JP6202031B2

JP6202031B2 - 排気浄化制御装置

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Publication number: JP6202031B2
Application number: JP2015066214A
Authority: JP
Inventors: 優樹羽場; 野崎　雄介; 雄介野崎; 吉田　耕平; 耕平吉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: JP2016186239A; EP3073078A2; EP3073078B1; EP3073078A3

Description

本発明は、内燃機関（以下、エンジンともいう）の排気浄化制御装置に関する。

車両等に搭載されるディーゼルエンジンの排気系には、排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、ＮＯｘ触媒ともいう）が配置されており、このＮＯｘ触媒によって排気を浄化するようにしている。ＮＯｘ触媒としては、例えばＮＳＲ（ＮＯｘＳｔｏｒａｇｅＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒などが用いられている。

このようなＮＯｘ触媒では、ＮＯｘ吸蔵量の増大につれて排気中のＮＯｘを吸蔵する能力が低下してゆく。こうした点を解消するため、従来、ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ吸蔵量が所定量に達し、かつ触媒温度（床温）が所定の温度範囲にあると判断したときに、リッチスパイク運転（排気空燃比を一時的にリッチ化する処理）を実行することによりＮＯｘ触媒を再生している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１６３５９０号公報

ところで、ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化制御装置において、ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ吸蔵量が多い状態でリッチスパイク運転を実施すると、リッチスパイク運転開始時に放出されるＮＯｘ量が多すぎて処理（還元浄化処理）しきれないＮＯｘ（未処理ＮＯｘ）が触媒の下流側に流出し、排気エミッションが悪化するおそれがある。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ吸蔵量が多い状態にあっても、リッチスパイク運転を開始したときにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘの量を抑制することが可能な排気浄化制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、排気系にＮＯｘ吸蔵還元型触媒が設けられた内燃機関の排気浄化制御装置であって、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度を取得する触媒温度取得手段と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流の排気空燃比を取得する空燃比取得手段と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒へのＮＯｘ吸蔵量を取得するＮＯｘ吸蔵量取得手段と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流の排気中に燃料を供給する燃料供給手段とを備えており、さらに、前記触媒温度が所定温度を超えた状態で、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒へのＮＯｘ吸蔵量が第１閾値を超え、かつ前記第１閾値よりも大きい第２閾値以下である場合には、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流における目標排気空燃比を所定のリッチ空燃比に設定して燃料供給量を制御し、前記触媒温度が所定温度を超えた状態で前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒へのＮＯｘ吸蔵量が前記第２閾値を超える場合には、前記目標空燃比を前記所定のリッチ空燃比よりもリーン側の空燃比である弱リッチ空燃比に設定して燃料供給量を制御するリッチスパイク運転を行うリッチスパイク運転制御手段を備えていることを技術的特徴としている。

本発明によれば、触媒へのＮＯｘ吸蔵量が多くて第２閾値を超える場合には、ＮＯｘ吸蔵量が第２閾値以下にある場合よりもリーン側の排気空燃比でリッチスパイク運転を開始する。このように触媒へのＮＯｘ吸蔵量が多い状態のときには、リッチスパイク運転の開始時（運転初期）のリッチ空燃比をリーン側にする（通常の再生処理時におけるリッチ度合よりも浅く設定する）ことにより、触媒から放出されるＮＯｘの放出量を抑えることができる。これにより、未処理ＮＯｘの流出量を減らすことができ、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

本発明において、触媒へのＮＯｘ吸蔵量が第２閾値を超える状態からリッチスパイク運転を開始する場合は、リッチスパイク運転の開始から所定時間が経過した時点で排気空燃比をリッチスパイク運転の開始時の排気空燃比よりもリッチ側に変化させるようにしてもよい。このように、リッチスパイク運転の開始から所定時間が経過した後、具体的には、リッチスパイク運転開始時（運転初期）におけるＮＯｘ放出量抑制処理が終了した後に、リーン側に設定していた排気空燃比をリッチ側に変化させることで、ＮＯｘ触媒の再生を早く完了することができる。

