JP5195173B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。

ＮＯｘトラップ触媒を備えたエンジンでは、通常はリーン燃焼運転を行い、その間に発生したＮＯｘをＮＯｘ吸収剤に堆積させ、ある程度ＮＯｘが堆積した時点で排気の空気過剰率（以下、本明細書では符号「λ」で表す。）を一時的にリッチ化することでＮＯｘを吸収剤から脱離させ還元処理するようにしている。このような制御は、λを一時的にリッチ方向に操作することからリッチスパイク制御と称される。ディーゼルエンジンでは通常はλが２〜３のリーン燃焼状態で運転しており、前述したリッチスパイク制御の際にはλを０．８程度まで変化させる。

特許文献１には、触媒コンバータ内に収容されたＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵量を推定し、推定されたＮＯｘ吸蔵量が所定の境界値に達してときには、エンジン１の運転状態を強制的にリッチ運転に切り換えてＮＯｘ触媒３８に吸蔵されたＮＯｘを放出させ還元浄化するＮＯｘパージを実施すると共に、ＮＯｘ触媒の劣化に応じて、前記境界値を補正する技術が開示されている。
特開２００４−６８６９４号公報

しかしながら、この特許文献１においては、ＮＯｘ触媒の温度やＮＯｘ触媒に流れ込む排気流量に関わらずＮＯｘ吸蔵量が所定の境界値に達するとＮＯｘパージを実施しているため、ＮＯｘ触媒の浄化能力が低下している状態であっても、ＮＯｘパージが実施されることになる。

すなわち、例えば、ＮＯｘ触媒の温度が高温であったり、ＮＯｘ触媒に流れ込む排気流量が多い場合でもＮＯｘパージが実施されることになるため、ＮＯｘパージの際に、ＮＯｘ触媒からＮＯｘの脱離だけが増え、ＮＯｘ触媒内で適切にＨＣやＣＯが使用されず、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯの排出量が増加し、排気性能が悪化するという問題がある。

また、ＮＯｘ触媒の温度が高温のときに、ＮＯｘパージを実施すると、ＨＣやＣＯによる温度上昇のためＮＯｘ触媒の更なる浄化能力の低下を招く虞がある。

そこで、本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置は、排気の空気過剰率を減じることにより前記ＮＯｘトラップ触媒に堆積したＮＯｘを脱離させるリッチスパイク制御手段を有し、このリッチスパイク制御手段は、前記ＮＯｘトラップ触媒に堆積したＮＯｘの堆積量がリッチスパイク実行判定閾値以上となるとリッチスパイク制御を開始するものであって、リッチスパイク実行判定閾値は、予め設定されたベース実行判定閾値を、ＮＯｘトラップ触媒の温度もしくは排気流量の少なくとも一方を用いて補正することで算出することを特徴としている。ここで、ＮＯｘトラップ触媒の温度は、空気過剰率、ポスト噴射の燃料噴射量及びポスト噴射の燃料噴射時期のうちの少なくとも一つと、排気通路に設けられた温度センサの検出値と、を用い、ＮＯｘトラップ触媒内の反応熱によって現れる温度上昇を考慮して間接的に算出され、さらに空気過剰率が小さいほど、ポスト噴射の燃料噴射量が多いほど、あるいはポスト噴射の燃焼噴射時期が遅角するほど、ＮＯｘトラップ触媒の温度が高くなるよう補正される。

本発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒の浄化能力に影響を与えるＮＯｘトラップ触媒の温度、排気流量を考慮して、リッチスパイク制御を実行することができるので、リッチスパイク制御の実行より排気性能が悪化することを防止することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明を適用可能な過給機付ディーゼルエンジンの一例を示した概略構成図である。図に示すように、エンジン本体１には、コモンレール２、燃料噴射弁３及び図示しない燃料ポンプを構成要素とするコモンレール燃料噴射系が設けられており、高圧の燃料をエンジン本体１に供給する。燃料噴射弁３は、燃焼室に燃料を直接噴射し、かつメイン噴射の前にパイロット噴射が可能であり、またコモンレール２内の設定燃料圧力を変更することにより、燃料噴射圧力を可変制御できる。

過給機４のコンプレッサ４ａは吸気通路５に介装されており、排気タービン４ｂにより駆動されて圧縮空気をエンジン本体１に供給する。排気タービン４ｂは排気通路６に介装されており、エンジン本体１からの排気により回転してコンプレッサ４ａを駆動する。なお、本実施形態においては、過給機４として可変容量型のものを用いており、低速域においてはタービン４ｂ側に設けられた可変ノズル（図示せず）を絞ってタービン効率を高め、高速域においては前記可変ノズルを開いてタービン容量を拡大させることにより、広い運転領域で高い過給効果を得ることができる。

