(57)【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たＮＯｘ吸蔵触媒、前記内燃機関の負荷や回転速度などの運転条件をパラメータとして前記排気通路に流れる単位時間当たりのＮＯｘ流量を推定演算するＮＯｘ流量推定演算手段、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が吸蔵するＮＯｘ吸蔵量を前記内燃機関の前記運転条件をパラメータとして推定演算するＮＯｘ吸蔵量推定演算手段、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が担持する貴金属により前記ＮＯｘを還元する単位時間当たりのＮＯｘ還元量を、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度と前記ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する単位時間当たりの還元性ガスの量との関数として推定演算するＮＯｘ還元量推定演算手段、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が担持する貴金属により前記ＮＯｘを分解する単位時間当たりのＮＯｘ分解量を、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度の関数として推定演算するＮＯｘ分解量推定演算手段、前記ＮＯｘ吸蔵量推定演算手段の演算するＮＯｘ吸蔵量と前記ＮＯｘ還元量推定演算手段の演算するＮＯｘ還元量と前記ＮＯｘ分解量推定演算手段の演算するＮＯｘ分解量とから単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量を推定演算するＮＯｘ処理可能量推定演算手段、前記ＮＯｘ流量推定演算手段の出力する前記単位時間当たりのＮＯｘ流量の推定値と前記ＮＯｘ処理可能量推定演算手段が出力する前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量の推定値とを比較してＮＯｘパージのタイミングを判定する比較判定手段を備え、前記比較手段が前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量を越えたと判定したとき、前記内燃機関の運転をＮＯｘパージに切り替えることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘ処理可能量推定演算手段が、単位時間当たりの前記ＮＯｘ吸蔵量と単位時間当たりの前記ＮＯｘ還元量と単位時間当たりの前記ＮＯｘ分解量との総和から単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量を演算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ガス浄化装置。
【請求項３】
前記ＮＯｘ吸蔵量推定演算手段が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の最大吸蔵量と現時点における吸蔵量との比である吸蔵率の関数として単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量を演算することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘ吸蔵量推定演算手段が推定演算する現時点での吸蔵量は、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量と前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量とを比較し、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量よりも大のときには前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量を積算し、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量以下のときには単位時間当たりのＮＯｘ流量を積算したものであることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の最大吸蔵量と現時点における吸蔵量との比である吸蔵率の関数として演算されることを特徴とする請求項２または請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘ吸蔵触媒の最大吸蔵量が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度と前記ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘ流量との関数として演算されることを特徴とする請求項３または請求項５に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路にＮＯｘ吸蔵触媒が設けられ、排気ガスの酸素濃度を低下させることにより前記ＮＯｘ吸蔵触媒が吸蔵したＮＯｘを放出および還元して前記ＮＯｘ吸蔵触媒の浄化制御を行うものにおいて、前記排気通路に流れる単位時間当たりのＮＯｘ流量を推定演算すると共に、前記ＮＯｘ吸蔵触媒における単位時間当たりＮＯｘ吸蔵率の関数として与えられる単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量と前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度と還元性ガスの量との関数として与えられる単位時間当たりのＮＯｘ還元量と前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度に対する関数として与えられる単位時間当たりのＮＯｘ分解量とから単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量を推定演算し、両者を比較して前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量よりも大のときに前記排気ガスの酸素濃度を低下させてＮＯｘを放出還元させると共に、前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の最大吸蔵量と現時点での吸蔵量との比である吸蔵率の関数として演算されることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化法。
