JP2019135388A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、リッチスパイクを実施したときに、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒に滞留する期間を確保し易くすることを目的とする。【解決手段】希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置において、ＮＳＲ触媒と、燃料添加弁と、過給機と、燃料添加弁を用いてリッチスパイクを実施する空燃比制御部と、停止処理を実行する停止処理部と、停止処理の実行中にリッチスパイクが実施される場合には、停止処理の実行中にリッチスパイクが実施されない場合よりも、タービンを通過する排気の流量を調整するためのウェイストゲートバルブ又は可変ノズルの開度を小さくする開度制御部と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

混合気の空燃比を理論空燃比よりも高いリーン空燃比とする希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気通路に、排気浄化触媒として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称する場合もある。）を設ける技術が知られている。ＮＳＲ触媒は、その周囲雰囲気の空燃比がリーン空燃比のときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、その周囲雰囲気の空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって還元剤が存在するときは、吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。なお、本明細書においては、「吸蔵」との用語を「吸着」の態様をも含む用語として用いる。

そして、このようなＮＳＲ触媒が設けられた内燃機関において、排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にするリッチスパイクが実施されることで、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘが還元される。

特許文献１には、リッチスパイクが実施されることで、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘが還元される排気浄化装置において、内燃機関の機関停止処理中にリッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒に滞留するように、燃料添加弁からの燃料添加時期が設定される技術が開示されている。

特開２０１０−１２７１４６号公報

従来から、内燃機関を機関停止させるときに、該内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁が閉弁されることが知られている。ここで、スロットル弁が閉弁されると、内燃機関の排気通路を流通する排気の流量（排気流量）が低下する。そして、リッチスパイクの実施中に排気流量が低下すると、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒に滞留し易くなる。したがって、内燃機関の機関停止処理中にリッチスパイクが実施されると、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒に滞留し得る。これにより、ＮＳＲ触媒においてＮＯｘを還元浄化するための期間を確保し易くなり、浄化効率の向上を図ることができる。

しかしながら、内燃機関に対して機関停止が要求され、スロットル弁が閉弁されてから実際に排気流量が低下するまで、ある程度の時間を要する。そのため、内燃機関の機関停止処理中にリッチスパイクが実施されても、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒に滞留し得る期間が、確保され難くなることがある。例えば、機関停止処理中の内燃機関に対して機関始動が要求された場合には、スロットル弁の閉弁に伴って排気流量が低下する前にスロットル弁が開弁されることになる。そして、リッチスパイクが実施されているときにこのような事態が生じると、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒に滞留し得る期間を確保することができなくなる虞がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、リッチスパイクを実施したときに、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒に滞留する期間を確保し易くすることを目的とする。

上記課題を解決するために、希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流の前記排気通路に設けられ、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流の前記排気通路に設けられたタービンを具備する過給機と、前記燃料添加弁を用いて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にするリッチスパイクを実施する空燃比制御部と、前記内燃機関を機関停止させる停止処理を実行する停止処理部と、前記停止処理部による前記停止処理の実行中に前記空燃比制御部によって前記リッチスパイクが実施される場合には、該停止処理の実行中に該リッチスパイクが実施されない場合よりも、前記タービンを通過する排気の流量を調整するためのウェイストゲートバルブ又は可変ノズルの開度を小さくする開度制御部と、を備える。

本発明によれば、リッチスパイクを実施したときに、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒に滞留する期間を確保し易くすることができる。

