WO2009031483A1

WO2009031483A1 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: WO2009031483A1
Application number: PCT/JP2008/065626
Authority: WO
Inventors: Kohei Yoshida; Takamitsu Asanuma; Hiromasa Nishioka; Hiroshi Otsuki
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2009-03-12
Also published as: EP2199555A4; US20100071347A1; EP2199555B1; EP2199555A1; US8209954B2; JP4983491B2; JP2009062850A

Abstract

内燃機関において、機関排気通路内にＮＯX吸蔵触媒（１２）が配置され、ＮＯX吸蔵触媒（１２）の下流にＮＯX選択還元触媒（１４）が配置される。ＮＯX吸蔵触媒（１２）からＮＯXを放出すべくＮＯX吸蔵触媒（１２）に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリーンからリッチに切換えられる直前に、ＮＯX選択還元触媒（１４）に吸着されているアンモニアを除去するのに必要な量のＮＯXがリーン空燃比のもとでＮＯX選択還元触媒１４に供給される。

Description

明細書内燃機関の排気浄化装置技術分野

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。背景技術

機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中の含まれる N〇_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵した N O _xを放出する N◦ _x吸蔵触媒を配置し、 NO_x吸蔵触媒の下流に、吸着したアンモニアによって排気ガス中の N〇_xを選択的に還元しうる N〇_x選択還元触媒を配置し、 N〇_x吸蔵触の上流に三元触媒を配置し、 N〇_x吸蔵触媒から N〇_xを放出すべきにはミ元触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるようにした内燃機関が公知である（特開平 1 1 一 3 0 1 1 7号公報参照）。

この内燃機関では NO_x吸蔵触媒から NO_xを放出すべく排気ガスの空燃比が一時的にリーンからリッチに切換えられたときに三元触媒において比較的多量のアンモニアが発生せしめられ、このとき N 〇 _x吸蔵触媒において N〇 _xの還元のために使用されなかったアンモニァが NO_x吸蔵触媒から流出する場合がある。この場合には NO_x 吸蔵触媒から流出したアンモニアは N O_x選択還元触媒に吸着される。

一方、この内燃機関では排気ガスの空燃比がリーンに維持されている通常運転時には N〇_x吸蔵触媒に吸蔵されなかった僅かな量の NO_xが N〇_x吸蔵触媒から流出する場合がある。しかしながらこの内燃機関ではこのように N〇_x吸蔵触媒から N O_xが流出した場合、この NO_xは NO_x選択還元触媒に吸着しているアンモニアによって還元される。別の角度からみるとこのとき N〇_x選択還元触媒に吸着しているアンモニアは NO_xを還元するために消費され、 NO_x選択還元触媒から除去される。

しかしながらこの内燃機関では N〇 _x吸蔵触媒からの N〇 _xの流出はなりゆきで行われており、従って N〇 _x吸蔵触媒から N〇 _xが流出しない状態が継続すると N〇_x選択還元触媒に吸着しているアンモニァは NO_xと反応して除去されることなく NO_x選択還元触媒に吸着し続ける。その結果、 N〇_x選択還元触媒への吸着アンモニア量が飽和し、斯くして排気ガスの空燃比がリッチにされる毎にそのとき発生するアンモニアが N〇_x選択還元触媒をすり抜けて大気中に排出されるという問題を生ずる。発明の開示

本発明の目的は、 N〇_x選択還元触媒を常時アンモニアが吸着しうる状態に維持することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本発明によれば、機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる N〇_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵した N O_x を放出する N〇_x吸蔵触媒を配置し、 N O_x吸蔵触媒下流の機関排気通路内に、吸着したアンモニアによって排気ガス中の NO_xを選択的に還元しうる N〇_x選択還元触媒を配置し、 NO_x吸蔵触媒から N 〇_xを放出すべきには N〇_x吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるようにした内燃機関の排気浄化装置において、 N〇_x吸蔵触媒から N〇_xを放出すべく N〇_x吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリーンからリッチに切換えられる直前に、 N〇_x選択還元触媒に吸着されているアンモニァを除去するためのアンモニア除去制御を実行するようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。

本発明では、 N〇_x選択還元触媒に吸着されているアンモニアがなりゆきで除去されるのではなくて、予め定められた時期にアンモニァの除去制御が実行され、それによつて N〇_x選択還元触媒が、常時アンモニアが吸着しうる状態に維持される。図面の簡単な説明

図 1 は圧縮着火式内燃機関の全体図、図 2は N O _x吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図、図 3はアンモニア除去用 N O _x供給制御のタイムチャート、図 4は吸蔵 N〇_x量 N O X Aのマップ等を示す図、図 5はリッチ処理時の還元剤の量等を示す図、図 6は N〇_x 選択還元触媒への流入アンモニア量を示す図、図 7は排気浄化処理を行うためのフローチャート、図 8は吸着アンモニアの除去方法を説明するための図、図 9は N〇_x選択還元触媒へのアンモニア飽和吸着量等を示す図、図 1 0は排気浄化処理を行うためのフローチヤート、図 1 1 は排気浄化処理を行うためのフローチャート、図 1 2 は圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図、図 1 3はアンモニァの飽和吸着量をチェックするためのリッチ処理等を説明するための図、図 1 4はアンモニアの飽和吸着量をチェックするチェック制御を行うためのフローチヤ一卜である。発明を実施するための最良の形態

