JP4000929B2

JP4000929B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4000929B2
Application number: JP2002196628A
Authority: JP
Inventors: 靖久北原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: JP2004036552A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主にディーゼル機関に好適な内燃機関の排気浄化装置に関し、特にＮＯｘや排気微粒子の処理を図った排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化装置として、例えば、特許第２６００４９２号公報に記載の技術（以下、従来技術１と記す）あるいは特開２０００−１９２８１１号公報に記載の技術（以下、従来技術２と記す）が知られている。
【０００３】
従来技術１は、排気空燃比がリーンのとき流入するＮＯｘをトラップし、排気の空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを放出浄化するＮＯｘトラップ触媒を備えたものであり、所定時期に燃料噴射量を増加し排気空燃比をリッチにすることでＮＯｘトラップ触媒の再生を行い、排気中のＮＯｘを浄化する。
【０００４】
また、従来技術２は、ＮＯｘトラップ触媒のいわゆる硫黄被毒による機能低下に対処するものであり、ＮＯｘトラップ触媒のＳＯｘ被毒量が所定量を超えたときに、主噴射とは別に膨張行程で少量の燃料を噴射するポスト噴射を行うことで排気空燃比をリッチにして排温を上昇させ、その後、ＮＯｘトラップ触媒の温度がＳＯｘ再生に必要な所定温度に達したら排気空燃比をストイキ（理論空燃比相当）にして、ＮＯｘトラップ触媒のＳＯｘ再生を行うようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術１、２で用いられるＮＯｘトラップ触媒は、排気空燃比がリーンのときにＮＯｘをトラップするが、このときＮＯｘトラップ触媒の温度がその活性温度より低いと、ＮＯｘのトラップ率が低いため、ＮＯｘ浄化率が低下する。
【０００６】
また、上記従来技術１では、排気の空燃比をリッチとしたときに、ＮＯｘトラップ触媒の温度がその活性温度より低いと、トラップしたＮＯｘの放出率が低いため、ＮＯｘ再生が十分に行えず、やはりＮＯｘ浄化率が低下する。
【０００７】
一方、上記従来技術２では、ＳＯｘ再生が必要となったときに、低速低負荷の運転が占める割合が高い状況で運転されていると、排温が低くＮＯｘトラップ触媒の温度が低いため、ＮＯｘトラップ触媒の温度をＳＯｘ再生に必要な所定温度まで上昇するのに要するポスト噴射量が大きく、従って、ＳＯｘ再生に伴う燃費の悪化代が大きい。
【０００８】
すなわち、上記従来技術１、２では、ＮＯｘトラップ触媒の温度に起因して、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ浄化率が低下したり、再生操作のための燃料増量による燃費悪化が顕著となったりするといった問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入するＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを放出浄化するＮＯｘトラップ触媒と、上記ＮＯｘトラップ触媒がトラップしたＮＯｘ量に基づき、上記ＮＯｘトラップ触媒の再生時期ならびにこの再生時期に近い再生準備時期をそれぞれ判断する再生時期判断手段と、上記ＮＯｘトラップ触媒が触媒活性温度に達しているか否かを判断する温度判断手段と、上記再生準備時期となり、かつ、上記ＮＯｘトラップ触媒の温度が上記触媒活性温度より低いときに、シリンダに流入する全空気量を制御することにより、排気の空気過剰率を、リーンの範囲内で小さくする空気過剰率制御手段と、上記再生時期になったときに、排気の空気過剰率を再生用のリッチな目標空気過剰率に制御するリッチスパイク手段と、を備えている。ここで、「シリンダに流入する全空気量」とは、吸気絞り、ＥＧＲ、過給等、作動ガスに影響を及ぼすものは全て含む意味である。
