JP3997972B2

JP3997972B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP3997972B2
Application number: JP2003321557A
Authority: JP
Inventors: 康二吉▲崎▼; 静夫佐々木; 太郎青山; 宏樹村田; 佳宜橋本; 和久稲垣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: JP2005090259A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置、特にハイブリッド車両の内燃機関の制御装置に関する。

近年、エンジンの他に電動機を追加することにより、エンジン出力および／または電動機出力により走行可能としたハイブリッド車両が公知となっている。このようなハイブリッド車両では、エンジンは必要に応じて間欠的に運転されると共に、効率の高い運転領域を選択して運転することが可能であるため、従来のエンジン出力のみで走行する車両に比較して燃費及び排気浄化性能に優れている。しかしながら、このハイブリッド車両においても、エンジンの運転に伴う排気ガスの排出は避けることができず、エンジンから排出される排気ガスを浄化するための排気浄化装置の設置が必要となっている。

また、従来より内燃機関、例えばディーゼル機関においてはＮＯｘの発生を抑制するために機関排気通路と機関吸気通路とを排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路により連結し、このＥＧＲ通路を介して排気ガス、即ちＥＧＲガスを機関吸気通路内に再循環させるようにしている。この場合、ＥＧＲガスは比較的比熱が高く、従って多量の熱を吸収することができるので、ＥＧＲガス量を増大するほど、即ちＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を増大するほど燃焼室内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下するとＮＯｘの発生量が低下し、従ってＥＧＲ率を増大すればするほどＮＯｘの発生量は低下することになる。

このように従来よりＥＧＲ率を増大すればＮＯｘの発生量を低下しうることはわかっている。しかしながらＥＧＲ率を増大させていくとＥＧＲ率が或る限度を越えたときに煤の発生量、即ちスモークが急激に増大し始める。この点に関し従来より、それ以上ＥＧＲ率を増大すればスモークが限りなく増大していくものと考えられており、従ってスモークが急激に増大し始めるＥＧＲ率がＥＧＲ率の最大許容限界であると考えられている。

従って従来よりＥＧＲ率はこの最大許容限界を越えない範囲内に定められている。このＥＧＲ率の最大許容限界は機関の形式や燃料によってかなり異なるがおおよそ３０パーセントから５０パーセントである。従って従来のディーゼル機関ではＥＧＲ率は最大でも３０パーセントから５０パーセント程度に抑えられている。

このように従来ではＥＧＲ率に対して最大許容限界が存在すると考えられていたので従来よりＥＧＲ率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてＮＯｘおよびスモークの発生量ができるだけ少なくなるように定められていた。しかしながらこのようにしてＥＧＲ率をＮＯｘおよびスモークの発生量ができるだけ少なくなるように定めてもＮＯｘおよびスモークの発生量の低下には限度があり、実際には依然としてかなりの量のＮＯｘおよびスモークが発生してしまうのが現状である。

ところがディーゼル機関の燃焼の研究の過程においてＥＧＲ率を最大許容限界よりも大きくすれば上述の如くスモークが急激に増大するがこのスモークの発生量にはピークが存在し、このピークを越えてＥＧＲ率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少しはじめ、アイドリング運転時においてＥＧＲ率を７０パーセント以上にすると、またＥＧＲガスを強力に冷却した場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にするとスモークがほとんど零になる、即ち煤がほとんど発生しないことが見い出されたのである。また、このときにはＮＯｘの発生量が極めて少量となることも判明している。この後この知見に基づいて煤が発生しない理由について検討が進められ、その結果これまでにない煤およびＮＯｘの同時低減が可能な新たな燃焼（低温燃焼）システムが構築されるに至ったのである。この新たな燃焼（低温燃焼）システムについては後に詳細に説明するが簡単に言うと炭化水素が煤に成長するまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止させることを基本としている。

即ち、実験研究を重ねた結果判明したことは燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度が或る温度以下のときには炭化水素の成長が煤に至る前の途中の段階で停止し、燃料およびその周囲のガス温度が或る温度以上になると炭化水素は一気に煤まで成長してしまうということである。この場合、燃料およびその周囲のガス温度は燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱量に応じて燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって燃料およびその周囲のガス温度を制御することができる。

従って、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制すれば煤が発生しなくなり、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制することは燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって可能となる。一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化水素は酸化触媒等を用いた後処理によって容易に浄化することができる。これが新たな低温燃焼システムの基本的な考え方である。

ところでこの新たな低温燃焼システムのもとでは煤および窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称する）を同時に低減することができるがそれでも燃焼室からはパティキュレートマター（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ、以下、「ＰＭ」と称する）が排出される。そこで機関排気通路内にパティキュレート捕集装置を配置してこのパティキュレート捕集装置により燃焼室から排出されるＰＭを捕集し、燃焼室内の平均空燃比がリーンの状態で上述の新たな低温燃焼を行い、燃焼室から排出される未燃炭化水素をパティキュレート捕集装置において酸化させることによりパティキュレート捕集装置の温度を高め、それによってパティキュレート捕集装置に捕集されたＰＭを燃焼せしめるようにした内燃機関が既に公知となっている（例えば、特許文献１から特許文献７参照。）。
特開２００３−０８３１３９号公報特開平１１−１５９３６９号公報特開２００１−０６５３３０号公報特開２０００−２９１４６２号公報特開２００１−１７３４９８号公報特開２００２−２３４３６３号公報特願平１０−１０５０１７号公報

しかしながら、パティキュレート捕集装置の温度を高める際の内燃機関の要求負荷が比較的高い場合には燃焼室の温度も高くなるので、パティキュレート捕集装置の温度を高めることが可能であるが、内燃機関の要求負荷が比較的低い場合にはパティキュレート捕集装置の温度を上昇させるのが困難となるという問題がある。

上記問題点を解決するために１番目に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、前記内燃機関により駆動されて発電する発電機と、該発電機が発電した電力の少なくとも一部を充電するバッテリと、前記発電機または前記バッテリからの電力により発動する電動機と、前記内燃機関からの駆動力と前記電動機からの駆動力とが入力される入力軸の駆動力を任意に変速して出力軸に出力できる変速機とを有する内燃機関の制御装置において、前記パティキュレートフィルタの温度を所定の温度以上にする必要があるときには前記バッテリが充電可能な所定の余裕代を有するように設定され、前記パティキュレートフィルタの温度を所定の温度以上にする必要があるときの前記内燃機関の第一の出力よりも高い第二の出力になるように前記変速機の変速比が設定され、これにより、前記パティキュレートフィルタの温度を前記所定の温度まで上昇させると共に前記第一の出力と前記第二の出力との間の差分を回生制御により前記バッテリに充電するようにした内燃機関の制御装置が提供される。

すなわち１番目の発明によって、内燃機関の機関要求負荷が比較的低い場合には内燃機関の出力を高めると共に内燃機関の出力上昇分をバッテリに充電させることにより、走行に使用される出力自体を変えることなしに、パティキュレートフィルタの温度を高めて、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを燃焼させることが可能となる。つまり、本発明の内燃機関の制御装置を用いることにより機関要求負荷が比較的低い場合であっても、エネルギを無駄にすることなしにＰＭを燃焼させることが可能となり、ＰＭ再生可能な運転領域を拡大させることが可能となる。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記バッテリが所定の充電量に到達すると、前記変速機によって前記内燃機関の出力が前記第二の出力から前記第一の出力よりも低い第三の出力になるように設定されると共に、前記第一の出力と前記第三の出力との間の差分が補填されるように前記バッテリにより前記電動機が駆動されるようにした。
すなわち２番目の発明によって、バッテリが所定の充電量に到達した後はバッテリにより電動機を駆動させることにより、内燃機関の出力を下げ、燃料の使用を低く抑えることが可能となる。

