(57)【要約】【課題】車両搭載の内燃機関の排気ガス通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒とを備えた、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化システムにおいて、再生制御の時期を適切に選択することにより、再生制御に必要な燃料量を最小にして、確実に再生を行うことができて、排気ガスのクリーンなエンジンとすることができるＮＯｘ浄化システム及びＮＯｘ浄化システムの制御方法を提供する。【解決手段】再生制御装置１０が、ＮＯｘ吸蔵量Ｖｎｓが所定の判定量Ｖｃを越えた場合に、変速機のギアが３速以上であり、かつ、内燃機関２の燃焼が予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）を行っており、かつ、内燃機関２から排出された排気ガスＧの残留酸素濃度Ｃｏが５％以下１％以上の時に、ＮＯｘ再生制御を行う。【選択図】図２
2008291715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両搭載の内燃機関の排気ガス通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えると共に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御を行う再生制御装置を備えたＮＯｘ浄化システムにおいて、
前記再生制御装置が、ＮＯｘ吸蔵量が所定の判定量を越えた場合に、変速機のギアが３速以上であり、かつ、前記内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼を行っており、かつ、前記内燃機関から排出された排気ガスの残留酸素濃度が５％以下１％以上の時に、前記ＮＯｘ再生制御を行うことを特徴とするＮＯｘ浄化システム。
【請求項２】
前記再生制御装置が、前記ＮＯｘ再生制御を、前記内燃機関のエンジン回転速度が最高出力時の４５％以上で予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転速度以下であり、かつ、燃料噴射量が２６ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル以上４０ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル以下である場合に開始することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項３】
前記再生制御装置が、前記ＮＯｘ再生制御を行った場合に、スモーク発生量がボッシュナンバーで１．０以下０．０以上となる残留酸素濃度範囲において、前記ＮＯｘ再生制御を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項４】
車両搭載の内燃機関の排気ガス通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えると共に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御を行う再生制御装置を備えたＮＯｘ浄化システムの制御方法において、
ＮＯｘ吸蔵量が所定の判定量を越えた場合に、変速機のギアが３速以上であり、かつ、前記内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼を行っており、かつ、前記内燃機関から排出された排気ガスの残留酸素濃度が５％以下１％以上の時に、前記ＮＯｘ再生制御を行うことを特徴とするＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項５】
前記ＮＯｘ再生制御を、前記内燃機関のエンジン回転速度が最高出力時の４５％以上で予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転速度以下であり、かつ、燃料噴射量が２６ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル以上４０ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル以下である場合に開始することを特徴とする請求項４記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項６】
前記ＮＯｘ再生制御を行った場合に、スモーク発生量がボッシュナンバーで１．０以下０．０以上となる残留酸素濃度範囲において、前記ＮＯｘ再生制御を行うことを特徴とする請求項４又は５記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガス通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えたＮＯｘ浄化システム及びＮＯｘ浄化システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒）を備えたＮＯｘ浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒で、ＮＯｘの吸蔵と、この吸蔵したＮＯｘの脱離と分解を繰り返すことで内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘを低減している。このＮＯｘ吸蔵量には触媒の容量によって決まる限界があるので、吸蔵したＮＯｘを脱離、分解してフレッシュな状態に戻すことでＮＯｘ吸蔵機能を維持している。そのため、このＮＯｘ浄化システムでは、ＮＯｘ低減機能を維持するために、吸蔵したＮＯｘをある期間ごとに脱離させる制御が最も重要な制御となる。このＮＯｘの脱離は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒雰囲気の酸素をゼロとすることで行う。
