(57)【要約】本発明は、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に排気浄化装置よりも熱容量の小さい前段触媒が設けられており、還元剤添加弁から前段触媒の上流側端面に向けて還元剤が添加される場合においても、前段触媒の過昇温を抑制することを課題とする。本発明では、添加された還元剤が液体の状態で前段触媒に到達する位置に還元剤添加弁が設置されている。そして、前段触媒および排気浄化装置に還元剤を供給すべく還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときに、前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、前段触媒の活性度合いが所定レベル以下の場合に比べて還元剤をより集中的に添加する。
2009004935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、
該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられており前記排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つ酸化機能を有する前段触媒と、
該前段触媒の直上流の排気通路に設けられており前記前段触媒および前記排気浄化装置に還元剤を供給するときに液体の状態の還元剤を前記前段触媒の上流側端面に向けて添加する還元剤添加弁と、を備え、
前記還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときに、前記前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、還元剤の添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合に比べて還元剤をより集中的に添加することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に設けられ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、
該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられており前記排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つ酸化機能を有する前段触媒と、
該前段触媒の直上流の排気通路に設けられており前記前段触媒および前記排気浄化装置に還元剤を供給するときに液体の状態の還元剤を前記前段触媒の上流側端面に向けて添加する還元剤添加弁と、を備え、
前記還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときに、前記前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、還元剤の添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合に比べて同量の還元剤がより短期間で添加されるように前記還元剤添加弁を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に設けられ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、
該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられており前記排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つ酸化機能を有する前段触媒と、
該前段触媒の直上流の排気通路に設けられており前記前段触媒および前記排気浄化装置に還元剤を供給するときに液体の状態の還元剤を前記前段触媒の上流側端面に向けて間欠的に添加する還元剤添加弁と、を備え、
前記還元剤添加弁による還元剤の間欠的な添加を実行するときに、前記前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、還元剤の間欠的な添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合における一回の還元剤添加期間とその後の一回の還元剤添加休止期間との和に相当する期間中に前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合における還元剤添加期間一回分の還元剤添加量よりも多くの還元剤が添加されるように前記還元剤添加弁を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記還元剤添加弁による還元剤の間欠的な添加が実行されるときに、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベルよりも高い場合は、還元剤の間欠的な添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合よりも還元剤添加休止期間を短くする制御、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合よりも還元剤添加期間を長くする制御、および、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合よりも還元剤添加期間中における単位時間当たりの還元剤の添加量を増加させる制御のうち少なくともいずれかの制御を実行することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記前段触媒が、前記排気浄化装置に流入する排気の全てではなくその一部が前記前段触媒を通過するように設置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときに、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベルよりも高い場合は、前記前段触媒に流入する排気の流量を増加させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記内燃機関の吸気系に排気の一部をＥＧＲガスとして導入するＥＧＲ装置と、
前記還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときにおいて前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベルよりも高い場合にＥＧＲガスを前記前段触媒に導入するＥＧＲガス導入手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
前記還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときにおいて前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベルよりも高い場合に前記内燃機関の吸気または外気を前記前段触媒に導入する新気導入手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項９】
前記還元剤添加弁が、前記前段触媒の上流側端面に対して斜めに還元剤を添加することを特徴とする請求項１から８のいずれか１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１０】
前記前段触媒の劣化度合いのレベルを前記前段触媒の温度に基づいて判断することを特徴とする請求項１から９のいずれか１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路における排気浄化装置よりも上流側に設けられており排気浄化装置よりも熱容量の小さい前段触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気浄化システムにおいては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と称する）、触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称する）、および、これらを組み合わせたもの等のような排気浄化装置を内燃機関の排気通路に設ける場合がある。また、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に酸化機能を有する前段触媒を設けると共に、該前段触媒の直上流の排気通路に還元剤添加弁を設ける場合がある。
この場合、排気浄化装置の機能を回復させるべく該排気浄化装置を昇温させたり該排気浄化装置の周囲雰囲気の空燃比を低下させたりするときに、還元剤添加弁から還元剤を添加することで前段触媒および排気浄化装置に還元剤が供給される。
