JP4973370B2 - 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、詳しくは、酸素吸着能力を有し、酸素過剰のリーン雰囲気のとき排気中のＮＯｘをトラップし、酸素濃度が低下したリッチ雰囲気においてＮＯｘを脱離し、脱離されたＮＯｘを還元剤で還元処理するＮＯｘ触媒を用いて、排気中のＮＯｘを浄化する技術に関する。

特許文献１には、前記ＮＯｘ触媒にトラップされたＮＯｘを脱離・還元するために、空燃比をリーンからリッチに切り替えるときに、吸入空気量，スロットル開度，機関温度などの運転状態に基づいて目標空燃比Ｒtarを設定すると共に、前記切り替え時に、前記目標空燃比Ｒtarよりも一時的にリッチにして、ＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素を速やかに消費し、ＮＯｘ触媒の雰囲気をすばやくリッチにする空燃比制御装置が記載されている。
特開２００２−１１５５８１号公報

しかし、上記のように、ＮＯｘ触媒に貯蔵された酸素を速やかに消費させるために、空燃比を急激にリッチにすると、ＨＣ，ＣＯなどの還元剤の供給過多状態になり、余分なＨＣ，ＣＯが酸化されずにそのまま排出されることで、ＨＣ，ＣＯの排出量が増えてしまうという問題が生じる。

更に、ＮＯｘ触媒から酸素の脱離速度（単位時間当たりの脱離量）は一様ではないため、特許文献１のように、一定の減衰量に基づいて目標空燃比Ｒtarにまで収束させる構成では、脱離酸素に対して過不足なく還元剤を供給させることができず、これによってＨＣ，ＣＯの排出量が増えたり、逆に、還元剤が不足することでＮＯｘ触媒の雰囲気のリッチ化が遅れてしまったりする。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ＮＯｘ触媒にトラップされたＮＯｘを脱離・還元するときに、ＮＯｘ触媒から脱離される酸素に対して過不足なく還元剤を供給でき、以って、ＨＣ，ＣＯの排出量を抑制しつつ、ＮＯｘ触媒の雰囲気をすばやくリッチして、ＮＯｘを脱離・還元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。

このため、本発明では、内燃機関の排気通路に配置され、酸素吸着能力を有し、酸素過剰のリーン雰囲気のとき排気中のＮＯｘをトラップし、酸素濃度が低下したリッチ雰囲気においてＮＯｘを脱離し、脱離されたＮＯｘを還元剤で還元処理するＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒にトラップされたＮＯｘを脱離浄化するために、前記ＮＯｘ触媒の雰囲気の酸素濃度を低下させる脱離手段と、前記ＮＯｘ触媒の雰囲気の酸素濃度を低下させてＮＯｘを脱離浄化するときに、前記ＮＯｘ触媒に流入する酸素濃度、前記ＮＯｘ触媒の温度及び前記ＮＯｘ触媒における酸素吸着量に基づいて予測演算する前記ＮＯｘ触媒からの酸素の脱離速度に応じて、前記ＮＯｘ触媒に対する還元剤の供給量を制御する制御手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。

上記発明によると、ＮＯｘ触媒の雰囲気の酸素濃度を低下させ、ＮＯｘを脱離・還元させるときに、ＮＯｘ触媒からの酸素の脱離速度に応じて還元剤（ＨＣ、ＣＯ）の供給量を制御するから、ＮＯｘ触媒から脱離される酸素の還元に必要な分だけの還元剤を供給でき、ＮＯｘ触媒から脱離される酸素を速やかに還元させてＮＯｘ触媒雰囲気の酸素濃度を速やかに低下させることができ、かつ、過剰な還元剤の供給によって排気性状を悪化させることを回避できる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。

図１は、実施形態における内燃機関の全体的構成を示している。

内燃機関１はディーゼルエンジンであり、排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを連通するＥＧＲ通路４に、アクチュエータによって開度が制御されるＥＧＲ制御弁５が介装されている。

前記ＥＧＲ制御弁５の開度は、運転条件に応じた目標ＥＧＲ率になるように、マイクロコンピュータを内蔵する電子コントロールユニット６によって制御される。

内燃機関１に対する燃料噴射は、コモンレール式の燃料噴射装置８によって行われる。

前記コモンレール式の燃料噴射装置８においては、サプライポンプ９によって加圧された燃料を、燃料配管１０を介してコモンレール１１に供給し、前記コモンレール１１から各気筒の燃料噴射ノズル１２に高圧燃料を分配すると共に、後述するＮＯｘ触媒コンバータ２７の上流側に燃料を噴射する燃料噴射ノズル１３にも前記コモンレール１１から燃料が分配される。

