JP4341317B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気の浄化を行う内燃機関の排気浄化システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関、特に希薄燃焼を行う内燃機関から排出される排気に含まれるNOxを浄化するために、リーン雰囲気下で排気中のNOxを吸蔵し、還元剤の存在下となるリッチ雰囲気の下で、吸蔵されたNOxを還元する吸蔵還元型NOx触媒(以下、「NOx触媒」という)が、排気通路に設けられている。しかし、NOx触媒へのNOxの吸蔵は、NOx触媒の容積や排気の状態に影響される。特に内燃機関の加速時においては、多量のNOxが排出されるため、NOx触媒の吸蔵能力が容易に飽和する。そこで、該加速時において常にNOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすることで吸蔵されているNOxを連続的に還元すると燃費が悪化するため、該加速時においては、NOx触媒に吸蔵されているNOx量を推定し、その吸蔵量が所定量を超えるときのみ、NOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすることで、燃費の悪化を抑制する技術が公開されている(例えば、特許文献1を参照。)。
【0003】
また、NOx触媒がその浄化能力を効率的に発揮するためには、NOx触媒の温度を所定の温度範囲内に属するように制御する必要がある。例えば、NOx触媒の温度が過度に上昇し、NOx触媒の温度が所定の温度範囲内に属しない状態となると、NOx触媒へのNOxの吸蔵が効率的に行われずNOx触媒の排気浄化能力が低下し、浄化が十分に行われていない排気が外気へ放出されることとなる。そこで、NOx触媒の温度が過度に上昇した場合には、NOxがNOx触媒に吸蔵される内燃機関の運転状態であるリーン運転へ移行する時期を遅延させ、ストイキ若しくはリッチ運転を行う技術が公開されている(例えば、特許文献2を参照。)。
【0004】
また、NOx触媒に流入する排気に還元剤である燃料を供給する場合において、吸気絞り弁を絞ることでNOx触媒に流入する排気の量を減量させて、NOx触媒に吸蔵されているNOxを還元するために要する燃料の量を低減させる技術が公開されている(例えば、特許文献3を参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開平6−280550号公報
【特許文献2】
特開2000−257473号公報
【特許文献3】
特開平6−200739号公報
【特許文献4】
特開2001−59414号公報
【特許文献5】
特開平8−200049号公報
【特許文献6】
特開平11−107811号公報
【特許文献7】
特開平6−66135号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
排気中のNOxを浄化するために、NOx触媒にNOxを吸蔵した後に、NOx触媒に流入する場合は、排気に燃料を添加することで、NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元する。ここで、NOx触媒に流入する排気の流量が多いときや排気に含まれるNOx濃度が高い場合には、NOx触媒におけるNOxの吸蔵が効率的に行われず、NOxがNOx触媒をすり抜けて大気に放出される虞がある。
【0007】
本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、NOx触媒に流入する排気の流量が多いときや排気に含まれるNOx濃度が高い場合においても、内燃機関から排出される排気に含まれるNOxをより確実に浄化して、NOxがNOx触媒をすり抜けて大気に放出されることを抑制する内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、NOx触媒が有する、NOxを吸蔵した後に該吸蔵されたNOxをリッチ雰囲気の下、還元してNOxを浄化する排気浄化能力の他に、NOx触媒に流入する排気の空燃比がストイキである場合に発揮される三元機能によってNOxを浄化する排気浄化能力に着目した。三元機能によるNOx浄化は、NOx触媒に流入する排気の流量が多いときや排気に含まれるNOx濃度が高い場合においても、効率的に行われるからである。ただし、NOx触媒に流入する排気の空燃比をストイキに維持する必要があるため、NOx浄化に要する燃料量が増加し、燃費が悪化する。
【0009】
