JP3591320B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料消費率を低減するために、リーン混合気を燃焼させる希薄燃焼内燃機関が実用化されている。希薄燃焼においては、有害なＮＯｘ が比較的多量に生成され、大気中へのＮＯｘ 放出量を低減しなければならない。
【０００３】
このために、機関排気系にＮＯｘ 吸蔵還元触媒を配置することが提案されている。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒は、排気ガス中の酸素濃度が高い時にＮＯｘ を硝酸塩の形で吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低くなると吸収したＮＯｘ を放出すると共に、排気ガス中の還元成分によって放出したＮＯｘ を還元浄化させるものである。このように、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒は、酸素濃度の高い希薄燃焼の排気ガス中からＮＯｘ を良好に吸収し、定期的なリッチ混合気燃焼運転によって、排気ガス中の酸素濃度を低下させると共に排気ガス中にＨＣ及びＣＯ等の還元成分を存在させ、吸収したＮＯｘ を大気中に放出させることなく良好に浄化することができる。
【０００４】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄が含まれており、燃焼に際してＳＯｘ が生成される。ＳＯｘ は、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒へＮＯｘ と同様なメカニズムにより硫酸塩の形で吸収される。硫酸塩は、安定な物質であるために、通常のリッチ混合気燃焼運転を実施してもＮＯｘ 吸蔵還元触媒から放出され難く、吸蔵量が徐々に増加する。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒への硝酸塩又は硫酸塩の吸蔵可能量は有限であり、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における硫酸塩の吸蔵量が増加すれば（以下、ＳＯｘ 被毒と称する）、その分、硝酸塩の吸蔵可能量が減少し、遂には、全くＮＯｘ を吸収することができなくなる。
【０００５】
このようにＳＯｘ 被毒されたＮＯｘ 吸蔵還元触媒を回復するために、特開平７−２１７４７４号公報には、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸蔵されているＳＯｘ 量を推定するＳＯｘ 量推定手段を有し、推定ＳＯｘ 量が許容量を越えかつＮＯｘ 吸蔵還元触媒が高温度である時に、排気ガスの空燃比状態を一時的にリッチにすることが提案されている。
【０００６】
硫酸塩は安定な物質であるが、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒が高温度であり、排気ガスの空燃比状態がリッチとされて排気ガス中の酸素濃度が低下すれば、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒からＳＯｘ として放出させることができる。こうして、前述の従来技術では、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒が高温度で排気ガスの空燃比状態がリッチとされた時からＳＯｘ が放出されるとして、ＳＯｘ 量推定手段による推定ＳＯｘ 量は徐々に減少され、推定ＳＯｘ 量が所定値以下となった時に排気ガスの空燃比状態は再びリーンとされ、この時からＳＯｘ が吸収されるとして、ＳＯｘ 量推定手段による推定ＳＯｘ 量は徐々に増加されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術において、ＳＯｘ 量推定手段による推定ＳＯｘ 量が実際より少なくなる傾向があり、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における良好なＳＯｘ 被毒の回復処理が実現できない。
【０００８】
従って、本発明の第一の目的は、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸蔵された被毒物質量を正確に推定可能とする内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【０００９】
また、本発明の第二の目的は、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における良好な被毒回復を実現可能とする内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の第一の目的を達成するために、本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、少なくとも排気ガスの状態に基づき、前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒への単位時間当たりの前記被毒物質の吸収量及び前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒からの単位時間当たりの前記被毒物質の放出量を算出して前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段と、前記吸蔵量推定手段により推定された前記被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時に前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から前記被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段、とを具備し、前記回復手段による前記回復処理の実行開始から所定時間が経過するまでは、算出された単位時間当たりの前記被毒物質の放出量を大幅に減少させることを特徴とする。
【００１１】
また、前述の第二の目的を達成するために、本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時に前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から前記被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段と、前記回復手段によって前記回復処理が実行開始から所定時間を越えて継続的に実施される時に、前記所定時間を越える分の前記回復処理の実施時間を積算する積算手段と、前記積算手段により積算された時間が、前記所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に前記回復手段による前記回復処理を停止する停止手段、とを具備することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、燃料中における前記被毒物質の前駆物質濃度に応じて前記所定時間を変更することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置におうて、前記所定吸蔵量に基づき前記所定時間を変更することを特徴とする。
【００１４】
また、前述の第二の目的を達成するために、本発明による請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時に前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から前記被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段と、前記回復処理の実際の実施時間を積算する積算手段と、前記積算手段により積算された実施時間が、前記所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に前記回復手段による前記回復処理を停止する停止手段と、前記積算手段による前記実施時間の積算毎に前記必要回復処理実施時間を延長する延長手段、とを具備することを特徴とする。
【００１５】
また、前述の第二の目的を達成するために、本発明による請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時に前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から前記被毒物質を放出させるための回復処理を開始する回復手段と、前記回復手段による前記回復処理の開始からの経過時間を測定する測定手段と、前記測定手段により測定された前記経過時間が、前記所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に前記回復手段による前記回復処理を停止する停止手段と、前記回復手段による前記回復処理が中断する毎に、前記回復処理の中断時間以上に前記必要回復処理実施時間を延長する延長手段、とを具備することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による内燃機関の排気浄化装置が取り付けられた機関排気系を示す概略図である。同図において、１は希薄燃焼を実施する内燃機関本体である。本実施形態において、内燃機関は＃１〜＃４の四つの気筒を有するものである。これら四つの気筒の点火順序は、＃１−＃３−＃４−＃２である。２１〜２４は各気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁である。
【００１７】
機関排気系において、各気筒の排気管３１〜３４は、＃１気筒の排気管３１と＃４気筒の排気管３４とが第１合流部４１において合流し、＃２気筒の排気管３２と＃３気筒の排気管３３とが第２合流部４２において合流し、第１合流部４１と第２合流部４２との下流側が第３合流部４３において合流するように構成されており、第３合流部４３の下流側にはＮＯｘ 吸蔵還元触媒５が配置されている。
【００１８】
６はＮＯｘ 吸蔵還元触媒５へ流入する排気ガスの空燃比状態を検出する第一空燃比センサであり、７はＮＯｘ 吸蔵還元触媒５から流出する排気ガスの空燃比状態を検出する第二空燃比センサである。第一及び第二空燃比センサ６，７として、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサが使用可能である。
【００１９】
２０は各燃料噴射弁２１〜２４を介しての燃料噴射制御及び点火時期制御等の運転状態を制御する制御装置であり、第一及び第二空燃比センサ６，７が接続されると共に、例えば、機関負荷としてのアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルストロークセンサ、機関回転数を検出するための回転センサ、及び、機関温度として冷却水温を検出する冷却水温センサ（いずれも図示せず）等の機関運転状態を把握するためのセンサが接続されている。
【００２０】
内燃機関１における希薄燃焼において、排気ガス中には比較的多量のＮＯｘ が含まれている。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５は、この排気ガス中からＮＯｘ を吸蔵して還元浄化するためのものであり、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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、セリウムＣｅ、イットリウムＹのような希土類から選択された少なくとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを担持させたものである。
【００２１】
このようなＮＯｘ 吸蔵還元触媒５として、白金Ｐｔ及びバリウムＢａを使用した場合を例として、以下にＮＯｘ を吸収するメカニズムを説明する。まず、排気ガス中の酸素濃度が高いリーン状態の排気ガスにおいて、酸素が、Ｏ２ − の形で白金Ｐｔの表面に付着し、次いで、排気ガス中のＮＯが白金Ｐｔの表面上でＯ２ − と反応してＮＯ２ となる。こうして生成されたＮＯ２ の一部は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯｘ 吸蔵還元触媒内へ吸収され、酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸塩ＢａＳＯ４ として硝酸イオンＮＯ３ − の形で吸蔵される。
【００２２】
排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２ が生成され、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒のＮＯｘ 吸蔵能力が飽和しない限りＮＯ２ が吸蔵される。しかしながら、排気ガスがリッチ状態となって酸素濃度が低下することによってＮＯ２ の生成量が低下すると、逆に硝酸イオンＮＯ３ − がＮＯ２ の形でＮＯｘ 吸蔵還元触媒から放出される。このＮＯ２ は、リッチ状態の排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ及びＣＯと反応して還元浄化される。
【００２３】
