(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、該ＮＯX吸蔵触媒下流の機関排気通路内に、吸着したアンモニアによって排気ガス中のＮＯXを選択的に還元しうるＮＯX選択還元触媒を配置し、ＮＯX吸蔵触媒からＮＯXを放出すべきにはＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるようにした内燃機関の排気浄化装置において、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＮＯX吸蔵触媒をすり抜けるＮＯX量が算出され、算出されたＮＯX量がＮＯX選択還元触媒に吸着されているアンモニアの全量を除去するのに必要な量になったときに排気ガスの空燃比がリーンからリッチに一時的に切換えられる内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
ＮＯX選択還元触媒に吸着されているアンモニア量を推定する吸着アンモニア量推定手段を具備しており、該吸着アンモニア量推定手段により推定された吸着アンモニア量の全部を除去するのに必要なＮＯXを排気ガスの空燃比がリーンのもとでＮＯX選択還元触媒に供給するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記吸着アンモニア量推定手段は、ＮＯX吸蔵触媒からＮＯXを放出すべく排気ガスの空燃比がリッチにされたときのリッチ度合およびリッチ時間に基づいて吸着アンモニア量を推定する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
ＮＯX選択還元触媒に流入するＮＯXの濃度を検出するためのＮＯXセンサと、ＮＯX選択還元触媒から流出するＮＯXの濃度を検出するためのＮＯXセンサとを具備しており、上記吸着アンモニア量推定手段は、これらＮＯXセンサにより検出されたＮＯ選択還元触媒前後におけるＮＯX濃度の差から吸着アンモニア量を推定する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
ＮＯX選択還元触媒に吸着すべき目標アンモニア量が予め設定されており、ＮＯX吸蔵触媒からＮＯXを放出すべく排気ガスの空燃比がリッチにされるときのリッチ度合およびリッチ時間が、ＮＯX吸蔵触媒からのＮＯXの放出作用を完了できかつＮＯX選択還元触媒への吸着アンモニア量を上記目標アンモニア量にすることができるリッチ度合およびリッチ時間に制御される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記目標アンモニア量はＮＯX選択還元触媒のアンモニア飽和吸着量よりも低い量に設定されている請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
ＮＯX選択還元触媒に流入するＮＯXの濃度を検出するためのＮＯXセンサと、ＮＯX選択還元触媒から流出するＮＯXの濃度を検出するためのＮＯXセンサとを具備しており、これらＮＯXセンサにより検出されたＮＯ選択還元触媒前後におけるＮＯX濃度の差からＮＯX選択還元触媒のアンモニア飽和吸着量が検出され、検出されたアンモニア飽和吸着量に基づき上記目標アンモニア量が補正される請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
アンモニア飽和吸着量の検出前にＮＯX選択還元触媒へのアンモニア吸着量を飽和させるためにＮＯX吸蔵触媒からＮＯXを放出させるのに必要な量以上の還元剤をＮＯX吸蔵触媒に供給するようにした請求項７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】
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の含まれる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吸蔵触媒の下流に、吸着したアンモニアによって排気ガス中のＮＯXを選択的に還元しうるＮＯX選択還元触媒を配置し、ＮＯX吸蔵触媒の上流に三元触媒を配置し、ＮＯX吸蔵触媒からＮＯXを放出すべきには三元触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるようにした内燃機関が公知である（特許文献１参照）。
【０００３】
