JP5056725B2

JP5056725B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5056725B2
Application number: JP2008283436A
Authority: JP
Inventors: 三樹男井上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: JP2010112200A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関は、機関本体で燃料が燃焼され、汚染物を含む排気ガスが排出される。排気ガスの汚染物には、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＨＣ）またはパティキュレート（ＰＭ）のほかに、窒素酸化物（ＮＯ_X）が含まれる。窒素酸化物を除去する方法の一つとして、機関排気通路にＮＯ_X吸蔵触媒が配置されることが提案されている。

ＮＯ_X吸蔵触媒は、排気ガスの空燃比が理論空燃比より大きな時、すなわち、排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_Xを吸蔵する。これに対して、排気ガス中の空燃比が理論空燃比より小さい時、すなわち排気ガスの空燃比がリッチのとき、または理論空燃比のときには、吸蔵されたＮＯ_Xを放出すると共に排気ガスに含まれる還元剤によりＮＯ_Xが還元浄化される。ディーゼルエンジン等は、通常運転時には排気ガスの空燃比がリーンであり、ＮＯ_X吸蔵触媒が排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵する。ＮＯ_Xの吸蔵を続けた後に、所定の時期に排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることにより、ＮＯ_Xを還元浄化することができる。

内燃機関の排気ガスには、硫黄酸化物（ＳＯ_X）が含まれる場合がある。この場合に、ＮＯ_X吸蔵触媒は、ＮＯ_Xの吸蔵と同時にＳＯ_Xも吸蔵する。ＳＯ_Xが吸蔵されると、ＮＯ_Xの吸蔵可能量が低下する。このように、ＮＯ_X吸蔵触媒には、いわゆる硫黄被毒が生じる。この硫黄被毒を解消するために、ＳＯ_Xを放出する硫黄被毒回復処理が行なわれる。ＳＯ_Xは、ＮＯ_Xに比べて安定な状態でＮＯ_X吸蔵触媒に吸蔵される。このため、硫黄被毒回復処理においては、ＮＯ_X吸蔵触媒を昇温した上で空燃比がリッチな排気ガス又は理論空燃比の排気ガスを供給することによりＳＯ_Xを放出する。

特開２００５−２９１０５７号公報においては、ディーゼルエンジンの排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯ_X触媒と、ＮＯ_X触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、ＮＯ_X触媒温度を検出する排気温度センサと、被毒回復時期判定手段とを備える排気ガス浄化装置が開示されている。この装置は、ＳＯ_X被毒を回復しているときに、排気温度センサからの検出温度が目標温度未満の場合に、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に供給する還元剤の添加量が比較的多くなる第１のマップを選択し、排気温度センサからの検出温度が目標温度に達した場合に第１のマップによる添加量よりも少ない還元剤の添加量となる第２のマップを用いて還元剤を添加することが開示されている。

特開２００５−２９１０５７号公報

例えばディーゼルエンジンのような内燃機関は、通常運転時に排気ガスの空燃比がリーンの状態で運転を行なっている。このような内燃機関においては、ＮＯ_X放出処理または硫黄被毒回復処理を行う場合に、内燃機関の燃焼室内への噴射量を増加することにより、排気ガスの空燃比をリッチ又は理論空燃比にすることができる。このときに、燃焼室に噴射する増加分の燃料のうち少なくとも一部が燃焼室内の高温高圧下で軽質な還元剤に変換される。このため、ＮＯ_X吸蔵触媒に好適な、軽質の還元剤を供給することができる。

しかしながら、排気ガスの空燃比をリッチ又は理論空燃比にする場合に、機関本体の温度が上昇して高温側の許容値を超え、オーバーヒートが生じる虞があるために、機関本体が高温になることを回避できることが好ましい。

上記の特開２００５−２９１０５７号公報においては、硫黄被毒回復処理の際に、触媒の温度や触媒担持体の温度が高温になることが考慮されているものの、機関本体の温度については考慮されていない。

本発明は、ＮＯ_X吸蔵触媒を備える内燃機関において、ＮＯ_X吸蔵触媒に供給される排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にする時に、機関本体の温度が過上昇することを抑制する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様における内燃機関の制御装置は、内燃機関の機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵触媒が配置され、燃焼室内に燃料を噴射するようにした内燃機関の制御装置において、燃焼室に噴射する燃料の噴射量を増加することにより排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にするリッチ制御を行なうように形成されており、燃焼室内において、主噴射に加え、主噴射の後の燃焼可能な時期に燃料を噴射する第１補助噴射および第１補助噴射の後に燃料を噴射する第２補助噴射を行なうことによってリッチ制御を行なっているときに、内燃機関の機関本体の温度が予め定められた許容値以上になった場合には、ＮＯ _X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を変化させることなく、第１補助噴射の噴射量を減少させて第２補助噴射の噴射量を増加させることにより、燃焼室内における燃料の燃焼量を減少させると共に、ＮＯ_X吸蔵触媒に供給する未燃燃料を増加させる。この構成により、ＮＯ_X吸蔵触媒に供給される排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にする時に、機関本体の温度が過上昇することを抑制することができる。また、還元剤の供給が必要なＮＯ _X 放出処理や硫黄被毒回復処理の処理時間が長くなることを回避できる。

上記発明において、燃焼室内において、主噴射に加え、主噴射後の燃焼可能な時期に補助噴射を行なうことによってリッチ制御を行なっているときに、内燃機関の機関本体の温度が予め定められた許容値以上になった場合には、補助噴射の燃焼量を減少させることができる。

上記発明において、補助噴射の噴射時期を遅らせることにより、補助噴射の燃焼量を減少させると共に、ＮＯ_X吸蔵触媒に供給する未燃燃料を増加させることができる。

上記発明において、機関排気通路内のＮＯ_X吸蔵触媒の上流側に配置され、機関排気通路内に燃料を添加する燃料添加手段が配置され、燃焼室内での燃料の噴射量を減少させると共に、燃料添加手段による燃料の添加量を増加することによりＮＯ_X吸蔵触媒に供給する未燃燃料を増加させることができる。

本発明の第２の態様における内燃機関の制御装置は、内燃機関の機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵触媒が配置され、ＮＯ_X吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯ_X量が予め定められた許容量を超えたときに、ＮＯ_X吸蔵触媒の温度をＳＯ_X放出可能なＳＯ_X放出温度まで上昇させると共に、ＮＯ_X吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにして硫黄被毒回復処理を行なうようにした内燃機関の制御装置において、硫黄被毒回復処理のときに、燃焼室に噴射する燃料の主噴射の噴射時期を遅らせる制御および主噴射後の燃焼可能な時期に補助噴射を行なう制御のうち少なくとも一方を行なうことによりＮＯ_X吸蔵触媒をＳＯ_X放出温度以上に維持する温度維持制御と、温度維持制御を行なっている期間に、一定期間ごとに燃焼室に噴射する燃料の噴射量を増加することにより排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にするリッチ制御とを行なうように形成されている。内燃機関の機関本体の温度が予め定められた許容値以上になった場合に、一定期間ごとに行なうリッチ制御を休止して温度維持制御を持続する期間を介在させる。この構成により、ＮＯ_X吸蔵触媒に供給する排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にする時に、機関本体の温度が過上昇することを抑制することができる。

上記の発明において、機関本体を冷却する冷却手段と、冷却手段の冷却能力を検知する冷却能力検知手段とが配置されている内燃機関の制御装置であって、冷却能力検知手段により検知された冷却能力に対応して、燃焼室における燃焼量を変化させることが好ましい。この構成により、冷却手段の能力に応じて、機関本体の発熱量を調整することができる。

