JP2006070732A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の燃焼状態を制御して内燃機関から排出される排気の空燃比をリッチ状態とすることでＮＯｘの浄化を行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、より高いＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ浄化のための燃料消費量の抑制とを両立する。
【解決手段】 排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ状態にするとともに、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気の空燃比がストイキよりリッチ側の空燃比となったときｔ１から所定時間Δｔ経過したときｔ２に排気空燃比のリッチ状態を中止することで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを浄化する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内燃機関の排気に含まれるＮＯｘを浄化する排気浄化システムに関する。

内燃機関における燃料の燃焼によって生成されるＮＯｘを浄化するために、いわゆるＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という。）が用いられる。ＮＯｘ触媒は、排気の空燃比がリーン状態であるときは排気中のＮＯｘを触媒内へ吸蔵し、排気の空燃比がストイキ又はリッチ状態となると吸蔵されていたＮＯｘを放出する性質を有している。そこで、排気の酸素濃度がリーン状態のときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、その後排気中に、還元剤である燃料を供給し排気中の酸素濃度を低下させて吸蔵されていたＮＯｘを放出させて、且つ該燃料によってＮＯｘを還元、浄化する。

ここで、ＥＧＲ装置によって再循環される排気量を、煤の発生量のピーク時における再循環排気量よりも多くすることで、該燃焼室内の燃焼状態を煤の発生量を抑制する低温燃焼状態として、排気空燃比をリッチ状態とする。そして、その低温燃焼によってリッチ状態となった排気を利用して、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元、浄化する技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。この技術においては、ＮＯｘの浄化時に、排気通路に設けられた空燃比検出手段が排気の空燃比がリッチ状態であることを検出しないときは、燃焼室内をよりリッチな状態にすべく低温燃焼状態が補正される。
特許第３４２４５７８号 特許第３４０５１９７号 特許第３４２７７３１号

内燃機関の燃焼状態を制御して、内燃機関から排出される排気の空燃比をリッチ状態とすることで、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元、浄化することが可能である。しかし、内燃機関の燃焼状態を制御してＮＯｘの浄化を行う場合、ＮＯｘ触媒に還元剤としての燃料を供給しなければならない一方で、内燃機関に要求される機関出力も発揮しなければならない。そのため、ＮＯｘ触媒に必要以上の量の燃料を供給し燃料消費量が増加する虞がある。

本発明では、上記した問題に鑑み、内燃機関の燃焼状態を制御して内燃機関から排出される排気の空燃比をリッチ状態とすることでＮＯｘの浄化を行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、より高いＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ浄化のための燃料消費量の抑制とを両立することを目的とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、ＮＯｘ触媒に供給された排気の空燃比がストイキよりリッチ側の空燃比となっている時間に着目した。ＮＯｘ触媒に供給された排気の空燃比がストイキよりリッチとなっているときは、ＮＯｘ触媒において吸蔵されたＮＯｘの還元、浄化が行われているが、その際のＮＯｘの浄化率は一定ではなく、所定の時間を経過した後はＮＯｘ浄化率の上昇が鈍くなり、結果的にＮＯｘ浄化の効果の低下に伴いＮＯｘ浄化に要する燃料消費量が増加する。

そこで、本発明は、内燃機関の排気浄化システムであって、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流に設けられ、排気空燃
比を検出する排気空燃比検出手段と、前記内燃機関の燃焼状態を制御して、該内燃機関から排出される排気の空燃比をリッチ状態とする排気空燃比制御手段と、前記排気空燃比制御手段によって排気空燃比をリッチ状態にするとともに、前記排気空燃比検出手段によって排気空燃比がストイキよりリッチ側の空燃比となるのが検出されてから所定時間経過したときに該排気空燃比制御手段による排気空燃比のリッチ状態を中止するＮＯｘ浄化手段と、を備える。

上記の内燃機関の排気浄化システムにおいては、主に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）によって、排気に含まれるＮＯｘが浄化される。ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの浄化は、排気の空燃比がリーン状態であるときは排気中のＮＯｘを触媒内へ吸蔵し、排気の空燃比がストイキ又はリッチ状態となると吸蔵されていたＮＯｘを放出させて排気中の還元剤（燃料成分）によってＮＯｘを還元することで行われる。

