(57)【要約】【課題】テールパイプから排出されるNOx量を低減する。【解決手段】リーンNOxトラップを備えたエンジンのリーン運転とリッチ運転が制御される。一例において、リーン運転の終了（ステッフ゜222）は、NOxトラップの酸素吸蔵能力と温度とに基いて決定される（ステッフ゜212, 214, 216, 218）。別の例においては、リッチ空燃比でのパージ運転が、NOxトラップの酸素吸蔵能力に基いて制御される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのリーン運転中に排気中のNOxを吸蔵し、理論空燃比又はリッチ運転中に上記NOxを少なくとも部分的に浄化することが可能な排気浄化装置を備えたエンジンの制御方法であって、
上記排気浄化装置へ空燃比のリーンな排気が供給されるようにエンジンを運転する工程、
エンジンの運転状態に基づいて、上記排気浄化装置に吸蔵されているNOx量を計算する工程、
上記排気浄化装置の温度と酸素吸蔵能力の関数としてNOx吸蔵限界値を決定する工程、及び、
上記計算した吸蔵NOx量が上記限界値に到達したときに、上記エンジンの上記リーン排気を生成する運転を終了する工程、
を有する方法。
【請求項２】
上記排気浄化装置が、所定以上の効率でさらにNOxを吸蔵することが出来る状態で、上記エンジンの上記リーン排気を生成する運転が終了される、請求項１の方法。
【請求項３】
エンジンの上記リーン排気を生成する運転の終了後に、上記排気浄化装置の酸素吸蔵能力に応じたレベルの還元剤を供給するように設定されたリッチ空燃比でエンジンを運転する工程、を更に有する、前記請求項１、２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
NOxを吸蔵することの可能な上記排気浄化装置が、セリウム及びバリウムを含む三元触媒である、前記請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
エンジンの運転状態が、フィードガス流量、フィードガスNOx濃度、上記排気浄化装置上流のUEGOセンサー読取値、上記排気浄化装置下流のUEGOセンサー読取値、上記排気浄化装置上流のHEGOセンサー読取値、上記排気浄化装置下流のHEGOセンサー読取値、上記排気浄化装置上流のNOxセンサー読取値、及び、上記排気浄化装置下流のNOxセンサー読取値のうちの１つ又は複数に基づいて判定される、前記請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
上記排気浄化装置の酸素吸蔵能力が、エンジンのリッチ運転状態とリーン運転状態との間の切換時間の差から求められる、前記請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
上記排気浄化装置の温度が温度モデルを用いて推定される、前記請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
上記排気浄化装置温度が熱電対を用いて推定される、請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
エンジンのリーン運転中に排気中のNOxを吸蔵し、理論空燃比又はリッチ運転中に上記NOxを少なくとも部分的に浄化することが可能な排気浄化装置を備えたエンジンからのNOx排出を制御するための方法であって、
上記排気浄化装置へ空燃比のリーンな排気が供給されるようにエンジンを運転する工程、
エンジンの運転状態に基づいて、上記排気浄化装置に吸蔵されているNOx量を計算する工程、
上記排気浄化装置の温度と酸素吸蔵能力の関数として第１及び第２のNOx吸蔵限界値をそれぞれ決定する工程、及び、
上記計算した吸蔵NOx量が上記いずれかの吸蔵限界値に到達したときに、上記エンジンの上記リーン排気を生成する運転を終了する工程、
を有する方法。
【請求項１０】
上記排気浄化装置が、所定以上の効率でさらにNOxを吸蔵することが出来る状態で、上記エンジンの上記リーン排気を生成する運転が終了される、請求項９の方法。
【請求項１１】
上記排気浄化装置が、所定のリーン吸蔵効率でさらにNOxを吸蔵することが出来る状態で、上記エンジンの上記リーン排気を生成する運転が終了される、請求項９の方法。
【請求項１２】
エンジンの上記リーン排気を生成する運転の終了後に、上記排気浄化装置の酸素吸蔵能力に応じたレベルの還元剤を供給するように設定されたリッチ空燃比でエンジンを運転する工程、を更に有する、請求項９〜11のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
上記排気浄化装置が、リーン吸蔵期間とリッチ・パージ期間の両方におけるエンジンからのNOx排出を制限するように設定された所望のリーン吸蔵効率を得るために、上記リーン吸蔵期間を制御する診断システムを含む、請求項９〜12のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