上記発明において、冷却手段は、冷却能力を調整する冷却能力調整手段を含むことが好ましい。この構成により、より効果的に機関本体の温度が過上昇することを抑制できる。

本発明によれば、ＮＯ_X吸蔵触媒を備える内燃機関において、ＮＯ_X吸蔵触媒に供給される排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にする時に、機関本体の温度が過上昇することを抑制する内燃機関の制御装置を提供することができる。

（実施の形態１）
図１から図９を参照して、実施の形態１における内燃機関の制御装置について説明する。

図１に、本実施の形態における圧縮着火式の内燃機関の全体図を示す。本実施の形態においては、自動車に配置されているディーゼルエンジンを例に取り上げて説明する。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、各気筒の燃焼室２と、各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁３を含む。また、機関本体１は、吸気マニホールド４と、排気マニホールド５とを含む。

吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結されている。コンプレッサ７ａの入口は、吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結されている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。更に、吸気ダクト６の周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための吸入空気冷却装置１１が配置されている。

一方、排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結されている。排気タービン７ｂの出口は、排気管１２を介してＮＯ_X吸蔵触媒１７に連結されている。ＮＯ_X吸蔵触媒１７の下流の機関排気通路内には排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタ１６が配置されている。また、図１に示される実施例では、パティキュレートフィルタ１６の下流の機関排気通路内に、酸化触媒１３が配置されている。

排気マニホールド５と吸気マニホールド４との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲ通路１８が配置されている。ＥＧＲ通路１８内には電子制御式のＥＧＲ制御弁１９が配置されている。また、ＥＧＲ通路１８の周りにはＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置２０が配置されている。

それぞれの燃料噴射弁３は、燃料供給管２１を介してコモンレール２２に連結されている。このコモンレール２２は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に連結されている。燃料タンク２４に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２３によってコモンレール２２内に供給される。コモンレール２２に供給された燃料は、それぞれの燃料供給管２１を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータからなる。本実施の形態における内燃機関の制御装置は、電子制御ユニット３０を含む。電子制御ユニット３０は、双方性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を備える。ＲＯＭ３２は、読み込み専用の記憶装置であり、制御を行なうための必要なマップ等の情報が予め記憶されている。ＣＰＵ３４は、任意の演算や判断を行なうことができる。ＲＡＭ３３は、読み書きが可能な記憶装置であり、運転履歴などの情報を保存したり、演算結果を一時的に保存したりすることができる。

ＮＯ_X吸蔵触媒１７の下流には、ＮＯ_X吸蔵触媒１７の温度を検出するための温度センサ２６が配置されている。酸化触媒１３の下流には、酸化触媒１３又はパティキュレートフィルタ１６の温度を検出するための温度センサ２７が配置されている。これら温度センサ２６，２７の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。

また、パティキュレートフィルタ１６には、パティキュレートフィルタ１６の前後差圧を検出するための差圧センサ２８が取付けられている。この差圧センサ２８および吸入空気量検出器８の出力信号は、夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。

アクセルペダル４０には、アクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力電圧は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。

機関本体を冷却する機関冷却装置に配置されている水温センサ５８は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に接続されている。また、自動車の速度を検知する車速センサ６０および外気温を計測する外気温センサ６１が、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に接続されている。一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１９および燃料ポンプ２３に接続されている。

酸化触媒１３は、排気浄化を行うための酸化能力を有する触媒である。酸化触媒１３は、例えば、円筒形状のケース本体の内部に排気ガスの流れ方向に伸びる隔壁を有する基体を備える。基体は、例えばハニカム構造に形成されている。基体の表面には、例えば多孔質酸化物粉末よりなるコート層が形成され、このコート層に白金Ｐｔ等の貴金属触媒が担持されている。排気ガスに含まれるＣＯまたはＨＣは、酸化触媒１３で酸化されて水や二酸化炭素等の無害な物質に変換される。

パティキュレートフィルタ１６は、排気ガス中に含まれる炭素微粒子、サルフェート等のイオン系微粒子等の粒子状物質（パティキュレート）を除去するフィルタである。パティキュレートフィルタは、例えば、ハニカム構造を有し、ガスの流れ方向に伸びる複数の流路を有する。複数の流路において、下流端が封止された流路と上流端が封止された流路とが交互に形成されている。流路の隔壁は、コージライトのような多孔質材料で形成されている。この隔壁を排気ガスが通過するときにパティキュレートが捕捉される。

粒子状物質は、パティキュレートフィルタ１６上に捕集されて酸化される。パティキュレートフィルタ１６に次第に堆積する粒子状物質は、空気過剰の雰囲気中で温度を例えば６００℃程度まで上昇することにより酸化されて除去される。

図１に示す装置例においては、差圧センサ２８により検出されたパティキュレートフィルタ１６の前後差圧ΔＰが許容値Ｐ_Xを越えたときに、パティキュレートフィルタ１６に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたと判断される。粒子状物質の量が許容量を越えたときには、排気ガスの空燃比がリーンのもとでパティキュレートフィルタ１６の温度を上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去する。

本実施の形態における内燃機関の制御装置は、燃焼室内の空燃比を検知する空燃比検知手段を備える。本実施の形態における内燃機関の制御装置は、吸入空気量検出器８により吸入空気量を検知する。また、制御装置は、燃料噴射弁３による燃料の噴射量を制御する。制御装置は、燃焼室における空燃比を検知している。燃焼室内の空燃比を検知する空燃比検知手段としては、この形態に限られず、燃焼室内の空燃比を検知する任意の手段を採用することができる。

また、内燃機関の制御装置は、排気ガスの空燃比を検知する空燃比検知手段を備えていても構わない。たとえば、機関排気通路の途中に空燃比センサを配置することにより、ＮＯ_X吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を検知することができる。

図２に、本実施の形態における機関冷却装置の概略図を示す。本実施の形態における内燃機関は、機関本体１を冷却する冷却手段としての機関冷却装置を備える。機関冷却装置は、配管で形成されている系統内を冷却水が流れるように形成されている。機関冷却装置は、ウォータポンプ５２が駆動することにより、冷却水がオイルクーラ５３、シリンダブロック５４およびシリンダヘッド５５を順に流れて、サーモケース５６に流入するように形成されている。また、機関冷却装置は、ウォータポンプ５２が駆動することにより、冷却水が、吸気通路に配置されている吸入空気冷却装置１１、およびＥＧＲ通路１８に配置されているＥＧＲ冷却装置２０を通ってサーモケース５６に流入するように形成されている。

サーモケース５６には、冷却水の温度を計測するための水温センサ５８が配置されている。本実施の形態において、サーモケース５６には、サーモスタット５７が配置されている。冷却水の水温が所定の判定値以上になったときに、サーモスタット５７により開閉弁が開いて、ラジエータ５１に冷却水が流れる。ラジエータ５１は、冷却水を冷却する放熱器である。ラジエータ５１の前側には、ラジエータ５１に対して強制的に空気を送るためのファン５９が配置されている。ファン５９が回転することにより、冷却水が強制冷却される。ラジエータ５１にて冷却された冷却水はウォータポンプ５２に向かうように形成されている。このように、ウォータポンプ５２が駆動することにより、冷却水が機関冷却装置の内部を循環するように形成されている。

図１および図２を参照して、電子制御ユニット３０の出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介してウォータポンプ５２に接続されている。出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介してファン５９に接続されている。この様に、ウォータポンプ５２及びファン５９は、電子制御ユニット３０に制御されている。

本実施の形態における内燃機関の制御装置は、機関冷却装置の冷却能力を検知する冷却能力検知手段を備える。本実施の形態における冷却能力検知手段は、水温センサ５８により検知される冷却水の温度、車速センサ６０により検知される車の速度、外気温センサ６１により検知される外気温度のうち、少なくとも１つを用いることにより、機関冷却装置の冷却能力を算出できるように形成されている。

