(57)【要約】【課題】ＮＯｘ吸蔵還元触媒の過剰な昇温を抑制す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課題とする。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、排気通路の前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも上流側に設けられ、排気通路に燃料を添加する添加弁と、添加弁を制御する制御部と、を具備し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の空燃比を目標空燃比とする第１の期間において、制御部は添加弁からの燃料の添加量を、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の空燃比を目標空燃比とするための第１の量に制御し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を所定の温度にする第２の期間において、制御部は添加弁からの燃料の添加量を、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を所定の温度にするための第２の量に制御し、第１の量が第２の量より大きい場合、第１の期間から第２の期間に移行した直後に、制御部は添加弁からの燃料の添加を停止する期間を設ける内燃機関の排気浄化装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
前記排気通路の前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも上流側に設けられ、前記排気通路に燃料を添加する添加弁と、
前記添加弁を制御する制御部と、を具備し、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の空燃比を目標空燃比とする第１の期間において、前記制御部は前記添加弁からの燃料の添加量を、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の空燃比を前記目標空燃比とするための第１の量に制御し、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を所定の温度にする第２の期間において、前記制御部は前記添加弁からの燃料の添加量を、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を前記所定の温度にするための第２の量に制御し、
前記第１の量が前記第２の量より大きい場合、前記第１の期間から前記第２の期間に移行した直後に、前記制御部は前記添加弁からの燃料の添加を停止する期間を設ける内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に、排気を浄化するためのＮＯｘ吸蔵還元（ＮＳＲ：NOx Storage Reduction）触媒が設けられることがある。ＮＳＲ触媒は、排気の空燃比がリーンのときには排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比またはリッチのときには吸蔵したＮＯｘを放出する。放出されたＮＯｘは排気中のＨＣおよびＣＯなどにより還元される。ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和するとＮＯｘを吸蔵できなくなるため、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前に、ＮＯｘを還元浄化する（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０６７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＮＳＲ触媒に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が堆積して、機能が低下することがある。そこでＳＯｘを分解、除去し、触媒機能を回復させるＳ再生と呼ばれる再生処理を定期的に行う。Ｓ再生では、ＮＳＲ触媒の温度を通常の運転における温度よりも高温とし、触媒付近の空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比とする。昇温のために、ＮＳＲ触媒に還元剤（例えば燃料など）を添加する添加弁が用いられる。しかし、ＮＳＲ触媒の温度が過剰に上昇し、触媒が劣化する恐れがある。