そこで、排気通路に設けられ、排気の空燃比がリーン状態である場合には排気中のNOxを吸蔵し該空燃比をリッチ状態として吸蔵されたNOxを還元することでNOxを浄化するとともに、排気の空燃比がストイキ状態である場合には三元機能によりNOxを浄化するNOx触媒と、前記NOx触媒に流入する排気に含まれるNOxの濃度と該NOx触媒に流入する排気の流量の少なくとも何れかに基づいて、前記NOx触媒においてNOxを吸蔵、還元することによりNOxを浄化する条件が成立しているか否かを判定するNOx浄化判定手段と、前記NOx触媒に流入する排気の空燃比を調整する排気空燃比調整手段と、を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記排気空燃比調整手段は、前記NOx浄化判定手段によって前記NOx触媒においてNOxを吸蔵、還元することによりNOxを浄化する条件が成立していると判定されるときは、排気中のNOxが該NOx触媒に吸蔵、還元されるべく排気の空燃比を調整し、前記NOx浄化判定手段によって前記NOx触媒においてNOxを吸蔵、還元することによりNOxを浄化する条件が成立していないと判定されるときは、該NOx触媒に流入する排気の空燃比をストイキに調整する。
【0010】
NOx触媒は、排気中のNOxを浄化するモードとして、排気がリーン状態であるときは排気中のNOxを吸蔵し、排気がリッチ状態となったときに排気中の燃料成分を還元剤として、NOx触媒に吸蔵されているNOxを還元して浄化するモード(以下、「吸蔵還元浄化モード」という)と、NOx触媒に流入する排気がストイキ状態である場合に発揮される三元機能により排気中のNOxを浄化するモード(以下、「三元浄化モード」という)を有する。
【0011】
吸蔵還元モードにおいては、内燃機関においてリーン運転が可能となるため、燃費の向上が図れるとともに、吸蔵されたNOxを還元するときにおいてのみNOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ状態とすればよいため、燃費の悪化を抑制することが可能となる。一方で、NOx触媒に流入する排気に含まれるNOxの濃度が高い場合やNOx触媒に流入する排気の流量が多い場合には、NOx触媒におけるNOxの吸蔵が効率的に行われず、NOxが大気へ放出される虞がある。
【0012】
また、三元浄化モードでは、NOx触媒においてNOxの吸蔵を行わないため、NOx触媒に流入する排気に含まれるNOxの濃度が高い場合やNOx触媒に流入する排気の流量が多い場合であっても、排気中のNOxの浄化がより確実に行われる。しかし、三元浄化モードにおいては、NOx触媒による三元機能を発揮させるために排気の空燃比をストイキ状態に維持する必要があるため、内燃機関の燃費が悪化する。
【0013】
そこで、前記NOx浄化判定手段によって、吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化条件が成立しているか否か、即ちNOx触媒に流入する排気に含まれるNOxの濃度とNOx触媒に流入する排気の流量の少なくとも何れかが、NOx触媒へのNOxの吸蔵が効率的に行われる状態となっているか否かを判定する。そして、該条件が成立していると判定されるときは、NOx触媒の吸蔵還元浄化モードによって、NOxの浄化を行う。一方、該条件が成立していないと判定されるときは、NOx触媒の三元浄化モードによって、NOxの浄化を行う。
【0014】
このようにすることで、NOx触媒に流入する排気の流量が多いときや排気に含まれるNOx濃度が高い場合においても、内燃機関から排出される排気に含まれるNOxをより確実に浄化して、NOxがNOx触媒をすり抜けて大気に放出されることが抑制される。そして、三元浄化モードによるNOx浄化を上記の条件が成立していないときに限定することで、内燃機関の燃費の悪化を可及的に抑制することも可能となる。
【0015】
ここで、NOx触媒において、吸蔵還元浄化モードと三元浄化モードのいずれの浄化モードで排気中のNOxを浄化するかを判定する前記NOx浄化判定手段においては、先述したように、NOx触媒に流入する排気のNOx濃度と該排気の流量が重要な判定要素となる。そこで、前記NOx浄化判定手段は、前記NOx触媒に流入する排気に含まれるNOxの濃度が所定の濃度より低いこと、および/または該NOx触媒に流入する排気の流量が所定の流量より少ないことを条件として、該NOx触媒においてNOxを吸蔵、還元することによりNOxを浄化する条件が成立していると判定する。
【0016】
従って、前記NOx浄化判定手段は、前記NOx触媒に流入する排気に含まれるNOxの濃度が前記所定の濃度以上であること、または/および該NOx触媒に流入する排気の流量が前記所定の流量以上であることを条件として、該NOx触媒に排気中のNOxが吸蔵され該排気の空燃比をリッチ空燃比とすることで該NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元する条件が成立していないと判定する。
【0017】
