(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を供給したときに該ＮＯx触媒からＮＯxが流出することを抑制する。【解決手段】吸蔵還元型ＮＯx触媒と、該ＮＯx触媒よりも上流側から還元剤を添加する還元剤添加手段と、該ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量を推定するＮＯx吸蔵量推定手段と、推定されるＮＯx吸蔵量が還元剤添加手段により還元剤が添加されたときにＮＯxの少なくとも一部が還元されずに該ＮＯx触媒から流出する量以上であり、且つＮＯx触媒の温度が活性温度以上であるが還元剤添加手段により還元剤が添加されたときにＮＯxの少なくとも一部が還元されずに該ＮＯx触媒から流出する所定の温度以下の場合には、該ＮＯx触媒の温度を所定の温度よりも高くする触媒温度上昇手段（Ｓ２０２）と、を備える。【選択図】図２
2008163929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気中のＮＯxを吸蔵し、還元剤の存在下でＮＯxを還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流側から還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量を推定するＮＯx吸蔵量推定手段と
、
前記ＮＯx吸蔵量推定手段により推定されるＮＯx量が前記還元剤添加手段により還元剤が添加されたときにＮＯxの少なくとも一部が還元されずに該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する量以上であり、且つ前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が活性温度以上であるが前記
還元剤添加手段により還元剤が添加されたときにＮＯxの少なくとも一部が還元されずに
該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する所定の温度以下の場合には、該吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を所定の温度よりも高くする触媒温度上昇手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
排気中のＮＯxを吸蔵し、還元剤の存在下でＮＯxを還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流側から還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量を推定するＮＯx吸蔵量推定手段と
、
前記ＮＯx吸蔵量推定手段により推定されるＮＯx量が前記還元剤添加手段により還元剤が添加されたときにＮＯxの少なくとも一部が還元されずに該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する量以上であり、且つ内燃機関から排出されるガスの空燃比が前記還元剤添加手段により還元剤が添加されたときにＮＯxの少なくとも一部が還元されずに該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する所定の空燃比以上の場合には、該内燃機関の燃焼室から排出されるガスの空燃比を所定の空燃比よりも低下させる燃焼空燃比低下手段と、
を備えることを特徴とす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吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒という。）を配置する技術が知られている。このＮＯx触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときに排気中
のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときに、吸蔵
していたＮＯxを還元する。そして、ＮＯx触媒よりも上流の排気中に燃料を添加することにより、該ＮＯx触媒に吸蔵されていたＮＯxを還元することができる。
【０００３】
ところで、ＮＯx触媒の温度が活性温度に達していない場合には、該ＮＯx触媒に還元剤を添加してもＮＯxは殆ど還元されない。そして、ＮＯx触媒の温度が活性温度に達していない場合には、ＮＯx触媒にＮＯは殆ど吸蔵されないがＮＯ２は吸蔵される。しかし、こ
のＮＯ２を吸蔵する能力もＮＯx触媒の温度によって変化する。
【０００４】
そして、ＮＯx触媒を活性温度よりも低い温度で維持することにより、ＮＯx吸蔵能力を高く維持する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、ＮＯx触媒の温度はほとんどの運転期間中においてその活性温度より低く維持される。そし
てＮＯx触媒の温度が活性温度よりも低い場合には、流入排気ガス中のＮＯ２を亜硝酸塩
としてＮＯx触媒に吸蔵する低温吸蔵が行われる。この低温吸蔵におけるＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力は、ＮＯx触媒の温度が活性温度よりも高い場合に行われる吸蔵能力よりも高い。
【特許文献１】特開２００５−１５５５４５号公報
【特許文献２】特開２０００−２４０４２９号公報
【特許文献３】特開２０００−３３７１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、還元剤を供給するとＮＯx触媒からＮＯxが放出されるが、ＮＯx吸蔵量が多
い場合にはＮＯxが十分に還元されないままその一部が該ＮＯx触媒から流出する虞がある。これは、ＮＯx還元に不利な条件（例えばＮＯx触媒の温度が低い場合若しくは内燃機関からの排気の空燃比が高い場合等）のときに起こり得る。このようにＮＯx触媒からＮＯxが流出すると、ＮＯx浄化率（ＮＯx触媒に流入するＮＯxが該ＮＯx触媒で還元される割合）が低くなる虞がある。
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を供給したときに該吸蔵還元型ＮＯx触媒からＮＯxが流出することを抑制できる技術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】
