(57)【要約】【課題】排気ガスが高温かつリーン空燃比とされるDPF再生中に、NOx触媒が不活性することで、NOx浄化性能が劣化してしまうのを防止する。【解決手段】リーンNOxトラップ70及びパティキュレート・フィルター76を含む排出物制御システムの制御方法であって、再生温度に上昇させたリーン空燃比の排気ガスによるパティキュレート・フィルター76の再生後に、リーンNOxトラップ70の温度が下限閾値に低下するまでの期間、リッチ空燃比の排気ガスをリーンNOxトラップ70に連続的又は断続的に提供し、リーンNOxトラップ70における触媒物質を再活性化して、そして先行するパティキュレート・フィルター76の再生に伴う、再生温度でのリーン空燃比でのエンジン運転により引き起こされる触媒物質の不活性状態を反転させる。【選択図】図３
2008281005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排出物制御システムの制御方法であって、
上記排出物制御システムは、リーンNOxトラップ及びパティキュレート・フィルターを含み、
上記方法は、再生温度に上昇させたリーン空燃比の排気ガスによる上記パティキュレート・フィルターの再生後に、上記リーンNOxトラップの温度が下限閾値に低下するまでの期間、リッチ空燃比の排気ガスを上記リーンNOxトラップに連続的又は断続的に供給する工程を備え、
上記連続的又は断続的なリッチ空燃比排気ガスの供給は、上記リーンNOxトラップにおける触媒物質を再活性化して、そして先行する上記パティキュレート・フィルターの再生に伴う、上記再生温度でのリーン空燃比でのエンジン運転により引き起こされる上記触媒物質の不活性状態を反転させる、方法。
【請求項２】
上記連続的又は断続的なリッチ空燃比排気ガスの供給が、上記パティキュレート・フィルターの再生中におけるエンジン停止に応じて、実行される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
上記パティキュレート・フィルターは、上記リーンNOxトラップの下流に連結され、
上記排気ガスが、上記リーンNOxトラップから上記パティキュレート・フィルターに送られる、
請求項1又は2に記載の方法。
【請求項４】
上記連続的又は断続的なリッチ空燃比は、上記パティキュレート・フィルターの再生温度に基づいて調整される、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
上記連続的又は断続的なリッチ空燃比は、上記パティキュレート・フィルターの再生継続期間に基づいて調整される、請求項3又は4に記載の方法。
【請求項６】
上記下限閾値は、上記パティキュレート・フィルターの再生温度に基づいて調整される、請求項3乃至5のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
上記下限閾値は、上記パティキュレート・フィルターの再生継続期間に基づいて調整される、請求項3乃至6のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
上記排気ガスの温度を上記再生温度よりも上昇させることによって、上記パティキュレート・フィルターを再生する工程を更に備える、請求項1乃至7のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
上記排気ガスの温度を上記再生温度よりも低下させることによって、上記パティキュレート・フィルターの再生を終了する工程を更に備える、請求項1乃至8のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
上記再活性化される触媒物質は、一つ又は複数の白金族金属、及び、一つ又は複数の希土類金属酸化物を含む、請求項1乃至9のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
エンジンの排出物制御システムの制御方法であって、
上記排出物制御システムは、リーンNOxトラップ及びパティキュレート・フィルターを含み、
上記方法は、第一運転モードにおいて、再生温度に上昇させたリーン空燃比の排気ガスによる上記パティキュレート・フィルターの再生後に、上記リーンNOxトラップの温度が下限閾値に低下するまでの期間、リッチ空燃比の排気ガスを上記リーンNOxトラップに連続的又は断続的に供給する工程を備え、
上記連続的又は断続的なリッチ空燃比排気ガスの供給は、上記リーンNOxトラップにおける触媒物質を再活性化して、そして先行する上記パティキュレート・フィルターの再生に伴う、上記再生温度でのリーン空燃比でのエンジン運転により引き起こされる上記触媒物質の不活性状態を反転させ、そして、
第二運転モードにおいて、上記再生温度に上昇させたリーン空燃比の排気ガスによる上記パティキュレート・フィルターの再生後に、上記エンジンの運転状態に基づいてリーン空燃比でのエンジン運転を継続する工程を備える、方法。
【請求項１２】
上記連続的又は断続的なリッチ空燃比排気ガスの供給が、上記パティキュレート・フィルターの再生中におけるエンジン停止に応じて、実行される、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
