JP3806399B2

JP3806399B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3806399B2
Application number: JP2002349390A
Authority: JP
Inventors: 公二郎岡田; 隆堂ヶ原; 保樹田村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2003206727A

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、排気通路に吸蔵型ＮＯｘ触媒を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
背景技術
近年、内燃機関をリーン空燃比で運転して燃費の向上を図るようにした希薄燃焼内燃機関が実用化されている。この希薄燃焼内燃機関では、リーン空燃比で運転すると、三元触媒がその浄化特性から排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を充分に浄化できないという問題があり、最近では、例えば、リーン空燃比で運転中に排ガス中のＮＯｘを吸蔵または吸着（以下、単に吸蔵と称する。）し、理論空燃比（ストイキ）またはリッチ空燃比で運転中に吸蔵されたＮＯｘを放出還元する吸蔵型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化触媒装置が採用されてきている。
【０００３】
この吸蔵型ＮＯｘ触媒は、内燃機関の酸素の過剰状態で排ガス中のＮＯｘを硝酸塩（Ｘ−ＮＯ₃）として付着させて吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを主として一酸化炭素（ＣＯ）の過剰状態で放出して窒素（Ｎ₂）に還元させる特性（同時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ₃が生成される）を有した触媒である。従って、実際には、リーン空燃比運転が所定時間継続すると、燃焼室内の空燃比の切換えあるいは排気管への還元剤の供給等により排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するようなリッチ空燃比運転に定期的に切換え（これをリッチスパイクという）、これによって酸素濃度低下雰囲気でＣＯの多い還元雰囲気を生成し、吸蔵したＮＯｘを放出して浄化還元（ＮＯｘパージ）することで吸蔵型ＮＯｘ触媒の再生を図ることができる。このような技術は、例えば、特許第２５８６７３８号公報等に開示されている。
【０００４】
ところで、このような吸蔵型ＮＯｘ触媒では、触媒上に吸蔵できるＮＯｘ量に限界があり、吸蔵型ＮＯｘ触媒が吸蔵したＮＯｘ量が限界量に達すると、前述したように、リッチスパイクを実施し、所定のリッチ空燃比の下で所定時間に亘りリッチ空燃比運転が実施される。
【０００５】
ところが、この吸蔵型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸蔵量が限界に達してリッチスパイクが必要となる時点は、吸蔵型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化効率の劣化度合やＮＯｘ及びＣＯの流量に影響する内燃機関の運転条件等によって変化する。このような吸蔵型ＮＯｘ触媒が吸蔵したＮＯｘ量が限界に達したことを検出して再生するものとして、例えば、特開平７−１６６８５１号公報に開示されたものがある。
【０００６】
この公報に開示された「排気浄化装置」は、内燃機関の排気通路にＮＯｘ吸収剤を配置すると共に、このＮＯｘ吸収剤の下流側にＮＯｘセンサを配置し、このＮＯｘセンサが検出した検出値（ＮＯｘ成分の濃度）が判定値を越えたときに、排気空燃比をリッチ空燃比として触媒上からＮＯｘを放出する再生制御（ＮＯｘパージ）を実行するものである。
【０００７】
ところで、世界各国のＮＯｘ排出規制による規制値は、例えば、所定走行距離に対する総ＮＯｘ排出量となっている。前述した従来の「排気浄化装置」では、それぞれのリーン運転区間というある短い期間でＮＯｘ成分の濃度を検出して再生制御を実行しているため、運転者の運転の仕方により、判定値の設定に余裕が少ない場合には、所定走行距離ごとでみた際に必ずしも所望のＮＯｘ排出量、例えば、規制値を確実にクリアすることができなくなる虞がある。
【０００８】
つまり、上述した「排気浄化装置」にあっては、運転中には所定走行距離に対する総ＮＯｘ排出量が所望の値、例えば、規制値を越えていないかどうかを把握していないので、様々な運転が行われた場合でも所定走行距離での総ＮＯｘ排出量が所定値以下となるようにするため、再生制御（ＮＯｘパージ）開始のための上記判定値を予め余裕を十分もって低く設定しておく必要がある。このように判定値を設定することにより、空燃比をリッチまたはストイキとする再生制御（ＮＯｘパージ）の頻度が余裕を十分にもたせた分増加してしまい、燃費が悪化する。即ち、ＣＯ₂の排出量が増大してしまういう問題が発生する。
【０００９】
なお、所定走行距離当たりのＮＯｘ排出量を所定値内に制御するものとして、例えば、特許第２５０３３８７号公報に開示されたものがあるが、この公報に開示された「電子式内燃機関制御装置」は、ストイキ運転領域でのみ、点火時期やＥＧＲ量を制御してＮＯｘ排出量を制御するものであるから、上述したようなリーン空燃比で運転する希薄燃焼内燃機関に適用すると、空燃比を常時ストイキ運転領域にしなくてはならず、燃費の向上を図ることができない。
【００１０】
本発明はこのような問題を解決するものであって、燃費の悪化を招くことなく、あらゆる運転条件においても大気中に放出されるＮＯｘ排出量を直接管理することにより確実に所望のＮＯｘ排出量に抑え、ＮＯｘ排出量低減とＣＯ₂排出量の低減を両立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。
【００１１】
発明の開示
請求項１の発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられて排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中のＮＯｘを浄化または吸蔵するＮＯｘ低減機能と排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに排気ガス中の有害物質を還元する還元機能とを有する排気浄化触媒装置と、大気中に放出されるＮＯｘ濃度を検出または推定するＮＯｘ検知手段と、該ＮＯｘ検知手段の出力に基づいて車両の走行距離計測以降の大気中に放出されるＮＯｘ排出量を随時積算して総ＮＯｘ排出量を演算して車両が所定走行距離に達する前に前記総ＮＯｘ排出量が所定値を越えることが検出または予測される場合にリーン空燃比での運転を中止または抑制する制御手段とを具えている。
【００１２】
従って、排気空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のＮＯｘを浄化または吸蔵しており、所定走行距離を一つのサイクルとして、大気中に放出されるＮＯｘ濃度からＮＯｘ排出量を随時積算して総ＮＯｘ排出量を演算し、所定走行距離に達する前にこの総ＮＯｘ排出量が所定値を越えることが検出または予測されると、リーン空燃比での運転を中止または抑制し、排気浄化触媒装置の還元機能を働かせることであらゆる運転条件においても、燃費の悪化を招くことなく、あらゆる運転条件においても所望のＮＯｘ排出量に抑えることができ、ＮＯｘ排出量低減とＣＯ₂排出量低減を両立することができる。
【００１３】
請求項２の発明の内燃機関の排気浄化装置にて、前記制御手段は、車両が前記所定走行距離に達する前に前記総ＮＯｘ排出量が前記所定値を越えたことが検出された場合に、排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に変更するようにしてもよい。これによって排気ガス中の有害物質を還元すると共に排気浄化触媒装置のＮＯｘ低減機能を直ちに再生することができる。
【００１４】
請求項３の発明の内燃機関の排気浄化装置にて、前記制御手段は、車両が前記所定走行距離に達する前に前記総ＮＯｘ排出量が前記所定値を越えたことを検出して排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に変更した後、車両が前記所定走行距離に達するまでは排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に維持するようにするとよい。これによってＮＯｘ排出を抑制できる。
【００１５】
請求項４の発明の内燃機関の排気浄化装置にて、前記制御手段は、車両が前記所定走行距離に達する前に前記総ＮＯｘ排出量が前記所定値を越えると予測される場合に、リーン空燃比での運転領域を減少させるようにしてもよい。これによってＮＯｘ排出を抑制しながらも最適な運転状態でリーン運転を継続して燃費を向上できる。
【００１６】
請求項５の発明の内燃機関の排気浄化装置にて、前記制御手段は、前記所定走行距離の途中経過時点における前記総ＮＯｘ排出量に基づいてリーン空燃比での運転領域を変更するようにしてもよい。これによってＮＯｘ排出を抑制しながらも最適な運転状態でリーン運転を継続して燃費を向上できる。
【００１７】
請求項６の発明の内燃機関の排気浄化装置にて、前記制御手段は、車両が前記所定走行距離に達すると、前記総ＮＯｘ排出量の演算及び前記所定走行距離の計測をリセットしてもよく、この時点から再びＮＯｘ抑制制御が開始される。
【００１８】
請求項７の発明の内燃機関の排気浄化装置にて、前記制御手段は、車両が前記所定走行距離に達しても、前記総ＮＯｘ排出量が前記所定値を越えない場合は、前記総ＮＯｘ排出量が前記所定値を越えてから排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に変更し、その後に前記総ＮＯｘ排出量の演算及び前記所定走行距離の計測をリセットしてもよく、この時点から再びＮＯｘ抑制制御が開始される。
【００１９】
請求項８の発明の内燃機関の排気浄化装置にて、前記排気浄化触媒装置は、排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵すると共に排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸蔵されたＮＯｘを放出還元するＮＯｘ吸蔵型触媒を含み、前記制御手段は、車両が前記所定走行距離に達する前に前記総ＮＯｘ排出量が所定値を越えることを検出した場合に、排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に変更して前記ＮＯｘ吸蔵型触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出還元した後、車両が前記所定走行距離に達するまでは排気空燃比を理論空燃比に維持するようにしてもよく、これによってＮＯｘの排出を抑制しながらＮＯｘ低減機能を再生できる。
【００２０】
請求項９の発明の内燃機関の排気浄化装置にて、前記制御手段は、前記総ＮＯｘ排出量に対する前記所定値を車速に応じて変更するようにしてもよく、これによって車両の運転状態に応じたＮＯｘ排出の抑制制御が可能となる。
【００２１】
請求項１０の発明の内燃機関の排気浄化装置にて、運転者の加速操作に合わせて理論空燃比もしくはリッチ空燃比に変更すると共に、空燃比変更初期に膨張行程以降での筒内への燃料噴射を併用するようにしてもよく、これによって早期にＮＯｘを還元することで総ＮＯｘ排出量を低減できる。
【００２２】
請求項１１の発明の内燃機関の排気浄化装置にて、前記制御手段は、前記総ＮＯｘ排出量を、前記排気浄化触媒装置の硫黄被毒からの再生状態を考慮して演算するようにしてもよい。
【００２３】
また、請求項１２の発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられて排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中のＮＯｘを浄化または吸蔵するＮＯｘ低減機能と排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに排気ガス中の有害物質を還元する還元機能とを有する排気浄化触媒装置と、大気中に放出されるＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ検知手段と、該ＮＯｘ検知手段の出力に基づいて大気中に放出されるＮＯｘ排出量を前記排気浄化触媒装置の硫黄被毒からの再生状態を考慮して随時積算して総ＮＯｘ排出量を演算し、該総ＮＯｘ排出量が所定値を越えることが検出または予測される場合にリーン空燃比での運転を中止または抑制する制御手段とを具えている。
【００２４】
請求項１３の発明の内燃機関の排気浄化装置にて、前記制御手段は、前記車両が所定走行距離に達する前に前記総ＮＯｘ排出量が所定値を越えることが検出または予測される場合にリーン空燃比での運転を中止または抑制するようにしてもよい。
【００２５】
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
［第１実施形態］
第１実施形態の内燃機関（以下、エンジンと称する。）は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）を切換えることで、吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンである。そして、この筒内噴射型のエンジン１１は、容易にして理論空燃比（ストイキ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能となっており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃比での運転が可能となっている。
【００２７】
本実施形態において、第１図に示すように、エンジン１１のシリンダヘッド１２には、各気筒毎に点火プラグ１３と共に電磁式の燃料噴射弁１４が取付けられており、この燃料噴射弁１４によって燃焼室１５内に燃料を直接噴射可能となっている。この燃料噴射弁１４には、図示しない燃料パイプを介して燃料供給装置（燃料ポンプ）が接続されており、燃料タンク内の燃料が高燃圧で供給され、この燃料を燃料噴射弁１４から燃焼室１５内に向けて所望の燃圧で噴射する。この際、燃料噴射量は燃料ポンプの燃料吐出圧と燃料噴射弁１４の開弁時間（燃料噴射時間）とから決定される。
【００２８】
シリンダヘッド１２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１６の一端がそれぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１６の他端にはドライブバイワイヤ（ＤＢＷ）方式の電動スロットル弁１７が接続されており、このスロットル弁１７にはスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１８が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１９の一端がそれぞれ接続されている。
【００２９】
そして、エンジン１１には、クランク角を検出するクランク角センサ２０が設けられており、このクランク角センサ２０はエンジン回転速度Ｎｅを検出可能となっている。なお、上述した筒内噴射型エンジン１１は既に公知のものであり、その構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
【００３０】
また、エンジン１１の排気マニホールド１９には排気管（排気通路）２１が接続されており、この排気管２１にはエンジン１１に近接した小型の三元触媒２２及び排気浄化触媒装置２３を介して図示しないマフラーが接続されている。そして、この排気管２１における三元触媒２２と排気浄化触媒装置２３との間の部分には、排気浄化触媒装置２３の直上流、即ち、後述する吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のに直上流に位置して排気温度を検出する高温センサ２４が設けられている。
【００３１】
この排気浄化触媒装置２３は、排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中にＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ低減機能と、排気空燃比が理論空燃比近傍のときに排気ガス中の有害物質（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）を浄化する酸化還元機能とをもたせるために、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５と三元触媒２６との２つの触媒を有して構成されており、三元触媒２６の方が吸蔵型ＮＯｘ触媒２５よりも下流側に配設されている。この三元触媒２６は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５から吸蔵されたＮＯｘが放出された際に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５自身で還元しきれなかったＮＯｘを還元する役目も行っている。なお、排気浄化触媒装置２３は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がＮＯｘを還元し、ＨＣとＣＯを酸化する三元触媒の機能（ここでは、三元機能と称する。）を十分有している場合には、この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５だけとした吸蔵型ＮＯｘ触媒と三元触媒の一体型であってもよい。この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸化雰囲気においてＮＯｘを一旦吸蔵させ（ＮＯｘ低減機能）、主としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮＯｘを放出してＮ₂（窒素）等に還元させる還元機能を持つものである。詳しくは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、貴金属として白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等を有した触媒として構成されており、吸蔵材としてはバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されている。そして、排気浄化触媒装置２３の下流側にはＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ（ＮＯｘ検知手段）２７が設けられている。
【００３２】
更に、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を有するＥＣＵ（電子コントロールユニット）２８が設けられており、このＥＣＵ２８によりエンジン１１を含めた本実施形態の排気浄化装置の総合的な制御が行われる。即ち、ＥＣＵ２８の入力側には、上述した高温センサ２４やＮＯｘセンサ２７等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。一方、ＥＣＵ２８の出力側には、点火コイルを介して上述した点火プラグ１３や燃料噴射弁１４等が接続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁１４等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力される。これにより、燃料噴射弁１４から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ１３によって適正なタイミングで点火が実施される。
【００３３】
実際に、ＥＣＵ２８では、図示しないアクセル開度センサからのアクセル開度情報とクランク角センサ２０からのエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち、目標平均有効圧Ｐｅを求めるようにされており、更に、この目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じてマップ（図示せず）より燃料噴射モードを設定するようにされている。例えば、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとが共に小さいときには、燃料噴射モードは圧縮行程噴射モードとされて燃料が圧縮行程で噴射され、一方、目標平均有効圧Ｐｅが大きくなり、あるいはエンジン回転速度Ｎｅが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料が吸気行程で噴射される。
【００３４】
そして、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標Ａ／Ｆに基づいて決定される。また、高温センサ２４により検出された排気温度情報からは触媒温度Ｔcat が推定される。詳しくは、高温センサ２４と吸蔵型ＮＯｘ触媒２５とが多少なりとも離れて配置されていることに起因する誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて温度差マップが予め実験等により設定されており、触媒温度Ｔcat は、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとが決まると一義に推定されるようにされている。
【００３５】
以下、このように構成された本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。
【００３６】
排気浄化触媒装置２３の吸蔵型ＮＯｘ触媒２５では、リーンモードにおける超リーン燃焼運転時のような酸素濃度過剰雰囲気で、排気中のＮＯｘが硝酸塩として吸蔵されて排気の浄化が行われる。一方、酸素濃度が低下した雰囲気では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵した硝酸塩と排気中のＣＯとが反応して炭酸塩が生成されると共にＮＯｘが放出される。従って、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５へのＮＯｘの吸蔵が進むと、空燃比のリッチ化あるいは追加の燃料噴射を行うなどして酸素濃度を低下させてＣＯを供給し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘを放出させて機能を維持する。
【００３７】
ところで、世界各国のＮＯｘ排出規制による規制値は、例えば、所定走行距離に対する総ＮＯｘ排出量となっている。そこで、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置では、車両の走行距離に相関するパラメータ値としての車速センサからの信号をもとに車両の走行距離を検出（走行距離検出手段）する一方、ＮＯｘセンサ２７が吸蔵型ＮＯｘ触媒２５から放出されるＮＯｘ濃度を検出し、ＥＣＵ２８がこのＮＯｘセンサ２７の出力に基づいて大気中に放出され得る総ＮＯｘ排出量を演算し、更に、このＥＣＵ（制御手段）２８が所定の走行距離に達する前に、総ＮＯｘ排出量が所定値を越えた場合に排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に変更することで、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘを放出及び還元浄化し、ＮＯｘ排出量を抑えるようにしている。
【００３８】
ここで、このＮＯｘ排出量制御について、第２図のフローチャートに基づいて説明する。
【００３９】
第２図に示すように、ステップＳ１にてスタータによりエンジンの始動が開始され、始動スイッチがオンされると、ステップＳ２でＮＯｘセンサ２７の活性タイマｔをリセットし、ステップＳ３で、メモリされている走行距離Ｃ_M及びＮＯｘ排出量Ａ_Mを読み込む。この走行距離Ｃ_M及びＮＯｘ排出量Ａ_Mは、後述する方法によって前回運転時において走行距離及びＮＯｘ排出量を積算し、ＮＯｘ排出量抑制を行うなかで、最後にＮＯｘパージが行われず、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５にある程度ＮＯｘが吸蔵された状態でイグニッションオフされた場合に、その時点での走行距離Ｃ及びＮＯｘ排出量ＡをＥＣＵにてバッテリバックアップによりメモリしていたものである。そして、ステップＳ４にて、ＮＯｘセンサ２７の活性タイマｔをセットし、ステップＳ５でＮＯｘセンサ２７が活性したかどうかを判定し、ステップＳ６でＮＯｘセンサ２７が活性するまでその経過時間を積算していき、ＮＯｘセンサ２７が活性したらステップＳ７に移行する。
【００４０】
ステップＳ７では、図示しない走行距離カウンタがリセットされてからの距離Ｃを演算し、ステップＳ８では、リセットされてからＮＯｘセンサ２７が活性するまでの時間に排出されたＮＯｘ量を含む総ＮＯｘ排出量Ａを演算する。この場合、総ＮＯｘ排出量Ａ（ｇ）は下記式（１）によって演算することができる。
Ａ_(n)＝Ａ_(n-1)＋Ｑ×ｄｔ・・・（１）
【００４１】
ここで、Ａ_(n)は総ＮＯｘ排出量、Ａ_(n-1)は前回の総ＮＯｘ排出量、ＱはＮＯｘ排出流量（ｇ／ｓ）、ｄｔはサンプリング時間であり、ＮＯｘ排出流量Ｑは下記式（２）によって演算することができる。
Ｑ＝ＮＯｘ濃度×排気流量・・・（２）
【００４２】
ここで、ＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）は、ＮＯｘセンサ２７の出力値であり、排気流量（ｇ／ｓ）は、エアフローセンサ等により求めた吸気流量（例えば、カルマン渦式エアフローセンサの場合は、エアフローセンサ周波数）で代表してもよいし、予め設定されたエンジン１１の負荷・回転数マップによって設定してもよい。
【００４３】
また、ＮＯｘセンサ２７の出力がストイキまたはリッチ運転からリーン運転への切換直後等で安定しない場合などには、切り換えてから所定期間ＭのＮＯｘ濃度を仮に所定期間Ｍの経過後のＮＯｘセンサ２７の出力値として計算すればよい。もしくは、切換直後のＮＯｘ濃度を０と仮定して、所定期間Ｍの経過後のＮＯｘセンサ２７の出力値まで直線的に増加したと想定して計算してもよいし、徐々に増加したと想定して計算してもよい。
【００４４】
そして、ステップＳ９にて、走行距離Ｃが、例えば、ＮＯｘ排出規制において管理単位として定められた所定走行距離Ｃ₀に達していないかどうかを判定する。ここで、走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達していなければ、ステップＳ１０にて、前述した式（１）で求めた総ＮＯｘ排出量Ａが、所定走行距離Ｃ₀に対するＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えているかどうかを判定する。なお、この場合、ＮＯｘ排出判定量Ａ₀は、ＮＯｘ排出規制により定められたＮＯｘ排出許容量に、リーン運転時以外の運転時におけるＮＯｘ排出量及びＮＯｘセンサ２７の検出精度等によって決定される余裕率αを乗算して決定する。
【００４５】
このステップＳ１０にて、総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えていなければ、ステップＳ８に戻って総ＮＯｘ排出量Ａを前述した式（１）によって演算し直し、つまり、ＮＯｘ排出量を加算し、ステップＳ９にて、ステップＳ７で演算した走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達していなければ、ステップＳ１０にて、再び、総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えているかどうかを判定する。このようにステップＳ１０で総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えるまで、または、ステップＳ９で走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達するまで、ステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０を繰り返す。
【００４６】
そして、ステップＳ１０にて、総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えると、ステップＳ１１において、ＮＯｘ放出制御を実行し、その後、ＮＯｘ抑制制御を実行する。即ち、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５へのＮＯｘの吸蔵が進行したので、排気空燃比をリッチ空燃比として酸素濃度を低下させ、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘを効率よく放出還元させる。そして、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘが放出されると、排気空燃比を理論空燃比としてＮＯｘが触媒の三元機能により還元浄化されるようにすることで所定走行距離Ｃ₀間での総ＮＯｘ排出量ＡをＮＯｘ排出判定量Ａ₀に抑えることができる。
【００４７】
ここで、上述のＮＯｘ放出制御とそれに続くＮＯｘ抑制制御とを第６図のタイムチャートに基づいて説明する。総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えて、ＮＯｘ放出制御としてリーン運転からリッチ運転へ空燃比を切り換える場合、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に主としてＣＯを供給するために、例えば、Ａ／Ｆ＝１２としてから１〜５秒間リッチ運転すると共に、リッチ期間の最初の期間においてＮＯｘが多量に放出されるので、ＮＯｘを還元するＨＣを触媒に供給するためにＡ／Ｆが所定値に達した時点で膨張行程噴射を、例えば０．１〜０．５秒間実行し、その後はＮＯｘはゆっくりと放出されるので、ＣＯ，ＨＣを少量供給すればよいため、空燃比を僅かばかりリッチ（スライトリッチ）に切り換え、例えば、直前のリーン時間の約０〜５０％の時間運転する。このスライトリッチ期間は図示しないＯ₂センサによるフィードバック運転とすればよい。また、時間や空燃比等の各パラメータは運転状態や触媒の状態、例えば、空間速度ＳＶ＝排気流量／触媒容量、触媒へのＣＯ供給量、触媒のＮＯｘ吸蔵量、触媒温度、触媒の劣化状態等に応じて変更する。ここまでの一連のリッチ運転、膨張行程噴射運転、スライトリッチ運転がＮＯｘ放出制御となる。そして、その後のステップＳ１２で、走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達するまで触媒の三元機能により確実にＮＯｘが浄化されるようストイキ運転を続ける（ＮＯｘ放出制御）。なお、第６図のＮＯｘ放出制御では、リッチ運転後、スライトリッチとしているが、触媒の特性によって空燃比をストイキとしてもよい。
【００４８】