【０００７】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
排気中のＮＯxを吸蔵し、還元剤の存在下でＮＯxを還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流側から還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量を推定するＮＯx吸蔵量推定手段と
、
前記ＮＯx吸蔵量推定手段により推定されるＮＯx量が前記還元剤添加手段により還元剤
が添加されたときにＮＯxの少なくとも一部が還元されずに該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する量以上であり、且つ前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が活性温度以上であるが前記
還元剤添加手段により還元剤が添加されたときにＮＯxの少なくとも一部が還元されずに
該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する所定の温度以下の場合には、該吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を所定の温度よりも高くする触媒温度上昇手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
吸蔵還元型ＮＯx触媒には、繰り返し還元剤が添加されＮＯxの還元が行われる。なお、「ＮＯxの少なくとも一部が還元されずに該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する量」は、「ＮＯxの放出量が許容範囲を超える虞のある量」としても良い。同様に、「ＮＯxの少なくとも一部が還元されずに該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する所定の温度」は、「ＮＯxの放出量が許容範囲を超える虞のある所定の温度」としても良い。
【０００９】
ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒が活性温度以上であってもＮＯx吸蔵量が多い場合には、還元剤添加時にＮＯxの一部が還元されないまま該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する虞がある。これに対し、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を上昇させると、ＮＯxの還元を促進させることができる。
【００１０】
つまり、触媒温度上昇手段によれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒におけるＮＯx還元能力が向上するため、該吸蔵還元型ＮＯx触媒からＮＯxが流出することが抑制される。これにより、ＮＯx浄化率を高くすることができる。
【００１１】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用しても良い。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
排気中のＮＯxを吸蔵し、還元剤の存在下でＮＯxを還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流側から還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量を推定するＮＯx吸蔵量推定手段と
、
前記ＮＯx吸蔵量推定手段により推定されるＮＯx量が前記還元剤添加手段により還元剤が添加されたときにＮＯxの少なくとも一部が還元されずに該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する量以上であり、且つ内燃機関から排出されるガスの空燃比が前記還元剤添加手段により還元剤が添加されたときにＮＯxの少なくとも一部が還元されずに該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する所定の空燃比以上の場合には、該内燃機関の燃焼室から排出されるガスの空燃比を所定の空燃比よりも低下させる燃焼空燃比低下手段と、
を備えることを特徴としてもよい。
【００１２】
ここで、内燃機関の燃焼室から排出されるガスの空燃比を低下させることにより吸蔵還元型ＮＯx触媒の雰囲気の酸素濃度が低くなるため、ＮＯxの還元を促進することができる。つまり、酸素が少ないことによりＮＯxが還元され易くなる。
【００１３】
つまり、燃焼空燃比低下手段によれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒におけるＮＯx還元能力が向上するため、該吸蔵還元型ＮＯx触媒からＮＯxが流出することが抑制される。これにより、ＮＯx浄化率を高くすることができる。
【００１４】
なお、「ＮＯxの少なくとも一部が還元されずに該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する所定の空燃比」は、「ＮＯxの放出量が許容範囲を超える虞のある所定の空燃比」としても
良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を供給したときに該吸蔵還元型ＮＯx触
媒からＮＯxが流出することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。
【００１８】
内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。この吸気通路２の途中には、スロットル４が設けられている。このスロットル４は、電動アクチュエータにより開閉される。スロットル４よりも上流の吸気通路２には、該吸気通路２内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ５が設けられている。このエアフローメータ５により、内燃機関１の吸入新気量が測定される。
【００１９】