前記コモンレール１１内の燃料圧力は、図示省略したプレッシャレギュレータによって調整されるようになっており、コモンレール１１には、該コモンレール１１内の燃料圧力を検出するために燃料圧力センサ１４が設けられている。更に、サプライポンプ１１の上流側には、燃料温度を検出する燃温センサ１５が配置されている。

また、各気筒の燃焼室には、グロープラグ１７が配置されている。

更に、内燃機関１には、排気タービン１９とコンプレッサ２０とを同軸上に備えたターボ過給機２１が備えられている。

前記排気タービン１９は、排気通路２におけるＥＧＲ通路４の分岐点より下流側に配置され、かつ、前記排気タービン１９のスクロール入口には、可変ノズル２２が備えられる。

前記可変ノズル２２は、制御圧力（制御負圧）に応動するダイヤフラム式のアクチュエータ２３によって駆動され、かつ、上記制御圧力は、デューティ制御される圧力制御弁２４を介して生成される。

そして、前記可変ノズル２２の開度を小さくした状態では、ターボ過給機２１が、排気流量の少ない運転条件に適した小容量特性となり、可変ノズル２２の開度を大きくした状態では、ターボ過給機２１が、排気流量の多い運転条件に適した大容量特性となる。

前記排気タービン２２下流側の排気通路２には、排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒コンバータ２７と、微粒子捕集フィルタ（Diesel particulate filter：ＤＰＦ）２８と、が順に配置されている
前記ＮＯｘ触媒コンバータ２７は、酸素吸着能力を有し、酸素過剰のリーン雰囲気のとき排気中のＮＯｘをトラップし、酸素濃度が低下したリッチ雰囲気においてＮＯｘを脱離し、脱離されたＮＯｘを排気中のＨＣ，ＣＯを還元剤として還元浄化するものである。

尚、前記ＮＯｘ触媒コンバータ２７は、酸化触媒としての機能を併有する。

前記微粒子捕集フィルタ２８は、排気微粒子（particulate matter：ＰＭ）を捕集除去するためのフィルタであり、例えば、コーディエライト等の柱状のフィルタ材料にハニカム状の多数の微細な通路を形成すると共に、その端部を交互に閉塞してなるウォールフローハニカム構造（いわゆる目封じ型）のフィルタが用いられている。

前記微粒子捕集フィルタ２８の入口側および出口側には、それぞれ入口側及び出口側での排気温度を検出する排気温度センサ２９，３０が配置されている。

更に、排気微粒子の堆積に伴い微粒子捕集フィルタ２８の圧力損失が変化するので、微粒子捕集フィルタ２８の入口側と出口側との間の圧力差を検出する差圧センサ３１が設け、前記差圧から排気微粒子の堆積量を推定できるようにしてある。

また、吸気通路３に介装された上記コンプレッサ２０の上流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ３３が配設され、さらにその上流には、エアクリーナ３４が配設されている。

前記エアクリーナ３４の入口側には、大気圧を検出する大気圧センサ３５が配置されている。

また、前記コンプレッサ２０とコレクタ部３ａとの間には、過給された高温の空気を冷却するインタークーラ３６が設けられている。

更に、前記吸気通路３のコレクタ部３ａ入口側には、内燃機関１に吸入される新気量を制限する吸気絞弁３８が介装されており、この吸気絞弁３８は、ステッピングモータ等からなるアクチュエータ３９により開閉駆動され、前記アクチュエータ３９は、電子コントロールユニット６の制御信号により制御される。

また、前記コレクタ部３ａには、過給圧を検出する過給圧センサ４０と、吸気温度を検出する吸気温度センサ４１と、が設けられ、前記ＮＯｘ触媒コンバータ２７と微粒子捕集フィルタ２８との間の排気通路２には、排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を広域に検出する空燃比センサ４２が設けられている。

また、内燃機関１の冷却水温度を検出する水温センサ４３、クランク軸の回転角を検出するクランク角センサ４４、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４５、ＮＯｘ触媒コンバータ２７の温度（ベッド温度）を検出する触媒温度センサ４６などが設けられている。

