JP2009257231A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間始動時において、ＮＯｘ吸着触媒が高いＮＯｘ吸着能力を有し、ＮＯｘの排出による排気性状の悪化を防止する内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】機関排気通路内にＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒２４を配置すると共にＮＯｘ還元触媒２４の上流の機関排気通路内にＮＯｘ吸着触媒２２を配置する。ＮＯｘ吸着触媒２２は、冷間始動時に流入したＮＯｘを吸着し触媒温度の上昇に伴って吸着したＮＯｘを脱離し、脱離したＮＯｘがＮＯｘ還元触媒２４によって還元される。当該内燃機関は、ＮＯｘ吸着触媒２２に吸着したＮＯｘ量を推定する吸着ＮＯｘ量推定手段を具備し、推定されたＮＯｘ量が予め定められた値以上になったとき、ＮＯｘ吸着触媒温度の昇温制御を行い吸着したＮＯｘを脱離させる。
【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。

機関排気通路内にＮＯｘ選択還元触媒を配置し、ＮＯｘ選択還元触媒上流の機関排気通路内にＮＯｘ吸着触媒を配置した内燃機関において、排気ガスの温度が低いＮＯｘ選択還元触媒活性化前においては排気ガス中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ吸着触媒に吸着し、排気ガスの温度が高くなるとＮＯｘ吸着触媒が昇温して吸着したＮＯｘが脱離し、ＮＯｘ選択還元触媒に尿素を供給して尿素から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを選択的に還元する内燃機関が公知である（特許文献１参照）。

特表２００６−５１９３３２号公報

しかしながらこの内燃機関では、軽負荷運転が続きＮＯｘ吸着触媒がＮＯｘを脱離する温度（以下、「ＮＯｘ脱離温度」と称す）まで昇温されない場合や、一旦ＮＯｘ吸着触媒がＮＯｘ脱離温度まで昇温した後、ＮＯｘ吸着触媒が再びＮＯｘ脱離温度以下に下がって運転が継続した場合等において、そのまま機関運転が停止してしまうと、ＮＯｘ吸着触媒から吸着したＮＯｘを十分に脱離させることができないことがある。そうすると、ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着能力は低下し、次回の冷間始動時に排気ガス中に含まれるＮＯｘを十分に吸着することができず、また、下流にあるＮＯｘ選択還元触媒も活性化温度に達していない場合には、ＮＯｘがそのまま大気中に排出され排気性状が悪化するという問題がある。

そこで本発明は、冷間始動時において、ＮＯｘ吸着触媒が高いＮＯｘ吸着能力を有し、ＮＯｘの排出による排気性状の悪化を防止する内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために請求項１に記載の発明によれば、機関排気通路内にＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒を配置すると共にＮＯｘ還元触媒の上流の機関排気通路内にＮＯｘ吸着触媒を配置し、ＮＯｘ吸着触媒が冷間始動時に流入したＮＯｘを吸着し触媒温度の上昇に伴って吸着したＮＯｘを脱離し、脱離したＮＯｘがＮＯｘ還元触媒によって還元される内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ吸着触媒に吸着したＮＯｘ量を推定する吸着ＮＯｘ量推定手段を具備し、推定されたＮＯｘ量が予め定められた値以上になったとき、前記ＮＯｘ吸着触媒温度の昇温制御を行い吸着したＮＯｘを脱離させる内燃機関の排気浄化装置が提供される。

また、請求項２に記載の発明によれば、機関排気通路内にＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒を配置すると共にＮＯｘ還元触媒の上流の機関排気通路内にＮＯｘ吸着触媒を配置し、ＮＯｘ吸着触媒が冷間始動時に流入したＮＯｘを吸着し触媒温度の上昇に伴って吸着したＮＯｘを脱離し、脱離したＮＯｘがＮＯｘ還元触媒によって還元される内燃機関の排気浄化装置において、冷間始動後に、前記ＮＯｘ吸着触媒温度が吸着したＮＯｘを脱離するＮＯｘ脱離温度以上になった後、前記ＮＯｘ吸着触媒温度をＮＯｘ脱離温度以上に維持するように制御する内燃機関の排気浄化装置が提供される。

