JP5104789B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気流路に燃料を添加する燃料添加弁を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来より、リーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンといった理論空燃比よりも空気過剰なリーン燃焼を行う内燃機関では、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化に際し、例えばＮＯｘ吸蔵還元型触媒が用いられる。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、リーン雰囲気においてＮＯｘが吸蔵され、リッチ雰囲気に切り替えられることにより吸蔵されたＮＯｘが還元されて無害な窒素となり排出されて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が再生される。このリッチ雰囲気を作るために、排気中に直接燃料を添加する燃料添加弁を設け、排気流路中に燃料を添加している。

また、内燃機関の排気中に含まれる粒子状物質が大気へ放出されないように、内燃機関の排気流路にパティキュレートフィルタを設けている。このフィルタにより排気中の粒子状物質が一旦捕集されるが、フィルタに捕集された粒子状物質の量が多くなるとフィルタ上流の排気の圧力が上昇するため、内燃機関の出力低下や燃費の悪化を誘発する。このようなときには、燃料添加弁から排気中に燃料を添加することでフィルタの温度を上昇させ、フィルタに堆積した粒子状物質を酸化させることにより粒子状物質を除去するフィルタの再生を行なう。

この燃料の添加を適切に行うために、例えば、特許文献１には、排気系への燃料添加に際し、排気流量、排気温度及び排気流路内壁の温度に基づいて、予め設定されたマップから燃料の蒸発量を推定し、この蒸発量を加味して、燃料添加弁から添加する燃料量を算出する排気浄化装置が記載されている。

また、特許文献２には、燃料添加弁から燃料添加することにより排気系内の燃料堆積量が基準堆積量より大きくなったときには燃料添加を禁止し、白煙発生を防止する排気浄化装置が記載されている。その際、添加した燃料の内で排気系内に付着する燃料の付着率や、添加燃料や付着燃料から蒸気となる蒸発率を、吸入空気量と排気温度に基づいて予め設定されたマップから算出し、この付着率、蒸発率や燃料添加量により燃料堆積量を算出している。

特開２００２−０３８９３９号公報 特開２００５−１８０２９０号公報

こうした従来の装置では、予め設定されたマップに基づいて燃料添加量を算出するオープン制御であり、車両の幾何的機差や燃料性状に関わりなく、排気流量や吸入空気量、排気温度等に基づいて蒸発量、付着率や蒸発率が算出される。しかしながら、実際には車両の幾何的機差により付着度合いが変わり、あるいは燃料性状によって蒸発速度が変わることにより、目標通りの制御性能が得られないという問題があった。

本発明の課題は、付着率や蒸発率を学習して、車両の幾何的機差や燃料性状に応じてより適切な燃料添加を行なうことができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
内燃機関からの排気流路に設けられ排気を浄化すると共に、浄化機能を再生可能な排気浄化部材と、
前記排気浄化部材より上流の前記排気流路に燃料を添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁の添加パターンと添加燃料の前記排気流路への付着率及び付着燃料の前記排気流路からの蒸発率に基づき、前記排気浄化部材に到達する燃料を推定する到達燃料推定モデルとを備え、添加した前記燃料により前記排気浄化部材を再生する内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気浄化部材より下流の前記排気流路の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記燃料添加後に前記空燃比検出手段により検出された空燃比及びそのときの排気量、筒内噴射量を用い到達燃料推定モデルに基づいて前記付着率及び前記蒸発率を算出し、前記付着率の学習を前記蒸発率の学習終了後に実行する学習手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置がそれである

