JPWO2010055573A1

JPWO2010055573A1 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JPWO2010055573A1
Application number: JP2010537640A
Authority: JP
Inventors: 加藤　健治; 健治加藤; 増田　桂; 桂増田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2012-04-05
Also published as: EP2348203A1; CN102132017A; US20110126523A1; WO2010055573A1

Abstract

この発明は、ナビゲーションシステムの情報を利用して、始動時にＮＯｘやＨ２Ｓ等の成分が排出されるのを防止し、排気エミッションを向上させることを目的とする。ＥＣＵ５０には、車両に搭載されるナビゲーションシステム５２を接続する。ＥＣＵ５０は、ナビゲーションシステム５２から得られる自車の現在位置や走行履歴に基いて、内燃機関１０の停止時期が近いかどうかを予測する。そして、停止時期が近いときには、停止に先立ってリッチスパイク制御を実行し、ＮＯｘ触媒２６の再生処理を行う。これにより、触媒２６に残留しているＮＯｘ成分や硫黄成分を内燃機関１０の停止前に除去することができる。従って、次回の始動時に暖機運転が行われたとしても、ＮＯｘや硫化水素が排出されるのを回避することができる。

Description

本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、ナビゲーションシステム等を利用する構成とした内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（日本特開２００５−１０５９４９号公報）に開示されているように、ナビゲーションシステムの情報を利用する内燃機関の排気浄化装置が知られている。従来技術の排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒を備えており、この触媒に必要に応じて燃料（還元剤）を供給することにより、触媒に吸蔵されていたＮＯｘの還元処理を実行する。

また、従来技術では、内燃機関の停止時期が近いと予測されるときに、還元剤の供給を停止する構成としている。この場合、内燃機関の停止時期は、ナビゲーションシステムにより取得した車両の現在位置情報等に基いて予測される。これにより、従来技術では、内燃機関の停止時に余分な還元剤が触媒等に残留した状態となり、この還元剤が次回の始動時に外部に排出されるのを防止する構成としている。

日本特開２００５−１０５９４９号公報日本特開２０００−２４０４３１号公報

ところで、上述した従来技術では、内燃機関の始動時に触媒用の還元剤が排出されるのを防止する構成としている。しかしながら、ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒には、内燃機関の停止後にも、排気ガス中のＮＯｘ成分が吸蔵された状態で残っていることが多い。また、触媒には、燃料中の硫黄成分が付着し易いので、この硫黄成分も触媒に残留している場合がある。このため、次回の始動時には、上述した残留成分がＮＯｘやＨ_２Ｓとなって排出されることになり、排気エミッションが悪化するという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明は、ナビゲーションシステムの情報を利用して、始動時にＮＯｘやＨ_２Ｓ等の成分が排出されるのを防止することができ、排気エミッションを向上させることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。

第１の発明は、車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中のＮＯｘ成分を吸蔵して還元するＮＯｘ触媒と、
車両の現在位置および走行履歴を含む情報を走行情報として取得する情報取得手段と、
前記走行情報に基いて内燃機関の停止時期が近いと予測されるときに、内燃機関の排気空燃比を通常運転時よりもリッチ化する触媒再生制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明によると、前記触媒再生制御手段は、前記走行情報として得られた車両の現在位置と、前記情報取得手段に登録された目的地とを比較することにより、内燃機関の停止時期が近いか否かを予測する構成としている。

第３の発明によると、前記触媒再生制御手段は、前記走行情報として得られた車両の走行履歴に基いて、内燃機関の停止時間が暖機運転を必要とするほど長いか否かを予測し、停止時間が長いと予測したときには、停止に先立って排気空燃比をリッチ化する構成としている。

第４の発明は、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ成分の量を取得するＮＯｘ吸蔵量取得手段を備え、
前記触媒再生制御手段は、前記ＮＯｘ成分の吸蔵量がＮＯｘ用基準判定値以上であるときに、当該ＮＯｘ成分の還元処理を行うために排気空燃比をリッチ化する構成としている。

第５の発明は、前記ＮＯｘ触媒に付着した硫黄成分の量を取得する硫黄付着量取得手段を備え、
前記触媒再生制御手段は、前記硫黄成分の付着量が硫黄用基準判定値以上であるときに、当該硫黄成分の脱離処理を行うために排気空燃比をリッチ化する構成としている。

第６の発明によると、前記触媒再生制御手段は、前記硫黄成分の脱離処理を行うときに、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ成分の還元処理に必要な時間よりも長い時間にわたって排気空燃比をリッチ化する構成としている。

第７の発明によると、前記触媒再生制御手段は、前記走行情報として得られる道路交通情報または走行時刻に基いて前記脱離処理の実行状態を調整する構成としている。

第８の発明によると、前記触媒再生制御手段は、前記走行情報として得られる車両の現在位置と現在の日付、および外気温度のうち少なくとも１つの情報に基いて、次回の始動時における内燃機関の温度を推定し、当該推定温度に応じて内燃機関の停止時に前記ＮＯｘ触媒に残留するＮＯｘ成分の量を予め調整する構成としている。

