JP4228919B2

JP4228919B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4228919B2
Application number: JP2004005322A
Authority: JP
Inventors: 智洋金子
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2024-01-13
Also published as: JP2005201061A

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来より、内燃機関の排気浄化装置としてＮＯｘ吸蔵触媒が担持されたパティキュレートフィルタ（以下、「ＮＯｘ吸蔵フィルタ」と言う。）を内燃機関の排気通路に配置する方式の装置が提案されている。このような排気浄化装置によれば、排気ガス中に含まれる煤等の排気微粒子（ＰＭ:Particulate Matter）を除去すると共に窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが可能となる。

そして、上記のようなＮＯｘ吸蔵フィルタを用いた場合には、同フィルタの排気浄化性能の回復を目的とした各種の再生制御が定期的に実施されることとなる。すなわち、例えば、ＮＯｘ吸蔵フィルタ上に堆積した排気微粒子を酸化除去するためのＰＭ再生制御、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵させたＮＯｘを離脱させ還元浄化するＮＯｘ還元浄化制御、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵された硫黄酸化物（ＳＯｘ）を放出させる硫黄被毒再生制御等が実施される。

このような再生制御を実施する場合には、上記ＮＯｘ吸蔵フィルタの温度を上昇させる必要のある場合があり、その場合には流通する排気ガスの温度を上昇せしめることや排気ガス中に含まれる可燃成分を増量しそれを同フィルタ上で反応させること等によってフィルタ温度を上昇させるようにしている。また、特に上記フィルタの温度を上昇させる必要のない場合であっても、再生制御の実施に伴って上記フィルタの温度が上昇する場合もある。

一方、上記のようなＮＯｘ吸蔵フィルタの温度上昇を伴う再生制御の実施中において同フィルタを流通する排気ガスの量が急激に低下すると、フィルタ温度が急激に上昇する場合がある。これは、流通する排気ガスによってＮＯｘ吸蔵フィルタから奪われる熱量が急速に低下するためであり、上記温度上昇の結果、フィルタが溶損する、もしくは溶損に至らないまでもフィルタに担持されたＮＯｘ吸蔵触媒が熱劣化する可能性がある。

このことに関連し特許文献１には、フィルタの溶損や触媒の熱劣化を防止するために、フィルタ上で排気微粒子を酸化除去する場合において、フィルタの温度が予め定められた温度よりも高くなった時には、フィルタに流入する排気ガスの量を第一の閾値よりも少なくするか、或いは同第一の閾値よりも大きい第二の閾値よりも多くする構成が開示されている。

特開２００２−１０６３２５号公報特開平８−１７０５５９号公報特開２００３−１６１１３９号公報

ところが、上記特許文献１のようにフィルタ温度を基準としてフィルタの温度上昇を抑えるための制御（昇温抑制制御）を開始するようにすると、フィルタが急激に温度上昇する場合等には上記昇温抑制制御が間に合わず、フィルタが過昇温されるのを防ぎきれない場合がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化手段（例えば上記ＮＯｘ吸蔵フィルタ等）に対して昇温を伴う再生制御が実施される排気浄化装置において、上記排気浄化手段が過昇温されるのをより確実に防止することができる排気浄化装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の排気浄化装置を提供する。

１番目の発明は、内燃機関の排気通路に配置された排気浄化手段を有し、該排気浄化手段に対して、その排気浄化性能の回復を図るべく昇温を伴う再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置において、上記再生制御の実施中であるか否かを判定する再生制御判定手段と、上記内燃機関の運転状態がアイドリング状態であるか否かを判定するアイドリング状態判定手段と、上記内燃機関の有する内燃機関から駆動系への動力の伝達を断続する動力断続手段の動力断続状態を判定する断続状態判定手段とを備え、上記再生制御判定手段により再生制御の実施中であると判定され、且つ、上記アイドリング状態判定手段により上記内燃機関の運転状態がアイドリング状態ではないと判定された場合において、上記断続状態判定手段によって上記動力断続手段の動力断続状態が接続状態から切断状態になったと判定された時に、上記排気浄化手段を流通する排気ガス量を増大するようにした内燃機関の排気浄化装置を提供する。

上記のような排気浄化手段に対する昇温を伴う再生制御を実施している時に、排気浄化手段を流通する排気ガス量が急激に低下すると、排気浄化手段の温度が急上昇し、結果的に排気浄化手段が損傷を受ける場合がある。また、内燃機関の運転状態がアイドリング状態ではない場合に、上記動力断続手段により内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されると、機関の回転数が急激に低下し、その結果排気ガス量が急激に低下することになる。すなわち、上記再生制御の実施中であって内燃機関の運転状態がアイドリング状態ではない時に、上記動力断続手段により内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されると、上記排気浄化手段が過昇温され、損傷を受ける場合がある。

