JP2008163775A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力低下を抑制することができる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 排気浄化装置（１００）は、内燃機関（２０）の排気系（３０）に設けられたＮＯｘ触媒（３２）と、内燃機関からの排気ガスの空燃比を調整する空燃比調整手段（１３，１４）と、ＮＯｘ触媒に供給される排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイクが複数回間欠的に行われかつ各リッチスパイクにおける空燃比がリッチスパイクの回数が増加するにつれてリッチ側に移行するように空燃比調整手段を制御するリッチスパイク制御を行う制御手段（４０）とを備える。
【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。

内燃機関の排気系に、ＮＯｘ触媒を設ける技術が開示されている。このＮＯｘ触媒は、排気ガスがリーンである場合には排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスがストイキまたはリッチである場合には吸蔵したＮＯｘを脱離しつつ浄化する。このＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下したと判定された場合に、吸蔵されたＮＯｘをリッチスパイクによって脱離させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−５００４１号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、リッチスパイク量が少ないと、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘが脱離せずにＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下するおそれがある。

本発明は、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力低下を抑制することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられたＮＯｘ触媒と、内燃機関からの排気ガスの空燃比を調整する空燃比調整手段と、ＮＯｘ触媒に供給される排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイクが複数回間欠的に行われかつ各リッチスパイクにおける空燃比がリッチスパイクの回数が増加するにつれてリッチ側に移行するように前記空燃比調整手段を制御するリッチスパイク制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とするものである。

本発明に係る排気浄化装置においては、リッチスパイクが複数回、間欠的に行われる。この場合、効率よくＳＯｘを脱離させることができる。Ａ／Ｆを長時間リッチ側にシフトさせても、ＳＯｘの脱離が緩慢になってしまうからである。また、リッチスパイクの回数が多くなるにつれて、Ａ／Ｆがリッチ側にシフトする。それにより、ＳＯｘの脱離を促進することができる。その結果、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力低下を抑制することができる。

内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整手段をさらに備え、制御手段は、内燃機関の点火時期が遅角側にシフトするように点火時期調整手段を制御する遅角制御を行った後に、リッチスパイク制御を行ってもよい。この場合、ＮＯｘ触媒の温度が上昇した後にリッチスパイク制御が行われる。それにより、ＳＯｘの脱離を促進することができる。

リッチスパイク制御前におけるＮＯｘ触媒内部の空燃比を予測または検知する空燃比取得手段をさらに備えていてもよい。また、制御手段は、空燃比取得手段が取得した空燃比が所定値以下であれば遅角制御を禁止してもよい。この場合、不要な遅角制御を行う必要がなくなる。

排気ガスの量を調整する排気ガス量調整手段をさらに備え、制御手段は、空燃比取得手段が取得した空燃比に基づいて排気ガス量調整手段を制御し、リッチスパイク制御時における排気ガス量を変化させてもよい。この場合、排気ガス量が変化することによって、ＳＯｘ脱離が促進される。

ＮＯｘ触媒より下流における排気ガス中のＮＯｘ量を予測または検知するＮＯｘ量取得手段をさらに備え、制御手段は、ＮＯｘ量取得手段が取得したＮＯｘ量が所定値より大きければリッチスパイク制御を行ってもよい。この場合、不必要なリッチスパイク制御を抑制することができる。また、制御手段は、ＮＯｘ取得手段が取得したＮＯｘ量が所定値以下になるまで、リッチスパイク制御を行ってもよい。この場合、ＳＯｘの脱離を十分に行うことができる。

ＮＯｘ触媒内部の温度を予測または検知する温度取得手段と、空燃比取得手段が取得した空燃比および温度取得手段が取得した温度に基づき、ＮＯｘ触媒からの硫黄成分脱離濃度を演算する演算手段とをさらに備え、制御手段は、硫黄成分脱離濃度が所定値以下になるように、リッチスパイク制御における各リッチスパイクの空燃比を決定してもよい。この場合、ＳＯｘの脱離を効率よく行うことができる。

