ深さが深すぎる状態となるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】各実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両の構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態に係る下流触媒における空燃比について変化を示すグラフである。
【図３】下流触媒における触媒温度と酸化性能との関係を示すグラフである。
【図４】第２実施形態に係る下流触媒における空燃比について変化を示すグラフである。
【図５】第３実施形態に係る下流触媒における空燃比について変化を示すグラフである。
【図６】第４実施形態に係る下流触媒における空燃比について変化を示すグラフである。
【図７】第５実施形態に係る下流触媒における空燃比について変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
３ 吸気通路
４ 排気通路
１０ 内燃機関
２１ 上流触媒
２２ 下流触媒
３２ 還元剤添加弁
５０ ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化を行う内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気通路上に硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸蔵する触媒を用いた排気浄化装置が提案されている。このような排気浄化装置では、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＳＯｘを吸蔵する一方、触媒の温度が硫黄分離脱離温度（例えば６００℃以上）に昇温され、かつ、排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）またはリッチになったときに吸蔵したＳＯｘを離脱させる作用を有する。
【０００３】
ところが、上述の作用を利用することにより吸蔵したＳＯｘを離脱させる硫黄再生制御が行われると、触媒に吸蔵されていたＳＯｘの一部が離脱されると共に還元され、硫化水素（Ｈ２Ｓ）となる場合がある。この硫化水素は、臭気を有するため、そのまま外部へ放出するのは好ましくない。
【０００４】
このような問題に対し、以下の特許文献１には、硫黄酸化物を吸蔵する触媒の下流側の排気通路に酸化機能を有する触媒を配置し、硫黄再生制御が行われる時に、酸化機能を有する触媒を通過する排気ガスの空燃比が僅かにリーンとなるように制御する技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９２４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、硫黄再生制御が行われる際、硫黄酸化物を吸蔵する触媒を通過する排気ガスの空燃比をリッチにしたり、硫黄酸化物を吸蔵する触媒の触媒温度を高くしたりすると、硫化水素の放出速度が速くなるため、硫黄酸化物を吸蔵する触媒の下流側の排気通路に配置された酸化機能を有する触媒では、硫化水素を酸化しきれなくなる恐れがある。また、硫黄酸化物を吸蔵する触媒の触媒温度を高くした場合には、硫化水素だけでなく、白煙も発生してしまう可能性がある。そのため、特許文献１に記載の技術では、硫化水素や白煙の発生を考慮した硫黄再生制御を行う必要があり、結果として、硫黄再生制御を完了するのに時間がかかってしまう。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、硫黄酸化物を吸蔵する触媒より放出される硫化水素の放出速度が速くなった場合であっても、下流側の排気通路に配置された酸化機能を有する触媒で硫化水素を確実に酸化することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点では、排気通路上に設けられ硫黄酸化物を吸蔵するとともに還元する第１の触媒と、前記排気通路上における前記第１の触媒の下流側に設けられ酸化機能を有する第２の触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置は、前記第２の触媒を通過する排気ガスの空燃比及び前記第２の触媒の触媒温度を調整可能な調整手段と、前記第１の触媒に吸蔵された硫黄を還元する硫黄再生制御の実施の前後において、前記調整手段を用いて、前記第２の触媒を通過する排気ガスを内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比よりも低いリーン空燃比にするとともに前記第２の触媒の触媒温度を第１の所定温度まで昇温するリーン制御を行う制御手段を備える。
【０００９】