吸気通路５には、コンプレッサ４ａの上流側にエアフローメータ７が、下流側に吸気絞り弁８が介装されている。吸気絞り弁８は、例えば、ステップモータを用いて開度変更が可能な電子制御式のものであり、その開度に応じてエンジン本体１に吸入される吸入空気量Ｑａを制御する。

排気通路６には、エンジン本体１と排気タービン４ｂとの間から分岐して吸気通路５に接続するＥＧＲ通路９が設けられ、このＥＧＲ通路９にはＥＧＲ弁１０が介装されている。ＥＧＲ弁１０は、例えば、ステップモータを用いた電子制御式のものであり、その開度に応じて吸気側に還流する排気の量、すなわち、エンジン本体１に吸入されるＥＧＲ量を制御する。排気通路６には、排気タービン４ｂの下流側に酸化触媒としてのＨＣ吸着機能付きの三元触媒１１、ＮＯｘトラップ触媒１２及び排気微粒子フィルタ（以下、ＤＰＦと記す）１３が順に設けられている。

三元触媒１１は、空気過剰率が略「１」のとき、流入する排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの三成分を浄化するものである。また、この三元触媒１１には、担体温度に応じて、流入する排気中のＨＣを吸着するか吸着したＨＣを放出するＨＣ吸着放出手段として、ＨＣ吸着材を担持させてあり、三元触媒１１がＨＣを浄化できない低温時にはＨＣを吸着保持するようになっている。

尚、三元触媒１１に代えて、低温時に吸着した排気中のＨＣを高温時に放出する特性を有し、活性状態ではＨＣ、ＣＯを酸化処理するＨＣ吸着機能付き酸化触媒を用いることも可能である。

ＮＯｘトラップ触媒１２は、希薄空燃比運転状態で吸着した排気中のＮＯｘを、濃空燃比運転状態で放出する特性を有する。活性状態ではＮＯｘを還元浄化する。また、ＮＯｘトラップ触媒１２は、ＮＯｘ以外に排気ガスに含まれる硫黄分もトラップする。尚、ＮＯｘトラップ触媒１２にトラップされた排気ガス中の硫黄分は、排気の空気過剰率がストイキの場合に放出される。つまり、排気の空気過剰率がストイキの場合、ＮＯｘトラップ触媒１２においては、硫黄被毒の解除と、トラップしているＮＯｘを放出とが平行して実施されることになる。本実施形態におけるＮＯｘトラップ触媒１２は、触媒が活性化している所定の温度領域において良好な浄化性能を発揮するが、この所定の温度領域以外、すなわちこの所定の温度領域よりも触媒温度が低い場合や、この所定の温度領域よりも触媒温度が高い場合には、リッチスパイク制御時における浄化性能が低下する。つまり、ＮＯｘトラップ触媒１２は、前記所定の温度領域において良好な浄化性能を発揮するが、前記所定の温度領域を外れた場合には、その触媒温度が低くなるほど浄化性能が低下すると共に、その触媒温度が高くなるほど浄化性能が低下するものとなっている。

ＤＰＦ１３は排気中のＰＭ（微粒子状物質）を捕集する。捕集したＰＭは排気温度を高温化する再生制御により燃焼処理される。また、ＮＯｘトラップ触媒及びＤＰＦ１３は、酸化触媒としての機能を併有するものもある。

各種状態を検出するセンサとして、吸入空気量Ｑａを検出する前述のエアフローメータ７の他、エンジン回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１６、前記コモンレール２内の燃料圧力（すなわち、燃料噴射圧）を検出するレール圧センサ１７等が設けられている。排気タービン４ｂと三元触媒１１との間には、排気空燃比または酸素濃度を検出する排気センサ２０と、三元触媒１１の入口側の排気の温度を検出するの第１温度検出手段としての第１温度センサ２１と、が設けられている。ＮＯｘトラップ触媒１２とＤＰＦ１３との間には、三元触媒１１よりも下流側の排気の温度を検出する第２温度検出手段としての第２温度センサ２２が設けられている。また、排気通路６には、ＤＰＦ１３の入口側と出口側との圧力差を検出する差圧センサ２３が設けられている。

本実施形態においては、第１温度センサ２１の検出値と水温センサ１６の検出値と、を用い、三元触媒１１の熱容量を考慮して三元触媒１１のベッド温度ＴＷＣＢｅｄＴｅｍｐを算出している。そのため、ベッド温度ＴＷＣＢｅｄＴｅｍｐは、排気温度に対する三元触媒１１の温度上昇の応答遅れを考慮した値となっている。

また、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）は、第１温度センサ２１の検出値を用い、この第１温度センサ２１では直接検知されないＮＯｘトラップ触媒１２内の反応熱によって現れる温度上昇を考慮して算出している。具体的には、第１温度センサ２１の検出値を用い、空気過剰率、ポスト噴射の燃料噴射量、及びポスト噴射の燃料噴射時期の少なくとも一つを用いることでＮＯｘトラップ触媒１２内の反応熱によって現れる温度上昇を考慮したＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）を算出している。ここで、空気過剰率が小さいほど、ポスト噴射の燃料噴射量が多いほど、ポスト噴射の燃料噴射時期が遅角するほど、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）が高くなるように補正される。そのため、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）を精度よく算出ことができる。また、ＮＯｘトラップ触媒１２に直接温度センサを設ける必要がないのでコスト的に有利となる。

