JP3842092B2

JP3842092B2 - 内燃機関の排気浄化装置および浄化法

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Publication number: JP3842092B2
Application number: JP2001292085A
Authority: JP
Inventors: 裕充久斗; 敏和知; 秀昭片柴
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: JP2003097332A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｎ０ｘ吸蔵触媒を硫黄酸化物被毒から再生する機能を備えた内燃機関の排気浄化装置並びに浄化法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
理論空燃比より希薄な混合気を燃焼させるリーンバーンの内燃機関においては排出されるＮＯｘを浄化するために、Ｎ０ｘ吸蔵触媒を用いた排気ガスの浄化装置が使用されている。この浄化装置は、内燃機関のリーン運転時に排出されるＮ０ｘを吸着させ、所定の周期毎に空燃比をリッチに切替えて排気ガス中の酸素濃度を低下させることにより、Ｎ０ｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮ０ｘを放出して還元処理を行い、排気ガスを浄化するものである。
【０００３】
内燃機関の排気ガス中には硫黄酸化物（以下ＳＯｘと称す）が含まれており、このＳＯｘがＮ０ｘと共にＮ０ｘ吸蔵触媒に吸着される。Ｎ０ｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘは空燃比をリッチに切替えても放出されないため、運転時間と共に吸着量が増加してＮ０ｘ吸蔵触媒によるＮ０ｘの吸蔵機能を低下させる。これを防止するためにはＮ０ｘ吸蔵触媒を高温化してＳＯｘを放出することが必要であり、燃料の噴射を吸気行程や圧縮行程以外に燃焼行程や排気行程にて追加噴射したり、あるいは、点火時期を遅らせることにより排気ガス温度を上昇させ、Ｎ０ｘ吸蔵触媒からＳＯｘを放出させていた。
【０００４】
このような技術を開示したのが例えば特開平８−１００６３８号公報であり、また、特開平１１−１０７８１３号公報である。前者に開示された技術は、気筒内に直接噴射した燃料を点火して燃焼させる筒内噴射型内燃機関において、第一回目の燃料噴射を圧縮行程にて行い、燃焼行程の初期から中期にかけて第二回目の追加噴射を行い、この追加噴射による燃料を第一回目の噴射による燃料の火炎伝播により着火させることにより、点火装置を重複動作させることなく排気ガスの温度を上昇させ、排気ガスの温度により触媒を活性化するようにしたものであり、内燃機関の運転条件に応じて第二回目の追加噴射か、あるいは、点火時期の遅角かのいずれかを選択して実施すると共に、第二回目の追加噴射を選択したときには必要に応じて第三回目の追加噴射を行うようにしたものである。
【０００５】
また、後者に開示された技術は、燃焼制御手段が吸気行程と燃焼行程との二回に分けて燃料を噴射するモードを備えており、Ｎ０ｘ吸蔵触媒からＳＯｘを放出させるとき、内燃機関の運転条件に応じて二回に分けた燃料噴射と、点火時期の遅角制御とのいずれかを選択的に実施することにより、排気ガスの温度を上昇させ、この排気ガスの温度によりＮ０ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯｘの放出に必要な温度まで高めるようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、燃焼行程において燃料の追加噴射を行うことによりＮ０ｘ吸蔵触媒の温度を昇温させるとき、特に、特開平８−１００６３８号公報に開示されているような圧縮行程にて主噴射して燃焼行程にて追加噴射する場合においては、スモークが発生する問題があることから圧縮行程での噴射量に制約があり、燃焼行程での噴射量を多くせざるを得ず、未燃焼状態の燃料が排出されやすい。このために、排気経路のＮ０ｘ吸蔵触媒の上流側に三元触媒が配置されている場合には、三元触媒と未燃焼燃料との反応により三元触媒の温度が異常上昇し、耐熱温度限界を超えて破損する恐れがある。
【０００７】
また、特開平１１−１０７８１３号公報に開示されているように、吸気行程と燃焼行程との二回に分けて燃料を噴射する場合においてはスモークが発生することがないので、燃焼行程での噴射量を少なくして未燃焼燃料による三元触媒の温度の異常上昇を抑制することができるが、Ｎ０ｘ吸蔵触媒の昇温のためには吸気行程噴射による空燃比を可能な限りリーン側に設定する必要があり、燃焼が不安定となって内燃機関の回転変動が大きくなると共に、空燃比の僅かな変化によって昇温効果や燃焼状態が大きく変化するという問題があった。
【０００８】
燃焼行程における燃料の追加噴射は点火時期の遅角制御に較べてＮ０ｘ吸蔵触媒の昇温効果が大であり、排気ガス温度の低い低回転時や低負荷時の昇温に用いられるが、追加噴射のタイミングと噴射量とを最適値に制御しないと排気ガスの悪化や三元触媒の異常温度上昇などの現象が現れる。また、ＳＯｘが放出されるまでの期間は、Ｎ０ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯｘの放出に必要な温度（通常、６００℃以上）に維持しなければならず、追加噴射によりこの温度を維持する場合には追加噴射をＳＯｘの放出完了まで継続する必要があり、追加噴射の実施期間が長くなってしまう。実車走行状態においては、たとえ一定速度での走行中であってもこのように追加噴射の実施期間が長くなる場合、排気ガスが悪化したり、三元触媒の温度が異常上昇することが避けられないものであった。
【０００９】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、追加噴射によるＮ０ｘ吸蔵触媒の大きな昇温効果を得ながら排気ガスの悪化や三元触媒の異常温度上昇、さらには燃焼状態の悪化を防止することが可能な内燃機関の排気浄化装置並びにその方法を得ることを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、燃焼室内の燃料を点火する点火手段と、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒と、燃料噴射手段の燃料噴射量と燃料噴射時期、および、点火手段の点火時期を制御する制御手段とを備え、制御手段が、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着したＳＯｘの吸着量を推定し、ＳＯｘの吸着量が所定値を越えたと判定したとき、内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を所定の期間追加噴射してＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させる昇温モードとし、追加噴射完了後の所定の期間、点火時期の遅角と追加噴射とを交互に実施してＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持する昇温維持モードとするようにしたものである。
【００１１】
また、追加噴射を行う所定の期間が、内燃機関の運転状態に対応して決定されるようにしたものである。
さらに、追加噴射を行う所定の期間が、追加噴射される燃料の一回当たりの噴射量から算出されるようにしたものである。
さらにまた、追加噴射を行う所定の期間が、ＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるのに必要な熱量と、追加噴射される燃料の発熱量とから算出されるようにしたものである。
また、追加噴射を行う所定の期間が、内燃機関の運転状態に対応して補正されるようにしたものである。
【００１２】
さらに、追加噴射を行う所定の期間が、内燃機関の排気ガス温度に応じて補正されるようにしたものである。
さらにまた、追加噴射がＮＯｘ吸蔵触媒の昇温時と、昇温後の温度維持時とに分割して行われ、昇温時の追加噴射によりＮＯｘ吸蔵触媒の温度が目標値に達した後は、点火時期の遅角と追加噴射とを交互に、それぞれの所定期間毎に繰り返すことにより、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持するようにしたものである。
