JP2010255531A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】リーン運転とリッチ運転とを繰り返した場合における全体的なＮＯｘの浄化性能を高く維持することができる内燃機関の排気浄化システムを提供すること。
【解決手段】排気浄化システムでは、リーン運転時におけるＮＯｘ浄化触媒についてそのＮＯｘ捕捉性能が不活性の状態から活性した状態となる第１判定温度Ｔ１、並びに、リッチ運転時におけるＮＯｘ浄化触媒についてそのＮＯｘ還元性能が不活性の状態から活性した状態となる第２判定温度Ｔ２を、ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いに相関のある燃料噴射量の積算値ΣＱ＿ＦＵＥＬに基づいて設定する。そして、ＮＯｘカウンタＮＣが所定の開始判定値ＮＭＡＸ以上でありリッチ運転を行う必要があると判定された際（Ｓ８）に、ＮＯｘ浄化触媒の温度ＴＬＮＣが第１判定温度Ｔ１より大きくかつ第２判定温度Ｔ２以下である場合に、昇温制御を実行する（Ｓ６）。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。より詳しくは、内燃機関の排気を浄化するＮＯｘ浄化触媒を備えた排気浄化システムに関する。

排気が酸化雰囲気にあるとき（排気中の酸素濃度が、還元剤（ＨＣ，ＣＯ）濃度に対して相対的に高いとき）、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を捕捉し、排気が還元雰囲気にあるとき（排気中の還元成分濃度が、酸素濃度に対して相対的に高いとき）、捕捉したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒が知られている。このようなＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリーンにするリーン運転状態で排出されたＮＯｘをＮＯｘ浄化触媒に捕捉させる。そしてこのリーン運転状態から、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチにするリッチ運転状態に周期的に切り替えることにより、ＮＯｘ浄化触媒で捕捉したＮＯｘを放出させるとともに、放出したＮＯｘを還元剤と反応させることによりＮＯｘを還元する（特許文献１参照）。

このようなＮＯｘ浄化触媒の浄化能力を高く維持するため、ＮＯｘ浄化触媒の温度制御に関する技術が提案されている。

例えば特許文献２には、ＮＯｘ浄化触媒の温度について、特に高いＮＯｘの吸収能を発揮できる温度領域があることに着目し、リーン運転時にはこの領域内に触媒温度を制御することにより、ＮＯｘ浄化触媒の浄化性能を高く維持する技術が示されている。

特許第２６００４９２号公報 特許第２６０５５５６号公報

しかしながら特許文献２に示された技術は、リーン運転時におけるＮＯｘの吸収性能のみに着目した技術である。つまり、特許文献２に示された技術は、リッチ運転時におけるＮＯｘの放出性能や還元性能に関する記載はないため、リーン運転とリッチ運転とを繰り返した場合における全体的なＮＯｘの浄化性能を高く維持できるものではない。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、リーン運転とリッチ運転とを繰り返した場合における全体的なＮＯｘの浄化性能を高く維持することができる内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（２）の排気通路（４）に設けられ、酸化雰囲気の下で排気中のＮＯｘを捕捉し、還元雰囲気の下で捕捉したＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒（４３）を備える内燃機関の排気浄化システム（１）であって、前記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気を還元雰囲気にする浄化制御を所定の時期に実行することにより、当該ＮＯｘ浄化触媒に捕捉されたＮＯｘを浄化する浄化制御実行手段（７，２２）と、前記ＮＯｘ浄化触媒を昇温する昇温制御を実行する昇温制御実行手段（７，２２）と、酸化雰囲気下におけるＮＯｘ浄化触媒についてそのＮＯｘ捕捉性能が不活性の状態から活性した状態となる第１判定温度（Ｔ１）、並びに、還元雰囲気下におけるＮＯｘ浄化触媒についてそのＮＯｘ還元性能が不活性の状態から活性した状態となる第２判定温度（Ｔ２）を設定する判定温度設定手段（７）と、を備え、前記昇温制御実行手段は、前記浄化制御を実行する必要があると判定された際に前記ＮＯｘ浄化触媒の温度が前記第１判定温度より大きくかつ前記第２判定温度以下である場合に前記昇温制御を実行する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記判定温度設定手段は、前記ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いに相関のあるパラメータ（ΣＱ＿ＦＵＥＬ）に基づいて前記第１及び第２判定温度を設定する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記判定温度設定手段は、前記ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いが大きくなるに従い前記第２判定温度と第１判定温度との差を大きくする。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いに相関のあるパラメータは、燃料噴射量の積算値（ΣＱ＿ＦＵＥＬ）である。