図 1 に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。

図 1 を参照すると、 1 は機関本体、 2は各気筒の燃焼室、 3は各 — 燃焼室 2内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、 4 は吸気マニホルド、 5 は排気マニホルドを夫々示す。吸気マ二ホルド 4は吸気ダク卜 6 を介して排気ターボチャージャ 7 のコンプレツサ 7 aの出口に連結され、コンプレッサ 7 aの入口は吸入空気量検出器 8 を介してエアクリーナ 9 に連結される。吸気ダクト 6内にはステップモー夕により駆動されるスロットル弁 1 0が配置され、更に吸気ダクト 6周りには吸気ダクト 6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置 1 1 が配置される。図 1 に示される実施例では機関冷却水が冷却装置 1 1 内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホルド 5は排気ターボチャージャ 7の排気夕ービン 7 bの入口に連結され、排気タービン 7 bの出口は N〇_x吸蔵触媒 1 2 の入口に連結される。一方、 N O _x吸蔵触媒 1 2 の出口は排気管 1 3 を介して、排気ガスの空燃比がリーンのときにアンモニアによって排気ガス中の N〇_xを選択的に還元しうる N〇_x選択還元触媒 1 4に連結される。この N〇_x選択還元触媒 1 4はアンモニア吸着タイプの例えば F eゼォライ卜から形成される。

排気マ二ホルド 5 と吸気マ二ホルド 4 とは排気ガス再循環（以下、 E G Rと称す）通路 1 5 を介して互いに連結され、 E G R通路 1 5内には電子制御式 E G R制御弁 1 6が配置される。また、 E G R 通路 1 5周りには E G R通路 1 5内を流れる E G Rガスを冷却するための冷却装置 1 7が配置される。図 1 に示される実施例では機関冷却水が冷却装置 1 7内に導かれ、機関冷却水によって E G Rガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁 3 は燃料供給管 1 8 を介してコモンレール 1 9 に連結され、このコモンレール 1 9 は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ 2 0 を介して燃料タンク 2 1 に連結される。燃料タンク 2 1 内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ 2 0 によつてコモンレール 1 9内に供給され、コモンレール 1 9内に供給された燃料は各燃料供給管 1 8 を介して燃料噴射弁 3 に供 aされる。電子制御ュニッ卜 3 0 はデジタルコンピュータからな Ό 、双方向性バス 3 1 によつて互いに接続された R〇 M (リード、ォンリメモリ

) 3 2 、 R A M (ランダムアクセスメモリ） 3 3 、 C P U (マイク

□プ□セッサ） 3 4 、入力ポート 3 5および出力ポ ―卜 3 6 を具備する。 N〇_x選択還元触媒 1 4には N O _x選択還元触媒 1 4の床温を検出するための温度センサ 2 2が取付けられ、この温度センサ 2 2 および吸入空気量検出器 8の出力信号は夫々対応する A D変換器 3 7 を介して入力ポート 3 5 に入力される。また、アクセルペダル 4 0 にはアクセルペダル 4 0の踏込み量 Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ 4 1 が接続され、負荷センサ 4 1 の出力電圧は対応する A D変換器 3 7 を介して入力ポート 3 5 に入力される。更に入力ポート 3 5 にはクランクシャフトが例えば 1 5 ° 回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ 4 2が接続される。一方、出力ポート 3 6 は対応する駆動回路 3 8 を介して燃料噴射弁 3、スロットル弁 1 0の駆動用ステップモー夕、 E G R制御弁 1 6および燃料ポンプ 2 0 に接続される。

まず初めに図 1 に示される N〇_x吸蔵触媒 1 2 について説明すると、この N〇_x吸蔵触媒 1 2上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図 2 ( A ) , ( B ) はこの触媒担体 4 5の表面部分の断面を図解的に示している。図 2 ( A ) , ( B ) に示されるように触媒担体 4 5の表面上には貴金属触媒 4 6が分散して担持されており、更に触媒担体 4 5の表面上には N O _x吸収剤 4 7 の層が形成されている。

本発明による実施例では貴金属触媒 4 6 として白金 P t が用いられており、 N〇_x吸収剤 4 7 を構成する成分としては例えば力リウム、ナトリウム N a、セシウム C s のようなアルカリ金属、ノリゥム B a、カルシウム C aのようなアルカリ土類、ランタン L a、イツトリウム Yのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。

機関吸気通路、燃焼室 2および NO_x吸蔵触媒 1 2上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、 NO_x吸収剤 4 7は排気ガスの空燃比がリーンのときには NO_xを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収した N〇_xを放出する N〇_xの吸放出作用を行う。

