JP6500636B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気浄化装置に関する。

自動車等のエンジンから排出される排気ガスを大気開放前に浄化することを目的として、排気ガス浄化装置が排気経路の途中に設けられる。排気ガス浄化装置として、例えば、特許文献１に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えたものがある。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒(吸蔵材)は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等で形成された触媒担持層の一部に、排気ガスと接触する担持貴金属を有する触媒活性金属部と、ＮＯｘ吸蔵物質としてバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属を有するＮＯｘ吸蔵材部とを備えている。

触媒活性金属部では、貴金属上で一酸化窒素（ＮＯ）が、排気中の酸素と結合して酸化し、二酸化窒素（ＮＯ_２）が生成される。特に、通常運転時等のように排気がリーン雰囲気の場合は、排気中の酸素が多いので、このような反応が促進される。そして、その生成された二酸化窒素は、ＮＯｘ吸蔵物質であるバリウム等と化学反応して硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ_３）_２）等の硝酸塩となり、そのＮＯｘ吸蔵部内に吸蔵される。

排気中に、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）や水素（Ｈ_２）といった還元剤を供給してリッチ雰囲気とすることにより、ＮＯｘ吸蔵材部では、硝酸バリウムが分解し、窒素酸化物が放出される。このとき、窒素酸化物は、触媒活性金属部にて還元されて窒素（Ｎ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ_２）といった無害な形で大気中に放出される。このＮＯｘ吸蔵材部からの窒素酸化物の放出をＮＯｘパージと称する。

また、排気ガス浄化装置として、上記のような窒素酸化物を吸蔵する機能を有するＮＯｘ吸蔵還元型触媒とともに、窒素酸化物を吸着する機能を有するＮＯｘ吸着触媒を備えたものもある。

ＮＯｘ吸着触媒(吸着材)は、酸化セリウム（ＣeＯ_２）等で形成された触媒担持層の一部に、排気ガスと接触する担持貴金属を有する触媒活性金属部を備えている。

触媒活性金属部では、貴金属上で一酸化窒素（ＮＯ）が、排気中の酸素と結合して酸化し、二酸化窒素（ＮＯ_２）が生成される。特に、通常運転時等のように排気がリーン雰囲気の場合は、排気中の酸素が多いので、このような反応が促進される。そして、その生成された二酸化窒素は酸化セリウムに吸着される（化学反応ではなく化学吸着した状態）が、温度の上昇により酸化セリウムから脱離する。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、触媒温度が低い温度では活性が極端に低下し、所定の吸蔵性能を発揮することができない。このため、エンジンの始動後、排気ガスの温度を早期に高める制御を行い、触媒の活性化を促進している。

また、ＮＯｘ吸着触媒は、比較的低い温度でも窒素酸化物の吸着性能を発揮できるので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が活性化していないような排気ガスの温度が低い状態においても、窒素酸化物の大気放出を抑制する効果を発揮できる。

特開２００６−８３７４６号公報

このようなＮＯｘ吸蔵還元型触媒(吸蔵材)とＮＯｘ吸着触媒(吸着材)とを併せて備えたＮＯｘトラップ触媒において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒における窒素酸化物の放出し難さは、ＮＯｘ吸着触媒における窒素酸化物の放出し難さよりも相対的に大きくなっている。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりもＮＯｘ吸着触媒の方が、吸蔵又は吸着している窒素酸化物を容易に放出できる。このため、相対的に窒素酸化物が放出されやすいＮＯｘ吸着触媒から脱離した窒素酸化物は、その多くが近接するＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されると考えられる。

このＮＯｘトラップ触媒では、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵される窒素酸化物が多く、それ以上の吸蔵能力が無いか少ない場合においても、あるいは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が活性化していない温度条件下においても、ＮＯｘ吸着触媒が窒素酸化物を吸着することにより、窒素酸化物の大気への放出を抑制することができる。また、ＮＯｘ吸着触媒に吸着される窒素酸化物が多い場合は、昇温制御によりその吸着した窒素酸化物を脱離させ、脱離した窒素酸化物を近接するＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵させることにより、その吸着能力を復元することができる。

しかし、吸着した窒素酸化物が多く、且つ、吸蔵した窒素酸化物も多い場合は、吸着した窒素酸化物の脱離、及び、脱離した窒素酸化物のＮＯｘ吸蔵還元型触媒への吸蔵の作用が充分に発揮できない。このため、仮に、その状態でＮＯｘパージを実行しても、浄化しきれない窒素酸化物がスリップして大気放出される危険性がある。

