内燃機関の排気浄化装置
【課題】燃料の消費を抑えつつ触媒昇温制御を行ない、ＮＯx吸蔵触媒の吸蔵・還元能力を確保する。
【解決手段】ＮＯx吸蔵触媒の触媒温度ＴLが触媒目標温度Ｔtより低い場合に、触媒温度が上昇するように、排気管内燃料噴射弁からの排気管内に燃料を噴射させる触媒昇温を行なう（S120、S130）触媒昇温制御において、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに関連する積算燃料噴射量ΣＱが増加するにしたがって触媒目標温度Ｔtを上昇させるように補正する（S90〜S110）。
【解決手段】ＮＯx吸蔵触媒の触媒温度ＴLが触媒目標温度Ｔtより低い場合に、触媒温度が上昇するように、排気管内燃料噴射弁からの排気管内に燃料を噴射させる触媒昇温を行なう（S120、S130）触媒昇温制御において、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに関連する積算燃料噴射量ΣＱが増加するにしたがって触媒目標温度Ｔtを上昇させるように補正する（S90〜S110）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、排気通路に備えられたＮＯx吸蔵触媒を再生する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
リーンバーンエンジンにおいて排出されるＮＯx（窒素酸化物）を浄化する装置として、ＮＯx（窒素酸化物）吸蔵触媒が知られている。
ＮＯx吸蔵触媒は、排気通路に設けられ、リーン雰囲気において排気中のＮＯxを吸蔵する。そして、定期的にＮＯx吸蔵触媒に燃料等の還元剤を供給することで、ＮＯx吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯxを還元、無害化して放出させ、ＮＯx吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵機能を回復させる所謂ＮＯxパージが行なわれる。
【０００３】
ＮＯx吸蔵触媒は、一般的に触媒温度が低下すると、ＮＯxの吸蔵・還元機能が低下する傾向にある。そこで、ＮＯx吸蔵触媒の温度が低下しているときのＮＯxの排出を抑制するために、排気温度が上昇するようにエンジンの作動を制御したり、排気通路に燃料を添加したりして、ＮＯx吸蔵触媒を昇温させる触媒昇温制御が知られている(特許文献１)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３８７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、触媒昇温制御は、触媒の温度を上昇させるために燃料を消費するので、燃費の低下をもたらすこととなる。また、触媒昇温制御における目標温度は、一般的にある定まった温度に設定されるが、ＮＯx吸蔵触媒におけるＮＯxの吸蔵・還元能力は劣化とともに低下するので、その劣化を見越して予め高めの温度設定がなされる。そのため、上記のように触媒昇温制御を行なう際には、触媒が劣化していても十分に吸蔵・還元機能が得られるように、燃料の供給量を設定しなければならず、更なる燃費の低下をもたらす虞があった。
【０００６】
本発明の目的は、燃料の消費を抑えつつ触媒昇温制御を行ない、ＮＯx吸蔵触媒の吸蔵・還元能力を確保可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、リーン空燃比雰囲気下で排気中の窒素酸化物を吸蔵し、この吸蔵した窒素酸化物を理論空燃比またはリッチ空燃比雰囲気下で還元除去する窒素酸化物吸蔵触媒と、燃料を用いて窒素酸化物吸蔵触媒の触媒温度を上昇させる触媒昇温手段と、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを推定する触媒劣化推定手段と、触媒温度が上昇するように触媒昇温手段の作動を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、触媒劣化推定手段により推定した窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて触媒昇温手段の作動条件を変更することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１において、窒素酸化物吸蔵触媒の触媒温度を検出する触媒温度検出手段を備え、制御手段は、少なくとも触媒温度検出手段により検出した触媒温度が目標温度より低いことを作動条件とするとともに、目標温度を触媒劣化推定手段により推定した窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて補正することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２において、制御手段は、触媒劣化推定手段により推定した窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いが増加するに従って目標温度が上昇するように補正することを特徴とする。
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１〜３のいずれかに１項において、制御手段は、触媒劣化推定手段により推定した窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いが所定値以下である場合に、触媒昇温手段の作動を規制することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１〜４のいずれか１項において、触媒劣化推定手段は、内燃機関の燃焼室または窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の排気通路への燃料の積算噴射量に基づいて窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを推定することを特徴とする。
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１〜５のいずれか１項において、触媒劣化推定手段は、内燃機関の燃焼室または窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の排気通路への燃料の単位時間当たりの噴射量により演算される硫黄吸蔵量に基づいて窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて触媒昇温の作動条件が最適化されるので、触媒の温度を上昇させるための燃料の無駄な消費を抑え、燃費を低減させることが可能となる。
本発明の請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて触媒温度を上昇させるので、長期間経過後でのＮＯx吸蔵触媒の吸蔵、還元能力を十分に確保することができる。
【００１２】
特に、熱劣化度合いに応じてＮＯx吸蔵触媒の目標温度の設定を行なうことから、熱劣化度合いが比較的低い状態では昇温手段による触媒温度の上昇を極力抑えることができ、触媒昇温制御に使用する燃料の無駄な消費を抑え、燃費を低減させることが可能となる。
