JP2006291817A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気系に設けられた触媒のうち、最も排気上流側に位置する触媒の周りに堆積した微粒子を的確に除去する。
【解決手段】ＰＭ再生制御の終期に、添加弁４６からの集中的な間欠燃料添加及び当該燃料添加の停止を繰り返すバーンアップ制御を実行することで、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に残ったＰＭを燃焼させて除去することができる。上記集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加の休止時間ｂ（燃料添加間隔）については、最終目標空燃比ＡＦｔがリッチ側の値になるほど短くなるように調整される。このように休止時間ｂが短くされるにつれて、一定量の燃料添加がより短時間で行わるようになるため、触媒床温Ｔがより急速に且つ高い値まで上昇するようになる。そして、内燃機関１０を運転する際の環境条件が排気温度の上がりにくい条件であるときには、上記休止時間ｂが短くなるよう最終目標空燃比ＡＦｔがリッチ側に補正される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

従来より、車載用ディーゼルエンジン等の内燃機関に適用される排気浄化装置として、排気中に含まれる煤を主成分とする微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するＰＭフィルタを排気系に設けたものが知られている。こうした排気浄化装置が設けられた内燃機関では、捕集した微粒子によってＰＭフィルタが目詰まりしないよう、その微粒子を燃焼（酸化）させて除去する、いわゆるＰＭ再生制御が行われる。

そして、上記ＰＭ再生制御を実現するため、排気系に酸化能力を有する触媒が設けられるとともに、同触媒への未燃燃料成分（ＨＣ）の供給が行われる。例えば、特許文献１では、ＰＭフィルタに上記触媒を担持したり、ＰＭフィルタの排気上流側に上記触媒を担持した触媒コンバータを設けたりしており、それら触媒に対し未燃燃料成分の供給を行うようにしている。

このように触媒への未燃燃料成分の供給が行われると、同触媒上での未燃燃料成分の酸化反応により熱が発生して触媒床温が上昇し、その熱によってＰＭフィルタ等に堆積した微粒子が燃焼するようになる。また、ＰＭフィルタの排気上流側に触媒コンバータを設けた場合には、そこにも微粒子が堆積するようになる。しかし、この微粒子も、触媒コンバータに担持された触媒への未燃燃料成分の供給に伴い、同触媒上での未燃燃料成分の酸化反応による熱によって燃焼するようになる。

なお、こうしたＰＭ再生制御での触媒への未燃燃料成分の供給は、余分な燃料消費を極力抑えるべく、未燃燃料成分の供給量を最小限にとどめつつ触媒床温を上昇させることの可能な態様で行われる。
特開２００４−２５７２６７公報

しかしながら、上述したＰＭ再生制御では、排気系に設けられた触媒のうち最も排気上流側に位置する触媒の周りに堆積した微粒子が燃焼しきらないことが確認された。
すなわち、ＰＭフィルタの排気上流側に触媒コンバータが設けられている場合には、当該触媒コンバータの排気上流端に位置する触媒の周りに堆積した微粒子が燃焼しきらなくなる。また、上記触媒コンバータが設けられておらずＰＭフィルタに触媒を担持した場合には、ＰＭフィルタの排気上流端に位置する触媒の周りに堆積した微粒子が燃焼しきらなくなる。

このことの原因としては以下の［１］〜［３］に示される原因が考えられる。
［１］触媒上での未燃燃料成分の酸化反応により発生する熱は、排気の流れに沿って排気下流側に伝播するため、排気下流側の触媒ほど昇温し易くなって触媒周りでの微粒子の燃焼が進むものの、排気上流側の触媒では昇温しにくくなる。

［２］排気系に設けられた触媒のうち、最も排気上流側に位置する触媒周り（触媒コンバータあるいはＰＭフィルタの排気上流端）では、それよりも排気下流側の部分に比べて微粒子が堆積し易く、微粒子の堆積量も多くなる。

［３］ＰＭ再生制御での触媒への未燃燃料成分の供給態様では、最も排気上流側に位置する触媒の床温を、当該触媒周りに堆積した微粒子の燃焼に必要な値となるまで上昇させられない。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気系に設けられた触媒のうち、最も排気上流側に位置する触媒の周りに堆積した微粒子を的確に除去することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、排気中の微粒子を捕集するフィルタ、及び、排気中の未燃燃料成分の酸化反応を促進させる触媒が排気系に設けられる内燃機関に適用され、前記触媒への未燃燃料成分の供給を通じて触媒床温を上昇させて排気系に堆積した微粒子を燃焼させるＰＭ再生制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記ＰＭ再生制御の終期に、前記排気系の触媒上流への集中的な間欠燃料添加及び同燃料添加の停止を繰り返すとともに、前記集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加間隔を目標空燃比に基づき調整するバーンアップ制御を実行する制御手段と、前記排気系に設けられた触媒のうち最も排気上流側に位置する触媒の床温を、当該触媒周りに堆積した微粒子の燃焼に必要な値とすべく、前記目標空燃比を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された目標空燃比を、内燃機関の排気温度に影響を与える環境条件に基づき算出される環境補正項によって補正する補正手段とを備えた。

ＰＭ再生制御の終期には、触媒上流への集中的な間欠燃料添加及び同燃料添加の停止を繰り返すバーンアップ制御が実行される。同制御における集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加間隔は目標空燃比に基づき調整される。この燃料添加間隔が短くなるほど、一定量の燃料添加がより短時間で行われようになり、排気系に設けられた触媒のうち最も排気上流側に位置する触媒の床温を上昇させることが可能になる。そして、目標空燃比は、最も排気上流側に位置する触媒の床温を、当該触媒周りに堆積した微粒子の燃焼に必要な値とすべく算出される。従って、上記集中的な間欠燃料添加により触媒床温が高められると、最も排気上流側に位置する触媒の周りに堆積した微粒子が燃焼して除去されるようになる。ただし、こうした集中的な間欠燃料添加を続けると、触媒床温の過上昇を招くおそれがある。このため、当該集中的な間欠燃料添加及び当該燃料添加の停止を繰り返し、上述した触媒床温の過上昇を抑えつつ、最も排気上流側に位置する触媒の周りに堆積した微粒子を燃焼しきるようにしている。

ところで、バーンアップ制御の実行時、内燃機関を運転する際の環境条件によっては、同機関の排気温度が思ったように上がらない場合がある。この場合、目標空燃比を上述したように算出し、その目標空燃比に基づき集中的な間欠燃料添加での燃料添加間隔を調整したとしても、上記排気温度の影響から最も排気上流側に位置する触媒の床温が当該触媒周りに堆積した微粒子を全て燃焼させるのに必要な値まで上昇せず、当該微粒子を除去しきれないおそれがある。

