JP4329378B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが要求されている。そしてこのような要求に対し、ＮＯｘ吸蔵剤を内燃機関の排気ガス通路に配置する方式の排気浄化装置が提案されている。
【０００３】
このような排気浄化装置に用いられるＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中にＨＣやＣＯ等の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。そしてこの作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵させ、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前にＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤（燃料）を添加する等して、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘの還元浄化を行うようにしている。
【０００４】
なお、本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「ＮＯｘ吸蔵剤」は、「ＮＯｘ吸収剤」と「ＮＯｘ吸着剤」の両方を含み、前者はＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ2等の形で吸着する。また、ＮＯｘ吸蔵剤からの「離脱」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【０００５】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄（Ｓ）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吸蔵剤は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。
【０００６】
ところが、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘは比較的安定であり、一般にＮＯｘ吸蔵剤に蓄積されやすい傾向がある。ＮＯｘ吸蔵剤のＳＯｘ蓄積量が増大すると、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵容量が減少して排気ガス中のＮＯｘの除去を十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（Ｓ被毒）の問題が生じる。特に、燃料として比較的硫黄成分を多く含む軽油を使用するディーゼルエンジンにおいてはこの硫黄被毒の問題が生じやすい。
【０００７】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵された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ことが知られている。しかし、ＳＯｘは比較的安定した形でＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されるため、通常のＮＯｘの還元浄化制御が行われる温度（例えば２５０℃程度以上）ではＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘを放出等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吸蔵剤を通常の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、且つ流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、単にリッチという）にする硫黄被毒再生制御を定期的に行う必要がある。
【０００８】
このような硫黄被毒再生制御の具体的な方法としては、例えば、膨張行程または排気行程中に燃料噴射を行う等の燃料噴射制御によってＮＯｘ吸蔵剤を昇温すると共に、いわゆる低温燃焼をリッチ空燃比のもとで行ってＮＯｘ吸蔵剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする方法等が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、その他の方法としては、ＮＯｘ吸蔵剤の上流において排気ガス通路内へ還元剤（燃料）を添加し、その反応によってＮＯｘ吸蔵剤を昇温すると共にリッチ雰囲気を作り出す方法等が公知である。
【０００９】
しかしながら、上記のような方法で硫黄被毒再生制御を行った場合には、これらの方法により排気ガス中に含まれることになる還元剤または燃料の反応性が比較的低いこと等から、一般にＮＯｘ吸蔵剤において大きな温度差が生じることがわかっている。すなわち、排気ガス中に含まれる燃料等は下流へ流れる過程において徐々に反応するため、通常、ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分よりも下流側部分で温度が上昇する傾向がある。このため、温度があまり上昇しない上流側部分においては、排気ガス中に含まれる燃料等が付着しても反応せず、そのままの状態でＮＯｘ吸蔵剤上に残存する場合がある。
【００１０】
硫黄被毒再生制御が完了すると通常の運転状態に戻るが、この時にはＮＯｘ吸蔵剤の温度が急激に低下し、ＮＯｘ吸蔵剤上に残存している燃料等は浄化され難い。したがって、硫黄被毒再生制御の完了後に通常の運転状態に戻った場合においても、その後内燃機関が停止される時にＮＯｘ吸蔵剤上に燃料等が残存している場合がある。また、硫黄被毒再生制御の途中もしくは同制御の完了後すぐに内燃機関が停止された場合には、硫黄被毒再生制御時に付着した燃料はそのままＮＯｘ吸蔵剤上に残存することになる。
【００１１】
そして、このようにＮＯｘ吸蔵剤上に燃料等が残存したまま内燃機関が停止されると、次にその内燃機関が冷間状態から再始動された時、ＮＯｘ吸蔵剤の温度が上昇する際にＮＯｘ吸蔵剤から上記燃料等が脱離して白煙が排出されるという問題が生じる。
【００１２】
【特許文献１】
特許第３２２５９５７号公報
【特許文献２】
特許第３０９２５６９号公報
【特許文献３】
特開２００１−１７３４９８号公報
【特許文献４】
特開２００２−２１３２３２号公報
【特許文献５】
特開２０００−８８３７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記のような硫黄被毒再生制御が行われる内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制するようにした排気浄化装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
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排気浄化装置を提供する。
１番目の発明は、少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段が排気ガス通路に配置されていて、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置であって、上記硫黄被毒再生制御においては、膨張行程または排気行程において燃焼室内へ補助燃料を噴射することと、上記排気浄化手段の上流側において上記排気ガス通路内へ燃料または還元剤を添加することとのうちの少なくとも一方を含む方法によって上記排気浄化手段が昇温せしめられる排気浄化装置において、上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、上記排気浄化手段のうちの上流側部分の温度を上昇させる上流側昇温制御が予め定めた時間実施される排気浄化装置であって、上記上流側昇温制御は、膨張行程または排気行程における燃焼室内への補助燃料の噴射及び上記排気浄化手段の上流側における上記排気ガス通路内への燃料または還元剤の添加が何れも行われていない状態において、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射することによって、もしくは、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射し且つ主燃料の噴射時期を圧縮上死点よりも遅らせることによって、燃料を燃焼室内で反応させるようにして実施される、排気浄化装置を提供する。
【００１５】
硫黄被毒再生制御において、上記のような方法で上記排気浄化手段が昇温せしめられた場合、上記排気浄化手段の上流側部分では温度があまり上昇しない傾向がある。そのため、この部分においては、上記硫黄被毒再生制御において上記排気浄化手段を昇温するために排気ガス中に多く含まれることとなった燃料等が付着しても反応せず、そのまま上記排気浄化手段上に残存する場合がある。そしてこのような残存燃料等は、その内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙排出の原因となる。
【００１６】
１番目の発明によれば、上記排気浄化手段上に燃料等が残存している可能性のある上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時に、燃料等が残存している可能性の高い上記排気浄化手段のうちの上流側部分の温度を上昇させる上流側昇温制御が予め定めた時間実施される。これにより、上記排気浄化手段の上流側部分に残存していた燃料等を反応させて浄化することができる。また、上記予め定めた時間を適切に設定することで、効率良く且つ充分に上記残存燃料等の浄化を行うことができる。
【００１７】
すなわち、１番目の発明によれば、上記排気浄化手段上に燃料等が残存している可能性のある場合には上記上流側昇温制御が予め定めた時間実施されて残存燃料等が浄化されるので、上記排気浄化手段上に燃料等が多量に残存したまま内燃機関が停止されることが防止される。そしてこれにより、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができる。
また、特に１番目の発明では、上記上流側昇温制御において、上記のような燃料噴射制御を行うことによって、燃焼室から排出される時点での排気ガスの温度を上昇させるようになっている。したがって、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度、すなわち上記排気浄化手段に到達する時の排気ガスの温度を上昇させることができ、上記排気浄化手段の上流側部分の温度を上昇させることができる。また、燃料を燃焼室内で燃焼させることができるので、未燃のまま上記排気浄化手段に到達する燃料を低減することができ、上記上流側昇温制御中に上記排気浄化手段に燃料が付着することを抑制できる。
【００１８】
２番目の発明は、少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段が排気ガス通路に配置されていて、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置であって、上記硫黄被毒再生制御においては、膨張行程または排気行程において燃焼室内へ補助燃料を噴射することと、上記排気浄化手段の上流側において上記排気ガス通路内へ燃料または還元剤を添加することとのうちの少なくとも一方を含む方法によって上記排気浄化手段が昇温せしめられる排気浄化装置において、上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、上記排気浄化手段のうちの上流側部分の温度を上昇させる上流側昇温制御が予め定めた時間実施される排気浄化装置であって、上記上流側昇温制御は、上記燃焼室への吸気量を予め定めた量にすると共に、ほぼ圧縮上死点において主燃料の噴射を行い且つ膨張行程の初期に、複数回に分けて、合計すると主燃料よりも多い補助燃料の噴射を行うことによって実施される、排気浄化装置を提供する。
【００１９】
２番目の発明においても、１番目の発明と同様、上記排気浄化手段上に燃料等が残存している可能性のある場合には上記上流側昇温制御が予め定めた時間実施されて残存燃料等が浄化されるので、上記排気浄化手段上に燃料等が多量に残存したまま内燃機関が停止されることが防止される。そしてこれにより、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができる。
そして、特に２番目の発明では、上記上流側昇温制御において、上記のような制御を行うことで、燃料が主に燃焼室及び排気ポート内で燃焼し、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度、すなわち上記排気浄化手段に到達する時の排気ガスの温度を上昇させることができる。そしてその結果、上記排気浄化手段の上流側部分の温度を上昇させることができる。また、燃料が主に燃焼室及び排気ポート内で燃焼するので、この場合においても１番目の発明と同様、未燃のまま上記排気浄化手段に到達する燃料を低減することができ、上記上流側昇温制御中に上記排気浄化手段に燃料が付着することを抑制できる。なお、本願において膨張行程の初期とは、膨張行程を初期、中期、後期と分けた場合の初期の意味であり、より具体的には圧縮上死点後のクランク角が６０°までの範囲を意味する。
【００２１】