各請求項に記載の発明によれば、冷間始動時にＮＯｘ吸着触媒が高いＮＯｘ吸着能力を有するよう、前回運転時にＮＯｘ吸着触媒から吸着したＮＯｘを脱離させる制御を行い、それによって、冷間始動時にＮＯｘの排出による排気性状の悪化を防止することができるという共通の効果を奏する。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量を検出するためのエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は後述する排気後処理装置２０に連結される。排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４が配置される。図１に示す実施形態では機関冷却水が冷却装置１４内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１５を介してコモンレール１６に連結される。このコモンレール１６内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７を用いて燃料タンク１８から燃料が供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。

排気後処理装置２０はＮＯｘ吸着触媒２２とＮＯｘ還元触媒２４と酸化触媒２５とを有する。ＮＯｘ吸着触媒２２は、排気ガスの温度が低いときに排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸着し、排気ガスの空燃比がリーンのもとで排気ガスの温度が高くなると吸着したＮＯｘをそのまま脱離する。ここで排気ガスの空燃比とは、燃焼室５及び排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比をいう。

ＮＯｘ吸着触媒２２は、図１に示す実施形態では白金Ｐｔ等の貴金属を担持した酸化触媒からなるが、酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタ、又はその他貴金属を担持した触媒であってもよい。一般に貴金属を担持した触媒は所定温度以下である場合にＮＯｘをその表面に吸着し、排気ガスの空燃比がリーンのもとで所定温度以上になると、吸着したＮＯｘをそのまま脱離する性質を有する。脱離は、吸着可能な量である吸着容量が温度上昇と共に低下し、吸着容量を超えた分の吸着していたＮＯｘが放出されることをいう。この所定温度を以下「ＮＯｘ脱離温度」と称す。

ＮＯｘ還元触媒２４は、流入したＮＯｘを還元浄化するための触媒であり、本実施形態では、ＮＯｘ選択還元触媒を用いる。ＮＯｘ選択還元触媒２４は、排気ガスの空燃比がリーンのもとでアンモニアによって排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元することができる。ＮＯｘ選択還元触媒２４は、図１に示す実施形態では、チタニアを担体とし、この担体上に酸化バナジウムを担持した触媒Ｖ₂Ｏ₅／ＴｉＯ₂、又はゼオライトを担体とし、この担体上に銅を担持した触媒Ｃｕ／ＺＳＭ５が用いられている。

酸化触媒２５は、その上流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒２４と反応せずに流出したアンモニアを酸化する役割を果たす。

排気タービン７ｂの出口が排気通路２１を介してＮＯｘ吸着触媒２２の入口に連結される。また、ＮＯｘ吸着触媒２２の出口が排気管２３を介してＮＯｘ選択還元触媒２４の入口に連結される。そして、ＮＯｘ選択還元触媒２４のすぐ下流には酸化触媒２５が配置され、酸化触媒２５の出口が排気管２６に連結される。また、排気通路２１内には、ＮＯｘ吸着触媒２２に流入する排気ガス中に含まれるＮＯｘ量ＮＯＸｉを検出するＮＯｘセンサ２７が配置され、排気管２３内には、ＮＯｘ吸着触媒２２から流出する排気ガス中に含まれるＮＯｘ量ＮＯＸｏを検出するＮＯｘセンサ２８がそれぞれ配置される。排気管２３内にはＮＯｘ吸着触媒２２から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ２９が配置され、排気管２６内には酸化触媒２５から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ３０が配置される。ＮＯｘ吸着触媒２２から流出した排気ガスの温度はＮＯｘ吸着触媒温度Ｔを表し、酸化触媒２５から流出した排気ガスの温度はＮＯｘ選択還元触媒温度及び酸化触媒温度を表す。

