JP6252518B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＳＲ触媒ともいう。）を配置する技術が知られている。ＮＳＲ触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する。

ＮＳＲ触媒は、燃料に含まれる硫黄成分により硫黄被毒が起こる。ここで、内燃機関を停止させる要求があった場合において、ＮＳＲ触媒の硫黄被毒を解消した後に、内燃機関を実際に停止させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、硫黄被毒を解消するために、内燃機関をリッチ空燃比で運転させている。

特開平１０−２３１７２０号公報

ＮＳＲ触媒よりも下流側に、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）を設ける場合がある。このＳＣＲ触媒は、還元剤によりＮＯｘを選択還元する触媒である。そして、ＮＳＲ触媒において排気中のＨＣやＨ_２がＮＯｘと反応することでアンモニアが生成される。このアンモニアは、ＳＣＲ触媒において還元剤として利用することができる。

ここで、理論空燃比よりも高い空燃比での運転、すなわちリーンバーン運転を行っている内燃機関では、ＳＣＲ触媒の雰囲気がリーン空燃比の状態で内燃機関が停止される場合がある。このような状態では、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアが排気中の酸素により酸化されてＮＯｘが発生する。このＮＯｘは、ＳＣＲ触媒に吸着されている他のアンモニアにより還元される場合がある。このようなことが繰り返されることにより、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量が減少する。なお、このようにＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量が減少する現象を以下では、「自己消費」という。このアンモニアの自己消費のために、次回の内燃機関の始動時にＳＣＲ触媒においてアンモニアの吸着量が不足する虞がある。上記の従来技術での硫黄被毒の解消は、ＮＳＲ触媒においてリッチ空燃比となるような制御が行われているが、その下流のＳＣＲ触媒における空燃比については考察されていない。以上より、次回の内燃機関の始動時において、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が不足することにより、ＳＣＲ触媒のＮＯｘの浄化能力が低下する虞がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の始動時におけるＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量の不足を抑制することにある。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、リーン空燃比で運転可能な内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを吸着し、吸着していたアンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯ
ｘ触媒と、前記内燃機関における空燃比を変化させる空燃比制御部と、前記内燃機関を停止させる要求があった後、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における空燃比が理論空燃比以下となるまで前記空燃比制御部により前記内燃機関を理論空燃比以下で運転させてから前記内燃機関への燃料の供給を停止させる制御である停止制御を実施する機関停止制御部と、を備える。

これまでにリーン空燃比で内燃機関を運転させていたことによりＳＣＲ触媒における空燃比がリーン空燃比になっていたとしても、内燃機関を停止させる前に理論空燃比以下で内燃機関を運転させることにより、ＳＣＲ触媒における空燃比を理論空燃比以下にすることができる。これにより、アンモニアの自己消費を抑制できる。したがって、内燃機関の始動時におけるＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量の不足を抑制することができる。

また、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられ、ＨＣ被毒により排気の浄化能力が低下する前段触媒をさらに備え、前記機関停止制御部は、前記停止制御において、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における空燃比が理論空燃比以下となるまで前記空燃比制御部により前記内燃機関を理論空燃比以下で運転させた後に、さらに前記選択還元型ＮＯｘ触媒における空燃比が理論空燃比以下の状態のまま前記前段触媒における空燃比が理論空燃比以上となるまで前記空燃比制御部により前記内燃機関を理論空燃比以上で運転させてから前記内燃機関への燃料の供給を停止させることもできる。

内燃機関への燃料の供給を停止する前に内燃機関を理論空燃比以下で運転させた場合には、ＳＣＲ触媒よりも上流の前段触媒における空燃比も理論空燃比以下となる。このため、前段触媒においてＨＣ被毒が発生する虞がある。そこで、ＳＣＲ触媒における空燃比が理論空燃比以下となった後に、前段触媒における空燃比が理論空燃比以下の状態から理論空燃比以上となるように内燃機関を理論空燃比以上で運転させる。これにより、前段触媒における空燃比が理論空燃比以上の状態で内燃機関を停止させることができる。前段触媒における空燃比がリーン空燃比となるまで内燃機関をリーン空燃比で運転させる場合には、ＳＣＲ触媒における空燃比がリーン空燃比となる前に内燃機関を停止させる。一方、ＳＣＲ触媒における空燃比が理論空燃比となるまで内燃機関を理論空燃比で運転させた場合には、前段触媒も理論空燃比となっているため、この場合には、ＳＣＲ触媒における空燃比が理論空燃比となれば内燃機関をすぐに停止させてもよい。このようにして、前段触媒にＨＣ被毒が発生している状態で内燃機関が始動されることを抑制できる。

また、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられ、ＨＣ被毒により排気の浄化能力が低下する前段触媒をさらに備え、前記機関停止制御部は、前記停止制御において、前記内燃機関への燃料の供給を停止させた後で且つ内燃機関の回転速度が０となるまでの間の前記内燃機関の吸入空気量の総量が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における空燃比が理論空燃比以下の状態のまま前記前段触媒における空燃比を理論空燃比以上とするのに要する吸入空気量の総量である所定空気量となるように、前記内燃機関のポンプ損失を調整することもできる。

ＳＣＲ触媒における空燃比が理論空燃比以下となった後に、前段触媒における空燃比を理論空燃比以上とするために内燃機関を理論空燃比以上で運転させる場合には、燃料を消費することになる。一方、ＳＣＲ触媒における空燃比が理論空燃比以下となった後に燃料の供給を停止することで燃料の消費量を低減することができる。燃料の供給を停止した後には、内燃機関からは空気が排出されつつ機関回転速度が低下していく。この機関回転速度が低下する度合いは、ポンプ損失と相関関係にある。このため、ポンプ損失を調整することにより、機関回転速度が０となるまでに内燃機関から排出される空気の量を調整することができる。内燃機関から排出される空気が、前段触媒を通過し、且つ、ＳＣＲ触媒へ到達しないようにポンプ損失を調整すれば、前段触媒のＨＣ被毒及びＳＣＲ触媒における
アンモニアの自己消費を抑制できる。

また、前記機関停止制御部は、前記所定空気量が少ないときは多いときよりも前記ポンプ損失を大きくすることもできる。

所定空気量が少ないほど、内燃機関から排出される空気の量は少なくてよい。ポンプ損失を大きくすることにより機関回転速度がより早く低下するため、機関回転速度が０となるまでに内燃機関から排出される空気の量が少なくなる。このため、所定空気量が少ないほど、ポンプ損失を大きくすることにより、内燃機関から排出される空気の量が過多となることを抑制できる。一方、所定空気量が多いときには、ポンプ損失を小さくすることにより、内燃機関の回転速度が０となるまでの間に、内燃機関からより多くの空気を排出させることができるので、空気が不足することを抑制できる。このように、所定空気量に応じてポンプ損失を調整することにより、内燃機関から排出させる空気の量に過不足が生じることを抑制できる。

また、前記機関停止制御部は、前記内燃機関の温度が高いときは低いときよりも前記ポンプ損失を大きくすることもできる。

内燃機関の温度が高いときには低いときよりも機関回転速度が低下し難い。したがって、内燃機関の温度が高いときには、内燃機関の回転速度が０となるまでの間に内燃機関から排出される空気の量が過多となる虞がある。この場合、ポンプ損失を大きくすることで、内燃機関の回転速度を速やかに低下させることができるため、内燃機関から排出される空気の量を低減することができる。したがって、空気が過多となることを抑制できる。一方、内燃機関の温度が低い場合には、燃料の供給を停止後に内燃機関の回転速度が低下しやすいため、内燃機関から排出される空気の量が不足する虞がある。この場合、ポンプ損失を小さくすることで、内燃機関の回転速度が低下することを抑制できるため、内燃機関から排出される空気の量を増加させることができる。このように、内燃機関の温度に応じてポンプ損失を調整することにより、内燃機関から排出させる空気の量に過不足が生じることを抑制できる。

