JP2009209898A - 内燃機関の排気浄化装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘトラップ触媒の再生のために排気空燃比をリッチに切り換えた際、ＮＯｘを還元した後に残るＨＣやＣＯを十分に浄化することができる内燃機関の排気浄化装置及び方法を提供する。
【解決手段】排気空燃比（ＬＮＴ上流排気空燃比）がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比が理論空燃比ないしリッチのときに脱離浄化する機能を有するＮＯｘトラップ触媒と、前記ＮＯｘのトラップ量を推定するトラップ量推定手段と、理論空燃比よりもリーン側の排気空燃比での運転中、前記推定されたトラップ量に応じて、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側へ移行させ、該トラップされたＮＯｘを脱離浄化する空燃比切換手段と、前記空燃比切換手段による排気空燃比のリッチ化速度を、理論空燃比よりもリーン側と比べて、理論空燃比よりもリッチ側で、低く設定するリッチ化速度設定手段と、を含んで構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置及び方法に関し、特に、排気通路にＮＯｘトラップ触媒を備え、ＮＯｘトラップ触媒の再生のために排気空燃比を一時的にリッチに切り換えた際、ＮＯｘを還元した後に残るＨＣやＣＯを十分に浄化する技術に関する。

内燃機関の排気浄化装置として、特許文献１に示されるように、排気通路に、ＮＯｘトラップ触媒を配置することが知られており、ＮＯｘトラップ触媒は、排気空燃比（流入側の排気空燃比）がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップする。

しかし、ＮＯｘトラップ触媒のトラップ能力には限界があるので、ＮＯｘトラップ量を推定し、これが閾値に達した場合には、ＮＯｘトラップ触媒の再生のため、排気空燃比を一時的にリッチに切り換えること（リッチスパイク）によって、トラップしたＮＯｘを脱離浄化させている。

ここにおいて、排気空燃比をリッチに切り換える際のリッチ化速度は、ＮＯｘ離脱速度（単位時間当たりのＮＯｘ離脱量）に基づいて設定されている。
また、排気空燃比をリッチに切り換えることで、ＮＯｘトラップ触媒に吸着されていたＯ２を放出し、ＮＯｘを還元した後に残る余剰分の未燃成分（ＨＣ）やＣＯを酸化，浄化している。
特開平８−２９６４７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、理論空燃比よりもリッチ側で排気空燃比のリッチ化速度が高すぎると、ＮＯｘを還元した後に残るＨＣやＣＯの供給速度が、ＮＯｘトラップ触媒からのＯ２の放出速度に対して過大となり、ＨＣやＣＯを十分に浄化できなくなる。

特に、ディーゼル機関では、ガソリン機関よりも排気温度が低くなりやすいことから、ＮＯｘトラップ触媒からのＯ２の放出速度を十分に得られず、ＨＣやＣＯの浄化性能が低下しやすい。

本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘトラップ触媒の再生のために排気空燃比をリッチに切り換えた際、ＮＯｘを還元した後に残るＨＣやＣＯを十分に浄化することができる内燃機関の排気浄化装置及び方法を提供することを目的とする。

このため本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比が理論空燃比ないしリッチのときに脱離浄化する機能を有するＮＯｘトラップ触媒と、前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘのトラップ量を推定するトラップ量推定手段と、理論空燃比よりもリーン側の排気空燃比での運転中、前記トラップ量推定手段により推定されたトラップ量に応じて、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側へ移行させ、該トラップされたＮＯｘを脱離浄化する空燃比切換手段と、前記空燃比切換手段による排気空燃比のリッチ化速度を、理論空燃比よりもリーン側と比べて、理論空燃比よりもリッチ側で、低く設定するリッチ化速度設定手段と、を含んで構成した。

また、本発明に係る内燃機関の排気浄化方法では、内燃機関の排気通路に、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比が理論空燃比ないしリッチのときに脱離浄化する機能を有するＮＯｘトラップ触媒を備え、理論空燃比よりもリーン側の排気空燃比での運転中、前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘのトラップ量に応じて、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側へ移行させ、該トラップされたＮＯｘを脱離浄化する際、排気空燃比のリッチ化速度を、理論空燃比よりもリーン側と比べて、理論空燃比よりもリッチ側で、低く設定する。