この点、請求項１記載の発明によれば、内燃機関の排気温度に影響を与える環境条件に基づき、同機関の排気温度が上がりにくい環境条件であるとき、バーンアップ制御における集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加間隔が短くなるよう目標空燃比を補正することができる。そして、その補正後の目標空燃比に基づき上記燃料添加間隔を調整することで、排気温度が上がりにくいとしても、最も排気上流側に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積した微粒子を全て燃焼させるのに必要な値まで上昇させ、当該微粒子を除去しきることが可能になる。

また、内燃機関を運転する際の環境条件によっては、同機関の排気温度が高くなり過ぎる場合もある。この場合、バーンアップ制御での集中的な間欠燃料添加の実行時、上記排気温度の関係から触媒床温が過上昇し、同触媒の熱劣化を招くおそれがある。

この点、請求項１記載の発明によれば、内燃機関の排気温度に影響を与える環境条件に基づき、同機関の排気温度が高くなり過ぎる環境条件であるとき、バーンアップ制御における集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加間隔が長くなるよう目標空燃比を補正することができる。そして、その補正後の目標空燃比に基づき上記燃料添加間隔を調整することで、排気温度が高くなり過ぎるとしても触媒床温の過上昇を避けることができ、同触媒の熱劣化を抑制することが可能になる。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記目標空燃比がリッチ側の値になるほど、前記バーンアップ制御における集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加間隔を短くするものであり、前記環境補正項は、内燃機関の吸気温度が低下するほど前記目標空燃比をリッチ側に補正する値となるよう算出される吸気温補正項であるものとした。

内燃機関の排気温度は同機関の吸気温度低下に伴い低くなる傾向がある。これは燃料の燃焼に供される空気の温度が低いと、燃料の燃焼時の熱が排気に伝達されたとしても排気温度が高くならないためである。従って、吸気温度が低い状態でバーンアップ制御が実行されると、上記排気温度の関係から最も排気上流側に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積した微粒子を全て燃焼させるのに必要な値まで上昇させることができない可能性がある。しかし、上記構成によれば、吸気温度が低いほど、目標空燃比がリッチ側に補正されてバーンアップ制御における集中的な間欠燃料添加に対しての燃料添加間隔が短くされるため、最も排気上流側に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積した微粒子を全て燃焼させるのに必要な値まで的確に上昇させることができる。

請求項３記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記目標空燃比がリッチ側の値になるほど、前記バーンアップ制御における集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加間隔を短くするものであり、前記環境補正項は、内燃機関の冷却水温が低下するほど前記目標空燃比をリッチ側に補正する値となるよう算出される水温補正項であるものとした。

内燃機関の排気温度は同機関の冷却水温低下に伴い低くなる傾向がある。これは冷却水温が低いと、燃料の燃焼時に内燃機関側に奪われる熱量が多くなり、燃料の燃焼時に排気に伝達される熱量が少なくなるためである。従って、冷却水温が低い状態でバーンアップ制御が実行されると、上記排気温度の関係から最も排気上流側に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積した微粒子を全て燃焼させるのに必要な値まで上昇させることができない可能性がある。しかし、上記構成によれば、冷却水温が低いほど、目標空燃比がリッチ側に補正されてバーンアップ制御における集中的な間欠燃料添加に対しての燃料添加間隔が短くされるため、最も排気上流側に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積した微粒子を全て燃焼させるのに必要な値まで的確に上昇させることができる。

請求項４記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記内燃機関は、所定の運転条件のもとでＥＧＲを実行するものであり、前記制御手段は、前記目標空燃比がリッチ側の値になるほど、前記バーンアップ制御における集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加間隔を短くするものであり、前記環境補正項は、前記ＥＧＲの実行時に大気圧が低下するほど前記目標空燃比をリッチ側に補正する値となるよう算出される大気圧補正項であるものとした。

内燃機関の排気温度は、ＥＧＲが実行されている条件のもとでは、以下の理由によって大気圧低下に伴い低くなる傾向がある。すなわち、ＥＧＲの実行中に大気圧が低下すると、吸気密度の低下に伴う吸気中の酸素不足を補うため、また燃料への着火安定性を確保するため、ＥＧＲ率が大幅に小さくされる。このようにＥＧＲ率が小さくされると、燃焼室に吸入される新気の量が増え、内燃機関の燃焼室での空燃比（酸素と燃料との比率）がリーンになるため、燃料の燃焼後の排気の温度が低くなる。以上のことから、ＥＧＲの実行時に大気圧が低い状態でバーンアップ制御が実行されると、上記排気温度の関係から最も排気上流側に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積した微粒子を全て燃焼させるのに必要な値まで上昇させることができない可能性がある。しかし、上記構成によれば、ＥＧＲの実行時には大気圧が低いほど、目標空燃比がリッチ側に補正されてバーンアップ制御における集中的な間欠燃料添加に対しての燃料添加間隔が短くされるため、最も排気上流側に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積した微粒子を全て燃焼させるのに必要な値まで的確に上昇させることができる。

以下、本発明を自動車用の内燃機関に適用した一実施形態を図１〜図８に従って説明する。
図１は、本実施形態の制御装置が適用される内燃機関１０の構成を示している。この内燃機関１０は、コモンレール方式の燃料噴射装置、及びターボチャージャ１１を備えるディーゼル機関となっており、大きくは吸気通路１２、燃焼室１３、及び排気通路１４を備えて構成されている。

内燃機関１０の吸気系を構成する吸気通路１２には、その最上流部に配設されたエアクリーナ１５から下流側に向けて順に、エアフローメータ１６、上記ターボチャージャ１１のコンプレッサ１７、インタークーラ１８、及び吸気絞り弁１９が配設されている。また吸気通路１２は、吸気絞り弁１９の下流側に設けられた吸気マニホールド２０において分岐され、吸気ポート２１を介して内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３に接続されている。

一方、内燃機関１０の排気系を構成する排気通路１４では、各気筒の燃焼室１３にそれぞれ接続された排気ポート２２が排気マニホールド２３を介して上記ターボチャージャ１１の排気タービン２４に接続されている。また排気通路１４の排気タービン２４下流には、上流側から順に、ＮＯｘ触媒コンバータ２５、ＰＭフィルタ２６、酸化触媒コンバータ２７が配設されている。

ＮＯｘ触媒コンバータ２５には、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されている。このＮＯｘ触媒は、排気の酸素濃度が高いときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の酸素濃度が低いときにその吸蔵したＮＯｘを放出する。またＮＯｘ触媒は、上記ＮＯｘ放出時に、還元剤となる未燃燃料成分がその周囲に十分存在していれば、その放出されたＮＯｘを還元して浄化する。

