(57)【要約】【課題】内燃機関に使用するＮＯｘ吸蔵触媒において、吸蔵されたＮＯｘが完全に放出したことを検出することが可能な内燃機関の排気ガス浄化法を得る。【解決手段】内燃機関１の排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸蔵触媒１４と、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側において排気温を計測する排気温センサ１６と、排気ガスの酸素濃度を変化させる制御手段１７とを備え、制御手段１７が、酸素濃度を過剰にした第一の運転状態においてはＮＯｘ吸蔵触媒１４にＮＯｘを吸蔵させ、酸素濃度を低下させた第二の運転状態においてはＮＯｘ吸蔵触媒１４に吸蔵されたＮＯｘの放出と還元とを行い、第二の運転状態でＮＯｘの放出中において、排気温センサ１６が計測するＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側における排気ガス温度の変化に対応して第二の運転状態から第一の運転状態に切り換えるようにしたものである。【選択図】　　　　図１
2004019627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸入空気に対して燃料を噴射する燃料噴射弁、前記内燃機関の排気ガス通路に設けられ、排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒、前記排気ガス通路内において前記ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に設置され、排気ガス温度を計測する排気温センサ、前記吸入空気の量に対する燃料噴射量を制御することにより、前記排気ガスの酸素濃度を変化させる制御手段を備え、前記制御手段が、第一の運転状態においては前記排気ガス中の酸素濃度を過剰にして排気ガス中の有害ガスを浄化すると共に発生するＮＯｘを前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵させ、第二の運転状態においては酸素濃度を低下せしめて前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出と還元とを行い、前記第二の運転状態での運転中において、前記排気温センサが計測する排気ガス温度の変化に対応して前記第二の運転状態から前記第一の運転状態に切り換えることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
排気通路内に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を変化させ、酸素濃度が過剰である第一の運転状態においては排気ガス中の有害ガスを浄化すると共に発生するＮＯｘを前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵させ、酸素濃度を低下させた第二の運転状態では前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出して還元させるべく構成した内燃機関において、前記第二の運転状態によりＮＯｘの放出と還元とを実施しているとき、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側における排気ガス温度を計測し、この排気ガス温度の変化に対応して前記第二の運転状態から前記第一の運転状態に切り換えることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化法。
【請求項３】
前記第二の運転状態によりＮＯｘの放出と還元とを実施しているとき、前記ＮＯｘ吸蔵触媒下流側における排気ガス温度が上昇に転じたことを検知して前記第二の運転状態から前記第一の運転状態に切り換えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法。
【請求項４】
前記第一の運転状態から前記第二の運転状態に切り換えたことにより低下した前記排気ガス温度が上昇に転じたとき、前記第二の運転状態から前記第一の運転状態に切り換えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法。
【請求項５】
前記ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側における排気ガス温度が所定時間毎に計測され、前記第二の運転状態によりＮＯｘの放出と還元とを実施しているとき、現時点で計測された前記排気ガス温度が、前回計測の排気ガス温度より高くなったとき、排気ガス温度が上昇に転じたと判定することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法。
【請求項６】
前記ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側における排気ガス温度が所定時間毎に計測され、前記第二の運転状態によりＮＯｘの放出と還元とを実施しているとき、現時点で計測された前記排気ガス温度が、前回計測の排気ガス温度より所定値以上高くなったとき、排気ガス温度が上昇に転じたと判定することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法。
