(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx吸蔵触媒を配置し、ＮＯx吸蔵触媒上流の機関排気通路内に、低温のときには排気ガス中に含まれるＮＯxを吸着し温度上昇すると吸着したＮＯxを脱離するＮＯx吸着触媒を配置した内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx吸蔵触媒がＮＯxを吸蔵しうるときにはＮＯx吸蔵触媒が吸蔵しうる量のＮＯxを脱離させる目標温度までＮＯx吸着触媒の温度を強制的に上昇させてＮＯx吸着触媒から脱離したＮＯxをＮＯx吸蔵触媒に吸蔵させるようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記目標温度は、ＮＯx吸着触媒からのＮＯx脱離速度がＮＯx吸蔵触媒へのＮＯx吸蔵速度以下となる温度とされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記ＮＯx吸着触媒からのＮＯx脱離速度がＮＯx吸着触媒に吸着しているＮＯx吸着量およびＮＯx吸着触媒の温度の関数として予め記憶されており、上記ＮＯx吸蔵触媒へのＮＯx吸蔵速度がＮＯx吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯx吸蔵量およびＮＯx吸蔵触媒の温度の関数として予め記憶されており、上記目標温度は、ＮＯx吸着触媒に吸着しているＮＯx吸着量、ＮＯx吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯx吸蔵量およびＮＯx吸蔵触媒の温度に基づいて決定される請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
ＮＯx吸着触媒からのＮＯxの脱離作用中、上記目標温度が繰返し更新される請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記ＮＯx吸着触媒上流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲しうるＳＯxトラップ触媒を配置し、ＮＯx吸着触媒からＮＯxを脱離すべきときにはＳＯxトラップ触媒に流入する排気ガス温を上昇させることによってＮＯx吸着触媒を昇温させ、このときＳＯxトラップ触媒の温度がＳＯxの放出される温度以下となるように上記目標温度が定められる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx吸蔵触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに発生するＮＯxをＮＯx吸蔵触媒に吸蔵させ、それによってＮＯxが大気中に排出されるのを阻止するようにしている。
【０００３】
しかしながらこのＮＯx吸蔵触媒のＮＯx吸蔵能力はＮＯx吸蔵触媒の温度が低くなると低下し、斯くしてＮＯx吸蔵触媒の温度が低いときにはＮＯxが大気中に排出されてしまうことになる。そこでＮＯx吸蔵触媒上流の機関排気通路内に、低温のときには排気ガス中に含まれるＮＯxを吸着し温度上昇すると吸着したＮＯxを脱離するＮＯx吸着触媒を配置した内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
【０００４】
この内燃機関では例えば機関始動時におけるようにＮＯx吸着触媒の温度が低いときには機関から排出されたＮＯxをＮＯx吸着触媒に吸着し、ＮＯx吸着触媒の温度が上昇したときにＮＯx吸着触媒からＮＯxを脱離させてこの脱離したＮＯxをＮＯx吸蔵触媒に吸蔵させるようにしている。
【特許文献１】特開２００７−２４５０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらこのようにＮＯx吸着触媒からのＮＯxの脱離作用をなりゆきに任せておくと例えばＮＯx吸着触媒の温度がなかなか高くならないような場合にはＮＯx吸着触媒のＮＯx吸着能力が飽和してしまい、斯くして排気ガス中のＮＯxをもはやＮＯx吸着触媒に吸着しえなくなるという問題を生ずる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために本発明によれば、機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx吸蔵触媒を配置し、ＮＯx吸蔵触媒上流の機関排気通路内に、低温のときには排気ガス中に含まれるＮＯxを吸着し温度上昇すると吸着したＮＯxを脱離するＮＯx吸着触媒を配置した内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx吸蔵触媒がＮＯxを吸蔵しうるときにはＮＯx吸蔵触媒が吸蔵しうる量のＮＯxを脱離させる目標温度までＮＯx吸着触媒の温度を強制的に上昇させてＮＯx吸着触媒から脱離したＮＯxをＮＯx吸蔵触媒に吸蔵させるようにしている。
【発明の効果】
【０００７】
ＮＯx吸着触媒の温度が強制的に上昇せしめられてＮＯxがＮＯx吸着触媒から脱離せしめられるのでＮＯx吸着触媒のＮＯx吸着能力が飽和するのを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量を検出するためのエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口はＮＯx吸着触媒１２の入口に連結される。また、ＮＯx吸着触媒１２の出口は排気管１３を介してＮＯx吸蔵触媒１４に連結される。
