(57)【要約】【課題】ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元浄化処理と、パティキュレートフィルタのフィルタ再生処理とを同時期に効率的に行う。【解決手段】機関排気通路内上流から順に、第１燃料添加弁１６、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３、第２燃料添加弁１７、パティキュレートフィルタを配置し、燃料消費量の積算値が予め定められた値となったときに、ＮＯｘ還元浄化処理を行うべきときであると判定しＮＯｘ還元浄化処理を行うＮＯｘ還元浄化処理制御を行う。フィルタ再生処理中且つＮＯｘ還元浄化処理中のときには、第２燃料添加弁からの燃料添加を一時的に中断し、フィルタ再生処理中且つＮＯｘ還元浄化処理中でないときには、第２燃料添加弁近傍の排気通路内の温度が予め定められた温度よりも低くなると、排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ第１燃料添加弁より燃料を添加してこの添加された燃料の酸化反応熱により第２燃料添加弁近傍の排気通路内の温度を昇温させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ときには排気ガス中に含まれるＮＯｘ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ＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流排気通路内に、酸化能を有する触媒を備えたフィルタであって排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタとを配置すると共に、燃焼室内又は排気通路内に燃料を添加してＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を調整する第１燃料添加手段と、パティキュレートフィルタの上流排気通路内であってＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流排気通路内に燃料を添加する第２燃料添加手段とを更に配置し、パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質が許容量を越えたとき、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ第２燃料添加手段より燃料を添加してこの添加された燃料の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタを酸化除去温度まで昇温させて堆積した粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を行う内燃機関の排気浄化装置において、燃料消費量の積算値を算出する燃料積算値算出手段と、該積算値が予め定められた値となったときに、ＮＯｘ還元浄化処理を行うべきときであると判定し、第１燃料添加手段より燃料を添加してＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元浄化処理を行うＮＯｘ還元浄化処理制御手段とを具備し、前記フィルタ再生処理中であって且つＮＯｘ還元浄化処理中のときには、前記フィルタ再生処理における第２燃料添加手段からの燃料添加を一時的に中断し、前記フィルタ再生処理中であって且つＮＯｘ還元浄化処理中でないときには、第２燃料添加手段近傍の排気通路内の温度が予め定められた温度よりも低くなると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から排出される排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ第１燃料添加手段より燃料を添加してこの添加された燃料の酸化反応熱によりＮＯｘ吸蔵還元触媒から排出される排気ガスを昇温し、第２燃料添加手段近傍の排気通路内の温度を昇温させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘ還元浄化処理制御手段は、ＮＯｘ還元浄化処理を行うべきときであると判定した場合であって、ＮＯｘ還元浄化処理による第１燃料添加手段から燃料を添加するとＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が予め定められた温度よりも高くなると予想されるときには、第１燃料添加手段からの燃料添加を禁止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。
【請求項３】
前記第１燃料添加手段が燃焼室内に燃料を添加し不完全燃焼による排気ガス中のＣＯ量を増大させる燃焼室内燃料添加手段と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒上流の排気通路内に燃料を添加する排気通路内燃料添加手段とからなり、第２燃料添加手段近傍の排気通路内の温度が予め定められた温度以上である場合には、燃焼室内燃料添加手段から燃料を添加してＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入するＣＯによってＮＯｘ還元浄化処理を行い、第２燃料添加手段近傍の排気通路内の温度が前記予め定められた温度未満である場合には、排気通路内燃料添加手段から燃料を添加して該燃料によってＮＯｘ還元浄化処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関排気通路内に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒とその下流排気通路内に酸化触媒を担持し排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタとを配置すると共に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流排気通路内に還元剤を添加する第１還元剤添加弁と、パティキュレートフィルタの上流排気通路内であってＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流排気通路内に還元剤を添加する第２還元剤添加弁とを更に配置した内燃機関の排気浄化装置が公知である（特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘ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ＮＯｘを還元浄化する能力を有する。リーン空燃比のもとで燃焼が継続して行われるとＮＯｘの吸蔵能力が飽和してしまいＮＯｘを吸蔵できなくなるため、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにし、吸蔵したＮＯｘを還元浄化する必要がある（以下、このような処理を「ＮＯｘ還元浄化処理」と称す。）。一方、パティキュレートフィルタは、堆積した粒子状物質が許容量を越えたとき、リーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を所定温度（例えば、６００度以上）まで昇温させ、堆積した粒子状物質を酸化除去する必要がある（以下、このような処理を「フィルタ再生処理」と称す）。
