JP2005337039A - 内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加制御方法、及び排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 触媒温度の目標温度からの偏りを抑えて触媒の過熱や昇温不足を抑える。
【解決手段】 内燃機関１の排気を浄化する排気浄化触媒８と、排気浄化触媒８の上流から燃料を添加する燃料添加弁１０とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒８を目標温度に制御すべく、燃料添加弁１０から燃料を添加する添加期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返されるように燃料添加弁１０を操作する。各周期の始点Ｐ１と終点Ｐ３における排気浄化触媒８の温度が目標温度に一致するよう各周期における添加期間と休止期間との配分を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等の排気浄化手段を目標温度に制御すべく排気浄化手段の上流に燃料を添加する内燃機関の排気浄化装置、及びその燃料添加制御方法に関する。

希薄燃焼式の内燃機関（例えばディーゼルエンジン）の排気浄化手段として利用される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、排気中に含まれる硫黄酸化物の堆積によって触媒機能が低下する。このため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を使用する場合には、触媒に堆積した硫黄酸化物を分解、除去して触媒機能を回復させるために、Ｓ再生と呼ばれる再生処理を定期的に行なう必要がある。Ｓ再生は、触媒温度を通常の運転状態における温度域よりも高温の目標温度（例えば６００°Ｃ以上）まで昇温させ、かつ触媒付近の空燃比を理論空燃比又はリッチ領域に保持することによって実施される。触媒温度の昇温は例えば排気中に燃料を還元剤として添加することによって実現されるが、目標温度に制御するために必要な量の燃料を連続して添加した場合には、還元反応が連続して触媒温度が過度に上昇するおそれがある。そこで、Ｓ再生に必要な量の燃料を連続して添加せず、燃料添加とその休止とを周期的に繰り返して触媒の過熱を抑えつつＳ再生を進行させる排気浄化装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。
特開２００３−１６６４１５号公報 特開平１１−１４８３９９号公報 特開２００１−８２１３７号公報

ところが、従来の排気浄化装置においては、燃料添加制御の基本的な周期が、各周期で添加すべき量の燃料の全てを添加した後にその添加量に見合った期間だけ添加が休止されるように構成されている。このような構成では、触媒温度が各周期の始点及び終点において最も低く、周期の中程で最高温度に達するように変化する。この場合、各周期における平均温度が触媒の目標温度に略一致するように温度が制御されていれば、触媒の過熱や昇温不足を抑えることができる。しかしながら、各周期における触媒温度の変動幅（振幅）は周期が長いほど拡大するから、周期の始点及び終点の触媒温度も周期の長さに依存して変動する。従って、長さが異なる周期が組み合わされた場合、先に実施される周期の終点における触媒温度の影響で、後に実施される周期の始点における温度が変動し、後の周期における触媒温度が目標温度から偏って触媒の過熱や昇温不足を招くおそれがある。

そこで、本発明は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等の排気浄化手段の温度に関する目標温度からの偏りを抑えて排気浄化手段の過熱や昇温不足を抑えられる内燃機関の排気浄化装置の燃料添加制御方法及びその方法の実施に適した排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料添加制御方法は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化手段と、前記排気浄化手段の上流から燃料を添加する燃料添加手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用され、前記排気浄化手段を目標温度に制御すべく前記燃料添加手段を操作する燃料添加制御方法であって、前記燃料添加手段から燃料を添加する添加期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返されるように前記燃料添加手段を操作するとともに、各周期の始点と終点における前記排気浄化手段の温度が目標温度に一致するよう各周期における前記添加期間と前記休止期間との配分を制御することにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の燃料添加制御方法によれば、一周期の始点及び終点の温度が周期の長さに拘わりなく目標温度に一致するので、互いに異なる長さの周期が組み合わされた場合でも各周期における排気浄化手段の温度が目標温度を中心として変化し、目標温度からの排気浄化手段の温度の偏りが防止される。これにより、排気浄化手段の過熱や昇温不足を抑えることができる。

本発明の燃料添加制御方法においては、各周期において前記添加期間又は前記休止期間のいずれか一方の期間が他方の期間を挟んで分割されるように前記燃料添加手段を操作してもよい（請求項２）。休止期間を分割すれば、排気浄化手段の温度は最初の休止期間にて目標温度から低下し、続く添加期間で目標温度を超えて上昇し、後の休止期間で目標温度まで低下する。一方、添加期間を分割すれば、排気浄化手段の温度は最初の添加期間で目標温度から上昇し、続く休止期間で目標温度を超えて低下し、後の添加期間で目標温度まで上昇する。いずれの場合も目標温度を中心として排気浄化手段の温度が変動するようになり、各周期の始点及び終点における排気浄化手段の温度を目標温度に一致させつつ各周期における排気浄化手段の温度の変動幅の中心を目標温度に一致させることができる。

