JP7003503B2 - 内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出されるＮＯｘを低減するための内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関する。

ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジン等の内燃機関においては、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の低減が、市街地走行から高速走行低速の広い走行状態範囲で求められている。従来のＮＯｘ低減技術としてＬＮＴ（リーンＮＯｘトラップ触媒）を用いた排気ガス浄化装置が知られている。

このＮＯｘ吸蔵還元型触媒などのＬＮＴで吸着したＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵量が飽和近くになったら、リッチ空燃比下で、ＮＯｘを放出させて、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）等の還元時により還元する必要がある。これに関連して、再生制御時に、触媒の温度と酸素吸蔵量の関係を示すマップデータを用いて、再生初期のＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出される酸素量に見合う還元剤の供給量を追加する内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６－７０８３４号公報

ところで、ＬＮＴの再生制御におけるリッチ空燃比制御による還元時には、ＬＮＴから放出されるＮＯｘを還元するために過不足のない量の還元剤（ＨＣ、ＣＯ）をＬＮＴに供給する必要がある。

しかし、リッチ空燃比制御の期間中にＬＮＴが昇温してＮＯｘ放出温度を超えてしまうとＮＯｘ放出量（スリップ量）も増加する。また、ＮＯｘ還元効率の上昇とＮＯｘ放出量の増加との関係で、適切な量の還元剤を供給することが難しくなり、ＮＯｘ還元効率の変動が大きくなる。その結果、リッチ還元時に放出されたＮＯｘを還元するためにエンジンから還元剤（ＨＣ、ＣＯ）を過不足なく供給することが困難となってしまう。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、還元剤の量をリッチ空燃比制御の期間中の触媒温度の変化に対して最適化できる、内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に上流側から順にＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置と尿素水を噴射する尿素水噴射弁と噴射された尿素水から生じたアンモニアによりＮＯｘを還元する尿素選択還元型触媒装置とを備え、制御装置が前記ＮＯｘ触媒装置のＮＯｘ吸着機能を回復するために還元剤を排気ガス中に供給する再生制御を行うとともに尿素水供給制御装置が前記尿素選択還元型触媒装置におけるＮＯｘ還元を制御するために前記尿素水噴射弁から尿素水を排気ガス中に供給する制御を行う構成であり、前記ＮＯｘ触媒装置のＮＯｘ放出温度が前記尿素選択還元型触媒装置の活性化によりＮＯｘを還元可能な温度の範囲内である内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置はデータ取得部とデータ算出部と再生用制御部とを備え、再生制御のリッチ空燃比制御の期間中に、前記データ取得部が前記ＮＯｘ触媒装置の触媒温度と、吸気量と、前記ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガスの空燃比、一酸化炭素濃度、および、炭化水素濃度と、を取得し、前記データ算出部が、前記データ取得部が取得した値に基づいて、前回に算出された還元剤供給量の還元剤が噴射された状態で前記ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガスに含まれている一酸化炭素および炭化水素が前記ＮＯｘ触媒装置で還元機能を発揮するときの量を還元剤の量に換算した還元剤相当量と、前記ＮＯｘ触媒装置から放出されたＮＯｘを還元可能な還元剤の量である放出用の還元剤供給量と、前記放出用の還元剤供給量から前記還元剤相当量を際し引いた補正量と、前記前回に算出された還元剤供給量を前記補正量で補正した還元剤供給量と、を算出し、前記再生用制御部が前記データ算出部で算出された前記還元剤供給量に基づいて前記ＮＯｘ触媒装置のＮＯｘ吸着機能を回復するために還元剤を排気ガス中に供給する構成であり、前記尿素水供給制御装置は尿素水量算出部と尿素水供給部とを備え、再生制御のリッチ空燃比制御の期間中に、前記尿素水算出部が、前記データ算出部が算出した前記補正量に基づいて噴射尿素水量を算出し、前記尿素水供給部が前記尿素水量算出部で算出された前記噴射尿素水量を前記尿素選択還元型触媒装置に流入する排気ガス中に噴射する構成であることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に備えたＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置でＮＯｘを浄化するとともに前記ＮＯｘ触媒装置よりも下流側に備えられて尿素水噴射弁から噴射された尿素水から生じたアンモニアによりＮＯｘを還元する尿素選択還元型触媒装置でＮＯｘを浄化し、前記ＮＯｘ触媒装置のＮＯｘ放出温度が前記尿素選択還元型触媒装置の活性化によりＮＯｘを還元可能な温度の範囲内である内燃機関の排気ガス浄化方法において、再生制御のリッチ空燃比制御の期間中に、前記ＮＯｘ触媒装置の触媒温度、吸気量、および、前記ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガスの空燃比、一酸化炭素濃度、ならびに、炭化水素濃度、を取得するステップを行い、次いで、取得した値に基づいて、前回に算出された還元剤供給量の還元剤が噴射された状態で前記ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガスに含まれている一酸化炭素および炭化水素が前記ＮＯｘ触媒装置で還元機能を発揮するときの量を還元剤の量に換算した還元剤相当量と、前記ＮＯｘ触媒装置から放出されたＮＯｘを還元可能な還元剤の量である放出用の還元剤供給量と、前記放出用の還元剤供給量から前記還元剤相当量を際し引いた補正量と、前記前回に算出された還元剤供給量を前記補正量で補正した還元剤供給量と、算出した前記補正量に基づいて噴射尿素水量と、を算出するステップを行い、次いで、算出された前記還元剤供給量に基づいて前記ＮＯｘ触媒装置のＮＯｘ吸着機能を回復するために還元剤を排気ガス中に供給するとともに、算出された前記噴射尿素水量を前記尿素選択還元型触媒装置に流入する排気ガス中に噴射するステップを行うことを特徴とする方法である。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、ＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置の再生制御中において、特に、低温型のＮＯｘ触媒のリッチ還元温度範囲とＮＯｘ放出温度が近接しているＮＯｘ触媒装置に対して、還元剤（ＨＣ、ＣＯ）の量をリッチ空燃比制御の期間中のＮＯｘ触媒装置の触媒温度の変化に対して最適化でき、還元剤及びＮＯｘのスリップ防止等の排気ガス処理の最適化と燃費悪化の最小化を図ることができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。 発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システムで使用する制御装置の機能的な構成を示す図である。 制御装置の触媒温度取得部の構成を示す図である。 尿素水供給制御装置の構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システムにおける、還元剤供給量を決定するプロセスを示す図で、ＮＯｘ放出量算出のプロセスが有る場合の図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システムにおける、還元剤供給量を決定するプロセスを示す図で、ＮＯｘ放出量算出のプロセスが無い場合の図である。 触媒温度を補正するプロセスを示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法を実施するための制御フローの一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。

