JP2006214322A - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ装置を備える場合に、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘ捕捉量を精度良く推定でき、ＮＯｘ捕捉量に基づくＮＯｘの還元動作を最適なタイミングで実行することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】排気系５に設けられ、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉材１７と、内燃機関３の運転状態を検出する運転状態検出手段２と、検出された運転状態に応じて、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを推定するＮＯｘ捕捉量推定手段２と、推定されたＮＯｘ捕捉量が所定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦに達したときに、捕捉されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元手段６，１２と、吸気系４にＥＧＲガスを還流するＥＧＲ手段１４と、ＥＧＲガスの還流状態を検出する還流状態検出手段２と、検出された還流状態に応じて、推定されたＮＯｘ捕捉量を補正するＮＯｘ捕捉量補正手段２と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関から排出された排ガス中のＮＯｘを一時的に捕捉するとともに、捕捉されたＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。

この種の排ガス浄化装置では、内燃機関の排気系にＮＯｘ捕捉材が設けられており、内燃機関から排出されたＮＯｘがＮＯｘ捕捉材に捕捉される。また、捕捉されたＮＯｘの量が大きくなったときに、燃料の増量などにより排ガスを還元状態に制御することによって、捕捉されたＮＯｘが還元される。これにより、ＮＯｘを浄化した後に排ガスを大気中に排出するとともに、ＮＯｘ捕捉材の捕捉能力を回復させるようにしている。そのような排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。

この排ガス浄化装置は、ガソリンエンジンに設けられており、その吸気ポートの手前のサージタンクには圧力センサが設けられていて、この圧力センサはサージタンク内の絶対圧ＰＭを検出する。また、排気管には、排ガス温度Ｔを検出する温度センサが設けられている。また、排気管の途中には、ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ捕捉材）が設けられている。この排ガス浄化装置では、排ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸収剤で吸収（捕捉）するとともに、以下のようにＮＯｘ還元制御を実行することにより、吸収したＮＯｘを還元する。

このＮＯｘ還元制御では、絶対圧ＰＭおよびエンジン回転数Ｎに基づいて、エンジンから排気管に排出される単位時間当りのＮＯｘ量Ｎｉｊを算出し、このＮＯｘ量ＮｉｊにＮＯｘ還元制御の実行間隔Δｔを乗算するとともに、乗算した値を前回までにＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ量の推定値ΣＮＯｘに加算することにより、今回までに吸収されたＮＯｘ量の推定値ΣＮＯｘを算出する。次に、排ガス温度Ｔに基づいて、ＮＯｘ吸収剤が吸収可能なＮＯｘの吸収容量ＮＯｘＣＡＰを算出し、この吸収容量ＮＯｘＣＡＰと推定値ΣＮＯｘを比較する。その結果、ΣＮＯｘ＞ＮＯｘＣＡＰのときには、ＮＯｘ吸収剤の吸収能力が限界に達したと判定し、燃焼室などに供給される燃料の増量により、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御することによって、排ガス中に未燃成分が含まれるようにする。その結果、ＮＯｘ吸収剤に供給された排ガス中の未燃成分により、吸収されたＮＯｘが還元される。

また、このような排ガス浄化装置を備えた内燃機関に、排気系から吸気系にＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置を併用したものも知られており、この内燃機関では、ＥＧＲガスにより燃焼温度を低下させることによって、燃焼室から排出されるＮＯｘ排出量が低減される。しかし、上述した従来の排ガス浄化装置にＥＧＲ装置を併用した場合には、次のような問題がある。すなわち、この場合には、エンジンからの実際のＮＯｘ排出量は、絶対圧ＰＭおよびエンジン回転数Ｎだけでなく、ＥＧＲガスの還流量に応じて変化する。これに対し、従来の排ガス浄化装置では、推定値ΣＮＯｘを、絶対値ＰＭおよびエンジン回転数Ｎに応じて算出しているだけなので、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ吸収量を精度良く推定することができない。