【０００３】
この排気管中の余剰酸素を取り除く方法としては、排気ガスの酸素濃度を測定して、排気管中に燃料を直接噴射する排気管噴射を行って、排気ガス中の余剰酸素を消費させたり、内燃機関のシリンダ内燃焼において燃焼行程後半にシリンダ内に燃料を噴射するポスト噴射を行って、シリンダ内で余剰酸素を消費させたりしている。
【０００４】
このＮＯｘの脱離の頻度は、数分間（２分〜５分）に１回である。この脱離は、排気ガス中の余剰酸素が有る状態、即ち、排気ガス中の空気過剰率が１を超える状態であるリーン状態（Ｌｅａｎ）から、この排気ガス中の余剰酸素が無い状態、即ち、排気ガス中の空気過剰率が１以下の状態であるリッチ状態（Ｒｉｃｈ）へ移行させて行う。このリッチ状態を数秒（３秒〜５秒程度）維持させ、このリッチ状態の時にＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘが脱離、分解する。このＮＯｘ再生制御中における排気ガスの温度は脱離したＮＯｘを分解するために、２００℃程度を確保することが望ましい。このＮＯｘの脱離及び分解をさせるＮＯｘ再生制御を行った後は、ＮＯｘ吸蔵能力が回復しているので、その後の通常運転のリーン状態でＮＯｘを再度吸蔵し、これを繰り返しながら、排気ガスのＮＯｘを継続的に浄化する。
【０００５】
このリッチ状態にするＮＯｘ再生制御は、例えば、次のように行われる。最初に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の前後に設けたＮＯｘ濃度センサの出力値と、内燃機関の吸入空気量と投入燃料量から、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘ量を瞬時毎に計算し、このＮＯｘ量を積算して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量を求める。このＮＯｘ吸蔵量が予め設定した閾値に到達した時に、吸蔵可能な量である吸蔵量上限の近傍に到達し、再生が必要な時期に近づいたと判断する。
【０００６】
この再生制御は、内燃機関の運転状態（エンジンの回転速度Ｎ０と燃料量Ｑ０）が所定の運転範囲内（Ｎ１＜Ｎ０＜Ｎ２，Ｑ１＜Ｑ０＜Ｑ２）にあれば、再生を開始し、排気管噴射又はポスト噴射を行う。この再生のための追加燃料噴射量ΔＱは、その時の排気ガスの空気過剰率λと吸入空気量から目標の空気過剰率λｔ（１以下）になるように算出して決定する。この追加燃料噴射量ΔＱを、再生燃料噴射装置の後流に設けた酸素濃度センサの検出値λｍから算出した値で補正しながら、所定の時間（３秒〜５秒程度）の間、空気過剰率λｍがλｔになるように、追加燃料噴射を継続する。なお、内燃機関の運転状態が所定の運転範囲内から外れた場合にはこの再生のための追加燃料噴射を中止する。
【０００７】
しかし、内燃機関を搭載した車両においては、走行中は内燃機関のエンジン回転速度Ｎ０や燃料量Ｑ０が頻繁に変わる。そのため、排気ガス中の空気過剰率λはモータリング時の無限大から、急加速等でターボの応答遅れが発生するような時等の１．０近傍まで変化する。
【０００８】
従って、リッチ条件を与えるために設定した燃料量を追加噴射しても、次の瞬間には内燃機関の運転状態が変化して、排気ガス中の空気過剰率λが大きく変化してしまっている場合が多い。また、再生用の所定の運転範囲を通過してしまう場合も多い。このような場合には、排気管噴射やポスト噴射等による追加燃料噴射を行っても、再生目標の空気過剰率λｔに到達しない場合が頻繁に発生することになり、燃料の無駄打ちが多くなるため燃費が悪化する。
【０００９】
本発明者らが行った実験によれば、設定した燃料量で排気管噴射した後に、内燃機関の運転状態が変化してしまうため、目標の空気過剰率λｔに調達できる場合や、更に、所定の時間の間、目標の空気過剰率λｔを維持できる場合は、予想以上に少ないことが示された。これらの結果から、実際の走行中では、ＮＯｘ再生制御を実施しても、無駄に燃料が噴射される場合が多いことが分かった。従って、ＮＯｘ再生制御を行う時期を適切に選定して、再生に必要なリッチ状態に到達できる確率を上げることで、燃料の無駄な消費を減して、燃費の改善を行うことができるがことが分かった。そのためには、車両走行状態で比較的エンジンの負荷変動が少ない条件を予測することが極めて重要となる。
【００１０】
本発明者らの実験によれば、エンジン回転速度と燃料負荷の変動が激しい北米市街地走行モード運転時のエンジン回転速度変化、排気ガス中の空気過剰率の変化を分析した結果、予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）が主体となっている領域で、且つ、変速機のギアが３速以上の時に、エンジン回転速度変化が小さく、その期間も長い領域が存在することが分かった。この時は空気過剰率の変化が少なく、その期間も５秒以上継続する場合が多いことも分かった。
【００１１】