本発明において、第２閾値を、ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒の温度特性を考慮して、触媒温度（触媒床温）が高いほど小さくなるように設定するようにしてもよい。このように第２閾値を触媒温度に応じて変化させるようにすることで、未処理ＮＯｘの放出をより効果的に抑制することができる。

本発明によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触型の触媒へのＮＯｘ吸蔵量が多い状態にあっても、リッチスパイク運転を開始したときにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘの量を抑制することが可能になる。

本発明の排気浄化制御装置を適用するエンジン及びその制御系の一例を示す概略構成図である。ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。触媒床温に対して設定する閾値Ｔ１、ＮＯｘ吸蔵量に対して設定する第１閾値Ｍ１及び第２閾値Ｍ２の一例を示す図である。ＥＣＵが実行するＮＯｘ還元制御の一例を示すフローチャートである。図５（ａ）は通常のリッチスパイク運転の目標リッチ空燃比を示す図、図５（ｂ）はＮＯｘ吸蔵量が多い場合に実行するリッチスパイク運転の目標リッチ空燃比を示す図である。触媒床温に対して設定する閾値Ｔ１、ＮＯｘ吸蔵量に対して設定する第１閾値Ｍ１及び第２閾値Ｍ２の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、車両に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。

−エンジンの構成−
まず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１はエンジン１及びその制御系統の概略構成図である。

図１に示すように、エンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されており、このうち燃料供給系２は、全ての気筒に共通のコモンレール２２と各気筒毎のインジェクタ（燃料噴射弁）２３とを備えた、いわゆるコモンレールシステムである。なお、エンジン１のクランクシャフトには変速機（図示せず）が連結されている。

コモンレール２２には、サプライポンプ２１（図２参照）によって昇圧された燃料が供給される。コモンレール２２は、高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３（図１では右端のものにのみ符号を付す）に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。

燃料添加弁２６は、後述するＮＳＲ触媒７５の上流側の排気管７３に配置されており、開状態のとき排気管７３内に燃料を供給する（ＮＳＲ触媒７５の上流の排気中に燃料を供給する）。燃料添加弁２６の開閉はＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１００によって制御される。燃料添加弁２６にはサプライポンプ２１からの燃料が供給される。なお、燃料添加弁２６は、本発明の「燃料供給手段」の一例である。

吸気系６は、シリンダヘッドに形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３には吸気管６４が接続されて吸気通路を構成している。吸気通路には、吸気の流れの上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６２が配設されている。エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力する。

排気系７は、シリンダヘッドに形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に排気管７３が接続されて排気通路を構成している。この排気通路には、ＮＯｘ吸蔵還元型の排気浄化触媒であるＮＳＲ触媒７５と、ＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）７６とが配置されている。

ＮＳＲ触媒７５は、当該ＮＳＲ触媒７５に流入する排気の空燃比がリーン（理論空燃比以上）であるときには、排気中のＮＯｘを吸蔵し、ＮＳＲ触媒７５に流入する排気の空燃比がリッチであるときには、吸蔵しているＮＯｘを放出するとともに、その放出したＮＯｘを排気中に含まれる未燃成分（ＣＯ、ＨＣ）と反応させて酸素と窒素とに分解（還元浄化）する。

−ターボチャージャ−
この例のエンジン１には、ターボチャージャ（過給機）５が設けられている。ターボチャージャ５は、タービンシャフト５１によって連結されたタービンホイール５２及びコンプレッサインペラ５３を備えている。コンプレッサインペラ５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３内部に臨んで配置されている。そして、ターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ５３を回転させて吸気圧を高めるといった、いわゆる過給動作を行う。

また、ターボチャージャ５（コンプレッサインペラ５３）よりも吸気の流れの下流側の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。なお、本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構５４（図２参照）が設けられており、この可変ノズルベーン機構５４の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。