【０００４】
特許文献１に記載の発明によれば、フィルタ再生処理とＮＯｘ還元浄化処理とを両立させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−６９７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＮＯｘ還元浄化処理とフィルタ再生処理は、必要な排気ガスの空燃比が異なるため、いずれか一方の処理を行おうとすると他方の処理ができないため、排気性状の悪化や燃焼状態の悪化等の問題が生じる可能性がある。特許文献１には、これら処理を同時期に行うこと関する具体的な方法について詳細には記載されていない。
【０００７】
そこで本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元浄化処理と、パティキュレートフィルタのフィルタ再生処理とを同時期に効率的に行う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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために請求項１に記載の発明によれば、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ときには排気ガス中に含まれるＮＯｘ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ＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流排気通路内に、酸化能を有する触媒を備えたフィルタであって排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタとを配置すると共に、燃焼室内又は排気通路内に燃料を添加してＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を調整する第１燃料添加手段と、パティキュレートフィルタの上流排気通路内であってＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流排気通路内に燃料を添加する第２燃料添加手段とを更に配置し、パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質が許容量を越えたとき、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ第２燃料添加手段より燃料を添加してこの添加された燃料の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタを酸化除去温度まで昇温させて堆積した粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を行う内燃機関の排気浄化装置において、燃料消費量の積算値を算出する燃料積算値算出手段と、該積算値が予め定められた値となったときに、ＮＯｘ還元浄化処理を行うべきときであると判定し、第１燃料添加手段より燃料を添加してＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元浄化処理を行うＮＯｘ還元浄化処理制御手段とを具備し、前記フィルタ再生処理中であって且つＮＯｘ還元浄化処理中のときには、前記フィルタ再生処理における第２燃料添加手段からの燃料添加を一時的に中断し、前記フィルタ再生処理中であって且つＮＯｘ還元浄化処理中でないときには、第２燃料添加手段近傍の排気通路内の温度が予め定められた温度よりも低くなると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から排出される排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ第１燃料添加手段より燃料を添加してこの添加された燃料の酸化反応熱によりＮＯｘ吸蔵還元触媒から排出される排気ガスを昇温し、第２燃料添加手段近傍の排気通路内の温度を昇温させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００９】
即ち、請求項１に記載の発明では、燃料消費量の積算値に基づいてＮＯｘ還元浄化処理を行うべき時期を決定するという新たなＮＯｘ還元浄化処理時期決定方法を提供すると共に、ＮＯｘ還元浄化処理を行うべきときがフィルタ再生処理をすべきときと同時期である場合であっても、フィルタ再生処理のための燃料添加のタイミングを調整しつつ、これら処理を効率的に行うことが可能となる。また、第２燃料添加手段近傍の排気通路内の温度を昇温させることによって、第２燃料添加手段から添加される燃料の気化が促進され、パティキュレートフィルタの昇温が効率よく行うことが可能となる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、前記ＮＯｘ還元浄化処理制御手段は、ＮＯｘ還元浄化処理を行うべきときであると判定した場合であって、ＮＯｘ還元浄化処理による第１燃料添加手段から燃料を添加するとＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が予め定められた温度よりも高くなると予想されるときには、第１燃料添加手段からの燃料添加を禁止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１１】
即ち、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、燃料消費量の積算値に基づいて決定されたＮＯｘ還元浄化の時期にＮＯｘ還元浄化処理を行った場合、排気ガス中に含まれる未燃の燃料による酸化反応熱によってＮＯｘ吸蔵還元触媒が過度に昇温してしまう場合がある。そこで、ＮＯｘ還元浄化処理制御手段が燃料消費量の積算値に基づいてＮＯｘ還元浄化処理を行うべきときであると判定した場合であっても、ＮＯｘ還元浄化処理による第１燃料添加手段から燃料を添加するとＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が予め定められた温度よりも高くなると予想されるときには、第１燃料添加手段からの燃料添加を禁止することによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の過度の昇温が防止される。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明によれば請求項１又は２に記載の発明において、前記第１燃料添加手段が燃焼室内に燃料を添加し不完全燃焼による排気ガス中のＣＯ量を増大させる燃焼室内燃料添加手段と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒上流の排気通路内に燃料を添加する排気通路内燃料添加手段とからなり、第２燃料添加手段近傍の排気通路内の温度が予め定められた温度以上である場合には、燃焼室内燃料添加手段から燃料を添加してＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入するＣＯによってＮＯｘ還元浄化処理を行い、第２燃料添加手段近傍の排気通路内の温度が前記予め定められた温度未満である場合には、排気通路内燃料添加手段から燃料を添加して該燃料によってＮＯｘ還元浄化処理を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１３】