本発明の第一の実施形態に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 本発明の第一の実施形態に係るタービンハウジングの断面を示す図である。 停止処理の実行中にリッチスパイク処理が実行される場合の、機関停止要求フラグ、スロットル開度、燃料噴射流量、機関回転速度、排気流量、リッチスパイク実行フラグ、およびＷＧＶ開度の時間推移を示すタイムチャートである。 停止処理の実行中にリッチスパイク処理が実行される場合であって、このときのＷＧＶ開度が全閉状態の開度に制御される場合の、機関停止要求フラグ、スロットル開度、燃料噴射流量、機関回転速度、排気流量、リッチスパイク実行フラグ、およびＷＧＶ開度の時間推移を示すタイムチャートである。 停止処理の実行中にリッチスパイク処理が実行される場合であって、このときのＷＧＶ開度が第二開度に制御される場合の、機関停止要求フラグ、スロットル開度、燃料噴射流量、機関回転速度、排気流量、リッチスパイク実行フラグ、およびＷＧＶ開度の時間推移を示すタイムチャートである。 本発明の第一の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第二の実施形態に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 本発明の第二の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（第一の実施形態）
＜内燃機関の吸排気系の構成＞
図１は、本実施形態に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を含む気筒群を備えた圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式のリーンバーン内燃機関にも適用することができる。内燃機関１には、各気筒２へ燃料を噴射する燃料噴
射弁３が設けられている。

内燃機関１は、インテークマニホールド４０およびエキゾーストマニホールド５０と接続されている。インテークマニホールド４０には吸気通路４が接続されている。この吸気通路４の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動する過給機６のコンプレッサハウジング６１が設けられている。コンプレッサハウジング６１には、コンプレッサ６１ａが回転自在に収容されている。

コンプレッサハウジング６１よりも下流の吸気通路４には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ４２が設けられている。そして、コンプレッサハウジング６１とインタークーラ４２との間の吸気通路４には、スロットル弁４１が設けられている。スロットル弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。また、コンプレッサハウジング６１よりも上流の吸気通路４には、エアフローメータ４３が設けられている。エアフローメータ４３は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。

一方、エキゾーストマニホールド５０には排気通路５が接続されている。この排気通路５の途中には、過給機６のタービンハウジング６０が設けられている。タービンハウジング６０には、タービン６０ａが回転自在に収容されている。そして、タービンハウジング６０よりも下流の排気通路５には、排気浄化触媒として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒７（以下、「ＮＳＲ触媒７」と称する場合もある。）が設けられている。なお、排気通路５には、ＮＳＲ触媒７の他に、選択還元型ＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタが設けられてもよい。ＮＳＲ触媒７よりも上流の排気通路５には燃料添加弁７０が設けられている。燃料添加弁７０は排気中に燃料を添加する。燃料添加弁７０から添加された燃料は排気と共にＮＳＲ触媒７に供給される。また、燃料添加弁７０よりも下流且つＮＳＲ触媒７よりも上流の排気通路５には、上流側ＮＯｘセンサ５１および空燃比センサ５２が設けられている。上流側ＮＯｘセンサ５１は、ＮＳＲ触媒７に流入する排気（以下、「流入排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度を検出する。空燃比センサ５２は、流入排気の空燃比を検出する。また、ＮＳＲ触媒７よりも下流の排気通路５には、下流側ＮＯｘセンサ５３および温度センサ５４が設けられている。下流側ＮＯｘセンサ５３は、ＮＳＲ触媒７から流出する排気（以下、「流出排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度を検出する。温度センサ５４は、流出排気の温度を検出する。

ここで、タービンハウジング６０は、図２に示すように、排気通路５からの排気をタービン６０ａへ導くためのタービンインレット６００と、タービン６０ａを経由した排気を排出するタービンアウトレット６０１と、を備えている。また、タービンハウジング６０には、タービンインレット６００とタービン６０ａとタービンアウトレット６０１とを迂回するバイパス通路６０２が設けられる。ここで、バイパス通路６０２における入口側の部分を、排気通路５から分岐する分岐部６０２ａとし、バイパス通路６０２における出口側の部分を、排気通路５に合流する合流部６０２ｂとすると、バイパス通路６０２は、タービン６０ａよりも上流の排気通路５から分岐部６０２ａにおいて分岐し、タービン６０ａを迂回して、ＮＳＲ触媒７よりも上流の排気通路５に合流部６０２ｂにおいて合流することになる。

