JP2010127146A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関停止時に効率的にＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する。
【解決手段】機関排気通路内に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３を配置し、排気通路１２内に燃料を添加してＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする燃料添加弁１６を具備した内燃機関の排気浄化装置において、機関停止要求があったとき、機関停止処理が燃焼室内への燃料供給を停止して機関運転を停止させ、機関停止処理中に燃料添加弁１６から燃料を添加すると共に、このとき形成されるリッチ空燃比の排気ガス部分がＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に滞留するように燃料添加時期を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

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を還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置した内燃機関の排気浄化装置において、機関停止要求とＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵したＮＯｘの還元浄化要求が同時にあった場合に、ＮＯｘの還元浄化処理を優先し、機関停止をその間遅延させるように制御する内燃機関の排気浄化装置が公知である（特許文献１参照）。

特開２００３−４１９６８号公報

しかし、この内燃機関によれば、機関停止要求にも関わらず機関停止を遅延させているため、還元剤として燃料を用いている場合には、その間の運転による排気ガスの存在によって空燃比をリッチにするための燃料が余分に必要となり、燃費向上の観点から好ましくない。また、還元浄化処理が完了するまで機関運転が継続されるため、そのための燃料も余分に必要となり、改善の余地がある。

そこで本発明は、機関停止時に効率的にＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために請求項１に記載の発明によれば、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を還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置し、燃焼室内又は排気通路内に燃料を添加してＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする燃料添加手段を具備した内燃機関の排気浄化装置において、機関停止要求があったとき、機関停止処理が燃焼室内への燃料供給を停止して機関運転を停止させ、前記機関停止処理中に燃料添加手段から燃料を添加すると共に、このとき形成されるリッチ空燃比の排気ガス部分がＮＯｘ吸蔵還元触媒内に滞留するように燃料添加時期を設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項１に記載の発明では、通常、機関運転中に吸蔵したＮＯｘの還元浄化処理が行われるのに対して、機関停止中に還元浄化処理が行われるため、その分の燃費が向上するという効果を奏する。また、リッチ空燃比の排気ガス部分がＮＯｘ吸蔵還元触媒内に滞留するため、ＮＯｘを還元浄化する時間を十分にとることができ、浄化効率の向上を図ることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、車両の運動エネルギを電気エネルギの形で回生するための回生手段と、回生された電気エネルギを蓄電する蓄電手段と、蓄電された電気エネルギで車両を駆動する駆動手段とを更に具備し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒内のＮＯｘを還元浄化すべきときに、前記機関停止処理を実行し、機関停止後は前記駆動手段によって車両を駆動することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項２に記載の発明では、蓄電された電気エネルギで車両を駆動させることが可能なため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒内のＮＯｘを還元浄化すべきときには、例え走行中であっても燃費の良い還元浄化処理を行うことが可能となる。

また、請求項３に記載の発明によれば請求項１又は２に記載の発明において、前記機関停止処理中に機関負荷を調節可能な手段を更に具備し、前記燃料添加手段は燃焼室内に燃料を添加して混合気の空燃比をリッチにすることによってＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにし、前記機関停止処理中に燃料添加手段から燃料を添加するときには、燃焼温度が排気ガス中のＣＯ生成量を要求量よりも多くするのに必要な温度よりも高くなるように機関負荷を一時的に増大させると共に、余剰負荷を回生手段によって回生することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項３に記載の発明では、還元剤として、燃料よりも還元性の高いＣＯ（一酸化炭素）を用いることによって、より短時間で還元浄化処理を行うことが可能となる。また、機関負荷の調整が可能であるため、ＣＯ生成に必要な燃焼温度を容易に得ることができ、その際に余剰な負荷は、回生手段によって回生することができるため、無駄の少ない還元浄化処理を行うことが可能となる。

また、請求項４に記載の発明によれば請求項１から３のいずれか１つに記載の発明において、前記燃焼室内への燃料供給の停止時期が、排気ガスの温度が高いほど、前記燃料添加手段からの燃料添加後より早い時期に設定されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項４に記載の発明では、排気ガスの温度が高い場合において、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒を通り過ぎてしまうことを防止することが可能となる。つまり、排気ガスの温度が低い場合には、排気通路内壁面に燃料が付着したり排気ガスの流速自体が遅かったりするため、添加された燃料を含む排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒に到達するのにより時間がかかる。一方、排気ガスの温度が高い場合には、低い場合に比べて、添加された燃料を含む排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒に早く到達してしまうため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を通り過ぎてしまう場合もある。そこで、排気ガスの温度が高い場合には、燃料添加手段からの燃料添加後、より早い時期で燃焼室内への燃料供給の停止を行い、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒を通り過ぎてしまうことを防止する。

また、請求項５に記載の発明によれば請求項１から４のいずれか１つに記載の発明において、前記燃料添加手段が機関運転によって添加圧力を得る機構を有し、前記燃焼室内への燃料供給の停止後に燃料添加手段から燃料添加を行う時間が、排気ガスの温度が高いほど、より長く設定されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項５に記載の発明では、排気ガスの温度が高い場合において、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒を通り過ぎてしまうことを防止することが可能となる。上述のように、排気ガスの温度が高い場合には、低い場合に比べて、添加された燃料を含む排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒に早く到達してしまうため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を通り過ぎてしまう場合もある。ここで、燃焼室内への燃料供給の停止後に燃料添加手段から燃料添加を行うと、添加圧力が徐々に低下し、添加された燃料が十分に霧化しないため、排気通路内壁面に燃料が付着し、排気ガスの流速が減衰する。そこで、排気ガスの温度が高い場合には、燃料供給の停止後に燃料添加手段から燃料添加を行い、排気ガスの流速を減衰させることによって、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒を通り過ぎてしまうことを防止する。