一方、変速機のギアが１速や２速の場合にはシフトチェンジを行うチャンスが多いのでエンジン回転速度が急激に変化する場合が多く、それに伴って、空気過剰率の変化も大きいことが分かった。従って、変速機のギアが３速以上の場合がＮＯｘ再生制御に適した期間となることが分かった。
【００１２】
本発明者は、これらの実験データを基に、予混合圧縮着火燃焼方式を用いるディーゼルエンジンで、車両のミッションが３速以上にあり、予混合圧縮着火燃焼域で運転されている時に再生制御を実施すると、空気過剰率の変化が少ない時間帯が存在し、再生条件をみたす確率を大幅に向上させることができるという知見を得た。更に、追加燃焼噴射量が少なくても、空気過剰率を１以下にしてＮＯｘ再生に適したリッチ状態を生成できるエンジン回転速度とエンジン負荷の条件を特定することができ，これにより、ＮＯｘ再生制御に起因する燃費の悪化を最小にできた。
【００１３】
なお、このＮＯｘ再生時の燃費の悪化を防止するために、測定した大気圧とＧＰＳデータに基づいて道路勾配を演算して記憶し、この記憶した道路勾配に基づいて、車両の走行状態を予測し、最低道路勾配が所定勾配を超えるときに還元再生（ＮＯｘ再生）を行って、排気ガス温度が還元再生温度以下となって還元再生が完了する前に停止することを防止する排ガス浄化触媒還元再生装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１４】
しかしながら、このような道路勾配の記憶や道路勾配に基づいた制御は複雑になる上に、必ずしも、毎回同じような走行をするとは限らないため、予測が外れる場合も生じ易く、予測が外れた場合には必ずしも適切なＮＯｘ再生制御が行われるとは限らないという問題がある。
【特許文献１】特開２００６−１２５３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記の知見を得て、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両搭載の内燃機関の排気ガス通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備え、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化システムにおいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御の時期を適切に選択することにより、ＮＯｘ再生制御に必要な燃料量を最小にして、確実に再生を行うことができて、排気ガスのクリーンなエンジンとすることができるＮＯｘ浄化システム及びＮＯｘ浄化システムの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記のような目的を達成するためのＮＯｘ浄化システムは、車両搭載の内燃機関の排気ガス通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えると共に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御を行う再生制御装置を備えたＮＯｘ浄化システムにおいて、前記再生制御装置が、ＮＯｘ吸蔵量が所定の判定量を越えた場合に、変速機のギアが３速以上であり、かつ、前記内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼を行っており、かつ、前記内燃機関から排出された排気ガスの残留酸素濃度が５％以下１％以上の時に、前記ＮＯｘ再生制御を行うように構成される。
【００１７】
また、上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記再生制御装置が、前記ＮＯｘ再生制御を、前記内燃機関のエンジン回転速度が最高出力時の４５％以上で予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転速度以下であり、かつ、燃料噴射量が２６ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル以上４０ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル以下である場合に開始するように構成される。
【００１８】
また、上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記再生制御装置が、前記ＮＯｘ再生制御を行った場合に、スモーク発生量がボッシュナンバーで１．０以下０．０以上となる残留酸素濃度範囲において、前記ＮＯｘ再生制御を行うように構成される。
【００１９】
そして、上記のような目的を達成するためのＮＯｘ浄化システムの制御方法は、車両搭載の内燃機関の排気ガス通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えると共に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御を行う再生制御装置を備えたＮＯｘ浄化システムの制御方法において、ＮＯｘ吸蔵量が所定の判定量を越えた場合に、変速機のギアが３速以上であり、かつ、前記内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼を行っており、かつ、前記内燃機関から排出された排気ガスの残留酸素濃度が５％以下１％以上の時に、前記ＮＯｘ再生制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