ＮＯｘ選択還元触媒２４上流の排気管２３内には尿素水供給弁３１が配置され、この尿素水供給弁３１は供給管、供給ポンプ３２を介して尿素水タンク３３に連結される。尿素水を供給すべきときには尿素水タンク３３内に貯蔵されている尿素水が供給ポンプ３２によって尿素水供給弁３１から排気管２３内を流れる排気ガス中に噴射され、このとき尿素から発生したアンモニア（（ＮＨ₂）２ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂）によって排気ガス中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ選択還元触媒２４において例えば次式に示されるように選択的に還元される。
ＮＯ＋ＮＯ₂＋２ＮＨ₃→２Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ

電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。エアフローメータ８、ＮＯｘセンサ２７，２８、及び温度センサ２９，３０の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、アクセルペダル４９にはアクセルペダル４９の踏み込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ５０が接続され、負荷センサ５０の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５１が接続される。ＣＰＵ４４ではクランク角センサ５１からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０駆動装置、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７、尿素水供給弁３１及び供給ポンプ３２に接続される。

図２に別の実施形態による圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。図１に示す実施形態による圧縮着火式内燃機関とは、排気後処理装置２０内の構成において異なる。図２に示す実施形態による圧縮着火式内燃機関において、排気後処理装置２０はＮＯｘ吸着触媒２２とＮＯｘ還元触媒３６と酸化触媒２５とを有する。ＮＯｘ吸着触媒２２及び酸化触媒２５は図１に示す実施形態による圧縮着火式内燃機関と同様である。

ＮＯｘ還元触媒３６は、流入したＮＯｘを還元浄化するための触媒であり、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒３６は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化する。

排気タービン７ｂの出口が排気通路２１を介してＮＯｘ吸着触媒２２の入口に連結され、ＮＯｘ吸着触媒２２の出口が排気管３５を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒３６の入口に連結される。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３６の出口が排気管２３を介して酸化触媒２５の入口に連結される。そして、酸化触媒２５の出口が排気管２６に連結される。また、排気通路２１内には、ＮＯｘ吸着触媒２２に流入する排気ガス中に含まれるＮＯｘ量ＮＯＸｉを検出するＮＯｘセンサ２７が配置され、排気管３５内には、ＮＯｘ吸着触媒２２から流出する排気ガス中に含まれるＮＯｘ量ＮＯＸｏを検出するＮＯｘセンサ２８がそれぞれ配置される。排気管３５内にはＮＯｘ吸着触媒２２から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ２９が配置され、排気管２６内には酸化触媒２５から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ３０が配置される。ＮＯｘ吸着触媒２２から流出した排気ガスの温度はＮＯｘ吸着触媒温度Ｔ及びＮＯｘ吸蔵還元触媒温度を表し、酸化触媒２５から流出した排気ガスの温度は酸化触媒温度を表す。

図３は、図１及び図２に示す実施形態において用いられる、本発明によるＮＯｘ脱離制御を説明するタイムチャートである。図３において、一番上のタイムチャートは、ＮＯｘ吸着触媒２２に吸着されているＮＯｘ量であるＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸを示し、２番目のタイムチャートは、ＮＯｘ吸着触媒温度Ｔを示し、３番目のタイムチャートは、後述する昇温制御の実行タイミングを示す。

ＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸは、機関始動直後から上昇を開始する。そして、ＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸが、予め定められたＮＯｘ吸着上限値ＮＯＸｍａｘに達すると、吸着したＮＯｘを脱離させるべく、ＮＯｘ吸着触媒温度ＴがＮＯｘ脱離温度Ｔ０以上となるように昇温制御が開始される。ＮＯｘ吸着触媒温度ＴがＮＯｘ脱離温度Ｔ０に達すると、吸着したＮＯｘの脱離が開始し、ＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸは減少し始める。その後、ＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸが、予め定められたＮＯｘ吸着下限値ＮＯＸｍｉｎに達すると、昇温制御が停止される。その後再びＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸは上昇し、上記サイクルが繰り返される。

