JP5045339B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
特許文献１には、ディーゼルエンジンの排気通路に設けられたＮＯｘトラップ触媒を再生させる技術が開示されている。この特許文献１では、ＮＯｘトラップ触媒を再生させるときに、吸気絞り弁およびＥＧＲによりシリンダ内の空気過剰率を第一の空気過剰率まで低下させる。そして、シリンダ内の空気過剰率が第一の吸気過剰率に達してからシリンダ内への燃料噴射量を増量し、シリンダ内の空気過剰率を再生が行われる第二の空気過剰率まで低下させる。
特開２００４−５２５６１号公報
内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する）が設けられている場合、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出させると共に還元させるＮＯｘ還元制御が行われる。
本発明は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘをより好適に還元することが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明では、ＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したときのＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量より多いか否かに基づいて、内燃機関から排出される排気のＯ２濃度をＮＯｘ還元制御の実行時に低下させるか否かを決定する。
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関の混合気のＯ２濃度を低下させることにより排気のＯ２濃度を低下させるＯ２濃度低下手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出させると共に還元させるＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したか否かを判別する判別手段と、
前記判別手段によってＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したと判定されたときにＮＯｘ還元制御を実行するＮＯｘ還元制御実行手段と、を備え、
前記ＮＯｘ還元制御実行手段は、ＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したときの前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量より多いときには前記Ｏ２濃度低下手段によって排気のＯ２濃度を低下させると共に前記還元剤供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給することでＮＯｘ還元制御を実行し、ＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したときの前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が前記所定吸蔵量以下のときは前記Ｏ２濃度低下手段によって排気のＯ２濃度を低下させることなく前記還元剤供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給することでＮＯｘ還元制御を実行することを特徴とする。
ここで、所定吸蔵量は、排気のＯ２濃度を低下させずにＮＯｘ触媒に還元剤を供給した
場合であっても、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することが可能と判断出来るＮＯｘ吸蔵量の閾値であってもよい。
本発明によれば、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量より多いときは、排気のＯ２濃度を低下させつつＮＯｘ触媒に還元剤を供給することによりＮＯｘ還元制御が行われる。これにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元が不十分となることを抑制することが出来る。一方、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量より少ないときは、排気のＯ２濃度を低下させることなくＮＯｘ触媒に還元剤を供給することによりＮＯｘ還元制御が行われる。これにより、内燃機関の混合気のＯ２濃度を不必要に低下させることを抑制することが出来る。そのため、内燃機関の混合気のＯ２濃度を低下させることに伴う燃費やドライバビリティの悪化およびスモークの排出量の増加を抑制することが出来る。
ＮＯｘ触媒の温度が高いほど、ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されたときに該ＮＯｘ触媒における該還元剤の酸化が促進される。つまり、還元剤の酸化に消費されるＯ２量が多くなるため、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気のＯ２濃度がより低下する。従って、Ｏ２濃度低下手段によって排気のＯ２濃度を低下させることなくＮＯｘ触媒に還元剤を供給することによりＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することが可能となるＮＯｘ吸蔵量の閾値は、ＮＯｘ触媒の温度が高いほど大きくなる。
そこで、本発明においては、ＮＯｘ触媒の温度が高いときは該温度が低いときよりも所定吸蔵量を大きい値としてもよい。
これによれば、内燃機関の混合気のＯ２濃度を不必要に低下させることをより抑制することが出来る。
また、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが高いほど、または、ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘ吸蔵量が多いほど、ＮＯｘ触媒の酸化能力は低下する。
そこで、本発明においては、ＮＯｘ触媒の劣化度合いを推定する劣化度合い推定手段をさらに備えてもよい。そして、劣化度合い推定手段によって推定されるＮＯｘ触媒の劣化度合いが高いときは該劣化度合いが低いときよりも所定吸蔵量を小さい値としてもよい。
また、本発明においては、ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘ吸蔵量を推定するＳＯｘ吸蔵量推定手段をさらに備えてもよい。そして、ＳＯｘ吸蔵量推定手段によって推定されるＮＯｘ触媒におけるＳＯｘ吸蔵量が多いときは該ＳＯｘ吸蔵量が少ないときよりも所定吸蔵量を小さい値としてもよい。
これらによれば、内燃機関の混合気のＯ２濃度を不必要に低下させることを抑制しつつ、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することが出来る。
本発明において、ＮＯｘ還元制御の実行時にＯ２濃度低下手段によって排気のＯ２濃度を低下させる場合、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が多いときは該ＮＯｘ吸蔵量が少ないときよりも排気のＯ２濃度をより低くしてもよい。
これによれば、内燃機関の混合気のＯ２濃度を必要以上に低下させることを抑制しつつＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することが出来る。
本発明においては、ＮＯｘ還元制御の実行時にＯ２濃度低下手段によって排気のＯ２濃度を低下させる場合、ＮＯｘ触媒の温度が低いときは該温度が高いときよりも排気のＯ２
濃度をより低くしてもよい。
これによっても、内燃機関の混合気のＯ２濃度を必要以上に低下させることを抑制しつつＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することが出来る。