また、請求項６に記載の発明によれば請求項１から５のいずれか１つに記載の発明において、排気ガス量を調整する排気ガス量調整手段を更に具備し、前記機関停止処理中に排気ガスの温度が低いほど排気ガス量を増量することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項６に記載の発明では、排気ガスの流速が遅い低温の場合において、排気ガス量を増量することによって、流速を早くし、リッチ空燃比の排気ガスがより早くＮＯｘ吸蔵還元触媒に到達できるようにしている。

また、請求項７に記載の発明によれば請求項１から６のいずれか１つに記載の発明において、吸入空気量を調整し、機関停止時には全閉する吸気量調整弁を更に具備し、前記機関停止処理中に前記吸気量調整弁が、全閉した後再び開いて前記吸気量調整弁下流の負圧の発生を抑制することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項７に記載の発明では、吸気量調整弁下流に負圧が発生してしまうと、燃料添加手段から添加した燃料が逆流してしまう場合があるため、吸気量調整弁を全閉した後に再び開くことによって、負圧の発生を抑制し、リッチ空燃比の排気ガスが確実にＮＯｘ吸蔵還元触媒に到達できるようにする。

また、請求項８に記載の発明によれば請求項１から６のいずれか１つに記載の発明において、吸入空気量を調整し、機関停止時には全閉する吸気量調整弁を更に具備すると共に、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒下流の排気通路と前記吸気量調整弁下流の吸気通路とを排気ガス再循環通路によって接続すると共に排気ガス再循環通路内に排気ガス再循環制御弁を配置し、前記機関停止処理中に前記吸気量調整弁が全閉した後、前記排気ガス再循環制御弁を開いて排気ガスを再循環させ、前記吸気量調整弁下流の負圧の発生を抑制することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項８に記載の発明では、上述のように吸気量調整弁下流の負圧の発生を防止するため、排気ガスを再循環させている。そのため、請求項７に記載の発明による負圧発生の防止方法に比べて、排気ガスを再循環させている分、排気ガス中の酸素が少なく、従って、より燃費のよいＮＯｘの還元浄化処理を行うことが可能となる。

また、請求項９に記載の発明によれば請求項１から８のいずれか１つに記載の発明において、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内のＮＯｘの還元浄化後、ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に残存する燃料量を推定する手段を更に具備し、機関再始動時、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を、推定された残存燃料量を浄化可能なリーン空燃比に調整することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項９に記載の発明では、ＮＯｘの還元浄化処理で使用されなかった余剰の燃料を酸化し、排気性状の悪化を防止することが可能となる。

また、請求項１０に記載の発明によれば請求項１から９のいずれか１つに記載の発明において、前記機関停止が、燃焼室内の空燃比を過度にリッチにし失火させることで行われることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項１０に記載の発明では、排気ガスの大部分がリッチ空燃比となっているため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に滞留する排気ガスの空燃比を確実にリッチにすることが可能となる。

各請求項に記載の発明によれば、機関停止時に効率的にＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化することが可能となり、燃費が向上するという共通の効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置について説明する。以下に示す実施形態では、本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式内燃機関に適用することもできる。

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内にそれぞれ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それぞれ示す。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を検出するためのエアフローメータ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って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に示される実施形態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。

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の出口は排気通路１２を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の入口に連結される。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の出口は、排気管１４を介して酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタ１５に連結される。更に、排気通路１２には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の上流排気通路内に燃料を添加する燃料添加弁１６が取り付けられる。本実施形態において、燃料添加弁１６から添加される燃料には軽油を用いる。なお、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の上流排気通路内に酸化触媒を更に配置してもよく、パティキュレートフィルタ１５に酸化触媒を担持させる代わりに、パティキュレートフィルタ１５の上流排気通路内であってＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の下流排気通路内に酸化触媒を備えてもよい。

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１７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１７内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１８が配置される。また、ＥＧＲ通路１７周りにはＥＧＲ通路１７内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１９が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置１９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２０を介してコモンレール２１に連結される。このコモンレール２１内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２２から燃料が供給され、コモンレール２１内に供給された燃料は各燃料供給管２０を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３はその温度を検出するための温度センサ２４を備え、排気管１４にはパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２５が取り付けられる。パティキュレートフィルタ１５には、その前後差圧を検出するための差圧センサ２６が配置される。温度センサ２４、空燃比センサ２５、差圧センサ２６及びエアフローメータ８の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。

アクセルペダル４９にはアクセルペダル４９の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５０が接続され、負荷センサ５０の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５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５１が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０駆動用ステップモータ、燃料添加弁１６、ＥＧＲ制御弁１８及び燃料ポンプ２２に接続される。

図２はＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の構造を示している。図２に示される実施形態ではＮＯｘ吸蔵還元触媒１３はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁６０によって互いに分離された複数個の排気ガス流通路６１を具備する。各隔壁６０の両側表面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３（Ａ）及び（Ｂ）はこの触媒担体６５の表面部分の断面を図解的に示している。図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように触媒担体６５の表面上には貴金属触媒６６が分散して担持されており、更に触媒担体６５の表面上にはＮＯｘ吸収剤６７の層が形成されている。

