JP4586321B2 - 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】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気（所謂、リーン空燃比の混合気）を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・ガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する技術が望まれている。
【０００３】
このような要求に対し、内燃機関の排気系にＮＯx吸収剤を配置する技術が提案されている。このＮＯx吸収剤の一つとして、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒素（Ｎ2）に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒が知られている。
【０００４】
吸蔵還元型ＮＯx触媒が内燃機関の排気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収され、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出されつつ窒素（Ｎ2）に還元される。
【０００５】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯx）もＮＯxと同じメカニズムで吸収される。このように吸収されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）といい、ＮＯx浄化率が低下するため、適宜の時期にＳＯx被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、ＮＯx触媒を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ酸素濃度を低下させた排気をＮＯx触媒に流通させて行われている。
【０００６】
ところが希薄燃焼運転時の排気の温度は低いため、ＳＯx被毒の回復に必要とされる温度まで触媒を昇温することは困難である。このようなときに、排気通路へ燃料の添加を行うことにより触媒の温度を上昇させつつ排気の酸素濃度を低下させることができる。
【０００７】
ＮＯx触媒の温度を上昇させる方法として、特許第２８４５０５６号公報に記載された内燃機関の排気浄化装置が提案されている。この公報に記載された内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒において排気中の酸素と反応して消費される還元剤の量と吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を還元するために必要となる還元剤の量とを考慮して、還元剤の添加量を決定することにより、還元剤の過剰供給や供給不足を防止し、以て還元剤や窒素酸化物（ＮＯx）の大気中への放出による排気エミッションの悪化を抑制しようとするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＮＯxの放出・還元及びＳＯx被毒回復前のＮＯx吸収剤の昇温は該還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を添加して行われるが、両制御が同時に実施されると還元剤の過剰添加となる虞がある。このような過剰に添加された還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒で燃焼すると該吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が過剰に上昇するため、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化を誘発する虞がある。しかし、単にＮＯx吸収剤の昇温又はＮＯxの放出・還元の何れか一方を選択して実施したのでは、ＳＯx被毒の回復が行われず又はＮＯxの還元が行われずにＮＯxが大気中へ放出されてしまう虞がある。
【０００９】
本発明は以上の問題を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯxの還元とＮＯx吸収剤の昇温とが同時に実施された場合に、ＮＯx吸収剤に過剰に還元剤が添加されることを防止することができる技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、
流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のＮＯxを吸収し流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤と、
還元剤を添加して前記ＮＯx吸収剤の温度を上昇させる昇温手段と、
還元剤を添加して前記ＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯxを放出させるＮＯx放出手段と、
前記ＮＯx吸収剤の温度の上昇及び前記ＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯxの放出が同時期に実施され、前記昇温手段及び前記ＮＯx放出手段が添加する還元剤の総量が所定期間以内で所定量以上となる場合には、前記昇温手段または前記ＮＯx放出手段の少なくとも一方の還元剤の添加時期を変更するか若しくは少なくとも一方の還元剤の添加量を減量させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx吸収剤の昇温とＮＯxの放出とが同時期に行われた場合の還元剤の添加過多によるＮＯx吸収剤の過剰な温度上昇を防止することにある。
【００１２】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関運転中に発生したＮＯxがＮＯx吸収剤に吸収される。ＮＯx放出手段はＮＯx吸収剤に周期的な還元剤の添加を行いＮＯxを放出・還元する。
【００１３】
一方、内燃機関運転中に発生したＳＯxもＮＯxと同様にＮＯx吸収剤に吸収される。このようにしてＮＯx吸収剤に吸収されたＳＯxは蓄積され、ＮＯxの吸収を阻害するので該ＮＯx吸収剤から放出させる必要がある。この放出には、先ずＮＯx吸収剤の昇温が必要となり、ＮＯx吸収剤の昇温が完了してからＳＯx被毒の回復が行われる。しかし、上記ＮＯxの放出とＳＯx被毒回復のための昇温とが同時に行われると、ＮＯx吸収剤には過剰の還元剤が添加され過剰に温度上昇してしまう。このような場合に、還元剤の添加量を減少させ、または、添加時期を変更させて所定期間以内に所定量以上の燃料が添加されないようにすることにより、ＮＯx吸収剤の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００１４】
本発明においては、前記内燃機関の排気浄化装置は、排気中の微粒子を一時捕獲可能なフィルタを備え、前記ＮＯx吸収剤は該フィルタに担持されていても良い。
【００１５】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、排気中の微粒子がフィルタに捕獲される。そして、還元剤を添加してフィルタを昇温させて捕獲した微粒子を除去し、フィルタの目詰まりを防止している。このフィルタ昇温のための還元剤の添加がＮＯxの放出・還元のための還元剤の添加と同時期に行われることにより還元剤の供給過多となりＮＯx吸収剤の過剰な温度上昇を誘発する。本発明においては、このように微粒子を除去するために行う還元剤の添加時期及び添加量を変更し、ＮＯx吸収剤の過剰な温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用するエンジン１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００１８】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００１９】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。このコモンレール４には、該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００２０】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２１】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２２】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２３】
次に、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２４】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、この吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続されている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、該吸気管９内を流通する吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１２とが取り付けられている。
【００２５】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００２６】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。
【００２７】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１０に流入した吸気は、該エアクリーナボックス１０内のエアクリーナ（図示省略）によって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００２８】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００２９】
