JP2003214152A

JP2003214152A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2003214152A
Application number: JP2002018514A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tominaga; 浩之冨永; Takayoshi Suzuki; 崇義鈴木; Hideki Aoki; 秀樹青木
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給
により排気浄化触媒の温度を上昇させるときに、排気浄
化触媒を過熱させることなく昇温期間を短期化させる技
術を提供する。【解決手段】排気浄化触媒２０の入ガス温度を計測する
入ガス温度計測手段２４と、触媒２０上流の排気中の還
元剤濃度を推定する還元剤濃度推定手段３８と、入ガス
温度及び還元剤濃度に基づいて触媒２０の到達温度を推
定する触媒到達温度推定手段３５と、推定された触媒２
０の到達温度と目標到達温度との偏差に基づいて還元剤
供給量を補正する還元剤供給量補正手段３５と、を具備
した。

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
化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気を浄化する手段として排
気通路へ排気浄化触媒を設けることがある。この排気浄
化触媒には排気を浄化可能な温度領域が存在し、この温
度領域以外の温度では排気の浄化効率が低くなるため、
排気浄化触媒の温度を所定の温度まで上昇させる必要が
生じることがある。排気浄化触媒の温度を上昇させる手
段として、該排気浄化触媒へ還元剤を供給してその反応
熱による方法が知られている。還元剤の供給方法として
は、排気中の燃料添加や、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（特許第３１１６８
７６号）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の
後の膨張行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法
が考えられる。

【０００３】例えば、副噴射を行うと、噴射された燃料
は内燃機関から膨張行程中に燃焼し、排気の温度を上昇
させ、若しくは、燃焼途中の未燃炭化水素が排出される
ため排気浄化触媒に還元剤を供給することが可能であ
り、該触媒の温度を上昇させることができる。

【０００４】このような技術としては、例えば、特開平
１１−３３６５３０号公報に記載された内燃機関の排気
浄化装置が知られている。上記公報に記載された内燃機
関の排気浄化装置では、燃料主噴射後の膨張行程または
排気行程で副噴射を行い、この副噴射による未燃炭化水
素（ＨＣ）を排気通路に設けたＮＯx触媒への還元剤と
して供給している。この場合に、ＮＯx触媒にＮＯから
ＮＯ₂への変換を可能とする酸化機能を持たせ、この触
媒の下流にフィルタを配置している。そして、触媒の活
性状態に応じた副噴射の量とタイミングを設定してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の技術では、副噴射による触媒の温度上昇を触媒下流
に設けた温度センサで検知し副噴射する燃料量のフィー
ドバック制御を行っているが、副噴射後に触媒の温度が
上昇するにはある程度の時間を要するためフィードバッ
クによる制御のみでは触媒の温度を早期に目標温度にす
るのが困難となる。

【０００６】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、内燃機関の排気浄化装置におい
て、還元剤供給により排気浄化触媒の温度を上昇させる
ときに、排気浄化触媒を過熱させることなく昇温期間を
短期化させる技術を提供することを目的とする。

【０００７】

【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。即ち、酸化機能を有する排気浄化触媒と、前記
排気浄化触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、前
記排気浄化触媒に流入する排気の温度を計測する入ガス
温度計測手段と、前記排気浄化触媒上流の排気中の還元
剤濃度を推定する還元剤濃度推定手段と、前記排気浄化
触媒の目標到達温度を決定する目標到達温度決定手段
と、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度及び前記還
元剤濃度推定手段により推定された還元剤濃度に基づい
て還元剤供給による排気浄化触媒の到達温度を推定する
触媒到達温度推定手段と、前記触媒到達温度推定手段が
推定した排気浄化触媒の到達温度と前記目標到達温度決
定手段が決定した排気浄化触媒の目標到達温度との偏差
に基づいて前記還元剤供給手段により供給される還元剤
の量を補正する還元剤供給量補正手段と、を具備するこ
とを特徴とする。