【０００９】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１５を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１５内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１６が配置される。また、ＥＧＲ通路１５周りにはＥＧＲ通路１５内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１７が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１７内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１８を介してコモンレール１９に連結される。このコモンレール１９内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２０から燃料が供給され、コモンレール１９内に供給された燃料は各燃料供給管１８を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１０】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続された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。ＮＯx吸着触媒１２にはＮＯx吸着触媒１２の温度を検出するための温度センサ２１が取付けられ、ＮＯx吸蔵触媒１４にはＮＯx吸蔵触媒１４の温度を検出するための温度センサ２２が取付けられる。これら温度センサ２１，２２およびエアフローメータ８の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１１】
アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌ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３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１６および燃料ポンプ２０に接続される。
【００１２】
まず初めに図１に示されるＮＯx吸蔵触媒１４について説明すると、このＮＯx吸蔵触媒１４は基体上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図２はこの触媒担体４５の表面部分の断面を図解的に示している。図２に示されるように触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されており、更に触媒担体４５の表面上にはＮＯx吸収剤４７の層が形成されている。
【００１３】
本発明による実施例では貴金属触媒４６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯx吸収剤４７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。
【００１４】
機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯx吸蔵触媒１４上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯx吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、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。
【００１５】
即ち、ＮＯx吸収剤４７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図２に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ2となり、次いでＮＯx吸収剤４７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ3と結合しながら硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯx吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx吸収剤４７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４６の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯx吸収剤４７のＮＯx吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯx吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。
【００１６】
これに対し、ＮＯx吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯx吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2の形でＮＯx吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯxは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
