(57)【要約】【課題】燃費の悪化を抑制しつつＮＯｘ浄化率を最適化する。【解決手段】排気通路（１８）に配置された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（１９）を備えた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒の温度を推定または検出するＮＯｘ触媒温度検出手段（ｓ１からｓｎ）と、ＮＯｘ触媒温度検出手段により推定または検出されたＮＯｘ触媒の温度に基づいてＮＯｘ触媒に吸蔵されうるＮＯｘ吸蔵可能量（Ｂ）を推定するＮＯｘ吸蔵可能量推定手段と、内燃機関の始動後にＮＯｘ触媒を目標温度まで昇温する昇温手段と、内燃機関から排出される排出ＮＯｘ量（Ａ１）を推定または検出する排出ＮＯｘ量検出手段（７１、７２）とを具備し、昇温手段の目標温度は、ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｂ）と排出ＮＯｘ量（Ａ１）とが概ね等しくなるように定められるようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。【選択図】      図４
2005002905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ触媒の温度を推定または検出するＮＯｘ触媒温度検出手段と、
該ＮＯｘ触媒温度検出手段により推定または検出された前記ＮＯｘ触媒の温度に基づいて前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されうるＮＯｘ吸蔵可能量を推定するＮＯｘ吸蔵可能量推定手段と、
前記内燃機関の始動後に前記ＮＯｘ触媒を目標温度まで昇温する昇温手段と、
前記内燃機関から排出される排出ＮＯｘ量を推定または検出する排出ＮＯｘ量検出手段とを具備し、
前記昇温手段の前記目標温度は、前記ＮＯｘ吸蔵可能量と前記排出ＮＯｘ量とが概ね等しくなるように定められるようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
排気通路に配置される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ触媒の温度を推定または検出するＮＯｘ触媒温度検出手段と、
該ＮＯｘ触媒温度検出手段により推定または検出された前記ＮＯｘ触媒の温度に基づいて前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されうるＮＯｘ吸蔵可能量を推定するＮＯｘ吸蔵可能量推定手段と、
前記内燃機関の始動後に前記ＮＯｘ触媒を目標温度まで昇温する昇温手段と、
前記内燃機関から排出される排出ＮＯｘ量を推定または検出する排出ＮＯｘ量検出手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵可能量の目標値である目標ＮＯｘ吸蔵可能量を前記排出ＮＯｘ量を用いて算出する目標ＮＯｘ吸蔵可能量算出手段とを具備し、
前記昇温手段の前記目標温度は、前記ＮＯｘ吸蔵可能量と前記目標ＮＯｘ吸蔵可能量とが概ね等しくなるように定められるようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
さらに、前記ＮＯｘ触媒の空間速度を推定または検出する空間速度検出手段を具備し、
該空間速度検出手段により検出される空間速度が大きいほど、前記目標温度を高くするようにした請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記昇温手段は前記内燃機関の燃料を使用するようになっており、前記目標ＮＯｘ吸蔵可能量は前記燃料の消費量が小さくなるように調節可能であるようにした請求項２または３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ触媒温度検出手段は、排ガス流れ方向に少なくとも二つに分割された前記ＮＯｘ触媒の領域のそれぞれにおける温度を推定するようになっており、
前記ＮＯｘ吸蔵可能量算出手段は、前記少なくとも二つの領域のそれぞれにおける吸蔵可能なＮＯｘ量から前記ＮＯｘ吸蔵可能量を算出するようにした請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、特にディーゼル機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の内燃機関の排気通路においては、排ガス内の窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称する）を浄化するための吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」と称する。）が設けられている。ＮＯｘ触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス内のＮＯｘを吸蔵（吸収、吸着でもよい）すると共に流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに吸蔵されたＮＯｘを放出して還元する機能を有している。従って、このような内燃機関の運転時にＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定の値を超えた場合には、リッチ雰囲気を適宜形成することによりＮＯｘ触媒内のＮＯｘを放出し、還元している（例えば、特許文献１から特許文献４を参照。）。