この内燃機関ではＮＯX吸蔵触媒からＮＯXを放出すべく排気ガスの空燃比が一時的にリーンからリッチに切換えられたときに三元触媒において比較的多量のアンモニアが発生せしめられ、このときＮＯX吸蔵触媒においてＮＯXの還元のために使用されなかったアンモニアがＮＯX吸蔵触媒から流出する場合がある。この場合にはＮＯX吸蔵触媒から流出したアンモニアはＮＯX選択還元触媒に吸着される。
【０００４】
一方、この内燃機関では排気ガスの空燃比がリーンに維持されている通常運転時にはＮＯX吸蔵触媒に吸蔵されなかった僅かな量のＮＯXがＮＯX吸蔵触媒から流出する場合がある。しかしながらこの内燃機関ではこのようにＮＯX吸蔵触媒からＮＯXが流出した場合、このＮＯXはＮＯX選択還元触媒に吸着しているアンモニアによって還元される。別の角度からみるとこのときＮＯX選択還元触媒に吸着しているアンモニアはＮＯXを還元するために消費され、ＮＯX選択還元触媒から除去される。
【特許文献１】特開平１１−３０１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらこの内燃機関ではＮＯX吸蔵触媒からのＮＯXの流出はなりゆきで行われており、従ってＮＯX吸蔵触媒からＮＯXが流出しない状態が継続するとＮＯX選択還元触媒に吸着しているアンモニアはＮＯXと反応して除去されることなくＮＯX選択還元触媒に吸着し続ける。その結果、ＮＯX選択還元触媒への吸着アンモニア量が飽和し、斯くして排気ガスの空燃比がリッチにされる毎にそのとき発生するアンモニアがＮＯX選択還元触媒をすり抜けて大気中に排出され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吸蔵触媒下流の機関排気通路内に、吸着したアンモニアによって排気ガス中のＮＯXを選択的に還元しうるＮＯX選択還元触媒を配置し、ＮＯX吸蔵触媒からＮＯXを放出すべきにはＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるようにした内燃機関の排気浄化装置において、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＮＯX吸蔵触媒をすり抜けるＮＯX量が算出され、算出されたＮＯX量がＮＯX選択還元触媒に吸着されているアンモニアの全量を除去するのに必要な量になったときに排気ガスの空燃比がリーンからリッチに一時的に切換えられる。
【発明の効果】
【０００７】
ＮＯX選択還元触媒に吸着されているアンモニアをなりゆきで除去するのではなく、予め定められた時期にアンモニア除去制御を実行することによってＮＯX選択還元触媒を常時アンモニアが吸着しうる状態に維持することができる。
【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検出器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。
【０００９】
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吸蔵触媒１２の入口に連結される。一方、ＮＯX吸蔵触媒１２の出口は排気管１３を介して、排気ガスの空燃比がリーンのときにアンモニアによって排気ガス中のＮＯXを選択的に還元しうるＮＯX選択還元触媒１４に連結される。このＮＯX選択還元触媒１４はアンモニア吸着タイプの例えばＦｅゼオライトから形成される。
【００１０】
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、このコモンレール１９は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２０を介して燃料タンク２１に連結される。燃料タンク２１内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２０によってコモンレール１９内に供給され、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。
【００１１】
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選択還元触媒１４にはＮＯX選択還元触媒１４の床温を検出するための温度センサ２２が取付けられ、この温度センサ２２および吸入空気量検出器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。また、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１２について説明すると、このＮＯX吸蔵触媒１２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（Ａ），（Ｂ）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（Ａ），（Ｂ）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１２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（Ａ）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】
