JP2004068607A

JP2004068607A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2004068607A
Application number: JP2002224658A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Shibagaki; 柴垣　信之
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵容量を正確に捉えることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【解決手段】ＮＯｘ吸蔵容量算出処理が開始されてＮＯｘセンサの出力が飽和したと判定されると、排気空燃比がストイキ空燃比よりも若干リッチ側となるように燃料噴射量のリッチ増量係数が調整され、燃焼モードはリッチ制御に切り替えられる。次に第１酸素センサによってリッチ空燃比が検出された時点から第２酸素センサによってリッチ空燃比が検出された時点までの期間が算出され、この期間に基づいてＮＯｘ吸蔵容量が算出される。次に、触媒床温に基づいて各床温領域のＮＯｘ吸蔵容量を用いた補間計算により、ＮＯｘ吸蔵容量が算出される。そして、算出されたＮＯｘ吸蔵容量に排気ガス流量に応じたＮＯｘ吸蔵割合を乗ずることにより、ＮＯｘ吸蔵容量が補正される。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気系に排気浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
成層燃焼あるいは均質であるが理論空燃比よりも希薄なリーン燃焼が可能な内燃機関において排気通路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いた排気浄化システムが知られている（特開平１１−２００８５３号、特開２０００−１８０６２号、特開２０００−２７４２２９号、特許第２７４５９８５号）。この排気浄化システムでは、成層燃焼あるいはリーン燃焼の実行中には排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵し、理論空燃比あるいは更に高燃料濃度（リッチ）の燃焼が開始されて排気中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出するようになっている。このようなシステムでは、成層燃焼あるいはリーン燃焼の継続によりＮＯｘ吸蔵量が吸蔵限界であるＮＯｘ吸蔵容量に達した時には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒はそれ以上のＮＯｘを吸蔵できなくなる。従って、内燃機関を短時間リッチ空燃比で運転するリッチスパイク処理を行うことにより、ＨＣやＣＯといった燃料の未燃成分を還元剤としてＮＯｘ吸蔵還元触媒に導入し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘを放出させてそのＮＯｘ吸蔵能力を回復させるとともに放出されたＮＯｘを還元浄化している。
【０００３】
このＮＯｘ吸蔵還元触媒におけるＮＯｘ吸蔵容量は一定でなく、触媒の熱劣化や排気中の硫黄酸化物による被毒劣化（以下、イオウ被毒と称する）が生じるため、ＮＯｘ吸蔵容量は減少する。なお、イオウ被毒した分については、内燃機関の運転状態によっては硫黄酸化物が離脱してＮＯｘ吸蔵容量が回復する場合もある。
【０００４】
このようなＮＯｘ吸蔵容量の変化を捉えていないと、例えば、既にＮＯｘ吸蔵容量分をＮＯｘ吸蔵量が満たしているにもかかわらず、ＮＯｘ吸蔵容量に余裕があると誤判断してしまう場合がある。このような場合には、成層燃焼あるいはリーン燃焼を継続することによりＮＯｘが吸蔵されきらず、ＮＯｘが排出されてしまうおそれがある。更にＮＯｘ吸蔵還元触媒を還元する場合も過剰な燃料を噴射してしまい、燃費やエミッションを悪化させるおそれもある。
【０００５】
又、ＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ吸蔵容量に達するまでには十分に余裕があるにもかかわらず余裕がないと誤判断した場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元のために高頻度に燃料濃度を高める状況となり、空燃比や燃焼形態が頻繁に切り替わって内燃機関運転上のショックを生じる可能性がある。
【０００６】
したがってＮＯｘ吸蔵容量を正確に捉えて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒による内燃機関の排気浄化処理を実行することが重要である。
このため経時によりＮＯｘ吸蔵還元触媒の熱劣化やイオウ被毒が進むことを考慮して、内燃機関の運転継続時間に応じてＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵容量を減少させる手法が考えられる（特許第２７４５９８５号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようにＮＯｘ吸蔵還元触媒に対して一律に設定されたＮＯｘ吸蔵容量では、内燃機関毎のＮＯｘ吸蔵還元触媒の実際のＮＯｘ吸蔵容量に十分に対応できず、ＮＯｘ吸蔵還元触媒による内燃機関の排気浄化を好適に行うことができない。