また、点火時期遅角を行う所定の期間が、内燃機関の運転状態に対応して決定されるようにしたものである。
【００１３】
さらに、点火時期遅角を行う所定の期間が、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に対応して決定されるようにしたものである。
さらにまた、点火時期の遅角が、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が所定値に低下するまでの期間実施され、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が所定値に低下したときにはＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持するための追加噴射に移行するようにしたものである。
また、点火時期の遅角実施期間を決定するＮＯｘ吸蔵触媒温度の所定値が、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に対応して決定されるようにしたものである。
【００１４】
さらに、追加噴射によりＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの所定の温度が、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に対応して決定されるようにしたものである。
さらにまた、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持するための点火時期遅角、または、温度を維持するための点火時期遅角および追加噴射の実施期間が、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に対応して決定されるようにしたものである。
【００１５】
また、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、内燃機関の燃焼室に燃料噴射手段を設けて燃料を噴射し、点火手段によりこれを点火すると共に、排気ガスの通路にＮＯｘ吸蔵触媒を設けてＮＯｘの吸蔵と還元を行う内燃機関において、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着するＳＯｘの吸着量が所定値を越えたと推定されたとき、内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を追加噴射してＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させる昇温モードとし、ＮＯｘ吸蔵触媒の昇温後は点火手段による点火時期の遅角と追加噴射とを交互に行ってＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持する昇温維持モードとすることによりＮＯｘ吸蔵触媒からＳＯｘを放出させるようにしたものである。
【００１６】
さらに、追加噴射の実施期間を、ＮＯｘ吸蔵触媒温度を所定値まで昇温させるのに必要な熱量と、追加噴射される燃料の発熱量とから算出するようにしたものである。
さらにまた、追加噴射をＮＯｘ吸蔵触媒の昇温時と温度維持時とに分割して行い、昇温時における追加噴射を完了した後は、温度を維持するための点火時期の遅角と追加噴射とを交互に行ってＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持するようにしたものである。
【００１７】
また、温度を維持するための点火時期の遅角が、ＮＯｘ吸蔵触媒温度が所定値に低下するまで継続され、ＮＯｘ吸蔵触媒温度が所定値に低下したときには追加噴射により再び昇温するようにしたものである。
さらに、追加噴射によりＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの追加噴射の実施期間、または／および、温度を維持するための点火時期遅角の実施期間を、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に対応して決定するようにしたものである。
さらにまた、追加噴射によりＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの追加噴射の実施期間、または／および、温度を維持するための点火時期遅角と追加噴射との実施期間を、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に対応して決定するようにしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
参考形態１．
図１は、この発明の基本的な概念を理解するための参考形態１として示した内燃機関の排気浄化装置の構成図であり、多気筒内燃機関の一気筒分を抜き出して構成を説明するものである。また、図２は、制御手段１６の動作を説明するフローチャート、図３は、追加噴射の実施期間を説明する特性説明図である。
【００１９】
図１において、内燃機関１の吸気通路２にはエアフローセンサ３と、スロットルバルブ４とが設けられ、吸入空気量がスロットルバルブ４により制御されて燃焼室５に導入されると共に、この吸入空気量はエアフローセンサ３により計測され、スロットルバルブ４の開度はスロットル開度センサ６により計測される。また、燃焼室５には燃料噴射手段としてのインジェクタ７と、点火手段としての点火プラグ８とが設けられ、吸入空気にインジェクタ７から燃料が噴射されて混合気が形成され、この混合気が所定の点火時期において点火プラグ８により点火されるように構成されている。
【００２０】
内燃機関１の排気通路９には上流側から混合気の空燃比を計測する空燃比センサ１０と、炭化水素などを酸化して排気ガスを浄化する三元触媒１１と、排気ガスの温度を計測する排気温センサ１２と、Ｎ０ｘを吸着して所定のタイミングで還元処理するＮ０ｘ吸蔵触媒１３とが設けられている。また、内燃機関１のクランク軸１４の回転角と回転速度とはクランク角センサ１５により計測され、エアフローセンサ３とスロットル開度センサ６と空燃比センサ１０と排気温センサ１２とクランク角センサ１５との各出力信号は内燃機関１を制御する制御手段１６に入力され、制御手段１６は各センサからの入力信号に基づき内燃機関１を制御する。
【００２１】
制御手段１６の本発明に関与する制御としては、各信号入力に基づくインジェクタ（燃料噴射手段）７による燃料の噴射量と噴射時期の制御、および、点火プラグ（点火手段）８による点火時期の制御などであり、そのために制御手段１６には演算手段や記憶手段などが内蔵されている。燃焼室５内にて混合気が燃焼したとき、上記のように、特にリーンバーンの状態ではＮ０ｘが発生する。このＮＯｘを吸蔵し、還元するのがＮ０ｘ吸蔵触媒１３であるが、燃焼により同時にＳＯｘが発生してＮ０ｘ吸蔵触媒１３に吸着し、ＮＯｘの吸蔵機能を低下させる。制御手段１６はこのＳＯｘを放出させるために内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を追加噴射してＮ０ｘ吸蔵触媒１３を昇温させると共に、この温度を維持するために点火時期の遅角制御などを行うものである。
【００２２】
上記のように排気通路９には上流側に三元触媒１１が、また、下流側にＮ０ｘ吸蔵触媒１３が配置されており、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３を昇温させるために燃料を追加噴射した場合、燃料と三元触媒１１との反応で三元触媒１１と排気ガスとが加熱され、この熱が下流側のＮ０ｘ吸蔵触媒１３に伝達されてＮ０ｘ吸蔵触媒１３が昇温する。三元触媒１１とＮ０ｘ吸蔵触媒１３との温度差は内燃機関１の運転状態により異なるが、運転状態別の両者の温度差を予め求めておき、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３のＳＯｘ放出可能温度を目標温度Ｔｌｎｔとし、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３をこの温度にするための三元触媒１１の目標温度をＴｔｗｃとしたとき、三元触媒１１の温度を制御してＴｔｗｃとすればＮ０ｘ吸蔵触媒１３が昇温してＳＯｘが放出されることになる。以下にその動作について説明する。
【００２３】
