JP4442588B2

JP4442588B2 - 内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加制御方法、及び排気浄化装置

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Inventors: 光一朗福田; 太郎青山
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Description

本発明は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等の排気浄化手段を目標温度に制御すべく排気浄化手段の上流に燃料を添加する内燃機関の排気浄化装置、及びその燃料添加制御方法に関する。

希薄燃焼式の内燃機関（例えばディーゼルエンジン）の排気浄化手段として利用される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、排気中に含まれる硫黄酸化物の堆積によって触媒機能が低下する。このため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を使用する場合には、触媒に堆積した硫黄酸化物を分解、除去して触媒機能を回復させるために、Ｓ再生と呼ばれる再生処理を定期的に行なう必要がある。Ｓ再生は、触媒温度を通常の運転状態における温度域よりも高温の目標温度（例えば６００°Ｃ以上）まで昇温させ、かつ触媒付近の空燃比を理論空燃比又はリッチ領域に保持することによって実施される。触媒温度の昇温は例えば排気中に燃料を還元剤として添加することによって実現されるが、目標温度に制御するために必要な量の燃料を連続して添加した場合には、還元反応が連続して触媒温度が過度に上昇するおそれがある。そこで、Ｓ再生時に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を目標温度に制御すべく、燃料添加弁から燃料を添加する添加期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返されるように燃料添加弁を操作する排気浄化装置において、休止期間の半分が添加期間の前に添加前休止期間として設けられるように各周期における燃料添加弁による燃料添加の可否を制御する排気浄化装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−３３７０３９号公報

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ再生処理に適した運転状態は限られており、一般にＳ再生処理は内燃機関の運転状態がそのＳ再生処理に適した運転状態の場合に行われる。そのため、Ｓ再生処理を行う必要がある場合は、内燃機関の運転状態がＳ再生処理に適した運転状態のときに速やかに燃料添加が行われることが望ましい。特許文献１の排気浄化装置では、添加前休止期間の長さが休止期間の半分に固定されるので、添加前休止期間中に内燃機関の運転状態がＳ再生処理に適した運転状態から外れるなど、Ｓ再生の機会を逃し易い。

そこで、本発明は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等の排気浄化手段の過熱を抑制するとともに、排気浄化手段への燃料添加を速やかに実行可能な内燃機関の排気浄化装置の燃料添加制御方法、及びその方法の実施に適した排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料添加制御方法は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化手段と、前記排気浄化手段の上流から燃料を添加する燃料添加手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用され、前記排気浄化手段を目標温度に制御すべく前記燃料添加手段から燃料を添加する添加期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返され、かつ各周期において前記休止期間が前記添加期間を挟んで分割されるように前記燃料添加手段を操作する燃料添加制御方法であって、前記添加期間の前に設けられる休止期間である添加前休止期間の長さが前記周期の始点における前記排気浄化手段の温度に応じて変更されるように前記燃料添加手段を操作することにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の燃料添加制御方法によれば、添加期間の前に添加前休止期間が設けられるので、この添加前休止期間に排気浄化手段の温度を低下させることにより、続く添加期間における排気浄化手段の温度の過度の上昇を抑えることができる。添加期間における排気浄化手段の過熱が防止されるように添加前休止期間中に低下させるべき排気浄化手段の温度幅は、周期の始点における排気浄化手段の温度に応じて異なる。添加前休止期間中に低下させるべき温度幅は添加前休止期間の長さと相関するため、周期の始点における排気浄化手段の温度に応じて添加前休止期間の長さを変更することにより、添加期間における排気浄化手段の過熱を防止可能な適切な長さの添加前休止期間を設定できる。これにより、無駄な長さの添加前休止期間を設けることを防止できるので、燃料添加を速やかに実行できる。

本発明の燃料添加制御方法の一形態においては、前記周期の始点における前記排気浄化手段の温度が低いほど前記添加前休止期間の長さが短くなるように前記燃料添加手段を操作してもよい（請求項２）。添加前休止期間を長くするほどその添加前休止期間において排気浄化手段の温度をより低下させることができるが、既に排気浄化手段の温度が低い場合は長い添加前休止期間を設けなくても添加期間における排気浄化手段の過熱を防止できる。そこで、周期の始点における排気浄化手段の温度が低いほど添加前休止期間の長さを短くし、燃料添加を速やかに実行する。

本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流から燃料を添加する燃料添加手段と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を目標温度に制御すべく前記燃料添加手段から燃料を添加する添加期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返され、かつ各周期において前記休止期間が前記添加期間を挟んで分割されるように前記燃料添加手段を操作する添加制御手段と、を備え、前記添加制御手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を前記目標温度に制御するために必要な燃料添加量を算出する温度要求添加量算出手段と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における空燃比を所定期間に亘って目標空燃比に維持するために必要な燃料添加量を算出する予測添加量算出手段と、前記温度要求添加量算出手段及び前記予測添加量算出手段のそれぞれが算出した添加量に基づいて前記周期の長さを算出し、得られた周期の長さから前記所定期間を前記添加期間として差し引くことにより前記周期における休止期間の長さを算出する期間算出手段と、前記期間算出手段により算出された休止期間の長さと前記周期の始点における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づいて前記添加期間の前に設けられる休止期間である添加前休止期間の長さを算出する添加前休止期間算出手段と、前記添加前休止期間算出手段により算出された長さの添加前休止期間が前記添加期間の前に設けられるように前記燃料添加手段からの燃料添加の可否を制御する添加時期制御手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項３）。

本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、周期の始点における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度に基づいて添加前休止期間の長さを設定するので、本発明の燃料添加制御方法と同様に、添加期間における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過熱を防止可能な適切な長さの添加前休止期間を設定できる。これにより、添加前休止期間が無駄に長く設定されることを防止できるので、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒への燃料添加を速やかに実行できる。また、添加期間の前に添加前休止期間を設けるので、添加前休止期間に排気浄化手段の温度を低下させ、添加期間における排気浄化手段の温度の過度の上昇を抑えることができる。

本発明の排気浄化装置の一形態において、前記添加前休止期間算出手段は、前記周期の始点における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が低いほど前記添加前休止期間の長さを短く算出してもよい（請求項４）。この形態では、周期の始点における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が低いほど添加前休止期間の長さを短くするので、上述した本発明の燃料添加制御方法の一形態と同様に、添加期間のおける吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過熱を抑制しつつ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒への燃料添加を速やかに実行できる。