【請求項８】
前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の前記吸蔵率に対する無次元化数として与えられており、この無次元化数と前記単位時間当たりのＮＯｘ流量とから前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量が演算されることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気ガス浄化法。
【請求項９】
前記単位時間当たりのＮＯｘ流量に上限値と下限値とが設定されており、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記上限値もしくは下限値を越えている場合には前記上限値もしくは下限値と前記無次元化数とから前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量が推定演算されることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気ガス浄化法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＮＯｘ吸蔵触媒を備えた内燃機関において、ＮＯｘのパージタイミングを正確に判定して処理することが可能な内燃機関の排気ガス浄化装置およびその浄化法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
理論空燃比より希薄な混合気を燃焼させるリーンバーンの内燃機関においては排出される窒素酸化物（以下ＮＯｘと称す）を浄化するために、ＮＯｘ吸蔵触媒を用いた排気ガス浄化装置が使用されている。この排気ガス浄化装置は内燃機関のリーンバーン運転時に排出されるＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒に吸着させ、所定の周期毎に空燃比をリッチに切替えて排気ガス中の酸素濃度を低下させることにより、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出させると同時に還元処理を行い、排気ガスを浄化するものである。
【０００３】
このような技術を開示したものとしては、例えば、特許番号第２６００４９２号公報や特許番号第２５８６７３９号公報などが知られている。前者には、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出させるために周期的に空燃比をリッチに切替えるタイミングを、内燃機関の負荷量の累積値や回転数の累積値により推定する技術が開示されており、また、後者には、前者と同様に内燃機関の負荷量（サージタンク圧）の累積値と回転数の累積値とからＮＯｘの吸蔵量を推定すると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度によりＮＯｘの吸蔵容量が変化するために排気ガスの温度などを加味して切替えタイミング（パージタイミング）を決定する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のＮＯｘ放出還元処理は内燃機関の負荷と回転速度の累積値にＮＯｘ吸蔵触媒の温度を加味して吸蔵された絶対量を推定し、パージタイミングを決定するのが通常であった。しかし、ＮＯｘ吸蔵触媒における単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵能力は、その時点でのＮＯｘ吸蔵量により変化するものであり、内燃機関から排出されＮＯｘ吸蔵触媒に流入するＮＯｘの量は、例えば、内燃機関の負荷により変化するものであるから、ＮＯｘ吸蔵量の絶対値のみを推定してパージタイミングを決定する場合、排出される時間当たりのＮＯｘ量が多い場合にはＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されることなく排気管から排出されてしまうこともあり得るものであった。
【０００５】
図１２はこのような状態を説明するもので、図の横軸は時間、縦軸はＮＯｘ吸蔵触媒に流入するＮＯｘ流量を示し、ここでは時間当たりのＮＯｘ流量が一定値であると仮定して説明する。図１２の（ａ）はＮＯｘ吸蔵触媒に流入するＮＯｘ流量が多い場合を示し、（ｂ）は少ない場合を示している。ＮＯｘ吸蔵触媒に流入するＮＯｘの累積量は時間と共に増大するが、図の斜線で示した範囲がその累積量すなわちＮＯｘ吸蔵量であり、図１２においては（ａ）と（ｂ）とのＮＯｘ吸蔵量が同一である場合の状態を示したものである。
【０００６】
このようにＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵能力はＮＯｘ吸蔵量により変化するものであって、図の（ａ）のように流入するＮＯｘ流量が多い場合にはＮＯｘの一部は吸蔵されずに下流側、すなわち、排気管に流出してしまうが、図の（ｂ）のように流入するＮＯｘ流量が少ない場合にはＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵能力には余力があり、さらにリーンバーンによる運転継続が可能になる。図の矢印ＺはＮＯｘ吸蔵触媒の現時点における吸蔵処理可能量（単位時間当たりの吸蔵能力）を示すものであり、（ａ）と（ｂ）とはＮＯｘ吸蔵量が同一であるから単位時間当たりの吸蔵能力も同じである。
【０００７】
従って、従来のＮＯｘ放出還元処理のようにＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘの絶対量のみを推定し、その量が許容値を超えたと判定して運転状態をリーンからリッチに切り替えるものにおいては、ＮＯｘ吸蔵触媒に時間当たりに流入するＮＯｘ流量が変化した場合には適切な運転状態の切り替えができず、切り替えが遅れて排出ガスを悪化させたり、運転状態を早く切り替える（リッチにする）ことにより燃費に対するメリットを縮小させてしまうという問題があった。