上記パティキュレート・フィルターは、上記リーンNOxトラップの下流に連結され、
上記排気ガスは、上記リーンNOxトラップから上記パティキュレート・フィルターに送られ、
上記第一運転モード及び上記第二運転モード間の選択は、上記パティキュレート・フィルターの再生温度、及び/又は、上記パティキュレート・フィルターの再生継続期間に基づく、
請求項11又は12に記載の方法。
【請求項１４】
上記連続的又は断続的なリッチ空燃比は、上記パティキュレート・フィルターの再生温度に基づいて調整される、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
上記連続的又は断続的なリッチ空燃比は、上記パティキュレート・フィルターの再生継続期間に基づいて調整される、請求項13又は14に記載の方法。
【請求項１６】
上記下限閾値は、上記パティキュレート・フィルターの再生温度に基づいて調整される、請求項13乃至15のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】
上記下限閾値は、上記パティキュレート・フィルターの再生継続期間に基づいて調整される、請求項13乃至16のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１８】
上記排気ガスの温度を上記再生温度よりも上昇させることによって、上記パティキュレート・フィルターを再生する工程を更に備える、請求項1乃至17のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１９】
上記排気ガスの温度を上記再生温度よりも減少させることによって、上記パティキュレート・フィルターの再生を終了する工程を更に備える、請求項1乃至18のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２０】
リーンNOxトラップ、
上記リーンNOxトラップの下流に連結されるパティキュレート・フィルター、及び、
制御器、を備え、
上記制御器は、
第一運転モードにおいて、再生温度に上昇させたリーン空燃比の排気ガスによる上記パティキュレート・フィルターの再生後に、上記リーンNOxトラップの温度が下限閾値に低下するまでの期間、リッチ空燃比の排気ガスを上記リーンNOxトラップに連続的又は断続的に供給し、
上記連続的又は断続的なリッチ空燃比排気ガスの供給は、上記リーンNOxトラップにおける触媒物質を再活性化して、そして先行する上記パティキュレート・フィルターの再生に伴う、上記再生温度でのリーン空燃比でのエンジン運転により引き起こされる上記触媒物質の不活性状態を反転させ、
第二運転モードにおいて、上記再生温度に上昇させたリーン空燃比の排気ガスによる上記パティキュレート・フィルターの再生後に、上記エンジンの運転状態に基づいてリーン空燃比でのエンジン運転を継続し、そして、
上記第一運転モード及び上記第二運転モード間の選択は、上記パティキュレート・フィルターの再生温度、及び/又は、上記パティキュレート・フィルターの再生継続期間に基づく
エンジンの排出物制御システム。
【請求項２１】
上記連続的又は断続的なリッチ空燃比の排気ガスを供給する工程は、上記パティキュレート・フィルターの再生要求が終了され、その後、上記パティキュレート・フィルターの温度が所定温度を下回るときに開始される、請求項1乃至19のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン（内燃機関）の排出物制御システムに関連し、具体的には、微粒子濾過システム(particulate filtering system)とリーンNOxトラップ（lean NOx trap: LNT）を備えるエンジンの排出物制御システムに関連する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン・システムにおいて、粒子状排出物(particulate emissions)の排出量を低減するため、ディーゼル・パティキュレート・フィルター（diesel particulate filter: DPF）が用いられる場合がある。DPFが能動的に再生される場合、自動車動作への意図的な変化がDPF再生のために用いられることがあり、それは、DPF前後の圧力降下が所定値を超えるレベルまで粒子状物質(particulate matter)が堆積するときに開始され得る。粒子状物質が堆積したDPFを能動的方式で再生することは、数十分の時間を要し、そして、粒子状物質の燃焼を持続させるための十分な酸素を確保すべく、DPFに供給される排気ガスが、(還元剤よりも)相当に過剰な酸素を含むことが必要となる場合がある。エンジン・システムはまた、NOx排出量を制御するのに使用されるリーンNOxトラップ(LNT)を含み得る。LNTは、NOx吸蔵還元触媒、或いは、単にNOx触媒と呼ばれることもある。
【０００３】
LNTを有する排出物制御システムにおけるDPF再生の取組みの一つが特許文献1に示される。この取組みにおいては、DPF再生の間、LNTの硫黄被毒を回復するために、排気空燃比は周期的にリッチにされている。
【特許文献１】米国特許出願公開第2004/0123590号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の取組みには、潜在的な不利点が存在する。具体的には、LNTの不活性状態が、高温かつリーン空燃比でのDPF再生運転中に、起こり得る。