上記の内燃機関の排気浄化装置は、第１の触媒と第２の触媒とを備える。第１の触媒は、排気通路上に設けられ、硫黄酸化物を吸蔵するとともに還元する触媒である。第２の触媒は、排気通路上における第１の触媒の下流側に設けられ、酸化機能を有する触媒である。さらに、内燃機関の排気浄化装置は、調整手段と制御手段とを備える。調整手段は、第２の触媒を通過する排気ガスの空燃比及び第２の触媒の触媒温度を調整可能な、例えば還元剤添加弁などの手段である。制御手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、調整手段を用いて、第２の触媒を通過する排気ガスを内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比よりも低いリーン空燃比にするとともに第２の触媒の触媒温度を第１の所定温度まで昇温するリーン制御を行う。硫黄再生制御の実施前において前記リーン制御を行うことにより、第２の触媒への酸素吸着量を増加させることができる。これにより、硫化水素を酸化させるのに必要な酸素を硫黄再生制御の実施前に予め増加させることができる。また、硫黄再生制御の実施後において前記リーン制御を行うことにより、硫黄再生制御の実施時やリーン制御移行直後において第１の触媒で生成された硫化水素を第２の触媒で確実に酸化させることができる。本発明によれば、第１の触媒より放出される硫化水素の放出速度が速くなった場合であっても、当該硫化水素を、第２の触媒において硫黄酸化物へと確実に酸化して放出させることができる。
【００１０】
上記の内燃機関の排気浄化装置の好適な実施例は、前記第１の所定温度は、前記第２の触媒の活性温度よりも高い温度である。
【００１１】
上記の内燃機関の排気浄化装置の好適な実施例は、前記第１の所定温度は、前記硫黄再生制御の実施時における前記第１の触媒を通過する排気ガスの空燃比または排気ガスの温度に応じて設定される。
【００１２】
上記の内燃機関の排気浄化装置の好適な実施例は、前記調整手段は、前記第１の触媒と前記第２の触媒との間に設けられた還元剤を前記排気通路に添加する還元剤添加弁である。
【００１３】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記リーン制御をパルス状に行う場合において、硫黄酸化物が前記第２の触媒に所定量吸蔵された、または、前記硫黄再生制御が繰り返し実行されたときの総実行時間が所定時間以上になったと判定した場合には、前記リーン制御のパルス間隔を短くする。このようにすることで、第２の触媒に吸蔵された硫黄酸化物を脱離して放出することが可能となり、硫黄被毒状態を解消することができる。
【００１４】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記リーン制御をパルス状に行う場合において、硫黄酸化物が前記第２の触媒に所定量吸蔵された、または、前記硫黄再生制御が繰り返し実行されたときの総実行時間が所定時間以上になったと判定した場合には、前記リーン制御のパルス間隔を短くする。このようにすることで、第２の触媒に吸蔵された硫黄酸化物を脱離させることができる。
【００１５】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記硫黄再生制御の実施後の前記リーン制御が行われる期間において、前記硫黄再生制御の実施終了直後の一定期間における前記リーン制御によるリッチ深さを、前記実施終了直後の一定期間以外の期間における前記リーン制御によるリッチ深さと比較して、浅くする。このようにすることで、硫黄再生制御の実施後のリーン制御開始直後において、リッチ深さが深すぎる状態となるのを防ぐことができる。
【００１６】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記硫黄再生制御の実施前の前記リーン制御が行われる期間において、前記硫黄再生制御の実施開始直前の一定期間における前記リーン制御によるリッチ深さを、前記実施開始直前の一定期間以外の期間における前記リーン制御によるリッチ深さと比較して、浅くする。このようにすることで、硫黄再生制御の実施開始直後において、リッチ深さが深すぎる状態となるのを防ぐことができる。
【００１７】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記リーン制御をパルス状に行う場合において、前記第２の触媒の触媒温度が第２の所定温度以上になっていると判定した場合には、前記リーン制御のパルス間隔を長くする。このようにすることで、第２の触媒が劣化してしまうのを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１９】
［装置構成］
まず、本発明の各実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について図１を用いて説明する。図１は、本発明の各実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両１００の概略構成を示す。
【００２０】
車両１００は、主に、吸気通路３と、エンジン（内燃機関）１０と、排気通路４と、上流触媒２１と、下流触媒２２と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０と、を備える。
【００２１】
吸気通路３は、エンジン１０に供給するための吸気ガス（例えば空気）を通過させる。エンジン１０は、吸気通路３より吸気ガスが供給されると共に、燃料噴射弁（不図示）によって噴射された燃料が供給される。供給された吸気ガスと燃料との混合気は、エンジン１０の燃焼室内において燃焼される。エンジン１０内の燃焼によった発生した排気ガスは、排気通路４に排出される。