本実施の形態における機関冷却装置は、冷却能力を調整する冷却能力調整手段を含む。本実施の形態においては、ウォータポンプ５２の回転数を変化させることにより、冷却能力を調整できるように形成されている。ウォータポンプ５２の回転数が上昇することにより、循環する冷却水の流量を増加することができる。冷却水の循環流量が増加することにより、ラジエータ５１における放熱能力を高めることができ、冷却能力を向上させることができる。また、ファン５９の駆動および停止を制御することにより、冷却能力を調整できるように形成されている。ファン５９を駆動することにより、ラジエータ５１における放熱能力を高めることができ、冷却能力を向上させることができる。冷却能力調整手段としては、この形態に限られず、機関本体を冷却する冷却能力が調整可能に形成されていれば構わない。

図３に、ＮＯ_X吸蔵触媒の概略断面図を示す。ＮＯ_X吸蔵触媒１７は、基体上に例えばアルミナからなる触媒担体４５が担持されている。触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されている。触媒担体４５の表面上にはＮＯ_X吸収剤４７の層が形成されている。貴金属触媒４６としては、例えば白金Ｐｔが用いられる。ＮＯ_X吸収剤４７を構成する成分としては、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。

機関吸気通路、燃焼室、またはＮＯ_X吸蔵触媒より上流の機関排気通路に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき（理論空燃比より大きなとき）には、排気ガス中に含まれるＮＯが貴金属触媒４６上において酸化されてＮＯ₂になる。ＮＯ₂は、硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯ_X吸収剤４７内に吸蔵される。

これに対して、排気ガスの空燃比がリッチのとき（理論空燃比より小さなとき）或いは理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進む。ＮＯ_X吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形でＮＯ_X吸収剤４７から放出される。放出されたＮＯ_Xは、排気ガスに含まれる未燃ＨＣ、ＣＯによってＮ₂に還元される。

本実施の形態における運転例では、ＮＯ_X吸蔵触媒に蓄えられるＮＯ_X吸蔵量を検知する。たとえば、機関回転数Ｎと要求トルクＴＱとを関数にする単位時間あたりのＮＯ_Xの蓄積量のマップを電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に内蔵しておく。運転状態に応じて算出される単位時間あたりのＮＯ_Xの蓄積量を積算することにより、ＮＯ_X吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯ_X吸蔵量を検知することができる。ＮＯ_X吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に、ＮＯ_X吸蔵量が所定の量に達したら、排気ガスの空燃比を一時的にリッチにすることにより、ＮＯ_X吸収剤４７からＮＯ_Xを放出させると共に還元することができる。

図４に、ＮＯ_X吸蔵触媒の他の概略断面図を示す。排気ガス中にはＳＯ_X、即ちＳＯ₂が含まれている。このＳＯ₂は、ＮＯ_X吸蔵触媒１７に流入すると、貴金属触媒４６において酸化されてＳＯ₃となる。このＳＯ₃はＮＯ_X吸収剤４７に吸収されて、例えば炭酸バリウムＢａＣＯ₃と結合しながら、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でＮＯ_X吸収剤４７内に拡散して、硫酸塩ＢａＳＯ₄を生成する。ＮＯ_X吸収剤４７は、強い塩基性を有するために硫酸塩ＢａＳＯ₄は安定していて分解しづらく、単に排気ガスの空燃比をリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ₄は分解されずにそのまま残る。このため、ＮＯ_X吸蔵触媒の使用を継続すると、ＮＯ_X吸収剤４７内の硫酸塩ＢａＳＯ₄が増大する。ＮＯ_X吸蔵触媒が吸収できるＮＯ_X量が低下する。この様に、ＮＯ_X吸蔵触媒１７に硫黄被毒が生じる。

硫黄被毒を解消するためには、ＮＯ_X吸蔵触媒からＳＯ_Xを放出する硫黄被毒回復処理を行なう。硫黄被毒回復処理においては、ＮＯ_X吸蔵触媒１７の温度をＳＯ_X放出が可能な温度まで上昇させた状態でＮＯ_X吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにすることにより、ＮＯ_X吸蔵触媒からＳＯ_Xを放出する処理を行なう。

本実施の形態においては、硫黄被毒回復処理を行なうときの制御について説明する。本実施の形態における内燃機関の制御装置は、ＮＯ_X吸蔵触媒に蓄積するＳＯ_X吸蔵量を検知する。たとえば、機関回転数Ｎと要求トルクＴＱとを関数にする単位時間あたりのＳＯ_Xの蓄積量のマップを電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に内蔵しておく。運転状態に応じて算出される単位時間あたりのＳＯ_X蓄積量を積算することにより、ＮＯ_X吸蔵触媒に吸蔵されているＳＯ_X吸蔵量を検知することができる。ＮＯ_X吸蔵触媒のＳＯ_X吸蔵量が所定の量に達したら硫黄被毒回復処理を行う。

本実施の形態における内燃機関の制御装置は、燃焼室に噴射する燃料の噴射パターンを制御可能に形成されている。即ち、電子式の燃料噴射弁３による燃料の噴射量および噴射時期を制御できるように形成されている。本実施の形態の硫黄被毒回復処理は、燃焼室における燃料の噴射パターンを制御することにより行なう。

図５に、本実施の形態における内燃機関の通常運転時における燃料の噴射パターンを示す。噴射パターンＡは、通常運転時における燃料の噴射パターンである。通常運転時においては、略圧縮上死点ＴＤＣで主噴射ＦＭが行なわれる。すなわち、クランク角が略０°において主噴射ＦＭが行なわれる。また、主噴射ＦＭの燃焼を安定化させるために、主噴射ＦＭの前にパイロット噴射ＦＰが行なわれる。パイロット噴射ＦＰは、例えば、クランク角が圧縮上死点ＴＤＣの前の略１０°から略４０°の範囲において行なわれる。通常運転時においては、噴射パターンＢに示すように、パイロット噴射ＦＰが行なわれずに主噴射ＦＭのみで運転されていても構わない。本実施の形態においては、パイロット噴射ＦＰが行なわれる噴射パターンを例に取り上げて説明する。

図６は、本実施の形態の内燃機関において、硫黄被毒回復処理を行なう運転制御のタイムチャートである。時刻ｔ₀までが通常運転である。時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までは、ＮＯ_X吸蔵触媒の温度がＳＯ_X放出温度以上になるようにＮＯ_X吸蔵触媒の昇温を行なっている。時刻ｔ₁から時刻ｔ₃までは、ＮＯ_X吸蔵触媒の温度をＳＯ_X放出温度以上に維持しながら、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることにより、ＳＯ_Xを放出させている。時刻ｔ₃以降では、硫黄被毒回復処理を終了して通常運転を行なっている。時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの昇温の時間は、例えば数十秒であり、時刻ｔ₁から時刻ｔ₃までのＳＯ_Xを放出させるための時間は、例えば数十分程度である。

通常の運転時において噴射パターンＡで運転されているときには、排気ガスの空燃比はリーンである。内燃機関の運転を継続するとともにＳＯ_Xが所定量まで蓄積したことを検知して、時刻ｔ₀でＮＯ_X吸蔵触媒の昇温を開始する。時刻ｔ₀から時刻ｔ₁において、ＮＯ_X吸蔵触媒の温度を上昇させる昇温制御を行う。

