(57)【要約】    【課題】  ＮＯｘトラップ触媒にトラップされたＮＯｘの総量を、トラップ効率の変化に応じて精度良く推定して、ＮＯｘ還元処理を適切なタイミングで行わせる。    【解決手段】  ＮＯｘトラップ触媒に単位時間当たりにトラップされるＮＯｘ量を、吸入空気量等に基づいて推定する一方、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を補正する補正係数ｋＮＯｘbedを触媒担体温度に応じて設定する。前記補正係数ｋＮＯｘbedは、ＮＯｘトラップ触媒１１におけるトラップ効率が、非活性温度域で低下し、また、高温域で低下することに対応して設定される。これにより、トラップ効率が低下する温度条件で、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量が実際よりも多く推定されることが回避される。【選択図】  図７
2006183495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比又はリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒を備え、
前記ＮＯｘトラップ触媒における単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を機関運転状態に基づいて演算し、該単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を積算して求められるＮＯｘトラップ総量に基づいて排気空燃比を理論空燃比又はリッチに制御する内燃機関の排気浄化装置において、
前記単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を前記ＮＯｘトラップ触媒の温度が所定温度以上であるときに減少補正することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘトラップ触媒の温度が前記所定温度を超えて高くなるほど、前記単位時間当たりのＮＯｘトラップ量をより大きく減少補正することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を前記ＮＯｘトラップ触媒の温度が所定温度以上であるときに減少補正すると共に、前記ＮＯｘトラップ触媒の温度が非活性温度域であるときに減少補正することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘトラップ触媒を排気通路に備えて排気中のＮＯｘを浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比又はリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒を排気通路に備え、前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされたＮＯｘの総量を推定し、前記総量が大きくなると、空燃比をリッチにして前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされたＮＯｘを還元処理する構成の排気浄化装置が開示されている。
【０００３】
前記ＮＯｘトラップ総量の推定は、機関運転状態（機関回転速度及び燃料噴射量）に応じて決定される所定の加算量を一定時間毎に加算する積算処理によって行われていた。
【特許文献１】特開２０００−１３０１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘのトラップ効率は、所定温度以上の高温になると低下する特性を有し、内燃機関からのＮＯｘ排出量に対して実際にＮＯｘトラップ触媒にトラップされるＮＯｘの割合が低下する。
従来では、ＮＯｘトラップ総量の推定に上記のトラップ効率の低下が考慮されておらず、ＮＯｘトラップ触媒の温度が高くなると、実際よりもＮＯｘトラップ総量を多めに推定してしまい、排気空燃比をリッチにするＮＯｘ還元処理が過剰に早いタイミングで行われて内燃機関の燃費性能を低下させるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされたＮＯｘの総量を、トラップ効率の変化に応じて精度良く推定できるようにして、ＮＯｘ還元処理を適切なタイミングで行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明では、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を積算して求められるＮＯｘトラップ総量に基づいて排気空燃比を理論空燃比又はリッチに制御する内燃機関の排気浄化装置において、前記単位時間当たりのＮＯｘトラップ量をＮＯｘトラップ触媒の温度が所定温度以上であるときに減少補正する構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成によると、ＮＯｘトラップ触媒がＮＯｘをトラップする効率が、ＮＯｘトラップ触媒の温度が高くなることで低下する特性に対応して、ＮＯｘトラップ触媒におけるトラップ総量を求めることができ、ＮＯｘトラップ総量に基づく空燃比制御のタイミングの判断をより適切に行わせることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は、過給機付ディーゼルエンジン（内燃機関）のシステム図である。