本発明によれば、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘをより好適に還元することが出来る。
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
＜実施例１＞
＜内燃機関およびその吸排気系の概略構成＞
図１は、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼルエンジンである。各気筒２には該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３が設けられている。
内燃機関１には、インテークマニホールド５およびエキゾーストマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド５には吸気通路４の一端が接続されている。エキゾーストマニホールド７には排気通路６の一端が接続されている。
吸気通路４にはターボチャージャ８のコンプレッサハウジング８ａが設置されている。排気通路６にはターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂが設置されている。
吸気通路に４におけるコンプレッサハウジング８ａよりも上流側にはエアフローメータ１１が設けられている。吸気通路４におけるコンプレッサハウジング８ａよりも下流側にはスロットル弁１２が設けられている。
排気通路６におけるタービンハウジング８ｂより下流側には酸化触媒９が設けられている。また、排気通路６における酸化触媒９より下流側にはＮＯｘ触媒１０が設けられている。
排気通路６におけるタービンハウジング８ｂより下流側且つ酸化触媒９より上流側には排気中に還元剤として燃料を添加する燃料添加弁１３が設けられている。本実施例においては、この燃料添加弁１３が本発明に係る還元剤供給手段に相当する。
排気通路６におけるタービンハウジング８ｂより上流側には排気のＯ２濃度を検出するＯ２センサ１７が設けられている。排気通路６におけるＮＯｘ触媒１０より下流側には排気の温度を検出する温度センサ１８が設けられている。
本実施例に係る内燃機関１は排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に導入するＥＧＲ装置１４を備えている。ＥＧＲ装置１４は、ＥＧＲ通路１５およびＥＧＲ弁１６を有している。ＥＧＲ通路１５は、その一端がエキゾーストマニホールド７に接続されその他端がインテークマニホールド５に接続されている。該ＥＧＲ通路１５を介してＥＧＲガスがエキゾーストマニホールド７からインテークマニホールド５に導入される。ＥＧＲ弁１６はＥＧＲ通路１５に設けられており、インテークマニホールド５に導入されるＥＧＲガス量が該ＥＧＲ弁１６によって制御される。
内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は
内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１１、Ｏ２センサ１７、温度センサ１８、クランクポジションセンサ２１およびアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ２１は内燃機関１のクランク角を検出する。アクセル開度センサ２２は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。
ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転数を導出する。また、ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ２０は、温度センサ１８の検出値に基づいてＮＯｘ触媒１０の温度を導出する。
また、ＥＣＵ２０には、各燃料噴射弁３、スロットル弁１２、燃料添加弁１３およびＥＧＲ弁１６が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。
＜ＮＯｘ還元制御＞
本実施例においては、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを放出させると共に還元させるＮＯｘ還元制御が行われる。ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを放出および還元させるためには、ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気の空燃比をＮＯｘの放出および還元が可能となる空燃比まで低下させる必要がある。
そのため、ＮＯｘ還元制御を、内燃機関１の混合気のＯ２濃度を低下させることにより排気のＯ２濃度を低下させる（以下、このような制御をＯ２濃度低下制御と称する）と共に燃料添加弁１３から燃料を添加することで実現する場合がある。この場合、ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気のＯ２濃度が低下した状態でＮＯｘ触媒１０に燃料が供給される。そのため、ＮＯｘ触媒１０に供給された燃料がＮＯｘを還元するための還元剤として機能し易くなる。従って、より効率的にＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを還元することが可能となる。
Ｏ２濃度低下制御としては、スロットル弁１２の開度を減少させることにより内燃機関１の吸入空気量を減少させる制御、インテークマニホールド５に導入されるＥＧＲガス量を増加させる制御、および、燃料噴射弁３による燃料噴射時期を遅角させると共に燃料噴射量を増加させる制御等を例示することが出来る。
しかしながら、Ｏ２濃度低下制御を実行すると、燃費やドライバビリティの悪化およびスモークの排出量の増加を招く虞がある。また、Ｏ２濃度低下制御を実行しなくても燃料添加弁１３から燃料を添加することによりＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを還元することが出来る。この場合、燃料添加弁１３による燃料添加と共にＯ２濃度低下制御を実行した場合に比べてＮＯｘ還元の効率は低下する。しかしながら、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量が比較的少ないときは、燃料添加弁１３による燃料添加のみによってＮＯｘ還元制御を実現した場合であってもＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することが出来る。
そこで、本実施例では、ＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したときのＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量より多いときは、Ｏ２濃度低下制御を実行すると共に燃料添加弁１３から燃料を添加することでＮＯｘ還元制御を実行する。そして、ＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したときのＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量以下のときは、Ｏ２濃度低下制御を実行せずに燃料添加弁１３から燃料を添加することのみによりＮＯｘ還元制御を実行する。
ここで、所定吸蔵量は、燃料添加弁１３からの燃料添加のみによって、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することが可能と判断出来るＮＯｘ吸蔵量の閾値である。この所定吸蔵量は、実験等に基づいて予め定めることが出来る。