【００２２】
排気通路４は、エンジン１０内の燃焼によって発生した排気ガスを通過させる。排気通路４上には、上流側から下流側に順に、還元剤添加弁３１、上流触媒２１、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）４１、還元剤添加弁３２、下流触媒２２、排気温度センサ４２、が設けられている。
【００２３】
上流触媒２１は、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒などの、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸蔵するとともに還元することが可能に構成された触媒である。還元剤添加弁３１は、上流触媒２１の上流側の排気通路４中に還元剤を噴射することにより、排気ガスに還元剤を添加する。言い換えると、還元剤添加弁３１は、上流触媒２１に還元剤を供給するための手段である。還元剤としては、例えば、軽油などの燃料や尿素などが挙げられる。還元剤添加弁３１は、ＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。なお、上流触媒２１としては、硫黄酸化物を吸蔵する触媒であればよく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒には限られない。
【００２４】
下流触媒２２は、いわゆる酸化機能を有する酸化触媒である。還元剤添加弁３２は、下流触媒２２の上流側の排気通路４中に還元剤を噴射することにより、排気ガスに還元剤を添加する。言い換えると、還元剤添加弁３２は、下流触媒２２に還元剤を供給するための手段である。還元剤としては、例えば、軽油などの燃料や尿素などが挙げられる。還元剤添加弁３２は、ＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。
【００２５】
Ａ／Ｆセンサ４１は、上流触媒２１と下流触媒２２との間の排気通路４に設けられており、上流触媒２１を通過した直後の排気ガスの空燃比を検出して、検出された空燃比に対応する検出信号をＥＣＵ５０に送信する。
【００２６】
排気温度センサ４２は、下流触媒２２の下流側の排気通路４に設けられており、下流触媒２２を通過した排気ガスの排気温度を検出して、検出された排気温度に対応する検出信号をＥＣＵ５０に送信する。
【００２７】
ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、車両内の各種センサから供給される出力に基づいて、車両内の制御を行う。本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆセンサ４１、排気温度センサ４２から送信された検出信号に基づいて、排気ガスの状態を求め、求められた排気ガスの状態に基づいて、還元剤添加弁３１、３２を制御することにより排気通路４中に還元剤を噴射する。例えば、第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、上流触媒２１に吸蔵された硫黄を還元する硫黄再生制御の実施の前後において、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加することとする。従って、上流触媒２１が本発明における第１の触媒として機能し、下流触媒２２が本発明における第２の触媒として機能する。また、還元剤添加弁３２が本発明における調整手段として機能し、ＥＣＵ５０が本発明における制御手段として機能する。なお、調整手段としては、還元剤添加弁３２に限られるものではなく、この代わりに、又は、加えて、例えばバーナーなどの加熱手段を備えることとしてもよい。
【００２８】
［第１実施形態］
次に、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法について説明する。まず、硫黄再生制御について説明する。例えば、上流触媒２１がＮＯｘ吸蔵還元触媒であるとした場合、上流触媒２１は、排気ガスの空燃比がリーンの時には窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵する。また、上流触媒２１は、排気ガスの空燃比が小さくなり、かつ、排気ガス中に未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化する。ここで、排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が存在すると、上流触媒２１はＮＯｘの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行うため、ＮＯｘの代わりにＳＯｘが吸蔵されたいわゆる硫黄被毒状態（Ｓ被毒状態）となる。上流触媒２１は、排気ガスの温度が硫黄脱離温度（例えば６００℃以上）に昇温され、かつ、排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチ（以下、単に「リッチ」と称する）になった時に、吸蔵したＳＯｘを脱離させるＳＯｘ脱離作用を有する。
