JP3991292B2 - 内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒で還元浄化する内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等の酸素過剰下で燃料の燃焼が行われる内燃機関から排出される排気中のＮＯｘを浄化するために、排気管内にＮＯｘ触媒を設置し、炭化水素（燃料）を還元剤としてＮＯｘ触媒に供給してＮＯｘを還元浄化する技術が提案されている。その一例として、特開平５−１５６９９３号公報では、内燃機関の各気筒の燃料噴射弁に機関出力発生のための主噴射指令を与えて主噴射を実施すると共に、主噴射後の膨張行程で、後噴射指令を与えて燃料噴射弁から主噴射燃料量の０．３〜３％の燃料を後噴射し、この後噴射により未燃燃料（炭化水素）を還元剤としてＮＯｘ触媒に供給するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、一層のＮＯｘ浄化率向上を狙って、排気中の酸素濃度を酸素濃度センサで検出し、その検出値に応じて内燃機関の制御量（例えばＥＧＲガス流量、燃料噴射量、吸入空気量等のいずれか）を補正することで、ＮＯｘ触媒近傍の炭化水素濃度とＮＯｘ濃度とを適正に制御する技術を研究している。
【０００４】
しかし、運転中は、酸素濃度センサも内蔵したヒータで加熱されて高温になるため、後噴射した未燃炭化水素が酸素濃度センサで燃焼し、その分、酸素濃度が低く検出されてしまい、内燃機関の制御精度が低下してしまう。
【０００５】
一般に、ディーゼルエンジンは、ＮＯｘ浄化のためにＥＧＲ（排気還流装置）を装備したものが多いことから、本発明者らは、より一層のＮＯｘ浄化率向上を狙って、このＥＧＲと上述したＮＯｘ触媒とを組み合わせて用いることも考慮している。この場合、例えば、特開昭６３−２２３３５９号公報（この公報はガソリンエンジンについての技術）に示すように、排気中の酸素濃度を酸素濃度センサで検出し、検出した酸素濃度が目標酸素濃度となるようにＥＧＲ流量を制御することが考えられる。
【０００６】
しかし、前述したように、後噴射した未燃炭化水素が酸素濃度センサで燃焼して酸素濃度が低下する分だけ、酸素濃度センサの検出値が実際のＥＧＲガスの酸素濃度よりも低くなってしまうため、後噴射を行うと、内燃機関に供給する酸素量（吸入空気量）を増加させるべく、ＥＧＲガス流量が減量補正されてしまい、ＥＧＲの制御精度が悪化して内燃機関からのＮＯｘ排出量が増加してしまう。しかも、後噴射により供給された炭化水素を含む排気ガスの一部がＥＧＲにより吸気系に戻されてしまい、その分、ＮＯｘ触媒に供給される炭化水素が減少してＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率も低下してしまう。
【０００７】
この他、本発明者らは、ＥＧＲと組み合わせずに、ＮＯｘ触媒単独でＮＯｘを浄化する排気浄化システムについても、酸素濃度センサで検出した排気中の酸素濃度に基づいて、例えば燃料噴射量又は吸入空気量等を補正することで、ＮＯｘ触媒近傍の炭化水素濃度とＮＯｘ濃度とを適正に制御する方法を考慮しているが、この場合でも、後噴射による酸素濃度センサの検出精度低下の問題を解決しない限り、期待するようなＮＯｘ浄化率向上は得られない。
【０００８】
この問題を一般化すると、排気中の特定の成分の濃度を検出するセンサの出力値により、触媒の浄化率を高めるように内燃機関を含むシステムを制御する制御手段を有する排気浄化装置において、排気中の窒素酸化物を還元浄化する触媒の浄化率を高めるために後噴射を行うと、センサの出力値が変化してしまい、結果として触媒の浄化率が低下してしまうといえる。
【０００９】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その第１の目的は、後噴射しても触媒の浄化率の低下を抑制できる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法を得ることである。
【００１０】
第２の目的は、後噴射しても酸素濃度センサにより排気中の酸素濃度を精度良く検出することができて、ＮＯｘ浄化率を向上することができる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法を得ることである。
【００１１】
第３の目的は、排気中の特定の成分の濃度を検出するセンサの取付位置を工夫することにより、後噴射が実質的にない状態の濃度を検知して触媒の浄化率の低下を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を得ることである。
【００１２】
第４の目的は、ＥＧＲの取付位置を工夫することにより、触媒の浄化率の低下を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を得ることである。
【００１３】
第５の目的は、後噴射による排気中の炭化水素濃度を推測することにより、後噴射が実質的にない状態の酸素濃度を検知して触媒の浄化率の低下を抑制できる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法を得ることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１，１０の内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法によれば、内燃機関の排気通路に排気中の窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ触媒（以下単に「触媒」という）を設けると共に、排気中の酸素濃度を検出するヒータ付きの酸素濃度センサを設け、触媒に炭化水素を供給するための後噴射指令により前記燃料噴射手段にて噴射された後噴射量に基づいて酸素濃度センサ補正手段により酸素濃度センサの出力値を、その出力値に対応する酸素濃度よりも高い側へ補正する。この補正により、後噴射した未燃炭化水素が酸素濃度センサで燃焼して検出酸素濃度が低下することを見込んで、後噴射が無い場合に相当する酸素濃度を推定することが可能となり、後噴射が酸素濃度検出に及ぼす悪影響を排除できる。従って、この補正された酸素濃度センサの出力値に基づいて、排気中の実際の酸素濃度が目標酸素濃度となるように内燃機関の排気還流ガス流量（ＥＧＲガス流量）、燃料噴射量、吸入空気量のいずれかを制御することで、後噴射による悪影響を排除した排気浄化制御が可能となり、ＮＯｘ浄化率を向上することができる。尚、後噴射指令に基づいて排気中の目標酸素濃度を補正して、補正後の目標酸素濃度と酸素濃度センサの出力値に基づいて内燃機関の排気還流ガス流量、燃料噴射量、吸入空気量のいずれかを制御するようにしても良く（請求項１１，２０）、この場合でも同じ効果が得られる。
【００１５】
また、請求項２のように、前記酸素濃度センサ補正手段によって酸素濃度センサの出力値を補正する際に、運転状態検出手段で検出した内燃機関の運転状態に基づいて排気流量推定手段により排気流量を推定し、この排気流量の推定値と後噴射指令により燃料噴射手段にて噴射された後噴射量とに基づいて酸素濃度センサ周辺の排気中の炭化水素濃度を炭化水素濃度推定手段により推定し、この炭化水素濃度の推定値に基づいて酸素濃度センサの出力値を、その出力値に対応する酸素濃度よりも高い側へ補正するようにしても良い。つまり、排気中の炭化水素が酸素濃度センサで燃焼する際に消費される酸素量は、排気中の炭化水素濃度に応じて変化するため、炭化水素濃度を推定して酸素濃度センサの出力値を補正することで、酸素濃度センサでの消費酸素量を見込んで、後噴射が無い場合に相当する酸素濃度を精度良く検出することが可能となる。尚、炭化水素濃度の推定値に基づいて目標酸素濃度を補正するようにしても良く（請求項１２）、この場合でも同じ効果が得られる。
【００１６】
更に、請求項３，１３のように、運転状態検出手段で検出した内燃機関の運転状態に基づいて排気が酸素濃度センサに到達するまでの遅れ時間を算出し、この遅れ時間前の排気流量と前記後噴射指令により燃料噴射手段にて噴射された後噴射量とに基づいて現時点の酸素濃度センサ周辺の排気中の炭化水素濃度を推定し、この炭化水素濃度の推定値に基づいて酸素濃度センサの出力値を、その出力値に対応する酸素濃度よりも高い側へ補正するようにしても良い。つまり、内燃機関の運転状態に基づいて排気流量が検出されてから該排気が酸素濃度センサに到達するまでの遅れ時間や、後噴射された炭化水素が酸素濃度センサに到達するまでの遅れ時間は、内燃機関の運転状態が過渡状態にある場合には、炭化水素濃度の推定精度を低下させる原因となる。従って、この遅れ時間を考慮することで、内燃機関の運転状態が過渡状態にある場合でも、現時点の酸素濃度センサ周辺の排気中の炭化水素濃度を精度良く推定することができ、後噴射が無い場合に相当する酸素濃度を精度良く検出することができる。
【００１７】
ところで、後噴射は、全ての気筒について行っても良いが、一部の気筒のみに後噴射（つまり間欠的な後噴射）を行っても良く、この場合でも、触媒に十分な炭化水素を供給することができて、ＮＯｘ浄化率を向上できる。間欠的な後噴射を行う場合には、後噴射による炭化水素を含む排気と、その炭化水素を含まない排気とが交互に流れることから、請求項４，１４のように、後噴射指令を酸素濃度センサの検出応答性から決定される周期よりも長い周期で出力することが考えられる。このようにすれば、後噴射による炭化水素を含まない排気中の酸素濃度を、次の後噴射による炭化水素を含む排気が酸素濃度センサに到達する前に、該酸素濃度センサで精度良く検出することができる。この場合には、上述したような酸素濃度センサの出力値の補正を行わなくても、酸素濃度センサ周辺の排気中の酸素濃度を精度良く検出することができる。
【００１８】
更に、この場合には、請求項５，１５のように、酸素濃度センサの検出応答性から決定される周期よりも長い所定時間内での酸素濃度センサの出力の変化量に基づいて、後噴射した炭化水素量を推定してその推定値と目標値とのずれを小さくするように後噴射指令を補正するようにしても良い。つまり、酸素濃度センサの出力の変化は、後噴射による炭化水素を含む排気とその炭化水素を含まない排気とが交互に流れることによって引き起こされるため、所定時間内での酸素濃度センサの出力の変化量から、後噴射した炭化水素量を推定可能である。従って、この酸素濃度センサの出力の変化量に基づいて、後噴射した炭化水素量を推定してその推定値と目標値とのずれを小さくするように後噴射指令を補正することで、燃料噴射弁の個体差（ばらつき）、経時劣化、制御系の誤差等による後噴射炭化水素量のずれを是正することができ、常に過不足のない量の炭化水素を触媒に安定供給することができて、ＮＯｘ浄化率向上に寄与できる。
【００１９】
また、特定の気筒についてのみ後噴射を実施する場合には、請求項６，１６のように、酸素濃度センサを、後噴射を実施する特定の気筒から最も離れた位置の気筒の排気マニホールドに配置するようにしても良い。このように、特定の気筒についてのみ後噴射を実施する場合には、後噴射による炭化水素を含む排気は、当該特定の気筒の排気マニホールドのみに流れ、他の気筒の排気マニホールドには、後噴射による炭化水素を含まない排気が流れる。この場合、当該特定の気筒の排気マニホールドから流出する炭化水素を含む排気の一部が他の気筒の排気マニホールドに逆流・拡散する現象が発生するが、この逆流・拡散現象は、後噴射を実施する特定の気筒から離れるほど少なくなる。従って、後噴射を実施する特定の気筒から最も離れた気筒の排気マニホールドでは、後噴射した炭化水素の逆流・拡散現象が最も起こりにくいため、当該気筒の排気マニホールドに酸素濃度センサを配置することで、後噴射による炭化水素の影響を受けにくい比較的精度の良い酸素濃度検出が可能となる。この場合には、前述したような酸素濃度センサの出力値の補正を行わなくても、排気中の酸素濃度を比較的精度良く検出することができる。
【００２０】
また、ＥＧＲ（排気還流装置）とＮＯｘ触媒とを組み合わせたシステムでは、請求項７，１７のように、排気還流通路を、後噴射を実施する特定の気筒から最も離れた位置の気筒の排気マニホールドに接続するようにしても良い。このようにすれば、後噴射を実施する特定の気筒から排出される炭化水素を含む排気が排気還流通路を通って吸気系へ戻されにくくなり、ＥＧＲによる炭化水素供給量の減少を抑制することができ、触媒のＮＯｘ浄化率の低下を防ぐことができる。これにより、触媒とＥＧＲの双方の機能を有効に発揮させた高効率のＮＯｘ浄化が可能となる。
【００２１】
また、請求項８，１８のように、排気還流通路を触媒の下流側の排気通路に接続しても良い。このようにすれば、後噴射による炭化水素を含む排気は、その全量が触媒に流入してＮＯｘの還元浄化に用いられた後で、その排気の一部が排気還流通路を通って吸気系へ戻される。従って、ＥＧＲを行っても、後噴射による触媒への炭化水素供給量は全く減少せず、触媒とＥＧＲの双方の機能を有効に発揮させた高効率のＮＯｘ浄化が可能となる。