このため、例えば実際のＮＯｘ吸収量に対して推定値ΣＮＯｘが少なめに算出されたときには、ＮＯｘの還元動作が遅れることにより、ＮＯｘ吸収剤の吸収能力を上回るＮＯｘがＮＯｘ吸収剤に流入する結果、ＮＯｘ吸収剤で処理しきれなかったＮＯｘが大気中に大量に排出されることによって、排ガス特性の悪化を招いてしまう。このような問題は、ＥＧＲ通路のつまりなどにより、ＥＧＲガス量が極端に減少している場合にはＮＯｘ排出量が多くなるため、特に、顕著になる。一方、推定値ΣＮＯｘが多めに算出されたときには、ＮＯｘの還元動作が早まることによって、そのための燃料が余分に供給される結果、燃費の悪化を招いてしまう。

また、最近の研究によれば、上述したようなＮＯｘ還元の実行中に、実際には、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘの一部が、還元されることなくＮＯｘ吸収剤から脱離するという現象（以下、このような現象を「ＮＯｘスリップ」という）が生じるということが判明してきている。ＮＯｘスリップが生じると、脱離した一部のＮＯｘがそのまま大気中に排出されてしまう。また、ＮＯｘスリップ量は、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘの量が大きいほど、またはＮＯｘ吸収剤の温度が低いほど、増加する傾向があることも判明している。しかし、上述した排ガス浄化装置では、ＮＯｘ吸収量を精度良く推定できないため、ＮＯｘ吸収量に応じてＮＯｘスリップ量を抑制するための制御を行おうとしても、これを良好に行うことができない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ＥＧＲ装置を備える場合に、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘ捕捉量を精度良く推定でき、ＮＯｘ捕捉量に基づくＮＯｘの還元動作を最適なタイミングで実行することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

特許第２５８６７３９号公報

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸気系（実施形態における（以下、本項において同じ）吸気管４）および排気系（排気管５）を有する内燃機関３から排出された排ガスを浄化する内燃機関３の排ガス浄化装置１であって、排気系に設けられ、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉材（ＮＯｘ触媒１７）と、内燃機関３の運転状態（エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤ）を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ３０，ＥＣＵ２およびアクセル開度センサ３５）と、検出された内燃機関の運転状態に応じて、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘ量をＮＯｘ捕捉量（ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘ）として推定するＮＯｘ捕捉量推定手段（ＥＣＵ２）と、推定されたＮＯｘ捕捉量が所定値（判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦ）に達したときに、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元手段（インジェクタ６およびスロットル弁１２）と、排気系からＥＧＲ通路（ＥＧＲ管１４ａ）を介して吸気系にＥＧＲガスを還流するＥＧＲ手段（ＥＧＲ装置１４）と、ＥＧＲガスの還流状態を検出する還流状態検出手段（エアフローセンサ３１，クランク角センサ３０，アクセル開度センサ３５およびＥＣＵ２）と、検出されたＥＧＲガスの還流状態に応じて、推定されたＮＯｘ捕捉量を補正するＮＯｘ捕捉量補正手段（ＥＣＵ２）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、内燃機関から排出された排ガス中のＮＯｘが、排気系に設けられたＮＯｘ捕捉材に捕捉される。ＮＯｘ捕捉量推定手段は、検出された内燃機関の運転状態に応じて、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘ捕捉量を推定する。また、ＮＯｘ捕捉量補正手段は、還流状態検出手段によって検出されたＥＧＲガスの還流状態に応じて、推定されたＮＯｘ捕捉量を補正する。そして、補正されたＮＯｘ捕捉量が所定値に達したときに、ＮＯｘ還元手段によって、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘが還元される。以上のように、本発明によれば、内燃機関の運転状態に応じて推定したＮＯｘ捕捉量を、ＥＧＲガスの還流状態に応じて補正するので、ＮＯｘ捕捉量を精度良く推定することができる。したがって、推定したＮＯｘ捕捉量に基づいて、ＮＯｘの還元動作を最適なタイミングで実行することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態による排ガス浄化装置について説明する。図１は、本発明を適用した排ガス浄化装置１を内燃機関３とともに示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。

エンジン３のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂの間には、燃焼室３ｃが形成されている。シリンダヘッド３ｂには、吸気管４（吸気系）および排気管５（排気系）がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６（ＮＯｘ還元手段）が、燃焼室３ｃに臨むように取り付けられている。

インジェクタ６は、燃焼室３ｃの天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（いずれも図示せず）に順に接続されている。インジェクタ６の開弁時間である燃料噴射量および噴射タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される（図２参照）。

