JP2015086798A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リッチ制御が実行される機会を確保し、それによりＮＯｘを良好に浄化する。
【解決手段】機関排気通路内にＮＯｘ吸蔵触媒１４が配置される。リッチ制御実行条件が成立していると判別されたときにＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘ又はＳＯｘを放出するためにリッチ制御が行われる。リッチ制御実行条件が不成立と判別されたときには、機関出力一定のもとで変速機２５のギア位置が変更されたと仮定したときにリッチ制御実行条件が成立するギア位置が目標ギア位置として求められる。指示器２７によりギア位置を目標ギア位置に変更すべきとの指示が車両操作者に対し表示される。車両操作者によりギア位置が目標ギア位置に変更されそれによりリッチ制御実行条件が成立したと判別されたときに、リッチ制御が実行される。
【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。

流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯｘを放出して還元するＮＯｘ吸蔵触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘ又はＳＯｘを放出するために、燃焼行程又は排気行程に燃焼室内に追加の燃料を噴射することによりＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるリッチ制御を行う、内燃機関の排気浄化装置が知られている。

ところが、例えばトルクがかなり低いときにリッチ制御を行うと、リッチ制御によりトルクＴＲＱが大幅に変動し、ドライバビリティが悪化するおそれがある。また、機関回転数がかなり高いときにリッチ制御を行うと、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチに切り換えるのに多量の追加の燃料が必要になるおそれがあり、あるいはＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘ又はＳＯｘを確実に放出するのが困難になる。

そこで、リッチ制御を実行すべきときに機関運転状態に基づきリッチ制御実行条件が成立しているか否かを判別し、リッチ制御実行条件が成立していると判別されたときにはリッチ制御を許容し、リッチ制御実行条件が不成立と判別されたときにはリッチ制御を禁止する、内燃機関の排気浄化装置が公知である（特許文献１参照）。

特開２００７−１５４７７１号公報

しかしながら、上述の排気浄化装置では、リッチ制御実行条件が成立するか否かは機関運転状態に依存し、機関運転状態は車両操作者の操作に依存する。したがって、長時間に亘りリッチ制御実行条件が成立せず、すなわちリッチ制御を実行する機会が減少するおそれがある。その結果、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘ又はＳＯｘが長時間に亘り放出されず、ＮＯｘを良好に浄化できないおそれがある。

本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯｘを放出して還元するＮＯｘ吸蔵触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘ又はＳＯｘを放出するために、燃焼行程又は排気行程に燃焼室内に追加の燃料を噴射することによりＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるリッチ制御を行うリッチ制御手段を備え、リッチ制御を実行すべきときに機関運転状態に基づきリッチ制御実行条件が成立しているか否かを判別し、リッチ制御実行条件が成立していると判別されたときにはリッチ制御を実行し、リッチ制御実行条件が不成立と判別されたときにはリッチ制御を禁止する、内燃機関の排気浄化装置において、車両操作者によりギア位置が変更される変速機と、変速機のギア位置の変更に関する指示を車両操作者に対して表示する指示器とを備え、リッチ制御を実行すべきときにリッチ制御実行条件が不成立と判別されたときには、機関出力一定のもとでギア位置が変更されたと仮定したときにリッチ制御実行条件が成立するギア位置を求め、指示器を制御してギア位置を該求められたギア位置に変更すべきとの指示を車両操作者に対し表示し、車両操作者によりギア位置が該求められたギア位置に変更されそれによりリッチ制御実行条件が成立したと判別されたときに、リッチ制御を実行する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

好ましくは、機関運転状態がリッチ制御許容領域内にあるときにリッチ制御実行条件が成立していると判断され、機関運転状態がリッチ制御許容領域外にあるときにリッチ制御実行条件が不成立であると判断される。

好ましくは、機関運転状態が機関負荷及び機関回転数により表される。

好ましくは、機関運転状態がリッチ制御許容領域内にありかつ変速機のギア位置があらかじめ定められた設定ギア位置範囲内にあるときにリッチ制御実行条件が成立していると判断され、機関運転状態がリッチ制御許容領域外にあるか又は変速機のギア位置が設定ギア位置範囲外にあるときにリッチ制御実行条件が不成立であると判断される。

