JP2005291064A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９を還元浄化し、ＮＯｘ浄化効率を高め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。
【解決手段】 空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し、リッチのときに吸収したＮＯｘを放出還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒１９と、機関運転状態に応じてＮＯｘ触媒１９に単位時間あたり吸収されるＮＯｘ量に対応するカウント量ｑｎを設定するカウント量設定手段Ａ１と、カウント量ｑｎを積算して積算値ΣCountを求めるカウント量積算手段Ａ２と、ＮＯｘ触媒１９が吸収したＮＯｘを放出還元させる時期に相当するカウント量積算値の閾値Limitｎを機関運転状態に応じ設定する閾値設定手段Ａ３と、カウント量積算値が閾値を上回るとリッチ運転指令Ｓを発するリッチ運転判定手段Ａ４と、リッチ運転指令Ｓに応じ機関１をリッチ運転時間ΔtRich運転制御するリッチ運転制御手段Ａ５とを備る。
【選択図】図１

Description

本発明は、本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、詳細には流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し、流入する排気空燃比がリッチになったときに吸収したＮＯｘを放出、還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

この種のＮＯｘ 吸蔵還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置の例としては、例えば特許第２５８６７３９号公報（特許文献１）に記載されたものがある。同特許の排気浄化装置は、内燃機関の排気路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置し、機関がリーン空燃比で運転されるときにＮＯｘ 吸蔵還元触媒に排気中のＮＯｘを吸収させ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸収したＮＯｘ量が所定量まで増大するとＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比をリッチにしてＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘを放出させ、還元浄化することによりＮＯｘ吸蔵還元触媒が吸収したＮＯｘで飽和することを防止している。

同特許の排気浄化装置では、機関負荷と回転数とに基づいて機関燃焼室から単位時間当たりに排気路に排出されるＮＯｘ量を算出し、この排出ＮＯｘ量から単位時間当たりにＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸収されるＮＯｘ量を算出し、算出した吸収量を積算することによりＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸収したＮＯｘ量を推定している。

しかも、この際にＥＧＲの有無、あるいは機関温度（冷却水温、油温等）を考慮して、算出ＮＯｘ量を補正することで、正確なＮＯｘ吸蔵量推定により排出ガスの悪化を防ぐようにしている。

特許第２５８６７３９号公報

しかし、実際の車載のエンジンではアイドルや加減速の不規則な運転が繰り返してなされており、ＮＯｘ推定量を正確に推定して、リッチ運転への移行時期を判定したとしても、その時点での運転状態によっては空気過剰率が高い減速時の無噴射状態やアイドル運転中であると、ＮＯｘ吸蔵触媒上で狙い通りのリッチ雰囲気を作ることは難しいことが多い。

つまり、車両用のエンジンでは有効なリッチ運転状態を作れる運転ポイントが少ない。この点を考慮し、ＮＯｘ吸蔵量が制限値を超える前に、有効なリッチ運転状態を作れる運転ポイントになれば燃費悪化に繋がらない程度で、できるだけリッチ状態にし、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘを放出させて還元浄化を早めることが有効と推定される。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が吸収したＮＯｘにより飽和することで、ＮＯｘ排出量が増加するという事態を招かないようにすることが可能と見做され、本発明者はこの点に着目し、本発明を導き出したものである。

本発明は、有効なリッチ状態を作れる運転域ではできるだけ早めにリッチ状態にしてＮＯｘ吸蔵還元触媒を還元浄化し、ＮＯｘ浄化効率を高め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を目的とする。

この発明の請求項１に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気路に配置され流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯｘを放出、還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、上記機関の運転状態に応じて上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に単位時間あたり吸収されるＮＯｘ量に対応するカウント量を設定するカウント量設定手段と、上記機関運転中に上記カウント量を積算して積算値を求めるカウント量積算手段と、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒が吸収したＮＯｘを放出、還元浄化させる時期に相当するカウント量積算値の閾値を上記機関の運転状態に応じ設定する閾値設定手段と、上記カウント量積算値が上記閾値を上回ると上記リッチ運転指令を発するリッチ運転判定手段と、上記リッチ運転指令に応じ上記機関を所定時間リッチ運転制御するリッチ運転制御手段と、を具備することを特徴とする。