即ち、NOx触媒によるNOxの吸蔵効率に着眼したものである。排気中のNOx濃度が所定の濃度より高い場合、または排気の流量が所定の流量より多い場合には、NOx触媒に流入するNOx量が増大するために、結果的にNOx触媒によるNOxの吸蔵が十分に行われず、NOxがNOx触媒をすり抜けて大気へ放出される。そこで、このような場合には、NOx触媒の吸蔵還元浄化モードではなく、三元浄化モードによって、排気中のNOxを浄化する。
【0018】
また、NOx触媒判定手段において、NOx触媒に単位時間に流入する排気中のNOx量に着眼して、該排気のNOx濃度と該排気の流量との積の値を判断基準として、該積の値が所定の値より高い場合には、前記NOx触媒においてNOxを吸蔵、還元することによりNOxを浄化する条件が成立していないと判定してもよい。
【0019】
ここで、NOx触媒の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化の効率は、NOx触媒の温度にも大きく影響される。そこで、前記NOx浄化判定手段は、更に、前前記NOx触媒の温度が所定の温度範囲に属していることをもって、該NOx触媒においてNOxを吸蔵、還元することによりNOxを浄化する条件が成立していると判定する。
【0020】
NOx触媒の吸蔵還元浄化モードによる触媒機能が効率的に発揮されるためには、NOx触媒の温度が活性温度まで上昇している必要がある。更に、NOx触媒の温度が過度に上昇していると、該触媒機能が低下する。そこで、NOx触媒に流入する排気の濃度および/または該排気の流量に加えて、NOx触媒の温度を、吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化の可否の判定要素とするものである。
【0021】
また、NOx触媒の三元浄化モードによる触媒機能が効率的に発揮されるためにも所定の条件が成立している必要がある場合がある。そこで、先述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、少なくとも前記NOx触媒の温度が活性温度より高いことをもって、該NOx触媒の三元機能により排気中のNOxを浄化する条件が成立していると判定する三元機能NOx浄化判定手段を、更に備える。そして、前記空燃比調整手段は、前記NOx浄化判定手段によって前記NOx触媒においてNOxを吸蔵、還元することによりNOxを浄化する条件が成立していないと判定され、更に、前記三元機能NOx浄化判定手段によって該NOx触媒の三元機能により排気中のNOxを浄化する条件が成立していると判定されるときに、該NOx触媒に流入する排気の空燃比をストイキに調整する。
【0022】
先述したように、NOx触媒の三元浄化モードによる触媒機能は、NOx触媒に流入する排気のNOx濃度や該排気の流量には影響されにくいが、NOx触媒の温度が活性温度以上である必要がある。NOx触媒の温度が活性温度以上となっていない状態で、NOx触媒に流入する排気の空燃比をストイキ状態として、三元浄化モードによってNOxの浄化を行うと、排気中の燃料成分がNOxと十分に反応しないため、排気中のNOxに加えて燃料成分も大気へ放出される。そこで、NOx触媒の温度を三元浄化モードによるNOx浄化の可否の判定要素とするものである。
【0023】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。図1は、本発明が適用される排気浄化システム、該排気浄化システムを含む内燃機関1およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【0024】
内燃機関1は、4つの気筒2を有する内燃機関である。また、気筒2の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。燃料噴射弁3は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室4と接続されている。蓄圧室4は、燃料供給管5を介して燃料ポンプ6と連通している。
【0025】
次に、内燃機関1には吸気枝管7が接続されており、吸気枝管7の各枝管は、気筒2の燃焼室と吸気ポートを介して連通している。ここで、気筒2の燃焼室と吸気ポートとの連通は、吸気弁の開閉によって行われる。また、吸気枝管7は吸気管8に接続されている。
【0026】
一方、内燃機関1には排気枝管9が接続され、排気枝管9の各枝管が排気ポートを介して気筒2の燃焼室と連通している。ここで、気筒2の燃焼室と排気ポートとの連通は、排気弁の開閉によって行われる。また、排気枝管9には、排気枝管9を流れる排気に対して燃料を添加する燃料添加弁21が設けられている。
【0027】
また、前記排気枝管9は、排気管10と接続され、この排気管10は、下流にてマフラー(図示略)に接続されている。更に、排気管10の途中には、内燃機関1から排出される排気中のNOxを浄化するNOx触媒11が設けられている。NOx触媒11は、吸蔵還元浄化モードによるNOxの浄化と、三元浄化モードによるNOxの浄化を行う。これらのNOxの浄化は、NOx触媒11に流入する排気の空燃比に依存し、該排気の空燃比は、燃料添加弁21によって排気に燃料を添加することで調整される。また、燃料添加弁21による排気への燃料添加の他にも、気筒2における燃焼条件を制御することで、気筒2より排出される排気の空燃比を調整してもよい。