好ましくは、機関運転状態がリッチ制御許容領域内にありかつＮＯｘ吸蔵触媒の温度があらかじめ定められた設定温度範囲内にあるときにリッチ制御実行条件が成立していると判断され、機関運転状態がリッチ制御許容領域外にあるか又はＮＯｘ吸蔵触媒の温度が設定温度範囲外にあるときにリッチ制御実行条件が不成立であると判断される。

好ましくは、機関運転状態がリッチ制御許容領域内にありかつ車速があらかじめ定められた設定車速範囲内にあるときにリッチ制御実行条件が成立していると判断され、機関運転状態がリッチ制御許容領域外にあるか又は車速が設定車速範囲外にあるときにリッチ制御実行条件が不成立であると判断される。

好ましくは、リッチ制御が行われているときに機関出力一定のもとでギア位置が変更されたと仮定したときにリッチ制御実行条件が成立するか否かが判別され、リッチ制御実行条件が不成立であると判別されたときには指示器を制御してギア位置を変更すべきでないとの指示を車両操作者に対し表示する。

リッチ制御が実行される機会を確保することができ、したがってＮＯｘを良好に浄化することができる。

図１は内燃機関の全体図である。 図２は指示器の全体図である。 図３（Ａ）及び３（Ｂ）は指示器の表示パターンを示す図である。 図４はＮＯｘ吸蔵触媒の表面部分の断面図である。 図５は追加の燃料の噴射を説明する図である。 図６はＮＯｘ放出のためのリッチ制御を説明するタイムチャートである。 図７はＮＯｘ排出量ＮＯＸＡのマップを示す図である。 図８はＳＯｘ放出のためのリッチ制御を説明するタイムチャートである。 図９はＳＯｘ排出量ＳＯＸＡのマップを示す図である。 図１０はリッチ制御許容領域ＡＡを示す図である。 図１１はギア位置が変更されたときの機関運転状態の変化を説明する図である。 図１２はギア位置が変更されたときの機関運転状態の変化を説明する図である。 図１３はフラグＸＮの制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１４はフラグＸＳの制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１５は排気浄化制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１６は指示器制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１７（Ａ），１７（Ｂ），１７（Ｃ）は本発明による別の実施例における指示器の表示パターンを示す図である。 図１８はギア位置が変更されたときの機関運転状態の変化を説明する図である。 図１９は本発明による別の実施例における指示器制御ルーチンを示すフローチャートである。

図１を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関の本体、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の入口は吸気導入管８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁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。また、吸気導入管８内には吸入空気量検出器１２が配置される。

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の出口は排気管１３を介してＮＯｘ吸蔵触媒１４に連結される。ＮＯｘ吸蔵触媒１４の出口は排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ１５に連結される。パティキュレートフィルタ１５にはパティキュレートフィルタ１５の前後差圧を検出する差圧センサ１６が取り付けられる。

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１７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１７内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１８が配置される。また、ＥＧＲ通路１７周りにはＥＧＲ通路１７内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１９が配置される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２０を介してコモンレール２１に連結され、このコモンレール２１は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２２を介して燃料タンク２３に連結される。燃料タンク２３内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２２によってコモンレール２１内に供給され、コモンレール２１内に供給された燃料は各燃料供給管２０を介して燃料噴射弁３に供給される。なお、別の実施例では内燃機関１は火花点火式内燃機関から構成される。この場合、燃料タンク２３内の燃料はガソリン、ＣＮＧ、水素などである。

内燃機関１の出力軸（図示しない）は変速機２５に連結される。図１に示される例では変速機２５は手動変速機から構成され、変速機２５のギア位置は車両操作者がシフトレバー２６を操作することにより変更される。別の例では、変速機２５は手動モードを備えた自動変速機から構成される。この手動モードでは車両操作者がシフトレバーを操作することによりギア位置が変更される。更に、変速機２５のギア位置に関する指示を車両操作者に対して表示する指示器２７が設けられる。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。図１に示されるように吸入空気量検出器１２及び差圧センサ１６の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０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４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５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４２が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４２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。また、シフトレバー２６の位置、すなわち変速機２５のギア位置を表す信号が入力ポート３５に入力される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用アクチュエータ、ＥＧＲ制御弁１８、燃料ポンプ２２、及び指示器２７に接続される。

