JP3812493B2 - 排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する技術に関し、特に、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する手段を有する排気ガス浄化装置及び排気ガス中の窒素酸化物を除去する手段を用いた排気ガス浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが要求されており、このような要求に対し、ＮＯｘ吸蔵剤を内燃機関の排気ガス通路に配置するようにした装置及び方法が提案されている。
【０００３】
このように用いられるＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガス中のＮＯｘを吸着及び吸収する作用を有し、この作用を利用して排気ガス中のＮＯｘが除去される。ここで、「ＮＯｘを吸着する」とは、主にＮＯｘ吸蔵剤の表面等にＮＯｘをＮＯまたはＮＯ_２等の形で吸着することを言い、「ＮＯｘを吸収する」とは主にＮＯｘ吸蔵剤の内部にＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積することを言うものとする。そして、このようなＮＯｘを吸着する能力（以下、「ＮＯｘ吸着能力」という）とＮＯｘを吸収する能力（以下、「ＮＯｘ吸収能力」という）とを合わせた能力が、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘを吸蔵する能力（以下、「ＮＯｘ吸蔵能力」という）ということになる（すなわち、本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。）。
【０００４】
このうちＮＯｘ吸着能力は、ＮＯｘ吸蔵剤の温度が低い時にも発揮されるが、吸着できるＮＯｘ量（ＮＯｘ吸着容量）は吸収できるＮＯｘ量（ＮＯｘ吸収容量）に比べて少ないため、ＮＯｘの吸蔵を開始してから比較的短時間で大きな能力低下が生じてしまう。このため実際には、大部分のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵剤に吸収されることになるが、ＮＯｘ吸収能力は主にＮＯｘ吸蔵剤が活性化状態となった時に発揮されるため、ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に十分に吸収させるためには、ＮＯｘ吸蔵剤をＮＯｘ吸蔵剤が活性化状態となる温度に昇温する必要がある。
【０００５】
なお、実際にＮＯｘ吸蔵剤を昇温した場合、ＮＯｘ吸蔵剤がある温度に達すると活性化が開始されてＮＯｘ吸蔵能力（この場合、主にはＮＯｘ吸収能力）が急激に上昇し始める。以下では特に断らない限り、この活性化が開始される温度を活性化温度と称することとする。
【０００６】
以上のようなことから、上記のようなＮＯｘ吸蔵剤を内燃機関、例えばディーゼル機関の排気ガス通路に配置して排気ガス中のＮＯｘを除去する目的で使用する場合、機関始動後にＮＯｘ吸蔵剤を昇温させる昇温制御が行われ、ＮＯｘ吸蔵剤が活性化温度以上に昇温される。これは、上述したようにＮＯｘ吸蔵剤によるＮＯｘの吸収が主にＮＯｘ吸蔵剤の温度が活性化温度以上になった時に行われる一方、特にディーゼル機関の場合には排気ガス温度が低く、通常運転状態ではＮＯｘ吸蔵剤を活性化温度以上にすることが困難なためである。
【０００７】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤によるＮＯｘの吸着は、上述したようにＮＯｘ吸蔵剤の温度が活性化温度以下でも行われるため、機関始動後しばらくの間（すなわちＮＯｘ吸着容量がある間）は、ＮＯｘ吸着剤の温度が活性化温度以下であっても排気ガス中のＮＯｘが外部へ放出されることはない。
このため、上記昇温制御を機関始動直後に行う必要はなく、実際には上記昇温制御は、機関始動から一定時間経ってから、もしくは機関が高負荷運転状態になった時等ＮＯｘ吸蔵剤を効率よく昇温させることができる時まで待って行われる。こうすることによって、昇温制御を行うことによる燃費悪化を抑制しつつ、ＮＯｘの外部への放出を抑制することができる。
【０００８】
しかしながら、ＮＯｘ吸蔵剤が長期に渡って使用されて劣化してくると、機関始動後に同じように上記昇温制御を実施するようにしてもＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されず外部へ放出されてしまう場合がある。そしてこれは、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化によるＮＯｘ吸着容量の低下と活性化温度の上昇によるものと考えられる。
【０００９】
すなわち、ＮＯｘ吸蔵剤が長期に渡って使用されると、ＮＯｘ吸蔵剤中の貴金属等の凝集が進んでその表面積が少なくなり、ＮＯｘ吸着容量が低下する。また、ＮＯｘ吸蔵剤が劣化すると、その活性化温度が次第に高くなることがわかっている。ＮＯｘ吸着容量が低下すると排気ガス中のＮＯｘ量が同じであってもより早く容量が飽和状態に近づいてＮＯｘ吸蔵能力（この場合、主にはＮＯｘ吸着能力）が低下してしまい、その後ＮＯｘ吸蔵剤の温度が活性化温度に達してＮＯｘの吸収が行われるようになるまで十分なＮＯｘの吸蔵を行うことができなくなってしまう。一方、劣化後においては活性化温度が高くなるため、同様な昇温制御を行っても劣化後の活性化温度に達するまでの時間は長くなる。このようなことから、ＮＯｘ吸蔵剤が新品である時と同様に機関始動後の昇温制御を実施するようにしてもＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されず外部へ放出されてしまう場合があると考えられる。
【００１０】
これに対し、ＮＯｘ吸蔵剤が劣化した時のことを考えて、例えば機関始動直後に昇温制御を開始するようにすると、ＮＯｘ吸蔵剤が新品の時には不必要な昇温制御が行われることになり、燃費の悪化を招いてしまう。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合に応じて適切な時期に昇温を開始することによって、燃費悪化を抑制しつつＮＯｘの外部への放出を防止する排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法を提供する。
１番目の発明は、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する機能を有するＮＯｘ吸蔵剤を内燃機関から排出される排気ガスが通る排気ガス通路に配置した排気ガス浄化装置において、上記ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力を維持又は向上するために上記ＮＯｘ吸蔵剤を昇温する昇温手段と、上記ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合を判断する劣化判断手段とを備えていて、上記内燃機関の始動から上記昇温手段による上記ＮＯｘ吸蔵剤の昇温が開始されるまでの待ち時間が上記ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合に応じて決定されることを特徴とする排気ガス浄化装置を提供する。
【００１３】