３番目の発明は、少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段が排気ガス通路に配置されていて、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置であって、上記硫黄被毒再生制御においては、膨張行程または排気行程において燃焼室内へ補助燃料を噴射することと、上記排気浄化手段の上流側において上記排気ガス通路内へ燃料または還元剤を添加することとのうちの少なくとも一方を含む方法によって上記排気浄化手段が昇温せしめられる排気浄化装置において、上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、排気ガスの空燃比をリーンの状態としつつ、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温制御が予め定めた時間実施される排気浄化装置であって、上記排気ガス昇温制御は、膨張行程または排気行程における燃焼室内への補助燃料の噴射及び上記排気浄化手段の上流側における上記排気ガス通路内への燃料または還元剤の添加が何れも行われていない状態において、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射することによって、もしくは、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射し且つ主燃料の噴射時期を圧縮上死点よりも遅らせることによって、燃料を燃焼室内で反応させるようにして実施される、排気浄化装置を提供する。
【００２２】
３番目の発明によれば、上記排気浄化手段上に燃料等が残存している可能性のある上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時に、排気ガスの空燃比をリーンの状態としつつ上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温制御が予め定めた時間実施される。これによれば、上記排気浄化手段に到達する時の排気ガスの温度が上昇させられるため上記排気浄化手段の上流側部分を昇温することができ、そこに残存していた燃料等を反応させて浄化することができる。また、上記予め定めた時間を適切に設定することで、効率良く且つ充分に上記残存燃料等の浄化を行うことができる。
つまり、３番目の発明では、上記排気浄化手段上に燃料等が残存している可能性のある場合には上記排気ガス昇温制御が予め定めた時間実施されて残存燃料等が浄化される。そしてその結果、１番目及び２番目の発明と同様、上記排気浄化手段上に燃料等が多量に残存したまま内燃機関が停止されることが防止され、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができる。
また、３番目の発明では、上記排気ガス昇温制御において、上記のような燃料噴射制御を行うことによって、燃焼室から排出される時点での排気ガスの温度を上昇させるようになっている。したがって、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度、すなわち上記排気浄化手段に到達する時の排気ガスの温度を上昇させることができ、上記排気浄化手段の上流側部分の温度を上昇させることができる。また、燃料を燃焼室内で燃焼させることができるので、未燃のまま上記排気浄化手段に到達する燃料を低減することができ、上記排気ガス昇温制御中に上記排気浄化手段に燃料が付着することを抑制できる。
【００２３】
４番目の発明は、少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段が排気ガス通路に配置されていて、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置であって、上記硫黄被毒再生制御においては、膨張行程または排気行程において燃焼室内へ補助燃料を噴射することと、上記排気浄化手段の上流側において上記排気ガス通路内へ燃料または還元剤を添加することとのうちの少なくとも一方を含む方法によって上記排気浄化手段が昇温せしめられる排気浄化装置において、上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、排気ガスの空燃比をリーンの状態としつつ、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温制御が予め定めた時間実施される排気浄化装置であって、上記排気ガス昇温制御は、上記燃焼室への吸気量を予め定めた量にすると共に、ほぼ圧縮上死点において主燃料の噴射を行い且つ膨張行程の初期に、複数回に分けて、合計すると主燃料よりも多い補助燃料の噴射を行うことによって実施される、排気浄化装置を提供する。
【００２４】
４番目の発明においても、３番目の発明と同様、上記排気浄化手段上に燃料等が残存している可能性のある場合には上記排気ガス昇温制御が予め定めた時間実施されて残存燃料等が浄化されるので、上記排気浄化手段上に燃料等が多量に残存したまま内燃機関が停止されることが防止される。そしてこれにより、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができる。
そして、特に４番目の発明では、上記排気ガス昇温制御において、上記のような制御を行うことで、燃料が主に燃焼室及び排気ポート内で燃焼し、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度、すなわち上記排気浄化手段に到達する時の排気ガスの温度を上昇させることができる。そしてその結果、上記排気浄化手段の上流側部分の温度を上昇させることができる。また、燃料が主に燃焼室及び排気ポート内で燃焼するので、この場合においても３番目の発明と同様、未燃のまま上記排気浄化手段に到達する燃料を低減することができ、上記排気ガス昇温制御中に上記排気浄化手段に燃料が付着することを抑制できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
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。なお、本発明は、少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段であればＮＯｘ吸蔵剤であるＮＯｘ吸収剤とＮＯｘ吸着剤のどちらを用いても実施可能であるが、以下ではＮＯｘ吸収剤を用いた場合について説明する。
【００２６】
また、本明細書においては便宜上、「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の上流側部分」及び「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の下流側部分」等の表現を、排気ガス通路内に一ヶ所にまとめて配置されたＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）のうちの「上流側にあるＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」及び「下流側にあるＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」という意味で用いる。より具体的には、例えばＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）がパティキュレートフィルタのような担持体に担持されている場合には、「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の上流側部分」及び「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の下流側部分」等の表現はそれぞれ、その時の排気ガスの流通方向においてＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）のうちの「担持体の上流側部分に担持されているＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」及び「担持体の下流側部分に担持されているＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」という意味で用いる。
【００２７】
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。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冷却装置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。
【００２８】
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の出口側の排気ガス通路にはパティキュレートフィルタ２２が配置されている。パティキュレートフィルタ２２には後述するようにＮＯｘ吸収剤４６が担持され、排気浄化手段が構成される。
【００２９】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４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２６が配置される。更にＥＧＲ通路２４の冷却装置２６の上流には酸化触媒２３が設けられ、ＥＧＲガス中に含まれるＨＣ等を冷却装置２６へ流入する前に一定程度処理し、冷却装置２６の詰りやＥＧＲ制御弁２５の固着等を防止するようにされている。
【００３０】
図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置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。
【００３１】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０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４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５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が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５及び燃料ポンプ２８等に接続される。
【００３２】
図２（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセルペダル４０の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を示している。なお、図２（Ａ）において各曲線は等トルク曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトルクが零であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝ａ、ＴＱ＝ｂ、ＴＱ＝ｃ、ＴＱ＝ｄの順に次第に要求トルクが高くなる。図２（Ａ）に示される要求トルクＴＱは図２（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。本発明による実施形態では図２（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル４０の踏込み量Ｌ及び機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱがまず初めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて燃料噴射量等が算出される。
ＥＣＵ３０は、このように内燃機関の各構成要素と信号をやり取りして燃料噴射量制御等の機関の基本制御を行う他、後述するようなＮＯｘ吸収剤４６を硫黄被毒再生するための制御（硫黄被毒再生制御）についての制御も行う。
【００３３】
図３にパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」と言う）２２の拡大断面図を示す。図３を参照すると、フィルタ２２は多孔質セラミックから成り、この図において排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。フィルタ２２内には、上流側に栓４８が施された第１通路５０と下流側に栓５２が施された第２通路５４とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路５４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路５０に流入し、下流側に流れる。この時、排気ガス中の排気微粒子は多孔質セラミック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。
【００３４】
第１通路５０及び第２通路５４の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸収剤４６が担持されている。ＮＯｘ吸収剤４６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。ＮＯｘ吸収剤４６は流通する排気ガス（以下「吸収剤流通排気ガス」という）の空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸収し、吸収剤流通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収したＮＯｘを放出して還元浄化する作用（ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用）を有する。
【００３５】
図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常時の排気ガス空燃比はリーンでありＮＯｘ吸収剤４６は排気ガス中のＮＯｘの吸収を行う。また、燃料噴射制御等により吸収剤流通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とＮＯｘ吸収剤４６は吸収したＮＯｘを放出すると共に放出したＮＯｘを還元浄化する。