そこで、この発明の課題は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒とＮＯｘ吸着触媒とを併せて備えたＮＯｘトラップ触媒において、浄化しきれない窒素酸化物の大気放出を防止することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、エンジンの燃焼室に接続される吸気通路及び排気通路と、前記排気通路に設けられ吸蔵材と吸着材とを備えたＮＯｘトラップ触媒と、前記ＮＯｘトラップ触媒の活性化に必要な温度まで排気ガスを昇温させるように制御する排気ガス温度制御手段と、前記ＮＯｘトラップ触媒内の排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給制御手段と、前記吸蔵材に吸蔵された窒素酸化物の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段と、前記吸着材に吸着された窒素酸化物の吸着量を推定する吸着量推定手段と、を備え、前記吸蔵量が所定吸蔵量未満であり且つ前記吸着量が所定吸着量以上の場合に、前記排気ガス温度制御手段は、昇温制御を行うことにより前記吸着材に吸着した窒素酸化物を脱離させてその脱離した窒素酸化物を前記吸蔵材に吸蔵させるエンジンの排気浄化装置とした。

この構成において、前記還元剤供給制御手段は、還元剤を供給することにより前記吸蔵材に吸蔵された窒素酸化物を放出させる構成を採用することができる。

また、前記吸蔵量が前記所定吸蔵量よりも大きい値に設定された第二の所定吸蔵量以上である場合に、前記還元剤供給制御手段は、還元剤を供給することにより前記吸蔵材に吸蔵された窒素酸化物を放出させる構成を採用することができる。

前記排気通路に排気微粒子、炭化水素、又は一酸化炭素の大気放出を抑制する触媒装置を備え、前記ＮＯｘトラップ触媒が前記触媒装置の上流側にある場合に、前記昇温制御は、前記吸気通路に設けられるスロットルバルブを絞ることにより、窒素酸化物の脱離とその脱離した窒素酸化物の吸蔵が可能な第一の所定温度まで昇温し、燃料を増量させることにより、吸蔵された窒素酸化物の放出が可能な第二の所定温度まで昇温させる構成を採用することができる。

また、前記排気通路に排気微粒子、炭化水素、又は一酸化炭素の大気放出を抑制する触媒装置を備え、前記ＮＯｘトラップ触媒が前記触媒装置の下流側にある場合に、前記昇温制御は、前記触媒装置の温度が触媒活性化温度未満であれば、前記吸気通路に設けられるスロットルバルブを絞ることにより、窒素酸化物の脱離とその脱離した窒素酸化物の吸蔵が可能な第一の所定温度まで昇温し、前記触媒装置の温度が触媒活性化温度以上であれば、燃料を増量させることにより、吸蔵された窒素酸化物の放出が可能な第二の所定温度まで昇温させる構成を採用することができる。

この発明は、排気ガスの温度が所定温度未満であって、ＮＯｘトラップ触媒が備えるＮＯｘ吸蔵還元型触媒(吸蔵材)の窒素酸化物の吸蔵量が所定吸蔵量未満であり、且つ、ＮＯｘ吸着触媒(吸着材)の窒素酸化物の吸着量が所定吸着量以上の場合に、排気ガスの昇温制御を行うようにした。この昇温制御により、ＮＯｘ吸着触媒に吸着した窒素酸化物は脱離して、その脱離した窒素酸化物はＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されるので、ＮＯｘ吸着触媒の吸着性能を早期に高めることができる。これにより、浄化しきれない窒素酸化物の大気放出を防止することができる。

また、排気ガスの温度が所定温度未満であって、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の窒素酸化物の吸蔵量が所定吸蔵量以上であり、且つ、吸着量が所定吸着量以上の場合には、排気ガスの昇温制御を行うとともに、還元剤を供給するようにした。この昇温制御と還元剤の供給により、ＮＯｘ吸着触媒に吸着した窒素酸化物は脱離して、その脱離した窒素酸化物はＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵させれ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物は無害な物質となって大気へ放出される。これにより、浄化しきれない窒素酸化物の大気放出を防止することができる。

この発明の一実施形態のエンジンの排気浄化装置の模式図である。 図１の変形例を示す模式図である この発明のエンジンの排気浄化装置の制御を示す図表である。 この発明のエンジンの排気浄化装置の制御を示すフローチャートである。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、この実施形態のエンジンの排気浄化装置の構成を概念的に示す模式図である。また、図２は、図１の変形例である。

