JP2007040241A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力を効率良く回復させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】この装置は、希薄燃焼を実行する内燃機関１０の排気通路２２に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒３０と、排気通路２２におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒３０よりも上流側に設けられた燃料添加弁２６とを備える。ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０は、これに流れ込む排気の空燃比がリーンであるときには排気中のＮＯｘを吸蔵するとともに同排気の空燃比をリッチ側にすることで吸蔵しているＮＯｘを還元する。燃料添加弁２６からの燃料噴射によって排気に燃料を添加し、排気空燃比を一時的にリッチ側にして、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる。燃料添加弁２６からの燃料添加に併せて、ポスト噴射制御やＥＧＲ増量制御を実行して燃焼空燃比をリッチ側の比率に変更する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排気通路にＮＯｘ吸蔵還元触媒が設けられた内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

ディーゼル機関等、希薄燃焼を行う内燃機関では、その排気通路に、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するためのＮＯｘ吸蔵還元触媒が設けられている。このＮＯｘ吸蔵還元触媒は、排気空燃比がリーンである場合、すなわち周囲の雰囲気が高酸素濃度状態である場合には排気中のＮＯｘを吸蔵する。一方、排気空燃比がリッチ側にされた場合、詳しくは、周囲の雰囲気が低酸素濃度状態にされ、且つ排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などといった未燃燃料成分を含む状態にされた場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は吸蔵しているＮＯｘを放出及び還元する。具体的には、酸素濃度の低下によってＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘが排気に含まれる未燃燃料成分との反応を通じて還元浄化される。

ここでＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量には限界がある。そのため上記内燃機関において、排気空燃比がリーンとなる希薄燃焼の実行が長期にわたって継続されると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量が限界容量に達し、それ以上のＮＯｘを吸蔵できなくなってしまう。

そこで従来、例えば特許文献１に記載の排気浄化装置のように、機関排気通路におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも上流側に燃料添加弁を設け、ＮＯｘ吸蔵量が限界容量に達する前に同燃料添加弁から燃料を噴射して、排気に燃料を添加するようにしている。これによりＮＯｘ吸蔵還元触媒を通過する排気の空燃比がリッチ側になり、同ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘが放出及び還元されて、そのＮＯｘ還元能力が回復されるようになる。

なお本発明にかかる先行技術文献としては、上記特許文献１の他にも以下の特許文献２が挙げられる。
特開２００２−２１３２３２号公報 特開２００１−９０５９３号公報

ところで前記燃料添加の実行時において、燃料添加弁から噴射された燃料の一部が排気通路の壁面に付着することがある。こうした燃料付着が生じると、その分だけＮＯｘ吸蔵還元触媒に流れ込む排気の酸素濃度が高くなり、また同排気に含まれる未燃燃料成分が少なる。こうした場合には、排気に燃料を添加してもＮＯｘの放出及び還元が十分に行われなくなるばかりか、場合によっては、それら放出及び還元が殆ど行われずに無駄に燃料が消費されることとなる。前述した排気浄化装置では、そうした排気通路壁面への燃料付着分が考慮されておらず、この点において未だ改善の余地を残すものとなっている。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力を効率良く回復させ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説明する。
請求項１に記載の発明は、希薄燃焼を実行する内燃機関の排気通路に設けられて排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸蔵するとともに同排気空燃比をリッチ側にすることで吸蔵されているＮＯｘを還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、前記排気通路における前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも上流側に設けられて排気に燃料を添加する燃料添加弁とを備え、該燃料添加弁による燃料添加を通じて排気空燃比を一時的にリッチ側にして前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料添加弁からの燃料添加に併せて、燃焼空燃比をリッチ側の比率に変更する変更手段を有することをその要旨とする。

燃焼空燃比をリッチ側の比率に変更すると、排気温度が高くなる。そのため上記構成によれば、燃焼空燃比を変更しない場合と比較して、高温の雰囲気のもと、言い換えれば、添加燃料が微粒子化し易い雰囲気のもとで燃料添加弁からの燃料添加が実行されるようになる。したがって排気通路壁面への添加燃料の付着を好適に回避することができるようになり、排気空燃比を的確にリッチ側にしてＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力を効率良く回復させることができるようになる。

なお燃焼空燃比は、燃焼室に吸入される空気量と同燃焼室に供給される燃料量との比である。
燃焼空燃比をリッチ側の比率に変更することは、請求項２に記載の発明の構成によるように、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関にあって、同燃料噴射弁からトルク発生のための燃料噴射とは別に膨張行程或いは排気行程において燃料を噴射して燃焼させる、といった構成により実現することができる。

上記構成にあっては、トルクが発生しないタイミングで燃焼室内に燃料が噴射されるとともに同燃料が燃焼するようになり、その燃焼に伴う発熱分だけ排気温度が高くなる。したがってトルク変化を抑えつつ排気温度を高くして、排気通路壁面への添加燃料の付着を好適に回避することができるようになる。

また燃焼空燃比をリッチ側の比率に変更することは、請求項３に記載の発明の構成によるように、排気再循環量を調節する調節手段を備えた内燃機関にあって、同調節手段を通じて排気再循環量を増量する、といった構成により実現することができる。