この発明の請求項２は、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置において、上記閾値設定手段は上記機関の過渡運転域における閾値を比較的大きく設定することを特徴とする。
この発明の請求項３は、請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置において、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を検出する温度検出手段を備え、上記閾値設定手段は上記触媒温度が所定の高温域にあると上記閾値を比較的小さく設定することを特徴とする。

この発明の請求項４は、請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置において、上記カウント量の積算値に応じて上記機関をリッチ運転する時間を設定するリッチ運転時間設定手段と、上記触媒温度が所定の高温域にあると上記リッチ運転時間を増加補正するリッチ運転時間補正手段と、上記補正済みのリッチ運転時間が予め設定された最大リッチ運転時間を上回ると、リッチ運転時間を最大リッチ運転時間に設定するリッチ運転時間規制手段と、を付加することを特徴とする。

この発明の請求項１によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に単位時間あたり吸収されるＮＯｘ量に対応するカウント量を求め、このカウント量の積算値が機関の運転状態に応じ設定された閾値を上回ると内燃機関を所定時間リッチ運転させるので、必要とする運転域で閾値を下げて所定時間のリッチ運転を早めに行い、リッチ運転し易い運転域での所定時間のリッチ運転により燃費が向上し、しかも、ＮＯｘ浄化効率を高レベルに安定して保持できる。

請求項２によれば、過渡運転域における閾値を比較的大きくして過渡運転域でのリッチ運転を抑制でき、過渡運転時の過度の触媒温度の上昇を避け、触媒の耐久性を確保でき、燃費の低下を抑制できる。
請求項３によれば、触媒温度が高温域にあると閾値を小さくして、リッチ運転し易い高温域ではリッチ運転を早めて行い、ＮＯｘ浄化効率を高レベルに安定して保持できる。

請求項４によれば、カウント量の積算値に応じて求めたリッチ運転時間を高温域で増加補正し、リッチ運転時間を最大リッチ運転時間以内に抑えるので、リッチ運転を促進し易い運転域では比較的長くリッチ運転してＮＯｘ浄化を十分に実施することができ、しかも、過度の燃費の悪化を防止できる。

以下、本発明の一実施形態としての内燃機関の排気浄化装置を装着する自動車用内燃機関としてのディーゼルエンジン（以後単にエンジンと記す）１を示す。
このエンジン１は直列に４つの燃焼室２を配備し、各燃焼室２には直接燃料を噴射する燃料噴射弁３が設けられている。ここで、燃料タンク４の燃料（軽油）は高圧燃料ポンプ５で加圧されてコモンレール６（蓄圧室）に圧送され、コモンレール６から燃料噴射弁３を介し各気筒内に噴射される。ここでの燃料噴射弁３は後述のＥＣＵ７から出力される噴射パルスに応じてその燃料噴射量Ｑと噴射時期が制御されるという周知の構成を採る。なお、燃料噴射量Ｑはエンジン１の負荷情報でもあり、後述のＮＯｘ放出還元処理で使用される。

各燃焼室２の一側より延びる不図示の吸気ポートは吸気マニホールド８に連通し、同吸気マニホールド８に吸気路Ｉを形成する吸気管９が接続される。この吸気管９はエアクリーナ１１より吸入した吸気を過給機１２で加圧し、過給機１２からの吸気の冷却をインタークーラ１３で行い、吸気量調整を吸気絞り弁１４で行ってから吸気マニホールド８に導入している。なお、符号１０は不図示の冷却水循環系の放熱用のラジエータを示す。