前記電子コントロールユニット６は、排気還流率（ＥＧＲ率）や燃料噴射量などを制御すると共に、前記ＮＯｘ触媒コンバータ２７にトラップされたＮＯｘ量が、飽和量に基づく閾値に達したときに、ＮＯｘ触媒コンバータ２７の雰囲気を通常の酸素過剰のリーン雰囲気から酸素濃度が低下したリッチ雰囲気に一時的に切り換えて、ＮＯｘ触媒コンバータ２７からＮＯｘを脱離させ（脱離手段）、脱離したＮＯｘを排気中のＨＣ，ＣＯを還元剤として還元処理する。

尚、ＮＯｘを還元浄化するために、ＮＯｘ触媒コンバータ２７の雰囲気を、通常の酸素過剰のリーン雰囲気から酸素濃度が低下したリッチ雰囲気に一時的に切り換える処理を、本願では、リッチスパイクともいう。

ＮＯｘ触媒コンバータ２７にトラップされたＮＯｘ量が閾値に達していることに基づいてリッチスパイクを開始させると、リッチスパイク開始後のＮＯｘ脱離量を推定することで、ＮＯｘトラップ量の減少変化を推定し、ＮＯｘトラップ量が設定値を以下になった時点でリッチスパイクを終了させる。

ここで、前記ＮＯｘ脱離量（脱離速度）は、燃料噴射量ＱＦ、エンジン回転数（rpm）ＮＥ、触媒温度TCAT、排気流量QEXH等から推定できる。但し、リッチスパイクを予め記憶された一定時間だけ行わせることができる。

上記のＮＯｘ脱離・還元処理においては、ＮＯｘ触媒コンバータ２７の雰囲気を酸素濃度が低下したリッチ雰囲気にすることで、リーン雰囲気のときにトラップされたＮＯｘが脱離すると共に、やはりリーン雰囲気のときに吸着された酸素も脱離し、この脱離酸素とＨＣ，ＣＯとの酸化反応が生じることで、ＮＯｘの還元に用いる還元剤が消費されてしまう。

そこで、前記電子コントロールユニット６は、ＮＯｘ脱離・還元処理を行わせるときに、脱離酸素分を加味してＮＯｘの還元剤としてＨＣ，ＣＯをＮＯｘ触媒コンバータ２７に供給するようになっている（制御手段）。

次に、前記ＮＯｘ脱離・還元のための還元剤の供給制御を、図２〜図４のフローチャートに従って詳細に説明する。

図２のフローチャートは、脱離酸素に対応する還元剤量演算のメインルーチンを示す。

まず、ステップＳ１００では、ＮＯｘ還元要求（リッチスパイク要求）があるか否かを判断する。

具体的には、例えば、エンジン回転速度，吸入空気量，空燃比からＮＯｘ排出量を求め、該ＮＯｘ排出量を積算することで、ＮＯｘ触媒コンバータ２７におけるＮＯｘトラップ積算量を推定する。そして、該ＮＯｘトラップ積算量が閾値を超えたときに、ＮＯｘ触媒コンバータ２７におけるＮＯｘトラップ量が飽和量に近づいたと判断し、ＮＯｘ還元要求（リッチスパイク要求）を出力する。

ＮＯｘ還元要求があることがステップＳ１００で判断されると、ステップＳ２００へ進み、酸素吸着・脱離関連因子の演算を行い、次のステップＳ３００では、前記ステップＳ２００での演算結果に基づいて目標還元剤量ＲＤＣＴを演算し、更に、ステップＳ４００では、酸素吸着・脱離の演算結果の学習を行う。

前記ステップＳ２００における酸素吸着・脱離関連因子の演算を、図３のフローチャートに従って詳細に説明する。

ステップＳ２０１では、ＮＯｘ触媒コンバータ２７下流側での空燃比（酸素濃度）、ＮＯｘ触媒コンバータ２７の温度ＴＣＡＴ、燃料噴射量ＱＦ、エンジン回転数ＮＥ（rpm）、排気流量QEXHをそれぞれ検出する。