また、前記前段触媒は、前記内燃機関の排気通路に設けられ酸素吸蔵能力を有する三元触媒と、前記三元触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、リーン空燃比のときにＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比以下の場合にＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、の少なくとも一方の触媒を含むこともできる。

三元触媒及びＮＳＲ触媒においてアンモニアを生成することができるため、ＳＣＲ触媒よりも上流にこれらの触媒を設けることにより、ＳＣＲ触媒へアンモニアを供給することができる。ここで、停止制御を実施することにより、これらの触媒も理論空燃比以下となり得る。この場合、これらの触媒においてＨＣ被毒が発生する虞がある。これに対し、内燃機関の停止時において、三元触媒及びＮＳＲ触媒において理論空燃比以上となるようにしておけば、ＨＣ被毒を解消することができる。したがって、次回の内燃機関の始動時にこれらの触媒の浄化能力が低くなることを抑制できる。

また、前記機関停止制御部は、前記内燃機関を停止させる要求があった場合、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアが自己消費される条件が成立している場合に、前記停止制御を実施することもできる。

自己消費は、上記のようにＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアが排気中の酸素により酸化されてＮＯｘが発生し、このＮＯｘが、ＳＣＲ触媒に吸着されている他のアンモニアにより還元されることで、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量が減少する現象であ
る。ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアが自己消費される条件が成立していなければ、内燃機関が停止されたとしてもアンモニアが自己消費されないため、内燃機関への燃料の供給を停止する前に理論空燃比以下で運転する必要はない。この場合、停止制御を実施せずに内燃機関をすぐに停止することにより、燃料の消費量を低減することができる。

また、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における空燃比を検出または推定する空燃比検出装置を備え、前記機関停止制御部は、前記空燃比検出装置により検出または推定される空燃比がリーン空燃比の場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアが自己消費される条件が成立していると判定することもできる。

内燃機関がリーン空燃比で運転されていた場合には、ＳＣＲ触媒における空燃比がリーン空燃比となるため、ＳＣＲ触媒においてアンモニアが自己消費される。このような状態の場合には、空燃比検出装置により検出または推定される空燃比がリーン空燃比となる。したがって、空燃比検出装置により検出または推定される空燃比がリーン空燃比の場合には、ＳＣＲ触媒において自己消費が起こり得る。一方、内燃機関が理論空燃比以下で運転されていた場合には、空燃比検出装置により検出または推定される空燃比は理論空燃比以下となり、ＳＣＲ触媒ではアンモニアは自己消費されない。この場合には、停止制御を実施せずに内燃機関をすぐに停止することができる。

また、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における温度を検出または推定する温度検出装置を備え、前記機関停止制御部は、前記温度検出装置により検出または推定される温度が、該選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの自己消費が始まる温度である下限温度以上の場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアが自己消費される条件が成立していると判定することもできる。

ＳＣＲ触媒の温度が下限温度よりも低いとＳＣＲ触媒においてアンモニアが自己消費されないので、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアが自己消費される条件は成立していないと判定することができる。このため、停止制御を実施しなくても内燃機関をすぐに停止することができる。一方、ＳＣＲ触媒の温度が下限温度以上であれば、アンモニアの自己消費が起こり得る。したがって、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアが自己消費される条件が成立していると判定することができる。

また、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における温度を検出または推定する温度検出装置を備え、前記機関停止制御部は、前記温度検出装置により検出または推定される温度が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアが残存する温度の上限値である上限温度未満の場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアが自己消費される条件が成立していると判定することもできる。

ＳＣＲ触媒の温度が高すぎると、ＳＣＲ触媒はアンモニアを吸着していられなくなり、ＳＣＲ触媒からアンモニアが脱離する。ＳＣＲ触媒から脱離したアンモニアはほとんどがＳＣＲ触媒から流出する。ＳＣＲ触媒から単位時間当たりに脱離するアンモニアの量が、ＳＣＲ触媒に単位時間当たりに吸着されるアンモニアの量よりも多くなると、ＳＣＲ触媒からアンモニアが減少いていく。すなわち、ＳＣＲ触媒へアンモニアを供給したとしても、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量は減少する。内燃機関の停止時に、アンモニアの温度が上限温度よりも高ければ、ＳＣＲ触媒にアンモニアがほとんど吸着されていない状態であるため、自己消費されるアンモニアもほとんど残っていないことになる。したがって、ＳＣＲ触媒の温度が上限温度よりも高い場合には、ＳＣＲ触媒にはアンモニアが残存していないため、アンモニアの自己消費は起こらない。このため、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアが自己消費される条件が成立していないと判定することができる。このような温度の場合には、停止制御を実施する必要はないため、内燃機関をすぐに停止す
ることができる。一方、ＳＣＲ触媒の温度が上限温度以下であれば、ＳＣＲ触媒にアンモニアが残存し得るため、アンモニアの自己消費が起こり得る。したがって、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアが自己消費される条件が成立していると判定することができる。

本発明によれば、内燃機関の始動時におけるＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量の不足を抑制することができる。

実施例１−３に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。 内燃機関の停止時における各種数値の推移を示したタイムチャートである。 実施例１に係る内燃機関の停止時の制御のフローチャートである。 ＳＣＲ触媒の温度とアンモニアの消失速度との関係を示した図である。 実施例２に係る内燃機関の停止時の制御のフローチャートである。 内燃機関の停止時における各種数値の推移を示したタイムチャートである。 実施例３に係る内燃機関の停止時の制御のフローチャートである。 実施例４に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。 内燃機関の冷却水温度と、内燃機関への燃料の供給を停止した時点から内燃機関の回転速度が０となるまでに要求される吸入空気量の積算値（所定空気量）と、必要ポンプ損失と、の関係を示した図である。 内燃機関の停止時における各種数値の推移を示したタイムチャートである。 内燃機関の停止時における機関回転速度、スロットル開度、ウェストゲートバルブ開度の推移を示したタイムチャートである。 実施例４に係る内燃機関の停止時の制御のフローチャートである。 必要ポンプ損失を補正するためのフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ガソリン機関である。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。

内燃機関１には、排気管７２が接続されている。この排気管７２の途中には、上流側から順に、三元触媒３１、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒３２（以下、ＮＳＲ触媒３２という。）、選択還元型ＮＯｘ触媒３３（以下、ＳＣＲ触媒３３という。）が備えられている。

三元触媒３１は、触媒雰囲気が理論空燃比またはその付近でＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを浄化する。この三元触媒３１は、酸素吸蔵能力を有している。すなわち、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに過剰分の酸素を吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに不足分の酸素を放出することにより、排気を浄化する。このような酸素吸蔵能力により、三元触媒３１がＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを理論空燃比以外であって
も浄化することができる。なお、三元触媒３１に代えて酸化能力を有する他の触媒（例えば、酸化触媒）を設けてもよい。

また、ＮＳＲ触媒３２は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する。すなわち、リーン空燃比のときにＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比以下のときにＮＯｘを還元する。ＮＳＲ触媒３２に供給する還元剤には、内燃機関１から排出される未燃燃料であるＨＣまたはＣＯを利用することができる。

なお、三元触媒３１またはＮＳＲ触媒３２を排気が通過するときに、排気中のＮＯｘがＨＣまたはＨ_２と反応してアンモニア（ＮＨ_３）が生成されることがある。例えば、水性ガスシフト反応または水蒸気改質反応により排気中のＣＯやＨ_２ＯからＨ_２が発生すれば、該Ｈ_２が三元触媒３１またはＮＳＲ触媒３２においてＮＯと反応してアンモニアが生成される。アンモニアは、三元触媒３１またはＮＳＲ触媒３２を通過する排気の空燃比が理論空燃比以下のときに生成される。なお、実施例においては三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２が、本発明における前段触媒に相当する。