各燃焼室２の他側より延びる不図示の排気ポートは排気マニホールド１５に連通し、同排気マニホールド１５には排気路Ｅｘを形成する排気管１６が接続される。排気管１６を流動する排気ガスは過給機１２のタービン１２１を駆動し、パティキュレートをディーゼルパティキュレートフィルタ（以後単にＤＰＦと記す）１７で排除し、排気量調整を排気絞り弁１８でなされ、ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元触媒１９で除去され、図示しないマフラー側に流動している。

なお、吸気絞り弁１４、排気絞り弁１８は、後述するＥＣＵ７からの信号に応じて作動するステッパモータ等のアクチュエータ１４１、１８１を備え、ＥＣＵ７からの信号に応じた開度を保持してエンジン１の吸気流量を制限する。
吸気マニホールド８と排気マニホールド１５とは排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ通路２１を備える。ＥＧＲ通路２１にはＥＧＲ弁２２が配備される。ＥＧＲ弁２２はステッパモータ等のアクチュエータ２２１で駆動する弁体（不図示）を備え、ＥＣＵ７からの出力に応じた開度を保持することで吸気系に還流されるＥＧＲガスの流量を機関運転状態に応じて制御するものである。

ＤＰＦ１７はそのケーシング１７１内に収容され、セラミック等の耐熱性を有する多孔質材からなり、その中心線方向に向け多数の不図示の貫通孔が形成され、断面がハニカム構造を成している。ＤＰＦ１７の各貫通孔は中心線方向の一端または他端のうち一方がプラグにより閉塞されており、一端が閉塞された貫通孔と他端が閉塞された貫通孔とが交互に隣接して配置されている。このため、排気管１６からの排気は、一端が開放された貫通孔に流入し、貫通孔相互を隔てる多孔質の隔壁を通過して他端が開放された貫通孔に流入し、他端からＤＰＦ１７外に流出する。この際、排気中に含まれるパティキュレートは排気が多孔質の隔壁を通過する際に捕集され、所定温度（５００〜６００℃）を上回る高温排気ガスが適時に流入した際に焼却除去される。

ＤＰＦ１７の下流側にはＮＯｘ吸蔵還元触媒１９を収容する触媒コンバータ２３が配備される。
触媒コンバータ２３はそのケーシング２３１内にアルミナ製で断面がハニカム構造を成すモノリシス型の触媒担持体を備える。この触媒担持体内の各直状通路は両端部が開放され、排気ガスを容易に通過させることができ、同触媒担持体にはＮＯｘ吸蔵還元触媒１９が一様に付着され、離脱不可に保持される。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９は、カリウムＫ、ナトリウムＮa等のアルカリ金属、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、セリウムＣｅのような希土類から選ばれた少なくとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを担持したものである。このＮＯｘ吸蔵還元触媒１９は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに、排気中のＮＯｘ（ＮＯ₂、ＮＯ）を吸収し、流入排気ガスがリッチになると吸収したＮＯｘ を放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。

このようなＮＯｘ吸蔵還元触媒１９は、流入排気中の酸素濃度が増大すると、即ち排気の空燃比がリーン空燃比になると、これら酸素は白金Ｐｔ上で排気中のＮＯｘ（ＮＯが主成分）と酸化反応を起して、ＮＯ₂が生成される。また、流入排気中のＮＯ₂は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸収剤としての酸化バリウムＢａＯと結合しながら吸収剤内に拡散する。このため、リーン雰囲気下では排気中のＮＯｘ がＮＯｘ吸蔵還元触媒１９内に吸収されるようになる。

また、流入排気中の酸素濃度が低下すると、即ち、排気の空燃比が低下すると、白金Ｐｔ上でのＮＯ₂ 生成量が減少するため、反応が逆方向に進むようになり、吸収剤内のＮＯｘはＮＯ₂の形でＮＯｘ吸蔵還元触媒１９から放出されるようになる。この場合、排気中にＨＣ、ＣＯ等の成分が存在すると白金Ｐｔ上でこれらの成分によりＮＯ₂がＮ₂に還元される。