ここで、排気浄化装置よりも熱容量が小さい触媒を前段触媒として用いた場合、内燃機関の冷間始動時等において、前段触媒に向けて還元剤を添加することで該前段触媒をより早期に昇温させることが出来る。その結果、排気浄化装置をより早期に昇温させることが可能となる。
特開２００７−０３２３９８号公報には、排気浄化装置よりも上流側で排気通路から分岐して排気浄化装置に通じる分岐通路に燃料添加弁および燃焼用触媒を設ける技術が記載されている。この特開２００７−０３２３９８号公報においては、分岐通路にさらにエアポンプと点火プラグが設けられている。
また、特開２００５−１２７２５７号公報には、排気通路におけるＮＯｘ触媒よりも上流側に、供給される燃料を改質する改質触媒を設ける技術が記載されている。そして、この特開２００５−１２７２５７号公報には、改質触媒を排気通路の中央部に配置し、該改質触媒の外周に排気が流れる迂回路を形成させる技術が開示されている。
また、特開２００６−７０８１８号公報には、排気通路に燃料噴射器を設け、排気の温度が基準温度以上であり且つ内燃機関の運転状態が加速状態であるときに燃料噴射器から燃料を噴射することで排気の温度を制御する技術が記載されている。
また、特開２００６−２７５０２０号公報には、排気浄化触媒の過昇温を抑制するために、該排気浄化触媒より上流側の排気通路に窒素富化空気を供給する技術が記載されている。
また、特開平８−１５８９２８号公報には、凝縮水の気化熱を考慮した排気温度の演算方法に関する技術が記載されている。特開２００５−１６３５８６号公報には、ＨＣ吸着触媒を利用したＮＯｘ触媒の昇温方法に関する技術が記載されている。
【発明の開示】
【０００３】
排気浄化装置よりも上流側の排気通路に前段触媒が設けられており、該前段触媒の直上流の排気通路に還元剤添加弁が設けられている場合、還元剤添加弁からは前段触媒の上流側端面に向けて還元剤が添加される。このような場合においても、排気浄化装置の機能を回復させるときには、排気浄化装置に対して必要とされる量の還元剤が還元剤添加弁から添加される。このとき、前段触媒の熱容量が排気浄化装置の熱容量よりも小さく、且つ、前段触媒の活性度合いが非常に高い状態にあると、前段触媒において多量の還元剤の酸化が急激に促進されることで前段触媒が過昇温する虞がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に排気浄化装置よりも熱容量の小さい前段触媒が設けられており、還元剤添加弁から前段触媒の上流側端面に向けて還元剤が添加される場合においても、前段触媒の過昇温を抑制することが出来る技術を提供することを目的とする。
本発明では、添加された還元剤が液体の状態で前段触媒に到達する位置に還元剤添加弁が設置されている。そして、前段触媒および排気浄化装置に還元剤を供給すべく還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときに、前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、前段触媒の活性度合いが所定レベル以下の場合に比べて還元剤をより集中的に添加する。
より詳しくは、第一の発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、
該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられており前記排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つ酸化機能を有する前段触媒と、
該前段触媒の直上流の排気通路に設けられており前記前段触媒および前記排気浄化装置に還元剤を供給するときに液体の状態の還元剤を前記前段触媒の上流側端面に向けて添加する還元剤添加弁と、を備え、
前記還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときに、前記前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、還元剤の添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合に比べて還元剤をより集中的に添加することを特徴とする。
ここで、所定レベルとは、前段触媒の活性度合いが該所定レベルよりも高いと、前段触媒の活性度合いが所定レベル以下のときと同様に前段触媒に還元剤が供給された場合、前段触媒における還元剤の酸化が急激に促進されることで前段触媒が過昇温する虞があると判断出来る閾値以下の値である。このような所定レベルは実験等によって予め定められている。所定レベルを、内燃機関の運転状態に応じて変更してもよい。
還元剤が液体の状態で前段触媒に供給されると、還元剤の温度が前段触媒よりも低いために還元剤によって前段触媒が冷却される。そして、前段触媒に還元剤が集中的に供給されるほど、還元剤による前段触媒の冷却が促進される。
また、液体の状態で前段触媒に供給された還元剤は前段触媒において気化する。そして、気化した還元剤の一部が前段触媒において酸化される。このとき、還元剤が気化することで生じる気化熱によって前段触媒が冷却されると共に、気化した還元剤が酸化することで生じる酸化熱によって前段触媒が加熱される。この場合、前段触媒に還元剤が集中的に供給されるほど、還元剤の気化によって単位時間当たりに生じる気化熱は増加する。一方、前段触媒に還元剤が集中的に供給されるほど、前段触媒に供給される酸素の量が減少し、その結果、還元剤の酸化が促進され難くなる。
つまり、前段触媒に還元剤が集中的に供給されるほど、還元剤の酸化によって生じる酸化熱による前段触媒の加熱量は小さくなり、液体の還元剤による前段触媒の冷却量および還元剤の気化によって生じる気化熱による前段触媒の冷却量が大きくなる。
従って、本発明によれば、前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い状態で還元剤添加弁による還元剤の添加が実行される場合であっても、前段触媒の過昇温を抑制することが出来る。
第二の発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、
該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられており前記排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つ酸化機能を有する前段触媒と、
該前段触媒の直上流の排気通路に設けられており前記前段触媒および前記排気浄化装置に還元剤を供給するときに液体の状態の還元剤を前記前段触媒の上流側端面に向けて添加する還元剤添加弁と、を備え、
前記還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときに、前記前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、還元剤の添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合に比べて同量の還元剤がより短期間で添加されるように前記還元剤添加弁を制御することを特徴とする。
ここで、所定レベルは第一の発明に係る所定レベルと同様の値である。
本発明によれば、還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときに、前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、還元剤の添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、前段触媒の活性度合いが所定レベル以下の場合に比べて還元剤をより集中的に添加することが出来る。従って、前段触媒の過昇温を抑制することが出来る。
第三の発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、
該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられており前記排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つ酸化機能を有する前段触媒と、
該前段触媒の直上流の排気通路に設けられており前記前段触媒および前記排気浄化装置に還元剤を供給するときに液体の状態の還元剤を前記前段触媒の上流側端面に向けて間欠的に添加する還元剤添加弁と、を備え、
前記還元剤添加弁による還元剤の間欠的な添加を実行するときに、前記前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、還元剤の間欠的な添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合における一回の還元剤添加期間とその後の一回の還元剤添加休止期間との和に相当する期間中に前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合における還元剤添加期間一回分の還元剤添加量よりも多くの還元剤が添加されるように前記還元剤添加弁を制御することを特徴とする。