一方、燃焼室２内における混合気の空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすると、又は排気行程中に燃焼室２内に追加の燃料を噴射することによって排気ガスの空燃比をリッチ或いは理論空燃比にす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、斯くして図２（Ｂ）に示されるように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、例えば放出されたＮＯXがＣＯによって還元された場合には図２（Ｂ）に示されるようにＮ2とＣＯ2になる。
【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】
ところでＮＯX吸収剤４７からＮＯXを放出すべく排気ガスの空燃比がリッチにされると図２（Ｂ）に示されるように一部のＣＯは排気ガス中に含まれる水Ｈ2Ｏと反応してＨ2を生成する。次いでこのＨ2はＮＯX吸収剤４７からの放出ＮＯ2から生成されるＮ2と反応してアンモニアＮＨ3を生成する。即ち、ＮＯX吸収剤４７からＮＯXを放出すべく排気ガスがリッチにされるとＮＯX吸蔵触媒１２においてアンモニアＮＨ3が生成される。このアンモニアＮＨ3はＮＯX吸蔵触媒１２から流出してＮＯX選択還元触媒１４に吸着される。
【００１９】
この状態を放置しておくとＮＯX選択還元触媒１４の吸着アンモニア量が飽和状態となり、排気ガスの空燃比がリッチにされる毎に発生するアンモニアがＮＯX選択還元触媒１４をすり抜けてしまうという問題を生ずる。そこで本発明ではこのような問題が発生するのを阻止するために、ＮＯX吸蔵触媒１２からＮＯXを放出すべくＮＯX吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリーンからリッチに切換えられる直前に、ＮＯX選択還元触媒１４に吸着されているアンモニアを除去するためのアンモニア除去制御を実行するようにしている。
【００２０】
もう少し具体的に言うと、本発明による実施例では排気ガスの空燃比がリッチになる直前にＮＯX吸蔵触媒１２からＮＯXが流出せしめられ、このＮＯXによってＮＯX選択還元触媒１４に吸着されているアンモニアが除去される。即ち、本発明による実施例では上述アンモニア除去制御は、ＮＯX選択還元触媒１４に吸着されているアンモニアを除去するのに必要な量のＮＯXを排気ガスの空燃比がリーンのもとでＮＯX選択還元触媒１４に供給するアンモニア除去用ＮＯX供給制御からなる。
【００２１】
図３はこのアンモニア除去用ＮＯX供給制御のタイムチャートを示している。なお、図３においてＡ／Ｆは排気ガスの空燃比を示しており、ＮＤはＮＯX吸蔵触媒１２から流出するＮＯX量、即ちＮＯX選択還元触媒１４に流入する流入ＮＯX量を示しており、ＮＨはＮＯX吸蔵触媒１２から流出するアンモニア量、即ちＮＯX選択還元触媒１４に流入する流入アンモニア量を示しており、ＮＳはＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵されている吸蔵ＮＯX量を示しており、ＨＳはＮＯX選択還元触媒１４に吸着されている吸着アンモニア量を示している。
【００２２】
図３に示されるように排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに切換えられるとＮＯX吸蔵触媒１２からＮＯXが放出され、従って吸蔵ＮＯX量ＮＳが急速に低下する。一方、このときＮＯX吸蔵触媒１２においてアンモニアが生成されるのでＮＯX選択還元触媒１４に流入する流入アンモニア量ＮＨが一時的に増大し、その結果、ＮＯX選択還元触媒１４への吸着アンモニア量ＨＳが増大する。なお、図３においてＮＳＸは排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがリッチに切換えられるときの吸蔵ＮＯX量ＮＳを表している。
【００２３】