上記構成では、排気再循環量を増量した分だけ燃焼室に吸入される空気の量が減少して、燃焼空燃比がリッチ側の比率になる。そして上記構成にあっては、排気再循環量の増量に伴って燃焼室内における燃料の燃焼速度が緩慢になって排気温度が高くなり、排気通路壁面への添加燃料の付着を好適に回避することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記変更手段は前記燃焼空燃比の変更態様を前記排気通路の壁面温度に基づいて設定することをその要旨とする。

排気通路壁面への燃料付着を回避するためには、燃焼空燃比をよりリッチ側の比率に変更して、排気温度を高くすればよい。ただし燃焼空燃比が過度にリッチになると、燃焼状態の変化に伴う機関運転状態の不安定化や燃費性能の悪化を招くおそれがあるために、燃焼空燃比の変更度合は小さく抑えられることが望ましい。

ここで燃料添加弁から噴射された燃料は排気通路の壁面に対して、壁面温度が低いときに付着し易く、同壁面温度が高いときには付着し難くなる。
上記構成によれば、そうした燃料付着の傾向に応じて燃焼空燃比の変更態様を設定することができ、同燃焼空燃比の変更度合を小さく抑えて安定した機関運転を維持しつつ、排気温度を適度に高くして排気通路壁面への燃料付着を回避することができるようになる。

なお、前記排気通路の壁面温度は、燃料添加弁から噴射される燃料が付着する壁面若しくは同壁面と極めて高い相関を有して温度変化する壁面の温度とするのが望ましい。また、この壁面温度は、排気通路に設けられたセンサにより直接検出することの他、例えば燃料噴射量、機関回転速度、空燃比等々の運転状態に基づいて推定することもできる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記変更手段は、前記燃焼空燃比を、前記排気通路の壁面温度が低いほどリッチ側の比率になるように変更することをその要旨とする。

上記構成によれば、排気通路の壁面温度が低く同壁面に多量の燃料が付着する可能性が高いときほど、燃焼空燃比をリッチ側の比率に変更して排気温度を高くすることができる。そのため、安定した機関運転の維持と排気通路壁面への燃料付着の回避との好適な両立を図ることができるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料添加弁は前記内燃機関の排気マニホールドに設けられ、前記変更手段は前記排気マニホールドの温度を前記壁面温度とすることをその要旨とする。

上記構成によれば、燃料添加弁の噴射燃料が付着する壁面を含む排気マニホールドの温度に基づいて燃焼空燃比の変更態様が設定されるため、燃焼空燃比をより同壁面温度に見合う比率に変更することができるようになり、安定した機関運転の維持と排気通路壁面への燃料付着の回避とのより好適な両立を図ることができるようになる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記変更手段は、同変更手段による変更がなされる前の変更前燃焼空燃比に基づいて、前記変更手段による変更がなされた変更後燃焼空燃比の変更態様を設定することをその要旨とする。

ここで変更前燃焼空燃比がリーン側の比率であるとき、すなわち燃焼室に吸入される空気の量が多いときや燃焼室に供給される燃料量が少ないときには、排気温度が低く、燃料添加弁から添加される燃料が微粒子化し難いために、同燃料は排気通路壁面に付着し易い。逆に、上記変更前燃焼空燃比がリッチ側の比率であるときには、添加燃料が微粒子化し易いため、同燃料が排気通路壁面に付着し難い。

上記構成によれば、そうした傾向に応じて前記変更後燃焼空燃比の変更態様を設定することができ、同変更後燃焼空燃比の変更度合を小さく抑えて安定した機関運転を維持しつつ、排気温度を適度に高くして排気通路壁面への燃料付着を回避することができるようになる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記変更手段は前記変更前燃焼空燃比がリーン側の比率であるほど前記変更後燃焼空燃比がリッチ側の比率になるように同変更後空燃比を変更することをその要旨とする。

上記構成によれば、変更前燃焼空燃比がリーン側の比率であるときほど、換言すれば、前記変更手段による変更がなされない場合に排気温度が低くなって排気通路壁面に多量の燃料が付着するようになる可能性が高いときほど、変更後燃焼空燃比をリッチ側の比率に変更して排気温度を高くすることができる。これにより、安定した機関運転の維持と排気通路壁面への燃料付着の回避との好適な両立を図ることができるようになる。

以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を具体化した一実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態にかかる排気浄化装置が適用される内燃機関の概略構成を示している。

同図１に示すように、内燃機関１０はその燃焼室１２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１４を備えている。この燃料噴射弁１４は蓄圧配管１６に連通されており、蓄圧配管１６内には燃料ポンプ１８を通じて燃料タンク２０から燃料が供給されている。なお内燃機関１０はディーゼル機関であり、同内燃機関１０を運転する際には、いわゆる希薄燃焼が実行される。

内燃機関１０の排気通路２２の途中にはＮＯｘ吸蔵還元触媒３０が設けられている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０は、排気空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比をリッチ側にすることで吸蔵しているＮＯｘを放出及び還元するといったように、排気中のＮＯｘを浄化する。