【００２２】
また、請求項９，１９のように、排気還流通路に排気還流ガス中の窒素酸化物を還元浄化する排気還流ガス用ＮＯｘ触媒を設置しても良い。このようにすれば、後噴射した炭化水素を含む排気の一部が排気還流ガスとして排気還流通路を流れて排気還流ガス用ＮＯｘ触媒を通過する過程で、排気還流ガス用触媒の触媒作用により排気還流ガス中の炭化水素とＮＯｘとが反応してＮＯｘが還元浄化される。これにより、内燃機関に戻される排気還流ガス中のＮＯｘが低減され、その分、内燃機関から排出されるＮＯｘが低減される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明を例えば４気筒のディーゼルエンジンに適用した実施形態（１）を図１乃至図４に基づいて説明する。
【００２４】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の構成を説明する。内燃機関であるディーゼルエンジン１０の吸気管１１には、吸入空気量を検出するエアーフローセンサ１２が設置され、このエアーフローセンサ１２を通過した吸入空気が吸気マニホールド１３を通ってディーゼルエンジン１０の各気筒に吸入される。ディーゼルエンジン１０の各気筒には、燃料噴射手段として電磁弁式の燃料噴射弁１４が取り付けられ、各燃料噴射弁１４には、高圧燃料ポンプ１５から高圧に蓄圧された燃料が燃料配管１６を通して供給される。
【００２５】
ディーゼルエンジン１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１７（排気通路）を通して１本の排気管１８（排気通路）に排出され、この排気管１８の途中には、排気中のＮＯｘを還元浄化する触媒、すなわちＮＯｘ触媒１９が設置されている。このＮＯｘ触媒１９の上流側には、排気中の酸素濃度を検出するヒータ付きの酸素濃度センサ２０が設置され、ＮＯｘ触媒１９の下流側には、排気温度を検出する排気温度センサ２１が設置されている。
【００２６】
一方、排気管１８と吸気管１１との間には、排気の一部を吸気管１１に還流させる排気還流通路を構成するＥＧＲ配管２２が接続され、このＥＧＲ配管２２の途中にＥＧＲ弁２３が設けられている。このＥＧＲ弁２３は、ＥＧＲ制御弁２４により弁開度が調整され、その開度調整によりＥＧＲ配管２２を通過するＥＧＲガス流量が制御される。
【００２７】
ディーゼルエンジン１０の運転中は、エンジン電子制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２５によって、各気筒の燃料噴射弁１４やＥＧＲ制御弁２４が制御される。このＥＣＵ２５は、エアーフローセンサ１２、アクセルセンサ２６及びエンジン回転数センサ２７（これらはいずれも運転状態検出手段に相当）から読み込んだ信号に基づいてディーゼルエンジン１０の運転状態を検出すると共に、排気温度センサ２１の出力信号に基づいてＮＯｘ触媒１９の温度が所定の活性温度範囲内にあるか否かを判定する。
【００２８】
また、ＥＣＵ２５に内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）には、図２に示すエンジン制御プログラムが記憶されている。ＥＣＵ２５は、図２のエンジン制御プログラムを実行することで、各気筒の燃料噴射弁１４に機関出力発生のための主噴射指令とＮＯｘ触媒１９への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段として機能すると共に、酸素濃度センサ２０の出力値を補正する酸素濃度センサ補正手段としても機能し、更に、補正された酸素濃度センサ２０の出力値に基づいて、排気中の実際の酸素濃度目標酸素濃度となるようにディーゼルエンジン１０の制御量の１つであるＥＧＲガス流量を制御する機関制御手段としても機能する。
【００２９】
以下、このＥＣＵ２５によって実行されるエンジン制御の内容を図２のフローチャートに従って説明する。このエンジン制御プログラムは、所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し実行される。このエンジン制御プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、ディーゼルエンジン１０の運転状態を検出するために、アクセルセンサ２６、エンジン回転数センサ２７、エアーフローセンサ１２、酸素濃度センサ２０及び排気温度センサ２１から出力される各信号を読み込む。
【００３０】
この後、ステップ１０２に進み、アクセルセンサ２６とエンジン回転数センサ２７の出力信号からパイロット噴射量とその噴射時期を算出すると共に、主噴射量とその噴射時期を算出する。次に、ステップ１０３に進み、アクセルセンサ２６とエンジン回転数センサ２７の出力信号に基づいてディーゼルエンジン１０からのＮＯｘ排出量を推定し、推定したＮＯｘ排出量と排気温度センサ２１の出力信号から後噴射量とその噴射時期を算出する。尚、後噴射は、排気温度センサ２１の出力信号に基づいてＮＯｘ触媒１９の温度が所定の活性温度範囲内にあると判定された場合に実行される。
【００３１】
ここで、パイロット噴射、主噴射、後噴射について図３に基づいて説明する。図３はＥＣＵ２５からの燃料噴射信号に基づく各気筒の燃料噴射弁１４の燃料噴射波形を示すタイムチャートである。各気筒毎に機関出力発生のために圧縮上死点近傍で主噴射が行われる。この主噴射に先立ち、パイロット噴射を行って少量の燃料を噴射し、この燃料が着火状態となったところで、主噴射を行うことで、燃焼初期の予混合燃焼を減少させてＮＯｘ排出量を低減させる。後噴射は、燃焼後の膨張行程又は排気行程で行われる。従って、後噴射された燃料は、未燃状態のまま排気に混じってディーゼルエンジン１０から排出され、ＮＯｘ触媒１９に供給されてＮＯｘの還元浄化に消費される。この実施形態（１）では、全ての気筒に対して同じパイロット噴射、主噴射、後噴射が実行される。
【００３２】
図２のステップ１０２，１０３で、パイロット噴射、主噴射、後噴射の噴射量と噴射時期を算出した後、ステップ１０４に進み、各気筒の燃料噴射弁１４に、パイロット噴射、主噴射、後噴射の噴射指令を順次出力する。
【００３３】
次に、ステップ１０５では、所定位置において排気流量を検出し、排気流量を検出した後に排気ガスが酸素濃度センサ２０に達するまでに要する第一所定時間を算出すると共に、後噴射されてから排気ガスが酸素濃度センサ２０に達するまでに要する第二所定時間を算出する。以下、第一、第二所定時間の算出方法について詳述する。本実施形態における所定位置はエアーフローセンサ１２の位置とする。第一所定時間は、排気ガスがエアーフローセンサ１２からディーゼルエンジン１０まで移動するのに要する第１時間と、ディーゼルエンジン１０内に滞留する第２時間と、ディーゼルエンジン１０から酸素濃度センサ２０まで移動するのに要する第３時間とからなる。
【００３４】
まず、第１時間の算出方法を説明する。エアーフローセンサ１２で検出された吸気流量から単位時間当たりの吸気流量を求める。この単位時間当たりの吸気流量は質量流量で求められており、温度、圧力を用いて換算することにより単位時間当たりの体積流量を求めることができる。吸気管径（既知）及びエアーフローセンサ１２からディーゼルエンジン１０までの距離（既知）から算出される吸気管体積によって上記単位時間当たりの体積流量を除算することにより第１時間が求められる。
【００３５】
第２時間は、ディーゼルエンジン１０の回転数により決定される。吸気がディーゼルエンジン１０内に滞留するのは、１サイクルすなわち２回転であるから、回転数から回転周期（１回転するのに要する時間）を求め、この回転周期を２倍することで第２時間が求められる。例えば、回転数１０００（ｒ／ｍｉｎ）の場合、回転周期は６．０×１０-2（ｓｅｃ）であり、第２時間は１．２×１０-1（ｓｅｃ）である。また、回転数２０００（ｒ／ｍｉｎ）の場合、回転周期は３．０×１０-2（ｍｉｎ）であり、第２時間は６．０×１０-2（ｓｅｃ）である。
【００３６】
第３時間は、第１時間と同様に求める。ここでは、排気流量はエアーフローセンサ１２で検出された吸気流量とほぼ等しいとしている。第１時間と同様に、排気流量から単位時間当たりの排気流量を求め、温度、圧力を用いて換算することにより体積流量としての排気流量を求める。排気管径（既知）及びディーゼルエンジン１０から酸素濃度センサ２０までの距離（既知）から算出される排気管体積によって上記単位時間当たりの体積流量を除算することにより第３時間が求められる。尚、ＥＧＲ率により吸気流量、排気流量の算出値を補正しても良い。
【００３７】
第二所定時間は、後噴射したタイミングから酸素濃度センサ２０の出力が低下して検出されたタイミング（図４参照）までの時間差から求められる。
【００３８】
以上のようにして第一所定時間と第二所定時間を算出した後、ステップ１０６に進み、現時点より第一所定時間前の排気流量と第二所定時間前の後噴射量から現時点での酸素濃度センサ２０近傍の炭化水素濃度を推定する。現時点における酸素濃度センサ２０近傍には、現時点より第一所定時間前の排気と第二所定時間前の後噴射とが到達しているため、現時点より第一所定時間前の排気流量で、第二所定時間前の後噴射量を除算することで、現時点での酸素濃度センサ２０近傍の炭化水素濃度を推定できる。そして、推定した炭化水素濃度を燃焼させるのに必要な酸素濃度を算出する。例えば、後噴射により供給される炭化水素の平均組成をＣＨ1.85とすると、この炭化水素を燃焼させるための反応式は、
ＣＨ1.85＋（１＋１．８５／４）Ｏ2 →ＣＯ2 ＋（１．８５／２）Ｈ2 Ｏ
となり、上記炭化水素量を燃焼させるのに必要な酸素量は、炭化水素量の１．４６２５倍となる。炭化水素濃度は排気中の炭化水素分子の数とみることができるため、必要な酸素分子の数は炭化水素の数の１．４６２５倍となる。つまり、推定した炭化水素濃度を燃焼させるのに必要な酸素濃度は、推定した炭化水素濃度の１．４６２５倍と算出される。
【００３９】
次に、ステップ１０７に進み、酸素濃度センサ２０の出力信号を１８０℃Ａ毎に平均化する。この理由は、図４に示すように、酸素濃度センサ２０の出力信号は、後噴射指令の出力周期（１８０℃Ａ）で変動するので、その周期で平均化することで酸素濃度の検出精度を向上させるためである。
【００４０】
次のステップ１０８では、平均化した酸素濃度センサ２０の出力信号をステップ１０６で算出した酸素濃度で補正（増量補正）する。これは、後噴射した未燃炭化水素が酸素濃度センサ２０付近で燃焼して検出酸素濃度が低下したことを考慮するためである。この燃焼による酸素濃度濃度の減少量に相当する分だけ、酸素濃度センサ２０の出力信号を増量補正する。つまり、ステップ１０６で算出された「推定した炭化水素濃度を燃焼させるのに必要な酸素濃度」が、酸素濃度センサ２０の出力信号のうちの減少した酸素濃度に相当する。従って、平均化した酸素濃度センサ２０の出力信号をステップ１０６で算出した酸素濃度で補正（増量補正）することで、後噴射が無い場合に相当する酸素濃度を算出することができる。これにより、ＥＧＲ制御に必要な酸素濃度（ＥＧＲガス中の酸素濃度）を精度良く推定するものである。
【００４１】
この後、ステップ１０９に進み、上記ステップ１０８で増量補正した酸素濃度センサ２０の出力信号（補正後の酸素濃度）を目標酸素濃度と比較し、その比較結果に応じてＥＧＲ制御弁２４を通電制御して、ＥＧＲガス流量を増量又は減量制御する。つまり、補正後の酸素濃度は、ＥＧＲ制御に必要な酸素濃度（ＥＧＲガス中の酸素濃度）に対応しているため、これを目標酸素濃度と比較して、補正後の酸素濃度が目標酸素濃度よりも低ければ、ＥＧＲガス流量を減量し、補正後の酸素濃度が目標酸素濃度よりも高ければ、ＥＧＲガス流量を増量する。
【００４２】
以上説明した制御を行えば、図４に示すように、後噴射した未燃炭化水素が酸素濃度センサ２０で燃焼して検出酸素濃度が低下するという事情があっても、後噴射が無い場合に相当する酸素濃度、つまり、ＥＧＲ制御に必要なＥＧＲガス中の酸素濃度を精度良く検出することができ、ＥＧＲの制御精度を向上することができる。これにより、ＮＯｘ触媒１９とＥＧＲの双方の機能を有効に発揮させた高効率のＮＯｘ浄化が可能となる。
【００４３】
また、ステップ１０５で、吸気管１１や排気管１７を排気ガスが流れるのに要する時間や、気筒内で吸入、圧縮、膨張、排気行程に要される時間を考慮することで、ディーゼルエンジン１０が過渡運転状態にある場合でも、現時点の酸素濃度センサ２０近傍の排気中の酸素濃度を精度良く検出することができて、精度の良いＥＧＲ制御を行うことができ、ＥＧＲによるＮＯｘ浄化率を高めることができる。
【００４４】
以上説明した実施形態（１）では、全ての気筒に対して後噴射を実施するようにしたが、一部の気筒のみに後噴射（つまり間欠的な後噴射）を行っても良い。この場合でも、１サイクル（７２０℃Ａ）間に後噴射する炭化水素の総量を１サイクル当たりの目標供給量に一致するように設定すれば、ＮＯｘ触媒１９に炭化水素を過不足なく供給することができる。