本発明の排気浄化装置の一形態において、前記添加前休止期間算出手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が劣化するほど前記添加前休止期間の長さが短くなるように補正する劣化度補正手段を備えていてもよい（請求項５）。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が劣化すると触媒での反応速度が低下するため、劣化する前と同じ量の燃料を添加しても触媒の温度が上昇し難くなる。そのため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が劣化した場合は添加期間に触媒温度が上昇し難くなるので、添加前休止期間の長さを短くしても添加期間における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過熱を抑制できる。そこで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が劣化するほど添加前休止期間の長さを短く補正する。これにより添加前休止期間の長さをさらに短くし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒への燃料添加をさらに速やかに実行できる。

本発明の排気浄化装置の一形態において、前記添加前休止期間算出手段は、前記周期の始点における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度と前記周期の始点における前記内燃機関の排気ガス温度との温度差に基づいて前記添加前休止期間の長さを算出してもよい（請求項６）。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に燃料を添加しない場合、触媒の温度はほぼ排気ガス温度と同じになる。すなわち、燃料添加により触媒の温度を上昇させる場合、排気ガス温度が基準となる。周知のように排気ガス温度は内燃機関の運転状態によって変動する。そこで、このように触媒の温度と排気ガス温度との温度差に基づいて添加前休止期間の長さを算出することにより、添加期間における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過熱をより確実に抑制できるとともに、その時の内燃機関の運転状態に適した添加前休止期間を算出できる。また、排気ガス温度の影響を考慮して添加前休止期間の長さを算出するので、精度良くより最短の添加前休止期間の長さを算出することができる。そのため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒への燃料添加をより速やかに実行できる。

本発明の排気浄化装置の一形態において、前記添加前休止期間算出手段は、前記添加期間が長いほど前記添加前休止期間が長くなるように前記添加前休止期間の長さを補正する添加期間補正手段を備えていてもよい（請求項７）。添加期間が長いほどその添加期間中における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇幅が大きくなるため、添加前休止期間に添加期間における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇幅に応じて予め吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を低下させておく必要がある。そこで、添加期間が長いほど添加前休止期間の長さを長く補正する。これにより、添加期間における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過熱をより確実に抑制できる。

本発明の排気浄化装置の一形態において、前記添加時期制御手段は、前記添加前休止期間中における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が予め設定した所定の下限温度以下になった場合、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定の下限温度以下になった時点から前記添加期間を開始すべく前記燃料添加手段から燃料を添加してもよい（請求項８）。この形態によれば、添加前休止期間中であっても吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の下限温度以下になった場合には燃料添加が行われるので、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒への燃料添加をさらに速やかに実行できる。また、この燃料添加は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の下限温度以下になった場合に行われるので、所定の下限温度を適切に設定することにより、添加期間における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過熱をより確実に抑制することができる。

この形態において、前記添加制御手段は、前記周期の始点から前記添加前休止期間中に前記排気浄化手段の温度が前記所定の下限温度以下になった時点までの時間と前記添加前休止期間算出手段により算出された添加前休止期間の長さとの比に基づいて前記添加期間の長さを補正する添加期間長さ補正手段をさらに備えていてもよい（請求項９）。このように添加期間の長さを補正することにより、添加期間の前に実際に燃料が添加されなかった時間に応じた適切な長さの添加期間を設定できる。例えば、算出された添加前休止期間よりも実際に添加期間の前に燃料添加が休止されていた時間が短かった場合、添加期間の長さを補正せずに燃料添加を行うと、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過熱が生じるおそれがある。そのため、このように添加期間を補正し、添加期間における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過熱を抑制する。

また、前記添加時期制御手段は、前記添加期間長さ補正手段により補正された後の添加期間の長さが予め設定した所定の下限値以下の場合、前記添加前休止期間中に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定の下限温度以下になっても前記燃料添加手段からの燃料の添加を禁止して前記添加前休止期間を継続させてもよい（請求項１０）。添加期間の長さが短すぎると燃料添加を実行しても吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を安定に目標温度に制御できないおそれがある。この場合、燃料添加が無駄になる。そこで、補正後の添加期間の長さが所定の下限値以下の場合は、排気浄化手段の温度が所定の下限温度以下になっても添加前休止期間を継続させる。このように添加前休止期間を継続させることによって添加期間の長さを所定の下限値より長くし、燃料の無駄な添加を防止する。

添加前休止期間中に排気浄化手段の温度が予め設定した所定の下限温度以下になった場合に燃料の添加を開始する形態において、前記添加制御手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から硫黄酸化物を放出させるＳ再生処理が要求された場合に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を目標温度に制御し、前記添加時期制御手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち排気流れの上流側の部分である触媒上流部のＳ再生処理を行う必要があり、かつ前記添加前休止期間中における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定の下限温度以下になった場合に、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定の下限温度以下になった時点から前記添加期間を開始すべく前記燃料添加手段から燃料を添加してもよい（請求項１１）。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒はその内部に温度分布を有しており、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は上流部の温度が低下しても、触媒自体の熱容量により上流部以外の部分は上流部と比較して温度が低下し難い。そこで、添加前休止期間中における燃料添加の開始条件を、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流部のＳ再生処理を行う必要があり、かつ吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の下限温度以下になった場合に限定することにより、触媒上流部のＳ再生処理が完了した後に不要に長い添加期間が設けられることを防止できる。なお、触媒上流部の温度が低下しても、それ以外の部分の温度が低下し難いので、燃料添加を行うことにより触媒上流部以外の部分の温度を速やかにＳ再生処理に適した温度に上昇させ、Ｓ再生処理を速やかに実行することができる。

以上に説明したように、本発明の燃料添加制御方法によれば、添加期間の前に添加前休止期間が設けられ、かつ添加前休止期間の長さが周期の始点における排気浄化手段の温度に応じて変更されるので、添加期間における排気浄化手段の温度の過度の上昇を抑えつつ、無駄な長さの添加前休止期間を設けることを防止できる。そのため、燃料添加を速やかに実行できる。また、本発明の排気浄化装置によれば、周期の始点における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度に基づいて設定された長さの添加前休止期間が添加期間の前に設けられるので、添加期間における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過熱を抑制しつつ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒への燃料添加を速やかに実行できる。