【特許文献１】
特開平７−１８９６５９号公報
【特許文献２】
特開平１１−３４３８３３号公報
【特許文献３】
特開２００２−１９５０８０号公報
【特許文献４】
特開２００１−１５２８３５号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような内燃機関においては、通常運転時だけではなく、冷間始動の際、特に冷間始動直後からＮＯｘ触媒内のＮＯｘを放出可能になるまでの間においてもＮＯｘが発生している。従って、この間に発生したＮＯｘもＮＯｘ触媒に吸蔵させることが望まれるが、冷間始動直の際にはＮＯｘ触媒の温度が低いのでＮＯｘを十分に吸蔵することができず、結果的にＮＯｘ浄化率が低下する。一方、ＮＯｘ触媒を昇温させるために例えばメイン噴射の後に燃料を噴射するポスト噴射、アイドル回転数のアップまたはメイン噴射時期を遅角側にずらすことなどを行っている。しかしながら、いずれの方式によりＮＯｘ触媒を昇温する場合であっても、ＮＯｘを吸蔵するのに必要な温度よりも高温までＮＯｘ触媒を昇温する際には燃料が過剰に消費されることとなるので、燃費が悪化する。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、燃費の悪化を抑制しつつＮＯｘ浄化率を最適化するようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために１番目に記載の発明によれば、排気通路に配置される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ触媒の温度を推定または検出するＮＯｘ触媒温度検出手段と、該ＮＯｘ触媒温度検出手段により推定または検出された前記ＮＯｘ触媒の温度に基づいて前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されうるＮＯｘ吸蔵可能量を推定するＮＯｘ吸蔵可能量推定手段と、前記内燃機関の始動後に前記ＮＯｘ触媒を目標温度まで昇温する昇温手段と、前記内燃機関から排出される排出ＮＯｘ量を推定または検出する排出ＮＯｘ量検出手段とを具備し、前記昇温手段の前記目標温度は、前記ＮＯｘ吸蔵可能量と前記排出ＮＯｘ量とが概ね等しくなるように定められるようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００６】
すなわち１番目の発明によって、ＮＯｘ触媒が吸蔵可能な量だけＮＯｘを吸蔵するようにＮＯｘ触媒の目標温度が設定されるので、燃費の悪化を抑制しつつＮＯｘ浄化率を最適化することができるようになる。なお、この場合の排出ＮＯｘ量は単位時間当たりに内燃機関から排出されるＮＯｘ量を意味している。
【０００７】
２番目の発明によれば、排気通路に配置される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ触媒の温度を推定または検出するＮＯｘ触媒温度検出手段と、該ＮＯｘ触媒温度検出手段により推定または検出された前記ＮＯｘ触媒の温度に基づいて前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されうるＮＯｘ吸蔵可能量を推定するＮＯｘ吸蔵可能量推定手段と、前記内燃機関の始動後に前記ＮＯｘ触媒を目標温度まで昇温する昇温手段と、前記内燃機関から排出される排出ＮＯｘ量を推定または検出する排出ＮＯｘ量検出手段と、前記ＮＯｘ吸蔵可能量の目標値である目標ＮＯｘ吸蔵可能量を前記排出ＮＯｘ量を用いて算出する目標ＮＯｘ吸蔵可能量算出手段とを具備し、前記昇温手段の前記目標温度は、前記ＮＯｘ吸蔵可能量と前記目標ＮＯｘ吸蔵可能量とが概ね等しくなるように定められるようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００８】
すなわち２番目の発明によって、目標ＮＯｘ吸蔵可能量を排出ＮＯｘ量を用いて算出することにより、燃費の悪化を抑制しつつＮＯｘ浄化率をさらに最適に制御することができる。目標ＮＯｘ吸蔵可能量は、排出ＮＯｘ量に基づくマップあるいは排出ＮＯｘ量に所定の係数を乗じることにより算出される。
【０００９】
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、さらに、前記ＮＯｘ触媒の空間速度を推定または検出する空間速度検出手段を具備し、該空間速度検出手段により検出される空間速度が大きいほど、前記目標温度を高くするようにした。
すなわち３番目の発明によって、空間速度が大きい場合には排ガスがＮＯｘ触媒を通過する時間が短くなるが、このような場合であっても目標温度を高く設定することによりＮＯｘがＮＯｘ触媒内に吸蔵されるようにする。昇温手段は、例えばＮＯｘ触媒に燃料を添加するようになっているタイプでもよい。
【００１０】
４番目の発明によれば、２番目から３番目のいずれかの発明において、前記昇温手段は前記内燃機関の燃料を使用するようになっており、前記目標ＮＯｘ吸蔵可能量は前記燃料の消費量が小さくなるように調節可能であるようにした。