【請求項７】
前記ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側における排気ガス温度が所定時間毎に計測され、前記第二の運転状態によりＮＯｘの放出と還元とを実施しているとき、前記排気ガス温度が、前記第二の運転状態時における排気ガス温度の最低値より所定値以上高くなったとき、排気ガス温度が上昇に転じたと判定することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法。
【請求項８】
前記排気ガス温度上昇の所定値が、前記第一の運転状態から前記第二の運転状態に切り換えた直後の排気ガス温度と前記最低値との差に対応して決定されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法。
【請求項９】
前記排気ガス温度上昇の所定値が、前記内燃機関の運転状態に応じて決定されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法。
【請求項１０】
前記第一の運転状態から前記第二の運転状態に切り換えたことによる排気ガス温度の低下が検出できなかったとき、前記第二の運転状態に切り換え後、所定の時間が経過したことにより前記第二の運転状態から前記第一の運転状態に切り換えることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法。
【請求項１１】
前記所定の時間が前記内燃機関の運転状態に対応して決定されることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法。
【請求項１２】
前記内燃機関の運転状態が、前記内燃機関の回転速度と、前記内燃機関の負荷と、前記内燃機関の吸入空気量と、排気ガス温度との少なくとも一つであることを特徴とする請求項９または請求項１１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法。
【請求項１３】
前記所定の時間が経過中において排気ガス温度の低下が検出された場合には、排気ガス温度が上昇に転じた時点において前記第二の運転状態から前記第一の運転状態に切り換えることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＮＯｘ吸蔵触媒を備えた内燃機関において、ＮＯｘパージの終了タイミングを正確に判定することが可能な内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
理論空燃比より希薄な混合気を燃焼させるリーンバーンの内燃機関においては排出される窒素酸化物（以下ＮＯｘと称す）を浄化するために、ＮＯｘ吸蔵触媒を用いた排気ガス浄化装置が使用されている。この排気ガス浄化装置は内燃機関のリーンバーン運転時に排出されるＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒に吸着させ、しかるべきタイミングで予め定められた所定の時間、空燃比をリッチに切替えて排気ガス中の酸素濃度を低下させることにより、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出させると同時に還元処理を行い、排気ガスを浄化するものである。
【０００３】
このような技術を開示したものとしては、例えば、特許番号第２６００４９２号公報があり、この公報には、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出させるために、リーンバーン状態における内燃機関の回転数の累積値などによりＮＯｘ吸蔵量を推定し、推定した時間毎に空燃比をリッチに切替えてＮＯｘを放出し、所定の時間が経過した後に再び空燃比をリーンに戻す技術が開示されおり、この放出に要する時間はほぼ２０秒以下であるとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、リッチ運転状態においてＮＯｘ吸蔵触媒から放出されるＮＯｘの放出速度およびＮＯｘの量は、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度やリッチ運転状態における空燃比の程度などにより大きく変わるものであり、上記のようにＮＯｘ放出のためのリッチ運転を予め設定された一定時間だけ行う場合には、ＮＯｘ吸蔵量に対して過不足を生じることになる。放出時間が不足した場合にはＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘが充分に放出されず、リーン運転中にＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵能力が徐々に低下して最終的には吸蔵できなくなり、また、放出時間が長すぎる場合にはＮＯｘを完全に放出した後にもリッチ運転状態が継続することになり、多量の未燃焼ＨＣおよびＣＯを放出することになる。
【０００５】