また、前記蒸発率を算出する前記学習手段は、前記燃料添加後に時間間隔をあけて検出した少なくとも２組の排気量、空燃比、筒内噴射量を用い前記到達燃料推定モデルに基づいて前記蒸発率を算出する構成としてもよい。あるいは、前記付着率を算出する前記学習手段は、前記燃料添加後の前記空燃比検出手段により検出された空燃比の最小ピーク値とそのときの排気量、空燃比、筒内噴射量を用い前記到達燃料推定モデルに基づいて前記付着率を算出する構成としてもよい。更に、前記学習手段は、算出した前記付着率及び前記蒸発率をそのときの排気量と排気温度とに関連付けて記憶する構成としてもよい。前記排気浄化部材は、窒素酸化物を吸蔵するＮＯｘ触媒、あるいは粒子状物質を捕集するフィルタの少なくともどちらか一つである構成でもよい。

本発明の内燃機関の排気浄化装置は、蒸発率及び付着率を学習するので、車両毎の蒸発率及び付着率が得られ、車両の幾何的機差に応じた蒸発率及び付着率が得られ、また、燃料性状に応じた蒸発率及び付着率を学習するので、適切な燃料添加を行なうことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態としての内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。 本実施形態の排気浄化部材に到達する燃料の推定モデルの説明図である。 本実施形態の添加信号と付着燃料との関係を示すグラフである。 本実施形態の電子制御回路において行われる付着率・蒸発率学習処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態の電子制御回路において行われる添加制御処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態の添加信号とカウンタ値と空燃比センサ出力との関係を示すグラフである。 本実施形態の添加信号と付着燃料の平均値との関係を示すグラフである。 本実施形態の触媒到達燃料量と添加インターバルの関係を示すグラフである。 本実施形態の添加信号と空燃比と付着燃料量との関係を示すグラフである。

以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態としての内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。図１に示すように、内燃機関１は多気筒、本実施例では、例えば、４気筒のディーゼルエンジンで、シリンダ２、ピストン４及びシリンダヘッド６から燃焼室８を形成している。

内燃機関１の吸気系には、燃焼室８と吸気バルブ１２を介して連通する吸気ポート１４、吸気流路１６、吸入空気量を調節するスロットルバルブ２０が配設されている。また、内燃機関１の気筒毎の各燃焼室８に燃料を噴射する燃料噴射弁２１がシリンダヘッド６に設けられている。尚、内燃機関１はディーゼル機関に限らず、ガソリン機関であってもよい。

内燃機関１の排気系には、燃焼室８と排気バルブ２２を介して連通する排気ポート２４、排気流路２６が配設されている。吸気流路１６と排気流路２６とを連通する再循環流路２８が設けられており、再循環流路２８の吸気流路１６側には制御弁３０が介装されている。

排気流路２６には、排気浄化部材が内装された排気浄化装置３２が介装されており、本実施形態では、排気浄化部材としてのＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、ＬＮＴという。）３４が内装されている。ＬＮＴ３４は、排気の空燃比がリーン状態のときにはＮＯｘを吸蔵し、排気中の空燃比が小さくなり（もしくは酸素濃度が低くなり）、かつ排気中にＨＣやＣＯ等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを離脱させ還元浄化する作用を有する。

この作用を利用して、排気の空燃比がリーン状態のときに排気中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵させ、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵効率が低下したときにＮＯｘ吸蔵剤の上流側において燃料を添加する等してＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘを離脱させると共に、ＮＯｘを排気中のＨＣやＣＯと反応させることによってさらに還元させ、無害な窒素として排出させる。ＨＣやＣＯは、ＮＯｘを還元することで、自身は酸化されて水や二酸化炭素となり、ＬＮＴ３４は再生される。

また、排気浄化装置３２に内装される排気浄化部材としては、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦという。）でもよい。排気には、炭素を主成分とするパティキュレート（粒子状物質）が多く含まれており、排気黒煙の原因となる。ＤＰＦは、例えば、多孔質セラミック等からなるハニカム状フィルタで、長手方向に沿って多数の通路が形成されると共に、貴金属触媒、及び周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取り込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤が担持されている。