即ち、 N O_x吸収剤 4 7を構成する成分としてバリウム B aを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれる NOは図 2 ( A) に示されるように白金 P t 4 6上において酸化されて N0₂となり、次いで N〇_x吸収剤 4 7内に吸収されて炭酸バリウム B a C〇 ₃と結合しながら硝酸イオン N O ₃ の形で N〇 _x吸収剤 4 7内に拡散する。このようにして NO_xが N〇_x吸収剤 4 7内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金 P t 4 6の表面で N〇 ₂が生成され、 N〇 _x吸収剤 4 7の N〇 _x吸収能力が飽和しない限り N.O ₂が N O _x吸収剤 4 7内に吸収されて硝酸イオン N O ₃ が生成される。

一方、燃焼室 2内における混合気の空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすると、又は排気行程中に燃焼室 2内に追加の燃料を噴射することによって排気ガスの空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（N〇₃—→ N0₂) に進み、斯くして図 2 ( B ) に示されるように NO_x吸収剤 4 7内の硝酸イオン N0₃ が N0₂の形で N〇_x吸収剤 4 7から放出される。次いで放出された N〇_xは排気ガス中に含まれる未燃 H C ， C Oによって還元され、例えば放出された NO_xが C〇によって還元された場合には図 2 ( B ) に示されるように N₂と C〇₂になるこのように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中の N O _xが N 〇 _x吸収剤 4 7内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間に N O _x吸収剤 4 7の N O j (吸収能力が飽和してしまい、斯くして N O _x吸収剤 4 7 により N O _xを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例では NO_x 吸収剤 4 7の吸収能力が飽和する前に排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによつて N〇_x吸収剤 4 7から 1^ 0)；を放出させるようにしている。

ところで NO_x吸収剤 4 7から N〇_xを放出すべく排気ガスの空燃比がリッチにされると図 2 ( B ) に示されるように一部の C〇は排気ガス中に含まれる水 H₂〇と反応して H₂を生成する。次いでこの H₂は N〇_x吸収剤 4 7からの放出 N〇₂から生成される N₂と反応してアンモニア NH₃を生成する。即ち、 N〇_x吸収剤 4 7から N〇_x を放出すべく排気ガスがリッチにされると N O_x吸蔵触媒 1 2においてアンモニア NH₃が生成される。このアンモニア NH₃は N〇_x 吸蔵触媒 1 2から流出して NO_x選択還元触媒 1 4に吸着される。

この状態を放置しておくと NO_x選択還元触媒 1 4の吸着アンモニァ量が飽和状態となり、排気ガスの空燃比がリッチにされる毎に発生するアンモニアが NO_x選択還元触媒 1 4をすり抜けてしまうという問題を生ずる。そこで本発明ではこのような問題が発生するのを阻止するために、 N〇_x吸蔵触媒 1 2から N〇j (を放出すべく N O_x吸蔵触媒 1 2 に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリーンからリッチに切換えられる直前に、 N〇_x選択還元触媒 1 4に吸着されているアンモニアを除去するためのアンモニア除去制御を実行するようにしている。

もう少し具体的に言うと、本発明による実施例では排気ガスの空燃比がリッチになる直前に N O _x吸蔵触媒 1 2から N〇 _xが流出せしめられ、この N〇_xによって N〇_x選択還元触媒 1 4に吸着されているアンモニアが除去される。即ち、本発明による実施例では上述ァンモニァ除去制御は、 N〇_x選択還元触媒 1 4に吸着されているァンモニァを除去するのに必要な量の N〇_xを排気ガスの空燃比がリーンのもとで NO_x選択還元触媒 1 4に供給するアンモニア除去用 N〇 _x供給制御からなる。

図 3はこのアンモニア除去用 NO_x供給制御のタイムチャートを示している。なお、図 3において AZFは排気ガスの空燃比を示しており、 N Dは NO_x吸蔵触媒 1 2から流出する N〇_x量、即ち N O _x選択還元触媒 1 4に流入する流入 N〇_x量を示しており、 NHは N 〇_x吸蔵触媒 1 2から流出するアンモニア量、即ち N〇_x選択還元触媒 1 4に流入する流入アンモニア量を示しており、 N Sは N〇_x吸蔵触媒 1 2 に吸蔵されている吸蔵 NO_x量を示しており、 H Sは N O_x選択還元触媒 1 4に吸着されている吸着アンモニア量を示している。

図 3に示されるように排気ガスの空燃比 AZ Fがリーンからリツチに切換えられると N O_x吸蔵触媒 1 2から NO_xが放出され、従つて吸蔵 NO_x量 N Sが急速に低下する。一方、このとき NO_x吸蔵触媒 1 2 においてアンモニアが生成されるので N〇_x選択還元触媒 1 4に流入する流入アンモニア量 NHが一時的に増大し、その結果、 N〇_x選択還元触媒 1 4への吸着アンモニア量 H Sが増大する。なお、図 3において N S Xは排気ガスの空燃比 A Fがリッチに切換えられるときの吸蔵 N〇_x量 N Sを表している。次いで排気ガスの空燃比 A/ Fがリッチから再びリーンに戻されるとその後暫らくの間は流入 N〇_x量はほぼ零になる。即ち、排気ガス中に含まれるほとんど全ての N〇_xは N O_x吸蔵触媒 1 2に吸蔵される。また、この間は NO_x吸蔵触媒 1 2においてアンモニアが発生せず、従って流入アンモニア量 NHは零となる。