このようにＮＯｘ吸蔵触媒がＮＯｘを吸蔵し得なくなったり、多量の未燃焼ＨＣおよびＣＯが大気中に放出されたりするのを防止するためには、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘが完全に放出されるまでの期間のみ運転状態をリッチにすればよいことになる。そのためにはＮＯｘの完全放出を検出する必要があり、例えば、特許第２６９２３８０号公報には排気経路のＮＯｘ吸蔵触媒の下流に空燃比センサを配置してＮＯｘの放出完了を検出する技術が開示されている。
【０００６】
この技術は、リッチ運転中においてはＮＯｘの還元が行われることにより、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流がリーン状態になるが、放出が完了すれば還元作用がなくなってリッチ状態になるのを検出するものである。このように構成することによりＮＯｘの放出完了を検出することができ、ＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵能力の低下や未燃焼ＨＣとＣＯの放出を防止することができるが、空燃比センサは燃焼制御にも使用されており、多数の空燃比センサを使用することになる。
【０００７】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側の排気ガス温度が、ＮＯｘの還元中において変化することに着目し、この排気ガス温度を検出することにより、ＮＯｘの完全放出を検出することが可能な内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法を得ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる内燃機関の排気ガス浄化装置は、内燃機関の吸入空気に対して燃料を噴射する燃料噴射弁と、内燃機関の排気ガス通路に設けられ排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸蔵触媒と、排気ガス通路内においてＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に設置され排気ガス温度を計測する排気温センサと、吸入空気の量に対する燃料噴射量を制御することにより排気ガスの酸素濃度を変化させる制御手段とを備え、制御手段が、第一の運転状態においては排気ガス中の酸素濃度を過剰にして排気ガス中の有害ガスを浄化すると共に発生するＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵させ、第二の運転状態においては酸素濃度を低下せしめてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出と還元とを行い、第二の運転状態での運転中において、排気温センサが計測する排気ガス温度の変化に対応して第二の運転状態から第一の運転状態に切り換えるようにしたものである。
【０００９】
また、この発明に係わる内燃機関の排気ガス浄化法は、排気通路内に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を変化させ、酸素濃度が過剰である第一の運転状態においては排気ガス中の有害ガスを浄化すると共に発生するＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵させ、酸素濃度を低下させた第二の運転状態ではＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出して還元させるべく構成した内燃機関において、第二の運転状態によりＮＯｘの放出と還元とを実施しているとき、排気通路内のＮＯｘ吸蔵触媒の下流側における排気ガス温度を計測し、この排気ガス温度の変化に対応して第二の運転状態から第一の運転状態に切り換えるようにしたものである。
【００１０】
さらに、第二の運転状態によりＮＯｘの放出と還元とを実施しているとき、ＮＯｘ吸蔵触媒下流側における排気ガス温度が上昇に転じたことを検知して第二の運転状態から第一の運転状態に切り換えるようにしたものである。
さらにまた、第一の運転状態から第二の運転状態に切り換えたことにより低下した排気ガス温度が上昇に転じたとき、第二の運転状態から第一の運転状態に切り換えるようにしたものである。
また、ＮＯｘ吸蔵触媒下流側における排気ガス温度が所定時間毎に計測され、第二の運転状態によりＮＯｘの放出と還元とを実施しているとき、現時点で計測された排気ガス温度が、前回計測の排気ガス温度より高くなったとき、排気ガス温度が上昇に転じたと判定するようにしたものである。
【００１１】
さらに、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側における排気ガス温度が所定時間毎に計測され、第二の運転状態によりＮＯｘの放出と還元とを実施しているとき、現時点で計測された排気ガス温度が、前回計測の排気ガス温度より所定値以上高くなったとき、排気ガス温度が上昇に転じたと判定するようにしたものである。
さらにまた、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側における排気ガス温度が所定時間毎に計測され、第二の運転状態によりＮＯｘの放出と還元とを実施しているとき、排気ガス温度が第二の運転状態時における排気ガス温度の最低値より所定値以上高くなったとき、排気ガス温度が上昇に転じたと判定するようにしたものである。