図１の例と図２の例とは、排気ガスの浄化を行う触媒等の種別及び配置が異なる。以下、まず、図１、図２の順に、この発明のエンジンの排気浄化装置の構成、及び、その制御方法を説明する。

まず、図１に示すように、エンジン１の燃焼室には、吸気通路１１及び排気通路５が接続されている。燃焼室には、吸気通路１１を通じて空気供給される。また、燃焼室には、燃料噴射装置によって燃料が噴射されるようになっている。燃焼室からの排気ガスは、排気通路５を通って大気へ放出される。

吸気通路１１には、上流側から下流側に向かって、エアクリーナ、通路断面積を変化させて吸気の流量を制御するスロットルバルブ１２、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１３等が順に設けられている。

排気通路５には、上流側から下流側に向かって、ディーゼル酸化触媒４、ディーゼル微粒子フィルタ３、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒(吸蔵材)とＮＯｘ吸着触媒(吸着材)とを備えたＮＯｘトラップ触媒２、消音装置としてのマフラ等が順に備えられている。

ディーゼル酸化触媒４は、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）を酸化して、それらが大気へ放出されることを抑制する。

ディーゼル微粒子フィルタ３は、排気ガス中に含まれるディーゼル微粒子（ＰＭ）を捕捉して、ディーゼル微粒子が大気へ放出されることを抑制する。

ＮＯｘトラップ触媒２は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒(吸蔵材)として、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等で形成された触媒担持層の一部に、排気ガスと接触する担持貴金属を有する触媒活性金属部と、ＮＯｘ吸蔵物質としてバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属を有するＮＯｘ吸蔵材部とを備えている。

触媒活性金属部では、貴金属上で一酸化窒素（ＮＯ）が、排気中の酸素と結合して酸化し、二酸化窒素（ＮＯ_２）が生成される。特に、通常運転時等のように排気がリーン雰囲気の場合は、排気中の酸素が多いので、このような反応が促進される。そして、その生成された二酸化窒素は、ＮＯｘ吸蔵物質であるバリウム等と化学反応して硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ_３）_２）等の硝酸塩となり、そのＮＯｘ吸蔵部内に吸蔵される。このように、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵して、窒素酸化物が大気へ放出されることを抑制する。

また、ＮＯｘトラップ触媒２は、ＮＯｘ吸着触媒(吸着材)として、酸化セリウム（ＣeＯ_２）等で形成された触媒担持層の一部に、排気ガスと接触する担持貴金属を有する触媒活性金属部を備えている。

触媒活性金属部では、貴金属上で一酸化窒素（ＮＯ）が、排気中の酸素と結合して酸化し、二酸化窒素（ＮＯ_２）が生成される。特に、通常運転時等のように排気がリーン雰囲気の場合は、排気中の酸素が多いので、このような反応が促進される。そして、その生成された二酸化窒素は酸化セリウムに吸着した状態であるが、温度の上昇により酸化セリウムから脱離する。このように、ＮＯｘ吸着触媒は、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸着して、窒素酸化物が大気へ放出されることを抑制する。また、適宜、その吸着した窒素酸化物を脱離して、その脱離した窒素酸化物を、より安定的に保持できる（吸蔵できる）ＮＯｘ吸蔵還元型触媒へと移行させる。

排気通路５内には、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段が設けられている。この実施形態では、排気ガス温度検出手段として、ディーゼル酸化触媒４内、ディーゼル微粒子フィルタ３内、ＮＯｘトラップ触媒２内に、それぞれ排気温度センサ４ａ，３ａ，２ａが設けられている。排気ガス温度検出手段は、浄化装置以外の場所、例えば、ディーゼル酸化触媒４とエンジン１との間や、ディーゼル微粒子フィルタ３とＮＯｘトラップ触媒２の間の排気通路５等に設けてもよい。

排気ガス温度検出手段によって得られた排気ガスの温度は、その排気ガス温度検出手段が設けられた箇所の温度、すなわち、ディーゼル酸化触媒４、ディーゼル微粒子フィルタ３やＮＯｘトラップ触媒２等の各浄化装置の温度と同等であり、この温度の情報は、ケーブルを通じて、エンジン１を制御する電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０に備えられた制御手段へ伝達される。また、排気ガス温度検出手段を排気通路５の１箇所だけ設けて、その１箇所で検知された排気ガスの温度を、各浄化装置の温度と同等と位置付けてもよい。

