JP2007278070A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】排気性能を悪化させることなく、ＮＯｘトラップ触媒の還元を良好に行うことができるリッチスパイク制御を提供することを目的とする。
【解決手段】NOｘトラップ触媒１１を排気通路に備えた内燃機関１において、空気過剰率を前記ＮＯｘトラップ触媒１１からＮＯｘが脱離する脱離範囲中の第１の目標空気過剰率λ１まで下げてリッチ化する第１のリッチ化と、第１のリッチ化によって脱離されたＮＯｘの還元を行うために第１の目標空気過剰率λ１よりも下げてリッチ化する第２のリッチ化とを行う構成とする。そして、再生要求が発生した場合に、まず第１のリッチ化を行い、第１のリッチ化によって空気過剰率が第１の目標空気過剰率λ１に移行したと判断するまで、第２のリッチ化の開始を禁止する一方、第１の目標空気過剰率λ１に移行したと判断した場合に、第２のリッチ化を開始する制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は内燃機関に関し、特にＮＯｘトラップ触媒再生時の空気過剰率を制御する技術に関する。

一般にＮＯｘトラップ触媒を備えた内燃機関では、リーン燃焼運転時には内燃機関から発生したＮＯｘをＮＯｘトラップ触媒で吸着・堆積し、所定量ＮＯｘが吸着・堆積した時点で、ＮＯｘトラップ触媒に吸着・堆積したＮＯｘを脱離・還元し再生を行う。再生は排気の空気過剰率（以下、符号「λ」で表す。）を一時的に小さくすることによって行うため、このような再生制御はリッチスパイク制御と称されている。

このリッチスパイク制御を行う際には、ＮＯｘの処理量に過不足が生じないようにすることが肝要である。その方法として、特許文献１のような技術が開示されている。

この従来技術では、リーン燃焼運転時に算出したＮＯｘ堆積量に基づき、リッチスパイク制御の開始時期を決定すると共に、ＮＯｘ堆積量とＮＯｘ脱離速度に基づき、リッチスパイク制御の終了時期を決定している。

そのため、所定の目標ＮＯｘ残存量に達した時点でリッチスパイク制御を終了させることができ、ＮＯｘ残存量に過不足を生じることがなく、ＮＯｘトラップ触媒を常に有効利用することができるとしている。
特開２００５−４８６７３号公報

上記従来技術では、リッチスパイク制御の際にはλを直ちに０．８程度の比較的小さい値まで下げるようにリッチ化している。しかしながら、この制御方法では次のような問題がある。

一般にＮＯｘトラップ触媒は、λが所定の値となったときからＮＯｘの脱離を始める。そのため、例えば燃料噴射によってリッチスパイク制御をする際に、λを直ちに比較的小さい値まで下げてリッチ化する場合、ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘが十分に脱離する前に過剰の還元剤が供給されているおそれがある。この場合、供給された還元剤の一部はＮＯｘの脱離のために用いられるが、その他の過剰の還元剤はＮＯｘの再生には用いられずに、排出されてしまう。その結果、排気ＨＣが増加する懸念がある。

また、吸気絞り弁によって吸気を絞ることでλを比較的小さい値まで下げてリッチ化する場合には、排気ＨＣの増加を抑えることはできるが、空気過剰率が小さくなるにつれ、スモークが増加する懸念がある。

そこで本発明では、排気性能を悪化させることなく、ＮＯｘトラップ触媒の還元を良好に行うことができるリッチスパイク制御を提供することを目的とする。

排気の空気過剰率が大きい場合に排気中のNOｘを吸着・堆積する一方、排気の空気過剰率が小さい場合にトラップしたNOｘを脱離・還元して再生を行うNOｘトラップ触媒を排気通路に備えた内燃機関において、空気過剰率を前記ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘが脱離する脱離範囲中の第１の目標空気過剰率まで下げてリッチ化する第１のリッチ化手段と、前記第１のリッチ化手段によって脱離されたＮＯｘの還元を行うために前記第１の目標空気過剰率よりも下げてリッチ化する第２のリッチ化手段とを有する構成とした。