【0028】
ここで、燃料噴射弁3および燃料添加弁21は、電子制御ユニット(以下、「ECU」という)20からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ECU20からの指令によって、燃料噴射弁3および燃料添加弁21における燃料の噴射時期および噴射量が弁毎に制御される。
【0029】
更に、アクセル開度センサ25がECU20と電気的に接続されており、ECU20はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関1にかかる機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ24がECU20と電気的に接続されており、ECU20は内燃機関1の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関1の機関回転速度等を算出する。
【0030】
また、NOx触媒11の上流側の排気管10には、NOx触媒11に流入する排気のNOx濃度と温度を検出する排気温度センサ22および排気NOxセンサ26が設けられている。更に、NOx触媒11の下流側の排気管10には、NOx触媒11から流出する排気の空燃比を検出する排気空燃比センサ23が設けられている。各センサは、ECU20と電気的に接続されている。
【0031】
これらによって、ECU20は、NOx触媒11に流入する排気の温度、NOx濃度およびNOx触媒11から流出する排気の空燃比を検出する。そして、ECU20は、NOx触媒11に流入する排気の温度よりNOx触媒11の温度を推定し、またNOx触媒11から流出する排気の空燃比よりNOx触媒11内の排気の空燃比を推定する。また、ECU20は、アクセル開度センサ25からの信号に基づいて検出される内燃機関1の機関負荷と、クランクポジションセンサ24からの信号に基づいて検出される内燃機関1の機関回転速度とから、気筒2から排出されNOx触媒11に流入する排気の流量、即ち排気管10を流れる排気の流量を推定する。
【0032】
これらのセンサとNOx触媒11、燃料添加弁21、ECU20等で構成される排気浄化システムによって、内燃機関1から排出される排気中のNOxの浄化が行われる。ここで、NOx触媒11によるNOxの浄化については、先述した吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化と三元浄化モードによるNOx浄化がある。吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化においては、内燃機関1においてリーン運転が可能であること、またNOx触媒11に吸蔵されたNOxを還元するときに排気の空燃比をリッチ状態とすればよいことにより、三元浄化モードによるNOx浄化と比べて、内燃機関1の燃費の悪化が抑制される。尚、NOx触媒11によるNOx浄化の程度をNOx浄化率と表現し、該NOx浄化率は、NOx触媒11に流入する排気のNOx濃度に対する、該NOx濃度とNOx触媒11から流出する排気のNOx濃度との差の割合で定義される。
【0033】
しかし、NOx触媒11においては、吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化率は、NOx触媒11に流入する排気の状態やNOx触媒11の温度に依存する。ここで、NOx触媒11の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化率と、NOx触媒11に流入する排気の状態やNOx触媒11の温度との関係について、図2および図3に基づいて説明する。
【0034】
図2は、NOx触媒11の温度がT0であるときの、NOx触媒11の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化率と、NOx触媒11に流入する排気のNOx濃度との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は該NOx浄化率を、横軸は該NOx濃度を示す。NOx触媒11のNOx浄化率と該NOx濃度との関係は、NOx触媒11の温度に依存しており、NOx触媒11の温度が同一のである場合において、該NOx濃度が高くなるに従い低下する傾向がある。図2は、その一例を示すものである。例えば、図中線L1は、NOx触媒11の温度がT0のときのNOx浄化率の推移を、図中線L2は、NOx触媒11の温度がT1、T2のときのNOx浄化率の推移を、図中線L3は、NOx触媒11の温度がT3、T4のときのNOx浄化率の推移を示す。これらの触媒温度は、図3中の触媒温度と合致するものである。
