(57)【要約】【課題】リッチスパイクを実施するときにＨＣトラップ触媒の浄化性能が劣化しているか否かを判定可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】機関の排気系に配置され、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）をトラップ可能なＮＯｘトラップ触媒と、ＮＯｘトラップ触媒の下流に配置され、機関冷間時に排出される炭化水素（ＨＣ）をトラップし、排気温度が上昇したらトラップしているＨＣを脱離して浄化するＨＣトラップ触媒とを備え、ＮＯｘトラップ触媒のトラップ量が多くなったときに排気の空燃比がリッチになるようにリッチスパイクを実施して、ＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘを脱離浄化させる内燃機関の排気浄化装置であって、リッチスパイクを実施するときに、ＨＣトラップ触媒の浄化性能が劣化しているか否かを判定する浄化性能劣化判定手段（ステップＳ１４０）を有することを特徴とする。【選択図】図５
2005240729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の排気系に配置され、排気中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という）をトラップ可能なＮＯｘトラップ触媒と、
前記ＮＯｘトラップ触媒の下流に配置され、機関冷間時に排出される炭化水素（以下「ＨＣ」という）をトラップし、排気温度が上昇したらトラップしているＨＣを脱離して浄化するＨＣトラップ触媒と、
を備え、
前記ＮＯｘトラップ触媒のトラップ量が多くなったときに、排気の空燃比がリッチになるようにリッチスパイクを実施して、ＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘを脱離浄化させる内燃機関の排気浄化装置であって、
前記リッチスパイクを実施するときに、前記ＨＣトラップ触媒の浄化性能が劣化しているか否かを判定する浄化性能劣化判定手段を有する、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＨＣトラップ触媒の出口の酸素濃度の変化を検出する出口酸素変化検出手段を備え、
前記浄化性能劣化判定手段は、前記ＨＣトラップ触媒の出口の酸素濃度変化に基づいて、前記ＨＣトラップ触媒の浄化性能が劣化しているか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記浄化性能劣化判定手段は、前記ＨＣトラップ触媒の出口の酸素濃度があらかじめ設定されている基準値よりも大きいときに前記ＨＣトラップ触媒の浄化性能の劣化を判定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記出口酸素変化検出手段は、空燃比センサである、
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記出口酸素変化検出手段は、Ｏ２センサである、
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記浄化性能劣化判定手段は、リッチスパイク時のＨＣトラップ触媒のＨＣ浄化性能を判定し、その判定結果に基づいてＨＣトラップ触媒の浄化性能劣化を判定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の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ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より排気系にＮＯｘトラップ触媒及びＨＣトラップ触媒を備え、排気を浄化する排気浄化装置が知られている（例えば特許文献１）。このＮＯｘトラップ触媒は、排気中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という）をトラップ可能なＮＯｘ吸着材と、トラップしているＮＯｘを脱離したときにそのＮＯｘを還元可能な三元触媒とを組み合わせたものである。なおＮＯｘトラップ触媒は、空燃比がリッチな排気が流入するとトラップしていたＮＯｘを脱離浄化する。またＨＣトラップ触媒は、触媒温度が低いときにＨＣを吸着（トラップ）し高温になったらＨＣを脱離するＨＣ吸着材と、触媒温度が高くなったら活性化してＨＣを酸化する三元触媒とを組み合わせたものである。
