JP6165200B2 - 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する。

内燃機関で発生した動力によって走行する車両には、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置が搭載される。排気浄化装置は、排気管に設けた触媒を利用して排気を浄化するものが主流となっている。触媒は、その温度が適切な温度に達していない間は十分な排気浄化性能を発揮することができない。そこで近年では、内燃機関の始動直後における排気の浄化性能を向上する様々な技術が提案されている。

例えば特許文献１には、始動時における内燃機関の排気の浄化に適した特性を有するＮＯｘ触媒が示されている。このＮＯｘ触媒は、ゼオライトと、このゼオライトに担持されたパラジウムと、を有することを特徴としている。特許文献１に示されたＮＯｘ触媒によれば、内燃機関の始動直後のような低温条件では排気中のＮＯｘを吸着しておき、その後ＮＯｘ触媒が暖機されるに伴い、吸着しておいたＮＯｘを還元浄化できる。

また例えば特許文献２には、排気中のＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ触媒を排気通路に設け、このＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着量を推定するとともに、ＮＯｘ吸着量が所定値以上になった場合には昇温制御を実行することにより、それまでに吸着したＮＯｘを脱離させる技術が示されている。

ＮＯｘ触媒で吸着できるＮＯｘの量には限界があることから、特許文献２に示すように適切なタイミングで昇温制御を実行し、ＮＯｘを脱離させることにより、ＮＯｘ触媒の吸着性能を維持することができる。

特願２０１４−５１６２８号 特開２００９−２５７２３１号公報

ところで特許文献１に示すゼオライト及びパラジウムを有するＮＯｘ触媒は、排気中のＮＯｘだけでなく、ＨＣをも吸着する特性がある。ＨＣが吸着すると、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着性能にも影響が及ぶと考えられるが、従来ではこの点について十分に検討されていない。このため、上記特許文献２のように、ＮＯｘ吸着量に応じて昇温制御を実行するタイミングを決定するだけでは、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化性能が十分に生かされているとは言い難い。

本発明は、始動直後の内燃機関から排出されるＮＯｘを吸着するＮＯｘ触媒を用いてＮＯｘを浄化するものであって、ＮＯｘ触媒におけるＨＣ吸着量に応じた適切な態様でＮＯｘを浄化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。

（１）本発明の内燃機関の排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置２）は、ゼオライトからなる担体及び当該担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒（例えば、後述の下流触媒コンバータ３２）を内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気管１１）に設け、当該ＮＯｘ触媒によって排気中のＮＯｘを浄化するものであって、前記ＮＯｘ触媒におけるＨＣ吸着量を推定するＨＣ吸着量推定手段（例えば、後述の図６のＳ１５の処理の実行に係る手段、排気温度センサ３３、空燃比センサ３４、及びＥＣＵ６等）と、前記推定されたＨＣ吸着量が所定値を超えたことに応じて前記ＮＯｘ触媒の温度を上昇させることにより、当該ＮＯｘ触媒に吸着したＨＣを脱離するＨＣ脱離手段（例えば、後述の図６のＳ１７の処理の実行に係る手段、及びＥＣＵ６等）と、を備える。

（２）この場合、前記ＨＣ吸着量推定手段は、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比及び前記ＮＯｘ触媒の温度のうち少なくとも１つを用いることによって前記ＨＣ吸着量を推定することが好ましい。

（１）本発明では、ゼオライトからなる担体及びこの担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒を排気通路に設ける。このＮＯｘ触媒は、低温時にＮＯｘを吸着し、吸着したＮＯｘを高温時に脱離する特性を有する。このため本発明によれば、例えば始動直後の内燃機関から排出されるＮＯｘをＮＯｘ触媒に吸着させることができるので、このＮＯｘが排気浄化装置の外へ排出されるのを防止できる。