次いで排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがリッチから再びリーンに戻されるとその後暫らくの間は流入ＮＯX量はほぼ零になる。即ち、排気ガス中に含まれるほとんど全てのＮＯXはＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵される。また、この間はＮＯX吸蔵触媒１２においてアンモニアが発生せず、従って流入アンモニア量ＮＨは零となる。
【００２４】
次いでＮＯX吸蔵触媒１２のＮＯX吸蔵能力が飽和に近ずくと排気ガス中に含まれる全てのＮＯXをＮＯX吸蔵触媒１２が吸蔵しえなくなり、排気ガス中に含まれる一部のＮＯXがＮＯX吸蔵触媒１２をすり抜けるようになる。このＮＯXのすり抜け量は時間の経過と共に増大し、その結果時間の経過と共にＮＯX選択還元触媒１４への流入ＮＯX量ＮＤが増大する。ＮＯX選択還元触媒１４に吸着されているアンモニアはこの流入ＮＯXを還元するために消費され、斯くして時間の経過と共に吸着アンモニア量ＨＳが減少する。
【００２５】
図３に示されるように本発明による実施例ではＮＯX吸蔵触媒１２におけるＮＯXのすり抜けは吸着アンモニア量ＨＳが零になるまで行われ、吸着アンモニア量ＨＳが零になると排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに切換えられてＮＯXのすり抜けが停止される。即ち、本発明による実施例では排気ガスの空燃比がリーンのもとでＮＯX吸蔵触媒１２をすり抜けるＮＯXの量がＮＯX選択還元触媒１４に吸着されているアンモニアを除去するのに必要な量になったときに排気ガスの空燃比がリーンからリッチに一時的に切換えられる。
【００２６】
次に図４から８を参照しつつ本発明による第１実施例について説明する。
この第１実施例ではＮＯX選択還元触媒１４に吸着されているアンモニア量ＨＳを推定する吸着アンモニア量推定手段が設けられており、この吸着アンモニア量推定手段により推定された吸着アンモニア量の全部又は一部を除去するのに必要なＮＯXを排気ガスの空燃比がリーンのもとでＮＯX選択還元触媒１４に供給するようにしている。
【００２７】
この場合、この第１実施例では上述の吸着アンモニア量推定手段は、ＮＯX吸蔵触媒１２からＮＯXを放出すべく排気ガスの空燃比がリッチにされたときのリッチ度合およびリッチ時間に基づいて吸着アンモニア量を推定する。
【００２８】
この第１実施例では機関から単位時間当り排出されるＮＯX量と、ＮＯX吸蔵触媒１２が単位時間当り吸蔵しうるＮＯX量、即ちＮＯX吸蔵速度からＮＯX吸蔵触媒１２におけるＮＯXのすり抜け量が算出される。即ち、この第１実施例では機関から単位時間当り排出されるＮＯX量ＮＯＸＡが機関の要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図４（Ａ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２９】
一方、ＮＯX吸蔵触媒１２のＮＯX吸蔵速度ΔＮＳはＮＯX吸蔵触媒１２の吸蔵ＮＯX量ＮＳの関数であり、図４（Ｂ）に示されるようにＮＯX吸蔵速度ΔＮＳは吸蔵ＮＯX量ＮＳが増大するにつれて低下する。なお、図４（Ｂ）においてａ，ｂ，ｃ，ｄはＮＯX吸蔵触媒１２の劣化度合が異なる場合を示しており、これら劣化度合についてはｄ＞ｃ＞ｂ＞ａなる関係がある。即ち、劣化度合が高くなるほど、ＮＯX吸蔵速度ΔＮＳは低下する。図４（Ｂ）に示される関係は予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３０】
機関からの排出ＮＯX量ＮＯＸＡに比べてＮＯX吸蔵速度ΔＮＳが高い場合には機関から排出されたＮＯXは全てＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵される。これに対し、機関からの排出ＮＯX量ＮＯＸＡに比べてＮＯX吸蔵速度ΔＮＳが低い場合には機関から排出されたＮＯXのうちのＮＯX吸蔵速度ΔＮＳに相当する量のＮＯXのみがＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵され、残りのＮＯX（＝ＮＯＸＡ−ΔＮＳ）はＮＯX吸蔵触媒１２をすり抜けることになる。このように機関からの排出ＮＯX量ＮＯＸＡとＮＯX吸蔵速度ΔＮＳからＮＯXのすり抜け量を算出することができる。
【００３１】