一方、エンジン１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート（図示省略）を介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３０】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００３１】
前記排気管１９の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）２０が設けられている。フィルタ２０より上流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４が取り付けられている。
【００３２】
前記したフィルタ２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁２１が設けられている。この排気絞り弁２１には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁２１を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２２が取り付けられている。
【００３３】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３４】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してフィルタ２０へ流入し、排気中のＰＭが捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。フィルタ２０にてＰＭを捕集され且つ有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁２１によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【００３５】
また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２５内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）２６が設けられている。
【００３６】
前記ＥＧＲ通路２５の途中でＥＧＲ弁２６より上流には、該ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。前記ＥＧＲクーラ２７には、冷却水通路（図示省略）が設けられエンジン１を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【００３７】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て吸気枝管８へ導かれる。
【００３８】
その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスとエンジン１の冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００３９】
ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４０】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００４１】
更に、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することもない。
【００４２】
次に、本実施の形態に係るフィルタ２０について説明する。
【００４３】
図２は、フィルタ２０の断面図である。図２（Ａ）は、フィルタ２０の横方向断面を示す図である。図２（Ｂ）は、フィルタ２０の縦方向断面を示す図である。
【００４４】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにフィルタ２０は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０、５１を具備するいわゆるウォールフロー型である。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気流出通路５１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５３を示している。従って、排気流入通路５０および排気流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。換言すると排気流入通路５０および排気流出通路５１は各排気流入通路５０が４つの排気流出通路５１によって包囲され、各排気流出通路５１が４つの排気流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００４５】
フィルタ２０は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気流入通路５０内に流入した排気は図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気流出通路５１内に流出する。
【００４６】
本発明による実施例では各排気流入通路５０および各排気流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に吸蔵還元型ＮＯx触媒が坦持されている。
【００４７】
次に、本実施の形態に係るフィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒の働きについて説明する。
【００４８】
フィルタ２０は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更にＯ2ストレージ能力のあるセリア（Ｃｅ2Ｏ3）を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒を採用した。
【００４９】
このように構成されたＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収する。
【００５０】
一方、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることができる。
【００５１】
ところで、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒に吸収されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【００５２】
特に、エンジン１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和し易い。
【００５３】
従って、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和する前にＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【００５４】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中への燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼、及び気筒２内への燃料噴射時期や回数の変更等の方法が考えられるが、本実施の形態では、フィルタ２０より上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００５５】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、ＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、還元剤供給路２９に設けられて該還元剤供給路２９内の燃料の流通を遮断する遮断弁３１と、を備えている。
【００５６】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００５７】
還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させる。
【００５８】
このようにして形成された酸素濃度の低い排気はフィルタ２０に流入し、フィルタ２０に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ窒素（Ｎ2）に還元することになる。
【００５９】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止されることになる。
【００６０】
尚、本実施の形態では、排気中に燃料を噴射して燃料添加を行っているが、これに代えて、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼を行っても良く、また、エンジン１の膨張行程や排気行程等に燃料噴射弁３から燃料を噴射させても良い。
【００６１】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００６２】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、排気温度センサ２４、クランクポジションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００６３】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、還元剤噴射弁２８、ＥＧＲ弁２６、遮断弁３１等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００６４】
ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すように、双方向性バス３５０によって相互に接続された、ＣＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バックアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備えている。
【００６５】
前記入力ポート３５６は、クランクポジションセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００６６】