この一方で、ガソリン等の内燃機関の燃料には硫黄Ｓが含まれており、内燃機関における燃焼によってＳＯｘ が生成される。排気ガス中のＳＯｘ は、ＮＯｘ と同様なメカニズムによって硫酸イオンＳＯ４ ２−の形でＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸収され、硫酸塩ＢａＳＯ４ が生成される。この硫酸塩ＢａＳＯ４ は安定していて分解し難く、排気ガスがリッチ状態となっても分解されずにＮＯｘ 吸蔵還元触媒内に残留する。こうして、徐々に、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒内の硫酸塩ＢａＳＯ４ が増大する。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における硝酸塩ＢａＮＯ４ 又は硫酸塩ＢａＳＯ４ の吸蔵可能量は有限であり、硫酸塩ＢａＳＯ４ の吸蔵によるＳＯｘ 被毒によって、その分、硝酸塩ＢａＮＯ４ の吸蔵可能量が減少し、遂には、全くＮＯｘ を吸収することができなくなる。それにより、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒からＳＯｘ 被毒を良好に回復させなければならない。
【００２４】
制御装置２０による運転状態制御は、図２に示す第一フローチャートに従って実施される。本フローチャートは、所定実行間隔で繰り返されるものである。まず、ステップ１０１において、詳しくは後述されるフラグＦ１が１であるか否かが判断される。通常時は、この判断は否定されてステップ１０２に進み、詳しくは後述されるフラグＦ２が１であるか否かが判断される。通常時は、この判断は否定されてステップ１０３に進み、詳しくは後述されるフラグＦ３が１であるか否かが判断される。通常時は、この判断は否定されてステップ１０４に進み、リーン運転実行処理が行われる。
【００２５】
このリーン運転実行処理は、圧縮行程での燃料噴射によって点火プラグ近傍だけに可燃混合気を形成して成層燃焼を実施し、全体としてリーン混合気を燃焼を可能とするものである。もちろん、前述のセンサにより把握される現在の機関運転状態に基づき、燃料噴射量及び点火時期等は最適値に制御される。
【００２６】
こうして、通常時はリーン運転が実行され、排気ガス中にはＮＯｘ が比較的多量に含まれる。しかしながら、排気ガスはリーン状態であり、酸素濃度が高いために、前述したように、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５が排気ガス中のＮＯｘ を良好に吸蔵し、大気中に放出されるＮＯｘ 量を十分に低減することができる。
【００２７】
フラグＦ１は、現在の機関運転状態が加速時又は機関高負荷時等の高出力を必要としている場合に、セットされるものである。それにより、ステップ１０１における判断が肯定される時には、ステップ１０５に進み、ストイキ運転実行処理が行われる。このストイキ運転実行処理は、吸気行程での燃料噴射によって気筒内全体に均一混合気を形成して均一燃焼を実施し、ストイキ混合気を燃焼させるものである。もちろん、前述のセンサにより把握される現在の機関運転状態に基づき、燃料噴射量及び点火時期等は最適値に制御される。
【００２８】
前述のリーン運転によってＮＯｘ 吸蔵還元触媒５に吸蔵されたＮＯｘ 量は徐々に増加する。前述したように、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５におけるＮＯｘ 吸蔵可能量は有限であり、吸蔵されたＮＯｘ 量がＮＯｘ 吸蔵可能量を越える以前にＮＯｘ 吸蔵還元触媒５からＮＯｘ を放出させて還元浄化する必要がある。この時にはフラグＦ２がセットされてステップ１０６に進み、リッチスパイク実行処理が行われる。
【００２９】
図３は、フラグＦ２をセットするための第二フローチャートであり、これを以下に説明する。本フローチャートは所定実行間隔で繰り返されるものである。まず、ステップ２０１において、リーン運転毎にＮＯｘ 吸蔵還元触媒５に吸蔵されるＮＯｘ 量が積算され、ＮＯｘ 吸蔵量ＮＯＳが算出される。この積算には、機関運転状態（例えば、吸入空気量、回転数、機関負荷、及び空燃比等）に基づき単位時間当たりに内燃機関で生成されるＮＯｘ 量が考慮される。
【００３０】
次いで、ステップ２０２において、ＮＯｘ 吸蔵量ＮＯＳが目標ＮＯｘ 吸蔵量ＮＯＳ’に達したか否かが判断される。この目標ＮＯｘ 吸蔵量ＮＯＳ’は、例えば、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５のＮＯｘ 吸蔵可能量の７０％の値である。ステップ２０２における判断が否定される時はステップ２０３に進み、フラグＦ２は０のまま終了する。一方、ステップ２０２における判断が肯定される時にはステップ２０４に進み、フラグＦ２は１にセットされ、ステップ２０５において、ＮＯｘ 吸蔵量ＮＯＳは０とされ終了する。
【００３１】
リッチスパイク実行処理は、図４に示す第三フローチャートに従って実行される。まず、ステップ３０１において、リッチスパイクを実行する。リッチスパイクは、運転空燃比を所定のリッチ空燃比にすることである。それにより、排気ガスがリッチ状態となって酸素濃度が低くなるために、前述したように、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５からＮＯｘ が徐々に放出され、このＮＯｘ は、この時の排気ガス中に含まれるＨＣ及びＣＯ等によって還元浄化される。
【００３２】
次いで、ステップ３０２において第一空燃比センサ６の出力Ａ１と第二空燃比センサ７の出力Ａ２とがほぼ一致しているか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ３０１におけるリッチスパイクを継続する。リッチスパイクによるＮＯｘ の還元が行われている間は、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５から流出する排気ガスの空燃比状態はストイキとなるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５へ流入する排気ガスのリッチ空燃比状態とは異なり、第一空燃比センサ６の出力Ａ１と第二空燃比センサ７の出力Ａ２とは異なっている。
【００３３】
これに対して、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５から全てのＮＯｘ が放出されて還元が完了すると、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５から流出する排気ガスの空燃比状態は、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５へ流入する排気ガスの空燃比状態とほぼ等しくなるために、第一空燃比センサ６の出力Ａ１と第二空燃比センサ７の出力Ａ２とがほぼ一致すればリッチスパイクを終了する。本実施形態において、二つの空燃比センサを設けたが、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の下流側だけに空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力がリッチスパイクの空燃比と一致した時にＮＯｘ 吸蔵還元触媒から全てのＮＯｘ が放出されて還元が完了したとしても良い。
【００３４】
この一方で、前述したようにＮＯｘ 吸蔵還元触媒５には、ＳＯｘ が徐々に吸収されＳＯｘ 被毒が進行する。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒のＳＯｘ 吸蔵量が、ある程度に達すれば、図６に示す第五フローチャートにおいてフラグＦ３がセットされ、前述の第一フローチャートのステップ１０３における判断が肯定されてステップ１０７に進み、ＳＯｘ 被毒の回復運転実行処理が行われる。
【００３５】
第五フローチャートを説明する前に、ＳＯｘ 被毒の回復運転実行処理を実施するための図５に示す第四フローチャートを説明する。まず、ステップ４０１において、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度Ｔが６００°Ｃ以上の所定温度Ｔ１以上であるか否かが判断される。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度Ｔの把握には、機関運転状態を検出して排気ガス温度を推定しても良いし、排気ガス温度を測定しても良いし、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒に温度センサを設けて直接的に測定しても良い。
【００３６】
また、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５の温度が低い時には、例えば、＃１気筒及び＃４気筒をリッチ空燃比で運転し、＃２気筒と＃３気筒をリーン空燃比で運転することにより、各気筒からはリッチ状態の排気ガスとリーン状態の排気ガスとが交互に排出され、図１の排気管の構成においては、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５へリッチ状態の排気ガスとリーン状態の排気ガスとが直前で混合されて到来するために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒上でＨＣ及びＣＯを燃焼させ、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５の温度Ｔを所定温度Ｔ１以上とすることができる。もちろん、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒にヒータ等を配置して昇温することも可能である。
【００３７】
ステップ４０１における判断が否定される時には、ステップ４０３に進み、フラグＦ３が０であるか否かが判断されるが、当初、この判断は否定されてステップ４０１へ戻される。ステップ４０１における判断が肯定される時には、ステップ４０２に進み、排気ガスの空燃比状態をストイキ又はリッチの目標空燃比ＡＦｔにする運転が実施される。この運転は第五フローチャートにおいてフラグＦ３が０とされるまで実施される。
【００３８】
排気ガスの空燃比が目標空燃比ＡＦｔとなる運転は、各気筒における燃焼空燃比を目標空燃比ＡＦｔとして運転しても良いが、点火時期が連続する二つの気筒における燃焼空燃比を合わせて目標空燃比ＡＦｔとしても良く、また、機関排気系に直接的に燃料を供給して、又は排気行程での二次燃料噴射によって、排気ガスの空燃比を目標空燃比ＡＦｔとしても良い。
【００３９】
次に、フラグＦ３をセット又はリセットするための図６に示す第五フローチャートを説明する。本フローチャートは、所定実行間隔で繰り返されるものである。まず、ステップ５０１において、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５の温度Ｔ及び排気ガスの空燃比ＡＦが把握される。温度Ｔの把握には前述同様な方法が使用可能であり、空燃比ＡＦの把握には第一空燃比センサ６の出力を使用することができる。次いで、ステップ５０２において、機関運転状態が把握される。
【００４０】
次に、ステップ５０３において、本フローチャートの実行間隔におけるＮＯｘ 吸蔵還元触媒へのＳＯｘ の吸放出量ｄＳＯＳが算出される。ｄＳＯＳは、吸収の場合は正の値となり、放出の場合は負の値となる。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度が低い時には、排気ガスの空燃比状態でリーンであろうとリッチであろうと、ＳＯｘ は吸収される。この時には、燃料噴射量が多いほど単位時間当たりに内燃機関から排出されるＳＯｘ 量が増大するために、本フローチャートの実行間隔におけるＳＯｘ 吸収量ｄＳＯＳは増加する。また、機関回転数が高いほど単位時間当たりに内燃機関から排出されるＳＯｘ 量が増大するために、本フローチャートの実行間隔におけるＳＯｘ 吸収量ｄＳＯＳは増加する。
【００４１】
一方、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度が高い時には、排気ガスの空燃比状態がストイキ又はリッチとなると、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒からＳＯｘ が放出される。このＳＯｘ 放出量ｄＳＯＳは、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度が高いほど増加し、また、排気ガスの空燃比がリッチになるほど増加する。さらに、排気ガス量が増大するほど増加する。このように、ステップ５０１及び５０２において、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度Ｔ及び排気ガスの空燃比ＡＦと、機関運転状態（燃料噴射量、吸入空気量、機関回転数等）とを把握し、それぞれに実験等により求められた係数を乗算することにより、本フローチャートの今回の実行間隔におけるＮＯｘ 吸蔵還元触媒へのＳＯｘ の吸放出量ｄＳＯＳを正確に算出することができる。
【００４２】
