(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置した、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯXを吸収しリッチ空燃比雰囲気下で吸収したＮＯXを放出、還元浄化するＮＯX吸収剤と、機関運転中に、ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量が所定値に到達する毎に前記ＮＯX吸収剤をリッチ空燃比雰囲気にすることにより、前記ＮＯX吸収剤から吸収したＮＯXを放出させるとともに放出されたＮＯXを還元浄化する再生手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量を推定するとともに、機関運転停止操作が行われた後に、機関運転停止操作時の前記ＮＯX吸収量推定値に応じて定まる時間前記ＮＯX吸収剤をリッチ空燃比雰囲気に保持することにより、吸収したＮＯXをＮＯX吸収剤から放出させる停止時再生手段を備えたことを特徴とする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】
内燃機関の排気通路に、流入排気の空燃比がリーンのときに排気中の（窒素酸化物）ＮＯX を吸収し、流入排気中の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯX を放出するＮＯX 吸収剤を配置し、機関をリーン空燃比で運転中に上記ＮＯX 吸収剤に排気中のＮＯX を吸収させる内燃機関の排気浄化装置が本願出願人により既に提案されている（国際公開公報第ＷＯ９３−２５８０６号参照）。同公報の排気浄化装置は、運転中にＮＯX 吸収剤に吸収されたＮＯX 量を推定する推定手段を備えており、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量を運転中常時監視している。そして、この吸収ＮＯX 量が予め定めた量に到達したときにＮＯX 吸収剤に流入する排気の酸素濃度を低下させてＮＯX 吸収剤から吸収したＮＯX を放出させるとともに、放出されたＮＯX を排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等の還元成分により還元浄化している（なお、本明細書では上記ＮＯX 吸収剤からの吸収したＮＯX の放出と還元浄化とを行うための操作を「ＮＯX 吸収剤の再生操作」と呼ぶ）。上記公報の排気浄化装置では、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量が所定値に到達する毎に再生操作を行うことにより、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量が過度に増大してＮＯX 吸収剤が吸収したＮＯX により飽和してしまうことが防止される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のようにＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量が所定値に到達する毎にＮＯX 吸収剤の再生操作を行う場合には、機関停止後にＮＯX 吸収剤からＮＯX が放出され、浄化されないまま大気に放出される可能性が生じる問題がある。
後述するように、ＮＯX 吸収剤に吸収可能な最大ＮＯX 量（ＮＯX 飽和量）は温度により変化する。例えば、機関運転中はＮＯX 吸収剤は最大ＮＯX 保持吸収量が最も大きくなる温度範囲（例えば３００℃から５００℃程度）になるように、排気通路上でのＮＯX 吸収剤配置等が考慮されているため、上記再生操作を行うべきＮＯX 吸収量は比較的大きな値（例えば、上記温度範囲におけるＮＯX 飽和量の最大値の７０から８０％程度）に設定される。したがって、上記公報の装置では実際のＮＯX 吸収量が上記所定値に到達する直前に機関が停止されたような場合には機関停止後ＮＯX 吸収剤にかなりの量のＮＯX が吸収されたままになっている状態が生じる。ところが、機関が停止されると、放熱によりＮＯX 吸収剤温度が低下するため、それに応じてＮＯX 吸収剤の最大ＮＯX 保持量が低下することになる。このため、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 飽和量が、温度低下により機関停止時のＮＯX 吸収量より低くなると、ＮＯX 飽和量を越えた分のＮＯX はＮＯX 吸収剤から放出され、還元浄化されないまま大気に放散する問題が生じる。