前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、排気温度センサ２４、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのＡ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００６７】
前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、遮断弁３１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、あるいは遮断弁３１へ送信する。
【００６８】
前記ＲＯＭ３５２は燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁２１を制御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン、フィルタ２０に還元剤を添加して吸収されたＮＯxを放出させるＮＯx浄化制御ルーチン、フィルタ２０のＳＯx被毒を解消する被毒解消制御ルーチン、フィルタ２０に捕集されたＰＭを燃焼除去するためのＰＭ燃焼制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【００６９】
前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、エンジン１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、エンジン１の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、エンジン１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、エンジン１の運転状態と排気絞り弁２１の目標開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、エンジン１の運転状態とＥＧＲ弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マップ、エンジン１の運転状態と還元剤の目標添加量（若しくは排気の目標空燃比）との関係を示す還元剤添加量制御マップ、還元剤の目標添加量と還元剤噴射弁２８の開弁時間との関係を示す還元剤噴射弁制御マップ等である。
【００７０】
前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００７１】
前記バックアップＲＡＭ３５４は、エンジン１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００７２】
前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御、ＮＯx浄化制御、被毒解消制御、ＰＭ燃焼制御等を実行する。
【００７３】
例えば、ＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０に流入する排気中の酸素濃度を比較的短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００７４】
リッチスパイク制御では、ＣＰＵ３５１は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、フィルタ２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、等の条件を例示することができる。
【００７５】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御することにより、フィルタ２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００７６】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサの出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００７７】
ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００７８】
続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量をパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００７９】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【００８０】
ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【００８１】
このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してフィルタ２０に流入する。
【００８２】
この結果、フィルタ２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、フィルタ２０が窒素酸化物（ＮＯx）の吸収と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【００８３】
ここで、図４は、ＮＯx放出・還元時にフィルタ２０に流入する排気の空燃比の推移を示したタイムチャート図である。例えば、５乃至２０秒に１回の割合で燃料添加が行われ、排気の空燃比を理論空燃比近傍まで低下させてＮＯxの放出・還元が行われる。
【００８４】
次に、被毒解消制御では、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０の酸化物による被毒を解消すべく被毒解消処理を行うことになる。
【００８５】
ここで、エンジン１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）などの硫黄酸化物（ＳＯx）が生成される。
【００８６】
硫黄酸化物（ＳＯx）は、排気とともにフィルタ２０に流入し、窒素酸化物（ＮＯx）と同様のメカニズムによってフィルタ２０に吸収される。
【００８７】
具体的には、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）等の硫黄酸化物（ＳＯx）が白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ4 2-）の形でフィルタ２０に吸収される。更に、フィルタ２０に吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ4）を形成する。
【００８８】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ4）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）に比して安定していて分解し難く、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにフィルタ２０内に残留してしまう。
【００８９】
フィルタ２０における硫酸塩（ＢａＳＯ4）の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物（ＮＯx）の吸収に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、フィルタ２０のＮＯx吸収能力が低下する、いわゆるＳＯx被毒が発生する。
【００９０】
フィルタ２０のＳＯx被毒を解消する方法としては、フィルタ２０の雰囲気温度をおよそ６００乃至６５０℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、フィルタ２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）をＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解し、次いでＳＯ3 -やＳＯ4 -を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ2 -に還元する方法を例示することができる。
【００９１】
そこで、本実施の形態に係る被毒解消処理では、ＣＰＵ３５１は、先ずフィルタ２０の床温を高める触媒昇温制御を実行した上で、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低くするようにした。
【００９２】
触媒昇温制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、各気筒２の膨張行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させるとともに還元剤噴射弁２８から排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をフィルタ２０において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタ２０の床温を高めるようにしてもよい。
【００９３】
但し、フィルタ２０が過剰に昇温すると、フィルタ２０の熱劣化が誘発される虞があるため、排気温度センサ２４の出力信号値に基づいて副次的な噴射燃料量及び添加燃料量がフィードバック制御されるようにすることが好ましい。
【００９４】
ここで、図５は、触媒昇温制御時にフィルタ２０に流入する排気の空燃比の推移を示したタイムチャート図である。例えば、１乃至２秒に１回の割合で燃料添加が行われ、排気の空燃比を低下させてＳＯx被毒回復が行われる。
【００９５】
上記したような触媒昇温処理によりフィルタ２０の床温が６００℃乃至６５０℃程度の高温域まで上昇すると、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるべく還元剤噴射弁２８から燃料を噴射させる。
【００９６】
尚、還元剤噴射弁２８から過剰な燃料が噴射されると、それらの燃料がフィルタ２０で急激に燃焼してフィルタ２０が過熱し、或いは還元剤噴射弁２８から噴射された過剰な燃料によってフィルタ２０が不要に冷却される虞があるため、ＣＰＵ３５１は、空燃比センサ（図示省略）の出力信号に基づいて還元剤噴射弁２８からの燃料噴射量をフィードバック制御するようにすることが好ましい。