本実施形態では、エンジン１としてディーゼル機関が使用されているため機関排気は通常リーン空燃比であり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９は排気中のＮＯｘを吸収する。しかし、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９に吸収されたＮＯｘ量が増大すると吸収剤（ＢａＯ等）が飽和してしまい、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９が排気中のＮＯｘを吸収できなくなる。そこで、本実施形態では後述する方法でＮＯｘ吸蔵還元触媒１９に吸収されたＮＯｘ量が飽和する前の早めの時期で、リッチ運転が容易な時期にＮＯｘ吸蔵還元触媒１９からＮＯｘを放出させ、還元浄化するようにしている。

前述したように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９から吸収したＮＯｘを放出、還元浄化するためにはＮＯｘ吸蔵還元触媒１９に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にする必要があり、本実施形態では、ＤＰＦ１７とＮＯｘ吸蔵還元触媒１９の間の排気管１６上に、還元剤供給装置２４に接続された還元剤供給ノズル２５を設けている。

還元剤供給装置２４は、流量制御弁２９を備えＥＣＵ７からの制御信号に応じて機関の循環燃料ポンプ３１から供給された加圧燃料（軽油）を還元剤供給ノズル２５からＮＯｘ吸蔵還元触媒１９に供給し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９からのＮＯｘの放出と還元浄化とを行なうもので、還元剤供給装置２４と還元剤供給ノズル２５とでリッチ運転制御手段を成している。

車両にはエンジン制御手段であるエンジンコントロールユニット（以後単にＥＣＵ７と記す）が設けられ、ＥＣＵ７には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。

ＥＣＵ７の入力ポートには、不図示のクランク軸近傍に配置された回転数センサ２６からクランク軸一定回転角毎にパルス信号が入力され、エンジン回転数Ｎｅの算出に利用されている。不図示のアクセルペダルに配置したアクセル開度センサ２７から運転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）を表す信号が入力される。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９内部の触媒温度Ｔｃを表す信号が触媒温度センサ３２より入力される。ＥＣＵ７はアクセル開度センサ２７で検出されたアクセル開度θａと機関回転数Ｎｅとに基づいて機関基本燃料噴射量Ｑ０と燃料噴射時期を算出し、この基本燃料噴射量Ｑ０に機関運転状態に応じた補正を加えて機関の燃料噴射量Ｑと燃料噴射時期とを設定する。

一方、ＥＣＵ７の出力ポートは、各気筒への燃料噴射量Ｑ及び燃料噴射時期を制御するために、燃料噴射回路（ドライバー）２８を介して各気筒の燃料噴射弁３に接続され、しかも、高圧燃料ポンプ５に図示しない駆動回路を介して接続され、ポンプ５からコモンレール６への燃料圧送量を制御している。また、ＥＣＵ７はその出力ポートが図示しない駆動回路を介して吸気絞り弁１４のアクチュエータ１４１、排気絞り弁１８のアクチュエータ１８１及びＥＧＲ弁２２のアクチュエータ２２１に接続され、しかも、吸気絞り弁１４及び排気絞り弁１８の開度とＥＧＲ弁２２を通過するＥＧＲガス量とをそれぞれ制御する。更に、ＥＣＵ７はその出力ポートが還元剤供給装置２４の流量制御弁３１に接続され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９からＮＯｘを放出させるべきときに還元剤供給ノズル２５から還元剤をＮＯｘ吸蔵還元触媒１９に供給するよう駆動制御する。

ＥＣＵ７はエンジン制御を実施し、特に、エンジン１の排気浄化装置にのみ着目した場合、 カウント量設定手段Ａ１、カウント量積算手段Ａ２、閾値設定手段Ａ３、リッチ運転判定手段Ａ４、リッチ運転制御手段Ａ５、リッチ運転時間設定手段Ａ６、リッチ運転時間補正手段Ａ７、リッチ運転時間規制手段Ａ８、としての各機能を備えている。

