JP2021188541A - ＮＯｘ浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘを効率よく還元するＮＯｘ浄化装置を提供する。【解決手段】ＮＯｘ浄化装置２００は、排気管１４０に設けられるＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０と、所定の条件を満たすと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスの空燃比をリッチとするリッチパージモードに設定して、所定の開始空燃比から所定の終了空燃比まで空燃比を増加させる空燃比制御部２５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンから排気された排気ガスに含まれるＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置に関する。

排気ガスからＮＯｘ（窒素酸化物）を除去するＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えるＮＯｘ浄化装置が設けられた車両が開発されている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、エンジンにおいてリーン燃焼させている間にＮＯｘを吸蔵することで排気ガスからＮＯｘを除去する。そして、所定のタイミングでリッチ燃焼を行うことで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを脱離させるとともにＮＯｘ吸蔵還元触媒においてＮＯｘを還元する。

ＮＯｘ浄化装置として、リッチ燃焼の際に、空燃比を所定の固定値にして、リッチ燃焼させる時間を調整することで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給される還元剤の量を調整する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００８−２４８８６０号公報

上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒におけるＮＯｘの吸蔵密度（単位体積あたりの吸蔵量）は、排気ガスの流れ方向の上流側において高くなり、下流側において低くなる。このため、上記特許文献１のように、空燃比を固定値にする、つまり、一定の濃度で還元剤が供給されると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側において還元剤が足りなくなったり、下流側において還元剤が余剰したりするという問題がある。そうすると、ＮＯｘが還元されなかったり、還元剤が余ったりしてしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、ＮＯｘを効率よく還元することが可能なＮＯｘ浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のＮＯｘ浄化装置は、排気管に設けられるＮＯｘ吸蔵還元触媒と、所定の条件を満たすと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に導かれる排気ガスの空燃比をリッチとするリッチパージモードに設定して、所定の開始空燃比から所定の終了空燃比まで空燃比を増加させる空燃比制御部と、を備える。

また、空燃比制御部は、空燃比をリーンとするリーン燃焼モードにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒に導かれた排気ガス中のＮＯｘの濃度と、リッチパージモードの設定時における排気ガスの流量とに基づいて、開始空燃比を決定してもよい。

また、空燃比制御部は、リッチパージモードにおける、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度と、排気ガスの流量とに基づいて、終了空燃比を決定してもよい。

また、空燃比制御部は、空燃比をリーンとするリーン燃焼モードにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵量と、リッチパージモードにおける排気ガスの流量とに基づいて、開始空燃比から終了空燃比へ空燃比を増加させる時間を決定してもよい。

また、空燃比制御部は、空燃比をリーンとするリーン燃焼モードにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒におけるＮＯｘの吸蔵量が所定の吸蔵閾値に到達すると、リッチパージモードに設定してもよい。

本発明によれば、ＮＯｘを効率よく還元することが可能となる。

実施形態にかかるエンジンシステムの構成を示す概略図である。 リーン燃焼モードでエンジンを運転した場合のＮＯｘ吸蔵還元触媒におけるＮＯｘの吸蔵分布を説明する図である。 実施形態にかかるＮＯｘ浄化方法の処理の流れを示すフローチャートである。 空気過剰率の推移を説明する図である。 吸蔵量演算工程および吸蔵量判定工程の具体的な処理を説明するブロック図である。 リッチパージモード設定工程の具体的な処理を説明するブロック図である。 投入量演算工程の具体的な処理を説明するブロック図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかるエンジンシステム１００の構成を示す概略図である。なお、図１中、破線の矢印は、信号の流れを示す。エンジンシステム１００は、車両１０に搭載される。図１に示すように、エンジンシステム１００には、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなるＥＣＵ（Engine Control Unit）１１０が設けられ、ＥＣＵ１１０によりエンジン１２０全体が統括制御される。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

エンジン１２０は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。エンジン１２０の吸気ポートには、吸気マニホールドが連通され、吸気マニホールドの集合部には、吸気管１３０が連通される。また、エンジン１２０の排気ポートには排気マニホールドが連通され、排気マニホールドの集合部には、排気管１４０が連通される。