【００１７】
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯxがＮＯx吸収剤４７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯx吸収剤４７のＮＯx吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯx吸収剤４７によりＮＯxを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではＮＯx吸収剤４７の吸収能力が飽和する前にＮＯx吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯx吸収剤４７からＮＯxを放出させるようにしている。
【００１８】
さて、上述したようにリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯxがＮＯx吸収剤４７に吸収される。言い換えるとリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯxがＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵される。ただし、この場合排気ガス中のＮＯx量に対してＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵されるＮＯx量の割合を示すＮＯx吸蔵率はＮＯx吸蔵触媒１４の温度に応じて変化し、ＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣに対するこのＮＯx吸蔵率ＲＢの変化が図３に示されている。
【００１９】
図３に示される例ではＮＯx吸蔵率ＲＢはＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣがほぼ３００℃からほぼ５００℃の範囲内のときにピークとなる。これに対し、ＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣが低くなるとそれに伴なってＮＯに対する貴金属４６の酸化力が低下するためにＮＯx吸蔵率ＲＢはＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣが低くなるほど低下する。図３に示される例ではＮＯx吸蔵率ＲＢはＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣがほぼ３００℃以下になると低下しはじめ、このＮＯx吸蔵率ＲＢはＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣがほぼ１３０℃になると零になる。
【００２０】
図３に示されるＮＯx吸蔵率ＲＢは一例を示すものであってＮＯx吸蔵触媒１４の種類によってはもっと低い温度までＮＯx吸蔵率ＲＢのピークが延びているＮＯx吸蔵触媒も存在する。しかしながらどのようなＮＯx吸蔵触媒１４を用いてもＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣが低くなればＮＯx吸蔵率ＲＢが低下し、排気ガス中に含まれるＮＯxを十分に吸蔵しえなくなる。
【００２１】
そこで本発明ではＮＯx吸蔵触媒１４上流の機関排気通路内に、低温のときには排気ガス中に含まれるＮＯxを吸着し温度上昇すると吸着したＮＯxを脱離するＮＯx吸着触媒１２を配置している。このＮＯx吸着触媒１２は室温、即ち１５℃から２５℃程度においても十分にＮＯxを吸着可能な例えばセリウムＣｅを含有した材料から形成されている。このＮＯx吸着触媒１２においても、排気ガス中のＮＯx量に対してＮＯx吸着触媒１２に吸着されるＮＯx量の割合を示すＮＯx吸着率はＮＯx吸着触媒１２の温度に応じて変化し、ＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣに対するこのＮＯx吸着率ＲＡの変化が図３に示されている。
【００２２】
図３に示される例ではＮＯx吸着率ＲＡはＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣが室温、即ち１５℃から２５℃程度のときにピークとなり、ＮＯx吸着率ＲＡはＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣが高くなるにつれて減少する。図３に示される例ではＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣがほぼ１７０℃まで上昇するとＮＯx吸着率ＲＡは零となる。図３から、ＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣが低いときにはＮＯx吸着率ＲＡは高く、従ってこのとき排気ガス中に含まれるＮＯxをＮＯx吸着触媒１２に良好に吸着しうることがわかる。
【００２３】