次いでステップ５０４に進み、回復運転の条件が成立しているか否かが判断される。この条件とは、具体的には、前述の第四フローチャートにおいて、ステップ４０１における判断が肯定されて排気ガスの空燃比状態を目標空燃比ＡＦｔとする運転が実施されていることである。この判断が否定されれば、ステップ５０５に進み、後述されるカウント値ｔをリセットしてステップ５０９に進み、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒のＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳはステップ５０３において算出されたＳＯｘ 吸放出量ｄＳＯＳが積算される。ステップ５０４における判断が否定される時には、ＳＯｘ 被毒の回復運転は実施されておらず、ステップ５０３で算出されたＳＯｘ 吸放出量ｄＳＯＳは正の値の吸収量となる。こうして、ステップ５０９における積算によってＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳは徐々に増加していく。
【００４３】
次に、ステップ５１０において、ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳが、回復運転を必要とする第一所定量ＳＯＳ１、例えば、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒のＮＯｘ 吸蔵可能量の３０％に達したか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ５１１に進み、回復運転が不要な第二所定量ＳＯＳ２以下となっているか否かが判断される。当初、この判断が肯定されてステップ５１３に進み、フラグＦ３は０とされる。また、当初は、ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳが増加して第二所定量ＳＯＳ２を越えてもフラグＦ３は変更されることなく０のままとされる。
【００４４】
一方、ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳが第一所定量ＳＯＳ１に達すると、ステップ５１０における判断が肯定されてステップ５１２に進み、フラグＦ３は１にセットされ、前述の第四フローチャートによって回復運転が実施される。それにより、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒は６００°Ｃ以上の高温とされ、排気ガス中の酸素濃度が低下されるために、ＳＯｘ が放出されるはずであり、ステップ５０３で算出されるＳＯｘ 吸放出量ｄＳＯＳは、負の値の放出量となる。
【００４５】
しかしながら、実験によって、このような回復運転の開始後の所定時間（例えば、約９０秒程度）は、ＳＯｘ が放出されないことが判った。この理由は、硫酸塩が安定物質であるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度条件（例えば、６００°Ｃ以上）と排気ガスの空燃比状態の条件（ストイキ又はリッチ）が成立して硫酸塩の活性化が開始されるが、実際に分解されてＳＯＸ として放出されるまでに、ある程度の時間を必要とするためであると考えられる。
【００４６】
また、本実施形態においてもそうであるように、一般的にＳＯｘ 被毒の回復処理は、ＳＯｘ 吸蔵量がＮＯｘ 吸蔵可能量の１００％に達してから開始するわけではなく、ＮＯｘ 吸蔵可能量の３０％に達した時のように、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒が依然として十分な吸蔵能力を有した状態で開始される。それにより、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から放出されたＳＯｘ は下流側で直ぐに吸収され、ＳＯｘ は、このような吸放出を繰り返しながら徐々にＮＯｘ 吸蔵還元触媒の下流側へ移動してＮＯｘ 吸蔵還元触媒の最下流部から排気通路へ放出されるために、このＳＯｘ の吸放出を繰り返す時間が前述の所定時間であるとも考えられる。
【００４７】
本実施形態では、回復運転が実施されてステップ５０４における判断が肯定されると、ステップ５０６においてカウント値ｔが１だけ増加され、ステップ５０７において、カウント値ｔが所定時間を示す値ｔ’に達しているか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ＳＯｘ の放出が行われており、ステップ５０３において算出されたＳＯｘ 吸放出量（負の値）ｄＳＯＳを、ステップ５０９においてＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳに積算する。しかしながら、ステップ５０７における判断が否定される時、すなわち、カウント値ｔが所定時間を示す値ｔ’に達する以前は、ステップ５０８において、算出されたＳＯｘ 吸放出量ｄＳＯＳは０とされる。それにより、ステップ５０９において積算が実施されてもＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳは、実際と同様に減少することはない。
【００４８】
こうして、ステップ５０９における積算によって非常に正確にＳＯｘ 吸蔵量を算出することができ、回復運転の実施によってＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳが第二所定値ＳＯＳ２以下となれば、ステップ５１３においてフラグＦ３が０とされるために、第四フローチャートのステップ４０３における判断が肯定されて回復運転は停止される。本フローチャートにおいて、フラグＦ３が０にリセットされる以前、すなわち、依然として回復運転を必要としている時に、例えば、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度低下等によって回復運転条件が不成立となれば、前述したようにステップ５０５においてカウント値ｔは０にリセットされる。それにより、再び回復運転が開始される時にも所定時間はＳＯｘ 吸放出量ｄＳＯＳは０とされるようになっている。すなわち、回復運転を間欠的に実施する場合において、各回復運転の開始から所定時間はＳＯｘ 放出量を０としている。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒によっては、回復運転開始後の所定時間において、僅かにＳＯｘ が放出される可能性もある。このような場合には、所定時間のＳＯｘ 放出量を０ではなく僅かな値にする必要がある。いずれにしても、この所定時間においては、ステップ５０３において推定されたＳＯｘ 放出量を大幅に減少させない限り正確なＳＯｘ 吸蔵量を算出することはできない。
【００４９】
また、図７は、フラグＦ３をセットするための第五フローチャートとは異なる第六フローチャートである。これを以下に説明する。本フローチャートも所定実行間隔で繰り返されるものである。まず、ステップ６０１において、ＳＯｘ 被毒の回復運転以外の運転においてＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸蔵されるＳＯｘ 量が積算され、ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳが算出される。この積算には、前述同様に機関運転状態に基づく単位時間当たりの排気ガス中のＳＯｘ 量が考慮される。
【００５０】
次いで、ステップ６０２において、ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳが目標ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳ’に達したか否かが判断される。この目標ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳ’は、例えば、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５のＮＯｘ 吸蔵可能量の３０％の値である。ステップ６０２における判断が否定される時はステップ６０３に進み、フラグＦ３は０のまま終了する。一方、ステップ６０２における判断が肯定される時にはステップ６０４に進み、フラグＦ３は１にセットされ、ステップ６０５において、ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳは０とされ終了する。
【００５１】
こうして、本フローチャートによってフラグＦ３が１にセットされると、図８に示す第七フローチャートに従ってＳＯｘ 被毒の回復運転実行処理が実行される。まず、ステップ７０１及び７０２において、第四フローチャートと同様に、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度Ｔが６００°Ｃ以上の所定温度Ｔ１以上であるか否かが判断された後に、排気ガスの空燃比状態をストイキ又はリッチの目標空燃比ＡＦｔにする運転が実施される。次いで、ステップ７０３において、カウント値ｔが１だけ増加され、ステップ７０４において、カウント値ｔと所定時間を示す値ｔ’との差ａが算出される。この所定時間は、第五フローチャートで説明した所定時間であり、すなわち、この差ａが負の時にはＳＯｘ の放出は実施されていないこととなる。次いで、ステップ７０９に進む。
【００５２】
一方、ステップ７０１における判断が否定される時、すなわち、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度が低下して回復運転が中断された時には、ステップ７０５に進み、前述の差ａが正であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ７０７において差ａは０とされ、ステップ７０８においてカウント値ｔは０とされ、ステップ７０９に進む。また、差ａが正の場合には、ステップ７０５における判断が肯定されてステップ７０６に進み、当初０にリセットされている差ａの積算値ｂには差ａが加算され、ステップ７０７及び７０８を経てステップ７０９に進む。ステップ７０９では、今回の差ａと現在の積算値ｂとの和ａ＋ｂが所定値Ｂに達したか否かが判断される。この判断が否定される時にはステップ７０１へ戻り、前述のステップ７０１〜７０８の処理が繰り返される。
【００５３】
こうして、例えば、回復運転が連続的である場合には、積算値ｂが増加されることはないが、カウント値ｔと所定時間を示す値ｔ’との差ａが所定値Ｂに達した時に、ステップ７０９における判断が肯定されてステップ７１０に進み、積算値ｂがリセットされ、ステップ７１１においてフラグＦ３が０とされ、回復運転が停止される。すなわち、カウント値ｔに対応する回復運転の実施時間から所定時間を減算した回復運転の有効実施時間が、所定値Ｂに対応する設定時間、すなわち、必要回復処理実施時間に達した時に回復運転が停止されるようになっている。こうして、回復運転は、開始からＳＯｘ が放出されない所定時間を除き、目標ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳ’のＳＯｘ を排気ガスの目標空燃比ＡＦｔで放出させることを可能とする必要回復処理実施時間だけ確実に実施されるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ 被毒を完全に回復させることができる。
【００５４】
また、例えば、回復運転が間欠的である場合には、所定時間以上の回復運転が実施された時にだけ、実施時間から所定時間を減算した有効実施時間を示す値をステップ７０６において積算し、この積算値ｂに、最後の回復運転の有効実施時間を示す今回の差ａを加えて所定値Ｂに達した時に回復運転が停止されるようになっている。こうして、回復運転は、各回復運転の開始からＳＯｘ が放出されない所定時間を除き、目標ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳ’のＳＯｘ を排気ガスの目標空燃比ＡＦｔで放出させることを可能とする必要回復処理実施時間だけ間欠的ではあるが確実に実施されるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ 被毒を完全に回復させることができる。
【００５５】
また、図９は、前述の第七フローチャートの代わりに実行可能なＳＯｘ 被毒の回復運転実行処理を示す第八フローチャートである。本フローチャートのステップ８０１〜８０３は、第七フローチャートのステップ７０１〜７０３と同じであるために説明を省略する。ステップ８０３においてカウント値ｔが１だけ増加された後にステップ８０４において、詳しくは後述されるもう一つのカウント値ｍが１だけ増加される。次いで、ステップ８０５において、カウント値ｔが設定時間に対応する所定値Ｂ’に達したか否かが判断される。この設定時間には、一回の回復運転においてＳＯｘ が放出されない所定時間が加算されている。それにより、回復運転が連続的である場合には、ステップ８０１における判断が否定されることはなく、ステップ８０１〜８０５の処理が繰り返され、カウント値ｔが所定値Ｂ’に達した時にステップ８０６においてカウント値ｔはリセットされ、ステップ８０７においてフラグＦ３は０とされ、回復運転は停止される。こうして、連続的な回復運転は、回復運転の開始からＳＯｘ が放出されない所定時間を含み目標ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳ’のＳＯｘ を排気ガスの目標空燃比ＡＦｔで放出させることを可能とする設定時間、すなわち、必要回復処理実施時間だけ確実に実施されるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ 被毒を完全に回復させることができる。
