(57)【要約】【課題】  ＮＯｘ吸蔵触媒のイオウ被毒の回復を、ＮＯｘ吸蔵触媒の過昇温を招くことなくエンジン運転領域のほぼ全域にわたって安定して効率良く行うことができるようにした排気浄化装置を提供する。【解決手段】  ＮＯｘ吸蔵触媒（４０）と、ＮＯｘ吸蔵触媒（４０）に流入する排気中にＨＣを供給するＨＣ供給手段（５２）と、エンジンの吸気側への排気還流量を調整するＥＧＲ調整手段（２２）とを備え、エンジンが所定高速・高負荷運転領域にあるときには、ＥＧＲ調整手段（２２）により吸気側への排気還流を行うと共にＨＣ供給手段（５２）により排気中にＨＣを供給してＮＯｘ吸蔵触媒（４０）のＳパージを行う一方、エンジンが前記所定高速・高負荷運転領域にないときには、ＥＧＲ調整手段（２２）による吸気側への排気還流を停止すると共にＨＣ供給手段（５２）により排気中にＨＣを供給してＮＯｘ吸蔵触媒（４０）のＳパージを行う。【選択図】      図１
2007040223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられ、酸化雰囲気のときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気の時に吸蔵している前記ＮＯｘを放出して還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気中にＨＣを供給するＨＣ供給手段と、
前記エンジンの吸気側への排気還流量を調整するＥＧＲ調整手段と、
前記エンジンが所定高速・高負荷運転領域にあるときには、前記ＥＧＲ調整手段を制御して前記吸気側への排気還流を行うと共に前記ＨＣ供給手段を制御して前記排気中にＨＣを供給することにより前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージを行う一方、前記エンジンが前記所定高速・高負荷運転領域にないときには、前記ＥＧＲ調整手段を制御して前記吸気側への排気還流を停止すると共に前記ＨＣ供給手段を制御して前記排気中にＨＣを供給することにより前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージを行う制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気を浄化するための排気浄化装置に関し、特にＮＯｘ吸蔵触媒を備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化雰囲気のときに排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵し、還元雰囲気の時に吸蔵していた前記ＮＯｘを放出して還元するＮＯｘ吸蔵触媒をエンジンの排気通路に設け、排気中のＮＯｘを浄化するようにした排気浄化装置が知られている。
一方、燃料中やエンジンの潤滑油中にはイオウ成分が含まれており、このイオウ成分がＳＯｘ（硫黄酸化物）となってエンジンの排気中と共に排出される。このＳＯｘもＮＯｘと同様のメカニズムによりＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵され、ＳＯｘの吸蔵量増大と共にＮＯｘ吸蔵能力が低下する、いわゆるイオウ被毒が生じる。
【０００３】
そこで、このようなイオウ被毒の回復、即ちＳパージのため、排気中にＨＣ（炭化水素）供給を行い、ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温すると共に還元雰囲気とすることが知られている。この場合、排気中に供給されたＨＣがＮＯｘ吸蔵触媒により酸化する際の反応熱により、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度がＳパージ可能な温度まで上昇する。
従って、Ｓパージを行うためには、まずＮＯｘ吸蔵触媒がライトオフ温度に達していることが前提となり、ＮＯｘ吸蔵触媒をライトオフ温度まで昇温するには、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気の温度を上昇させる必要がある。排気昇温の方法としては、吸気通路に設けられた吸気絞り弁や排気通路に設けられた排気絞り弁を閉弁方向に制御したり、ターボチャージャのウエストゲートバルブを開弁して排気温度を上昇させることが知られている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−２８５８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージを行うには、このような排気昇温と併せ、排気中へのＨＣの供給によりＮＯｘ吸蔵触媒を更に昇温すると共に還元雰囲気とする必要があるが、エンジンが高速・高負荷運転状態にある場合には排気流量が増大しており、ＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージのために還元雰囲気とするには、増大した排気流量に対応してＨＣを多量に供給しなければならない。排気流量が増大した状態で排気中に大量のＨＣを供給すると、特にディーゼルエンジンでは排気の空気過剰率が大きいため、供給されたＨＣが触媒上で排気中の酸素と反応して急激に燃焼し、ＮＯｘ吸蔵触媒が過昇温となるおそれがある。