本発明の請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いが増加するに従って触媒昇温手段による目標温度が上昇するので、触媒昇温手段により窒素酸化物吸蔵触媒の温度が上昇する。よって、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて触媒昇温手段により窒素酸化物吸蔵触媒が吸蔵、還元能力を確保できるように触媒温度を確実に設定することができる。
【００１３】
本発明の請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いが所定値以下である場合には、触媒昇温手段の作動を規制するので、触媒昇温制御における不要な燃料使用を確実に抑制することができる。
本発明の請求項５の内燃機関の排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを燃料の積算噴射量に基づいて容易に推定することができる。
【００１４】
本発明の請求項６の内燃機関の排気浄化装置によれば、Ｓパージが実行される以前に硫黄吸蔵量に応じて既に触媒昇温がなされているので、硫黄吸蔵量が上限値Ｔsを超えてＳパージが実行される場合には触媒温度をＳパージに必要な温度まで速やかに昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るエンジンの排気系の概略構成図である。
【図２】触媒昇温制御の実施判定要領を示すフローチャートである。
【図３】燃料噴射量積算値とＮＯｘ浄化率との関係を示すグラフである。
【図４】燃料噴射量積算値に対する各必要温度上昇幅の推移を示すグラフであり、（Ａ）は硫黄吸蔵分、（Ｂ）は熱劣化分、（Ｃ）は合計値を示す。
【図５】燃料噴射量積算値に対する熱劣化分の必要温度上昇幅の他の設定要領を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の排気浄化装置が適用されたディーゼルエンジン（内燃機関）１の排気系の概略構成図である。
エンジン１の排気管２には、上流側から順番に、酸化触媒３、ＮＯx吸蔵触媒４、ディーゼルパティキュレートフィルタ５が介装されている。酸化触媒３は、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されており、排気中のＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ２及びＨ２Ｏに変換させるとともに、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成する機能を有する。
【００１７】
ＮＯx吸蔵触媒４は、例えば、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属を含んだ担体に、バリウム（Ｂａ），カリウム（Ｋ）等のＮＯx吸蔵剤を担持させて構成されており、リーン空燃比雰囲気（酸化雰囲気）下でＮＯxを捕捉する一方、リッチ空燃比雰囲気（還元雰囲気）下で、捕捉しているＮＯxを放出し、排気中のＨＣ、ＣＯと反応させて還元する機能を有している。
【００１８】
ディーゼルパティキュレートフィルタ５は、例えば、ハニカム担体の通路の上流側及び下流側を交互にプラグで閉鎖して、排気中のＰＭを捕集する機能を有しており、更に、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されている。
酸化触媒３の上流側には、排気管内燃料噴射弁６が設置されている。排気管内燃料噴射弁６には、図示しない燃料タンクから、エンジン１によって駆動される燃料ポンプによって燃料が供給される。排気管内燃料噴射弁６は、供給された燃料を排気管２内に噴射する機能を有している。
【００１９】
排気管２には、ＮＯx吸蔵触媒４の上流側に、ＮＯx吸蔵触媒４に流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサ１１が備えられている。また、ＮＯx吸蔵触媒４には、その触媒温度を検出するＮＯx吸蔵触媒温度センサ１２(触媒温度検出手段)が備えられている。また、各触媒の上流側には、排気の温度を検出する温度センサが備えられるとともに、ディーゼルパティキュレートフィルタ５の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサが備えられている(図示せず)。
【００２０】
ＥＣＵ２０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。
ＥＣＵ２０の入力側には、上述する空燃比センサ１１、ＮＯx吸蔵触媒温度センサ１２、各種温度センサ、差圧センサの他に、図示しないエンジン１の吸気流量を検出するエアフローセンサ、クランク角を検出するクランク角センサ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルポジションセンサ等が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００２１】
一方、ＥＣＵ２０の出力側には、エンジン１の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁１３や図示しない吸気絞り弁等の各種出力デバイスが接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサ類からの検出情報に基づいて燃焼室への燃料噴射量、燃料噴射時期等を演算し、各種出力デバイスにそれぞれ出力することで、適正なタイミングで燃料噴射弁１３や吸気絞り弁等を制御する。
【００２２】
更に、ＥＣＵ２０には、ＮＯx吸蔵触媒４に吸蔵されたＮＯxを排出させるＮＯxパージ機能が備えられている（パージ処理手段)。ＮＯxパージは、ＥＣＵ２０により、上述する各種センサ類からの検出情報、即ちエンジン１の運転状態に基づいて排気管内燃料噴射弁６を制御して排気管２内に燃料を噴射させ、ＮＯx吸蔵触媒４に流入する排気の空燃比をリッチ化させることで実行される。また、ＮＯx吸蔵触媒４には、燃料中の硫黄成分の酸化によるＳＯxも硫酸塩として堆積されるので、この堆積した硫黄成分をＮＯx吸蔵触媒４から除去するために、エンジン１にはＳパージ機能も備えられている。このＳパージも、ＥＣＵ２０により排気管内燃料噴射弁６を制御して排気管２内に燃料を噴射することで、燃料を酸化触媒にて酸化させて排気の温度を上昇させ、ＮＯx吸蔵触媒４に流入する排気を高温に制御するとともに空燃比をリッチ化させることで実行される。このようなＮＯｘパージやＳパージにより、ＮＯx吸蔵触媒４の吸蔵、還元能力を回復させることができる。
【００２３】
しかしながら、このようにＮＯｘパージを行なうことで、ＮＯx吸蔵触媒４の吸蔵限界に達することは防止可能であるが、吸蔵限界に達していない場合でも、ＮＯx吸蔵触媒４が低温状態である場合には、ＮＯｘの吸蔵、還元機能が十分に得られない場合がある。