ＳＣＲ触媒３３は、還元剤を吸着しておき、ＮＯｘが通過するときに、吸着していた還元剤によりＮＯｘを選択還元する。ＳＣＲ触媒３３へ供給する還元剤には、三元触媒３１またはＮＳＲ触媒３２にて生成されるアンモニアを利用することができる。

また、三元触媒３１よりも上流の排気管７２には、排気の空燃比を検出する第一空燃比センサ９１が取り付けられている。また、三元触媒３１よりも下流で且つＮＳＲ触媒３２よりも上流の排気管７２には、排気の空燃比を検出する第二空燃比センサ９２が取り付けられている。

また、ＮＳＲ触媒３２よりも下流で且つＳＣＲ触媒３３よりも上流の排気管７２には、排気の空燃比を検出する第三空燃比センサ９３が取り付けられている。さらに、ＳＣＲ触媒３３よりも下流の排気管７２には、排気の空燃比を検出する第四空燃比センサ９４と、排気の温度を検出する排気温度センサ９９が取り付けられている。排気温度センサ９９の検出値によりＳＣＲ触媒３３の温度を求めることができる。

また、内燃機関１には、該内燃機関１へ燃料を供給する噴射弁８３が取り付けられている。一方、内燃機関１には、吸気管４２が接続されている。吸気管４２の途中には、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル１６が設けられている。スロットル１６よりも上流の吸気管４２には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ９５が取り付けられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。ＥＣＵ９０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ９７、および機関回転速度を検知するクランクポジションセンサ９８が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ９０に入力される。一方、ＥＣＵ９０には、噴射弁８３、スロットル１６が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９０により噴射弁８３の開閉時期、スロットル１６の開度が制御される。さらに、ＥＣＵ９０には、ＩＧスイッチ２０が接続されており、運転者がＩＧスイッチ２０を操作すると、ＥＣＵ９０が内燃機関１を始動または停止させる。

ＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転状態（例えば、機関回転速度及びアクセル開度）に基
づいて目標空燃比を設定する。そして、実際の空燃比が目標空燃比となるように、スロットル１６または噴射弁８３を制御する。なお、本実施例に係る内燃機関１は、リーンバーン運転（すなわち、リーン空燃比での運転）が行われる。ただし、内燃機関１の冷間始動時や高負荷運転時、さらにはＮＳＲ触媒３２の硫黄被毒解消時などにおいては、理論空燃比以下の空燃比で運転される場合もある。なお、実施例においては空燃比を制御するＥＣＵ９０が、本発明における空燃比制御部に相当する。

ここで、ＳＣＲ触媒３３に吸着されているアンモニアは、ＳＣＲ触媒３３におけるアンモニアの自己消費によって消失する。アンモニアの自己消費は、ＳＣＲ触媒３３に吸着されているアンモニアが周囲の酸素と反応してＮＯｘに変わり、さらにこのＮＯｘがＳＣＲ触媒３３に吸着されているアンモニアと反応するために、アンモニアが消費される現象である。

アンモニアの自己消費を抑制するために、ＥＣＵ９０は、内燃機関１を停止させる要求があった場合に、ＳＣＲ触媒３３における空燃比をリッチ空燃比としてから内燃機関１を停止させる。なお、本実施例では、運手者がＩＧスイッチ２０を操作して内燃機関１を停止させようとしたときに内燃機関１を停止させる要求があった（内燃機関１の停止要求が発生した）ものとする。他にも、ハイブリッド車両において内燃機関１による走行からモータによる走行に切り替わる場合、及び、アイドルストップを行う場合などにも、内燃機関１を停止させる要求があったものとすることができる。

このため、ＥＣＵ９０は、内燃機関１を停止させる要求があった場合において、内燃機関１への燃料の供給を停止させる前に、内燃機関１をリッチ空燃比で運転させ、このリッチ空燃比で運転したときの排気がＳＣＲ触媒３３に満たされたとき、すなわちＳＣＲ触媒３３における空燃比がリッチ空燃比となったときに内燃機関１への燃料の供給を停止させる。なお、内燃機関１を停止させる要求があった後にＳＣＲ触媒３３における空燃比がリッチ空燃比となるまで内燃機関１をリッチ空燃比以下で運転させ、その後に内燃機関１への燃料の供給を停止する制御を停止制御という。ＳＣＲ触媒３３における空燃比がリッチ空燃比になったと判定する方法については幾つか考えられるが、本実施例では、第四空燃比センサ９４により検出される排気の空燃比がリッチ空燃比となったときに、ＳＣＲ触媒３３における空燃比がリッチ空燃比となったと判定する。他にも、例えば、リッチ空燃比で内燃機関１を所定時間運転したことをもって、ＳＣＲ触媒３３における空燃比がリッチ空燃比となったと判定することもできる。この所定時間は、ＳＣＲ触媒３３における空燃比がリッチ空燃比となるまでの時間として予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。また、周知の技術を用いて、内燃機関１の運転状態に基づいて、ＳＣＲ触媒３３における空燃比を推定することもできる。なお、実施例においては第四空燃比センサ９４、または、ＳＣＲ触媒３３における空燃比を推定するＥＣＵ９０が、本発明における空燃比検出装置に相当する。

図２は、内燃機関１の停止時における各種数値の推移を示したタイムチャートである。車速は、内燃機関１が搭載されている車両の速度である。機関出Ａ／Ｆは、内燃機関１から排出されるガスの空燃比であり、内燃機関１での燃焼時における空燃比である。ＳＣＲ出Ａ／Ｆは、ＳＣＲ触媒３３から流出する排気の空燃比であり、第四空燃比センサ９４で検出される排気の空燃比である。実線は本実施例に係る制御を実施した場合を示し、破線は内燃機関１の停止要求が発生するとすぐに燃料の供給を停止させて内燃機関１を停止させる従来の制御を実施した場合を示している。

まず、従来の制御を実施した場合について説明する。Ｔ１において車速が０となる。これにより、内燃機関１は、アイドル運転が実施されるため、Ｔ１からの機関回転速度は、アイドル回転速度になる。なお、アイドル運転中には、内燃機関１が理論空燃比で運転さ
れるため、機関出Ａ／Ｆは理論空燃比となる。Ｔ２においてＩＧスイッチ２０がＯＦＦとされる。すなわち、Ｔ２において内燃機関１の停止要求が発生している。従来では、内燃機関１の停止要求が発生すると内燃機関１をすぐに停止させるために、Ｔ２から燃料の供給が停止される。このため、Ｔ２から機関回転速度が低下を始める。Ｔ２から燃料の供給が停止されるため、Ｔ２から機関出Ａ／Ｆが理論空燃比よりも高くなる。従来の場合には、内燃機関１をすぐに停止させるため、アイドル回転速度で運転しているときの排気はＳＣＲ触媒３３まで到達しないので、ＳＣＲ出Ａ／Ｆはリーン空燃比のまま変化しない。