そして、このような排気浄化手段の過昇温を避けるためには、排気浄化手段の温度を基準として、すなわち排気浄化手段の温度が所定の温度になった時に排気ガス量を増大する等の昇温を抑制するための制御（昇温抑制制御）を実施するようにすることも考えられるが、これでは温度上昇が急激である場合等には上記昇温抑制制御が間に合わず、排気浄化手段の過昇温を防ぎきれない場合がある。

これに対し、一番目の発明では、上記再生制御判定手段により再生制御の実施中であると判定され、且つ、上記アイドリング状態判定手段により上記内燃機関の運転状態がアイドリング状態ではないと判定された場合において、上記断続状態判定手段によって上記動力断続手段の動力断続状態が接続状態から切断状態になったと判定された時に、上記排気浄化手段を流通する排気ガス量を増大するようにしている。そしてこのようにすることで、上記排気浄化手段が過昇温されるのをより確実に防止することができる。

２番目の発明では１番目の発明において、上記内燃機関が搭載される車両が減速状態であるか否かを判定する減速状態判定手段を更に有していて、上記減速状態判定手段により上記車両が減速状態であると判定されている場合にのみ、上記断続状態判定手段によって上記動力断続手段の動力断続状態が接続状態から切断状態になったと判定された時に上記排気浄化手段を流通する排気ガス量を増大するようにする。

上記のように排気浄化手段を流通する排気ガス量を増大すると、同排気浄化手段の温度が低下するため、実施中の再生制御は一旦停止され、再生制御を再開する際にはもう一度上記排気浄化手段を昇温させる必要がある。この排気浄化手段の昇温には燃料等が必要となることから、再生制御の効率的な実施の点からは上記の排気ガス量増大制御の実施は必要最低限に留めるのが好ましい。

例えば、上記車両が加速状態にある時に上記動力断続手段により内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断された場合には変速加速を行っている可能性が高く、上記車両が減速状態にある時に上記動力の伝達が切断された場合に比べ、その後上記動力断続手段の動力断続状態が切断状態に維持され排気ガス量が急激に低下して排気浄化手段が過昇温される可能性は低い。したがって、２番目の発明にようにすれば、より適切な場合に排気ガス量を増大する制御が実施され、再生制御の効率的な実施が図られる。

３番目の発明では１番目または２番目の発明において、上記排気浄化手段の温度を検出する温度検出手段を更に有していて、上記温度検出手段により検出された上記排気浄化手段の温度が予め定めた温度以上である場合にのみ、上記断続状態判定手段によって上記動力断続手段の動力断続状態が接続状態から切断状態になったと判定された時に上記排気浄化手段を流通する排気ガス量を増大するようにする。

上述したように上記再生制御の実施中であって内燃機関の運転状態がアイドリング状態ではない時に、上記動力断続手段により内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されると、上記排気浄化手段の温度が上昇するが、もとの上記排気浄化手段の温度が低い場合にはある程度の温度上昇では過昇温までには至らず問題がない。したがって、３番目の発明のようにすれば、上記予め定めた温度を適切に設定することにより、更に適切な場合に排気ガス量を増大する制御が実施され、再生制御の効率的な実施が図られる。

４番目の発明では１番目から３番目の何れかの発明において、上記断続状態判定手段は、上記切断状態が予め定めた時間以上継続した時にのみ上記動力断続手段の動力断続状態が接続状態から切断状態になったと判定する。

上述したように上記動力断続手段により内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されることにより上記排気浄化手段の温度が上昇する場合があるが、切断状態の継続時間が充分に短ければ過昇温までには至らず問題がない。また、例えば、変速減速をする場合等には、一度駆動系への動力の伝達を切断しても、すぐに接続されるので、このような場合にまで上記の排気ガス量を増大する制御を実施し再生制御を停止するのは好ましくない。

これに対し、４番目の発明では、上記断続状態判定手段が上記切断状態が予め定めた時間以上継続した時にのみ上記動力断続手段の動力断続状態が接続状態から切断状態になったと判定するようになっている。これにより、上記予め定めた時間を適切に設定することによって、より適切な場合に排気ガス量を増大する制御が実施され、再生制御の効率的な実施が図られる。