ＤＰＦは、このようなパティキュレートを捕集して燃焼させる周知のものである。捕集したパティキュレートを燃焼させるが、パティキュレートに含まれる不純物（オイルや燃料等に含まれる添加物等）が灰状の燃えカスとなって付着するため、長期間使用すると目詰まりを起こし、内燃機関１の運転状態に悪影響を及ぼすおそれがある。

そこで、例えば、ＤＰＦの両側の排気圧力差が所定値以上となったときに、燃料をＤＰＦに供給し、この燃料がＤＰＦ内で燃焼して、ＤＰＦが高温となり、デポジットが燃焼されて、ＤＰＦを再生することができる。排気浄化部材としては、ＬＮＴ３４またはＤＰＦでもよく、少なくとも一方が設けられていればよいが、ＬＮＴ３４とＤＰＦとの両方が設けられていてもよい。

内燃機関１の燃料系には、高圧燃料を蓄えるコモンレール３６と、燃料タンク３７からの燃料を加圧してコモンレール３６に供給する高圧燃料供給ポンプ３８とが設けられている。コモンレール３６は、運転状態等に基づいて目標圧が設定され、高圧燃料供給ポンプ３８から供給された高圧燃料を目標圧に蓄圧する。燃料噴射弁２１は、コモンレール３６より供給される高圧燃料を内燃機関１の気筒内の燃焼室８に噴射する。

また、ＬＮＴ３４よりも上流側の排気流路２６に高圧燃料供給ポンプ３８から燃料を添加する燃料添加弁４１が設けられている。燃料添加弁４１は、入力される添加信号に応じて、後述する添加期間Ｔ、添加インターバルＩＮＴや添加回数ｎ等を変えて、排気流路２６の空燃比を調整する。

内燃機関１の検出系には、スロットルバルブ２０の開度を検出するスロットルセンサ４６、内燃機関１の回転数を検出する回転数センサ４８、吸気流路１６への吸入空気量を検出する吸入空気量センサ５０、アクセルペダル５２の踏込量を検出するアクセル開度センサ５４、ＬＮＴ３４の上流側の排気温度を検出する排気温センサ５６、ＬＮＴ３４の下流側の排気の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する空燃比センサ５８が配設されている。

本実施形態では、吸入空気量センサ５０により検出される吸入空気量に基づいて、排気流路２６の後述する排気量を算出しているが、排気流路２６に排気量を検出する排気量センサを設けてもよい。また、燃焼に供される混合気の酸素濃度は、そのまま燃焼に供された酸素を差し引いて排気中の酸素濃度に反映され、混合気中の酸素濃度（空燃比）が高ければ、排気中の酸素濃度（空燃比）も基本的には同様に高くなる。尚、排気温センサ５６をＬＮＴ３４の上流側に設けているが、これに限らず、排気温は運転状態から推定するようにしてもよく、また、ＬＮＴ３４の温度を検出するセンサから排気温を推定するようにしてもよい。

前記各センサ等は電子制御回路６０に接続されており、電子制御回路６０は、周知のＣＰＵ６２、ＲＯＭ６４、ＲＡＭ６６等を中心に論理演算回路として構成され、外部と入出力を行う入出力回路６８とコモンバス７０を介して相互に接続されている。

ＣＰＵ６２は、スロットルセンサ４６、回転数センサ４８、吸入空気量センサ５０、アクセル開度センサ５４、排気温センサ５６、空燃比センサ５８等からの入力信号を入出力回路６８を介して入力し、これらの信号及びＲＯＭ６４、ＲＡＭ６６内のデータや予め記憶された制御プログラムに基づいてＣＰＵ６２は、入出力回路６８を介して燃料噴射弁２１、燃料添加弁４１等に信号を出力する。

ＬＮＴ３４に対して適正量の燃料添加を行なうために、ＬＮＴ３４に流入する燃料量を推定している。この燃料添加時に排気浄化装置３２へ流入する燃料には、燃料添加弁４１から添加された燃料が蒸発、微粒化して直接到達する分と、一旦排気流路２６の壁面に付着した燃料が蒸発して到達する分とがある。そして、燃料添加時において、直接到達する分と付着した燃料が蒸発して到達する分との両方を考慮してＬＮＴ３４に流入する燃料量を推定することにより、適正量の燃料を添加する。

