JP2006233894A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気浄化装置において、より少ない還元剤でＮＯxを浄化することができる技術を提供する。
【解決手段】吸蔵還元型ＮＯx触媒３と、吸蔵還元型ＮＯx触媒３よりも上流の排気中へ還元剤を供給する還元剤供給手段７と、吸蔵還元型ＮＯx触媒３を通過する排気の量を調整する調整手段５と、還元剤供給手段７により供給された還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒３に到達したか判定する判定手段８と、を備え、判定手段８により吸蔵還元型ＮＯx触媒３に還元剤が到達したと判定されたときに、吸蔵還元型ＮＯx触媒３を通過する排気の流速を低下させる。これにより、ＮＯx還元効率を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

ＮＯxを吸蔵還元する吸蔵還元型のＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒という。）を排気通路に備え、排気中のＮＯxを還元し浄化する、内燃機関の排気浄化装置が知られている。かかる排気浄化装置においては、適時ＮＯx触媒に還元剤を供給して、ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを還元して浄化することで、ＮＯx触媒のＮＯx浄化能力を回復させることができる。

そして、内燃機関の排気通路に設けられた還元剤添加ノズルからＮＯx触媒へ還元剤を添加することにより、該ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxを還元し浄化する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２４０４２８号公報 特開平６−２００７４０号公報 特開２０００−３４５８３１号公報 特開昭６２−１０６８２６号公報

しかし、ＮＯx触媒へ添加する還元剤の量が多すぎると、還元剤の一部がＮＯx触媒で反応しないまま下流へ流出するおそれがある。また、排気の流速が速いと、ＮＯx触媒において還元剤が十分に反応する前にＮＯx触媒を通過するおそれもある。これらの場合、ＮＯx触媒のＮＯx浄化能力を回復させるために、より多くの還元剤を必要とする。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、より少ない還元剤でＮＯxを浄化することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
排気中の酸素濃度が高いときにＮＯxを吸蔵し、酸素濃度が低く且つ還元剤が存在するときに吸蔵していたＮＯxを還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の量を調整する調整手段と、
前記還元剤供給手段により供給された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に到達したか否か判定する判定手段と、
を備え、
前記判定手段により前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤が到達したと判定されたときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の流速を低下させることを特徴とする。

本発明の最大の特徴は、吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤が到達したときに、該吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の量を減少させることにより、還元剤を吸蔵還元型ＮＯx触媒に長時間滞留させて、ＮＯx還元効率を向上させることにある。ここで、ＮＯx還元効率とは、供給した還元剤量に対する還元されるＮＯx量の比である。

ここで、還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒に到達しても、該吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の流速が速いと還元剤が十分反応しないまま該吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過してしまうので、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxを浄化するために、より多くの還元剤を必要とする。

一方、還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒に到達したときに該吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の流速を遅くし、排気の流量を低下させると、還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過するまでに長い時間がかかり、還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒に接触している時間が長くなるので、より多くのＮＯxを還元することが可能となる。

なお、「還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒に到達した」とは、「還元剤を含んだ排気が吸蔵還元型ＮＯx触媒の前端面に到達した」としてもよい。また、還元剤供給手段により還元剤が供給されるのは、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxを還元するとき、若しくは硫黄被毒回復を行うときを例示することができる。

さらに、調整手段は、後述のようにバイパス通路を備えていてもよく、また吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流にて排気を一時的に貯留する空間を備えていても良い。

本発明においては、前記判定手段は、前記還元剤供給手段により還元剤が供給される箇所から前記吸蔵還元型ＮＯx触媒までの排気通路の長さおよび排気の流速から還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に到達したか否かを判定することができる。

例えば、内燃機関の運転状態から排気の量を推定し、さらに排気通路の通路断面積、通路長から排気の流速を推定し、還元剤が添加されてから吸蔵還元型ＮＯx触媒に到達するまでの時間を推定する。還元剤供給手段により還元剤が供給されてから、この推定された時間が経過したか否かに基づいて、判定手段は還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒に到達したか否か判定することができる。