ここで、所定レベルは第一の発明に係る所定レベルと同様の値である。
本発明においては、還元剤添加弁による還元剤の添加は間欠的に行われる。つまり、前段触媒および排気浄化装置に還元剤を供給する場合、還元剤の添加が行われる還元剤添加期間と還元剤の添加が休止される還元剤添加休止期間とが交互に繰り返されるように還元剤添加弁が制御される。ここで、一回の還元剤添加期間とその後の一回の還元剤添加休止期間との和を単位期間と称する。また、還元剤添加期間一回分の還元剤添加量を単位添加量と称する。
本発明においては、前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、還元剤の間欠的な添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、前段触媒の活性度合いが所定レベル以下の場合における単位期間に相当する期間中に前段触媒の活度合いが所定レベル以下の場合における単位添加量よりも多くの還元剤が添加される。これにより、前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、還元剤の間欠的な添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、前段触媒の活性度合いが所定レベル以下の場合よりも同一の期間中に添加される還元剤の量が多くなる。
つまり、本発明によれば、還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときに、前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、還元剤の添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、前段触媒の活性度合いが所定レベル以下の場合に比べて還元剤をより集中的に添加することが出来る。従って、前段触媒の過昇温を抑制することが出来る。
本発明においては、還元剤添加弁による還元剤の間欠的な添加が実行されるときに前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、還元剤の間欠的な添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、（１）前段触媒の活性度合いが所定レベル以下の場合よりも還元剤添加休止期間を短くする制御、（２）前段触媒の活性度合いが所定レベル以下の場合よりも還元剤添加期間を長くする制御、および、（３）前段触媒の活性度合いが所定レベル以下の場合よりも還元剤添加期間中における単位時間当たりの還元剤の添加量を増加させる制御のうち少なくともいずれかの制御を実行してもよい。
上記（１）から（３）の制御のうち少なくともいずれかを実行することで、前段触媒の活性度合いが所定レベル以下の場合における単位期間に相当する期間中に前段触媒の活性度合いが所定レベル以下の場合における単位添加量よりも多くの還元剤を還元剤添加弁から添加することが出来る。
第一から第三の発明においては、前段触媒が、排気浄化装置に流入する排気の全てではなくその一部が該前段触媒を通過するように設置されていてもよい。
前段触媒に流入する排気の流量が少ないと、前段触媒に流入する排気の流量が多い場合に比べて還元剤が酸化することによって生じる酸化熱による前段触媒の加熱が促進され易い。そのため、上記構成の場合、前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合に前段触媒の活性度合いが所定レベル以下の場合と同様に還元剤が添加されると、前段触媒が過昇温し易い。
一方、上記構成の場合、前段触媒の上流側端面に向けて還元剤が添加されたときに前段触媒における単位面積当たりに供給される還元剤の量が、排気浄化装置に流入する排気の全てが前段触媒を通過するような構成の場合に比べて多くなる。そのため、還元剤添加弁から還元剤がより集中的に添加された場合、前段触媒がより冷却され易くなる。従って、第一から第三の発明による前段触媒の過昇温抑制の効果がより大きくなる。
第一から第三の発明においては、還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときに、前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、前段触媒に流入する排気の流量を増加させてもよい。
前段触媒に流入する排気の流量が増加された場合、該排気による持ち去り熱量が増加する。従って、上記によれば、前段触媒の過昇温をさらに抑制することが出来る。
また、第一から第三の発明において、内燃機関の吸気系に排気の一部をＥＧＲガスとして導入するＥＧＲ装置をさらに備えてもよい。また、この場合、還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときに前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合、ＥＧＲガスを前段触媒に導入するＥＧＲガス導入手段をさらに備えてもよい。
前段触媒にＥＧＲガスが導入された場合、排気の流量が増加された場合と同様、前段触媒を通過するガス（排気＋ＥＧＲガス）の流量が増加する。そのため、該ガスによる持ち去り熱量が増加する。従って、上記によれば、前段触媒の過昇温をさらに抑制することが出来る。
また、第一から第三の発明においては、還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときにおいて前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合に内燃機関の吸気または外気を前段触媒に導入する新気導入手段をさらに備えてもよい。
前段触媒に内燃機関の吸気または外気が導入された場合、排気の流量が増加された場合と同様、前段触媒を通過するガス（排気＋吸気または外気）の流量が増加する。そのため、該ガスによる持ち去り熱量が増加する。従って、上記によれば、前段触媒の過昇温をさらに抑制することが出来る。また、内燃機関の吸気および外気は排気よりも温度が低い。そのため、上記によれば、前段触媒の過昇温抑制の効果がより大きい。
また、第一から第三の発明において、還元剤添加弁は、前段触媒の上流側端面に対して斜めに還元剤を添加してもよい。
この場合、前段触媒の隔壁における一方の面には還元剤が衝突し易くなり、前段触媒の隔壁における他方の面には還元剤が衝突し難くなる。そして、前段触媒の隔壁における還元剤が衝突し易い側の面は還元剤が供給されたときに冷却され易くなる。一方、前段触媒の隔壁における還元剤が衝突し難い側の面では還元剤の酸化が促進され易くなる。
そのため、上記によれば、前段触媒の活性度合いが所定レベル以下の場合は、還元剤添加弁による還元剤の添加が実行されたときに、前段触媒における還元剤の酸化をより促進させることが出来る。また、前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、前段触媒の冷却をより促進させることが出来、以って前段触媒の過昇温をより抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、実施例１に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
図２は、実施例１に係る、酸化触媒の温度と酸化触媒の活性度合いとの関係を示す図である。
図３は、実施例１に係る、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加パターンを示す図である。図３の（ａ）は、酸化触媒の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。図３の（ｂ）は、酸化触媒の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。図３の（ｃ）は、酸化触媒の活性度合いが低活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。
図４は、実施例１に係る、燃料添加弁による燃料の添加が実行されたときの酸化触媒の冷却量と加熱量とを示す図である。図４の（Ａ）は、図３の（ａ）に示す燃料添加パターンによって燃料添加を実行した場合を示しており、図４の（Ｂ）は、図３の（ｂ）に示す燃料添加パターンによって燃料添加を実行した場合を示している。
図５は、実施例１に係るフィルタ再生制御のルーチンを示すフローチャートである。
