(57)【要約】【課題】リッチスパイク制御時のＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ脱離量を精度良く予測し、ＮＯｘの脱離に使用する還元剤の供給量を適切に制御して、排気性状の悪化を回避することを目的とする。【解決手段】リッチスパイク制御直後で、還元剤がＮＯｘの脱離を支配しＮＯｘ脱離速度（ＮＯｘ脱離量）が略一定の期間では、排気λを所定値に固定して還元剤を供給制御し、その後の、ラングミュア吸着式によってＮＯｘの吸着・脱離が支配され、ＮＯｘ脱離速度が減少変化する期間では、ＮＯｘ脱離速度に応じて排気λを可変して還元剤を供給制御する。【選択図】図３
2013209992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、酸素過剰のリーン雰囲気のとき排気中のＮＯｘをトラップし、酸素濃度が低下したリッチ雰囲気において還元剤でＮＯｘを脱離還元処理するＮＯｘトラップ触媒と、
リッチ雰囲気において前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされたＮＯｘの脱離速度を予測する脱離速度予測手段と、
該脱離速度予測手段の予測した脱離速度に応じて、前記ＮＯｘトラップ触媒に対する還元剤の供給量を制御する制御手段と、
を含んで構成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】
前記制御手段は、所定の閾値を境に還元剤の供給制御を切換える構成であり、脱離還元処理の開始から前記閾値までの間は前記還元剤の供給量を所定値に固定し、閾値以降から脱離還元処理の終了までの間はＮＯｘ脱離速度の減少に応じて還元剤の供給量を減少制御す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。
【請求項３】
前記制御手段は、還元剤の供給位置から還元剤がＮＯｘトラップ触媒に到達するまでの遅れ時間を吸気流速に基づいて演算し、遅れ時間演算値に基づいて還元剤の供給終了時期を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記閾値以降から脱離還元処理の終了までの間では、脱離速度予測手段で演算するＮＯｘ脱離速度の演算値に基づいて空気過剰率の目標値を設定し、前記空気過剰率が前記目標値になるよう制御して還元剤の供給量を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記空気過剰率の制御は、吸気流量、ＥＧＲ量及び燃料噴射量の少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記吸気流量は、吸気絞弁開度、ＥＧＲ率及び排気通路に介装した排気タービンの可変ノズル開度の少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記還元剤用燃料の供給は、機関燃焼室の燃焼に供する主噴射、排気行程におけるポスト噴射及び排気通路への噴射の少なくとも１つを用いて行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つ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、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、酸素過剰のリーン雰囲気のときに排気中のＮＯｘをトラップし、酸素濃度が低下したリッチ雰囲気においてＮＯｘを脱離し還元剤で還元処理するＮＯｘトラップ触媒を用いて、排気中のＮＯｘを浄化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＯｘトラップ触媒を備えた内燃機関では、通常はリーン燃焼運転を行い、その間に発生したＮＯｘをＮＯｘトラップ触媒に堆積し、ある程度ＮＯｘが堆積した時点で排気の空気過剰率（以下、λで表す）を一時的にリッチ化することで、堆積したＮＯｘを脱離させ還元処理することでＮＯｘトラップ触媒を再生させるようにしている。このような制御は、λを一時的にリッチ方向に操作することからリッチスパイク制御と称される。