図に示すように、エンジン本体１には、コモンレール２、燃料噴射弁３及び図示しない燃料ポンプを構成要素とするコモンレール燃料噴射系が設けられており、高圧の燃料をエンジン本体１に供給する。
【０００９】
前記燃料噴射弁３は、燃焼室に燃料を直接噴射し、かつ、メイン噴射の前にパイロット噴射が可能であり、また、コモンレール２内の燃料圧力を変更することにより、燃料の噴射圧力を可変に制御できる。
前記過給機４のコンプレッサ４ａは吸気通路５に介装され、圧縮空気をエンジン本体１に供給する。
【００１０】
前記過給機４のタービン４ｂは排気通路６に介装され、エンジン本体１からの排気により回転されて前記コンプレッサ４ａを駆動する。
前記コンプレッサ４ａの上流側の吸気通路５にはエアフローメータ７が設けられ、前記コンプレッサ４ａの下流側の吸気通路６には吸気絞り弁８が設けられている。
前記吸気絞り弁８は、例えば、ステップモータを用いて開度変更が可能な電子制御式の吸気絞り弁であり、該吸気絞り弁８の開度に応じてエンジン本体１に吸入される吸入空気量が制御される。
【００１１】
エンジン本体１と過給機のタービン４ｂとの間の排気通路６から分岐して、吸気通路５に接続されるＥＧＲ通路９が設けられ、該ＥＧＲ通路９にはＥＧＲ弁１０が介装されている。
前記タービン４ｂの下流側の排気通路６には、ＮＯｘトラップ触媒１１が設けられている。
【００１２】
前記ＥＧＲ弁１０は、例えば、ステップモータを用いた電子制御式の絞り弁であり、該ＥＧＲ弁１０の開度に応じて吸気側に還流する排気の量を制御する。
前記ＮＯｘトラップ触媒１１は、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比又はリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離して還元処理するＮＯｘトラップ型の三元触媒である。
【００１３】
前記ＮＯｘトラップ触媒１１は、例えばバナジウム系の物質にＮＯｘのトラップする構成であり、排気空燃比がリーンであるときに、白金などの貴金属上でＮＯｘをトラップし易いように酸化した後、前記バナジウム系のトラップ物質中に吸蔵する。
そして、排気空燃比が理論空燃比又はリッチになると、前記トラップ物質中に吸蔵されていたＮＯｘが再び貴金属上に移動し、ここでＨＣやＣＯなどの還元剤と反応して窒素に還元される。
【００１４】
各種状態を検出するセンサとして、エンジン本体１の吸入空気量Ｑａを検出する前記エアフローメータ７、エンジン回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ１２、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１３、エンジン本体１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１４、前記ＮＯｘトラップ触媒１１の触媒担体温度を検出する熱電対１５等が設けられる。
【００１５】
コントロールユニット２０は、前記各種センサからの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁３の駆動制御、前記吸気絞り弁８及びＥＧＲ弁１０の開度制御を行う。
また、前記コントロールユニット２０は、リーン領域での運転が継続して前記ＮＯｘトラップ触媒１１にトラップされたＮＯｘ総量が飽和量に達したと推定したときに、強制的に空燃比をリッチにしてＮＯｘを還元処理する制御を行う。
【００１６】
図２のフローチャートは、前記ＮＯｘトラップ総量の推定処理を示す。
ステップＳ１では、前記回転速度センサ１２によって検出されたエンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度センサ１３で検出されたアクセル開度Ａｃｃと前記エンジン回転速度Ｎｅとに基づいて設定された燃料噴射量Ｑｆ、エアフローメータ７によって検出された吸入空気量Ｑａに基づき後述するようにして算出される単位時間当たりの吸入空気流量Ｑａｃ（mg/s）、熱電対（温度センサ）１５によって検出されたＮＯｘトラップ触媒１１の触媒担体温度Ｔｂｅｄを読み込む。
【００１７】
ステップ２では、単位時間あたりの吸入空気量ＱａｃとＮＯｘ量との相関を表したテーブル（図３参照）から、エンジン１から排出される単位出力及び単位時間（20ms）当たりのＮＯｘ排出量ＮＯｘｈｔ（g/kW/20ms）を演算する。