即ち、請求項３に記載の発明では、燃焼室内燃料添加手段によれば還元性の高い一酸化炭素（ＣＯ）を還元剤として用いることができるが、その分排気ガスの温度が低下する。一方、排気通路内燃料添加手段によれば還元剤として燃料（ＨＣ）を利用するが、これはＣＯに比べて還元性は低い。しかしながら、燃料は酸化反応をすることによって排気ガスの温度を昇温させることが可能である。従って、第２燃料添加手段近傍の排気通路内の温度が十分高くなっていると判断される、予め定められた温度以上の場合には、第２燃料添加手段近傍の排気通路内の温度の昇温よりも還元性を優先し、燃焼室内燃料添加手段による燃料を行う。一方、第２燃料添加手段近傍の排気通路内の温度が高くなっていない予め定められた温度未満の場合には、還元性よりも第２燃料添加手段近傍の排気通路内の温度の昇温を優先し、排気通路内燃料添加手段による燃料添加を行う。これにより、運転状態に応じた最適なＮＯｘ還元浄化処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
各請求項に記載の発明によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元浄化処理と、パティキュレートフィルタのフィルタ再生処理とを同時期に効率的に行うことができるという共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド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、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量を検出するためのエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。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、更に吸気ダクト６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冷却装置１１が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１６】
一方、排気マニホルド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、排気タービン７ｂの出口は排気通路１２を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の入口に連結される。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の出口は、排気管１４を介して酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタ１５に連結される。更に、排気通路１２には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の上流排気通路内に燃料を添加する第１燃料添加弁１６が取り付けられ、排気管１４には、パティキュレートフィルタ１５の上流排気通路内に燃料を添加する第２燃料添加弁１７が取り付けられる。本実施形態において、第１燃料添加弁１６及び第２燃料添加弁１７から添加される燃料には軽油を用いる。なお、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の上流排気通路内に酸化触媒を更に配置してもよく、パティキュレートフィルタ１５に酸化触媒を担持させる代わりに、パティキュレートフィルタ１５の上流排気通路内であってＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の下流排気通路内に酸化触媒を備えてもよい。
【００１７】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１８を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１８内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１９が配置される。また、ＥＧＲ通路１８周りにはＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２０が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置２０内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２１を介してコモンレール２２に連結される。このコモンレール２２内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３から燃料が供給され、コモンレール２２内に供給された燃料は各燃料供給管２１を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１８】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス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及び出力ポート３６を具備する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３はその温度を検出するための温度センサ２５を備え、第２燃料添加弁１７近傍の排気通路内の温度を検出するための温度センサ２６が配置され、排気管１４にはパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２７が取り付けられる。パティキュレートフィルタ１５には、その前後差圧を検出するための差圧センサ２８が配置される。温度センサ２５、２６、空燃比センサ２７、差圧センサ２８及びエアフローメータ８の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１９】
アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量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、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駆動用ステップモータ、第１燃料添加弁１６、第２燃料添加弁１７、ＥＧＲ制御弁１９及び燃料ポンプ２３に接続される。
【００２０】