一方、追加燃料が供給されて排気ガスの空燃比がリッチにされる場合、この追加燃料の一部は排気ガス中の酸素を喰って空燃比をリーンから理論空燃比まで低下させるために使用され、残りの追加燃料はその極く一部がアンモニアの生成に使用されるがその大部分、即ち図５（Ａ）においてハッチングで示される部分はＮＯX吸蔵触媒１２から放出されたＮＯXを還元するための還元剤として使用される。従って図５（Ａ）においてハッチングで示される還元剤の量Ｑは排気ガスの空燃比がリッチにされたときの吸蔵ＮＯX量ＮＳＸ（図３）から定まり、図５（Ｂ）に示されるようにこの還元剤の量Ｑは吸蔵ＮＯX量ＮＳＸに比例することになる。
【００３２】
還元剤の量Ｑを変化させるには図５（Ａ）に示されるリッチ度合およびリッチ時間のいずれか一方又は双方を変化させる必要があるが第１実施例ではリッチ度合を一定に維持した状態でリッチ時間を変化させることによって還元剤の量Ｑを変化させるようにしている。従って第１実施例では図５（Ｃ）に示されるようにリッチ時間が還元剤の量Ｑに比例して変化せしめられる。
【００３３】
図６（Ａ），（Ｂ）はＮＯX吸蔵触媒１２において生成され、ＮＯX選択還元触媒１４に流入する流入アンモニア量ＮＨと、図５（Ａ）に示されるリッチ度合、リッチ時間との関係を示している。図６（Ａ）に示されるように流入アンモニア量ＮＨはリッチ度合が高くなると指数関数的に増大する。一方、図６（Ｂ）に示されるように流入アンモニア量ＮＨはリッチ時間に比例する。従ってリッチ度合およびリッチ時間から流入アンモニア量ＮＨ、即ちＮＯX選択還元触媒１４に吸着されるアンモニア量を推定できることになる。
【００３４】
図７に第１実施例を実行するための排気浄化処理ルーチンを示す。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。この第１実施例ではＮＯX選択還元触媒１４へのアンモニア吸着量が推定され、この吸着アンモニアを除去するのに必要なＮＯX量の目標値Ｘ0が算出され、この目標値Ｘ0に応じた量のＮＯXがＮＯX選択還元触媒１４に供給される。
【００３５】
図７を参照するとまず初めにステップ５０において図４（Ａ）に示すマップから機関からの単位時間当りの排出ＮＯX量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ５１では図４（Ｂ）に示す関係から吸蔵ＮＯX量ＮＳに応じたＮＯX吸蔵速度ΔＮＳが算出される。次いでステップ５２では排出ＮＯX量ＮＯＸＡがＮＯX吸蔵速度ΔＮＳよりも大きいか否かが判別される。ＮＯＸＡ＞ΔＮＳのときには排出ＮＯX量ＮＯＸＡのうちＮＯX吸蔵速度ΔＮＳに相当する分だけがＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵され、残りのＮＯX（ＮＯＸＡ−ΔＮＳ）はＮＯX吸蔵触媒１２をすり抜ける。
【００３６】
従ってステップ５２においてＮＯＸＡ＞ΔＮＳであると判別されたときにはステップ５４に進んでＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵されている吸蔵ＮＯX量ＮＳにＮＯX吸蔵速度ΔＮＳが加算され、次いでステップ５５ではＮＯX吸蔵触媒１２をすり抜けてＮＯX吸蔵触媒１２から流出する流出ＮＯX量の合計値ΣＮＯＸに（ＮＯＸＡ−ΔＮＳ）が加算される。次いでステップ５６に進む。一方、ステップ５２においてＮＯＸＡ≦ΔＮＳであると判別されたときにはステップ５３に進んで吸蔵ＮＯX量ＮＳに排出ＮＯX量ＮＯＸＡが加算され、次いでステップ５６に進む。
【００３７】
ステップ５６では流出ＮＯX量の合計値ΣＮＯＸが吸着アンモニアを除去するのに必要な目標値Ｘ0を越えたか否かが判別される。流出ＮＯX量の合計値ΣＮＯＸが目標値Ｘ0を越えたときにはステップ５７に進んでそのときの吸蔵ＮＯX量ＮＳ、即ちＮＳＸに基づいてリッチ時間が算出され、次いでステップ５８では排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ処理が行われる。次いでステップ５９ではＮＳおよびΣＮＯＸがクリアされる。次いでステップ６０ではリッチ時間に基づいて流入アンモニア量ＮＨ、即ちＮＯX選択還元触媒１４に吸着されるアンモニア量が算出される。次いでステップ６１ではこの吸着アンモニアを除去するのに必要な流出ＮＯX量の目標値Ｘ0が算出される。
【００３８】
