JP3788350B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ触媒を備えるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、特許第２６００４９２号公報に、機関の排気通路に、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ触媒を配置し、このＮＯｘトラップ触媒の還元浄化時期に排気空燃比をリッチにしてＮＯｘの浄化を行う技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術において、ＮＯｘトラップ触媒でのＮＯｘの還元浄化は、排気空燃比をリッチ化すること、すなわち、還元剤としてのＨＣ、ＣＯをＮＯｘトラップ触媒へ供給し、それらとＮＯｘとが還元雰囲気で反応することにより行われる。
【０００４】
しかしながら、排気空燃比がリッチであっても排気中に酸素が存在する場合がある。排気中に酸素が存在する場合、先にＨＣ、ＣＯの酸化反応で酸素を消費して触媒近傍に還元雰囲気を作り出さないと、還元雰囲気におけるＮＯｘと還元剤（ＨＣ、ＣＯ）との反応が起こらない。このため、同じリッチ状態（同一の排気空燃比）でも排気中の酸素量が大きいほど、還元剤とＮＯｘとの還元反応が起こり難くなる。
【０００５】
すなわち、ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きいときは、ＮＯｘトラップ触媒で還元剤と酸素との反応の割合が大きくなり、還元剤とＮＯｘとの反応がほとんど行われないため、ＮＯｘトラップ触媒の単位時間当たりのＮＯｘ浄化率が低下する。
このように、上記従来の技術では、ＮＯｘを還元浄化するリッチ状態において排気中の酸素の存在を考慮していないため、ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きいときには、ＮＯｘを十分に浄化できず排気を悪化させるといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点を解決することのでき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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明では、機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ触媒と、前記ＮＯｘトラップ触媒の還元浄化時期を判定する還元浄化時期判定手段と、前記還元浄化時期に、排気空燃比をリッチにする第１空燃比リッチ化方法と、排気空燃比を前記第１空燃比リッチ化方法と同じ値にすると共に排気中の酸素量を前記第１空燃比リッチ化方法より小さくする第２空燃比リッチ化方法とを選択的に切換可能であり、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が小さいときに前記第１空燃比リッチ化方法を選択し、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きいときは前記第２空燃比リッチ化方法を選択する空燃比リッチ化手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明では、排気空燃比をリッチにする目標リッチ空燃比を設定する目標リッチ空燃比設定手段を備え、前記空燃比リッチ化手段は、排気空燃比をリッチにする際、前記第１空燃比リッチ化方法及び第２空燃比リッチ化方法のいずれにおいても、排気空燃比を前記目標リッチ空燃比にすることを特徴とする。
請求項３の発明では、前記空燃比リッチ化手段は、排気の空間速度が大きいとき、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きくなるとみなすことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明では、前記空燃比リッチ化手段は、吸入空気量、エンジン回転数及び燃料噴射量のうちの少なくとも１つに基づいて前記空間速度を推定する空間速度推定手段を備えることを特徴とする。
請求項５の発明では、機関の排気通路から排気の一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路に配置されたＥＧＲ弁と、機関の吸気通路に配置された吸気絞り弁と、を備え、前記空燃比リッチ化手段は、前記第１空燃比リッチ化方法を選択しているとき、少なくともＥＧＲ弁で排気空燃比をリッチ化し、前記第２空燃比リッチ化方法を選択しているとき、吸気絞り弁で排気空燃比をリッチ化することを特徴とする。
請求項６の発明では、前記空燃比リッチ化手段は、前記第１空燃比リッチ化方法を選択しているとき、ＥＧＲを行う条件であれば、ＥＧＲを続行したまま、吸気絞り弁の制御により吸入空気量を制御して排気空燃比をストイキに制御し、前記第２空燃比リッチ化方法を選択しているとき、ＥＧＲを行う条件であれば、ＥＧＲを中止し、吸気絞り弁の制御により吸入空気量を制御して排気空燃比をストイキに制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項７の発明では、メイン噴射の後に少量の燃料を噴射するポスト噴射を可能とする燃料噴射装置と、機関の吸気通路に配置された吸気絞り弁と、を構え、前記空燃比リッチ化手段は、前記第１空燃比リッチ化方法を選択しているとき、少なくともポスト噴射で排気空燃比をリッチ化し、前記第２空燃比リッチ化方法を選択しているとき、吸気絞り弁で排気空燃比をリッチ化することを特徴とする。
請求項８の発明では、前記空燃比リッチ化手段は、前記第１空燃比リッチ化方法を選択しているとき、ポスト噴射で排気空燃比をリッチ化し、前記第２空燃比リッチ化方法を選択しているとき、吸気絞り弁開度を小さくして吸入空気量を減少させることで排気中の酸素量を低減し、それによって空気過剰率が低下する分、ポスト噴射量を減少ないしポスト噴射を停止することを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒のリッチスパイクによる還元浄化を行う際に、ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きいときは、排気中の残存酸素によって還元剤（ＨＣ、ＣＯ）が消費されて、ＮＯｘを十分に還元浄化できなくなるおそれがあるため、排気中の酸素量を小さくすることのできる空燃比リッチ化方法で排気空燃比をリッチ化することにより、ＮＯｘ浄化性能を維持することが可能となる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、いずれの空燃比リッチ化方法においても、排気空燃比を同じ設定手段による同じ目標リッチ空燃比にすることにより、排気空燃比の変動を防止して、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ等のエミッションの変動を抑制することが可能となる。