【０００５】
更に、高温でのDPF再生中に行われる硫黄還元のためのリッチ空燃比での運転は、LNTを再活性化するのに十分な期間は継続出来ない（或いは、LNTを再活性化する程リッチに出来ない）可能性がある。更に、周期的なリッチ空燃比での運転が、その周期のリーン運転部分の間は中断され、これによって、LNTは不活性状態のままとなる場合がある。このように、高温かつリーン空燃比での運転によってLNTが実質的に不活性状態にされるときは、NOx浄化性能は、たとえ脱硫されているとしても劣化し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
取組みの一つにおいて、上述の問題点は、リーンでのDPF再生の後に、LNTの温度が下限閾値まで低下するまでの間、リッチな排気空燃比を連続的又は断続的に供給することによって、少なくとも部分的に取り組まれ得る。そのような運転は、LNTを再活性化して、先行するDPF再生に伴う高温かつリーン空燃比での運転により引き起こされるLNTの不活性状態を反転させるのに用いられる場合がある。具体的な例の一つにおいて、そのような連続的又は断続的なリッチ空燃比が、DPF再生中におけるエンジン停止に応答して供給され、それによって次回のエンジン始動性能を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
ここに詳述されるように、DPF再生運転を終了する、或いは抜け出すときに、種々の問題点が存在し得る。これら問題点の少なくとも幾つかに取り組む対策の一つは、排気ガスの組成を、(粒子状物質の除去を促進する過剰酸素を供給すべく、DPF再生中に使用されていた)概ねリーンな空燃比から概ねリッチな空燃比へと切り替え、それによって、例えばLNTのような他の排出物制御システムを、排気が高温のうちに短時間、リッチ空燃比である排気ガスに晒す。そのような動作は、LNT中の触媒物質(例えば、プラチナ(Pt)やロジウム(Rh))が、高いNOx浄化能力を備えた還元状態に回復するのを可能にする場合がある。
【０００８】
本実施形態における取組みは、従来の取組み、すなわち、DPFの再生要求が高温で強リーン状態において終了され、そのようなリーン状態の継続によって、LNTを比較的不活性状態に留める従来の取組みとは、概して著しく相違する。
【０００９】
本実施形態においては、LNTの温度の冷却と連携して、適切なレベル及び継続期間のリッチ空燃比を提供するような種々の追加構成が、LNTの再活性化を実現するのに更に使用され得る。例えば、(DPF再生から抜け出すときに使用される)主としてリッチな排気空燃比が、LNT温度が下限閾値を下回るまで継続され、それによって十分なLNTの再活性化を提供し、高温かつリーン空燃比の状態により生じる潜在的なLNTの不活性状態を低減し得る。
【００１０】
ここに記述される種々の取組み例は、例えば図1に示されるようなエンジン及び排気システムの一例を参照して説明される。具体的には、図1は、その一つのみが図示されているが、複数の燃焼室30を備えるエンジン(内燃機関)10の一例を示す。エンジン10は、電子エンジン制御器12により制御され得る。例の一つにおいては、エンジン10はコモン・レールを備える直接噴射式ディーゼル・エンジンであり得る。
【００１１】
エンジン10の燃焼室(シリンダ)30は、クランク軸40に連結されるピストン36をその中に備える燃焼室壁32を含む。燃焼室30が、吸気弁52と排気弁54を介して、各々吸気マニフォールド44及び排気マニフォールド48と連通するのが示される。
【００１２】
燃料噴射弁66が、電気ドライバ68を介して制御器12から受けたパルス幅信号FPWに比例して液体燃料を燃焼室30内に直接的に供給すべく、燃焼室30に直接的に連結されているのが示される。燃料は、燃料タンク、燃料ポンプ及びコモン・レール(不図示)を含む燃料システム(不図示)により供給され得る。実施形態の幾つかにおいて、エンジン10が、各々が複数の吸気弁、及び/又は、複数の排気弁を持つ、複数の燃焼室30を含む場合がある。
【００１３】
吸気マニフォールド44は、スロットル・ボディ42を含むと共に、スロットル弁64を有するスロットル62を含み得る。この具体的な実施例において、スロットル弁64の位置が、スロットル62に付属する電気モーター或いはアクチュエータに供給される信号を介して制御器12によって変更される場合があり、この構成は一般に、電子スロットル制御（electronic throttle control : ETC）と呼ばれる。このようにしてスロットル62は、エンジンの他のシリンダの中で、燃焼室30に供給される吸気量を変えるべく作動させられ得る。スロットル弁64の位置は、スロットル位置信号TPによって制御器12に供給され得る。吸気マニフォールド44は、信号MAFを制御器12に供給するために、質量吸気流量センサー120を含む場合がある。
【００１４】
触媒コンバータ70が排気マニフォールド48と連通しているのが示される。実施形態の幾つかにおいて、触媒コンバータ70は、例えば白金(Pt)やロジウム(Rh)のような種々の貴金属を含み得るリーンNOxトラップ(LNT)であり得る。排出物制御システム72が触媒コンバータ70の下流に配置されて連結されるのが示され、排気ガスが触媒コンバータ70から排出物制御システム72に送られるように構成される。