【００５６】
一方、ステップ８０１における判断が否定される時、すなわち、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度が低下して回復運転が中断された時には、ステップ８０８に進み、前述のカウント値ｍと所定時間を示す値ｔ’との差が正であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、カウント値ｍに対応する回復運転の実施時間の全てはＳＯｘ の放出に有効ではなく、ステップ８０９において、前述の所定値Ｂ’をカウント値ｍだけ増加させる。また、ステップ８０８における判断が肯定される時には、カウント値ｍに対応する回復運転の実施時間のうち所定時間だけがＳＯｘ の放出に有効でないために、ステップ８１０において、前述の所定値Ｂ’を所定時間を示す値ｔ’だけ増加させる。次いで、ステップ８１１において、カウント値ｍを０としてステップ８０５に進む。
【００５７】
このように、回復運転が間欠的である場合には、回復運転が実施される毎に、ＳＯｘ の放出に有効でない実施時間が設定時間に加算されるために、回復運転の積算実施時間が設定時間となれば、目標ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳ’のＳＯｘ を排気ガスの目標空燃比ＡＦｔで放出させることを可能とする有効時間だけ回復運転が確実に実施されるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ 被毒を完全に回復させることができる。また、本実施形態においては、回復運転の実施時間を積算し、この積算実施時間と、前述のように積算毎に延長される設定時間とを比較して回復運転の停止時期を判断しているが、最初の回復運転の開始からの経過時間を測定し、回復運転が中断される毎に、前述の延長処理に加えて中断時間を設定時間から延長するようにして、経過時間と設定時間とを比較するようにしても良い。第七及び第八フローチャートによれば、燃料消費率を悪化させる回復運転が必要以上に実施されることも防止することができる。
【００５８】
前述した全ての実施形態において、回復運転中のようにＮＯｘ 吸蔵還元触媒が高温となっている時に、排気ガスの空燃比状態をリーンにするような運転が要求された場合には、この運転要求を無視して又は排気行程における二次燃料噴射等によって、排気ガスの空燃比状態はストイキ又はリッチとすることが好ましい。これは、白金Ｐｔのような貴金属が高温時には酸素によってシンダリングを起こして劣化するためであり、白金Ｐｔ等を使用するＮＯｘ ｘ 吸蔵還元触媒が高温の時には排気ガスの空燃比状態をリーンにして高酸素濃度とすることは防止しなければならない。
【００５９】
また、ＳＯｘ 被毒の回復運転において、開始からＳＯｘ が放出されない所定時間は、回復運転における排気ガス中のＳＯｘ 濃度に依存して変化する。これは、排気ガス中のＳＯｘ 濃度が高ければ、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒からＳＯｘ が放出され難くなると共に、新たなＳＯｘ が吸収され易くなるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒からＳＯｘ 吸蔵量が減少する実質的なＮＯｘ の放出が起こる前述の所定時間は長くなる。逆に、排気ガス中のＳＯｘ 濃度が低ければ、前述の所定時間は短くなる。排気ガス中のＳＯｘ 濃度は、ＳＯｘ の前駆物質である燃料中の硫黄濃度が高いほど高くなる。
【００６０】
それにより、本実施形態では、図１０に示す第九フローチャートにより、ステップ９０１において、硫黄濃度センサによって、燃料中の硫黄濃度を直接検出し、ステップ９０２において、図１１に示すマップから硫黄濃度に基づき第五フローチャート、第七フローチャート、及び第八フローチャートにおいて使用した所定時間を示す値ｔ’を設定するようになっており、さらに正確にＮＯｘ 吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ 吸蔵量の推定が可能となり、また、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒においてさらに完全にＳＯｘ 被毒を回復させることができる。燃料中の硫黄濃度は、直接的に検出する以外に、燃料の銘柄により開示された値を使用しても良い。また、前述の所定時間は、回復運転を開始する際のＮＯｘ 吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ 吸蔵量にも依存する。すなわち、このＳＯｘ 吸蔵量が少なければ、放出されたＳＯｘ がＮＯｘ 吸蔵還元触媒に再び吸収され易く、所定時間は長くなり、このＳＯｘ 吸蔵量が多ければ、放出されたＳＯｘ がＮＯｘ 吸蔵還元触媒に再び吸収され難く、所定時間は短くなる。それにより、このＳＯｘ 吸蔵量に基づき、第五フローチャート、第七フローチャート、及び第八フローチャートにおける所定時間を示す値ｔ′を設定すれば、さらに正確なＳＯｘ 吸蔵量の推定及びさらに完全なＳＯｘ 被毒回復が実現することができる。
【００６１】
【発明の効果】
このように、本発明による内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、少なくとも排気ガスの状態に基づき、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒への単位時間当たりの被毒物質の吸収量及びＮＯｘ 吸蔵還元触媒からの単位時間当たりの被毒物質の放出量を算出してＮＯｘ 吸蔵還元触媒における被毒物質の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段と、吸蔵量推定手段により推定された被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時にＮＯｘ 吸蔵還元触媒から被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段、とを具備し、回復手段による回復処理の実行開始から所定時間が経過するまでは、算出された単位時間当たりの被毒物質の放出量を大幅に減少させるようになっているために、回復運転における実際の被毒物質の放出現象と同様な推定が実施され、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸蔵された被毒物質量を正確に推定することが可能となる。
【００６２】
また、本発明によるもう一つの内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時にＮＯｘ 吸蔵還元触媒から被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段とを具備し、積算手段が、回復手段によって回復処理が実行開始から所定時間を越えて継続的に実施される時に、所定時間を越える分の回復処理の実施時間を積算するために、この積算時間は、回復処理における実際の被毒物質の放出に有効な実施時間の積算値となっている。こうして、この積算時間が、所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に停止手段が回復手段による回復処理を停止することにより、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における良好な被毒回復を実現することができる。
【００６３】
また、本発明によるもう一つの内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時にＮＯｘ 吸蔵還元触媒から被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段と、回復処理の実際の実施時間を積算する積算手段と、積算手段により積算された実施時間が、所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に回復手段による回復処理を停止する停止手段とを具備し、延長手段が、積算手段による実施時間の積算毎に必要回復処理実施時間を延長するために、各回復処理における実際の被毒物質の放出に有効でない時間が、当初設定された必要回復処理実施時間から延長される。こうして、積算実施時間が、この必要回復処理実施時間となった時に停止手段が回復手段による回復処理を停止することにより、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における良好な被毒回復を実現することができる。
【００６４】
また、本発明によるもう一つの内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時にＮＯｘ 吸蔵還元触媒から被毒物質を放出させるための回復処理を開始する回復手段と、回復手段による回復処理の開始からの経過時間を測定する測定手段と、測定手段により測定された経過時間が、所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に回復手段による回復処理を停止する停止手段とを具備し、延長手段が、回復手段による回復処理が中断する毎に、回復処理の中断時間以上に必要回復処理実施時間を延長するために、当初設定された必要回復処理実施時間から回復処理の中断時間が延長されると共に回復処理における実際の被毒物質の放出に有効でない時間が延長される。こうして、経過時間が、この必要回復処理実施時間となった時に停止手段が回復手段による回復処理を停止することにより、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における良好な被毒回復を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気浄化装置が取り付けられた内燃機関の排気系を示す概略図である。
【図２】機関運転状態を制御するための第一フローチャートである。
【図３】リッチスパイク実行処理のためのフラグＦ２をセットするための第二フローチャートである。
【図４】リッチスパイク実行処理のための第三フローチャートである。
【図５】回復運転実行処理のための第四フローチャートである。
【図６】第四フローチャートに関連する回復運転実行処理のためのフラグＦ３をセットするための第五フローチャートである。
【図７】第七及び第八フローチャートに関連する回復運転実行処理のためのフラグＦ３をセットするための第六フローチャートである。
【図８】回復運転実行処理のためのもう一つの第七フローチャートである。
【図９】回復運転実行処理のためのさらにもう一つの第八フローチャートである。
【図１０】第五、第七、及び第八フローチャートに使用される所定時間を示す値ｔ’を設定するための第九フローチャートである。
【図１１】第九フローチャートで使用される所定時間を示す値ｔ’を設定するためのマップである。
【符号の説明】
１…内燃機関
５…ＮＯｘ 吸蔵還元触媒
６…第一空燃比センサ
７…第二空燃比センサ
２０…制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料消費率を低減するために、リーン混合気を燃焼させる希薄燃焼内燃機関が実用化されている。希薄燃焼においては、有害なＮＯｘ が比較的多量に生成され、大気中へのＮＯｘ 放出量を低減しなければならない。
【０００３】
このために、機関排気系にＮＯｘ 吸蔵還元触媒を配置することが提案されている。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒は、排気ガス中の酸素濃度が高い時にＮＯｘ を硝酸塩の形で吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低くなると吸収したＮＯｘ を放出すると共に、排気ガス中の還元成分によって放出したＮＯｘ を還元浄化させるものである。このように、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒は、酸素濃度の高い希薄燃焼の排気ガス中からＮＯｘ を良好に吸収し、定期的なリッチ混合気燃焼運転によって、排気ガス中の酸素濃度を低下させると共に排気ガス中にＨＣ及びＣＯ等の還元成分を存在させ、吸収したＮＯｘ を大気中に放出させることなく良好に浄化することができる。
【０００４】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄が含まれており、燃焼に際してＳＯｘ が生成される。ＳＯｘ は、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒へＮＯｘ と同様なメカニズムにより硫酸塩の形で吸収される。硫酸塩は、安定な物質であるために、通常のリッチ混合気燃焼運転を実施してもＮＯｘ 吸蔵還元触媒から放出され難く、吸蔵量が徐々に増加する。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒への硝酸塩又は硫酸塩の吸蔵可能量は有限であり、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における硫酸塩の吸蔵量が増加すれば（以下、ＳＯｘ 被毒と称する）、その分、硝酸塩の吸蔵可能量が減少し、遂には、全くＮＯｘ を吸収することができなくなる。