５番目の発明では１番目から３番目の何れかの発明において、上記断続状態判定手段は、上記切断状態が予め定めた時間以上継続し、その間に機関回転数の増加またはアクセル開度の増加がなかった時にのみ上記動力断続手段の動力断続状態が接続状態から切断状態になったと判定する。

上記切断状態の間に機関回転数の増加またはアクセル開度の増加がある場合には、変速加速が行われる可能性が高く、このような場合に上記の排気ガス量を増大する制御を実施し再生制御を停止するのは好ましくない。
これに対し、５番目の発明では、上記断続状態判定手段が上記切断状態が予め定めた時間以上継続し、その間に機関回転数の増加またはアクセル開度の増加がなかった時にのみ上記動力断続手段の動力断続状態が接続状態から切断状態になったと判定するようになっているので、より適切な場合に上記の排気ガス量を増大する制御が実施され、再生制御の効率的な実施が図られる。

６番目の発明では１番目から５番目の何れかの発明において、上記内燃機関は手動変速機を備えており、上記断続状態判定手段はクラッチペダルのペダル位置に基づいて動力断続状態を判定する。
６番目の発明によれば、手動変速機を備えた内燃機関において、容易且つ確実に上記動力断続状態を判定することができる。

７番目の発明では１番目から５番目の何れかの発明において、上記内燃機関は自動変速機を備えており、上記断続状態判定手段は上記自動変速機のシフト装置のシフト位置に基づいて動力断続状態を判定する。
７番目の発明によれば、自動変速機を備えた内燃機関において、容易且つ確実に上記動力断続状態を判定することができる。

各請求項に記載の発明は、排気浄化手段を有し、同排気浄化手段に対して昇温を伴う再生制御が実施される排気浄化装置において、上記排気浄化手段が過昇温されるのを抑制することができるという共通の効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関に適用することもできる。

図１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は排気ポートをそれぞれ示す。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を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。コンプレッサ１５の入口には吸入空気量を計量するためのエアーフローメータ４４が取付けられている。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置（インタークーラ）１８が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水がインタークーラ１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結される。排気タービン２１の出口には、排気浄化手段を構成するＮＯｘ吸蔵触媒が担持されたパティキュレートフィルタ（すなわち、ＮＯｘ吸蔵フィルタ）３１を内蔵したケーシング３２が連結される。

排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス還流（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置（ＥＧＲクーラ）２６が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水がＥＧＲクーラ２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。

一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。燃料噴射弁６による燃料噴射の燃料噴射圧力は上記コモンレール２７内の燃料圧となる。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のデジタルコンピュータからなり、後述するように、図１に示された各構成要素と信号をやり取りして内燃機関の制御を行う。上述した燃料圧センサ２９、及び、エアーフローメータ４４はＥＣＵ３０に接続されており、これらの出力信号はＥＣＵ３０に供給される。

アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込量、すなわちアクセル開度Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続される。負荷センサ４１はＥＣＵ３０に接続されており、その出力電圧はＥＣＵ３０へ入力される。またＥＣＵ３０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４２も接続されている。更にＥＣＵ３０には、内燃機関が搭載されている車両の車速を検知する車速センサ４３が接続されており、ＥＣＵ３０ではこの車速センサ４３からの信号に基づいて車両の加速度が計算されるようになっている。加えて、ＥＣＵ３０には、燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ弁２５、及び燃料ポンプ２８等も接続されていて、これらの各構成要素をＥＣＵ３０からの信号により制御することができるようになっている。

また、本実施形態は、手動変速機を有する車両に搭載された内燃機関に本発明を適用した場合のものであり、内燃機関から駆動系への動力の伝達を断続するクラッチの断続状態をクラッチペダルのペダル位置に基づいて検出するクラッチスイッチ４５が設けられている。すなわち、クラッチが接続状態であればクラッチスイッチ４５がＯＮとなり、切断状態であればクラッチスイッチ４５がＯＦＦとなってクラッチの断続状態が検出される。図１に示したように、このクラッチスイッチ４５はＥＣＵ３０に接続され、その検出結果がＥＣＵ３０に与えられる。更に、車両のブレーキの作動状態を検出するブレーキ作動状態検出器４８が設けられており、このブレーキ作動状態検出器４８もクラッチスイッチ４５と同様にＥＣＵ３０に接続されている。

図２（Ａ）及び（Ｂ）にＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の構造を示す。なお、図２（Ａ）はＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の正面図を示しており、図２（Ｂ）はＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の側面断面図を示している。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸蔵フィルタ３１はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路６０，６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。したがって排気ガス流入通路６０及び排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。言い換えると排気ガス流入通路６０及び排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。

ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、したがって排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。そしてこの際、排気ガス中に含まれている排気微粒子が多孔質材料によって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の大気への放出が防止される。

また、上記隔壁６４の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸蔵触媒が担持されている。ここで用いられるＮＯｘ吸蔵触媒は、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なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。

このようなＮＯｘ吸蔵触媒は流通する排気ガスの空燃比（すなわち、ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１より上流側の排気通路、燃焼室５または吸気通路に供給された空気と燃料との比率）がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、流通する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを離脱させ還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有する。

図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常時は燃焼空燃比、すなわち燃焼室５内における平均空燃比がリーンであるので排気ガス空燃比もリーンであり、ＮＯｘ吸蔵触媒は排気ガス中のＮＯｘの吸蔵を行う。また、燃料噴射量が増加される等して燃焼空燃比がリッチ状態にされると排気ガスの空燃比が小さくされ且つ還元剤の存在する状態にされるのでＮＯｘ吸蔵触媒は吸蔵したＮＯｘを離脱させると共に離脱させたＮＯｘを還元浄化する。

本実施形態においては、このようなＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用を利用して、燃焼空燃比がリーンの状態で内燃機関を運転した時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵させ、一定期間使用してＮＯｘ浄化率が低下した時等、吸蔵したＮＯｘの離脱及び還元浄化が必要と判断された時に、内燃機関の燃焼空燃比をリッチ状態に変化させることによってＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵したＮＯｘを離脱させ還元浄化するＮＯｘ還元浄化制御を実施し、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるようにしている。

また、内燃機関の燃料には硫黄成分が含まれている場合があり、この場合には排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれることとなる。排気ガス中にＳＯｘが存在するとＮＯｘ吸蔵触媒はＮＯｘの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行う。

ところが、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯｘは比較的安定であり、一般にＮＯｘ吸蔵触媒に蓄積されやすい傾向がある。そしてＮＯｘ吸蔵触媒のＳＯｘ蓄積量が増大すると、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵容量が減少して排気ガス中のＮＯｘの除去を充分に行うことができなくなるため、ＮＯｘの浄化効率が低下するいわゆる硫黄被毒の問題が生じる。

一方、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯｘについても、ＮＯｘと同じメカニズムで離脱させることが可能である。但し、ＳＯｘは比較的安定した形でＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されるため、通常のＮＯｘ還元浄化制御が行われる温度（例えば２５０℃程度以上）ではＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯｘを離脱させることは困難である。このため、硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸蔵触媒をＮＯｘ還元浄化制御時より高い温度、すなわち硫黄分放出温度（例えば６００℃以上）に昇温した上で、流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする硫黄被毒再生制御を実施する必要がある。本実施形態では、車両走行距離または燃料消費量等からＮＯｘ吸蔵触媒に蓄積されたＳＯｘ量を推定し、その値に基づいてＳＯｘの離脱が必要と判断された時に、内燃機関の燃焼空燃比、すなわち燃焼室５内における平均空燃比をリッチ状態に変化させることによって上述のような硫黄被毒再生制御を実施し、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるようにしている。

更に、ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１に捕集された排気微粒子は通常は連続的に酸化され除去されるのであるが、排気微粒子の量が極めて多い場合等には除去しきれずにフィルタ上に層状に堆積してしまう場合がある。このようになると、ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１による排気微粒子除去能力が低下すると共に、担持されているＮＯｘ吸蔵触媒と排気ガスとの接触機会が減少し、結果的にそのＮＯｘ吸蔵能力も低下することになる。そのため、上記のような場合にはＮＯｘ吸蔵フィルタ３１を昇温して堆積した排気微粒子を強制的に酸化させて除去するＰＭ再生制御を行う必要がある。本実施形態では、定期的に、もしくはＮＯｘ吸蔵フィルタ３１における圧力損失等に基づいて堆積した排気微粒子の除去が必要と判断された時に、燃料噴射量を増加させることや燃料噴射時期を遅角させることによって上述のようなＰＭ再生制御を実施するようにしている。

以上で説明したように、本実施形態においては、ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１のＮＯｘ吸蔵能力や排気微粒子除去能力等の排気浄化性能の回復を図るべく、種々の再生制御（ＮＯｘ還元浄化制御、硫黄被毒再生制御、ＰＭ再生制御）が実施されるが、これら再生制御を実施する際にはＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の温度を上昇させる必要のある場合がある。また、特に上記ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の温度を上昇させる必要のない場合であっても、再生制御の実施に伴って上記ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の温度が上昇する場合もある。