次に、本実施例に係る制御を実施した場合について説明する。Ｔ２までは従来と同じである。Ｔ２で内燃機関１を停止させる要求が発生すると、Ｔ２から内燃機関１をリッチ空燃比で運転する。すなわち、Ｔ２から停止制御を開始する。機関出Ａ／ＦはＴ２からリッチ空燃比となるが、ＳＣＲ触媒３３へリッチ空燃比の排気が届くのには時間がかかる。このため、Ｔ３からＳＣＲ出Ａ／Ｆが低下を開始し、Ｔ４においてＳＣＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比となる。ここで、ＳＣＲ触媒３３にもある程度の酸素吸蔵能が備わるため、ＳＣＲ触媒３３にリッチ空燃比の排気が流入すると、該ＳＣＲ触媒３３から酸素が放出される。この酸素が放出されている間は、ＳＣＲ触媒３３における空燃比が理論空燃比となる。本実施例では、ＳＣＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比以下になると、内燃機関１を実際に停止させるために、燃料の供給が停止される。すなわち、Ｔ４において燃料の供給が停止され、機関回転速度が低下を始めると共に、機関出Ａ／Ｆがリーン空燃比となる。なお、特に断らない限り、内燃機関１を停止させるといった場合には、燃料の供給を停止させることを示すこととする。本実施例では、Ｔ２からＴ４までの期間において停止制御が実施されている。ＳＣＲ触媒３３よりも上流側にはリッチ空燃比の排気が存在しているため、Ｔ４から後であっても、内燃機関１の回転速度が０となるまでは、ＳＣＲ触媒３３にリッチ空燃比の排気が供給される。そして、Ｔ５においてＳＣＲ触媒３３に吸蔵されていた酸素が無くなり、このＴ５からＳＣＲ出Ａ／Ｆが低下してリッチ空燃比となる。

図３は、本実施例に係る内燃機関１の停止時の制御のフローチャートである。本フローチャートは、内燃機関１の運転中にＥＣＵ９０により所定の時間毎に実施される。なお、本実施例においては本フローチャートを処理するＥＣＵ９０が、本発明における機関停止制御部に相当する。

ステップＳ１０１では、内燃機関１の停止要求があったか否か判定される。すなわち、図２に係るＴ２の時点となったか否か判定される。例えば、ＩＧスイッチ２０がＯＦＦのときに内燃機関１の停止要求があったと判定される。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。

ステップＳ１０２では、内燃機関１がリッチ空燃比で運転される。すなわち、内燃機関１の目標空燃比がリッチ空燃比とされる。このときの目標空燃比は、予め実験またはシミュレーション等により求めておくことができる。これにより、図２に係るＴ２からＴ３に示したように、機関出Ａ／Ｆをリッチ空燃比とする。したがって、排気管７２を流れる排気の空燃比が内燃機関１側から徐々にリッチ空燃比となる。

ステップＳ１０３では、ＳＣＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比以下であるか否か判定される。すなわち、ＳＣＲ触媒３３における空燃比が理論空燃比以下となったか否か判定される。これは、図２に係るＴ３の時点に達したか否か判定しているともいえる。本ステップでは、リッチ空燃比での運転を終了させてもよいか否か判定している。第四空燃比センサ９４により検出された空燃比が理論空燃比以下となった場合にＳＣＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比以下であると判定してもよいし、リッチ空燃比で内燃機関１を所定時間運転したことをもって、ＳＣＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比以下となったと判定してもよい。さらに、ＳＣＲ出Ａ／Ｆ
を推定することもできるため、この推定値を用いて判定してもよい。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合には、図２に係るＴ４の時点に達しているため、ステップＳ１０４へ進む。一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。すなわち、ＳＣＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比以下となるまで、リッチ空燃比での運転が継続して行われる。

ステップＳ１０４では、内燃機関１を停止させる許可がなされる。これにより、内燃機関１への燃料の供給が停止される。この後、内燃機関１は惰性で回転するが、徐々に回転速度が低下して、最終的に０となる。

なお、図３に示すフローチャートにおいては、ＳＣＲ触媒３３における空燃比を速やかに低下させるために、ステップＳ１０２においてリッチ空燃比で運転しているが、これに代えて、理論空燃比で運転してもよい。内燃機関１を理論空燃比で運転することにより、時間はかかるが、ＳＣＲ触媒３３における空燃比を理論空燃比とすることができる。ＳＣＲ触媒３３における空燃比が理論空燃比であれば、アンモニアの自己消費を抑制できる。

また、本実施例においては、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２は、必ずしも必要ではない。三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２の代わりに、ＳＣＲ触媒３３へアンモニアを供給する例えばアンモニア添加弁を備えることにより、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２を省くこともできる。

以上のようにして、内燃機関１が停止後のＳＣＲ触媒３３における空燃比が理論空燃比以下となるため、内燃機関１が停止後のＳＣＲ触媒３３においてアンモニアが自己消費されることを抑制できる。これにより、内燃機関１の停止後にアンモニアの吸着量が減少することを抑制できるため、次回の内燃機関１の始動時におけるＮＯｘの浄化率の低下を抑制できる。

＜実施例２＞
本実施例では、停止制御を実施する条件を設定している。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。本実施例では、ＳＣＲ触媒３３の温度またはＳＣＲ触媒３３における空燃比に基づいて、停止制御を実施するか否か判定する。

ここで、ＳＣＲ触媒３３に吸着されているアンモニアは、自己消費以外に、ＳＣＲ触媒３３からのアンモニアの脱離によっても消失する。アンモニアの脱離は、ＳＣＲ触媒３３の温度が比較的高温のときに吸着サイトからアンモニアが離れる現象である。

内燃機関１が停止されてＳＣＲ触媒３３へ流入するＮＯｘがない場合であっても、アンモニアの脱離およびアンモニアの自己消費は起こり得る。ここで、図４は、ＳＣＲ触媒３３の温度とアンモニアの消失速度との関係を示した図である。アンモニアの消失速度とは、単位時間当たりにＳＣＲ触媒３３から消失するアンモニアの量である。図４中の実線は、アンモニアの脱離によるアンモニアの消失速度を示し、破線は、アンモニアの自己消費によるアンモニアの消失速度を示している。

ＴＡはアンモニアの自己消費が始まる温度（以下、下限温度ともいう。）であり、ＴＢはＳＣＲ触媒３３にアンモニアが残存する温度の上限値（以下、上限温度ともいう。）である。ＳＣＲ触媒３３の温度が上限温度ＴＢよりも高くなると、アンモニアを供給しても、新たに吸着されるアンモニア量よりも脱離するアンモニア量のほうが多くなり、結果として、ＳＣＲ触媒３３にはアンモニアが残存しなくなる。図４に示すように、アンモニアの自己消費は下限温度ＴＡの温度から始まり、温度が高くなるほどアンモニアの自己消費によるアンモニアの消失速度が大きくなる。しかし、ＳＣＲ触媒３３の温度が上限温度Ｔ
Ｂよりも高くなると、アンモニアの自己消費よりも脱離の影響のほうが大きくなる。そして、ＳＣＲ触媒３３の温度が上限温度ＴＢよりも高くなると、ＳＣＲ触媒３３へアンモニアを供給したとしても、ＳＣＲ触媒３３からアンモニアが脱離してしまうため、アンモニアの吸着量を増加させることが困難となる。ＳＣＲ触媒３３にアンモニアが吸着されていなければ、アンモニアの自己消費は起こらない。すなわち、ＳＣＲ触媒３３の温度が下限温度以上且つ上限温度以下の場合に、アンモニアの自己消費が起こり得る。

以上より、本実施例では、内燃機関１を停止させる要求があった場合、且つ、ＳＣＲ触媒３３の温度が下限温度ＴＡ以上または上限温度ＴＢ以下の場合に、停止制御を実施する。なお、本実施例では、内燃機関１を停止させる要求があった場合であって、ＳＣＲ触媒３３の温度が下限温度ＴＡ以上且つ上限温度ＴＢ以下の場合に、停止制御を実施する場合について説明する。

