JP2004346844A

JP2004346844A - 排気ガス浄化システム

Info

Publication number: JP2004346844A
Application number: JP2003145562A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Yokoyama; 仁横山; Takeshi Kikuchi; 武菊地
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】リーンとリッチの切り替え時における、人間の耳で聴いた時の違和感を解消する排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】内燃機関１０の排気通路１１にＮＯｘ吸蔵還元型触媒１４を搭載し、空燃比制御手段Ｃ１０により排気ガスの空燃比をリーンとリッチに切り換えながらＮＯｘを浄化する排気ガス浄化システム１において、空燃比制御手段Ｃ１０が、運転状態検出手段Ｃ１１により内燃機関１０の運転状態を検出し、リッチ移行時の筒内圧変化パターンがリッチ移行前の筒内圧変化パターンに近似するように、燃料噴射制御手段Ｃ１３による燃料噴射の制御、及び、吸気制御手段Ｃ１による吸気量の制御を行う。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス中の排気ガス成分を浄化する排気ガス後処理装置を備えた排気ガス浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンや一部のガソリンエンジン等の内燃機関や様々な燃焼装置の排気ガス中からＮＯｘ等の排気ガス成分を還元除去するためのＮＯｘ触媒等の排気ガス後処理装置について種々の研究や提案がなされている。その一つに、ディーゼルエンジン用のＮＯｘ低減触媒としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス後処理装置があり、有効に排気ガス中のＮＯｘを浄化できる。
【０００３】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、図１２に示すように、基本的には、アルミナ等の触媒担体３１上に、酸化・還元反応を促進する白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等の貴金属類３２と、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属等で形成され、ＮＯｘを吸蔵・放出する機能を有するＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）３３を担持した触媒である。
【０００４】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーン（高酸素濃度）状態であって雰囲気中に酸素（Ｏ_２）が存在する場合には、図１２（ａ）に示すように、排気ガス中のＮＯが貴金属類３２により酸化されてＮＯ_２となり、このＮＯ_２はＮＯｘ吸蔵材３３に硝酸塩として蓄積される。
【０００５】
また、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比やリッチ（低酸素濃度）状態になって雰囲気中に酸素が存在しなくなると、図１２（ｂ）に示すように、Ｂａ等のＮＯｘ吸蔵材３３はＣＯと結合し、硝酸塩からＮＯ_２が分解放出され、この放出されたＮＯ_２は貴金属類３２の三元機能により排気ガス中に含まれている未燃ＨＣやＣＯ等で還元されＮ_２となり、排気ガス中の諸成分は、ＣＯ_２，Ｈ_２Ｏ，Ｎ_２等の無害な物質として大気中に放出される。
【０００６】
そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近くなると、排気ガスの空燃比をリッチにして、流入する排気ガスの酸素濃度を低下させるＮＯｘ吸蔵能力回復用のリッチ制御を行うことにより吸収したＮＯｘを放出させて、この放出されたＮＯｘを貴金属触媒により還元させる再生操作を行っている。
【０００７】
そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を効果的に機能させるためには、リーン状態で吸蔵したＮＯｘを還元するのに必要十分な量の還元剤をリッチ状態時に供給する必要がある。
【０００８】
しかしながら、排気ガス中の空燃比をリッチにするために、単に吸入空気量を減少させ、燃料噴射量を増大させると、吸入空気量を減少させれば機関の出力トルクが低下し、燃料噴射量を増大させると機関の出力トルクが上昇するので、出力トルクの低下分と上昇分を同一にしない限り機関の出力トルクが変動してしまうという問題がある。