このようにＮＯｘ放出制御により吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を再生すると共に、ステップＳ１２で走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達するまで、ＮＯｘ抑制制御により排気空燃比を理論空燃比として走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達すると、ステップＳ１３で排気空燃比を理論空燃比とするＮＯｘ抑制制御を停止する。そして、ステップＳ１４で総ＮＯｘ排出量Ａをリセットしてから、ステップＳ１５で走行距離Ｃをリセットする。
【００４９】
このような所定走行距離Ｃ₀ごとのＮＯｘ排出量制御を具体的に説明すると、第４図に示すように、走行距離Ｃの増加に伴って総ＮＯｘ排出量Ａが増加するが、運転者のアクセルペダルの踏み込みによる自然な加速時の領域Ｐ₁，Ｐ₂で、排気空燃比がリッチまたはストイキ空燃比となってリーン運転継続中に強制的なＡ／Ｆ変更を行う強制ＮＯｘパージを行わなくても、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘが自然に放出される（ここでは、強制ＮＯｘパージに対して自然ＮＯｘパージと称する）。そして、走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達する前に、総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えると、領域Ｐ₃での初めに強制的に排気空燃比をリッチ空燃比（膨張行程噴射及びスライトリッチまたはストイキ空燃比期間を含む）として吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘを放出させ、その後、ＮＯｘが放出され、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の浄化機能が復活（再生）すると、排気空燃比をほぼ理論空燃比とし、走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀を越えるまで主に、三元触媒２６の機能によりＮＯｘの大気中への排出を防止する。そして、走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達した時を基準地点として、総ＮＯｘ排出量Ａ及び走行距離Ｃをリセットし、所定走行距離Ｃ₀ごとのＮＯｘ排出量制御を再び開始する。
【００５０】
一方、第２図に示すように、前述したステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０を繰り返す処理において、ステップＳ１０で総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えずに、ステップＳ９で走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達したときには、ステップＳ１４及びステップＳ１５に移行して総ＮＯｘ排出量Ａ及び走行距離Ｃをリセットする。なお、走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達した時点で、ＮＯｘ放出制御を実施してＮＯｘを放出した後、総ＮＯｘ排出量Ａ及び走行距離Ｃをリセットするようにしてもよい。また、他の実施形態として、総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えずに、ステップＳ９で走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達したときには、走行距離Ｃのみをリセットし、総ＮＯｘ排出量Ａについてはリセットしないようにしてもよい。この場合、再び、ステップＳ１から処理を開始したとき、それまで積算されていた総ＮＯｘ排出量ＡがメモリされているＮＯｘ排出量Ａ_Mとして読み込まれるようにし、前述と同様の処理が実行される。
【００５１】
このようなＮＯｘ排出量制御を具体的に説明すると、第５図に示すように、走行距離Ｃの増加に伴って総ＮＯｘ排出量Ａが増加するが、運転者のアクセルペダルの踏み込みによる自然加速時の領域Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄で、排気空燃比がリッチまたはストイキ空燃比となって吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘが自然に放出される（自然ＮＯｘパージ）。ここでは、走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達しても、総ＮＯｘ排出量ＡはＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えていないので、走行距離Ｃだけがリセットされる。そして、再び走行距離Ｃが０からスタートするが、走行距離Ｃが今回の所定走行距離Ｃ₀に達する前に、総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えることとなった場合、領域Ｐ₅で強制的に排気空燃比をリッチ空燃比（膨張行程噴射及びスライトリッチまたはストイキ空燃比期間を含む）として吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘを放出させる。その後、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の再生が完了すると、総ＮＯｘ排出量Ａ及び走行距離Ｃをリセットし、所定走行距離Ｃ₀ごとのＮＯｘ排出量制御を新たに開始する。
【００５２】
なお、走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達しても、総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えなかったときには、このときに走行距離Ｃをリセットせずに、総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えてＮＯｘ放出制御を実行した後、総ＮＯｘ排出量Ａ及び走行距離Ｃをリセットするようにしてもよい。
【００５３】
また、本実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘ排出量制御に、従来の技術のように、リーン運転継続中に空燃比をリッチ化する強制ＮＯｘパージを組み合わせてもよい。即ち、リーン運転継続時間が極めて長くなったり、触媒劣化が生じたりして浄化効率が大幅に悪化すると、それ以上、リーン運転継続時間を延長しても燃費悪化の抑制につながらないので、空燃比をリッチまたはストイキとし、強制的にＮＯｘパージを行うようにしてもよい。
【００５４】
即ち、第３図のフローチャートに示すように、ステップＴ１にて、強制ＮＯｘパージや自然ＮＯｘパージの信号が入力すると、ステップＴ２では、リーン運転継続時間タイマＬＴがセットされる。そして、ステップＴ３にて、リーン運転継続時間ＬＴが最長リーン運転継続時間Ｄ２を越えているかどうかを判定し、越えていなければステップＴ４に移行する。一方、リーン運転継続時間ＬＴが最長リーン運転継続時間Ｄ２を越えていればステップＴ６に移行し、ＮＯｘ放出制御の実行、つまり、排気空燃比をリッチ空燃比として酸素濃度を低下させ、その間、最初の所定時間は膨張行程噴射を実施し、リッチ空燃比運転の後に、所定期間ストイキもしくはスライトリッチ運転を行うことによって吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘを放出させる。この最長リーン運転継続時間Ｄ２は、通常よく行われる加速により完全にＮＯｘをパージできるリーン時間である。つまり、例えば、通常よく行われる加速が約１５秒程度とし、リーン時間の２５％程度のＮＯｘパージ時間が必要とすると最長リーン運転継続時間Ｄ２は６０秒となり、この時間Ｄ２を越えると通常の１回の加速ではＮＯｘをパージできない、即ち、自然ＮＯｘパージだけでは確実なＮＯｘパージが困難であり、強制ＮＯｘパージが必要と考えられ、この最長リーン運転継続時間Ｄ２の判定を設定している。
【００５５】
そして、ステップＴ４では、リーン運転継続時間ＬＴが加速発生限界時間Ｄ１を越えているかどうかを判定し、越えていなければ何もせずにこのルーチンを抜ける。一方、リーン運転継続時間ＬＴが加速発生限界時間Ｄ１を越えていればステップＴ５に移行し、今回のリーン運転中の総ＮＯｘ排出量Ａがリーン判定量を越えているかどうかを判定する。なお、この加速発生限界時間Ｄ１は、加速発生の周期に相当するものである。つまり、通常、加速発生限界時間Ｄ１以内には加速するだろうと推測できる値であり、例えば、約３０秒程度とし、これ以上リーン運転が継続する場合にはこの先も加速が発生しにくい、即ち、自然ＮＯｘパージが行われる可能性が少なく、強制ＮＯｘパージが必要と考えられ、この加速発生限界時間Ｄ１を設定している。
【００５６】
また、上述したリーン判定量はそれぞれのリーン運転期間におけるＮＯｘ排出量を抑制するための判定量であり、下記式（３）によって演算することができる。
リーン判定量＝判定値×リーン頻度×制御周期・・・（３）
【００５７】
ここで、判定値（ｇ／ｋｍ）は１ｋｍあたりのＮＯｘ排出判定量Ａ₀、制御周期はリーン運転での走行距離にＮＯｘパージ運転での走行距離を加算したものである。
【００５８】
そして、ステップＴ５にて、今回のリーン運転中の総ＮＯｘ排出量Ａがリーン判定量を越えていれば、ステップＴ６に移行し、ここで、前述と同様に、ＮＯｘ放出制御の実行、つまり、排気空燃比をリッチ空燃比として酸素濃度を低下させ、その間、最初の所定時間は膨張行程噴射を実施し、リッチ空燃比運転の後に、所定期間ストイキもしくはスライトリッチ運転を行うことによって吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘを放出させる。一方、総ＮＯｘ排出量Ａがリーン判定量を越えていなければ何もせずにこのルーチンを抜ける。
【００５９】
なお、このステップＴ５では、今回のリーン運転中の総ＮＯｘ排出量Ａがリーン判定量を越えていれば、ＮＯｘ放出制御を実行するようにしたが、リーン運転継続時間ＬＴの間のＮＯｘ平均濃度が所定値を越えていたときにＮＯｘ放出制御を実行してもよい。この場合、ＮＯｘ平均濃度は、リーン運転継続時間ＬＴの間のＮＯｘセンサ２７の検出値の平均値としてもよく、また、リーン運転継続時間ＬＴの経過時点でのＮＯｘセンサ２７の瞬時値としてもよい。また、ＮＯｘ平均濃度の所定値はエンジン回転速度Ｎｅと目標平均有効圧Ｐｅに対するマップであり、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の浄化効率を、例えば、５０％以上に維持するようにＮＯｘ放出制御を考えた場合には、ＮＯｘ濃度に０．５を乗算した値とすればよく、浄化効率を１００％としたい場合には０に近似する値に設定すればよい。
【００６０】
また、この強制ＮＯｘパージ制御の完了は、総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀以下で、且つ、このＮＯｘパージ時間が所定時間以上、例えば、前回のリーン運転時間とＮＯｘパージ係数Ｅ１との乗算値以上となったときとして判定してもよい。この場合、ＮＯｘパージ時間は、例えば、リーン時間の約２５％程度を必要とすると、ＮＯｘパージ係数Ｅ１は０．２５となる。
【００６１】
そして、上述した実施形態の中の領域Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄のように自然な加速により空燃比がリーンからリッチまたはストイキに切り換るタイミングに合わせて、ＮＯｘ放出制御、即ち、所定Ａ／Ｆへの所定時間リッチ化（触媒特性によってはスライトリッチを含むストイキ化でもよい）及びＡ／Ｆ変更初期の所定時間膨張行程噴射及びリッチ化後の所定時間ストイキ（スライトリッチ）化を行ってもよい（このように自然加速にあわせて行うリッチ化、膨張行程噴射、ストイキ化もここではＮＯｘ放出制御と称する）。こうすることによって、より確実にＮＯｘパージできる一方で、元々運転者の意図した加速によるリッチ化またはストイキ化に合わせてリッチ化を行うので、元々リーン運転であるところでリッチ化を行う強制ＮＯｘパージに比較してリッチ化に要する燃料量は少なくてすむ。
【００６２】
また、元々運転者が加速に伴うショックを予期しているときにそれに合わせて空燃比の切り換えを行うので、リーン運転中に運転者の予期しないタイミングでリッチ化を行う強制ＮＯｘパージに比べて、空燃比切り換え時のショックを運転者は感じにくい。更に、自然加速等による空燃比変化にあわせてＮＯｘ放出制御を行う際、リーンからストイキに切り換る場合にのみ行い、リーンからリッチに切り換る場合はすでに十分リッチ化されているとしてＮＯｘ放出制御を行わないとしてもよい。また、自然加速時のリッチ度合いに応じてＮＯｘ放出制御の実施要否を判断してもよい。
【００６３】
即ち、ＮＯｘ放出制御時の目標空燃比を空燃比の上限値（リーン側の限界値）とし、自然加速時のリッチ度合いが小さい場合、例えば、自然加速時の目標空燃比がＮＯｘ放出制御時の目標空燃比よりリーン側の設定であった場合は、ＮＯｘ放出制御時の目標空燃比よりリーン側とならないようにＮＯｘ放出制御によるリッチ化を行い、加速度合いが大きいときなどすでに十分リッチとされている場合、例えば、自然加速時の目標空燃比がＮＯｘ放出制御時の目標空燃比よりリッチ側であった場合は、あえてＮＯｘ放出制御によるリッチ化は実施しないとしてもよい。また、自然加速によりリーンからストイキに切り換る場合は、リッチ化及び膨張行程噴射のみ行い、ストイキ（スライトリッチ）化部分は省略してもよい。ここでは、このような自然加速による空燃比の切り換わりにＮＯｘ放出制御を組み合わせた方法も含めで自然ＮＯｘパージと称する。
【００６４】
このように本実施形態の内燃機関の排気浄化装置にあっては、ＮＯｘセンサ２７が吸蔵型ＮＯｘ触媒２５から大気中に放出され得るＮＯｘ濃度を検出し、このＮＯｘセンサ２７の出力に基づいて大気中に放出され得る総ＮＯｘ排出量Ａを演算し、走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達する前に、総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出規制により定められたＮＯｘ排出判定量に対応したＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えたときには、排気空燃比をリッチ空燃比に変更することで吸蔵型ＮＯｘ触媒２５から効率よくＮＯｘを放出還元させ、その後、理論空燃比に変更することで触媒の三元機能によりＮＯｘが還元浄化されるようにしている。
【００６５】
そのため、所定期間のＮＯｘ排出量を直接管理することにより精度良く所望の値に抑えることができると同時に、各々の短いリーン運転区間ごとにＮＯｘ排出量を判定してＮＯｘパージ（強制ＮＯｘパージ）を開始する従来の技術を用いた場合のように、種々の運転を想定して予め判定値に大きな余裕を持たせておく必要がなく、ＮＯｘパージ頻度が増加することもないので、ＮＯｘパージによる燃費の悪化、即ち、ＣＯ₂排出量の増大が非常に少ない。また、自然ＮＯｘパージの頻度は道路状況あるいは運転者の運転特性等種々の要因により異なってくるが、本発明は、強制ＮＯｘパージは元来リーン運転の領域でリッチまたはストイキ運転とするため、燃費悪化が大きいので極力使わないようにし、燃費悪化が無い、もしくは非常に小さい自然ＮＯｘパージの機会を極力利用してＮＯｘパージしようとするものである。そのため、前述の強制ＮＯｘパージと組み合わせない実施形態においては、所定走行距離の最初のうちは運転者の加速運転等による自然ＮＯｘパージが行われるのを待ち、所定走行距離が終わりが近つき、自然ＮＯｘパージのみでは総ＮＯｘ排出量が判定値を上回りそうな場合のみＮＯｘ放出制御及びＮＯｘ抑制制御を行うので、ＮＯｘパージによる燃費の悪化、即ち、ＣＯ₂排出量の増大がない、もしくは非常に少ない。強制ＮＯｘパージと組み合わせた実施形態においても強制ＮＯｘパージは極力行わないようにしているので、同様にＮＯｘパージによる燃費の悪化、即ち、ＣＯ₂排出量の増大が少ない。
【００６６】
更には、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の種類によって、ＮＯｘ吸蔵能力が優れている場合には、ＮＯｘ放出制御は行わずにＮＯｘ抑制制御のみとしてもよい。即ち、強制ＮＯｘパージ、自然加速に合わせたＮＯｘ放出制御を含めてＮＯｘ放出制御は行わずに、総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀に達したときに、ＮＯｘ抑制制御のみ行うようにする。これはＮＯｘ吸蔵能力が優れている場合には、運転者の意図した自然な加速によるリッチ化またはストイキ化のみで十分ＮＯｘはパージできると考えられるためで、パージできないできない場合があったとしても、ＮＯｘ抑制制御によって触媒の三元機能でＮＯｘを浄化還元する。こうすることにより、更に、燃費の悪化、即ち、ＣＯ₂排出量の増大を防止できる。
【００６７】
このように本実施形態では、所定走行距離Ｃ₀あたりの総ＮＯｘ排出量Ａを判定することで、燃費の悪化を抑制すると共に、所定期間のＮＯｘ排出量を所望の値に抑えることができ、ＮＯｘ排出規制を良好に達成することができると同時に、ＣＯ₂排出量を抑えることができる。
【００６８】
［第２実施形態］
第２実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、各時点でのＮＯｘ排出状況（総ＮＯｘ排出量Ａ）に応じてリーン運転領域を変更することで、所定走行距離走行時の総ＮＯｘ排出量が所定値以下となるように制御して燃費低減とＮＯｘ排出量低減を両立し、特に車両の加速時の全てあるいは一部においてもリーン運転した場合であっても、所定走行期間での総ＮＯｘ排出量を確実に所定値以下に抑制することができるものである。
【００６９】
即ち、第７図に示すように、ステップＰ１にて図示しない走行距離カウンタがリセットされてからの走行距離Ｃを演算し、ステップＰ２では、リセットされてからＮＯｘセンサ２７が活性するまでの時間に排出されたＮＯｘ量を含む総ＮＯｘ排出量Ａを演算する。この総ＮＯｘ排出量Ａの演算方法は、前述した第１実施形態と同様である。
【００７０】
ステップＰ３では、求めた走行距離Ｃと総ＮＯｘ排出量Ａによりリーンゾーン選択マップに基づいてリーン領域上限出力を設定する。このリーンゾーン選択マップは、例えば、第８図に示すように、横軸を走行距離Ｃとして縦軸を総ＮＯｘ排出量Ａとした領域を複数に区画したものであり、原点（走行距離Ｃ＝０，総ＮＯｘ排出量Ａ＝０）と所定走行距離Ｃ₀のときに総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出判定量Ａ₀に達した点を結んだ線の下方領域をＰＡ１＝Ａ領域（現時点での走行距離Ｃと総ＮＯｘ排出量ＡがＰＡ１＝Ａ領域にあれば、現在のＮＯｘ排出量のペースで走行を継続していけば、所定走行距離Ｃ₀に達して時点でＮＯｘ排出判定量Ａ₀以下になると予測できる。）とし、これと平行な複数の線によって区画し、且つ、ＮＯｘ排出判定量Ａ₀より下方の領域をそれぞれＰＡ１＝Ｂ，Ｃ，Ｄ領域とし、総ＮＯｘ排出量Ａ＝ＮＯｘ排出判定量Ａ₀のときをＰＡ１＝Ｅ領域としている。
【００７１】
従って、ステップＰ３では、現時点の走行距離Ｃと総ＮＯｘ排出量Ａの交点がリーンゾーン選択マップのどの領域にあるかでリーン領域上限出力を設定する。そして、ステップＰ４では、車両の要求出力ＰＳ_Rを下記式（４）によって演算する。なお、係数Ｍは単位を合わせるための係数である。
要求出力ＰＳ_R＝目標平均有効圧Ｐｅ×エンジン回転速度Ｎｅ×係数Ｍ・・・（４）
【００７２】
そして、ステップＰ５にて、要求出力ＰＳ_Rがリーンゾーン選択マップにより求めたリーン領域上限出力ＰＳ１よりも大きいかどうかをリーンゾーンマップにより判定する。このリーンゾーンマップは、第９図に示すように、横軸をエンジン回転速度Ｎｅとして縦軸を目標平均有効圧Ｐｅとした領域をエンジン出力が等しくなる点を結んだ複数の等出力線で区画したものであり、各線の内側がリーン運転領域であり、外側がＷ／Ｏリーン（ストイキまたはリッチ）運転領域である。
【００７３】
このリーンゾーンマップにて、初期リーンゾーンを示す境界Ａは燃費面はさほど気にせずに燃焼面等から最大限リーン運転領域を広くできるように設定している。そうすることで、高負荷域もリーン運転域となり、加速時等もリーン運転が可能となる。実際の運転においては、定常運転（通常、リーン運転）は少なく、過渡運転（加速運転もしくは減速運転、通常、加速運転ではストイキもしくはリッチ運転）の頻度が高いため、結果としてリーン頻度が向上して燃費を向上させることが可能となる。また、アクセル踏み込み変化速度が速いことにより加速と判定した場合の全てもしくは一部においてもリーン運転を行う場合には、通常の一般的な運転の範囲においてはオールリーン運転も可能となり、燃費を大きく向上させることが可能となる。一方、リーンゾーンマップにて境界Ｄは、例えば、触媒が劣化してＮＯｘ排出量が増加してリーン運転ゾーンを狭くしなくてはならない場合でも、最低でも、例えば、車速６０km/hはリーン運転したいという場合は、この車速６０km/h定常走行に必要な出力点を通る線とする。
【００７４】
従って、ステップＰ３で設定されたリーン領域出力がＰＳ１＝Ａとすると、第９図に示すリーンゾーンマップにて、境界Ａの内側がリーン運転領域で、外側が非リーン（Ｗ／Ｏリーン）運転領域となり、ステップＰ５では、求めた要求出力ＰＳ_Rがどちらの領域にあるかどうかを判定している。
【００７５】
このステップＰ５にて、要求出力ＰＳ_Rがリーン運転領域にあれば、ステップＳ６に移行してリーン運転を継続するが、要求出力ＰＳ_Rが非リーン運転領域にあれば、ステップＳ７に移行してリーン運転を禁止し、ＮＯｘ放出制御を実行し、その後、ＮＯｘ抑制制御を実行する。この場合、ＮＯｘ放出制御は触媒の特性に合わせて、排気空燃比のリッチ化、ストイキ化、膨張行程噴射のいずれかを選択して行ってもよい。また、ステップＰ３で設定されたリーン上限出力がＰＳ１＝Ｅであった場合には、これ以上ＮＯｘを排出することは全くできないので、リーンゾーンマップでは領域Ｅ、即ち、要求出力ＰＳ_Rがいくらであってもリーン運転禁止となる。
【００７６】
なお、第８図に示すリーンゾーン選択マップ及び第９図に示すリーンゾーンマップにて、領域の区画数はＡ〜Ｅに限定されるものではなく、これより多くてもすくなくてもよい。また、第９図に示すリーンゾーンマップにて、領域をエンジン等出力線で区画したが、等エンジンアウトＮＯｘ排出量線等、テールパイプＮＯｘ排出量線などであってもよい。
【００７７】
このように本実施形態の内燃機関の排気浄化装置にあっては、ＮＯｘセンサ２７が吸蔵型ＮＯｘ触媒２５から大気中に放出され得るＮＯｘ濃度を検出し、このＮＯｘセンサ２７の出力に基づいて大気中に放出され得る総ＮＯｘ排出量Ａを演算し、走行距離Ｃが所定走行距離Ｃ₀に達する前に、総ＮＯｘ排出量ＡがＮＯｘ排出規制により定められたＮＯｘ排出判定量に対応したＮＯｘ排出判定量Ａ₀を越えると予測されるときには、リーン空燃比での運転領域を減少するようにしている。
【００７８】
そのため、各時点で吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の浄化能力状況に基づくＮＯｘ排出状況に応じてリーン空燃比での運転領域を拡大したり減少したりすることで、所定期間の総ＮＯｘ排出量を所望の値に抑えることができると共に、車両加速時の全てもしくは一部においてもリーン運転を可能としてリーン運転頻度を大きくしても所定期間の総ＮＯｘ排出量Ａを所望の値に抑えることができるので、燃費を大きく向上できる。
【００７９】
なお、上述の実施形態では、総ＮＯｘ排出量Ａを判定するためのＮＯｘ排出判定量Ａ₀を一定としたが、例えば、ＮＯｘ排出規制の規制値が車速によって分けられていた場合等には、ＮＯｘ排出判定量Ａ₀を車速によって設定し、所定期間の平均車速の変化に応じて滑らかに変更するとして、例えば、マップにて設定してもよい。例えば、低車速での判定値Ｃ₁（ｇ／ｋｍ）と高車速での判定値Ｃ₂（ｇ／ｋｍ）とを設定し、その間を直線補間によって求めてもよい。なお、この場合、Ｃ₁＜Ｃ₂である。
【００８０】
また、ＮＯｘ排出判定量Ａ₀を車速によって設定した場合、ＮＯｘ排出量Ａ₀（ｇ）を平均車速からではなく、下記式（５）のように、その時々の車速に対する判定値の積算に基づいて求めてもよい。
Ａ_(n)＝Ａ_(n-1)＋Ｈ×Ｖ×ｄｔ・・・（５）
【００８１】
ここで、Ｈは瞬時の車速Ｖに対してマップより求めた判定値（ｇ／ｋｍ）であり、ｄｔは計算周期である。
【００８２】
また、総ＮＯｘ排出量Ａを判定するための所定走行距離Ｃ₀は、世界各国のＮＯｘ排出規制として主に用いられる管理単位である１ｋｍ、またはそれより短くしたりしてもよく、短いほどＮＯｘ排出量の判定精度を向上することが可能である。あるいは、所定走行距離Ｃ₀を、例えば、４ｋｍとし、これより小さい値、例えば、１ｋｍずつずらして４パターンの総ＮＯｘ排出量Ａの演算を行い、各パターンごとの総ＮＯｘ排出量Ａの判定を行うようにすることで、ＮＯｘ排出量の判定精度を向上できる。
【００８３】
また、前述した実施形態では、余裕率αとしてＮＯｘ排出許容量に乗算してＮＯｘ排出判定量Ａ₀を求めたが、差としてＮＯｘ排出許容量から余裕率α減算してＮＯｘ排出判定量Ａ₀を求めてもよく、更には、リーン運転以外の運転の割合に応じて変更してもよい。更に、ＮＯｘセンサ２７の劣化による経時変化を考慮してトータルの走行距離に応じて余裕率α変更してもよい。そして、リーン運転以外の運転時のＮＯｘ排出量による影響分α１とＮＯｘセンサ２７の検出精度による影響分α２に分け、ＮＯｘ排出許容量に余裕率α１とα２を乗算または減算してＮＯｘ排出判定量Ａ₀を求めてもよい。
【００８４】
また、ＮＯｘセンサ２７の劣化による経時変化を考慮してＮＯｘセンサ出力を補正して総ＮＯｘ排出量の演算に用いてもよい。
【００８５】
また、最長リーン運転継続時間Ｄ２、加速発生限界時間Ｄ１、ＮＯｘパージ係数Ｅ１等を吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の能力によって決定するのがよく、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の劣化に応じて決定してもよい。この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の劣化判定方法としては、リーン頻度の低下（ＮＯｘセンサを用いてリーン運転とそれ以外の運転の切換を判定した場合）、トータル走行距離、ＮＯｘセンサ２７の出力値、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の上流に配設したＮＯｘセンサと下流のＮＯｘセンサ２７の出力差、新たに吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の下流もしくは上流に設置したリニアＡ／ＦセンサもしくはＯ₂センサのＮＯｘ放出制御中の挙動変化等から求めればよい。更に、最長リーン運転継続時間Ｄ２、加速発生限界時間Ｐ１は各運転者の特性を走行中に学習して決定してもよい。
【００８６】
但し、最長リーン運転継続時間Ｄ２、加速発生限界時間Ｄ１を、例えば、５〜１０秒程度に小さくしすぎると、強制ＮＯｘパージの頻度が増加し、それに伴って燃費が悪化する。特に、強制ＮＯｘパージにおける空燃比の切換時に空燃比のテーリングを行う場合、ＮＯｘ放出にはあまり寄与しない空燃比切換に伴う空燃比テーリング時間の累積時間が増加して全体の燃費が悪化すると同時に、切換ショックによりドライバビリティが悪化するため、最長リーン運転継続時間Ｄ２は２０〜３０秒程度を下限値とするのがよい。
【００８７】
また、強制ＮＯｘパージの開始あるいは完了を、ＮＯｘセンサの出力を用いて判定するようにしてもよい。更に、ＮＯｘセンサを吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の上流にも配設し、上流のＮＯｘセンサと下流のＮＯｘセンサ２７の出力差から触媒浄化効率の悪化を判定してリーン運転を停止し、強制ＮＯｘパージを行ってもよい。また、ストイキ及びリッチ運転中のＮＯｘ濃度もＮＯｘセンサ出力から求めるようにし、総ＮＯｘ排出判定量Ａの演算に加えてもよいし、ＮＯｘ放出制御の終了時点の判定に用いてもよい。更に、ＮＯｘセンサ２７を三元触媒２６の下流側としたが、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５と三元触媒２６の間であってもよく、これにより吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の排出挙動を応答性良く測定できる。この場合、総ＮＯｘ排出量の演算はＮＯｘセンサの出力にＮＯｘセンサ下流の三元触媒２６の浄化効率を考慮して行う。なお、ＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度出力代わりに、ＮＯｘセンサからのリニアＡ／Ｆ出力を用いて制御するようにしてもよく、ＮＯｘセンサ代わりに、リニアＡ／Ｆセンサ、あるいはＯ₂センサ、例えば、表層に触媒を添付した触媒付きＯ₂センサの出力を用いて制御するようにしてもよい。
【００８８】
また、ＮＯｘ放出制御を行う際のリッチ運転、膨張行程噴射、ストイキ（スライトリッチ）運転について、各々の時間、空燃比等の各パラメータは、直前のリーン運転時間、あるいは直前のリーン運転期間中のＮＯｘ排出量に基づいて設定するようにしてもよい。また、ここではＮＯｘを確実に放出するための最適なＮＯｘ放出方法として、ＮＯｘ放出制御をリッチ運転、膨張行程噴射、ストイキ（スライトリッチ）運転の組み合わせで行っているが、最適なＮＯｘ放出方法は吸蔵型ＮＯｘ触媒の放出特性によって変わるものであり、各々の時間、空燃比等の各パラメータは吸蔵型ＮＯｘ触媒の種類、更には三元触媒との組み合わせ方によって決まってくる。そのため、触媒の種類、組み合わせ方によっては膨張行程噴射をなしとしてもよいし、ストイキ（スライトリッチ）期間をなしとしてもよいし、リッチ期間をなしとしてもよい。更には、リッチ期間及び膨張行程噴射を共になくしてストイキ（スライトリッチ）期間のみとしてもよいし、膨張行程噴射及びストイキ（スライトリッチ）期間を共になくしてリッチ期間のみとしてもよい。
【００８９】
また、本実施形態では、ＮＯｘセンサ２７を用いてＮＯｘ排出量制御を行っているが、ＮＯｘセンサ２７を用いずに下記式（６）によって総ＮＯｘ排出判定量Ａを演算し、ＮＯｘ排出量制御を行うこともできる。
Ａ_(n)＝Ａ_(n-1)＋ＮＯｘ排出値×計算周期・・・（６）
【００９０】
このＮＯｘ排出値（ｇ／ｓ）は、大気中に放出され得るＮＯｘ値としてエンジン１１の負荷・回転数マップあるいは車速マップによって予め実験的に求めた値が設定されている。この場合、ＮＯｘセンサ２７を用いないため、コスト面で有利となる。
【００９１】
また、ＮＯｘ排出値は触媒の浄化効率によって異なるが、特に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が燃料中のＳ分、即ち、硫黄（サルファ）によって被毒すると浄化効率は著しく低下する。その一方で、Ｓ被毒により浄化効率が低下した触媒を高温（例えば、５５０℃以上）で且つリッチとしてやると触媒に蓄積されたＳ分が放出されて触媒は再生して浄化効率が復活する（Ｓ再生）。そこで、ＮＯｘセンサ２７を用いずに総ＮＯｘ排出量Ａを求める際、下記式（７）のように、どの程度触媒にＳ分が蓄積されて浄化効率が低下しているか、即ち、どの程度Ｓ再生しているかを考慮するようにしても良い。