【００２９】
従って、一般的な内燃機関の排気浄化方法では、ＳＯｘ吸蔵作用を有する触媒において、例えば還元剤添加弁３１より還元剤を排気ガスに添加することにより上記のＳＯｘ脱離作用を引き起こさせ、常温で気体であるＳＯ２の形で外部へ放出する硫黄再生制御（以下、「Ｓ再生制御」とも呼ぶことがある）が行われる。本発明の内燃機関の排気浄化装置においても、上流触媒２１はＳ再生制御が実施されることによりＳ被毒状態から回復する。しかしながら、このとき、上流触媒２１より脱離したＳＯｘの一部は還元されて、硫化水素（Ｈ２Ｓ）となる可能性がある。
【００３０】
そこで、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、上流触媒２１に吸蔵された硫黄を還元するＳ再生制御の実施の前後におけるリーン制御として、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加することにより、下流触媒２２を通過する排気ガスを所定のリーン空燃比にするともに、下流触媒２２の触媒温度を所定温度まで昇温することとする。以下、図２を用いて具体的に述べる。
【００３１】
図２は、第１実施形態に係る、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比について時間に対する変化を示すグラフである。図２のグラフにおいて、破線で示すグラフは、Ｓ再生制御の実施の前後において還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加しないリーン制御を行う場合のグラフであり、実線で示すグラフは、Ｓ再生制御の実施の前後において還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加するリーン制御を行う場合のグラフである。
【００３２】
図２の破線で示すように、Ｓ再生制御の実施の前後において還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加しないリーン制御を行う場合には、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比は、上流触媒２１を通過する排気ガスの空燃比と同様、Ｓ再生制御が実施される期間の前後においてはリーンとなり、Ｓ再生制御が実施される期間（Ｓ再生制御期間）においてはリッチとなる。このＳ再生制御期間において、上流触媒２１に吸蔵されたＳＯｘは脱離される。このとき、脱離したＳＯｘの一部が還元されて、硫化水素（Ｈ２Ｓ）となる恐れがある。そして、上流触媒２１を通過する排気ガスの空燃比をリッチにしたり、上流触媒２１の触媒温度を高くしたりすると、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の放出速度が速くなるため、下流触媒２２では、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を酸化しきれなくなる恐れがある。
【００３３】
一方、Ｓ再生制御の実施の前後において還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加するリーン制御を行う場合には、即ち、第１実施形態に係る排気浄化方法では、下流触媒２２を通過する排気ガスは、Ｓ再生制御の実施の前後において内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比（リーン１）よりも低いリーン空燃比（リーン２）に制御される。具体的には、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加することにより、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比は、図２の実線で示すように、エンジン１０のリーン燃焼によりリーンとなったときの空燃比（リーン１）よりも低い、リッチ側に少し寄った空燃比（リーン２）にされる。詳しくは、このリーン２は、Ｈ２ＳをＳＯ２に効率良く酸化するのに最適な空燃比に設定される。また、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加することにより、下流触媒２２の触媒温度は所定温度まで昇温される。下流触媒２２の触媒温度が昇温されると、下流触媒２２における酸素吸着量が増加して、Ｈ２Ｓと酸素（Ｏ２）との反応が活性化する。
【００３４】
Ｓ再生制御の実施前において、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加するリーン制御を行うことにより、下流触媒２２への酸素吸着量を増加させることができる。これにより、Ｈ２Ｓを酸化させるのに必要な酸素をＳ再生制御の実施前に予め増加させることができる。また、Ｓ再生制御の実施後において、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加するリーン制御を行うことにより、Ｓ再生制御の実施時やリーン制御移行直後において上流触媒２１で生成されたＨ２Ｓを下流触媒２２で確実に酸化させることができる。
【００３５】