図２は指示器２７の一例を示している。指示器２７は上向き矢印の形のランプ２７ａと下向き矢印の形のランプ２７ｂとを備える。本発明による実施例ではギア位置を変更すべきとの指示が指示器２７により車両操作者に対して表示される。シフトアップすなわちギア位置を高速段に変更すべきとの指示を表示するときには図３（Ａ）に示されるように上向きランプ２７ａが例えば緑色に点灯又は点滅され、下向きランプ２７ｂが消灯される。その結果、車両操作者にシフトアップが促される。一方、シフトダウンすなわちギア位置を低速段に変更すべきとの指示を表示するときには図３（Ｂ）に示されるように下向きランプ２７ｂが例えば緑色に点灯又は点滅され、上向きランプ２７ａが消灯される。その結果、車両操作者にシフトダウンが促される。なお、図２はランプ２７ａ，２７ｂが消灯している場合を示しており、このときギア位置に関する指示は表示されていない。このように本発明による実施例では、指示器２７は光によりギア位置に関する指示を車両操作者に対して表示する。別の実施例では、指示器２７は音、振動などにより指示を表示する。更に別の実施例では指示器２７はギア位置に関する指示に加えて、現在のギア位置も表示する。

一方、図１に示されるＮＯｘ吸蔵触媒１４の基体上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図４はこの触媒担体４５の表面部分の断面を図解的に示している。図４に示されるように触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されており、更に触媒担体４５の表面上にはＮＯｘ吸収剤４７の層が形成されている。

図４に示される例では貴金属触媒４６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤４７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。

機関吸気通路、燃焼室２及びＮＯｘ吸蔵触媒１４上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出する。

すなわち、ＮＯｘ吸収剤４７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図４に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ_２となり、次いでＮＯｘ吸収剤４７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ_３と結合しながら硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でＮＯｘ吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤４７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４６の表面でＮＯ_２が生成され、ＮＯｘ吸収剤４７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２がＮＯｘ吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。

これに対し、排気ガスの空燃比がリーンからリッチあるいは理論空燃比に切り換えられると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くしてＮＯｘ吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯｘ吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯによって還元される。

なお、ＮＯｘがＮＯｘ吸収剤４７に一時的に吸着される場合もある。したがって、吸収及び吸着の双方を含む用語として吸蔵という用語を用いると、ＮＯｘ吸蔵触媒１４は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯｘを放出して還元するということになる。

さて、機関本体１では酸素過剰のもとで燃焼が行なわれている。したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるので、このとき排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵触媒１４内に吸蔵される。しかしながら、機関運転時間が長くなるとＮＯｘ吸蔵触媒１４に吸蔵されているＮＯｘ量が多くなり、ついにはＮＯｘ吸蔵触媒１４がＮＯｘを吸蔵できなくなってしまう。

そこで本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵触媒１４からＮＯｘを放出するために、ＮＯｘ吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるようにしている。この場合、図５に示されるように、圧縮上死点（ＴＤＣ）周りで噴射される主燃料Ｑｍとは別に、燃焼行程又は排気行程に追加の燃料Ｑａが燃料噴射弁３から燃焼室２内に噴射される。

この制御をＮＯｘ放出のためのリッチ制御と称すると、図６に示されるようにＮＯｘ吸蔵触媒１４に吸蔵されたＮＯｘ量ＮＯＸが許容量ＭＡＸＮを越えたときにＮＯｘ放出のためのリッチ制御が行なわれる。その結果、ＮＯｘ吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが一時的にリッチに切り換えられ、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯＸが減少される。本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯＸは例えば機関から排出されるＮＯｘ量から算出される。すなわち、機関から単位時間当り排出されるＮＯｘ排出量ＮＯＸＡがアクセルペダル４０の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図７に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、このＮＯｘ排出量ＮＯＸＡを繰り返し積算することによってＮＯｘ吸蔵量ＮＯＸが算出される。