図２はＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の構造を示している。図２に示される実施形態ではＮＯｘ吸蔵還元触媒１３はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁６０により互いに分離された複数個の排気ガス流通路６１を具備する。各隔壁６０の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図３（Ａ）及び（Ｂ）はこの触媒担体６５の表面部分の断面を図解的に示している。図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように触媒担体６５の表面上には貴金属触媒６６が分散して担持されており、更に触媒担体６５の表面上にはＮＯｘ吸収剤６７の層が形成されている。
【００２１】
本発明による実施形態では貴金属触媒６６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤６７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。
【００２２】
機関吸気通路、燃焼室２及び上流側の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤６７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出し還元浄化するＮＯｘの吸放出作用を行う。
【００２３】
即ち、ＮＯｘ吸収剤６７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図３（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ６６上において酸化されてＮＯ2となり、次いでＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯｘ吸収剤６７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ６６の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。
【００２４】
これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、図３（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸収剤６７内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2の形でＮＯｘ吸収剤６７から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
【００２５】
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和してしまい、ＮＯｘ吸収剤６７によりＮＯｘを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施形態ではＮＯｘ吸収剤６７の吸収能力が飽和する前に第１燃料添加弁１６から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出させるようにしている。以下、この処理をＮＯｘ還元浄化処理と称す。
【００２６】
一方、図４（Ａ）及び（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１５の構造を示している。なお、図４（Ａ）はパティキュレートフィルタ１５の正面図を示しており、図４（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１５の側面断面図を示している。図４（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ１５はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路７０，７１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓７２により閉塞された排気ガス流入通路７０と、上流端が栓７３により閉塞された排気ガス流出通路７１とにより構成される。なお、図４（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓７３を示している。従って排気ガス流入通路７０及び排気ガス流出通路７１は薄肉の隔壁７４を介して交互に配置される。言い換えると排気ガス流入通路７０及び排気ガス流出通路７１は各排気ガス流入通路７０が４つの排気ガス流出通路７１によって包囲され、各排気ガス流出通路７１が４つの排気ガス流入通路７０によって包囲されるように配置される。
【００２７】
パティキュレートフィルタ１５は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路７０内に流入した排気ガスは図４（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス流出通路７１内に流出する。本発明による実施形態では各排気ガス流入通路７０及び各排気ガス流出通路７１の周壁面、即ち各隔壁７４の両側表面上及び隔壁７４内の細孔内壁面上にも例えば白金Ｐｔ等の貴金属を担持している。
【００２８】
一方、排気ガス中に含まれるパティキュレート、即ち粒子状物質はパティキュレートフィルタ１５上に捕集され、順次酸化される。しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ１５上に次第に堆積し、この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう。従って粒子状物質の堆積量が増大したときには堆積した粒子状物質を除去しなければならない。この場合、空気過剰のもとでパティキュレートフィルタ１５の温度をほぼ６００℃以上に維持すると堆積した粒子状物質は酸化され、除去される。
【００２９】
そこで本発明による実施形態ではパティキュレートフィルタ１５上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたとき、例えば差圧センサ２８により検出されたパティキュレートフィルタ１５の前後差圧ΔＰが許容値を越えたときにはパティキュレートフィルタ１５に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ第２燃料添加弁１７から燃料を添加してこの添加された燃料の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタ１５の温度をほぼ６００℃以上に維持するようにしている。以下、この温度は、酸化除去温度と称し、このような処理をフィルタ再生処理と称す。
【００３０】