また、タービンハウジング６０は、バイパス通路６０２の出口側に取り付けられ、バイパス通路６０２の開口面積を変更することにより、該バイパス通路６０２を流通する排気の流量、言い換えればタービン６０ａを通過する排気の流量を調整するウェイストゲートバルブ６０３（以下、「ＷＧＶ６０３」と称する場合もある。）を備えている。このＷＧＶ６０３は、後述するＥＣＵ１０によって制御される。ここで、図２は、ＷＧＶ６０３が略全開状態に制御されているときを表している。

ここで、図１に戻ると、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上記のエアフローメータ４３、上流側ＮＯｘセンサ５１、空燃比センサ５２、下流側ＮＯｘセンサ５３、温度センサ５４に加え、クランクポジションセンサ８、およびアクセル開度センサ９等の各種センサが電気的に接続されている。クランクポジションセンサ８は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。アクセル開度センサ９は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ８の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出し、アクセル開度センサ９の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４３の出力値に基づいて、内燃機関１から排出される排気の流量（以下、「排気流量」と称する場合もある。）を推定し、該排気流量および上流側ＮＯｘセンサ５１の出力値に基づいてＮＳＲ触媒７に流入するＮＯｘの流量（以下、「ＮＯｘ流入流量」と称する場合もある。）を算出し、該排気流量および下流側ＮＯｘセンサ５３の出力値に基づいてＮＳＲ触媒７から流出するＮＯｘの流量（以下、「ＮＯｘ流出流量」と称する場合もある。）を算出する。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ５４の出力値に基づいてＮＳＲ触媒７の温度（以下、「触媒温度」と称する場合もある。）を推定する。

また、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁３、燃料添加弁７０、スロットル弁４１、ＷＧＶ６０３等の各種装置が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これら各種装置が制御される。例えば、ＥＣＵ１０は、ＷＧＶ６０３の開度（以下、「ＷＧＶ開度」と称する場合もある。）を制御することによって、バイパス通路６０２を流通する排気の流量を調整することができる。つまり、ＥＣＵ１０は、ＷＧＶ開度を制御することによって、タービン６０ａを通過する排気の流量を調整することができる。

また、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒７に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にする処理（以下、「リッチスパイク処理」と称する場合もある。）を実行する。本実施形態では、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁７０を用いて、内燃機関１から排出される排気中に燃料を添加することによって、リッチスパイク処理を実行する。なお、ＥＣＵ１０がリッチスパイク処理を実行することで、本発明に係る空燃比制御部として機能する。

＜内燃機関の機関停止処理＞
ＥＣＵ１０は、内燃機関１に対する機関停止要求があるときに、燃料噴射弁３からの燃料噴射を停止させることによって、該内燃機関１を機関停止させることができる。内燃機関１を機関停止させる処理を、以下「停止処理」と称する。なお、ＥＣＵ１０が停止処理を実行することで、本発明に係る停止処理部として機能する。また、本発明における「停止処理の実行中」の概念には、停止処理を開始してから実際に内燃機関１が機関停止されるまでの期間と、内燃機関１が機関停止されている期間と、を含むものとする。

ここで、停止処理の実行中にリッチスパイク処理が実行される例について、タイムチャートを用いて簡単に説明する。図３は、内燃機関１に対する機関停止が要求されているか否かを表すフラグである機関停止要求フラグｆｌｒ、スロットル弁４１の開度（以下、「スロットル開度」と称する場合もある。）ＴＨＯ、燃料噴射弁３からの燃料噴射流量（以下、単に「燃料噴射流量」と称する場合もある。）Ｆｒｆｕ、内燃機関１の機関回転速度Ｎｅ、排気流量Ｆｒｅｘ、リッチスパイク処理が実行されているか否かを表すフラグであるリッチスパイク実行フラグｆｌｅ、およびＷＧＶ開度ＷＧＶＯの時間推移を示すタイムチャートである。なお、図３に示す制御では、内燃機関１が機関停止されるときにリッチ
スパイク処理の実行が要求されているものとする。

図３に示す制御では、時刻ｔ１において、内燃機関１に対する機関停止が要求され機関停止要求フラグがＯＮにされる。そうすると、ＥＣＵ１０は、停止処理の実行を開始し、燃料噴射流量が減らされていくとともに、スロットル開度が全閉になるように、スロットル弁４１が制御される。そして、時刻ｔ２において、燃料噴射流量が０となり且つスロットル開度が全閉となる。