−ＥＧＲシステム−
また、エンジン１には、ＨＰＬ−ＥＧＲ機構（高圧ＥＧＲ機構）８及びＬＰＬ−ＥＧＲ機構（低圧ＥＧＲ機構）９を備えたＭＰＬ−ＥＧＲシステムが設けられている。ＨＰＬ−ＥＧＲ機構８は、高圧ＥＧＲ通路８１と高圧ＥＧＲバルブ８２とを備えている。ＬＰＬ−ＥＧＲ機構９は、低圧ＥＧＲ通路９１と、低圧ＥＧＲバルブ９２と、低圧ＥＧＲクーラ９３とを備えている。

−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。

例えば、エアフローメータ４３は、吸気系６内の吸気絞り弁６２の上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２は吸気絞り弁６２の開度を検出する。吸気圧センサ４８は、吸気絞り弁６２の下流側に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、インタークーラ６１の下流側に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。

また、Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４ａ，４４ｂはそれぞれＮＳＲ触媒７５の上流側及び下流側に配置され、排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。上流側のＡ／Ｆセンサ４４ａの検出信号からＮＳＲ触媒７５の上流の排気空燃比を検出することができる。なお、上流側のＡ／Ｆセンサ４４ａは、本発明の「排気空燃比取得手段」の一例である。

同様に排気温センサ４５ａ，４５ｂはそれぞれＮＳＲ触媒７５の上流側及び下流側に配設され、排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。下流側の排気温センサ４５ｂの検出信号からＮＳＲ触媒７５の触媒床温を検出することができる。なお、下流側の排気温センサ４５ｂは、本発明の「触媒温度取得手段」の一例である。

そして、以上のＡ／Ｆセンサ４４ａ、排気温センサ４５ｂ、燃料添加弁２６、及び、ＥＣＵ１００等の制御系などによって本発明の排気浄化制御装置が実現される。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。

図２に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４ａ，４４ｂ、排気温センサ４５ａ，４５ｂ、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。さらに、入力回路には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、エンジン１の回転速度を検出するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。

また、ＥＣＵ１００の出力回路には、サプライポンプ２１、インジェクタ２３、吸気絞り弁６２、各ＥＧＲバルブ８２，９２、及び、ターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構（可変ノズルベーンの開度を調整するアクチュエータ）５４などが接続されており、さらに燃料添加弁２６が接続されている（図１参照）。

ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、燃料噴射量・噴射時期制御（インジェクタ２３の開閉制御）、吸気絞り弁６２の開度（スロットル開度）の制御、ＥＧＲ制御（ＥＧＲバルブ８２，９２の開度制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は、下記のＮＯｘ還元制御（触媒再生制御）を実行する。

＜ＮＯｘ還元制御＞
一般的にディーゼルエンジン１においては、大部分の運転領域で排気の空燃比はリーン空燃比となり、通常の運転状態ではＮＳＲ触媒７５の周囲雰囲気は酸素濃度の高い状態になって、排気中のＮＯｘがＮＳＲ触媒７５に吸蔵される。そして、ＮＳＲ触媒７５の周囲雰囲気が低酸素濃度となる状況は非常に少ないため、ＮＯｘの吸蔵量は徐々に増大し、それにつれてＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵能力が低下してゆく。そこで、エンジン運転状態などに基づいて推定されるＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値を超える場合（触媒再生条件が成立した場合）に、燃料添加弁２６からの燃料添加（またはインジェクタ２３からのポスト噴射）によって排気中に燃料を供給することにより、排気空燃比を一時的にリッチ化するリッチスパイク運転を行ってＮＯｘ触媒７５を再生する（ＮＯｘ還元制御）。

ここで、ＮＳＲ触媒７５を備えた排気浄化制御装置において、ＮＳＲ触媒７５へのＮＯｘ吸蔵量が多い状態でリッチスパイク運転を実施すると、リッチスパイク運転開始時に放出されるＮＯｘ量が多すぎて処理（還元浄化処理）しきれないＮＯｘ（未処理ＮＯｘ）が触媒下流側に流出し、排気エミッションが悪化するおそれがある。