そこで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の過剰な昇温を抑制す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する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、前記排気通路の前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも上流側に設けられ、前記排気通路に燃料を添加する添加弁と、前記添加弁を制御する制御部と、を具備し、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の空燃比を目標空燃比とする第１の期間において、前記制御部は前記添加弁からの燃料の添加量を、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の空燃比を前記目標空燃比とするための第１の量に制御し、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を所定の温度にする第２の期間において、前記制御部は前記添加弁からの燃料の添加量を、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を前記所定の温度にするための第２の量に制御し、前記第１の量が前記第２の量より大きい場合、前記第１の期間から前記第２の期間に移行した直後に、前記制御部は前記添加弁からの燃料の添加を停止する期間を設ける内燃機関の排気浄化装置によって達成できる。
【発明の効果】
【０００６】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒の過剰な昇温を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は内燃機関の排気浄化装置を例示する模式図である。
【図２】図２はＡ／Ｆ制御および床温制御を示すタイムチャートである。
【図３】図３はＥＣＵが行う制御を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関の排気浄化装置について説明する。図１は内燃機関の排気浄化装置１００を例示する模式図である。内燃機関（エンジン１０）は例えば自動車などの車両に搭載されるディーゼルエンジンであり、例えば４気筒エンジンなどの多気筒エンジンとすることができる。
【０００９】
図１に示すように、排気浄化装置１００は、エンジン１０、ターボチャージャ３０、浄化ユニット４０およびＥＣＵ（Engine Control Unit）５０を備える。
【００１０】
エンジン１０にインテークマニホールド１１およびエキゾーストマニホールド１２が接続されている。インテークマニホールド１１は吸気管１３に接続されている。エキゾーストマニホールド１２は排気管１４に接続されている。
【００１１】
吸気管１３には、上流側から下流側にかけて、エアクリーナ１６、ターボチャージャ３０のコンプレッサ３２、インタークーラ１７、スロットルバルブ１８およびエアフローメータ１９が設けられている。エアクリーナ１６は、例えば吸気管１３に導入される吸気を濾過する。インタークーラ１７は吸気を冷却する。スロットルバルブ１８は吸気の流量を調整する。エアフローメータ１９は吸気の流量を測定する。
【００１２】
排気管１４には、上流側から下流側にかけて、ターボチャージャ３０のタービン３４、添加弁２４、排気温度センサ２５、および浄化ユニット４０が設けられている。添加弁２４は、浄化ユニット４０における還元に用いられる還元剤（例えば軽油などの燃料）を排気管１４内に噴射する。排気温度センサ２５は排気の温度を測定する。浄化ユニット４０は、ＮＳＲ触媒４２およびＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）４４を含み、排気を浄化する。
【００１３】
ＮＳＲ触媒４２（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）は、触媒担体に担持された白金（Ｐｔ）などの貴金属、およびＮＯｘ吸収材を有する。ＮＯｘ吸収材は例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、セシウム（Ｃｓ）などのアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）などアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）などの希土類のうち、少なくとも１つで構成される。排気の空燃比がリーンの時には排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比またはリッチのときには吸蔵したＮＯｘを放出する。ＮＳＲ触媒４２から硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去するＳ再生が行われることがある。
【００１４】
ＤＰＦ４４は排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particle Matter）を捕集する。ＰＭの堆積量が増加すると、エンジン１０の出力が低下する。このため、ＤＰＦ４４の温度を上昇させ、ＤＰＦ４４に堆積したＰＭを酸化し、除去する再生処理が行われることがある。ＤＰＦ４４に例えば酸化触媒を担持させることで、ＰＭを酸化除去することができる。
【００１５】
吸気管１３と排気管１４とは、ＥＧＲ通路１５により接続され、排気の一部は、ＥＧＲ通路１５を通じて、排気管１４から吸気管１３へと循環する。ＥＧＲ通路１５にはＥＧＲクーラ２２およびＥＧＲバルブ２３が設けられている。ＥＧＲクーラ２２はＥＧＲ通路１５内の排気（ＥＧＲガス）を冷却する。ＥＧＲバルブ２３はＥＧＲガスの流量を調整する。
【００１６】
ターボチャージャ３０は、連結部３６により連結されたコンプレッサ３２およびタービン３４を含む。タービン３４は排気により回転する。コンプレッサ３２はタービン３４とともに回転し、吸気を圧縮する。
