JP4688897B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に排気系にＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。

特許文献１には、排気系にＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置が示されている。この装置では、排気中に含まれるリン（Ｐ）がＮＯｘ浄化触媒に堆積し、ＮＯｘ浄化触媒の浄化性能を劣化させる点が考慮され、内燃機関を搭載した車両の走行距離、あるいは機関の運転時間に応じて、リン堆積量が算出される。そして、リン堆積量が大きくなったときは、ＮＯｘ除去処理の頻度を高める、リーン運転を行う運転領域を狭くする、あるいは警告表示を行うといったことが行われる。

特開２００２−２５６９５１号公報

特許文献１に示された手法では、車両の走行距離、あるいは機関の運転時間に応じて、リン堆積量が算出される。しかしながら、リンは機関の潤滑油だけでなく、燃料にも含まれているため、特許文献１に示された手法では、リン堆積量の推定精度が十分とはいえない。そのため、リン堆積量を過小に推定して、ＮＯｘ浄化性能が劣化した状態での運転が継続され、ＮＯｘ排出量が増加する可能性がある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、ＮＯｘ浄化触媒のリン堆積量をより正確に推定し、ＮＯｘ浄化触媒に蓄積したＮＯｘの除去処理を推定したリン堆積量に応じて適切に行うことが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。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、排気系にＮＯｘ浄化触媒（１１）を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ浄化触媒（１１）に蓄積したＮＯｘ量（ＳＧＮＯｘ）を算出し、蓄積したＮＯｘを除去するＮＯｘ除去処理を、算出したＮＯｘ蓄積量（ＳＧＮＯｘ）に応じて実行するＮＯｘ除去処理手段と、前記機関に供給する燃料量（ＧＩＮＪ）に応じて前記ＮＯｘ浄化触媒に堆積したリン量（ＭＰＡＴ）を算出するリン堆積量算出手段とを備え、前記ＮＯｘ除去処理手段は、前記リン堆積量（ＭＰＡＴ）に応じて前記ＮＯｘ除去処理を実行するものであって、前記ＮＯｘ浄化触媒（１１）に蓄積したＮＯｘの単位時間当たりの還元量（ＮＯｘＭ）を、前記リン堆積量（ＭＰＡＴ）に応じて算出する還元量算出手段を備え、前記単位時間当たりの還元量（ＮＯｘＭ）を用いて、前記ＮＯｘ蓄積量（ＳＧＮＯｘ）を算出することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、排気系にＮＯｘ浄化触媒（１１）を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ浄化触媒（１１）に蓄積したＮＯｘ量（ＳＧＮＯｘ）を算出し、蓄積したＮＯｘを除去するＮＯｘ除去処理を、算出したＮＯｘ蓄積量（ＳＧＮＯｘ）に応じて実行するＮＯｘ除去処理手段と、前記機関に供給する燃料量（ＧＩＮＪ）に応じて前記ＮＯｘ浄化触媒に堆積したリン量（ＭＰＡＴ）を算出するリン堆積量算出手段とを備え、前記ＮＯｘ除去処理手段は、前記リン堆積量（ＭＰＡＴ）に応じて前記ＮＯｘ除去処理を実行し、前記リン堆積量算出手段は、前記燃料量（ＧＩＮＪ）に応じて前記機関から排出されるリン量（ＧＰＦＬ）を算出するリン排出量算出手段と、前記機関の排気流量（ＧＥＸ）に応じて排気流量補正係数（ＫＧＥＸ）を算出する補正係数算出手段と、前記リン排出量（ＧＰＦＬ）と前記排気流量補正係数（ＫＧＥＸ）を用いて、前記ＮＯｘ浄化触媒に堆積する単位時間当たりのリン量を単位堆積量（ＧＰＵＴ）として算出する単位堆積量算出手段とを備え、前記単位堆積量（ＧＰＵＴ）の積算値（ＭＰＡＦ）を用いて前記リン堆積量（ＭＰＡＴ）を算出し、前記補正係数算出手段は、前記排気流量（ＧＥＸ）が増加するほど前記排気流量補正係数（ＫＧＥＸ）をより小さな値に設定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ除去処理手段は、前記ＮＯｘ浄化触媒に蓄積したＮＯｘの単位時間当たりの還元量（ＮＯｘＭ）を、前記リン堆積量（ＭＰＡＴ）に応じて算出する還元量算出手段を備え、前記単位時間当たりの還元量（ＮＯｘＭ）を用いて、前記ＮＯｘ蓄積量（ＳＧＮＯｘ）を算出することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ除去処理手段は、前記ＮＯｘ浄化触媒に蓄積可能なＮＯｘ量の上限値（ＮＯｘＣＡＰ）を、前記リン堆積量（ＭＰＡＴ）に応じて算出する上限値算出手段を備え、前記ＮＯｘ蓄積量が所定閾値（ＮＯｘＴＨＩ）及び前記上限値（ＮＯｘＣＡＰ）の何れか小さい方を超えたときに、前記ＮＯｘ除去処理を開始することを特徴とする。