次いで N〇_x吸蔵触媒 1 2の NO_x吸蔵能力が飽和に近ずくと排気ガス中に含まれる全ての N〇_xを NO_x吸蔵触媒 1 2が吸蔵しえなくなり、排気ガス中に含まれる一部の NO_xが N O_x吸蔵触媒 1 2 をすり抜けるようになる。この N〇 _xのすり抜け量は時間の経過と共に増大し、その結果時間の経過と共に N O_x選択還元触媒 1 4への流入 N〇_x量 NDが増大する。 NO_x選択還元触媒 1 4に吸着されているアンモニアはこの流入 N〇_xを還元するために消費され、斯くして時間の経過と共に吸着アンモニア量 H Sが減少する。

図 3に示されるように本発明による実施例では N〇_x吸蔵触媒 1 2における N O _xのすり抜けは吸着アンモニア量 H Sが零になるまで行われ、吸着アンモニア量 H Sが零になると排気ガスの空燃比 A Z Fがリーンからリッチに切換えられて N〇_xのすり抜けが停止される。即ち、本発明による実施例では排気ガスの空燃比がリーンのもとで N〇_x吸蔵触媒 1 2をすり抜ける NO_xの量が NO_x選択還元触媒 1 4に吸着されているアンモニアを除去するのに必要な量になつたときに排気ガスの空燃比がリーンからリッチに一時的に切換えられる。

次に図 4から 8 を参照しつつ本発明による第 1実施例について説明する。

この第 1実施例では N〇_x選択還元触媒 1 4に吸着されているァンモニァ量 H Sを推定する吸着アンモニア量推定手段が設けられており、この吸着アンモニア量推定手段により推定された吸着アンモニァ量の全部又は一部を除去するのに必要な NO_xを排気ガスの空燃比がリーンのもとで N〇_x選択還元触媒 1 4に供給するようにしている。

この場合、この第 1実施例では上述の吸着アンモニア量推定手段は、 NO_x吸蔵触媒 1 2から N〇_xを放出すべく排気ガスの空燃比がリッチにされたときのリッチ度合およびリッチ時間に基づいて吸着アンモニア量を推定する。

この第 1実施例では機関から単位時間当り排出される NO_x量と、 N〇_x吸蔵触媒 1 2が単位時間当り吸蔵しうる N〇_x量、即ち N O _x吸蔵速度から N〇_x吸蔵触媒 1 2における N〇_xのすり抜け量が算出される。即ち、この第 1実施例では機関から単位時間当り排出される N〇_x量 NO XAが機関の要求トルク T Qおよび機関回転数 N の関数として図 4 ( A) に示すようなマップの形で予め R OM 3 2 内に記憶されている。

一方、 N O_x吸蔵触媒 1 2の NO_x吸蔵速度 A N Sは NO_x吸蔵触媒 1 2の吸蔵 N〇_x量 N Sの関数であり、図 4 ( B ) に示されるように N〇_x吸蔵速度 A N Sは吸蔵 N〇_x量 N Sが増大するにつれて低下する。なお、図 4 ( B ) において a , b , c , dは N〇_x吸蔵触媒 1 2の劣化度合が異なる場合を示しており、これら劣化度合については d > c > b > aなる関係がある。即ち、劣化度合が高くなるほど、 N〇_x吸蔵速度 Δ N Sは低下する。図 4 ( B ) に示される関係は予め R OM 3 2内に記憶されている。

機関からの排出 N〇_x量 NO XAに比べて NO_x吸蔵速度 A N Sが高い場合には機関から排出された N〇_xは全て NO_x吸蔵触媒 1 2に吸蔵される。これに対し、機関からの排出 NO_x量 N O XAに比べて N〇 _x吸蔵速度 Δ N Sが低い場合には機関から排出された N〇 _xのうちの N〇_x吸蔵速度 A N Sに相当する量の NO_xのみが N〇_x吸蔵触媒 1 2に吸蔵され、残りの NO_x ( = NO XA- A N S ) は N O_x 吸蔵触媒 1 2 をすり抜けることになるのように機関からの排出

NO_x量 NO XAと N〇_x吸蔵速度 Δ N Sから N O_xのすり抜け量を算出することができる。

一方、追加燃料が供給されて排気ガスの空燃比がリツチにされる場合、この追加燃料の一部は排気ガス中の酸素を喰って空燃比をリーンから理論空燃比まで低下させるために使用され、残りの追加燃料はその極く一部がアンモニアの生成に使用されるがその大部分、即ち図 5 ( A) においてハッチングで示される部分は NO_x吸蔵触媒 1 2から放出された N〇_xを還元するための還元剤として使用される。従って図 5 ( A) においてハッチングで示される還元剤の量 Qは排気ガスの空燃比がリッチにされたときの吸蔵 N〇 _x量 N S X