【００３６】
この吸収放出及び還元浄化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が、この吸収放出及び還元浄化作用は図４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白金Ｐｔ及びバリウム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。
【００３７】
すなわち、吸収剤流通排気ガスの空燃比がかなりリーンになると吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図４（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2がＯ2 -またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、吸収剤流通排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2 -またはＯ2-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上で更に酸化されつつＮＯｘ吸収剤４６内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3 -の形でＮＯｘ吸収剤４６内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤４６内に吸収される。
【００３８】
吸収剤流通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、ＮＯｘ吸収剤４６のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯｘ吸収剤４６内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。これに対して吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下して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ＮＯｘ吸収剤４６内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2の形でＮＯｘ吸収剤から放出される。すなわち、吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯｘ吸収剤４６からＮＯｘが放出されることになる。吸収剤流通排気ガスのリーンの度合いが低くなれば吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって吸収剤流通排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ吸収剤４６からＮＯｘが放出されることになる。
【００３９】
一方、この時吸収剤流通排気ガスの空燃比を小さくすると、ＨＣ、ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -またはＯ2-と反応して酸化せしめられる。また、吸収剤流通排気ガスの空燃比を小さくすると吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ吸収剤４６からＮＯ2が放出され、このＮＯ2は図４（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化せしめられる。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ＮＯｘ吸収剤４６から次から次へとＮＯ2が放出される。したがって吸収剤流通排気ガスの空燃比を小さくし、且つ還元剤が存在する状態にすると短時間のうちにＮＯｘ吸収剤４６からＮＯｘが放出されて還元浄化されることになる。
なお、ここでいう排気ガスの空燃比とはＮＯｘ吸収剤４６上流側の排気ガス通路と燃焼室５または吸気通路に供給された空気と燃料との比率をいうものとする。
【００４０】
次にＮＯｘ吸収剤４６の硫黄被毒のメカニズムについて説明する。排気ガス中にＳＯｘ成分が含まれていると、ＮＯｘ吸収剤４６は上述のＮＯｘの吸収と同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘを吸収する。すなわち、排気ガスの空燃比がリーンの時、排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ2）は白金Ｐｔ上で酸化されてＳＯ3 -、ＳＯ4 -となり、酸化バリウムＢａＯと結合してＢａＳＯ4を形成する。ＢａＳＯ4は比較的安定であり、また、結晶が粗大化しやすいため一旦生成されると分解放出されにくい。このため、ＮＯｘ吸収剤４６中のＢａＳＯ4の生成量が増大するとＮＯｘの吸収に関与できるＢａＯの量が減少してしまいＮＯｘの吸収能力が低下してしまう。
【００４１】
この硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸収剤４６中に生成されたＢａＳＯ4を高温で分解するとともに、これにより生成されるＳＯ3 -、ＳＯ4 -の硫酸イオンをスライトリーンを含むほぼ理論空燃比またはリッチ雰囲気（以下、単に「リッチ雰囲気」という）下で還元し、気体状のＳＯ2に転換してＮＯｘ吸収剤４６から放出させる必要がある。したがって硫黄被毒再生を行うためには、ＮＯｘ吸収剤４６を高温且つリッチ雰囲気の状態にすることが必要とされる。
【００４２】
一方、このような硫黄被毒再生を実施した場合に生ずる問題の一つとして、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙排出の問題がある。すなわち、通常、硫黄被毒再生制御は、膨張行程または排気行程中に燃料噴射を行う等の燃料噴射制御やＮＯｘ吸収剤の上流において排気ガス通路内へ還元剤（燃料）を添加すること等によってＮＯｘ吸収剤を昇温して行われるが、この際、ＮＯｘ吸収剤において大きな温度差が生じる。このＮＯｘ吸収剤における温度分布は、一般にＮＯｘ吸収剤の上流側部分よりも下流側部分で温度が上昇するというものである。このため、温度があまり上昇しない上流側部分においては、排気ガス中に含まれる燃料等が付着しても反応せず、そのままの状態でＮＯｘ吸収剤上に残存する場合がある。そして、このようにＮＯｘ吸収剤上に燃料等が残存したまま内燃機関が停止されると、次にその内燃機関が冷間状態から再始動された時、ＮＯｘ吸収剤の温度が上昇する際にＮＯｘ吸収剤から上記燃料等が脱離して白煙が排出されてしまう。
【００４３】
本実施形態は、このような白煙の発生を抑制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る具体的な方法について説明する。図５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。
【００４４】
この制御ルーチンがスタートすると、まず、ステップ１０１でＮＯｘ吸収剤４６の硫黄（Ｓ）被毒再生制御（以下、「再生制御」と言う）の実施条件が成立したか否かが判定される。再生制御実施条件は、例えばＮＯｘ吸収剤４６に吸収されたＳＯｘ量、すなわち吸収ＳＯｘ量が一定量以上になること等であるが、この場合、吸収ＳＯｘ量を直接求めることは困難であるので、内燃機関から排出されるＳＯｘ量、すなわち例えば車両走行距離に基づいて吸収ＳＯｘ量を推定する。つまり、前回再生制御を実施した時点からの走行距離が予め定められた設定値よりも大きくなった時に再生制御実施条件が成立したと判定する。あるいは、同様の考え方により、車両走行距離の代わりに燃料消費量に基づいて判定するようにしてもよい。
【００４５】
ステップ１０１において再生制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、再生制御実施条件が成立していると判定された場合にはステップ１０３に進む。ステップ１０３においては再生制御が実施される。
ステップ１０３において再生制御が開始されると、まずＮＯｘ吸収剤４６の昇温が図られる。本実施形態において、このＮＯｘ吸収剤４６の昇温は以下で説明するように燃料噴射パターンを制御することによって行われる。
【００４６】
すなわち、図６は図１に示した内燃機関で実施し得る燃料噴射パターンの六つの例について示した概略図であるが、通常運転時には、主燃料Ｑｍが図６において（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。これに対し、ステップ１０３において再生制御が開始され、ＮＯｘ吸収剤４６を昇温する必要が生じると、図６の（ＩＩ）に示されるような燃料噴射パターンとされる。つまり、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射させると共に主燃料Ｑｍの噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させ、更に膨張行程中に補助燃料Ｑｐｎを噴射させる。
【００４７】
主燃料Ｑｍの噴射時期を遅角させると後燃え期間が長くなり、排気ガス温度を上昇させることができる。しかし、ただ単に噴射時期を遅角させると燃焼が不安定になり失火の恐れがある。上記の燃料噴射パターン（ＩＩ）においては、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射させることによって、失火の可能性を低減している。すなわち、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑｖからアルデヒド、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、これら中間生成物によって主燃料Ｑｍの反応が加速される。これにより、主燃料Ｑｍの噴射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。そして、このように主燃料Ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせることで排気ガス温度をすみやかに上昇させることができる。また、このように補助燃料Ｑｖを追加的に噴射すると補助燃料Ｑｖ分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温度が上昇する。排気ガス温度を上昇させれば、それによりＮＯｘ吸収剤４６の温度を上昇させることができる。なお、補助燃料Ｑｖの噴射時期は吸気行程中であってもよく、その場合にもほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００４８】
また、膨張行程中に噴射される補助燃料Ｑｐｎは、その大部分が燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気ガス通路内に排出され、徐々に反応しながらＮＯｘ吸収剤４６まで到達する。そして、ＮＯｘ吸収剤４６において反応し、ＮＯｘ吸収剤４６を直接昇温する。なお、後続の補助燃料Ｑｐｎの噴射時期は排気行程中であってもよく、その場合にもほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。また、図６の（ＩＩＩ）に示したように、上記補助燃料Ｑｖの噴射と主燃料Ｑｍの噴射時期の遅角とを行わずに、膨張行程または排気行程中（図６の（ＩＩＩ）の例では膨張行程中）に補助燃料Ｑｐｎを噴射することのみによってＮＯｘ吸収剤４６を昇温するようにしてもよい。
【００４９】
ところで、このような方法でＮＯｘ吸収剤４６を昇温させると、上述したようにＮＯｘ吸収剤４６において大きな温度差が生じる。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、ＮＯｘ吸収剤４６における温度分布等について一例を示したものであり、図７（ａ）が通常運転の場合、すなわち図６の（Ｉ）に示される燃料噴射パターンで運転している場合を示し、図７（ｂ）が硫黄分を放出させるべくＮＯｘ吸収剤４６を昇温するための運転を行っている場合、すなわち図６の（ＩＩ）に示される燃料噴射パターンで運転している場合を示している。各図において上段が温度、下段が内燃機関の回転数であって、横軸は時間を示している。
【００５０】
図７（ａ）を参照すると、通常運転の場合には、ＮＯｘ吸収剤４６の温度はその上流側、中央及び下流側部分でほぼ均一であり、その値はＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの温度とほぼ同じであることがわかる。一方、図７（ｂ）を参照すると、ＮＯｘ吸収剤４６を昇温すべく図６の（ＩＩ）の燃料噴射パターンで運転している場合には、ＮＯｘ吸収剤４６において温度差が生じ、上流側部分では中央及び下流側部分に比べて温度が低いことがわかる。このように上流側部分においては温度が低いため、排気ガス中に含まれる燃料が付着しても反応し難く、燃料がそのままの状態でＮＯｘ吸収剤４６上に残存し易い。なお、ＮＯｘ吸収剤４６の温度は、後続の補助燃料ＱｐｎのＮＯｘ吸収剤４６における反応のため、流入する排気ガスの温度よりも高くなっている。
【００５１】
ＮＯｘ吸収剤４６が昇温され、その温度が硫黄分を放出するために充分なほど上昇したと判断されると、次にＮＯｘ吸収剤４６の周囲がリッチ雰囲気となるようにされる。本実施形態では、いわゆる低温燃焼をリッチ空燃比のもとで行ってＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする方法がとられる。低温燃焼は、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、この再循環ガス（ＥＧＲガス）の吸熱作用によって燃料及びその周囲のガス温を比較的低温に保った状態で燃焼を行わせ、スモークの発生を抑えるというものである。このような低温燃焼が行われると、排気ガス中に還元剤（ＨＣ、ＣＯ等）が多く含まれるようになり、主にその反応によって排気ガス通路内に配置されたＮＯｘ吸収剤を硫黄分放出温度以上に保持することができる。そして、低温燃焼を空燃比がリッチの状態で行わせることによって、ＮＯｘ吸収剤４６が高温且つリッチ雰囲気の状態にされ、ＮＯｘ吸収剤４６からの硫黄分の放出が図られる。
