JP4738364B2 - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排ガス浄化装置に関し、特に、内燃機関の排気系に設けられ、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排ガス浄化装置に関する。

従来のこの種の内燃機関の排ガス浄化装置、例えば、ディーゼルエンジン（以下「エンジン」という）の排ガス浄化装置として、特許文献１に開示されたものが知られている。この排ガス浄化装置では、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉能力を回復させ、ＮＯｘ触媒を再生するために、ＮＯｘ触媒に堆積したＳＯｘを還元し、放出させるための再生動作が、次のようにして実行される。すなわち、膨張行程中または排気行程中に燃料噴射弁から燃料を噴射するポスト噴射を実行するとともに、このポスト噴射による燃料量やＥＧＲガス量などを制御することによって、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘの還元に適した所定温度以上に保持する。その状態で、排気管に設けられた還元剤添加弁を制御することによって、ＮＯｘ触媒へのＳＯｘ還元用の燃料の供給・中断を繰り返し行う。これにより、還元剤添加弁から供給された燃料の燃焼によるＮＯｘ触媒の過熱を防止するようにしている。

上述したように、従来の排ガス浄化装置では、ＳＯｘ還元用の燃料の供給を中断するので、ＮＯｘ触媒に堆積したＳＯｘを完全に放出させるためには、燃料供給を中断した分、再生動作の実行時間を長く設定しなければならない。しかし、従来の排ガス浄化装置では、再生動作の実行中、ＮＯｘ触媒の温度を所定温度に制御するために、エンジンの出力に寄与しないポスト噴射を実行するので、上記のように再生動作の実行時間を長く設定すると、その分、このポスト噴射による燃料量が多くなり、燃費が悪化してしまう。また、還元剤添加弁による燃料の供給とＮＯｘ触媒の温度を制御するためのＥＧＲガス量の制御とが、相互に関与せずに並行して行われるので、ＥＧＲガス量がエンジンの負荷とは無関係に過大または過小に制御される場合があり、その場合には、排ガス特性の悪化や、エンジンの所望の出力が得られないことによるドライバビリティの悪化を招いてしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、再生動作を短時間で終了させることができ、それにより、良好な燃費を確保することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

特開２００３−１６６４１５号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る内燃機関３の排ガス浄化装置１は、内燃機関３の排気系（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管５）に設けられ、内燃機関３から排出された排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ触媒１６と、ＮＯｘ触媒１６に堆積したＳＯｘを還元し、放出させるための再生動作を実行する再生動作実行手段（ＥＣＵ２、ステップ２〜１４）と、を備え、再生動作実行手段は、内燃機関３の動作を制御するための制御パラメータ（主噴射量ＱＩＮＪ、主噴射時期ＴＩＮＪ、目標噴射圧力ＰＲＡＩＬＣＭＤ、目標過給圧ＰＳＣＭＤ、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤ、ポスト噴射量ＱＰＯＳＴ）を、排ガスを所定の還元状態（還元濃度Ａ／ＥＧＲＥＦ）に制御可能で、かつＮＯｘ触媒１６の温度（触媒温度ＴＬＮＣ）を所定の目標温度ＴＣＭＤを含む所定の目標温度範囲（第１目標温度ＴＣＭＤＨ、第２目標温度ＴＣＭＤＬ）に制御可能な第１所定値（第１目標値ＱＩＮＪＣＭＤ１、ＴＩＮＪＣＭＤ１、ＰＲＡＩＬＣＭＤ１、ＰＳＣＭＤ１、ＴＨＣＭＤ１、ＱＰＯＳＴＣＭＤ１）に設定する第１再生動作実行手段（ＥＣＵ２、ステップ２１〜２６）と、制御パラメータを、排ガスを所定の還元状態に制御可能で、かつＮＯｘ触媒１６の温度を目標温度範囲よりも高い温度に制御可能な第２所定値（第２目標値ＱＩＮＪＣＭＤ２、ＴＩＮＪＣＭＤ２、ＰＲＡＩＬＣＭＤ２、ＰＳＣＭＤ２、ＴＨＣＭＤ２、ＱＰＯＳＴＣＭＤ２）に設定する第２再生動作実行手段（ＥＣＵ２、ステップ３１〜３６）と、制御パラメータを、排ガスを所定の還元状態に制御可能で、かつＮＯｘ触媒１６の温度を目標温度範囲よりも低い温度に制御可能な第３所定値（第３目標値ＱＩＮＪＣＭＤ３、ＴＩＮＪＣＭＤ３、ＰＲＡＩＬＣＭＤ３、ＰＳＣＭＤ３、ＴＨＣＭＤ３、ＱＰＯＳＴＣＭＤ３）に設定する第３再生動作実行手段（ＥＣＵ２、ステップ４１〜４６）と、を有し、ＮＯｘ触媒１６の温度を検出する触媒温度検出手段（ＮＯｘ触媒温度センサ３５）と、再生動作実行手段として、検出されたＮＯｘ触媒１６の温度が目標温度範囲にあるときに第１再生動作実行手段を、目標温度範囲よりも低いときに第２再生動作実行手段を、目標温度範囲よりも高いときに第３再生動作実行手段を、それぞれ選択する再生動作選択手段（ＥＣＵ２、ステップ４、５）と、をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、第１再生動作実行手段により、内燃機関を制御するための制御パラメータを、排ガスを所定の還元状態に制御可能で、かつＮＯｘ触媒の温度（以下「触媒温度」という）を目標温度範囲に制御可能な第１所定値に設定することによって、ＮＯｘ触媒に堆積したＳＯｘを還元し、放出させるための再生動作（以下「第１再生動作」という）が実行される。また、第２再生動作実行手段により、制御パラメータを、排ガスを所定の還元状態に制御可能で、かつ触媒温度を目標温度範囲よりも高い温度に制御可能な第２所定値に設定することによって、再生動作（以下「第２再生動作」という）が実行される。さらに、第３再生動作実行手段により、制御パラメータを、排ガスを所定の還元状態に制御可能で、かつ触媒温度を目標温度範囲よりも低い温度に制御可能な第３所定値に設定することによって、再生動作（以下「第３再生動作」という）が実行される。また、再生動作実行手段として、検出された触媒温度が目標温度範囲にあるときには第１再生動作実行手段が、目標温度範囲よりも低いときには第２再生動作実行手段が、目標温度範囲よりも高いときには第３再生動作実行手段が、再生動作選択手段によってそれぞれ選択される。

このように、触媒温度＜目標温度範囲のときに、第２再生動作の実行により触媒温度を上昇させ、触媒温度＞目標温度範囲のときに、第３再生動作の実行により触媒温度を低下させるとともに、触媒温度が目標温度範囲にあるときに、第１再生動作の実行により触媒温度を目標温度範囲に維持しようとするので、触媒温度を目標温度範囲付近に制御できる。また、第１〜第３の所定値はいずれも、排ガスを所定の還元状態に制御可能に設定されているので、上記のように触媒温度を目標温度範囲付近に制御しながら、排ガスを所定の還元状態に制御することができる。したがって、ＮＯｘ触媒に堆積したＳＯｘを還元し、放出させることができ、ＮＯｘ触媒を適切に再生することができる。