ところで、通常、フィルタ再生処理に必要な時間は、ＮＯｘ還元浄化処理に必要な時間よりも長い。そのため、フィルタ再生処理中にＮＯｘ還元浄化処理を行わなければならなくなる場合がある。この場合において、排気通路上流側に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に対して行われるＮＯｘ還元浄化処理は、上述のように流入する排気ガスの空燃比をリッチにする必要がある。従って、ＮＯｘ還元浄化処理中にＮＯｘ吸蔵還元触媒１３から排出される排気ガスの空燃比もリッチとなる。一方、排気通路下流側に配置されたパティキュレートフィルタ１５に対して行われるフィルタ再生処理は、上述のように流入する排気ガスの空燃比をリーンにする必要がある。
【００３１】
従って、これら処理を全く同時に行うことは困難であり、本発明の実施形態においては、これら処理を同時期に行う必要がある場合には、ＮＯｘ還元浄化処理の方を優先するようにしている。即ち、以下に説明する実施形態では、ＮＯｘ還元浄化処理により第１燃料添加弁１６から燃料が添加され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比がリッチとされている間は、第２燃料添加弁１７からの燃料添加を一時的に中断するようにしている。
【００３２】
ここで、ＮＯｘ還元浄化処理を頻繁に行うと、その分フィルタ再生処理におけるパティキュレートフィルタ１５の昇温のための第２燃料添加弁１７からの燃料添加を中断しなければならず、パティキュレートフィルタ１５の温度がその間に低下する。そうすると、再び酸化除去温度まで昇温のため追加の燃料添加が必要となり、フィルタ再生処理全体の時間が長くなる。このことは、燃費の観点から好ましいことではない。一方、ＮＯｘ還元浄化処理を行わないとＮＯｘ吸蔵還元触媒１３のＮＯｘ吸蔵能力が低下し、排気ガス中のＮＯｘを十分吸蔵することができず、排気性状が悪化するという問題も生じる。
【００３３】
従って、ＮＯｘ還元浄化処理は、それを行う頻度は可能な限り低くすると共にＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の吸蔵能力が確保される最適なタイミングで行うことが望ましい。従来、ＮＯｘ還元浄化処理を行うタイミングは、例えば、回転数と負荷に応じた静的なマップ等に基づいて決定する方法を採用していた。この方法によれば、加速及び減速を繰り返した場合において正確な実行タイミングを決定することが困難であった。そこで、本発明では、新たに燃料消費量カウンタ及び熱量バランスカウンタという指標を用いることによって、フィルタ再生処理中におけるＮＯｘ還元浄化処理時期の最適化を行う。
【００３４】
図５は、ＮＯｘ還元浄化処理を行う時期を示すタイミングチャートであり、燃料消費量カウンタ及び熱量バランスカウンタについて説明するための図である。第１燃料添加弁１６のピークの高さは燃料の添加量を示し、Ｖ１はＮＯｘ還元浄化処理に用いられる燃料を、Ｖ２は後述する昇温添加処理に用いられる燃料を示す。熱量消費量カウンタとは、燃料消費量、即ち、燃焼室内に実際に噴射された燃料の積算値である。燃料噴射量の時間変化は運転状態によるが、例えば、図５では、図にＩで示す平坦な区間は減速時を示し、燃焼室内に燃料が噴射されていないことを表している。その他の区間は緩やかな加速や急加速が行われ、それによって燃料消費量カウンタの傾きが変化する。なお、上記燃料消費量カウンタで表される燃料消費量を、燃焼室内及び排気通路内に実際に噴射された燃料の積算値としてもよい。
【００３５】
燃料消費量カウンタと共に用いられるのが燃費悪化フラグＦｆである。燃費悪化フラグＦｆは、通常ＯＦＦにされており、燃料消費量カウンタが予め定められた値となったときにＯＮになる。燃費悪化フラグＦｆがＯＮになる燃料消費量カウンタの値とは、例えば、或るＮＯｘ還元浄化処理から次のＮＯｘ還元浄化処理が行われるまでの燃料消費量カウンタの値に対する、１回のＮＯｘ還元浄化処理において添加される燃料量の割合によって求められる。具体的には、１回のＮＯｘ還元浄化処理において添加される燃料量を５００ｍｍ3とした場合に、上記割合を５％とすると、燃費悪化フラグＦｆがＯＮになる燃料消費量カウンタの値は、５００ｍｍ3／０．０５＝１００００ｍｍ3となる。即ち、燃料消費量カウンタの値が、１００００ｍｍ3となったときに、燃費悪化フラグＦｆはＯＮになる。
【００３６】
本実施形態では、燃費悪化フラグＦｆがＯＮとなったときにＮＯｘ還元浄化処理を行うようにしている。燃費悪化フラグＦｆがＯＮとなった場合、即ち、燃料消費量の積算値が所定量となったときというのは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３にＮＯｘの吸蔵量も増えていると考えられる。従って、燃費悪化フラグＦｆがＯＮとなったときを、ＮＯｘ還元浄化処理をすべきときであるとしている。このように本発明では、燃料消費量の積算値に着目することによって、機関の運転状態を意識することなく最適なＮＯｘ還元浄化処理のタイミングを決定することが可能となる。なお、図に示すように、ＮＯｘ還元浄化処理中はフィルタ再生処理による第２燃料添加弁１７からの燃料添加は停止される。
【００３７】
次に、熱量バランスカウンタについて説明する。熱量バランスカウンタは、第１燃料添加弁１６によって添加された燃料から発生する熱量の積算値である発熱曲線Ｒと、温度センサ２６によって検出される第２燃料添加弁１７近傍の排気管１４内の温度Ｔｅ（以下、「排気管温度Ｔｅ」と称す）とその目標温度との差に基づいて定まる傾きを有する直線である要求直線Ｌとからなる。発熱曲線Ｒは、第１燃料添加弁１６から添加された燃料量によってその履歴は変化する。
【００３８】
まず、排気管温度Ｔｅの目標温度について説明する。第２燃料添加弁１７から添加される燃料は、パティキュレートフィルタ１５の昇温のために使用されるが、その燃料は、添加後、パティキュレートフィルタ１５に到達するまでに排気管１４内で十分に気化していることが必要である。仮に、十分気化していない場合には、燃料はパティキュレートフィルタ１５に担持された酸化触媒上で酸化反応をすることなく、その下流へすり抜けてしまい排気性状を悪化させてしまう。そのため、第２燃料添加弁１７からの燃料添加時には、排気管温度Ｔｅは燃料が気化するのに必要な最低限の温度以上でなければならない。以下、この温度を気化下限温度Ｔ０と称す。
【００３９】
そこで、上述の熱量バランスカウンタの説明に戻ると、要求直線Ｌの傾きは、排気管温度Ｔｅと気化下限温度Ｔ０との差分に吸入空気量を乗じることによって算出される。そして、発熱曲線Ｒと要求直線Ｌとの交点は、これらが交わった時点で第１燃料添加弁１６から燃料を添加すると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３上の酸化反応によってＮＯｘ吸蔵還元触媒１３から排出される排気ガスが昇温し、排気管温度Ｔｅが気化下限温度Ｔ０以下となることはないという点である。即ち、この交点で第１燃料添加弁１６から燃料添加を行う限り、排気管温度Ｔｅが気化下限温度Ｔ０以上に維持できる。
【００４０】