ＮＯｘ触媒内部の温度を予測または検知する温度取得手段と、ＮＯｘ触媒内部の温度とリッチスパイク時のＮＯｘ触媒内部の空燃比とＮＯｘ触媒からの硫黄成分脱離濃度との関係を記憶した記憶手段とをさらに備え、制御手段は、硫黄成分脱離濃度が所定値以下になるように、リッチスパイク制御における各リッチスパイクの空燃比を決定してもよい。この場合、ＳＯｘの脱離を効率よく行うことができる。

制御手段は、排気ガスの空燃比をリッチ側かつ各リッチスパイクの空燃比よりもリーン側になるように空燃比調整手段を制御した後に、リッチスパイク制御を行ってもよい。この場合、ＮＯｘ触媒をあらかじめ加熱することができる。それにより、ＳＯｘの脱離を促進することができる。

本発明によれば、ＮＯｘ触媒からのＳＯｘの脱離を促進することができる。その結果、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力低下を抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明の第１実施例に係る排気浄化装置１００の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、排気浄化装置１００は、吸気系１０、内燃機関２０、排気系３０および制御部４０を備える。吸気系１０は内燃機関２０の吸気口に接続され、排気系３０は内燃機関２０の排気口に接続されている。

吸気系１０は、吸気管１１、エアフローメータ１２、スロットルバルブ１３、燃料噴射弁１４等から構成される。エアフローメータ１２は、内燃機関２０の吸気管１１を流動するエア量を測定し、その測定結果を制御部４０に与える。スロットルバルブ１３は、制御部４０の指示に従って、吸気管１１に供給されるエア量を調整する。燃料噴射弁１４は、エアフローメータ１２およびスロットルバルブ１３よりも下流側に配置され、制御部４０の指示に従って吸気管１１に供給される燃料量を調整する。

内燃機関２０は、ピストン２１、クランク角センサ２２、点火装置２３等を備える。ピストン２１は内燃機関２０のシリンダ内に設けられている。クランク角センサ２２は、ピストン２１のクランク角を測定し、その測定結果を制御部４０に与える。点火装置２３は、制御部４０の指示に従って、シリンダ内の混合気に点火する。

排気系３０は、排気管３１、ＮＯｘ触媒３２、温度センサ３３、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３４等を備える。ＮＯｘ触媒３２は、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の酸化還元を行う三元触媒機能と、排気中のＮＯｘを吸蔵してＮＯｘを脱離・還元する機能とを有する触媒である。ＮＯｘ触媒３２は、例えば、ＮＯｘ吸蔵剤層と三元触媒層とが触媒担体にコーティングされた構造を有する。温度センサ３３は、ＮＯｘ触媒３２内の温度を測定し、その測定結果を制御部４０に与える。Ａ／Ｆセンサ３４は、ＮＯｘ触媒３２内のＡ／Ｆを測定し、その測定結果を制御部４０に与える。

制御部４０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成される。制御部４０は、エアフローメータ１２、温度センサ３３およびＡ／Ｆセンサ３４の測定結果に基づいて、スロットルバルブ１３および燃料噴射弁１４を制御する。それにより、制御部４０は、混合気のＡ／Ｆを制御することができる。また、制御部４０は、クランク角センサ２２の測定結果に基づいて、点火装置２３を制御する。それにより、制御部４０は、シリンダ内の点火時期を制御することができる。

ここで、燃料中の硫黄は、酸化後に、ＮＯｘに比較して優先的にＮＯｘ吸蔵剤に吸着する性質を有している。ＮＯｘ触媒３２のＮＯｘ吸蔵剤にＳＯｘが吸着すると、ＮＯｘ触媒３２の触媒機能が低下する。図２にＮＯｘ触媒３２の触媒機能を示す。図２（ａ）は、ＮＯｘ吸蔵剤におけるＳＯｘ吸着量が少ない場合のＮＯｘ触媒３２の触媒機能を示す。図２（ｂ）は、ＮＯｘ吸蔵剤におけるＳＯｘ吸着量が多い場合のＮＯｘ触媒３２の触媒機能を示す。