図２に燃料添加弁４１から排気流路２６内に添加され、ＬＮＴ３４へ到達する燃料の推定モデルを示す。図２に示すように、燃料添加弁４１から排気流路２６内に燃料が添加されると、添加された燃料のうち、蒸発分や微粒化分の燃料はそのままＬＮＴ３４に到達し、他の一部の燃料は排気流路２６の壁面に付着する。一旦壁面に付着した燃料からの蒸発燃料もその後ＬＮＴ３４に到達する。

ここで、壁面に付着している付着燃料量をＱa 、付着率をα、蒸発率をβ、燃料添加弁４１からの添加量をｑとすると、壁面に付着する燃料変化量は下記（１）式で示される。尚、付着燃料量Ｑa 、添加量ｑは、単位時間あたりの量や、後述する処理をするに当たっての一周期（一定時間）あたりの量である。

ｄＱa／ｄｔ＝αｑ−βＱa … （１）
また、燃料添加弁４１から燃料を添加している添加時に、ＬＮＴ３４へ到達する燃料には、添加された燃料が蒸発、微粒化して直接到達する分と、排気流路２６の壁面に付着した燃料が蒸発して到達する分とがある。燃料添加弁４１から燃料を添加していない非添加時に、ＬＮＴ３４へ到達する燃料には、排気流路２６の壁面に付着した燃料が蒸発して到達する分がある。このことから、添加時のＬＮＴ３４に到達する燃料量Ｑは下記（２）式で示され、非添加時のＬＮＴ３４に到達する燃料量Ｑは下記（３）式で示される。

Ｑ＝（１−α）ｑ＋βＱa … （２）
Ｑ＝βＱa … （３）
図３にこの到達燃料推定モデルでの燃料添加弁４１への添加信号と付着燃料との関係を示す。図３（ａ）に示すように、１回の添加時に添加期間Ｔと添加インターバルＩＮＴとが繰り返される信号が添加信号として入力される。図３（ｂ）に示すように、燃料添加弁４１から添加期間Ｔに応じて開弁されて燃料が添加されると、排気流路２６の壁面への付着燃料量Ｑa は指数関数的に増加し、添加インターバルＩＮＴの間では燃料が蒸発して付着燃料量Ｑa は指数関数的に減少する。添加期間Ｔが終了したときに付着燃料量Ｑa が多くなり、添加インターバルＩＮＴが終了したときに付着燃料量Ｑa が少なくなる。

添加時期Ｔ、添加インターバルＩＮＴ、添加回数ｎ等から、ｎ回目の添加期間Ｔが終了したときの付着燃料量Ｑa#max(n)は下記（４）式により算出でき、ｎ−１回目の添加インターバルＩＮＴが終了したときの付着燃料量Ｑa#min(n-1)は下記（５）式により算出できる。

次に、前述した電子制御回路６０において行われる付着率・蒸発率学習処理について、図４のフローチャートによって説明する。

内燃機関１の運転状態としての、スロットルセンサ４６により検出されるスロットル開度と、回転数センサ４８により検出される回転数とに基づいて、予め記憶されたマップ等から噴射量指令値が算出され、この噴射量指令値に基づいて、燃料噴射弁２１から燃料が噴射されて、内燃機関１が運転される。

前述したように、ＬＮＴ３４は排気中の酸素濃度が高ければＮＯｘを吸収し、低ければＮＯｘをＮＯ２若しくはＮＯに還元して放出する特性を有するため、排気中の酸素が高濃度状態にある限りＮＯｘを吸収することとなる。ただし、ＬＮＴ３４のＮＯｘ吸収量に限界量が存在し、ＬＮＴ３４が限界量のＮＯｘを吸収した状態では排気中のＮＯｘが同触媒に吸収されずＬＮＴ３４を素通りする。