本発明による実施形態では貴金属触媒６６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤６７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。

機関吸気通路、燃焼室２及び上流側の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤６７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を放出し還元浄化するＮＯｘの吸放出作用を行う。

即ち、ＮＯｘ吸収剤６７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３（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ６６上において酸化されてＮＯ₂となり、次いでＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯｘ吸収剤６７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ６６の表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、図３（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸収剤６７内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形でＮＯｘ吸収剤６７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によって還元される。

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６７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６７のＮＯｘ吸収能力が飽和してしまい、ＮＯｘ吸収剤６７によって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形態ではＮＯｘ吸収剤６７の吸収能力が飽和する前に燃料添加弁１６から燃料を添加することによって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６７からＮＯｘを放出させるようにしている。

一方、図４（Ａ）及び（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１５の構造を示している。なお、図４（Ａ）はパティキュレートフィルタ１５の正面図を示しており、図４（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１５の側面断面図を示している。図４（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ１５はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路７０，７１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓７２によって閉塞された排気ガス流入通路７０と、上流端が栓７３によって閉塞された排気ガス流出通路７１とによって構成される。なお、図４（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓７３を示している。従って排気ガス流入通路７０及び排気ガス流出通路７１は薄肉の隔壁７４を介して交互に配置される。言い換えると排気ガス流入通路７０及び排気ガス流出通路７１は各排気ガス流入通路７０が４つの排気ガス流出通路７１によって包囲され、各排気ガス流出通路７１が４つの排気ガス流入通路７０によって包囲されるように配置される。

パティキュレートフィルタ１５は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路７０内に流入した排気ガスは図４（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス流出通路７１内に流出する。本発明による実施形態では各排気ガス流入通路７０及び各排気ガス流出通路７１の周壁面、即ち各隔壁７４の両側表面上及び隔壁７４内の細孔内壁面上にも例えば白金Ｐｔ等の貴金属を担持している。

一方、排気ガス中に含まれるパティキュレート、即ち粒子状物質はパティキュレートフィルタ１５上に捕集され、順次酸化される。しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ１５上に次第に堆積し、この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう。従って粒子状物質の堆積量が増大したときには堆積した粒子状物質を除去しなければならない。この場合、空気過剰のもとでパティキュレートフィルタ１５の温度をほぼ６００℃以上に維持すると堆積した粒子状物質は酸化され、除去される。

図５は、本発明による機関停止処理について説明するための図である。図５において、一番上の図は、回転数の変化を表している。機関停止要求があった場合、機関停止処理が行われ、燃焼室内への燃料供給停止と共に機関回転数Ｎｅが低下し、最終的に機関が停止する。機関停止処理の中で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に一時的に変化させるためのリッチ処理が行われる。

本実施形態において、リッチ処理は、燃料添加弁１６から燃料を添加することによって行われる。図５の状態Ｉに示されるように、添加され霧化した燃料を含むリッチ空燃比の排気ガスＦは、すぐにはＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に到達しない。排気通路１２の長さや排気ガスの流速、排気通路の内壁面の状況に起因する流れ抵抗等その他要因によって、所定時間経過後にＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に到達する。従って、燃料添加時期及び／又は燃料供給停止時期を調整することによって、図５の状態ＩＩに示されるように、リッチ空燃比の排気ガスＦを、機関停止後にＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に滞留させることが可能となる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に滞留したリッチ空燃比の排気ガスＦは、機関停止後であっても吸蔵されたＮＯｘを還元浄化することが可能である。即ち、図５の一番下に示す図のように、吸蔵されたＮＯｘ量ΣＮＯＸを減少させることが可能である。従って本発明によれば、例えば、特許文献１に記載の発明のように、機関停止時期を遅延させる必要がないため、燃費の向上が図れるという利点がある。

本発明による機関停止要求とは、運転者からの明示的な機関停止要求のみならず、車両に予め設定された条件が成立した場合になされる機関停止要求も含まれる。即ち、イグニッションをオフ、後述するハイブリッド車両において機関出力の駆動モードからモータ出力の駆動モードへの切替要求、停止信号等で車両が停止中において燃費向上のための所定条件成立時の機関停止要求等が含まれる。

図６は、リッチ処理開始からの経過時間と空燃比センサ２５によって検出される空燃比ＡＦとの関係を示す図である。目標とするリッチ空燃比をＡＦＴとすると、例えば排気ガスの温度が比較的高温の場合、リッチ処理開始、即ち燃料添加弁１６からの燃料添加の開始から、空燃比がＡＦＨまで低下した時間ｔＨ経過後に燃料供給停止を行う。そうすると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に目標空燃比ＡＦＴの排気ガスを滞留させることが可能となる。同様に、排気ガスの温度が比較的低温の場合、リッチ処理開始から、空燃比がＡＦＬまで低下した時間ｔＬ経過後に燃料供給停止を行うと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に目標空燃比ＡＦＴの排気ガスを滞留させることが可能となる。

即ち、排気ガスの温度が低い場合には、排気通路１２内壁面に燃料が付着したり排気ガスの流速自体が遅かったりするため、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に到達するのにより時間がかかる。一方、排気ガスの温度が高い場合には、低い場合に比べて、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に早く到達してしまうため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３を通り過ぎてしまう場合もある。そこで、排気ガスの温度が高い場合には、燃料添加弁１６からの燃料添加後、より早い時期で燃焼室内への燃料供給の停止を行い、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒１３を通り過ぎてしまうことを防止する。

