(57)【要約】【課題】排気通路７にＮＯｘトラップ触媒１２を備え、ＮＯｘトラップ触媒１２がリーン雰囲気でトラップしたＮＯｘを確実に脱離浄化させる。【解決手段】ＮＯｘトラップ触媒１２が、リーン雰囲気で、ＮＯｘをトラップしはじめる温度から、脱離浄化特性を示す温度に置かれた時間を積算し、この時間に基づいてＮＯｘトラップ量を推定する。そして、ＮＯｘトラップ触媒１２が脱離浄化特性を示す温度以上であることを条件として、脱離浄化時期と判定し、リーン雰囲気からストイキないしリッチ雰囲気に切換える。このとき、推定されたＮＯｘトラップ量に応じて、リッチ化の度合を大きくするか、排気温度を上昇させるように制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比をリーンとストイキないしリッチとに切換え可能な空燃比制御手段と、排気通路にてリーン雰囲気でＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘをストイキないしリッチ雰囲気で脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘトラップ触媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記ＮＯｘトラップ触媒が脱離浄化特性を示す温度以上であることを少なくとも１つの条件として、前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップしたＮＯｘを脱離浄化させる時期を判定する脱離浄化時期判定手段と、
前記脱離浄化時期と判定されたときに、リーン雰囲気からストイキないしリッチ雰囲気に切換えるリッチ化手段と、
前記ＮＯｘトラップ触媒が、リーン雰囲気で、ＮＯｘをトラップしはじめる温度から、脱離浄化特性を示す温度に置かれた時間を積算し、この時間に基づいて前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ量を推定するＮＯｘトラップ量推定手段と、
前記推定されたＮＯｘトラップ量に応じて、ＮＯｘ脱離浄化環境を変更する変更手段と、
を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記変更手段は、ＮＯｘトラップ量に応じて、前記リッチ化手段によるリッチ化の程度を変更することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記変更手段は、ＮＯｘトラップ量に応じて、前記リッチ化手段によるリッチ保持時間を変更することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記変更手段は、ＮＯｘトラップ量に応じて、前記ＮＯｘトラップ触媒の入口側排気温度を上昇させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘトラップ触媒の上流に少なくともＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈのいずれかを含む触媒を備え、
前記変更手段は、ＮＯｘトラップ量に応じて、排気中の可燃ガス成分濃度を増加させ、前記ＮＯｘトラップ触媒の上流に配置された触媒の反応熱により、前記ＮＯｘトラップ触媒の入口側排気温度を上昇させることを特徴とする請求項４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】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、特にＮＯｘトラップ触媒を備える排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に記載の技術では、ＮＯｘトラップ触媒（ＮＯｘ吸収分解触媒）のＮＯｘ放出特性は、触媒温度と関連があり、触媒温度が高い場合には、ＮＯｘが触媒から多量に比較的短時間で放出され、触媒温度が低い場合には、ＮＯｘは触媒から緩慢に比較的長時間をかけて放出されることから、ＮＯｘトラップ触媒を再生する場合、高温時には還元状態の度合いが深く（リッチ化大）かつ還元状態保持時間（リッチ保持時間）が短くなるように、低温時には還元状態の度合いが浅く（リッチ化小）かつ還元状態保持時間（リッチ保持時間）が長くなるように、排気雰囲気を制御している