図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は種々の吸着アンモニアの除去方法を示している。図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において左側のＮＯX選択還元触媒１４は排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ制御直前の吸着アンモニアの様子を示しており、右側のＮＯX選択還元触媒１４はリッチ制御完了後の吸着アンモニアの様子を示している。図８（Ａ）に示す例ではリッチ制御が行われると吸着アンモニアが飽和状態となり、この吸着アンモニアの全てがＮＯXの供給によりリッチ制御の直前では除去されている。
【００３９】
一方、図８（Ｂ）に示す例ではリッチ制御が行われるとアンモニアがＮＯX選択還元触媒１４の吸着領域のうちの一部の領域に吸着され、この吸着アンモニアの全てがＮＯXの供給によりリッチ制御の直前では除去されている。図８（Ｃ）に示す例ではリッチ制御ＩおよびIIの前ではアンモニア除去のためのＮＯXの供給が行われず、吸着アンモニアが飽和状態となった後に吸着アンモニアの全てがＮＯXの供給によりリッチ制御IIIの前に除去される。
【００４０】
図９から図１１はＮＯX選択還元触媒１４への吸着アンモニア量がアンモニアの飽和吸着量を越えないようにした第２実施例を示している。即ち、図９（Ａ）において実線ＭＡＸはＮＯX選択還元触媒１４のアンモニアの飽和吸着量を示しており、この飽和吸着量ＭＡＸはＮＯX選択還元触媒１４の温度ＴＣが高くなるにつれて低下する。
【００４１】
この第２実施例ではＮＯX選択還元触媒１４に吸着すべき目標アンモニア量ＮＨＯが予め設定されており、図９（Ａ）に示される例ではこの目標アンモニア量ＮＨＯはＮＯX選択還元触媒１４のアンモニア飽和吸着量ＭＡＸよりも一定量Ｚだけ低い量に設定されている。従ってこの目標アンモニア量ＮＨＯは触媒温度ＴＣの関数であり、図９（Ａ）に示されるように触媒温度がＴＣ1のときには目標アンモニア量はＮＨＯ1となる。
【００４２】
この第２実施例ではリッチ処理時に発生するアンモニア量が目標アンモニア量ＮＨＯとなるように制御され、従ってこの第２実施例では吸着されるアンモニア量が飽和吸着量ＭＡＸを越えることがない。ところがこのように吸着アンモニア量に対して目標値が設定されると放出されたＮＯXを還元するための還元剤の量Ｑと発生するアンモニアの量の双方を要求されている量に制御しなければならないことになる。
【００４３】
ところで図５（Ａ）からわかるように還元剤の量Ｑはリッチ度合とリッチ時間の積に比例し、一方図６（Ａ），（Ｂ）からわかるように還元剤量Ｑが同一であってもリッチ度合とリッチ時間を変化させると発生するアンモニア量が変化する。図９（Ｂ）は種々の還元剤量Ｑ1〜Ｑ5と、発生するアンモニア量、即ちＮＯX選択還元触媒１４に流入する流入アンモニア量ＮＨと、リッチ度合との関係を示している。なお、還元剤の量はＱ1，Ｑ2，Ｑ3，Ｑ4，Ｑ5の順に次第に増大していく。
【００４４】
図９（Ｂ）からわかるように同一の還元剤の量に対して流入アンモニア量ＮＨを増大するにはリッチ度合を高くする必要があり、この場合リッチ度合が高くされるとリッチ時間は短かくなる。即ち、この第２実施例ではＮＯX吸蔵触媒１２からＮＯXを放出すべく排気ガスの空燃比がリッチにされるときのリッチ度合およびリッチ時間が、ＮＯX吸蔵触媒１２からのＮＯXの放出作用を完了できかつＮＯX選択還元触媒１４への吸着アンモニア量を目標アンモニア量ＮＨＯにすることができるリッチ度合およびリッチ時間に制御される。
【００４５】
図１０および図１１に第２実施例を実行するための排気浄化処理ルーチンを示す。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
【００４６】
図１０および図１１を参照するとまず初めにステップ７０において図４（Ａ）に示すマップから機関からの単位時間当りの排出ＮＯX量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ７１では図４（Ｂ）に示す関係から吸蔵ＮＯX量ＮＳに応じたＮＯX吸蔵速度ΔＮＳが算出される。次いでステップ７２では排出ＮＯX量ＮＯＸＡがＮＯX吸蔵速度ΔＮＳよりも大きいか否かが判別される。
【００４７】
ステップ７２においてＮＯＸＡ＞ΔＮＳであると判別されたときにはステップ７４に進んでＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵されている吸蔵ＮＯX量ＮＳにＮＯX吸蔵速度ΔＮＳが加算され、次いでステップ７５においてＮＯX吸蔵触媒１２をすり抜けてＮＯX吸蔵触媒１２から流出する流出ＮＯX量の合計値ΣＮＯＸに（ＮＯＸＡ−ΔＮＳ）が加算される。次いでステップ７６に進む。一方、ステップ７２においてＮＯＸＡ≦ΔＮＳであると判別されたときにはステップ７３に進んで吸蔵ＮＯX量ＮＳに排出ＮＯX量ＮＯＸＡが加算され、次いでステップ７６に進む。