【００１５】
排出物制御システム72は、排出物制御装置76を含み、例の一つにおいて、それはディーゼル・パティキュレート・フィルター(DPF)であり得る。DPF76は主として能動的再生方式で再生される場合も有れば、主として受動的再生方式(自己再生方式とも言う：例えばCRT(登録商標)等)によって再生される場合もあり、DPF76の濾材は種々の形式の材料及び幾何学構造とすることが出来る。構造の一例は、反対側が閉塞された交互チャンネルを備えるウォールフロー型セラミック・モノリスを含み、これによって、排気流を隣接チャンネル間の隔壁を通過させ、その隔壁上に粒子状物質が堆積される。
【００１６】
この例はDPF76の上流にLNT70を示しているが、DPFがLNTの上流に配置される場合もある。
【００１７】
例の一つにおいて、LNT70が、ディーゼル酸化触媒(DOC、不図示)とDPF72との間に配置されると共に、殆どの運転状態においてNOxを吸蔵し、そして、時折導入されるリッチ空燃比(A/F)での運転の間に、吸蔵されたNOxを窒素(N2)に転化するのに使用される場合がある。LNT70及びDPF76はまた、必要に応じて、一つのコンバータ組立体内で組み合され得る。
【００１８】
LNT70は、(例えばアルカリ金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物のような)NOx吸蔵物質、NOx吸蔵及び放出の両方を促進するための(例えば白金やロジウムのような)白金族金属、並びに(例えばアルミナのような)支持材を含み、そして任意に、酸素吸蔵物質として知られるが白金族金属の分散性を改善するのにもよく使用される(例えばセリアのような)希土類金属酸化物を包含し得る。PtとRhの二つの金属のうちRhは幾分貴金属性が弱く、Rhは、Ptよりも容易に酸化し、例えばアルミナのような支持相(supporting phase)と更に強力に相互作用する。加えて、PtとRhの両方は、セリアの存在下では、より容易に酸化すると考えられる。
【００１９】
LNT70及びDPF76は、通常は別個のものと見なされるが、それら二つを、例えばNOx吸蔵剤及び白金族金属によって被覆されるウォールフロー型セラミックDPFの濾材のような、一つの基質の上に組合わせることが可能である。
【００２０】
エンジン動作及び/又は排気空燃比のより正確な制御を提供するために、排気システム内において、例えば90で示されるような一つ又は複数の排気センサーが使用される場合がある。更に、92で示される、例えばNOxセンサー、アンモニア・センサー等の種々の追加排気センサーが、排出物制御システム72において使用される場合もある。
【００２１】
排出物制御システム72はまた、例えば燃料噴射弁のような、エンジンの排気システムに配置される還元剤噴射弁(不図示)を含み得る。更に、排出物制御システム72は、燃料をH２、CO、及び/又は、熱分解されて一部酸化されたHCに加工する改質装置(reformer)を含み、それを排気中に噴射して還元性能を改善する場合がある。例えばリッチ空燃比での燃焼のような、排気へ還元剤を供給する更に別の方法も使用され得る。
【００２２】
制御器12が、マイクロプロセッサ102、入出力ポート(I/O)104、この特定の例において読み出し専用メモリー(read-only-memory : ROM)チップ106として表される、実行可能なプログラムと校正値のための電子記憶媒体、RAM(random-access-memory)108、キープ・アライブ・メモリ(keep-alive-memory：KAM)110及び、データ・バスを含むマイクロコンピュータとして、図1に示される。制御器12はまた、前述の信号に加え、エンジン10に結合されたセンサーから、冷却スリーブ114に結合された温度センサー112からのエンジン冷媒温度(ECT)、クランク軸40に結合されたホール効果センサー118からの、エンジン速度(RPM)を与えるプロファイル点火ピックアップ信号(PIP)、スロットル位置センサー120からのスロットル位置(TP)、及び、マニフォールド絶対圧センサー122からのマニフォールド絶対圧信号（MAP）を含む、種々の信号を受けるのが示される。
【００２３】
エンジン10内の燃焼は運転状態に応じて種々の形式をとり得る。図1は圧縮着火エンジンを示しているが、ここに記述される実施形態は、ディーゼル圧縮着火エンジン、ガソリン圧縮着火エンジン、火花点火エンジン、直噴エンジン、ポート噴射エンジン等を含むがこれには限定されない、適切なものであれば如何なるエンジンにおいても使用可能である。更に、ディーゼル燃料やバイオディーゼル燃料等のような、種々の燃料及び/又は混合燃料が使用可能である。
【００２４】