ここで、昇温制御として、例えば、主噴射の後更に付加的に噴射することにより、高温の排気ガスを排気通路内に導入する方法や、上記付加的な噴射によって、未燃燃料を排気通路内に送り込み、ＮＯｘ吸着触媒２２のＨＣとの酸化反応によって触媒温度を昇温させる方法、また、電気的負荷（オルタネータ 、ブロア等）または物理的負荷（エアコン、トルクコンバータ等）を増大させ排気ガスの温度を高める方法や、アイドリング時の機関回転数Ｎを増加させることにより、燃焼室内に噴射される燃料量を増加させ、排気ガスの温度を上昇させる方法等、一般的な昇温方法が使用可能である。

ＮＯｘ吸着上限値ＮＯＸｍａｘは、仮にＮＯｘ吸着量がその値の時に機関運転が停止しても、次回の冷間始動後ＮＯｘ還元触媒２４，３６が活性化温度に達しＮＯｘを還元できる状態になるまでの間、流入するＮＯｘを吸着するのに十分な吸着能力を有するように設定される。一方、ＮＯｘ吸着下限値ＮＯＸｍｉｎは、昇温制御が長時間継続されると、高温によって触媒を劣化させる恐れがあるため、それを防止するために設定される。ＮＯｘ吸着下限値ＮＯＸｍｉｎとして、例えば、ＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸが０や、０近傍の値等が考えられる。

上記ＮＯｘ脱離制御を行うことによって、どの段階で機関運転が停止しても、次回冷間始動時に、ＮＯｘ吸着触媒２２は十分なＮＯｘ吸着能力を有することとなる。

次に図４を参照しながら、本発明によるＮＯｘ脱離制御操作のフローチャートについて説明する。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。

図４を参照すると、まず初めにステップ１０１において後述するＮＯｘ吸着量算出操作によって算出されたＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸの読み込みが行われ、ステップ１０２へと進む。次いで、ステップ１０２では、ステップ１０１で読み込んだＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸがＮＯｘ吸着上限値ＮＯＸｍａｘよりも大きいか否かが判定される。ステップ１０２において、ＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸがＮＯｘ吸着上限値ＮＯＸｍａｘ以下であると判定された場合には、昇温制御を行わずにルーチンを終了する。一方、ステップ１０２において、ＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸがＮＯｘ吸着上限値ＮＯＸｍａｘよりも大きいと判定された場合には、ステップ１０３へと進む。

次いで、ステップ１０３では、昇温制御が実行され、ステップ１０４へと進む。次いで、ステップ１０４では、昇温制御実行中のＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸをステップ１０１と同様に読み込み、ステップ１０５へと進む。次いで、ステップ１０５では、ステップ１０４で読み込んだＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸがＮＯｘ吸着下限値ＮＯＸｍｉｎよりも小さいか否かが判定される。ステップ１０５において、ＮＯＸ吸着量ΣＮＯＸがＮＯｘ吸着下限値ＮＯＸｍｉｎ以上であると判定された場合には、再びステップ１０３へと進み、昇温制御を継続する。一方、ステップ１０５において、ＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸがＮＯｘ吸着下限値ＮＯＸｍｉｎよりも小さいと判定された場合には、ステップ１０６へと進む。次いで、ステップ１０６では、実行していた昇温制御を停止し、ルーチンを終了する。

次に図５を参照しながら、ＮＯｘ吸着量算出操作のフローチャートについて説明する。この操作は前述のように図４に示すＮＯｘ脱離制御操作のステップ１０１及びステップ１０４で読み込まれるＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸを算出するための操作である。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。

図５を参照すると、まず初めにステップ２０１において、ＮＯｘセンサ２７によるＮＯｘ吸着触媒２２に流入する排気ガス中に含まれるＮＯｘ量ＮＯＸｉと、ＮＯｘセンサ２８によるＮＯｘ吸着触媒２２から流出する排気ガス中に含まれるＮＯｘ量ＮＯＸｏとが検出される。次いで、ステップ２０２では、ＮＯｘ量ＮＯＸｉからＮＯｘ量ＮＯＸｏを減算した値を積算することによって、ＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸが算出され、ルーチンを終了する。