エンジンの運転状態が、フィードガス流量、フィードガスNOx濃度、上記排気浄化装置上流のUEGOセンサー読取値、上記排気浄化装置下流のUEGOセンサー読取値、上記排気浄化装置上流のHEGOセンサー読取値、上記排気浄化装置下流のHEGOセンサー読取値、上記排気浄化装置上流のNOxセンサー読取値、及び、上記排気浄化装置下流のNOxセンサー読取値のうちの一つ又は複数に基づいて判定され、この判定結果を用いて、上記診断システムがリーン吸蔵期間を制御する、請求項13の方法。
【請求項１５】
NOxを吸蔵することの可能な上記排気浄化装置が、セリウム及びバリウムを含む三元触媒である、請求項９〜14のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
上記排気浄化装置の酸素吸蔵能力が、エンジンのリッチ運転状態とリーン運転状態との間の切換時間の差から求められる、請求項９〜15のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
上記排気浄化装置の温度が温度モデルを用いて推定される、請求項９〜16のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
エンジンの運転状態が、フィードガス流量、フィードガスNOx濃度、上記排気浄化装置上流のUEGOセンサー読取値、上記排気浄化装置下流のUEGOセンサー読取値、上記排気浄化装置上流のHEGOセンサー読取値、上記排気浄化装置下流のHEGOセンサー読取値、上記排気浄化装置上流のNOxセンサー読取値及び、上記排気浄化装置下流のNOxセンサー読取値のうちの一つ又は複数に基づいて判定される、請求項９〜17のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
上記第２のNOx吸蔵限界値は、エンジンのリーン運転期間におけるNOx吸蔵効率が所定値を満足するように決定される、請求項９の方法。
【請求項２０】
エンジンのリーン運転中に排気中のNOxを吸蔵し、理論空燃比又はリッチ運転中に上記NOxを少なくとも部分的に浄化することが可能な排気浄化装置を備えたエンジンの制御命令がその中にコーディングされたコンピューター記憶媒体であって、
上記排気浄化装置へ空燃比のリーンな排気が供給されるようにエンジンを運転するためのコード、
エンジンの運転状態に基づいて、上記排気浄化装置に吸蔵されているNOx量を計算するためのコード、
上記排気浄化装置の温度と酸素吸蔵能力の関数としてNOx吸蔵限界値を決定するためのコード、及び、
上記計算した吸蔵NOx量が上記限界値に到達したときに、エンジンの上記リーン排気を生成する運転を終了するためのコード、
を有するコンピューター記憶媒体。
【請求項２１】
エンジンの上記リーン排気を生成する運転を終了するためのコードが、さらに、所望の所定リーン吸蔵効率に基いて上記NOx吸蔵限界値とは別のNOx吸蔵限界値を判定し、そして、排気浄化装置における吸蔵NOx量が当該装置の温度と酸素吸蔵能力の関数として決定された上記NOx吸蔵限界値、又は、上記所定リーン吸蔵効率に基く上記別のNOx吸蔵限界値のいずれかに到達したときに、エンジンの上記リーン排気を生成する運転を終了するためのコード、を含む、請求項20のコンピューター記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リーンNOxトラップを備えたエンジンのリーン運転とリッチ運転の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気浄化装置を備えたエンジンが搭載される車両において、大気中に放出されるNOxの量を低減するためにNOxトラップが用いられる場合が多い。排気中のNOxの量は、エンジンのリーン運転時に増加し得る。リーン運転は、ポンプ損失を低減し、熱力学的効率を向上させることにより、燃料経済性を向上させる。しかしながら、そのようなエンジンからの排気が、大量の過剰酸素を長期にわたり含む場合があり、それで、排気システム中のNOx量を増大させる。他の状況において、フィードガスのNOx生成量は、運転状態に応じて、リーン運転中に減少する可能性がある。長期のリーン運転のこれらの状態が、三元触媒のNOx浄化効率に影響し得る。
【０００３】
リーン運転中のNOx排出を制御するために、リーン運転状態でもNOxを吸蔵することが出来る排気浄化装置（リーンNOxトラップ）を用いることが出来る。そして、NOxトラップのNOx吸蔵能力の限界に近付けば、該NOxトラップのNOx吸蔵能力を再生するために、数秒間、空燃比をリッチ状態へ変更するようにすればよい（以下、パージともいう。例えば特許文献１を参照）。
【０００４】