また、排気通路２２の上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０よりも上流側、詳しくは排気マニホールド２２ａには燃料添加弁２６が設けられている。この燃料添加弁２６には前記燃料ポンプ１８が連通されており、同燃料ポンプ１８を通じて燃料タンク２０から燃料が供給されている。燃料添加弁２６が開弁駆動されることにより、排気に燃料が添加されるようになる。

内燃機関１０には排気再循環（ＥＧＲ）装置３２が設けられている。ＥＧＲ装置３２は、上記排気通路２２及び吸気通路２４を連通するＥＧＲ通路３４と、同ＥＧＲ通路３４に設けられたＥＧＲ弁３６とを備えている。そしてＥＧＲ弁３６が開弁駆動されることにより、ＥＧＲ通路３４を通じて排気通路２２から吸気通路２４に排気が導入される。本実施の形態では上記ＥＧＲ装置３２が、排気再循環量を調節する調節手段として機能する。

内燃機関１０及びその周辺には、その運転状態や操作状態を検出するための各種センサが設けられている。具体的には、例えば燃焼室１２内に吸入される空気の量（吸入空気量ＧＡ）を検出するための吸気量センサ４２や、出力軸２８の回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するための回転速度センサ４４が設けられている。その他、アクセルペダル（図示略）の踏み込み量（アクセル踏み込み量ＡＣＣ）を検出するためのアクセルセンサ４６や、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０から流れ出す排気の温度を検出するための温度センサ４８等も設けられている。

電子制御ユニット４０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭの他、燃料噴射弁１４や燃料添加弁２６、ＥＧＲ弁３６等の各種アクチュエータを駆動するための駆動回路を備えて構成されている。そして電子制御ユニット４０は上記各種センサの出力信号を取り込むとともに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて各種アクチュエータの駆動を制御する。

本実施の形態では、燃料噴射弁１４の駆動制御を通じて、機関運転状態に応じたかたちで燃料噴射量Ｑｍが調節される。なお燃料噴射量Ｑｍは、出力軸２８に回転トルクを付与するために燃料噴射弁１４から噴射される燃料の量である。具体的には、アクセル踏み込み量ＡＣＣや機関回転速度ＮＥに基づいて燃料噴射量Ｑｍについての制御目標値（目標燃料噴射量ＴＱｍ）が算出され、同目標燃料噴射量ＴＱｍと実際の燃料噴射量Ｑｍとが一致するように燃料噴射弁１４が開弁駆動される。

また本実施の形態では、ＥＧＲ弁３６の駆動制御を通じて、排気通路２２から吸気通路２４に導入される排気の量（ＥＧＲ量）が調整される。具体的には、機関回転速度ＮＥや目標燃料噴射量ＴＱｍに基づいてＥＧＲ弁３６の開度（ＥＧＲ開度Ｖｅ）についての制御目標値（目標ＥＧＲ開度ＴＶｅ）が算出され、同目標ＥＧＲ開度ＴＶｅと実際のＥＧＲ開度Ｖｅとが一致するようにＥＧＲ弁３６が開弁駆動される。

更に本実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０のＮＯｘ吸蔵能力が低下した場合に、燃料添加弁２６の開弁駆動を通じて排気に燃料が添加されて、同ＮＯｘ吸蔵能力の回復が図られる。この開弁駆動では、排気空燃比がＮＯｘ吸蔵還元触媒３０からのＮＯｘの放出、及び放出されたＮＯｘの還元に適した比率であって、極力少ない量の燃料添加によってＮＯｘ吸蔵能力を効率よく回復させることの可能な比率（例えばストイキよりも若干リッチ側の比率）になるように、単位時間当たりの燃料添加量が調節される。

こうした燃料添加弁２６の開弁駆動を通じて、排気空燃比が一時的にリッチ側になり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０に吸蔵されているＮＯｘが放出及び還元されて、同ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０のＮＯｘ吸蔵能力が回復されるようになる。

ちなみに図２に示すように、排気に燃料を添加する際には、所定時間Ｔａにわたる開弁駆動を所定時間Ｔｂおきに実行するといったように燃料添加弁２６の駆動が制御される。そして上記所定時間Ｔａや所定時間Ｔｂの変更を通じて単位時間当たりの燃料添加量が調節される。

ここで燃料添加弁２６を開弁駆動した際に同燃料添加弁２６から噴射された燃料の一部が例えば排気マニホールド２２ａの壁面等といった排気通路２２の壁面に付着することがある。その場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０に流れ込む排気の空燃比を十分にリッチ側にすることができなくなって、同ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０のＮＯｘ吸蔵能力を十分に回復することができなくなるおそれがある。

そこで本実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵能力の回復を図る際に、燃料添加弁２６の開弁駆動に併せて、トルク発生のための燃料噴射とは別に内燃機関１０の膨張行程中あるいは排気行程中において燃料噴射弁１４から燃料を噴射して燃焼させる制御（ポスト噴射制御）や、ＥＧＲ量を増量させる制御（ＥＧＲ増量制御）を実行するようにしている。