【００５２】
図５に示した制御ルーチンにおいては、ステップ１０３で再生制御が開始されると、ステップ１０５に進んで再生制御終了条件が成立したか否かが判定される。この再生制御終了条件には、より詳細には硫黄被毒再生が完了したことにより終了する場合の再生制御完了条件と、硫黄被毒再生が完了する前に中止されて終了する場合の再生制御中止条件とが含まれる。何れか一つの条件が成立すれば、再生制御終了条件が成立したものと判定される。
【００５３】
上記再生制御完了条件としては、例えば再生制御の実施時間等がある。すなわち、今回の再生制御を開始した時点からの経過時間が予め定められた設定値よりも大きくなった時に再生制御完了条件が成立したと判定する。一方、上記再生制御中止条件としては、例えば、内燃機関を停止する指示があった場合（イグニッション オフとされた場合）等がある。
【００５４】
ステップ１０５において再生制御終了条件が成立していないと判定された場合にはステップ１０３に戻って再生制御が継続される。一方、再生制御終了条件が成立していると判定された場合にはステップ１０７に進んで再生制御が終了せしめられ、続くステップ１０９へ進む。
【００５５】
ステップ１０９においては、ＮＯｘ吸収剤４６の上流側部分の温度を上昇させる上流側昇温制御が実施される。この制御は、ステップ１０３において再生制御が実施された際に温度の比較的低いＮＯｘ吸収剤４６の上流側部分に付着しそのまま反応せずに残存してしまった燃料を反応させ、浄化するために実施される。
本実施形態において、この上流側昇温制御は以下で説明するように燃料噴射パターンを制御し、排気ガスの空燃比をリーンの状態としつつ、ＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの温度を上昇させることによって行われる。したがって、本実施形態の場合、上記上流側昇温制御はＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温制御とも言える。
【００５６】
本実施形態において、上流側昇温制御が実施される場合には、図６の（ＩＶ）に示されるような燃料噴射パターンとされる。つまり、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射させると共に主燃料Ｑｍの噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる。この際、図６の（ＩＩ）に示される場合とは異なり、膨張行程中（または排気行程中）における補助燃料Ｑｐｎの噴射は行われない。
【００５７】
このような燃料噴射制御を行うことによって、上述したように排気ガス温度を上昇させることができる。また、この場合、燃料の殆どが燃焼室５内で反応するため、燃焼室５から排出される時点での排気ガスの温度を上昇させることができる。したがって、ＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの温度、すなわちＮＯｘ吸収剤４６に到達する時の排気ガスの温度を上昇させることができ、ＮＯｘ吸収剤４６の上流側部分の温度を上昇させることができる。また、上記後続の補助燃料Ｑｐｎの噴射が行われないので、未燃のままＮＯｘ吸収剤４６に到達する燃料を低減することができ、上記上流側昇温制御中（または上記排気ガス昇温制御中）にＮＯｘ吸収剤４６に燃料が付着することを抑制できる。
【００５８】
また、上記の図６の（ＩＶ）に示される燃料噴射パターンの代わりに図６の（Ｖ）に示されるような燃料噴射パターンとしてもよい。この場合、図６の（ＩＶ）に示される燃料噴射パターンと比較すると、主燃料Ｑｍの噴射時期を遅角させていないので排気ガス昇温効果ではやや劣ることになるが、燃焼の安定化と制御の単純化を図ることができる。
【００５９】
更に、図６の（ＶＩ）に示されるような燃料噴射パターンとしてもＮＯｘ吸収剤４６の上流側部分を昇温する上流側昇温制御を実施することが可能である。この場合には、燃焼室５への吸気量が予め定めた量にされると共に、ほぼ圧縮上死点において主燃料Ｑｍの噴射が行われ且つ膨張行程の初期に主燃料Ｑｍよりも多い補助燃料Ｑｐｅの噴射が行われる。この場合の吸気量（すなわち、上記予め定めた量）は、膨張行程に噴射される補助燃料Ｑｐｅが未反応のままＮＯｘ吸収剤４６へ到達することを避けるため比較的少量であり、事前に実験等によって求められる。また、ここで膨張行程の初期とは、膨張行程を初期、中期、後期と分けた場合の初期の意味であり、より具体的には圧縮上死点後のクランク角が６０°までの範囲を意味する。
【００６０】
したがって、例えば、スロットル弁１７を閉じ側へ制御して吸気量を予め定めた量まで低減する。そして、主燃料Ｑｍ＝１０ｍｍ3に対し、補助燃料Ｑｐｅ＝２０ｍｍ3を圧縮上死点後のクランク角２０°〜３０°に噴射する。また補助燃料Ｑｐｅはボアフラッシングを防止するために適宜分割され得る。
このような制御を行うと、燃料が主に燃焼室５及び排気ポート１０内で燃焼し、ＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの温度を上昇させることができる。そしてその結果、ＮＯｘ吸収剤４６の上流側部分の温度を上昇させることができる。また、燃料が主に燃焼室５及び排気ポート１０内で燃焼するので、この場合においても、未燃のままＮＯｘ吸収剤４６に到達する燃料を低減することができ、上記上流側昇温制御中にＮＯｘ吸収剤４６に燃料が付着することを抑制できる。
【００６１】
ステップ１０９における上記のような上流側昇温制御は予め定めた時間実施され、その後本制御ルーチンは終了する。この上流側昇温制御を実施する時間は、ＮＯｘ吸収剤４６上に残存する燃料を浄化するのに充分な時間を予め実験等によって求めて決定する。あるいは、その上流側昇温制御を行う前の再生制御の実施時間（継続時間）や終了条件に応じて決定するようにしてもよい。この上流側昇温制御を実施する時間を適切に設定することで、効率良く且つ充分に上記残存燃料等の浄化を行うことができる。
【００６２】
以上のように、本実施形態においては、上記再生制御が完了した時または完了前に中止された時等、ＮＯｘ吸収剤４６上に燃料が残存している可能性のある場合には、燃料が残存している可能性の高いＮＯｘ吸収剤４６のうちの上流側部分の温度を上昇させる上流側昇温制御（または排気ガス昇温制御）が予め定めた時間実施される。これにより、ＮＯｘ吸収剤４６のうちの上流側部分の残存燃料が浄化され、ＮＯｘ吸収剤４６上に燃料が多量に残存したまま内燃機関が停止されることが防止される。そしてその結果、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができる。
【００６３】
なお、以上の説明からも明らかであるが、ステップ１０７の上流側昇温制御は内燃機関を停止する指示があった場合（すなわち、イグニッション オフとされた場合）にも行われ、この場合、上流側昇温制御が完了してから内燃機関が停止する。
【００６４】
また、上述の説明において再生制御（ステップ１０３）は、膨張行程または排気行程中に補助燃料Ｑｐｎを噴射することを含む燃料噴射制御によってＮＯｘ吸収剤４６を昇温し、その後、低温燃焼をリッチ空燃比のもとで行ってＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることにより行われたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分に燃料等が付着する可能性のある他の方法で再生制御が実施された場合にも適用できる。
【００６５】
例えば、図８に示した構成では、ＮＯｘ吸収剤４６を担持しているフィルタ２２の上流側に還元剤または燃料を排気ガス通路内に添加する還元剤添加ノズル４４が設けられている。その他の部分については図１に示した構成と同様であるので説明を省略するが、図８に示した場合には、上記添加ノズル４４を用いて再生制御を実施することができる。すなわち、ＮＯｘ吸収剤４６から硫黄分を放出させるべき時には、ＥＣＵ（図８には図示なし）からの指令によって上記添加ノズル４４から還元剤（燃料）が添加され、その反応によってＮＯｘ吸収剤４６が昇温されると共にリッチ雰囲気が作り出されてＮＯｘ吸収剤４６から硫黄分が放出せしめられる。
【００６６】
そしてこの方法によって再生制御を実施した場合にも、再生制御において添加された還元剤（燃料）がＮＯｘ吸収剤４６のうちの上流側部分に残存するという同様の問題がある。そのため、この場合においても再生制御が完了した時または完了前に中止された時に、上述したような上流側昇温制御（ステップ１０９）を行うことによって、ＮＯｘ吸収剤４６のうちの上流側部分の残存燃料が浄化され、ＮＯｘ吸収剤４６上に燃料が多量に残存したまま内燃機関が停止されることが防止される。そしてその結果、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができる。なお、当然のことながら、この場合において上流側昇温制御（ステップ１０９）が実施されている時には、上記添加ノズル４４による排気ガス通路内への還元剤または燃料の添加は行われていない。
【００６７】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、硫黄被毒再生制御が行われる内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができるという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】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す図である。
【図２】図２は、機関の要求トルクを示す図である。
【図３】図３は、ＮＯｘ吸収剤が担持されたパティキュレートフィルタの拡大断面図である。
【図４】図４は、ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の排気浄化装置のための制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、噴射制御を説明するための図である。
【図７】図７は、ＮＯｘ吸収剤における温度分布等について示した図である。
【図８】図８は、本発明を別の筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示す図である。
【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
２２…パティキュレートフィルタ
３０…電子制御ユニット
４４…還元剤添加ノズル
４６…ＮＯｘ吸収剤
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが要求されている。そしてこのような要求に対し、ＮＯｘ吸蔵剤を内燃機関の排気ガス通路に配置する方式の排気浄化装置が提案されている。
【０００３】
このような排気浄化装置に用いられるＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中にＨＣやＣＯ等の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。そしてこの作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵させ、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前にＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤（燃料）を添加する等して、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘの還元浄化を行うようにしている。
【０００４】
なお、本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「ＮＯｘ吸蔵剤」は、「ＮＯｘ吸収剤」と「ＮＯｘ吸着剤」の両方を含み、前者はＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ2等の形で吸着する。また、ＮＯｘ吸蔵剤からの「離脱」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【０００５】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄（Ｓ）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吸蔵剤は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。
【０００６】
ところが、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘは比較的安定であり、一般にＮＯｘ吸蔵剤に蓄積されやすい傾向がある。ＮＯｘ吸蔵剤のＳＯｘ蓄積量が増大すると、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵容量が減少して排気ガス中のＮＯｘの除去を十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（Ｓ被毒）の問題が生じる。特に、燃料として比較的硫黄成分を多く含む軽油を使用するディーゼルエンジンにおいてはこの硫黄被毒の問題が生じやすい。