【０００８】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ＮＯｘ吸蔵触媒の処理可能なＮＯｘの量を精度良く、かつ、簡便に算出し、流入するＮＯｘの量と比較してＮＯｘ放出還元のタイミング（パージタイミング）を決定することにより、排出ガスの悪化を防止し、良好な燃費を維持することが可能な内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法を得ることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒、前記内燃機関の負荷や回転速度などの運転条件をパラメータとして前記排気通路に流れる単位時間当たりのＮＯｘ流量を推定演算するＮＯｘ流量推定演算手段、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が吸蔵するＮＯｘ吸蔵量を前記内燃機関の前記運転条件をパラメータとして推定演算するＮＯｘ吸蔵量推定演算手段、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が担持する貴金属により前記ＮＯｘを還元する単位時間当たりのＮＯｘ還元量を、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度と前記ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する単位時間当たりの還元性ガスの量との関数として推定演算するＮＯｘ還元量推定演算手段、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が担持する貴金属により前記ＮＯｘを分解する単位時間当たりのＮＯｘ分解量を、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度の関数として推定演算するＮＯｘ分解量推定演算手段、前記ＮＯｘ吸蔵量推定演算手段の演算するＮＯｘ吸蔵量と前記ＮＯｘ還元量推定演算手段の演算するＮＯｘ還元量と前記ＮＯｘ分解量推定演算手段の演算するＮＯｘ分解量とから単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量を推定演算するＮＯｘ処理可能量推定演算手段、前記ＮＯｘ流量推定演算手段の出力する前記単位時間当たりのＮＯｘ流量の推定値と前記ＮＯｘ処理可能量推定演算手段が出力する前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量の推定値とを比較してＮＯｘパージのタイミングを判定する比較判定手段を備え、前記比較手段が前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量を越えたと判定したとき、前記内燃機関の運転をＮＯｘパージに切り替えるようにしたものである。
【００１０】
また、ＮＯｘ吸蔵触媒が担持する貴金属によるＮＯｘの還元量を推定演算する還元量推定演算手段と、ＮＯｘの分解量を推定演算する分解量推定演算手段とを備えており、ＮＯｘ処理可能量推定演算手段が、単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量と単位時間当たりのＮＯｘ還元量と単位時間当たりのＮＯｘ分解量との総和から単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量を演算するようにしたものである。
さらに、前記ＮＯｘ吸蔵量推定演算手段が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の最大吸蔵量と現時点における吸蔵量との比である吸蔵率の関数として単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量を演算するようにしたものである。
【００１１】
さらにまた、前記ＮＯｘ吸蔵量推定演算手段が推定演算する現時点での吸蔵量は、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量と前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量とを比較し、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量よりも大のときには前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量を積算し、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量以下のときには単位時間当たりのＮＯｘ流量を積算するようにしたものである。
【００１２】
また、単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量が、ＮＯｘ吸蔵触媒の最大吸蔵量と現時点における吸蔵量との比である吸蔵率の関数として演算されるようにしたものである。
【００１３】
また、ＮＯｘ吸蔵触媒の最大吸蔵量が、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度とＮＯｘ吸蔵触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘ流量との関数として演算されるようにしたものである。
【００１４】
さらに、この発明に係わる排気ガス浄化法は、内燃機関の排気通路にＮＯｘ吸蔵触媒が設けられ、排気ガスの酸素濃度を低下させることにより前記ＮＯｘ吸蔵触媒が吸蔵したＮＯｘを放出および還元して前記ＮＯｘ吸蔵触媒の浄化制御を行うものにおいて、前記排気通路に流れる単位時間当たりのＮＯｘ流量を推定演算すると共に、前記ＮＯｘ吸蔵触媒における単位時間当たりＮＯｘ吸蔵率の関数として与えられる単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量と前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度と還元性ガスの量との関数として与えられる単位時間当たりのＮＯｘ還元量と前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度に対する関数として与えられる単位時間当たりのＮＯｘ分解量とから単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量を推定演算し、両者を比較して前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量よりも大のときに前記排気ガスの酸素濃度を低下させてＮＯｘを放出還元させると共に、前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の最大吸蔵量と現時点での吸蔵量との比である吸蔵率の関数として演算されるようにしたものである。