【００４５】
また、この実施形態（１）では、４気筒ディーゼルエンジン１０で、全ての気筒に対して後噴射を実施するため、酸素濃度センサ２０の出力信号を１８０℃Ａ毎に平均化するようにしたが、例えば、１気筒おきに間欠的に後噴射する場合には３６０℃Ａ毎に平均化し、１サイクルに１気筒だけ後噴射する場合には、７２０℃Ａ毎に平均化すれば良い。一般に、Ｎ気筒エンジンで、１サイクル中にＭ気筒の後噴射を行う場合には、酸素濃度センサ２０の出力信号を（７２０／Ｍ）℃Ａ毎に平均化すれば良い。
【００４６】
また、この実施形態（１）では、ステップ１０６で算出した酸素濃度を用いてステップ１０８で酸素濃度センサの出力信号を増量補正したが、ステップ１０６で算出した酸素濃度を用いて、目標酸素濃度を減量補正しても良い。
【００４７】
［実施形態（２）］
図５乃至図８は、本発明の実施形態（２）を示すものであり、以下、上記実施形態（１）と異なる部分を主として説明する。この実施形態（２）では、後述するように後噴射を間欠的に行い、後噴射による炭化水素を含む排気と、その炭化水素を含まない排気とが交互に流れる。更に、後噴射を行う周期を、酸素濃度センサ２０の検出応答性から決定される周期よりも長い周期に設定する。これにより、後噴射が行われない気筒から排出される排気中の酸素濃度（後噴射による炭化水素を含まない排気中の酸素濃度）を、次の後噴射による炭化水素を含む排気が酸素濃度センサ２０に到達する前に、該酸素濃度センサ２０で精度良く検出することができる。
【００４８】
以下、この実施形態（２）で行う制御を図５及び図６のフローチャートに従って説明する。図５及び図６のエンジン制御プログラムは、所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し実行される。このエンジン制御プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、アクセルセンサ２６、エンジン回転数センサ２７、エアーフローセンサ１２、酸素濃度センサ２０及び排気温度センサ２１から出力される各信号を読み込む。この後、ステップ２０２に進み、アクセルセンサ２６とエンジン回転数センサ２７の出力信号からパイロット噴射量とその噴射時期を算出すると共に、主噴射量とその噴射時期を算出する。次に、ステップ２０３に進み、アクセルセンサ２６とエンジン回転数センサ２７の出力信号に基づいてディーゼルエンジン１０からのＮＯｘ排出量を推定し、推定したＮＯｘ排出量と排気温度センサ２１の出力信号から後噴射量とその噴射時期を算出する。
【００４９】
この後、ステップ２０４に進み、前回の後噴射終了から現時点までの経過時間（クランク角）に応じた後噴射量を算出するために、前回の後噴射終了から、本プログラムが起動される毎に、所定の後噴射量を積算して積算ポスト噴射量を求める。この後、ステップ２０５に進み、各気筒の燃料噴射弁１４に、パイロット噴射と主噴射の噴射指令を順次出力する。
【００５０】
次に、ステップ２０６に進み、前回の後噴射終了から所定時間が経過したか否か判定する。ここで、所定時間とは、酸素濃度センサ２０の検出応答性から決定される周期よりも長い時間であり、例えば、２０ｍｓｅｃから５００ｍｓｅｃの範囲、より望ましくは５０ｍｓｅｃから２００ｍｓｅｃの範囲で設定する。もし、前回の後噴射終了から所定時間が経過していなければ、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了するが、前回の後噴射終了から所定時間が経過していれば、ステップ２０７に進み、該当する気筒の燃料噴射弁１４に後噴射指令を出力し、その気筒の膨張行程又は排気行程で後噴射を実施する。
【００５１】
この後、ステップ２０８に進み、積算ポスト噴射量をゼロにクリアした後、ステップ２０９に進み、酸素濃度センサ２０の出力信号が上記所定時間内で最大値に達して時間的に安定したか否かを判定する。つまり、酸素濃度センサ２０が後噴射による未燃炭化水素が含まれない排気中の酸素濃度（後噴射が無い場合の酸素濃度）を検出できたか否かを判定する。もし、このステップ２０９の判定が「Ｎｏ」であれば、酸素濃度センサ２０の出力信号が後噴射による影響を受けて、ＥＧＲ制御に必要な酸素濃度（ＥＧＲガス中の酸素濃度）を精度良く検出できないため、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００５２】
一方、上記ステップ２０９で、「Ｙｅｓ」と判定された場合、つまり、ＥＧＲ制御に必要な酸素濃度を検出できた場合には、ステップ２１０に進み、酸素濃度センサ２０の出力信号を目標酸素濃度と比較し、その比較結果に応じてＥＧＲ制御弁２４を通電制御して、ＥＧＲガス流量を増量又は減量制御する。これにより、精度の良いＥＧＲ制御を行うことができ、ＥＧＲによるＮＯｘ浄化率を高めることができる。
【００５３】
この後、ステップ２１１に進み、酸素濃度センサ２０の出力信号のうち、前記所定時間内での最大値（つまり後噴射による炭化水素を含まない排気ガスの酸素濃度）と、最小値（つまり後噴射による炭化水素を含む排気ガスの酸素濃度）とを比較して、所定時間内での酸素濃度センサ２０の出力の変化量を算出し、この変化量に基づいて、後噴射した炭化水素量を算出し、この算出値が目標の炭化水素量からずれている場合には、後噴射の指令値を増量又は減量補正する。
【００５４】
このステップ２１１において、所定時間内での酸素濃度センサ２０の出力の変化量の算出は、所定時間内での酸素濃度センサ２０の出力と後噴射が無い場合の酸素濃度との差を積分（積算）して行っても良く、この場合には、酸素濃度センサ２０の出力の途中の変化具合も考慮した酸素濃度センサ２０の出力変化量を求めることができる。
【００５５】
この場合、酸素濃度センサ２０の出力の変化は、後噴射による炭化水素を含む排気とその炭化水素を含まない排気とが交互に流れることによって引き起こされるため、所定時間内での酸素濃度センサ２０の出力の変化量から、後噴射した炭化水素量を推定可能である。従って、この酸素濃度センサ２０の出力の変化量に基づいて後噴射炭化水素量を補正することで、燃料噴射弁１４の個体差（ばらつき）、経時劣化、制御系の誤差等による後噴射量のずれを是正することができ、常に過不足のない量の炭化水素をＮＯｘ触媒１９に安定供給することができて、ＮＯｘ浄化率向上に寄与できる。
【００５６】
図７は、定常運転時に図５及び図６に示すエンジン制御プログラムを実行した場合の気筒▲１▼〜▲４▼の燃料噴射波形を示したタイムチャートである。全ての気筒▲１▼〜▲４▼で、同じパイロット噴射と主噴射が実行されるが、後噴射は、気筒▲１▼で実行された後、酸素濃度センサ２０の検出応答性から決定される周期よりも長い所定時間が経過するまで実行されないため、気筒▲２▼と▲３▼では実行されず、所定時間が経過した気筒▲４▼で実行される。この気筒▲４▼で後噴射が実行された後、後噴射は、再び、所定時間が経過するまで実行されないため、気筒▲１▼と▲２▼では実行されず、所定時間が経過した気筒▲４▼で実行され、以後、同様の処理が繰り返される。
【００５７】
一方、図８は、上述した図７のタイムチャートに示す後噴射を行った場合の酸素濃度センサ２０の出力信号の波形を示したタイムチャートである。図７に示す気筒▲１▼、気筒▲４▼、気筒▲３▼で後噴射が実行される毎に、酸素濃度センサ２０の出力信号が低下し、その出力の変動周期は５４０℃Ａに相当する。後噴射が行われてから、次の後噴射が行われるまでに、２つの気筒から後噴射による未燃炭化水素を含まない排気ガスが排出され、この排気ガスが酸素濃度センサ２０に流入して酸素濃度センサ２０内でガス交換されるため、酸素濃度センサ２０の出力が増加していく。これにより、酸素濃度センサ２０の検出応答性から決まる所定時間後に、酸素濃度センサ２０の出力が最大値（つまり後噴射が無い場合の排気中の酸素濃度）となり、この最大値を検出することで、後噴射の影響を受けずにＥＧＲ制御に必要な酸素濃度（ＥＧＲガス中の酸素濃度）を精度良く検出できる。
【００５８】
以上説明した実施形態（２）では、後噴射を行う周期を、酸素濃度センサ２０の検出応答性から決定される周期よりも長い周期に設定することで、後噴射の影響を受けずにＥＧＲ制御に必要な酸素濃度を精度良く検出できるため、前記実施形態（１）とは異なり、酸素濃度センサ２０の出力信号を補正する必要はなく、酸素濃度センサ２０の出力信号を補正せずに、そのままＥＧＲ制御に用いても、精度の良いＥＧＲ制御を行うことができ、ＥＧＲによるＮＯｘ浄化率を高めることができる。これにより、ＮＯｘ触媒１９とＥＧＲの双方の機能を有効に発揮させた高効率のＮＯｘ浄化が可能となる。
【００５９】
［実施形態（３）］
図９及び図１０に示す実施形態（３）では、後噴射は特定の気筒（本例では気筒▲１▼とした）のみで実施し、当該特定の気筒▲１▼のみで全気筒分の後噴射量を噴射する。この実施形態（３）において、図１の構成と異なる点は、酸素濃度センサ２０の設置場所とＥＧＲ配管２２（排気還流通路）の排気管側の接続口３１の位置である。すなわち、実施形態（３）では、酸素濃度センサ２０は、後噴射を実施する特定の気筒▲１▼から最も離れた位置の気筒▲４▼の排気マニホールド１７ｄに配置されている。同様に、ＥＧＲ配管２２の排気管側の接続口３１は、後噴射を実施する特定の気筒▲１▼から最も離れた位置の気筒▲４▼の排気マニホールド１７ｄに接続されている。
【００６０】
図９は、実施形態（３）における気筒▲１▼から気筒▲４▼の燃料噴射波形を示すタイムチャートである。全ての気筒に対して同じパイロット噴射と主噴射が実行されているが、後噴射は、特定の気筒▲１▼のみで実行される。このように、特定の気筒▲１▼についてのみ後噴射を実施する場合には、後噴射による炭化水素を含む排気は当該特定の気筒▲１▼の排気マニホールド１７ａのみに流れ、他の気筒▲２▼，▲３▼，▲４▼の排気マニホールド１７ｂ，１７ｃ，１７ｄには、後噴射による炭化水素を含まない排気が流れる。
【００６１】
この場合、後噴射を実施する気筒▲１▼の排気マニホールド１７ａから流出する炭化水素を含む排気の一部が他の気筒▲２▼，▲３▼，▲４▼の排気マニホールド１７ｂ，１７ｃ，１７ｄに逆流・拡散する現象が発生するが、この逆流・拡散現象は、後噴射を実施する気筒▲１▼から離れるほど少なくなる。従って、後噴射を実施する気筒▲１▼から最も離れた気筒▲４▼の排気マニホールド１７ｄでは、後噴射した炭化水素の逆流・拡散現象が最も起こりにくいため、当該気筒▲４▼の排気マニホールド１７ｄに酸素濃度センサ２０を配置することで、後噴射による炭化水素の影響を受けにくい比較的精度の良い酸素濃度検出が可能となる。この場合には、前述した実施形態（１）のような酸素濃度センサ２０の出力値の補正を行わなくても、排気中の酸素濃度を比較的精度良く検出することができる。
【００６２】
同様の理由から、ＥＧＲ配管２２を、後噴射を実施する特定の気筒▲１▼から最も離れた位置の気筒▲４▼の排気マニホールド１７ｄに接続しているので、気筒▲１▼で後噴射を実施しても、その後噴射による炭化水素を含む排気がＥＧＲ配管２２を通って吸気系へ戻されにくくなり、ＥＧＲによる炭化水素供給量の減少を抑制することができ、ＮＯｘ触媒１９のＮＯｘ浄化率の低下を防ぐことができる。これにより、ＮＯｘ触媒１９とＥＧＲの双方の機能を有効に発揮させた高効率のＮＯｘ浄化が可能となる。
【００６３】
図１３に、ＥＧＲ率３０％時に、後噴射する気筒を▲１▼から▲４▼まで順にかえた場合の後噴射した炭化水素量のうち、ＥＧＲによって吸気側に還流した炭化水素の割合を示す。ＥＧＲ配管２２に最も近い位置の気筒▲４▼で後噴射した場合、吸気側への還流率が最も高く、逆にＥＧＲ配管２２から最も離れた位置の気筒▲１▼で後噴射した場合、吸気側への還流率が最も低い。
【００６４】
尚、図９の例では、酸素濃度センサ２０をＥＧＲ配管２２の排気管側の接続口３１よりも上流側に位置させているが、この順序は逆であっても良い。
【００６５】
また、この実施形態（３）では、後噴射を実施する特定の気筒を１気筒のみとしたが、２気筒以上であっても良く、この場合でも、酸素濃度センサ２０の配置場所とＥＧＲ配管２２の排気管側の接続口３１の位置を、後噴射を実施する特定の気筒から最も離れた位置の気筒の排気マニホールドに設定すれば良い。
【００６６】
［実施形態（４）］
図１１は本発明の実施形態（４）を示したものであり、図１の構成と異なる点は、ＥＧＲ配管２２の排気管側の接続口３２をＮＯｘ触媒１９の下流側に接続したことと、このＥＧＲ配管２２の排気管側の接続口３２よりも下流側に排気絞り弁３３を設置したことである。このようにすれば、後噴射による未燃炭化水素を含む排気は、その全量がＮＯｘ触媒１９に流入してＮＯｘの還元浄化に用いられ、ＮＯｘ触媒１９を通過した、未燃炭化水素を含まないか又はごく僅かしか未燃炭化水素を含まない排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気管１１に戻される。従って、ＥＧＲを行っても、後噴射によるＮＯｘ触媒１９への炭化水素供給量は全く減少せず、ＮＯｘ触媒１９とＥＧＲの双方の機能を有効に発揮させた高効率のＮＯｘ浄化が可能となる。