前記排気流量QEXHは、シリンダに流入する新気量とシリンダ内に噴射される燃料量と、エンジン回転数ＮＥ（rpm）とから求められる。

ステップＳ２０２では、ＮＯｘ触媒コンバータ２７に酸素が吸着するとき及びＮＯｘ触媒コンバータ２７から酸素が脱離するときの反応速度係数Ｋ１，Ｋ２を、ステップＳ２０１で検出したＮＯｘ触媒コンバータ２７の温度ＴＣＡＴに基づいて演算する。

前記反応速度係数Ｋ１，Ｋ２は、図５に示すように、触媒温度ＴＣＡＴが高いほど大きな値に演算される。

ステップＳ２０３では、目標触媒入口酸素濃度O2IN（ＮＯｘ触媒に流入する酸素濃度）を演算する。

具体的には、ＮＯｘ触媒コンバータ２７が排気中のＮＯｘをトラップする酸素過剰のリーン雰囲気から、ＮＯｘ還元要求に基づき、酸素濃度が低下したリッチ雰囲気にまで変化させるときの機関排気中の酸素濃度変化を、過渡応答を考慮して推定し（図６参照）、ＮＯｘ還元要求発生時（リッチスパイク開始）からの経過時間に応じて特定される酸素濃度を前記目標触媒入口酸素濃度O2INとする。尚、前記過渡応答は、排気系の時定数に応じた一次遅れとして特定できる。

ステップＳ２０４では、ＮＯｘ触媒コンバータ２７の雰囲気における酸素濃度DO2を下式に従って算出する。

DO2＝O2IN＋O2PG(n-1)＋O2LRN(n-1)。

ここで、O2INは、ステップＳ２０３で求めた目標触媒入口酸素濃度であり、O2PGは、本ルーチンの前回実行時に後述するステップＳ２１１で算出された酸素脱離濃度であり、O2LRNは、酸素濃度の推定誤差を補正するための補正値の前回値であり、前記ステップＳ４００では、この補正値O2LRNを更新演算して記憶する。

即ち、酸素濃度DO2は、流入酸素量と脱離酸素量との総和として求められ、更に、触媒の劣化・ばらつきによる補正が加えられる。

ステップＳ２０５では、前記雰囲気酸素濃度DO2を排気流量QEXHによって雰囲気酸素量VO2に変換する。

VO2＝雰囲気酸素濃度DO2×排気流量QEXH
ステップＳ２０６では、酸素吸着速度Ｖ１を、前記反応速度係数Ｋ１、雰囲気酸素濃度DO2、更に、酸素吸着空きサイト量O2SITEの前回値O2SITE(n-1)に基づいて算出する。

Ｖ１＝Ｋ１×DO2×O2SITE(n-1)
前記酸素吸着空きサイト量O2SITEは、後述するステップＳ２１０で演算される値であり、ＮＯｘ触媒コンバータ２７における酸素の最大吸着量から既に吸着している酸素量を減じた今後の吸着可能量の最大吸着量に対する割合を示す。

ステップＳ２０７では、酸素脱離速度Ｖ２を、前記反応速度係数Ｋ２、酸素吸着空きサイト量O2SITEの前回値O2SITE(n-1)に基づいて算出する。

Ｖ２＝Ｋ２×（１−O2SITE(n-1)）
尚、１−O2SITE(n-1)は、ＮＯｘ触媒コンバータ２７に既に吸着している酸素量を示すことになる。

ステップＳ２０８では、ＮＯｘ触媒コンバータ２７における酸素吸着量VO2ABを、前記酸素吸着速度Ｖ１、酸素脱離速度Ｖ２、単位時間ＤＴに基づいて算出する。

VO2AB＝（Ｖ１−Ｖ２）×ＤＴ
即ち、酸素吸着速度Ｖ１が酸素脱離速度Ｖ２を超えるときにＮＯｘ触媒コンバータ２７における酸素吸着量が増え、それ以外は、現状維持若しくは減少変化を示すことになり、酸素吸着量VO2ABがプラスのときに、その値が酸素吸着量の増大分を示すことになる。

ステップＳ２０９では、ＮＯｘ触媒コンバータ２７における酸素脱離量VO2PGを、前記酸素吸着量VO2ABに基づいて算出する。

VO2PG＝−VO2AB
即ち、酸素吸着速度Ｖ１が酸素脱離速度Ｖ２よりも小さく、吸着される量よりも脱離する量の方が多い場合に、酸素吸着量VO2ABはマイナスの値として算出されることになり、これは、ＮＯｘ触媒コンバータ２７に吸着されている酸素の減少分としての脱離量を示すことになるから、ナイナスを乗算してプラスとして算出される値が酸素脱離量VO2PGになる。