一方、図５には、ＮＯx吸着触媒１２から単位時間当り脱離されるＮＯx量を表すＮＯx脱離速度ＤＡがＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣの関数として示されており、またＮＯx吸蔵触媒１４に単位時間当り吸蔵されるＮＯx量を表すＮＯx吸蔵速度ＤＢがＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣの関数として示されている。また、図５にはＮＯx吸着触媒１２へのＮＯx吸着量がＷ1，Ｗ2，Ｗ3のときのＮＯx脱離速度ＤＡを表す曲線が示されており、この場合Ｗ1からＷ3に向かうに従ってＮＯx吸着量が多くなっている。また、図５にはＮＯx吸蔵触媒１４へのＮＯx吸蔵量がＱ1，Ｑ2，Ｑ3のときのＮＯx吸蔵速度ＤＢを表す曲線が示されており、この場合Ｑ1からＱ3に向かうに従ってＮＯx吸蔵量が多くなっている。
【００２４】
ＮＯx吸着触媒１２は或る触媒温度ＴＣを境にしてＮＯxの吸着作用とＮＯxの脱離作用を行う。本発明による実施例ではこの或る触媒温度ＴＣはほぼ１７０℃であり、従って図３に示されるように触媒温度ＴＣがほぼ１７０℃まで上昇するとＮＯx吸着率ＲＡが零となり、図５に示されるように触媒温度ＴＣが１７０℃よりも高くなると触媒温度ＴＣの上昇に伴ないＮＯx脱離速度ＤＡが指数関数的に増大する。なお、ＮＯx吸着量Ｗが多いほどＮＯxの脱離量も増大するので同一の触媒温度ＴＣにおいてはＮＯx吸着量Ｗが多いほどＮＯx脱離速度ＤＡが高くなる。
【００２５】
一方、図５に示されるＮＯx吸蔵速度ＤＢはＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣに対して図３に示されるＮＯx吸蔵率ＲＢと同じ様な変化をする。即ち、ＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣがほぼ１３０℃以上になるとＮＯx吸蔵速度ＤＢが上昇しはじめ、ＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣがほぼ３００℃まで上昇するとＮＯx吸蔵速度ＤＢがピークとなる。なお、ＮＯx吸蔵量Ｑが増大するほどＮＯxが吸蔵されずらくなるので同一の触媒温度ＴＣにおいてはＮＯx吸蔵量Ｑが増大するほどＮＯx吸蔵速度ＤＢは低くなる。
【００２６】
さて、機関始動時や機関低負荷運転時のようにＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣが低いときにはＮＯx吸着触媒１２にＮＯxが吸着され続ける。この場合、ＮＯx吸着触媒１２に或る程度のＮＯxが吸着したときにはＮＯx吸着触媒１２からＮＯxを脱離させることが好ましい。と言うのは、ＮＯxを脱離させておくと次にＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣが低くなったときにＮＯxを十分に吸着しうるからである。ただしこの場合、ＮＯxを脱離させると言ってもＮＯx吸蔵触媒１４がＮＯx吸蔵能力を有しないときＮＯx吸着触媒１２からＮＯxを脱離させるとこのＮＯxはＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵されることなく大気中に排出されてしまう。
【００２７】
そこで本発明では、ＮＯx吸蔵触媒１４がＮＯxを吸蔵しうるときにはＮＯx吸蔵触媒１４が吸蔵しうる量のＮＯxを脱離させる目標温度までＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣを強制的に上昇させてＮＯx吸着触媒１２から脱離したＮＯxをＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵させるようにしている。
【００２８】
ただしこの場合、ＮＯx吸着触媒１２からのＮＯx脱離量がＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵しうるＮＯx量よりも多いと脱離したＮＯxの一部がＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵されることなく大気中に放出されることになる。本発明ではこのようにＮＯxが大気中に放出されるのを阻止するためにＮＯx吸着触媒１２からのＮＯx脱離量がＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵しうるＮＯx量以下となるようにＮＯx吸着触媒１２からＮＯxが脱離せしめられる。
【００２９】
即ち本発明では、ＮＯx吸着触媒１２からＮＯxを脱離させるために上昇すべきＮＯx吸着触媒１２の目標温度ＴＯは、ＮＯx吸着触媒１２からのＮＯx脱離量がＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵しうるＮＯx量以下となる温度とされている。言い換えると本発明では上昇すべきＮＯx吸着触媒１２の目標温度ＴＯは、ＮＯx脱離速度ＤＡがＮＯx吸蔵速度ＤＢ以下となる温度とされている。
【００３０】
次にこの目標温度ＴＯの求め方について図５を参照しつつ説明する。図５はＮＯx吸着量がＷ3であり、ＮＯx吸蔵量がＱ1であり、ＮＯx吸蔵速度ＤＢが予め定められたＮＯx吸蔵速度ＤＢ0を越えたときに、即ちＮＯx吸蔵触媒１４が図５の黒丸ｂ1で示される状態であるときにＮＯx吸着触媒１２を昇温させてＮＯxを脱離させるようにした場合を示している。図５に示される例ではこのときＮＯx吸着触媒１２は図５の黒丸ａ1で示される状態にある。また、この例ではこのときＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣの方がＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣよりも高くなっている。
【００３１】