【０００７】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵された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ことが知られている。しかし、ＳＯｘは比較的安定した形でＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されるため、通常のＮＯｘの還元浄化制御が行われる温度（例えば２５０℃程度以上）ではＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘを放出等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吸蔵剤を通常の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、且つ流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、単にリッチという）にする硫黄被毒再生制御を定期的に行う必要がある。
【０００８】
このような硫黄被毒再生制御の具体的な方法としては、例えば、膨張行程または排気行程中に燃料噴射を行う等の燃料噴射制御によってＮＯｘ吸蔵剤を昇温すると共に、いわゆる低温燃焼をリッチ空燃比のもとで行ってＮＯｘ吸蔵剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする方法等が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、その他の方法としては、ＮＯｘ吸蔵剤の上流において排気ガス通路内へ還元剤（燃料）を添加し、その反応によってＮＯｘ吸蔵剤を昇温すると共にリッチ雰囲気を作り出す方法等が公知である。
【０００９】
しかしながら、上記のような方法で硫黄被毒再生制御を行った場合には、これらの方法により排気ガス中に含まれることになる還元剤または燃料の反応性が比較的低いこと等から、一般にＮＯｘ吸蔵剤において大きな温度差が生じることがわかっている。すなわち、排気ガス中に含まれる燃料等は下流へ流れる過程において徐々に反応するため、通常、ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分よりも下流側部分で温度が上昇する傾向がある。このため、温度があまり上昇しない上流側部分においては、排気ガス中に含まれる燃料等が付着しても反応せず、そのままの状態でＮＯｘ吸蔵剤上に残存する場合がある。
【００１０】
硫黄被毒再生制御が完了すると通常の運転状態に戻るが、この時にはＮＯｘ吸蔵剤の温度が急激に低下し、ＮＯｘ吸蔵剤上に残存している燃料等は浄化され難い。したがって、硫黄被毒再生制御の完了後に通常の運転状態に戻った場合においても、その後内燃機関が停止される時にＮＯｘ吸蔵剤上に燃料等が残存している場合がある。また、硫黄被毒再生制御の途中もしくは同制御の完了後すぐに内燃機関が停止された場合には、硫黄被毒再生制御時に付着した燃料はそのままＮＯｘ吸蔵剤上に残存することになる。
【００１１】
そして、このようにＮＯｘ吸蔵剤上に燃料等が残存したまま内燃機関が停止されると、次にその内燃機関が冷間状態から再始動された時、ＮＯｘ吸蔵剤の温度が上昇する際にＮＯｘ吸蔵剤から上記燃料等が脱離して白煙が排出されるという問題が生じる。
【００１２】
【特許文献１】
特許第３２２５９５７号公報
【特許文献２】
特許第３０９２５６９号公報
【特許文献３】
特開２００１−１７３４９８号公報
【特許文献４】
特開２００２−２１３２３２号公報
【特許文献５】
特開２０００−８８３７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記のような硫黄被毒再生制御が行われる内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制するようにした排気浄化装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
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排気浄化装置を提供する。
１番目の発明は、少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段が排気ガス通路に配置されていて、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置であって、上記硫黄被毒再生制御においては、膨張行程または排気行程において燃焼室内へ補助燃料を噴射することと、上記排気浄化手段の上流側において上記排気ガス通路内へ燃料または還元剤を添加することとのうちの少なくとも一方を含む方法によって上記排気浄化手段が昇温せしめられる排気浄化装置において、上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、上記排気浄化手段のうちの上流側部分の温度を上昇させる上流側昇温制御が予め定めた時間実施される排気浄化装置であって、上記上流側昇温制御は、膨張行程または排気行程における燃焼室内への補助燃料の噴射及び上記排気浄化手段の上流側における上記排気ガス通路内への燃料または還元剤の添加が何れも行われていない状態において、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射することによって、もしくは、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射し且つ主燃料の噴射時期を圧縮上死点よりも遅らせることによって、燃料を燃焼室内で反応させるようにして実施される、排気浄化装置を提供する。
【００１５】
硫黄被毒再生制御において、上記のような方法で上記排気浄化手段が昇温せしめられた場合、上記排気浄化手段の上流側部分では温度があまり上昇しない傾向がある。そのため、この部分においては、上記硫黄被毒再生制御において上記排気浄化手段を昇温するために排気ガス中に多く含まれることとなった燃料等が付着しても反応せず、そのまま上記排気浄化手段上に残存する場合がある。そしてこのような残存燃料等は、その内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙排出の原因となる。
【００１６】
１番目の発明によれば、上記排気浄化手段上に燃料等が残存している可能性のある上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時に、燃料等が残存している可能性の高い上記排気浄化手段のうちの上流側部分の温度を上昇させる上流側昇温制御が予め定めた時間実施される。これにより、上記排気浄化手段の上流側部分に残存していた燃料等を反応させて浄化することができる。また、上記予め定めた時間を適切に設定することで、効率良く且つ充分に上記残存燃料等の浄化を行うことができる。
【００１７】
すなわち、１番目の発明によれば、上記排気浄化手段上に燃料等が残存している可能性のある場合には上記上流側昇温制御が予め定めた時間実施されて残存燃料等が浄化されるので、上記排気浄化手段上に燃料等が多量に残存したまま内燃機関が停止されることが防止される。そしてこれにより、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができる。
また、特に１番目の発明では、上記上流側昇温制御において、上記のような燃料噴射制御を行うことによって、燃焼室から排出される時点での排気ガスの温度を上昇させるようになっている。したがって、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度、すなわち上記排気浄化手段に到達する時の排気ガスの温度を上昇させることができ、上記排気浄化手段の上流側部分の温度を上昇させることができる。また、燃料を燃焼室内で燃焼させることができるので、未燃のまま上記排気浄化手段に到達する燃料を低減することができ、上記上流側昇温制御中に上記排気浄化手段に燃料が付着することを抑制できる。
【００１８】
２番目の発明は、少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段が排気ガス通路に配置されていて、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置であって、上記硫黄被毒再生制御においては、膨張行程または排気行程において燃焼室内へ補助燃料を噴射することと、上記排気浄化手段の上流側において上記排気ガス通路内へ燃料または還元剤を添加することとのうちの少なくとも一方を含む方法によって上記排気浄化手段が昇温せしめられる排気浄化装置において、上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、上記排気浄化手段のうちの上流側部分の温度を上昇させる上流側昇温制御が予め定めた時間実施される排気浄化装置であって、上記上流側昇温制御は、上記燃焼室への吸気量を予め定めた量にすると共に、ほぼ圧縮上死点において主燃料の噴射を行い且つ膨張行程の初期に、複数回に分けて、合計すると主燃料よりも多い補助燃料の噴射を行うことによって実施される、排気浄化装置を提供する。
【００１９】
２番目の発明においても、１番目の発明と同様、上記排気浄化手段上に燃料等が残存している可能性のある場合には上記上流側昇温制御が予め定めた時間実施されて残存燃料等が浄化されるので、上記排気浄化手段上に燃料等が多量に残存したまま内燃機関が停止されることが防止される。そしてこれにより、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができる。
そして、特に２番目の発明では、上記上流側昇温制御において、上記のような制御を行うことで、燃料が主に燃焼室及び排気ポート内で燃焼し、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度、すなわち上記排気浄化手段に到達する時の排気ガスの温度を上昇させることができる。そしてその結果、上記排気浄化手段の上流側部分の温度を上昇させることができる。また、燃料が主に燃焼室及び排気ポート内で燃焼するので、この場合においても１番目の発明と同様、未燃のまま上記排気浄化手段に到達する燃料を低減することができ、上記上流側昇温制御中に上記排気浄化手段に燃料が付着することを抑制できる。なお、本願において膨張行程の初期とは、膨張行程を初期、中期、後期と分けた場合の初期の意味であり、より具体的には圧縮上死点後のクランク角が６０°までの範囲を意味する。
【００２１】
３番目の発明は、少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段が排気ガス通路に配置されていて、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置であって、上記硫黄被毒再生制御においては、膨張行程または排気行程において燃焼室内へ補助燃料を噴射することと、上記排気浄化手段の上流側において上記排気ガス通路内へ燃料または還元剤を添加することとのうちの少なくとも一方を含む方法によって上記排気浄化手段が昇温せしめられる排気浄化装置において、上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、排気ガスの空燃比をリーンの状態としつつ、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温制御が予め定めた時間実施される排気浄化装置であって、上記排気ガス昇温制御は、膨張行程または排気行程における燃焼室内への補助燃料の噴射及び上記排気浄化手段の上流側における上記排気ガス通路内への燃料または還元剤の添加が何れも行われていない状態において、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射することによって、もしくは、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射し且つ主燃料の噴射時期を圧縮上死点よりも遅らせることによって、燃料を燃焼室内で反応させるようにして実施される、排気浄化装置を提供する。
【００２２】
３番目の発明によれば、上記排気浄化手段上に燃料等が残存している可能性のある上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時に、排気ガスの空燃比をリーンの状態としつつ上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温制御が予め定めた時間実施される。これによれば、上記排気浄化手段に到達する時の排気ガスの温度が上昇させられるため上記排気浄化手段の上流側部分を昇温することができ、そこに残存していた燃料等を反応させて浄化することができる。また、上記予め定めた時間を適切に設定することで、効率良く且つ充分に上記残存燃料等の浄化を行うことができる。
つまり、３番目の発明では、上記排気浄化手段上に燃料等が残存している可能性のある場合には上記排気ガス昇温制御が予め定めた時間実施されて残存燃料等が浄化される。そしてその結果、１番目及び２番目の発明と同様、上記排気浄化手段上に燃料等が多量に残存したまま内燃機関が停止されることが防止され、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができる。
また、３番目の発明では、上記排気ガス昇温制御において、上記のような燃料噴射制御を行うことによって、燃焼室から排出される時点での排気ガスの温度を上昇させるようになっている。したがって、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度、すなわち上記排気浄化手段に到達する時の排気ガスの温度を上昇させることができ、上記排気浄化手段の上流側部分の温度を上昇させることができる。また、燃料を燃焼室内で燃焼させることができるので、未燃のまま上記排気浄化手段に到達する燃料を低減することができ、上記排気ガス昇温制御中に上記排気浄化手段に燃料が付着することを抑制できる。