ところで、排気ガス中にはＳＯｘすなわちＳＯ_２が含まれており、このＳＯ_２がＮＯｘ吸蔵触媒１４に流入するとこのＳＯ_２は白金Ｐｔ４６において酸化されてＳＯ_３となる。次いでこのＳＯ_３はＮＯｘ吸収剤４７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ_３と結合しながら、硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形でＮＯｘ吸収剤４７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。しかしながらＮＯｘ吸収剤４７が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ_４は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解されずにそのまま残る。したがってＮＯｘ吸収剤４７内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ_４が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯｘ吸収剤４７が吸収しうるＮＯｘ量が低下することになる。

一方、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の温度を６００℃以上のＳＯｘ放出温度まで上昇させた状態でＮＯｘ吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯｘ吸収剤４７からＳＯｘが放出される。

そこで本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵触媒１４からＳＯｘを放出するために、燃焼行程又は排気行程に燃焼室２内に追加の燃料ＱＡを噴射することによりＮＯｘ吸蔵触媒１４の温度をＳＯｘ放出温度以上に維持しつつＮＯｘ吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるようにしている。

この制御をＳＯｘ放出のためのリッチ制御と称すると、図８に示されるようにＮＯｘ吸蔵触媒１４に吸蔵されたＳＯｘ量ＳＯＸが許容量ＭＡＸＳを越えたときにＳＯｘ放出のためのリッチ制御が行なわれる。その結果、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の温度がＳＯｘ放出温度ＴＳ以上まで高められると共にＮＯｘ吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが一時的にリッチに切り換えられ、ＳＯｘ吸蔵量ＳＯＸが減少される。本発明による実施例では、ＳＯｘ吸蔵量ＳＯＸは例えば機関から排出されるＳＯｘ量から算出される。すなわち、機関から単位時間当り排出されるＳＯｘ排出量ＳＯＸＡがアクセルペダル４０の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図９に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、このＳＯｘ排出量ＳＯＸＡを繰り返し積算することによってＳＯｘ吸蔵量ＳＯＸが算出される。

さて、本発明による実施例では、ＮＯｘ放出又はＳＯｘ放出のためのリッチ制御を実行すべきときに機関運転状態に基づきリッチ制御実行条件が成立しているか否かが判別され、リッチ制御実行条件が成立していると判別されたときにリッチ制御が実行され、リッチ制御実行条件が不成立と判別されたときにリッチ制御が禁止される。

具体的には、リッチ制御実行条件は第１の実行条件及び第２の実行条件から構成される。まず、第１の実行条件が成立しているか否かが判別される。第１の実行条件が成立していると判別されたときに、第２の実行条件が成立しているか否かが判別される。第２の実行条件が成立していると判別されたときに、ＮＯｘ放出又はＳＯｘ放出のためのリッチ制御が実行される。第１の実行条件又は第２の実行条件が不成立のときにはＮＯｘ放出又はＳＯｘ放出のためのリッチ制御は実行されない。

本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の温度ＴＣがあらかじめ定められた設定温度範囲内にありかつ車速があらかじめ定められた設定車速範囲内にあるときに第１の実行条件が成立していると判別され、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の温度ＴＣが設定温度範囲外にあるか又は車速が設定車速範囲外にあるときに第１の実行条件が不成立であると判別される。また、機関運転状態があらかじめ定められたリッチ制御許容領域内にありかつ変速機２５のギア位置があらかじめ定められた設定ギア位置範囲内にあるときに第２の実行条件が成立していると判別され、機関運転状態がリッチ制御許容領域外にありかつ変速機２５のギア位置が設定ギア位置範囲外にあるときに第２の実行条件が不成立であると判別される。本発明による実施例では機関運転状態は機関負荷を表すトルクＴＲＱ及び機関回転数Ｎの組み合わせにより表される。図１０はリッチ制御許容領域ＡＡの一例を示している。

このようにすると、ＮＯｘ吸蔵触媒１４からＮＯｘ及びＳＯｘを確実に放出することができる。しかも、このときドライバビリティが低下するのが抑制され、追加の燃料Ｑａの消費量が低減され、ＮＯｘ吸蔵触媒１４が熱により損傷するのが抑制される。

ところが、リッチ制御実行条件、特に第２の実行条件が成立するか否かは機関運転状態に依存するので、リッチ制御実行条件が長時間に亘り成立しないおそれがある。その結果、リッチ制御を実行する機会が減少するおそれがある。