【００６７】
この場合、ＮＯｘ触媒１９の下流側は上流側と比較して排気圧力が低いため、このままでは、十分なＥＧＲガス流量が得られない場合がある。そこで、この実施形態（４）では、ＥＧＲ配管２２の排気管側の接続口３２よりも下流側に排気絞り弁３３を設置し、ＥＧＲ制御時のみ排気絞り弁３３の開度を絞ることで、ＥＧＲ配管２２の接続口３２の排気圧力を上昇させて、十分なＥＧＲガス流量を確保する。
【００６８】
［実施形態（５）］
図１２は本発明の実施形態（５）を示したものであり、図１の構成と異なる点は、ＥＧＲ配管２２の途中に、ＥＧＲガス中のＮＯｘを還元浄化するＥＧＲガス用ＮＯｘ触媒３４を設置したことである。この構成では、後噴射した炭化水素を含む排気の一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ配管２２を流れてＥＧＲガス用ＮＯｘ触媒３４を通過する過程で、ＥＧＲガス用ＮＯｘ触媒３４の触媒作用によりＥＧＲガス中の炭化水素とＮＯｘとが反応してＮＯｘが還元浄化される。これにより、ディーゼルエンジン１０に戻されるＥＧＲガス中のＮＯｘが低減され、ＥＧＲによるＮＯｘ低減が効率良く行われて、ディーゼルエンジン１０から排出されるＮＯｘが低減される。
【００６９】
尚、ＥＧＲガス用ＮＯｘ触媒３４の設置場所は、ＥＧＲ配管２２の途中であれば、ＥＧＲ弁２３の上流側／下流側のいずれであっても良い。
【００７０】
［その他の実施形態］
上記各実施形態は、いずれも本発明を４気筒ディーゼルエンジンに適用したものであるが、気筒数は４気筒に限定されず、他の気筒数であっても良いことは言うまでもない。また、本発明を適用可能な内燃機関は、ディーゼルエンジンに限定されず、筒内噴射（直噴）式ガソリンエンジンにも適用可能である。
【００７１】
また、上記各実施形態では、いずれも、酸素濃度センサ２０の出力信号（又はその補正値）に基づいてＥＧＲガス流量を補正するようにしたが、燃料噴射量又は吸入空気量を補正するようにしても良い。吸入空気量の補正は吸気管１１に設けたスロットル弁を開度調節することにより行えば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図２】実施形態（１）におけるエンジン制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図３】実施形態（１）における各気筒の燃料噴射弁の燃料噴射波形を示すタイムチャート
【図４】実施形態（１）における酸素濃度センサの出力信号の波形を示すタイムチャート
【図５】本発明の実施形態（２）で用いられるエンジン制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】図５の続きのフローチャート
【図７】実施形態（２）における各気筒の燃料噴射弁の燃料噴射波形を示すタイムチャート
【図８】実施形態（２）における酸素濃度センサの出力信号の波形を示すタイムチャート
【図９】本発明の実施形態（３）を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図１０】実施形態（３）における各気筒の燃料噴射弁の燃料噴射波形を示すタイムチャート
【図１１】本発明の実施形態（４）を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図１２】本発明の実施形態（５）を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図１３】後噴射気筒番号と炭化水素の吸気側への還流割合との関係を示す図
【符号の説明】
１０…ディーゼルエンジン（内燃機関）、１１…吸気管、１２…エアフローセンサ、１３…吸気マニホールド、１４…燃料噴射弁（燃料噴射手段）、１７，１７ａ〜１７ｄ…排気マニホールド（排気通路）、１８…排気管（排気通路）、１９…ＮＯｘ触媒（触媒）、２０…酸素濃度センサ、２１…排気温度センサ、２２…ＥＧＲ配管（排気還流通路）、２３…ＥＧＲ弁、２４…ＥＧＲ制御弁、２５…ＥＣＵ（噴射制御手段，酸素濃度センサ補正手段，機関制御手段，目標酸素濃度算出手段，酸素濃度補正手段）、２６…アクセルセンサ、２７…エンジン回転数センサ、３３…排気絞り弁、３４…ＥＧＲガス用ＮＯｘ触媒（排気還流ガス用ＮＯｘ触媒）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒で還元浄化する内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等の酸素過剰下で燃料の燃焼が行われる内燃機関から排出される排気中のＮＯｘを浄化するために、排気管内にＮＯｘ触媒を設置し、炭化水素（燃料）を還元剤としてＮＯｘ触媒に供給してＮＯｘを還元浄化する技術が提案されている。その一例として、特開平５−１５６９９３号公報では、内燃機関の各気筒の燃料噴射弁に機関出力発生のための主噴射指令を与えて主噴射を実施すると共に、主噴射後の膨張行程で、後噴射指令を与えて燃料噴射弁から主噴射燃料量の０．３〜３％の燃料を後噴射し、この後噴射により未燃燃料（炭化水素）を還元剤としてＮＯｘ触媒に供給するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、一層のＮＯｘ浄化率向上を狙って、排気中の酸素濃度を酸素濃度センサで検出し、その検出値に応じて内燃機関の制御量（例えばＥＧＲガス流量、燃料噴射量、吸入空気量等のいずれか）を補正することで、ＮＯｘ触媒近傍の炭化水素濃度とＮＯｘ濃度とを適正に制御する技術を研究している。
【０００４】
しかし、運転中は、酸素濃度センサも内蔵したヒータで加熱されて高温になるため、後噴射した未燃炭化水素が酸素濃度センサで燃焼し、その分、酸素濃度が低く検出されてしまい、内燃機関の制御精度が低下してしまう。
【０００５】
一般に、ディーゼルエンジンは、ＮＯｘ浄化のためにＥＧＲ（排気還流装置）を装備したものが多いことから、本発明者らは、より一層のＮＯｘ浄化率向上を狙って、このＥＧＲと上述したＮＯｘ触媒とを組み合わせて用いることも考慮している。この場合、例えば、特開昭６３−２２３３５９号公報（この公報はガソリンエンジンについての技術）に示すように、排気中の酸素濃度を酸素濃度センサで検出し、検出した酸素濃度が目標酸素濃度となるようにＥＧＲ流量を制御することが考えられる。
【０００６】
しかし、前述したように、後噴射した未燃炭化水素が酸素濃度センサで燃焼して酸素濃度が低下する分だけ、酸素濃度センサの検出値が実際のＥＧＲガスの酸素濃度よりも低くなってしまうため、後噴射を行うと、内燃機関に供給する酸素量（吸入空気量）を増加させるべく、ＥＧＲガス流量が減量補正されてしまい、ＥＧＲの制御精度が悪化して内燃機関からのＮＯｘ排出量が増加してしまう。しかも、後噴射により供給された炭化水素を含む排気ガスの一部がＥＧＲにより吸気系に戻されてしまい、その分、ＮＯｘ触媒に供給される炭化水素が減少してＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率も低下してしまう。
【０００７】
この他、本発明者らは、ＥＧＲと組み合わせずに、ＮＯｘ触媒単独でＮＯｘを浄化する排気浄化システムについても、酸素濃度センサで検出した排気中の酸素濃度に基づいて、例えば燃料噴射量又は吸入空気量等を補正することで、ＮＯｘ触媒近傍の炭化水素濃度とＮＯｘ濃度とを適正に制御する方法を考慮しているが、この場合でも、後噴射による酸素濃度センサの検出精度低下の問題を解決しない限り、期待するようなＮＯｘ浄化率向上は得られない。
【０００８】
この問題を一般化すると、排気中の特定の成分の濃度を検出するセンサの出力値により、触媒の浄化率を高めるように内燃機関を含むシステムを制御する制御手段を有する排気浄化装置において、排気中の窒素酸化物を還元浄化する触媒の浄化率を高めるために後噴射を行うと、センサの出力値が変化してしまい、結果として触媒の浄化率が低下してしまうといえる。
【０００９】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その第１の目的は、後噴射しても触媒の浄化率の低下を抑制できる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法を得ることである。
【００１０】
第２の目的は、後噴射しても酸素濃度センサにより排気中の酸素濃度を精度良く検出することができて、ＮＯｘ浄化率を向上することができる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法を得ることである。
【００１１】
第３の目的は、排気中の特定の成分の濃度を検出するセンサの取付位置を工夫することにより、後噴射が実質的にない状態の濃度を検知して触媒の浄化率の低下を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を得ることである。
【００１２】
第４の目的は、ＥＧＲの取付位置を工夫することにより、触媒の浄化率の低下を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を得ることである。
【００１３】
第５の目的は、後噴射による排気中の炭化水素濃度を推測することにより、後噴射が実質的にない状態の酸素濃度を検知して触媒の浄化率の低下を抑制できる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法を得ることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１，１０の内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法によれば、内燃機関の排気通路に排気中の窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ触媒（以下単に「触媒」という）を設けると共に、排気中の酸素濃度を検出するヒータ付きの酸素濃度センサを設け、触媒に炭化水素を供給するための後噴射指令により前記燃料噴射手段にて噴射された後噴射量に基づいて酸素濃度センサ補正手段により酸素濃度センサの出力値を、その出力値に対応する酸素濃度よりも高い側へ補正する。この補正により、後噴射した未燃炭化水素が酸素濃度センサで燃焼して検出酸素濃度が低下することを見込んで、後噴射が無い場合に相当する酸素濃度を推定することが可能となり、後噴射が酸素濃度検出に及ぼす悪影響を排除できる。従って、この補正された酸素濃度センサの出力値に基づいて、排気中の実際の酸素濃度が目標酸素濃度となるように内燃機関の排気還流ガス流量（ＥＧＲガス流量）、燃料噴射量、吸入空気量のいずれかを制御することで、後噴射による悪影響を排除した排気浄化制御が可能となり、ＮＯｘ浄化率を向上することができる。尚、後噴射指令に基づいて排気中の目標酸素濃度を補正して、補正後の目標酸素濃度と酸素濃度センサの出力値に基づいて内燃機関の排気還流ガス流量、燃料噴射量、吸入空気量のいずれかを制御するようにしても良く（請求項１１，２０）、この場合でも同じ効果が得られる。
【００１５】
また、請求項２のように、前記酸素濃度センサ補正手段によって酸素濃度センサの出力値を補正する際に、運転状態検出手段で検出した内燃機関の運転状態に基づいて排気流量推定手段により排気流量を推定し、この排気流量の推定値と後噴射指令により燃料噴射手段にて噴射された後噴射量とに基づいて酸素濃度センサ周辺の排気中の炭化水素濃度を炭化水素濃度推定手段により推定し、この炭化水素濃度の推定値に基づいて酸素濃度センサの出力値を、その出力値に対応する酸素濃度よりも高い側へ補正するようにしても良い。つまり、排気中の炭化水素が酸素濃度センサで燃焼する際に消費される酸素量は、排気中の炭化水素濃度に応じて変化するため、炭化水素濃度を推定して酸素濃度センサの出力値を補正することで、酸素濃度センサでの消費酸素量を見込んで、後噴射が無い場合に相当する酸素濃度を精度良く検出することが可能となる。尚、炭化水素濃度の推定値に基づいて目標酸素濃度を補正するようにしても良く（請求項１２）、この場合でも同じ効果が得られる。
【００１６】
更に、請求項３，１３のように、運転状態検出手段で検出した内燃機関の運転状態に基づいて排気が酸素濃度センサに到達するまでの遅れ時間を算出し、この遅れ時間前の排気流量と前記後噴射指令により燃料噴射手段にて噴射された後噴射量とに基づいて現時点の酸素濃度センサ周辺の排気中の炭化水素濃度を推定し、この炭化水素濃度の推定値に基づいて酸素濃度センサの出力値を、その出力値に対応する酸素濃度よりも高い側へ補正するようにしても良い。つまり、内燃機関の運転状態に基づいて排気流量が検出されてから該排気が酸素濃度センサに到達するまでの遅れ時間や、後噴射された炭化水素が酸素濃度センサに到達するまでの遅れ時間は、内燃機関の運転状態が過渡状態にある場合には、炭化水素濃度の推定精度を低下させる原因となる。従って、この遅れ時間を考慮することで、内燃機関の運転状態が過渡状態にある場合でも、現時点の酸素濃度センサ周辺の排気中の炭化水素濃度を精度良く推定することができ、後噴射が無い場合に相当する酸素濃度を精度良く検出することができる。