尚、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）は、第２温度センサ２２の検出値を用い、この第２温度センサ２２では直接検知されないＮＯｘトラップ触媒１２内の反応熱によって現れる温度上昇を考慮して算出することも可能である。
また、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）は、第１温度センサ２１の検出値と第２温度センサ２２の検出値を用い、これら第１温度センサ２１及び第２温度センサ２２では直接検知されないＮＯｘトラップ触媒１２内の反応熱によって現れる温度上昇を考慮して算出することも可能である。

図１における１９は、ＣＰＵ及びその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されたコントロールユニットであり、前記各種センサからの検出信号に基づいて燃料噴射量Ｑｆ、噴射時期ＩＴを設定して燃料噴射弁３の駆動を制御すると共に、吸気絞り弁８及びＥＧＲ弁１０の開度制御を行う。特に、本発明に係る制御としては、ＮＯｘトラップ触媒１２の再生（ＮＯｘ脱離）のために、リッチスパイク制御を行う。本発明との関係では、コントロールユニット１９は、リッチスパイク制御手段、ＮＯｘ堆積量演算手段、ＮＯｘ脱離速度演算手段、ＮＯｘトラップ触媒温度検出手段、排気流量検出手段、実行判定閾値算出手段の各手段の機能に対応している。

図２及び図３はコントロールユニット１９により実行される前記リッチスパイク制御の制御ルーチンを示す。この制御ルーチンはエンジン運転中に予め定められた所定の条件、例えばアイドルを含む低負荷低速運転状態であることを条件に一定時間間隔で周期的に実行される。

この制御では、まずＳ１１にて図１に示した各種センサ類からの信号を読みとり、次いでこれらの信号を用いてＳ１２にてＮＯｘトラップ触媒１２のＮＯｘ堆積量を計算する。本実施形態では、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ、吸入空気量Ｑａ及びＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）に応じてＮＯｘ堆積量の加算分であるＳＮＯｘ加算分を算出し、前回算出されたＮＯｘ堆積量ＮＯｘ０に加算して今回のＮＯｘ堆積量ＮＯｘ０としている（詳細は後述）。尚、ＮＯｘ堆積量の計算手法は各種知られており、例えばエンジン回転速度Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ、冷却水温Ｔｗ等の運転状態信号から推定したＮＯｘ量を運転履歴に応じて積算してゆくことでＮＯｘ堆積量を求めることもできる。

Ｓ１３では、リッチスパイク制御の開始時期を決定する際に用いるリッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１を算出する際に用いる実行判定閾値用補正係数を算出する。この実行判定閾値用補正係数は、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）から予め図４に示したように形成されたテーブルを検索して求めるようにする。

図４から算出される実行判定閾値用補正係数は、ＮＯｘトラップ触媒１２の触媒活性化温度域に対してＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）が低くなるほど大きくなると共に、ＮＯｘトラップ触媒１２の触媒活性化温度域に対してＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）が高くなるほど大きくなるよう設定されている。尚、本実施形態において、実行判定閾値用補正係数は、「１」以上の値をとるものであるが、リッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１が、ＮＯｘトラップ触媒１２の堆積可能な最大ＮＯｘ堆積量よりも小さくなるように実行判定閾値用補正係数は設定されている。

Ｓ１４では、ベース実行判定閾値ＮＯｘ１ｂａｓｅを読み込む。このベース実行判定閾値ＮＯｘ１ｂａｓｅは予め設定された所定の基準値（一定値）であり、ＮＯｘトラップ触媒１２に堆積可能なＮＯｘ堆積量の最大値に対してマージンをもたせた値である。つまり、ベース実行判定閾値ＮＯｘ１ｂａｓｅは、ＮＯｘトラップ触媒１２に堆積可能な最大ＮＯｘ堆積量よりも小さい値となっている。

Ｓ１５では、ベース実行判定閾値ＮＯｘ１ｂａｓｅに実行判定閾値用補正係数を乗じることで、リッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１を算出する。

Ｓ１６では前記計算により求めたＮＯｘ堆積量ＮＯｘ０をリッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１と比較し、ＮＯｘ堆積量ＮＯｘ０がＮＯｘ１以下であれば何もせずに今回のルーチンは終了する。ＮＯｘ堆積量がＮＯｘ１を超えたときは、次いでＳ１７にてリッチスパイク制御状態であることを示すべくｓｐフラグを１にセットしたのち、Ｓ１８にてリッチスパイク制御のルーチンへと移行する。