【０００９】
この問題に対処するために、空気量の減少による機関出力の低下分だけ機関出力を上昇させるのに必要な追加燃料量を算出する算出手段と、燃焼室内に供給される燃料量をこの追加燃料量だけ増量させる燃料量増量手段とを具備して、リッチに切り替えた時に機関出力トルクが変化しないようにしているディーゼル機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−２７９７１８号公報（第２頁）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このトルク変化の抑制は、リッチ時とリーン時で単純にトルクの差がでないように調整するだけで達成でき、リッチ時とリーン時の相互間の切り替えに際して機関の出力トルクの変化を無くせばトルクショックは発生しないが、この出力トルクの変化を無くしても、通常燃焼（リーン）とリッチ燃焼とでは、燃焼形態が異なるため、筒内圧（シリンダ内の圧力）の立ち上がり方が異なってしまい、燃焼音（エンジン音）が変化し、車両の乗員（ドライバー）に違和感を与えてしまうという問題がある。
【００１２】
例えば、リーン制御運転時には、図１０に示すような筒内圧変化パターンであるが、従来技術のリッチ制御（リッチスパイク）を行った場合には、図１１に示すような筒内圧変化パターンとなり、増量されたパイロット噴射燃料が予混合的な燃焼を生じ、さらにその後実行されるメイン噴射が、その燃焼雰囲気中に噴射されるため、噴射開始直後から着火開始する。そのため、メイン噴射の着火タイミングが着火遅れが無い分、着火遅れを有して筒内圧が急激に上昇したリーン制御時（図１０）と比較して早くなり、噴射した燃料が次々と燃焼する。従って、着火タイミングがずれ、かつ、筒内圧のピークが下がってしまうので、トルク変動は無くなっても燃焼音の違和感は無くならない。なお、図１１はＥＧＲ率１０％〜１５％で、パイロット噴射量を増加している場合を例示している。
【００１３】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、コモンレールのレール圧の上昇やパイロット噴射量の調整や吸気量の調整により、リッチ燃焼時とリーン燃焼時の筒内圧変化パターンを合わせて、リッチ燃焼における燃焼音の音圧レベルや音色を、リーン燃焼（通常燃焼）における燃焼音の音圧レベルや音色と略同一にすることにより、リーンとリッチの切り替え時における、人間の耳で聴いた時の違和感を解消する排気ガス浄化システムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス成分を吸収し、排気ガスの空燃比がリッチになると吸収した前記排気ガス成分を放出して浄化する排気ガス後処理装置を搭載し、空燃比制御手段により排気ガスの空燃比をリーンとリッチに切り換えながら前記排気ガス成分を浄化する排気ガス浄化システムにおいて、前記空燃比制御手段が、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、吸気量を制御する吸気制御手段と、燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段とを有して形成されると共に、前記空燃比制御手段が、前記運転状態検出手段により内燃機関の運転状態を検出し、リッチ移行時の筒内圧変化パターンがリッチ移行前の筒内圧変化パターンに近似するように、前記燃料噴射制御手段による燃料噴射の制御、及び、前記吸気制御手段による吸気量の制御を行うように構成される。
【００１５】
そして、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス成分が窒素酸化物であり、前記排気ガス後処理装置がＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス後処理装置であることを特徴として構成される。
【００１６】
更に、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記空燃比制御手段が、前記筒内圧変化パターンの主たるパラメータをメイン燃料噴射の着火タイミングとし、リッチ移行後のメイン燃料噴射の着火タイミングが、リッチ移行前のメイン燃料噴射の着火タイミングと略一致するように、吸気量、パイロット燃料噴射タイミング、及び、パイロット噴射量の少なくとも一つ又はこれらの組み合わせを制御するように構成される。
【００１７】