ＮＯｘ吸蔵剤が低温（例えば２００℃未満）の時のＮＯｘ吸蔵能力は、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合によって大きく変化する。また、この低温時のＮＯｘ吸蔵能力を利用してＮＯｘ吸蔵剤の昇温開始時期を遅らせることで燃費悪化を抑制することができる。１番目の発明によれば、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合に応じて、すなわち低温時のＮＯｘ吸蔵能力に応じて、ＮＯｘ吸蔵剤の昇温が開始されるまでの待ち時間が決定されるので、燃費悪化を抑制しつつＮＯｘの外部への放出を防止するために適切な時期に昇温を開始することが可能となる。
【００１４】
２番目の発明では１番目の発明において、上記内燃機関の始動から上記昇温手段による上記ＮＯｘ吸蔵剤の昇温が開始されるまでの待ち時間が、上記ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合が高いほど短く設定される。
ＮＯｘ吸蔵剤が低温（例えば２００℃未満）の時のＮＯｘ吸蔵能力は、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合が高いほど早期に低下する。この発明によれば、上記ＮＯｘ吸蔵剤の昇温が開始されるまでの待ち時間が、上記ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合が高いほど短く設定されるので、ＮＯｘの外部への放出を防止するために適切な時期に昇温を開始することが可能となる。
【００１５】
３番目の発明では１番目または２番目の発明において、上記劣化判断手段は、上記内燃機関の始動から上記ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力が予め定めた値よりも小さくなるまでの経過時間が短いほど、上記ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合が高いと判断する。
上述したように、ＮＯｘ吸蔵剤が低温（例えば２００℃未満）の時のＮＯｘ吸蔵能力は、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合が高いほど早期に低下する。本発明では、このことを利用してＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合が判断される。本発明によっても１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００１６】
４番目の発明では３番目の発明において、上記劣化判断手段が上記ＮＯｘ吸蔵剤の下流において排気ガスのＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段を含んでいて、上記ＮＯｘ濃度が予め定めた濃度を超えた時に上記ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力が予め定めた値よりも小さくなったものとする。
この発明によれば、簡単な方法でＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力の変化を推定することができる。
【００１７】
５番目の発明では１番目から４番目の何れかの発明において、上記劣化判断手段が上記ＮＯｘ吸蔵剤の下流において排気ガスのＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段を含んでいて、上記待ち時間が、上記内燃機関の始動から上記ＮＯｘ濃度が上記ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合に応じて予め定められるＮＯｘ濃度に達するまでとされる。
本発明によっても１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００１８】
６番目の発明では１番目から５番目の何れかの発明において、更に、上記待ち時間が、機関始動から所定の判断時までの機関排出ＮＯｘ積算量が多いほど短く、少ないほど長く補正される。
７番目の発明では１番目から６番目の何れかの発明において、更に、上記待ち時間が、機関始動から所定の判断時まで平均排気ガス温度が高いほど長く、低いほど短く補正される。
【００１９】
ＮＯｘ吸蔵能力の機関始動からの経時変化（低下の仕方）は、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化度合以外に、機関排出ＮＯｘ積算量や排気ガス温度（すなわち、それに影響を受けるＮＯｘ吸蔵剤温度）等、機関始動からの機関運転状態の履歴によって決定される要因にも影響を受ける。６番目及び７番目の発明によれば、これら劣化度合以外の要因に対応して上記待ち時間が補正されるので、燃費悪化を抑制しつつＮＯｘの外部への放出を防止するためにより適切な時期に昇温を開始することが可能となる。
【００２０】
８番目の発明では、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する機能を有するＮＯｘ吸蔵剤を内燃機関から排出される排気ガスが通る排気ガス通路に配置して行う排気ガス浄化方法であって、機関始動から予め定められた待ち時間が経過した時に上記ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力を維持又は向上するために上記ＮＯｘ吸蔵剤の昇温が行われる排気ガス浄化方法において、機関始動後、上記ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力が予め定めた値よりも小さくなるまでの経過時間が短いほど、次回以降の機関始動時における上記待ち時間が短く設定されることを特徴とする、排気ガス浄化方法を提供する。
【００２１】
この発明によれば、始動の度に次回以降の始動の際の適切な上記待ち時間が決定され、１番目の発明と同様、燃費悪化を抑制しつつＮＯｘの外部への放出を防止することができる。
９番目の発明では８番目の発明において、上記待ち時間が、機関始動から所定の判断時までの機関排出ＮＯｘ積算量及び機関始動から所定の判断時まで平均排気ガス温度の少なくとも一方に応じて補正される。
本発明によっても６番目及び７番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一または類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
図１は本発明を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関に適用することもできる。
【００２３】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００２４】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は、パティキュレートフィルタ２２を内蔵したケーシング２３に連結される。後述するようにこのパティキュレートフィルタ２２にはＮＯｘ吸蔵剤４６が担持されている。また、パティキュレートフィルタ２２（ＮＯｘ吸蔵剤４６）の下流側には、排気ガス中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度センサ４４が設けられている。
【００２５】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００２６】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。燃料圧センサ２９及びＮＯｘ濃度センサ４４の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、及び燃料ポンプ２８に接続される。
【００２７】