図３は、上述したリッチスパイク制御を示すサブルーチンであり、図２のＳ１８に相当するものである。

リッチスパイク制御では、図３に示したように、まずＳ２１にて排気λを理論空燃比以下にまでリッチ化するエンジン制御として、吸気絞り弁８及びＥＧＲ弁１０の開度を減じる制御を実施すると共に、目標λを達成する必要上から、燃焼行程後期から排気行程の間にポスト噴射を実施して燃料を追加する制御を実施する。λが大きいリーン燃焼運転状態にてＮＯｘトラップ触媒１２に堆積していたＮＯｘは、前記リッチスパイク制御によるλの濃化によりＮＯｘ吸収剤から脱離し、触媒での還元処理により浄化される。尚、リッチスパイク制御は、エンジン運転状態によっては、吸気絞り弁８の開度を減じるのみで達成される場合もある。また、排気の空気過剰率がストイキとなるようにポスト噴射を実施すると、ＮＯｘトラップ触媒１２にトラップしているＮＯｘの放出と並行して、ＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒の解除が可能となる。

Ｓ２２ではＮＯｘ脱離速度Ｒｅｇ＿ｓｐｄを算出する。前記ＮＯｘ脱離速度Ｒｅｇ＿ｓｐｄは単位時間（この場合、一制御周期）あたりにＮＯｘトラップ触媒１２から脱離するＮＯｘの量であり、基本的にはエンジン運転状態、この場合燃料噴射量Ｑｆと回転速度Ｎｅとに応じて定まるので、ＱｆとＮｅとに応じてＲｅｇ＿ｓｐｄを与えるように予め実験的に作成しておいたテーブル（図示せず）を検索して求めるようにする。

次いで、より精度の高いＮＯｘ脱離速度を得るために、Ｓ２３にて排気λに応じた補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｂａｓｅを求める。つまり、Ｓ２３では空気過剰率に基づく第１の補正を行うための補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｂａｓｅを求める。この補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｂａｓｅは、排気λから予め図５に示したように形成されたテーブルを検索して求めるようにする。Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｂａｓｅは前記ＮＯｘ脱離速度Ｒｅｇ＿ｓｐｄに重み付けをする補正係数であり、その特性として、排気λが減少するほど、すなわち空気過剰率が減少するほどＮＯｘ脱離速度が増大するように設定されている。尚、λは空燃比センサ２４により直接検出するか、もしくはエンジン運転状態から演算により求めることができる。

そして、Ｓ２４では、さらに精度の高いＮＯｘ脱離速度を得るために、ポスト噴射に応じた補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１を求める。つまり、排気センサ２０で検出されない未燃ＨＣを考慮した第２の補正を行うための補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１を求める。この補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１は、Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿ｉｔ、Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿Ｑ、Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ＴＷＣＢｅｄＴｅｍｐの３つの補正係数（詳細は後述）を乗算することで得られる補正係数である。

Ｓ２５では、前述のようにして求めたＮＯｘ脱離速度Ｒｅｇ＿ｓｐｄに補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｂａｓｅと補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１とを乗じたもの、つまりその時点でのＮＯｘ脱離量を、図２の処理により求めたＮＯｘ堆積量ＮＯｘ０から減じて、これを新たなＮＯｘ堆積量（残存量）ＮＯｘ０として更新する。

Ｓ２６での判定により、前記ＮＯｘ脱離量の減算処理結果ＮＯｘ０を所定の終了基準値ＮＯｘ２と比較し、ＮＯｘ０＞ＮＯｘ２である間はＳ２２に戻って減算処理を再実行する。この減算処理の繰り返しの結果、ＮＯｘ０≦ＮＯｘ２となった時点でＳ２７に移行し、リッチスパイク制御を終了させる。リッチスパイク制御終了時は次いでＳ２８にてｓｐフラグを０に設定して図２のルーチンに戻る。

図６は、上述した補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１を算出するサブルーチンであり、図３のＳ２４に相当するものである。

Ｓ３１では、ポスト噴射の燃料噴射時期に応じた補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿ｉｔを算出する。この補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿ｉｔは、ポスト噴射の燃料噴射時期から予め図７に示したように形成されたテーブルを検索して求めるようにする。Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿ｉｔは前記ＮＯｘ脱離速度Ｒｅｇ＿ｓｐｄに重み付けをする補正係数であり、その特性として、ポスト噴射の燃料噴射時期が遅角（リタード）するほどＮＯｘ脱離速度が増大するように設定されている。ポスト噴射の噴射時期が遅角するほど、噴射された燃料が多くの未燃ＨＣとなって排気通路６に流れ込むことになるので、それを考慮してＮＯｘ脱離速度を補正することができる。

