JP2003120373A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関が極低負荷運転の状態で放置された場
合でも、フィルタで捕獲したＰＭの除去とＮＯx触媒の
硫黄被毒再生制御を実行できる技術を提供する。 【解決手段】内燃機関の極低負荷状態が所定期間以上継
続しているときに、微粒子の酸化除去または／及び硫黄
被毒回復制御の実行が必要となった場合、内燃機関１の
回転数を昇温制御によりフィルタ２０の昇温が可能とな
る領域に達するように調整した後、フィルタ温度制御手
段による昇温制御を実行してフィルタ２０の温度を所定
温度まで上昇させる。低温燃焼、ポスト噴射、排気系へ
の燃料添加等の手段によってフィルタ２０が所定温度に
なれば、微粒子の酸化除去または／及びＮＯx吸収剤の
硫黄被毒の解消のために硫黄被毒回復制御を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関し、特に極低負荷運転が継続した場合でも硫
黄被毒回復等を実行できる排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車等に搭載される内燃機関、特に酸
素過剰状態の混合気（所謂、リーン空燃比の混合気）を
燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・ガソリ
ン機関では、この内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化
物（ＮＯx）を浄化する技術が望まれている。
【０００３】このような要求に対し、内燃機関の排気系
にＮＯx吸収剤を配置する技術が提案されている。この
ＮＯx吸収剤の一つとして、流入する排気の酸素濃度が
高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収し、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
きは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒
素（Ｎ2）に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒が知られてい
る。
【０００４】吸蔵還元型ＮＯx触媒が内燃機関の排気系
に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の
空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）
が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収され、吸蔵還元型ＮＯx触
媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元
型ＮＯx触媒に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放
出されつつ窒素（Ｎ2）に還元される。
【０００５】ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒には燃料
に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（Ｓ
Ｏx）もＮＯxと同じメカニズムで吸収される。この硫黄
酸化物（ＳＯx）は通常の窒素酸化物（ＮＯx）の放出還
元時には放出されないので、その蓄積が所定量以上にな
ると飽和状態を招来してＮＯx触媒がＮＯxを吸収できな
い状態となる。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）といい、
ＮＯx浄化率が低下するため、適切な時期にＮＯx触媒を
ＳＯx被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要があ
る。この被毒回復処理は、ＮＯx触媒を高温（例えば６
００乃至６５０℃程度）にしつつ、酸素濃度を低下させ
た排気をＮＯx触媒に流通させて行われている。
【０００６】ところが希薄燃焼運転時の排気は上述した
温度より低いので、通常の運転状態では硫黄被毒の回復
に必要とされる温度までＮＯx触媒の床温を昇温するこ
とは困難である。このようなときは、排気路へ燃料の添
加を行うことにより上記触媒の温度を上昇させつつ排気
の酸素濃度を低下させることができる。
【０００７】かかるＮＯx触媒の温度を上昇させる方法
として、特許第２８４５０５６号公報に記載された内燃
機関の排気浄化装置が提案されている。この公報に記載
された内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触
媒において排気中の酸素と反応して消費される還元剤の
量と吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物
（ＮＯx）を還元するために必要となる還元剤の量とを
考慮して、還元剤の添加量を決定することにより、還元
剤の過剰供給や供給不足を防止し、還元剤や窒素酸化物
（ＮＯx）の大気中への放出による排気エミッションの
悪化を抑制しようとするものである。
【０００８】一方、ディーゼルエンジンでは、排気中に
含まれる浮遊粒子状物質である煤に代表されるパティキ
ュレートマター（Particulate Matter以下特に断らない
限り「ＰＭ」という。）の除去が重要な課題となってい
る。このため、大気中にＰＭが放出されないようにディ
ーゼルエンジンの排気系にＰＭの捕集を行うパティキュ
レートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とする）を設
ける技術が周知である。
【０００９】このフィルタにより排気中のＰＭが一旦捕
集され大気中へ放出されることを防止することができ
る。しかし、フィルタに捕集されたＰＭがこのフィルタ
に堆積するとフィルタの目詰まりを発生させることがあ
る。この目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の
圧力が上昇し内燃機関の出力低下やフィルタの毀損を誘
発する虞がある。このようなときには、フィルタ上に堆
積したＰＭを着火燃焼させることによりこのＰＭを除去
することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭ
を除去することをフィルタの再生という。
【００１０】しかし、前記フィルタに捕集されたＰＭを
着火燃焼させるには、フィルタの温度を例えば６００℃
以上の高温にする必要があるが、ディーゼルエンジンの
排気温度はこの温度よりも低いため、通常の運転状態で
ＰＭを燃焼除去するのは困難であった。
【００１１】そこで、電気ヒータ、バーナ等を用いて捕
集されたＰＭの着火燃焼が生じる温度までフィルタを加
熱、昇温することが考えられるが、これには多大なエネ
ルギを外部から供給する必要がある。この問題に対し、
例えば特開平６−１５９０３７号公報によれば、ＮＯx
触媒を担持したフィルタと、排気中に還元剤たる炭化水
素を供給する装置とを使用し、排気中に供給した炭化水
素をＮＯx触媒で燃焼させた際に発生する熱を利用し、
容易にＰＭの燃焼を可能にしている。
【００１２】ところで、上述の硫黄被毒回復は排気中の
酸素濃度を低下させて実行されるが、内燃機関の高負荷
運転時に還元剤を添加すると、還元剤が吸蔵還元型ＮＯ
x触媒で燃焼してこの吸蔵還元型ＮＯx触媒が過熱する結
果、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化を誘発する虞があ
る。したがって、硫黄被毒回復は軽負荷領域で実行する
ことが好ましい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、長時間にわた
って内燃機関が極低負荷運転状態にあるような場合、例
えば、この内燃機関を搭載した車両が、駐車場において
アイドル状態で長時間駐車しているとか、渋滞が非常に
激しい市街地を走行するような場合は、内燃機関から排
出される排気が少なく、これらが発する熱量が絶対的に
少ないため、ＮＯx触媒を担持したフィルタ（例えば２
リットルの容量のもの）の全体温度を上昇させるための
熱量が不足する。
【００１４】このような状態でフィルタに溜まったＰＭ
の再生制御や、ＮＯx触媒の硫黄被毒再生制御を実施す
べき状況になったとしても、ＮＯx触媒の温度をこれら
の制御に必要な領域まで昇温させることができないた
め、これらの制御の実行は不可能である。よって、ＰＭ
やＮＯxが除去されず排気浄化が十分に行われなくなる
虞がある。
【００１５】本発明は以上の問題を解決するためになさ
れたものであり、内燃機関が極低負荷運転の状態で放置
された場合でも、フィルタで捕獲したＰＭの除去とＮＯ
x触媒の硫黄被毒再生制御を実行できる技術を提供する
ことを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採
用した。すなわち、流入する排気の空燃比がリーンのと
きには排気中のＮＯxを吸収し流入する排気の空燃比が
理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯxを放出す
るＮＯx吸収剤を担持し、かつ内燃機関の排気中の微粒
子を一時期捕獲可能であり、所定温度領域では前記微粒
子を酸化除去することが可能なフィルタと、前記フィル
タの昇温制御を実行するフィルタ温度制御手段と前記Ｎ
Ｏx吸収剤の硫黄被毒を解消するための制御を実行する
硫黄被毒回復制御手段と、を備え、前記微粒子の酸化除
去または／及び硫黄被毒回復制御を実行すべきであると
判断され、かつ内燃機関の極低負荷状態が所定期間以上
にわたり継続しているときは、内燃機関の回転数を、昇
温制御によりフィルタの昇温が可能となる領域に達する
ように調整した後、前記フィルタ温度制御手段による昇
温制御を実行してフィルタの温度を所定温度まで上昇さ
せ、微粒子の酸化除去または／及び前記ＮＯx吸収剤の
硫黄被毒の解消のために硫黄被毒回復制御を実施するこ
とを特徴とする。
【００１７】本発明の最大の特徴は、内燃機関が極低負
荷状態が所定期間以上継続しているときにフィルタにつ