図２にパティキュレートフィルタ２２の拡大断面図を示す。図２を参照すると、パティキュレートフィルタ２２は多孔質セラミックから成り、排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。パティキュレートフィルタ２２内には、上流側に栓４８が施された第１通路５０と下流側に栓５２が施された第２通路５４とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路５４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路５０に流入し、下流側に流れる。この時、排気ガス中の排気微粒子（パティキュレート）は多孔質セラミックによって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の大気への放出が防止される。
【００２８】
第１通路５０及び第２通路５４の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸蔵剤４６が担持されている。ＮＯｘ吸蔵剤４６は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。このようなＮＯｘ吸蔵剤４６は流入排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、流入排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵していたＮＯｘを放出または脱離して還元浄化する作用（ＮＯｘ吸蔵還元浄化作用）を有する。
【００２９】
図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常時の排気ガス空燃比はリーンでありＮＯｘ吸蔵剤４６は排気ガス中のＮＯｘの吸蔵を行う。そして一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前にＮＯｘ吸蔵剤に還元剤（例えば燃料）を供給する等のＮＯｘ還元浄化制御を行い、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘを放出または脱離させ、還元浄化するようにしている。
【００３０】
ところで、上述のようなＮＯｘの吸蔵は、ＮＯｘ吸蔵剤の表面等にＮＯｘをＮＯまたはＮＯ_２等の形で吸着すること（ＮＯｘの吸着）と、ＮＯｘ吸蔵剤の内部にＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積すること（ＮＯｘの吸収）とによって行われるものと考えられる。そして、このうちのＮＯｘの吸着はＮＯｘ吸蔵剤の温度が低い時（例えば２００℃未満の時）にも行われるが、ＮＯｘの吸収については主にＮＯｘ吸蔵剤の温度が活性化温度以上（例えば２００℃以上）となった時に行われる。
【００３１】
このため、排気ガス通路にＮＯｘ吸蔵剤を配置した内燃機関、特に本実施形態のようなディーゼル機関においては、機関を始動した後、しばらくしてからＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力を維持又は向上するためにＮＯｘ吸蔵剤を昇温させる昇温制御が行われる。これは、機関始動後しばらくの間はＮＯｘを吸着により吸蔵し、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸着容量が飽和状態になる頃までにＮＯｘ吸蔵剤を活性化温度に昇温するようにして、そこからは主に吸収によってＮＯｘを吸蔵しようとするものである。そして、このように昇温制御の開始時期、すなわち昇温を開始する時期を遅らせることによって、燃費悪化を抑制することができる。
【００３２】
ところが、ＮＯｘ吸蔵剤が長期に渡って使用されて劣化してくると、機関始動後に同じように上記昇温制御を実施するようにしてもＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されず外部へ放出されてしまう場合がある。そしてこれは、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化によるＮＯｘ吸着容量の低下と活性化温度の上昇によるものと考えられる。
すなわち、ＮＯｘ吸蔵剤が長期に渡って使用されると、ＮＯｘ吸蔵剤中の貴金属等の凝集が進んでその表面積が少なくなり、ＮＯｘ吸着容量が低下すると共にＮＯｘ吸着能力も低下するようになる。また、ＮＯｘ吸蔵剤が劣化すると、その活性化温度が次第に高くなることがわかっている。このため、ＮＯｘ吸蔵剤が劣化すると、特に低温領域（例えば２００℃未満）においてＮＯｘ吸蔵能力が低下する（図３）。
【００３３】
ＮＯｘ吸着容量が低下すると排気ガス中のＮＯｘ量が同じであってもより早く容量が飽和状態に近づいてＮＯｘ吸蔵能力（この場合、主にはＮＯｘ吸着能力）が急速に低下してしまい、その後ＮＯｘ吸蔵剤の温度が活性化温度に達してＮＯｘの吸収が行われるようになるまで十分なＮＯｘの吸蔵を行うことができなくなってしまう。一方、劣化後においては活性化温度が高くなるため、同様な昇温制御を行っても劣化後の活性化温度に達するまでの時間は長くなる。このようなことから、ＮＯｘ吸蔵剤が新品である時と同様に機関始動後の昇温制御を実施するようにしてもＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されず外部へ放出されてしまう場合があると考えられる。
【００３４】
これに対し、ＮＯｘ吸蔵剤が劣化した時のことを考えて、例えば機関始動直後に昇温制御を開始するようにすると、ＮＯｘ吸蔵剤が新品の時には不必要な昇温制御が行われることになり、燃費の悪化を招いてしまう。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合に応じて適切な時期に昇温制御を開始することによって、燃費悪化を抑制しつつＮＯｘの外部への放出を防止しようとするものである。
【００３５】
次に、図１に示した構成において実施し得る、上記目的を達成するための方法の一例について、図４を参照しつつ説明する。図４は、この方法を実施するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ３０により機関の始動と同時にスタートする。
本制御ルーチンがスタートすると、すなわち機関が始動されるとステップ１００においてタイマが作動し始め機関始動からの経過時間の測定が開始される。またそれと同時に、ステップ１０２においてＮＯｘ濃度センサ４４によるＮＯｘ吸蔵剤４６（パティキュレートフィルタ２２）下流におけるＮＯｘ濃度Ｃｎの測定が開始される。
【００３６】
続くステップ１０４においては、機関始動からの経過時間が昇温制御待ち時間Ｐに達したか否かが判定される。この昇温制御待ち時間Ｐとしては、機関の始動が２回目以降の時には、前回の機関始動時において後述するステップ１１２で設定された待ち時間Ｐが用いられるが、最初に機関を始動する時には予め定め、ＲＯＭ３２に記憶しておいた初期値（初期待ち時間）Ｐ_０が用いられる。この初期待ち時間Ｐ_０としては、例えば新品のＮＯｘ吸蔵剤４６に適応した昇温制御待ち時間を設定するようにしてもよい。
【００３７】
ステップ１０４において機関始動からの経過時間が昇温制御待ち時間Ｐに達していないと判定された場合にはステップ１００へ戻り、そこからの制御が繰り返される。すなわち、機関始動からの経過時間の測定及びＮＯｘ吸蔵剤４６（パティキュレートフィルタ２２）下流におけるＮＯｘ濃度Ｃｎの測定が継続される。
一方、ステップ１０４において機関始動からの経過時間が昇温制御待ち時間Ｐに達したと判定された場合にはステップ１０６に進み、ＮＯｘ吸蔵剤４６を活性化温度以上とするための昇温制御が実施される。
