JP4702162B2

JP4702162B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4702162B2
Application number: JP2006121630A
Authority: JP
Inventors: 光一朗福田; 三樹男井上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-04-26
Also published as: JP2007291970A

Description

本発明は、排気通路に再生式の排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関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℃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理論空燃比よりもリッチ領域に保持することによって実施される。触媒付近の空燃比の制御は排気中に燃料を還元剤として添加することにより、触媒の昇温は還元剤として添加した燃料を触媒にて燃焼させたり、内燃機関の空燃比を理論空燃比よりもリッチにしてシリンダ内に噴射した燃料の一部を触媒にて燃焼させることによってそれぞれ行われる。この際、Ｓ再生を実行する前の内燃機関の運転状態などによっては、Ｓ再生時に触媒温度が過度に上昇するおそれがある。そこで、内燃機関の回転数、内燃機関の負荷、アクセル開度、及び内燃機関が搭載されている車両の速度の内で１つ又は２つ以上を検出し、この検出した内燃機関の回転数、内燃機関の負荷、アクセル開度、及び内燃機関が搭載されている車両の速度の内で１つ又は２つ以上が基準低下度合をより大きい低下度合を示した場合に燃料添加を制限する触媒制御装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２００５−９０２７６号公報特開２００４−２５１１７２号公報

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ再生を行う場合、内燃機関のシリンダに供給する燃料量を変化させるので、Ｓ再生の実行に適した内燃機関の運転状態は限られる。そのため、例えば内燃機関の運転状態が変わり易い運転過渡期などにおいてはＳ再生に適した運転状態になってＳ再生を開始したとしても短時間しかＳ再生が行われないおそれがある。この場合、内燃機関の運転状態が安定してから再度Ｓ再生が実行されるなどＳ再生の回数が増加するので、Ｓ再生で消費する燃料量を増加させるおそれがある。特許文献１の触媒制御装置では、内燃機関の回転数、負荷など複数の判定パラメータに基づいて燃料添加を制御しているが、この制御ではＳ再生の実行時間が不足し、１回のＳ再生で触媒を適切に再生できないおそれがある。そのため、触媒に無駄な燃料添加を行っているおそれがある。

そこで、本発明は、排気浄化触媒への無駄な還元剤添加を抑制し、再生処理にて消費する還元剤の量を低減することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

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再生式の排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の上流から還元剤を添加する還元剤添加手段と、前記内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、前記運転状態取得手段により取得された運転状態が前記排気浄化触媒の再生処理に適した所定の運転領域内の運転状態であることを含む所定の再生実行条件が成立したと判断した場合に前記還元剤添加手段から還元剤を添加させて前記排気浄化触媒の再生処理を実行する触媒再生実行手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒再生実行手段は、前記所定の再生実行条件が成立した場合、前記所定の再生実行条件が成立した時点から所定時間が経過した後の前記内燃機関の運転状態を予測する運転状態予測手段と、前記運転状態予測手段により予測された運転状態に基づいて前記還元剤添加手段の動作を制御する動作制御手段と、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１）。

本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、所定の再生実行条件が成立した時点から所定時間経過後の内燃機関の運転状態を予測し、その予測した運転状態に基づいて還元剤添加手段の動作を制御するので、例えば所定時間経過後の内燃機関の運転状態が所定の運転領域外の場合に燃料の添加を禁止することができる。そのため、排気浄化触媒への無駄な還元剤添加を抑制し、再生処理に使用する還元剤の消費量を低減することができる。

本発明の一形態において、前記運転状態予測手段は、前記所定の再生実行条件が成立した場合、前記所定の再生実行条件が成立した時点までの前記内燃機関の運転状態の履歴に基づいて前記所定の再生実行条件が成立した時点から前記所定時間が経過した後の前記内燃機関の運転状態を予測し、前記動作制御手段は、前記運転状態予測手段により予測された運転状態が前記所定の運転領域外の運転状態の場合、前記還元剤添加手段からの還元剤の添加が制限されるように前記還元剤添加手段の動作を制御してもよい（請求項２）。所定の再生実行条件が成立した時点から所定時間経過後の運転状態が所定の運転領域外の運転状態であると予想された場合、所定時間の間に内燃機関の運転状態が所定の運転領域内の運転状態から所定の運転領域外の運転状態に変化すると予想できる。内燃機関の運転状態がこのように変化する場合、所定の再生実行条件の成立時に還元剤の添加を開始しても排気浄化触媒が適切に再生される前に内燃機関の運転状態が所定の運転領域外に外れ、排気浄化触媒の再生処理が中断されるおそれがある。この場合、再度排気浄化触媒の再生処理を行う必要があり、余分な還元剤を使用するおそれがある。この形態では、所定の再生実行条件が成立した時点から所定時間が経過した後の運転状態が所定の運転領域外の場合、燃料添加を制限するので、無駄な還元剤の消費を抑制できる。