ＰＭフィルタ２６は、多孔質材料によって形成されており、排気中の煤を主成分とする微粒子（ＰＭ）が捕集されるようになっている。このＰＭフィルタ２６にも、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５と同様に、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されており、排気中のＮＯｘの浄化が行われるようになっている。またこのＮＯｘ触媒によって触発される反応により、上記捕集されたＰＭが燃焼（酸化）されて除去されるようにもなっている。

酸化触媒コンバータ２７には、酸化触媒が担持されている。この酸化触媒は、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して浄化する。
なお排気通路１４の上記ＰＭフィルタ２６の上流側及び下流側には、ＰＭフィルタ２６に流入する排気の温度である入ガス温度を検出する入ガス温度センサ２８、及びＰＭフィルタ２６通過後の排気の温度である出ガス温度を検出する出ガス温度センサ２９がそれぞれ配設されている。また排気通路１４には、上記ＰＭフィルタ２６の排気上流側とその排気下流側との差圧を検出する差圧センサ３０が配設されている。更に排気通路１４の上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流側、及び上記ＰＭフィルタ２６と上記酸化触媒コンバータ２７との間には、排気中の酸素濃度を検出する２つの酸素センサ３１、３２がそれぞれ配設されている。

更にこの内燃機関１０には、排気の一部を吸気通路１２内の空気に再循環させる排気再循環（以下、ＥＧＲと記載する）装置が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気通路１４と吸気通路１２とを連通するＥＧＲ通路３３を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３３の最上流部は、排気通路１４の上記排気タービン２４の排気上流側に接続されている。ＥＧＲ通路３３には、その上流側から、再循環される排気を改質するＥＧＲ触媒３４、その排気を冷却するＥＧＲクーラ３５、その排気の流量を調整するＥＧＲ弁３６が配設されている。そしてＥＧＲ通路３３の最下流部は、吸気通路１２の上記吸気絞り弁１９の下流側に接続されている。

一方、内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３には、同燃焼室１３内での燃焼に供される燃料を噴射するインジェクタ４０がそれぞれ配設されている。各気筒のインジェクタ４０は、高圧燃料供給管４１を介してコモンレール４２に接続されている。コモンレール４２には、燃料ポンプ４３を通じて高圧燃料が供給される。コモンレール４２内の高圧燃料の圧力は、同コモンレール４２に取り付けられたレール圧センサ４４によって検出されるようになっている。更に燃料ポンプ４３からは、低圧燃料供給管４５を通じて、低圧燃料が添加弁４６に供給されるようになっている。

こうした内燃機関１０の各種制御は、電子制御装置５０により実施されている。電子制御装置５０は、機関制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。

電子制御装置５０の入力ポートには、上述した各センサに加え、機関回転速度を検出するＮＥセンサ５１、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ５２、吸気絞り弁１９の開度を検出する絞り弁センサ５３、内燃機関１０の吸気温度を検出する吸気温センサ５４、及び、同機関１０の冷却水温を検出する水温センサ５５等が接続されている。また電子制御装置５０の出力ポートには、上記吸気絞り弁１９やＥＧＲ弁３６、インジェクタ４０、燃料ポンプ４３、添加弁４６等の駆動回路が接続されている。

電子制御装置５０は、上記各センサから入力される検出信号より把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に指令信号を出力する。こうして上記吸気絞り弁１９の開度制御、上記ＥＧＲ弁３６の開度制御に基づくＥＧＲ制御、上記インジェクタ４０からの燃料噴射量、燃料噴射時期、及び燃料噴射圧の制御、上記添加弁４６からの燃料添加の制御等の各種制御が電子制御装置５０により実施されている。

なお内燃機関１０において上記ＥＧＲ制御は、酸素センサ３１、３２により検出される排気中の酸素濃度に基づく上記ＥＧＲ弁３６及び吸気絞り弁１９の開度のフィードバック制御によって行われている。このフィードバック制御に際しては、まず上記酸素濃度の検出結果に基づき燃焼室１３内で燃焼された混合気の空燃比が求められ、この求められた空燃比と上記エアフローメータ１６により検出された吸入空気量とから現状のＥＧＲ率（ＥＧＲガス量と吸入空気量との比）Ｅｒが算出される。そして、そのＥＧＲ率Ｅｒが機関運転条件（機関回転速度、機関負荷等）に応じて算出される目標ＥＧＲ率Ｅｔとなるように、即ち当該目標ＥＧＲ率ＥｔとなるＥＧＲガス量及び吸入空気量が得られるように、上記ＥＧＲ弁３６及び吸気絞り弁１９の目標開度（目標ＥＧＲ開度、目標絞り弁開度）が算出され、その目標開度に従いそれらの開度が調整される。

以上の如く構成された本実施形態では、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６でのＰＭによる目詰まりを防止すべく、それらＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６など排気系に堆積したＰＭを燃焼（酸化）させて浄化する、いわゆるＰＭ再生制御が実施される。こうしたＰＭ再生制御では、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５やＰＭフィルタ２６に担持されたＮＯｘ触媒に未燃燃料成分を供給することで、その未燃燃料成分の排気中や触媒上での酸化に伴う発熱により触媒を例えば６００〜７００℃程度まで昇温させるとともに触媒周りのＰＭを燃焼させている。

なお、ＰＭ再生制御での触媒への未燃燃料成分の供給は、添加弁４６からの排気に対する燃料添加等によって行われる。また、ＰＭ再生制御での触媒への未燃燃料成分の供給量は、同制御の実行に伴う余分な燃料消費を極力抑えるため、必要な触媒昇温を図り得る最小限の値にとどめられる。

ちなみに本実施形態では、ＰＭ再生制御は、以下に示される条件すべての成立をもって開始される。
・ＰＭ再生制御の要求時である。ここでのＰＭ再生制御要求は、機関運転状態から推定される排気系でのＰＭ堆積量が許容値以上になって同ＰＭフィルタ２６等での目詰りの発生が確認されたときになされる。

・上記入ガス温度センサ２８の検出値（入ガス温度ｔｈｃｉ）がＰＭ再生制御での触媒昇温可能な下限温度（例えば１５０℃）以上である。また機関運転状態の履歴、入ガス温度センサ２８の検出値、及び、出ガス温度センサ２９の検出値から推定されるＮＯｘ触媒の触媒床温が、ＰＭ再生制御での触媒昇温可能な下限温度以上である。これら下限温度には、未燃燃料成分の供給に伴って触媒床温を上昇させられるだけの酸化反応を生じさせることのできる排気温度及び触媒床温の下限値がそれぞれ設定されている。

・入ガス温度センサ２８の検出値が、ＰＭ再生制御に伴う発熱による触媒の過昇温を回避し得る温度範囲の上限値未満である。
・出ガス温度センサ２９の検出値が、同じくＰＭ再生制御に伴う発熱による触媒の過昇温を回避し得る温度範囲の上限値未満である。