一方、上記のようなＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の温度上昇を伴う再生制御の実施中において、同フィルタ３１を流通する排気ガスの量が急激に低下すると、同フィルタ３１の温度が急激に上昇する場合がある。これは、流通する排気ガスによってＮＯｘ吸蔵フィルタ３１から奪われる熱量が急速に低下するためであり、上記温度上昇の結果、ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１が溶損する、もしくは溶損に至らないまでもＮＯｘ吸蔵フィルタ３１に担持されているＮＯｘ吸蔵触媒が熱劣化する可能性がある。

そしてこのような問題に対しては、例えばＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の温度を基準として、すなわち同フィルタ３１の温度が所定の温度になった時に、流通する排気ガス量を増大させる等の温度上昇を抑えるための制御（昇温抑制制御）を開始するようにすることが考えられる。しかしながら、この方法では、上記再生制御実施中に、例えばクラッチ等の動力断続手段によって内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されて機関の回転数が急激に低下し、その結果排気ガス量が急低下してＮＯｘ吸蔵フィルタ３１が急激に温度上昇する場合等には上記昇温抑制制御が間に合わず、上記フィルタ３１が過昇温されるのを防ぎきれない場合がある。

本発明の実施形態はこのような問題に鑑み、上記のようにして生じ得る排気浄化手段（ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１）の過昇温をより確実に防止しようとするものであり、次に、その実現のために図１に示した構成によって実施され得る具体的な方法について説明する。図３はこの方法を実施するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ３０により一定時間毎の割込みによって実施される。

この制御ルーチンがスタートすると、まず、ステップ１０１において、上述したような再生制御（ＮＯｘ還元浄化制御、硫黄被毒再生制御、ＰＭ再生制御）の実施中であるか否かが判定される。なお、他の実施形態では、特にＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の過昇温が生じ易い硫黄被毒再生制御とＰＭ再生制御とについてのみ実施中か否かを判定するようにしてもよい。ステップ１０１において上記再生制御の実施中でないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、上記再生制御の実施中であると判定された場合にはステップ１０３に進む。

ステップ１０３では機関の運転状態がアイドリング状態であるか否かが判定される。これは、例えばアクセル開度Ｌ、車速、機関回転数等を用いて判定される。すなわち、例えば、アクセル開度Ｌがゼロである場合にアイドリング状態であると判定するようにしてもよい。あるいは、アクセル開度Ｌがゼロであって車速がほぼゼロである場合にアイドリング状態であると判定するようにしてもよい。

機関の運転状態がアイドリング状態であれば、ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１を流通する排気ガス量は少ないので、排気ガス量が急激に低下してＮＯｘ吸蔵フィルタ３１が急激に温度上昇することはない。つまり、ここでの判定はＮＯｘ吸蔵フィルタ３１を流通する排気ガス量が急激に低下する可能性があるか否かについての判定であると言える。

ステップ１０３で機関の運転状態がアイドリング状態であると判定された場合は、ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１を流通する排気ガス量が急激に低下する可能性のない場合であり、この場合には本制御ルーチンは終了する。一方、ステップ１０３で機関の運転状態がアイドリング状態でないと判定された場合は、ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１を流通する排気ガス量が急激に低下する可能性のある場合であり、この場合にはステップ１０５に進む。

ステップ１０５においては、内燃機関の搭載されている車両が減速状態にあるか否かが判定される。本実施形態においては、アクセル開度Ｌが予め定められた所定開度Ｌｂ未満であり且つ車両の加速度がゼロ未満である場合、または、ブレーキが作動している状態にあり且つ車両の加速度がゼロ未満である場合に、車両が減速状態であると判定される。このようにしているのは、運転者の意思と車両の状態の両面から車両が減速状態にあることを確認するためである。

そして本実施形態においては、ステップ１０５において車両が減速状態であると判定された場合にのみ後続のステップ１０７に進み、減速状態でないと判定された場合には本制御ルーチンが終了するようになっている。これは、車両が減速状態にない場合、すなわち例えば車両が加速状態にある場合等においては、クラッチ等の動力断続手段によって内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されても、実際に機関の回転数が急激に低下し、その結果排気ガス量が急低下してＮＯｘ吸蔵フィルタ３１が過昇温されてしまう可能性は低いためである。

次にステップ１０７に進むと、そこでは排気浄化手段であるＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の温度Ｔｃが予め定められた所定温度Ｔｂ以上であるか否かが判定される。ここで所定温度ＴｂはＮＯｘ吸蔵フィルタ３１を流通する排気ガス量が低下することにより、ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１が過昇温される可能性のある最低温度であり、予め実験等によって求められる。従って、ここでの判定は、流通する排気ガス量が低下することによってＮＯｘ吸蔵フィルタ３１が過昇温される可能性があるか否かについての判定であると言える。