また、エンジン３のクランクシャフト３ｄには、マグネットロータ３０ａが取り付けられており、このマグネットロータ３０ａとＭＲＥピックアップ３０ｂによって、クランク角センサ３０（運転状態検出手段および還流状態検出手段）が構成されている。クランク角センサ３０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。

吸気管４には、過給装置７が設けられており、過給装置７は、ターボチャージャで構成された過給機８と、これに連結されたアクチュエータ９と、ベーン開度制御弁１０を備えている。

過給機８は、吸気管４に設けられた回転自在のコンプレッサブレード８ａと、排気管５に設けられた回転自在のタービンブレード８ｂおよび複数の回動自在の可変ベーン８ｃ（２つのみ図示）と、これらのブレード８ａ，８ｂを一体に連結するシャフト８ｄとを有している。過給機８は、排気管５内の排ガスによりタービンブレード８ｂが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード８ａが回転駆動されることによって、吸気管４内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。

アクチュエータ９は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、各可変ベーン８ｃに機械的に連結されている。アクチュエータ９には、負圧ポンプから負圧供給通路（いずれも図示せず）を介して負圧が供給され、この負圧供給通路の途中にベーン開度制御弁１０が設けられている。ベーン開度制御弁１０は、電磁弁で構成されており、その開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ９への供給負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン８ｃの開度が変化することにより、過給圧が制御される。

吸気管４の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、水冷式のインタークーラ１１およびスロットル弁１２（ＮＯｘ還元手段）が設けられている。インタークーラ１１は、過給装置７の過給動作により吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却するものである。スロットル弁１２には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ１２ａが接続されている。スロットル弁１２の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨは、アクチュエータ１２ａに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって、制御される。

また、吸気管４には、過給機８よりも上流側にエアフローセンサ３１（還流状態検出手段）が、インタークーラ１１とスロットル弁１２の間に過給圧センサ３２が、それぞれ設けられている。エアフローセンサ３１は吸入空気量ＱＡを検出し、過給圧センサ３２は吸気管４内の過給圧ＰＡＣＴを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

さらに、吸気管４の吸気マニホールド４ａは、その集合部から分岐部にわたって、スワール通路４ｂとバイパス通路４ｃに仕切られており、これらの通路４ｂ，４ｃはそれぞれ、吸気ポートを介して各燃焼室３ｃに連通している。

バイパス通路４ｃには、燃焼室３ｃ内にスワールを発生させるためのスワール装置１３が設けられている。スワール装置１３は、スワール弁１３ａと、これを開閉するアクチュエータ１３ｂと、スワール制御弁１３ｃを備えている。アクチュエータ１３ｂおよびスワール制御弁１３ｃはそれぞれ、過給装置７のアクチュエータ９およびベーン開度制御弁１０と同様に構成されており、スワール制御弁１３ｃは、前記負圧ポンプに接続されている。以上の構成により、スワール制御弁１３ｃの開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ１３ｂに供給される負圧が変化し、スワール弁１３ａの開度が変化することによって、スワールの強さが制御される。

また、エンジン３には、ＥＧＲ管１４ａおよびＥＧＲ制御弁１４ｂを有するＥＧＲ装置１４（ＥＧＲ手段）が設けられている。ＥＧＲ管１４ａは、吸気管４と排気管５の間に、具体的には、吸気マニホールド４ａの集合部のスワール通路４ｂと排気管５の過給機８よりも上流側とをつなぐように接続されている。このＥＧＲ管１４ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が吸気管４にＥＧＲガスとして還流し、それにより、燃焼室３ｃ内の燃焼温度が低下することによって、排ガス中のＮＯｘが低減される。

ＥＧＲ制御弁１４ｂは、ＥＧＲ管１４ａに取り付けられたリニア電磁弁で構成されており、そのバルブリフト量ＶＬＡＣＴが、ＥＣＵ２からのデューティ制御された駆動信号で制御されることによって、ＥＧＲガスの還流量（以下「ＥＧＲ量」という）が制御される。

また、ＥＧＲ装置１４にはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置１５が設けられており、ＥＧＲ冷却装置１５は、バイパス通路１５ａ、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂおよびＥＧＲクーラ１５ｃを有している。バイパス通路１５ａは、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ制御弁１４ｂよりも下流側に、ＥＧＲ管１４ａをバイパスするように設けられており、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂはバイパス通路１５ａの分岐部に取り付けられ、ＥＧＲクーラ１５ｃはバイパス通路１５ａの途中に設けられている。ＥＧＲ通路切替弁１５ｂは、ＥＣＵ２による制御によって、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ通路切替弁１５ｂよりも下流側の部分を、ＥＧＲ管１４ａ側とバイパス通路１５ａ側に選択的に切り替える。