そして、前記NOｘトラップ触媒に再生要求が発生した場合に、前記第１のリッチ化手段による第１のリッチ化を行い、該第１のリッチ化によって空気過剰率が前記第１の目標空気過剰率に移行したと判断するまで、前記第２のリッチ化手段による第２のリッチ化の開始を禁止する一方、前記第１の目標空気過剰率に移行したと判断した場合に、前記第２のリッチ化を開始する制御を行う。

本発明では、第１のリッチ化によってＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘが脱離する状態までリッチ化した後、第２のリッチ化によって比較的高いリッチ度までリッチ化してＮＯｘを還元している。そのため、排気性能を悪化させることなくリッチスパイク制御を行うことができる。

本発明の第１の実施形態を図１ないし６に基づいて説明する。

図１は本実施形態における内燃機関の構成図である。１は内燃機関(ここではディーゼル式内燃機関とする)であり、燃料ポンプ２、コモンレール３および燃料噴射弁４からなるコモンレール燃料噴射系を備えている。そして、このコモンレール燃料噴射系から高圧の燃料が内燃機関１に供給される。

５は吸気管であり、内燃機関１から見て、吸気流れ上流方向に吸気絞り弁７、インタークーラ６を順に有する。吸気の充填効率を向上させるためにインタークーラ６で冷却された吸気は、吸気絞り弁７を通って内燃機関１へ供給される。

内燃機関１内で燃焼が行われた後の排気は、図中の符号８で示す排気管８から排出される。この際、排気の一部はＥＧＲ管９を通って内燃機関１に再循環することができる。再循環させる排気量は、ＥＧＲ弁１０によって制御することができる。

排気管８の排気流れ下流方向にはＮＯｘトラップ触媒１１が配設されている。このＮＯｘトラップ触媒１１は、リーン燃焼運転時には内燃機関１から発生した排気中のＮＯｘを吸着・堆積する。そして、吸着・堆積したＮＯｘ量が所定量に達すると、吸着・堆積したＮＯｘを脱離・還元して再生する必要があり、その際には排気の空気過剰率を小さくしてリッチ化するリッチスパイク制御を行う。本実施形態におけるリッチスパイク制御の詳細については後述する。

ＮＯｘトラップ触媒１１の上流側には、空気過剰率センサ１２と排気温度センサ１３が設けられており、それぞれ排気の空気過剰率および排気温度を検出する。検出した空気過剰率および排気温度は、後述するエンジンコントロールユニット１５(以下、ＥＣＵ１５)に入力される。

また、本実施形態における内燃機関１は過給機１４を具備している。過給機１４のコンプレッサ１４ａは、吸気管５においてインタークーラ６よりも吸気流れ上流方向に、タービン１４ｂは排気管８においてＮＯｘトラップ触媒１１よりも排気流れ上流方向に、それぞれ介装されている。

内燃機関１からの排気によってタービン１４ｂが回転すると、タービン１４ｂによってコンプレッサ１４ａが回転させられ、吸気を過給することができる。この際の過給圧は過給圧制御アクチュエータ１４ｃによって制御することができる。

ＥＣＵ１５は、ＣＰＵおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータによって構成されるコントロールユニットである。前述の燃料噴射系、吸気絞り弁７、ＥＧＲ弁１０および過給圧制御アクチュエータ１４ｃは、このＥＣＵ１５からの信号によって制御される。

次に図２および図３を用いて、本実施形態においてＥＣＵ１５により実行されるリッチスパイク制御の制御フローについて説明する。

図２は本実施形態におけるリッチスパイク制御メインフローである。まずＳＴＡＲＴから制御フローが始まり、Ｓ１１では燃料噴射量および機関回転数から図示しない制御マップにより単位時間ＮＯｘ吸着量(ΔＳＮＯｘ)を演算する。

続いてＳ１２では、一単位時間前でのＮＯｘ堆積量(Ｓ＿ＮＯｘ(ｎ−１))に、Ｓ１２で求めた単位時間ＮＯｘ吸着量(ΔＳＮＯｘ)を加算することで、現時点でのＮＯｘ堆積量(Ｓ＿ＮＯｘ(ｎ))を算出する。