【０００４】
この問題を防止するためには、上記再生操作を開始するＮＯX 吸収量の所定値（再生操作開始吸収量）を低く設定して、機関運転中にＮＯX 吸収剤に吸収、保持されるＮＯX の量を低減し、温度低下時にもＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量がＮＯX 飽和量を越えることがないようにすれば良い。しかし、再生操作開始吸収量を低く設定したのでは、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収能力を十分に活用することができず、再生操作実行頻度が増大することになる。再生操作実行頻度がいたずらに増大すると、再生操作時の空燃比変動によるドライバビリティの悪化や燃費の悪化等の問題が生じる可能性があるため好ましくない。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収能力を十分に活用し、再生操作実行頻度の不必要な増大を抑制しながら機関停止中のＮＯX 吸収剤から未浄化のＮＯX が放出されることを防止可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置した、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯXを吸収しリッチ空燃比雰囲気下で吸収したＮＯXを放出、還元浄化するＮＯX吸収剤と、機関運転中に、ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量が所定値に到達する毎に前記ＮＯX吸収剤をリッチ空燃比雰囲気にすることにより、前記ＮＯX吸収剤から吸収したＮＯXを放出させるとともに放出されたＮＯXを還元浄化する再生手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量を推定するとともに、機関運転停止操作が行われた後に、機関運転停止操作時の前記ＮＯX吸収量推定値に応じて定まる時間前記ＮＯX吸収剤をリッチ空燃比雰囲気に保持することにより、吸収したＮＯXをＮＯX吸収剤から放出させる停止時再生手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００７】
すなわち、本発明においても再生手段は機関運転中、予め定めた条件が成立する毎に、例えばＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量が所定値に到達する毎に、ＮＯX 吸収剤の再生を行う。このため、ＮＯX 吸収剤再生条件が成立する直前に機関が停止された場合にはＮＯX 吸収剤には比較的多量のＮＯX が吸収、保持されており機関停止後のＮＯX 吸収剤温度低下とともに、ＮＯX 吸収剤からＮＯX が放出され未浄化のまま大気に放散する可能性がある。また、停止後短時間で機関が再始動され、ＮＯX 吸収剤の温度が低下しなかったような場合には、機関始動時からＮＯX 吸収剤には比較的多量のＮＯX が吸収されていることになるため、機関始動後ＮＯX 吸収剤の再生条件が成立するまでの間にＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量が増大してしまい、ＮＯX 吸収剤が飽和する可能性がある。
【０００８】
しかし、本発明では停止時再生手段が機関停止操作が行われた後所定の時間ＮＯX 吸収剤をリッチ空燃比雰囲気に保持し、ＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出させ還元浄化する。従って、機関停止後ＮＯX 吸収剤はＮＯX 吸収量が非常に低い状態で保持されることになるため、機関停止後ＮＯX 吸収剤温度が低下してもＮＯX 吸収剤からはＮＯX が放出されることがない。また、停止後短時間で機関が再始動された場合でもＮＯX 吸収剤は吸収量が非常に低い状態でＮＯX の吸収を開始するため、次にＮＯX 吸収剤の再生条件が成立して再生操作が実行されるまでにＮＯX 吸収剤が吸収したＮＯX で飽和する事態が防止される。
【０００９】