（第１の形態）
図１は、本発明を内燃機関としてのディーゼルエンジン１に適用した一形態を示している。エンジン１は車両に走行用動力源として搭載されるもので、そのシリンダ２には吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３には吸気濾過用のエアフィルタ５、ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａ、吸気量調節用の絞り弁７が、排気通路４にはターボチャージャ６のタービン６ｂがそれぞれ設けられている。排気通路４のタービン６ｂよりも下流側には排気浄化手段としての吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、触媒と略称する。）８を含んだ排気浄化ユニット９と、その触媒８の上流に還元剤としての燃料を添加する燃料添加手段としての燃料添加弁１０とが設けられている。排気通路４と吸気通路３とはＥＧＲ通路１１で接続され、ＥＧＲ通路１１にはＥＧＲクーラ１２及びＥＧＲ弁１３が設けられている。

燃料添加弁１０は、触媒８の上流に燃料を添加して触媒８に吸収されたＮＯｘの放出や触媒８のＳ再生のために必要な還元雰囲気を生成するために設けられている。燃料添加弁１０の燃料添加動作はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて制御される。ＥＣＵ２０はシリンダ２に燃料を噴射するためのインジェクタ３０、インジェクタ３０へ供給される燃料圧力を蓄えるコモンレール３１の圧力調整弁といった各種の装置を操作してエジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ２０はエンジン１に吸入される空気とインジェクタ３０から添加される燃料との質量比として与えられる空燃比が理論空燃比よりもリーン側に制御されるようにインジェクタ３０の燃料噴射動作を制御する。また、ＥＣＵ２０は図４及び図５に示したルーチンを実行することにより本発明の添加制御手段として機能する。なお、これらのルーチンの詳細は後述する。ＥＣＵ２０による制御対象はその他にも種々存在するが、ここでは図示を省略する。

次に、図２を参照して触媒８をＳ再生時の目標温度に制御する際のＥＣＵ２０による燃料添加制御の概要について説明する。図２は、本発明の燃料添加制御を行った場合における燃料添加弁１０の添加パルスと触媒８の温度（以下、触媒床温と呼ぶこともある。）との関係の一例を示している。なお、図２の線Ｌ１は、燃料添加弁１０からの燃料添加を添加パルスＰ１で制御した場合の触媒床温の変化を、図２の線Ｌ２は、燃料添加弁１０からの燃料添加を添加パルスＰ２で制御した場合の触媒床温の変化をそれぞれ示している。図２の燃料添加制御では、複数のパルスを連続させて燃料を添加する周期Ｔが複数回繰り返されている。周期Ｔにおいてはパルスが連続している間が燃料の添加期間に相当する。図２に示したように各周期には、燃料を添加する添加期間の前後に燃料添加を止める休止期間がそれぞれ設けられている。以降、添加期間の前に設けられる休止期間を添加前休止期間、添加期間の後に設けられる休止期間を添加後休止期間とそれぞれ呼ぶこともある。なお、各周期の長さ及び添加期間の長さは、その周期において添加すべき燃料量に基づいて設定され、添加前休止期間と添加後休止期間とを合計した休止期間の長さは、この燃料量に基づいて設定された周期の長さから添加期間の長さを引いて算出される。そのため、添加後休止期間には、休止期間の長さから添加前休止期間の長さを引いた長さが設定される。

本発明の燃料添加制御では、添加前休止期間の長さを周期Ｔの始点における触媒床温に応じて変更し、触媒床温が低いほど添加前休止期間の長さを短くする。添加前休止期間では、添加期間における触媒床温が触媒８の劣化の進行が加速する所定の上限温度（以下、床温上限温度と略称する。）よりも低い温度に制御されるように予め触媒床温を低下させる。周期Ｔの始点における触媒床温が低い場合は添加前休止期間の長さを短くしても既に触媒床温が低下しているため、添加期間中の触媒床温を床温上限温度未満に制御できる。そこで、周期Ｔの始点における触媒床温が低いほど、添加前休止期間の長さを短くする。そのため、本発明では、図２に示したように、周期Ｔの始点における触媒床温が温度θ１の場合は、添加前休止期間が時間長Ｒ１に設定され、周期Ｔの始点における触媒床温が温度θ２の場合は添加前休止期間が時間長Ｒ２に設定される。

図３は、周期Ｔの休止期間全体の半分が添加前休止期間に設定される燃料添加制御を行った場合の燃料添加弁１０の添加パルスと触媒床温との関係の一例を比較例として示したものである。なお、図３では、周期Ｔの始点における触媒床温が図２の線Ｌ２と同じ温度θ２の場合の制御である。図３に示したように添加前休止期間の長さをその周期の休止期間の半分に固定すると、添加期間の触媒床温を床温上限温度未満に制御できるが、その期間の触媒床温を床温上限温度よりも無駄に低く制御することになる。

次に、図４〜図６を参照してＥＣＵ２０による燃料添加時期制御ルーチンの詳細を説明する。なお、図６は図４のルーチンの制御内容を補足説明するためのものであり、図４のルーチンで算出される各種の値と同一符号を付して図４との対応関係を示している。

図４の燃料添加時期制御ルーチンはエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。図４の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、まずステップＳ１で燃料添加弁１０からの燃料添加による触媒８の温度制御が要求されているか否かを判断する。この要求は、ＥＣＵ２０が実行する別のルーチンに基づいて、燃料添加により触媒８の温度をＳ再生中の目標温度に制御する必要がある場合に発せられる。温度制御要求がないと判断した場合は今回の燃料添加時期制御ルーチンを終了する。一方、温度制御が要求されていると判断した場合はステップＳ２に進み、ＥＣＵ２０はエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えばエンジン１の排気ガス温度、排気ガスの流量、及び触媒床温などが取得される。触媒床温は、触媒８に温度センサを設けて取得してもよいし、排気ガス温度に基づいて取得してもよい。また、エンジン１の負荷、回転数などに基づいて推定してもよい。これらの取得方法は周知の方法でよいため、詳細な説明は省略する。

次のステップＳ３においてＥＣＵ２０は温度要求添加量Ｑｔ（ｍｍ^３／ｓｅｃ．）を算出する。温度要求添加量Ｑｔは触媒８を目標温度に制御するために必要な単位時間当たりの燃料添加量であって、ステップＳ３を実行する際の触媒８の目標温度と、触媒８の温度に影響する排気ガス温度、排気ガスの流量、触媒８の熱容量等のパラメータとに基づいて定められる。これらの値の幾つかはエンジン１の運転状態に応じて変動する値である。従って、ステップＳ３で算出される添加量もルーチン実行時の運転状態を反映して逐次変動する。このステップＳ３を実行することにより、ＥＣＵ２０が本発明の温度要求添加量算出手段として機能する。