最初に、本発明の実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システムについて説明する。この内燃機関の排気ガス浄化システム１は、図１に示すように、エンジン本体（内燃機関本体）１０から排出される排気ガスＧが通過する排気通路１１に上流側からＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置２１と尿素水噴射弁２２と尿素選択還元型触媒装置（尿素ＳＣＲ触媒装置）２３を備えると共に、ＮＯｘ触媒装置２１のＮＯｘ吸着機能を回復するために還元剤を排気ガスＧ中に供給する再生制御を行う制御装置３０と尿素水噴射弁２２から噴射する尿素水Ｕの噴射量Ｕ１を制御する尿素水供給制御装置７０とを備えて構成される。なお、通常は、排気ガスＧ中の排気微粒子（ＰＭ）を捕集するフィルタが設けられるが、本発明では直接関係しないので、省略している。このフィルタの位置は本発明では特に限定されない。

このＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置２１としては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒などのＬＮＴ（リーンＮＯｘトラップ触媒）がある。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、触媒担体上に白金等の貴金属触媒とバリウム等のアルカリ土類金属等で形成されるＮＯｘ吸蔵材を担持した成型体などから構成されている。そして、排気ガス中のＮＯｘをリーン空燃比状態のときに、ＮＯｘ吸蔵材に一旦吸蔵させ、ＮＯｘの吸蔵量が飽和する前に排気ガスをリッチ空燃比状態にすることで、ＮＯｘ吸蔵材に吸蔵されたＮＯｘを放出させて、貴金属触媒の三元機能により還元するものである。つまり、通常時運転時にＮＯｘを吸着、吸蔵して、吸蔵量が一杯になったらリッチ空燃比状態にしてＮＯｘを放出して還元剤（ＨＣ、 ＣＯ）により還元処理する触媒である。

このＮＯｘ触媒装置２１は、低温におけるＮＯｘ浄化性能が優れているので、上流側のＮＯｘ触媒装置２１と下流側の尿素選択還元型触媒装置２３を組み合わせるが、特に低温側でのＮＯｘ浄化性能が高いものを用いる場合には、ＮＯｘ還元温度とＮＯｘ放出温度が近くなり（２００℃～２５０℃等）、リッチ空燃比状態でＮＯｘ触媒装置２１の触媒温度Ｔｃを上昇させると、リッチ空燃比状態の期間中に触媒温度Ｔｃが昇温して、ＮＯｘの放出（スリップ）量が増加する。

例えば、ＮＯｘを還元できる温度が２００℃以上であり、かつ、ＮＯｘを吸蔵して保持できる温度が２５０℃程度ある場合には、２００℃を超えてリッチ還元を行うと、リッチ空燃比状態の期間中に触媒温度Ｔｃが上昇して２５０℃を超えてしまい、吸蔵しているＮＯｘを保持できなくなる。つまり、２００℃以上で徐々にＮＯｘ還元効率が上昇するが、２５０℃以上ではＮＯｘ放出の寄与が大きく、適切な量の還元剤を供給する事が難しくなり、ＮＯｘ還元効率も変動が大きくなってしまう。

また、尿素水噴射弁２２は、尿素水タンク２２ａから尿素水供給配管２２ｂ経由で供給される尿素水Ｕを尿素選択還元型触媒装置２３に供給するための噴射装置であり、尿素水供給制御装置７０により、尿素水Ｕの噴射の有無及びその噴射量Ｕ１を調整制御される。

尿素選択還元型触媒装置(尿素ＳＣＲ装置)２３は、アンモニアを還元剤として、排気ガスＧ中のＮＯｘと反応させて窒素と水にする選択還元型触媒を担持して構成される。この選択還元型触媒としては、鉄イオン交換アルミノシリケートや銅イオン交換アルミノシリケートなどのゼオライト触媒などがあり、アンモニアを吸着して、この吸着したアンモニアでＮＯｘを還元浄化する機能を有している。この尿素選択還元型触媒装置２３を使用することで、アンモニアを直接使用するのではなく、尿素水を排気ガスＧの中に噴射して、尿素水Ｕから加水分解により発生するアンモニアとＮＯｘを反応させることでＮＯｘを無害化する。

また、温度計測のために、ＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧの温度Ｔｇ１を検出するための第１排気ガス温度センサ３１がＮＯｘ触媒装置２１の上流側に、尿素選択還元型触媒装置２３に流入する排気ガスＧの温度Ｔｇ２を検出するための第２排気ガス温度センサ３２が尿素選択還元型触媒装置２３の上流側に設けられる。

また、ＮＯｘ濃度計測のために、ＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧのＮＯｘ濃度を検出するための第１ＮＯｘ濃度センサ３３がＮＯｘ触媒装置２１の上流側に、ＮＯｘ触媒装置２１から流出する排気ガスＧのＮＯｘ濃度を検出するための第２ＮＯｘ濃度センサ３４がＮＯｘ触媒装置２１の下流側で、かつ、尿素選択還元型触媒装置２３の上流側に、さらに、尿素選択還元型触媒装置２３から流出する排気ガスＧのＮＯｘ濃度を検出するための第３ＮＯｘ濃度センサ３５が尿素選択還元型触媒装置２３の下流側に、それぞれ設けられる。

さらに、第１空燃比センサ（λセンサ）３６がエンジン本体（内燃機関本体）１０とＮＯｘ触媒装置２１との間の排気通路１１に設けられ、第２空燃比センサ（λセンサ）３７がエンジン本体（内燃機関本体）１０とＮＯｘ触媒装置２１との間の排気通路１１に設けられる。一方、吸気通路１２には、吸気(空気)Ａの流量を測定するための吸気量センサ（ＭＡＦセンサ）３８が設けられる。

また、制御装置３０は、各種センサ３１～３８の検出値を入力して、ＮＯｘ触媒装置２１のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行ったりして、排気ガス浄化システム１を制御している。この制御装置３０は、通常は、内燃機関の運転全般を制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれるエンジン制御装置で構成されるが、このエンジン制御装置とは別体で形成して、このエンジン制御との間で連携を取りながら制御する構成にしてもよい。また、図１の構成では、この制御装置３０に含まれている尿素水供給制御装置７０は、尿素水噴射弁２２に制御指令を出力して、尿素水噴射弁２２から噴射する尿素水Ｕの噴射量Ｕ１を調整制御している。

これらの構成により、内燃機関の排気ガス浄化システム１は、内燃機関の排気通路１１に上流側からＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置２１と尿素水噴射弁２２と尿素選択還元型触媒装置２３を備えると共に、ＮＯｘ触媒装置２１の再生制御をする制御装置３０と、尿素水噴射弁２２から噴射する尿素水Ｕの噴射量Ｕ１を制御する尿素水供給制御装置７０を備えた構成となる。この構成では、尿素選択還元型触媒装置２３の浄化率が向上する温度（約２００℃以下）よりも低い温度範囲では、主に、ＮＯｘ触媒装置２１による低温時のＮＯｘ吸着機能によりＮＯｘを低減させる。

つまり、内燃機関の排気通路１１にＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置２１を備えると共に、ＮＯｘ触媒装置２１のＮＯｘ吸着機能を回復するために還元剤を排気ガスＧ中に供給する再生制御を行う制御装置３０を備えている。

次に、本発明の実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１で使用する制御装置３０の構成について説明する。この制御装置３０は、図２に示すような、データ取得部４０、データ算出部５０、及び再生用制御部６０等の機能的な各部（各手段）を有して構成されている。なお、これらの各部はアナログ的な回路を持つ装置で構成されていてもよいが、通常は、プログラムの一部等のソフトウェアとプログラムの実施に伴って各種データが出入力されるハードウェアと組み合わせで構成されている。