請求項３の発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒を通過するガス量が多くなるにつれて、還元剤と酸素又はＮＯｘとの反応時間が短くなり、触媒での反応が十分期待できなくなる傾向があることから、空間速度が高い場合はＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きくなるとみなすことで、空間速度に基づいて制御可能となる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、空間速度を、吸入空気量、エンジン回転数及び燃料噴射量のうちの少なくとも１つに基づいて推定することで、既存のパラメータで制御可能となる。
請求項５、６の発明によれば、通常のリッチスパイクを行うときにＥＧＲを行いつつ排気空燃比をリッチ化している場合、リッチスパイク時に排気中の酸素量を小さくするときは、ＥＧＲを中止して、吸気絞り弁で排気空燃比をリッチ化することで、燃焼で消費されるべき酸素を全てを燃焼させることができ、排気中の酸素量を確実に低減できる。
【００１４】
請求項７、８の発明によれば、通常のリッチスパイクを行うときにポスト噴射により排気空燃比をリッチ化している場合、リッチスパイク時に排気中の酸素量を小さくするときは、ポスト噴射を中止又は低減して、吸気絞り弁で排気空燃比をリッチ化することで、排気中の酸素量を確実に低減できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（ここではディーゼルエンジン）のシステム図である。
ディーゼルエンジン１の吸気通路２には可変ノズル型のターボチャージャ３の吸気コンプレッサが備えられ、吸入空気は吸気コンプレッサによって過給され、インタークーラ４で冷却され、吸気絞り弁５を通過した後、コレクタ６を経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。燃料は、コモンレール式燃料噴射装置により、すなわち、高圧燃料ポンプ７により高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒の燃料噴射弁９から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路１０へ流出する。
【００１６】
排気通路１０へ流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路１１によりＥＧＲ弁１２を介して吸気側へ還流される。排気の残りは、可変ノズル型のターボチャージャ３の排気タービンを通り、これを駆動する。
ここで、排気通路１０の排気タービン下流には、排気浄化のため、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ触媒１３を配置してある。また、このＮＯｘトラップ触媒１３には、貴金属を担持させて、排気中のＨＣ、ＣＯを酸化する機能を持たせ、酸化機能付きＮＯｘトラップ触媒としてある。
【００１７】
コントロールユニット２０には、エンジン１の制御のため、エンジン回転数Ｎｅ検出用の回転数センサ２１、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２２、吸入空気量Ｑａ検出用のエアフローメータ２３から、信号が入力されている。
また、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度（触媒温度）Ｔｃを検出する触媒温度センサ２４、排気通路１０のＮＯｘトラップ触媒１３の出口側にて排気空燃比を検出する空燃比センサ２５が設けられ、これらの信号もコントロールユニット２０に入力されている。但し、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度はその近傍（特に下流側）の排気温度より検出するようにしてもよい。
【００１８】
コントロールユニット２０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁９によるメイン噴射及び所定の運転条件においてメイン噴射後（膨張行程又は排気行程）に行うポスト噴射の燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁９への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁５への開度指令信号、ＥＧＲ弁１２への開度指令信号等を出力する。
【００１９】
ここにおいて、コントロールユニット２０では、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされて堆積したＮＯｘの還元浄化のための排気浄化制御を行うようにしており、かかる排気浄化制御について、以下に詳細に説明する。
図２〜図４はコントロールユニット２０にて実行される排気浄化制御のフローチャートである。
【００２０】
Ｓ１−１では、回転数センサ、アクセル開度センサ、エアフローメータ、触媒温度センサからの信号に基づいて、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡＰＯ、吸入空気量Ｑａ、触媒温度Ｔｃを検出する。
Ｓ１−２では、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＡＰＯとをパラメータとするマップを参照するなどして、メイン噴射用の燃料噴射量Ｑｆを演算する。
【００２１】
Ｓ１−３では、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされて堆積したＮＯｘ堆積量を検出する。但し、ＮＯｘ堆積量を直接検出することは難しいので、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆとから単位時間当たりのＮＯｘ発生量を予測し、トラップ率を考慮して、単位時間当たりのＮＯｘ堆積量を求め、これを積算することで、間接的に検出する。又は、エンジン回転数の積算値から、ＮＯｘ堆積量を推定するようにしてもよい。
【００２２】
Ｓ１−４では、触媒活性時のリッチスパイクモード中であることを示すｒｅｇ１フラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇ１フラグ＝１の場合は、Ｓ２−１以降（図３）の触媒活性時のリッチスパイクモードの制御へ進む。
Ｓ１−５では、触媒活性が低い時のリッチスパイクモード中であることを示すｒｅｇ２フラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇ２フラグ＝１の場合は、Ｓ３−１以降（図４）の触媒活性が低い時のリッチスパイクモードの制御へ進む。
【００２３】
Ｓ１−６では、ＮＯｘトラップ触媒の再生時期（還元浄化時期）か否かの判定のため、Ｓ１−３で検出したＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１より大きくなったか否かを判定する。
ＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１以下であれば、再生時期ではないので、処理を終了し、ＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１を超えていれば、再生時期と判断して、Ｓ１−７へ進む。
【００２４】
Ｓ１−７では、ＮＯｘトラップ触媒の活性を判断する。ここで、図５に示すように、触媒のＮＯｘ浄化性能はライトオフ温度Ｔ２から発現し始めるが未だ十分ではないので、ＮＯｘ浄化率が十分に大きくなる温度Ｔ１より高くなれば、活性していると判断する。Ｔ１〜Ｔ２の間は活性が低いと判断し、Ｔ２より低い温度では活性がないと判断する。
【００２５】
このため、Ｓ１−７では、触媒温度ＴｃがＴ１を超えているか否かを判断し、Ｔｃ＞Ｔ１の場合に、Ｓ１−８で、触媒が活性していると判断して、触媒活性時のリッチスパイクモードに入るため、ｒｅｇ１フラグを１とする。
Ｔｃ≦Ｔ１の場合は、Ｓ１−９で、触媒温度ＴｃがＴ２を超えているか否か、すなわち触媒温度ＴｃがＴ１〜Ｔ２の間にあるか否かを判断し、Ｔｃ＞Ｔ２の場合に、Ｓ１−１０で、活性が低いと判断して、触媒活性が低い時のリッチスパイクモードに入るため、ｒｅｇ２フラグを１とする。
【００２６】
Ｔｃ≦Ｔ２の場合は、活性がなく、浄化性能が全く期待できないことから、暖機されるまで再生処理を待つこととして、処理を終了する。
次にｒｅｇ１フラグ＝１となった場合のＳ２−１以降の触媒活性時のリッチスパイクモードについて説明する。
Ｓ２−１では、排気の触媒での空間速度ＳＶを推定する。ここでは、吸入空気量Ｑａを用い、これを触媒容量で割った値を空間速度ＳＶとする。但し、触媒容量はエンジンの機種毎に一定であるので、吸入空気量Ｑａをそのまま空間速度の指標として用いてもよい。また、このように吸入空気量Ｑａを用いる他、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆなどを用いることもできる。
【００２７】
ここで、図６に示すように、排気λ＜１（リッチ）で酸素がない状態ではＮＯｘトラップ触媒において、ＮＯｘが排気中の還元成分（ＨＣ、ＣＯ）と反応して、ＮＯｘを浄化できるが、図７又は図８に示すように、排気λ＜１（リッチ）であっても酸素が存在する場合は、まず酸素を消費して還元雰囲気を作り出し、その還元雰囲気においてＮＯｘを浄化することになる。
【００２８】
図７、図８は共に排気λ＜１（リッチ）で酸素がある場合であるが、図７は排気の触媒での空間速度ＳＶが小さい条件、図８は空間速度ＳＶが大きい条件である。
図７のように、空間速度ＳＶが小さい条件では、反応時間が長いため、排気中に酸素が残っていても酸素を消費して還元雰囲気にすることが可能となり、還元雰囲気下でＮＯ２を三元機能で還元可能である。すなわち、ＳＶが小さい状態では、酸素を消費して還元雰囲気を作り出し、さらにその還元雰囲気でトラップしたＮＯｘを浄化する反応時間が確保可能となる。
【００２９】
一方、図８のように、空間速度ＳＶが大きい条件では、反応時間が短いため、排気中に酸素が残っている場合は酸素を消費するのに大半の時間を費やしてしまうので、還元雰囲気となる時間が少なくなる。このため、ＮＯｘ浄化性能が低下してしまう。
また、図９に示すように、ディーゼルエンジンにおいてリッチ運転を実現した場合、ＥＧＲを実施していると燃焼がやや不安定となり、ＥＧＲを実施していない条件に比べ同一の排気λで排気中の残酸素量が多くなる（酸素が多い分、ＣＯ、ＨＣの排出量も多い）。
【００３０】
従って、空間速度ＳＶが大きい状態では、反応時間が短くなることから、酸素を消費するのに反応時間（触媒通過時間）の大半を費やしてしまうため、還元雰囲気となる時間が少なくなり、排気中に残酸素量が多いと、排気λ＜１（リッチ）であってもＮＯｘ浄化率が低下してしまうことから、リッチスパイク時の排気中の残酸素量を少なくしてやる必要がある。
【００３１】
方法としては、例えば、ＥＧＲを行っている条件ではＥＧＲを行わないことで残酸素量を減らすことが可能である。
このため、Ｓ２−２以降では次のように制御する。
Ｓ２−２では、空間速度ＳＶが所定値ＳＶ１より大きいか否かを判定する。
空間速度ＳＶ≦ＳＶ１の場合は、Ｓ２−３へ進み、排気空燃比をリッチにする第１空燃比リッチ化方法を選択して、排気空燃比をリッチにする。具体的には、ＥＧＲを行う運転条件であれば、ＥＧＲを続行したまま、リッチスパイク時の目標λを所定の値λ１に設定し、吸気絞り弁の制御により、図１０に示す目標吸入空気量に制御して、目標λ＝λ１を達成する。また、誤差については、触媒出口側の空燃比センサからの信号に基づいてフィードバック制御を行う。
【００３２】
空間速度ＳＶ＞ＳＶ１の場合は、Ｓ２−４へ進み、排気中の酸素量を前記第１空燃比リッチ化方法より小さくすると共に排気空燃比をリッチにする第２空燃比リッチ化方法を選択して、排気空燃比をリッチ化する。具体的には、ＥＧＲを行う運転条件であれば、ＥＧＲを中止し、リッチスパイク時の目標λを所定の値λ１に設定し、吸気絞り弁の制御により、図１１に示すＥＧＲを行わない場合の目標吸入空気量に制御して、目標λ＝λ１を達成する。また、誤差については、触媒出口側の空燃比センサからの信号に基づいてフィードバック制御を行う。
【００３３】
この場合、リッチスパイク時の目標λを、残酸素量を減らしてもＳ２−３で設定するλ１と同じ値にすることで、過剰なスパイクによるエミッションの悪化、及びスパイクが浅くなることによるＮＯｘ浄化性能の低下を抑制可能となる。
空燃比リッチ化方法について補足すれば、通常のリッチスパイク、すなわち酸素量を低減させる必要がないときのリッチスパイク（第１空燃比リッチ化方法）は、ＥＧＲ、吸気絞り弁、ポスト噴射のうち少なくとも１つを用いて行う。
【００３４】
ＥＧＲを用いる場合、通常のリッチスパイクを行うときは、ＥＧＲ率が大きくなるようＥＧＲ弁開度を大きくすると共に、吸気絞り弁開度を小さくして空気過剰率を小さくする。
ところで、シリンダ内に吸入されたＥＧＲガスの分布（シリンダ内の酸素濃度）は一様でないため、噴射された燃料が燃焼する際、ＥＧＲガス濃度の高い（酸素濃度の低い）領域に存在した燃料は燃え難くＨＣとして排出される。すなわち、燃焼すべき燃料が燃焼しないため、その分、燃焼で消費されるべき酸素が消費されずにそのまま排出されることを意味する。
【００３５】
従って、リッチスパイク時に酸素量を低減させたいときは（第２空燃比リッチ化方法では）、ＥＧＲなしで目標空気過剰率を実現させることで、燃焼で消費されるべき酸素を全てを燃焼させることができ、結果として排気中の酸素量を低減することができる。
すなわち、酸素量を低減させる必要がないときのリッチスパイクがＥＧＲと吸気絞りで行われる場合、酸素量を低減させるときのリッチスパイクは、吸気絞りのみ（ＥＧＲなし）で行うことになる。
【００３６】
また、酸素量を低減させる必要がないときのリッチスパイクがポスト噴射のみで行われる場合（図１２にリッチスパイクのためのポスト噴射量の特性図を示す）、酸素量を低減させるときのリッチスパイクは、吸気絞り弁開度を小さくして吸入空気量を低減させることで排気中の醸素量を低減し、それによって空気過剰率が低下する分だけポスト噴射量を減らすことで実現できる。