さて、ＮＯx吸蔵触媒１４が黒丸ｂ1で示される状態にあるときのＮＯx吸蔵速度ＤＢは黒丸ｂ1を通る横線ＤＢ1で表され、この横線ＤＢ1と実線Ｗ3との交点における触媒温度Ｔ1はＮＯx吸着量がＷ3のときのＮＯx吸着触媒１２のＮＯx脱離速度ＤＡがＮＯx吸蔵速度ＤＢ1と等しくなるときの温度を示している。即ち、ＮＯx吸蔵触媒１４が黒丸ｂ1で示される状態にあり、ＮＯx吸着触媒１２のＮＯx吸着量がＷ3のときにＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣがＴ1になるとＮＯx脱離速度ＤＡがＮＯx吸蔵速度ＤＢ1に等しくなくなる。このとき理論的にはＮＯx吸着触媒１２から脱離した全ＮＯxがＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵される。
【００３２】
この場合、ＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣがＴ1よりも高くなるとＮＯx脱離速度ＤＡがＮＯx吸蔵速度ＤＢ1よりも高くなって脱離したＮＯx量の方が吸蔵されるＮＯx量よりも多くなる。従ってＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣはＴ1よりも高くすることはできない。これに対し、ＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣがＴ1よりも低いときにはＮＯx脱離速度ＤＡはＮＯx吸蔵速度ＤＢ1よりも低くなり、斯くしてこのときには脱離したＮＯxが確実にＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵される。
【００３３】
さて、図５に示す例では前述したようにＮＯx吸蔵触媒１４が黒丸ｂ1で示される状態にあるときにはＮＯx吸着触媒１２は黒丸ａ1で示される状態にある。このときにはＮＯx脱離速度ＤＡがＮＯx吸蔵速度ＤＢ1よりもかなり低くなっている。このときＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣをＴ1を越えない範囲でＴ1近くまで上昇させるとＮＯx脱離速度ＤＡはＮＯx吸蔵速度ＤＢ1を越えない範囲で高くなり、斯くしてＮＯx吸着触媒１２から急速にＮＯxを脱離できることになる。
【００３４】
そこで本発明ではＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣをＴ1よりも若干低い温度に向けて上昇せしめるようにしている。即ち、上昇すべきＮＯx吸着触媒１２の目標温度ＴＯがＴ1より若干低い温度とされる。なお、ＮＯx吸着触媒１２の昇温作用は例えば燃料噴射弁３からの燃料噴射時期を遅角して排気ガス温を上昇させることにより、或いは膨張行程時に燃焼室２内に追加の燃料を供給して排気ガスを上昇させることにより行われる。
【００３５】
昇温作用が開始されてから一定時間経過したときのＮＯx吸着触媒１２の状態およびＮＯx吸蔵触媒１４の状態が夫々黒丸ａ2，ｂ2で示されている。昇温作用が開始されてから一定時間を経過すると図５に示されるようにＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣは黒丸ａ2で示される温度まで上昇すると共にＮＯxの脱離によりＮＯx吸着量はＷ2′まで減少する。一方、ＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣは黒丸ｂ2で示される温度まで上昇すると共に脱離したＮＯxおよび機関から排出されたＮＯxの吸蔵によりＮＯx吸蔵量はＱ1′まで増大する。
【００３６】
ＮＯx吸着触媒１２およびＮＯx吸蔵触媒１４が夫々黒丸ａ2，ｂ2で示される状態になるとＮＯx吸着触媒１２の目標温度ＴＯが更新される。即ち、黒丸ｂ2を通る横線ＤＢ2と黒丸ａ2を通る実線Ｗ2′との交点における触媒温度Ｔ2が求められ、この触媒温度Ｔ2よりも若干低い温度が新たな目標温度ＴＯとされる。新たな目標温度ＴＯが定まるとＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣがこの新たな目標温度ＴＯに向けて上昇せしめられる。図５にはこの新たな目標温度ＴＯに向けての昇温作用が開始されてから一定時間経過したときのＮＯx吸着触媒１２の状態およびＮＯx吸蔵触媒１４の状態が夫々黒丸ａ3，ｂ3で示されている。
【００３７】
ＮＯx吸着触媒１２およびＮＯx吸蔵触媒１４が夫々黒丸ａ3，ｂ3で示される状態になるとＮＯx吸着触媒１２の目標温度ＴＯが再び更新される。即ち、黒丸ｂ3を通る横線ＤＢ3と黒丸ａ3を通る実線Ｗ2との交点における触媒温度Ｔ3が求められ、この触媒温度Ｔ3よりも若干低い温度が新たな目標温度ＴＯとされる。新たな目標温度ＴＯが定まるとＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣがこの新たな目標温度ＴＯに向けて上昇せしめられる。図５にはこの新たな目標温度ＴＯに向けての昇温作用が開始されてから一定時間経過したときのＮＯx吸着触媒１２の状態およびＮＯx吸蔵触媒１４の状態が夫々黒丸ａ4，ｂ4で示されている。
【００３８】
ＮＯx吸着触媒１２およびＮＯx吸蔵触媒１４が夫々黒丸ａ4，ｂ4で示される状態になるとＮＯx吸着触媒１２の目標温度ＴＯが再度更新され、触媒温度Ｔ4よりも若干低い温度が新たな目標温度ＴＯとされる。このようにＮＯx吸着触媒１２からのＮＯxの脱離作用中、目標温度ＴＯが繰返し更新され、それによってＮＯx吸着触媒１２からすみやかにＮＯxが脱離せしめられる。