前記ＮＯｘ排出量ＮＯｘｈｔの単位時間は、前述のように２０msとするが、これは、本ルーチンの実行周期に対応している。
【００１８】
前記ＮＯｘ排出量ＮＯｘｈｔは、単位時間あたりの吸入空気量Ｑａｃが大きくなるほど、より大きな値に設定される。
ステップ３では、ステップ２で演算した単位出力及び単位時間当たりのＮＯｘ排出量ＮＯｘｈｔ（g/kW/20ms）と、そのときのエンジン出力Ｐｅとの積によりエンジン１から排出される単位時間当たりのＮＯｘ排出量（g/20ms）を演算し、これをＮＯｘトラップ触媒１１にトラップされる単位時間あたりのＮＯｘトラップ量ＮＯｘｔ（g/20ms）とする。
【００１９】
ここでは、ステップ１で読み込んだ燃料噴射量Ｑｆをエンジントルクとみなし、以下の式によりエンジンの出力相当値Ｐｅを演算してもよい。
Ｐｅ＝Ｎｅ×Ｑｆ
ステップ４では、図４に示すテーブルを用いて、単位時間当たりのＮＯｘ排出量に基づく補正係数ｋＮＯｘeoeを演算する。
【００２０】
尚、前記補正係数ｋＮＯｘeoeの代わりに、エンジンの排気流量とＮＯｘトラップ量との関係に基づき図５に示すテーブルにより演算される補正係数ｋＮＯｘqexhや、エンジン運転条件（負荷，回転）によりＮＯｘトラップ量が変化することを考慮して、図６に示すマップにより演算される補正係数ｋＮＯｘneqfを用いることができる。
ステップ５では、ＮＯｘトラップ触媒１１におけるトラップ効率が触媒の担体温度に依存して変化することに対応させるための補正係数ｋＮＯｘbedを、熱電対（温度センサ）１５で検出される担体温度に基づき、図７に示すテーブルにより演算する。
【００２１】
前記ＮＯｘトラップ触媒１１が排気中のＮＯｘ量から実際にトラップできる効率であるトラップ効率は、図８に示すように、触媒担体温度が活性温度に達しない低温域（非活性温度域）で低くなり、また、触媒担体温度が所定温度（所定温度＞活性温度であり、例えば４５０℃）を超える高温域でも低下する傾向がある。
そこで、図７に示すように、前記補正係数ｋＮＯｘbedは、活性温度に達しない低温域（非活性温度域）では、温度が低くなるほど小さい値に設定され、更に、前記所定温度を超える高温域では、温度が高くなるほど小さい値に設定される。
【００２２】
前記補正係数ｋＮＯｘbedが小さくなると、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量がより小さく修正される。
尚、ＮＯｘトラップ触媒１１の温度を排気温度等から推定させても良い。
ステップ６では、ＮＯｘトラップ触媒１１における単位時間当たりのＮＯｘトラップ量が、それまでにＮＯｘトラップ触媒１１にトラップされたＮＯｘ総量ＮＯｘtrapの影響を受けることに対応すべく、図９に示すようなテーブルにより補正係数ｋＮＯｘtrapを演算する。
【００２３】
ステップＳ７では、ステップ４〜６にて演算した各補正係数を乗算し、最終的な補正係数ｋＮＯｘを演算する。
ｋＮＯｘ＝ｋＮＯｘeoe×ｋＮＯｘbed×ｋＮＯｘtrap
尚、上記ｋＮＯｘeoeに代えて、ｋＮＯｘqexh又はｋＮＯｘneqfを用いることができる。
【００２４】
ステップ８では、次式のように、前回までのＮＯｘトラップ総量ＮＯｘtrap(n-1)に、ステップ３で演算した今回の単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ＮＯｘｔとステップ７で演算した補正係数ｋＮＯｘとの積を加算し、今回のＮＯｘトラップ総量ＮＯｘtrapを演算する。
ＮＯｘtrap＝ＮＯｘtrap(n-1)＋ＮＯｘｔ×ｋＮＯｘ
前記推定演算したＮＯｘトラップ総量ＮＯｘtrapが所定の飽和量に達すると、ＮＯｘトラップ触媒１１の再生時期であると判断し、空燃比をリッチ化させてＮＯｘトラップ触媒１１にトラップされたＮＯｘを脱離・還元させる。
【００２５】
ここで、前記ＮＯｘトラップ総量ＮＯｘtrapの基礎となる単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ＮＯｘｔを、ＮＯｘトラップ触媒１１の担体温度が高くトラップ効率が低下するときに補正係数ｋＮＯｘbedで減少補正するから、高温域で実際の単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ＮＯｘｔよりも多い量を積算させて、ＮＯｘトラップ総量ＮＯｘtrapを過大に推定してしまうことがない。
【００２６】
同様に、前記ＮＯｘトラップ総量ＮＯｘtrapの基礎となる単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ＮＯｘｔを、ＮＯｘトラップ触媒１１の担体温度が活性温度以下でトラップ効率が低いときに補正係数ｋＮＯｘbedで減少補正するから、低温域で実際の単位時間当たりのＮＯｘトラップ量ＮＯｘｔよりも多い量を積算させて、ＮＯｘトラップ総量ＮＯｘtrapを過大に推定してしまうことがない。
