JP2004316604A

JP2004316604A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2004316604A
Application number: JP2003114281A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Yamaguchi; 正晃山口; Hisashi Oki; 久大木; Masaaki Kobayashi; 正明小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: JP4001045B2

Abstract

【課題】排気系に還元剤の添加をする場合のフィードバック制御の学習値について、空燃比のフィードバック量をより正確に反映させることにより、触媒の過昇温を防止する。
【解決手段】排気浄化装置の上流から燃料を供給する燃料供給手段と、排気浄化装置の上流または下流に設けられた空燃比検出手段と、燃料供給手段から基準供給量の燃料が供給されているとき、空燃比検出手段の出力値と目標空燃比の偏差をフィードバックし、この偏差を減少させるように燃料供給手段から供給される基準供給量が変更される基準供給量制御手段と、を備える。フィードバックが進み、実際の空燃比が目標空燃比に近づいたときの基準供給量と実燃料供給量の偏差を学習値として保管する。
【選択図】図４

Description

【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】
ディーゼル機関や希薄燃焼式ガソリン機関のように酸素過剰状態の混合気を燃焼させて機関運転がなされる内燃機関では、排気中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を浄化すべく排気浄化装置として、その排気通路にＮＯｘ吸収材が設けられる。
【０００３】
このようなＮＯｘ吸収材は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に代表されるように、流入排気の空燃比が高いときその排気中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を吸収し、流入排気の空燃比が低いときその吸収していたＮＯｘを放出する性質を備えており、このＮＯｘ吸収材を排気通路に配置した場合には、内燃機関より排出されるＮＯｘが該ＮＯｘ吸収材に吸収され、適宜、排気中への燃料添加による還元雰囲気で放出される。
【０００４】
また、内燃機関の燃料中には、通常、硫黄分なども含まれており、機関燃焼時には、ＮＯｘのみならず、ＳＯ_２やＳＯ_３などの硫黄酸化物（以下、ＳＯｘという）も同時に生成され、該ＳＯｘもＮＯｘと同様に、ＮＯｘ吸収材に吸収されるが、時間の経過と共に化学的に安定した硫酸塩（ＢａＳＯ_４）となって、ＮＯｘ吸収材に蓄積される。
【０００５】
このため、ＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収材本来の機能が阻害されるＳＯｘ被毒が生じるので、ＮＯｘ吸収材に吸収されるＳＯｘは、所定のタイミングにてＮＯｘ吸収材より放出させる必要がある。
【０００６】
このような目的で、排気中に還元剤としての燃料添加する装置が知られているが、例えば、内燃機関の排気通路にＮＯｘ吸収材を設け、該ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供給する還元剤供給手段と、還元剤供給手段によって供給すべき還元剤の量を、ＮＯｘ吸収材を経て流出した排気の空燃比に基づき補正する還元剤供給量補正手段を備える排気浄化装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
このような排気浄化装置の還元剤供給量補正手段では、ＮＯｘ吸収材下流の空燃比に基づき、還元剤供給手段にて供給される還元剤の供給量を所定の条件下において必要とされる還元剤の供給量に収束させる、いわゆるフィードバック制御を実施して、燃料添加ノズルから添加される燃料量を決定している。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１８８４３０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなフィードバック制御を実施しても、燃料添加に対して空燃比センサの応答遅れがあるため、正確な燃料噴射量を学習することは困難である。なぜならば、その空燃比のフィードバック量を学習するタイミングが空燃比センサ値が目標とする空燃比に到達したときに、その時点のフィードバック量を学習しているからである。この場合は、空燃比センサの応答遅れがあるために、学習値が実際の値よりも大きくなる傾向にある。すると、次回の燃料添加量が必要以上に多くなって触媒を過昇温させる原因となり得る。特に、フィードバック制御の開始直後は、空燃比センサの応答遅れによるずれが大きいので、その傾向が顕著である。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、排気系に還元剤の添加をする場合のフィードバック制御の学習値について、空燃比のフィードバック量をより正確に反映させることにより、触媒の過昇温を防止することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを技術的課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明は、例えばＳＯｘ再生時に基準の燃料添加量と燃料添加終了時の燃料添加量との偏差を学習値として採用するものである。