前記リン堆積量算出手段は、前記機関の潤滑油に含まれるリンの堆積量である潤滑油リン堆積量（ＭＰＯＬ）を算出し、前記積算値（ＭＰＡＦ）に潤滑油リン堆積量（ＭＰＯＬ）を加算することにより前期リン堆積量（ＭＰＡＴ）を算出することが望ましい。その際、潤滑油リン堆積量（ＭＰＯＬ）は、前記機関により駆動される車両の走行距離（ＤＩＳＴ）に応じて算出することが望ましい。

請求項１に記載の発明によれば、ＮＯｘ浄化触媒に蓄積したＮＯｘ量が算出され、蓄積したＮＯｘを除去するＮＯｘ除去処理がＮＯｘ蓄積量に応じて実行される。また機関に供給する燃料量に応じてＮＯｘ浄化触媒に堆積したリン量が算出され、算出されたリン堆積量に応じてＮＯｘ除去処理が実行される。燃料には不純物の１つとしてリンが含まれるので、供給燃料量に応じてリン堆積量を算出することによりリン堆積量を正確に推定することができる。またＮＯｘ浄化触媒にリンが堆積することにより、ＮＯｘの還元能力及びＮＯｘの蓄積能力の低下を招くので、リン堆積量に応じてＮＯｘ除去処理を実行することにより、ＮＯｘ浄化触媒の能力に適したＮＯｘ除去処理を行うことができる。また、ＮＯｘ浄化触媒に蓄積したＮＯｘの単位時間当たりの還元量がリン堆積量に応じて算出され、その単位時間当たりの還元量を用いてＮＯｘ蓄積量が算出される。リン堆積量が増加するほど単位時間当たりの還元量は減少するので、この点を考慮してＮＯｘ蓄積量を算出することにより、正確なＮＯｘ蓄積量の推定を行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、燃料量に応じて機関から排出されるリン量が算出されるとともに、機関の排気流量に応じて排気流量補正係数が算出され、算出されたリン排出量と排気流量補正係数を用いて、ＮＯｘ浄化触媒に堆積する単位時間当たりのリン量である単位堆積量が算出され、単位堆積量の積算値を用いてリン堆積量が算出される。ここで排気流量補正係数は、排気流量が増加するほどより小さな値に設定される。排気流量が大きくなると、ＮＯｘ浄化触媒に付着せずにそのまま排出されるリンの割合が増加するため、排気流量補正係数によりリン排出量を補正することにより単位堆積量を算出し、この単位堆積量を積算することにより、正確なリン堆積量の推定を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、ＮＯｘ浄化触媒に蓄積したＮＯｘの単位時間当たりの還元量がリン堆積量に応じて算出され、その単位時間当たりの還元量を用いてＮＯｘ蓄積量が算出される。リン堆積量が増加するほど単位時間当たりの還元量は減少するので、この点を考慮してＮＯｘ蓄積量を算出することにより、正確なＮＯｘ蓄積量の推定を行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、ＮＯｘ浄化触媒に蓄積可能なＮＯｘ量の上限値が、リン堆積量に応じて算出され、ＮＯｘ蓄積量が所定閾値及び上限値の何れか小さい方を超えたときにＮＯｘ除去処理が開始される。リン堆積量が増加するほど蓄積可能なＮＯｘ量の上限値、すなわちＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ蓄積容量は減少する。ＮＯｘ除去処理の開始時期を判別するための所定閾値はＮＯｘ蓄積容量より小さな値に設定されるが、リン堆積量が増加するにしたがって、ＮＯｘ蓄積容量は減少する。したがって、ＮＯｘ蓄積容量が当初設定された所定閾値より小さくなったときは、ＮＯｘ蓄積容量を超えたときにＮＯｘ除去処理を開始することにより、ＮＯｘがＮＯｘ浄化触媒の下流側にそのまま排出されることを防止することができる。