そこで、ＥＣＵ２０には、触媒温度が低下しないように、エンジン１の運転時にＮＯx吸蔵触媒４の温度を適切な温度に上昇させる触媒昇温制御機能が備えられている（触媒昇温手段）。本実施形態では、触媒昇温制御は、上記パージと同様に、排気管内燃料噴射弁６からの燃料噴射により行なわれる。
【００２４】
更に、本実施形態では、ＥＣＵ２０はＮＯx吸蔵触媒４の劣化に応じて触媒昇温制御を可変制御する（制御手段）。
図２は、ＥＣＵ２０における触媒昇温制御の制御手順を示すフローチャートである。本ルーチンはエンジン作動時に単位時間毎に繰り返し実行される。
先ず、図２に示すように、ステップＳ１０では、ＮＯx吸蔵触媒４の硫黄吸蔵量ΣＳを演算する。硫黄吸蔵量ΣＳは、次式（１）により演算される。
【００２５】
ΣＳ＝ΣＳ old＋ΔＱ×ｋ・・・（１)
ここで、ΣＳ oldは前回演算した硫黄吸蔵量、ΔＱは単位時間での燃料噴射量、ｋは硫黄吸蔵係数である。即ち、硫黄吸蔵量ΣＳは、今回の単位時間での燃料噴射量に硫黄吸蔵係数ｋを積算して求めた硫黄吸蔵量を前回演算した硫黄吸蔵量ΣＳ oldに加算することで求められる。そして、ステップＳ２０に進む。
【００２６】
ステップＳ２０では、ステップＳ１０で演算した硫黄吸蔵量ΣＳが上限値Ｔsより大きいか否かを判別する。上限値Ｔsは、あらかじめ確認の上設定された値である。硫黄吸蔵量ΣＳが上限値Ｔsより大きい場合には、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、Ｓパージ要求信号を出力しＳパージを実行させる。Ｓパージは、前述のように、排気管内燃料噴射弁６により燃料を排気管２に噴射して、ＮＯx吸蔵触媒４に流入する排気の空燃比をリッチ（例えば１２〜１３）にするとともに、ＮＯx吸蔵触媒４の温度を例えば７００℃程度まで上昇させることで行なわれる。そして、ステップＳ４０に進む。
【００２７】
ステップＳ４０では、Ｓパージを終了したか否かを判別する。具体的には、Ｓパージの時間やＳパージ用に噴射した燃料噴射量からＳパージが終了したか否かを判定すればよい。Ｓパージが終了していない場合には、ステップＳ３０に戻る。Ｓパージが終了している場合には、ステップＳ５０に進む。
ステップＳ５０では、Ｓパージによる排気温度を上昇させる制御を解除させる。そして、ステップＳ６０に進む。
【００２８】
ステップＳ６０では、現在のＮＯx吸蔵触媒４の硫黄吸蔵量ΣＳを０に書き換える。そして、本ルーチンをリターンさせる。
ステップＳ２０において、硫黄吸蔵量ΣＳが上限値Ｔs以下であると判定された場合には、ステップＳ７０に進む。
ステップＳ７０では、ＮＯx吸蔵触媒４の必要温度上昇幅（硫黄吸蔵分）ΔＴsを演算する。必要温度上昇幅（硫黄吸蔵分）ΔＴsは、硫黄吸蔵量ΣＳの増加に応じて低下するＮＯx吸蔵触媒の吸蔵、還元能力が補填されるように設定され、例えばあらかじめ記憶したマップを用いて演算される。そして、ステップＳ８０に進む。
【００２９】
ステップＳ８０では、積算燃料噴射量ΣＱを演算する。積算燃料噴射量ΣＱは、次式（２）により演算される。
ΣＱ＝ΣＱ old＋ΔＱ・・・（２)
ここで、ΣＱ oldは前回演算した積算燃料噴射量、ΔＱは単位時間での燃料噴射量である。即ち、積算燃料噴射量ΣＱは、前回演算した積算燃料噴射量ΣＱ oldに今回の単位時間での燃料噴射量ΔＱを加算して求められる。そして、ステップＳ９０に進む。
【００３０】
ステップＳ９０では、ステップＳ８０にて演算された積算燃料噴射量ΣＱに基づいて、ＮＯx吸蔵触媒４の必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhを演算する。必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhは、ＮＯx吸蔵触媒４の熱劣化に応じて低下する吸蔵、還元能力が補填されるように設定され、例えばあらかじめ記憶したマップを用いて演算される。図３は、積算燃料噴射量ΣＱとＮＯx吸蔵触媒におけるＮＯx浄化率との関係を示すグラフである。このように、燃料噴射をする毎にＮＯx吸蔵触媒４におけるＮＯx浄化率が低下する関係にある。上記必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhを求めるマップは、この図３に示すグラフとあらかじめ確認したＮＯx吸蔵触媒４における温度上昇に伴う吸蔵、還元能力の上昇度合いを元に設定すればよい。なお、本実施形態では、ステップＳ７０からＳ９０にかけて硫黄吸蔵量ΣＳ及び積算燃料噴射量ΣＱからＮＯx吸蔵触媒４の必要温度上昇幅（硫黄吸蔵分）ΔＴs及び必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhを演算することが、ＮＯx吸蔵触媒４の劣化度合いを推定する本発明の触媒劣化推定手段に該当する。そして、ステップＳ１００に進む。
【００３１】
ステップＳ１００では、合計必要温度上昇幅ΔＴaを演算する。合計必要温度上昇幅ΔＴaは、次式（３）に示すように、ステップＳ７０で演算された必要温度上昇幅（硫黄吸蔵分）ΔＴsと、ステップＳ９０で演算された必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhとを加算して求められる。そして、ステップＳ１１０に進む。
ΔＴa＝ΔＴs＋ΔＴh・・・（３）
ステップＳ１１０では、触媒目標温度Ｔtを演算する。触媒目標温度Ｔtは、次式（４）に示すように、ＮＯx吸蔵触媒４の新品時における触媒目標温度Ｔtfに、ステップＳ１００で演算した合計必要温度上昇幅ΔＴaを加算して求められる。そして、ステップＳ１２０に進む。
【００３２】
Ｔt＝Ｔtf＋ΔＴa・・・（４）
ステップＳ１２０では、ＮＯx吸蔵触媒４の触媒温度ＴLがステップＳ１１０で演算した触媒目標温度Ｔtがより低いか否かを判別する。なお、この触媒温度ＴLは、所定の時間内でＮＯx吸蔵触媒温度センサ１２により複数回検出した値を平均処理して求められる。触媒温度ＴLが触媒目標温度Ｔtより低い場合には、ステップＳ１３０に進む。
【００３３】
ステップＳ１３０では、ＮＯx吸蔵触媒４の温度を上昇させる上記触媒昇温制御を要求する。なお、ここでのＮＯx吸蔵触媒４の温度は、例えば２５０℃程度に上昇させればよい。そして、本リーチンをリターンする。
ステップＳ１２０で触媒温度ＴLが触媒目標温度Ｔt以上であると判定した場合には、ステップＳ１４０に進む。
【００３４】
ステップＳ１４０では、触媒昇温制御を行なわない通常運転を実施する。そして、本ルーチンを終了する。
図４は、積算燃料噴射量ΣＱに対する各必要温度上昇幅の推移を示すグラフである。（Ａ）は硫黄吸蔵分ΔＴs、（Ｂ）は熱劣化分ΔＴh、（Ｃ）は合計値ΔＴaを示す。
図４（Ａ）に示すように、積算燃料噴射量ΣＱが増加すると硫黄吸蔵量が増加し、これに伴い必要温度上昇幅ΔＴsは増加するが、Ｓパージの開始設定値である上限値Ｔsに到達する毎にＳパージが行なわれ、硫黄吸蔵量が低下する。よって、必要温度上昇幅ΔＴsは、鋸刃状に推移することになる。
【００３５】
一方、ＮＯx吸蔵触媒４は、燃料噴射量の増加に伴って回復不能な熱劣化をするので、図４（Ｂ)に示すように、積算燃料噴射量ΣＱの増加に応じて必要温度上昇幅ΔＴhも増加する。