【０００５】
また、このような高速・高負荷運転状態での大量のＨＣ供給により、燃費が悪化するという問題もある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＮＯｘ吸蔵触媒のイオウ被毒の回復を、ＮＯｘ吸蔵触媒の過昇温を招くことなくエンジン運転領域のほぼ全域にわたって安定して効率良く行うことができるようにした排気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】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に設けられ、酸化雰囲気のときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気の時に吸蔵していた前記ＮＯｘを放出して還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気中にＨＣを供給するＨＣ供給手段と、前記エンジンの吸気側への排気還流量を調整するＥＧＲ調整手段と、前記エンジンが所定高速・高負荷運転領域にあるときには、前記ＥＧＲ調整手段を制御して前記吸気側への排気還流を行うと共に前記ＨＣ供給手段を制御して前記排気中にＨＣを供給することにより前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージを行う一方、前記エンジンが前記所定高速・高負荷運転領域にないときには、前記ＥＧＲ調整手段を制御して前記吸気側への排気還流を停止すると共に前記ＨＣ供給手段を制御して前記排気中にＨＣを供給することにより前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージを行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
このように構成された排気浄化装置によれば、エンジンが所定高速・高負荷運転領域にある場合には、ＥＧＲ調整手段による吸気側への排気還流が行われると共にＨＣ供給手段から排気中にＨＣが供給されることによりＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージが行われる一方、エンジンが前記所定高速・高負荷運転領域にないときには、ＥＧＲ調整手段による吸気側への排気還流が停止されると共にＨＣ供給手段から排気中にＨＣが供給されることによりＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージが行われる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージを行う際に、エンジンが所定高速・高負荷運転領域にある場合には、ＥＧＲ調整手段による吸気側への排気還流が行われるので、ＮＯｘ吸蔵触媒への排気の流入量が減少すると共に排気の空気過剰率が低下し、還元雰囲気とするための排気中へのＨＣ供給量を減少させて燃費を改善することができる。また、排気中に供給されたＨＣが触媒上で排気中の酸素と急激に反応してＮＯｘ吸蔵触媒が過昇温となるという問題を解消することができる。
【０００９】
また、ＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージを行う際に、エンジンが所定高速・高負荷運転領域にない場合には、ＥＧＲ調整手段による吸気側への排気還流を停止し適宜吸気絞りを行うことで排気温度を上昇させることができ、特に低速・低負荷運転領域のように排気流量が少なく、排気温度が上昇しにくい運転状態であっても、ＮＯｘ吸蔵触媒の昇温に必要な排気温度と排気流量を確保することができるので、ＮＯｘ吸蔵触媒をライトオフ温度まで迅速に昇温することが可能となる。
【００１０】
従って、エンジンの運転状態がどのような運転領域にあっても、ＮＯｘ吸蔵触媒をライトオフ温度まで迅速に昇温することが可能となる。そして、ライトオフ温度に達したＮＯｘ吸蔵触媒にＨＣを供給することにより、ＨＣの酸化反応によってＮＯｘ吸蔵触媒が更に昇温され、Ｓパージが可能な温度までＮＯｘ吸蔵触媒を昇温すると共に還元雰囲気とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の１実施形態に係る排気浄化装置が適用される４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）のシステム構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、燃料噴射ポンプ（図示せず）から供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料である軽油が、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給され、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。
【００１２】
吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気絞り弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出するための吸気流量センサ１６が設けられている。
【００１３】
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管（排気通路）２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁（ＥＧＲ調整手段）２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。このＥＧＲ弁２２の開度を調整することにより、排気マニホールド１８からＥＧＲ通路２４を介して吸気マニホールド１４に還流される排気流量が調整される。
【００１４】
排気管２０はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気絞り弁２６を介して排気後処理装置２８に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動する。
また、タービン８ｂには、上流側と下流側の排気通路２０を連通するバイパス通路３０が設けられており、このバイパス通路３０には、開度を調整可能なウエストゲート弁３２が設けられている。そして、ウエストゲート弁３２の開度を制御してタービン８ｂをバイパスする排気流量を調整することにより、ターボチャージャ８による過給圧がエンジン１の運転状態に応じた適正な値に調整される。
【００１５】
排気後処理装置２８は、上流側ケーシング３４と、上流側ケーシング３０の下流側に連通路３６で連通された下流側ケーシング３８とで構成される。
上流側ケーシング３４内には、ＮＯｘ吸蔵触媒４０が収容されると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒４０の下流側にパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）４２が収容されている。
【００１６】
このＮＯｘ吸蔵触媒４０は、流入する排気中の酸素濃度が高い酸化雰囲気にあるときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気中の酸素濃度が低くＨＣやＣＯ（一酸化炭素）等の還元成分が排気中に含まれる還元雰囲気にあるときに、吸蔵しているＮＯｘを放出して還元する機能を有している。
また、フィルタ４２はハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化する。
【００１７】
ＮＯｘ吸蔵触媒４０へのＮＯｘ吸蔵量が限界量を超えて吸蔵されなくなった排気中のＮＯｘはフィルタ４２に流入し、フィルタ４２に捕捉されて堆積したパティキュレートに対して酸化剤として作用することにより、パティキュレートを酸化してフィルタ４２から除去し、フィルタ４２を連続再生すると共にＮ２となって大気中に排出される。
上流側ケーシング３４内には、ＮＯｘ吸蔵触媒４０の下流側に、ＮＯｘ吸蔵触媒４０の出口側排気温度を検出する排気温度センサ４４が設けられている。また、フィルタ４２の前後には、フィルタ４２上流側の排気圧力を検出する上流圧力センサ４６と、フィルタ４２下流側の排気圧力を検出する下流圧力センサ４８とが設けられている。
【００１８】
一方、下流側ケーシング３８内には、後段酸化触媒５０が収容されている。後段酸化触媒５０は、ＮＯｘ吸蔵触媒４０で浄化されずに排気中に残留するＨＣやＣＯを酸化するほか、後述するフィルタ４２の強制再生でフィルタ４２に吸着したＨＣが温度上昇によって離脱した場合にこのＨＣを酸化したり、フィルタ４２の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯを酸化し、ＣＯ２として大気中に排出する機能などを有している。
【００１９】
排気絞り弁２６と排気後処理装置２８との間の排気管２０には、燃料噴射ポンプ（図示せず）から燃料が供給され、排気管２０内の排気中に燃料を噴射する燃料添加弁（ＨＣ供給手段）５２が設けられている。この燃料添加弁５２からＮＯｘ吸蔵触媒４０に流入する排気中に燃料を噴射することにより、排気中の酸素濃度を低下させると共にＨＣを供給してＮＯｘ吸蔵触媒４０を還元雰囲気とする。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒４０に吸蔵されているＮＯｘが放出され還元される。
【００２０】
また、後述するフィルタ４２の強制再生の際にも、フィルタ４２の昇温を行うために燃料添加弁５２から排気中への燃料噴射を行う。
ＥＣＵ（制御手段）５４は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
【００２１】