ここで、燃料噴射弁３からの燃料噴射が停止され且つスロットル開度が全閉にされている状態でリッチスパイク処理が実行される場合と、内燃機関１の気筒２内でリーン燃焼が行われている状態でリッチスパイク処理が実行される場合とを比較すると、前者の場合は後者の場合よりも、ＮＳＲ触媒７に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にするために燃料添加弁７０から添加される燃料量が少なくなる。したがって、燃費向上の観点において、前者の場合は後者の場合よりも好ましい。

更に、排気流量が低下した状態でリッチスパイク処理が実行されると、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒７に滞留し易くなる。そこで、図３に示す制御では、排気流量が流量閾値Ｆｒｅｘｔｈ以下になると、リッチスパイク実行フラグがＯＮにされる。なお、図３に示すように、燃料噴射弁３からの燃料噴射が停止され且つスロットル開度が全閉にされる時刻ｔ２においても、慣性の影響で内燃機関１のクランクシャフトは回転し続けるため、内燃機関１の機関回転速度は、時刻ｔ２よりも後の時刻ｔ３において０になる。また、内燃機関１が実際に機関停止してから遅れ時間経過するまで、実際の排気流量は０とはならない。つまり、スロットル弁４１が閉弁されてから実際に排気流量が０になるまでには、時間を要する。図３に示す制御では、機関回転速度が０となる時刻ｔ３よりも後の時刻ｔ４において、排気流量が流量閾値Ｆｒｅｘｔｈとなり、リッチスパイク実行フラグがＯＮにされる。そして、時刻ｔ４から期間Δｔ０、リッチスパイク処理が実行される。この期間Δｔ０は、ＮＳＲ触媒７におけるＮＯｘ吸蔵量等に基づいて定められる期間である。

ここで、排気流量が流量閾値Ｆｒｅｘｔｈ以下となっている状態では、リッチスパイク処理によるリッチ空燃比の排気を、ＮＳＲ触媒７に滞留させることができる。したがって、図３に示す制御では、時刻ｔ４から時刻ｔ６までの期間Δｔ１において、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒７に滞留し得る。なお、時刻ｔ６は、内燃機関１に対する機関始動が要求され、機関停止要求フラグがＯＦＦにされるタイミングである。また、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒７に滞留し得る期間を、以下「滞留期間」と称する。

また、図３に示す制御では、停止処理が実行されているときのＷＧＶ開度が第一開度ＷＧＶＯ１に制御されている。この第一開度ＷＧＶＯ１は、全開状態に近い開度である。そして、ＷＧＶ開度が第一開度ＷＧＶＯ１に制御されると、内燃機関１の背圧が低くされる。これにより、内燃機関１を機関停止させるときに、気筒２内および排気通路５内を掃気することができる。また、内燃機関１が機関停止された後に再始動されるとき、ＷＧＶ開度が第一開度ＷＧＶＯ１にされていると、内燃機関１の背圧が低い状態で機関始動されることになるため、好適に機関始動させることができる。なお、第一開度ＷＧＶＯ１は、全開状態の開度でもよい。

以上に述べたように、図３に示す制御では、排気流量が流量閾値Ｆｒｅｘｔｈ以下にならないとリッチスパイク処理が実行されない。そのため、燃料添加弁７０から添加された燃料が、ＮＳＲ触媒７におけるＮＯｘの還元に用いられずに、排気の流れに乗って該ＮＳＲ触媒７を通過してしまう事態が抑制される。しかしながら、スロットル弁４１が閉弁されてから実際に排気流量が低下するまで、ある程度の時間を要する。そのため、排気流量が流量閾値Ｆｒｅｘｔｈ以下になるタイミングが遅くなると、ＮＳＲ触媒７においてＮＯ
ｘを還元浄化するために必要な滞留期間を確保することができなくなる虞がある。