ＳＣＲ触媒３３の温度が下限温度ＴＡよりも低い場合には、ＳＣＲ触媒３３においてアンモニアの自己消費はほとんど起こらないため、アンモニアの自己消費を抑制するために停止制御をする必要はない。また、ＳＣＲ触媒３３の温度が上限温度ＴＢよりも高い場合には、ＳＣＲ触媒３３にアンモニアがほとんど吸着されていないため、アンモニアの自己消費を抑制するために停止制御をする必要がない。このように、ＳＣＲ触媒３３における空燃比をリッチ空燃比にする必要がない場合には、停止制御を実施しないで速やかに内燃機関１を停止させることにより、燃料の消費量を低減することができる。

また、本実施例では、内燃機関１を停止させる要求があった場合に、ＳＣＲ触媒３３における空燃比がリーン空燃比の場合に限り、停止制御を実施する。ＳＣＲ触媒３３における空燃比がリーン空燃比でない場合、すなわち、理論空燃比またはリッチ空燃比の場合には、排気中に酸素がほとんど含まれていないため、内燃機関１の停止後にアンモニアがほとんど自己消費されないため、停止制御を実施する必要はない。この場合にも、速やかに内燃機関１を停止させることにより、燃料の消費量を低減することができる。

図５は、本実施例に係る内燃機関１の停止時の制御のフローチャートである。本フローチャートは、内燃機関１の運転中にＥＣＵ９０により所定の時間毎に実施される。上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例においては本フローチャートを処理するＥＣＵ９０が、本発明における機関停止制御部に相当する。

図５に示すフローチャートでは、ステップＳ１０１で肯定判定がなされるとステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、ＳＣＲ触媒３３の温度が下限温度ＴＡ以上且つ上限温度ＴＢ以下であるか否か判定される。本ステップでは、ＳＣＲ触媒３３の温度が、アンモニアが自己消費される範囲にあるか否か判定している。下限温度ＴＡは例えば３５０℃であり、上限温度ＴＢは例えば５００℃であるが、この値は、ＳＣＲ触媒３３の組成等によって異なるため、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ＳＣＲ触媒３３の温度は、排気温度センサ９９により得る。なお、内燃機関１の運転状態に基づいてＳＣＲ触媒３３の温度を推定することもできる。本実施例では、排気温度センサ９９、または、ＳＣＲ触媒３３の温度を推定するＥＣＵ９０が、本発明における温度検出装置に相当する。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ２０２では、ＳＣＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比よりも高いか否か判定される。すなわち、ＳＣＲ触媒３３における空燃比がリーン空燃比であるか否か判定される。本ステップでは、ＳＣＲ触媒３３における空燃比を理論空燃比以下に低下させる必要があるか否か判定している。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進
み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進む。

このようにして、ＳＣＲ触媒３３における空燃比が、アンモニアが自己消費されるリーン空燃比となっており、且つ、ＳＣＲ触媒３３の温度が、アンモニアの吸着量が減少する温度となっているときに限り、停止制御を実施することにより、内燃機関１を必要以上に運転させることを抑制できる。したがって、燃料の消費量を低減することができる。

なお、本実施例では、ＳＣＲ触媒３３の温度に関する条件と、ＳＣＲ触媒３３における空燃比に関する条件と、が共に成立している場合に、停止制御を実施することにしているが、これに代えて、何れか一方の条件が成立している場合に、リッチ空燃比で運転するようにしても、燃料の消費量を低減することができる。すなわち、上記ステップＳ２０１またはステップＳ２０２の一方を省略することもできる。

また、本実施例では、ＳＣＲ触媒３３の温度が下限温度ＴＡ以上且つ上限温度ＴＢ以下の場合に停止制御を実施することにしているが、これに代えて、ＳＣＲ触媒３３の温度が下限温度ＴＡ以上であれば上限温度ＴＢ以下でなくとも停止制御を実施してもよく、また、ＳＣＲ触媒３３の温度が上限温度ＴＢ以下であれば下限温度ＴＡ以上でなくても停止制御を実施してもよい。

＜実施例３＞
本実施例に係る停止制御では、内燃機関１を停止させる前にＳＣＲ触媒３３における空燃比をリッチ空燃比とした後に、さらに、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２における空燃比がその前の処理によりリッチ空燃比とされた状態から理論空燃比以上となるように内燃機関１を運転させ、その後に内燃機関１への燃料の供給を停止させて内燃機関１を停止させる。上記実施例では、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２が必須の構成ではないが、本実施例では、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２の少なくとも一方が必須の構成となる。なお、本実施例では、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２の両方を備えるものとして説明する。

ここで、内燃機関１を停止させる前に実施例１と同じようにＳＣＲ触媒３３における空燃比がリッチ空燃比となるように内燃機関１を運転すると、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２における空燃比もリッチ空燃比となる。そうすると、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２ではＨＣによる被毒（ＨＣ被毒）が生じ得る。このＨＣ被毒により次回の内燃機関１の始動時に三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２の浄化能力が低下する虞がある。

一方、本実施例では、内燃機関１を停止させる前に、まず、ＳＣＲ触媒３３における空燃比をリッチ空燃比とし、次に、ＳＣＲ触媒３３における空燃比をリッチ空燃比としたまま、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２における空燃比を理論空燃比以上とする。これにより、次回の内燃機関１の始動時には三元触媒３１、ＮＳＲ触媒３２、ＳＣＲ触媒３３の何れの浄化能力も高い状態で内燃機関１を始動することができる。なお、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２における空燃比が高くなりすぎると、浄化能力が低下する虞があるため、予め実験またはシミュレーション等により空燃比の最適値を求めておいてもよい。

図６は、内燃機関１の停止時における各種数値の推移を示したタイムチャートである。実線は本実施例に係る制御を実施した場合を示し、破線は実施例１または実施例２に係る制御を実施した場合を示している。三元触媒出Ａ／Ｆは、三元触媒３１から流出する排気の空燃比であり、第二空燃比センサ９２で検出される排気の空燃比である。ＮＳＲ出Ａ／Ｆは、ＮＳＲ触媒３２から流出する排気の空燃比であり、第三空燃比センサ９３で検出される排気の空燃比である。図６におけるＴ１からＴ５は、図２に示した同じ符号と同じ時点を示している。

Ｔ４までは、実線及び破線で同じ軌跡になる。なお、Ｔ２でリッチ空燃比となってからは、最初に最上流の三元触媒３１がリッチ空燃比となり、その後に、ＮＳＲ触媒３２、ＳＣＲ触媒３３の順にリッチ空燃比となる。なお、三元触媒３１およびＮＳＲ触媒３２には酸素吸蔵能が備わるため、三元触媒出Ａ／Ｆがリッチ空燃比となる前において、三元触媒３１から酸素が放出されている間は、三元触媒出Ａ／Ｆが理論空燃比となり、ＮＳＲ出Ａ／Ｆがリッチ空燃比となる前において、ＮＳＲ触媒３２から酸素が放出されている間は、ＮＳＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比となる。そして、本実施例では、実施例１または実施例２と異なり、Ｔ４から内燃機関１を理論空燃比で運転させる。これにより、機関出Ａ／ＦがＴ４よりも後で理論空燃比となる。その後、三元触媒出Ａ／Ｆ、ＮＳＲ出Ａ／Ｆの順に空燃比が上昇を始める。そして、Ｔ６においてＮＳＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比になると、内燃機関１への燃料の供給を停止させる。この場合、理論空燃比の排気はＳＣＲ触媒３３へ到達しないため、ＳＣＲ触媒３３における空燃比は、リッチ空燃比のまま維持される。ただし、ＮＳＲ触媒３２とＳＣＲ触媒３３との距離が近い場合には、内燃機関１の回転速度が０となるまでの間に理論空燃比の排気がＳＣＲ触媒３３へ到達し得るため、ＳＣＲ触媒３３における空燃比が上昇することもあるが、排気の空燃比が理論空燃比であるためＳＣＲ触媒３３においてアンモニアが自己消費されることは抑制される。本実施例では、Ｔ２からＴ６の期間において停止制御が実施される。