図２（ａ）および図２（ｂ）の横軸は排気ガスのＡ／Ｆを示し、図２（ａ）および図２（ｂ）の縦軸は排気ガス中の各成分の浄化率を示す。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ＮＯｘ吸蔵剤におけるＳＯｘ吸着量が多くなると、ＮＯｘ触媒３２の触媒機能が低下する。したがって、ＮＯｘ触媒３２に吸着しているＳＯｘを脱離することによって、ＮＯｘ触媒３２の触媒機能低下を抑制することができる。本実施例においては、制御部４０は、リッチスパイク制御を行って、ＮＯｘ触媒３２に吸着したＳＯｘの脱離を制御する。以下、リッチスパイク制御の詳細について説明する。

図３は、リッチスパイク制御における排気ガスのＡ／ＦとＳＯｘ脱離量との関係を示す図である。図３の左側の縦軸はＡ／Ｆを示し、図３の右側の縦軸はＳＯｘ脱離量を示し、図３の横軸は時間を示す。図３に示すように、制御部４０は、リッチスパイク制御前には、Ａ／Ｆをリーン側（例えば、Ａ／Ｆ＝２２程度）に制御する。制御部４０は、リッチスパイク制御を行う場合には、Ａ／Ｆを一時的にリッチ側にシフトさせて再度リーン側にシフトさせる（以下、リッチスパイクと称する）。この場合、ＮＯｘ触媒３２に吸着しているＳＯｘは、急激に脱離し、その後は緩慢に脱離する。この場合の一時的なリッチ側シフトの時間は、特に限定されないが、例えば１秒〜１．５秒程度にしてもよい。

制御部４０は、上記リッチスパイクを複数回、間欠的に行う。この場合、効率よくＳＯｘを脱離させることができる。Ａ／Ｆを長時間リッチ側にシフトさせても、ＳＯｘの脱離が緩慢になってしまうからである。また、ＳＯｘの脱離が進むにつれて、ＳＯｘの脱離効率が低下する。そこで、制御部４０は、リッチスパイクの回数が多くなるにつれて、Ａ／Ｆをリッチ側にシフトさせる。それにより、ＳＯｘの脱離を促進することができる。なお、図３に記載のＡ／Ｆ値は、一例である。

以上のことから、リッチスパイクを複数回、間欠的に行い、かつ、リッチスパイクの回数が多くなるにつれてＡ／Ｆをリッチ側にシフトさせることによって、ＳＯｘの脱離を促進することができる。特に、Ａ／Ｆをストイキからリッチ側にシフトさせることによって、ＳＯｘの脱離を促進することができる。Ａ／Ｆがストイキの場合、ＮＯｘ触媒３２の温度が上昇してＳＯｘが脱離しやすくなるからである。

（変形例１）
また、制御部４０は、上記構成において、ＮＯｘ触媒３２の温度を上昇させた後にリッチスパイク制御を行ってもよい。図４（ａ）にＳＯｘ脱離濃度とＮＯｘ触媒３２内の温度との関係の一例を示す。図４（ａ）の縦軸は排気ガスへのＳＯｘ脱離濃度を示し、図４（ａ）の横軸はＮＯｘ触媒３２内の温度を示す。図４（ａ）に示すように、いずれのＡ／Ｆにおいても、温度上昇に伴ってＳＯｘ脱離濃度が増加する。したがって、ＮＯｘ触媒３２の温度を上昇させた後にリッチスパイク制御を行うことによって、ＳＯｘの脱離を促進することができる。

図４（ｂ）に、その場合のフローチャートを示す。図４（ｂ）に示すように、制御部４０は、所定の時間、内燃機関２０の点火時期が遅角側にシフトするように、点火装置２３を制御する（ステップＳ１）。それにより、排気ガスの温度が上昇する。その結果、ＮＯｘ触媒３２の温度が上昇する。次に、制御部４０は、図３で説明したリッチスパイク制御を行う（ステップＳ２）。その後、制御部４０は、フローチャートの実行を終了する。このように、あらかじめＮＯｘ触媒３２の温度を上昇させてからリッチスパイク制御を行うことによって、ＳＯｘの脱離を促進することができる。