【００９７】
このように被毒解消処理が実行されると、フィルタ２０の床温が高い状況下で、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、フィルタ２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）がＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解され、それらＳＯ3 -やＳＯ4 -が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てフィルタ２０のＳＯx被毒が解消されることになる。
【００９８】
一方、エンジンの運転状態によってはフィルタ２０に捕獲されたＰＭが燃え残って堆積し該フィルタ２０の目詰まりを誘発させる要因となる。このように燃え残ったＰＭを効果的に除去する方法の一つとしても前記燃料添加による昇温制御は有効である。
【００９９】
ところで、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加と、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時のフィルタ昇温のための燃料添加と、が同時期に実施されると、還元剤の添加量が過剰となりフィルタ２０の温度が過剰に上昇する虞がある。
【０１００】
図６は、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加と、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時におけるフィルタ昇温のための燃料添加の一部とが重複した場合の排気の空燃比及びフィルタ２０の温度の推移を表したタイムチャート図である。
【０１０１】
フィルタ温度上昇のための燃料添加を行うと、フィルタの温度はＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時に必要となる温度まで上昇するが、これにＮＯx放出・還元のための燃料添加が加わると更にフィルタ２０の温度が上昇してしまい熱劣化を誘発する。しかしながら、ＮＯxの放出・還元には排気の空燃比を所定間隔で理論空燃比近傍に低下させる必要があるため、このときの燃料添加量の減量又は添加時期の変更をするとＮＯxの放出・還元のために行う燃料添加の効果が低下してしまう。
【０１０２】
そこで、本実施の形態では、その後にフィルタ床温のために添加される燃料を減量してフィルタ温度の過剰な上昇を抑制する。
【０１０３】
図７は、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加と、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時のフィルタ昇温のための燃料添加の一部とが重複した場合に燃料添加量を減量したときの排気の空燃比及びフィルタ２０の温度の推移を表すタイムチャート図である。ここで、図中の点線は補正前の排気の空燃比を表している。そして、本実施の形態では、燃料添加が重複したときから２回目の燃料添加の添加量を減量する。尚、減量後の燃料添加量は、予め実験により求められた燃料添加量とフィルタ２０の温度上昇との関係に基づいて算出される。
【０１０４】
このようにして、フィルタ２０の過剰な温度上昇を抑制しつつ、ＮＯxの放出・還元及び該フィルタの昇温制御が可能となる。
【０１０５】
一方、図８は、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加が行われた直後に、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時のフィルタ昇温のための燃料添加が行われた場合の排気の空燃比及びフィルタ２０の温度の推移を表したタイムチャート図である。
【０１０６】
このような場合にも、フィルタ２０床温上昇のための燃料添加にＮＯx放出・還元のための燃料添加が加わるためにフィルタ２０の温度が過剰に上昇してしまう。しかしながら、ＮＯxの放出・還元には排気の空燃比を所定間隔で理論空燃比近傍に低下させる必要があるため、このときの燃料添加量の減量又は添加時期の変更をするとＮＯxの放出・還元のための燃料添加の効果が低下してしまう。
【０１０７】
そこで、本実施の形態では、ＮＯx放出・還元のための燃料添加の直後にフィルタ昇温のための燃料添加が行われる場合には、フィルタ昇温のための燃料添加量を遅延させ且つ減量する。尚、減量後の燃料添加量は、予め実験により求められた燃料添加量とフィルタ２０の温度上昇との関係に基づいて算出される。
【０１０８】
図９は、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加が行われた直後に、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時のフィルタ昇温のための燃料添加が行われる場合の添加時期及び添加量を補正した後の排気の空燃比及びフィルタ２０の温度の推移を表したタイムチャート図である。本実施の形態では、ＮＯx放出・還元のための燃料添加が行われた直後にフィルタ昇温のために行われる１回目の燃料添加時期を遅延させてフィルタ２０昇温のための添加間隔と同一とし、更に、２回目の燃料添加量を減量させる。尚、減量後の燃料添加量は、予め実験により求められた燃料添加量とフィルタ２０の温度上昇との関係に基づいて算出される。
【０１０９】
このようにして、フィルタ２０の過剰な温度上昇を抑制しつつ、ＮＯxの放出・還元及び該フィルタの昇温制御が可能となる。
【０１１０】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加と、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時のフィルタ昇温のための燃料添加の一部とが重複した場合でも燃料添加量を減量していなかった。従って、触媒の温度が過剰に上昇し、触媒及びフィルタの劣化を誘発することがあった。または、フィルタの温度上昇を抑制するために両制御を同時に行っていなかった。したがって、ＳＯx被毒回復若しくはＰＭ除去が十分に行われず、又はＮＯxの還元が行われない虞があった。
【０１１１】
その点、本実施の形態では、燃料添加量を減量させ又は添加時期を変更して所定時間以内に所定量以上の燃料が添加されないようにした。従って、触媒及びフィルタの温度上昇を抑制することが可能となる。
【０１１２】
尚、本実施の形態で説明した燃料添加の減量を行う時期や回数はあくまでも例示にすぎない。従って、例えば、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加と、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時のフィルタ昇温のための燃料添加の一部とが重複した場合、燃料添加が重複したときから２回目の燃料添加を減量するのではなく１回目の燃料添加を減量しても良く、また、１回目と２回目の両方を減量しても良い。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx放出・還元とＮＯx吸収剤等の昇温とが同時に行われている場合に、添加時期を変更し又は添加量を減量させてＮＯx吸収剤の過剰な温度上昇を抑制することができる。よって、ＮＯx吸収剤及び該ＮＯx吸収剤を担持してあるフィルタの熱劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図２】 （Ａ）は、パティキュレートフィルタの横方向断面を示す図である。（Ｂ）は、パティキュレートフィルタの縦方向断面を示す図である。
【図３】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】 ＮＯx還元用の燃料添加時の排気の空燃比の推移を示すタイムチャート図である図である。
【図５】 フィルタ昇温用の燃料添加時の排気の空燃比の推移を示すタイムチャート図である図である。
【図６】 ＮＯx還元とフィルタ昇温との燃料添加が同時に行われたときの排気の空燃比の推移を示すタイムチャート図である。
【図７】 ＮＯx還元とフィルタ昇温との燃料添加が同時に行われたときの添加量補正後の排気の空燃比の推移を示すタイムチャート図である。
【図８】 ＮＯx還元用燃料添加の直後にフィルタ昇温用の燃料添加が行われたときの排気の空燃比の推移を示すタイムチャート図である。
【図９】 ＮＯx還元用燃料添加の直後にフィルタ昇温用の燃料添加が行われたときの添加量補正後の排気の空燃比の推移を示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
１ａ・・・クランクプーリ
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
４ａ・・・コモンレール圧センサ
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
６ａ・・・ポンププーリ
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・パティキュレートフィルタ
２１・・・排気絞り弁
２４・・・排気温度センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
２８・・・還元剤噴射弁
２９・・・還元剤供給路
３１・・・遮断弁
３３・・・クランクポジションセンサ
３４・・・水温センサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ
【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】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気（所謂、リーン空燃比の混合気）を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・ガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する技術が望まれている。
【０００３】