また、このように触媒温度を目標温度範囲付近に制御でき、それにより、ＮＯｘ触媒が過熱することがないので、ＮＯｘ触媒の過熱を防止するために再生動作を中断する必要がなく、再生動作を連続的に行える。したがって、触媒温度を維持するためのポスト噴射と還元剤添加弁からの燃料の供給・中断を行う従来の場合と比較して、再生動作を短時間で終了させることができ、それにより、燃費を向上させることができる。

一方、例えば、排ガスおよび触媒温度を還元状態および目標温度にそれぞれ制御するための所定のフィードバック（以下「Ｆ／Ｂ」という）制御アルゴリズムにより制御パラメータを随時、算出することによって、排ガスの還元状態および触媒温度をＦ／Ｂ制御する場合には、両Ｆ／Ｂ制御の干渉によって、排ガスおよび触媒温度を適切に制御できないことがあるとともに、演算負荷が過大になってしまう。以下、このようなＦ／Ｂ制御を「制御パラメータ算出型Ｆ／Ｂ制御」という。

本発明によれば、上記の制御パラメータ算出型Ｆ／Ｂ制御は行わずに、上述したようにあらかじめ設定された第１〜第３の所定値に制御パラメータをそれぞれ設定する第１〜第３の再生動作を、触媒温度と目標温度範囲との関係に応じて使い分ける。したがって、上記のようなＦ／Ｂ制御相互の干渉を生じることなく、排ガスおよび触媒温度を、所定の還元状態および目標温度範囲付近にそれぞれ適切に制御できるとともに、制御パラメータを容易に求めることができ、演算負荷を抑えることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、内燃機関３の運転状態（エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤ）と第１〜第３の所定値との関係をそれぞれ記憶する所定値記憶手段（ＥＣＵ２、図８〜図２５）と、内燃機関３の運転状態を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ３１、ＥＣＵ２）と、再生動作選択手段で選択された再生動作実行手段で用いられる所定値を、所定値記憶手段に記憶された関係に基づき、検出された内燃機関３の運転状態に応じて設定する所定値設定手段（ＥＣＵ２、ステップ２１〜２６、３１〜３６、４１〜４６）と、をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関の運転状態と第１〜第３の所定値との関係が、所定値記憶手段によって記憶されており、選択された再生動作実行手段で用いられる所定値が、この所定値記憶手段に記憶された上記の関係に基づき、検出された内燃機関の運転状態に応じて設定される。したがって、第１〜第３の所定値を、内燃機関の運転状態に適した値にあらかじめ設定し、記憶しておくことによって、再生動作の実行中、内燃機関の実際の運転状態に適した所定値に制御パラメータを設定することができ、それにより、良好な排ガス特性およびドライバビリティを確保することができる。

一方、例えば、触媒温度と目標温度範囲との関係に応じ、第２および第３の再生動作実行手段のみを用いて再生動作を行う場合、触媒温度を目標温度範囲付近に制御するためには、再生動作実行手段が、第２再生動作実行手段と第３再生動作実行手段の間で頻繁に切り換えられるため、ドライバビリティや排ガス特性が不安定になってしまう。本発明によれば、第２および第３の再生動作実行手段に加え、触媒温度を目標温度範囲に制御可能な第１再生動作実行手段を用いることによって、触媒温度が目標温度範囲にある限り、第１再生動作が継続して行われるので、再生動作実行手段の切換を抑制でき、それにより、安定した良好なドライバビリティや排ガス特性を確保することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、第２再生動作実行手段または第３再生動作実行手段が選択されたときに、ＮＯｘ触媒１６の温度と目標温度ＴＣＭＤとの偏差（温度偏差ＴＤ）が大きいほど、第２再生動作実行手段または第３再生動作実行手段による再生動作の実行時間（第１実行時間ＴＭＲ１、第２実行時間ＴＭＲ２）をより長い時間に設定する実行時間設定手段（ＥＣＵ２、ステップ８、９、１２、１３）をさらに備え、再生動作選択手段は、設定された第２再生動作実行手段または第３再生動作実行手段による再生動作の実行時間が経過する（ステップ２：ＹＥＳ、ステップ３：ＹＥＳ）まで、そのときの選択結果を保持することを特徴とする。

この構成によれば、選択された第２または第３の再生動作の実行時間が、実行時間設定手段によって設定されるとともに、その実行時間が経過するまでは、そのときの再生動作選択手段による選択結果が保持され、第２または第３の再生動作が継続して実行される。また、上記の実行時間が、触媒温度と目標温度との偏差が大きいほど、より長い時間に設定されるので、触媒温度を十分に上昇または低下させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、制御パラメータは、内燃機関３に供給される燃料の噴射時期（主噴射時期ＴＩＮＪ）、燃料の噴射圧力（目標噴射圧力ＰＲＡＩＬＣＭＤ）、内燃機関３の吸入空気の過給圧（目標過給圧ＰＳＣＭＤ）、および吸入空気量ＱＡを調整するスロットル弁の開度（目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤ）の少なくとも１つを含み、第２所定値は、第１所定値と比較して、少なくとも１つの制御パラメータが噴射時期のときにはより遅角側に設定され（図１５）、燃料の噴射圧力、過給圧またはスロットル弁の開度のときには、より小さい側に設定されている（図１６、図１７、図１８）ことを特徴とする。

燃料の噴射時期および噴射圧力は燃料に関するパラメータ、過給圧およびスロットル弁開度は吸入空気に関するパラメータであり、これらの燃料および吸入空気の燃焼によって排ガスが生成されるので、噴射時期、噴射圧力、過給圧、およびスロットル弁の開度はいずれも、排ガスの還元状態および触媒温度に対して高い相関性を有している。本発明によれば、制御パラメータとして、これらの噴射時期、噴射圧力、過給圧、およびスロットル弁の開度の少なくとも１つが用いられるので、排ガスおよび触媒温度を、所定の還元状態および目標温度範囲付近にそれぞれより適切に制御することができる。

また、噴射時期が遅角側であるほど、供給した燃料の燃焼のピークが排気行程側にずれることによって、燃焼したガスが、気筒内でほとんど冷やされずに排出され、排ガスの温度が高くなるので、触媒温度がより高められる。さらに、噴射圧力が小さいほど、供給した燃料の霧化の度合が低いことによって、燃焼のピークが排気行程側にずれるので、触媒温度がより高められる。また、過給圧が小さいほど、または、スロットル弁開度が小さいほど、吸入空気量が小さくなり、内燃機関に供給される混合気の空燃比がリッチ側にずれることによって、ＮＯｘ触媒を含む排気系で燃焼する未燃燃料が多くなるので、触媒温度がより高められる。

本発明によれば、第２再生動作において制御パラメータとして用いられる第２所定値を、第１再生動作における第１所定値よりも、制御パラメータが噴射時期のときには遅角側に設定し、噴射圧力、過給圧またはスロットル弁の開度のときには小さい側に設定するので、第２再生動作において、触媒温度を目標温度範囲よりも高い温度に適切に制御することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、制御パラメータは、内燃機関３に供給される燃料の噴射時期、燃料の噴射圧力、内燃機関３の吸入空気の過給圧、および吸入空気量ＱＡを調整するスロットル弁の開度の少なくとも１つを含み、第３所定値は、第１所定値と比較して、少なくとも１つの制御パラメータが噴射時期のときにはより進角側に設定され（図２１）、燃料の噴射圧力、過給圧またはスロットル弁の開度のときには、より大きい側に設定されている（図２２、図２３、図２４）ことを特徴とする。