また、ＮＯｘトラップ触媒２の下流側端部には、空燃比センサ１４が設けられている。空燃比センサ１４によって得られた空燃比の情報は、同じく電子制御ユニット２０の制御手段へ伝達される。

なお、吸気バルブや排気バルブ、燃料噴射装置、その他エンジンの動作に必要な機器は、それぞれケーブルを通じて、電子制御ユニット２０に備えられた制御手段によって制御される。

最も上流側の浄化装置であるディーゼル酸化触媒４の上流側の排気通路５と、スロットルバルブ１２の下流側の吸気通路１１とは、排気還流通路６で結ばれている。排気還流通路６は、排気還流バルブ６ａによって開閉され、排気ガスの一部が還流ガスとして吸気通路１１内へ還流される。排気還流バルブ６ａの開閉も、運転状況に応じて、電子制御ユニット２０の制御手段によって制御される。

電子制御ユニット２０は、車両に搭載したエンジン１の運転状態を判断する運転状態判別手段２１を備える。

運転状態判別手段２１は、エンジン１から冷却水の温度の情報や、エンジンの回転数、エンジン負荷の情報等を取得し、その情報をエンジン１の制御に活用している。運転状態判別手段２１は、前述の排気温度の情報の他、エンジン１が冷間時であるか、暖機後の状態であるか等の情報も取得することができ、その情報を、各種の制御に利用している。

ディーゼル酸化触媒４やディーゼル微粒子フィルタ３、ＮＯｘトラップ触媒２等の浄化装置には、排気ガスの浄化に有効な温度条件がある。触媒やフィルタの温度が、その触媒やフィルタ特有の活性温度以上であれば、通常の運転状況ではない異常な高温ではない限り、有害物質の浄化が良好に行われる。

ディーゼル酸化触媒４とディーゼル微粒子フィルタ３が、ともに良好に浄化作用を発揮できる最低温度を、触媒活性化温度と称する。触媒活性化温度以上であれば、ディーゼル酸化触媒４とディーゼル微粒子フィルタ３は良好に浄化作用を発揮できる。浄化装置として、ディーゼル酸化触媒４とディーゼル微粒子フィルタ３のいずれか一方のみを備える場合は、その一方が良好な浄化作用を発揮できる最低温度を、触媒活性化温度と称する。浄化装置として、ディーゼル酸化触媒４とディーゼル微粒子フィルタ３の両方を備える場合は、相対的に低い方の最低温度を、触媒活性化温度と称することができる。

また、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸着触媒が良好に窒素酸化物を脱離でき、且つ、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸蔵還元型触媒が良好に窒素酸化物の吸蔵作用を発揮できる温度を、第一の所定温度と称する。第一の所定温度以上であれば、ＮＯｘ吸着触媒は良好に窒素酸化物を脱離でき、且つ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は良好に窒素酸化物の吸蔵作用を発揮できる。なお、ＮＯｘ吸着触媒による窒素酸化物の吸着は、比較的低温状態でも可能である。

さらに、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物を放出させる、すなわち、パージさせることが可能な最低温度を、第二の所定温度と称する。第二の所定温度以上であれば、他の環境条件が整えば、吸蔵された窒素酸化物を速やかに放出させることができる。なお、第二の所定温度＞第一の所定温度の関係となっている。

電子制御ユニット２０は、運転状態判別手段２１が必要であると判断した場合に、各浄化装置の活性化に必要な温度まで、排気ガスを昇温させる制御を行う排気ガス温度制御手段２２を備える。排気ガス温度制御手段２２は、燃焼室内への燃料の増減、空気の供給量の増減、燃料の噴射時期の制御等により、排気ガスの温度を調整することができる。

すなわち、排気ガス温度制御手段２２は、冷間時等においてエンジン１を始動した際、必要な場合には、排気ガスの温度を早期に高めるために、燃焼室に供給される燃料及び空気を増量して高い排気温度を確保したり、あるいは、燃料噴射時期の遅角を行って排気温度を上昇させる制御を行う。この排気ガス温度制御手段２２による排気ガス温度上昇の制御を、以下、昇温制御と称する。排気ガス温度制御手段２２による制御は、運転状態判別手段２１からの情報に基づいている。