上述の通り、ＮＯｘの吸着・堆積量が所定量に達すると、吸着・堆積したＮＯｘを脱離・還元して再生する必要がある。Ｓ１３ではその所定量を＃Ｓ＿ＮＯｘ１とし、この値とＳ１２で求めたＳ＿ＮＯｘ(ｎ)とを比較する。そしてＳ＿ＮＯｘ(ｎ)が＃Ｓ＿ＮＯｘ１よりも小さければＳ１１へ戻り、ＮＯｘトラップ触媒１１へのＮＯｘ堆積量を再度算出する。この処理はＳ＿ＮＯｘ(ｎ)が＃Ｓ＿ＮＯｘ１以上になるまで繰り返される。

そしてＳ＿ＮＯｘ(ｎ)が＃Ｓ＿ＮＯｘ１以上であれば、ＮＯｘトラップ触媒１１に再生要求があると判断し、Ｓ１４に進んでリッチスパイク制御を実行する。このリッチスパイク制御の詳細は、後述する図３のリッチスパイク制御サブフローに示されている。

Ｓ１４でリッチスパイク制御を行った後はＳ１５へ進み、燃料噴射量・機関回転数からＮＯｘ脱離量(ΔＮＯｘ０)を演算する。

Ｓ１６では、一単位時間前でのＮＯｘ堆積量(Ｓ＿ＮＯｘ(ｍ−１))から、Ｓ１５で算出したΔＮＯｘ０を減算することで、現時点でのＮＯｘ堆積量(Ｓ＿ＮＯｘ(ｍ))を算出する。

リッチスパイク制御は、ＮＯｘトラップ触媒１１の堆積量が十分に少なくなった時点で終了するが、本実施形態ではＮＯｘトラップ触媒１１の堆積量が十分に少ないと判断される所定量を＃＿ＳＮＯｘ２とし、Ｓ１７でＳ＿ＮＯｘ(ｍ)と比較する。

そして、Ｓ＿ＮＯｘ(ｍ)が＃＿ＳＮＯｘ２以下である場合には、ＮＯｘトラップ触媒１１の堆積量が十分に少なくなったと判断してＥＮＤへ進み、リッチスパイク制御を終了する。一方、Ｓ＿ＮＯｘ(ｍ)が＃＿ＳＮＯｘ２よりも大きい場合にはＳ１４へ戻り、再度リッチスパイク制御サブフロー(後述する図３参照)を実行する。この処理はＳ＿ＮＯｘ(ｍ)が＃＿ＳＮＯｘ２以下になるまで繰り返される。

図３はリッチスパイク制御サブフローであり、図２のリッチスパイク制御メインフローのＳ１４において実行されるリッチスパイク制御を示している。

本実施形態では、２つのリッチ化(第１のリッチ化手段による第１のリッチ化、および第２のリッチ化手段による第２のリッチ化)によって段階的にリッチスパイク制御を行う。

ここで第１のリッチ化とは、ＮＯｘトラップ触媒１１内の空気過剰率をＮＯｘの脱離に適した空気過剰率まで下げるリッチ化であり、その際の空気過剰率を第１の目標空気過剰率λ１とする。上述の通り、ＮＯｘトラップ触媒はλが所定値前後になったときから、吸着・堆積しているＮＯｘの脱離を始める。そのため第１のリッチ化では、ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘを脱離させることを目的としたリッチ化を行う。

本実施形態では、第１のリッチ化手段を吸気絞り弁７または／およびＥＧＲ弁１０とし、これらを用いて第１のリッチ化を行う。これは吸気絞り弁７によって行ってもよいし、ＥＧＲ弁１０によって行ってもよい。吸気絞り弁７とＥＧＲ弁１０の双方を用いてもよい。特にこれら二つに限定されるものではなく、広く吸入酸素量を低減する酸素量低減手段であればよい。

つまり、上述の第１の目標空気過剰率λ１は、ＮＯｘトラップ触媒１１からＮＯｘが脱離する空気過剰率であり、ＮＯｘの還元を開始するのに適した空気過剰率ということができる。このλ１は一つの値に限定されるものではなく、ＮＯｘの脱離に適した範囲(脱離範囲)内であればよい。