＜ＷＧＶ開度の制御＞
そこで、ＥＣＵ１０は、停止処理の実行中にリッチスパイク処理を実行する場合には、停止処理の実行中にリッチスパイク処理を実行しない場合よりも、ＷＧＶ開度を小さくする。これにより、排気流量を可及的速やかに低下させることができ、排気流量が流量閾値Ｆｒｅｘｔｈ以下となったときに実行されるリッチスパイク処理の実行タイミングを早めることができる。その結果、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒７に滞留する期間が確保され易くなる。これについて、以下に詳しく説明する。

図４は、停止処理の実行中にリッチスパイク処理が実行される場合であって、このときのＷＧＶ開度が、上記の第一開度ＷＧＶＯ１よりも小さい開度である全閉状態の開度に制御される場合の、機関停止要求フラグｆｌｒ、スロットル開度ＴＨＯ、燃料噴射流量Ｆｒｆｕ、内燃機関１の機関回転速度Ｎｅ、排気流量Ｆｒｅｘ、リッチスパイク実行フラグｆｌｅ、およびＷＧＶ開度ＷＧＶＯの時間推移を示すタイムチャートである。なお、図４に示す制御では、内燃機関１が機関停止されるときにリッチスパイク処理の実行が要求されているものとする（つまり、後述するフローチャートの説明で述べるリッチスパイク要求フラグｆｌｒｓが、１にされているものとする）。

図４に示す制御では、上記の図３に示した制御と同様に、時刻ｔ１において、機関停止要求フラグがＯＮにされる。そして、時刻ｔ２において、燃料噴射流量が０となり且つスロットル開度が全閉となる。なお、内燃機関１の気筒２内で燃焼が行われている期間である時刻ｔ２前の期間においては、ＷＧＶ開度は第一開度ＷＧＶＯ１に制御される。そのため、この燃焼期間において、気筒２内および排気通路５内は、掃気され得る。

そして、内燃機関１の気筒２内における燃焼が終了される時刻ｔ２において、ＷＧＶ開度を全閉にする制御が開始され、その後ＷＧＶ開度が全閉となる。つまり、ＷＧＶ開度が、第一開度ＷＧＶＯ１よりも小さくされる。このように、ＷＧＶ開度が、第一開度ＷＧＶＯ１よりも小さくされると、ＷＧＶ開度が第一開度ＷＧＶＯ１に制御される場合と比べて、排気通路５の圧力損失が増加するため、排気流量が低下し易くなる。図４に示すようにＷＧＶ開度が全閉にされると、内燃機関１から排出された排気の略全量がタービン６０ａを通過することになるため、排気流量が比較的大きく低下する。そうすると、排気流量が流量閾値Ｆｒｅｘｔｈ以下になるタイミングが早くなり、図４に示す制御では、時刻ｔ４０において、排気流量が流量閾値Ｆｒｅｘｔｈとなり、リッチスパイク実行フラグがＯＮにされる。なお、図４には、上記の図３に示したリッチスパイク実行フラグが参考として破線で表されおり、これから判るように、時刻ｔ４０は、上記の図３に示した時刻ｔ４よりも早いタイミングである。

そして、時刻ｔ４０から期間Δｔ０、リッチスパイク処理が実行される。そうすると、時刻ｔ４０から時刻ｔ６までの期間Δｔ２において、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒７に滞留し得る。

このように、図４に示す制御では、ＷＧＶ開度が全閉状態の開度に制御されることで、排気流量が流量閾値Ｆｒｅｘｔｈ以下になるタイミングが早められ、結果として、図３に示した制御と比べて、滞留期間が長くなる。つまり、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒７に滞留する期間が確保され易くなる。

なお、上述した、第一開度ＷＧＶＯ１よりも小さいＷＧＶ開度は、全閉状態のＷＧＶ開度に限定されない。図５は、上記の図４に示した制御において、ＷＧＶ開度が第一開度ＷＧＶＯ１よりも小さい第二開度ＷＧＶＯ２に制御される場合のタイムチャートである。こ
こで、第二開度ＷＧＶＯ２は、第一開度ＷＧＶＯ１よりも小さくて且つ全閉状態の開度よりも大きい開度である。この場合にも、上記の図３に示した制御と比べて、排気流量が流量閾値Ｆｒｅｘｔｈ以下になるタイミングが早められる。その結果、図５に示す制御における滞留期間Δｔ２´は、上記の図３に示した制御における滞留期間Δｔ１よりも長くなる。