【００２３】
４番目の発明は、少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段が排気ガス通路に配置されていて、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置であって、上記硫黄被毒再生制御においては、膨張行程または排気行程において燃焼室内へ補助燃料を噴射することと、上記排気浄化手段の上流側において上記排気ガス通路内へ燃料または還元剤を添加することとのうちの少なくとも一方を含む方法によって上記排気浄化手段が昇温せしめられる排気浄化装置において、上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、排気ガスの空燃比をリーンの状態としつつ、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温制御が予め定めた時間実施される排気浄化装置であって、上記排気ガス昇温制御は、上記燃焼室への吸気量を予め定めた量にすると共に、ほぼ圧縮上死点において主燃料の噴射を行い且つ膨張行程の初期に、複数回に分けて、合計すると主燃料よりも多い補助燃料の噴射を行うことによって実施される、排気浄化装置を提供する。
【００２４】
４番目の発明においても、３番目の発明と同様、上記排気浄化手段上に燃料等が残存している可能性のある場合には上記排気ガス昇温制御が予め定めた時間実施されて残存燃料等が浄化されるので、上記排気浄化手段上に燃料等が多量に残存したまま内燃機関が停止されることが防止される。そしてこれにより、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができる。
そして、特に４番目の発明では、上記排気ガス昇温制御において、上記のような制御を行うことで、燃料が主に燃焼室及び排気ポート内で燃焼し、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度、すなわち上記排気浄化手段に到達する時の排気ガスの温度を上昇させることができる。そしてその結果、上記排気浄化手段の上流側部分の温度を上昇させることができる。また、燃料が主に燃焼室及び排気ポート内で燃焼するので、この場合においても３番目の発明と同様、未燃のまま上記排気浄化手段に到達する燃料を低減することができ、上記排気ガス昇温制御中に上記排気浄化手段に燃料が付着することを抑制できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
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。なお、本発明は、少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段であればＮＯｘ吸蔵剤であるＮＯｘ吸収剤とＮＯｘ吸着剤のどちらを用いても実施可能であるが、以下ではＮＯｘ吸収剤を用いた場合について説明する。
【００２６】
また、本明細書においては便宜上、「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の上流側部分」及び「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の下流側部分」等の表現を、排気ガス通路内に一ヶ所にまとめて配置されたＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）のうちの「上流側にあるＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」及び「下流側にあるＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」という意味で用いる。より具体的には、例えばＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）がパティキュレートフィルタのような担持体に担持されている場合には、「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の上流側部分」及び「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の下流側部分」等の表現はそれぞれ、その時の排気ガスの流通方向においてＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）のうちの「担持体の上流側部分に担持されているＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」及び「担持体の下流側部分に担持されているＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」という意味で用いる。
【００２７】
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。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冷却装置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。
【００２８】
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の出口側の排気ガス通路にはパティキュレートフィルタ２２が配置されている。パティキュレートフィルタ２２には後述するようにＮＯｘ吸収剤４６が担持され、排気浄化手段が構成される。
【００２９】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４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２６が配置される。更にＥＧＲ通路２４の冷却装置２６の上流には酸化触媒２３が設けられ、ＥＧＲガス中に含まれるＨＣ等を冷却装置２６へ流入する前に一定程度処理し、冷却装置２６の詰りやＥＧＲ制御弁２５の固着等を防止するようにされている。
【００３０】
図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置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。
【００３１】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０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４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５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が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５及び燃料ポンプ２８等に接続される。
【００３２】
図２（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセルペダル４０の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を示している。なお、図２（Ａ）において各曲線は等トルク曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトルクが零であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝ａ、ＴＱ＝ｂ、ＴＱ＝ｃ、ＴＱ＝ｄの順に次第に要求トルクが高くなる。図２（Ａ）に示される要求トルクＴＱは図２（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。本発明による実施形態では図２（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル４０の踏込み量Ｌ及び機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱがまず初めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて燃料噴射量等が算出される。
ＥＣＵ３０は、このように内燃機関の各構成要素と信号をやり取りして燃料噴射量制御等の機関の基本制御を行う他、後述するようなＮＯｘ吸収剤４６を硫黄被毒再生するための制御（硫黄被毒再生制御）についての制御も行う。
【００３３】
図３にパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」と言う）２２の拡大断面図を示す。図３を参照すると、フィルタ２２は多孔質セラミックから成り、この図において排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。フィルタ２２内には、上流側に栓４８が施された第１通路５０と下流側に栓５２が施された第２通路５４とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路５４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路５０に流入し、下流側に流れる。この時、排気ガス中の排気微粒子は多孔質セラミック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。
【００３４】
第１通路５０及び第２通路５４の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸収剤４６が担持されている。ＮＯｘ吸収剤４６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。ＮＯｘ吸収剤４６は流通する排気ガス（以下「吸収剤流通排気ガス」という）の空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸収し、吸収剤流通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収したＮＯｘを放出して還元浄化する作用（ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用）を有する。
【００３５】
図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常時の排気ガス空燃比はリーンでありＮＯｘ吸収剤４６は排気ガス中のＮＯｘの吸収を行う。また、燃料噴射制御等により吸収剤流通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とＮＯｘ吸収剤４６は吸収したＮＯｘを放出すると共に放出したＮＯｘを還元浄化する。
【００３６】
この吸収放出及び還元浄化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が、この吸収放出及び還元浄化作用は図４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白金Ｐｔ及びバリウム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。
【００３７】
すなわち、吸収剤流通排気ガスの空燃比がかなりリーンになると吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図４（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2がＯ2 -またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、吸収剤流通排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2 -またはＯ2-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上で更に酸化されつつＮＯｘ吸収剤４６内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3 -の形でＮＯｘ吸収剤４６内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤４６内に吸収される。
【００３８】
吸収剤流通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、ＮＯｘ吸収剤４６のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯｘ吸収剤４６内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。これに対して吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下して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ＮＯｘ吸収剤４６内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2の形でＮＯｘ吸収剤から放出される。すなわち、吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯｘ吸収剤４６からＮＯｘが放出されることになる。吸収剤流通排気ガスのリーンの度合いが低くなれば吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって吸収剤流通排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ吸収剤４６からＮＯｘが放出されることになる。