すなわち４番目の発明によって、目標ＮＯｘ吸蔵可能量を調節することにより燃料消費量を抑えることができる。
【００１１】
５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、前記ＮＯｘ触媒温度検出手段は、排ガス流れ方向に少なくとも二つに分割された前記ＮＯｘ触媒の領域のそれぞれにおける温度を推定するようになっており、前記ＮＯｘ吸蔵可能量算出手段は、前記少なくとも二つの領域のそれぞれにおける吸蔵可能なＮＯｘ量から前記ＮＯｘ吸蔵可能量を算出するようにした。
すなわち５番目の発明によって、排ガス流れ方向に分割した少なくとも二つのＮＯｘ触媒の領域のそれぞれの温度からＮＯｘ触媒全体のＮＯｘ吸蔵可能量を算出することにより、ＮＯｘ吸蔵可能量を正確に求めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明を適用する４ストローク圧縮着火式内燃機関を示している。
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介してエアクリーナ１４に連結されている。吸気ダクト１３内にはステップモータ１５により駆動されるスロットル弁１６が配置される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１７および排気管１８を介して触媒１９を内蔵した触媒コンバータ２０に連結される。排気管１８内には空燃比センサ２１が配置される。
【００１３】
また、各燃料噴射弁６は燃料供給管２５を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２６に連結される。このコモンレール２６内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２７から燃料が供給され、コモンレール２６内に供給された燃料は各燃料供給管２５を介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２６にはコモンレール２６内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２８が取付けられ、燃料圧センサ２８の出力信号に基づいてコモンレール２６内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２７の吐出量が制御される。
【００１４】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。空燃比センサ２１の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力され、燃料圧センサ２８の出力信号も対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。機関本体１には機関冷却水温を検出するための温度センサ２９が取付けられ、この温度センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、少なくとも一つの吸気枝管１１内には吸入空気の温度を検出するための温度センサ４４が取付けられ、この温度センサ４４の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１５】
図２は、本発明を適用する内燃機関の触媒コンバータ付近を拡大して示す部分拡大図である。本発明においては図２に示されるように触媒コンバータ２０内に配置される触媒１９がｃ１からｃｎまでのｎ個の領域（「ｎ」は自然数）に仮想的に分割された状態である場合を想定している。図２においては触媒１９は排気管１８内の排ガス流れ方向に延びる略円筒形状であり、領域ｃ１から領域ｃｎは略円筒形状である触媒１９の長手方向軸線に対して垂直な平面で区切られている。さらに図２から分かるように、複数の温度センサｓ１からｓｎが触媒１９の各領域ｃ１から領域ｃｎに対応した触媒コンバータ２０の位置に設けられている。これら複数の温度センサｓ１からｓｎの出力信号は対応するＡＤ変換器３７を解して入力ポート３５に入力される。
【００１６】
また、図２に示されるように触媒１９上流の排気管１８内には触媒１９に流入する排気ガスの流量を検出するための流量計６１が配置され、触媒１９下流の排気通路内には触媒１９から流出した排気ガスの流量を検出するための流量計６２が配置される。これら流量計６１、６２の出力信号も対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、図２には示さないものの、触媒１９上流の排気管１８内には触媒１９に流入する排気ガス内のＮＯｘ量を測定するＮＯｘセンサ７１が配置され、触媒１９下流の排気通路内には触媒１９から流出した排気ガス内のＮＯｘ量を検出するためのＮＯｘセンサ７２が配置するようにしてもよい。これら図示しないＮＯｘセンサ７１、７２の出力信号も対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、図２に示されるように、触媒１９上流の排気管１８内には触媒１９に流入する排気ガスの温度を検出するための温度センサ４５が配置され、触媒１９下流の排気通路内には触媒１９から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ４６が配置されるようにしてもよい。これら温度センサ４５、４６の出力信号も対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１７】