そこで本発明による実施例では、リッチ制御を実行すべきときに第２の実行条件が不成立と判別されたときには、機関出力一定のもとでギア位置が変更されたと仮定したときに第２の実行条件が成立するギア位置が目標ギア位置として求められる。このことを図１１を参照しながら説明する。

図１１において、点Ｐはギア位置がＮ速段にあるときの機関運転状態を表している。この場合、点Ｐはリッチ制御許容領域ＡＡ外にあり、したがって第２の実行条件が不成立である。この状態において、機関出力一定のもとでシフトアップが行われるとすなわちギア位置が（Ｎ＋１）速段に変更されると、機関運転状態が点ＰＵに変更される。この点ＰＵはリッチ制御許容領域ＡＡ外にあり、したがって第２の実行条件は不成立のままである。これに対し、機関出力一定のもとでシフトダウンが行なわれるとすなわちギア位置が（Ｎ−１）速段に変更されると、機関運転状態が点ＰＤに変更される。点ＰＤはリッチ制御許容領域ＡＡ内にあり、したがって（Ｎ−１）速段が設定ギア位置範囲内にあることを条件として第２の実行条件が成立する。その結果、リッチ制御実行条件が成立する。そこで、図１１に示される例では（Ｎ−１）速段が目標ギア位置として求められる。

目標ギア位置が求められると、指示器２７によりギア位置を目標ギア位置に変更すべきとの指示が車両操作者に対し表示される。次いで、車両操作者がギア位置を目標ギア位置に変更すると、第２の実行条件が成立し、したがってリッチ制御実行条件が成立する。このため、リッチ制御が実行される。その結果、リッチ制御が実行される機会が確保され、ＮＯｘを良好に浄化することができる。

したがって、概念的に言うと、リッチ制御を実行すべきときにリッチ制御実行条件が不成立と判別されたときには、機関出力一定のもとでギア位置が変更されたと仮定したときにリッチ制御実行条件が成立するギア位置を求め、指示器を制御してギア位置を求められたギア位置に変更すべきとの指示を車両操作者に対し表示し、車両操作者によりギア位置が求められたギア位置に変更されそれによりリッチ制御実行条件が成立したと判別されたときに、リッチ制御を実行する、ということになる。

ギア位置が変更された後の機関運転状態すなわちトルクＴＲＱ及び機関回転数Ｎの組み合わせは例えば変更前の機関運転状態、変更前のギア位置でのギア比、及び変更後のギア位置でのギア比から算出される。すなわち、ギア位置変更前のギア比、トルク及び機関回転数をそれぞれＲ１，ＴＲＱ１，Ｎ１で表し、ギア位置変更後のギア比、トルク及び機関回転数をそれぞれＲ２，ＴＲＱ２，Ｎ２で表すと、ギア位置変更後のトルクＴＲＱ２及び機関回転数Ｎ２はそれぞれ（Ｒ１／Ｒ２）・ＴＲＱ１及び（Ｒ２／Ｒ１）・Ｎ１で表される。

なお、図１２に示される例では、点ＰＤ及び点ＰＵはいずれもリッチ制御許容領域ＡＡ外にある。したがって、シフトダウンが行なわれてもシフトアップが行なわれても第２の実行条件は不成立のままである。このように目標ギア位置を求めることができない場合もある。この場合には指示器２７による指示の表示は行なわれない。

図１３はフラグＸＮを制御するルーチンを示している。このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。

図１３を参照すると、ステップ１００では図７に示すマップから単位時間当りのＮＯｘ排出量ＮＯＸＡが算出され、ＮＯｘ排出量ＮＯＸＡを積算することによってＮＯｘ吸蔵量ＮＯＸが算出される（ＮＯＸ＝ＮＯＸ＋ＮＯＸＡ）。次いでステップ１０１ではＮＯｘ吸蔵量ＮＯＸが許容値ＭＡＸＮを越えたか否かが判別される。ＮＯＸ≦ＭＡＸＮのときには処理サイクルを終了する。ＮＯＸ＞ＭＡＸＮになるとステップ１０１からステップ１０２に進み、フラグＸＮがセットされる（ＸＮ＝１）。このフラグＸＮはＮＯｘ放出のためのリッチ制御を実行すべきときにセットされ（ＸＮ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＮ＝０）。