いて微粒子の酸化除去、または硫黄被毒回復の処理が必
要となった場合、これらを実施するため内燃機関の回転
数を調整し、かつ昇温制御を実行してフィルタの温度を
前記処理が可能な所定温度まで上昇させることである。
このような処理が完了した後は、微粒子の酸化除去、硫
黄被毒回復が実行できる。
【００１８】前記排気の空燃比とは、内燃機関に吸入さ
れる混合気の空気と燃料の重量比ではなく、内燃機関の
燃焼により排気路に排出されたガス中の空気と燃料の重
量比をいう。
【００１９】ここで、内燃機関が極低負荷状態にあると
きとは、例えば、内燃機関がアイドリング状態の場合で
ある。
【００２０】また内燃機関の回転数を、フィルタの昇温
が可能となる領域に達するように調整するとは、アイド
リング状態またはこれに近い状態で、内燃機関の回転数
が１,０００rpm未満であるような場合、この回転数を例
えば１,２００rpm以上に上昇させることである。この回
転数の数値は内燃機関の状態、その他の運転状況によっ
て異なるもので一定ではない。
【００２１】このようにして、最初に内燃機関の回転数
を上昇させて発生する熱量を増大させ、昇温制御の実行
によってフィルタの温度上昇が可能となる回転領域に移
行させる。
【００２２】その後に実行する昇温制御は、内燃機関の
運転状態に応じて、低温燃焼、ポスト噴射、及び排気系
への燃料添加を任意に組合せて実施することができる。
例えば、微粒子の酸化除去のための昇温制御は、低温燃
焼、ポスト噴射、及び排気系への燃料添加のうちの一ま
たは二以上の組合せにより実施され、硫黄被毒回復のた
めの昇温制御は、低温燃焼及び排気系への燃料添加の組
合せにより実施すること等が可能である。
【００２３】前記微粒子の酸化除去と硫黄被毒回復は、
これらの処理が必要であると各々について判断された場
合に実行される。例えば、通常は、微粒子の酸化除去よ
りも硫黄被毒回復では高い温度（６００℃以上）までフ
ィルタの昇温が必要であるので、フィルタの床温を５０
０℃程度まで上昇させて微粒子の酸化除去のみ実行する
場合があり得る。
【００２４】微粒子の酸化除去では、例えば、前記フィ
ルタの前後に圧力計を設置し、フィルタ前後の排気路中
の排気圧力を計測してその差圧が所定値以上になったと
き、フィルタに微粒子が所定量以上堆積したものとして
酸化除去処理が必要と判断することができる。
【００２５】また硫黄被毒回復制御を行う必要があるか
否かの判定要素は、以下のものが例示できる。すなわ
ち、エンジンに供給した燃料の積算量、フィルタに対す
る燃料の添加量やフィルタの下流にＮＯxセンサにより
検出されるＮＯxの流通量、または内燃機関を搭載した
車両走行距離等によって判断することができる。
【００２６】また、本発明の内燃機関の排気浄化装置
は、周囲に過剰酸素が存在するときには酸素を吸蔵し、
周囲の酸素濃度が低下すると吸蔵した酸素を活性酸素と
して放出する活性酸素放出剤をフィルタ上に担持し、フ
ィルタ上に微粒子が付着したときに活性酸素放出剤から
活性酸素を放出させ、放出した活性酸素によってフィル
タ上に付着した微粒子を酸化除去するものとすることが
可能である。
【００２７】このような本発明の内燃機関の排気浄化装
置では、内燃機関が極低負荷の運転状態で放置されたよ
うな場合、フィルタを所定温度に昇温させなければ実施
できない微粒子の酸化除去または／及びＮＯx吸収剤の
硫黄被毒回復の処理を実行するための一連の手段が提供
され、かかる状況下であってもフィルタに堆積した微粒
子の除去及び硫黄被毒したＮＯx触媒の回復が可能とな
る。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて
説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化
装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例
に挙げて説明する。
【００２９】図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置
を適用する内燃機関１とその吸排気系の概略構成を示す
図である。
【００３０】図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を
有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００３１】内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃
料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁
３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレー
ル）４と接続されている。このコモンレール４には、こ
のコモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を
出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられてい
る。
【００３２】前記コモンレール４は、燃料供給管５を介
して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６
は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転ト
ルクを駆動源として作動するポンプであり、この燃料ポ
ンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａが内
燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられ
たクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されてい
る。
【００３３】このように構成された燃料噴射系では、ク
ランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ
伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから
この燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応
じた圧力で燃料を吐出する。
【００３４】前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、
燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモ
ンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴
射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流
が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃
料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００３５】次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続
されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室
と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００３６】前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、
この吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続され
ている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気
管９には、この吸気管９内を流通する吸気の質量に対応
した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、この
吸気管９内を流通する吸気の温度に対応した電気信号を
出力する吸気温度センサ１２とが取り付けられている。
【００３７】前記吸気管９における吸気枝管８の直上流
に位置する部位には、この吸気管９内を流通する吸気の
流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この
吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されてこ
の吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエ
ータ１４が取り付けられている。
【００３８】前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り
弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の熱エネル
ギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージ
ャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、
コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９に
は、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて
高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６
が設けられている。
【００３９】このように構成された吸気系では、エアク
リーナボックス１０に流入した吸気は、このエアクリー
ナボックス１０内のエアクリーナ（図示省略）によって
吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコ
ンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００４０】コンプレッサハウジング１５ａに流入した
吸気は、このコンプレッサハウジング１５ａに内装され
たコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前
記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温と
なった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、
必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて
吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、
各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２
の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼
される。
【００４１】一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接
続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート（図示省
略）を介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００４２】前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５
のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タ
ービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、こ
の排気管１９は、下流にてマフラー（図示省略）に接続
されている。
【００４３】前記排気管１９の途中には、吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、
単にフィルタという。）２０が設けられている。フィル
タ２０より上流の排気管１９には、この排気管１９内を
流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気
温度センサ２４が取り付けられている。
【００４４】また、前記フィルタ２０の上流側と下流側
の排気管１９内の圧力の差異を検出するために、差圧セ
ンサ３７が設けられている。
【００４５】前記したフィルタ２０より下流の排気管１
９には、この排気管１９内を流通する排気の流量を調節
する排気絞り弁２１が設けられている。この排気絞り弁
２１には、ステップモータ等で構成されてこの排気絞り
弁２１を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２２が
取り付けられている。
【００４６】このように構成された排気系では、内燃機
関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気
ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝
管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂ
へ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気
は、この排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウ
ジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイー
ルを回転させる。その際、タービンホイールの回転トル
クは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプ
レッサホイールへ伝達される。
【００４７】前記タービンハウジング１５ｂから排出さ
れた排気は、排気管１９を介してフィルタ２０へ流入
し、排気中のＰＭが捕集され、かつ有害ガス成分が除去
または浄化される。フィルタ２０にてＰＭを捕集され、
かつ有害ガス成分を除去または浄化された排気は、必要
に応じて排気絞り弁２１によって流量を調節された後に
マフラーを介して大気中に放出される。
【００４８】また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排
気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循
環させる排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）
２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途
中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応
じて前記ＥＧＲ通路２５内を流通する排気（以下、ＥＧ
Ｒガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、
ＥＧＲ弁とする。）２６が設けられている。
【００４９】前記ＥＧＲ通路２５の途中でＥＧＲ弁２６
より上流には、このＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲ
ガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。前
記ＥＧＲクーラ２７には、冷却水通路（図示省略）が設
けられ内燃機関１を冷却するための冷却水の一部が循環
する。
【００５０】このように構成された排気再循環機構で
は、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導
通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が
前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て
吸気枝管８へ導かれる。
【００５１】その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通
路２５内を流通するＥＧＲガスと内燃機関１の冷却水と
の間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００５２】ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から
吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上
流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼
室へ導かれる。
【００５３】ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や
二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼するこ
とがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれ
ているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混
合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）
の発生量が抑制される。
【００５４】更に、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガ
スが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下すると
ともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガス
が燃焼室内に供給されたときに、この燃焼室内の雰囲気
温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室
内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少す
ることもない。
【００５５】そして、本実施の形態では、軽負荷時に通
常よりもＥＧＲガス量を増量させる低温燃焼を行い、Ｐ
Ｍの除去、ＮＯxの浄化及びフィルタ２０の昇温制御を
実行するので、この低温燃焼について説明する。
【００５６】前記したように従来、ＮＯxの発生を抑制
するためにＥＧＲが用いられてきた。ＥＧＲガスは、比
較的比熱比が高く、温度を上げるのに必要な熱量が多い
ので、吸気中におけるＥＧＲガス割合が高くなるほど気
筒２内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下す
るとＮＯxの発生量も低下するので、ＥＧＲガス割合が
高くなればなるほどＮＯxの排出量を低下させることが
できる。
【００５７】しかし、ＥＧＲガス割合を高くしていくと
ある割合以上で急激に煤の発生量が増大し始める。通常
のＥＧＲ制御は煤が急激に増大し始めるよりも低いＥＧ
Ｒガス割合のところで行われている。
【００５８】ところが、更にＥＧＲガス割合を高くして
いくと、上述したように煤が急激に増大するが、この煤
の発生量にはピークが存在し、このピークを越えて更に
ＥＧＲガス割合を高くすると、今度は煤が急激に減少し
始め、ついにはほとんど発生しなくなる。
【００５９】これは、燃焼室内における燃焼時の燃料及
びその周囲のガス温度がある温度以下のときには炭化水
素（ＨＣ）の成長が煤に至る前の途中の段階で停止し、
燃料及びその周囲のガス温度がある温度以上になると炭
化水素（ＨＣ）は一気に煤まで成長してしまうためであ
る。
【００６０】従って、燃焼室内における燃焼時の燃焼及
びその周囲のガス温度を、炭化水素（ＨＣ）の成長が途
中で停止する温度以下に抑制すれば煤は発生しなくな
る。この場合、燃料及びその周囲のガス温度は、燃料が
燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が大きく影響し
ており、燃料燃焼時の発熱量に応じて燃料周りのガスの
吸熱量、すなわちＥＧＲガス割合を調整することによっ
て煤の発生を抑制することが可能となる。