【００３７】
すなわち、ポスト噴射等の噴射量の制御によって（未燃燃料を増やすことで）排気λの制御を行っている場合は、未燃燃料の制御による排気λ制御から、空気量の制御による排気λ制御に切換えることで排気中の残酸素量を減らすことが可能となる。
さらに、酸素量を低減させる必要がないときのリッチスパイクがＥＧＲと吸気絞りとポスト噴射で行われる場合、酸素量を低減させるときのリッチスパイクは、吸気絞りのみ（ＥＧＲなし、ポスト噴射なし）か、或いは、吸気絞りとポスト噴射量低減（低減量は吸気絞り量に応じて行う）で行うことができる。
【００３８】
リッチスパイク開始後は、Ｓ２−５へ進む。
Ｓ２−５では、リッチスパイクを開始してからの経過時間（リッチスパイク時間）ｔが所定時間ｔ１を超えたか否かを判定し、超えた場合に、触媒の再生が完了したとみなし、Ｓ２−６でＮＯｘ堆積量の積算値をクリアすると共に、Ｓ２−７でｒｅｇ１フラグを０にする。
【００３９】
次にｒｅｇ２フラグ＝１となった場合のＳ３−１以降の触媒活性が低い時のリッチスパイクモードについて説明する。触媒活性が低い場合は、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ浄化率自体が低下しているため例外的処置をとることにする。すなわち、活性状態が低くＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ浄化率が低い場合、ＳＶが大きいときには、第２空燃比リッチ化方法を選択しても十分なＮＯｘ浄化性能が得られないため、リッチスパイクを見送る。その一方、ＳＶが小さいときには、ＮＯｘ浄化性能が低いことをＮＯｘと反応する還元剤（ＨＣ、ＣＯ）の増量によって補うべく、排気中の残存酸素が第１空燃比リッチ化手段より小さい第２空燃比リッチ化方法を選択する。これにより、ＮＯｘ浄化率の低下によるＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することが可能となる。
【００４０】
Ｓ３−１では、Ｓ２−１と同様に、排気の触媒での空間速度ＳＶを推定する。
Ｓ３−２では、空間速度ＳＶが所定値ＳＶ１より大きいか否かを判定する。
空間速度ＳＶ≦ＳＶ１の場合は、Ｓ３−３へ進み、排気中の酸素量を前記第１空燃比リッチ化方法より小さくすると共に排気空燃比をリッチにする第２空燃比リッチ化方法を選択して、排気空燃比をリッチ化する。具体的には、ＥＧＲを行う運転条件であれば、ＥＧＲを中止し、リッチスパイク時の目標λを所定の値λ１に設定し、吸気絞り弁の制御により、図１１に示すＥＧＲを行わない場合の目標吸入空気量に制御して、目標λ＝λ１を達成する。また、誤差については、触媒出口側の空燃比センサからの信号に基づいてフィードバック制御を行う。この場合も前述の他の方法で排気中の酸素量を少なくするようにしてもよい。
【００４１】
Ｓ３−４では、リッチスパイクを開始してからの経過時間（リッチスパイク時間）ｔが所定時間ｔ１を超えたか否かを判定し、超えた場合に、触媒の再生が完了したとみなし、Ｓ３−５でＮＯｘ堆積量の積算値をクリアすると共に、Ｓ３−６でｒｅｇ２フラグを０にする。
その一方、Ｓ３−２での判定で、ＳＶ＞ＳＶ１の場合は、触媒の活性が低くいことからスパイクを行っても十分なＮＯｘ浄化性能が得られないため、スパイクの実施を見送り、Ｓ３−６でｒｅｇ２フラグを０にして、処理を終了する。
【００４２】
尚、本実施形態においては、図２のＳ１−６の部分が還元浄化時期判定手段に相当し、図３のＳ２−１の部分が空間速度推定手段に相当し、図３のＳ２−２〜Ｓ２−４の部分が目標リッチ空燃比設定手段を含む空燃比リッチ化手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】 排気浄化制御のフローチャート（その１）
【図３】 排気浄化制御のフローチャート（その２）
【図４】 排気浄化制御のフローチャート（その３）
【図５】 温度と触媒活性との関係を示す図
【図６】 排気λ＜１での酸素が無い状態での反応を示す図
【図７】 排気λ＜１で酸素がありＳＶが小さい状態での反応を示す図
【図８】 排気λ＜１で酸素がありＳＶが大きい状態での反応を示す図
【図９】 ＥＧＲの有無による排気中の成分変化を示す図
【図１０】 リッチスパイク時の目標吸入空気量を示す図
【図１１】 ＥＧＲ無しでのリッチスパイク時の目標吸入空気量を示す図
【図１２】 リッチスパイク時のポスト噴射量を示す図
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気通路
５ 吸気絞り弁
８ コモンレール
９ 燃料噴射弁
１０ 排気通路
１１ ＥＧＲ通路
１２ ＥＧＲ弁
１３ ＮＯｘトラップ触媒
２０ コントロールユニット
２１ 回転数センサ
２２ アクセル開度センサ
２３ エアフローメータ
２４ 触媒温度センサ
２５ 空燃比センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ触媒を備えるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、特許第２６００４９２号公報に、機関の排気通路に、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ触媒を配置し、このＮＯｘトラップ触媒の還元浄化時期に排気空燃比をリッチにしてＮＯｘの浄化を行う技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術において、ＮＯｘトラップ触媒でのＮＯｘの還元浄化は、排気空燃比をリッチ化すること、すなわち、還元剤としてのＨＣ、ＣＯをＮＯｘトラップ触媒へ供給し、それらとＮＯｘとが還元雰囲気で反応することにより行われる。
【０００４】
しかしながら、排気空燃比がリッチであっても排気中に酸素が存在する場合がある。排気中に酸素が存在する場合、先にＨＣ、ＣＯの酸化反応で酸素を消費して触媒近傍に還元雰囲気を作り出さないと、還元雰囲気におけるＮＯｘと還元剤（ＨＣ、ＣＯ）との反応が起こらない。このため、同じリッチ状態（同一の排気空燃比）でも排気中の酸素量が大きいほど、還元剤とＮＯｘとの還元反応が起こり難くなる。
【０００５】
すなわち、ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きいときは、ＮＯｘトラップ触媒で還元剤と酸素との反応の割合が大きくなり、還元剤とＮＯｘとの反応がほとんど行われないため、ＮＯｘトラップ触媒の単位時間当たりのＮＯｘ浄化率が低下する。