したがって、図４（Ｃ)に示すように、必要温度上昇幅の合計値ΔＴaは、鋸刃状でかつ全体的に増加するように推移する。
【００３６】
上記図２に示すように制御することで、ＮＯx吸蔵触媒３の硫黄吸蔵量を監視し、硫黄吸蔵量が上限値Ｔsを超えたら、Ｓパージが実行される。そして、Ｓパージが実行される上限値Ｔsまで硫黄吸蔵量が増加していなくとも、ＮＯx吸蔵触媒４を目標温度(例えば２５０℃)にまで上昇させる触媒昇温制御が行なわれる。これにより、ＮＯx吸蔵触媒４の吸蔵、還元能力を確保することが可能となる。また、Ｓパージが実行される以前に硫黄吸蔵量に応じて触媒昇温がなされるので、硫黄吸蔵量が上限値Ｔsを超えてＳパージが実行される場合には触媒温度をＳパージに必要な温度まで速やかに昇温することができる。 更に、本実施形態では、ＮＯx吸蔵触媒の硫黄吸蔵量ΣＳ及び積算燃料噴射量ΣＱの値に応じて、ＮＯx吸蔵触媒３の触媒目標温度Ｔtfを補正して触媒目標温度Ｔtを演算するので、ＮＯx吸蔵触媒４の吸蔵、還元能力を常に確保することができる。特に、ＮＯx吸蔵触媒の熱劣化度合いは、パージによって解消されるものではなく、常に増加していくので、長期間経過するほど熱劣化度合いによる吸蔵、還元能力への影響が大きくなる。本実施形態では、積算燃料噴射量ΣＱに基づく熱劣化度合いに応じて触媒目標温度Ｔtfを補正することで、特に長期間経過後でのＮＯx吸蔵触媒の吸蔵、還元能力を十分に確保することができる。
【００３７】
また、このように熱劣化度合いに応じてＮＯx吸蔵触媒４の触媒目標温度Ｔtの設定を行なうので、熱劣化度合いが比較的低い、即ち新品に近い状態では触媒目標温度Ｔtを極力抑えることができる。よって、新品に近い状態では、触媒昇温制御時に必要以上の温度上昇をさせることなく、触媒昇温制御に使用する燃料の消費を抑えることができ、燃費を低減させることができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、硫黄吸蔵量ΣＳ及び積算燃料噴射量ΣＱからＮＯx吸蔵触媒４の必要温度上昇幅（硫黄吸蔵分）ΔＴs及び必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhを共に演算することが、ＮＯx吸蔵触媒４の劣化度合いを推定する本発明の触媒劣化推定手段に該当するとしたが、本発明ではこれに限定されるものではない。即ち、積算燃料噴射量ΣＱからＮＯx吸蔵触媒４の必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhを演算することのみをＮＯx吸蔵触媒４の劣化度合いを推定する触媒劣化推定手段としてもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、積算燃料噴射量ΣＱの増加に伴い連続的に必要温度上昇値ΔＴhを上昇させるように設定しているが、本発明ではこれに限定されるものではない。例えば積算燃料噴射量ΣＱの増加に伴い必要温度上昇値ΔＴhを段階的に上昇させるように設定しても良い。また、図５に示すように、所定の積算燃料噴射量ａまでは触媒昇温手段の作動を規制しても良い。触媒昇温手段の作動規制方法としては、必要温度上昇値ΔＴhを０にするように設定してもよい。このように必要温度上昇値ΔＴhを規制すれば、少なくとも新品に近い状態では、不要な温度上昇を抑えて確実に燃料消費を抑えることができる。また別の触媒昇温手段の作動規制方法として、所定の積算燃料噴射量ａまでは制御手段による触媒昇温制御そのものを規制しても良いことは言うまでもない。
【００４０】
また、本実施形態では、触媒昇温手段として、排気管内燃料噴射弁６を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、筒内への燃料噴射弁１３を用いて、排気管２に未燃燃料が排出されるようなタイミングで燃料を噴射する所謂ポスト噴射にて、ＮＯx吸蔵触媒４を昇温させるようにしてもよく、燃料を用いてＮＯx吸蔵触媒４を昇温させるシステムであれば本発明を適用できる。
【００４１】
また、本実施形態では、ディーゼルエンジンに本発明を適用しているが、本発明はガソリンエンジンでも適用可能であり、少なくともＮＯx吸蔵触媒４を備えたエンジンに適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１ エンジン
２ 排気管
４ ＮＯx吸蔵触媒
６ 排気管内燃料噴射弁
１２ ＮＯx吸蔵触媒温度センサ
２０ ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、排気通路に備えられたＮＯx吸蔵触媒を再生する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
リーンバーンエンジンにおいて排出されるＮＯx（窒素酸化物）を浄化する装置として、ＮＯx（窒素酸化物）吸蔵触媒が知られている。
ＮＯx吸蔵触媒は、排気通路に設けられ、リーン雰囲気において排気中のＮＯxを吸蔵する。そして、定期的にＮＯx吸蔵触媒に燃料等の還元剤を供給することで、ＮＯx吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯxを還元、無害化して放出させ、ＮＯx吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵機能を回復させる所謂ＮＯxパージが行なわれる。
【０００３】
ＮＯx吸蔵触媒は、一般的に触媒温度が低下すると、ＮＯxの吸蔵・還元機能が低下する傾向にある。そこで、ＮＯx吸蔵触媒の温度が低下しているときのＮＯxの排出を抑制するために、排気温度が上昇するようにエンジンの作動を制御したり、排気通路に燃料を添加したりして、ＮＯx吸蔵触媒を昇温させる触媒昇温制御が知られている(特許文献１)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３８７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、触媒昇温制御は、触媒の温度を上昇させるために燃料を消費するので、燃費の低下をもたらすこととなる。また、触媒昇温制御における目標温度は、一般的にある定まった温度に設定されるが、ＮＯx吸蔵触媒におけるＮＯxの吸蔵・還元能力は劣化とともに低下するので、その劣化を見越して予め高めの温度設定がなされる。そのため、上記のように触媒昇温制御を行なう際には、触媒が劣化していても十分に吸蔵・還元機能が得られるように、燃料の供給量を設定しなければならず、更なる燃費の低下をもたらす虞があった。
【０００６】