以下、そうしたポスト噴射制御やＥＧＲ増量制御にかかる処理を含むＮＯｘ吸蔵還元触媒３０のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるための処理（回復処理）について、図３に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。

このフローチャートに示す一連の処理は、上記回復処理の具体的な処理手順を示しており、所定周期毎の処理として電子制御ユニット４０により実行される。
図３に示すように、この処理では先ず、実行条件が成立しているか否かが判断される（ステップＳ１００）。ここでは、以下の各条件が共に満たされることをもって実行条件が成立していると判断される。
・ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上になったこと。なおＮＯｘ吸蔵量は、吸入空気量ＧＡや燃料噴射量Ｑｍ等といった機関運転状態に基づいてそのときどきに燃焼室１２から排出されるＮＯｘ量を推定するとともに同ＮＯｘ量を積算することによって求められている。
・ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０の床温が活性化温度以上であること。具体的には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０から流れ出す排気の温度が所定温度以上であること。

実行条件が成立していない場合には（ステップＳ１００：ＮＯ）、以下の処理を実行することなく本処理は一旦終了される。
実行条件が成立している場合には（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、前記ポスト噴射制御におけるポスト噴射量Ｑｐについての制御目標値（目標ポスト噴射量ＴＱｐ）と、前記ＥＧＲ増量制御においてＥＧＲ開度Ｖｅを増大させるためのＥＧＲ補正項Ｋｅとがそれぞれ算出される（ステップＳ１０２）。

ここでは目標ポスト噴射量ＴＱｐ及びＥＧＲ補正項Ｋｅが、機関回転速度ＮＥ、目標燃料噴射量ＴＱｍ、及び排気マニホールド２２ａの温度に基づくマップ演算を通じて各別に算出される。それらマップ演算に用いられる各マップは、機関回転速度ＮＥや目標燃料噴射量ＴＱｍ並びに排気マニホールド２２ａの温度と、排気通路２２の壁面への燃料付着を的確に回避することのできるポスト噴射量Ｑｐとの関係或いはＥＧＲ補正項Ｋｅとの関係が実験結果等を通じて求められ、それぞれ設定されている。

目標ポスト噴射量ＴＱｐとしては、図４に示すように、排気マニホールド２２ａの温度が低いときほど、またポスト噴射制御やＥＧＲ増量制御が実行されない場合における燃焼空燃比Ｒｂがリーン側の比率であるときほど多い量が算出される。また吸入空気量ＧＡが多いときほど（実際の算出では機関回転速度ＮＥが高いときほど）目標ポスト噴射量ＴＱｐとして多い量が算出される。なお燃焼空燃比は、燃焼室１２に吸入される空気量と同燃焼室１２に供給される燃料量との比である。また本実施の形態にあっては、上記燃焼空燃比Ｒｂが、変更手段による変更がなされる前の変更前燃焼空燃比に相当する。

ＥＧＲ補正項Ｋｅとしては、図５に示すように、「１．０」以上の値であって、排気マニホールド２２ａの温度が低いときほど、また上記燃焼空燃比Ｒｂがリーン側の比率であるときほど大きい値が算出される。

なお本実施の形態では、吸入空気量ＧＡや燃料噴射量Ｑｍなどの機関運転状態に基づいてそのときどきの排気マニホールド２２ａの温度（正確には、その推定値）が算出されており、同温度が目標ポスト噴射量ＴＱｐ及びＥＧＲ補正項Ｋｅの算出に用いられる。またＥＧＲ補正項Ｋｅ及び目標ポスト噴射量ＴＱｐの算出には、燃焼空燃比Ｒｂの相関値である機関回転速度ＮＥ及び目標燃料噴射量ＴＱｍが用いられる。

その後、燃料添加弁２６の燃料添加量Ｑｔについての制御目標値（目標添加噴射量ＴＱｔ）が算出される（ステップＳ１０４）。この目標添加噴射量ＴＱｔとしては、ポスト噴射制御やＥＧＲ増量制御が適正に実行されている限り、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０に流れ込む排気の空燃比を十分にリッチ側にすることの可能な燃料添加量Ｑｔが算出される。

電子制御ユニット４０には、そうした燃料添加量Ｑｔと、機関回転速度ＮＥや目標燃料噴射量ＴＱｍ、目標ポスト噴射量ＴＱｐ並びにＥＧＲ補正項Ｋｅとの関係が実験結果等を通じて求められ、記憶されている。上記目標添加噴射量ＴＱｔは、機関回転速度ＮＥ、目標燃料噴射量ＴＱｍ、目標ポスト噴射量ＴＱｐ、及びＥＧＲ補正項Ｋｅに基づいて上記関係をもとに算出される。

そして、目標ポスト噴射量ＴＱｐに基づいて燃料噴射弁１４の駆動制御が実行されるとともに、目標添加噴射量ＴＱｔに基づいて燃料添加弁２６の駆動制御が実行される。また目標ＥＧＲ開度ＴＶｅがＥＧＲ補正項Ｋｅにより補正されるとともに（ＴＶｅ←ＴＶｅ・Ｋｅ）、補正された目標ＥＧＲ開度ＴＶｅに基づいてＥＧＲ弁３６の駆動制御が実行される（ステップＳ１０６）。その後、本処理は一旦終了される。