ＥＣＵ５４の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ１６、排気温度センサ４４、上流圧力センサ４６、及び下流圧力センサ４８のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ５６、及びアクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ５８などの各種センサ類が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気絞り弁１２、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁２６、ウエストゲート弁３２、及び燃料添加弁５２などの各種デバイス類が接続されている。
【００２２】
エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ５４によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ５６によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ５８によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な燃料量が供給される。
【００２３】
またＥＣＵ５４は、フィルタ４２を強制再生するための制御も行う。フィルタ４２に堆積したパティキュレートは、前述したようにＮＯｘ吸蔵触媒４０を通過してフィルタ４２に流入するＮＯ２との反応による連続再生によって酸化除去されるが、このような連続再生だけでは、堆積したパティキュレートが十分に酸化除去されない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ４２内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ４２が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ４２におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜フィルタ４２の強制再生が行われる。
【００２４】
即ち、上流圧力センサ４４及び下流圧力センサ４６や吸気流量センサ１６の検出値などに基づきフィルタ４２へのパティキュレート堆積量が所定量に達したと判断すると、強制再生の制御が開始される。
この強制再生制御では、吸気絞り弁１２や排気絞り弁２６を閉方向に制御することにより排気温度を上昇させると共に、燃料添加弁５２から排気中に燃料を噴射して、パティキュレートを焼却可能な温度までフィルタ４２を昇温する。即ち、燃料添加弁５２によって供給されたＨＣはＮＯｘ吸蔵触媒４０に達し、ＮＯｘ吸蔵触媒４０でのＨＣの酸化反応によって更に温度が上昇した高温の排気がフィルタ４２内に流入する。フィルタ４２に堆積したパティキュレートは、このようにして高温となった排気により焼却され、フィルタ４２が強制再生される。
【００２５】
更にＥＣＵ５４は、ＮＯｘ吸蔵触媒４０によるＮＯｘ浄化を適正に行うための制御も行っている。エンジン１はディーゼルエンジンであって、大部分の運転領域において排気中の酸素濃度が高くなり、排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒４０に吸蔵される状態が継続する傾向にある。そして、ＮＯｘ吸蔵触媒４０が排気中のＮＯｘを吸蔵していく状態が長く継続すると、ＮＯｘ吸蔵触媒４０のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒４０に吸蔵されずにそのまま大気中に放出されるおそれがある。
【００２６】
このようなＮＯｘ吸蔵能力の飽和を防止するため、ＥＣＵ５４は燃料添加弁５２を制御して、例えば所定時間ごとに排気中に燃料を噴射し、ＮＯｘ吸蔵触媒４０に流入する排気中の酸素濃度を低下させてＮＯｘ吸蔵触媒４０を還元雰囲気とし、ＮＯｘ吸蔵触媒４０に吸蔵されているＮＯｘを放出させ還元するようにしている。
以上のように構成された排気浄化装置を備えるエンジン１では、燃料中やエンジン１の潤滑油中にイオウ成分が含まれており、このイオウ成分がＳＯｘとなってエンジン１の排気中と共に排出される。排気中に含まれるＳＯｘは、ＮＯｘと同様のメカニズムによりＮＯｘ吸蔵触媒４０に吸蔵されるため、ＳＯｘの吸蔵量が増大するにつれて、ＮＯｘ吸蔵触媒４０のＮＯｘ吸蔵能力が低下する、いわゆるイオウ被毒が生じる。このイオウ被毒を放置した場合にも、ＮＯｘ吸蔵触媒４０によるＮＯｘの浄化効率が低下し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒４０に吸蔵されずにそのまま大気中に放出されてしまうおそれがある。
【００２７】
そこで、ＮＯｘ吸蔵触媒４０を備えた排気浄化装置においては、このようなイオウ被毒の回復、いわゆるＳパージを適宜行う。
ＳパージによりＮＯｘ吸蔵触媒４０に吸蔵されているＳＯｘを放出させるためには、ＮＯｘ吸蔵触媒４０を７００℃前後に昇温すると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒３６を還元雰囲気とする必要がある。そこで、エンジン１の運転中に図２に示すフローチャートに従い、ＥＣＵ５４によって所定の制御周期でＳパージ制御が行われる。