図７に、ＮＯ_X吸蔵触媒を昇温したり昇温した温度を維持したりするための噴射パターンを示す。噴射パターンＣにおいては、主噴射ＦＭの噴射時期が圧縮上死点ＴＤＣから遅れている。すなわち、主噴射ＦＭの噴射時期を遅角させている。主噴射ＦＭの噴射時期の遅角に伴って、パイロット噴射ＦＰの噴射時期も遅角させている。主噴射ＦＭの噴射時期を遅角させることにより、排気ガスの温度を上昇させることができる。更に、主噴射ＦＭの後に、補助噴射としてのアフター噴射ＦＡを行っている。アフター噴射ＦＡは、主噴射の後の燃焼可能な時期に行なわれる。アフター噴射ＦＡは、例えば圧縮上死点後のクランク角が略４０°までの範囲で行なわれ、例えば、圧縮上死点後のクランク角が略２０°から略３０°の範囲において行なわれる。アフター噴射ＦＡを行なうことにより、後燃え期間が長くなり、排気ガスの温度を上昇させることができる。また、燃焼室における燃焼量が増加して排気ガスの温度を上昇させることができる。

図６を参照して、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの期間において排気ガスを昇温することにより、ＮＯ_X吸蔵触媒を昇温することができる。ＮＯ_X吸蔵触媒の温度をＳＯ_X放出温度まで上昇させる。例えば、６００℃まで上昇させる。また、時刻ｔ₁から時刻ｔ₃までの期間において、噴射パターンＣを行なうことにより、ＮＯ_X吸蔵触媒をＳＯ_X放出温度以上に維持する温度維持制御を行なうことができる。噴射パターンＣで運転を行なっているときには、排気ガスの空燃比はリーンである。なお、ＮＯ_X吸蔵触媒の昇温については、この形態に限られず、任意の方法を採用することができる。

ＮＯ_X吸蔵触媒の温度がＳＯ_X放出温度に達したら、温度維持制御を行ないながら、ＳＯ_Xを放出するために、排気ガスの空燃比をリッチ又は理論空燃比にするリッチ制御を行う。

図８に、本実施の形態における排気ガスの空燃比をリッチにするための噴射パターンを示す。噴射パターンＤは、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの期間における噴射パターンである。噴射パターンＤは、燃焼パターンＣと比較したときに、アフター噴射ＦＡの噴射量が増加している。アフター噴射ＦＡの噴射量を増加することにより、排気ガスの空燃比をリッチにすることができる。本実施の形態においては、アフター噴射ＦＡの噴射量を増加することによりリッチ制御を行なっているが、この形態に限られず、たとえば主噴射ＦＭの噴射量を増加しても構わない。

図６を参照して、リッチ制御を行なうことにより、ＳＯ_Xを放出させることができる。時刻ｔ₁から時刻ｔ₂の期間において、温度維持制御が行なわれているときにリッチ制御が一定期間ごとに行なわれている。噴射パターンＤと噴射パターンＣとを繰り返し行ないながらＳＯ_Xを放出させている。

リッチ制御において、アフター噴射ＦＡの噴射量を増加させることにより、燃焼室における燃焼量が増加する。増加した燃料の少なくとも一部が燃焼室内の高温高圧下で軽質の未燃燃料（ＨＣ）やＣＯ等に変換される。このように、機関排気通路に軽質な未燃燃料（ＨＣ）またはＣＯ等を還元剤として供給することができる。軽質な未燃燃料やＣＯ等は、還元性に優れており、還元剤として好ましい。ＮＯ_X吸蔵触媒においては、還元剤が供給されることによりＳＯ_Xが放出される。

一方で、リッチ制御においては、燃焼室での燃焼量が増加するために、機関本体１の温度が上昇する。また、リッチ制御時には、燃料の噴射パターンを変更するとともに、目標の空燃比を達成するために、吸入空気量を減らす場合がある。即ち、図１を参照して、内燃機関の吸気通路に配置されているスロットル弁１０を絞る場合がある。スロットル弁１０を絞ることにより、吸入空気量を減らして空燃比を小さくすることができる。このときには、排気ガスの温度が更に上昇する。

機関本体１の温度の上昇に伴って、機関冷却装置の冷却水の温度も上昇する。本実施の形態においては、機関冷却装置の冷却水の温度が予め定められた高温側の許容値に達している。冷却水の水温の許容値としては、機関冷却装置の運転範囲の限界値に対して、余裕を含んだ低い温度に設定することが好ましい。許容値は、冷却水の温度が許容値を超えて温度を低下させる制御を行なっている間に運転範囲の限界値を超えないように低い温度に設定されていることが好ましい。

本実施の形態における内燃機関の制御装置は、リッチ制御を行なっているときに内燃機関の機関本体の温度が予め定められた許容値以上になった場合に、燃焼室内での燃料の燃焼量を減少させると共に、ＮＯ_X吸蔵触媒に供給する未燃燃料を増加させる。本実施の形態においては、機関冷却装置の水温センサ５８により、冷却水の水温が許容値以上になったことを検知して、時刻ｔ₂において燃焼室における噴射パターンを変更する。

図６および図８を参照して、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの期間においては、噴射パターンＤを噴射パターンＥに変更して、噴射パターンＣと噴射パターンＥとを繰り返す。噴射パターンＥによりリッチ制御が行なわれている。噴射パターンＥは、噴射パターンＤと比較して、アフター噴射ＦＡの噴射時期を遅らせている。すなわち、アフター噴射ＦＡを遅角させている。この噴射パターンを採用することにより、燃焼室内における燃料の燃焼量を少なくすることができる。本実施の形態においては、補助噴射により噴射された燃料の燃焼量が減少して、機関本体が過温になることを抑制できる。または、機関冷却装置の冷却水が過温になることを抑制できる。

また、アフター噴射ＦＡを遅角すると、ＮＯ_X吸蔵触媒に供給される未燃燃料が増加して、排気ガスの空燃比がリッチの状態を維持することができる。噴射パターンＥを行なって排気ガスの空燃比をリッチにすることによりＳＯ_Xを放出させることができる。

ここで、ＮＯ_X吸蔵触媒には、前述のようにＮＯ_Xを酸化するための金属触媒が担持されている。ＮＯ_X吸蔵触媒に供給される未燃燃料は、金属触媒の表面上において酸化される。このときに、酸化反応に伴う発熱が生じて、ＮＯ_X吸蔵触媒の温度を維持することができる。すなわち、燃焼室内での燃焼量が減少することにより排気ガスの温度が下降するが、ＮＯ_X吸蔵触媒における酸化反応が増加することにより、ＮＯ_X吸蔵触媒の温度をＳＯ_X放出温度に維持することができる。

燃焼室に噴射された燃料の増加分の少なくとも一部を燃焼させることにより、好適な還元剤をＮＯ_X吸蔵触媒に供給することができる。本実施の形態においては、アフター噴射により噴射される燃料の少なくとも一部が燃焼することにより好適な還元剤を供給することができる。しかしながら、燃焼室における燃料の燃焼量が増加するために機関本体の温度が過上昇してしまう。このため、噴射パターンを変更することにより、ＮＯ_X吸蔵触媒に還元剤を供給しながら、機関本体が過温になることを抑制することができる。このように、本実施の形態においては、ＳＯ_Xの放出を継続しながら、機関本体が過温になることを抑制できる。

硫黄被毒回復処理の終期については、例えば、排気ガスの空燃比がリッチになっている時間の積算値に基づいて残存するＳＯ_X量を算出する。そして、ＮＯ_X吸蔵触媒に残存するＳＯ_X吸蔵量が、予め定められた値になったときに硫黄被毒回復処理を終了する。図６を参照して、時刻ｔ₃において、硫黄被毒回復処理を終了している。噴射パターンを噴射パターンＡに戻して通常運転を行なっている。

図８を参照して、本実施の形態においては、排気ガスの空燃比がリッチになる状態を維持しながら機関冷却装置の冷却水の水温を下げるために、噴射パターンＥを採用しているが、この形態に限られず、例えば、噴射パターンＦを採用しても構わない。