なお、機関停止操作後にＮＯX 吸収剤を所定時間リッチ空燃比に保持する方法としては、例えば機関停止操作（イグニッションスイッチのオフ操作）後直ちに機関を停止せず、所定時間機関への供給量を増量して機関をリッチ空燃比運転することによりＮＯX 吸収剤にリッチ空燃比の排気を供給するようにしても良いし、排気通路のＮＯX 吸収剤入口側にノズルを設け、機関停止操作後所定期間このノズルからＮＯX 吸収剤にＮＨ3 、ＣＯ等の還元性を有する物質やＨＣ、ＣＯ2 等を含む物質（還元剤）を供給することによりＮＯX 吸収剤をリッチ空燃比雰囲気に保持するようにしても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の排気浄化装置を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
図１を参照すると、１は機関本体、２はピストン、３は燃焼室、４は点火栓、５は吸気弁、６は吸気ポート、７は排気弁、８は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート６は対応する枝管９を介してサージタンク１０に連結され、各枝管９にはそれぞれ吸気ポート６内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１１が取付けられる。サージタンク１０は吸気ダクト１２およびエアフローメータ１３を介してエアクリーナ１４に連結され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１５が配置される。一方、排気ポート８は排気マニホルド１６および排気管１７を介してＮＯX 吸収剤１８を内蔵したケーシング１９に接続されている。
【００１１】
制御回路３０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。エアフローメータ１３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ＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５には機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ２３が接続される。一方、出力ポート３６は点火回路３８、駆動回路３９を介してそれぞれ点火栓４および燃料噴射弁１１に接続される。
【００１２】
図１に示す内燃機関では例えば次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋt
ここでＴＰは基本燃料噴射時間を示しており、Ｋt は補正係数を示している。基本燃料噴射時間ＴＰは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とするのに必要な燃料噴射時間を示している。この基本燃料噴射時間ＴＰは予め実験により求められ、機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）および機関回転数Ｎの関数として図２に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。補正係数Ｋt は機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を制御するための係数であってＫt ＝１．０  であれば機関シリンダ内に供給される混合気は理論空燃比となる。これに対してＫt ＜１．０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも大きく、すなわちリーンとなり、Ｋt ＞１．０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも小さく、すなわちリッチとなる。
【００１３】
図１に示される内燃機関では通常例えばＫt ＝０．７に維持されており、機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比はリーンとなってシリンダ内ではリーン混合気の燃焼が行われる。
図３は燃焼室３から排出される排気ガス中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。図３からわかるように燃焼室３から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯの濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室３から排出される排気ガス中の酸素Ｏ2 の濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００１４】
