JP2007255368A

JP2007255368A - 内燃機関の後処理装置

Info

Publication number: JP2007255368A
Application number: JP2006083142A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Kondo; 暢宏近藤; 嘉則 ▲高▼橋; Yoshinori Takahashi; Kenji Kodama; 健司児玉; Yoshihisa Takeda; 好央武田
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】燃料の消費を最小限に抑制しつつ、高い排気浄化性能を維持することのできる内燃機関の後処理装置を提供すること。
【解決手段】前段にＮＯｘ吸蔵触媒、後段にＤＰＦが設けられ、ＮＯｘ吸蔵触媒より排気上流側に軽油添加インジェクタが設けられた排気管を有するエンジンにおいて、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度Ｔｃａｔがライトオフ温度の下限温度域（２００〜２５０℃）に入ったときには軽油添加インジェクタにより軽油を間欠噴射し、ＮＯｘ吸蔵触媒で当該軽油の酸化反応を生じさせ当該ＮＯｘ吸蔵触媒を加熱させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＮＯｘ吸蔵触媒や、酸化触媒及びパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を有する内燃機関の後処理装置に係り、詳しくはＮＯｘ吸蔵触媒や酸化触媒の触媒温度を活性温度に維持する技術に関する。

例えばディーゼルエンジンから排出される排気にはＮＯｘ（窒素酸化物）やパティキュレートマター（以下、ＰＭと略す）が多く含まれており、その対策としてエンジンの排気通路にはＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒やＰＭを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと略す）等の後処理装置が設けられ、これらの有害成分の排出を防止している。

ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵量には限界があることから、排気空燃比をリッチ側に制御するリッチスパイクによりＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出還元するＮＯｘパージを実施している。また、ＤＰＦの場合にはＤＰＦの排気上流側に酸化触媒を設けて、排気中のＮＯをＮＯ_２に変換させ、当該ＮＯ_２を酸化剤として利用してＤＰＦに捕集されたＰＭを連続的に再生したり、当該酸化触媒にＨＣを供給し、供給されたＨＣの酸化反応熱により排気温度を上昇させＤＰＦに捕集されたＰＭを強制的に焼却除去する強制再生等の制御を定期的に実行している。

しかし、これらの制御はＮＯｘ吸蔵触媒や酸化触媒が所定の触媒能力を発揮しなければ成立せず、例えば車両の減速時、低負荷運転時及びアイドル運転時等には、排気温度が低下し当該ＮＯｘ吸蔵触媒や酸化触媒の温度は所定の触媒能力を発揮可能な活性温度（以下ライトオフ温度ともいう）を下回るおそれがある。そして、ライトオフ温度を下回ったＮＯｘ吸蔵触媒や酸化触媒ではＮＯｘパージ及びＤＰＦの強制再生を良好に行うことができないため排気浄化性能が悪化するという問題がある。

そこで、ＮＯｘ吸蔵触媒や酸化触媒等の排気浄化触媒（後処理装置）の温度がライトオフ温度未満であるときには、吸気絞り弁に加え可変動弁機構を利用してエンジンの吸入空気量を減量させるとともに通常の燃料噴射の後にポスト噴射を実行することで排気温度を上昇させる技術がある（特許文献１参照）。
特開２００３−１２０３６８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術のように、排気浄化触媒の温度がライトオフ温度未満となった排気浄化触媒をポスト噴射によって排気温度を上昇させ、ライトオフ温度以上とするためには燃料の消費量が大幅に増加するという問題がある。
また、上記特許文献１に開示された技術のように、排気浄化触媒の温度がライトオフ温度未満となった時点からポスト噴射による排気温度上昇を行うという制御では、一時的にライトオフ未満となる期間が生じるため、その際に排気浄化性能が悪化するという問題もある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料の消費を最小限に抑制しつつ、高い排気浄化性能を維持することのできる内燃機関の後処理装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の後処理装置では、内燃機関の排気流路に設けられ、酸化雰囲気のときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気のときに前記吸蔵したＮＯｘを放出して還元するＮＯｘ吸蔵触媒を有する内燃機関の後処理装置において、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒より排気上流側に設けられ、該ＮＯｘ吸蔵触媒にＨＣを供給可能なＨＣ供給手段と、前記触媒温度検出手段により検出される触媒温度が前記ＮＯｘ吸蔵触媒の活性温度における所定の下限温度域内にあり、該触媒温度の温度変化勾配が所定値未満である場合に、前記ＨＣ供給手段により前記ＮＯｘ吸蔵触媒にＨＣを間欠的に供給するよう制御する触媒活性温度維持制御手段とを備えたことを特徴としている。