ステップＳ２１０では、酸素吸着空きサイト量O2SITEを更新演算する。

O2SITE＝O2SITE(n-1)−VO2AB
前記酸素吸着量VO2ABがプラスであって脱離する酸素量よりも吸着する酸素量が多い場合には、酸素吸着空きサイト量O2SITEが減少補正され、前記酸素吸着量VO2ABがマイナスであって脱離する酸素量よりも吸着する酸素量が少ない場合には、酸素吸着空きサイト量O2SITEが増大補正されることになる。

ステップＳ２１１では、酸素脱離濃度O2PGを、前記酸素脱離量VO2PG、排気流量QEXHに基づいて算出する。

O2PG＝VO2PG／QEXH
ステップＳ３００では、前記ステップＳ２０５で算出されるＮＯｘ触媒コンバータ２７の雰囲気酸素量VO2に基づいて、触媒雰囲気酸素の反応させる分の目標還元剤量RDCTを演算する。

ここでは、図７に示すように、雰囲気酸素量VO2が多いほど（酸素脱離速度が速いほど）目標還元剤量RDCTをより多い量に設定する。

ＮＯｘ触媒コンバータ２７にトラップされたＮＯｘを脱離還元するために、例えば、通常運転時における空気過剰率λ＝１．３以上の酸素過剰のリーン雰囲気から、空気過剰率λ＝１以下の酸素濃度が低下したリッチ雰囲気に切り換えるリッチスパイクを行うと、リーン運転中にＮＯｘ触媒コンバータ２７にトラップされたＮＯｘ及び酸素が脱離される。

ここで、酸素の脱離速度（単位時間当たりの脱離酸素量）は一定量ではなく、図８に示すように、リッチスパイク開始後に、触媒に流入する排気中の酸素濃度が遅れて低下することで、脱離酸素量が徐々に増えるが、脱離が進むにつれて脱離する酸素量は減少に転じる。

そこで、そのときの脱離酸素量（脱離速度）の挙動を推定し、ＮＯｘの還元に必要とされる還元剤量に、前記脱離酸素量と反応する分の還元剤量RDCTを付加し、脱離酸素量が変化しても、過不足のない還元剤量を供給できるようにする。

従って、本実施形態によると、過剰な還元剤（HC、CO）の供給によって排気性状・燃費性能が低下することを防止しつつ、ＮＯｘ触媒コンバータ２７の雰囲気における酸素濃度を速やかに低下させて、ＮＯｘの脱離還元処理を効率良く進めることができる。

本実施形態のリッチスパイクは、空気過剰率λ＝１．３以上の酸素過剰のリーン雰囲気から、吸気絞りやEGR制御などによって空気過剰率λ＝１程度の空燃比にまで切り換えることで実現される。

また、還元剤の供給は、燃焼後期から排気行程において前記燃料噴射ノズル１２から燃料を噴射させるポスト噴射、或いは、燃料噴射ノズル１３からの排気管噴射によって行われ、前記目標還元剤量RDCTと脱離ＮＯｘ用の還元剤量との総和を、前記ポスト噴射或いは排気管噴射によって供給させる。

更に、ＮＯｘの還元に必要とされる還元剤量は、燃料噴射量ＱＦ、エンジン回転数（rpm）ＮＥ、触媒温度TCAT、排気流量QEXH等から推定されるＮＯｘ脱離量（脱離速度）に応じて設定させることができ、また、固定値とすることができる。

図４のフローチャートは、前記ステップＳ４００における学習の詳細を示す。

まず、ステップＳ４０１では、ステップＳ２０４で算出された触媒雰囲気の酸素濃度DO2を読み込む。

ステップＳ４０２では、前記ステップＳ３００で算出された目標還元剤量RDCTを読み込む。

ステップＳ４０３では、前記触媒雰囲気の酸素濃度DO2と排気流量QEXHと目標還元剤量RDCTとから、ＮＯｘ触媒コンバータ２７の出口における排気空燃比LMDCALを推定演算する。