以上の構成によって、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされたＮＯｘを脱離浄化するため排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側へ移行させる際、理論空燃比よりもリーン側での排気空燃比のリッチ化速度と比べて、理論空燃比よりもリッチ側での排気空燃比のリッチ化速度が、低く設定される。

これにより、理論空燃比よりもリッチ側での排気空燃比のリッチ化中、ＮＯｘトラップ触媒からのＯ２の放出速度に対して、ＮＯｘを還元した後に残るＨＣやＣＯの供給速度が過大となることを防止し、ＨＣやＣＯを十分に浄化することができる。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の排気浄化装置を備えたディーゼル機関のシステム構成図であり、このディーゼル機関は軽油を燃料としている。

図１において、１はディーゼル機関（以下エンジンという）を示し、３はこのエンジン１の排気通路を示す。
エンジン１の排気通路３の上流側部分を構成する排気出口通路３ａは、過給機のタービン３ｂに接続されており、その下流に、ケーシングに収納させたＮＯｘトラップ触媒２０が直列に配置されている。

上記ＮＯｘトラップ触媒２０の入口部には、空燃比検出手段となる空燃比センサ３７が設けられている。この空燃比センサ３７は、例えば、酸素イオン伝導性固体電解質を用いて、排気中の酸素濃度を検出し、酸素濃度から排気の空燃比（本発明に係る排気空燃比。以下、ＬＮＴ上流排気空燃比とする。）を求める。

上記ＮＯｘトラップ触媒２０は、流入する排気空燃比（ＬＮＴ上流排気空燃比）がリーンであるときにＮＯｘをトラップ（吸着又は吸収）し、流入する排気の酸素濃度を低下させると、トラップしていたＮＯｘを放出して浄化処理する機能を有している。

そして、ＮＯｘトラップ触媒２０の出口部には、ＮＯｘ濃度検出手段となるＮＯｘセンサ３８と、酸素濃度に基づきＮＯｘトラップ触媒２０から流出する排気の空燃比（以下、ＬＮＴ下流排気空燃比とする。）を検出する空燃比センサ３９と、が設けられている。

また、ＮＯｘトラップ触媒２０には、その温度を検出する触媒温度センサ４０が設けられている。
排気還流装置として、吸気通路２の吸気コレクタ２ｃと排気出口通路３ａとの間に、排気の一部を還流するためのＥＧＲ通路４が設けられており、ここに、ステッピングモータ等によって開度が連続的に制御可能なＥＧＲ弁５が介装されている。

吸気通路２は、上流位置にエアクリーナ２ａを備え、その出口側に、吸入空気量検出手段となるエアフローメータ７が設けられている。
そして、エアフローメータ７の下流に、過給機のコンプレッサ２ｂが配置されていると共に、このコンプレッサ２ｂと吸気コレクタ２ｃとの間に、ステッピングモータ等によって開閉駆動されエンジン１へ流入する吸入空気量を制御する吸気絞り弁６が介装されている。

エンジン１の燃料供給系は、ディーゼル用燃料である軽油を蓄える燃料タンク６０と、燃料をエンジン１の燃料噴射装置１０へ供給するための燃料供給通路１６と、エンジン１の燃料噴射装置１０からのリターン燃料（スピル燃料）を燃料タンク６０に戻すための燃料戻り通路１９と、を備えている。

このエンジン１の燃料噴射装置１０は、公知のコモンレール式燃料噴射装置であって、サプライポンプ１１と、コモンレール（蓄圧室）１４と、気筒毎に設けられた燃料噴射弁１５と、から大略構成され、サプライポンプ１１により加圧された燃料が燃料供給通路１２を介してコモンレール１４に一旦蓄えられた後、コモンレール１４内の高圧燃料が各気筒の燃料噴射弁１５に分配される。