【００１２】
また、排気ガス温度上昇の所定値が、第一の運転状態から第二の運転状態に切り換えた直後の排気ガス温度と最低値との差に対応して決定されるようにしたものである。
さらに、上記の排気ガス温度上昇の所定値が、内燃機関の運転状態に応じて決定されるようにしたものである。
さらにまた、第一の運転状態から第二の運転状態に切り換えたことによる排気ガス温度の低下が検出できなかったとき、第二の運転状態に切り換え後、所定の時間が経過したことにより第二の運転状態から第一の運転状態に切り換えるようにしたものである。
【００１３】
また、上記の所定の時間が内燃機関の運転状態に対応して決定されるようにしたものである。
さらに、上記の内燃機関の運転状態が、内燃機関の回転速度と、内燃機関の負荷と、内燃機関の吸入空気量と、排気ガス温度との少なくとも一つであるようにしたものである。
さらにまた、所定の時間が経過中において排気ガス温度の低下が検出された場合には、排気ガス温度が上昇に転じた時点において第二の運転状態から第一の運転状態に切り換えるようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図３は、この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法を説明するもので、図１はシステム構成図、図２はＮＯｘ吸蔵触媒の下流側における排気ガス温度とＮＯｘ放出との挙動を示す特性図、図３は動作を説明するフローチャートである。
【００１５】
図１のシステム構成図において、内燃機関１は多気筒内燃機関の一気筒分を抜き出して示したものであり、内燃機関１の吸気管２には吸入空気量を計測するエアフローセンサ３と吸入空気量を制御するスロットルバルブ４とが設けられている。吸入空気は内燃機関１の燃焼室５に導入され、燃料噴射弁６から噴射される燃料と混合されて混合気を形成し、点火プラグ７により点火されて燃焼する。内燃機関１のピストン８はコネクティングロッド９によりクランク軸１０を回転駆動し、クランク軸１０の近傍に設けられたクランク角センサ１１はクランク軸１０の回転速度と回転角とを検出する。
【００１６】
燃焼室５にて燃焼した排気ガスは排気行程において排気管１２に排出され、排気管１２には排気ガスを浄化するための三元触媒１３とＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒１４とが設けられている。排気管１２の三元触媒１３の上流側には空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する空燃比センサ１５が設けられ、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側には排気ガス温度を検出する排気温センサ１６が設けられている。内燃機関１の制御を行う制御手段１７は、エアフローセンサ３と、クランク角センサ１１と、空燃比センサ１５と、排気温センサ１６とから信号を入力し、燃料噴射弁６や点火装置などを制御するもので、例えば、マイクロコンピュータを含む制御回路、または、アナログ回路から構成されるものである。
【００１７】
なお、ＮＯｘ吸蔵触媒１４は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属や、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されたものである。そして、内燃機関１の運転時、排気ガス中の炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯを低減するために空燃比をリーンにするが、このために排気ガスが酸素濃度過剰になると共に、燃焼によるＮＯｘが発生する。ＮＯｘ吸蔵触媒１４は流入する排気ガスが酸素濃度過剰のときにはこのＮＯｘを吸蔵し、酸素濃度を一時的に低下させることにより、このＮＯｘを放出すると共に還元し、排気ガス中のＮＯｘを浄化するものである。このＮＯｘの放出と還元との処理を以降、ＮＯｘパージと称す。
【００１８】
このように、ＮＯｘパージを実施するとき、内燃機関１の空燃比をリッチな状態にすることにより排気ガス中の酸素濃度を低下させ、ＮＯｘを還元すると同時に未燃焼ＨＣおよびＣＯを酸化させるものであるが、このとき、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側における排気ガス温度には変化が生ずる。この空燃比の切替と、ＮＯｘ吸蔵触媒１４下流側の排気ガス温度と、ＮＯｘ吸蔵触媒１４からのＮＯｘの放出との関連を示したのが図２の特性図である。なお、以下に説明する各実施の形態において、ＮＯｘパージを実施するとき、空燃比をリッチにすると説明するが、ＮＯｘの放出が可能な空燃比であればよく、必ずしも理論空燃比よりリッチである必要はない。
【００１９】