カウント量設定手段Ａ１はエンジンの運転状態に応じてＮＯｘ吸蔵還元触媒１９に単位時間あたり吸収されるＮＯｘ量に対応するカウント量ｑｎを設定する。ここではエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷としての燃料供給量Ｑに応じた運転域でＮＯｘ吸蔵還元触媒１９に単位時間あたり吸収されるＮＯｘ量に対応するカウント量ｑｎをカウント量マップにより設定する。例えば、図３に示すようなカウント量マップでは、吸収されるＮＯｘ量大側をレベルｑ１とし、段階的に運転域をＮＯｘ量小側に分けてｑ１＞ｑ２＞ｑ３、に設定してよく、これに代えて単位運転域毎に適宜設定しても良い。なお、ここにはＥＧＲ弁２２が開時の排気ガス再循環処理が継続されている場合のＮＯｘ量に対応するカウント量ｑｎを設定しているが、場合により、ＥＧＲ弁２２の閉時の排気ガス再循環処理の無い場合のＮＯｘ量に対応するカウント量ｑｎを設定するカウント量マップ（不図示）を別途用意し、より適確なＮＯｘ量に対応するカウント量ｑｎを設定してもよい。

カウント量積算手段Ａ２は機関運転中にカウント量ｑｎを積算して、積算値（ΣCount ← ΣCount＋ｑｎ）を求める。

閾値設定手段Ａ３はＮＯｘ吸蔵還元触媒１９が吸収したＮＯｘを放出、還元浄化させる時期に相当するカウント量積算値の閾値Limitを機関の運転状態に応じ設定する。ここでは、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷としての燃料供給量Ｑに応じた運転域でカウント量積算値の閾値Limitを、例えば、図４に示すようなマップ特性で設定する。

ここでは、特に、エンジン１が比較的安定して多用される中回転中負荷の近傍域Ｅ１の閾値Limit１を小さくし、それ以外の比較的過渡的に使用される運転域Ｅ２の閾値Limit２を大きく設定する。このように中回転中負荷の近傍域Ｅ１では閾値Limit１を小さくすることで、リッチ運転指令Ｓ（リッチスパイク）が入り易く設定する。これによりＮＯｘの還元浄化運転を比較的早め、リッチ運転が実施できない状態が続くことで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９が吸収したＮＯｘにより飽和してしまい、ＮＯｘ排出量が増加するという事態を招くことがないようにできる。更に、比較的過渡時に使用される運転域Ｅ２の閾値Limit２を大きくするので、過渡運転時のリッチ運転指令Ｓを抑制でき、 リッチ運転しずらい運転域で無理にリッチ運転指令Ｓを発して燃費の悪化を招いたり、過度な燃料供給に伴う過度な昇温によりＮＯｘ吸蔵還元触媒１９が溶損し、耐久性を低下させるという事態を未然に防止できる。

更に、閾値設定手段Ａ３は触媒温度Ｔｃを触媒温度センサ３２より採り込み、触媒温度Ｔｃが所定の高温側Ｈ１（Ｔｃａ以上）にあると閾値Limitを比較的小さく設定する。ここでは、カウント量積算値ΣCountを乗算によって補正（ΣCount ← ΣCount×ＣLimit）する補正値ＣLimit（たとえば、０．１〜０．９）を図５に示す補正値ＣLimitマップで設定する。

この場合、高温側Ｈ１（Ｔｃａ以上）にあると閾値Limitを比較的小さくするような補正値ＣLimit（０．１乃至０．３程度）を設定し、カウント量積算値ΣCountを小さくすることで、リッチ運転指令Ｓ（リッチスパイク）が入り易く設定し、リッチ運転の実施が容易な高温域では早めにＮＯｘの還元浄化運転を実施して、リッチ運転に好ましくない状態が続くことで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９がＮＯｘにより飽和してしまい、ＮＯｘ排出量が増加するという事態を招く前に、比較的早めにリッチ運転を実施できる。