【００９２】
ここで、ＮＯｘ₀はＳ再生できていない場合、即ち、Ｓが飽和状態にまで蓄積されて浄化効率が低下しているときの大気中に放出され得るＮＯｘ排出値（ｇ／ｓ）である。これは予め実験的に求めた値を負荷・回転数マップあるいは車速マップとして設定すれば良い。一方、ＮＯｘ₁はＳ再生済の場合、即ち、Ｓ再生直後のＳが蓄積されていないときの大気中に放出され得るＮＯｘ排出値（ｇ／ｓ）であり、ＮＯｘ₀と同様に、負荷・回転数マップあるいは車速マップとすればよい。Ｋは空燃比に関するパラメータであり、ここではリーン運転時にのみＮＯｘ排出値を積算するとして、リーン運転時は１とし、リーン運転時以外のときは０とする。ＴＲはＳ再生がどの程度行われているかのＳ再生度合いを表すもので、所定走行距離Ｃ_S（例えば、５００〜１０００ｋｍの適当な値）を走行する間に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に蓄積されたＳ分を放出するために、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度が所定温度（例えば、７００℃）相当となる時間（Ｓ再生時間）が所定時間Ｔ_S（例えば、３〜１０分の適当な値）必要とすると、それに対する実際の走行距離とＳ再生時間の比として、下式（８）にて計算する。Ｓ再生時間を求める際には、Ｓ再生する速度は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度によって異なり、温度が高いほどＳ再生する速度は指数関数的に増加するので、各々の触媒温度でのＳ再生速度の違いを考慮して適当な触媒温度（例えば、７００℃）でのＳ再生時間に換算して求めれば良い。このＴＲによってＳ再生度合いを判断して、ＮＯｘ排出値の２つのマップＮＯｘ₀（Ｓ再生無し）とＮＯｘ₁（Ｓ再生あり）から総ＮＯｘ排出量Ａを求めるようにしている。