この構成によれば、請求項４と同様、制御パラメータとして、噴射時期、噴射圧力、過給圧、およびスロットル弁の開度の少なくとも１つが用いられるので、排ガスおよび触媒温度を、所定の還元状態および目標温度範囲付近にそれぞれより適切に制御することができる。また、請求項４の場合とは逆に、第３所定値を、第１所定値よりも、制御パラメータが噴射時期のときには進角側に設定し、噴射圧力、過給圧またはスロットル弁の開度のときには大きい側に設定するので、第３再生動作において、触媒温度を目標温度範囲よりも低い温度に適切に制御することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態による排ガス浄化装置１を、これを適用した内燃機関３とともに概略的に示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、例えば、車両（図示せず）に搭載された、直列４気筒型（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。

エンジン３の各気筒のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂの間には、燃焼室３ｃが形成されている。シリンダヘッド３ｂには、吸気管４および排気管５（排気系）が接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が、燃焼室３ｃに臨むように取り付けられている。

インジェクタ６は、燃焼室３ｃの天壁中央部に配置されており、コモンレール（図示せず）を介して、高圧ポンプ６ａおよび燃料タンク（図示せず）に順に接続されている。高圧ポンプ６ａは、燃料タンクの燃料を、高圧に昇圧した後、コモンレールを介してインジェクタ６に送り、インジェクタ６はこの燃料を燃焼室３ｃに噴射する。燃料の噴射圧力ＰＲＡＩＬは、その目標噴射圧力ＰＲＡＩＬＣＭＤが後述するＥＣＵ２により設定され、それに基づく駆動信号が高圧ポンプ６ａに入力されることによって、目標噴射圧力ＰＲＡＩＬＣＭＤになるように制御される（図２参照）。また、噴射圧力ＰＲＡＩＬは、コモンレールに設けられた燃料圧センサ３０によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。また、インジェクタ６の開弁時間および開閉弁タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御され、それにより、燃料噴射量および噴射時期がそれぞれ制御される。

また、エンジン３のクランクシャフト３ｄには、マグネットロータ３１ａが取り付けられており、このマグネットロータ３１ａとＭＲＥピックアップ３１ｂによって、クランク角センサ３１（運転状態検出手段）が構成されている。クランク角センサ３１は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。

エンジン３には、過給装置７が設けられており、過給装置７は、ターボチャージャで構成された過給機８と、これに連結されたアクチュエータ９と、ベーン開度制御弁１０を備えている。

過給機８は、吸気管４に設けられた回転自在のコンプレッサブレード８ａと、排気管５に設けられた回転自在のタービンブレード８ｂおよび複数の回動自在の可変ベーン８ｃ（２つのみ図示）と、これらのブレード８ａ，８ｂを一体に連結するシャフト８ｄとを有している。過給機８は、排気管５内の排ガスによりタービンブレード８ｂが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード８ａが回転駆動されることによって、吸気管４内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。

アクチュエータ９は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、各可変ベーン８ｃに機械的に連結されている。アクチュエータ９には、負圧ポンプから負圧供給通路（いずれも図示せず）を介して負圧が供給され、この負圧供給通路の途中にベーン開度制御弁１０が設けられている。ベーン開度制御弁１０は、電磁弁で構成されており、その開度がＥＣＵ２により設定される目標過給圧ＰＳＣＭＤに基づく駆動信号で制御されることによって、アクチュエータ９への供給負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン８ｃの開度が変化することにより、過給圧ＰＡＣＴが目標過給圧ＰＳＣＭＤになるように制御される。

吸気管４の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、水冷式のインタークーラ１１とスロットル弁１２が設けられている。インタークーラ１１は、過給装置７の過給動作により吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却するものである。スロットル弁１２には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ１２ａが接続されている。スロットル弁１２の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨは、ＥＣＵ２により設定される目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤに基づく駆動信号がアクチュエータ１２ａに入力されることによって、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤになるように制御され、それにより、吸入空気量が制御される。また、スロットル弁開度ＴＨは、スロットル弁開度センサ３２によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

また、吸気管４には、過給機８よりも上流側にエアフローセンサ３３が、インタークーラ１１とスロットル弁１２の間に過給圧センサ３４が、それぞれ設けられている。エアフローセンサ３３は吸入空気量ＱＡを検出し、過給圧センサ３４は吸気管４内の過給圧ＰＡＣＴを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

また、エンジン３には、ＥＧＲ管１３ａおよびＥＧＲ制御弁１３ｂを有するＥＧＲ装置１３が設けられている。ＥＧＲ管１３ａは、吸気管４のスロットル弁１２よりも下流側と排気管５の過給機８よりも上流側とをつなぐように接続されている。このＥＧＲ管１３ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が吸気管４にＥＧＲガスとして還流し、それにより、燃焼室３ｃ内の燃焼温度が低下することによって、排ガス中のＮＯｘが低減される。

ＥＧＲ制御弁１３ｂは、ＥＧＲ管１３ａに取り付けられたリニア電磁弁で構成されており、そのバルブリフト量がＥＣＵ２からの駆動信号により制御されることによって、ＥＧＲガス量が制御される。

また、排気管５の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、三元触媒１４、フィルタ１５、およびＮＯｘ触媒１６が設けられている。三元触媒１４は、ストイキ雰囲気下において、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。フィルタ１５は、排ガス中の煤などのパティキュレート（以下「ＰＭ」という）を捕集することによって、大気中に排出されるＰＭを低減する。

上記のＮＯｘ触媒１６は、排ガス中の酸素濃度が排ガス中に含まれるＨＣやＣＯなどの還元剤の濃度よりも高い酸化雰囲気下において、排ガス中のＮＯｘを捕捉（吸収）し、逆に、排ガス中の還元剤の濃度が酸素濃度よりも高い還元雰囲気下において、この還元剤により、捕捉したＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。

また、ＮＯｘ触媒１６には、その温度（以下「触媒温度」という）ＴＬＮＣを検出するＮＯｘ触媒温度センサ３５（触媒温度検出手段）が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。さらに、排気管５のＮＯｘ触媒１６のすぐ上流側および下流側には、第１および第２のＬＡＦセンサ３６，３７が設けられている。第１および第２のＬＡＦセンサ３６，３７はそれぞれ、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。以下、第１ＬＡＦセンサ３６で検出された排ガス中の酸素濃度を「排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴ」といい、第２ＬＡＦセンサ３７で検出された排ガス中の酸素濃度を「下流側排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴＤ」という。

ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ３８から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種のセンサ３０〜３８からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。また、ＥＣＵ２は、これらの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、インジェクタ６の燃料噴射量や吸入空気量ＱＡの制御を含むエンジン制御を実行する。

また、ＥＣＵ２は、ＮＯｘ触媒１６に堆積したＳＯｘを還元し、放出させることによって、ＮＯｘ触媒１６のＮＯｘ捕捉能力を回復させ、ＮＯｘ触媒１６を再生するための再生制御を実行する。この再生制御では、基本的に、エンジン３の出力を得るためにインジェクタ６から圧縮行程中に燃料を噴射する主噴射に加え、ＳＯｘの還元用に、膨張行程から排気行程までの間の所定のタイミングでインジェクタ６から燃料を噴射するポスト噴射が行われる。