燃料添加は、例えば以下の条件（１）〜（３）が全て成立したときに行う。
（１）機関回転数Ｎｅ及びアクセルの踏み込み量の関係等から内燃機関１の運転状態が燃料添加に適していると判断される。これは、内燃機関１の運転状態が、燃料添加を実行してもトルク変動等の不具合が生じない領域にある条件にあたる。例えば減速時がこの条件に該当する。
（２）排気温度Ｔｅｘが所定温度（例えば２５０℃）を上回っていること。これは、ＮＯｘ触媒が十分に活性化する条件にあたる。
（３）ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収量が所定量を上回っていること。ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ吸収量がその限界値にある程度まで近づいたことを意味する。この吸収量は、前回の燃料添加終了からの経過時間や、空燃比及び排気温度の履歴等に基づいて推定すればよい。

電子制御回路６０は、前記条件（１）〜（３）全てが成立しているときには、燃料添加を実行すべきと判断する。
付着率・蒸発率学習処理は、排気浄化装置３２の再生処理にともなって、一定時間毎の割り込みにより処理され、まず、燃料添加弁４１による排気流路２６への燃料の添加開始直後か否かを判断する（ステップ１００。以下、Ｓ１００という。以下同様。）。

燃料添加弁４１による添加開始直後であれば（Ｓ１００：ＹＥＳ）、まず、カウンタＣ＿ＯＦＦをクリアして（Ｓ１１０）、一旦本制御処理を終了し、一定時間毎に繰り返し実行して、Ｓ１００の処理により、次に、燃料添加弁４１により添加開始直後でないと判断されると（Ｓ１００：ＮＯ）、カウンタＣ＿ＯＦＦが閾値ＤＥＬＹ＿ＡＦ以下か否かを判断する（Ｓ１２０）。

カウンタＣ＿ＯＦＦが設定された閾値ＤＥＬＹ＿ＡＦ以下のときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、空燃比センサ５８により検出される排気流路２６の空燃比をピーク値に更新する（Ｓ１３０）。即ち、今回の処理により検出された空燃比が前回の処理により検出された空燃比よりも小さいときには、空燃比を更新する。

次に、燃料添加弁４１により燃料を添加中か否かを判断し（Ｓ１４０）、燃料添加弁４１により燃料を添加中のときには（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、一旦本制御処理を終了する。繰り返し本制御処理を繰り返し実行して、Ｓ１４０の処理により燃料を添加中でないと判断したときには（Ｓ１４０：ＮＯ）、カウンタＣ＿ＯＦＦが予め設定された上限値Ｔｅ以下か否かを判断する（Ｓ１５０）。上限値Ｔｅは閾値ＤＥＬＹ＿ＡＦよりも十分に大きな値である。カウンタＣ＿ＯＦＦが上限値Ｔｅを越えるまで（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、カウンタＣ＿ＯＦＦのカウントアップを続ける（Ｓ１６０）。

Ｓ１００からＳ１６０の処理を繰り返し実行することにより、図６（ａ）に示すように、燃料添加弁４１から燃料の添加が開始された直後には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、図６（ｂ）に示すように、カウンタＣ＿ＯＦＦをクリアする（Ｓ１１０）。

そして、本制御処理を繰り返し実行することにより、カウンタＣ＿ＯＦＦが閾値ＤＥＬＹ＿ＡＦを越えるまで、図６（ｃ）に示すように、空燃比のピーク値を更新する。燃料添加弁４１からｎ回の開閉駆動により燃料が排気流路２６に添加されると、リッチ状態となり、ＬＮＴ３４の再生が行われる。尚、図９には、添加信号と空燃比と付着燃料量との関係を示す。