本発明においては、前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒をバイパスするバイパス通路を備え、該バイパス通路へ流すＮＯx量を閾値以下とすることができる。

ここで、還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒に到達したときに、排気をバイパス通路へ流すことにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れる排気の量が減少するので、吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の流速を低下させることができる。このときに、吸蔵還元型ＮＯx触媒では、ＮＯxが還元され浄化されるが、バイパス通路を流れる排気に含まれているＮＯxは、吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過しないため、該吸蔵還元型ＮＯx触媒にて浄化されることはない。そのため、バイパス通路を流れる排気の量が多くなると、吸蔵還元型ＮＯx触媒にてＮＯxの浄化率が上昇したとしても、吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流を流れる排気中に含まれるＮＯx量が増加しかねない。その点、バイパス通路を流れる排気の流量に閾値を設定し、この閾値よりも多くの排気がバイパス通路を流れないようにすれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流の排気中に含まれるＮＯxの量が多くなることを抑制できる。すなわち、閾値は、吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流の排気中に含まれるＮＯxの量が、予め定められた範囲内となるように設定される。また、排気をバイパス通路に流さない場合よりも、吸蔵還元型ＮＯx触媒より下流のＮＯxの量が多くならない範囲で閾値を設定してもよい。

なお、「バイパス通路へ流すＮＯx量」は、「バイパス通路へ流す排気の量」としてもよい。

本発明においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流で排気中に含まれるＮＯx量を
検出するＮＯxセンサをさらに備え、前記バイパス通路を流れるＮＯx量を初期値から徐々に増加させたときに、バイパス通路を流れるＮＯx量が初期値のときの前記ＮＯxセンサにより検出されるＮＯx量と比較して、小さい値となっているときの前記バイパス通路へ流しているＮＯx量を閾値として記憶することができる。

すなわち、還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒に到達したときに、バイパス通路に流すＮＯx量が、ゼロの状態から増加するにしたがって、吸蔵還元型ＮＯx触媒でのＮＯx還元効率が上昇するため、該吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流を流れる排気中のＮＯx量が減少する。しかし、バイパス通路を流れるＮＯx量をさらに多くすると、吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流を流れる排気中のＮＯx量が増加し始める。すなわち、ＮＯxの量が増加し始める直前において、吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流を流れる排気中のＮＯx量が最小となっている。このときに、バイパス通路を流れたＮＯx量を記憶しておき、次回の還元剤供給時おいて還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒へ到達したときに、バイパス通路へ流すＮＯx量を記憶されている閾値とすることにより、ＮＯxの流出量を最小限に抑えることができる。

なお、ＮＯxセンサにより検出されるＮＯx量が最小でない場合であっても、バイパス通路を流れるＮＯx量がゼロの状態よりもＮＯx量が小さければ、そのときにバイパス通路を流れたＮＯx量を閾値として設定することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流のＮＯx量を低減することができる。

本発明においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流で排気中に含まれるＮＯx量を検出するＮＯxセンサをさらに備え、前記調整手段により流量を変化させているときに前記ＮＯxセンサから得られるＮＯx量が所定量変化しない場合には、前記調整手段に異常が起きていると判定することができる。

すなわち、吸蔵還元型ＮＯx触媒へ流れるＮＯx量を調整手段により変化させると、吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流の排気中に含まれるＮＯx量が変化する。しかし、調整手段によりＮＯx量を変化させても、排気中のＮＯx量が変化しない場合には、調整手段による調整が行われていないか、行われていたとしても不完全の場合であると考えられる。このような場合には、調整手段に異常があると判定することができる。

本発明においては、前記バイパス通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒をさらに備えることができる。