【００１６】
さらに、単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量が、ＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵率に対する無次元化数として与えられており、この無次元化数と単位時間当たりのＮＯｘ流量とから単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量が演算されるようにしたものである。
さらにまた、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量に上限値と下限値とが設定されており、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記上限値もしくは下限値を越えている場合には前記上限値もしくは下限値と前記無次元化数とから前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量が推定演算されるようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図９は、この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置および浄化法を説明するものであり、図１は内燃機関のシステム構成図で多気筒内燃機関の一気筒分を抜き出した構成図、図２は制御手段の概略機能構成を示す機能ブロック図、図３ないし図５と図８とは排気ガスの浄化動作を説明するフローチャート、図６、図７、図９は排気ガスの浄化を説明するための特性説明図である。
【００１８】
図１において、内燃機関１の吸気通路２にはエアフローセンサ３と、スロットルバルブ４とが設けられており、吸入空気量がスロットルバルブ４により制御されて燃焼室５に導入されると共に、この吸入空気量はエアフローセンサ３により計測される。また、燃焼室５には燃料噴射手段としてのインジェクタ６と、点火手段としての点火プラグ７とが設けられ、燃焼室５に吸入された吸入空気にインジェクタ６から燃料が噴射されて混合気が形成され、この混合気が所定の点火時期において点火プラグ７により点火されるように構成されている。
【００１９】
内燃機関１のピストン８はコネクティングロッド９を介してクランクシャフト１０を回転駆動し、クランクシャフト１０の回転角と回転速度とがクランク角センサ１１により計測される。また、内燃機関１の排気通路１２には上流側から混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を計測する空燃比センサ１３と、未燃焼ガスなどを酸化して排気ガスを浄化する三元触媒１４と、排気ガスの温度を計測する排気温センサ１５と、排気ガス中のＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸蔵触媒１６とが設けられており、エアフローセンサ３と空燃比センサ１３と排気温センサ１５とクランク角センサ１１とで計測された信号は内燃機関１を制御する制御手段１７に入力され、制御手段１７は各センサからの入力信号に基づき内燃機関１を制御する。
【００２０】
ＮＯｘ吸蔵触媒１６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や、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類や、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。そして、流入する排気ガスが酸素濃度過剰のときにはＮＯｘを吸蔵し、酸素濃度が低下するとＮＯｘを放出すると共に還元し、排気ガス中のＮＯｘを浄化する。
【００２１】
制御手段１７は図２のブロック図に示すように、例えばクランク角センサ１１の信号から回転速度を検出したり、エアフローセンサ３の信号と回転速度とから内燃機関の負荷量を算出する信号処理手段１８と、後述するようにＮＯｘ吸蔵触媒１６に流入するＮＯｘ流量を推定演算するＮＯｘ流量推定演算手段１９と、ＮＯｘ吸蔵触媒１６が吸蔵するＮＯｘ吸蔵量を推定演算するＮＯｘ吸蔵量推定演算手段２０と、ＮＯｘ吸蔵触媒１６の貴金属により還元されるＮＯｘ還元量を推定演算するＮＯｘ還元量推定演算手段２１と、ＮＯｘ吸蔵触媒１６の貴金属により分解されるＮＯｘ分解量を推定演算するＮＯｘ分解量推定演算手段２２と、ＮＯｘ吸蔵量推定演算手段２０とＮＯｘ還元量推定演算手段２１とＮＯｘ分解量推定演算手段２２との出力からＮＯｘの処理可能量を推定演算するＮＯｘ処理可能量推定演算手段２３と、ＮＯｘ流量推定演算手段１９とＮＯｘ処理可能量推定演算手段２３との出力を比較してＮＯｘ吸蔵触媒１６を浄化するかどうかを判定する比較判定手段２４と、記憶手段２５などからその機能が構成されている。
【００２２】
このように構成された内燃機関の排気ガス浄化装置の動作を示したのが図３のフローチャートである。このフローチャートは、内燃機関のリーン運転中にＮＯｘ吸蔵触媒１６が吸蔵したＮＯｘを浄化するために、空燃費（Ａ／Ｆ）を強制的にリッチに切り替え、排気ガス中の酸素濃度を低下させることによりＮＯｘを放出還元させるものであり、所定の周期毎に繰り返し実施するものである。この所定の周期毎の繰り返しは、例えば所定の時間（１０ｍｓｅｃ）毎、あるいは、所定のクランク角（１８０度）毎に行われるものである。
【００２３】
まず、ステップ１０１にて信号処理手段１８が各種センサからの信号を読み取り、ステップ１０２においてＮＯｘ流量推定演算手段１９によりＮＯｘ吸蔵触媒１６に流入する単位時間当たりのＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）を推定する。この推定は、例えば、内燃機関の回転速度と負荷の量とをパラメータとして予め記憶されたマップから値を読み出し、空燃比センサ１３が検出する空燃比（Ａ／Ｆ）により補正することにより行われる。続いてステップ１０３では処理可能量推定演算手段２３が後述する手法により、ＮＯｘ吸蔵触媒１６が吸蔵していると推定されるＮＯｘ吸蔵量（ＳＵＭＱＮＯｘ）などから現在ＮＯｘ吸蔵触媒１６が単位時間当たりに処理可能な（すなわち、単位時間当たりに吸蔵可能な）ＮＯｘの量（ＱＮＯｘＳＴ）を推定する。なお、ここでは、単位時間当たりのＮＯｘ流量は単にＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）、単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量を処理可能なＮＯｘ量（ＱＮＯｘＳＴ）と称することとする。