つまり、第１実施形態に係る排気浄化方法では、Ｓ再生制御の実施の前後におけるリーン制御として、下流触媒２２を通過する排気ガスを内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比（リーン１）よりも低いリーン空燃比（リーン２）にするとともに、下流触媒２２の触媒温度を所定温度まで昇温する。これにより、上流触媒２１より放出されるＨ２Ｓの放出速度が速くなった場合であっても、当該Ｈ２Ｓを下流触媒２２においてＳＯ２へと確実に酸化して放出させることができる。従って、この所定温度が本発明における第１の所定温度に相当する。
【００３６】
また、ここでいう所定温度（第１の所定温度）としては、下流触媒２２の活性温度よりも高い温度となるのが好適である。図３は、下流触媒２２における触媒温度と酸化性能との関係を示すグラフである。ここでいう活性温度は、図３に示すように、下流触媒２２の触媒温度がこの当該活性温度を超えると、酸素吸着量が急激に増加し、Ｈ２ＳからＳＯ２へ酸化する割合が急激に増加するような温度である。従って、下流触媒２２の触媒温度を活性温度よりも高い温度に設定することで、Ｈ２ＳからＳＯ２へ酸化する割合を増加させることができる。
【００３７】
また、上述の所定温度（第１の所定温度）は、Ｓ再生制御の実施時における上流触媒２１を通過する排気ガスの空燃比または排気ガスの温度に応じて設定されるとしても良い。上流触媒２１を通過する排気ガスの空燃比に応じて設定する例としては、Ｓ再生制御の実施時における上流触媒２１を通過する排気ガスのリッチ深さが深くなるほど、当該所定温度（第１の所定温度）を高く設定することが考えられる。これは、上流触媒２１を通過する排気ガスのリッチ深さが深くなるほど、上流触媒２１においてＨ２Ｓが多く発生すると考えられるからである。また、上流触媒２１を通過する排気ガスの温度に応じて設定する例としては、Ｓ再生制御の実施時における上流触媒２１を通過する排気ガスの温度が高くなるほど、当該所定温度（第１の所定温度）を高く設定することが考えられる。これは、上流触媒２１を通過する排気ガスの温度は、上流触媒２１の温度に影響を与えると考えられるからである。
【００３８】
以上に述べたことから分かるように、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御の実施の前後において、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加することにより、下流触媒２２を通過する排気ガスを内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比よりも低いリーン空燃比にする制御を行うとともに、下流触媒２２の触媒温度を所定温度まで昇温する。このようにすることで、上流触媒２１より放出されるＨ２Ｓの放出速度が速くなった場合であっても、当該Ｈ２Ｓを、下流触媒２２においてＳＯ２へと確実に酸化して放出させることができる。
【００３９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法について図４を説明する。図４は、第２実施形態に係る、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比について時間に対する変化を示すグラフである。上述の第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、Ｓ再生制御の実施後において、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加するリーン制御を行うことにより、Ｓ再生制御の実施時やリーン制御移行直後において上流触媒２１で生成されたＨ２Ｓを下流触媒２２で酸化させるとしていた。
【００４０】
しかしながら、上流触媒２１より放出されたＳＯ２やＨ２Ｓは、下流触媒２２よりＳＯ２として放出されずに、下流触媒２２にＳＯｘとして吸蔵され、下流触媒２２がＳ被毒状態となる可能性がある。この場合には、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘを脱離してＳＯ２として放出する必要がある。
【００４１】
そこで、第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御の実施後におけるリーン制御が行われる期間（リーン制御期間）において、上流触媒２１から放出されたＳＯｘが下流触媒２２に所定量吸蔵されたと判定した場合には、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにすることとする。具体的には、まず、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御の実施後におけるリーン制御期間において、排気温度センサ４２からの検出信号に基づいて、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘが所定量以上になっているか否かについて判定する。この判定方法としては、例えば、ＥＣＵ５０は、排気温度センサ４２からの検出信号に基づいて、下流触媒２２の触媒温度を求め、求められた触媒温度が所定温度以下になっているか否かについて判定する。ここで、所定温度は、触媒温度が当該所定温度以下になると、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘ量が所定量以上になっていると判定することができる温度に設定される。従って、ＥＣＵ５０は、求められた触媒温度が所定温度以下になっていると判定した場合には、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘ量が所定量以上になっていると判定することができる。所定量、所定温度は予め実験などにより求められ、ＲＯＭなどに記録されている。