【００３８】
この昇温制御は種々の方法で実施することが可能であるが、本実施形態の説明では、燃料噴射弁６のシリンダ内への燃料噴射を制御することによって排気ガスを昇温する等してＮＯｘ吸蔵剤４６を昇温する方法を例にとって説明する。
すなわち、ステップ１０６の昇温制御で行い得る排気ガス昇温方法（ＮＯｘ吸蔵剤昇温方法）として有効な方法の一つは、燃料噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる方法である。すなわち、通常主燃料Ｑ_m は図５において（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図５の（II）に示されるように主燃料Ｑ_m の噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして排気ガス温度が上昇する。
【００３９】
また、燃焼室５から排出される排気ガスの温度を上昇させるために図５の（III)に示されるように主燃料Ｑ_m に加え、吸気上死点付近において補助燃料Ｑ_v を噴射することもできる。このように補助燃料Ｑ_v を追加的に噴射すると補助燃料Ｑ_v 分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温度が上昇する。
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑ_v を噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑ_v からアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑ_m の反応が加速される。したがってこの場合には図５の（III)に示されるように主燃料Ｑ_m の噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。すなわち、このように主燃料Ｑ_m の噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温度をすみやかに上昇させることができる。
【００４０】
また、図５の（IV）に示されるように主燃料Ｑ_mに加え、膨張行程中または排気工程中に補助燃料Ｑ_pを噴射することもできる。この場合、大部分の補助燃料Ｑ_p は燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通路内に排出される。この未燃ＨＣはＮＯｘ吸蔵剤４６（パティキュレートフィルタ２２）上において過剰酸素により酸化され、この時発生する酸化反応熱によってＮＯｘ吸蔵剤４６の温度が上昇せしめられる。
【００４１】
ステップ１０６において、上述の何れかの方法によってＮＯｘ吸蔵剤４６の活性化温度以上への昇温が図られると、続くステップ１０８において、機関の始動からその時までにＮＯｘ吸蔵剤４６の下流のＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超えることがあったかどうかが判定される。この予め定めた濃度Ｃｎｂは、例えば外部へ放出可能なＮＯｘ濃度の上限値とする。
【００４２】
これまでの説明からも明らかなように、本制御ルーチンがスタートしてから、すなわち機関が始動されてから、ステップ１０６での昇温制御によってＮＯｘ吸蔵剤４６の温度が活性化温度以上に昇温されるまでは、排気ガス中のＮＯｘは主にＮＯｘ吸蔵剤４６によるＮＯｘの吸着によって除去されている。そして、ステップ１０６の昇温制御によってＮＯｘ吸蔵剤４６の温度が活性化温度以上になると、排気ガス中のＮＯｘは、今度は主にＮＯｘ吸蔵剤４６によるＮＯｘの吸収によって除去されるようになる。
【００４３】
したがって、ステップ１０８において、機関の始動からその時までにＮＯｘ吸蔵剤４６の下流のＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超えることがあった場合は、すなわち、ＮＯｘ吸蔵剤４６のＮＯｘ吸着能力が低下してＮＯｘが十分に吸着できなくなる時期とＮＯｘ吸蔵剤４６が活性化温度に達してＮＯｘを十分に吸収できるようになる時期との関係において、昇温制御待ち時間Ｐが不適切であったために（より詳細には長過ぎたために）、ＮＯｘが十分に除去できない期間が存在し、ＮＯｘ濃度が予め定めた濃度Ｃｎｂを超えた排気ガスが外部へ放出されてしまった場合である。したがって、この場合には昇温制御待ち時間Ｐを短く設定し直し、ＮＯｘ吸蔵剤４６の下流のＮＯｘ濃度Ｃｎが常に予め定めた濃度Ｃｎｂ以下となるようにする必要がある。そのため、この場合には制御はステップ１１０へ進む。
【００４４】
一方、ステップ１０８において、機関の始動からその時までにＮＯｘ吸蔵剤４６の下流のＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超えることが無かった場合には、上述したＮＯｘ吸蔵剤４６のＮＯｘ吸着能力が低下してＮＯｘが十分に吸着できなくなる時期とＮＯｘ吸蔵剤４６が活性化温度に達してＮＯｘを十分に吸収できるようになる時期との関係において、昇温制御待ち時間Ｐが適切であったことになるため、昇温制御待ち時間Ｐの再設定は行われず、そのまま制御は終了する。この場合、次回の機関始動時においても今回用いられた昇温制御待ち時間Ｐが用いられる。
ステップ１１０に進むと、ＮＯｘ吸蔵剤４６の下流のＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超えた時期、すなわち機関の始動からＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超えるまでの経過時間が求められ、ＮＯｘ吸蔵剤４６の劣化の度合が判断される。
【００４５】
すなわち、上述したようにＮＯｘ吸蔵剤が長期間に渡って使用されて劣化すると、ＮＯｘ吸蔵剤中の貴金属等の凝集が進んでその表面積が少なくなり、ＮＯｘ吸着容量が低下する。このため、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化が進むと、機関始動からより短い時間でＮＯｘ吸着容量が飽和状態に近づいて排気ガス中のＮＯｘを十分に吸着できなくなり、そのために機関始動からより短い時間でＮＯｘ吸蔵剤４６の下流のＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超えることとなる。したがって、ＮＯｘ吸蔵剤４６の下流のＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超えた時期、すなわち機関の始動後、ＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超えるまでの経過時間を測定することによってＮＯｘ吸蔵剤４６の劣化の度合を判断することができる。
【００４６】
ステップ１１０においてＮＯｘ吸蔵剤４６の劣化の度合、すなわちＮＯｘ吸蔵剤４６の下流のＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超えた時期が求められると、続くステップ１１２において、これに応じた新たな昇温制御待ち時間Ｐが設定され、ＲＯＭ３２へ記憶される。
この新たな昇温制御待ち時間Ｐは、昇温制御によってＮＯｘ吸蔵剤４６の温度が活性化温度になる時期がステップ１１０において求められたＮＯｘ吸蔵剤４６の下流のＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超える時期となるように、もしくはそれよりも早くなるように設定される。こうすることによって、ＮＯｘ吸蔵能力が不足してＮＯｘが十分に除去できない期間が生じることを防ぎ、ＮＯｘ濃度が予め定めた濃度Ｃｎｂを超えた排気ガスが外部へ放出されてしまうことが防止される。