このような要求に対し、内燃機関の排気系にＮＯx吸収剤を配置する技術が提案されている。このＮＯx吸収剤の一つとして、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒素（Ｎ2）に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒が知られている。
【０００４】
吸蔵還元型ＮＯx触媒が内燃機関の排気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収され、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出されつつ窒素（Ｎ2）に還元される。
【０００５】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯx）もＮＯxと同じメカニズムで吸収される。このように吸収されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）といい、ＮＯx浄化率が低下するため、適宜の時期にＳＯx被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、ＮＯx触媒を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ酸素濃度を低下させた排気をＮＯx触媒に流通させて行われている。
【０００６】
ところが希薄燃焼運転時の排気の温度は低いため、ＳＯx被毒の回復に必要とされる温度まで触媒を昇温することは困難である。このようなときに、排気通路へ燃料の添加を行うことにより触媒の温度を上昇させつつ排気の酸素濃度を低下させることができる。
【０００７】
ＮＯx触媒の温度を上昇させる方法として、特許第２８４５０５６号公報に記載された内燃機関の排気浄化装置が提案されている。この公報に記載された内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒において排気中の酸素と反応して消費される還元剤の量と吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を還元するために必要となる還元剤の量とを考慮して、還元剤の添加量を決定することにより、還元剤の過剰供給や供給不足を防止し、以て還元剤や窒素酸化物（ＮＯx）の大気中への放出による排気エミッションの悪化を抑制しようとするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＮＯxの放出・還元及びＳＯx被毒回復前のＮＯx吸収剤の昇温は該還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を添加して行われるが、両制御が同時に実施されると還元剤の過剰添加となる虞がある。このような過剰に添加された還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒で燃焼すると該吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が過剰に上昇するため、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化を誘発する虞がある。しかし、単にＮＯx吸収剤の昇温又はＮＯxの放出・還元の何れか一方を選択して実施したのでは、ＳＯx被毒の回復が行われず又はＮＯxの還元が行われずにＮＯxが大気中へ放出されてしまう虞がある。
【０００９】
本発明は以上の問題を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯxの還元とＮＯx吸収剤の昇温とが同時に実施された場合に、ＮＯx吸収剤に過剰に還元剤が添加されることを防止することができる技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、
流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のＮＯxを吸収し流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤と、
還元剤を添加して前記ＮＯx吸収剤の温度を上昇させる昇温手段と、
還元剤を添加して前記ＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯxを放出させるＮＯx放出手段と、
前記ＮＯx吸収剤の温度の上昇及び前記ＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯxの放出が同時期に実施され、前記昇温手段及び前記ＮＯx放出手段が添加する還元剤の総量が所定期間以内で所定量以上となる場合には、前記昇温手段または前記ＮＯx放出手段の少なくとも一方の還元剤の添加時期を変更するか若しくは少なくとも一方の還元剤の添加量を減量させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx吸収剤の昇温とＮＯxの放出とが同時期に行われた場合の還元剤の添加過多によるＮＯx吸収剤の過剰な温度上昇を防止することにある。
【００１２】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関運転中に発生したＮＯxがＮＯx吸収剤に吸収される。ＮＯx放出手段はＮＯx吸収剤に周期的な還元剤の添加を行いＮＯxを放出・還元する。
【００１３】
一方、内燃機関運転中に発生したＳＯxもＮＯxと同様にＮＯx吸収剤に吸収される。このようにしてＮＯx吸収剤に吸収されたＳＯxは蓄積され、ＮＯxの吸収を阻害するので該ＮＯx吸収剤から放出させる必要がある。この放出には、先ずＮＯx吸収剤の昇温が必要となり、ＮＯx吸収剤の昇温が完了してからＳＯx被毒の回復が行われる。しかし、上記ＮＯxの放出とＳＯx被毒回復のための昇温とが同時に行われると、ＮＯx吸収剤には過剰の還元剤が添加され過剰に温度上昇してしまう。このような場合に、還元剤の添加量を減少させ、または、添加時期を変更させて所定期間以内に所定量以上の燃料が添加されないようにすることにより、ＮＯx吸収剤の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００１４】
本発明においては、前記内燃機関の排気浄化装置は、排気中の微粒子を一時捕獲可能なフィルタを備え、前記ＮＯx吸収剤は該フィルタに担持されていても良い。
【００１５】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、排気中の微粒子がフィルタに捕獲される。そして、還元剤を添加してフィルタを昇温させて捕獲した微粒子を除去し、フィルタの目詰まりを防止している。このフィルタ昇温のための還元剤の添加がＮＯxの放出・還元のための還元剤の添加と同時期に行われることにより還元剤の供給過多となりＮＯx吸収剤の過剰な温度上昇を誘発する。本発明においては、このように微粒子を除去するために行う還元剤の添加時期及び添加量を変更し、ＮＯx吸収剤の過剰な温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用するエンジン１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００１８】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００１９】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。このコモンレール４には、該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００２０】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２１】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２２】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２３】
次に、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２４】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、この吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続されている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、該吸気管９内を流通する吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１２とが取り付けられている。
【００２５】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００２６】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。
【００２７】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１０に流入した吸気は、該エアクリーナボックス１０内のエアクリーナ（図示省略）によって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００２８】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００２９】
一方、エンジン１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート（図示省略）を介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３０】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００３１】
前記排気管１９の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）２０が設けられている。フィルタ２０より上流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４が取り付けられている。
【００３２】