上記コモンレール１４には、該コモンレール１４内の燃料の圧力及び温度を検出するために、圧力センサ３４及び温度センサ３５が設けられている。
また、コモンレール１４内の燃料圧力を制御するために、サプライポンプ１１からの吐出燃料の一部が、一方向弁１８を具備したオーバーフロー通路１７を介して燃料供給通路１６に戻されるようになっている。

詳しくは、オーバーフロー通路１７の流路面積を変える圧力制御弁１３が設けられており、この圧力制御弁１３がエンジンコントロールユニット３０からのデューティ信号に応じてオーバーフロー通路１７の流路面積を変化させる。

これにより、サプライポンプ１１からコモンレール１４への実質的な燃料吐出量が調整され、コモンレール１４内の燃料圧力が制御される。
燃料噴射弁１５は、エンジンコントロールユニット３０からのＯＮ−ＯＦＦ信号によって開閉される電磁式の噴射弁であって、ＯＮ信号によって燃料を燃焼室に噴射し、ＯＦＦ信号によって噴射を停止する。そして、燃料噴射弁１５へ印加されるＯＮ信号の期間が長いほど燃料噴射量が多くなり、またコモンレール１４の燃料圧力が高いほど燃料噴射量が多くなる。

また、エンジン１の適宜位置には、エンジン１の温度（機関温度）を代表するものとして、冷却水温度を検出する水温センサ３１が取付けられている。
エンジンコントロールユニット３０には、吸入空気量を検出するエアフローメータ７の信号（Ｑａ）、水温センサ３１の信号（冷却水温度Ｔｗ）、クランク角度検出用クランク角センサ３２の信号（エンジン回転速度Ｎｅの基礎となるクランク角度信号）、気筒判別用クランク角センサ３３の信号（気筒判別信号Ｃｙｌ）、コモンレール１４の燃料圧力を検出する圧力センサ３４の信号（コモンレール圧力ＰＣＲ）、燃料温度を検出する温度センサ３５の信号（燃料温度ＴＦ）、負荷に相当するアクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル開度センサ３６の信号（アクセル開度（負荷）Ｌ）、空燃比センサ３７の信号（Ｏ２）、ＮＯｘセンサ３８の信号（ＮＯｘ）、空燃比センサ３９の信号（Ｏ２’）、触媒温度センサ４０の信号（ＴＣ）がそれぞれ入力される。

これらの信号及び他の運転状態を検知する信号によってエンジン１の燃焼室内に供給される燃料噴射量、燃料噴射時期等が決定される。
また、エンジンコントロールユニット３０は、ＮＯｘトラップ触媒２０のＮＯｘトラップ量から再生のタイミングを決定する。

即ち、ＮＯｘトラップ触媒２０は、ＬＮＴ上流排気空燃比が理論空燃比よりもリーン側のときに排気中のＮＯｘをトラップするが、そのＮＯｘのトラップ能力には限界があるので、エンジンコントロールユニット３０は、ＮＯｘトラップ量を推定し、これが閾値に達した場合には、ＬＮＴ上流排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に移行させて、トラップしたＮＯｘを脱離浄化させ、ＮＯｘトラップ触媒２０の再生を行う。

ところで、ＮＯｘトラップ触媒２０の再生の際、理論空燃比よりもリッチ側でのＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度が高すぎると、ＮＯｘを還元した後に残るＨＣやＣＯの供給速度が、ＮＯｘトラップ触媒２０からのＯ２の放出速度に対して過大となり、ＨＣやＣＯを十分に浄化できなくなる。

特に、ディーゼル機関では、ガソリン機関よりも排気温度が低くなりやすいことから、ＮＯｘトラップ触媒２０からのＯ２の放出速度を十分に得られず、ＨＣやＣＯの浄化性能が低下しやすい。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、ＮＯｘトラップ触媒２０の再生のためにＬＮＴ上流排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側へ移行させる際、理論空燃比よりもリーン側でのＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度と比べて、理論空燃比よりもリッチ側でのＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度を、低く設定している。

これにより、ＮＯｘトラップ触媒２０からのＯ２の放出速度に対して、ＮＯｘを還元した後に残るＨＣやＣＯの供給速度が過大となることを防止し、ＨＣやＣＯを十分に浄化している。