噴射パターンＦは、アフター噴射ＦＡの噴射を停止して、ポスト噴射ＦＰＯを行なう噴射パターンである。ポスト噴射は、アフター噴射と同様に補助噴射であるが、アフター噴射が機関出力に影響を与える一方で、ポスト噴射は機関出力に寄与しない特徴を有する。ポスト噴射ＦＰＯは、例えば、圧縮上死点後のクランク角が略９０°から略１２０°の範囲内において行われる噴射である。噴射パターンＤを噴射パターンＦに変更することにより、補助噴射の噴射時期が遅くなる。アフター噴射ＦＡを停止して、ポスト噴射ＦＰＯを行なうことにより、燃焼室内での燃焼量を減少させながら、排気ガスの空燃比をリッチに維持することができる。

本実施の形態においては、燃焼室に噴射する燃料のうち、少なくとも一部の燃料の噴射時期を遅らせている。特に、燃焼室内で主噴射よりも後に燃料を噴射する補助噴射が行なわれている時に、補助噴射の噴射時期を遅らせる。この制御により、燃焼室内での燃料の燃焼量を減少させると共に、ＮＯ_X吸蔵触媒に供給する未燃燃料を増加させることができる。

また、本実施の形態においては、１回の補助噴射の噴射量は略同一のまま、補助噴射の噴射時期を遅らせている。この制御により、噴射パターンを切り換えてもＮＯ_X吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を略一定に保つことができる。ＮＯ_X吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を変化させることなく、ＮＯ_X吸蔵触媒に還元剤を供給できるために、硫黄被毒回復処理を遅延させずにＳＯ_Xの放出を継続することができる。

図６を参照して、本実施の形態においては、機関冷却装置の冷却水の水温が高温側の所定の判定値以上になったときに、噴射パターンＤから噴射パターンＥに切り替えて運転を継続しているが、この形態に限られず、噴射パターンの切替え後に機関冷却装置の冷却水の水温が低温側の所定の判定値以下になった場合には、噴射パターンＥを噴射パターンＤに戻しても構わない。この制御を行なうことにより、より軽質な還元剤を供給する時間を長くすることができる。

上記の説明においては、燃焼の噴射パターンの変更により、機関本体が過温になることを抑制しているが、この形態に限られず、機関冷却装置の制御を併用しても構わない。次に、本実施の形態における機関冷却装置の制御について説明する。

図９に、本実施の形態における機関冷却装置の制御を説明する第１のフローチャートを示す。図９は、硫黄被毒回復処理を行なっているときの制御である。ステップ１０１において、機関冷却装置の冷却水の水温を検知する。ステップ１０２において、冷却水の温度が許容値以上か否かを判別する。

ステップ１０２において、機関冷却装置の冷却水の温度が許容値以上の場合には、ステップ１０３に移行する。ステップ１０３においては、機関冷却装置の冷却能力が最大か否かであることが判別される。例えば、ウォータポンプ５２の回転数が最大であるか、または、ラジエータ５１を冷却するファン５９が駆動されているか否かが判別される。ステップ１０３において、冷却装置の冷却能力が最大でない場合には、ステップ１１１に移行する。

ステップ１１１においては、冷却装置の冷却能力が向上される。例えば、ウォータポンプ５２の回転数の予め定められた量が上昇される。または、ラジエータ５１を冷却するファン５９が駆動されていない場合にはファン５９が駆動される。このように、本実施の形態における冷却装置は、冷却能力調整手段が冷却能力を調整することにより、機関本体が過温になることを回避することができる。

ステップ１０３において、機関冷却装置の冷却能力が最大である場合には、ステップ１０４に移行する。ステップ１０４においては、車速および外気温度が検知される。ステップ１０５においては、冷却能力検知手段が、車速および外気温度に基づいて、機関冷却装置の冷却能力を算出する。本実施の形態においては、機関冷却装置の最大の冷却能力を算出する。ステップ１０６においては、機関冷却装置の冷却能力に応じて、機関本体が過温になることを回避できる燃焼室内での噴射パターンが選定される。

例えば、主噴射の後に行なわれる補助噴射を遅角するクランク角度を選定する。図８を参照して、アフター噴射ＦＡを遅角させる噴射パターンＥを採用するか、又はアフター噴射ＦＡを取り止めてポスト噴射ＦＰＯを行なう噴射パターンＦを採用するかを選定する。または、アフター噴射ＦＡを遅角させるときの遅角のクランク角度を選定する。補助噴射のうち少なくとも一部の補助時期を遅らせることにより、燃焼室における燃焼量を低減することができる。このように、機関冷却装置の冷却能力を算出して、冷却能力に応じて燃焼室内における燃焼量を調整することができる。

ステップ１０７においては、冷却装置の冷却能力に応じて選定された燃焼室内における噴射パターンに変更することにより、機関本体が過温になることを抑制できる。図９に示す制御は、たとえば、予め定められた所定の期間ごとに行なわれる。

図１０に、本実施の形態における内燃機関の制御装置において機関冷却装置の制御を説明する第２のフローチャートを示す。図１０に示す制御においては、機関冷却装置の冷却能力に余力がある場合に、燃焼室おける燃料の燃焼量を増加させる。たとえば、図９に示す制御により、燃焼室での燃料の燃焼量が低減するように燃焼パターンを変更した後の所定の期間経過後に、機関冷却装置の冷却水の温度が所定の判定値まで下がった場合には、燃焼室における燃料の燃焼量を増加させる制御を行なうことができる。

図９に示すステップ１０２において、機関冷却装置の冷却水の温度が許容値未満である場合には、図１０に示すステップ１２１に移行する。ステップ１２１においては、自動車の車速および外気温度を検知する。ステップ１２２においては、冷却能力検知手段により、車速および外気温度に基づいて機関冷却装置の冷却能力の最大値を算出する。また、現在の機関冷却装置の駆動状態に基づいて、機関冷却装置の冷却能力の余力を算出する。冷却能力の余力の算出においては、例えば、冷却水の温度、ウォータポンプ５２の回転数、またはファン５９が駆動されているか否かが参照される。

ステップ１２３においては、機関冷却装置の余力が所定の判定値以上か否かが判別される。機関冷却装置の余力が所定の判定値未満の場合には、この制御を終了する。機関冷却装置の余力が所定の判定値以上の場合には、ステップ１２４に移行する。ステップ１２４においては、機関冷却装置の冷却能力内の燃焼量を増加する噴射パターンを選定する。

燃焼室における燃焼量を増加させる噴射パターンとしては、例えば、図８を参照して、リッチ制御のときに噴射パターンＥが採用されている時には、アフター噴射ＦＡの遅角する角度を小さくする制御を行なう。または、噴射パターンＦが採用されている時には、ポスト噴射ＦＰＯの噴射を取り止めて、アフター噴射ＦＡを行なう。または、ポスト噴射ＦＰＯの噴射量を減らして、アフター噴射ＦＡを追加する。このように補助噴射のうち少なくとも一部の噴射時期を早めることにより、燃焼室における燃焼量を増加させることができる。

ステップ１２５においては、選定された噴射パターンに変更して、燃焼室における燃焼量を増加させる。このように、機関冷却装置の冷却能力が高いときには、燃焼室内における燃料の燃焼量を大きくする制御を行なうことができる。燃焼室における燃焼量を増加することにより、より多くの軽質の還元剤をＮＯ_X吸蔵触媒に供給することができる。

ステップ１２４およびステップ１２５において、機関冷却装置の冷却能力に余力がある場合には、燃焼室内における燃焼量を増加させる制御に加えて、機関冷却装置の冷却能力を向上させる制御を行なっても構わない。