３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記パティキュレートフィルタが、該パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸蔵すると共に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出する機能を有している。
すなわち３番目の発明によって、イオウ酸化物（以下、「ＳＯｘ」と称する）放出可能な運転領域も拡大させられる。

４番目の発明によれば、燃焼室から排出された排気ガスを機関吸気通路内に再循環させる排気ガス再循環装置によって、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる低温燃焼と煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない通常燃焼とを切換える切換え手段と、前記内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、前記内燃機関により駆動されて発電する発電機と、該発電機が発電した電力の少なくとも一部を充電するバッテリと、前記発電機または前記バッテリからの電力により発動する電動機と、前記内燃機関からの駆動力と前記電動機からの駆動力とが入力される入力軸の駆動力を任意に変速して出力軸に出力できる変速機とを有する内燃機関の制御装置において、前記パティキュレートフィルタの温度を所定の温度以上にする必要があるときの前記内燃機関の第一の出力が所定の出力よりも大きい場合には、前記パティキュレートフィルタの温度を所定の温度以上にする必要があるときの前記内燃機関の第一の出力よりも高い第二の出力になるように前記変速機の変速比が設定され、これにより、前記パティキュレートフィルタの温度を前記所定の温度まで上昇させると共に前記第一の出力と前記第二の出力との間の差分を回生制御により前記バッテリに充電するようになり、前記パティキュレートフィルタの温度を所定の温度以上にする必要があるときの前記内燃機関の第一の出力が所定の出力よりも小さい場合には、前記切替手段によって低温燃焼に切り替えるようにした内燃機関の制御装置が提供される。

すなわち４番目の発明によって、内燃機関の機関要求負荷がさらに低い場合には、通常燃焼から低温燃焼に切り替えることにより、パティキュレートフィルタの温度を高めることができる。つまり、本発明の内燃機関の制御装置を用いることにより機関要求負荷がさらに低い場合であっても、ＰＭを燃焼させることが可能となり、ＰＭ再生可能な運転領域を拡大させられる。

５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記バッテリが所定の充電量に到達すると、前記変速機によって前記内燃機関の出力が前記第二の出力から前記第一の出力よりも低い第三の出力になるように設定されると共に、前記第一の出力と前記第三の出力との間の差分が補填されるように前記バッテリにより前記電動機が駆動されるようにした。
すなわち５番目の発明によって、バッテリが所定の充電量に到達した後はバッテリにより電動機を駆動させることにより、内燃機関の出力を下げ、燃料の使用を低く抑えることが可能となる。

６番目の発明によれば、４番目または５番目の発明において、前記低温燃焼が行われているときに主燃料の噴射時期を遅角させるか又は主燃料に加え補助燃料を噴射させる。
すなわち６番目の発明によって、低温燃焼への切替だけでは昇温不足である場合に、パティキュレートフィルタの温度を所望の温度まで確実に昇温させられる。なお、補助燃料の噴射としては、吸気上死点付近にて噴射するＶＩＧＯＭ噴射および／またはメイン噴射の後に行うポスト噴射を挙げることができ、さらに、このポスト噴射をパティキュレートフィルタの温度または機関回転数などに応じて複数回にわたって行うようにすることもできる。

７番目の発明によれば、４番目から６番目のいずれかの発明において、前記パティキュレートフィルタが、該パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸蔵すると共に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出する機能を有している。
すなわち７番目の発明によって、ＳＯｘ放出可能な運転領域を拡大させることが可能となる。

各発明によれば、ＰＭ再生可能な運転領域を拡大させられるという共通の効果を奏しうる。
さらに、２番目の発明によれば、燃料の使用を低く抑えることが可能となるという効果を奏しうる。
さらに、３番目の発明によれば、ＳＯｘ放出可能な運転領域も拡大させられるという効果を奏しうる。

さらに、４番目の発明によれば、機関要求負荷がさらに低い場合であってもＰＭ再生可能な運転領域を拡大させられるという効果を奏しうる。
さらに、５番目の発明によれば、燃料の使用を低く抑えることが可能となるという効果を奏しうる。
さらに、６番目の発明によれば、低温燃焼への切替だけでは昇温不足である場合に、パティキュレートフィルタの温度を所望の温度まで確実に昇温させられるという効果を奏しうる。
さらに、７番目の発明によれば、ＳＯｘ放出可能な運転領域も拡大させられるという効果を奏しうる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１および図２は本発明を筒内噴射式圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示しているが本発明は筒内噴射式火花点火ガソリン機関にも適用することができる。図１および図２を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３およびインタークーラ１４を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６の出口部に連結される。コンプレッサ１６の入口部は吸気ダクト１７およびエアフローメータ１８を介してエアクリーナ１９に連結され、吸気ダクト１７内にはステップモータ２０により駆動されるスロットル弁２１が配置される。

一方、排気ポート１０は排気マニホルド２２を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２３の入口部に連結され、排気タービン２３の出口部は排気管２６を介してパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称する）２４を内臓したケーシング２５に連結される。排気管２６とスロットル弁２１下流の吸気ダクト１７とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２７内にはステップモータ２８により駆動されるＥＧＲ制御弁２９が配置される。また、ＥＧＲ通路２７内にはＥＧＲ通路２７内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３０が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水がＥＧＲクーラー３０内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。

一方、燃料噴射弁６は燃料供給管３１を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３２に連結される。このコモンレール３２内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３３から燃料が供給され、コモンレール３２内に供給された燃料は各燃料供給管３１を介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３２にはコモンレール３２内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３４が取付けられ、燃料圧センサ３４の出力信号に基づいてコモンレール３２内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３３の吐出量が制御される。

一方、図１に示される実施例では機関の出力軸に変速機３５が連結され、変速機３５の出力軸３６に電気モータ３７が連結される。この場合、変速機３５としては、トルクコンバータを具えた通常の自動変速機、各種の無段変速機、或いはクラッチを具えた手動変速機におけるクラッチ操作および変速操作を自動的に行うようにした形式の自動変速機等を用いることができる。

また、変速機３５の出力軸３６に連結された電気モータ３７は機関の駆動力とは別個に駆動力を発生する駆動力発生装置を構成している。図１に示される実施例ではこの電気モータ３７は変速機３５の出力軸３６上に取付けられかつ外周面に複数個の永久磁石を取付けたロータ３８と、回転磁界を形成する励磁コイルを巻設したステータ３９とを具備した交流同期電動機からなる。ステータ３９の励磁コイルはモータ駆動制御回路４０に接続され、このモータ駆動制御回路４０は直流高電圧を発生するバッテリ４１に接続される。

電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５および出力ポート５６を具備する。エアフローメータ１８および燃料圧センサ３４の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。フィルタ２４を内臓したケーシング２５にはフィルタ２４の温度を検出するための温度センサ４３が取付けられ、この温度センサ４３の出力信号は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。なお、このような温度センサ４３を設けることなく、機関の運転状態とフィルタ２４の温度との関係を示すモデルを用いてフィルタ２４の温度を推定することもできる。このケーシング２５にはフィルタ２４の上流側と下流側との圧力差を検出するための差圧センサ６１が設けられている。差圧センサ６１の出力信号は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。また、入力ポート５５には変速機３５の変速比又は変速段、および出力軸３６の回転数等を表わす種々の信号が入力される。

