(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中のＮＯX を還元剤により還元浄化することのできる触媒と、該触媒に流入する排気ガスに還元剤を供給するための還元剤供給手段とを具備し、排気ガス中のＮＯX を還元浄化するために還元剤供給手段から排気ガスに還元剤を供給するようにした内燃機関の排気浄化装置において、触媒の温度を検出するための温度センサと、該温度センサの出力値に基づいて触媒温度の変化率を算出する変化率算出手段とを具備し、該変化率算出手段により算出される触媒温度の変化率が許容値よりも大きいと判断されたときには還元剤供給手段により還元剤を供給することを停止するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記変化率算出手段により算出される触媒温度の変化率が負の値であってその絶対値が許容値よりも大きいと判断されたときに還元剤供給手段により還元剤を供給することを停止するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記許容値が現在の触媒の温度ごとに算出される値である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記温度センサは触媒の排気上流側の部分の温度を検出する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【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する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯX を還元剤により還元し浄化することのできるＮＯX 触媒を備え、該ＮＯX 触媒に還元剤を供給して排気ガス中のＮＯX を浄化するようにした排気浄化装置が特開平１１−３０１１８号公報に開示されている。ところで上述したようなＮＯX 触媒はその温度が或る一定の温度範囲内にあるときにのみＮＯX を浄化することができる。言い換えればＮＯX 触媒の温度が上記一定の温度範囲内にないときにＮＯX 触媒に還元剤を供給してもその還元剤はＮＯX 浄化には消費されずに無駄となってしまう。そこで上記公報に記載の排気浄化装置ではＮＯX 触媒の温度が上記一定の温度範囲内にないときにはＮＯX 触媒に還元剤を供給することを停止するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記公報に記載されているようにＮＯX 触媒に還元剤を供給することを停止するように関連機器の動作を制御してもその制御遅れ等に起因して実際にはＮＯX 触媒の温度が上記一定の温度範囲内にないにもかかわらず還元剤がＮＯX 触媒に供給されてしまい、結果として還元剤が無駄となってしまうことがある。こうした事情に鑑み本発明の目的はＮＯX を浄化するために使用されるべき還元剤の無駄を少なくすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明では排気ガス中のＮＯX を還元剤により還元浄化することのできる触媒と、該触媒に流入する排気ガスに還元剤を供給するための還元剤供給手段とを具備し、排気ガス中のＮＯX を還元浄化するために還元剤供給手段から排気ガスに還元剤を供給するようにした内燃機関の排気浄化装置において、触媒の温度を検出するための温度センサと、該温度センサの出力値に基づいて触媒温度の変化率を算出する変化率算出手段とを具備し、該変化率算出手段により算出される触媒温度の変化率が許容値よりも大きいと判断されたときには還元剤供給手段により還元剤を供給することを停止する。すなわち触媒温度が許容値以上に大きく変化するときには触媒に還元剤を供給することが停止される。
【０００５】
２番目の発明では１番目の発明において上記変化率算出手段により算出される触媒温度の変化率が負の値であってその絶対値が許容値よりも大きいと判断されたときに還元剤供給手段により還元剤を供給することを停止する。
３番目の発明では１番目の発明において上記許容値が現在の触媒の温度の関数で算出される。
【０００６】
４番目の発明では１番目の発明において上記温度センサは触媒の排気上流側の部分の温度を検出する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を筒内噴射式火花点火機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明は圧縮着火式内燃機関に適用することもできる。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はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートを夫々示す。図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火栓１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。またピストン３の頂面上には燃料噴射弁１１の下方から点火栓１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。