さらに燃料中のリンによる単位堆積量の積算値に潤滑油リン堆積量を加算することにより、より正確なリン堆積量を得ることができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁１６が設けられている。燃料噴射弁１６は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されており、燃料噴射弁１６の開弁時間及び開弁時期は、ＥＣＵ２０により制御される。

エンジン１は、吸気管２、排気管４、及び過給機８を備えている。過給機８は、排気の運動エネルギにより駆動されるタービン１０と、タービン１０により回転駆動され、吸気の圧縮を行うコンプレッサ９とを備えている。

タービン１０は、複数の可変ベーン（図示せず）を備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービン１０のベーン開度は、ＥＣＵ２０により電磁的に制御される。

吸気管２内の、コンプレッサ９の下流には加圧された空気を冷却するためのインタークーラ５及び吸入空気流量を制御するインテークシャッタ（スロットル弁）３が設けられている。インテークシャッタ３は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ２０により、開閉制御される。

排気管４のタービン１０の上流側と、吸気管２のインテークシャッタ５の下流側との間には、排気を吸気管２に還流する排気還流通路６が設けられている。排気還流通路６には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）７が設けられている。ＥＧＲ弁７は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はＥＣＵ２０により制御される。

排気管４の、タービン１０の下流側には、ＮＯｘ浄化触媒１１が設けられている。ＮＯｘ浄化触媒１１にはその温度（以下「触媒温度」という）ＴＣＡＴを検出する触媒温度センサ２２が設けられている。触媒温度センサ２２の検出信号は、ＥＣＵ２０に供給される。

ＮＯｘ浄化触媒１１は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）担体に担持された、触媒として作用する白金（Ｐｔ）と、ＮＯｘ吸着能力を有するセリアとを備えている。

ＮＯｘ浄化触媒１１のＮＯｘ吸着能力の限界、すなわち最大ＮＯｘ吸着量までＮＯｘを吸着すると、それ以上ＮＯｘを吸着できなくなるので、適時ＮＯｘを還元するために、ＮＯｘ浄化触媒１１へ還元剤の供給を行うことによりＮＯｘ除去処理が行われる。このＮＯｘ除去処理では、燃料噴射弁１６から噴射される燃料量の増量とインテークシャッタ３による吸入空気量の減量とによって燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比よりリッチ側に制御される。これにより、ＮＯｘ浄化触媒１１へ流入する排気中の還元剤濃度が酸素濃度より高くなり、ＮＯｘ浄化触媒１１に吸着されたＮＯｘが還元され、窒素及び二酸化炭素として排出される。

エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２４、及びエンジン１により駆動される車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２５がＥＣＵ２０に接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ２０に供給される。

クランク角度位置センサ２４は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）でＣＲＫパルスを発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ２０に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

さらにエンジン１の吸入空気流量ＧＡを検出する吸入空気流量センサ２１、エンジン１の冷却水温を検出する冷却水温センサ（図示せず）などが設けられており、これらのセンサの検出信号が、ＥＣＵ２０に供給される。

ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁１６、ＥＧＲ弁７などに制御信号を供給する出力回路から構成される。

本実施形態では、排気中に含まれるリンがＮＯｘ浄化触媒１１に徐々に堆積する点を考慮し、図２に示すリン堆積関連パラメータ算出処理を実行する。この処理は、ＥＣＵ２０のＣＰＵで所定時間毎に実行される。