すなわち、吸蔵還元型ＮＯx触媒を並列に備えることができる。このように、吸蔵還元型ＮＯx触媒を並列に備えると、一方の吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxを還元しようとして、還元剤を供給し、該一方の吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤が到達したときに排気の流速を低下させるために、バイパス通路に排気を流しても、該バイパス通路には他方の吸蔵還元型ＮＯx触媒が備えられているため、該バイパス通路にてＮＯxの吸蔵が可能になる。バイパス通路に備えられた他方の吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxを浄化するときには、該他方の吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給する。そして、他方の吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤が到達したときに、一方の吸蔵還元型ＮＯx触媒を備えた排気通路へ排気を流すことにより、バイパス通路に備えられた他方の吸蔵還元型ＮＯx触媒を流れる排気の流速を低下させることができ、該他方の吸蔵還元型ＮＯx触媒でのＮＯx還元効率を上昇させることができる。

なお、本発明においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の流れ方向を逆転可能な機構を備えていても良い。そして、還元剤が含まれた排気が吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過したときに、排気の流れを逆転させて還元剤が含まれた排気を再度吸蔵還元型ＮＯx触媒へ流すようにしてもよい。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、より少ない還元剤でＮＯxを浄化することができる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。

内燃機関１には、該内燃機関１の燃焼室へ通じる排気通路２が接続されている。この排気通路２は、下流にて大気へと通じている。

前記排気通路２の途中には、内燃機関１側から順に吸蔵還元型ＮＯx触媒３（以下、ＮＯx触媒３という。）、パティキュレートフィルタ４（以下、フィルタ４という。）が備えられている。フィルタ４は、吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒という。）を担持している。

吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有する。

また、内燃機関１よりも下流で且つＮＯx触媒３よりも上流の排気通路と、ＮＯx触媒３よりも下流でかつフィルタ４よりも上流の排気通路と、を接続するバイパス通路５が備えられている。そして、ＮＯx触媒３よりも上流の排気通路２の途中であって、バイパス通路５が接続されている箇所には、内燃機関１からの排気をＮＯx触媒３およびバイパス通路５に振り分ける切替弁６が備えられている。この切替弁６は、バイパス通路５に備えられ、該バイパス通路５を流れる排気の量を調整する弁としてもよい。

ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒３に吸蔵されたＮＯxが飽和する前に該ＮＯx触媒３に吸蔵されたＮＯxを還元させる必要がある。

そこで、本実施例では、切替弁６よりも上流の排気通路２に、該排気通路２内に還元剤たる燃料（軽油）を噴射する燃料添加弁７を備えている。ここで、燃料添加弁７は、後述するＥＣＵ８からの信号により開弁して還元剤を噴射する。燃料添加弁７から排気通路２内へ噴射された燃料は、排気通路２の上流から流れてきた排気の空燃比をリッチにする。そして、ＮＯx還元時には、ＮＯx触媒３に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。

一方、ＮＯx触媒３には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯx）もＮＯxと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒３内に蓄積される。そして、ＳＯxが吸蔵されている分、ＮＯxを吸蔵できる量が減少し、ＮＯx触媒３のＮＯx吸蔵力が低下する。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）といい、適宜の時期に硫黄被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、ＮＯx触媒３を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ燃料添加弁７からの燃料添加により酸素濃度を低下させた排気をＮＯx触媒３に流通させて行われている。

この被毒回復処理も前記リッチスパイク制御によりなされるが、被毒回復処理に行われるリッチスパイクの１回あたりの燃料添加弁７の開弁時間は、ＮＯxの還元時よりも長い。すなわち、被毒回復処理時のリッチスパイク１回あたりの還元剤の添加量はＮＯx還元時よりも多い。

以上述べたように構成された内燃機関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であるＥＣＵ８が併設されている。このＥＣＵ８は、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の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ８には、切替弁６および燃料添加弁７が電気配線を介して接続され、これらはＥＣＵ８により制御される。

そして、本実施例においては、ＮＯx触媒３に吸蔵されているＮＯxを還元するためにリッチスパイク制御を行うが、リッチ空燃比の排気がＮＯx触媒３に到達してから通過するまでの間バイパス通路５にも排気を流して、該ＮＯx触媒３を通過する排気の流速を低下させる。