【０００８】
各気筒の吸気ポート７は夫々対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気ダクト１５およびエアフロメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結される。吸気ダクト１５内にはステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結され、この排気マニホルド１９は酸化触媒または三元触媒２０を内蔵した触媒コンバータ２１および排気管２２を介してＮＯX 吸収剤２３を内蔵したケーシング２４に連結される。排気マニホルド１９とサージタンク１４とは再循環排気ガス（以下、ＥＧＲガスという）導管２６を介して互いに連結され、このＥＧＲガス導管２６内にはＥＧＲガス制御弁２７が配置される。
【０００９】
電子制御ユニット３１はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。エアフロメータ１６は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。排気マニホルド１９には空燃比を検出するための空燃比センサ２８が取付けられ、この空燃比センサ２８の出力信号が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００１０】
またＮＯX 吸収剤２３上流側の排気管２２には排気ガスの温度を検出することのできる温度センサ２９ａが取付けられ、ＮＯX 吸収剤２３の中央領域部分には当該ＮＯX 吸収剤２３の温度を検出することのできる温度センサ２９ｂが取付けられ、これら温度センサ２９ａ，２９ｂの出力信号が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。またＮＯX 吸収剤２３を内蔵したケーシング２４の出口に接続された排気管２５内には排気ガスの温度を検出することのできる温度センサ２９と、排気ガスの空燃比を検出することのできる空燃比センサ３０とが配置され、これら温度センサ２９および空燃比センサ３０の出力信号が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００１１】
またアクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量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３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２は例えばクランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４２の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して点火栓１０、燃料噴射弁１１、ステップモータ１７およびＥＧＲ制御弁２７に接続される。
【００１２】
次に図２（Ａ）を参照しつつ図１に示した内燃機関の燃料噴射制御について説明する。なお図２（Ａ）において縦軸は機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）を表しており、横軸は機関回転数Ｎを表している。図２（Ａ）において実線Ｘ1 よりも低負荷側の運転領域では成層燃焼が行われる。すなわちこのときには図１に示したように圧縮行程末期に燃料噴射弁１１からキャビティ１２内に向けて燃料Ｆが噴射される。この燃料はキャビティ１２の内周面により案内されて点火栓１０周りに混合気を形成し、この混合気が点火栓１０によって着火燃焼せしめられる。このとき燃焼室５内における平均空燃比はリーンとなっている。
【００１３】
一方、図２（Ａ）において実線Ｘ1 よりも高負荷側の領域では吸気行程中に燃料噴射弁１１から燃料が噴射され、このときには均一混合気燃焼が行われる。なお実線Ｘ1 と鎖線Ｘ2 との間ではリーン空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われ、鎖線Ｘ2 と鎖線Ｘ3 との間では理論空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われ、鎖線Ｘ3 よりも高負荷側ではリッチ空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われる。
【００１４】
