JP2006207487A - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＮＯｘ還元動作時のＮＯｘスリップ量を十分に抑制することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関３から排気系５に排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置１であって、排気系５に設けられ、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉材１７と、捕捉されたＮＯｘの量を、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘとして算出するＮＯｘ捕捉量算出手段と、算出されたＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが所定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦに達したときに、ＮＯｘを還元するＮＯｘ還元手段（インジェクタ６,スロットル弁１２）と、ＮＯｘ還元の実行時にＮＯｘ捕捉材１７から排出されるＮＯｘの排出状態を推定するＮＯｘ排出状態推定手段（ステップ２０〜２３）と、推定されたＮＯｘの排出状態に応じて、ＮＯｘ還元動作を制御するＮＯｘ還元制御手段（ステップ２４）と、を備えている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関から排出された排ガス中のＮＯｘを一時的に捕捉するとともに、捕捉されたＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。

この種の排ガス浄化装置では、内燃機関の排気系にＮＯｘ捕捉材が設けられており、内燃機関から排出されたＮＯｘがＮＯｘ捕捉材に捕捉される。また、捕捉されたＮＯｘの量が大きくなったときに、燃料の増量などにより排ガスを還元状態に制御することによって、捕捉されたＮＯｘが還元される。これにより、ＮＯｘを浄化した後に排ガスを大気中に排出するとともに、ＮＯｘ捕捉材の捕捉能力を回復させるようにしており、そのような排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。

この排ガス浄化装置は、ガソリンエンジンに設けられており、その吸気ポートの手前のサージタンクには圧力センサが設けられていて、この圧力センサはサージタンク内の絶対圧ＰＭを検出する。また、排気管には、排ガス温度Ｔを検出する温度センサが設けられている。また、排気管の途中には、ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ捕捉材）が設けられている。この排ガス浄化装置では、排ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸収剤で吸収（捕捉）するとともに、以下のようにＮＯｘ還元制御を実行する。

このＮＯｘ還元制御では、絶対圧ＰＭおよびエンジンの回転数Ｎに基づいて、エンジンから排気管に排出される単位時間当りのＮＯｘ量Ｎｉｊを算出し、このＮＯｘ量ＮｉｊにＮＯｘ還元制御の実行間隔Δｔを乗算するとともに、乗算した値を前回までにＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ量の推定値ΣＮＯｘに加算することにより、今回までに吸収されたＮＯｘ量の推定値ΣＮＯｘを算出する。次に、排ガス温度Ｔに基づいて、ＮＯｘ吸収剤が吸収可能なＮＯｘの吸収容量ＮＯｘＣＡＰを算出し、この吸収容量ＮＯｘＣＡＰと推定値ΣＮＯｘを比較する。その結果、ΣＮＯｘ＞ＮＯｘＣＡＰのときには、ＮＯｘ吸収剤の吸収能力が限界に達したと判定し、燃焼室に供給される混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側に制御することによって、排ガス中に未燃成分が含まれるようにする。それにより、ＮＯｘ吸収剤に供給された排ガス中の未燃成分により、吸収されたＮＯｘが還元される。

しかし、最近の研究によれば、上記のようなＮＯｘ還元の実行中に、実際には、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘの一部が、還元されることなくＮＯｘ吸収剤から脱離するという現象（以下、このような現象を「ＮＯｘスリップ」という）が生じることが判明しており、ＮＯｘスリップが発生すると、脱離した一部のＮＯｘがそのまま大気中に排出されてしまい、排ガス特性の悪化を招く。また、ＮＯｘスリップ量は、ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘの量が大きいほど、またはＮＯｘ吸収剤の温度が低いほど、増加する傾向がある。

これに対し、従来の排ガス浄化装置では、上述したように算出されたＮＯｘ量と、ＮＯｘ吸収材の吸収容量とを単純に比較することによって、ＮＯｘ還元の実行のタイミングを決定しているに過ぎないため、ＮＯｘスリップ量を抑制することができない。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ＮＯｘ還元動作時のＮＯｘスリップ量を十分に抑制することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