【０００３】
従来のリッチスパイク制御として、特許文献１に、ＮＯｘトラップ触媒前後のＮＯｘ濃度と吸入空気量とからリーン燃焼運転時のＮＯｘ堆積量を演算し、ＮＯｘトラップ触媒温度からリッチスパイク制御した場合の単位時間当たりのＮＯｘ放出量（ＮＯｘ脱離速度）を演算し、ＮＯｘ堆積量とＮＯｘ脱離速度とからリッチスパイク制御時間を決定し、リッチスパイク制御中はλを予め定めた目標値にフィードバック制御するものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、リッチスパイク制御時のＮＯｘ脱離速度は、制御開始からある程度ＮＯｘ堆積量が減少するまでは速く略一定であるが、その後は徐々に低下して行く。そのため、上述した特許文献１のように、リッチスパイク制御中のλを目標値に一定保持する制御では、ＮＯｘ脱離速度が低下するにも拘わらず還元剤の供給量が減少されていないため、還元剤が過剰供給となり、ＨＣ等の排出量が増える虞れがあるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされたＮＯｘを脱離還元するときに、ＮＯｘトラップ触媒からのＮＯｘ脱離量に対して過不足なく還元剤を供給でき、以って、リッチスパイク制御時のＨＣ等の排出量を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため、本発明の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路に配置され、酸素過剰のリーン雰囲気のとき排気中のＮＯｘをトラップし、酸素濃度が低下したリッチ雰囲気において還元剤でＮＯｘを脱離還元処理するＮＯｘトラップ触媒と、リッチ雰囲気において前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされたＮＯｘの脱離速度を予測する脱離速度予測手段と、該脱離速度予測手段の予測した脱離速度に応じて、前記ＮＯｘトラップ触媒に対する還元剤の供給量を制御する制御手段と、を含んで構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、リッチ雰囲気においてＮＯｘトラップ触媒にトラップされたＮＯｘを脱離還元処理するときに、ＮＯｘトラップ触媒からのＮＯｘの脱離速度を予測し、予測したＮＯｘ脱離速度に応じて還元剤の供給量を制御するので、ＮＯｘトラップ触媒から脱離したＮＯｘ量に見合った還元剤を供給でき、過剰な還元剤の供給によって排気性状が悪化することを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステム図。
【図２】ＮＯｘ脱離還元処理動作のメインルーチンを示すフローチャート。
【図３】リッチスパイク制御動作のフローチャート。
【図４】本実施形態の排気λの制御特性を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を備えた内燃機関の全体構成を示す図である。
内燃機関１はディーゼルエンジンであり、排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを連通するＥＧＲ通路４に、アクチュエータによって開度が制御されるＥＧＲ制御弁５が介装されている。
【００１２】
前記ＥＧＲ制御弁５の開度は、運転条件に応じた目標ＥＧＲ率になるように、マイクロコンピュータを内蔵する電子コントロールユニット６によって制御される。
内燃機関１に対する燃料噴射は、コモンレール式の燃料噴射装置８によって行われる。
【００１３】
前記コモンレール式の燃料噴射装置８においては、サプライポンプ９によって加圧された燃料を、燃料配管１０を介してコモンレール１１に供給し、前記コモンレール１１から各気筒の燃料噴射ノズル１２に高圧燃料を分配する。尚、図示しないが、後述するＮＯｘトラップ触媒２７の上流側に、リッチスパイク制御時の燃料噴射用の燃料噴射ノズルを設ける場合、前記コモンレール１１から燃料が分配される。