続くステップＳ４においてＥＣＵ２０は、積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍ（ｍｍ^３）を求める。積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍは燃料添加制御の一周期の始点から終点までの間を対象として温度要求添加量Ｑｔを積算した値であり、図６に示すように周期の始点Ｐ１から徐々に増加する。一周期の終点Ｐ３における積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍが、当該周期において添加される実燃料添加量Ｑｒｉｃｈと一致すれば、その周期においては、触媒８を目標温度に制御するために必要な量だけ燃料が過不足なく添加されたことになる。

次のステップＳ５においてＥＣＵ２０は、図６の第１リーン期間が終了したか否かを判別するための第１リーン終了フラグがオフ、すなわち第１リーン期間の未了を意味する状態か否かを判別する。第１リーン期間は図２における添加前休止期間に相当するが、燃料添加弁１０からの燃料添加が行なわれない場合には触媒８の付近の空燃比がリーンに制御されるためにここではリーン期間と呼ぶことにする。

第１リーン終了フラグがオフの場合はステップＳ６に進み、ＥＣＵ２０は予測添加量Ｑｒｉｃｈｐ（ｍｍ^３）を算出する。予測添加量Ｑｒｉｃｈｐは次式で与えられる。

Ｑｒｉｃｈｐ＝［（新気量／目標空燃比）−筒内噴射量］×リッチ時間

ここで、新気量は外部から吸気通路３に吸入される空気量（ｍｍ^３）、目標空燃比は触媒８の付近におけるＳ再生中の空燃比の目標値、筒内噴射量はインジェクタ３０からシリンダ２に噴射される燃料量（ｍｍ^３）である。また、リッチ時間はその時点におけるエンジン１の負荷や、触媒８の温度の昇温性、Ｓ放出の要求から一義的に定められる一周期内の燃料添加時間（ｓｅｃ．）である。つまり、リッチ時間は一周期において何秒間燃料を添加すべきかという観点から定められる時間であって、図２の添加期間の時間長に相当する。これらの関係から、予測添加量Ｑｒｉｃｈｐは、触媒８付近の空燃比をリッチ時間だけ目標空燃比に維持するために必要な燃料添加量を意味することになる。リッチ時間においてエンジン１の負荷が変化すれば筒内噴射量も変動するため、ここで求められる添加量Ｑｒｉｃｈｐはあくまで予測値である。

図４のステップＳ６にて予測添加量Ｑｒｉｃｈｐを求めた後はステップＳ７に進み、予測添加インターバルＴｉｎｔ（ｓｅｃ．）を次式により算出する。

Ｔｉｎｔ＝Ｑｒｉｃｈｐ／Ｑｔ

つまり、予測添加インターバルＴｉｎｔは、ステップＳ３にて算出される単位時間当たりの燃料添加量Ｑｔで燃料添加を続けると仮定した場合において、燃料の添加量が予測添加量Ｑｒｉｃｈｐに達するために必要な時間であって、一周期の時間長に相当する。

続くステップＳ８においてＥＣＵ２０は、第１リーン期間割合Ｒｐｒｅｌｎを算出する。第１リーン期間割合Ｒｐｒｅｌｎは、一周期における休止期間全体の時間長のうち第１リーン期間、すなわち添加前休止期間に割り当てるべき時間長の割合を示す値である。ＥＣＵ２０は、例えば図７に一例を示したように周期Ｔの始点における触媒床温と第１リーン期間割合Ｒｐｒｅｌｎとの関係を示したマップを参照して第１リーン期間割合Ｒｐｒｅｌｎを算出する。上述したように本発明の燃料添加制御では、周期Ｔの始点における触媒床温が低いほど添加前休止期間の長さを短く設定する。そのため、触媒床温が低いほど、第１リーン期間割合Ｒｐｒｅｌｎは小さくなる。なお、図７に一例を示した関係は、例えば予め実験などにより求め、ＥＣＵ２０にマップとして記憶させておく。第１リーン期間割合Ｒｐｒｅｌｎを算出した後はステップＳ９に進み、ＥＣＵ２０は次式により第１リーン期間の時間長Ｔｌｅａｎ１（ｓｅｃ．）を算出する。

Ｔｌｅａｎ１＝（Ｔｉｎｔ−リッチ時間）×Ｒｐｒｅｌｎ

この処理では、一周期の時間長Ｔｉｎｔから添加期間の時間長、すなわちステップＳ６の演算で使用されたリッチ時間を減算することにより、一周期における休止期間全体の時間長を求め、その一部を第１リーン期間の時間長Ｔｌｅａｎ１に割り当てる。

次のステップＳ１０では、第１リーン期間の時間長Ｔｌｅａｎ１を燃料添加量に換算した第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１（ｍｍ^３）を次式により算出する。

Ｑｌｅａｎ１＝Ｔｌｅａｎ１×Ｑｔ

続くステップＳ１１においては、ステップＳ４で求めた積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍが第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１に達したか否か判断する。すなわち、図６において積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍが第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１と交差するまでは燃料添加を休止し、交差した時点（図６の点Ｐ２）で第１リーン期間を終了させる。この判断を図４のステップＳ１１で行なう。時間長Ｔｌｅａｎ１を第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１に換算してから判断する理由は、温度は時間ではなく与えられるエネルギーで決まるからである。

ステップＳ１１の条件が否定された場合、ＥＣＵ２０は未だ第１リーン期間と判断して今回のルーチンを終える。一方、ステップＳ１１の条件が肯定された場合は第１リーン期間が終了したと判断してステップＳ１２に進み、ＥＣＵ２０は第１リーン終了フラグをオンに切り替える。続くステップＳ１３においてＥＣＵ２０は燃料添加許可フラグをオンに切り替え、その後今回のルーチンを終える。