そして、エンジンシステム１００には、エンジン１２０から排気される排気ガスを浄化するＮＯｘ浄化装置２００が設けられる。以下、ＮＯｘ浄化装置２００の具体的な構成について詳述する。

［ＮＯｘ浄化装置２００］
ＮＯｘ浄化装置２００は、三元触媒２１０と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０と、吸入空気量センサ２３０と、空燃比センサ２３２と、温度センサ２３４と、ＮＯｘセンサ２３６とを含む。また、ＥＣＵ１１０は、ＮＯｘ浄化装置２００を構成する空燃比制御部２５０としても機能する。

三元触媒（ＴＷＣ：Three-Way Catalyst）２１０は、排気管１４０に設けられる。三元触媒２１０は、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ＯＳＣ材（例えば、セリア）を含む。三元触媒２１０は、エンジン１２０から排出された排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、ＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化（酸化還元）する。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ：Lean NOx Trap）２２０は、排気管１４０における三元触媒２１０の下流側に設けられる。換言すれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０は、排気管１４０における三元触媒２１０とマフラ１５０との間に設けられる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０は、例えば、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）を含む。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０は、エンジン１２０がリーン燃焼を行っている場合に、ＮＯｘを吸蔵する。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０は、エンジン１２０がリッチ燃焼を行っている場合に、吸蔵したＮＯｘを浄化（還元）する。

三元触媒２１０およびＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０によって浄化された排気ガスは、マフラ１５０を通じて排気される。

吸入空気量センサ２３０は、吸気管１３０における不図示のスロットルバルブの上流側に設けられる。吸入空気量センサ２３０は、エンジン１２０に流入する吸入空気量を測定する。

空燃比センサ２３２、温度センサ２３４、および、ＮＯｘセンサ２３６は、排気管１４０における三元触媒２１０とＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０との間に設けられる。空燃比センサ２３２は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスの空燃比（ここでは、空気過剰率λ）を測定する。空燃比センサ２３２は、例えば、酸素センサである。

温度センサ２３４は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスの温度を測定する。温度センサ２３４によって測定された温度は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度とみなすことができる。

ＮＯｘセンサ２３６は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスのＮＯｘの濃度（以下、「ＮＯｘ濃度」と称する場合がある）を測定する。

空燃比制御部２５０は、エンジン１２０における燃料の噴射量を調整して排気ガスの空燃比を制御する。空燃比制御部２５０は、リーン燃焼モード、または、リッチ燃焼モードに運転モードを設定する。なお、リーン燃焼モードは、空燃比をストイキよりリーンとする運転モードである。リッチ燃焼モードは、空燃比をストイキよりリッチとする運転モードである。本実施形態において、空燃比制御部２５０は、排気ガスの空気過剰率λを制御する。

図２は、リーン燃焼モードでエンジン１２０を運転した場合のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０におけるＮＯｘの吸蔵分布を説明する図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）中、白抜き矢印は、排気ガスの流れを示す。また、図２（ａ）〜図２（ｃ）中、ハッチングは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０におけるＮＯｘの吸蔵分布のイメージを示し、クロスハッチングは、供給される還元剤のイメージを示す。

排気ガスに含まれるＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に接触することによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に吸蔵される。このため、ＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０において、排気ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かって徐々に吸蔵される。したがって、図２（ａ）に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の上流側においてＮＯｘの吸蔵密度Ｄが高くなり、下流側において吸蔵密度Ｄが低くなる。なお、吸蔵密度Ｄは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の単位体積あたりのＮＯｘの吸蔵量である。

また、排気ガス中のＮＯｘ濃度が高いほど、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の上流側の吸蔵密度Ｄが高くなる。換言すれば、排気ガス中のＮＯｘ濃度が低いほど、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の上流側の吸蔵密度Ｄが低くなる。

さらに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０は、触媒ごとに決定されている最適温度との温度差が大きくなるほど、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０全体に吸蔵されるＮＯｘの吸蔵量が小さくなる。

また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスの流量が大きい（流速が大きい）と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の吸蔵範囲Ｌは大きくなり、流量が小さい（流速が小さい）と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の吸蔵範囲Ｌは小さくなる。