以下、回復処理による作用について、図６を参照しつつ説明する。
図６は、回復処理の処理態様の一例を示している。
図６に示すように、時刻ｔ１において前記実行条件（同図（ａ））が成立すると、ＥＧＲ開度Ｖｅ（同図（ｂ））がＥＧＲ補正項Ｋｅに相当する分だけ増大される。これによってＥＧＲ量が増量されようになり、これに伴い噴射燃料の燃焼速度が緩慢になって、排気温度が高くなる。また目標ポスト噴射量ＴＱｐ（同図（ｅ））に基づくポスト噴射制御が実行され、同制御によってトルクが発生しないタイミングで噴射された燃料が燃焼室１２内や排気通路２２において燃焼し、これに伴う発熱によって排気温度が高くなる。そして、そのように高温になった排気中において、目標添加噴射量ＴＱｔ（同図（ｆ））に基づき燃料添加弁２６が開弁駆動されて、同排気に燃料が添加される。

このように本実施の形態の装置では、ＥＧＲ増量制御及びポスト噴射制御が実行されて排気温度が高くなるため、それら制御を実行しない装置と比較して、高温の雰囲気のもと、言い換えれば、添加燃料が微粒子化し易い雰囲気のもとで燃料添加弁２６からの燃料添加が実行されるようになる。したがって排気通路２２の壁面への添加燃料の付着を好適に回避することができるようになって、燃料添加弁２６から噴射した燃料を排気に適正に添加することができるようになり、同ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０に流れ込む排気の空燃比（同図（ｇ））を的確にリッチ側（所望の比率）にすることができるようになる。

ちなみに、このときＥＧＲ量が増加した分だけ吸入空気量ＧＡ（同図（ｃ））が減少する一方、トルク発生のための目標燃料噴射量ＴＱｍ（同図（ｄ））は変化しない。そのため吸入空気量ＧＡが減少した分だけこのときの燃焼空燃比Ｒｎがリッチ側の比率になる。また同燃焼空燃比Ｒｎは、ポスト噴射制御による燃料噴射によってもリッチ側の比率になる。本実施の形態では、ポスト噴射制御やＥＧＲ増量制御が、燃料添加弁からの燃料添加に併せて、燃焼空燃比をリッチ側の比率に変更する変更手段として機能する。また上記燃焼空燃比Ｒｎが、変更手段による変更がなされた変更後燃焼空燃比に相当する。

ところで排気通路２２の壁面への燃料付着を回避するためには、ＥＧＲ量の増量度合を大きくしたりポスト噴射量Ｑｐを多くしたりして、排気温度を高くすればよい。ただしＥＧＲ量の増量度合が過度に大きくなったりポスト噴射量Ｑｐが過度に多くなったりすると、燃焼状態の変化に伴う機関運転状態の不安定化や燃費性能の悪化を招くおそれがあるために、ＥＧＲ量の増量分やポスト噴射量Ｑｐは少なく抑えられることが望ましい。

ここで燃料添加弁２６から噴射された燃料は排気通路２２の壁面に対して、排気マニホールド２２ａの温度が低いときに付着し易く、同排気マニホールド２２ａの温度が高いときには付着し難くなる。

また前記燃焼空燃比Ｒｂがリーン側の比率であるとき、すなわち吸入空気量ＧＡが多いときや目標燃料噴射量ＴＱが少ないときには、燃料の燃焼による発生熱が伝播する空気の量が多い或いは同発生熱の量が少ないために排気温度が低い。そのため燃料添加弁２６から添加される燃料が微粒子化し難く、同燃料が排気通路２２の壁面に付着し易い。これとは逆に、燃焼空燃比Ｒｂがリッチ側の比率であるときには、排気温度が高いために添加燃料が微粒子化し易く、同燃料が排気通路２２の壁面に付着し難い。

本実施の形態では、排気マニホールド２２ａの温度が十分に高く、燃焼空燃比Ｒｂがリッチ側の比率であるときには、ＥＧＲ補正項Ｋｅとして「１．０」が算出されるとともに、目標ポスト噴射量ＴＱｐとして「０」が算出される。このときには燃料添加弁２６から噴射した燃料が排気通路２２の壁面に付着しないために、ＥＧＲ量の増量及びポスト噴射制御による燃料噴射が共に実行されず、燃料添加弁２６からの燃料噴射のみが実行される。

これに対し、排気マニホールド２２ａの温度が低いときや燃焼空燃比Ｒｂがリーン側の比率であるときには、ＥＧＲ補正項Ｋｅとして「１．０」よりも大きい値が算出され、目標ポスト噴射量ＴＱｐとして「０」よりも多い量が算出される。このとき燃料添加弁２６から噴射した燃料の一部が排気通路２２の壁面に付着するおそれがあるとして、ＥＧＲ量の増量やポスト噴射制御による燃料噴射を通じて排気温度を高くした状態で、燃料添加弁２６からの燃料噴射が実行される。