再び図１を参照すると、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。更に入力ポート３５には車速を表わす車速センサ４３の出力パルスが入力される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、電気モータ１５、燃料ポンプ２７、温度センサｓ１からｓｎ、温度センサ４５、４６、流量計６１、６２およびＮＯｘセンサ７１、７２に接続される。
【００１８】
触媒１９としては例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を用いることができる。ＮＯｘ触媒は燃焼室５内における平均空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し、燃焼室５内における平均空燃比がリッチになるとＮＯｘを放出する機能を有する。このＮＯｘ触媒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、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くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。または、触媒コンバータ２０自体が、排気微粒子を捕捉するフィルタにＮＯｘ吸蔵剤を担持したものでもよい。
【００１９】
図３（ａ）はこのような内燃機関を冷間始動する際における触媒床温度と時間との関係を示す図である。図３（ａ）における横軸は冷間始動後の時間、縦軸はＮＯｘ触媒の温度を示している。図３（ａ）における領域Ｉは内燃機関が冷間始動している冷間始動領域を示しており、領域ＩＩは冷間始動終了後の通常運転領域を示している。図３（ａ）においては、触媒１９が三つの領域ｃ１からｃ３に区切られている場合（ｎ＝３）を想定している。従って、図３（ａ）においては排気管１８の排ガスの流れに対して上流側に位置する触媒１９の領域ｃ１の温度は温度センサｓ１により測定されており、中間に位置する領域ｃ２の温度は温度センサｓ２により測定されており、下流側に位置する領域ｃ３の温度は温度センサｓ３により測定されることとなる。各温度センサｓ１からｓ３により測定された触媒１９の温度を図３（ａ）においてそれぞれ曲線Ｌ１からＬ３により示す。図３（ａ）の冷間始動領域Ｉに示されるように、Ｌ１からＬ３で示される触媒床温度は冷間始動直後は比較的低いが、時間と共に上昇し、図３（ａ）において一点鎖線で示される触媒１９の活性温度を超えるようになる。次いで、内燃機関が通常運転領域ＩＩに移行すると、触媒１９の温度はほぼ一定に維持される。
【００２０】
図３（ａ）の曲線Ｌ１からＬ３より分かるように通常運転領域ＩＩにおいては触媒１９の各領域ｃ１からｃ３の温度は概ね等しくなっている。しかしながら、冷間始動領域Ｉにおいては上流側に在る触媒１９の領域ｃ１は比較的迅速に昇温する（図３（ａ）の「Ｌ１」を参照されたい）のに対し、下流側に在る触媒１９の領域ｃ３は比較的低速で昇温している（図３（ａ）の「Ｌ３」を参照されたい）。そして、中間位置の触媒１９の領域ｃ２の温度はＬ１とＬ３との間に存在している。すなわち触媒１９の上流側と下流側とでは触媒１９の温度は異なっている。
【００２１】
図３（ｂ）はこのような内燃機関の冷間始動時における触媒の上流端からの距離と触媒床温度との関係を示す図である。図３（ｂ）においては縦軸は触媒床温度を示しており、横軸は排ガス流れに対して上流側に位置する触媒１９の端部１９ａ（図２を参照されたい）からの触媒１９の距離を示している。図３（ｂ）から分かるように、冷間始動時においては触媒１９の上流端１９ａの温度は一点鎖線で示される触媒１９の活性温度よりも高いものの、触媒１９の下流端１９ｂ（図２を参照されたい）付近においては活性温度よりも低くなる。このように、冷間始動領域Ｉにおける或る時間における触媒１９の温度はＬ１からＬ３に示すように比較的広範囲にわたって分布している。
【００２２】
図４（ａ）は本発明の第一の実施形態に基づく内燃機関の排気浄化装置の動作を示すプログラムのフローチャートである。図４（ａ）に示されるプログラム１００は電子制御ユニット３０内において行われる。図４（ａ）に示されるプログラム１００においては内燃機関が始動した後であって触媒１９を昇温するための昇温作用、例えばポスト噴射、アイドル回転数アップまたはメイン噴射時期を遅角側にずらすことなどを行っていることが前提となっている。また昇温作用時に例えばＮＯｘ触媒に燃料を添加するようになっている場合も本発明の昇温作用に含まれる。プログラム１００のステップ１０１においては排気管１８に設けられた触媒コンバータ２０内の触媒１９の温度を温度センサｓ１からｓｎにより検出する。図２を参照して前述したように触媒１９をｎ個の領域ｃ１から領域ｃｎに分割したものと考えているので、これら領域ｃ１から領域ｃｎに対応した温度センサｓ１からｓｎによって領域ｃ１から領域ｃｎの温度をそれぞれ検出する。次いで、ステップ１０２に進んで、触媒１９がＮＯｘを吸蔵できるＮＯｘの吸蔵可能量Ｂをステップ１０１で検出した触媒１９の温度、すなわち領域ｃ１から領域ｃｎの各温度に基づいて後述するように算出する。