【００１０】
このように空気量の制御によって排気の空気過剰率を小さくすることにより、排温が上昇する。すなわち、燃料噴射量を増加しなくても、出力の低下を伴うことなくＮＯｘトラップ触媒の温度を上昇させることができ、その後のリッチスパイクによるＮＯｘトラップ触媒の再生を確実かつ速やかに行うことができる。
【００１１】
上記の再生準備時期における空気過剰率は、例えば請求項６のように、概ねλ≧1.3である。この範囲であれば、燃費の極端な悪化が回避される。
【００１４】
【発明の効果】
この発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒の再生に先立つ再生準備時期に、空気量の制御によって空気過剰率をリーンの範囲内で小さくすることにより、燃料噴射量を増加しなくても、ＮＯｘトラップ触媒を触媒活性温度にまで昇温させておくことができ、その後のリッチスパイクによるＮＯｘトラップ触媒の再生が円滑に行われる。従って、長期間のリッチ化による運転性悪化や燃費悪化を回避できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、この発明に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジン全体の構成を示している。このディーゼルエンジン１は、いわゆるコモンレール式燃料噴射装置を備えているものであって、高圧燃料ポンプ２によって所定圧力に加圧された燃料は、コモンレール３に導入され、該コモンレール３を介して、各気筒の燃料噴射ノズル４に供給されている。上記燃料噴射ノズル４は、コントロールユニット１０からの制御信号によって開閉制御されるものであり、燃料噴射量ならびに噴射時期を各気筒毎に独立して制御することが可能である。
【００１８】
また、このディーゼルエンジン１は、可変ノズル型のターボ過給機６を備えており、排気通路７にタービンが、吸気通路８にコンプレッサが、それぞれ配置されているとともに、上記吸気通路８のコンプレッサ下流に、インタークーラ９が設けられている。上記ターボ過給機６の可変ノズルのノズル開度は、コントロールユニット１０によって制御されるものであり、その実際の開度が図示せぬセンサによって検出され、ノズル開度信号としてコントロールユニット１０に入力されている。
【００１９】
さらに、このディーゼルエンジン１は、排気還流装置を備えている。すなわち、排気通路７と吸気通路８との間にＥＧＲ通路１１が設けられ、ここにＥＧＲバルブ１２が介装されている。このＥＧＲバルブ１２の開度は、コントロールユニット１０が出力するＥＧＲバルブ制御信号によって制御される。
【００２０】
上記排気通路７のタービン下流側には、本発明の排気浄化手段として、触媒として貴金属を担持した酸化機能を有するＮＯｘトラップ触媒１３と排気微粒子トラップとしての微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ：ディーゼルパティキュレートフィルタ）１４とが介装されている。両者は、個々に独立したケーシングを有し、かつＮＯｘトラップ触媒１３が上流側となるように直列に配置されている。上記微粒子捕捉フィルタ１４の出口側には、排気ガス温度ひいてはこれらの排気浄化手段の温度を検出する排気温度センサ１５と、排気空燃比つまり排気の空気過剰率を測定する空燃比センサ１６と、が設けられており、それぞれの検出信号がコントロールユニット１０に入力されている。なお、ＮＯｘトラップ触媒１３や微粒子捕捉フィルタ１４の温度を直接に検出するように、これらの内部に温度センサ１５を配置してもよい。あるいは、ＮＯｘトラップ触媒１３の上流に温度センサ１５を配置して、ＮＯｘトラップ触媒１３に流入する排気ガス温度からＮＯｘトラップ触媒１３や微粒子捕捉フィルタ１４の温度を推定するようにしてもよい。