ここで図2を参照すると、DPF76の再生中及びその後の排出物制御動作の制御ルーチンの一例を示すフローチャートが提供される。ステップ210において、ルーチンは、DPF76の再生が要求されているか否かを判定する。例えば、DPF76の再生は、自動車の所定距離走行後、DPF76において蓄積された粒子状物質が所定量に達するとき、及び/又は、DPF76前後の差圧が所定閾値を上回るときなどに要求される場合がある。ステップ210における答えが「いいえ」であるならば、ルーチンはエンドに進む。そうでなくて、ステップ210における答えが「はい」であるならば、ルーチンはステップ212に進み、排気温度が再生温度を上回るように制御して(すなわち、排気ガスの温度が再生温度を上回って上昇するように調整して)、排気空燃比をリーンに制御する。例えば、排気温度は、例えばスロットル制御、バルブ・タイミング調整、リーン度合いが少ない方向への空燃比調整、外部からのエンジン負荷(例えば、クラッチの締結など)、例えばハイブリッド電気自動車におけるバッテリ充電、排気ガス再循環装置における排気ガス再循環量の増加、燃焼タイミング及び/又は燃料噴射タイミングの変更、及び/又は、燃料の追加遅延噴射(ポスト噴射)又は追加排気行程噴射を伴う運転などのような種々の取組みを利用して、上昇させられる場合がある。例の一つにおいて、酸化触媒が、燃料及び空気がDPF76に至る前に確実に燃焼するために、DPF76の上流に用いられる場合がある。排気温度は最低でも再生温度まで上昇させられ、そこにおいて、DPF76が再生され得るように、DPF76に蓄積された粒子状物質が焼き尽くされる場合がある。更に、この高温でのDPF再生中に用いられるリーン空燃比は、例えば蓄積された粒子状物質との反応に使用可能な過剰酸素を制限することにより、排気温度を制限するように調整され得る。
【００２５】
例え排気温度が正確に制御されていたとしても、リーン空燃比の排気ガス組成と高温状態との組み合わせは、例えばLNT70のような他の排出物制御装置の活性を劣化させることに留意すべきである。発生し得る劣化例の更なる詳細は、図4乃至図6を参照して、後で詳述される。
【００２６】
図2の説明を続けると、ステップ214において、ルーチンはDPF76の再生が実質的に完了、又は別の理由で終了されるか否かを判定する。例えば、DPFの再生は、DPFに残っている粒子状物質の量が(粒子状物質の)下限閾値を下回るときに、実質的に完了していると判定される場合がある。或いは、DPFの再生は、DPF76再生が所定時間継続された後、或いは、DPF前後の差圧が所定値を下回るときに、実質的に完了していると判定される場合もある。加えて、DPF再生を終了するのに、更に別の理由が存在し得る。例えばDPF再生は、DPF再生完了を禁止する運転状態によって、或いは、エンジンの停止要求によって、及び、そのような要求が起こりそうであるとの予想によって、中断される場合がある。
【００２７】
ステップ214における答えが「いいえ」であるならば、ルーチンはエンドに進む。そうでなくて、ステップ214における答えが「はい」であるならば、ルーチンはステップ216に進み、(LNT70の温度が下限閾値を下回るまでリッチ空燃比で運転することを含み得る)LNT70の再活性化が、DPF76再生に引き続いて要求されているか否かを判定する。例えば、DPF再生の継続期間、DPF再生温度、エンジン運転状態等に応じて、LNTの再活性化が要求される場合があり、あるいはそうでない場合もある（例えば、DPFの再生中に到達する排気温度又はLNTの温度が所定値よりも大きいとき、及び/又は、DPFの再生継続時間が所定値よりも大きいときに、LNTの再活性化が要求され得る）。別の例において、LNTにおける触媒の酸化度合いを推測するモデルが使用され得て、そこにおいて、そのモデルが反応速度モデル又は他の類似モデルを含む場合がある。更に、エンジン・マッピング・データと動的モデルとの組み合わせが、DPF再生に引き続くLNT70の再活性化が要求されているか否かを判定するのに使用される場合があり、そしてそのような運転を制御するのに使用される場合もある。その例においては、LNTの再活性状態がDPF再生に必要とされる温度及び時間に依存する場合に、(DPFの再生時間及び再生温度の両方によって増大し得る)LNTの不活性状態を、先行するDPF再生中に存在していた実際の状態に、より一致させることが可能である。例えば、不活性状態が増大するに連れて、より長期なリッチ空燃比での運転及び/又はよりリッチ度合いが大きいリッチ空燃比での運転が、LNTの冷却中に使用される場合がある(或いは、更に長期にわたり、LNTの冷却が行なわれる場合もある)。
【００２８】
ステップ216における答えが「いいえ」であるならば、ルーチンはステップ220に進み、DPF76の再生を(例えば、排気ガスの温度を低減することによって、及び/又は、過剰酸素を制限することによって)終了し、通常の制御(すなわち、DPFの再生制御でも、LNT70の再活性化制御でもない、エンジン運転状態に応じた制御)に戻って、リーン空燃比での運転を維持又は継続する。そうでなくて、ステップ216における答えが「はい」であるならば、ルーチンはステップ218に進み、排気ガスの温度が再生温度を下回って低下するように調整して、排気空燃比をリッチな値に設定し、DPF76の再生を終了する。更に、ルーチンは(LNT70の温度の)下限閾値(Tmin)を設定し得る。ここで設定されるリッチ空燃比及び下限閾値は、例えばDPF再生の継続期間、DPF再生温度、現在の排気(又はLNT)の温度、及び、エンジン運転状態のような、種々の要因に基づき得る（例えば、DPF再生の継続期間、DPF再生温度、及び/又は、現在の排気(又はLNT)の温度が大きいほど、(LNT70の不活性状態が大きくなることから)、設定されるリッチ空燃比のリッチ度合いを大きくし、及び/又は、設定される下限閾値を小さくする場合がある）。