脱離範囲について説明するため、空気過剰率とＮＯｘ脱離速度との関係を図４に示す。λ０以下となる空気過剰率の範囲で、ＮＯｘ脱離速度が比較的速いことが分かる。つまりλ０以下となる範囲が脱離範囲として存在する。ここで、λ０は例えばλ＝１．０であるが、これに限定されるわけではない。この空気過剰率とＮＯｘ脱離速度との関係は、実験・計算等で求めることができる。

ここで、ＮＯｘが十分に脱離する前にλを比較的小さい値まで下げてリッチ化することは、排気性能の悪化を招くおそれがある。そのためλ１はλ０以下の空気過剰率であって、比較的λ０に近い値であることが好ましい。

次に第２のリッチ化とは、ＮＯｘトラップ触媒１１に堆積していたＮＯｘを過不足なく還元するためのリッチ化である。その際の目標空気過剰率を第２の目標空気過剰率λ２とする。本実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒１１に堆積していたＮＯｘを、第１のリッチ化によって十分に脱離させ、第２のリッチ化によってそれらの脱離したＮＯｘを還元するリッチスパイク制御を行う。

ここでは、第２のリッチ化手段をコモンレール燃料噴射弁系とし、コモンレール燃料噴射系によるポスト噴射で第２のリッチ化を行っている。本実施形態ではポスト噴射としたが、これに限定されるものではなく、膨張行程または／および排気行程において噴射され、トルク発生に寄与しない燃料噴射であればよい。つまり、第２の目標空気過剰率λ２は、ＮＯｘトラップ触媒１１から脱離したＮＯｘを還元するのに十分な空気過剰率であり、λ１よりも小さい空気過剰率である。

図３のサブフローでは、まずＳ２１において、燃料噴射量・機関回転数から実空気過剰率をマップ等(図示せず)から求め、第１の目標空気過剰率λ１および第２の目標空気過剰率λ２との差、空気過剰率差Δλ１およびΔλ２を決定する。

続いてＳ２２で、Ｓ２１において決定したΔλ１およびΔλ２から吸気絞り弁開度または／およびＥＧＲ弁開度とポスト噴射量を決定する。ポスト噴射量は還元の際に過不足のないように決定する。

そしてＳ２３では、第１のリッチ化を開始する。すなわち、Ｓ２２で決定した吸気絞り弁開度・ＥＧＲ弁開度に吸気絞り弁７または／およびＥＧＲ弁１０を制御する。

リッチスパイク制御サブフローのＳ２４では、空気過剰率センサ１２によって検出される空気過剰率λがλ１以下であるか否かを判断する。そしてλがλ１以下であればＳ２５へ進み第２のリッチ化、すなわちポスト噴射を開始する。このときの噴射量は上述のＳ２２で決定した量である。その後ＥＮＤへ進むことでリッチスパイク制御サブフローを終了し、図２に示すリッチスパイク制御メインフローのＳ１５へ進む。

一方、λがλ１よりも大きければＳ２６へ進み第２のリッチ化を禁止する。そして、ＥＮＤへ進むことでリッチスパイク制御サブフローを終了し、図２に示すリッチスパイク制御メインフローのＳ１５へ進む。その後の処理については、上述したとおりである。

つまり本実施形態では、まずＮＯｘトラップ触媒１１の吸着・堆積量を演算し、リッチスパイク制御が必要な堆積量＃＿ＳＮＯｘ１に達しているかどうかを判断する。そしてリッチスパイク制御が必要な場合には、図３に示すリッチスパイク制御サブフローへ進み、リッチスパイク制御を実行する。

このリッチスパイク制御における空気過剰率の変化を図５によって説明する。図５では横軸に時間ｔを、縦軸に空気過剰率λをとっている。細い実線がλを直ちに比較的小さい値まで下げてリッチ化した場合(従来のリッチスパイク制御の場合)で、太い二点鎖線が本実施形態を適用した場合である。