【００２１】
また、上記ディーゼルエンジン１は、機関回転数の基礎となるクランク角を検出するクランク角センサ１７と、運転者により操作されるアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１８と、を備え、これらの検出信号もコントロールユニット１０に入力されている。
【００２２】
なお、必要に応じ、上記吸気通路８に、新気導入量を可変制御する図示せぬ吸気絞り弁が設けられる。
【００２３】
上記のＮＯｘトラップ触媒１３は、排気空燃比がリーンであるとき、つまり排気の空気過剰率が大きいときに、流入する排気中のＮＯｘをトラップし、また、排気空燃比がリッチつまり排気の空気過剰率が小さいときに、トラップしたＮＯｘを放出する特性を有し、かつこの放出されたＮＯｘを、同時にＮＯ₂として浄化することができる。上記の排気空燃比の一時的なリッチ化を強制的に行うことをリッチスパイクと呼び、このリッチスパイクによるＮＯｘトラップ触媒１３からのＮＯｘの放出処理を、以下、ＮＯｘ再生と呼ぶ。また、このＮＯｘトラップ触媒１３の性能は、燃料中の硫黄成分が堆積することによって徐々に低下することが知られており、適宜な時期に強制的な硫黄成分の除去が必要である。この処理を、以下、硫黄被毒解除もしくはＳＯｘ再生と呼ぶ。
【００２４】
一方、ディーゼルエンジン１から排出された排気微粒子は、基本的に、微粒子捕捉フィルタ１４によってトラップされ、外部への排出が防止される。そして、この微粒子捕捉フィルタ１４に堆積した排気微粒子は、運転条件の変化の中で一部は自然に燃焼除去されるが、排気微粒子が所定レベルまで堆積してきたときには、排温を上昇させることで強制的な燃焼除去を行う。これを、以下、ＤＰＦ再生と呼ぶ。
【００２５】
次に、上記排気浄化装置の再生等を含む制御の流れを図２以降のフローチャートに基づいて説明する。
【００２６】
図２は、制御の全体的な流れを示すメインフローチャートであって、ステップ１では、まずクランク角センサ１７とアクセル開度センサ１８の検出信号に基づき、エンジンの運転状態を読み込む。次にステップ２で、微粒子捕捉フィルタ１４上流のＮＯｘトラップ触媒１３に堆積されたＮＯｘの量を計算する。例えば特許第２６００４９２号公報に記載されているＮｏｘ吸着量の計算のように、エンジン回転数の積算値から推測することとしても良いし、所定の距離や時間を走行する毎に、ＮＯｘ吸着量を加算していく方法でもよい。
【００２７】
ステップ３では、微粒子捕捉フィルタ１４上流のＮＯｘトラップ触媒１３に堆積された硫黄成分（図中ではＳと略記する）の量を計算する。硫黄堆積量の計算方法は発明の主要なところではないので、例えば上記ＮＯｘ堆積量と同様に、特許第２６００４９２号公報に記載されているＮｏｘ吸収量の計算のように、エンジン回転数の積算値から推測することとする。なお、本実施例ではＮＯｘトラップ触媒１３が微粒子捕捉フィルタ１４の上流に配置されているが、この逆であっても問題はない。また、微粒子捕捉フィルタ１４にＮＯｘ触媒を担時するのも一つの方法である。
【００２８】
ステップ４では、微粒子捕捉フィルタ１４への排気微粒子（図中ではＰＭと略記する）の堆積量を検知する。微粒子捕捉フィルタ１４における排気微粒子堆積量を直接検知することは困難であるので、微粒子捕捉フィルタ１４上流の排圧をモニタすることで、排気微粒子の堆積量を予測する。排気微粒子の堆積量が増えれば、当然排圧は上昇する。また、前回の再生からの走行距離やエンジン回転数の積算値と排圧とを組み合せて排気微粒子堆積量を検知するようにしてもよい。
【００２９】