【０００５】
このようにＳＯｘ 被毒されたＮＯｘ 吸蔵還元触媒を回復するために、特開平７−２１７４７４号公報には、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸蔵されているＳＯｘ 量を推定するＳＯｘ 量推定手段を有し、推定ＳＯｘ 量が許容量を越えかつＮＯｘ 吸蔵還元触媒が高温度である時に、排気ガスの空燃比状態を一時的にリッチにすることが提案されている。
【０００６】
硫酸塩は安定な物質であるが、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒が高温度であり、排気ガスの空燃比状態がリッチとされて排気ガス中の酸素濃度が低下すれば、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒からＳＯｘ として放出させることができる。こうして、前述の従来技術では、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒が高温度で排気ガスの空燃比状態がリッチとされた時からＳＯｘ が放出されるとして、ＳＯｘ 量推定手段による推定ＳＯｘ 量は徐々に減少され、推定ＳＯｘ 量が所定値以下となった時に排気ガスの空燃比状態は再びリーンとされ、この時からＳＯｘ が吸収されるとして、ＳＯｘ 量推定手段による推定ＳＯｘ 量は徐々に増加されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術において、ＳＯｘ 量推定手段による推定ＳＯｘ 量が実際より少なくなる傾向があり、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における良好なＳＯｘ 被毒の回復処理が実現できない。
【０００８】
従って、本発明の第一の目的は、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸蔵された被毒物質量を正確に推定可能とする内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【０００９】
また、本発明の第二の目的は、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における良好な被毒回復を実現可能とする内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の第一の目的を達成するために、本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、少なくとも排気ガスの状態に基づき、前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒への単位時間当たりの前記被毒物質の吸収量及び前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒からの単位時間当たりの前記被毒物質の放出量を算出して前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段と、前記吸蔵量推定手段により推定された前記被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時に前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から前記被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段、とを具備し、前記回復手段による前記回復処理の実行開始から所定時間が経過するまでは、算出された単位時間当たりの前記被毒物質の放出量を大幅に減少させることを特徴とする。
【００１１】
また、前述の第二の目的を達成するために、本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時に前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から前記被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段と、前記回復手段によって前記回復処理が実行開始から所定時間を越えて継続的に実施される時に、前記所定時間を越える分の前記回復処理の実施時間を積算する積算手段と、前記積算手段により積算された時間が、前記所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に前記回復手段による前記回復処理を停止する停止手段、とを具備することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、燃料中における前記被毒物質の前駆物質濃度に応じて前記所定時間を変更することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置におうて、前記所定吸蔵量に基づき前記所定時間を変更することを特徴とする。
【００１４】
また、前述の第二の目的を達成するために、本発明による請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時に前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から前記被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段と、前記回復処理の実際の実施時間を積算する積算手段と、前記積算手段により積算された実施時間が、前記所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に前記回復手段による前記回復処理を停止する停止手段と、前記積算手段による前記実施時間の積算毎に前記必要回復処理実施時間を延長する延長手段、とを具備することを特徴とする。
【００１５】
また、前述の第二の目的を達成するために、本発明による請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時に前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から前記被毒物質を放出させるための回復処理を開始する回復手段と、前記回復手段による前記回復処理の開始からの経過時間を測定する測定手段と、前記測定手段により測定された前記経過時間が、前記所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に前記回復手段による前記回復処理を停止する停止手段と、前記回復手段による前記回復処理が中断する毎に、前記回復処理の中断時間以上に前記必要回復処理実施時間を延長する延長手段、とを具備することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による内燃機関の排気浄化装置が取り付けられた機関排気系を示す概略図である。同図において、１は希薄燃焼を実施する内燃機関本体である。本実施形態において、内燃機関は＃１〜＃４の四つの気筒を有するものである。これら四つの気筒の点火順序は、＃１−＃３−＃４−＃２である。２１〜２４は各気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁である。
【００１７】
機関排気系において、各気筒の排気管３１〜３４は、＃１気筒の排気管３１と＃４気筒の排気管３４とが第１合流部４１において合流し、＃２気筒の排気管３２と＃３気筒の排気管３３とが第２合流部４２において合流し、第１合流部４１と第２合流部４２との下流側が第３合流部４３において合流するように構成されており、第３合流部４３の下流側にはＮＯｘ 吸蔵還元触媒５が配置されている。
【００１８】
６はＮＯｘ 吸蔵還元触媒５へ流入する排気ガスの空燃比状態を検出する第一空燃比センサであり、７はＮＯｘ 吸蔵還元触媒５から流出する排気ガスの空燃比状態を検出する第二空燃比センサである。第一及び第二空燃比センサ６，７として、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサが使用可能である。
【００１９】
２０は各燃料噴射弁２１〜２４を介しての燃料噴射制御及び点火時期制御等の運転状態を制御する制御装置であり、第一及び第二空燃比センサ６，７が接続されると共に、例えば、機関負荷としてのアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルストロークセンサ、機関回転数を検出するための回転センサ、及び、機関温度として冷却水温を検出する冷却水温センサ（いずれも図示せず）等の機関運転状態を把握するためのセンサが接続されている。
【００２０】
内燃機関１における希薄燃焼において、排気ガス中には比較的多量のＮＯｘ が含まれている。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５は、この排気ガス中からＮＯｘ を吸蔵して還元浄化するためのものであり、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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、セリウムＣｅ、イットリウムＹのような希土類から選択された少なくとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを担持させたものである。
【００２１】
このようなＮＯｘ 吸蔵還元触媒５として、白金Ｐｔ及びバリウムＢａを使用した場合を例として、以下にＮＯｘ を吸収するメカニズムを説明する。まず、排気ガス中の酸素濃度が高いリーン状態の排気ガスにおいて、酸素が、Ｏ２ − の形で白金Ｐｔの表面に付着し、次いで、排気ガス中のＮＯが白金Ｐｔの表面上でＯ２ − と反応してＮＯ２ となる。こうして生成されたＮＯ２ の一部は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯｘ 吸蔵還元触媒内へ吸収され、酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸塩ＢａＳＯ４ として硝酸イオンＮＯ３ − の形で吸蔵される。
【００２２】
排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２ が生成され、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒のＮＯｘ 吸蔵能力が飽和しない限りＮＯ２ が吸蔵される。しかしながら、排気ガスがリッチ状態となって酸素濃度が低下することによってＮＯ２ の生成量が低下すると、逆に硝酸イオンＮＯ３ − がＮＯ２ の形でＮＯｘ 吸蔵還元触媒から放出される。このＮＯ２ は、リッチ状態の排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ及びＣＯと反応して還元浄化される。
【００２３】
この一方で、ガソリン等の内燃機関の燃料には硫黄Ｓが含まれており、内燃機関における燃焼によってＳＯｘ が生成される。排気ガス中のＳＯｘ は、ＮＯｘ と同様なメカニズムによって硫酸イオンＳＯ４ ２−の形でＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸収され、硫酸塩ＢａＳＯ４ が生成される。この硫酸塩ＢａＳＯ４ は安定していて分解し難く、排気ガスがリッチ状態となっても分解されずにＮＯｘ 吸蔵還元触媒内に残留する。こうして、徐々に、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒内の硫酸塩ＢａＳＯ４ が増大する。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における硝酸塩ＢａＮＯ４ 又は硫酸塩ＢａＳＯ４ の吸蔵可能量は有限であり、硫酸塩ＢａＳＯ４ の吸蔵によるＳＯｘ 被毒によって、その分、硝酸塩ＢａＮＯ４ の吸蔵可能量が減少し、遂には、全くＮＯｘ を吸収することができなくなる。それにより、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒からＳＯｘ 被毒を良好に回復させなければならない。
【００２４】
制御装置２０による運転状態制御は、図２に示す第一フローチャートに従って実施される。本フローチャートは、所定実行間隔で繰り返されるものである。まず、ステップ１０１において、詳しくは後述されるフラグＦ１が１であるか否かが判断される。通常時は、この判断は否定されてステップ１０２に進み、詳しくは後述されるフラグＦ２が１であるか否かが判断される。通常時は、この判断は否定されてステップ１０３に進み、詳しくは後述されるフラグＦ３が１であるか否かが判断される。通常時は、この判断は否定されてステップ１０４に進み、リーン運転実行処理が行われる。
【００２５】