【００４７】
そしてこの新たな昇温制御待ち時間Ｐの設定の際には、劣化によるＮＯｘ吸蔵剤４６の活性化温度の上昇に留意する必要がある。すなわち、上述したようにＮＯｘ吸蔵剤が劣化すると、その活性化温度は次第に高くなる。このため、上述した新たな昇温制御待ち時間Ｐの設定の際には、昇温制御によってＮＯｘ吸蔵剤４６の温度が劣化後の活性化温度になる時期がステップ１１０において求められたＮＯｘ吸蔵剤４６の下流のＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超える時期となるように、もしくはそれよりも早くなるように設定する必要がある。
【００４８】
ＮＯｘ吸蔵剤４６が各劣化度合の時の活性化温度は実験等によって求めることができる。また、ＮＯｘ吸蔵剤４６の劣化の度合は、上述したようにステップ１１０で求められるＮＯｘ吸蔵剤４６の下流のＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超えた時期、すなわち機関の始動からＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超えるまでの経過時間によって判断できる。したがってステップ１１０で求められる上記時期もしくは上記経過時間で示される劣化度合とその劣化度合に対応する活性化温度との関係を予め求め、ＲＯＭ３２に記憶させておけば、ステップ１１０で上記時期もしくは上記経過時間を求めることにより、その時のＮＯｘ吸蔵剤４６の劣化度合に対応した活性化温度を求めることができる。
【００４９】
そして、機関始動から昇温制御が行われるまでのＮＯｘ吸蔵剤４６の温度の経時変化（すなわち、温度上昇の仕方）及び昇温制御開始後のＮＯｘ吸蔵剤４６の温度の経時変化（すなわち、温度上昇の仕方）について標準的なものを予め求めて設定しておくことにより、ステップ１１０で求められた上記時期までに、もしくは上記経過時間が過ぎるまでに、ＮＯｘ吸蔵剤４６をその時のＮＯｘ吸蔵剤４６の劣化度合に対応した活性化温度に上昇させるようにする昇温制御開始時期、すなわち新たな昇温制御待ち時間Ｐを求めることができる。
ステップ１１２においては、このようにして新たな昇温制御待ち時間Ｐが設定されてＲＯＭ３２へ記憶され、制御が終了する。そして、次の機関始動の際に本制御ルーチンが実行される時、この新たな昇温制御待ち時間Ｐが用いられる。
【００５０】
図６は、機関の始動後に昇温制御待ち時間Ｐを経て昇温制御が開始されるという上述したような制御を行った場合に関し、ＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔの経時変化と、それに対応するＮＯｘ吸蔵剤４６のＮＯｘ吸蔵能力Ｋ及びＮＯｘ吸蔵剤４６の下流におけるＮＯｘ濃度Ｃｎの経時変化について一例を示したものである。
図６においてＮＯｘ吸蔵能力Ｋを示す部分（上段）、ＮＯｘ濃度Ｃｎを示す部分（中段）及びＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔを示す部分（下段）の各部分に示されている各曲線ＡはＮＯｘ吸蔵剤４６が劣化する前であって昇温制御待ち時間ＰがＰａに設定されている場合について示し、各曲線ＢはＮＯｘ吸蔵剤４６が劣化した後であって上述した方法により昇温制御待ち時間ＰがＰｂに再設定された場合について示している。
【００５１】
ＮＯｘ吸蔵能力Ｋを示す部分（上段）及びＮＯｘ濃度Ｃｎを示す部分（中段）に示されている各曲線Ｃ（点線）は、ＮＯｘ吸蔵剤４６が劣化した後であって昇温制御待ち時間Ｐが劣化前と同じＰａに設定されている場合について示している。なお、当然のことながら、実際にはＮＯｘ吸蔵剤４６の劣化の程度には様々な状態があるが、ここでは説明を簡単にするために劣化していない状態（すなわち、劣化前の状態）と劣化した状態（すなわち、劣化後の状態）という二つの状態を想定して説明する。
【００５２】
まず、ＮＯｘ吸蔵剤４６が劣化していない場合について、すなわち各曲線Ａで示される場合について説明する。この場合、ＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔが以下のように制御され、燃費悪化を抑制しつつＮＯｘの外部への放出防止が図られる。すなわち、この場合、図６に示された例では昇温制御待ち時間ＰはＰａに設定されており、この昇温制御待ち時間Ｐａが経過するまではＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔは緩やかに上昇する。そしてこの昇温制御待ち時間Ｐａが経過したところで昇温制御が開始され、ＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔは急速に上昇せしめられ、始動後の経過時間がＰｙとなった時に、この場合の、すなわち劣化前のＮＯｘ吸蔵剤４６の活性化温度（より詳細には活性化が開始する温度）Ｔａに達するようにされる。
【００５３】
このようなＮＯｘ吸蔵剤４６の温度制御は、上述したように、燃費悪化を抑制しつつＮＯｘの外部への放出防止を図るために、ＮＯｘ吸蔵剤４６が劣化していない場合において、昇温制御の開始時期を遅らせると共に外部へ放出される排気ガスのＮＯｘ濃度である濃度Ｃｎを予め定めた濃度Ｃｎｂ以下に維持しようとするものであり、この温度制御に対応して、ＮＯｘ吸蔵能力Ｋ及びＮＯｘ濃度Ｃｎは次のように変化する。
【００５４】
つまり、この機関の始動からＮＯｘ吸蔵剤４６の温度ＴがＴａに達するまでの間、すなわち、始動後の経過時間がＰｙになるまでの間は、ＮＯｘ吸蔵剤４６が活性化していないので、排気ガス中のＮＯｘは主に吸着により除去される。上述したように、ＮＯｘ吸蔵剤４６が劣化していない場合には、吸着によるＮＯｘ吸蔵能力Ｋがしばらくの間は高く維持されるので、図６に示された例では、始動後の経過時間がＰｙになるまでの間はＮＯｘ吸蔵能力Ｋが必要ＮＯｘ吸蔵能力Ｋｂを上回り、ＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂ（例えば外部へ放出可能なＮＯｘ濃度の上限値）を超えることはない（図６の上段及び中段に示された曲線Ａを参照）。
【００５５】
そして、時間が経過して次第にＮＯｘの吸着によるＮＯｘ吸蔵能力Ｋが低下してくると、始動後の経過時間がＰａとなった時に昇温制御が始まってＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔが上昇し、ＮＯｘ吸蔵能力ＫがＫｂ未満となる時またはＫｂ未満となる前に、すなわちＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超える時または超える前に温度Ｔが劣化前のＮＯｘ吸蔵剤４６の活性化温度Ｔａに達する。これによってＮＯｘ吸蔵能力Ｋは上昇し、外部へ放出される排気ガスのＮＯｘ濃度Ｃｎは予め定めた濃度Ｃｎｂ以下に維持される。
【００５６】
以上の説明から明らかなようにこの場合、始動後の経過時間Ｐｙにおいて、ＮＯｘ吸蔵能力Ｋの経時変化を示す曲線Ａは極小値をとり、ＮＯｘ濃度Ｃｎの経時変化を示す曲線Ａは極大値をとる。
次に、ＮＯｘ吸蔵剤４６が劣化した後であって昇温制御待ち時間Ｐが劣化前と同じＰａに設定されている場合、すなわち各曲線Ｃで示される場合について説明する。この場合、昇温制御待ち時間Ｐが劣化前と同じＰａに設定されており、ＮＯｘ吸蔵剤４６の温度制御は上述した劣化前の場合と同じであるので、ＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔの経時変化については、曲線Ａ（図６のＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔの経時変化を示す部分（下段）の曲線Ａ）で示される。