【００２７】
従って、実際にはＮＯｘトラップ総量が飽和量に達していないときに、空燃比をリッチ化させる再生処理が行われることで、燃費性能が低下することを防止できる。
次に、前記単位時間あたりの吸入空気量Ｑａｃの演算を、図１０のフローチャートに従って説明する。
ステップ１１では、エンジン回転速度Ｎｅとエアフローメータ７により検出される吸入空気量Ｑａとを読み込む。
【００２８】
ステップ１２では、これらの値に基づいて、次式により１シリンダあたりの吸入空気量Ｑａｃ０を演算する。
Ｑａｃ０＝（Ｑａ／Ｎｅ）×ＫＣＯＮ♯
上式において、ＫＣＯＮ♯は気筒数に応じて定まる定数である。
図１に示したように、エアフローメータ７は、コンプレッサ４ａ上流の吸気通路５に設けられており、該エアフローメータ７からコンプレッサ４ａ下流のコレクタ部までの輸送遅れがある。
【００２９】
そこで、ステップ１３では、Ｌ回前（Ｌ＝整数の定数）のＱａｃ０の値を、コレクタ入口部における１シリンダあたりの吸入空気量Ｑａｃｎとして求める。
そして、ステップ１４では、前記Ｑａｃｎに対して、次式（一次遅れの式）により吸気弁位置における１シリンダあたりの吸入空気量Ｑａｃｉを演算する。
Ｑａｃｉ＝Ｑａｃｉ(n-1)×（１−ＫＩＮ×ＫＶＯＬ）＋Ｑａｃｎ×ＫＩＮ×ＫＶＯＬ
尚、前記Ｑａｃｉ(n-1)は１シリンダあたりの吸入空気量Ｑａｃｉの前回値、前記ＫＩＮは排気還流による体積効率の変化を補正するための体積効率相当値、前記ＫＶＯＬは、ＫＶＯＬ＝排気量ＶＥ／気筒数ＮＣ／吸気系容積ＶＭとして求められる値である。
【００３０】
更に、ステップ１５では、１シリンダあたりの吸入空気量Ｑａｃｉを単位時間あたりの吸入空気量Ｑａｃ（mg/s）に変換する。
Ｑａｃ＝Ｑａｃｉ×Ｋｎ♯×｛Ｎｅ／（６０×２）｝
ただし、Ｋｎ♯は定数であり、４気筒の場合４、６気筒の場合６とする。
尚、本実施形態では、単位出力及び単位時間当たりのＮＯｘ排出量ＮＯｘｈｔを演算する際に、吸入空気量の遅れを正確に把握するために、エアフローメータの検出値Ｑａに基づき演算される単位時間あたりの吸入空気量Ｑａｃを用いたが、エアフローメータ７の検出値Ｑａをそのまま用いてもよい。
【００３１】
図１１に示したように、吸入空気量Ｑは燃料噴射量Ｑｆとエンジン回転速度Ｎｅとの変化に応じて一点鎖線で示したｔＱａのように変化することが望ましいが、実際は遅れを伴うためＱａｃのように変化する。
ここで、エアフローメータ７の検出値Ｑａも実際の遅れに略対応する変化を示すので、エアフローメータ７の検出値Ｑａを用いてＮＯｘｈｔを演算する構成とすることができ、これにより、Ｑａｃを用いてＮＯｘ排出量ＮＯｘｈｔを演算する場合よりもＮＯｘ排出量ＮＯｘｈｔの推定精度は低下するが、制御ロジックの簡素化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態における内燃機関のシステム構成を示す図。
【図２】実施形態におけるＮＯｘトラップ総量の推定処理を示すフローチャート。
【図３】実施形態における単位時間当たりの吸入空気量Ｑａｃと単位出力及び単位時間当たりのＮＯｘ排出量との関係を示す図。
【図４】実施形態における単位時間当たりのＮＯｘ排出量と補正係数ｋＮＯｘeoeとの関係を示す図。
【図５】実施形態における排気流量と補正係数ｋＮＯｘqexhとの関係を示す図。
【図６】実施形態における機関回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｆと補正係数ｋＮＯｘneqfとの関係を示す図。
【図７】実施形態における触媒担体温度と補正係数ｋＮＯｘbedとの関係を示す図。
【図８】実施形態における触媒担体温度とトラップ効率との関係を示す図。
【図９】実施形態におけるＮＯｘトラップ総量と補正係数ｋＮＯｘtrapとの関係を示す図。
【図１０】単位時間あたりの吸入空気量Ｑａｃを求める処理を示すフローチャート。ート。
【図１１】過渡運転時の燃料噴射量Ｑｆ、機関回転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑ、ＮＯｘ排出量の変化を示す図。
【符号の説明】
【００３３】
１…エンジン本体，３…燃料噴射弁，４…過給機，５…吸気通路，６…排気通路，７…エアフローメータ，８…吸気絞り弁，９…ＥＧＲ通路，１０…ＥＧＲ弁，１１…ＮＯｘトラップ触媒，１２…回転速度センサ，１３…アクセルセンサ，１４…水温センサ，１５…熱電対，２０ コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006183495.tif 000010
【図９】
2006183495.tif 000011
【図１０】
2006183495.tif 000012
【図１１】
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