なお、排気ガスの温度Ｔｅは、機関回転数Ｎｅ及び機関負荷ＫＬの関数として図７に示すマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。また、排気ガスの温度Ｔｅは、温度センサ２４によって検出されるＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の触媒温度Ｔｎから推定してもよく、その他の温度、例えば、排気通路１２の内壁面の温度等を考慮して求めても良い。

以上より、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に目標空燃比ＡＦＴの排気ガスを滞留させるために、推定された排気ガスの温度Ｔｅに対応する燃料供給停止を行うべき空燃比ＡＦＳが存在する。そして、排気ガスの温度Ｔｅと燃料供給停止を行うべき空燃比ＡＦＳとの関係は、関数として図８に示すマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶する。図７及び８に示すマップを用いれば、推定した排気ガスの温度Ｔｅに応じて、リッチ空燃比の排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に滞留させるための、燃料供給停止時期を空燃比ＡＦＳで以て設定することが可能となる。なお、当然のことながら図８に示すマップは、排気ガスの温度Ｔｅ及び燃料添加弁１６からの最初の燃料添加からの時間の関数として表すことも可能である。

図９は、本発明の１番目の実施形態による機関停止処理操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０に対して機関停止要求があったときに実行されるルーチンとして行われる。

まず、ステップ１０１では、図７及び図８に示すマップに基づいて、排気ガスの温度Ｔｅ及び燃料添加すべき空燃比ＡＦＳの算出が行われ、ステップ１０２へと進む。次いで、ステップ１０２では、リッチ処理を行うと共に実際の空燃比ＡＦが算出された空燃比となった時に燃料供給停止を行い、ルーチンを終了する。その後、機関停止中に吸蔵したＮＯｘの還元浄化が行われる。

本実施形態では、リッチ処理において、リッチ空燃比の排気ガスを形成するため、燃料添加弁１６から燃料を添加したが、その代わりに、圧縮上死点付近で行われる主噴射よりも後に行われ、ＨＣが排気ガス中に含まれるように噴射する燃料噴射を行うようにしてもよい。また、燃料添加弁１６からの燃料添加の代わりにＣＯ(一酸化炭素）を含む排気ガスを生成し、リッチ空燃比の排気ガスを生成してもよい。ＣＯは、燃料よりも還元性が高く、燃焼室の混合気の空燃比をリッチにし高温で燃焼させることによって生成することができる。

図１０に別の実施形態による圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。図１０に示す圧縮着火式内燃機関は、基本的な構成は図１に示す圧縮着火式内燃機関と同じであるが、いわゆるハイブリッド車両の構成であるモータ又は発電機として作用する回生装置３０が更に設けられている。従って本実施形態では、機関出力による駆動モードとモータ出力による駆動モードとを切替運転可能となっている。なお、本実施形態は、図１に示す内燃機関にハイブリッド車両の構成を加えたものであるので、図１に示す内燃機関の上記特徴を全て包含し、図９に示した機関停止処理操作についても同様に適用可能であり、更に以下の特徴を備える。

この回生装置３０の入出力シャフト３１は電磁クラッチ３２を介してクランクシャフト３３に接続される。回生装置３０をモータとして作用させるべきとき、即ちモータ出力による駆動モードにすべきときには電磁クラッチ３２がオンにされて回生装置３０がクランクシャフト３３に連結され、このとき回生装置３０は電源として作用する蓄電池３４からの電気エネルギによって入出力シャフト３１を回転駆動し、クランクシャフト３３を回転駆動する。これに対して、回生装置３０を発電機として作用させるべきとき、即ち機関出力による駆動モードにすべきときには電磁クラッチ３２がオンにされて回生装置３０がクランクシャフト３３に連結され、このとき回生装置３０はクランクシャフト３３によって入出力シャフト３１が回転駆動されて発電し、即ち車両の運動エネルギを電気エネルギの形で回生し、エネルギ回生作用が行われる。この電気エネルギは蓄電池３４に蓄えられる。

蓄電池３４には蓄電池３４に蓄えられている電気エネルギの量即ち蓄電量に比例した出力電圧を発生する蓄電量センサ５１が取り付けられ、この出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して回生装置３０及び電磁クラッチ３２にそれぞれ接続される。

本実施形態によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化すべきときであって、モータ駆動が可能な時間ｔＭＯＴが吸蔵したＮＯｘの還元浄化に必要な時間ｔＮＯＸよりも長い場合には、駆動モードを機関出力からモータ出力へ切り替える。その切替時において、図５を参照しながら説明したような、本発明による機関停止処理を用いることが可能となる。即ち、駆動モードをモータ出力へ切り替える際に、機関出力を停止させる必要がある。そこで、燃料供給停止させる前にリッチ処理を行い、燃料停止時にリッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に滞留するようにする。その結果、例え走行中であったとしても、モータ駆動が可能な時間ｔＭＯＴが吸蔵したＮＯｘの還元浄化に必要な時間ｔＮＯＸよりも長い場合には、車両を停止させることなく、吸蔵したＮＯｘを還元浄化することが可能となる。

なお、吸蔵したＮＯｘを還元浄化すべきときであって、モータ駆動が可能な時間ｔＭＯＴがＮＯｘの還元浄化に必要な時間ｔＮＯＸよりも短い場合であっても、駆動モードをモータ出力へ切り替え、可能な限りモータ出力で駆動させてもよい。この場合、ＮＯｘの還元浄化が完全に終了する前に、駆動モードを機関出力に戻さざるを得ないが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の吸蔵能力の一部を回復させることが可能となる。