ケーシング１９内に収容されているＮＯX 吸収剤１８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 、ロジウムＲｈ等のような貴金属とが担持されている。機関吸気通路およびＮＯX 吸収剤１８上流の排気通路内に供給された空気および燃料の比をＮＯX 吸収剤１８への排気ガスの空燃比と称すると、このＮＯX 吸収剤１８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、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯX を放出するＮＯX の吸放出作用を行う。なお、ＮＯX 吸収剤１８上流の排気通路内に燃料或いは空気が供給されない場合には流入排気ガスの空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比に一致し、従ってこの場合にはＮＯX 吸収剤１８は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンのときにはＮＯX を吸収し、燃焼室３内に供給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯX を放出することになる。
【００１５】
上述のＮＯX 吸収剤１８を機関排気通路内に配置すればこのＮＯX 吸収剤１８は実際にＮＯX の吸放出作用を行う。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が、概略図４に示す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の白金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。
【００１６】
すなわち、流入排気ガスがかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図４(A) に示されるようにこれら酸素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４(A) に示されるように硝酸イオンＮＯ3 - 形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯX がＮＯX 吸収剤１８内に吸収される。
【００１７】
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。これに対して流入排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ2 の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3 - →ＮＯ2 ）に進み、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。すなわち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯX 吸収剤１８からＮＯX が放出されることになる。図３に示されるように流入排気ガスのリーンの度合が低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、従って流入排気ガスのリーンの度合を低くすれば流入排気ガスがリーンであってもＮＯX 吸収剤１８からＮＯX が放出されることになる。
【００１８】
一方、このとき流入排気ガスの空燃比をリッチにすると図３に示されるように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは白金Ｐt 上の酸素Ｏ2 - またはＯ2-と反応して酸化せしめられる。また、流入排気ガスの空燃比をリッチにすると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ2 が放出され、このＮＯ2 は図４(B) に示されるように未燃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。従って流入排気ガスの空燃比をリッチにすると短時間のうちにＮＯX 吸収剤１８からＮＯX が放出されることになる。
【００１９】
すなわち、流入排気ガスの空燃比をリッチにするとまず未燃ＨＣ、ＣＯが白金Ｐt 上のＯ2 - またはＯ2-と直ちに反応して酸化され次いで白金Ｐt 上のＯ2 - またはＯ2-が消費されてもまだ未燃ＨＣ，ＣＯが残っていればこの未燃ＨＣ，ＣＯによって吸収剤から放出されたＮＯX および機関から排出されたＮＯX が還元される。