【００４８】
ステップ７６では流出ＮＯX量の合計値ΣＮＯＸが目標量ＮＨＯの吸着アンモニアを除去するのに必要な目標値Ｘ0を越えたか否かが判別される。流出ＮＯX量の合計値ΣＮＯＸが目標値Ｘ0を越えたときにはステップ７７に進んでそのときの吸蔵ＮＯX量ＮＳ、即ちＮＳＸに基づいてＮＯXの還元のために必要な還元剤の量Ｑが算出される。次いでステップ７８では温度センサ２２により検出された触媒温度ＴＣが読込まれ、次いでステップ７９では触媒温度ＴＳに応じた目標アンモニア量ＮＨＯが算出される。
【００４９】
次いでステップ８０では還元剤の量Ｑおよび目標アンモニア量ＮＨＯを用いて図９（Ｂ）に示す関係からリッチ度合、即ちリッチ空燃比が算出され、次いでステップ８１では還元剤量Ｑとリッチ度合からリッチ時間が算出される。次いでステップ８２では排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ処理が行われる。次いでステップ８３ではＮＳおよびΣＮＯＸがクリアされる。次いでステップ８４では目標量ＮＨＯの吸着アンモニアを除去するのに必要な流出ＮＯX量の目標値Ｘ0が算出される。
【００５０】
図１２に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。この実施例ではＮＯX選択還元触媒１４の上流および下流に夫々ＮＯX選択還元触媒１４に流入するＮＯXの濃度を検出するためのＮＯXセンサ２３と、ＮＯX選択還元触媒１４から流出するＮＯXの濃度を検出するためのＮＯXセンサ２４とが設けられている。ＮＯX選択還元触媒１４にアンモニアが吸着していればＮＯX選択還元触媒１４に流入したＮＯXは吸着アンモニアによって還元されるのでＮＯX選択還元触媒１４から流出するＮＯX量はＮＯX選択還元触媒１４に流入するＮＯX量に比べて吸着アンモニアを除去するのに使用された分だけ減少する。
【００５１】
従ってＮＯXセンサ２３，２４により検出されたＮＯ選択還元触媒１４前後におけるＮＯX濃度の差から吸着アンモニア量を推定できることになる。従ってリッチ処理時におけるリッチ度合およびリッチ時間から吸着アンモニア量を推定する代りにこれら一対のＮＯXセンサ２３，２４の出力値から吸着アンモニアを推定することもできる。
【００５２】
図１３および図１４は、一対のＮＯXセンサ２３，２４により検出されたＮＯ選択還元触媒１４前後におけるＮＯX濃度の差からＮＯX選択還元触媒１４のアンモニア飽和吸着量ＭＡＸを検出し、このアンモニア飽和吸着量ＭＡＸに基づいて目標アンモニア量ＮＨＯを補正するようにした実施例を示している。
【００５３】
即ち、図１３（Ａ）においてＮＤｉはＮＯXセンサ２３の出力値から算出された流入ＮＯX量を示しており、ＮＤ0はＮＯXセンサ２４の出力値から算出された流出ＮＯX量を示している。図１３（Ａ）において、通常は破線ＲＳで示されるタイミングで行われるリッチ処理を中止すると流入ＮＯX量ＮＤｉは上昇し続け、流出ＮＯX量ＮＤ0は吸着アンモニアが存在しなくなると流入ＮＯX量ＮＤｉまで急速に上昇する。
【００５４】
この場合、図１３（Ａ）においてハッチングで示される面積がアンモニア吸着量を表しており、従って一対にＮＯXセンサ２３，２４の出力値からアンモニア吸着量を推定できることになる。ところでこの実施例ではアンモニア飽和吸着量ＭＡＸを検出するためにアンモニア飽和吸着量ＭＡＸの検出前にＮＯX選択還元触媒１４へのアンモニア吸着量を飽和させるためにＮＯX吸蔵触媒１２からＮＯXを放出させるのに必要な量以上の還元剤をＮＯX吸蔵触媒１２に供給するようにしている。図１３（Ａ）に示される例ではＲＦで示されるように排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが続けて複数回リッチにされる。
【００５５】
このように多量の還元剤が供給されると図１３（Ａ）においてハッチングで示される面積はアンモニア飽和吸着量ＭＡＸを表すことになる。これまで用いられていた飽和吸着量曲線が図１３（Ｂ）において鎖線で示される曲線であり、触媒温度ＴＣがＴＣ1のときに検出されたアンモニア飽和吸着量がＭＡＸ1であったとすると飽和吸着量曲線は実線で示される飽和吸着量曲線に補正される。このように飽和吸着量曲線が補正される。このように飽和吸着量曲線が補正されるとこの飽和吸着量曲線よりも例えば一定値Ｚだけ低くなるように目標アンモニア量ＮＨＯが補正される。
【００５６】