本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気を浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流から燃料を添加する燃料添加手段と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を目標温度に制御すべく、前記燃料添加手段から燃料を添加する添加期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返されるように前記燃料添加手段を操作する燃料添加制御手段と、を備え、前記添加制御手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を前記目標温度に制御するために必要な燃料添加量を算出する温度要求添加量算出手段と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における空燃比を所定期間に亘って目標空燃比に維持するために必要な燃料添加量を算出する予測添加量算出手段と、前記温度要求添加量算出手段及び前記予測添加量算出手段のそれぞれが算出した添加量に基づいて前記周期の長さを算出し、得られた周期の長さから前記所定期間を前記添加期間として差し引くことにより前記周期における休止期間の長さを算出する休止期間算出手段と、算出された休止期間の半分が前記添加期間の前に添加前休止期間として設けられるように各周期における前記燃料添加手段による燃料添加の可否を制御する添加時期制御手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項３）。

本発明の排気浄化装置によれば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を目標温度に制御するために必要な燃料添加量と、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における空燃比を所定期間目標空燃比に維持するために必要な燃料添加量とから各周期の長さを計算しているので、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における空燃比を目標空燃比に維持するために必要な量を添加期間において添加しつつ、その添加期間の燃料添加による触媒温度の上昇を相殺して各周期の触媒温度の中心値を目標温度に一致させるように各周期の休止期間の長さを定めることができる。そして、休止期間の半分が添加期間よりも前に添加前休止期間として設けられることにより、周期の始点及び終点の温度を目標温度に一致させることができる。

本発明の排気浄化装置においては、前記添加前休止期間中における前記予測添加量算出手段又は前記休止期間算出手段の算出結果の変化に基づいて当該添加前休止期間の長さを補正する休止期間補正手段を前記添加制御手段がさらに備えていてもよい（請求項４）。

各周期における燃料の添加量は添加期間における負荷変化等で変動するため、添加前休止期間において添加量を予測して添加前休止期間の長さを設定しても、実際の添加量がその予測した添加量からずれた場合には添加前休止期間の長さに誤差が生じることがある。しかしながら、添加期間における負荷変化は添加前休止期間においてもその兆候が現れることがあり、その場合には添加前休止期間における予測添加量又はこれに基づいて算出される休止期間の長さの変化傾向から添加期間における添加量の変動を予測することができる。その予測に合わせて添加前休止期間の長さを補正すれば、添加期間における事後的な添加量の変化に予め対応できるように添加前休止期間の長さを調整することができる。

本発明の排気浄化装置においては、前記添加期間に添加される実際の燃料量が前記添加前休止期間に前記予測添加量算出手段が算出した添加量と一致するように、前記添加期間を前記所定期間から変化させる添加期間補正手段を前記添加制御手段がさらに備えていてもよい（請求項５）。

この態様においては、負荷変化のように燃料添加量を変化させる要因が添加期間にて生じても添加前休止期間に合わせて添加期間の長さが変更されて添加前休止期間に予測された燃料添加量に一致するように添加期間における燃料添加量が制御される。例えば、添加期間の添加量が予測された添加量に達したときはその時点で添加期間が終了し、添加前休止期間に見合った添加量を超えて燃料が添加されることを防止できる。一方、添加期間を所定期間継続してもその間の添加量が予測された添加量に達していないときは添加期間を延長し、触媒の再生処理を進めることができる。

本発明の排気浄化装置においては、前記内燃機関が燃料添加による前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の再生処理に適した運転状態か否かを判断し、前記添加前休止期間にて前記再生処理に適した運転状態にないと判断された場合には前記燃料添加手段による前記排気浄化触媒の温度維持を目的とした燃料添加を禁止し、前記添加前休止期間の終了後は前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度維持を目的とした燃料添加を許可する温度維持添加制御手段を前記添加制御手段がさらに備えていてもよい（請求項６）。

この態様によれば、休止前添加期間において内燃機関の運転状態が触媒の再生処理に適した状態から外れても添加前休止期間が終了するまでは触媒温度の維持を目的とした燃料添加が行なわれない。このため、添加前休止期間における触媒温度の上昇が防止され、添加期間までの待ち時間の増加を抑え、それにより再生処理をより早期に開始することができる。また、再生処理に適した運転状態が得られないまま添加前休止期間が終了したときは温度維持を目的とした添加が許可されることにより、触媒温度の必要以上の低下が防止される。

以上に説明したように、本発明の燃料添加制御方法によれば、互いに異なる長さの周期が組み合わされた場合でも各周期における触媒の温度が目標温度を中心として変化し、目標温度からの触媒温度の偏りが抑制される。これにより、触媒の過熱や昇温不足を抑えることができる。また、本発明の排気浄化装置によれば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における空燃比を目標空燃比に維持するために必要な量を添加期間において添加しつつ、その添加期間の燃料添加による触媒温度の上昇を相殺して各周期の始点及び終点の触媒温度、並びに周期中の触媒温度の中心値を目標温度に一致させることができる。

［第１の形態］
図１は、本発明を内燃機関としてのディーゼルエンジン１に適用した一形態を示している。エンジン１は車両に走行用動力源として搭載されるもので、そのシリンダ２には吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３には吸気濾過用のエアフィルタ５、ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａ、吸気量調節用の絞り弁７が、排気通路４にはターボチャージャ６のタービン６ｂがそれぞれ設けられている。排気通路４のタービン６ｂよりも下流側には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、触媒と略称する。）８を含んだ排気浄化ユニット９と、その触媒８の上流に還元剤としての燃料を添加する燃料添加弁１０とが設けられている。排気通路４と吸気通路３とはＥＧＲ通路１１で接続され、ＥＧＲ通路１１にはＥＧＲクーラ１２及びＥＧＲ弁１３が設けられている。