特許２５８６７３９号公報 （第６，７頁、第１，１２図）

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、内燃機関（実施形態における（以下、本項において同じ）エンジン３）から排気系（排気管５）に排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置１であって、排気系に設けられ、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉材（ＮＯｘ触媒１７）と、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘ量を、ＮＯｘ捕捉量（ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘ）として算出するＮＯｘ捕捉量算出手段（ＥＣＵ２,図３のステップ２，３）と、算出されたＮＯｘ捕捉量が所定値（判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦ）に達したときに、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元手段（インジェクタ６,スロットル弁１２）と、ＮＯｘ還元手段によるＮＯｘ還元の実行時にＮＯｘ捕捉材から排出されるＮＯｘの排出状態を推定するＮＯｘ排出状態推定手段（ＥＣＵ２,図５のステップ２０〜２３）と、推定されたＮＯｘの排出状態に応じて、ＮＯｘ還元手段によるＮＯｘ還元動作を制御するＮＯｘ還元制御手段（ＥＣＵ２，図５のステップ２４）と、を備えていることを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、内燃機関から排気系に排出された排ガス中のＮＯｘが、排気系に設けられたＮＯｘ捕捉材に捕捉されることにより、大気中へのＮＯｘの排出が抑制される。また、ＮＯｘ捕捉量算出手段により、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘ量が算出され、算出されたＮＯｘ量が所定値に達したときに、ＮＯｘ還元手段により、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘの還元が実行される。これにより、捕捉されたＮＯｘが還元され、ＮＯｘ捕捉材によるＮＯｘの捕捉性能が回復する。また、ＮＯｘの還元の実行時に、ＮＯｘ捕捉材から排出されるＮＯｘの排出状態が、ＮＯｘ排出状態推定手段によって推定される。そして、推定されたＮＯｘの排出状態に応じて、ＮＯｘ還元制御手段によって、ＮＯｘ還元手段が制御され、それにより、ＮＯｘ還元手段によるＮＯｘの還元動作が制御される。

上述したように、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘは、ＮＯｘ還元手段が実行されることにより還元された後、大気中に排出される。また、本発明では、ＮＯｘ還元の実行時に生じ得る前述したＮＯｘスリップを考慮し、還元動作の実行中におけるＮＯｘ捕捉材からのＮＯｘの排出状態を推定するとともに、推定したＮＯｘ排出状態に応じて、ＮＯｘ還元手段によるＮＯｘ還元動作を制御する。それにより、推定されたＮＯｘスリップの発生状態に応じて、ＮＯｘ還元動作を適切に制御することができ、したがって、ＮＯｘスリップ量を十分に抑制することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態による排ガス浄化装置について説明する。図１は、本発明を適用した排ガス浄化装置１を、内燃機関３とともに示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。

エンジン３のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂの間には、燃焼室３ｃが形成されている。シリンダヘッド３ｂには、吸気管４および排気管５（排気系）がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６（ＮＯｘ還元手段）が、燃焼室３ｃに臨むように取り付けられている。

インジェクタ６は、燃焼室３ｃの天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（いずれも図示せず）に順に接続されている。インジェクタ６の開弁時間である燃料噴射量ＴＯＵＴおよび噴射タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される（図２参照）。

また、エンジン３のクランクシャフト３ｄには、マグネットロータ３０ａが取り付けられており、このマグネットロータ３０ａとＭＲＥピックアップ３０ｂによって、クランク角センサ３０が構成されている。クランク角センサ３０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。

吸気管４には、過給装置７が設けられており、過給装置７は、ターボチャージャで構成された過給機８と、これに連結されたアクチュエータ９と、ベーン開度制御弁１０を備えている。

過給機８は、吸気管４に設けられた回転自在のコンプレッサブレード８ａと、排気管５に設けられた回転自在のタービンブレード８ｂおよび複数の回動自在の可変ベーン８ｃ（２つのみ図示）と、これらのブレード８ａ，８ｂを一体に連結するシャフト８ｄとを有している。過給機８は、排気管５内の排ガスによりタービンブレード８ｂが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード８ａが回転駆動されることによって、吸気管４内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。