モータ駆動が可能な時間ｔＭＯＴは、現在の機関負荷ＫＬ及び蓄電量、又は機関負荷の変化率及び蓄電量に基づいて算出することが可能である。また、吸蔵したＮＯｘの還元浄化に必要な時間ｔＮＯＸは、吸蔵されたＮＯｘ量ΣＮＯＸ及びＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の触媒温度のマップか、又は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３のＮＯｘの吸蔵及び還元挙動をモデル化したモデル式によって算出することが可能である。

ここでＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に吸蔵されたＮＯｘ量ΣＮＯＸを推定する方法について説明する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に単位時間当たり吸蔵されるＮＯｘ量ＮＯＸＡが機関負荷ＫＬ及び機関回転数Ｎｅの関数として図１１に示すマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されており、このＮＯｘ量ＮＯＸＡを積算することによってＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に吸蔵されたＮＯｘ量ΣＮＯＸが算出される。

なお、上述のＮＯｘを還元浄化すべきときとは、吸蔵されたＮＯｘ量ΣＮＯＸが予め定められた許容値ＮＸ以上であって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３がＮＯｘを還元浄化可能な温度である活性化温度Ｔ０以上にある場合をいう。

図１２は、本発明の２番目の実施形態による機関停止処理操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。

まず、ステップ２０１では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の触媒温度Ｔｎが読み込まれ、ステップ２０２へと進む。次いでステップ２０２では、図１１に示すマップに基づいてＮＯＸＡを算出し、ステップ２０３へと進む。次いでステップ２０３では、ステップ２０２において算出したＮＯＸＡにＮＯｘ量ΣＮＯＸを積算し、ステップ２０４へと進む。次いでステップ２０４では、ステップ２０３において積算したＮＯｘ量ΣＮＯＸが予め定められた許容値ＮＸより大きいか否かが判定される。ＮＯｘ量ΣＮＯＸが許容値ＮＸ以下の場合には、リッチ処理を行わずにルーチンを終了する。

一方、ステップ２０４において、ＮＯｘ量ΣＮＯＸが許容値ＮＸよりも大きい場合には、ステップ２０５へと進む。次いで、ステップ２０５では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の触媒温度Ｔｎが活性化温度Ｔ０よりも大きいか否かが判定される。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の触媒温度Ｔｎが活性化温度Ｔ０より小さい場合には、リッチ処理を行わずにルーチンを終了する。

一方、ステップ２０５において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の触媒温度Ｔｎが活性化温度Ｔ０以上である場合には、ステップ２０６へと進む。次いで、ステップ２０６では、モータ駆動が可能な時間ｔＭＯＴ及びＮＯｘの還元浄化に必要な時間ｔＮＯＸを算出し、ステップ２０７へと進む。次いでステップ２０７では、モータ駆動が可能な時間ｔＭＯＴがＮＯｘの還元浄化に必要な時間ｔＮＯＸよりも長いか否かが判定される。モータ駆動が可能な時間ｔＭＯＴがＮＯｘの還元浄化に必要な時間ｔＮＯＸ以下の場合には、リッチ処理を行わずにルーチンを終了する。

一方、ステップ２０７において、モータ駆動が可能な時間ｔＭＯＴがＮＯｘの還元浄化に必要な時間ｔＮＯＸよりも長い場合には、ステップ２０８へと進む。次いでステップ２０８では、リッチ処理を行うと共に、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に滞留するように燃料供給停止を行い、ステップ２０９へと進む。次いでステップ２０９では、モータ出力による走行に駆動モードを切り替え、ルーチンを終了する。機関停止中、即ちモータ出力による走行中にＮＯｘの還元浄化が行われる。

続いて、図１０に示す圧縮着火式内燃機関において、還元剤としてＣＯ(一酸化炭素）を用いた別の実施形態について説明する。上述のように燃焼室内の燃焼によってＣＯを発生させるためには、リッチ空燃比の混合気をより高温で燃焼させる必要がある。燃焼温度は機関負荷ＫＬに比例していることから、本実施形態では、機関負荷ＫＬに着目することによって燃焼室内の燃焼状態を推定する。従って、機関負荷ＫＬが、ＮＯｘの還元浄化のために十分な量のＣＯを生成する温度に相当する負荷ＫＸに満たない場合には、機関負荷を上昇させ、それによってＣＯを増量し、リッチ処理を行う。更に、機関負荷ＫＬの上昇分は、本来不必要な運動エネルギであるため、余剰分としてそれを回生装置３０によって電気エネルギの形で回生する。

図１３は、本発明の３番目の実施形態による機関停止処理操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０に対して機関停止要求があったときに実行されるルーチンとして行われる。

まず、ステップ３０１では、機関負荷ＫＬが読み込まれ、ステップ３０２へと進む。次いでステップ３０２では、ステップ３０１で読み込んだ機関負荷ＫＬが要求量のＣＯを生成する温度に相当する負荷ＫＸよりも大きいか否かが判定される。機関負荷ＫＬが負荷ＫＸ以下の場合には、ステップ３０３へと進む。次いでステップ３０３では、機関負荷を意図的に上昇させる機関負荷上昇処理が行われると共に上昇させた余剰な機関負荷を回生装置３０によって電気エネルギの形で回生し、再びステップ３０１へと戻る。