（変形例２）
また、制御部４０は、上記構成において、あらかじめ排気ガスのＡ／Ｆをリッチ側にシフトさせることによってＮＯｘ触媒３２の温度を上昇させてもよい。図５に、その場合の制御を示す。図５（ａ）はフローチャートを示し、図５（ｂ）はＡ／Ｆの経時変化を示す。図５（ｂ）の縦軸はＡ／Ｆを示し、図５（ｂ）の横軸は時間を示す。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、制御部４０は、Ａ／Ｆがリッチ側にシフトするようにスロットルバルブ１３および燃料噴射弁１４を制御する（ステップＳ１１）。それにより、排気ガスの温度が上昇する。その結果、ＮＯｘ触媒３２の温度が上昇する。

次に、制御部４０は、図３で説明したリッチスパイク制御を行う（ステップＳ１２）。次いで、制御部４０は、Ａ／Ｆをリッチスパイク制御前の値に戻す（ステップＳ１３）。その後、制御部４０は、フローチャートの実行を終了する。このように、あらかじめＮＯｘ触媒３２の温度を上昇させてからリッチスパイク制御を行うことによって、ＳＯｘの脱離を促進することができる。なお、図５（ｂ）に示す値は、一例である。

（変形例３）
また、制御部４０は、上記構成において、排気ガス量を制御した後にリッチスパイク制御を行ってもよい。ここで、排気ガス量が多くなると、ＳＯｘ脱離量が多くなる。図６に排気ガス量と排気ガス中へのＳＯｘ脱離濃度との関係を示す。図６（ａ）は排気ガス量が１０ｇ／ｓの場合を示し、図６（ｂ）は排気ガス量が２０ｇ／ｓの場合を示す。図６（ａ）および図６（ｂ）において、横軸は温度を示し、縦軸はＳＯｘの排気ガス中への脱離濃度を示す。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、同一のＡ／Ｆかつ同一の温度であれば、ガス量が多いほどＳＯｘ脱離が促進される。したがって、排気ガス量を多くすることによって、ＳＯｘの脱離量を多くすることができる。図７に、排気ガス量制御を含むフローチャートを示す。

図７に示すように、制御部４０は、排気ガス量が多くなるように、スロットルバルブ１３および燃料噴射弁１４を制御する（ステップＳ２１）。次に、制御部４０は、図３で説明したリッチスパイク制御を行う（ステップＳ２２）。その後、制御部４０は、フローチャートの実行を終了する。このように、あらかじめ排気ガス量を多くすることによって、ＳＯｘの脱離を促進することができる。

なお、制御部４０は、リッチスパイクのタイミングに合わせて排気ガス量が多くなるように、スロットルバルブ１３および燃料噴射弁１４を制御してもよい。図８にその詳細を示す。図８に示すように、制御部４０は、リッチスパイクのタイミングに合わせて、排気ガス量がパルス的に増加するようにスロットルバルブ１３および燃料噴射弁１４を制御する。それにより、ＳＯｘの脱離を促進することができる。なお、図８に示す値は、一例である。

（変形例４）
制御部４０は、図６（ａ）および図６（ｂ）のような関係を用いて、リッチスパイク制御における各リッチスパイクの空燃比を決定してもよい。図９にその場合のフローチャートを示す。図９に示すように、制御部４０は、温度センサ３３およびＡ／Ｆセンサ３４の測定結果を受け取る（ステップＳ３１）。次に、制御部４０は、温度センサ３３およびＡ／Ｆセンサ３４の測定結果に基づいて、リッチスパイク制御における各リッチスパイク時のＳＯｘ脱離濃度を求める（ステップＳ３２）。この場合、制御部４０は、図６（ａ）および図６（ｂ）のような温度とＳＯｘ脱離濃度とＡ／Ｆとの関係を用いる。例えば、ＮＯｘ触媒３２内の温度とＳＯｘ脱離濃度とＡ／Ｆとの関係をマップ化しておいてもよく、演算によってＳＯｘ脱離濃度を求めてもよい。