Ｓ３２では、ポスト噴射の燃料噴射量に応じた補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿Ｑを算出する。この補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿Ｑは、ポスト噴射の燃料噴射量から予め図８に示したように形成されたテーブルを検索して求めるようにする。Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿Ｑは前記ＮＯｘ脱離速度Ｒｅｇ＿ｓｐｄに重み付けをする補正係数であり、その特性として、ポスト噴射の燃料噴射量が多くなるほどＮＯｘ脱離速度が増大するように設定されている。ポスト噴射の燃料噴射量が多くなるほど、噴射された燃料が多くの未燃ＨＣとなって排気通路６に流れ込むことになるので、それを考慮してＮＯｘ脱離速度を補正することができる。尚、図８において、ポスト噴射の燃料噴射量がある所定値Ａ以上増加するとＲｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿Ｑがポスト噴射の燃料噴射量に関わらず一定となっているが、この所定量Ａは三元触媒１１の容量に応じて決定されるものである。

Ｓ３３では、三元触媒１１のベッド温度ＴＷＣＢｅｄＴｅｍｐに応じた補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ＴＷＣＢｅｄＴｅｍｐを算出する。この補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ＴＷＣＢｅｄＴｅｍｐは、三元触媒１１のベッド温度ＴＷＣＢｅｄＴｅｍｐから予め図９に示したように形成されたテーブルを検索して求めるようにする。Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ＴＷＣＢｅｄＴｅｍｐは前記ＮＯｘ脱離速度Ｒｅｇ＿ｓｐｄに重み付けをする補正係数であり、その特性として、三元触媒１１のベッド温度ＴＷＣＢｅｄＴｅｍｐが高くなるほどＮＯｘ脱離速度が増大するように設定されている。詳述すると、三元触媒１１の活性化温度を境にして、この活性化温度よりも高温側がこの活性化温度よりも低温側に比べてＮＯｘ脱離速度が大きく増大するように設定されている。三元触媒１１のベッド温度が高くなるほど、三元触媒１１の上流側でガス化していない未燃ＨＣが三元触媒１１内でガス化することになるので、それを考慮してＮＯｘ脱離速度を補正することができる。

そして、Ｓ３４では、補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿ｉｔに、補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿ＱとＲｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ＴＷＣＢｅｄＴｅｍｐとを乗じることで、ポスト噴射に応じた補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１を算出する。

図１０は、本実施形態におけるＮＯｘトラップ触媒１２に堆積したＮＯｘ堆積量ＮＯｘ０の算出方法を示すブロック図である。

Ｓ１０１では、エンジン回転数Ｎｅと空気量と負荷などを用いて予め実験的に作成しておいたテーブル（図示せず）によりエンジン出口ＮＯｘの演算を実施する。Ｓ１０２ではＮＯｘトラップ触媒１２の触媒ベッド温度による温度補正を実施し、Ｓ１０４のエンジン回転数Ｎｅと負荷による補正テーブル（図示せず）により、Ｓ１０３にて乗ずることによりＮＯｘトラップ触媒１２へのＮＯｘ堆積量（単位時間当たりの）が算出される。この堆積量がＳＮＯｘ演算の加算分に相当する。

Ｓ１０５では、エンジン回転数Ｎｅと負荷を用い予め実験的に作成しておいたテーブル（図示せず）を検索してＮＯｘトラップ触媒１２におけるＮＯｘ脱離速度Ｒｅｇ＿ｓｐｄを算出する。

Ｓ１０６では、排気センサの出力値を用い、前述の図４に示したように形成されたテーブルを検索して、補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｂａｓｅを算出する。

Ｓ１０７〜９、を用いて、ポスト噴射に応じた補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１を求める。つまり、ポスト噴射の燃料噴射時期に応じた補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿ｉｔ（Ｓ１０８）と、ポスト噴射の燃料噴射量に応じた補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿Ｑ（Ｓ１０７）と、三元触媒１１のベッド温度ＴＷＣＢｅｄＴｅｍｐに応じた補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ＴＷＣＢｅｄＴｅｍｐ（Ｓ１０９）と、をそれぞれテーブル（前述の図６〜図８）を検索して求め、これら３つ補正係数をＳ１１０およびＳ１１１により乗算することで補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１（Ｓ１１１）を算出する。Ｓ１１３では、Ｓ１０５で算出したＮＯｘ脱離速度Ｒｅｇ＿ｓｐｄに、Ｓ１０６で算出した補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｂａｓｅと、Ｓ１１１で算出した補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１を乗じたＳ１１２を乗じて、ＮＯｘ堆積量の減算分であるＳＮＯｘ減算分を算出する。そして、Ｓ１１４では、Ｓ１１３で算出したＳＮＯｘ減算分に「−１」を乗じる。

Ｓ１１５には、リッチスパイク制御状態であるか否かを示すｓｐフラグ情報が入力されており、リッチスパイク制御状態でない場合にはＳ１０３で算出されたＮＯｘ堆積量の加算分であるＳＮＯｘ加算分が出力され、リッチスパイク制御状態の場合にはＳ１１４で算出されたＮＯｘ堆積量の減算分であるＳＮＯｘ減算分に「−１」を乗じた値が出力される。