次に、本実施例によるＮＯx還元制御のフローについて説明する。

図２は、本実施例によるＮＯx還元制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＮＯx触媒３に吸蔵されているＮＯxの還元を行うＮＯx還元制御が実行中であるか否か判定される。すなわち、リッチスパイク制御が行われているか否か判定される。

ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０２では、リッチ空燃比の排気がＮＯx触媒３に到達したか否か判定される。

内燃機関１の運転状態（回転数および負荷）と排気通路２の通路断面積とから排気の流速を算出し、燃料添加弁７からＮＯx触媒３までの距離を排気が移動するのにかかる時間を算出する。そして、ＥＣＵ８は、燃料添加弁７から燃料が添加されてから、前記算出した時間が経過したときにリッチ空燃比の排気がＮＯx触媒３に到達したと判定する。

ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０３では、切替弁６が操作され、バイパス通路５にも排気が流される。バイパス通路５に流れるＮＯx量が予め定められた閾値となるように切替弁６が操作される。

ここで、バイパス通路５へ排気を流すと、ＮＯx触媒３においてはＮＯxの還元効率が上昇するが、バイパス通路５へＮＯxが流れてしまう。そこで、ＮＯx触媒３よりも下流の排気中に含まれるＮＯx量が最も少なくなくなるときの値を閾値として設定する。この閾値は、「バイパス通路５を通過するために増加するＮＯx量」から「ＮＯx触媒３によるＮＯx還元効率上昇により低減するＮＯx量」を減じた値が最も小さくなる値として設定される
。

図３は、リッチ空燃比の排気がＮＯx触媒３に到達したときからの、バイパス通路を通過するＮＯx量（横軸）と、ＮＯx触媒３よりも下流におけるＮＯx量（縦軸）との関係を表した図である。ＮＯx触媒３よりも下流におけるＮＯx量とは、ＮＯx触媒３よりも下流で且つバイパス通路５の接続箇所よりも下流の排気中に含まれるＮＯx量を指している。

バイパス通路通過ＮＯx量が０のときに検出されるＮＯx触媒下流におけるＮＯx量は、排気が全てＮＯx触媒３を通過したときに検出されるＮＯx量である。このときには、ＮＯx触媒３を通過する排気の流速は低下していない。そして、切替弁６を操作して排気がバイパス通路５を流れるようにすると、ＮＯx触媒３を通過する排気の量が減少し、該ＮＯx触媒３内の排気の流速が遅くなるので、ＮＯx触媒３内で還元剤とＮＯxとが接触する機会が多くなりＮＯxがより還元されやすくなる。そのため、ＮＯx触媒下流におけるＮＯx量は低下する。しかし、バイパス通路通過ＮＯx量がＡで示される量よりも多くなると、今度は、バイパス通路５内を流れるＮＯx量が多くなりすぎて、ＮＯx触媒下流におけるＮＯx量は増加し始める。そして、バイパス通路通過ＮＯx量がＢで示される量よりも多くなると、バイパス通路５に排気を流していないときよりも、ＮＯx触媒下流におけるＮＯx量が多くなる。

したがって、ＮＯx触媒下流におけるＮＯx量が最小となるように、すなわち、バイパス通路５を通過するＮＯx量がＡで示される量となるように、切替弁６が調整される。このＡで示されるＮＯx量が閾値として設定されている。

ここで、図２で示されるバイパス通路通過ＮＯx量とＮＯx触媒下流におけるＮＯx量との関係は、内燃機関１から排出されるＮＯx量、ＮＯx触媒３でのＮＯx還元効率に左右される。そのため、内燃機関１の運転状態、ＮＯx触媒３の温度、排気の速度、排気の空燃比の影響を受ける。これらと、バイパス通路５を通過するＮＯx量がＡで示される量となるような切替弁６の開度との関係を予め実験等により求めておき、マップ化しておいてもよい。