図３は、本実施形態に係るリッチスパイクを行う際（ＬＮＴ上流排気空燃比を理論空燃比よりもリーン側から理論空燃比よりもリッチ側へ移行させる際）の制御フローチャートを示す。なお、該制御は、エンジンコントロールユニット３０により行われる。

ステップＳ１では、空燃比センサ３７からの信号に基づいてＬＮＴ上流排気空燃比を求めると共に、空燃比センサ３９からの信号に基づいてＬＮＴ下流排気空燃比を求め、これらＬＮＴ上流排気空燃比及びＬＮＴ下流排気空燃比を夫々読み込む。

ステップＳ２では、後述するＲ／Ｓ（リッチスパイク）フラグＦ＝１であるか、即ち、リッチスパイクが行われているか判定する。
ステップＳ２でＦ＝１でない（Ｆ＝０）と判定したときは、リッチスパイク中でないと判断し、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、ステップＳ１で読み込んだＬＮＴ上流排気空燃比がリーンであるか判定する。
ステップＳ３でＬＮＴ上流排気空燃比がリッチもしくは理論空燃比であると判定したときは、ステップＳ１へ戻り、一方、ステップＳ３でＬＮＴ上流排気空燃比がリーンであると判定したときは、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、クランク角センサ３２の信号に基づきエンジン回転速度Ｎｅを求めると共に、アクセル開度センサ３６の信号に基づきエンジン１の負荷Ｌを求め、これらを読み込む。

ステップＳ５では、エンジン回転速度Ｎｅ及び負荷Ｌに基づいて、ＮＯｘトラップ触媒２０より上流側の排気通路３のＮＯｘ濃度（以下、ＬＮＴ上流ＮＯｘ濃度とする）を求めると共に、ＮＯｘセンサ３８からの信号に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒２０より下流側の排気通路３のＮＯｘ濃度（以下、ＬＮＴ下流ＮＯｘ濃度とする）を検出し、これら各ＮＯｘ濃度を読み込む。

ここで、ＬＮＴ上流ＮＯｘ濃度を求めるには、例えば、エンジン回転速度Ｎｅ及び負荷Ｌと、ＬＮＴ上流ＮＯｘ濃度と、の関係を実験等によって予め求めておき、この関係をマップとしてエンジンコントロールユニット３０に記憶しておくのがよい。

また、ＬＮＴ下流ＮＯｘ濃度を求めるには、上記ＮＯｘセンサ３８からの信号を用いるほか、例えば、ＬＮＴ下流排気空燃比と、ＬＮＴ下流ＮＯｘ濃度と、の関係を記憶したマップを用いてもよい。

このようにすれば、ＮＯｘセンサ３８を設けることなく、前記ステップＳ１で読み込まれるＬＮＴ下流排気空燃比に基づいて、ＬＮＴ下流ＮＯｘ濃度を容易に求めることができる。

ステップＳ６では、例えば、特開２００４−２８５８４１に記載のように、ＬＮＴ上流ＮＯｘ濃度と、ＬＮＴ下流ＮＯｘ濃度と、に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒２０のＮＯｘのトラップ量を推定する。

なお、ステップＳ４〜Ｓ６に係るＮＯｘトラップ触媒２０のＮＯｘのトラップ量推定は、その他公知の手段によって行ってもよい。
ステップＳ７では、前記トラップ量が上限閾値以上であるか判定する。

該上限閾値は、例えば、ＮＯｘトラップ触媒２０のＮＯｘを脱離浄化する機能を損なわない範囲で、最大限の値に設定するとよい。
ステップＳ７で前記トラップ量が前記上限閾値未満であると判定したときは、ＮＯｘトラップ触媒２０の再生は必要でないと判断し、ステップＳ１へ戻り、一方、ステップＳ７で前記トラップ量が前記上限閾値以上であると判定したときは、ＮＯｘトラップ触媒２０の再生が必要と判断し、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、リッチスパイクにおけるＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化度合いの目標値を、前記トラップ量に応じて設定する。
そして、吸気絞り弁６の開度調整による吸入空気量の制御によって、ＬＮＴ上流排気空燃比を、リッチスパイク開始前の目標値（リーン側に設定されている目標値）から理論空燃比へ徐々に変化させ、リッチスパイク（ＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化）を実行する。