この主噴射の噴射時期および噴射量（以下、それぞれ「主噴射時期」「主噴射量」という）ＴＩＮＪ，ＱＩＮＪは、ＥＣＵ２によって設定され、それに基づく駆動信号がＥＣＵ２からインジェクタ６に入力されることによって制御される。また、同様に、上記のポスト噴射による燃料量（以下「ポスト噴射量」という）ＱＰＯＳＴもまた、ＥＣＵ２によって制御される。

本実施形態では、ＥＣＵ２が、再生動作実行手段、第１再生動作実行手段、第２再生動作実行手段、第３再生動作実行手段、再生動作選択手段、所定値記憶手段、運転状態検出手段、所定値設定手段、および実行時間設定手段に相当する。

次に、図３を参照しながら、上記の再生制御を実行する再生制御処理について説明する。本処理はＴＤＣ信号の入力に同期して実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、再生制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。この実行条件は、次の（ａ）〜（ｃ）の条件がすべて成立しているときに成立していると判定される。
（ａ）上記の主噴射量ＱＩＮＪの積算値が所定値以上であること
（ｂ）フィルタ１５を再生するための再生制御処理の実行条件
（ｃ）排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴと下流側排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴＤとの関係に基づく所定の条件

上記ステップ１の答がＮＯで再生制御の実行条件が成立していないときには、そのまま本処理を終了する一方、ＹＥＳで実行条件が成立しているときには、ステップ２および３において、いずれもダウンカウント式の第１タイマおよび第２タイマのタイマ値ＴＩＭ１，ＴＩＭ２が値０であるか否かをそれぞれ判別する。

これらの答のいずれもがＹＥＳのときには、ステップ４および５において、触媒温度ＴＬＮＣが所定の第１目標温度ＴＣＭＤＨおよび第２目標温度ＴＣＭＤＬで規定される所定の目標温度範囲にあるか否かを判別する。これらの第１および第２の目標温度ＴＣＭＤＨ，Ｌは、所定の目標温度ＴＣＭＤに対して所定温度（例えば１０℃）だけ高い温度および低い温度にそれぞれ設定されている。目標温度ＴＣＭＤは、ＮＯｘ触媒１６に堆積したＳＯｘを還元可能な還元温度よりも若干、高い所定の温度（例えば５５０℃）に設定されている。以上のように設定される目標温度範囲は、上記の還元温度よりも高く、ＮＯｘ触媒１６が溶損しないような温度範囲に相当する。

上記ステップ４および５の答のいずれもがＹＥＳで、触媒温度ＴＬＮＣが第１および第２の目標温度ＴＣＭＤＨ，Ｌで規定される目標温度範囲にあるときには、触媒温度ＴＬＮＣを維持するために、第１再生制御処理を実行し（ステップ６）、本処理を終了する。この第１再生制御処理の詳細については後述する。

一方、ステップ５の答がＮＯのとき、すなわち、触媒温度ＴＬＮＣが目標温度範囲よりも低いときには、目標温度ＴＣＭＤと触媒温度ＴＬＮＣとの偏差の絶対値（｜ＴＣＭＤ−ＴＬＮＣ｜）を温度偏差ＴＤとして算出する（ステップ７）。次いで、算出した温度偏差ＴＤに応じ、ＴＭＲ１テーブル（図示せず）を検索することによって第１実行時間ＴＭＲ１を算出する（ステップ８）。このＴＭＲ１テーブルでは、第１実行時間ＴＭＲ１は、温度偏差ＴＤが大きいほど、より長い時間にリニアに設定されている。

次に、算出した第１実行時間ＴＭＲ１を第１タイマのタイマ値ＴＩＭ１として設定する（ステップ９）とともに、触媒温度ＴＬＮＣを上昇させるために、第２再生制御処理を実行し（ステップ１０）、本処理を終了する。この第２再生制御処理の詳細については後述する。また、上記ステップ９の実行により、前記ステップ２の答がＮＯになり、その場合には、上記ステップ１０を実行する。

一方、前記ステップ４の答がＮＯのとき、すなわち、触媒温度ＴＬＮＣが目標温度範囲よりも高いときには、上記ステップ７と同様にして温度偏差ＴＤを算出する（ステップ１１）。次いで、算出した温度偏差ＴＤに応じ、ＴＭＲ２テーブル（図示せず）を検索することによって第２実行時間ＴＭＲ２を算出する（ステップ１２）。このＴＭＲ２テーブルでは、第２実行時間ＴＭＲ２は、温度偏差ＴＤが大きいほど、より長い時間にリニアに設定されている。

次に、算出した第２実行時間ＴＭＲ２を第２タイマのタイマ値ＴＩＭ２として設定する（ステップ１３）とともに、触媒温度ＴＬＮＣを低下させるために、第３再生制御処理を実行し（ステップ１４）、本処理を終了する。この第３再生制御処理の詳細については後述する。また、上記ステップ１３の実行により、前記ステップ３の答がＮＯになり、その場合には、上記ステップ１４を実行する。

次に、図４を参照しながら、前記ステップ６で実行される第１再生制御処理について説明する。この第１再生制御処理は、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴを所定の還元濃度Ａ／ＥＧＲＥＦを含む所定の還元濃度範囲に、触媒温度ＴＬＮＣを前述した目標温度範囲に、それぞれ制御し、第１再生制御を実行するものである。この還元濃度範囲は、第１還元濃度および第２還元濃度によって規定されており、これらの第１および第２の還元濃度はいずれも、排ガスがＮＯｘ触媒１６に堆積したＳＯｘを還元可能な還元雰囲気にあるときに得られる排ガス中の酸素濃度を、実験により求めたものである。例えば、第１還元濃度は、エンジン３で燃焼する混合気の空燃比が値１４．０である場合に得られる排ガス中の酸素濃度に設定され、第２還元濃度は、この空燃比が値１４．５である場合に得られる排ガス中の酸素濃度に設定されている。

本処理では、まず、ステップ２１において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図８に示すＱＩＮＪＣＭＤ１マップを検索することによって、主噴射量ＱＩＮＪの第１目標値ＱＩＮＪＣＭＤ１を算出するとともに、主噴射量ＱＩＮＪとして設定する。この要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン３に要求されるトルクであり、図７のステップ５１において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出される。上記のＱＩＮＪＣＭＤ１マップでは、第１目標値ＱＩＮＪＣＭＤ１は、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また、要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。

次いで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図９に示すＴＩＮＪＣＭＤ１マップを検索することによって、主噴射時期ＴＩＮＪの第１目標値ＴＩＮＪＣＭＤ１を算出するとともに、主噴射時期ＴＩＮＪとして設定する（ステップ２２）。このＴＩＮＪＣＭＤ１マップでは、第１目標値ＴＩＮＪＣＭＤ１は、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また、要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より進角側の値に設定されている。次に、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図１０に示すＰＲＡＩＬＣＭＤ１マップを検索することによって、噴射圧力ＰＲＡＩＬの第１目標値ＰＲＡＩＬＣＭＤ１を算出するとともに、目標噴射圧力ＰＲＡＩＬＣＭＤとして設定する（ステップ２３）。このＰＲＡＩＬＣＭＤ１マップでは、第１目標値ＰＲＡＩＬＣＭＤ１は、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また、要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。