【００４２】
ＥＣＵ５０は、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘ量が所定量以上になっていると判定した場合には、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加して、図４に示すように、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにすることとする。このようにすることで、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘを脱離してＳＯ２として放出することが可能となり、下流触媒２２のＳ被毒状態を解消することができる。
【００４３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法について図５を用いて説明する。図５は、第３実施形態に係る、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比について時間に対する変化を示すグラフである。
【００４４】
Ｓ再生制御の実施の前後において、還元剤添加弁３２より還元剤を排気ガスに添加することによりリーン制御が行われる場合、実際には、ＥＣＵ５０は、リーン制御をパルス状に行うことが考えられる。即ち、ＥＣＵ５０は、還元剤添加弁３２より噴射される還元剤の量を時間に対してパルス状に変化するように制御することが考えられる。具体的には、図５に示すように、Ｓ再生制御の実施の前後におけるリーン制御期間において、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比は、エンジン１０の燃焼によりリーン１からリーン２へとパルス状に制御されることとなる。
【００４５】
ここで、Ｓ再生制御が繰り返し実施され、上流触媒２１に吸蔵されたＳＯｘの大半が放出された状態となったときには、下流触媒２２では、大量のＳＯ２が通過する又はＨ２ＳよりＳＯｘが生成されることとなるため、ＳＯｘが吸蔵される可能性がある。
【００４６】
そこで、第３実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、上流触媒２１から放出されたＨ２Ｓが所定量以上となっている、または、Ｓ再生制御が繰り返し実行されたときの総実行時間が所定時間以上となっている、と判定した場合には、図５に示すように、当該判定前よりもリーン制御のパルス間隔を短くすることとする。上流触媒２１から放出されたＨ２Ｓの量は、Ａ／Ｆセンサ４１からの検出信号に基づいて求めることができる。また、総実行時間は、最初のＳ再生制御の実行開始時からの時間を、タイマー等を用いて計測することにより求めることができる。ここで、所定量、所定時間は予め実験などにより求められ、ＲＯＭなどに記録されている。このようにすることで、下流触媒２２に吸蔵されたＳＯｘを脱離させることができる。
【００４７】
（変形例）
なお、ここで、第３実施形態の変形例について述べる。リーン制御のパルス間隔を制御する他の例として、ＥＣＵ５０は、下流触媒２２の触媒温度が所定温度以上となっていると判定した場合には、当該判定前よりもリーン制御のパルス間隔を長くすることとしてもよい。この所定温度は、下流触媒２２の触媒温度が当該所定温度以上になると劣化してしまう可能性がある温度に設定される。従って、この所定温度は、本発明における第２の所定温度に相当する。このようにすることで、還元剤の添加による下流触媒２２の触媒温度の上昇を抑えることができ、下流触媒２２が劣化してしまうのを抑えることができる。
【００４８】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法について図６を用いて説明する。図６は、第４実施形態に係る、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比について時間に対する変化を示すグラフである。
【００４９】
Ｓ再生制御の実施終了直後においては、上流触媒２１の上流側の還元剤添加弁３１より排気ガスに添加された還元剤のうち、一部はＳ再生制御で使われずに下流触媒２２を通過する可能性がある。そのため、このとき、上流触媒２１と下流触媒２２との間の還元剤添加弁３２より排気ガスに還元剤を常に同じ量で添加すると、リッチ深さが深すぎる状態となり、リーン制御において反応しなかった分の還元剤が下流触媒２２より外部へ放出される恐れがある。
【００５０】