いま、図２のａ点において空燃比をリッチに切り換えるとＮＯｘ吸蔵触媒１４からのＮＯｘの放出が開始され、同時にＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側における排気ガス温度が低下を始める。ＮＯｘの放出量は図のように増加してピークを過ぎると次第に低下し、ＮＯｘが完全に放出されると放出が停止する。一方、ＮＯｘ吸蔵触媒１４下流側の排気ガス温度は、ＮＯｘの放出開始と共に一旦低下し、ＮＯｘの放出中は低下した状態でほぼ一定の温度を維持し、その後に元の温度まで上昇するような挙動を示す。そして、ＮＯｘの放出と温度の変化とには相関性があり、温度の上昇開始の時点はＮＯｘの放出完了時点と一致する。
【００２０】
従って、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側に設けられた排気温センサ１６により排気ガス温度の変化を計測し、所定時間継続した温度低下が再上昇に転ずる時点においてＮＯｘの放出完了と判定し、空燃比をリーンの状態に切り換えることにより、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の吸蔵能力の低下や未燃焼ＨＣとＣＯの放出を防止することができる。この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法は、このような現象を利用してＮＯｘ吸蔵触媒１４からのＮＯｘ放出終了時期を検知するようにしたものであり、以下に図３のフローチャートによりその動作を説明する。
【００２１】
図３のフローチャートは、内燃機関１のリーン運転中に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵触媒１４のＮＯｘを放出して浄化するために、空燃比を強制的にリッチに切り換え、排気ガス中の酸素濃度を低下させると共に、ＮＯｘ放出終了と共に空燃比を元のリーンな状態に戻す処理であるが、このルーチンは、所定の時間（例えば、１０ｍｓ）毎、または、所定のクランク角（例えば、１８０度）毎に繰り返し実行されるものである。
【００２２】
まず、ステップＳ１０１において制御手段１７が各種センサからの信号を読み込み、ステップＳ１０２ではＮＯｘパージの実施タイミングを判定する。この判定は、これまでのリーン運転状態の時間が所定時間以上になったかどうかなどにより判定するものである。ＮＯｘパージの実施タイミングであると判定されるとステップＳ１０５に進み、ＮＯｘパージの処理が行われる。ＮＯｘパージの実施タイミングでない（所定時間が経過していない）と判定されるとステップＳ１０３に進み、リーン運転（以降第一の運転状態と称す）を継続し、ステップＳ１０４にて第一の運転条件のタイマをインクリメントしてスタートに戻る。
【００２３】
ステップＳ１０２にて所定時間が経過している場合、ステップＳ１０５に進んでここでは予め定められたリッチの空燃比（以降第二の運転状態と称す）に内燃機関１の運転を切り換え、ＮＯｘ吸蔵触媒１４に吸蔵されたＮＯｘの放出および還元を行う。続いてステップＳ１０６に進んで排気温センサ１６からの温度信号を読み込み、続くステップＳ１０７にて今回読み込んだ温度信号Ｔ（ｎ）と記憶されていた前回の温度信号Ｔ（ｎ−１）とを比較し、Ｔ（ｎ）＞Ｔ（ｎ−１）が成立すれば、排気温が前回より上昇したと判断してステップＳ１０８に進み、ＮＯｘパージの終了制御、すなわち、第二の運転状態（リッチ運転）から第一の運転状態（リーン運転）に切り換え、ステップＳ１０９にて第一の運転状態のタイマをリセットする。ステップＳ１０７にて上記の条件が不成立の場合にはそのままリターンしてスタートに戻る。
【００２４】
ステップＳ１０７での判定において、ＮＯｘの放出終了に伴わない温度の小変動による誤動作を避けるため、判定条件をＴ（ｎ）＞Ｔ（ｎ−１）＋Ｔ１として温度変化量に所定の閾値を持たせることができ、このＴ１の値を内燃機関の回転速度や負荷の量、吸入空気量や排気ガスの温度など、内燃機関１の運転状態に対応して設定することにより、さらに正確にＮＯｘ放出の終了判定を行うことができる。
【００２５】
このように構成し、動作させることにより、空燃比を第二の運転状態に切り換えてＮＯｘパージを行っているとき、ＮＯｘ吸蔵触媒１４下流側の排気温の変化によりＮＯｘパージ終了を正確に判定して第一の運転状態に戻すことができ、空燃比の切り換えがＮＯｘ吸蔵触媒１４からのＮＯｘ放出終了と同時に行えることになり、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の吸蔵能力の低下や未燃焼ＨＣとＣＯの放出を防止することができるものである。
【００２６】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法を説明するフローチャートである。実施の形態２は実施の形態１に対して制御内容に変更を加えたものであり、図４において、実施の形態１にて説明した図３のフローチャートと同一処理のステップには同一のステップ番号が付与されている。この制御内容を変更した部分は、図３におけるステップＳ１０７の温度判定、すなわち、ＮＯｘパージ終了判定の部分であり、これが図４ではステップＳ２０１からステップＳ２０３までに変わっているので、ここではこの変更された部分について説明する。
【００２７】