【００３９】
一方、この時吸収剤流通排気ガスの空燃比を小さくすると、ＨＣ、ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -またはＯ2-と反応して酸化せしめられる。また、吸収剤流通排気ガスの空燃比を小さくすると吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ吸収剤４６からＮＯ2が放出され、このＮＯ2は図４（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化せしめられる。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ＮＯｘ吸収剤４６から次から次へとＮＯ2が放出される。したがって吸収剤流通排気ガスの空燃比を小さくし、且つ還元剤が存在する状態にすると短時間のうちにＮＯｘ吸収剤４６からＮＯｘが放出されて還元浄化されることになる。
なお、ここでいう排気ガスの空燃比とはＮＯｘ吸収剤４６上流側の排気ガス通路と燃焼室５または吸気通路に供給された空気と燃料との比率をいうものとする。
【００４０】
次にＮＯｘ吸収剤４６の硫黄被毒のメカニズムについて説明する。排気ガス中にＳＯｘ成分が含まれていると、ＮＯｘ吸収剤４６は上述のＮＯｘの吸収と同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘを吸収する。すなわち、排気ガスの空燃比がリーンの時、排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ2）は白金Ｐｔ上で酸化されてＳＯ3 -、ＳＯ4 -となり、酸化バリウムＢａＯと結合してＢａＳＯ4を形成する。ＢａＳＯ4は比較的安定であり、また、結晶が粗大化しやすいため一旦生成されると分解放出されにくい。このため、ＮＯｘ吸収剤４６中のＢａＳＯ4の生成量が増大するとＮＯｘの吸収に関与できるＢａＯの量が減少してしまいＮＯｘの吸収能力が低下してしまう。
【００４１】
この硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸収剤４６中に生成されたＢａＳＯ4を高温で分解するとともに、これにより生成されるＳＯ3 -、ＳＯ4 -の硫酸イオンをスライトリーンを含むほぼ理論空燃比またはリッチ雰囲気（以下、単に「リッチ雰囲気」という）下で還元し、気体状のＳＯ2に転換してＮＯｘ吸収剤４６から放出させる必要がある。したがって硫黄被毒再生を行うためには、ＮＯｘ吸収剤４６を高温且つリッチ雰囲気の状態にすることが必要とされる。
【００４２】
一方、このような硫黄被毒再生を実施した場合に生ずる問題の一つとして、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙排出の問題がある。すなわち、通常、硫黄被毒再生制御は、膨張行程または排気行程中に燃料噴射を行う等の燃料噴射制御やＮＯｘ吸収剤の上流において排気ガス通路内へ還元剤（燃料）を添加すること等によってＮＯｘ吸収剤を昇温して行われるが、この際、ＮＯｘ吸収剤において大きな温度差が生じる。このＮＯｘ吸収剤における温度分布は、一般にＮＯｘ吸収剤の上流側部分よりも下流側部分で温度が上昇するというものである。このため、温度があまり上昇しない上流側部分においては、排気ガス中に含まれる燃料等が付着しても反応せず、そのままの状態でＮＯｘ吸収剤上に残存する場合がある。そして、このようにＮＯｘ吸収剤上に燃料等が残存したまま内燃機関が停止されると、次にその内燃機関が冷間状態から再始動された時、ＮＯｘ吸収剤の温度が上昇する際にＮＯｘ吸収剤から上記燃料等が脱離して白煙が排出されてしまう。
【００４３】
本実施形態は、このような白煙の発生を抑制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る具体的な方法について説明する。図５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。
【００４４】
この制御ルーチンがスタートすると、まず、ステップ１０１でＮＯｘ吸収剤４６の硫黄（Ｓ）被毒再生制御（以下、「再生制御」と言う）の実施条件が成立したか否かが判定される。再生制御実施条件は、例えばＮＯｘ吸収剤４６に吸収されたＳＯｘ量、すなわち吸収ＳＯｘ量が一定量以上になること等であるが、この場合、吸収ＳＯｘ量を直接求めることは困難であるので、内燃機関から排出されるＳＯｘ量、すなわち例えば車両走行距離に基づいて吸収ＳＯｘ量を推定する。つまり、前回再生制御を実施した時点からの走行距離が予め定められた設定値よりも大きくなった時に再生制御実施条件が成立したと判定する。あるいは、同様の考え方により、車両走行距離の代わりに燃料消費量に基づいて判定するようにしてもよい。
【００４５】
ステップ１０１において再生制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、再生制御実施条件が成立していると判定された場合にはステップ１０３に進む。ステップ１０３においては再生制御が実施される。
ステップ１０３において再生制御が開始されると、まずＮＯｘ吸収剤４６の昇温が図られる。本実施形態において、このＮＯｘ吸収剤４６の昇温は以下で説明するように燃料噴射パターンを制御することによって行われる。
【００４６】
すなわち、図６は図１に示した内燃機関で実施し得る燃料噴射パターンの六つの例について示した概略図であるが、通常運転時には、主燃料Ｑｍが図６において（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。これに対し、ステップ１０３において再生制御が開始され、ＮＯｘ吸収剤４６を昇温する必要が生じると、図６の（ＩＩ）に示されるような燃料噴射パターンとされる。つまり、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射させると共に主燃料Ｑｍの噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させ、更に膨張行程中に補助燃料Ｑｐｎを噴射させる。
【００４７】
主燃料Ｑｍの噴射時期を遅角させると後燃え期間が長くなり、排気ガス温度を上昇させることができる。しかし、ただ単に噴射時期を遅角させると燃焼が不安定になり失火の恐れがある。上記の燃料噴射パターン（ＩＩ）においては、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射させることによって、失火の可能性を低減している。すなわち、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑｖからアルデヒド、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、これら中間生成物によって主燃料Ｑｍの反応が加速される。これにより、主燃料Ｑｍの噴射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。そして、このように主燃料Ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせることで排気ガス温度をすみやかに上昇させることができる。また、このように補助燃料Ｑｖを追加的に噴射すると補助燃料Ｑｖ分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温度が上昇する。排気ガス温度を上昇させれば、それによりＮＯｘ吸収剤４６の温度を上昇させることができる。なお、補助燃料Ｑｖの噴射時期は吸気行程中であってもよく、その場合にもほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００４８】
また、膨張行程中に噴射される補助燃料Ｑｐｎは、その大部分が燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気ガス通路内に排出され、徐々に反応しながらＮＯｘ吸収剤４６まで到達する。そして、ＮＯｘ吸収剤４６において反応し、ＮＯｘ吸収剤４６を直接昇温する。なお、後続の補助燃料Ｑｐｎの噴射時期は排気行程中であってもよく、その場合にもほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。また、図６の（ＩＩＩ）に示したように、上記補助燃料Ｑｖの噴射と主燃料Ｑｍの噴射時期の遅角とを行わずに、膨張行程または排気行程中（図６の（ＩＩＩ）の例では膨張行程中）に補助燃料Ｑｐｎを噴射することのみによってＮＯｘ吸収剤４６を昇温するようにしてもよい。
【００４９】
ところで、このような方法でＮＯｘ吸収剤４６を昇温させると、上述したようにＮＯｘ吸収剤４６において大きな温度差が生じる。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、ＮＯｘ吸収剤４６における温度分布等について一例を示したものであり、図７（ａ）が通常運転の場合、すなわち図６の（Ｉ）に示される燃料噴射パターンで運転している場合を示し、図７（ｂ）が硫黄分を放出させるべくＮＯｘ吸収剤４６を昇温するための運転を行っている場合、すなわち図６の（ＩＩ）に示される燃料噴射パターンで運転している場合を示している。各図において上段が温度、下段が内燃機関の回転数であって、横軸は時間を示している。
【００５０】
図７（ａ）を参照すると、通常運転の場合には、ＮＯｘ吸収剤４６の温度はその上流側、中央及び下流側部分でほぼ均一であり、その値はＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの温度とほぼ同じであることがわかる。一方、図７（ｂ）を参照すると、ＮＯｘ吸収剤４６を昇温すべく図６の（ＩＩ）の燃料噴射パターンで運転している場合には、ＮＯｘ吸収剤４６において温度差が生じ、上流側部分では中央及び下流側部分に比べて温度が低いことがわかる。このように上流側部分においては温度が低いため、排気ガス中に含まれる燃料が付着しても反応し難く、燃料がそのままの状態でＮＯｘ吸収剤４６上に残存し易い。なお、ＮＯｘ吸収剤４６の温度は、後続の補助燃料ＱｐｎのＮＯｘ吸収剤４６における反応のため、流入する排気ガスの温度よりも高くなっている。
【００５１】
ＮＯｘ吸収剤４６が昇温され、その温度が硫黄分を放出するために充分なほど上昇したと判断されると、次にＮＯｘ吸収剤４６の周囲がリッチ雰囲気となるようにされる。本実施形態では、いわゆる低温燃焼をリッチ空燃比のもとで行ってＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする方法がとられる。低温燃焼は、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、この再循環ガス（ＥＧＲガス）の吸熱作用によって燃料及びその周囲のガス温を比較的低温に保った状態で燃焼を行わせ、スモークの発生を抑えるというものである。このような低温燃焼が行われると、排気ガス中に還元剤（ＨＣ、ＣＯ等）が多く含まれるようになり、主にその反応によって排気ガス通路内に配置されたＮＯｘ吸収剤を硫黄分放出温度以上に保持することができる。そして、低温燃焼を空燃比がリッチの状態で行わせることによって、ＮＯｘ吸収剤４６が高温且つリッチ雰囲気の状態にされ、ＮＯｘ吸収剤４６からの硫黄分の放出が図られる。
【００５２】
図５に示した制御ルーチンにおいては、ステップ１０３で再生制御が開始されると、ステップ１０５に進んで再生制御終了条件が成立したか否かが判定される。この再生制御終了条件には、より詳細には硫黄被毒再生が完了したことにより終了する場合の再生制御完了条件と、硫黄被毒再生が完了する前に中止されて終了する場合の再生制御中止条件とが含まれる。何れか一つの条件が成立すれば、再生制御終了条件が成立したものと判定される。
【００５３】
上記再生制御完了条件としては、例えば再生制御の実施時間等がある。すなわち、今回の再生制御を開始した時点からの経過時間が予め定められた設定値よりも大きくなった時に再生制御完了条件が成立したと判定する。一方、上記再生制御中止条件としては、例えば、内燃機関を停止する指示があった場合（イグニッション オフとされた場合）等がある。
【００５４】
ステップ１０５において再生制御終了条件が成立していないと判定された場合にはステップ１０３に戻って再生制御が継続される。一方、再生制御終了条件が成立していると判定された場合にはステップ１０７に進んで再生制御が終了せしめられ、続くステップ１０９へ進む。
【００５５】
ステップ１０９においては、ＮＯｘ吸収剤４６の上流側部分の温度を上昇させる上流側昇温制御が実施される。この制御は、ステップ１０３において再生制御が実施された際に温度の比較的低いＮＯｘ吸収剤４６の上流側部分に付着しそのまま反応せずに残存してしまった燃料を反応させ、浄化するために実施される。
本実施形態において、この上流側昇温制御は以下で説明するように燃料噴射パターンを制御し、排気ガスの空燃比をリーンの状態としつつ、ＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの温度を上昇させることによって行われる。したがって、本実施形態の場合、上記上流側昇温制御はＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温制御とも言える。
【００５６】
本実施形態において、上流側昇温制御が実施される場合には、図６の（ＩＶ）に示されるような燃料噴射パターンとされる。つまり、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射させると共に主燃料Ｑｍの噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる。この際、図６の（ＩＩ）に示される場合とは異なり、膨張行程中（または排気行程中）における補助燃料Ｑｐｎの噴射は行われない。