一方、アクセルペダル４４にはアクセルペダル４４の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４５が接続され、負荷センサ４５の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に入力ポート５５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４６が接続される。一方、フィルタ２４を内臓したケーシング２５の入口部には排気ガス中に炭化水素、例えば燃料を供給するための炭化水素供給弁４２が配置され、出力ポート５６は対応する駆動回路５８を介して燃料噴射弁６、ステップモータ２０および２８、燃料ポンプ３３、変速機３５、モータ駆動制御回路４０および炭化水素供給弁４２に接続される。

電気モータ３７のステータ３９の励磁コイルへの電力の供給は通常停止せしめられており、このときロータ３８は変速機３７の出力軸３６と共に回転している。一方、電気モータ３７を駆動せしめるときにはバッテリ４１の直流高電圧がモータ駆動制御回路４０において周波数がｆｍで電流値がＩｍの三相交流に変換され、この三相交流がステータ３９の励磁コイルに供給される。この周波数ｆｍは励磁コイルにより発生する回転磁界をロータ３８の回転に同期して回転させるのに必要な周波数であり、この周波数ｆｍは出力軸３６の回転数に基づいてＣＰＵ５４で算出される。モータ駆動制御回路４０ではこの周波数ｆｍが三相交流の周波数とされる。

一方、電気モータ３７の出力トルクは三相交流の電流値Ｉｍにほぼ比例する。この電流値Ｉｍは電気モータ３７の要求出力トルクに基づきＣＰＵ５４において算出され、モータ駆動制御回路４０ではこの電流値Ｉｍが三相交流の電流値とされる。また、外力により電気モータ３７を駆動する状態にすると電気モータ３７は発電機として作動し、このとき発生した電力がバッテリ４１に回生される。外力により電気モータ３７を駆動すべきか否かはＣＰＵ５４において判断され、外力により電気モータ３７を駆動すべきであると判別されたときにはモータ制御回路４０により電気モータ３７に発生した電力がバッテリ４１に回生されるように制御される。

図３に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。この実施例では機関の出力軸４７に電気モータ３７が連結され、電気モータ３７の出力軸に変速機３５が連結される。この実施例では電気モータ３７のロータ３８は機関の出力軸４７上に取付けられており、従ってロータ３８は常時機関の出力軸４７と共に回転する。また、この実施例においても変速機３５としては、トルクコンバータを具えた通常の自動変速機、各種の無段変速機、或いはクラッチを具えた手動変速機におけるクラッチ操作および変速操作を自動的に行うようにした形式の自動変速機等を用いることができる。

本発明による実施例では空燃比を目標空燃比とするのに必要な目標吸入空気量ＧＡＯが図４（Ａ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ５２内に記憶されている。また、スロットル弁２１の目標開度ＳＴが図４（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ５２内に記憶されている。一方、ＥＧＲ制御弁２９の開度はエアフローメータ１８により検出された吸入空気量が目標吸入空気量ＧＡＯとなるように制御される。また、正常時、即ちフィルタ２４が目詰まりをしていないときにとるであろうＥＧＲ制御弁２９の予想基準開度ＳＥＯが図５に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ５２内に記憶されている。

ところで本発明ではフィルタ２４上にはＮＯｘ吸蔵剤が担持されている。このＮＯｘ吸蔵剤は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。機関吸気通路、燃焼室５およびフィルタ２４上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯｘ吸蔵剤は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。

このＮＯｘ吸蔵剤を担持したフィルタ２４を機関排気通路内に配置すればＮＯｘ吸蔵剤は実際にＮＯｘの吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は図６に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。

図１に示される圧縮着火式内燃機関では通常燃焼室５における空燃比がリーンの状態で燃焼が行われる。このように空燃比がリーンの状態で燃焼が行われている場合には排気ガス中の酸素濃度は高く、このときには図６（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^- 又はＯ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^- 又はＯ^2-と反応し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ）。次いで生成されたＮＯ₂ の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸蔵剤内に吸蔵されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら図６（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ₃ ^- の形で吸蔵剤内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤内に吸蔵される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ₂ が生成され、吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力が飽和しない限りＮＯ₂ が吸蔵剤内に吸蔵されて硝酸イオンＮＯ₃ ^- が生成される。

一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにされると排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果白金Ｐｔの表面でのＮＯ₂ の生成量が低下する。ＮＯ₂ の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ₃ ^- →ＮＯ₂ ）に進み、斯くして吸蔵剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^- がＮＯ₂ の形で吸蔵剤から放出される。このときＮＯｘ吸蔵剤から放出されたＮＯｘは図６（Ｂ）に示されるように排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂ が存在しなくなると吸蔵剤から次から次へとＮＯ₂ が放出される。従って流入排気ガスの空燃比がリッチにされると短時間のうちにＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘが放出され、しかもこの放出されたＮＯｘが還元されるために大気中にＮＯｘが排出されることはない。

なお、この場合、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘが放出される。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にした場合にはＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘが徐々にしか放出されないためにＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されている全ＮＯｘを放出させるには若干長い時間を要する。ところでＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力には限度があり、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前にＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを放出させる必要がある。そのためにはＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されているＮＯｘ量を推定する必要がある。そこで本発明による実施例では低温燃焼が行われているときの単位時間当りのＮＯｘ吸蔵量Ａを要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図７（Ａ）に示すようなマップの形で予め求めておき、第２の燃焼が行われているときの単位時間当りのＮＯｘ吸蔵量Ｂを要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図７（Ｂ）に示すようなマップの形で予め求めておき、更に低温燃焼が行われているときに空燃比が理論空燃比又はリッチにされたときの単位時間当りのＮＯｘ放出量Ｃを空燃比Ａ／Ｆと吸入空気量ＱＡの関数として図７（Ｃ）に示すようなマップの形で予め求めておき、これら単位時間当りのＮＯｘ吸蔵量Ａ，Ｂを積算し、単位時間当りのＮＯｘ放出量Ｃを減算することによってＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されているＮＯｘ量ΣＮＯＸを推定するようにしている。なお、吸入空気量は要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに基づいて算出される。

本発明による実施例ではこのＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯＸが予め定められた許容最大値ＭＡＸを越えたときにＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを放出させるようにしている。即ち、低温燃焼が行われているときにＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸを越えたときには燃焼室５内における空燃比が一時的にリッチとされ、それによってＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘが放出される。なお、前述したように低温燃焼が行われているときに空燃比がリッチとされても煤はほとんど発生しない。

一方、第２実施例では通常燃焼が行われているときにＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸを越えたときには膨張行程の後半又は排気行程中に追加の燃料が噴射される。この追加の燃料量はＮＯｘ吸蔵剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなるように定められており、従って追加の燃料が噴射されるとＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘが放出されることになる。

ところで排気ガス中にはＳＯx が含まれており、ＮＯｘ吸蔵剤にはＮＯｘばかりでなくＳＯx も吸収される。このＮＯｘ吸蔵剤へのＳＯx の吸収メカニズムはＮＯｘの吸蔵メカニズムと同じであると考えられる。即ち、ＮＯｘの吸蔵メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明すると、前述したように排気ガスの空燃比がリーンのときには酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^- 又はＯ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ₂ は白金Ｐｔの表面でＯ₂ ^- 又はＯ^2-と反応してＳＯ₃ となる。次いで生成されたＳＯ₃ の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸蔵剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ₄ ^2- の形で吸収剤内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ₄ を生成する。

しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ₄ は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしても硫酸塩ＢａＳＯ₄ は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯｘ吸蔵剤内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ₄ が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯｘ吸蔵剤が吸蔵しうるＮＯｘ量が低下することになる。ところがＮＯｘ吸蔵剤の温度が一定温度、例えば６００℃以上になるとＮＯｘ吸蔵剤内において硫酸塩ＢａＳＯ₄ が分解し、このときＮＯｘ吸蔵剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯｘ吸蔵剤からＳＯx が放出されることになる。

ところで前述したようにＮＯｘ吸蔵剤の担体上には白金のような貴金属が担持されており、従ってＮＯｘ吸蔵剤は酸化機能を有する。一方、前述したように機関の運転状態が第１の運転領域Ｉにあって低温燃焼が行われているときには煤はほとんど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又はその前の状態の形でもって燃焼室５から排出される。ところが上述した如くＮＯｘ吸蔵剤は酸化機能も有しており、従ってこのとき燃焼室５から排出された未燃炭化水素はＮＯｘ吸蔵剤により良好に酸化せしめられることになる。

一方、燃焼室からは煤や可溶性物質ＳＯＦからなるパティキュレートが排出され、このパティキュレートはフィルタ２４上に順次堆積する。従ってフィルタ２４上へのパティキュレートの堆積量は時間の経過と共に次第に増大する。本発明による実施例ではパティキュレートの堆積量が許容量を越えたときにパティキュレートが燃焼せしめられる。この場合、パティキュレートが良好に燃焼せしめられる温度は５００℃〜６００℃程度であり、従ってパティキュレートを燃焼せしめるときにはフィルタ２４の温度が５００℃〜６００℃まで上昇せしめられ、かつ全パティキュレートの燃焼が完了するまでフィルタ２４の温度が５００℃〜６００℃に維持される。

このような内燃機関においてフィルタ２４に堆積したＰＭの除去およびＳＯｘ放出に関する制御について説明する。図８は本発明の内燃機関の制御装置のフローチャートである。図８のステップ１００１においては差圧センサ６１により検出されたフィルタ２４の上流側と下流側との圧力差ΔＰが許容値Ｐ１を越えたか否かが判別され、ΔＰ＞Ｐ１になるとステップ１００２に進んでＰＭ燃焼フラグがセットされ、ステップ１００３に進む。なお、ΔＰ＞Ｐ１でない場合にはステップ１００２に進むことなく、ステップ１００３に進む。次いで、ステップ１００３においては、燃料噴射量のこれまでの合計ΣＱに新たな燃料噴射量Ｑを加算することによって燃料噴射量の積算値ΣＱが算出される。次にステップ１００４では噴射量の積算値ΣＱが許容最大値Ｑ０を越えたか否かが判別される。ΣＱ＞Ｑ０になるとステップ１００５に進んでＳＯｘ放出フラグがセットされ、次いでステップ１００６でΣＱが零とされる。すなわち燃料内には一定量のイオウが含まれており、従って、噴射量の積算値ΣＱはＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されているＳＯｘ量に比例する。従って、ΣＱ＞Ｑ０になるとＳＯｘ放出フラグがセットされる。ステップ１００４でΣＱ＞Ｑ０でない場合にはステップ１００７に進む。

次いでステップ１００７においてはステップ１００２で設定されたＰＭ燃焼フラグまたはステップ１００５で設定されたＳＯｘ放出フラグのうちの少なくとも一方がセットされているか否かが判別される。ＰＭ燃焼フラグおよびＳＯｘ放出フラグの少なくとも一方がセットされている場合にはステップ１００８に進む。ステップ１００８においてはバッテリ４１の蓄電量ＳＯＣが所定の蓄電量ＳＯＣ１となるようにされる。ここでバッテリ４１の蓄電量ＳＯＣ１はバッテリ４１の満充電量よりも小さい値であり、例えば満充電量の５０％程度でありうる。つまり、ステップ１００８においてはバッテリ４１が充填可能な余裕代を有するように設定される。次いでステップ１００９においては現在の内燃機関の負荷Ｌが所定の値Ｘ１よりも大きいか否かが判別される。内燃機関の負荷Ｌが所定の値Ｘ１よりも大きい場合にはステップ１０１３に進んで、後述する処理３が行われる。また内燃機関の負荷Ｌが所定の値Ｘ１よりも大きくない場合にはステップ１０１０に進む。ステップ１０１０においては内燃機関の負荷Ｌが別の所定の値Ｘ２よりも大きいか否かが判別される。ここで所定の値Ｘ２は所定の値Ｘ１よりも小さい値である。ステップ１０１０において内燃機関の負荷Ｌが所定の値Ｘ２よりも大きい場合にはステップ１０１２に進んで、後述する処理２が行われる。また内燃機関の負荷Ｌが所定の値Ｘ２よりも大きくない場合にはステップ１０１１に進んで、処理１が行われる。つまり、本発明においては内燃機関の負荷ＬがＸ２よりも小さい場合（低負荷）には処理１が行われ、負荷ＬがＸ１よりも大きい場合（高負荷）には処理３が行われ、負荷ＬがＸ１とＸ２との間にある場合（中負荷）には処理２が行われる。なお、ＰＭ燃焼フラグおよびＳＯｘ放出フラグの両方がセットされていない場合には処理を終了する。

はじめに図８の処理１、つまり機関要求負荷が低い場合について説明する。図９は図８に示される処理１のフローチャートである。ステップ１０１においてはＰＭ燃焼フラグがセットされているか否かが再度、判別される。図８のステップ１００７でＰＭ燃焼フラグまたはＳＯｘ放出フラグがセットされているかを判別した後で、再度、ＰＭ燃焼フラグのセットを判別するのは、内燃機関の処理がＰＭ燃焼を行うときとＳＯｘ放出を行うときとで異なるためである。具体的には、ＰＭ燃焼を行う際にはフィルタ２４の温度を約５００℃から約６００℃程度に上昇させれば足りるが、ＳＯｘ放出を行う際にはフィルタ２４の温度を６００℃以上にまで上昇させる必要があるので、再度のフラグ判別を行っている。なお、ステップ１０１においてＰＭ燃焼フラグがセットされていない場合にはステップ１０７に進む。また、ＰＭ燃焼処理およびＳＯｘ放出処理のうちの一方を行うことだけが想定されている内燃機関の場合には、ＰＭ燃焼フラグのためのステップ１０１およびＳＯｘ放出フラグのための後述するステップ１０７のうちの一方およびこれに関連するステップを排除できるのは明らかである。他の処理２、処理３の場合も同様である。

ＰＭ燃焼フラグがセットされていると判別された場合にはステップ１０２に進んで低温燃焼が行われる。ここで、低温燃焼とは、内燃機関の排気側から吸気側へ極めて大量の排気ガスを再循環させることにより、煤の発生量がピークとなる再循環ガス（ＥＧＲガス）量よりも燃焼室内のＥＧＲガス量が多く煤がほとんど発生しない燃焼のことをいう。つまり、例えば図１に示されるように排気管２６内の排気ガスをＥＧＲ通路２７に通して吸気ダクト１７まで再循環させている。ステップ１０２においては図４（Ｂ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度とされる。次いでステップ１０３においては図５に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥＯが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥＯとされる。次いで、ステップ１０４において燃焼室５内がリーン雰囲気となるように燃料の噴射制御が行われ、これにより低温燃焼が行われる。なお、燃料噴射量は図４（Ｂ）および図５と同様な燃料噴射量に関するマップから算出される。低温燃焼下ではＥＧＲガスの導入により、ケーシング２５内のフィルタ２４の温度を約５００℃から約６００℃程度にまで上昇させられ、フィルタ２４上のＰＭを良好に燃焼せしめられる。次いでステップ１０５においては、差圧センサ６１により検出される差圧ΔＰが設定値Ｐ２より小さくなったか否かが判別され、ΔＰ＜Ｐ２になったときにはステップ１０６に進んでＰＭ燃焼フラグがリセットされてステップ１０７に進む。