ステップ１０７においてＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の温度Ｔｃが予め定められた所定温度Ｔｂ未満であると判定された場合は、流通する排気ガス量が低下することによってＮＯｘ吸蔵フィルタ３１が過昇温される可能性がない場合であり、この場合には本制御ルーチンは終了する。一方、ステップ１０７においてＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の温度Ｔｃが予め定められた所定温度Ｔｂ以上であると判定された場合は、流通する排気ガス量が低下することによってＮＯｘ吸蔵フィルタ３１が過昇温される可能性がある場合であり、この場合にはステップ１０９に進む。

続くステップ１０９においては、内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されているか否かについて判定される。本実施形態においては、この判定はクラッチスイッチ４５を用いて行われる。すなわち、クラッチスイッチ４５がＯＮとなっている場合には、内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されておらず動力断続状態が接続状態にあると判定され、ＯＦＦとなっている場合には、内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断され動力断続状態が切断状態にあると判定される。そして、ステップ１０９において動力の伝達が切断されておらず動力断続状態が接続状態にあると判定された場合には本制御ルーチンは終了し、動力の伝達が切断され動力断続状態が切断状態にあると判定された場合にはステップ１１１へ進む。

ステップ１１１へ進む場合は、内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されて機関の回転数が急激に低下し、その結果排気ガス量が急低下してＮＯｘ吸蔵フィルタ３１が急激に温度上昇して過昇温されてしまう可能性の高い場合であり、ステップ１１１ではこれを防止するための制御がなされる。すなわち、ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の昇温を抑制すべく同フィルタ３１を流通する排気ガス量を増大する制御が実施される。本実施形態においてこの排気ガス量増大制御は具体的には、スロットル弁１７の開度増加制御とＥＧＲ弁２５の開度減少制御である。このようにすることによってＮＯｘ吸蔵フィルタ３１を流通する排気ガス量を増大させることができ、同フィルタ３１の昇温を抑制することができる。すなわち、これによってＮＯｘ吸蔵フィルタ３１が過昇温されるのを防止することができる。ステップ１１１における排気ガス量増大制御はＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の温度が充分に下がるまで行われ、その後本制御ルーチンは終了する。

以上のように、この方法によれば、再生制御実施中に内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されて機関の回転数が急激に低下し、その結果排気ガス量が急低下する場合についてもより確実にＮＯｘ吸蔵フィルタ３１が過昇温されるのを防止することができる。

ところで、上述したような排気ガス量増大制御を実施すると、ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の温度が低下するため実施中の再生制御は一旦停止されることになり、その再生制御を再開する際にはもう一度ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１を昇温させる必要がある。このＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の昇温には燃料等が必要となることから、再生制御の効率的な実施の点からは上記のような排気ガス量増大制御の実施は必要最低限に留めるのが好ましい。

この点、図３のフローチャートを参照しつつ説明した上記方法では、ステップ１０５及びステップ１０７の制御を実施することによって実際にＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の過昇温が生じる可能性の低い場合を除外し、より適切な場合に昇温を抑制するための制御、すなわち排気ガス量増大制御を実施するようにして再生制御の効率的な実施を図っている。ただしその一方で、ＮＯｘ吸蔵フィルタ３１の過昇温を防止することにより重点を置く他の実施形態においては、図３のフローチャートにおいてステップ１０５及びステップ１０７の制御を省略するようにしてもよい。

また、更に他の実施形態においては、運転者特有の車両操作を、例えばクラッチスイッチのＯＮ／ＯＦＦ変化、アクセル開度変化、ブレーキ操作、機関回転数変化等から把握し学習することによって、より適切な場合に上記排気ガス量増大制御を実施するようにして再生制御の更に効率的な実施を図るようにしてもよい。

すなわち例えば、変速減速をする場合等には、一度駆動系への動力の伝達を切断しても、すぐに接続されるので、このような場合にまで上記排気ガス量増大制御を実施して再生制御を停止するのは好ましくない。一方、変速減速をする時に動力断続手段であるクラッチを切断状態にしておく時間（すなわち、切断状態の継続時間）は運転者によって異なる。

そこで、本発明の一実施形態においては、その運転者の変速減速時における上記切断状態の継続時間ｔｄを学習させておき、図３のフローチャートのステップ１０９において内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されているか否かについて判定する際に、上記切断状態が上記継続時間ｔｄに基づいて定められる上記継続時間ｔｄよりも長い時間ｔｂ以上継続した時にのみ内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されたと判断するようにする。