本発明の一形態において、前記運転状態予測手段は、前記所定の運転領域内に互いに重ならないように設定される複数の判定領域と前記内燃機関の運転状態が各判定領域内の運転状態から前記所定の運転領域内の運転状態に維持されると予想される時間である継続時間とを対応づけたマップを記憶する記憶手段を備え、前記動作制御手段は、前記所定の再生実行条件が成立した場合、前記マップを参照して前記所定の再生実行条件が成立した時点における前記内燃機関の運転状態が前記複数の判定領域のうちのいずれの判定領域の運転状態か判定するとともに、その判定結果に基づいて前記継続時間を取得し、前記継続時間が前記所定時間未満の場合に前記還元剤添加手段からの還元剤の添加が制限されるように前記還元剤添加手段の動作を制御してもよい（請求項３）。この形態では、所定の再生実行条件が成立した時点の内燃機関の運転状態に基づいて継続時間を取得するので、継続時間を簡単に取得することができる。また、この継続時間が所定時間未満の場合、言い換えると所定時間の間に内燃機関の運転状態が所定の運転領域外に外れると予想される場合は、還元剤の添加を制限するので、排気浄化触媒への無駄な還元剤添加を抑制できる。

この形態において、前記運転状態予測手段は、前記内燃機関の運転状態が各判定領域の運転状態から前記所定の運転領域内に実際に維持された時間を取得する時間取得手段と、前記時間取得手段により取得された時間に基づいて前記複数の判定領域と前記継続時間との対応関係を修正する学習手段と、を備えていてもよい（請求項４）。この場合、複数の判定領域と継続時間との対応関係を個々の内燃機関の運転履歴を反映した対応関係に更新することができる。これにより、所定の再生実行条件が成立した時点における内燃機関の運転状態に基づいて精度良く継続時間を取得できる。そのため、無駄な還元剤添加をさらに抑制できる。

本発明の一形態において、前記排気浄化触媒は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、前記還元剤添加手段からは還元剤として前記内燃機関の燃料が添加されてもよい（請求項５）。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、Ｓ再生の実行に適した運転状態が限られる。そのため、本発明を適用することにより、無駄な燃料添加を抑制できる。

なお、本発明において吸蔵還元型のＮＯｘ触媒は、ＮＯｘを触媒にて保持できるものであればよく、吸収又は吸着いずれの態様でＮＯｘが保持されるかは吸蔵の用語によって制限されない。

以上に説明したように、本発明によれば、所定の再生実行条件が成立した時点から所定時間が経過した後の内燃機関の運転状態を予測し、この予測した内燃機関の運転状態に応じて還元剤添加を制御するので、排気浄化触媒への無駄な還元剤添加を抑制できる。そのため、排気浄化触媒の再生処理に使用する還元剤の消費量を低減できる。

（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る排気浄化装置が組み込まれた内燃機関を示している。図１の内燃機関（以下、エンジンと呼ぶこともある。）１はディーゼルエンジンであり、車両に走行用動力源として搭載されるもので、複数（図１では４つ）のシリンダ２と、各シリンダ２に接続される吸気通路３及び排気通路４とを備えている。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、及び吸気量調節用の吸気絞り弁７が設けられ、排気通路４には、ターボチャージャ６のタービン６ｂが設けられている。排気通路４のタービン６ｂよりも下流側には排気浄化触媒としての吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と略称することもある。）８を含んだ排気浄化ユニット９と、そのＮＯｘ触媒８の上流に還元剤としての燃料を添加する還元剤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で接続されており、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、ＮＯｘ触媒８の上流に燃料を添加してＮＯｘ触媒８に吸収されたＮＯｘの放出やＮＯｘ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にて制御されている。ＥＣＵ２０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、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に供給される高圧の燃料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ンジン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、例えばエンジン１の運転状態に基づいてインジェクタ３０から噴射すべき燃料量を算出し、この算出した燃料量が噴射されるようにインジェクタ３０の動作を制御する。以下、この制御を通常制御と呼ぶこともある。また、ＥＣＵ２０は、例えばＮＯｘ触媒８のＳ再生を行う場合、ＮＯｘ触媒８をＳ再生時の目標温度に昇温すべくエンジン１に吸入される空気量とインジェクタ３０から噴射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ッチになるようにインジェクタ３０の動作を制御する。以下、このように空燃比を理論空燃比よりもリッチに制御することを空燃比リッチ制御と呼ぶ。ＥＣＵ２０には、このような制御において参照されるべき各種の物理量又は状態量の検出手段として、エンジン１のクランク角に対応した信号を出力するクランク角センサ２１などの各種のセンサが接続されている。