次いで、制御部４０は、各リッチスパイクにおけるＳＯｘ脱離濃度が所定値以下になるように、各リッチスパイクにおけるＡ／Ｆを決定する（ステップＳ３３）。この場合、制御部４０は、図６（ａ）および図６（ｂ）のような温度とＳＯｘ脱離濃度とＡ／Ｆとの関係を用いる。次に、制御部４０は、図３で説明したリッチスパイク制御を行う（ステップＳ３４）。その後、制御部４０は、フローチャートの実行を終了する。

このように、ＳＯｘ脱離濃度と温度との関係に基づいてリッチスパイク時のＡ／Ｆを決定することによって、ＳＯｘの脱離を効率よく行うことができる。なお、制御部４０は、ＳＯｘ脱離濃度と温度との関係に基づいて、各リッチスパイクにおいてＡ／Ｆをリッチ側にシフトさせる時間を変化させることもできる。

（変形例５）
また、制御部４０は、変形例１〜４を組み合わせた制御を行ってもよい。その場合のフローチャートを図１０に示す。図１０に示すように、制御部４０は、温度センサ３３およびＡ／Ｆセンサ３４の測定結果を受け取る（ステップＳ４１）。次に、制御部４０は、温度センサ３３およびＡ／Ｆセンサ３４の測定結果に基づいて、排気ガス量を増加させるか否かを判定する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２においては、制御部４０は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すような関係に基づいて、現在の排気ガス量でＳＯｘ脱離濃度を所定値以下に制御できないと判断すれば、排気ガス量を増加させると判定する。この場合、排気ガス量とＮＯｘ触媒３２内の温度とＳＯｘ脱離濃度とＡ／Ｆとの関係をマップ化しておいてもよく、演算によってＳＯｘ脱離濃度を求めてもよい。

ステップＳ４２において排気ガス量を増加させると判定された場合、制御部４０は、排気ガス量が多くなるようにスロットルバルブ１３および燃料噴射弁１４を制御する（ステップＳ４３）。この場合、制御部４０は、ＳＯｘ脱離濃度が所定値以下になるように排気ガス量を増加させる。次に、制御部４０は、図３に示すリッチスパイク制御を行う（ステップＳ４４）。その後、制御部４０は、フローチャートの実行を終了する。なお、ステップＳ４２において排気ガス量を増加させると判定されなかった場合、制御部４０は、ステップＳ４３を実行せずにステップＳ４４を実行する。

このように、排気ガス量を増加させるか否かを判定することによって、ＳＯｘ脱離を効率よく行うことができるとともに、不必要な制御を抑制することができる。

（変形例６）
また、制御部４０は、変形例１〜４を組み合わせた他の制御を行ってもよい。その場合のフローチャートを図１１に示す。図１１に示すように、制御部４０は、Ａ／Ｆが現在のＡ／Ｆよりもリッチ側であってストイキよりもリーン側にシフトするように、スロットルバルブ１３および燃料噴射弁１４を制御する（ステップＳ５１）。次に、制御部４０は、点火時期が遅角側にシフトするように、点火装置２３を制御する（ステップＳ５２）。この場合、制御部４０は、ステップＳ５１におけるＡ／Ｆのシフト量に基づいて、点火時期の遅角量を決定してもよい。

次いで、制御部４０は、温度センサ３３およびＡ／Ｆセンサ３４の測定結果を受け取る（ステップＳ５３）。次に、制御部４０は、温度センサ３３およびＡ／Ｆセンサ３４の測定結果に基づいて、排気ガス量を増加させるか否かを判定する（ステップＳ５４）。ステップＳ５４においては、制御部４０は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すような関係に基づいて、現在の排気ガス量でＳＯｘ脱離濃度を所定値以下に制御できなければ、排気ガス量を増加させると判定する。この場合、排気ガス量とＮＯｘ触媒３２内の温度とＳＯｘ脱離濃度とＡ／Ｆとの関係をマップ化しておいてもよく、演算によってＳＯｘ脱離濃度を求めてもよい。