そして、リーン燃焼モードにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に吸蔵されたＮＯｘを還元するために、リッチ燃焼モードに切り換えられると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０においてＮＯｘが脱離し始めるとともに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０においてＮＯｘが還元される。なお、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０において、まず、ＮＯｘが脱離し、その後、ＮＯｘが還元される。

上記のように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０におけるＮＯｘの吸蔵密度Ｄは、上流側において高く、下流側において低い。このため、リッチ燃焼モードにおいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の上流側はＮＯｘの脱離量が多くなり、ＮＯｘの還元に必要な還元剤（ＣＯ、ＨＣ）の量が多くなる。一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の下流側はＮＯｘの脱離量が少ないため、ＮＯｘの還元に必要な還元剤の量は少ない。

しかし、従来、リッチ燃焼モードにおいて、空気過剰率λを固定値、つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる還元剤の流量を一定量にしていた。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０全体のＮＯｘの吸蔵量に基づいて、空気過剰率λを決定すると、図２（ｂ）に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の上流側において、還元剤が不足し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０から脱離したものの還元しきれないＮＯｘが生じるという問題がある。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の上流側の吸蔵密度Ｄに基づいて、空気過剰率λを決定すると、図２（ｃ）に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の下流側において還元剤が余ってしまうという問題が生じる。

そこで、本実施形態において、空燃比制御部２５０は、リッチ燃焼モードにおいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０におけるＮＯｘの吸蔵分布に基づいて空気過剰率λを変化させる。以下、本実施形態の空燃比制御部２５０によるＮＯｘ浄化方法について説明する。

［ＮＯｘ浄化方法］
図３は、本実施形態にかかるＮＯｘ浄化方法の処理の流れを示すフローチャートである。図４は、空気過剰率λの推移を説明する図である。図４中、縦軸は空気過剰率λを示し、横軸は時間を示す。

図３に示すように、ＮＯｘ浄化方法は、リーン燃焼モード設定工程Ｓ１１０と、吸蔵量演算工程Ｓ１２０と、吸蔵量判定工程Ｓ１３０と、中立化モード設定工程Ｓ１４０と、中立化判定工程Ｓ１５０と、リッチパージモード設定工程Ｓ１６０と、投入量演算工程Ｓ１７０と、投入量判定工程Ｓ１８０とを含む。以下、各工程について詳述する。

［リーン燃焼モード設定工程Ｓ１１０］
空燃比制御部２５０は、エンジン負荷に基づき、運転モードをリーン燃焼モードに設定する。本実施形態において、空燃比制御部２５０は、エンジン負荷に基づき、エンジン１２０における燃料の噴射量を調整して、排気ガスの空気過剰率λを、１を上回る値（λ>１）に設定する（図４参照）。

［吸蔵量演算工程Ｓ１２０］
リーン燃焼モードにおいて、空燃比制御部２５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵量を演算する。図５は、吸蔵量演算工程Ｓ１２０および吸蔵量判定工程Ｓ１３０の具体的な処理を説明するブロック図である。

空燃比制御部２５０は、図５に示すように、ＮＯｘセンサ２３６の測定値（ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれるＮＯｘ濃度）と、吸入空気量センサ２３０の測定値（ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスの流量［ｇ／ｓ］）と、を所定間隔（例えば、５ミリ秒）ごとに取得し、これらに基づき、ＮＯｘの吸蔵量を演算する。そして、空燃比制御部２５０は、所定間隔ごとに演算したＮＯｘの吸蔵量を積算する。

また、空燃比制御部２５０は、吸入空気量センサ２３０の測定値を所定間隔ごとに取得し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスの流量の平均値を演算する。さらに、空燃比制御部２５０は、温度センサ２３４の測定値を取得し、取得した温度センサ２３４の測定値に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０内における反応温度を加算して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度を演算する。なお、反応温度は、不図示のメモリに保持された反応温度マップを参照して導出する。反応温度マップは、反応温度とエンジン１２０の運転状態とが関連付けられたマップである。そして、空燃比制御部２５０は、温度センサ２３４の測定値を所定間隔ごとに取得し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度の平均値を演算する。

そして、空燃比制御部２５０は、排気ガスの流量の平均値およびＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度の平均値に基づき、吸蔵閾値を演算する。