・排気に対する燃料添加の実施が許可されている。すなわち、排気燃料添加の実施を許容できる機関運転状態にある。この内燃機関１０では、エンジンストール中でなく、気筒判別が終了しており、且つアクセル開度の制限がなされていないのであれば、排気燃料添加が許可されるようになっている。

次に、上記ＰＭ再生制御の概要について図２のタイムチャートを参照して説明する。
ＰＭ再生制御では、ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６の触媒周りに堆積したＰＭを燃焼させるための当該触媒の目標床温Ｔｔが設定され、その目標床温Ｔｔに向けて触媒床温Ｔが上昇するよう、添加弁４６からの燃料添加を通じて触媒への未燃燃料成分の供給が行われる。

添加弁４６からの燃料添加は、図２（ｄ）に示される添加許可フラグＦ１の「１（許可）」への変化（タイミングＴ１）に基づき開始される。この添加許可フラグＦ１は、「１」になった後、「０」に戻されるようになっている。そして、添加弁４６からの燃料添加が開始されると、図２（ａ）に示される添加パルスに従って添加弁４６からの間欠的な燃料添加が実施される。こうした間欠的な燃料添加における燃料の添加時間ａ、及び、燃料添加の休止時間ｂは、目標床温Ｔｔと触媒床温Ｔとの温度差ΔＴ、及び、エアフローメータ１６によって検出される内燃機関１０のガス流量Ｇａ（同機関１０の排気流量に相当）に基づいて設定される。そして、上記のように開始された間欠的な燃料添加については、予め定められた回数の燃料添加が実行されるまで継続され、その回数だけ燃料添加がなされた後に停止される（タイミングＴ２）。

添加弁４６からの燃料添加の開始後、添加弁４６の駆動状態に基づいて所定時間、例えば１６ｍｓが経過する毎に、当該１６ｍｓ中に添加弁４６から添加される燃料の量である１６ｍｓ発熱燃料量Ｑが算出される。この１６ｍｓ発熱燃料量Ｑを算出毎に「ΣＱ←前回のΣＱ＋Ｑ …（１）」という式に基づいて積算することにより、燃料添加開始時点（Ｔ１）からの総燃料添加量、言い換えれば酸化反応による発熱に寄与する総燃料量を表す発熱燃料量積算値ΣＱが算出される。こうして算出される発熱燃料量積算値ΣＱについては、図２（ｃ）に実線で示されるように、燃料添加の開始から終了までの期間である添加期間Ａにて急速に増加し、それ以後の燃料添加の休止期間Ｂには増加が抑えられる。

一方、添加弁４６からの燃料添加の開始後、上記所定時間（１６ｍｓ）毎に、当該１６ｍｓ中に添加弁４６から添加すべき燃料の量、言い換えれば触媒床温Ｔを目標床温Ｔｔに近づけるのに必要な燃料の添加量である１６ｍｓ要求燃料量Ｑｒが算出される。この１６ｍｓ要求燃料量Ｑｒの算出は、触媒床温Ｔと目標床温Ｔｔとの温度差ΔＴ、及び、内燃機関１０のガス流量Ｇａを用いて行われる。こうして算出される１６ｍｓ要求燃料量Ｑｒは、触媒床温Ｔが目標床温Ｔｔに対し低い状態にあるほど大となり、逆に目標床温Ｔｔに対し高い状態にあるほど小となる。そして、上記１６ｍｓ要求燃料量Ｑｒを算出毎に「ΣＱｒ←前回のΣＱｒ＋Ｑｒ …（２）」という式に基づき積算することで、触媒床温Ｔの平均値を目標床温Ｔｔとするのに必要な燃料添加開始時点（Ｔ１）からの燃料量を表す要求燃料量積算値ΣＱｒが算出される。こうして算出される要求燃料量積算値ΣＱｒについては、図２（ｃ）に破線で示されるように、発熱燃料量積算値ΣＱの増加（実線）と比較して緩やかに増加する。

そして、要求燃料量積算値ΣＱｒが発熱燃料量積算値ΣＱ以上になると（タイミングＴ３）、添加許可フラグＦ１が「１（許可）」へと変化し、添加弁４６からの間欠的な燃料添加が開始される。このとき、タイミングＴ１以降の発熱燃料量積算値ΣＱ分の燃料については添加弁４６から添加完了しているため、要求燃料量積算値ΣＱｒから上記発熱燃料量積算値ΣＱが減算される。更に、発熱燃料量積算値ΣＱはクリアされて「０」になる。そして、添加弁４６からの間欠的な燃料添加の開始に伴い、再び添加期間Ａへと移行することになり、同添加期間Ａが終了すると休止期間Ｂへと移行する。従って、ＰＭ再生制御中には添加期間Ａと休止期間Ｂとが繰り返されるようになる。

なお、ＰＭ再生制御中においては、触媒床温Ｔが目標床温Ｔｔに対し低下側に離れた状態にあるほど、１６ｍｓ要求燃料量Ｑｒが大となるように算出され、要求燃料量積算値ΣＱｒが速やかに増加する。その結果、要求燃料量積算値ΣＱｒが発熱燃料量積算値ΣＱ以上になるのに要する時間が短くなり、休止期間Ｂが短くなるため、単位時間あたりの添加弁４６からの燃料添加量の平均値が大となる。このように燃料添加量の平均値を大とすることで、目標床温Ｔｔから低下側に離れた触媒床温Ｔの当該目標床温Ｔｔに向けての上昇が図られる。

そして、触媒床温Ｔが目標床温Ｔｔに近づくほど、１６ｍｓ要求燃料量Ｑｒが小となるように算出され、要求燃料量積算値ΣＱｒの増加が緩やかにされる。その結果、要求燃料量積算値ΣＱｒが発熱燃料量積算値ΣＱ以上になるのに要する時間が長くなり、休止期間Ｂが長くなるため、単位時間あたりの添加弁４６からの燃料添加量の平均値が小となる。このように燃料添加量の平均値を少なくすることで、触媒床温Ｔが目標床温Ｔｔを越えて過度に高くならないようにされる。

以上のように、触媒床温Ｔの目標床温Ｔｔに対する乖離状態に応じて休止期間Ｂの長さを変化させることで、触媒床温Ｔが例えば図２（ｂ）に実線で示されるように推移し、増減する触媒床温Ｔの変動中心が目標床温Ｔｔに制御されるようになる。このように触媒床温Ｔが目標床温Ｔｔとなるよう触媒への未燃燃料成分の供給を行うことで、ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６などの排気系に堆積したＰＭを燃焼させることができる。

ところで、上記のようにＰＭ再生制御を行ったとしても、排気系に設けられた触媒のうち最も排気上流側に位置する触媒の周り、すなわちＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端には、燃焼しきらないＰＭが残ることになる。このようにＰＭが残るのは、［背景技術］の欄に記載した［１］〜［３］に示される原因によるものと推測される。