そして、Ｓ１１６では、前回算出されたＮＯｘ堆積量ＮＯｘ０にＳ１１５からの出力値を加算して今回のＮＯｘ堆積量ＮＯｘ０としている。

尚、この図１０におけるＳ１０１〜Ｓ１０４、Ｓ１１５及びＳ１１６が、図２おけるＳ１２に相当し、この図１０におけるＳ１０５〜Ｓ１１３、Ｓ１１５及びＳ１１６が、図３におけるＳ２２〜Ｓ２５に相当する。

図１１は、本実施形態におけるリッチスパイク制御の開始時期の決定方法を示すブロック図である。

Ｓ２０１では、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）を用い、前述の図４に示したように形成されたテーブルを検索して、実行判定閾値用補正係数を算出する。

Ｓ２０２では、Ｓ２０１で算出した実行判定閾値用補正係数をベース実行判定閾値ＮＯｘ１ｂａｓｅに乗じることでリッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１を算出する。

そして、Ｓ２０３では、図１０のＳ１１３で算出されたＮＯｘ堆積量ＮＯｘ０と、Ｓ２０２で算出されたリッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１とを比較し、ＮＯｘ堆積量ＮＯｘ０がリッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１よりも大きい場合に、リッチスパイク制御を開始する。

上述したように、ＮＯｘトラップ触媒１２は、良好な浄化性能を発揮する所定の温度領域を外れた場合、その触媒温度が低くなるほど浄化性能が低下すると共に、その触媒温度が高くなるほど浄化性能が低下する。

そこで、本実施形態においては、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）に応じて、リッチスパイク制御の開始時期を決定する際に用いるリッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１を算出し、リッチスパイク制御時にＮＯｘトラップ触媒１２の浄化能力が低下していないようにすることで、リッチスパイク制御時の排気性能の悪化を防止している。

詳述すると、例えば、図１２に示すように、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）が高くなりＮＯｘトラップ触媒１２の浄化能力が低下している場面では、実行判定閾値用補正係数は大きくなり、リッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１がＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）が低い場合に比べて大きくなるので、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）が低い場合（実行判定閾値用補正係数＝１の場合）ではリッチスパイク制御が開始されるＮＯｘ堆積量ＮＯｘ０に達しても、リッチスパイク制御が開始されなくなっている。つまり、時刻ｔ１ではリッチスパイク制御が開始されなくなっている。そのため、温度（ベッド温度）の上昇によりＮＯｘトラップ触媒１２の浄化能力が低下している状態でのリッチスパイク制御の開始が中止され、図１２に点線で示すようなＮＯｘ排出量の増加を防止することができる。また、ＮＯｘ堆積量ＮＯｘ０は、その後徐々に増加するが、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）の低下により実行判定閾値用補正係数は小さくなり、リッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１がＮＯｘ堆積量ＮＯｘ０を下回るまで、リッチスパイク制御は開始されなくなっている。つまり、時刻ｔ２となるまでリッチスパイク制御が開始されなくなっている。そのため、ＮＯｘトラップ触媒１２の浄化能力が回復してからリッチスパイク制御が開始されることになり、ＮＯｘ排出量の増加を防止することができる。

また、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）が高いときにリッチスパイク制御が実施されると、ポスト噴射によりＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）がさらに上昇して、ＮＯｘトラップ触媒１２の浄化能力の更なる低下を招くことなるが、本実施形態においてはこのような事態を回避することができる。

つまり、上述した実施形態においては、ＮＯｘトラップ触媒１２の浄化能力に影響を与えるＮＯｘトラップ触媒の温度（ベッド温度）を考慮して、リッチスパイク制御を実行することができるので、リッチスパイク制御の実行より排気性能が悪化することを防止することができる。

また、上述した実施形態においては、実行判定閾値用補正係数が「１」以上の値をとり、リッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１がベース実行判定閾値ＮＯｘ１ｂａｓｅよりも大きくなるように設定されているため、リッチスパイク制御が実行される期間が短くなり、リッチスパイク制御に伴うポスト噴射の実行回数が相対的に減少することになるので、燃費の向上、オイル希釈の低減、ＮＯｘトラップ触媒の劣化軽減及びスモーク排出低減によるＤＰＦ１３の再生インターバルの延長を実現することができる。

また、上述した実施形態においては、実行判定閾値用補正係数をＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）を用いて算出しているが、実行判定閾値用補正係数の算出方法はこれに限定されるものではなく、例えば、ＮＯｘトラップ触媒１２に流れ込む排気流量を用いて算出することも可能であり、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）とＮＯｘトラップ触媒１２に流れ込む排気流量の双方を用いて算出することも可能である。