本発明の目的は、燃料の消費を抑えつつ触媒昇温制御を行ない、ＮＯx吸蔵触媒の吸蔵・還元能力を確保可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、リーン空燃比雰囲気下で排気中の窒素酸化物を吸蔵し、この吸蔵した窒素酸化物を理論空燃比またはリッチ空燃比雰囲気下で還元除去する窒素酸化物吸蔵触媒と、燃料を用いて窒素酸化物吸蔵触媒の触媒温度を上昇させる触媒昇温手段と、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを推定する触媒劣化推定手段と、触媒温度が上昇するように触媒昇温手段の作動を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、触媒劣化推定手段により推定した窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて触媒昇温手段の作動条件を変更することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１において、窒素酸化物吸蔵触媒の触媒温度を検出する触媒温度検出手段を備え、制御手段は、少なくとも触媒温度検出手段により検出した触媒温度が目標温度より低いことを作動条件とするとともに、目標温度を触媒劣化推定手段により推定した窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて補正することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２において、制御手段は、触媒劣化推定手段により推定した窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いが増加するに従って目標温度が上昇するように補正することを特徴とする。
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１〜３のいずれかに１項において、制御手段は、触媒劣化推定手段により推定した窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いが所定値以下である場合に、触媒昇温手段の作動を規制することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１〜４のいずれか１項において、触媒劣化推定手段は、内燃機関の燃焼室または窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の排気通路への燃料の積算噴射量に基づいて窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを推定することを特徴とする。
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１〜５のいずれか１項において、触媒劣化推定手段は、内燃機関の燃焼室または窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の排気通路への燃料の単位時間当たりの噴射量により演算される硫黄吸蔵量に基づいて窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて触媒昇温の作動条件が最適化されるので、触媒の温度を上昇させるための燃料の無駄な消費を抑え、燃費を低減させることが可能となる。
本発明の請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて触媒温度を上昇させるので、長期間経過後でのＮＯx吸蔵触媒の吸蔵、還元能力を十分に確保することができる。
【００１２】
特に、熱劣化度合いに応じてＮＯx吸蔵触媒の目標温度の設定を行なうことから、熱劣化度合いが比較的低い状態では昇温手段による触媒温度の上昇を極力抑えることができ、触媒昇温制御に使用する燃料の無駄な消費を抑え、燃費を低減させることが可能となる。
本発明の請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いが増加するに従って触媒昇温手段による目標温度が上昇するので、触媒昇温手段により窒素酸化物吸蔵触媒の温度が上昇する。よって、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて触媒昇温手段により窒素酸化物吸蔵触媒が吸蔵、還元能力を確保できるように触媒温度を確実に設定することができる。
【００１３】
本発明の請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いが所定値以下である場合には、触媒昇温手段の作動を規制するので、触媒昇温制御における不要な燃料使用を確実に抑制することができる。
本発明の請求項５の内燃機関の排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを燃料の積算噴射量に基づいて容易に推定することができる。
【００１４】
本発明の請求項６の内燃機関の排気浄化装置によれば、Ｓパージが実行される以前に硫黄吸蔵量に応じて既に触媒昇温がなされているので、硫黄吸蔵量が上限値Ｔsを超えてＳパージが実行される場合には触媒温度をＳパージに必要な温度まで速やかに昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るエンジンの排気系の概略構成図である。
【図２】触媒昇温制御の実施判定要領を示すフローチャートである。
【図３】燃料噴射量積算値とＮＯｘ浄化率との関係を示すグラフである。
【図４】燃料噴射量積算値に対する各必要温度上昇幅の推移を示すグラフであり、（Ａ）は硫黄吸蔵分、（Ｂ）は熱劣化分、（Ｃ）は合計値を示す。
【図５】燃料噴射量積算値に対する熱劣化分の必要温度上昇幅の他の設定要領を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の排気浄化装置が適用されたディーゼルエンジン（内燃機関）１の排気系の概略構成図である。
エンジン１の排気管２には、上流側から順番に、酸化触媒３、ＮＯx吸蔵触媒４、ディーゼルパティキュレートフィルタ５が介装されている。酸化触媒３は、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されており、排気中のＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ２及びＨ２Ｏに変換させるとともに、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成する機能を有する。
【００１７】
ＮＯx吸蔵触媒４は、例えば、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属を含んだ担体に、バリウム（Ｂａ），カリウム（Ｋ）等のＮＯx吸蔵剤を担持させて構成されており、リーン空燃比雰囲気（酸化雰囲気）下でＮＯxを捕捉する一方、リッチ空燃比雰囲気（還元雰囲気）下で、捕捉しているＮＯxを放出し、排気中のＨＣ、ＣＯと反応させて還元する機能を有している。
【００１８】
ディーゼルパティキュレートフィルタ５は、例えば、ハニカム担体の通路の上流側及び下流側を交互にプラグで閉鎖して、排気中のＰＭを捕集する機能を有しており、更に、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されている。
酸化触媒３の上流側には、排気管内燃料噴射弁６が設置されている。排気管内燃料噴射弁６には、図示しない燃料タンクから、エンジン１によって駆動される燃料ポンプによって燃料が供給される。排気管内燃料噴射弁６は、供給された燃料を排気管２内に噴射する機能を有している。