本発明では空燃比を理論空燃比とするのに必要な基本燃料噴射量ＴＡＵが図２（Ｂ）に示したように機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３４内に記憶されており、基本的にはこの基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）が算出される。この補正係数Ｋは図２（Ｃ）に示したように機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３４内に記憶されている。この補正係数Ｋの値はリーン空燃比のもとで燃焼が行われる図２（Ａ）の鎖線Ｘ2 よりも低負荷側の運転領域では１．０よりも小さく、リッチ空燃比のもとで燃焼が行われる図２（Ａ）の鎖線Ｘ3 よりも高負荷側の運転領域では１．０よりも大きくなる。またこの補正係数Ｋは鎖線Ｘ2 と鎖線Ｘ3 との間の運転領域では１．０とされ、このとき空燃比は理論空燃比となるように空燃比センサ２８の出力信号に基づいてフィードバック制御される。
【００１５】
ところで機関排気通路内に配置されたＮＯX 吸収剤２３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なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。この場合、ケーシング２４内に例えばコージライトからなるパティキュレートフィルタを配置し、このパティキュレートフィルタ上にアルミナを担体とするＮＯX 吸収剤２３を担持させることもできる。
【００１６】
いずれの場合であっても機関吸気通路、燃焼室５およびＮＯX 吸収剤２３上流の排気通路内に供給された燃料（炭化水素）の量に対する空気の量の比をＮＯX 吸収剤２３への流入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯX 吸収剤２３は流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯX を吸収し、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸収したＮＯX を放出するＮＯX の吸放出作用を行う。
【００１７】
このＮＯX 吸収剤２３を機関排気通路内に配置すればＮＯX 吸収剤２３は実際にＮＯX の吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は図３に示したようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００１８】
図１に示した内燃機関では使用頻度の高い大部分の運転状態において空燃比がリーンの状態で燃焼が行われる。このように空燃比がリーンの状態で燃焼が行われている場合には排気ガス中の酸素濃度は高く、このときには図３（Ａ）に示したようにこれら酸素Ｏ2 がＯ2-またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2-またはＯ2-と反応し、ＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。次いで生成されたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら図３（Ａ）に示したように硝酸イオンＮＯ3-の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯX がＮＯX 吸収剤２３内に吸収される。流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2 が生成され、吸収剤のＮＯX 吸収能力が飽和しない限りＮＯ2 が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。
【００１９】
一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにされると流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果、白金Ｐｔの表面でのＮＯ2 の生成量が低下する。ＮＯ2 の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2 ）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2 の形で吸収剤から放出される。このときＮＯX 吸収剤２３から放出されたＮＯX は図３（Ｂ）に示したように流入排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ2 が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ2 が放出される。したがって流入排気ガスの空燃比がリッチにされると短時間のうちにＮＯX 吸収剤２３からＮＯX が放出され、しかもこの放出されたＮＯX が還元されるために大気中にＮＯX が排出されることはない。
【００２０】