【特許文献１】特開平６−１９３４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところでＮＯｘトラップ触媒はＮＯｘを吸着する量に限りがあるので、吸着量が多くなったらＮＯｘを脱離浄化させる必要がある。そこで従来は排気ガスの空燃比をリッチにして、その排気中に含まれる還元剤（ＨＣ、ＣＯ等）によってＮＯｘを浄化していた。このとき、還元剤は、ＮＯｘトラップ触媒の下流にＨＣ等が流出しないように、排気中に含まれるＨＣ等がちょうどＮＯｘと反応して消費されるだけの量とできればよい。このリッチスパイクを実施するときに、さらに排気をリッチにできれば、一層効率よくＮＯｘを浄化することができるが、流入する還元剤を処理しきれずに大気中へ放出してしまうという問題が起こる。
【０００４】
本件発明者らは誠意研究を重ねることによって、排気系にＮＯｘトラップ触媒及びＨＣトラップ触媒を有する排気浄化装置においては、ＨＣトラップ触媒の浄化性能が劣化していない場合には従来よりも排気をリッチにすることが可能であることを見いだした。
【０００５】
本発明は、このような観点に着目してなされたものであり、リッチスパイクを実施するときにＨＣトラップ触媒の浄化性能が劣化しているか否かを判定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している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、機関の排気系に配置され、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）をトラップ可能なＮＯｘトラップ触媒（２１）と、前記ＮＯｘトラップ触媒（２１）の下流に配置され、機関冷間時に排出される炭化水素（ＨＣ）をトラップし、排気温度が上昇したらトラップしているＨＣを脱離して浄化するＨＣトラップ触媒（２２）とを備え、前記ＮＯｘトラップ触媒（２１）のトラップ量が多くなったときに排気の空燃比がリッチになるようにリッチスパイクを実施して、ＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘを脱離浄化させる内燃機関の排気浄化装置であって、前記リッチスパイクを実施するときに、前記ＨＣトラップ触媒の浄化性能が劣化しているか否かを判定する浄化性能劣化判定手段（ステップＳ１４０）を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、リッチスパイクを実施したときに、ＨＣトラップ触媒の出口の酸素濃度変化を検出することで、ＨＣトラップ触媒の脱離浄化性能が劣化しているか否かを正確に判定できるようになったのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１０】
はじめに本発明の理解を容易にするために基本的な考え方について説明する。
【００１１】
内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という）を浄化するために、ＮＯｘを吸着（トラップ）可能なＮＯｘトラップ触媒を排気系に設けることがある。このＮＯｘトラップ触媒は、ＮＯｘを吸着（トラップ）可能なＮＯｘ吸着材と、トラップしたＮＯｘが脱離したときに浄化可能な三元触媒とを組み合わせたものである。ところでこのＮＯｘトラップ触媒はＮＯｘを吸着できる量に限りがあるので、吸着量が多くなったらＮＯｘを脱離して浄化させる必要がある。そこで従来は、ＮＯｘと反応するのに適切な量の還元剤（ＨＣ等）が排気中に含まれるようにリッチスパイクを実施して、その還元剤によってＮＯｘを浄化している。
【００１２】
また排気系にさらに炭化水素(Hydro Carbon；以下「ＨＣ」と表す)を吸着（トラップ）可能なＨＣトラップ触媒を設けることもある。このＨＣトラップ触媒は、触媒温度が低いときにＨＣを吸着（トラップ）し高温になったらＨＣを脱離するＨＣ吸着材と、触媒温度が高くなったら活性化してＨＣを酸化する三元触媒とを組み合わせたものである。このようなＨＣトラップ触媒によれば、触媒温度が低いときはＨＣをトラップし、触媒温度が高くなったらトラップしているＨＣを脱離しながらＣＯ２、Ｈ２Ｏに酸化する。
【００１３】
本件発明者らは、排気の浄化方法について誠意研究を重ねた結果、排気系にＮＯｘトラップ触媒を配置し、その下流にＨＣトラップ触媒を配置した場合には、ＮＯｘトラップ触媒からＨＣが流出してもその流出したＨＣをさらにＨＣトラップ触媒で浄化可能であるので、例えば、ＮＯｘトラップ触媒を再生するときに実施するリッチスパイクを、ＨＣトラップ触媒がない場合に比較してさらにリッチの状態に制御できるとの知見を得た。このように従来実施していたリッチスパイクよりもさらにリッチにすることでＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ脱離浄化を迅速に行うことができるのである。
