(57)【要約】【課題】本発明は、リッチスパイク実行の機会を増加させて、ＮＯｘ浄化性能を高いレベルで維持されるようにした内燃機関の排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】本発明の排気ガス浄化装置は、リッチスパイクの要求が出力されると、ＮＯｘ吸蔵触媒３３の触媒温度Ｔが、触媒活性が始まる温度以上でＮＯｘ放出還元に有効に作用する触媒温度のとき、リッチスパイクが実行されるようにした。これにより、今まで活用されなかった触媒性能が立ち上がり始める温度域（Ｔ１，Ｔ２間）でも、リッチスパイクが実行される機会が与えられ、リッチスパイク実行機会が増加する分、ＮＯｘ浄化性能が高いレベルに保たれ続けるようになる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関がリーン運転状態のとき排気中のＮＯｘを吸蔵し、前記内燃機関がリッチ運転状態のとき当該吸蔵されたＮＯｘを放出して還元させるＮＯｘ吸蔵触媒と、
所定の時期に前記内燃機関をリーン運転からリッチ運転へ移行させる要求を出力するリッチスパイク要求手段と、
前記リッチスパイク要求手段からの要求を受けて、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の触媒温度が、触媒活性が始まる温度以上でＮＯｘ放出還元に有効に作用する触媒温度のとき、前記リッチ運転を実行するリッチスパイク実行手段と
を具備したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記リッチスパイク要求手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の活性が始まる下限温度値と前記ＮＯｘ吸蔵触媒の活性が上限に達する上限温度値とが設定され、前記触媒温度が前記上限温度値以上の温度域、および前記触媒温度が前記下限温度値と前記上限温度値との間の温度域で最高になる温度を示すとき、前記リッチ運転を実行させるように構成してある
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ吸蔵触媒を用いて排ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に搭載されるエンジン（内燃機関）では、排ガス対策として、ＮＯｘ吸蔵触媒を用いた排気浄化装置を装備して、エンジンの排ガス中に含まれるＮＯｘを浄化させることが進められている。特にＮＯｘ吸蔵触媒は、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排ガスの空燃比がリーン（理論空燃比より希薄）のときにＮＯｘを吸蔵し、排ガスの空燃比がリッチ（理論空燃比を含む過濃）のときに吸蔵されたＮＯｘを放出して還元する特性をもつために、通常、排ガスの空燃比がリーンで運転される傾向の高いディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンなどで多く採用される。
【０００３】
ところで、排気浄化装置のＮＯｘ吸蔵触媒は、通常のリーン運転状態のときに、排気中のＮＯｘを吸蔵するが、ＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵能力には限りがあり、ある吸蔵量まで達するとＮＯｘ浄化能力が低下する。そのため、ＮＯｘ吸蔵触媒は、ある時期にエンジンのリッチ運転を実施して吸蔵ＮＯｘを放出還元させて、ＮＯｘ浄化性能を維持させることが行われている（例えば特許文献１を参照）。
【０００４】
このＮＯｘ吸蔵触媒を再生させるべくリッチ運転に移行させる行為は、リッチスパイク（ＲＳ）と呼ばれ、多くは、リーン運転中、定期的、あるいは推定したＮＯｘ吸蔵量が所定量に達した時期に実施している。
【特許文献１】特開平１１−１４８３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうしたリッチスパイク（リッチ運転）の実行は、通常、ＮＯｘ吸蔵触媒が十分に機能する温度に達しているとき、すなわち触媒活性が上限に達する温度値に達しているとき、さらに述べれば活性上限温度以上だけで行われ、その温度値を下回るときは、リッチスパイク（ＲＳ）は実施していない。