燃料添加弁１０は、触媒８の上流に燃料を添加して触媒８に吸収されたＮＯｘの放出や触媒８のＳ再生のために必要な還元雰囲気を生成するために設けられている。燃料添加弁１０の燃料添加動作はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１５にて制御される。ＥＣＵ１５はシリンダ２に燃料を噴射するための燃料噴射弁１６、燃料噴射弁１６へ供給される燃料圧力を蓄えるコモンレール１７の圧力調整弁といった各種の装置を操作してエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ１５はエンジン１に吸入される空気と燃料噴射弁１６から添加される燃料との質量比として与えられる空燃比が理論空燃比よりもリーン側に制御されるように燃料噴射弁１６の燃料噴射動作を制御する。また、ＥＣＵ１５は図４及び図５に示したルーチンを実行することにより本発明の添加制御手段として機能する。なお、これらのルーチンの詳細は後述する。ＥＣＵ１５による制御対象はその他にも種々存在するが、ここでは図示を省略する。

次に、触媒８をＳ再生時の目標温度に制御する際のＥＣＵ１５による燃料添加制御の概要を説明する。図２（ａ）は本発明による燃料添加制御の単純な例における燃料添加弁１０の添加パルスと触媒８の温度（床温）との関係を示し、同（ｂ）は比較例における同様の関係を示している。いずれの例でも、燃料添加制御を互いに異なる周期Ｔ１、Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）で連続させたものと仮定している。燃料添加弁１０による燃料の添加はパルス状に行なわれるが、周期Ｔ１では燃料を１パルスだけ添加し、次の周期Ｔ２では複数のパルスを連続させて燃料を添加している。周期Ｔ２ではパルスが連続している間が燃料の添加期間に相当する。各周期Ｔ１、Ｔ２における添加期間の長さは床温をＳ再生中の目標温度に制御するために必要な量に設定されており、それらの値は各周期Ｔ１、Ｔ２におけるエンジン１の運転状態に基づいて適宜に定められる。休止期間の長さは、それぞれの周期において、始点及び終点の床温が互いに一致するように定められる。つまり、同一周期において始点の床温と終点の床温とが互いに等しくなるように休止期間が定められる。

まず図２（ｂ）の比較例から説明すると、この例では、各周期Ｔ１、Ｔ２の先頭に添加期間が設けられ、その後に添加期間に見合った休止期間が分割されることなく一体に設けられている。この場合、添加期間で床温が上昇し、休止期間で床温が低下するから、周期の始点及び終点で床温が最低となる。その一方、各周期Ｔ１、Ｔ２における床温の変動幅は周期の長さに応じて変化し、周期が長いと変動幅も大きくなる。このため、図２（ｂ）に実線で示すように各周期Ｔ１、Ｔ２における平均温度が目標温度に一致するように床温を制御するためには、各周期Ｔ１、Ｔ２の始点及び終点の床温を周期の長さに応じて変える必要がある。しかしながら、各周期における始点の床温は直前に実施された周期の終点の床温に一致するため、周期Ｔ１、Ｔ２を繋げた場合には、後の周期Ｔ２の始点の床温が前の周期Ｔ１の終点の床温の影響で本来予定されていた床温よりも上昇し、図２（ｂ）に想像線で示すように周期Ｔ２の床温が目標温度よりも高温側に偏る。このため、周期Ｔ２の変動幅によっては最高床温が許容範囲の上限を超えて触媒８の過熱が生じる。

一方、図２（ａ）の例においては、いずれの周期Ｔ１、Ｔ２も燃料の燃料添加を止める休止期間が最初に設けられ、続いて燃料添加を実行する添加期間が設けられ、その後に休止期間が再び設けられるように構成されている。前後の休止期間の時間長は互いに等しい。つまり、いずれの周期Ｔ１、Ｔ２においても休止期間が等分され、それらの間に添加期間が設けられている。しかも、各周期Ｔ１、Ｔ２の始点及び終点における床温は目標温度に一致する。前半の休止期間が添加前休止期間に相当する。

このように周期Ｔ１、Ｔ２が構成された場合、各周期Ｔ１、Ｔ２において床温が目標温度を中心に上下に略等しく変動し、各周期Ｔ１、Ｔ２の平均床温は目標温度と一致する。しかも、周期Ｔ１、Ｔ２のいずれにおいても始点及び終点の床温が目標温度に一致しているので、異なる周期Ｔ１、Ｔ２を組み合わせても床温は目標温度を中心として制御され、図２（ｂ）のような不都合が生じない。従って、床温の目標温度からの偏りを抑えることができる。図３は上記の短い周期Ｔ１による添加制御を繰り返している途中に、長い周期Ｔ２による添加制御を３周期相当挟んだときの触媒８の上流側及び下流側の床温変化を示している。このように異なる周期の添加制御を組み合わせた場合、触媒上流側の床温の変動幅は周期の長さに応じて変化するが、その中心値は目標温度付近に制御されていることが判る。