【０００８】本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄
化装置において、排気中の還元剤の濃度から還元剤供給
に起因した排気浄化触媒の到達温度を推定し、推定され
た到達温度に基づいて、還元剤の供給量を調整して早期
に排気浄化触媒を目標温度まで上昇させることにある。

【０００９】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、排気浄化触媒へ還元剤を供給させる必要が生
じたときに還元剤供給手段により還元剤が供給される。
このときに供給された還元剤により、排気浄化触媒では
酸化反応が起こり該排気浄化触媒の温度が上昇する。こ
のときの上昇温度は、排気中の還元剤濃度及び排気浄化
触媒に流入する排気の温度に影響を受ける。即ち、排気
中の還元剤濃度及び排気浄化触媒に流入する排気の温度
を求めることができれば、該排気浄化触媒の到達温度を
求めることができる。この到達温度が目標温度以上であ
れば、目標温度となるように還元剤の量を減少させて熱
劣化等を抑制することが可能となる。また、温度のフィ
ードバックによる応答遅れが無いので、排気浄化触媒を
早期に目標温度まで上昇させることが可能となる。

【００１０】本発明においては、前記還元剤供給手段
は、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨
張行程又は排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射で
あっても良い。

【００１１】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、内燃機関へ機関出力のための燃料を噴射させ
る主噴射の後に再度燃料を噴射させる副噴射が行われ
る。この副噴射が行われると、多量の炭化水素（ＨＣ）
が発生し排気と共に排出され、還元剤として作用する。

【００１２】本発明においては、前記還元剤濃度検出手
段は、前記内燃機関の運転状態から排気中の還元剤濃度
を推定することができる。

【００１３】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、例えば副噴射量、副噴射の時期、機関回転
数、吸入空気量等の内燃機関の運転状態と還元剤濃度と
に相関関係があるため、機関運転状態から還元剤の濃度
を推定することが可能である。従って、還元剤濃度を直
接計測する必要が無く、装置の簡略化が可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】＜第１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。

【００１５】図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置
を適用するエンジン１とその吸排気系の概略構成を示す
図である。

【００１６】図１に示すエンジン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。

【００１７】エンジン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、該
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。

【００１８】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、エンジン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、該燃料ポン
プ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエン
ジン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。

【００１９】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
該燃料ポンプ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。

【００２０】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。

【００２１】次に、エンジン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。

【００２２】前記吸気枝管８は吸気管９に接続されてい
る。吸気管９には、該吸気管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が
取り付けられている。

【００２３】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、該吸気管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該吸
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。

【００２４】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。

【００２５】このように構成された吸気系では、吸気
は、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。

【００２６】コンプレッサハウジング１５ａに流入した
吸気は、該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。

【００２７】一方、エンジン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。

【００２８】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。

【００２９】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、該排気管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入ガス
温度センサ２４及び排気中の炭化水素（ＨＣ）濃度に対
応した電気信号を出力するＨＣセンサ３８が取り付けら
れている。一方、フィルタ２０より下流の排気管１９に
は、該排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電
気信号を出力する出ガス温度センサ３７が取り付けられ
ている。

【００３０】前記した出ガス温度センサ３７の下流の排
気管１９には、該排気管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該排気絞
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。

【００３１】このように構成された排気系では、エンジ
ン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、該排気が持つ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。

【００３２】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、排気中のパティキュレートマター（以下、単にＰＭ
という。）が捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化
される。

【００３３】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。

【００３４】前記ＥＧＲ通路２５の途中でＥＧＲ弁２６
より上流には、該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
られエンジン１を冷却するための冷却水の一部が循環す
る。

【００３５】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。

【００３６】その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通
路２５内を流通するＥＧＲガスとエンジン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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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該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。

【００４０】次に、本実施の形態に係るフィルタ２０に
ついて説明する。

【００４１】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。

【００４２】図２（Ａ）及び（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５３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５１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。