そこで本実施形態では、ＰＭ再生制御中にＰＭ堆積量が「０」に近い値である判定値未満になり、ＰＭ再生制御の終期になった旨判断されるとき、上記燃焼しきらないＰＭを燃焼させるためのバーンアップ制御を実施する。このバーンアップ制御は、上記ＰＭ再生制御における添加期間Ａ中の総燃料添加量とほぼ等しい量の燃料をより短い期間で行うべく添加弁４６からの集中的な間欠燃料添加を行うとともに、上記ＰＭ再生制御における休止期間Ｂよりも長い期間の添加停止を行い、これら集中的な間欠燃料添加及び当該燃料添加の停止を繰り返すようにしたものである。

バーンアップ制御における集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加態様については、例えば当該間欠燃料添加の間隔を上記添加期間Ａでの燃料添加間隔よりも短く設定するなど、上記添加期間Ａでの総燃料添加量と等しい量の燃料をより短時間で添加することの可能な態様が採用される。このように集中的な間欠燃料添加を行うことで、未燃燃料成分の酸化反応に伴う発熱が促進され、触媒床温Ｔがより急速に且つ高い値へと変化するようになる。なお、上記集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加の間隔は、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積したＰＭの燃焼に必要な値とすることが可能なレベルまで短くされる。従って、上記集中的な間欠燃料添加により触媒床温Ｔが高められると、最も排気上流側に位置する触媒の周りに堆積した微粒子が燃焼して除去されるようになる。

ただし、こうした集中的な間欠燃料添加を続けると触媒床温Ｔの過上昇を招くおそれがあるため、上述したように集中的な間欠燃料添加及び当該燃料添加の停止を繰り返すことで、触媒床温Ｔの過上昇の抑制が図られている。なお、集中的な間欠燃料添加を停止させる期間を上記休止期間Ｂ（図２）よりも長い期間としているのは、以下の理由による。すなわち、上記集中的な間欠燃料添加により触媒床温Ｔはより急速に且つ高い値まで上昇するため、触媒床温Ｔの平均値を目標床温Ｔｔで一定に保つには、上記間欠燃料添加の停止期間を長くとって触媒床温Ｔの低下幅を大きくしなければならない。

次に、上記バーンアップ制御の概要について、図３のタイムチャートを参照して説明する。
バーンアップ制御での集中的な間欠燃料添加も、通常のＰＭ再生制御での燃料添加と同じく、図３（ｄ）に示される添加許可フラグＦ１の「１（許可）」への変化（タイミングＴ４）に基づき開始される。そして、上記集中的な間欠燃料添加が開始されると、図３（ａ）に示される添加パルスに従って添加弁４６からの集中的な間欠燃料添加が実施される。こうした集中的な間欠燃料添加における燃料の添加態様、例えば燃料の添加時間ａ、燃料添加の休止時間ｂ、及び、燃料の添加回数を調整するためのパラメータとしては最終目標空燃比ＡＦｔが用いられる。

すなわち、上記休止時間ｂ（燃料の添加間隔）については、最終目標空燃比ＡＦｔがリッチ側の値になるほど短くされる。また、上記添加時間ａ及び添加回数については、通常のＰＭ再生制御における添加期間Ａ（図２参照）での総燃料添加量と同じ量の燃料がより短い期間内（図３の添加期間Ａ内）で添加されるよう、最終目標空燃比ＡＦｔに基づき各々設定される。そして、最終目標空燃比ＡＦｔについては、上記休止時間ｂがＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積したＰＭの燃焼に必要な値まで上昇させることのできるレベルまで短くなるよう求められる。

バーンアップ制御においても、通常のＰＭ再生制御と同じく図３（ｃ）に示される１６ｍｓ発熱燃料量Ｑ及び発熱燃料量積算値ΣＱが算出される。こうして算出される１６ｍｓ発熱燃料量Ｑは、上記集中的な間欠燃料添加が行われる期間である添加期間Ａ（Ｔ４〜Ｔ５）では、通常のＰＭ再生制御での添加期間Ａ（図２）における１６ｍｓ発熱燃料量Ｑよりも大となる。このため、１６ｍｓ発熱燃料量Ｑをその算出毎に上記式（１）に基づき積算して得られる発熱燃料量積算値ΣＱは、図３（ｃ）に実線で示されるように、通常のＰＭ再生制御での添加期間Ａ（図２）における発熱燃料量積算値ΣＱに比べてより急速に増加する。

上記のように集中的な間欠燃料添加を行うことで、未燃燃料成分の酸化反応に伴う発熱が促進され、通常のＰＭ再生制御での触媒床温Ｔの上昇に比べて、触媒床温Ｔが図３（ｂ）に実線で示されるようにより急速に且つ高い値へと上昇する。そして、集中的な間欠燃料添加が停止（タイミングＴ５）された後であって、触媒床温Ｔがピークに達した状態にあるとき、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に位置する触媒の床温が当該触媒周りに堆積したＰＭの燃焼に必要な値まで上昇し、当該ＰＭが燃焼して除去されるようになる。

一方、上記集中的な間欠燃料添加の開始後には、通常のＰＭ再生制御と同じく１６ｍｓ要求燃料量Ｑｒの算出も行われる。この１６ｍｓ要求燃料量Ｑｒは、触媒床温Ｔが目標床温Ｔｔよりも高い状態（温度差ΔＴが大）であるほど小となる。そして、触媒床温Ｔが目標床温Ｔｔよりも高くなっている状況下での温度差ΔＴは、当該触媒床温Ｔの上述した上昇態様に起因して通常のＰＭ再生制御での温度差ΔＴ（図２（ｂ））よりも大となる。その結果、触媒床温Ｔが目標床温Ｔｔよりも高くなっているときの１６ｍｓ要求燃料量Ｑｒは、通常のＰＭ再生制御での１６ｍｓ要求燃料量Ｑｒ（図２（ｃ））よりも小さくなる傾向がある。

このため、１６ｍｓ要求燃料量Ｑｒをその算出毎に上記式（２）に基づき積算して得られる要求燃料量積算値ΣＱｒは、図３（ｃ）に破線で示されるように、通常のＰＭ再生制御での休止期間Ｂ（図２）における要求燃料量積算値ΣＱｒに比べてゆっくりと増加する。これにより、要求燃料量積算値ΣＱｒが発熱燃料量積算値ΣＱ以上になって（タイミングＴ６）、添加許可フラグＦ１が「１（許可）」へと変化するタイミング、すなわち休止期間Ｂの終了タイミングが通常のＰＭ再生制御よりも遅くなる。以上のことから、バーンアップ制御中の休止期間Ｂは、通常のＰＭ再生制御での休止期間Ｂ（図２）よりも長くされるようになる。