【００２４】
続くステップ１０４ではステップ１０２とステップ１０３とで推定したＮＯｘ吸蔵触媒１６に流入するＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）と現在ＮＯｘ吸蔵触媒１６が処理可能なＮＯｘ量（ＱＮＯｘＳＴ）とを比較判定手段２４にて比較し、ＮＯｘ吸蔵触媒１６に蓄積されたＮＯｘを放出するかどうかを判定する。具体的にはＮＯｘ吸蔵触媒１６に流入するＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）が処理可能なＮＯｘ量（ＱＮＯｘＳＴ）より大きい場合（ＹＥＳ）は、このままリーン運転を続けると処理しきれないＮＯｘが大気に放出されると判定し、ステップ１０５に進んでＮＯｘの放出（ＮＯｘパージ）を実施し、これまでにＮＯｘ吸蔵触媒１６に吸蔵されたＮＯｘを放出し浄化する。
【００２５】
ステップ１０４において、ＮＯｘ吸蔵触媒１６に流入するＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）が処理可能なＮＯｘ量（ＱＮＯｘＳＴ）より小さい場合（ＮＯ）は、このままリーン運転を継続してもＮＯｘ吸蔵触媒１６は流入するＮＯｘを充分に処理できると判定され、この場合はリーン運転の継続が可能であるので、今回のルーチンを終了し、スタートに戻ることになる。
【００２６】
続くステップ１０５から１０７まではＮＯｘパージの処理を示すものである。まず、ステップ１０５においては、予め設定されたリッチな空燃比（Ａ／Ｆ）に内燃機関の運転を切り替え、ＮＯｘ吸蔵触媒１６に吸蔵されているＮＯｘの放出と還元浄化とを同時に行なう。続いてステップ１０６に進み、ここではＮＯｘ吸蔵触媒１６に吸蔵されているＮＯｘが充分に放出されたかどうかを判定し、ここでＮＯｘパージが終了したと判断されると（ＹＥＳ）ステップ１０７へ進み、ＮＯｘ吸蔵量（ＳＵＭＱＮＯｘ）をゼロにリセットして処理を終了し、ＮＯｘパージが終了していないと判断された場合（ＮＯ）にはステップＳ１０７をスキップし、今回のルーチンを終了してスタートに戻る。
【００２７】
ＮＯｘパージ終了の判定は、リーン運転中にＮＯｘ吸蔵触媒１６に蓄積されたと推定されるＮＯｘの量（ＳＵＭＱＮＯｘ）と、ＮＯｘパージ期間中に供給された還元材（ＨＣおよびＣＯ）の量とを比較し、両者が化学量論的に等しくなればＮＯｘは充分に放出され、還元されたと判断するものである。このように、比較判定手段２４においては、ＮＯｘ吸蔵触媒１６に流入するＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）と現在ＮＯｘ吸蔵触媒１６が処理可能なＮＯｘ量（ＱＮＯｘＳＴ）とを比較することによりＮＯｘパージの可否を判定し、ＮＯｘパージの実行指令を出力するものである。
【００２８】
以上のように、処理可能なＮＯｘ量（ＱＮＯｘＳＴ）は排ガス浄化のために必要なパラメータであり、ステップ１０３におけるこの推定演算方法を図４ないし図９により説明する。処理可能なＮＯｘ量（ＱＮＯｘＳＴ）はＮＯｘ吸蔵触媒１６への吸蔵量と貴金属触媒での分解量と還元量との総和である。従って、図４のフローチャートに示すように、処理可能なＮＯｘ量(ＱＮＯｘＳＴ)は、ステップ２０１にてＮＯｘ吸蔵触媒１６への時間当たりの吸蔵量(ＱＮＯｘ)を推定し（吸蔵量推定演算手段２０による）、ステップ２０２にて貴金属触媒による時間当たりの還元量（ＲＮＯｘ）を推定し（還元量推定演算手段２１による）、ステップ２０３にて貴金属触媒による時間当たりの分解量（ＤＮＯｘ）を推定し（分解量推定演算手段２２による）、ステップ２０４にて処理可能量推定演算手段２３がこれらの総和を
ＱＮＯｘＳＴ＝ＱＮＯｘ＋ＲＮＯｘ＋ＤＮＯｘ
として求めることにより推定演算するものである。
【００２９】
ここで、処理可能なＮＯｘ量（ＱＮＯｘＳＴ）のうち時間当たりの吸蔵量（ＱＮＯｘ）は吸蔵率の関数として演算される量であり、図５のフローチャートに示したような手順により推定演算する。まず排気温センサ１５の信号などからステップ３０１にてＮＯｘ吸蔵触媒１６の温度（ＴＣＡＴ）を推定し、この触媒温度（ＴＣＡＴ）とステップ１０２で推定したＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）との関数としてステップ３０２にて最大吸蔵量（ＱＮＯｘＭＡＸ）を演算する。この最大吸蔵量（ＱＮＯｘＭＡＸ）と触媒温度（ＴＣＡＴ）との関係は、貴金属触媒でのＮＯｘの酸化能が温度増加に依存して増加する関係と吸蔵化合物の分解反応性が温度増加に依存して増加する関係の相乗効果で得られる関数で表される。
【００３０】
最大吸蔵量（ＱＮＯｘＭＡＸ）はＮＯｘ吸蔵触媒１６の組成によって異なる温度依存性となるが、例えば、カリウム（Ｋ）を多く含む吸蔵触媒では図６に示すように、最大吸蔵量が約４００℃にてピークとなる上に凸の関数が温度との関係として得られる。また、この吸蔵触媒においては、図７に示すような関係により流入するＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）に依存した最大吸蔵量（ＱＮＯｘＭＡＸ）が定量化される。これらの関係はマップとして記憶しておき、マップから求めることができるものである。
【００３１】
次にステップ３０３では現時点においてＮＯｘ吸蔵触媒１６に吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量、すなわち、現在の吸蔵量（ＳＵＭＱＮＯｘ）が推定される。この推定は図８のフローチャートに示す手順により行われる。図８においてステップ４０１ではＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）と時間当たりの吸蔵量（ＱＮＯｘ）とを比較し、ＮＯｘ流量の方が大きいと判定した場合（Ｙｅｓ）にはステップ４０２に進み、現在の吸蔵量を
ＳＵＭＱＮＯｘ＝ＳＵＭＱＮＯｘ＋ＱＮＯｘ
として演算する。
【００３２】
また、時間当たりの吸蔵量（ＱＮＯｘ）の方が大きいと判定された場合にはステップ４０３に進み、ＮＯｘ吸蔵触媒１６に流入するＮＯｘの量の全てが吸蔵されると判断して現在の吸蔵量を
ＳＵＭＱＮＯｘ＝ＳＵＭＱＮＯｘ＋ＱＮＯｘＩＮ