【０００８】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵容量を正確に捉えることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元触媒を備え、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘの量がＮＯｘ吸蔵容量に達したことに基づいて排気空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイク制御を実行することにより、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元してそのＮＯｘ吸蔵能力を回復させる内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流において前記排気ガス中の酸素濃度を検出する下流側酸素センサと、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量が飽和したことを検出する飽和検出手段と、前記ＮＯｘ吸蔵量の飽和状態の検出に基づいて排気空燃比をストイキ空燃比よりも若干リッチ側となるように制御して還元剤を供給する還元制御手段と、前記還元剤の供給開始時点から前記下流側酸素センサによってリッチ空燃比が検出された時点までの期間に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、ＮＯｘ吸蔵量の飽和状態の検出に基づいて排気空燃比がストイキ空燃比よりも若干リッチ側となるように制御されて還元剤が供給され、還元剤の供給開始時点から下流側酸素センサによってリッチ空燃比が検出されるまでの期間に基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵容量が算出される。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵容量が正確に捉えられ、このＮＯｘ吸蔵容量に基づいて適切な時期にリッチスパイク制御を実行してＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができ、好適に排気浄化を行うことができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路には前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流に酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒と前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒との間に設けられ、かつ、排気ガス中の酸素濃度を検出する上流側酸素センサとが備えられ、前記吸蔵容量算出手段は、前記還元制御手段による還元剤の供給開始後において前記上流側酸素センサによってリッチ空燃比が検出された時点から前記下流側酸素センサによってリッチ空燃比が検出された時点までの期間に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵容量を算出することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、排気浄化触媒に吸蔵された酸素によって還元剤が消費されるため、上流側酸素センサによってリッチ空燃比が検出された時点から下流側酸素センサによってリッチ空燃比が検出された時点までの期間に基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵容量を算出することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、更に前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の床温を複数の領域に分け、各領域毎にＮＯｘ吸蔵容量のデータを保持する容量データ保持手段と、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の床温を検出する床温検出手段と、前記容量データ保持手段が保持している床温領域毎のＮＯｘ吸蔵容量に基づいて、前記床温検出手段にて検出された床温に対応するＮＯｘ吸蔵容量を床温対応ＮＯｘ吸蔵容量として設定する吸蔵容量設定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
ＮＯｘ吸蔵容量はＮＯｘ吸蔵還元触媒の床温領域毎に異なることが判明した。このため従来のごとく全床温領域に一つのＮＯｘ吸蔵容量を設定していたのでは、排気浄化を好適に行うためには不十分であり、床温領域毎に個々に管理する必要がある。したがって床温領域が異なればＮＯｘ吸蔵容量を床温に応じて切り替えることにより、適切なＮＯｘ吸蔵容量を得ることができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の床温条件の違いに対応した内燃機関の排気浄化を行うことが可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記吸蔵容量設定手段は、前記排気通路における排気ガス流量に応じて前記床温対応ＮＯｘ吸蔵容量を補正することを特徴とする。