なお、理論空燃比よりもリーン側でのＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度（ＬＮＴ上流排気空燃比の単位時間当たりの変化量）をできる限り大きくして、ＬＮＴ上流排気空燃比を速やかに理論空燃比へ到達させれば、ＮＯｘの発生量を最低限に抑えることができる。

ステップＳ９では、Ｒ／ＳフラグＦ＝１に設定し、ステップＳ１０へ進む。
また、ステップＳ２でＦ＝１であると判定したときも、リッチスパイクによるＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化中であると判断し、ステップＳ１０へ進む。

ステップＳ１０では、ＬＮＴ上流排気空燃比が、理論空燃比未満であるか判定する。
ステップＳ１０でＬＮＴ上流排気空燃比が理論空燃比未満（リッチ）であると判定したときは、ステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１１では、ＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度を、理論空燃比よりもリーン側と比べて、低下させる。即ち、図２の期間ｔ２（理論空燃比よりもリッチ側）におけるＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度を、期間ｔ１におけるＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度と比べて低く変更する。

そして、吸気絞り弁６の開度調整による吸入空気量の制御によって、ＬＮＴ上流排気空燃比を、理論空燃比から前記ステップＳ８で設定されたリッチ化度合いの目標値へ徐々に変化させる。

ここにおいて、前記期間ｔ２におけるＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度の設定を行うには、該リッチ化速度を直接設定するほか、期間ｔ２を所望の値に設定したり、吸気絞り弁６の開度調整のステップ数を所望の値に設定したりするとよい。

ステップＳ１２では、空燃比センサ３９からの信号に基づいて、ＬＮＴ下流排気空燃比が、理論空燃比に到達したか判定する。即ち、ＮＯｘトラップ触媒２０からのＯ２の放出（脱離）が終了したか判定する。

ステップＳ１２でＬＮＴ下流排気空燃比が理論空燃比に到達したと判定したときは、ステップＳ１３へ進む。
ステップＳ１３では、空燃比センサ３７からの信号に基づいて、ＬＮＴ上流排気空燃比が、前記ステップＳ８で設定されたリッチ化度合いの目標値に到達したか判定する。

ステップＳ１３でＬＮＴ上流排気空燃比が、該リッチ化度合いの目標値に到達したと判定したときは、本フローチャートを終了する。
一方、ステップＳ１０でＬＮＴ上流排気空燃比が理論空燃比以上（理論空燃比又はリーン）であると判定したとき、又は、前記ステップＳ１２でＬＮＴ下流排気空燃比が理論空燃比に到達していないと判定したとき、又は、前記ステップＳ１３でＬＮＴ上流排気空燃比が前記リッチ化度合いの目標値に到達していないと判定したとき、はステップＳ１へ戻る。

なお、これ以降は、前記ステップＳ９でＲ／ＳフラグＦ＝１となっているため、ステップＳ２からはステップＳ１０へ進む。
本実施形態によれば、図２に示すように、ＮＯｘトラップ触媒２０の再生のためにＬＮＴ上流排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側へ移行させる際、理論空燃比よりもリーン側でのＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度と比べて、理論空燃比よりもリッチ側でのＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度を、低く設定している。

これにより、ＮＯｘトラップ触媒２０からのＯ２の放出速度に対して、ＮＯｘを還元した後に残るＨＣやＣＯの供給速度が過大となることを防止し、ＨＣやＣＯを十分に浄化することができる。

ここにおいて、前記ステップＳ１１では、以下詳述するように、ＮＯｘトラップ触媒２０の温度ＴＣ，作動ガス割合（吸入空気量Ｑａを吸気絞り弁６が全開時の最大吸入空気量で除した値），エンジン１の負荷Ｌ，リッチ化開始直前（リッチスパイク開始直前）のＬＮＴ上流排気空燃比，前記リッチ化度合いの目標値，のうち少なくとも１つに基づいて、理論空燃比よりもリッチ側でのＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度を設定することもできる。