このリーン運転実行処理は、圧縮行程での燃料噴射によって点火プラグ近傍だけに可燃混合気を形成して成層燃焼を実施し、全体としてリーン混合気を燃焼を可能とするものである。もちろん、前述のセンサにより把握される現在の機関運転状態に基づき、燃料噴射量及び点火時期等は最適値に制御される。
【００２６】
こうして、通常時はリーン運転が実行され、排気ガス中にはＮＯｘ が比較的多量に含まれる。しかしながら、排気ガスはリーン状態であり、酸素濃度が高いために、前述したように、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５が排気ガス中のＮＯｘ を良好に吸蔵し、大気中に放出されるＮＯｘ 量を十分に低減することができる。
【００２７】
フラグＦ１は、現在の機関運転状態が加速時又は機関高負荷時等の高出力を必要としている場合に、セットされるものである。それにより、ステップ１０１における判断が肯定される時には、ステップ１０５に進み、ストイキ運転実行処理が行われる。このストイキ運転実行処理は、吸気行程での燃料噴射によって気筒内全体に均一混合気を形成して均一燃焼を実施し、ストイキ混合気を燃焼させるものである。もちろん、前述のセンサにより把握される現在の機関運転状態に基づき、燃料噴射量及び点火時期等は最適値に制御される。
【００２８】
前述のリーン運転によってＮＯｘ 吸蔵還元触媒５に吸蔵されたＮＯｘ 量は徐々に増加する。前述したように、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５におけるＮＯｘ 吸蔵可能量は有限であり、吸蔵されたＮＯｘ 量がＮＯｘ 吸蔵可能量を越える以前にＮＯｘ 吸蔵還元触媒５からＮＯｘ を放出させて還元浄化する必要がある。この時にはフラグＦ２がセットされてステップ１０６に進み、リッチスパイク実行処理が行われる。
【００２９】
図３は、フラグＦ２をセットするための第二フローチャートであり、これを以下に説明する。本フローチャートは所定実行間隔で繰り返されるものである。まず、ステップ２０１において、リーン運転毎にＮＯｘ 吸蔵還元触媒５に吸蔵されるＮＯｘ 量が積算され、ＮＯｘ 吸蔵量ＮＯＳが算出される。この積算には、機関運転状態（例えば、吸入空気量、回転数、機関負荷、及び空燃比等）に基づき単位時間当たりに内燃機関で生成されるＮＯｘ 量が考慮される。
【００３０】
次いで、ステップ２０２において、ＮＯｘ 吸蔵量ＮＯＳが目標ＮＯｘ 吸蔵量ＮＯＳ’に達したか否かが判断される。この目標ＮＯｘ 吸蔵量ＮＯＳ’は、例えば、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５のＮＯｘ 吸蔵可能量の７０％の値である。ステップ２０２における判断が否定される時はステップ２０３に進み、フラグＦ２は０のまま終了する。一方、ステップ２０２における判断が肯定される時にはステップ２０４に進み、フラグＦ２は１にセットされ、ステップ２０５において、ＮＯｘ 吸蔵量ＮＯＳは０とされ終了する。
【００３１】
リッチスパイク実行処理は、図４に示す第三フローチャートに従って実行される。まず、ステップ３０１において、リッチスパイクを実行する。リッチスパイクは、運転空燃比を所定のリッチ空燃比にすることである。それにより、排気ガスがリッチ状態となって酸素濃度が低くなるために、前述したように、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５からＮＯｘ が徐々に放出され、このＮＯｘ は、この時の排気ガス中に含まれるＨＣ及びＣＯ等によって還元浄化される。
【００３２】
次いで、ステップ３０２において第一空燃比センサ６の出力Ａ１と第二空燃比センサ７の出力Ａ２とがほぼ一致しているか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ３０１におけるリッチスパイクを継続する。リッチスパイクによるＮＯｘ の還元が行われている間は、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５から流出する排気ガスの空燃比状態はストイキとなるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５へ流入する排気ガスのリッチ空燃比状態とは異なり、第一空燃比センサ６の出力Ａ１と第二空燃比センサ７の出力Ａ２とは異なっている。
【００３３】
これに対して、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５から全てのＮＯｘ が放出されて還元が完了すると、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５から流出する排気ガスの空燃比状態は、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５へ流入する排気ガスの空燃比状態とほぼ等しくなるために、第一空燃比センサ６の出力Ａ１と第二空燃比センサ７の出力Ａ２とがほぼ一致すればリッチスパイクを終了する。本実施形態において、二つの空燃比センサを設けたが、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の下流側だけに空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力がリッチスパイクの空燃比と一致した時にＮＯｘ 吸蔵還元触媒から全てのＮＯｘ が放出されて還元が完了したとしても良い。
【００３４】
この一方で、前述したようにＮＯｘ 吸蔵還元触媒５には、ＳＯｘ が徐々に吸収されＳＯｘ 被毒が進行する。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒のＳＯｘ 吸蔵量が、ある程度に達すれば、図６に示す第五フローチャートにおいてフラグＦ３がセットされ、前述の第一フローチャートのステップ１０３における判断が肯定されてステップ１０７に進み、ＳＯｘ 被毒の回復運転実行処理が行われる。
【００３５】
第五フローチャートを説明する前に、ＳＯｘ 被毒の回復運転実行処理を実施するための図５に示す第四フローチャートを説明する。まず、ステップ４０１において、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度Ｔが６００°Ｃ以上の所定温度Ｔ１以上であるか否かが判断される。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度Ｔの把握には、機関運転状態を検出して排気ガス温度を推定しても良いし、排気ガス温度を測定しても良いし、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒に温度センサを設けて直接的に測定しても良い。
【００３６】
また、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５の温度が低い時には、例えば、＃１気筒及び＃４気筒をリッチ空燃比で運転し、＃２気筒と＃３気筒をリーン空燃比で運転することにより、各気筒からはリッチ状態の排気ガスとリーン状態の排気ガスとが交互に排出され、図１の排気管の構成においては、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５へリッチ状態の排気ガスとリーン状態の排気ガスとが直前で混合されて到来するために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒上でＨＣ及びＣＯを燃焼させ、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５の温度Ｔを所定温度Ｔ１以上とすることができる。もちろん、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒にヒータ等を配置して昇温することも可能である。
【００３７】
ステップ４０１における判断が否定される時には、ステップ４０３に進み、フラグＦ３が０であるか否かが判断されるが、当初、この判断は否定されてステップ４０１へ戻される。ステップ４０１における判断が肯定される時には、ステップ４０２に進み、排気ガスの空燃比状態をストイキ又はリッチの目標空燃比ＡＦｔにする運転が実施される。この運転は第五フローチャートにおいてフラグＦ３が０とされるまで実施される。
【００３８】
排気ガスの空燃比が目標空燃比ＡＦｔとなる運転は、各気筒における燃焼空燃比を目標空燃比ＡＦｔとして運転しても良いが、点火時期が連続する二つの気筒における燃焼空燃比を合わせて目標空燃比ＡＦｔとしても良く、また、機関排気系に直接的に燃料を供給して、又は排気行程での二次燃料噴射によって、排気ガスの空燃比を目標空燃比ＡＦｔとしても良い。
【００３９】
次に、フラグＦ３をセット又はリセットするための図６に示す第五フローチャートを説明する。本フローチャートは、所定実行間隔で繰り返されるものである。まず、ステップ５０１において、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５の温度Ｔ及び排気ガスの空燃比ＡＦが把握される。温度Ｔの把握には前述同様な方法が使用可能であり、空燃比ＡＦの把握には第一空燃比センサ６の出力を使用することができる。次いで、ステップ５０２において、機関運転状態が把握される。
【００４０】
次に、ステップ５０３において、本フローチャートの実行間隔におけるＮＯｘ 吸蔵還元触媒へのＳＯｘ の吸放出量ｄＳＯＳが算出される。ｄＳＯＳは、吸収の場合は正の値となり、放出の場合は負の値となる。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度が低い時には、排気ガスの空燃比状態でリーンであろうとリッチであろうと、ＳＯｘ は吸収される。この時には、燃料噴射量が多いほど単位時間当たりに内燃機関から排出されるＳＯｘ 量が増大するために、本フローチャートの実行間隔におけるＳＯｘ 吸収量ｄＳＯＳは増加する。また、機関回転数が高いほど単位時間当たりに内燃機関から排出されるＳＯｘ 量が増大するために、本フローチャートの実行間隔におけるＳＯｘ 吸収量ｄＳＯＳは増加する。
【００４１】
一方、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度が高い時には、排気ガスの空燃比状態がストイキ又はリッチとなると、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒からＳＯｘ が放出される。このＳＯｘ 放出量ｄＳＯＳは、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度が高いほど増加し、また、排気ガスの空燃比がリッチになるほど増加する。さらに、排気ガス量が増大するほど増加する。このように、ステップ５０１及び５０２において、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度Ｔ及び排気ガスの空燃比ＡＦと、機関運転状態（燃料噴射量、吸入空気量、機関回転数等）とを把握し、それぞれに実験等により求められた係数を乗算することにより、本フローチャートの今回の実行間隔におけるＮＯｘ 吸蔵還元触媒へのＳＯｘ の吸放出量ｄＳＯＳを正確に算出することができる。
【００４２】
次いでステップ５０４に進み、回復運転の条件が成立しているか否かが判断される。この条件とは、具体的には、前述の第四フローチャートにおいて、ステップ４０１における判断が肯定されて排気ガスの空燃比状態を目標空燃比ＡＦｔとする運転が実施されていることである。この判断が否定されれば、ステップ５０５に進み、後述されるカウント値ｔをリセットしてステップ５０９に進み、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒のＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳはステップ５０３において算出されたＳＯｘ 吸放出量ｄＳＯＳが積算される。ステップ５０４における判断が否定される時には、ＳＯｘ 被毒の回復運転は実施されておらず、ステップ５０３で算出されたＳＯｘ 吸放出量ｄＳＯＳは正の値の吸収量となる。こうして、ステップ５０９における積算によってＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳは徐々に増加していく。
【００４３】
次に、ステップ５１０において、ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳが、回復運転を必要とする第一所定量ＳＯＳ１、例えば、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒のＮＯｘ 吸蔵可能量の３０％に達したか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ５１１に進み、回復運転が不要な第二所定量ＳＯＳ２以下となっているか否かが判断される。当初、この判断が肯定されてステップ５１３に進み、フラグＦ３は０とされる。また、当初は、ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳが増加して第二所定量ＳＯＳ２を越えてもフラグＦ３は変更されることなく０のままとされる。
【００４４】