【００１２】
すなわち、排気系に設置される排気浄化装置と、
前記排気浄化装置に対してその上流から燃料を供給する燃料供給手段と、
前記排気浄化装置の上流または下流に設けられた空燃比検出手段と、
前記燃料供給手段から基準供給量の燃料が供給されているとき、前記空燃比検出手段の出力値と目標空燃比の偏差をフィードバックし、該偏差を減少させるように前記燃料供給手段から供給される基準供給量が変更される基準供給量制御手段と、を備え、
前記燃料供給手段からの燃料供給が終了した時点の燃料供給量と基準供給量との偏差を学習値として学習し、次回以降の基準供給量を変更することを特徴とする。
【００１３】
ここで燃料添加が終了した時点とは、一連の燃料添加による空燃比制御が終了する時点を意味し、燃料添加が間欠的に実施される場合であっても、その全体の終了時を示す。
【００１４】
また、燃料添加が終了した時点の燃料供給量には、燃料供給中に空燃比検出手段の出力値が目標空燃比となったときの燃料供給量のうちの最終の燃料供給量が含まれる。
【００１５】
このように、フィードバックが進み、実際の空燃比が目標空燃比に近づいたときに学習値を算出してこれを保管する。すなわち、燃料添加の終了時の学習値を採用すれば学習値がより正確になり、次回の燃料添加時に添加量が大きくずれることを抑制できる。
【００１６】
なお、基準供給量とは、目標空燃比にするために供給される燃料の量である。
【００１７】
また、第２の発明では、燃料添加中のＯ_２ストレージの時間とＯ_２ストレージ終了後の空燃比の値から目標空燃比に到達させるための燃料添加量を算出し、その値を学習値として保管するものである。
【００１８】
その構成は、次のとおりである。
【００１９】
排気系に設置され、かつ酸素吸蔵能を有する排気浄化触媒と、該排気浄化装置に吸蔵された酸素量を推定する酸素吸蔵量推定手段と、
推定された酸素吸蔵量を消費するのに必要な燃料量を算出するＯ_２ストレージ解消燃料量推定手段と、
推定されたＯ_２ストレージ解消燃料量と基準供給量に基づいてＯ_２ストレージが解消されるまでの時間を算出するＯ_２ストレージ解消時間推定手段と、
前記空燃比検出手段によりＯ_２ストレージが実際に解消されるまでの時間を検出するＯ_２ストレージ解消実時間検出手段と、を備え、
前記Ｏ_２ストレージ解消時間推定手段により算出された時間と、前記Ｏ_２ストレージ解消実時間検出手段により検出された実時間との偏差に基づいて前記Ｏ_２ストレージ解消燃料量と基準供給量との偏差を算出し、算出された偏差を学習値として学習し、次回以降の基準供給量を変更することを特徴とする。
【００２０】
このように、Ｏ_２ストレージを解消するために必要とされる燃料量と、実際にＯ_２ストレージを解消するために消費した燃料の偏差から学習値を算出すれば、より正確な学習値が算出可能となり、次回の燃料添加時に過多の燃料を添加することによって生じうる触媒の過熱を抑制することができる。
【００２１】
前記燃料供給手段は、排気系に設けられた燃料供給装置とすることができる。
【００２２】
また、前記排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘ量を推定するＳＯｘ吸蔵量推定手段と、該ＳＯｘ吸蔵量が所定量以上となったときに、前記燃料供給手段から燃料が供給されることで前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が前記目標空燃比に制御され、前記吸蔵されたＳＯｘを離脱させるように構成することが可能である。
【００２３】
なお、空燃比が過リッチとなることを防ぐため、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比がリーンとリッチとなる状態が交互に繰り返されるように前記燃料供給手段から間欠的に燃料が供給することが好ましい。
【００２４】
本発明によれば、より正確に学習値が算出でき、それを次回の燃料添加時に反映できる。また、フィードバック制御における目標空燃比への到達が早くなる利点がある。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気浄化装置の具体的な実施態様を図面に基づいて説明する。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、この燃料ポンプ６から吐出された燃料は、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。
【００２９】
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。
【００３０】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続され、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。
【００３１】
また、吸気管９の上流に設置したエアフローメータ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が設けられている。
【００３２】
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１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３３】