【００１７】
ところで、後噴射は、全ての気筒について行っても良いが、一部の気筒のみに後噴射（つまり間欠的な後噴射）を行っても良く、この場合でも、触媒に十分な炭化水素を供給することができて、ＮＯｘ浄化率を向上できる。間欠的な後噴射を行う場合には、後噴射による炭化水素を含む排気と、その炭化水素を含まない排気とが交互に流れることから、請求項４，１４のように、後噴射指令を酸素濃度センサの検出応答性から決定される周期よりも長い周期で出力することが考えられる。このようにすれば、後噴射による炭化水素を含まない排気中の酸素濃度を、次の後噴射による炭化水素を含む排気が酸素濃度センサに到達する前に、該酸素濃度センサで精度良く検出することができる。この場合には、上述したような酸素濃度センサの出力値の補正を行わなくても、酸素濃度センサ周辺の排気中の酸素濃度を精度良く検出することができる。
【００１８】
更に、この場合には、請求項５，１５のように、酸素濃度センサの検出応答性から決定される周期よりも長い所定時間内での酸素濃度センサの出力の変化量に基づいて、後噴射した炭化水素量を推定してその推定値と目標値とのずれを小さくするように後噴射指令を補正するようにしても良い。つまり、酸素濃度センサの出力の変化は、後噴射による炭化水素を含む排気とその炭化水素を含まない排気とが交互に流れることによって引き起こされるため、所定時間内での酸素濃度センサの出力の変化量から、後噴射した炭化水素量を推定可能である。従って、この酸素濃度センサの出力の変化量に基づいて、後噴射した炭化水素量を推定してその推定値と目標値とのずれを小さくするように後噴射指令を補正することで、燃料噴射弁の個体差（ばらつき）、経時劣化、制御系の誤差等による後噴射炭化水素量のずれを是正することができ、常に過不足のない量の炭化水素を触媒に安定供給することができて、ＮＯｘ浄化率向上に寄与できる。
【００１９】
また、特定の気筒についてのみ後噴射を実施する場合には、請求項６，１６のように、酸素濃度センサを、後噴射を実施する特定の気筒から最も離れた位置の気筒の排気マニホールドに配置するようにしても良い。このように、特定の気筒についてのみ後噴射を実施する場合には、後噴射による炭化水素を含む排気は、当該特定の気筒の排気マニホールドのみに流れ、他の気筒の排気マニホールドには、後噴射による炭化水素を含まない排気が流れる。この場合、当該特定の気筒の排気マニホールドから流出する炭化水素を含む排気の一部が他の気筒の排気マニホールドに逆流・拡散する現象が発生するが、この逆流・拡散現象は、後噴射を実施する特定の気筒から離れるほど少なくなる。従って、後噴射を実施する特定の気筒から最も離れた気筒の排気マニホールドでは、後噴射した炭化水素の逆流・拡散現象が最も起こりにくいため、当該気筒の排気マニホールドに酸素濃度センサを配置することで、後噴射による炭化水素の影響を受けにくい比較的精度の良い酸素濃度検出が可能となる。この場合には、前述したような酸素濃度センサの出力値の補正を行わなくても、排気中の酸素濃度を比較的精度良く検出することができる。
【００２０】
また、ＥＧＲ（排気還流装置）とＮＯｘ触媒とを組み合わせたシステムでは、請求項７，１７のように、排気還流通路を、後噴射を実施する特定の気筒から最も離れた位置の気筒の排気マニホールドに接続するようにしても良い。このようにすれば、後噴射を実施する特定の気筒から排出される炭化水素を含む排気が排気還流通路を通って吸気系へ戻されにくくなり、ＥＧＲによる炭化水素供給量の減少を抑制することができ、触媒のＮＯｘ浄化率の低下を防ぐことができる。これにより、触媒とＥＧＲの双方の機能を有効に発揮させた高効率のＮＯｘ浄化が可能となる。
【００２１】
また、請求項８，１８のように、排気還流通路を触媒の下流側の排気通路に接続しても良い。このようにすれば、後噴射による炭化水素を含む排気は、その全量が触媒に流入してＮＯｘの還元浄化に用いられた後で、その排気の一部が排気還流通路を通って吸気系へ戻される。従って、ＥＧＲを行っても、後噴射による触媒への炭化水素供給量は全く減少せず、触媒とＥＧＲの双方の機能を有効に発揮させた高効率のＮＯｘ浄化が可能となる。
【００２２】
また、請求項９，１９のように、排気還流通路に排気還流ガス中の窒素酸化物を還元浄化する排気還流ガス用ＮＯｘ触媒を設置しても良い。このようにすれば、後噴射した炭化水素を含む排気の一部が排気還流ガスとして排気還流通路を流れて排気還流ガス用ＮＯｘ触媒を通過する過程で、排気還流ガス用触媒の触媒作用により排気還流ガス中の炭化水素とＮＯｘとが反応してＮＯｘが還元浄化される。これにより、内燃機関に戻される排気還流ガス中のＮＯｘが低減され、その分、内燃機関から排出されるＮＯｘが低減される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明を例えば４気筒のディーゼルエンジンに適用した実施形態（１）を図１乃至図４に基づいて説明する。
【００２４】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の構成を説明する。内燃機関であるディーゼルエンジン１０の吸気管１１には、吸入空気量を検出するエアーフローセンサ１２が設置され、このエアーフローセンサ１２を通過した吸入空気が吸気マニホールド１３を通ってディーゼルエンジン１０の各気筒に吸入される。ディーゼルエンジン１０の各気筒には、燃料噴射手段として電磁弁式の燃料噴射弁１４が取り付けられ、各燃料噴射弁１４には、高圧燃料ポンプ１５から高圧に蓄圧された燃料が燃料配管１６を通して供給される。
【００２５】
ディーゼルエンジン１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１７（排気通路）を通して１本の排気管１８（排気通路）に排出され、この排気管１８の途中には、排気中のＮＯｘを還元浄化する触媒、すなわちＮＯｘ触媒１９が設置されている。このＮＯｘ触媒１９の上流側には、排気中の酸素濃度を検出するヒータ付きの酸素濃度センサ２０が設置され、ＮＯｘ触媒１９の下流側には、排気温度を検出する排気温度センサ２１が設置されている。
【００２６】
一方、排気管１８と吸気管１１との間には、排気の一部を吸気管１１に還流させる排気還流通路を構成するＥＧＲ配管２２が接続され、このＥＧＲ配管２２の途中にＥＧＲ弁２３が設けられている。このＥＧＲ弁２３は、ＥＧＲ制御弁２４により弁開度が調整され、その開度調整によりＥＧＲ配管２２を通過するＥＧＲガス流量が制御される。
【００２７】
ディーゼルエンジン１０の運転中は、エンジン電子制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２５によって、各気筒の燃料噴射弁１４やＥＧＲ制御弁２４が制御される。このＥＣＵ２５は、エアーフローセンサ１２、アクセルセンサ２６及びエンジン回転数センサ２７（これらはいずれも運転状態検出手段に相当）から読み込んだ信号に基づいてディーゼルエンジン１０の運転状態を検出すると共に、排気温度センサ２１の出力信号に基づいてＮＯｘ触媒１９の温度が所定の活性温度範囲内にあるか否かを判定する。
【００２８】
また、ＥＣＵ２５に内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）には、図２に示すエンジン制御プログラムが記憶されている。ＥＣＵ２５は、図２のエンジン制御プログラムを実行することで、各気筒の燃料噴射弁１４に機関出力発生のための主噴射指令とＮＯｘ触媒１９への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段として機能すると共に、酸素濃度センサ２０の出力値を補正する酸素濃度センサ補正手段としても機能し、更に、補正された酸素濃度センサ２０の出力値に基づいて、排気中の実際の酸素濃度目標酸素濃度となるようにディーゼルエンジン１０の制御量の１つであるＥＧＲガス流量を制御する機関制御手段としても機能する。
【００２９】
以下、このＥＣＵ２５によって実行されるエンジン制御の内容を図２のフローチャートに従って説明する。このエンジン制御プログラムは、所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し実行される。このエンジン制御プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、ディーゼルエンジン１０の運転状態を検出するために、アクセルセンサ２６、エンジン回転数センサ２７、エアーフローセンサ１２、酸素濃度センサ２０及び排気温度センサ２１から出力される各信号を読み込む。
【００３０】
この後、ステップ１０２に進み、アクセルセンサ２６とエンジン回転数センサ２７の出力信号からパイロット噴射量とその噴射時期を算出すると共に、主噴射量とその噴射時期を算出する。次に、ステップ１０３に進み、アクセルセンサ２６とエンジン回転数センサ２７の出力信号に基づいてディーゼルエンジン１０からのＮＯｘ排出量を推定し、推定したＮＯｘ排出量と排気温度センサ２１の出力信号から後噴射量とその噴射時期を算出する。尚、後噴射は、排気温度センサ２１の出力信号に基づいてＮＯｘ触媒１９の温度が所定の活性温度範囲内にあると判定された場合に実行される。
【００３１】
ここで、パイロット噴射、主噴射、後噴射について図３に基づいて説明する。図３はＥＣＵ２５からの燃料噴射信号に基づく各気筒の燃料噴射弁１４の燃料噴射波形を示すタイムチャートである。各気筒毎に機関出力発生のために圧縮上死点近傍で主噴射が行われる。この主噴射に先立ち、パイロット噴射を行って少量の燃料を噴射し、この燃料が着火状態となったところで、主噴射を行うことで、燃焼初期の予混合燃焼を減少させてＮＯｘ排出量を低減させる。後噴射は、燃焼後の膨張行程又は排気行程で行われる。従って、後噴射された燃料は、未燃状態のまま排気に混じってディーゼルエンジン１０から排出され、ＮＯｘ触媒１９に供給されてＮＯｘの還元浄化に消費される。この実施形態（１）では、全ての気筒に対して同じパイロット噴射、主噴射、後噴射が実行される。
【００３２】
図２のステップ１０２，１０３で、パイロット噴射、主噴射、後噴射の噴射量と噴射時期を算出した後、ステップ１０４に進み、各気筒の燃料噴射弁１４に、パイロット噴射、主噴射、後噴射の噴射指令を順次出力する。
【００３３】
次に、ステップ１０５では、所定位置において排気流量を検出し、排気流量を検出した後に排気ガスが酸素濃度センサ２０に達するまでに要する第一所定時間を算出すると共に、後噴射されてから排気ガスが酸素濃度センサ２０に達するまでに要する第二所定時間を算出する。以下、第一、第二所定時間の算出方法について詳述する。本実施形態における所定位置はエアーフローセンサ１２の位置とする。第一所定時間は、排気ガスがエアーフローセンサ１２からディーゼルエンジン１０まで移動するのに要する第１時間と、ディーゼルエンジン１０内に滞留する第２時間と、ディーゼルエンジン１０から酸素濃度センサ２０まで移動するのに要する第３時間とからなる。
【００３４】
まず、第１時間の算出方法を説明する。エアーフローセンサ１２で検出された吸気流量から単位時間当たりの吸気流量を求める。この単位時間当たりの吸気流量は質量流量で求められており、温度、圧力を用いて換算することにより単位時間当たりの体積流量を求めることができる。吸気管径（既知）及びエアーフローセンサ１２からディーゼルエンジン１０までの距離（既知）から算出される吸気管体積によって上記単位時間当たりの体積流量を除算することにより第１時間が求められる。
【００３５】
第２時間は、ディーゼルエンジン１０の回転数により決定される。吸気がディーゼルエンジン１０内に滞留するのは、１サイクルすなわち２回転であるから、回転数から回転周期（１回転するのに要する時間）を求め、この回転周期を２倍することで第２時間が求められる。例えば、回転数１０００（ｒ／ｍｉｎ）の場合、回転周期は６．０×１０-2（ｓｅｃ）であり、第２時間は１．２×１０-1（ｓｅｃ）である。また、回転数２０００（ｒ／ｍｉｎ）の場合、回転周期は３．０×１０-2（ｍｉｎ）であり、第２時間は６．０×１０-2（ｓｅｃ）である。
【００３６】
第３時間は、第１時間と同様に求める。ここでは、排気流量はエアーフローセンサ１２で検出された吸気流量とほぼ等しいとしている。第１時間と同様に、排気流量から単位時間当たりの排気流量を求め、温度、圧力を用いて換算することにより体積流量としての排気流量を求める。排気管径（既知）及びディーゼルエンジン１０から酸素濃度センサ２０までの距離（既知）から算出される排気管体積によって上記単位時間当たりの体積流量を除算することにより第３時間が求められる。尚、ＥＧＲ率により吸気流量、排気流量の算出値を補正しても良い。
【００３７】
第二所定時間は、後噴射したタイミングから酸素濃度センサ２０の出力が低下して検出されたタイミング（図４参照）までの時間差から求められる。