として演算する。
【００３３】
このようにして算出された最大吸蔵量（ＱＮＯｘＭＡＸ）と現在の吸蔵量（ＳＵＭＱＮＯｘ）とからステップ３０４において吸蔵率（Ｐ＿ＮＯｘＳＴ）を
Ｐ＿ＮＯｘＳＴ＝ＳＵＭＱＮＯｘ／ＱＮＯｘＭＡＸ
として演算する。そして、ステップ３０５においては時間当たりの吸蔵量（ＱＮＯｘ）を演算するが、この演算は、例えば、カリウム（Ｋ）を多く含む吸蔵触媒の場合の一例として図９に示すような吸蔵率と時間当たりの吸蔵量（ＱＮＯｘ）との関係をマップとして記憶しておき、このマップから求めることができるものである。
【００３４】
また、処理可能なＮＯｘの量（ＱＮＯｘＳＴ）のうち、還元量推定演算手段２１が推定演算する時間当たりの還元量（ＲＮＯｘ）は、ステップ３０１にて排気温センサ１５の信号などから推定したＮＯｘ吸蔵触媒１６の温度（ＴＣＡＴ）と還元性ガスの量との関数として演算することができる。還元性ガス量の推定法としては、例えば、内燃機関の回転速度と負荷の量とをパラメータとするマップとして記憶しておき、このマップから読み出した値を、空燃比センサ１３が検知する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）で補正した値を用い、排気通路１２に設けられた三元触媒１４による三元反応による消費を化学量論的に判断して推定することができる。
【００３５】
さらに、ＮＯｘ分解量推定演算手段２２が推定演算するＮＯｘの時間当たりの分解量（ＤＮＯｘ）は、ステップ３０１にて推定したＮＯｘ吸蔵触媒１６の温度（ＴＣＡＴ）の関数として演算することができる。
【００３６】
以上に説明したように、この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置およびその浄化法によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒１６における処理可能なＮＯｘの量を精度良く推定演算することができるものであり、この処理可能なＮＯｘの量とＮＯｘ吸蔵触媒１６に流入するＮＯｘ流量とを比較した結果に応じてＮＯｘパージの実施タイミングを適切に決定することができるものである。これにより、不必要な運転状態の切り替えを行うことがなくなり、リーン運転が可能な間はこれを継続して燃費を良好な状態に保つと共に、ＮＯｘ吸蔵触媒１６に流入するＮＯｘ流量が処理可能なＮＯｘの量を越えたときには空燃比をリッチに切り替え、ＮＯｘパージを行うのでＮＯｘが排出されることがなく、排気ガスを良好な状態に保つことができるものである。
【００３７】
実施の形態２．
図１０と図１１は、この発明の実施の形態２による内燃機関の排気ガス浄化装置およびその浄化法を説明するものであり、図１０は排気ガスの浄化を説明するフローチャート、図１１は排気ガスの浄化を説明するための特性説明図である。また、この実施の形態は、ＮＯｘ吸蔵触媒１６の処理可能なＮＯｘ量が無次元化された関数（無次元化数）として与えられると共に、処理可能なＮＯｘ量を無次元化数の初期値とＮＯｘ吸蔵触媒１６に流入するＮＯｘ流量とから得ることにより、処理可能なＮＯｘ量を速やかに推定演算できるようにしたものである。
【００３８】
図１０のフローチャートに基づきこれを説明すると、まず、ステップ５０１において吸蔵率に対する処理可能なＮＯｘ量の無次元化数（ｄＱＮＯｘＳＴ）を推定する。この処理可能なＮＯｘ量の無次元化数は図１１に示すように、吸蔵率が０のときに、処理可能なＮＯｘ量の無次元化数は１であり、吸蔵率が大きくなるに従って処理可能なＮＯｘ量は小さくなり、吸蔵率が１のときには処理可能なＮＯｘ量の無次元化数は分解と還元とにのみ依存する値となるものであり、この関係をマップとして記憶しておき、マップから求めることができるものである。
【００３９】
次にステップ５０２ではＮＯｘ吸蔵触媒１６に流入するＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）を推定する。この推定は実施の形態１の場合と同様に、例えば、内燃機関の回転速度と負荷の量とをパラメータとして予め記憶されたマップから値を読み出し、空燃比センサ１３が検出する空燃比（Ａ／Ｆ）により補正することにより行われるものである。
【００４０】
続いてステップ５０３では流入するＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）と別途定める所定値（上限値）とを比較し、ＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）の方が小さい場合にはステップ５０４に進み、別途定める所定値（下限値）と比較して、ＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）の方が大きい場合はステップ５０５に進んで処理可能なＮＯｘ量（ＱＮＯｘＳＴ）を
ＱＮＯｘＳＴ＝ｄＱＮＯｘＳＴ×ＱＮＯｘＩＮ
として演算する。
【００４１】
ここで無次元化数（ｄＱＮＯｘＳＴ）は吸蔵率が０のときの値、すなわち初期値が与えられ、この初期値は１であるからＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）が所定の範囲にあるときには処理可能なＮＯｘ量（ＱＮＯｘＳＴ）は流入するＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）として与えられることになる。
【００４２】
ステップ５０３においてＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）の方が大きい場合にはステップ５０６に進み、処理可能なＮＯｘ量（ＱＮＯｘＳＴ）を
ＱＮＯｘＳＴ＝ｄＱＮＯｘＳＴ×所定値（上限値）
として演算し、ステップ５０４でＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）の方が小さい場合はステップＳ５０７に進み、処理可能なＮＯｘ量（ＱＮＯｘＳＴ）を
ＱＮＯｘＳＴ＝ｄＱＮＯｘＳＴ×所定値（下限値）
として演算する。
【００４３】
すなわち、ＮＯｘ流量（ＱＮＯｘＩＮ）が所定の範囲を超える場合にはその範囲の上限値と下限値とが用いられることになる。ここで、別途定める所定値（上限値）と（下限値）は、例えばＮＯｘ吸蔵触媒１６の仕込み量や、形状や、触媒温度などによって決定されるものであり、その触媒の単位時間当りの処理量がＮＯｘ流量に対して依存性を示す範囲において決定されるものである。このようにして推定演算された処理可能なＮＯｘ量（ＱＮＯｘＳＴ）を用い、実施の形態１におけるステップ１０４以降と同様にして判定とＮＯｘパージの処理とを行うものである。