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記空燃比制御手段は、リッチ移行前に検出したメイン噴射燃料の着火タイミング、又はリッチ移行前に算出されていたメイン噴射燃料の目標着火タイミングを記憶し、リッチ移行後のメイン噴射燃料の着火タイミングが前記リッチ移行前のメイン噴射燃料の着火タイミング、又は目標着火タイミングと一致するように、吸気量又は燃料噴射を制御するように構成される。
【００１８】
また、排気ガス浄化システムにおいて、前記空燃比制御手段は、メイン噴射燃料の着火タイミングの遅延を、パイロット噴射量の減量、ＥＧＲ率の増量、吸気絞り率の減量のいずれかひとつ又はこれらの組み合わせで行うように構成される。
【００１９】
そして、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記吸気制御手段は、吸気通路絞り装置、ＥＧＲ装置、可変ターボ制御装置のうちの少なくとも一つを制御するように構成される。
【００２０】
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記空燃比制御手段は、前記運転状態検出手段によりリッチ移行前のリーン制御運転における内燃機関の運転状態を検出して、予め区分した運転領域のいずれにあるかを判定し、該判定された内燃機関の運転領域に対応して予め設定された燃焼モデルでリッチ移行後のリッチ制御運転を行うように構成される。
【００２１】
これらの構成によれば、排気ガスの空燃比がリーンからリッチに移行する時の筒内圧変化パターンが、リーン時のリッチ移行直前の筒内圧変化パターンに近似するように制御されるので、燃焼音の音圧レベルや音色が連続的となり、ドライバーに違和感を与えない。そのため、ドライバビリティが向上する。
【００２２】
つまり、従来技術においては、リッチ燃焼のモードに移行する際に、例えば、燃焼状態から吸気絞り等を使用し、ＥＧＲを大量に入れ、リッチ燃焼したりするので、燃焼圧力の上昇が緩やかになり、燃焼音のレベルが下がり静かになる。そのため、リーンからリッチに切り替わる時に、燃焼音、即ち、エンジン騒音が変化するのでドライバーが違和感を覚えることになる。
【００２３】
一方、本発明では、リッチ燃焼時の燃焼音（エンジン音）の音圧レベルや音色を合わせるように、エンジンの噴射タイミング、パイロット噴射、噴射圧等の燃料噴射の制御や吸気量の制御を行う。例えば、リッチ燃焼させる時に、通常燃焼時よりコモンレールのレール圧を上げたり、パイロット噴射量を変化させたりする等の制御をすることにより、燃焼音のレベルを通常燃焼時のリーン状態と略同一にすることにより、リッチ燃焼に切り替えするときの音の変化を極力抑えることにより、ドライバーの違和感を解消する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１に示すように、この排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）１０の吸気通路１１にスロットル弁（吸気絞り弁）１２が設けられ、また、排気通路１３にＮＯｘ吸蔵還元型触媒（排気ガス後処理装置）１４が設けられている。また、排気ガスを吸気側に再循環するＥＧＲ通路１５が設けられ、このＥＧＲ通路１５には、ＥＧＲクーラー１６とＥＧＲ弁１７が設けられている。
【００２６】
そして、エンジン１０の燃料噴射を行うための燃料ポンプ１８、コモンレール１９、燃料噴射ノズル２０、及び、エンジン全体を制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれる電子制御装置（電子制御ボックス）３０が設けられている。
【００２７】
この排気ガス浄化システム１においては、空気Ａは図示しないマスエアフローセンサ、インタークーラを通過して、電子制御装置３０で制御されるスロットル弁１２により、吸気量を調整され、エンジン１０の吸気マニホールドから筒内（シリンダ）２１に供給される。
【００２８】
また、排気ガスＧは、エンジン１０の筒内２１から排気マニホールド経由で排気通路１３のＮＯｘ吸蔵還元型触媒１４を通過して浄化された排気ガスＧｃとなり、図示しない消音器を通過し大気中へ排出される。そして、排気ガスＧの一部であるＥＧＲガスＧｅは、ＥＧＲ通路１５を通ってＥＧＲクーラー１６で冷却され、ＥＧＲ弁１７でＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を調整され、吸気マニホールドに入り筒内２１に再循環する。
【００２９】
そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１４は、図１２に示すように、γアルミナ等で形成したモノリスハニカムのセルを担持体３１とし、この担持体３１の表面に触媒金属３２とＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）３３を担持させて形成される。