図４において、まず、ステップＳ１０６にて排気温センサ１６からの温度信号を読み込んだ後、ステップＳ２０１にて今回読み込んだ温度信号Ｔ（ｎ）が、第二の運転状態の期間中における排気ガス温度の最低値Ｔｍｉｎより大きいかどうかを判定する。ここでＴ（ｎ）がＴｍｉｎより大きいと判定されるとステップＳ２０２に進み、今回読み込んだ温度信号Ｔ（ｎ）が上記の最低値Ｔｍｉｎより所定値Ｔｈｙｓ以上大きいかどうかが判定される。ここで、Ｔ（ｎ）＞Ｔｍｉｎ＋Ｔｈｙｓが成立すると判定された場合にはステップＳ１０８に進んでＮＯｘパージ制御を終了する。
【００２８】
ステップＳ２０２にて、Ｔ（ｎ）＞Ｔｍｉｎ＋Ｔｈｙｓが成立しないと判定された場合にはそのまま今回のルーチンを終了し、また、ステップＳ２０１においてＴ（ｎ）＞Ｔｍｉｎが成立しなかった場合にはステップＳ２０３に進み、排気ガス温度の最低値Ｔｍｉｎの値を今回のＴ（ｎ）の値に置き換えて今回のルーチンを終了する。なお、空燃比を第二の運転状態に切り換えた直後の排気ガス温度Ｔｓｔａｒｔを記憶しておき、所定値Ｔｈｙｓを
Ｔｈｙｓ＝（Ｔｓｔａｒｔ−Ｔｍｉｎ）×α
として求めることにより、Ｔｈｙｓの値を排気ガス温度の変化量に応じた設定とすることができる。
【００２９】
このように制御することにより、第一の運転状態から第二の運転状態に切り換えた後、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側における排気ガス温度を排気ガス温度の最低値と比較し、最低値から所定値高い温度以上であることを条件としてＮＯｘパージ終了のタイミングを決定するので、ＮＯｘが完全に放出された時期を精度よく判定することができることになる。
【００３０】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法を説明するフローチャートである。実施の形態３は実施の形態１に対して制御内容に変更を加えたものであり、図５において、実施の形態１にて説明した図３のフローチャートと同一処理のステップには同一のステップ番号が付与されている。制御内容を変更した部分は、図３におけるステップＳ１０７の温度判定、すなわち、ＮＯｘパージ終了判定の部分であり、これが図５ではステップＳ３０１からステップＳ３０６までなっており、ここではこの変更された部分を中心に説明する。
【００３１】
図５において、まず、ステップＳ１０６にて排気温センサ１６からの温度信号を読み込んだ後、ステップＳ３０１において温度低下フラグが１であるかどうかが判定される。温度低下フラグは実施の形態１にて示した図２の、ＮＯｘ吸蔵触媒１４下流側の排気ガス温度が低下状態にあることを示すものである。温度低下フラグが１であればステップＳ３０２に進み、ステップＳ１０６にて今回読み込んだ温度信号Ｔ（ｎ）が前回読み込んだ温度信号Ｔ（ｎ−１）より大きいかどうか判定する。ここで、Ｔ（ｎ）＞Ｔ（ｎ−１）が成立すれば、排気ガス温度が上昇し始めたと判定してステップＳ３０３に進む。
【００３２】
ステップＳ３０３では温度低下フラグをリセットし、ステップＳ１０８に進んで第二の運転状態（リッチ運転）から第一の運転状態（リーン運転）に切り換えてＮＯｘパージ制御を終了する。ステップＳ３０２においてＴ（ｎ）＞Ｔ（ｎ−１）が成立していなければ排気ガス温度が上昇していないのでそのまま今回のルーチンを終了する。また、ステップＳ３０１において温度低下フラグが１でなければＮＯｘ吸蔵触媒１４下流側の排気ガスの温度低下が何らかの原因で検出されていないのでステップＳ３０４に進む。
【００３３】
ステップＳ３０４ではステップＳ１０６にて今回読み込んだ温度信号Ｔ（ｎ）が前回読み込んだ温度信号Ｔ（ｎ−１）より小さいかどうかを判定し、このステップで、Ｔ（ｎ）＜Ｔ（ｎ−１）が成立すれば温度が低下中であるのでステップＳ３０５に進んで温度低下フラグを１にセットする。Ｔ（ｎ）＜Ｔ（ｎ−１）が成立していなければステップＳ３０６に進み、条件Ｔ（ｎ）＜Ｔ（ｎ−１）が不成立の時間経過を判定して、条件不成立の時間が所定時間を経過しておればステップＳ１０８に進んでＮＯｘパージ制御を終了し、所定時間を経過していなければそのまま今回のルーチンを終了する。ステップＳ３０６における所定時間は、内燃機関１の回転速度や負荷の量、吸入空気量、排気ガスに温度など、内燃機関１の運転条件により設定することができる。
【００３４】
また、条件Ｔ（ｎ）＜Ｔ（ｎ−１）の不成立が継続中において、次のルーチンにて条件Ｔ（ｎ）＜Ｔ（ｎ−１）が成立すればその時点でステップＳ３０５に進むと共に、さらに次のルーチンでは温度低下フラグが１に変わっているのでステップＳ３０１からステップＳ３０２に進むことになる。
【００３５】