第１の発明によれば、触媒再生制御手段は、情報取得手段から得た走行情報に基いて、内燃機関の停止時期が近いことを予測することができる。これにより、排気空燃比をリッチ化する制御（リッチスパイク制御など）を内燃機関の停止前に実行し、その後に内燃機関を停止させることができる。このため、ＮＯｘ触媒に残留しているＮＯｘ成分や硫黄成分を内燃機関の停止前に除去することができる。このため、次回の始動時に暖機運転が行われたとしても、ＮＯｘや硫化水素が排出されるのを回避することができ、始動から暖機運転時の排気エミッションを低減させることができる。

第２の発明によれば、車両が目的地に到着したときには、内燃機関が停止される可能性が高い。このため、触媒再生制御手段は、例えば車両の現在位置から目的地までの距離または時間が一定のレベル以下になったとき、即ち、車両が目的地の近くに到達したときに、内燃機関の停止時期が近いものと予測することができる。

第３の発明によれば、内燃機関の停止時間が長くなる場合には、過去の走行履歴を利用してこれを予測することができる。従って、この場合には、排気空燃比をリッチ化してから、内燃機関を停止させることができ、触媒に残留したＮＯｘ成分や硫黄成分を機関停止前に除去することができる。しかも、車両の駐車場所が情報取得手段に登録された目的地とは関係ない場合でも、機関停止前の適切なタイミングで排気空燃比のリッチ化を行うことができる。このため、情報取得手段の走行情報をより有効に活用し、きめの細かい制御を行うことができる。また、内燃機関の停止時間が短く、暖機運転が不要な場合には、リッチ化を実行せずに済むから、燃料を節約することができる。

第４の発明によれば、触媒再生制御手段は、例えばＮＯｘ吸蔵量が還元処理を必要とするほど多い場合にのみ、排気空燃比をリッチ化することができる。このため、ＮＯｘ吸蔵量が少ない場合には、不要なリッチ化が行われるのを回避することができ、燃料を節約することができる。

第５の発明によれば、触媒再生制御手段は、例えば硫黄成分の付着量が脱離処理を必要とするほど多い場合にのみ、排気空燃比をリッチ化することができる。このため、硫黄成分の付着量が少ない場合には、不要なリッチ化が行われるのを回避することができ、燃料を節約することができる。

第６の発明によれば、触媒再生制御手段は、硫黄成分の脱離処理を行うときに、ＮＯｘ成分の還元処理に必要な時間よりも長い時間にわたって排気空燃比をリッチ化することができる。このため、必要最小限の燃料を使用するだけで、硫黄成分の脱離処理とＮＯｘ成分の還元処理とを一緒に効率よく行うことができる。

第７の発明によれば、触媒再生制御手段は、道路交通情報または走行時刻に基いて脱離処理の実行状態を調整することができる。これにより、例えば渋滞走行中には、硫黄成分の脱離処理が実行され難くすることができる。従って、周囲に車両や人間が密集した渋滞走行中にも拘らず、脱離処理によりＳＯｘ等が排出されるのを防止することができ、周囲の環境に配慮することができる。また、例えば夜間走行中には、脱離処理が実行され易くすることができる。従って、周囲に車両や人間が少ない夜間走行中には、脱離処理を積極的に行うことができ、周囲の環境に配慮しつつ、脱離処理の効率を高めることができる。

第８の発明によれば、触媒再生制御手段は、車両の現在位置、現在の日付および外気温度のうち少なくとも１つの情報に基いて車両周辺の温度環境を取得し、この温度環境に応じて次回始動時の機関温度を推定することができる。そして、推定した機関温度に応じてリッチスパイク制御等の実行状態を変更することにより、機関停止後のＮＯｘ残留量を予め適切に調整しておくことができる。これにより、例えば冬季や寒冷地等において、極端なリッチ雰囲気で暖機運転が行われる場合でも、吸蔵状態のＮＯｘが排出されるのを防止することができる。また、夏季や温暖な地域等では、機関停止前に無駄なリッチ化等を実行せずに済み、その実行タイミングを的確に設定することができる。

本発明の実施の形態１において、内燃機関側のシステム構成を説明するための全体構成図である。本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。本発明の実施の形態４において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。

符号の説明

１０内燃機関
１２気筒
１４ピストン
１６燃焼室
１８吸気通路
２０排気通路
２２スロットルバルブ
２４スタート触媒
２６ＮＯｘ触媒
２８燃料タンク
３０燃料噴射弁
３２点火プラグ
３４吸気バルブ
３６排気バルブ
３８Ａ／Ｆセンサ
４０酸素濃度センサ
４２外気温センサ
５０ＥＣＵ
５２ナビゲーションシステム（情報取得手段）

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１及び図２を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、本発明の実施の形態１において、内燃機関側のシステム構成を説明するための全体構成図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、例えば希薄燃焼型のエンジンからなる内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の気筒１２内には、ピストン１４が設けられており、ピストン１４は気筒１２内に燃焼室１６を形成すると共に、図示しないクランク軸に連結されている。