【００１４】
ただし、このようなリッチスパイクを従来実施していたよりもさらにリッチな状態で実施するには、ＨＣトラップ触媒の浄化性能が劣化していないことが必要である。そこで、ＨＣトラップ触媒が劣化しているか否かについて、以下のように判断するようにした。すなわちＨＣトラップ触媒の入口に空燃比センサを設け、出口にＯ２センサを設ける。通常は、ＨＣトラップ触媒入口の空燃比はリーンであるが、ＮＯｘトラップ触媒を再生するときにはリッチスパイクを実施して排気の空燃比をリッチにする。するとＨＣトラップ触媒の出口のＯ２センサの出力信号はＨＣトラップ触媒の脱離浄化機能が劣化するにつれて大きくなる（図１において信号値は破線から太実線になる）。
【００１５】
したがって、ＮＯｘトラップ触媒を再生するときにリッチスパイクの実施して排気の空燃比をリッチにすると、ＨＣトラップ触媒の脱離浄化機能が劣化していなければ、Ｏ２センサの出力信号は小さいが（図２（Ａ））、劣化してくるとＯ２センサの出力信号は大きくなる（図２（Ｂ））。これに基づいてＨＣトラップ触媒の脱離浄化機能の劣化を判定できるのである。
【００１６】
以下では上記の基本的な考え方を適用した具体的はシステムについて説明する。
【００１７】
図３は本発明による内燃機関の排気浄化装置の一実施形態を示すシステムの構成図であり、軽油を燃料とするディーゼルエンジンを例にして構成したものである。
【００１８】
図３において、１はディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記述する）を示し、３はこのエンジン１の排気通路を示す。
【００１９】
エンジン１の排気通路３の上流側部分を構成する排気出口通路３ａは過給機のタービン３ｂに接続されており、その下流にはＮＯｘトラップ触媒２１と、ＨＣトラップ触媒２２とが直列に配置されている。ＮＯｘトラップ触媒２１の入口部には、実空燃比検出手段となる空燃比センサ３７が設けられている。この空燃比センサ３７は、例えば、酸素イオン伝導性固体電解質を用いて、排気中の酸素濃度を検出し、酸素濃度から空燃比を求める。
【００２０】
排気還流装置として、吸気通路２の吸気コレクタ２ｃと排気出口通路３ａとの間には、排気の一部を還流するためのＥＧＲ通路４が設けられており、ここに、ステッピングモータにて開度が連続的に制御可能なＥＧＲ弁５が介装されている
吸気通路２は、上流位置にエアクリーナ２ａを備え、その出口側に、吸入空気量検出手段となるエアフロメータ７が設けられている。そして、エアフロメ一夕７の下流に、過給機のコンプレッサ２ｂが配置されているとともに、このコンプレッサ２ｂと吸気コレクタ２ｃとの間に、アクチュエータ（例えばステッピングモータ式）によって開閉駆動される吸気絞り弁６が介装されている。
【００２１】
エンジン１の燃料供給系は、ディーゼル用燃料である軽油を蓄える燃料タンク６０と、燃料をエンジン１の燃料噴射装置１０へ供給するための燃料供給通路１６と、エンジン１の燃料噴射装置１０からのリターン燃料（スピル燃料）を燃料タンク６０に戻すための燃料戻り通路１９と、を備えている。
【００２２】
このエンジン１の燃料噴射装置１０は、公知のコモンレール式燃料噴射装置であって、サプライポンプ１１と、コモンレール（蓄圧室）１４と、気筒毎に設けられた燃料噴射弁１５と、から大略構成され、サプライポンプ１１により加圧された燃料が燃料供給通路１２を介してコモンレール１４にいったん蓄えられたあと、コモンレール１４内の高圧燃料が各気筒の燃料噴射弁１５に分配される。
【００２３】
上記コモンレール１４には、そのコモンレール１４内の燃料の圧力及び温度を検出するために、圧力センサ３４及び温度センサ３５が設けられている。また、コモンレール１４内の燃料圧力を制御するために、サプライポンプ１１からの吐出燃料の一部が、一方向弁１８を具備したオーバーフロー通路１７を介して燃料供給通路１６に戻されるようになっている。詳しくは、オーバーフロー通路１７の流路面積を変える圧力制御弁１３が設けられており、この圧力制御弁１３がエンジンコントロールユニット３０からのデューティ信号に応じてオーバーフロー通路１７の流路面積を変化させる。これにより、サプライポンプ１１からコモンレール１４への実質的な燃料吐出量が調整され、コモンレール１４内の燃料圧力が制御される。
【００２４】