図６は、実施例１に係る、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加パターンの第一の変形例を示す図である。図６の（ａ）は、酸化触媒の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。図６の（ｂ）は、酸化触媒の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。
図７は、実施例１に係る、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加パターンの第二の変形例を示す図である。図７の（ａ）は、酸化触媒の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。図７の（ｂ）は、酸化触媒の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。
図８は、実施例１に係る、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加パターンの第三の変形例を示す図である。図８の（ａ）は、酸化触媒の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。図８の（ｂ）は、酸化触媒の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。
図９は、実施例２に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
図１０は、実施例２の変形例に係る排気通路の概略構成を示す図である。
図１１は、実施例３に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
図１２は、実施例４に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
図１３は、実施例５に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
図１４は、実施例６に係る酸化触媒と燃料添加弁との配置を示す図である。
図１５は、実施例６に係る、酸化触媒の隔壁と燃料添加弁からの燃料添加方向を示す図である。
図１６は、実施例７に係る、フィルタ再生制御実行中の燃料添加パターン制御のルーチンを示す第一のフローチャートである。
図１７は、実施例７に係る、フィルタ再生制御実行中の燃料添加パターン制御のルーチンを示す第二のフローチャートである。
図１８は、実施例８に係る、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加パターンを示す図である。図１８の（ａ）は、酸化触媒の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。図１８の（ｂ）は、フィルタ再生制御の実行中に内燃機関の運転状態が機関負荷が所定負荷以下であり機関回転数が所定回転数以上の領域に移行した場合の燃料添加パターンを示している。
図１９は、実施例８に係る、フィルタ再生制御実行中の燃料添加パターン制御のルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００６】
＜内燃機関の吸排気系の概略構成＞
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には、吸気通路３および排気通路２が接続されている。吸気通路３にはスロットル弁７およびエアフローメータ８が設けられている。
排気通路２には、排気中の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：以下、ＰＭと称する）を捕集するフィルタ５が設けられている。該フィルタ５にはＮＯｘ触媒９が担持されている。本実施例においては、このフィルタ５およびＮＯｘ触媒９が本発明に係る排気浄化装置に相当する。
排気通路２におけるフィルタ５より上流側には酸化触媒４が設けられている。酸化触媒４の熱容量はフィルタ５の熱容量よりも小さい。本実施例においては、この酸化触媒４が本発明に係る前段触媒に相当する。酸化触媒４は酸化機能を有する触媒であればよく、例えば、酸化触媒４の代わりに三元触媒やＮＯｘ触媒を設けてもよい。
酸化触媒４の直上流の排気通路２には還元剤として燃料を添加する燃料添加弁６が設けられている。該燃料添加弁６には、酸化触媒４の上流側端面と対向するように燃料噴射孔が形成されており、該燃料噴射孔から酸化触媒４の上流側端面に向けて液体の燃料が噴射される。燃料添加弁６の燃料噴射孔からは燃料が円錐状に噴射される（図１においては、斜線部が燃料の噴霧を表している）。ここで、「酸化触媒４の直上流」とは、燃料添加弁６の燃料噴射孔から噴射された燃料の少なくとも一部が液体の状態で酸化触媒４に到達する範囲内の位置である。本実施例においては、燃料添加弁６が本発明に係る還元剤添加弁に相当する。
本実施例においては、排気の一部をＥＧＲガスとして内燃機関１に導入するためにＥＧＲ通路１５が設けられている。ＥＧＲ通路１５は、一端が燃料添加弁６よりも上流側の排気通路２に接続されており他端がスロットル弁７よりも下流側の吸気通路３に接続されている。ＥＧＲ通路１５には、ＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲ弁１６が設けられている。
排気通路２における酸化触媒４とフィルタ５との間には排気の空燃比を検出する空燃比センサ１３が設けられている。また、排気通路２におけるフィルタ５より下流側には排気の温度を検出する温度センサ１４が設けられている。
以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ８、空燃比センサ１３、温度センサ１４、クランクポジションセンサ１１およびアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
クランクポジションセンサ１１は、内燃機関１のクランク角を検出するセンサである。アクセル開度センサ１２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出するセンサである。ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の出力値に基づいて内燃機関１の機関回転数を算出し、アクセル開度センサ１２の出力値に基づいて内燃機関１の機関負荷を算出する。また、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ１３の出力値に基づいてフィルタ５の周囲雰囲気（ＮＯｘ触媒９の周囲雰囲気）の空燃比を推定し、温度センサ１４の出力値に基づいてフィルタ５の温度（ＮＯｘ触媒９の温度）を推定する。
また、ＥＣＵ１０には、スロットル弁７、燃料添加弁６、ＥＧＲ弁１６および内燃機関１の燃料噴射弁が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によってこれらが制御される。
＜フィルタ再生制御＞
本実施例では、フィルタ５に捕集されたＰＭを除去すべくフィルタ再生制御が行われる。本実施例に係るフィルタ再生制御は、燃料添加弁６から燃料を添加し、それによって酸化触媒４およびフィルタ５に燃料を供給することで実現される。酸化触媒４に供給された燃料が該酸化触媒４において酸化されるとその酸化熱によってフィルタ５に流入する排気が昇温される。その結果、フィルタ５が昇温される。また、酸化触媒４において酸化されず該酸化触媒４を通過した燃料がフィルタ５に供給される。フィルタ５に供給された燃料がＮＯｘ触媒９において酸化されるとその酸化熱によってフィルタ５がさらに昇温される。燃料添加弁６から添加する燃料の量を制御することでフィルタ５の温度をＰＭの酸化が可能な目標温度まで昇温させることが出来、それによってフィルタ５に捕集されたＰＭを酸化させ除去することが出来る。
本実施例に係るフィルタ再生制御においては、フィルタ再生制御に必要な燃料添加量（以下、要求添加量と称する）を、フィルタ再生制御の実行時のフィルタ５の温度と目標温度との差および内燃機関１の運転状態等に基づいて決定する。そして、フィルタ再生制御の実行時においては要求添加量の燃料を複数回に分割して間欠的に燃料添加弁６から添加する。
＜燃料添加パターン＞
本実施例においては、燃料添加弁６から酸化触媒４の上流側端面に向けて燃料が添加される。つまり、燃料添加弁６から添加された燃料は排気中に広く拡散することなく酸化触媒４に供給される。
ここで、酸化触媒４の温度は排気の温度変化に応じて変化し、酸化触媒４の温度が高くなるほど該酸化触媒４の活性度合いが高くなる。また、上述したように、本実施例に係る酸化触媒４の熱容量はフィルタ５よりも小さい。そのため、フィルタ再生制御の実行時において酸化触媒４の活性度合いが過剰に高い場合、燃料添加弁６から要求添加量の燃料が添加されると、酸化触媒４において多量の燃料の酸化が急激に促進されることで該酸化触媒４が過昇温する虞がある。