請求項１に記載の発明によれば、判定温度設定手段は、酸化雰囲気下におけるＮＯｘ浄化触媒についてそのＮＯｘ捕捉性能が不活性の状態から活性した状態となる第１判定温度、並びに、還元雰囲気下におけるＮＯｘ浄化触媒についてそのＮＯｘ還元性能が不活性の状態から活性した状態となる第２判定温度を設定する。さらに昇温制御実行手段は、浄化制御を実行する必要があると判定された際にＮＯｘ浄化触媒の温度が第１判定温度より大きくかつ第２判定温度以下である場合には、ＮＯｘ浄化触媒を昇温する昇温制御を実行する。これにより、酸化雰囲気下においてＮＯｘを捕捉させ、還元雰囲気下において捕捉したＮＯｘを還元するといったＮＯｘ浄化触媒の浄化動作を最小限の昇温制御で補償することができる。したがって、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気を酸化雰囲気と還元雰囲気とで繰り返すべくリーン運転とリッチ運転とを繰り返した場合における全体的なＮＯｘの浄化性能を高く維持することができる。

ところで、リッチ運転を行いＮＯｘ浄化触媒に流入する排気を還元雰囲気にすると、上述のように、捕捉されていたＮＯｘはＮＯｘ浄化触媒から放出された後、還元剤と反応して還元される。つまり、ＮＯｘ浄化触媒において、ＮＯｘを放出する機能とＮＯｘを還元する機能とは別の機能である。このため、還元雰囲気下におけるＮＯｘ浄化触媒についてＮＯｘ放出性能が不活性の状態から活性した状態となる温度と、ＮＯｘ還元性能が不活性の状態から活性した状態となる上述の第２判定温度とは、異なった温度となる場合がある。したがって、ＮＯｘ放出性能が活性した状態であり、かつ、ＮＯｘ還元性能が不活性の状態で還元雰囲気にした場合、ＮＯｘ浄化触媒から捕捉されていたＮＯｘが放出されるものの、放出されたＮＯｘが還元されずに下流側へ排出されてしまう場合も考えられる。これに対して本発明では、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ還元性能に着目し、このＮＯｘ還元性能が不活性の状態から活性した状態となる第２判定温度以下である場合には、浄化制御に先立って昇温制御を実行することにより、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ還元性能を活性した状態にし、ＮＯｘを還元することができる。

請求項２に記載の発明によれば、例えばＮＯｘ浄化触媒の被毒が進行し、その特性が変化した場合であっても、ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いに相関のあるパラメータに基づいて第１判定温度及び第２判定温度を適切に設定することにより、ＮＯｘ浄化触媒の浄化性能を高く維持することができる。

請求項３に記載の発明によれば、判定温度設定手段は、ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いが大きくなるに従い第２判定温度と第１判定温度との差を大きくする。これにより、ＮＯｘ浄化触媒の被毒の進行に合わせて適切な昇温制御が可能となり、その浄化性能を高く維持することができる。

請求項４に記載の発明によれば、燃料噴射量の積算値をＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いに相関のあるパラメータとし、この積算値に基づいて第１判定温度及び第２判定温度を設定する。ところで、ＮＯｘ浄化触媒の被毒は、燃料に含まれる硫黄成分が付着することにより進行するため、燃料噴射量の積算値が多くなるに従いＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いは大きくなる傾向がある。したがって、このような燃料噴射量の積算値をＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いに相関のあるパラメータとして用いることにより、第１判定温度及び第２判定温度を適切に設定することができる。

本発明の一実施形態に係る排気浄化システム、及びこれを適用したエンジンの構成を示す模式図である。 上記実施形態に係るＮＯｘ浄化触媒の性能と触媒温度との関係を模式的に示す図である。 上記実施形態に係るＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いと閾値Ｔ１，Ｔ２との関係を示す図である。 上記実施形態に係る還元制御処理の手順を示すフローチャートである。 上記実施形態に係るＮＯｘ浄化触媒に捕捉されたＮＯｘの量の、上記還元制御処理の実行中における変化を示す図である。 上記実施形態に係る判定温度設定処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化システム１、及びこれを適用した内燃機関２の構成を示す模式図である。内燃機関（以下「エンジン」という）２は、各気筒２１の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンである。