【００５７】
この温度制御に対応して、ＮＯｘ吸蔵能力Ｋ及びＮＯｘ濃度Ｃｎは次のように変化する。
すなわち、この場合においても機関の始動からＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔが活性化温度に達するまでの間は、ＮＯｘ吸蔵剤４６が活性化していないので、排気ガス中のＮＯｘは主に吸着により除去する必要がある。そしてこの場合、ＮＯｘ吸蔵剤４６が劣化しているので、その活性化温度は劣化前の活性化温度Ｔａよりも高いＴｂとなる。そして、ＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔの経時変化は劣化前と同じであるので、ＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔが活性化温度Ｔｂに達するのは始動後の経過時間がＰｙよりも長いＰｚになった時である。
【００５８】
したがって、始動後の経過時間がＰｚになるまでの間は、排気ガス中のＮＯｘは主に吸着により除去する必要があるのであるが、ＮＯｘ吸蔵剤４６が劣化している場合には、上述したようにＮＯｘ吸蔵剤４６のＮＯｘ吸着容量が低下しているために、吸着によるＮＯｘ吸蔵能力Ｋは排出されるＮＯｘ量が同じであるとすると劣化していない場合に比べて早期に急速に低下する（図６の上段に示された曲線Ｃ（曲線Ｂが一部重なっている）を参照）。このため、図６に示された例では、始動後の経過時間がＰｘとなった時にＮＯｘ吸蔵能力Ｋが必要ＮＯｘ吸蔵能力Ｋｂ未満となり、ＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超えてしまっている（図６の上段及び中段に示された曲線Ｃを参照）。
【００５９】
その後も、始動後の経過時間がＰａとなった時に昇温制御が始まってＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔが上昇せしめられ、ＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔが活性化温度Ｔｂに達する時（すなわち、経過時間がＰｚとなる時）まではＮＯｘ吸蔵能力Ｋは低下を続け、ＮＯｘ濃度Ｃｎは上昇し続ける。そして、ＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔが活性化温度Ｔｂに達した時、すなわち始動後の経過時間がＰｚとなった時にＮＯｘ吸蔵能力Ｋは上昇を始め、ＮＯｘ濃度Ｃｎは低下を始める。
【００６０】
このように、ＮＯｘ吸蔵剤４６が劣化した後においても劣化する前と同様の昇温制御待ち時間Ｐａを用いた場合には、ＮＯｘ吸蔵剤４６の昇温が間に合わず、外部へ放出される排気ガスのＮＯｘ濃度Ｃｎを予め定めた濃度Ｃｎｂ以下に維持することができない。
次に説明する各曲線Ｂで示される場合は、ＮＯｘ吸蔵剤４６が劣化した後において、図４のフローチャートを参照して説明した方法により昇温制御待ち時間ＰがＰｂに再設定された場合であり、昇温制御待ち時間Ｐを短く設定し直すことで外部へ放出される排気ガスのＮＯｘ濃度Ｃｎを予め定めた濃度Ｃｎｂ以下に維持するようにしたものである。
【００６１】
ＮＯｘ吸蔵剤４６が劣化しているにもかかわらず昇温制御待ち時間Ｐが劣化前と同じＰａに設定されている場合には、機関が始動されて図４のフローチャートに示された制御ルーチンが実施されると、ステップ１０４及びステップ１０５において昇温制御待ち時間Ｐａが経過した時に昇温制御が開始されることになるが、上述した各曲線Ｃで示された場合のように、ＮＯｘ吸蔵剤４６の昇温が間に合わず、外部へ放出される排気ガスのＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂを超えてしまうことになるため、制御はステップ１０８からステップ１１０へ進むことになる。このステップ１１０で求められる時期は、ここで説明する図６の例では始動後の経過時間がＰｘの時である。
【００６２】
そして、この経過時間Ｐｘで示されるＮＯｘ吸蔵剤４６の劣化度合に応じて、予め求めておいた関係に基づいてその時の劣化度合のＮＯｘ吸蔵剤４６の活性化温度Ｔｂが求められる。次いで、始動後の経過時間がＰｘの時にＮＯｘ吸蔵剤４６の温度ＴがＴｂとなるような昇温制御待ち時間Ｐｂが求められる。
こうして求められた昇温制御待ち時間ＰｂがＲＯＭ３２に記憶され、次の機関始動の際に図４のフローチャートに示された制御ルーチンが実行される時に用いられる。
この場合、ＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔ、ＮＯｘ吸蔵能力Ｋ及びＮＯｘ濃度Ｃｎは図６の各曲線Ｂで示されたように変化し、外部へ放出される排気ガスのＮＯｘ濃度Ｃｎが予め定めた濃度Ｃｎｂ以下に維持される。
【００６３】
つまり、機関の始動からの経過時間がＰｘに達すると吸着によるＮＯｘ吸蔵能力Ｋが不足し始めるが、その時にはＮＯｘ吸蔵剤４６の温度Ｔが活性化温度Ｔｂになっており、吸収によってＮＯｘが吸蔵されるようになるため、ＮＯｘ吸蔵能力Ｋが必要ＮＯｘ吸蔵能力Ｋｂより小さくなることはなく、外部へ放出される排気ガスのＮＯｘ濃度Ｃｎは予め定めた濃度Ｃｎｂ以下に維持される。そしてこの場合においても、機関始動からの経過時間がＰｂになるまでは昇温制御が行われないので、ＮＯｘ吸蔵剤４６の劣化に対応するために機関始動直後から昇温制御が開始される場合に比べ、燃費悪化を抑制することができる。
【００６４】
以上のように、図４のフローチャートを参照して説明した方法により、ＮＯｘ吸蔵剤４６の劣化度合に応じて昇温制御を開始する時期を設定することによって、燃費悪化を抑制しつつＮＯｘの外部への放出を防止することができる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化度合の判断方法やＮＯｘ吸蔵剤を昇温する昇温制御の方法として、他の方法を用いてもよい。
【００６５】
例えば、劣化度合を判断する方法として車両走行距離や熱劣化履歴を用いてもよい。また、図７に示したように、ＮＯｘ吸蔵剤４６の上流側に燃料添加ノズル４１、下流側に排気ガス中の空燃比を測定する空燃比センサ４３を設け、上記ノズル４１でパルス状に燃料添加を行った時の上記空燃比センサ４３の出力からＮＯｘ吸蔵剤４６の劣化度合を判断する公知の劣化判断方法を用いてよい。
【００６６】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤を昇温する昇温制御の方法としては、例えばヒータを用いてＮＯｘ吸蔵剤を直接昇温するようにしてもよい。あるいは、ＮＯｘ吸蔵剤の上流側に燃料添加ノズルを設け、燃料添加を行って添加された燃料の反応によってＮＯｘ吸蔵剤を昇温するようにしてもよい。
更に、いわゆる低温燃焼を利用してＮＯｘ吸蔵剤を昇温するようにしてもよい。低温燃焼は、内燃機関の排気側から吸気側へ極めて大量の排気ガスを再循環させ、この再循環ガス（ＥＧＲガス）の吸熱作用によって燃料及びその周囲のガス温を比較的低温に保った状態で燃焼を行わせ、スモークの発生を抑えるというものであるが、このような低温燃焼が行われると、排気ガス中に還元剤（ＨＣ、ＣＯ等）が多く含まれるようになり、その反応によって排気ガス通路内に配置されたＮＯｘ吸蔵剤を昇温することができる。
【００６７】