また、内燃機関１０は、吸入空気を燃焼室１６内に吸込む吸気通路１８と、燃焼室１６から排気ガスを排出する排気通路２０とを備えている。吸気通路１８には、運転者のアクセル操作等に応じて吸入空気量を増減させる電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられている。また、排気通路２０には、スタート触媒２４と、ＮＯｘ触媒２６とが設けられている。さらに、気筒１２には、燃料タンク２８内の燃料を吸気ポートに噴射する燃料噴射弁３０と、燃焼室１６内の混合気に点火する点火プラグ３２と、吸気通路１８を燃焼室１６に対して開，閉する吸気バルブ３４と、排気通路２０を燃焼室１６に対して開，閉する排気バルブ３６とが設けられている。

ここで、ＮＯｘ触媒２６について説明すると、この触媒は、いわゆるＮＯｘ吸蔵還元（NOx Storage Reduction）型の触媒により構成されている。即ち、ＮＯｘ触媒２６は、排気ガス中のＮＯｘ成分を一旦吸蔵し、このＮＯｘ成分を後述の還元処理により還元、浄化するものである。また、ＮＯｘ触媒２６は、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の表面に、白金Ｐｔ等の貴金属と、ＮＯｘ吸蔵材とが配置された触媒成分を有している。ＮＯｘ吸蔵材としては、例えば、カリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれる少なくとも一つを用いることができる。なお、本明細書において、「吸蔵」という用語には、「保持」、「吸着」、「吸収」等に類似するすべての概念が含まれるものとする。

さらに、本実施の形態のシステムは、Ａ／Ｆセンサ３８、酸素濃度センサ４０、外気温センサ４２等を含むセンサ系統と、内燃機関１０の運転状態を制御するためのＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。Ａ／Ｆセンサ３８は、例えばＮＯｘ触媒２６の上流側で排気空燃比を検出するものであり、酸素濃度センサ４０は、ＮＯｘ触媒２６の下流側で排気空燃比がリッチであるかリーンであるかを検出するものである。また、外気温センサ４２は外気の温度を検出する。

さらに、上述したセンサ系統には、内燃機関の機関回転数を検出する回転センサ、吸入空気量を検出するエアフロメータ、冷却水温度を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ５０の入力側に接続されている。一方、ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルバルブ２２、燃料噴射弁３０、点火プラグ３２等を含めて各種のアクチュエータが接続されている。

そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動することにより運転制御を行う。即ち、ＥＣＵ５０は、運転者のアクセル開度等に応じてスロットルバルブ２２を開，閉しつつ、エアフロメータにより検出した吸入空気量に応じて燃料噴射弁３０から燃料を噴射させる。また、ＥＣＵ５０は、例えば内燃機関１０の機関回転数、負荷状態等に応じて適切な点火時期を算出し、目標の点火時期が到来したときに、点火プラグ３２により点火を行う。

一方、内燃機関１０が搭載される車両には、情報取得手段としてのナビゲーションシステム５２が搭載されている。ナビゲーションシステム５２は、例えば日本特開２０００−２４０４３１号公報等に記載されているように、自車位置を検出するためのＧＰＳ装置と、走行路がデータ化された地図データと、目的地等を記憶するための記憶回路とを備えており、一般的に公知なものである。より詳しく述べると、ナビゲーションシステム５２は、車両の運転者等が目的地を登録することにより、地図データに基いて目的地への最適な走行経路を決定する。そして、走行中には、自車位置を検出しつつ、最適な走行経路に沿うように車両の案内を行う。また、ナビゲーションシステム５２の記憶回路には、過去に走行した日時や経路等の情報を含む走行履歴と、運転者等により登録された目的地（例えば自宅、勤務先、旅行先等）の情報とが記憶されている。

このように、ナビゲーションシステム５２は、車両の現在位置、過去の走行履歴、現在の日付と時刻、走行路の渋滞情報、目的地等を含む情報（以下、走行情報と称す）を取得することができる。また、本実施の形態では、ナビゲーションシステム５２がＥＣＵ５０と接続されており、ＥＣＵ５０は、ナビゲーションシステム５２から走行情報を得ることが可能となっている。そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転中に希薄燃焼制御を実行しつつ、前記走行情報に基いて適切なタイミングでリッチスパイク制御を実行する構成となっている。以下、これらの制御について説明する。

（希薄燃焼制御）
希薄燃焼制御は、通常運転時の燃焼制御として実行されるもので、例えば高出力を必要としない運転領域等において、排気空燃比を理論空燃比（ストイキ）よりもリーン側に保持するものである。具体的に述べると、希薄燃焼制御では、Ａ／Ｆセンサ３８と酸素濃度センサ４０により排気空燃比を検出しつつ、その出力に応じて燃料噴射量を制御し、排気空燃比をリーン化する。従って、希薄燃焼制御によれば、中・低速の運転領域等において、燃費性能や排気エミッションを向上させることができる。

