JP5177441B2

JP5177441B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP5177441B2
Application number: JP2009149714A
Authority: JP
Inventors: 希代香恒川; 川島　　一仁
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2029-06-24
Also published as: JP2011007082A

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、排気通路に排ガス中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着触媒を備えた排気浄化装置に関する。

触媒が未だ活性温度に到達していない冷態始動時、或いは排ガス温度と共に触媒温度が低下するアイドル運転時等において内燃機関から排出される炭化水素（以下、ＨＣという）は、内燃機関の各モード運転で生じるＨＣ総排出量に対してかなりの割合を占めており、排ガス浄化性能の改善のためには、これらの運転状態で排出されるＨＣ量を低減する対策が重要であることが知られている。そこで、排ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着触媒を内燃機関の排気通路に配設し、上記運転状態等において排出されるＨＣをＨＣ吸着触媒に吸着させて大気中への排出を防止する技術が提案されている。

この種のＨＣ吸着触媒は、吸着限界を越えて多量のＨＣを吸着すると、表面がＨＣで覆われて触媒と排ガスとの接触を妨げられるＨＣ被毒を生じて破過することから、このような状態に至る以前に、ＨＣ吸着触媒を高温且つリーン空燃比の雰囲気に晒すことにより吸着しているＨＣを脱離した上で、触媒上で酸化させて処理するＨＣ被毒再生が行われている。例えばＨＣ被毒再生は、吸気絞り弁やＥＧＲ制御を併用しつつ、排気行程等でのポスト噴射により排気通路内に未燃燃料を供給して燃焼させることにより実施されるが、ポスト噴射は燃費悪化やオイルダイリューション等の種々の弊害を生じる。特にディーゼルエンジンでは、ＮＯxトラップ触媒に吸蔵されたＮＯxを放出・還元するためのＮＯxパージによりＨＣ吸着触媒へのＨＣ吸着量が増加傾向となる反面、排ガス温度が低い故に高温環境を達成し難いことから、ＨＣ被毒再生を実施する条件としては一層厳しいものとなる。

ポスト噴射の他に触媒を昇温する技術としては、例えば特許文献１に記載されたものを挙げることができる。当該特許文献１の技術では、排気通路の上流側に設けたパティキュレート捕捉手段（ＤＰＦ：ディーゼルパティキュレートフィルタ）と下流側に設けた浄化触媒とを良熱伝導体で包囲し、強制再生を実施してＤＰＦに捕集されたパティキュレートを焼却・除去する際に、そのＰＭ燃焼熱を良熱伝導体を介して下流側の浄化触媒に伝達して昇温している。そこで、浄化触媒として上記ＨＣ吸着触媒をＤＰＦの下流側に配設し、強制再生時のＰＭ燃焼熱を利用してＨＣ吸着触媒のＨＣ被毒再生を実施することが考えられる。

特開２００４−１６２６２６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、ＤＰＦ側のパティキュレートの捕集状況だけに着目して強制再生を行っているため、ＨＣ吸着触媒に対するＨＣ被毒再生を確実に実行できないという問題がある。

即ち、ＤＰＦ側に対する強制再生は、ＤＰＦがパティキュレートの捕集限界を越えて捕集不能となる以前に実施する必要があることから、例えばＤＰＦのパティキュレート捕集量を逐次算出し、その捕集量が予め設定された所定値に達したときに強制再生を実施している。従って、この時点でＨＣ吸着触媒に対するＨＣ被毒再生も行われるが、このときのＨＣ吸着触媒は既にＨＣの吸着限界を越えて破過して吸着不能に陥っている場合もあり得る。このようなときには、ＨＣ吸着触媒が吸着限界を越えてから強制再生が開始されるまでの間、排ガス中のＨＣがＨＣ吸着触媒を素通りして大気中に排出されるという問題が発生してしまう。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＨＣ吸着触媒の被毒再生を目的としたポスト噴射等の専用の再生制御を不要として、当該専用の再生制御に起因する種々の弊害を未然に回避できると共に、ＨＣ吸着触媒が破過する以前に確実にＨＣ被毒再生を実行して大気中へのＨＣの排出を防止することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の排気通路に設けられて排ガス中の有害成分を捕集する浄化手段と、浄化手段の有害成分の捕集状況に基づき、浄化手段を昇温して捕集された有害成分を除去する再生制御を実行する再生制御手段と、浄化手段の下流側の排気通路に設けられて排ガス中の炭化水素を吸着し、吸着した炭化水素を高温且つリーン空燃比の雰囲気下で脱離・酸化させるＨＣ吸着触媒と、排気通路のＨＣ吸着触媒の上流側に設けられ、リーン空燃比雰囲気下で排ガス中の窒素酸化物を吸蔵し、吸蔵した窒素酸化物をストイキ又はリッチ空燃比雰囲気下で放出・還元するＮＯxトラップ触媒と、ＮＯxトラップ触媒に吸蔵された窒素酸化物を炭化水素の供給により放出・還元するＮＯxパージを実行するＮＯxパージ制御手段と、ＨＣ吸着触媒の炭化水素の吸着状況に基づき、ＨＣ吸着触媒が炭化水素の吸着限界に達して破過若しくは破過直前に至ったか否かを判定する破過判定手段と、ＮＯxパージ制御手段によるＮＯxパージ時において破過判定手段によりＨＣ吸着触媒が破過若しくは破過直前に至ったと判定されたときに、有害成分の捕集状況に基づく再生制御手段の判定に関わらず、再生制御手段に再生制御を実行させる再生指令手段とを備えたものである。