このように、上記従来の技術では、ＮＯｘを還元浄化するリッチ状態において排気中の酸素の存在を考慮していないため、ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きいときには、ＮＯｘを十分に浄化できず排気を悪化させるといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点を解決することのでき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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明では、機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ触媒と、前記ＮＯｘトラップ触媒の還元浄化時期を判定する還元浄化時期判定手段と、前記還元浄化時期に、排気空燃比をリッチにする第１空燃比リッチ化方法と、排気空燃比を前記第１空燃比リッチ化方法と同じ値にすると共に排気中の酸素量を前記第１空燃比リッチ化方法より小さくする第２空燃比リッチ化方法とを選択的に切換可能であり、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が小さいときに前記第１空燃比リッチ化方法を選択し、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きいときは前記第２空燃比リッチ化方法を選択する空燃比リッチ化手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明では、排気空燃比をリッチにする目標リッチ空燃比を設定する目標リッチ空燃比設定手段を備え、前記空燃比リッチ化手段は、排気空燃比をリッチにする際、前記第１空燃比リッチ化方法及び第２空燃比リッチ化方法のいずれにおいても、排気空燃比を前記目標リッチ空燃比にすることを特徴とする。
請求項３の発明では、前記空燃比リッチ化手段は、排気の空間速度が大きいとき、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きくなるとみなすことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明では、前記空燃比リッチ化手段は、吸入空気量、エンジン回転数及び燃料噴射量のうちの少なくとも１つに基づいて前記空間速度を推定する空間速度推定手段を備えることを特徴とする。
請求項５の発明では、機関の排気通路から排気の一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路に配置されたＥＧＲ弁と、機関の吸気通路に配置された吸気絞り弁と、を備え、前記空燃比リッチ化手段は、前記第１空燃比リッチ化方法を選択しているとき、少なくともＥＧＲ弁で排気空燃比をリッチ化し、前記第２空燃比リッチ化方法を選択しているとき、吸気絞り弁で排気空燃比をリッチ化することを特徴とする。
請求項６の発明では、前記空燃比リッチ化手段は、前記第１空燃比リッチ化方法を選択しているとき、ＥＧＲを行う条件であれば、ＥＧＲを続行したまま、吸気絞り弁の制御により吸入空気量を制御して排気空燃比をストイキに制御し、前記第２空燃比リッチ化方法を選択しているとき、ＥＧＲを行う条件であれば、ＥＧＲを中止し、吸気絞り弁の制御により吸入空気量を制御して排気空燃比をストイキに制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項７の発明では、メイン噴射の後に少量の燃料を噴射するポスト噴射を可能とする燃料噴射装置と、機関の吸気通路に配置された吸気絞り弁と、を構え、前記空燃比リッチ化手段は、前記第１空燃比リッチ化方法を選択しているとき、少なくともポスト噴射で排気空燃比をリッチ化し、前記第２空燃比リッチ化方法を選択しているとき、吸気絞り弁で排気空燃比をリッチ化することを特徴とする。
請求項８の発明では、前記空燃比リッチ化手段は、前記第１空燃比リッチ化方法を選択しているとき、ポスト噴射で排気空燃比をリッチ化し、前記第２空燃比リッチ化方法を選択しているとき、吸気絞り弁開度を小さくして吸入空気量を減少させることで排気中の酸素量を低減し、それによって空気過剰率が低下する分、ポスト噴射量を減少ないしポスト噴射を停止することを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒のリッチスパイクによる還元浄化を行う際に、ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きいときは、排気中の残存酸素によって還元剤（ＨＣ、ＣＯ）が消費されて、ＮＯｘを十分に還元浄化できなくなるおそれがあるため、排気中の酸素量を小さくすることのできる空燃比リッチ化方法で排気空燃比をリッチ化することにより、ＮＯｘ浄化性能を維持することが可能となる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、いずれの空燃比リッチ化方法においても、排気空燃比を同じ設定手段による同じ目標リッチ空燃比にすることにより、排気空燃比の変動を防止して、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ等のエミッションの変動を抑制することが可能となる。
請求項３の発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒を通過するガス量が多くなるにつれて、還元剤と酸素又はＮＯｘとの反応時間が短くなり、触媒での反応が十分期待できなくなる傾向があることから、空間速度が高い場合はＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きくなるとみなすことで、空間速度に基づいて制御可能となる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、空間速度を、吸入空気量、エンジン回転数及び燃料噴射量のうちの少なくとも１つに基づいて推定することで、既存のパラメータで制御可能となる。
請求項５、６の発明によれば、通常のリッチスパイクを行うときにＥＧＲを行いつつ排気空燃比をリッチ化している場合、リッチスパイク時に排気中の酸素量を小さくするときは、ＥＧＲを中止して、吸気絞り弁で排気空燃比をリッチ化することで、燃焼で消費されるべき酸素を全てを燃焼させることができ、排気中の酸素量を確実に低減できる。
【００１４】
請求項７、８の発明によれば、通常のリッチスパイクを行うときにポスト噴射により排気空燃比をリッチ化している場合、リッチスパイク時に排気中の酸素量を小さくするときは、ポスト噴射を中止又は低減して、吸気絞り弁で排気空燃比をリッチ化することで、排気中の酸素量を確実に低減できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（ここではディーゼルエンジン）のシステム図である。
ディーゼルエンジン１の吸気通路２には可変ノズル型のターボチャージャ３の吸気コンプレッサが備えられ、吸入空気は吸気コンプレッサによって過給され、インタークーラ４で冷却され、吸気絞り弁５を通過した後、コレクタ６を経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。燃料は、コモンレール式燃料噴射装置により、すなわち、高圧燃料ポンプ７により高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒の燃料噴射弁９から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路１０へ流出する。