また、Ｔ６から後は内燃機関１へ燃料の供給が停止されるが、内燃機関１の回転速度が０となるまでは、内燃機関１からガスが排出される。すなわち、Ｔ６から後には、機関出Ａ／Ｆがリーン空燃比となり、この排気が三元触媒３１まで到達すると、三元触媒３１における空燃比がリーン空燃比となる。なお、三元触媒３１には酸素吸蔵能力があるため、Ｔ６直後に三元触媒３１が酸素を吸蔵している間は、三元触媒出Ａ／Ｆが理論空燃比となり得る。

図７は、本実施例に係る内燃機関１の停止時の制御のフローチャートである。本フローチャートは、内燃機関１の運転中にＥＣＵ９０により所定の時間毎に実施される。上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例においては本フローチャートを処理するＥＣＵ９０が、本発明における機関停止制御部に相当する。

図７に示すフローチャートでは、ステップＳ１０３で肯定判定がなされるとステップＳ３０１へ進む。ステップＳ３０１では、内燃機関１が理論空燃比で運転される。これにより、排気管７２を流れる排気の空燃比が内燃機関１側から徐々に理論空燃比となる。

ステップＳ３０２では、ＮＳＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比であるか否か判定される。すなわち、ＮＳＲ触媒３２における空燃比が理論空燃比となったか否か判定される。本ステップでは、図６のＴ６に達したか否か判定している。ＮＳＲ出Ａ／Ｆは、第三空燃比センサ９３により検出される空燃比とする。本ステップでは、理論空燃比での運転を終了させてもよいか否か判定している。ステップＳ３０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０１へ戻る。すなわち、ＮＳＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比となるまで、理論空燃比での運転が継続して行われる。

また、図７に示すフローチャートでは、ステップＳ２０２で否定判定がなされると、ステップＳ３０３へ進む。ステップＳ３０３では、ＳＣＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比であるか否か判定される。すなわち、本ステップでは、ＳＣＲ触媒３３における空燃比がリッチ空燃比でないか否か判定される。ここで、ＳＣＲ触媒３３における空燃比がリッチ空燃比である場合には、内燃機関１がリッチ空燃比で運転されていたと考えられるため、ＳＣＲ触媒３３よりも上流の三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２もリッチ空燃比になっているものと考えられる。ＳＣＲ触媒３３がリッチ空燃比であれば、リッチ空燃比での運転は必要ないが
、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２においてＨＣ被毒が発生している虞もあるため、ＳＣＲ出Ａ／Ｆがリッチ空燃比であれば、ステップＳ３０１へ進んで内燃機関１を理論空燃比で運転させる。

一方、ＳＣＲ触媒３３における空燃比が理論空燃比である場合には、内燃機関１が理論空燃比で運転されていたと考えられるため、ＳＣＲ触媒３３よりも上流の三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２も理論空燃比になっているものと考えられる。この場合には、停止制御を実施せずに、すぐに内燃機関１を停止させても問題ないため、ステップＳ１０４へ進む。

なお、実施例１と同様に、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２の少なくとも一方を省略することもできる。ステップＳ２０２を省略する場合には、ステップＳ３０３も省略することができる。また、本実施例では三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２の両方を備えているが、これに代えて、何れか一方のみを備えている場合であっても同様に扱うことができる。例えば、三元触媒３１を備え、ＮＳＲ触媒３２を備えていない場合には、ステップＳ３０２において三元触媒出Ａ／Ｆが理論空燃比であるか否か判定すればよい。また、本実施例においては、ステップＳ３０１において内燃機関１を理論空燃比で運転しているが、これに代えて、リーン空燃比で運転してもよい。リーン空燃比で運転することによっても、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２におけるＨＣ被毒を抑制できる。ただし、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２で酸素過剰の状態になると浄化能力が低下するため、どの程度の空燃比とするのかは実験またはシミュレーション等により求めてもよい。

また、ステップＳ３０２では、第三空燃比センサ９３により検出される排気の空燃比を利用せずに、例えば、内燃機関１を理論空燃比で所定時間運転したことをもって、ＮＳＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比になったと判定することもできる。この所定時間は、理論空燃比で内燃機関１の運転を開始した時点から、ＮＳＲ触媒３２における空燃比が理論空燃比となるまでの時間として予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

以上説明したように本実施例によれば、ＳＣＲ触媒３３におけるアンモニアの自己消費を抑制すると共に、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２におけるＨＣ被毒も抑制することができるため、次回の内燃機関１の始動時に排気の浄化能力をより高くすることができる。

＜実施例４＞
実施例３に係る停止制御では、内燃機関１の停止要求があった後、リッチ空燃比にて運転し、その後にＨＣ被毒解消のために理論空燃比にて運転を行っている。一方、本実施例に係る停止制御では、内燃機関１の停止要求があった後、リッチ空燃比で運転し、その後に理論空燃比での運転はせずに燃料の供給を停止し、内燃機関１の回転速度が０となるまでの内燃機関１の回転速度の低下の度合いを調整することにより、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２へ過不足なく酸素を供給する。これにより、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２のＨＣ被毒を解消する。

ここで、図８は、本実施例に係る内燃機関１と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。主に、図１と異なる点について説明する。内燃機関１のシリンダヘッド１０には、吸気管４２から気筒２に通じる吸気ポート４１、及び、排気管７２から気筒２に通じる排気ポート７１が形成されている。吸気ポート４１の気筒２側の端部には、吸気弁５が備わる。吸気弁５の開閉は、吸気側カム６によって行われる。また、排気ポート７１の気筒２側の端部には、排気弁９が備わる。排気弁９の開閉は排気側カム１１によって行われる。吸気ポート４１及び吸気管４２は、吸気通路４に含まれている。排気ポート７１及び排気管７２は、排気通路７に含まれている。

吸気側カム６は吸気側カムシャフト２２に取り付けられ、更に吸気側カムシャフト２２の端部には吸気側プーリ２４が設けられている。吸気側カムシャフト２２と吸気側プーリ２４との間には、吸気側カムシャフト２２と吸気側プーリ２４との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「吸気側ＶＶＴ」という）２３が設けられている。

また、排気側カム１１は排気側カムシャフト２５に取り付けられ、更に排気側カムシャフト２５の端部には排気側プーリ２７が設けられている。排気側カムシャフト２５と排気側プーリ２７との間には、排気側カムシャフト２５と排気側プーリ２７との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「排気側ＶＶＴ」という）２６が設けられている。

そして、吸気側プーリ２４及び排気側プーリ２７は、クランクシャフト１３から駆動力を得て回転する。吸気側ＶＶＴ２３は、クランクシャフト１３の回転角と吸気側カムシャフト２２との回転角との関係を変更することで、吸気弁５の開閉時期を変更することができる。また、排気側ＶＶＴ２６は、クランクシャフト１３の回転角と排気側カムシャフト２５との回転角との関係を変更することで、排気弁９の開閉時期を変更することができる。なお、吸気弁５または排気弁９の開閉時期を変更する機構はこれに限らず、他の機構を用いることもできる。

そして、内燃機関１のクランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復する。吸気管４２の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５０のコンプレッサ５１が設けられている。コンプレッサ５１よりも上流の吸気管４２に、スロットル１６が備えられている。

一方、排気管７２の途中には、ターボチャージャ５０のタービン５２が設けられている。また、タービン５２よりも上流側の排気管７２とタービン５２よりも下流側の排気管７２とを接続するバイパス通路５３が設けられており、該バイパス通路５３には、該バイパス通路５３を開閉するウェストゲートバルブ５４が設けられている。さらに、バイパス通路５３よりも下流の排気管７２に、第一空燃比センサ９１が設けられている。