制御手段１６による制御動作の内、ＳＯｘの放出に関する動作を示したのが図２のフローチャートであり、このフローチャートの処理は内燃機関１の各気筒に対する燃料噴射の設定周期、例えば、所定のクランク角毎に繰り返し実施されるものである。図２において、ルーチンが開始されると、まず、ステップ２０１においては制御手段１６が各センサからの信号を読み取り、内燃機関１の運転状態を検出する。ここではクランク角センサ１５の出力からの回転速度と、エアフローセンサ３などの出力から負荷の量を検出すると共に、空燃比センサ１０の出力から内燃機関１の排出ガス温度を推測し、これらのパラメータと排気温センサ１２の出力とから三元触媒１１の温度とＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度とを推測するものである。
【００２４】
次に、ステップ２０２においてＳＯｘ吸着量の推定を行う。このＳＯｘ吸着量の推定は、例えば、内燃機関のリーンバーン運転中における燃料噴射パルスの積算値、すなわち、燃料噴射量を積算することにより行われる。続いてステップ２０３に進み、ここでは上記の運転状態の検出とＳＯｘ吸着量の推定とからＮ０ｘ吸蔵触媒１３の昇温許可判定が行われる。この昇温許可判定は、運転状態からＮ０ｘ吸蔵触媒１３が昇温可能な領域にあるか、運転状態が定常状態にあるか、ＳＯｘの吸着量が所定値を越えているか、などを判定条件として行われるものである。
【００２５】
ステップ２０３にて昇温許可判定がなされるとステップ２０４において追加噴射モードフラグが確立されているかどうかを判定し、確立されていなければステップ２０５に進んで点火時期の遅角モードフラグが確立されているかどうかを判定する。ステップ２０４と２０５とが共に確立されていなければこのルーチンからＳＯｘの放出が開始されることになるので、ステップ２０６に進んで追加噴射モードフラグを確立し、続いてステップ２０７にて追加噴射の実施期間α、つまり、追加噴射のサイクル数を決定する。
【００２６】
この追加噴射の実施期間αは、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度が上記したＳＯｘの放出可能温度Ｔｌｎｔになるまでの期間、言いかえれば三元触媒１１が目標温度Ｔｔｗｃになるまでの期間、追加噴射が実施されるよう実施期間αが決定されるものである。この決定は、制御手段１６に図３に示すような特性のマップを格納しておき、運転条件に応じてαの値を検索して決定する。図３のマップは、内燃機関１の回転速度と負荷とをパラメータとしてそれぞれの値に応じた追加噴射の実施期間αを実験的に求めたもので、このマップは運転状態により各触媒の温度や両触媒間の温度差が異なるため、運転モード（ストイキ、リーン状態など）別に複数のマップが準備される。制御手段１６は制御開始直前の運転状態によりマップを選択し、選択されたマップに対して内燃機関１の回転速度と負荷とをパラメータとして追加噴射の実施期間αを検索して実行する。なお、図３に示すように、低回転速度・低負荷であるほどαの値は大きくなる。
【００２７】
ステップ２０７にて追加噴射の実施期間αが決定されるとステップ２０８に進んで追加噴射のカウンタに追加噴射の実施期間αを設定し、ステップ２０９にて追加噴射を実行する。この追加噴射は内燃機関１の燃焼行程、または、排気行程にて行われるが、追加噴射の量（燃料の量）は運転状態別に排気ガスや燃焼の悪化が起きないよう、予めマップが制御手段１６に格納されており、追加噴射実施時の内燃機関１の回転速度と負荷とをパラメータとして検索される。
【００２８】
追加噴射実施後はステップ２１０に進み、ステップ２０８で設定した追加噴射カウンタをデクリメントする。そしてステップ２１１に進み、追加噴射カウンタがゼロになったかどうかを判定してゼロでなければ追加噴射が実施中であるとして今回のルーチンを終了し、ルーチンを繰り返す。追加噴射カウンタがゼロになっておれば追加噴射が完了したと判定してステップ２１２に進み、追加噴射モードフラグをＯＦＦ状態としてステップ２１３に進む。ステップ２１３では点火時期の遅角モードフラグをＯＮに設定してスタートに戻る。
【００２９】
以上のルーチンにおいて、追加噴射が実施中である場合にはステップ２０４では追加噴射モードフラグがＯＮになっているのでステップ２０４からステップ２０９に飛び、ステップ２０９からステップ２１３の各ステップが実行されることになる。また、ステップ２０５にて点火時期の遅角モードフラグがＯＮになっている場合、ステップ２１４に進み、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度が維持される点火時期の遅角量や燃料噴射量を設定して今回のルーチンを終了しスタートに戻る。点火時期の遅角量や燃料噴射量などの制御定数は、運転状態別に排気ガスや燃焼の悪化が起きないよう、予めマップが制御手段１６に格納されており、遅角制御実施時の内燃機関１の回転速度と負荷とをパラメータとして検索される。
【００３０】
また、このルーチンの実施中にＮ０ｘ吸蔵触媒１３に吸着されたＳＯｘが放出されて所定値以下となったとき、および、追加噴射の実施中に運転状態が変化して過渡挙動になったときなどにおいては、ステップ２０３における判定が昇温不許可に変化する。ここで不許可の判定がなされるとステップ２０３からステップ２１５に進むことになり、ステップ２１５にて追加噴射モードフラグと点火時期の遅角モードフラグとが共にＯＦＦとされ、ステップ２１６にて追加噴射カウンタが初期化され、さらに、ステップ２１７にて現在の運転状態に適合した燃料噴射モードに切り換えられる。
【００３１】
以上に説明したように、参考形態１による内燃機関の排気浄化装置においては、燃料の追加噴射によりＮ０ｘ吸蔵触媒１３の昇温制御が行われ、この昇温制御が燃料の追加噴射のみにより行われるのでなく、ＳＯｘの放出可能な温度に昇温するまでの間について燃料の追加噴射がなされ、昇温された後は点火時期を遅角することによりＳＯｘ放出可能温度を維持するようにしたので、燃料の追加噴射期間を短縮することができ、燃料の追加噴射に伴う排気ガスの悪化や燃焼状態の悪化を抑制すると共に、三元触媒１１の過昇温を防止することができるものである。
【００３２】
参考形態２．
図４と図５は、更に別のこの発明の基本的な概念を理解するための参考形態２として示した内燃機関の排気浄化装置に使用する追加噴射の実施期間を補正する補正係数の説明図であり、参考形態２による内燃機関の排気浄化装置は、参考形態１にて説明した内燃機関の排気浄化装置に対し、図２のステップ２０７における追加噴射の実施期間αの決定方法を変えるようにしたものである。すなわち、追加噴射する燃料の発熱量からＮ０ｘ吸蔵触媒１３を目標温度Ｔｌｎｔにまで昇温させるのに必要な追加噴射の実施期間αを演算し決定するようにしたものである。
【００３３】
追加噴射する燃料の一サイクルストローク（以下、単にストロークと称し、ｓｔｒにて表す）当たりの発熱量Ｑｉｎｊ（ｃａｌ／ｓｔｒ）は、
Ｑinj＝（（Ｇair／Ａf）−Ｇfuel）×Ｈgas ・・・・・・・（１）
として算出される。
ここに、Ｇａｉｒは吸入空気量（ｇ／ｓｔｒ）、
Ｇｆｕｅｌは燃料噴射量（ｇ／ｓｔｒ）、
Ｈｇａｓは燃料の低位発熱量（ｃａｌ／ｇ）、
Ａｆは主噴射と追加噴射とのトータルの空燃比、
である。
【００３４】
Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度を目標温度Ｔｌｎｔまで昇温させることは、実施の形態１にて述べたように三元触媒１１を目標温度Ｔｔｗｃまで昇温させることであり、このときに必要な熱量を一ストローク当たりの、すなわち、追加噴射一回当たりの発熱量Ｑｉｎｊにて除算すれば必要な追加噴射の実施サイクルが算出できる。しかし、追加噴射による発生熱量が三元触媒１１に伝達される熱伝達率は運転状態により変わり、排気の流速が速くなるほど熱伝達効率が低下するため、これを補正する必要がある。図４はこの補正のための熱伝達補正係数Ｋｈｔを内燃機関１の回転速度と負荷とをパラメータとして表したもので、この熱伝達補正係数Ｋｈｔがマップとして制御手段１６に格納されるようにする。
【００３５】
また、三元触媒１１やＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度は追加噴射による燃料の発熱量にのみ依存するものでなく、内燃機関１の排気ガスと各触媒との間の熱伝達率によっても変わり、これを補正する排気温度補正係数Ｋｅｔが必要となる。図５はこの排気温度補正係数Ｋｅｔを示したもので、排気温度と三元触媒１１の温度との差に対して決定され、制御手段１６に格納される。
【００３６】
このような各補正係数を勘案の上、追加噴射の実施サイクル数Ｃｙｉｎｊは次の式（２）により算出できる。なお、実施サイクル数Ｃｙｉｎｊの単位はストローク（ｓｔｒ）である。