ステップＳ１１では、下記式（１）によりエンジン１に供給される燃料に含まれるリンの単位時間当たりの排出量（以下「リン排出流量」という）ＧＰＦＬを算出する。式（１）のＧＩＮＪは、エンジン１の運転状態に応じて算出される燃料噴射時間ＴＯＵＴ（燃料噴射弁１６の開弁時間）を、単位時間当たりの燃料量（ｋｇ／ｈ）に変換したものであり、ＲＰは燃料のリン含有率であり、ＫＣは単位変換用の定数である。
ＧＰＦＬ＝ＧＩＮＪ×ＲＰ×ＫＣ （１）

ステップＳ１２では、排気流量ＧＥＸに応じて図３（ａ）に示すＫＧＥＸテーブルを検索し、排気流量補正係数ＫＧＥＸを算出する。ＫＧＥＸテーブルは、排気流量ＧＥＸが増加するほど排気流量補正係数ＫＧＥＸが減少するように設定されている。これは排気流量ＧＥＸが増加するほと、ＮＯｘ浄化触媒１１に付着せずに排出されるリン量の比率が増加するからである。なお、排気流量ＧＥＸは、検出される吸入空気流量ＧＡに燃料噴射量ＧＩＮＪを加算することにより算出される。

ステップＳ１３ではリン排出流量ＧＰＦＬ及び排気流量補正係数ＫＧＥＸを下記式（２）に適用し、ＮＯｘ浄化触媒１１に堆積する単位時間当たりのリン量（以下「単位リン堆積量」という）ＧＰＵＴを算出する。
ＧＰＵＴ＝ＧＰＦＬ×ＫＧＥＸ （２）

ステップＳ１４では、下記式（３）により単位リン堆積量ＧＰＵＴを積算することにより、第１リン堆積量ＭＰＡＦを算出する。式（３）の右辺のＭＰＡＦは前回算出値である。
ＭＰＡＦ＝ＭＰＡＦ＋ＧＰＵＴ （３）

ステップＳ１５では、エンジン１により駆動される車両の走行距離ＤＩＳＴに応じて、図３（ｂ）に示すＭＰＯＬテーブルを検索し、第２リン堆積量ＭＰＯＬを算出する。第２リン堆積量ＭＰＯＬは、エンジン１の潤滑油に含まれるリンが排気系に排出され、ＮＯｘ浄化触媒１１に堆積した量を示す。潤滑油の排出量は車両の走行距離ＤＩＳＴにほぼ比例し、潤滑油に含まれるリンの堆積量は潤滑油排出量にほぼ比例するため、第２リン堆積量ＭＰＯＬは走行距離ＤＩＳＴにほぼ比例する。したがって、図３（ｂ）に示すＭＰＯＬテーブルを用いて第２リン堆積量ＭＰＯＬを算出することができる。

ステップＳ１６では、第１リン堆積量ＭＰＡＦ及び第２リン堆積量ＭＰＯＬを下記式（４）に適用し、全リン堆積量ＭＰＡＴを算出する。
ＭＰＡＴ＝ＭＰＡＦ＋ＭＰＯＬ （４）

ステップＳ１７では、全リン堆積量ＭＰＡＴに応じて図３（ｃ）に示すＫＰＰテーブルを検索し、リン被毒補正係数ＫＰＰを算出する。ＫＰＰテーブルは、全リン堆積量ＭＰＡＴが増加するほど、リン被毒補正係数ＫＰＰが減少するように設定されている。

ステップＳ１８では、下記式（５）にリン被毒補正係数ＫＰＰを適用し、ＮＯｘ浄化触媒１１の現在のＮＯｘ蓄積容量ＮＯｘＣＡＰ、すなわち蓄積（吸着）可能なＮＯｘ量の最大値を算出する。式（５）のＮＯｘＣＡＰＩは、ＮＯｘ蓄積容量ＮＯｘＣＡＰの初期値であり、新品のＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ蓄積容量に相当する。ＮＯｘ蓄積容量ＮＯｘＣＡＰは、図４のステップＳ３５で参照される。
ＮＯｘＣＡＰ＝ＮＯｘＣＡＰＩ×ＫＰＰ （５）