そこで、本実施例に係るフィルタ再生制御においては、酸化触媒４の過昇温を抑制するために、フィルタ再生制御の実行時における酸化触媒４の活性度合いに応じて燃料添加弁６から燃料を添加するときの燃料添加パターンを変更する。以下、本実施例に係る、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加パターンについて図２および３に基づいて説明する。
図２は、酸化触媒４の温度Ｔｃと酸化触媒４の活性度合いとの関係を示す図である。図２において、横軸は酸化触媒４の温度Ｔｃを表しており、縦軸は酸化触媒４の活性度合いを表している。
上述したように、酸化触媒４の温度Ｔｃが高いほど酸化触媒４の活性度合いは高くなる。そして、本実施例に係る酸化触媒４は、温度ＴｃがＴｃ１以上且つＴｃ２以下の範囲内にあるときにその活性度合いが最適な状態となる。ここで、酸化触媒４の温度ＴｃがＴｃ１のときの酸化触媒４の活性度合いのレベルをＬ１とし、酸化触媒４の温度ＴｃがＴｃ２のときの酸化触媒４の活性度合いのレベルをＬ２とする。
酸化触媒４の活性度合いのレベルＬ１は、フィルタ再生制御の実行時において、酸化触媒４の活性度合いが該レベルＬ１以上のときと同様に燃料添加弁６から燃料が添加された場合、酸化触媒４において燃料の酸化が十分に促進されないために酸化触媒４が十分に昇温することが困難となる虞があると判断出来る閾値である。また、酸化触媒４の活性度合いのレベルＬ２は、フィルタ再生制御の実行時において、酸化触媒４の活性度合いが該レベルＬ２以下のときと同様に燃料添加弁６から燃料が添加された場合、酸化触媒４における燃料の酸化が急激に促進されることで酸化触媒４が過昇温する虞があると判断出来る閾値である。尚、本実施例においては、酸化触媒４の活性度合いのレベルＬ２が本発明に係る所定レベルに相当する。
以下、酸化触媒４の活性度合いのレベルがＬ１以上且つＬ２以下の領域を最適活性領域と称する。また、酸化触媒４の活性度合いのレベルがＬ１より低い領域を低活性領域と称し、酸化触媒４の活性度合いのレベルがＬ２より高い領域を過活性領域と称する。酸化触媒４の最適活性領域は、実験等に基づいて予め定めることが出来る。
尚、上記のように設定される酸化触媒４の活性度合いのレベルＬ１およびＬ２は内燃機関１の運転状態に応じて変化する。つまり、高負荷運転時は、低負荷運転時に比べて、酸化触媒４の活性度合いのレベルＬ１およびＬ２は低くなる。そのため、最適活性領域、低活性領域および過活性領域も内燃機関１の運転状態に応じて変化する。
図３は、フィルタ再生制御の実行時における酸化触媒４の活性度合いに応じた燃料添加パターンを示す図である。図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、フィルタ再生制御の実行時にＥＣＵ１０から燃料添加弁６に出される指令信号を表している。指令信号がＯＮのときに燃料添加弁６から燃料が添加され、指令信号がＯＦＦのときに燃料添加弁６からの燃料添加が休止される。図３の（ａ）は、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。図３の（ｂ）は、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。図３の（ｃ）は、酸化触媒４の活性度合いが低活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。
上述したように、本実施例に係るフィルタ再生制御においては、要求添加量の燃料が複数回に分割されて間欠的に燃料添加弁６から添加される。ここでは、要求添加量の燃料が四回に分割されて添加される場合を例に挙げて説明する。図３においては、Δｔａが燃料の添加が実行される燃料添加期間を表しており、Δｔｓが燃料の添加が休止される燃料添加休止期間を表している。図３に示すように、フィルタ再生制御の実行時においては、燃料添加期間Δｔａと燃料添加休止期間Δｔｓとが交互に繰り返される。
また、図３において、Δｔｕが一回の燃料添加期間Δｔａとその後の一回の燃料添加休止期間Δｔｓとの和である単位期間を表しており、Δｔｆが間欠的な燃料添加が実行される期間である総添加期間を表している。また、燃料添加期間Δｔａ一回分の燃料添加量を単位添加量と称する。また、最初の燃料添加期間Δｔａが開始された時点から最後の燃料添加期間Δｔａが終了された時点までの期間Δｔｆを総添加期間と称する。尚、本実施例においては、総添加期間Δｔｆが、本発明に係る「還元剤の添加が実行される期間」または「還元剤の間欠的な添加が実行される期間」に相当する。
ここで、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときの燃料添加パターン（図３の（ａ））における、燃料添加期間Δｔａを基準添加期間と称し、燃料添加休止期間Δｔｓを基準添加休止期間と称し、単位期間Δｔｕを基準単位期間と称する。また、基準添加期間中に燃料添加弁６から添加される燃料の量を基準単位添加量と称する。
本実施例においては、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御を実行する場合、図３の（ｂ）に示すように、燃料添加休止期間Δｔｓを基準添加休止期間よりも短くして燃料添加弁６による間欠的な燃料の添加を実行する。
これによれば、基準単位期間（図３の（ａ）における単位期間Δｔｕ）に相当する期間中に燃料添加弁６から添加される燃料の量が基準単位添加量よりも多くなる。その結果、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御を実行する場合に比べて同量の燃料がより短期間で燃料添加弁６から添加されることになる。つまり、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御を実行する場合に比べて燃料がより集中的に添加される。
このように燃料添加弁６から燃料がより集中的に添加された場合の効果について図４に基づいて説明する。本実施例においては、燃料添加弁６から液体の燃料が添加される。そして、液体の状態で酸化触媒４に供給された燃料は酸化触媒４において気化する。この気化した燃料の一部が酸化触媒４において酸化され、そのときに生じる酸化熱によって酸化触媒４が加熱される。
一方、液体の状態の燃料の温度は酸化触媒４の温度よりも低い。そのため、燃料が液体の状態で酸化触媒４に到達すると、該燃料によって酸化触媒４が冷却される。また、酸化触媒４において燃料が気化するときに生じる気化熱によっても酸化触媒４が冷却される。
つまり、燃料添加弁６による燃料の添加が実行されると、燃料が酸化することで生じる酸化熱によって酸化触媒４が加熱される一方、液体の燃料および該燃料が気化することで生じる気化熱によって酸化触媒４が冷却される。図４は、このときの加熱量Ｑｈｅａｔと冷却量Ｑｃｏｏｌとを示す図である。図４の（Ａ）は、図３の（ａ）に示す燃料添加パターンによって燃料添加を実行した場合を示しており、図４の（Ｂ）は、図３の（ｂ）に示す燃料添加パターンによって燃料添加を実行した場合を示している。
図３の（ａ）に示す燃料添加パターンにおいては、酸化触媒４において燃料添加期間Δｔａ中に添加された燃料の酸化を促進させるべく燃料添加休止期間Δｔｓが基準休止期間に設定されている。つまり、燃料添加休止期間Δｔｓ中に酸化触媒４に酸素が十分供給されるため、酸化触媒４における燃料の酸化が促進される。そのため、図４の（Ａ）に示すように、加熱量Ｑｈｅａｔが冷却量Ｑｃｏｏｌよりも大きくなり、加熱量Ｑｈｅａｔと冷却量Ｑｃｏｏｌとの差分が酸化触媒４の温度上昇量ΔＴｕｐとなる。この場合でも、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にある場合は、酸化触媒４は過昇温し難い。
一方、図３の（ｂ）に示す燃料添加パターンにより、図３の（ａ）に示す燃料添加パターンに比べてより集中的に酸化触媒４に燃料が供給されると、燃料によって酸化触媒４が冷却され易くなる。また、酸化触媒４への酸素の供給量が減少することで燃料の酸化が促進され難くなると共に燃料の気化によって単位時間当たりに生じる気化熱が増加する。そのため、図４の（Ｂ）に示すように、冷却量Ｑｃｏｏｌが加熱量Ｑｈｅａｔよりも大きくなり、冷却量Ｑｃｏｏｌと加熱量Ｑｈｅａｔとの差分が酸化触媒４の温度低下量ΔＴｄｏｗｎとなる。
従って、フィルタ再生制御の実行時において酸化触媒４の活性度合いが過活性領域にある場合であっても、図３の（ｂ）に示す燃料添加パターンによって燃料添加弁６からの燃料添加を実行することにより集中的に酸化触媒４に燃料を供給することで、酸化触媒４の過昇温を抑制することが出来る。