(図 3 ) から定まり、図 5 ( B ) に示されるようにこの還元剤の量 Qは吸蔵 N O _x量 N S Xに比例することになる。

還元剤の量 Qを変化させるには図 5 ( A) に示されるリッチ度合およびリッチ時間のいずれか一方又は双方を変化させる必要があるが第 1実施例ではリツチ度合を一定に維持した状態でリツチ時間を変化させることによって還元剤の量 Qを変化させるようにしている。従って第 1実施例では図 5 (C) に示されるようにリッチ時間が還元剤の量 Qに比例して変化せしめられる。

図 6 (A) , (B) は NO_x吸蔵触媒 1 2において生成され、 N 〇_x選択還元触媒 1 4に流入する流入アンモニア量 NHと、図 5 ( A) に示されるリッチ度合、リッチ時間との関係を示している。図 6 ( A) に示されるように流入アンモニア量 NHはリッチ度合が高くなると指数関数的に増大する。一方、図 6 (B) に示されるように流入アンモニア量 N Hはリッチ時間に比例する。従ってリッチ度合およびリッチ時間から流入アンモニア量 NH、即ち N〇_x選択還元触媒 1 4に吸着されるアンモニア量を推定できることになる。図 7 に第 1実施例を実行するための排気浄化処理ルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。この第 1実施例では NO_x選択還元触媒 1 4へのアンモニア吸着量が推定され、この吸着アンモニアを除去するのに必要な NO_x量の目標値 X。が算出され、この目標値 X。に応じた量の N〇_xが NO_x選択還元触媒 1 4に供給される。

図 7 を参照するとまず初めにステップ 5 0において図 4 ( A ) に示すマップから機関からの単位時間当りの排出 N O_x量 N O X Aが算出される。次いでステップ 5 1では図 4 ( B ) に示す関係から吸蔵 NO_x量 N Sに応じた N〇_x吸蔵速度 A N Sが算出される。次いでステップ 5 2では排出NO_x量N〇 XAがNO_x吸蔵速度Δ N Sょりも大きいか否かが判別される。 N O X A >厶 N Sのときには排出 N O_x量 NO XAのうち NO_x吸蔵速度 A N Sに相当する分だけが NO _x吸蔵触媒 1 2に吸蔵され、残りの NO_x (NO XA - A N S ) は N O) [吸蔵触媒 1 2をすり抜ける。

従ってステップ 5 2にぉぃてNO XA〉 Δ N Sでぁると判別されたときにはステップ 5 4に進んで NO_x吸蔵触媒 1 2に吸蔵されている吸蔵 N〇_x量 N Sに NO_x吸蔵速度 Δ N Sが加算され、次いでステツプ 5 5では NO_x吸蔵触媒 1 2 をすり抜けて Ν Ο_χ吸蔵触媒 1 2 から流出する流出 ΝΟ_χ量の合計値 Σ ΝΟ Χに（N〇 XA— A N S ) が加算される。次いでステップ 5 6 に進む。一方、ステップ 5 2 において Ν〇 X A≤ Δ N Sであると判別されたときにはステップ 5 3に進んで吸蔵 N〇_x量 N Sに排出 N〇_x量 NO XAが加算され、次いでステップ 5 6に進む。

ステップ 5 6では流出 N O _x量の合計値∑ N O Xが吸着アンモニァを除去するのに必要な目標値 X。を越えたか否かが判別される。流出 NO_x量の合計値∑ N〇 Xが目標値 X。を越えたときにはステツプ 5 7 に進んでそのときの吸蔵 NO_x量 N S、即ち N S Xに基づいてリッチ時間が算出され、次いでステップ 5 8では排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ処理が行われる。次いでステップ 5 9では N Sおよび∑ N〇 Xがクリアされる。次いでステップ 6 0ではリツチ時間に基づいて流入アンモニア量 NH、即ち NO_x選択還元触媒

1 4に吸着されるアンモニア量が算出される次いでステップ 6 1 ではこの吸着アンモニアを除去するのに必要な流出 N〇_x量の目標値 X 0が算出される。

図 8 (A) , (B) , (C) は種々の吸着ァンモニァの除去方法を示している。図 8 ( A) , ( B ) ， ( C) において左側の N〇_x 選択還元触媒 1 4は排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ制御直前の吸着アンモニアの様子を示しており、右側の NO_x選択還元触媒 1 4はリツチ制御完了後の吸着アンモニアの様子を示している。図 8 ( A) に示す例ではリッチ制御が行われると吸着アンモニアが飽和状態となり、この吸着アンモニアの全てが N〇_xの供給によりリッチ制御の直前では除去されている。

一方、図 8 (B) に示す例ではリッチ制御が行われるとアンモニァが N〇_x選択還元触媒 1 4の吸着領域のうちの一部の領域に吸着され、この吸着アンモニアの全てが N〇_xの供給によりリツチ制御の直前では除去されている。図 8 ( C ) に示す例ではリッチ制御 I および 11の前ではアンモニア除去のための N〇 _xの供給が行われず、吸着アンモニアが飽和状態となった後に吸着アンモニアの全てが N〇_xの供給によりリツチ制御 IIIの前に除去される。