このデータ取得部４０には、触媒温度取得部４１、吸気量取得部４２、排気ガス状態取得部４３等があり、また、データ算出部５０には、空間速度算出部５１、還元剤相当量算出部５２、ＮＯｘ吸着量算出部５３、ＮＯｘ放出量算出部５４、還元剤供給量算出部５５、還元剤供給量補正部５６等があり、更に、再生用制御部６０には、再生開始制御部６１、還元剤供給制御部６２、再生終了制御部６３等がある。

データ取得部４０の触媒温度取得部４１は、触媒温度検出部４１ａに加えて、発熱量算出部４１ｂと触媒温度補正部４１ｃを備えて構成される。そして、図５及び図６に示すように、この触媒温度取得部４１は、温度センサ（ＮＯｘ触媒装置２１の上流側の第１排気ガス温度センサ３１）の検出値Ｔｇ１（Ｔｇ）を基にして、あるいは、直接、ＮＯｘ触媒装置２１の触媒温度ＴｃｍをＮＯｘ触媒装置２１に設けた温度センサ（図示しない）で測定して、再生制御用の触媒温度Ｔｃを取得する。

この触媒温度取得部４１では、再生制御ではない通常運転時は、触媒温度検出部４１ａで、温度センサ３１で検出された排気ガスＧの温度Ｔｇ（Ｔｇ１）を得て、この温度Ｔｇ１を触媒温度Ｔｃとする。つまり、ＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧの温度Ｔｇ１をそのまま触媒温度Ｔｃに使用する。

一方、再生制御中は、リッチ空燃比制御を行い排気ガスＧの温度Ｔｇ１が上昇するので、排気ガスＧの熱容量に比べてその熱容量Ｖｑが大きいＮＯｘ触媒装置２１の触媒温度Ｔｃは遅れて上昇することになる。また、排気ガスＧ中の還元剤（ＨＣ、ＣＯ）がＮＯｘ還元に伴い酸化して発熱する。

そのため、図７に示すように、触媒温度検出部４１ａで、温度センサ３１で検出された排気ガスＧの温度Ｔｇ１を得て、この温度Ｔｇ１を暫定触媒温度Ｔｃａとする。それと共に、発熱量算出部４１ｂで、吸気量取得部４２で得られた吸気量Ｖａと、λセンサ３８で得られた空燃比λｍと、エンジン運転情報から得られるＨＣ濃度Ｃｃ１とＣＯ濃度Ｃｈ１とで構成される排気ガス状態Ｃｇ（λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１）から、ＮＯｘ触媒装置２１で発生する発熱量Ｑｇを発熱量計算モデル（Ｑｇ＝ｆ（Ｖａ、λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１））やマップデータ（発熱量マップ（［Ｖａ、λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１］→Ｑｇ））を用いて算出する。

この発熱量計算モデルや発熱量マップは、吸気量Ｖａと排気ガス状態Ｃｇ（λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１）の組み合わせに対して発熱量Ｑｇの関係を、予め実験等により求めてデータベース化して、作成しておく。

そして、図７に示すように、触媒温度補正部４１ｃで、ＮＯｘ触媒装置２１の熱容量Ｖｑを用いて、この発熱量Ｑｇで上昇する温度ΔＴｃ（＝Ｑｇ／Ｖｑ）を算出して、この温度ΔＴを暫定触媒温度Ｔｃａに加えた温度（Ｔｃａ＋ΔＴｃ）を触媒温度Ｔｃとして出力する。

吸気量取得部４２は、図５～図７に示すように、吸気量センサ３８で検出される吸気Ａの流入量を吸気量Ｖａとする手段である。また、排気ガス状態取得部４３は、第１λセンサ３６から空燃比λｍを取得し、エンジン運転情報から、ＣＯ濃度Ｃｃ１、ＨＣ濃度Ｃｈ１を取得して、排気ガスの状態を示すデータである排気ガス状態Ｃｇ（λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１）を取得する。

図５及び図６に示すように、データ算出部５０の空間速度算出部５１では、吸気量取得部４２で得られた吸気量Ｖａと触媒温度取得部４１で得られた触媒温度ＴｃとからＮＯｘ触媒装置２１を通過する排気ガス量Ｖｇを算出し、この排気ガス量ＶｇをＮＯｘ触媒装置２１の体積Ｖｃで割り算して、空間速度ＳＶ（＝Ｖｇ／Ｖｃ）を算出する。

なお、厳密には、排気ガス量Ｖｇは吸気量Ｖａだけでなく、燃料噴射量ｑにも関係するので、厳密には排気ガス量Ｖｇは吸気量Ｖａと等しくならないが、ここでは、燃料の燃焼によって生じる燃焼ガスの量と燃焼に使用された酸素ガスの量との差は全体の排気ガス量に比べて小さいとして、簡易的に、排気ガス量Ｖｇの代わりに吸気量Ｖａを用いる。つまり、空間速度ＳＶを「ＳＶ＝Ｖａ／Ｖｃ」で算出する。なお、以下の計算においても、排気ガス量Ｖｇの代わりに吸気量Ｖａを用いている。言い換えれば、空間速度ＳＶとして吸気量Ｖａを用いて、「Ｖａ／Ｖｃ」の値を代替値として用いる。

還元剤相当量算出部５２では、吸気量取得部４２で得られた吸気量Ｖａと排気ガス状態取得部４３で得られた排気ガス状態Ｃｇ（λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１）から、排気ガスＧ中に含まれているＨＣ、ＣＯがＮＯｘ触媒装置２１で還元機能を発揮するときの量を還元剤の量に換算した還元剤相当量Ｍｃを算出する。

この算出では、予め、吸気量Ｖａと排気ガス状態Ｃｇ（λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１）の組み合わせと還元剤相当量Ｍｃの関係を、予め実験等により求めてデータベース化しておき、マップデータ（還元剤相当量マップ（[λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１]→Ｍｃ））等を作成しておく。

あるいは、吸気量ＶａとＣＯ濃度Ｃｃ１からＣＯ量を、吸気量ＶａとＨＣ濃度Ｃｈ１からＨＣ量をそれぞれ算出して、この算出されたＨＣ量とＣＯ量から還元できるＮＯｘの量を算出する。そして、このＮＯｘの量を還元するのに必要な還元剤の量となる暫定還元剤相当量Ｍｃａを算出する。さらに、この暫定還元剤相当量ＭｃａをＮＯｘ還元効率ηａで割り算して補正して、最終的な還元剤相当量Ｍｃを算出する。このＮＯｘ還元効率ηａは、空間速度算出部５１で算出された空間速度ＳＶと、排気ガス状態取得部４３で算出された排気ガス状態Ｃｇ（λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１）を入力して、マップデータ（ＮＯｘ還元効率マップ（[λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１]→ηａ））等により、ＮＯｘ還元効率ηａを算出する。