また、空燃比センサ５８の出力は、遅れ時間をもって、燃料の添加に応じてリッチ状態の空燃比となる。空燃比が最小のピーク値ＡＦpeakを更新するのは、燃料添加弁４１が燃料添加を終了した後の遅れ時間が経過してからのタイミングとなる。同時に、空燃比がピーク値ＡＦpeakをとるときの燃料噴射弁２１からの筒内噴射量Ｑｅ、空燃比がピーク値ＡＦpeakをとるときの吸入空気量センサ５０により検出される吸入空気量から算出される排気量Ｇａを記憶する。

空燃比がピーク値ＡＦpeakを更新した後に、カウンタＣ＿ＯＦＦが閾値ＤＥＬＹ＿ＡＦを越えるように、閾値ＤＥＬＹ＿ＡＦが設定され、本実施形態では、閾値ＤＥＬＹ＿ＡＦは、排気量に応じて図示しないマップから設定するようにしている。

Ｓ１２０の処理により、カウンタＣ＿ＯＦＦが閾値ＤＥＬＹ＿ＡＦを越えたと判断すると（Ｓ１２０：ＮＯ）、カウンタＣ＿ＯＦＦが第１設定値Ｔ0 または第２設定値Ｔ1 であるか否かを判断する（Ｓ１７０）。第１設定値Ｔ0 と第２設定値Ｔ1 とは、図６（ｃ）に示すように、燃料添加後に空燃比がリッチ状態からリーン状態に戻るまでの途中の時間が予め実験等により設定され、閾値ＤＥＬＹ＿ＡＦよりも大きく、上限値Ｔｅよりも小さな値である。第１設定値Ｔ0 と第２設定値Ｔ1 とは、所定の時間間隔△ｔでもって設定される。

カウンタＣ＿ＯＦＦが第１設定値Ｔ0 または第２設定値Ｔ1 のときには（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、蒸発率推定用データのサンプルを取得する（Ｓ１８０）。本実施形態では、カウンタＣ＿ＯＦＦが第１設定値Ｔ0 または第２設定値Ｔ1 のときの、空燃比センサ５８により検出される空燃比ＡＦ0 ，ＡＦ1 と、吸入空気量センサ５０により検出される吸入空気量に基づいて算出される排気量Ｇａ0 ，Ｇａ1 と、燃料噴射弁２１による筒内への燃料噴射量Ｑｅ0 ，Ｑｅ1 とがデータとして取得される。

次に、空燃比のピーク値ＡＦpeak及び蒸発率推定用の空燃比ＡＦ0 ，ＡＦ1 が更新されたか否かを判断する（Ｓ１９０）。更新されているときには（Ｓ１９０：ＹＥＳ）、蒸発率βを算出すると共に（Ｓ２００）、付着率αを算出する（Ｓ２１０）。

蒸発率βは、前述したＬＮＴ３４に到達する燃料の推定モデルに基づいて、第１設定値Ｔ0 と第２設定値Ｔ1 とのそれぞれの時間でのＬＮＴ３４に到達する燃料量Ｑ0 ，Ｑ1 から下記（６）式から導かれる下記（７）式により算出される。

また、到達燃料量Ｑ0 ，Ｑ1 は、空燃比の定義から、下記（８）（９）式により算出される。

ここで、Ｑｅ0 ，Ｑｅ1 は、前述した第１設定値Ｔ0 または第２設定値Ｔ1 のときの燃料噴射弁２１による筒内への燃料噴射量である。Ｇａ0 ，Ｇａ1 は、前述した第１設定値Ｔ0 または第２設定値Ｔ1 のときの吸入空気量センサ５０により検出される吸入空気量に基づいて算出される排気量である。

付着率αの算出では、図７に示すように、ｎ回目の燃料添加に関し、簡単化のため、付着燃料量の添加期間の平均値ＱT を下記（１０）式、付着燃料量の添加期間外の平均値ＱINT を下記（１１）式のように考える。

このとき、ｎ回目の添加によるＬＮＴ３４への到達燃料量は、添加期間Ｔと非添加期間ＩＮＴの時間比から求まると考えると、付着率αは下記（１２）式から導かれる下記（１３）式により算出される。