前記したフィルタ２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁２１が設けられている。この排気絞り弁２１には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁２１を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２２が取り付けられている。
【００３３】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３４】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してフィルタ２０へ流入し、排気中のＰＭが捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。フィルタ２０にてＰＭを捕集され且つ有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁２１によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【００３５】
また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２５内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）２６が設けられている。
【００３６】
前記ＥＧＲ通路２５の途中でＥＧＲ弁２６より上流には、該ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。前記ＥＧＲクーラ２７には、冷却水通路（図示省略）が設けられエンジン１を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【００３７】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て吸気枝管８へ導かれる。
【００３８】
その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスとエンジン１の冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００３９】
ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４０】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００４１】
更に、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することもない。
【００４２】
次に、本実施の形態に係るフィルタ２０について説明する。
【００４３】
図２は、フィルタ２０の断面図である。図２（Ａ）は、フィルタ２０の横方向断面を示す図である。図２（Ｂ）は、フィルタ２０の縦方向断面を示す図である。
【００４４】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにフィルタ２０は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０、５１を具備するいわゆるウォールフロー型である。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気流出通路５１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５３を示している。従って、排気流入通路５０および排気流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。換言すると排気流入通路５０および排気流出通路５１は各排気流入通路５０が４つの排気流出通路５１によって包囲され、各排気流出通路５１が４つの排気流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００４５】
フィルタ２０は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気流入通路５０内に流入した排気は図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気流出通路５１内に流出する。
【００４６】
本発明による実施例では各排気流入通路５０および各排気流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に吸蔵還元型ＮＯx触媒が坦持されている。
【００４７】
次に、本実施の形態に係るフィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒の働きについて説明する。
【００４８】
フィルタ２０は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更にＯ2ストレージ能力のあるセリア（Ｃｅ2Ｏ3）を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒を採用した。
【００４９】
このように構成されたＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収する。
【００５０】
一方、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることができる。
【００５１】
ところで、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒に吸収されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【００５２】
特に、エンジン１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和し易い。
【００５３】
従って、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和する前にＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【００５４】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中への燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼、及び気筒２内への燃料噴射時期や回数の変更等の方法が考えられるが、本実施の形態では、フィルタ２０より上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００５５】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、ＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、還元剤供給路２９に設けられて該還元剤供給路２９内の燃料の流通を遮断する遮断弁３１と、を備えている。
【００５６】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００５７】
還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させる。
【００５８】
このようにして形成された酸素濃度の低い排気はフィルタ２０に流入し、フィルタ２０に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ窒素（Ｎ2）に還元することになる。
【００５９】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止されることになる。
【００６０】
尚、本実施の形態では、排気中に燃料を噴射して燃料添加を行っているが、これに代えて、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼を行っても良く、また、エンジン１の膨張行程や排気行程等に燃料噴射弁３から燃料を噴射させても良い。
【００６１】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００６２】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、排気温度センサ２４、クランクポジションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００６３】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、還元剤噴射弁２８、ＥＧＲ弁２６、遮断弁３１等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００６４】
ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すように、双方向性バス３５０によって相互に接続された、ＣＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バックアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備えている。
【００６５】
前記入力ポート３５６は、クランクポジションセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００６６】
前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、排気温度センサ２４、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのＡ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００６７】
前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、遮断弁３１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、あるいは遮断弁３１へ送信する。
【００６８】