上記のようなリーン／リッチの切換えの下でリーンNOxトラップは高いNOx浄化効率を示すものの、触媒システムは、例えば高負荷状態で空燃比が理論空燃比付近に制御されるとき、HC, COそしてNOxの高い浄化効率を示すべきである。直結触媒が低い酸素吸蔵能力（oxygen storage capacity: OSC）を持つ場合、閉ループ制御システムにおける発振空燃比状態の下でCOとNOxを浄化する触媒の能力は、限られる場合がある。それで、上記のような状態で充分にCOとNOxを浄化するために、NOxトラップ自体に或る程度のOSCを持たせる場合がある。
【０００５】
本件発明者は、OSCを提供するためにリーンNOxトラップにセリウムを含む上での問題を認識した。セリウムは、吸蔵されたNOxの一部が、パージ中にN2へ還元されることなしにトラップから放出される原因となる場合がある。このパージ時の転化されないNOx放出は、350℃以上の温度で特に顕著となり得て、リーンNOxトラップに吸蔵されたNOxの量が増加するにつれて、増加し得る。このパージ時のNOx放出の主な原因は、排気中の還元剤（HC, CO及びH2）とセリウムからの酸素との間の反応の結果である発熱反応であると考えることも出来る。
【０００６】
この発熱反応は、セリウム・サイトの回りのウォッシュコートの局部領域を加熱する。セリウムからの酸素が還元剤を消費すれば、放出されたNOxは還元され得ず、トラップから排気内にそしてテールパイプから外に放出され得る。別の可能性は、セリアから放出された酸素が、放出されたNOxと還元剤を争う、ということである。この争いの結果として、NOxの一部が還元されず、テールパイプから放出され得る。
【特許文献１】特開2000-161106号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本件発明者は、リーンNOxトラップの吸蔵効率又は吸蔵能力に基いてリッチ・パージを行うエミッション制御システムの課題が、テールパイプから排出されるNOx量が多過ぎるということ、具体的には、このNOxの増大がNOxトラップ内に酸素吸蔵能力（OSC）をもたらす元素に少なくとも部分的に起因するということ、を認識した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、リーン運転状態中にNOxを吸蔵し、理論空燃比又はリッチ運転状態中に上記NOxを少なくとも部分的に浄化することが可能な排気浄化装置を備えたエンジンの制御方法により解消することが出来る。この方法は、
排気浄化装置へ供給されるリーン排気混合気を生成するようにエンジンを運転する工程、
運転状態に基づき、上記装置に吸蔵されたNOx量を計算する工程、
上記装置の温度と酸素吸蔵能力の関数としてNOx吸蔵限界値を決定する工程、及び
上記吸蔵NOx量が上記限界値に到達したときに、上記エンジンの上記リーン排気混合気を生成する運転を終了する工程、
を有する。
【０００９】
すなわち、本件発明者は、リッチ・パージ中にNOxトラップから放出されるNOx量が、リーン運転状態中に吸蔵されるNOxの量をトラップの温度とOSCの関数である限界値のレベルに制限することにより、更に最小化され得る、ということを認識した。上記限界値は、最大吸蔵能力よりも低い量としてもよいし、所定のリーン吸蔵効率を満足するように計算された量としてもよい。NOx吸蔵量のこの限界値に到達したときにトラップをパージするようにすれば、パージ中に放出されるNOx量を最小化することが出来る。
【００１０】
別の観点において、上記課題は、リーン運転状態中にNOxを吸蔵し、理論空燃比又はリッチ運転状態中に上記NOxを少なくとも部分的に浄化することが出来る排気浄化装置を備えたエンジンの制御プログラム（制御するための命令）がその中に符号化されたコンピューター記憶媒体により解消される。上記媒体は、
排気浄化装置へ供給されるリーン排気混合気を生成するようにエンジンを運転するためのコード、
運転状態に基づき、上記装置に吸蔵されたNOx量を計算するためのコード、
上記装置の温度と酸素吸蔵能力の関数としてNOx吸蔵限界値を決定するためのコード、及び
上記吸蔵NOx量が上記限界値に到達したときに、上記エンジンの上記リーン排気混合気を生成する運転を終了するためのコード、
を有する。
【００１１】
これらコーディング（符号化）れた命令を利用することにより、トラップの温度とOSCにより決定される限界値に吸蔵されたNOx量が到達したときに、NOxトラップをパージすることにより、浄化されずに放出されるNOx量を最小化することが可能である。また、場合により少なくともNOxの一部は浄化されることを記すべきであるが、出来るだけ多くのNOxを浄化する取組みが望ましい。
【００１２】