【０００６】
ところが、例えばディーゼル車は、排気温の低い状況が続く市街地走行や渋滞の道路を走行する機会が多く、ＮＯｘ吸蔵触媒が活性温度上限値以上に達する状況は限られている。
【０００７】
このため、車両搭載のＮＯｘ吸蔵触媒は、リッチスパイクを行う機会（再生の機会）が少なくなるので、ＮＯｘ放出還元が十分に行えないことが多く、ＮＯｘ浄化性能を良好に維持できないことが多々あった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、リッチスパイク（ＲＳ：リッチ運転）実行の機会を増加させて、ＮＯｘ浄化性能を高いレベルで維持されるようにした内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本出願人らは、触媒性能が立ち上がり始める温度域でも、ＮＯｘ放出還元に有効に作用する触媒温度があるという知見を得た。
【００１０】
そこで、上記目的を達成すべく請求項１の発明は、上記知見を用いて、リッチ運転へ移行（リッチスパイク）させる要求が出力されると、ＮＯｘ吸蔵触媒の触媒温度が、触媒活性が始まる温度以上でＮＯｘ放出還元に有効に作用する触媒温度のとき、リッチスパイク（ＲＳ：リッチ運転）を実行する構成を採用した。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、上記目的に加え、さらに有効にリッチスパイク（ＲＳ：リッチ運転）実行の機会を増やすよう、リッチスパイク要求手段には、予めＮＯｘ吸蔵触媒の活性が始まる下限温度値とＮＯｘ吸蔵触媒の活性が上限に達する上限温度値とが設定され、触媒温度が上限温度値以上の温度域、および触媒温度が下限温度値と上限温度値との間の温度域で最高になる温度を示すとき、リッチスパイクを実行させる構成を採用した。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、触媒性能が十分に確保される温度だけでなく、活用されていなかった触媒性能が立ち上がり始める温度域にも、リッチスパイク（ＲＳ：リッチ運転）が実行される機会が与えられるから、リッチスパイク実行の機会の増加により、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ浄化性能を高いレベルで維持できる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、上記効果に加え、さらに簡単な実行制御で、有効にリッチスパイク実行の機会を増加させることができるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［一実施形態］
以下、本発明を図１〜図３に示す一実施形態にもとづいて説明する。
【００１５】
図１は、自動車（車両）に搭載される内燃式のエンジン（内燃機関）、例えばディーゼルエンジンの主要部を示し、同図中１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とで構成されるエンジン本体部、４はシリンダブロック２に形成されたシリンダ、５はシリンダ４内に往復動可能に設けられたピストン、６，７はシリンダヘッド３に設けられた吸・排気ポート、８，９は吸・排気ポート６，７を開閉する吸・排気弁、１０はシリンダヘッド３に設けられたインジェクタである。このうち、吸気ポート６は、同吸気ポート６から延びる第１吸気通路１２を介して、ターボ過給機１３のコンプレッサ１４の吐出部に接続してある。なお、コンプレッサ１４の吸込部は、エアクリーナー（図示しない）へ向かう第２吸気通路１５に接続してある。但し、１７は第１吸気通路１２に介装されたインタクーラである。排気ポート９は、同排気ポート９から延びる第１排気通路１８を介して、ターボ過給機１３のタービン１９の入口部に接続してある。タービン１９の出口部は、大気開放の第２排気通路２０が接続してある。またインジェクタ１０は、制御部を構成するＥＣＵ２１に接続されている。このインジェクタ１０の噴射動作は、予めＥＣＵ２１に設定されている、エンジンの運転状態に応じた噴射タイミング、燃料噴射量にしたがい制御され、同制御によりエンジンが所定のサイクル（例えば吸入、圧縮、膨張、排気の４サイクル）で運転されるようにしている。