以上により、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂがバイパス通路１５ａ側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、バイパス通路１５ａに通され、ＥＧＲクーラ１５ｃで冷却された後、吸気管４に還流する。一方、逆側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ管１４ａのみを介して、冷却されることなく吸気管４に還流する。

また、排気管５の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、三元触媒１６およびＮＯｘ触媒１７（ＮＯｘ捕捉材）が設けられている。三元触媒１６は、ストイキ雰囲気下において、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。ＮＯｘ触媒１７は、酸素濃度が高い場合において、排ガス中のＮＯｘを捕捉（吸収）するとともに、排ガス中の還元剤により、捕捉したＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。ＮＯｘ触媒１７には、その温度（以下「ＮＯｘ触媒温度」という）ＴＬＮＣを検出するＮＯｘ触媒温度センサ３６が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

さらに、排気管５の三元触媒１６のすぐ上流側および下流側には、第１ＬＡＦセンサ３３および第２のＬＡＦセンサ３４がそれぞれ設けられている。第１および第２のＬＡＦセンサ３３，３４はそれぞれ、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排ガス中の酸素濃度ＶＬＡＦ１，ＶＬＡＦ２をリニアに検出する。ＥＣＵ２は、第１ＬＡＦセンサ３３で検出された酸素濃度ＶＬＡＦ１に基づいて、燃焼室３ｃで燃焼した実際のガスの空燃比を表す実空燃比Ａ／ＣＡＣＴを算出する。ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ３５（運転状態検出手段および還流状態検出手段）から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

ＥＣＵ２（運転状態検出手段、ＮＯｘ捕捉量推定手段、還流状態検出手段およびＮＯｘ捕捉量補正手段）は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種センサ３０〜３６からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。

ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、ＥＧＲ量制御を含むエンジン３の制御を実行する。また、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘを還元するための還元動作として、リッチスパイクを実行すべきか否かを判定し、その判定結果に応じてリッチスパイクを実行する。なお、このリッチスパイクは、後述するように、燃料噴射量ＴＯＵＴを増大させるとともに吸入空気量ＱＡを減少させることによって、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴをリッチ化することにより行われる。

図３は、ＥＧＲ量の制御処理を示すフローチャートである。本処理は、所定の時間ごとに実行される。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、ＥＧＲ制御弁１４ｂの目標バルブリフト量の基本値ＶＬＥＧＲを求める。このマップでは、基本値ＶＬＥＧＲは、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、および要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、および要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、燃焼温度が上昇することによって、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘが増大する傾向にあるので、これを抑制するためである。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）することによって求められる。

次に、前記ステップ１で求めた基本値ＶＬＥＧＲに応じて、基本デューティＤＵＴＹＢＡＳＥを算出する（ステップ２）。次いで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、目標吸入空気量（新気量）ＱＡＣＭＤを求める（ステップ３）。そして、エアフローセンサ３１で検出された実際の吸入空気量ＱＡとステップ３で求めた目標吸入空気量ＱＡＣＭＤとの偏差ΔＱＡ（＝ＱＡ−ＱＡＣＭＤ）を算出するとともに、算出した偏差ΔＱＡに応じ、図４に示すテーブルを検索することによって、デューティ補正量ΔＤＵＴＹを求める（ステップ４）。このテーブルでは、デューティ補正量ΔＤＵＴＹは、偏差ΔＱＡが大きいほど、ＥＧＲ量を増大させることで、吸入空気量ＱＡを減らすために、より大きな値に設定されている。

そして、ステップ２で算出した基本デューティＤＵＴＹＢＡＳＥにステップ４で求めたデューティ補正量ΔＤＵＴＹを加算した値を、出力デューティＤＵＴＹＥＧＲとして設定し（ステップ５）、本処理を終了する。

このように設定した出力デューティＤＵＴＹＥＧＲに基づく駆動信号がＥＧＲ制御弁１４ｂに出力されることによって、そのバルブリフト量ＶＬＡＣＴが制御され、ＥＧＲ量が制御される。