そこで、第４実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御の実施後のリーン制御が行われる期間において、図６に示すように、Ｓ再生制御の実施終了直後（リーン制御実施開始直後）の一定期間Ｔ１ａにおけるリーン制御のリッチ深さを、当該一定期間Ｔ１ａ以外の期間Ｔ２ａにおけるリーン制御によるリッチ深さと比較して浅くすることとする。具体的には、Ｓ再生制御の実施終了直後の一定期間Ｔ１ａにおける還元剤添加弁３２より排気ガスに添加される還元剤の量を、当該一定期間Ｔ１ａ以外の期間Ｔ２ａにおける還元剤添加弁３２より排気ガスに添加される還元剤の量と比較して、少なくすることとする。このようにすることで、リーン制御実施開始直後において、リッチ深さが深すぎる状態となるのを防ぐことができる。
【００５１】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法について図７を用いて説明する。図７は、第５実施形態に係る、下流触媒２２を通過する排気ガスの空燃比について時間に対する変化を示すグラフである。
【００５２】
Ｓ再生制御が実施前のリーン制御において、還元剤添加弁３２より排気ガスに還元剤を常に同じ量で添加すると、Ｓ再生制御の実施開始直後において、リッチ深さが深すぎる状態となり、Ｓ再生制御において反応しなかった分の還元剤が下流触媒２２より外部へ放出される恐れがある。
【００５３】
そこで、第５実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御の実施前におけるリーン制御において、図７に示すように、Ｓ再生制御の実施開始直前（リーン制御実施終了直前）の一定期間Ｔ１ｂにおけるリーン制御のリッチ深さを、当該一定期間Ｔ１ｂ以外の期間Ｔ２ｂにおけるリーン制御によるリッチ深さと比較して浅くすることとする。具体的には、Ｓ再生制御の実施開始直前の一定期間Ｔ１ｂにおける還元剤添加弁３２より排気ガスに添加される還元剤の量を、当該一定期間Ｔ１ｂ以外の期間Ｔ２ｂにおける還元剤添加弁３２より排気ガスに添加される還元剤の量と比較して、少なくすることとする。このようにすることで、Ｓ再生制御の実施開始直後において、リッチ深さが深すぎる状態となるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】各実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両の構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態に係る下流触媒における空燃比について変化を示すグラフである。
【図３】下流触媒における触媒温度と酸化性能との関係を示すグラフである。
【図４】第２実施形態に係る下流触媒における空燃比について変化を示すグラフである。
【図５】第３実施形態に係る下流触媒における空燃比について変化を示すグラフである。
【図６】第４実施形態に係る下流触媒における空燃比について変化を示すグラフである。
【図７】第５実施形態に係る下流触媒における空燃比について変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
３ 吸気通路
４ 排気通路
１０ 内燃機関
２１ 上流触媒
２２ 下流触媒
３２ 還元剤添加弁
５０ ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路上に設けられ硫黄酸化物を吸蔵するとともに還元する第１の触媒と、前記排気通路上における前記第１の触媒の下流側に設けられ酸化機能を有する第２の触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記第２の触媒を通過する排気ガスの空燃比及び前記第２の触媒の触媒温度を調整可能な調整手段と、
前記第１の触媒に吸蔵された硫黄を還元する硫黄再生制御の実施の前後において、前記調整手段を用いて、前記第２の触媒を通過する排気ガスを内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比よりも低いリーン空燃比にするとともに前記第２の触媒の触媒温度を第１の所定温度まで昇温するリーン制御を行う制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第１の所定温度は、前記第２の触媒の活性温度よりも高い温度である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記第１の所定温度は、前記硫黄再生制御の実施時における前記第１の触媒を通過する排気ガスの空燃比または排気ガスの温度に応じて設定される請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記調整手段は、前記第１の触媒と前記第２の触媒との間に設けられた還元剤を前記排気通路に添加する還元剤添加弁である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記硫黄再生制御の実施後の前記リーン制御が行われる期間において、硫黄酸化物が前記第２の触媒に所定量吸蔵されたと判定した場合には、前記調整手段を用いて、前記第２の触媒を通過する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