発熱曲線Ｒと要求直線Ｌとが交わったか否かのステータスを表すものとして熱量バランスフラグＦｂを用いる。熱量バランスフラグＦｂは、通常ＯＦＦにされており、発熱曲線Ｒと要求直線Ｌとが交わるとＯＮになる。従って、熱量バランスフラグＦｂがＯＮになったタイミングで第１燃料添加弁１６から燃料添加を行う。即ち、この燃料添加は、ＮＯｘ還元浄化処理において行われる燃料添加か、又は排気管温度Ｔｅを気化下限温度Ｔ０以上に維持するためだけの燃料添加である。以下、排気管温度Ｔｅを気化下限温度Ｔ０以上に維持するためだけに行われる燃料添加を昇温添加処理と称す。
【００４１】
昇温添加処理は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化することを目的とせず、また、フィルタ再生処理を妨げるものであってはならないので、パティキュレートフィルタ１５に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ行われる。
【００４２】
図６は、本発明の１番目の実施形態による第１燃料添加弁制御操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。
【００４３】
まず、ステップ１０１では、燃費悪化フラグＦｆ及び熱量バランスフラグＦｂが読み込まれ、ステップ１０２へと進む。次いで、ステップ１０２では、燃費悪化フラグＦｆがＯＮであるか否かが判定される。燃費悪化フラグＦｆがＯＮである場合には、ステップ１０３へと進む。次いで、ステップ１０３では、ＮＯｘ還元浄化処理が行われ、ステップ１０４へと進む。なお、ＮＯｘ還元浄化処理開始時、燃料消費量カウンタ及び熱量バランスカウンタがゼロにリセットされる。次いで、ステップ１０４では、燃費悪化フラグＦｆをＯＦＦにセットし、次いで、ステップ１０５では、熱量バランスフラグＦｂをＯＦＦにセットし、ルーチンを終了する。
【００４４】
一方、ステップ１０２において、燃費悪化フラグＦｆがＯＦＦである場合には、ステップ１０６へと進む。次いで、ステップ１０６では、熱量バランスフラグＦｂがＯＮであるか否かが判定される。熱量バランスフラグＦｂがＯＮである場合には、ステップ１０７へと進む。次いで、ステップ１０７では、排気管温度Ｔｅが目標温度、即ち、気化下限温度Ｔ０を下回らないように昇温させるため昇温添加処理が行われ、ステップ１０５へと進む。なお、昇温添加処理開始時、熱量バランスカウンタがゼロにリセットされる。次いで、ステップ１０５では、熱量バランスフラグＦｂをＯＦＦにセットし、ルーチンを終了する。
【００４５】
一方、ステップ１０６において、熱量バランスフラグＦｂがＯＦＦである場合には、燃料の添加をせずにルーチンを終了する。
【００４６】
次に、本発明による２番目の実施形態について説明する。本実施形態における基本的な構成及び制御は、図１及び図５に示す１番目の実施形態における内燃機関の構成及び制御と同じである。１番目の実施形態では、ＮＯｘ還元浄化処理のために第１燃料添加弁１６からＨＣを添加し、そのＨＣを還元剤として使用した。それは同時に、ＨＣの酸化反応熱により排気管温度Ｔｅの昇温にも寄与していた。本実施形態では、還元剤としてＨＣの他に、ＨＣよりも還元能力の高いＣＯを用いる。ＣＯは燃焼室内において燃焼室内の空燃比を理論空燃比よりもリッチにした場合、不完全燃焼によって発生する。従って、ＣＯを用いて還元しようとする場合には、燃焼室内に所定量よりも多めに燃料を噴射し、意図的に不完全燃焼を起こすことによって排気ガス中にＣＯが多く含まれるようにする。
【００４７】
ＣＯは還元能力が高い反面、ＨＣのようにＮＯｘ吸蔵還元触媒１３上で酸化反応を起こすことがないため、それ自体が排気管温度Ｔｅの昇温に寄与することがない。従って、ＣＯを還元剤として使用する場合には、排気管温度Ｔｅが気化下限温度Ｔ０よりも十分に昇温している必要がある。
【００４８】
そこで、本実施形態では、ＮＯｘ還元浄化処理をすべきときであって、ＣＯを還元剤に用いた場合、即ち、不完全燃焼を起こした場合には気化下限温度Ｔ０を確保できないと判断された場合には、還元剤によるＮＯｘ還元浄化処理を行い、逆に、ＣＯを還元剤に用いても、即ち、不完全燃焼を起こしても気化下限温度Ｔ０を確保できると判断された場合には、不完全燃焼によるＮＯｘ還元浄化処理を行うようにする。
【００４９】
ＨＣとＣＯを用いたこれら２つの還元方法を切り替える境界となる温度を判定温度Ｔｓｈとすると、ＮＯｘ還元浄化処理をすべきときに、排気管温度Ｔｅが判定温度Ｔｓｈよりも高い場合にはＣＯによるＮＯｘ還元浄化処理を行い、一方、排気管温度Ｔｅが判定温度Ｔｓｈよりも低い場合にはＨＣによるＮＯｘ還元浄化処理を行う。図７は、排気管温度ＴｅとＮＯｘ浄化率との関係から、気化下限温度Ｔ０と判定温度Ｔｓｈとの関係を示している。
【００５０】
上記判定温度Ｔｓｈは予め定められた所定値を用いてもよく、運転状態に応じて動的に変化する値としてもよい。例えば、気化下限温度Ｔ０に対し、運転状態に応じた冷却温度速度を考慮した余裕分Ｔαを機関回転数と機関負荷等の関数として予めマップとしてＲＯＭ３２に保存し、ＮＯｘ還元浄化処理時の排気管温度Ｔｅに基づいて還元方法の切り替えを判断してもよい。この場合、判定温度Ｔｓｈ＝気化下限温度Ｔ０＋余裕分Ｔα、となる。
【００５１】
図８は、本発明の２番目の実施形態による第１燃料添加弁制御操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。
【００５２】
まず、ステップ２０１では、燃費悪化フラグＦｆ、熱量バランスフラグＦｂ、排気管温度Ｔｅが読み込まれ、ステップ２０２へと進む。次いで、ステップ２０２では、燃費悪化フラグＦｆがＯＮであるか否かが判定される。燃費悪化フラグＦｆがＯＮである場合には、ステップ２０３へと進む。次いで、ステップ２０３では、排気管温度Ｔｅが判定温度Ｔｓｈより高いか否かが判定される。排気管温度Ｔｅが判定温度Ｔｓｈよりも高い場合には、ステップ２０４へと進む。次いで、ステップ２０４では、ＣＯによるＮＯｘ還元浄化処理が行われ、ステップ２０６へと進む。なお、ＮＯｘ還元浄化処理開始時、燃料消費量カウンタ及び熱量バランスカウンタがゼロにリセットされる。
【００５３】
一方、ステップ２０３において、排気管温度Ｔｅが判定温度Ｔｓｈ以下の場合には、ステップ２０５へと進む。次いで、ステップ２０５では、ＨＣによるＮＯｘ還元浄化処理が行われ、ステップ２０６へと進む。なお、ＮＯｘ還元浄化処理開始時、燃料消費量カウンタ及び熱量バランスカウンタがゼロにリセットされる。
【００５４】
次いで、ステップ２０６では、燃費悪化フラグＦｆをＯＦＦにセットし、次いで、ステップ２０７では、熱量バランスフラグＦｂをＯＦＦにセットし、ルーチンを終了する。
【００５５】
一方、ステップ２０２において、燃費悪化フラグＦｆがＯＦＦである場合には、ステップ２０８へと進む。次いで、ステップ２０８では、熱量バランスフラグＦｂがＯＮであるか否かが判定される。熱量バランスフラグＦｂがＯＮである場合には、ステップ２０９へと進む。次いで、ステップ２０９では、排気管温度Ｔｅが気化下限温度Ｔ０を下回らないように昇温させるための昇温添加処理が行われ、ステップ２０７へと進む。なお、昇温添加処理開始時、熱量バランスカウンタがゼロにリセットされる。次いで、ステップ２０７では、熱量バランスフラグＦｂをＯＦＦにセットし、ルーチンを終了する。
【００５６】
一方、ステップ２０８において、熱量バランスフラグＦｂがＯＦＦである場合には、燃料の添加をせずにルーチンを終了する。