【００４３】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。

【００４４】本発明による実施例では各排気流入通路５
０および各排気流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁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ＮＯx吸蔵剤としての吸蔵還元型ＮＯx触媒が坦持
されている。

【００４５】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触媒の働きについて説明す
る。

【００４６】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）とを担持
し、更にＯ₂ストレージ能力のあるセリア（Ｃｅ₂Ｏ₃）
を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒を採用し
た。

【００４７】このように構成されたＮＯx触媒は、該Ｎ
Ｏx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）を吸蔵（吸収、吸着）する。

【００４８】一方、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入す
る排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸
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、該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。

【００４９】ところで、エンジン１が希薄燃焼運転され
ている場合は、エンジン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
蔵されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長
期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和
し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去
されずに大気中へ放出されてしまう。

【００５０】特に、エンジン１のようなディーゼル機関
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Ｎ
Ｏx吸蔵能力が飽和し易い。尚、ここでリーン空燃比と
は、ディーゼル機関にあっては例えば２０乃至５０で、
三元触媒ではＮＯxを浄化できない領域を意味する。

【００５１】従って、エンジン１が希薄燃焼運転されて
いる場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵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触媒に吸蔵された窒
素酸化物（ＮＯx）を還元させる必要がある。

【００５２】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、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（特許第３１１６
８７６号）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射
の後の膨張行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方
法が考えられる。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た。

【００５３】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に設けられて該還元剤供給路
２９内の燃料の流通を遮断する遮断弁３１と、を備えて
いる。

【００５４】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からの信号により該還元剤噴射弁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。

【００５５】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。

【００５６】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に吸蔵され
ていた窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ₂）に還元するこ
とになる。

【００５７】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。

【００５８】以上述べたように構成されたエンジン１に
は、該エンジン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、エンジン１の運転条件や運
転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユ
ニットである。

【００５９】ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４
ａ、エアフローメータ１１、入ガス温度センサ２４、ク
ランクポジションセンサ３３、アクセル開度センサ３
６、出ガス温度センサ３７、ＨＣセンサ３８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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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、入ガス温度センサ
２４、アクセル開度センサ３６、出ガス温度センサ３
７、ＨＣセンサ３８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ＲＡＭ３５３へ送信す
る。

【００６４】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。

【００６５】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
剤を添加して吸蔵されたＮＯxを還元させるＮＯx浄化制
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。

【００６６】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、エンジン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、エンジン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、
エンジン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、エンジン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、エンジン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、エンジン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。

【００６７】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。

【００６８】前記バックアップＲＡＭ３５４は、エンジ
ン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。

【００６９】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浄化制御等を実行する。

【００７０】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。

【００７１】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、入ガス温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が
所定の上限値以下である、被毒回復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。

【００７２】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。

【００７３】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（図示省
略）の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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すること
になり、以て、フィルタ２０が窒素酸化物（ＮＯx）の
吸蔵と還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。

【００８０】このように、フィルタ２０に流入する排気
の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還
元型ＮＯx触媒に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を還元
することが可能となる。

【００８１】本実施の形態においては、フィルタ２０へ
還元剤を供給する場合に還元剤噴射弁２８から排気中へ
の燃料添加に代わり、前記エンジン１の気筒２内へ機関
出力のための燃料が主噴射された後の膨張行程又は排気
行程中に再度燃料を噴射させる副噴射を行ってもよい。

【００８２】このようにエンジン１の気筒２内へ機関出
力のための燃料が主噴射された後に再度燃料を噴射させ
るのは、主噴射のみにより空燃比をリッチ空燃比側へず
らそうとするとスモーク等の問題が発生する虞があるか
らである。また、主噴射を増量すると燃料の燃焼が機関
出力になるのでトルクの変動が発生し運転状態が悪化す
る。そこで、主噴射の後の機関出力に影響しにくい膨張
行程又は排気行程で副噴射を行う。