Cyinj＝(Ttwc−Tr)×Gcal×Ccal／Qinj×Ket×Kht ・・・・・（２）
ここに、Ｔｔｗｃは三元触媒の目標温度（℃）
Ｔｒは三元触媒の温度（℃）
Ｇｃａｌは三元触媒の重量（ｇ）
Ｃｃａｌは三元触媒の比熱（ｃａｌ／ｇ・℃）
Ｋｅｔは排気温度補正係数
Ｋｈｔは熱伝達補正係数
である。
【００３７】
このように、図４および図５に示す参考形態による内燃機関の排気浄化装置においては、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度を目標温度Ｔｌｎｔまで昇温させるために追加噴射する噴射期間を、追加噴射される燃料の供給量、すなわち、発熱量により演算するようにしたので、より精度良く追加噴射の実施期間を決定することができ、容易に排気ガスの悪化や燃焼状態の悪化を抑制することができると共に、三元触媒１１などの過昇温を防止することができるものである。
【００３８】
実施の形態１．
図６は、この発明の実施の形態１による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明するフローチャートであり、この実施の形態による内燃機関の排気浄化装置は、追加噴射によりＮ０ｘ吸蔵触媒１３を所定の温度まで昇温した後、温度維持のために点火時期の遅角と追加噴射とを交互に行うようにしたもので、温度維持のための追加噴射の実施期間と点火時期遅角の実施期間とをマップとして制御手段１６に格納しておき、内燃機関１の運転状態に応じてマップを検索し、追加噴射と点火遅角との各実施期間を決定してこれらを交互に行うものである。なお、装置の構成は図１の構成図と同様である。
【００３９】
この発明の実施の形態１における動作は図６のフローチャートの通りであり、このフローチャートの処理は内燃機関１の各気筒に対する燃料噴射の設定周期、例えば、所定のクランク角毎に繰り返し実施されるものである。図において、ルーチンが開始されると、まず、ステップ６０１にて制御手段１６が各センサからの信号を読み取り、内燃機関１の運転状態を検出する。この運転状態の検出は、参考形態１の場合と同様に、内燃機関１の回転速度と、エアフローセンサ３などの出力から負荷の量を検出すると共に、空燃比センサ１０の出力から内燃機関１の排出ガス温度を推測し、これらのパラメータと排気温センサ１２の出力から三元触媒１１の温度とＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度とを推測するものである。
【００４０】
続いてステップ６０２では参考形態１と同様にＮＯｘ吸蔵触媒１３に吸着したＳＯｘ吸着量の推定を行い、ステップ６０３では運転状態の検出とＳＯｘ吸着量の推定とからＮ０ｘ吸蔵触媒１３の昇温許可判定が行われる。この判定は上記の参考形態１の場合と同様である。ステップ６０３にて許可判定がなされるとステップ６０４において昇温モードフラグが確立されているかどうかを判定し、確立されていなければステップ６０５に進んで昇温維持モードフラグが確立されているかどうかを判定する。
【００４１】
ここで、昇温モードとは、追加噴射によりＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度を目標温度であるＴｌｎｔまで昇温させるために、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の上流に配置されている三元触媒１１を目標温度Ｔｔｗｃまで昇温させるものであり、昇温維持モードとは、追加噴射と点火時期遅角とを交互に繰り返して行い、昇温モードにより昇温されたＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度をＳＯｘ放出可能温度に維持するものである。両者のフラグが確立されておらず、ＯＦＦ状態にあるときにはこのルーチンから昇温モードを開始すると判断するもので、ステップ６０６にて昇温モードフラグをＯＮにし、ステップ６０７にて追加噴射実施期間α、すなわち、追加噴射のサイクル数を決定する。
【００４２】
この追加噴射のサイクル数の決定は参考形態１の場合と同様であり、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度を目標温度のＴｌｎｔまで昇温させるのに必要な、言いかえれば、上流に配置されている三元触媒１１を目標温度のＴｔｗｃまで昇温させるのに必要な、運転状態別の追加噴射実施期間を予め実験的に求めてマップに格納しておき、内燃機関の回転速度と負荷とをパラメータとして検索して求めるものである。
【００４３】
ステップ６０７にて追加噴射の実施期間αが決定されるとステップ６０８に進んで追加噴射のカウンタに追加噴射の実施期間αを設定し、ステップ６０９にて追加噴射を実行する。この追加噴射は参考形態１と同様に内燃機関１の燃焼行程、または、排気行程にて行われるが、追加噴射の量（燃料の量）は運転状態別に排気ガスや燃焼の悪化が起きないよう、予め噴射量のマップが制御手段１６に格納されており、追加噴射実施時の内燃機関１の回転速度と負荷とをパラメータとして検索される。そして、ステップ６１０に進み、ステップ６０８で設定した追加噴射カウンタをデクリメントする。
【００４４】
続いてステップ６１１に進み、追加噴射カウンタがゼロになったかどうかを判定してゼロでなければ追加噴射が実施中であるとして今回のルーチンを終了し、スタートに戻る。追加噴射カウンタがゼロになっておれば昇温モードにおける追加噴射が完了したと判定してステップ６１２に進み、昇温モードフラグをＯＦＦ状態とし、昇温維持モードを開始するためにステップ６１３にて昇温維持モードフラグをＯＮにする。昇温維持モードでは、まず、点火時期を遅角して温度を維持するためにステップ６１４にて点火時期遅角モードフラグをＯＮに設定し、ステップ６１５にて点火時期遅角の実施期間θを決定する。
【００４５】
点火時期遅角の実施期間θの決定は、点火時期の遅角によりＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度をＳＯｘ放出可能な温度の下限値まで維持できる期間を予め実験的に求めてマップとして制御手段１６に格納しておき、点火時期遅角の実施時に内燃機関の回転速度と負荷とをパラメータとして検索して求めるものである。このときの点火時期の遅角量や燃料噴射量などの制御定数は、運転状態別に昇温効果が高く、挙動が悪化しないような値を選択してマップに格納される。そして、ステップ６１５にて点火時期遅角の実施期間θが決定されるとステップ６１６に進み、点火時期遅角のカウンタに実施期間θ設定してスタートに戻る。
【００４６】
ステップ６０５において昇温維持モードフラグが確立されており、ＯＮ状態であればステップ６１７に進み、追加噴射モードフラグが確立されているかどうかを確認する。この確認は昇温維持モードにおいて追加噴射モードと点火時期遅角モードとの判別を行うものであり、追加噴射モードフラグが確立されておればステップ６２５に、確立されていなければ点火時期遅角モードであると判定してステップ６１８に進む。ステップ６１８では点火時期の遅角量や燃料の噴射量を上記のマップ検索により設定して点火時期遅角を実施し、ステップ６１９に進んで点火時期遅角のカウンタをデクリメントする。
【００４７】
続いてステップ６２０に進み、ここでは点火時期遅角のカウンタがゼロであるかどうか、すなわち、点火時期遅角の実施期間が残っているかどうかを判定し、実施期間が残っておればスタートに戻ってルーチンを繰り返し、カウンタがゼロで実施期間が終了したと判定するとステップ６２１にて点火時期遅角モードフラグをＯＦＦにする。続いてステップ６２２にて触媒温度を昇温するために追加噴射モードフラグをＯＮしてステップ６２３に進み、昇温維持モード時における追加噴射の実施期間γを決定し、ステップ６２４にて追加噴射のカウンタにこのγの値を設定する。
【００４８】
この昇温維持モード時における追加噴射実施期間γの決定は上記した昇温モード時の追加噴射実施期間αの決定と同様であるが、運転状態別の追加噴射実施期間を予め実験的に求めて昇温モード時における追加噴射実施期間マップとは別のマップに格納しておき、内燃機関１の回転速度と負荷とをパラメータとして検索して設定するものである。そしてステップ６２４にてγの値が設定されれば今回のルーチンを終了し、このカウンタの値がゼロになるまでは次回のルーチンではステップ６１７からステップ６２５に進むことになる。
【００４９】