ＥＣＵ２０は、図４のルーチンと併行して図５の燃料添加実行ルーチンを適宜の周期で繰り返し実行している。図５のルーチンでは、ステップＳ１００にて燃料添加弁１０が燃料添加中か否かを判断し、燃料添加中でなければステップＳ１０１で燃料添加許可フラグがオンされたか否かを監視する。図４のステップＳ１３で燃料添加許可フラグがオンされることにより図５のステップＳ１０１が肯定され、ＥＣＵ２０は図５のステップＳ１０２で燃料添加弁１０に燃料添加を開始させる。これにより、燃料添加期間における燃料添加が実現される。ステップＳ１０１で否定判断された場合は、図５のルーチンを終える。燃料添加が開始されると図５のステップＳ１００の条件が肯定されてＥＣＵ２０はステップＳ１０３に進み、その周期で決められたリッチ時間（図４のステップＳ９の演算で使用される値に等しい）だけ燃料が添加された否かを判断する。添加されていればステップＳ１０４へ進み、燃料添加弁１０による燃料添加を終了させて図５のルーチンを終える。一方、ステップＳ１０３で否定判断されたときは図５のルーチンを終える。

図５のステップＳ１０２で燃料添加が開始された後は、図４のルーチンにおいてステップＳ５の条件が否定される。この場合、ＥＣＵ２０は図４のステップＳ１４の処理へ進む。ステップＳ１４では燃料添加許可フラグがオンされた後の燃料添加量を実添加量Ｑｒｉｃｈ（ｍｍ^３）として取得する。続くステップＳ１５においてＥＣＵ２０は積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍが実添加量Ｑｒｉｃｈ以上で、かつ燃料添加弁１０からの燃料添加が終了しているか否かを判断する。つまり、図６における第２リーン期間の終了時点Ｐ３か否かを判断する。ステップＳ１５が否定判断されている間は周期が終了していないと判断して今回のルーチンを終える。一方、ステップＳ１５が肯定判断された場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ２０は積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍ及び実添加量Ｑｒｉｃｈを初期値０にリセットする。続くステップＳ１７でＥＣＵ２０は第１リーン終了フラグをオフに切り替え、その後図４のルーチンを終える。

以上の形態では、ステップＳ３によりＥＣＵ２０が温度要求添加量算出手段として機能し、ステップＳ６によりＥＣＵ２０が予測添加量算出手段として機能し、ステップＳ７によりＥＣＵ２０が期間算出手段として機能し、ステップＳ５、Ｓ１０〜Ｓ１３、Ｓ１５〜Ｓ１７の組み合わせによりＥＣＵ２０が添加時期制御手段として機能する。また、ステップＳ９によりＥＣＵ２０が添加前休止期間算出手段として機能する。

以上に説明したように、この形態では、周期の始点Ｐ１における触媒温度が低いほど第１リーン期間の時間長が短く設定されるので、添加期間中の触媒８の過熱を防止しつつ触媒８への燃料添加を速やかに実行できる。触媒８のＳ再生に適した運転状態は限られているため、エンジン１の運転状態が変わり易い過渡運転時などは、エンジン１の運転状態がＳ再生に適した運転状態になったとしても短時間でＳ再生に適さない運転状態に変わるおそれがある。図３に比較例として示した制御では、添加前休止期間、すなわち第１リーン期間の長さが一周期の休止期間全体の半分に固定されるため、触媒８の温度によっては第１リーン期間の時間長が無駄に長く設定される場合がある。そのため、第１リーン期間の間にエンジン１の運転状態がＳ再生に適した運転状態から外れ、Ｓ再生の機会を逃しているおそれがある。図２の線Ｌ２と図３との比較から明らかなように本発明の燃料添加制御では、触媒８の温度に応じて第１リーン期間の時間長を変化させるので、添加期間における触媒８の過熱を防止可能な適切な時間長の第１リーン期間を設定でき、触媒床温によっては第１リーン期間の時間長を短くできる。そのため、エンジン１の運転状態がＳ再生に適した運転状態の場合に、速やかにＳ再生を行うことができる。

図４のステップＳ８で使用する第１リーン期間割合Ｒｐｒｅｌｎの算出方法は、上述した方法に限定されない。燃料添加時の触媒床温の上昇幅は触媒８の劣化の度合い（以下、劣化度と略称する。）に応じて変化し、触媒８が劣化するほど温度の上昇幅が小さくなる。すなわち、触媒８が劣化するほど、燃料添加時に触媒床温が上昇し難くなる。この場合、触媒８が劣化する前より添加前休止時間の時間長を短くしても燃料添加時の触媒８の過熱を防止することができる。そこで、図８に一例を示したように触媒８の劣化度に応じて周期の始点における触媒床温と第１リーン期間割合Ｒｐｒｅｌｎとの関係を補正してもよい。図８では、まず触媒８の劣化度を推定し、その推定結果に基づいて触媒床温と第１リーン期間割合Ｒｐｒｅｌｎとの関係を補正する。なお、触媒８の劣化度は、例えばエンジン１の累積運転時間などに基づいて推定する周知の推定方法により推定すればよい。図８においては、触媒８が劣化するほど第１リーン期間の割合が小さくなるように、すなわち触媒８が劣化するほど第１リーン期間の時間長が短くなるように補正される。図８に示した関係は、例えば予め実験などにより求めてＥＣＵ２０にマップとして記憶させておく。

このように触媒８に劣化度に応じて第１リーン期間割合を補正することにより、第１リーン期間の時間長をさらに短くすることができる。そのため、触媒８への燃料添加をさらに速やかに実行できる。なお、このように触媒８の劣化度に応じて第１リーン期間の時間長を補正することにより、ＥＣＵ２０は本発明の劣化度補正手段として機能する。

図２に示したように、Ｓ再生時には触媒床温が周期的に変動するが、この変動時の温度変化の中心温度は排気ガス温度の影響を受ける。これは燃料添加休止時における触媒床温は、排気ガス温度に漸近することによる。そのため、Ｓ再生時に触媒床温を制御すべき温度範囲の上限値は、触媒８の床温上限温度によって定められ、この温度範囲の下限値は排気ガス温度によって定められる。排気ガス温度はエンジン１の運転状態に応じて変化するため、周期の始点における排気ガス温度によって触媒床温と第１リーン期間割合との関係を補正することにより、そのときのエンジン１の運転状態に適した第１リーン期間割合の時間長を算出できる。そこで、図９に一例を示したようにＳ再生開始時における排気ガス温度に応じて温度制御が要求されたときの触媒床温と第１リーン期間割合との関係を補正してもよい。図９に示したように、第１リーン期間は、触媒床温が同一である場合、排気ガス温度が高くなるほど時間長が短くなるように補正される。

また、周期の始点における触媒床温と排気ガス温度とに基づいて設定される第１判定指標を次式により算出し、この第１判定指標に基づいて第１リーン期間割合を算出してもよい。なお、第１判定指標からの第１リーン期間の算出は、図１０に一例を示したマップを使用して行う。