また、上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法において、前記ＮＯｘ再生制御を、前記内燃機関のエンジン回転速度が最高出力時の４５％以上で予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転速度以下であり、かつ、燃料噴射量が２６ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル以上４０ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル以下である場合に開始することを特徴とする。
【００２１】
また、上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法において、前記ＮＯｘ再生制御を行った場合に、スモーク発生量がボッシュナンバーで１．０以下０．０以上となる残留酸素濃度範囲において、前記ＮＯｘ再生制御を行うことを特徴とする。
【００２２】
この予混合圧縮着火燃焼とは、ＰＣＩ（Premixed Compression Ignition ）燃焼と呼ばれる燃焼であり、燃料と空気を充分に混合した後に、燃焼させる方式で、ＮＯｘとすすを同時に大幅に低減することができる。一方、従来の通常の燃焼は拡散燃焼で有り、噴射した燃料を空気と混合拡散させながら燃焼させる方式である。また、内燃機関の最高出力時の回転速度は馬力点回転速度ともいう。また、燃料噴射量は、排気量１リットル当たり、１行程当たり、１シリンダ当たりの数値である。
【００２３】
上記のＮＯｘ浄化システム及びＮＯｘ浄化システムの制御方法において、ＮＯｘ吸蔵量が所定の判定量を越えた場合とするのは、ＮＯｘ吸蔵量が少ない時にＮＯｘ再生制御を行うと、ＮＯｘ再生頻度が多くなり、燃費が悪化するので、これを防ぐためである。この場合の所定の判定量は、ＮＯｘ吸蔵量の上限近傍ではなく、相当余裕を持たせて、ＮＯｘ許容吸蔵量の５０％〜８０％程度に設定される。なお、このＮＯｘ許容吸蔵量は実験から得ることができ、所定の判定量は、このＮＯｘ許容吸蔵量を基に設定される。
【００２４】
変速機のギアが３速以上とするのは、この変速機のギアが３速以上の場合はギヤのシフトチェンジが比較的少なく、安定した走行状態となり、ＮＯｘ再生制御に適した期間となるからである。一方、ギアが１速や２速の場合にはシフトチェンジを行うチャンスが多いのでエンジン回転速度が急激に変化する場合が多く、それに伴って、空気過剰率の変化も大きくなる。
【００２５】
予混合圧縮着火燃焼時とする理由は、拡散燃焼が主体の場合では、内燃機関から排出される排気ガス中の残留酸素濃度を７％以下に下げることができないが、予混合圧縮着火燃焼では残留酸素濃度を５％以下に下げることができ、少ない追加燃料量で、ＮＯｘ再生条件、言い換えれば、ＮＯｘの脱離及び分解の条件を達成できるからである。また、予混合圧縮着火燃焼時は車両の走行が安定している場合が多く、内燃機関の運転状態の変化が少なく、ＮＯｘ再生条件に到達できる確率が高くなるからである。
【００２６】
図３と図４に、内燃機関のエンジン回転速度が最大出力時の５０％の場合の予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）時と従来の拡散燃焼時の排気ガスの温度と残留酸素濃度を比較した結果を示す。横軸は燃料量Ｑ０を示す。この図３から、ＰＣＩ燃焼では、排気ガス中の残留酸素濃度を０％にするための燃料量Ｑ０が少なくて、しかも、低酸素濃度状態にできることが分かる。これは、ＰＣＩ燃焼領域では大量のＥＧＲを行うので、拡散燃焼方式に比べて、排気ガス中の残留酸素濃度が非常に少なくなるからである。また、図４からは、ＰＣＩ燃焼は、燃料量Ｑ０が多い拡散燃焼よりも排気ガス温度が小さいが、ＮＯｘ再生に必要な２００℃の温度以上にできることが分かる。
【００２７】
また、残留酸素濃度を５％以下とする理由は、スモーク（煙）の発生量が最小になるからである。５％より大きいと煙が急激に増加し、５％以下であると煙の増加が少なく、残留酸素濃度を１％程度まで落とせる。また、ＰＣＩ燃焼で、残留酸素濃度が５．５％を超えるとノッキングが生じ易くなる。
【００２８】
図５に、エンジン回転速度が最大出力時のエンジン回転速度の５０％の時の、排気ガス中の残留酸素濃度と、ボシュナンバー（Ｂ．ＮＯ．）で示すスモーク発生量（ＳＭ）との関係（実験結果の傾向を示す線）を示す。横軸は、残留酸素濃度（％）を示す。スモーク発生量は残留酸素濃度５％〜６％で最低となる。図５中の線Ａは、ノッキングし易くなる下限を示す。この線Ａ（約５．７％）を超えるとノッキングし易くなる。また、図５中の線Ｂは、触媒入口の排気ガス温度が２００℃を超える範囲を示す線であり、この線Ｂ（約５．３％）よりも小さくなると、触媒入口の排気ガス温度が２００℃を超えるようになる。従って、余裕を見て、５％以下とする。
【００２９】
この変速機がギア３速以上の場合で、予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）域で、酸素濃度が５％〜１％であると、比較的容易に、触媒入口の排気ガスの温度をＮＯｘ再生に必要な約２００℃にすることができる。
【００３０】
また、エンジン回転速度を４５％以上とする理由は、エンジン回転速度に関しては、エンジン回転速度が、４５％未満であると比較的燃費とスモークが変化し易い（敏感である）ため、４５％以上が好ましい。また、最大出力時の４５％以上になると、比較的容易に、触媒入口の排気ガスの温度をＮＯｘ再生に必要な約２００℃にすることができるからである。