従って、浄化手段の有害成分の捕集状況に基づき再生制御が実行される。再生制御により浄化手段は昇温されて捕集している有害成分を除去され、一方、浄化手段の昇温に伴って下流側に位置するＨＣ吸着触媒は高温且つリーン空燃比の雰囲気に晒され、吸着している炭化水素を脱離・酸化する。浄化手段の再生制御により生じた高温且つリーン空燃比の雰囲気を利用してＨＣ吸着触媒を再生するため、ＨＣ吸着触媒の被毒再生を目的としたポスト噴射等の専用の再生制御が必要なくなる。そして、ＨＣ吸着触媒への炭化水素の吸着は、ＮＯxトラップ触媒から窒素酸化物を放出・還元するＮＯxパージ時に顕著になるが、これに起因してＨＣ吸着触媒が破過若しくは破過直前に至ると、再生制御手段による有害成分の捕集状況の判定に関わらず、再生指令手段からの指令に基づき再生制御手段により再生制御が実行される。このため何らかの要因により、有害成分の捕集状況に基づき再生制御手段が再生制御を実行する以前に、ＨＣ吸着触媒が破過若しくは破過直前に至ったときであっても、直ちに再生制御が実行されて大気中への炭化水素の排出が確実に防止される。

請求項２の発明は、請求項１において、浄化手段が、有害成分として排ガス中の粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質を昇温に伴って焼却・除去するフィルタであり、再生制御手段が、フィルタに捕集された粒子状物質を焼却・除去するときに再生制御を実行し、ＨＣ吸着触媒が、ＮＯxパージ制御手段によるＮＯxパージの実行時にＮＯxトラップ触媒を通過した余剰炭化水素を吸着し、吸着した炭化水素をフィルタの再生制御の実行時に脱離・酸化するものである。

従って、ＮＯxパージにより供給された炭化水素の一部はＮＯxトラップ触媒からの窒素酸化物の放出・還元に消費されずに余剰分として排出され、この余剰炭化水素がＨＣ吸着触媒に吸着されて大気中への排出を防止され、吸着された炭化水素は、フィルタに捕集された粒子状物質を焼却・除去すべく再生制御が実行されたときに、粒子状物質の燃焼により生じた高温且つリーン空燃比の雰囲気下でＨＣ吸着触媒から脱離・酸化される。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、再生制御手段が、再生制御の実行により浄化手段からの有害成分の除去が完了し、且つＨＣ吸着触媒からの炭化水素の脱離・酸化が完了したときに、再生制御を終了するものである。

従って、再生制御が終了した時点では浄化手段及びＨＣ吸着触媒の再生が共に完了し、浄化手段への有害成分の捕集量とＨＣ吸着触媒への炭化水素の吸着量とがそれぞれ略０まで減少しており、この状態から浄化手段への有害成分の捕集とＨＣ吸着触媒への炭化水素の吸着とが開始される。結果として、その後の再生制御の実行判定は、浄化手段の捕集限界とＨＣ吸着触媒の吸着限界との所期の関係に基づき常に適切に行われる。