次に、ＥＣＵ１０が実行する制御フローについて、図６に基づいて説明する。図６は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期Δｔで繰り返し実行される。

本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、触媒温度Ｔｃが取得される。Ｓ１０１では、温度センサ５４の出力値に基づいて触媒温度Ｔｃが算出される。

次に、Ｓ１０２において、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが算出される。Ｓ１０２では、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが算出される前に、先ず、前回本フローが実行されてから現在までの、ＮＳＲ触媒７におけるＮＯｘの変化量（以下、「変化量」と称する場合もある。）ＮＯｘｃｈが算出される。このとき、エアフローメータ４３の出力値に基づいて排気流量が取得され、該排気流量と上流側ＮＯｘセンサ５１の出力値とに基づいてＮＯｘ流入流量が算出される。また、排気流量と下流側ＮＯｘセンサ５３の出力値とに基づいてＮＯｘ流出流量が算出される。そして、ＮＯｘ流入流量とＮＯｘ流出流量とが合算されることで、単位時間当たりのＮＳＲ触媒７におけるＮＯｘの変化量が算出される。そして、単位時間当たりの変化量に演算周期Δｔが乗算されることによって、変化量ＮＯｘｃｈが算出される。Ｓ１０２では、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍに変化量ＮＯｘｃｈが積算されることによって、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが算出される。

次に、Ｓ１０３において、Ｓ１０４で算出したＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが、基準量ＮＯｘｔｈとなっていて、且つ、Ｓ１０１で取得した触媒温度Ｔｃが、下限温度Ｔｃｔｈ１以上で上限温度Ｔｃｔｈ２以下となっているか否かが判別される。ここで、基準量ＮＯｘｔｈは、リッチスパイク処理の実行要求の成立を判定する閾値であって、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが基準量ＮＯｘｔｈに達するとリッチスパイク処理の実行が要求され得る。ただし、このとき、仮に触媒温度Ｔｃが下限温度Ｔｃｔｈ１よりも低くなっていると、触媒が十分に活性しておらず、リッチスパイク処理が実行されてもＮＯｘが十分に還元されない虞がある。また、このとき、仮に触媒温度Ｔｃが上限温度Ｔｃｔｈ２よりも高くなっていると、ＮＳＲ触媒７からＮＯｘがパージされてしまう虞がある。したがって、後述する、リッチスパイク処理の実行が要求されているか否かを表すフラグであるリッチスパイク要求フラグｆｌｒｓは、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが基準量ＮＯｘｔｈに達しており、且つ、このときの触媒温度Ｔｃが、下限温度Ｔｃｔｈ１以上で上限温度Ｔｃｔｈ２以下となっているときに、ＯＮにされる。Ｓ１０３において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０４の処理へ進み、Ｓ１０３において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０５の処理へ進む。

Ｓ１０３において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０４において、リッチスパイク要求フラグｆｌｒｓが１にされる。一方、Ｓ１０３において否定判定された場合、次に、Ｓ１０５において、リッチスパイク要求フラグｆｌｒｓが０にされる。ここで、リッチスパイク要求フラグｆｌｒｓが１にされているときは、リッチスパイク処理の実行要求が成立している状態を表し、リッチスパイク要求フラグｆｌｒｓが０にされているときは、リッチスパイク処理の実行要求が成立していない状態を表す。

次に、Ｓ１０６において、内燃機関１に対して機関停止が要求されているか否かが判別される。そして、Ｓ１０６において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０７の処理へ
進み、Ｓ１０６において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。