【００３９】
なお、本発明による実施例では図５に示されるＮＯx吸着触媒１２からのＮＯx脱離速度ＤＡがＮＯx吸着触媒１２に吸着しているＮＯx吸着量ＷおよびＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されており、ＮＯx吸蔵触媒１４へのＮＯx吸蔵速度ＤＢがＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵されているＮＯx吸蔵量ＱおよびＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００４０】
図６および図７は図５に示される昇温制御も含めた排気浄化処理を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図６を参照するとまず初めにステップ１００において機関から単位時間当り排出される排出ＮＯx量ＮＯＸＡが算出される。この排出ＮＯx量ＮＯＸＡは要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図４に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いでステップ１０１では図３に示す関係からＮＯx吸着率ＲＡが算出され、次いでステップ１０２では図５に示す関係からＮＯx脱離速度ＤＡが算出される。
【００４１】
次いでステップ１０３では次式に基づいてＮＯx吸着触媒１２に吸着されているＮＯx吸着量Ｗが算出される。
Ｗ←Ｗ＋ＮＯＸＡ・ＲＡ−ＤＡ
即ち、単位時間当りＮＯx吸着触媒１２に吸着されるＮＯx吸着量はＮＯＸＡ・ＲＡとなり、単位時間当りＮＯx吸着触媒１２から脱離されるＮＯx脱離量はＤＡであるのでＮＯx吸着触媒１２へのＮＯx吸着量Ｗは上式で表されることになる。
【００４２】
次いでステップ１０４では図３に示す関係からＮＯx吸蔵率ＲＢが算出され、次いでステップ１０５では次式に基づいてＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵されているＮＯx吸蔵量Ｑが算出される。
Ｑ←Ｑ＋〔ＮＯＸＡ・（１−ＲＡ）＋ＤＡ〕・ＲＢ
即ち、単位時間当りＮＯx吸着触媒１２をすり抜けるＮＯx量はＮＯＸＡ・（１−ＲＡ）であり、単位時間当りＮＯx吸着触媒１２から脱離するＮＯx脱離量はＤＡであるので単位時間当りＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵されるＮＯ量は〔ＮＯＸＡ・（１−ＲＡ）＋ＤＡ〕・ＲＢとなり、斯くしてＮＯx吸蔵触媒１４へのＮＯx吸蔵量Ｑは上式で表されることになる。
【００４３】
次いでステップ１０６ではＮＯx吸着触媒１２からＮＯxを脱離するための昇温制御を実行すべきことを示す昇温フラグがセットされているか否かが判別される。昇温フラグがセットされていないときにはステップ１０７に進んでＮＯx吸着量Ｗが予め定められた下限量ＭＩＮよりも小さいか否かが判別される。ＮＯx吸着量Ｗが少なく、Ｗ＜ＭＩＮのときには昇温制御しても意味がないのでステップ１１０にジャンプする。
【００４４】
ステップ１１０ではＮＯx吸蔵触媒１４からＮＯxを放出するためにＮＯx吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリッチ制御が行われる。このリッチ制御はＮＯx吸蔵量Ｑが予め定められた許容値を越えかつＮＯx吸蔵触媒１４が十分に活性化しているときに行われる。このリッチ制御が行われるとＮＯx吸蔵量Ｑは零にされる。
【００４５】
一方、ステップ１０７においてＷ≧ＭＩＮであると判別されたときにはステップ１０８に進んでＮＯx吸蔵量ＱとＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣから定まるＮＯx吸蔵速度ＤＢが図５に示される予め定められたＮＯx吸蔵速度ＤＢ0を越えているか否かが判別される。ＤＢ＞ＤＢ0のときにはステップ１１１に進んで昇温フラグがセットされ、次いでステップ１１２において昇温制御が行われる。昇温フラグがセットされるとその後はステップ１００６からステップ１１２にジャンプする。
【００４６】
一方、ステップ１０８においてＤＢ≦ＤＢ0であると判別されたときにはステップ１０９に進んでＮＯx吸着量Ｗが許容最大限界値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。Ｗ＞ＭＡＸであると判別されたときにはステップ１１１に進んで昇温フラグがセットされる。即ち、ＮＯx吸着量Ｗが飽和吸着量に近ずいたときにはＮＯx吸蔵速度ＤＢが低いときでも昇温制御が開始される。
【００４７】
ステップ１１２における昇温制御は図７に示されている。図７を参照するとステップ１２０ではＮＯx吸蔵量ＱとＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴＣからＮＯx吸蔵速度ＤＢが算出される。次いでステップ１２１ではＮＯx吸蔵速度ＤＢとＮＯx吸着量Ｗから図５においてＴ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4で代表される触媒温度Ｔｉが算出される。次いでステップ１２２では触媒温度Ｔｉから小さな一定値αを減算することによって目標温度ＴＯが算出される。次いでステップ１２３ではＮＯx吸着触媒１２を昇温するために例えば膨張行程時に燃焼室２内に噴射される追加燃料の基本噴射量Ｑｆ0が算出される。この基本噴射量Ｑｆ0は現在のＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣと目標温度ＴＣとの温度差の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００４８】