［吸蔵量判定工程Ｓ１３０］
空燃比制御部２５０は、吸蔵量の積算値が吸蔵閾値以上になったか否かを判定する。その結果、吸蔵量の積算値が吸蔵閾値以上になるまで（Ｓ１３０におけるＮＯ）、空燃比制御部２５０は、吸蔵量演算工程Ｓ１２０をくり返す。

一方、吸蔵量の積算値が吸蔵閾値以上になったら（Ｓ１３０におけるＹＥＳ）、空燃比制御部２５０は、中立化モード設定工程Ｓ１４０に処理を移す。

［中立化モード設定工程Ｓ１４０］
空燃比制御部２５０は、運転モードを中立化モード（リッチ燃焼モード）に設定し、三元触媒２１０を中立化する（図４参照）。中立化モードは、空気過剰率λを所定の値λｔｗｃとする運転モードである。λｔｗｃは、１未満の値であり、三元触媒２１０の仕様によって決定される。

中立化モード設定工程Ｓ１４０を実行することで、三元触媒２１０に含まれるＯＳＣ材の酸素吸蔵量を低減させることができる。これにより、後述するリッチパージモードにおいて還元剤が三元触媒２１０において消費されてしまう事態を回避することが可能となる。

［中立化判定工程Ｓ１５０］
空燃比制御部２５０は、空燃比センサ２３２の測定値に基づき、三元触媒２１０の中立化が完了したか否かを判定する。その結果、三元触媒２１０の中立化が完了するまで（Ｓ１５０におけるＮＯ）、中立化モードを維持し、三元触媒２１０の中立化が完了したら（Ｓ１５０におけるＹＥＳ）、リッチパージモード設定工程Ｓ１６０に処理を移す。

［リッチパージモード設定工程Ｓ１６０］
空燃比制御部２５０は、運転モードをリッチパージモード（リッチ燃焼モード）に設定し、所定の開始空燃比λｓｔから所定の終了空燃比λｅｄまで空燃比（空気過剰率λ）を漸増させる（図４参照）。

図６は、リッチパージモード設定工程Ｓ１６０の具体的な処理を説明するブロック図である。空燃比制御部２５０は、図６に示すように、リーン燃焼モード中に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれた排気ガス中のＮＯｘ濃度の平均値と、三元触媒２１０の中立化が完了した際（リッチパージモードの設定時）における排気ガスの流量とに基づき、開始空燃比λｓｔを演算する。なお、開始空燃比λｓｔは、１未満の値となる。

また、空燃比制御部２５０は、温度センサ２３４の測定値（ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度）と、吸入空気量センサ２３０の測定値（排気ガスの流量）とを所定間隔ごとに取得し、これらに基づき、終了空燃比λｅｄを演算する。なお、終了空燃比λｅｄは、開始空燃比λｓｔより大きい、１未満の値となる。また、空燃比制御部２５０は、終了空燃比λｅｄを所定間隔ごとに演算する。

また、空燃比制御部２５０は、吸入空気量センサ２３０の測定値（排気ガスの流量）を所定間隔ごとに取得し、取得した排気ガスの流量と、吸蔵量演算工程Ｓ１２０で演算したＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０におけるＮＯｘの吸蔵量の積算値とに基づき、開始空燃比λｓｔから終了空燃比λｅｄへ空燃比を漸増させる漸増時間Ｔｇを演算する。なお、吸蔵量の積算値は、吸蔵量判定工程Ｓ１３０において、吸蔵量の積算値が吸蔵閾値となった際の積算値である。また、空燃比制御部２５０は、漸増時間Ｔｇを所定間隔ごとに演算する。

そして、空燃比制御部２５０は、下記式（１）に基づき、所定間隔ごとに目標空燃比λｔｇを演算し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスの空燃比が目標空燃比λｔｇとなるように、エンジン１２０における燃料の噴射量を調整する。
目標空燃比λｔｇ ＝ ｛（終了空燃比λｅｄ−開始空燃比λｓｔ）／漸増時間Ｔｇ｝ ×継続時間Ｔｋ ＋ 開始空燃比λｓｔ …式（１）
上記継続時間Ｔｋは、リッチパージモードに設定してから現在までのリッチパージを継続している時間である。

［投入量演算工程Ｓ１７０］
空燃比制御部２５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０への還元剤の投入量を演算する。図７は、投入量演算工程Ｓ１７０の具体的な処理を説明するブロック図である。