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、下流にて大気へと通じている。
【００３４】
前記排気管１９の途中には、ＮＯｘ保持材を含む吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０（以下、単にＮＯｘ触媒とする。）が設けられている。ＮＯｘ触媒２０は、コージェライトのような多孔質材料から形成され、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（Ｎａ）、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。なお、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、更に酸素貯蔵（Ｏ_２ストレージ）能のある例えばセリア（ＣｅＯ_２）等の遷移金属が添加されている。
【００３５】
このＮＯｘ触媒２０は、このＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを保持し、一方、このＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは保持していたＮＯｘを離脱させる。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、該ＮＯｘ触媒２０から離脱したＮＯｘが還元される。また、セリア（ＣｅＯ_２）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力（酸素吸蔵能）を有する。
【００３６】
ＮＯｘ触媒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。また、ＮＯｘ触媒２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気中のＮＯｘ濃度に対応した電気信号を出力するＮＯｘセンサ２３及び排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２２が取り付けられている。
【００３７】
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中の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒２０に保持されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長時間継続されると、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ保持能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒２０にて保持されずに大気中へ放出されてしまう。
【００３８】
特に、内燃機関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２０のＮＯｘ保持能力が飽和し易い。
【００３９】
なお、ここでいうリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては、例えば２０から５０の範囲であり、三元触媒ではＮＯｘを浄化できない領域を意味する。したがって、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ保持能力が飽和する前にＮＯｘ触媒２０に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに燃料の濃度を高め、ＮＯｘ触媒２０に保持されたＮＯｘを還元させる必要がある。
【００４０】
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３１１６８７６号参照）、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若しくは排気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。排気中の燃料添加では、ＮＯｘ触媒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）を添加する燃料供給機構を備え、この燃料供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに燃料の濃度を高めることができる。
【００４１】
燃料供給機構は、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、後述するＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射する燃料添加弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記燃料添加弁２８へ導く燃料供給路２９と、を備えている。
【００４２】
このような燃料供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が燃料供給路２９を介して燃料添加弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該燃料添加弁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。
【００４３】
燃料添加弁２８から排気枝管１８内へ噴射された燃料は、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と共に、ＮＯｘ触媒２０に到達し、ＮＯｘ触媒２０に保持されていたＮＯｘを還元することになる。