エンジン２に燃料を供給する燃料供給系は、燃料タンク２３に貯留された燃料を加圧する燃料ポンプ２４と、この燃料ポンプ２４により加圧された燃料をエンジン２の気筒２１ごとに設けられたインジェクタ２２に供給するコモンレール２５と、を含んで構成される。

インジェクタ２２からの燃料噴射量ＱＩＮＪは、後述する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７によって設定される。また、このインジェクタ２２の開弁時間は、設定された燃料噴射量ＱＩＮＪが得られるように、ＥＣＵ７からの駆動信号により制御される。

エンジン２には、吸気が流通する吸気管３と、排気が流通する排気管４と、排気管４内の排気の一部を吸気管３に還流する排気還流通路５と、吸気管３に吸気を圧送する過給機６とが設けられている。

吸気管３は、吸気マニホールド３１の複数の分岐部を介してエンジン２の各気筒２１の吸気ポートに接続されている。排気管４は、排気マニホールド４１の複数の分岐部を介してエンジン２の各気筒２１の排気ポートに接続されている。排気還流通路５は、排気マニホールド４１から分岐し吸気マニホールド３１に至る。

過給機６は、排気管４に設けられた図示しないタービンと、吸気管３に設けられた図示しないコンプレッサと、を備える。タービンは、排気管４を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサは、タービンにより回転駆動され、吸気を加圧し吸気管３内へ圧送する。また、タービンは、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービンのベーン開度は、ＥＣＵ７により電磁的に制御される。

吸気管３のうち過給機６の上流側には、エンジン２の吸入空気量を制御するスロットル弁３２が設けられている。このスロットル弁３２は、アクチュエータを介してＥＣＵ７に接続されており、その開度はＥＣＵ７により電磁的に制御される。また、吸気管３のうち過給機６の下流側には、過給機６により加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ３３が設けられている。

排気還流通路５は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１とを接続し、エンジン２から排出された排気の一部を還流する。排気還流通路５には、還流される排気を冷却するＥＧＲクーラ５１と、還流する排気の流量を制御するＥＧＲ弁５２と、が設けられている。ＥＧＲ弁５２は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ７に接続されており、その弁開度はＥＣＵ７により電磁的に制御される。

排気管４のうち過給機６の下流側には、排気を浄化する酸化触媒４２及びＮＯｘ浄化触媒４３が、上流側からこの順で設けられている。

酸化触媒４２は、排気との反応により、排気を浄化するともに排気を昇温する。より具体的には、この酸化触媒４２には、触媒として作用する白金（Ｐｔ）を、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）担体に担持させたものに、ＨＣの吸着作用に優れたゼオライトと、ＨＣの水蒸気改質作用に優れたロジウム（Ｒｈ）を加えた酸化触媒を内蔵したものが用いられる。

ＮＯｘ浄化触媒４３は、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定するいわゆるリーン運転を行うことにより、流入する排気の酸素濃度が比較的高い酸化雰囲気にしたときに、排気中のＮＯｘを捕捉（より具体的には、吸着又は吸蔵）する。一方、混合気の空燃比を理論空燃比近傍、又は、理論空燃比よりもリッチ側に設定するいわゆるリッチ運転を行うことにより、排気中のＨＣやＣＯなどの還元剤の濃度が比較的高い還元雰囲気のときに、ＮＯｘ浄化触媒４３は、捕捉したＮＯｘを還元剤と反応させることによりＮＯｘを還元する。

このＮＯｘ浄化触媒４３としては、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、セリア（ＣｅＯ_２）、及びセリウムと希土類の複合酸化物（以下、「セリア系複合酸化物」という）の担体に担持された、触媒として作用する白金（Ｐｔ）と、ＮＯｘの捕捉能力を有するセリアもしくはセリア系複合酸化物などを備えるものが用いられる。

ＥＣＵ７には、酸素濃度センサ８１、排気温度センサ８２、及びエアフローセンサ８３が接続されている。酸素濃度センサ８１は、排気管４のうち酸化触媒４２の上流側の排気の酸素濃度（空燃比）を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。排気温度センサ８２は、排気管４のうちＮＯｘ浄化触媒４３に流入する排気の温度ＴＥを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。エアフローセンサ８３は、エンジン２に吸入される吸入空気量ＧＡを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。また、ＮＯｘ浄化触媒４３の温度ＴＬＮＣは、排気温度センサ８２の検出値に基づいて、ＥＣＵ７により算出される。