【００１４】
前記コモンレール１１内の燃料圧力は、図示省略したプレッシャレギュレータによって調整されるようになっており、コモンレール１１には、該コモンレール１１内の燃料圧力を検出するために燃料圧力センサ１４が設けられている。更に、サプライポンプ９の上流側には、燃料温度を検出する燃温センサ１５が配置されている。
【００１５】
また、各気筒の燃焼室には、グロープラグ１７が配置されている。
更に、内燃機関１には、排気タービン１９とコンプレッサ２０とを同軸上に備えたターボ過給機２１が備えられている。
【００１６】
前記排気タービン１９は、排気通路２におけるＥＧＲ通路４の分岐点より下流側に配置され、かつ、前記排気タービン１９のスクロール入口には、可変ノズル２２が備えられる。
【００１７】
前記可変ノズル２２は、制御圧力（制御負圧）に応動するダイヤフラム式のアクチュエータ２３によって駆動され、かつ、上記制御圧力は、デューティ制御される圧力制御弁２４を介して生成される。
【００１８】
そして、前記可変ノズル２２の開度を小さくした状態では、ターボ過給機２１が、排気流量の少ない運転条件に適した小容量特性となり、可変ノズル２２の開度を大きくした状態では、ターボ過給機２１が、排気流量の多い運転条件に適した大容量特性となる。
【００１９】
前記排気タービン２２下流側の排気通路２には、排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ触媒２７と、微粒子捕集フィルタ（Diesel particulate filter：ＤＰＦ）２８と、が順に配置されている
前記ＮＯｘトラップ触媒２７は、酸素過剰のリーン雰囲気のとき排気中のＮＯｘをトラップし、酸素濃度が低下したリッチ雰囲気において排気中のＨＣ，ＣＯを還元剤としてＮＯｘを脱離還元して浄化するものである。
【００２０】
前記微粒子捕集フィルタ２８は、排気微粒子（particulate matter：ＰＭ）を捕集除去するためのフィルタであり、例えば、コーディエライト等の柱状のフィルタ材料にハニカム状の多数の微細な通路を形成すると共に、その端部を交互に閉塞してなるウォールフローハニカム構造（いわゆる目封じ型）のフィルタが用いられている。
【００２１】
前記微粒子捕集フィルタ２８の入口側及び出口側には、それぞれ入口側及び出口側での排気温度を検出する排気温度センサ２９，３０が配置されている。
【００２２】
更に、排気微粒子の堆積に伴い微粒子捕集フィルタ２８の圧力損失が変化するので、微粒子捕集フィルタ２８の入口側と出口側との間の圧力差を検出する差圧センサ３１を設け、前記差圧から排気微粒子の堆積量を推定できるようにしてある。
【００２３】
また、吸気通路３に介装された上記コンプレッサ２０の上流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ３３が配設され、更に、その上流には、エアクリーナ３４が配設されている。
【００２４】
前記エアクリーナ３４の入口側には、大気圧を検出する大気圧センサ３５が配置されている。
【００２５】
また、前記コンプレッサ２０とコレクタ部３ａとの間には、過給された高温の空気を冷却するインタークーラ３６が設けられている。
【００２６】
更に、前記吸気通路３のコレクタ部３ａ入口側には、内燃機関１に吸入される新気量を制限する吸気絞弁３８が介装されており、この吸気絞弁３８は、ステッピングモータ等からなるアクチュエータ３９により開閉駆動され、前記アクチュエータ３９は、電子コントロールユニット６の制御信号により制御される。
【００２７】
また、前記コレクタ部３ａには、過給圧を検出する過給圧センサ４０と、吸気温度を検出する吸気温度センサ４１と、が設けられている。
【００２８】
また、前記ＮＯｘトラップ触媒２７の上流側及び下流側には、排気空燃比（以下、排気λと称し、数値として空気過剰率で表す）を検出する空燃比センサ４２，４３が設けられている。