【００４４】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により燃料添加弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への燃料の添加が停止される。
【００４５】
また、内燃機関１には、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ３３が設けられている。
【００４６】
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：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）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。
【００４７】
ＥＣＵ３５は、図２に示すように双方向性バス３５０によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３５３、ＣＰＵ（中央制御装置）３５１、入力ポート３５６、出力ポート３５７を備えている。
【００４８】
ＥＣＵ３５の入力ポート３５６には、上記した各種センサの出力信号の他、アクセルペダルの踏込み量を検出する負荷センサ３６、クランクシャフトの回転数を検知するクランク角センサ３３等が対応したＡ／Ｄ変換器３５５を介して、又は、直接入力されている。
【００４９】
一方、出力ポート３５７には、燃料噴射弁３、燃料添加弁２８などが接続されている。
【００５０】
また、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３５２上には、各種予備実験に基づき作成された制御マップが各装置に対応して設けられている。ＣＰＵ３５１は、入力ポート３５６に入力された各種センサの出力信号をＲＯＭ３５２上に展開された制御マップに照らし合わせ、その制御マップにおいて算出された値に基づく各種制御信号を出力ポート３５７を介して各種装置に出力する。ＲＡＭ３５３は、入力ポート３５６に入力される各種センサからの出力信号、及び出力ポート３６７に出力された制御信号などを内燃機関の運転履歴として記録する。そして、ＣＰＵ３５１から要求を受けてそのＣＰＵ３５１との間で各種信号の入出力を行う。
【００５１】
ＥＣＵ３５では、現在の機関運転に要求される「目標要求トルク」をクランク角センサ３３および負荷センサ３６の出力信号等に基づき算出し、この目標要求トルクを得るべく燃料噴射弁３や燃料ポンプ６に出力される制御信号を適時更新して、燃料供給系における燃料供給量の補正を行う。また、各種センサからの出力値に基づき、後述の排気浄化装置における燃料の供給制御などをも同時に実行する。
【００５２】
ところで、ＮＯｘ触媒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することで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に保持されたＮＯｘを還元することが可能となる。しかし、ＮＯｘ触媒２０では、ＮＯｘを保持する場合と同様のメカニズムでＳＯｘの吸収が生じるが、一旦保持されたＳＯｘはＮＯｘよりも離脱しにくく、酸素濃度が低下した還元雰囲気でＮＯｘの放出が行われてもＳＯｘは離脱せずに、次第にＮＯｘ触媒２０内に蓄積される。このような硫黄被毒（ＳＯｘ被毒）は、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ浄化率を低下させる原因となる。したがって、適宜の時期に、ＮＯｘ触媒２０からＳＯｘを放出させる被毒回復処理を施す必要がある。このようなＳＯｘ被毒回復制御は、ＥＣＵ３５によって実行される。
【００５３】
上述したＳＯｘ被毒のメカニズムはおよそ以下のとおりである。
【００５４】
燃料が内燃機関１で燃焼すると、二酸化硫黄（ＳＯ_２）や三酸化硫黄（ＳＯ_３）などのＳＯｘが生成される。ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気中の二酸化硫黄（ＳＯ_２）や三酸化硫黄（ＳＯ_３）等のＳＯｘが白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）の形でＮＯｘ触媒２０に保持される。
【００５５】
さらに、ＮＯｘ触媒２０に吸収された硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ_４）を形成する。この硫酸塩（ＢａＳＯ_４）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ_３）_２）に比して安定していて分解し難く、ＮＯｘ触媒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、ＮＯｘ触媒２０内に残留する。
【００５６】
このようにして、ＮＯｘ触媒２０における硫酸塩（ＢａＳＯ_４）の量が増加すると、それに応じてＮＯｘの保持に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ保持能力が低下してＳＯｘ被毒が発生する。
【００５７】
ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒を解消する方法としては、ＮＯｘ触媒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、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、ＮＯｘ触媒２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）をＳＯ_３ ⁻やＳＯ_４ ⁻に熱分解し、次いでＳＯ_３ ⁻やＳＯ_４ ⁻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ＳＯ_２ ⁻に還元する方法を例示することができる。
【００５８】
本実施の形態では、ＥＣＵ３５は、燃料添加弁２８から排気中へ燃料を添加することにより、それらの未燃燃料成分をＮＯｘ触媒２０において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってＮＯｘ触媒２０の床温を高めるようにする。同時に、各気筒の膨張行程若しくは排気行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させても良い。
【００５９】
上記したような燃料添加により、ＮＯｘ触媒２０の床温が６００℃から６５０℃程度の高温域まで上昇する。その後も、引き続きＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるべくＥＣＵ３５は、燃料添加弁２８から燃料を噴射する。
【００６０】
上述の被毒回復処理が実行されると、ＮＯｘ触媒２０の床温が高い状況下で、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、ＮＯｘ触媒２０に保持されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）がＳＯ_３ ⁻やＳＯ_４ ⁻に熱分解され、それらＳＯ_３ ⁻やＳＯ_４ ⁻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ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒が回復されることになる。
【００６１】
なお、このＳＯｘ被毒回復制御では、いわゆるリッチスパイクを実行して排気の酸素濃度を低下させる。さらに、一回のリッチスパイクを複数回の燃料噴射、すなわちパルス状の燃料噴射により形成し、空燃比が過剰なリッチとならないようにする。
【００６２】
ここで、一度に多量の燃料を噴射すると空燃比が過リッチとなる虞があり、ＮＯｘ触媒２０で反応しきれない燃料の一部が下流へ流出することがある。そこで、本実施の形態では、ＮＯｘ触媒２０に流入する空燃比がリーンの状態とリッチの状態を交互に繰り返すように、燃料を間欠的に噴射することにより、過リッチを抑制しつつリッチ雰囲気を形成するようにしている。
【００６３】
前記ＳＯｘ被毒回復制御では、ＮＯｘ触媒２０から蓄積しているＳＯｘを放出させることが可能な排気の空燃比（目標空燃比）となるように、上記の燃料添加を実施する。このとき、ＮＯｘ触媒２０の下流の空燃比センサ２２の値が目標空燃比とすべく、空燃比センサ２２の値をフィードバックして燃料添加弁２８から排気中に添加される燃料量を制御する。この燃料量は、学習値として次回の燃料添加の際の燃料量に反映される。すなわち、燃料添加量は、ベースとなる燃料添加量と学習値から算出される。
（実施の形態１）
本実施の形態に示す排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒２０の下流に配置される排気管１９に空燃比センサ２２を取り付け、この空燃比センサ２２にて検出される値を燃料の供給量にフィードバックさせて燃料の供給を行っている。
【００６４】
ところが、例えば、図３に示すように空燃比センサ２２により検出される値（実空燃比）が１４．５であるときに、目標空燃比が１４．２であれば、実空燃比と目標空燃比とを一致させるべく燃料添加量がＡだけ増加される。しかし、燃料添加量を増加させると、空燃比センサ２２の応答遅れに起因して実空燃比は１４．２よりも下がってしまう。そこで、今度は燃料添加量をＡだけ減少させると、空燃比センサ２２の値は１４．２よりも上昇してしまうので、燃料添加量をＡ−Ｘとする。すると、再び実空燃比は１４．２よりも僅かに低くなる。しかし、このような状態を繰り返すうちに次第に空燃比の値の変動は収束していく。この場合、空燃比センサ２２の値が１４．２であるときの燃料添加量は、次々と更新されながら記憶されるが、本発明では、燃料添加中において最後に目標空燃比である１４．２となったときの燃料添加量を学習値として保管する。すなわち、燃料添加開始直後は空燃比センサ２２の応答遅れのため、目標空燃比の前後で実空燃比が大きく変動するが、フィードバックを継続すると次第に収束に向かうので、燃料添加中に次々に更新される学習値（目標空燃比のときの値）のうち最終の値を採用する。
【００６５】
このようにすれば、最初に目標空燃比に到達したときの値を採用する場合に比べて、より正確な学習値を保管することができる。
【００６６】
以下、本実施の形態に係る被毒解消制御について図４のフローチャートに沿って具体的に説明する。
【００６７】
このフローチャートは、ＳＯｘ被毒の回復を目的として実施される「ＳＯｘ被毒回復制御ルーチン」を示すものであるが、ＮＯｘの放出作用を促す燃料の供給時などにおいても応用で可能である。このＳＯｘ被毒解消制御ルーチンは、ＣＰＵ３５１によって実行されるルーチンであり、予めＲＯＭ３５２に記憶されている。