また、電子制御ユニット２０は、ＮＯｘトラップ触媒２内の排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給制御手段２３を備える。還元剤供給制御手段２３は、ＮＯｘトラップ触媒２内の排気ガスに一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）や水素（Ｈ_２）といった還元剤を供給して、排気ガスをリッチ雰囲気とすることにより、ＮＯｘ吸蔵材部では、硝酸バリウムが分解し、窒素酸化物が放出される。このとき、窒素酸化物は、窒素（Ｎ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ_２）といった無害な形で大気中に放出され、ＮＯｘパージが行われる。

電子制御ユニット２０は、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸蔵還元型触媒による窒素酸化物の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段２４と、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸着触媒による窒素酸化物の吸着量を推定する吸着量推定手段２５とを備える。

吸着量推定手段２５は、排気通路５を通過する排気中の空燃比やその温度、経過時間等の情報に基づき、ＮＯｘ吸着触媒における窒素酸化物の吸着量、ＮＯｘ吸着量（ｎ）を演算により算出することができる。排気中の空燃比やその温度に基づき、マップを用いてこれらの窒素酸化物の吸着量、ＮＯｘ吸着量（ｎ）を求めることもできる。また、吸着されていた窒素酸化物を脱離した際も、排気中の空燃比やその温度、経過時間等の情報に基づき、その放出量（脱離量）を算出し、残存する窒素酸化物の吸着量を把握することができる。

具体的な算定方法として、例えば、ＮＯｘ吸着量は、
ＮＯｘ吸着量（ｎ）＝ＮＯｘ吸着量（ｎ−１）＋吸着ＮＯｘ量−脱離ＮＯｘ量
の演算により算定することができる。

まず、飽和ＮＯｘ吸着量を吸着材料の種別、容量、ＮＯｘトラップ触媒２の温度から算出し、ＮＯｘ吸着量（ｎ−１）を飽和ＮＯｘ吸着量で除することにより、ＮＯｘ吸着飽和率を算出する。

つぎに、吸着ＮＯｘ量の求め方について説明する。ＮＯｘ吸着飽和率から吸着脱離率を算出する。吸着脱離率は、符号＋で吸着による増加割合、符号−で脱離による減少割合を示す。ＮＯｘ吸着飽和率＜１の場合は、エンジン１の回転数やトルクのマップから流入ＮＯｘ量を算出して、吸着脱離率を乗じることにより、吸着ＮＯｘ量を算出する。ＮＯｘ吸着飽和率＝１の場合は、吸着ＮＯｘ量、脱離ＮＯｘ量は、ともに０である。ＮＯｘ吸着飽和率＞１の場合は、ＮＯｘ吸着量（ｎ−１）に吸着脱離率を乗じることにより、脱離ＮＯｘ量を算出することができる。

吸蔵量推定手段２４は、排気通路５を通過する排気中の空燃比やその温度、経過時間等の情報に基づき、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒における窒素酸化物の吸蔵量、ＮＯｘ吸蔵量（ｎ）を演算により算出することができる。排気中の空燃比やその温度に基づき、マップを用いてこれらの窒素酸化物の吸蔵量、ＮＯｘ吸蔵量（ｎ）を求めることもできる。また、吸蔵されていた窒素酸化物を放出した際も、排気中の空燃比やその温度、経過時間等の情報に基づき、その放出量（分解量）を算出し、残存する窒素酸化物の吸蔵量を把握することができる。

具体的な算定方法として、例えば、ＮＯｘ吸蔵量は、
ＮＯｘ吸蔵量（ｎ）＝ＮＯｘ吸蔵量（ｎ−１）＋吸蔵ＮＯｘ量−分解ＮＯｘ量
の演算により算定することができる。

まず、ＮＯｘ吸蔵可能量の求め方について説明する。飽和ＮＯｘ吸蔵量を吸蔵材料の種別、容量から算出し、ＮＯｘ吸蔵量（ｎ−１）より、ＮＯｘ吸蔵可能量を算出する。

つぎに、吸蔵ＮＯｘ量の求め方について説明する。ＮＯｘトラップ触媒２の温度、及び、吸気量のマップからＮＯｘ吸蔵率を算出し、それを、ＮＯｘ吸蔵可能量で補正することにより、補正後ＮＯｘ吸蔵率を算出する。ＮＯｘ吸蔵率の変化は、概ね３００℃をピークとする山なりの傾向を示し、吸気量が大であれば吸蔵率は低下する傾向がある。