また、図４のフローチャートを参照して説明した方法においては、昇温制御を開始する時期、すなわち昇温制御待ち時間Ｐの基準として、機関始動からの経過時間を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、機関冷却水温度、排気ガス温度、ＮＯｘ吸蔵剤温度等を基準として用いてもよい。すなわち、これらの温度がＮＯｘ吸蔵剤の劣化度に応じて予め定められる温度に達した時に昇温制御が開始されるようにする。
また、ＮＯｘ吸蔵剤の下流におけるＮＯｘ濃度を基準として用いることも可能である。この場合には、このＮＯｘ濃度がＮＯｘ吸蔵剤の劣化度に応じて予め定められるＮＯｘ濃度に達した時に昇温制御が開始される。
【００６８】
あるいは、機関が始動された時からの機関排出ＮＯｘ量の経時変化（もしくは機関排出ＮＯｘ積算量）を推定または実測し、その値からＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量を推定するようにして、その推定ＮＯｘ吸蔵量を昇温制御を開始する時期、すなわち昇温制御待ち時間Ｐの基準としてもよい。すなわち、上記の機関排出ＮＯｘ量の経時変化（もしくは機関排出ＮＯｘ積算量）は、始動からの機関運転状態（機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）及び機関回転数Ｎ）の履歴等から推定可能であるので、その時のＮＯｘ吸蔵剤の劣化度合に応じたＮＯｘ吸蔵能力（ＮＯｘ浄化率）を用いることによって、もしくはＮＯｘ吸蔵剤の下流にＮＯｘ濃度センサを設けてＮＯｘ濃度の経時変化を求めておくことによって、その時までにＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵された（主には吸着された）ＮＯｘ吸蔵量は推定できる。そして、この推定ＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ吸蔵剤の劣化度合に応じて予め定められるＮＯｘ吸蔵量に達した時に昇温制御が開始されるようにする。すなわち、この場合、昇温制御待ち時間Ｐが、機関の始動から推定ＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合に応じて予め定められるＮＯｘ吸蔵量に達するまでとされる。
【００６９】
この方法によれば、実際にＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量が推定されるので、ＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵能力の低下を他の方法よりも正確に推定することが可能であり、燃費悪化を抑制しつつＮＯｘの外部への放出を防止するためにより適切な時期に昇温制御開始時期を設定することができる。
なお、上記説明からも明らかなように、このような推定ＮＯｘ吸蔵量を用いた制御を行う場合には、機関始動時のＮＯｘ吸蔵量（特にＮＯｘ吸着量）を推定しておく必要があるが、これは例えば前回のＮＯｘ還元浄化制御実施後の車両走行距離や運転状態履歴に基づいて推定することができる。そしてこの機関始動時の推定ＮＯｘ吸蔵量に、上述したように推定した始動からのＮＯｘ吸蔵量を加えてその時の推定ＮＯｘ吸蔵量が求められる。
【００７０】
また、上述した方法の原理を応用し、昇温制御の開始時期、すなわち昇温制御待ち時間Ｐを始動からの機関運転状態履歴に応じて補正するようにしてもよい。すなわち、例えば機関始動後の運転が予め定めた標準的な運転状態よりも機関排出ＮＯｘ量の少ない運転状態で続けられた場合には、予め定めた標準的な運転状態履歴を想定して設定した昇温制御の開始時期よりも昇温制御の開始時期を遅らせるように補正する（すなわち、昇温制御待ち時間Ｐを長くするように補正する）。つまり、この場合、上記昇温制御待ち時間Ｐが、機関始動から所定の判断時までの機関排出ＮＯｘ積算量が多いほど短く、少ないほど長く補正される。
この方法によれば、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵状態が推定され、それによって、ＮＯｘ吸着容量が飽和状態になる時期がより正確に把握されることになるので、燃費悪化を抑制しつつＮＯｘの外部への放出を防止するためにより適切な時期に昇温制御開始時期が設定され得る。
【００７１】
更に、機関始動からの運転状態履歴に基づいてＮＯｘ吸蔵剤の温度の経時変化（温度上昇の仕方）について推定し、これによって昇温制御の開始時期、すなわち昇温制御待ち時間Ｐを補正するようにしてもよい。すなわち、図４のフローチャートを参照して説明した方法においては、標準的なＮＯｘ吸蔵剤の温度の経時変化（温度上昇の仕方）を予め求めて設定しておき、それに基づいて昇温制御の開始時期（すなわち昇温制御待ち時間Ｐ）を求めるようにしたが、この標準的な温度の経時変化に基づいて求めた昇温制御開始時期を、その時の機関運転状態履歴から推定されるＮＯｘ吸蔵剤の温度の経時変化に基づいて補正を行うようにする。例えば、機関始動後すぐに高負荷運転状態となってそれが続けられた場合等、上記の標準的なＮＯｘ吸蔵剤の温度の経時変化よりもＮＯｘ吸蔵剤の温度が高めになることが推定される場合には、上記の標準的なＮＯｘ吸蔵剤の温度の経時変化を想定して設定した昇温制御の開始時期よりも昇温制御の開始時期を遅らせるように補正する（すなわち、昇温制御待ち時間Ｐを長くするように補正する）。また、例えば、ＮＯｘ吸蔵剤の温度を排気ガス温度から推定する場合では、上記昇温制御待ち時間Ｐが、機関始動から所定の判断時までの平均排気ガス温度が高いほど長く、低いほど短く補正される。
これらの方法によれば、ＮＯｘ吸蔵剤の温度が推定され、それによって、ＮＯｘ吸蔵剤を活性化温度にするまでに必要な昇温温度がより正確に把握されることになるので、燃費悪化を抑制しつつＮＯｘの外部への放出を防止するためにより適切な時期に昇温制御開始時期が設定され得る。
【００７２】
なお、上述したような昇温制御を開始する時期の各基準、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化度合の各判断方法及びＮＯｘ吸蔵剤を昇温する昇温制御の各方法は、様々に組合せることが可能であり、例えば、昇温制御を開始する時期の基準として機関冷却水温度を用い、車両走行距離によってＮＯｘ吸蔵剤の劣化度合を判断し、ヒータによって昇温制御を行うようにしてもよい。この場合、例えば、車両走行距離が大きくなるにつれて、ヒータによる昇温制御を開始する機関冷却水温度を低くするようにする。具体的には例えば、車両走行距離がまだ１０ｋｍの頃は機関冷却水温度が５０℃になった時にヒータによる昇温制御が開始されるが、車両走行距離が１００００ｋｍの頃になると機関冷却水温度が４０℃になった時にヒータによる昇温制御が開始されるようにする。
【００７３】
なお、当然のことながら、上述のような昇温制御を開始する時期の各基準、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化度合の各判断方法及びＮＯｘ吸蔵剤を昇温する昇温制御の各方法を組合せて用いる場合には、その組合せにおいて用いられる劣化度合の判断方法で得られる劣化度合と、それに対応する適切な昇温制御開始時期（すなわち、昇温制御待ち時間Ｐ）との関係を予め求めておく必要がある。この適切な昇温制御開始時期は、その組合せで用いる昇温制御の方法を使用した場合に、外部へ放出される排気ガスのＮＯｘ濃度Ｃｎを予め定めた濃度Ｃｎｂ以下に維持することを可能にする昇温制御開始時期を、その組合せで用いられる昇温制御開始時期の基準で表したものである。上述の例では車両走行距離１００００ｋｍの劣化度合の時には機関冷却水温度が４０℃となった時が適切な昇温制御開始時期であり、昇温制御待ち時間Ｐが経過する時であるとしている。
【００７４】