更に、本件発明者はまた、吸蔵NOx量、トラップのOSC、トラップ温度及びパージ中に供給される還元剤の量を含む複数の要因が、NOxトラップからのパージNOx放出量に影響することを認識した。これら要因の全ては、放出されるNOxの量を低減するために、考慮することが出来る。それで、発明者は、トラップ温度とトラップOSCに応じたレベルの還元剤を与えるように選択されたリッチ排気空燃比を生成するようにエンジンが動作するときに、NOxトラップのパージ性能を向上し得ることを認識した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を参照すると、エンジン10が、リーン運転状態でNOxを吸蔵することの出来る排気浄化装置を少なくとも一つ含み得る。この装置は、セリア、バリウム、白金、ロジウム、パラジウム、それらの酸化物、それらの組み合わせ、及び／又はそれらの一部の組み合わせ、を含み得る。エンジン10は、燃焼室30及び気筒壁32を、その中に配置されてクランクシャフト13に結合されるピストン36と共に含む。燃焼室30は、それぞれ吸気弁52と排気弁54とを介して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。排気酸素センサー16は、触媒コンバーター20の上流でエンジン10の排気マニフォールド48に結合される。ヒーター付き排気酸素センサー（heated exhaust gas oxygen: HEGO）、ユニバーサル排気酸素センサー（universal exhaust gas oxygen: UEGO）又は排気NOxセンサー18が、NOxトラップ22の上流で排気マニフォールド48に結合され、そして第２HEGO, UEGO又はNOxセンサー24がNOxトラップ22下流で排気マニフォールド48に結合される。
【００１４】
吸気マニフォールド44が、スロットル弁66を介してスロットル・ボディ64と連通する。スロットル弁66が、ETCドライバー69から信号を受ける電気モーター67により制御される。ETCドライバー69は、制御器12から制御信号（DC）を受ける。吸気マニフォールド44はまた、制御器12からのパルス幅信号（fpw）に比例して燃料を供給するためにそこに結合された燃料噴射弁68を持つのが示されている。燃料が、燃料タンク、燃料ポンプ及び燃料レール（不図示）を含む通常の燃料システム（不図示）により、燃料噴射弁68へ供給される。
【００１５】
エンジン10は更に、制御器12に応答して燃焼室30へ火花点火を行なうために通常のディストリビューターレス（distributor-less）の点火システム88を含む。ここに記載の実施形態において、制御器12は、マイクロプロセッサー・ユニット102、入出力ポート104、この特定の例において電子プログラム可能メモリーである電子メモリー・チップ106、ランダム・アクセス・メモリー108及び通常のデータ・バスを含む、通常のマイクロコンピューターである。
【００１６】
制御器12は、エンジン10に結合されたセンサーからの各種信号を受ける。そのような信号には、前述の信号に加えて、スロットル・ボディ64に結合された質量空気量センサー110からの吸入質量空気量の計測値（MAF）、冷却水ジャケット114に結合された温度センサーからのエンジン冷媒温度（ECT）、センサー129からのマニフォールド圧力の計測値（MAP）、スロットル弁66に結合されたスロットル位置センサー117からのスロットル位置の計測値（TP）、トルク・センサー121からの変速機シャフト・トルク又はエンジン・シャフト・トルクの計測値、（トルクコンバーターを備える場合、その出力である）タービン・シャフトの速度を測るタービン速度センサー119からのタービン速度の計測値（Wt）及び、エンジン速度（N）と位置を表すクランクシャフト13に結合されたホール効果センサー118からのプロファイル点火ピックアップ信号（PIP）が含まれる。
【００１７】
図１について続けると、アクセル・ペダル130が、ドライバーの足132により操作されるのが示されている。アクセル・ペダル位置（PP）が、ペダル位置センサー134により計測され、制御器12へと送られる。
【００１８】
電子制御スロットルが用いられない別の実施形態において、スロットル弁62をバイパスする空気量の制御を可能とするために、エア・バイパス・バルブ（不図示）を組み込むことが出来る。この代替実施形態において、エア・バイパス・バルブ（不図示）は、制御器12から制御信号（不図示）を受ける。
【００１９】
当業者には理解されるように、このフローチャートに記載のルーチン自体は、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各種の処理法の一つ又は複数を表し得る。そうであるので、記載された各種工程又は機能は、記載された順番で又は並列に実行することも、若しくは場合によっては省略することも出来る。同様に、記載された処理の順番は、本発明の特徴及び効果を得るために必ずしも必要とされないが、図示及び記載を容易にするために決められている。明白に図示されていないが、図示のステップや機能は、用いられる制御によっては、反復して実行しても良いことを、この分野の当業者であれば認識するであろう。更に、これらの図は、制御器12おけるコンピューター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る。
【００２０】