【００２９】
また、内燃機関１の冷却水温度を検出する水温センサ４４、クランク軸の回転角を検出するクランク角センサ４５、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４６、ＮＯｘトラップ触媒２７の温度（ベッド温度）を検出する触媒温度センサ４７等が設けられている。
【００３０】
前記電子コントロールユニット６は、排気還流率（ＥＧＲ率）や燃料噴射量等を制御すると共に、前記ＮＯｘトラップ触媒２７にトラップされたＮＯｘ量が、予め定めた閾値に達したときに、ＮＯｘトラップ触媒２７の雰囲気を通常の酸素過剰のリーン雰囲気から酸素濃度が低下したリッチ雰囲気に一時的に切換えるリッチスパイク制御を実行して、排気中のＨＣ，ＣＯを還元剤として、ＮＯｘトラップ触媒２７からＮＯｘを脱離させ、その脱離速度に応じて、還元剤の供給量を制御してＮＯｘを還元処理する（制御手段）。
【００３１】
ＮＯｘトラップ触媒２７にトラップされたＮＯｘ量が閾値に達していることに基づいてリッチスパイク制御を開始すると、リッチスパイク制御開始後の単位時間当たりのＮＯｘ脱離量（ＮＯｘ脱離速度）を予測することで、残存するＮＯｘトラップ量の減少変化を予測し、ＮＯｘトラップ量に見合った量の還元剤を供給制御し、ＮＯｘトラップ量が設定値以下になった時点でリッチスパイク制御を終了させる。
【００３２】
次に、本実施形態のＮＯｘの脱離還元制御について詳細に説明する。
【００３３】
図２のフローチャートは、ＮＯｘ脱離還元制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【００３４】
ステップＳ１では、各種センサによる検出値を読込む。
【００３５】
ステップＳ２では、これら検出値に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒２７にトラップされて堆積したＮＯｘ堆積量を演算する。例えば、エンジン回転速度の積算値から推定してもよいし、走行距離から推定してもよい。尚、積算値を用いる場合、ＮＯｘ脱離還元処理が終了した時点で、その積算値をリセットする。
【００３６】
ステップＳ３では、堆積量が所定値に達したか否かによって、空燃比リッチ化によりＮＯｘを脱離還元するリッチスパイク制御の開始時期に達したかを判定する。リッチスパイク制御の開始時期に達したと判定したときは、ステップ４に進み、リッチスパイク制御を実行する。
【００３７】
図３は、図２のステップ４のリッチスパイク制御の詳細を示すフローチャートである。
【００３８】
ステップＳ１１では、排気λを予め定めた所定値（例えばλ＝０．８程度）に設定し、空燃比をリッチ化して還元剤を供給する。排気λの制御は、吸気流量、ＥＧＲ量、燃料噴射量等を制御して行う。ここで、還元剤としての燃料の供給は、燃料噴射ノズル１２による燃焼室への主噴射或いは排気行程において燃料噴射ノズル１２から燃料を噴射するポスト噴射によって行う。また、ＮＯｘトラップ触媒２７の上流側排気通路２に別途燃料噴射ノズル（図示せず）を設け、排気通路２に還元剤として燃料を直接噴射してもよい。
【００３９】
尚、吸気流量の制御は、吸気絞弁３８の開度、ＥＧＲ率或いは排気タービン１９の可変ノズル開度を制御して行う。
【００４０】
ステップＳ１２では、供給した還元剤の供給量に基づくＮＯｘトラップ触媒２７におけるＮＯｘ脱離速度を予測演算する。ＮＯｘ脱離速度は、単位時間（この場合、一制御周期）当たりのＮＯｘ脱離量であり、燃料噴射量、エンジン回転速度、ＮＯｘトラップ触媒温度、排気流量等から予測できる（脱離速度予測手段）。
【００４１】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で演算したＮＯｘ脱離速度に基づいて現在のＮＯｘ吸着量（ＮＯ残存量）を演算する。前記脱離速度は単位時間当たりのＮＯｘ脱離量に相当するものであるから、この脱離量を現在のＮＯｘ堆積量から減算することで、現在のＮＯｘ吸着量を算出できる。
【００４２】