なおこの場合、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもＮＯX 吸収剤２３からＮＯX が放出される。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にした場合にはＮＯX 吸収剤２３からＮＯX が徐々にしか放出されないためにＮＯX 吸収剤２３に吸収されている全ＮＯX を放出させるには若干長い時間を要する。ところでＮＯX 吸収剤２３のＮＯX 吸収能力には限界があり、したがってＮＯX 吸収剤２３のＮＯX 吸収能力が飽和する前にＮＯX 吸収剤２３からＮＯX を放出させる必要がある。ところがＮＯX 吸収剤２３はＮＯX 吸収能力が十分なうちは排気ガス中に含まれるほとんど全てのＮＯX を吸収するがＮＯX 吸収能力の限界に近づくと一部のＮＯX を吸収しえなくなり、斯くしてＮＯX 吸収剤２３がＮＯX 吸収能力の限界に近づくとＮＯX 吸収剤２３から下流へ流出するＮＯX 量が増大しはじめる。
【００２１】
そこで本実施例ではＮＯX 吸収剤２３に吸収されているトータルのＮＯX 吸収量を推定し、このＮＯX 吸収量が最大ＮＯX 吸収量に近づいたときにＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにしてＮＯX 吸収剤２３からＮＯX を放出させるようにしている。この場合、ＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする方法は種々の方法がある。例えば燃焼室５内における混合気の平均空燃比をリッチにすることにより排気ガスの空燃比をリッチにすることもできるし、膨張行程末期または排気行程中に追加の燃料を噴射することによって排気ガスの空燃比をリッチにすることもできるし、またはＮＯX 吸収剤２３上流の排気通路内に追加の燃料を噴射することによって排気ガスの空燃比をリッチにすることもできる。本発明の実施例では１番目の方法、すなわちリッチ空燃比のもとで均一混合気燃焼を行わせることによって排気ガスの空燃比をリッチにするようにしている。
【００２２】
そして本実施例ではこのように排気ガスの空燃比をリッチにする場合、そのリッチ化の度合、云い換えればＮＯX 吸収剤２３に供給する還元剤（未燃炭化水素）の量はＮＯX 吸収剤２３の温度に基づいて決定される。すなわち図４に示したようにＮＯX 吸収剤２３はその温度が下限温度Ｔｌｏｗよりも高く且つ上限温度Ｔｈｉｇｈよりも低い範囲内にあるときにＮＯX を還元剤により還元浄化し、そのＮＯX 浄化率ＲP はその温度が下限温度Ｔｌｏｗと最適温度Ｔｏｐとの間にあるときには温度が高くなるのにつれて高くなり、その温度が最適温度Ｔｏｐと上限温度Ｔｈｉｇｈとの間にあるときには温度が高くなるのにつれて低くなるので本実施例ではＮＯX 吸収剤２３の温度が最適温度Ｔｏｐに近いほど排気ガスのリッチ化の度合を大きくする。これによればそのときにおけるＮＯX 吸収剤２３の最大の浄化率にてＮＯX が還元浄化される。
【００２３】
なお本実施例では具体的には図５に示したように温度センサ２９ａにより検出されるＮＯX 吸収剤２３の上流側部分の温度Ｔｉｎと、温度センサ２９ｃにより検出されるＮＯX 吸収剤２３の下流側部分の温度Ｔｏｕｔとの関数でＮＯX 吸収剤２３への還元剤供給量をマップの形で予めＲＯＭ３４に記憶しておき、排気ガスをリッチ化するときに温度Ｔｉｎと温度Ｔｏｕｔとに基づいて図５に示したマップから還元剤供給量が算出される。図５に示したマップによれば温度Ｔｉｎが或る温度を境にその温度よりも低くなるほど還元剤供給量は少なくなり、その温度よりも高くなるほど還元剤供給量は多くなり、同様に温度Ｔｏｕｔが或る温度を境にその温度よりも低くなるほど還元剤供給量は少なくなり、その温度よりも高くなるほど還元剤供給量は少なくなる。
【００２４】
ところで排気ガス中にはＳＯX が含まれており、ＮＯX 吸収剤２３にはＮＯX ばかりでなくＳＯX も吸収される。このＮＯX 吸収剤２３へのＳＯX の吸収メカニズムはＮＯX の吸収メカニズムと同じであると考えられる。すなわちＮＯX の吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明すると前述したように流入排気ガスの空燃比がリーンのときには酸素Ｏ2 がＯ2-またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯ2 は白金Ｐｔの表面上でＯ2-またはＯ2-と反応してＳＯ3 となる。次いで生成されたＳＯ3 の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ42- の形で吸収剤内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ4 を生成する。
【００２５】
しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ4 は安定していて分解しづらく、流入排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ4 は分解されずにそのまま残る。したがってＮＯX 吸収剤２３内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ4 が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯX 吸収剤２３が吸収しうるＮＯX 量が低下することになる。すなわち時間が経過するにつれてＮＯX 吸収剤２３が劣化することになる。
【００２６】
ところがこの場合、ＮＯX 吸収剤２３の温度が一定温度、例えば６００℃以上になるとＮＯX 吸収剤２３内において硫酸塩ＢａＳＯ4 が分解し、このときＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯX 吸収剤２３からＳＯX を放出させることができる。そこで本発明の実施例ではＮＯX 吸収剤２３からＳＯX を放出すべきときにＮＯX 吸収剤２３の温度が高い場合にはＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯX 吸収剤２３からＳＯX を放出させ、ＳＯX を放出すべきときにＮＯX 吸収剤２３の温度が低い場合にはＮＯX 吸収剤２３の温度を上昇させると共にＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにしている。
【００２７】
次に還元剤の供給制御について説明する。本実施例ではＮＯX 吸収剤２３への総ＮＯX 吸収量を推定し、ＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにした後に再びリッチにするまでのリッチ時間間隔をこの総ＮＯX 吸収量の推定値に基づき制御するようにしている。すなわち本実施例の排気浄化装置はＮＯX 吸収剤２３に吸収されているトータルのＮＯX 量を推定するための総ＮＯX 吸収量推定手段を具備し、総ＮＯX 吸収量推定手段により推定された総ＮＯX 吸収量ΣＮＯＸが許容値ＮＯＸmax を越えたときに空燃比をリーンからリッチに一時的に切換えるようにする。
【００２８】
機関から排出されるＮＯX 量は機関の運転状態が定まるとほぼ定まり、したがってＮＯX 吸収剤２３にその時々で吸収されるＮＯX 量も機関の運転状態が定まるとほぼ定まる。したがって本実施例では機関運転状態に応じた単位時間当りのＮＯX 吸収剤２３へのＮＯX 吸収量ＮＡを予め実験により求めておき、このＮＯX 吸収量ＮＡが機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数として図６に示すようにマップの形で予めＲＯＭ３４内に記憶されている。したがってこの実施例の総ＮＯX 吸収量推定手段によれば機関運転時に図６に示した機関運転状態に応じたＮＯX 吸収量ＮＡが積算され、それによってＮＯX 吸収剤２３に吸収されていると推定される総ＮＯX 吸収量ΣＮＯＸが算出される。ただし空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となる運転領域ではＮＯX 吸収剤２３からＮＯX が放出されるのでこのような運転領域ではＮＡの値は負となる。
【００２９】
ところで上述したようにＮＯX 吸収剤２３はその温度が特定の温度範囲、すなわちＮＯX 吸収剤２３のＮＯX 浄化作用が活性化する温度範囲における下限温度Ｔｌｏｗよりも高く且つ上限温度よりも低いときにＮＯX を還元剤にて還元浄化する。云い換えればＮＯX 吸収剤２３の温度が下限温度Ｔｌｏｗ以下であるときにはＮＯX を還元するべくＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチとしてもＮＯX はＮＯX 吸収剤２３にて浄化されない。同様にＮＯX 吸収剤２３の温度が上限温度Ｔｈｉｇｈ以上であるときにもＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチとしてもＮＯX はＮＯX 吸収剤２３にて浄化されない。したがってこれらの場合にはＮＯX 吸収剤２３に供給された還元剤はＮＯX 吸収剤２３にて消費されずに無駄となり、しかも消費されなかった還元剤はＮＯX 吸収剤２３から下流へと流出するので排気エミッションが悪化する。
【００３０】
こうしたことを回避するための方法としてはＮＯX 吸収剤２３の温度を検出し、その温度を下限温度Ｔｌｏｗまたは上限温度Ｔｈｉｇｈと比較し、その温度が下限温度Ｔｌｏｗ以下となったとき、或いは上限温度Ｔｈｉｇｈ以上であったときには排気ガスの空燃比をリッチとする処理（リッチ化）を停止するという方法が考えられる。しかしながらこの方法にもなお解決すべき課題がある。すなわち排気ガスのリッチ化を停止させるためには内燃機関の幾つかの装置を制御する必要があるがこれら装置には少なからず制御遅れが存在するのでＮＯX 吸収剤２３の温度が下限温度Ｔｌｏｗ以下となったこと、或いは上限温度Ｔｈｉｇｈ以上となったことが検出されてから排気ガスのリッチ化が実際に停止されるまでには幾分かの時間がかかる。したがってこの方法によっても下限温度Ｔｌｏｗより低い温度、或いは上限温度Ｔｈｉｇｈより高い温度のＮＯX 吸収剤２３にリッチ空燃比の排気ガスが流入することがある。