【００８３】副噴射により噴射された燃料は気筒２内で
燃焼し気筒２内のガス温度を上昇させると共に気筒２内
の酸素濃度を低下させる。気筒２内で燃焼し温度が上昇
したガスは排気となって排気管１９を通り吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒２０に到達し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の温度
を上昇させると共に吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤たる
炭化水素（ＨＣ）を供給する。

【００８４】このように副噴射を用いるとＮＯx触媒の
温度を早期に上昇させることができ、また、吸蔵還元型
ＮＯx触媒２０に還元剤を供給することができる。

【００８５】副噴射の量及び噴射時期は、アクセル開度
と機関回転数と副噴射量又は副噴射時期との関係を予め
マップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そ
のマップとアクセル開度と機関回転数とから算出するこ
とができる。更に、パラメータとしてエンジン１の冷却
水温度を加えてもよい。

【００８６】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
解消処理を行うことになる。

【００８７】ここで、エンジン１の燃料には硫黄（Ｓ）
が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン
１で燃焼されると、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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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ＳＯx被毒が発生する。

【００９２】フィルタ２０のＳＯx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
２０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（ＢａＳＯ
₄）をＳＯ₃ ^-やＳＯ₄ ^-に熱分解し、次いでＳＯ₃ ^-やＳＯ₄
^-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。

【００９３】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。

【００９４】触媒昇温制御では、ＣＰＵ３５１は、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。

【００９５】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。

【００９６】このように被毒解消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ため、フィルタ２０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、それら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、以てフィルタ２０のＳＯx被毒が解消されること
になる。

【００９７】一方、エンジンの運転状態によってはフィ
ルタ２０に捕獲されたＰＭが燃え残って堆積し該フィル
タ２０の目詰まりを誘発させる要因となる。このように
燃え残ったＰＭを効果的に除去する方法の一つとしても
前記燃料添加による昇温制御は有効である。

【００９８】尚、フィルタ２０に還元剤を供給する他の
方法として、低温燃焼を用いることが可能である。

【００９９】ここで、低温燃焼について説明する。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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
量即ち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。

【０１０５】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ＲＯＭ３５２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。

【０１０６】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に担持された吸蔵還
元型ＮＯx触媒により酸化させることができる。従っ
て、低温燃焼で発生した炭化水素（ＨＣ）は、還元剤と
して働く。

【０１０７】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）を吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒等により浄化することを基本としている。従っ
て吸蔵還元型ＮＯx触媒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。

【０１０８】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。

【０１０９】従って、本実施の形態においては、エンジ
ン１が低回転低負荷で運転されているときで且つフィル
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。

【０１１０】活性領域内であるか否かは入ガス温度セン
サ２４の出力信号等に基づいて判定することができる。

【０１１１】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）を供給でき、ＮＯxを還元
浄化することができる。また、このときに熱が発生する
ため、昇温されたフィルタ２０の温度を維持することが
可能となる。

【０１１２】このような低温燃焼により還元剤の供給を
行う場合には、ＣＰＵ３５１は、まず目標空燃比を求め
る。目標空燃比は、エンジン１の運転状態に基づいたマ
ップを予め定めておくことにより求めることができる。
次いで、ＣＰＵ３５１は目標空燃比に応じた吸気絞り弁
１３の目標開度を算出し、該吸気絞り弁１３を目標開度
となるように制御する。次いで、ＣＰＵ３５１は目標空
燃比に応じたＥＧＲ弁２６の目標開度を算出し、該ＥＧ
Ｒ弁２６を目標開度となるように制御する。また、ＣＰ
Ｕ３５１は、燃料噴射量及び燃料噴射開始時期を算出す
る。吸気絞り弁１３及びＥＧＲ弁２６の目標開度、燃料
噴射量、燃料噴射開始時期は予め求められたマップに基
づいて算出される。

【０１１３】このように低温燃焼を行うことによって
も、フィルタ２０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、フィルタ２０に吸収
された窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させ、また、ＰＭを
酸化させることが可能である。