以上説明したように請求項１の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気通路に設けた有害成分を捕集する浄化手段の下流側に炭化水素を吸着するＨＣ吸着触媒を設けると共に、ＨＣ吸着触媒の上流側に、リーン空燃比雰囲気下で排ガス中の窒素酸化物を吸蔵し、この窒素酸化物をＮＯxパージ制御手段のＮＯxパージにより炭化水素が供給されたときに放出・還元するＮＯxトラップ触媒を設け、ＮＯxパージ時にＨＣ吸着触媒が破過若しくは破過直前に至ったときに、有害成分の捕集状況に基づく判定に関わらず再生制御を実行するようにした。
従って、再生制御の実行により浄化手段が昇温されて有害成分を除去されたときには、浄化手段の昇温に伴う高温且つリーン空燃比の雰囲気にＨＣ吸着触媒が晒されて炭化水素を脱離・酸化されることから、結果としてＨＣ吸着触媒の被毒再生を目的としたポスト噴射等の専用の再生制御が必要なくなり、当該専用の再生制御に起因する種々の弊害を未然に回避できる。
そして、ＮＯxパージに起因して、有害成分の捕集状況に基づく再生制御が実行される以前にＨＣ吸着触媒が破過若しくは破過直前に至ったときでも、直ちに再生制御を実行して大気中への炭化水素の排出を確実に防止することができる。

請求項２の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、浄化手段を、有害成分として排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタとし、フィルタに捕集された粒子状物質を焼却・除去するときに再生制御を実行し、ＮＯxパージの実行時にＮＯxトラップ触媒を通過した余剰炭化水素をＨＣ吸着触媒に吸着させて、吸着した炭化水素を再生制御の実行時に脱離・酸化するようにしたため、ＮＯxパージの実行時の余剰炭化水素がＨＣ吸着触媒に吸着された後に、再生制御の実行時に生じた高温且つリーン空燃比の雰囲気下で脱離・酸化される。このように、ＨＣ吸着触媒の温度に応じた吸着及び脱離・酸化特性を利用して、ＮＯxトラップ触媒の窒素酸化物を放出・還元するＮＯxパージ時に生じた余剰炭化水素を、フィルタの粒子状物質を焼却・除去する再生制御時に処理できることから、最小限の構成により炭化水素を効率よく浄化することができる。

請求項３の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１又は２に加えて、再生制御の実行により浄化手段からの有害成分の除去が完了し、且つＨＣ吸着触媒からの炭化水素の脱離・酸化が完了したときに、再生制御を終了するようにしたため、浄化手段の捕集限界とＨＣ吸着触媒の吸着限界との所期の関係に基づき再生制御を常に適切なタイミングで実行することができる。

実施形態の排気浄化装置が適用されたディーゼルエンジンの排気系を示す概略構成図である。ＥＣＵが実行するフェイルセーフ制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明をディーゼルエンジン用の排気浄化装置に具体化した一実施形態を説明する。

図１は本実施形態の排気浄化装置が適用されたディーゼルエンジンの排気系を示す概略構成図である。

エンジン１の排気管２（排気通路）には、上流側から順に、酸化触媒３、ＮＯxトラップ触媒４（浄化手段）、ＤＰＦ（浄化手段）５、及びＨＣ吸着触媒６が介装されている。酸化触媒３は、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して構成されており、排ガス中のＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ_２及びＨ_２Ｏに変換すると共に、排ガス中のＮＯを酸化してＮＯ_２を生成する機能を有する。

ＮＯxトラップ触媒４は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属と、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）等のＮＯｘ吸着剤を担持して構成されており、リーン空燃比雰囲気（酸化雰囲気）下でＮＯｘを吸蔵する一方、吸蔵したＮＯｘをストイキ又はリッチ空燃比雰囲気（還元雰囲気）下で放出して、排ガス中のＨＣ、ＣＯとの反応により還元する機能を有している。

ＤＰＦ５は、例えば、ハニカム担体の通路の上流側及び下流側を交互にプラグで閉鎖したウォールフロー式のフィルタとして構成され、そのフィルタ壁に排ガスを流通させて排ガス中のパティキュレート（有害成分、粒子状物質）を捕集する機能を有している。

ＨＣ吸着触媒６は、担体上にＨＣ吸着剤としてゼオライトが、酸化成分として鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、バナジウム（Ｖ）などの触媒成分が含まれたゼオライト触媒として構成されており、比較的低温の吸着温度域で排ガス中のＨＣ（炭化水素）を吸着し、この吸着温度域より平衡域を経て高温側の脱離温度域に達すると、吸着したＨＣを脱離させた上で、排ガス中のＯ_２と反応させて酸化する機能を有する。