【００１６】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒が単位時間当たりに吸蔵することができるＮＯｘの量は決まっており、排気ガス量が多くなればＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されずに大気放出されるＮＯｘも出てくる。この構成によれば、排気ガス流量に応じて床温対応ＮＯｘ吸蔵容量が補正されるので、ＮＯｘの大気放出を抑制しつつ排気浄化を好適に行うことができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明のように、前記内燃機関が、それぞれＮＯｘ吸蔵還元触媒を有する複数バンクを備えるとともに、該複数バンクにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流において排気ガス中の酸素濃度を検出する下流側酸素センサを共用するものに採用することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、車両に搭載されたＶ型６気筒の筒内噴射型ガソリンエンジン（以下「エンジン」と略す）２及びその電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）４の概略構成を示している。ただし、図１では１つの気筒の構成を中心として示している。
【００１９】
図２の排気系概略図に示すように、エンジン２は２つのバンク２ａ，２ｂからなり、バンク２ａには第１気筒♯１、第３気筒♯３、第５気筒♯５が設けられ、バンク２ｂには第２気筒♯２、第４気筒♯４、第６気筒♯６が設けられている。なお、各気筒の番号♯１〜♯６はエンジン２における点火順序を示している。
【００２０】
各バンク２ａ，２ｂからそれぞれ異なる排気通路３２ａ，３２ｂに沿って、空燃比センサ４４ａ，４４ｂ、排気浄化触媒としてのスタートキャタリスト３８ａ，３８ｂ及び上流側酸素センサとしての第１酸素センサ４６ａ，４６ｂが配列されている。そして、第１酸素センサ４６ａ，４６ｂの下流では２本の排気通路３２ａ，３２ｂは１本に集合して合流排気通路３２に接続され、合流排気通路３２にＮＯｘ吸蔵還元触媒４０が設けられるとともに、２つのバンク２ａ，２ｂに共用されている下流側酸素センサとしての第２酸素センサ４８が１つ設けられている。そして、第２酸素センサ４８の下流では排気通路３２ａ，３２ｂは再び２本に分かれて、排気は各マフラー５０ａ，５０ｂを介して外部に排出されている。
【００２１】
図１に示すように、エンジン２の出力は変速機（図示略）を介して最終的に車輪に走行駆動力として伝達される。エンジン２には各気筒の燃焼室１０内に燃料を直接噴射する燃料噴射バルブ１２と、この噴射された燃料に点火する点火プラグ１４とがそれぞれ設けられている。燃焼室１０に接続している吸気ポート１６は吸気バルブ１８の駆動により開閉される。吸気ポート１６に接続された吸気通路２０の途中にはサージタンク２２が設けられ、サージタンク２２の上流側にはスロットルモータ２４によって開度が調節されるスロットルバルブ２６が設けられている。このスロットルバルブ２６の開度（スロットル開度ＴＡ）により吸入空気量が調整される。スロットル開度ＴＡはスロットル開度センサ２８により検出され、サージタンク２２内への吸入空気量ｇａは吸入空気量センサ３０により検出されて、ＥＣＵ４に読み込まれている。
【００２２】
各燃焼室１０に接続している排気通路３２ａ，３２ｂは排気バルブ３４の駆動により開閉される。排気通路３２ａ，３２ｂの途中にはエンジン始動時に多量に放出される炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）成分を除去するための酸素貯蔵能力を有する三元触媒であるスタートキャタリスト３８ａ，３８ｂが設けられ、下流には排気浄化触媒であるＮＯｘ吸蔵還元触媒４０が設けられている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０は混合気が理論空燃比よりもリーンな状態で燃焼したとき、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵する。そして、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されたＮＯｘは、混合気を理論空燃比よりもリッチな状態で燃焼させたとき、排気中の炭化水素（ＨＣ）によって窒素（Ｎ２　）に還元される。
【００２３】
スタートキャタリスト３８ａ，３８ｂの上流側に設けられた空燃比センサ４４ａ，４４ｂは排気成分から空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する。スタートキャタリスト３８ａ，３８ｂとＮＯｘ吸蔵還元触媒４０との間に設けられた第１酸素センサ４６ａ，４６ｂは排気成分中の酸素濃度を検出して電気信号を出力する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０の下流に設けられた第２酸素センサ４８は排気成分中の酸素濃度を検出して電気信号を出力するとともに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されたＮＯｘの濃度を検出して電気信号を出力する。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０には触媒の温度（床温）を検出する温度センサ６０が設けられている。
【００２４】
ＥＣＵ４はデジタルコンピュータを中心として構成されているエンジン制御回路である。このＥＣＵ４は、スロットル開度センサ２８及び吸入空気量センサ３０以外に、アクセルペダル５１の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ５２からの信号を入力している。更に、ＥＣＵ４は、クランク軸５４の回転からエンジン回転速度ＮＥを検出するエンジン回転数センサ５８、空燃比センサ４４ａ，４４ｂ、第１酸素センサ４６ａ，４６ｂ及び第２酸素センサ４８、温度センサ６０からそれぞれ信号を入力している。尚、このようなセンサ以外にも、図示省略しているが、車速センサなどのエンジン制御に必要なセンサが設けられている。