第１判定指標＝（触媒床温−排気ガス温度）／（床温上限温度−排気ガス温度）

この式の分母はＳ再生時に触媒床温を制御すべき温度範囲に対応する温度幅を示し、分子は周期の始点における触媒床温と排気ガス温度との温度差を示す。そのため、この式では、Ｓ再生時に制御すべき温度幅に対し、周期の始点における触媒床温からそのときの排気ガス温度を引いた温度差がどの程度の割合に相当するかが第１判定指標として算出される。このように触媒床温のみからではなく、排気ガス温度を基準とした触媒床温である排気ガス温度と触媒床温との温度差に基づいて第１リーン期間を算出することにより、添加期間における触媒８の過熱をより確実に抑制できるとともに、その時のエンジン１の運転状態に適した第１リーン期間を算出できる。また、このように排気ガス温度を基準とした相対温度によって第１リーン期間割合を算出することにより、排気ガス温度によって触媒床温が変化する際に中心が異なる影響を排除できるので、より最短の第１リーン期間を精度良く算出できる。

また、一周期における添加期間が長くなるほどその添加期間に燃料添加弁１０から添加される燃料量が増加するため、その添加期間における触媒床温の上昇幅は大きくなる。そこで、添加期間が長くなるほど第１リーン期間が長くなるように添加期間の時間長に応じて第１リーン期間割合を補正する。この場合、例えば、図１１に一例を示したマップに基づいて第１リーン期間割合を算出する。図１１では、次式に示したように図１０で使用した第１判定指標に添加期間の時間長（リッチ時間）を掛けて算出する第２判定指標に基づいて第１リーン期間割合を求める。

第２判定指標＝［（触媒床温−排気ガス温度）／（床温上限温度−排気ガス温度）］×添加期間の時間長

このように添加期間の時間長（リッチ時間）を掛けることにより、添加期間が長いほど第１リーン期間の時間長を長く補正することができる。このようにして第１リーン期間を算出することにより、より最短の第１リーン期間をさらに精度良く算出できる。このようにリッチ時間が長いほど添加前休止期間の長さを長く算出することにより、ＥＣＵ２０が添加期間補正手段として機能する。

この他、添加期間における触媒床温の変化幅は、排気ガス流量及び排気ガスの酸素濃度の影響を受ける。そこで、これら排気ガス流量、及び排気ガスの酸素濃度に応じて第１リーン期間を補正してもよい。

なお、触媒８の劣化度、排気ガス温度、添加期間の時間長、排気ガス流量、及び排気ガスの酸素濃度に基づく第１リーン期間の時間長の補正は、これらの物理量を全て使用して行ってもよいし、これらの物理量のうちの一部を適宜組み合わせておこなってもよい。これらの物理量を全て使用して補正する場合は、第１リーン期間をエンジン１の運転状態に応じたより適切な時間長に補正でき、これらの物理量のうちの一部を使用して補正する場合は第１リーン期間割合の算出方法を簡略化できる。

（第２の形態）
次に図１２〜１４を参照して本発明の第２の形態を説明する。この形態は、燃料添加時期制御の内容のみ相違し、他の構成は第１の形態と同一である。従って、エンジン１については図１が参照される。図１２は、第１の形態の図４に対応する燃料添加時期制御ルーチンを示したフローチャートであり、図１３は図１２に続くフローチャートである。なお、第２の形態においても第１の形態と同様に図５の燃料添加実行ルーチンが図１２の制御ルーチンと併行して適宜の周期で繰り返し実行される。

図１２の制御ルーチンでは、図４のルーチンに対してステップＳ８が削除され、ステップＳ９の代わりにステップＳ２０が設けられ、さらに図１３に示したステップＳ２１〜Ｓ２３が追加されている。なお、図１２及び図１３において図４と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。図１２及び図１３の制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。

図１２の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、ステップＳ７まで図４の制御ルーチンと同様に処理を行う。次のステップＳ２０においてＥＣＵ２０は、第１の形態における第１リーン期間割合Ｒｐｒｅｌｎの代わりに休止期間に０．５を掛けて第１リーン期間の時間長を設定する。すなわち、第２の形態では、休止期間の半分が第１リーン期間に割り当てられる。次のステップＳ１０においてＥＣＵ２０は第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１を算出し、続くステップＳ１１においてＥＣＵ２０は積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍが第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１に達したか否か判断する。ステップＳ１１で肯定判断された場合はステップＳ１２及びＳ１３の処理が実行され、その後図１１の制御ルーチンを終える。

一方、ステップＳ１１が否定判断された場合は図１３のステップＳ２１に進み、ＥＣＵ２０は触媒床温が所定の再生下限温度以下か否か判断する。周知のように触媒８のＳ再生は、触媒床温を目標温度（例えば６００°Ｃ以上）まで昇温させて行う。触媒床温が目標温度よりも低くなるにしたがって触媒８に堆積した硫黄酸化物が分解、除去され難くなる。そこで、所定の再生下限温度には、触媒８に堆積した硫黄酸化物の分解、除去が進行し難くなる温度、例えば６００°Ｃが設定される。触媒床温が再生下限温度より高いと判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。

一方、触媒床温が再生下限温度以下と判断した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ２０はステップＳ２０で算出した第１リーン期間の時間長Ｔｌｅａｎ１に対して実際に第１リーン期間として設けられた時間長の割合を表す第１リーン期間短縮割合Ｒａｄを次式により算出する。

Ｒａｄ＝Ｑｔｓｕｍ／Ｑｌｅａｎ１

第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１は、第１リーン期間の時間長Ｔｌｅａｎ１に基づいて算出された値であるため、算出された第１リーン期間の時間長Ｔｌｅａｎ１と相関している。一方、ステップＳ２１が実行された際の積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍは、ステップＳ２１が実行されるまでの温度要求添加量Ｑｔの積算値であるため、一周期の始点からステップＳ２１が実行されたときまでの時間長と相関している。すなわち、実際に第１リーン期間として設けられた時間長と相関している。そのため、積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍを第１リーン相当添加量Ｑｌｅａｎ１で割ることにより、第１リーン期間短縮割合Ｒａｄを算出することができる。