【００２０】
前述したように図１に示した内燃機関では通常機関シリンダ内に供給される混合気はリーン（例えばＫt ＝０．７）に維持されており、このとき発生するＮＯX はＮＯX 吸収剤１８に吸収される。ところがＮＯX 吸収剤１８がＮＯX 吸収を続けるとＮＯX 吸収剤１８に吸収されたＮＯX 量が増大して徐々にＮＯX 吸収能力が低下する。また、ＮＯX 吸収剤１８が最大ＮＯX 保持量（飽和量）までＮＯX を吸収すると、ＮＯX 吸収剤１８はもはや排気中のＮＯX を吸収できなくなり、機関から排出されたＮＯX はそのまま大気に放出されるようになる。
【００２１】
そこで、本実施形態では、ＮＯX 吸収剤１８に吸収されたＮＯX の量を推定し、推定したＮＯX 吸収量が予め定めた量（例えばＮＯX 吸収剤１８の飽和量の７０から８０％程度）に到達したときには、図５に示すように機関シリンダ内に供給される混合気を一定時間ＣＴ0 だけリッチ（Ｋt ＝ＫＫ＞１．０）とし、それによってＮＯX 吸収剤１８から吸収したＮＯX を放出させ、排気中のＨＣ、ＣＯ成分により還元浄化するようにしている。すなわち、本実施形態では、ＮＯX 吸収剤１８のＮＯX 吸収量が予め定めた所定値に到達する毎にＮＯX 吸収剤１８の再生操作を行うようにしている。
【００２２】
次に、本実施形態における、ＮＯX 吸収剤１８のＮＯX 吸収量推定方法について説明する。
機関からのＮＯX 排出量は機関負荷条件（例えば機関１回転当たりの吸入空気量Ｑ／Ｎと機関回転数Ｎ）に応じて変化する。一方、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量は機関からのＮＯX 排出量に応じて増大するため、機関からのＮＯX 排出量を積算することによりＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量を正確に推定することができる。そこで、本実施形態では機関運転一定時間毎に機関の単位時間当たりのＮＯX 発生量に一定の係数を乗じたものを積算し、この積算値（ＮＯX カウンタＣＲ）を用いてＮＯX 吸収剤に吸収されたＮＯX 量を判定するようにしている。
【００２３】
図６は、機関の単位時間当たりのＮＯX 発生量の機関負荷条件による変化を示す図である。図６において、縦軸は機関１回転当たりの吸入空気量Ｑ／Ｎ、横軸は機関回転数Ｎを示す。図６に示すように、機関の単位時間当たりのＮＯX 発生量は、Ｑ／Ｎが同一であれば機関回転数Ｎが高いほど、また回転数Ｎが同一であればＱ／Ｎが大きいほど大きな値になる。本実施形態では、図６に示した単位時間当たりのＮＯX 発生量をＱ／ＮとＮとを用いた、図２と同様な形式の数値テーブルとして制御回路３０のＲＯＭ３２に予め格納してあり、一定時間毎にＱ／ＮとＮとの値を読み込み、このＱ／Ｎ、Ｎの値を用いて数値テーブルからＮＯX 発生量を読み出して積算することにより、ＮＯX 吸収剤１８のＮＯX 吸収量を推定している。
【００２４】
図７は、本実施形態におけるＮＯX 吸収剤１８のＮＯX 吸収量推定操作を示すフローチャートである。本ルーチンは、制御回路３０により一定時間毎に実行される。
図７においてルーチンがスタートすると、ステップ７０１では、機関回転数Ｎと吸入空気量Ｑとが、それぞれセンサ２３と１３とから読み込まれ、ステップ７０３では読み込んだＮとＱとから機関１回転あたりの吸入空気量Ｑ／Ｎが算出され、Ｑ／ＮとＮの値から、予めＲＯＭ３２に格納した機関の単位時間当りＮＯX 発生量（図６）を表す前述の数値テーブルに基づいて、単位時間当たりのＮＯX 発生量ＫＮＯX を算出する。そして、ステップ７０５では、ＫＮＯX の値を積算してＮＯX 吸収量カウンタＣＲの値を求めルーチンを終了する。
【００２５】
なお、本実施形態では、上記により機関単位時間当たりのＮＯX 発生量に基づいてＮＯX 吸収量カウンタＣＲの値を算出しているが、ＮＯX 吸収剤１８のＮＯX 吸収量は機関のリーン空燃比運転時間に応じて増大すると考えられるため、機関がリーン空燃比で運転されている間一定時間毎にカウンタＣＲの値を一定量ずつカウントアップして、カウンタＣＲの値を簡易に設定するようにしてもよい。
【００２６】
図８は、本実施形態におけるＮＯX 吸収剤の再生操作を示すフローチャートである。本ルーチンは、図１の制御回路３０により一定時間毎に実行される。
図８においてルーチンがスタートすると、ステップ８０１ではＮＯX 吸収剤１８の再生操作を実行すべきか否か、すなわちＮＯX 吸収量カウンタＣＲの値が所定値ＣＲ0 以上になっているか否かが判定される。本実施形態では、ＣＲ0 の値は、例えば後述するＮＯX 吸収剤のＮＯX 飽和量の最大値ＫＭＡＸの７０から８０％程度の値に設定されている。