そして、該排気浄化システムでは、排気空燃比制御手段による排気空燃比のリッチ状態化をＮＯｘ浄化手段が制御することで、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ状態として、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの浄化が行われる。この排気空燃比制御手段による排気空燃比のリッチ状態化は、内燃機関の燃焼室での燃焼状態を制御することで行われる。この燃焼状態の制御とは、例えば燃料噴射弁からの燃料噴射量、燃料噴射時期、着火時期、点火時期、更には吸気量、再循環排気量、吸排気弁の開弁時期等の燃焼状態に関係するパラメータを制御することで、内燃機関の燃焼状態を制御することをいう。

このように排気空燃比制御手段によって内燃機関の燃焼状態を制御して排気の空燃比をリッチ状態とし、もってＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの浄化を行うとき、内燃機関の燃焼室における燃焼は、内燃機関に要求された機関出力の発揮とＮＯｘの浄化のための排気のリッチ状態化の二つの目的を同時に達成する必要がある。そのため、ＮＯｘの浄化のために必要な排気のリッチ状態化を適正に行うことが困難であり、過度に排気のリッチ状態化が成されてＮＯｘ浄化のための燃料消費量が増加したりする虞がある。

ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化では、先ず排気空燃比制御手段によって排気の空燃比をリッチ状態とする。これにより、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が徐々にリッチ状態となる。そして、ＮＯｘ触媒から流出する排気の空燃比がストイキよりリッチ側の空燃比となるとき、還元剤としての燃料と吸蔵されていたＮＯｘとの反応が効率的に行われＮＯｘの浄化が進行する。

ここで、排気空燃比制御手段による排気空燃比のリッチ状態化を長期間にわたって継続すれば、最終的にはＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘをほぼ還元、浄化することは可能である。しかし、排気空燃比のリッチ状態化を長期間にわたって継続した場合、該リッチ状態化に要する燃料量は増える一方で、ＮＯｘ浄化率（全ＮＯｘ吸蔵量に対する還元、浄化されたＮＯｘ量の比率）は該燃料量に比例して増えず、その増加率は鈍化していく。

そこで、ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化では、排気空燃比制御手段によって排気の空燃比をリッチ状態した後、排気空燃比検出手段によって排気空燃比がストイキよりリッチ側の空燃比となるのが検出されてから所定時間経過したときに排気空燃比のリッチ状態化を中止する。ここでいう所定時間とは、排気空燃比制御手段による排気空燃比のリッチ状態化が行われているときの単位燃料消費量あたりのＮＯｘ浄化率が最大となる、リッチ状態化の継続時間であり、これより長い時間排気空燃比のリッチ状態化を継続しても単位燃料消費量あたりのＮＯｘ浄化率は低下する。換言すると、排気空燃比制御手段による排気空燃比のリッチ状態化を所定時間を超えて行うと、ＮＯｘ浄化率は徐々には増加はするが、ＮＯｘ浄化に要する燃料量が顕著に増加するため、より高いＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ浄化のための燃料消費量の抑制との両立が困難となる。この所定時間は、経験的に内燃機関
の機関負荷や機関回転速度に影響されず、概ね一定の値であることが分かっている。そこで、予め実験等で、所定時間の値は決定しておくのが好ましい。

以上より、ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化においては、排気空燃比検出手段によって検出される排気空燃比の動きと前記所定時間とから、定常的に、より高いＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ浄化のための燃料消費量の抑制との両立を図ることが可能となる。

ここで、前記所定時間は、前記排気空燃比制御手段によって排気空燃比がリッチ状態とされるときの、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの浄化率と、該排気空燃比制御手段によって排気空燃比をリッチ状態とするために要する燃料量の増加率との関係から決定されるようにしてもよい。即ち、所定時間の決定に際して、ＮＯｘ浄化率と燃料量の増加率との関係を実験等で測定し、その測定結果に基づいて所定時間を決定すればよい。