以下、本実施例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンについて図２に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘを算出する。ここでは、ＥＣＵ２０は、前回のＮＯｘ還元制御の実行が終了した時点からの内燃機関１での燃料噴射量の積算量等に基づいてＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘを算出する。本実施例においては、このＳ１０１を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るＮＯｘ吸蔵量推定手段に相当する。
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０２に進み、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが、ＮＯｘ還元制御の実行の閾値である還元実行吸蔵量Ｑｎｏｘ０以上であるか否かを判別する。ここで、還元実行吸蔵量Ｑｎｏｘ０は、上述した所定吸蔵量よりも小さい値であり、予め定められた値である。Ｓ１０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０３に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
尚、Ｓ１０２においては、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘに代えて、前回のＮＯｘ還元制御の実行終了時点からの経過時間が所定のＮＯｘ還元制御の実行の閾値以上となったか否かを判別してもよい。
Ｓ１０３に進んだＥＣＵ２０は、ＮＯｘ還元制御を実行することが可能な条件が成立しているか否かを判別する。例えば、ＮＯｘ触媒１０の温度が活性温度より低い場合等は、ＮＯｘ還元制御を実行することが可能な条件が成立していないと判断する。Ｓ１０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０４に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
尚、本実施例においては、Ｓ１０２およびＳ１０３を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る判別手段に相当する。
Ｓ１０４に進んだＥＣＵ２０は、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１より多いか否かを判別する。Ｓ１０４において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０５に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０６に進む。
Ｓ１０５において、ＥＣＵ２０はＯ２濃度低下制御を実行する。このとき、ＥＣＵ２０は、内燃機関１から排出される排気のＯ２濃度（即ち、Ｏ２センサ１７の検出値）を予め定められた目標Ｏ２濃度まで低下させる。ここで、排気のＯ２濃度が目標Ｏ２濃度に制御されても、該排気の空燃比は目標空燃比までは低下しない。目標空燃比は、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを放出および還元することが可能な空燃比である。この目標空燃比は実験等に基づいて予め求めることが出来る。
Ｓ１０６において、ＥＣＵ２０は、燃料添加弁１３による燃料添加を実行する。ここで、ＥＣＵ２０は、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気の空燃比が目標空燃比となるように燃料添加弁１３から添加する燃料量を制御する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
尚、本実施例においては、Ｓ１０５およびＳ１０６を実行するＥＣＵ２０、または、Ｓ
１０６のみを実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るＮＯｘ還元制御実行手段に相当する。
以上説明したルーチンによれば、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１より多いときは、内燃機関１から排出される排気のＯ２濃度を低下させつつＮＯｘ触媒１０に燃料を供給することによりＮＯｘ還元制御が行われる。これにより、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘの還元が不十分となることを抑制することが出来る。つまり、ＮＯｘ還元制御の実行が終了したときにＮＯｘ触媒１０に過剰な量のＮＯｘが残留することを抑制することが出来る。
また、以上説明したルーチンによれば、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１より少ないときは、内燃機関１から排気のＯ２濃度を低下させることなくＮＯｘ触媒１０に燃料を供給することのみによりＮＯｘ還元制御が行われる。これにより、内燃機関１の混合気のＯ２濃度を不必要に低下させることを抑制することが出来る。そのため、内燃機関１の混合気のＯ２濃度を低下させることに伴う燃費やドライバビリティの悪化およびスモークの排出量の増加を抑制することが出来る。
このように、本実施例によれば、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘをより好適に還元することが出来る。
尚、本実施例においては、排気通路６に設けられた燃料添加弁１３から燃料を添加することによりＮＯｘ触媒１０に燃料を供給した。しかしながら、内燃機関１の燃料噴射弁３によって主燃料噴射より後の時期に副燃料噴射を実行することでＮＯｘ触媒１０に燃料を供給してもよい。
＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。
＜ＮＯｘ還元制御＞
以下、本実施例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンについて図３に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、図３に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートにＳ２０４およびＳ２０５を追加したものである。そのため、Ｓ２０４およびＳ２０５についてのみ説明しその他のステップの説明を省略する。
本ルーチンでは、Ｓ１０３において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０４に進む。Ｓ２０４において、ＥＣＵ２０は、温度センサ１８の検出値に基づいてＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃを導出する。
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０５に進み、Ｓ２０４において導出されたＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃを図４に示すマップに代入することで所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を算出する。図４において、縦軸は所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を表しており、横軸はＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃを表している。このマップは、ＥＣＵ２０に予め記憶されている。尚、このマップを、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃに対して所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１が段階的に変化するようなものとしてもよい。