空燃比制御部２５０は、図７に示すように、リッチパージモード設定工程Ｓ１６０で算出された目標空燃比λｔｇと、吸入空気量センサ２３０の測定値（排気ガスの流量）とを所定間隔ごとに取得し、これらに基づき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０への還元剤の投入量を演算する。そして、空燃比制御部２５０は、所定間隔ごとに演算した還元剤の投入量を積算する。

また、空燃比制御部２５０は、温度センサ２３４の測定値（ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度）を所定間隔（例えば、５０ミリ秒）ごとに取得し、取得したＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度の平均値を演算する。そして、空燃比制御部２５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度の平均値と、吸蔵量判定工程Ｓ１３０において吸蔵量の積算値が吸蔵閾値となった際の吸蔵量の積算値とに基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に吸蔵されたＮＯｘを還元するために必要な還元剤の必要量を演算する。

［投入量判定工程Ｓ１８０］
空燃比制御部２５０は、還元剤の投入量の積算値が必要量以上になったか否かを判定する。その結果、投入量の積算値が必要量以上になるまで（Ｓ１８０におけるＮＯ）、空燃比制御部２５０は、投入量演算工程Ｓ１７０をくり返す。

一方、投入量の積算値が必要量以上になったら（Ｓ１８０におけるＹＥＳ）、空燃比制御部２５０は、当該ＮＯｘ浄化方法を終了する。

以上説明したように、本実施形態にかかるＮＯｘ浄化装置２００は、リッチパージモードにおいて、開始空燃比λｓｔから終了空燃比λｅｄまで空燃比を漸増させる。これにより、ＮＯｘ浄化装置２００は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の上流側、つまり、ＮＯｘの吸蔵密度Ｄが高い箇所に還元剤を多く供給できる。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の下流側、つまり、ＮＯｘの吸蔵密度Ｄが低い箇所に適量の還元剤を供給することができ、余剰の還元剤を低減することが可能となる。

したがって、ＮＯｘ浄化装置２００は、一定量の空燃比でリッチパージを行う従来技術と比較して、還元剤が足りなくなったり、還元剤が余剰したりする事態を回避することが可能となる。これにより、ＮＯｘ浄化装置２００は、ＮＯｘを確実に還元しつつ、余剰する還元剤を削減することができる。

また、上記したように、空燃比制御部２５０は、リーン燃焼モードにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれた排気ガス中のＮＯｘ濃度の平均値と、リッチパージモードの設定時における排気ガスの流量とに基づいて、開始空燃比λｓｔを決定する。これにより、空燃比制御部２５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の上流側に吸蔵されたＮＯｘを確実に還元することが可能となる。

また、上記したように、空燃比制御部２５０は、リッチパージモードにおける、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度と、排気ガスの流量とに基づいて、終了空燃比λｅｄを決定する。これにより、空燃比制御部２５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の下流側における還元剤の余剰分を削減することが可能となる。

また、上記したように、空燃比制御部２５０は、リーン燃焼モードにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵量と、リッチパージモードにおける排気ガスの流量とに基づいて、漸増時間Ｔｇを決定する。これにより、空燃比制御部２５０は、リーン燃焼モードの運転に応じた吸蔵分布に応じて、還元剤を供給することができる。したがって、空燃比制御部２５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に吸蔵されたＮＯｘを確実に還元しつつ、余剰する還元剤を削減することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、空燃比制御部２５０が、リッチパージモードにおいて、開始空燃比λｓｔから終了空燃比λｅｄまで空燃比を漸増させる場合を例に挙げた。しかし、空燃比制御部２５０は、リッチパージモードにおいて、開始空燃比λｓｔから終了空燃比λｅｄまで空燃比を増加させればよい。例えば、空燃比制御部２５０は、リッチパージモードにおいて、開始空燃比λｓｔから終了空燃比λｅｄまで空燃比を段階的に増加させてもよい。