ステップＳ１９では、リン被毒補正係数ＫＰＰ及び触媒温度ＴＣＡＴに応じて、図３（ｄ）に示すＫＰＲマップを検索し、還元率補正係数ＫＰＲを算出する。図３（ｄ）のラインＬ１〜Ｌ３は、それぞれリン被毒補正係数ＫＰＰが、第１の値ＫＰＰ１である状態、第２の値ＫＰＰ２である状態、及び第３の値ＫＰＰ３である状態に対応し、ＫＰＰ１＜ＫＰＰ２＜ＫＰＰ３なる関係を満たす。すなわち、ＫＰＲマップはリン被毒補正係数ＫＰＰが増加するほど、還元率補正係数ＫＰＲが増加するように設定されている。また触媒温度ＴＣＡＴについては、触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＣＡＴ１より低い範囲では、触媒温度ＴＣＡＴが増加するのに伴って還元率補正係数ＫＰＲが増加し、第１所定温度ＴＣＡＴ１から第２所定温度ＴＣＡＴ２までの範囲で一定の値をとり、第２所定温度ＴＣＡＴ２より高い範囲では、触媒温度ＴＣＡＴが増加するのに伴って還元率補正係数ＫＰＲが減少するように設定されている。

還元率補正係数ＫＰＲは、図４のステップＳ２４におけるＮＯｘ減算量ＮＯｘＭの算出に適用される。ＮＯｘ減算量ＮＯｘＭは、ＮＯｘの還元処理（ＮＯｘ除去処理）を実行しているときの単位時間当たりの還元量に相当する。全リン堆積量ＭＰＡＴが増加するほど、単位時間当たりの還元量は減少するので、還元率補正係数ＫＰＲを適用することにより、正確なＮＯｘ減算量ＮＯｘＭを得ることができ、したがって適切な時期にＮＯｘ除去処理を終了することができる。

図４は、通常のリーンバーン運転と、ＮＯｘ浄化触媒１１に吸着されＮＯｘを除去するための還元化運転との切換制御を行う空燃比切換制御処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２０のＣＰＵで一定時間（例えば１００ミリ秒）毎に実行される。

ステップＳ２１では、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。リッチ化フラグＦＲＩＣＨは、還元化を実行するときに「１」に設定され（ステップＳ３７参照）、還元化を終了してリーンバーン運転に移行するときに「０」に設定される（ステップＳ２６参照）。ＦＲＩＣＨ＝１であるときは、図示しない処理により、燃料噴射量を増加するとともに、インテークシャッタ３の弁開度を調整して吸入空気量を減量することにより、空燃比をリッチ化してＮＯｘ除去処理を実行する。

ステップＳ２２では、エンジン回転数ＮＥ及びアクセルペダル操作量ＡＰに応じて、図５（ａ）に示すＮＯｘＢＭマップを検索し、ＮＯｘ基本減算量ＮＯｘＢＭを算出する。ＮＯｘ基本減算量ＮＯｘＢＭは、基準の触媒温度において単位時間の間に還元されるＮＯｘ量である。ＮＯｘＢＭマップは、エンジン回転数ＮＥが増加するほどＮＯｘ基本減算量ＮＯｘＢＭが増加し、かつアクセルペダル操作量ＡＰが増加するほどＮＯｘ基本減算量ＮＯｘＢＭが増加するように設定される。

ステップＳ２３では、下記式（６）により、ＮＯｘ基本減算量ＮＯｘＢＭに、還元率補正係数ＫＰＲを乗算し、ＮＯｘ減算量ＮＯｘＭを算出する。
ＮＯｘＭ＝ＮＯｘＢＭ×ＫＰＲ （６）
ＮＯｘ基本減算量ＮＯｘＢＭを、還元率補正係数ＫＰＲで補正するのは、単位時間当たりのＮＯｘ還元量が、触媒温度ＴＣＡＴ及びリン堆積量ＭＰＡＴに依存して変化するからである。式（６）の補正により、ＮＯｘ減算量ＮＯｘＭを適切に算出することができる。