つまり、後処理装置としてＮＯｘ吸蔵触媒を有する内燃機関において、当該ＮＯｘ吸蔵触媒より排気上流側にＨＣ供給手段を設け、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が活性温度の所定の下限温度域内にあり、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度変化勾配が所定値未満のような温度低下状態または緩い温度上昇状態ある場合には、ＨＣ供給手段よりＮＯｘ吸蔵触媒にＨＣを間欠的に供給する。

請求項２の内燃機関の後処理装置では、請求項１において、前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出して還元すべく、前記ＨＣ供給手段により前記ＮＯｘ吸蔵触媒にＨＣを供給するよう制御するリッチスパイク制御手段を備え、該リッチスパイク制御手段が前記ＨＣ供給手段による前記ＮＯｘ吸蔵触媒へのＨＣの供給を行っているときには、前記触媒活性温度維持制御手段による前記ＨＣ供給手段の制御を行わないことを特徴としている。

つまり、ＮＯｘ吸蔵触媒のリッチスパイクが行われるときには、当該リッチスパイク制御を優先させ、触媒活性温度維持手段によるＨＣ供給手段の制御は行わない。
請求項３の内燃機関の後処理装置では、内燃機関の排気流路に設けられ、排気中のパティキュレートマターを捕捉するパティキュレートフィルタと、前記排気流路に設けられ、前記パティキュレートフィルタより排気上流側に設けられた酸化触媒とを有する内燃機関の後処理装置において、前記酸化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記酸化触媒より排気上流側に設けられ、該酸化触媒にＨＣを供給可能なＨＣ供給手段と、前記触媒温度検出手段により検出される触媒温度が前記酸化触媒の活性温度における所定の下限温度域内にあり、該触媒温度の温度変化勾配が所定値未満である場合に、前記ＨＣ供給手段により前記酸化触媒にＨＣを間欠的に供給するよう制御する触媒活性温度維持制御手段とを備えたことを特徴としている。

つまり、後処理装置として後段にパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、前段に酸化触媒を有する内燃機関において、当該酸化触媒より排気上流側にＨＣ供給手段を設け、酸化触媒の温度が活性温度の所定の下限温度域内にあり、酸化触媒の温度変化勾配が所定値未満のような温度低下状態または緩い温度上昇状態ある場合には、ＨＣ供給手段より酸化触媒にＨＣを間欠的に供給する。

請求項４の内燃機関の後処理装置では、請求項３において、前記ＨＣ供給手段より前記酸化触媒にＨＣを供給し、該酸化触媒におけるＨＣの酸化反応熱により前記パティキュレートフィルタに捕捉された前記パティキュレートマターを強制的に燃焼除去して前記パティキュレートフィルタを強制再生させる強制再生制御手段を備え、該強制再生制御手段が前記ＨＣ供給手段による前記酸化触媒へのＨＣの供給を行っているときには、前記触媒活性温度維持制御手段による前記ＨＣ供給手段の制御を行わないことを特徴としている。

つまり、パティキュレートフィルタの強制再生が行われるときには、当該強制再生制御を優先させ、触媒活性温度維持手段によるＨＣ供給手段の制御は行わない。
請求項５の内燃機関の後処理装置では、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記後処理装置へ流入する排気の空気過剰率を検出する空気過剰率検出手段を備え、前記触媒活性温度維持制御手段は、前記空気過剰率検出手段により検出される空気過剰率に所定の差分値を差し引いて求められる目標空気過剰率を理論空燃比よりも希薄側に制限しつつ、前記ＨＣ供給手段による間欠的なＨＣの供給における１回のＨＣ供給量を、前記目標空気過剰率を実現するＨＣ供給量とすることを特徴としている。