また、前記所定時間は、前記排気空燃比制御手段によって排気空燃比がリッチ状態とされ続ける継続時間に対する前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの浄化率の比率の変動に基づいて決定されるようにしてもよい。排気空燃比制御手段によって排気空燃比がリッチ状態とされ続ける継続時間は、結果的に排気空燃比をリッチ状態化するのに要する燃料量と概ね比例的な関係にある。そこで、所定時間の決定に際して、該継続時間とＮＯｘ浄化率との関係を実験等で測定し、その測定結果に基づいて所定時間を決定すればよい。例えば、通常、該継続時間が長くなるに従いＮＯｘ浄化率は増加するが、該継続時間がある時点より長くなるとＮＯｘ浄化率の増加の程度が低下する場合は、そのある時点までの時間を所定時間とすればよい。

上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記内燃機関から排出される排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ装置を、更に備えるとき、前記排気空燃比制御手段は、前記内燃機関からの排気が前記ＥＧＲ装置によって再循環されて該内燃機関の燃焼室に供給されることで増加する煤の発生量のピーク時における再循環排気量よりも、該燃焼室への再循環排気量を多くして、該燃焼室内の燃焼状態を煤の発生量を抑制する低温燃焼状態とすることで、該内燃機関から排出される排気の空燃比をリッチ状態としてもよい。

ここで、低温燃焼状態とは、燃焼室内に供給される再循環排気量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって、煤がほとんど発生しなくなる燃焼状態である。排気空燃比制御手段によって内燃機関での燃焼状態が低温燃焼状態とされると、燃焼室内での煤の発生やＮＯｘの発生が抑制されるとともに、排気中の一酸化炭素量や未燃燃料量が増加する。これにより、排気の空燃比をリッチ状態とすることが可能になる。一方で、排気中の未燃燃料量が増加するため、同一の運転負荷に対する燃料消費量は増加する。

また、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを浄化するとき、前記ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化を所定回数繰り返し行ってもよい。ここでいう所定回数とは、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを浄化するために必要とされる、ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化の頻度である。

ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化は、上述したように排気空燃比検出手段によって排気空燃比がストイキよりリッチ側の空燃比になるのが検出されてから所定時間経過後に中止されるため、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを一回のＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化で十分に浄化できない可能性がある。そこで、ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化を所定回数繰り返すことで、より高いＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ浄化のための燃料消費量の抑制との両
立を図りつつ、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの浄化を可及的に十分に行う。このようにすることで、排気空燃比制御手段によって継続的に排気空燃比をリッチ状態化する場合と比べて、より少ない燃料量でＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの浄化を行うことが可能となる。

内燃機関の燃焼状態を制御して内燃機関から排出される排気の空燃比をリッチ状態とすることでＮＯｘの浄化を行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、より高いＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ浄化のための燃料消費量の抑制とを両立することが可能となる。

ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明が適用される圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」という。）１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式内燃機関である。また、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。燃料噴射弁３は、所定圧に加圧された燃料を貯留する蓄圧室４と接続されている。内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、吸気ポートを介して燃焼室に接続される。同様に、内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管は排気ポートを介して燃焼室に接続される。ここで、吸気ポートおよび排気ポートには、各々吸気弁および排気弁が設けられている。

また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。吸気管８の上流部には吸気管８を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータ９が設けられ、更にその下流には、吸気管８内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。

吸気絞り弁１０の下流側の吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する過給機１６のコンプレッサ側が設けられ、排気枝管１２には過給機１６のタービン側が設けられている。過給機１６はいわゆる可変容量型過給機であって、その内部に可動式のノズルベーンを有し、該ノズルベーンの開度を調整することで、過給機１６による過給圧が制御される。過給機１６より下流の吸気管８には、過給機１６によって加圧されて高温となった吸入空気を冷却するためのインタークーラ１５が設けられている。また、過給機１６のタービン側は、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラーに接続されている。そして、排気管１３の途中には、いわゆる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ触媒１４が設けられている。更に、ＮＯｘ触媒１４の下流側の排気管１３には、排気管１３内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁１７が設けられている。この排気絞り弁１７には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁１７を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ１８が取り付けられている。

更に、内燃機関１には、ＥＧＲ装置２１が設けられている。ＥＧＲ装置２１は排気管１３を流れる排気の一部を吸気管８へ再循環させる。ＥＧＲ装置２１は、主に、ＮＯｘ触媒１４と排気絞り弁１７との間に位置する排気管１３（上流側）から、吸気絞り弁１０と過給機１６のコンプレッサ側との間に位置する吸気管８（下流側）へ延出しているＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲ通路２２上に上流側から順に設けられたＥＧＲガス冷却用のＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲガスの流量調整用のＥＧＲ弁２４と、から構成される。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。