燃料噴射弁１５は、エンジンコントロールユニット３０からのＯＮ−ＯＦＦ信号によって開閉される電子式の噴射弁であって、ＯＮ信号によって燃料を燃焼室に噴射し、ＯＦＦ信号によって噴射を停止する。そして、燃料噴射弁１５へ印加されるＯＮ信号の期間が長いほど燃料噴射量が多くなり、またコモンレール１４の燃料圧力が高いほど燃料噴射量が多くなる。
【００２５】
また、エンジン１の適宜位置には、内燃機関の温度を代表するものとして、冷却水温度を検出する水温センサ３１が取り付けられている。
【００２６】
さらに、ＨＣトラップ触媒２２の入口には空燃比を検出する空燃比センサ３９が設けられ、出口には酸素濃度を検出するＯ２センサ４０が設けられている。
【００２７】
エンジンコントロールユニット３０には、吸入空気量を検出するエアフロメータ７の信号（Ｑａ）、水温センサ３１の信号（冷却水温度Ｔｗ）、クランク角度検出用クランク角センサ３２の信号（エンジン回転数Ｎｅの基礎となるクランク角度信号）、気筒判別用クランク角センサ３３の信号（気筒判別信号Ｃｙｌ）、コモンレール１４の燃料圧力を検出する圧力センサ３４の信号（コモンレール圧力ＰＣＲ）、燃料温度を検出する温度センサ３５の信号（燃料温度ＴＦ）、負荷に相当するアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３６の信号（アクセル開度（負荷）Ｌ）、空燃比センサ３７の信号（Ｏ２）、空燃比センサ３９の信号（Ｏ２）、Ｏ２センサ４０の信号（Ｏ２）、がそれぞれ入力される。
【００２８】
次に、ＨＣトラップ触媒の劣化判定について、図４のブロックを参照して説明する。
【００２９】
まずＨＣトラップ触媒の温度を検出するとともに（＃１１）、ＨＣトラップ触媒の前後の空燃比を検出する（＃１２）。そしてそれらに基づき、リッチスパイクを実施したときにＨＣトラップ触媒がＨＣを吸着又は浄化可能であるか否かを判定し（＃１３）、ＨＣトラップ触媒の劣化を判定する（＃１４）。
【００３０】
続いて、このＨＣトラップ触媒の劣化判定について、図５のフローチャートに基づいて、さらに詳しく説明する。
【００３１】
ステップＳ１１０では、ＮＯｘトラップ触媒２１におけるＮＯｘトラップ量ΣＮＯｘが、基準値ΣＮＯｘｃを超えたか否かを判定し、超えたらステップＳ１２０以降へ進む。
【００３２】
ステップＳ１２０では、ＨＣトラップ触媒の入口の空燃比（ＮＯｘトラップ触媒２１を通流した排気の空燃比）がリッチになるようにリッチスパイクを実施する。
【００３３】
ステップＳ１３０では、ＨＣトラップ触媒の出口のＯ２センサの検出値の変化量ＶO2outが基準値ＶO2outcよりも大きいか否かを判定する。大きければ、それはすなわち、図２（Ｂ）の状態であるので、ＨＣトラップ触媒２２が劣化した状態であると判断できる（ステップＳ１４０）。なお基準値ＶO2outcはあらかじめ実験を行って設定しておく。
【００３４】
本実施形態によれば、リッチスパイクを実施したときに、ＨＣトラップ触媒の出口の酸素濃度変化を検出することで、ＨＣトラップ触媒の脱離浄化性能が劣化しているか否かを正確に判定できるようになったのである。
【００３５】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００３６】
例えば、上記実施形態では、ＨＣトラップ触媒の下流の酸素濃度の変化をＯ２センサで検出することとしたが、例えば、空燃比センサによって検出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】リッチスパイクを実施したときのＨＣトラップ触媒出口のＯ２センサの出力信号を示す図である。
【図２】リッチスパイクを実施したときのＨＣトラップ触媒出口のＯ２センサの出力信号を、触媒劣化前後に分けて示した図である。
【図３】本発明による内燃機関の排気浄化装置の一実施形態を示すシステムの構成図である。
【図４】ＨＣトラップ触媒の劣化判定について説明するブロック図である。
【図５】ＨＣトラップ触媒の劣化判定について説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１  エンジン
２１  ＮＯｘトラップ触媒
２２  ＨＣトラップ触媒
４０  Ｏ２センサ（出口酸素濃度検出手段）
ステップＳ１４０  浄化性能劣化判定手段
【図１】
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【図２】
2005240729.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005240729.tif 000006
【図５】
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