つまり、触媒活性温度維持制御手段による前記ＨＣ供給手段の間欠的なＨＣの供給における１回のＨＣ供給量を、空気過剰率に所定の差分値を差し引いて求められ希薄側に制限された目標空気過剰率を実現するＨＣ供給量に設定する。

上記手段を用いる本発明の請求項１の内燃機関の後処理装置によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が活性温度の所定の下限温度域にあるときに、ＨＣ供給手段によりＮＯｘ吸蔵触媒へＨＣを供給することで、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度がライトオフ温度を下回る前に酸化反応熱によりＮＯｘ吸蔵触媒を加熱させ、当該触媒温度を維持または上昇させることができる。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度をライトオフ温度内に維持することができ、高い排気浄化性能を維持することができる。

また、ＨＣの供給はＨＣ供給手段により間欠的に供給されることから、ＨＣの消費を抑制することができるとともに、酸素（Ｏ_２）を適宜補充しながらＨＣをＮＯｘ吸蔵触媒へと供給することができ効率のよい酸化反応を生じさせることができる。
さらに、当該ＨＣの供給は触媒温度の温度変化勾配が所定値未満の場合に限られており、温度変化勾配が所定値以上の温度上昇状態にあるときには当該ＨＣの供給を行わないので、さらにＨＣの消費を抑制させることができる。

以上のことから、ＨＣ（燃料）の消費を最小限に抑制しつつ、高い排気浄化性能を維持することができる。
請求項２の内燃機関の後処理装置によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒のリッチスパイクが行われるときには、当該リッチスパイク制御を優先させることで、確実にリッチスパイクによるＮＯｘパージを行うことができるので、確実にＮＯｘ吸蔵触媒の排気浄化性能を維持することができる。

請求項３の内燃機関の後処理装置によれば、酸化触媒の温度が活性温度の所定の下限温度域にあるときに、ＨＣ供給手段により酸化触媒へＨＣを供給することで、酸化触媒の温度がライトオフ温度を下回る前に酸化反応熱により酸化触媒を加熱させ、当該触媒温度を維持または上昇させることができる。これにより、酸化触媒の温度をライトオフ温度内に維持することができ、パティキュレートフィルタの連続再生を維持することができる。

また、ＨＣの供給はＨＣ供給手段により間欠的に供給されることから、ＨＣの消費を抑制することができるとともに、酸素（Ｏ_２）を適宜補充しながらＨＣを酸化触媒へと供給することができ効率のよい酸化反応を生じさせることができる。
さらに、当該ＨＣの供給は触媒温度の温度変化勾配が所定値未満の場合に限られており、温度変化勾配が所定値以上の温度上昇状態にあるときには当該ＨＣの供給を行わないので、さらにＨＣの消費を抑制させることができる。

以上のことから、ＨＣ（燃料）の消費を最小限に抑制しつつ、高い排気浄化性能を維持することができる。
請求項４の内燃機関の後処理装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生が行われるときには、当該強制再生制御を優先させることで、確実にパティキュレートフィルタを強制再生させることができるので、確実にパティキュレートフィルタの排気浄化性能を維持することができる。

請求項５の内燃機関の後処理装置によれば、目標空気過剰率を理論空燃比よりも希薄側に制限することで、余分に過濃なＨＣを供給することなく、最小限のＨＣ供給量で確実に触媒温度を維持させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
まず、第１実施例について説明する。
図１を参照すると、本発明の第１実施例に係る後処理装置を備えた内燃機関の概略構成図が示されており、以下同図に基づき説明する。
図１において、参照符号１は、エンジン例えばコモンレール式ディーゼルエンジンを示し、参照符号１０は、エンジン１の各種装置の制御を行う電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を示す。

詳細な図示を省略するが、コモンレール式ディーゼルエンジン１（以下単にエンジン１ともいう）は、例えば、ニードル弁ならびにニードル弁の先端側及び基端側に設けられた燃料室及び制御室を有する燃料インジェクタを気筒毎に備えており、燃料室及び制御室は燃料通路を介して蓄圧室に接続され、制御室は燃料戻し通路を介して燃料タンクに接続されている。そして、ＥＣＵ１０の制御下で、燃料インジェクタに設けられた電磁弁が開くと、蓄圧室内から供給された高圧燃料が燃料インジェクタを通じてエンジン１の燃焼室に噴射され、電磁弁が閉じると燃料噴射が終了するものとなっており、このように電磁弁の開弁時期を制御することで燃料噴射時期を調節することができる。