【００３１】
図６に、ＰＣＩ燃焼方式と拡散燃焼方式とにおける、スモーク発生量（ＳＭ）がボシュナンバー（Ｂ．ＮＯ．）で１．０を超えない限界の排気ガス中残留酸素濃度を比較した結果を示す。横軸は、エンジン回転速度を最大出力時のエンジン回転速度の比（％）で示す。なお、図６中の線Ｃは、触媒入口の排気ガス温度が２００℃を超える範囲を示す線であり、エンジン回転速度を４５％以上にすると、触媒入口の排気ガス温度を２００℃にできることが分かる。なお、上限は、ＰＣＩ燃焼域との制限により決まる。
【００３２】
また、燃料噴射量を２６ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル以上とするのは、内燃機関から排出される排気ガス温度を２００℃程度に高くして、排気管噴射される燃料を確実に燃焼させるためであり、４０ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル以下とするのは、予混合圧縮着火燃焼の限界であるからである。
【００３３】
また、スモーク発生量がボッシュナンバー（Ｂ．ＮＯ．）で１．０以下０．０以上となる残留酸素濃度範囲において、前記ＮＯｘ再生制御を行うのは、できるだけスモークの発生量を減少させたいからである。このボッシュナンバーとは、ボッシュ式スモークメーターという装置で、計測した煤濃度である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係るＮＯｘ浄化システム及びＮＯｘ浄化システムの制御方法によれば、予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）方式を用いるディーゼルエンジンで、ＮＯｘ吸蔵量が所定の判定量を越えた場合に、変速機のギアが３速以上であり、かつ、内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼を行っており、かつ、内燃機関から排出された排気ガスの残留酸素濃度が５％以下１％以上の時に、ＮＯｘ再生制御を行うので、再生条件を満たす確率を大幅に向上させることができ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生制御に必要な燃料量を最小にして燃費を向上させることができる。また、確実に再生を行うことができるので、排気ガスのクリーンな内燃機関を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明に係る実施の形態のＮＯｘ浄化システム及びＮＯｘ浄化システムの制御方法について、ディーゼルエンジンの排気通路を通過する排気ガスのＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化システムを例にして図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１の構成を示す。
【００３６】
このＮＯｘ浄化システム１では、ディーゼルエンジン（Ｅ）２の排気ガス通路３に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒）４が配設される。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒４は、モノリス触媒で形成され、コージェライトハニカムなどの担持体に酸化アルミニウム、酸化チタン等の触媒コート層を設け、この触媒コート層に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の触媒金属と、バリウム（Ｂａ）等のＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）を担持させて構成される。
【００３７】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒４は、酸素濃度が高い排気ガスの状態、即ち、リーン空燃比状態の時に、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材が吸蔵することにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化し、酸素濃度が低いかゼロの排気ガスの状態、即ち、リッチ空燃比状態かストイキ空燃比状態の時に、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを触媒金属の触媒作用により還元することにより、大気中へのＮＯｘの流出を防止する。
【００３８】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４の上流側に、ＮＯｘ再生制御時に排気管内に燃料を噴射して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させて還元雰囲気にするための燃料噴射弁５が設けられる。
【００３９】