次いで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図１１に示すＰＳＣＭＤ１マップを検索することによって、過給圧ＰＡＣＴの第１目標値ＰＳＣＭＤ１を算出するとともに、前述した目標過給圧ＰＳＣＭＤとして設定する（ステップ２４）。このＰＳＣＭＤ１マップでは、第１目標値ＰＳＣＭＤ１は、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また、要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。次に、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図１２に示すＴＨＣＭＤ１マップを検索することによって、スロットル弁開度ＴＨの第１目標値ＴＨＣＭＤ１を算出するとともに、前述した目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤとして設定する（ステップ２５）。このＴＨＣＭＤ１マップでは、第１目標値ＴＨＣＭＤ１は、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また、要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。

次いで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図１３に示すＰＯＳＴＣＭＤ１マップを検索することによって、ポスト噴射量ＱＰＯＳＴの第１目標値ＰＯＳＴＣＭＤ１を算出するとともに、前述したポスト噴射量ＱＰＯＳＴとして設定し（ステップ２６）、本処理を終了する。

以上の図８〜図１３に示すマップはそれぞれ、エンジン３のドライバビリティおよび排ガス特性が良好で、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴが前述した還元濃度範囲にあり、かつ触媒温度ＴＬＮＣが前述した目標温度範囲にあるときの主噴射量ＱＩＮＪ、主噴射時期ＴＩＮＪ、噴射圧力ＰＲＡＩＬ、過給圧ＰＡＣＴ、スロットル弁開度ＴＨ、およびポスト噴射量ＱＰＯＳＴを実験により求め、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じてマップ化したものである。したがって、上述した第１再生制御によって、エンジン３の良好なドライバビリティおよび排ガス特性を確保しながら、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴおよび触媒温度ＴＬＮＣを、還元濃度範囲および目標温度範囲にそれぞれ制御することができる。

次に、図５を参照しながら、図３の前記ステップ１０で実行される第２再生制御処理について説明する。本処理では、上述した第１再生制御処理と同様の主噴射量ＱＩＮＪ、主噴射時期ＴＩＮＪ、目標噴射圧力ＰＲＡＩＬＣＭＤ、目標過給圧ＰＳＣＭＤ、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤ、およびポスト噴射量ＱＰＯＳＴ（以下、これらのパラメータを総称して「制御パラメータ」という）を設定することによって、第２再生制御を行う。具体的には、図５のステップ３１〜３６においてそれぞれ、図１４〜図１９にそれぞれ示すＱＩＮＪＣＭＤ２、ＴＩＮＪＣＭＤ２、ＰＲＡＩＬＣＭＤ２、ＰＳＣＭＤ２、ＴＨＣＭＤ２、およびＱＰＯＳＴＣＭＤ２マップを、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて検索することにより、第２目標値ＱＩＮＪＣＭＤ２〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ２を上記の制御パラメータＱＩＮＪ〜ＱＰＯＳＴごとに算出するとともに、制御パラメータＱＩＮＪ〜ＱＰＯＳＴとして設定する。以下、これらのマップおよび第２目標値ＱＩＮＪＣＭＤ２〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ２について説明する。

図１４〜図１９に示すマップはそれぞれ、エンジン３のドライバビリティおよび排ガス特性が良好で、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴが前述した還元濃度範囲にあり、かつ触媒温度ＴＬＮＣが目標温度範囲よりも高い温度であるときの主噴射量ＱＩＮＪ、主噴射時期ＴＩＮＪ、噴射圧力ＰＲＡＩＬ、過給圧ＰＡＣＴ、スロットル弁開度ＴＨ、およびポスト噴射量ＱＰＯＳＴを実験により求め、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じてマップ化したものである。

具体的には、これらのマップでは、主噴射時期ＴＩＮＪの第２目標値ＴＩＮＪＣＭＤ２は、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに対して、前述した第１目標値ＴＩＮＪＣＭＤ１と同様の傾向に設定されるとともに、全体として、第１目標値ＴＩＮＪＣＭＤ１よりも遅角側に設定されている。また、噴射圧力ＰＲＡＩＬの第２目標値ＰＲＡＩＬＣＭＤ２は、ＮＥ値およびＰＭＣＭＤ値に対して、前述した第１目標値ＰＲＡＩＬＣＭＤ１と同様の傾向に設定されるとともに、全体として、第１目標値ＰＲＡＩＬＣＭＤ１よりも小さく設定されている。

過給圧ＰＡＣＴの第２目標値ＰＳＣＭＤ２は、ＮＥ値およびＰＭＣＭＤ値に対して、前述した第１目標値ＰＳＣＭＤ１と同様の傾向に設定されるとともに、全体として、第１目標値ＰＳＣＭＤ１よりも小さく設定されている。スロットル弁開度ＴＨの第２目標値ＴＨＣＭＤ２は、ＮＥ値およびＰＭＣＭＤ値に対して、前述した第１目標値ＴＨＣＭＤ１と同様の傾向に設定されるとともに、全体として、第１目標値ＴＨＣＭＤ１よりも小さく設定されている。

以上の第２再生制御によって、エンジン３の良好なドライバビリティおよび排ガス特性を確保しながら、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴを還元濃度範囲に制御でき、触媒温度ＴＬＮＣを上昇させることができるとともに、目標温度範囲よりも高い温度に制御可能である。

次に、図６を参照しながら、図３の前記ステップ１４で実行される第３再生制御処理について説明する。本処理では、上述した第１および第２の再生制御処理と同様の制御パラメータＱＩＮＪ〜ＱＰＯＳＴを設定することによって、第３再生制御を行う。具体的には、図６のステップ４１〜４６においてそれぞれ、図２０〜図２５にそれぞれ示すＱＩＮＪＣＭＤ３、ＴＩＮＪＣＭＤ３、ＰＲＡＩＬＣＭＤ３、ＰＳＣＭＤ３、ＴＨＣＭＤ３、およびＱＰＯＳＴＣＭＤ３マップを、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて検索することにより、第３目標値ＱＩＮＪＣＭＤ３〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ３を制御パラメータＱＩＮＪ〜ＱＰＯＳＴごとに算出するとともに、制御パラメータＱＩＮＪ〜ＱＰＯＳＴとして設定する。以下、これらのマップおよび第３目標値ＱＩＮＪＣＭＤ３〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ３について説明する。

図２０〜図２５に示すマップはそれぞれ、エンジン３のドライバビリティおよび排ガス特性が良好で、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴが前述した還元濃度範囲にあり、かつ触媒温度ＴＬＮＣが目標温度範囲よりも低い温度であるときの主噴射量ＱＩＮＪ、主噴射時期ＴＩＮＪ、噴射圧力ＰＲＡＩＬ、過給圧ＰＡＣＴ、スロットル弁開度ＴＨ、およびポスト噴射量ＱＰＯＳＴを実験により求め、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じてマップ化したものである。