図２は、ＥＣＵ２０がＮＯｘ触媒８のＳ再生を行うために実行するＳ再生制御ルーチンを示している。図２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。なお、図２の制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ２０は本発明の触媒再生実行手段として機能する。

図２の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、まずステップＳ１１で現在のエンジン１の回転数Ｎ及び現在インジェクタ３０から噴射された燃料噴射量Ｑを取得する。なお、本発明ではこれら回転数Ｎ及び燃料噴射量Ｑにてエンジン１の運転状態を特定するので、これらのことをエンジン１の運転状態と呼ぶこともある。続くステップＳ１２においてＥＣＵ２０は、エンジン１の運転状態の履歴を更新する。ＥＣＵ２０のＲＡＭには、現在までのエンジン１の回転数及び燃料噴射量が予め設定した所定の時間間隔（例えば０．１秒間隔）毎に、複数（例えば２０個）記憶されている。この処理では、前回エンジン１の運転履歴を更新してから所定の時間間隔が経過した場合に、これらＥＣＵ２０に記憶されているエンジン１の運転状態のうち最も古いものをクリアするととともに、ステップＳ１１で取得した現在のエンジン１の回転数Ｎ及び燃料噴射量Ｑを最も新しい運転状態としてＥＣＵ２０に記憶させる。このようにしてエンジン１の運転履歴を更新する。なお、所定の時間間隔及びＥＣＵ２０に記憶させる運転履歴の個数は、ＥＣＵ２０の性能などに応じて適宜変更してよい。

次のステップＳ１３においてＥＣＵ２０は、ＮＯｘ触媒８のＳ再生が要求されているか否か判断する。ＮＯｘ触媒８のＳ再生は、ＮＯｘ触媒８のＳ被毒量が予め設定した所定量以上の場合に要求される。なお、ＮＯｘ触媒８のＳ被毒量は周知の推定方法によって推定すればよい。例えば、インジェクタ３０から噴射した燃料量などに基づいて推定されるＮＯｘ触媒８に流入した硫黄（Ｓ）量、及びＳ再生時に燃料添加弁１０から添加された燃料量に基づいて推定されるＮＯｘ触媒８から放出したＳ量を加減算してＳ被毒量を推定する。

ＮＯｘ触媒８のＳ再生が要求されていると判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ２０は現在のエンジン１の運転状態が空燃比リッチ制御の実行に適した所定の運転領域（以下、Ｓ再生運転領域と呼ぶ。）内の運転状態か否か判断する。空燃比リッチ制御の実行に適した運転状態は限られている。例えば、アイドル運転時、インジェクタ３０からの燃料噴射を停止する燃料カット運転時、急加速時、急減速時などに空燃比リッチ制御を行うとエンジン１の出力などが不安定になるおそれがあるため、これらの運転状態では通常制御が行われる。図３は、エンジン１の回転数及び燃料噴射量とＳ再生運転領域との関係の一例を示している。なお、図３において回転数Ｎ１、Ｎ２及び燃料噴射量Ｑ１、Ｑ２にて特定される領域ＡがＳ再生運転領域である。図３の関係は、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。ＥＣＵ２０は、このマップと現在のエンジン１の運転状態とに基づいてエンジン１の運転状態がＳ再生運転領域内の運転状態か否か判断する。