この他、ＥＣＵ７には、図示しないクランク角センサ、アクセル開度センサ、及びイグニッションスイッチが接続されている。

クランク角センサは、エンジン２のクランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ７に送信する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０°）ごとに送信される。アクセル開度センサは、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下、「アクセル開度」という）ＡＰを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。イグニッションスイッチは、図示しない車両の運転席に設けられ、車両の起動又は停止を指令する信号をＥＣＵ７に送信する。

ここで、エンジン２の回転数（以下、「エンジン回転数」という）ＮＥは、クランク角センサから送信されたＣＲＫ信号に基づいて、ＥＣＵ７により算出される。また、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、ＥＣＵ７により算出される。

ＥＣＵ７は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ７は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、インジェクタ２２などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。以上のようなハードウェア構成により、ＥＣＵ７には、以下に示す還元制御処理（図４参照）を実行するモジュールが構成される。

次に、図２〜図６を参照して、本実施形態の還元制御処理について説明する。
図２は、ＮＯｘ浄化触媒の性能と触媒温度との関係を模式的に示す図である。
上述のように、ＮＯｘ浄化触媒は、リーン運転時にＮＯｘを捕捉する機能と、リッチ運転時及びこのリッチ運転の直後のリーン運転時に、上記捕捉したＮＯｘを還元する機能を有する。一般的には、これら２つの機能が効率良く発揮される温度域は、それぞれ異なったものとなる。

図２に示すように、ＮＯｘ浄化触媒が使用される温度域を、３つの閾値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）により、領域Ｉ、領域ＩＩ、領域ＩＩＩ、及び領域ＩＶの４つの領域に分けたとする。すると、図２に示すように、リーン運転時におけるＮＯｘの捕捉性能は、領域ＩＩ及び領域ＩＩＩ、すなわち、Ｔ１以上Ｔ３未満において活性した状態となる。これに対して、リッチ運転時におけるＮＯｘの還元性能は、領域ＩＩＩ及び領域ＩＶ、すなわち、Ｔ２以上において活性した状態となる。

図３は、ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いと、閾値Ｔ１，Ｔ２との関係を示す図である。
上述のようにＮＯｘ浄化触媒は、リーン運転時にＮＯｘを捕捉するが、同時に燃料又はオイル中の硫黄成分をも捕捉してしまう。捕捉した硫黄成分は、ＮＯｘよりも脱離しにくいため、リッチ運転に加えてＮＯｘ浄化触媒を６００℃程度まで昇温することにより脱離する脱硫制御を実行する必要がある。このような脱硫制御の実行中に、リッチ運転を中止した場合、ＮＯｘ浄化触媒は６００℃程度の高温の状態で酸化雰囲気下にさらされることとなる。このような状態に長時間さらされると、ＮＯｘ浄化触媒に捕捉された硫黄成分が白金に強吸着し、白金の硫黄被毒を起こすこととなる。

このようなＮＯｘ浄化触媒の白金への硫黄被毒が生じた場合、リーン運転時におけるＮＯｘ捕捉性能及びリッチ運転時におけるＮＯｘ還元性能ともに低下してしまう。このため、図３に示すように、ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いが大きくなるに従い、閾値Ｔ１，Ｔ２は高くなる。特に、リッチ運転時におけるＮＯｘ還元性能の低下は、リーン運転時におけるＮＯｘ捕捉性能の低下に比べて著しく、結果として、ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いに対する変化量は、閾値Ｔ１よりも閾値Ｔ２の方が大きくなっている。

図４は、ＮＯｘ浄化触媒により排気中のＮＯｘを浄化する還元制御処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵにおいて所定の周期で行われる。
図５は、ＮＯｘ浄化触媒に捕捉されたＮＯｘの量の、上記還元制御処理の実行中における変化を示す図である。

この還元制御処理では、図５に示すように、ＮＯｘ浄化触媒に捕捉されたＮＯｘの量を示す後述のＮＯｘカウンタＮＣを逐次算出し、このＮＯｘカウンタＮＣが所定の開始判定値ＮＭＡＸを上回ったことに応じてリッチ運転を開始し、その後、ＮＯｘカウンタＮＣが終了判定値ＮＭＩＮを下回ったことに応じてリッチ運転を終了し、リーン運転を開始する。また、この還元制御処理では、リーン運転とリッチ運転とを交互に繰り返す際に後述のようにＮＯｘ浄化触媒の温度制御を適宜実行することにより、ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘの浄化性能を高く維持する。