【００３１】
またこうした各種装置の制御遅れを考慮して下限温度Ｔｌｏｗよりも高い温度、或いは上限温度Ｔｈｉｇｈよりも低い温度を基準として排気ガスのリッチ化を停止するタイミングを決定するという方法も考えられるがこの方法ではＮＯX 吸収剤２３がいまだ活性状態にあるにもかかわらず排気ガスのリッチ化が停止される可能性がある。そしてこの場合にはＮＯX 吸収剤２３にてＮＯX は還元浄化されず、しかもＮＯX 吸収剤２３に吸収されているＮＯX の量が許容値を越えている場合には排気エミッションが悪化する。
【００３２】
このためＮＯX 吸収剤２３に供給した還元剤を無駄にせず、しかも排気エミッションを悪化させないためにはＮＯX 吸収剤２３が非活性状態となることを精度高く予測して排気ガスのリッチ化を停止し、ＮＯX 吸収剤２３が実際に非活性状態となったときにちょうどリッチ化されていない排気ガスがＮＯX 吸収剤２３に流入するようにする必要がある。そこで本実施例では以下のようにしてＮＯX 吸収剤２３が実際に非活性状態となるタイミングを精度高く予測し、排気ガスのリッチ化を停止する。
【００３３】
すなわちＮＯX 吸収剤２３の温度が下限温度Ｔｌｏｗよりも比較的高い温度にあるときであっても非常に温度の低い排気ガスがＮＯX 吸収剤２３に流入するとＮＯX 吸収剤２３の温度は非常に急速に低下し、短時間のうちに下限温度Ｔｌｏｗよりも低くなる。もちろんＮＯX 吸収剤２３の温度が下限温度Ｔｌｏｗよりも高いが下限温度Ｔｌｏｗに比較的近い場合にはＮＯX 吸収剤２３の温度低下割合が比較的小さくてもＮＯX 吸収剤２３の温度は短時間のうちに下限温度Ｔｌｏｗよりも低くなる。すなわちＮＯX 吸収剤２３の温度が低下しはじめてから下限温度Ｔｌｏｗ以下となるまでの時間は単位時間当たりにおけるＮＯX 吸収剤２３の温度低下率と、刻々と変化するＮＯX 吸収剤２３の温度との関数であり、単位時間当たりのＮＯX 吸収剤２３の温度低下率が大きいほど短かく、ＮＯX 吸収剤２３の温度が低いほど短かい。同様にＮＯX 吸収剤２３の温度が上昇しはじめてから上限温度Ｔｈｉｇｈ以上となるまでの時間は単位時間当たりにおけるＮＯX 吸収剤２３の温度上昇率と、刻々と変化するＮＯX 吸収剤２３の温度との関数であり、単位時間当たりのＮＯX 吸収剤２３の温度上昇率が大きいほど短く、ＮＯX 吸収剤２３の温度が低いほど短い。
【００３４】
そこで本実施例ではＮＯX 吸収剤２３が比較的短時間のうちに下限温度Ｔｌｏｗよりも低くなる単位時間当たりの温度低下率をＮＯX 吸収剤２３の温度ごとに許容値として予め実験により求めてＲＯＭ３４に記憶しておき、ＮＯX 吸収剤２３の温度低下率がＮＯX 吸収剤２３の温度ごとに求められる許容値、すなわち許容温度低下率よりも大きいときにはＮＯX 吸収剤２３の温度が短時間のうちに下限温度Ｔｌｏｗよりも低くなると判断して排気ガスのリッチ化を停止する。一方、本実施例ではＮＯX 吸収剤２３が比較的短時間のうちに上限温度Ｔｈｉｇｈよりも高くなる単位時間当たりの温度上昇率を許容値として予め実験により求めてＲＯＭ３４に記憶しておき、ＮＯX 吸収剤２３の温度上昇率がＮＯX 吸収剤２３の温度ごとに求められる許容値、すなわち許容温度上昇率よりも大きいときにはＮＯX 吸収剤２３の温度が短時間のうちに上限温度Ｔｈｉｇｈよりも高くなると判断して排気ガスのリッチ化を停止する。すなわち一般的な表現をすれば本実施例では単位時間当たりにおけるＮＯX 吸収剤２３の温度変化率がその許容値よりも大きいときには排気ガスのリッチ化を停止する。
【００３５】
斯くして本実施例によればＮＯX 吸収剤２３の温度が下限温度Ｔｌｏｗ以下となったとき、或いは上限温度Ｔｈｉｇｈ以上となったときにちょうどＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比はリッチとされていないので還元剤を無駄にすることはなく、しかもＮＯX 吸収剤２３の温度が下限温度よりも低くなる直前或いは上限温度Ｔｈｉｇｈよりも高くなる直前まではリッチ化された排気ガスがＮＯX 吸収剤２３に流入するのでＮＯX 吸収剤２３におけるＮＯX の還元浄化は最大限に行われることとなる。
【００３６】
なお本実施例の上述した制御により排気ガスのリッチ化が一時的に停止された後に排気ガスのリッチ化を再開するか否かは３つの温度センサ２９ａ，２９ｂ，２９ｃにより検出される温度に基づいて決定される。具体的には３つの温度センサ２９ａ，２９ｂ，２９ｃにより検出されるＮＯX 吸収剤２３の上流側部分の温度と、ＮＯX 吸収剤２３の中央部分の温度と、ＮＯX 吸収剤２３の下流側部分の温度とが全てＮＯX 吸収剤２３の活性温度範囲における下限温度Ｔｌｏｗより高くなったとき、或いは上限温度Ｔｈｉｇｈより低くなったときに排気ガスのリッチ化が再開される。