そこで、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵量に対する閾値として、第１閾値Ｍ１（通常の閾値）と、その第１閾値Ｍ１よりも大きな第２閾値Ｍ２とを設定し、ＮＳＲ触媒７５へのＮＯｘ吸蔵量が多くて第２閾値Ｍ２を超える場合は、ＮＯｘ吸蔵量が第２閾値Ｍ２以下にある場合よりもリーン側の排気空燃比でリッチスパイク運転を開始することで、リッチスパイク運転開始時（運転初期）にＮＳＲ触媒７５から放出されるＮＯｘの放出量を抑制している。その具体的な例（ＮＯｘ還元制御）について以下に説明する。

まず、ＮＯｘ還元制御に用いる第１閾値Ｍ１、第２閾値Ｍ２、及び、ＮＯｘ吸蔵量の推定方法について以下に説明する。

［第１閾値Ｍ１］
第１閾値Ｍ１は、この種のＮＯｘ還元制御において通常設定される値であって、ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵能力が飽和するＮＯｘ吸蔵量よりも所定量だけ小さい値（ＮＯｘ吸蔵量）が設定されている。

［第２閾値Ｍ２］
第２閾値Ｍ２は、上記した通常の第１閾値Ｍ１よりも大きな値（上記ＮＯｘ吸蔵量の飽和量よりも小さな値）であって、通常の第１閾値Ｍ１（ＮＯｘ吸蔵量）よりも、さらに多いＮＯｘ吸蔵量の領域（図３に示す未処理ＮＯｘ流出大の領域）を判別するための閾値である。第２閾値Ｍ２は、図３に示す未処理ＮＯｘ流出大の領域でのＮＳＲ触媒７５の温度特性、つまりＮＳＲ触媒７５の触媒床温が高くなるほどＮＯｘ吸蔵量が少なくなるという点を考慮して、ＮＳＲ触媒７５の触媒床温が高くなるほど小さな値となるように設定されている。

第２閾値Ｍ２の設定方法としては、ＮＳＲ触媒７５の触媒床温とＮＯｘ吸蔵量との関係を予め実験やシミュレーション等によって求めておき、その結果を基に図３に示す未処理ＮＯｘ流出大の領域を考慮して第２閾値Ｍ２を決定するという方法が挙げられる。

なお、ＮＳＲ触媒７５へのＮＯｘ吸蔵量が上記した第１閾値Ｍ１に達しても、エンジン１の運転領域等によってはリッチスパイク運転が禁止される場合あるため、ＮＯｘ吸蔵量が第１閾値Ｍ１を超える状態になる場合がある。

［ＮＯｘ吸蔵量の推定］
ＮＯｘ吸蔵量の推定はＥＣＵ１００において実行される。ＮＯｘ吸蔵量の推定方法としては、エンジン回転速度とインジェクタ２３からの燃料噴射量とに応じたＮＯｘ吸蔵量を予め実験やシミュレーションにより求めてマップ化しておき、このマップにより求められるＮＯｘ吸蔵量を積算するという方法が挙げられる。また、前回のＮＯｘ還元制御終了時点からの車両走行距離、または、総燃料噴射量によってＮＯｘ吸蔵量を推定するといった方法も挙げられる。なお、ＥＣＵ１００において実行されるＮＯｘ吸蔵量の推定処理が、本発明の「ＮＯｘ吸蔵量取得手段」としての処理に相当する。

［ＮＯｘ還元制御の具体例］
次に、ＥＣＵ１００が実行するＮＯｘ還元制御の一例について、図４のフローチャートを参照して説明する。この制御ルーチンは周期的に実行される。なお、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転中において上記した処理によってＮＳＲ触媒７５へのＮＯｘ吸蔵量を推定している。

図４の制御ルーチンが開始されると、まずは、ステップＳＴ１０１において、リッチ化許可の運転領域であるか否を判定する。具体的には、例えば、エンジン回転速度、負荷、車速、変速機のギヤ比などに基づいて、排気空燃比のリッチ化が可能な運転領域であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合は、排気空燃比のリッチ化を禁止する（ステップＳＴ１１０）。ステップＳＴ１０１の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合はステップＳＴ１０２に進む。