【００３０】
この触媒金属３２は、活性開始温度より高い温度域で酸化活性を持つ白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等で形成することができる。また、ＮＯｘ吸蔵材３３は、カリウム（Ｋ），ナトリウム（Ｎａ），リチウム（Ｌｉ），セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、バリウム（Ｂａ），カルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ），イットリウム（Ｙ）等の希土類等でのいずれか一つまたは組合せで形成することができ、ガス中の酸素濃度が高い時にはＮＯｘを吸蔵し、ガス中の酸素濃度が低い時にはＮＯｘを放出する。
【００３１】
そして、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒１４では、図１２（ａ）に示すように、排気ガスがリーン状態（希薄燃焼）の高酸素濃度雰囲気下では、排気ガス中のＮＯは触媒金属３２の触媒作用により酸化されてＮＯ_２となり、ＮＯ_３ ⁻の形で触媒内に拡散しＮＯｘ吸蔵材３３に硝酸塩（Ｂａ（ＮＯ_３）_２）の形で吸収される。つまり、炭酸バリウム（ＢａＣＯ_３）から硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ_３）_２）に変化することで、選択的にＮＯ_２を吸蔵する。
【００３２】
そして、図１２（ｂ）に示すように排気ガスがリッチ状態になり酸素濃度が低下するとＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯｘ吸蔵材３３から放出される。つまり、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ_３）_２）から炭酸バリウム（ＢａＣＯ_３）に変化することで、ＮＯ_２を放出する。この放出されたＮＯ_２は、排気ガス中に含まれている未燃ＨＣやＣＯやＨ_２等の還元剤により触媒金属３２の触媒作用を受けて、Ｎ_２に還元される。この還元作用により、大気中にＮＯｘが放出されるのを阻止することができる。
【００３３】
なお、ここでいう排気ガスの空燃比のリッチとは、必ずしも筒内でリッチ燃焼する必要はなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１４に流入する排気ガス中に供給した空気量と燃料量（筒内で燃焼した分も含めて）との比が理論空燃比に近いか理論空燃比より燃料量が多いリッチの状態であることをいう。
【００３４】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒１４が内燃機関１０の排気通路１１に排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス成分（ＮＯｘ）を吸収し、排気ガスの空燃比がリッチになると吸収した排気ガス成分（ＮＯｘ）を放出して浄化する排気ガス後処理装置となる。
【００３５】
そして、本発明の排気ガス浄化システム１では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための空燃比制御手段Ｃ１０を、電子制御装置３０内に備えて構成される。
【００３６】
この空燃比制御手段Ｃ１０は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために、排気ガスの空燃比をリッチにして、触媒周囲の雰囲気を低酸素又は酸素ゼロの状態にするための手段であり、排気ガスの空燃比をリーンとリッチに切り換えながらＮＯｘを浄化する制御を行い、内燃機関１０の運転状態を検出する運転状態検出手段Ｃ１１と、吸気量を制御する吸気制御手段Ｃ１２と、燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段Ｃ１３とを有して形成される。
【００３７】
空燃比制御手段Ｃ１０は、筒内への燃料噴射に関する多段噴射の燃料噴射量や噴射時期の調整とＥＧＲ調整と吸気絞り調整等によって、排気ガスの状態を酸素濃度がゼロに近いリッチ状態にする。
【００３８】
そして、本発明においては、この空燃比制御手段Ｃ１０は、運転状態検出手段Ｃ１１で内燃機関１０の運転状態をアクセル開度センサ３１、エンジン回転速度センサ３２、クランク角センサ３３等により検出し、リッチ移行時の筒内圧変化パターンがリッチ移行前の筒内圧変化パターンに近似するように、燃料噴射制御手段Ｃ１３による燃料噴射の制御、及び、吸気制御手段Ｃ１２による吸気量の制御を行うに構成される。この吸気制御手段Ｃ１２は、吸気通路絞り装置のスロットル弁１２、ＥＧＲ装置のＥＧＲ弁１７、可変ターボ制御装置（図示していない）のうちの少なくとも一つを制御するように構成される。