リッチ運転判定手段Ａ４はカウント量積算値ΣCountが閾値Limitを上回るとリッチ運転指令Ｓを発する。このカウント値であるカウント量積算値ΣCountが閾値Limitを上回ると、エンジン運転域がリッチ運転し易いか、否かにかかわらず、リッチ運転指令Ｓ（リッチスパイク）が入る。即ち、例えリッチ運転に適さない運転時でも、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９がＮＯｘにより飽和してしまい、ＮＯｘ排出量が増加するという事態を招く前に確実に、カウントアップ時にはリッチ運転指令Ｓ（リッチスパイク）が入るようにしている。

リッチ運転制御手段Ａ５はリッチ運転指令Ｓに応じエンジンを所定時間ΔtRichだけリッチ運転制御する。ここではリッチ運転指令Ｓに応じ、還元剤供給装置２４を駆動し、還元剤供給ノズル２５から加圧燃料（軽油）をＮＯｘ吸蔵還元触媒１９に供給し、排気中の酸素濃度を低下し、白金Ｐｔ上でのＮＯ₂生成量が減少し、吸収剤内のＮＯｘはＮＯ₂の形でＮＯｘ吸蔵還元触媒１９から放出され、しかも、排気中にＨＣ、ＣＯ等の成分が存在すると白金Ｐｔ上でこれらの成分によりＮＯ₂ が還元処理されるようにする。

リッチ運転時間設定手段Ａ６はカウント量ｑｎの積算値ΣCountに応じてエンジンをリッチ運転する時間ΔtRichを設定する。
ここでは、図６に示すように、積算値ΣCountの増加に応じてリッチ運転時間ΔtRichを増加させるよう設定するリッチ運転時間ΔtRichの算出マップを採用する。
リッチ運転時間補正手段Ａ７は触媒温度が所定の高温域Ｈ２（Ｔｃｂ以上）にあるとリッチ運転時間ΔtRichを増加補正する。

ここでは、リッチ運転時間ΔtRichに加算によって補正（ΔtRich ← ΔtRich＋ＣΔｔ）する補正値ＣΔｔを図７に示す補正値ＣΔｔマップで設定する。
この場合、高温側Ｈ２（Ｔｃｂ以上）にあるとリッチ運転時間ΔtRichを比較的増加させるような補正値ＣΔｔ（たとえば、正の整数）を設定し、リッチ運転時間ΔtRichを増加させることで、リッチ運転を十分時間をかけて実行し、より確実にＮＯｘ吸蔵還元触媒１９のＮＯｘを還元浄化することができる。

リッチ運転時間規制手段Ａ８は補正済みのリッチ運転時間ΔtRichが予め設定された最大リッチ運転時間ＬＣΔtRichを上回ると、ここでのリッチ運転時間ΔtRichを最大リッチ運転時間ＬＣΔtRichに設定する。
このように補正済みのリッチ運転時間ΔtRichが例え大きく増加されたとしても、上限値である最大リッチ運転時間ＬＣΔtRichを上回ることがないように設定する。
これにより、リッチ運転時間ΔtRichが過度に増加して、燃費の悪化を招くということがないようにしている。

次に、本実施形態における内燃機関の排気浄化装置の作動を排気浄化制御に関するＮＯｘ放出還元処理ルーチンに沿って説明する。
ＥＣＵ７はエンジンが運転に入ると、図示しないメインルーチンに沿ってエンジン駆動制御である運転情報に基づく燃料噴射制御を実行し、そのメインルーチンの途中で、排気浄化制御に関する各処理ルーチン（図８、図９、図１０参照）を実行する。

不図示のメインルーチンの途中でＮＯｘ放出還元処理ルーチンに達すると、こではステップｓ１でエンジン回転数Ｎｅ、エンジン負荷である燃料噴射量Ｑ、触媒温度Ｔｃ、等の運転情報を採り込み、所定記憶エリアにストアする。ステップｓ２ではＮＯｘ吸蔵量積算処理としてのステップｓ２、ｓ３に順次進む。