ステップＳ１では、リッチフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。このリッチフラグＦ＿ＲＩＣＨは、上述のリッチ運転の実行を指令するフラグである。すなわち、このリッチフラグＦ＿ＲＩＣＨを「０」から「１」にすることにより、リッチ運転が実行されＮＯｘ浄化触媒に捕捉されたＮＯｘが還元される。また、このリッチフラグＦ＿ＲＩＣＨを「１」から「０」に戻すことにより、リッチ運転が終了し、リーン運転が実行される。ステップＳ１の判別結果がＹＥＳであり、リッチ運転中である場合には、リッチ運転を終了する時期であることを判定すべく、ステップＳ２に移る。

ステップＳ２では、運転状態に応じてＮＯｘカウンタＮＣを減算し、ステップＳ３に移る。ＮＯｘカウンタＮＣは、ＮＯｘ浄化触媒に捕捉されているＮＯｘの量を示すものであり、後述のステップＳ７において積算される。このステップＳ２では、今回の処理サイクルにおいて、リッチ運転を行うことによりＮＯｘ浄化触媒で還元されたＮＯｘの量を、ＮＯｘカウンタＮＣから減算する。なお、このＮＯｘカウンタＮＣの減算値は、例えば、ＮＯｘ浄化触媒を通過した排気の流量、及び、酸素濃度センサの検出値に基づいて算出される。ここで、ＮＯｘ浄化触媒を通過した排気の流量は、要求トルクＰＭＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに基づいて算出される。

ステップＳ３では、ＮＯｘカウンタＮＣが所定の終了判定値ＮＭＩＮを下回ったか否かを判別する。ステップＳ３の判別結果がＹＥＳであり、ＮＯｘカウンタＮＣが終了判定値ＮＭＩＮを下回った場合には、リッチ運転を終了するべくステップＳ４に移りリッチフラグＦ＿ＲＩＣＨを「０」にリセットした後、この処理を終了する。ステップＳ３の判別結果がＮＯであり、ＮＯｘカウンタＮＣが終了判定値を下回っていない場合には、リッチ運転を継続するべく、この処理を終了する。

一方、ステップＳ１の判別結果がＮＯであり、リーン運転中である場合には、リッチ運転を行う時期であるか否かを判定すべく、ステップＳ５に移る。
ステップＳ５では、ＮＯｘ浄化触媒の温度ＴＬＮＣが所定の第１判定温度Ｔ１以下であるか否かを判別する。この第１判定温度Ｔ１は、上述のように、ＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘ捕捉性能が不活性にある状態（領域Ｉ）と、ＮＯｘ捕捉性能が活性した状態（領域ＩＩ）とを分ける閾値を示す。この第１判定温度Ｔ１は、後述の図６に示す判定温度設定処理において、ＮＯｘ浄化触媒の状態に応じて逐次更新されたものが用いられる。

ステップＳ５の判別結果がＹＥＳである場合、すなわち、リーン運転を行っているにもかかわらずＮＯｘ浄化触媒の温度ＴＬＮＣが第１判定温度Ｔ１以下でありＮＯｘの捕捉性能が低い場合には、ＮＯｘの捕捉性能を向上するためにステップＳ６に移る。

ステップＳ６では、ＮＯｘ浄化触媒を昇温する昇温制御を実行し、ステップＳ７に移る。より具体的には、この昇温制御では、例えば、スロットル弁を閉じるとともに燃料噴射量ＱＩＮＪを増量し、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の温度を上昇することにより、ＮＯｘ浄化触媒を昇温する。
ここで、ＮＯｘ浄化触媒の温度ＴＬＮＣが第１判定温度Ｔ１以下である場合には、このような昇温制御を実行することにより、ＮＯｘ浄化触媒は基本的には第１判定温度より高い温度に保持されることとなる。

ステップＳ７では、ＮＯｘカウンタＮＣを積算した後、この処理を終了する。このステップＳ７では、今回の処理サイクルにおいて、リーン運転を行うことによりＮＯｘ浄化触媒に捕捉されたＮＯｘの量を、ＮＯｘカウンタＮＣに積算する。ここでＮＯｘカウンタＮＣの積算値は、要求トルクＰＭＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに基づいて算出される。