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１０７２５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮＯｘトラップ触媒は、トラップしたＮＯｘを脱離浄化可能になる温度より低温からＮＯｘをトラップ可能になる。そのため、トラップしたＮＯｘを脱離浄化可能になる温度より低い温度にリーン雰囲気で保持された時間が長くなると、多量のＮＯｘをトラップすることになる。このような状態で再生時に一律なリッチ状態に排気雰囲気を制御しても、トラップしたＮＯｘを脱離できなかったり、多量のＮＯｘが放出されて十分に浄化しきれないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、ＮＯｘトラップ触媒が脱離・浄化特性を示す温度以上であることを少なくとも１つの条件として、脱離浄化時期を判定し、脱離浄化時期と判定されたときに、リーン雰囲気からストイキないしリッチ雰囲気に切換える。その一方、ＮＯｘトラップ触媒が、リーン雰囲気で、ＮＯｘをトラップしはじめる温度から、脱離浄化特性を示す温度に置かれた時間を積算し、この時間に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ量を推定し、推定されたＮＯｘトラップ量に応じて、ＮＯｘ脱離浄化環境を変更する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、脱離浄化できない温度域に保持された時間から算出されたＮＯｘトラップ量によって、脱離浄化環境を適切に決めることができるので、トラップしたＮＯｘを十分に脱離浄化できる。
【０００８】
また、脱離・浄化特性を示す温度以上であることを条件として、脱離浄化を行い、言い換えれば、脱離浄化できない温度域においてリッチ化することを禁止するので、ＨＣ、ＣＯの排出量を増加させることがない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明を自動車用ディーゼルエンジンに適用した一実施形態のシステム構成を示している。
【００１０】
機関１は通常リーン運転されるディーゼルエンジンであり、燃料タンク２内の燃料を圧送する燃料噴射ポンプ３と、燃料噴射ポンプ３からの高圧燃料を気筒内に直接燃料噴射する燃料噴射弁４とを備えている。
【００１１】
機関１の吸気通路５には、吸入空気量を制御可能な吸気絞り弁６を備えている。また、吸気通路５には、排気通路７に接続したＥＧＲ通路８が接続され、ＥＧＲ制御弁９によりＥＧＲ量を制御可能である。
【００１２】
燃料噴射ポンプ３、吸気絞り弁６、ＥＧＲ制御弁９は、制御装置１０により制御され、この制御装置１０には、図示は省略するが、機関１に流入する吸入空気量を検出するエアフローメータにより検出される吸入空気量Ｑａ、回転数センサにより検出される機関回転数Ｎｅ、アクセルペダルセンサにより検出されるアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）ＡＰＯなどの信号が入力されている。
【００１３】
機関１の排気通路７には、三元触媒１１が備えられ、その下流側にＮＯｘトラップ触媒１２が備えられている。
三元触媒１１は、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属のうち少なくとも１つ以上を活性アルミナ等の担体に担持した粉末を混合粉砕して、コージェライト質のモノリス担体に塗布した触媒担体に、例えばランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類のうち少なくとも１つ以上を担持したものである。
【００１４】
ＮＯｘトラップ触媒１２は、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属のうち少なくとも１つ以上を活性アルミナ等の担体に担持した粉末を混合粉砕して、コージェライト質のモノリス担体に塗布した触媒担体に、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）、ストロンチウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類のうち少なくとも１つ以上を担持したものである。
【００１５】