一方、ステップ３０２において、機関負荷ＫＬが負荷ＫＸよりも大きい場合には、ステップ３０４へと進む。次いでステップ３０４では、ＣＯを発生させることによるリッチ処理を行うと共に、ＣＯを含むリッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に滞留するように燃料供給停止を行い、ルーチンを終了する。

本実施形態による機関停止処理操作は、図１２に示す機関停止処理操作の一部として実行してもよい。この場合、図１２に示す機関停止処理操作のステップ２０７において、モータ駆動が可能な時間ｔＭＯＴがＮＯｘの還元浄化に必要な時間ｔＮＯＸよりも長い場合の後続処理として行われる。即ち、図１２のステップ２０８以降の処理の代わりに、図１３のステップ３０１以降の処理を行うようにしてもよい。

以下に示す実施形態は、その構成及び操作等、図１及び図１０に示す内燃機関に共通に適用することが可能である。

図１４は、燃料添加弁１６の図示しない燃料供給ポンプが、機関回転によってその添加圧力Ｐｆを得る機構を有する場合の実施形態において、機関回転数Ｎｅ及び添加圧力Ｐｆとの関係を示す図である。本実施形態において、図５に示すように、機関停止要求があった場合に燃料供給停止と共に機関回転数Ｎｅが減少するが、このとき燃料添加を行うと、燃料添加弁１６の添加圧力Ｐｆも徐々に減少する。これは、燃料添加弁１６の燃料供給ポンプが機関回転数Ｎｅに応じて添加圧力Ｐｆを得ているため、燃料供給停止後に燃料添加を行うと、添加圧力Ｐｆを回復させることができないからである。低い添加圧力Ｐｆで添加された燃料は噴霧が十分に霧化せず、排気通路１２内壁面への燃料の付着量が増加する。その結果、流れ抵抗が増加し、燃料を含むリッチ空燃比の排気ガスの流速は遅くなる。

本実施形態では、この添加圧力Ｐｆの減少を利用した燃料添加を実施する。即ち、排気ガスの温度Ｔｅが高温であるほど、燃料供給停止後に燃料添加を行う時間をより長く、即ち燃料添加弁１６から添加すべき燃料の一部をより多く添加する。その結果、上述のように、排気ガスの流速が遅くなり、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒１３を通り過ぎてしまうことが防止され、最終的に機関停止後にＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内にリッチ空燃比の排気ガスを滞留させるよう調整することが可能となる。燃料供給停止後の燃料添加時間ｔａｆは排気ガスの温度Ｔｅの関数として予め計算又は実験によって求め、マップの形でＲＯＭ４２に記憶されている。

図１５は、本発明の４番目の実施形態による機関停止処理操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０に対して機関停止要求があったときに実行されるルーチンとして行われる。

まず、ステップ４０１では、排気ガスの温度Ｔｅ及び燃料供給停止後の燃料添加時間ｔａｆの算出が行われ、ステップ４０２へと進む。次いでステップ４０２では、ステップ４０１で算出した燃料添加時間ｔａｆに基づいて、リッチ処理を行うと共に燃料供給停止を行い、ルーチンを終了する。

ところで、上述のように燃料供給停止後に燃料添加弁１６から燃料を添加すると、機関再始動時に燃料を添加する場合に、必要な添加圧力を確保できない場合がある。そのような場合に、燃料添加を行うと、燃料が十分霧化せずそのまま大気中に排出され、排気性状の悪化等の問題が生じる。そこで、機関再始動後に、リッチ処理要求があった場合において、必要な添加圧力ＰＸを確保できないと判断された場合には、燃料添加弁１６からの燃料添加等による空燃比制御を禁止する処理を行う。

図１６は、リッチ処理操作のフローチャートである。この操作は、機関停止処理操作において実行されるルーチンとして行われる。

まず、ステップ５０１では、燃料添加弁１６の添加圧力Ｐｆの算出が行われ、ステップ５０２へと進む。添加圧力Ｐｆの算出は、前回機関停止処理において、燃料供給停止後に行われた燃料添加時間に基づいて算出される。次いでステップ５０２では、ステップ５０１で算出された添加圧力Ｐｆが必要な添加圧力ＰＸより大きいか否かが判定される。添加圧力Ｐｆが必要な添加圧力ＰＸ以下である場合には、排気ガスの空燃比を一時的にリッチにする空燃比制御を行うことなく、ルーチンを終了する。

一方、ステップ５０２において、添加圧力Ｐｆが必要な添加圧力ＰＸよりも大きい場合には、ステップ５０３へと進む。次いでステップ５０３では、排気ガスの空燃比を一時的にリッチにする空燃比制御を行い、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化し、ルーチンを終了する。

ところで、機関停止処理において、振動対策としてスロットル弁１０を全閉にすることを通常行われている。しかし、スロットル弁１０を全閉することによって、スロットル弁１０下流の吸気通路内及び燃焼室内に負圧が発生し、リッチ処理において添加した燃料を含む排気ガスが逆流してしまい、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内にリッチ空燃比の排気ガスを滞留させることができなくなってしまう場合がある。

そこで、機関停止処理において、全閉したスロットル弁１０を、一旦全開し、その後徐々に閉じるように、スロットル弁１０の制御を行う。それによって、負圧の発生が抑制され逆流が防止されると共に、リッチ空燃比の排気ガスの流速を調整し、最終的に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に滞留することが可能となる。具体的には、スロットル弁１０を全閉後の排気ガスの逆流の程度と、スロットル開度及びスロットル弁１０を開く速度等とを予め実験又は計算によって求め、最適なスロットル開度及びスロットル弁１０を開く速度等をマップ又は計算式の形でＲＯＭ４２に記憶する。