ステップＳＴ１０２では、排気温センサ４５ｂの出力信号に基づいてＮＳＲ触媒７５の触媒床温を検出し、その触媒床温が閾値Ｔ１よりも大きいか否かを判定する。その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリッチ化を禁止する（ステップＳＴ１１０）。ステップＳＴ１０２の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合はステップＳＴ１０３に進む。

ここで、ＮＳＲ触媒７５の触媒床温に対して設定する閾値（温度）Ｔ１は、ＮＳＲ触媒７５が活性状態にあり、リッチスパイク運転を実行した場合にＮＳＲ触媒７５に吸蔵されているＮＯｘを放出・還元することが可能な温度範囲の下限値を考慮して設定する。

なお、ＮＳＲ触媒７５の触媒床温はエンジン１の運転状態から推定するようにしてもよいし、ＮＳＲ触媒７５に触媒温度センサを設けて、そのセンサ出力から触媒床温を直接検出するようにしてもよい。

ステップＳＴ１０３では、ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵量が上記した第１閾値Ｍ１（通常の閾値）よりも大きいか否かを判定する。その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリッチ化を禁止する（ステップＳＴ１１０）。ステップＳＴ１０３の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（ＮＯｘ吸蔵量が第１閾値Ｍ１よりも大きくて触媒再生条件が成立した場合）はステップＳＴ１０４に進む。

ステップＳＴ１０４では、ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵量が上記した第２閾値Ｍ２（通常の第１閾値Ｍ１よりも大きな値）よりも大きいか否かを判定する。その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合つまりＮＯｘ吸蔵量が第１閾値Ｍ１よりも大きくて第２閾値Ｍ２以下である場合はステップＳＴ１０５に進む。

ステップＳＴ１０５では、通常の目標リッチ空燃比（目標排気空燃比）λ１を設定してリッチスパイク運転（通常のリッチスパイク運転）を実行する。具体的には、燃料添加弁２６からの燃料添加によって排気中に燃料を供給して、Ａ／Ｆセンサ４４ａ（ＮＳＲ触媒７５の上流側に配置）の検出信号から検出される排気空燃比が目標リッチ空燃比λ１になるように制御する（排気空燃比が目標リッチ空燃比λ１になるように燃料供給量を制御する）。このようなリッチスパイク運転を行うことにより、ＮＳＲ触媒７５に吸蔵しているＮＯｘが放出されるとともに、その放出したＮＯｘが排気中に含まれる未燃燃料（ＣＯ、ＨＣ）と反応して還元浄化される。これによりＮＳＲ触媒７５へのＮＯｘ吸蔵量が減少してゆき、そのＮＯｘ吸蔵量が所定量（ＮＯｘ還元制御終了判定量）にまで低下した時点でリッチスパイク運転を終了して排気空燃比をリーン状態に戻す（ステップＳＴ１０９）。このような通常のリッチスパイク運転中においては、目標リッチ空燃比λ１は一定の値とする（図５（ａ）参照）。目標リッチ空燃比λ１は、この種のＮＯｘ還元制御において通常設定される値（リッチ空燃比）である。

なお、通常のリッチスパイク運転を開始した時点から所定の時間（ＮＳＲ触媒７５に吸蔵されているＮＯｘが十分に放出されるまでに必要な時間）が経過した時点で通常のリッチスパイク運転を終了するようにしてもよい。

一方、ステップＳＴ１０４の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合、つまり、ＮＳＲ触媒７５へのＮＯｘ吸蔵量が第２閾値Ｍ２を超える場合（ＮＯｘ吸蔵量が多くてリッチスパイク運転開始時の未処理ＮＯｘの流出が大きくなる場合）にはステップＳＴ１０６に進む。