【００４４】
このような手法で演算することにより、処理可能なＮＯｘ量を速やかに推定演算することができ、この処理可能なＮＯｘ量を用いてＮＯｘパージの実施タイミングを適切に決定することができるものであり、また、吸蔵率に対する処理可能なＮＯｘ量の無次元化数を予め記憶されたマップから読み出すことによりより速やかに算定することができ、さらに、上限値や下限値を設定することにより精度良く処理可能なＮＯｘ量を推定することができるものである。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の内燃機関の排気ガス浄化装置において、請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒、前記内燃機関の負荷や回転速度などの運転条件をパラメータとして前記排気通路に流れる単位時間当たりのＮＯｘ流量を推定演算するＮＯｘ流量推定演算手段、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が吸蔵するＮＯｘ吸蔵量を前記内燃機関の前記運転条件をパラメータとして推定演算するＮＯｘ吸蔵量推定演算手段、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が担持する貴金属により前記ＮＯｘを還元する単位時間当たりのＮＯｘ還元量を、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度と前記ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する単位時間当たりの還元性ガスの量との関数として推定演算するＮＯｘ還元量推定演算手段、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が担持する貴金属により前記ＮＯｘを分解する単位時間当たりのＮＯｘ分解量を、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度の関数として推定演算するＮＯｘ分解量推定演算手段、前記ＮＯｘ吸蔵量推定演算手段の演算するＮＯｘ吸蔵量と前記ＮＯｘ還元量推定演算手段の演算するＮＯｘ還元量と前記ＮＯｘ分解量推定演算手段の演算するＮＯｘ分解量とから単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量を推定演算するＮＯｘ処理可能量推定演算手段、前記ＮＯｘ流量推定演算手段の出力する前記単位時間当たりのＮＯｘ流量の推定値と前記ＮＯｘ処理可能量推定演算手段が出力する前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量の推定値とを比較してＮＯｘパージのタイミングを判定する比較判定手段を備え、前記比較手段が前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量を越えたと判定したとき、前記内燃機関の運転をＮＯｘパージに切り替えるようにしたので、より適切なパージタイミングの判定が可能になり、排気ガスの適切な浄化と、リーン運転時間の確保による燃費の向上とが可能になるものである。
【００４６】
また、請求項２に記載の発明によれば、前記ＮＯｘ処理可能量推定演算手段が、単位時間当たりの前記ＮＯｘ吸蔵量と単位時間当たりの前記ＮＯｘ還元量と単位時間当たりの前記ＮＯｘ分解量との総和から単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量を演算するようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒によるＮＯｘ処理可能量を精度良く推定演算することができ、排気ガスの適切な浄化と燃費の向上との効果をより高めることができるものである。
【００４７】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、前記ＮＯｘ吸蔵量推定演算手段が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の最大吸蔵量と現時点における吸蔵量との比である吸蔵率の関数として単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量を演算するようにしたので、ＮＯｘ処理可能量の演算が容易となり、また正確に演算ができてＮＯｘのパージタイミングを正確に判定することができるものである。
【００４８】
さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、前記ＮＯｘ吸蔵量推定演算手段が推定演算する現時点での吸蔵量は、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量と前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量とを比較し、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量よりも大のときには前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量を積算し、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量以下のときには単位時間当たりのＮＯｘ流量を積算ようにしたので、現時点での吸蔵量、従って、ＮＯｘ処理可能量を精度良く演算することができ、パージタイミングを正確に判定することができるものである。
【００４９】
また、請求項５に記載の発明によれば、前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の最大吸蔵量と現時点における吸蔵量との比である吸蔵率の関数として演算されるようにしたので、単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量、従って、ＮＯｘ処理可能量を精度良く演算することができ、パージタイミングを正確に判定することができるものである。