図１４はフラグＸＳを制御するルーチンを示している。このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
図１４を参照すると、ステップ２００では図９に示すマップから単位時間当りのＳＯｘ排出量ＳＯＸＡが算出され、ＳＯｘ排出量ＳＯＸＡを積算することによってＳＯｘ吸蔵量ＳＯＸが算出される（ＳＯＸ＝ＳＯＸ＋ＳＯＸＡ）。次いでステップ２０１ではＳＯｘ吸蔵量ＳＯＸが許容値ＭＡＸＳを越えたか否かが判別される。ＳＯＸ≦ＭＡＸＳのときには処理サイクルを終了する。ＳＯＸ＞ＭＡＸＳになるとステップ２０１からステップ２０２に進み、フラグＸＳがセットされる（ＸＳ＝１）。このフラグＸＳはＳＯｘ放出のためのリッチ制御を実行すべきときにセットされ（ＸＳ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＳ＝０）。

図１５は排気浄化制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
図１５を参照すると、ステップ３００ではフラグＸＳがセットされているか否かが判別される。フラグＸＳがリセットされている（ＸＳ＝０）とき、すなわちＳＯｘ放出のためのリッチ制御を行うべきでないときには次いでステップ３０１に進み、フラグＸＮがセットされているか否かが判別される。フラグＸＮがリセットされている（ＸＮ＝０）とき、すなわちＮＯｘ放出のためのリッチ制御を行うべきでないときには処理サイクルを終了する。フラグＸＮがセットされている（ＸＮ＝１）とき、すなわちＮＯｘ放出のためのリッチ制御を行うべきときには次いでステップ３０２に進み、第１の実行条件が成立しているか否かが判別される。第１の実行条件が不成立であると判別されたときには処理サイクルを終了する。第１の実行条件が成立していると判別されたときには次いでステップ３０３に進み、第２の実行条件が成立しているか否かが判別される。第２の実行条件が成立していると判別されたときには次いでステップ３０４に進み、ＮＯｘ放出のためのリッチ制御が行われる。続くステップ３０５ではＮＯｘ放出のためのリッチ制御を終了すべきか否かが判別される。ＮＯｘ放出のためのリッチ制御を終了すべきでないと判別されたときには処理サイクルを終了する。リッチ制御を終了すべきと判別されたときにはステップ３０６に進み、フラグＸＮがリセットされ（ＸＮ＝０）、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯＸがクリアされる（ＮＯＸ＝０）。

一方、ステップ３００においてフラグＸＳがセットされている（ＸＳ＝１）とき、すなわちＳＯｘ放出のためのリッチ制御を行うべきときには次いでステップ３０７に進み、第１の実行条件が成立しているか否かが判別される。第１の実行条件が不成立であると判別されたときには処理サイクルを終了する。第１の実行条件が成立していると判別されたときには次いでステップ３０８に進み、第２の実行条件が成立しているか否かが判別される。第２の実行条件が成立していると判別されたときには次いでステップ３０９に進み、ＳＯｘ放出のためのリッチ制御が行われる。続くステップ３１０ではＳＯｘ放出のためのリッチ制御を終了すべきか否かが判別される。ＳＯｘ放出のためのリッチ制御を終了すべきでないと判別されたときには処理サイクルを終了する。リッチ制御を終了すべきと判別されたときにはステップ３１１に進み、フラグＸＳがリセットされ（ＸＳ＝０）、ＳＯｘ吸蔵量ＮＯＸがクリアされる（ＳＯＸ＝０）。次いでステップ３０６に進み、フラグＸＮがリセットされ（ＸＮ＝０）、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯＸがクリアされる（ＮＯＸ＝０）。このようにしているのは、ＳＯｘ放出のためのリッチ制御が行なわれるとＮＯｘ吸蔵触媒１４からＮＯｘが放出されるからである。