また、上記実施形態において、空燃比制御部２５０が、リーン燃焼モードにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれた排気ガス中のＮＯｘの濃度の平均値に基づいて、開始空燃比λｓｔを決定する場合を例に挙げた。しかし、開始空燃比λｓｔは、リーン燃焼モードにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれた排気ガス中のＮＯｘの濃度に基づいて決定されてもよい。例えば、開始空燃比λｓｔは、リーン燃焼モードにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれた排気ガス中のＮＯｘの濃度の最大値に基づいて決定されてもよい。

また、上記実施形態において、空燃比制御部２５０が、リッチパージモードの設定時における排気ガスの流量に基づいて、開始空燃比λｓｔを決定する場合を例に挙げた。しかし、開始空燃比λｓｔは、リーン燃焼モード中の排気ガスの流量の平均値に基づいて、開始空燃比λｓｔを決定してもよい。また、開始空燃比λｓｔは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の仕様に基づいて予め決定されていてもよい。

また、上記実施形態において、空燃比制御部２５０が、リーン燃焼モードにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれた排気ガス中のＮＯｘの濃度の平均値と、リッチパージモードの設定時における排気ガスの流量とを入力値として、開始空燃比λｓｔを演算する場合を例に挙げた。しかし、ＮＯｘ浄化装置２００は、ＮＯｘの濃度と、排気ガスの流量と、開始空燃比λｓｔとが関連付けられた開始空燃比マップを保持しておき、空燃比制御部２５０は、リーン燃焼モードにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれた排気ガス中のＮＯｘの濃度の平均値と、リッチパージモードの設定時における排気ガスの流量とに基づき、開始空燃比マップを参照して開始空燃比λｓｔを決定してもよい。

また、上記実施形態において、空燃比制御部２５０が、リッチパージモードにおける、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度と、排気ガスの流量とを入力値として、終了空燃比λｅｄを演算する場合を例に挙げた。しかし、ＮＯｘ浄化装置２００は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度と、排気ガスの流量と、終了空燃比λｅｄとが関連付けられた終了空燃比マップを保持しておき、空燃比制御部２５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度と、排気ガスの流量とに基づき、終了空燃比マップを参照して終了空燃比λｅｄを決定してもよい。

また、上記実施形態において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度と、排気ガスの流量とに応じて、終了空燃比λｅｄが変動する場合を例に挙げた。しかし、終了空燃比λｅｄは、リッチパージモードにおける、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度と、排気ガスの流量とに基づいて決定されれば、固定値であってもよい。また、終了空燃比λｅｄは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の仕様に基づいて予め決定されていてもよい。

また、上記実施形態において、空燃比制御部２５０が、リーン燃焼モードにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵量と、リッチパージモードにおける排気ガスの流量とを入力値として、漸増時間Ｔｇを演算する場合を例に挙げた。しかし、ＮＯｘ浄化装置２００は、ＮＯｘの吸蔵量と、排気ガスの流量と、漸増時間Ｔｇとが関連付けられた空燃比増加時間マップを保持しておき、空燃比制御部２５０は、ＮＯｘの吸蔵量と、排気ガスの流量とに基づき、空燃比増加時間マップを参照して漸増時間Ｔｇを決定してもよい。

また、上記実施形態において、リッチパージモードにおける排気ガスの流量に応じて、漸増時間Ｔｇが変動する場合を例に挙げた。しかし、漸増時間Ｔｇは、リーン燃焼モードにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵量と、リッチパージモードにおける排気ガスの流量とに基づいて決定されれば、固定値であってもよい。

また、上記実施形態において、空燃比制御部２５０が、リーン燃焼モードにおいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０におけるＮＯｘの吸蔵量が吸蔵閾値に到達すると、リッチパージモードに設定する場合（吸蔵量判定工程Ｓ１３０）を例に挙げた。しかし、空燃比制御部２５０は、リーン燃焼モードにおいて所定の条件が満たされると、リッチパージモードに切り換えてもよい。例えば、空燃比制御部２５０は、リーン燃焼モードに設定してから所定時間経過後にリッチパージモードに切り換えてもよい。

また、上記実施形態において、ＮＯｘ浄化装置２００が三元触媒２１０を備える構成を例に挙げた。しかし、ＮＯｘ浄化装置２００は、少なくともＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０を備えていればよく、三元触媒２１０を備えずともよい。