以上に説明したようにこの実施の形態においては、ＮＯｘパージを行うために空燃比を第一の運転状態から第二の運転状態に切り換えたとき、ＮＯｘ吸蔵触媒１４下流側の排気ガス温度が一旦低下したことを検出した後に、排気ガス温度が再び上昇に転じたときにＮＯｘパージを終了して空燃比を第一の運転状態に戻すと共に、温度低下が検出できなかった場合には所定の時間経過によりＮＯｘパージを終了させるように制御するので、ＮＯｘ吸蔵触媒１４のＮＯｘが完全に放出されたタイミングによりＮＯｘパージの終了が実施できると共に、何らかの原因にて温度低下が検出できなかった場合にもリッチ運転の時間を制限して排気ガスの悪化を抑制することができるものである。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明の内燃機関の排気ガス浄化装置において、請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の吸入空気に対して燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気ガス通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒と、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に設置された排気温センサと、吸入空気の量に対する燃料噴射量を制御して排気ガスの酸素濃度を変化させる制御手段とを備え、制御手段が、第一の運転状態においては排気ガス中の酸素濃度を過剰にしてＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵させ、第二の運転状態においては酸素濃度を低下せしめてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出と還元とを行い、第二の運転状態での運転中において、排気ガス温度の変化に対応して第二の運転状態から第一の運転状態に切り換えるようにしたので、空燃比をリッチにしてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出するとき、放出終了タイミングに合わせて空燃比をリーンに切り換えることができ、放出時間が不足してＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵能力を低下させたり、放出時間が長すぎて多量の未燃焼ＨＣやＣＯを放出することが防止できるものである。
【００３７】
また、この発明の内燃機関の排気ガス浄化法において、請求項２に記載の発明によれば、排気通路内のＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を変化させ、酸素濃度が過剰である第一の運転状態においてはＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵させ、酸素濃度を低下させた第二の運転状態ではＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出して還元させる内燃機関において、第二の運転状態によりＮＯｘの放出と還元とを実施しているとき、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側における排気ガス温度を計測し、この排気ガス温度の変化に対応して第二の運転状態から第一の運転状態に切り換えるようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出終了タイミングに合わせて空燃比をリーンに切り換えることができ、放出時間の過不足によるＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵能力のを低下や、多量の未燃焼ＨＣやＣＯの放出を防止することが可能になるものである。
【００３８】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、第二の運転状態によりＮＯｘの放出と還元とを実施しているとき、ＮＯｘ吸蔵触媒下流側における排気ガス温度が上昇に転じたことを検知して第二の運転状態から第一の運転状態に切り換えるようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ放出終了タイミングに合わせて運転状態をリッチ運転からリーン運転に切り換えることが可能になるものである。
【００３９】
さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、第一の運転状態から第二の運転状態に切り換えたことにより低下した排気ガス温度が上昇に転じたとき、第二の運転状態から第一の運転状態に切り換えるようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ放出終了タイミングが正確に判定でき、運転状態をリッチ運転からリーン運転に、適切に切り換えることができるものである。
【００４０】
また、請求項５に記載の発明によれば、請求項３および請求項４に記載の発明において、ＮＯｘ吸蔵触媒下流側の排気ガス温度が所定時間毎に計測され、第二の運転状態の継続中において、現時点で計測された排気ガス温度が、前回計測の排気ガス温度より高くなったとき、排気ガス温度が上昇に転じたと判定するようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ放出終了タイミングを容易に判定することができるものである。
【００４１】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒下流側の排気ガス温度が所定時間毎に計測され、第二の運転状態の継続中において、現時点で計測された排気ガス温度が、前回計測の排気ガス温度より所定値以上高くなったとき、排気ガス温度が上昇に転じたと判定するようにしたので、ＮＯｘ放出終了とは無関係な排気ガス温度の小変動があっても、余裕値を設けたことにより誤動作することなく、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ放出終了タイミングを的確に判定することができるものである。