ステップ６１７にて追加噴射モードフラグがＯＮになっておれば上記のようにステップ６２５に進むが、ステップ６２５では昇温維持モード時における追加噴射の噴射量を設定して追加噴射を実施し、ステップ６２６に進んで追加噴射のカウンタ（ステップ６２４にて設定された）をデクリメントする。ステップ６２７では昇温維持モードにおける追加噴射の実施期間が終了したかどうかを判定し、カウンタがゼロになっていなければ実施期間が終了していないのでスタートに戻ってルーチンを繰り返し、カウンタがゼロになって実施期間が終了しておればステップ６２８に進んで追加噴射モードのフラグをＯＦＦにする。
【００５０】
ステップ６２８にて追加噴射モードのフラグをＯＦＦにした後、さらに、ステップ６２９に進んで点火時期遅角モードフラグをＯＮに設定し、ステップ６３０において点火時期遅角のカウンタに実施期間θを設定してスタートに戻る。このように、ステップ６０３にて昇温許可判定がなされている間においては点火時期遅角の実施期間θと追加噴射の実施期間γとが交互に繰り返されることになる。そして、この処理の実施中にＮ０ｘ吸蔵触媒１３に吸着されたＳＯｘが放出されて所定値以下となったとき、および、運転状態が変化して過渡挙動になったときには、ステップ６０３における判定が昇温不許可に変化し、ステップ６３１にて追加噴射モードと点火時期遅角モードの各フラグがＯＦＦにされ、ステップ６３２にて各カウンタが初期化されてステップ６３３に進み、運転状態に応じた燃焼モードに戻されて処理を完了する。
【００５１】
以上のようにこの実施の形態による内燃機関の排気浄化装置においては、昇温許可判定がなされ、昇温モードが確立すると追加噴射が実施され、追加噴射でＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度が所定値まで昇温すると昇温維持のための点火時期の遅角と、昇温維持のための追加噴射とが交互に繰り返されることとなり、点火時期の遅角のみでは昇温維持ができないような運転状態においてもＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度をＳＯｘ放出可能な温度に維持することができ、また、最初の昇温のための追加噴射期間を短縮して排気ガスの悪化や三元触媒１１の過昇温をより効果的に防止することが可能になるものである。
【００５２】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明するフローチャートであり、実施の形態１にて説明した図６と同一動作部分には同一ステップ番号が付与されている。この実施の形態による内燃機関の排気浄化装置は、実施の形態１による内燃機関の排気浄化装置に対し、昇温モード時と昇温維持モード時とにおける追加噴射実施期間の設定法と、昇温維持モード時における点火時期遅角実施期間の設定方法とを変更したものである。
【００５３】
図７のフローチャートにおいて、ステップ６０１からステップ６０６までは上記の実施の形態１と同一処理である。すなわち、ステップ６０１は各センサからの信号により内燃機関１の運転状態を検出するものであり、ステップ６０２はＮＯｘ吸蔵触媒１３に吸着したＳＯｘ吸着量の推定を行うものであり、ステップ６０３は運転状態の検出とＳＯｘ吸着量の推定とからＮ０ｘ吸蔵触媒１３の昇温許可判定を行うものである。また、ステップ６０４では昇温モードフラグが確立されているかどうかを判定し、確立されていなければステップ６０５に進んで昇温維持モードフラグが確立されているかどうかを判定し、いずれもが確立されていなければステップ６０６にて昇温モードフラグを確立するものであり、詳細は実施の形態１と同一である。
【００５４】
昇温モードフラグが確立されるとステップ６０７ａにて追加噴射の実施期間αを決定するが、この実施の形態における実施期間αの決定は、実施の形態１の場合の予め実験的に求めたマップの検索とは異なり、参考形態２にて説明したように、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度を目標温度Ｔｌｎｔまで昇温するために必要な噴射期間αを、追加噴射される燃料の発熱量により演算する。すなわち、上記した（２）式により噴射期間αを設定するものである。ステップ６０７ａにて追加噴射の実施期間αが設定されると、ステップ６０８からステップ６１４までは実施の形態１の場合と同様の処理が行われ、その詳細は実施の形態１にて説明した通りである。
【００５５】
この実施の形態では後述するように、昇温維持モードにおける点火時期遅角の実施期間の設定法が実施の形態１の場合とは異なるため、ステップ６１４にて昇温維持時の点火時期遅角モードフラグをＯＮに設定すると点火時期遅角の実施期間を設定することなく今回のルーチンを終了してスタートに戻る。ステップ６０５において昇温維持モードが確立されている場合、実施の形態１の場合と同様にステップ６１７に進み、ここで追加噴射モードが確立されていなければステップ６１８に進んで点火時期の遅角量や燃料の噴射量を設定して点火時期遅角を実施するが、続いてステップ７０１に進み、ここでは点火時期の遅角を継続するかどうかを判定する。
【００５６】
ステップ７０１での判定は、制御手段１６がＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度に対する点火時期遅角制御の許可温度を記憶しており、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度と許可温度とを比較することにより行われる。すなわち、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度が許可温度より大きければステップ７０１にてルーチンを終了してスタートに戻り、点火時期の遅角による昇温維持モードを継続する。Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度が許可温度より低下すればステップ６２１に進んで点火時期遅角モードフラグをＯＦＦにし、ステップ６２２にて追加噴射モードフラグをＯＮにする。ここではＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度から点火時期遅角モードでは温度の維持ができないと判断して追加噴射モードに切り換えるものである。
【００５７】
ステップ６２２にて追加噴射モードフラグがＯＮになるとステップ６２３ａにて昇温モード時の追加噴射実施期間γを決定するが、ここでの決定法は上記のステップ６０７ａと同様に、噴射期間γを追加噴射される燃料の発熱量から演算する。そして、ステップ６２４にて追加噴射のカウンタにこのγの値を設定してスタートに戻り、次回のルーチンでは追加噴射モードフラグがＯＮになっているため、ステップ６１７からステップ６２５に進んで実施の形態１の場合と同様に追加噴射を実施する。ただし、実施の形態１と比較して、昇温維持モードでは上記のように点火時期遅角実施期間がＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度により判定されるため、点火時期遅角のカウンタ設定（図３のステップ６３０）は行われず、また、このカウンタのデクリメント処理（図３のステップ６１９）も行われない。
【００５８】
以上のようにこの実施の形態による内燃機関の排気浄化装置においては、追加噴射の噴射期間を、追加噴射される燃料の発熱量により演算するので、より精度良く追加噴射の実施期間を決定することができ、排気ガスの悪化や燃焼状態の悪化を抑制すると共に、三元触媒１１の過昇温を防止でき、昇温維持モードにおいて点火時期遅角から追加噴射への切替をＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度を指標にフィードバック的に行うので、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度制御精度が向上し、処理が簡略化できると共に、内燃機関にバラツキがあってもこれを吸収して確実なＳＯｘの放出が可能になるものである。
【００５９】
参考形態３．
参考形態３による内燃機関の排気浄化装置は、参考形態１および２の内燃機関の排気浄化装置に対してＮ０ｘ吸蔵触媒１３が吸着するＳＯｘの吸着量推定値に応じてＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度制御値を変えるようにしたものである。参考形態１にて説明した図２のフローチャートにおいて、ステップ２０２にてＳＯｘの吸着量を推定するとき、その吸着量に応じたＮ０ｘ吸蔵触媒１３の目標温度を設定する。この目標温度はＳＯｘ吸着量の推定値が大であるほど高い値に設定される。