一方、ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳが第一所定量ＳＯＳ１に達すると、ステップ５１０における判断が肯定されてステップ５１２に進み、フラグＦ３は１にセットされ、前述の第四フローチャートによって回復運転が実施される。それにより、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒は６００°Ｃ以上の高温とされ、排気ガス中の酸素濃度が低下されるために、ＳＯｘ が放出されるはずであり、ステップ５０３で算出されるＳＯｘ 吸放出量ｄＳＯＳは、負の値の放出量となる。
【００４５】
しかしながら、実験によって、このような回復運転の開始後の所定時間（例えば、約９０秒程度）は、ＳＯｘ が放出されないことが判った。この理由は、硫酸塩が安定物質であるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度条件（例えば、６００°Ｃ以上）と排気ガスの空燃比状態の条件（ストイキ又はリッチ）が成立して硫酸塩の活性化が開始されるが、実際に分解されてＳＯＸ として放出されるまでに、ある程度の時間を必要とするためであると考えられる。
【００４６】
また、本実施形態においてもそうであるように、一般的にＳＯｘ 被毒の回復処理は、ＳＯｘ 吸蔵量がＮＯｘ 吸蔵可能量の１００％に達してから開始するわけではなく、ＮＯｘ 吸蔵可能量の３０％に達した時のように、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒が依然として十分な吸蔵能力を有した状態で開始される。それにより、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から放出されたＳＯｘ は下流側で直ぐに吸収され、ＳＯｘ は、このような吸放出を繰り返しながら徐々にＮＯｘ 吸蔵還元触媒の下流側へ移動してＮＯｘ 吸蔵還元触媒の最下流部から排気通路へ放出されるために、このＳＯｘ の吸放出を繰り返す時間が前述の所定時間であるとも考えられる。
【００４７】
本実施形態では、回復運転が実施されてステップ５０４における判断が肯定されると、ステップ５０６においてカウント値ｔが１だけ増加され、ステップ５０７において、カウント値ｔが所定時間を示す値ｔ’に達しているか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ＳＯｘ の放出が行われており、ステップ５０３において算出されたＳＯｘ 吸放出量（負の値）ｄＳＯＳを、ステップ５０９においてＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳに積算する。しかしながら、ステップ５０７における判断が否定される時、すなわち、カウント値ｔが所定時間を示す値ｔ’に達する以前は、ステップ５０８において、算出されたＳＯｘ 吸放出量ｄＳＯＳは０とされる。それにより、ステップ５０９において積算が実施されてもＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳは、実際と同様に減少することはない。
【００４８】
こうして、ステップ５０９における積算によって非常に正確にＳＯｘ 吸蔵量を算出することができ、回復運転の実施によってＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳが第二所定値ＳＯＳ２以下となれば、ステップ５１３においてフラグＦ３が０とされるために、第四フローチャートのステップ４０３における判断が肯定されて回復運転は停止される。本フローチャートにおいて、フラグＦ３が０にリセットされる以前、すなわち、依然として回復運転を必要としている時に、例えば、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度低下等によって回復運転条件が不成立となれば、前述したようにステップ５０５においてカウント値ｔは０にリセットされる。それにより、再び回復運転が開始される時にも所定時間はＳＯｘ 吸放出量ｄＳＯＳは０とされるようになっている。すなわち、回復運転を間欠的に実施する場合において、各回復運転の開始から所定時間はＳＯｘ 放出量を０としている。ＮＯｘ 吸蔵還元触媒によっては、回復運転開始後の所定時間において、僅かにＳＯｘ が放出される可能性もある。このような場合には、所定時間のＳＯｘ 放出量を０ではなく僅かな値にする必要がある。いずれにしても、この所定時間においては、ステップ５０３において推定されたＳＯｘ 放出量を大幅に減少させない限り正確なＳＯｘ 吸蔵量を算出することはできない。
【００４９】
また、図７は、フラグＦ３をセットするための第五フローチャートとは異なる第六フローチャートである。これを以下に説明する。本フローチャートも所定実行間隔で繰り返されるものである。まず、ステップ６０１において、ＳＯｘ 被毒の回復運転以外の運転においてＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸蔵されるＳＯｘ 量が積算され、ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳが算出される。この積算には、前述同様に機関運転状態に基づく単位時間当たりの排気ガス中のＳＯｘ 量が考慮される。
【００５０】
次いで、ステップ６０２において、ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳが目標ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳ’に達したか否かが判断される。この目標ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳ’は、例えば、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒５のＮＯｘ 吸蔵可能量の３０％の値である。ステップ６０２における判断が否定される時はステップ６０３に進み、フラグＦ３は０のまま終了する。一方、ステップ６０２における判断が肯定される時にはステップ６０４に進み、フラグＦ３は１にセットされ、ステップ６０５において、ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳは０とされ終了する。
【００５１】
こうして、本フローチャートによってフラグＦ３が１にセットされると、図８に示す第七フローチャートに従ってＳＯｘ 被毒の回復運転実行処理が実行される。まず、ステップ７０１及び７０２において、第四フローチャートと同様に、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度Ｔが６００°Ｃ以上の所定温度Ｔ１以上であるか否かが判断された後に、排気ガスの空燃比状態をストイキ又はリッチの目標空燃比ＡＦｔにする運転が実施される。次いで、ステップ７０３において、カウント値ｔが１だけ増加され、ステップ７０４において、カウント値ｔと所定時間を示す値ｔ’との差ａが算出される。この所定時間は、第五フローチャートで説明した所定時間であり、すなわち、この差ａが負の時にはＳＯｘ の放出は実施されていないこととなる。次いで、ステップ７０９に進む。
【００５２】
一方、ステップ７０１における判断が否定される時、すなわち、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度が低下して回復運転が中断された時には、ステップ７０５に進み、前述の差ａが正であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ７０７において差ａは０とされ、ステップ７０８においてカウント値ｔは０とされ、ステップ７０９に進む。また、差ａが正の場合には、ステップ７０５における判断が肯定されてステップ７０６に進み、当初０にリセットされている差ａの積算値ｂには差ａが加算され、ステップ７０７及び７０８を経てステップ７０９に進む。ステップ７０９では、今回の差ａと現在の積算値ｂとの和ａ＋ｂが所定値Ｂに達したか否かが判断される。この判断が否定される時にはステップ７０１へ戻り、前述のステップ７０１〜７０８の処理が繰り返される。
【００５３】
こうして、例えば、回復運転が連続的である場合には、積算値ｂが増加されることはないが、カウント値ｔと所定時間を示す値ｔ’との差ａが所定値Ｂに達した時に、ステップ７０９における判断が肯定されてステップ７１０に進み、積算値ｂがリセットされ、ステップ７１１においてフラグＦ３が０とされ、回復運転が停止される。すなわち、カウント値ｔに対応する回復運転の実施時間から所定時間を減算した回復運転の有効実施時間が、所定値Ｂに対応する設定時間、すなわち、必要回復処理実施時間に達した時に回復運転が停止されるようになっている。こうして、回復運転は、開始からＳＯｘ が放出されない所定時間を除き、目標ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳ’のＳＯｘ を排気ガスの目標空燃比ＡＦｔで放出させることを可能とする必要回復処理実施時間だけ確実に実施されるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ 被毒を完全に回復させることができる。
【００５４】
また、例えば、回復運転が間欠的である場合には、所定時間以上の回復運転が実施された時にだけ、実施時間から所定時間を減算した有効実施時間を示す値をステップ７０６において積算し、この積算値ｂに、最後の回復運転の有効実施時間を示す今回の差ａを加えて所定値Ｂに達した時に回復運転が停止されるようになっている。こうして、回復運転は、各回復運転の開始からＳＯｘ が放出されない所定時間を除き、目標ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳ’のＳＯｘ を排気ガスの目標空燃比ＡＦｔで放出させることを可能とする必要回復処理実施時間だけ間欠的ではあるが確実に実施されるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ 被毒を完全に回復させることができる。
【００５５】
また、図９は、前述の第七フローチャートの代わりに実行可能なＳＯｘ 被毒の回復運転実行処理を示す第八フローチャートである。本フローチャートのステップ８０１〜８０３は、第七フローチャートのステップ７０１〜７０３と同じであるために説明を省略する。ステップ８０３においてカウント値ｔが１だけ増加された後にステップ８０４において、詳しくは後述されるもう一つのカウント値ｍが１だけ増加される。次いで、ステップ８０５において、カウント値ｔが設定時間に対応する所定値Ｂ’に達したか否かが判断される。この設定時間には、一回の回復運転においてＳＯｘ が放出されない所定時間が加算されている。それにより、回復運転が連続的である場合には、ステップ８０１における判断が否定されることはなく、ステップ８０１〜８０５の処理が繰り返され、カウント値ｔが所定値Ｂ’に達した時にステップ８０６においてカウント値ｔはリセットされ、ステップ８０７においてフラグＦ３は０とされ、回復運転は停止される。こうして、連続的な回復運転は、回復運転の開始からＳＯｘ が放出されない所定時間を含み目標ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳ’のＳＯｘ を排気ガスの目標空燃比ＡＦｔで放出させることを可能とする設定時間、すなわち、必要回復処理実施時間だけ確実に実施されるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ 被毒を完全に回復させることができる。
【００５６】
一方、ステップ８０１における判断が否定される時、すなわち、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒の温度が低下して回復運転が中断された時には、ステップ８０８に進み、前述のカウント値ｍと所定時間を示す値ｔ’との差が正であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、カウント値ｍに対応する回復運転の実施時間の全てはＳＯｘ の放出に有効ではなく、ステップ８０９において、前述の所定値Ｂ’をカウント値ｍだけ増加させる。また、ステップ８０８における判断が肯定される時には、カウント値ｍに対応する回復運転の実施時間のうち所定時間だけがＳＯｘ の放出に有効でないために、ステップ８１０において、前述の所定値Ｂ’を所定時間を示す値ｔ’だけ増加させる。次いで、ステップ８１１において、カウント値ｍを０としてステップ８０５に進む。
【００５７】
このように、回復運転が間欠的である場合には、回復運転が実施される毎に、ＳＯｘ の放出に有効でない実施時間が設定時間に加算されるために、回復運転の積算実施時間が設定時間となれば、目標ＳＯｘ 吸蔵量ＳＯＳ’のＳＯｘ を排気ガスの目標空燃比ＡＦｔで放出させることを可能とする有効時間だけ回復運転が確実に実施されるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ 被毒を完全に回復させることができる。また、本実施形態においては、回復運転の実施時間を積算し、この積算実施時間と、前述のように積算毎に延長される設定時間とを比較して回復運転の停止時期を判断しているが、最初の回復運転の開始からの経過時間を測定し、回復運転が中断される毎に、前述の延長処理に加えて中断時間を設定時間から延長するようにして、経過時間と設定時間とを比較するようにしても良い。第七及び第八フローチャートによれば、燃料消費率を悪化させる回復運転が必要以上に実施されることも防止することができる。