【００３８】
以上のようにして第一所定時間と第二所定時間を算出した後、ステップ１０６に進み、現時点より第一所定時間前の排気流量と第二所定時間前の後噴射量から現時点での酸素濃度センサ２０近傍の炭化水素濃度を推定する。現時点における酸素濃度センサ２０近傍には、現時点より第一所定時間前の排気と第二所定時間前の後噴射とが到達しているため、現時点より第一所定時間前の排気流量で、第二所定時間前の後噴射量を除算することで、現時点での酸素濃度センサ２０近傍の炭化水素濃度を推定できる。そして、推定した炭化水素濃度を燃焼させるのに必要な酸素濃度を算出する。例えば、後噴射により供給される炭化水素の平均組成をＣＨ1.85とすると、この炭化水素を燃焼させるための反応式は、
ＣＨ1.85＋（１＋１．８５／４）Ｏ2 →ＣＯ2 ＋（１．８５／２）Ｈ2 Ｏ
となり、上記炭化水素量を燃焼させるのに必要な酸素量は、炭化水素量の１．４６２５倍となる。炭化水素濃度は排気中の炭化水素分子の数とみることができるため、必要な酸素分子の数は炭化水素の数の１．４６２５倍となる。つまり、推定した炭化水素濃度を燃焼させるのに必要な酸素濃度は、推定した炭化水素濃度の１．４６２５倍と算出される。
【００３９】
次に、ステップ１０７に進み、酸素濃度センサ２０の出力信号を１８０℃Ａ毎に平均化する。この理由は、図４に示すように、酸素濃度センサ２０の出力信号は、後噴射指令の出力周期（１８０℃Ａ）で変動するので、その周期で平均化することで酸素濃度の検出精度を向上させるためである。
【００４０】
次のステップ１０８では、平均化した酸素濃度センサ２０の出力信号をステップ１０６で算出した酸素濃度で補正（増量補正）する。これは、後噴射した未燃炭化水素が酸素濃度センサ２０付近で燃焼して検出酸素濃度が低下したことを考慮するためである。この燃焼による酸素濃度濃度の減少量に相当する分だけ、酸素濃度センサ２０の出力信号を増量補正する。つまり、ステップ１０６で算出された「推定した炭化水素濃度を燃焼させるのに必要な酸素濃度」が、酸素濃度センサ２０の出力信号のうちの減少した酸素濃度に相当する。従って、平均化した酸素濃度センサ２０の出力信号をステップ１０６で算出した酸素濃度で補正（増量補正）することで、後噴射が無い場合に相当する酸素濃度を算出することができる。これにより、ＥＧＲ制御に必要な酸素濃度（ＥＧＲガス中の酸素濃度）を精度良く推定するものである。
【００４１】
この後、ステップ１０９に進み、上記ステップ１０８で増量補正した酸素濃度センサ２０の出力信号（補正後の酸素濃度）を目標酸素濃度と比較し、その比較結果に応じてＥＧＲ制御弁２４を通電制御して、ＥＧＲガス流量を増量又は減量制御する。つまり、補正後の酸素濃度は、ＥＧＲ制御に必要な酸素濃度（ＥＧＲガス中の酸素濃度）に対応しているため、これを目標酸素濃度と比較して、補正後の酸素濃度が目標酸素濃度よりも低ければ、ＥＧＲガス流量を減量し、補正後の酸素濃度が目標酸素濃度よりも高ければ、ＥＧＲガス流量を増量する。
【００４２】
以上説明した制御を行えば、図４に示すように、後噴射した未燃炭化水素が酸素濃度センサ２０で燃焼して検出酸素濃度が低下するという事情があっても、後噴射が無い場合に相当する酸素濃度、つまり、ＥＧＲ制御に必要なＥＧＲガス中の酸素濃度を精度良く検出することができ、ＥＧＲの制御精度を向上することができる。これにより、ＮＯｘ触媒１９とＥＧＲの双方の機能を有効に発揮させた高効率のＮＯｘ浄化が可能となる。
【００４３】
また、ステップ１０５で、吸気管１１や排気管１７を排気ガスが流れるのに要する時間や、気筒内で吸入、圧縮、膨張、排気行程に要される時間を考慮することで、ディーゼルエンジン１０が過渡運転状態にある場合でも、現時点の酸素濃度センサ２０近傍の排気中の酸素濃度を精度良く検出することができて、精度の良いＥＧＲ制御を行うことができ、ＥＧＲによるＮＯｘ浄化率を高めることができる。
【００４４】
以上説明した実施形態（１）では、全ての気筒に対して後噴射を実施するようにしたが、一部の気筒のみに後噴射（つまり間欠的な後噴射）を行っても良い。この場合でも、１サイクル（７２０℃Ａ）間に後噴射する炭化水素の総量を１サイクル当たりの目標供給量に一致するように設定すれば、ＮＯｘ触媒１９に炭化水素を過不足なく供給することができる。
【００４５】
また、この実施形態（１）では、４気筒ディーゼルエンジン１０で、全ての気筒に対して後噴射を実施するため、酸素濃度センサ２０の出力信号を１８０℃Ａ毎に平均化するようにしたが、例えば、１気筒おきに間欠的に後噴射する場合には３６０℃Ａ毎に平均化し、１サイクルに１気筒だけ後噴射する場合には、７２０℃Ａ毎に平均化すれば良い。一般に、Ｎ気筒エンジンで、１サイクル中にＭ気筒の後噴射を行う場合には、酸素濃度センサ２０の出力信号を（７２０／Ｍ）℃Ａ毎に平均化すれば良い。
【００４６】
また、この実施形態（１）では、ステップ１０６で算出した酸素濃度を用いてステップ１０８で酸素濃度センサの出力信号を増量補正したが、ステップ１０６で算出した酸素濃度を用いて、目標酸素濃度を減量補正しても良い。
【００４７】
［実施形態（２）］
図５乃至図８は、本発明の実施形態（２）を示すものであり、以下、上記実施形態（１）と異なる部分を主として説明する。この実施形態（２）では、後述するように後噴射を間欠的に行い、後噴射による炭化水素を含む排気と、その炭化水素を含まない排気とが交互に流れる。更に、後噴射を行う周期を、酸素濃度センサ２０の検出応答性から決定される周期よりも長い周期に設定する。これにより、後噴射が行われない気筒から排出される排気中の酸素濃度（後噴射による炭化水素を含まない排気中の酸素濃度）を、次の後噴射による炭化水素を含む排気が酸素濃度センサ２０に到達する前に、該酸素濃度センサ２０で精度良く検出することができる。
【００４８】
以下、この実施形態（２）で行う制御を図５及び図６のフローチャートに従って説明する。図５及び図６のエンジン制御プログラムは、所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し実行される。このエンジン制御プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、アクセルセンサ２６、エンジン回転数センサ２７、エアーフローセンサ１２、酸素濃度センサ２０及び排気温度センサ２１から出力される各信号を読み込む。この後、ステップ２０２に進み、アクセルセンサ２６とエンジン回転数センサ２７の出力信号からパイロット噴射量とその噴射時期を算出すると共に、主噴射量とその噴射時期を算出する。次に、ステップ２０３に進み、アクセルセンサ２６とエンジン回転数センサ２７の出力信号に基づいてディーゼルエンジン１０からのＮＯｘ排出量を推定し、推定したＮＯｘ排出量と排気温度センサ２１の出力信号から後噴射量とその噴射時期を算出する。
【００４９】
この後、ステップ２０４に進み、前回の後噴射終了から現時点までの経過時間（クランク角）に応じた後噴射量を算出するために、前回の後噴射終了から、本プログラムが起動される毎に、所定の後噴射量を積算して積算ポスト噴射量を求める。この後、ステップ２０５に進み、各気筒の燃料噴射弁１４に、パイロット噴射と主噴射の噴射指令を順次出力する。
【００５０】
次に、ステップ２０６に進み、前回の後噴射終了から所定時間が経過したか否か判定する。ここで、所定時間とは、酸素濃度センサ２０の検出応答性から決定される周期よりも長い時間であり、例えば、２０ｍｓｅｃから５００ｍｓｅｃの範囲、より望ましくは５０ｍｓｅｃから２００ｍｓｅｃの範囲で設定する。もし、前回の後噴射終了から所定時間が経過していなければ、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了するが、前回の後噴射終了から所定時間が経過していれば、ステップ２０７に進み、該当する気筒の燃料噴射弁１４に後噴射指令を出力し、その気筒の膨張行程又は排気行程で後噴射を実施する。
【００５１】
この後、ステップ２０８に進み、積算ポスト噴射量をゼロにクリアした後、ステップ２０９に進み、酸素濃度センサ２０の出力信号が上記所定時間内で最大値に達して時間的に安定したか否かを判定する。つまり、酸素濃度センサ２０が後噴射による未燃炭化水素が含まれない排気中の酸素濃度（後噴射が無い場合の酸素濃度）を検出できたか否かを判定する。もし、このステップ２０９の判定が「Ｎｏ」であれば、酸素濃度センサ２０の出力信号が後噴射による影響を受けて、ＥＧＲ制御に必要な酸素濃度（ＥＧＲガス中の酸素濃度）を精度良く検出できないため、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００５２】
一方、上記ステップ２０９で、「Ｙｅｓ」と判定された場合、つまり、ＥＧＲ制御に必要な酸素濃度を検出できた場合には、ステップ２１０に進み、酸素濃度センサ２０の出力信号を目標酸素濃度と比較し、その比較結果に応じてＥＧＲ制御弁２４を通電制御して、ＥＧＲガス流量を増量又は減量制御する。これにより、精度の良いＥＧＲ制御を行うことができ、ＥＧＲによるＮＯｘ浄化率を高めることができる。
【００５３】
この後、ステップ２１１に進み、酸素濃度センサ２０の出力信号のうち、前記所定時間内での最大値（つまり後噴射による炭化水素を含まない排気ガスの酸素濃度）と、最小値（つまり後噴射による炭化水素を含む排気ガスの酸素濃度）とを比較して、所定時間内での酸素濃度センサ２０の出力の変化量を算出し、この変化量に基づいて、後噴射した炭化水素量を算出し、この算出値が目標の炭化水素量からずれている場合には、後噴射の指令値を増量又は減量補正する。
【００５４】
このステップ２１１において、所定時間内での酸素濃度センサ２０の出力の変化量の算出は、所定時間内での酸素濃度センサ２０の出力と後噴射が無い場合の酸素濃度との差を積分（積算）して行っても良く、この場合には、酸素濃度センサ２０の出力の途中の変化具合も考慮した酸素濃度センサ２０の出力変化量を求めることができる。
【００５５】
この場合、酸素濃度センサ２０の出力の変化は、後噴射による炭化水素を含む排気とその炭化水素を含まない排気とが交互に流れることによって引き起こされるため、所定時間内での酸素濃度センサ２０の出力の変化量から、後噴射した炭化水素量を推定可能である。従って、この酸素濃度センサ２０の出力の変化量に基づいて後噴射炭化水素量を補正することで、燃料噴射弁１４の個体差（ばらつき）、経時劣化、制御系の誤差等による後噴射量のずれを是正することができ、常に過不足のない量の炭化水素をＮＯｘ触媒１９に安定供給することができて、ＮＯｘ浄化率向上に寄与できる。
【００５６】
図７は、定常運転時に図５及び図６に示すエンジン制御プログラムを実行した場合の気筒▲１▼〜▲４▼の燃料噴射波形を示したタイムチャートである。全ての気筒▲１▼〜▲４▼で、同じパイロット噴射と主噴射が実行されるが、後噴射は、気筒▲１▼で実行された後、酸素濃度センサ２０の検出応答性から決定される周期よりも長い所定時間が経過するまで実行されないため、気筒▲２▼と▲３▼では実行されず、所定時間が経過した気筒▲４▼で実行される。この気筒▲４▼で後噴射が実行された後、後噴射は、再び、所定時間が経過するまで実行されないため、気筒▲１▼と▲２▼では実行されず、所定時間が経過した気筒▲４▼で実行され、以後、同様の処理が繰り返される。
【００５７】
一方、図８は、上述した図７のタイムチャートに示す後噴射を行った場合の酸素濃度センサ２０の出力信号の波形を示したタイムチャートである。図７に示す気筒▲１▼、気筒▲４▼、気筒▲３▼で後噴射が実行される毎に、酸素濃度センサ２０の出力信号が低下し、その出力の変動周期は５４０℃Ａに相当する。後噴射が行われてから、次の後噴射が行われるまでに、２つの気筒から後噴射による未燃炭化水素を含まない排気ガスが排出され、この排気ガスが酸素濃度センサ２０に流入して酸素濃度センサ２０内でガス交換されるため、酸素濃度センサ２０の出力が増加していく。これにより、酸素濃度センサ２０の検出応答性から決まる所定時間後に、酸素濃度センサ２０の出力が最大値（つまり後噴射が無い場合の排気中の酸素濃度）となり、この最大値を検出することで、後噴射の影響を受けずにＥＧＲ制御に必要な酸素濃度（ＥＧＲガス中の酸素濃度）を精度良く検出できる。
【００５８】
以上説明した実施形態（２）では、後噴射を行う周期を、酸素濃度センサ２０の検出応答性から決定される周期よりも長い周期に設定することで、後噴射の影響を受けずにＥＧＲ制御に必要な酸素濃度を精度良く検出できるため、前記実施形態（１）とは異なり、酸素濃度センサ２０の出力信号を補正する必要はなく、酸素濃度センサ２０の出力信号を補正せずに、そのままＥＧＲ制御に用いても、精度の良いＥＧＲ制御を行うことができ、ＥＧＲによるＮＯｘ浄化率を高めることができる。これにより、ＮＯｘ触媒１９とＥＧＲの双方の機能を有効に発揮させた高効率のＮＯｘ浄化が可能となる。
【００５９】
［実施形態（３）］