ステップＳ２４では、下記式（７）によりＮＯｘ蓄積量ＳＧＮＯｘを算出する。ＮＯｘ蓄積量ＳＧＮＯｘは、ＮＯｘ浄化触媒１１に吸着されたＮＯｘ量である。算出されたＮＯｘ蓄積量ＳＧＮＯｘが０より小さいときには、ＮＯｘ蓄積ＳＧＮＯｘを０に設定するリミット処理を実行する。
ＳＧＮＯｘ＝ＳＧＮＯｘ−ＮＯｘＭ （７）
ここで右辺のＳＧＮＯｘは、前回算出値である。

ステップＳ２５では、ＮＯｘ蓄積量ＳＧＮＯｘが０か否かを判別する。ＮＯｘ蓄積量ＳＧＮＯｘが０であるときは、ＮＯｘ除去処理を終了すべく、ステップＳ２６に進み、リッチ化フラグＦＲＩＣＨを「０」に設定し、本処理を終了する。ＮＯｘ蓄積量ＳＧＮＯｘ＞０であるときは、直ちに本処理を終了し、ＮＯｘ除去処理を継続する。

ステップＳ２１で、ＦＲＩＣＨ＝０であるときは、ステップＳ３１に進んで、エンジン回転数ＮＥ及びアクセルペダル操作量ＡＰに応じて、図５（ｂ）に示すＮＯｘＢＡマップを検索し、ＮＯｘ基本加算量ＮＯｘＢＡを算出する。ＮＯｘ基本加算量ＮＯｘＢＡは、基準の触媒温度において単位時間の間にＮＯｘ浄化触媒１１に吸着されるＮＯｘ量である。

ＮＯｘＢＡマップは、エンジン回転数ＮＥが増加するほどＮＯｘ基本加算量ＮＯｘＢＡが増加し、かつアクセルペダル操作量ＡＰが増加するほどＮＯｘ基本加算量ＮＯｘＢＡが増加するように設定されている。

ステップＳ３２では、触媒温度ＴＣＡＴに応じて図５（ｃ）に示すＫＮＯｘＡテーブルを検索し、ＮＯｘ加算温度補正係数ＫＮＯｘＡを算出する。触媒温度ＴＣＡＴの低温側及び高温側の未活性領域では、完全活性温度領域（図５（ｃ）に示す特性の平坦部）に近づくほど吸着率が向上するため、ＫＮＯｘＡテーブルは、触媒温度ＴＣＡＴが完全活性温度領域に近づくほどＮＯｘ加算温度補正係数ＫＮＯｘＡが増加するように設定されている。

続くステップＳ３３では、下記式（８）にＮＯｘ基本加算量ＮＯｘＢＡ及びＮＯｘ加算温度補正係数ＫＮＯｘＡを適用し、ＮＯｘ加算量ＮＯｘＡを算出する。
ＮＯｘＡ＝ＫＮＯｘＡ×ＮＯｘＢＡ （８）

ＮＯｘ基本加算量ＮＯｘＢＡをＮＯｘ加算温度補正係数ＫＮＯｘＡで補正するのは、単位時間当たりのＮＯｘ吸着量が、触媒温度ＴＣＡＴに依存して変化するからである。したがって、式（８）の補正により、ＮＯｘ加算量ＮＯｘＡを適切に算出することができる。

なお、リーンバーン運転を実行するとき、排気還流量が減少するほど、単位時間当たりのＮＯｘ発生量は増えるので、排気還流量が減少するほど、増加するように設定される他の補正係数ＫＮＯｘＥＧＲを導入し、ＮＯｘ加算温度補正係数ＫＮＯｘＡとともに、ＮＯｘ基本加算量ＮＯｘＢＡに乗算することにより、ＮＯｘ加算量ＮＯｘＡを算出するようにしてもよい。