また、上記実施形態において、空燃比制御部２５０が、リーン燃焼モードの後であって、リッチパージモードの設定前に、中立化モードに設定する場合を例に挙げた。しかし、空燃比制御部２５０は、中立化モードへの設定を行わず、リーン燃焼モードからリッチパージモードに直接切り換えてもよい。

また、上記実施形態において、三元触媒２１０を中立化するための空気過剰率λｔｗｃと開始空燃比λｓｔとが異なる場合を例に挙げた。しかし、空気過剰率λｔｗｃと開始空燃比λｓｔとは実質的に等しくてもよい。

また、上記実施形態において、空燃比制御部２５０が、リーン燃焼モード、または、リッチ燃焼モードに運転モードを設定する場合を例に挙げた。しかし、空燃比制御部２５０は、リーン燃焼モード、リッチ燃焼モード、および、ストイキ燃焼モードのうちいずれか１に運転モードを設定してもよい。なお、ストイキ燃焼モードは、空燃比をストイキとする運転モードである。例えば、空燃比制御部２５０は、リッチ燃焼モードからストイキ燃焼モードに運転モードを切り換えてもよい。

また、上記実施形態において、空燃比制御部２５０が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスの空燃比として、実測値（空燃比センサ２３２の測定値）を用いる場合を例に挙げた。しかし、空燃比制御部２５０は、燃料噴射量および吸入空気量センサ２３０の測定値に基づき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスの空燃比を推定してもよい。

また、上記実施形態において、空燃比制御部２５０が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度として、実測値（温度センサ２３４の測定値）を用いる場合を例に挙げた。しかし、空燃比制御部２５０は、エンジン１２０の回転数、吸入空気量センサ２３０の測定値、空気過剰率、および、点火時期に基づき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度を推定してもよい。

また、上記実施形態において、空燃比制御部２５０が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスのＮＯｘ濃度として、実測値（ＮＯｘセンサ２３６の測定値）を用いる場合を例に挙げた。しかし、空燃比制御部２５０は、エンジン１２０の回転数、吸入空気量センサ２３０の測定値、空気過剰率、および、点火時期に基づき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスのＮＯｘ濃度を推定してもよい。

また、上記実施形態において、空燃比制御部２５０が、エンジン１２０における燃料の噴射量を調整してＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスの空燃比を制御する場合を例に挙げた。しかし、エンジン１２０とＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０との間に、還元剤（例えば、燃料）を供給する還元剤供給部をさらに備え、空燃比制御部２５０は、還元剤供給部を制御して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に導かれる排気ガスの空燃比を制御してもよい。

本発明は、エンジンから排気された排気ガスに含まれるＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置に利用することができる。

１４０ 排気管
２００ ＮＯｘ浄化装置
２１０ 三元触媒
２２０ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２５０ 空燃比制御部

Claims (5)

1. 排気管に設けられるＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
   所定の条件を満たすと、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に導かれる排気ガスの空燃比をリッチとするリッチパージモードに設定して、所定の開始空燃比から所定の終了空燃比まで前記空燃比を増加させる空燃比制御部と、
   を備えるＮＯｘ浄化装置。
2. 前記空燃比制御部は、前記空燃比をリーンとするリーン燃焼モードにおいて前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に導かれた排気ガス中のＮＯｘの濃度と、前記リッチパージモードの設定時における前記排気ガスの流量とに基づいて、前記開始空燃比を決定する請求項１に記載のＮＯｘ浄化装置。
3. 前記空燃比制御部は、前記リッチパージモードにおける、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度と、前記排気ガスの流量とに基づいて、前記終了空燃比を決定する請求項１または２に記載のＮＯｘ浄化装置。
4. 前記空燃比制御部は、前記空燃比をリーンとするリーン燃焼モードにおいて前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵量と、前記リッチパージモードにおける前記排気ガスの流量とに基づいて、前記開始空燃比から前記終了空燃比へ前記空燃比を増加させる時間を決定する請求項１から３のいずれか１に記載のＮＯｘ浄化装置。
5. 前記空燃比制御部は、前記空燃比をリーンとするリーン燃焼モードにおいて前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒におけるＮＯｘの吸蔵量が所定の吸蔵閾値に到達すると、前記リッチパージモードに設定する請求項１から４のいずれか１項に記載のＮＯｘ浄化装置。

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