このように本実施の形態によれば、上述した燃料付着の傾向に応じてＥＧＲ量の増量度合やポスト噴射量Ｑｐを設定することができ、ＥＧＲ量の増量度合を小さく抑えるとともにポスト噴射量Ｑｐを少なく抑えて安定した機関運転を維持しつつ、排気温度を適度に高くして排気通路２２の壁面への燃料付着を回避することができるようになる。

しかも本実施の形態では、排気マニホールド２２ａの温度が低いときほど、また前記燃焼空燃比Ｒｂがリーン側の比率であるほど、ＥＧＲ補正項Ｋｅとして大きい値が算出され、目標ポスト噴射量ＴＱｐとして多い量が算出される。そのため、ポスト噴射制御やＥＧＲ増量制御が実行されない場合における排気温度が低く、排気通路２２の壁面に燃料が付着する可能性が高いときほど、ＥＧＲ量の増量度合を大きく、またポスト噴射量Ｑｐを少なくすることができ、安定した機関運転の維持と排気通路２２の壁面への燃料付着の回避との好適な両立を図ることができるようになる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）燃料添加弁２６の開弁駆動に併せて、ポスト噴射制御及びＥＧＲ増量制御を実行するようにしたために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０に流れ込む排気の空燃比を的確にリッチ側にすることができ、同ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０のＮＯｘ吸蔵能力を効率良く回復させることができるようになる。

（２）ポスト噴射制御を実行することにより、トルクが発生しないタイミングで噴射された燃料が燃焼室１２内や排気通路２２において燃焼し、これに伴う発熱によって排気温度が高くなる。したがってトルク変化を抑えつつ排気温度を高くして、排気通路２２の壁面への添加燃料の付着を好適に回避することができるようになる。

（３）ＥＧＲ増量制御を実行することにより、燃焼室１２内における燃料の燃焼速度が緩慢になって排気温度が高くなり、排気通路２２の壁面への添加燃料の付着を好適に回避することができるようになる。

（４）排気マニホールド２２ａの温度に基づいてＥＧＲ補正項Ｋｅ及び目標ポスト噴射量ＴＱｐを算出するようにしたため、排気マニホールド２２ａの温度により異なる燃料付着の傾向に応じてＥＧＲ量の増量度合やポスト噴射量Ｑｐを設定することができるようになる。したがってＥＧＲ量の増量度合を小さく抑えるとともにポスト噴射量Ｑｐを少なく抑えて安定した機関運転を維持しつつ、排気温度を適度に高くして排気通路２２の壁面への燃料付着を回避することができるようになる。

（５）排気マニホールド２２ａの温度が低いときほどＥＧＲ補正項Ｋｅとして大きい値を算出し、目標ポスト噴射量ＴＱｐとして多い量を算出するようにした。そのため排気通路２２の壁面に多量の燃料が付着する可能性が高いときほど、ＥＧＲ量の増量度合を大きくしたりポスト噴射量Ｑｐを多くしたりして排気温度を高くすることができる。そのため、安定した機関運転の維持と排気通路２２の壁面への燃料付着の回避との好適な両立を図ることができるようになる。

（６）燃料添加弁２６の噴射燃料が付着する壁面を含む排気マニホールド２２ａの温度に基づいてＥＧＲ補正項Ｋｅ及び目標ポスト噴射量ＴＱｐが算出されるため、それらＥＧＲ補正項Ｋｅ及び目標ポスト噴射量ＴＱｐとして同壁面の温度に見合う値を精度よく算出することができる。そのため安定した機関運転の維持と排気通路壁面への燃料付着の回避とのより好適な両立を図ることができるようになる。

（７）燃焼空燃比Ｒｂの相関値である機関回転速度ＮＥ及び目標燃料噴射量ＴＱｍに基づいてＥＧＲ補正項Ｋｅ及び目標ポスト噴射量ＴＱｐを算出するようにした。そのため、燃焼空燃比Ｒｂにより異なる燃料付着の傾向に応じてＥＧＲ量の増量度合やポスト噴射量Ｑｐを設定することができるようになる。したがってＥＧＲ量の増量度合を小さく抑えるとともにポスト噴射量Ｑｐを少なく抑えて安定した機関運転を維持しつつ、排気温度を適度に高くして排気通路２２の壁面への燃料付着を回避することができるようになる。

（８）燃焼空燃比Ｒｂがリーン側の比率であるときほどＥＧＲ補正項Ｋｅとして大きい値を算出し、目標ポスト噴射量ＴＱｐとして多い量を算出するようにした。そのためＥＧＲ増量制御やポスト噴射制御を実行しない場合における排気温度が低く、排気通路２２の壁面に多量の燃料が付着する可能性が高いときほど、ＥＧＲ量の増量度合を大きくしたりポスト噴射量Ｑｐを多くしたりして、排気温度を高くすることができる。したがって安定した機関運転の維持と排気通路２２の壁面への燃料付着の回避との好適な両立を図ることができるようになる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・前記「ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上になったこと」といった条件が満たされることは、内燃機関１０の運転時間が所定時間に達したことをもって判断することや、内燃機関１０の搭載される車両の走行距離が所定距離に達したことをもって判断することもできる。また前記「ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０の床温が活性化温度以上であること」といった条件が満たされることは、温度センサを設けて直接検出した同床温が所定温度以上であることをもって判断するようにしてもよい。要は、前記実行条件は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０のＮＯｘ吸蔵量が多くなっており、且つ同ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０に吸蔵されているＮＯｘの放出及び還元に適した状況になっていることを判断することができるのであれば、任意に変更可能である。