【００２８】
まずステップＳ２では、ＳパージフラグＦの値が１であるか否かを判定する。ＳパージフラグＦは、Ｓパージが必要とされているか否かを示すものであり、その値が１であることによってＳパージが必要とされていることを示す。Ｓパージフラグの初期値はエンジン１の運転開始時に０とされており、Ｓパージ制御開始直後はステップＳ２からステップＳ４に進む。
【００２９】
ステップＳ４では、Ｓパージを行う必要があるか否かを判定する。具体的には、エンジン１の燃料消費量や運転時間などに応じてＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳＯｘ吸蔵量を推定し、この推定ＳＯｘ吸蔵量が所定値以上となったときにＳパージが必要であると判定するようにしている。
ステップＳ４で、推定ＳＯｘ吸蔵量に基づき、その時点でのＳパージが不要であると判定した場合には、今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ２から処理を行う。
【００３０】
一方、ステップＳ４でＳパージが必要であると判定した場合には、ステップＳ６に進んでＳパージフラグＦの値をＳパージが必要であることを示す１とした後、ステップＳ８に進む。
ステップＳ８では、回転数センサ５６によって検出されたエンジン回転数と、アクセル開度センサ５８によって検出されたアクセルペダル操作量とに基づき、その時点でのエンジン１の運転状態が高速・高負荷運転領域にあるか否かを判定する。本実施形態では、図３に示すように、エンジントルクとエンジン回転数とによって定められるエンジン運転領域のうち、斜線部分を高速・高負荷運転領域としている。そして、回転数センサ５６が検出したエンジン回転数とアクセル開度センサ５８が検出したアクセルペダル操作量とからエンジントルクを演算し、このエンジントルク及び回転数センサ５６が検出したエンジン回転数がこの斜線領域内にある場合に高速・高負荷運転領域にあると判定する。
【００３１】
ステップＳ８で現在のエンジン１の運転状態が、このような高速・高負荷運転領域にあると判定した場合には、ステップＳ１０に進む。
ステップＳ１０では、エンジン１の吸気側への大量の排気還流が可能となる所定の開度にＥＧＲ弁２２を開くことにより排気の空気過剰率を１．３程度まで低下させ、次のステップＳ１２では、排気マニホールド１８側と吸気マニホールド１４側との間に圧力差を生じさせることによりこのような大量の排気還流が可能となるように、吸気絞り弁１２の開度を制御する。
【００３２】
次にステップＳ１４に進むと、現在のエンジン１の運転状態が高速・高負荷運転領域にあり、かつ排気温度が十分高いことから、排気絞り弁２６を全開とし、次のステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、ＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳパージを行うのに必要な量のＨＣを排気中に供給する。即ち、ＮＯｘ触媒４０によるＨＣの酸化反応でＮＯｘ吸蔵触媒４０を７００℃前後に昇温すると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒３６を還元雰囲気とするために必要な量のＨＣを供給するべく、排気温度センサ４４が検出したＮＯｘ吸蔵触媒４０の出口側排気温度に基づき燃料添加弁５２を制御して、排気中に燃料を噴射する。
【００３３】
ＮＯｘ吸蔵触媒４０は、エンジン１が高速・高負荷運転領域にあって排気温度が高く、既にライトオフ温度に達しているため、排気中に供給されたＨＣがＮＯｘ吸蔵触媒４０により酸化してＮＯｘ吸蔵触媒４０が７００℃前後に昇温されると共にＮＯｘ吸蔵触媒４０が還元雰囲気となり、ＮＯｘ吸蔵触媒４０に吸蔵されているＳＯｘが放出されてＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳパージが行われる。
【００３４】
このとき、ステップＳ１０で大量の排気還流を行うことにより、ＮＯｘ吸蔵触媒４０への排気流入量が減少すると共に空気過剰率が低下していることから、ＮＯｘ吸蔵触媒４０を還元雰囲気とするために必要な燃料量は排気還流を行わない場合に比べて少なくなり、燃費を改善することができると共に、供給されたＨＣが排気中の酸素と急激に反応することによって生じるＮＯｘ吸蔵触媒４０の過昇温を防止することもできる。
【００３５】
次にステップＳ１８に進むと、今回のＳパージ制御によるＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳパージが完了したか否かを判定する。具体的には、ステップＳ４でＳパージが必要と判定してからの経過時間が所定時間に達したら、Ｓパージが完了したと判断するようにしており、Ｓパージが完了していない場合には、これで今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ２から処理を行う。
【００３６】
次の制御周期では、既にＳパージフラグＦの値が１となっているため、ステップＳ２から直接ステップＳ８に進み、エンジン１の運転状態が高速・高負荷運転領域にあるか否かを判定する。