【０１１４】ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置で
は、フィルタ出口に設けた排気温度センサの出力信号に
基づいて、フィルタの温度を推定し、フィードバック制
御による昇温制御を行っていた。しかし、フィルタに還
元剤が供給されても、フィルタの温度が上昇してフィル
タから流出する排気の温度が上昇するまである程度の時
間を要する。従って、フィードバック制御で目標温度に
達したときに還元剤の供給を停止しても、その後に温度
が更に上昇して、フィルタが過熱する虞がある。

【０１１５】その点、本実施の形態では、排気中の炭化
水素（ＨＣ）濃度に基づいてフィルタからの出ガス温度
を推定して、この温度が目標温度を超えるようであれ
ば、予め還元剤の添加量を減少させてフィルタの過熱を
抑制している。

【０１１６】次に、本実施の形態による昇温制御につい
て説明する。

【０１１７】ここで、図４は、フィルタ２０に流入する
排気の温度及び該フィルタ２０から流出する排気の温
度、フィルタ２０の上流の炭化水素（ＨＣ）濃度、副噴
射される燃料量の時間推移を示したタイムチャート図で
ある。

【０１１８】実線は、本実施の形態による昇温制御を行
った場合を示し、一点鎖線は本実施の形態による昇温制
御を行わなかった場合の予測値を示している。

【０１１９】ＣＰＵ３５１は、副噴射開始直後のＡ点に
おいて、ＨＣセンサ３８の出力信号を読み込む。

【０１２０】ここで、フィルタ２０に流入する排気の温
度とフィルタ２０から流出する排気の温度との温度差
（以下、フィルタ２０出入ガス温度差という。）は、フ
ィルタ２０に流入する排気のＨＣ濃度と比例関係にあ
る。この関係を利用して、ＨＣセンサの出力信号からフ
ィルタ２０前後温度差を算出する。

【０１２１】図５は、フィルタ２０上流のＨＣ濃度とフ
ィルタ２０出入ガス温度差との関係を示した図である。
フィルタ２０上流のＨＣ濃度が濃くなるほどフィルタ２
０出入ガス温度差は大きくなる。また、排気の流量が小
さくなるほどフィルタ２０出入ガス温度差は大きくな
る。排気の流量は、吸気の流量に比例するためエアフロ
ーメータ１１の出力信号に基づいて算出される。

【０１２２】このように、フィルタ２０上流のＨＣ濃度
を用いてフィルタ２０出入ガス温度差を求め、この値に
入ガス温度センサ２４により求まる排気の温度を加算す
ると、フィルタ２０から流出する排気の温度が最終的に
何度になるのかを予測することができる。また、フィル
タ２０から流出する排気の温度とフィルタ２０の温度と
には相関があるため、出ガス温度からフィルタ２０の床
温を求めることができる。

【０１２３】従って、予測された温度と目標となる温度
との偏差が正の値ならばフィルタ２０が過熱し、一方、
負の値ならばフィルタ２０の温度が十分に上昇しないこ
とになる。

【０１２４】ここで、予測された温度と目標となる温度
との偏差及び副噴射される燃料量の増減量、エアフロー
メータ１１の出力信号等の運転状態をパラメータとした
マップを予め求めておき、予測された温度と目標となる
温度との偏差及び運転状態を該マップに代入して副噴射
される燃料量の増減量を求める。

【０１２５】このようにして求めた副噴射量に基づいて
副噴射を行い、フィルタ２０からの出ガス温度を目標温
度に上昇させるべく昇温制御を行う。ここで、図４で
は、Ａ点通過後に副噴射量を減量してフィルタ出ガス温
度の上昇速度を低下させ、フィルタ２０の過熱を抑制し
ている。また、予測制御を用いない従来の昇温制御の場
合には、目標温度を一旦超えた後でフィードバックによ
り目標温度まで低下させることが行われるが、本実施の
形態による昇温制御では、最初から目標温度に合わせる
ことができるため、目標温度で安定させるまでの期間を
短縮することができる。