実行判定閾値用補正係数をＮＯｘトラップ触媒１２に流れ込む排気流量を用いて算出する場合には、予め図１３に示したように形成されたテーブルを検索して求めるようにする。図１３から算出される実行判定閾値用補正係数は、ＮＯｘトラップ触媒１２に流れ込む排気流量が多くなるほど小さくなるように設定されている。これは、ＮＯｘトラップ触媒１２に流れ込む排気流量が多くなるほど、ＮＯｘトラップ触媒１２内での排気と触媒との接触確率が低下するため浄化能力が低下するからである。

実行判定閾値用補正係数をＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）とＮＯｘトラップ触媒１２に流れ込む排気流量の双方を用いて算出する場合には、図１４に示したように形成されたテーブルを検索して求めるようにする。この図１４は、上述した図４及び図１３の双方の特性を合わせ持つように設定されたものである。

尚、図１３及び図１４を用いて算出される実行判定閾値用補正係数も、「１」以上の値をとるものである。

また、上述した実施形態においては、実行判定閾値用補正係数が「１」以上の値となり、リッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１がベース実行判定閾値ＮＯｘ１ｂａｓｅよりも大きくなるように設定されているが、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度や運転状態に応じて実行判定閾値用補正係数が１未満の値をとるように設定し、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（ベッド温度）や運転状態に応じてリッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１がベース実行判定閾値ＮＯｘ１ｂａｓｅよりも小さくなるように設定することも可能である。

リッチスパイク実行判定閾値ＮＯｘ１がベース実行判定閾値ＮＯｘ１ｂａｓｅよりも小さくなると、リッチスパイク制御が実行される期間が相対的に長くなるため、排気悪化を抑制する上では有利となる。

上述した実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１） ディーゼルエンジンの排気通路に設けられたＮＯｘトラップ触媒と、リーン燃焼状態にて前記ＮＯｘトラップ触媒に堆積するＮＯｘの量を演算するＮＯｘ堆積量演算手段と、リッチ燃焼状態にて前記ＮＯｘトラップ触媒から脱離するＮＯｘの脱離速度を演算するＮＯｘ脱離速度演算手段と、排気の空気過剰率を減じることにより前記ＮＯｘトラップ触媒に堆積したＮＯｘを脱離させるリッチスパイク制御手段と、を備え、前記リッチスパイク制御手段は、前記ＮＯｘトラップ触媒に堆積したＮＯｘの堆積量がリッチスパイク実行判定閾値以上となると前記リッチスパイク制御を開始するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記ＮＯｘトラップ触媒の温度を検出するＮＯｘトラップ触媒温度検出手段と、前記ＮＯｘトラップ触媒に流れ込む排気流量を検出する排気流量検出手段と、前記リッチスパイク実行判定閾値を算出する実行判定閾値算出手段と、を有し、前記実行判定閾値算出手段は、予め設定されたベース実行判定閾値を、前記ＮＯｘトラップ触媒の温度もしくは排気流量の少なくとも一方を用いて補正することで前記リッチスパイク実行判定閾値を算出する。これによって、ＮＯｘトラップ触媒の浄化能力に影響を与えるＮＯｘトラップ触媒の温度、排気流量を考慮して、リッチスパイク制御を実行することができるので、リッチスパイク制御の実行より排気性能が悪化することを防止することができる。

（２） 前記（１）に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記実行判定閾値算出手段は、算出されるリッチスパイク実行判定閾値が前記ベース実行判定閾値よりも大きくなるように補正する。これによって、リッチスパイク制御の実行回数が相対的に減少することになるので、燃費の向上、オイル希釈の低減、ＮＯｘトラップ触媒の劣化軽減を実現することができる。

（３） 前記（１）または（２）に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記ＮＯｘトラップ触媒温度検出手段は、前記排気通路に設けられた温度センサの検出値に基づいて前記ＮＯｘトラップ触媒の温度を算出する。これによって、ＮＯｘトラップ触媒に、ＮＯｘトラップ触媒の温度を検知するセンサを設ける必要がないので、コスト的に有利となる。

（４） 前記（３）に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記ＮＯｘトラップ触媒温度検出手段は、前記温度センサ上で検知されない少なくともＮＯｘトラップ触媒内の反応熱によって現れる温度上昇を考慮して前記ＮＯｘトラップ触媒の温度を算出する。これによって、ＮＯｘトラップ触媒の温度を精度よく算出することができる。

（５） 前記（４）に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置は、具体的には、前記ＮＯｘトラップ触媒の上流側の排気の空気過剰率を検出する空気過剰率検出手段を有し、前記ＮＯｘトラップ触媒温度検出手段は、空気過剰率、ポスト噴射の燃料噴射量、ポスト噴射の燃料噴射時期の少なくとも一つを用いることで、前記温度センサ上で検知されないＮＯｘトラップ触媒内の反応熱によって現れる温度上昇を考慮している。

（６） 前記（２）〜（５）のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記ＮＯｘトラップ触媒は、具体的には、所定の温度以上になると、該ＮＯｘトラップ触媒の温度が高温になるほど、リッチスパイク制御時における浄化性能が低下するものである。