【００１７】
エンジン１０には気筒ごとに燃料噴射弁２０が設けられ、燃料噴射弁２０はコモンレール２１が連結されている。燃料は不図示の燃料ポンプからコモンレール２１に供給され、各燃料噴射弁２０からエンジン１０の燃焼室内に噴射される。
【００１８】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。
【００１９】
ＥＣＵ５０には、スロットルバルブ１８、エアフローメータ１９、燃料噴射弁２０、ＥＧＲバルブ２３、添加弁２４および排気温度センサ２５等が電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、エアフローメータ１９の測定する吸気の流量、排気温度センサ２５の測定する排気温度を取得する。ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ１８およびＥＧＲバルブ２３の開度を調整し、燃料噴射弁２０および添加弁２４からの燃料噴射量および噴射時期を制御する。後述のように、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆ制御期間および床温制御期間において、添加弁２４からの噴射量および噴射時期（添加量および添加時期）を制御する制御部として機能する。
【００２０】
ＮＳＲ触媒４２のＡ／Ｆ制御および床温制御について説明する。上記のように、ＮＳＲ触媒４２は排気を浄化する。しかしＮＳＲ触媒４２にＳＯｘが堆積すると、浄化性能が低下する。そこでＳＯｘを除去するＳ再生を定期的に行う。Ｓ再生では、ＮＳＲ触媒４２付近を還元雰囲気、すなわち空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比とし、かつＮＳＲ触媒の温度（床温）を例えば６００℃以上に上昇させる。空燃比の制御および昇温は添加弁２４から排気管１４へと燃料を添加することにより行われる。このＳ再生は後述の図２のＡ／Ｆ制御期間に行われる。
【００２１】
図２はＡ／Ｆ制御および床温制御を示すタイムチャートである。図２にはＮＳＲ触媒４２付近における空燃比、床温、添加パルス、燃料添加量ＱａおよびＱｂが示されている。添加パルスは、ＥＣＵ５０から添加弁２４に燃料添加を指示するパルス信号である。
【００２２】
図２に示すようにＡ／Ｆ制御および床温制御が行われる。Ａ／Ｆ制御とは、ＮＳＲ触媒４２のＳ再生のために、ＮＳＲ触媒４２付近の空燃比を目標空燃比ｒ０とし、床温を上昇させる制御である。目標空燃比ｒ０は例えば理論空燃比またはリッチ空燃比である。Ａ／Ｆ制御期間（第１の期間）において、床温はＴ２〜Ｔ１の範囲内で変動し、空燃比は目標空燃比ｒ０とｒ０より高い空燃比との間で変動する。一方、床温制御とはＮＳＲ触媒４２の床温を目標床温Ｔ０とする制御である。目標床温Ｔ０とは、例えばＮＳＲ触媒４２が劣化する温度より低い。Ｓ再生のためには床温が高い方が好ましいため、目標床温Ｔ０は、ＮＳＲ触媒４２のＮＯｘ吸蔵および放出が可能な温度以上の高温が好ましい。Ａ／Ｆ制御と床温制御とは交互に行われ、図２において排気浄化装置１００はＡ／Ｆ制御期間後に床温制御期間（第２の期間）へと移行する。
【００２３】
図２に実線で示す添加量Ｑａ（第１の量）は、ＮＳＲ触媒４２付近の空燃比をＳ再生のための目標空燃比とする添加量である。Ａ／Ｆ制御においては添加弁２４からＱａの燃料が添加される。Ｑａは以下の数１により算出される。ｒは目標空燃比、ｇは吸気管１３への単位時間当たりの吸入空気量、ｆは燃料噴射弁２０からの単位時間当たりの燃料噴射量、ρは燃料の密度、ｔは計算を行う周期である。和（Σ）は図２の集中添加と添加休止とを合わせた期間において和を取ることを意味する。
【数１】
2018155232.tif 000003
【００２４】
破線で示す添加量Ｑｂ（第２の量）は、ＮＳＲ触媒４２の床温を目標床温とする添加量であり、数２により算出される。Ｔ０は目標床温、ＴはＮＳＲ触媒４２に流入する排気の温度である。Ｃは温度および空気量から目標の燃料の添加量を算出するための係数である。
【数２】
2018155232.tif 000004
【００２５】
Ａ／Ｆ制御は集中添加時期と添加休止時期とを含む。集中添加時期において、ＥＣＵ５０は添加パルスを複数回出力し、添加弁２４はそれに応じて燃料添加を複数回行う。添加量Ｑａは添加ごとに増加する。集中添加により空燃比は図２に点線で示す目標空燃比ｒ０に到達し、床温はＴ１程度まで上昇する。床温がＴ１以上の高温に昇温するとＮＳＲ触媒４２が劣化する恐れがある。このため、集中添加時期の後に添加休止時期が設定されており、添加弁２４は添加を休止する。これにより床温はＴ２まで低下し、空燃比は目標空燃比ｒ０より高くなる。添加休止時期の後には再び集中添加が行われる。このように、Ａ／Ｆ制御期間において空燃比は目標空燃比ｒ０とｒ０より高い空燃比との間で周期的に変動し、床温はＴ１〜Ｔ２の範囲内で周期的に変動する。Ａ／Ｆ制御によりＮＳＲ触媒４２のＳ再生が行われる。
【００２６】
一方、床温制御において、ＥＣＵ５０は添加パルスを出力し、添加弁２４は燃料を添加する。添加量はＱｂである。床温制御における添加パルスおよび燃料添加の周期は、集中添加時期における周期よりも長い。床温はＴ１より低くＴ２より高い目標床温Ｔ０になる。空燃比は目標空燃比ｒ０より大きな値を維持する。
【００２７】