ステップ５では、微粒子捕捉フィルタ１４のＤＰＦ再生を行っているモードつまりＤＰＦ再生モード中であるかを判定する。後述するようにＤＰＦ再生を行っているＤＰＦ再生モードである場合は、ｒｅｇ１フラグがたっているので、図３に示すステップ１０１以降の処理へ進む。
【００３０】
ステップ６では、ＮＯｘトラップ触媒１３の硫黄被毒解除モード中であるかを判定する。硫黄被毒解除モードである場合は、後述するようにｄｅｓｕｌフラグがたっているので、図４のステップ２０１以降の処理へ進む。
【００３１】
ステップ７では、ＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘ再生のためのリッチスパイクモード中であるかを判定する。リッチスパイクモードである場合は、後述するようにｓｐフラグがたっているので、図５のステップ３０１以降の処理ヘ進む。
【００３２】
ステップ８では、ＤＰＦ再生および硫黄被毒解除時の溶損防止モード中であるかを判定する。溶損防止モードである場合は、後述するようにｒｅｃフラグがたっているので、図６のステップ４０１以降の処理へ進む。
【００３３】
ステップ９では、ＮＯｘトラップ触媒１３の活性向上要求が出ているかを判定する。活性向上要求があるとき、つまりｐｒｅｐフラグが１となっている場合は、図７のステップ５０１へ進み、触媒活性を向上させるためのλ（排気の空気過剰率）制御を行う。
【００３４】
ステップ１０では、微粒子捕捉フィルタ１４に堆積した排気微粒子の量が所定量ＰＭ１に達して再生時期となったかを判定する。所定量ＰＭ１に達したか否かは、所定の運転条件での微粒子捕捉フィルタ１４の排圧から判定する。すなわち、図１３に示す特性に沿って排圧の閾値が運転条件に対応して読み出され、排圧がこの閾値を超えた場合に再生時期と判定する。なお、各図の横軸のＮｅは機関回転数、縦軸のＱは、燃料噴射量つまり負荷である。また、前回の再生からの走行距離が所定の距離を超えていて、かつ排圧が閾値を超えている場合に再生時期と判定する方法でもよい。ここで再生時期と判定された場合は、図８のステップ６０１でＤＰＦ再生フラグｒｅｇ１を１とし、図３に示すＤＰＦ再生処理を直ちに実行する。
【００３５】
ステップ１１では、ＮＯｘトラップ触媒１３に堆積した硫黄の量が所定量Ｓ１に達して再生時期となったかを判定する。所定量Ｓ１以上の硫黄が堆積していて、硫黄被毒解除が必要と判定された場合は、図９のステップ７０１で硫黄被毒解除要求フラグｄｅｓｕｌを１として、図４の硫黄被毒解除処理を直ちに実行する。
【００３６】
ステップ１２では、ＮＯｘトラップ触媒１３に吸着したＮＯｘの量が所定量ＮＯｘ２に達して再生時期となったかを判定する。所定量ＮＯｘ２以上にＮＯｘが吸着されていて、ＮＯｘ再生が必要と判定された場合は、図１０のステップ８０１でＮＯｘ再生フラグｓｐを１として、ＮＯｘ再生を実行する。
【００３７】
次に、ステップ１３では、ＮＯｘトラップ触媒１３が再生時期に近くなったかを判定する。つまり、ＮＯｘトラップ触媒１３に吸着したＮＯｘの量が、所定量ＮＯｘ１に達したかを判定する。この所定量ＮＯｘ１は、ステップ１２の再生時期に対応する所定量ＮＯｘ２よりも小さな値に設定される。ＮＯｘトラップ触媒１３へのＮＯｘ吸着量はステップ２と同様に推定することができる。あるいは、前回のＮＯｘトラップ触媒１３の再生実行から所定の時間が経過した時点で、ＮＯｘ１だけ吸着し、再生時期が近いと判断しても良い。この時間による方法では、簡単かつ十分な精度で再生時期が近いことを判断することができる。このステップ１３で再生時期が近くなったと判定された場合は、再生準備状態に入るために、図１１のステップ９０１で活性向上要求フラグつまりｐｒｅｐフラグを１とする。前述したように、このフラグに基づいて、ステップ９からステップ５０１へ進むことになる。
【００３８】