燃料添加弁１３から添加されＮＯｘ触媒１０に供給された燃料は、該ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気のＯ２濃度がある程度低下した状態となるとＮＯｘを還元するための還元剤として機能する。また、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが高いほど、該ＮＯｘ触媒１０に供給された燃料の酸化がより促進される。そのため、内燃機関１から排出される排気の空燃比が同一であっても、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが高いほど、該ＮＯｘ触媒１０に燃料が供給
されたときに該ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気のＯ２濃度がより低下する。従って、Ｏ２濃度低下制御を実行せずに、燃料添加弁１３から燃料を添加することのみにより、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することが可能となるＮＯｘ吸蔵量の閾値は、ＮＯｘ触媒１０の温度が高いほど大きくなる。
そこで、本実施例では、図４に示すように、ＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが高いほど、所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を高い値に設定する。
Ｓ２０５の後、ＥＣＵ２０はＳ１０４に進む。
以上説明したルーチンによれば、ＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃに基づいて所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１が変更される。これにより、ＮＯｘ還元制御の実行時におけるＯ２濃度低下制御の不必要な実行が抑制される。つまり、内燃機関１の混合気のＯ２濃度を不必要に低下させることをより抑制することが出来る。従って、燃費やドライバビリティの悪化およびスモークの発生をより抑制することが出来る。
＜変形例１＞
次に、本実施例の第一の変形例について図５に基づいて説明する。図５は、本変形例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、図５に示すフローチャートは、図３に示すフローチャートにおけるＳ２０５をＳ３０５およびＳ３０６に置き換えたものである。そのため、Ｓ３０５およびＳ３０６についてのみ説明しその他のステップの説明を省略する。
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０４の後、Ｓ３０５に進む。Ｓ３０５において、ＥＣＵ２０はＮＯｘ触媒１０の劣化度合いＲｃｄを算出する。ここで、ＮＯｘ触媒１０の劣化度合いＲｃｄは、ＮＯｘ触媒１０の温度履歴等に基づいて算出される。本変形例において、このＳ３０５を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る劣化度合い推定手段に相当する。
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０６に進み、Ｓ２０４において導出されたＮＯｘ触媒１０の温度ＴｃおよびＳ３０５において算出されたＮＯｘ触媒１０の劣化度合いＲｃｄを図６に示すマップに代入することで所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を算出する。図６において、縦軸は所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を表しており、横軸はＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃを表している。また、図６において、矢印はＮＯｘ触媒１０の劣化度合いＲｃｄを表している。つまり、図６に示すマップにおいては、ＮＯｘ触媒１０の劣化度合いＲｃｄに応じたＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃと所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１との関係が示されている（Ｌ１はＬ２よりもＮＯｘ触媒１０の劣化度合いＲｃｄが低い場合を示しており、Ｌ２はＬ３よりもＮＯｘ触媒１０の劣化度合いＲｃｄが低い場合を示している）。このマップは、ＥＣＵ２０に予め記憶されている。尚、図４に示すマップと同様、このマップを、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃに対して所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１が段階的に変化するようなものとしてもよい。
ＮＯｘ触媒１０の劣化度合いＲｃｄが高いほど、該ＮＯｘ触媒１０に燃料が供給されたときに、該ＮＯｘ触媒１０において該燃料は酸化され難くなる。つまり、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが同一であっても、ＮＯｘ触媒１０の劣化度合Ｒｃｄが高いほど、該ＮＯｘ触媒１０に燃料が供給されたときに該ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気のＯ２濃度が低下し難い。
そこで、本実施例では、図６に示すように、ＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが高いほど、所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を高い値に設定する。また、ＮＯｘ
還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０の劣化度合いＲｃｄが高いほど、同一のＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃに対応する所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を低い値に設定する。
以上説明したルーチンによれば、ＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０の温度ＴｃのみならずＮＯｘ触媒１０の劣化度合いＲｃｄも考慮して所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１が決定される。これにより、内燃機関１の混合気のＯ２濃度を不必要に低下させることを抑制しつつ、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することが出来る。
尚、本変形例においては、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃについては考慮せずにＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０の劣化度合いＲｃｄのみに基づいて所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を決定してもよい。この場合も、ＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０の劣化度合いＲｃｄが高いほど、所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を低い値に設定する。
＜変形例２＞