空気過剰率がλａである運転状態で、時間ｔ１においてＮＯｘトラップ触媒１１の再生要求があった場合、まず第１のリッチ化によって、ＮＯｘトラップ触媒１１に堆積したＮＯｘを脱離させる。すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１１内の空気過剰率λが、ＮＯｘの脱離に適した空気過剰率であるλ１になるようにリッチ化を行う。第１のリッチ化は第１のリッチ化手段である吸気絞り弁７または／およびＥＧＲ弁１０によって行うが、図に示すように、これらによるリッチ化は時間遅れを伴ってしまう。

そのため、本実施形態では空気過剰率センサ１２を用いて空気過剰率を検出し、検出されたλがλ１以下になった場合(時間ｔ２)には、第２のリッチ化を開始することでＮＯｘが還元される。言い換えると、λがλ１に移行するまで(ｔ２になるまで)第２のリッチ化による還元の開始は禁止される。

本実施形態では、空気過剰率センサ１２によって検出されるλによって、空気過剰率がλ１に移行したか判断しているが、第１のリッチ化を開始してからの時間によって判断してもよい。

図５に示すように、第２のリッチ化において第２の目標空気過剰率λ２は、λ１よりも小さい値である。ここでλ２の値は０．８程度の比較的小さい値であるが、もちろん０．８に限定されるものではなく、ＮＯｘの還元を良好に行うことができる空気過剰率であればよい。なお、本実施形態では第２のリッチ化をポスト噴射によって行っている。そのため、図に示すように、第１のリッチ化と違って時間遅れがない。

そして、ＮＯｘトラップ触媒１１の堆積量が十分に少なくなった後、リッチスパイク制御を終了させる。

ここで、上述の第１のリッチ化は第２のリッチ化の間も継続される。つまり、例えば吸気絞り弁７によって第１のリッチ化を行った場合には、λがλ１になった後もｔ３まで第１のリッチ化で制御を行った開度を維持するものとする。

ところで本実施形態では、空気過剰率センサ１２が排気管８において比較的下流に配設されているので、内燃機関１から排出される排気の空気過剰率と、空気過剰率センサ１２で検出される空気過剰率とでは、排気管８の長さ等の影響を受け時間遅れを生じる。そのため、それらの影響を予め考慮して上述の目標空気過剰率を設定することが好ましい。

第１の実施形態の効果について説明する。

図６にはリッチスパイク制御の方法と排気ＨＣ・スモークとの関係の一例を示す。図中の点はリッチスパイク制御を吸気絞りのみ、ポスト噴射のみおよび本発明でそれぞれ行った場合(吸気絞りのみおよびポスト噴射のみについては、空気過剰率を直ちに比較的小さい値まで下げてリッチ化した場合)の排気ＨＣおよびスモークの関係である。

図に示すように、吸気絞りのみでリッチスパイク制御を行った場合には、排気ＨＣの増加は抑えられるが、スモークが増加してしまう。ＥＧＲ制御のみでリッチスパイク制御を行った場合もほぼ同様である。

図７に吸気絞りまたはＥＧＲ制御によってλを変化させた場合のスモークの排出量を示す。このように、λを小さくするほどスモークの排出量が大幅に増加する。

一方、ポスト噴射のみでリッチスパイク制御を行った場合には、スモークの排出量は増加しないが、燃料噴射量が増えているため排気ＨＣが増加するおそれがある(図６参照)。

すなわち、いずれの方法によってリッチスパイク制御を行ったとしても、空気過剰率を直ちに小さくしてリッチ化した場合には排気性能の悪化を招きかねない。

しかし本実施形態では、第１のリッチ化によってＮＯｘトラップ触媒１１からＮＯｘが脱離する状態までリッチ化した後、第２のリッチ化によって比較的高いリッチ度までリッチ化してＮＯｘを還元している。そのため、図６に示すように排気性能を悪化させることなくリッチスパイク制御を行うことができる。

特に、第１のリッチ化による第１の目標空気過剰率λ１を、ＮＯｘトラップ触媒１１からの脱離が促進される空気過剰率の範囲(脱離範囲)にすることで、確実にＮＯｘの脱離を行うことができる。

第１のリッチ化手段が酸素量低減手段であるため、燃料消費率の悪化を招くことなくＮＯｘトラップ触媒１１の脱離を行うことができる。そして脱離範囲に移行した後(ＮＯｘが脱離した後)に、還元のための燃料噴射を行うため、無駄なく還元を行うことができる。そのため排気ＨＣの増加を招くこともない。