【００３９】
また、空燃比制御手段Ｃ１０は、筒内圧変化パターンの主たるパラメータをメイン噴射燃料の着火タイミングとし、リッチ移行後のメイン噴射燃料の着火タイミングが、リッチ移行前のメイン噴射燃料の着火タイミングと略一致するように、吸気量、パイロット燃料噴射タイミング、及び、パイロット噴射量の少なくとも一つ又はこれらの組み合わせを制御するように構成され、メイン噴射燃料の着火タイミングの遅延を、パイロット噴射量の減量、ＥＧＲ率の増量、吸気絞り率の減量のいずれかひとつ又はこれらの組み合わせで行うように構成される。
【００４０】
これらの組み合わせに関して、パイロット噴射はメイン噴射された燃料の着火時期と燃焼速度を左右するが、パイロット噴射された燃料の雰囲気温度やＥＧＲや吸気絞りや加給圧で制御されるＡ／Ｆ（空燃比）によって、このパイロット噴射が燃焼したり、燃焼せずに混合気の状態に留ったりする。また、このパイロット噴射が燃焼したとしても、メイン噴射のタイミングが着火限界よりも更にリタード（遅延）し、噴射のインターバルが拡大していれば、メイン噴射が着火しない。このように、各々のパラメータが関係し合っているため、複雑な燃焼形態をできるだけ単純なパターンに分けて、即ち、燃焼モデルを作成することで、トルクと燃焼音の変化をリッチとリーンで少なくするようにしている。
【００４１】
そこで、図６に示すような、エンジン運転状態に応じてリッチ移行後の燃焼モデルを選定するためのマップデータを用意する。このマップデータは、リッチ移行前のリーン制御運転におけるエンジン回転数と負荷（指示噴射量）に対して、リッチ移行後の燃焼モデルを示すものであり、図６では、エンジンの運転領域をＡ，Ｂ，Ｃに分け、それぞれに対応して燃焼モデルＩ、ＩＩ、ＩＩＩが用意される。この領域Ａで選定される燃焼モデルＩは、ＥＧＲと吸気絞りを併用すると共に、パイロット噴射量を増加する燃焼モデルであり、この燃焼モデルで燃料噴射や吸気量等における細かい制御をすることで図７に示すような筒内圧変化パターンとなる。図７は、リーン状態がパイロット噴射１．２〜２ｍｍ^３／ｓｔでＥＧＲ率２０％の時に、リッチ移行時の燃焼パターンＩでは、パイロットインターバルを広くして３５°〜５５°程度（負荷による）にし、パイロット噴射５ｍｍ^３／ｓｔ前後で、メイン噴射はベースから５°〜６°リタードさせ、ＥＧＲ率４０％〜５０％とした時に筒内圧を例示する。
【００４２】
また、領域Ｂで選定される燃焼モデルＩＩは、ＥＧＲを増加し、メイン噴射のリタードにより、パイロット噴射とメイン噴射のインターバルを拡大すると共にし、コモンレールの圧力を高め、筒内圧の立ち上がりを急にする燃焼モデルである。なお、この燃焼パターンＩＩでは、トルクが増加しないようにコマンドパルスを減少させる。図８は、吸気絞りとパイロット噴射の着火制御のために大量のＥＧＲ（ＥＧＲ率３０％以上）を行い、メイン噴射を５°〜６°リタードさせた場合の筒内圧変化パターンを例示する。
【００４３】
なお、燃焼モデルＩ、ＩＩにおいて、負荷の状態により着火が早期化し、燃焼音が発生する場合には、ポスト噴射を付加してリッチに持って行き、燃焼音の発生を防ぐ。
【００４４】
また、領域Ｃで選定される燃焼モデルＩＩＩは、パイロット噴射の噴射量とタイミングはリーン制御時と同じとするが、ＥＧＲとポスト噴射を行う燃焼モデルである。この燃焼モデルＩＩＩでは、高負荷であるため、パイロット噴射が燃焼し易くなるために、トルクの発生を抑えてリッチ雰囲気を作るために、燃焼し難いタイミングでポスト噴射を行う。
【００４５】
つまり、高負荷の領域Ｃでは吸気絞りを行うと一気に燃焼が悪化してトルクショックによるドライバビリティの悪化とスモークの悪化が生じるので、ポスト噴射とＥＧＲを併用して、燃焼後期で生成するスモークを高温雰囲気下で再燃焼し、排気温度を上昇させることによって、タービン前の圧力を高めて過給圧を上げることにより、吸入空気量も増加し、また、ポスト噴射のタイミングを良くすることにより、燃料がＥＧＲガス中に含まれることになるので、予混合と同じ効果が得られ穏やかな燃焼が得られるので、燃焼を悪化させずに、また、トルクショックを生じることなく、リッチ状態にすることができる。なお、このリッチ時には通常燃焼時よりコモンレール圧力を上げるがそのままでは噴射量が増加するため、コマンドパルス自体の幅を短くする方向にし、指示噴射量を一定にする。
【００４６】