尚、ＨＣ吸着触媒６に含まれる触媒成分はゼオライトのみでもよいし、ゼオライトと共に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属を適量添加してもよい。貴金属の添加はＨＣの酸化作用を強化するためであり、例えば、基本的にリーン運転を行うディーゼルエンジン用の本実施形態の排気浄化装置では貴金属の添加を必ずしも要さないが、ストイキ運転を行うガソリンエンジンでは貴金属を適量添加することにより、効果がより一層大きくなる場合がある。

排気管２上でのＨＣ吸着触媒６の位置は、特にＤＰＦ５との距離を考慮して設定されている。具体的にはＨＣ吸着触媒６の位置は、後述する強制再生によりＤＰＦ５に捕集されたパティキュレートが焼却・除去されたときに、その燃焼熱を受けてＨＣ吸着触媒６が上記脱離温度域まで昇温され、且つＨＣ吸着触媒６の耐熱温度を越えた過昇温が生じないように設定されている。

後述するように、ＮＯxトラップ触媒４はＮＯxを吸蔵することにより何れかの時点で吸蔵限界に達し、ＤＰＦ５はパティキュレートを捕集することにより何れかの時点で捕集限界に達し、ＨＣ吸着触媒６はＨＣを吸着することにより何れかの時点で吸着限界に達する。各自が限界に達するまでの期間はそれぞれの仕様に応じて自ずと定まるが、本実施形態では、ＤＰＦ５及びＨＣ吸着触媒６について、捕集限界や吸着限界に達するまでの期間の相互関係が決められている。即ち、ＤＰＦ５がパティキュレートを捕集していない状態から捕集限界に達するまでの期間は、ＨＣ吸着触媒６がＨＣを吸着していない状態から吸着限界に達するまでの期間よりも短く設定されている。

一方、排気管２には、酸化触媒３とＮＯxトラップ触媒４との間に第１の温度センサ８、ＮＯxトラップ触媒４とＤＰＦ５との間に第２の温度センサ９、ＤＰＦ５とＨＣ吸着触媒６との間に第３の温度センサ１０が設けられている。第１の温度センサ８はＮＯxトラップ触媒４に流入する排ガス温度（以下、入口温度という）を検出し、第２の温度センサ９はＤＰＦ５の入口温度を検出し、第３の温度センサ１０はＨＣ吸着触媒６の入口温度を検出する。

ＥＣＵ２０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。ＥＣＵ２０の入力側には、上述する第１〜３の温度センサ８〜１０の他に図示しないエンジン１の吸気流量を検出するエアフローセンサ、クランク角を検出するクランク角センサ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルポジションセンサ等の各種センサが接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。一方、ＥＣＵ２０の出力側には、エンジン１の各気筒の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁２１、及び図示しない吸気絞り弁やＥＧＲ弁等の各種出力デバイスが接続されている。

ＥＣＵ２０は、センサ類からの検出情報に基づき、各気筒の筒内への燃料噴射量や噴射時期を演算すると共に、吸気絞り弁やＥＧＲ弁の目標開度を演算し、演算結果に基づき燃料噴射弁２１、吸気絞り弁、ＥＧＲ弁等を駆動制御する。

又、このようなエンジン１の運転を目的とした制御に加えて、ＥＣＵ２０は、排気浄化装置を構成するＮＯxトラップ触媒４、ＤＰＦ５、ＨＣ吸着触媒６等を最適な状態で作動させるべく各種制御を行う。

具体的には、ディーゼルエンジン１では通常運転時に排気空燃比がリーン側に維持されているため、ＮＯxトラップ触媒４は排ガスに含まれるＮＯxの吸蔵作用を奏して大気中への排出を防止するが、ＮＯxトラップ触媒４がＮＯx吸蔵限界を越えるとＮＯxを素通りさせてしまう。そこで、このような事態を防止すべくＥＣＵ２０は、ＮＯxトラップ触媒４が吸蔵限界に達する以前にエンジン１の排気空燃比をストイキ又はリッチ化するＮＯxパージを行い、これによりＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxを放出・還元する（ＮＯxパージ制御手段）。

このＮＯxパージは積極的に排気昇温を伴わない通常運転域で実行されるため、下流側のＨＣ吸着触媒６は吸着温度域にある場合が多く、ＮＯxトラップ触媒４でＮＯxパージに消費されなかった余剰ＨＣはＨＣ吸着触媒６に吸着されて大気中への排出を防止される。そして、ＨＣ吸着触媒６が吸着限界を越えるとＨＣ被毒を引き起こして破過することから、このような事態を防止すべくＥＣＵ２０は、ＨＣ吸着触媒６が吸着限界に達する以前に、ＨＣ吸着触媒６を高温且つリーン空燃比の雰囲気に晒すことにより吸着しているＨＣを脱離・酸化させるＨＣ被毒再生を行う。