内燃機関１には、該内燃機関１の冷却水の温度を検出する水温センサ９６が設けられている。水温センサ９６により、内燃機関１の温度を検出することができる。なお、冷却水の温度に代えて、潤滑油の温度を検出するセンサを設けてもよい。ＥＣＵ９０には、吸気側ＶＶＴ２３、排気側ＶＶＴ２６、ウェストゲートバルブ５４が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９０によりこれらの機器が制御される。また、ＥＣＵ９０には、水温センサ９６が電気配線を介して接続され、この水温センサ９６の出力信号がＥＣＵ９０に入力される。

ここで、ＥＣＵ９０は、内燃機関１への燃料の供給を停止してから機関回転速度が０となるまでの間に内燃機関１から排出されるガス量が、ＮＳＲ触媒３２におけるＨＣ被毒を解消可能なガス量となるように、内燃機関１のポンプ損失を調整する。ポンプ損失は、スロットル１６、吸気側ＶＶＴ２３、排気側ＶＶＴ２６、ウェストゲートバルブ５４の少なくとも１つにより調整可能である。

なお、本実施例では、内燃機関１への燃料の供給を停止した時点から内燃機関１の回転速度が０となるまでに内燃機関１から排出されるガスの量の積算値（すなわち総量）が、気筒２の出口（すなわち、気筒２と排気ポート７１との境界）からＳＣＲ触媒３３の入口までの排気通路７の容積に相当するガスの量となるようにポンプ損失を調整する。内燃機関１へは燃料が供給されていないため、内燃機関１から排出されるガスの量の積算値は、
内燃機関１の吸入空気量の積算値と等しい。なお、本実施例においては、気筒２の出口からＳＣＲ触媒３３の入口までの排気通路７の容積に相当するガスの量が、本発明における所定空気量に相当する。ここで、スロットル１６の開度が小さいときには大きいときよりもポンプ損失が大きくなる。また、ウェストゲートバルブ５４の開度が小さいときには大きいときよりもポンプ損失が大きくなる。さらに、例えば吸気弁５及び排気弁９の開度が最も大きくなる時期が、ピストン１５の速度が最も高い時期から離れるほど、ポンプ損失が大きくなる。

内燃機関１への燃料の供給を停止した時点から内燃機関１の回転速度が０となるまでの時間は、ポンプ損失の他に、摩擦損失の影響も受ける。内燃機関１の温度が低いほど、摩擦損失が大きくなるため、内燃機関１の回転速度が０となるまでの時間が短くなる。そこで本実施例では、内燃機関１の温度として冷却水温度を検出し、該冷却水温度に応じてポンプ損失を調整する。なお、本実施例においては、所定空気量及び冷却水温度に基づいてポンプ損失を調整する例について説明するが、これに代えて、所定空気量または冷却水温度の一方のみに基づいてポンプ損失を調整してもよい。

図９は、内燃機関１の冷却水温度と、内燃機関１への燃料の供給を停止した時点から内燃機関１の回転速度が０となるまでに要求される吸入空気量の積算値（所定空気量）と、必要ポンプ損失と、の関係を示した図である。必要ポンプ損失は、内燃機関１への燃料の供給を停止した時点から内燃機関１の回転速度が０となるまでに内燃機関１から排出されるガスの量の積算値が、気筒２の出口からＳＣＲ触媒３３の入口まで排気通路７の容積に相当するガス量と等しくなるようなポンプ損失である。所定空気量は、気筒２の出口からＳＣＲ触媒３３の入口までの排気通路７の容積に応じた値となる。この値は、予め求めることができる。冷却水温度は、水温センサ９６により求めることができる。なお、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２の酸素吸蔵能力によって、ＮＳＲ触媒３２における空燃比が理論空燃比となるまでに要する酸素の量が変わる。三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２の酸素吸蔵能力は劣化等によって変わるため、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２の酸素吸蔵能力に応じて所定空気量を変えてもよいが、本実施例では、より簡単な制御とするために、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２の酸素吸蔵能力の変化については考慮していない。

図９に示すように、所定空気量が大きいほど、必要ポンプ損失は小さくなる。すなわち、所定空気量が大きくなるほど、より長い時間、内燃機関１を運転させる必要があるため、必要ポンプ損失は小さくなる。また、冷却水温度が低いほど、必要ポンプ損失は小さくなる。すなわち、冷却水温度が低いほど、摩擦損失が大きくなるため、必要ポンプ損失は小さくてよい。

図９に示した関係は予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。そして、図９に示した関係を用いて必要ポンプ損失を求め、さらに、必要ポンプ損失となるように実際のポンプ損失を調整する。なお、必要ポンプ損失と、スロットル１６の開度、吸気弁５の開閉時期、排気弁９の開閉時期、ウェストゲートバルブ５４の開度と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておく。また、必要ポンプ損失を求めずに、所定空気量及び冷却水温度から、スロットル１６の開度、吸気弁５の開閉時期、排気弁９の開閉時期、ウェストゲートバルブ５４の開度を直接求めるようなマップを予め作成してＥＣＵ９０に記憶しておいてもよい。

図１０は、内燃機関１の停止時における各種数値の推移を示したタイムチャートである。実線は本実施例に係る制御を実施した場合を示し、破線は実施例３に係る制御を実施した場合を示している。Ｔ４までは、実線及び破線で同じ軌跡になる。また、図１１は、内燃機関１の停止時における機関回転速度、スロットル開度、ウェストゲートバルブ開度の推移を示したタイムチャートである。図１１では、スロットル開度及びウェストゲートバ
ルブ開度において実線は必要ポンプ損失が小さい場合を示しており、一点鎖線は必要ポンプ損失が大きい場合を示している。図１０及び図１１におけるＴ１からＴ６は、図６に示した同じ符号と同じ時点を示している。

Ｔ４においてＳＣＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比になると、本実施例では内燃機関１への燃料の供給が停止される。したがって、Ｔ４から後に内燃機関１の回転速度が低下するが、このときの必要ポンプ損失に応じて、スロットル１６の開度、吸気弁５の開閉時期、排気弁９の開閉時期、ウェストゲートバルブ５４の開度の少なくとも１つが設定される。これにより、機関回転速度の低下の度合いが調整されるため、排気管７２へ排出される空気の量も調整される。なお、ポンプ損失の調整は、Ｔ４の時点で行ってもよいが、Ｔ４よりも前、または、Ｔ４よりも後に行ってもよい。また、ポンプ損失を調整する場合に、内燃機関１の油圧が必要であったり、または、内燃機関１の動力が必要であったりする場合等には、内燃機関１へ燃料を供給しつつ、ポンプ損失を調整してもよい。すなわち、ＳＣＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比になったとしても、ポンプ損失を調整するための燃料の供給を行ってもよい。

内燃機関１の回転速度が０となる時点Ｔ７では、ＮＳＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比となっている。Ｔ７の時点では、三元触媒３１はほぼ空気で満たされており、三元触媒出Ａ／Ｆは理論空燃比よりも高くなる。一方、Ｔ７の時点では、ＳＣＲ触媒３３へは空気が到達していないため、ＳＣＲ出Ａ／Ｆはリッチ空燃比である。

図１２は、本実施例に係る内燃機関１の停止時の制御のフローチャートである。本フローチャートは、内燃機関１の運転中にＥＣＵ９０により所定の時間毎に実施される。上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例においては本フローチャートを処理するＥＣＵ９０が、本発明における機関停止制御部に相当する。