【００３７】
図７は本実施例の機関運転を実行するためのルーチンを示している。図７を参照するとまず初めにステップ１００において図２（Ｂ）に示したマップから基本燃料噴射量ＴＡＵが算出される。次いでステップ１０１ではＮＯX 吸収剤２３からＮＯX を放出すべきことを示すＮＯX 放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯX 放出フラグがセットされていないときにはステップ１０２に進んで図４に示したマップから単位時間当りのＮＯX 吸収量ＮＡが算出される。次いでステップ１０３ではこのＮＯX 吸収量ＮＡをΣＮＯＸに加算することによってＮＯX 吸収剤２３に吸収されていると推定される総ＮＯX 吸収量ΣＮＯＸが算出される。
【００３８】
次いでステップ１０４では総ＮＯX 吸収量ΣＮＯＸが許容値ＮＯＸmax を越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ≦ＮＯＸmax のとき、すなわちＮＯX 吸収剤２３のＮＯX 吸収能力に未だ余裕があるときにはステップ１０６にジャンプする。ステップ１０６では図２（Ｃ）に示したマップから補正係数Ｋが算出される。次いでステップ１０７では基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。次いでステップ１０８ではＮＯX 吸収剤２３からのＳＯX を放出するためのＳＯX 放出処理を行うべきか否かが判断される。ＳＯX 放出処理を行う必要のないときには処理サイクルを完了する。一方、ステップ１０４においてΣＮＯＸ＞ＮＯＸmax になったと判断されたときにはステップ１０５に進んでＮＯX 放出フラグがセットされ、次いでステップ１０６に進む。
【００３９】
ＮＯX 放出フラグがセットされると次の処理サイクルではステップ１０１からステップ１１０に進んでリッチ化許可フラグがセットされているか否かが判別される。ここでリッチ化許可フラグは後述する図８のルーチンにより設定されるフラグであり、ＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチとすることが許可される場合にはセットされ、逆にＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチとすべきではないときにリセットされるフラグである。ステップ１１０においてリッチ化許可フラグがセットされていると判別されたときにはステップ１１１に進んでリッチ補正係数ＫR が算出される。次いでステップ１１２では基本燃料噴射量ＴＡＵにリッチ補正係数ＫR を乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝ＫR ・ＴＡＵ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。このときリーン空燃比のもとでの成層燃焼またはリーン空燃比のもとでの均一混合気燃焼からリッチ空燃比のもとでの均一混合気燃焼に切換えられ、それによってＮＯX 吸収剤２３からのＮＯX の放出作用が開始される。一方、ステップ１１０においてリッチ化許可フラグがリセットされていると判別されたときにはステップ１０６に進む。すなわちこの場合にはＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチとすることが停止されることとなる。
【００４０】
ところでステップ１０８においてＳＯX 放出処理を行うべきであると判断されるとステップ１０９に進んでＮＯX 吸収剤２３からＳＯX を放出させる処理が行われる。すなわちＮＯX 吸収剤２３の温度をほぼ６００℃以上に維持しつつ空燃比がリッチとされる。次いでＮＯX 吸収剤２３からのＳＯX の放出作用が完了するとΣＴＡＵが零とされる。
【００４１】
図８はリッチ化許可フラグをセットし、或いはリセットするために実行されるルーチンを示している。図８において初めにステップ２００においてＮＯX 吸収剤２３の温度変化率Ｒが算出される。この温度変化率Ｒは上述したように前回のルーチン実行時にＮＯX 吸収剤２３上流の温度センサ２９ａにより検出されたＮＯX 吸収剤２３の温度から今回のルーチン実行時に同様に温度センサ２９ａにより検出されたＮＯX 吸収剤２３を差し引き、これを前回のルーチン実行時から今回のルーチン実行時までの時間で割ることにより算出される。
【００４２】
次いでステップ２０１において温度変化率Ｒが零よりも小さいか否かが判別される。ステップ２０１においてＲ＜０であると判別されたとき、すなわちＮＯX 吸収剤２３の温度が低下しているときにはステップ２０２において温度低下率に関する判定値Ｒｔｈが算出される。ここでの判定値Ｒｔｈは上述したように今回のルーチン実行時に温度センサ２９ａにより検出されたＮＯX 吸収剤２３の温度の関数で算出される。すなわちＮＯX 吸収剤２３の温度が低いほど算出される判定値Ｒｔｈの値は小さくなる。一方、ステップ２０１においてＲ≧０であると判別されたときにはステップ２０７において温度上昇率に関する判定値Ｒｔｈが算出される。ここでの判定値ＲｔｈもＮＯX 吸収剤２３の温度の関数で算出され、ＮＯX 吸収剤２３の温度が高いほど算出される判定値Ｒｔｈの値は小さくなる。