エンジン１の回転数やトルクのマップから、ＮＯｘトラップ触媒２へ流入する窒素酸化物の量を算出し、ＮＯｘ吸着触媒から脱離した窒素酸化物の量を加算して、補正後流入ＮＯｘ量を算出する。補正後流入ＮＯｘ量と補正後ＮＯｘ吸蔵率とを乗じることにより、新たに吸蔵される窒素酸化物の量、すなわち、吸蔵ＮＯｘ量を算出することができる。吸蔵ＮＯｘ量＞ＮＯｘ吸蔵可能量の場合は、吸蔵ＮＯｘ量＝ＮＯｘ吸蔵可能量に補正を行う。

つぎに、分解ＮＯｘ量の求め方について説明する。分解ＮＯｘ量は、排気中の空燃比やその温度に基づき、マップを用いてこれらの窒素酸化物の分解量を求めることができる。分解ＮＯｘ量＞ＮＯｘ吸蔵量の場合は、分解ＮＯｘ量＝０に補正を行う。

図２の例は、排気ガスの浄化を行う触媒等の浄化装置の種別及び配置を、図１とは異ならせたものである。具体的には、浄化装置として、排気通路５の上流側から下流側に向かって、ＮＯｘトラップ触媒２、ディーゼル微粒子フィルタ３が順に備えられている。その他の構成は、前述の図１の説明と同様である。

このエンジンの制御装置の作用、及び、その制御方法を、図３の図表及び図４のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１において、電子制御ユニット２０は、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸蔵還元型触媒による窒素酸化物の吸蔵量と、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸着触媒による窒素酸化物の吸着量を推定する。推定は、前述の算出方法によって行う。

次に、ステップＳ２では、その推定された吸蔵量が、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に設定された所定吸蔵量ａ以上であるかどうかが判別される。吸蔵量≧所定吸蔵量ａであればステップＳ３へ移行し、吸蔵量＜所定吸蔵量ａであればステップＳ１０へ移行する。

ステップＳ３では、推定された吸蔵量が、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に設定された第二の所定吸蔵量ｂ（ｂ＞ａ）以上であるかどうかが判別される。第二の所定吸蔵量ｂは、図３（ｂ）に示すように、所定吸蔵量ａよりも大きい値に設定され、飽和吸蔵量に近い値に設定される。ここで、吸蔵量≧第二の所定吸蔵量ｂであればステップＳ４へ移行し、強制的なＮＯｘパージ（図３の符号＃１，＃２，＃３参照）を行うかどうかが判断される。また、ここで、吸蔵量＜第二の所定吸蔵量ｂであれば、ステップＳ２０へ移行する。

強制的なＮＯｘパージを実行できる条件は、排気温度が所定温度以上であることとしている。ステップＳ４で、排気温度が所定温度以上であればステップＳ６へ移行し、ＮＯｘパージを実行する。排気温度が所定温度未満であれば、ＮＯｘパージを実行する準備が整っていない状況であるので、ステップＳ５へ移行し、ＮＯｘパージを実行できる触媒温度となるように昇温制御を行ってから、再度、ステップＳ４の判定を経て、ＮＯｘパージを実行する。なお、排気温度による判定に代えて、水温による判定を用いてもよい。以下の各ステップにおいても同様である。

ステップＳ６の強制的なＮＯｘパージは、吸蔵量＜第二の所定吸蔵量ｂとなるまで継続する（ステップＳ７参照）。吸蔵量＜第二の所定吸蔵量ｂとなれば、制御を終了する（ステップＳ１４参照）。

ステップＳ２０では、推定された吸着量が、ＮＯｘ吸着触媒に設定された所定吸着量ｃ以上であるかどうかが判別される。ここで、吸着量≧所定吸着量ｃであればステップＳ２１へ移行し、排気温度が所定温度に満たない場合には、ステップＳ２２へ移行して、排気ガスの昇温制御、吸着した窒素酸化物の脱離、脱離した窒素酸化物の吸蔵、ＮＯｘパージが行われる（図３の符号＃４，＃５参照）。また、ここで、吸着量＜所定吸着量ｃであれば吸着可能量に余裕があるのでステップＳ１４へ移行し、浄化の制御を終了する（図３の符号＃６参照）。

ステップＳ２２の昇温制御、脱離・吸蔵、ＮＯｘパージは、吸着量＜所定吸蔵量ｃとなるまで継続する（ステップＳ２３参照）。吸着量＜所定吸蔵量ｃとなれば、制御を終了する（ステップＳ１４参照）。