次いでステップ１２４ではＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣが目標温度ＴＯよりも低いか否かが判別される。ＴＣ＞ＴＯのときにはステップ１２５に進んで基本噴射量Ｑｆ0に対する補正量ΔＱｆに一定量βが加算され、次いでステップ１２７に進む。これに対し、ＴＣ≧ＴＯのときにはステップ１２６に進んで補正量ΔＱｆから一定値βが減算され、次いでステップ１２７に進む。ステップ１２７では基本噴射量Ｑｆ0に補正量ΔＱｆを加算することによって最終的な追加燃料の噴射量Ｑｆが算出され、この噴射量Ｑｆでもって追加燃料の噴射作用が実行される。次いでステップ１２８ではＮＯx吸着量Ｗが零になったか否かが判別され、Ｗ＝０になったと判断されたときにはステップ１２９に進んで昇温フラグがリセットされる。
【００４９】
図８に別の実施例を示す。
この実施例ではＮＯx吸着触媒１２上流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲しうるＳＯxトラップ触媒２３が配置されており、このＳＯxトラップ触媒２３にはＳＯxトラップ触媒２３の温度を検出するための温度センサ２４が取付けられている。
【００５０】
即ち、排気ガス中にはＳＯxが含まれており、このＳＯxがＮＯx吸着触媒１２に吸着するとＮＯx吸着触媒１２のＮＯx吸着能力が低下する。そこでこの実施例ではＮＯx吸着触媒１２にＳＯxが流入しないようにＮＯx吸着触媒１２の上流にＳＯxトラップ触媒２３が配置されている。このＳＯxトラップ触媒２３は通常はＳＯxを捕獲し続け、ＳＯxトラップ触媒２３からＳＯxが放出されることはない。
【００５１】
しかしながらＳＯxトラップ触媒２３の温度ＴＳが高くなるとＳＯxトラップ触媒２３からＳＯxが放出される。このようにＳＯxの放出される触媒温度ＴＳＯＸはＳＯxトラップ触媒２３の種類によるが通常５００℃以上である。ところでＮＯx吸着触媒１２からＮＯxを脱離すべきときに排気ガス温を上昇させることによってＮＯx吸着触媒１２を昇温させるようにした場合にはこのとき同時にＳＯxトラップ触媒２３も昇温せしめられることになる。
【００５２】
従ってこの場合、ＮＯx吸着触媒１２の温度ＴＣが目標温度ＴＯに向けて上昇せしめられたときにＳＯxトラップ触媒２３の温度ＴＳがＳＯxの放出される温度ＴＳＯＸよりも高くなるとＳＯxトラップ触媒２３からＳＯxが放出されることになる。従ってこの実施例ではＮＯx吸着触媒１２からＮＯxを脱離するために排気ガス温が上昇せしめられるときにはＳＯxトラップ触媒２３の温度ＴＳがＳＯxの放出される温度ＴＳＯＸ以下となるように目標温度ＴＯが定められる。
【００５３】
図９はこの実施例を実行するための昇温制御ルーチンを示している。このルーチンは図７に示されるルーチンのステップ１２３と１２４との間に鎖線で囲まれた部分Ｋが追加されただけであり、この部分Ｋ以外は図７に示すルーチンと同一であるので以下鎖線で囲まれた部分Ｋについてのみ説明する。鎖線で囲まれた部分Ｋを参照するとステップ１２３ａではＳＯxトラップ触媒２３の温度ＴＳがＳＯxの放出される温度ＴＳＯＸよりも高いか否かが判別される。ＴＳ≦ＴＳＯＸのときにはステップ１２４に進む。これに対しＴＳ＞ＴＳＯＸのときにはステップ１２３ｂに進んでＴＳ＜ＴＳＯＸとなるように目標温度ＴＯが予め定められた温度ΔＴＯだけ減少せしめられる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯx吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。
【図３】ＮＯx吸着率およびＮＯx吸蔵率を示す図である。
【図４】排出ＮＯx量ＮＯＸＡのマップを示す図である。
【図５】ＮＯx脱離速度およびＮＯx吸蔵速度を示す図である。
【図６】排気浄化処理を行うためのフローチャートである。
【図７】昇温制御を行うためのフローチャートである。
【図８】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図９】昇温制御を行うためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
４    吸気マニホルド
５    排気マニホルド
７    排気ターボチャージャ
１２    ＮＯx吸着触媒
１４    ＮＯx吸蔵触媒
【要約】
【課題】ＮＯx吸着触媒から強制的にＮＯxを脱離させてＮＯx吸蔵触媒に吸蔵させる。
【解決手段】機関排気通路内に、低温のときには排気ガス中に含まれるＮＯxを吸着し温度上昇すると吸着したＮＯxを脱離するＮＯx吸着触媒１２とＮＯx吸蔵触媒１４とを配置する。ＮＯx吸蔵触媒１４がＮＯxを吸蔵しうるときにはＮＯx吸蔵触媒１４が吸蔵しうる量のＮＯxを脱離させる目標温度までＮＯx吸着触媒１２の温度を強制的に上昇させてＮＯx吸着触媒１２から脱離したＮＯxをＮＯx吸蔵触媒１４に吸蔵させる。
【選択図】図５【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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