まず、触媒温度センサ４０により検出されるＮＯｘトラップ触媒２０の温度ＴＣが低いほど、理論空燃比よりもリッチ側でのＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度を低く設定して、ＮＯｘを還元した後に残るＨＣやＣＯの供給速度を低下させてもよい。

これは、図４に示すように、ＮＯｘトラップ触媒２０は、Ｔａ以下の温度領域において、温度ＴＣが低いほどＯ２の放出速度が低下し、ＮＯｘを還元した後に残るＨＣやＣＯを酸化する性能が低下するためである。

なお、ＮＯｘトラップ触媒２０の温度ＴＣは、触媒温度センサ４０により直接検出するほか、機関温度としての冷却水温度Ｔｗに基づき推定することもできる。
次に、前記作動ガス割合が小さいほど、理論空燃比よりもリッチ側でのＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度を、低く設定してもよい。

これは、該作動ガス割合が小さいほど、エンジン１の負荷が小さくなってＮＯｘトラップ触媒２０の温度ＴＣが低下しやすくなるため、ＮＯｘトラップ触媒２０からのＯ２の放出速度が低下し、ＮＯｘを還元した後に残るＨＣやＣＯを酸化する性能が低下するためである。

また、エンジン１の負荷Ｌが小さいほど、理論空燃比よりもリッチ側でのＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度を、低く設定してもよい。
これは、エンジン１の負荷Ｌが小さいほど、ＮＯｘトラップ触媒２０の温度ＴＣが低下しやすくなるため、ＮＯｘトラップ触媒２０からのＯ２の放出速度が低下し、ＮＯｘを還元した後に残るＨＣやＣＯを酸化する性能が低下するためである。

次に、リッチ化開始直前のＬＮＴ上流排気空燃比が高いほど、理論空燃比よりもリッチ側でのＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度を、低く設定してもよい。
これは、リッチ化開始直前のＬＮＴ上流排気空燃比が高いほど、エンジン１の負荷が小さくなってＮＯｘトラップ触媒２０の温度ＴＣが低下しやすくなるため、ＮＯｘトラップ触媒２０からのＯ２の放出速度が低下し、ＮＯｘを還元した後に残るＨＣやＣＯを酸化する性能が低下するためである。

また、前記ステップＳ８で設定されたリッチ化度合いの目標値がリッチ側であるほど、理論空燃比よりもリッチ側でのＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度を、低く設定してもよい。

さらに、前記ステップＳ１１では、理論空燃比よりもリッチ側でのＬＮＴ上流排気空燃比のリッチ化速度は、図２の期間ｔ２が図５のｔａに示す範囲に収まるように設定するのが好ましい。

これは、図５に示すように、ｔａに示す範囲では、ＮＯｘトラップ触媒２０のＮＯｘ転化率が高く、かつ、ＮＯｘトラップ触媒２０よりも下流側のＨＣ濃度が低くなっており、ＮＯｘトラップ触媒２０のＮＯｘ転化率と排気浄化性能とを両立させることができるためである。

上記説明ではエンジン１をディーゼル機関としたが、本発明はこれに限られずガソリン機関とすることもできる。

本発明の実施形態に係るシステム構成図 本発明の実施形態に係るリッチスパイクを行う際の時間と排気空燃比との関係の例を示す図 本発明の実施形態に係るリッチスパイクを行う際の制御フローチャートを示す図 本発明の実施形態に係るＮＯｘトラップ触媒の温度と酸素放出速度との関係の例を示す図 図２に係る時間ｔ２と、ＮＯｘトラップ触媒下流のＨＣ濃度及びＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ転化率と、の関係の例を示す図

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路
６ 吸気絞り弁
７ エアフローメータ
２０ ＮＯｘトラップ触媒
３０ エンジンコントロールユニット
３６ アクセル開度センサ
３７ 空燃比センサ
４０ 触媒温度センサ