次に、図５を参照しながら、リッチスパイクの実行判定処理について説明する。本処理は、所定の時間ごとに実行される。まずステップ１０では、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。このリッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨは、後述するように、リッチスパイクが実行されているときに「１」にセットされるものである。この判別結果がＹＥＳで、リッチスパイクの実行中のときには、本処理を終了する。一方、前記ステップ１０の判別結果がＮＯで、リッチスパイクの実行中でないときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを求める（ステップ１１）。このＮＯｘ排出量ＱＮＯｘは、燃焼室３ｃから排気管５に排出される排ガス中のＮＯｘの量を示すものであり、すなわち、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されるＮＯｘ量に相当する。このマップでは、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘは、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、および要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。

次に、図３のステップ５で設定した出力デューティＤＵＴＹＥＧＲが、ほぼ１００％であるか否かを判別する（ステップ１２）。この判別結果がＮＯのときには、後述するステップ１５に進む。一方、前記ステップ１２の判別結果がＹＥＳで、ＤＵＴＹＥＧＲ≒１００％のときには、ＥＧＲ制御弁１４ｂがほぼ全開で限界状態に達しており、ＥＧＲ管１４ａのつまりなどによりＥＧＲ量が減少していて、所期のＥＧＲ量が得られておらず、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘが増大している可能性があるとして、これを補正するための補正係数ＫＥＧＲを求める（ステップ１３）。この補正係数ＫＥＧＲは、吸入空気量ＱＡと目標吸入空気量ＱＡＣＭＤとの偏差ΔＱＡに応じ、図６に示すテーブルを検索することによって決定される。このテーブルでは、補正係数ＫＥＧＲは、偏差ΔＱＡが大きいほど、吸入空気量ＱＡが目標吸入空気量ＱＡＣＭＤに対して大きいことで、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘの増大する度合が高くなるため、より大きな値に設定されている。次いで、決定した補正係数ＫＥＧＲをステップ１１で設定したＮＯｘ排出量ＱＮＯｘに乗算した値を、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘとして設定し（ステップ１４）、ステップ１５に進む。

このステップ１５では、ステップ１４またはステップ１１で設定したＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを、前回までのＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘに加算することによって、今回までのＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘを求める。すなわち、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘは、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されているＮＯｘ量（ＮＯｘ捕捉量）に相当する。次に、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦ（所定値）を決定する（ステップ１６）。なお、この判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦの決定処理については後述する。

次いで、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘが、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ１７）。この判別結果がＮＯのときには、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘ捕捉量が少ないため、その還元動作をまだ実行すべきでないとして、そのまま本処理を終了する。一方、前記ステップ１７の判別結果がＹＥＳで、Ｓ＿ＱＮＯｘ≧Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦのときには、ＮＯｘ捕捉量がＮＯｘ触媒１７の捕捉能力の限界に近くなったため、ＮＯｘの還元動作を実行すべきとして、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨを「１」にセットし（ステップ１８）、本処理を終了する。

図７は、図５のステップ１６で実行されるＳ＿ＱＮＯｘＲＥＦ決定処理を示している。本処理では、ＮＯｘスリップ量に影響を及ぼすパラメータとその特性を加味して、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦが決定される。

まず、ステップ２０において、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘに応じて、Ｋ１テーブルを検索することにより、第１係数Ｋ１を求める。このＫ１テーブルでは、第１係数Ｋ１は、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘに応じたＮＯｘスリップ量の特性に基づいて、図８に示すように設定されている。具体的には、第１係数Ｋ１は、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘが大きいほど、すなわちＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘ量が大きいほど、より大きな傾きで増加するように設定されている。

次いで、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣに応じて、Ｋ２テーブルを検索することにより、第２係数Ｋ２を求める（ステップ２１）。このＫ２テーブルでは、第２係数Ｋ２は、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣに応じたＮＯｘスリップ量の特性に基づいて、図９に示すように設定されている。具体的には、第２係数Ｋ２は、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが、所定温度Ｔ０（例えば２００℃）以下のときには値１．０に、所定温度Ｔ０以上では、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが高いほ、どより小さな傾きで減少するように設定されている。