更に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４の上流側に排気ガス温度センサ６と、空気過剰率センサ（λセンサ：酸素濃度センサ）７と、第１ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ濃度検出センサ）８が配置され、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４の下流側に第２ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ濃度検出センサ）９が配置される。この第１ＮＯｘセンサ８と第２ＮＯｘセンサ９の検出値を用いて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４で吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量を推定する。
【００４０】
更に、再生制御装置１０が設けられ、この再生制御装置１０によりＮＯｘ吸蔵還元型触媒４のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御や硫黄被毒から回復するための硫黄再生制御等を行う。この再生制御装置１０は、通常はエンジン２の運転全般を制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれる制御装置に組み込まれる。この再生制御装置１０には、エンジン２の運転状態（例えば、エンジン回転速度Ｎ０、負荷（燃料噴射量）Ｑ０など）、吸入空気量Ｖａ、第１及び第２のＮＯｘセンサー８、９で検出されたＮＯｘ濃度Ｃｎ１、Ｃｎ２、排気ガス温度Ｔｇ、酸素濃度Ｃｏ（空気過剰率λｍ）等が入力される。
【００４１】
このＮＯｘ浄化システム１では、エンジン２から排出された排気ガスＧ中のＮＯｘは、通常のディーゼルエンジン２の運転状態であるリーン空燃比状態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４のＮＯｘ吸蔵材に吸蔵されて浄化される。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御におけるリッチ空燃比状態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４のＮＯｘ吸蔵材に吸蔵されたＮＯｘが放出されて、ＮＯｘ吸蔵能力が回復されると共に、この放出されたＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒４の触媒金属の触媒作用により還元されて浄化される。この浄化された排気ガスＧｃは、排気ガス通路３を通過して大気中に放出される。
【００４２】
本発明においては、これらのＮＯｘ浄化システム１で、再生制御装置１０は、図２に例示するような制御フローに従って、次のように制御する。この図２の制御フローは、エンジン２の運転が開始されると、エンジン２の運転制御を行う制御フローから、繰り返し呼ばれて実行され、エンジン２の運転が終了すると、エンジン２の運転制御を行う制御フローと共に終了するものとして示してある。
【００４３】
この図２の制御フローが呼ばれると、スタートし、ステップＳ１１で、再生制御の開始の判定に必要なデータを入力する。このデータとしては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４の前後のＮＯｘ濃度Ｃｎ１、Ｃｎ２と、吸入空気量Ｖａ、燃料量Ｑ０を入力し、この吸入空気量Ｖａと燃料量Ｑ０から排気ガス量Ｖｇを算出し、ＮＯｘ濃度Ｃｎ１、Ｃｎ２から、Δｔ時間内におけるＮＯｘ吸蔵量Ｖｎ（＝Ｖｇ×（Ｃｎ１−Ｃｎ２）×Δｔ）を算出し、これをΔｔ時間毎に積算して、ＮＯｘ吸蔵量Ｖｎｓ（＝ΣＶｎ）を算出する。
【００４４】
次のステップＳ１２では、ＮＯｘ吸蔵量Ｖｎｓが所定の判定量Ｖｃよりも大きいか否かを判定する。小さい場合（ＮＯ）は、まだ、ＮＯｘ再生制御を行っても燃費が悪化するデメリットが大きいので、ＮＯｘ再生制御を行うことなく、リターンに行く。
【００４５】
ステップＳ１２でＮＯｘ吸蔵量Ｖｎｓが所定の判定量Ｖｃよりも大きい（ＹＥＳ）は、ＮＯｘ再生用の条件が整った場合にＮＯｘ再生制御を行った方が、燃費がよくなるので、ＮＯｘ再生制御の条件の確認のために、ステップＳ１３に行く。
【００４６】
ステップＳ１３では、変速機（ミッション）のギア（ギア段）が３速以上に入っている否かを判定する。この判定で３速以上に入っていなければ（ＮＯ）、ＮＯｘ再生制御を行うことなく、リターンに行く。この判定で３速に入っていれば（ＹＥＳ）、エンジン回転速度Ｎ０とエンジン燃料量Ｑ０を入力するステップＳ１４を経て、ステップＳ１５で予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）域か否かを判定する。この３速以上に入ってる場合では、エンジン回転速度Ｎ０が、最大出力時のエンジン回転速度（馬力点回転速度）Ｎｍａｘの４５％以上になり、この状態では、比較的容易に、触媒入口の排気ガスの温度をＮＯｘ再生に必要な約２００℃にすることができる。
【００４７】
ステップＳ１５では、予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）域であるか否かは、Ｎ０＜Ｎ２、かつ、Ｑ０＜Ｑ２であるか否かで判定する。この判定でＰＣＩ燃焼で無ければ（ＮＯ）、ＮＯｘ再生制御を行うことなく、リターンに行く。この判定でＰＣＩ燃焼であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１６に行く。エンジン２の種類や型式にもよるが、この予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）の上限のエンジン回転速度Ｎ２は予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転速度であり、上限のエンジン燃料量Ｑ２は、排気量１リットル当たり、１行程当たり、１シリンダ当たりの数値で示すと、４０ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル程度である。