【００４２】
さらにまた、請求項７に記載の発明によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒下流側の排気ガス温度が所定時間毎に計測され、第二の運転状態の継続中において、排気ガス温度が第二の運転状態時における排気ガス温度の最低値より所定値以上高くなったとき、排気ガス温度が上昇に転じたと判定するようにしたので、請求項６の場合と同様に、ＮＯｘ放出終了とは無関係な排気ガス温度の小変動があっても、余裕値を設けたことにより誤動作することなく、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ放出終了タイミングを的確に判定することができるものである。
【００４３】
また、請求項８に記載の発明によれば、請求項６および請求項７に記載の発明において、排気ガス温度上昇の所定値が、第一の運転状態から第二の運転状態に切り換えた直後の排気ガス温度と最低値との差に対応して決定されるようにしたので、排気ガスの温度変化量に対応して余裕値の設定ができ、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ放出終了タイミングを的確に判定することができるものである。
【００４４】
さらに、請求項９に記載の発明によれば、請求項６および請求項７に記載の発明において、排気ガス温度上昇の所定値を、内燃機関の運転状態に応じて決定するようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ放出終了タイミングを広い範囲の運転領域において適切に設定することができるものである。
【００４５】
さらにまた、請求項１０に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明において、第一の運転状態から第二の運転状態に切り換えたことによる排気ガス温度の低下が検出できなかったとき、第二の運転状態に切り換え後、所定時間の経過により第二の運転状態から第一の運転状態に切り換えるようにしたので、また、請求項１１に記載の発明によれば、請求項１０に記載の発明において、所定の時間が内燃機関の運転状態に対応して決定されるようにしたので、排気ガス温度の低下が検出できなかった場合においても、必要以上に第二の運転状態が継続されることがなく、リッチ運転の継続による排気ガスの悪化を防止することができるものである。
【００４６】
さらに、請求項１２に記載の発明によれば、請求項９および請求項１１に記載の発明において、上記の内燃機関の運転状態が、内燃機関の回転速度と、内燃機関の負荷と、内燃機関の吸入空気量と、排気ガス温度との少なくとも一つであるようにしたので、ＮＯｘ放出終了タイミングの適切な設定やリッチ運転の継続による排気ガスの悪化の防止を広い範囲の運転条件においてより適切に設定することができるものである。
【００４７】
さらにまた、請求項１３に記載の発明によれば、請求項１０に記載の発明において、所定の時間が経過中において排気ガス温度の低下が検出された場合には、排気ガス温度が上昇に転じた時点において第二の運転状態から第一の運転状態に切り換えるようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ放出終了タイミングに合わせて運転状態をリッチ運転からリーン運転に切り換えることができ、排気ガスの悪化を防止することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法を説明するシステム構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法の挙動を説明する特性図である。
【図３】この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法の動作を説明するフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２による内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法の動作を説明するフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態３による内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１　内燃機関、２　吸気管、３　エアフローセンサ、
４　スロットルバルブ、５　燃焼室、６　燃料噴射弁、
７　点火プラグ、８　ピストン、９　コネクティングロッド、
１０　クランク軸、１１　クランク角センサ、１２　排気管、
１３　三元触媒、１４　ＮＯｘ吸蔵触媒、１５　空燃比センサ、
１６　排気温センサ、１７　制御手段。
【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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