Ｓ１０６において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０７において、停止処理が実行される。Ｓ１０７では、燃料噴射弁３からの燃料噴射を停止させることで、内燃機関１を機関停止させる。そして、Ｓ１０８において、燃料噴射弁３からの燃料噴射流量Ｆｒｆｕが、実際に０になったか否かが判別される。そして、Ｓ１０８において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０９の処理へ進み、Ｓ１０８において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０８の処理を繰り返す。

Ｓ１０８において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０９において、リッチスパイク要求フラグｆｌｒｓが１になっているか否かが判別される。Ｓ１０９において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１０の処理へ進み、Ｓ１０９において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１４の処理へ進む。

Ｓ１０９において肯定判定された場合、次に、Ｓ１１０において、ＷＧＶ開度ＷＧＶＯが第二開度ＷＧＶＯ２に制御される。この第二開度ＷＧＶＯ２は、後述する第一開度ＷＧＶＯ１よりも小さい開度である。なお、Ｓ１１０の処理は、燃料噴射弁３からの燃料噴射流量Ｆｒｆｕが実際に０になった後、すなわち、内燃機関１の気筒２内における燃焼が終了されてから実行されるため、ＷＧＶ開度の変更が燃焼に影響を及ぼす事態を抑制することができる。次に、Ｓ１１１において、排気流量Ｆｒｅｘが取得される。Ｓ１１１では、エアフローメータ４３の出力値に基づいて排気流量Ｆｒｅｘが算出される。

次に、Ｓ１１２において、Ｓ１１１で取得した排気流量Ｆｒｅｘが、流量閾値Ｆｒｅｘｔｈ以下となっているか否かが判別される。上述したように、排気流量Ｆｒｅｘが流量閾値Ｆｒｅｘｔｈ以下となっている状態では、リッチスパイク処理によるリッチ空燃比の排気を、ＮＳＲ触媒７に滞留させることができる。そして、Ｓ１１２において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１３の処理へ進み、Ｓ１１２において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１１の処理へ戻る。

Ｓ１１２において肯定判定された場合、次に、Ｓ１１３において、リッチスパイク処理が実行される。Ｓ１１３では、燃料添加弁７０を用いて、内燃機関１から排出される排気中に燃料を添加することによって、リッチスパイク処理が実行される。このリッチスパイク処理は、上述したように、ＮＳＲ触媒７におけるＮＯｘ吸蔵量等に基づいて定められた期間実行される。そして、リッチスパイク処理の実行が完了すると、ＮＳＲ触媒７に吸蔵されたＮＯｘが還元されるため、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが０に初期化される。そして、Ｓ１１３の処理の後、本フローの実行が終了される。

また、Ｓ１０９において否定判定された場合、次に、Ｓ１１４において、ＷＧＶ開度ＷＧＶＯが第一開度ＷＧＶＯ１に制御される。この第一開度ＷＧＶＯ１は、上述したように、全開状態に近い開度（または全開状態の開度）であって、ＷＧＶ開度ＷＧＶＯが第一開度ＷＧＶＯ１に制御されると、内燃機関１の背圧が低くされる。なお、Ｓ１１４の処理が実行される前からＷＧＶ開度ＷＧＶＯが第一開度ＷＧＶＯ１になっている場合には、Ｓ１１４では、その状態が維持される。そして、Ｓ１１４の処理の後、本フローの実行が終了される。

ＥＣＵ１０がこのような制御フローを実行することによって、停止処理の実行中にリッチスパイク処理が実行される場合において、排気流量を可及的速やかに低下させることができ、排気流量が流量閾値以下となったときに実行されるリッチスパイク処理の実行タイミングを早めることができる。その結果、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒７に滞留する期間が確保され易くなる。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について、図７および図８に基づいて説明する。なお、本実施形態において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。

図７は、本実施形態に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。本実施形態では、上記の図１および図２に示したバイパス通路６０２、ＷＧＶ６０３に代えて、可変ノズル６０４が設けられる。詳しくは、本実施形態に係る過給機６は、可変ノズル型ターボチャージャであって、タービン６０ａに吹き付けられる排気の流速を変更可能に開閉動作する可変ノズル６０４を有している。なお、可変ノズル６０４は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されており、ＥＣＵ１０によって制御される。