ステップＳ１０４では、リッチ空燃比の排気がＮＯx触媒３を通過したか否か判定される。

ここでは、内燃機関１の運転状態（回転数および負荷）とＮＯx触媒３の通路断面積とから排気の流速を算出し、ＮＯx触媒３を排気が通過するのにかかる時間を算出する。そして、ＥＣＵ８は、ＮＯx触媒３にリッチ空燃比の排気が到達してから、前記算出した時間が経過したときにリッチ空燃比の排気がＮＯx触媒３を通過したと判定する。

ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５では、バイパス通路５を通過するＮＯxの量が閾値を超えたか否か判定する。リッチ空燃比の排気がＮＯx触媒３を通過する前にバイパス通路５を通過するＮＯx量が何らかの理由により閾値に達したときには、ＮＯx触媒３よりも下流のＮＯx量が多くなるおそれがあるため、バイパス通路５へ排気を流すことが中止される。

ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ戻る。

ステップＳ１０６では、切替弁６が閉じられる。

このようにして、リッチ空燃比の排気がＮＯx触媒３を通過するときに排気の流速を遅くして、該リッチ空燃比の排気がＮＯx触媒に接触する時間を長くすることができ、ＮＯx還元効率を向上させることができる。

また、バイパス通路５へ流すＮＯx量は、ＮＯx触媒３よりも下流のＮＯx量が最小となるように定められるので、ＮＯx還元時にＮＯx触媒３よりも下流に放出されるＮＯx量を最小限に抑えることができる。

本実施例においては、ＮＯx還元時にバイパス通路５へ流すＮＯx量の最適値の学習し、この最適値を閾値として設定する。

ここで、本実施例においては、フィルタ４よりも下流の排気通路２に、該排気通路２を流れる排気中のＮＯx濃度に応じた信号を出力するＮＯxセンサ９を備えている。内燃機関１の運転状態から得られる排気の量とＮＯxセンサ９より得られるＮＯx濃度とからフィルタ４よりも下流に単位時間当たりに流れるＮＯx量を得ることができる。

実施例１で説明したように、切替弁６の開度を大きくしていき、ある開度になると、ＮＯx触媒３よりも下流におけるＮＯx量が減少から増加に転じる。そして、このＮＯx量が増加に転じる直前の切替弁６の開度のときにＮＯx触媒３よりも下流におけるＮＯx量が最小となる。このＮＯx触媒３よりも下流におけるＮＯx量が最小となるときは、ＮＯxセンサ９の出力信号により判定することができる。

すなわち、リッチ空燃比の排気がＮＯx触媒３を複数回通過するときに、切替弁６の開度をその都度変更し、ＮＯxセンサ９より得られるＮＯx量の最小値を求める。この最小値が得られたときにバイパス通路５を流れていたＮＯx量が最適値であり、閾値としてＥＣＵ８に記憶させる。

この閾値を記憶した後、リッチ空燃比の排気がＮＯx触媒３に到達したときには、バイパス通路５を通過するＮＯx量が閾値となるように、速やかに切替弁６が操作される。

次に、本実施例によるバイパス通路通過ＮＯx量の最適値学習フローについて説明する。

図４は、本実施例によるバイパス通路通過ＮＯx量の最適値学習フローを示したフローチャートである。本フローは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ２０１では、バイパス通路５を通過するＮＯx量の最適値を学習する要求があるか否か判定される。この要求は、例えば、車両が所定の距離を走行する毎になされる。

ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ２０２では、内燃機関１の運転状態が一定であるか否か判定される。機関回転数および機関負荷の変化量が所定の範囲内であれば内燃機関１の運転状態が一定であると判定される。内燃機関１の運転状態が一定でないと排気中のＮＯx量が変動し、最適値の算出に影響を及ぼすため最適値の学習は行われない。

ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ２０３では、ＮＯx触媒３に吸蔵されているＮＯxの還元を行うＮＯx還元制御が実行中であるか否か判定される。すなわち、リッチスパイク制御が行われているか否か判定される。

ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ２０４では、バイパス通路５へ流すＮＯx量を所定量増加させる。すなわち、切替弁６を操作して、バイパス通路５へ流す排気の量を増加させる。初回はバイパス通路５に排気を流さない状態に設定される。そして、バイパス通路５へ流すＮＯx量を所定量増加させることを繰り返し行い、バイパス通路５へ流すＮＯx量を徐々に増加させる。