ところでこのＮＯｘ触媒は、上記のようにＮＯｘを吸着する機能の他、排気中のＨＣを吸着する機能も有する。このため、未浄化のＨＣが排気浄化装置の外へ排出されるのを抑制される。しかしながら、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能は、ＨＣ吸着量が多くなるほど低下する特性がある（例えば、後述の図４参照）。そこで本発明では、ＮＯｘ触媒におけるＨＣ吸着量を推定し、これが所定値を超えたことに応じてＮＯｘ触媒の温度を上昇させることによってＮＯｘ触媒に吸着したＨＣを脱離する。これにより、ＮＯｘ触媒におけるＨＣ吸着量が所定値を超えてしまうのを防止できるので、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能を高く維持することができる。なお、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させると、ＨＣとともにＮＯｘも脱離することとなるが、ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘはＨＣを還元剤として還元浄化される。したがって、ＮＯｘ触媒から脱離したＨＣがそのまま排気浄化装置の外に排出するのを抑制できる。

（２）ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が低くなると、ＮＯｘ触媒に流入し吸着するＨＣの量は増加する。また、ＮＯｘ触媒の温度が高くなると、ＮＯｘ触媒において直接酸化するＨＣの量は増加する。以上のように、本発明では、以上のようにＮＯｘ触媒におけるＨＣ吸着量と相関のある排気の空燃比やＮＯｘ触媒の温度のうち少なくとも１つを用いることにより、ＨＣ吸着量を精度良く推定でき、結果として適切なタイミングでＮＯｘ触媒からＨＣを脱離させることができる。また適切なタイミングでＨＣを脱離させることにより、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能の低下とＮＯｘ触媒の熱劣化とを抑制できる。

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化装置の構成を示す図である。 ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着、脱離挙動を示す図である。 ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着量と脱離量とを比較する図である。 ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着量とＣ_３Ｈ_６の吸着量との関係を示す図である。 始動直後のエンジンから排出されるＮＯｘを浄化する始動時ＮＯｘ浄化処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 ＮＯｘ触媒に吸着されたＨＣを所定のタイミングで脱離するＨＣ脱離制御の具体的な手順を示すフローチャートである。 排気空燃比に応じてＨＣ流入量を決定するマップの一例である。 触媒温度に応じてＨＣ浄化率を決定するマップの一例である。 触媒温度及びＨＣ吸着量に応じてＨＣ吸着効率を決定するマップの一例である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」という）１及びその排気を浄化する排気浄化装置２の構成を示す図である。

エンジン１は、燃焼空燃比をストイキよりもリーンとする所謂リーン燃焼を基本としたもの、より具体的にはディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンなどである。エンジン１には、各シリンダに燃料を噴射する燃料噴射弁１７が設けられている。この燃料噴射弁１７を駆動するアクチュエータは、ＥＣＵ６に電磁的に接続されている。ＥＣＵ６は、図示しない燃料噴射制御の下で燃料噴射弁１７からの燃料噴射量や燃料噴射時期を決定し、これが実現されるように燃料噴射弁１７を駆動する。

触媒浄化装置３は、それぞれ排気管１１に設けられた上流触媒コンバータ３１、下流触媒コンバータ３２、排気温度センサ３３及び空燃比センサ３４を含んで構成される。

上流触媒コンバータ３１は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材に三元触媒を担持して構成される。三元触媒では、ストイキ空燃比の排気の下においては、三元浄化反応、すなわちＨＣ及びＣＯの酸化反応とＮＯｘの還元反応とが同時に進行する。また三元触媒では、リーン空燃比の排気の下においては、ＨＣ及びＣＯの酸化反応が進行する。

下流触媒コンバータ３２は、排気管１１のうち上流触媒コンバータ３１より下流側に設けられる。下流触媒コンバータ３２は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材にＮＯｘ触媒を担持して構成される。ＮＯｘ触媒は、ゼオライトからなる担体と、この担体に担持されたＰｄと、を含んで構成される。このＮＯｘ触媒は、例えばエンジン１の始動直後の比較的低温の条件下（より具体的には、例えば上流触媒コンバータ３１の三元触媒が活性温度に達する前）において、三元触媒で浄化しきれなかったＮＯｘを吸着し、還元浄化する機能を有する。