また、例の一つにおいて、LNTの再活性化のためのリッチ空燃比での運転は、連続的なリッチ空燃比である場合もあれば、LNTを再活性化しているときにHC排出物及びCO排出物を低減するように、リッチ空燃比とリーン空燃比を交互に繰り返す場合もある。そのような運転は、酸化反応速度が還元反応速度よりも低速であるため、可能となり得る。更に、リッチ空燃比での運転(或いはリーン空燃比/リッチ空燃比が交互に起こる運転)は、LNTにおける触媒物質が再び酸化するのを避けるため、LNTの冷却期間中(後述の図3におけるt4乃至t5の間)ずっと継続してもよい。更に、エンジンの停止時において、エンジンが作動中でないときであっても、LNTの冷却期間中に還元雰囲気を生成するため、エンジンが動作していないときに燃料又は他の還元剤が排気中に噴射されることも可能である。
【００２９】
或いは、高温かつリーン空燃比での運転に引き続いてLNTの再活性化を行なうか否かを判定する別の実施形態は、そのような運転に引き続いてLNTの性能評価を実行し得る。例えば、LNT70の再活性化は、LNTの活性を推定するのに使用されるNOxセンサーの出力に基づいて、要求され得る。その場合、LNTが十分に活性化されていないと判定されるならば、LNTの再活性化が要求され得る。更に、別の代替実施形態において、LNTの再活性化は、DPFの再生とは独立して要求される場合がある。
【００３０】
図2の説明を続けると、ルーチンはステップ218からステップ222に進み、LNT70の温度が下限閾値(Tmin)未満であるか否か、或いは、LNT70の再活性化時間が許容上限時間に到達したか否かを判定する。このようにして、DPF76再生に伴なって生成される高温状態から通常のエンジン運転温度へのLNT70の冷却期間中に、リッチ空燃比での運転を少なくとも部分的に維持することが可能となる
ステップ222における答えが「はい」であるならば、ルーチンはステップ224に進み、例えば運転者による入力操作のようなエンジン運転状態に基づく要求リーン空燃比に設定する。そうでなくて、ステップ222における答えが「いいえ」であるならば、ルーチンはステップ226に進み、LNT70の再活性化を継続する。例の一つにおいて、LNTの再活性化の運転は、上述された反応速度モデルを用いて、LNTが十分に還元されるまで継続する場合があり、そこにおいて、リッチ空燃比での運転は、高温かつリーン空燃比での運転から抜け出すことによって開始される。更に、高温かつリーン空燃比状態からの離脱に引き続く、リッチ空燃比での運転におけるリッチ度合い及び継続期間の制御はまた、エンジン・マッピング・データに基づき得る。そのエンジン・マッピング・データは、LNTを十分に再活性化するのに必要とされる最短時間/最低温度条件を規定すべく、実験に基づいて設定される場合がある。例えば、後述されるデータ例における「2分間、700℃のリッチ空燃比状態」は、長時間(例えば30分間)処理が行なわれるのと同じくらい、LNTの活性回復に関して効果的である。
【００３１】
上述したように、LNTの再活性化のためのリッチ空燃比での運転は、例えば直前のDPFの再生状態のような種々のパラメータに基づく場合があり、そのDPFの再生状態によっては、LNTの再活性化が行なわれない場合がある。別の言葉で言えば、ここでの取組みの実施形態の一つは、DPFの再生に引き続いて、LNTが十分に活性化した状態に確実に復帰するのに必要なだけしか、LNTの再活性化は行なわれない。LNTの再活性化の実行を制限する理由は、例えば後述するとおりである。1)  高温かつリッチ空燃比での運転に伴う燃料損失の低減。2)  排気空燃比がリッチ状態に切り替えられた途端に始まる、DPFへの粒子状物質再蓄積の低減。3)  リッチ空燃比での運転状態において起こり得るCO及びHC増大の低減。
【００３２】
なお、DPF再生に引き続く高温かつリッチ空燃比での運転はLNTを脱硫し、それ故この脱硫は、その後に脱硫の予定を立てるのに使用される如何なる堆積硫黄量推測ルーチンのなかでも計上され得ることに留意すべきである。更に、高温かつリーン空燃比での運転によって劣化されるLNTの活性を再活性化することを目的する、上述されたLNTの再活性化はまた、そのような効果は副次的効果でしかないものの、脱硫効果を更に高めるように、調整される場合がある。
【００３３】
ここで図3を参照すると、図2のルーチンに従った動作のシミュレーション結果のタイムチャートが示される。具体的には、図3は、4つのグラフを示し、一番上のグラフは排気空燃比を示し、二番目のグラフはDPF76の再生状態を示し、三番目のグラフはDPF76における粒子状物質の蓄積量を示し、一番下のグラフは排気温度(本実施形態においては、LNT70の温度)を示す。
【００３４】