図 9から図 1 1 は N〇_x選択還元触媒 1 4への吸着アンモニア量がアンモニアの飽和吸着量を越えないようにした第 2実施例を示している。即ち、図 9 ( A) において実線 MAXは NO; (選択還元触媒 1 4のアンモニアの飽和吸着量を示しており、この飽和吸着量 M AXは N〇_x選択還元触媒 1 4の温度 T Cが高くなるにつれて低下する。

この第 2実施例では NO_x選択還元触媒 1 4に吸着すべき目標ァンモニァ量 NHOが予め設定されており、図 9 ( A) に示される例ではこの目標アンモニア量 NHOは NO_x選択還元触媒 1 4のアンモニァ飽和吸着量 MAXよりも一定量 Zだけ低い量に設定されている。従ってこの目標アンモニア量 NHOは触媒温度 T Cの関数であり、図 9 ( A ) に示されるように触媒温度が T C ,のときには目標アンモニア量は NHO,となる。

この第 2実施例ではリッチ処理時に発生するアンモニア量が目標アンモニア量 NHOとなるように制御され、従ってこの第 2実施例では吸着されるアンモニア量が飽和吸着量 MAXを越えることがない。ところがこのように吸着アンモニア量に対して目標値が設定されると放出された NO_xを還元するための還元剤の量 Qと発生するアンモニアの量の双方を要求されている量に制御しなければならないことになる。

ところで図 5 ( A) からわかるように還元剤の量 Qはリッチ度合とリッチ時間の積に比例し、一方図 6 ( A) ， (B) からわかるように還元剤量 Qが同一であってもリッチ度合とリッチ時間を変化させると発生するアンモニア量が変化する。図 9 (B) は種々の還元剤量 Q,〜Q₅と、発生するアンモニア量、即ち NO_x選択還元触媒 1 4に流入する流入アンモニア量 NHと、リッチ度合との関係を示している。なお、還元剤の量は Q , , Q ₂， Q ₃， Q ₄ , Q ₅の順に次第に増大していく。

図 9· ( B ) からわかるように同一の還元剤の量に対して流入アンモニァ量 NHを増大するにはリッチ度合を高くする必要があり、この場合リッチ度合が高くされるとリッチ時間は短かくなる。即ち、この第 2実施例では NO_x吸蔵触媒 1 2から NO_xを放出すべく排気ガスの空燃比がリッチにされるときのリッチ度合およびリッチ時間が、 N〇_x吸蔵触媒 1 2からの N〇_xの放出作用を完了できかつ NO _x選択還元触媒 1 4への吸着アンモニア量を目標アンモニア量 NH 〇にすることができるリッチ度合およびリッチ時間に制御される。図 1 0および図 1 1 に第 2実施例を実行するための排気浄化処理ルーチンを示す。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。

図 1 0および図 1 1 を参照するとまず初めにステップ 7 0において図 4 ( A) に示すマップから機関からの単位時間当りの排出 N〇 _x量 NO XAが算出される。次いでステップ 7 1では図 4 ( B ) に示す関係から吸蔵 N〇_x量 N Sに応じた N〇_x吸蔵速度 Δ N Sが算出される。次いでステップ 7 2では排出 N〇_x量 N O XAが N〇_x吸蔵速度 Δ Ν Sよりも大きいか否かが判別される。

ステップ 7 2において NO XA〉 A N Sであると判別されたときにはステップ 7 4に進んで NO_x吸蔵触媒 1 2に吸蔵されている吸蔵 N O; (量 N Sに N〇_x吸蔵速度 A N Sが加算され、次いでステップ 7 5において NO_x吸蔵触媒 1 2 をすり抜けて NO_x吸蔵触媒 1 2から流出する流出 N〇_x量の合計値 Σ ΝΟΧに（NO XA— A N S ) が加算される。次いでステップ 7 6に進む。一方、ステップ 7 2において N O X A≤ Δ N Sであると判別されたときにはステップ 7 3 に進んで吸蔵 N〇_x量 N Sに排出 N〇_x量 NO XAが加算され、次いでステップ 7 6に進む。

ステップ 7 6では流出1^0_](量の合計値∑ ^〇が目標量1^1^〇の吸着アンモニアを除去するのに必要な目標値 X。を越えたか否かが判別される。流出 N〇 _x量の合計値∑ N〇 Xが目標値 X。を越えたときにはステップ 7 7に進んでそのときの吸蔵 Ν Ο_χ量 N S、即ち N S Xに基づいて N O の還元のために必要な還元剤の量 Qが算出される。次いでステップ 7 8では温度センサ 2 2 により検出された触媒温度 T Cが読込まれ、次いでステップ 7 9では触媒温度 T Sに応じた目標アンモニア量 NH〇が算出される

次いでステップ 8 0では還元剤の量 Qおよび目標アンモニァ量 N

H 〇を用いて図 9 ( B ) に示す関係からリツチ度合、即ちリッ燃比が算出され、次いでステップ 8 1では還元剤量 Qとリツチ度合からリッチ時間が算出される。次いでステツプ 8 2では排気ガスの空燃比をリツチにするリツチ処理が行われる次いでステツプ 8 3 では N Sおよび Σ ΝΟ Χがクリアされる。次いでステップ 8 4では巨標量 NHOの吸着アンモニアを除去するのに必要な流出 N O の目標値 X。が算出される。