上記ＮＯｘ触媒のゼオライトは、ストイキ又はリッチ空燃比の排気の下において、排気中に含まれるＨＣを低温条件下でその骨格中の細孔内に取り込んで吸着し、吸着したＨＣを高温条件下で脱離する特性を有する。ＨＣの脱離が開始されるＨＣ脱離温度は、後述するＰｄからＮＯｘが脱離し始めるＮＯｘ脱離温度とほぼ等しい。

ゼオライトとしては、ＺＳＭ−５、フェリエライト、モルデナイト、Ｙ型ゼオライト、ベータ型ゼオライト、ＣＨＡ型ゼオライトが挙げられる。本実施形態では、これらのうち何れかを単独で用いてもよいし、複数を併用してもよい。このようなゼオライトにＰｄを担持させることにより、優れたＮＯｘ吸着性能が発現する。

ここで、通常、ゼオライトは、ＮＯ_２として供給されたＮＯｘをその細孔内に吸着する特性を有する。そのため、主として排気中のＮＯｘを構成するＮＯをＮＯ_２に変換するためには、排気をリーンにし、高酸素濃度かつ高温雰囲気下にし、さらにＰｔ等の活性種が必要となる。これに対して、本実施形態のＮＯｘ触媒は、担体のゼオライトにＰｄを担持させることで、低温条件下で排気の空燃比がストイキ又はリッチのときにおいても優れたＮＯｘ吸着性能を発揮する。その理由は次の通りである。

すなわち、ＮＯｘ触媒では、Ｐｄは、ゼオライトを構成するＡｌ、Ｓｉ及びＯのうち、酸点であるＡｌの近傍に配置される。そのため、Ｐｄは、Ａｌとの相互作用によって電子状態が変化し、２価のＰｄ^２＋として存在する。この２価のＰｄ^２＋は、従来のゼオライトのＮＯｘ吸着とは異なり、ＮＯを酸化してＮＯ_２とするまでもなくＮＯをそのまま吸着する特性を有する。これにより、ＮＯｘ触媒は、低温条件下で排気の空燃比がストイキ又はリッチのときにおいても、優れたＮＯｘ吸着性能が得られるようになっている。

ＮＯｘ触媒全体に対するＰｄの含有量は、０．０１〜１０質量％であることが好ましい。Ｐｄの含有量がこの範囲内であれば、優れたＮＯｘ吸着性能が得られる。より好ましい含有量は、０．１〜３質量％である。

またＮＯｘ触媒としては、上述のようにゼオライトからなる担体にＰｄを担持したものに限らない。上記Ｐｄに加えて、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種の添加元素をゼオライトに共担持させてもよい。すなわち、Ｐｄの間に、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種の添加元素が介在することで、２価のＰｄ^２＋が０価のＰｄ^０に還元されるのが抑制されるとともに、Ｐｄの移動及び凝集が抑制されるため、Ｐｄの分散性の悪化が抑制される。したがって、このようなＮＯｘ触媒によれば、優れたＮＯｘ吸着性能が維持され、低酸素濃度雰囲気における耐熱性が向上する。

図２は、上記ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着、脱離挙動を示す図である。この図２は、下記に示すような組成のモデルガスをＮＯｘ触媒に供給し、ＮＯｘ触媒を酸素過剰雰囲気（酸素過剰率λ＝２）に維持しながら、ＮＯｘ触媒に流入するガスのＮＯｘ濃度及びＮＯｘ触媒の温度を変化させた場合における、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度を示す。図２中、横軸は時間（秒）であり、右縦軸はＮＯｘ触媒の温度［℃］であり、左縦軸はＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］である。