ここで、燃料噴射弁３は、ＥＣＵ２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、燃料噴射弁３からの燃料噴射時期および燃料噴射量が、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度等の運転状態に応じて、噴射弁毎に制御される。また、ＥＧＲ弁２４の開度やアクチュエータ１１、１８を介して吸気絞り弁１０、排気絞り弁１７の開度等も、ＥＣＵ２０からの指令に従って制御される。

更に、アクセル開度センサ３１がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ３０がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度や、該機関回転速度とギア比等から内燃機関１が搭載されている車両の車両速度等を算出する。

更に、ＮＯｘ触媒１４から流出した排気の空燃比を検出する排気空燃比センサ３２が、ＮＯｘ触媒１４の下流側に設けられ、ＥＣＵ２０と電気的に接続されている。これによりＥＣＵ２０は、ＮＯｘ触媒１４に供給された排気の空燃比を取得する。

図１のように構成される内燃機関１の排気浄化システムでは、排気の空燃比がリーン状態であるときは、ＮＯｘ触媒１４によって排気中のＮＯｘが触媒内へ吸蔵される。また、排気の空燃比がストイキ又はリッチ状態となるとＮＯｘ触媒１４に吸蔵されていたＮＯｘが放出され、排気中の燃料が還元剤として作用し、ＮＯｘが還元、浄化される。

ここで、内燃機関１においては、ＮＯｘ触媒１４に吸蔵されているＮＯｘを還元、浄化するために、内燃機関１の燃焼状態を制御することでＮＯｘ触媒１４に流入する排気の空燃比をリッチ状態とする。その一例として、内燃機関１では気筒２内の燃焼室でいわゆる低温燃焼を行う。低温燃焼を行うには、ＥＣＵ２０によってＥＧＲ弁２４の開度が制御され、燃焼室内に供給される再循環排気量が、煤の発生量がピークに達する再循環排気量よりも増大される。これによって、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなるとともに、排気中の一酸化炭素量や未燃燃料成分量が増加し排気の空燃比がリッチ状態となる。

しかし、このように内燃機関１の燃焼状態を制御することで、ＮＯｘ触媒１４に吸蔵されたＮＯｘの還元、浄化を行う場合、燃料噴射弁３から噴射された燃料の一部は機関出力の発揮に供される一方で、残りがＮＯｘ触媒１４へ供給される。そのため、ＮＯｘの還元、浄化に供される燃料量を正確に制御することが困難となり、ＮＯｘ浄化に要する燃料量が過度に増加したりする場合がある。

そこで、図２、３、４に示すＮＯｘ浄化率の推移等に基づいて、より高いＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ浄化のための燃料消費量の抑制とを両立する排気浄化に基づいて説明する。図２の横軸は、ＮＯｘ浄化のために低温燃焼を行うことで、ＮＯｘ触媒１４にリッチ状態の排気が供給される時間である有効リッチ時間を表し、縦軸はＮＯｘ触媒１４に吸蔵されたＮＯｘの浄化率を表す。尚、図２中、線Ｌ１と線Ｌ２は、それぞれ白金の含有量が異なるＮＯｘ触媒１４におけるＮＯｘ浄化率の推移を表し、線Ｌ１に示されるＮＯｘ触媒１４の白金の含有量が線Ｌ２の場合よりも多い。

本実施例においては、有効リッチ時間が約１秒を境にして、有効リッチ時間に対するＮＯｘ浄化率の増加量が低下する。このことは、有効リッチ時間を、約１秒より長く設定した場合、ＮＯｘ浄化率は徐々に増加するがその増加の程度は低いため、却ってＮＯｘ浄化に要する燃料量の増加が顕著となることを意味する。

この点をより明確に示しているのが図３および図４である。図３および図４は、内燃機関１の運転状態が、それぞれ中負荷状態、低負荷状態の時の、有効リッチ時間に対する、ＮＯｘ浄化率と燃費悪化率との比率の推移を示している。ここで、燃費悪化率とは、ＮＯｘ浄化のために低温燃焼を行うのに要する燃料量の増加率である。従って、ＮＯｘ浄化率と燃費悪化率との比率が高くなるに従い、より少ない燃料量でより高いＮＯｘ浄化率を発揮することを意味している。