アクチュエータ９は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、各可変ベーン８ｃに機械的に連結されている。アクチュエータ９には、負圧ポンプから負圧供給通路（いずれも図示せず）を介して負圧が供給され、この負圧供給通路の途中にベーン開度制御弁１０が設けられている。ベーン開度制御弁１０は、電磁弁で構成されており、その開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ９への供給負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン８ｃの開度が変化することによって、過給圧が制御される。

吸気管４の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、水冷式のインタークーラ１１およびスロットル弁１２（ＮＯｘ還元手段）が設けられている。インタークーラ１１は、過給装置７の過給動作により吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却するものである。スロットル弁１２には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ１２ａが接続されている。スロットル弁１２の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨは、アクチュエータ１２ａに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって、制御される。

また、吸気管４には、過給機８よりも上流側にエアフローセンサ３１が、インタークーラ１１とスロットル弁１２の間に過給圧センサ３２が、それぞれ設けられている。第１エアフローセンサ３１は吸入空気量ＱＡを検出し、過給圧センサ３２は吸気管４内の過給圧ＰＡＣＴを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

さらに、吸気管４の吸気マニホールド４ａは、その集合部から分岐部にわたって、スワール通路４ｂとバイパス通路４ｃに仕切られており、これらの通路４ｂ，４ｃはそれぞれ、吸気ポートを介して各燃焼室３ｃに連通している。

バイパス通路４ｃには、燃焼室３ｃ内にスワールを発生させるためのスワール装置１３が設けられている。スワール装置１３は、スワール弁１３ａと、これを開閉するアクチュエータ１３ｂと、スワール制御弁１３ｃを備えている。アクチュエータ１３ｂおよびスワール制御弁１３ｃはそれぞれ、過給装置７のアクチュエータ９およびベーン開度制御弁１０と同様に構成されており、スワール制御弁１３ｃは、前記負圧ポンプに接続されている。以上の構成により、スワール制御弁１３ｃの開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ１３ｂに供給される負圧が変化し、スワール弁１３ａの開度が変化することによって、スワールの強さが制御される。

また、エンジン３には、ＥＧＲ管１４ａおよびＥＧＲ制御弁１４ｂを有するＥＧＲ装置１４が設けられている。ＥＧＲ管１４ａは、吸気管４と排気管５の間に、具体的には、吸気マニホールド４ａの集合部のスワール通路４ｂと排気管５の過給機８よりも上流側とをつなぐように接続されている。このＥＧＲ管１４ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が吸気管４にＥＧＲガスとして還流し、それにより、燃焼室３ｃ内の燃焼温度が低下することによって、排ガス中のＮＯｘが低減される。

ＥＧＲ制御弁１４ｂは、ＥＧＲ管１４ａに取り付けられたリニア電磁弁で構成されており、そのバルブリフト量ＶＬＡＣＴが、ＥＣＵ２からのデューティ制御された駆動信号によってリニアに制御されることによって、ＥＧＲガス量が制御される。

また、ＥＧＲ装置１４にはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置１５が設けられており、ＥＧＲ冷却装置１５は、バイパス通路１５ａ、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂおよびＥＧＲクーラ１５ｃを有している。バイパス通路１５ａは、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ制御弁１４ｂよりも下流側に、ＥＧＲ管１４ａをバイパスするように設けられており、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂはバイパス通路１５ａの分岐部に取り付けられ、ＥＧＲクーラ１５ｃはバイパス通路１５ａの途中に設けられている。ＥＧＲ通路切替弁１５ｂは、ＥＣＵ２による制御によって、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ通路切替弁１５ｂよりも下流側の部分を、ＥＧＲ管１４ａ側とバイパス通路１５ａ側に選択的に切り替える。

以上により、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂがバイパス通路１５ａ側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、バイパス通路１５ａに通され、ＥＧＲクーラ１５ｃで冷却された後、吸気管４に還流する。一方、逆側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ管１４ａのみを介して、冷却されることなく吸気管４に還流する。