次に、排ガスの空間速度ＳＶに応じて、Ｋ３テーブルを検索することにより、第３係数Ｋ３を求める（ステップ２２）。なお、空間速度ＳＶは、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＱＡに応じ、マップ（図示せず）を検索することにより求められる。このＫ３デーブルでは、第３係数Ｋ３は、空間速度ＳＶに応じたＮＯｘスリップ量の特性に基づいて、図１０に示すように設定されている。具体的には、第３係数Ｋ３は、空間速度ＳＶが第１所定量ＳＶ１（例えば１２５００（１／ｈ））以下のときには値１．０よりも小さな所定値Ｋ３ｏ（例えば０．８）に、第２所定量ＳＶ２（例えば５００００（１／ｈ））以上のときには値１．０に、それぞれ設定されている。また、空間速度ＳＶが第１および第２所定量ＳＶ１，ＳＶ２の間にあるときには、第３係数Ｋ３は、所定値Ｋ３ｏと値１．０の間でリニアに変化するように設定されている。

次いで、前記ステップ２０〜２２で求めた第１〜第３係数Ｋ１〜Ｋ３を互いに乗算することにより、スリップ係数ＫＳＬＩＰを算出する（ステップ２３）。続くステップ２４において、スリップ係数ＫＳＬＩＰに応じて、Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦテーブルを検索することにより、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦを求め、本処理を終了する。図１１に示すように、このＳ＿ＱＮＯｘＲＥＦテーブルでは、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦは、スリップ係数ＫＳＬＩＰが、第１所定値ＫＳ１（例えば０．８）以下のときには第１判定値ＳＱ１（例えば０．３ｇ）に、第２所定値ＫＳ２（例えば０．４）以上のときには第１判定値ＳＱ１よりも小さな第２判定値ＳＱ２（例えば０．１ｇ）に、それぞれ設定されている。また、スリップ係数ＫＳＬＩＰが第１および第２所定値ＫＳ１，ＫＳ２の間にあるときには、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦは、第１および第２判定値Ｑ１，Ｑ２の間でリニアに変化するように設定されている。

以上のように、このＳ＿ＱＮＯｘＲＥＦ決定処理では、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦは、基本的に、スリップ係数ＫＳＬＩＰが大きいほど、すなわち、推定されたＮＯｘスリップ量が大きいほど、小さな値に設定される。そして、そのように設定した判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦが、図５のステップ１７において、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘと比較される結果、リッチスパイクの実行タイミングが、予測されるＮＯｘスリップ量が大きいほど早められる。

図１２は、燃料噴射量の制御処理を示している。本処理では、図５の処理で判定されたリッチスパイクの実行条件の成否に応じて、インジェクタ６の燃料噴射量ＴＯＵＴを制御する。まず、ステップ３０において、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯで、リッチスパイクの実行条件が成立していないときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、マップ（図示せず）を検索することにより、通常時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＮを求め（ステップ３１）、続くステップ３２において、ステップ３１で求めた通常時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＮを、燃料噴射量ＴＯＵＴとして設定し、本処理を終了する。

一方、前記ステップ３０の判別結果がＹＥＳで、リッチスパイクの実行条件が成立しているときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、マップ（図示せず）を検索することにより、リッチスパイク時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＲＩＣＨを求める（ステップ３３）。このリッチスパイク時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＲＩＣＨは、通常時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＮよりも大きな値に設定されている。

次に、ステップ３４において、ステップ３３で求めたリッチスパイク時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＲＩＣＨを、燃料噴射量ＴＯＵＴとして設定し、本処理を終了する。

図１３は、吸入空気量の制御処理を示している。本処理では、リッチスパイクの実行条件の成否に応じて、スロットル弁開度ＴＨを制御することによって、吸入空気量ＱＡを制御する。まず、ステップ４０において、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯで、リッチスパイクの実行条件が成立していないときには、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤを全開開度ＴＨＷＯＴに設定し（ステップ４１）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ４０の判別結果がＹＥＳで、リッチスパイクの実行条件が成立しているときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤを決定し（ステップ４２）、本処理を終了する。

以上のように、リッチスパイクは、燃料噴射量および吸入空気量の制御処理において、通常時よりも、燃料噴射量ＴＯＵＴを増大させるとともに、スロットル弁１２の制御により吸入空気量ＱＡを減少させることによって行われる。なお、吸入空気量ＱＡの制御を、上記のようなスロットル弁１２の制御に代えて、またはそれとともに、過給装置７、スワール装置１２やＥＧＲ装置１４を制御することによって行ってもよい。