図 1 2に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。この実施例では N〇_x選択還元触媒 1 4の上流および下流に夫々 N〇_x選択還元触媒 1 4に流入する N O_xの濃度を検出するための N O_xセンサ 2 3 と、 N〇_x選択還元触媒 1 4から流出する NO_xの濃度を検出するための NO_xセンサ 2 4とが設けられている。 N〇_x選択還元触媒 1 4にアンモニアが吸着していれば NO _x選択還元触媒 1 4に流入した N 〇_xは吸着アンモニアによって還元されるので NO_x選択還元触媒 1 4から流出する NO_x量は NO _x選択還元触媒 1 4に流入する N〇_x 量に比べて吸着アンモニアを除去するのに使用された分だけ減少する。

従って！^のセンサ， 2 4により検出された NO選択還元触媒 1 4前後における N〇_x濃度の差から吸着アンモニア量を推定できることになる。従ってリツチ処理時におけるリツチ度合およびリツチ時間から吸着アンモニア量を推定する代りにこれら一対の NO _xセンサ 2 3， 2 4の出力値から吸着アンモニアを推定することもできる。

図 1 3および図 1 4は、一対の NO_xセンサ 2 3 , 2 4により検出された NO選択還元触媒 1 4前後における N〇_x濃度の差から N O_x選択還元触媒 1 4のアンモニア飽和吸着量 MAXを検出し、このアンモニア飽和吸着量 MAXに基づいて目標アンモニア量 NHO を補正するようにした実施例を示している。

即ち、図 1 3 ( A) にぉぃてND i はNO_xセンサ 2 3の出カ値から算出された流入 N〇_x量を示しており、 ND。は NO_xセンサ 2 4の出力値から算出された流出 N O_x量を示している。図 1 3 ( A ) において、通常は破線 R Sで示されるタイミングで行われるリツチ処理を中止すると流入 NO_x量 ND i は上昇し続け、流出 N〇_x量 ND。は吸着アンモニアが存在しなくなると流入 N O_x量 N D i まで急速に上昇する。

この場合、図 1 3 ( A) においてハッチングで示される面積がァンモニァ吸着量を表しており、従って一対の NO_xセンサ 2 3， 2 4の出力値からアンモニア吸着量を推定できることになる。ところでこの実施例ではアンモニア飽和吸着量 MAXを検出するためにァンモニァ飽和吸着量 MAXの検出前に N〇_x選択還元触媒 1 4へのアンモニア吸着量を飽和させるために N〇_x吸蔵触媒 1 2から N〇_x を放出させるのに必要な量以上の還元剤を NO_x吸蔵触媒 1 2に供給するようにしている。図 1 3 ( A) に示される例では R Fで示されるように排気ガスの空燃比 AZFが続けて複数回リッチにされるこのように多量の還元剤が供給されると図 1 3 ( A) においてハツチングで示される面積はアンモニア飽和吸着量 MAXを表すことになる。これまで用いられていた飽和吸着量曲線が図 1 3 ( B ) において鎖線で示される曲線であり、触媒温度 T Cが T C ,のときに検出されたアンモニア飽和吸着量が MAX,であったとすると飽和吸着量曲線は実線で示される飽和吸着量曲線に補正される。このように飽和吸着量曲線が補正される。このように飽和吸着量曲線が補正されるとこの飽和吸着量曲線よりも例えば一定値 Zだけ低くなるように目標アンモニア量 NHOが補正される。

図 1 4にアンモニアの飽和吸着量のチェック制御ルーチンを示す。このチェック制御ルーチンは例えば車両の運転が行われる毎に一回だけ実行される。

図 1 4を参照するとまず初めにステップ 9 0においてチェック用リッチ処理を実行すべき指令が出される。例えば図 1 3 ( A) において R Fで示されるように排気ガスの空燃比 AZFを 2回リッチにし、破線 R Sで示されるリッチ処理を禁止する指令が出される。次いでステップ 9 1では N〇_xセンサ 2 3により検出された NO_x 濃度に排気ガス量、即ち吸入空気量を乗算することによって流入 N 〇_x量 ND i が算出され、次いでステップ 9 2では NOj (センサ 2 4 により検出された N〇_x濃度に排気ガス量、即ち吸入空気量を乗算することによって流出 NO_x量 ND。が算出される。次いでステップ 9 3では流入 NO_x量 ND i と流出 NO_x量 ND。の差 A N D ( = N D i - N D₀) が算出される。次いでステップ 9 4では差 Δ N D力積算値∑ Δ N Dに加算される。

次いでステップ 9 5では差 Δ N Dが減少中であるか否かが判別される。この差 A ND ( = N D i - N D₀) は図 1 3 (A) からわかるように最初は零であるが次第に増大し、次いで減少する。差 Δ Ν Dが減少中でないときにはステップ 9 7にジャンプする。ステップ 9 7では予め定められた単位時間が経過するまで待ち、ステップ 9 0 に戻る。一方、ステップ 9 5において Δ N Dが減少中であると判別されたときにはステップ 9 6に進んで差 Δ N Dが零になったか否か、即ち図 1 3 ( A ) のハッチングを付した面積に相当する消費 N O _x量の算出が完了したか否かが判別される。差 Δ N Dが零でないときにはステップ 9 7に進む。