【００１９】
排気管２には、ＮＯx吸蔵触媒４の上流側に、ＮＯx吸蔵触媒４に流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサ１１が備えられている。また、ＮＯx吸蔵触媒４には、その触媒温度を検出するＮＯx吸蔵触媒温度センサ１２(触媒温度検出手段)が備えられている。また、各触媒の上流側には、排気の温度を検出する温度センサが備えられるとともに、ディーゼルパティキュレートフィルタ５の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサが備えられている(図示せず)。
【００２０】
ＥＣＵ２０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。
ＥＣＵ２０の入力側には、上述する空燃比センサ１１、ＮＯx吸蔵触媒温度センサ１２、各種温度センサ、差圧センサの他に、図示しないエンジン１の吸気流量を検出するエアフローセンサ、クランク角を検出するクランク角センサ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルポジションセンサ等が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００２１】
一方、ＥＣＵ２０の出力側には、エンジン１の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁１３や図示しない吸気絞り弁等の各種出力デバイスが接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサ類からの検出情報に基づいて燃焼室への燃料噴射量、燃料噴射時期等を演算し、各種出力デバイスにそれぞれ出力することで、適正なタイミングで燃料噴射弁１３や吸気絞り弁等を制御する。
【００２２】
更に、ＥＣＵ２０には、ＮＯx吸蔵触媒４に吸蔵されたＮＯxを排出させるＮＯxパージ機能が備えられている（パージ処理手段)。ＮＯxパージは、ＥＣＵ２０により、上述する各種センサ類からの検出情報、即ちエンジン１の運転状態に基づいて排気管内燃料噴射弁６を制御して排気管２内に燃料を噴射させ、ＮＯx吸蔵触媒４に流入する排気の空燃比をリッチ化させることで実行される。また、ＮＯx吸蔵触媒４には、燃料中の硫黄成分の酸化によるＳＯxも硫酸塩として堆積されるので、この堆積した硫黄成分をＮＯx吸蔵触媒４から除去するために、エンジン１にはＳパージ機能も備えられている。このＳパージも、ＥＣＵ２０により排気管内燃料噴射弁６を制御して排気管２内に燃料を噴射することで、燃料を酸化触媒にて酸化させて排気の温度を上昇させ、ＮＯx吸蔵触媒４に流入する排気を高温に制御するとともに空燃比をリッチ化させることで実行される。このようなＮＯｘパージやＳパージにより、ＮＯx吸蔵触媒４の吸蔵、還元能力を回復させることができる。
【００２３】
しかしながら、このようにＮＯｘパージを行なうことで、ＮＯx吸蔵触媒４の吸蔵限界に達することは防止可能であるが、吸蔵限界に達していない場合でも、ＮＯx吸蔵触媒４が低温状態である場合には、ＮＯｘの吸蔵、還元機能が十分に得られない場合がある。
そこで、ＥＣＵ２０には、触媒温度が低下しないように、エンジン１の運転時にＮＯx吸蔵触媒４の温度を適切な温度に上昇させる触媒昇温制御機能が備えられている（触媒昇温手段）。本実施形態では、触媒昇温制御は、上記パージと同様に、排気管内燃料噴射弁６からの燃料噴射により行なわれる。
【００２４】
更に、本実施形態では、ＥＣＵ２０はＮＯx吸蔵触媒４の劣化に応じて触媒昇温制御を可変制御する（制御手段）。
図２は、ＥＣＵ２０における触媒昇温制御の制御手順を示すフローチャートである。本ルーチンはエンジン作動時に単位時間毎に繰り返し実行される。
先ず、図２に示すように、ステップＳ１０では、ＮＯx吸蔵触媒４の硫黄吸蔵量ΣＳを演算する。硫黄吸蔵量ΣＳは、次式（１）により演算される。
【００２５】
ΣＳ＝ΣＳ old＋ΔＱ×ｋ・・・（１)
ここで、ΣＳ oldは前回演算した硫黄吸蔵量、ΔＱは単位時間での燃料噴射量、ｋは硫黄吸蔵係数である。即ち、硫黄吸蔵量ΣＳは、今回の単位時間での燃料噴射量に硫黄吸蔵係数ｋを積算して求めた硫黄吸蔵量を前回演算した硫黄吸蔵量ΣＳ oldに加算することで求められる。そして、ステップＳ２０に進む。
【００２６】
ステップＳ２０では、ステップＳ１０で演算した硫黄吸蔵量ΣＳが上限値Ｔsより大きいか否かを判別する。上限値Ｔsは、あらかじめ確認の上設定された値である。硫黄吸蔵量ΣＳが上限値Ｔsより大きい場合には、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、Ｓパージ要求信号を出力しＳパージを実行させる。Ｓパージは、前述のように、排気管内燃料噴射弁６により燃料を排気管２に噴射して、ＮＯx吸蔵触媒４に流入する排気の空燃比をリッチ（例えば１２〜１３）にするとともに、ＮＯx吸蔵触媒４の温度を例えば７００℃程度まで上昇させることで行なわれる。そして、ステップＳ４０に進む。
【００２７】
ステップＳ４０では、Ｓパージを終了したか否かを判別する。具体的には、Ｓパージの時間やＳパージ用に噴射した燃料噴射量からＳパージが終了したか否かを判定すればよい。Ｓパージが終了していない場合には、ステップＳ３０に戻る。Ｓパージが終了している場合には、ステップＳ５０に進む。
ステップＳ５０では、Ｓパージによる排気温度を上昇させる制御を解除させる。そして、ステップＳ６０に進む。
【００２８】
ステップＳ６０では、現在のＮＯx吸蔵触媒４の硫黄吸蔵量ΣＳを０に書き換える。そして、本ルーチンをリターンさせる。
ステップＳ２０において、硫黄吸蔵量ΣＳが上限値Ｔs以下であると判定された場合には、ステップＳ７０に進む。
ステップＳ７０では、ＮＯx吸蔵触媒４の必要温度上昇幅（硫黄吸蔵分）ΔＴsを演算する。必要温度上昇幅（硫黄吸蔵分）ΔＴsは、硫黄吸蔵量ΣＳの増加に応じて低下するＮＯx吸蔵触媒の吸蔵、還元能力が補填されるように設定され、例えばあらかじめ記憶したマップを用いて演算される。そして、ステップＳ８０に進む。
【００２９】
ステップＳ８０では、積算燃料噴射量ΣＱを演算する。積算燃料噴射量ΣＱは、次式（２）により演算される。
ΣＱ＝ΣＱ old＋ΔＱ・・・（２)
ここで、ΣＱ oldは前回演算した積算燃料噴射量、ΔＱは単位時間での燃料噴射量である。即ち、積算燃料噴射量ΣＱは、前回演算した積算燃料噴射量ΣＱ oldに今回の単位時間での燃料噴射量ΔＱを加算して求められる。そして、ステップＳ９０に進む。
【００３０】