モデルガスは、ＣＯを１０００ｐｐｍで一定とし、Ｏ_２を０．１％で一定とし、ＮＯを所定の態様で変化させるとともに、Ｎ_２をバランスガスとすることで全体の酸素過剰率λ＝２とした。ここで、ＮＯｘ触媒に流入するモデルガスのＮＯｘ濃度は、図２において破線で示すように、モデルガスの供給開始から約２００秒を経過するまでの間では０より大きな所定値とし、これ以降は０とした。またＮＯｘ触媒の温度は、図２において一点鎖線で示すようにモデルガスの供給開始から約１２００秒を経過するまでの間では約５０℃で一定とし、約１２００秒を経過した後は約５００℃に達するまで徐々に上昇させた。なお約４００〜１０００秒までの間ではＮＯｘ濃度やＮＯｘ触媒の温度等にほとんど変化がないため、図２ではこれらの間の図示を省略する。

図２に示すように、ＮＯｘ触媒が５０℃の低温の状態でかつＮＯｘを含むモデルガスをＮＯｘ触媒に供給し始めてから約２００秒経過するまでの間では、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度（実線）はＮＯｘ触媒に流入するガスのＮＯｘ濃度（破線）よりも低い。特に、モデルガスの供給を開始した直後（０〜１００秒程度）においては、ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度はほぼ０ｐｐｍである。これは、ＮＯｘ触媒に流入するガス中に含まれるＮＯｘ（ＮＯ）のほぼ全てがＮＯｘ触媒に吸着されていることを意味する。この結果から、下流触媒コンバータのＮＯｘ触媒は、上流触媒コンバータの三元触媒が活性に達する前の５０℃の低温条件下においてＮＯｘ（ＮＯ）を効率良く吸着可能であることが分かる。

モデルガスの供給を開始してから約２００秒が経過するまでの間において、ＮＯｘ触媒から流出するガス中のＮＯｘ濃度は徐々に上昇し、ＮＯｘ触媒に流入するガスのＮＯｘ濃度とほぼ同等になる（図２中の２００秒付近を参照）。これは、ＮＯｘ触媒で吸着できるＮＯｘの量には限界があり、またＮＯｘ触媒に吸着されているＮＯｘ量がこの限界量に近付くにつれてＮＯｘが吸着しにくくなる（ＮＯｘ吸着率の低下）ことを意味する。すなわち、約２００秒が経過した時点では、ＮＯｘ触媒にはほぼ限界量に近い量のＮＯｘが吸着されている。また、図２中の領域Ｔａｄの面積は、ＮＯｘ触媒が吸着したＮＯｘの総量（すなわち、ＮＯｘ吸着量）を表している。

約２００秒が経過した時点でモデルガスのＮＯｘ濃度を０ｐｐｍまで低下させると、これに応じてＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度も直ちに０ｐｐｍまで低下する。またこれ以降、図２に示すように、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度は、ほぼ０ｐｐｍである。すなわちＮＯｘ触媒は、０〜２００秒の間にＮＯｘ触媒に吸着したＮＯｘを、酸素過剰雰囲気下において保持し続ける機能を有する。

またＮＯｘ濃度を０ｐｐｍまで低下させた後、約１２００〜２５００秒までの間でほぼ一定の速度でＮＯｘ触媒の温度を上昇させる。この際、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度は、図２に示すように約１８００秒において０ｐｐｍから増加し始め、約２３００秒において再び０ｐｐｍに戻る。なお、ＮＯｘ触媒の温度は、約１８００秒においては約２５０℃であり、約２３００秒においては約４５０℃である。これは、ＮＯｘ触媒に吸着されていたＮＯｘは、ＮＯｘ触媒の温度が約２５０℃を超えてから４５０℃を超えるまでの間に脱離したことを意味する。以下では、このようにＮＯｘ触媒に吸着されていたＮＯｘの脱離が開始する温度（図２の例では、約２５０℃）をＮＯｘの脱離温度という。なおこの際、ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘは、ほぼ全てＮＯであり、ＮＯ_２やＮ_２Ｏはほとんど観測されなかった。また図２中の領域Ｔｄｅｓの面積は、ＮＯｘ触媒から脱離したＮＯｘの総量（すなわち、ＮＯｘ脱離量）を表している。