図９は、メイン噴射を図８よりも更にリタードさせた場合を示し、ポスト噴射された燃料がＥＧＲガスとして筒内に入り、予混合ガスを形成してスモーク防止及び筒内圧のレベルが全体的に上昇した筒内圧変化パターンを例示する。
【００４７】
なお、上記の実施の形態では、エンジン回転数や負荷によってエンジンの運転領域Ａ，Ｂ，Ｃと燃焼モデルＩ、ＩＩ、ＩＩＩを分けたが、エンジン回転数や負荷だけでなく、Ａ／Ｆ（空燃比）、コモンレール圧力、メイン噴射のタイミング、パイロット噴射のタイミング、エンジンの冷却水温、吸気マニホールド内の圧力及び温度などもパラメータに取り入れてエンジンの運転領域を細分し、これらの細分した領域に対応して、筒内圧変化パターンを実現するための燃焼モデルを用意してもよい。そして、これらの燃焼モデルを使用して所望の筒内圧変化パターンとなるリッチ状態を作ることにより、リーンとリッチの切り替え時の燃焼音の差を小さくできる。
【００４８】
そして、排気ガスの空燃比がリーンの時のリッチ移行前の燃焼音の音圧レベルや音色と、リッチ移行後の燃焼音の音圧レベルや音色との差を無くすために、リッチ移行直前に選定された燃焼モデルに従って、リッチ移行時に新気量やＥＧＲ量の推定から圧縮比を推定して着火点を推定しながら、噴射タイミングを決定し、燃料噴射や吸気量の制御を行う。つまり、所謂モデルベースドコントロールを行う。
【００４９】
そして、この排気ガス浄化システム１では、制御装置３０の空燃比制御手段Ｃ１０により、図３〜図５に例示するような制御フローに従って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１４の再生制御が行われる。なお、この図３の制御フローは、エンジン１０の運転に際して、エンジンの他の制御フローと並行して、実行されるものとして示してある。
【００５０】
この図３の制御フローがスタートすると、ステップＳ１０でリーン制御運転を行い、次のステップＳ２０でリッチ制御運転を行う。これを繰り返し、この制御フローの実行途中で、エンジンキーがＯＦＦされると、ステップＳ３０の割り込みが発生し、ステップＳ３１で、ＮＯｘ蓄積量Ｎｔやリーン制御運転の時間ｔｌやリッチ制御運転の時間ｔｒを記憶する等の終了作業を行って、ストップし終了する。
【００５１】
そして、ステップＳ１０のリーン制御運転は、図４に例示するような制御のフローで行われる。この制御フローでは、ステップＳ１１で、データの読み込みを行う。このデータの読み込みでは、エンジン回転数、アクセル開度、指示噴射量を読み込み、ステップＳ１２で、これらの読み込んだデータを基に、リーン設定時間ｔｌ０を算出する。なお、スタート直後では、前回のステップＳ３１の終了作業時に記憶したリーン制御運転の時間ｔｌも読み込み、この時間ｔｌをも考慮してリーン設定時間ｔｌ０の算出を行う。
【００５２】
ステップＳ１３では、更に、エンジン回転数、アクセル開度、指示噴射量等のデータを読み込み、ステップＳ１４では、これらのデータを基に、現在のリーンにおけるエンジン運転領域が、図６のエンジンの運転領域Ａ，Ｂ，Ｃのいずれの領域にあるかをマップデータ等を基に判定し、燃焼モデルＩ、ＩＩ、ＩＩＩを算出する。つまり、所望の筒内圧変化パターンを実現するため燃焼モデル（近似モデル）を選定する。次のステップＳ１５で、この算出した燃焼モデルでリーン制御を所定の時間（リーン制御の判定間隔に関係する時間）Δｔｌの間行い、実行する。このリーン制御において、ステップＳ１６でノックセンサによる着火タイミング（着火時）の検出を行う。
【００５３】
そして、ステップＳ１７でリーン制御運転が終了か否かを判定する。この判定は、リーン制御時間ｔｌがリーン設定時間ｔｌ０を越えたか否かで判定し、越えていない場合には、リーン制御運転の終了ではないとして、ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３〜ステップＳ１７を繰り返す。
【００５４】
ステップＳ１７でリーン制御時間ｔｌがリーン設定時間ｔｌ０を越えた場合には、リーン制御運転の終了であるとして、ステップＳ１８に行き、リーン制御終了の作業、例えば、リーン制御時間ｔｌのリセットや算出した燃焼モデルの記憶などを行う。そして、次のステップＳ２０のリッチ制御運転に行く。
【００５５】
なお、リーン制御の終了は、リーン制御時間ｔｌとリーン設定時間ｔｌ０との比較以外にも、ＮＯｘ累積量Ｎｔと所定の判定値Ｎｔ０との比較によって判定することもできる。
【００５６】
そして、ステップＳ２０のリッチ制御運転は、図５に例示するような制御のフローで行われる。この制御フローでは、ステップＳ２１で、データの読み込みを行う。このデータの読み込みでは、エンジン回転数、アクセル開度、指示噴射量ステップＳ２２で、これらの読み込んだデータを基に、リッチ設定時間ｔｒ０を算出する。なお、スタート直後等の場合には、前回のステップＳ３１の終了作業時に記憶したリッチ制御運転の時間ｔｒを読み込み、この時間ｔｒも考慮してリッチ設定時間ｔｒ０の算出を行う。