【００４３】
次いでステップ２０３に進んで温度低下率、或いは温度上昇率の絶対値が判定値Ｒｔｈよりも小さいか否かが判別される。
ステップ２０３において温度低下率、或いは温度上昇率の絶対値が判定値Ｒｔｈよりも小さいときにはステップ２０４に進んでリッチ化許可フラグがセットされているか否かが判別される。ステップ２０４においてリッチ化許可フラグがリセットされていると判別されたときにはステップ２０５に進む。一方、リッチ化許可フラグがセットされていると判別されたときにはそのままルーチンは終了せしめられる。ステップ２０５ではＮＯX 吸収剤２３上流の温度センサ２９ａにより検出されるＮＯX 吸収剤２３の上流側部分の温度Ｔｉｎと、ＮＯX 吸収剤２３中央の温度センサ２９ｃにより検出されるＮＯX 吸収剤２３の中央部分の温度Ｔｍｉｄと、ＮＯX 吸収剤２３下流の温度センサ２９ｃにより検出されるＮＯX 吸収剤２３の下流側部分の温度Ｔｏｕｔとが下限温度Ｔｌｏｗよりも高く且つ上限温度よりも低いか否かが判別される。ステップ２０５においてＴｌｏｗ＜Ｔｉｎ，Ｔｍｉｄ，Ｔｏｕｔ＜Ｔｈｉｇｈであると判別されたときにはステップ２０６に進んでリッチ化許可フラグがセットされる。この場合には図７のルーチンに従ってＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチとされる。
【００４４】
ステップ２０５においてＴｌｏｗ＜Ｔｉｎ，Ｔｍｉｄ，Ｔｏｕｔ＜Ｔｈｉｇｈではないと判別されたときにはそのままルーチンが終了せしめられる。すなわちこの場合においてリッチ化許可フラグが既にセットされているときにはリッチ化許可フラグはセットされたままであり、逆にリッチ化許可フラグが既にリセットされているときにはリッチ化許可フラグはリセットされたままである。
【００４５】
一方、ステップ２０３において温度低下率、或いは温度上昇率の絶対値が判定値Ｒｔｈ以上であるときにはステップ２０８に進んでリッチ化許可フラグがリセットされる。この場合には図７のルーチンに従ってＮＯX 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチとされることが停止される。
なおＮＯX 吸収剤２３におけるＮＯX 浄化率はＮＯX 吸収剤２３を通過する排気ガスの量にも影響され、ＮＯX 吸収剤２３を通過する排気ガスの量が或る特定の量であるときにＮＯX 吸収剤２３の温度が等しい場合にはＮＯX 吸収剤２３のＮＯX 浄化率は最も高く、ＮＯX 吸収剤２３を通過する排気ガスの量がその特定の量より少なくなるほど、或いは多くなるほどＮＯX 吸収剤２３のＮＯX 浄化率は低くなる。そこで図５に示したように還元剤供給量をＮＯX 吸収剤２３の上流側部分の温度と、下流側部分の温度との関数で算出するのではなく、ＮＯX 吸収剤２３の上流側部分の温度と、下流側部分の温度と、ＮＯX 吸収剤２３を通過する排気ガスの量との関数で算出したり、ＮＯX 吸収剤２３の上流側部分の温度と、ＮＯX 吸収剤２３を通過する排気ガスの量との関数で算出したりしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば触媒温度が許容値以上に大きく変化するときには触媒に還元剤を供給することが停止される。すなわち触媒温度の変化割合が大きいときには短時間のうちに触媒温度がその活性温度範囲から外れると予想されるのでこの場合には触媒に還元剤を供給することが停止される。これによれば触媒温度が活性温度範囲から外れるタイミングで還元剤の供給が停止されるので還元剤の無駄が少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】基本燃料噴射量、補正係数等を示す図である。
【図３】ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸放出作用を説明するための図である。
【図４】ＮＯX 吸収剤のＮＯX 浄化特性を示す図である。
【図５】還元剤供給量を算出するためのマップを示す図である。
【図６】ＮＯX 吸収量のマップを示す図である。
【図７】運転制御を実行するためのフローチャートである。
【図８】リッチ化許可フラグをセットし、或いはリセットするためのフローチャートである。
【符号の説明】
１１…燃料噴射弁
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ…温度センサ
２３…ＮＯX 吸収剤
【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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