このように、冷却装置の冷却能力に応じて、燃焼室内における燃料の燃焼量を変更することにより、機関冷却装置が過温になることを回避しながらＮＯ_X吸蔵触媒に多くの良質な還元剤を供給することができる。

本実施の形態における機関本体の温度を検知する温度検知手段は、機関冷却装置の冷却水の水温を検知しているが、この形態に限られず、機関本体の温度を検知する任意の手段を採用することができる。

（実施の形態２）
図１１から図１３を参照して、実施の形態２における内燃機関の制御装置について説明する。本実施の形態における内燃機関は、実施の形態１における内燃機関と同様である。本実施の形態においては、硫黄被毒回復処理を行なうときの制御について説明する。

図１１は、本実施の形態における硫黄被毒回復処理を行なうときの運転制御のタイムチャートである。時刻ｔ₀までの通常運転の制御、および時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までにおける昇温制御は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態においては、時刻ｔ₁から時刻ｔ₃の間において、ＮＯ_X吸蔵触媒の温度をＳＯ_X放出温度以上に維持するための温度維持制御の噴射パターンと、排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ制御の噴射パターンとが実施の形態１と異なる。

図１２に、ＮＯ_X吸蔵触媒をＳＯ_X放出温度以上に維持するための噴射パターンを示す。噴射パターンＧは、主噴射ＦＭ、補助噴射としてのアフター噴射ＦＡおよびポスト噴射ＦＰＯが行なわれている。アフター噴射ＦＡが主噴射よりも後に行なわれる第１補助噴射に相当して、ポスト噴射ＦＰＯが第１補助噴射よりも後に行なわれる第２補助噴射に相当する。図１１を参照して、噴射パターンＧにて運転を行なっているときの排気ガスの空燃比はリーンである。

図１３に、本実施の形態の硫黄被毒回復処理において、排気ガスの空燃比をリッチにするときの噴射パターンを示す。時刻ｔ₁から時刻ｔ₂において、排気ガスの空燃比をリッチにする場合に、噴射パターンＨが採用されている。噴射パターンＨは、図１２に示す噴射パターンＧと比較して、アフター噴射ＦＡの噴射量が多くなるように制御されている。

図１１を参照して、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂の期間においては、噴射パターンＨを採用することにより、ＳＯ_Xの放出が行なわれる。ＳＯ_Xの放出が行なわれると共に、機関冷却装置の水温が上昇する。機関冷却装置の水温が許容値以上になったことを検知して、時刻ｔ₂において噴射パターンを変更している。時刻ｔ₂から時刻ｔ₃の期間においては、排気ガスの空燃比をリッチにするための噴射パターンが、噴射パターンＨから噴射パターンＩに変更されている。

図１３を参照して、噴射パターンＩは、噴射パターンＨと比較して、アフター噴射ＦＡの噴射量を減らして、ポスト噴射ＦＰＯの噴射量を増加させている。噴射パターンＨから噴射パターンＩに変更することにより、燃焼室における燃料の燃焼量を低減することができ、機関本体が過温になることを抑制できる。また、ＮＯ_X吸蔵触媒に供給する未燃燃料が多くなって、ＮＯ_X吸蔵触媒の温度をＳＯ_X放出温度以上に維持することができる。

このように、本実施の形態におけるリッチ制御において主噴射よりも後に燃料を噴射する第１補助噴射、および第１補助噴射よりも後に燃料を噴射する第２補助噴射が行なわれている時に、第１補助噴射の噴射量を減少させて第２補助噴射の噴射量を増加させる。燃焼室に噴射する燃料のうち、少なくとも一部の燃料の噴射時期を遅らせている。この制御により、燃焼室内における燃焼量を低減することができる。

機関冷却装置の冷却能力を検知して、燃焼室内における燃焼量を調整する場合においては、アフター噴射ＦＡの噴射量とポスト噴射ＦＰＯの噴射量の比率を変更することにより、燃焼室内における燃焼量を調整することができる。たとえば、図９のステップ１０６およびステップ１０７において機関本体の温度を下げる場合には、アフター噴射ＦＡの噴射量を減らしてポスト噴射ＦＰＯを増加することにより、燃焼室内における燃焼量を減少することができる。または、機関冷却装置に余力がある場合には、図１０のステップ１２４およびステップ１２５において、アフター噴射ＦＡの噴射量を増やして、ポスト噴射ＦＰＯを減少することにより、燃焼室における燃焼量が増加して、多くの良質な還元剤をＮＯ_X吸蔵触媒に供給することができる。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

（実施の形態３）
図１４を参照して、実施の形態３における内燃機関の制御装置について説明する。本実施の形態における内燃機関は、実施の形態１における内燃機関と同様である。本実施の形態においては、硫黄被毒回復処理を行なうときの制御について説明する。

図１４に、本実施の形態の硫黄被毒回復処理を行なう運転制御のタイムチャートを示す。時刻ｔ₀までの通常運転の制御、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの昇温制御、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの噴射パターンＣによる温度維持制御、および噴射パターンＤによるリッチ制御については、実施の形態１における運転制御と同様である。

本実施の形態においては、機関冷却装置の冷却水の温度が許容値になったことを検知して、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの間に、一定期間ごとに行なう噴射パターンＤを休止して噴射パターンＣを継続する。噴射パターンＣを継続することにより、機関冷却装置の冷却水の温度が下がるが、ＮＯ_X吸蔵触媒の温度をＳＯ_X放出温度以上に維持することができる。排気ガスの空燃比はリーンになり、ＳＯ_Xの放出は停止する。このように、本実施の形態においては、ＳＯ_Xの放出は停止するものの、ＮＯ_X吸蔵触媒の温度を高い温度に維持した待機昇温を行なっている。

時刻ｔ₃において、機関冷却装置の冷却水の水温が所定の判定値まで下がったことを検知して、噴射パターンＤと噴射パターンＣとを繰り返す制御を再開している。時刻ｔ₄において、ＳＯ_Xの吸蔵量が判定値以下になったことを検知して、硫黄被毒再生処理を終了している。

このように、一定期間ごとにリッチ制御を行なっているときに機関本体の温度が高くなったことを検知して、リッチ制御を休止して温度維持制御を持続する期間を介在させることにより、機関本体が過温になることを抑制できる。また、ＮＯ_X吸蔵触媒をＳＯ_X放出温度以上の高温に維持することができるため、ＮＯ_X吸蔵触媒を再び昇温する必要がなく、短時間で硫黄被毒回復処理を行なうことができる。本実施の形態においては、一回の待機昇温を介在しているが、この形態に限られず、待機昇温を２回以上介在させても構わない。

内燃機関が機関冷却装置を備える場合には、実施の形態１における燃料の噴射パターンの変更の代わりに、リッチ制御を行なうための燃料の噴射を休止させることができる。たとえば、図９のステップ１０６およびステップ１０７において、噴射パターンを変更する代わりにリッチ制御を行なう噴射パターンを休止して温度維持制御を行なうことができる。

本実施の形態においては、温度維持制御として噴射パターンＣを採用して、またリッチ制御として噴射パターンＤを採用しているが、この形態に限られず、例えば、実施の形態２と同様に、温度維持制御として噴射パターンＧを採用して、リッチ制御として噴射パターンＨを採用しても構わない。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１または２と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

（実施の形態４）
図１５から図１７を参照して、実施の形態４における内燃機関の制御装置について説明する。本実施の形態における内燃機関は、実施の形態１における内燃機関と同様である。本実施の形態においては、ＮＯ_Xを放出させるＮＯ_X放出処理について説明する。

図１５は、本実施の形態における第１の運転制御のタイムチャートである。時刻ｔ₁までは、通常運転である。燃焼室内においては、図５に示す噴射パターンＡが採用されている。