図９及び図１０に示す実施形態（３）では、後噴射は特定の気筒（本例では気筒▲１▼とした）のみで実施し、当該特定の気筒▲１▼のみで全気筒分の後噴射量を噴射する。この実施形態（３）において、図１の構成と異なる点は、酸素濃度センサ２０の設置場所とＥＧＲ配管２２（排気還流通路）の排気管側の接続口３１の位置である。すなわち、実施形態（３）では、酸素濃度センサ２０は、後噴射を実施する特定の気筒▲１▼から最も離れた位置の気筒▲４▼の排気マニホールド１７ｄに配置されている。同様に、ＥＧＲ配管２２の排気管側の接続口３１は、後噴射を実施する特定の気筒▲１▼から最も離れた位置の気筒▲４▼の排気マニホールド１７ｄに接続されている。
【００６０】
図９は、実施形態（３）における気筒▲１▼から気筒▲４▼の燃料噴射波形を示すタイムチャートである。全ての気筒に対して同じパイロット噴射と主噴射が実行されているが、後噴射は、特定の気筒▲１▼のみで実行される。このように、特定の気筒▲１▼についてのみ後噴射を実施する場合には、後噴射による炭化水素を含む排気は当該特定の気筒▲１▼の排気マニホールド１７ａのみに流れ、他の気筒▲２▼，▲３▼，▲４▼の排気マニホールド１７ｂ，１７ｃ，１７ｄには、後噴射による炭化水素を含まない排気が流れる。
【００６１】
この場合、後噴射を実施する気筒▲１▼の排気マニホールド１７ａから流出する炭化水素を含む排気の一部が他の気筒▲２▼，▲３▼，▲４▼の排気マニホールド１７ｂ，１７ｃ，１７ｄに逆流・拡散する現象が発生するが、この逆流・拡散現象は、後噴射を実施する気筒▲１▼から離れるほど少なくなる。従って、後噴射を実施する気筒▲１▼から最も離れた気筒▲４▼の排気マニホールド１７ｄでは、後噴射した炭化水素の逆流・拡散現象が最も起こりにくいため、当該気筒▲４▼の排気マニホールド１７ｄに酸素濃度センサ２０を配置することで、後噴射による炭化水素の影響を受けにくい比較的精度の良い酸素濃度検出が可能となる。この場合には、前述した実施形態（１）のような酸素濃度センサ２０の出力値の補正を行わなくても、排気中の酸素濃度を比較的精度良く検出することができる。
【００６２】
同様の理由から、ＥＧＲ配管２２を、後噴射を実施する特定の気筒▲１▼から最も離れた位置の気筒▲４▼の排気マニホールド１７ｄに接続しているので、気筒▲１▼で後噴射を実施しても、その後噴射による炭化水素を含む排気がＥＧＲ配管２２を通って吸気系へ戻されにくくなり、ＥＧＲによる炭化水素供給量の減少を抑制することができ、ＮＯｘ触媒１９のＮＯｘ浄化率の低下を防ぐことができる。これにより、ＮＯｘ触媒１９とＥＧＲの双方の機能を有効に発揮させた高効率のＮＯｘ浄化が可能となる。
【００６３】
図１３に、ＥＧＲ率３０％時に、後噴射する気筒を▲１▼から▲４▼まで順にかえた場合の後噴射した炭化水素量のうち、ＥＧＲによって吸気側に還流した炭化水素の割合を示す。ＥＧＲ配管２２に最も近い位置の気筒▲４▼で後噴射した場合、吸気側への還流率が最も高く、逆にＥＧＲ配管２２から最も離れた位置の気筒▲１▼で後噴射した場合、吸気側への還流率が最も低い。
【００６４】
尚、図９の例では、酸素濃度センサ２０をＥＧＲ配管２２の排気管側の接続口３１よりも上流側に位置させているが、この順序は逆であっても良い。
【００６５】
また、この実施形態（３）では、後噴射を実施する特定の気筒を１気筒のみとしたが、２気筒以上であっても良く、この場合でも、酸素濃度センサ２０の配置場所とＥＧＲ配管２２の排気管側の接続口３１の位置を、後噴射を実施する特定の気筒から最も離れた位置の気筒の排気マニホールドに設定すれば良い。
【００６６】
［実施形態（４）］
図１１は本発明の実施形態（４）を示したものであり、図１の構成と異なる点は、ＥＧＲ配管２２の排気管側の接続口３２をＮＯｘ触媒１９の下流側に接続したことと、このＥＧＲ配管２２の排気管側の接続口３２よりも下流側に排気絞り弁３３を設置したことである。このようにすれば、後噴射による未燃炭化水素を含む排気は、その全量がＮＯｘ触媒１９に流入してＮＯｘの還元浄化に用いられ、ＮＯｘ触媒１９を通過した、未燃炭化水素を含まないか又はごく僅かしか未燃炭化水素を含まない排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気管１１に戻される。従って、ＥＧＲを行っても、後噴射によるＮＯｘ触媒１９への炭化水素供給量は全く減少せず、ＮＯｘ触媒１９とＥＧＲの双方の機能を有効に発揮させた高効率のＮＯｘ浄化が可能となる。
【００６７】
この場合、ＮＯｘ触媒１９の下流側は上流側と比較して排気圧力が低いため、このままでは、十分なＥＧＲガス流量が得られない場合がある。そこで、この実施形態（４）では、ＥＧＲ配管２２の排気管側の接続口３２よりも下流側に排気絞り弁３３を設置し、ＥＧＲ制御時のみ排気絞り弁３３の開度を絞ることで、ＥＧＲ配管２２の接続口３２の排気圧力を上昇させて、十分なＥＧＲガス流量を確保する。
【００６８】
［実施形態（５）］
図１２は本発明の実施形態（５）を示したものであり、図１の構成と異なる点は、ＥＧＲ配管２２の途中に、ＥＧＲガス中のＮＯｘを還元浄化するＥＧＲガス用ＮＯｘ触媒３４を設置したことである。この構成では、後噴射した炭化水素を含む排気の一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ配管２２を流れてＥＧＲガス用ＮＯｘ触媒３４を通過する過程で、ＥＧＲガス用ＮＯｘ触媒３４の触媒作用によりＥＧＲガス中の炭化水素とＮＯｘとが反応してＮＯｘが還元浄化される。これにより、ディーゼルエンジン１０に戻されるＥＧＲガス中のＮＯｘが低減され、ＥＧＲによるＮＯｘ低減が効率良く行われて、ディーゼルエンジン１０から排出されるＮＯｘが低減される。
【００６９】
尚、ＥＧＲガス用ＮＯｘ触媒３４の設置場所は、ＥＧＲ配管２２の途中であれば、ＥＧＲ弁２３の上流側／下流側のいずれであっても良い。
【００７０】
［その他の実施形態］
上記各実施形態は、いずれも本発明を４気筒ディーゼルエンジンに適用したものであるが、気筒数は４気筒に限定されず、他の気筒数であっても良いことは言うまでもない。また、本発明を適用可能な内燃機関は、ディーゼルエンジンに限定されず、筒内噴射（直噴）式ガソリンエンジンにも適用可能である。
【００７１】
また、上記各実施形態では、いずれも、酸素濃度センサ２０の出力信号（又はその補正値）に基づいてＥＧＲガス流量を補正するようにしたが、燃料噴射量又は吸入空気量を補正するようにしても良い。吸入空気量の補正は吸気管１１に設けたスロットル弁を開度調節することにより行えば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図２】実施形態（１）におけるエンジン制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図３】実施形態（１）における各気筒の燃料噴射弁の燃料噴射波形を示すタイムチャート
【図４】実施形態（１）における酸素濃度センサの出力信号の波形を示すタイムチャート
【図５】本発明の実施形態（２）で用いられるエンジン制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】図５の続きのフローチャート
【図７】実施形態（２）における各気筒の燃料噴射弁の燃料噴射波形を示すタイムチャート
【図８】実施形態（２）における酸素濃度センサの出力信号の波形を示すタイムチャート
【図９】本発明の実施形態（３）を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図１０】実施形態（３）における各気筒の燃料噴射弁の燃料噴射波形を示すタイムチャート
【図１１】本発明の実施形態（４）を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図１２】本発明の実施形態（５）を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図１３】後噴射気筒番号と炭化水素の吸気側への還流割合との関係を示す図
【符号の説明】
１０…ディーゼルエンジン（内燃機関）、１１…吸気管、１２…エアフローセンサ、１３…吸気マニホールド、１４…燃料噴射弁（燃料噴射手段）、１７，１７ａ〜１７ｄ…排気マニホールド（排気通路）、１８…排気管（排気通路）、１９…ＮＯｘ触媒（触媒）、２０…酸素濃度センサ、２１…排気温度センサ、２２…ＥＧＲ配管（排気還流通路）、２３…ＥＧＲ弁、２４…ＥＧＲ制御弁、２５…ＥＣＵ（噴射制御手段，酸素濃度センサ補正手段，機関制御手段，目標酸素濃度算出手段，酸素濃度補正手段）、２６…アクセルセンサ、２７…エンジン回転数センサ、３３…排気絞り弁、３４…ＥＧＲガス用ＮＯｘ触媒（排気還流ガス用ＮＯｘ触媒）。
Claims (21)
- 内燃機関の各気筒毎に設けられた燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ触媒と、
前記排気通路に設置され、排気中の酸素濃度を検出するヒータ付きの酸素濃度センサと、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値に基づいて前記各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に前記ＮＯｘ触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段と、
前記後噴射指令により前記燃料噴射手段にて噴射された後噴射量に基づいて前記酸素濃度センサの出力値を、その出力値に対応する酸素濃度よりも高い側へ補正する酸素濃度センサ補正手段と、
前記酸素濃度センサ補正手段で補正された前記酸素濃度センサの出力値に基づいて、排気中の実際の酸素濃度が目標酸素濃度となるように前記内燃機関の排気還流ガス流量、燃料噴射量、吸入空気量のいずれかを制御する機関制御手段と
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。 - 前記酸素濃度センサ補正手段は、前記運転状態検出手段の検出値に基づいて排気流量を推定する排気流量推定手段と、前記排気流量の推定値と前記後噴射指令により前記燃料噴射手段にて噴射された後噴射量とに基づいて前記酸素濃度センサ周辺の排気中の炭化水素濃度を推定する炭化水素濃度推定手段とを備え、前記炭化水素濃度の推定値に基づいて前記酸素濃度センサの出力値を、その出力値に対応する酸素濃度よりも高い側へ補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記酸素濃度センサ補正手段は、前記運転状態検出手段の検出値に基づいて排気が前記酸素濃度センサに到達するまでの遅れ時間を算出する手段を備え、
前記炭化水素濃度推定手段は、前記遅れ時間前の排気流量と前記後噴射指令により前記燃料噴射手段にて噴射された後噴射量とに基づいて現時点の前記酸素濃度センサ周辺の排気中の炭化水素濃度を推定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 内燃機関の各気筒毎に設けられた燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値に基づいて前記各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に前記ＮＯｘ触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段と、
前記排気通路に設置され、排気中の酸素濃度を検出するヒータ付きの酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサの出力値に基づいて、排気中の実際の酸素濃度が目標酸素濃度となるように前記内燃機関の排気還流ガス流量、燃料噴射量、吸入空気量のいずれかを制御する機関制御手段とを備え、
前記噴射制御手段は、前記後噴射指令を前記酸素濃度センサの検出応答性から決定される周期よりも長い周期で出力することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記噴射制御手段は、前記酸素濃度センサの検出応答性から決定される周期よりも長い所定時間内での前記酸素濃度センサの出力の変化量に基づいて、後噴射した炭化水素量を推定してその推定値と目標値とのずれを小さくするように後噴射指令を補正して前記燃料噴射手段に出力することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の各気筒毎に設けられた燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値に基づいて前記各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に特定の気筒の燃料噴射手段に前記ＮＯｘ触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段と、