次のステップＳ２３においてＥＣＵ２０は、第１リーン期間短縮割合Ｒａｄに基づいてリッチ時間の長さを補正する。ステップＳ２１で肯定判断されて第１リーン期間が短縮された場合、その第１リーン期間における触媒８の温度低下幅は、ステップＳ２０で算出された時間長Ｔｌｅａｎ１の第１リーン期間が設けられる場合よりも小さくなる。そのため、図１４に一例を示したように第１リーン期間が短縮された場合はその短縮割合に比例してリッチ時間を短縮しないと添加期間中に触媒８の過熱が生じるおそれがある。そこで、第１リーン期間の短縮割合と同じ割合でリッチ時間が短縮されるようにリッチ時間を次式により補正する。このようにリッチ時間を補正することにより、ＥＣＵ２０は本発明の添加期間長さ補正手段として機能する。

Ｔｒｉｃｈ’＝Ｔｒｉｃｈ×Ｒａｄ

この処理以降は、図１２及び図５の制御ルーチンにおいて補正後リッチ時間Ｔｒｉｃｈ’がリッチ時間として使用される。ステップＳ２３でリッチ時間を補正した後は図１２のステップＳ１２に進み、ステップＳ１２及びＳ１３の処理が実行される。その後、図１２の制御ルーチンを終える。

この形態では、第１リーン期間中であっても触媒床温が所定の再生下限温度以下になった時点で第１リーン期間を終了するため、触媒床温をＳ再生に適した温度に維持できる。また、触媒床温によっては第１リーン期間を短縮して速やかにＳ再生を実行できる。さらに、第１リーン期間の短縮割合に応じてリッチ時間も短縮するので、添加期間における触媒８の過熱を抑制できる。

図１５は、第２の形態における燃料添加時期制御ルーチンの変形例である。この変形例では、図１２の制御ルーチンのうち図１３に相当する部分が変更され、それ以外は図１２の制御ルーチンと同一である。そこで、図１５には、図１２の制御ルーチンのうち図１３に相当する部分のみを示す。また、図１５において図１３と同一の処理には、同一の参照符号を付して説明を省略する。

図１５の制御ルーチンでは、図１３のルーチンに対してのステップＳ２３の後にステップＳ３１が追加されている。このステップＳ３１では、補正後リッチ時間Ｔｒｉｃｈ’が予め設定した最低リッチ時間未満か否か判断する。最低リッチ時間は、触媒８に対してＳ再生を開始してからそのＳ再生が触媒８に対して有効に作用し始めるまでに最低限必要な時間、言い換えるとＳ再生を効率良く実施するために最低限必要な時間である。最低リッチ時間は、例えば触媒８の性能、又は容量などにより変化するため、これらのパラメータに応じて適宜変更してよい。

補正後リッチ時間Ｔｒｉｃｈ’が最低リッチ時間以上の場合はステップＳ１２及びＳ１３の処理が行われる。すなわち、ステップＳ３１で否定判断された場合は第１リーン期間を終了させ、燃料の添加を許可する。その後、今回の制御ルーチンを終える。

一方、補正後リッチ時間Ｔｒｉｃｈ’が最低リッチ時間未満の場合は、今回の制御ルーチンを終える。すなわち、ステップＳ３１で肯定判断されると第１リーン期間が継続される。ステップＳ３１が肯定判断されて第１リーン期間が継続されると、次に図１５の制御ルーチンが実行されたときに積算温度要求添加量Ｑｔｓｕｍの値が増加するので、第１リーン期間短縮割合Ｒａｄが増加する。そのため、補正後リッチ時間Ｔｒｉｃｈ’も増加する。すなわち、図１５の制御ルーチンでは、補正後リッチ時間Ｔｒｉｃｈ’が最低リッチ時間以上になるまで、第１リーン期間を継続する。

図１５に示した変形例では、燃料添加を行うリッチ時間の長さが最低リッチ時間以上に設定される。最低リッチ時間は、上述したようにＳ再生を開始してからそのＳ再生が触媒８に対して有効に作用し始めるまでに最低限必要な時間であるため、リッチ時間が最低リッチ時間未満の場合は燃料を添加してもＳ再生が不十分な状態でリッチ時間が終了する。そのため、この燃料添加が無駄になるおそれがある。図１５の変形例では、リッチ時間の長さが必ず最低リッチ時間以上に設定されるので、触媒８に対して無駄な燃料添加を防止できる。なお、ステップＳ３１が肯定判断されて第１リーン期間が継続されると触媒床温が一時的に所定の再生下限温度以下に低下するが、この触媒床温の低下は主に触媒８の上流部において発生し、それ以外の部分（以下、中流以降の部分と呼ぶ。）の温度の低下幅は上流部の温度低下幅よりも小さい。触媒８の温度変化は、まず排気ガスが流入する上流部が変化し、その後中流以降の部分の温度変化が上流部の温度変化よりも遅れて発生する。これは、触媒８の熱容量によるものである。そのため、短時間であれば上流部の触媒床温が再生下限温度以下になっても、中流以降の部分では触媒床温を再生下限温度以上に維持できる。従って、短時間であれば触媒８の上流部の温度が再生下限温度以下になっても、燃料添加を実行することにより中流以降の部分のＳ再生処理を実行できる。

次に図１６を参照して第２の形態における燃料添加時期制御ルーチンの他の変形例を説明する。図１６も図１５と同様に図１２の制御ルーチンのうち図１３に相当する部分のみを示す。図１６に示した部分以外は図１２の制御ルーチンと同一である。図１６において図１３と同一の処理には、同一の参照符号を付して説明省略する。

図１６の制御ルーチンでは、ステップＳ１１が否定判断された場合にまずステップＳ４１の処理が実行され、触媒８の上流部のＳ再生が未完了か否か判断する。触媒８の上流部のＳ再生が完了していると判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、触媒８の上流部のＳ再生が未完了と判断した場合はステップＳ２１に進み、以降図１２の制御ルーチンと同様に処理を進める。

図１６の制御ルーチンでは、触媒８の上流部のＳ再生が必要なときのみステップＳ２１以降の処理が実行される。上述したように触媒８の中流以降の部分は、短時間であれば触媒８の上流部の温度が再生下限温度以下に低下しても、再生下限温度よりも高い温度に維持できる。そこで、この変形例のように触媒８の上流部のＳ再生が必要なときのみステップＳ２１以降の処理が実行されるように限定することにより、触媒８の上流部のＳ再生が完了した後の不要なリッチ時間の短縮を防止できる。