ＥＣＵ１０は、可変ノズル６０４の開度（以下、「ノズル開度」と称する場合もある。）を制御することによって、タービン６０ａに吹き付けられる排気の流速を変更することができる。詳しくは、タービン６０ａに吹き付けられる排気の流速を増やす場合、ＥＣＵ１０は、ノズル開度を小さくすることで、可変ノズル６０４を構成する各ノズル間の流路を狭めて、該流路を流れる排気の流速を高くする。一方、タービン６０ａに吹き付けられる排気の流速を減らす場合、ＥＣＵ１０は、ノズル開度を大きくすることで、可変ノズル６０４を構成する各ノズル間の流路を広げて、該流路を流れる排気の流速を低くする。そして、このようなノズル開度の制御は、排気通路５の圧力損失に影響する。そのため、ＥＣＵ１０は、ノズル開度を制御することによって、タービン６０ａを通過する排気の流量を調整することができる。なお、ノズル開度が小さいときは大きいときに比べて、排気通路５の圧力損失が増加するため、排気流量が低下し易くなる。

そして、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、停止処理の実行中にリッチスパイク処理を実行する場合には、停止処理の実行中にリッチスパイク処理を実行しない場合よりも、ノズル開度を小さくする。

ここで、本実施形態において、ＥＣＵ１０が実行する制御フローについて、図８に基づいて説明する。図８は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期Δｔで繰り返し実行される。なお、図８に示す各処理において、上記の図６に示した処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図８に示す制御フローでは、Ｓ１０９において肯定判定された場合、次に、Ｓ２１０において、ノズル開度ＮＺＬＯが第二ノズル開度ＮＺＬＯ２に制御される。この第二ノズル開度ＮＺＬＯ２は、後述する第一ノズル開度ＮＺＬＯ１よりも小さい開度である。そして、Ｓ２１０の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１１１の処理へ進む。一方、Ｓ１０９において否定判定された場合、次に、Ｓ２１４において、ノズル開度ＮＺＬＯが第一ノズル開度ＮＺＬＯ１に制御される。ここで、第一ノズル開度ＮＺＬＯ１は、全開状態に近い開度であって、ノズル開度ＮＺＬＯが第一ノズル開度ＮＺＬＯ１に制御されると、内燃機関１の背圧が低くされる。そして、Ｓ２１４の処理の後、本フローの実行が終了される。

ＥＣＵ１０がこのような制御フローを実行することによっても、停止処理の実行中にリッチスパイク処理が実行される場合において、排気流量を可及的速やかに低下させることができ、排気流量が流量閾値以下となったときに実行されるリッチスパイク処理の実行タイミングを早めることができる。その結果、リッチ空燃比の排気がＮＳＲ触媒７に滞留する期間が確保され易くなる。

１・・・・内燃機関
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・吸気通路
５・・・・排気通路
６・・・・過給機
７・・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）
１０・・・ＥＣＵ
４１・・・スロットル弁
４３・・・エアフローメータ
５４・・・温度センサ
６０・・・タービンハウジング
６０ａ・・タービン
６１・・・コンプレッサハウジング
６１ａ・・コンプレッサ
７０・・・燃料添加弁
６０２・・バイパス通路
６０３・・ウェイストゲートバルブ
６０４・・可変ノズル

Claims (1)

1. 希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置において、
   前記内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流の前記排気通路に設けられ、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流の前記排気通路に設けられたタービンを具備する過給機と、
   前記燃料添加弁を用いて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にするリッチスパイクを実施する空燃比制御部と、
   前記内燃機関を機関停止させる停止処理を実行する停止処理部と、
   前記停止処理部による前記停止処理の実行中に前記空燃比制御部によって前記リッチスパイクが実施される場合には、該停止処理の実行中に該リッチスパイク処理が実施されない場合よりも、前記タービンを通過する排気の流量を調整するためのウェイストゲートバルブ又は可変ノズルの開度を小さくする開度制御部と、
   を備える、内燃機関の排気浄化装置。

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