次に、本実施例の第二の変形例について図７および８に基づいて説明する。図７は、本変形例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、図７に示すフローチャートは、図３に示すフローチャートにおけるＳ２０５をＳ４０５およびＳ４０６に置き換えたものである。そのため、Ｓ４０５およびＳ４０６についてのみ説明しその他のステップの説明を省略する。
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０４の後、Ｓ４０５に進む。Ｓ４０５において、ＥＣＵ２０はＮＯｘ触媒１０におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘを算出する。ここでは、ＥＣＵ２０は、前回のＳＯｘの放出および還元が終了した時点からの内燃機関１での燃料噴射量の積算量等に基づいてＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘを算出する。本変形例においては、このＳ４０５を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係るＳＯｘ吸蔵量推定手段に相当する。
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ４０６に進み、Ｓ２０４において導出されたＮＯｘ触媒１０の温度ＴｃおよびＳ４０５において算出されたＮＯｘ触媒１０におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘを図８に示すマップに代入することで所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を算出する。図８において、縦軸は所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を表しており、横軸はＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃを表している。また、図８において、矢印はＮＯｘ触媒１０におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘを表している。つまり、図８に示すマップにおいては、ＮＯｘ触媒１０におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘに応じたＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃと所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１との関係が示されている（Ｌ１´はＬ２´よりもＮＯｘ触媒１０におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが少ない場合を示しており、Ｌ２´はＬ３´よりもＮＯｘ触媒１０におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが少ない場合を示している）。このマップは、ＥＣＵ２０に予め記憶されている。尚、図４に示すマップと同様、このマップを、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃに対して所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１が段階的に変化するようなものとしてもよい。
ＮＯｘ触媒１０におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが多いほど、該ＮＯｘ触媒１０に燃料が供給されたときに、該ＮＯｘ触媒１０において該燃料は酸化され難くなる。つまり、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが同一であっても、ＮＯｘ触媒１０におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが多いほど、該ＮＯｘ触媒１０に燃料が供給されたときに該ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気のＯ２濃度が低下し難い。
そこで、本実施例では、図８に示すように、ＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが高いほど、所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を高い値に設定する。また、ＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが多いほど、同一のＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃに対応する所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を低い値に設定する。
以上説明したルーチンによれば、ＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０の温度ＴｃのみならずＮＯｘ触媒１０におけるＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘも考慮して所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１が決定される。これにより、内燃機関１の混合気のＯ２濃度を不必要に低下させることを抑制しつつ、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することが出来る。
尚、本変形例においては、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃについては考慮せずにＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０のＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘのみに基づいて所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を決定してもよい。この場合も、ＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０のＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘが多いほど、所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を低い値に設定する。
本実施例においては、第一および第二の変形例を組み合わせてもよい。即ち、ＮＯｘ還元制御の実行時におけるＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃ、ＮＯｘ触媒１０の劣化度合いＲｃｄおよびＮＯｘ触媒１０のＳＯｘ吸蔵量Ｑｓｏｘに基づいて所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１を決定してもよい。
＜実施例３＞
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。
＜ＮＯｘ還元制御＞
以下、本実施例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンについて図９に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、図９に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートにおけるＳ１０５をＳ５０５およびＳ５０６に置き換えたものである。そのため、ＳＳ５０５および５０６についてのみ説明しその他のステップの説明を省略する。