【００１６】
排気通路１０へ流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路１１によりＥＧＲ弁１２を介して吸気側へ還流される。排気の残りは、可変ノズル型のターボチャージャ３の排気タービンを通り、これを駆動する。
ここで、排気通路１０の排気タービン下流には、排気浄化のため、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ触媒１３を配置してある。また、このＮＯｘトラップ触媒１３には、貴金属を担持させて、排気中のＨＣ、ＣＯを酸化する機能を持たせ、酸化機能付きＮＯｘトラップ触媒としてある。
【００１７】
コントロールユニット２０には、エンジン１の制御のため、エンジン回転数Ｎｅ検出用の回転数センサ２１、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２２、吸入空気量Ｑａ検出用のエアフローメータ２３から、信号が入力されている。
また、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度（触媒温度）Ｔｃを検出する触媒温度センサ２４、排気通路１０のＮＯｘトラップ触媒１３の出口側にて排気空燃比を検出する空燃比センサ２５が設けられ、これらの信号もコントロールユニット２０に入力されている。但し、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度はその近傍（特に下流側）の排気温度より検出するようにしてもよい。
【００１８】
コントロールユニット２０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁９によるメイン噴射及び所定の運転条件においてメイン噴射後（膨張行程又は排気行程）に行うポスト噴射の燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁９への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁５への開度指令信号、ＥＧＲ弁１２への開度指令信号等を出力する。
【００１９】
ここにおいて、コントロールユニット２０では、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされて堆積したＮＯｘの還元浄化のための排気浄化制御を行うようにしており、かかる排気浄化制御について、以下に詳細に説明する。
図２〜図４はコントロールユニット２０にて実行される排気浄化制御のフローチャートである。
【００２０】
Ｓ１−１では、回転数センサ、アクセル開度センサ、エアフローメータ、触媒温度センサからの信号に基づいて、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡＰＯ、吸入空気量Ｑａ、触媒温度Ｔｃを検出する。
Ｓ１−２では、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＡＰＯとをパラメータとするマップを参照するなどして、メイン噴射用の燃料噴射量Ｑｆを演算する。
【００２１】
Ｓ１−３では、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされて堆積したＮＯｘ堆積量を検出する。但し、ＮＯｘ堆積量を直接検出することは難しいので、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆとから単位時間当たりのＮＯｘ発生量を予測し、トラップ率を考慮して、単位時間当たりのＮＯｘ堆積量を求め、これを積算することで、間接的に検出する。又は、エンジン回転数の積算値から、ＮＯｘ堆積量を推定するようにしてもよい。
【００２２】
Ｓ１−４では、触媒活性時のリッチスパイクモード中であることを示すｒｅｇ１フラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇ１フラグ＝１の場合は、Ｓ２−１以降（図３）の触媒活性時のリッチスパイクモードの制御へ進む。
Ｓ１−５では、触媒活性が低い時のリッチスパイクモード中であることを示すｒｅｇ２フラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇ２フラグ＝１の場合は、Ｓ３−１以降（図４）の触媒活性が低い時のリッチスパイクモードの制御へ進む。
【００２３】
Ｓ１−６では、ＮＯｘトラップ触媒の再生時期（還元浄化時期）か否かの判定のため、Ｓ１−３で検出したＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１より大きくなったか否かを判定する。
ＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１以下であれば、再生時期ではないので、処理を終了し、ＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１を超えていれば、再生時期と判断して、Ｓ１−７へ進む。
【００２４】
Ｓ１−７では、ＮＯｘトラップ触媒の活性を判断する。ここで、図５に示すように、触媒のＮＯｘ浄化性能はライトオフ温度Ｔ２から発現し始めるが未だ十分ではないので、ＮＯｘ浄化率が十分に大きくなる温度Ｔ１より高くなれば、活性していると判断する。Ｔ１〜Ｔ２の間は活性が低いと判断し、Ｔ２より低い温度では活性がないと判断する。
【００２５】
このため、Ｓ１−７では、触媒温度ＴｃがＴ１を超えているか否かを判断し、Ｔｃ＞Ｔ１の場合に、Ｓ１−８で、触媒が活性していると判断して、触媒活性時のリッチスパイクモードに入るため、ｒｅｇ１フラグを１とする。
Ｔｃ≦Ｔ１の場合は、Ｓ１−９で、触媒温度ＴｃがＴ２を超えているか否か、すなわち触媒温度ＴｃがＴ１〜Ｔ２の間にあるか否かを判断し、Ｔｃ＞Ｔ２の場合に、Ｓ１−１０で、活性が低いと判断して、触媒活性が低い時のリッチスパイクモードに入るため、ｒｅｇ２フラグを１とする。
【００２６】
Ｔｃ≦Ｔ２の場合は、活性がなく、浄化性能が全く期待できないことから、暖機されるまで再生処理を待つこととして、処理を終了する。
次にｒｅｇ１フラグ＝１となった場合のＳ２−１以降の触媒活性時のリッチスパイクモードについて説明する。
Ｓ２−１では、排気の触媒での空間速度ＳＶを推定する。ここでは、吸入空気量Ｑａを用い、これを触媒容量で割った値を空間速度ＳＶとする。但し、触媒容量はエンジンの機種毎に一定であるので、吸入空気量Ｑａをそのまま空間速度の指標として用いてもよい。また、このように吸入空気量Ｑａを用いる他、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆなどを用いることもできる。
【００２７】