【００６１】低温燃焼を行うときのＥＧＲガス割合は、
予め実験等により求めておきマップ化したものをＥＣＵ
３５内のＲＯＭ（図５の３５２）に記憶させておく。こ
のマップに基づいてＥＧＲガス量のフィードバック制御
を行う。
【００６２】一方、煤に至る前に成長が途中で停止した
炭化水素（ＨＣ）は、フィルタ２０に担持された酸化剤
等により燃焼させることができる。
【００６３】このように、低温燃焼では、煤に至る前に
成長が途中で停止した炭化水素（ＨＣ）を酸化剤等によ
り浄化することを基本としている。従って酸化剤等が活
性化していないときには、炭化水素（ＨＣ）は浄化され
ずに大気中へ放出しされてしまうために低温燃焼を用い
ることは困難である。
【００６４】また、気筒２内における燃焼時の燃料及び
その周囲のガス温度を炭化水素（ＨＣ）の成長が途中で
停止する温度以下に制御しうるのは燃焼による発熱量が
少ない比較的機関負荷が低いときである。
【００６５】従って、本実施の形態においては、内燃機
関１が低回転低負荷で運転されている状態が継続してい
るので、フィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触
媒が活性領域に達したときに低温燃焼制御が行われる。
活性領域内であるか否かは排気温度センサ２４の出力信
号等に基づいて判定することができる。
【００６６】このようにして、低温燃焼では、煤に代表
されるＰＭの排出を抑制しつつ吸蔵還元型ＮＯx触媒へ
還元剤たる炭化水素（ＨＣ）を供給して、ＮＯxを還元
浄化することができるが、このときに発生する熱により
フィルタ２０の温度を上昇させることが可能となる。
【００６７】したがって本実施の形態では、低温燃焼を
必要に応じて実施してフィルタ２０の床温を上昇させる
が、目標の温度によって空燃比を変化させて昇温制御を
実行する。すなわち目標温度が高ければ空燃比を低く設
定するが、これはＥＧＲ量を調整することで所望の空燃
比とすることができる。
【００６８】なお、ポスト噴射とは、主噴射後の膨張行
程あるいは排気行程において燃料を噴射することによ
り、排気の空燃比をリッチにするためにするものであ
る。
【００６９】次に、本実施の形態に係るフィルタ２０に
ついて説明する。
【００７０】図２は、フィルタ２０の断面図である。図
２（Ａ）は、フィルタ２０の横方向断面を示す図であ
る。図２（Ｂ）は、フィルタ２０の縦方向断面を示す図
である。
【００７１】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるよう
にフィルタ２０は、互いに平行をなして延びる複数個の
排気流通路５０、５１を具備するいわゆるウォールフロ
ー型である。これら排気流通路は下流端が栓５２により
閉塞された排気流入通路５０と、上流端が栓５３により
閉塞された排気流出通路５１とにより構成される。な
お、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５
３を示している。従って、排気流入通路５０および排気
流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置され
る。換言すると排気流入通路５０および排気流出通路５
１は各排気流入通路５０が４つの排気流出通路５１によ
って包囲され、各排気流出通路５１が４つの排気流入通
路５０によって包囲されるように配置される。
【００７２】フィルタ２０は例えばコージェライトのよ
うな多孔質材料から形成されており、従って排気流入通
路５０内に流入した排気は図２（Ｂ）において矢印で示
されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気流
出通路５１内に流出する。
【００７３】本発明による実施例では、各排気流入通路
５０および各排気流出通路５１の周壁面、すなわち各隔
壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上に
は例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、
この担体上に吸蔵還元型ＮＯx触媒が坦持されている。
【００７４】次に、本実施の形態に係るフィルタ２０に
担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒の機能について説明す
る。
【００７５】フィルタ２０は、例えば、アルミナを担体
とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎ
ａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等
のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウ
ム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もし
くはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少
なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して
構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナから
なる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）を担持
し、これにＯ2ストレージ能力のあるセリア（Ｃｅ
2Ｏ3）を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒が採
用されている。
【００７６】このようなＮＯx触媒は、このＮＯx触媒に
流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化
物（ＮＯx）を吸収する。
【００７７】一方、ＮＯx触媒は、このＮＯx触媒に流入
する排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素
酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水
素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在し
ていれば、ＮＯx触媒は、このＮＯx触媒から放出された
窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元せしめること
ができる。
【００７８】ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転され
ている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比
がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、
排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒に吸
収されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長
期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和
し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去
されずに排気中に残存する。
【００７９】特に、ディーゼル機関である内燃機関１で
は、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が
燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気
の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯx触媒のＮＯx
吸収能力が飽和し易い。
【００８０】従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されて
いる場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和する前に
ＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させると
ともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に吸収された窒
素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【００８１】このように酸素濃度を低下させる方法とし
ては、排気中の燃料添加や、前記した低温燃焼、気筒２
内への燃料噴射時期や回数の変更等の方法が考えられる
が、本実施の形態では、フィルタ２０より上流の排気管
１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加
する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排
気中へ燃料を添加することにより、フィルタ２０に流入
する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度
を高めるようにしている。
【００８２】還元剤供給機構は、図１に示されるよう
に、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けら
れ、ＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射す
る還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出
された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路
２９と、還元剤供給路２９に設けられてこの還元剤供給
路２９内の燃料の流通を遮断する遮断弁３１と、を備え
ている。
【００８３】このような還元剤供給機構では、燃料ポン
プ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介