【0035】
このようなNOx浄化率の推移を示すNOx触媒11においては、NOx触媒11に流入する排気のNOx濃度が所定のNOx濃度を越えると、NOx浄化率が大きく低下する。図2に示すように、NOx触媒11の温度がT0のときは該NOx濃度がD1より高くなるときに、NOx触媒11の温度がT1、T2のときは該NOx濃度がD2より高くなるときに、NOx触媒11の温度がT3、T4のときは該NOx濃度がD3より高くなるときに、NOx浄化率の低下が顕著となる。これは、NOx触媒11によるNOxの吸蔵効率が大きく低下することによる。
【0036】
また、NOx触媒11の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化率と、NOx触媒11に流入する排気の流量との関係においても、上記NOx濃度との関係と同様に、NOx触媒11の温度に応じて該排気の流量が所定の流量より高くなると、NOx触媒11によるNOxの吸蔵効率が大きく低下するため、NOx浄化率も大きく低下する。
【0037】
よって、NOx触媒11の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化は、NOx触媒11の温度がT0のときは、NOx触媒11に流入する排気のNOx濃度がD1より低い場合において、該温度がT1、T2のときは該NOx濃度がD2より低い場合に、該温度がT3、T4のときは該NOx濃度がD3より低い場合に、効率的に行われ得る。また、NOx触媒11に流入する排気の流量についても、NOx触媒11の温度に対応する上記所定の流量より低い場合において、NOx触媒11の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化は効率的に行われ得る。
【0038】
ここで、図3に、NOx触媒11の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化率と、NOx触媒11の温度との関係の傾向を示す。グラフの縦軸は該NOx浄化率を、横軸は該触媒温度を示す。このように、NOx触媒11の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化率は、NOx触媒11の温度の低温側と高温側において低下する傾向を有する。
【0039】
従って、図2および図3に示すように、NOx触媒11の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化が効率的に行われるには、上述した排気のNOx濃度、排気流量、NOx触媒11の温度の所定の条件が満たされる必要がある。即ち、NOx触媒11の温度が低温側もしくは高温側の値であると、NOx触媒11に流入する排気のNOx濃度をより低く抑えなければ、効率的なNOx浄化が行われない。該所定の条件が満たされないときにNOx触媒11の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化が行われると、排気中のNOxが十分に浄化されずに大気へ放出される虞がある。
【0040】
そこで、NOx触媒11に流入する排気の流量が多いときや該排気に含まれるNOx濃度が高い場合においても、内燃機関1から排出される排気に含まれるNOxをより確実に浄化するための制御(以下、「NOx浄化制御」という)について、図4に基づいて説明する。図4は、NOx浄化制御を示すフローチャートである。NOx浄化制御は、ECU20によって実行される。本実施の形態においては、所定の判断条件に従って、NOx触媒11の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化と三元浄化モードによるNOx浄化とが実行される。以下に、NOx浄化制御の詳細を説明する。
【0041】
まずS101では、内燃機関1から排出される排気の状態を検出する。具体的には、排気NOxセンサ26や排気温度センサ22によってNOx触媒11に流入する排気のNOx濃度および排気温度を検出する。そして、該排気温度より、NOx触媒11の温度を推定する。更に、クランクポジションセンサ24やアクセル開度センサ25からの信号に基づいて検出される内燃機関1の運転状態より、NOx触媒11に流入する排気の流量を推定する。S101の処理が終了すると、S102へ進む。尚、該排気のNOx濃度および温度についても、内燃機関1の運転状態より推定してもよい。
【0042】
S102では、NOx触媒11におけるNOxの吸蔵量を推定する。具体的には、前回に行われたNOx浄化制御から現時点までに経過した時間や、その期間における内燃機関の運転状態等に基づいて、NOx触媒11に吸蔵されているNOx量を推定する。S102の処理が終了すると、S103へ進む。
【0043】