【００２３】
図５（ａ）は或る温度において触媒に吸蔵されるＮＯｘ量と時間との関係を示す図であり、図５（ｂ）はＮＯｘ吸蔵量と温度との関係を示す図であり、さらに図５（ｃ）はＮＯｘ吸蔵可能量のマップを示す図である。これら図面を参照しつつ、ステップ１０２におけるＮＯｘの吸蔵可能量Ｂの算出について説明する。図５（ａ）においては、触媒コンバータ２０内に設けられる触媒１９と同一形状で同一種類の触媒を或る温度条件下に配置する。次いでリッチ雰囲気を形成することで触媒内のＮＯｘを放出し、還元する。次いでこの触媒にＮＯｘを一定量で所定時間だけ供給する。触媒に供給したＮＯｘ量と触媒を通過した排出ＮＯｘ量とを流量計などで測定し、図５（ａ）に示されるような時間とＮＯｘ量との関係を求める。供給されたＮＯｘの一部は触媒内で吸蔵されるので図５（ａ）に示されるように排出ＮＯｘ量は供給ＮＯｘ量よりも小さくなっている。また、吸蔵されるＮＯｘ量は時間の経過と共に減少するので、排出ＮＯｘ量は次第に大きくなる。図５（ａ）においては供給ＮＯｘ量と排出ＮＯｘ量との間の領域ＩＩＩの面積が前述した所定時間における触媒のＮＯｘ吸蔵量に相当する。
【００２４】
温度条件の異なる同様な試験を複数回にわたって行うことにより、複数の異なる温度におけるＮＯｘ吸蔵量を求める。次いで、これらＮＯｘ吸蔵量を温度に対してプロットし、図５（ｂ）に示されるようなＮＯｘ吸蔵量と温度との関係を予め求める。さらに、ＮＯｘを供給する時間を変更して同様な試験を複数回にわたって行うことにより、図５（ｃ）に示されるように触媒温度と時間との関数としたＮＯｘの吸蔵可能量Ｂ’をマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶する。
【００２５】
電子制御ユニット３０内において、前述した温度センサｓ１からｓｎにより検出された領域ｃ１から領域ｃｎにおける温度に対応したＮＯｘ吸蔵可能量を図５（ｃ）に示されるようなマップから求める。次いで各領域ｃ１からｃｎにおけるＮＯｘ吸蔵可能量Ｂ’を合計した値を「ｎ」で除する。これにより触媒１９全体におけるＮＯｘ吸蔵可能量Ｂを算出することができる。このように本発明においてはｎ箇所における触媒１９の温度に基づいて触媒１９全体のＮＯｘ吸蔵可能量Ｂを求めているので精密なＮＯｘ吸蔵可能量を算出することが可能となる。なお、「ｎ＝１」である場合には図２に示される温度センサ４５、４６により検出された温度から所定の式を用いて触媒１９の温度を算出し、次いで図５（ｃ）に示されるようなマップからＮＯｘ吸蔵可能量Ｂを求めるようにしてもよい。
【００２６】
次いでステップ１０３において排出ＮＯｘ量Ａ１を決定する。ここで、排出ＮＯｘ量は単位時間当たりに内燃機関から排出されるＮＯｘ量を意味する。図６は排出ＮＯｘ量Ａ１のマップを示す図である。図６に示されるように、排出ＮＯｘ量Ａ１は負荷Ｌと機関回転数Ｎとの関数としてマップの形でＲＯＭ３２内に予め記憶されている。このようなマップは内燃機関の種類、例えば排気ガスを機関吸気通路内に再循環させるようにしたＥＧＲエンジンおよび通常のエンジン等に応じて複数の種類がＲＯＭ３２内に記憶されている。このようにマップによって排出ＮＯｘ量を求める代わりに、排出ＮＯｘ量Ａ１を前述したＮＯｘセンサ７１、７２から直接的に求めるようにしてもよい。ステップ１０３においては、このようなマップまたはＮＯｘセンサに基づいて排出ＮＯｘ量Ａ１を電子制御ユニット３０にて決定する。
【００２７】
次いでステップ１０４に進み、排出ＮＯｘ量Ａ１がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂより大きいか否かが判断される。ここで、時間とＮＯｘ量との関係を示す図である図７を参照する。図７においては縦軸はＮＯｘ量を示しており、横軸は時間を示している。また、図７に示されるように排出ＮＯｘ量Ａ１は点線で示されており、後述する目標吸蔵可能量Ａ２は太い実線で示されている。さらに図７においては排出ＮＯｘ量Ａ１および目標吸蔵可能量Ａ２よりも大きい場合のＮＯｘ吸蔵可能量を実線Ｂ１で示すと共に、排出ＮＯｘ量Ａ１および目標吸蔵可能量Ａ２よりも小さい場合のＮＯｘ吸蔵可能量を実線Ｂ２で示している。
【００２８】