添加許可フラグＦ１が「１（許可）」に変化すると、再び集中的な間欠燃料添加が開始される。このときには、通常のＰＭ再生制御と同様、要求燃料量積算値ΣＱｒから上記発熱燃料量積算値ΣＱが減算される。更に、発熱燃料量積算値ΣＱはクリアされて「０」になる。そして、上記集中的な間欠燃料添加の開始に伴い、再び添加期間Ａへと移行することになり、同添加期間Ａが終了すると休止期間Ｂへと移行する。従って、バーンアップ制御でも上述した添加期間Ａと休止期間Ｂとが繰り返され、これにより通常のＰＭ再生制御と同じく触媒床温Ｔの変動中心が目標床温Ｔｔに制御されるようになる。

この添加期間Ａと休止期間Ｂとの繰り返しがＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に堆積したＰＭを燃焼しきるのに必要な回数に達すると、バーンアップ制御が終了される。そして、バーンアップ制御の終了に伴い、ＰＭ再生制御も終了されることとなる。

ところで、バーンアップ制御の実行時、内燃機関１０を運転する際の環境条件によっては、同機関１０の排気温度が思ったように上がらない場合がある。この場合、添加期間Ａにて上述したように集中的な間欠燃料添加を行ったとしても、上記排気温度の影響から触媒床温Ｔの上昇速度が図３（ｂ）の二点鎖線で示されるように低下し、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に堆積した触媒の床温が当該触媒周りに堆積したＰＭを燃焼させるのに必要な値まで上昇させられなくなるおそれがある。

このため、本実施形態では、内燃機関１０の排気温度に影響を与える環境条件に基づき、同機関１０の排気温度が上がりにくい環境条件であるとき、最終目標空燃比ＡＦｔをリッチ側に補正する。このように補正された最終目標空燃比ＡＦｔに基づき、上記集中的な間欠燃料添加に際しての休止時間ｂ（燃料添加間隔）を調整することで、当該休止時間ｂが短くされる。これにより、発熱燃料量積算値ΣＱが図３の二点鎖線で示されるように推移するとともに、触媒での未燃燃料成分の酸化反応に伴う発熱が促進され、触媒床温Ｔの上昇速度の向上が図られる。その結果、排気温度が上がりにくいとしても、上記集中的な間欠燃料添加による触媒床温Ｔの上昇速度を図３（ｂ）に実線で示されるレベルまで高め、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積したＰＭを燃焼させるのに必要な値まで上昇させ、当該ＰＭを除去しきることができるようになる。

次に、上記最終目標空燃比ＡＦｔの算出手順について、最終目標空燃比算出ルーチンを示す図４のフローチャートを参照して説明する。この最終目標空燃比算出ルーチンは、電子制御装置５０を通じて、例えば所定クランク角毎の時間割り込みにて実行される。

同ルーチンにおいては、以下の式（３）に基づき、最終目標空燃比ＡＦｔが算出される。
ＡＦｔ＝ＡＦｂ・Ｈtha ・Ｈthw ・Ｈpa …（３）
ＡＦｔ：最終目標空燃比
ＡＦｂ：基本目標空燃比
Ｈtha ：吸気温補正項
Ｈthw ：水温補正項
Ｈpa ：大気圧補正項
式（１）の基本目標空燃比ＡＦｂは、バーンアップ制御中であることを条件に（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、内燃機関１０におけるインジェクタ４０からの燃料噴射量Ｑ１及び機関回転速度ＮＥといった機関運転状態に基づき算出される（Ｓ１０２）。

こうして算出された基本目標空燃比ＡＦｂについては、図５に示されるように、燃料噴射量Ｑ１が大となる高負荷運転になるほどリッチ側の値となるように算出される。内燃機関１０が冷えた状態でなく且つ平地での標準的な大気圧及び吸気温のもとで運転されている場合、上記基本目標空燃比ＡＦｂをそのまま最終目標空燃比ＡＦｔに設定することで、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積したＰＭを燃焼させるのに必要な値まで上昇させることが可能になる。すなわち、上述した環境条件での機関運転時に上記触媒周りのＰＭが燃焼するレベルまで上記休止時間ｂを短くすることのできる値として、上記基本目標空燃比ＡＦｂが機関運転状態に基づき算出される。

ただし、内燃機関１０を運転する際の環境条件、例えば内燃機関１０の冷却水温や吸気温度、及び内燃機関１０のおかれた大気圧といった条件によっては、排気温度が上がりにくくなり、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積したＰＭの燃焼に必要な値まで上昇させられなくなるおそれがある。こうした不具合を抑制すべく、ステップＳ１０３，Ｓ１０４の処理が実行される。

具体的には、内燃機関１０を運転する際の環境条件に応じて最終目標空燃比ＡＦｔを補正するための環境補正項として、吸気温補正項Ｈtha 、水温補正項Ｈthw 、及び、大気圧補正項Ｈpaが算出される（Ｓ１０３）。そして、それら補正項Ｈtha ,Ｈthw ，Ｈpaを式（３）に基づき基本目標空燃比ＡＦｂに乗算することで、内燃機関を運転する際の環境条件に応じて補正された最終目標空燃比ＡＦｔが算出される（Ｓ１０４）。

上記のように算出された最終目標空燃比ＡＦｔについては、冷却水温、吸気温度、及び、大気圧といった環境条件が内燃機関１０の排気温度が上がりにくい環境条件であるときほど、上記休止時間ｂが短くなるようリッチ側に補正される。すなわち、こうした最終目標空燃比ＡＦｔの補正が行われるように、吸気温補正項Ｈtha 、水温補正項Ｈthw 、及び、大気圧補正項Ｈpaといった環境補正項の算出が行われる。

ここで、上記各環境補正項の算出について個別に説明する。
［吸気温補正項Ｈtha ］
内燃機関１０の排気温度は、同機関１０の吸気温度低下に伴い低くなる傾向がある。これは燃料の燃焼に供される空気の温度が低いと、燃料の燃焼時の熱が排気に伝達されたとしても排気温度が高くならないためである。従って、吸気温補正項Ｈtha については、吸気温度に基づき、同温度が低い状態にあるときには同温度が低くなるほど「１．０」よりも小さい値となるよう算出される。このため、吸気温補正項Ｈtha は、吸気温度の変化に対して図６に示されるような推移傾向をとる。そして、このように算出される吸気温補正項Ｈtha による補正の施された最終目標空燃比ＡＦｔは、吸気温度の低い状態にあっては、同温度の低下に伴いリッチ側に補正されるようになる。その結果、バーンアップ制御中における集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加の休止時間ｂが上記吸気温補正項Ｈtha による補正の分だけ短くされ、内燃機関１０の排気温度が上がりにくいとしても、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積したＰＭの燃焼に必要な値まで上昇させることが可能になる。