図３は、ＤＰＦ再生の処理の流れを示している。まずステップ１０１で、微粒子捕捉フィルタ１４に堆積した排気微粒子が燃焼するのに必要な温度Ｔ２（例えば６００℃）に達したかを判断する。温度Ｔ２に達していなければステップ１０２に進み、排気の空気過剰率λを目標のλ１（これは略１〜リッチに設定される）に制御する。ここでは、前述した吸気絞り弁による吸気絞り、ＥＧＲ（排気還流）、ポスト噴射、によって目標のλ１に制御する。これにより排温を昇温させることができる。
【００３９】
一方、所定の温度Ｔ２に達していればステップ１０３に進む。このステップ１０３では、微粒子捕捉フィルタ１４の温度が排気微粒子の燃焼が可能な温度になっているので、堆積していると考えられる堆積量に合わせて排気の空気過剰率λを制御する。ここでは、吸気絞り、もしくはＥＧＲを用いて目標のλ２に制御する。ここで、この目標空気過剰率λ２は、上記の目標空気過剰率λ１よりも小さく、微粒子捕捉フィルタ１４の排気微粒子を燃焼させるのに必要な酸素濃度を確保できる空気過剰率として設定される。より具体的には、目標空気過剰率λ２は、図１８に示すように、堆積した排気微粒子（ＰＭ）の量に応じて、排気微粒子堆積量が少ないほど目標空気過剰率λ２が大きくなるような特性でもって設定される。実際の排気の空気過剰率λは、微粒子捕捉フィルタ１４後流の空燃比センサ１６によって検出されるので、これが目標値λ２に一致するように、吸気絞りや過給圧の制御などがなされ、目標のλ２に調整する。
【００４０】
そして、ステップ１０４では、目標空気過剰率をλ２としてから基準時間ｔｄｐｆｒｅｇ１だけ経過したかを判定する。所定の基準時間が経過すれば、微粒子捕捉フィルタ１４に堆積していた排気微粒子は確実に燃焼除去される。
【００４１】
ステップ１０５では再生モードが終了したのでｒｅｇ１フラグを０にする。ステップ１０６では、再生モードは終了したものの、排気微粒子の燃え残りが微粒子捕捉フィルタ１４にあった場合に、排気の空気過剰率λを急に大きくすると微粒子捕捉フィルタ１４で排気微粒子が一気に燃えてしまい溶損する恐れがあることから、溶損防止モードに入るために、ｒｅｃフラグを１にセットする。
【００４２】
図４は、硫黄被毒解除モードにおける処理を示す。まずステップ２０１で、ＮＯｘトラップ触媒１３に堆積した硫黄成分（ＳＯｘ）が燃焼するのに必要な温度Ｔ４に達したかを判断する。温度Ｔ４に達していなければステップ２０９に進み、排気の空気過剰率λを、目標空気過剰率λ３（これは略１〜リッチに設定される）に制御する。ここでは、前述した吸気絞り弁による吸気絞り、ＥＧＲ（排気還流）、ポスト噴射、によって目標のλ３に制御する。これにより排温を昇温させることができる。
【００４３】
一方、所定の温度Ｔ４に達していればステップ２０２に進む。ここで、例えばＢａ系のＮＯｘトラップ触媒１３を使った場合は、硫黄被毒解除のためには、リッチ〜ストイキ雰囲気で６００℃以上にする必要があることから、温度Ｔ４は６００℃以上、例えば６００℃に設定される。
【００４４】
ステップ２０２では、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が所定温度Ｔ４に達したので、排気の空気過剰率λを、理論空燃比（ストイキ）相当のλ４に制御する。具体的には、図１４に示すλ＝１となる目標吸入空気量になるように、空気量を抑制して、排気の空気過剰率λを目標のλ４に到達させる。微粒子捕捉フィルタ１４後流の空燃比センサ１６で検出した実際の空気過剰率λが目標のλ４と乖離している場合は、吸気絞りやＥＧＲを用いて排気λを調整する。
【００４５】