一方、ステップ３０３又はステップ３０８において第２の実行条件が不成立であると判別されたときには次いでステップ３１２に進み、目標ギア位置ＧＰＴが算出される。続くステップ３１３では目標ギア位置ＧＰＴを算出できたか否かが判別される。目標ギア位置ＧＰＴを算出できなかったときには処理サイクルを終了する。目標ギア位置ＧＰＴを算出できたときには次いでステップ３１４に進み、変速機２５のギア位置を目標ギア位置ＧＰＴに変更すべきとの指示が指示器２７により表示される。車両操作者が指示器２７に表示された指示に従ってギア位置を目標ギア位置ＧＰＴに変更すると第１の実行条件及び第２の実行条件が成立する。その結果、ＮＯｘ放出又はＳＯｘ放出のためのリッチ制御が開始される。

図１６は指示器２７の制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
図１６を参照すると、ステップ４００では変速機２５のギア位置を変更すべきとの指示を指示器２７が表示しているか否かが判別される。指示器２７が指示を表示していないときには処理サイクルを終了する。指示器２７が指示を表示しているときには次いでステップ４０１に進み、現在のギア位置ＧＰが目標ギア位置ＧＰＴに一致しているか否かが判別される。現在のギア位置ＧＰが目標ギア位置ＧＰＴに一致していないときには処理サイクルを終了する。現在のギア位置ＧＰが目標ギア位置ＧＰＴに一致しているときには次いでステッ４０２に進み、指示器２７による指示の表示が停止される。

次に、本発明による別の実施例を説明する。
本発明による別の実施例では、指示器２７は、変速機２５のギア位置を変更すべきとの指示に加えて、ギア位置を変更すべきでないとの指示を表示する。すなわち、シフトアップをすべきでないとの指示を表示するときには図１７（Ａ）に示されるように上向きランプ２７ａが例えば赤色に点灯又は点滅され、下向きランプ２７ｂが消灯される。一方、シフトダウンをすべきでないとの指示を表示するときには図１７（Ｂ）に示されるように下向きランプ２７ｂが例えば赤色に点灯又は点滅され、上向きランプ２７ａが消灯される。シフトアップ及びシフトダウンの両方をすべきでないとの指示を表示するときには図１７（Ｃ）に示されるように上向きランプ２７ａ及び下向きランプ２７ｂが例えば赤色に点灯又は点滅される。

さて、リッチ制御が行われているときに変速機２５のギア位置が変更されると、機関運転状態が変更される。この場合、変更された機関運転状態がリッチ制御許容領域ＡＡ外であるおそれがある。すなわち、図１８に示される例では、機関運転状態を表す点Ｑがリッチ制御許容領域ＡＡ内にあるときにシフトダウンが行われると、機関運転状態が点ＱＤに変更される。この点ＱＤはリッチ制御許容領域ＡＡ外にあり、したがって第２の実行条件が不成立になる。リッチ制御中にギア位置が設定ギア位置範囲外に変更された場合も第２の実行条件が不成立になる。このようにリッチ制御中にリッチ制御実行条件が不成立になるとリッチ制御が中断されてしまう。

そこで本発明による別の実施例では、ＮＯｘ放出又はＳＯｘ放出のためのリッチ制御が行われているときに機関出力一定のもとでギア位置が変更されたと仮定したときにリッチ制御実行条件が成立するか否かが判別され、リッチ制御実行条件が不成立であると判別されたときには指示器２７によりギア位置を変更すべきでないとの指示が車両操作者に対し表示される。その結果、車両操作者がギア位置を変更しなければ、リッチ制御実行条件が成立した状態が維持され、したがってリッチ制御が継続される。

図１９は本発明による別の実施例において指示器２７の制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
図１９を参照すると、ステップ５００では現在リッチ制御が行われているか否かが判別される。リッチ制御が行われていないときには処理サイクルを終了する。リッチ制御が行われているときには次いでステップ５０１に進み、機関出力一定のもとでシフトアップが行われたと仮定したときの機関運転状態ＥＯＣＵが推定される。続くステップ５０２では機関出力一定のもとでシフトアップが行われたと仮定したときに第２の実行条件が不成立であるか否かが、シフトアップが行われたと仮定したときの機関運転状態ＥＯＣＵ及びギア位置に基づいて判別される。シフトアップが行われても第２の実行条件が成立し続けると判別されたときには次いでステップ５０４にジャンプする。シフトアップが行われると第２の実行条件が不成立になると判別されたときには次いでステップ５０３に進み、シフトアップをすべきでないとの指示が指示器２７により表示される。次いでステップ５０４に進む。