【０１２６】尚、本実施の形態では、フィルタ２０出口
側の出ガス温度センサ３７によりフィルタ２０の出ガス
温度を計測し、予測制御中のフィルタ出ガス温度の予測
値と計測値との偏差が所定値以上であれば予測制御を中
止しても良い。このようにすることにより、例えば、入
ガス温度センサ２４が故障しても還元剤を多量に供給し
てフィルタ２０を過熱してしまうこと抑制することが可
能となる。

【０１２７】また、本実施の形態による内燃機関の排気
浄化装置では、過渡運転状態においても副噴射される燃
料量を増減させてフィルタ２０を目標温度まで上昇させ
ることができる。

【０１２８】ここで、図６は、過渡運転時のフィルタ２
０に流入する排気の温度及び該フィルタ２０から流出す
る排気の温度、フィルタ２０の上流の炭化水素（ＨＣ）
濃度、副噴射される燃料量の時間推移を示したタイムチ
ャート図である。過渡状態においては、エンジン１から
の排気の温度が変動するためフィルタ２０へ流入する入
ガス温度も変動する。しかしながら、フィルタ２０の目
標温度は一定の値であるため、フィルタ２０から流出す
る排気の温度も一定となるように制御する必要がある。
この場合、従来の出ガス温度によるフィードバック制御
では、応答遅れに起因して、フィルタ２０の過熱が生じ
る虞があり、また、目標温度に合わせるのが困難とな
る。

【０１２９】その点、本実施の形態によれば、過渡状態
であってもフィルタ２０上流のＨＣ濃度から、その時点
におけるフィルタ２０の最終上昇温度を予測することが
できるので、副噴射量の補正が可能である。

【０１３０】以上述べたように、本実施の形態に係る内
燃機関の排気浄化装置によれば、目標温度までフィルタ
２０を上昇させる時間を短縮することができ、また、フ
ィルタ２０の過熱を抑制できる。

【０１３１】尚、本実施の形態においては、副噴射によ
りフィルタ２０の昇温を行う場合について説明したが、
排気中に還元剤を添加する場合や前記低温燃焼を用いて
フィルタ２０の昇温を行う場合にも同様に用いることが
可能である。＜第２の実施の形態＞本実施の形態では、副噴射量を増
量しフィルタ２０の温度上昇を早期に行いつつフィルタ
２０の過熱を防止する。

【０１３２】ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置に
よる昇温制御では、排気温度センサの応答遅れによるフ
ィルタの過熱を抑制するために、副噴射の量を制限して
温度上昇速度を抑制していた。

【０１３３】そこで、本実施の形態では、副噴射後のフ
ィルタ出ガス温度を予測することにより副噴射量の増量
を可能とし、フィルタ２０の早期温度上昇を行う。

【０１３４】尚、本実施の形態においては、第１の実施
の形態と比較して、副噴射する燃料量が異なるものの、
適用対象となるエンジン１やその他ハードウェアの基本
構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を
割愛する。

【０１３５】ここで、図７は、フィルタ２０に流入する
排気の温度及び該フィルタ２０から流出する排気の温
度、フィルタ２０の上流の炭化水素（ＨＣ）濃度、副噴
射される燃料量の時間推移を示したタイムチャート図で
ある。

【０１３６】実線は、本実施の形態による昇温制御を行
った場合を示し、一点鎖線は本実施の形態による昇温制
御を行わなかった場合の予測値を示している。

【０１３７】ＣＰＵ３５１は、副噴射開始直後のＡ点に
おいて、ＨＣセンサ３８の出力信号を読み込む。

【０１３８】ここで、フィルタ２０に流入する排気の温
度とフィルタ２０から流出する排気の温度との温度差
（以下、フィルタ２０出入ガス温度差という。）は、フ
ィルタ２０に流入する排気のＨＣ濃度と比例関係にあ
る。この関係を利用して、ＨＣセンサの出力信号からフ
ィルタ２０前後温度差を算出する。