エンジン１は、吸気マニホールド１１に接続された吸気管１２と、排気マニホールド１３に接続された排気管１４（排気流路）とを有している。
吸気管１２の途中には、過給機２０のコンプレッサ２１とインタークーラ３１と吸気スロットル弁３２が配されている。吸気スロットル弁３２の開度は、吸気スロットル弁駆動部３３を介してＥＣＵ１０により調節可能である。

一方、排気管１４の途中には、過給機２０のタービン２２、軽油添加インジェクタ５０（ＨＣ供給手段）、後処理装置４０、及び図示しないマフラが設けられている。
過給機２０のコンプレッサ２１とタービン２２は同期回転可能に連結され、エンジン１から排出される排気ガスの流れにより発生したタービン２２の回転力によりコンプレッサ２１を回転させ、コンプレッサ２１により加圧された吸気をエンジン１に供給するようになっている。また、コンプレッサ２１により加圧されて高温になった空気はインタークーラ３１で冷却され、これにより吸入空気の密度を高めて充填効率を向上させて、エンジン出力を増大するようにしている。そして、過給機２０にはタービン２２をバイパスするバイパス通路が設けられ、このバイパス通路の途中に設けられたウエイストゲート２３を開閉することによりタービン２２を通過する排気量を増減させ、タービン２２の回転を変化させることにより吸気管１２に供給される吸気の圧力を増減できる。また、ウエイストゲート２３は、ウエイストゲート駆動部２４を介してＥＣＵ１０により開閉される。

図１中、参照符号３６は、排気マニホールド１３から吸気管１２に延びるＥＧＲ通路３６を示し、このＥＧＲ通路３６を介して排気の一部を再還流ガスとしてエンジン１に供給するようになっている。ＥＧＲ通路３６の途中には、再還流ガスを冷却してエンジン１へのガス充填密度を高めるＥＧＲクーラ３７と、再還流ガスのエンジン１への供給及び供給遮断のためのＥＧＲ弁３８が設けられている。ＥＧＲ弁駆動部３９を介してＥＣＵ１０によりＥＧＲ弁３８の開閉或いはその開度が調節される。

後処理装置４０は、流入した排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）及びＰＭ（パティキュレートマター）を低減するものである。当該後処理装置４０は、ＰＭを捕集して燃焼除去するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４１と、ＤＰＦ４１の前段に配され軽油添加インジェクタ５０から供給される軽油を還元剤として用いて排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵触媒４２とを有している。

軽油添加インジェクタ５０は燃料タンクと接続されており、排気管１４内に軽油を噴射することでＮＯｘ吸蔵触媒４２に軽油を供給するもので、軽油添加インジェクタ駆動部５１を介してＥＣＵ１０により開閉制御される。
ＥＣＵ１０は、負荷センサ及びエンジン回転数センサ（共に図示略）により検出されたエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて判別したエンジン１の運転領域に応じて各気筒の燃料インジェクタ（図示略）の電磁弁をオンオフして燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御するものになっている。

図１中、参照符号６０、６１は触媒入口温度センサ及び触媒出口温度センサ（触媒温度検出手段）であり、触媒入口温度センサ６０はＮＯｘ吸蔵触媒４２の排気上流側に温度検出端を有しＮＯｘ吸蔵触媒４２の入口温度Ｔｉｎを検出し、触媒出口温度センサ６１はＮＯｘ吸蔵触媒４２とＤＰＦ４１との間に温度検出端を有しＮＯｘ吸蔵触媒４２の出口温度Ｔｏｕｔを検出するようになっている。

また、図１中、参照番号６３は空気過剰率検出センサであり、軽油添加インジェクタ５０とＮＯｘ吸蔵触媒４２との間に設けられ、ＮＯｘ吸蔵触媒４２へ流入する排気の空気過剰率を検出するようになっている。
以下このように構成された本発明の第１実施例に係る内燃機関の後処理装置の作用について説明する。