また、排気管５の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、三元触媒１６およびＮＯｘ触媒１７（ＮＯｘ捕捉材）が設けられている。三元触媒１６は、ストイキ雰囲気下において、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。ＮＯｘ触媒１７は、酸素濃度が高い場合において、排ガス中のＮＯｘを捕捉（吸収）するとともに、排ガス中の還元剤により、捕捉したＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。ＮＯｘ触媒１７には、その温度（以下「ＮＯｘ触媒温度」という）ＴＬＮＣを検出するＮＯｘ触媒温度センサ３６が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

さらに、排気管５の三元触媒１６のすぐ上流側および下流側には、第１ＬＡＦセンサ３３および第２のＬＡＦセンサ３４がそれぞれ設けられている。第１および第２のＬＡＦセンサ３３，３４はそれぞれ、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排ガス中の酸素濃度ＶＬＡＦ１，ＶＬＡＦ２をリニアに検出する。ＥＣＵ２は、第１ＬＡＦセンサ３３で検出された酸素濃度ＶＬＡＦ１に基づいて、燃焼室３ｃで燃焼した実際のガスの空燃比を表す実空燃比Ａ／ＦＡＣＴを算出する。ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ３５から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

ＥＣＵ２は、本実施形態において、ＮＯｘ捕捉量算出手段、ＮＯｘ排出状態推定手段およびＮＯｘ還元制御手段を構成するものであり、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている（いずれも図示せず）。前述した各種センサ３０〜３６からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。

ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、燃料噴射量制御および吸入空気量制御を含むエンジン３の制御を実行する。また、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘを還元するための還元動作として、リッチスパイクを実行すべきか否かを判定し、その判定結果に応じてリッチスパイクを実行する。なお、このリッチスパイクは、後述するように、燃料噴射量ＴＯＵＴを増大させるとともに吸入空気量ＱＡを減少させることによって、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴをリッチ化することにより行われる。

図３は、このリッチスパイク制御処理を示している。本処理は、所定の時間ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。このリッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨは、後述するように、リッチスパイクの実行条件が成立しているときに「１」にセットされるものである。

このステップ１の答がＮＯで、リッチスパイクの実行中でないときには、ステップ２において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを求める。このＮＯｘ排出量ＱＮＯｘは、燃焼室３ｃから排気管５に排出される排ガス中のＮＯｘの量を示すものであり、すなわち、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されるＮＯｘ量に相当する。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって求められる。

次いで、ステップ３において、前回までのＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘに前記ステップ２で求めたＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを加算することによって、今回までのＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘを求める。すなわち、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘは、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されているＮＯｘ量（ＮＯｘ捕捉量）に相当する。

次に、ステップ４において、Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦ決定処理を実行し、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦ（所定値）を決定する。このＳ＿ＱＮＯｘＲＥＦ決定処理については後述する。

次いで、ステップ５において、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘが、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦ以上であるか否かを判定する。この答がＮＯのときには、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘ捕捉量が少ないため、その還元動作をまだ実行すべきでないとして、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ５の答がＹＥＳで、Ｓ＿ＱＮＯｘ≧Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦのときには、ＮＯｘの還元動作を実行すべきとして、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨを「１」にセットし（ステップ６）、リッチスパイクを開始する。

次に、ステップ７において、還元剤量ＱＤＡを算出する。この還元剤量ＱＤＡは、理論空燃比を表す１４．７から実空燃比Ａ／ＦＡＣＴを減算した値に、排ガスの空間速度ＳＶを乗算することにより求められ、リッチスパイクの実行時にＮＯｘの還元に用いられる燃料量に相当する。なお、空間速度ＳＶに代えて、吸入空気量ＱＡを用いてもよい。

次いで、ステップ８において、前回までの還元剤量積算値Ｓ＿ＱＤＡに上記ステップ７で求めた還元剤量ＱＤＡを加算することによって、今回までの還元剤量積算値Ｓ＿ＱＤＡを算出する。