次いで、ステップ１０７においてはＳＯｘ放出フラグがセットされているか否かが再度、判別される。そして、ＳＯｘ放出フラグがセットされている場合にはステップ１０８に進んで空燃比がリッチとなるように所定の燃料噴射制御が行われる。ＳＯｘ放出フラグがセットされていない場合には処理を終了する。このときの燃料噴射量は図４（Ｂ）および図５に示すのと同様な燃料噴射量に関するマップから算出される。これにより、フィルタ２４の温度がＳＯｘを放出するのに十分な温度（６００℃以上）となって、フィルタ２４のＮＯｘ吸蔵剤からのＳＯｘ放出作用が行われる。ところで、燃料噴射制御のみではフィルタ２４の温度をＳＯｘ放出可能な所望の温度まで上昇させるのが困難である場合があるので、以下のステップが行われる。つまり、まずステップ１１０に進んで、温度センサ４３により検出されるフィルタ２４の温度Ｔが所定の温度Ｔ０より小さいか否かが判別される。所定の温度Ｔ０はＳＯｘを良好に放出させられる温度であり、例えば６００℃以上の温度が採用される。そして、Ｔ＜Ｔ０である場合には、ステップ１１１に進んで、フィルタ２４の温度をさらに上昇させるために補助噴射制御が行われる。この補助噴射制御については後述する。前述した噴射制御および／または補助噴射制御が行われると、ステップ１１２に進んで、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されているＳＯｘの放出作用が完了したか否かが判別される。ＳＯｘの放出作用が完了したとき、つまりＳＯｘ＝０であるときにはステップ１１３に進んでＳＯｘ放出フラグがリセットされる。なお、この後はスロットル弁２１、ＥＧＲ制御弁２９の開度などを再び設定することにより、低温燃焼から通常燃焼に切り替えるようにする。

図１０は、図９に示される補助噴射制御を示すフローチャートである。図１０のステップ１２１においてはメイン噴射を遅らせるよう制御を行う。図１１を参照しつつ、メイン噴射の遅れについて説明する。図１１の（０）は通常の燃料噴射制御を示している。図１１の（０）においてはメイン噴射Ｑｍを圧縮ＴＤＣ（上死点）付近で行っている。これに対し、図１１の（１）においてはメイン噴射Ｑｍは圧縮ＴＤＣよりもわずかながら遅れたところ、つまり遅角側で行われている。これにより排気ガスの温度が通常の場合よりも上昇してフィルタ２４の温度を上昇せしめることができる。なお、メイン噴射Ｑｍの時期を図１１の（１）に示される場合よりもさらに遅角側に設定してもよい。再び図１０を参照し、ステップ１２２においてはフィルタ２４の温度Ｔが所定の温度Ｔ０より小さいか否かが再び判別される。温度Ｔが所定の温度Ｔ０よりも小さい場合、つまりメイン噴射Ｑｍを遅らせただけではフィルタ２４の温度上昇が不足する場合には、ステップ１２３に進んでＶＩＧＯＭ噴射がさらに行われる。ここで図１１の（２）はメイン噴射Ｑｍを遅らせた状態でなおかつＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖを行う場合を示している。図示されるようにＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖは吸気上死点ＴＤＣ側で行う噴射である。このように吸気上死点付近においてＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖ時の燃料からＨＣが大量に生成され、これらＨＣの酸化反応時に生じる熱によってフィルタ２４の温度をさらに高めることが可能となる。なお、ＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖ時の燃料からはアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これにより主燃料Ｑｍの反応が加速される。従ってこの場合には主燃料Ｑｍの噴射開始時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。

次いで図１０のステップ１２４に進み、フィルタ２４の温度Ｔが所定の温度Ｔ０より小さいか否かが再び判別される。温度Ｔが所定の温度Ｔ０よりも小さい場合、つまりメイン噴射Ｑｍを遅らせると共にＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖを行ったとしてもフィルタ２４の温度上昇が不足する場合には、ステップ１２５に進んで、一回分のポスト噴射Ｑｐが行われる。図１１の（３）はメイン噴射Ｑｍを遅らせると共にＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖを行うことに加えて、ポスト噴射Ｑｐをさらに行うことを示している。図示されるようにポスト噴射Ｑｐはメイン噴射Ｑｍの後に行う噴射である。図１１に示す例では排気弁９が開弁する直前の膨張行程中にポスト噴射Ｑｐが行われる。このポスト噴射Ｑｐで噴射された燃料は燃焼室５内において燃焼せしめられず、従ってポスト噴射Ｑｐ燃料が噴射されると燃料は未燃ＨＣの形で排気ポート１０内に排出させる。従ってポスト噴射Ｑｐで燃料が噴射されると排気ガス中の未燃ＨＣの量が増大せしめられ、斯くして未燃ＨＣの酸化反応熱によってフィルタ２４の温度は急速に上昇せしめられることとなる。再び図１０を参照し、ステップ１２６においてフィルタ２４の温度Ｔが所定の温度Ｔ０より小さいか否かがさらに判別される。メイン噴射Ｑｍを遅らせると共に共にＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖおよび一回分のポスト噴射Ｑｐを行っても、フィルタ２４の温度上昇が不足する場合には、ステップ１２７に進んで、さらにもう一回、ポスト噴射Ｑｐを行う、つまり二回分のポスト噴射Ｑｐを行うよう設定される。図１１の（４）にはポスト噴射Ｑｐを二回行う場合が示されている。図１１の（４）においても、二回分のポスト噴射Ｑｐはいずれも排気弁が開弁する前に行われている。この場合にはポスト噴射Ｑｐを一回のみ行う場合よりも、フィルタ２４の温度上昇の効果をさらに高めることができる。また、このようなポスト噴射Ｑｐを行ってもフィルタ２４の温度がＳＯｘを放出するのに十分でない場合には、さらにポスト噴射Ｑｐを行うようにしてもよく、これにより、フィルタ２４の温度をさらに上昇させられる。

このように、処理１においては内燃機関の機関要求負荷が低い場合に、通常燃焼から低温燃焼に切り替えることにより、フィルタ２４の温度を高めるようにすることができる。つまり、本発明の内燃機関の制御装置を用いることにより機関要求負荷が低い場合であっても、ＰＭを燃焼させることが可能となり、ＰＭ再生可能な運転領域を拡大させられる。また、低温燃焼への切替だけではフィルタ２４の昇温が不足する場合には、前述したメイン噴射Ｑｍを遅角側に移動させると共に、ＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖおよび／またはポスト噴射Ｑｐを適宜行うことにより、フィルタ２４の温度を所望の温度まで確実に昇温させられる。

なお、処理１においてはＰＭ燃焼作用および／またはＳＯｘ放出作用の終了後は低温燃焼から通常の燃焼に切り替えることを想定している。しかしながら、例えばフィルタ２４上のＰＭが異常燃焼するような場合には、低温燃焼状態でリッチ雰囲気を形成するようにしてもよい。この場合にはフィルタ２４周りの酸素が不足するためにフィルタ２４におけるＰＭの異常燃焼が次第に鎮火するようになる。