尚、図３の（ｂ）に示す燃料添加パターンによって燃料添加を実行することにより酸化触媒４の温度が低下すると、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内から最適活性領域内に移行する。酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内となった場合は、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加パターンを図３の（ａ）に示す燃料添加パターンに変更する。
本実施例においては、酸化触媒４の活性度合いが低活性領域にあるときにフィルタ再生制御を実行する場合、図３の（ｃ）に示すように、燃料添加休止期間Δｔｓを基準添加休止期間よりも長くして燃料添加弁６による間欠的な燃料の添加を実行する。
これによれば、燃料添加休止期間Δｔｓ中に酸化触媒４に供給される酸素が、図３の（ａ）に示す燃料添加パターンよって燃料添加を実行した場合よりも多くなる。従って、酸化触媒４における燃料の酸化がより促進され易くなる。その結果、酸化触媒４の昇温を促進させることが出来る。
尚、図３の（ｃ）に示す燃料添加パターンによって燃料添加を実行することにより酸化触媒４の温度が上昇すると、酸化触媒４の活性度合いが低活性領域内から最適活性領域内に移行する。酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内となった場合は、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加パターンを図３の（ａ）に示す燃料添加パターンに変更する。
本実施例に係るフィルタ再生制御の実行時においては、図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のうちいずれの燃料添加パターンによって燃料添加弁６からの燃料添加を実行しても、総添加期間Δｔｆ中における総燃料添加量は要求燃料添加量である。そのため、いずれの燃料添加パターンであっても酸化触媒４の活性度合いに応じた燃料添加パターンを選択することでフィルタ５の温度を目標温度に制御することが出来る。
ここで、本実施例に係るフィルタ再生制御のルーチンについて図５に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で実行される。
本ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１において、フィルタ再生制御の実行条件が成立したか否かを判別する。ここでは、フィルタ５におけるＰＭの捕集量が所定捕集量以上となったときにフィルタ再生制御の実行条件が成立したと判定してもよい。フィルタ５におけるＰＭの捕集量は、内燃機関１の運転状態の履歴等から推定することが出来る。Ｓ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
Ｓ１０２において、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態および現時点のフィルタ５の温度等に基づいて要求燃料添加量Ｑｆｒｅを算出する。
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３に進み、内燃機関１の運転状態等に基づいて酸化触媒４の温度Ｔｃを推定する。尚、排気通路２における酸化触媒４の直下流に温度センサを設け、該温度センサの検出値に基づいて酸化触媒４の温度Ｔｃを推定してもよい。
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４に進み、酸化触媒４の温度Ｔｃに基づいて酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるか否かを判別する。Ｓ１０４において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０５に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０７に進む。
Ｓ１０５に進んだＥＣＵ１０は、燃料添加弁６による燃料添加パターンとして図３の（ａ）に示す添加パターンを選択する。
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６に進み、燃料添加弁６による燃料添加を実行する。その後、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、Ｓ１０７に進んだＥＣＵ１０は、酸化触媒４の温度Ｔｃに基づいて酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるか否かを判別する。Ｓ１０７において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０８に進む。また、Ｓ１０７において、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は、酸化触媒４の活性度合いが低活性領域内にあると判断し、Ｓ１０９に進む。
Ｓ１０８において、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁６による燃料添加パターンとして図３の（ｂ）に示す添加パターンを選択する。その後、ＥＣＵ１０はＳ１０６に進む。
Ｓ１０９において、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁６による燃料添加パターンとして図３の（ｃ）に示す添加パターンを選択する。その後、ＥＣＵ１０はＳ１０６に進む。
以上説明したルーチンによれば、フィルタ再生制御の実行時において、酸化触媒４の活性度合いに応じて選択された燃料添加パターンによって燃料添加弁６からの燃料添加を実行することが出来る。
尚、上記においては、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加の分割回数を四回とした場合を例に挙げて説明したが、燃料添加の分割回数は四回に限られるものではない。
また、本実施例においては、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加パターンを図３の（ｂ）に示すパターンとする酸化触媒４の活性度合いの閾値（下限値）を、レベル１より高く且つレベル２以下の値に設定してもよい。つまり、フィルタ再生制御の実行時において、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときに、燃料添加パターンを図３の（ｂ）に示すパターンとして燃料添加弁６からの燃料添加を実行してもよい。
例えば、燃料添加パターンを図３の（ｂ）に示すパターンとする酸化触媒４の活性度合いの閾値を最適活性領域内における比較的低いレベルに設定した場合、フィルタ再生制御の実行時において、酸化触媒４における燃料の酸化を促進させつつ該酸化触媒４の温度を比較的低い温度に抑えることが出来る。そのため、内燃機関１の機関負荷が急に上昇した場合であっても、酸化触媒４の過昇温を抑制することが出来る。
また、燃料添加パターンを図３の（ｂ）に示すパターンとする酸化触媒４の活性度合いの閾値を最適活性領域内における比較的高いレベルに設定した場合、該閾値をレベル２に設定した場合に比べて酸化触媒４の過昇温をより高い確率で抑制することが出来、尚且つ、フィルタ再生制御の実行時における酸化触媒４の温度を比較的高い温度に維持することが出来る。そのため、燃料添加パターンを図３の（ｂ）に示すパターンとする酸化触媒４の活性度合いの閾値を最適活性領域内における比較的低いレベルに設定した場合に比べて酸化触媒４における燃料の酸化をより促進させることが出来る。
＜燃料添加パターンの変形例＞
以下、フィルタ再生制御の実行時において酸化触媒４の活性度合いが過活性領域にある場合の燃料添加パターンの変形例について図６から８に基づいて説明する。
図６は、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加パターンの第一の変形例を示す図である。図６の（ａ）は、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。この図６の（ａ）に示す燃料添加パターンは、図３の（ａ）に示す燃料添加パターンと同一である。図６の（ｂ）は、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。
図３の（ｂ）に示す燃料添加パターンでは、総添加期間Δｔｆ中における全ての燃料添加休止期間Δｔｓを基準添加休止期間よりも短くした。しかしながら、本変形例に係る、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンでは、図６の（ｂ）に示すように、総添加期間Δｔｆ中の一部の期間においてのみ、燃料添加休止期間Δｔｓを基準添加休止期間よりも短くする。