【００５７】
上述のように、ＣＯによるＮＯｘ還元浄化処理は、不完全燃焼によって行われるため、例えば高負荷運転時のように、不完全燃焼を利用することが好ましくない場合もある。その場合には、排気管温度Ｔｅが十分に高くてもＨＣによるＮＯｘ還元浄化処理を行うようにしてもよい。
【００５８】
ところで、ＣＯはＨＣに比べて還元能力が高いことを考慮して、ＣＯによりＮＯｘ還元浄化処理を行う場合には、燃費悪化フラグＦｆがＯＮになる燃料消費量カウンタの値を、ＨＣによりＮＯｘ還元浄化処理を行う場合に比べて高くしてもよい。
【００５９】
これに関して図９を参照しながら説明する。ＨＣによるＮＯｘ還元浄化処理の場合（例えば、図５の説明で用いた割合が５％で燃料消費量カウンタの値が１００００ｍｍ3）、時間Ｔｘで燃費悪化フラグＦｆｘがＯＮになる場合、ＣＯによるＮＯｘ還元浄化処理の場合（例えば、上記割合を２％で燃料消費量カウンタの値が２５０００ｍｍ3）、時間Ｔｙで燃費悪化フラグＦｆｙがＯＮになる。それによってΔＴだけＮＯｘ還元浄化処理の間隔が延び、結果としてフィルタ再生処理を連続的に効率よく行うことができる。
【００６０】
次に、本発明による３番目の実施形態について説明する。本実施形態における基本的な構成及び制御は、図１及び図５に示す１番目の実施形態における内燃機関の構成及び制御と同じである。この構成において、高負荷運転が連続すると、熱量バランスフラグＦｂがＯＮになる前、即ち、熱量バランスカウンタにおいて発熱曲線Ｒと要求直線Ｌが交わる前に、燃費悪化フラグがＯＮになってしまう場合がある。このとき、１番目の実施形態で説明したように、燃費悪化フラグがＯＮになった時点で、ＮＯｘ還元浄化処理を行うと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３がＮＯｘ還元浄化処理において添加されたＨＣの酸化反応熱によって過度に昇温してしまう場合がある。過度に昇温してしまうと、ＮＯｘの吸蔵能力が著しく低下し、排気ガス中のＮＯｘを十分に吸蔵できなくなるという問題が生じる。
【００６１】
そこで、本実施形態では、燃費悪化フラグがＯＮになった場合でも、ＮＯｘ還元浄化処理において燃料を添加するとＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の温度が予め定められた温度（例えば５５０℃以上）よりも高くなると予想されるときには、ＮＯｘ還元浄化処理を禁止し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の過度の昇温を防止する。以下、この予め定められた温度を吸蔵限界温度Ｔｘと称し、温度センサ２５によって検出されるＮＯｘ吸蔵還元触媒１３の温度をＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎと称す。
【００６２】
次に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎが吸蔵限界温度Ｔｘを越えるか否かを判断する方法について説明する。上述の要求直線Ｌのときと同様に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎと吸蔵限界温度Ｔｘとの差及び吸入空気量に基づいて求められた傾きを有する要求直線Ｋを求める。そして、発熱曲線Ｒと要求直線Ｋとの交点は、これらが交わった時点以降で、ＮＯｘ還元浄化処理を行う限り、第１燃料添加弁１６から添加された燃料によるＮＯｘ吸蔵還元触媒１３上の酸化反応によって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎが吸蔵限界温度Ｔｘを越えることはないという点である。逆に、発熱曲線Ｒと要求直線Ｋとが交わる前に、ＮＯｘ還元浄化処理を行うと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎが吸蔵限界温度Ｔｘを越えてしまう。
【００６３】
図１０は、ＮＯｘ還元浄化処理を行う時期を示すタイミングチャートである。発熱曲線Ｒと要求直線Ｋとが交わったか否かのステータスを表すものとして浄化許可フラグＦｎを用いる。浄化許可フラグＦｎは、通常ＯＦＦにされており、発熱曲線Ｒと要求直線Ｋとが交わるとＯＮになる。従って、浄化許可フラグＦｎがＯＮになった以降であれば、ＮＯｘ還元浄化処理を行ってもＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎが吸蔵限界温度Ｔｘを越えることはない。
【００６４】
以上をまとめると、本実施形態では、熱量バランスフラグＦｂがＯＮになる前に、燃費悪化フラグがＯＮになった場合には、浄化許可フラグＦｎがＯＮになるまで、ＮＯｘ還元浄化処理を禁止するよう制御する。
【００６５】
図１１は、本発明の３番目の実施形態による第１燃料添加弁制御操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。
【００６６】
まず、ステップ３０１では、燃費悪化フラグＦｆ、熱量バランスフラグＦｂ、浄化許可フラグＦｎ、排気管温度Ｔｅ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎが読み込まれ、ステップ３０２へと進む。次いで、ステップ３０２では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎが吸蔵限界温度Ｔｘ未満であるか否かが判定される。ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎが吸蔵限界温度Ｔｘ以上である場合には、燃料を添加することなくルーチンを終了する。
【００６７】
一方、ステップ３０２において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎが吸蔵限界温度Ｔｘ未満である場合には、ステップ３０３へと進む。次いで、ステップ３０３では、浄化許可フラグＦｎがＯＮであるか否かが判定される。浄化許可フラグＦｎがＯＦＦである場合には、燃料を添加することなくルーチンを終了する。
【００６８】
一方、浄化許可フラグＦｎがＯＮである場合には、ステップ３０４へと進む。次いで、ステップ３０４では、燃費悪化フラグＦｆがＯＮであるか否かが判定される。燃費悪化フラグＦｆがＯＮである場合には、ステップ３０５へと進む。次いで、ステップ３０５では、ＮＯｘ還元浄化処理が行われ、ステップ３０６へと進む。次いで、ステップ３０６では、燃費悪化フラグＦｆ及び浄化許可フラグＦｎをＯＦＦにセットし、次いで、ステップ３０７では、熱量バランスフラグＦｂをＯＦＦにセットし、ルーチンを終了する。
【００６９】
一方、ステップ３０４において、燃費悪化フラグＦｆがＯＦＦである場合には、ステップ３０８へと進む。次いで、ステップ３０８では、熱量バランスフラグＦｂがＯＮであるか否かが判定される。熱量バランスフラグＦｂがＯＮである場合には、ステップ３０９へと進む。次いで、ステップ３０９では、排気管温度Ｔｅが目標温度、即ち、気化下限温度Ｔ０を下回らないように昇温させるため昇温添加処理が行われ、ステップ３０７へと進む。次いで、ステップ３０７では、熱量バランスフラグＦｂをＯＦＦにセットし、ルーチンを終了する。