ここで、図３中の線Ｌ３と線Ｌ４、および図４中の線Ｌ５と線Ｌ６は、それぞれ白金の含有量が異なるＮＯｘ触媒１４におけるＮＯｘ浄化率と燃費悪化率との比率の推移を表す。そして、線Ｌ３に示されるＮＯｘ触媒１４の白金の含有量が線Ｌ４の場合よりも多く、線Ｌ５に示されるＮＯｘ触媒１４の白金の含有量が線Ｌ６の場合よりも多い。図３および図４に示すように、内燃機関１の負荷状態にかかわらず、更に白金の含有量にかかわらず、有効リッチ時間が約１秒程度である状態において、ＮＯｘ浄化率と燃費悪化率との比率がピーク値を迎え、より少ない燃料量でより高いＮＯｘ浄化率が発揮されている。

そこで、図２、３、４に示すＮＯｘ浄化率の推移等を基に、図５のタイムチャートに示す低温燃焼によるＮＯｘ浄化のための排気空燃比の制御を行う。図５（ａ）は、内燃機関１における低温燃焼の実行（ＯＮ）と中止（ＯＦＦ）を示す。そして、図５（ａ）の低温燃焼が行われるときの排気空燃比センサ３２によって検出される排気空燃比の推移が、図５（ｂ）に示される。

時刻ｔ０において低温燃焼が開始される。これにより、排気の空燃比が徐々にリッチ側に移行していく。その後、排気空燃比が一時的にストイキに停滞する。これはＮＯｘ触媒１４が有する酸素ストレージ機能に依る。そして、時刻ｔ１において、排気空燃比がストイキよりリッチ側に移行する。この時点から、ＮＯｘ触媒１４に吸蔵されたＮＯｘが効率的に還元、浄化されていき、従って、時刻ｔ１が上記の有効リッチ時間の開始時刻となる。

そして、排気空燃比がストイキよりリッチ側の空燃比となっている時間Δｔを、上記したＮＯｘ浄化率と燃費悪化率との比率がピーク値となる時間（本実施例においては、約１秒）とし、時刻ｔ１からΔｔ経過した時刻ｔ２に、低温燃焼を中止する。このようにすることで、より少ない燃料量でより高いＮＯｘ浄化率を発揮する状態でＮＯｘの浄化を行い得る。

ここで、図６に、上述した有効リッチ時間に基づいた排気中のＮＯｘ浄化に関する制御（以下、「ＮＯｘ浄化制御」という。）のフローチャートを示す。尚、本実施例におけるＮＯｘ浄化制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。

Ｓ１０１では、ＮＯｘ触媒１４に吸蔵されたＮＯｘ量が基準量を越えたか否かが判定される。この基準量は、ＮＯｘ触媒１４に吸蔵されたＮＯｘ量が多いために、ＮＯｘ触媒１４によって十分にＮＯｘの吸蔵を行えない状態となる虞があることを判断するための閾値である。また、ＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵量は、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度等の運転履歴から推定される。Ｓ１０１でＮＯｘ触媒１４に吸蔵されたＮＯｘ量が基準量を越えたと判定されるとＳ１０２へ進み、一方でＮＯｘ触媒１４に吸蔵されたＮＯｘ量が
基準量を越えていないと判定されると本制御を終了する。

Ｓ１０２では、ＮＯｘ浄化のための低温燃焼が開始される。この時点が図５に示す時刻ｔ０に対応する。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。

Ｓ１０３では、排気空燃比センサ３２によって検出される排気空燃比が、ストイキよりリッチ側の空燃比となってから経過した時間が、上述のＮＯｘ浄化率と燃費悪化率との比率がピーク値となる所定時間に到達したか否かが判定される。本実施例の場合は、図２、３、４に示すＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ浄化率等の特性から所定時間を１秒と設定する。Ｓ１０３で該経過時間が所定時間に到達したと判定されるとＳ１０４へ進み、一方で該経過時間が所定時間に到達していないと判定されるとＳ１０３の処理が再び行われる。

Ｓ１０４では、ＮＯｘ浄化のために行われていた低温燃焼を中止する。この時点が図５に示すｔ２に対応する。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。