【００９３】
なお、吸蔵型ＮＯｘ触媒の浄化効率はＳ被毒の他に熱劣化等によっても低下するので、Ｓ被毒以外による浄化効率低下度合いを代表するものとしてトータルの走行距離の影響も含めるようにしてもよい。
【００９４】
そして、上述の実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化触媒装置について説明したが、本発明は、車両の走行距離に達する前に総ＮＯｘ排出量Ａが所定値を越えないように排気空燃比を変更することが特徴とするものであり、触媒の種類や配置に限定されるものではなく、例えば、近接三元触媒が排気マニホールド一体式の場合でもよく、近接三元触媒がない場合でもよい。また、本実施形態では、排気浄化触媒装置に吸蔵型ＮＯｘ触媒を用いているが、前述したように、触媒に吸着したＮＯｘを直接還元する吸着タイプのＮＯｘ触媒を用いてもよい。更に、排気空燃比がリーン空燃比でＨＣ存在下で、排気ガス中のＮＯｘを浄化できる選択還元型ＮＯｘ触媒を用いてもよいが、この場合、ＮＯｘ放出制御はは行わない。更に、リーン運転が可能なエンジンであれば、エンジン型式には限定されず、吸気管噴射型のリーンバーンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンでもよい。
【００９５】
産業上の利用可能性
以上のように、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、あらゆる運転条件において確実に所望のＮＯｘ排出量に抑えてＮＯｘ排出量低減とＣＯ₂排出量の低減を両立するものであり、排気通路に吸蔵型ＮＯｘ触媒を有するリーンバーンエンジンに用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置によるＮＯｘ排出量制御のフローチャートである。
【図３】強制ＮＯｘパージ制御のフローチャートである。
【図４】ＮＯｘ排出量制御のタイムチャートである。
【図５】ＮＯｘ排出量制御のタイムチャートである。
【図６】ＮＯｘ放出制御及びＮＯｘ抑制制御のタイムチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によるＮＯｘ排出量制御のフローチャートである。
【図８】走行距離と総ＮＯｘ排出量とに基づくリーンゾーン選択マップである。
【図９】エンジン回転速度と目標平均有効圧とに基づくリーンゾーンマップである。[0001]
Technical field
The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having a storage type NOx catalyst in an exhaust passage.
[0002]
Background art
In recent years, lean combustion internal combustion engines in which an internal combustion engine is operated at a lean air-fuel ratio to improve fuel efficiency have been put into practical use. In this lean combustion internal combustion engine, when operating at a lean air-fuel ratio, there is a problem that the three-way catalyst cannot sufficiently purify NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas due to its purification characteristics. Recently, for example, at a lean air-fuel ratio, A storage-type NOx catalyst that stores or adsorbs NOx in exhaust gas during operation (hereinafter simply referred to as storage) and releases and reduces NOx stored during operation at a stoichiometric or rich air-fuel ratio is provided. Exhaust gas purification catalyst devices have been adopted.
[0003]
This occlusion-type NOx catalyst converts NOx in exhaust gas to nitrate (X-NO) in an oxygen excess state of an internal combustion engine. _Three ) Adsorbed and occluded, and the occluded NOx is released mainly in an excess state of carbon monoxide (CO) to form nitrogen (N ₂ ) To reduce (at the same time carbonate X-CO _Three Is produced). Therefore, in practice, when the lean air-fuel ratio operation continues for a predetermined time, the exhaust air-fuel ratio is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio by switching the air-fuel ratio in the combustion chamber or supplying the reducing agent to the exhaust pipe. Switching to rich air-fuel ratio operation periodically (this is called a rich spike), thereby creating a reducing atmosphere with a large amount of CO in an atmosphere with a low oxygen concentration, and releasing the stored NOx and purifying and reducing (NOx purge). The type NOx catalyst can be regenerated. Such a technique is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2586738.
[0004]
By the way, in such a storage type NOx catalyst, there is a limit to the amount of NOx that can be stored on the catalyst, and when the amount of NOx stored by the storage type NOx catalyst reaches the limit amount, as described above, rich spike is performed, The rich air-fuel ratio operation is performed for a predetermined time under a predetermined rich air-fuel ratio.
[0005]
However, when the NOx occlusion amount in the occlusion type NOx catalyst reaches the limit and the rich spike is required, the operation of the internal combustion engine that affects the deterioration degree of the NOx purification efficiency of the occlusion type NOx catalyst and the flow rates of NOx and CO is affected. Varies depending on conditions. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-166681 discloses that the NOx amount occluded by such an occlusion-type NOx catalyst is detected and regenerated.
[0006]
The “exhaust gas purification device” disclosed in this publication arranges a NOx absorbent in an exhaust passage of an internal combustion engine, arranges a NOx sensor downstream of the NOx absorbent, and detects a detected value ( When the concentration of the NOx component) exceeds the determination value, regeneration control (NOx purge) is performed in which the exhaust air-fuel ratio is made rich and the NOx is released from the catalyst.
[0007]
By the way, the regulation value by the NOx emission regulation of the countries of the world is, for example, the total NOx emission amount with respect to a predetermined travel distance. In the above-described conventional “exhaust gas purification device”, the regeneration control is executed by detecting the concentration of the NOx component in a certain short period of each lean operation section. Therefore, the determination value is set depending on how the driver operates. If the margin is small, there is a possibility that a desired NOx emission amount, for example, a regulation value cannot be surely cleared when viewed at every predetermined travel distance.
[0008]
That is, in the above-described “exhaust gas purification device”, it is not known whether the total NOx emission amount for a predetermined travel distance exceeds a desired value, for example, a regulation value during operation. Even when the operation is performed, the above determination value for starting the regeneration control (NOx purge) is set sufficiently low with a sufficient margin so that the total NOx emission amount at the predetermined travel distance is less than the predetermined value. It is necessary to keep. By setting the determination value in this manner, the frequency of regeneration control (NOx purge) that makes the air-fuel ratio rich or stoichiometric increases by a sufficient margin, and fuel efficiency deteriorates. That is, CO ₂ This causes a problem that the amount of discharge increases.
[0009]
In addition, as what controls NOx discharge | emission amount per predetermined travel distance within a predetermined value, for example, there is what was disclosed in Japanese Patent No. 2503387, and “electronic internal combustion engine control device” disclosed in this gazette Since the NOx emission amount is controlled by controlling the ignition timing and EGR amount only in the stoichiometric operation region, when applied to the lean combustion internal combustion engine that operates at the lean air-fuel ratio as described above, the air-fuel ratio is always maintained. It must be in the stoichi driving range and fuel consumption cannot be improved.
[0010]
The present invention solves such a problem, and reliably reduces a desired NOx emission amount by directly managing the NOx emission amount released into the atmosphere under any operating condition without causing deterioration of fuel consumption. NOx emissions and CO ₂ It is an object of the present invention to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can achieve both reductions in emissions.
[0011]
Disclosure of the invention
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and has a NOx reduction function for purifying or storing NOx in exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, and an exhaust air-fuel ratio. An exhaust purification catalyst device having a reduction function of reducing harmful substances in the exhaust gas when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio, NOx detection means for detecting or estimating the NOx concentration released into the atmosphere, Based on the output of the NOx detection means, the NOx emission amount released into the atmosphere after the vehicle travel distance measurement is integrated as needed to calculate the total NOx emission amount, and the total NOx emission before the vehicle reaches the predetermined travel distance. And a control means for stopping or suppressing the operation at the lean air-fuel ratio when it is detected or predicted that the amount exceeds a predetermined value.
[0012]
Therefore, when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, NOx in the exhaust gas is purified or occluded, and the NOx emission amount is integrated from time to time based on the NOx concentration released into the atmosphere with a predetermined travel distance as one cycle. The total NOx emission amount is calculated, and if it is detected or predicted that the total NOx emission amount exceeds the predetermined value before reaching the predetermined travel distance, the operation at the lean air-fuel ratio is stopped or suppressed, and the exhaust gas purification is performed. By making the reduction function of the catalytic device work, it is possible to suppress the NOx emission amount to a desired value under any operating condition without causing deterioration of fuel consumption under any operating condition. ₂ It is possible to achieve both emission reduction.
[0013]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, the control means detects that the total NOx emission amount exceeds the predetermined value before the vehicle reaches the predetermined travel distance. The exhaust air / fuel ratio may be changed to a theoretical air / fuel ratio or a rich air / fuel ratio. Thus, harmful substances in the exhaust gas can be reduced and the NOx reduction function of the exhaust purification catalyst device can be immediately regenerated.
[0014]
4. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the control means detects that the total NOx emission amount exceeds the predetermined value before the vehicle reaches the predetermined travel distance, and detects an exhaust air / fuel ratio. After changing the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, the exhaust air-fuel ratio may be maintained at the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio until the vehicle reaches the predetermined travel distance. Thereby, NOx emission can be suppressed.
[0015]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the fourth aspect of the present invention, when the total NOx emission amount is predicted to exceed the predetermined value before the vehicle reaches the predetermined mileage, the control means performs a lean emptying. The operating range at the fuel ratio may be decreased. As a result, the lean operation can be continued in the optimum operation state while the NOx emission is suppressed, and the fuel consumption can be improved.
[0016]
6. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the control means changes an operating range at a lean air-fuel ratio based on the total NOx emission amount at the midpoint of the predetermined travel distance. Also good. As a result, the lean operation can be continued in the optimum operation state while the NOx emission is suppressed, and the fuel consumption can be improved.
[0017]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 6, the control means may reset the calculation of the total NOx emission amount and the measurement of the predetermined travel distance when the vehicle reaches the predetermined travel distance. From this point, NOx suppression control is started again.
[0018]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, the control means is configured to reduce the total NOx emission when the total NOx emission amount does not exceed the predetermined value even when the vehicle reaches the predetermined travel distance. After the amount exceeds the predetermined value, the exhaust air-fuel ratio may be changed to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, and then the calculation of the total NOx emission amount and the measurement of the predetermined travel distance may be reset. NOx suppression control is started again.
[0019]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 8, the exhaust gas purification catalyst apparatus stores NOx in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, and the exhaust air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio or rich. A NOx occlusion type catalyst that releases and reduces NOx occluded when the air-fuel ratio is reached, and the control means detects that the total NOx emission exceeds a predetermined value before the vehicle reaches the predetermined travel distance Further, after the exhaust air-fuel ratio is changed to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, the NOx stored in the NOx storage catalyst is released and reduced, and the exhaust air-fuel ratio is changed to the stoichiometric air-fuel ratio until the vehicle reaches the predetermined travel distance. Thus, the NOx reduction function can be regenerated while suppressing NOx emission.
[0020]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the ninth aspect of the invention, the control means may change the predetermined value for the total NOx emission amount according to a vehicle speed, and thereby according to a driving state of the vehicle. In addition, it is possible to control NOx emission suppression.
[0021]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the invention of claim 10, the theoretical air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio is changed in accordance with the acceleration operation of the driver, and the fuel into the cylinder after the expansion stroke at the initial stage of the air-fuel ratio change You may make it use injection together, and can reduce total NOx discharge | emission amount by reducing NOx at an early stage by this.
[0022]
In the exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 11, the control means may calculate the total NOx emission amount in consideration of a regeneration state from sulfur poisoning of the exhaust purification catalyst device. Good.
[0023]
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a twelfth aspect of the invention is provided with an NOx reduction function for purifying or storing NOx in exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and the exhaust gas. An exhaust purification catalyst device having a reduction function for reducing harmful substances in exhaust gas when the air-fuel ratio is a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio, NOx detection means for estimating the NOx concentration released into the atmosphere, Based on the output of the NOx detection means, the NOx emission amount released into the atmosphere is calculated at any time in consideration of the regeneration state from the sulfur poisoning of the exhaust purification catalyst device, and the total NOx emission amount is calculated. And a control means for stopping or suppressing the operation at the lean air-fuel ratio when it is detected or predicted that the discharge amount exceeds a predetermined value.
[0024]
14. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 13, wherein the control means is lean when it is detected or predicted that the total NOx emission amount exceeds a predetermined value before the vehicle reaches a predetermined travel distance. The operation at the air-fuel ratio may be stopped or suppressed.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0026]
[First Embodiment]
The internal combustion engine (hereinafter referred to as the engine) of the first embodiment, for example, by switching the fuel injection mode (operation mode), the fuel injection in the intake stroke (intake stroke injection mode) or the fuel injection in the compression stroke This is an in-cylinder injection spark ignition type in-line four-cylinder gasoline engine capable of performing (compression stroke injection mode). The in-cylinder injection type engine 11 can be easily operated at a stoichiometric air fuel ratio (stoichiometric) or at a rich air fuel ratio (rich air fuel ratio operation), or at a lean air fuel ratio (lean air fuel ratio). In particular, in the compression stroke injection mode, it is possible to operate at an ultra lean air-fuel ratio.
[0027]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the cylinder head 12 of the engine 11 is provided with an electromagnetic fuel injection valve 14 together with a spark plug 13 for each cylinder, and combustion is performed by the fuel injection valve 14. Fuel can be directly injected into the chamber 15. A fuel supply device (fuel pump) is connected to the fuel injection valve 14 via a fuel pipe (not shown), and the fuel in the fuel tank is supplied at a high fuel pressure. The fuel is supplied from the fuel injection valve 14 to the combustion chamber. 15 is injected at a desired fuel pressure. At this time, the fuel injection amount is determined from the fuel discharge pressure of the fuel pump and the valve opening time (fuel injection time) of the fuel injection valve 14.
[0028]
An intake port is formed in the cylinder head 12 in a substantially upright direction for each cylinder, and one end of an intake manifold 16 is connected so as to communicate with each intake port. A drive-by-wire (DBW) type electric throttle valve 17 is connected to the other end of the intake manifold 16, and the throttle valve 17 is provided with a throttle sensor 18 for detecting a throttle opening θth. Further, an exhaust port is formed in the cylinder head 12 in a substantially horizontal direction for each cylinder, and one end of an exhaust manifold 19 is connected to communicate with each exhaust port.
[0029]
The engine 11 is provided with a crank angle sensor 20 that detects a crank angle. The crank angle sensor 20 can detect the engine rotational speed Ne. Note that the above-described in-cylinder injection engine 11 is already known, and a detailed description thereof will be omitted here.
[0030]
An exhaust pipe (exhaust passage) 21 is connected to the exhaust manifold 19 of the engine 11, and the exhaust pipe 21 is illustrated via a small three-way catalyst 22 and an exhaust purification catalyst device 23 close to the engine 11. No muffler is connected. A portion of the exhaust pipe 21 between the three-way catalyst 22 and the exhaust purification catalyst device 23 is located immediately upstream of the exhaust purification catalyst device 23, that is, immediately upstream of the storage type NOx catalyst 25 described later. A high temperature sensor 24 for detecting the exhaust temperature is provided.
[0031]
This exhaust purification catalyst device 23 has a NOx reduction function for storing NOx in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, and a harmful substance (HC) in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is close to the theoretical air-fuel ratio. , CO, NOx) in order to have a redox function for purifying the catalyst, the storage NOx catalyst 25 and the three-way catalyst 26 are provided, and the three-way catalyst 26 is the storage type. It is disposed downstream of the NOx catalyst 25. The three-way catalyst 26 also serves to reduce NOx that could not be reduced by the storage NOx catalyst 25 itself when NOx stored from the storage NOx catalyst 25 is released. The exhaust purification catalyst device 23 has a sufficient function of a three-way catalyst (herein referred to as a three-way function) that reduces the NOx and oxidizes HC and CO by the occlusion-type NOx catalyst 25. The occlusion-type NOx catalyst and the three-way catalyst may be integrated with the occlusion-type NOx catalyst 25 alone. This NOx storage catalyst 25 temporarily stores NOx in an oxidizing atmosphere (NOx reduction function), releases NOx in a reducing atmosphere mainly containing CO, and N ₂ It has a reducing function of reducing to (nitrogen) or the like. Specifically, the storage-type NOx catalyst 25 is configured as a catalyst having platinum (Pt), rhodium (Rh) or the like as a noble metal, and the storage material is made of an alkali metal such as barium (Ba) or an alkaline earth metal. It has been adopted. A NOx sensor (NOx detection means) 27 for detecting the NOx concentration is provided downstream of the exhaust purification catalyst device 23.
[0032]
Further, an ECU (electronic control unit) 28 having an input / output device, a storage device (ROM, RAM, nonvolatile RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, etc. is provided. Inclusive control of the exhaust emission control device of the present embodiment is included. That is, various sensors such as the high temperature sensor 24 and the NOx sensor 27 described above are connected to the input side of the ECU 28, and detection information from these sensors is input. On the other hand, the ignition plug 13 and the fuel injection valve 14 described above are connected to the output side of the ECU 28 via an ignition coil. The ignition coil, the fuel injection valve 14 and the like are detected information from various sensors. The optimum values such as the fuel injection amount and ignition timing calculated based on the above are output. Accordingly, an appropriate amount of fuel is injected from the fuel injection valve 14 at an appropriate timing, and ignition is performed at an appropriate timing by the spark plug 13.
[0033]
Actually, in the ECU 28, the target in-cylinder pressure corresponding to the engine load, that is, the target average effective pressure Pe, based on accelerator opening information from an accelerator opening sensor (not shown) and engine rotational speed information Ne from the crank angle sensor 20. Further, the fuel injection mode is set from a map (not shown) according to the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed information Ne. For example, when both the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed Ne are small, the fuel injection mode is set to the compression stroke injection mode, and fuel is injected in the compression stroke, while the target average effective pressure Pe increases, or the engine When the rotational speed Ne increases, the fuel injection mode is changed to the intake stroke injection mode, and fuel is injected in the intake stroke.
[0034]
Then, a target air-fuel ratio (target A / F) as a control target is set from the target average effective pressure Pe and the engine speed Ne, and an appropriate amount of fuel injection is determined based on the target A / F. Further, the catalyst temperature Tcat is estimated from the exhaust gas temperature information detected by the high temperature sensor 24. Specifically, in order to correct an error caused by the high temperature sensor 24 and the storage-type NOx catalyst 25 being somewhat apart from each other, the temperature is determined according to the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed information Ne. The difference map is set in advance by experiments or the like, and the catalyst temperature Tcat is uniquely estimated when the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed information Ne are determined.
[0035]
Hereinafter, the operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment configured as described above will be described.
[0036]
In the occlusion type NOx catalyst 25 of the exhaust purification catalyst device 23, NOx in the exhaust is occluded as nitrate in an oxygen excess atmosphere as in the super lean combustion operation in the lean mode, and the exhaust gas is purified. On the other hand, in an atmosphere where the oxygen concentration is reduced, the nitrate stored in the storage-type NOx catalyst 25 reacts with the CO in the exhaust to generate carbonate and release NOx. Therefore, when NOx storage into the storage-type NOx catalyst 25 proceeds, CO is supplied by reducing the oxygen concentration by enriching the air-fuel ratio or performing additional fuel injection, and the NOx is stored from the storage-type NOx catalyst 25. Release and maintain function.
[0037]
By the way, the regulation value by the NOx emission regulation of the countries of the world is, for example, the total NOx emission amount with respect to a predetermined travel distance. Therefore, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment, the travel distance of the vehicle is detected (travel distance detection means) based on a signal from the vehicle speed sensor as a parameter value correlated with the travel distance of the vehicle, while NOx The sensor 27 detects the NOx concentration released from the storage-type NOx catalyst 25, the ECU 28 calculates the total NOx emission amount that can be released into the atmosphere based on the output of the NOx sensor 27, and this ECU (control means) ) When the total NOx emission exceeds the predetermined value before 28 reaches the predetermined travel distance, the exhaust air-fuel ratio is changed to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio to release NOx from the NOx storage catalyst 25. In addition, reduction and purification are performed to reduce NOx emissions.
[0038]
Here, the NOx emission amount control will be described based on the flowchart of FIG.
[0039]
As shown in FIG. 2, when the start of the engine is started by the starter in step S1 and the start switch is turned on, the activation timer t of the NOx sensor 27 is reset in step S2, and the memory is stored in step S3. Running distance C _M And NOx emissions A _M Is read. This mileage C _M And NOx emissions A _M Is a state in which the mileage and NOx emission amount are integrated during the previous operation by the method described later, and NOx purge is not performed at the end while NOx purge is not performed and NOx is occluded in the NOx storage catalyst 25 to some extent. When the ignition is turned off, the travel distance C and NOx emission amount A at that time are stored in the ECU by battery backup. In step S4, the activation timer t of the NOx sensor 27 is set. In step S5, it is determined whether the NOx sensor 27 is activated. In step S6, the elapsed time is accumulated until the NOx sensor 27 is activated. If the NOx sensor 27 is activated, the process proceeds to step S7.
[0040]
In step S7, a distance C after a travel distance counter (not shown) is reset is calculated, and in step S8, the total NOx emission amount including the NOx amount exhausted in the time from the reset time until the NOx sensor 27 is activated. A is calculated. In this case, the total NOx emission amount A (g) can be calculated by the following equation (1).
A _(n) = A _(n-1) + Q × dt (1)
[0041]
Where A _(n) Is total NOx emissions, A _(n-1) Is the previous total NOx discharge amount, Q is the NOx discharge flow rate (g / s), dt is the sampling time, and the NOx discharge flow rate Q can be calculated by the following equation (2).
Q = NOx concentration x exhaust flow rate (2)
[0042]
Here, the NOx concentration (ppm) is an output value of the NOx sensor 27, and the exhaust flow rate (g / s) is an intake flow rate obtained by an airflow sensor or the like (for example, in the case of a Karman vortex airflow sensor, an airflow sensor). Frequency) or a preset load / rotation speed map of the engine 11 may be used.
[0043]
In addition, when the output of the NOx sensor 27 is not stable immediately after switching from stoichiometric or rich operation to lean operation, the NOx concentration of the predetermined period M after the switching is changed. What is necessary is just to calculate as an output value. Alternatively, the calculation may be performed assuming that the NOx concentration immediately after switching is 0, and the output value of the NOx sensor 27 after the elapse of the predetermined period M has increased linearly, or it is assumed that the NOx concentration has gradually increased. May be calculated.
[0044]
In step S9, the travel distance C is, for example, a predetermined travel distance C determined as a management unit in NOx emission regulations. ₀ It is determined whether it has not reached. Here, the travel distance C is a predetermined travel distance C. ₀ If not, in step S10, the total NOx emission amount A obtained by the above-described equation (1) is equal to the predetermined travel distance C. ₀ NOx emission judgment amount A ₀ Judge whether or not In this case, the NOx emission determination amount A ₀ Is determined by multiplying the NOx emission allowance determined by the NOx emission regulation by the margin rate α determined by the NOx emission amount in the operation other than the lean operation, the detection accuracy of the NOx sensor 27, and the like.
[0045]
In this step S10, the total NOx emission amount A is converted to the NOx emission determination amount A. ₀ If not, the process returns to step S8 and recalculates the total NOx emission amount A by the above-described equation (1), that is, adds the NOx emission amount, and in step S9, the travel distance C calculated in step S7. Is the predetermined travel distance C ₀ If not, in step S10, the total NOx emission amount A again becomes the NOx emission judgment amount A. ₀ Judge whether or not Thus, in step S10, the total NOx emission amount A is changed to the NOx emission determination amount A. ₀ Or the travel distance C is a predetermined travel distance C in step S9. ₀ Steps S7, S8, S9, and S10 are repeated until.
[0046]
In step S10, the total NOx emission amount A is changed to the NOx emission determination amount A. ₀ If NO, NOx release control is executed in step S11, and then NOx suppression control is executed. That is, since storage of NOx in the storage-type NOx catalyst 25 has progressed, the exhaust air-fuel ratio is made rich to reduce the oxygen concentration, and NOx is efficiently released and reduced from the storage-type NOx catalyst 25. When NOx is released from the occlusion-type NOx catalyst 25, the exhaust air-fuel ratio is made the stoichiometric air-fuel ratio, and NOx is reduced and purified by the three-way function of the catalyst. ₀ Total NOx emission amount A between NOx emission judgment amount A ₀ Can be suppressed.
[0047]
Here, the above-described NOx release control and the subsequent NOx suppression control will be described based on the time chart of FIG. Total NOx emission amount A is NOx emission judgment amount A ₀ When the air-fuel ratio is switched from lean operation to rich operation as NOx release control, in order to mainly supply CO to the storage-type NOx catalyst 25, for example, the rich operation is performed for 1 to 5 seconds after setting A / F = 12. At the same time, since a large amount of NOx is released in the first period of the rich period, when the A / F reaches a predetermined value to supply HC for reducing NOx to the catalyst, the expansion stroke injection is performed, for example, 0.1 Run for ~ 0.5 seconds, after which NOx is released slowly, so it is only necessary to supply a small amount of CO and HC, so the air-fuel ratio is slightly rich (slightly rich), for example, the lean time just before Run for about 0-50% time. This light rich period is not shown in the figure. ₂ A feedback operation using a sensor may be performed. The parameters such as time and air-fuel ratio are the operating state and catalyst state, for example, space velocity SV = exhaust flow rate / catalyst capacity, CO supply amount to the catalyst, NOx occlusion amount of the catalyst, catalyst temperature, catalyst deterioration state. It changes according to etc. A series of rich operation, expansion stroke injection operation, and light rich operation so far are the NOx release control. Then, in the subsequent step S12, the travel distance C is a predetermined travel distance C. ₀ The stoichiometric operation is continued until NOx is reliably purified by the three-way function of the catalyst (NOx release control). In the NOx release control of FIG. 6, the rich operation is performed after the rich operation, but the air-fuel ratio may be stoichiometric depending on the characteristics of the catalyst.
[0048]
In this way, the storage-type NOx catalyst 25 is regenerated by the NOx release control, and the travel distance C is set to the predetermined travel distance C in step S12. ₀ The travel distance C is set to the predetermined travel distance C by setting the exhaust air / fuel ratio to the stoichiometric air / fuel ratio by the NOx suppression control. ₀ If NO, NOx suppression control for setting the exhaust air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio is stopped in step S13. Then, after resetting the total NOx emission amount A in step S14, the travel distance C is reset in step S15.
[0049]
Such a predetermined traveling distance C ₀ More specifically, the NOx emission amount control for each vehicle is explained. As shown in FIG. 4, the total NOx emission amount A increases as the travel distance C increases, but the natural acceleration caused by the depression of the driver's accelerator pedal. Time domain P ₁ , P ₂ Thus, NOx is naturally released from the storage-type NOx catalyst 25 without performing a forced NOx purge in which the exhaust air-fuel ratio becomes rich or stoichiometric air-fuel ratio and the forced A / F change is forcibly performed while the lean operation is continued. (Here, natural NOx purge is referred to forced NOx purge). And the travel distance C is the predetermined travel distance C ₀ Before the total NOx emission amount A reaches the NOx emission judgment amount A ₀ Over the region P _Three First, the exhaust air-fuel ratio is forcibly made rich as the air-fuel ratio (including expansion stroke injection and the light rich or stoichiometric air-fuel ratio period), and NOx is released from the storage-type NOx catalyst 25. Thereafter, NOx is released, and the storage-type When the purification function of the NOx catalyst 25 is restored (regenerated), the exhaust air / fuel ratio is substantially the stoichiometric air / fuel ratio, and the travel distance C is equal to the predetermined travel distance C. ₀ The NOx is prevented from being discharged into the atmosphere mainly by the function of the three-way catalyst 26 until it exceeds the above. And the travel distance C is the predetermined travel distance C ₀ The total NOx emission amount A and the travel distance C are reset using the time when the vehicle reaches the reference point, and the predetermined travel distance C ₀ Each time the NOx emission control is started again.