S103では、S101で検出されたNOxの排出状態と、S102で推定されたNOx吸蔵量に基づいて、吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化が可能か否かを判定される。即ち、先述したようにNOx触媒11に流入する排気のNOx濃度が、検出されたNOx触媒11の温度に対応した濃度より低いか否か、また該排気の流量が、検出されたNOx触媒11の温度に対応した所定の流量より低いか否かが判定される。例えば、NOx触媒11の温度がT0のときは、該排気のNOx濃度がD1より低いか否かが判定される。また、NOx触媒11におけるNOxの吸蔵が飽和状態となっていないか、即ちNOx触媒11にはNOxを吸蔵する余裕があるか否かが判定される。
【0044】
S103で、NOx触媒11に流入する排気のNOx濃度が検出されたNOx触媒11の温度に対応した濃度より低いと判定され、かつ該排気の流量が検出されたNOx触媒11の温度に対応した所定の流量より低いと判定され、かつNOx触媒11におけるNOxの吸蔵が飽和状態となっていないと判定されると、NOx触媒11において吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化が効率的に行われる条件が成立していることを意味する。そこで、S105へ進む。一方で、上記のように判定されないときは、NOx触媒11において吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化が高率に行われる条件が成立していないことを意味する。そこで、S104へ進む。
【0045】
S104では、NOx触媒11の温度に基づいて、三元浄化モードによるNOx浄化が可能か否かを判定される。即ち、NOx触媒11の温度が活性温度にまで達しているか否かが判定される。ここで、NOx触媒11の温度が活性温度まで達していると判定されると、NOx触媒11において三元浄化モードによるNOx浄化が効率的に行われる条件が成立していることを意味する。そこで、S106へ進む。一方で、NOx触媒11の温度が活性温度まで達していないと判定されると、NOx触媒11において三元浄化モードによるNOx浄化が効率的に行われる条件が成立していないことを意味し、S105へ進む。
【0046】
S105およびS106では、それぞれ吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化と三元浄化モードによるNOx浄化に適した排気の空燃比の調整が行われる。具体的には、S105においては、NOx触媒11にNOxを吸蔵すべく、またはNOx触媒11に吸蔵されたNOxを還元すべく、排気空燃比センサ23からの信号に基づいて、NOx触媒11に流入する排気の空燃比がリーン状態またはリッチ状態となるように燃料添加弁21が制御される。また、S106においては、排気中のNOxをNOx触媒11の三元機能により浄化すべく、排気空燃比センサ23からの信号に基づいて、NOx触媒11に流入する排気の空燃比をストイキ状態とすべく燃料添加弁21が制御される。S105およびS106の処理がそれぞれ終了すると、再びS101の処理が行われる。
【0047】
以上より、本制御によって、NOx触媒11に流入する排気の流量が多いときや該排気に含まれるNOx濃度が高い場合においても、NOx触媒11の有する三元機能によってNOxが浄化される、従って、内燃機関1から排出される排気に含まれるNOxをより確実に浄化して、NOxがNOx触媒をすり抜けて大気に放出されることを抑制することが可能となる。また、S104において三元浄化モードによるNOx浄化の条件が成立しないと判定されるときに、吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化を行うことで、三元浄化モードによるNOx浄化に伴い排気の空燃比をストイキ状態とすることを回避して、多量の燃料成分が大気へ放出されるのを抑制する。更に、このように三元浄化モードによるNOx浄化が実行されるのを一定の条件下に制限することで、三元浄化モードに伴う内燃機関1の燃費の悪化も抑制される。
【0048】
また、本実施の形態においては、S103において、NOx触媒11の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化の条件が成立しているか否かを判定するに際して、NOx触媒11に流入する排気のNOx濃度と、該排気の流量を各々の閾値と比較することで該判定を行ったが、該排気のNOx濃度と該排気の流量との積に基づいて該判定を行ってもよい。即ち、NOx触媒11に流入するNOx量に着眼するのであり、該積の値が所定の値より低い場合には、NOx触媒11の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化の条件が成立していると判定し、一方該積の値が所定の値以上である場合には、NOx触媒11の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化の条件が成立していないと判定する。