本実施形態では、第２のリッチ化を燃料噴射によって行うため、時間遅れなく適切なタイミングでＮＯｘの還元を開始することができる。

本実施形態のように第１のリッチ化手段を吸気絞り弁７とし、吸気絞り弁７によって第１のリッチ化を行うことで、排気ＨＣの増加を抑えることができる。

また、第１のリッチ化手段がＥＧＲ弁１０を含んで構成されるＥＧＲ制御装置であり、これによって第１のリッチ化を行うことで、燃料消費率の悪化を招くことなく、良好なリッチスパイク制御を行うことができる。

さらに、空気過剰率センサ１２によって第１の目標空気過剰率λ１への移行を判断しているため、空気過剰率を正確に把握することができ、より適切なタイミングで第２のリッチ化を開始することができる。

次に本発明の第２の実施形態を図８および９に基づいて説明する。但し、基本的な構成・リッチスパイク制御の流れは上述の第１の実施形態と同様であるので、ここでは第１の実施形態と異なる点について説明する。

図８は本実施形態の構成図である。空気過剰率センサを有していない点で、第１の実施形態と異なる。

次に、図９は本実施形態におけるリッチスパイク制御サブフローである。図２のリッチスパイク制御メインフローにおいて、Ｓ１４でリッチスパイク制御を実行するステップへ進み、リッチスパイク制御サブフローに入るまでの流れは、第１の実施形態と同様である。但し、第１のリッチ化を開始した後、空気過剰率センサ１２によって空気過剰率を検出しない点が第１の実施形態と異なる。以下、図９のリッチスパイク制御サブフローの詳細について説明する。

Ｓ３１において、燃料噴射量・機関回転数から実空気過剰率を求め、Δλ１およびΔλ２を決定する。続いてＳ３２で、Ｓ３１において決定した目標λから吸気絞り弁開度または／およびＥＧＲ弁開度とポスト噴射量を決定する。これらの点は第１の実施形態と同様である。

しかし、本実施形態ではＳ３２において、移行時間ｔ０も決定する。移行時間ｔ０は、第１のリッチ化を開始してから、第１の目標空気過剰率λ１に移行するまでの時間であり、言い換えれば、第１のリッチ化を開始してから、第２のリッチ化を開始するまでの時間である。

本実施形態では第１のリッチ化手段として酸素量低減手段(吸気絞り弁７および／またはＥＧＲ制御装置)を用いるため、時間遅れが生じる。そのため、その時間遅れ分を考慮して移行時間ｔ０を定める。この時間は、Δλ１が大きいほど長く設定する。

さらに、排気管８の長さ等の影響を受け時間遅れを生じる。そのため、上述の移行時間ｔ０の決定にあたっては、それらの影響をも予め考慮して上述の移行時間ｔ０を設定することが好ましい。

Ｓ３３ではＳ３２で決定した吸気絞り弁開度または／およびＥＧＲ弁開度となるように、吸気絞り弁７の開度または／およびＥＧＲ弁１０を制御する。

そしてＳ３４では、Ｓ３３において第１のリッチ化を開始してから、Ｓ３２で決定した移行時間ｔ０を経過したか否かを判断する。ここで、ｔ０を経過していればＳ３５へ進み第２のリッチ化、すなわちポスト噴射を開始する。その後ＥＮＤへ進むことでリッチスパイク制御サブフローを終了し、図２に示すリッチスパイク制御メインフローのＳ１５へ進む。

一方、ｔ０を経過していなければＳ３６へ進み、第２のリッチ化を禁止する。そして、ＥＮＤへ進むことでリッチスパイク制御サブフローを終了し、図２に示すリッチスパイク制御メインフローのＳ１５へ進む。

その後の処理は、第１の実施形態と同様である。

つまり本実施形態では、第１のリッチ化を開始してから第１の目標空気過剰率λ１へ移行するまでの時間、すなわち、第２のリッチ化を開始するまでの時間である移行時間ｔ０を決定し、その時間に基づいて第２のリッチ化を開始している。