一方、ステップＳ５の判別結果がＮＯである場合、すなわち、ＮＯｘ浄化触媒が領域Ｉには無い場合には、ステップＳ８に移る。
ステップＳ８では、ＮＯｘカウンタＮＣが開始判定値ＮＭＡＸを上回ったか否かを判別する。ステップＳ８の判別結果がＮＯの場合には、リッチ運転を行う時期ではないと判断し、ステップＳ７に移る。ステップＳ８の判別結果がＹＥＳの場合には、リッチ運転を行う時期であると判断し、ステップＳ９に移る。

ステップＳ９では、ＮＯｘ浄化触媒の温度ＴＬＮＣが所定の第２判定温度Ｔ２以下であるか否かを判別する。この第２判定温度Ｔ２は、上述のように、ＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘ還元性能が不活性にある状態（領域ＩＩ）と、ＮＯｘ還元性能が活性した状態（領域ＩＩＩ）とを分ける閾値を示す。この第２判定温度Ｔ２は、後述の図６に示す判定温度設定処理において、ＮＯｘ浄化触媒の状態に応じて逐次更新されたものが用いられる。

ステップＳ９の判別結果がＹＥＳである場合、すなわち、リッチ運転を行う時期であるにもかかわらずＮＯｘ浄化触媒の温度ＴＬＮＣが第２判定温度Ｔ２以下であり、ＮＯｘの還元性能は低い場合には、ＮＯｘの還元性能を向上するために昇温制御を実行するべくステップＳ６に移る。

ステップＳ９の判別結果がＮＯである場合、すなわち、リッチ運転を行う時期であり、かつ、ＮＯｘ浄化触媒の温度ＴＬＮＣが第２判定温度Ｔ２より高く、ＮＯｘを還元する
性能が十分にある場合には、リッチ運転を開始するべくステップＳ１０に移りリッチフラグＦ＿ＲＩＣＨを「１」にセットした後、この処理を終了する。

図６は、判定温度設定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵにおいて所定の周期で行われる。
ステップＳ２１では、ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いに相関のあるパラメータとして、燃料噴射量の積算値ΣＱ＿ＦＵＥＬを算出し、ステップＳ２２に移る。この燃料噴射量の積算値ΣＱ＿ＦＵＥＬは、燃料噴射量ＱＩＮＪに基づいて今回の処理サイクルにおいて噴射された燃料の量を積算することにより算出される。

ステップＳ２２では、燃料噴射量の積算値ΣＱ＿ＦＵＥＬに基づいて、第１判定温度Ｔ１及び第２判定温度Ｔ２を設定し、この処理を終了する。より具体的には、第１判定温度Ｔ１及び第２判定温度Ｔ２は、それぞれ、算出した燃料噴射量の積算値ΣＱ＿ＦＵＥＬに応じて図３に示すようなマップを検索することにより設定される。上述のように、ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いに対する変化量は、閾値Ｔ１よりも閾値Ｔ２の方が大きくなっている。したがって、このようなマップを用いることにより、第１判定温度Ｔ１と第２判定温度Ｔ２とは、ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いが大きくなるに従い、第２判定温度Ｔ２と第１判定温度Ｔ１との差が大きくなるように設定される。

本実施形態によれば、判定温度設定処理では、リーン運転時におけるＮＯｘ浄化触媒についてそのＮＯｘ捕捉性能が不活性の状態から活性した状態となる第１判定温度Ｔ１、並びに、リッチ運転時におけるＮＯｘ浄化触媒についてそのＮＯｘ還元性能が不活性の状態から活性した状態となる第２判定温度Ｔ２を設定する。さらに還元制御処理では、ステップＳ８においてＮＯｘカウンタＮＣが開始判定値ＮＭＡＸ以上でありリッチ運転を実行する必要があると判定された際に、ＮＯｘ浄化触媒の温度ＴＬＮＣが第１判定温度Ｔ１より大きくかつ、ステップＳ９においてＮＯｘ浄化触媒の温度ＴＬＮＣが第２判定温度Ｔ２以下である場合に、ステップＳ６においてＮＯｘ浄化触媒を昇温する昇温制御を実行する。これにより、リーン運転時においてＮＯｘを捕捉させ、リッチ運転時において捕捉したＮＯｘを還元するといったＮＯｘ浄化触媒の浄化動作を最小限の昇温制御で補償することができる。したがって、リーン運転とリッチ運転とを繰り返した場合における全体的なＮＯｘの浄化性能を高く維持することができる。