ＮＯｘ吸着量算出部５３では、再生制御ではない通常運転中は、ＮＯｘ触媒装置２１でＮＯｘを吸蔵している状態であるので、ＮＯｘ触媒装置２１の上流側の第１ＮＯｘ濃度センサ３３で検出される第１ＮＯｘ濃度Ｃｎ１と、ＮＯｘ触媒装置２１の下流側の第２ＮＯｘ濃度センサ３４で検出される第２ＮＯｘ濃度Ｃｎ２とから、ＮＯｘ触媒装置２１に吸着されるＮＯｘ吸着量Ｎａを算出する。つまり、ＮＯｘ触媒装置２１に吸着されるＮＯｘ吸着量Ｎａは、「Ｎａ＝（Ｃｎ１－Ｃｎ２）×Ｖａ」となる。なお、ここで、Ｖａは吸気量（排気ガス量Ｖｇの代替量）である。

また、ＮＯｘ触媒装置２１に吸着されるＮＯｘ吸着量Ｎａの累積値がＮＯｘ触媒装置２１に吸着されているＮＯｘ吸着総量Ｎｔ（＝ΣＮａ×Δｔ）となり、再生開始制御部６１における再生制御の開始の判断に使用される。ここで「ｔ」は経過時間で、「Δｔ」は制御の時間間隔である。このＮＯｘ吸着総量Ｎｔは制御時間の間隔Δt毎に更新される。

また、ＮＯｘ放出量算出部５４では、ＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧの第１ＮＯｘ濃度Ｃｎ１に、第１ＮＯｘ濃度センサ３３で測定した値を用いているが、この替わりに、エンジン運転状態（例えば、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｑ（若しくは燃料噴射量ｑ））に基づいて、予め設定されたマップデータ（ＮＯｘ濃度推定マップ（［Ｎｅ、Ｑ］→Ｃｎ１））等のデータベースを用いて、即ち、ＮＯｘ濃度推定部（手段）を有して、エンジン運転状態から推定した値を第１ＮＯｘ濃度Ｃｎ１の代替値としてもよい。

一方、再生制御中で、リッチ空燃比制御をしているときには、ＮＯｘ触媒装置２１のＮＯｘ吸着可能量Ｎｍａｘは、触媒温度Ｔｃの影響を受けて、触媒温度Ｔｃがある程度以上になると低下し始める。そのため、触媒温度Ｔｃの上昇に伴ってＮＯｘ触媒装置２１に吸着しているＮＯｘ吸着総量Ｎｔは減少する。

このＮＯｘ吸着量算出部５３では、再生制御中における触媒温度ＴｃとＮＯｘ吸着可能量Ｎｍａｘの関係を、予め実験等により求めてデータベース化しておき、マップデータ（吸着可能量マップ（Ｔｃ→Ｎｍａｘ））等を作成しておく。そして、再生制御中は、触媒温度Ｔｃに対して、この吸着可能量マップを参照して、ＮＯｘ吸着可能量Ｎｍａｘを算出する。このＮＯｘ吸着可能量ＮｍａｘがＮＯｘ吸着総量Ｎｔより少なければ、ＮＯｘ吸着総量ＮｔとＮＯｘ吸着可能量Ｎｍａｘの差となるＮＯｘ量がＮＯｘ触媒装置２１から放出されて、ＮＯｘ吸着総量ＮｔはＮＯｘ吸着可能量Ｎｍａｘとなる。

一方、リッチ空燃比制御中は、ＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧに供給された還元剤により、ＮＯｘ触媒装置２１から放出されたＮＯｘは還元浄化され、窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）になる。そのため、ＮＯｘ吸着総量ＮｔはＮＯｘ吸着可能量Ｎｍａｘとなった後も、ＮＯｘの還元により減少を続ける。このＮＯｘの還元による減少量を、触媒温度Ｔｃ、吸気量Ｖａ、空間速度ＳＶ、排気ガス状態Ｃｇ（λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１）等を基に、実験結果等を元に作成した数値計算モデルやマップデータ(ＮＯｘ還元量マップ）をもとに算出して、ＮＯｘ吸着総量ＮｔからこのＮＯｘ還元量Ｎｄの減少量を引き算して、のＮＯｘ吸着総量Ｎｔを算出する。

また、ＮＯｘ放出量算出部５４では、第２ＮＯｘ濃度Ｃｎ２と吸気量Ｖａとから、ＮＯｘ触媒装置２１から放出される（スリップする）ＮＯｘ放出量Ｎｂを算出する。つまり、「Ｎｂ＝Ｃｎ２×Ｖａ」とする。あるいは、空間速度算出部５１で算出された空間速度ＳＶを入力して、マップデータ（ＮＯｘ放出量マップ）等により、ＮＯｘ触媒装置２１から放出されるＮＯｘ放出量Ｎｂを算出する。

なお、ＮＯｘ触媒装置２１に吸着されているＮＯｘ吸着総量Ｎｔから、触媒温度Ｔｃに依存するＮＯｘ吸着可能量Ｎｍａｘを引き算した値が、再生制御開始時刻からその制御時刻までの間に、ＮＯｘ触媒装置２１から放出されるＮＯｘ放出量Ｎｂとなる。

還元剤供給量算出部５５では、図５に示しているように、ＮＯｘ放出量算出部５４で算出されたＮＯｘ放出量Ｎｂに対して、このＮＯｘ放出量ＮｂのＮＯｘを還元できる暫定還元剤供給量Ｍａを算出する。更に、空間速度算出部５１で算出された空間速度ＳＶを入力して、マップデータ（ＮＯｘ還元効率マップ（ＳＶ→ηａ））等により、ＮＯｘ触媒装置２１におけるＮＯｘ還元効率ηａを算出する。そして、暫定還元剤供給量ＭａをＮＯｘ還元効率ηａで割り算して、還元剤供給量Ｍｂを算出する。

あるいは、図６に示すように、直接、空間速度ＳＶと暫定還元剤供給量Ｍａの関係を示す還元剤供給量マップ（ＳＶ→Ｍａ）を用いて、暫定還元剤供給量Ｍａを算出してもよい。この場合は、空間速度算出部５１で算出された空間速度ＳＶを入力して、マップデータ（還元剤供給量マップ）等により、暫定還元剤供給量Ｍａを算出する。

還元剤供給量補正部５６では、還元剤供給量算出部５５で算出された還元剤供給量Ｍｂを入力し、還元剤相当量算出部５２から還元剤相当量Ｍｃを入力する。そして、還元剤供給量Ｍｂから還元剤相当量Ｍｃを差し引いて最終的に、現時点で供給している還元剤供給量Ｍｃに対して、次回の還元剤供給で増減する、即ち、還元剤供給量Ｍｔの補正量ΔＭｔを算出する。つまり、「ΔＭｔ＝Ｍｂ－Ｍｃ」とし、現時点で供給されている還元剤相当量Ｍｃに対して、ＮＯｘ放出量Ｎｂを還元するのに必要とされる還元剤供給量Ｍｂとの差であるΔＭｔを算出して、次回の還元剤供給量Ｍｔを補正する。つまり、「Ｍｔ＝Ｍｔ＋ΔＭｔ」とする。