上記構成のディーゼルエンジン１は、理論空燃比より希薄側であるリーン空燃比で運転され、このリーン空燃比運転中、エンジン１から排出される排気中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒４２に吸蔵される。そして、このＮＯｘ吸蔵量が一定以上まで増大する所定時期に、軽油添加インジェクタ５０より規定量の軽油を噴射する所謂リッチスパイクを行い、当該軽油によりＮＯｘ吸蔵触媒４２に吸蔵されていたＮＯｘを放出し還元除去する所謂ＮＯｘパージがＥＣＵ１０の制御の下行われる（リッチスパイク制御手段）。

また、排気中に含まれるＰＭの大気中への排出量を低減するため、ＰＭがＤＰＦ４１により捕集されるが、ＰＭ捕集量が一定以上まで増大するとＤＰＦ４１の目詰まりによる排圧上昇によってエンジン運転性能が低下するおそれがあるので、捕集されたＰＭを燃焼除去してＤＰＦ４１を再生するため、従来公知の昇温制御が実施される。
ここで、例えばエンジン１の減速時、低負荷運転時及びアイドル運転時には排気温度が低下し、ＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度がライトオフ温度の下限（例えば２００℃）を下回るおそれがある。このようにＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度がライトオフ温度下限を下回ると、軽油添加によるリッチスパイクを行ったとしてもＮＯｘを良好に放出することができず、この状態が長時間続くとＮＯｘ吸蔵過多となり排気浄化性能が悪化するという不具合が生じる。

そこで、本発明では、ＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度がライトオフ温度の下限温度域（例えば２００℃から２５０℃）にある場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度低下を防止し、当該触媒温度をライトオフ温度内に維持させる制御が実施される。
ここで、図２を参照すると、本発明の第１実施例に係る内燃機関の後処理装置のＥＣＵ１０により所定の制御周期で行われるＮＯｘ吸蔵触媒４２のライトオフ温度維持制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに基づき説明する。

まず、ステップＳ１では、ＮＯｘ吸蔵触媒４２の触媒温度Ｔｃａｔを算出し、ステップＳ２に進む。詳しくは、触媒入口温度センサ６０及び触媒出口温度センサ６１より検出されるＮＯｘ吸蔵触媒４２の入口温度Ｔｉｎと出口温度Ｔｏｕｔとの平均を求めることでＮＯｘ吸蔵触媒４２の中心部分の触媒温度Ｔｃａｔを推定する（Ｔｃａｔ＝（Ｔｉｎ＋Ｔｏｕｔ）／２）。

ステップＳ２では、ステップＳ１で算出したＮＯｘ吸蔵触媒４２の触媒温度Ｔｃａｔが、２００℃から２５０℃に設定されたライトオフ温度の下限温度域にあるか否かを判別する（２００℃≦Ｔｃａｔ≦２５０℃）。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は当該ルーチンをリターンし、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合はステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、ＮＯｘ吸蔵触媒４２における触媒温度勾配ΔＴｃａｔを算出し、ステップＳ４に進む。詳しくは、当該触媒温度勾配ΔＴｃａｔは、単位時間当たりの温度変化率であり、ステップＳ１で算出した触媒温度ＴｃａｔをＴｃａｔ２とし、当該Ｔｃａｔ２から所定時間Δｔ秒前の触媒温度Ｔｃａｔ１を引いてΔｔで割ることで求められる（ΔＴｃａｔ＝（Ｔｃａｔ２−Ｔｃａｔ１）／Δｔ）。