ステップＳ９０では、ステップＳ８０にて演算された積算燃料噴射量ΣＱに基づいて、ＮＯx吸蔵触媒４の必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhを演算する。必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhは、ＮＯx吸蔵触媒４の熱劣化に応じて低下する吸蔵、還元能力が補填されるように設定され、例えばあらかじめ記憶したマップを用いて演算される。図３は、積算燃料噴射量ΣＱとＮＯx吸蔵触媒におけるＮＯx浄化率との関係を示すグラフである。このように、燃料噴射をする毎にＮＯx吸蔵触媒４におけるＮＯx浄化率が低下する関係にある。上記必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhを求めるマップは、この図３に示すグラフとあらかじめ確認したＮＯx吸蔵触媒４における温度上昇に伴う吸蔵、還元能力の上昇度合いを元に設定すればよい。なお、本実施形態では、ステップＳ７０からＳ９０にかけて硫黄吸蔵量ΣＳ及び積算燃料噴射量ΣＱからＮＯx吸蔵触媒４の必要温度上昇幅（硫黄吸蔵分）ΔＴs及び必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhを演算することが、ＮＯx吸蔵触媒４の劣化度合いを推定する本発明の触媒劣化推定手段に該当する。そして、ステップＳ１００に進む。
【００３１】
ステップＳ１００では、合計必要温度上昇幅ΔＴaを演算する。合計必要温度上昇幅ΔＴaは、次式（３）に示すように、ステップＳ７０で演算された必要温度上昇幅（硫黄吸蔵分）ΔＴsと、ステップＳ９０で演算された必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhとを加算して求められる。そして、ステップＳ１１０に進む。
ΔＴa＝ΔＴs＋ΔＴh・・・（３）
ステップＳ１１０では、触媒目標温度Ｔtを演算する。触媒目標温度Ｔtは、次式（４）に示すように、ＮＯx吸蔵触媒４の新品時における触媒目標温度Ｔtfに、ステップＳ１００で演算した合計必要温度上昇幅ΔＴaを加算して求められる。そして、ステップＳ１２０に進む。
【００３２】
Ｔt＝Ｔtf＋ΔＴa・・・（４）
ステップＳ１２０では、ＮＯx吸蔵触媒４の触媒温度ＴLがステップＳ１１０で演算した触媒目標温度Ｔtがより低いか否かを判別する。なお、この触媒温度ＴLは、所定の時間内でＮＯx吸蔵触媒温度センサ１２により複数回検出した値を平均処理して求められる。触媒温度ＴLが触媒目標温度Ｔtより低い場合には、ステップＳ１３０に進む。
【００３３】
ステップＳ１３０では、ＮＯx吸蔵触媒４の温度を上昇させる上記触媒昇温制御を要求する。なお、ここでのＮＯx吸蔵触媒４の温度は、例えば２５０℃程度に上昇させればよい。そして、本リーチンをリターンする。
ステップＳ１２０で触媒温度ＴLが触媒目標温度Ｔt以上であると判定した場合には、ステップＳ１４０に進む。
【００３４】
ステップＳ１４０では、触媒昇温制御を行なわない通常運転を実施する。そして、本ルーチンを終了する。
図４は、積算燃料噴射量ΣＱに対する各必要温度上昇幅の推移を示すグラフである。（Ａ）は硫黄吸蔵分ΔＴs、（Ｂ）は熱劣化分ΔＴh、（Ｃ）は合計値ΔＴaを示す。
図４（Ａ）に示すように、積算燃料噴射量ΣＱが増加すると硫黄吸蔵量が増加し、これに伴い必要温度上昇幅ΔＴsは増加するが、Ｓパージの開始設定値である上限値Ｔsに到達する毎にＳパージが行なわれ、硫黄吸蔵量が低下する。よって、必要温度上昇幅ΔＴsは、鋸刃状に推移することになる。
【００３５】
一方、ＮＯx吸蔵触媒４は、燃料噴射量の増加に伴って回復不能な熱劣化をするので、図４（Ｂ)に示すように、積算燃料噴射量ΣＱの増加に応じて必要温度上昇幅ΔＴhも増加する。
したがって、図４（Ｃ)に示すように、必要温度上昇幅の合計値ΔＴaは、鋸刃状でかつ全体的に増加するように推移する。
【００３６】
上記図２に示すように制御することで、ＮＯx吸蔵触媒３の硫黄吸蔵量を監視し、硫黄吸蔵量が上限値Ｔsを超えたら、Ｓパージが実行される。そして、Ｓパージが実行される上限値Ｔsまで硫黄吸蔵量が増加していなくとも、ＮＯx吸蔵触媒４を目標温度(例えば２５０℃)にまで上昇させる触媒昇温制御が行なわれる。これにより、ＮＯx吸蔵触媒４の吸蔵、還元能力を確保することが可能となる。また、Ｓパージが実行される以前に硫黄吸蔵量に応じて触媒昇温がなされるので、硫黄吸蔵量が上限値Ｔsを超えてＳパージが実行される場合には触媒温度をＳパージに必要な温度まで速やかに昇温することができる。 更に、本実施形態では、ＮＯx吸蔵触媒の硫黄吸蔵量ΣＳ及び積算燃料噴射量ΣＱの値に応じて、ＮＯx吸蔵触媒３の触媒目標温度Ｔtfを補正して触媒目標温度Ｔtを演算するので、ＮＯx吸蔵触媒４の吸蔵、還元能力を常に確保することができる。特に、ＮＯx吸蔵触媒の熱劣化度合いは、パージによって解消されるものではなく、常に増加していくので、長期間経過するほど熱劣化度合いによる吸蔵、還元能力への影響が大きくなる。本実施形態では、積算燃料噴射量ΣＱに基づく熱劣化度合いに応じて触媒目標温度Ｔtfを補正することで、特に長期間経過後でのＮＯx吸蔵触媒の吸蔵、還元能力を十分に確保することができる。
【００３７】
また、このように熱劣化度合いに応じてＮＯx吸蔵触媒４の触媒目標温度Ｔtの設定を行なうので、熱劣化度合いが比較的低い、即ち新品に近い状態では触媒目標温度Ｔtを極力抑えることができる。よって、新品に近い状態では、触媒昇温制御時に必要以上の温度上昇をさせることなく、触媒昇温制御に使用する燃料の消費を抑えることができ、燃費を低減させることができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、硫黄吸蔵量ΣＳ及び積算燃料噴射量ΣＱからＮＯx吸蔵触媒４の必要温度上昇幅（硫黄吸蔵分）ΔＴs及び必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhを共に演算することが、ＮＯx吸蔵触媒４の劣化度合いを推定する本発明の触媒劣化推定手段に該当するとしたが、本発明ではこれに限定されるものではない。即ち、積算燃料噴射量ΣＱからＮＯx吸蔵触媒４の必要温度上昇幅（熱劣化分）ΔＴhを演算することのみをＮＯx吸蔵触媒４の劣化度合いを推定する触媒劣化推定手段としてもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、積算燃料噴射量ΣＱの増加に伴い連続的に必要温度上昇値ΔＴhを上昇させるように設定しているが、本発明ではこれに限定されるものではない。例えば積算燃料噴射量ΣＱの増加に伴い必要温度上昇値ΔＴhを段階的に上昇させるように設定しても良い。また、図５に示すように、所定の積算燃料噴射量ａまでは触媒昇温手段の作動を規制しても良い。触媒昇温手段の作動規制方法としては、必要温度上昇値ΔＴhを０にするように設定してもよい。このように必要温度上昇値ΔＴhを規制すれば、少なくとも新品に近い状態では、不要な温度上昇を抑えて確実に燃料消費を抑えることができる。また別の触媒昇温手段の作動規制方法として、所定の積算燃料噴射量ａまでは制御手段による触媒昇温制御そのものを規制しても良いことは言うまでもない。
【００４０】
また、本実施形態では、触媒昇温手段として、排気管内燃料噴射弁６を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、筒内への燃料噴射弁１３を用いて、排気管２に未燃燃料が排出されるようなタイミングで燃料を噴射する所謂ポスト噴射にて、ＮＯx吸蔵触媒４を昇温させるようにしてもよく、燃料を用いてＮＯx吸蔵触媒４を昇温させるシステムであれば本発明を適用できる。
【００４１】