ステップｓ２では、最新のエンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑ相当のカウント量ｑｎを、図３に示すカウント量ｑｎマップにより求め、ステップｓ３で今回のカウント量ｑｎを前回値ΣCountに積算して、今回の積算値ΣCount（＝ΣCount＋ｑｎ）を更新して求め、ステップｓ４に進む。
ステップｓ４ではリッチ運転開始時期設定処理に入る。

図９に示すように、リッチ運転開始時期設定処理のステップａ１に達すると、ここでは、最新のエンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑ相当のカウント量積算値の閾値Limitｎを、図４に示す閾値Limitマップにより求める。ステップａ２では触媒温度Ｔｃ相当の補正値ＣLimit（たとえば、０．１〜０．９）を図５に示す補正値ＣLimitマップで設定し、即ち、高温側（Ｔｃａ）にあるほど閾値Limitを比較的小さくするような補正値を求める。ステップａ３では補正済み閾値Limit（← Limit×ＣLimit）を求め、所定の記憶エリアにストアし、ＮＯｘ放出還元処理ルーチンのステップｓ５に進む。

ステップｓ５では最新の積算値ΣCountが補正済み閾値Limitを上回るか否か判断し、上回るまではメインルーチンにリターンし、上回るとステップｓ６、ｓ７に順次進む。
ステップｓ６、ｓ７では、エンジン回転数Ｎｅの前回値と今回値の差分ΔＮｅと単位制御周期時間Δｔの比よりエンジン回転数の変化度合い（ΔＮｅ／Δｔ）を求め、エンジン回転数変化度合い（ΔＮｅ／Δｔ）がエンジン回転過渡判定値ＬＣＮｅ未満にあるか否か判断し、上回るようなエンジン回転過渡変動時にはＮＯｘの熱解離による放出や、触媒溶損を防ぐためリッチ運転をキャンセルして、メインルーチンにリターンする。

エンジン回転が過渡時にないとステップｓ８、ｓ９に順次進み、燃料噴射量Ｑの前回値と今回値の差分ΔＱと単位制御周期時間Δｔの比より燃料噴射量Ｑ（エンジン負荷）の変化度合い（ΔＱ／Δｔ）が燃料噴射量過渡判定値ＬＣＱ未満にあるか否か判断し、上回るような燃料噴射量過渡変動時にはＮＯｘの熱解離による放出や触媒溶損を防ぐためリッチ運転をキャンセルして、メインルーチンにリターンする。
過渡時にないとステップｓ１０に進み、リッチ運転時間設定処理を行う。

図１０のリッチ運転時間設定および駆動処理ルーチンのステップｂ１では最新の積算値ΣCountを取り込み、ステップｂ２では図６に示すリッチ運転時間ΔtRichの算出マップにより、積算値ΣCount相当のリッチ運転時間ΔtRichを求める。ステップｂ３では触媒温度Ｔｃに応じた増加補正値ＣΔｔを図７に示す補正値ＣΔｔマップで設定する。ステップｂ４では増加補正値ＣΔｔでリッチ運転時間ΔtRichを補正して更新する。ステップｂ５では補正済みのリッチ運転時間ΔtRichが予め設定された最大リッチ運転時間ＬＣΔtRichを上回るか否か判断し、上回る場合はステップｂ６でリッチ運転時間ΔtRichを最大リッチ運転時間ＬＣΔtRichに上限規制し（クリップし）、ステップｂ７に達する。

ステップｂ７ではリッチ運転指令Ｓを発し、これに応じエンジン１を先に設定された所定時間ΔtRichだけリッチ運転制御する。具体的には還元剤供給装置２４の流量制御弁３１を駆動し、還元剤供給ノズル２５から燃料（軽油）をＮＯｘ吸蔵還元触媒１９に供給し、排気中の酸素濃度を低下させ、白金Ｐｔ上でのＮＯ₂ 生成量を減少させる。これにより、吸収剤内のＮＯｘはＮＯ₂の形でＮＯｘ吸蔵還元触媒１９から放出され、しかも、排気中にＨＣ、ＣＯ等の成分が存在すると白金Ｐｔ上でこれらの成分によりＮＯ₂ が還元処理される。