一方、排気通路３の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒６（以下、ＮＯx触媒６という。）が備えられている。ＮＯx触媒６は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有する。
【００２０】
さらに、本実施例では、ＮＯx触媒６よりも上流の排気通路３を流通する排気中に還元
剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤添加弁７を備えている。ここで、還元剤添加弁７は、後述するＥＣＵ２０からの信号により開弁して燃料を噴射する。そして、還元剤添加弁７から排気通路３内へ噴射された燃料は、排気通路３の上流から流れてきた排気の空燃比をリッチにすると共に、該ＮＯx触媒６に吸蔵されていたＮＯxを還元する。なお、本実施例では還元剤添加弁７が、本発明における還元剤添加手段に相当する。
【００２１】
そして、ＮＯx触媒６に吸蔵されているＮＯxを還元するときにはＮＯx還元制御が実行
される。このＮＯx還元制御時には、還元剤添加弁７から燃料を添加することにより、Ｎ
Ｏx触媒３に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチ
とする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００２２】
また、内燃機関１には、排気通路３内を流通する排気の一部を吸気通路２へ再循環させるＥＧＲ装置８が備えられている。このＥＧＲ装置８は、ＥＧＲ通路８１及びＥＧＲ弁８２を備えて構成されている。
【００２３】
ＥＧＲ通路８１は、ＮＯx触媒６よりも上流側の排気通路３と、スロットル４よりも下
流の吸気通路２と、を接続している。そして、このＥＧＲ通路８１を排気が流通することにより、排気が再循環される。また、ＥＧＲ弁８２は、ＥＧＲ通路８１の通路断面積を調整することにより、該ＥＧＲ通路８１を流れるＥＧＲガスの量を調整する。
【００２４】
また、ＮＯx触媒６よりも下流の排気通路３には、該排気通路３内を流れる排気の温度
に応じた信号を出力する温度センサ９と、該排気通路３内を流れる排気の空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサ１０と、が取り付けられている。この温度センサ９の出力信号に基づいてＮＯx触媒６の温度が検出される。また、空燃比センサ１０によりＮＯx触媒６を通過する排気の空燃比が検出される。
【００２５】
さらに、内燃機関１には、該内燃機関１の気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁１１が備
えられている。
【００２６】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２７】
また、ＥＣＵ２０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１２を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１３、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１４が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁１１および還元剤添加弁７が電気配線を介して接続され、該ＥＣＵ２０により燃料噴射弁１１および還元剤添加弁７の開閉時期が制御される。
【００２８】
そして、ＥＣＵ２０は、ＮＯx触媒６に吸蔵されているＮＯx量（以下、ＮＯx吸蔵量と
いう。）を推定する。ＮＯx吸蔵量は、例えば、内燃機関１から排出されるＮＯx量と、ＮＯx触媒６に流入したＮＯxがＮＯx触媒６にて吸蔵される割合と、ＮＯx触媒６で還元されるＮＯx量と、に基づいて推定される。つまり、ＮＯxに新たに吸蔵される量を積算することによりＮＯx触媒６に吸蔵された総量を求め、この総量から還元された分を減じること
により、現在のＮＯx吸蔵量を推定することができる。
【００２９】
内燃機関１から排出されるＮＯx量は、該内燃機関１の運転条件に基づいて得ることが
できる。内燃機関１から排出されるＮＯx量と機関回転数及び機関負荷との関係を予め実
験等により求めてマップ化しておけば、該マップに機関回転数及び機関負荷を代入することでＮＯx量を求めることができる。内燃機関１から排出されたＮＯxがＮＯx触媒６に吸
蔵される割合は、例えばＮＯx触媒６の温度に基づいて得ることができる。そして、還元
されたＮＯx量は、還元剤添加弁７から還元剤を添加した時間等に基づいて得ることがで
きる。
【００３０】
また、ＮＯx触媒６よりも下流の酸素濃度又はＮＯx濃度をセンサにより求めることで、ＮＯx吸蔵量を得ることもできる。
【００３１】
なお、本実施例ではＮＯx吸蔵量を推定するＥＣＵ２０が、本発明におけるＮＯx吸蔵量推定手段に相当する。
【００３２】
そして、本実施例では、ＮＯx吸蔵量が閾値以上で且つＮＯxが還元され難いとき（例えば、ＮＯx触媒６の温度が閾値以下のとき、又は内燃機関１から排出されるガスの空燃比
が閾値以上のとき）にＮＯxの還元を行う場合には、ＮＯx触媒６の温度を閾値よりも高くするか、内燃機関１からの排気の空燃比を閾値よりも低下させるかの少なくとも一方を行なう。
【００３３】
ここで、ＮＯx触媒６の温度が低いとＮＯxが還元され難くなるため、還元されないままＮＯx触媒６からＮＯxが流出することがある。また、内燃機関１から排出されるガスの空燃比が高いと還元剤添加弁７から還元剤を多く添加してＮＯx触媒６の雰囲気をリッチ空
燃比としている。このときに、還元剤添加弁７から添加される燃料は拡散が十分になされないままＮＯx触媒６に流入することがあり、このような場合にはＮＯx触媒６の内部で酸素濃度が高い所や低い所ができる。そのために還元剤が不足する所ができるので、ＮＯx
が還元されないままＮＯx触媒６から流出することがある。
【００３４】
これに対し本実施例では、ＮＯxが還元されないままＮＯx触媒６から流出する虞がある場合には、例えばＮＯx触媒６の温度を上昇させてＮＯxの還元を促進させる。
【００３５】
ここで、図２は、本実施例によるＮＯx流出抑制制御のフローを示したフローチャート