このようにすると、上記切断状態が上記の予め定めた時間ｔｂ以上継続した場合にのみステップ１１１に進むことになり、変速減速する場合には上記排気ガス量増大制御が実施されないようにされる。すなわち、この場合、上記の予め定めた時間ｔｂを適切に設定することによって、より適切な場合に昇温抑制のための排気ガス量増大制御を実施するようにすることができ、結果として再生制御の効率的な実施を図ることができる。

図４は、このような変速減速をする場合の機関回転数ＮＥ、アクセル開度Ｌ、クラッチの断続状態の経時変化の一例を示した図である。この図においてクラッチの断続状態はクラッチスイッチのＯＮ／ＯＦＦで示されている。

また変速減速の場合と同様に、変速加速をする場合にも上記排気ガス量増大制御を実施して再生制御を停止するのは好ましくない。そして変速加速をする時に動力断続手段であるクラッチを切断状態にしておく時間（すなわち、切断状態の継続時間）も、変速減速の場合と同様に運転者によって異なる。また、変速加速をする場合には、通常、上記切断状態の間に機関回転数ＮＥの増加またはアクセル開度Ｌの増加がある。

そこで、本発明の一実施形態においては、その運転者の変速加速時における上記切断状態の継続時間ｔｕを学習させておき、図３のフローチャートのステップ１０９において内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されているか否かについて判定する際に、上記切断状態が上記継続時間ｔｕに基づいて定められる上記継続時間ｔｕよりも長い時間ｔｓ以上継続し、その間に機関回転数ＮＥの増加またはアクセル開度Ｌの増加がなかった時にのみ内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されたと判断するようにしてもよい。

このようにすると、上記切断状態が上記の予め定めた時間ｔｓ以上継続し、その間に機関回転数ＮＥの増加またはアクセル開度Ｌの増加がなかった場合にのみステップ１１１に進むことになり、変速加速する場合には上記の排気ガス量増大制御が実施されないようにされる。この結果、より適切な場合に昇温を抑制するための排気ガス量増大制御を実施するようにすることができ、再生制御の効率的な実施を図ることができる。

図５は、このような変速加速をする場合の機関回転数ＮＥ、アクセル開度Ｌ、クラッチの断続状態の経時変化の一例を示した図である。この図においてクラッチの断続状態はクラッチスイッチのＯＮ／ＯＦＦで示されている。

次に図６を参照しつつ本発明の更に他の実施形態について説明する。図６は本発明を自動変速機を有する車両に搭載された内燃機関（筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関）に適用した場合を示している。図６に示した構成は図１に示した構成とほぼ同様であり、共通する部分についての説明は原則として省略する。図６に示した構成を図１に示した構成と比較すると、図６に示した構成には、図１に示した構成のクラッチスイッチ４５の代わりに自動変速機のシフト装置のシフト位置を検出するシフト位置検出器４６が設けられている。図６に示したように、このシフト位置検出器４６はＥＣＵ３０に接続され、その検出結果がＥＣＵ３０に与えられる。

そしてこのような構成により本実施形態においても、図３のフローチャートで示される制御ルーチンに基づく制御が実施される。各ステップで行われる制御の内容についても、ステップ１０９の動力伝達切断の判定を除いて先に説明したものとほぼ共通である。そこで、ここではこれら共通する部分の説明は省略し、本実施形態におけるステップ１０９での制御内容についてのみ説明する。

すなわち、本実施形態のステップ１０９においても、内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されているか否かについて判定されるが、本実施形態においては、この判定はシフト位置検出器４６を用いて行われる。つまり、シフト位置検出器４６によってシフト位置がニュートラルレンジ（Ｎレンジ）にあることが検出された場合には、内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断され動力断続状態が切断状態にあると判定され、Ｎレンジ以外のシフト位置にあることが検出された場合には、内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されておらず動力断続状態が接続状態にあると判定される。そして、このステップ１０９において動力の伝達が切断されておらず動力断続状態が接続状態にあると判定された場合には制御ルーチンは終了し、動力の伝達が切断され動力断続状態が切断状態にあると判定された場合にはステップ１１１へ進むことになる。

そして、この実施形態においても先に説明した実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。すなわち、再生制御実施中に内燃機関から駆動系への動力の伝達が切断されて機関の回転数が急激に低下し、排気ガス量が急低下する場合についてもより確実にＮＯｘ吸蔵フィルタ３１が過昇温されるのを防止することができる。