本実施形態によれば、還元雰囲気下におけるＮＯｘ浄化触媒の２つの性能、すなわちＮＯｘ放出性能とＮＯｘ還元性能のうち、特にＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ還元性能に着目し、このＮＯｘ還元性能が不活性の状態から活性した状態となる第２判定温度Ｔ２以下である場合には、リッチ運転を行う前に昇温制御を実行することにより、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ還元性能を活性した状態にし、ＮＯｘを還元することができる。

また、本実施形態によれば、例えばＮＯｘ浄化触媒の被毒が進行し、その特性が変化した場合であっても、ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いに相関のあるパラメータに基づいて第１判定温度Ｔ１及び第２判定温度Ｔ２を適切に設定することにより、ＮＯｘ浄化触媒の浄化性能を高く維持することができる。

また、本実施形態によれば、判定温度設定処理では、ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いが大きくなるに従い、第２判定温度Ｔ２と第１判定温度Ｔ１との差を大きくする。これにより、ＮＯｘ浄化触媒の被毒の進行に合わせて適切な昇温制御が可能となり、その浄化性能を高く維持することができる。

また、本実施形態によれば、燃料噴射量の積算値ΣＱ＿ＦＵＥＬをＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いに相関のあるパラメータとし、この積算値ΣＱ＿ＦＵＥＬに基づいて第１判定温度Ｔ１及び第２判定温度Ｔ２を設定する。これにより、第１判定温度Ｔ１及び第２判定温度Ｔ２を適切に設定することができる。

本実施形態では、ＥＣＵ７、インジェクタ２２、及びスロットル弁３２が浄化制御実行手段及び昇温制御実行手段を構成し、ＥＣＵ７が判定温度設定手段を構成する。より具体的には、図４のステップＳ１０の実行及びリッチ運転の実行に係る手段が浄化制御実行手段を構成し、図４のステップＳ６の実行に係る手段が昇温制御実行手段を構成し、図６の判定温度設定処理の実行に係る手段が判定温度設定手段を構成する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の温度ＴＥに基づいてＮＯｘ浄化触媒の温度ＴＬＮＣを算出したが、これに限らない。ＮＯｘ浄化触媒の温度は直接検出してもよい。

また、上記実施形態では、本発明を車両に搭載されたリーンバーンエンジン又はディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明は、これに限らない。本発明は、例えば、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。

１…排気浄化システム
２…エンジン（内燃機関）
２２…インジェクタ（浄化制御実行手段、昇温制御実行手段）
３２…スロットル弁（浄化制御実行手段、昇温制御実行手段）
４…排気管（排気通路）
４３…ＮＯｘ浄化触媒
７…ＥＣＵ（浄化制御実行手段、昇温制御実行手段、判定温度設定手段）

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化雰囲気の下で排気中のＮＯｘを捕捉し、還元雰囲気の下で捕捉したＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化システムであって、
   前記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気を還元雰囲気にする浄化制御を所定の時期に実行することにより、当該ＮＯｘ浄化触媒に捕捉されたＮＯｘを浄化する浄化制御実行手段と、
   前記ＮＯｘ浄化触媒を昇温する昇温制御を実行する昇温制御実行手段と、
   酸化雰囲気下におけるＮＯｘ浄化触媒についてそのＮＯｘ捕捉性能が不活性の状態から活性した状態となる第１判定温度、並びに、還元雰囲気下におけるＮＯｘ浄化触媒についてそのＮＯｘ還元性能が不活性の状態から活性した状態となる第２判定温度を設定する判定温度設定手段と、を備え、
   前記昇温制御実行手段は、前記浄化制御を実行する必要があると判定された際に前記ＮＯｘ浄化触媒の温度が前記第１判定温度より大きくかつ前記第２判定温度以下である場合に前記昇温制御を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記判定温度設定手段は、前記ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いに相関のあるパラメータに基づいて前記第１及び第２判定温度を設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システム。
3. 前記判定温度設定手段は、前記ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いが大きくなるに従い前記第２判定温度と第１判定温度との差を大きくす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システム。
4. 前記ＮＯｘ浄化触媒の被毒度合いに相関のあるパラメータは、燃料噴射量の積算値であることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化システム。

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