【００２７】
図８ステップ８０１でＣＲ＜ＣＲ0の場合にはＮＯX吸収剤１８のＮＯX吸収量は少なく再生操作を実行する必要はないため、ステップ８０３で再生操作フラグＸＦの値を０にセットしてそのままルーチンを終了する。なお、フラグＸＦの値が０にセットされると、別途実行される燃料噴射量演算ルーチンでは、前述の補正係数Ｋｔの値はＫｔ＝０．７に設定され、機関はリーン空燃比運転される。これにより、ＮＯX吸収剤１８はＮＯXの吸収を継続する。一方ステップ８０１でＣＲ≧ＣＲ0の場合には、ＮＯX吸収剤１８のＮＯX吸収量が増大しており再生操作を実行する必要があるためステップ８０５に進み、再生操作フラグＸＦの値を１に設定する。フラグＸＦの値が１にセットされると、別途実行される燃料噴射量演算ルーチンでは、補正係数Ｋｔの値はＫt ＝ＫＫにセットされる。ＫＫの値は１．０より大きい値とされ、本実施形態では例えばＫＫ＝１．０４程度の値に設定されている。従って、ステップ８０５で補正係数Ｋｔの値がＫＫにセットされると機関はリッチ空燃比運転され、リッチ空燃比の排気がＮＯX吸収剤１８に流入するため、ＮＯX吸収剤１８から吸収したＮＯXが放出され排気中のＨＣ、ＣＯ成分により還元浄化される。
【００２８】
ステップ８０７から８０９は再生操作の終了動作を示している。本実施形態では、ＮＯX 吸収剤１８の再生操作は予め定めた時間が経過すると終了する。すなわち、ステップ８０７では経過時間カウンタＣＴがカウントアップされ、カウンタＣＴが一定値ＣＴ0 に到達すると、すなわち再生操作が一定時間実行されると（ステップ８０８でＣＴ≧ＣＴ0 ）、カウンタＣＲ及びＣＴの値がクリアされる。これにより、次回ルーチン実行時にはステップ８０１の次にステップ８０３が実行されるため、再生フラグＸＦの値は０にセットされるようになる。これにより、別途実行される燃料噴射量演算ルーチンでは補正係数Ｋｔの値は再び０．７にセットされ機関はリーン空燃比運転されるようになる。
【００２９】
なお、上記カウンタ値ＣＴ0 は、ＮＯX 吸収量カウンタの値ＣＲ0 に相当する量のＮＯX が保持されている場合にＮＯX 吸収剤から全量のＮＯX を放出させるのに十分な再生時間である。ＣＴ0 の値は使用するＮＯX 吸収剤の種類、容量に応じて異なってくるため、詳細には実際のＮＯX 吸収剤を用いた実験等により決定することが好ましい。
【００３０】
上述のように、機関の運転中はＮＯX 吸収剤１８のＮＯX 吸収量が増大して所定値に到達する毎に再生操作が実行されるため、ＮＯX 吸収剤１８から未浄化のＮＯX が放出されることはない。しかし、上記のように機関の運転中所定条件が成立する毎にＮＯX 吸収剤１８の再生操作を実行していると、機関停止時のＮＯX 吸収剤１８のＮＯX 吸収量によっては停止中にＮＯX 吸収剤１８から未浄化のＮＯX が放出される場合が生じる。以下、図９を用いてこの問題を詳細に説明する。
【００３１】
図９はＮＯX 吸収剤が吸収、保持可能なＮＯX 量の温度による変化を説明するグラフである。ＮＯX 吸収剤の吸収保持可能なＮＯX 量（ＮＯX 飽和量）は図９に示すように温度とともに変化するが、図９に示した各温度におけるＮＯX 飽和量以上にＮＯX を吸収、保持することはできない。また、ＮＯX 吸収剤は硝酸塩の形で吸収剤内にＮＯX を保持するが、ＮＯX 吸収剤の温度が低い領域では吸収剤の硝酸塩吸収容量は温度とともに増大するため、図９に示すように低温領域ではＮＯX 吸収剤の保持可能なＮＯX 量は温度とともに増大する。しかし、温度が過度に増大するとＮＯX 吸収剤内に吸収された硝酸塩が熱分解するようになり、ある温度以上の領域では温度上昇とともにＮＯX 吸収剤の保持可能なＮＯX 量は低下する。すなわち、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 飽和量はある温度で最大値（図９ＫＭＡＸ）となる。通常、ＮＯX 吸収剤は機関運転時にＮＯX 飽和量が最大値をとる温度近傍の範囲（例えば３００℃から５００℃程度）になるような位置、すなわち流入する排気温度が図９に示した常用温度範囲になるような排気通路上の位置に配置されており、ＮＯX 吸収剤の吸収能力を最大限に利用するようになっている。
【００３２】