図１及び図２に示す実施形態による圧縮着火式内燃機関では、ＮＯｘセンサ２７，２８を用いることによって、排気ガス中のＮＯｘ量を直接測定し、ＮＯｘ吸着触媒２２に吸着したＮＯＸ量を算出した。それに対し、図６及び図７に示す実施形態による圧縮着火式内燃機関では、これらＮＯｘセンサを用いることなく推定によって、ＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸを算出する。以下、これら実施形態に用いられる図５とは別のＮＯｘ吸着量算出操作について説明する。

なお、図６及び図７に示す実施形態による圧縮着火式内燃機関は、ＮＯｘセンサ２７，２８を有さない点以外、その構成において図１及び図２に示す実施形態による圧縮着火式内燃機関とそれぞれ同一であり、図４に示すＮＯｘ脱離制御操作が、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。

本実施形態によるＮＯｘ吸着量算出操作について説明する前に、まず、ＮＯｘ吸着触媒２２に流入する排気ガス中に含まれるＮＯｘ量の推定する方法について説明する。ＮＯｘ吸着触媒２２に流入する排気ガス中に含まれるＮＯｘ量は、要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数で表すことができる。従って、本発明による実施形態では、ＮＯｘ吸着触媒２２に単位時間当たりに流入するＮＯｘ量ＮＯＸｉｎが、予め実験又は計算によって求められ、図８に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。従って、ＮＯｘ量ＮＯＸｉｎを積算することによって、ＮＯｘ吸着触媒２２に流入する排気ガス中に含まれるＮＯｘ流入量ΣＮＯＸｉｎが推定できる。

次に、図９を参照しながらＮＯｘ吸着触媒２２の吸着特性及び脱離特性について説明する。図９（Ａ）は、ＮＯｘ吸着触媒２２が流入したＮＯｘを単位時間当たりに吸着する量であるＮＯｘ吸着速度Ｖｉ［ｇ／ｓ］とＮＯｘ吸着触媒温度Ｔとの関係を示し、図９（Ｂ）は、ＮＯｘ吸着触媒２２が吸着したＮＯｘを単位時間当たりに脱離する量であるＮＯｘ脱離速度Ｖｏ［ｇ／ｓ］とＮＯｘ吸着触媒温度Ｔとの関係を示す。

即ち、ＮＯｘ吸着触媒温度Ｔが低いときには、ＮＯｘ吸着速度ＶｉがＮＯｘ脱離速度Ｖｏよりも大きいため、ＮＯｘ吸着触媒２２に流入した排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸着し、逆に、ＮＯｘ吸着触媒温度Ｔが高いときには、ＮＯｘ脱離速度ＶｏがＮＯｘ吸着速度Ｖｉよりも大きいため、ＮＯｘ吸着触媒２２に吸着したＮＯｘが脱離する。従って、ＮＯｘ吸着速度ＶｉとＮＯｘ脱離速度Ｖｏとが等しいときが、ＮＯｘ脱離温度Ｔ０であると考えられる。これらＮＯｘ吸着触媒２２の吸着特性及び脱離特性に関する図９に示す関係は、予め実験又は計算によって求められ、予めＲＯＭ４２内に記憶されている。

以上より、要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎから図８に示すマップに基づいて、ＮＯｘ吸着触媒２２に単位時間当たりに流入するＮＯｘ量ＮＯＸｉｎが算出され、更にこれを積算することにより、ＮＯｘ吸着触媒２２に流入する排気ガス中に含まれるＮＯｘ流入量ΣＮＯＸｉｎが算出される。また、ＮＯｘ吸着触媒温度Ｔから図９に示す特性に基づいて、ＮＯｘ吸着速度Ｖｉ及びＮＯｘ脱離速度Ｖｏが算出される。従って、これらＮＯｘ流入量ΣＮＯＸｉｎ、ＮＯｘ吸着速度Ｖｉ及びＮＯｘ脱離速度Ｖｏに基づいて、最終的にＮＯｘ吸着触媒２２に吸着されるＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸを算出することができる。