[0050]
On the other hand, as shown in FIG. 2, in the process of repeating steps S7, S8, S9, and S10 described above, the total NOx emission amount A is changed to the NOx emission determination amount A in step S10. ₀ In step S9, the travel distance C is equal to the predetermined travel distance C. ₀ When reaching the above, the process proceeds to step S14 and step S15, and the total NOx emission amount A and the travel distance C are reset. Note that the travel distance C is a predetermined travel distance C. ₀ When NOx is reached and NOx release control is performed and NOx is released, the total NOx emission amount A and the travel distance C may be reset. In another embodiment, the total NOx emission amount A is equal to the NOx emission determination amount A. ₀ In step S9, the travel distance C is equal to the predetermined travel distance C. ₀ May be reset, and the total NOx emission amount A may not be reset. In this case, when the process is started again from step S1, the total NOx emission amount A accumulated so far is stored in the stored NOx emission amount A. _M And the same processing as described above is executed.
[0051]
Explaining in detail this NOx emission control, as shown in FIG. 5, the total NOx emission A increases as the travel distance C increases, but the natural acceleration due to the driver's depression of the accelerator pedal. Time domain P ₁ , P ₂ , P _Three , P _Four Thus, the exhaust air-fuel ratio becomes rich or stoichiometric air-fuel ratio, and NOx is naturally released from the storage-type NOx catalyst 25 (natural NOx purge). Here, the travel distance C is a predetermined travel distance C. ₀ However, the total NOx emission amount A is equal to the NOx emission judgment amount A. ₀ Since it does not exceed, only the travel distance C is reset. Then, the travel distance C starts again from 0, but the travel distance C is the current predetermined travel distance C. ₀ Before the total NOx emission amount A reaches the NOx emission judgment amount A ₀ Region P _Five Thus, the exhaust air-fuel ratio is forcibly made rich (including the expansion stroke injection and the light rich or stoichiometric air-fuel ratio period), and NOx is released from the storage-type NOx catalyst 25. Thereafter, when regeneration of the storage-type NOx catalyst 25 is completed, the total NOx emission amount A and the travel distance C are reset, and the predetermined travel distance C ₀ Each NOx emission amount control is newly started.
[0052]
Note that the travel distance C is a predetermined travel distance C. ₀ Even if the total NOx emission amount A reaches NO, the NOx emission judgment amount A ₀ In this case, the total NOx emission amount A is changed to the NOx emission determination amount A without resetting the travel distance C at this time. ₀ The total NOx emission amount A and the travel distance C may be reset after the NOx release control is executed beyond the above.
[0053]
In the exhaust purification system of this embodiment, the NOx emission control may be combined with a forced NOx purge that enriches the air-fuel ratio while the lean operation is continued, as in the conventional technique. In other words, if the lean operation continuation time becomes extremely long or the catalyst deterioration occurs and the purification efficiency is greatly deteriorated, extending the lean operation continuation time will not lead to suppression of fuel consumption deterioration. It may be rich or stoichiometric and forcibly perform NOx purge.
[0054]
That is, as shown in the flowchart of FIG. 3, when a signal of forced NOx purge or natural NOx purge is input at step T1, a lean operation duration timer LT is set at step T2. In step T3, it is determined whether or not the lean operation continuation time LT exceeds the longest lean operation continuation time D2, and if not, the process proceeds to step T4. On the other hand, if the lean operation continuation time LT exceeds the longest lean operation continuation time D2, the routine proceeds to step T6, where NOx release control is executed, that is, the exhaust air / fuel ratio is made rich to reduce the oxygen concentration. During the predetermined time, the expansion stroke injection is performed, and after the rich air-fuel ratio operation, the stoichiometric or slight rich operation is performed for a predetermined period to release NOx from the storage-type NOx catalyst 25. The longest lean operation continuation time D2 is a lean time during which NOx can be completely purged by acceleration that is normally performed. That is, for example, if the acceleration that is normally performed is about 15 seconds and the NOx purge time of about 25% of the lean time is required, the longest lean operation continuation time D2 is 60 seconds, and if this time D2 is exceeded, the normal 1 NOx cannot be purged by multiple accelerations, that is, reliable NOx purging is difficult only by natural NOx purging, and it is considered that forced NOx purging is necessary, and the determination of this longest lean operation duration D2 is set.
[0055]
In step T4, it is determined whether or not the lean operation continuation time LT exceeds the acceleration generation limit time D1, and if it does not exceed, the routine is exited without doing anything. On the other hand, if the lean operation continuation time LT exceeds the acceleration generation limit time D1, the routine proceeds to step T5, where it is determined whether or not the total NOx emission amount A during the current lean operation exceeds the lean determination amount. The acceleration generation limit time D1 corresponds to the acceleration generation period. That is, it is usually a value that can be estimated that acceleration will occur within the acceleration generation limit time D1, for example, about 30 seconds, and if the lean operation continues further, acceleration will not easily occur in the future. There is little possibility that the natural NOx purge is performed, and it is considered that the forced NOx purge is necessary, and this acceleration generation limit time D1 is set.
[0056]
The lean determination amount described above is a determination amount for suppressing the NOx emission amount in each lean operation period, and can be calculated by the following equation (3).
Lean determination amount = determination value × lean frequency × control cycle (3)
[0057]
Here, the determination value (g / km) is the NOx emission determination amount A per km. ₀ The control cycle is obtained by adding the travel distance in the NOx purge operation to the travel distance in the lean operation.
[0058]
In step T5, if the total NOx emission amount A during the current lean operation exceeds the lean determination amount, the process proceeds to step T6, where, similarly to the above, execution of NOx release control, that is, Oxygen concentration is reduced by setting the exhaust air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio, during which the expansion stroke injection is performed for the first predetermined time, and after the rich air-fuel ratio operation, the stoichiometric or slick rich operation is performed for a predetermined period of time, thereby storing the NOx catalyst. 25 releases NOx. On the other hand, if the total NOx emission amount A does not exceed the lean determination amount, the routine exits without doing anything.
[0059]
In this step T5, if the total NOx emission amount A during the lean operation exceeds the lean determination amount, the NOx release control is executed, but the NOx average concentration during the lean operation duration LT. The NOx release control may be executed when the value exceeds the predetermined value. In this case, the NOx average concentration may be an average value of the detected values of the NOx sensor 27 during the lean operation duration LT, or may be an instantaneous value of the NOx sensor 27 at the time when the lean operation duration LT has elapsed. . Further, the predetermined value of the NOx average concentration is a map with respect to the engine rotational speed Ne and the target average effective pressure Pe, and NOx release control is considered so as to maintain the purification efficiency of the storage NOx catalyst 25 at, for example, 50% or more. In this case, a value obtained by multiplying the NOx concentration by 0.5 may be used, and when it is desired to set the purification efficiency to 100%, a value that approximates 0 may be set.
[0060]
Further, the completion of this forced NOx purge control means that the total NOx emission amount A is equal to the NOx emission determination amount A. ₀ In the following, it may be determined that the NOx purge time is equal to or longer than a predetermined time, for example, when the previous lean operation time is equal to or greater than the product of the NOx purge coefficient E1. In this case, if the NOx purge time requires about 25% of the lean time, for example, the NOx purge coefficient E1 is 0.25.
[0061]
And the region P in the above-described embodiment ₁ , P ₂ , P _Three , P _Four In accordance with the timing at which the air-fuel ratio is switched from lean to rich or stoichiometric due to natural acceleration as shown in FIG. And expansion stroke injection for a predetermined time at the initial stage of A / F change, and stoichiometric (slight rich) after enrichment may be performed (in this way, enrichment and expansion stroke injection performed in accordance with natural acceleration) The stoichiometry is also referred to herein as NOx release control). By doing this, while the NOx purge can be performed more reliably, the enrichment is performed in accordance with the enrichment or stoichiometric acceleration originally intended by the driver. Therefore, the forced NOx purge that performs the enrichment in the originally lean operation is performed. In comparison, the amount of fuel required for enrichment can be reduced.
[0062]
In addition, when the driver originally expects a shock due to acceleration, the air-fuel ratio is switched accordingly, so compared with the forced NOx purge that performs enrichment at an unexpected timing of the driver during lean operation, It is difficult for the driver to feel a shock when switching the air-fuel ratio. Furthermore, when performing NOx release control in accordance with changes in air-fuel ratio due to natural acceleration, etc., it is performed only when switching from lean to stoichiometric. When switching from lean to rich, NOx is released because it is already sufficiently rich. Control may not be performed. Further, whether or not the NOx release control is necessary may be determined according to the rich degree during natural acceleration.
[0063]
That is, when the target air-fuel ratio at the time of NOx release control is the upper limit value (lean side limit value) of the air-fuel ratio and the rich degree at the time of natural acceleration is small, for example, the target air-fuel ratio at the time of natural acceleration is If the setting is leaner than the target air-fuel ratio, enrichment is performed by NOx release control so that it is not leaner than the target air-fuel ratio at the time of NOx release control. If, for example, the target air-fuel ratio at the time of natural acceleration is richer than the target air-fuel ratio at the time of NOx release control, enrichment by NOx release control may not be performed. When switching from lean to stoichiometric due to natural acceleration, only the enrichment and expansion stroke injection may be performed, and the stoichiometric (slight rich) portion may be omitted. Here, a natural NOx purge including a method in which the switching of the air-fuel ratio by natural acceleration is combined with the NOx release control is referred to.
[0064]
As described above, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment, the NOx sensor 27 detects the NOx concentration that can be released from the occlusion-type NOx catalyst 25 into the atmosphere, and the atmosphere is based on the output of the NOx sensor 27. The total NOx emission amount A that can be released into the vehicle is calculated, and the travel distance C is a predetermined travel distance C. ₀ NOx emission judgment amount A corresponding to the NOx emission judgment amount determined by the NOx emission regulation before the total NOx emission amount A is reached. ₀ Is exceeded, the exhaust air-fuel ratio is changed to a rich air-fuel ratio to efficiently release and reduce NOx from the storage-type NOx catalyst 25, and then the NOx is reduced by the three-way function of the catalyst by changing to the stoichiometric air-fuel ratio. I try to be purified.
[0065]
Therefore, by directly managing the NOx emission amount for a predetermined period, it can be accurately suppressed to a desired value, and at the same time, the NOx emission amount is determined for each short lean operation section and NOx purge (forced NOx purge) is performed. As in the case of using the conventional technology to start, it is not necessary to give a large margin to the judgment value in advance assuming various operations, and the NOx purge frequency does not increase. Worsening, ie CO ₂ There is very little increase in emissions. Further, the frequency of natural NOx purge varies depending on various factors such as road conditions or the driving characteristics of the driver. However, in the present invention, the forced NOx purge is originally made rich or stoichiometric in the region of lean operation. Since the deterioration is large, the use of as little as possible is avoided, and the NOx purge is attempted by making the best use of the natural NOx purge opportunity where there is no deterioration in fuel consumption or very small. Therefore, in the embodiment that is not combined with the above-mentioned forced NOx purge, at the beginning of the predetermined traveling distance, the natural NOx purge is performed by the driver's acceleration operation, etc. The NOx release control and the NOx suppression control are performed only when the total NOx emission amount is likely to exceed the judgment value only with the NOx purge. ₂ There is no or very little increase in emissions. In the embodiment combined with the forced NOx purge, the forced NOx purge is not performed as much as possible. ₂ Less increase in emissions.
[0066]
Furthermore, when the NOx storage capability is excellent depending on the type of the storage NOx catalyst 25, the NOx release control may not be performed and only the NOx suppression control may be performed. That is, the total NOx emission amount A is converted into the NOx emission judgment amount A without performing NOx release control including NOx release control in accordance with forced NOx purge and natural acceleration. ₀ When NO is reached, only NOx suppression control is performed. This is because when NOx occlusion ability is excellent, it is considered that NOx can be sufficiently purged only by enrichment or stoichiometry due to natural acceleration intended by the driver. NOx is purified and reduced by the three-way function of the catalyst by NOx suppression control. By doing so, fuel consumption is further deteriorated, that is, CO ₂ Increase in emission can be prevented.
[0067]
Thus, in this embodiment, the predetermined travel distance C ₀ By determining the total NOx emission amount A, the deterioration of fuel consumption can be suppressed, the NOx emission amount for a predetermined period can be suppressed to a desired value, and NOx emission regulation can be achieved satisfactorily. , CO ₂ Emissions can be reduced.
[0068]
[Second Embodiment]
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second embodiment changes the lean operation region according to the NOx emission status (total NOx emission amount A) at each time point, so that the total NOx emission amount when traveling a predetermined mileage is reduced. The fuel consumption is reduced and the NOx emissions are reduced by controlling the fuel consumption to be less than the predetermined value. Total NOx emissions during the predetermined travel period even when leaning is performed even when all or part of the vehicle is accelerated. The amount can be reliably suppressed below a predetermined value.
[0069]
That is, as shown in FIG. 7, the travel distance C after the travel distance counter (not shown) is reset is calculated in step P1, and in step P2, the time from the reset to the activation of the NOx sensor 27 is calculated. The total NOx emission amount A including the exhausted NOx amount is calculated. The method for calculating the total NOx emission amount A is the same as in the first embodiment described above.
[0070]
In Step P3, a lean area upper limit output is set based on the lean zone selection map based on the obtained travel distance C and total NOx emission amount A. For example, as shown in FIG. 8, this lean zone selection map is obtained by dividing a region in which the horizontal axis is the travel distance C and the vertical axis is the total NOx emission amount A. The origin (travel distance C = 0, total NOx emission amount A = 0) and predetermined travel distance C ₀ The total NOx emission amount A is the NOx emission judgment amount A ₀ In the area below the line connecting the points that have reached the PA1 = A area (if the current travel distance C and the total NOx emission amount A are in the PA1 = A area, the vehicle continues running at the current NOx emission rate. If you go, the predetermined mileage C ₀ NOx emission judgment amount A at the time of reaching ₀ It can be predicted that ) And a plurality of lines parallel to this, and NOx emission determination amount A ₀ Lower regions are PA1 = B, C, and D regions, respectively, and total NOx emission amount A = NOx emission judgment amount A ₀ Is the PA1 = E region.
[0071]
Therefore, in step P3, the lean region upper limit output is set according to which region of the lean zone selection map the intersection of the current travel distance C and the total NOx emission amount A is. In step P4, the requested output PS of the vehicle _R Is calculated by the following equation (4). The coefficient M is a coefficient for matching units.
Request output PS _R = Target average effective pressure Pe × engine rotational speed Ne × coefficient M (4)
[0072]
In step P5, the requested output PS _R Is greater than the lean area upper limit output PS1 obtained from the lean zone selection map, based on the lean zone map. As shown in FIG. 9, this lean zone map is divided into a plurality of equal output lines connecting the points where the engine output is equal to the region where the horizontal axis is the engine rotational speed Ne and the vertical axis is the target average effective pressure Pe. The inside of each line is the lean operation region, and the outside is the W / O lean (stoichiometric or rich) operation region.
[0073]
In this lean zone map, the boundary A indicating the initial lean zone is set so that the lean operating region can be widened as much as possible from the combustion surface and the like without worrying about the fuel efficiency. By doing so, the high load region also becomes a lean operation region, and lean operation is possible even during acceleration. In actual operation, there are few steady operations (normally, lean operation), and transient operations (acceleration operation or deceleration operation, usually, stoichiometric or rich operation in acceleration operation) are frequent, resulting in improved lean frequency. It becomes possible to improve fuel consumption. In addition, when lean operation is performed in all or part of the case where acceleration is determined due to a fast accelerator depression change speed, all-lean operation is also possible within the normal general driving range, which increases fuel efficiency. It becomes possible to improve. On the other hand, the boundary D in the lean zone map indicates that, for example, even if the lean operation zone has to be narrowed due to the deterioration of the catalyst and the NOx emission amount increasing, the lean operation is at least at a vehicle speed of 60 km / h, for example. If you want to do this, use a line that passes through the output point required for steady running at a vehicle speed of 60 km / h.
[0074]
Accordingly, if the lean region output set in step P3 is PS1 = A, the inside of the boundary A is the lean operation region and the outside is the non-lean (W / O lean) operation in the lean zone map shown in FIG. In step P5, the obtained requested output PS _R Is in which area.
[0075]
In this step P5, the requested output PS _R Is in the lean operation region, the process proceeds to step S6 to continue the lean operation, but the required output PS _R If it is in the non-lean operation region, the routine proceeds to step S7, where lean operation is prohibited, NOx release control is executed, and then NOx suppression control is executed. In this case, the NOx release control may be performed by selecting any one of exhaust air-fuel ratio enrichment, stoichiometry, and expansion stroke injection in accordance with the characteristics of the catalyst. Further, when the lean upper limit output set in step P3 is PS1 = E, NOx cannot be exhausted any more, so the region E in the lean zone map, that is, the requested output PS _R No matter how much, lean driving is prohibited.
[0076]
In the lean zone selection map shown in FIG. 8 and the lean zone map shown in FIG. 9, the number of divisions of the region is not limited to A to E, and may be more or less than this. Further, in the lean zone map shown in FIG. 9, the region is divided by the engine output line, but it may be an engine out NOx emission line, a tail pipe NOx emission line, or the like.
[0077]
As described above, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment, the NOx sensor 27 detects the NOx concentration that can be released from the occlusion-type NOx catalyst 25 into the atmosphere, and the atmosphere is based on the output of the NOx sensor 27. The total NOx emission amount A that can be released into the vehicle is calculated, and the travel distance C is a predetermined travel distance C. ₀ NOx emission judgment amount A corresponding to the NOx emission judgment amount determined by the NOx emission regulation before the total NOx emission amount A is reached. ₀ When it is predicted that the air-fuel ratio will be exceeded, the operating range at the lean air-fuel ratio is reduced.
[0078]
Therefore, the total NOx emission amount in a predetermined period can be reduced by expanding or decreasing the operation range at the lean air-fuel ratio according to the NOx emission situation based on the purification capacity situation of the storage type NOx catalyst 25 at each time point. As well as being able to suppress the total NOx emission amount A for a predetermined period to a desired value even if the lean operation frequency is increased by making lean operation possible in all or part of the vehicle acceleration, Fuel consumption can be greatly improved.
[0079]
In the above-described embodiment, the NOx emission determination amount A for determining the total NOx emission amount A. ₀ For example, when the regulation value of the NOx emission regulation is divided by the vehicle speed, the NOx emission judgment amount A ₀ Is set according to the vehicle speed, and may be set on a map, for example, so as to change smoothly according to a change in the average vehicle speed during a predetermined period. For example, the judgment value C at low vehicle speed ₁ (G / km) and judgment value C at high vehicle speed ₂ (G / km) may be set, and the interval between them may be obtained by linear interpolation. In this case, C ₁ <C ₂ It is.
[0080]
Also, NOx emission determination amount A ₀ Is set according to vehicle speed, NOx emissions A ₀ You may obtain | require (g) based not on average vehicle speed but on the integration of the judgment value with respect to the vehicle speed at that time like following formula (5).
A _(n) = A _(n-1) + H × V × dt (5)
[0081]
Here, H is a determination value (g / km) obtained from the map for the instantaneous vehicle speed V, and dt is a calculation cycle.
[0082]
Further, a predetermined travel distance C for determining the total NOx emission amount A ₀ May be 1 km, which is a management unit mainly used as NOx emission regulations in countries around the world, or shorter, and the determination accuracy of the NOx emission amount can be improved as it is shorter. Alternatively, the predetermined travel distance C ₀ Is set to 4 km, for example, by shifting the smaller value, for example, by 1 km, to calculate the total NOx emission amount A of four patterns, and to determine the total NOx emission amount A for each pattern, The determination accuracy of the NOx emission amount can be improved.
[0083]
In the above-described embodiment, the NOx emission determination amount A is obtained by multiplying the NOx emission allowable amount as the margin rate α. ₀ As a difference, the NOx emission determination amount A is obtained by subtracting the margin rate α from the allowable NOx emission amount. ₀ May be obtained, and further, it may be changed according to the ratio of the operation other than the lean operation. Furthermore, the allowance rate α may be changed in accordance with the total travel distance in consideration of a change with time due to deterioration of the NOx sensor 27. Then, it is divided into the influence α1 due to the NOx emission amount during the operation other than the lean operation and the influence α2 due to the detection accuracy of the NOx sensor 27, and the NOx emission judgment amount is obtained by multiplying or subtracting the allowance rates α1 and α2 from the NOx emission allowance. A ₀ You may ask for.
[0084]
Further, the NOx sensor output may be corrected in consideration of a change with time due to deterioration of the NOx sensor 27 and used for calculation of the total NOx emission amount.
[0085]
Further, the longest lean operation continuation time D2, the acceleration generation limit time D1, the NOx purge coefficient E1, etc. may be determined according to the capacity of the storage-type NOx catalyst 25, and may be determined according to the deterioration of the storage-type NOx catalyst 25. . As a method for determining the deterioration of the storage type NOx catalyst 25, the lean frequency is decreased (when switching between lean operation and other operation is determined using a NOx sensor), the total travel distance, the output value of the NOx sensor 27, storage. Output difference between the NOx sensor arranged upstream of the NOx catalyst 25 and the NOx sensor 27 downstream, a linear A / F sensor or O newly installed downstream or upstream of the NOx storage catalyst 25 ₂ What is necessary is just to obtain | require from the behavior change etc. during NOx discharge | release control of a sensor. Further, the longest lean driving continuation time D2 and the acceleration generation limit time P1 may be determined by learning the characteristics of each driver during driving.
[0086]
However, if the longest lean operation continuation time D2 and the acceleration generation limit time D1 are made too small, for example, about 5 to 10 seconds, the frequency of forced NOx purge increases, and the fuel consumption deteriorates accordingly. In particular, when air-fuel ratio tailing is performed at the time of air-fuel ratio switching in forced NOx purge, the cumulative time of air-fuel ratio tailing time accompanying air-fuel ratio switching that does not contribute much to NOx release increases and overall fuel consumption deteriorates. Since drivability deteriorates due to the switching shock, the longest lean operation duration D2 is preferably set to a lower limit of about 20 to 30 seconds.
[0087]
Further, the start or completion of the forced NOx purge may be determined using the output of the NOx sensor. Further, a NOx sensor is also arranged upstream of the storage NOx catalyst 25, and the lean operation is stopped by judging the deterioration of the catalyst purification efficiency from the output difference between the upstream NOx sensor and the downstream NOx sensor 27, and forced NOx purge May be performed. Further, the NOx concentration during the stoichiometric and rich operation may be obtained from the NOx sensor output, and may be added to the calculation of the total NOx emission determination amount A, or may be used for the determination of the end point of the NOx release control. Further, although the NOx sensor 27 is provided downstream of the three-way catalyst 26, it may be between the storage-type NOx catalyst 25 and the three-way catalyst 26, thereby measuring the exhaust behavior of the storage-type NOx catalyst 25 with good responsiveness. it can. In this case, the total NOx emission amount is calculated in consideration of the purification efficiency of the three-way catalyst 26 downstream of the NOx sensor in the output of the NOx sensor. The control may be performed using the linear A / F output from the NOx sensor instead of the NOx concentration output of the NOx sensor. Instead of the NOx sensor, the linear A / F sensor or the Ox sensor may be used. ₂ Sensor, for example O with catalyst with catalyst attached to the surface ₂ You may make it control using the output of a sensor.
[0088]
In addition, for rich operation, expansion stroke injection, and stoichiometric (slight rich) operation when performing NOx release control, each parameter such as time, air-fuel ratio, and the like is the same as the previous lean operation time or the last lean operation period. You may make it set based on NOx discharge | emission amount. Further, here, as an optimal NOx releasing method for reliably releasing NOx, NOx release control is performed by a combination of rich operation, expansion stroke injection, and stoichiometric (slight rich) operation. However, the optimal NOx releasing method is It varies depending on the release characteristics of the storage-type NOx catalyst, and each parameter such as time and air-fuel ratio is determined by the type of storage-type NOx catalyst and the combination with the three-way catalyst. Therefore, depending on the type and combination of catalysts, the expansion stroke injection may be omitted, the stoichiometric (slight rich) period may be omitted, or the rich period may be omitted. Furthermore, both the rich period and the expansion stroke injection may be eliminated and only the stoichiometric (slight rich) period may be provided, or both the expansion stroke injection and the stoichiometric (slight rich) period may be eliminated and only the rich period may be provided.
[0089]
In this embodiment, the NOx emission control is performed using the NOx sensor 27, but the total NOx emission determination amount A is calculated by the following equation (6) without using the NOx sensor 27, and the NOx emission control is performed. Can also be done.
A _(n) = A _(n-1) + NOx emission value x calculation cycle (6)
[0090]
This NOx emission value (g / s) is set to a value experimentally obtained in advance as a NOx value that can be released into the atmosphere from a load / rotation speed map of the engine 11 or a vehicle speed map. In this case, the NOx sensor 27 is not used, which is advantageous in terms of cost.
[0091]
The NOx emission value varies depending on the purification efficiency of the catalyst. In particular, the purification efficiency is significantly lowered when the storage NOx catalyst 25 is poisoned by S in the fuel, that is, sulfur (sulfur). On the other hand, if the catalyst whose purification efficiency is reduced by S poisoning is made rich at a high temperature (for example, 550 ° C. or higher), the S component accumulated in the catalyst is released and the catalyst is regenerated to restore the purification efficiency. (S playback). Therefore, when the total NOx emission amount A is obtained without using the NOx sensor 27, as shown in the following equation (7), how much S is accumulated in the catalyst and the purification efficiency is lowered, that is, how much S You may make it consider whether it is reproducing | regenerating.