ステップＳ２０５では、ＮＯxセンサ９で検出されるＮＯx量が前回よりも増加しているか否か判定される。ＮＯx量が増加した場合には、ＮＯx還元効率の向上によるＮＯx量の減少よりも、バイパス通路５を流れるＮＯx量の増加が上回っており、バイパス通路５を流れるＮＯx量が最適値を超えていることを示している。

ステップＳ２０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進む。

ステップＳ２０６では、バイパス通路５を通過するＮＯx量が限界値に達しているか否か判定される。

バイパス通路５を流れるＮＯx量の限界値を予め定めておき、この限界値を超えた場合には、何らかの異常が起きているとして本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ２０６で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させ、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ戻る。

ステップＳ２０７では、前回にバイパス通路５を通過したＮＯx量が最適値とされ、閾値として記憶される。

このようにして、バイパス通路５を通過するＮＯx量の最適値を求めることができ、次回以降のリッチスパイク制御ではこの最適値を目標として切替弁６を操作することにより、ＮＯx触媒３よりも下流に流出するＮＯx量を最小限に抑えることができる。

本実施例においては、切替弁６の異常検出を行う。

実施例２では、ＮＯxセンサ９を用いてＮＯx触媒３よりも下流におけるＮＯx量を検出していたが、本実施例においては、切替弁６の開度を変更する指示をＥＣＵ８が出しているにもかかわらず、ＮＯxセンサ９により検出されるＮＯx量がその前後で変化しない場合には、切替弁６に異常があると判定する。

次に、本実施例による切替弁６の異常検出のフローについて説明する。

図５は、本実施例による切替弁６の異常検出のフローを示したフローチャートである。
本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ３０１では、切替弁６の異常検出をする要求があるか否か判定される。この要求は、例えば、車両が所定の距離を走行する毎になされる。

ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ３０２では、切替弁６以外の部材が正常であるか否か判定される。例えば、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ、燃料添加弁７、ＮＯx触媒３の機能に異常がないか否か判定される。これらの部材の機能に異常があると、排気中のＮＯx量が変わるため切替弁６の異常検出において誤判定するおそれがあるため、予めこれらの部材の機能が正常であるか否か判定される。例えばエアフローメータでは、該エアフローメータへ接続されている電線に断線がないか判定される。また、ＮＯx触媒３は、熱劣化が著しくなる例えば７００℃を超えた時間の積算値が所定値以上となっている場合に異常があると判定される。

ステップＳ３０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ３０３では、ＮＯx触媒３に吸蔵されているＮＯxの還元を行うＮＯx還元制御が実行中であるか否か判定される。すなわち、リッチスパイク制御が行われているか否か判定される。

ステップＳ３０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ３０４では、切替弁６が初期位置に操作される。初期位置とは、排気を全てＮＯx触媒３へ流し、バイパス通路５には排気を流さない位置である。

ステップＳ３０５では、バイパス通路５へ流すＮＯx量を所定量増加させる。すなわち、切替弁６に信号を送り、バイパス通路５へ流す排気の量を増加させる。バイパス通路５へ流すＮＯx量を所定量増加させることを繰り返し行い、バイパス通路５へ流すＮＯx量を徐々に増加させる。

ステップＳ３０６では、バイパス通路５を通過するＮＯx量が限界値に達しているか否か判定される。

バイパス通路５を流れるＮＯx量の限界値を予め定めておき、この限界値を超えた場合には、切替弁６に異常があると判定される。

ステップＳ３０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０９へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０７へ進む。

ステップＳ３０７では、ＮＯxセンサ９により検出されるＮＯx量が初期の値から所定値以上変化したか否か判定される。この所定値は、切替弁６が正常に作動したときにＮＯxセンサ９に検出されるＮＯxの変化量であり、予め実験等により得ておく。ＮＯxセンサ９により検出されるＮＯx量の変化量が所定値以上の場合には、切替弁６に異常はないと判定される。