【００１６】
なお、第１吸気通路１２の下流側と第１排気通路１８の上流側との間には、ＥＧＲ装置２２を構成する各機器、例えばＥＧＲクーラ２３が介装されたＥＧＲ通路２４、同ＥＧＲ通路２４を開閉するＥＧＲ弁２５が設けてあり、ＥＧＲ通路２４の出口と合流する上流の吸気通路部分には、電動式のスロットル弁２６が設けてある。
【００１７】
こうしたディーゼルエンジンの排気系には、排気ガス浄化装置３０が組付けられている。排気ガス浄化装置３０は、ケーシング３２内蔵のＮＯｘ吸蔵触媒３３と、還元剤を供給する還元剤添加部３４と、再生制御を行う制御系３５とを組み合わせた構成が用いてある。
【００１８】
具体的には、ＮＯｘ吸蔵触媒３３は、第２排気通路２０の途中に介装されている。その構造には、例えば担体に、例えば白金（Ｐｔ）のような貴金属と、吸蔵剤としての例えばバリウム（Ｂａ）とを担持させた構造が用いられる。同構造により、ＮＯｘ吸蔵触媒３３に流入する排ガスの空燃比がリーン（理論空燃比より希薄）のときは、排気中のＮＯｘが白金（Ｐｔ）上で酸素と反応して、硝酸イオンの形でバリウム（Ｂａ）に吸収され、ＮＯｘ吸蔵触媒３３に流入する排ガスの空燃比がリッチ（理論空燃を含む過濃）のときは、反対にバリウム（Ｂａ）内の硝酸イオンがＮＯｘの形で放出し、放出したＮＯｘを白金（Ｐｔ）上で排ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯなどと反応して窒素に還元させる機能をもたらしている。
【００１９】
還元剤添加部３４には、例えばＮＯｘ吸蔵触媒３３の上流側から還元剤、例えば燃料（ここでは、例えば軽油）を排気通路２０内へ噴射させる還元剤用のインジェクタ３６と、先のＥＧＲ装置２２とを併用した構造が用いられる。これにより、燃料（還元剤）が第２排気通路２０内を流れる排ガスに添加され、エンジン吸気側へＥＧＲガスを還流させるという手法により、リッチ運転が行われるようにしてある。つまり、必要なときに、未燃ＨＣ，ＣＯを多量に含むリッチ（過濃）の排ガスがＮＯｘ吸蔵触媒３３に流入される構成にしてある。
【００２０】
制御系３５は、ＥＣＵ２１に、例えばＮＯｘ吸蔵触媒３３のＮＯｘ吸蔵量を推定する機能、該推定されたＮＯｘ吸蔵量が所定量になるときリッチスパイク（ＲＳ：リッチ運転）を要求する機能、該要求を受けてＮＯｘ吸蔵触媒３３の温度条件が成立するとリッチスパイク（ＲＳ：リッチ運転）を実行する機能などを設定してなる。
【００２１】
具体的には、ＮＯｘ吸蔵量の推定の機能には、例えばＮＯｘ吸蔵触媒３３の上流側の排気部分に設置した排ガス流量センサ３８からの排ガス流量、同じく排ガス温度センサ３９からの排ガス温度を受けて、リーン運転時のＮＯｘ吸蔵量とリッチ運転時（リッチスパイク時）のＮＯｘ放出量とを独立して演算して、これらのＮＯｘ吸蔵量およびＮＯｘ放出量から、逐次、ＮＯｘ吸蔵触媒３３のＮＯｘ吸蔵量を推定する制御が用いてある。
【００２２】
リッチスパイクの要求の機能には、所定の時期にリーン運転からリッチスパイク（ＲＳ：リッチ運転）へ移行させる要求を出力するために、図３（ａ）中に示されるような例えばＮＯｘ吸蔵触媒３３のＮＯｘ浄化性能から定めたリッチスパイク（ＲＳ）開始閾値を定めておき、推定されたＮＯｘ吸蔵量がリッチスパイク開始閾値に達したら、リッチスパイク（ＲＳ）の要求が出力されるようにした制御が用いてある（リッチスパイク要求手段に相当）。
【００２３】
残るリッチスパイク（ＲＳ）の実行には、本出願人らの触媒性能が立ち上がり始める温度域でも、ＮＯｘ放出還元に有効に作用する触媒温度があるという知見を活用して、多くリッチスパイクの実行を可能とした制御が用いられている。これには、つぎのような設定や機能を用いてある。具体的には、例えばＥＣＵ２１には、
ａ．図３（ｅ）に示すＮＯｘ還元性能（ＮＯｘ吸蔵触媒）を触媒温度で表した線図から得たＮＯｘ吸蔵触媒３３の活性が始まる下限温度値Ｔ１とＮＯｘ吸蔵触媒３３の活性が上限に達する上限温度値Ｔ２とがそれぞれ設定してある（Ｔ１＜Ｔ２）。
【００２４】
ｂ．リッチスパイク（ＲＳ）の要求時、例えばＮＯｘ吸蔵触媒３３の出入側の双方に設けた両排ガス温度センサ３９，４０（触媒温度を検出する温度検出手段）の検出結果で代表される触媒温度（Ｔ）が，上限温度値Ｔ２以上の温度域ならば、リッチスパイク（ＲＳ）実施フラグを付けて、推定ＮＯｘ吸蔵量に応じたリッチスパイク（ＲＳ：リッチ運転）を実施する機能が設定してある。