【０１３９】フィルタ２０前後温度差は第１の実施の形
態同様に図５を用いて行う。

【０１４０】このように、フィルタ２０上流のＨＣ濃度
を用いてフィルタ２０出入ガス温度差を求め、この値に
入ガス温度センサ２４により求まる排気の温度を加算す
ると、フィルタ２０から流出する排気の温度が最終的に
何度になるのかを予測することができる。

【０１４１】ここで、予測された温度と目標となる温度
との偏差及び副噴射される燃料量の増減量、エアフロー
メータ１１の出力信号等の運転状態をパラメータとした
マップを予め求めておき、予測された温度と目標となる
温度との偏差及び運転状態を該マップに代入して副噴射
される燃料量の増減量を求める。

【０１４２】このようにして求めた副噴射量に基づいて
副噴射を行い、フィルタ２０出ガス温度を目標温度に上
昇させるべく昇温制御を行う。ここで、図７では、Ａ点
通過後Ｂ点までは、予測制御を行わない場合と比較して
副噴射量を増量することによりフィルタの昇温速度を上
昇させて昇温期間の短期化を図っている。その後、Ｃ点
までは反対に副噴射量を減少させて、過熱による熱劣化
を防止している。このときの、副噴射量は、第１の実施
の形態による予測制御時の副噴射量よりも少なくなる。
さらに、Ｃ点通過後は予測制御を行わない場合と比較し
て少ない量の副噴射を行いフィルタ２０の出ガス温度を
目標温度に維持している。

【０１４３】ここで、予測制御を用いない従来の昇温制
御では、目標温度を一旦超えた後でフィードバックによ
り目標温度まで低下させることが行われるが、本実施の
形態による昇温制御では、最初から目標温度に合わせる
ことができるため、副噴射量を増量することができ、目
標温度で安定させるまでの期間を短縮することができ
る。

【０１４４】尚、本実施の形態では、フィルタ２０出口
側の出ガス温度センサ３７によりフィルタ２０の出ガス
温度を計測し、予測制御中のフィルタ出ガス温度の予測
値と計測値との偏差が所定値以上であれば予測制御を中
止しても良い。

【０１４５】また、本実施の形態による内燃機関の排気
浄化装置では、過渡運転状態においても副噴射される燃
料量を増減させてフィルタ２０を目標温度まで上昇させ
ることができる。

【０１４６】以上述べたように、本実施の形態に係る内
燃機関の排気浄化装置によれば、目標温度までフィルタ
２０を上昇させる時間を短縮することができ、また、フ
ィルタ２０の過熱を抑制できる。

【０１４７】尚、本実施の形態においては、副噴射によ
りフィルタ２０の昇温を行う場合について説明したが、
排気中に還元剤を添加する場合や前記低温燃焼を用いて
フィルタ２０の昇温を行う場合にも同様に用いることが
可能である。＜第３の実施の形態＞本実施の形態においては、フィル
タ２０上流にＨＣセンサを設けずにエンジン１運転状態
よりＨＣ濃度を算出する。例えば、副噴射量、副噴射時
期、エンジン回転数、吸入空気量とＨＣ濃度との関係を
予めマップ化若しくは、演算式を予め求めておけば、フ
ィルタ２０に流入する排気のＨＣ濃度を算出することが
可能である。このようにしてＨＣ濃度を求めることによ
り、ＨＣセンサを用いることなく副噴射量の増減を行い
フィルタ２０の温度を目標温度まで上昇させることが可
能となる。

【０１４８】尚、本実施の形態においては、第１の実施
の形態と比較して、ＨＣセンサが不要である点で異なる
ものの、適用対象となるエンジン１やその他ハードウェ
アの基本構成については、第１の実施の形態と共通なの
で説明を割愛する。