LMDCAL＝DO2×QEXH／22.4×32／RDCT／14.6
尚、14.6は理論空燃比に相当し、32は酸素の分子量（１モルの質量）、22.4は１モルの体積である。

ステップＳ４０４では、前記推定排気空燃比LMDCALと、空燃比センサ４２で検出される実際の排気空燃比LMDRRとの偏差DLMDを算出する。

DLMD=LMDCAL−LMDRR
ステップＳ４０５では、学習速度SPDLRNをそのときの燃料噴射量ＱＦ（機関負荷）及びエンジン回転速度ＮＥに基づいて算出する。

図９に示すように、燃料噴射量ＱＦ（機関負荷）とエンジン回転速度ＮＥとから特定される定常運転域、即ち、排気系の安定領域で、前記学習速度SPDLRNが速く（大きく）設定され、過渡運転領域（排気系の不安定領域）では、前記学習速度SPDLRNが遅く（小さく）設定して、誤学習を回避できるようにしてある。

尚、燃料噴射量の変化等から、過渡運転と定常運転とに判別し、定常運転時に学習速度SPDLRNが速く（大きく）させることができる。

ステップＳ４０６では、前記偏差DLMD及び学習速度SPDLRNに基づいて、学習補正量LMDLRNを算出する。

LMDLRN＝DLMD×SPDLRN
ステップＳ４０７では、前記学習補正量LMDLRNに相当する酸素濃度である補正値O2LRNを、前記学習補正量LMDLRN、目標還元剤量RDCT、排気流量QEXHに基づいて算出する。

O2LRN＝LMDLRN×RDCT×14.6／QEXH
上記補正値O2LRNでＮＯｘ触媒コンバータ２７の雰囲気における酸素濃度DO2を補正することで、ＮＯｘ触媒コンバータ２７毎の吸着・脱離能力のばらつきや、ＮＯｘ触媒コンバータ２７の劣化による吸着・脱離能力の変化に対応して、雰囲気における酸素濃度DO2を高精度に求めることができ、これによって、実際にＮＯｘ触媒コンバータ２７から脱離される酸素量に見合った還元剤を供給させることができる。

ここで、前記偏差DLMDに基づいて最終的に目標還元剤量RDCTが補正されればよく、例えば、脱離速度・吸着速度を前記偏差DLMDに基づいて補正させることができる。

また、ＮＯｘ触媒コンバータ２７の劣化を公知の別の方法で診断し、該診断結果に基づいて目標還元剤量RDCTを補正させることができ、劣化診断の方法としては、例えば、ＮＯｘ触媒コンバータ２７の上流側空燃比の変動周波数と下流側空燃比の変動周波数との比較に基づいて劣化を判断する方法を採用できる。

ところで、上記実施形態では、触媒温度TCAT、排気流量QEXHなどから時々刻々変化する酸素脱離量（酸素脱離速度）を推定し、該推定結果に基づいて脱離酸素と反応させるための還元剤量RDCTを決定したが、簡易的には、リッチスパイクを開始した時点からの経過時間に対して脱離酸素量（酸素脱離速度）が一定の変化を示すものと仮定し、前記経過時間毎に還元剤量RDCTを設定したテーブルを予め記憶し、該テーブルを参照して還元剤量RDCTを決定させることができる。

即ち、リッチスパイクを開始した時点からの酸素脱離量の変化は、リッチスパイク開始直後は触媒流入酸素濃度が直ぐには低下しないことから、酸素脱離量が徐々に増大し、触媒流入酸素濃度が低下することで酸素脱離量がピークに達し、その後は、酸素脱離量の累積が増えることで相対的に触媒中にトラップされている酸素量が減ることで、酸素脱離量が徐々に低下する傾向を示す（図８参照）。

そこで、酸素脱離量がピーク値を示すようになるまでの時間、及び、ピーク後の減衰速度等を予め実験的に求め、これに基づいて、リッチスパイク開始から所定時間内では還元剤量を徐々に多くし、前記所定時間経過後は還元剤量を徐々に少なくするような、経過時間と還元剤量RDCTとの相関を決定し、これをテーブルとして記憶させておく。

そして、リッチスパイク開始からの経過時間を計測し、計測結果に基づいて前記テーブルを参照して、そのときの経過時間に対応する還元剤量RDCTを検索させる。

図１０のフローチャートは、リッチスパイクを開始した時点からの経過時間から還元剤量RDCTを決定する第２実施形態を示す。

図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ８０１では、前記ステップＳ１００と同様に、ＮＯｘ還元要求があるか否かを判断する。