ここで図２を参照すると、リーン運転状態のもとでNOxを吸蔵することが可能なNOxトラップのような排気浄化装置を持つエンジンの制御ルーチンが記載されている。最初にステップ210において、ルーチンは、エンジンがリーン状態で動作しているか判断する。例えば、ルーチンは、エンジンが、14.6対1の理論空燃比よりも大きい空燃比で動作しているか否か判断する。
【００２１】
次にステップ212において、ルーチンは、NOxトラップの温度とNOxトラップの酸素吸蔵能力（oxygen storage capacity: OSC）を判定する。これらは、種々の方法で判定することが出来る。温度は熱電対を用いて計測することが出来、そしてトラップのOSCはリッチからリーンへの遷移の間の切換時間の差から推定することが出来る。そして、ステップ214において、ルーチンは、NOxトラップ温度とOSCに基きNOx吸蔵量の限界値を決定する。ルーチンは、ステップ216において、NOxトラップに吸蔵されたNOxの量を判定又は推定する。
【００２２】
そしてステップ218においてルーチンは、トラップに吸蔵されたNOx量を限界値と比較する。吸蔵量が限界値未満のとき、ルーチンはステップ219においてステップ222でのリーン状態でのエンジン動作へ進む。
【００２３】
反対に吸蔵量が限界値以上のとき、ルーチンはステップ220へ進み、リッチ・パージを行なう。ステップ220のパージの間、エンジンは、一定期間（例えば、排気センサーからのフィードバックで終了する期間）、リッチ状態で動作する。例えば、エンジンは、NOxトラップへ一定レベルの還元剤を一定期間供給するために、14.6対1の理論空燃比未満の空燃比で動作するものとする。パージに続き、エンジンはステップ222においてリーン運転へ戻る。エンジンから要求されるトルクによっては、エンジンは理論空燃比へ戻ることも出来る。
【００２４】
このようにして、このルーチンは、エンジンのリーン運転中、及び／又はリッチ・パージ中に、NOx排出制御をより効率的にすることを可能とする。
【００２５】
ここで図３を参照すると、NOxトラップを持つエンジンを制御する別のルーチンが記載されている。ステップ310において、ルーチンは、エンジンがリーン状態で動作しているか否か判断する。ステップ312において、ルーチンは、NOxトラップの温度とNOxトラップの酸素吸蔵能力を判定し、そしてステップ314においてルーチンはNOxトラップの温度とOSCに基き第１限界値を決定する。ステップ316に進むと、ルーチンは運転状態に基づき第２限界値を決定する。一例において、第２限界値は、装置のNOx吸蔵能力に基く最大NOx吸蔵量とすることが出来る。それはまた、テールパイプから一定のNOxを排出する最大NOx吸蔵量とすることも出来る。また、他の選択肢もあり得る。そして、ステップ318において、ルーチンは、NOxトラップに吸蔵されたNOx量を判定する。
【００２６】
ステップ320において、ルーチンは、トラップに吸蔵されたNOxの量を第１と第２のNOx限界値の両方と比較する。吸蔵されたNOxの量が第１と第２の限界値の両方よりも小さいとき、ルーチンはステップ321に従い、ステップ324でのリーン状態でのエンジン作動へ進む。反対に、吸蔵されたNOx量が第１又は第２限界値のいずれか以上のとき、ルーチンはステップ322へ進み、リッチ・パージが起こる。リッチ・パージに続き、ルーチンはステップ324へ進み、リーン・エンジン運転を再開する。
【００２７】
図４は、NOxトラップを持つエンジンを制御するための更に別のルーチンを記載する。最初にステップ410においてルーチンは、エンジンがリーン状態のもとで動作しているか否か判定する。次にステップ412において、ルーチンはNOxトラップの温度とNOxトラップのOSCを判定する。そしてステップ414においてルーチンは、NOxトラップの温度とOSCに基き限界値を決定する。
【００２８】
ステップ416において、ルーチンは、NOxトラップに吸蔵されたNOxの量を判定する。そして、ステップ418においてルーチンは、NOxトラップのこの吸蔵量を限界値と比較する。図２におけるように、ステップ420において吸蔵NOx量が限界値以上のとき、リッチ・パージが起こり、そこでは、エンジンが一定期間、ステップ424でのリーン運転状態に戻るまでリッチ状態で動作する。
【００２９】
反対にステップ418で吸蔵されたNOxが限界値よりも少ないとき、ステップ419でルーチンはNOxトラップの所定のリーン吸蔵効率を維持し得るリーン吸蔵期間を判定する。このリーン吸蔵期間は、時間、エンジン・サイクル数又はセンサーからのフィードバックなど種々の方法で求めることが出来る。NOxトラップの所定のリーン吸蔵効率（例えば90%または95%）を維持するために、リーン吸蔵期間を制御する診断制御を用いることが出来る。
【００３０】