ステップ１０４において排出ＮＯｘ量Ａ１がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂよりも大きいと判断された場合（図７における実線Ａ１と実線Ｂ２とを比較した場合に相当する）にはステップ１０５に進む。排出ＮＯｘ量Ａ１がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂよりも大きい場合には、触媒１９のＮＯｘ吸蔵可能量をさらに上昇させるためにステップ１０５において昇温作用、例えばポスト噴射、アイドル回転数アップまたはメイン噴射時期を遅角側にずらすことなどを促進するようにする。このような昇温作用は排出ＮＯｘ量Ａ１とＮＯｘ吸蔵可能量Ｂとの差である「Ａ１−Ｂ」および触媒１９内の空間速度ＳＶ等に基づいて行われる。ここで空間速度ＳＶは単位時間当たりに触媒１９内を通過する排出ガス量を触媒１９の体積で除したものであり、前述した流量計６１、６２（図２を参照されたい）を用いて電子制御ユニット３０内で算出する。図４（ｂ）は昇温作用の促進または抑制時に決定される目標温度のマップを示す図である。図４（ｂ）に示されるように、第一の実施形態における目標温度Ｔ１が、排出ＮＯｘ量Ａ１とＮＯｘ吸蔵可能量Ｂとの差であるＡ１−Ｂおよび空間速度ＳＶの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。さらに他のパラメータ、例えば負荷Ｌおよび機関回転数Ｎが異なる場合におけるＡ１−Ｂと空間速度ＳＶとの同様なマップもＲＯＭ３２内に記憶されている。空間速度が大きい場合には、排ガスがＮＯｘ触媒を通過する時間が短くなり、ＮＯｘとＮＯｘ触媒の貴金属および吸蔵剤との反応機会が減少するため、ＮＯｘの吸蔵が良好に行われなくなる可能性があるが、図４（ｂ）に示されるようなマップにおいては空間速度が比較的小さい場合でもＮＯｘが吸蔵されるようにするために目標温度が比較的高く設定されている。電子制御ユニット３０内においてこのようなマップから新たな目標温度Ｔ１を定め、この目標温度Ｔ１になるように昇温作用を促進する。次いでステップ１０１まで戻り、図示されるステップを繰り返す。
【００２９】
一方、ステップ１０４において排出ＮＯｘ量Ａ１がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂより大きくないと判断された場合にはステップ１０６に進む。ステップ１０６においては排出ＮＯｘ量Ａ１がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂよりも小さいか否かが判断される。ステップ１０６において排出ＮＯｘ量Ａ１がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂよりも小さいと判断された場合（図７における実線Ａ１と実線Ｂ１とを比較した場合に相当する）にはステップ１０７に進む。排出ＮＯｘ量Ａ１がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂよりも小さい場合には、触媒１９のＮＯｘ吸蔵可能量を低下させるためにステップ１０７において昇温作用、例えばポスト噴射、アイドル回転数アップまたはメイン噴射時期を遅角側にずらすことなどを抑制するようにする。前述した場合と同様に、図４（ｂ）に示すようなマップからＡ１−Ｂおよび空間速度ＳＶ等に基づいて目標温度Ｔ１を定め、この目標温度Ｔ１になるように昇温作用を抑制する。次いでステップ１０１まで戻り、図示されるステップを繰り返す。
【００３０】
このように本発明の第一の実施形態によれば、触媒１９の実際の温度に基づいて吸蔵可能量Ｂを算出し、この吸蔵可能量Ｂが別途定めた排出ＮＯｘ量Ａ１に近づくように目標温度を定めているので、ＮＯｘ浄化率を最適化することができる。また、これにより、燃料を過剰に噴射することがなくなるので燃費を抑えることも可能となる。
【００３１】
図８（ａ）は本発明の第二の実施形態に基づく内燃機関の排気浄化装置の動作を示すプログラムのフローチャートである。図８（ａ）に示されるプログラム１１０は電子制御ユニット３０内において行われる。第一の実施形態の場合と同様に図８（ａ）に示されるプログラム１１０においては内燃機関が始動した後であって触媒１９を昇温するための昇温作用、例えばポスト噴射、アイドル回転数アップまたはメイン噴射時期を遅角側にずらすことなどを行っていることが前提となっている。また昇温作用時に例えばＮＯｘ触媒に燃料を添加するようになっている場合も本発明の昇温作用に含まれる。プログラム１１０のステップ１１１からステップ１１３はプログラム１００のステップ１０１からステップ１０３とそれぞれ同一であるので、ステップ１１１からステップ１１３についての説明を省略する。
【００３２】
ステップ１１４においてはステップ１１３で定めた排出ＮＯｘ量Ａ１からＮＯｘの目標吸蔵可能量Ａ２を算出する。目標吸蔵可能量Ａ２については、燃費悪化率とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である図９（ａ）および燃費悪化率と吸蔵可能量との関係を示す図である図９（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ）においては横軸は燃費悪化率を示しており、縦軸はＮＯｘ浄化率を示している。ここで燃費悪化率とは、昇温作用を行う際の燃料消費量と昇温作用を行わない際の燃料消費量との差を、昇温作用を行わない際の燃料消費量で除したものである。図９（ａ）に示されるように、ＮＯｘ浄化率を高めるために燃料噴射量が増しているが、これにより燃費悪化率も増すことになるので、ＮＯｘ浄化率と燃費悪化率とは図９（ａ）に示されるようなＳ字曲線を描く。ここで、図９（ａ）に示される点Ｋ１は下に凸な変曲点であり、点Ｋ２は上に凸な変曲点である。図９（ａ）において変曲点Ｋ１よりも左方の領域Ｚ１および変曲点Ｋ２よりも右方の領域Ｚ３では燃料を増すことにより昇温したとしてもＮＯｘ浄化率の変化は比較的少ない。一方、変曲点Ｋ１、Ｋ２の間に在る領域Ｚ２においては昇温作用に対するＮＯｘ浄化率の変化が比較的大きくなっており、特に変曲点Ｋ２は燃費悪化率に対するＮＯｘ浄化効果が最も大きい点である。