【００５２】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の最大吸蔵量が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度と前記ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘ流量との関数として演算するようにしたので、最大吸蔵量が精度良く演算でき、これに伴ってＮＯｘ処理可能量が精度良く演算でき、パージタイミングを正確に判定することができるものである。
【００５３】
さらに、この発明の内燃機関の排気ガス浄化法において、請求項７に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路にＮＯｘ吸蔵触媒が設けられ、排気ガスの酸素濃度を低下させることにより前記ＮＯｘ吸蔵触媒が吸蔵したＮＯｘを放出および還元して前記ＮＯｘ吸蔵触媒の浄化制御を行うものにおいて、前記排気通路に流れる単位時間当たりのＮＯｘ流量を推定演算すると共に、前記ＮＯｘ吸蔵触媒における単位時間当たりＮＯｘ吸蔵率の関数として与えられる単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量と前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度と還元性ガスの量との関数として与えられる単位時間当たりのＮＯｘ還元量と前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度に対する関数として与えられる単位時間当たりのＮＯｘ分解量とから単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量を推定演算し、両者を比較して前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量よりも大のときに前記排気ガスの酸素濃度を低下させてＮＯｘを放出還元させると共に、前記単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の最大吸蔵量と現時点での吸蔵量との比である吸蔵率の関数として演算されるようにしたので、より適切なパージタイミングの判定が可能になり、排気ガスの適切な浄化と、リーン運転時間の確保による燃費の向上とが可能になるものである。
【００５６】
さらに、請求項８に記載の発明によれば、前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の前記吸蔵率に対する無次元化数として与えられており、この無次元化数と前記単位時間当たりのＮＯｘ流量とから前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量が演算されるようにしたので、ＮＯｘ処理可能量の演算を迅速に、かつ、簡便に行うことができるものである。
【００５７】
さらにまた、請求項９に記載の発明によれば、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量に上限値と下限値とが設定されており、前記単位時間当たりのＮＯｘ流量が前記上限値もしくは下限値を越えている場合には前記上限値もしくは下限値と前記無次元化数とから前記単位時間当たりのＮＯｘ処理可能量が推定演算されるようにしたので、ＮＯｘ処理可能量が精度良く演算でき、パージタイミングを正確に判定することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置における内燃機関のシステム構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置の制御手段の概略機能構成図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】  この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図５】  この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図６】  この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置の機能を説明する特性説明図である。
【図７】  この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置の機能を説明する特性説明図である。
【図８】  この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図９】  この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置の機能を説明する特性説明図である。
【図１０】  この発明の実施の形態２による内燃機関の排気ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】  この発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置の機能を説明する特性説明図である。
【図１２】  従来の内燃機関の排気ガス浄化装置の説明図である。
【符号の説明】
１  内燃機関、２  吸気通路、３  エアフローセンサ、
４  スロットルバルブ、５  燃焼室、６  インジェクタ、
７  点火プラグ、８  ピストン、９  コネクティングロッド、
１０  クランクシャフト、１１  クランク角センサ、１２  排気通路、
１３  空燃比センサ、１４  三元触媒、１５  排気温センサ、
１６  ＮＯｘ吸蔵触媒、１７  制御手段、１８  信号処理手段、
１９  ＮＯｘ流量推定演算手段、２０  ＮＯｘ吸蔵量推定演算手段、
２１  ＮＯｘ還元量推定演算手段、２２  ＮＯｘ分解量推定演算手段、
２３  ＮＯｘ処理可能量推定演算手段、２４  比較判定手段、
２５  記憶手段。
【図１】
0004177007.tif 000002
【図２】
0004177007.tif 000003
【図３】
0004177007.tif 000004
【図４】
0004177007.tif 000005
【図５】
0004177007.tif 000006
【図６】
0004177007.tif 000007
【図７】
0004177007.tif 000008
【図８】
0004177007.tif 000009
【図９】
0004177007.tif 000010
【図１０】
0004177007.tif 000011
【図１１】
0004177007.tif 000012
【図１２】
0004177007.tif 000013