【００２５】
ＥＣＵ４は、上述した各種センサからの検出内容に基づいて、エンジン２の燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期及びスロットル開度ＴＡを適宜制御する。そして、ＥＣＵ４は、エンジン２における混合気の燃焼形態を、機関運転状態に応じて混合気を理論空燃比で燃焼させるストイキ燃焼と、同混合気を理論空燃比よりもリーンな状態で燃焼させるリーン燃焼との間で切り換える。例えば、エンジン２の運転状態が高回転高負荷領域（ストイキ燃焼領域）にあるときには、ストイキ燃焼運転を実行して必要な機関出力が得られるようにする。また、エンジン２の運転状態が低回転低負荷領域（リーン燃焼領域）にあるときには、リーン燃焼運転を実行してエンジン２の燃費改善を図るようにする。なお、エンジン２の燃焼形態は、必ずしも上記のようにエンジン２の運転領域に応じて決定されるとは限らない。例えば、エンジン２の始動直後など通常と異なる機関運転状態にあるときには、エンジン２の運転状態が低回転低負荷領域（リーン燃焼領域）にあっても、リーン燃焼運転ではなくストイキ燃焼運転が実行されることとなる。
【００２６】
例えば、リーン燃焼運転においては、燃料噴射時期は圧縮行程後期に設定される。従って、点火時において点火プラグ１４近傍の混合気のみが部分的に点火可能な可燃混合気状態となる。また、この場合の混合気の平均的な空燃比（Ａ／Ｆ）は各気筒♯１〜♯６とも一律にストイキ空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．５）よりもリーン（例えばＡ／Ｆ＝２５〜５０）に設定される。
【００２７】
また、ストイキ燃焼運転においては、燃料噴射時期は吸気行程中に設定される。従って、点火時での燃焼室１０内における空燃比は略均一になり、その混合気の空燃比は各気筒♯１〜♯６とも一律にストイキ空燃比近傍に設定される。
【００２８】
ところで、エンジン２のリーン燃焼運転中には、排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されるため、同触媒４０に吸蔵されるＮＯｘの量（ＮＯｘ吸蔵量）が徐々に多くなる。ＥＣＵ４は、機関運転状態に基づき現在のＮＯｘ吸蔵量を推定し、この推定されるＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ吸蔵容量に達すると、混合気の空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチな状態（例えば「１２」）にするリッチスパイク制御を実行する。このリッチスパイク制御に伴う混合気のリッチ燃焼により、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されたＮＯｘが排気中のＨＣ，ＣＯ等によってＮ２　に還元され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０でのＮＯｘ吸蔵能力が回復する。
【００２９】
次に本実施の形態において、ＥＣＵ４により実行される制御のうち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０におけるＮＯｘ吸蔵容量算出処理について説明する。図４はＮＯｘ吸蔵容量算出の処理手順を示すフローチャートである。この処理は短時間周期で繰り返し実行される。
【００３０】
尚、図３はＥＣＵ４内のスタンバイＲＡＭ内に記憶されている床温領域毎のＮＯｘ吸蔵容量を表すマップｆｎｏｘｍｘを表している。このＮＯｘ吸蔵容量マップｆｎｏｘｍｘは、床温領域を複数（図３の例では７つ）に分けて、各床温領域毎にＮＯｘ吸蔵容量ｍｘ（１）〜ｍｘ（７）を備えている。
【００３１】
ＮＯｘ吸蔵容量算出処理（図４）が開始されると、まずステップ１１０においてＮＯｘ吸蔵還元触媒４０の床温ｔｍｐが、温度センサ６０の検出結果に基づいて算出される。
【００３２】
次に、ステップ１２０においてエンジン２がアイドル運転状態かどうか又は定常運転状態かどうかが判定される。エンジン２がアイドル運転状態である場合、又は定常運転状態である場合には燃料噴射量に変化がなく、排気温度の変化もないと考えられるためである。エンジン２がアイドル運転状態でない又は定常運転状態でないと判定されると（ステップ１２０：ＮＯ）、本処理を一旦終了する。エンジン２がアイドル運転状態である又は定常運転状態であると判定されると（ステップ１２０：ＹＥＳ）、ステップ１３０に進む。すなわち、図５の時刻ｔ０においてエンジン２が定常運転状態であると判定されると、燃焼モードは成層燃焼に切り替えられ、リッチスパイク制御は禁止される。燃焼モードが成層燃焼に切り替えられることにより、排気空燃比がリーンになり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０にＮＯｘが吸蔵される。
【００３３】
ステップ１３０ではＮＯｘセンサ（第２酸素センサ４８）の出力が飽和したかどうかが判定される。このＮＯｘセンサ出力の飽和の検出は、図５の時刻ｔ１にてＮＯｘセンサの出力が所定値に達した後、ＥＣＵ４に内蔵された飽和検出カウンタが所定時間の経過を計測した時刻ｔ２に飽和したと判定される。ＮＯｘセンサの出力が飽和していないと判定されると（ステップ１３０：ＮＯ）、本処理を一旦終了する。一方、ＮＯｘセンサの出力が飽和したと判定されると（ステップ１３０：ＹＥＳ）、処理はステップ１４０に進む。
【００３４】