ステップＳ３０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０５に戻る。

ステップＳ３０８では、切替弁異常フラグをＯＦＦとする。切替弁異常フラグとは、切替弁６に異常があると判定されたときにＯＮとなり、異常がないと判定された場合にはＯＦＦとなるフラグである。

ステップＳ３０９では、切替弁異常フラグをＯＮとする。

このようにして、切替弁６の異常判定を行うことができる。これにより、例えば差圧センサを用いないで切替弁６の異常判定を行うことができる。

なお、切替弁６の異常判定は、前記実施例と並行して行うことができる。

本実施例においては、バイパス通路５にもＮＯx触媒を備えている。

図６は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。

前記実施例と比較して、バイパス通路５にもＮＯx触媒３１を備えている点で異なる。

このようにバイパス通路５にもＮＯx触媒３１を備えることにより、ＮＯx触媒３へリッチ空燃比の排気を流し且つＮＯx触媒３において排気の流速を低減させるためにバイパス通路５に排気を流したときに、該バイパス通路５を流れる排気中に含まれるＮＯxをＮＯx触媒３１に吸蔵させることができる。これにより、ＮＯx触媒３およびＮＯx触媒３１よりも下流に流出するＮＯxの量を低減することができる。

また、ＮＯx触媒３１に吸蔵されているＮＯxを還元するときには、該ＮＯx触媒３１にリッチ空燃比の排気を流し且つＮＯx触媒３１における排気の流速を低下させ、ＮＯx触媒３にも排気を流す。

このように、ＮＯx触媒３およびＮＯx触媒３１に吸蔵されているＮＯxの還元を交互に繰り返し行うことにより、下流に流出するＮＯxの量を低減させることができる。

このように構成された内燃機関の排気浄化装置でも、前記実施例を適用することができる。

実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。 実施例１によるＮＯx還元制御のフローを示したフローチャートである。 リッチ空燃比の排気がＮＯx触媒に到達したときからの、バイパス通路を通過するＮＯx量と、ＮＯx触媒よりも下流におけるＮＯx量との関係を表した図である。 実施例２によるバイパス通路通過ＮＯx量の最適値学習フローを示したフローチャートである。 実施例３による切替弁の異常検出のフローを示したフローチャートである。 実施例４に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 吸蔵還元型ＮＯx触媒
４ パティキュレートフィルタ
５ バイパス通路
６ 切替弁
７ 燃料添加弁
８ ＥＣＵ
９ ＮＯxセンサ
３１ 吸蔵還元型ＮＯx触媒

Claims (6)

1. 排気中の酸素濃度が高いときにＮＯxを吸蔵し、酸素濃度が低く且つ還元剤が存在するときに吸蔵していたＮＯxを還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の量を調整する調整手段と、
   前記還元剤供給手段により供給された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に到達したか否か判定する判定手段と、
   を備え、
   前記判定手段により前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤が到達したと判定されたときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の流速を低下させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記判定手段は、前記還元剤供給手段により還元剤が供給される箇所から前記吸蔵還元型ＮＯx触媒までの排気通路の長さおよび排気の流速から還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に到達したか否かを判定す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装置。
3. 前記調整手段は、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒をバイパスするバイパス通路を備え、該バイパス通路へ流すＮＯx量を閾値以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流で排気中に含まれるＮＯx量を検出するＮＯxセンサをさらに備え、前記バイパス通路を流れるＮＯx量を初期値から徐々に増加させたときに、バイパス通路を流れるＮＯx量が初期値のときの前記ＮＯxセンサにより検出されるＮＯx量と比較して、小さい値となっているときの前記バイパス通路へ流しているＮＯx量を閾値として記憶することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流で排気中に含まれるＮＯx量を検出するＮＯxセンサをさらに備え、前記調整手段により流量を変化させているときに前記ＮＯxセンサから得られるＮＯx量が所定量変化しない場合には、前記調整手段に異常が起きていると判定することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記バイパス通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒をさらに備えることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。