次に、ステップ９において、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣに応じ、Ａ／ＦＣＭＤテーブルを検索することによって、目標空燃比Ａ／ＦＣＭＤを求め、本処理を終了する。図９に示すように、このＡ／ＦＣＭＤテーブルでは、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが、第１所定温度Ｔ１（例えば２００℃）以下のとき、および第１所定温度Ｔ１よりも大きな第２所定温度Ｔ２（例えば４００℃）以上のときには、目標空燃比Ａ／ＦＣＭＤは、値１４．７よりも小さな第１空燃比Ａ／Ｆ１（例えば１３．８）に設定されている。また、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが第１および第２所定温度Ｔ１，Ｔ２の間にあるときには、目標空燃比Ａ／ＦＣＭＤは、第１空燃比Ａ／Ｆ１よりも大きく且つ値１４．７よりも小さな第２空燃比Ａ／Ｆ２（例えば１４．２）に設定されている。

以上のように、リッチスパイクの実行時には、目標空燃比Ａ／ＦＣＭＤが理論空燃比よりもリッチな上記の第１空燃比Ａ／Ｆ１または第２空燃比Ａ／Ｆ２に設定される。これにより、排ガス中に未燃成分が含まれるようになり、この未燃成分により、通常時にＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘが還元される。また、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが第１および第２所定温度Ｔ１，Ｔ２の間にあるときの第２空燃比Ａ／Ｆ２が、それ以外のときの第１空燃比Ａ／Ｆ１よりも大きな値に、すなわち弱リッチに設定されているのは、以下の理由による。すなわち、リッチスパイクによるＮＯｘの還元能力は、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが第１および第２所定温度Ｔ１，Ｔ２の間にあるときには、他の範囲にあるときよりも高いためである。したがって、第１および第２所定温度Ｔ１，Ｔ２の間では、目標空燃比Ａ／ＦＣＭＤをより理論空燃比に近い値に設定し、リッチ化の度合いを弱めることによって、その分、リッチスパイクに用いられる燃料量を低減し、燃費を向上させることができる。

一方、前記ステップ１の答がＹＥＳで、リッチスパイクの実行中のときには、還元剤量積算値Ｓ＿ＱＤＡが、還元剤量判定値Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦよりも大きいか否かを判定する（ステップ１０）。還元剤量判定値Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦは、捕捉されたＮＯｘを還元するのに必要な還元剤量に相当するものであり、前記ステップ４において決定された判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦに応じて設定される。

この答がＮＯで、Ｓ＿ＱＤＡ≦Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦのときには、リッチスパイクの開始後、ＮＯｘ触媒１７に供給された還元剤量がまだ不十分で、ＮＯｘの還元が終了していないとして、前記ステップ７以降を実行し、リッチスパイクを継続するとともに還元剤量積算値Ｓ＿ＱＤＡを算出し、本処理を終了する。

一方、ステップ１０の答がＹＥＳで、Ｓ＿ＱＤＡ＞Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦのときには、ＮＯｘ触媒１７に十分な還元剤量が供給され、ＮＯｘの還元が終了したとして、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨを「０」にセットする（ステップ１１）ことによって、リッチスパイクを終了する。次いで、ステップ１２およびステップ１３において、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘおよび還元剤量積算値Ｓ＿ＱＤＡを、それぞれ値０にリセットし、本処理を終了する。

図４は、図３のステップ４で実行されるＳ＿ＱＮＯｘＲＥＦ決定処理を示している。本処理では、ＮＯｘスリップ量に影響を及ぼすパラメータとその特性を加味して、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦが決定される。

まず、ステップ２０において、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘに応じて、Ｋ１テーブルを検索することにより、第１係数Ｋ１を求める。このＫ１テーブルでは、第１係数Ｋ１は、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘに応じたＮＯｘスリップ量の特性に基づいて、図５に示すように設定されている。具体的には、第１係数Ｋ１は、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘが大きいほど、すなわちＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘ量が大きいほど、より大きな値に設定されている。また、その傾きは、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘが大きくなるに従って大きくなっている。

次いで、ステップ２１において、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣに応じて、Ｋ２テーブルを検索することにより、第２係数Ｋ２を求める。このＫ２テーブルでは、第２係数Ｋ２は、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣに応じたＮＯｘスリップ量の特性に基づいて、図６に示すように設定されている。具体的には、第２係数Ｋ２は、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが、所定温度Ｔ０（例えば２００℃）以下のときには値１．０に、所定温度Ｔ０以上では、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが高いほどより小さな値に設定されている。また、その傾きは、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが高くなるに従って小さくなっている。