次に、図４〜図６を参照してＥＣＵ１５による燃料添加時期制御ルーチンの詳細を説明する。なお、図６は図４のルーチンの制御内容を補足説明するためのものであり、図４のルーチンで算出される各種の値と同一符号を付して図４との対応関係を示している。

図４の燃料添加時期制御ルーチンはエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。ステップＳ１では、燃料添加弁１０からの燃料添加による触媒８の温度制御が要求されているか否かを判断する。この要求は、ＥＣＵ１５が実行する別のルーチンに基づいて、燃料添加により触媒８の温度をＳ再生中の目標温度に制御する必要がある場合に発せられる。温度制御要求がなければ今回の燃料添加時期制御ルーチンを終了し、一方、温度制御要求があればステップＳ２へ進む。ステップＳ２では温度要求添加量Ｑｔ（ｍｍ^３／ｓｅｃ．）を算出する。温度要求添加量Ｑｔは触媒８を目標温度に制御するために必要な単位時間当たりの燃料添加量であって、ステップＳ２を実行する際の触媒８の目標温度と、触媒８の温度に影響する排気ガス温度、排気ガスの流量、触媒８の熱容量等のパラメータとに基づいて定められる。これらの値の幾つかはエンジン１の運転状態に応じて変動する値であり、従って、ステップＳ２で算出される添加量もルーチン実行時の運転状態を反映して逐次変動する。このステップＳ２において、ＥＣＵ１５が本発明の温度要求添加量算出手段として機能する。

続くステップＳ３では積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍ（ｍｍ^３）を求める。積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍは燃料添加制御の一周期の始点から終点までの間を対象として温度要求添加量Ｑｔを積算した値であり、図６に示すように周期の始点Ｐ１から徐々に増加する。一周期の終点Ｐ３における積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍが、当該周期において添加される実燃料添加量Ｑｒｉｃｈと一致すれば、その周期においては、触媒８を目標温度に制御するために必要な量だけ燃料が過不足なく添加されたことになる。

積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍの算出後はステップＳ４に進み、図６の第１リーン期間が終了したか否かを判別するための第１リーン終了フラグがオフ、すなわち第１リーン期間の未了を意味する状態か否かを判別する。第１リーン期間は図２（ａ）における前半の休止期間（添加前休止期間）に相当するが、燃料添加弁１０からの燃料添加が行なわれない場合には触媒８の付近の空燃比がリーンに制御されるためにここではリーン期間と呼ぶことにする。

ステップＳ４にて第１リーン終了フラグがオフのときはステップＳ５に進み、予測添加量Ｑｒｉｃｈｐ（ｍｍ^３）を算出する。予測添加量Ｑｒｉｃｈｐは次式で与えられる。

Ｑｒｉｃｈｐ＝［（新気量／目標空燃比）−筒内噴射量］×リッチ時間

ここで、新気量は外部から吸気通路３に吸入される空気量（ｍｍ^３）、目標空燃比は触媒８の付近におけるＳ再生中の空燃比の目標値、筒内噴射量は燃料噴射弁１６からシリンダ２に噴射される燃料量（ｍｍ^３）である。また、リッチ時間はその時点におけるエンジン１の負荷や、触媒８の温度の昇温性、Ｓ放出の要求から一義的に定められる一周期内の燃料添加時間（ｓｅｃ．）である。つまり、リッチ時間は一周期において何秒間燃料を添加すべきかという観点から定められる時間であって、図２（ａ）の添加期間の時間長に相当する。これらの関係から、予測添加量Ｑｒｉｃｈｐは、触媒８付近の空燃比をリッチ時間だけ目標空燃比に維持するために必要な燃料添加量を意味することになる。リッチ時間においてエンジン１の負荷が変化すれば筒内噴射量も変動するため、ここで求められる添加量Ｑｒｉｃｈｐはあくまで予測値である。

図４のステップＳ５にて予測添加量Ｑｒｉｃｈｐを求めた後はステップＳ６に進み、予測添加インターバルＴｉｎｔ（ｓｅｃ．）を次式により算出する。

Ｔｉｎｔ＝Ｑｒｉｃｈｐ／Ｑｔ

つまり、予測添加インターバルＴｉｎｔは、ステップＳ２にて算出される単位時間当たりの燃料添加量Ｑｔで燃料添加を続けると仮定した場合において、燃料の添加量が予測添加量Ｑｒｉｃｈｐに達するために必要な時間であって、一周期の時間長に相当する。この後、ステップＳ７に進み、次式により第１リーン期間の時間長Ｔｌｅａｎ１（ｓｅｃ．）を算出する。

Ｔｌｅａｎ１＝（Ｔｉｎｔ−リッチ時間）／２

要するに、一周期の時間長Ｔｉｎｔから添加期間の時間長、すなわちステップＳ５の演算で使用されたリッチ時間を減算することにより、一周期における休止期間全体の時間長を求め、その半分を第１リーン期間の時間長Ｔｌｅａｎ１に割り当てる。

次のステップＳ８では、第１リーン期間の時間長Ｔｌｅａｎ１を燃料添加量に換算した第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１（ｍｍ^３）を次式により算出する。