ステップＳ４では、ステップＳ３で算出した触媒温度勾配ΔＴｃａｔが、予め設定されている所定値３℃／ｓ未満であるか否かを判別する。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちＮＯｘ吸蔵触媒４２の触媒温度勾配が３℃／ｓ以上の十分な温度上昇をしているような場合は、当該ルーチンをリターンする。一方、当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち触媒温度勾配が３℃／ｓ未満の僅かな温度上昇または当該触媒温度が低下しているような場合には、次のステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、このときリッチスパイク中であるか否かを判別する。なお、当該リッチスパイクの制御はＥＣＵ１０において当該ライトオフ温度維持制御とは別に行われている。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちリッチスパイクを行っている場合は、リッチスパイクによる軽油添加インジェクタ５０の制御を優先し、当該ルーチンをリターンする。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちリッチスパイクが行われていないような場合には、次のステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、軽油添加インジェクタ５０により行われた前回の軽油噴射からの経過時間が４秒以上であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち軽油を噴射してから４秒以上間隔が空いていない場合は、当該ルーチンをリターンする。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち前回の軽油噴射から４秒以上の間隔が空いている場合や、当該ライトオフ温度維持制御を開始して今回が最初の軽油噴射である場合は、次のステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、空気過剰率検出センサ６３によりＮＯｘ吸蔵触媒４２へ流入する空気過剰率λを検出し、当該空気過剰率λより予め設定されている所定の差分値（例えば０．５）を引いた値を目標空気過剰率λａに設定する。ただし、当該目標空気過剰率λａは理論空燃比より希薄側に制限されており、理論空燃比より過濃側（リッチ側）となる場合（λａ≦１）には理論空燃比より僅かに希薄側の値に制御される。

そして、続くステップＳ８において、上記ステップＳ７で設定した目標空気過剰率λａとなるよう軽油添加インジェクタ５０による１回の噴射量を設定し、当該噴射量で１回１秒間の軽油噴射を行い、当該ルーチンをリターンする。
このようなフローチャートに沿ってライトオフ温度維持制御ルーチンを繰り返して行うと、リッチスパイクを行っておらず、ＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度がライトオフ温度の下限温度域内にあり、ＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度勾配が３℃／ｓ未満であるときには、軽油添加インジェクタ５０より４秒毎に１秒の軽油噴射を行う間欠噴射が行われる。

ここで、図３を参照すると、車両減速時に上記ライトオフ温度維持制御を行った場合と、行わなかった場合のＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度変化を時系列的に示したタイムチャートが示されている。
当該図３の破線で示すように、車両減速時に上記ライトオフ温度維持制御を行わなかった場合は、減速とともに排気温度が低下するためＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度も低下し、ライトオフ温度の下限温度２００℃を下回ってしまう。

これに対して、上記ライトオフ温度維持制御を行った場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度がライトオフ温度域にまで下がると、軽油添加インジェクタ５０より軽油の間欠噴射が行われる。そして、この軽油の間欠噴射により当該軽油がＮＯｘ吸蔵触媒４２で種火点火的に燃焼（酸化）されることで、当該ＮＯｘ吸蔵触媒４２は加熱される。これにより、図３の実線で示すように、ＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度低下は止まり、当該触媒温度はライトオフ温度に維持されることとなる。なお、さらに軽油の間欠噴射を続けることで、ＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度は徐々に上昇していくこととなる。

以上のように、車両の減速等で排気温度が低下するような場合であっても、ライトオフ温度を下回る前にＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度低下を止めることができ、当該ＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度がライトオフ温度内に維持されることで、高い排気浄化性能を維持することができる。
また、上記ライトオフ温度維持制御における軽油の噴射は連続噴射ではなく、所定の間隔を空けた間欠噴射とすることによって、軽油の消費を抑制させるとともに、ＮＯｘ吸蔵触媒４２に酸素（Ｏ_２）を適宜補充させることとなり、当該ＮＯｘ吸蔵触媒４２の酸化反応を促進させることができる。

また、上記ライトオフ温度維持制御の軽油の間欠噴射における１回の噴射量は、このときの空気過剰率λに対して所定の差分値（例えば０．５）下げた値である目標空気過剰率λａとなる量に設定されており、且つ当該目標空気過剰率λａはリーン側に制限されているので、余分に還元反応を起こさせることもなく、最小限の軽油噴射量によりＮＯｘ吸蔵触媒４２での酸化反応を生じさせることができる。

そして、軽油の間欠噴射はＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度勾配が所定値３℃／ｓ未満の場合に限られており、温度勾配が所定値３℃／ｓ以上となる温度上昇状態にあるときには当該ＨＣの供給を行わないので、さらにＨＣの消費を抑制させることができる。
さらに、上記ライトオフ温度維持制御ではリッチスパイク制御を妨げないため、ＮＯｘ吸蔵触媒４２のＮＯｘ吸蔵量が限界に達した際いつでもリッチスパイクを行うことができる。