ステップ２０３では、目標空気過剰率をλ４としてから所定の時間ｔｄｅｓｕｌだけ経過したかを判定する。所定の時間が経過していれば、硫黄が十分に燃焼したものとみなし、ステップ２０４以降へ進む。ステップ２０４では、硫黄被毒解除が終了したので目標をλ４とした運転つまりストイキ運転を解除する。ステップ２０５では、硫黄被毒解除モードは終了したものの、このような高温の条件下で排気微粒子が微粒子捕捉フィルタ１４に堆積している場合に排気の空気過剰率λを急に大きくすると微粒子捕捉フィルタ１４で排気微粒子が一気に燃えてしまい溶損する恐れがあることから、溶損防止モードに入るために、ｒｅｃフラグを１にセットする。またステップ２０６では、硫黄被毒解除モードが終了したのでｒｅｇ４フラグを０にし、かつステップ２０７では、硫黄被毒が解除されたので、触媒への硫黄堆積量をリセットして０にする。またステップ２０８で、ＮＯｘ再生フラグｓｐを０にする。これは、上述の硫黄被毒解除を行うと、長時間λ＝１相当の排気に触媒がさらされることで同時にＮＯｘ再生が行われるためである。つまり、ＮＯｘ再生の要求が出ていた場合には、硫黄被毒解除を行うことでＮｏｘ再生も同時に行われるので、ステップ２０８で、ｓｐフラグを０にする。
【００４６】
次に、図５のフローチャートは、リッチスパイクの処理について示す。まずステップ３０１で、リッチスパイクを行うための所定の排気空気過剰率λ（この目標のλはリッチ側に設定される）に制御する。図１６は、このリッチスパイク運転のための目標吸入空気量の特性を示しており、この目標吸入空気量となるように、吸気絞り弁や、過給機６、ＥＧＲを制御する。
【００４７】
ステップ３０２では、このようなリッチ条件が所定の時間ｔｓｐｉｋｅだけ継続したかを判定する。そして、ステップ３０３では、リッチ運転を解除するとともに、フラグｓｐを０にしてリッチスパイクモードを終了させる。またステップ３０４では、触媒へのＮＯｘ堆積量を０にリセットし、かつｐｒｅｐフラグも解除する。
【００４８】
図６のフローチャートは、溶損防止モードの処理を示す。ステップ４０１では、微粒子捕捉フィルタ１４の温度を検知する。続いてステップ４０２では、再生直後もしくは高負荷運転直後なので微粒子捕捉フィルタ１４の温度が非常に高い状態にあるため、燃え残りもしくは堆積した排気微粒子が一気に燃えて溶損しないように、排気の空気過剰率λを、所定値、例えばλ≦１．４に制御する。具体的には、シリンダ内に流入する空気量を、図１５に示すような特性の目標吸入空気量に制御し、かつ空燃比センサ１６の出力に基づいてフィードバック制御を行う。
【００４９】
ステップ４０３では、微粒子捕捉フィルタ１４の温度が所定の温度Ｔ３よりも低下したかを判定する。この温度Ｔ３は、排気微粒子の急激な酸化が開始する恐れのない温度に相当し、この温度Ｔ３よりも低ければ、酸素濃度が大気並になっても微粒子捕捉フィルタ１４の溶損は回避可能となる。従って、ステップ４０４へ進み、ステップ４０２のλ制御を終了し、かつステップ４０５で、ｒｅｃフラグを０にする。
【００５０】
次に、図７は、本発明の要部である再生準備状態での排温昇温処理について示している。ステップ５０１では、ＮＯｘトラップ触媒１３の触媒ベッド温度が触媒の活性温度であるＴ５より高いかを判定する。これは、温度センサ１５が検出する触媒出口温度から触媒の活性を判断するのも可能であるし、図１７に示すように、再生準備状態に入ったときの運転条件から、触媒の活性を判断することもできる。すなわち、図１７に示す低速低負荷側の領域では、ベッド温度が活性温度Ｔ５よりも低いものとする。そして、温度Ｔ５よりも低いと判断した場合は、ステップ５０２へ進み、排温昇温を図るために、排気の空気過剰率λを目標空気過剰率λ５に制御する。図１２は、排気の空気過剰率λと排気温度および燃費との関係を示しており、図示のように、排気の空気過剰率λを小さくすることで、排温が上昇し、ＮＯｘトラップ触媒１３を加熱することができる。ここで、特に、排気の空気過剰率λが、λ＝１．３程度までは燃費悪化が小さく、許容レベル内にある。図示するように、空気過剰率λがさらに小さくなると、燃費が急激に悪化する。そこで、温度Ｔ５よりも低い場合つまり触媒が活性していない場合は、排気の空気過剰率λを、λ≧１．３の範囲内で、小さく制御する。
【００５１】