ＮＯ_X吸蔵量が所定の判定値に達したことを検知して、時刻ｔ₁においてＮＯ_Xの放出が開始される。ＮＯ_Xの放出においては、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの期間に、図８に示す噴射パターンＤを行なうことにより、排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ制御を行なう。すなわち、主噴射ＦＭを遅角してアフター噴射ＦＡを追加することにより、排気ガスの空燃比をリッチにする。

通常運転を行なっているときに、機関本体の温度が高い場合がある。即ち、機関冷却装置の冷却水の水温が高い場合がある。例えば、真夏などの気温の高い時期に、遅い車速で急な上り坂を長時間登る運転状態においては、機関冷却装置の水温が高くなる。このような状態のときに、ＮＯ_X吸蔵触媒のＮＯ_X放出処理を行なうと、機関冷却装置の冷却水の水温が許容値を超える場合がある。図１５に示す運転例においては、冷却水の水温が許容値に達して、時刻ｔ₂においてリッチ制御の噴射パターンが変更されている。

時刻ｔ₂から時刻ｔ₃の期間においては、排気ガスの空燃比をリッチにするために、図８に示す噴射パターンＥが採用されている。すなわち、アフター噴射ＦＡの噴射時期を遅らせた噴射パターンを採用している。噴射パターンＤを噴射パターンＥに変更することにより、燃焼室における燃料の燃焼量を減少させることができる。この結果、機関冷却装置の冷却水の水温を下げることができる。また、燃焼室において燃焼される燃料は減少するものの、機関排気通路に供給される未燃燃料は増加するために、排気ガスの空燃比をリッチに維持することができる。

硫黄被毒回復処理と同様に、ＮＯ_X放出処理においても、噴射パターンＤを噴射パターンＥに変更することにより、ＮＯ_Xの放出を継続しつつ、機関本体が過温になることを回避することができる。機関冷却装置の制御についても、硫黄被毒回復処理の場合と同様に行なうことができる。

図１５に示す例においては、機関冷却装置の冷却水の水温が高温側の許容値に達したことを検知して、噴射パターンＤを噴射パターンＥに変更しているが、この形態に限られず、実施の形態１と同様に、噴射パターンＤを噴射パターンＦに変更しても構わない。すなわち、アフター噴射ＦＡを停止してポスト噴射ＦＰＯを追加する制御を行なっても構わない。

時刻ｔ₃において、ＮＯ_X吸蔵量が所定の判定値まで減少したことを検知して、ＮＯ_X放出処理を終了している。時刻ｔ₃以降においては、噴射パターンＡにより通常運転を行なっている。

図１６に、本実施の形態における第２の運転制御のタイムチャートを示す。第２の運転制御においては、時刻ｔ₁まで通常運転を行なうために噴射パターンＡにて運転を行なっている。時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までは、ＮＯ_Xの放出を行なうために、リッチ制御として噴射パターンＤを採用している。一定期間ごとに、噴射パターンＡおよび噴射パターンＤを繰り返している。

第２の運転制御においては、時刻ｔ₂において冷却水の水温が許容値に達したことを検知して、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃において噴射パターンＤ同士の間の時間を長くしている。噴射パターンＤ同士の間に介在する噴射パターンＡの時間を長くしている。すなわち、ＮＯ_X放出処理において、排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ制御を一定期間ごとに行なっているときに、このリッチ制御同士の間隔を長くしている。

排気ガスの空燃比をリッチにするための噴射パターン同士の間隔を長くすることにより、機関冷却装置の冷却水が冷却される時間を確保することができ、機関本体が過温になることを抑制できる。機関冷却装置の制御においては、図９のステップ１０６，１０７において、噴射パターンを変更する代わりにリッチ制御同士の間隔を長くすることができる。

図１６に示す運転例においては、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃まで、リッチ制御同士の間の時間を長くする制御を行なったまま運転を継続しているが、冷却装置の冷却水の水温が所定の判定値まで下降したら、再び、リッチ制御同士の間の時間を短くしても構わない。

図１７に、本実施の形態における第３の運転制御のタイムチャートを示す。第３の運転制御においては、時刻ｔ₁まで噴射パターンＡにより通常運転を継続している。時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までは、噴射パターンＤと噴射パターンＡとを繰り返すことにより、ＮＯ_Xの放出を行なっている。

第３の運転制御においては、時刻ｔ₂において機関冷却装置の冷却水の温度が許容値に達したことを検知して、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの間に、排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ制御を停止している。すなわち時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの期間においては、噴射パターンＡのみで運転を行なっている。この期間中は、ＮＯ_Xの放出が休止される。

時刻ｔ₃において、機関冷却装置の水温が所定の判定値まで下がったことを検知して、再び排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ制御を行なっている。時刻ｔ₃から時刻ｔ₄までの間においては、再び噴射パターンＤと噴射パターンＡと繰り返している。このように、リッチ制御を停止する停止期間を介在させることにより、機関本体が過温になることを抑制できる。時刻ｔ₄においてＮＯ_X吸蔵量が所定の判定値に達したことを検知して、ＮＯ_X放出処理を終了している。時刻ｔ₄以降においては通常運転が行なわれている。

機関冷却装置の制御においては、図９のステップ１０６，１０７において、噴射パターンを変更する代わりに一定期間ごとに行なうリッチ制御を停止することにより行なうことができる。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１から３のいずれかと同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

（実施の形態５）
図１８から図２０を参照して、実施の形態５における内燃機関の制御装置について説明する。本実施の形態における内燃機関には、機関排気通路内に燃料を添加するための燃料添加弁が配置されている。

図１８に、本実施の形態における内燃機関の概略図を示す。本実施の形態における内燃機関は、ＮＯ_X吸蔵触媒１７の上流の機関排気通路内に配置され、機関排気通路内に燃料を添加する燃料添加手段として、燃料添加弁１５を備える。燃料添加弁１５は、排気管１２の内部に向かって燃料を噴射するように形成されている。本実施の形態においては、機関本体１の燃料と同じ燃料を噴射するように形成されているが、この形態に限られず、機関本体１の燃料とは異なる燃料が用いられていても構わない。電子制御ユニット３０の出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して燃料添加弁１５に接続されている。本実施の形態における燃料添加弁１５は、電子制御ユニット３０により制御されている。

図１９に、本実施の形態の内燃機関において、硫黄被毒回復処理を行なうときのタイムチャートを示す。時刻ｔ₀までの通常運転の制御、時刻ｔ₁までの昇温制御、および時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの温度維持制御およびリッチ制御については、実施の形態１と同様である。

本実施の形態の硫黄被毒回復処理においては、機関冷却装置の水温が許容値に達したときに、燃焼室内に噴射する燃料の噴射量を減少させるとともに、燃料添加弁による燃料の添加量を増加させる制御を行う。

時刻ｔ₂において、機関冷却装置の水温が許容値に達したことを検知して、噴射パターンＤによるリッチ制御を停止する。時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの期間においては、噴射パターンＣの温度維持制御を継続する。噴射パターンＤを停止することにより、燃焼室における燃料の燃焼量が減少して、機関本体の温度を下降させることができる。燃焼室から排出される排気ガスの空燃比はリーンになる。

一方で、燃料添加弁１５から燃料を添加することにより、ＮＯ_X吸蔵触媒１７の入口における排気ガスの空燃比をリッチにしている。この制御を行なうことにより、ＳＯ_Xの放出を継続することができる。このように、燃焼室における燃料の燃焼量を減少させるとともに、ＮＯ_X吸蔵触媒に供給する未燃燃料を増加させる。