Ｓ１０５では、ＮＯｘ浄化のための低温燃焼が所定回数実行されたか否かが判定される。尚、Ｓ１０２で低温燃焼が開始されＳ１０４でその低温燃焼が中止されることで一回の低温燃焼が実行されたものと扱われる。一回の低温燃焼においては、より高いＮＯｘ浄化率と、該ＮＯｘ浄化に要する燃料量の抑制を両立するために、低温燃焼が継続される時間が所定時間（１秒）によって制限される。そのため、一回の低温燃焼ではＮＯｘ触媒１４に吸蔵されているＮＯｘを十分に還元、浄化することが困難である。そこで、ＮＯｘ吸蔵量に応じた所定回数、低温燃焼を行うことで、より高いＮＯｘ浄化率と、該ＮＯｘ浄化に要する燃料量の抑制を両立しつつ、ＮＯｘ触媒１４に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元、浄化し得る。

尚、上記の実施例においては、ＮＯｘ浄化のための排気空燃比のリッチ状態化に、内燃機関１の燃焼状態を低温燃焼状態としているが、その代わりに燃料噴射弁３からの燃料噴射量、燃料噴射時期、吸気絞り弁１０の開度、ＥＧＲ弁２４の開度等を介して内燃機関１の燃焼状態に関係するパラメータを制御することで、ＮＯｘ浄化のためにＮＯｘ触媒１４に流入する排気の空燃比をリッチ状態としてもよい。

本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化システムが適用される圧縮着火内燃機関の概略構成を表す図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化システムのＮＯｘ触媒において、流入する排気の空燃比をリッチ状態とする有効リッチ時間とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化システムのＮＯｘ触媒において、流入する排気の空燃比をリッチ状態とする有効リッチ時間と、ＮＯｘ浄化率と燃費悪化率との比率との関係を示す第一の図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化システムのＮＯｘ触媒において、流入する排気の空燃比をリッチ状態とする有効リッチ時間と、ＮＯｘ浄化率と燃費悪化率との比率との関係を示す第二の図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて行われるＮＯｘ浄化のための低温燃焼のタイムチャートと、その低温燃焼に対応した排気空燃比の推移を示す図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘを還元、浄化するＮＯｘ浄化制御に関するフローチャートである。

符号の説明

１・・・・圧縮着火内燃機関（内燃機関）
３・・・・燃料噴射弁
７・・・・吸気枝管
８・・・・吸気管
１２・・・・排気枝管
１３・・・・排気管
１４・・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・ＥＧＲ装置
２４・・・・ＥＧＲ弁
３２・・・・排気空燃比センサ

Claims (5)

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、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流に設けられ、排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
   前記内燃機関の燃焼状態を制御して、該内燃機関から排出される排気の空燃比をリッチ状態とする排気空燃比制御手段と、
   前記排気空燃比制御手段によって排気空燃比をリッチ状態にするとともに、前記排気空燃比検出手段によって排気空燃比がストイキよりリッチ側の空燃比となるのが検出されてから所定時間経過したときに該排気空燃比制御手段による排気空燃比のリッチ状態を中止するＮＯｘ浄化手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記所定時間は、前記排気空燃比制御手段によって排気空燃比がリッチ状態とされるときの、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの浄化率と、該排気空燃比制御手段によって排気空燃比をリッチ状態とするために要する燃料量の増加率との関係から決定される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システム。
3. 前記所定時間は、前記排気空燃比制御手段によって排気空燃比がリッチ状態とされ続ける継続時間に対する前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの浄化率の比率の変動に基づいて決定される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システム。
4. 前記内燃機関から排出される排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ装置を、更に備え、
   前記排気空燃比制御手段は、前記内燃機関からの排気が前記ＥＧＲ装置によって再循環されて該内燃機関の燃焼室に供給されることで増加する煤の発生量のピーク時における再循環排気量よりも、該燃焼室への再循環排気量を多くして、該燃焼室内の燃焼状態を煤の発生量を抑制する低温燃焼状態とすることで、該内燃機関から排出される排気の空燃比をリッチ状態とすることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに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を浄化するとき、前記ＮＯｘ浄化手段によるＮＯｘ浄化を所定回数繰り返して行うことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。

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