現在のエンジン１の運転状態がＳ再生運転領域内の運転状態と判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ２０は現在から所定時間後、例えばｔ秒後のエンジン１の運転状態、すなわち現在からｔ秒後のエンジン回転数Ｎ［ｔ］、及び現在からｔ秒後の燃料噴射量Ｑ［ｔ］を予測する。なお、このｔ秒には、ＮＯｘ触媒８に対してＳ再生を行った場合にこのＳ再生処理がＮＯｘ触媒８に対して有効に作用する時間、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（以下、最低リッチ添加時間と呼ぶこともある。）が設定される。このような最低リッチ添加時間には、例えば２秒が設定される。図４を参照して現在からｔ秒後のエンジン１の回転数Ｎ［ｔ］を予測する方法について説明する。図４は、エンジン１の回転数の時間変化の一例を示しており、図４の線Ｌがｔ秒前から現在までのエンジン１の回転数の変化を示している。また、図４の回転数Ｎ１と回転数Ｎ２とに挟まれた範囲ＢがＳ再生運転領域を示している。図４の線Ｌに示したようにエンジン１の回転数が変化した場合、エンジン１の回転数は、ｔ秒前から現在までに現在の回転数Ｎからｔ秒前の回転数Ｎ［−ｔ］を引いた値である回転数差ΔＮ変化している。そのため、現在からｔ秒後には、エンジン１の回転数が現在の回転数Ｎに回転数差ΔＮを加えた回転数Ｎ［ｔ］になると予測できる。すなわち、現在までのｔ秒間の間にエンジン１の回転数が図４の矢印Ａ１に示したように変化したので、現在からｔ秒後は図４の矢印Ａ２に示したように変化すると予測できる。このようにしてｔ秒後のエンジン１の回転数Ｎ［ｔ］を予測する。ｔ秒後の燃料噴射量Ｑ［ｔ］も同様にｔ秒前から現在までの燃料噴射量の時間変化に基づいて予測する。図３にエンジン１の運転状態の変化の一例を示す。なお、図３の点Ｐ［−ｔ］がｔ秒前のエンジン１の運転状態を、点Ｐが現在の運転状態を、点Ｐ［ｔ］がｔ秒後のエンジン１の運転状態をそれぞれ示している。

続くステップＳ１６においてＥＣＵ２０は、予測したｔ秒後のエンジン１の運転状態が図３のＳ再生運転領域内の運転状態か否か判断する。言い換えると、現在からｔ秒後のエンジン回転数Ｎ［ｔ］と現在からｔ秒後の燃料噴射量Ｑ［ｔ］とによって図３上に特定される位置がＳ再生領域内か否か判断する。予測したエンジン１の運転状態がＳ再生運転領域内の運転状態と判断した場合はステップＳ１７に進み、ＥＣＵ２０は空燃比リッチ制御を行うとともに、ＮＯｘ触媒８付近の空燃比が理論空燃比よりもリッチに保持されるように燃料添加弁１０から燃料を添加してＮＯｘ触媒８のＳ再生を実行する。なお、既にＳ再生が実行中の場合は、そのＳ再生を継続して実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、予測したエンジン１の運転状態が図３のＳ再生運転領域外の運転状態と判断した場合はステップＳ１８に進み、ＥＣＵ２０は通常制御を行うととともに、燃料添加弁１０からの燃料の添加を制限してＳ再生を中止する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。なお、この処理では、燃料添加弁１０から燃料が添加されないように、すなわち添加燃料量が０になるように燃料添加を制限してもよい。また、Ｓ再生の途中でエンジン１の運転状態がＳ再生運転領域外の運転状態に変化した場合はＮＯｘ触媒８の温度がＳ再生時の目標温度に維持可能な程度の量の燃料が添加されるように燃料添加を制限してもよい。

ステップＳ１３で否定判断した場合、又はステップＳ１４で否定判断した場合はステップＳ１９に進み、ＥＣＵ２０はインジェクタ３０の通常制御を行うとともに、燃料添加弁１０からの燃料添加が停止されるように燃料添加弁１０の動作を制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図２の制御ルーチンでは、ｔ秒後のエンジン１の運転状態を予測し、この予測した運転状態がＳ再生運転領域内の運転状態の場合にＳ再生を実施し、Ｓ再生運転領域外の運転状態の場合はＳ再生を中止するので、無駄な燃料添加を抑制できる。そのため、Ｓ再生に消費される燃料量を低減できる。

なお、ＥＣＵ２０は、図２のステップＳ１１の処理を実行することにより本発明の運転状態取得手段として機能し、図２のステップＳ１５の処理を実行することにより本発明の運転状態予測手段として機能する。また、図２のステップＳ１７及びＳ１８の処理を実行することにより本発明の動作制御手段として機能する。