【００６０】
また、図２のステップ２０７においては、追加噴射実施期間αがＳＯｘ吸着量に応じて設定された目標温度に対して決定される。すなわち、ＳＯｘ吸着量が多いほどαの値が大きく決定され、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の加熱時間が延長される。このときの追加噴射実施期間αの決定は、制御手段１６に参考形態１にて説明した追加噴射実施期間のマップが目標温度毎に格納されており、このマップを切り換えることによりなされる。
【００６１】
このように追加噴射実施期間αを決定することにより、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３に吸着したＳＯｘの量が多いときでも放出速度を速くして短時間での放出が可能になるものである。なお、参考形態２の場合については上記の（２）式にて示した三元触媒の目標温度Ｔｔｗｃの値をＳＯｘ吸着量に対応して変更することにより、同様の効果を得ることができるものである。
【００６２】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明する特性図であり、この実施の形態による内燃機関の排気浄化装置は、実施の形態１および２の内燃機関の排気浄化装置に対して参考形態３の場合と同様に、ＳＯｘの吸着量推定値に応じてＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度制御値を変えるようにしたものである。
【００６３】
実施の形態１および２にて説明した図６と図７のフローチャートにおいて、ステップ６０２にてＳＯｘの吸着量を推定するとき、参考形態３の場合と同様にその吸着量に応じたＮ０ｘ吸蔵触媒１３の目標温度を設定する。また、図６のフローチャートにおいてはステップ６１５にて昇温維持時の点火時期遅角の実施期間θを決定するとき、ＳＯｘの吸着量推定値に応じた複数のマップを準備しておき、ＳＯｘの吸着量推定値に応じてマップを選択して使用する。また図７のフローチャートにおいてはステップ７０１において制御手段１６がＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度に対する点火時期遅角制御の許可温度を複数記憶しており、この許可温度をＳＯｘ吸着量推定値に応じて選択して使用する。
【００６４】
図８はこのような温度制御を表すものであり、ＳＯｘ吸着量推定値が少ない場合にはステップ６０７における追加噴射実施期間αの設定をＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度がｔ１になる時間を選択し、温度がｔ１に達すると点火時期遅角による昇温維持モードに移行する。そして、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度がｔ２まで低下すると昇温維持モードによる追加噴射に移行し、追加噴射をＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度がｔ１になるまで継続するようにステップ６２３におけるγの設定と、ステップ６１５におけるθの設定およびステップ７０１における許可温度の設定を行う。
【００６５】
また、ＳＯｘ吸着量推定値が大きい場合には、ステップ６０７における追加噴射実施期間αの設定をＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度がｔ１より高いｔ３になる時間を選択し、つまり時間を長くし、温度がｔ３に達すると点火時期遅角による昇温維持モードに移行する。Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度がｔ２より高いｔ４まで低下すると昇温維持モードによる追加噴射に移行し、追加噴射をＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度がｔ３になるまで継続する。このようにステップ６２３におけるγの設定と、ステップ６１５におけるθの設定およびステップ７０１における許可温度の設定を行うものである。
【００６６】
以上のように、昇温時における目標温度と昇温維持時の下限温度とを制御することにより、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３に吸着したＳＯｘの量が多いときでも放出速度を速くして短時間での放出が可能になるものであり、排気ガスの悪化や触媒の過昇温、燃焼の悪化などを抑制することが可能になるものである。
【００６７】
実施の形態４．
実施の形態４による内燃機関の排気浄化装置は、以上に説明した各実施の形態の内燃機関の排気浄化装置において、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３が吸着するＳＯｘの吸着量推定値に応じてＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度維持時間を変えるようにしたものである。参考形態１および２については、参考形態３の場合と同様に追加噴射の実施期間αを設定し、ＳＯｘの吸着量推定値が大きいほど目標温度を高くすることにより温度維持時間の延長を図ると共に、ステップ２０３による不許可判定までの時間を長くする。実施の形態１および２の場合については、ステップ６０３にて判定する昇温維持モードの時間をＳＯｘの吸着量推定値に対応して制御するもので、このように制御することにより触媒の温度を過昇温にすることなく効果的にＳＯｘを放出することが可能になるものである。
【００６８】
なお、以上に説明した各実施の形態においては三元触媒１１の温度やＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度などを空燃比センサ１０の出力や排気温センサ１２の値から推測するように説明したが、当然のことながら各触媒に温度センサを設けることも可能であり、内燃機関の回転速度や負荷の量など運転状態をパラメータとして推測することもできるものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明による内燃機関の排気浄化装置において、請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、この燃料を点火する点火手段と、排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒と、燃料噴射量と噴射時期、および、点火時期を制御する制御手段とを備え、制御手段がＮＯｘ吸蔵触媒に吸着したＳＯｘの吸着量を推定し、ＳＯｘの吸着量が所定値を越えたと判定したとき、内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を所定の期間追加噴射してＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させると共に、追加噴射の完了後所定の期間、点火時期の遅角と前記追加噴射とを交互に実施してＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持するようにしたので、燃料の追加噴射時間を短縮しながらＮＯｘ吸蔵触媒の充分な昇温と温度維持とが可能になり、燃料の追加噴射に伴う排気ガスの悪化や燃焼状態の悪化を抑制し、三元触媒の過昇温を防止するなど、優れた効果を得ることができるものである。
また点火時期の遅角のみでは昇温維持ができないような運転状態においてもＮＯｘ吸蔵触媒の温度をＳＯｘ放出可能な温度に維持することができるものである。
【００７０】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明において、追加噴射を行う所定の期間を、内燃機関の運転状態に対応して決定するようにしたので、運転状態の差によるＮＯｘ吸蔵触媒の昇温に過不足がなくなり、確実にＳＯｘを放出しながら排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制し、三元触媒の過昇温を防止することができるものである。
さらに、請求項３に記載の発明によれば、追加噴射を行う所定の期間が、追加噴射される燃料の一回当たりの噴射量から算出されるようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を精度良く制御することができ、精度の向上分、排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制することができるものである。