一方、エンジン１の運転中において排ガスに含まれるパティキュレートはＤＰＦ５に捕集され、捕集されたパティキュレートは主に排ガス温度が高い運転領域で連続的に除去されるが（連続再生）、低温で連続再生が望めない運転領域が続いたときには、ＤＰＦ５がパティキュレートの捕集限界を越えてパティキュレートを素通りさせてしまう。そこで、このような事態を防止すべくＥＣＵ２０は、ＤＰＦ５がパティキュレートの捕集限界に達する以前に、捕集されているパティキュレートを強制的に焼却・除去する強制再生を行う（再生制御手段）。具体的な強制再生としては、エンジン１の燃料噴射制御において排気行程等でポスト噴射を実施し、これにより排気管２内に供給したＨＣを酸化触媒３上で燃焼させて下流側のＤＰＦ５上のパティキュレートを焼却・除去する。但し、強制再生はこれに限ることはなく、排気管２に設けた燃料噴射弁から未燃燃料を噴射してもよいし、ＤＰＦ５にヒータを設けて昇温するようにしてもよい。

そして、本実施形態では、上記のようにＤＰＦ５の捕集限界までの期間及びＨＣ吸着触媒６の吸着限界までの期間をそれぞれ設定することにより、通常運転時には、ＤＰＦ５に対する強制再生の実行によりＤＰＦ５に捕集されたパティキュレートを焼却・除去する際に、同時にＨＣ吸着触媒６に吸着されたＨＣも脱離・酸化させ、これによりＨＣ吸着触媒６に対するＨＣ被毒再生を不要としている。以下、このときのＤＰＦ５及びＨＣ吸着触媒６の再生状況を説明する。

ＥＣＵ２０は、ＤＰＦ５のパティキュレートの捕集状況から強制再生の要否を判定し、例えば、ＤＰＦ５の前後差圧が予め設定した捕集限界相当の前後差圧まで上昇したときに、パティキュレートの捕集限界に達したと見なして強制再生を開始する。強制再生によりＤＰＦ５上のパティキュレートは焼却・除去され、一方、このときの排ガス温度の上昇により、ＨＣ吸着触媒６は脱離温度域まで昇温されて吸着しているＨＣを脱離する。又、強制再生で供給されたＨＣは酸化触媒３上で燃焼し尽くすことからＨＣ吸着触媒６はリーン空燃比の雰囲気に晒され、脱離したＨＣは排ガス中のＯ_２と反応して酸化される。結果としてＨＣ被毒再生を実行した場合と同様に、ＨＣ吸着触媒６はＨＣを脱離・酸化されて再生される。

そして、このようにＤＰＦ５の強制再生により生じた高温且つリーン空燃比の雰囲気を利用してＨＣ吸着触媒６を再生するため、ＨＣ吸着触媒６の被毒再生を目的としたポスト噴射等の専用の再生制御が必要なくなり、当該専用の再生制御に起因する種々の弊害、例えばポスト噴射による燃費悪化やオイルダイリューション、或いは吸気絞り弁やＥＧＲ制御の併用による制御の複雑化等の弊害を未然に回避できると共に、強制再生が実行される時点では、ＨＣ吸着触媒６はＨＣの吸着限界に達していないため、大気中へのＨＣの排出を確実に防止することができる。

ところで、ＨＣ吸着触媒６へのＨＣ吸着はＮＯxパージ時に特に顕著になり、上記のようにＤＰＦ５の捕集限界までの期間及びＨＣ吸着触媒６の吸着限界までの期間が設定されているものの、場合によってはＤＰＦ５の強制再生が実行される以前に、ＨＣ吸着触媒６が吸着限界を越えて大気中にＨＣを排出させてしまう可能性もある。そこで、本実施形態では、このような状況にあってもＨＣ吸着触媒６を確実に再生可能なようにＮＯxパージの実行に際してフェイルセーフ対策を講じており、以下、当該制御について述べる。

図２はＥＣＵ２０が実行するフェイルセーフ制御ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ２０はエンジン１の運転中に当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行している。