（第２の形態）
次に図５及び図６を参照して本発明の排気浄化装置の第２の形態を説明する。この形態は、Ｓ再生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５は、第２の形態に係るＳ再生制御ルーチンを示したフローチャートであり、図６は図５の制御ルーチンで使用するマップの一例を示している。

まず、図６を参照して本形態におけるエンジン１の運転状態の予測方法について説明する。図６は、第１の形態の図３と同様にエンジン１の回転数及び燃料噴射量とＳ再生運転領域との関係の一例を示している。図６に一例を示したようにＳ再生運転領域Ａには互いに重ならないように複数の判定領域Ｍが設定され、各判定領域Ｍには平均継続時間Ｔがそれぞれ設定されている。なお、図６に示したように各判定領域Ｍにはそれぞれ判定領域番号Ｍ［１］、Ｍ［２］、…、Ｍ［ｎ］を付して互いに区別する。図６の各判定領域Ｍ内の数字は、それぞれ各判定領域Ｍに設定された平均継続時間Ｔを示している。平均継続時間Ｔは、エンジン１の運転状態が各判定領域Ｍの運転状態になった時点を開始時刻とし、その後エンジン１の運転状態がＳ再生運転領域Ａ内の運転状態に維持されると予想される時間の平均値である。例えば、エンジン１の運転状態が図６の判定領域Ｍ［７］の運転状態になった場合、すなわちエンジン１の運転状態が図６の点Ｐ１１になった場合、その後エンジン１の運転状態は１．８秒間、Ｓ再生運転領域Ａ内の運転状態に維持されると予想される。そのため、この場合、１．８秒後までエンジン１の運転状態がＳ再生運転領域内の運転状態であると予測される。従って、この場合、最低リッチ添加時間である２秒後のエンジン１の運転状態は、Ｓ再生運転領域外の運転状態と予測できる。なお、図６に一例を示した関係は、例えば予め実験などにより求めてＥＣＵ２０に記憶させておく。

このようにエンジン１の運転状態を予測し、この予測したエンジン１の運転状態に基づいてＳ再生の制御を行うべくＥＣＵ２０は図５の制御ルーチンをエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する。なお、図５において図２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５の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、まずステップＳ１１で現在のエンジン１の運転状態である回転数Ｎ及び燃料噴射量Ｑを取得する。続くステップＳ１３においてＥＣＵ２０は、ＮＯｘ触媒８のＳ再生が要求されているか否か判断する。Ｓ再生が要求されていると判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ２０は現在のエンジン１の運転状態がＳ再生運転領域内の運転状態か否か判断する。現在のエンジン１の運転状態がＳ再生運転領域内の運転状態であると判断した場合はステップＳ２１に進み、ＥＣＵ２０は前回図５の制御ルーチンを実行したときに取得してＥＣＵ２０のＲＡＭに記憶させた前回回転数Ｎｏｌｄ及び前回燃料噴射量Ｑｏｌｄを使用して前回この制御ルーチンを実行したときのエンジン１の運転状態（以下、前回運転状態と呼ぶこともある。）がＳ再生運転領域内の運転状態であったか否か判断する。なお、前回回転数Ｎｏｌｄ及び前回燃料噴射量Ｑｏｌｄの取得については後述のステップＳ３１で説明する。前回運転状態がＳ再生運転領域内の運転状態であったと判断した場合はステップＳ２２をスキップしてステップＳ２３に進む。一方、前回運転状態がＳ再生運転領域外の運転状態であったと判断した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ２０は現在のエンジン１の運転状態がＳ再生運転領域Ａ内に設定した複数の判定領域Ｍのいずれの判定領域Ｍ内の運転状態か判断するとともに、その判定領域Ｍの判定領域番号である開始判定領域番号Ｍｓを取得する。判定領域Ｍの判断及び判定領域番号の取得は図６のマップを参照して行う。取得した開始判定領域番号Ｍｓは、ＥＣＵ２０のＲＡＭに記憶され、次回この制御ルーチンが実行されたときに使用される。その後ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３においてＥＣＵ２０は、実際にエンジン１の運転状態がＳ再生運転領域内の運転状態に維持された時間を計測していることを示す計時フラグがオンか否か判断する。計時フラグがオンと判断した場合はステップＳ２４及びＳ２５をスキップしてステップＳ２６に進む。一方、計時フラグがオフと判断した場合はステップＳ２４に進み、ＥＣＵ２０は計時フラグをオンに切り替える。次のステップＳ２５においてＥＣＵ２０は、実際にエンジン１の運転状態がＳ再生運転領域内の運転状態に維持された時間を計時するためのタイマの値を初期値０にセットし、その初期値からタイマカウントを開始する。