図３は、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着量と脱離量とを比較する図である。図３において、ＮＯｘ吸着量及びＮＯｘ脱離量はそれぞれ所定の空気過剰率のモデルガスを用いて図２と同様の手順に従ってＮＯｘ濃度及び温度を変化させる試験を行うことによって取得した。図３の左側は酸素過剰率λ＝２のガスを用いて取得した結果であり、図３の右側は酸素過剰率λ＝０．９のガスを用いて取得した結果である。

図３の左側に示すように、酸素過剰雰囲気（λ＝２）のモデルガスの下では、ＮＯｘ脱離量はＮＯｘ吸着量とほぼ等しい。すなわち酸素過剰雰囲気では、低温時にＮＯｘ触媒に吸着されたＮＯｘは、約５００℃まで昇温するとほぼ全てがそのまま脱離する。

一方、図３の右側に示すように、λ＝０．９のモデルガスの下では、ＮＯｘ吸着量はλ＝２の場合とほぼ同じであるにもかかわらず、ＮＯｘ脱離量はこのＮＯｘ吸着量よりも大幅に減少する。すなわち還元雰囲気では、低温時にＮＯｘ触媒に吸着されたＮＯｘは、約５００℃まで昇温する過程でほぼ全てが脱離するとともにＮ_２に還元浄化する。これはすなわち、ＮＯｘ触媒は、λが１以下の適正な空燃比の排気の下では、排気中に含まれるＨＣ及びＣＯや、上述のようにゼオライトに吸着されていたＨＣを還元剤として、脱離したＮＯｘを還元浄化する機能があることを意味する。

図４は、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着量［ｇ／Ｌ］と、Ｃ_３Ｈ_６（以下単に「ＨＣ」という）の吸着量［ｇ／Ｌ］との関係を示す図である。すなわち、ＮＯｘ触媒にＨＣが吸着された場合に、このＨＣがＮＯｘの吸着に及ぼす影響の大きさを示す図である。図４に示すように、ＮＯｘ触媒によって吸着できるＮＯｘの総量は、ＨＣ吸着量が増加する程少なくなる。これは、ＮＯｘ触媒にＨＣが吸着されていると、これによってＮＯｘの吸着が妨害されるためであると考えられる。従って、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能をできるだけ高く維持するためには、ＮＯｘ触媒におけるＨＣ吸着量は過剰に多くならないように適切に管理されることが好ましい。

図１に戻り、排気温度センサ３３は、排気管１１のうち下流触媒コンバータ３２より下流側に設けられる。この排気温度センサ３３は、下流触媒コンバータ３２から流出する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。上流触媒コンバータ３１の三元触媒の温度や下流触媒コンバータ３２のＮＯｘ触媒の温度等は、例えば、排気温度センサ３３の出力に基づいて、ＥＣＵ６における演算によって推定される。

空燃比センサ３４は、排気管１１のうち上流触媒コンバータ３１と下流触媒コンバータ３２との間に設けられる。空燃比センサ３４は、下流触媒コンバータ３２に流入する排気の空燃比（排気中の酸素に対する燃料成分（ＨＣ，ＣＯ等）の比）を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。なおこの空燃比センサ３４としては、例えば、リッチな領域からリーンな領域までの間でリニアな出力特性を有するものが用いられる。

ＥＣＵ６は、センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、後述の図５や図６等に示すフローチャートに沿った処理を実行するＣＰＵ、この処理の下で決定した態様で各種デバイスを駆動する駆動回路、及び各種データを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等で構成されるマイクロコンピュータである。

図５は、始動直後のエンジンから排出されるＮＯｘを浄化する始動時ＮＯｘ浄化処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図５の始動時ＮＯｘ浄化処理は、始動直後のエンジンの排気中に含まれるＮＯｘを一旦ＮＯｘ触媒に吸着しておき、その後所定のタイミングでＮＯｘパージ制御を実行することにより、吸着しておいたＮＯｘをＮＯｘ触媒上で還元浄化する。図５の処理は、エンジンを始動させたり停止させたりするイグニッションスイッチ（図示せず）がオンにされたことに応じて、ＥＣＵにおいて所定の制御周期の下で繰り返し実行される。