【００３３】
次いで図９（ｂ）においては横軸は図９（ａ）と同様に燃費悪化率を示しており、縦軸はＮＯｘの吸蔵可能量Ｂを示している。図９（ｂ）から分かるように燃費悪化率と吸蔵可能量Ｂとは直線Ｍで示されるような線形関係にあり、種々の条件におけるこのような関係を予め求めておく。また図９（ｂ）においては排出ＮＯｘ量Ａ１を点線で示している。ここで、図９（ａ）に示される変曲点Ｋ２とこれに対応する燃費悪化率とを通る直線Ｘを図示されるように引くと、直線Ｘは図９（ｂ）の直線Ｍと或る点Ｐ２で交差するようになる。図９（ａ）において変曲点Ｋ２は燃費悪化率に対するＮＯｘ浄化効果が最も大きい点であることが分かっているので、この点Ｐ２に対応する吸蔵可能量をＮＯｘの目標吸蔵可能量Ａ２とすることにより、燃費悪化率に対するＮＯｘ浄化率を最も高められることとなる。従って、図９（ｂ）において排出ＮＯｘ量Ａ１の値と前述したように求めた目標吸蔵可能量Ａ２とは差α２だけ異なっているので、排出ＮＯｘ量Ａ１が図９（ｂ）に示される目標吸蔵可能量Ａ２に等しくなるように排出ＮＯｘ量Ａ１を差α２分だけ補正するようにする。図１０は目標吸蔵可能量Ａ２のマップを示す図である。前述したように求められる目標吸蔵可能量Ａ２は、図１０に示されるように負荷Ｌおよび機関回転数Ｎならびに排出ＮＯｘ量Ａ１の関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。ステップ１１４においては、図１０に示されるような所定のマップから目標吸蔵可能量Ａ２を求める。このようなマップを使用する代わりに、ステップ１１４において排出ＮＯｘ量Ａ１に予め求めた所定の係数を乗じることにより目標吸蔵可能量Ａ２を算出するようにしてもよい。
【００３４】
図９（ａ）および図９（ｂ）においては変曲点Ｋ２を通る直線Ｘに基づいて目標吸蔵可能量Ａ２を定めている。前述したように変曲点Ｋ２は燃費悪化率に対するＮＯｘ浄化効果が最も大きい点であるが、この変曲点Ｋ２においては燃費悪化率が比較的大きくなっている。従って、例えば図９（ａ）における変曲点Ｋ１とこれに対応する燃費悪化率とを通る直線Ｙが図９（ｂ）の直線Ｍと交差する点Ｐ１と前述した点Ｐ２との間に点Ｐ０を定め、この点Ｐ０に対応するように目標吸蔵可能量Ａ２を定めるようにしてもよい。この場合には目標吸蔵可能量Ａ２は排出ＮＯｘ量Ａ１よりも差α０分だけ大きくなっている。このような場合には燃費悪化率を比較的低く抑えた状態で、すなわち触媒を昇温するための燃料の消費量が小さくなるように目標吸蔵可能量Ａ２を調節可能に設定できる。従って、本実施形態においては目標吸蔵可能量Ａ２を調節することにより燃料消費量を抑えることが可能となる。なお、図９（ｂ）における差α１は点Ｐ１における排出ＮＯｘ量Ａ１と点Ｐ１に対応する目標吸蔵可能量Ａ２との差を示している。
【００３５】
このようにステップ１１４において目標吸蔵可能量Ａ２を算出した後に、ステップ１１５に進む。ステップ１１５においては目標吸蔵可能量Ａ２がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂより大きいか否かが判断される。ステップ１１５において目標吸蔵可能量Ａ２がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂよりも大きいと判断された場合（図７における実線Ａ２と実線Ｂ２とを比較した場合に相当する）にはステップ１１６に進む。目標吸蔵可能量Ａ２がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂよりも大きい場合には、触媒１９のＮＯｘ吸蔵可能量をさらに上昇させるためにステップ１１６において昇温作用、例えばポスト噴射、アイドル回転数アップまたはメイン噴射時期を遅角側にずらすことなどを促進するようにする。このような昇温作用は目標吸蔵可能量Ａ２とＮＯｘ吸蔵可能量Ｂとの差である「Ａ２−Ｂ」および前述した空間速度ＳＶ等に基づいて行う。図８（ｂ）は昇温作用の促進または抑制時に決定される目標温度のマップを示す図である。図８（ｂ）に示されるように、第二の実施形態における目標温度Ｔ２が、目標吸蔵可能量Ａ２とＮＯｘ吸蔵可能量Ｂとの差であるＡ２−Ｂおよび空間速度ＳＶの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。さらに他のパラメータ、例えば負荷Ｌおよび機関回転数Ｎが異なる場合におけるＡ２−Ｂと空間速度ＳＶとの同様なマップもＲＯＭ３２内に記憶されている。前述した場合と同様に、図８（ｂ）に示されるようなマップにおいては空間速度が比較的大きい場合でもＮＯｘが吸蔵されるように目標温度が比較的高く設定されている。電子制御ユニット３０内において新たな目標温度Ｔ２を定め、この目標温度Ｔ２になるように昇温作用を促進する。次いでステップ１１１まで戻り、図示されるステップを繰り返す。
【００３６】