次のステップＳ２６においてＥＣＵ２０は、現在のエンジン１の運転状態に基づいて平均継続時間Ｔを取得する。この平均継続時間Ｔの取得は図６のマップを参照して行う。続くステップＳ２７においてＥＣＵ２０は、取得した平均継続時間Ｔが最低リッチ添加時間以上か否か判断する。最低リッチ添加時間としては、第１の形態と同様に例えば２秒が設定される。平均継続時間Ｔが最低リッチ添加時間以上と判断した場合はステップＳ１７に進み、ＥＣＵ２０はＮＯｘ触媒８のＳ再生を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、平均継続時間Ｔが最低リッチ添加時間未満と判断した場合はステップＳ１８に進み、ＥＣＵ２０はＳ再生を中止する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

ステップＳ１３で否定判定した場合、又はステップＳ１４で否定判定した場合はステップＳ２８に進み、ＥＣＵ２０は計時フラグがオンか否か判断する。計時フラグがオフと判断した場合はステップＳ２９及びＳ３０をスキップしてステップＳ３１に進む。一方、計時フラグがオンと判断した場合はステップＳ２９に進み、ＥＣＵ２０はＥＣＵ２０に記憶されている開始判定領域番号Ｍｓとタイマの現在値とに基づいて開始判定領域番号Ｍｓに設定されている平均継続時間Ｔを修正する。具体的には、例えば開始判定領域番号Ｍｓに設定されていた平均継続時間Ｔが２．０秒であり、タイマの値が２．５秒であった場合、平均継続時間Ｔは２．０秒と２．５秒との間の時間、例えば２．２秒に修正される。なお、平均継続時間を修正する際の修正幅は、その平均継続時間の修正回数に応じて変化させてよく、例えば修正回数が多いほど修正幅を小さくする。続くステップＳ３０においてＥＣＵ２０は、計時フラグをオフに切り替える。

次のステップＳ３１においてＥＣＵ２０は、現在のエンジン１の回転数Ｎを前回回転数Ｎｏｌｄに、現在のエンジン１の燃料噴射量Ｑを前回燃料噴射量Ｑｏｌｄにそれぞれ代入する。なお、前回回転数Ｎｏｌｄ及び前回燃料噴射量Ｑｏｌｄは、制御ルーチンが終了した後もＥＣＵ２０のＲＡＭに記憶され、次に図５の制御ルーチンが実行された際に使用される。続くステップＳ１９においてＥＣＵ２０は、インジェクタ３０の通常制御を行うとともに、燃料添加弁１０からの燃料添加を停止する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図５の制御ルーチンでは、エンジン１がＳ再生運転領域内の運転状態に維持されると予想される平均継続時間Ｔを予測し、その予測した平均継続時間Ｔが最低リッチ添加時間以上の場合にＳ再生を実行し、平均継続時間Ｔが最低リッチ添加時間未満の場合はＳ再生を中止するので、無駄な燃料添加を抑制できる。そのため、Ｓ再生に消費される燃料量を低減できる。

また、図５のステップＳ２３〜Ｓ２５、及びステップＳ２８〜Ｓ３０の処理を実行し、各判定領域Ｍに設定されている平均継続時間Ｔを修正するので、各判定領域Ｍと平均継続時間Ｔとの対応関係を個々のエンジン１の運転履歴を反映した対応関係に修正することができる。そのため、運転者の癖などを各判定領域Ｍと平均継続時間Ｔとの対応関係に反映させ、平気継続時間Ｔの予測精度をさらに向上させることができる。従って、無駄な燃料添加をさらに抑制し、Ｓ再生に消費される燃料量をさらに低減できる。

図６においては、Ｓ再生運転領域中に略同一の大きさの複数の判定領域を設定したが、各判定領域の大きさは同一でなくてもよい。また、判定領域の形状も図６に示した格子状に限定されない。複数の判定領域は、Ｓ再生運転領域に互いに重ならないように設定されていれば、個々のエンジン１の運転履歴を反映し易い大きさ、及び形状に適宜変更してよい。