図１２に示すフローチャートでは、ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合またはステップＳ３０３で否定判定がなされた場合に、ステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１では、必要ポンプ損失が算出される。必要ポンプ損失は、内燃機関１の冷却水温度及び所定空気量から、図９に基づいて算出される。そして、ステップＳ４０２では、ステップＳ４０１で算出される必要ポンプ損失と、実際のポンプ損失とが等しくなるように、ポンプ損失が調整される。その後、ステップＳ１０４へ進む。なお、実施例１と同様に、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２の少なくとも一方を省略することもできる。ステップＳ２０２を省略する場合には、ステップＳ３０３も省略することができる。

ところで、各装置の個体差や、経年劣化などによって、摩擦損失が変化し得る。したがって、予め求めておいた図９の関係にしたがって必要ポンプ損失を求めても、実際に必要となるポンプ損失とはずれることがある。そこで本実施例では、ポンプ損失を調整した後に、各触媒における空燃比を検出し、その結果に基づいて必要ポンプ損失を補正してもよい。

例えば、内燃機関１の回転速度が０となった後で、ＳＣＲ触媒３３における空燃比がリーン空燃比になっている場合には、内燃機関１への燃料の供給を停止した後に内燃機関１から必要以上に空気が排出されたことなる。この場合には、必要ポンプ損失がより大きくなるように補正することで、内燃機関１をより早く停止させることができるため、ＳＣＲ触媒３３における空燃比がリーン空燃比となることを抑制できる。例えば、必要ポンプ損失に所定の係数を乗算して必要ポンプ損失を補正してもよいし、または、第四空燃比センサ９４により検出させる空燃比に応じて必要ポンプ損失を補正してもよい。

また、内燃機関１の回転速度が０となった後で、三元触媒３１における空燃比が理論空燃比以下である場合には、内燃機関１への燃料の供給を停止した後に内燃機関１から排出された空気の量が不足していたことなる。この場合には、必要ポンプ損失がより小さくなるように補正することで、内燃機関１をより長く回転させることができるため、三元触媒３１における空燃比をリーン空燃比とすることができる。例えば、必要ポンプ損失に所定の係数を乗算して必要ポンプ損失を補正してもよいし、または、第二空燃比センサ９２により検出させる空燃比に応じて必要ポンプ損失を補正してもよい。

さらに、内燃機関１の回転速度が０となった後で、ＮＳＲ触媒３２における空燃比がリーン空燃比である場合には、内燃機関１への燃料の供給を停止した後に内燃機関１から排出された空気の量が不足していたことなる。この場合には、必要ポンプ損失がより小さくなるように補正することで、内燃機関１をより長く回転させることができるため、ＮＳＲ触媒３２における空燃比を理論空燃比以上とすることができる。例えば、必要ポンプ損失に所定の係数を乗算して必要ポンプ損失を補正してもよいし、または、第三空燃比センサ９３により検出させる空燃比に応じて必要ポンプ損失を補正してもよい。

図１３は、必要ポンプ損失を補正するためのフローチャートである。本フローチャートは、内燃機関１の回転速度が０となった時点で開始される。

ステップＳ５０１では、ＳＣＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比以下であるか否か判定される。本ステップでは、停止制御でＳＣＲ触媒３３における空燃比が適正な値となったか否か判定される。ステップＳ５０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ５０６へ進んでポンプ損失が増加される。

ステップＳ５０２では、三元触媒出Ａ／Ｆが理論空燃比よりも大きいか否か判定される。本ステップでは、停止制御で三元触媒３１における空燃比が適正な値となったか否か判定される。ステップＳ５０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ５０５へ進んでポンプ損失が減少される。

ステップＳ５０３では、ＮＳＲ出Ａ／Ｆが理論空燃比以上であるか否か判定される。本ステップでは、停止制御でＮＳＲ触媒３２における空燃比が適正な値となったか否か判定される。ステップＳ５０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ５０５へ進んでポンプ損失が減少される。

ステップＳ５０４では、必要ポンプ損失が適正な値であると考えられるため、必要ポンプ損失の補正をせずにフローチャートを終了させる。

以上説明したように本実施例によれば、三元触媒３１及びＮＳＲ触媒３２のＨＣ被毒を抑制するために内燃機関１へ燃料を供給する必要がないため、燃料の消費量を低減することができる。

１ 内燃機関
１６ スロットル
２０ ＩＧスイッチ
３１ 三元触媒
３２ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）
３３ 選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
４２ 吸気管
７２ 排気管
８３ 噴射弁
９０ ＥＣＵ
９１ 第一空燃比センサ
９２ 第二空燃比センサ
９３ 第三空燃比センサ
９４ 第四空燃比センサ
９５ エアフローメータ
９７ アクセル開度センサ
９８ クランクポジションセンサ

Claims (10)

1. リーン空燃比で運転可能な内燃機関の排気浄化装置において、
   前記内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを吸着し、吸着していたアンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記内燃機関における空燃比を変化させる空燃比制御部と、
   前記内燃機関を停止させる要求があった後、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における空燃比が理論空燃比以下となるまで前記空燃比制御部により前記内燃機関を理論空燃比以下で運転させてから前記内燃機関への燃料の供給を停止させる制御である停止制御を実施する機関停止制御部と、
   を備える内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられ、ＨＣ被毒により排気の浄化能力が低下する前段触媒をさらに備え、
   前記機関停止制御部は、前記停止制御において、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における空燃比が理論空燃比以下となるまで前記空燃比制御部により前記内燃機関を理論空燃比以下で運転させた後に、さらに前記選択還元型ＮＯｘ触媒における空燃比が理論空燃比以下の状態のまま前記前段触媒における空燃比が理論空燃比以上となるまで前記空燃比制御部により前記内燃機関を理論空燃比以上で運転させてから前記内燃機関への燃料の供給を停止させる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられ、ＨＣ被毒により排気の浄化能力が低下する前段触媒をさらに備え、
   前記機関停止制御部は、前記停止制御において、前記内燃機関への燃料の供給を停止させた後で且つ内燃機関の回転速度が０となるまでの間の前記内燃機関の吸入空気量の総量が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒における空燃比が理論空燃比以下の状態のまま前記前段触媒における空燃比を理論空燃比以上とするのに要する吸入空気量の総量である所定空気量となるように、前記内燃機関のポンプ損失を調整する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記機関停止制御部は、前記所定空気量が少ないときは多いときよりも前記ポンプ損失を大きくする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記機関停止制御部は、前記内燃機関の温度が高いときは低いときよりも前記ポンプ損失を大きくする請求項３または４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記前段触媒は、前記内燃機関の排気通路に設けられ酸素吸蔵能力を有する三元触媒と、前記三元触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、リーン空燃比のときにＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比以下の場合にＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、の少なくとも一方の触媒を含む請求項２から５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記機関停止制御部は、前記内燃機関を停止させる要求があった場合、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアが自己消費される条件が成立している場合に、前記停止制御を実施する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記選択還元型ＮＯｘ触媒における空燃比を検出または推定する空燃比検出装置を備え、
   前記機関停止制御部は、前記空燃比検出装置により検出または推定される空燃比がリーン空燃比の場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアが自己消費される条件が成立していると判定する請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記選択還元型ＮＯｘ触媒における温度を検出または推定する温度検出装置を備え、
   前記機関停止制御部は、前記温度検出装置により検出または推定される温度が、該選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの自己消費が始まる温度である下限温度以上の場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアが自己消費される条件が成立していると判定する請求項７または８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記選択還元型ＮＯｘ触媒における温度を検出または推定する温度検出装置を備え、
    前記機関停止制御部は、前記温度検出装置により検出または推定される温度が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアが残存する温度の上限値である上限温度未満の場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアが自己消費される条件が成立していると判定する請求項７から９の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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