まず、ステップＳ２でＮＯxトラップ触媒４に対するＮＯxパージの開始条件が成立したか否かを判定する。例えば、ＮＯxトラップ触媒４の下流側に設けたＮＯxセンサにより検出されたＮＯx量が予め設定された開始判定値を越えたときに、ＮＯxパージの開始条件が成立したと見なす。ステップＳ２の判定がＮo（否定）のときには一旦ルーチンを終了し、一方、ステップＳ２の判定がＹes（肯定）のときにはステップＳ４に移行してＮＯxパージを開始する。続くステップＳ６ではＨＣ吸着触媒６の温度を推定する。具体的な手法としては、例えば、予めＮＯxトラップ触媒４、ＤＰＦ５及びＨＣ吸着触媒６の各入口温度とＨＣ吸着触媒６の温度との関係をエンジン運転領域毎に求めてマップ化しておき、第１〜３の温度センサ８〜１０の検出値に基づきマップからＨＣ吸着触媒６の温度を推定する。

続くステップＳ８では、ＨＣ吸着触媒６の温度がＨＣを吸着する吸着温度域にあるか否かを判定する。判定がＮoのときにはステップＳ１０に移行してＮＯxパージの終了条件が成立したか否かを判定する。例えば、予め設定した所定時間が経過したとき、或いは上記ＮＯxセンサにより検出されたＮＯx量が予め設定された終了判定値を下回ったときに、ＮＯxパージの終了条件が成立したと見なす。ステップＳ１０の判定がＮoのときにはステップＳ６に戻って再びステップＳ６〜１０の処理を繰り返し、ステップＳ１０でＮＯxパージ終了としてＹesの判定を下したときにはルーチンを終了する。

又、ＨＣ吸着触媒６が吸着温度域にあるとして上記ステップＳ８でＹesの判定を下したときにはステップＳ１２に移行する。ＮＯxパージには、ＮＯxトラップ触媒４で消費されなかった余剰ＨＣが排出され、又、このときエンジン１の冷態始動時やアイドル運転時には、排ガス温度が低い故に酸化触媒３が活性温度に到達せずに排ガス中のＨＣが増加傾向になるが、これらのＨＣは下流側の吸着温度域にあるＨＣ吸着触媒６に順次吸着される。

ＥＣＵ２０は、ステップＳ１２で現在のＨＣ吸着触媒６のＨＣ吸着量を算出する。具体的な手法としては、例えば、予めＮＯxパージ時にＨＣ吸着触媒６に吸着される余剰ＨＣ量、或いはエンジン１の冷態始動時やアイドル運転時にＨＣ吸着触媒６に吸着されるＨＣ量をエンジン運転領域毎に求めてマップ化しておき、ステップＳ１２では、マップから求めたＨＣ量を順次積算して現在のＨＣ吸着触媒６のＨＣ吸着量と見なす。続くステップＳ１４では、ＨＣ吸着触媒６がＨＣの吸着限界を越えて破過したか否かを判定する（破過判定手段）。例えば、予めＨＣ吸着触媒６が破過するときのＨＣ吸着量を破過判定値としてエンジン運転領域毎に求めてマップ化しておき、現在のＨＣ吸着量が運転領域に対応する破過判定値以上になったときにＨＣ吸着触媒６が破過したと見なす。ステップＳ１４の判定がＮoのときには、上記ステップＳ１０に移行する。従って、ＨＣ吸着触媒６が破過しない限りＮＯxパージが継続されて、ステップＳ１０で通常通りに終了判定が下される。

一方、ステップＳ１４の判定がＹesのときには、ステップＳ１６に移行してＮＯxパージを中止し、続くステップＳ１８でＤＰＦ５の強制再生を開始する（再生指令手段）。即ち、この時点のＤＰＦ５はパティキュレートの捕集限界に達していないが、捕集状況とは関係なく強制再生が開始される。

その後、ステップＳ２０で第３の温度センサ１０によりＨＣ吸着触媒６の入口温度を検出し、ステップＳ２２で検出した入口温度が脱離下限温度以上であるか否かを判定する。当該脱離下限温度は、予めＨＣ吸着触媒６が吸着しているＨＣを脱離させる脱離温度域の下限値として設定されており、例えば、未だ強制再生初期でＤＰＦ５が昇温過程にあるとき等には、ＨＣ吸着触媒６の入口温度がそれほど上昇せずにステップＳ２２の判定はＮoとなり、ＥＣＵ２０はステップＳ２０に戻ってステップＳ２０，２２の処理を繰り返す。ＤＰＦ５でのパティキュレートの燃焼熱によりＨＣ吸着触媒６の入口温度は何れかのタイミングで脱離下限温度に達し、ＥＣＵ２０はステップＳ２２の判定がＹesになると、ステップＳ２４でＨＣ吸着触媒６に対するＨＣ被毒再生の開始判定を下す。即ち、このときのＨＣ吸着触媒６は強制再生により生起された高温且つリーン空燃比の雰囲気に晒され、吸着しているＨＣを脱離・酸化して再生される。