Ｓ再生のためには床温の上昇が重要であるが、例えばＴ１を超えるまで過剰に上昇すると、ＮＳＲ触媒４２が劣化する。図２に破線で示す比較例は、停止期間を設けず、床温制御の開始直後から燃料の添加を行う例である。比較例においては、Ａ／Ｆ制御期間の終了から床温制御期間にかけて、床温がＴ１を超えるまで上昇する。こうした過度の昇温によりＮＳＲ触媒４２が劣化する。このため浄化性能が低下し、排気エミッションが悪化する恐れがある。
【００２８】
本実施形態においては、Ｑａ＞Ｑｂの場合、Ａ／Ｆ制御期間から床温制御期間への移行直後に、燃料添加の停止期間を設ける。すなわち、図２の添加パルスに点線で示すように添加弁２４に燃料添加の指令を出力せず、燃料の添加を行わない。これにより床温の過度の上昇を抑制し、図２に実線で示すように床温をＴ１以下とし、床温制御開始後に速やかに目標床温Ｔ０とする。次にＥＣＵ５０の制御について説明する。
【００２９】
図３はＥＣＵ５０が行う制御を例示するフローチャートである。この制御は、エンジン１０の運転中に定期的に行われる。図３に示すように、ＥＣＵ５０は、添加弁２４からの燃料の添加量ＱａおよびＱｂを算出する（ステップＳ１０）。ＥＣＵ５０は添加量ＱａがＱｂより大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。
【００３０】
肯定判定の場合、ＥＣＵ５０は、排気浄化装置１００が床温制御中であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。肯定判定の場合、ＥＣＵ５０は燃料の添加を停止する（ステップＳ１６）。これは図２に示した停止期間に対応する。一方、ステップＳ１４において否定判定の場合、ＥＣＵ５０は添加弁２４による燃料の添加を行う（ステップＳ２２）。これはＡ／Ｆ制御に対応し、添加量Ｑａの燃料添加により、ＮＳＲ触媒４２付近の空燃比を制御する。
【００３１】
ステップＳ１２において否定判定の場合、ＥＣＵ５０は燃料添加の停止期間であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。肯定判定の場合、ＥＣＵ５０は添加量ＱａおよびＱｂをクリアする（ステップＳ２０）。その後、ＥＣＵ５０は添加弁２４による燃料の添加を実行する（ステップＳ２２）。これは、停止期間の終了後に床温制御の燃料添加を開始する場合に対応する。
【００３２】
また、ステップＳ１８において否定判定の場合、ＥＣＵ５０は添加弁２４による燃料の添加を実行する（ステップＳ２２）。これは床温制御に対応し、添加弁２４からの燃料添加により、ＮＳＲ触媒４２の温度を目標床温Ｔ０とする。ステップＳ１６またはＳ２２の後、制御は終了する。
【００３３】
以上、本実施形態によれば、ＥＣＵ５０は、Ｑａ＞Ｑｂの場合、Ａ／Ｆ制御期間から床温制御期間への移行直後に、添加弁２４からの燃料の添加を停止する（図２の停止期間、図３のステップＳ１６）。これにより、ＮＳＲ触媒４２の床温の上昇が抑制され、過度の昇温による劣化が抑制される。したがってＮＳＲ触媒４２による排気の浄化が効果的に行われる。
【００３４】
また、停止期間後、ＥＣＵ５０は燃料添加を行う（図３のステップＳ２２、床温制御）。これによりＮＳＲ触媒４２の床温は目標床温Ｔ０付近を維持する。このため、ＮＳＲ触媒４２の劣化が抑制され、かつＮＳＲ触媒４２による排気の浄化が効果的に行われる。
【００３５】
Ａ／Ｆ制御においては、ＥＣＵ５０は燃料の集中添加と添加休止とを交互に行う。集中添加によりＮＳＲ触媒４２付近の空燃比が目標空燃比ｒ０になり、床温は上昇し、Ｓ再生が行われる。添加休止により、Ａ／Ｆ制御中に床温が過度に上昇することが抑制される。また、集中添加の途中に床温制御に移行した場合、停止期間において燃料添加が停止するため、床温の上昇が抑制される。またＤＰＦ４４の過度の昇温も抑制される。添加剤は燃料以外の炭化水素（ＨＣ）などの還元剤でもよい。
【００３６】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０            エンジン
１１            インテークマニホールド
１２            エキゾーストマニホールド
１３            吸気管
１４            排気管
１５            ＥＧＲ通路
１６            エアクリーナ
１７            インタークーラ
１８            スロットルバルブ
１９            エアフローメータ
２０            燃料噴射弁
２１            コモンレール
２２            ＥＧＲクーラ
２３            ＥＧＲバルブ
２４            添加弁
２５            排気温度センサ
３０            ターボチャージャ
３２            コンプレッサ
３４            タービン
３６            連結部
４０            浄化ユニット
４２            ＮＳＲ触媒
４４            ＤＰＦ
５０            ＥＣＵ
１００          排気浄化装置
【図１】
2018155232.tif 000005
【図２】
2018155232.tif 000006
【図３】
2018155232.tif 000007