この最大到達燃料量Ｑmax が空燃比センサ５８により検出される空燃比が最小となるときのＬＮＴ３４に到達する燃料量であると考えれば、下記（１４）式から、空燃比のピーク値ＡＦpeakから最大到達燃料量Ｑmax を算出できる。よって、付着率αは下記（１４）を前記（１３）式に代入して算出できる。

ここで、Ｑｅは空燃比がピーク値ＡＦpeakをとるときの燃料噴射弁２１からの筒内噴射量、Ｇａは空燃比がピーク値ＡＦpeakをとるときの吸入空気量センサ５０により検出される吸入空気量に基づいて算出される排気量である。

算出した蒸発率β及び付着率αは、排気量Ｇａ及び排気温度の２次元マップとしてそれぞれ記憶される。本付着率・蒸発率学習処理を繰り返し実行することにより、排気量Ｇａ及び排気温度毎の蒸発率β及び付着率αが得られるので、車両毎の蒸発率β及び付着率αが得られ、車両の幾何的機差に応じた蒸発率β及び付着率αが得られる。また、給油した燃料の性状に応じた蒸発率β及び付着率αが得られる。

尚、Ｓ１７０の処理により、カウンタＣ＿ＯＦＦが第１設定値Ｔ0 または第２設定値Ｔ1 ではないと判断すると（Ｓ１７０：ＮＯ）、サンプルを取得せず、また、空燃比が更新されていないときには（Ｓ１９０：ＮＯ）、蒸発率β及び付着率αを算出せずに、本制御処理を繰り返し実行する。

次に、蒸発率β及び付着率αを用いて、燃料添加弁４１を制御して、排気流路２６へ燃料を添加させる添加制御処理について、図５のフローチャートによって説明する。
まず、現在の空燃比ＡＦと排気量Ｇａとに基づく排気状態と、目標空燃比ＡＦ＿ＴＲＧとにより、ＬＮＴ３４に供給すべき要求触媒到達燃料量Ｑreq を下記（１５）式から算出する。目標空燃比ＡＦ＿ＴＲＧはＬＮＴ３４に吸蔵されているＮＯｘを処理して再生するためにリッチ状態とする空燃比であり、要求触媒到達燃料量Ｑreq はそのときにＬＮＴ３４の再生に必要とする燃料量である。

次に、要求触媒到達燃料量Ｑreq に基づいて、基本添加パラメータを算出する（Ｓ３１０）。基本添加パラメータとして、燃料添加弁４１を駆動する際の添加期間Ｔと添加回数ｎとを算出する。これらの基本添加パラメータは、例えば、内燃機関の回転数とアクセル開度の２次元マップにより補間計算する。

次に、添加インターバルＩＮＴの最大値ＩＮＴ＿ＭＡＸと最小値ＩＮＴ＿ＭＩＮとを算出する（Ｓ３２０）。最大値ＩＮＴ＿ＭＡＸと最小値ＩＮＴ＿ＭＩＮとは、予め設定された値であり、燃料添加弁４１の制御許容範囲を示す値である。

そして、添加インターバルＩＮＴが最大値ＩＮＴ＿ＭＡＸのときの触媒到達燃料量Ｑ#minと、添加インターバルＩＮＴが最小値ＩＮＴ＿ＭＩＮのときの触媒到達燃料量Ｑ#maxとを前述した（１２）式から算出する。

即ち、付着率・蒸発率学習処理により算出された蒸発率β及び付着率αのマップから、そのときの排気量Ｇａ及び排気温度に応じて蒸発率β及び付着率αを読み出す。そして、Ｓ３１０により算出した添加期間Ｔと添加インターバルＩＮＴが最大値ＩＮＴ＿ＭＡＸのときの、触媒到達燃料量Ｑ#minを（１２）式から算出する。同様に、添加インターバルＩＮＴが最小値ＩＮＴ＿ＭＩＮのときの触媒到達燃料量Ｑ#maxを（１２）式から算出する。