【００６８】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ３５が機関運転開始からの運転履歴を収集すべく各種センサの出力信号をＲＡＭ３５３上に記憶する。例えば、機関運転開始からの経過時間、目標要求トルクを満たすために各気筒２に供された燃料の供給量、各気筒２に吸入された空気量、前回の燃料供給時からの経過時間、車両走行距離数の積算値、排気温度等である。収集された運転履歴をＣＰＵに読み出し、ＳＯｘ被毒回復制御条件、すなわち燃料の供給実行条件が成立しているか否かＣＰＵ内にて判別する。ＳＯｘ被毒回復制御条件としては、ＮＯｘ触媒２０におけるＳＯｘの吸収量が所定量以上であるか否か、である。この条件が満たされないときは、本処理ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６９】
ステップＳ１０１において、被毒解消処理の実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、ステップＳ１０２に進む。
【００７０】
ステップＳ１０２では、ＲＡＭ３５３から機関回転数とアクセル開度センサの出力信号値（アクセル開度）とを読み出し、それら機関回転数とアクセル開度とをパラメータとして、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比を基準リッチ空燃比とする上で必要となる還元剤（燃料）のベース添加量を算出する。このベース添加量に前回の学習値Ｇ（ｉ−１）ｍｍ^３を乗じて、添加量Ａを算出する。この添加量Ａに基づいて燃料添加の条件（燃料添加インターバルＢｍｓ、燃料添加時間Ｃｓｅｃ、添加休止時間Ｄｓｅｃ）が決定される。
【００７１】
ここでの燃料添加は、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比が交互にリッチとリーンを繰り返すように制御され、所定の添加休止時間Ｄｓｅｃの間は停止される。この添加休止時間Ｄｓｅｃによって、連続するリッチスパイクの間にリーン雰囲気が継続する期間が形成され、添加休止時間Ｄｓｅｃが長くなればリーン雰囲気が継続する期間も長くなる。
【００７２】
また、前記添加休止時間Ｄｓｅｃを挟んだ一回ずつの燃料添加は、複数回の燃料噴射、すなわちパルス状の燃料噴射により達成され、各燃料噴射は所定の添加インターバルＢｍｓで実行される。
【００７３】
さらに、燃料添加時間Ｃｓｅｃは、パルス状の燃料噴射により形成される一回の燃料添加の長さを示している。
【００７４】
これらは、ＮＯｘ触媒２０の温度がＳＯｘを熱分解し得る高温域に達しているか否か、排気の温度が所定の上限値以下であるか否か、等をも考慮して決定されるが、通常は、添加量Ａが所定量以上に多ければ、燃料添加のインターバルＢｍｓが短く、添加時間Ｃｓｅｃが長く、また、添加休止時間は短く設定される。添加時間Ｃｓｅｃが長くなれば、リッチスパイクの形成期間も長くなる。
【００７５】
逆に、添加量Ａが少なければ、燃料添加のインターバルＢｍｓが長く、添加時間Ｃｓｅｃが短く、また添加休止時間Ｄｓｅｃは長く設定される。
【００７６】
次に、ステップＳ１０３に進むみ、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に予め設定されているカウンタ記憶領域にアクセスし、そのカウンタ記憶領域に記憶されている時間を“０”にリセットする。
【００７７】
Ｓ１０４では、ＣＰＵ３５１は、燃料添加判定条件が成立しているか否か、具体的には触媒温度が所定の温度の範囲（Ｔｈ１＜触媒温度＜Ｔｈ２）にあるか否かを判断する。
【００７８】
肯定的な判定がされたときはステップＳ１０５に進み、反対に否定的な判定がされたときは、このルーチンを一旦終了する。
【００７９】
ステップＳ１０５では、カウンタが燃料添加の開始からの時間がＣｓｅｃに達したか否かが判断され、肯定的な判定がされたときはステップＳ１０６に進み、反対に否定的な判定がされたときは、ステップＳ１０９に進む。
【００８０】
ステップＳ１０６では、Ｓ１０２で決定された所定の添加条件にしたがって燃料添加が実行される。
【００８１】
次に、ステップＳ１０７に進み、ＣＰＵ３５１はカウンタ記憶領域の値をインクリメントする。
【００８２】
さらに、ステップＳ１０８に進み、基本供給量の補正すなわちフィードバック制御を開始すべくＮＯｘ触媒２０の下流の実空燃比を、空燃比センサ２２にて検出すると共に、その実空燃比が目標空燃比の差Ｅが算出される。
【００８３】
この差Ｅに基づいて、Ｆ（補正係数）との一次元マップからＦを求め、前記添加量ＡにＦを乗じて、補正された添加量を算出する。
【００８４】
続いて、ステップＳ１０４に戻り、前記ステップＳ１０５において添加時間がＣｓｅｃに達するまでの間は、ＣＰＵ３５１は、前述したステップ１０４からステップＳ１０８までの処理を繰り返し実行する。
【００８５】
一方、前記ステップＳ１０５で燃料添加時間が所定時間に達したとして肯定的な判定がされたときは、ステップＳ１０９に進み、添加量の補正係数Ｆに基づいて学習値Ｇ（ｉ）を算出して、ＣＰＵ３５１は、前記学習値（ｉ）をバックアップＲＡＭ３５４の所定領域に記憶させて、このルーチンを終了する。このようにして算出された学習値Ｇ（ｉ）は次回の燃料添加に反映され、このような繰り返しによって目標の空燃比に収束していく。
【００８６】