ステップＳ１０では、推定された吸着量が、ＮＯｘ吸着触媒に設定された所定吸蔵量ｃ以上であるかどうかが判別される。ここで、吸着量≧所定吸蔵量ｃであればステップＳ１１へ移行し、排気温度が所定温度に満たない場合には、ステップＳ１２へ移行して、排気ガスの昇温制御が行われる（図３の符号＃７，＃８参照）。また、ここで、吸着量＜所定吸着量ｃであれば吸着可能量に余裕があるのでステップＳ１４へ移行し、浄化の制御を終了する（図３の符号＃９参照）。

ステップＳ１２の昇温制御は、吸着量＜所定吸蔵量ｃとなるまで継続する（ステップＳ１３参照）。吸着量＜所定吸蔵量ｃとなれば、Ｓ１４へ移行し、浄化の制御を終了する。

なお、ＮＯｘ吸着触媒に設定される所定吸着量ｃとは別に、第二の所定吸着量ｄを設定してもよい。第二の所定吸着量ｄは、図３（ｂ）に示すように、所定吸着量ｃよりも大きい値に設定され、飽和吸着量に近い値に設定される。吸着量≧第二の所定吸着量ｄであれば、第二の所定吸着量ｄ≧吸着量≧所定吸着量ｃの場合よりも、ステップＳ８やＳ１２で行う排気ガスの昇温制御、吸着した窒素酸化物の脱離、脱離した窒素酸化物の吸蔵、ＮＯｘパージ等の各作用を、より急速に行う制御を行ってもよい。

昇温制御を行うかどうかを判断する基準となる前述の所定温度について、この所定温度としては、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸着触媒に設定される第一の所定温度としてもよいし、あるいは、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸蔵還元型触媒に設定される第二の所定温度としてもよい。また、この所定温度を、第一の所定温度と第二の所定温度のいずれか低い方とすることもできる。

以上のように、排気ガス温度検出手段２ａ，３ａ，４ａによって検出された排気ガスの温度が所定温度未満であって、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵量が所定吸蔵量ａ未満であり、且つ、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸着触媒の吸着量が所定吸着量ｃ以上の場合に、排気ガス温度制御手段２２は、排気ガスの昇温制御を行うことにより、ＮＯｘ吸着触媒に吸着した窒素酸化物を脱離させて、その脱離した窒素酸化物の多くをＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵させる。これにより、ＮＯｘ吸着触媒の吸着可能量を素早く増加させ、排気温度が低い場合の窒素酸化物の大気解放防止に対応する。

排気ガスの温度が所定温度未満であって、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵量が所定吸蔵量ａ以上であり、且つ、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸着触媒の吸着量が所定吸着量ｃ以上の場合に、排気ガス温度制御手段２２は、排気ガスの昇温制御を行うことによりＮＯｘ吸着触媒に吸着した窒素酸化物を脱離させて、その脱離した窒素酸化物の多くをＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵させる。さらに、還元剤供給制御手段２３は、還元剤を供給することにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物を、無害な物質として大気へ放出させる。これにより、ＮＯｘ吸着触媒の吸着可能量、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵可能量を増加させ、排気温度が低い場合の窒素酸化物の大気解放防止に対応する。

また、ＮＯｘトラップ触媒２のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵量が所定吸蔵量ａよりも大きい値に設定された第二の所定吸蔵量ｂ以上である場合には、吸蔵可能量が全く無いか、あるいは、非常に少ない状態であるので、還元剤供給制御手段２３は、他の条件に関わらず強制的に還元剤を供給することにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物を、無害な物質として放出させ、吸蔵可能量の増加を図る。

ここで、昇温制御の手法について説明する。

図１の構成の場合、ＮＯｘトラップ触媒２が、ディーゼル酸化触媒４やディーゼル微粒子フィルタ３等の触媒装置の下流側にある。この場合、排気ガスの昇温制御は、触媒装置の温度が触媒活性化温度未満であれば、吸気通路１１に設けられるスロットルバルブ１２を絞ることにより、ＮＯｘ吸着触媒における窒素酸化物の脱離と、その脱離した窒素酸化物のＮＯｘ吸蔵還元型触媒への吸蔵が可能な第一の所定温度まで昇温する。触媒装置の温度が触媒活性化温度以上であれば、燃料をメイン噴射よりも前に行うポスト噴射により増量させることにより、吸蔵された窒素酸化物のパージ（放出）が可能な第二の所定温度まで緩やかに昇温させる制御を行うことができる。ポスト噴射により、燃料を前段の浄化装置であるディーゼル酸化触媒４やディーゼル微粒子フィルタ３付近で燃焼させて酸化・発熱させることにより、放熱ロスの最小化を図っている。