ステップＳ３４では、下記式（９）によりＮＯｘ蓄積量ＳＧＮＯｘを算出する。
ＳＧＮＯｘ＝ＳＧＮＯｘ＋ＮＯｘＡ （９）
ここで右辺のＳＧＮＯｘは、前回算出値である。

ステップＳ３５では、下記式（１０）により判定閾値ＮＯｘＴＨを設定する。すなわち、判定閾値ＮＯｘＴＨは、所定閾値ＮＯｘＴＨＩ及びＮＯｘ蓄積容量ＮＯｘＣＡＰ（図２のステップＳ１８で算出される）のうちの小さい方に設定される。
ＮＯｘＴＨ＝ｍｉｎ（ＮＯｘＴＨＩ，ＮＯｘＣＡＰ） （１０）

初期状態では、ＮＯｘＴＨＩ＜ＮＯｘＣＡＰであり、所定閾値ＮＯｘＴＨＩが選択されるが、ＮＯｘ浄化触媒１１にリンが堆積することによりＮＯｘ蓄積容量ＮＯｘＣＡＰが減少し、所定閾値ＮＯｘＴＨＩを下回ると、判定閾値ＮＯｘＴＨは、ＮＯｘ蓄積容量ＮＯｘＣＡＰに設定される。これにより、減少したＮＯｘ蓄積容量ＮＯｘＣＡＰに適した時期にＮＯｘ除去処理を開始し、ＮＯｘがＮＯｘ浄化触媒１１の下流側に排出されることを防止することができる。

ステップＳ３６では、ＮＯｘ蓄積量ＳＧＮＯｘが判定閾値ＮＯｘＴＨより大きいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）である間は直ちに本処理を終了する。したがって、リーンバーン運転が継続される
ステップＳ３６でＮＯｘ蓄積量ＳＧＮＯｘが判定閾値ＮＯｘＴＨを超えると、ＮＯｘ除去処理を開始すべく、リッチ化フラグＦＲＩＣＨを「１」に設定する（ステップＳ３７）。その後本処理を終了する。

図４の処理により、ＮＯｘ蓄積量ＳＧＮＯｘに応じてＮＯｘ除去処理が実行されるとともに、全リン堆積量ＭＰＡＴに応じて算出される還元率補正係数ＫＰＲ及びＮＯｘ蓄積容量ＮＯｘＣＡＰが適用されるので、ＮＯｘ浄化触媒１１の能力に適したＮＯｘ除去処理を行うことができる。その結果、良好なＮＯｘ排出特性を維持することができる。

還元率補正係数ＫＰＲにより、リン堆積に起因する還元能力の低下が考慮されるので、ＮＯｘ除去処理実行中のＮＯｘ蓄積量を正確に推定することができる。またＮＯｘ蓄積容量ＮＯｘＣＡＰにより、リン堆積に起因するＮＯｘ蓄積能力の低下が考慮されるので、低下したＮＯｘ蓄積能力に適した時期にＮＯｘ除去処理を開始することができる。

本実施形態では、ＥＣＵ２０が、ＮＯｘ除去処理手段、リン堆積量算出手段、リン排出量算出手段、補正係数算出手段、単位堆積量算出手段、還元量算出手段、及び上限値算出手段を構成する。具体的には、図４の処理がＮＯｘ除去処理手段に相当し、図２のステップＳ１１がリン排出量算出手段に相当し、ステップＳ１２が補正係数算出手段に相当し、ステップＳ１３が単位堆積量算出手段に相当し、ステップＳ１１〜Ｓ１６がリン堆積量算出手段に相当し、ステップＳ１７及びＳ１８が上限値算出手段に相当する。またステップＳ１７及びＳ１９、並びに図４のステップＳ２３が還元量算出手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、ＮＯｘ基本減算量ＮＯｘＢＭ及びＮＯｘ基本加算量ＮＯｘＢＡは、エンジン回転数ＮＥ及びアクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出されるが、これらのパラメータは、排気系に設けられた空燃比センサにより検出される空燃比と、吸入空気流量センサ２１により検出される吸入空気流量ＧＡとに応じて、算出するようにしてもよい。