ステップ１４０では、空燃比センサ４４ａ，４４ｂの検出信号に基づいて排気空燃比がストイキ空燃比（理論空燃比）よりも若干リッチ側となるように燃料噴射量のリッチ増量係数が調整される。すなわち、図５の時刻ｔ２において燃焼モードはリッチ制御に切り替えられ、これにより、排気空燃比がリッチになり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に還元剤ＨＣが吸蔵される。
【００３５】
次に、ステップ１５０において、第１酸素センサ４６ａ，４６ｂによってリッチ空燃比が検出された時点ｔ３から第２酸素センサ４８によってリッチ空燃比が検出された時点ｔ４までの期間βを算出する。なお、この期間の算出において、スタートキャタリスト３８ａ，３８ｂまでの排気ガスの遅れ時間ａ及びＮＯｘ吸蔵還元触媒４０までの遅れ時間ｂを考慮する必要があるとともに、スタートキャタリスト３８ａ，３８ｂに吸蔵された酸素が消費される時間αを考慮する必要がある。図５に示すように、遅れ時間ａはリッチ制御が開始された時刻ｔ２から第１酸素センサ４６ａ，４６ｂによってリッチ空燃比が検出された時点ｔ３までの時間から時間αを減ずることにより求めることができる。図５に示すように、遅れ時間ｂは一旦リッチ制御を止め、時刻ｔ５において再度前記と同様のリッチ制御を開始して第２酸素センサ４８によってリッチ空燃比を検出しておく。この後、時点ｔ６においてリッチ制御を停止し、第２酸素センサ４８によってリーン空燃比が検出された時点ｔ７までの時間を計測することにより求めることができる。従って、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されたＮＯｘを還元するための正確な期間は（β−ｂ＋ａ）となり、この期間に基づいて現在の床温に対応する床温領域のＮＯｘ吸蔵容量を算出することができる。このように算出されたＮＯｘ吸蔵容量は図３において該当する床温領域のＮＯｘ吸蔵容量として更新される。
【００３６】
次のステップ１６０においてそのときの排気ガス流量、すなわち吸入空気量ｇａに基づいて図６に示されるマップを参照してＮＯｘ吸蔵還元触媒４０のＮＯｘ吸蔵割合ｅｋｇａが算出される。
【００３７】
そして、ステップ１７０において、現在の触媒床温ｔｍｐを用いて、図３に示したＮＯｘ吸蔵容量マップｆｎｏｘｍｘから該当床温でのＮＯｘ吸蔵容量ｅｎｏｘｍｘが算出される。ステップ１７０では、床温ｔｍｐが各床温領域の代表温度ｔｍｐ（１）〜ｔｍｐ（７）に対していずれの位置関係にあるかを求め、この位置関係からＮＯｘ吸蔵容量ｍｘ（１）〜ｍｘ（７）を用いた補間計算により、ＮＯｘ吸蔵容量ｅｎｏｘｍｘを求めている。例えば図３に示したごとく床温ｔｍｐが「ｔｍｐｘ」であった場合には、ＮＯｘ吸蔵容量ｍｘ（４）とＮＯｘ吸蔵容量ｍｘ（５）とを用いて補間計算し、ＮＯｘ吸蔵容量ｅｎｏｘｍｘとして「ｍｘｙ」を求める。そして、このように算出されたｍｘｙに前のステップ１６０にて算出されたＮＯｘ吸蔵割合ｅｋｇａを乗ずることにより、ＮＯｘ吸蔵容量ｅｎｏｘｍｘが算出される。
【００３８】
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
・　本実施形態では、第１酸素センサ４６ａ，４６ｂによってリッチ空燃比が検出された時点から第２酸素センサ４８によってリッチ空燃比が検出された時点までの期間に基づいてＮＯｘ吸蔵容量を算出するようにしている。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０のＮＯｘ吸蔵容量を正確に捉えることができ、このＮＯｘ吸蔵容量に基づいて適切な時期にリッチスパイク制御を実行してＮＯｘ吸蔵還元触媒４０のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができ、好適に排気浄化を行うことができる。
【００３９】
・　また、本実施形態では、実行してＮＯｘ吸蔵還元触媒４０のＮＯｘ吸蔵容量の算出に際してストイキ空燃比よりも若干リッチ側となるようなリッチ制御を行うようにしているので、このときにエミッションの悪化を抑制することができる。
【００４０】
・　さらに、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の床温領域毎に床温対応ＮＯｘ吸蔵容量を設定するようにしているので、床温領域が異なればＮＯｘ吸蔵容量を床温に応じて切り替えることにより、適切なＮＯｘ吸蔵容量を得ることができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の床温に対応した排気浄化を行うことができる。
【００４１】
・　また、本実施形態では、排気ガス流量に応じて床温対応ＮＯｘ吸蔵容量を補正するので、適切な時期にリッチスパイク制御を行うことができ、ＮＯｘの大気放出を抑制しつつ、排気浄化を好適に行うことができる。
【００４２】
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
・　前記実施形態においては、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０の上流において、排気通路３２ａ，３２ｂにスタートキャタリスト３８ａ，３８ｂを設けた構成としたが、スタートキャタリスト３８ａ，３８ｂを省略した構成の内燃機関に具体化してもよい。この場合には、還元剤の供給開始時点から第２酸素センサ４８によってリッチ空燃比が検出されるまでの期間に基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵容量を算出するようにすればよい。
【００４３】