ここで、図６に示すように、排気λ＜１（リッチ）で酸素がない状態ではＮＯｘトラップ触媒において、ＮＯｘが排気中の還元成分（ＨＣ、ＣＯ）と反応して、ＮＯｘを浄化できるが、図７又は図８に示すように、排気λ＜１（リッチ）であっても酸素が存在する場合は、まず酸素を消費して還元雰囲気を作り出し、その還元雰囲気においてＮＯｘを浄化することになる。
【００２８】
図７、図８は共に排気λ＜１（リッチ）で酸素がある場合であるが、図７は排気の触媒での空間速度ＳＶが小さい条件、図８は空間速度ＳＶが大きい条件である。
図７のように、空間速度ＳＶが小さい条件では、反応時間が長いため、排気中に酸素が残っていても酸素を消費して還元雰囲気にすることが可能となり、還元雰囲気下でＮＯ２を三元機能で還元可能である。すなわち、ＳＶが小さい状態では、酸素を消費して還元雰囲気を作り出し、さらにその還元雰囲気でトラップしたＮＯｘを浄化する反応時間が確保可能となる。
【００２９】
一方、図８のように、空間速度ＳＶが大きい条件では、反応時間が短いため、排気中に酸素が残っている場合は酸素を消費するのに大半の時間を費やしてしまうので、還元雰囲気となる時間が少なくなる。このため、ＮＯｘ浄化性能が低下してしまう。
また、図９に示すように、ディーゼルエンジンにおいてリッチ運転を実現した場合、ＥＧＲを実施していると燃焼がやや不安定となり、ＥＧＲを実施していない条件に比べ同一の排気λで排気中の残酸素量が多くなる（酸素が多い分、ＣＯ、ＨＣの排出量も多い）。
【００３０】
従って、空間速度ＳＶが大きい状態では、反応時間が短くなることから、酸素を消費するのに反応時間（触媒通過時間）の大半を費やしてしまうため、還元雰囲気となる時間が少なくなり、排気中に残酸素量が多いと、排気λ＜１（リッチ）であってもＮＯｘ浄化率が低下してしまうことから、リッチスパイク時の排気中の残酸素量を少なくしてやる必要がある。
【００３１】
方法としては、例えば、ＥＧＲを行っている条件ではＥＧＲを行わないことで残酸素量を減らすことが可能である。
このため、Ｓ２−２以降では次のように制御する。
Ｓ２−２では、空間速度ＳＶが所定値ＳＶ１より大きいか否かを判定する。
空間速度ＳＶ≦ＳＶ１の場合は、Ｓ２−３へ進み、排気空燃比をリッチにする第１空燃比リッチ化方法を選択して、排気空燃比をリッチにする。具体的には、ＥＧＲを行う運転条件であれば、ＥＧＲを続行したまま、リッチスパイク時の目標λを所定の値λ１に設定し、吸気絞り弁の制御により、図１０に示す目標吸入空気量に制御して、目標λ＝λ１を達成する。また、誤差については、触媒出口側の空燃比センサからの信号に基づいてフィードバック制御を行う。
【００３２】
空間速度ＳＶ＞ＳＶ１の場合は、Ｓ２−４へ進み、排気中の酸素量を前記第１空燃比リッチ化方法より小さくすると共に排気空燃比をリッチにする第２空燃比リッチ化方法を選択して、排気空燃比をリッチ化する。具体的には、ＥＧＲを行う運転条件であれば、ＥＧＲを中止し、リッチスパイク時の目標λを所定の値λ１に設定し、吸気絞り弁の制御により、図１１に示すＥＧＲを行わない場合の目標吸入空気量に制御して、目標λ＝λ１を達成する。また、誤差については、触媒出口側の空燃比センサからの信号に基づいてフィードバック制御を行う。
【００３３】
この場合、リッチスパイク時の目標λを、残酸素量を減らしてもＳ２−３で設定するλ１と同じ値にすることで、過剰なスパイクによるエミッションの悪化、及びスパイクが浅くなることによるＮＯｘ浄化性能の低下を抑制可能となる。
空燃比リッチ化方法について補足すれば、通常のリッチスパイク、すなわち酸素量を低減させる必要がないときのリッチスパイク（第１空燃比リッチ化方法）は、ＥＧＲ、吸気絞り弁、ポスト噴射のうち少なくとも１つを用いて行う。
【００３４】
ＥＧＲを用いる場合、通常のリッチスパイクを行うときは、ＥＧＲ率が大きくなるようＥＧＲ弁開度を大きくすると共に、吸気絞り弁開度を小さくして空気過剰率を小さくする。
ところで、シリンダ内に吸入されたＥＧＲガスの分布（シリンダ内の酸素濃度）は一様でないため、噴射された燃料が燃焼する際、ＥＧＲガス濃度の高い（酸素濃度の低い）領域に存在した燃料は燃え難くＨＣとして排出される。すなわち、燃焼すべき燃料が燃焼しないため、その分、燃焼で消費されるべき酸素が消費されずにそのまま排出されることを意味する。
【００３５】
従って、リッチスパイク時に酸素量を低減させたいときは（第２空燃比リッチ化方法では）、ＥＧＲなしで目標空気過剰率を実現させることで、燃焼で消費されるべき酸素を全てを燃焼させることができ、結果として排気中の酸素量を低減することができる。
すなわち、酸素量を低減させる必要がないときのリッチスパイクがＥＧＲと吸気絞りで行われる場合、酸素量を低減させるときのリッチスパイクは、吸気絞りのみ（ＥＧＲなし）で行うことになる。
【００３６】
また、酸素量を低減させる必要がないときのリッチスパイクがポスト噴射のみで行われる場合（図１２にリッチスパイクのためのポスト噴射量の特性図を示す）、酸素量を低減させるときのリッチスパイクは、吸気絞り弁開度を小さくして吸入空気量を低減させることで排気中の醸素量を低減し、それによって空気過剰率が低下する分だけポスト噴射量を減らすことで実現できる。
【００３７】
すなわち、ポスト噴射等の噴射量の制御によって（未燃燃料を増やすことで）排気λの制御を行っている場合は、未燃燃料の制御による排気λ制御から、空気量の制御による排気λ制御に切換えることで排気中の残酸素量を減らすことが可能となる。
さらに、酸素量を低減させる必要がないときのリッチスパイクがＥＧＲと吸気絞りとポスト噴射で行われる場合、酸素量を低減させるときのリッチスパイクは、吸気絞りのみ（ＥＧＲなし、ポスト噴射なし）か、或いは、吸気絞りとポスト噴射量低減（低減量は吸気絞り量に応じて行う）で行うことができる。
【００３８】
リッチスパイク開始後は、Ｓ２−５へ進む。
Ｓ２−５では、リッチスパイクを開始してからの経過時間（リッチスパイク時間）ｔが所定時間ｔ１を超えたか否かを判定し、超えた場合に、触媒の再生が完了したとみなし、Ｓ２−６でＮＯｘ堆積量の積算値をクリアすると共に、Ｓ２−７でｒｅｇ１フラグを０にする。
【００３９】
次にｒｅｇ２フラグ＝１となった場合のＳ３−１以降の触媒活性が低い時のリッチスパイクモードについて説明する。触媒活性が低い場合は、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ浄化率自体が低下しているため例外的処置をとることにする。すなわち、活性状態が低くＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ浄化率が低い場合、ＳＶが大きいときには、第２空燃比リッチ化方法を選択しても十分なＮＯｘ浄化性能が得られないため、リッチスパイクを見送る。その一方、ＳＶが小さいときには、ＮＯｘ浄化性能が低いことをＮＯｘと反応する還元剤（ＨＣ、ＣＯ）の増量によって補うべく、排気中の残存酸素が第１空燃比リッチ化手段より小さい第２空燃比リッチ化方法を選択する。これにより、ＮＯｘ浄化率の低下によるＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することが可能となる。