Ｓ１では、ＥＣＵは、パージ制御完了フラグが１であるか否かを判定する。このパージ制御完了フラグは、エンジンを始動してから１回目のＮＯｘパージ制御が完了したことを示すフラグである。この完了フラグは、エンジンの始動直後には０にセットされ、後述のＳ８において、所定時間にわたってＮＯｘパージ制御が実行されたことに応じて１にセットされる。ＥＣＵは、Ｓ１の判定がＮＯである場合にはＳ３に移り、ＹＥＳである場合には図５の処理を直ちに終了する。

Ｓ３では、ＥＣＵは、排気温度センサの出力に基づいて、ＮＯｘ触媒の温度（以下では単に「触媒温度」という）を算出し、Ｓ４に移る。Ｓ４では、ＥＣＵは、Ｓ３で取得した触媒温度がＮＯｘ触媒の脱離温度より高いか否か、すなわちエンジンの始動直後に吸着したＮＯｘがＮＯｘ触媒から脱離する時期であるか否かを判定する。

Ｓ４の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、Ｓ５に移り、始動時に吸着したＮＯｘが脱離する時期に合わせて、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキ又はリッチに制御するＮＯｘパージ制御を実行し、Ｓ７に移る。ここでＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比は、例えばアフター噴射を行うことによってエンジンの燃焼室における空燃比をストイキ又はリッチにしたり、ポスト噴射を行い排気管内へ未燃燃料を供給したりすることによってストイキ又はリッチに制御される。これにより、ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘは、このＮＯｘ触媒上で還元浄化される。

Ｓ７では、ＥＣＵは、上記Ｓ５のパージ制御を実行した時間を計測するパージタイマの値が０であるか否かを判定する。このパージタイマの値は、エンジンの始動直後は０より大きな所定の初期値に設定され、最小値を０として後述のＳ９の処理において制御周期ごとに経過時間分だけ減算される。したがって、パージタイマの値が０である状態とは、エンジンを始動してから、その初期値に相当する時間にわたってパージ制御が実行されたことを意味する。Ｓ７の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、Ｓ８に移り、パージ制御完了フラグの値を１にし、図５の処理を終了する。

Ｓ７の判定がＮＯである場合、ＥＣＵは、Ｓ９に移り、パージタイマの値を更新し、図５の処理を終了する。より具体的には、パージタイマの前回値から、図５の制御周期に相当する時間を減算することによってパージタイマの値を更新する。

図６は、ＮＯｘ触媒に吸着されたＨＣを所定のタイミングで脱離するＨＣ脱離制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図６のＨＣ脱離制御は、エンジンを始動させたり停止させたりするイグニッションスイッチ（図示せず）がオンにされたことに応じて、ＥＣＵにおいて所定の制御周期の下で繰り返し実行される。

上述の図５の始動時ＮＯｘ浄化処理では、図２及び図３等を参照して説明したＮＯｘ触媒の低温での特性を生かしてエンジンの始動直後に排出されるＮＯｘを浄化する。この図５の始動時ＮＯｘ浄化処理によってエンジンの始動直後のＮＯｘを効率的に浄化するためには、ＮＯｘ触媒は、そのＮＯｘ浄化性能が高く維持されている必要がある。また、図４を参照して説明したように、ＮＯｘ触媒にＨＣが吸着されていると、これに応じてＮＯｘ吸着性能も低下してしまう。図６のＨＣ脱離制御では、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能が高く維持されるように、ＮＯｘ触媒におけるＨＣ吸着量の推定値を算出し、この推定値に応じて適切なタイミングでＮＯｘ触媒に吸着されていたＨＣを脱離する。以下、ＨＣ脱離制御の具体的な手順について説明する。

始めにＳ１１では、ＥＣＵは、ＮＯｘ触媒におけるＨＣ流入量ＨＣｉｎを取得し、Ｓ１２に移る。ここでＨＣ流入量ＨＣｉｎとは、具体的には前回から今回までの制御周期の間にＮＯｘ触媒に流入したＨＣの量に相当する。このＨＣ流入量ＨＣｉｎは、例えば、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比に応じて変化する空燃比センサの出力信号を用いて、図７に例示するようなマップを検索することによって算出される。図７に示すように、ＨＣ流入量ＨＣｉｎは排気空燃比がリッチ側に変化するほど増加する。