具体的には、これらのマップでは、主噴射時期ＴＩＮＪの第３目標値ＴＩＮＪＣＭＤ３は、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに対して、前述した第１目標値ＴＩＮＪＣＭＤ１と同様の傾向に設定されるとともに、全体として、第１目標値ＴＩＮＪＣＭＤ１よりも進角側に設定されている。噴射圧力ＰＲＡＩＬの第３目標値ＰＲＡＩＬＣＭＤ３は、ＮＥ値およびＰＭＣＭＤ値に対して、前述した第１目標値ＰＲＡＩＬＣＭＤ１と同様の傾向に設定されるとともに、全体として、第１目標値ＰＲＡＩＬＣＭＤ１よりも大きく設定されている。

過給圧ＰＡＣＴの第３目標値ＰＳＣＭＤ３は、ＮＥ値およびＰＭＣＭＤ値に対して、前述した第１目標値ＰＳＣＭＤ１と同様の傾向に設定されるとともに、全体として、第１目標値ＰＳＣＭＤ１よりも大きく設定されている。スロットル弁開度ＴＨの第３目標値ＴＨＣＭＤ３は、ＮＥ値およびＰＭＣＭＤ値に対して、前述した第１目標値ＴＨＣＭＤ１と同様の傾向に設定されるとともに、全体として、第１目標値ＴＨＣＭＤ１よりも大きく設定されている。

以上の第３再生制御によって、エンジン３の良好なドライバビリティおよび排ガス特性を確保しながら、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴを還元濃度範囲に制御でき、触媒温度ＴＬＮＣを低下させることができるとともに、目標温度範囲よりも低い温度に制御可能である。

図２６は、上述した再生制御処理の動作例を模式的に示している。前記ステップ１の実行条件が成立し（時点ｔ１）、そのときの触媒温度ＴＬＮＣが前述した第１および第２の目標温度ＴＣＭＤＨ，Ｌで規定される目標温度範囲よりも低いときには、第２再生制御が実行される。それにより、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴが還元濃度Ａ／ＥＧＲＥＦになり、触媒温度ＴＬＮＣが上昇する。また、この第２再生制御の開始時、第１実行時間ＴＭＲ１が、そのときの温度偏差ＴＤ（｜ＴＣＭＤ−ＴＬＮＣ｜）に応じて算出され、第２再生制御は、触媒温度ＴＬＮＣと目標温度範囲との関係にかかわらず、算出した第１実行時間ＴＭＲ１が経過するまで実行される（ステップ２：ＮＯ、ステップ１０）。そして、この第１実行時間ＴＭＲ１が経過したとき（時点ｔ２）に、そのときの触媒温度ＴＬＮＣが目標温度範囲にあるときには、その後、第１再生制御が実行される。それにより、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴが還元濃度Ａ／ＥＧＲＥＦのままで、触媒温度ＴＬＮＣが目標温度範囲に維持される。

この第１再生制御の実行中、例えば、排気管５に付着した未燃燃料が燃焼することなどによって、触媒温度ＴＬＮＣが上昇し、目標温度範囲よりも高くなると（時点ｔ３）、第３再生制御が実行される。それにより、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴが還元濃度Ａ／ＥＧＲＥＦのままで、触媒温度ＴＬＮＣの上昇が抑えられる。また、この第３再生制御の開始時、第２実行時間ＴＭＲ２が、そのときの温度偏差ＴＤに応じて算出され、第３再生制御は、触媒温度ＴＬＮＣと目標温度範囲との関係にかかわらず、算出した第２実行時間ＴＭＲ２が経過するまで実行される（ステップ３：ＮＯ、ステップ１４）。

そして、この第２実行時間ＴＭＲ２が経過しても、そのときの触媒温度ＴＬＮＣが依然として目標温度範囲よりも高いとき（時点ｔ４）には、再度、そのときの温度偏差ＴＤに応じて第２実行時間ＴＭＲ２を算出し、算出した第２実行時間ＴＭＲ２が経過するまで、第３再生制御が実行される。それにより、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴが還元濃度Ａ／ＥＧＲＥＦのままで、触媒温度ＴＬＮＣが低下する。

その後、第２実行時間ＴＭＲ２が経過した時に（時点ｔ５）、触媒温度ＴＬＮＣが目標温度範囲にあるときには、第１再生制御が実行され、その後、触媒温度ＴＬＮＣが目標温度範囲にある限り、第１再生制御が継続される（時点ｔ５以降）。以上のように、再生制御処理によって、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴおよび触媒温度ＴＬＮＣを還元濃度Ａ／ＥＧＲＥＦおよび目標温度範囲付近にそれぞれ制御でき、したがって、ＮＯｘ触媒１６に堆積したＳＯｘを還元し、放出させ、ＮＯｘ触媒１６を適切に再生することができる。

以上のように、本実施形態によれば、触媒温度ＴＬＮＣと目標温度範囲との関係に応じ、第１〜第３の再生制御を選択し、実行するので、ＮＯｘ触媒１６の過熱を防止するために再生制御を中断する必要がなく、再生制御を連続的に行える。したがって、前述した従来の場合と比較して、再生制御を短時間で終了させることができ、燃費を向上させることができる。また、前述した制御パラメータ算出型Ｆ／Ｂ制御を行わずに、あらかじめ設定された第１〜第３の目標値ＱＩＮＪＣＭＤ１〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ１、ＱＩＮＪＣＭＤ２〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ２、およびＱＩＮＪＣＭＤ３〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ３に、制御パラメータＱＩＮＪ〜ＱＰＯＳＴを設定する。したがって、前述したような排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴおよび触媒温度ＴＬＮＣのＦ／Ｂ制御の干渉を生じることなく、排ガスの酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴおよび触媒温度ＴＬＮＣを、還元濃度範囲および目標温度範囲付近にそれぞれ適切に制御できるとともに、演算負荷を抑えることができる。

さらに、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて求めた第１〜第３の目標値ＱＩＮＪＣＭＤ１〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ１、ＱＩＮＪＣＭＤ２〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ２、およびＱＩＮＪＣＭＤ３〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ３に、制御パラメータＱＩＮＪ〜ＱＰＯＳＴを設定するので、良好な排ガス特性およびドライバビリティを確保することができる。また、第２および第３の再生制御に加え、第１再生制御を用いるので、再生制御の切換を抑制でき、それにより、安定した良好なドライバビリティや排ガス特性を確保することができる。

さらに、第２および第３の実行時間ＴＭＲ２，３が経過するまで、第２および第３の再生制御をそれぞれ実行するとともに、これらの第２および第３の実行時間ＴＭＲ２，３を、温度偏差ＴＤが大きいほど、より長い時間に設定するので、触媒温度ＴＬＮＣを十分に上昇または低下させることができる。

また、再生制御を行うためのパラメータとして、主噴射時期ＴＩＮＪ、目標噴射圧力ＰＲＡＩＬＣＭＤ、目標過給圧ＰＳＣＭＤ、および目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤを用いるので、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴおよび触媒温度ＴＬＮＣを、還元濃度範囲および目標温度範囲付近にそれぞれより適切に制御することができる。さらに、主噴射時期ＴＩＮＪの第２目標値ＴＩＮＪＣＭＤ２が、第１目標値ＴＩＮＪＣＭＤ１よりも遅角側に設定されるとともに、噴射圧力ＰＲＡＩＬ、過給圧ＰＡＣＴおよびスロットル弁開度ＴＨの第２目標値ＰＲＡＩＬＣＭＤ２、ＰＳＣＭＤ２，ＴＨＣＭＤ２が、第１目標値ＰＲＡＩＬＣＭＤ１、ＰＳＣＭＤ１およびＴＨＣＭＤ１よりも小さい側に設定されている。したがって、第２再生制御において、触媒温度ＴＬＮＣを目標触媒温度範囲よりも高い温度に適切に制御することができる。