本実施の形態においても、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの期間において排気ガスの温度が降下する一方で、ＮＯ_X吸蔵触媒に供給される未燃燃料が増加するために、ＮＯ_X吸蔵触媒における酸化反応が促進される。この酸化反応の反応熱により、ＮＯ_X吸蔵触媒をＳＯ_X放出温度以上に維持することができる。

時刻ｔ₃において、機関冷却装置の冷却水の温度が所定の低温側の判定値まで下がったことを検知して、噴射パターンＤによるリッチ制御を再開している。噴射パターンＤと噴射パターンＣと繰り返す制御を再開している。時刻ｔ₄においては、ＮＯ_X吸蔵触媒に吸蔵されているＳＯ_Xの量が所定の量まで減少したことを検知して、硫黄被毒再生処理を終了している。時刻ｔ₄以降においては、噴射パターンＡで通常運転が行なわれている。

本実施の形態の硫黄被毒回復処理においても、燃焼室内での燃焼量を低減させることができて、機関本体が過温になることを抑制することができる。また、燃料添加弁から燃料を添加することにより、ＳＯ_X放出を継続することができる。

また、本実施の形態においては、噴射パターンＤを行なう期間と燃料添加弁による燃料の添加を行なう期間とにおいて、ＮＯ_X吸蔵触媒入口での排気ガスの空燃比が略同一になるように燃料添加弁による添加量が制御されている。この制御により、ＮＯ_X吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を略一定に保つことができる。

図２０に、本実施の形態の内燃機関において、ＮＯ_Xの放出を行なうときのタイムチャートを示す。時刻ｔ₁まで噴射パターンＡにより通常運転を行なっている。時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの期間に、噴射パターンＤによるリッチ制御を行なうことにより、ＮＯ_Xの放出を行なうことは、実施の形態４の運転例と同様である。

本実施の形態のＮＯ_X放出処理においては、時刻ｔ₂において機関冷却装置の冷却水の水温が許容値に達したことを検知して、噴射パターンＤによるリッチ制御を停止している。すなわち、一定期間ごとに行う噴射パターンＤを停止して、噴射パターンＡを継続している。燃焼室から排出される排気ガスの空燃比はリーンになる。一方で、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの間において、燃料添加弁１５からの燃料の添加を行うことにより排気ガスの空燃比をリッチにしている。燃料添加弁１５から燃料を添加することにより、ＮＯ_X吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることができる。

本実施の形態のＮＯ_X放出処理においても、燃焼室内での燃焼量を低減させることができて、機関本体が過温になることを抑制することができる。また、燃料添加弁から燃料を添加することにより、ＮＯ_X放出を継続することができる。

本実施の形態においては、時刻ｔ₃において、機関冷却装置の冷却水の温度が所定の判定値まで下がったことを検知して、燃料添加弁１５からの燃料の添加を停止している。また、噴射パターンＤによるリッチ制御を再開している。すなわち噴射パターンＤと噴射パターンＡと繰り返す制御を再開している。時刻ｔ₄において、ＮＯ_X吸蔵量が所定の判定値まで下降したことを検知して、ＮＯ_X放出処理を終了している。

機関冷却装置の制御においては、リッチ制御を行なう噴射パターンの変更の代わりに、リッチ制御を行なう噴射パターンによる噴射を停止して、燃料添加弁による燃料の添加を行なうことができる。たとえば、図９のステップ１０６，１０７において、噴射パターンの変更の代わりに、燃焼室におけるリッチ制御の噴射パターンを停止して、燃料添加弁から燃料を添加することにより、機関本体の温度が過上昇することを抑制できる。

本実施の形態においては、ＮＯ_X吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする制御として、燃焼室内への燃料の噴射量を増加する制御、または燃料添加弁から燃料を添加する制御のいずれか一方を採用しているが、この形態に限られず、両方の制御が併用されていても構わない。燃焼室内で噴射される燃料の量と燃料添加弁から噴射される燃料の量との比率を変化させることにより、機関本体の温度を調整することができる。機関冷却装置の制御においては、たとえば、図９のステップ１０６，１０７または図１０のステップ１２４，１２５において、機関冷却装置の冷却能力に応じて、燃焼室内に噴射される燃料の量と燃料添加弁から噴射される燃料の量との比率を変化させることにより機関本体の温度を調整することができる。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１から４と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。上記の実施の形態は、組み合わせることができる。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。

実施の形態１における内燃機関の概略図である。実施の形態１における機関本体を冷却する機関冷却装置の概略図である。ＮＯ_X吸蔵触媒がＮＯ_Xを吸収する時のＮＯ_X吸蔵触媒の拡大概略断面図である。ＮＯ_X吸蔵触媒がＳＯ_Xを吸収する時のＮＯ_X吸蔵触媒の拡大概略断面図である。内燃機関が通常運転を行なっているときの噴射パターンである。実施の形態１における硫黄被毒回復処理を行なう運転制御のタイムチャートである。ＮＯ_X吸蔵触媒の昇温を行なうときの噴射パターンである。実施の形態１における排気ガスの空燃比をリッチにする時の噴射パターンである。実施の形態１における機関冷却装置の制御を説明する第１のフローチャートである。実施の形態１における機関冷却装置の制御を説明する第２のフローチャートである。実施の形態２における硫黄被毒回復処理を行なうときのタイムチャートである。実施の形態２におけるＮＯ_X吸蔵触媒をＳＯ_X放出温度以上に維持する時の噴射パターンである。実施の形態２おける排気ガスの空燃比をリッチにする時の噴射パターンである。実施の形態３における硫黄被毒回復処理を行なう運転制御のタイムチャートである。実施の形態４におけるＮＯ_X放出処理を行なう第１の運転制御のタイムチャートである。実施の形態４におけるＮＯ_X放出処理を行なう第２の運転制御のタイムチャートである。実施の形態４におけるＮＯ_X放出処理を行なう第３の運転制御のタイムチャートである。実施の形態５における内燃機関の概略図である。実施の形態５における硫黄被毒回復処理行なう運転制御のタイムチャートである。実施の形態５におけるＮＯ_X放出処理を行なう運転制御のタイムチャートである。

符号の説明

１機関本体
２燃焼室
３燃料噴射弁
１３酸化触媒
１５燃料添加弁
１６パティキュレートフィルタ
１７ＮＯ_X吸蔵触媒
２１燃料供給管
２６温度センサ
２７温度センサ
２８差圧センサ
３０電子制御ユニット
５１ラジエータ
５２ウォータポンプ
５８水温センサ
５９ファン
６０車速センサ
６１外気温センサ

Claims

内燃機関の機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵触媒が配置され、燃焼室内に燃料を噴射するようにした内燃機関の制御装置において、
燃焼室に噴射する燃料の噴射量を増加することにより排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にするリッチ制御を行なうように形成されており、
燃焼室内において、主噴射に加え、主噴射の後の燃焼可能な時期に燃料を噴射する第１補助噴射および前記第１補助噴射の後に燃料を噴射する第２補助噴射を行なうことによって前記リッチ制御を行なっているときに、内燃機関の機関本体の温度が予め定められた許容値以上になった場合には、ＮＯ _X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を変化させることなく、前記第１補助噴射の噴射量を減少させて前記第２補助噴射の噴射量を増加させることにより、燃焼室内における燃料の燃焼量を減少させると共に、ＮＯ_X吸蔵触媒に供給する未燃燃料を増加させることを特徴とする、内燃機関の制御装置。
機関排気通路内のＮＯ_X吸蔵触媒の上流側に配置され、機関排気通路内に燃料を添加する燃料添加手段が配置され、燃焼室内での燃料の噴射量を減少させると共に、燃料添加手段による燃料の添加量を増加することによりＮＯ_X吸蔵触媒に供給する未燃燃料を増加させることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。