以上のことから、本発明に係る内燃機関の後処理装置では、軽油添加を行うライトオフ温度維持制御において、軽油の消費を最小限に抑制しつつ、高い排気浄化性能を維持させることができる。
次に第２実施例について説明する。
図４を参照すると、本発明の第２実施例に係る後処理装置の概略構成図が示されており、図５を参照すると本発明の第２実施例に係る内燃機関の後処理装置のＥＣＵ１０により所定の制御周期で行われる酸化触媒４３のライトオフ温度維持制御ルーチンがフローチャートで示されている。なお、当該第２実施例において、上記第１実施例と同様の構成や制御については同じ符号を付し説明は省略する。

第２実施例では、後処理装置４０’としてＤＰＦ４１の前段に酸化触媒４３が設けられている。
そして、当該構成の後処理装置４０’では、ＤＰＦ４１により捕集されたＰＭ捕集量が一定以上まで増大した所定時期に、軽油添加インジェクタ５０により軽油が噴射され、当該軽油が酸化触媒４３で酸化させることで排気温度が上昇し、ＤＰＦ４１に捕集されたＰＭが焼却除去される、所謂強制再生がＥＣＵ１０の制御の下行われる（強制再生制御手段）。

そして、当該第２実施例におけるライトオフ温度維持制御は、図５に示すように、ステップＳ５’において、強制再生中ではないか否かの判別を行うものとし、その他のステップは上記第１実施例と同様とする。
これにより、強制再生を妨げることなく、上記第１実施例と同様の効果を得ることができるとともに、酸化触媒がライトオフ温度に維持されることによって、ＤＰＦ４１へのＮＯ_２の供給が維持され、ＤＰＦの連続再生が実施可能となる。

以上で本発明に係る内燃機関の後処理装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記第１実施例では、ＮＯｘ吸蔵触媒４２のＮＯｘ吸蔵量が限界に達したときにリッチスパイクを行っているが、ＮＯｘ吸蔵触媒４２は燃料中に含まれる硫黄分によりＳ被毒すると排気浄化性能が低下するので、ＮＯｘ吸蔵触媒４２に吸着されたＳ成分を還元除去するＳパージを行うべく、上記リッチスパイク同様、軽油添加インジェクタ５０より規定量の軽油を噴射させる制御を行ってもよい。なお、この場合は、上記第１実施例におけるライトオフ温度維持制御のステップＳ５において、リッチスパイク中であるか否かの判別とともに上記Ｓパージ中であるか否かの判別を行うようにする。

また、上記実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒４２や酸化触媒４３の温度がライトオフ温度の下限温度域にあるとき、温度勾配が所定値以上となるか、リッチスパイクや強制再生を行うかによって軽油の間欠噴射を停止させているが、当該軽油の間欠噴射を停止させる条件はこれに限られるものではなく、例えばアクセル開度を検出するアクセル開度センサを設け、当該アクセル開度センサにより検出されたアクセル開度が所定開度以上の加速運転状態を検出した場合にも、軽油の間欠噴射を停止させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒４２や酸化触媒４３の入口温度Ｔｉｎと出口温度ＴｏｕｔからＮＯｘ吸蔵触媒４２の中心部分の温度を推定しているが、例えば温度検出端をＮＯｘ吸蔵触媒４２や酸化触媒４３の中心部分に有する温度センサを設け、当該温度センサにより直接触媒の温度を検出してもよい。
また、上記実施形態における、２００℃から２５０℃のライトオフ温度の下限温度域、３℃／ｓの温度勾配閾値、０．５の軽油添加による目標空気過剰率を設定する差分値、４秒の間欠間隔、１秒の噴射時間等の数値は例示的に記載したものでこれに限られるものではない。

また、上記実施形態の後処理装置はＮＯｘ吸蔵触媒または酸化触媒とＤＰＦにより構成されているが、後処理装置の構成はこれに限られるものではなく、例えば酸化触媒を前段に備えた尿素ＳＣＲであっても構わない。