Claims (13)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比が理論空燃比ないしリッチのときに脱離浄化する機能を有するＮＯｘトラップ触媒と、
   前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘのトラップ量を推定するトラップ量推定手段と、
   理論空燃比よりもリーン側の排気空燃比での運転中、前記トラップ量推定手段により推定されたトラップ量に応じて、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側へ移行させ、該トラップされたＮＯｘを脱離浄化する空燃比切換手段と、
   前記空燃比切換手段による排気空燃比のリッチ化速度を、理論空燃比よりもリーン側と比べて、理論空燃比よりもリッチ側で、低く設定するリッチ化速度設定手段と、
   を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記空燃比切換手段は、排気空燃比のリッチ化度合いの目標値を、前記トラップ量推定手段により推定されたトラップ量に応じて設定し、
   前記リッチ化速度設定手段は、理論空燃比よりもリッチ側での排気空燃比のリッチ化速度を、前記空燃比切換手段により設定された排気空燃比のリッチ化度合いの目標値に応じて設定可能であ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. 前記リッチ化速度設定手段は、理論空燃比よりもリッチ側での排気空燃比のリッチ化速度を、前記空燃比切換手段により設定された排気空燃比のリッチ化度合いの目標値がリッチ側であるほど、低く設定可能であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記ＮＯｘトラップ触媒の温度を検出する触媒温度検出手段を含んで構成され、
   前記リッチ化速度設定手段は、理論空燃比よりもリッチ側での排気空燃比のリッチ化速度を、前記触媒温度検出手段により検出された前記ＮＯｘトラップ触媒の温度に応じて設定可能であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記リッチ化速度設定手段は、理論空燃比よりもリッチ側での排気空燃比のリッチ化速度を、前記触媒温度検出手段により検出された前記ＮＯｘトラップ触媒の温度が低いほど、低く設定可能であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 吸気通路に設けられ、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を含んで構成され、
   前記リッチ化速度設定手段は、理論空燃比よりもリッチ側での排気空燃比のリッチ化速度を、前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量に応じて設定可能であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 吸気通路に設けられ、内燃機関に流入する吸入空気量を制御する吸気絞り弁と、
   前記吸入空気量を前記吸気絞り弁が全開時の最大吸入空気量で除した値、を作動ガス割合として演算する作動ガス割合演算手段と、
   を含んで構成され、
   前記リッチ化速度設定手段は、理論空燃比よりもリッチ側での排気空燃比のリッチ化速度を、前記作動ガス割合演算手段により演算された作動ガス割合に応じて設定可能であることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記リッチ化速度設定手段は、理論空燃比よりもリッチ側での排気空燃比のリッチ化速度を、前記作動ガス割合演算手段により演算された作動ガス割合が小さいほど、低く設定可能であることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記ＮＯｘトラップ触媒の流入側の排気空燃比を検出する空燃比検出手段を含んで構成され、
   前記リッチ化速度設定手段は、理論空燃比よりもリッチ側での排気空燃比のリッチ化速度を、前記空燃比検出手段により検出された該リッチ化開始直前の排気空燃比に応じて設定可能であることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記リッチ化速度設定手段は、理論空燃比よりもリッチ側での排気空燃比のリッチ化速度を、前記空燃比検出手段により検出された前記リッチ化開始直前の排気空燃比がリーン側であるほど、低く設定可能であることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 機関の負荷を検出する負荷検出手段を含んで構成され、
    前記リッチ化速度設定手段は、理論空燃比よりもリッチ側での排気空燃比のリッチ化速度を、前記負荷検出手段により検出された負荷に応じて設定可能であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
12. 前記リッチ化速度設定手段は、理論空燃比よりもリッチ側での排気空燃比のリッチ化速度を、前記負荷検出手段により検出された負荷が低いほど、低く設定可能であることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
13. 内燃機関の排気通路に、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比が理論空燃比ないしリッチのときに脱離浄化する機能を有するＮＯｘトラップ触媒を備え、
    理論空燃比よりもリーン側の排気空燃比での運転中、前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘのトラップ量に応じて、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側へ移行させ、該トラップされたＮＯｘを脱離浄化する際、
    排気空燃比のリッチ化速度を、理論空燃比よりもリーン側と比べて、理論空燃比よりもリッチ側で、低く設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。

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