【０１４９】このように、ＨＣセンサを設けることな
く、副噴射量の補正が可能となり装置の簡略化が可能と
なる。

【０１５０】尚、本実施の形態においては、副噴射によ
りフィルタ２０の昇温を行う場合について説明したが、
排気中に還元剤を添加する場合や前記低温燃焼を用いて
フィルタ２０の昇温を行う場合にも同様に用いることが
可能である。

【０１５１】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で
は、排気浄化触媒に流入する排気の温度及び炭化水素
（ＨＣ）濃度に基づいて、該排気浄化触媒の還元剤によ
る到達温度を推定することができる。また、推定された
温度に基づいて、還元剤の量を補正することができる。

【０１５２】以上により、排気浄化触媒の過熱を抑制し
つつ、早期に目標温度で安定させることができる。

【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】フィルタに流入する排気の温度及び該フィル
タから流出する排気の温度、フィルタの上流の炭化水素
（ＨＣ）濃度、副噴射される燃料量の時間推移を示した
タイムチャート図である。

【図５】フィルタ上流のＨＣ濃度とフィルタ出入ガス
温度差との関係を示した図である。

【図６】過渡運転時のフィルタに流入する排気の温度
及び該フィルタから流出する排気の温度、フィルタの上
流の炭化水素（ＨＣ）濃度、副噴射される燃料量の時間
推移を示したタイムチャート図である。

【図７】フィルタに流入する排気の温度及び該フィル
タから流出する排気の温度、フィルタの上流の炭化水素
（ＨＣ）濃度、副噴射される燃料量の時間推移を示した
タイムチャート図である。

【符号の説明】

１・・・・エンジン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・・・入ガス温度センサ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３５・・・ＥＣＵ３６・・・アクセル開度センサ３７・・・出ガス温度センサ３８・・・ＨＣ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）Ｆ０２Ｄ 41/04 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０１Ｂ (72)発明者鈴木崇義愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機内 (72)発明者青木秀樹愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機内Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AA28 AB02 AB06 AB13 BA03 BA04 BA11 BA14 BA15 BA31 BA32 BA33 CA18 CB02 CB03 CB07 DA01 DA02 DA04 DB10 EA00 EA01 EA05 EA07 EA15 EA17 EA18 EA33 FA02 FA04 FA12 FA13 FB02 FB10 FB12 FC02 FC07 GA06 GB02W GB03W GB04W GB05X GB06W GB07X GB17X HA14 HA36 HA37 HB05 HB06 3G301 HA02 HA06 HA11 HA13 HA15 JA24 JA25 LA03 LB11 MA01 MA11 MA18 MA26 ND01 NE01 NE06 NE11 NE12 NE13 NE15 PA01B PA01Z PA06B PA06Z PA10B PA10Z PD01B PD01Z PD12B PD12Z PE02B PE02Z PE03B PE03Z PF04B PF04Z 4D048 AA06 AA13 AA18 AB02 AB05 AB07 AC02 AC10 CC61 DA01 DA02 DA06 DA09 DA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化機能を有する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段
と、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度を計測する入ガ
ス温度計測手段と、前記排気浄化触媒上流の排気中の還元剤濃度を推定する
還元剤濃度推定手段と、前記排気浄化触媒の目標到達温度を決定する目標到達温
度決定手段と、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度及び前記還元剤
濃度推定手段により推定された還元剤濃度に基づいて還
元剤供給による排気浄化触媒の到達温度を推定する触媒
到達温度推定手段と、前記触媒到達温度推定手段が推定した排気浄化触媒の到
達温度と前記目標到達温度決定手段が決定した排気浄化
触媒の目標到達温度との偏差に基づいて前記還元剤供給
手段により供給される還元剤の量を補正する還元剤供給
量補正手段と、を具備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】前記還元剤供給手段は、機関出力のための
燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程又は排気行程中
に再度燃料を噴射させる副噴射であ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】前記還元剤濃度検出手段は、前記内燃機関
の運転状態から排気中の還元剤濃度を推定することを特
徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装
置。