して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３
５からの信号によりこの還元剤噴射弁２８が開弁して排
気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００８４】還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴
射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた
排気の酸素濃度を低下させる。
【００８５】このようにして形成された酸素濃度の低い
排気はフィルタ２０に流入し、フィルタ２０に吸収され
ていた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ窒素（Ｎ2）
に還元することになる。
【００８６】その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元
剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添
加が停止されることになる。
【００８７】尚、本実施の形態では、排気中に燃料を噴
射して燃料添加を行っているが、これに替えて、再循環
するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最
大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃
焼を行っても良く、また、内燃機関１の膨張行程や排気
行程等に燃料噴射弁３から燃料を噴射させても良い。
【００８８】以上述べたように構成された内燃機関１に
は、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット
（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設され
ている。このＥＣＵ３５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の運転状態を制御するユ
ニットである。
【００８９】ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４
ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気
管圧力センサ１７、排気温度センサ２４、クランクポジ
ションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度セン
サ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上
記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力される
ようになっている。
【００９０】一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸
気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエー
タ２２、還元剤噴射弁２８、ＥＧＲ弁２６、遮断弁３１
等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ
３５が制御することが可能になっている。
【００９１】ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すよう
に、双方向性バス３５０によって相互に接続された、Ｃ
ＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バッ
クアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポ
ート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６
に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備え
ている。
【００９２】前記入力ポート３５６は、クランクポジシ
ョンセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力
するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣ
ＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００９３】前記入力ポート３５６は、コモンレール圧
センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１
２、吸気管圧力センサ１７、排気温度センサ２４、水温
センサ３４、アクセル開度センサ３６等のように、アナ
ログ信号形式の信号を出力するセンサのＡ／Ｄ３５５を
介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡ
Ｍ３５３へ送信する。
【００９４】前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、
吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエ
ータ２２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、遮断弁３
１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出
力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り
用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２
２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、あるいは遮断弁
３１へ送信する。
【００９５】前記ＲＯＭ３５２は燃料噴射弁３を制御す
るための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御
するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁２１を制
御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制
御するためのＥＧＲ制御ルーチン、フィルタ２０に還元
剤を添加して吸収されたＮＯxを放出させるＮＯx浄化制
御ルーチン、フィルタ２０のＳＯx被毒を解消する被毒
解消制御ルーチン、フィルタ２０に捕集されたＰＭを燃
焼除去するためのＰＭ燃焼制御ルーチン等のアプリケー
ションプログラムを記憶している。
【００９６】前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケー
ションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶して
いる。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状
態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示
す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と基本
燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、
内燃機関１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との
関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運
転状態と排気絞り弁２１の目標開度との関係を示す排気
絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ
弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マッ
プ、内燃機関１の運転状態と還元剤の目標添加量（若し
くは排気の目標空燃比）との関係を示す還元剤添加量制
御マップ、還元剤の目標添加量と還元剤噴射弁２８の開
弁時間との関係を示す還元剤噴射弁制御マップ等であ
る。
【００９７】前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力
信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算
結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパル
ス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機
関回転数である。これらのデータは、クランクポジショ
ンセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデー
タに書き換えられる。
【００９８】前記バックアップＲＡＭ３５４は、内燃機
関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモ
リである。
【００９９】前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に
記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し
て、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、Ｅ
ＧＲ制御、ＮＯx浄化制御、被毒解消制御、ＰＭ燃焼制
御等を実行する。
【０１００】例えば、ＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５
１は、フィルタ２０に流入する排気中の酸素濃度を比較
的に短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂
リッチスパイク制御を実行する。