前記排気通路に設置され、排気中の酸素濃度を検出するヒータ付きの酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサの出力値に基づいて、排気中の実際の酸素濃度が目標酸素濃度となるように前記内燃機関の排気還流ガス流量、燃料噴射量、吸入空気量のいずれかを制御する機関制御手段とを備え、
前記酸素濃度センサは、後噴射を実施する前記特定の気筒から最も離れた位置の気筒の排気マニホールドに配置されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 排気の一部を前記内燃機関の吸気系に還流させる排気還流通路を、後噴射を実施する特定の気筒から最も離れた位置の気筒の排気マニホールドに接続したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 排気の一部を前記内燃機関の吸気系に還流させる排気還流通路を前記ＮＯｘ触媒の下流側の排気通路に接続したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 排気の一部を前記内燃機関の吸気系に還流させる排気還流通路に、排気還流ガス中の窒素酸化物を還元浄化する排気還流ガス用ＮＯｘ触媒を設けたことを特徴とする請求項１、４、６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物をＮＯｘ触媒で還元浄化する方法において、
前記内燃機関の運転状態を検出して、この検出値に基づいて前記内燃機関の各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を与えて主噴射を実施すると共に、少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に前記ＮＯｘ触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を与えて後噴射を実施し、
排気中の酸素濃度をヒータ付きの酸素濃度センサにより検出すると共に、前記後噴射指令により前記燃料噴射手段にて噴射された後噴射量に基づいて前記酸素濃度センサの出力値を、その出力値に対応する酸素濃度よりも高い側へ補正し、この補正値に基づいて排気中の実際の酸素濃度が目標酸素濃度となるように前記内燃機関の排気還流ガス流量、燃料噴射量、吸入空気量のいずれかを制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。 - 内燃機関の各気筒毎に設けられた燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ触媒と、
前記排気通路に設置され、排気中の酸素濃度を検出するヒータ付きの酸素濃度センサと、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値に基づいて排気中の目標酸素濃度を算出する目標酸素濃度算出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値に基づいて前記各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に前記ＮＯｘ触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段と、
前記後噴射指令により前記燃料噴射手段にて噴射された後噴射量に基づいて前記酸素濃度センサの出力値を高酸素濃度側に補正し又は前記目標酸素濃度を低酸素濃度側に補正する酸素濃度補正手段と、
前記酸素濃度補正手段で補正された後の前記酸素濃度センサの出力値及び前記目標酸素濃度に基づいて、排気中の実際の酸素濃度が前記目標酸素濃度となるように前記内燃機関の排気還流ガス流量、燃料噴射量、吸入空気量のいずれかを制御する機関制御手段と、
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。 - 前記酸素濃度補正手段は、前記運転状態検出手段の検出値に基づいて排気流量を推定する排気流量推定手段と、前記排気流量の推定値と前記後噴射指令により前記燃料噴射手段にて噴射された後噴射量とに基づいて前記酸素濃度センサ周辺の排気中の炭化水素濃度を推定する炭化水素濃度推定手段とを備え、前記炭化水素濃度の推定値に基づいて前記酸素濃度センサの出力値を高酸素濃度側に補正し又は前記目標酸素濃度を低酸素濃度側に補正することを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記酸素濃度補正手段は、前記運転状態検出手段の検出値に基づいて排気が前記酸素濃度センサに到達するまでの遅れ時間を算出する手段を備え、
前記炭化水素濃度推定手段は、前記遅れ時間前の排気流量と前記後噴射指令により前記燃料噴射手段にて噴射された後噴射量とに基づいて現時点の前記酸素濃度センサ周辺の排気中の炭化水素濃度を推定することを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 内燃機関の各気筒毎に設けられた燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値に基づいて排気中の目標酸素濃度を算出する目標酸素濃度算出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値に基づいて前記各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に前記ＮＯｘ触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段と、
前記排気通路に設置され、排気中の酸素濃度を検出するヒータ付きの酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサの出力値に基づいて、排気中の実際の酸素濃度が前記目標酸素濃度となるように前記内燃機関の排気還流ガス流量、燃料噴射量、吸入空気量のいずれかを制御する機関制御手段とを備え、
前記噴射制御手段は、前記後噴射指令を前記酸素濃度センサの検出応答性から決定される周期よりも長い周期で出力することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記噴射制御手段は、前記酸素濃度センサの検出応答性から決定される周期よりも長い所定時間内での前記酸素濃度センサの出力の変化量に基づいて、後噴射した炭化水素量を推定してその推定値と目標値とのずれを小さくするように後噴射指令を補正して前記燃料噴射手段に出力することを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の各気筒毎に設けられた燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値に基づいて排気中の目標酸素濃度を算出する目標酸素濃度算出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値に基づいて前記各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に特定の気筒の燃料噴射手段に前記ＮＯｘ触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段と、
前記排気通路に設置され、排気中の酸素濃度を検出するヒータ付きの酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサの出力値及び前記目標酸素濃度に基づいて、排気中の実際の酸素濃度が前記目標酸素濃度となるように前記内燃機関の排気還流ガス流量、燃料噴射量、吸入空気量のいずれかを制御する機関制御手段とを備え、
前記酸素濃度センサは、後噴射を実施する前記特定の気筒から最も離れた位置の気筒の排気マニホールドに配置されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 内燃機関の各気筒毎に設けられた燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値に基づいて前記各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に特定の気筒の燃料噴射手段に前記ＮＯｘ触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段と、
排気の一部を前記内燃機関の吸気系に還流させる排気還流通路とを備え、
前記排気還流路を後噴射を実施する特定の気筒から最も離れた位置の排気マニホールドに接続したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 内燃機関の各気筒毎に設けられた燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値に基づいて前記各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に特定の気筒の燃料噴射手段に前記ＮＯｘ触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段と、
排気の一部を前記内燃機関の吸気系に還流させる排気還流通路とを備え、
前記排気還流路を前記ＮＯｘ触媒の下流側の排気通路に接続したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 内燃機関の各気筒毎に設けられた燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値に基づいて前記各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に前記ＮＯｘ触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段と、
排気の一部を前記内燃機関の吸気系に還流させる排気還流通路と、
前記排気還流通路に設置され、排気還流ガス中の窒素酸化物を還元浄化する排気還流ガス用ＮＯｘ触媒と
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。 - 内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物をＮＯｘ触媒で還元浄化する方法において、
前記内燃機関の運転状態を検出して、この検出値に基づいて前記内燃機関の各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を与えて主噴射を実施すると共に、少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に前記ＮＯｘ触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を与えて後噴射を実施し、
排気中の酸素濃度をヒータ付きの酸素濃度センサにより検出すると共に、内燃機関の運転状態から排気中の目標酸素濃度を算出し、前記後噴射指令により前記燃料噴射手段にて噴射された後噴射量に基づいて前記酸素濃度センサの出力値を高酸素濃度側に補正し又は前記目標酸素濃度を低酸素濃度側に補正し、この補正後の前記酸素濃度センサの出力値及び前記目標酸素濃度に基づいて、排気中の実際の酸素濃度が前記目標酸素濃度となるように前記内燃機関の排気還流ガス流量、燃料噴射量、吸入空気量のいずれかを制御することを特徴とする内燃機関の内燃機関の排気浄化方法。 - 内燃機関の各気筒毎に設けられた燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ触媒（１９）と、
前記排気通路に配置され、排気中の特定の成分の濃度を検出する濃度検出手段（２０）と、
前記濃度検出手段からの検出値に基づき、前記排気中の成分を変化させることにより前記ＮＯｘ触媒の還元浄化作用を向上させる触媒制御手段（２２，２３，２４）と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値に基づいて前記各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に特定の気筒の燃料噴射手段に前記ＮＯｘ触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段と
を有し、
前記濃度検出手段（２０）は、前記後噴射指令による後噴射が実質的にない状態の前記濃度を検出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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| JPH10205384A (ja) | 1998-08-04 |
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