また、主噴射時期の第３目標値ＴＩＮＪＣＭＤ３が、第１目標値ＴＩＮＪＣＭＤ１よりも進角側に設定されるとともに、噴射圧力ＰＲＡＩＬ、過給圧ＰＡＣＴおよびスロットル弁開度ＴＨの第３目標値ＰＲＡＩＬＣＭＤ３、ＰＳＣＭＤ３，ＴＨＣＭＤ３が、第１目標値ＰＲＡＩＬＣＭＤ１、ＰＳＣＭＤ１およびＴＨＣＭＤ１よりも大きい側に設定されている。したがって、第３再生制御において、触媒温度ＴＬＮＣを目標触媒温度範囲よりも低い温度に適切に制御することができる。

なお、説明した実施形態は、目標温度ＴＣＭＤおよび目標温度範囲が一定の例であるが、次のような場合には変更してもよい。例えば、フィルタ１５に堆積したＰＭの量がかなり多いときに、ＮＯｘ触媒１６の再生制御を実行すると、排ガス中の未燃燃料の燃焼に伴い、フィルタ１５に堆積した多量のＰＭが燃焼することによって、熱暴走する場合がある。このため、そのような場合には、図２７に示すように、目標温度ＴＣＭＤ、第１および第２の目標温度ＴＣＭＤＨ，Ｌを、一旦、より低い所定温度ＴＣＭＤＬ、ＴＣＭＤＨＬおよびＴＣＭＤＬＬにそれぞれ設定し、再生制御を実行する（時点ｔ１’以降）。その後、ある程度の時間が経過したとき（時点ｔ２’）に、目標温度ＴＣＭＤ、第１および第２の目標温度ＴＣＭＤＨ，Ｌを、通常の温度ＴＣＭＤＮ、ＴＣＭＤＨＮおよびＴＣＭＤＬＮにそれぞれ戻してもよい。

この場合、第１再生制御に関しては、目標温度ＴＣＭＤ、第１および第２の目標温度ＴＣＭＤＨ，Ｌがそれぞれ所定温度ＴＣＭＤＬ、ＴＣＭＤＨＬおよびＴＣＭＤＬＬである場合の目標温度範囲に、触媒温度ＴＬＮＣが制御されるように、第１目標値ＱＩＮＪＣＭＤ１〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ１をあらかじめ設定する。また、目標温度ＴＣＭＤ、第１および第２の目標温度ＴＣＭＤＨ，Ｌが通常の温度ＴＣＭＤＮ、ＴＣＭＤＨＮおよびＴＣＭＤＬＮにそれぞれ変更された後には、触媒温度ＴＬＮＣが目標温度範囲以下のときには第２再生制御を実行し、触媒温度ＴＬＮＣが目標温度範囲よりも高いときには、第３再生制御を実行する。以上により、目標温度範囲を変更する場合でも、変更前および変更後のいずれの場合においても、触媒温度ＴＬＮＣを目標温度範囲付近に制御することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、本実施形態では、本発明の制御パラメータとして、主噴射量ＱＩＮＪ、主噴射時期ＴＩＮＪ、目標噴射圧力ＰＲＡＩＬＣＭＤ、目標過給圧ＰＳＣＭＤ、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤ、およびポスト噴射量ＱＰＯＳＴをすべて用いているが、これらの少なくとも１つを用いてもよい。

例えば、主噴射量ＱＩＮＪのみ、またはポスト噴射量ＱＰＯＳＴのみを制御パラメータとして用いる場合には、主噴射量ＱＩＮＪが大きいほど、また、ポスト噴射量ＱＰＯＳＴが大きいほど、ＮＯｘ触媒１６を含む排気管５内で燃焼する未燃燃料の量が多くなり、触媒温度ＴＬＮＣがより高められる。したがって、第２目標値ＱＩＮＪＣＭＤ２またはＱＰＯＳＴＣＭＤ２を、第１目標値ＱＩＮＪＣＭＤ１またはＱＰＯＳＴＣＭＤ１よりもそれぞれ大きい側に設定するとともに、第３目標値ＱＩＮＪＣＭＤ３またはＱＰＯＳＴＣＭＤ３を、第１目標値ＱＩＮＪＣＭＤ１またはＱＰＯＳＴＣＭＤ１よりもそれぞれ小さい側に設定するのがよい。なお、この場合、第２および第３の目標値ＱＩＮＪＣＭＤ２，３またはＱＰＯＳＴＣＭＤ２，３の設定を、上記のような触媒温度ＴＬＮＣを制御するという観点に加え、排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴが還元濃度範囲に制御されるように行うことが必要であるのは、もちろんである。

また、エンジン３の動作を制御するためのパラメータであり、かつ排ガス酸素濃度Ａ／ＥＧＡＣＴおよび触媒温度ＴＬＮＣを制御可能なパラメータであれば、実施形態のものに限らず、他の適当なパラメータを制御パラメータとして用いてもよいことはもちろんである。例えば、ＮＯｘ触媒１６への燃料の供給用に排気管５に設けられた燃料噴射弁の燃料噴射量を、制御パラメータとして用いてもよい。

さらに、本実施形態では、第１〜第３の目標値ＱＩＮＪＣＭＤ１〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ１、ＱＩＮＪＣＭＤ２〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ２、およびＱＩＮＪＣＭＤ３〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ３を、マップ検索により求めているが、次のようにして求めてもよい。例えば、これらの目標値とエンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤとの関係を表す数式を記憶しておき、この数式に基づき、ＮＥ値およびＰＭＣＭＤ値に応じて、第１〜第３の目標値ＱＩＮＪＣＭＤ１〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ１、ＱＩＮＪＣＭＤ２〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ２、およびＱＩＮＪＣＭＤ３〜ＱＰＯＳＴＣＭＤ３を算出してもよい。