Ｓ１２では、ＥＣＵは、ＮＯｘ触媒におけるＨＣ浄化率ηＨＣを算出し、Ｓ１３に移る。ここでＨＣ浄化率ηＨＣとは、具体的にはＮＯｘ触媒に流入するＨＣのうち、ＮＯｘ触媒において酸化されることによって浄化されるものの割合をいう。すなわち、ＮＯｘ触媒において吸着することによって浄化される分は含まない。このＨＣ浄化率ηＨＣは、例えば、ＮＯｘ触媒の温度を用いて、図８に例示するようなマップを検索することによって算出される。図８に示すように、ＮＯｘ触媒の温度が高くなるほどＨＣ浄化率ηＨＣも高くなる。

Ｓ１３では、ＥＣＵは、ＮＯｘ触媒におけるＨＣ吸着効率ηＨＣａｄを算出し、Ｓ１４に移る。ここでＨＣ吸着効率ηＨＣａｄとは、具体的にはＮＯｘ触媒において酸化浄化されなかったＨＣのうち、ＮＯｘ触媒の下流側へ排出されることなくＮＯｘ触媒に吸着するものの割合をいう。このＨＣ吸着効率ηＨＣａｄは、例えば、ＮＯｘ触媒の温度及びＨＣ吸着量の推定値ΣＨＣを用いて、図９に例示するようなマップを検索することによって算出される。図９に示すように、ＮＯｘ吸着効率は、ＮＯｘ触媒の温度が低くなるほど高くなり、ＨＣ吸着量が増加するほど低くなる。

Ｓ１４では、ＥＣＵは、ＮＯｘ触媒におけるＨＣの新規吸着量ΔＨＣを算出し、Ｓ１５に移る。この新規吸着量ΔＨＣとは、前回から今回までの制御周期の間にＮＯｘ触媒に新たに吸着したＨＣの量に相当する。この新規吸着量ΔＨＣは、例えば、上記ステップで取得したＨＣ流入量ΔＨＣ、ＨＣ浄化率ηＨＣ、及びＨＣ吸着効率ηＨＣａｄを用いて、下記式によって算出される。
ΔＨＣ＝ＨＣｉｎ×（１−ηＨＣ）×ηＨＣａｄ

Ｓ１５では、ＥＣＵは、ＨＣ吸着量の推定値ΣＨＣの前回値に新規吸着量ΔＨＣを加算することによって推定値ΣＨＣを更新し、Ｓ１６に移る。Ｓ１６では、ＥＣＵは、推定値ΣＨＣが所定の上限値より小さいか否かを判定する。ＥＣＵは、Ｓ１６の判定がＹＥＳである場合には、現時点ではＮＯｘ触媒に吸着したＨＣを除去せずとも十分なＮＯｘ浄化性能が確保されていると判断し、この処理を直ちに終了する。また、Ｓ１６の判定がＮＯである場合には、ＮＯｘ触媒に吸着したＨＣを除去するのに適した時期に達したと判断し、Ｓ１７に移る。

Ｓ１７では、ＥＣＵは、ＮＯｘ触媒の温度をＨＣ脱離温度まで強制的に上昇させる昇温制御を所定時間にわたって実行し、ＮＯｘ触媒に吸着されていたＨＣを脱離除去し、Ｓ１８に移る。この昇温制御は、例えば、通常の運転状態におけるエンジンの燃焼パラメータに対して、ポスト噴射、アフター噴射、及びメイン噴射等の噴射タイミングを遅角化し、排気の温度を上昇させることによって実現される。なお、上述のようにＮＯｘ触媒からＨＣが脱離する温度は、ＮＯｘが脱離する温度とほぼ等しい。したがって、Ｓ１７においてＮＯｘ触媒の温度をＨＣが脱離する温度まで昇温すると、脱離したＨＣはＮＯｘ触媒においてＮＯｘの還元に消費されるため、そのままＮＯｘ触媒の下流側へ排出されることもない。Ｓ１８では、ＥＣＵは、ＮＯｘ触媒に吸着されていたＨＣを脱離除去したことに伴い、ＨＣ吸着量の推定値ΣＨＣを０にリセットし、この処理を終了する。