本発明は上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。

上述した各形態では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒８をＳ再生時の目標温度に制御する例について説明したが、本発明はそのような形態に限定されない。排気浄化触媒などの排気浄化手段の温度を何らかの目的に合わせた目標温度に制御する必要がある様々な場合に本発明を適用することができる。例えば、排気中の粒子状物質の捕捉を目的として設けられるフィルタに対し、そのフィルタに捕捉されている粒子状物質を燃焼させてフィルタの機能を回復させる処理を行う際の温度制御にも本発明は適用できる。

温度制御のための燃料添加も排気通路の触媒よりも上流側に設けた燃料添加弁によるものに限定されない。例えばインジェクタ３０を利用したポスト噴射、すなわちシリンダ２における燃焼を目的としたメイン噴射の後に排気ガスへの燃料添加を目的として実施される噴射を本発明に従って制御してもよい。燃料添加量は排気通路４における燃料付着や蒸発、輸送遅れを考慮して制御してもよい。

本発明をディーゼルエンジンに適用した一形態を示す図。本発明の燃料添加制御を行ったときの燃料添加弁の添加パルスと触媒床温との関係の一例を示す図。添加前休止期間の休止期間全体の半分が割り当てられる制御を行ったときの燃料添加弁の添加パルスと触媒の温度床温との関係の一例を比較例として示す図。第１の形態における燃料添加時期制御ルーチンを示すフローチャート。第１の形態における燃料添加実行ルーチンを示すフローチャート。第１の形態においてＥＣＵが一周期中に算出する各種の値、ＥＣＵが制御するフラグ及び燃料添加量の相互の関係を示す図。周期の始点における触媒床温と第１リーン期間割合との関係の一例を示す図。触媒の劣化度及び周期の始点における触媒床温と第１リーン期間割合との関係の一例を示す図。排気ガス温度及び周期の始点における触媒床温と第１リーン期間割合との関係の一例を示す図。第１判定指標と第１リーン期間割合との関係の一例を示す図。第２判定指標と第１リーン期間割合との関係の一例を示す図。第２の形態における燃料添加時期制御ルーチンを示すフローチャート。図１２に続くフローチャート。第１リーン期間短縮割合とリッチ時間短縮割合との関係の一例を示す図。第２の形態における燃料添加時期制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。第２の形態における燃料添加時期制御ルーチンの他の変形例を示すフローチャート。

符号の説明

１内燃機関
４排気通路
８吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（排気浄化手段）
１０燃料添加弁（燃料添加手段）
２０エンジンコントロールユニット（添加制御手段、温度要求添加量算出手段、予測添加量算出手段、期間算出手段、添加前休止期間算出手段、添加時期制御手段、劣化度補正手段、添加期間補正手段、添加期間長さ補正手段）

Claims

内燃機関の排気を浄化する排気浄化手段と、前記排気浄化手段の上流から燃料を添加する燃料添加手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用され、前記排気浄化手段を目標温度に制御すべく前記燃料添加手段から燃料を添加する添加期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返され、かつ各周期において前記休止期間が前記添加期間を挟んで分割されるように前記燃料添加手段を操作する燃料添加制御方法であって、
前記添加期間の前に設けられる休止期間である添加前休止期間の長さが前記周期の始点における前記排気浄化手段の温度に応じて変更されるように前記燃料添加手段を操作することを特徴とする排気浄化装置用の燃料添加制御方法。
前記周期の始点における前記排気浄化手段の温度が低いほど前記添加前休止期間の長さが短くなるように前記燃料添加手段を操作することを特徴とする請求項１に記載の燃料添加制御方法。
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流から燃料を添加する燃料添加手段と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を目標温度に制御すべく前記燃料添加手段から燃料を添加する添加期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返され、かつ各周期において前記休止期間が前記添加期間を挟んで分割されるように前記燃料添加手段を操作する添加制御手段と、を備え、
前記添加制御手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を前記目標温度に制御するために必要な燃料添加量を算出する温度要求添加量算出手段と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における空燃比を所定期間に亘って目標空燃比に維持するために必要な燃料添加量を算出する予測添加量算出手段と、前記温度要求添加量算出手段及び前記予測添加量算出手段のそれぞれが算出した添加量に基づいて前記周期の長さを算出し、得られた周期の長さから前記所定期間を前記添加期間として差し引くことにより前記周期における休止期間の長さを算出する期間算出手段と、前記期間算出手段により算出された休止期間の長さと前記周期の始点における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度とに基づいて前記添加期間の前に設けられる休止期間である添加前休止期間の長さを算出する添加前休止期間算出手段と、前記添加前休止期間算出手段により算出された長さの添加前休止期間が前記添加期間の前に設けられるように前記燃料添加手段からの燃料添加の可否を制御する添加時期制御手段と、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。
前記添加前休止期間算出手段は、前記周期の始点における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が低いほど前記添加前休止期間の長さを短く算出することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記添加前休止期間算出手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が劣化するほど前記添加前休止期間の長さが短くなるように補正する劣化度補正手段を備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記添加前休止期間算出手段は、前記周期の始点における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度と前記周期の始点における前記内燃機関の排気ガス温度との温度差に基づいて前記添加前休止期間の長さを算出することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記添加前休止期間算出手段は、前記添加期間が長いほど前記添加前休止期間が長くなるように前記添加前休止期間の長さを補正する添加期間補正手段を備えていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記添加時期制御手段は、前記添加前休止期間中における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が予め設定した所定の下限温度以下になった場合、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定の下限温度以下になった時点から前記添加期間を開始すべく前記燃料添加手段から燃料を添加することを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記添加制御手段は、前記周期の始点から前記添加前休止期間中に前記排気浄化手段の温度が前記所定の下限温度以下になった時点までの時間と前記添加前休止期間算出手段により算出された添加前休止期間の長さとの比に基づいて前記添加期間の長さを補正する添加期間長さ補正手段をさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記添加時期制御手段は、前記添加期間長さ補正手段により補正された後の添加期間の長さが予め設定した所定の下限値以下の場合、前記添加前休止期間中に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定の下限温度以下になっても前記燃料添加手段からの燃料の添加を禁止して前記添加前休止期間を継続させることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記添加制御手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から硫黄酸化物を放出させるＳ再生処理が要求された場合に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を目標温度に制御し、
前記添加時期制御手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち排気流れの上流側の部分である触媒上流部のＳ再生処理を行う必要があり、かつ前記添加前休止期間中における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定の下限温度以下になった場合に、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定の下限温度以下になった時点から前記添加期間を開始すべく前記燃料添加手段から燃料を添加することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。