【００４８】
ステップＳ１６では、空気過剰率λの範囲が所定の範囲となるような運転状態であるか否かをチェックし、ＮＯｘ再生制御を開始してよいか否かを判定する。この判定では、Ｎ１＜Ｎ０、かつ、Ｑ１＜Ｑ０であるか否かで判定する。この範囲であれば、残存酸素濃度Ｃｏが所定の判定値Ｃｏｃ（５％）以下、つまり、空気過剰率λが所定の判定値λｃ（１．３）以下となる。このステップＳ１６の判定で、この範囲に無ければ（ＮＯ）、ＮＯｘ再生制御を行うことなく、リターンに行く。この範囲にあれば、（ＹＥＳ）、ＮＯｘ再生制御を行うために、ステップＳ１７に行く。エンジン２の種類や型式にもよるが、この下限限のエンジン回転速度Ｎ１は最大出力時の４５％程度であり、下限のエンジン燃料量Ｑ１は、２６ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル程度である。
【００４９】
なお、ステップＳ１６の判定は、空気過剰率センサ７で検出された酸素濃度Ｃｏをチェックし、ＮＯｘ再生制御を開始してよいか否かを判定するようにしてもよい。この判定では、酸素濃度Ｃｏが所定の判定値Ｃｏｃ（５％）以下で無ければ（ＮＯ）、ＮＯｘ再生制御を行うことなく、リターンに行く。この判定で酸素濃度Ｃｏが所定の判定値Ｃｏｃ以下であれば（ＹＥＳ）、ＮＯｘ再生制御を行うために、ステップＳ１７に行く。なお、酸素濃度Ｃｏの代りに空気過剰率λｍを用いる場合には、所定の判定値λｃは、酸素濃度５％に対応する１．３とされる。
【００５０】
ステップＳ１７では、排気管噴射（又はポスト噴射）で行う追加燃料量ΔＱを、吸入空気量Ｖａと燃料量Ｑ０とから算出する。この追加燃料量ΔＱは、空気過剰率λが１．０以下になるような値として算出される。
【００５１】
そして、次のステップＳ１８で、この追加燃料量ΔＱで排気管噴射（又はポスト噴射）し、ＮＯｘ再生用のリッチ制御を所定の時間（各判定のインターバルに関係する時間）の間行う。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４に流入する排気ガスの残留酸素濃度をゼロにして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４から吸蔵していたＮＯｘを脱離させ、この脱離したＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒４の触媒で還元する。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４のＮＯｘ吸蔵能力を回復する。
【００５２】
次のステップＳ１９では、ＮＯｘ再生が完了したか否かを判定する。この判定は、ステップＳ１８のＮＯｘ再生用のリッチ制御が所定の時間を経過したか否かで行ったり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４の前後のＮＯｘ濃度Ｃｎ１，Ｃｎ２等から判定したりする。
【００５３】
このステップＳ１９の判定で、ＮＯｘ再生が完了していない場合（ＮＯ）は、ステップＳ１３に戻り、ＮＯｘ再生が完了している場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ２０に行き、ＮＯｘ再生終了作業をして、リターンに行く。
【００５４】
ステップＳ２０のＮＯｘ再生制御が終了すると、リターンして、図２の制御フローを呼んだ上級の制御フローに戻り、再度、この上級の制御フローから呼ばれて、図２制御フローが繰り返し実行される。なお、この制御フローの途中でエンジンのキーがオフされたりしてエンジン運転の終了となる場合は、エンジンキーオフにより割り込みが生じ、ステップＳ２０のＮＯｘ再生終了作業を行ってリターンし、上級の制御フローと共に終了する。
【００５５】
また、この図２のＮＯｘ再生制御フローは、ＮＯｘ吸蔵量Ｖｎｓがある程度になった場合に、エンジンの運転状態が、予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）運転域でかつエンジン回転速度Ｎ０が所定の判定値Ｎ１（４５％）以上の場合にＮＯｘ再生用のリッチ制御を行うものであり、ＮＯｘ吸蔵量Ｖｎｓが限界に達した時に行うＮＯｘ制御フローを補完するものである。従って、この図２の制御フローのみでは、予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）運転域でかつエンジン回転速度Ｎ０が所定の判定値Ｎ１以上にならずに、ＮＯｘ吸蔵量Ｖｎｓが限界に達した場合に対応できない。そのため、この制御を行う図２とは別の制御フローと共同でＮＯｘ吸蔵量ＶｎｓがＮＯｘ許容吸蔵量（限界）に達した場合のＮＯｘ再生制御や硫黄被毒再生制御等を行うことにより、より燃費を抑制しつつ効果的にＮＯｘ吸蔵還元型触媒４の再生を行うことができる。
【００５６】