そして、再生用制御部６０は、再生開始制御部６１と還元剤供給制御部６２と再生終了制御部６３とを有し、次のような再生制御を実施するように構成されている。なお、この再生制御は、ＮＯｘ触媒装置２１に関する制御であり、尿素選択還元型触媒装置２３におけるＮＯｘ還元のための尿素水供給制御は別に行なわれる。

この再生開始制御部６１は、再生制御を開始するか否かを判断する制御部（手段）であり、予め設定されている再生開始条件を待たしているか否かを判定して、満たしていれば、排気ガスＧをリッチ空燃比にしてＮＯｘ触媒装置２１からＮＯｘを放出させるリッチ空燃比制御（ＮＯｘ再生制御）を開始するように構成されている。

この再生開始の条件として、ＮＯｘ吸着量算出部５３から入力したＮＯ吸着総量Ｎｔを入力し、このＮＯｘ吸着総量Ｎｔが予め設定された第１閾値Ｎｊ１以上になるか否かの条件、エンジンを搭載した車両が予め設定した走行距離に到達したか否かの条件、エンジン運転時間が予め設定した時間を経過したか否かの条件、又は、これらの組み合わせを採用できる。

また、還元剤供給制御部６２は、還元剤供給量補正部５６から還元剤供給量Ｍｔを入力して、この還元剤供給量Ｍｔの還元剤（未燃燃料）をエンジン本体１０におけるシリンダ内燃料噴射のポスト噴射で供給するように構成される。なお、ポスト噴射の替わりに、排気管内燃料噴射装置（図示しない）を、ＮＯｘ触媒装置２１よりも上流側の排気通路１１に設けて、この排気管内燃料噴射装置（図示しない）から排気ガスＧ中に未燃燃料を供給するように構成してもよい。

この還元剤供給制御では、ＮＯｘ触媒装置２１の触媒温度ＴｃをＮＯｘ触媒装置２１からＮＯｘを離脱させるとともに還元できる還元温度（例えば、２００℃程度）以上に昇温させる昇温制御と、触媒温度Ｔｃがこの還元温度以上になってから、ＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧの空燃比（空気量(質量)／燃料量(質量)）λｍをリッチ空燃比にして、ＮＯｘ触媒装置２１におけるＮＯｘ還元を行うリッチ空燃比制御とを行う。なお空気過剰率λとの関係は、「空気過剰率＝λ＝（実際の混合気の空燃比）／（理論空燃比）＝１／当量比」となる。

一方、再生終了制御部６３は、再生制御を終了するか否かを判断する制御部（手段）であり、予め設定されている再生終了条件を待たしているか否かを判定して、満たしていれば、リッチ空燃比制御（ＮＯｘ再生制御）を終了するように構成されている。

この再生終了の条件として、ＮＯｘ吸着量算出部５３から入力したＮＯ吸着総量Ｎｔが予め設定された第２閾値Ｎｊ２以下になるか否かの条件、再生制御を開始してからの経過時間が予め設定した時間を経過したか否かの条件、又は、これらの組み合わせを採用できる。

上記のように、この内燃機関の排気ガス浄化システム１で使用する制御装置３０は、データベースとして、ＮＯｘ濃度推定マップ(［Ｎｅ、Ｑ］→Ｃｎ１）、ＮＯｘ吸着可能量マップ(Ｔｃ→Ｎｍａｘ)、発熱量計算モデル（Ｑｇ＝ｆ（Ｖａ、λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１））若しくは発熱量マップ（［Ｖａ、λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１］→Ｑｇ）、ＮＯｘ放出量（ＮＯｘスリップ）マップ(ＳＶ→Ｎｂ)、還元剤相当量マップ（［Ｖａ、λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１］→Ｍｃ）、ＮＯｘ還元効率マップ（［ＳＶ、Ｖａ、λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１］→ηａ）、ＮＯｘ還元量マップ（［Ｔｃ、Ｖａ、ＳＶ、λｍ、Ｃｃ１、Ｃｈ１］→Ｎｄ）、還元剤供給量マップ（ＳＶ→Ｍａ）等を備えて構成されている。

次に、尿素選択還元型触媒装置２３におけるＮＯｘ還元を制御するための尿素水供給制御装置７０について説明する。この尿素選択還元型触媒装置２３におけるＮＯｘ還元は、尿素選択還元型触媒が活性化して、尿素水Ｕが加水分解して発生するアンモニアでＮＯｘを還元できる温度以上になってから有効になる。

そのため、排気ガスＧが低温時では、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ触媒装置２１で吸着処理で浄化されるので、尿素選択還元型触媒装置２３におけるＮＯｘ還元は、行われない。つまり、尿素水Ｕの噴射は行われない。また、行われるとしても、ＮＯｘ触媒装置２１で浄化しきれないＮＯｘの処理のために少量の尿素水Ｕの噴射が行われる。

一方、排気ガスＧが高温時では、ＮＯｘ触媒装置２１での吸着処理による浄化効率が低下するので、排気ガスＧ中のＮＯｘは尿素選択還元型触媒装置２３におけるＮＯｘ還元が主となる。

また、ＮＯｘ触媒装置２１に対する再生制御中は、ＮＯｘ触媒装置２１から貯蔵されていたＮＯｘが放出され、還元剤（ＨＣ、ＮＯ）により還元されるが、ＮＯｘ放出量が多くなると、還元されずにＮＯｘ触媒装置２１の下流側に流出するＮＯｘが増加するので、このＮＯｘを尿素水Ｕから発生するアンモニア（厳密には尿素選択還元型触媒装置２３に貯蔵（ストレージ）されているアンモニア）により尿素選択還元型触媒装置２３で浄化する。

そして、この尿素水供給制御装置は、図１の構成では制御装置（ＥＣＵ）３０に組み入れられて構成されているが、別の制御装置として独立させて構成してもよい。この尿素水供給制御装置７０は、図４に示すように、尿素水量算出部７１と尿素水供給部７２を備えて構成されている。

尿素水量算出部７１は、尿素選択還元型触媒装置２３におけるＮＯｘ還元のためのアンモニアの量Ｎｎを発生する尿素水Ｕの量である噴射尿素水量Ｕ１を算出するように構成されている。この噴射尿素水量Ｕ１の算出は、第２ＮＯｘ濃度Ｃｎ２と吸気量Ｖａから、尿素選択還元型触媒装置２３に流入するＮＯｘ流入量Ｎｓを算出し、このＮＯｘ流入量Ｎｓを還元するのに必要なアンモニア量Ｎｎを発生するための必要尿素水量Ｕａを算出する。

そして、ＮＯｘ触媒装置２１に対する再生制御中は、還元剤（ＨＣ、ＣＯ）としての未燃燃料が排気ガスＧ中に供給されるので、ＮＯｘ触媒装置２１の下流の第２ＮＯｘ濃度センサ３４を通過したあとの排気ガスＧ中のＮＯｘの一部が還元されて、尿素選択還元型触媒装置２３に流入するＮＯｘの量が変化する。