一方、前述したステップ１１５において目標吸蔵可能量Ａ２がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂより大きくないと判断された場合にはステップ１１７に進む。ステップ１１７においては目標吸蔵可能量Ａ２がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂよりも小さいか否かが判断される。ステップ１１７において目標吸蔵可能量Ａ２がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂよりも小さいと判断された場合（図７における実線Ａ２と実線Ｂ２とを比較した場合に相当する）にはステップ１１８に進む。目標吸蔵可能量Ａ２がＮＯｘ吸蔵可能量Ｂよりも小さい場合には、触媒１９のＮＯｘ吸蔵可能量を低下させるためにステップ１１８において昇温作用、例えばポスト噴射、アイドル回転数アップまたはメイン噴射時期を遅角側にずらすことなどを抑制するようにする。前述した場合と同様に、図８（ｂ）に示すようなマップからＡ２−Ｂおよび空間速度ＳＶ等に基づいて目標温度Ｔ２を定め、この目標温度Ｔ２になるように昇温作用を抑制する。次いでステップ１１１まで戻り、図示されるステップを繰り返す。
【００３７】
このように本発明の第二の実施形態によれば、触媒１９の実際の温度に基づいて吸蔵可能量Ｂを算出し、ＮＯｘ浄化率をさらに高めるために排出ＮＯｘ量Ａ１に基づいて目標吸蔵可能量Ａ２をさらに定めている。従って、前述した第一の実施形態の場合よりもＮＯｘ浄化率をさらに最適化することができる。また、例えば図９（ａ）に示される変曲点Ｋ１、Ｋ２の間の燃費悪化率に対応する目標吸蔵可能量Ａ２を設定することにより、燃料の消費量を抑えるよう調節することが可能となる。
【００３８】
前述した実施形態においては単一の触媒コンバータ２０が備えられているが、ＮＯｘ触媒を担持する複数の触媒コンバータが設けられていてもよく、このような場合には各触媒コンバータのＮＯｘ触媒に流入する流入ＮＯｘ量をそれぞれ検出するようにする。すなわち触媒コンバータ２０が単一である場合には内燃機関から排出されるＮＯｘ量が触媒コンバータ２０内のＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量にほぼ等しいが、複数の触媒コンバータが設けられている場合には内燃機関から排出される全ＮＯｘ量が或る触媒コンバータ内のＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量に等しいわけではない。従って、当業者であれば、このような場合に各触媒コンバータのＮＯｘ触媒に流入する流入ＮＯｘ量をそれぞれ検出するようにすることは明らかである。
【００３９】
【発明の効果】
各発明によれば、ＮＯｘ浄化率を最適化することができるようになるという共通の効果を奏しうる。
【００４０】
さらに、２番目の発明によれば、ＮＯｘ浄化率をさらに最適に制御することができるという効果を奏しうる。
さらに、３番目の発明によれば、空間速度が大きい場合であっても目標温度を高く設定することによりＮＯｘがＮＯｘ触媒内に吸蔵されるようにすることができるという効果を奏しうる。
さらに、４番目の発明によれば、目標ＮＯｘ吸蔵可能量を調節することにより燃料消費量を抑えることができるという効果を奏しうる。
さらに、５番目の発明によれば、ＮＯｘ吸蔵可能量を正確に求めることができるという効果を奏しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する４ストローク圧縮着火式内燃機関を示している図である。
【図２】本発明を適用する内燃機関の触媒コンバータ付近を拡大して示す部分拡大図である。
【図３】（ａ）内燃機関を冷間始動する際における触媒床温度と時間との関係を示す図である。
（ｂ）内燃機関の冷間始動時における触媒の上流端からの距離と触媒床温度との関係を示す図である。
【図４】（ａ）本発明の第一の実施形態に基づく内燃機関の排気浄化装置の動作を示すフローチャートである。
（ｂ）目標温度のマップを示す図である。
【図５】（ａ）或る温度において触媒に吸蔵されるＮＯｘ量と時間との関係を示す図である。
（ｂ）ＮＯｘ吸蔵量と温度との関係を示す図である。
（ｃ）ＮＯｘ吸蔵可能量のマップを示す図である。
【図６】排出ＮＯｘ量のマップを示す図である。
【図７】内燃機関において時間とＮＯｘ量との関係を示す図である。
【図８】（ａ）本発明の第二の実施形態に基づく内燃機関の排気浄化装置の動作を示すフローチャートである。
（ｂ）目標温度のマップを示す図である。
【図９】（ａ）燃費悪化率とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
（ｂ）燃費悪化率と吸蔵可能量との関係を示す図である。
【図１０】目標吸蔵可能量のマップを示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
６…燃料噴射弁
１８…排出管
１９…触媒
２０…触媒コンバータ
４５、４６…温度センサ
６１、６２…流量計
７１、７２…ＮＯｘセンサ
ｓ１〜ｓｎ…温度センサ
ｃ１〜ｃｎ…触媒の領域
Ａ１…排出ＮＯｘ量
Ａ２…目標吸蔵可能量
Ｂ…ＮＯｘ吸蔵可能量
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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