図１７は、スロットル開度及び燃焼室内の圧力である筒内圧の時間変化の一例を示す。破線で示す筒内圧は、スロットル弁１０を全閉後に全開をしない通常の筒内圧の変化を示す。スロットル弁１０を全閉後、一旦全開することによって、急減した筒内圧が再び回復し、負圧の発生が抑制されたことが分かる。

スロットル弁１０の全閉によって生じる負圧は、図１８に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の下流排気通路とスロットル弁１０下流の吸気通路とをＥＧＲ通路１７によって接続することによっても、抑制することが可能である。本実施形態の内燃機関には、図１及び図１０に示す内燃機関と同様に、ＥＧＲ通路１７内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１８が配置され、ＥＧＲ通路１７周りにはＥＧＲ通路１７内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１９が配置される。

スロットル弁１０の全閉によって燃焼室内に負圧が発生した場合には、ＥＧＲ制御弁１８を操作することによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の下流排気通路内のガスを吸気通路内に再循環し、負圧を抑制することが可能となる。ＥＧＲ制御弁１８の最適な制御は、負圧の変化及びＥＧＲ制御弁１８の開度を予め実験又は計算によって求めマップ又は計算式の形でＲＯＭ４２に記憶する。

ところで、本発明による機関停止処理を行い、機関停止中にＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化した後、還元反応に使用されなかった燃料がＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に残存している場合がある。この場合、機関再始動後は、この残存燃料を考慮した空燃比制御を行う必要がある。即ち、機関始動後、この燃料を酸化させたい場合には、酸化反応に必要な酸素量が供給できるリーン空燃比の排気ガスを供給する。一方、機関始動後、リッチ処理を行う場合には、目標空燃比に対して、この残存燃料分を考慮して燃料添加を行う空燃比制御をする必要がある。

残存燃料の量は、例えば、機関停止中のＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の触媒温度Ｔｎ及びＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に滞留する排気ガスの空燃比の関数として予め実験又は計算によって求められるマップを用いるか、又は以下の式によって算出することが可能である。
触媒吸着燃料量＝燃料の供給指令値−吸入空気量Ｇａ×（リッチ処理時の空燃比−リッチ処理前の空燃比）

ところで、添加された燃料の霧化の程度及び排気ガスの流速を、排気ガスの温度Ｔｅや排気通路の壁面温度、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の触媒温度Ｔｎ等から推定することができる。これら温度が比較的低い場合、添加された燃料が十分霧化しておらず、上述のように排気通路内壁面への付着等により、添加された燃料を含む排気ガスの流速が遅い。この場合、スロットル弁１０を開いて排気ガス量を増量することによって、排気ガスの流速を速くする。一方、上記温度が比較的高い場合等、添加された燃料を含む排気ガスの流速が早い場合、スロットル弁１０を閉じることによって排気ガス量を減量させ、排気ガスの流速を遅くする。

従って、本実施形態では、排気ガスの温度Ｔｅや排気通路の壁面温度、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の触媒温度Ｔｎ等に基づいて、排気ガスの流速を推定し、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に到達するまでの時間Δｔを推定する。この推定された時間Δｔと、燃焼室内への燃料供給が停止され機関が停止するまでの時間とを比較し、推定された時間Δｔが長い場合には、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に到達する前に、機関が停止してしまうことになる。その場合には、排気ガス量を増量する。一方、推定された時間が短い場合には、機関停止時には、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒１３を通り過ぎてしまう。その場合には、排気ガス量を減量する。

以上より、排気ガス量を、所定の温度に基づいて調整することによって、最終的に機関停止後にＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内にリッチ空燃比の排気ガスを滞留させるよう調整することが可能となる。

図１９は、本発明の５番目の実施形態による機関停止処理操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０に対して機関停止要求があったときに実行されるルーチンとして行われる。

まず、ステップ６０１では、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に到達するまでの時間Δｔを算出し、ステップ６０２へと進む。次いでステップ６０２では、ステップ６０１で算出した時間Δｔと機関停止までの時間との比であるα（＝時間Δｔ／機関停止までの時間）を算出し、ステップ６０３へと進む。次いでステップ６０３では、ステップ６０２で算出したαが１と等しいか否かが判定される。α＝１の場合には、排気ガス量を増量又は減量することなく、ステップ６０７へと進む。

一方、ステップ６０３において、α≠１の場合には、ステップ６０４へと進む。次いで、ステップ６０４では、ステップ６０２で算出したαが１より大きいか否かが判定される。αが１より大きい場合には、ステップ６０５へと進む。次いでステップ６０５では、排気ガス量の減量が行われ、ステップ６０７へと進む。

一方、ステップ６０４において、αが１以下の場合には、ステップ６０６へと進む。次いでステップ６０６では、排気ガス量の増量が行われ、ステップ６０７へと進む。

次いでステップ６０７では、ステップ６０３でα＝１だった場合には、そのままの排気ガス量で、ステップ６０３でα≠１だった場合には、排気ガス量が減量又は増量された状態で、リッチ処理を行うと共に燃料供給停止を行い、ルーチンを終了する。

なお、本実施形態では、スロットル弁１０を開くことによって排気ガス量を増量させた。しかしながら、スロットル弁１０を開くことによって、排気ガス中に酸素量も多くなってしまう。そうすると、吸蔵したＮＯｘを還元浄化可能な空燃比を維持するために、添加される燃料量もその分増量させる必要が出てくる。