そのため、第２ＮＯｘ濃度Ｃｎ２と吸気量Ｖａから算出したＮＯｘ流入量Ｎｓを算出する替わりに、ＮＯｘ触媒装置２１の再生制御中においては、還元剤供給量補正部５６で算出された還元剤供給量の補正量ΔＭｔからＮＯｘ流入量Ｎｓを算出する。これにより、上記と同様にして、噴射尿素水量Ｕ１を算出する。

そして、実際には、ＮＯｘ流入量Ｎｓを還元するのに寄与するアンモニアとしては、尿素選択還元型触媒装置２３に事前に貯蔵されているアンモニアが寄与することが分かっているので、この尿素選択還元型触媒装置２３に事前に貯蔵されているアンモニア量（アンモニアストレージ量）を把握しておき、このアンモニアストレージ量と、噴射尿素水量Ｕ１から生成するアンモニア量と、ＮＯｘの還元で消費されるアンモニア量とを考慮して、噴射尿素水量Ｕ１を調整している。なお、ここでは、本発明に直接関係しないので、このアンモニアストレージ量を考慮した尿素水制御については周知技術を用いるものとする。

また、尿素水供給部７２は、尿素水量算出部７１でアンモニアストレージ量を考慮して算出された噴射尿素水量Ｕ１の尿素水Ｕを尿素水噴射弁２２から噴射するように構成される。

そして、上記の構成においては、図２に示すように、制御装置３０は、ＮＯｘ触媒装置２１の触媒温度Ｔｃを取得する触媒温度取得部４１と、触媒温度取得部４１で取得した触媒温度Ｔｃを直接的又は間接的に用いて還元剤供給量を算出する還元剤供給量算出部５５と、ＮＯｘ触媒装置２１のＮＯｘ吸着機能を回復するため再生制御を行う再生用制御部６０とを備えおり、図５及び図６に示すように、この再生用制御部６０が、還元剤供給量算出部５５で算出された還元剤供給量Ｍｔに基づいて、ＮＯｘ触媒装置２１のＮＯｘ吸着機能を回復するために還元剤を排気ガスＧ中に供給する。それと共に、還元剤供給量算出部５５が、再生制御のリッチ空燃比制御の期間中に、触媒温度取得部４１で取得した触媒温度Ｔｃを直接的又は間接的に用いて、還元剤供給量Ｍｔを算出する。

また、制御装置３０は、吸気量Ｖａを取得する吸気量取得部４２と、ＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧの空燃比λｍと一酸化炭素濃度Ｃｎ１と炭化水素濃度Ｃｎ２とを取得する排気ガス状態取得部４３とを備えており、それと共に、触媒温度取得部４１は、図３に示すように、触媒温度検出部４１ａと、ＮＯｘ触媒装置２１における発熱量Ｑｇを算出する発熱量算出部４１ｂと、触媒温度検出部４１ａで取得した触媒温度Ｔｃａを補正する触媒温度補正部４１ｃとを有している。

そして、図７に示すように、触媒温度取得部４１は、リッチ空燃比制御中に、発熱量算出部４１ｂで、吸気量取得部４２で取得した吸気量Ｖａと、排気ガス状態取得部４３で取得した排気ガスＧの空燃比λｍと一酸化炭素濃度Ｃｎ１と炭化水素濃度Ｃｎ２とから予め設定された発熱量データデータベースを参照して、ＮＯｘ触媒装置２１における発熱量Ｑｇを算出する。また、触媒温度補正部４１ｃで、発熱量算出部４１ｂで算出された発熱量Ｑｇを基に、触媒温度検出部４１ａで検出した触媒温度Ｔｃａを補正する。

また、制御装置３０は、ＮＯｘ触媒装置２１を通過する排気ガスＧの空間速度ＳＶを算出する空間速度算出部５１を備えており、還元剤供給量算出部５５が、空間速度算出部５１で算出した空間速度ＳＶから、予め設定された還元剤供給量データベースを参照して、還元剤供給量Ｍｂを算出する。

また、制御装置３０は、ＮＯｘ触媒装置２１を通過する排気ガスＧの空間速度ＳＶを算出する空間速度算出部５１と、ＮＯｘ触媒装置２１におけるＮＯｘ放出量を算出するＮＯｘ放出量算出部５４を備えており、還元剤供給量算出部５５が、ＮＯｘ放出量算出部５４で算出されたＮＯｘ放出量Ｎｂから、このＮＯｘ放出量ＮｂのＮＯｘを還元するための暫定還元剤供給量Ｍａを算出し、空間速度算出部５１で算出した空間速度ＳＶから、予め設定されたＮＯｘ還元効率データベースを参照して、ＮＯｘ還元効率ηａを算出し、暫定還元剤供給量ＭａをＮＯｘ還元効率ηａで割り算した値を還元剤供給量Ｍｂとする。

更に、ＮＯｘ放出量算出部５４が、空間速度算出部５１で算出した空間速度ＳＶから予め設定されたＮＯｘ放出量データベースを参照して、ＮＯｘ放出量Ｎｂを算出する。 また、制御装置３０は、ＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧの空燃比λｍと一酸化炭素濃度Ｃｎ１と炭化水素濃度Ｃｎ２とを取得する排気ガス状態取得部４３と、排気ガスＧ中のガス成分量から、これらのガス成分が還元剤に相当する還元剤相当量Ｍｃを算出する還元剤相当量算出部５２と、還元剤相当量Ｍｃに基づいてリッチ空燃比制御における還元剤供給量Ｍｂを補正する還元剤供給量補正部５６を備えている。

そして、再生用制御部６０は、再生制御のリッチ空燃比制御の期間中に、還元剤相当量算出部５２で、排気ガス状態取得部４３で取得した排気ガスＧの空燃比λｍと一酸化炭素濃度Ｃｎ１と炭化水素濃度Ｃｎ２とから予め設定された還元剤相当量データベースを参照して、一酸化炭素と炭化水素のガス成分が還元剤に相当する還元剤相当量Ｍｃを算出する。また、還元剤供給量補正部５６で、還元剤相当量算出部５２で算出された還元剤相当量Ｍｃを還元剤供給量Ｍｂから引き算して還元剤供給量Ｍｔの補正量ΔＭｔとする。

更には、この内燃機関の排気ガス浄化システム１は、尿素選択還元型触媒装置２３におけるＮＯｘ還元を制御するための尿素水供給制御装置７０を備えており、この尿素水供給制御装置７０は、図４に示すように、尿素選択還元型触媒装置２３におけるＮＯｘ還元のためのアンモニアの量を発生する尿素水Ｕの量である噴射尿素水量Ｕ１を算出する尿素水量算出部７１と、尿素水量算出部７１で算出された噴射尿素水量Ｕ１を尿素選択還元型触媒装置２３に流入する排気ガスＧ中に噴射する尿素水供給部７２とを備えている。

そして、尿素水量算出部７１が、再生制御におけるリッチ空燃比制御の期間中は、還元剤供給量補正部５６で算出された還元剤供給量Ｍｔの補正量ΔＭｔに相当するＮＯｘ量が尿素選択還元型触媒装置２３に流入するとして、このＮＯｘ量のＮＯｘを還元するためのアンモニアの量を発生する尿素水Ｕの量を噴射尿素水量Ｕ１とする。