【００７１】
さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、追加噴射を行う所定の期間を、ＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるのに必要な熱量と、追加噴射される燃料の発熱量とから算出するようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度をより精度良く制御することができ、排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制しながら確実にＳＯｘを放出することができるものである。
また、請求項５に記載の発明によれば、請求項３および４の発明において、追加噴射を行う所定の期間を、内燃機関の運転状態に対応して補正するようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度をさらにより精度良く制御することができ、排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制することができるものである。
【００７２】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、請求項３および４の発明において、追加噴射を行う所定の期間を、内燃機関の排気ガス温度に応じて補正するようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度をさらに精度良く制御することができ、排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制し、三元触媒の過昇温が防止できるものである。
【００７３】
さらにまた、請求項７に記載の発明によれば、追加噴射によりＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの所定の温度が、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に対応して決定されるようにしたので、ＳＯｘの吸着量に応じてＮＯｘ吸蔵触媒の温度が制御され、ＳＯｘの吸着量が多いときでも短時間にその放出が可能になるものである。
【００７４】
また、請求項８に記載の発明によれば、追加噴射によりＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温し、追加噴射完了後に、点火時期の遅角と追加噴射とを交互に、それぞれの所定期間毎に繰り返すことにより、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持するようにしたので、点火時期の遅角のみでは昇温維持ができないような運転状態においてもＮＯｘ吸蔵触媒の温度をＳＯｘ放出可能な温度に継続して維持することができ、追加噴射の継続時間は短縮されるので排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制できるものである。
また、請求項９に記載の発明によれば、請求項８の発明において、点火時期の遅角を行う所定の期間と追加噴射を行う所定の期間を、内燃機関の運転状態に対応して決定するようにしたので、運転状態によりＮＯｘ吸蔵触媒の温度低下の時定数が変動しても的確に追加噴射に移行でき、ＳＯｘの放出不完全や三元触媒の過昇温を防止することができるものである。
さらに、請求項１０に記載の発明によれば、請求項８の発明において、点火時期遅角を行う所定の期間と追加噴射を行う所定の期間を、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に対応して決定するようにしたので、三元触媒の温度を過昇温にすることなく、効果的にＳＯｘを放出することが可能になるものである。
【００７５】
さらにまた、請求項１１に記載の発明によれば、請求項８の発明において、点火時期の遅角をＮＯｘ吸蔵触媒の温度が所定値に低下するまでの期間実施し、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が所定値に低下したときにはＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持するための追加噴射に移行するようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒の維持温度精度が向上し、ＳＯｘの放出が短時間化されると共に、内燃機関のバラツキを吸収した制御ができ、温度維持のための追加噴射を必要時のみとして排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制することができるものである。
【００７６】
また、請求項１２に記載の発明によれば、請求項１１の発明において、ＮＯｘ吸蔵触媒温度の所定値を、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に対応して決定するようにしたので、ＳＯｘの吸着量に対応してＮＯｘ吸蔵触媒の温度を制御でき、ＳＯｘの吸着量が多いときでも短時間にＳＯｘの放出が可能になるものである。
【００７８】
また、この発明による内燃機関の排気浄化法において、請求項１３に記載の発明によれば、内燃機関の燃焼室に燃料噴射手段を設けて燃料を噴射し、点火手段によりこれを点火すると共に、排気ガスの通路にＮＯｘ吸蔵触媒を設けてＮＯｘの吸蔵と還元を行う内燃機関において、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着するＳＯｘの吸着量が所定値を越えたと推定されたとき、内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を追加噴射してＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒の昇温後は点火手段による点火時期の遅角と前記追加噴射とを交互に行って、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持することによりＮＯｘ吸蔵触媒からＳＯｘを放出させるようにしたので、燃料の追加噴射時間を短縮しながらＮＯｘ吸蔵触媒の昇温と温度維持とが可能になり、燃料の追加噴射に伴う排気ガスの悪化や燃焼状態の悪化を抑制し、三元触媒の過昇温を防止することができるものである。また内燃機関の運転状態に関わらず、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度をＳＯｘ放出可能な温度に維持することができるものである。
【００７９】
さらに、請求項１４に記載の排気浄化法によれば、追加噴射の実施期間を、ＮＯｘ吸蔵触媒温度を所定値まで昇温させるのに必要な熱量と、追加噴射される燃料の発熱量とから算出するようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を精度良く制御でき、排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制しながら確実にＳＯｘを放出することができるものである。
【００８１】
また、請求項１５に記載の排気浄化法によれば、温度を維持するための点火時期の遅角を、ＮＯｘ吸蔵触媒温度が所定値に低下するまで継続し、この温度が所定値に低下したときには追加噴射により再び昇温するようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒の維持温度精度が向上し、ＳＯｘの放出が短時間化されると共に、内燃機関のバラツキを吸収した制御ができるものである。
【００８３】
さらに、請求項１６に記載の排気浄化法によれば、追加噴射によりＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの追加噴射の実施期間、または／および、温度を維持するときの点火時期遅角と追加噴射との実施期間を、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に対応して決定するようにしたので、請求項１８と同様に、ＳＯｘの吸着量に対応してＮＯｘ吸蔵触媒の温度を制御でき、ＳＯｘの吸着量が多いときでも短時間にＳＯｘの放出が可能になり、また、三元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒の温度を抑制しながらＳＯｘの放出が可能になるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の基本的な概念を理解するための参考形態１による内燃機関の排気浄化装置の構成図である。