[0092]
Where NOx ₀ Is the NOx emission value (g / s) that can be released into the atmosphere when S is not regenerated, that is, when S is accumulated to saturation and the purification efficiency is reduced. In this case, a value experimentally obtained in advance may be set as a load / revolution speed map or a vehicle speed map. On the other hand, NOx ₁ Is the NOx emission value (g / s) that can be released into the atmosphere when S regeneration is completed, that is, when S immediately after S regeneration is not accumulated, and NOx ₀ Similarly to the above, a load / rotation speed map or a vehicle speed map may be used. K is a parameter relating to the air-fuel ratio. Here, it is assumed that the NOx emission value is integrated only during the lean operation, and is set to 1 during the lean operation, and is set to 0 when not during the lean operation. TR represents the degree of S reproduction, which indicates how much S reproduction is being performed, and the predetermined travel distance C _S The temperature of the storage NOx catalyst 25 is equivalent to a predetermined temperature (for example, 700 ° C.) in order to release S accumulated in the storage NOx catalyst 25 while traveling (for example, a suitable value of 500 to 1000 km). (S playback time) is a predetermined time T _S (For example, an appropriate value of 3 to 10 minutes) If necessary, the ratio of the actual travel distance to the S regeneration time is calculated by the following equation (8). When obtaining the S regeneration time, the S regeneration speed varies depending on the temperature of the storage-type NOx catalyst 25, and the higher the temperature, the faster the S regeneration speed increases. Therefore, the S regeneration speed at each catalyst temperature. In consideration of the difference, the S regeneration time at an appropriate catalyst temperature (for example, 700 ° C.) may be calculated. Based on this TR, the degree of S regeneration is determined, and two maps of NOx emission values NOx ₀ (No S regeneration) and NOx ₁ The total NOx emission amount A is obtained from (with S regeneration).