この上記の図２の制御フローに従ったＮＯｘ浄化システム１の制御方法により、車両搭載のエンジン２の排気ガス通路３にＮＯｘ吸蔵還元型触媒４を備えると共に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御を行う再生制御装置１０を備えたＮＯｘ浄化システム１において、ＮＯｘ吸蔵量Ｖｎｓが所定の判定量Ｖｃを越えた場合に、エンジン２の燃焼がＥＧＲ量の多い予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）を行っており、かつ、エンジンから排出排気ガスの残留酸素濃度Ｃｏが５％以下１％以上の時に、ステップＳ１８のＮＯｘ再生制御を行うことができる。
【００５７】
また、ＮＯｘ再生制御を、エンジン２のエンジン回転速度Ｎ０が最高出力時の５０％以上予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転速度以下であり、かつ、燃料噴射量Ｑ０が２６ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル（Ｑ１）以上４０ｍｍ3 ／ｓｔ／リットル以下である場合に行うことができる。
【００５８】
また、ＮＯｘ再生制御を行った場合に、スモーク発生量がボッシュＮＯ．で１．０以下０．０以上となる残存酸素濃度範囲において、ＮＯｘ再生制御を行うことができる。
【００５９】
図７及び図８に予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）と拡散燃焼における、エンジン回転速度と燃費悪化率との関係を示す。この図７及び図８は実験結果を示す図であるが、拡散燃焼よりもＰＣＩ燃焼の方が著しく燃費の悪化が少ないことが分かる。また、排気ガス中残存酸素濃度を５％とした場合（白丸）よりも、排気ガス中残存酸素濃度をその時の最小とした場合（黒丸）の方が更に、燃費の悪化が少ないことが分かる。
【００６０】
従って、上記のＮＯｘ浄化システム１及びＮＯｘ浄化システムの制御方法によれば、予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）方式を用いるディーゼルエンジン２で、ＮＯｘ吸蔵量Ｖｎｓが所定の判定量Ｖｃを越えた場合に、変速機のギアが３速以上であり、かつ、エンジン２の燃焼が予混合圧縮着火燃焼を行っており、かつ、エンジン２から排出された排気ガスＧの残留酸素濃度Ｃｏが５％以下１％以上の時に、ＮＯｘ再生制御を行うので、再生条件を満たす確率を大幅に向上させることができ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４の再生制御に必要な燃料量を最小にして燃費を向上させることができる。また、確実に再生を行うことができるので、排気ガスのクリーンなエンジン２を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る実施の形態のＮＯｘ浄化システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係るＮＯｘ浄化システムの制御方法の一例を示す制御フローの図である。
【図３】ＰＣＩ燃焼と拡散燃焼における、燃料量と排気ガス中残留酸素濃度との関係を示す図である。
【図４】ＰＣＩ燃焼と拡散燃焼における、燃料量と排気ガス温度との関係を示す図である。
【図５】ＰＣＩ燃焼における、排気ガス中残存酸素濃度とスモーク発生量の関係を示す図である。
【図６】ＰＣＩ燃焼と拡散燃焼における、エンジン回転速度と排気ガス中残存酸素濃度との関係を示す図である。
【図７】ＰＣＩ燃焼と拡散燃焼における、エンジン回転速度と燃費悪化率との関係を示す図である。
【図８】図７の部分拡大図で、ＰＣＩ燃焼における、エンジン回転速度と燃費悪化率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    ＮＯｘ浄化システム
２    ディーゼルエンジン（Ｅ）
３    排気ガス通路
４    ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒）
５    燃料噴射弁
６    排気ガス温度センサ
７    空気過剰率（λ）センサ
８    第１ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ濃度検出センサ）
９    第２ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ濃度検出センサ）
１０    再生制御装置（ＥＣＵ）
Ｃｎ１，Ｃｎ２  ＮＯｘ濃度
Ｃｏ  酸素濃度
Ｃｏｃ  所定の判定値
Ｇ    排気ガス
Ｇｃ  浄化された排気ガス
Ｎ１  エンジン回転速度の下限値
Ｎ２  エンジン回転速度の上限値
Ｎ０  エンジン回転速度
Ｎｍａｘ  最大出力時のエンジン回転速度
Ｑ０  燃料噴射量（負荷）
Ｑ１  エンジン燃料量の下限値
Ｑ２  エンジン燃料量の上限値
ｔｃ  所定の判定値
ｔｓ  ＮＯｘ再生時間
Ｔｇ  排気ガス温度
Ｖａ  吸入空気量
Ｖｃ  所定の判定量
Ｖｇ  排気ガス量
Ｖｎ  時間内におけるＮＯｘ吸蔵量
Ｖｎｓ  ＮＯｘ吸蔵量
Δｔ  時間
λ    空気過剰率
λｃ  所定の判定値
【図１】
2008291715.tif 000003
【図２】
2008291715.tif 000004
【図３】
2008291715.tif 000005
【図４】
2008291715.tif 000006
【図５】
2008291715.tif 000007
【図６】
2008291715.tif 000008
【図７】
2008291715.tif 000009
【図８】
2008291715.tif 000010