第２の実施形態の効果について説明する。

本実施形態によれば、空気過剰率を検出する必要がないため、構成・制御が容易となる。また、空気過剰率センサを設ける必要がないので、コストの面でも有利である。

ここで、第１の目標空気過剰率λ１に移行するまでの時間は、実空気過剰率と第１の目標空気過剰率λ１との差(Δλ１)によって異なるため、この差から移行時間ｔ０を算出することでより正確に移行時間ｔ０を算出することができる。

この際、空気過剰率差Δλ１が大きいほど第１の目標空気過剰率λ１に移行するまで時間がかかるため、その際には、移行時間ｔ０を長くすることで、より確実に第１の目標空気過剰率λ１に移行させることができる。

さらに、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなし得る様々な変更、改良が含まれることは言うまでもない。

例えばディーゼル式内燃機関に限定されるものではなく、リーン燃焼を行うガソリン式内燃機関に対しても適用することができる。

第１の実施形態における内燃機関の一例を示す構成図 第１の実施形態におけるリッチスパイク制御メインフロー 第１の実施形態におけるリッチスパイク制御サブフロー 空気過剰率とＮＯｘ脱離速度との関係図 第１の実施形態におけるリッチスパイク制御時のλの変化を示す図 リッチスパイク制御の方法と排気ＨＣ・スモークとの関係図 空気過剰率とスモークとの関係図 第２の実施形態における内燃機関の一例を示す構成図 第２の実施形態におけるリッチスパイク制御サブフロー

符号の説明

１ 内燃機関
２ 燃料ポンプ
３ コモンレール
４ 燃料噴射弁
５ 吸気管
６ インタークーラ
７ 吸気絞り弁
８ 排気管
９ ＥＧＲ管
１０ ＥＧＲ弁
１１ ＮＯｘトラップ触媒
１２ 空気過剰率センサ
１３ 排気温度センサ
１４ 過給機
１４ａ コンプレッサハウジング
１４ｂ タービンハウジング
１４ｃ 過給圧制御アクチュエータ
１５ エンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)

Claims (8)

1. 排気の空気過剰率が大きい場合に排気中のNOｘを吸着・堆積する一方、排気の空気過剰率が小さい場合にトラップしたNOｘを脱離・還元して再生を行うNOｘトラップ触媒を排気通路に備えた内燃機関において、空気過剰率を前記ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘが脱離する脱離範囲中の第１の目標空気過剰率まで下げてリッチ化する第１のリッチ化手段と、前記第１のリッチ化手段によって脱離されたＮＯｘの還元を行うために前記第１の目標空気過剰率よりも下げてリッチ化する第２のリッチ化手段とを有し、前記NOｘトラップ触媒に再生要求が発生した場合に、前記第１のリッチ化手段による第１のリッチ化を行い、該第１のリッチ化によって空気過剰率が前記第１の目標空気過剰率に移行したと判断するまで、前記第２のリッチ化手段による第２のリッチ化の開始を禁止する一方、前記第１の目標空気過剰率に移行したと判断した場合に、前記第２のリッチ化を開始することを特徴とする内燃機関。
2. 前記第１のリッチ化手段が、吸入酸素量を低減させる酸素量低減手段であり、前記第２のリッチ化手段が、膨張行程または／および排気行程において噴射され、トルク発生に寄与しない燃料噴射であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記酸素量低減手段が、吸気絞り弁であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記酸素量低減手段が、ＥＧＲ制御装置であることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関。
5. 空気過剰率センサを有し、前記第１の目標空気過剰率への移行が、前記空気過剰率センサによって検出された空気過剰率によって判断されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関。
6. 前記第１のリッチ化の開始から前記第１の目標空気過剰率に移行するまでの移行時間を算出する移行時間算出手段を有し、前記第１の目標空気過剰率への移行が、前記移行時間算出手段によって算出された前記移行時間によって判断されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関。
7. 前記移行時間算出手段が、実空気過剰率と前記第１の目標空気過剰率との空気過剰率差によって、前記移行時間を算出することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
8. 前記空気過剰率差が大きいほど、前記移行時間を長くすることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。

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