図１の内燃機関の排気浄化装置が装備するリッチ運転制御手段が駆動するのは軽油を還元剤とする還元剤供給装置２４の流量制御弁２９であったが、これに代えて灯油、ガソリン、水素等の各供給装置を用いてリッチ運転してもよく、これらの場合も図１の内燃機関の排気浄化装置と同様の効果が得られる。また、リッチ運転を空気量低減により補助するために、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁１８を併用しても良い。

上述のところにおいて、内燃機関の排気浄化装置はディーゼルエンジンの排気系に配備されるＮＯｘ吸蔵還元触媒１９のリッチ運転制御に用いるものとして説明したが、ガソリンエンジンの排気系に配備されるＮＯｘ吸蔵還元触媒１９にも同様に適用できる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置の全体概略構成図である。 図１の排気浄化装置のＥＣＵの機能構成を示すブロック図である。 図１の排気浄化装置のＥＣＵが用いる積算値設定マップの特性線図である。 図１の排気浄化装置のＥＣＵが用いる閾値設定マップの特性線図である。 図１の排気浄化装置のＥＣＵが用いる閾値の補正値演算用マップの特性線図である。 図１の排気浄化装置のＥＣＵが用いるリッチ運転時間の演算用マップの特性線図である。 図１の排気浄化装置のＥＣＵが用いるリッチ運転時間の補正値演算用マップの特性線図である。 図１の排気浄化装置のＥＣＵが用いるＮＯｘ放出還元処理ルーチンのフローチャートである。 図１の残存容量検出装置のエンジンＥＣＵが行うリッチ運転開始時期設定処理ルーチンのフローチャートである。 図１の残存容量検出装置のエンジンＥＣＵが行うリッチ運転時間設定および駆動処理ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
１９ ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＯｘ触媒）
２４ 還元剤供給装置
２５ 還元剤供給ノズル
２６ 流量制御弁
ｑｎ カウント量
ΣCount 積算値
Limitｎ 閾値
ΔtRich リッチ運転時間
Ａ１ カウント量設定手段
Ａ２ カウント量積算手段
Ａ３ 閾値設定手段
Ａ４ リッチ運転判定手段
Ａ５ リッチ運転制御手段
Ｓ リッチ運転指令

Claims (4)

1. 内燃機関の排気路に配置され流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯｘを放出、還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
   上記機関の運転状態に応じて上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に単位時間あたり吸収されるＮＯｘ量に対応するカウント量を設定するカウント量設定手段と、
   上記機関運転中に上記カウント量を積算して積算値を求めるカウント量積算手段と、
   上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒が吸収したＮＯｘを放出、還元浄化させる時期に相当するカウント量積算値の閾値を上記機関の運転状態に応じ設定する閾値設定手段と、
   上記カウント量積算値が上記閾値を上回ると上記リッチ運転指令を発するリッチ運転判定手段と、
   上記リッチ運転指令に応じ上記機関を所定時間リッチ運転制御するリッチ運転制御手段と、
   を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   上記閾値設定手段は上記機関の過渡運転域における閾値を比較的大きく設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を検出する温度検出手段を備え、
   上記閾値設定手段は上記触媒温度が所定の高温域にあると上記閾値を比較的小さく設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   上記カウント量の積算値に応じて上記機関をリッチ運転する時間を設定するリッチ運転時間設定手段と、
   上記触媒温度が所定の高温域にあると上記リッチ運転時間を増加補正するリッチ運転時間補正手段と、
   上記補正済みのリッチ運転時間が予め設定された最大リッチ運転時間を上回るとリッチ運転時間を最大リッチ運転時間に設定するリッチ運転時間規制手段と、
   を付加することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
   

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