ところで、前述の実施形態では機関運転中ＮＯX 吸収剤１８のＮＯX 吸収量が前述のＮＯX 吸収量カウンタの値でＣＲ0 に相当する量（ＮＯX 飽和量の最大値ＫＭＡＸの７０から８０％程度の量）に到達すると再生操作を実行するようにしている。このため、吸収量がＣＲ0 に到達する直前に機関が停止されたような場合には、ＮＯX 吸収剤には最大でＣＲ0 に相当する量のＮＯX が保持されたままになっている。この状態で機関停止後ＮＯX 吸収剤の温度が低下すると、温度とともにＮＯX 飽和量が低下し、冷却後の温度におけるＮＯX 飽和量が吸収したＮＯX 量を下回るようになった場合には、飽和量を越える分のＮＯX がＮＯX 吸収剤１８から放出されるようになる。しかも、機関停止中はＮＯX 吸収剤を含む排気系はほぼ大気と同じ酸素濃度（すなわち極めてリーンな空燃比）になっているため、放出されたＮＯX は浄化されることなくそのまま大気に放出されるようになる。このため、例えば機関停止時にＮＯX 吸収剤１８にＣＲ0 に相当する量のＮＯX が保持されていたような場合には、ＮＯX 吸収剤が冷却されると図９に斜線で示した領域に相当する量の未浄化のＮＯX が大気に放出されることになる。
【００３３】
一方、停止後短時間で機関が再始動されたような場合にはＮＯX 吸収剤の冷却による未浄化のＮＯX の放出は生じないが、この場合には機関再始動時にはＮＯX 吸収剤には既に飽和量に近い量のＮＯX が保持されていることになる。一方、前述の実施形態では機関再始動時にはＮＯX 吸収量カウンタＣＲの値は初期値（０）にリセットされるため、運転開始後ＮＯX 吸収量カウンタの値がＣＲ０に到達して再生操作が実行されるまでの間にＮＯX 吸収剤が吸収したＮＯX で飽和してしまう場合がある。このような事態が生じると、機関から排出されたＮＯX はＮＯX 吸収剤に吸収されないまま大気に放出されるため、この場合には機関運転中に未浄化のＮＯX が大気に放出されるようになってしまう。
【００３４】
本実施形態では、上記により生じる未浄化のＮＯX 放出を防止するため、機関停止時にＮＯX 吸収剤の再生操作を行いＮＯX 吸収剤から吸収したＮＯX を放出させ、機関停止後にはＮＯX 吸収剤内にＮＯX が残留しないようにしている。このように、機関停止後のＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量がほぼ０の状態になるようにしたことにより、機関停止後にＮＯX 吸収剤の温度が低下した場合や、短時間の停止後に機関が再始動されたような場合でも未浄化のＮＯX が大気に放出される事態が完全に防止される。
【００３５】
図１０は、本実施形態の機関停止時再生操作を説明するフローチャートである。本ルーチンは制御回路３０により一定時間毎に実行される。図１０のルーチンでは、制御回路３０は機関停止操作（機関のイグニッションスイッチがオフにされた動作）を検出し、停止操作検出後直ちには機関を停止せず所定時間機関をリッチ空燃比で運転して再生操作を行った後に機関を停止するようにしている。
【００３６】
すなわち、図１０ステップ１００１では、現在イグニッションスイッチがオフにされているか否かが判定され、現在イグニッションスイッチがオンであった場合には現在機関が運転中であるため、ステップ１００３以下の動作を行うことなくそのままルーチンを終了し、機関の運転を継続する。
ステップ１００１でイグニッションスイッチがオフであった場合には、次にステップ１００３で前回ルーチン実行時にイグニッションスイッチがオンであったか否かを判定する。ステップ１００３で前回イグニッションスイッチがオン状態であった場合には、今回のルーチン実行はイグニッションスイッチがオフ、すなわち機関停止操作が行われてから最初のルーチン実行であるため、ステップ１００５に進み、機関停止後の時間の計時を開始するために停止後経過時間カウンタＣＳＴの値を０にセットしてステップ１００７に進む。また、ステップ１００３で前回ルーチン実行時にもイグニッションスイッチがオフ状態であった場合、すなわち今回が機関停止操作が行われてから最初のルーチン実行でなかった場合には、ステップ１００５を実行することなくそのままステップ１００７に進む。ここで、カウンタＣＳＴは制御回路３０により１秒間隔で実行される図１１のルーチンによりカウントアップされるカウンタであり、ステップ１００５の操作により機関停止操作が実行されてからの経過時間を表すようになる。
【００３７】