ステップ５０４では、機関出力一定のもとでシフトダウンが行われたと仮定したときの機関運転状態ＥＯＣＤが推定される。続くステップ５０５では機関出力一定のもとでシフトダウンが行われたと仮定したときに第２の実行条件が不成立であるか否かが、シフトダウンが行われたと仮定したときの機関運転状態ＥＯＣＤ及びギア位置に基づいて判別される。シフトダウンが行われても第２の実行条件が成立し続けると判別されたときには処理サイクルを終了する。シフトダウンが行われると第２の実行条件が不成立になると判別されたときには次いでステップ５０６に進み、シフトダウンをすべきでないとの指示が指示器２７により表示される。

１ 機関本体
２ 燃焼室
３ 燃料噴射弁
１３ 排気管
１４ ＮＯｘ吸蔵触媒
２５ 変速機
２６ シフトレバー
２７ 指示器

Claims (7)

1. 流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯｘを放出して還元するＮＯｘ吸蔵触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘ又はＳＯｘを放出するために、燃焼行程又は排気行程に燃焼室内に追加の燃料を噴射することによりＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるリッチ制御を行うリッチ制御手段を備え、リッチ制御を実行すべきときに機関運転状態に基づきリッチ制御実行条件が成立しているか否かを判別し、リッチ制御実行条件が成立していると判別されたときにはリッチ制御を実行し、リッチ制御実行条件が不成立と判別されたときにはリッチ制御を禁止する、内燃機関の排気浄化装置において、車両操作者によりギア位置が変更される変速機と、変速機のギア位置の変更に関する指示を車両操作者に対して表示する指示器とを備え、リッチ制御を実行すべきときにリッチ制御実行条件が不成立と判別されたときには、機関出力一定のもとでギア位置が変更されたと仮定したときにリッチ制御実行条件が成立するギア位置を求め、指示器を制御してギア位置を該求められたギア位置に変更すべきとの指示を車両操作者に対し表示し、車両操作者によりギア位置が該求められたギア位置に変更されそれによりリッチ制御実行条件が成立したと判別されたときに、リッチ制御を実行する、内燃機関の排気浄化装置。
2. 機関運転状態がリッチ制御許容領域内にあるときにリッチ制御実行条件が成立していると判断され、機関運転状態がリッチ制御許容領域外にあるときにリッチ制御実行条件が不成立であると判断される、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 機関運転状態が機関負荷及び機関回転数により表される、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 機関運転状態がリッチ制御許容領域内にありかつ変速機のギア位置があらかじめ定められた設定ギア位置範囲内にあるときにリッチ制御実行条件が成立していると判断され、機関運転状態がリッチ制御許容領域外にあるか又は変速機のギア位置が設定ギア位置範囲外にあるときにリッチ制御実行条件が不成立であると判断される、請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 機関運転状態がリッチ制御許容領域内にありかつＮＯｘ吸蔵触媒の温度があらかじめ定められた設定温度範囲内にあるときにリッチ制御実行条件が成立していると判断され、機関運転状態がリッチ制御許容領域外にあるか又はＮＯｘ吸蔵触媒の温度が設定温度範囲外にあるときにリッチ制御実行条件が不成立であると判断される、請求項２から４までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 機関運転状態がリッチ制御許容領域内にありかつ車速があらかじめ定められた設定車速範囲内にあるときにリッチ制御実行条件が成立していると判断され、機関運転状態がリッチ制御許容領域外にあるか又は車速が設定車速範囲外にあるときにリッチ制御実行条件が不成立であると判断される、請求項２から５までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. リッチ制御が行われているときに機関出力一定のもとでギア位置が変更されたと仮定したときにリッチ制御実行条件が成立するか否かが判別され、リッチ制御実行条件が不成立であると判別されたときには指示器を制御してギア位置を変更すべきでないとの指示を車両操作者に対し表示する、請求項１から６までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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