エンジン１が依然として高速・高負荷運転領域にあれば、再びステップＳ１０乃至Ｓ１４の処理が行われる。即ち、前回の制御周期と同様に、ＥＧＲ弁２２及び吸気絞り弁１２の開度を制御することにより、吸気側への大量の排気還流を行うと共に、排気絞り弁２６は全開とされる。
【００３７】
そしてステップＳ１６では、燃料添加弁５２から排気中に燃料を噴射することにより、ＮＯｘ触媒４０によるＨＣの酸化反応でＮＯｘ吸蔵触媒４０が７００℃前後に昇温されると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒３６が還元雰囲気とされてＳパージが行われ、次のステップＳ１８でＳパージが完了したか否かを判定する。
従って、Ｓパージが必要となったときにエンジン１が高速・高負荷運転領域にある場合には、Ｓパージ完了と判断されるまでステップＳ１０乃至Ｓ１６の処理が繰り返され、ＮＯｘ吸蔵触媒４０が７００℃前後に昇温されると共に還元雰囲気とされて、ＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳパージが行われる。
【００３８】
こうしてＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳパージが行われ、ステップＳ１８でＳパージが完了したと判定すると、ステップＳ２０に進んでＳパージフラグＦの値を０として、その制御周期を終了する。この後の制御周期では、Ｓパージフラグの値が０とされたことによりステップＳ２からステップＳ４へと進み、Ｓパージが必要であるか否かを判定する。従って、次にＳパージが必要と判断されるまではステップＳ２とステップＳ４の処理が繰り返されることになる。
【００３９】
以上のように、エンジン１が高速・高負荷運転領域にあるときにＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳパージを行う場合には、吸気側への大量の排気還流を行うことにより、ＮＯｘ吸蔵触媒４０への排気流入量を減少させると共に空気過剰率を低下させた上で排気中にＨＣの供給が行われるので、ＮＯｘ吸蔵触媒４０を還元雰囲気とするために必要な燃料量を低減して燃費を改善することができると共に、供給されたＨＣが排気中の酸素と急激に反応することにより生じるＮＯｘ吸蔵触媒４０の過昇温を防止することができる。
【００４０】
一方、エンジン１が運転を開始してＳパージ制御が開始され、ステップＳ４でＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳパージが必要と判定した後、ステップＳ６からステップＳ８に進んで、エンジン１の運転状態が図３に示す高速・高負荷運転領域にないと判定した場合には、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、ＥＧＲ弁２２を全閉として吸気側への排気還流を停止することにより、ＮＯｘ吸蔵触媒４０に流入する排気流量を増大させ、ＮＯｘ吸蔵触媒４０を昇温するための排気流量を確保する。
【００４１】
そして次のステップＳ２４で吸気絞り弁１２を閉弁方向に制御すると共に、ステップＳ２６でウエストゲート弁３２の強制開放制御を行い、ステップＳ２８で排気絞り弁２６を閉弁方向に制御し、更にステップＳ３０でエンジン１のアイドル回転数を上昇させてエンジン１から排出される排気の温度を上昇させる。こうして温度が上昇すると共に、排気還流の停止によって流量が増大した排気がＮＯｘ吸蔵触媒４０に流入することにより、ＮＯｘ吸蔵触媒４０がライトオフ温度以上に昇温される。
【００４２】
なお、図３における高速・高負荷運転領域とそれ以外の運転領域との境界線は、ターボチャージャ８のウエストゲート弁３２を全開にしても運転可能であるか否かにより決定されており、エンジン１の運転状態が高速・高負荷運転領域にない場合、ウエストゲート弁は排気昇温のために強制開放した状態で制御される。従って、エンジン１から排出された排気の一部はタービン８ｂをバイパスしてＮＯｘ吸蔵触媒４０に流入するので、排気の熱がタービン８ｂによって奪われる割合が低下する。このため、その分だけＮＯｘ吸蔵触媒４０に流入する排気の温度低下が抑制され、より一層効率良くＮＯｘ吸蔵触媒４０が昇温されることになる。
【００４３】
次のステップＳ３２では、ＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳパージを行うのに必要な量のＨＣを排気中に供給する。即ち、ステップＳ２２乃至Ｓ３０の処理によってライトオフ温度に達したＮＯｘ触媒４０によるＨＣの酸化反応で、ＮＯｘ吸蔵触媒４０を７００℃前後に昇温すると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒３６を還元雰囲気とするために必要な量のＨＣを供給するべく、排気温度センサ４４が検出したＮＯｘ吸蔵触媒４０の出口側排気温度に基づき燃料添加弁５２を制御して、排気中に燃料を噴射する。
【００４４】