このような場合でも、燃料添加休止期間Δｔｓが基準添加休止期間よりも短くされている期間においては、基準単位期間に相当する期間中に燃料添加弁６から添加される燃料の量が基準単位添加量よりも多くなる。つまり、燃料添加弁６による間欠的な燃料添加が実行されている期間中の一部の期間において、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御を実行する場合に比べて燃料がより集中的に添加される。
その結果、燃料添加弁６による間欠的な燃料添加が実行されている期間中の一部の期間においては酸化触媒４の冷却が促進される。従って、図６の（ｂ）に示すような燃料添加パターンで燃料添加を実行することによっても、酸化触媒４の過昇温を抑制することが出来る。
図７は、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加パターンの第二の変形例を示す図である。図７の（ａ）は、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。この図７の（ａ）に示す燃料添加パターンは、図３の（ａ）に示す燃料添加パターンと同一である。図７の（ｂ）は、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。
本変形例に係る、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンでは、図７の（ｂ）に示すように、燃料添加休止期間Δｔｓを基準添加休止期間よりも短くする。さらに、燃料添加の分割回数を三回に減らすと共に一部の燃料添加期間Δｔａを基準添加期間よりも長くする。
これによれば、図３の（ｂ）に示す燃料添加パターンによって間欠的な燃料添加を実行した場合よりも、基準単位期間に相当する期間中に燃料添加弁６から添加される燃料の量がさらに多くなる。つまり、燃料がより集中的に添加される。その結果、酸化触媒４の冷却をより促進することが出来る。従って、酸化触媒４の過昇温をより抑制することが出来る。
尚、本変形例に係る酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンにおいては、燃料添加の分割回数を二回に減らしてもよい。この場合、各燃料添加期間Δｔａをさらに長くする。
また、図７の（ｂ）に示す燃料添加パターンにおいては、燃料添加休止期間Δｔｓを基準添加休止期間よりも短くした。しかしながら、燃料添加休止期間Δｔｓを基準添加休止期間としてままで、燃料添加の分割回数を減らすと共に燃料添加期間Δｔａを基準添加期間よりも長くしてもよい。
この場合でも、基準単位期間に相当する期間中に燃料添加弁６から添加される燃料の量は、図７の（ａ）に示す燃料添加パターンの場合の単位添加量よりも多くなる。つまり、燃料添加弁６による間欠的な燃料添加が実行されている期間中の一部の期間において、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御を実行する場合に比べて燃料がより集中的に添加される。従って、酸化触媒４の過昇温を抑制することが出来る。
図８は、フィルタ再生制御の実行時における酸化触媒４の活性度合いに応じた燃料添加パターンの第三の変形例を示す図である。図８の（ａ）は、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。この図８の（ａ）に示す燃料添加パターンは、図３の（ａ）に示す燃料添加パターンと同一である。図８の（ｂ）は、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。
本変形例に係る、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンでは、図８の（ｂ）に示すように、燃料添加期間Δｔａおよび燃料添加休止期間Δｔｓをそれぞれ基準添加期間および基準添加休止期間としつつ燃料添加の分割回数を二回に減らす。そして、各燃料添加期間Δｔａ中における単位時間あたりの燃料添加量を増加させる（図８においては、指令信号がＯＮとなっているときの高さが単位時間あたりの燃料添加量を表している）。
このような場合でも、基準単位期間に相当する期間中に燃料添加弁６から添加される燃料の量が基準単位添加量よりも多くなる。つまり、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御を実行する場合に比べて燃料がより集中的に添加される。そのため、酸化触媒４の冷却を促進することが出来る。従って、酸化触媒４の過昇温を抑制することが出来る。
尚、本変形例では、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンにおいて、燃料添加を分割せずに一回で行ってもよい。この場合、燃料添加の分割回数を二回とする場合よりも燃料添加期間Δｔａを長くする、および／または、燃料添加の分割回数を二回とする場合よりも単位時間当たりの燃料添加量をさらに多くする。これによれば、燃料をより集中的に添加することが出来る。
本実施例においては、フィルタ再生制御の実行時に要求添加量の燃料を複数回に分割して間欠的に燃料添加弁６から添加した。しかしながら、燃料添加を分割せずに要求燃料添加量の燃料を連続的に一回の燃料添加で添加してもよい。この場合において、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合は、燃料添加が実行されている期間中の少なくとも一部の期間において、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合よりも単位時間当たりの燃料添加量を多くする。
これにより、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合は、燃料添加が実行されている期間中の少なくとも一部の期間において、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合に比べてより集中的に燃料が添加される。従って、酸化触媒４の過昇温を抑制することが出来る。
【実施例２】
【０００７】
図９は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。本実施例においては、酸化触媒４の外径が排気通路２の内径よりも小さい。つまり、酸化触媒４の排気を流れる方向と垂直方向の断面積が、排気通路２の排気を流れる方向と垂直方向の断面積よりも小さい。この構成により、酸化触媒４の外周面と排気通路２の内周面との間を排気が流れる。
本実施例においても、燃料添加弁６が酸化触媒４の直上流の排気通路２に設けられている。つまり、燃料添加弁６の燃料噴射孔から噴射された燃料の少なくとも一部は液体の状態で酸化触媒４に到達する。また、燃料添加弁６の燃料噴射孔からは酸化触媒４の上流側端面に向けて燃料が噴射され、噴射された燃料の略全てが酸化触媒４に流入する（図９において、斜線部は燃料の噴霧を表す。）。
上記以外の構成は、実施例１と同様であるため、同様の構成要素には同様の参照番号を付してその説明を省略する。
本実施例においても、実施例１と同様のフィルタ再生制御が実行される。本実施例のような構成の場合、酸化触媒４に流入する排気の流量が実施例１の構成の場合に比べて少ない。そのため、燃料が酸化することによって生じる酸化熱による酸化触媒４の加熱が促進され易い。従って、フィルタ再生制御の実行時に酸化触媒４の活性度合いが過活性領域にある場合、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域にある場合と同様の燃料添加パターンによって燃料添加が行われると、酸化触媒４が過昇温し易い。
そこで、本実施例においても、実施例１と同様、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加弁６からの燃料添加パターンを酸化触媒４の活性度合いに応じて変更する。これにより、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときにフィルタ再生制御を実行する場合は、燃料添加が実行されている期間中（総添加期間Δｔｆ中）の少なくとも一部の期間において、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御を実行する場合に比べて燃料をより集中的に添加する。
本実施例のような構成の場合、酸化触媒４の上流側端面に向けて燃料が添加されたときに酸化触媒４における単位面積当たりに供給される燃料の量が、実施例１のようにフィルタ５に流入する排気の全てが酸化触媒４を通過するような構成の場合に比べて多くなる。そのため、燃料添加弁６から燃料がより集中的に添加された場合、酸化触媒４がより冷却され易くなる。従って、酸化触媒４の過昇温抑制の効果がより大きくなる。
＜変形例＞
次に、本実施例の変形例について説明する。図１０は本変形例に係る排気通路の概略構成を示す図である。図１０において、矢印は排気の流れる方向を表しており、図９に示す構成の場合と同様、排気通路２の上流側端部は内燃機関１に接続されている。