本ルーチンでは、Ｓ１０４において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ５０５に進む。Ｓ５０５において、ＥＣＵ２０は、Ｏ２濃度低下制御を実行するときの目標Ｏ２濃度ＣｔをＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘに基づいて算出する。ここでは、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘを図１０に示すマップに代入することで目標Ｏ２濃度Ｃｔを算出する。図１０において、縦軸は目標Ｏ２濃度Ｃｔを表しており、横軸はＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘを表している。このマップは、ＥＣＵ２０に予め記憶されている。尚、このマップを、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘに対して目標Ｏ２濃度Ｃｔが段階的に変化するようなものとしてもよい。
本実施例では、図１０に示すように、ＮＯｘ還元制御の実行時において、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１より多い場合は、ＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが多いほど、目標Ｏ２濃度Ｃｔを低い値に設定する。
これにより、ＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが多いほど、ＮＯｘ触媒１０の周囲雰囲気のＯ２濃度がより低い状態で該ＮＯｘ触媒１０に燃料が供給される。従って、ＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが多いほど、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘがより効率的に還元される。
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ５０５に進み、目標Ｏ２濃度低下制御を実行して排気のＯ２濃度を目標Ｏ２濃度Ｃｔに制御する。その後、ＥＣＵ２０はＳ１０６に進む。
以上説明したルーチンによれば、ＮＯｘ還元制御の実行時にＯ２濃度低下制御が実行される場合、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘに基づいて目標Ｏ２濃度Ｃｔが変更される。これにより、内燃機関１の混合気のＯ２濃度を必要以上に低下させることを
抑制しつつＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することが出来る。
＜変形例＞
次に、本実施例の変形例について図１１に基づいて説明する。図１１は、本変形例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、図１１に示すフローチャートは、図９に示すフローチャートにおけるＳ５０５をＳ６０５およびＳ６０６に置き換えたものである。そのため、Ｓ６０５およびＳ６０６についてのみ説明しその他のステップの説明を省略する。
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４の後、Ｓ６０５に進む。Ｓ６０５において、ＥＣＵ２０は、温度センサ１８の検出値に基づいてＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃを導出する。
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ６０６に進み、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量ＱｎｏｘおよびＳ６０５において導出されたＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃを図１２に示すマップに代入することで目標Ｏ２濃度Ｃｔを算出する。図１２において、縦軸は目標Ｏ２濃度Ｃｔを表しており、横軸はＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘを表している。また、図１２において、矢印はＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃを表している。つまり、図１２に示すマップにおいては、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃに応じたＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘと目標Ｏ２濃度Ｃｔとの関係が示されている（Ｌ１´´はＬ２´´よりもＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが高い場合を示しており、Ｌ２´´はＬ３´´よりもＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが高い場合を示している）。このマップは、ＥＣＵ２０に予め記憶されている。尚、図１０に示すマップと同様、このマップを、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘに対して目標Ｏ２濃度Ｃｔが段階的に変化するようなものとしてもよい。
ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが低いほど、該ＮＯｘ触媒１０に供給された燃料が酸化され難い。そのため、周囲雰囲気のＯ２濃度が同一の場合、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが低いほど、該ＮＯｘ触媒１０に燃料が供給されたときに該ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘの還元が促進され難い。
そこで、本実施例では、ＮＯｘ還元制御の実行時において、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１より多い場合は、ＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが多いほど、目標Ｏ２濃度Ｃｔを低い値に設定する。また、ＮＯｘ還元制御の実行時において、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１より多い場合は、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが低いほど、同一のＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘに対する目標Ｏ２濃度Ｃｔを低い値に設定する。
以上説明したルーチンによれば、ＮＯｘ還元制御の実行時において、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘが所定吸蔵量Ｑｎｏｘ１より多い場合、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量ＱｎｏｘのみならずＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃも考慮して目標Ｏ２濃度が決定される。これにより、内燃機関の混合気のＯ２濃度を必要以上に低下させることを抑制しつつＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘ還元が不十分となることをより抑制することが出来る。