ＮＯｘ吸蔵触媒４０は、ステップＳ２２乃至Ｓ３０の処理によって温度の上昇した排気が供給されることによりライトオフ温度に達しているため、排気中に供給されたＨＣがＮＯｘ吸蔵触媒４０により酸化してＮＯｘ吸蔵触媒４０が７００℃前後に昇温されると共にＮＯｘ吸蔵触媒４０が還元雰囲気となり、ＮＯｘ吸蔵触媒４０に吸蔵されているＳＯｘが放出されてＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳパージが行われる。
【００４５】
このとき、エンジン１は高速・高負荷運転領域にはないため、高速・高負荷運転領域にある場合に比べ、ＮＯｘ吸蔵触媒４０に流入する排気流量は少ないので、ＮＯｘ吸蔵触媒４０を還元雰囲気とするために必要な燃料量も少なくなり、吸気側への排気還流を停止していてもＮＯｘ吸蔵触媒４０が過昇温となるおそれはない。
次にステップＳ３２からステップＳ１８に進むと、前述したようにして、今回のＳパージ制御によるＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳパージが完了したか否かを判定する。Ｓパージが完了していない場合には、これで今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ２から処理を行う。
【００４６】
次の制御周期では、既にＳパージフラグＦの値が１となっているため、ステップＳ２から直接ステップＳ８に進み、エンジン１の運転状態が高速・高負荷運転領域にあるか否かを判定する。
エンジン１が依然として高速・高負荷運転領域になければ、再びステップＳ２２乃至３０の処理により、エンジン１から排出される排気の昇温が行われ、温度の上昇した排気がＮＯｘ吸蔵触媒４０に流入することにより、ＮＯｘ吸蔵触媒４０の温度がライトオフ温度以上に維持される。即ち、前回の制御周期と同様に、ＥＧＲ弁２２が全閉とされてエンジン１の吸気側への排気還流が停止され、吸気絞り弁１２及び排気絞り弁２６が閉弁方向に制御されると共にウエストゲート弁３２を開弁方向に制御し、またエンジン１がアイドルアップされる。
【００４７】
そしてステップＳ３２では、燃料添加弁５２から排気中に燃料を噴射することにより、ＮＯｘ触媒４０によるＨＣの酸化反応でＮＯｘ吸蔵触媒４０が７００℃前後に昇温されると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒３６が還元雰囲気とされてＳパージが行われ、次のステップＳ１８でＳパージが完了したか否かを判定する。
従って、Ｓパージが必要となったときにエンジン１が高速・高負荷運転領域にない場合には、Ｓパージ完了と判断されるまでステップＳ２２乃至Ｓ３２の処理が繰り返され、ＮＯｘ吸蔵触媒４０が７００℃前後に昇温されると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒３６が還元雰囲気とされてＳパージが行われる。
【００４８】
こうしてＳパージ制御が行われ、ステップＳ１８でＳパージが完了したと判定すると、ステップＳ２０に進んでＳパージフラグＦの値を０として、その制御周期を終了する。この後の制御周期では、Ｓパージフラグの値が０とされたことによりステップＳ２からステップＳ４へと進み、Ｓパージが必要であるか否かを判定する。従って、次にステップＳ４でＳパージが必要と判断されてステップＳ６に進むまではステップＳ２とステップＳ４の処理が繰り返されることになる。
【００４９】
以上のように、エンジン１が高速・高負荷運転領域にないときにＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳパージを行う場合には、吸気側への排気還流を停止することにより、ＮＯｘ吸蔵触媒４０への排気流入量を増大させるようにしているので、エンジン１の運転状態が低速・低負荷域にあってもＮＯｘ吸蔵触媒４０の昇温に必要な排気流量を確保し、吸気絞り弁１２や排気絞り弁２６の閉弁方向の制御、ウエストゲート弁３２の開弁方向への制御及びエンジン１のアイドルアップにより温度の上昇した排気によってＮＯｘ吸蔵触媒４０を迅速にライトオフ温度以上に昇温することができる。そして、ＮＯｘ吸蔵触媒４０がライトオフ温度以上に昇温されていれば、排気中に供給されたＨＣをＮＯｘ吸蔵触媒４０により酸化させて、Ｓパージを実行可能な温度までＮＯｘ吸蔵触媒４０を昇温することが可能となる。
【００５０】
なお、ステップＳ４でＳパージが必要と判定され、ステップＳ８で判定されたエンジン１の運転状態に応じてステップＳ１０乃至Ｓ１６及びステップＳ２２乃至Ｓ３２のいずれか一方でＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージを実行中にエンジン１の運転状態が変化し、ステップＳ８の判定結果がそれまでと異なるものとなった場合には、ステップＳ１０乃至Ｓ１６及びステップＳ２２乃至Ｓ３２のいずれか他方によるＳパージに切り替わる。
【００５１】
このようにしてＳパージ制御が行われることにより、エンジン１がどのような運転領域にあっても、ＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳパージが必要となったときにＮＯｘ吸蔵触媒４０をライトオフ温度以上に迅速に昇温することが可能となり、ＮＯｘ吸蔵触媒４０に流入する排気中へのＨＣの供給によって、ＮＯｘ吸蔵触媒４０をＳパージが可能な温度まで昇温すると共に還元雰囲気とすることが可能となる。