【００５７】
このような燃料噴射制御を行うことによって、上述したように排気ガス温度を上昇させることができる。また、この場合、燃料の殆どが燃焼室５内で反応するため、燃焼室５から排出される時点での排気ガスの温度を上昇させることができる。したがって、ＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの温度、すなわちＮＯｘ吸収剤４６に到達する時の排気ガスの温度を上昇させることができ、ＮＯｘ吸収剤４６の上流側部分の温度を上昇させることができる。また、上記後続の補助燃料Ｑｐｎの噴射が行われないので、未燃のままＮＯｘ吸収剤４６に到達する燃料を低減することができ、上記上流側昇温制御中（または上記排気ガス昇温制御中）にＮＯｘ吸収剤４６に燃料が付着することを抑制できる。
【００５８】
また、上記の図６の（ＩＶ）に示される燃料噴射パターンの代わりに図６の（Ｖ）に示されるような燃料噴射パターンとしてもよい。この場合、図６の（ＩＶ）に示される燃料噴射パターンと比較すると、主燃料Ｑｍの噴射時期を遅角させていないので排気ガス昇温効果ではやや劣ることになるが、燃焼の安定化と制御の単純化を図ることができる。
【００５９】
更に、図６の（ＶＩ）に示されるような燃料噴射パターンとしてもＮＯｘ吸収剤４６の上流側部分を昇温する上流側昇温制御を実施することが可能である。この場合には、燃焼室５への吸気量が予め定めた量にされると共に、ほぼ圧縮上死点において主燃料Ｑｍの噴射が行われ且つ膨張行程の初期に主燃料Ｑｍよりも多い補助燃料Ｑｐｅの噴射が行われる。この場合の吸気量（すなわち、上記予め定めた量）は、膨張行程に噴射される補助燃料Ｑｐｅが未反応のままＮＯｘ吸収剤４６へ到達することを避けるため比較的少量であり、事前に実験等によって求められる。また、ここで膨張行程の初期とは、膨張行程を初期、中期、後期と分けた場合の初期の意味であり、より具体的には圧縮上死点後のクランク角が６０°までの範囲を意味する。
【００６０】
したがって、例えば、スロットル弁１７を閉じ側へ制御して吸気量を予め定めた量まで低減する。そして、主燃料Ｑｍ＝１０ｍｍ3に対し、補助燃料Ｑｐｅ＝２０ｍｍ3を圧縮上死点後のクランク角２０°〜３０°に噴射する。また補助燃料Ｑｐｅはボアフラッシングを防止するために適宜分割され得る。
このような制御を行うと、燃料が主に燃焼室５及び排気ポート１０内で燃焼し、ＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの温度を上昇させることができる。そしてその結果、ＮＯｘ吸収剤４６の上流側部分の温度を上昇させることができる。また、燃料が主に燃焼室５及び排気ポート１０内で燃焼するので、この場合においても、未燃のままＮＯｘ吸収剤４６に到達する燃料を低減することができ、上記上流側昇温制御中にＮＯｘ吸収剤４６に燃料が付着することを抑制できる。
【００６１】
ステップ１０９における上記のような上流側昇温制御は予め定めた時間実施され、その後本制御ルーチンは終了する。この上流側昇温制御を実施する時間は、ＮＯｘ吸収剤４６上に残存する燃料を浄化するのに充分な時間を予め実験等によって求めて決定する。あるいは、その上流側昇温制御を行う前の再生制御の実施時間（継続時間）や終了条件に応じて決定するようにしてもよい。この上流側昇温制御を実施する時間を適切に設定することで、効率良く且つ充分に上記残存燃料等の浄化を行うことができる。
【００６２】
以上のように、本実施形態においては、上記再生制御が完了した時または完了前に中止された時等、ＮＯｘ吸収剤４６上に燃料が残存している可能性のある場合には、燃料が残存している可能性の高いＮＯｘ吸収剤４６のうちの上流側部分の温度を上昇させる上流側昇温制御（または排気ガス昇温制御）が予め定めた時間実施される。これにより、ＮＯｘ吸収剤４６のうちの上流側部分の残存燃料が浄化され、ＮＯｘ吸収剤４６上に燃料が多量に残存したまま内燃機関が停止されることが防止される。そしてその結果、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができる。
【００６３】
なお、以上の説明からも明らかであるが、ステップ１０７の上流側昇温制御は内燃機関を停止する指示があった場合（すなわち、イグニッション オフとされた場合）にも行われ、この場合、上流側昇温制御が完了してから内燃機関が停止する。
【００６４】
また、上述の説明において再生制御（ステップ１０３）は、膨張行程または排気行程中に補助燃料Ｑｐｎを噴射することを含む燃料噴射制御によってＮＯｘ吸収剤４６を昇温し、その後、低温燃焼をリッチ空燃比のもとで行ってＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることにより行われたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分に燃料等が付着する可能性のある他の方法で再生制御が実施された場合にも適用できる。
【００６５】
例えば、図８に示した構成では、ＮＯｘ吸収剤４６を担持しているフィルタ２２の上流側に還元剤または燃料を排気ガス通路内に添加する還元剤添加ノズル４４が設けられている。その他の部分については図１に示した構成と同様であるので説明を省略するが、図８に示した場合には、上記添加ノズル４４を用いて再生制御を実施することができる。すなわち、ＮＯｘ吸収剤４６から硫黄分を放出させるべき時には、ＥＣＵ（図８には図示なし）からの指令によって上記添加ノズル４４から還元剤（燃料）が添加され、その反応によってＮＯｘ吸収剤４６が昇温されると共にリッチ雰囲気が作り出されてＮＯｘ吸収剤４６から硫黄分が放出せしめられる。
【００６６】
そしてこの方法によって再生制御を実施した場合にも、再生制御において添加された還元剤（燃料）がＮＯｘ吸収剤４６のうちの上流側部分に残存するという同様の問題がある。そのため、この場合においても再生制御が完了した時または完了前に中止された時に、上述したような上流側昇温制御（ステップ１０９）を行うことによって、ＮＯｘ吸収剤４６のうちの上流側部分の残存燃料が浄化され、ＮＯｘ吸収剤４６上に燃料が多量に残存したまま内燃機関が停止されることが防止される。そしてその結果、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができる。なお、当然のことながら、この場合において上流側昇温制御（ステップ１０９）が実施されている時には、上記添加ノズル４４による排気ガス通路内への還元剤または燃料の添加は行われていない。
【００６７】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、硫黄被毒再生制御が行われる内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の冷間状態からの再始動時における白煙の発生を抑制することができるという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】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す図である。
【図２】図２は、機関の要求トルクを示す図である。
【図３】図３は、ＮＯｘ吸収剤が担持されたパティキュレートフィルタの拡大断面図である。
【図４】図４は、ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の排気浄化装置のための制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、噴射制御を説明するための図である。
【図７】図７は、ＮＯｘ吸収剤における温度分布等について示した図である。
【図８】図８は、本発明を別の筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示す図である。
【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
２２…パティキュレートフィルタ
３０…電子制御ユニット
４４…還元剤添加ノズル
４６…ＮＯｘ吸収剤
Claims (4)
- 少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段が排気ガス通路に配置されていて、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置であって、上記硫黄被毒再生制御においては、膨張行程または排気行程において燃焼室内へ補助燃料を噴射することと、上記排気浄化手段の上流側において上記排気ガス通路内へ燃料または還元剤を添加することとのうちの少なくとも一方を含む方法によって上記排気浄化手段が昇温せしめられる排気浄化装置において、
上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、上記排気浄化手段のうちの上流側部分の温度を上昇させる上流側昇温制御が予め定めた時間実施される排気浄化装置であって、
上記上流側昇温制御は、膨張行程または排気行程における燃焼室内への補助燃料の噴射及び上記排気浄化手段の上流側における上記排気ガス通路内への燃料または還元剤の添加が何れも行われていない状態において、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射することによって、もしくは、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射し且つ主燃料の噴射時期を圧縮上死点よりも遅らせることによって、燃料を燃焼室内で反応させるようにして実施される、排気浄化装置。 - 少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段が排気ガス通路に配置されていて、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置であって、上記硫黄被毒再生制御においては、膨張行程または排気行程において燃焼室内へ補助燃料を噴射することと、上記排気浄化手段の上流側において上記排気ガス通路内へ燃料または還元剤を添加することとのうちの少なくとも一方を含む方法によって上記排気浄化手段が昇温せしめられる排気浄化装置において、
上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、上記排気浄化手段のうちの上流側部分の温度を上昇させる上流側昇温制御が予め定めた時間実施される排気浄化装置であって、
上記上流側昇温制御は、上記燃焼室への吸気量を予め定めた量にすると共に、ほぼ圧縮上死点において主燃料の噴射を行い且つ膨張行程の初期に、複数回に分けて、合計すると主燃料よりも多い補助燃料の噴射を行うことによって実施される、排気浄化装置。 - 少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段が排気ガス通路に配置されていて、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置であって、上記硫黄被毒再生制御においては、膨張行程または排気行程において燃焼室内へ補助燃料を噴射することと、上記排気浄化手段の上流側において上記排気ガス通路内へ燃料または還元剤を添加することとのうちの少なくとも一方を含む方法によって上記排気浄化手段が昇温せしめられる排気浄化装置において、
上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、排気ガスの空燃比をリーンの状態としつつ、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温制御が予め定めた時間実施される排気浄化装置であって、
上記排気ガス昇温制御は、膨張行程または排気行程における燃焼室内への補助燃料の噴射及び上記排気浄化手段の上流側における上記排気ガス通路内への燃料または還元剤の添加が何れも行われていない状態において、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射することによって、もしくは、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射し且つ主燃料の噴射時期を圧縮上死点よりも遅らせることによって、燃料を燃焼室内で反応させるようにして実施される、排気浄化装置。 - 少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段が排気ガス通路に配置されていて、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施される内燃機関の排気浄化装置であって、上記硫黄被毒再生制御においては、膨張行程または排気行程において燃焼室内へ補助燃料を噴射することと、上記排気浄化手段の上流側において上記排気ガス通路内へ燃料または還元剤を添加することとのうちの少なくとも一方を含む方法によって上記排気浄化手段が昇温せしめられる排気浄化装置において、
上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、排気ガスの空燃比をリーンの状態としつつ、上記排気浄化手段に流入する排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温制御が予め定めた時間実施される排気浄化装置であって、
上記排気ガス昇温制御は、上記燃焼室への吸気量を予め定めた量にすると共に、ほぼ圧縮上死点において主燃料の噴射を行い且つ膨張行程の初期に、複数回に分けて、合計すると主燃料よりも多い補助燃料の噴射を行うことによって実施される、排気浄化装置。
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