（リッチスパイク制御）
リッチスパイク制御は、一般的に知られているように、ＮＯｘ触媒２６に吸蔵されたＮＯｘ成分を還元したり、触媒２６の硫黄被毒を解消するために実行される。具体的に述べると、リッチスパイク制御では、例えば余分な燃料噴射を行うことにより、排気空燃比を通常運転時（希薄燃焼時）よりもリッチ化する。即ち、排気空燃比をストイキまたはストイキよりもリッチ側に変化させる。これにより、ＮＯｘ触媒２６がリッチ雰囲気（還元雰囲気）に晒されると、触媒内に吸蔵されていたＮＯｘ成分は、触媒の作用により還元されてＮ_２等になり、浄化される。また、ＮＯｘ触媒２６の硫黄被毒時にも、これをリッチ雰囲気に晒すことにより、触媒中に付着した硫黄成分を脱離させることができる。従って、リッチスパイク制御によれば、ＮＯｘ触媒２６の再生処理を行うことができる。

しかしながら、従来技術では、触媒２６に比較的多量のＮＯｘが吸蔵された状態で内燃機関が停止されることがある。この場合、停止が長時間に及んだ後に、再始動が行われると、排気空燃比は、暖機運転によりストイキまたはリッチ側に制御される。このとき、ＮＯｘ触媒２６は不活性状態、即ち、ＮＯｘ還元能が不十分な状態であるから、吸蔵されていたＮＯｘは、触媒２６から脱離してそのまま排出されることになり、排気エミッションが悪化するという問題がある。

そこで、本実施の形態では、ナビゲーションシステム５２から得られる走行情報に基いて内燃機関の停止時期が近いと予測されるときに、リッチスパイク制御を実行し、ＮＯｘ触媒２６の還元処理を行う構成としている。ここで、停止時期の予測方法の具体例を挙げると、ＥＣＵ５０は、まず、車両の走行中に、ナビゲーションシステム５２により取得した自車の現在位置と、ナビゲーションシステム５２による案内動作の目的地とを比較する。この目的地とは、ナビゲーションシステム５２に登録された複数個所の目的地のうち、運転者により行き先として選択された目的地である。車両が目的地に到着したときには、内燃機関が停止される可能性が高い。このため、ＥＣＵ５０は、例えば車両の現在位置から目的地までの距離または時間が一定のレベル以下になったとき、即ち、車両が目的地の近くに到達したときに、内燃機関の停止時期が近いものと予測し、リッチスパイク制御を実行する。

これにより、内燃機関の停止前にリッチスパイク制御を実行し、その後に内燃機関を停止させることができるから、触媒２６に残留しているＮＯｘ成分を内燃機関の停止前に還元し、これを除去することができる。このため、次回の始動時に暖機運転が行われたとしても、ＮＯｘが排出されるのを回避することができる。従って、本実施の形態によれば、ナビゲーションシステム５２の情報を利用して、始動時の排気エミッションを向上させることができる。

また、ＥＣＵ５０は、ナビゲーションシステム５２により取得した過去の走行履歴に基いて、内燃機関の停止時間が暖機運転を必要とするほど長いか否かを予測する。そして、停止時間が長いと予測したときには、停止に先立ってリッチスパイク制御を実行する。具体的に述べると、ＥＣＵ５０は、まず、車両の駐車時間が長くなる可能性が高い特定の場所を、過去の走行履歴から取得する。これらの場所は、過去に長時間の駐車が行われた場所であり、具体例を挙げれば、勤務先の駐車場、駅付近の駐車場などである。このような場所では、内燃機関が長時間の停止で冷えた状態となり、次回の始動時には、リッチ空燃比での暖機運転が行われる可能性が高い。このため、ＥＣＵ５０は、例えば車両の現在位置から前記特定の場所までの距離または時間が一定のレベル以下になったとき、即ち、車両が長時間の駐車を行う可能性がある場所に近づいたときに、内燃機関が長時間にわたって停止されるものと予測し、車両がこれらの場所に到着する前にリッチスパイク制御を実行する。

これにより、内燃機関の停止時間が長くなる場合には、過去の走行履歴を利用してこれを予測することができ、リッチスパイク制御を実行してから内燃機関を停止させることができる。この結果、触媒２６に残留したＮＯｘ成分を機関停止前に除去することができ、始動時の暖機運転によりＮＯｘが排出されるのを回避することができる。しかも、車両の駐車場所がナビゲーションシステム５２に登録された目的地とは関係ない場合でも、機関停止前の適切なタイミングでリッチスパイク制御を実行することができる。このため、ナビゲーションシステム５２の走行情報をより有効に活用し、きめの細かい制御を行うことができる。また、内燃機関の停止時間が短く、暖機運転が不要な場合には、リッチスパイク制御を実行せずに済むから、燃料を節約することができる。

一方、ＮＯｘ触媒２６に残留しているＮＯｘ成分が少ないときには、機関停止前にリッチスパイク制御を行う必要がない。そこで、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転中に、例えば機関回転数、スロットル開度、空燃比等の状態に応じて排気ガス中のＮＯｘ量を推定し、このＮＯｘ量を積算することにより、ＮＯｘ触媒２６に吸蔵されたＮＯｘ量を取得する。そして、ＮＯｘの吸蔵量がＮＯｘ用基準判定値α以上であるか否かを判定する。ここで、ＮＯｘ用基準判定値αとは、ＮＯｘの還元処理が必要となる吸蔵量のレベルであり、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。そして、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘの吸蔵量がＮＯｘ用基準判定値α以上であるときにのみ、機関停止前のリッチスパイク制御を実行する。これにより、ＮＯｘの吸蔵量が少ない場合には、不要なリッチスパイク制御が実行されるのを回避することができる。