Ｑｌｅａｎ１＝Ｔｌｅａｎ１×Ｑｔ

続くステップＳ９においては、ステップＳ３で求めた積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍが第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１に達したか否か判断する。すなわち、図６において積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍが第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１と交差するまでは燃料添加を休止し、交差した時点（図６の点Ｐ２）で第１リーン期間を終了させる。この判断を図４のステップＳ９で行なう。時間長Ｔｌｅａｎ１を第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１に換算してから判断する理由は、温度は時間ではなく与えられるエネルギーで決まるからである。

ステップＳ９の条件が否定された場合、ＥＣＵ１５は未だ第１リーン期間と判断して今回のルーチンを終える。その一方、ステップＳ９の条件が肯定された場合に第１リーン期間が終了したと判断してステップＳ１０へ進み、第１リーン終了フラグをオンに切り替え、続いてステップＳ１１で燃料添加許可フラグをオンして今回のルーチンを終える。

ＥＣＵ１５は、図４のルーチンと併行して図５の燃料添加実行ルーチンを適宜の周期で繰り返し実行している。図５のルーチンでは、ステップＳ１００にて燃料添加弁１０が燃料添加中か否かを判断し、燃料添加中でなければステップＳ１０１で燃料添加許可フラグがオンされたか否かを監視する。図４のステップＳ１１で燃料添加許可フラグがオンされることにより図５のステップＳ１０１が肯定され、ＥＣＵ１５は図５のステップＳ１０２で燃料添加弁１０に燃料添加を開始させる。これにより、燃料添加期間における燃料添加が実現される。燃料添加が開始されると図５のステップＳ１００の条件が肯定されてＥＣＵ１５はステップＳ１０３に進み、その周期で決められたリッチ時間（図４のステップＳ７の演算で使用される値に等しい）だけ燃料が添加された否かを判断する。添加されていればステップＳ１０４へ進み、燃料添加弁１０による燃料添加を終了させて図５のルーチンを終える。ステップＳ１０３で否定判断されたときはステップＳ１０４をスキップする。

図５のステップＳ１０２で燃料添加が開始された後は、図４のルーチンにおいてステップＳ４の条件が否定される。この場合、ＥＣＵ１５は図４のステップＳ１２の処理へ進む。ステップＳ１２では燃料添加許可フラグがオンされた後の燃料添加量を実添加量Ｑｒｉｃｈ（ｍｍ^３）として取得し、続くステップＳ１３で積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍが実添加量Ｑｒｉｃｈ以上でかつ燃料添加弁１０からの燃料添加が終了しているか否かを判断する。つまり、図６における第２リーン期間の終了時点Ｐ３か否かを判断する。そして、ステップＳ１３の条件が否定されている間は周期が終了していないと判断して今回のルーチンを終える。一方、ステップＳ１３の条件が肯定された場合には、ステップＳ１４で積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍ及び予測添加量Ｑｒｉｃｈｐを初期値０にリセットし、続くステップＳ１５で第１リーン終了フラグをオフに切り替えた後、図４のルーチンを終える。

以上の形態では、ステップＳ２によりＥＣＵ１５が温度要求添加量算出手段として機能し、ステップＳ５によりＥＣＵ１５が予測添加量算出手段として機能し、ステップＳ６によりＥＣＵ１５が休止期間算出手段として機能し、ステップＳ４、Ｓ８〜Ｓ１１、Ｓ１３〜Ｓ１５の組み合わせによりＥＣＵ１５が添加時期制御手段として機能する。この形態では、予測添加量算出手段及び休止期間算出手段が、燃料添加の周期毎でかつ燃料添加前の休止期間中に燃料添加量及び休止期間の長さをそれぞれ算出している。

［第２の形態］
次に、図７〜図９を参照して本発明の第２の形態を説明する。なお、以下の各形態はいずれもＥＣＵ１５による処理内容を変更したものであり、第１の形態と共通する部分には同一符号を付して説明を省略する。また、フローチャートの変更部分を太枠で示す。

図７は第２の形態における燃料添加時期制御ルーチンを示す。このルーチンはステップＳ７にて第１リーン期間の時間長Ｔｌｅａｎ１を算出した後に、ステップＳ２０にて補正後時間長Ｔｌｅａｎ１′を算出している。そして、ステップＳ８では、補正後時間長Ｔｌｅａｎ１′を第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１に換算している。その他の点は第１の形態の図４と同じである。補正後時間長Ｔｌｅａｎ１′は次式により求められる。

Ｔｌｅａｎ１′＝Ｔｌｅａｎ１×α

但し、αは補正係数であって図８に示すように第１リーン期間変化量△Ｔｌｅａｎ１に応じて定められる。変化量△Ｔｌｅａｎは今回のルーチンにおいて算出された時間長Ｔｌｅａｎ（ｉ）から前回のルーチンで算出された時間長Ｔｌｅａｎ（ｉ−１）を減算した値であって、変化量△Ｔｌｅａｎ１が０のときに補正係数αは１であり、変化量△Ｔｌｅａｎ１が正方向に増加するほど補正係数αが増加する。