・排気マニホールド２２ａの温度は、機関運転状態に基づいて算出することの他、温度センサを設けて直接検出するようにしてもよい。
・上記実施の形態において、ＥＧＲ補正項Ｋｅを算出する算出パラメータから排気マニホールド２２ａの温度を除いてもよい。同構成にあっては、図７に前記燃焼空燃比ＲｂとＥＧＲ補正項Ｋｅとの関係の一例を示すように、ＥＧＲ補正項Ｋｅとして、「１．０」以上の値であって、燃焼空燃比Ｒｂがリーン側の比率であるときほど大きい値を算出するようにすればよい。

・上記実施の形態において、目標ポスト噴射量ＴＱｐを算出する算出パラメータから排気マニホールド２２ａの温度を除いてもよい。同構成にあっては、図８に前記燃焼空燃比Ｒｂと目標ポスト噴射量ＴＱｐとの関係の一例を示すように、目標ポスト噴射量ＴＱｐとして、燃焼空燃比Ｒｂがリーン側の比率であるときほど多い量を算出するようにすればよい。

・上記実施の形態において、前記燃焼空燃比Ｒｂに応じて異なる値をＥＧＲ補正項Ｋｅとして算出する構成を省略してもよい。具体的には、例えば排気マニホールド２２ａの温度のみに基づいてＥＧＲ補正項Ｋｅを算出するようにしてもよい。同構成にあっては、図９に排気マニホールド２２ａの温度とＥＧＲ補正項Ｋｅとの関係の一例を示すように、ＥＧＲ補正項Ｋｅとして、「１．０」以上の値であって、排気マニホールド２２ａの温度が低いときほど大きい値を算出するようにすればよい。

・上記実施の形態において、前記燃焼空燃比Ｒｂに応じて異なる値を目標ポスト噴射量ＴＱｐとして算出する構成を省略してもよい。具体的には、例えば排気マニホールド２２ａの温度及び機関回転速度ＮＥのみに基づいて目標ポスト噴射量ＴＱｐを算出するようにしてもよい。同構成にあっては、図１０に排気マニホールド２２ａの温度、機関回転速度ＮＥ、目標ポスト噴射量ＴＱｐの関係の一例を示すように、排気マニホールド２２ａの温度が低いときほど、また機関回転速度ＮＥが高いときほど目標ポスト噴射量ＴＱｐとして多い量を算出するようにすればよい。

・排気通路２２の壁面に燃料が付着するおそれがあるのであれば、排気マニホールド２２ａの温度が十分に高く、且つ吸入空気量ＧＡ及び目標燃料噴射量ＴＱｍの比Ｒが十分にリッチ側の比率であるときにおいても、ＥＧＲ量の増量やポスト噴射制御による燃料噴射を実行するようにしてもよい。また必ずしも、排気マニホールド２２ａの温度が低いときほど、また燃焼空燃比Ｒｂがリーン側の比率であるときほど、ＥＧＲ補正項Ｋｅとして大きい値を算出したり目標ポスト噴射量ＴＱｐとして多い量を算出したりしなくてもよい。要は、排気通路２２の壁面への燃料付着の傾向に応じたかたちでＥＧＲ補正項Ｋｅや目標ポスト噴射量ＴＱｐを算出し、ひいては前記燃焼空燃比Ｒｎの変更態様を設定するようにすればよい。

・排気通路２２における排気マニホールド２２ａ以外の部分の温度を推定或いは検出して、これをＥＧＲ補正項Ｋｅや目標ポスト噴射量ＴＱｐの算出に用いるようにしてもよい。具体的には、排気駆動式ターボチャージャが設けられる場合における同ターボチャージャの温度や、排気管の温度などを用いることが可能である。ちなみに反応熱によってＮＯｘ吸蔵還元触媒３０の床温が変化するために、同ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０の上流側の排気温度と下流側の排気温度との相関は低く、上記燃料が付着する壁面の温度とＮＯｘ吸蔵還元触媒３０よりも下流側における排気通路２２の壁面温度との相関も低い。そのためＥＧＲ補正項Ｋｅや目標ポスト噴射量ＴＱｐの算出には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０よりも上流側の部分の温度を用いることが望ましい。