ＮＯｘトラップ触媒１２は、排気空燃比がリーンのとき、流入するＮＯｘが触媒貴金属上で硝酸イオン（ＮＯ３−  ）を形成し、その硝酸イオンは、例えばＮＯｘトラップ剤として担持されているＢａの酸化物あるいはＢａの炭酸塩と結合してトラップされる。
【００１６】
そして、排気空燃比がリッチのとき、触媒貴金属上でのＮＯ３−  イオンが減少し、トラップされているＮＯ３−  イオンはＮＯ２の形で放出され、触媒貴金属上で排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元剤と反応し、ＮＯ２が還元浄化される。
【００１７】
ここで、ＮＯｘトラップ触媒１２の上流側（三元触媒１１の下流側）には、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ１３と、排気温度を検出する排気温度センサ１４とが設けられ、これらの検出信号は制御装置１０に入力されている。
【００１８】
制御装置１０は、ＮＯｘトラップ触媒１２にトラップしたＮＯｘを脱離浄化する時期を判定し、脱離浄化時期と判定されたときに、燃料噴射ポンプ３、吸気絞り弁６、ＥＧＲ制御弁９などを制御して、排気空燃比をリーン雰囲気からストイキないしリッチ雰囲気に切換える。
【００１９】
ところで、図２に示すように、ＮＯｘをトラップする機能は、トラップしたＮＯｘを脱離浄化する機能よりも、低温から発現する。脱離浄化特性を示す温度Ｔ２以上になれば、リーンでトラップしたＮＯｘをストイキ又はリッチ雰囲気に切換えて脱離浄化し、ＮＯｘトラップ機能を再生することが可能だが、Ｔ２より温度が低いと、ＮＯｘはトラップされるだけである。従って、冷間始動から触媒入口温度がＴ２になるまで、ＮＯｘをトラップするだけとなり（図３参照）、Ｔ２以上の温度になった時、通常のリーン／リッチ切換えでは低温時に多量にトラップしたＮＯｘを脱離させることができず、次のリーン区間で十分なＮＯｘトラップ量を得ることができない。（図６の従来例参照）。
【００２０】
そのため、温度Ｔ２以下に長時間保持された場合は、トラップしたＮＯｘを脱離させるために、通常のリーン／リッチ切換手段に対して、リッチ度合いを高くしたり、リッチ保持時間を長くすることにより、ＮＯｘ処理を可能とする。又は、トラップしたＮＯｘを十分に脱離浄化可能な排気温度に上げることにより、ＮＯｘ処理を可能とする。排気温度を上昇させる手段としては、燃料噴射時期の遅角、空燃比のリッチ化、ＥＧＲ率の減少等の手段がとられる。触媒の活性状態は予め測定しておくことが望ましい。
【００２１】
図４は第１実施例のフローチャートである。
Ｓ１では、空燃比センサ信号に基づいて排気空燃比がリーンか否かを判定し、リーンの場合にＳ２へ進む。
【００２２】
Ｓ２では、排気温度センサ信号に基づいてＮＯｘトラップ触媒の入口側排気温度Ｔを検出し、これがＮＯｘトラップ触媒がＮＯｘをトラップしはじめる温度Ｔ１より高く、脱離浄化特性を示す温度Ｔ２より低い（Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２）か否かを判定し、Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２の場合に、Ｓ３へ進む。
【００２３】
Ｓ３では、ＮＯｘトラップ触媒が、リーン雰囲気で、ＮＯｘをトラップしはじめる温度から、脱離浄化特性を示す温度に置かれた時間を積算するため、時間カウンタＣをカウントアップする（Ｃ＝Ｃ＋１）。
【００２４】
Ｓ４では、ＮＯｘトラップ触媒にトラップしたＮＯｘを脱離浄化させる時期か否かを判定するため、ＮＯｘトラップ触媒の入口側排気温度Ｔが脱離浄化特性を示す温度Ｔ２より高い（Ｔ≧Ｔ２）か否かを判定し、Ｔ≧Ｔ２の場合に、Ｓ５へ進む。
【００２５】
Ｓ５では、脱離浄化のためのリッチ処理を開始するに先立って、時間カウンタＣを基準値Ｃ０と比較し、Ｃ≧Ｃ０か否かを判定する。
Ｃ＜Ｃ０（トラップ時間が短く、ＮＯｘトラップ量が少量）の場合は、Ｓ６、Ｓ７へ進み、Ｃ≧Ｃ０（トラップ時間が長くＮＯｘトラップ量が多いと推定される）場合は、Ｓ８、Ｓ９へ進む。
【００２６】
Ｓ６では、通常のリッチ処理を行う。例えば、燃料噴射量を増量補正して、空燃比をストイキ又はリッチにする。そして、Ｓ７で所定時間ｔ１経過したかを判定し、所定時間ｔ１経過するまで、リッチ処理を継続する。そして、所定時間ｔ１経過すると、Ｓ１０へ進んでリッチ処理を終了し、このとき時間カウンタＣをクリアする。
【００２７】