・　前記実施形態においては、筒内噴射型エンジンを使用したが吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型エンジンにも適用できる。この構成の場合には成層燃焼の代わりにリーン燃焼が行われ、このリーン燃焼時にＮＯｘ吸蔵還元触媒に対してＮＯｘが吸蔵される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のエンジンの概略構成図。
【図２】実施形態のエンジン排気系の概略構成図。
【図３】ＥＣＵが記憶するＮＯｘ吸蔵容量マップｆｎｏｘｍｘの構成説明図。
【図４】同じくＮＯｘ吸蔵容量の算出処理のフローチャート。
【図５】実施形態の処理の一例を示すタイミングチャート。
【図６】吸入空気量とＮＯｘ吸蔵割合との関係を示すマップ。
【符号の説明】
２…エンジン、４…還元制御手段、吸蔵容量算出手段、容量データ保持手段及び吸蔵容量設定手段としてのＥＣＵ、１０…燃焼室、１１…（特開平、１２…燃料噴射バルブ、１４…点火プラグ、１６…吸気ポート、１８…吸気バルブ、２０…吸気通路、２２…サージタンク、２４…スロットルモータ、２６…スロットルバルブ、２８…スロットル開度センサ、３０…吸入空気量センサ、３２…合流排気通路、３２ａ，３２ｂ…排気通路、３４…排気バルブ、３８ａ，３８ｂ…スタートキャタリスト、４０…ＮＯｘ吸蔵還元触媒、４４ａ，４４ｂ…空燃比センサ、４６ａ，４６ｂ…第１酸素センサ、４８…飽和検出手段及び下流側酸素センサとしての第２酸素センサ、５０…アクセルペダル、５２…アクセル開度センサ、５４…クランク軸、５８…エンジン回転数センサ、６０…床温検出手段としての温度センサ。

Claims

内燃機関の排気通路に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元触媒を備え、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘの量がＮＯｘ吸蔵容量に達したことに基づいて排気空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイク制御を実行することにより、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元してそのＮＯｘ吸蔵能力を回復させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流において前記排気ガス中の酸素濃度を検出する下流側酸素センサと、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量が飽和したことを検出する飽和検出手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵量の飽和状態の検出に基づいて排気空燃比をストイキ空燃比よりも若干リッチ側となるように制御して還元剤を供給する還元制御手段と、
前記還元剤の供給開始時点から前記下流側酸素センサによってリッチ空燃比が検出された時点までの期間に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵容量を算出する吸蔵容量算出手段と、
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１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路には前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流に酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒と前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒との間に設けられ、かつ、排気ガス中の酸素濃度を検出する上流側酸素センサとが備えられ、
前記吸蔵容量算出手段は、前記還元制御手段による還元剤の供給開始後において前記上流側酸素センサによってリッチ空燃比が検出された時点から前記下流側酸素センサによってリッチ空燃比が検出された時点までの期間に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵容量を算出する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
更に、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の床温を複数の領域に分け、各領域毎にＮＯｘ吸蔵容量のデータを保持する容量データ保持手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の床温を検出する床温検出手段と、
前記容量データ保持手段が保持している床温領域毎のＮＯｘ吸蔵容量に基づいて、前記床温検出手段にて検出された床温に対応するＮＯｘ吸蔵容量を床温対応ＮＯｘ吸蔵容量として設定する吸蔵容量設定手段と、
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３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記吸蔵容量設定手段は、前記排気通路における排気ガス流量に応じて前記床温対応ＮＯｘ吸蔵容量を補正する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関が、それぞれＮＯｘ吸蔵還元触媒を有する複数バンクを備えるとともに、該複数バンクにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流において排気ガス中の酸素濃度を検出する下流側酸素センサを共用する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。