図２の構成の場合、ＮＯｘトラップ触媒２が、ディーゼル微粒子フィルタ３等の触媒装置の上流側にある。この場合、排気ガスの昇温制御は、吸気通路１１に設けられるスロットルバルブ１２を絞ることにより、ＮＯｘ吸着触媒における窒素酸化物の脱離と、その脱離した窒素酸化物のＮＯｘ吸蔵還元型触媒への吸蔵が可能な第一の所定温度まで昇温する。その後、燃料を増量させることにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物のパージ（放出）が可能な第二の所定温度まで昇温させる制御を行うことができる。吸気絞りによって空間速度（_{ｓｐａｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ}）も低下するため、窒素酸化物の吸蔵を促進することができる。
なお、本実施例ではディーゼルの排気について記載したが、ディーゼルに限られるものではなく、一般的な内燃機関の排気浄化に用いることができる。

１ エンジン
２ ＮＯ_Ｘトラップ触媒
３ ディーゼル微粒子フィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
４ ディーゼル酸化触媒
２ａ，３ａ，４ａ 排気ガス温度検出手段
５ 排気通路
６ 排気ガス再循環装置
１１ 吸気通路
１２ スロットルバルブ
１３ エアフローセンサ
２０ 電子制御ユニット
２１ 運転状態判別手段
２２ 排気ガス温度制御手段
２３ 還元剤供給制御手段
２４ 吸蔵量推定手段
２５ 吸着量推定手段

Claims (5)

1. エンジンの燃焼室に接続される吸気通路及び排気通路と、
   前記排気通路に設けられ吸蔵材と吸着材とを備えたＮＯｘトラップ触媒と、
   前記ＮＯｘトラップ触媒の活性化に必要な温度まで排気ガスを昇温させるように制御する排気ガス温度制御手段と、
   前記ＮＯｘトラップ触媒内の排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給制御手段と、
   前記吸蔵材に吸蔵された窒素酸化物の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段と、
   前記吸着材に吸着された窒素酸化物の吸着量を推定する吸着量推定手段と、を備え、
   前記吸蔵量が所定吸蔵量未満であり且つ前記吸着量が所定吸着量以上の場合に、
   前記排気ガス温度制御手段は、昇温制御を行うことにより前記吸着材に吸着した窒素酸化物を脱離させてその脱離した窒素酸化物を前記吸蔵材に吸蔵させる
   エンジンの排気浄化装置。
2. 前記還元剤供給制御手段は、還元剤を供給することにより前記吸蔵材に吸蔵された窒素酸化物を放出させる
   請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
3. 前記吸蔵量が前記所定吸蔵量よりも大きい値に設定された第二の所定吸蔵量以上である場合に、
   前記還元剤供給制御手段は、還元剤を供給することにより前記吸蔵材に吸蔵された窒素酸化物を放出させる
   請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置。
4. 前記排気通路に排気微粒子、炭化水素、又は一酸化炭素の大気放出を抑制する触媒装置を備え、
   前記ＮＯｘトラップ触媒が前記触媒装置の上流側にある場合に、前記昇温制御は、前記吸気通路に設けられるスロットルバルブを絞ることにより、窒素酸化物の脱離とその脱離した窒素酸化物の吸蔵が可能な第一の所定温度まで昇温し、燃料を増量させることにより、吸蔵された窒素酸化物の放出が可能な第二の所定温度まで昇温させる
   請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
5. 前記排気通路に排気微粒子、炭化水素、又は一酸化炭素の大気放出を抑制する触媒装置を備え、
   前記ＮＯｘトラップ触媒が前記触媒装置の下流側にある場合に、前記昇温制御は、前記触媒装置の温度が触媒活性化温度未満であれば、前記吸気通路に設けられるスロットルバルブを絞ることにより、窒素酸化物の脱離とその脱離した窒素酸化物の吸蔵が可能な第一の所定温度まで昇温し、前記触媒装置の温度が触媒活性化温度以上であれば、燃料を増量させることにより、吸蔵された窒素酸化物の放出が可能な第二の所定温度まで昇温させる
   請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。

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