尚、本変形においては、Ｏ２濃度低下制御の実行時における目標Ｏ２濃度を、ＮＯｘ触媒１０におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑｎｏｘについては考慮せずにＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃのみに基づいて決定してもよい。この場合も、ＮＯｘ触媒１０の温度Ｔｃが低いほど目標Ｏ２濃度Ｃｔを低い値に設定する。
上記実施例１から３は可能限り組み合わせることが出来る。
本発明の実施例１に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図。 本発明の実施例１に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャート。 本発明の実施例２に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャート。 本発明の実施例２に係る所定吸蔵量とＮＯｘ触媒の温度との関係を示すマップ。 本発明の実施例２の第一の変形例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャート。 本発明の実施例２の第一の変形例に係る所定吸蔵量とＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ触媒の劣化度合いとの関係を示すマップ。 本発明の実施例２の第二の変形例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャート。 本発明の実施例２の第二の変形例に係る所定吸蔵量とＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ触媒におけるＳＯｘ吸蔵量との関係を示すマップ。 本発明の実施例３に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャート。 本発明の実施例３に係る目標Ｏ２濃度とＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量との関係を示すマップ。 本発明の実施例３の変形例に係るＮＯｘ還元制御のルーチンを示すフローチャート。 本発明の実施例３の変形例に係る目標Ｏ２濃度とＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ触媒の温度との関係を示すマップ。
符号の説明
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
４・・・吸気通路
５・・・インテークマニホールド
６・・・排気通路
７・・・エキゾーストマニホールド
８・・・ターボチャージャ
８ａ・・コンプレッサハウジング
８ｂ・・タービンハウジング
９・・・酸化触媒
１０・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
１１・・エアフローメータ
１２・・スロットル弁
１３・・燃料添加弁
１４・・ＥＧＲ装置
１５・・ＥＧＲ通路
１６・・ＥＧＲ弁
１７・・Ｏ２センサ
１８・・温度センサ
２０・・ＥＣＵ
２１・・クランクポジションセンサ
２２・・アクセル開度センサ

Claims (6)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
    前記内燃機関の混合気のＯ２濃度を低下させることにより排気のＯ２濃度を低下させるＯ２濃度低下手段と、
    前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
    前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、
    前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出させると共に還元させるＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したか否かを判別する判別手段と、
    前記判別手段によってＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したと判定されたときにＮＯｘ還元制御を実行するＮＯｘ還元制御実行手段と、を備え、
    前記ＮＯｘ還元制御実行手段は、ＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したときの前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量より多いときには前記Ｏ２濃度低下手段によって排気のＯ２濃度を低下させると共に前記還元剤供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給することでＮＯｘ還元制御を実行し、ＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したときの前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が前記所定吸蔵量以下のときは前記Ｏ２濃度低下手段によって排気のＯ２濃度を低下させることなく前記還元剤供給手段によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給することでＮＯｘ還元制御を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  2. 前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が高いときは該温度が低いときよりも前記所定吸蔵量を大きい値と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システム。
  3. 前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化度合いを推定する劣化度合い推定手段をさらに備え、
    前記劣化度合い推定手段によって推定される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化度合いが高いときは該劣化度合いが低いときよりも前記所定吸蔵量を小さい値とすることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。
  4. 前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘ吸蔵量を推定するＳＯｘ吸蔵量推定手段をさらに備え、
    前記ＳＯｘ吸蔵量推定手段によって推定される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘ吸蔵量が多いときは該ＳＯｘ吸蔵量が少ないときよりも前記所定吸蔵量を小さい値とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  5. ＮＯｘ還元制御の実行時に前記Ｏ２濃度低下手段によって排気のＯ２濃度を低下させる場合、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が多いときは該ＮＯｘ吸蔵量が少ないときよりも排気のＯ２濃度をより低くすることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  6. ＮＯｘ還元制御の実行時に前記Ｏ２濃度低下手段によって排気のＯ２濃度を低下させる場合、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が低いときは該温度が高いときよりも排気のＯ２濃度をより低くすることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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