次に図１０を参照しながら、図６及び図７に示す実施形態による圧縮着火式内燃機関に用いられる、図５とは別の実施形態によるＮＯｘ吸着量算出操作のフローチャートについて説明する。これは、図４に示すＮＯｘ脱離制御操作のステップ１０１及びステップ１０４で読み込まれるＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸを算出するための操作である。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。

図１０を参照すると、まず初めにステップ３０１において、ＮＯｘ吸着触媒２２に単位時間当たりに流入するＮＯｘ量ＮＯＸｉｎ、ＮＯｘ吸着速度Ｖｉ及びＮＯｘ脱離速度Ｖｏが算出され、ステップ３０２へと進む。次いで、ステップ３０２では、ＮＯｘ量ＮＯＸｉｎを積算することによってＮＯｘ流入量ΣＮＯＸｉｎが算出され、ステップ３０３へと進む。次いで、ステップ３０３では、ステップ３０３で算出したＮＯｘ流入量ΣＮＯＸｉｎと、ステップ３０１で算出したＮＯｘ吸着速度Ｖｉ及びＮＯｘ脱離速度Ｖｏとに基づいて、ＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸが算出され、ルーチンを終了する。

次に、図６及び７に示す実施形態による圧縮着火式内燃機関に用いられる、図４とは異なるＮＯｘ脱離制御について図１１を参照しながら説明する。図１１は、或る運転条件における、ＮＯｘ吸着触媒温度Ｔと時間との関係、並びにＮＯｘ吸着触媒２２に単位時間当たりに流入するＮＯｘ量ＮＯＸｉｎ及びＮＯｘ吸着触媒２２から単位時間当たりに流出するＮＯｘ量ＮＯＸｏｕｔと時間との関係を示している。

本実施形態によるＮＯｘ脱離制御によれば、冷間始動後、ＮＯｘ吸着触媒温度ＴがＮＯｘ脱離温度Ｔ０に最初に達するまでの区間Ｉでは、何ら制御を行うことなく、ＮＯｘ吸着触媒２２は、流入した排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸着する。その後、ＮＯｘ脱離温度Ｔ０に達した後の区間ＩＩでは、ＮＯｘ吸着触媒温度Ｔを監視し、ＮＯｘ吸着触媒温度ＴをＮＯｘ脱離温度Ｔ０以上に維持するように、前述のような昇温制御を行う。

即ち、図１１に示すように、ＮＯｘ吸着触媒温度ＴがＮＯｘ脱離温度Ｔ０より小さい場合には、ＮＯｘ吸着触媒２２に単位時間当たりに流入するＮＯｘ量ＮＯＸｉｎがＮＯｘ吸着触媒２２から単位時間当たりに流出するＮＯｘ量ＮＯＸｏｕｔよりも大きいため、ＮＯｘ吸着量ΣＮＯＸが増加してしまう。従って、ＮＯｘ吸着触媒温度Ｔを常にＮＯｘ脱離温度Ｔ０よりも大きくなるように維持することによって、吸着したＮＯｘを脱離させると共に、新たな吸着を抑えることができる。即ち、機関運転停止後の次回冷間始動時においても、ＮＯｘ吸着触媒２２は十分なＮＯｘ吸着能力を有することとなる。

次に図１２を参照しながら、本発明の別の実施形態によるＮＯｘ脱離制御操作のフローチャートについて説明する。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。

図１２を参照すると、まず初めにステップ４０１においてＮＯｘ吸着触媒温度Ｔの検出が行われ、ステップ４０２へと進む。次いで、ステップ４０２では、ステップ４０１で検出したＮＯｘ吸着触媒温度ＴがＮＯｘ脱離温度Ｔ０よりも小さいか否かが判定される。ステップ４０２において、ＮＯｘ吸着触媒温度ＴがＮＯｘ脱離温度Ｔ０よりも小さいと判定された場合には、ステップ４０３へと進む。次いで、ステップ４０３では、フラグＦが１であるか否かが判定される。このフラグＦは、機関始動後に、ＮＯｘ吸着触媒温度ＴがＮＯｘ脱離温度Ｔ０に少なくとも１回は達したことを表すフラグである。従って、ステップ４０３において、フラグＦが１でない場合には、昇温制御が実行されることなくルーチンが終了する。即ち、機関運転状態は、図１１において区間Ｉの状態にあり、機関始動後に、ＮＯｘ吸着触媒温度Ｔは未だＮＯｘ脱離温度Ｔ０に達していない。