ステップＳ１４では、現在のＮＯｘ吸着量に基づいて排気λの制御切換時期か否かを判定する。ステップ１３で演算したＮＯｘ吸着量が予め定めた閾値に達すると、排気λの制御切換時期と判断し、排気λの制御を、固定制御から可変制御に切換える。ステップ１３で演算したＮＯｘ吸着量が閾値に達していなければ、排気λを所定値に固定して制御を継続する。
【００４３】
図４に示すように、リッチスパイク制御初期は、還元剤と触媒温度がＮＯｘの脱離の支配要因となり、ＮＯｘ脱離速度は略一定（単位時間当たりのＮＯｘ脱離量が略一定）であるが、ＮＯｘ吸着量がある程度まで減少するとラングミュア吸着式がＮＯｘ脱離の支配要因となって、ＮＯｘ脱離速度が低下（単位時間当たりのＮＯｘ脱離量が減少）して行く。このため、排気λを固定したままでは、ＮＯｘ脱離速度が低下（ＮＯｘ脱離量が減少）し出した時に、還元剤の供給量が過剰となり排気性状が悪化する。これを回避するため、ＮＯｘ脱離速度の低下（ＮＯｘ脱離量の減少）変化に応じて排気λを可変制御に切換えて還元剤の供給量を適切に制御するのである。
【００４４】
前記閾値は、ＮＯｘ脱離速度が低下（ＮＯｘ脱離量が減少）し出す時期、言い換えれば、ＮＯｘ吸着量の減少変化が緩やかになった時期に設定する。この閾値の設定は、リッチスパイク時のＮＯｘ吸着量の変化傾向を予め実験的に求め、その結果に基づいて設定すればよい。ＮＯｘ吸着量が閾値以下なって排気λの制御切換時期と判断したら、ステップＳ１５に進む。
【００４５】
尚、ステップＳ１４の判定処理は、リッチスパイク制御の開始時点からの時間経過で判定するようにしてもよい。即ち、リッチスパイク制御中のＮＯｘ吸着量の変化傾向の実験結果から、リッチスパイク制御の開始時点からＮＯｘ吸着量の減少変化が緩やかになるまでの経過時間を計測し、この計測結果に基づいてリッチスパイク制御の開始時点からの時間を設定すればよい。リッチスパイク制御の開始時点からの経過時間をタイマでカウントし、タイマ値が前記経過時間に達したらステップＳ１５に進むようにすればよい。
【００４６】
ステップＳ１５では、ＮＯｘ脱離速度（ＮＯｘ脱離量）をラングミュアの吸着式を用いて予測演算する（脱離速度予測手段）。
【００４７】
ラングミュアの吸着式では、ＮＯｘ吸着速度Ｖad（単位時間当たりのＮＯｘ吸着量）を、吸着の反応速度係数Ｋad、ＮＯｘトラップ触媒２７におけるＮＯｘ濃度ＰNO2、二酸化炭素濃度ＰCO2、更に、ＮＯｘ吸着空きサイト量（１−θ）に基づいて算出する。
【００４８】
Ｖad＝Ｋad・ＰNO2・ＰCO2・（１−θ）
ここで、前記反応速度係数Ｋadは、触媒温度が高いほど大きな値となる。前記ＮＯｘ吸着空きサイト量（１−θ）は、ＮＯｘトラップ触媒２７におけるＮＯｘの最大吸着量から既に吸着しているＮＯｘ量を減じた今後の吸着可能量の最大吸着量に対する割合を示す。θは、吸着率（被覆率）で、既に吸着しているＮＯｘ量のＮＯｘの最大吸着量に対する割合を示す。
【００４９】
また、ＮＯｘ脱離速度Ｖde（単位時間当たりのＮＯｘ脱離量）を、脱離の反応速度係数Ｋde、吸着率θに基づいて算出する。
【００５０】
Ｖde＝Ｋde・θ
前記反応速度係数Ｋdeも、触媒温度が高いほど大きな値となる。
【００５１】
そして、ＮＯｘ吸着速度ＶadとＮＯｘ脱離速度Ｖdeとの差分から、ＮＯｘトラップ触媒２７におけるＮＯｘ脱離速度（ＮＯｘ脱離量）Ｖを算出する。
【００５２】
Ｖ＝Ｖde−Ｖad
Ｖde＞ＶadであればＮＯｘ脱離量がＮＯｘ吸着量より多く、ＮＯｘトラップ触媒２７のＮＯｘ吸着量は減少し、Ｖde＜ＶadであればＮＯｘ脱離量がＮＯｘ吸着量より少なく、ＮＯｘトラップ触媒２７のＮＯｘ吸着量は増大する。
【００５３】
ステップＳ１６では、ステップＳ１５で予測したＮＯｘ脱離量に応じた還元剤を供給するための排気λの目標値（目標λ）を設定する。
【００５４】
ステップＳ１７では、ステップＳ１６で設定した目標λと一致するよう、例えば、空燃比センサ４２の検出値に基づいて空燃比をフィードバック制御し、還元剤の供給量を制御する。目標λの制御は、吸気流量、ＥＧＲ量、燃料噴射量等を制御して行う。
【００５５】