【0049】
【発明の効果】
本発明は、所定の条件が満たされるときは吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化が行われ、該所定の条件が満たされない場合、即ちNOx触媒に流入する排気の流量が多いときや排気に含まれるNOx濃度が高い場合においては、三元浄化モードによるNOx浄化が行われることで、内燃機関から排出される排気に含まれるNOxをより確実に浄化して、NOxがNOx触媒をすり抜けて大気に放出されることを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムおよび該排気浄化システムを含む内燃機関およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、NOx触媒の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化率と、NOx触媒に流入する排気のNOx濃度との関係を示すグラフである。
【図3】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、NOx触媒の吸蔵還元浄化モードによるNOx浄化率と、NOx触媒の温度との関係を示すグラフである。
【図4】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおける、排気中のNOxを浄化する制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1・・・・内燃機関
9・・・・排気枝管
10・・・・排気管
11・・・・NOx触媒
20・・・・ECU
21・・・・燃料添加弁
22・・・・排気温度センサ
23・・・・排気空燃比センサ
24・・・・クランクポジションセンサ
25・・・・アクセル開度センサ
26・・・・排気NOxセンサ
Claims (3)
- 排気通路に設けられ、排気の空燃比がリーン状態である場合には排気中のNOxを吸蔵し該空燃比をリッチ状態として吸蔵されたNOxを還元することでNOxを浄化するとともに、排気の空燃比がストイキ状態である場合には三元機能によりNOxを浄化するNOx触媒と、
前記NOx触媒に流入する排気に含まれるNOxの濃度と該NOx触媒に流入する排気の流量の少なくとも何れかに基づいて、前記NOx触媒においてNOxを吸蔵、還元することによりNOxを浄化する条件が成立しているか否かを判定するNOx浄化判定手段と、
前記NOx触媒に流入する排気の空燃比を調整する排気空燃比調整手段と、
を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記NOx浄化判定手段は、前記NOx触媒に流入する排気に含まれるNOxの濃度が所定の濃度より低いこと、および/または該NOx触媒に流入する排気の流量が所定の流量より少ないことを条件として、該NOx触媒においてNOxを吸蔵、還元することによりNOxを浄化する条件が成立していると判定し、
前記排気空燃比調整手段は、
前記NOx浄化判定手段によって前記NOx触媒においてNOxを吸蔵、還元することによりNOxを浄化する条件が成立していると判定されるときは、排気中のNOxが該NOx触媒に吸蔵、還元されるべく排気の空燃比を調整し、
前記NOx浄化判定手段によって前記NOx触媒においてNOxを吸蔵、還元することによりNOxを浄化する条件が成立していないと判定されるときは、該NOx触媒に流入する排気の空燃比をストイキに調整することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 - 前記NOx浄化判定手段は、更に、前記NOx触媒の温度が所定の温度範囲に属していることをもって、該NOx触媒においてNOxを吸蔵、還元することによりNOxを浄化する条件が成立していると判定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。
- 少なくとも前記NOx触媒の温度が活性温度より高いことをもって、該NOx触媒の三元機能により排気中のNOxを浄化する条件が成立していると判定する三元機能NOx浄化判定手段を、更に備え、
前記空燃比調整手段は、前記NOx浄化判定手段によって前記NOx触媒においてNOxを吸蔵、還元することによりNOxを浄化する条件が成立していないと判定され、更に、前記三元機能NOx浄化判定手段によって該NOx触媒の三元機能により排気中のNOxを浄化する条件が成立していると判定されるときに、該NOx触媒に流入する排気の空燃比をストイキに調整することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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