一方、ステップ４０２おいて、ＮＯｘ吸着触媒温度ＴがＮＯｘ脱離温度Ｔ０以上であると判定された場合には、ステップ４０４へと進む。次いで、ステップ４０４では、フラグＦに１をセットし、ルーチンを終了する。即ち、フラグＦに１をセットすることによって、機関始動後、ＮＯｘ吸着触媒温度ＴがＮＯｘ脱離温度Ｔ０に初めて達したか、又は少なくとも１回は達していることが判別される。従って、機関運転状態は、図１１において区間ＩＩの状態にある。

従って、このとき、ステップ４０２において、ＮＯｘ吸着触媒温度ＴがＮＯｘ脱離温度Ｔ０よりも小さいと判定された場合には、次いで、ステップ４０３においてフラグＦが１であるので、ステップ４０５へと進む。そして、ステップ４０５で昇温制御が行われ、ＮＯｘ吸着触媒温度ＴをＮＯｘ脱離温度Ｔ０以上に上昇させ、ルーチンを終了する。

なお、フラグＦは機関停止時に０にリセットされる。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。 別の実施形態による圧縮着火式内燃機関の全体図である。 ＮＯｘ脱離制御を示すタイムチャートである。 ＮＯｘ脱離制御操作のフローチャートである。 ＮＯｘ吸着量算出操作のフローチャートである。 更に別の実施形態による圧縮着火式内燃機関の全体図である。 更に別の実施形態による圧縮着火式内燃機関の全体図である。 ＮＯｘ吸着触媒に単位時間当たりに流入する流入するＮＯｘ量のマップを示す図である。 ＮＯｘ吸着触媒の吸着特性及び脱離特性を示す図である。 別の実施形態似よるＮＯｘ吸着量算出操作のフローチャートである。 別の実施形態によるＮＯｘ脱離制御を示すタイムチャートである。 別の実施形態によるＮＯｘ脱離制御操作のフローチャートである。

符号の説明

１ 機関本体
４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
７ 排気ターボチャージャ
２２ ＮＯｘ吸着触媒
２４ ＮＯｘ還元触媒
２７，２８ ＮＯｘセンサ
２９，３０ 温度センサ

Claims (2)

1. 機関排気通路内にＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒を配置すると共にＮＯｘ還元触媒の上流の機関排気通路内にＮＯｘ吸着触媒を配置し、ＮＯｘ吸着触媒が冷間始動時に流入したＮＯｘを吸着し触媒温度の上昇に伴って吸着したＮＯｘを脱離し、脱離したＮＯｘがＮＯｘ還元触媒によって還元される内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ吸着触媒に吸着したＮＯｘ量を推定する吸着ＮＯｘ量推定手段を具備し、推定されたＮＯｘ量が予め定められた値以上になったとき、前記ＮＯｘ吸着触媒温度の昇温制御を行い吸着したＮＯｘを脱離させる内燃機関の排気浄化装置。
2. 機関排気通路内にＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒を配置すると共にＮＯｘ還元触媒の上流の機関排気通路内にＮＯｘ吸着触媒を配置し、ＮＯｘ吸着触媒が冷間始動時に流入したＮＯｘを吸着し触媒温度の上昇に伴って吸着したＮＯｘを脱離し、脱離したＮＯｘがＮＯｘ還元触媒によって還元される内燃機関の排気浄化装置において、冷間始動後に、前記ＮＯｘ吸着触媒温度が吸着したＮＯｘを脱離するＮＯｘ脱離温度以上になった後、前記ＮＯｘ吸着触媒温度をＮＯｘ脱離温度以上に維持するように制御する内燃機関の排気浄化装置。

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