ステップＳ１８では、還元剤を供給してから還元剤がＮＯｘトラップ触媒２７に到達するまでの遅れ時間を演算する。この到達遅れ時間は、吸気流速（吸気流量とエンジン回転速度から演算）及び燃料噴射位置からＮＯｘトラップ触媒２７までの容積（既知）に基づいて演算できる。
【００５６】
ステップＳ１９では、リッチスパイク制御の終了時期か否かを判定する。この判定は、例えば、ＮＯｘ脱離速度に基づいて現在のＮＯｘ吸着量が略零となるまでの時間を予測し、この予測値とステップＳ１９で演算した到達遅れ時間とを比較して行う。そして、両者が略一致した時点で終了時期と判定し、ステップ２１に進み、リッチスパイク制御を終了する。リッチスパイク制御の終了時期でないと判断した場合は、ステップＳ１５〜ステップＳ１９の動作を繰返す。この場合、ステップＳ１５の前述した演算式における吸着率θは、前回の脱離量を加味した前回値を用いる。
【００５７】
かかる本実施形態によれば、リッチスパイク制御開始後のＮＯｘ脱離速度が略一定の期間では、排気λを設定値に固定制御して還元剤の供給量を略固定し、その後、ＮＯｘ脱離速度が減少変化する期間では、ＮＯｘ脱離速度の減少変化に応じて排気λを可変制御して還元剤の供給量を可変するようにした。これにより、リッチスパイク制御時の還元剤の供給量を、ＮＯｘトラップ触媒２７のＮＯｘ脱離量に対して過不足なく適切に供給することができ、排気性状の悪化を回避できる。
【００５８】
また、本実施形態では、還元剤が供給されてからＮＯｘトラップ触媒に到達するまでの到達遅れ時間を考慮して、ＮＯｘ吸着量が略零になる以前にリッチスパイク制御を終了して還元剤の供給を終了するようにしたので、より一層排気性状の悪化を抑制できる。尚、必ずしも還元剤の前記到達遅れ時間を考慮しなくともよく、ＮＯｘの脱離量が略零であると判断してから還元剤の供給を終了するようにしてもよく、この場合でも、従来のリッチスパイク制御と比較して、排気性状を向上できる。
【００５９】
上記実施形態では、内燃機関１をディーゼルエンジンとしたが、本願発明に係る還元剤の供給制御は、ＮＯｘトラップ触媒を備えたガソリンエンジンにも適用できることは明らかである。
【符号の説明】
【００６０】
１ ディーゼルエンジン
６ 電子コントロールユニット
１２ 燃料噴射ノズル
２７ ＮＯｘトラップ触媒
２８ 微粒子捕集フィルタ
３８ 吸気絞弁
４２，４３ 空燃比センサ
４５ クランク角センサ
４７ 触媒温度センサ
【図１】
2013209992.tif 000003
【図２】
2013209992.tif 000004
【図３】
2013209992.tif 000005
【図４】
2013209992.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月8日(2013.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、酸素過剰のリーン雰囲気のとき排気中のＮＯｘをトラップし、酸素濃度が低下したリッチ雰囲気において還元剤でＮＯｘを脱離還元処理するＮＯｘトラップ触媒と、
前記ＮＯｘトラップ触媒の再生のために排気の空気過剰率を一時的にリッチ化するリッチスパイク手段と、
前記リッチスパイク手段の制御手段と、
を備えてなる内燃機関の排気浄化装置であって、
前記制御手段は、
前記再生開始から開始され、前記空気過剰率をリッチ側の一定の空気過剰率に維持する空気過剰率固定制御期間と、前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸着量が所定の閾値まで減少したときに開始され、かつ前記空気過剰率を徐々に理論空燃比に近付けていく空気過剰率可変制御期間と、を有し、
前記空気過剰率固定制御期間では、触媒温度と空気過剰率とに応じた単位時間当たりのＮＯｘ脱離量を用いて前記ＮＯｘ吸着量を逐次求め、かつ該ＮＯｘ吸着量を前記閾値と比較し、