そこで、図１８に示すＥＧＲ通路１７を有する機構の場合には、排気ガスを再循環させることによって、排気ガス量を増量させることができる。即ち、それによれば排気ガス中の酸素量を増やすことなく、排気ガス量を増量させることが可能であるため、燃費量を増やす必要がないという利点がある。

ところで、通常、機関停止は、燃料供給停止と共にスロットル弁１０を全閉することによって行われる。しかし、スロットル弁１０を全閉にしても、機関運転は即座には停止せず、排気ガスの流れも即座に停止することはない。従って、スロットル弁１０を全閉してから実際に機関停止がなされるまでの時間差によって、リッチ空燃比の排気ガスの部分の後続のリーン空燃比の排気ガスの部分がＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内の一部に流入してしまう可能性もある。

そこで、燃焼室内の燃焼において、圧縮上死点付近で行われる主噴射による燃焼室内への燃料噴射量を過度に増量し、意図的に失火を起こさせることによって機関停止を行う。それによって、リッチ空燃比の排気ガスの部分を非常に長く形成することができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３内に滞留する排気ガスの部分をすべてリッチ空燃比とすることが可能となる。また、その空燃比を限りなくゼロに保持することが可能となる。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。 ＮＯｘ吸蔵還元触媒の側面断面図である。 触媒担体の表面部分の断面図である。 パティキュレートフィルタの構造を示す図である。 機関停止処理のタイムチャートである。 リッチ処理開始からの経過時間及び空燃比の関係を示す図である。 排気ガスの温度Ｔｅのマップを示す図である。 排気ガスの温度Ｔｅ及び空燃比ＡＦＳの関係を示す図である。 １番目の実施形態による機関停止処理操作のフローチャートである。 別の実施形態による圧縮着火式内燃機関の全体図である。 単位時間当たり吸蔵されるＮＯｘ量ＮＯＸＡのマップを示す図である。 ２番目の実施形態による機関停止処理操作のフローチャートである。 ３番目の実施形態による機関停止処理操作のフローチャートである。 機関回転数Ｎｅ及び添加圧力Ｐｆとの関係を示す図である。 ４番目の実施形態による機関停止処理操作のフローチャートである。 リッチ処理操作のフローチャートである。 スロットル開度及び筒内圧の時間変化を示す図である。 別の実施形態による圧縮着火式内燃機関の全体図である。 ５番目の実施形態による機関停止処理操作のフローチャートである。

符号の説明

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 排気通路
１３ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
１５ パティキュレートフィルタ
１６ 燃料添加弁

Claims (10)

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を還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置し、燃焼室内又は排気通路内に燃料を添加してＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする燃料添加手段を具備した内燃機関の排気浄化装置において、機関停止要求があったとき、機関停止処理が燃焼室内への燃料供給を停止して機関運転を停止させ、前記機関停止処理中に燃料添加手段から燃料を添加すると共に、このとき形成されるリッチ空燃比の排気ガス部分がＮＯｘ吸蔵還元触媒内に滞留するように燃料添加時期を設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 車両の運動エネルギを電気エネルギの形で回生するための回生手段と、回生された電気エネルギを蓄電する蓄電手段と、蓄電された電気エネルギで車両を駆動する駆動手段とを更に具備し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒内のＮＯｘを還元浄化すべきときに、前記機関停止処理を実行し、機関停止後は前記駆動手段によって車両を駆動する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。
3. 前記機関停止処理中に機関負荷を調節可能な手段を更に具備し、前記燃料添加手段は燃焼室内に燃料を添加して混合気の空燃比をリッチにすることによってＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにし、前記機関停止処理中に燃料添加手段から燃料を添加するときには、燃焼温度が排気ガス中のＣＯ生成量を要求量よりも多くするのに必要な温度よりも高くなるように機関負荷を一時的に増大させると共に、余剰負荷を回生手段によって回生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。
4. 前記燃焼室内への燃料供給の停止時期が、排気ガスの温度が高いほど、前記燃料添加手段からの燃料添加後より早い時期に設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記燃料添加手段が機関運転によって添加圧力を得る機構を有し、前記燃焼室内への燃料供給の停止後に燃料添加手段から燃料添加を行う時間が、排気ガスの温度が高いほど、より長く設定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 排気ガス量を調整する排気ガス量調整手段を更に具備し、前記機関停止処理中に排気ガスの温度が低いほど排気ガス量を増量することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 吸入空気量を調整し、機関停止時には全閉する吸気量調整弁を更に具備し、前記機関停止処理中に前記吸気量調整弁が、全閉した後再び開いて前記吸気量調整弁下流の負圧の発生を抑制することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 吸入空気量を調整し、機関停止時には全閉する吸気量調整弁を更に具備すると共に、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒下流の排気通路と前記吸気量調整弁下流の吸気通路とを排気ガス再循環通路によって接続すると共に排気ガス再循環通路内に排気ガス再循環制御弁を配置し、前記機関停止処理中に前記吸気量調整弁が全閉した後、前記排気ガス再循環制御弁を開いて排気ガスを再循環させ、前記吸気量調整弁下流の負圧の発生を抑制することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内のＮＯｘの還元浄化後、ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に残存する燃料量を推定する手段を更に具備し、機関再始動時、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を、推定された残存燃料量を浄化可能なリーン空燃比に調整することを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記機関停止が、燃焼室内の空燃比を過度にリッチにし失火させることで行われることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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