［水温補正項Ｈthw ］
内燃機関１０の排気温度は、同機関１０の冷却水温低下に伴い低くなる傾向がある。これは冷却水温が低いと、燃料の燃焼時に内燃機関１０に奪われる熱が多くなり、燃料の燃焼時に排気に伝達される熱量が少なくなるためである。従って、水温補正項Ｈthw については、冷却水温に基づき、同水温が低い状態にあるときには同水温が低くなるほど「１．０」よりも小さい値となるよう算出される。このため、水温補正項Ｈthw は、冷却水温の変化に対して図７に示されるような推移傾向をとる。そして、このように算出される水温補正項Ｈthw による補正の施された最終目標空燃比ＡＦｔは、冷却水温の低い状態にあっては、同水温の低下に伴いリッチ側に補正されるようになる。その結果、バーンアップ制御中の上記休止時間ｂが上記吸気温補正項Ｈtha による補正の分だけ短くされ、内燃機関１０の排気温度が上がりにくいとしても、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積したＰＭの燃焼に必要な値まで上昇させることが可能になる。

［大気圧補正項Ｈpa］
内燃機関１０の排気温度は、ＥＧＲが実行されている条件のもとでは、以下の理由によって大気圧が低下するほど低くなる傾向がある。すなわち、ＥＧＲの実行中に大気圧が低下すると、吸気密度の低下に伴う吸気中の酸素不足を補うため、また燃料への着火安定性を確保するため、ＥＧＲ制御を通じてＥＧＲ率が大幅に小さくされる。このようにＥＧＲ率が小さくされると、燃焼室１３に吸入される新気の量が増え、内燃機関１０の燃焼室１３での空燃比（酸素と燃料との比率）がリーンになるため、燃料の燃焼後の排気の温度が低くなる。

従って、大気圧補正項Ｈpaについては、ＥＧＲ実行中である条件のもとで、大気圧に基づき、同大気圧が低い状態にあるときには同大気圧が低くなるほど「１．０」よりも小さい値となるよう算出される。このため、大気圧補正項Ｈpaは、ＥＧＲ実行中での大気圧の変化に対して図８（ａ）に示されるような推移傾向をとる。一方、ＥＧＲが実行されていない条件のもとでは、大気圧補正項Ｈpaは図８（ｂ）に示されるように「１．０」に保持される。

そして、このように算出される大気圧補正項Ｈpaによる補正の施された最終目標空燃比ＡＦｔは、ＥＧＲ実行中であって且つ大気圧の低い状態にあっては、同大気圧の低下に伴いリッチ側に補正されるようになる。その結果、バーンアップ制御中の上記休止時間ｂが上記大気圧補正項Ｈpa による補正の分だけ短くされ、内燃機関１０の排気温度が上がりにくいとしても、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積したＰＭの燃焼に必要な値まで上昇させることが可能になる。

なお、上記大気圧補正項Ｈpa の算出に用いられる大気圧としては、例えば内燃機関１０の運転状態に基づき推定される推定値が用いられる。こうした大気圧の推定は例えば以下のようにして行われる。

すなわち、エアフローメータ１６によって内燃機関１０の実際の吸入空気量（ガス流量Ｇａ）を測定するとともに、そのときの吸気絞り弁１９の開度に基づき標準大気圧のもとで内燃機関１０に吸入されるはずの吸入空気量（基準空気流量）をマップ演算等によって求める。ここで、ガス流量Ｇａが基準空気流量よりも少ないということは大気圧が標準大気圧よりも低く吸気密度が小であることを意味し、ガス流量Ｇａが基準空気流量よりも多いということは大気圧が標準大気圧よりも高く吸気密度が大であることを意味する。このようにガス流量Ｇａと基準空気流量との差が標準大気圧に対する実際の大気圧のずれに関係していることを利用して、その差に基づき大気圧が推定される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）通常のＰＭ再生制御を実行するだけでは、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に燃焼しきらないＰＭが残るようになる。しかし、ＰＭ再生制御の終期に、添加弁４６からの集中的な間欠燃料添加及び当該燃料添加の停止を繰り返すバーンアップ制御を実行することで、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に残ったＰＭを燃焼させて除去することができるようになる。

（２）上記集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加の休止時間ｂ（燃料添加間隔）については、最終目標空燃比ＡＦｔがリッチ側の値になるほど短くなるように調整される。このように休止時間ｂが短くされるにつれて、一定量の燃料添加がより短時間で行わるようになるため、触媒床温Ｔがより急速に且つ高い値まで上昇するようになる。そして、内燃機関１０を運転する際の環境条件が排気温度の上がりにくい条件であるときには、上記休止時間ｂが短くなるよう最終目標空燃比ＡＦｔがリッチ側に補正される。これにより、上記環境条件の影響により排気温度が上がりにくいとしても、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積したＰＭを全て燃焼させるのに必要な値まで上昇させ、当該ＰＭを除去することができるようになる。

（３）上記環境条件に応じて最終目標空燃比ＡＦｔをリッチ側に補正するための環境補正項として、内燃機関１０の吸気温度に基づき同温度が低い状態にあるときには同温度が低くなるほど「１．０」よりも小さい値となるよう算出される吸気温補正項Ｈtha が用いられる。この吸気温補正項Ｈtha に基づき最終目標空燃比ＡＦｔをリッチ側に補正することで、吸気温度の影響により排気温度が上がりにくいとしても、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積したＰＭの燃焼に必要な値まで的確に上昇させることができる。

（４）また、上記環境補正項としては、内燃機関１０の冷却水温に基づき同水温が低い状態にあるときには同水温が低くなるほど「１．０」よりも小さい値となるよう算出される水温補正項Ｈthw も用いられる。この水温補正項Ｈthw に基づき最終目標空燃比ＡＦｔをリッチ側に補正することで、冷却水温の影響により排気温度が上がりにくいとしても、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積したＰＭの燃焼に必要な値まで的確に上昇させることができる。

（５）更に、上記環境補正項としては、ＥＧＲ実行中である条件のもとで、大気圧に基づき同大気圧が低い状態にあるときに同大気圧が低くなるほど「１．０」よりも小さい値となるよう算出される大気圧補正項Ｈpaも用いられる。この大気圧補正項Ｈpa に基づき最終目標空燃比ＡＦｔをリッチ側に補正することで、大気圧の影響により排気温度が上がりにくいとしても、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流端に位置する触媒の床温を当該触媒周りに堆積したＰＭの燃焼に必要な値まで的確に上昇させることができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・上記環境補正項として、吸気温補正項Ｈtha 、水温補正項Ｈthw 、及び、大気圧補正項Ｈpaのうちの一つ或いは二つだけを用いてもよい。