前記ＲＯＭ３５２は燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁２１を制御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン、フィルタ２０に還元剤を添加して吸収されたＮＯxを放出させるＮＯx浄化制御ルーチン、フィルタ２０のＳＯx被毒を解消する被毒解消制御ルーチン、フィルタ２０に捕集されたＰＭを燃焼除去するためのＰＭ燃焼制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【００６９】
前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、エンジン１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、エンジン１の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、エンジン１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、エンジン１の運転状態と排気絞り弁２１の目標開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、エンジン１の運転状態とＥＧＲ弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マップ、エンジン１の運転状態と還元剤の目標添加量（若しくは排気の目標空燃比）との関係を示す還元剤添加量制御マップ、還元剤の目標添加量と還元剤噴射弁２８の開弁時間との関係を示す還元剤噴射弁制御マップ等である。
【００７０】
前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００７１】
前記バックアップＲＡＭ３５４は、エンジン１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００７２】
前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御、ＮＯx浄化制御、被毒解消制御、ＰＭ燃焼制御等を実行する。
【００７３】
例えば、ＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０に流入する排気中の酸素濃度を比較的短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００７４】
リッチスパイク制御では、ＣＰＵ３５１は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、フィルタ２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、等の条件を例示することができる。
【００７５】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御することにより、フィルタ２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００７６】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサの出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００７７】
ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００７８】
続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量をパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００７９】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【００８０】
ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【００８１】
このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してフィルタ２０に流入する。
【００８２】
この結果、フィルタ２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、フィルタ２０が窒素酸化物（ＮＯx）の吸収と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【００８３】
ここで、図４は、ＮＯx放出・還元時にフィルタ２０に流入する排気の空燃比の推移を示したタイムチャート図である。例えば、５乃至２０秒に１回の割合で燃料添加が行われ、排気の空燃比を理論空燃比近傍まで低下させてＮＯxの放出・還元が行われる。
【００８４】
次に、被毒解消制御では、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０の酸化物による被毒を解消すべく被毒解消処理を行うことになる。
【００８５】
ここで、エンジン１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）などの硫黄酸化物（ＳＯx）が生成される。
【００８６】
硫黄酸化物（ＳＯx）は、排気とともにフィルタ２０に流入し、窒素酸化物（ＮＯx）と同様のメカニズムによってフィルタ２０に吸収される。
【００８７】
具体的には、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）等の硫黄酸化物（ＳＯx）が白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ4 2-）の形でフィルタ２０に吸収される。更に、フィルタ２０に吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ4）を形成する。
【００８８】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ4）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）に比して安定していて分解し難く、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにフィルタ２０内に残留してしまう。
【００８９】
フィルタ２０における硫酸塩（ＢａＳＯ4）の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物（ＮＯx）の吸収に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、フィルタ２０のＮＯx吸収能力が低下する、いわゆるＳＯx被毒が発生する。
【００９０】
フィルタ２０のＳＯx被毒を解消する方法としては、フィルタ２０の雰囲気温度をおよそ６００乃至６５０℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、フィルタ２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）をＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解し、次いでＳＯ3 -やＳＯ4 -を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ2 -に還元する方法を例示することができる。
【００９１】
そこで、本実施の形態に係る被毒解消処理では、ＣＰＵ３５１は、先ずフィルタ２０の床温を高める触媒昇温制御を実行した上で、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低くするようにした。
【００９２】
触媒昇温制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、各気筒２の膨張行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させるとともに還元剤噴射弁２８から排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をフィルタ２０において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタ２０の床温を高めるようにしてもよい。
【００９３】
但し、フィルタ２０が過剰に昇温すると、フィルタ２０の熱劣化が誘発される虞があるため、排気温度センサ２４の出力信号値に基づいて副次的な噴射燃料量及び添加燃料量がフィードバック制御されるようにすることが好ましい。
【００９４】
ここで、図５は、触媒昇温制御時にフィルタ２０に流入する排気の空燃比の推移を示したタイムチャート図である。例えば、１乃至２秒に１回の割合で燃料添加が行われ、排気の空燃比を低下させてＳＯx被毒回復が行われる。
【００９５】
上記したような触媒昇温処理によりフィルタ２０の床温が６００℃乃至６５０℃程度の高温域まで上昇すると、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるべく還元剤噴射弁２８から燃料を噴射させる。
【００９６】
尚、還元剤噴射弁２８から過剰な燃料が噴射されると、それらの燃料がフィルタ２０で急激に燃焼してフィルタ２０が過熱し、或いは還元剤噴射弁２８から噴射された過剰な燃料によってフィルタ２０が不要に冷却される虞があるため、ＣＰＵ３５１は、空燃比センサ（図示省略）の出力信号に基づいて還元剤噴射弁２８からの燃料噴射量をフィードバック制御するようにすることが好ましい。
【００９７】
このように被毒解消処理が実行されると、フィルタ２０の床温が高い状況下で、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、フィルタ２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）がＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解され、それらＳＯ3 -やＳＯ4 -が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てフィルタ２０のＳＯx被毒が解消されることになる。