なお、以上では本発明を手動変速機を有する車両に搭載された内燃機関に適用した場合と、自動変速機を有する車両に搭載された内燃機関に適用した場合とについて説明したが、本発明は、これら以外の変速機、すなわち例えば手動変速機におけるクラッチ操作及び変速操作を自動的に行うようにした形式の変速機を有する車両に搭載された内燃機関にもほぼ同様に適用することができる。

また、上述の各実施形態においてはＮＯｘ吸蔵フィルタ３１が用いられていたが、他の実施形態においてはその代わりにパティキュレートフィルタまたはＮＯｘ吸蔵触媒が用いられてもよい。その場合、例えばパティキュレートフィルタが用いられている場合には、上述のステップ１０１の部分において、ＰＭ再生制御について実施中か否かを判定するようにする。また、ＮＯｘ吸蔵触媒が用いられている場合には、ＮＯｘ還元浄化制御及び硫黄被毒再生制御の両方もしくは一方について実施中か否かを判定するようにする。

図１は本発明を手動変速機を有する内燃機関（筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関）に適用した場合を示している。図２はＮＯｘ吸蔵フィルタの構造を示す図であり、図２（Ａ）が正面図であり、図２（Ｂ）が側面断面図である。図３は本発明の実施形態において実行され得る制御ルーチンを示すフローチャートである。図４は、変速減速をする場合の機関回転数ＮＥ、アクセル開度Ｌ、クラッチの断続状態の経時変化の一例を示した図である。図５は、変速加速をする場合の機関回転数ＮＥ、アクセル開度Ｌ、クラッチの断続状態の経時変化の一例を示した図である。図６は本発明を自動変速機を有する車両に搭載された内燃機関（筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関）に適用した場合を示している。

符号の説明

１…機関本体
５…燃焼室
６…電気制御式燃料噴射弁
３０…電子制御ユニット
３１…ＮＯｘ吸蔵フィルタ
４１…負荷センサ
４３…車速センサ
４５…クラッチスイッチ
４６…シフト位置検出器
４８…ブレーキ作動状態検出器

Claims

内燃機関の排気通路に配置された排気浄化手段を有し、該排気浄化手段に対して、その排気浄化性能の回復を図るべく昇温を伴う再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置において、
上記再生制御の実施中であるか否かを判定する再生制御判定手段と、
上記内燃機関の運転状態がアイドリング状態であるか否かを判定するアイドリング状態判定手段と、
上記内燃機関の有する内燃機関から駆動系への動力の伝達を断続する動力断続手段の動力断続状態を判定する断続状態判定手段とを備え、
上記再生制御判定手段により再生制御の実施中であると判定され、且つ、上記アイドリング状態判定手段により上記内燃機関の運転状態がアイドリング状態ではないと判定された場合において、上記断続状態判定手段によって上記動力断続手段の動力断続状態が接続状態から切断状態になったと判定された時に、上記排気浄化手段を流通する排気ガス量を増大するようにした内燃機関の排気浄化装置。
上記内燃機関が搭載される車両が減速状態であるか否かを判定する減速状態判定手段を更に有していて、
上記減速状態判定手段により上記車両が減速状態であると判定されている場合にのみ、上記断続状態判定手段によって上記動力断続手段の動力断続状態が接続状態から切断状態になったと判定された時に上記排気浄化手段を流通する排気ガス量を増大するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記排気浄化手段の温度を検出する温度検出手段を更に有していて、
上記温度検出手段により検出された上記排気浄化手段の温度が予め定めた温度以上である場合にのみ、上記断続状態判定手段によって上記動力断続手段の動力断続状態が接続状態から切断状態になったと判定された時に上記排気浄化手段を流通する排気ガス量を増大するようにした請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記断続状態判定手段は、上記切断状態が予め定めた時間以上継続した時にのみ上記動力断続手段の動力断続状態が接続状態から切断状態になったと判定する、請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記断続状態判定手段は、上記切断状態が予め定めた時間以上継続し、その間に機関回転数の増加またはアクセル開度の増加がなかった時にのみ上記動力断続手段の動力断続状態が接続状態から切断状態になったと判定する、請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記内燃機関は手動変速機を備えており、上記断続状態判定手段はクラッチペダルのペダル位置に基づいて動力断続状態を判定する、請求項１から５の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記内燃機関は自動変速機を備えており、上記断続状態判定手段は上記自動変速機のシフト装置のシフト位置に基づいて動力断続状態を判定する、請求項１から５の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。