また、図１０に示される実施例ではフィルタ２４の温度Ｔに応じて補助噴射制御を行っているが、内燃機関のトルクおよびエンジン回転数に応じて補助噴射制御を定めるようにしてもよい。図１２は一例として通常の燃焼におけるエンジン回転数とトルクとの関係を示す図である。図１２内の複数の実線はフィルタ２４の温度を示しており、それぞれの実線には対応する温度が示されている。図１２においては横軸はエンジン回転数を示しており、縦軸はトルクを示している。図１２に示されるように、エンジン回転数が約２０００ｒｐｍ程度よりも高い場合にはトルクを高めることにより、フィルタ２４の温度を容易に高めることができる（例えば図１２内の温度５００℃および温度６００℃を示す実線を参照されたい）。

ところが、図１２からも分かるように低負荷である場合、つまり、トルクが或る程度小さい場合には、フィルタ２４の温度を高めることは困難である（例えばトルクが１００Ｎｍ以下のときの温度２００℃および温度３００℃を示す実線を参照されたい）。図１３（ａ）はエンジン回転数とトルクとの関係を示す図１２と同様の一例としての図である。ここで、トルクが比較的小さい場合、例えばトルクが１００Ｎｍ以下である場合に着目すると、図１３においてはエンジン回転数に応じて分けられる三つの領域Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４が示されている。図示されるように領域Ｚ２はエンジン回転数約３６００ｒｐｍから４２００ｒｐｍの範囲にあり、領域Ｚ３はエンジン回転数約３２００ｒｐｍから約３６００ｒｐｍの範囲にあり、領域Ｚ４はエンジン回転数約８００ｒｐｍから約３２００ｒｐｍの範囲である。これら三つの領域Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４は図１２に示されるように４００℃よりも低い温度域である。図１３（ａ）の領域Ｚ２においては図１１の（２）に示されるようにＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖとメイン噴射Ｑｍの遅れとが行われる。また、図１３（ａ）の領域Ｚ３においては図１１の（３）に示されるようにＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖとメイン噴射Ｑｍの遅れと一回分のポスト噴射Ｑｐが行われる。さらに、図１３（ａ）の領域Ｚ４においては図１１の（４）に示されるようにＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖとメイン噴射Ｑｍの遅れと二回分のポスト噴射Ｑｐとが行われる。

ここで、エンジン回転数と燃料噴射量との関係を示す図である一例としての図１３（ｂ）を参照する。図１３（ｂ）においては横軸はエンジン回転数を示しており、縦軸は燃料噴射量を示している。図１３（ｂ）内の複数の実線はフィルタ２４の温度を示しており、それぞれの実線には対応する温度が示されている。前述した領域Ｚ３（エンジン回転数約３２００ｒｐｍから約３６００ｒｐｍ）における燃料噴射量は通常の場合よりもＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖと一回分のポスト噴射Ｑｐの分だけ多くなっているので、フィルタ２４の温度は図１３（ｂ）に示される５００℃から５５０℃の範囲内またはこの範囲付近、すなわちエンジン回転数が約３２００ｒｐｍから３６００ｒｐｍでかつ燃料噴射量が最も多い領域付近にある。つまり、領域Ｚ３においてはＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖとポスト噴射Ｑｐとを行うと共にメイン噴射Ｑｍを遅らせているために、フィルタ２４の温度を上昇せしめることが可能となっている。同様に領域Ｚ２（エンジン回転数約３６００ｒｐｍから約４２００ｒｐｍ）に着目すると、領域Ｚ２の場合も燃料噴射量がＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖの分だけ多くなっているので、フィルタ２４の温度は図１３（ｂ）に示される５００℃以上の範囲、すなわちエンジン回転数約３６００ｒｐｍから約４２００ｒｐｍでかつ燃料噴射量が最も多い領域付近にあることになる。つまり、この場合にもＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖを行うと共にメイン噴射Ｑｍを遅らせているために、フィルタ２４の温度を上昇せしめることが可能となっている。さらに領域Ｚ４（エンジン回転数約８００ｒｐｍから約３２００ｒｐｍ）に着目すると、領域Ｚ４では燃料噴射量がＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖと二回分のポスト噴射Ｑｐの分だけ多くなっている。従って、図１３（ｂ）においては領域Ｚ４は約５５０℃から６５０℃の範囲、すなわちエンジン回転数約８００ｒｐｍから約３２００ｒｐｍでかつ燃料噴射量が最も多い領域付近にあることになる。つまり、この場合にもＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖと二回分のポスト噴射Ｑｐを行うと共にメイン噴射Ｑｍを遅らせているために、フィルタ２４の温度を上昇せしめることが可能となっている。従って、このように内燃機関のトルクおよびエンジン回転数に応じて補助噴射制御を定める場合であっても、適切なＰＭ燃焼作用およびＳＯｘ放出作用を行うことが可能となる。

なお、図１３（ａ）に示される領域Ｚ１はトルクが大きい場合、つまり負荷が大きい場合を示している。領域Ｚ１においてはメイン噴射Ｑｍを遅らせることのみが行われる。そして、領域Ｚ１は図１３（ｂ）においては燃料噴射量が低い場所、つまりフィルタ２４の温度が６００℃から７００℃前後にまで到達する場所に位置することとなる。また、図１３（ａ）における領域Ｚ１’はエンジン回転数およびトルクの両方が高い領域を示している。この領域Ｚ１’においてはメイン噴射Ｑｍの遅れのみが行われる。つまり、領域Ｚ１’においては燃料噴射量が多いので、図１３（ｂ）に示されるフィルタ２４の温度は４００℃から６００℃程度になりうる（エンジン回転数が３６００ｒｐｍから約４２００ｒｐｍでかつ燃料噴射量が最も少ない領域付近を参照されたい）。さらに、図１３（ａ）に示される中程度の負荷（トルクがおよそ１００Ｎｍから２００Ｎｍ）の領域Ｚ２’においてはＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖとメイン噴射Ｑｍの遅れとが行われる。領域Ｚ２’での燃料噴射量は領域Ｚ１の場合（メイン噴射Ｑｍの遅れのみ）よりも少なくて領域Ｚ４の場合（ＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖと二回分のポスト噴射Ｑｐを行っている）よりも多いので、図１３（ｂ）におけるフィルタ２４の温度は５５０℃から６５０℃程度になりうる（エンジン回転数が約８００ｒｐｍから約３２００ｒｐｍでかつ燃料噴射量が中程度の領域を参照されたい）。これら領域Ｚ１’、Ｚ２’においてフィルタ２４の温度が不足する場合にはＶＩＧＯＭ噴射Ｑｖおよび／またはポスト噴射Ｑｐを適宜行うようにしてもよい。

次いで図８の処理２、つまり機関要求負荷が中程度の場合について説明する。図１４は図８に示される処理２のフローチャートである。図１４のステップ２０１においては内燃機関の負荷が現在の負荷よりも高くなるように変速機３５が調整される。図８から分かるように処理２が行われる際には機関要求負荷が中程度（Ｘ２＜Ｌ≦Ｘ１）であるが、ステップ２０１においてはこの中程度の負荷がこれよりも高くなるようにされる。例えば処理２が行われる直前の機関要求負荷をＬ１とすると、機関要求負荷はＬ１より高いＬ２に設定される。ここで、機関要求負荷Ｌ２はフィルタ２４の温度を適切にＰＭ燃焼可能な温度まで上昇させるのに十分な負荷である。次いでステップ２０２に進んで、バッテリ４１の充電を開始する。前述したように図８のステップ１００８においてバッテリ４１の充電量はＳＯＣ１になるように設定されており、ステップ２０２においては負荷Ｌ２とＬ１との間の差分（Ｌ２−Ｌ１）がバッテリ４１に充電される。このように差分（Ｌ２−Ｌ１）のみを充電するために、内燃機関が例えば自動車などに搭載されている場合には走行速度を変化させることはない。