そして、図８に示すように、要求触媒到達燃料量Ｑreq で触媒到達燃料量Ｑ#maxと触媒到達燃料量Ｑ#minとを補間計算することにより、添加インターバルＩＮＴの最大値ＩＮＴ＿ＭＡＸと最小値ＩＮＴ＿ＭＩＮとから補正後添加インターバルＩＮＴＦを算出する（Ｓ３４０）。次に、添加期間Ｔ、添加回数ｎ、補正後添加インターバルＩＮＴＦに基づいて、燃料添加弁４１を駆動して、燃料を排気流路２６に添加する（Ｓ３５０）。

本付着率・蒸発率学習処理を繰り返し実行することにより、算出した蒸発率β及び付着率αが、排気量Ｇａ及び排気温度の２次元マップとしてそれぞれ記憶される。よって、付着率・蒸発率学習処理により蒸発率β及び付着率αを学習するので、車両毎の蒸発率β及び付着率αが得られ、車両の幾何的機差に応じた蒸発率β及び付着率αが得られる。

また、燃料には、沸点の異なる複数の成分が混在しており、給油する燃料によってはその割合が多少異なる場合がある。割合が異なると、蒸発率β及び付着率αが異なるが、付着率・蒸発率学習処理により蒸発率β及び付着率αを学習するので、燃料性状に応じて、適正量の燃料添加が行われ、ＮＯｘ還元率の低下や、白煙の発生を防止できる。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

１…内燃機関 ２…シリンダ
４…ピストン ６…シリンダヘッド
８…燃焼室 １６…吸気流路
２０…スロットルバルブ ２１…燃料噴射弁
２６…排気流路 ２８…再循環流路
３０…制御弁 ３２…排気浄化装置
３４…ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）
３６…コモンレール ３７…燃料タンク
３８…高圧燃料供給ポンプ
４１…燃料添加弁 ４６…スロットルセンサ
４８…回転数センサ ５０…吸入空気量センサ
５２…アクセルペダル ５４…アクセル開度センサ
５６…排気温センサ ５８…空燃比センサ
６０…電子制御回路

Claims (5)

1. 内燃機関からの排気流路に設けられ排気を浄化すると共に、浄化機能を再生可能な排気浄化部材と、
   前記排気浄化部材より上流の前記排気流路に燃料を添加する燃料添加弁と、
   前記燃料添加弁の添加パターンと添加燃料の前記排気流路への付着率及び付着燃料の前記排気流路からの蒸発率に基づき、前記排気浄化部材に到達する燃料を推定する到達燃料推定モデルとを備え、添加した前記燃料により前記排気浄化部材を再生する内燃機関の排気浄化装置において、
   前記排気浄化部材より下流の前記排気流路の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記燃料添加後に前記空燃比検出手段により検出された空燃比及びそのときの排気量、筒内噴射量を用い到達燃料推定モデルに基づいて前記付着率及び前記蒸発率を算出し、前記付着率の学習を前記蒸発率の学習終了後に実行する学習手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記蒸発率を算出する前記学習手段は、前記燃料添加後に時間間隔をあけて検出した少なくとも２組の排気量、空燃比、筒内噴射量を用い前記到達燃料推定モデルに基づいて前記蒸発率を算出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。
3. 前記付着率を算出する前記学習手段は、前記燃料添加後の前記空燃比検出手段により検出された空燃比の最小ピーク値とそのときの排気量、空燃比、筒内噴射量を用い前記到達燃料推定モデルに基づいて前記付着率を算出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。
4. 前記学習手段は、算出した前記付着率及び前記蒸発率をそのときの排気量と排気温度とに関連付けて記憶することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記排気浄化部材は、窒素酸化物を吸蔵するＮＯｘ触媒、あるいは粒子状物質を捕集するフィルタの少なくともどちらか一つであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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