図3は、最初にタイミングt1まで継続するエンジン10の通常運転を示し、そこにおいて、粒子状物質はリーン運転中に蓄積される。タイミングt1において、三番目のグラフに示されるように、粒子状物質の蓄積量が十分に高いレベル(一点鎖線)に到達し、そして二番目のグラフの破線に示されるように、DPF76再生が要求される。このタイミングにおいて、エンジン10の動作が、一番下のグラフに示されるように、排気温度を増加させるべく調整される。タイミングt2において、一番下のグラフに示されるように、排気ガスの温度が、DPF76再生が行われ得るDPF再生温度に到達し、それによって、二番目のグラフの実線に示されるように、高温かつリーン空燃比での状態の間にDPF76の再生(蓄積された粒子状物質の除去)が実行される。そこにおいて、スロットル位置、バルブ・タイミング、及び/又は、還元剤噴射の変化にしたがって、リーン空燃比が調整され得、排気中の利用可能な過剰酸素を制限し、それによって再生温度が調整される。DPF76の再生は、DPF76から十分な量の粒子状物質が除去されるタイミングt3まで継続し、そして二番目のグラフの破線に示されるように、DPF76再生の要求は終了される(この時点では、高温かつリーン空燃比出の運転が継続されているため、DPF76の再生は継続していることに留意すべきである)。そして、DPF76再生の要求がタイミングt3において終了されるので、一番下のグラフに示されるように、DPF76の温度が低下し始める。そして、タイミングt4において排気(或いはLNT70)の温度がDPF再生温度を下回る（即ち、DPF再生が実際に停止される）と、一番上のグラフに示されるように排気空燃比はリッチに変更されて、LNT70の再活性化が開始され得る。このタイミングt4とタイミングt5間の冷却動作中において、タイミングt2とタイミングt3間におけるDPF再生温度及び/又はDPF再生持続期間に基づいて、リッチ空燃比が調整され得る。一番下のグラフに示されるように、タイミングt5においてLNT76の温度が下限閾値Tminを下回ると、一番上のグラフに示されるように排気空燃比はリーンに変更されて、LNTの再活性化が終了され得る。
【００３５】
このタイムチャートは、単なる動作の一例を示しており、種々の代替実施形態が可能であることに留意すべきである。
【００３６】
ここに含まれる制御ルーチンは、例えば上述されるような、種々のエンジン形態と共に使用され得ることに留意すべきである。ここに記述された具体的なルーチンは、イベント・ドリブン、インターラプト・ドリブン、マルチ・タスキング、マルチ・スレッディングなどのような、一つ又は二つ以上の処理ロジックを表し得る。記述される種々の動作又は機能は、それ自体、記述された順番で、または並行して実行され、或いは場合によっては、一部が削除される場合もある。同様に、処理の順番は、ここに記載された実施形態の例の特徴及び利点を達成するために必須のものではなく、図示と説明を簡単にするために提供されたものである。図示された動作や機能の一つ又は二つ以上は、使用される具体的なロジックによっては、反復して実行される場合がある。更に、記載されたステップは、制御器12内のコンピュータ読取可能記憶媒体の中にプログラムされるべきコードを視覚的に表わすものであり得る。
【００３７】
ここで図4乃至図6を参照すると、上述の概念を立証するのに使用され得る実験結果のグラフが示される。具体的に図4は、NOx吸蔵(25秒間リーン空燃比での運転)とNOx放出(5秒間リッチ空燃比での運転)とが交互に起こるモードでの排気ガス・パーターベーション(perturbation)において、LNT70の試料に関する、排気(又はLNT70)温度の関数としての平均NOx転化性能を示す。
【００３８】
これらデータは、LNT70が自動車に搭載された場合に行なわれるであろう運転形式での実験室シミュレーションを表す。リーン空燃比及びリッチ空燃比に晒す具体的なデューティ・サイクルや供給される排気ガスの組成は、実際の自動車への適用とは幾分異なる場合があるものの、ここで選択された条件は概してディーゼル自動車を表し得る。三つの異なる条件で前処理を行なった後に活性評価を行なう場合のNOx活性状態を表す、三つの異なるNOx転化の対温度特性が示される。三角印の線は、デグリーニング(de-greening)処理の後に得られるLNT70の初期活性を表す。なお、デグリーニング処理とは、実際に自動車に使用される前に触媒をコンディショニングする工程と及び安定化処理する工程とを含むものであり、詳細には特表2005-523396に記載されているデグリーニングのことを指す。図4における三角印の線に示されるように、デグリーニング処理を行うことによって、NOx制御に関して、LNT70を高い活性状態にし得る。図4における黒丸印の線に示されるように、デグリーニングに引き続いて、LNT70が、20分間、700℃のリーン空燃比に晒される(典型的なDPF再生制御、すなわち、すす(粒子状物質)除去処理)ならば、300℃を下回る温度で評価されるときに、NOx転化の活性状態は実質的に劣化している。ディーゼル自動車は、かなりの期間、LNTにおける排気温度が300℃未満の状態にて運転するので、そのような不活性状態は排出物制御にとって重大な問題となり得る。図4における白丸印の線に示されるケースは、本発明の取組みを使用するものである。ここでLNT70は、上述されたすす除去処理(上述の黒丸印のケース)と同様の条件でリーン空燃比に晒されるものの、その後に、排気ガスの温度を700℃に維持した状態で、2分間、リッチ空燃比に晒される。図4に示されるように、すす除去処理後に2分間のリッチ空燃比に晒される処理によって、LNTは、NOx転化に関して、その初期の高い活性状態を回復している。
【００３９】