【０１０１】リッチスパイク制御では、ＣＰＵ３５１
は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立
しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実
行条件としては、例えば、フィルタ２０が活性状態にあ
る、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所
定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていな
い、等の条件を例示することができる。
【０１０２】上記したようなリッチスパイク制御実行条
件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１
は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料
を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御すること
により、フィルタ２０に流入する排気の空燃比を一時的
に所定の目標リッチ空燃比とする。
【０１０３】具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５
３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３
６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１
の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサの出力信
号、燃料噴射量等を読み出す。
【０１０４】ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とア
クセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータと
してＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセス
し、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上
で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出す
る。
【０１０５】続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量
をパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤噴射弁制御マ
ップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の
還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の
開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【０１０６】還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出さ
れると、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させ
る。
【０１０７】ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁
させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤
噴射弁２８を閉弁させる。
【０１０８】このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時
間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁
２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そし
て、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝
管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空
燃比の混合気を形成してフィルタ２０に流入する。
【０１０９】この結果、フィルタ２０に流入する排気の
空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化し、フィ
ルタ２０が窒素酸化物（ＮＯx）の吸収と放出・還元と
を交互に短周期的に繰り返すことになる。
【０１１０】次に、被毒解消制御では、ＣＰＵ３５１
は、フィルタ２０の酸化物による被毒を解消すべく被毒
解消処理を実行することになる。
【０１１１】ここで、内燃機関１の燃料には硫黄（Ｓ）
が含まれている場合があり、そのような燃料が内燃機関
１で燃焼すると、二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄
（ＳＯ3）などの硫黄酸化物（ＳＯx）が生成される。
【０１１２】硫黄酸化物（ＳＯx）は、排気とともにフ
ィルタ２０に流入し、窒素酸化物（ＮＯx）と同様のメ
カニズムによってフィルタ２０に吸収される。
【０１１３】具体的には、フィルタ２０に流入する排気
の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫
黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）等の硫黄酸化物（Ｓ
Ｏx）が白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン
（ＳＯ4 2-）の形でフィルタ２０に吸収される。更に、
フィルタ２０に吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は、
酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳ
Ｏ4）を形成する。
【０１１４】ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ4）は、硝酸
バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）に比して安定していて分解
し難く、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低く
なっても分解されずにフィルタ２０内に残留してしま
う。
【０１１５】フィルタ２０における硫酸塩（ＢａＳ
Ｏ4）の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物（Ｎ
Ｏx）の吸収に関与することができる酸化バリウム（Ｂ
ａＯ）の量が減少するため、フィルタ２０のＮＯx吸収
能力が低下する、いわゆる硫黄被毒が発生する。
【０１１６】フィルタ２０の硫黄被毒を解消する方法と
しては、フィルタ２０の雰囲気温度をおよそ６００乃至
６５０℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ２
０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、フ
ィルタ２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳ
Ｏ4）をＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解し、次いでＳＯ3 -やＳ
Ｏ4 -を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）
と反応させて気体状のＳＯ2 -に還元する方法を例示する
ことができる。
【０１１７】そこで、本実施の形態に係る被毒解消処理
では、ＣＰＵ３５１は、先ずフィルタ２０の床温を高め
る触媒昇温制御を実行した上で、フィルタ２０に流入す
る排気の酸素濃度を低くするようにした。
【０１１８】触媒昇温制御では、ＣＰＵ３５１は、例え
ば、各気筒２の膨張行程時に燃料噴射弁３から副次的に
燃料を噴射させるとともに還元剤噴射弁２８から排気中
へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分
をフィルタ２０において酸化させ、酸化の際に発生する
熱によってフィルタ２０の床温を高めるようにしてもよ
い。
【０１１９】但し、フィルタ２０が過剰に昇温すると、
フィルタ２０の熱劣化が誘発される虞があるため、排気
温度センサ２４の出力信号値に基づいて副次的な噴射燃
料量及び添加燃料量がフィードバック制御されるように
することが好ましい。
【０１２０】上記したような触媒昇温処理によりフィル
タ２０の床温が６００℃乃至６５０℃程度の高温域まで
上昇すると、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０に流入する
排気の酸素濃度を低下させるべく還元剤噴射弁２８から
燃料を噴射させる。
【０１２１】尚、還元剤噴射弁２８から過剰な燃料が噴
射されると、それらの燃料がフィルタ２０で急激に燃焼
してフィルタ２０が過熱し、或いは還元剤噴射弁２８か
ら噴射された過剰な燃料によってフィルタ２０が不要に
冷却される虞があるため、ＣＰＵ３５１は、空燃比セン
サ（図示省略）の出力信号に基づいて還元剤噴射弁２８
からの燃料噴射量をフィードバック制御するようにする
ことが好ましい。
【０１２２】このように被毒回復処理が実行されると、
フィルタ２０の床温が高い状況下で、フィルタ２０に流
入する排気の酸素濃度が低くなる。すると、フィルタ２
０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）がＳＯ3
-やＳＯ4 -に熱分解され、これらＳＯ3 -やＳＯ4 -が排気
中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して
還元されるので、フィルタ２０の硫黄被毒が解消され
る。
【０１２３】次に、本実施の形態に係る昇温制御及び硫