さらに、始動時の暖機運転によりＮＯｘ触媒２６から脱離するＮＯｘの量は、温度環境にも影響される。即ち、低温始動時には、暖機運転により空燃比をリッチ化する度合いが大きくなり、その分だけ触媒２６に吸蔵されていたＮＯｘが脱離し易くなる。このため、例えば冬季や寒冷地等では、機関停止後に触媒２６に吸蔵されたＮＯｘ成分の残留量をより少量に抑えるのが好ましい。

そこで、本実施の形態では、ナビゲーションシステム５２により取得した自車の現在位置と現在の日付、および外気温センサ４２により取得した外気温度に基いて、次回の始動時における内燃機関の温度を推定する。そして、推定した温度に応じて機関停止後のＮＯｘ残留量を調整する構成としている。より詳しく述べると、ＥＣＵ５０は、まず、自車の現在位置と日付に基いて現在地の気候、季節等を判別し、また外気温度に基いて車両周辺の気温や冷込みの度合い等を判別する。次に、これらの判別結果に応じて次回始動時の温度を推定する。そして、次回始動時の推定温度が低くなるにつれて、触媒２６に吸蔵されたＮＯｘ成分の残留量を減少させるものである。

ＮＯｘ成分の残留量を減少させる方法の一例を挙げれば、（１）リッチスパイク制御の実行時間を延長したり、実行回数を増加させる（２）ＮＯｘ残留量の許容限度（後述の上限判定値α）を小さくすることにより、ＮＯｘ残留量が少量でもリッチスパイク制御が実行されるようにする、などである。なお、上記制御では、次回始動時の機関温度を推定するときに、自車の現在位置、現在の日付および外気温度を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、これら３つのパラメータのうち少なくとも１つを用いて次回始動時の機関温度を推定する構成としてもよい。

上記制御によれば、車両周辺の温度環境に応じて次回始動時の機関温度を推定することができ、この推定温度に応じて機関停止後のＮＯｘ残留量を予め適切に調整しておくことができる。これにより、例えば冬季や寒冷地等において、極端なリッチ雰囲気で暖機運転が行われる場合でも、吸蔵状態のＮＯｘが排出されるのを防止することができる。また、夏季や温暖な地域等では、機関停止前に無駄なリッチスパイク制御を実行せずに済み、その実行タイミングを的確に設定することができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図２は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、車両の運転中に繰返し実行されるものとする。そして、図２に示すルーチンでは、まず、ナビゲーションシステム５２から走行情報を読込む（ステップ１００）。また、前述したように、触媒２６のＮＯｘ吸蔵量を推定し、その推定値を読込む（ステップ１０２）。

次に、取得した走行情報に基いて自車の現在位置が自宅を含む目的地付近であるか否かを判定する（ステップ１０４）。この判定成立時には、前述したように内燃機関の停止時期が近いと予測されるので、リッチスパイク制御を実行するために、前記ＮＯｘ用基準判定値αを小さな値α1に設定する（ステップ１０６）。また、ステップ１０４の判定が不成立のときには、ナビゲーションシステム５２から過去の走行履歴を読込む（ステップ１０８）。そして、この走行履歴に基いて長時間の駐車が予想される場所の付近であるか否かを判定する（ステップ１１０）。この判定成立時には、前記ステップ１０６でＮＯｘ用基準判定値αを小さな値α1に設定する。また、ステップ１１０の判定が不成立のときには、内燃機関の停止時期が近いわけではないので、通常の判定基準に従ってリッチスパイク制御を行うために、ＮＯｘ用基準判定値αを前記小さな値α1よりも大きな値α2（α2＞α1）に設定する（ステップ１１２）。

次に、ステップ１１４では、ＮＯｘの吸蔵量が上限判定値α以上であるか否かを判定する。この判定成立時には、ＮＯｘの吸蔵量が還元処理を行うべきレベルに達している。そこで、ＥＣＵ５０は、まず、前述したように次回始動時の機関温度を推定し、この推定温度に応じてＮＯｘ残量の目標値を設定する（ステップ１１６）。次に、ＮＯｘ残量の目標値に応じてリッチスパイク制御の実行時間、実行回数等を設定し、この設定に基いてリッチスパイク制御を実行する（ステップ１１８）。このように、本実施の形態によれば、ナビゲーションシステム５２を利用して、機関停止後における触媒２６のＮＯｘ吸蔵量を確実に抑制することができる。

実施の形態２．
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様のシステム構成（図１）を採用している。しかし、本実施の形態は、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒に対処しており、この点で実施の形態１と異なるものである。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態２の特徴］
ＮＯｘ触媒は、燃料中に含まれる硫黄成分が付着することにより、硫黄被毒を受けることが知られている。従来技術では、触媒２６に比較的多量の硫黄成分が付着した状態で内燃機関が停止されることがある。この状態で、次回の始動時に暖機運転が行われると、例えば触媒内のアルミナや貴金属等のように脱離し易い部位に付着していた硫黄成分は、比較的低温でも触媒から脱離する。そして、脱離した硫黄成分は、ストイキまたはリッチ雰囲気において排気ガス中に存在する水素と反応し、有害な硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を生成するという問題がある。