この排気の空気過剰率λの制御は、吸気絞り、ＥＧＲ、過給圧の制御によって行われるが、この際、筒内に流入する吸気ガスの比熱を出来るだけ小さくするようにＥＧＲ率は変えないで吸気絞りにより新気の吸気量を減らせば、排気ガス温度を高く維持することが可能となる。
このように上記実施例では、ＮＯｘトラップ触媒１３におけるＮＯｘ堆積量が、再生時期に近い所定量ＮＯｘ１以上である場合に、再生準備状態となり、排気の空気過剰率λの制御によって、運転条件等に拘わらずＮＯｘトラップ触媒１３が温度Ｔ５以上に維持される。従って、その後、再生時期に達してリッチスパイクモードに移行したときに、リッチスパイクによるＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘ再生が円滑に行われ、長期間のリッチ化による運転性の悪化等を回避することができる。
【００５２】
なお、上記実施例では、ステップ５０１，５０２による排温昇温制御を、ＮＯｘ再生が近いときのみ行っているが、ＤＰＦ再生やＳＯｘ再生が近いときに行うようにしても良い。また、再生が近いか否かに関わらず、触媒が活性していないときには常に行うようにしても良い。
【００５３】
また、上記実施例のように、本発明の排温昇温制御は、ＮＯｘトラップ触媒１３が活性していないときの昇温のみでなく、触媒が活性しているときに行うようにすることもできる。すなわち、硫黄被毒解除に必要な温度は、前述したように６００℃程度と非常に高く、従って、ポスト噴射を行って昇温させることになる。このとき、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が活性領域にあってもＳＯｘ再生に必要な温度との差が大きいと、必要なポスト噴射量が大きくなり、燃費悪化代が増大する。そのため、ＮＯｘトラップ触媒１３が活性していても、ＳＯｘ再生の再生時期が近く、かつ、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度がＳＯｘ再生に必要な温度に対しかなり低い場合には、本発明の排温昇温制御を行うことで、ＳＯｘ再生前に予めＮＯｘトラップ触媒１３の温度を昇温し、ポスト噴射による燃費悪化を最小限に抑制することができる。
【００５４】
またこれは、再生のために大幅な昇温を必要とする微粒子捕捉フィルタ１４のＤＰＦ再生にも適用できる。すなわち、ＤＰＦ再生の再生時期が近く、かつ、微粒子捕捉フィルタ１４の温度とＤＰＦ再生に必要な温度（例えば６００℃）との差が大きいときに、本発明の排温昇温制御を行うことで、ＤＰＦ再生前に予め微粒子捕捉フィルタ１４の温度を昇温させることができ、ポスト噴射による燃費悪化が最小限となる。
【００５５】
例えばＮＯｘトラップ触媒１３のＳＯｘ再生に適用する場合、ＳＯｘ再生の再生時期が近く、かつ、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が所定温度（６００℃よりも低い適宜な温度、例えば触媒活性温度）より低いときに、排気の空気過剰率λを第１目標空気過剰率に相当するλ５に制御し、再生時期になってＮＯｘトラップ触媒１３の温度が上記所定温度以上に設定される再生開始温度（６００℃）より低い場合に、排気の空気過剰率λを上記の第１目標空気過剰率であるλ５より小さい第２目標空気過剰率に相当するλ３に制御し、再生時期になってＮＯｘトラップ触媒１３の温度が上記再生開始温度（６００℃）より高い場合に、排気の空気過剰率λを再生用の目標空気過剰率であるλ４に制御するようにできる。
【００５６】
また、上記実施例では、ＮＯｘトラップ触媒１３自体が酸化触媒機能を有しているが、ＮＯｘトラップ触媒１３とは別に、その上流側に酸化触媒を配置するようにしてもよい。このようにＮＯｘトラップ触媒１３自体もしくは上流に酸化触媒を具備することで、排気中の未燃ＨＣやＣＯが酸化触媒によって酸化され、排気温度を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジン全体の構成説明図。