【００９８】
一方、エンジンの運転状態によってはフィルタ２０に捕獲されたＰＭが燃え残って堆積し該フィルタ２０の目詰まりを誘発させる要因となる。このように燃え残ったＰＭを効果的に除去する方法の一つとしても前記燃料添加による昇温制御は有効である。
【００９９】
ところで、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加と、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時のフィルタ昇温のための燃料添加と、が同時期に実施されると、還元剤の添加量が過剰となりフィルタ２０の温度が過剰に上昇する虞がある。
【０１００】
図６は、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加と、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時におけるフィルタ昇温のための燃料添加の一部とが重複した場合の排気の空燃比及びフィルタ２０の温度の推移を表したタイムチャート図である。
【０１０１】
フィルタ温度上昇のための燃料添加を行うと、フィルタの温度はＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時に必要となる温度まで上昇するが、これにＮＯx放出・還元のための燃料添加が加わると更にフィルタ２０の温度が上昇してしまい熱劣化を誘発する。しかしながら、ＮＯxの放出・還元には排気の空燃比を所定間隔で理論空燃比近傍に低下させる必要があるため、このときの燃料添加量の減量又は添加時期の変更をするとＮＯxの放出・還元のために行う燃料添加の効果が低下してしまう。
【０１０２】
そこで、本実施の形態では、その後にフィルタ床温のために添加される燃料を減量してフィルタ温度の過剰な上昇を抑制する。
【０１０３】
図７は、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加と、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時のフィルタ昇温のための燃料添加の一部とが重複した場合に燃料添加量を減量したときの排気の空燃比及びフィルタ２０の温度の推移を表すタイムチャート図である。ここで、図中の点線は補正前の排気の空燃比を表している。そして、本実施の形態では、燃料添加が重複したときから２回目の燃料添加の添加量を減量する。尚、減量後の燃料添加量は、予め実験により求められた燃料添加量とフィルタ２０の温度上昇との関係に基づいて算出される。
【０１０４】
このようにして、フィルタ２０の過剰な温度上昇を抑制しつつ、ＮＯxの放出・還元及び該フィルタの昇温制御が可能となる。
【０１０５】
一方、図８は、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加が行われた直後に、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時のフィルタ昇温のための燃料添加が行われた場合の排気の空燃比及びフィルタ２０の温度の推移を表したタイムチャート図である。
【０１０６】
このような場合にも、フィルタ２０床温上昇のための燃料添加にＮＯx放出・還元のための燃料添加が加わるためにフィルタ２０の温度が過剰に上昇してしまう。しかしながら、ＮＯxの放出・還元には排気の空燃比を所定間隔で理論空燃比近傍に低下させる必要があるため、このときの燃料添加量の減量又は添加時期の変更をするとＮＯxの放出・還元のための燃料添加の効果が低下してしまう。
【０１０７】
そこで、本実施の形態では、ＮＯx放出・還元のための燃料添加の直後にフィルタ昇温のための燃料添加が行われる場合には、フィルタ昇温のための燃料添加量を遅延させ且つ減量する。尚、減量後の燃料添加量は、予め実験により求められた燃料添加量とフィルタ２０の温度上昇との関係に基づいて算出される。
【０１０８】
図９は、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加が行われた直後に、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時のフィルタ昇温のための燃料添加が行われる場合の添加時期及び添加量を補正した後の排気の空燃比及びフィルタ２０の温度の推移を表したタイムチャート図である。本実施の形態では、ＮＯx放出・還元のための燃料添加が行われた直後にフィルタ昇温のために行われる１回目の燃料添加時期を遅延させてフィルタ２０昇温のための添加間隔と同一とし、更に、２回目の燃料添加量を減量させる。尚、減量後の燃料添加量は、予め実験により求められた燃料添加量とフィルタ２０の温度上昇との関係に基づいて算出される。
【０１０９】
このようにして、フィルタ２０の過剰な温度上昇を抑制しつつ、ＮＯxの放出・還元及び該フィルタの昇温制御が可能となる。
【０１１０】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加と、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時のフィルタ昇温のための燃料添加の一部とが重複した場合でも燃料添加量を減量していなかった。従って、触媒の温度が過剰に上昇し、触媒及びフィルタの劣化を誘発することがあった。または、フィルタの温度上昇を抑制するために両制御を同時に行っていなかった。したがって、ＳＯx被毒回復若しくはＰＭ除去が十分に行われず、又はＮＯxの還元が行われない虞があった。
【０１１１】
その点、本実施の形態では、燃料添加量を減量させ又は添加時期を変更して所定時間以内に所定量以上の燃料が添加されないようにした。従って、触媒及びフィルタの温度上昇を抑制することが可能となる。
【０１１２】
尚、本実施の形態で説明した燃料添加の減量を行う時期や回数はあくまでも例示にすぎない。従って、例えば、前記ＮＯx放出・還元時のための燃料添加と、ＳＯx被毒回復又はＰＭ除去時のフィルタ昇温のための燃料添加の一部とが重複した場合、燃料添加が重複したときから２回目の燃料添加を減量するのではなく１回目の燃料添加を減量しても良く、また、１回目と２回目の両方を減量しても良い。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx放出・還元とＮＯx吸収剤等の昇温とが同時に行われている場合に、添加時期を変更し又は添加量を減量させてＮＯx吸収剤の過剰な温度上昇を抑制することができる。よって、ＮＯx吸収剤及び該ＮＯx吸収剤を担持してあるフィルタの熱劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図２】 （Ａ）は、パティキュレートフィルタの横方向断面を示す図である。（Ｂ）は、パティキュレートフィルタの縦方向断面を示す図である。
【図３】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】 ＮＯx還元用の燃料添加時の排気の空燃比の推移を示すタイムチャート図である図である。
【図５】 フィルタ昇温用の燃料添加時の排気の空燃比の推移を示すタイムチャート図である図である。
【図６】 ＮＯx還元とフィルタ昇温との燃料添加が同時に行われたときの排気の空燃比の推移を示すタイムチャート図である。
【図７】 ＮＯx還元とフィルタ昇温との燃料添加が同時に行われたときの添加量補正後の排気の空燃比の推移を示すタイムチャート図である。
【図８】 ＮＯx還元用燃料添加の直後にフィルタ昇温用の燃料添加が行われたときの排気の空燃比の推移を示すタイムチャート図である。
【図９】 ＮＯx還元用燃料添加の直後にフィルタ昇温用の燃料添加が行われたときの添加量補正後の排気の空燃比の推移を示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
１ａ・・・クランクプーリ
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
４ａ・・・コモンレール圧センサ
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
６ａ・・・ポンププーリ
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・パティキュレートフィルタ
２１・・・排気絞り弁
２４・・・排気温度センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
２８・・・還元剤噴射弁
２９・・・還元剤供給路
３１・・・遮断弁
３３・・・クランクポジションセンサ
３４・・・水温センサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ
Claims (2)
- 流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のＮＯxを吸収し流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤と、
還元剤を添加して前記ＮＯx吸収剤の温度を上昇させる昇温手段と、
還元剤を添加して前記ＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯxを放出させるＮＯx放出手段と、
前記ＮＯx吸収剤の温度の上昇及び前記ＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯxの放出が同時期に実施され、前記昇温手段及び前記ＮＯx放出手段が添加する還元剤の総量が所定期間以内で所定量以上となる場合には、前記昇温手段または前記ＮＯx放出手段の少なくとも一方の還元剤の添加時期を変更するか若しくは少なくとも一方の還元剤の添加量を減量させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記内燃機関の排気浄化装置は、排気中の微粒子を一時捕獲可能なフィルタを備え、前記ＮＯx吸収剤は該フィルタに担持されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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