【００５７】
また、次のステップＳ２３では、リッチパターンの運転条件を算出する。このリッチパターンの運転条件の算出では、ステップＳ１４で選定し、ステップＳ１８で記憶した燃焼モデルＩ、ＩＩ、ＩＩＩの選定結果を利用すると共に、ステップＳ２１で読み込んだデータを基に、リッチ制御における、ＥＧＲ量、吸気量、パイロット噴射やメイン噴射やポスト噴射の噴射量及びタイミング等をマップデータ等を利用して算出する。これらの算出に際しては、更に、リッチ時の新気量によって噴射方法を選択したり、新気量と吸気温度、マニホールド圧、エンジンオイル温度、水温、シリンダ内の温度を推定して適切な噴射回数とタイミングを決定するように構成し、よりリーン制御時の筒内圧変化パターンに近似させるようにしてもよい。
【００５８】
次のステップＳ２４では、ＮＯｘ吸蔵能力の回復のためのリッチ制御運転を所定の時間（リッチ制御の判定間隔に関係する時間）Δｔｒの間実行し、このリッチ制御において、ステップＳ２５でノックセンサによるメイン噴射燃料の着火タイミング（着火時）の検出を行い、ステップＳ２６で、このステップＳ１６で検出したメイン噴射燃料の着火タイミングと比較し、ずれが大きい間は、ステップＳ２７に行って、パイロット噴射量の調整やＥＧＲの調整や吸気絞りの調整を行い、メイン噴射燃料の着火時期の補正を行い、ステップＳ２４に戻る。この補正によりリッチ制御時のメイン噴射燃料の着火タイミングを、リーン制御終了時、即ち、リッチ移行前のメイン噴射燃料の着火タイミングに合わせることができ、燃焼音の音圧レベルや音色を合わせることができる。
【００５９】
つまり、空燃比制御手段Ｃ１３は、リッチ移行前のメイン噴射燃料の着火タイミングを検出し、リッチ移行後のメイン噴射燃料の着火タイミングがリッチ移行前のメイン噴射燃料の着火タイミングと一致するように吸気量又は燃料噴射を制御する。
【００６０】
なお、リッチ移行前のメイン噴射燃料の着火タイミングを検出する代わりに、予め実験等で得られたマップデータ等を基に、読み込んだデータ（エンジン回転数と負荷等）から算出されていたリッチ移行前のメイン噴射燃料の目標着火タイミングを記憶し、リッチ移行後のメイン噴射燃料の着火タイミングが、この記憶したメイン噴射燃料の目標着火タイミングと一致するように構成してもよい。
【００６１】
そして、メイン噴射燃料の着火タイミングのずれが小さくなって許容範囲内に入った時には、ステップＳ２８に行き、ステップＳ２８でリッチ制御運転が終了か否かを判定する。この判定は、リッチ制御時間ｔｒがリッチ設定時間ｔｒ０を越えたか否かで判定し、越えていない場合には、リーン制御運転の終了ではないとして、ステップＳ２４に戻り、ステップＳ２４〜ステップＳ２８を繰り返す。
【００６２】
ステップＳ２８でリッチ制御時間ｔｒがリッチ設定時間ｔｒ０を越えた場合には、リッチ制御運転の終了であるとして、ステップＳ２９に行き、リッチ制御終了の作業、例えば、リッチ制御時間ｔｒのリセットや燃焼モデルの記憶などを行う。そして、次のステップＳ１０に行く。
【００６３】
この構成により、空燃比制御手段Ｃ１０が、運転状態検出手段Ｃ１１により内燃機関１０の運転状態を検出し、リッチ移行時の筒内圧変化パターンがリッチ移行前の筒内圧変化パターンに近似するように、燃料噴射制御手段Ｃ１３による燃料噴射の制御、及び、吸気制御手段Ｃ１２による吸気量の制御を行うことができ、排気ガスの空燃比がリーンからリッチに移行する時の筒内圧変化パターンが、リーン時のリッチ移行直前の筒内圧変化パターンに近似するように制御されるので、燃焼音の音圧レベルや音色が連続的となり、ドライバーに違和感を与えない。そのため、ドライバビリティが向上する。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る排気ガス浄化システムによれば、排気ガスの空燃比がリーンからリッチに移行する時の筒内圧変化パターンが、リーン時のリッチ移行直前の筒内圧変化パターンに近似するように制御するので、燃焼音の音圧レベルや音色をリーンとリッチの切り替え時に、即ち、リーンからリッチへの移行時及びリッチからリーンへ戻る時に、連続的なものとすることができ、ドライバーへ与える違和感を少なくできる。従って、ドライバビリティを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの空燃比制御手段の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御フローの一例を示す図である。
【図４】図３のリーン制御運転の制御フローを示す図である。