【図２】実施例の制御の流れを示すメインフローチャート。
【図３】ＤＰＦ再生のルーチンを示すフローチャート。
【図４】硫黄被毒解除のルーチンを示すフローチャート。
【図５】ＮＯｘ再生のルーチンを示すフローチャート。
【図６】溶損防止のルーチンを示すフローチャート。
【図７】再生準備の昇温ルーチンを示すフローチャート。
【図８】ＤＰＦ再生フラグの処理ルーチンを示すフローチャート。
【図９】硫黄被毒解除要求フラグの処理ルーチンを示すフローチャート。
【図１０】ＮＯｘ再生フラグの処理ルーチンを示すフローチャート。
【図１１】活性向上要求フラグの処理ルーチンを示すフローチャート。
【図１２】排気の空気過剰率λと排気温度および燃費との関係を示す特性図。
【図１３】ＤＰＦ再生の排圧閾値の特性を示す特性図。
【図１４】λ＝１の運転に必要な目標吸入空気量の特性図。
【図１５】溶損防止モードにおける目標吸入空気量の特性図。
【図１６】リッチスパイクの際の目標吸入空気量の特性図。
【図１７】排温昇温（活性補助）制御が必要な運転領域を示す特性図。
【図１８】排気微粒子堆積量と再生時の排気の空気過剰率λとの関係を示す特性図。
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン
１０…コントロールユニット
１３…ＮＯｘトラップ触媒
１４…微粒子捕捉フィルタ
１５…温度センサ
１６…空燃比センサ

Claims

内燃機関の排気通路に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入するＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを放出浄化するＮＯｘトラップ触媒と、
上記ＮＯｘトラップ触媒がトラップしたＮＯｘ量に基づき、上記ＮＯｘトラップ触媒の再生時期ならびにこの再生時期に近い再生準備時期をそれぞれ判断する再生時期判断手段と、
上記ＮＯｘトラップ触媒が触媒活性温度に達しているか否かを判断する温度判断手段と、
上記再生準備時期となり、かつ、上記ＮＯｘトラップ触媒の温度が上記触媒活性温度より低いときに、シリンダに流入する全空気量を制御することにより、排気の空気過剰率を、リーンの範囲内で小さくする空気過剰率制御手段と、
上記再生時期になったときに、排気の空気過剰率を再生用のリッチな目標空気過剰率に制御するリッチスパイク手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
上記再生時期判断手段は、上記ＮＯｘトラップ触媒がトラップしたＮＯｘ量が、再生時期に対応する所定量ＮＯｘ２よりも少ない所定量ＮＯｘ１に達したときに、上記再生準備時期であるとみなすことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記再生時期判断手段は、上記ＮＯｘトラップ触媒の再生を終了してから所定時間経過したときに、上記再生準備時期であるとみなすことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記空気過剰率制御手段は、内燃機関の吸気通路に配置されてシリンダに流入する空気量を調整可能な吸気絞り弁を含み、上記吸気絞り弁によりシリンダに流入する空気量を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記ＮＯｘトラップ触媒の上流に酸化機能を有する触媒を配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の排気浄化装置。
上記再生準備時期における空気過剰率は、概ねλ≧1.3であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の排気浄化装置。