図１４にアンモニアの飽和吸着量のチェック制御ルーチンを示す。このチェック制御ルーチンは例えば車両の運転が行われる毎に一回だけ実行される。
図１４を参照するとまず初めにステップ９０においてチェック用リッチ処理を実行すべき指令が出される。例えば図１３（Ａ）においてＲＦで示されるように排気ガスの空燃比Ａ／Ｆを２回リッチにし、破線ＲＳで示されるリッチ処理を禁止する指令が出される。
【００５７】
次いでステップ９１ではＮＯXセンサ２３により検出されたＮＯX濃度に排気ガス量、即ち吸入空気量を乗算することによって流入ＮＯX量ＮＤｉが算出され、次いでステップ９２ではＮＯXセンサ２４により検出されたＮＯX濃度に排気ガス量、即ち吸入空気量を乗算することによって流出ＮＯX量ＮＤ0が算出される。次いでステップ９４では流入ＮＯX量ＮＤｉと流出ＮＯX量ＮＤ0の差ΔＮＤ（＝ＮＤｉ−ＮＤ0）が算出される。次いでステップ９４では差ΔＮＤが積算値ΣΔＮＤに加算される。
【００５８】
次いでステップ９５では差ΔＮＤが減少中であるか否かが判別される。この差ΔＮＤ（＝ＮＤｉ−ＮＤ0）は図１３（Ａ）からわかるように最初は零であるが次第に増大し、次いで減少する。差ΔＮＤが減少中でないときにはステップ９７にジャンプする。ステップ９７では予め定められた単位時間が経過するまで待ち、ステップ９０に戻る。一方、ステップ９５においてΔＮＤが減少中であると判別されたときにはステップ９６に進んで差ΔＮＤが零になったか否か、即ち図１３（Ａ）のハッチングを付した面積に相当する消費ＮＯX量の算出が完了したか否かが判別される。差ΔＮＤが零でないときにはステップ９７に進む。
【００５９】
一方、ステップ９６において差ΔＮＤが零になったと判断されたとき、即ち図１３（Ａ）のハッチングを付した面積に相当する消費ＮＯX量の算出が完了したときにはステップ９８に進んで消費ＮＯX量からアンモニア飽和吸着量ＭＡＸが算出され、飽和吸着量曲線が補正される。次いでステップ９９では目標アンモニア量ＮＨＯが補正される。次いでステップ１００において予め定められた待ち時間だけ待った後にステップ１０１に進む。ステップ１０１では図１３（Ａ）においてＲＴで示されるＮＯX放出のためのリッチ処理が行われ、次いでチェック制御を完了する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【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】アンモニア除去用ＮＯX供給制御のタイムチャートである。
【図４】吸蔵ＮＯX量ＮＯＸＡのマップ等を示す図である。
【図５】リッチ処理時の還元剤の量等を示す図である。
【図６】ＮＯX選択還元触媒への流入アンモニア量を示す図である。
【図７】排気浄化処理を行うためのフローチャートである。
【図８】吸着アンモニアの除去方法を説明するための図である。
【図９】ＮＯX選択還元触媒へのアンモニア飽和吸着量等を示す図である。
【図１０】排気浄化処理を行うためのフローチャートである。
【図１１】排気浄化処理を行うためのフローチャートである。
【図１２】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１３】アンモニアの飽和吸着量をチェックするためのリッチ処理等を説明するための図である。
【図１４】アンモニアの飽和吸着量をチェックするチェック制御を行うためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
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吸蔵触媒
１４    ＮＯX選択還元触媒
【図１】
0004983491.tif 000002
【図２】
0004983491.tif 000003
【図３】
0004983491.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004983491.tif 000007
【図７】
0004983491.tif 000008
【図８】
0004983491.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004983491.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004983491.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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