である。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００３６】
ステップＳ１０１では、ＮＯx還元制御中であるか否か判定される。本ルーチンはリッ
チスパイク制御が行われたときのＮＯxの流出を抑制することを目的としているため、そ
の前提条件となるＮＯx還元制御が行われている最中であるのか否か判定される。
【００３７】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００３８】
ステップＳ１０２では、ＮＯx吸蔵量が推定される。前述のように、内燃機関１から排
出されるＮＯx量、ＮＯx触媒６に吸蔵されるＮＯxの割合、及びＮＯx還元制御によるＮＯx還元量に基づいてＮＯx吸蔵量が推定される。
【００３９】
ステップＳ１０３では、ＮＯx吸蔵量が閾値以上であるか否か判定される。閾値は、Ｎ
Ｏx触媒６から放出されたＮＯxの一部が還元されないまま該ＮＯx触媒６から流出する虞
のあるＮＯx吸蔵量として予め実験等により求めておく。
【００４０】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００４１】
ステップＳ１０４では、ＮＯx触媒６の温度が閾値（例えば３５０℃）以下であるか否
か判定される。閾値は、ＮＯx触媒６から放出されたＮＯxの一部が還元されないまま該ＮＯx触媒６から流出する虞のある温度として予め実験等により求めておく。なお、この閾
値は活性温度よりも高い温度に設定される。
【００４２】
ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００４３】
ステップＳ１０５では、ＮＯx触媒６の温度が上昇される。例えば内燃機関１から還元
剤を多く含むガスを排出したり、還元剤添加弁７から燃料を添加したりすることにより、還元剤がＮＯx触媒６で反応して該ＮＯx触媒６の温度が上昇する。
【００４４】
また、例えば内燃機関１から排出されるガスの温度を上昇させることにより、ＮＯx触
媒６の温度を上昇させることができる。ここで、燃料噴射弁１１から副噴射を行なったり、燃料噴射弁１１の燃料噴射時期を遅らせたりすることにより、内燃機関１から温度の高いガスを排出させたり還元剤を多く含むガスを排出させることができる。
【００４５】
なお、本実施例においてはステップＳ１０５を実行するＥＣＵ２０が、本発明における触媒温度上昇手段に相当する。
【００４６】
このようにしてＮＯx触媒６の温度を閾値よりも高くすることにより、ＮＯx触媒６におけるＮＯxの還元を促進させることができる。そして、ＮＯxの還元が進みＮＯx吸蔵量が
閾値よりも少なくなれば、ＮＯx触媒６の温度上昇を行なう制御を停止させることにより
、燃費の悪化を抑制することができる。
【００４７】
また、ＮＯxが還元されないままＮＯx触媒６から流出する虞がある場合には、例えば内燃機関１から排出されるガスの空燃比（以下、ベース空燃比という。）を低下させることによりＮＯxの還元を促進させても良い。
【００４８】
ここで、図３は、本実施例によるＮＯx流出抑制制御のフローを示したフローチャート
である。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、図２に示したステップと同じ処理がなされるステップについては同じ番号を付して説明を省略する。
【００４９】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０１へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００５０】
ステップＳ２０１では、ベース空燃比が閾値以上であるか否か判定される。閾値は、ＮＯx触媒６からＮＯxが還元されないまま流出する虞のあるベース空燃比として予め実験等により求めておく。
【００５１】
ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００５２】
ステップＳ２０２では、内燃機関１から排出されるガスの空燃比を低下させる。このときの空燃比は、ストイキ以下にまで低下させなくても良い。空燃比の低下は、スロットル４を閉じて吸入空気量を減少させたり、ＥＧＲ弁８２を開いてＥＧＲ量を増加させたり、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を増加させたりして行なわれる。
【００５３】
このようにしてベース空燃比が低下されることによりＮＯx触媒６における酸素濃度が
十分に低下されるので、ＮＯxの還元を促進させることができる。そして、ＮＯxの還元が進みＮＯx吸蔵量が閾値よりも少なくなれば、ベース空燃比を低下させる制御を停止させ
ることにより、スモークの発生を抑制することができる。
【００５４】
なお、本実施例においてはステップＳ２０２を実行するＥＣＵ２０が、本発明における燃焼空燃比低下手段に相当する。
【００５５】
以上説明したように、本実施例によればＮＯx触媒６から放出されたＮＯxが還元されないまま該ＮＯx触媒６から流出する虞がある場合には、ＮＯx触媒６の温度を上昇させたりベース空燃比を低下させたりすることにより、ＮＯxの還元を促進させることができる。
これにより、ＮＯx触媒６からＮＯxが流出することを抑制できるので、ＮＯx浄化率を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。
【図２】実施例によるＮＯx流出抑制制御のフローを示したフローチャートである。
【図３】実施例による他のＮＯx流出抑制制御のフローを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５７】
１     内燃機関
２     吸気通路
３     排気通路
４     スロットル
５     エアフローメータ
６     吸蔵還元型ＮＯx触媒
７     還元剤添加弁
８     ＥＧＲ装置
９     温度センサ
１０   空燃比センサ
１１   燃料噴射弁
１２   アクセルペダル
１３   アクセル開度センサ
１４   クランクポジションセンサ
２０   ＥＣＵ
８１   ＥＧＲ通路
８２   ＥＧＲ弁
【図１】
2008163929.tif 000003
【図２】
2008163929.tif 000004
【図３】
2008163929.tif 000005