その後、ステップＳ２６で現在ＨＣ吸着触媒６に吸着されているＨＣを脱離・酸化させるために必要なＨＣ再生所要時間を算出し、続くステップＳ２８では、上記ステップＳ２４で被毒再生の開始判定を下してからの経過時間がＨＣ再生所要時間に達したかを判定する。強制再生の継続によりＨＣ吸着触媒６に吸着されたＨＣは次第に脱離・酸化され、ＥＣＵ２０は、ＨＣ再生所要時間の経過に基づきステップＳ２８でＹesの判定を下すと、ステップＳ３０でＨＣ被毒再生の終了判定を下した後に、ステップＳ３２に移行する。

ステップＳ３２では、上記ステップＳ１８で強制再生を開始してからの経過時間が予め設定された強制再生所要時間に達したか否かを判定する。強制再生の継続によりＤＰＦ５に捕集されたパティキュレートは次第に焼却・除去され、ＥＣＵ２０は、強制再生所要時間の経過に基づきステップＳ３２の判定がＹesになると、ＤＰＦ５の再生が完了したと見なしてステップＳ３４で強制再生を終了する。その後、ステップＳ３６でＮＯxパージを再開した後に上記ステップＳ１０に移行する。従って、以降はステップＳ１０の判定がＹesになるまでＮＯxパージが継続される。

尚、上記説明では、ステップＳ２８でＨＣ被毒再生の終了を判定した後にステップＳ３２で強制再生の終了を判定しているが、これに限ることはなく、何れの再生制御が先に終了する場合にも対応可能なように、それぞれの終了判定を並行して同時に行ってもよい。

以上のように本フェイルセーフ制御によれば、ＮＯxパージの実行時において、ＤＰＦ５に対する強制再生の開始以前にＨＣ吸着触媒６が破過したときには、ＤＰＦ５のパティキュレートの捕集状況とは関係なく直ちに強制再生を開始している。従って、ＨＣ吸着触媒６は吸着したＨＣを脱離・酸化されて再生され、大気中へのＨＣの排出を未然に防止することができる。そして、ＤＰＦ５の強制再生により生じた高温且つリーン空燃比の雰囲気を利用してＨＣ吸着触媒６を再生するため、ＨＣ吸着触媒６の被毒再生を目的とした専用の再生制御が必要なくなり、当該専用の再生制御に起因する種々の弊害を未然に回避できると共に、ＨＣ吸着触媒６の破過に起因する大気中へのＨＣの排出を確実に防止することができる。

尚、本実施形態では、ＮＯxパージ時においてＨＣ吸着触媒６が破過したときに強制再生を実行したが、必ずしもＮＯxパージ時に限定することはない。従って、例えばエンジン１の運転中は常にＨＣ吸着触媒６の破過を監視し、どのような要因によるものであってもＨＣ吸着触媒６が破過したときには強制再生を行うようにしてもよい。又、本フェイルセーフ制御は必ずしも必要ではなく、ＥＣＵ２０から当該機能を除いてもよい。

又、ＮＯxパージ時の余剰ＨＣ、或いは冷態始動やアイドル運転により増加したＨＣを吸着温度域にあるＨＣ吸着触媒６に吸着させて大気中への排出を防止する一方、吸着したＨＣをＤＰＦ５の強制再生時により生じた高温且つリーン空燃比の雰囲気下でＨＣ吸着触媒６から脱離・酸化するようにしている。そして、このようにＨＣ吸着触媒６の温度に応じた吸着及び脱離・酸化特性を利用して、ＮＯxパージ時に生じた余剰炭化水素を強制再生時に処理できることから、最小限の構成により炭化水素を効率よく浄化することができる。

更に、ＨＣ吸着触媒６からのＨＣの脱離・酸化が完了し、ＤＰＦ５からのパティキュレートの焼却・除去が完了するまで強制再生を継続するようにしたため、強制再生が終了した時点では、ＨＣ吸着触媒６へのＨＣ吸着量とＤＰＦ５へのパティキュレート捕集量とがそれぞれ略０まで減少している。結果として、この状態からＨＣ吸着触媒６へのＨＣの吸着とＤＰＦ５へのパティキュレートの捕集とが開始されて、上記のように設定されたＤＰＦ５及びＨＣ吸着触媒６の限界までの期間の相互関係が保たれる。