【００２５】
ｃ．リッチスパイク（ＲＳ）の要求時、触媒温度（Ｔ）が、上限温度値Ｔ１を下回る温度域ならば、リッチスパイク（ＲＳ：リッチ運転）を実施しない機能が設定してある（待機）。
【００２６】
ｄ．リッチスパイク（ＲＳ）の要求時、触媒温度（Ｔ）が、下限温度値Ｔ１と上限温度値Ｔ２との間の温度域のときは、ある条件下でリッチスパイクを実施させる機能が設定してある。ここで、下限温度値Ｔ１と上限温度値Ｔ２との間の温度域は、触媒性能が立ち上がり始める温度帯であるが、図３（ｅ）に示されるように触媒温度が上がるにしたがい、ＮＯｘ吸蔵触媒３３には、十分（１００％）ではないにしろ、有効なＮＯｘ還元性能があることが確認されている。そこで、温度域Ｔ１〜Ｔ２の中で、ＮＯｘ吸蔵触媒３３のＮＯｘ還元性能が最大限に発揮されるよう、触媒温度Ｔが温度域Ｔ１〜Ｔ２で、リッチスパイクの要求があるときは、該温度域Ｔ１〜Ｔ２内で触媒温度Ｔがピークとなるときだけ、ＮＯｘ放出還元に有効に作用する触媒温度になったと判定して、リッチスパイクが実施されるようにしてある。具体的には、ＥＣＵ２１には、触媒温度の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）を検出する機能と、同温度変化率の変化（正、零、負）を検出する機能とが設定してある。そして、これら機能を用いて、温度域Ｔ１〜Ｔ２内での単位時間に対する温度変化（ｄＴ／ｄｔ）が、正（＞０）から負（＜０）または零（＝０）に変わる時点（触媒性能が立ち上がり始めているとき、その途中で触媒温度Ｔが横ばい（＝０）または下降（＜０）するような場合）でわかる最大（最高）の温度のときだけ、リッチスパイクが実施される設定にしてある。
【００２７】
こうしたＮＯｘ吸蔵触媒３３のリッチスパイクの制御が図２のフローチャートに示され、そのときのＮＯｘ吸蔵触媒３３の挙動が図３に示されている。
【００２８】
図２および図３を参照して、排気ガス浄化装置３０の作用を説明する。
【００２９】
今、ディーゼルエンジンが通常運転（リーン運転）されているとする。このときは、ＮＯｘ吸蔵触媒３３に流入される排ガスの空燃比はリーンであるから、排ガスに含まれるＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵触媒３３の吸蔵剤、例えばバリウム（Ｂａ）に吸蔵される。
【００３０】
リーン運転中、ＥＣＵ２１は、例えばＮＯｘ吸蔵触媒３３のモデル式を用いて、逐次、吸蔵されるＮＯｘ吸蔵量を推定している。
【００３１】
ここで、推定ＮＯｘ吸蔵量が、所定値、例えばリッチスパイク開始閾値に達すると、ＥＣＵ２１は、再生時期になった判定し、ステップＳ１のようにリッチスパイク（ＲＳ）を要求する信号が出力される。つまり、リーン運転からリッチ運転へ移行する要求が出力される。
【００３２】
このリッチスパイク要求時、排ガス温度センサ３９，４０により検出されるＮＯｘ吸蔵触媒３３の代表温度、すなわち触媒温度Ｔが、図３中のＡ時点に示されるように下限温度値Ｔ１（活性が始まる温度値）を下回る温度であると、ＮＯｘ吸蔵触媒３３のＮＯｘ還元性能が確保されていないと判定して、ステップＳ２、ステップＳ３を経てリターンへ戻る。つまり、図３（ｂ）のようにリッチスパイク（ＲＳ）を要求する信号が出力されるが、リッチスパイク（ＲＳ）は実行されずに触媒温度Ｔが上昇するまで待機する。
【００３３】
一方、上記リッチスパイク要求時、図３中のＢ時点に示されるように触媒温度Ｔが、下限温度値Ｔ１と上限温度値Ｔ２との間の温度域を上昇する状態になったとする。
【００３４】
この上・下限値Ｔ１，Ｔ２間における触媒温度Ｔの挙動は、逐次、触媒温度Ｔの温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）により監視されている。
【００３５】
このときの触媒温度Ｔは、エンジン運転状態に応じて、例えば図３（ｄ）中の破線αに示されるように途中で停滞や下降したりせずに上限温度値Ｔ２を超えたり、例えば図３（ｄ）中のβ部分に示されるように停滞したり（あるいは下降したり）するなどして上限温度値Ｔ２を超えない状況になるなど、様々に変わる挙動を示す。