ステップＳＴ１０６では、リッチスパイク運転初期の目標リッチ空燃比を、上記した通常の目標リッチ空燃比λ１よりもリーン側に設定する。具体的には、図５（ｂ）に示すように、リッチスパイク運転の初期においては、通常の目標リッチ空燃比λ１よりもリッチ度合を浅くした目標リッチ空燃比（目標排気空燃比）λ２を設定してリッチスパイク運転を行う。詳細には、リッチスパイク運転の初期の排気空燃比（Ａ／Ｆセンサ４４ａにて検出される空燃比）が目標リッチ空燃比λ２になるように、燃料添加弁２６からの燃料添加を制御する（排気空燃比が目標リッチ空燃比λ２になるように燃料供給量を制御する）。このようにリッチスパイク運転の初期において目標リッチ空燃比のリッチ度合を浅くすることにより、リッチスパイク運転開始時（リッチスパイクのファーストアタック時）の瞬間的なＮＯｘの放出を抑制することができ、未処理ＮＯｘの流出量を減らすことができる。

ここで、本発明者は、実験により、ＮＯｘ還元制御においてリッチスパイク運転を開始する際（リッチスパイクのファーストアタック時）の排気空燃比のリッチ度合が深い（高い）ほど、ＮＯｘ触媒７５から瞬間的に放出されるＮＯｘの量が多くなるという知見を得ており、このような知見に基づいて、本実施形態では、ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵量が多くて第２閾値Ｍ２を超える場合には、通常の目標リッチ空燃比λ１よりもリッチ度合を浅く（低く）した目標リッチ空燃比λ２でリッチスパイク運転を開始することでＮＯｘの放出量を抑制している。なお、目標リッチ空燃比λ２は、ＮＯｘ触媒７５のＮＯｘ吸蔵量が第２閾値Ｍ２を超えている状態でリッチスパイク運転を実施しても、未処理ＮＯｘの放出を抑制できるような値（排気空燃比）を実験やシミュレーションによって求めて設定する。

そして、以上のような目標リッチ空燃比の浅いリッチスパイク運転を開始した時点から所定時間（ｔ２）が経過した時点（ステップＳＴ１０７の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となった時点）で、目標リッチ空燃比を、通常の目標リッチ空燃比λ１に設定（図５（ｂ）参照）してリッチスパイク運転を継続する。その後、ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵量が上記した所定量まで低下した時点でリッチスパイク運転を終了して排気空燃比をリーン状態に戻す（ステップＳＴ１０９）。なお、この場合も、リッチスパイク運転の終了時は時間にて管理してもよい。

ここで、目標リッチ空燃比λ２でのリッチスパイク運転を行う期間（図５（ｂ）に示すｔ２期間）は、ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵量が第２閾値Ｍ２以下となり、通常の目標リッチ空燃比λ１でのリッチスパイク運転に移行しても問題のない状態になるまでの時間とする。

なお、上記ＥＣＵ１００が実行するＮＯｘ還元制御処理（図４）のステップＳＴ１０２〜ステップＳＴ１０９が、本発明の「リッチスパイク運転制御手段」としての処理に相当する。

＜効果＞
以上説明したように、本実施形態によれば、ＮＯｘ触媒７５へのＮＯｘ吸蔵量が多くて第２閾値Ｍ２を超える場合には、ＮＯｘ吸蔵量が第２閾値Ｍ２以下にある場合よりもリーン側の排気空燃比でリッチスパイク運転を開始する。このようにＮＯｘ触媒７５へのＮＯｘ吸蔵量が多い状態のときには、リッチスパイク運転の開始時（運転初期）のリッチ空燃比をリーン側にする（通常のリッチスパイク運転時におけるリッチ度合よりも浅く設定する）ことにより、ＮＯｘ触媒７５から放出されるＮＯｘの放出量を抑えることができる。これにより、未処理ＮＯｘの流出量を減らすことができ、排気エミッションの悪化を抑制することができる。しかも、第２閾値Ｍ２を、未処理ＮＯｘ流出大の領域でのＮＳＲ触媒７５の温度特性に合わせて、ＮＳＲ触媒７５の触媒床温が高くなるほど小さな値となるように設定しているので、未処理ＮＯｘの流出量をより効果的に減らすことができる。