したがって、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、リッチスパイク制御において燃料添加弁２８から噴射される燃料の量は、ＮＯｘ触媒２０に流入する実際の排気の空燃比を形成することになるため、使用時間の経過や使用環境の変化等に起因して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０の燃料供給機構の特性、燃料噴射弁３の特性等が変化した場合であっても、燃料の添加量を最適な量とすることが可能であり、特に、学習値として目標空燃比に到達した最終の値を採用するので、より正確な学習値を保管することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態に示す排気浄化装置では、上記実施の形態１と同様にＮＯｘ触媒２０の下流に配置される排気管１９に空燃比センサ２２によって検出される値を燃料の供給量にフィードバックさせて燃料の供給を行っている。
【００８７】
ところが、空燃比センサ２２により検出される値が目標空燃比に到達したときに、これを学習値として保管する場合は、ＮＯｘ触媒２０のＯ_２ストレージ作用によって目標空燃比にするための燃料添加量を正確に算出することが困難な場合がある。
【００８８】
そこで、燃料添加中のＯ_２ストレージの時間と、Ｏ_２ストレージ終了後の空燃比の値から目標空燃比に到達させるための燃料添加量を算出し、この値を学習値として保管することとした。これは、Ｏ_２ストレージ解消に必要として算出された時間とＯ_２ストレージ解消実時間との偏差に基づいて、実際にＯ_２ストレージ解消するのに必要な時間に基づく燃料量と、算出された時間に基づく基準供給量との偏差を算出し、この算出された偏差を学習値として学習し、次回以降の基準供給量を変更するものである。要するに、Ｏ_２ストレージを解消するために必要とされる燃料量と、実際にＯ_２ストレージを解消するために消費した燃料の偏差から学習値を算出するものである。
【００８９】
このようにすれば、最初に目標空燃比に到達したときの値を採用する場合に比べて、より正確な学習値を保管することができる。
【００９０】
以下、本実施の形態に係る被毒解消制御について図５のフローチャートに沿って具体的に説明する。なお、ステップＳ２０９以外は上記実施の形態１と同様であるので、詳細部分の説明は省略する。
【００９１】
まず、ステップＳ２０１では、ＳＯｘ被毒解消処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。ステップＳ２０１において、被毒解消処理の実行条件が不成立であると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００９２】
ステップＳ２０１において、被毒解消処理の実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、ステップＳ２０２に進む。
【００９３】
ステップＳ２０２では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比を基準リッチ空燃比とする上で必要となる還元剤（燃料）のベース添加量を算出する。このベース添加量に前回の学習値Ｇ（ｉ−１）ｍｍ^３を乗じて、添加量Ａを算出する。
【００９４】
また、前記添加量Ａに基づいて、燃料添加のインターバルＢｍｓ及び添加時間Ｃｓｅｃ及び添加休止時間Ｄｓｅｃが決定される。
【００９５】
次に、ステップＳ２０３に進むみ、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に予め設定されているカウンタ記憶領域にアクセスし、そのカウンタ記憶領域に記憶されている値を“０”にリセットする。
【００９６】
Ｓ２０４では、ＣＰＵ３５１は、燃料添加判定条件が成立しているか否か、具体的には触媒温度が所定の温度の範囲（Ｔｈ１＜触媒温度＜Ｔｈ２）にあるか否かを判断する。
【００９７】
肯定的な判定がされたときはステップＳ２０５に進み、反対に否定的な判定がされたときは、ステップＳ２０９に進む。
【００９８】
ステップＳ２０５では、カウンタが添加時間Ｃｓｅｃに達したか否かが判断され、肯定的な判定がされたときはステップＳ２０９に進み、反対に否定的な判定がされたときは、ステップＳ２０６に進む。
【００９９】
ステップＳ２０６では、前記ステップＳ２０２で決定された添加条件にしたがって燃料添加が実行される。
【０１００】
次に、ステップＳ２０７に進み、ＣＰＵ３５１はカウンタ記憶領域の値を一つ進める。
【０１０１】
さらに、ステップＳ２０８に進み、基本供給量の補正すなわちフィードバック制御を開始すべくＮＯｘ触媒２０の下流の実空燃比を、空燃比センサ２２にて検出すると共に、その実空燃比が目標空燃比の差Ｅが算出される。
【０１０２】
この差Ｅに基づいて、補正係数Ｆとの一次元マップからＦを求め、前記添加量ＡにＦを乗じて、補正された添加量を算出する。
【０１０３】
続いて、ステップＳ２０４に戻り、ステップＳ２０５において添加時間がＣｓｅｃに達するまでの間は、ＣＰＵ３５１は、前述したステップ２０４からステップＳ２０８までの処理を繰り返し実行する。
【０１０４】
一方、前記ステップＳ２０４で否定的な判定がされたときは、このルーチンを一旦終了する。
【０１０５】
ステップＳ２０５で所定時間が経過したとして、肯定的な判定がされたときはステップＳ２０９に進む。ここでは、Ｏ_２ストレージ時間とＯ_２ストレージ終了後の空燃比から上述の学習値Ｇ（ｉ）を算出して、ＣＰＵ３５１は、前記学習値（ｉ）をバックアップＲＡＭ３５４の所定領域に記憶させて、このルーチンを終了する。このようにして算出された学習値Ｇ（ｉ）は次回の燃料添加に反映され、このような繰り返しによって目標の空燃比に収束していく。
【０１０６】