また上述した実施形態では、燃料噴射弁１６により、１気筒当たり１回の主噴射を行う場合において、その主噴射の燃料噴射量（ＴＯＵＴ）を増量して、還元化を行うようにしたが、主噴射に加えてポスト噴射（主噴射の後に実行される補助的な燃料噴射）を実行して、還元化を行うようにしてもよい。また、排気管４内に燃料、水素、アンモニアといった還元剤を直接供給する機構を、還元剤供給手段として設け、この還元剤供給手段により、還元化を行うようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、ＮＯｘ吸着剤としてセリアを用いたが、セリア以外のＮＯｘを吸蔵・吸着する物質を用いてもよい。
また上述した実施形態では、本発明をディーゼル内燃機関に適用した例を示したが、ガソリン内燃機関にも適用可能である。さらに本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどにも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 ＮＯｘ浄化触媒にリンが堆積することに関連するパラメータを算出する処理のフローチャートである。 図２の処理で参照されるテーブル及びマップを示す図である。 空燃比切換制御を行う処理のフローチャートである。 図４の処理で参照されるテーブル及びマップを示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
４ 排気管
１１ ＮＯｘ浄化触媒
１６ 燃料噴射弁
２０ 電子制御ユニット（ＮＯｘ除去処理手段、リン堆積量算出手段、リン排出量算出手段、補正係数算出手段、単位堆積量算出手段、還元量算出手段、上限値算出手段）
２２ 触媒温度センサ
２４ クランク角度位置センサ
２５ アクセルセンサ

Claims (4)

1. 排気系にＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記ＮＯｘ浄化触媒に蓄積したＮＯｘ量を算出し、蓄積したＮＯｘを除去するＮＯｘ除去処理を、算出したＮＯｘ蓄積量に応じて実行するＮＯｘ除去処理手段と、
   前記機関に供給する燃料量に応じて前記ＮＯｘ浄化触媒に堆積したリン量を算出するリン堆積量算出手段とを備え、
   前記ＮＯｘ除去処理手段は、前記リン堆積量に応じて前記ＮＯｘ除去処理を実行するものであって、
   前記ＮＯｘ浄化触媒に蓄積したＮＯｘの単位時間当たりの還元量を、前記リン堆積量に応じて算出する還元量算出手段を備え、
   前記単位時間当たりの還元量を用いて、前記ＮＯｘ蓄積量を算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 排気系にＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記ＮＯｘ浄化触媒に蓄積したＮＯｘ量を算出し、蓄積したＮＯｘを除去するＮＯｘ除去処理を、算出したＮＯｘ蓄積量に応じて実行するＮＯｘ除去処理手段と、
   前記機関に供給する燃料量に応じて前記ＮＯｘ浄化触媒に堆積したリン量を算出するリン堆積量算出手段とを備え、
   前記ＮＯｘ除去処理手段は、前記リン堆積量に応じて前記ＮＯｘ除去処理を実行し、
   前記リン堆積量算出手段は、前記機関から排出されるリン量を前記燃料量に応じて算出するリン排出量算出手段と、前記機関の排気流量に応じて排気流量補正係数を算出する補正係数算出手段と、前記リン排出量と前記排気流量補正係数を用いて、前記ＮＯｘ浄化触媒に堆積する単位時間当たりのリン量を単位堆積量として算出する単位堆積量算出手段とを備え、前記単位堆積量の積算値を用いて前記リン堆積量を算出し、
   前記補正係数算出手段は、前記排気流量が増加するほど前記排気流量補正係数をより小さな値に設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記ＮＯｘ除去処理手段は、前記ＮＯｘ浄化触媒に蓄積したＮＯｘの単位時間当たりの還元量を、前記リン堆積量に応じて算出する還元量算出手段を備え、
   前記単位時間当たりの還元量を用いて、前記ＮＯｘ蓄積量を算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記ＮＯｘ除去処理手段は、前記ＮＯｘ浄化触媒に蓄積可能なＮＯｘ量の上限値を、前記リン堆積量に応じて算出する上限値算出手段を備え、
   前記ＮＯｘ蓄積量が所定閾値及び前記上限値の何れか小さい方を超えたときに、前記ＮＯｘ除去処理を開始することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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