ステップＳ５４において排気ガス量を増加させると判定された場合、制御部４０は、排気ガス量が多くなるようにスロットルバルブ１３および燃料噴射弁１４を制御する（ステップＳ５５）。この場合、制御部４０は、ＳＯｘ脱離濃度が所定値以下になるように排気ガス量を増加させる。次に、制御部４０は、図３に示すリッチスパイク制御を行う（ステップＳ５６）。その後、制御部４０は、フローチャートの実行を終了する。

なお、ステップＳ５４において排気ガス量を増加させると判定されなかった場合、制御部４０は、ステップＳ５２において行った遅角制御を維持するか否かを判定する（ステップＳ５７）。この場合、制御部４０は、現在のＡ／ＦでＳＯｘ脱離濃度が所定値以下にならないと判断すれば、遅角制御を維持すると判定する。ステップＳ５７において遅角制御を維持すると判定された場合、制御部４０は、排気ガス量を変化させずに遅角制御を維持し（ステップＳ５８）、ステップＳ５６を実行する。ステップＳ５７において遅角制御を維持すると判定されなかった場合、制御部４０は、排気ガスを変化させずに遅角制御を解除し（ステップＳ５９）、ステップＳ５６を実行する。

このように、上記フローチャートに従えば、ＳＯｘ脱離を効率よく行うことができるとともに、不要な遅角制御および不要な排気ガス増加制御を行う必要がなくなる。

（変形例７）
また、制御部４０は、変形例１〜４を組み合わせた他の制御を行ってもよい。その場合のフローチャートを図１２に示す。図１２に示すように、制御部４０は、温度センサ３３およびＡ／Ｆセンサ３４の測定結果を受け取る（ステップＳ６１）。次に、制御部４０は、排気ガス量が多くなるようにスロットルバルブ１３および燃料噴射弁１４を制御する（ステップＳ６２）。この場合、制御部４０は、図６（ａ）および図６（ｂ）のような関係に基づいて、排気ガス増加量を決定してもよい。次いで、制御部４０は、内燃機関２０の点火時期が遅角側に所定量シフトするように、点火装置２３を制御する（ステップＳ６３）。

次に、制御部４０は、温度センサ３３の測定結果に基づいて、ＮＯｘ触媒３２をさらに加熱するか否かを判定する（ステップＳ６４）。この場合、ＮＯｘ触媒３２の温度が所定値に達しているか否かによって判定してもよい。ステップＳ６４においてＮＯｘ触媒３２をさらに加熱する必要があると判定された場合、制御部４０は、Ａ／Ｆがリッチ側であってストイキよりもリーン側にシフトするように、スロットルバルブ１３および燃料噴射弁１４を制御する（ステップＳ６５）。その後、制御部４０は、図８で説明したリッチスパイク制御を行う（ステップＳ６６）。なお、ステップＳ６４においてＮＯｘ触媒３２をさらに加熱する必要があると判定されなかった場合、制御部４０は、ステップＳ６５を実行せずにステップＳ６６を実行する。

このように、上記フローチャートに従えば、主として排気ガスの量およびＡ／Ｆを制御することによってＳＯｘの脱離を促進することができる。

続いて、本発明の第２実施例に係る排気浄化装置１００ａについて説明する。図１３は、排気浄化装置１００ａの全体構成を示す模式図である。図１３に示すように、排気浄化装置１００ａは、ＮＯｘ触媒３２の下流に、さらにＮＯｘセンサ３５を備えている。その他の構成は実施例１と同様であるため、説明を省略する。

ＮＯｘセンサ３５は、ＮＯｘ触媒３２を通過した排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するセンサである。ＮＯｘセンサ３５は、排気ガス中のＮＯｘ濃度を測定し、その測定結果を制御部４０に与える。制御部４０は、ＮＯｘセンサ３５の測定結果に基づいて、リッチスパイク制御を行うか否かを判定する。