次に、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法について説明する。この内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路１１に備えたＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置２１でＮＯｘを浄化する内燃機関の排気ガス浄化方法であり、この方法は、再生制御のリッチ空燃比制御の期間中に、取得した触媒温度Ｔｃを直接的又は間接的に用いて、ＮＯｘ触媒装置２１からのＮＯｘ放出量Ｎｂを算出するステップと、このＮＯｘ放出量Ｎｂからリッチ空燃比制御に必要な還元剤供給量Ｍｔを算出するステップと、この還元剤供給量Ｍｔに基づいて排気ガスＧ中への還元剤の供給を行うステップとを有して構成される。

また、リッチ空燃比制御において、ＮＯｘ触媒装置２１の触媒温度Ｔｃが昇温しているときは、還元剤供給量Ｍｔを増加して空燃比λｍを深くし、リッチ空燃比制御の後半で、ＮＯｘ放出量Ｎｂが減少したら還元剤供給量Ｍｔを減少して空燃比λｍを浅くする。

この上記の制御は、図８に示すような一例の制御フローで実施することができる。この図８の制御フローは内燃機関が運転を開始すると、上級の制御フローから呼ばれて、他の排気ガス浄化システム１の運転制御フローと並行して実施され、内燃機関の運転が終了する際には、割り込みが生じて、上級の制御フローに戻って、この上級の制御フローと共に終了するものとして示してある。

この図８の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、再生開始条件をチェックする。具体的には、ＮＯｘ触媒装置２１におけるＮＯｘ吸着総量Ｎｔが、予め設定された第１閾値Ｎｊ１以上であるか否かを判定する。ステップＳ１１で、ＮＯｘ吸着総量Ｎｔが第１閾値Ｎｊ１未満である場合（ＮＯ）には、予め設定した待ち時間Δｔｃｃの間待ってから、再度ステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１１で、ＮＯｘ吸着総量Ｎｔが第１閾値Ｎｊ１以上である場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１２に行き、再生開始制御を行い、ステップＳ１３で、触媒温度Ｔｃ、空間速度ＳＶ、還元剤供給量Ｍｂの算出と還元剤供給量Ｍｔの算出を行い、ステップＳ１４で、この算出結果に基づいて還元剤供給制御（リッチ空燃比制御）を行う。このステップＳ１４で、リッチ空燃比制御を予め設定した時間Δｔｒの間実施してからステップＳ１５に行く。

次のステップＳ１５で再生終了条件のチェックを行う。このステップＳ１５では、具体的には、ＮＯｘ吸着総量Ｎｔが予め設定された第２閾値Ｎｊ２以下であるか否かを判定する。ステップＳ１５で、ＮＯｘ吸着総量Ｎｔが第２閾値Ｎｊ２を超えている場合（ＮＯ）には、ステップＳ１３に戻る。また、ステップＳ１５で、ＮＯｘ吸着総量Ｎｔが第２閾値Ｎｊ２以下の場合（ＹＥＳ）には、再生終了条件を満たしているとして、ステップＳ１６で再生終了制御をして、ステップＳ１１に戻る。

あるいは、ステップＳ１５で、再生開始からの経過時間ｔが予め設定した判定時間ｔｊを超えたか否かで判定する。この場合は、ステップＳ１５で、経過時間ｔが判定時間ｔｊ以下の場合（ＮＯ）には、ステップＳ１３に戻る。また、ステップＳ１５で、経過時間ｔが判定時間ｔｊを超えている場合（ＹＥＳ）には、再生終了条件を満たしているとして、ステップＳ１６で再生終了制御をして、ステップＳ１１に戻る。

この再生終了制御では、リッチ空燃比制御でＮＯｘ触媒装置２１から放出されたＮＯｘの量を算出して、ＮＯｘ吸着算出量Ｎｃをリセットし、ＮＯｘ吸着算出量Ｎｃを初期値Ｎｃ０にする。その後ステップＳ１１に戻る。

そして、内燃機関の運転が終了されると、割り込みにより、ステップＳ２０の制御終了作業をした後リターンして上級の制御フローに戻り、この上級の制御フローと共に終了する。

さらに、このリッチ空燃比制御において、昇温してＮＯｘ触媒装置２１のＮＯｘ吸着量Ｎａが未だ多いときにはＮＯｘ放出量Ｎｂが増加するので、還元剤供給量Ｍｔを増加して空燃比λｍを深くする。また、リッチ空燃比制御の後半で、ＮＯｘ放出量Ｎｂが減少したら還元剤供給量Ｍｔを減少して空燃比λｍを浅くする。

さらには、ＮＯｘ触媒装置２１の下流側に尿素水選択還元型触媒装置２３を備えている場合には、アンモニア量と空燃比λｍとの関係を実験的に求め、データベース化しておき、リッチ空燃比制御時に生成するアンモニア量を尿素選択還元型触媒装置２３のアンモニアストレージ制御の計算値に組み込み、尿素噴射制御の補正を行う。

この実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、ＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置２１の再生制御中において、特に、低温型のＮＯｘ触媒のリッチ還元温度範囲とＮＯｘ放出温度が近接しているＮＯｘ触媒装置２１に対して、還元剤（ＨＣ、ＣＯ）の量をリッチ空燃比制御の期間中のＮＯｘ触媒装置２１の触媒温度Ｔｃの変化に対して最適化でき、還元剤及びＮＯｘのスリップ防止等の排気ガス処理の最適化と燃費悪化の最小化を図ることができる。

１ 内燃機関の排気ガス浄化システム
１０ エンジン本体
１１ 排気通路
１２ 吸気通路
２１ ＮＯｘ触媒装置
２２ 尿素水噴射弁
２３ 尿素選択還元型触媒装置
３０ 制御装置
３１ 第１排気ガス温度センサ
３２ 第２排気ガス温度センサ
３３ 第１ＮＯｘ濃度センサ
３４ 第２ＮＯｘ濃度センサ
３５ 第３ＮＯｘ濃度センサ
３６ 第１λセンサ（第１空燃比センサ）
３７ 第２λセンサ（第２空燃比センサ）
３８ ＭＡＦセンサ（吸気量センサ）
４０ データ取得部
４１ 触媒温度取得部
４１ａ 触媒温度検出部
４１ｂ 発熱量算出部
４１ｃ 触媒温度補正部
４２ 吸気量取得部
４３ 排気ガス状態取得部
５０ データ算出部
５１ 空間速度算出部
５２ 還元剤相当量算出部
５３ ＮＯｘ吸着量算出部
５４ ＮＯｘ放出量算出部
５５ 還元剤供給量算出部
５６ 還元剤供給量補正部
６０ 再生用制御部
６１ 再生開始制御部
６２ 還元剤供給制御部
６３ 再生終了制御部
７０ 尿素水供給制御装置
７１ 尿素水量算出部
７２ 尿素水供給部
Ａ 吸気
Ｇ 排気ガス
Ｕ 尿素水

Claims (10)