図5は、図3に示されているのと同じ一連の前処理に引き続いて、排気ガス(又はLNT70)温度の関数としての平均CO転化性能を示す。図5において、NOxの場合(図４)と同様な傾向が観測される。しかしながら、COの場合は、300℃であっても、上述のすす除去処理の後のLNT(黒丸印のケース)は、初期のデグリーン処理されたLNT(三角印のケース)、及び、すす除去処理後に2分間のリッチ空燃比に晒される処理が行なわれたLNT(白丸印のケース)の両者に比べて、CO転化の活性状態が劣化している。その一方で、LNT70が、(20分間、700℃のリーン空燃比に晒される)すす除去処理に引き続いて、(2分間、700℃のリッチ空燃比に晒される)処理が行なわれるときに、CO転化に関しても活性状態を完全に回復することに留意すべきである。
【００４０】
図6に示されるように、20分間、700℃のリーン空燃比に晒される処理の後には、NOx及びCOと同様に、HC転化は抑制される(黒丸印のケース)。HC転化の活性状態は、試験された最高評価温度(300℃)まで、その抑制が維持される。LNT70が、(20分間、700℃のリーン空燃比に晒される)すす除去処理に引き続いて、(2分間、700℃のリッチ空燃比に晒される)処理を行なうこと(白抜きの三角印のケース)によって、350℃未満の評価温度にてデグリーン処理された状態(黒の三角印のケース)に近接するように、HC転化に関する活性状態が一部回復する。これは、LNT70の構成においてPt及びRhの役割が異なることに起因すると説明され得る。RhはCO及びNOxの転化において最も効果的であり、PtはHC転化において最も効果的であり得る。HC転化の場合に観測された部分的な回復は、RhとPtの両方の機能が、700℃のすす除去処理によって悪影響を受け、Rh機能のみが、引き続いて2分間のリッチ空燃比に晒される)処理によって完全に回復されるものと考えられる。それであっても、LNT70が、(20分間、700℃のリーン空燃比に晒される)すす除去処理に引き続いて、(2分間、700℃のリッチ空燃比に晒される)処理が行なわれるときに、HC転化に関する活性状態の改善は相変わらず達成される。
【００４１】
ここに記載された構成及びルーチンが、本質的に例示に過ぎず、多数の変形例が可能であるため、これらの具体的な実施形態が本発明を限定する意味で考慮されるべきでないことは理解できるであろう。例えば、上述の方法は、V型6気筒エンジン、直列4気筒エンジン、直列6気筒エンジン、V型8気筒エンジン、V型12気筒エンジン、対向4気筒エンジン、及びその他のエンジン形式に適用され得る。本明細書の主題は、ここに記載された種々の装置及び構成そして、他の特徴、機能及び/又は属性の、全ての新規で非自明の組み合わせ及び一部組み合わせを含む。更に、(例えば、高温かつリーン空燃比の排気ガスに晒すことは、白金族金属や、場合によっては例えば酸素吸蔵材に使用される希土類酸化物物質、白金族金属のための分散剤、及び、白金族金属のための支持材のような他の物質を含む、触媒における種々の物質を不活性化するという理論に関するような)種々の理論がここで説明されてきたが、ここに説明された取組み及びシステムは、そのような理論の正当性に必ずしも頼るものではない。また、LNT70を長期間にわたって高温かつリーン空燃比に晒すことは、例えば高速走行にて最大トルク近傍で運転しているときのような、DPF76再生以外の状況において、起こり得る。
【００４２】
特許請求の範囲は、新規で非自明と見なされる特定の組み合わせ及び一部組み合わせを具体的に示す。これらの特許請求の範囲は、「一つの」構成要素、又は「第一の」構成要素、又は、それらの同義語に言及し得る。そのような特許請求の範囲は、その構成要素が一つ又はそれ以上あるものを含み、その構成要素が二つ以上あるものを要求もしなければ、除外もしないと理解されるべきである。開示されている特徴、機能、構成要素及び/又は属性の他の組み合わせ及び一部組み合わせが、本件特許請求の範囲の補正又は本出願又は関連出願の新しい請求の範囲の提供によって、請求され得る。最初の特許請求の範囲の権利範囲より広い特許請求の範囲、狭い特許請求の範囲、同じ特許請求の範囲、又は異なる特許請求の範囲であろうと、そのような特許請求の範囲もまた、本明細書の主題に含まれると見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】エンジン及び排気システムの一例を示す概略図である。
【図２】制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】動作のシミュレーション結果を示すタイムチャートである。
【図４】平均NOx転化性能を示す実験結果のグラフである。
【図５】平均CO転化性能を示す実験結果のグラフである。
【図６】平均HC転化性能を示す実験結果のグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
10、エンジン
12、制御器
48、排気マニフォールド
52、吸気弁
54、排気弁
64、スロットル弁
66、燃料噴射弁
70、リーンNOxトラップ(LNT)
72、排出物制御システム
76、パティキュレート・フィルター(DPF)
90、排気センサー
【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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