[0093]
Since the purification efficiency of the storage-type NOx catalyst decreases due to thermal deterioration or the like in addition to S poisoning, the influence of the total travel distance is included as representative of the degree of reduction in purification efficiency due to other than S poisoning. Also good.
[0094]
In the above-described embodiment, the exhaust purification catalyst device having the occlusion-type NOx catalyst has been described. However, the present invention provides an exhaust air exhaust so that the total NOx emission amount A does not exceed a predetermined value before reaching the travel distance of the vehicle. It is characterized by changing the fuel ratio, and is not limited to the type or arrangement of the catalyst. For example, the proximity three-way catalyst may be an exhaust manifold integrated type, or there may be no proximity three-way catalyst. Good. In the present embodiment, the occlusion-type NOx catalyst is used in the exhaust purification catalyst device. However, as described above, an adsorption-type NOx catalyst that directly reduces NOx adsorbed on the catalyst may be used. Further, a selective reduction type NOx catalyst that can purify NOx in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio and in the presence of HC may be used. In this case, NOx release control is not performed. Furthermore, the engine type is not limited as long as the engine is capable of lean operation, and may be an intake pipe injection type lean burn engine or a diesel engine.
[0095]
Industrial applicability
As described above, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention reliably suppresses the desired NOx emission amount under all operating conditions, reduces NOx emission amount, and reduces CO2 emissions. ₂ It achieves both reduction in emission and is suitable for use in a lean burn engine having an occlusion-type NOx catalyst in the exhaust passage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of NOx emission control by the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment.
FIG. 3 is a flowchart of forced NOx purge control.
FIG. 4 is a time chart of NOx emission amount control.
FIG. 5 is a time chart of NOx emission amount control.
FIG. 6 is a time chart of NOx release control and NOx suppression control.
FIG. 7 is a flowchart of NOx emission control by the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a lean zone selection map based on travel distance and total NOx emission amount.
FIG. 9 is a lean zone map based on the engine speed and the target average effective pressure.