記リーン制御をパルス状に行う場合において、硫黄酸化物が前記第２の触媒に所定量吸蔵された、または、前記硫黄再生制御が繰り返し実行されたときの総実行時間が所定時間以上になったと判定した場合には、前記リーン制御のパルス間隔を短くする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記硫黄再生制御の実施後の前記リーン制御が行われる期間において、前記硫黄再生制御の実施終了直後の一定期間における前記リーン制御によるリッチ深さを、前記実施終了直後の一定期間以外の期間における前記リーン制御によるリッチ深さと比較して、浅くする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記硫黄再生制御の実施前の前記リーン制御が行われる期間において、前記硫黄再生制御の実施開始直前の一定期間における前記リーン制御によるリッチ深さを、前記実施開始直前の一定期間以外の期間における前記リーン制御によるリッチ深さと比較して、浅くする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記リーン制御をパルス状に行う場合において、前記第２の触媒の触媒温度が第２の所定温度以上になっていると判定した場合には、前記リーン制御のパルス間隔を長くする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
排気通路上に設けられ硫黄酸化物を吸蔵するとともに還元する第１の触媒と、前記排気通路上における前記第１の触媒の下流側に設けられ酸化機能を有する第２の触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記第２の触媒を通過する排気ガスの空燃比及び前記第２の触媒の触媒温度を調整可能な調整手段と、
前記第１の触媒に吸蔵された硫黄を還元する硫黄再生制御の実施の前後において、前記調整手段を用いて、前記第２の触媒を通過する排気ガスを内燃機関のリーン燃焼時のリーン空燃比よりも低いリーン空燃比にするとともに前記第２の触媒の触媒温度を第１の所定温度まで昇温するリーン制御を行う制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第１の所定温度は、前記第２の触媒の活性温度よりも高い温度である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記第１の所定温度は、前記硫黄再生制御の実施時における前記第１の触媒を通過する排気ガスの空燃比または排気ガスの温度に応じて設定される請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記調整手段は、前記第１の触媒と前記第２の触媒との間に設けられた還元剤を前記排気通路に添加する還元剤添加弁である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記硫黄再生制御の実施後の前記リーン制御が行われる期間において、硫黄酸化物が前記第２の触媒に所定量吸蔵されたと判定した場合には、前記調整手段を用いて、前記第２の触媒を通過する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記リーン制御をパルス状に行う場合において、硫黄酸化物が前記第２の触媒に所定量吸蔵された、または、前記硫黄再生制御が繰り返し実行されたときの総実行時間が所定時間以上になったと判定した場合には、前記リーン制御のパルス間隔を短くする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記硫黄再生制御の実施後の前記リーン制御が行われる期間において、前記硫黄再生制御の実施終了直後の一定期間における前記リーン制御によるリッチ深さを、前記実施終了直後の一定期間以外の期間における前記リーン制御によるリッチ深さと比較して、浅くする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記硫黄再生制御の実施前の前記リーン制御が行われる期間において、前記硫黄再生制御の実施開始直前の一定期間における前記リーン制御によるリッチ深さを、前記実施開始直前の一定期間以外の期間における前記リーン制御によるリッチ深さと比較して、浅くする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記リーン制御をパルス状に行う場合において、前記第２の触媒の触媒温度が第２の所定温度以上になっていると判定した場合には、前記リーン制御のパルス間隔を長くする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１９７６４０（Ｐ２００９−１９７６４０Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３８７１９（Ｐ２００８−３８７１９）
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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