例えば、ＨＣ吸着触媒６が完全に再生されなかった場合には、次回の強制再生が実行される以前にＨＣ吸着触媒６が吸着限界を越えて破過する可能性もあり、この場合には、再びステップＳ１４の処理に基づき、ＤＰＦ５の捕集状況からは未だ不要な強制再生を実行する必要が生じる。又、逆にＤＰＦ５が完全に再生されなかった場合には、ＤＰＦ５が捕集限界に達するまでの期間が短くなって早期に強制再生が開始されることから、必要以上の頻繁な強制再生により燃費が悪化してしまう。ＤＰＦ５及びＨＣ吸着触媒６の限界までの期間の相互関係が保たれることにより、結果として次回の強制再生を適切なタイミングで実行できるため、これらの不具合を未然に防止することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ディーゼルエンジン１に適用される排気浄化装置に具体化したが、これに限ることはなく、例えばリーン空燃比運転を行うガソリンエンジン用の排気浄化装置に具体化してもよい。

又、上記実施形態では、排気上流側よりＮＯxトラップ触媒４、ＤＰＦ５、ＨＣ吸着触媒６の順に配設したが、これに限ることはなく、例えばＮＯxトラップ触媒４を省略したり、或いはＮＯxトラップ触媒４とＤＰＦ５との位置を逆転したりしてもよい。

又、上記実施形態では、ＨＣ吸着触媒６のＨＣ再生を温度センサ１０による触媒入口温度の検出のみで判定しているが、ＨＣ吸着触媒６の出口に温度センサを追加し、出口温度による判定も追加することで、制御をより精密に行う事が可能となる。

１エンジン（内燃機関）
２排気管（排気通路）
４ＮＯxトラップ触媒（浄化手段）
５ＤＰＦ（浄化手段）
６ＨＣ吸着触媒
２０ＥＣＵ（再生制御手段、破過判定手段、再生指令手段、ＮＯxパージ制御手段）

Claims

内燃機関の排気通路に設けられて排ガス中の有害成分を捕集する浄化手段と、
前記浄化手段の有害成分の捕集状況に基づき、該浄化手段を昇温して捕集された有害成分を除去する再生制御を実行する再生制御手段と、
前記浄化手段の下流側の前記排気通路に設けられて排ガス中の炭化水素を吸着し、該吸着した炭化水素を高温且つリーン空燃比の雰囲気下で脱離・酸化させるＨＣ吸着触媒と、
前記排気通路の前記ＨＣ吸着触媒の上流側に設けられ、リーン空燃比雰囲気下で排ガス中の窒素酸化物を吸蔵し、該吸蔵した窒素酸化物をストイキ又はリッチ空燃比雰囲気下で放出・還元するＮＯxトラップ触媒と、
前記ＮＯxトラップ触媒に吸蔵された窒素酸化物を炭化水素の供給により放出・還元するＮＯxパージを実行するＮＯxパージ制御手段と、
前記ＨＣ吸着触媒の炭化水素の吸着状況に基づき、該ＨＣ吸着触媒が炭化水素の吸着限界に達して破過若しくは破過直前に至ったか否かを判定する破過判定手段と、
前記ＮＯxパージ制御手段によるＮＯxパージ時において前記破過判定手段によりＨＣ吸着触媒が破過若しくは破過直前に至ったと判定されたときに、前記有害成分の捕集状況に基づく前記再生制御手段の判定に関わらず、該再生制御手段に再生制御を実行させる再生指令手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記浄化手段は、前記有害成分として排ガス中の粒子状物質を捕集し、該捕集した粒子状物質を昇温に伴って焼却・除去するフィルタであり、
前記再生制御手段は、前記フィルタに捕集された粒子状物質を焼却・除去するときに前記再生制御を実行し、
前記ＨＣ吸着触媒は、前記ＮＯxパージ制御手段によるＮＯxパージの実行時に前記ＮＯxトラップ触媒を通過した余剰炭化水素を吸着し、該吸着した炭化水素を前記フィルタの再生制御の実行時に脱離・酸化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。
前記再生制御手段は、前記再生制御の実行により前記浄化手段からの有害成分の除去が完了し、且つ前記ＨＣ吸着触媒からの炭化水素の脱離・酸化が完了したときに、前記再生制御を終了することを特徴とする請求項１又２記載の内燃機関の排気浄化装置。