次に、ステップ２２において、排ガスの空間速度ＳＶに応じて、Ｋ３テーブルを検索することにより、第３係数Ｋ３を求める。このＫ３デーブルでは、第３係数Ｋ３は、空間速度ＳＶに応じたＮＯｘスリップ量の特性に基づいて、図７に示すように設定されている。具体的には、第３係数Ｋ３は、空間速度ＳＶが第１所定量ＳＶ１（例えば１２５００／ｈ）以下のときには値１．０よりも小さな所定値Ｋ３ｏ（例えば０．８）に、第２所定量ＳＶ２（例えば５００００／ｈ）以上のときには、所定値Ｋ３ｏよりも大きな値１．０に、それぞれ設定されている。また、空間速度ＳＶが第１および第２所定量ＳＶ１，ＳＶ２の間にあるときには、第３係数Ｋ３は、所定値Ｋ３ｏと値１．０の間でリニアに変化するように設定されている。

次いで、ステップ２３において、前記ステップ２０〜２２で求めた第１〜第３係数Ｋ１〜Ｋ３を互いに乗算することにより、スリップ係数ＫＳＬＩＰを算出する。続くステップ２４において、スリップ係数ＫＳＬＩＰに応じて、Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦテーブルを検索することにより、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦを求め、本処理を終了する。図８に示すように、このＳ＿ＱＮＯｘＲＥＦテーブルでは、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦは、スリップ係数ＫＳＬＩＰが、第１所定値ＫＳ１（例えば０．８）以下のときには第１判定値ＳＱ１（例えば０．３ｇ）に、第２所定値ＫＳ２（例えば０．４）以上のときには第１判定値ＳＱ１よりも小さな第２判定値ＳＱ２（例えば０．１ｇ）に、それぞれ設定されている。また、スリップ係数ＫＳＬＩＰが第１および第２所定値ＫＳ１，ＫＳ２の間にあるときには、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦは、第１および第２判定値Ｑ１，Ｑ２の間でリニアに変化するように設定されている。

以上のように、このＳ＿ＱＮＯｘＲＥＦ決定処理では、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦは、基本的に、スリップ係数ＫＳＬＩＰが大きいほど、すなわち、推定されたＮＯｘスリップ量が大きいほど、小さな値に設定される。そして、そのように設定した判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦが、図３のステップ５において、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘと比較される結果、リッチスパイクの実行タイミングが、予測されるＮＯｘスリップ量が大きいほど早められる。

図１０は、燃料噴射量の制御処理を示している。本処理では、図３の処理で判定されたリッチスパイクの実行条件の成否に応じて、インジェクタ６の燃料噴射量ＴＯＵＴを制御する。まず、ステップ３０において、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。

この答がＮＯで、リッチスパイクの実行条件が成立していないときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、マップ（図示せず）を検索することにより、通常時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＮを求め（ステップ３１）、続くステップ３２において、ステップ３１で求めた通常時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＮを、燃料噴射量ＴＯＵＴとして設定し、本処理を終了する。

一方、前記ステップ３０の答がＹＥＳで、リッチスパイクの実行条件が成立しているときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、マップ（図示せず）を検索することにより、リッチスパイク時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＲＩＣＨを求める（ステップ３３）。このリッチスパイク時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＲＩＣＨは、通常時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＮよりも大きな値に設定されている。

次に、ステップ３４において、ステップ３３で求めたリッチスパイク時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＲＩＣＨを、燃料噴射量ＴＯＵＴとして設定し、本処理を終了する。

図１１は、吸入空気量の制御処理を示している。本処理では、リッチスパイクの実行条件の成否に応じて、スロットル弁開度ＴＨを制御することによって、吸入空気量ＱＡを制御する。まず、ステップ４０において、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。