【００７０】
一方、ステップ３０８において、熱量バランスフラグＦｂがＯＦＦである場合には、燃料の添加をせずにルーチンを終了する。
【００７１】
次に、本発明による４番目の実施形態について説明する。本実施形態では、３番目の実施形態とは別の方法によって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎが吸蔵限界温度Ｔｘを越えてしまうことを防止する。３番目の実施形態では、浄化許可フラグＦｎを用いて、ＮＯｘ還元浄化処理を行うタイミングを決定したが、本実施形態では、より簡便な方法を採用する。
【００７２】
この方法について図１２を参照しながら説明する。図１２は、ＮＯｘ還元浄化処理を行う時期を示すタイミングチャートである。本実施形態では、熱量バランスフラグＦｂがＯＮになる前に、燃費悪化フラグがＯＮになってしまっても、熱量バランスフラグＦｂがＯＮになるまでＮＯｘ還元浄化処理を禁止し、熱量バランスフラグＦｂがＯＮになったらＮＯｘ還元浄化処理を行う。
【００７３】
図１３は、本発明の４番目の実施形態による第１燃料添加弁制御操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。
【００７４】
まず、ステップ４０１では、燃費悪化フラグＦｆ、熱量バランスフラグＦｂ、排気管温度Ｔｅ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎが読み込まれ、ステップ４０２へと進む。次いで、ステップ４０２では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎが吸蔵限界温度Ｔｘ未満であるか否かが判定される。ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎが吸蔵限界温度Ｔｘ以上である場合には、燃料を添加することなくルーチンを終了する。
【００７５】
一方、ステップ４０２において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度Ｔｎが吸蔵限界温度Ｔｘ未満である場合には、ステップ４０３へと進む。次いで、ステップ４０３では、燃費悪化フラグＦｆがＯＮであるか否かが判定される。燃費悪化フラグＦｆがＯＮである場合には、ステップ４０４へと進む。次いで、ステップ４０４では、熱量バランスフラグＦｂがＯＮであるか否かが判定される。燃費悪化フラグＦｆがＯＮである場合には、ステップ４０５へと進む。次いで、ステップ４０５では、ＮＯｘ還元浄化処理が行われ、ステップ４０６へと進む。次いで、ステップ４０６では、燃費悪化フラグＦｆをＯＦＦにセットし、次いで、ステップ４０７では、熱量バランスフラグＦｂをＯＦＦにセットし、ルーチンを終了する。
【００７６】
一方、ステップ４０４において、熱量バランスフラグＦｂがＯＦＦである場合には、燃料の添加をせずにルーチンを終了する。
【００７７】
一方、ステップ４０３において、燃費悪化フラグＦｆがＯＦＦである場合には、ステップ４０８へと進む。次いで、ステップ４０８では、熱量バランスフラグＦｂがＯＮであるか否かが判定される。熱量バランスフラグＦｂがＯＮである場合には、ステップ４０９へと進む。次いで、ステップ４０９では、排気管温度Ｔｅが目標温度、即ち、気化下限温度Ｔ０を下回らないように昇温させるため昇温添加処理が行われ、ステップ４０７へと進む。次いで、ステップ４０７では、熱量バランスフラグＦｂをＯＦＦにセットし、ルーチンを終了する。
【００７８】
一方、ステップ４０８において、熱量バランスフラグＦｂがＯＦＦである場合には、燃料の添加をせずにルーチンを終了する。
【００７９】
上述のすべての実施形態において、ＨＣによるＮＯｘ還元浄化処理のために、第１燃料添加弁１６を配置したが、その代わりに、圧縮上死点付近で行われる主噴射よりも後に行われ、ＨＣが排気ガス中に含まれるように噴射する燃料噴射を行うようにしてもよい。
【００８０】
上述のすべての実施形態において、昇温添加処理における第１燃料添加弁１６からの燃料添加がフィルタ再生処理における第２燃料添加弁１７からの燃料添加と同時に行われることにより、パティキュレートフィルタ１５に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなってしまう可能性がある。そのような場合には、ＨＣが未反応のまま下流へすり抜けてしまうため好ましくない。従って、かかる場合には、昇温添加処理を優先し、第２燃料添加弁１７からの燃料供給量を減らすことによってパティキュレートフィルタ１５に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリーンとなるように調整する。なお、当然のことながら、パティキュレートフィルタ１５に流入する排気ガスの空燃比を調整する際には、第１燃料添加弁１６と第２燃料添加弁１７との間の距離と、排気ガスの流速を考慮し、添加タイミングの調整を行う。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯｘ吸蔵還元触媒の側面断面図である。
【図３】触媒担体の表面部分の断面図である。
【図４】パティキュレートフィルタの構造を示す図である。
【図５】ＮＯｘ還元浄化処理を行う時期を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の１番目の実施形態による第１燃料添加弁制御操作のフローチャートである。
【図７】排気管温度ＴｅとＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図８】本発明の２番目の実施形態による第１燃料添加弁制御操作のフローチャートである。
【図９】燃料消費量カウンタを示す図である。
【図１０】ＮＯｘ還元浄化処理を行う時期を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明の３番目の実施形態による第１燃料添加弁制御操作のフローチャートである。
【図１２】ＮＯｘ還元浄化処理を行う時期を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明の４番目の実施形態による第１燃料添加弁制御操作のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
４    吸気マニホルド
５    排気マニホルド
７    排気ターボチャージャ
１３    ＮＯｘ吸蔵還元触媒
１５    パティキュレートフィルタ
１６    第１燃料添加弁
１７    第２燃料添加弁
【図１】
2010106775.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010106775.tif 000011
【図１０】
2010106775.tif 000012
【図１１】
2010106775.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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