目標リーン吸蔵効率へ制御する方法の一つは、計測された流量と、リーン運転中にNOxトラップから放出されるNOxの量を計算するためにリーンNOxトラップの下流に取り付けられたNOxセンサーからの応答とを用いるものである。リーン運転中のフィードガス中のNOx量もまた、計測された流量とフィードガスのNOx濃度とから計算される必要がある。フィードガスのNOx濃度は、NOxトラップ上流に取り付けた第２NOxセンサー又は、速度、負荷、EGR率及び点火時期の関数としてNOx濃度を設定したルックアップ・テーブルのいずれかによって求めることが出来る。フィードガスのNOx量とテールパイプからのNOx量との累積値から、リーン吸蔵効率を計算することが出来る。この吸蔵効率が所望のリーン吸蔵効率に合致するとき、リッチ・パージを実行し得る。
【００３１】
所望のリーン吸蔵効率へ制御するために用いることが出来る方法として、NOxトラップ上流のHEGOセンサーとNOxトラップ下流のHEGOセンサーがパージ中にリーンからリッチへ切換わる時間の差を測定するというものがある。切換時間の差は、NOxトラップから放出されるNOxと酸素の量に比例する。酸素の放出による遅れは、リーンからリッチへの切換わり中の酸素放出遅れが、リッチからリーンへの切換わり中の酸素吸蔵による遅れに等しいと仮定することにより、パージに続くリッチからリーンへの切換時間の差に基づいて推定することが出来る。すなわち、リッチからリーンへの遷移中の切換時間の差をリーンからリッチへの遷移中の切換時間の差から差引くことにより、吸蔵NOxだけに起因するリーンからリッチへの遷移中の切換わり時間の差を計算することが出来る。先のリーン期間におけるエンジンからのフィードガスのNOx量を、先の欄で述べた態様で計算することが出来る。それで、先のリーン・サイクルの全体的なリーン吸蔵効率を計算することが出来る。続くリーン期間は、この計算された効率が所望のリーン吸蔵効率を越えていれば増大し、下回っていれば短縮することが出来る。
【００３２】
前記の切換時間の取り組みは、取組みの一例に過ぎず、例えば、センサー及び他の運転状態から計算される吸蔵パラメーターを用いるなどの他の取組みを採ることも出来る。一方、酸素吸蔵量は、上流及び下流のHEGOの切換比率から、又は短期のリーン期間の後のリーンからリッチへの遷移の間に推定することが出来る。
【００３３】
図４について続けると、ステップ421において、ルーチンは、リーン状態でのエンジンの動作期間が、所定効率を満足するのに望ましいリーン吸蔵期間よりも長いか否かを判断する。再び、他の期間を用いることが可能で、そして、時間ベースの取組みを用いることが必須でもない。ステップ421において、リーン運転期間が長いとき（422）、ルーチンはリッチ・パージへ進む。リーン期間が、ステップ419の所定リーン吸蔵効率を満たすのに要する期間よりも長くないとき（423）、ステップ424においてルーチンは、エンジンを引き続きリーン状態で運転する。それで、図４のルーチンにおいて、吸蔵されたNOx量が限界値よりも大きいか、若しくは、エンジンがリーン状態で動作した期間が所定リーン吸蔵効率を維持し得るリーン吸蔵期間を超えるかのいずれかの場合に、リッチ・パージが生じる。
【００３４】
このようにして、高温不活性によるか硫黄被毒によりリーンNOxトラップ（LNT）のNOx吸蔵効率が低下するときに、リーン吸蔵期間を短くすることが出来る。例えば脱硫動作の後にLNTがNOx吸蔵効率を得たならば、リーン期間を増大させることが出来る。
【００３５】
これらの取組みの結果として、所望のリーン吸蔵効率を維持し得るLNTのNOx吸蔵量を見付けることが出来る。所望のリーン吸蔵効率へ制御するための取組みに関わらず、トラップのOSC量は、リッチからリーンへの遷移中の切換わり時間の差から推定することが出来る。更にそれは、排気センサーと質量空気量センサーから求められるトラップに入る酸化剤と還元剤の量の計算値に基き推定することが出来る。LNTの担体の温度は、熱電対を用いて計測することも、温度モデルから推定することも出来る。一例において、NOx放出量を91.5 mg/l (1.5 mg/in3)に制限する場合についてLNTに吸蔵し得るNOx量を判定するために、図14のデータと共に、担体温度とOSCの計測値を用いることが出来る。NOx放出量を最小にするためのNOx吸蔵量が、所望のリーン吸蔵効率を維持し得るNOx吸蔵量未満である場合、トラップが引き続き所望の吸蔵効率でNOxを吸蔵することが出来るとしても、図14から求められる量にNOx吸蔵量が合致するときに、リーン期間は終了させられる。他方で、所望のリーン吸蔵効率を維持し得るNOx吸蔵量がNOx放出量を最小にするためのNOx吸蔵量未満であるとき、リーン期間は、所望のリーン吸蔵効率を維持し得る量に基き判定される。言い換えると、一例の取組みにおいて、リーン期間は、NOx放出量又はNOx吸蔵効率のいずれか最初に来る方の限界を考慮することにより、終了させられる。
【００３６】
セリアを含むトラップについて、トラップが比較的新しく、OSCが最高レベルにあるときには、NOx放出量の基準がリーン吸蔵期間を決定することになり得る。リーン吸蔵期間が所望のリーン吸蔵効率を維持するためのそれよりも短いので、吸蔵効率は、所望効率よりも高いことになる。しかしながら、トラップが長距離走行で経時劣化し、トラップのOSCが低下した後では、リーン吸蔵効率の要求は、リーン吸蔵期間を決定する上での制約条件となり得る。