例えば、制御部４０は、図１４に示すフローチャートを実行する。図１４に示すように、制御部４０は、所定の時間、内燃機関２０の点火時期が遅角側にシフトするように、点火装置２３を制御する（ステップＳ７１）。それにより、排気ガスの温度が上昇する。その結果、ＮＯｘ触媒３２の温度が上昇する。次に、制御部４０は、ＮＯｘセンサ３５の測定結果を受け取る（ステップＳ７２）。次いで、制御部４０は、ＮＯｘセンサ３５の測定結果が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ７３）。

ステップＳ７３においてＮＯｘセンサ３５の測定結果が所定値以下であると判定された場合、制御部４０は、リッチスパイクを１回行う（ステップＳ７４）。それにより、ＮＯｘ触媒３２に吸蔵されているＳＯｘが脱離される。その後、制御部４０は、フローチャートの実行を終了する。ステップＳ７３においてＮＯｘセンサ３５の測定結果が所定値以下であると判定されなかった場合、制御部４０は、図３で説明したリッチスパイク制御を行う（ステップＳ７５）。それにより、ＮＯｘ触媒３２に吸蔵されているＳＯｘが効率よく脱離する。その後、制御部４０は、フローチャートの実行を終了する。

このように、排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒３２に吸蔵される場合には、リッチスパイク制御が行われない。したがって、リッチスパイク制御に伴う燃費悪化を抑制することができる。なお、上記フローチャートが周期的に実行されれば、ＮＯｘ触媒３２の下流側の排気ガス中のＮＯｘ濃度が所定値以下になるまでリッチスパイク制御が継続される。それにより、ＮＯｘ触媒３２に吸蔵されたＮＯｘを十分に脱離させることができる。また、図１４に示したフローチャートは、図５、図７、図９、図１０、図１１および図１２のフローチャートにも適用することができる。それにより、燃費悪化を抑制することができる。

なお、上記各実施例において、ＮＯｘ触媒３２内のＡ／ＦがＡ／Ｆセンサ３４によって検出されているが、それに限られない。例えば、制御部４０は、エアフローメータ１２の検出結果および燃料噴射弁１４の噴射量に基づいて、ＮＯｘ触媒３２内のＡ／Ｆを推定してもよい。また、ＮＯｘ触媒３２内の温度が温度センサ３３によって検出されているが、それに限られない。例えば、制御部４０は、エアフローメータ１２の検出結果およびＡ／Ｆセンサ３４の測定結果に基づいて、ＮＯｘ触媒３２内の温度を推定してもよい。

上記各実施例において、スロットルバルブ１３および燃料噴射弁１４が空燃比調整手段および排気ガス量調整手段に相当し、点火装置２３が点火時期調整手段に相当し、Ａ／Ｆセンサ３４が空燃比を検知する空燃比取得手段に相当し、制御部４０が空燃比を予測する空燃比取得手段に相当し、ＮＯｘセンサ３５がＮＯｘ量を検知するＮＯｘ量取得手段に相当し、制御部４０がＮＯｘ量を予測するＮＯｘ量取得手段に相当し、温度センサ３３がＮＯｘ触媒内部の温度を検知する温度取得手段に相当し、制御部４０がＮＯｘ触媒内部の温度を予測する温度取得手段に相当し、制御部４０が演算手段、記憶手段または制御手段に相当する。

本発明の第１実施例に係る排気浄化装置の全体構成を示す模式図である。 ＮＯｘ触媒の触媒機能を示す図である。 リッチスパイク制御における排気ガスのＡ／ＦとＳＯｘ脱離量との関係を示す図である。 ＮＯｘ触媒の温度を上昇させた後にリッチスパイク制御を行う例を示す図である。 あらかじめＡ／Ｆをリッチ側にシフトさせた後にリッチスパイク制御を行う例を示す図である。 排気ガス量と排気ガス中へのＳＯｘ脱離濃度との関係を示す図である。 排気ガス量制御を含むフローチャートを示す図である。 リッチスパイクのタイミングに合わせて排気ガス量が多くする例を示す図である。 図６に示す関係に基づいてリッチスパイク制御における各リッチスパイクの空燃比を決定する例を示す図である。 変形例１〜４を組み合わせた制御の例を示すフローチャートを示す図である。 変形例１〜４を組み合わせた他の制御の例を示すフローチャートを示す図である。 変形例１〜４を組み合わせた他の制御の例を示すフローチャートを示す図である。 本発明の第２実施例に係る排気浄化装置の全体構成を示す模式図である。 ＮＯｘセンサの測定結果に基づいたフローチャートを示す図である。