そこで、本実施の形態では、ナビゲーションシステム５２から得られる走行情報に基いて内燃機関の停止時期が近いと予測されるときに、リッチスパイク制御を実行し、ＮＯｘ触媒２６内の硫黄成分を脱離させる構成としている。ここで、停止時期の予測には、前記実施の形態１とほぼ同様の方法が用いられる。また、本実施の形態では、実施の形態１とほぼ同様に、ナビゲーションシステム５２により取得した過去の走行履歴に基いて、内燃機関の停止時間が暖機運転を必要とするほど長いか否かを予測する。そして、停止時間が長いと予測したときには、停止に先立ってリッチスパイク制御を実行し、ＮＯｘ触媒２６内の硫黄成分を脱離させる。

さらに、本実施の形態では、内燃機関の制御パラメータ等に基いて、ＮＯｘ触媒２６に付着した硫黄成分の量を推定する。そして、硫黄成分の付着量が硫黄用基準判定値β以上であるときにのみ、機関停止前のリッチスパイク制御を実行する。ここで、硫黄用基準判定値βとは、硫黄成分の脱離処理が必要となる付着量のレベルであり、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。

これらの制御によれば、ＮＯｘ触媒２６に付着する硫黄成分に対しても、実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。即ち、ＮＯｘ触媒２６に付着した硫黄成分を機関停止前に脱離させることができ、始動時の暖機運転により硫化水素が排出されるのを回避することができる。また、車両の駐車場所がナビゲーションシステム５２に予め登録された目的地とは関係ない場合でも、長時間の駐車が行われるときには、機関停止前の適切なタイミングで硫黄成分を脱離させることができる。さらに、硫黄成分の付着量が少ない場合には、不要なリッチスパイク制御の実行を回避することができる。

［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
図３は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、車両の運転中に繰返し実行されるものとする。そして、図３に示すルーチンでは、まず、前述したように、内燃機関の制御パラメータ等に基いて、ＮＯｘ触媒２６に付着した硫黄成分の量であるＳ被毒量を推定する（ステップ２００）。そして、Ｓ被毒量が上限判定値Ｌ以上であるか否かを判定する（ステップ２０２）。ここで、上限判定値Ｌとは、硫黄成分の脱離処理が直ちに必要とされる過大な付着量のレベルであり、硫黄用基準判定値βよりも大きな値に設定されている。そして、ステップ２０２の判定が不成立のときには、後述のステップ２１０に移る。

また、ステップ２０２の判定成立時には、内燃機関の運転状態を読込み（ステップ２０４）、硫黄成分の脱離処理（Ｓ回復制御）の実行タイミングであるか否かを判定する（ステップ２０６）。ここで、Ｓ回復制御の実行タイミングとは、排気温度を上昇させ、かつ排気空燃比をリッチ化することが可能なタイミング（運転状態）である。そして、ステップ２０６の判定成立時には、排気温度を上昇させると共に、排気空燃比をリッチ化することにより、強いＳ回復制御を実行する（ステップ２０８）。

ここで、燃料中の硫黄成分は、例えばＢaＳＯ₄等の硫酸塩となってＮＯｘ触媒２６内に固着することがある。このような硫黄成分は、例えばアルミナや貴金属等のような脱離し易い部位に付着した硫黄成分と比較して、脱離させるのが困難である。これに対し、強いＳ回復制御は、高温下でリッチ空燃比を実現することにより、強固に付着した硫黄成分を脱離させることができる。

一方、ステップ２０６の判定が不成立のときには、実施の形態１と同様に、ナビゲーションシステム５２から走行情報を読込み（ステップ２１０）、自車の現在位置が自宅を含む目的地付近であるか否かを判定する（ステップ２１２）。この判定成立時には、内燃機関の停止時期が近いと予測されるので、後述のステップ２１８に移る。また、ステップ２１２の判定が不成立のときには、ナビゲーションシステム５２から過去の走行履歴を読込む（ステップ２１４）。そして、この走行履歴に基いて長時間の駐車が予想される場所の付近であるか否かを判定する（ステップ２１６）。この判定成立時にはステップ２１８に移り、判定が不成立のときにはそのまま終了する。

即ち、ステップ２１８の判定は、自車の現在位置が目的地付近であるか、または長時間の駐車が予想される場所の付近である場合に行われる。そして、ステップ２１８では、Ｓ被毒量が前述した硫黄用基準判定値β以上であるか否かを判定する。この判定成立時には、弱いＳ回復制御であるリッチスパイク制御を実行する（ステップ２２０）。

ここで、弱いＳ回復制御（リッチスパイク制御）は、排気空燃比をストイキまたはリッチ側に保持するもので、ＮＯｘ触媒２６内で脱離し易い部位に付着した硫黄成分の脱離処理を行うものである。この部位に付着した硫黄成分は、次回始動時の暖機運転により比較的容易に脱離し、硫化水素となって排出される。弱いＳ回復制御によれば、始動時に硫化水素になり易い硫黄成分の脱離処理を機関停止前に済ませておくことができる。