なお、第２の形態においてＥＣＵ１５は図７のルーチンと併行して図５の燃料添加実行ルーチンを実行する。

以上の処理によれば、予測添加量Ｑｒｉｃｈｐと温度要求添加量Ｑｔとに基づいて算出される第１リーン期間の時間長Ｔｌｅａｎ１の変化の程度に応じて第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１が補正される。例えば、車両の加速中は吸入空気量の増加によって予測添加量Ｑｒｉｃｈｐが増加して第１リーン期間Ｔｌｅａｎ１も増加傾向となるが、この場合には図９に示すように第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１がより大きい値に変化する。その結果、ステップＳ９の条件が肯定される時期が遅れ、図９における積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍと第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１との交点Ｐ２がより遅い時期Ｐ２′に移動して第１リーン期間が延長される。加速時においてこのような延長が行なわれない場合には、添加開始時の予測よりも実際に添加される燃料量が増えて触媒８の温度が予定していた温度よりも上昇するが、第１リーン期間が延長されることによりそのような温度上昇が打ち消されて床温の変動が抑えられる。なお、減速時には上記と逆の作用で第１リーン期間Ｔｌｅａｎ１が減少するよう補正されて第１リーン期間が短縮される。従って、触媒８の床温が必要以上に低下するおそれがない。

なお、第２の形態では第１リーン期間の時間長Ｔｌｅａｎ１をその変化量に基づいて補正したが、第１リーン期間における予測添加量Ｑｒｉｃｈｐの変化量に基づいて予測変化量そのものを補正してもよい。

以上の形態では、ＥＣＵ１５がステップＳ２０の処理を実行することにより休止期間補正手段として機能する。

［第３の形態］
次に、図１０〜図１２を参照して本発明の第３の形態を説明する。図１０は第３の形態における燃料添加時期制御ルーチンを示す。このルーチンはステップＳ４の条件が否定されてステップＳ１２に進んだ後の処理が第１の形態と異なっている。すなわち、第３の形態では、ステップＳ１２にて実添加量Ｑｒｉｃｈを取得した後、ステップＳ３０でリッチ添加中か否かを判断し、添加中であればステップＳ３１へ進んで実添加量Ｑｒｉｃｈが予測添加量Ｑｒｉｃｈｐ以上か否か判断する。ここで使用される予測添加量Ｑｒｉｃｈｐは図１２からも明らかなように、第１リーン期間終了時点における予測添加量Ｑｒｉｃｈｐである。

ステップＳ３１の条件が肯定された場合には、ステップＳ３２で添加強制終了フラグをオンに切り替えてからステップＳ１３へ進む。ステップＳ３０又はＳ３１の条件が否定された場合にはステップＳ３２をスキップしてステップＳ１３へ進む。添加強制フラグはステップＳ１３の条件が肯定されてステップＳ１４及びＳ１５の処理が行なわれた後にステップＳ３３にてオフに切り替えられる。

図１１は図１０の燃料添加時期制御ルーチンと併行して実行される燃料添加実行ルーチンを示す。このルーチンでは図５のルーチンに対してステップＳ１０１とステップＳ１０３との間にステップＳ３００が追加されている。すなわち、ステップＳ１００にて燃料添加中と判断された場合、図１１のルーチンでは添加強制終了フラグがオンか否かを判断し、オンであればステップＳ１０３をスキップしてステップＳ１０４へ進み、燃料添加を終了させる。

以上の処理によれば、実添加量Ｑｒｉｃｈが第１リーン期間終了時の予測添加量Ｑｒｉｃｈｐに達すると図１０のルーチンにより添加強制終了フラグがオンされ、それに応じて図１１のルーチンでステップＳ３００からステップＳ１０４へと処理が進められるようになるため、図１２に示したように、実添加量Ｑｒｉｃｈが第１リーン期間終了時の予測添加量Ｑｒｉｃｈｐを上限ガードとして制限される。これにより、第１リーン期間で予測した量を超えて燃料が添加されるおそれがなく、実添加量に対して第１リーン期間が不足して触媒８の温度が予想よりも上昇するおそれがなくなる。

以上の形態では、ステップＳ３０〜Ｓ３２、Ｓ３００及びＳ１０４の組み合わせによりＥＣＵ１５が添加期間補正手段として機能する。

［第４の形態］
次に、図１３〜図１５を参照して本発明の第４の形態を説明する。図１３は第４の形態における燃料添加時期制御ルーチンを示す。このルーチンでは、ステップＳ１２にて実添加量Ｑｒｉｃｈを取得した後、ステップＳ４０で実添加量Ｑｒｉｃｈが予測添加量Ｑｒｉｃｈｐ（第１リーン期間の終了時点の値）以下か否か判断し、これが肯定されている間はステップＳ４１で添加継続許可フラグをオンに設定してステップＳ１３に進む。一方、ステップＳ４０で実添加量Ｑｒｉｃｈが予測添加量Ｑｒｉｃｈｐ（第１リーン期間の終了時点の値）を超えたと判断した場合にはステップＳ４２へ進んで添加継続許可フラグをオフに設定する。燃料添加時期制御ルーチンのその他の部分は第１の形態と同じである。