以上のような本実施形態の排気浄化装置２によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態の排気浄化装置２では、ゼオライトからなる担体及びこの担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒を排気管１１に設ける。これにより、例えば始動直後のエンジンから排出されるＮＯｘをＮＯｘ触媒に吸着させることができるので、このＮＯｘが排気浄化装置２の外へ排出されるのを防止できる。またＮＯｘ触媒は、上記のようにＮＯｘを吸着する機能の他、排気中のＨＣを吸着する機能も有する。このため、未浄化のＨＣが排気浄化装置の外へ排出されるのを抑制される。しかしながら、図４等を参照して説明したようにＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能は、ＨＣ吸着量が多くなるほど低下する特性がある。そこで排気浄化装置２では、ＮＯｘ触媒におけるＨＣ吸着量を推定し、これが所定の上限値を超えたことに応じてＮＯｘ触媒の温度を上昇させることによってＮＯｘ触媒に吸着したＨＣを脱離する。これにより、ＮＯｘ触媒におけるＨＣ吸着量が上限値を超えてしまうのを防止できるので、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能を高く維持することができる。なお、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させると、ＨＣとともにＮＯｘも脱離することとなるが、ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘはＨＣを還元剤として還元浄化される。したがって、ＮＯｘ触媒から脱離したＨＣがそのまま排気浄化装置の外に排出するのを抑制できる。

（２）本実施形態の排気浄化装置２では、ＮＯｘ触媒におけるＨＣ吸着量と相関のある排気の空燃比やＮＯｘ触媒の温度のうち少なくとも１つを用いることにより、ＨＣ吸着量を精度良く推定でき、結果として適切なタイミングでＮＯｘ触媒からＨＣを脱離させることができる。また適切なタイミングでＨＣを脱離させることにより、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能の低下とＮＯｘ触媒の熱劣化とを抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

１…エンジン（内燃機関）
１１…排気通路（排気管）
２…排気浄化装置
３２…下流触媒コンバータ（ＮＯｘ触媒）
３３…排気温度センサ（ＨＣ吸着量推定手段）
３４…空燃比センサ（ＨＣ吸着量推定手段）
６…ＥＣＵ（ＨＣ吸着量推定手段、ＨＣ脱離手段）

Claims (2)

1. ゼオライトからなる担体及び当該担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒を内燃機関の排気通路に設け、当該ＮＯｘ触媒によって排気中のＮＯｘを浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記ＮＯｘ触媒におけるＨＣ吸着量を所定の周期毎に前記ＮＯｘ触媒に吸着されるＨＣの新規吸着量を積算することで推定するＨＣ吸着量推定手段と、
   前記推定されたＨＣ吸着量が所定値を超えたことに応じて前記ＮＯｘ触媒の温度を上昇させることにより、当該ＮＯｘ触媒に吸着したＨＣを脱離するＨＣ脱離手段と、を備え、
   前記ＨＣ吸着量推定手段は、前記周期の間における前記ＮＯｘ触媒へのＨＣ流入量と、前記ＮＯｘ触媒に流入するＨＣのうち当該ＮＯｘ触媒で浄化されるものの割合であるＨＣ浄化率と、前記ＮＯｘ触媒で浄化されなかったＨＣのうち当該ＮＯｘ触媒に吸着されるものの割合であるＨＣ吸着効率と、を用いることによって前記新規吸着量を算出し、
   前記ＨＣ吸着量推定手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度が低くなるほど前記ＨＣ吸着効率を高くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記ＨＣ吸着量推定手段は、前記ＨＣ吸着量が多くなるほど前記ＨＣ吸着効率を低くすることによって前記ＨＣ吸着量を推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
   

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