【００３７】
本件発明者は、NOxトラップについていくつかの実験を実行した。これらの実験結果は、上述の制御ルーチンで利用され得る、NOxトラップ温度、NOxトラップのOSCそしてパージ中に放出されるNOx量の間の関係を明らかにした。図５乃至14は、実験結果を示し、そして、性能向上を得るために有利に利用され得るデータを示す。
【００３８】
図５は、熱時効（エージング）処理を受けたNOxトラップの期間を変えて、また温度を変えてのNOx吸蔵効率を示す。吸蔵効率は、5分間リーンで3分間リッチのテスト・サイクルで評価されるときに、熱時効処理を受けたNOxトラップの1, 2, 3, 4, 及び5分間のリーン運転について、平均されたものである。ピークのNOx吸蔵性能は、400〜450℃付近で得られ、そしてそれより低温及び高温で低下した。
【００３９】
図６は、高温時効処理後のセリウム含有のNOxトラップとセリウム非含有NOxトラップについて、NOx浄化効率とラムダ（λ）値（空燃比）との関係を示す。このグラフは、最大温度が約1000℃近くで時効処理された後では、セリウム含有NOxトラップが、セリウム非含有のトラップよりも理論空燃比（λ= 1）において良好な空燃比を示した。従って、理論空燃比状態でCO及びNOx浄化効率を高めるためには、NOxトラップ自体に或る程度のOSCを保持することが好ましいと言える。これは、セリア、セリア酸化物、他の酸素吸蔵剤を用いて、得ることが出来る。
【００４０】
図７及び８は更に、NOxトラップのOSCを含む性能への影響を示す。これらの図は、酸素吸蔵能力を持たない安定化したトラップについてのパージNOx放出量と、酸素吸蔵能力を持つ安定化したトラップについてのパージNOx放出量とを比較する実験の結果を示す。図７は、これらのトラップが5分間リーンで3分間リッチのサイクルを用いて350℃で評価されたときに、OSC無しのトラップが、OSCを持つトラップと比較して、5分間のリーン期間中にNOxを吸蔵することに関しては有効でないが、パージ中のNOx放出量ははるかに小さい、ことを示す。つまり、図７は、パージNOx放出量がNOxトラップの酸素吸蔵能力に依存し得ることを示す。
【００４１】
そのように、NOx放出割合は、トラップの温度と酸素吸蔵能力に依存し得るので、NOx放出量を低減するために、NOxトラップの温度とOSC量に応じて吸蔵されるNOxの量を制御することにより、結果を向上させることが可能である。
【００４２】
図８は、OSCを持つNOxトラップと持たないNOxトラップについて、種々の温度におけるNOx放出割合を示す。この実験において、リーン期間中に吸蔵されたNOx量とリッチ期間中に放出されたNOx量とが計算され、NOx放出量が吸蔵されたNOx量の割合（NOx放出割合）として求められた。両方のNOxトラップについて、NOx放出割合は、温度が350度を超えると、全体的に増加した。ここから判るように、OSCを持つトラップは、OSCを持たないトラップよりも、比較的高い温度において、大幅に高いNOx放出割合を示した。
【００４３】
図９は、600℃で予処理されたNOxトラップを使用し、リッチ期間が1分間であり、一方、リーン期間が1, 2, 3, 4又は5分間のいずれかであるテスト・サイクルを用いて、500℃でのNOx吸蔵量とNOx放出量について評価したものである。異なるリーン期間の上記サイクルに従ったリッチ・パージ中にNOxトラップから放出されたNOx量がグラフ化され、各曲線（グラフ）の上のテキストボックスが、テスト・サイクルと共にパージ中に放出されるNOxの量（試料の容積により正規化されている）を示す。NOx放出量は、リーン吸蔵期間が減るにつれて減少し、それは、NOx吸蔵量の減少に対応していた。それで、リーン吸蔵期間を短くすることにより、言い換えると、トラップのNOx吸蔵能力の一部だけを用いるようにすれば、パージNOx放出量を減少出来ることが分かる。
【００４４】
パージNOx放出量を最小にするのに許容されるNOx吸蔵量を定量化するために、NOxトラップにおけるセリア含有混合酸化物の含有量を変化させて実験を行なった。600℃で安定化させた後、これらトラップの試料が、異なる温度における酸素吸蔵能力について、評価された。試料は、1% CO中で30秒間還元され、それから、0.5% O2中で30秒間酸化された。30秒間のリーン期間中に採取された酸素量から、OSC総量が判定され、試料の重量で正規化された。「高速」OSCは、酸素の通り抜けが起こる前に、トラップにより取り出された酸素の量として定義された。最高温度が1000℃である高温時効サイクルで50時間時効処理されたトラップの試料で、酸素吸蔵試験が実行された。図10は、500℃での、時効処理されていない試料と事項処理された試料についての、500℃での高速OSCを示す（同様の高速OSC結果を持つ試料を分類するのに異なる網掛けが用いられる）。