・吸気温度低下に対する吸気温補正項Ｈtha の減少傾向（図６）、冷却水温低下に対する水温補正項Ｈthw の減少傾向（図７）、及び、ＥＧＲ実行中での大気圧低下に対する大気圧補正項Ｈpaの減少傾向（図８（ａ））は、必ずしも上記実施形態のような傾向である必要はなく、適宜変更することが可能である。

・内燃機関１０の吸気温度が高い状態にあるときに吸気温補正項Ｈtha を「１．０」よりも大きくなるように算出したり、内燃機関１０の冷却水温が高い状態にあるときに水温補正項「１．０」よりも大きくなるよう算出したりしてもよい。内燃機関１０の吸気温度や冷却水温が過度に高い状態にあるということは、同機関１０の排気温度が高くなり易い環境条件ということになり、排気温度が高くなり過ぎるおそれがある。このような状況下でバーンアップ制御での集中的な間欠燃料添加を行うと、上記排気温度の関係から触媒床温Ｔが過上昇し、同触媒の熱劣化を招くおそれがある。しかし、こうした不具合については、上記のように吸気温補正項Ｈtha 及び水温補正項Ｈthw を算出して最終目標空燃比ＡＦｔをリーン側に補正し、上記集中的な間欠燃料添加での燃料添加の休止時間ｂを長くすることで回避することが可能になる。

・大気圧については、機関運転状態に基づき推定する代わりに、大気圧を検出する大気圧センサを用いて実測することも可能である。
・上記実施形態のようにＰＭフィルタ２６の排気上流側にＮＯｘ触媒が担持されたＮＯｘ触媒コンバータ２５を設けている場合には、ＰＭフィルタ２６にＮＯｘ触媒を必ずしも担持する必要はない。

・上記実施形態のようにＰＭフィルタ２６にＮＯｘ触媒を担持している場合には、ＮＯｘ触媒コンバータ２５を必ずしもＰＭフィルタ２６の排気上流側に設ける必要はない。
・通常のＰＭ再生制御での触媒への未燃燃料成分の供給を、インジェクタ４０から燃焼室１３内での燃焼に供される燃料の噴射後に排気行程や膨張行程で行われる副噴射（アフター噴射）により実現してもよい。

本実施形態の排気浄化装置が適用される内燃機関全体を示す略図。 （ａ）〜（ｄ）は、通常のＰＭ再生制御中における添加弁を駆動するための添加パルスの変化、触媒床温Ｔの変化、積算値ΣＱｒ，ΣＱの推移、及び、添加許可フラグＦ１の設定態様を示すタイムチャート。 （ａ）〜（ｄ）は、バーンアップ制御中における添加弁を駆動するための添加パルスの変化、触媒床温Ｔの変化、積算値ΣＱｒ，ΣＱの推移、及び、添加許可フラグＦ１の設定態様を示すタイムチャート。 最終目標空燃比ＡＦｔの算出手順を示すフローチャート。 内燃機関における燃料噴射量Ｑ１及び機関回転速度ＮＥの変化に対する基本目標空燃比ＡＦｂの推移傾向を示すグラフ。 吸気温度の変化に対する吸気温補正項Ｈtha の変化態様を示すグラフ。 冷却水温の変化に対する水温補正項Ｈthw の変化態様を示すグラフ。 （ａ）はＥＧＲ実行中でであるときの大気圧の変化に対する大気圧補正項Ｈpa の変化態様を示すグラフであり、（ｂ）はＥＧＲ実行中でないときの大気圧の変化に対する大気圧補正項Ｈpa の変化態様を示すグラフ。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…ターボチャージャ、１２…吸気通路、１３…燃焼室、１４…排気通路、１５…エアクリーナ、１６…エアフローメータ、１７…コンプレッサ、１８…インタークーラ、１９…吸気絞り弁、２０…吸気マニホールド、２１…吸気ポート、２２…排気ポート、２３…排気マニホールド、２４…排気タービン、２５…ＮＯｘ触媒コンバータ、２６…ＰＭフィルタ、２７…酸化触媒コンバータ、２８…入ガス温度センサ、２９…出ガス温度センサ、３０…差圧センサ、３１，３２…酸素センサ、３３…ＥＧＲ通路、３４…ＥＧＲ触媒、３５…ＥＧＲクーラ、３６…ＥＧＲ弁、４０…インジェクタ、４１…高圧燃料供給管、４２…コモンレール、４３…燃料ポンプ、４４…レール圧センサ、４５…低圧燃料供給管、４６…添加弁、５０…電子制御装置、５１…ＮＥセンサ、５２…アクセルセンサ、５３…絞り弁センサ、５４…吸気温センサ、５５…水温センサ。

Claims (4)

1. 排気中の微粒子を捕集するフィルタ、及び、排気中の未燃燃料成分の酸化反応を促進させる触媒が排気系に設けられる内燃機関に適用され、前記触媒への未燃燃料成分の供給を通じて触媒床温を上昇させて排気系に堆積した微粒子を燃焼させるＰＭ再生制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、
   前記ＰＭ再生制御の終期に、前記排気系の触媒上流への集中的な間欠燃料添加及び同燃料添加の停止を繰り返すとともに、前記集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加間隔を目標空燃比に基づき調整するバーンアップ制御を実行する制御手段と、
   前記排気系に設けられた触媒のうち最も排気上流側に位置する触媒の床温を、当該触媒周りに堆積した微粒子の燃焼に必要な値とすべく、前記目標空燃比を算出する算出手段と、
   前記算出手段によって算出された目標空燃比を、内燃機関の排気温度に影響を与える環境条件に基づき算出される環境補正項によって補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記制御手段は、前記目標空燃比がリッチ側の値になるほど、前記バーンアップ制御における集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加間隔を短くするものであり、
   前記環境補正項は、内燃機関の吸気温度が低下するほど前記目標空燃比をリッチ側に補正する値となるよう算出される吸気温補正項である
   請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記制御手段は、前記目標空燃比がリッチ側の値になるほど、前記バーンアップ制御における集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加間隔を短くするものであり、
   前記環境補正項は、内燃機関の冷却水温が低下するほど前記目標空燃比をリッチ側に補正する値となるよう算出される水温補正項である
   請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記内燃機関は、所定の運転条件のもとでＥＧＲを実行するものであり、
   前記制御手段は、前記目標空燃比がリッチ側の値になるほど、前記バーンアップ制御における集中的な間欠燃料添加に際しての燃料添加間隔を短くするものであり、
   前記環境補正項は、前記ＥＧＲの実行時に大気圧が低下するほど前記目標空燃比をリッチ側に補正する値となるよう算出される大気圧補正項である
   請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。

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