Ｓ８では、通常のリッチ処理に比べ、リッチ化の程度が大きくなり、かつ、ＮＯｘトラップ触媒が、リーン雰囲気で、ＮＯｘをトラップしはじめる温度から、脱離浄化特性を示す温度に置かれた時間が長いほど、よりリッチ化するように、時間カウンタＣの値に応じて、燃料噴射量の増量補正を行う。そして、Ｓ９で所定時間ｔ２経過したかを判定し、所定時間ｔ２経過するまで、リッチ処理を継続する。そして、所定時間ｔ２経過すると、Ｓ１０へ進んでリッチ処理を終了し、このとき時間カウンタＣをクリアする。
【００２８】
尚、Ｓ８にて通常のリッチ処理よりもリッチ化の程度の大きくする代わりに、又は、これに加え、リッチ保持時間であるｔ２を、通常のｔ１より大きくし、かつ、ｔ２を時間Ｃに応じて時間Ｃが長いほど長くなるように設定してもよい。
【００２９】
以上の制御により、ＮＯｘトラップ触媒が脱離浄化できない温度域でトラップしたＮＯｘを十分に処理することができるようになり、広い温度範囲でＮＯｘ浄化能力を発揮することができる（図６の実施例参照）。
【００３０】
また、本実施例によれば、脱離浄化できない温度域に保持された時間から算出されたＮＯｘトラップ量によって、リッチ雰囲気の程度（空燃比）を適切に決めることができるので、トラップしたＮＯｘを十分に脱離浄化できる。
【００３１】
また、本実施例によれば、脱離浄化できない温度域に保持された時間から算出されたＮＯｘトラップ量によって、リッチ雰囲気に保持する時間を適切に決めることができるので、トラップしたＮＯｘを十分に脱離・浄化できる。
【００３２】
図５は第２実施例のフローチャートである。
Ｓ１〜Ｓ７、Ｓ１０については図４のフローと同じであり、説明を省略する。
Ｓ４で脱離浄化時期（Ｔ≧Ｔ２）と判定され、Ｓ５でＣ≧Ｃ０（トラップ時間が長くＮＯｘトラップ量が多いと推定される）場合は、Ｓ１１へ進む。
【００３３】
Ｓ１１では、排気温度を上昇させるため、燃料噴射時期を遅角する。この場合、リーン雰囲気で、ＮＯｘをトラップしはじめる温度から、脱離浄化特性を示す温度に置かれた時間が長いほど、より排気温度を上昇させるように、時間カウンタＣの値に応じて、Ｃが大きいほどより遅角量を大きくするように、燃料噴射時期の遅角補正を行う。
【００３４】
燃料噴射時期を遅角することで、排気中の可燃ガス成分濃度を増加させ、ＮＯｘトラップ触媒の上流に配置された三元触媒の反応熱により、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気温度を上昇させることができる。
【００３５】
Ｓ１２では、ＮＯｘトラップ触媒の入口側排気温度Ｔを検出し、これが時間Ｃに応じてＣが大きいほど高く設定される目標温度Ｔａより高くなった（Ｔ＞Ｔａ）か否かを判定し、高くなった段階で、Ｓ１３へ進む。
【００３６】
Ｓ１３では、通常のリッチ処理を行う。例えば、燃料噴射量を増量補正して、空燃比をストイキ又はリッチにする。そして、Ｓ１４で所定時間ｔ１経過したかを判定し、所定時間ｔ１経過するまで、リッチ処理を継続する。そして、所定時間ｔ１経過すると、Ｓ１０へ進んでリッチ処理を終了し、このとき時間カウンタＣをクリアする。
【００３７】
本実施例によれば、脱離浄化できない温度域に保持された時間から算出されたＮＯｘトラップ量によって、脱離浄化する際の触媒温度を上昇させることにより、トラップしたＮＯｘを十分に脱離浄化できる。
【００３８】
また、本実施例によれば、脱離浄化できない温度域に保持された時間から算出されたＮＯｘトラップ量によって、脱離浄化する際の触媒温度をＮＯｘトラップ触媒の上流に配置した触媒の反応熱によって上昇させることにより、トラップしたＮＯｘを十分に脱離浄化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すシステム図
【図２】ＮＯｘトラップ率及び脱離浄化率と温度との関係を示す図
【図３】トラップ時間が長い状態の説明図
【図４】第１実施例の制御内容を示すフローチャート
【図５】第２実施例の制御内容を示すフローチャート
【図６】効果を示す図
【符号の説明】
１  機関（ディーゼルエンジン）
３  燃料噴射ポンプ
４  燃料噴射弁
５  吸気通路
６  吸気絞り弁
７  排気通路
９  ＥＧＲ制御弁
１０  制御装置
１１  三元触媒
１２  ＮＯｘトラップ触媒
１３  空燃比センサ
１４  排気温度センサ
【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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