【００４５】
600℃で安定化されたトラップの試料は、1/1, 2/1, 3/1, 4/1及び5/1サイクル（数字はリーン／リッチ期間を分で示す）を利用することにより、500℃でのNOx吸蔵量とNOx放出量について、更に評価された。リッチ・パージ中の空燃比は、約14.1対1で一定に保持され、そして異なるサイクルについてのNOx吸蔵量とNOx放出量が計算された。高温時効処理された試料のいくつかが、これらサイクルで評価された。NOx放出量が、同様の高速OSCレベルを持つ試料についてのNOx吸蔵量の関数としてグラフに記された。一例として、図11は、触媒1グラム当り酸素が平均して約41マイクロモルである高速OSCレベルを持つ、12%の混合酸化物を持つ安定化処理された試料と、25%の混合酸化物を持つ時効処理された試料と時効処理されていない試料についてのデータを示し、そして図12は、触媒1グラム当り酸素が約94マイクロモルである高速OSCレベルを持つ試料についての結果を示す。
【００４６】
図13は、許容されるパージNOx放出量の値を特定した場合に、OSCの各レベルについての最大NOx吸蔵量を決定するために用いられ得るグラフである。一例として、NOx放出量についての所望の限界として91.5 mg/l (1.5 mg/in3)が選択された。各高速OSCレベルについて、500℃で91.5 mg/l (1.5 mg/in3)のNOx放出を示したNOx吸蔵量が求められ、図13に高速OSCの関数としてグラフ化された。図13は、トラップの高速OSCが増加すると、パージNOx放出量を91.5 mg/l (1.5 mg/in3)に制限するために許容されるNOx吸蔵量が少なくなることを示す。
【００４７】
同様のデータが400℃と450℃で収集され、これらの結果が、図14に500℃での結果と共に示される。この結果は、図13におけるそれに加えて、エンジン動作を制御するために用いることが出来る。図８におけるデータと整合して、このような低温状態では、パージ中に放出され得るNOx量は少なくなる。結果として、一定の高速OSCについて、これらの温度では、NOx放出量を91.5 mg/l (1.5 mg/in3)に維持しながら、より多くのNOxを吸蔵することが出来た。
【００４８】
上述のように、このデータは、フローチャートに記載された制御において利用することができる。すなわち、パージNOx放出量を低減するためにNOx吸蔵量を制限することは、リーン吸蔵期間やリッチ・パージ期間のNOx排出量を低減するための診断及び制御方法の全体乃至一部として用いることが出来る。この取組みは、例えば所定のリーン吸蔵効率（例えば90 % 又は95 %）を満足するために、リーン吸蔵期間を制御する診断制御に関して用いることが出来る。詳細に上述したように、この所望のリーン吸蔵効率を達成するのに、いくつかの異なる取組みを用いることが出来る。
【００４９】
これで、本発明の説明を終える。当業者であれば、本発明を読むことにより、本件発明の思想及び範囲から逸脱することなしに、多くの変更及び改良を想到するであろう。従って、本発明の範囲は、添付の請求項により規定されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本件発明が有利に用いられるエンジンのブロック図である。
【図２】リーン運転状態でNOxを吸蔵することが出来る排気浄化装置を備えたエンジンの制御ルーチンの例を示すフローチャートである。
【図３】リーン運転状態でNOxを吸蔵することが出来る排気浄化装置を備えたエンジンの制御ルーチンの例を示すフローチャートである。
【図４】リーン運転状態でNOxを吸蔵することが出来る排気浄化装置を備えたエンジンの制御ルーチンの例を示すフローチャートである。
【図５】NOx排出量を含む実験結果のグラフである。
【図６】NOx排出量を含む実験結果のグラフである。
【図７】NOx排出量を含む実験結果のグラフである。
【図８】NOx排出量を含む実験結果のグラフである。
【図９】NOx排出量を含む実験結果のグラフである。
【図１０】NOx排出量を含む実験結果のグラフである。
【図１１】NOx排出量を含む実験結果のグラフである。
【図１２】NOx排出量を含む実験結果のグラフである。
【図１３】NOx排出量を含む実験結果のグラフである。
【図１４】NOx排出量を含む実験結果のグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
10  エンジン
22  排気浄化装置
22, 24  センサー
【図１】
2005201276.tif 000003
【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】
2005201276.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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