【図５】図３のリッチ制御運転の制御フローを示す図である。
【図６】燃焼モデルに対応するエンジンの運転領域を示す模式的な図である。
【図７】リッチ制御の燃焼モデルＩに対応する筒内圧変化パターンを模式的に示す図である。
【図８】リッチ制御の燃焼モデルＩＩに対応する筒内圧変化パターンを模式的に示す図である。
【図９】リッチ制御の燃焼モデルＩＩＩに対応する筒内圧変化パターンを模式的に示す図である。
【図１０】リーン制御の筒内圧変化パターンを模式的に示す図である。
【図１１】従来技術のリッチ制御の筒内圧変化パターンを模式的に示す図である。
【図１２】本発明に係るＮＯｘ吸蔵還元型触媒の構成と浄化のメカニズムを模式的に示す図で、（ａ）はリーン制御の時の状態（ＮＯ_２吸蔵）を示す図で、（ｂ）はリッチ制御の状態（ＮＯ_２放出還元）を示す図である。
【符号の説明】
１排気ガス浄化システム
１０エンジン（内燃機関）
１１吸気通路
１２スロットル弁
１３排気通路
１４ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（排気ガス後処理装置）
１７ＥＧＲ弁
３０電子制御装置（ＥＣＵ）
Ｃ１０空燃比制御手段
Ｃ１１運転状態検出手段
Ｃ１２吸気制御手段
Ｃ１３燃料噴射制御手段

Claims

内燃機関の排気通路に排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス成分を吸収し、排気ガスの空燃比がリッチになると吸収した前記排気ガス成分を放出して浄化する排気ガス後処理装置を搭載し、空燃比制御手段により排気ガスの空燃比をリーンとリッチに切り換えながら前記排気ガス成分を浄化する排気ガス浄化システムにおいて、
前記空燃比制御手段が、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、吸気量を制御する吸気制御手段と、燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段とを有して形成されると共に、
前記空燃比制御手段が、前記運転状態検出手段により内燃機関の運転状態を検出し、リッチ移行時の筒内圧変化パターンがリッチ移行前の筒内圧変化パターンに近似するように、前記燃料噴射制御手段による燃料噴射の制御、及び、前記吸気制御手段による吸気量の制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
前記排気ガス成分が窒素酸化物であり、前記排気ガス後処理装置がＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス後処理装置であることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システム。
前記空燃比制御手段が、前記筒内圧変化パターンの主たるパラメータをメイン噴射燃料の着火タイミングとし、リッチ移行後のメイン噴射燃料の着火タイミングが、リッチ移行前のメイン噴射燃料の着火タイミングと略一致するように、吸気量、パイロット燃料噴射タイミング、及び、パイロット噴射量の少なくとも一つ又はこれらの組み合わせを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システム。
前記空燃比制御手段は、リッチ移行前に検出したメイン噴射燃料の着火タイミング、又はリッチ移行前に算出されていたメイン噴射燃料の目標着火タイミングを記憶し、リッチ移行後のメイン噴射燃料の着火タイミングが前記リッチ移行前のメイン噴射燃料の着火タイミング、又は目標着火タイミングと一致するように、吸気量又は燃料噴射を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
前記空燃比制御手段は、メイン噴射燃料の着火タイミングの遅延を、パイロット噴射量の減量、ＥＧＲ率の増量、吸気絞り率の減量のいずれかひとつ又はこれらの組み合わせで行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
前記吸気制御手段は、吸気通路絞り装置、ＥＧＲ装置、可変ターボ制御装置のうちの少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
前記空燃比制御手段は、前記運転状態検出手段によりリッチ移行前のリーン制御運転における内燃機関の運転状態を検出して、予め区分した運転領域のいずれにあるかを判定し、該判定された内燃機関の運転領域に対応して予め設定された燃焼モデルでリッチ移行後のリッチ制御運転を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。