次いでステップ２０３に進み、ＰＭ燃焼フラグがセットされているか否かが判別される。ＰＭ燃焼フラグがセットされている場合にはステップ２０４に進む。なお、ＰＭ燃焼フラグがセットされてない場合にはステップ２０８に進む。ステップ２０４においては、ステップ２０１で変速機の変速比を高負荷側に設定した後の経過時間Ｃが算出される。次いで、ステップ２０５において、この経過時間Ｃが所定の時間Ｃ１を越えたか否かが判別される。ステップ２０１で変速機の変速比を高負荷側に設定したことにより、燃焼室から排出される排気ガスの温度が高まり、これによりフィルタ２４の温度も上昇するようになる。そして、変速機を高負荷側に設定した後の経過時間Ｃが所定の時間Ｃ１を越えていれば、フィルタ２４におけるＰＭ燃焼が或る程度終了したと判断して、ステップ２０６に進む。なお、所定の時間Ｃ１を越えてない場合にはステップ２０４に戻る。ステップ２０６においては、ＰＭ燃焼が完全に終了したか否かを判別するために、差圧ΔＰが設定値Ｐ２より小さくなったか否かが判別される。そして、ΔＰ＜Ｐ２になったときにはステップ２０７に進んでＰＭ燃焼フラグがリセットされる。

次いで、ステップ２０８においてはＳＯｘ放出フラグがセットされているか否かが再度、判別される。そして、ＳＯｘ放出フラグがセットされている場合にはステップ２０９に進んで空燃比がリッチとなるように所定の燃料噴射制御が行われる。このときの燃料噴射量は図４（Ｂ）および図５に示すのと同様な燃料噴射量に関するマップから算出される。これにより、フィルタ２４の温度がＳＯｘを放出するのに十分な温度（６００℃以上）となって、フィルタ２４のＮＯｘ吸蔵剤からのＳＯｘ放出作用が行われる。処理２においてステップ２０９にあるときには機関要求負荷は既に高負荷側に設定されているので、フィルタ２４の温度を容易に高められ、良好なＳＯｘ放出作用を行うことが可能となる。次いで、ステップ２１１に進んで、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されているＳＯｘの放出作用が完了したか否かが判別される。ステップ２１１においてＳＯｘの放出作用が完了したときにはステップ２１２に進んでＳＯｘ放出フラグがリセットされる。なお、ステップ２０８においてＳＯｘ放出フラグがセットされてない場合にはステップ２１３に進む。

この後、ステップ２１３においてバッテリ４１の充電量ＳＯＣが所定の値ＳＯＣ２より大きいか否かが判別される。ＳＯＣ２は図８のステップ１００８におけるＳＯＣ１とバッテリ４１の満充電量ＭＡＸＳＯＣとの間の値である。ステップ２０２で充電開始されたバッテリ４１の充電量ＳＯＣが所定の値ＳＯＣ２よりも大きくなった場合には、ステップ２１４に進む。ステップ２１４においてはステップ２０１で変速機３５の変速比が再び低負荷側に設定される。例えばステップ２０１において機関要求負荷がＬ１からＬ２まで高められた場合には、ステップ２１４において機関要求負荷がＬ２よりも小さいＬ０になるように変速機３５が設定される。処理２においてはＬ０はＬ２およびＬ１の両方よりも小さい値であり、これら三つの機関要求負荷の間にはＬ０＜Ｌ１＜Ｌ２の関係がある。次いでステップ２１５に進む。ステップ２１５においては、電気モータ３７をバッテリ４１により駆動させることによって、内燃機関を補助（アシスト）する制御が行われる。電気モータ３７による内燃機関のアシスト分の出力は、処理２が行われる前の負荷Ｌ１とステップ２１４において変更された負荷Ｌ０との間の差分（Ｌ１−Ｌ０）に相当する値である。なお、このようなバッテリ４１のアシストによって、バッテリ４１の充電量が所定の値よりも小さくなった場合には再び内燃機関のみで運転されるように、変速機３５の変速比が設定されると共にバッテリ４１によるアシストを停止させる。また、Ｌ０はＬ１以上の値であってもよく、この場合にはステップ２１５は行うことなく処理を終了する。

図１５は図１４の処理２における時間と機関負荷との関係を示す一例としての図である。図１５において横軸は時間を示しており、縦軸は機関要求負荷を示している。図１５において処理２が開始されたときの時刻Ｔ０における負荷はＬ１である。次いで、時刻Ｔ１においては高負荷側にシフトされたＬ２（ステップ２０１）と元の負荷Ｌ１との間の差分（Ｌ２−Ｌ１）がバッテリ４１に充電されるようになる（ステップ２０２）。この充電作用は図１４のステップ２１４まで行われ、図１５の領域Ｆ１がバッテリ４１の充電に使用されることとなる。さらに図１５の時刻Ｔ２においては低負荷側にシフトされたＬ０（ステップ２１４）と元の負荷Ｌ１との間の差分（Ｌ１−Ｌ０）だけ、バッテリ４１を用いた電動機が駆動制御され、内燃機関をアシストするようになる。なお、図１５の領域Ｆ２は、バッテリ４１による電動機駆動により内燃機関の出力をアシストしている領域を示している。このため、内燃機関が例えば自動車などに搭載されている場合には、図１５から分かるように各時刻Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２において走行速度を変化させることはない。

このように、処理２においては内燃機関の機関要求負荷が比較的低い場合、つまり中負荷程度である場合には変速機３５を用いて内燃機関の出力を高めることによりフィルタ２４の温度を高めるようにしており、また内燃機関の出力上昇分はバッテリ４１に充電させるようにしている。従って、走行に使用される出力自体を変えることなしに、フィルタ２４に捕集されたＰＭを燃焼させることが可能となる。つまり、本発明の内燃機関の制御装置を用いることにより機関要求負荷が中負荷程度である場合であっても、エネルギを無駄にすることなしにＰＭを燃焼させることが可能となり、ＰＭ再生可能な運転領域を拡大させることが可能となる。また、ステップ２１３においてはバッテリ４１が所定の充電量ＳＯＣ２に到達した後はバッテリ４１により電動機を駆動させることにより、内燃機関の出力を下げ（ステップ２１５）、燃料の使用を低く抑えることが可能となる。

また、処理２を採用した際にフィルタ２４上のＰＭが異常燃焼するような場合には、図４（Ａ）に示されるようなマップから通常の場合よりも大きい目標吸入空気量ＧＡＯを設定するようにしてもよい。この場合には、通常の場合よりも過剰な空気が燃焼室５に流入するので、排気ガスも過剰に排出され、これによりフィルタ２４におけるＰＭの異常燃焼が吹き消えるようになる。