黄被毒回復制御のフローについて説明する。
【０１２４】図５は、本実施の形態に係る昇温制御のフ
ローを示すフローチャート図である。
【０１２５】最初に、微粒子の酸化除去（以下、ＰＭ再
生という）または硫黄被毒回復をすべき状況にある場
合、すなわち、これらの制御を実行すべきとするフラグ
が設定されている場合に本制御をスタートする。
【０１２６】スタートする条件としては、硫黄被毒再生
の場合は、燃料の消費積算量やＮＯxセンサ（図示省
略）からの出力信号、車両走行距離等により判定する。
ここで、燃料中の硫黄成分によりフィルタ２０に担持さ
れた吸蔵還元型ＮＯx触媒が被毒するので、燃料の消費
積算量をＲＡＭ３５３に記憶させ、この燃料の添加量が
所定量に達したときを硫黄被毒回復制御の開始条件とし
ても良い。また、硫黄被毒が進行すると吸蔵還元型ＮＯ
x触媒のＮＯxの吸収量が減少し、フィルタ２０下流に流
通するＮＯxの量が増大する。従って、フィルタ２０の
下流にＮＯxセンサ（図示省略）を設け、この出力信号
を監視し、ＮＯxの流通量が所定量以上になったときを
硫黄被毒回復制御の開始条件としてもよい。更に、車両
走行距離が所定値以上になった場合には、硫黄被毒の回
復が必要であるとしてこのときを硫黄被毒回復制御のフ
ラグをセットする。
【０１２７】またＰＭ再生の場合は、例えば、差圧セン
サ３７が検出するフィルタ２０の前後の排気管１９内の
差圧が所定値以上となったときは、フィルタ２０に一定
量以上のＰＭが堆積したものと推定することができる。
このように一定量以上のＰＭが堆積すればＰＭ再生制御
のフラグをセットする。
【０１２８】これらの硫黄被毒再生またはＰＭ再生のフ
ラグがセットされていれば、ステップＳ１０１に進む。
【０１２９】ステップＳ１０１では、内燃機関１が軽負
荷の状態にあるか否かが判断される。軽負荷状態になけ
れば本昇温制御に基づいてＰＭ再生等をする必要がない
と判断し、このルーチンを終了する。
【０１３０】一方、軽負荷状態であればステップＳ１０
２に進む。ステップＳ１０２ではフィルタ２０の床温が
１５０℃未満であるか否かを判定する。このフィルタ２
０の直前の排気管１９内に設けた排気温度センサ２４に
よりフィルタ２０の温度を推定する。フィルタ２０の温
度が１５０℃未満であるときは、触媒が活性化せず有効
な排気浄化ができない。
【０１３１】フィルタ２０の床温が１５０℃未満である
ときはステップＳ１０３に進む。反対に１５０℃以上で
あれば本制御は終了する。この場合は通常の昇温制御等
によって微粒子の酸化除去、硫黄被毒回復を実施すれば
よい。
【０１３２】ステップＳ１０３では上記の軽負荷及びフ
ィルタ２０の床温が１５０℃未満の状態で一定時間以上
放置されているか否かを判断する。この場合の一定時間
をどの程度に設定するかは種々の事情を考慮して決定す
るが、例えば１５分間とすることができる。
【０１３３】一定時間以上の放置がされていればステッ
プＳ１０４に進み、反対に一定時間以上の放置に至って
いなければこの制御を一旦終了する。
【０１３４】ステップＳ１０４では、内燃機関１の状態
がアイドリングであるか否かが判定される。内燃機関１
の回転数が、例えば７５０rpm程度であればアイドリン
グ状態であると判断してステップＳ１０６に進む。一
方、アイドリング状態でないときはステップＳ１０５に
進み、早期暖機燃焼を実行する。
【０１３５】Ｓ１０６では、内燃機関１の回転数を１，
２００rpmに上昇させ、かつ早期暖機燃焼を実行した
後、ステップＳ１０７に進む。
【０１３６】ここで早期暖機燃焼とは、フィルタ２０の
温度を上昇させるためのものであって、次のような方法
を例示することができる。
【０１３７】第１には、内燃機関１の燃焼において、燃
料噴射時期を圧縮上死点以降まで遅角させることがあげ
られる。通常燃焼では、主燃料は圧縮上死点付近で噴射
されるが、この噴射時期を遅角させると後燃え期間が長
くなるので、排気温が上昇する。排気温の上昇にしたが
ってフィルタ２０の温度が上昇する。
【０１３８】第２には、主燃料に加え、吸気上死点付近
において補助燃料を追加的に噴射する方法がある。この
ような補助燃料の追加的な噴射を、以下、ポスト噴射と
いう。このポスト噴射によれば、噴射される燃料が増大
するので、排気温が上昇し、フィルタ２０の昇温が可能
となる。
【０１３９】このような吸気上死点付近でのポスト噴射
では、圧縮行程中に圧縮熱によってこのポスト噴射によ
るアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等
の中間生成物が生じ、これらにより後に噴射される主燃
料の反応が加速される。この場合、主燃料の噴射時期を
遅らせても失火を生じることがなくなり、良好な燃焼が
得られるので、主燃料の噴射時期を遅らせて排気温を上
昇させることができる。よってフィルタ２０の昇温が可
能となる。
【０１４０】第３に、主燃料の噴射に加えて、膨張行程
中または排気行程中にポスト噴射を実行する。この場
合、大部分のポスト噴射による燃料は未燃炭化水素（Ｈ
Ｃ）の形で排気管内に排出される。この未燃炭化水素
（ＨＣ）はフィルタ２０上において酸化され、このとき
発生する酸化反応熱によりフィルタ２０の温度が上昇す
る。
【０１４１】次に、ステップＳ１０７では、フィルタ２
０の床温が１８０℃以上であるか否かを判定する。床温
が１８０℃以上であるときはステップＳ１０８に進む。
【０１４２】一方、床温が１８０℃未満であればステッ
プＳ１０６に戻り、内燃機関の回転数を１，２００rpm
に維持しつつ早期暖機燃焼を継続する。
【０１４３】ステップＳ１０８では水温が６０℃以上で
あるか否かが判定される。水温が６０℃以上であれば、
ステップＳ１０９に進みフィルタ２０の昇温手段として
弱リーン低温燃焼（空燃比が１８付近）を実行する。こ
こでの低温燃焼は、通常の内燃機関１の燃焼の空燃比に
比べて低い空燃比での燃焼となり、燃料中の炭化水素
（ＨＣ）成分がフィルタ２０で燃焼するので、フィルタ
２０の床温が上昇する。
【０１４４】なお、空燃比はＥＧＲ量を変化させること
により、所望の値に調整することができる。
【０１４５】一方、水温が６０℃未満であれば、ステッ
プＳ１１１に進み昇温手段としてポスト噴射を実行す
る。
【０１４６】これらのフィルタ２０の昇温手段を水温に
よって使い分けるのは、内燃機関１の燃焼の安定のため
である。すなわち水温が６０℃以上であれば低温燃焼に
よる昇温が安定しているが、水温が６０℃未満である場
合は低温燃焼が不安定となるためである。また水温が６
０℃以上であれば低温燃焼を採用する理由は、軽負荷の
状態でのポスト噴射における燃料噴射量は少量であり、
これを複数回に分けて噴射するような場合を想定すると
その噴射量の制御が難しいので、低温燃焼による昇温制
御が好ましくなるためである。
【０１４７】このように、昇温制御としては燃焼の安定
性が得られやすいことからなるべく低温燃焼によるのが
好ましいが、水温が６０℃未満の場合には、低温燃焼よ
りもポスト噴射によるのが燃焼状態を良好に維持でき
る。
【０１４８】なお、燃料添加によるフィルタ２０の昇温
制御は、フィルタ２０の床温が低い領域ではなるべく実
行しないことが望ましい。その理由は、添加された燃料
が温度が低い状況で排気管の壁面に添加された燃料が付
着するような事態を避けるためである。したがってここ
で実行される昇温制御の手段としては、そのような事態
を生ずることがない低温燃焼またはポスト噴射を採用す
るのが好ましい。
【０１４９】ステップＳ１０９で低温燃焼を実行した
後、ステップＳ１１０では、フィルタ２０の床温が３０
０℃以上であるか否かを判断する。
【０１５０】一方、ステップＳ１１１でポスト噴射を実
行した場合にも、同様にステップＳ１１２においてフィ
ルタ２０の床温が３００℃以上であるか否かを判定す
る。
【０１５１】ステップＳ１１０で床温が３００℃未満で
あればステップＳ１０９に戻り、弱リーン低温燃焼を継
続する。
【０１５２】ステップＳ１１２で床温が３００℃未満の
ときは、ステップＳ１１１に戻り、ポスト噴射を続行す
る。
【０１５３】ステップＳ１１０で床温が３００℃以上で
あればステップＳ１１４に進み、先の低温燃焼よりもさ
らに空燃比を低くした弱リーン低温燃焼を継続する。こ
こでは空燃比を１６付近に調整する。
【０１５４】ステップＳ１１２で床温が３００℃以上で
あればステップＳ１１３に進み、水温が６０℃以上であ
るか否かを判定する。水温が６０℃以上であればポスト
噴射を停止し、ステップＳ１１４に進んで弱リーン低温
燃焼に移行する。
【０１５５】ステップＳ１１３で水温が６０℃未満であ
れば、ステップＳ１１５に進み、排気系に燃料添加をす
る昇温制御を行う。
【０１５６】次に、Ｓ１１４での低温燃焼を一定時間継
続した後は、Ｓ１１６に進みフィルタ２０の床温が５０
０℃以上となったか否かを判断する。
【０１５７】また、Ｓ１１５での燃料添加を実行した場
合は、所定時間経過後にＳ１１７に進みフィルタ２０の
床温が５００℃以上となったか否かを判断する。
【０１５８】ステップＳ１１６では、フィルタ２０の床
温が５００℃に達していないときはステップＳ１１４に
戻り、さらに弱リーン低温燃焼を継続する。
【０１５９】ステップＳ１１７では、同様にフィルタ２
０の床温が５００℃に達していないときはステップＳ１
１５に戻り、さらに燃料添加を実行する。
【０１６０】ステップ１１６でフィルタ２０の床温が５
００℃以上である場合は、差圧センサ３７により差圧が
所定値以下に低下したときにＰＭ再生がされたものと判
断し、硫黄被毒再生の必要がないとき、すなわち硫黄被
毒再生のフラグがセットされていなければ本制御を終了
する。
【０１６１】同様に、ステップ１１７でフィルタ２０の
床温が５００℃以上であれば、ＰＭ再生を続行して差圧
センサ３７により差圧が所定値以下となったとき、ＰＭ
再生がされたものと判断する。そして硫黄被毒再生が必
要ないとき、すなわち硫黄被毒再生のフラグがセットさ
れていなければ本制御を終了する。
【０１６２】一方、硫黄被毒再生のフラグがセットされ
ているときは、ステップＳ１１８に移行して、硫黄被毒
再生制御が実行される。ここではフィルタ２０の温度を
６００℃に昇温させるべく、弱リーン低温燃焼と燃料添
加を実施する。
【０１６３】次に、ステップＳ１１９へ進み、フィルタ
２０の床温が６００℃以上か否かが判断される。床温が