以上のように、本実施形態によれば、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じてＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを算出する（ステップ１１）とともに、ＥＧＲ制御弁１４ｂへの駆動信号の出力デューティＤＵＴＹＥＧＲがほぼ１００％のとき（ステップ１２：ＹＥＳ）には、吸入空気量ＱＡおよび目標吸入空気量ＱＡＣＭＤに応じて設定した補正係数ＫＥＧＲでＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを補正する（ステップ１３，１４）。このため、ＥＧＲ管１４のつまりなどによるＥＧＲ量の減少によってＮＯｘ排出量ＱＮＯｘが増大している場合でも、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘを精度良く推定することができる。したがって、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘと判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦとの比較結果（ステップ１７）に基づいて、リッチスパイクを適切なタイミングで実行することができる。

また、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦは、前述したように、ＮＯｘスリップ量に影響を及ぼすＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘなどのパラメータに応じて推定されるので、予測されるＮＯｘスリップ量に応じて、リッチスパイクを最適なタイミングで実行することができる。それにより、リッチスパイク時のＮＯｘスリップ量を十分に抑制することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘの補正を、ＥＧＲ制御弁１４ｂへの駆動信号の出力デューティＤＵＴＹＥＧＲがほぼ１００％になったときに行っているが、これに限らず、例えばＥＧＲ制御弁１４ｂのバルブリフト量ＶＬＡＣＴや、排気側と吸気側との差圧などに応じて行ってもよい。それにより、ＥＧＲ量を含むＥＧＲガスの還流状態に応じて、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘをより精度良く推定することができる。さらに、本発明は、車両に搭載されたディーゼルエンジンに限らず、リーンバーンエンジンなどのガソリンエンジンにも適用することができる。また、本発明は、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関に適用できることはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明の排ガス浄化装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。 排ガス浄化装置の一部を示す図である。 ＥＧＲ量制御の処理を示すフローチャートである。 図３の処理で用いられるテーブルである。 リッチスパイク実行判定の処理を示すフローチャートである。 図５の処理で用いられるテーブルである。 Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦ決定処理を示すサフローチャートである。 図７の処理で用いられるＫ１テーブルである。 図７の処理で用いられるＫ２テーブルである。 図７の処理で用いられるＫ３テーブルである。 図７の処理で用いられるＳ＿ＱＮＯｘＲＥＦテーブルである。 燃料噴射量決定処理を示すフローチャートである。 吸入空気量制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 排ガス浄化装置
２ ＥＣＵ（運転状態検出手段、ＮＯｘ捕捉量推定手段、
還流状態検出手段およびＮＯｘ捕捉量補正手段）
３ 内燃機関
４ 吸気管（吸気系）
５ 排気管（排気系）
６ インジェクタ（ＮＯｘ還元手段）
１２ スロットル弁（ＮＯｘ還元手段）
１４ ＥＧＲ装置（ＥＧＲ手段）
１４ａ ＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）
１７ ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ捕捉材）
３０ クランク角センサ（運転状態検出手段および還流状態検出手段）
３１ エアフローセンサ（還流状態検出手段）
３５ アクセル開度センサ（運転状態検出手段および還流状態検出手段）
ＡＰ アクセル開度（運転状態）
ＮＥ エンジン回転数（運転状態）
Ｓ＿ＱＮＯｘ ＮＯｘ排出量積算値（ＮＯｘ捕捉量）
Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦ 判定値（所定値）

Claims (1)

1. 吸気系および排気系を有する内燃機関から排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置であって、
   前記排気系に設けられ、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉材と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   当該検出された内燃機関の運転状態に応じて、前記ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘ量をＮＯｘ捕捉量として推定するＮＯｘ捕捉量推定手段と、
   当該推定されたＮＯｘ捕捉量が所定値に達したときに、前記ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元手段と、
   前記排気系からＥＧＲ通路を介して前記吸気系にＥＧＲガスを還流するＥＧＲ手段と、
   ＥＧＲガスの還流状態を検出する還流状態検出手段と、
   当該検出されたＥＧＲガスの還流状態に応じて、前記推定されたＮＯｘ捕捉量を補正するＮＯｘ捕捉量補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
   

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