Claims

NOx reduction function provided in the exhaust passage of the internal combustion engine for purifying or storing NOx in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, and in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio Exhaust purification catalyst device having a reduction function for reducing harmful substances, NOx detection means for detecting or estimating the concentration of NOx released into the atmosphere, and after measuring the travel distance of the vehicle based on the output of the NOx detection means When the NOx emission amount released into the atmosphere is integrated as needed to calculate the total NOx emission amount, and it is detected or predicted that the total NOx emission amount exceeds a predetermined value before the vehicle reaches a predetermined travel distance An exhaust purification device for an internal combustion engine, further comprising control means for stopping or suppressing operation at a lean air-fuel ratio.

2. The control means according to claim 1, wherein the control means determines the exhaust air / fuel ratio as a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air / fuel ratio when it is detected that the total NOx emission amount exceeds the predetermined value before the vehicle reaches the predetermined travel distance. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, characterized by changing the fuel ratio.

3. The control device according to claim 2, wherein the control means detects that the total NOx emission amount exceeds the predetermined value before the vehicle reaches the predetermined travel distance, and changes the exhaust air / fuel ratio to a theoretical air / fuel ratio or a rich air / fuel ratio. After that, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine is characterized in that the exhaust air-fuel ratio is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio until the vehicle reaches the predetermined travel distance.

2. The control unit according to claim 1, wherein the control means reduces the operation range at a lean air-fuel ratio when the total NOx emission amount is predicted to exceed the predetermined value before the vehicle reaches the predetermined travel distance. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine characterized by the above.

5. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the control means changes an operation region at a lean air-fuel ratio based on the total NOx emission amount at the time when the predetermined travel distance has elapsed midway.

2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control unit resets the calculation of the total NOx emission amount and the measurement of the predetermined travel distance when the vehicle reaches the predetermined travel distance.

2. The control unit according to claim 1, wherein the control means performs exhaust after the total NOx emission amount exceeds the predetermined value when the total NOx emission amount does not exceed the predetermined value even when the vehicle reaches the predetermined travel distance. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the air-fuel ratio is changed to a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio, and thereafter the calculation of the total NOx emission amount and the measurement of the predetermined travel distance are reset.

The exhaust purification catalyst device according to claim 1, wherein the exhaust purification catalyst device stores NOx in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio and stores NOx stored when the exhaust air-fuel ratio is a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio. A NOx occlusion-type catalyst that releases and reduces, and the control means detects the exhaust air-fuel ratio as a stoichiometric air-fuel ratio or an exhaust air-fuel ratio when it detects that the total NOx emission exceeds a predetermined value before the vehicle reaches the predetermined travel distance. An internal combustion engine characterized by maintaining the exhaust air / fuel ratio at the stoichiometric air / fuel ratio after the NOx stored in the NOx storage catalyst is changed to a rich air / fuel ratio and released and reduced until the vehicle reaches the predetermined travel distance. Exhaust purification equipment.

2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control means changes the predetermined value for the total NOx emission amount according to a vehicle speed.

2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the air-fuel ratio is changed to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio in accordance with the driver's acceleration operation, and fuel injection into the cylinder after the expansion stroke is used at the initial stage of the air-fuel ratio change. Engine exhaust purification system.

2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control means calculates the total NOx emission amount in consideration of a regeneration state from sulfur poisoning of the exhaust gas purification catalyst apparatus.

NOx reduction function provided in the exhaust passage of the internal combustion engine for purifying or storing NOx in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, and in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio Exhaust purification catalyst device having a reduction function for reducing harmful substances, NOx detection means for estimating NOx concentration released into the atmosphere, and NOx emission released into the atmosphere based on the output of the NOx detection means When the total NOx emission amount is calculated by calculating the total NOx emission amount in consideration of the regeneration state from the sulfur poisoning of the exhaust purification catalyst device, and it is detected or predicted that the total NOx emission amount exceeds a predetermined value An exhaust emission control device for an internal combustion engine comprising control means for stopping or suppressing operation at a lean air-fuel ratio.

13. The control unit according to claim 12, wherein the control means stops or suppresses the operation at the lean air-fuel ratio when it is detected or predicted that the total NOx emission amount exceeds a predetermined value before the vehicle reaches a predetermined travel distance. An exhaust emission control device for an internal combustion engine.