図１４は図１３の燃料添加時期制御ルーチンと併行して実行される燃料添加実行ルーチンを示す。このルーチンでは図５のルーチンに対してステップＳ１０３とステップＳ１０４との間にステップＳ４００が追加されている。すなわち、ステップＳ１０３にてその周期で決められたリッチ時間だけ燃料が添加されたと判断された場合でも、直ちにステップＳ１０４へ進むことなくステップＳ４００にて添加継続許可フラグがオンされているか否か判断し、オンされている場合にはステップＳ１０４をスキップし、添加継続許可フラグがオフのときにステップＳ１０４で燃料添加を終了する。

以上の処理によれば、第１リーン期間が終了して、予め定められたリッチ時間だけ燃料が添加された後であっても、実添加量Ｑｒｉｃｈが第１リーン期間終了時の予測添加量Ｑｒｉｃｈｐに達していなければ添加継続許可フラグがオンに保持されて燃料添加が継続される。従って、図１５に示すように、第１リーン期間終了時の予測添加量Ｑｒｉｃｈｐが添加許可量となり、その添加許可量に実添加量Ｑｒｉｃｈが達するまで燃料の添加期間が延長される。従って、添加期間におけるエンジン１の運転状態（例えば負荷）の変化により実添加量Ｑｒｉｃｈの増加率が低下した場合でも、それに見合っただけ添加期間が延長されてＳ再生に必要な量の燃料を十分に添加することができる。すなわち、触媒８の状態からみてより多くの燃料を添加し得る場合に、それに合わせて添加期間を延長してＳ再生を進めることができる。

以上の形態では、ステップＳ４０〜Ｓ４２、Ｓ４００及びＳ１０４の組み合わせによりＥＣＵ１５が添加期間補正手段として機能する。

［第５の形態］
次に、図１６及び図１７を参照して本発明の第５の形態を説明する。図１６は第５の形態における燃料添加時期制御ルーチンを示す。このルーチンでは、図４のルーチンに対して、ステップＳ４とステップＳ５との間にステップＳ５０が追加されている。すなわち、ステップＳ４にて第１リーン終了フラグがオフと判断された場合、ステップＳ５０にてＳ放出条件成立フラグがオンか否か判断する。Ｓ放出条件成立フラグはＥＣＵ１５が別ルーチンにて管理しており、触媒８に関するＳ再生が可能な場合にオンされる。例えば、何らかの都合で空燃比をリーンに制御しなければならない場合、排気通路４の一部を構成するエキゾーストマニホールドへ付着する燃料量が過剰になった場合、触媒８の前端に詰まりが生じた場合等においては、Ｓ再生に適しない運転状態であるとしてＳ放出条件成立フラグがオフに保持される。

ステップＳ４にてＳ放出条件成立フラグがオンの場合にはステップＳ５へ進み、Ｓ放出条件成立フラグがオフの場合はステップＳ５〜Ｓ８の処理をスキップしてステップＳ９へ進む。つまり、図１７に示すように第１リーン期間中にＳ放出条件成立フラグがオフされた場合、予測添加量Ｑｒｉｃｈｐやこれに基づく第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１の更新を止めてこれらの値をＳ放出条件成立フラグがオフされる直前の値に保持し、その後にＳ放出条件成立フラグがオンされた時点から第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１の更新を再開する。

なお、第５の形態においてＥＣＵ１５は図１６のルーチンと併行して図５の燃料添加実行ルーチンを実行する。従って、第１リーン期間中にＳ放出条件成立フラグがオフされても触媒８の温度維持を目的とした燃料添加は実行されない。Ｓ放出条件成立フラグがオフの場合、通常は触媒８の温度維持を目的として短周期の燃料添加（温度維持添加）が実施されるが、このような温度維持添加を実施した場合にはＳ放出条件成立フラグがオンに復帰した際に、添加するまでの時間が長くなってしまうのでここでは強制的に温度維持添加を禁止している。但し、Ｓ放出条件成立フラグがオフされたまま第１リーン相当期間が終了した場合には燃料添加が開始される。この場合の燃料添加量はＳ放出条件成立フラグがオフされているのでＳ再生時の添加量よりも少なく、触媒８の温度維持するために必要な量に制限される。

以上の処理によれば、第１リーン期間中にＳ放出条件成立フラグがオフされている間は第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１が更新されず同一値に保持されるので、Ｓ放出条件成立フラグのオフに伴って温度維持に必要な量の燃料を添加した場合よりも第１リーン期間が短くなり、Ｓ放出条件成立フラグのオンに対応するＳ再生用の燃料添加をより早期に実施することが可能となる。

以上の形態では、ステップＳ４、Ｓ５０、Ｓ９〜Ｓ１１の組み合わせによってＥＣＵ１５が温度維持添加制御手段として機能する。

上述した第１〜第５の形態では、触媒８をＳ再生時の目標温度に制御する例について説明したが、本発明はそのような形態に限定されず、触媒を何らかの目的に合わせた目標温度に制御するために必要な様々な場合に本発明を適用することができる。例えば排気中の粒子状物質の捕捉を目的として設けられるフィルタに対して、粒子状物質を燃焼させてフィルタ機能を回復させる処理を行なう際の温度制御にも本発明は適用できる。