本発明を適用可能なディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図。 本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置において実施される制御の流れを示すフローチャート。 本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置において実施される制御の流れを示すフローチャートであって、リッチスパイク制御時の制御の流れを示すフローチャート。 ＮＯｘトラップ触媒の触媒温度と実行判定閾値用補正係数との相関を示すテーブルの概略説明図。 ＮＯｘ脱離速度の補正量である補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｂａｓｅを付与するテーブルの概略説明図。 補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１を算出するサブルーチン。 ＮＯｘ脱離速度の補正量である補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿ｉｔを付与するテーブルの概略説明図。 ＮＯｘ脱離速度の補正量である補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ｐｏｓｔ１＿Ｑを付与するテーブルの概略説明図。 ＮＯｘ脱離速度の補正量である補正係数Ｒｅｇ＿ｓｐｄ＿ｈｏｓ＿ＴＷＣＢｅｄＴｅｍｐを付与するテーブルの概略説明図。 本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置において実施されるＮＯｘ堆積量の算出方法を示すブロック図。 本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置において実施されるリッチスパイク制御の開始時期の決定方法を示すブロック図。 本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置において実施されるリッチスパイク制御時の各種パラメータ変化を示すタイミングチャート。 ＮＯｘトラップ触媒に流れ込む排気流量と実行判定閾値用補正係数との相関を示すテーブルの概略説明図。 ＮＯｘトラップ触媒の触媒温度及びＮＯｘトラップ触媒に流れ込む排気流量と、実行判定閾値用補正係数との相関を示すテーブルの概略説明図。

符号の説明

４…過給機
４ａ…コンプレッサ
４ｂ…排気タービン
５…吸気通路
６…排気通路
７…エアフローメータ
８…吸気絞り弁
９…ＥＧＲ通路
１０…ＥＧＲ弁
１１…三元触媒
１２…ＮＯｘトラップ触媒
１３…ＤＰＦ（排気微粒子フィルタ）
１４…回転速度センサ
１５…アクセル開度センサ
１６…水温センサ
１９…コントロールユニット
２０…排気センサ
２１…第１温度センサ
２２…第２温度センサ
２３…差圧センサ

Claims (3)

1. ディーゼルエンジンの排気通路に設けられたＮＯｘトラップ触媒と、
   リーン燃焼状態にて前記ＮＯｘトラップ触媒に堆積するＮＯｘの量を演算するＮＯｘ堆積量演算手段と、
   リッチ燃焼状態にて前記ＮＯｘトラップ触媒から脱離するＮＯｘの脱離速度を演算するＮＯｘ脱離速度演算手段と、
   排気の空気過剰率を減じることにより前記ＮＯｘトラップ触媒に堆積したＮＯｘを脱離させるリッチスパイク制御手段と、を備え、
   前記リッチスパイク制御手段は、前記ＮＯｘトラップ触媒に堆積したＮＯｘの堆積量がリッチスパイク実行判定閾値以上となるとリッチスパイク制御を開始するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
   前記ＮＯｘトラップ触媒の温度を検出するＮＯｘトラップ触媒温度検出手段と、
   前記ＮＯｘトラップ触媒に流れ込む排気流量を検出する排気流量検出手段と、
   前記リッチスパイク実行判定閾値を算出する実行判定閾値算出手段と、
   前記ＮＯｘトラップ触媒の上流側の排気の空気過剰率を検出する空気過剰率検出手段と、を有し、
   前記実行判定閾値算出手段は、予め設定されたベース実行判定閾値を、前記ＮＯｘトラップ触媒の温度もしくは排気流量の少なくとも一方を用いて補正することで前記リッチスパイク実行判定閾値を算出し、
   前記ＮＯｘトラップ触媒温度検出手段は、空気過剰率、ポスト噴射の燃料噴射量及びポスト噴射の燃料噴射時期のうちの少なくとも一つと、前記排気通路に設けられた温度センサの検出値と、を用い、前記ＮＯｘトラップ触媒内の反応熱によって現れる温度上昇を考慮して前記ＮＯｘトラップ触媒の温度を間接的に算出し、
   前記ＮＯｘトラップ触媒温度検出手段で算出される前記ＮＯｘトラップ触媒の温度は、空気過剰率が小さいほど、ポスト噴射の燃料噴射量が多いほど、あるいはポスト噴射の燃焼噴射時期が遅角するほど、ＮＯｘトラップ触媒の温度が高くなるよう補正されることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
2. 前記実行判定閾値算出手段は、算出されるリッチスパイク実行判定閾値が前記ベース実行判定閾値よりも大きくなるように補正することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
3. 前記ＮＯｘトラップ触媒は、所定の温度以上になると、該ＮＯｘトラップ触媒の温度が高温になるほど、リッチスパイク制御時における浄化性能が低下するものであることを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。

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