この実施の形態によれば、還元剤の添加量を最適な量とすることが可能であり、特に、Ｏ_２ストレージを解消するために必要とされる燃料量と、実際にＯ_２ストレージを解消するために消費した燃料の偏差から学習値を算出するので、目標空燃比に到達した最終の値を採用するので、より正確な学習値を保管することができる。
【０１０７】
上述した実施の形態１、２では、燃料の供給を行うに際して、排気通路への燃料の供給を実施しているが、機関燃焼に寄与されない燃焼室内への副噴射や、機関燃焼に供される混合気の空燃比を予め低めに設定する空燃比制御などを実施してＮＯｘ触媒に燃料を供給してもよい。何れの場合においても、ＮＯｘ触媒下流の空燃比はフィードバックして燃料の供給量を定めるものとする。
【０１０８】
また、上記燃料供給機構の構成は、本発明の一実施形態にすぎず、その詳細は所望に応じて変更しても構わない。例えば、機械式の開閉弁である燃料添加弁を電磁弁とする。また、燃料供給機構を燃料供給系から完全に独立させて構成するなどの変更を行ってもよい。
【０１０９】
また、上記した実施の形態では、ＮＯｘ触媒２０下流の空燃比を検出するにあたって、空燃比センサを利用しているが、空燃比センサに替えて酸素（Ｏ_２）センサを使用してもよい。
【０１１０】
さらに、本実施の形態では、ディーゼル機関に本発明を適用させた例について説明しているが、本発明は、勿論ガソリン機関においても有用である。
【０１１１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、より正確に学習値が算出でき、それを次回の燃料添加時に反映できるので、触媒の過昇温を抑制できる。
【０１１２】
また、フィードバック制御における目標空燃比への到達も早くなり、その結果、ＳＯｘ被毒回復等の処理も速やかに実行できる。
【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概略構成図である。
【図２】ＥＣＵの概略構成を示す図である。
【図３】フィードバック制御を実行した場合の空燃比と燃料添加量の変化を示す図である。
【図４】実施の形態１のＳＯｘ被毒回復制御の実行フローを示すフローチャート図である。
【図５】実施の形態２のＳＯｘ被毒回復制御の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
１ｂ・・・排気ポート
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・ＮＯｘ触媒
２２・・・空燃比センサ
２３・・・ＮＯｘセンサ
２４・・・排気温度センサ
２８・・・燃料添加弁
２９・・・燃料供給路
３３・・・クランクポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ

Claims

排気系に設置される排気浄化装置と、
前記排気浄化装置に対してその上流から燃料を供給する燃料供給手段と、
前記排気浄化装置の上流または下流に設けられた空燃比検出手段と、
前記燃料供給手段から基準供給量の燃料が供給されているとき、前記空燃比検出手段の出力値と目標空燃比の偏差をフィードバックし、該偏差を減少させるように前記燃料供給手段から供給される基準供給量が変更される基準供給量制御手段と、を備え、
前記燃料供給手段からの燃料供給が終了した時点の燃料供給量と基準供給量との偏差を学習値として学習し、次回以降の基準供給量を変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
排気系に設置され、かつ酸素吸蔵能を有する排気浄化触媒と、
該排気浄化触媒に吸蔵された酸素量を推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気浄化触媒に対してその上流から燃料を供給する燃料供給手段と、
推定された酸素吸蔵量を消費するのに必要な燃料量を算出するＯ_２ストレージ解消燃料量推定手段と、
推定されたＯ_２ストレージ解消燃料量と燃料の基準供給量に基づいてＯ_２ストレージが解消されるまでの時間を算出するＯ_２ストレージ解消時間推定手段と、
前記空燃比検出手段によりＯ_２ストレージが実際に解消されるまでの時間を検出するＯ_２ストレージ解消実時間検出手段と、を備え、
前記Ｏ_２ストレージ解消時間推定手段により算出された時間と、前記Ｏ_２ストレージ解消実時間検出手段により検出された実時間との偏差に基づいて前記Ｏ_２ストレージ解消燃料量と前記基準供給量との偏差を算出し、算出された偏差を学習値として学習し、次回以降の基準供給量を変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記燃料供給手段は、排気系に設けられた燃料供給装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘ量を推定するＳＯｘ吸蔵量推定手段と、このＳＯｘ吸蔵量が所定量以上となったときに、前記燃料供給手段から燃料が供給されることで前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が前記目標空燃比に制御され、前記吸蔵されたＳＯｘが離脱する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。
前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比がリーンとリッチとなる状態が交互に繰り返されるように前記燃料供給手段から間欠的に燃料が供給されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。