また、図４のフローチャートに示された制御ルーチンによる方法では、上述したように、先の始動の際にＮＯｘ吸蔵剤の劣化度合を判断し、その判断結果に応じた昇温制御待ち時間Ｐは次の始動の際に用いるようにされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化度合を判断する方法により可能であれば、同じ一回の始動の際に、劣化度合の判断をし、その判断結果に応じた昇温制御待ち時間Ｐを設定して用いるようにしてもよい。例えば、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化度合を車両走行距離によって判断する場合には、その機関始動時における車両走行距離に応じて昇温制御待ち時間Ｐを設定し、その同じ機関始動の際においてその昇温制御待ち時間Ｐを用いることができる。
なお、上述した実施形態においては、ＮＯｘ吸蔵剤をパティキュレートフィルタに担持させているが、ＮＯｘ吸蔵剤とパティキュレートフィルタとは別個に独立させてもよい。また、上述した実施形態においては、本発明を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用したが、本発明は火花点火式内燃機関に適用することもできる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合に応じて適切な時期に昇温を開始することが可能となり、燃費悪化を抑制しつつＮＯｘの外部への放出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合の実施形態を示す図である。
【図２】図２は、ＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタの拡大断面図である。
【図３】図３は、ＮＯｘ吸蔵剤の劣化前後におけるＮＯｘ吸蔵能力と温度との関係を示す図である。
【図４】図４は、図１に示した構成を用いて実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図５は、筒内噴射制御を説明するための図である。
【図６】図６は、機関の始動後に昇温制御待ち時間を経て昇温制御が開始されるという図４の制御ルーチンで示される制御が実施された場合に関し、ＮＯｘ吸蔵剤の温度の経時変化と、それに対応するＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力及びＮＯｘ吸蔵剤の下流におけるＮＯｘ濃度の経時変化について一例を示したものである。
【図７】図７は、本発明を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合の別の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
５…燃焼室
６…電気制御式燃料噴射弁
２２…パティキュレートフィルタ
３０…電子制御ユニット
４４…ＮＯｘ濃度センサ
４６…ＮＯｘ吸蔵剤

Claims (9)

1. 排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する機能を有するＮＯｘ吸蔵剤を内燃機関から排出される排気ガスが通る排気ガス通路に配置した排気ガス浄化装置において、
   上記ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力を維持又は向上するために上記ＮＯｘ吸蔵剤を昇温する昇温手段と、
   上記ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合を判断する劣化判断手段とを備えていて、
   上記内燃機関の始動から上記昇温手段による上記ＮＯｘ吸蔵剤の昇温が開始されるまでの待ち時間が上記ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合に応じて決定されることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 上記内燃機関の始動から上記昇温手段による上記ＮＯｘ吸蔵剤の昇温が開始されるまでの待ち時間が、上記ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合が高いほど短く設定されることを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 上記劣化判断手段は、上記内燃機関の始動から上記ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力が予め定めた値よりも小さくなるまでの経過時間が短いほど、上記ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合が高いと判断することを特徴とする、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
4. 上記劣化判断手段が上記ＮＯｘ吸蔵剤の下流において排気ガスのＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段を含んでいて、上記ＮＯｘ濃度が予め定めた濃度を超えた時に上記ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力が予め定めた値よりも小さくなったものとすることを特徴とする、請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
5. 上記劣化判断手段が上記ＮＯｘ吸蔵剤の下流において排気ガスのＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段を含んでいて、
   上記待ち時間が、上記内燃機関の始動から上記ＮＯｘ濃度が上記ＮＯｘ吸蔵剤の劣化の度合に応じて予め定められるＮＯｘ濃度に達するまでとされることを特徴とする、請求項１から４の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
6. 更に、上記待ち時間が、機関始動から所定の判断時までの機関排出ＮＯｘ積算量が多いほど短く、少ないほど長く補正されることを特徴とする、請求項１から５の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
7. 更に、上記待ち時間が、機関始動から所定の判断時まで平均排気ガス温度が高いほど長く、低いほど短く補正されることを特徴とする、請求項１から６に記載の排気ガス浄化装置。
8. 排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する機能を有するＮＯｘ吸蔵剤を内燃機関から排出される排気ガスが通る排気ガス通路に配置して行う排気ガス浄化方法であって、機関始動から予め定められた待ち時間が経過した時に上記ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力を維持又は向上するために上記ＮＯｘ吸蔵剤の昇温が行われる排気ガス浄化方法において、
   機関始動後、上記ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力が予め定めた値よりも小さくなるまでの経過時間が短いほど、次回以降の機関始動時における上記待ち時間が短く設定されることを特徴とする、排気ガス浄化方法。
9. 上記待ち時間が、機関始動から所定の判断時までの機関排出ＮＯｘ積算量及び機関始動から所定の判断時まで平均排気ガス温度の少なくとも一方に応じて補正されることを特徴とする、請求項８に記載の排気ガス浄化方法。

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