また、本発明における内燃機関の運転状態として、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤを用いているが、エンジン３の運転状態を表すパラメータであれば、他のパラメータを用いてもよいことはもちろんである。さらに、本発明は、ディーゼルエンジンに限らず、リーンバーンエンジンなどのガソリンエンジンや、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関に適用することができる。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本実施形態による排ガス浄化装置を、これを適用した内燃機関とともに概略的に示す図である。 排ガス浄化装置の一部を示す図である。 再生制御処理を示すフローチャートである。 第１再生制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 第２再生制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 第３再生制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 要求トルク算出処理を示すフローチャートである。 図４の処理で用いられるＱＩＮＪＣＭＤ１マップの一例である。 図４の処理で用いられるＴＩＮＪＣＭＤ１マップの一例である。 図４の処理で用いられるＰＲＡＩＬＣＭＤ１マップの一例である。 図４の処理で用いられるＰＳＣＭＤ１マップの一例である。 図４の処理で用いられるＴＨＣＭＤ１マップの一例である。 図４の処理で用いられるＱＰＯＳＴＣＭＤ１マップの一例である。 図５の処理で用いられるＱＩＮＪＣＭＤ２マップの一例である。 図５の処理で用いられるＴＩＮＪＣＭＤ２マップの一例である。 図５の処理で用いられるＰＲＡＩＬＣＭＤ２マップの一例である。 図５の処理で用いられるＰＳＣＭＤ２マップの一例である。 図５の処理で用いられるＴＨＣＭＤ２マップの一例である。 図５の処理で用いられるＱＰＯＳＴＣＭＤ２マップの一例である。 図６の処理で用いられるＱＩＮＪＣＭＤ３マップの一例である。 図６の処理で用いられるＴＩＮＪＣＭＤ３マップの一例である。 図６の処理で用いられるＰＲＡＩＬＣＭＤ３マップの一例である。 図６の処理で用いられるＰＳＣＭＤ３マップの一例である。 図６の処理で用いられるＴＨＣＭＤ３マップの一例である。 図６の処理で用いられるＱＰＯＳＴＣＭＤ３マップの一例である。 再生制御処理の動作例を模式的に示すタイミングチャートである。 再生制御処理の変形例の動作例を模式的に示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 排ガス浄化装置
２ ＥＣＵ（再生動作実行手段、第１再生動作実行手段、再２再生動作実行手段、第
３再生動作実行手段、再生動作選択手段、所定値記憶手段、運転状態検
出手段、所定値設定手段、実行時間設定手段）
３ エンジン
５ 排気管（排気系）
１６ ＮＯｘ触媒
３１ クランク角センサ（運転状態検出手段）
３５ ＮＯｘ触媒温度センサ（触媒温度検出手段）
ＴＬＮＣ 触媒温度（ＮＯｘ触媒の温度）
ＴＣＭＤ 目標温度
ＴＣＭＤＨ 第１目標温度（目標温度範囲）
ＴＣＭＤＬ 第２目標温度（目標温度範囲）
Ａ／ＥＧＲＥＦ 還元濃度（所定の還元状態）
ＱＩＮＪ 主噴射量（制御パラメータ）
ＴＩＮＪ 主噴射時期（制御パラメータ、噴射時期）
ＰＲＡＩＬＣＭＤ 目標噴射圧力（制御パラメータ、噴射圧力）
ＰＳＣＭＤ 目標過給圧（制御パラメータ、過給圧）
ＴＨＣＭＤ 目標スロットル弁開度（制御パラメータ、スロットル弁の開度）
ＱＰＯＳＴ ポスト噴射量（制御パラメータ）
ＱＩＮＪＣＭＤ１ 第１目標値（第１所定値）
ＴＩＮＪＣＭＤ１ 第１目標値（第１所定値）
ＰＲＡＩＬＣＭＤ１ 第１目標値（第１所定値）
ＰＳＣＭＤ１ 第１目標値（第１所定値）
ＴＨＣＭＤ１ 第１目標値（第１所定値）
ＰＯＳＴＣＭＤ１ 第１目標値（第１所定値）
ＱＩＮＪＣＭＤ２ 第２目標値（第２所定値）
ＴＩＮＪＣＭＤ２ 第２目標値（第２所定値）
ＰＲＡＩＬＣＭＤ２ 第２目標値（第２所定値）
ＰＳＣＭＤ２ 第２目標値（第２所定値）
ＴＨＣＭＤ２ 第２目標値（第２所定値）
ＰＯＳＴＣＭＤ２ 第２目標値（第２所定値）
ＱＩＮＪＣＭＤ３ 第３目標値（第３所定値）
ＴＩＮＪＣＭＤ３ 第３目標値（第３所定値）
ＰＲＡＩＬＣＭＤ３ 第３目標値（第３所定値）
ＰＳＣＭＤ３ 第３目標値（第３所定値）
ＴＨＣＭＤ３ 第３目標値（第３所定値）
ＰＯＳＴＣＭＤ３ 第３目標値（第３所定値）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＰＭＣＭＤ 要求トルク（内燃機関の運転状態）
ＴＤ 温度偏差（ＮＯｘ触媒の温度と目標温度との偏差）
ＴＭＲ１ 第１実行時間（第２再生動作実行手段による再生動作の実行時間）
ＴＭＲ２ 第２実行時間（第３再生動作実行手段による再生動作の実行時間）
ＱＡ 吸入空気量

Claims (5)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、前記内燃機関から排出された排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ触媒と、
   前記ＮＯｘ触媒に堆積したＳＯｘを還元し、放出させるための再生動作を実行する再生動作実行手段と、を備え、
   当該再生動作実行手段は、
   前記内燃機関の動作を制御するための制御パラメータを、排ガスを所定の還元状態に制御可能で、かつ前記ＮＯｘ触媒の温度を所定の目標温度を含む所定の目標温度範囲に制御可能な第１所定値に設定する第１再生動作実行手段と、
   前記制御パラメータを、排ガスを所定の還元状態に制御可能で、かつ前記ＮＯｘ触媒の温度を前記目標温度範囲よりも高い温度に制御可能な第２所定値に設定する第２再生動作実行手段と、
   前記制御パラメータを、排ガスを所定の還元状態に制御可能で、かつ前記ＮＯｘ触媒の温度を前記目標温度範囲よりも低い温度に制御可能な第３所定値に設定する第３再生動作実行手段と、を有し、
   前記ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
   前記再生動作実行手段として、前記検出されたＮＯｘ触媒の温度が前記目標温度範囲にあるときに前記第１再生動作実行手段を、前記目標温度範囲よりも低いときに第２再生動作実行手段を、前記目標温度範囲よりも高いときに第３再生動作実行手段を、それぞれ選択する再生動作選択手段と、
   をさらに備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
2. 前記内燃機関の運転状態と前記第１〜第３の所定値との関係をそれぞれ記憶する所定値記憶手段と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記再生動作選択手段で選択された再生動作実行手段で用いられる所定値を、前記所定値記憶手段に記憶された前記関係に基づき、前記検出された内燃機関の運転状態に応じて設定する所定値設定手段と、をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
3. 前記第２再生動作実行手段または前記第３再生動作実行手段が選択されたときに、前記ＮＯｘ触媒の温度と前記目標温度との偏差が大きいほど、前記第２再生動作実行手段または前記第３再生動作実行手段による再生動作の実行時間をより長い時間に設定する実行時間設定手段をさらに備え、
   前記再生動作選択手段は、前記設定された第２再生動作実行手段または第３再生動作実行手段による再生動作の実行時間が経過するまで、そのときの選択結果を保持することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
4. 前記制御パラメータは、前記内燃機関に供給される燃料の噴射時期、当該燃料の噴射圧力、前記内燃機関の吸入空気の過給圧、および吸入空気量を調整するスロットル弁の開度の少なくとも１つを含み、
   前記第２所定値は、前記第１所定値と比較して、前記少なくとも１つの制御パラメータが前記噴射時期のときにはより遅角側に設定され、前記燃料の噴射圧力、前記過給圧または前記スロットル弁の開度のときには、より小さい側に設定されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
5. 前記制御パラメータは、前記内燃機関に供給される燃料の噴射時期、当該燃料の噴射圧力、前記内燃機関の吸入空気の過給圧、および吸入空気量を調整するスロットル弁の開度の少なくとも１つを含み、
   前記第３所定値は、前記第１所定値と比較して、前記少なくとも１つの制御パラメータが前記噴射時期のときにはより進角側に設定され、前記燃料の噴射圧力、前記過給圧または前記スロットル弁の開度のときには、より大きい側に設定されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。

Images