本発明の第１実施例に係る後処理装置を備えた内燃機関の概略構成図である。本発明の第１実施例に係る内燃機関の後処理装置のＥＣＵにより所定の制御周期で行われるＮＯｘ吸蔵触媒のライトオフ温度維持制御ルーチンがフローチャートである。車両減速時に本発明のライトオフ温度維持制御を行った場合と、行わなかった場合の触媒温度の変化を時系列的に示したタイムチャートである。本発明の第２実施例に係る後処理装置の概略構成図である。本発明の第２実施例に係る内燃機関の後処理装置のＥＣＵにより所定の制御周期で行われる酸化触媒の維持制御ルーチンがフローチャートである。

符号の説明

１エンジン
１０ＥＣＵ（触媒活性温度維持制御手段、リッチスパイク制御手段、強制再生制御手段）
１４排気管（排気流路）
４０、４０’ 後処理装置
４１ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
４２ＮＯｘ吸蔵触媒
４３酸化触媒
５０軽油添加インジェクタ（ＨＣ供給手段）
６０触媒入口温度センサ（触媒温度検出手段）
６１触媒出口温度センサ（触媒温度検出手段）

Claims

内燃機関の排気流路に設けられ、酸化雰囲気のときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気のときに前記吸蔵したＮＯｘを放出して還元するＮＯｘ吸蔵触媒を有する内燃機関の後処理装置において、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒より排気上流側に設けられ、該ＮＯｘ吸蔵触媒にＨＣを供給可能なＨＣ供給手段と、
前記触媒温度検出手段により検出される触媒温度が前記ＮＯｘ吸蔵触媒の活性温度における所定の下限温度域内にあり、該触媒温度の温度変化勾配が所定値未満である場合に、前記ＨＣ供給手段により前記ＮＯｘ吸蔵触媒にＨＣを間欠的に供給するよう制御する触媒活性温度維持制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の後処理装置。
前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出して還元すべく、前記ＨＣ供給手段により前記ＮＯｘ吸蔵触媒にＨＣを供給するよう制御するリッチスパイク制御手段を備え、
該リッチスパイク制御手段が前記ＨＣ供給手段による前記ＮＯｘ吸蔵触媒へのＨＣの供給を行っているときには、前記触媒活性温度維持制御手段による前記ＨＣ供給手段の制御を行わないことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の後処理装置。
内燃機関の排気流路に設けられ、排気中のパティキュレートマターを捕捉するパティキュレートフィルタと、
前記排気流路に設けられ、前記パティキュレートフィルタより排気上流側に設けられた酸化触媒とを有する内燃機関の後処理装置において、
前記酸化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記酸化触媒より排気上流側に設けられ、該酸化触媒にＨＣを供給可能なＨＣ供給手段と、
前記触媒温度検出手段により検出される触媒温度が前記酸化触媒の活性温度における所定の下限温度域内にあり、該触媒温度の温度変化勾配が所定値未満である場合に、前記ＨＣ供給手段により前記酸化触媒にＨＣを間欠的に供給するよう制御する触媒活性温度維持制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の後処理装置。
前記ＨＣ供給手段より前記酸化触媒にＨＣを供給し、該酸化触媒におけるＨＣの酸化反応熱により前記パティキュレートフィルタに捕捉された前記パティキュレートマターを強制的に燃焼除去して前記パティキュレートフィルタを強制再生させる強制再生制御手段を備え、
該強制再生制御手段が前記ＨＣ供給手段による前記酸化触媒へのＨＣの供給を行っているときには、前記触媒活性温度維持制御手段による前記ＨＣ供給手段の制御を行わないことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の後処理装置。
前記後処理装置へ流入する排気の空気過剰率を検出する空気過剰率検出手段を備え、
前記触媒活性温度維持制御手段は、
前記空気過剰率検出手段により検出される空気過剰率に所定の差分値を差し引いて求められる目標空気過剰率を理論空燃比よりも希薄側に制限しつつ、前記ＨＣ供給手段による間欠的なＨＣの供給における１回のＨＣ供給量を、前記目標空気過剰率を実現するＨＣ供給量とすることを特徴とする前記請求項１乃至４のいずれか記載の内燃機関の後処理装置。