最終的に図８の処理３、つまり機関要求負荷が高い場合について説明する。図１６は図８に示される処理３のフローチャートである。図１６のステップ３０１においてはＰＭ燃焼フラグがセットされているか否かが判別される。ＰＭ燃焼フラグがセットされている場合にはステップ３０２に進む。また、ＰＭ燃焼フラグがセットされてない場合にはステップ３０６に進む。ステップ３０２においては、図８のステップ１００９において機関要求負荷が所定の値Ｘ１よりも大きいと判別された後の経過時間Ｄが算出される。次いで、ステップ３０３において、この経過時間Ｄが所定の時間Ｄ１を越えたか否かが判別される。処理３を行う際には機関要求負荷は既に高められているので、フィルタ２４の温度もＰＭ燃焼を適切に行うことが可能なように既に高くなっている。そして、内燃機関の負荷が所定の値よりも高いと判別された（図８のステップ１００９）後の経過時間Ｄが所定の時間Ｄ１を越えていれば、フィルタ２４におけるＰＭ燃焼が或る程度終了したと判断して、ステップ３０４に進む。所定の時間Ｄ１を越えてない場合にはステップ３０２に戻る。次いでステップ３０４においては、ＰＭ燃焼が完全に終了したか否かを判別するために、差圧ΔＰが設定値Ｐ２より小さくなったか否かが判別される。そして、ΔＰ＜Ｐ２になったときにはステップ３０５に進んでＰＭ燃焼フラグがリセットされる。

次いで、ステップ３０６においてはＳＯｘ放出フラグがセットされているか否かが再度、判別される。そして、ＳＯｘ放出フラグがセットされている場合にはステップ３０７に進んで空燃比がリッチとなるように所定の燃料噴射制御が行われる。このときの燃料噴射量は図４（Ｂ）および図５に示すのと同様な燃料噴射量に関するマップから算出される。これにより、フィルタ２４の温度がＳＯｘを放出するのに十分な温度（６００℃以上）となって、フィルタ２４のＮＯｘ吸蔵剤からのＳＯｘ放出作用が行われる。処理３においては機関要求負荷は当初から高負荷となっているので、フィルタ２４の温度を容易に高められ、良好なＳＯｘ放出作用を行うことが可能となる。次いで、ステップ３０９に進んで、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されているＳＯｘの放出作用が完了したか否かが判別される。ステップ３０９においてＳＯｘの放出作用が完了したときにはステップ３１０に進んでＳＯｘ放出フラグがリセットされる。なお、ステップ３０６においてＳＯｘ放出フラグがセットされてない場合には処理を終了する。

さらに、処理３を採用した際にフィルタ２４上のＰＭが異常燃焼するような場合には、図４（Ａ）に示されるようなマップから通常の場合よりも大きい目標吸入空気量ＧＡＯを設定し、過剰な排気ガスによってフィルタ２４におけるＰＭの異常燃焼を吹き消すようにできる。

当然のことながら、前述した実施例のいくつかを適宜組み合わせることが本発明の範囲に含まれるのは明らかである。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。機関本体の側断面図である。圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。目標吸入空気量等のマップを示す図である。予測基準開度のマップを示す図である。ＮＯｘの吸放出作用を説明するための図である。単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量およびＮＯｘ放出量のマップを示す図である。本発明の内燃機関の制御装置のフローチャートである。図８に示される処理１のフローチャートである。図９に示される燃焼補助噴射のフローチャートである。噴射時期を説明するための図である。図１２は通常の燃焼におけるエンジン回転数とトルクとの関係を示す図である。（ａ）エンジン回転数とトルクとの関係を示す図１２と同様の図である。（ｂ）エンジン回転数と燃料噴射量との関係を示す図である。図８に示される処理２のフローチャートである。図１４の処理２における時間と機関負荷との関係を示す一例としての図である。図８に示される処理３のフローチャートである。

符号の説明

６…燃料噴射弁
２１…スロットル弁
２４…フィルタ
２６…排気管
３５…変速機
３７…電気モータ（発電機）
４１…バッテリ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、前記内燃機関により駆動されて発電する発電機と、該発電機が発電した電力の少なくとも一部を充電するバッテリと、前記発電機または前記バッテリからの電力により発動する電動機と、前記内燃機関からの駆動力と前記電動機からの駆動力とが入力される入力軸の駆動力を任意に変速して出力軸に出力できる変速機とを有する内燃機関の制御装置において、
前記パティキュレートフィルタの温度を所定の温度以上にする必要があるときには前記バッテリが充電可能な所定の余裕代を有するように設定され、
前記パティキュレートフィルタの温度を所定の温度以上に制御する制御手段を有し、前記制御手段により、制御される前の機関要求負荷を第一の機関要求負荷としたときに、前記制御手段の制御時には前記第一の機関要求負荷よりも高い第二の機関要求負荷となるように、変速機の変速比を制御することにより機関負荷を制御し、
これにより、前記パティキュレートフィルタの温度を前記所定の温度まで上昇させると共に前記第一の機関要求負荷と前記第二の機関要求負荷との間の差分を回生制御により前記バッテリに充電するようにした内燃機関の制御装置。
前記バッテリが所定の充電量に到達すると、前記変速機によって前記内燃機関の機関要求負荷が前記第二の機関要求負荷から前記第一の機関要求負荷よりも低い第三の機関要求負荷になるように、変速機の変速比を制御することにより機関負荷を制御すると共に、前記第一の機関要求負荷と前記第三の機関要求負荷との間の差分が補填されるように前記バッテリにより前記電動機が駆動されるようにした請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記パティキュレートフィルタが、該パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸蔵すると共に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出する機能を有している請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
燃焼室から排出された排気ガスを機関吸気通路内に再循環させる排気ガス再循環装置によって、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる低温燃焼と煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない通常燃焼とを切換える切換え手段と、前記内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、前記内燃機関により駆動されて発電する発電機と、該発電機が発電した電力の少なくとも一部を充電するバッテリと、前記発電機または前記バッテリからの電力により発動する電動機と、前記内燃機関からの駆動力と前記電動機からの駆動力とが入力される入力軸の駆動力を任意に変速して出力軸に出力できる変速機とを有する内燃機関の制御装置において、
前記パティキュレートフィルタの温度を所定の温度以上に制御する制御手段を有し、前記制御手段により制御される前の機関要求負荷を第一の機関要求負荷としたときに、前記第一の機関要求負荷が所定の機関要求負荷よりも大きい場合には前記制御手段の制御時に前記第一の機関要求負荷よりも高い第二の機関要求負荷となるように、変速機の変速比を制御することにより機関負荷を制御し、これにより、前記パティキュレートフィルタの温度を前記所定の温度まで上昇させると共に前記第一の機関要求負荷と前記第二の機関要求負荷との間の差分を回生制御により前記バッテリに充電するようになり、
前記第一の機関要求負荷が所定の機関要求負荷よりも小さい場合には、前記切替手段によって低温燃焼に切り替えるようにした内燃機関の制御装置。
前記バッテリが所定の充電量に到達すると、前記変速機によって前記内燃機関の機関要求負荷が前記第二の機関要求負荷から前記第一の機関要求負荷よりも低い第三の機関要求負荷になるように、変速機の変速比を制御することにより機関負荷を制御すると共に、前記第一の機関要求負荷と前記第三の機関要求負荷との間の差分が補填されるように前記バッテリにより前記電動機が駆動されるようにした請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
前記低温燃焼が行われているときに主燃料の噴射時期を遅角させるか又は主燃料に加え補助燃料を噴射させる請求項４または５に記載の内燃機関の制御装置。
前記パティキュレートフィルタが、該パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸蔵すると共に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出する機能を有している請求項４から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。