この答がＮＯで、リッチスパイクの実行条件が成立していないときには、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤを全開開度ＴＨＷＯＴに設定し（ステップ４１）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ４０の答がＹＥＳで、リッチスパイクの実行条件が成立しているときには、前述したリッチスパイク制御処理のステップ９で求めた目標空燃比Ａ／ＦＣＭＤと実空燃比Ａ／ＦＡＣＴとの偏差に応じて、リッチスパイク時用のスロットル弁開度ＴＨを決定し（ステップ４２）、本処理を終了する。

以上のように、リッチスパイクは、燃料噴射量制御処理および吸入空気量制御処理において、通常時よりも、燃料噴射量ＴＯＵＴを増大させるとともに、スロットル弁１２の制御により吸入空気量ＱＡを減少させることによって行われる。なお、吸入空気量ＱＡの制御を、上記のようなスロットル弁１２の制御に代えて、または、それとともに過給装置７、スワール装置１２やＥＧＲ装置１４を制御することによって行ってもよい。

以上のように、本実施形態の排ガス浄化装置１によれば、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘ量がＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘとして算出され（ステップ３）、算出されたＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘが判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦに達したとき（ステップ５：ＹＥＳ）に、リッチスパイクが実行される。また、この判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦは、前述したように、ＮＯｘスリップ量に影響を及ぼすＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘ、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣおよび空間速度ＳＶに応じて推定されるＮＯｘスリップ量が大きいほど、より小さな値に設定される（ステップ２４）。したがって、ＮＯｘスリップ量に応じて、リッチスパイクを、最適なタイミングで実行することができ、それにより、リッチスパイク時のＮＯｘスリップ量を十分に抑制することができる。その結果、大気中に排出される排ガス中のＮＯｘ量が減少し、排ガス特性を向上させることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘ、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣおよび空間速度ＳＶに応じてスリップ係数ＫＳＬＩＰを算出することにより、ＮＯｘスリップ量を推定しているが、今後、ＮＯｘスリップ量に影響を及ぼす他のパラメータが判明したときは、それを加味して推定するようにしてもよい。

さらに、本発明は、車両に搭載されたディーゼルエンジンに限らず、リーンバーンエンジンなどのガソリンエンジンにも適用することができる。また、本発明は、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関に適用できることはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明の排ガス浄化装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。 排ガス浄化装置の一部を示す図である。 リッチスパイク制御処理を示すフローチャートである。 図３の処理で用いられるＡ／ＦＣＭＤテーブルの一例を示す図である。 Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦ決定処理を示すフローチャートである。 図５の処理で用いられるＫ１テーブルの一例を示す図である。 図５の処理で用いられるＫ２テーブルの一例を示す図である。 図５の処理で用いられるＫ３テーブルの一例を示す図である。 図５の処理で用いられるＳ＿ＱＮＯｘＲＥＦテーブルの一例を示す図である。 燃料噴射量制御処理を示すフローチャートである。 吸入空気量制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 排ガス浄化装置
２ ＥＣＵ（ＮＯｘ捕捉量算出手段手段，ＮＯｘ排出状態推定手段，
ＮＯｘ還元制御手段）
３ エンジン（内燃機関）
５ 排気管（排気系）
６ インジェクタ（ＮＯｘ還元手段）
１２ スロットル弁（ＮＯｘ還元手段）
１７ ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ捕捉材）
Ｓ＿ＱＮＯｘ ＮＯｘ排出量積算値（ＮＯｘ捕捉量）
Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦ 判定値（所定値）

Claims (1)

1. 内燃機関から排気系に排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置であって、
   前記排気系に設けられ、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉材と、
   当該ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘ量を、ＮＯｘ捕捉量として算出するＮＯｘ捕捉量算出手段と、
   当該算出されたＮＯｘ捕捉量が所定値に達したときに、前記ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元手段と、
   当該ＮＯｘ還元手段によるＮＯｘ還元の実行時に前記ＮＯｘ捕捉材から排出されるＮＯｘの排出状態を推定するＮＯｘ排出状態推定手段と、
   当該推定されたＮＯｘの排出状態に応じて、前記ＮＯｘ還元手段によるＮＯｘ還元動作を制御するＮＯｘ還元制御手段と、
   を備えていることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。

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