ステップ１００７では、現在機関が停止してから予め定めた所定時間ＣＳＴ1 が経過しているか否かが判定される。そして、時間ＣＳＴ１が経過していない場合、すなわちＣＳＴ＜ＣＳＴ1 であった場合にはステップ１００９に進み前述の再生操作フラグＸＦの値を１にセットしてからルーチンを終了する。また、ステップ１００７で所定時間ＣＳＴ1 が経過していた場合、すなわちＣＳＴ≧ＣＳＴ1 であった場合にはステップ１０１１に進みＮＯX 吸収量カウンタＣＲの値を０にリセットし、再生操作フラグＸＦの値を０にセットしてからステップ１０１３でメインリレーをオフにして機関を停止させる。すなわち、ステップ１００７から１０１３の操作では、機関停止操作（イグニッションスイッチオフ動作）が行われてから所定時間ＣＳＴ1 の間は機関はリッチ空燃比運転（ＸＦ＝１）され、ＣＳＴ1 経過後に機関が停止される。ここで、ＣＳＴ1 はＮＯX 吸収剤にＮＯX 吸収量カウンタの値でＣＲ0 に相当する量のＮＯX が保持されていた場合にもほぼ全量のＮＯX をＮＯX 吸収剤から放出させるのに十分な再生操作時間とされる。ＣＳＴ1 の値はＮＯX 吸収剤の種類、容量等によって異なるため詳細には実際のＮＯX 吸収剤を用いた実験により決定することが好ましいが、本実施形態では例えば１０秒程度の時間とされている。
【００３８】
上記ルーチンを実行することにより、機関停止時には常にＮＯX 吸収剤に吸収されたＮＯX の全量が放出、還元浄化されるため機関停止後や機関再始動後にＮＯX 吸収剤から未浄化のＮＯX が放出されることが防止される。
なお、本実施形態では機関停止後の再生操作継続時間ＣＳＴ1 は一定値（例えば１０秒）とされているが、ＮＯX 吸収剤の再生に必要な時間は吸収剤内に保持したＮＯX の量が少ないほど短くなる。そこで、ＣＳＴ1 の値を機関停止時のＮＯX 吸収剤内に保持されたＮＯX 量に応じて変化させるようにしても良い。この場合には、予めＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量（すなわち、ＮＯX 吸収量カウンタＣＲの値）と、必要とされる再生時間との関係を実験等により求めて制御回路３０のＲＯＭ３２にこの関係を格納しておき、機関停止時のＮＯX 吸収量カウンタＣＲの値に基づいて上記関係から再生時間ＣＳＴ1 を決定するようにすればよい。
【００３９】
また、本実施形態ではＮＯX 吸収剤１８の停止時再生操作は機関停止操作後も一定の時間機関をリッチ空燃比で運転することにより行っているが、他の方法で停止時再生操作を行ってもよい。停止時再生操作の他の方法としては、例えば排気管１７（図１）のＮＯX 吸収剤ケーシング１９入口部分にノズルを配置し、別途設置した還元剤（例えば、ＨＣガス、ＮＨ3 等）容器から機関停止後所定の期間上記ノズルを通じてＮＯX 吸収剤１８に還元剤を供給することにより、ＮＯX 吸収剤の再生操作を行うようにしてもよい。この場合には、機関停止操作後直ちに機関を停止することが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、機関運転中のＮＯX 吸収剤の再生操作実行頻度が不必要に増大することを防止しながら、機関停止後のＮＯX 吸収剤の温度低下や、短時間の停止後に機関が再始動された場合等の大気への未浄化のＮＯX 放出を防止することを可能とする優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１の機関の燃料噴射量演算に用いるマップの形式を示す図である。
【図３】空燃比による排気ガス性状の変化を示す図である。
【図４】ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸放出作用を説明する図である。
【図５】ＮＯX 吸収剤の再生操作時の空燃比設定を説明する図である。
【図６】機関の単位時間当たりＮＯX 発生量の機関負荷条件による変化を示す図である。
【図７】ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量推定操作を説明するフローチャートである。
【図８】ＮＯX 吸収剤の再生操作の一実施形態を示すフローチャートである。
【図９】ＮＯX 吸収剤のＮＯX 飽和量の温度による変化を説明する図である。
【図１０】機関停止時のＮＯX 吸収剤再生操作を説明するフローチャートである。
【図１１】計時カウンタのカウントアップ操作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関本体
１７…排気通路
１８…ＮＯX 吸収剤
３０…制御回路
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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