また、ＮＯｘ還元時のリッチスパイク制御は、一般的に知られているように、例えば１分毎に１〜２秒のリッチスパイクを発生させる。これに対し、硫黄脱離時のリッチスパイク制御は、一般的に、ＮＯｘ還元時に必要な時間よりも長い時間（例えば、５〜１０分程度）にわたって実行される。即ち、本実施の形態では、ステップ２２０のリッチスパイク制御により、必要最小限の燃料を使用するだけで、硫黄成分の脱離処理とＮＯｘ成分の還元処理とを一緒に効率よく行うことができる。

実施の形態３．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１，２とほぼ同様のシステム構成（図１）を採用している。しかし、本実施の形態は、実施の形態１または２の制御内容に加えて、道路交通情報を制御に用いる構成としており、この点で実施の形態１と異なるものである。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態３の特徴］
ＮＯｘ触媒２６内に付着していた硫黄成分は、脱離処理が行われると、ＳＯｘ等となって外部に排出される。このため、脱離処理は、出来るだけ周囲の環境に影響を与えない場所で実行されるのが好ましい。そこで、本実施の形態では、ナビゲーションシステム５２から走行情報として得た道路交通情報（ＶＩＣＳ渋滞情報）に基いて、脱離処理の実行状態を調整する構成としている。ＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System）とは、特定の機関（VICSセンター）で編集された渋滞や交通規制等の道路交通情報を、個々の車両のナビゲーションシステム５２等にリアルタイムで送信するもので、一般的に公知なものである。

より詳しく述べると、ＥＣＵ５０は、ＶＩＣＳ情報により渋滞走行中であると判定したときに、触媒内の硫黄付着量（Ｓ被毒量）の許容限度（基準判定値）を通常走行時よりも大きくし、脱離処理が実行され難いようにする。この制御によれば、周囲に車両や人間が密集した渋滞中にも拘らず、脱離処理によりＳＯｘ等が排出されるのを防止することができ、周囲の環境に配慮することができる。

［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
図４は、本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、前記実施の形態１，２の制御（図２，図３）のうち少なくとも一方の制御と並行して実施されるものである。図４に示すルーチンでは、まず、前記実施の形態２のステップ２００と同様の処理により、ＮＯｘ触媒２６のＳ被毒量を推定する（ステップ３００）。また、ナビゲーションシステム５２からＶＩＣＳ渋滞情報と、自車の現在位置とを読込む（ステップ３０２，３０４）。

次に、ＶＩＣＳ渋滞情報に基いて現在の走行路が渋滞中であるか否かを判定する（ステップ３０６）。そして、この判定成立時には、基準判定値を渋滞走行用の大きな値ａに設定し（ステップ３０８）、Ｓ被毒量が基準判定値ａ以上であるか否かを判定する（ステップ３１０）。ここで、渋滞走行用の基準判定値ａとは、渋滞走行中でも硫黄成分の脱離処理が直ちに必要となる過大な付着量のレベルであり、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。そして、ステップ３１０の判定成立時には、Ｓ回復制御（リッチスパイク制御）を実行する（ステップ３１２）。

一方、ステップ３０６の判定が不成立のときには、渋滞走行中ではないので、基準判定値を、通常走行用（非渋滞走行用）の小さな値ｂに設定し（ステップ３１４）、Ｓ被毒量が基準判定値ｂ以上であるか否かを判定する（ステップ３１６）。ここで、通常走行用の基準判定値ｂとは、渋滞してない走行状態において、硫黄成分の脱離処理を行うべき付着量のレベルであり、渋滞走行用の基準判定値ａよりも小さな値に設定されている（ａ＞ｂ）。そして、ステップ３１６の判定成立時には、前記ステップ３１２でＳ回復制御を実行する。また、この判定が不成立のときには、Ｓ回復制御を実行せずに終了する。このように、本実施の形態によれば、渋滞走行中にＳ回復制御を実行し難くすることができる。

実施の形態４．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１，２とほぼ同様のシステム構成（図１）を採用している。しかし、本実施の形態は、実施の形態１または２の制御内容に加えて、走行時刻を制御に用いる構成としており、この点で実施の形態１と異なるものである。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態４の特徴］
前記実施の形態３で述べたように、硫黄成分の脱離処理は、出来るだけ周囲の環境に影響を与えない場所で実行されるのが好ましい。そこで、本実施の形態では、ナビゲーションシステム５２から走行情報として得た走行時刻に基いて、脱離処理の実行状態を調整する構成としている。より詳しく述べると、ＥＣＵ５０は、走行時刻が夜間（深夜）であると判定したときに、Ｓ被毒量の許容限度（基準判定値）を通常走行時よりも小さくし、脱離処理が実行され易いようにする。この制御によれば、周囲に車両や人間が少ない夜間走行中には、脱離処理を積極的に行うことができる。従って、周囲の環境に配慮しつつ、脱離処理の効率を高めることができる。