前記空気過剰率可変制御期間では、空気過剰率によらずに前記ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ濃度と被覆率とに基づく吸着と脱離との平衡から単位時間当たりのＮＯｘ脱離量を逐次求め、この単位時間当たりのＮＯｘ脱離量に応じた空気過剰率となるように前記リッチスパイク手段を制御する、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記空気過剰率の制御は、吸気流量、ＥＧＲ量及び燃料噴射量の少なくとも１つを制御す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。
【請求項３】
前記吸気流量は、吸気絞弁開度、ＥＧＲ率及び排気通路に介装した排気タービンの可変ノズル開度の少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記リッチスパイク手段は、機関燃焼室の燃焼に供する主噴射、排気行程におけるポスト噴射及び排気通路への噴射の少なくとも１つを用いて行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記空気過剰率可変制御期間では、下記のラングミュアの吸着式から単位時間当たりのＮＯｘ脱離量を求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
Ｖ＝Ｖde−Ｖad
但し、
Ｖad＝Ｋad・ＰNO2・（１−θ）
Ｖde＝Ｋde・θ
ここで、
Ｖ：単位時間当たりのＮＯｘ脱離量
Ｖad：ＮＯｘ吸着速度
Ｋad：吸着の反応速度係数
ＰNO2：ＮＯｘ濃度
θ：被覆率
Ｖde：ＮＯｘ脱離速度
Ｋde：脱離の反応速度係数
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、内燃機関の排気通路に配置され、酸素過剰のリーン雰囲気のとき排気中のＮＯｘをトラップし、酸素濃度が低下したリッチ雰囲気において還元剤でＮＯｘを脱離還元処理するＮＯｘトラップ触媒と、
前記ＮＯｘトラップ触媒の再生のために排気の空気過剰率を一時的にリッチ化するリッチスパイク手段と、
前記リッチスパイク手段の制御手段と、
を備えてなる内燃機関の排気浄化装置であって、
前記制御手段は、
前記再生開始から開始され、前記空気過剰率をリッチ側の一定の空気過剰率に維持する空気過剰率固定制御期間と、前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸着量が所定の閾値まで減少したときに開始され、かつ前記空気過剰率を徐々に理論空燃比に近付けていく空気過剰率可変制御期間と、を有し、
前記空気過剰率固定制御期間では、触媒温度と空気過剰率とに応じた単位時間当たりのＮＯｘ脱離量を用いて前記ＮＯｘ吸着量を逐次求め、かつ該ＮＯｘ吸着量を前記閾値と比較し、
前記空気過剰率可変制御期間では、空気過剰率によらずに前記ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ濃度と被覆率とに基づく吸着と脱離との平衡から単位時間当たりのＮＯｘ脱離量を逐次求め、この単位時間当たりのＮＯｘ脱離量に応じた空気過剰率となるように前記リッチスパイク手段を制御する、
ことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
ラングミュアの吸着式では、ＮＯｘ吸着速度Ｖad（単位時間当たりのＮＯｘ吸着量）を、吸着の反応速度係数Ｋad、ＮＯｘトラップ触媒２７におけるＮＯｘ濃度ＰNO2、更に、ＮＯｘ吸着空きサイト量（１−θ）に基づいて算出する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
Ｖad＝Ｋad・ＰNO2・（１−θ）
ここで、前記反応速度係数Ｋadは、触媒温度が高いほど大きな値となる。前記ＮＯｘ吸着空きサイト量（１−θ）は、ＮＯｘトラップ触媒２７におけるＮＯｘの最大吸着量から既に吸着しているＮＯｘ量を減じた今後の吸着可能量の最大吸着量に対する割合を示す。θは、吸着率（被覆率）で、既に吸着しているＮＯｘ量のＮＯｘの最大吸着量に対する割合を示す。