【００５８】
前述した全ての実施形態において、回復運転中のようにＮＯｘ 吸蔵還元触媒が高温となっている時に、排気ガスの空燃比状態をリーンにするような運転が要求された場合には、この運転要求を無視して又は排気行程における二次燃料噴射等によって、排気ガスの空燃比状態はストイキ又はリッチとすることが好ましい。これは、白金Ｐｔのような貴金属が高温時には酸素によってシンダリングを起こして劣化するためであり、白金Ｐｔ等を使用するＮＯｘ ｘ 吸蔵還元触媒が高温の時には排気ガスの空燃比状態をリーンにして高酸素濃度とすることは防止しなければならない。
【００５９】
また、ＳＯｘ 被毒の回復運転において、開始からＳＯｘ が放出されない所定時間は、回復運転における排気ガス中のＳＯｘ 濃度に依存して変化する。これは、排気ガス中のＳＯｘ 濃度が高ければ、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒からＳＯｘ が放出され難くなると共に、新たなＳＯｘ が吸収され易くなるために、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒からＳＯｘ 吸蔵量が減少する実質的なＮＯｘ の放出が起こる前述の所定時間は長くなる。逆に、排気ガス中のＳＯｘ 濃度が低ければ、前述の所定時間は短くなる。排気ガス中のＳＯｘ 濃度は、ＳＯｘ の前駆物質である燃料中の硫黄濃度が高いほど高くなる。
【００６０】
それにより、本実施形態では、図１０に示す第九フローチャートにより、ステップ９０１において、硫黄濃度センサによって、燃料中の硫黄濃度を直接検出し、ステップ９０２において、図１１に示すマップから硫黄濃度に基づき第五フローチャート、第七フローチャート、及び第八フローチャートにおいて使用した所定時間を示す値ｔ’を設定するようになっており、さらに正確にＮＯｘ 吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ 吸蔵量の推定が可能となり、また、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒においてさらに完全にＳＯｘ 被毒を回復させることができる。燃料中の硫黄濃度は、直接的に検出する以外に、燃料の銘柄により開示された値を使用しても良い。また、前述の所定時間は、回復運転を開始する際のＮＯｘ 吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ 吸蔵量にも依存する。すなわち、このＳＯｘ 吸蔵量が少なければ、放出されたＳＯｘ がＮＯｘ 吸蔵還元触媒に再び吸収され易く、所定時間は長くなり、このＳＯｘ 吸蔵量が多ければ、放出されたＳＯｘ がＮＯｘ 吸蔵還元触媒に再び吸収され難く、所定時間は短くなる。それにより、このＳＯｘ 吸蔵量に基づき、第五フローチャート、第七フローチャート、及び第八フローチャートにおける所定時間を示す値ｔ′を設定すれば、さらに正確なＳＯｘ 吸蔵量の推定及びさらに完全なＳＯｘ 被毒回復が実現することができる。
【００６１】
【発明の効果】
このように、本発明による内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、少なくとも排気ガスの状態に基づき、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒への単位時間当たりの被毒物質の吸収量及びＮＯｘ 吸蔵還元触媒からの単位時間当たりの被毒物質の放出量を算出してＮＯｘ 吸蔵還元触媒における被毒物質の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段と、吸蔵量推定手段により推定された被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時にＮＯｘ 吸蔵還元触媒から被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段、とを具備し、回復手段による回復処理の実行開始から所定時間が経過するまでは、算出された単位時間当たりの被毒物質の放出量を大幅に減少させるようになっているために、回復運転における実際の被毒物質の放出現象と同様な推定が実施され、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒に吸蔵された被毒物質量を正確に推定することが可能となる。
【００６２】
また、本発明によるもう一つの内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時にＮＯｘ 吸蔵還元触媒から被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段とを具備し、積算手段が、回復手段によって回復処理が実行開始から所定時間を越えて継続的に実施される時に、所定時間を越える分の回復処理の実施時間を積算するために、この積算時間は、回復処理における実際の被毒物質の放出に有効な実施時間の積算値となっている。こうして、この積算時間が、所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に停止手段が回復手段による回復処理を停止することにより、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における良好な被毒回復を実現することができる。
【００６３】
また、本発明によるもう一つの内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時にＮＯｘ 吸蔵還元触媒から被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段と、回復処理の実際の実施時間を積算する積算手段と、積算手段により積算された実施時間が、所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に回復手段による回復処理を停止する停止手段とを具備し、延長手段が、積算手段による実施時間の積算毎に必要回復処理実施時間を延長するために、各回復処理における実際の被毒物質の放出に有効でない時間が、当初設定された必要回復処理実施時間から延長される。こうして、積算実施時間が、この必要回復処理実施時間となった時に停止手段が回復手段による回復処理を停止することにより、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における良好な被毒回復を実現することができる。
【００６４】
また、本発明によるもう一つの内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時にＮＯｘ 吸蔵還元触媒から被毒物質を放出させるための回復処理を開始する回復手段と、回復手段による回復処理の開始からの経過時間を測定する測定手段と、測定手段により測定された経過時間が、所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に回復手段による回復処理を停止する停止手段とを具備し、延長手段が、回復手段による回復処理が中断する毎に、回復処理の中断時間以上に必要回復処理実施時間を延長するために、当初設定された必要回復処理実施時間から回復処理の中断時間が延長されると共に回復処理における実際の被毒物質の放出に有効でない時間が延長される。こうして、経過時間が、この必要回復処理実施時間となった時に停止手段が回復手段による回復処理を停止することにより、ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における良好な被毒回復を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気浄化装置が取り付けられた内燃機関の排気系を示す概略図である。
【図２】機関運転状態を制御するための第一フローチャートである。
【図３】リッチスパイク実行処理のためのフラグＦ２をセットするための第二フローチャートである。
【図４】リッチスパイク実行処理のための第三フローチャートである。
【図５】回復運転実行処理のための第四フローチャートである。
【図６】第四フローチャートに関連する回復運転実行処理のためのフラグＦ３をセットするための第五フローチャートである。
【図７】第七及び第八フローチャートに関連する回復運転実行処理のためのフラグＦ３をセットするための第六フローチャートである。
【図８】回復運転実行処理のためのもう一つの第七フローチャートである。
【図９】回復運転実行処理のためのさらにもう一つの第八フローチャートである。
【図１０】第五、第七、及び第八フローチャートに使用される所定時間を示す値ｔ’を設定するための第九フローチャートである。
【図１１】第九フローチャートで使用される所定時間を示す値ｔ’を設定するためのマップである。
【符号の説明】
１…内燃機関
５…ＮＯｘ 吸蔵還元触媒
６…第一空燃比センサ
７…第二空燃比センサ
２０…制御装置
Claims (6)
- 排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、少なくとも排気ガスの状態に基づき、前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒への単位時間当たりの前記被毒物質の吸収量及び前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒からの単位時間当たりの前記被毒物質の放出量を算出して前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段と、前記吸蔵量推定手段により推定された前記被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時に前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から前記被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段、とを具備し、前記回復手段による前記回復処理の実行開始から所定時間が経過するまでは、算出された単位時間当たりの前記被毒物質の放出量を大幅に減少させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時に前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から前記被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段と、前記回復手段によって前記回復処理が実行開始から所定時間を越えて継続的に実施される時に、前記所定時間を越える分の前記回復処理の実施時間を積算する積算手段と、前記積算手段により積算された時間が、前記所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に前記回復手段による前記回復処理を停止する停止手段、とを具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 燃料中における前記被毒物質の前駆物質濃度に応じて前記所定時間を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記所定吸蔵量に基づき前記所定時間を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時に前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から前記被毒物質を放出させるための回復処理を実施する回復手段と、前記回復処理の実際の実施時間を積算する積算手段と、前記積算手段により積算された実施時間が、前記所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に前記回復手段による前記回復処理を停止する停止手段と、前記積算手段による前記実施時間の積算毎に前記必要回復処理実施時間を延長する延長手段、とを具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 排気ガスがリーン状態の時にＮＯｘ 及び被毒物質を吸蔵するＮＯｘ 吸蔵還元触媒と、前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量が所定吸蔵量となった時に前記ＮＯｘ 吸蔵還元触媒から前記被毒物質を放出させるための回復処理を開始する回復手段と、前記回復手段による前記回復処理の開始からの経過時間を測定する測定手段と、前記測定手段により測定された前記経過時間が、前記所定吸蔵量に基づき設定された必要回復処理実施時間となった時に前記回復手段による前記回復処理を停止する停止手段と、前記回復手段による前記回復処理が中断する毎に、前記回復処理の中断時間以上に前記必要回復処理実施時間を延長する延長手段、とを具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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