ＥＣＵ２０は、図６に示した関係をマップとして記憶することにより、本発明の記憶手段として機能し、図５のステップＳ２３〜Ｓ２５及びステップＳ２８〜Ｓ３０の処理を実行し、各判定領域Ｍと平均継続時間Ｔとの対応関係を修正することにより、本発明の学習手段として機能する。また、図５のステップＳ２３〜Ｓ２５及びＳ２８、Ｓ２９の処理を実行することにより、本発明の時間取得手段として機能する。

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。

排気浄化ユニットに設けられる排気浄化手段は、担体に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持させたものに限定されない。例えばパティキュレートを捕集するためのフィルタ基材に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒物質を担持させたものを設けてもよい。また、本発明が適用される排気浄化触媒は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に限定されない。本発明は、再生式であり、かつその再生に適したエンジンの運転状態が限られる種々の排気浄化触媒に適用できる。このような排気浄化触媒に本発明を適用することにより、無駄な再生処理を抑制することができる。

本発明の排気浄化装置が組み込まれた内燃機関を示す図。本発明の第１の形態に係るＳ再生制御ルーチンを示すフローチャート。エンジンの回転数及び燃料噴射量とＳ再生運転領域との関係の一例を示す図。エンジンの回転数の時間変化の一例を示す図。本発明の第２の形態に係るＳ再生制御ルーチンを示すフローチャート。エンジンの回転数及び燃料噴射量と各判定領域との関係の一例、及び各判定領域と平均継続時間との関係の一例を示す図。

符号の説明

１内燃機関
４排気通路
８吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（排気浄化触媒）
１０燃料添加弁（還元剤添加手段）
２０エンジンコントロールユニット（運転状態取得手段、触媒再生実行手段、運転状態予測手段、動作制御手段、記憶手段、時間取得手段、学習手段）

Claims

内燃機関の排気通路に設けられた再生式の排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の上流から還元剤を添加する還元剤添加手段と、前記内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、前記運転状態取得手段により取得された運転状態が前記排気浄化触媒の再生処理に適した所定の運転領域内の運転状態であることを含む所定の再生実行条件が成立したと判断した場合に前記還元剤添加手段から還元剤を添加させて前記排気浄化触媒の再生処理を実行する触媒再生実行手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記触媒再生実行手段は、前記所定の再生実行条件が成立した場合、前記所定の再生実行条件が成立した時点から所定時間が経過した後の前記内燃機関の運転状態を予測する運転状態予測手段と、前記運転状態予測手段により予測された運転状態に基づいて前記還元剤添加手段の動作を制御する動作制御手段と、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。
前記運転状態予測手段は、前記所定の再生実行条件が成立した場合、前記所定の再生実行条件が成立した時点までの前記内燃機関の運転状態の履歴に基づいて前記所定の再生実行条件が成立した時点から前記所定時間が経過した後の前記内燃機関の運転状態を予測し、
前記動作制御手段は、前記運転状態予測手段により予測された運転状態が前記所定の運転領域外の運転状態の場合、前記還元剤添加手段からの還元剤の添加が制限されるように前記還元剤添加手段の動作を制御す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。
前記運転状態予測手段は、前記所定の運転領域内に互いに重ならないように設定される複数の判定領域と前記内燃機関の運転状態が各判定領域内の運転状態から前記所定の運転領域内の運転状態に維持されると予想される時間である継続時間とを対応づけたマップを記憶する記憶手段を備え、
前記動作制御手段は、前記所定の再生実行条件が成立した場合、前記マップを参照して前記所定の再生実行条件が成立した時点における前記内燃機関の運転状態が前記複数の判定領域のうちのいずれの判定領域の運転状態か判定するとともに、その判定結果に基づいて前記継続時間を取得し、前記継続時間が前記所定時間未満の場合に前記還元剤添加手段からの還元剤の添加が制限されるように前記還元剤添加手段の動作を制御す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。
前記運転状態予測手段は、前記内燃機関の運転状態が各判定領域の運転状態から前記所定の運転領域内に実際に維持された時間を取得する時間取得手段と、前記時間取得手段により取得された時間に基づいて前記複数の判定領域と前記継続時間との対応関係を修正する学習手段と、を備えてい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。
前記排気浄化触媒は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、前記還元剤添加手段からは還元剤として前記内燃機関の燃料が添加されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。