また、本実施形態では、ディーゼルエンジンに本発明を適用しているが、本発明はガソリンエンジンでも適用可能であり、少なくともＮＯx吸蔵触媒４を備えたエンジンに適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１ エンジン
２ 排気管
４ ＮＯx吸蔵触媒
６ 排気管内燃料噴射弁
１２ ＮＯx吸蔵触媒温度センサ
２０ ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、リーン空燃比雰囲気下で排気中の窒素酸化物を吸蔵し、この吸蔵した窒素酸化物を理論空燃比またはリッチ空燃比雰囲気下で還元除去する窒素酸化物吸蔵触媒と、
燃料を用いて前記窒素酸化物吸蔵触媒の触媒温度を上昇させる触媒昇温手段と、
前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを推定する触媒劣化推定手段と、
前記触媒温度が上昇するように前記触媒昇温手段の作動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記触媒劣化推定手段により推定した前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて前記触媒昇温手段の作動条件を変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記窒素酸化物吸蔵触媒の触媒温度を検出する触媒温度検出手段を備え、
前記制御手段は、少なくとも前記触媒温度検出手段により検出した触媒温度が目標温度より低いことを前記作動条件とするとともに、前記目標温度を前記触媒劣化推定手段により推定した前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて補正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。
【請求項３】
前記制御手段は、前記触媒劣化推定手段により推定した前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いが増加するに従って前記目標温度が上昇するように補正することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記触媒劣化推定手段により推定した前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いが所定値以下である場合に、前記触媒昇温手段の作動を規制することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記触媒劣化推定手段は、前記内燃機関の燃焼室または前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の排気通路への燃料の積算噴射量に基づいて前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを推定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記触媒劣化推定手段は、前記内燃機関の燃焼室または前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の排気通路への燃料の単位時間当たりの噴射量により演算される硫黄吸蔵量に基づいて前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを推定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、リーン空燃比雰囲気下で排気中の窒素酸化物を吸蔵し、この吸蔵した窒素酸化物を理論空燃比またはリッチ空燃比雰囲気下で還元除去する窒素酸化物吸蔵触媒と、
燃料を用いて前記窒素酸化物吸蔵触媒の触媒温度を上昇させる触媒昇温手段と、
前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを推定する触媒劣化推定手段と、
前記触媒温度が上昇するように前記触媒昇温手段の作動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記触媒劣化推定手段により推定した前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて前記触媒昇温手段の作動条件を変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記窒素酸化物吸蔵触媒の触媒温度を検出する触媒温度検出手段を備え、
前記制御手段は、少なくとも前記触媒温度検出手段により検出した触媒温度が目標温度より低いことを前記作動条件とするとともに、前記目標温度を前記触媒劣化推定手段により推定した前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いに応じて補正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。
【請求項３】
前記制御手段は、前記触媒劣化推定手段により推定した前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いが増加するに従って前記目標温度が上昇するように補正することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記触媒劣化推定手段により推定した前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いが所定値以下である場合に、前記触媒昇温手段の作動を規制することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記触媒劣化推定手段は、前記内燃機関の燃焼室または前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の排気通路への燃料の積算噴射量に基づいて前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを推定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記触媒劣化推定手段は、前記内燃機関の燃焼室または前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の排気通路への燃料の単位時間当たりの噴射量により演算される硫黄吸蔵量に基づいて前記窒素酸化物吸蔵触媒の劣化度合いを推定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２１４１（Ｐ２０１２−２１４１Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３８２１９（Ｐ２０１０−１３８２１９）
【出願日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
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