６００℃以上の場合にはステップＳ１２２へ進み、硫黄
被毒回復制御が所定時間以上、例えば３分間以上継続し
たか否かが判断される。 一方、床温が６００℃未満の
場合は、ステップＳ１２０に進み、空燃比がストイキ
（理論空燃比）よりも小さいか否かを判断する。空燃比
がストイキよりもリーンのときはステップＳ１１８に戻
り、さらに硫黄被毒回復のための昇温制御を継続する。
ここで反対に空燃比がストイキ、またはリッチのとき
は、ステップＳ１２１に進み、一定期間燃料添加を中止
する。この状態では排気中に酸素が存在しないと推定さ
れ、これ以上の燃料添加をしても燃料が燃焼しないの
で、所定期間が経過して排気中に酸素が存在するように
なってからステップＳ１１８に戻り、さらに低温燃焼と
燃料添加を実行して硫黄被毒回復のための昇温制御を継
続させる。
【０１６４】ステップＳ１２２において、硫黄被毒回復
制御が所定時間以上、すなわちトータルで３分間以上実
行されれば、触媒の硫黄被毒回復がされたものとして本
制御を終了する。
【０１６５】またステップＳ１２２で、硫黄被毒回復制
御がトータルで３分間以上実行されていないときは、こ
れをさらにこの制御を続行し、制御の実行時間が合計３
分間以上となったら本制御を終了する。
【０１６６】以上説明したように、本実施の形態に係る
内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関がアイドル状態
で一定期間が経過するような状況下において、硫黄被毒
再生制御及びＰＭ再生制御のフラグが設定されている場
合、上記の手順にしたがってこれらの制御を確実に実行
することができる。フィルタの床温を、内燃機関の運転
状態や水温等の状態に応じて、最も適切な方法を組み合
わせて実行しつつ段階的に昇温させるので、無理なく確
実にフィルタ床温の上昇に伴うＰＭ再生制御及び硫黄被
毒回復制御が行える。
【０１６７】
【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置に
よれば、内燃機関が極低負荷運転の状態が継続していて
も、ＮＯx浄化のための触媒を担持し、かつＰＭ捕獲が
可能なフィルタを所定温度領域まで昇温させることがで
きる。よってかかる状況下であっても、フィルタで捕獲
したＰＭの除去とＮＯx触媒の硫黄被毒再生制御を確実
に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄
化装置を適用するディーゼルエンジンとその吸排気系と
を併せ示す概略構成図である。
【図２】 （Ａ）は、パティキュレートフィルタの横方
向断面を示す図である。（Ｂ）は、パティキュレートフ
ィルタの縦方向断面を示す図である。
【図３】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】 フィルタの床温とＰＭ燃焼の関係を示す図で
ある。
【図５】 本発明の昇温制御実行フローを示すフローチ
ャート図である。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関 １ａ・・・クランクプーリ ２・・・・気筒 ３・・・・燃料噴射弁 ４・・・・コモンレール ４ａ・・・コモンレール圧センサ ５・・・・燃料供給管 ６・・・・燃料ポンプ ６ａ・・・ポンププーリ ８・・・・吸気枝管 ９・・・・吸気管 １８・・・排気枝管 １９・・・排気管 ２０・・・パティキュレートフィルタ ２１・・・排気絞り弁 ２４・・・排気温度センサ ２５・・・ＥＧＲ通路 ２６・・・ＥＧＲ弁 ２７・・・ＥＧＲクーラ ２８・・・還元剤噴射弁 ２９・・・還元剤供給路 ３１・・・遮断弁 ３３・・・クランクポジションセンサ ３４・・・水温センサ ３５・・・ＥＣＵ ３６・・・アクセル開度センサ ３７・・・差圧センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１ Ｆ０１Ｎ 3/02 ３２１Ｄ ３２１ ３２１Ｚ 3/08 Ａ Ｇ 3/20 Ｅ 3/08 3/24 Ｅ 3/28 ３０１Ｃ 3/20 Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｅ 3/24 ３０１Ｈ 3/28 ３０１ ３０１Ｊ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ ３０１Ｋ ３０１Ｔ ３０１Ｙ 45/00 ３１４Ｚ Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ 53/36 １０３Ｂ 45/00 ３１４ ＺＡＢ // Ｂ０１Ｄ 46/42 １０３Ｃ Ｋ １０１Ｂ (72)発明者 曲田 尚史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 柴田 大介 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 石山 忍 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 根上 秋彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 AA01 AA03 BA03 BA05 BA13 BA15 BA18 BA19 BA20 BA24 CA03 CA09 DA10 DA27 EA11 EB04 EB11 EB22 EC03 FA02 FA10 FA11 FA12 FA20 FA26 FA27 FA28 FA33 FA38 3G090 AA03 BA01 CA01 CA02 CB25 DA04 DA09 DA10 DA11 DA12 DA13 DA14 DA18 DA20 DB01 DB02 DB03 DB07 DB10 EA05 EA06 EA07 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AB02 AB06 AB13 BA00 BA04 BA11 BA14 BA15 BA19 BA32 BA33 CA18 CB02 CB03 CB07 CB08 DA01 DA02 DA04 DA10 DB06 DB10 DC01 EA00 EA01 EA05 EA06 EA07 EA15 EA16 EA17 EA18 EA30 EA31 EA32 EA33 FA12 FA13 FB02 FB10 FB11 FB12 FB16 FC02 FC04 FC07 GA06 GB01X GB02W GB03W GB04W GB04Y GB05W GB06W GB10W GB10X GB10Y GB16X GB17X HA14 HA36 HA37 HA39 HB03 HB05 HB06 3G301 HA02 HA04 HA06 HA11 HA13 JA15 JA24 JA25 JA26 JB09 KA07 KA08 LA03 LB11 MA01 MA11 MA18 MA26 NA06 NA07 NA08 NB12 ND01 ND41 NE01 NE06 NE13 NE14 NE15 PA01B PA01Z PA07B PA07Z PA10B PA10Z PA16B PA16Z PB08B PB08Z PD01B PD01Z PD11B PD11Z PD12B PD12Z PD14B PD14Z PE01B PE01Z PE03B PE03Z PE08B PE08Z PF03B PF03Z 4D048 AA06 AA13 AA14 AA18 AB01 AB02 AB05 AB07 BA03X BA15X BA19X BA30X BA41X BC01 BD01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流入する排気の空燃比がリーンのときに
    は排気中のＮＯxを吸収し流入する排気の空燃比が理論
    空燃比又はリッチになると吸収したＮＯxを放出するＮ
    Ｏx吸収剤を担持し、かつ内燃機関の排気中の微粒子を
    一時期捕獲可能であり、所定温度領域では前記微粒子を
    酸化除去することが可能なフィルタと、 前記フィルタの昇温制御を実行するフィルタ温度制御手
    段と前記ＮＯx吸収剤の硫黄被毒を解消するための制御
    を実行する硫黄被毒回復制御手段と、を備え、 前記微粒子の酸化除去または／及び硫黄被毒回復制御を
    実行すべきであると判断され、かつ内燃機関の極低負荷
    状態が所定期間以上にわたり継続しているときは、内燃
    機関の回転数を、昇温制御によりフィルタの昇温が可能
    となる領域に達するように調整した後、前記フィルタ温
    度制御手段による昇温制御を実行してフィルタの温度を
    所定温度まで上昇させ、微粒子の酸化除去または／及び
    前記ＮＯx吸収剤の硫黄被毒の解消のために硫黄被毒回
    復制御を実施することを特徴とする内燃機関の排気浄化
    装置。
  2. 【請求項２】 前記昇温制御は、内燃機関の運転状態に
    応じて、低温燃焼、ポスト噴射、及び排気系への燃料添
    加を任意に組合せて実施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. 【請求項３】 微粒子の酸化除去のための前記昇温制御
    は、低温燃焼、ポスト噴射、及び排気系への燃料添加の
    うちの一または二以上の組合せにより実施され、硫黄被
    毒回復のための前記昇温制御は低温燃焼及び排気系への
    燃料添加の組合せにより実施され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。
  4. 【請求項４】 周囲に過剰酸素が存在するときは酸素を
    吸蔵し、周囲の酸素濃度が低下すると吸蔵した酸素を活
    性酸素として放出する活性酸素放出剤をフィルタ上に担
    持し、フィルタ上に微粒子が付着したときに活性酸素放
    出剤から活性酸素を放出させ、放出した活性酸素によっ
    てフィルタ上に付着した微粒子を酸化除去するようにし
    たことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の
    内燃機関の排気浄化装置。
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