【００３６】
ここで、触媒温度Ｔが、破線αのような上限温度値Ｔ２（ＮＯｘ吸蔵触媒３３の活性が上限に達する温度値）以上にまで上昇する挙動であると、ステップＳ２からステップＳ５へ進み、即座に図３（ｃ）の破線に示されるようにリッチスパイクが実行され、吸蔵ＮＯｘ量に応じたリッチ運転（例えばＥＧＲ弁２５が「開」、還元用インジェクタ３６から還元剤が噴射される運転）が行われる。これにより、十分にＮＯｘ還元性能が発揮される環境下で、吸蔵ＮＯｘの放出還元が行われ、図３（ａ）の破線に示されるようにＮＯｘ吸蔵量が一気に減少する。
【００３７】
また触媒温度Ｔが、β部分ような途中で停滞（あるいは下降）する挙動であるとする。すると、触媒温度Ｔの温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が、上昇を示す正（＞０）の状態から、停滞を示す零（＝０）（あるいは下降を示す負（＜０））に変化する。ＥＣＵ２１は、このときの温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が正から、零（負）に変わる時点を検出する。この温度履歴の検出により、上・下限値Ｔ１，Ｔ２内の温度域がもたらすＮＯｘ還元性能のうち、最大のＮＯｘ還元性能を発揮する時点が検出される。すると、ステップＳ２からステップＳ３、ステップＳ４を経て、ステップＳ５へ進み、図３（ｃ）のようにリッチスパイクが実行され、吸蔵ＮＯｘ量に応じたリッチ運転が行われる。これにより、十分（１００％）なＮＯｘ還元性能ではないものの、上・下限値Ｔ１，Ｔ２内のうちで最高のＮＯｘ還元能力が発揮される環境下で、吸蔵ＮＯｘの放出還元が行われ、図３（ａ）に示されるようにＮＯｘ吸蔵量が一気に減少する。
【００３８】
こうした制御により、リッチスパイクを実行する機会は、ＮＯｘ吸蔵触媒３３が還元温度の上限に達している状態だけでなく、今まで活用されていなかった、ＮＯｘ放出還元が期待できる触媒性能が立上り始める温度域（ＮＯｘ吸蔵触媒３３の活性の上限に達しない温度）までも与えることができる。
【００３９】
それ故、リッチスパイクが実行される機会が増加され、その分、ＮＯｘ吸蔵触媒３３はＮＯｘの放出還元が十分に行われるようになる。
【００４０】
したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒３３は、排気温の低い状況が続く市街地走行や渋滞の道路を走行する状況でも、高いＮＯｘ浄化性能が保たれ続けるようになり、ＮＯｘ浄化性能の高レベル化を図ることができる。しかも、リッチスパイクの実行機会の増加には、ＮＯｘ吸蔵触媒の活性が始まる下限温度値Ｔ１とＮＯｘ吸蔵触媒の活性が上限に達する上限温度値Ｔ２との間の温度域で最高になる温度履歴のとき、リッチスパイクを実行させる制御を用いたので、簡単な制御で、有効にリッチスパイクの実行機会を増やすことができる。特に触媒温度の温度変化率を用いたので、簡便な制御ですむ。
【００４１】
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。一実施形態では、例えば吸蔵するＮＯｘ量が所定量になると、リッチスパイクを要求する例を挙げたが、これに限らず、定期的にリッチスパイクを要求する場合にも、本発明を適用できることはいうまでもない。また一実施形態は、本発明をディーゼルエンジンに適用したが、これに限らず、ガソリンエンジンといった他のエンジンに本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の概略的な構成を共に示す図。
【図２】ＮＯｘ吸蔵触媒に対するリッチスパイク（ＲＳ）の要求、実施の状況を説明するための線図。
【図３】同リッチスパイクの要求、実施を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
【００４３】
１…エンジン本体、２０…第２排気通路（排気通路）、２１…ＥＣＵ（リッチスパイク要求手段、リッチスパイク実行手段）、３３…ＮＯｘ吸蔵触媒。
【図１】
2005127286.tif 000003
【図２】
2005127286.tif 000004
【図３】
2005127286.tif 000005