符号の説明

１０ 吸気系
１２ エアフローメータ
１３ スロットルバルブ
１４ 燃料噴射弁
２０ 内燃機関
２２ クランク角センサ
２３ 点火装置
３０ 排気系
３２ ＮＯｘ触媒
３３ 温度センサ
３４ Ａ／Ｆセンサ
３５ ＮＯｘセンサ
４０ 制御部
１００ 排気浄化装置

Claims (10)

1. 内燃機関の排気系に設けられたＮＯｘ触媒と、
   前記内燃機関からの排気ガスの空燃比を調整する空燃比調整手段と、
   前記ＮＯｘ触媒に供給される排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイクが複数回間欠的に行われかつ各リッチスパイクにおける空燃比がリッチスパイクの回数が増加するにつれてリッチ側に移行するように前記空燃比調整手段を制御するリッチスパイク制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記内燃機関の点火時期が遅角側にシフトするように前記点火時期調整手段を制御する遅角制御を行った後に、前記リッチスパイク制御を行うことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
3. 前記リッチスパイク制御前における前記ＮＯｘ触媒内部の空燃比を予測または検知する空燃比取得手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の排気浄化装置。
4. 前記制御手段は、前記空燃比取得手段が取得した空燃比が所定値以下であれば前記遅角制御を禁止することを特徴とする請求項３記載の排気浄化装置。
5. 前記排気ガスの量を調整する排気ガス量調整手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記空燃比取得手段が取得した空燃比に基づいて前記排気ガス量調整手段を制御し、前記リッチスパイク制御時における前記排気ガス量を変化させることを特徴とする請求項３記載の排気浄化装置。
6. 前記ＮＯｘ触媒より下流における前記排気ガス中のＮＯｘ量を予測または検知するＮＯｘ量取得手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記ＮＯｘ量取得手段が取得したＮＯｘ量が所定値より大きければ前記リッチスパイク制御を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の排気浄化装置。
7. 前記制御手段は、前記ＮＯｘ取得手段が取得したＮＯｘ量が所定値以下になるまで、前記リッチスパイク制御を行うことを特徴とする請求項６記載の排気浄化装置。
8. 前記ＮＯｘ触媒内部の温度を予測または検知する温度取得手段と、
   前記空燃比取得手段が取得した空燃比および前記温度取得手段が取得した温度に基づき、前記ＮＯｘ触媒からの硫黄成分脱離濃度を演算する演算手段とをさらに備え、
   前記制御手段は、前記硫黄成分脱離濃度が所定値以下になるように、前記リッチスパイク制御における各リッチスパイクの空燃比を決定することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の排気浄化装置。
9. 前記ＮＯｘ触媒内部の温度を予測または検知する温度取得手段と、
   前記ＮＯｘ触媒内部の温度と前記リッチスパイク時の前記ＮＯｘ触媒内部の空燃比と前記ＮＯｘ触媒からの硫黄成分脱離濃度との関係を記憶した記憶手段とをさらに備え、
   前記制御手段は、前記硫黄成分脱離濃度が所定値以下になるように、前記リッチスパイク制御における各リッチスパイクの空燃比を決定することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の排気浄化装置。
10. 前記制御手段は、前記排気ガスの空燃比をリッチ側かつ各リッチスパイクの空燃比よりもリーン側になるように前記空燃比調整手段を制御した後に、前記リッチスパイク制御を行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の排気浄化装置。
    
    

Images