【図２】参考形態１による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】参考形態１による内燃機関の排気浄化装置の動作特性の説明図である。
【図４】この発明の基本的な概念を理解するための参考形態２による内燃機関の排気浄化装置の補正係数の説明図である。
【図５】参考形態２による内燃機関の排気浄化装置の補正係数の説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態２による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態３による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明する特性図である。

Claims

内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段、前記燃焼室内の燃料を点火する点火手段、前記内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒、前記燃料噴射手段の燃料噴射量と燃料噴射時期、および、前記点火手段の点火時期を制御する制御手段を備え、前記制御手段が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着したＳＯｘの吸着量を推定し、ＳＯｘの吸着量が所定値を越えたと判定したとき、前記内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を所定の期間追加噴射して前記ＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させる昇温モードとし、前記追加噴射完了後の所定の期間、前記点火時期の遅角と前記追加噴射とを交互に実施して前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持する昇温維持モードとしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記昇温モードにおける追加噴射を行う所定の期間が、前記内燃機関の運転状態に対応して決定され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。
前記昇温モードにおける追加噴射を行う所定の期間が、追加噴射される燃料の一回当たりの噴射量から算出され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。
前記昇温モードにおける追加噴射を行う所定の期間が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるのに必要な熱量と、追加噴射される燃料の発熱量とから算出され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。
前記昇温モードにおける追加噴射を行う所定の期間が、前記内燃機関の運転状態に対応して補正されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記昇温モードにおける追加噴射を行う所定の期間が、前記内燃機関の排気ガス温度に応じて補正されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記昇温モードにおける追加噴射により前記ＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの前記所定の温度が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に対応して決定され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。
前記昇温維持モードにおける点火時期の遅角と前記追加噴射の交互の実施は、それぞれ所定期間毎に繰り返すことにより前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記昇温維持モードにおける点火時期遅角を行う所定の期間と追加噴射を行う所定の期間が、前記内燃機関の運転状態に対応して決定されることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持するための点火時期遅角および追加噴射の実施期間が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に対応して決定されることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記点火時期の遅角が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が所定値に低下するまでの期間実施され、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が所定値に低下したときには前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持するための追加噴射に移行することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ＮＯｘ吸蔵触媒温度の所定値が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に応じて決定されることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
内燃機関の燃焼室に燃料噴射手段を設けて燃料を噴射し、点火手段によりこれを点火すると共に、排気ガスの通路にＮＯｘ吸蔵触媒を設けてＮＯｘの吸蔵と還元とを行う内燃機関において、前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着するＳＯｘの吸着量が所定値を越えたと推定されたとき、前記内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を追加噴射して前記ＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させる昇温モードとし、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の昇温後は前記点火手段による点火時期の遅角と前記追加噴射とを交互に行って前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を維持する昇温維持モードとすることにより、前記ＮＯｘ吸蔵触媒からＳＯｘを放出させることを特徴とする内燃機関の排気浄化法。
前記昇温モードにおける追加噴射の実施期間を、前記ＮＯｘ吸蔵触媒温度を所定値まで昇温させるのに必要な熱量と、前記追加噴射される燃料の発熱量とから算出することを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の排気浄化法。
温度を維持するための前記点火時期の遅角が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒温度が所定値に低下するまで継続され、前記ＮＯｘ吸蔵触媒温度が前記所定値に低下したときには前記追加噴射により再び昇温することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化法。
前記昇温モードにおける追加噴射により前記ＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの追加噴射の実施期間、または／および昇温維持モードにおける温度を維持するための点火時期遅角と追加噴射との実施期間を、前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘの吸着量に対応して決定することを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の排気浄化法。