1. 内燃機関の排気通路に上流側から順にＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置と尿素水を噴射する尿素水噴射弁と噴射された尿素水から生じたアンモニアによりＮＯｘを還元する尿素選択還元型触媒装置とを備え、制御装置が前記ＮＯｘ触媒装置のＮＯｘ吸着機能を回復するために還元剤を排気ガス中に供給する再生制御を行うとともに尿素水供給制御装置が前記尿素選択還元型触媒装置におけるＮＯｘ還元を制御するために前記尿素水噴射弁から尿素水を排気ガス中に供給する制御を行う構成であり、前記ＮＯｘ触媒装置のＮＯｘ放出温度が前記尿素選択還元型触媒装置の活性化によりＮＯｘを還元可能な温度の範囲内である内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記制御装置はデータ取得部とデータ算出部と再生用制御部とを備え、
   再生制御のリッチ空燃比制御の期間中に、
   前記データ取得部が前記ＮＯｘ触媒装置の触媒温度と、吸気量と、前記ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガスの空燃比、一酸化炭素濃度、および、炭化水素濃度と、を取得し、
   前記データ算出部が、前記データ取得部が取得した値に基づいて、前回に算出された還元剤供給量の還元剤が噴射された状態で前記ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガスに含まれている一酸化炭素および炭化水素が前記ＮＯｘ触媒装置で還元機能を発揮するときの量を還元剤の量に換算した還元剤相当量と、前記ＮＯｘ触媒装置から放出されたＮＯｘを還元可能な還元剤の量である放出用の還元剤供給量と、前記放出用の還元剤供給量から前記還元剤相当量を際し引いた補正量と、前記前回に算出された還元剤供給量を前記補正量で補正した還元剤供給量と、を算出し、
   前記再生用制御部が前記データ算出部で算出された前記還元剤供給量に基づいて前記ＮＯｘ触媒装置のＮＯｘ吸着機能を回復するために還元剤を排気ガス中に供給する構成であり、
   前記尿素水供給制御装置は尿素水量算出部と尿素水供給部とを備え、
   再生制御のリッチ空燃比制御の期間中に、
   前記尿素水算出部が、前記データ算出部が算出した前記補正量に基づいて噴射尿素水量を算出し、
   前記尿素水供給部が前記尿素水量算出部で算出された前記噴射尿素水量を前記尿素選択還元型触媒装置に流入する排気ガス中に噴射する構成であることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
2. 前記データ取得部は、前記期間中に、前記吸気量と前記空燃比と前記一酸化炭素濃度と前記炭化水素濃度とから予め設定された発熱量データデータベースを参照して、前記ＮＯｘ触媒装置における発熱量を算出し、前記ＮＯｘ触媒装置の上流側の排気ガスの温度あるいは前記ＮＯｘ触媒装置の温度を前記触媒温度として検出し、前記発熱量算出部で算出された発熱量を基に、検出した前記触媒温度を補正する構成である請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
3. 前記データ算出部は、前記触媒温度、前記吸気量、および、前記ＮＯｘ触媒装置の体積から前記ＮＯｘ触媒装置を通過する排気ガスの空間速度を算出し、算出した前記空間速度から、予め設定された還元剤供給量データベースを参照して、前記放出用の還元剤供給量を算出する構成である請求項１又は２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
4. 前記データ算出部は、前記触媒温度、前記吸気量、および、前記ＮＯｘ触媒装置の体積から前記ＮＯｘ触媒装置を通過する排気ガスの空間速度と前記ＮＯｘ触媒装置におけるＮＯｘ放出量とを算出し、算出された前記ＮＯｘ放出量のＮＯｘを還元するための暫定還元剤供給量を算出し、前記空間速度から予め設定されたＮＯｘ還元効率データベースを参照して、ＮＯｘ還元効率を算出し、前記暫定還元剤供給量を前記ＮＯｘ還元効率で割り算した値を前記放出用の還元剤供給量とする構成である請求項１又は２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
5. 前記データ算出部は、前記空間速度から予め設定されたＮＯｘ放出量データベースを参照して、前記ＮＯｘ放出量を算出する構成である請求項３または４に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
6. 前記データ算出部は、前記吸気量、前記空燃比、前記一酸化炭素濃度、および、前記炭化水素濃度の組み合わせから予め設定された還元剤相当量データベースを参照して、前記還元剤相当量を算出する構成である請求項１～５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
7. 前記データ算出部は、前記吸気量および前記一酸化炭素濃度から算出した一酸化炭素量と前記吸気量および前記炭化水素濃度から算出した炭化水素量とから還元可能なＮＯｘの量を算出し、このＮＯｘの量を還元するのに必要な還元剤の量となる暫定還元剤相当量をＮＯｘ還元効率で補正して、前記還元剤相当量を算出する構成である請求項１～５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
8. 前記尿素水量算出部は、前記空燃比に基づいて前記ＮＯｘ触媒装置で生成されるアンモニア量を算出し、前記補正量に基づいて算出した前記噴射尿素水量を前記アンモニア量に基づいて補正する構成である請求項１～６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
9. 内燃機関の排気通路に備えたＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置でＮＯｘを浄化するとともに前記ＮＯｘ触媒装置よりも下流側に備えられて尿素水噴射弁から噴射された尿素水から生じたアンモニアによりＮＯｘを還元する尿素選択還元型触媒装置でＮＯｘを浄化し、前記ＮＯｘ触媒装置のＮＯｘ放出温度が前記尿素選択還元型触媒装置の活性化によりＮＯｘを還元可能な温度の範囲内である内燃機関の排気ガス浄化方法において、
   再生制御のリッチ空燃比制御の期間中に、
   前記ＮＯｘ触媒装置の触媒温度、吸気量、および、前記ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガスの空燃比、一酸化炭素濃度、ならびに、炭化水素濃度、を取得するステップを行い、
   次いで、取得した値に基づいて、前回に算出された還元剤供給量の還元剤が噴射された状態で前記ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガスに含まれている一酸化炭素および炭化水素が前記ＮＯｘ触媒装置で還元機能を発揮するときの量を還元剤の量に換算した還元剤相当量と、前記ＮＯｘ触媒装置から放出されたＮＯｘを還元可能な還元剤の量である放出用の還元剤供給量と、前記放出用の還元剤供給量から前記還元剤相当量を際し引いた補正量と、前記前回に算出された還元剤供給量を前記補正量で補正した還元剤供給量と、算出した前記補正量に基づいて噴射尿素水量と、を算出するステップを行い、
   次いで、算出された前記還元剤供給量に基づいて前記ＮＯｘ触媒装置のＮＯｘ吸着機能を回復するために還元剤を排気ガス中に供給するとともに、算出された前記噴射尿素水量を前記尿素選択還元型触媒装置に流入する排気ガス中に噴射するステップを行うことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。
10. リッチ空燃比制御において、前記ＮＯｘ触媒装置の触媒温度が昇温しているときは、還元剤供給量を増加して空燃比を深くし、リッチ空燃比制御の後半で、ＮＯｘ放出量が減少したら還元剤供給量を減少して空燃比を浅くする請求項９に記載の内燃機関の排気ガス浄化方法。

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