［実施の形態４を実現するための具体的な処理］
図５は、本発明の実施の形態４において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、前記実施の形態１，２の制御（図２，図３）のうち少なくとも一方の制御と並行して実施されるものである。図５に示すルーチンでは、まず、前記実施の形態３と同様に、ＮＯｘ触媒２６のＳ被毒量を推定する（ステップ４００）。また、ナビゲーションシステム５２から現在の時刻を読込む（ステップ４０２）。

次に、現在の時刻が深夜であるか否かを判定する（ステップ４０４）。そして、この判定成立時には、基準判定値を夜間走行用の小さな値ｃに設定し（ステップ４０６）、Ｓ被毒量が基準判定値ｃ以上であるか否かを判定する（ステップ４０８）。ここで、夜間走行用の基準判定値ｃは、脱離処理を行っても問題がない夜間走行中において、硫黄成分の脱離処理を積極的に行うために比較的小さな値に設定されている。そして、ステップ４０８の判定成立時には、実施の形態３と同様に、Ｓ回復制御を実行する（ステップ４１０）。

一方、ステップ４０８の判定が不成立のときには、夜間走行中ではないので、基準判定値を、通常走行用（日中走行用）の大きな値ｄに設定し（ステップ４１２）、Ｓ被毒量が基準判定値ｄ以上であるか否かを判定する（ステップ４１４）。ここで、通常走行用の基準判定値ｄとは、日中走行時において、硫黄成分の脱離処理を行うべき付着量のレベルであり、夜間走行用の基準判定値ｃよりも大きな値に設定されている（ｄ＞ｃ）。そして、ステップ４１４の判定成立時には、前記ステップ４１０でＳ回復制御を実行する。また、この判定が不成立のときには、Ｓ回復制御を実行せずに終了する。このように、本実施の形態によれば、夜間走行中にＳ回復制御を実行し易くすることができる。

なお、前記実施の形態では、図２中のステップ１００〜１１８、図３中のステップ２００〜２２０、図４中のステップ３００〜３１２、図５中のステップ４００〜４１０が触媒再生制御手段の具体例を示している。また、図２中のステップ１０２はＮＯｘ吸蔵量取得手段の具体例を示し、図３乃至図５中のステップ２００，３００，４００は硫黄付着量取得手段の具体例を示している。

また、実施の形態１では、ＮＯｘ吸蔵量に着目した制御を行い、実施の形態２では、硫黄被毒量に着目した制御を行う構成とした。この場合、本発明では、実施の形態１と実施の形態２を組合わせて一緒に行う構成としてもよい。これと同様に、本発明では、実施の形態３と実施の形態４とを組合わせて一緒に行う構成としてもよい。

また、実施の形態１，２では、過去の走行履歴に基いて長時間の駐車が行われる場所を判別する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば長時間の駐車が行われ易い時間帯をナビゲーションシステム５２から走行情報として取得し、この時間帯に近づいたときにリッチスパイク制御を行う構成としてもよい。

Claims

車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中のＮＯｘ成分を吸蔵して還元するＮＯｘ触媒と、
車両の現在位置および走行履歴を含む情報を走行情報として取得する情報取得手段と、
前記走行情報に基いて内燃機関の停止時期が近いと予測されるときに、内燃機関の排気空燃比を通常運転時よりもリッチ化する触媒再生制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記触媒再生制御手段は、前記走行情報として得られた車両の現在位置と、前記情報取得手段に登録された目的地とを比較することにより、内燃機関の停止時期が近いか否かを予測する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記触媒再生制御手段は、前記走行情報として得られた車両の走行履歴に基いて、内燃機関の停止時間が暖機運転を必要とするほど長いか否かを予測し、停止時間が長いと予測したときには、停止に先立って排気空燃比をリッチ化する構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ成分の量を取得するＮＯｘ吸蔵量取得手段を備え、
前記触媒再生制御手段は、前記ＮＯｘ成分の吸蔵量がＮＯｘ用基準判定値以上であるときに、当該ＮＯｘ成分の還元処理を行うために排気空燃比をリッチ化する構成としてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ＮＯｘ触媒に付着した硫黄成分の量を取得する硫黄付着量取得手段を備え、
前記触媒再生制御手段は、前記硫黄成分の付着量が硫黄用基準判定値以上であるときに、当該硫黄成分の脱離処理を行うために排気空燃比をリッチ化する構成としてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記触媒再生制御手段は、前記硫黄成分の脱離処理を行うときに、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ成分の還元処理に必要な時間よりも長い時間にわたって排気空燃比をリッチ化する構成としてなる請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記触媒再生制御手段は、前記走行情報として得られる道路交通情報または走行時刻に基いて前記脱離処理の実行状態を調整する構成としてなる請求項５または６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記触媒再生制御手段は、前記走行情報として得られる車両の現在位置と現在の日付、および外気温度のうち少なくとも１つの情報に基いて、次回の始動時における内燃機関の温度を推定し、当該推定温度に応じて内燃機関の停止時に前記ＮＯｘ触媒に残留するＮＯｘ成分の量を予め調整する構成としてなる請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。