・上記実施の形態において、ＥＧＲ増量制御及びポスト噴射制御のうち何れか一方のみを実行するようにしてもよい。なおＥＧＲ増量制御のみを実行する構成にあっては、ＥＧＲ量の増量度合が大きくなり易く吸入空気量ＧＡの減少度合も大きくなり易いため、単にＥＧＲ量を増量すると、機関トルクの過度の低下、ひいては機関運転状態の不安定化を招くおそれがある。したがってこの場合には、ＥＧＲ量を増量することに併せて燃料噴射量Ｑｍを増量することが望ましい。これにより、吸入空気量ＧＡの減少に起因するトルク低下分を燃料噴射量Ｑｍの増量によるトルク増大分によって補うことが可能になり、機関運転状態の不安定化を回避することができるようになる。

・上記実施の形態では、ＥＧＲ通路３４に設けられたＥＧＲ弁３６の開度Ｖｅを大きくすることによってＥＧＲ量を増量するようにした。これに代えて、吸気バルブの開弁時期を変更可能な内燃機関にあって同開弁時期を早い時期に変更したり、排気バルブの閉弁時期を変更可能な内燃機関にあって同閉弁時期を遅い時期に変更したりして、吸気バルブ及び排気バルブが共に開弁される期間（バルブオーバラップ期間）を長くすることによって、ＥＧＲ量を増量するようにしてもよい。

・ＥＧＲ増量制御やポスト噴射制御に代えて、或いは併せて、吸気通路２４に設けた吸気絞り弁の駆動制御を通じて同吸気通路２４を絞ることによって吸入空気量ＧＡを減少させる制御を実行するようにしてもよい。同構成によれば、燃料の燃焼に伴って発生した熱が伝播する空気の量が少なくなるために排気温度が高くなる。また燃料噴射量Ｑｍを増量する制御を実行するようにしてもよい。同構成によれば、燃焼する燃料が多くなる分だけ排気温度が高くなる。いずれの構成によっても、高温の雰囲気のもとで燃料添加弁２６からの燃料添加を実行することができるようになる。

・本発明は、ディーゼル機関の他、希薄燃焼が実行されるガソリン機関にも適用することができる。

本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を具体化した一実施の形態についてその概略構成を示す概略構成図。 同実施の形態の燃料添加弁についてその駆動態様の一例を示すタイミングチャート。 同実施の形態にかかる回復処理についてその具体的な処理手順を示すフローチャート。 燃焼空燃比と排気マニホールドの温度と目標ポスト噴射量との関係を示す略図。 燃焼空燃比と排気マニホールドの温度とＥＧＲ補正項との関係を示す略図。 回復処理についてその処理態様の一例を示すタイミングチャート。 他の実施の形態における燃焼空燃比とＥＧＲ補正項との関係の一例を示す略図。 他の実施の形態における燃焼空燃比と目標ポスト噴射量との関係の一例を示す略図。 他の実施の形態における排気マニホールドの温度とＥＧＲ補正項との関係の一例を示す略図。 他の実施の形態における排気マニホールドの温度と機関回転速度と目標ポスト噴射量との関係の一例を示す略図。

符号の説明

１０…内燃機関、１２…燃焼室、１４…燃料噴射弁、１６…蓄圧配管、１８…燃料ポンプ、２０…燃料タンク、２２…排気通路、２２ａ…排気マニホールド、２４…吸気通路、２６…燃料添加弁、２８…出力軸、３０…ＮＯｘ吸蔵還元触媒、３２…排気再循環（ＥＧＲ）装置、３４…ＥＧＲ通路、３６…ＥＧＲ弁、４０…電子制御ユニット、４２…吸気量センサ、４４…回転速度センサ、４６…アクセルセンサ、４８…温度センサ。

Claims (8)

1. 希薄燃焼を実行する内燃機関の排気通路に設けられて排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸蔵するとともに同排気空燃比をリッチ側にすることで吸蔵されているＮＯｘを還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、前記排気通路における前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも上流側に設けられて排気に燃料を添加する燃料添加弁とを備え、該燃料添加弁による燃料添加を通じて排気空燃比を一時的にリッチ側にして前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる内燃機関の排気浄化装置において、
   前記燃料添加弁からの燃料添加に併せて、燃焼空燃比をリッチ側の比率に変更する変更手段を有する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記内燃機関は燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えてなり、前記変更手段は、同燃料噴射弁からトルク発生のための燃料噴射とは別に膨張行程或いは排気行程において燃料を噴射して燃焼させるものである
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記内燃機関は排気再循環量を調節する調節手段を備えてなり、前記変更手段は前記調節手段を通じて排気再循環量を増量するものである
   請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記変更手段は前記燃焼空燃比の変更態様を前記排気通路の壁面温度に基づいて設定する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記変更手段は、前記燃焼空燃比を、前記排気通路の壁面温度が低いほどリッチ側の比率になるように変更する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
6. 請求項４または５に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記燃料添加弁は前記内燃機関の排気マニホールドに設けられ、前記変更手段は前記排気マニホールドの温度を前記壁面温度とする
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記変更手段は、同変更手段による変更がなされる前の変更前燃焼空燃比に基づいて、前記変更手段による変更がなされた変更後燃焼空燃比の変更態様を設定する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
8. 請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記変更手段は前記変更前燃焼空燃比がリーン側の比率であるほど前記変更後燃焼空燃比がリッチ側の比率になるように同変更後空燃比を変更する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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