一方、ステップ 9 6において差 Δ N Dが零になったと判断されたとき、即ち図 1 3 ( A ) のハッチングを付した面積に相当する消費 N O _x量の算出が完了したときにはステップ 9 8に進んで消費 N O _x 量からアンモニア飽和吸着量 M A Xが算出され、飽和吸着量曲線が補正される。次いでステップ 9 9では目標アンモニア量 N H Oが補正される。次いでステップ 1 0 0において予め定められた待ち時間だけ待った後にステップ 1 0 1 に進む。ステップ 1 0 1では図 1 3 ( A ) において R Tで示される N O _x放出のためのリツチ処理が行われ、次いでチェック制御を完了する。

Claims

1. 機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる ΝΟ_χを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵した Ν Ο_χを放出する Ν Ο_χ吸蔵触媒を配置し、該 Ν〇_χ吸蔵触媒下流の機関排気通路内に、請

吸着したアンモニアによって排気ガス中の ΝΟ_χを選択的に還元しうる ΝΟ_χ選択還元触媒を配置し、 Ν Ο_χ吸蔵触媒から Ν Ο_χを放出すべきには Ν〇_χ吸蔵触媒に流入すのる排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるようにし範た内燃機関の排気浄化装置において、 Ν Ο_χ吸蔵触媒から ΝΟ_χを放出すべく ΝΟ_χ吸蔵触媒に流匪

入する排気ガスの空燃比が一時的にリーンからリッチに切換えられる直前に、 Ν〇_χ選択還元触媒に吸着されているアンモニアを除去するためのアンモニア除去制御を実行するようにした内燃機関の排気浄化装置。

2. 上記アンモニア除去制御は、 Ν〇_χ選択還元触媒に吸着されているアンモニアを除去するのに必要な量の ΝΟ_χを排気ガスの空燃比がリーンのもとで Ν〇_χ選択還元触媒に供給するアンモニア除去用 Ν〇_χ供給制御からなる請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

3. 排気ガスの空燃比がリーンのもとで ΝΟ_χ吸蔵触媒をすり抜ける Ν〇_χの量が Ν Ο_χ選択還元触媒に吸着されているアンモニアを除去するのに必要な量になったときに排気ガスの空燃比がリーンからリッチに一時的に切換えられる請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。

4. Ν〇_χ選択還元触媒に吸着されているアンモニア量を推定する吸着アンモニア量推定手段を具備しており、該吸着アンモニア量推定手段により推定された吸着アンモニア量の全部又は一部を除去するのに必要な Ν〇_χを排気ガスの空燃比がリーンのもとで N〇_x選択還元触媒に供給するようにした請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。

5. 上記吸着アンモニア量推定手段は、 NO_x吸蔵触媒から NO_x を放出すべく排気ガスの空燃比がリッチにされたときのリッチ度合およびリッチ時間に基づいて吸着アンモニア量を推定する請求項 4 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

6. N〇_x選択還元触媒に流入する N〇_xの濃度を検出するための NO_xセンサと、 NO_x選択還元触媒から流出する N〇_xの濃度を検出するための N〇_xセンサとを具備しており、上記吸着アンモニア量推定手段は、これら NO_xセンサにより検出された NO選択還元触媒前後における NO_x濃度の差から吸着アンモニア量を推定する請求項 4に記載の内燃機関の排気浄化装置。

7. N〇_x選択還元触媒に吸着すべき目標アンモニア量が予め設定されており、 N〇_x吸蔵触媒から N〇_xを放出すべく排気ガスの空燃比がリッチにされるときのリッチ度合およびリッチ時間が、 NO _x吸蔵触媒からの N〇_xの放出作用を完了できかつ NO_x選択還元触煤への吸着アンモニア量を上記目標アンモニア量にすることができるリッチ度合およびリッチ時間に制御される請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。

8. 上記目標アンモニア量は NO_x選択還元触媒のアンモニア飽和吸着量よりも低い量に設定されている請求項 7 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

9. N〇_x選択還元触媒に流入する N〇_xの濃度を検出するための N〇_xセンサと、 N〇_x選択還元触媒から流出する N〇_xの濃度を検出するための NO_xセンサとを具備しており、これら N〇_xセンサにより検出された N〇選択還元触媒前後における NO_x濃度の差から NO_x選択還元触媒のアンモニア飽和吸着量が検出され、検出されたアンモニア飽和吸着量に基づき上記目標アンモニア量が補正される請求項 8に記載の内燃機関の排気浄化装置。

1 0. アンモニア飽和吸着量の検出前に NO_x選択還元触媒へのアンモニア吸着量を飽和させるために NO_x吸蔵触媒から N〇_xを放出させるのに必要な量以上の還元剤を NO_x吸蔵触媒に供給するようにした請求項 9に記載の内燃機関の排気浄化装置。