そして、ＮＯｘ還元要求があり、リッチスパイクが実行される場合には、ステップＳ８０２へ進む。

ステップＳ８０２では、リッチスパイク開始からの経過時間毎に、脱離酸素と反応させるための還元剤量RDCTを記憶したテーブルを参照し、その時点での経過時間に対応する還元剤量RDCTを求める。

尚、前記ステップＳ８０２でテーブルから求めた還元剤量RDCTを、そのときの触媒温度TCATや排気流量QEXHなどに応じて補正することができる。

上記実施形態では、内燃機関１をディーゼルエンジンとしたが、本願発明に係る還元剤の供給制御は、ＮＯｘ触媒を備えたガソリンエンジンにも適用できることは明らかである。

実施形態における内燃機関を示すシステム図。 還元剤の供給制御の第１実施形態のメインルーチンを示すフローチャート。 第１実施形態における酸素の吸着・脱離因子の演算を行うサブルーチンを示すフローチャート。 第１実施形態における酸素の吸着・脱離演算結果の学習を行うサブルーチンを示すフローチャート。 第１実施形態における触媒温度TCATと吸着・脱離の反応速度係数K1,K2との相関を示す線図。 リッチスパイク時の触媒入り口酸素濃度の挙動を示すタイムチャート。 第１実施形態における雰囲気酸素量VO2と目標還元剤量RDCTとの相関を示す線図。 リッチスパイク時の脱離酸素量の挙動を示すタイムチャート。 第１実施形態における燃料噴射量QF及びエンジン回転数NEと学習速度SPDLRNとの相関を示す線図。 還元剤の供給制御の第２実施形態を示すフローチャート。

符号の説明

１…内燃機関（ディーゼルエンジン）、６…電子コントロールユニット、１２，１３…燃料噴射ノズル、２７…ＮＯｘ触媒コンバータ、２８…微粒子捕集フィルタ、３８…吸気絞弁、４２…空燃比センサ、４４…クランク角センサ、４６…触媒温度センサ

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に配置され、酸素吸着能力を有し、酸素過剰のリーン雰囲気のとき排気中のＮＯｘをトラップし、酸素濃度が低下したリッチ雰囲気においてＮＯｘを脱離し、脱離されたＮＯｘを還元剤で還元処理するＮＯｘ触媒と、
   前記ＮＯｘ触媒にトラップされたＮＯｘを脱離浄化するために、前記ＮＯｘ触媒の雰囲気の酸素濃度を低下させる脱離手段と、
   前記ＮＯｘ触媒の雰囲気の酸素濃度を低下させてＮＯｘを脱離浄化するときに、前記ＮＯｘ触媒に流入する酸素濃度、前記ＮＯｘ触媒の温度及び前記ＮＯｘ触媒における酸素吸着量に基づいて予測演算する前記ＮＯｘ触媒からの酸素の脱離速度に応じて、前記ＮＯｘ触媒に対する還元剤の供給量を制御する制御手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記制御手段が、酸素の脱離速度が速いほど前記ＮＯｘ触媒に対する還元剤の供給量を多くし、酸素の脱離速度が遅くなるほど前記ＮＯｘ触媒に対する還元剤の供給量を少なくすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記制御手段が、酸素の脱離を開始させてから所定時間内では、前記ＮＯｘ触媒に対する還元剤の供給量を徐々に多くし、前記所定時間経過後は、前記ＮＯｘ触媒に対する還元剤の供給量を徐々に少なくすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記制御手段が、前記酸素の脱離速度の予測演算値を、前記ＮＯｘ触媒の劣化状態に応じて補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記制御手段が、前記酸素の脱離速度の予測演算値を、前記ＮＯｘ触媒下流の空気過剰率に応じて補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記ＮＯｘ触媒下流の空気過剰率を検出するセンサを備えることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 筒内に燃料を直接噴射する第１燃料噴射弁及び／又は前記ＮＯｘ触媒上流の排気管内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁を備え、
   前記ＮＯｘ触媒に対する還元剤の供給が、燃焼後期から排気行程における第１燃料噴射弁によるポスト噴射及び／又は前記第２燃料噴射弁による排気管内への噴射によって行われることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images