さらに、本実施形態では、目標リッチ空燃比の浅いリッチスパイク運転（目標リッチ空燃比λ２でのリッチスパイク運転）を開始した時点から所定の時間（ｔ２）が経過した後（リッチスパイク運転の運転初期におけるＮＯｘ放出抑制処理が終了した後）に、排気空燃比を通常の目標リッチ空燃比λ１に設定してリッチスパイク運転を行うので、ＮＯｘ触媒７５の再生を早く完了することができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、以上の実施形態では、第２閾値Ｍ２をＮＳＲ触媒７５の触媒床温が高いほど小さくなるように設定しているが、これに限られることなく、図６に示すように、第２閾値Ｍ２を触媒床温に関係なく、一定の値（一定のＮＯｘ吸蔵量）としてもよい。ただし、この場合、第２閾値Ｍ２を低い側に設定すると、未処理ＮＯｘ流出を抑制できる方向となるが燃料消費率が増大する。逆に、第２閾値Ｍ２を高い側に設定すると、燃料消費率の増加を抑えることができるが未処理ＮＯｘ流出の低減効果が低減する。このような点を考慮して第２閾値Ｍ２（一定値）を設定する。

以上の実施形態では、燃料添加弁から燃料を添加することによってリッチスパイク運転を行っているが、本発明はこれに限られることなく、主燃料噴射後のポスト噴射によってリッチスパイク運転を行うようにしてもよいし、また、これら燃料添加とポスト噴射とを組み合わせてリッチスパイク運転を行うようにしてもよい。

以上の実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としてＮＳＲ触媒を備えた排気浄化制御装置に本発明を適用しているが、これに限られることなく、例えば、ＤＰＮＲ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘＲｅｄｕｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）触媒などの他のＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気浄化制御装置にも本発明は適用可能である。

以上の例では、本発明の排気浄化制御装置を筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用できる。

さらに、本発明の排気浄化制御装置は、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼に供して機関運転を行う運転領域が、全運転領域の大部分を占める希薄燃焼式ガソリンエンジンにも適用可能である。また、車両用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。

本発明は、内燃機関（エンジン）の排ガスを浄化する装置に利用可能であり、さらに詳しくは、ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒を備えた排気浄化制御装置に有効に利用することができる。

１エンジン
７排気系
２６燃料添加弁
７５ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒）
１００ＥＣＵ

Claims

排気系にＮＯｘ吸蔵還元型触媒が設けられた内燃機関の排気浄化制御装置であって、
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度を取得する触媒温度取得手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流の排気空燃比を取得する空燃比取得手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒へのＮＯｘ吸蔵量を取得するＮＯｘ吸蔵量取得手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流の排気中に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記触媒温度が所定温度を超えた状態で、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒へのＮＯｘ吸蔵量が第１閾値を超え、かつ前記第１閾値よりも大きい第２閾値以下である場合には、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流における目標排気空燃比を所定のリッチ空燃比に設定して燃料供給量を制御し、前記触媒温度が所定温度を超えた状態で前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒へのＮＯｘ吸蔵量が前記第２閾値を超える場合には、前記目標空燃比を前記所定のリッチ空燃比よりもリーン側の空燃比である弱リッチ空燃比に設定して燃料供給量を制御するリッチスパイク運転を行うリッチスパイク運転制御手段と、
を備えていることを特徴とする排気浄化制御装置。
請求項１記載の排気浄化制御装置において、
前記触媒へのＮＯｘ吸蔵量が前記第２閾値を超える状態から前記リッチスパイク運転を開始する場合は、当該リッチスパイク運転の開始から所定時間が経過した時点で排気空燃比を前記リッチスパイク運転の開始時の排気空燃比よりもリッチ側に変化させることを特徴とする排気浄化制御装置。
請求項１または２記載の排気浄化制御装置において、
前記第２閾値は、前記触媒温度が高いほど小さくなるように設定されることを特徴とする排気浄化制御装置。