【００４０】
Ｓ３−１では、Ｓ２−１と同様に、排気の触媒での空間速度ＳＶを推定する。
Ｓ３−２では、空間速度ＳＶが所定値ＳＶ１より大きいか否かを判定する。
空間速度ＳＶ≦ＳＶ１の場合は、Ｓ３−３へ進み、排気中の酸素量を前記第１空燃比リッチ化方法より小さくすると共に排気空燃比をリッチにする第２空燃比リッチ化方法を選択して、排気空燃比をリッチ化する。具体的には、ＥＧＲを行う運転条件であれば、ＥＧＲを中止し、リッチスパイク時の目標λを所定の値λ１に設定し、吸気絞り弁の制御により、図１１に示すＥＧＲを行わない場合の目標吸入空気量に制御して、目標λ＝λ１を達成する。また、誤差については、触媒出口側の空燃比センサからの信号に基づいてフィードバック制御を行う。この場合も前述の他の方法で排気中の酸素量を少なくするようにしてもよい。
【００４１】
Ｓ３−４では、リッチスパイクを開始してからの経過時間（リッチスパイク時間）ｔが所定時間ｔ１を超えたか否かを判定し、超えた場合に、触媒の再生が完了したとみなし、Ｓ３−５でＮＯｘ堆積量の積算値をクリアすると共に、Ｓ３−６でｒｅｇ２フラグを０にする。
その一方、Ｓ３−２での判定で、ＳＶ＞ＳＶ１の場合は、触媒の活性が低くいことからスパイクを行っても十分なＮＯｘ浄化性能が得られないため、スパイクの実施を見送り、Ｓ３−６でｒｅｇ２フラグを０にして、処理を終了する。
【００４２】
尚、本実施形態においては、図２のＳ１−６の部分が還元浄化時期判定手段に相当し、図３のＳ２−１の部分が空間速度推定手段に相当し、図３のＳ２−２〜Ｓ２−４の部分が目標リッチ空燃比設定手段を含む空燃比リッチ化手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】 排気浄化制御のフローチャート（その１）
【図３】 排気浄化制御のフローチャート（その２）
【図４】 排気浄化制御のフローチャート（その３）
【図５】 温度と触媒活性との関係を示す図
【図６】 排気λ＜１での酸素が無い状態での反応を示す図
【図７】 排気λ＜１で酸素がありＳＶが小さい状態での反応を示す図
【図８】 排気λ＜１で酸素がありＳＶが大きい状態での反応を示す図
【図９】 ＥＧＲの有無による排気中の成分変化を示す図
【図１０】 リッチスパイク時の目標吸入空気量を示す図
【図１１】 ＥＧＲ無しでのリッチスパイク時の目標吸入空気量を示す図
【図１２】 リッチスパイク時のポスト噴射量を示す図
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気通路
５ 吸気絞り弁
８ コモンレール
９ 燃料噴射弁
１０ 排気通路
１１ ＥＧＲ通路
１２ ＥＧＲ弁
１３ ＮＯｘトラップ触媒
２０ コントロールユニット
２１ 回転数センサ
２２ アクセル開度センサ
２３ エアフローメータ
２４ 触媒温度センサ
２５ 空燃比センサ
Claims (8)
- 機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ触媒と、
前記ＮＯｘトラップ触媒の還元浄化時期を判定する還元浄化時期判定手段と、
前記還元浄化時期に、排気空燃比をリッチにする第１空燃比リッチ化方法と、排気空燃比を前記第１空燃比リッチ化方法と同じ値にすると共に排気中の酸素量を前記第１空燃比リッチ化方法より小さくする第２空燃比リッチ化方法とを選択的に切換可能であり、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が小さいときに前記第１空燃比リッチ化方法を選択し、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きいときは前記第２空燃比リッチ化方法を選択する空燃比リッチ化手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 排気空燃比をリッチにする目標リッチ空燃比を設定する目標リッチ空燃比設定手段を備え、
前記空燃比リッチ化手段は、排気空燃比をリッチにする際、前記第１空燃比リッチ化方法及び第２空燃比リッチ化方法のいずれにおいても、排気空燃比を前記目標リッチ空燃比にすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記空燃比リッチ化手段は、排気の空間速度が大きいとき、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する単位時間当たりの排気中の酸素量が大きくなるとみなすことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記空燃比リッチ化手段は、吸入空気量、エンジン回転数及び燃料噴射量のうちの少なくとも１つに基づいて前記空間速度を推定する空間速度推定手段を備えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 機関の排気通路から排気の一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路に配置されたＥＧＲ弁と、機関の吸気通路に配置された吸気絞り弁と、を備え、
前記空燃比リッチ化手段は、前記第１空燃比リッチ化方法を選択しているとき、少なくともＥＧＲ弁で排気空燃比をリッチ化し、前記第２空燃比リッチ化方法を選択しているとき、吸気絞り弁で排気空燃比をリッチ化することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記空燃比リッチ化手段は、前記第１空燃比リッチ化方法を選択しているとき、ＥＧＲを行う条件であれば、ＥＧＲを続行したまま、吸気絞り弁の制御により吸入空気量を制御して排気空燃比をストイキに制御し、前記第２空燃比リッチ化方法を選択しているとき、ＥＧＲを行う条件であれば、ＥＧＲを中止し、吸気絞り弁の制御により吸入空気量を制御して排気空燃比をストイキに制御することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
- メイン噴射の後に少量の燃料を噴射するポスト噴射を可能とする燃料噴射装置と、機関の吸気通路に配置された吸気絞り弁と、を構え、
前記空燃比リッチ化手段は、前記第１空燃比リッチ化方法を選択しているとき、少なくともポスト噴射で排気空燃比をリッチ化し、前記第２空燃比リッチ化方法を選択しているとき、吸気絞り弁で排気空燃比をリッチ化することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記空燃比リッチ化手段は、前記第１空燃比リッチ化方法を選択しているとき、ポスト噴射で排気空燃比をリッチ化し、前記第２空燃比リッチ化方法を選択しているとき、吸気絞り弁開度を小さくして吸入空気量を減少させることで排気中の酸素量を低減し、それによって空気過剰率が低下する分、ポスト噴射量を減少ないしポスト噴射を停止することを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
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