【００５２】
また、エンジン１の運転状態が高速・高負荷運転領域にあるときには、吸気側への排気還流を大量に行うことにより、ＮＯｘ吸蔵触媒４０に流入する排気流量が減少するので、ＮＯｘ吸蔵触媒４０を還元雰囲気とするための排気中へのＨＣ供給量を減少することができ、その結果として排気中に供給されたＨＣと排気中の酸素との触媒上における急激な反応によるＮＯｘ吸蔵触媒４０の過昇温を防止することができると共に、燃費を改善することができる。
【００５３】
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では、ＨＣ供給手段として燃料添加弁５２を用いたが、このような燃料添加弁５２を設けず、エンジン１の各気筒に対する主噴射の後のポスト噴射により排気中にＨＣを供給するようにしてもよい。この場合には、各気筒に設けられたインジェクタ４が本発明のＨＣ供給手段に相当する。
【００５４】
また、前記実施形態では、エンジン１の運転状態が高速・高負荷運転領域にない場合、ＥＧＲ弁２２の全閉と併せ、吸気絞り弁１２や排気絞り弁２６の閉弁方向への制御やウエストゲート弁３２の開弁方向への制御及びエンジン１のアイドルアップにより、エンジン１から排出される排気の昇温を行うようにしたが、昇温の方法はこの組み合わせに限られるものではなく、これらの一部を行わないようにしてもよいし、これら以外の方法によってエンジン１からの排気を昇温するようにしてもよい。
【００５５】
更に、この場合、排気温度センサ４４が検出したＮＯｘ吸蔵触媒４０の出口側排気温度などに基づき、吸気絞り弁１２や排気絞り弁２６の閉弁方向への制御やウエストゲート弁３２の開弁方向への制御及びエンジン１のアイドルアップ等を行うようにしてもよいし、図３の高速・高負荷運転領域以外の運転領域を更に分割して、ＮＯｘ吸蔵触媒４０がライトオフ温度に達する可能性が特に低くなる低速・低負荷運転領域にあるときにのみ、吸気絞り弁１２や排気絞り弁２６の閉弁方向への制御やウエストゲート弁３２の開弁方向への制御及びエンジン１のアイドルアップ等の排気昇温制御を行うようにしてもよい。
【００５６】
また、前記実施形態では、エンジン１がターボチャージャ８及びターボチャージャ８の過給圧を調整するためのウエストゲート弁３２を備えていたが、ターボチャージャ８として可変ノズルタイプのように可変容量型のものを用いるようにしてもよい。この場合、図３に示す高速・高負荷運転領域は、可変ノズルなどを制御してターボチャージャのタービンへの排気流量を増大させる運転領域に相当するものとなる。但し、本発明自体にターボチャージャは必須ではなく、過給機を備えていないエンジンにも適用可能である。
【００５７】
また、前記実施形態では、エンジン１の燃料消費量や運転時間などに応じて推定したＮＯｘ吸蔵触媒４０のＳＯｘ吸蔵量が所定値以上となったときにＳパージの制御を開始するようにしたが、Ｓパージの制御開始条件はこれに限られるものではなく、例えばエンジン１の所定運転時間ごとにＳパージの制御を開始するようにしてもよいし、ＮＯｘ吸蔵触媒４０の下流側にＮＯｘセンサを設け、ＮＯｘセンサが検出した排ガス中のＮＯｘ量が所定量以上になったらＳパージの制御を開始するようにしてもよい。
【００５８】
更に、Ｓパージ制御の終了条件についても、前記実施形態のようにＳパージが必要と判定してからの経過時間に限定されるものではない。例えば、この場合にもＮＯｘ吸蔵触媒４０の下流側に設けたＮＯｘセンサの検出値に基づき、Ｓパージの制御を開始した後の検出値が所定値以下になったらＮＯｘ吸蔵触媒４０のＮＯｘ浄化機能が回復したものとしてＳパージの制御を終了するようにしてもよい。
【００５９】
また、前記実施形態では、排気後処理装置２８を上流側ケーシング３４と下流側ケーシング３８とに分けて構成したが、単一のケーシングで排気後処理装置２８を構成するようにしてもよい。
最後に、前記実施形態はディーゼルエンジンの排気浄化装置に本発明を適用したものであったが、エンジンの形式はこれに限定されるものではなく、ＮＯｘ吸蔵触媒と、このＮＯｘ吸蔵触媒にＨＣを供給するためのＨＣ供給手段及びＥＧＲ調整手段とを備えたエンジンであればどのようなものでも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の全体構成図である。
【図２】図１の排気浄化装置で行われるＳパージ制御のフローチャートである。
【図３】図２のＳパージ制御におけるエンジン運転領域を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  エンジン
２０  排気管（排気通路）
２２  ＥＧＲ弁（ＥＧＲ調整手段）
４０  ＮＯｘ吸蔵触媒
５２  燃料添加弁（ＨＣ供給手段）
５４  ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
2007040223.tif 000003
【図２】
2007040223.tif 000004
【図３】
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