温度制御のための燃料添加も排気通路の触媒よりも上流側に設けた燃料添加弁によるものに限定されない。例えば燃料噴射弁１６を利用したポスト噴射、すなわちシリンダ２における燃料を目的としたメイン噴射の後に排気ガスへの燃料添加を目的として実施される噴射を本発明に従って制御してもよい。燃料添加量は排気通路４における燃料付着や蒸発、輸送遅れを考慮して制御してもよい。触媒８の温度は燃料添加量と触媒８における浄化率とによって定まるので、浄化率を考慮して温度制御を実施してもよい。

さらに、上記の形態ではいずれも休止期間を分割して間に添加期間を挟んでいるが、図１８に示すように、添加期間を分割し、それらの間に休止期間を挟むように一周期を構成してもよい。

本発明をディーゼルエンジンに適用した一形態を示す図。 燃料添加弁の添加パルスと触媒の温度（床温）との関係を示す図であって（ａ）は本発明の一例を、（ｂ）は比較例をそれぞれ示している 本発明による燃料添加期間と休止期間との配分のより具体的な例を示す図。 第１の形態における燃料添加時期制御ルーチンを示すフローチャート。 第１の形態における燃料添加実行ルーチンを示すフローチャート。 第１の形態においてＥＣＵが一周期中に算出する各種の値、ＥＣＵが制御するフラグ及び燃料添加量の相互の関係を示す図。 第２の形態における燃料添加時期制御ルーチンを示すフローチャート。 図７のルーチンで第１リーン期間の補正に使用される係数と第１リーン期間の時間長の変化量との関係を示す図。 第２の形態においてＥＣＵが一周期中に算出する各種の値、ＥＣＵが制御するフラグ及び燃料添加量の相互の関係を示す図。 第３の形態における燃料添加時期制御ルーチンを示すフローチャート。 第３の形態における燃料添加実行ルーチンを示すフローチャート。 第３の形態においてＥＣＵが一周期中に算出する各種の値、ＥＣＵが制御するフラグ及び燃料添加量の相互の関係を示す図。 第４の形態における燃料添加時期制御ルーチンを示すフローチャート。 第４の形態における燃料添加実行ルーチンを示すフローチャート。 第４の形態においてＥＣＵが一周期中に算出する各種の値、ＥＣＵが制御するフラグ及び燃料添加量の相互の関係を示す図。 第５の形態における燃料添加時期制御ルーチンを示すフローチャート。 第５の形態における燃料添加実行ルーチンを示すフローチャート。 添加期間を分割して間に休止期間を挟むように周期を構成した変形例を示す図。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 吸気通路
４ 排気通路
８ 排気浄化触媒
９ 排気浄化ユニット
１０ 燃料添加弁
Ｐ１ 周期の始点
Ｐ３ 周期の終点

Claims (6)

1. 内燃機関の排気を浄化する排気浄化手段と、
   前記排気浄化手段の上流から燃料を添加する燃料添加手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用され、前記排気浄化手段を目標温度に制御すべく前記燃料添加手段を操作する燃料添加制御方法であって、
   前記燃料添加手段から燃料を添加する添加期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返されるように前記燃料添加手段を操作するとともに、各周期の始点と終点における前記排気浄化手段の温度が目標温度に一致するよう各周期における前記添加期間と前記休止期間との配分を制御することを特徴とする排気浄化装置用の燃料添加制御方法。
2. 各周期において前記添加期間又は前記休止期間のいずれか一方の期間が他方の期間を挟んで分割されるように前記燃料添加手段を操作することを特徴とする請求項１に記載の燃料添加制御方法。
3. 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流から燃料を添加する燃料添加手段と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を目標温度に制御すべく、前記燃料添加手段から燃料を添加する添加期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返されるように前記燃料添加手段を操作する燃料添加制御手段と、を備え、
   前記添加制御手段は、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を前記目標温度に制御するために必要な燃料添加量を算出する温度要求添加量算出手段と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における空燃比を所定期間に亘って目標空燃比に維持するために必要な燃料添加量を算出する予測添加量算出手段と、
   前記温度要求添加量算出手段及び前記予測添加量算出手段のそれぞれが算出した添加量に基づいて前記周期の長さを算出し、得られた周期の長さから前記所定期間を前記添加期間として差し引くことにより前記周期における休止期間の長さを算出する休止期間算出手段と、
   算出された休止期間の半分が前記添加期間の前に添加前休止期間として設けられるように各周期における前記燃料添加手段による燃料添加の可否を制御する添加時期制御手段と、
   を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記添加前休止期間中における前記予測添加量算出手段又は前記休止期間算出手段の算出結果の変化に基づいて当該添加前休止期間の長さを補正する休止期間補正手段を前記添加制御手段がさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。
5. 前記添加期間に添加される実際の燃料量が前記添加前休止期間に前記予測添加量算出手段が算出した添加量と一致するように、前記添加期間を前記所定期間から変化させる添加期間補正手段を前記添加制御手段がさらに備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の排気浄化装置。
6. 前記内燃機関が燃料添加による前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の再生処理に適した運転状態か否かを判断し、前記添加前休止期間にて前記再生処理に適した運転状態にないと判断された場合には前記燃料添加手段による前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度維持を目的とした燃料添加を禁止し、前記添加前休止期間の終了後は前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度維持を目的とした燃料添加を許可する温度維持添加制御手段を前記添加制御手段がさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。

Images