本実施例における排気通路２は、途中で第一分岐通路２ａと第二分岐通路２ｂとに分岐しており、さらに第一分岐通路２ａと第二分岐通路２ｂとが下流側で集合している。酸化触媒４は第一分岐通路２ａに設けられており、第二分岐通路２ｂに触媒は設けられていない。
酸化触媒４の外径は第一分岐通路２ａにおける該酸化触媒が設けられていない部分の内径よりも大きくなっている。また、第一分岐通路２ａにおける酸化触媒４の直上流に燃料添加弁６が設けられており、実施例１と同様、酸化触媒４の燃料噴射孔から酸化触媒４の上流側端面に向けて液体の燃料が噴射される。つまり、燃料添加弁６の燃料噴射孔から噴射された燃料の少なくとも一部は液体の状態で酸化触媒４に到達する（図１０において、斜線部は燃料の噴霧を表す。）。
第一分岐通路２ａと第二分岐通路２ｂとの下流側集合部よりも下流側の排気通路２に、空燃比センサ１３、フィルタ５、および、温度センサ１４が設けられている。
上記以外の構成は、図１に示す構成と同様であるため、それらの図示および説明を省略する。
本変形例のような構成の場合、排気通路２を流れる排気が第一分岐通路２ａと第二分岐通路２ｂとに分かれて流れる。そのため、図９に示す構成の場合と同様、フィルタ５に流入する排気の全量ではなくその一部が酸化触媒４を通過する。一方、燃料添加弁６から添加される燃料の全量が酸化触媒４に供給される。
従って、本変形例においても、上記と同様、フィルタ再生制御の実行時に酸化触媒４の活性度合いが過活性領域にある場合、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域にある場合と同様の燃料添加パターンによって燃料添加が行われると、酸化触媒４が過昇温し易い。
そこで、本変形例においても、上記と同様、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加弁６からの燃料添加パターンを酸化触媒４の活性度合いに応じて変更する。これにより、酸化触媒４の過昇温を抑制することが出来る。
【実施例３】
【０００８】
図１１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。本実施例においては、排気通路２におけるフィルタ５より下流側に一端が接続され排気通路２における燃料添加弁６の直上流に他端が接続された排気逆流通路１７が設けられている。排気逆流通路１７には排気を一端側から他端側へ圧送するポンプ１８が設けられている。ポンプ１８が作動すると、フィルタ５より下流側の排気通路２を流れる排気の一部が排気逆流通路１７を介して燃料添加弁６の直上流に戻される。ポンプ１８は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されており、ＥＣＵ１０によって制御される。これら以外の構成は、実施例１と同様であるため、同様の構成要素には同様の参照番号を付してその説明を省略する。
本実施例においても、実施例１と同様のフィルタ再生制御が実行される。つまり、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加弁６からの燃料添加パターンを酸化触媒４の活性度合いに応じて変更する。そして、本実施例においては、フィルタ再生制御の実行時に酸化触媒４の活性度合いが過活性領域にある場合、ポンプ１８を作動させる。
ポンプ１８が作動し、フィルタ５より下流側の排気通路２を流れる排気が燃料添加弁６の直上流に戻されると、酸化触媒４を通過する排気の流量が増加する。そのため、排気による持ち去り熱量が増加する。従って、本実施例によれば、酸化触媒４の過昇温をさらに抑制することが出来る。
尚、本実施例においては、フィルタ再生制御の実行時に酸化触媒４の活性度合いが過活性領域にある場合、ＥＧＲ弁１６を閉弁方向に制御することによってＥＧＲ通路１５を流れるＥＧＲガスの流量を減少させてもよい。
ＥＧＲガスの流量を減少させると、その分酸化触媒４に流入する排気の流量が増加する。つまり、これによっても酸化触媒４を通過する排気の流量を増加させることが出来、以って排気による持ち去り熱量を増加させることが出来る。
【実施例４】
【０００９】
図１２は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。本実施例においては、ＥＧＲ通路１５に一端が接続され排気通路２における燃料添加弁６の直上流に他端が接続されたＥＧＲガス導入通路１９が設けられている。ＥＧＲガス導入通路１９には、該ＥＧＲガス導入通路１９を遮断または開通させる導入制御弁２０が設けられている。該導入制御弁２０は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されており、ＥＣＵ１０によって制御される。これら以外の構成は、実施例１と同様であるため、同様の構成要素には同様の参照番号を付してその説明を省略する。尚、本実施例においては、ＥＧＲガス導入通路１９および導入制御弁２０が本発明に係るＥＧＲガス導入手段に相当する。
本実施例においても、実施例１と同様のフィルタ再生制御が実行される。つまり、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加弁６からの燃料添加パターンを酸化触媒４の活性度合いに応じて変更する。そして、本実施例においては、フィルタ再生制御の実行時に酸化触媒４の活性度合いが過活性領域にある場合、導入制御弁２０を開弁してＥＧＲガス導入通路１９を開通させる。
ＥＧＲガス導入通路１９が開通されると、燃料添加弁６の直上流の排気通路２にＥＧＲガスが導入される。そして、該ＥＧＲガスが排気と共に酸化触媒４に流入する。これにより、排気の流量が増加された場合と同様、酸化触媒４を通過するガス（排気＋ＥＧＲガス）の流量が増加する。そのため、該ガスによる持ち去り熱量が増加する。従って、本実施例によっても、実施例３と同様、酸化触媒４の過昇温をさらに抑制することが出来る。
【実施例５】
【００１０】
図１３は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。本実施例においては、スロットル弁７より下流側の吸気通路３に一端が接続され排気通路２における燃料添加弁６の直上流に他端が接続された吸気導入通路２１が設けられている。吸気導入通路２１には、一端側から他端側に吸気を圧送するポンプ２２が設けられている。つまり。ポンプ２２が作動すると、吸気通路３を流れる吸気の一部が吸気導入通路２１を介して燃料添加弁６の直上流に導入される。ポンプ２２は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されており、ＥＣＵ１０によって制御される。これら以外の構成は、実施例１と同様であるため、同様の構成要素には同様の参照番号を付してその説明を省略する。尚、本実施例においては、吸気導入通路２１およびポンプ２２が本発明に係る新気導入手段に相当する。
本実施例においても、実施例１と同様のフィルタ再生制御が実行される。つまり、フィルタ再生制御の実行時における燃料添加弁６からの燃料添加パターンを酸化触媒４の活性度合いに応じて変更する。そして、本実施例においては、フィルタ再生制御の実行時に酸化触媒４の活性度合いが過活性領域にある場合、ポンプ２２を作動させる。
ポンプ２２が作動し、吸気通路３を流れる吸気が燃料添加弁６の直上流に導入されると、排気の流量が増加された場合と同様、酸化触媒４を通過するガス（排気＋吸気）の流量が増加する。そのため、該ガスによる持ち去り熱量が増加する。従って、本実施例によっても、実施例３と同様、酸化触媒４の過昇温をさらに抑制することが出来る。また、内燃機関の吸気は排気よりも温度が低い。そのため、本実施例によれば、酸化触媒４の過昇温抑制の効果がより大きい。
尚、本実施例においては、フィルタ再生制御の実行時に酸化触媒４の活性度合いが過活性領域にある場合、内燃機関１の吸気の代わりに外気を酸化触媒４に導入してもよい。これによっても、酸化触媒４を通過するガス（排気＋外気）の流量を増加させることが出来る。従って、酸化触媒４の過昇温をさらに抑制することが出来る。また、外気は、内燃機関の吸気と同様、排気よりも温度が低い。そのため、外気を酸化触媒４に導入した場合、酸化触媒４の過昇温抑制の効果がより大きい。
【実施例６】
【００１１】
図１４は、本実施例に係る酸化触媒４と燃料添加弁６との配置を示す図である。図１４に示すように、本実施例においては、酸化触媒４の上流側端面に対して酸化触媒４の下方から斜めに燃料が添加されるように燃料添加弁６が配置されている。これ以外の構成は実施例１と同様であるためその説明を省略する。
本実施例においても、実施例１と同様のフィルタ再生制御が実行される。つまり、フィルタ再生制御の実行時においては、燃料添加弁６から酸化触媒４の上流側端面に向けて燃料が添加される。また、そのときの燃料添加パターンは、酸化触媒４の活性度合いに応じて変更される。
図１５は、本実施例に係る、酸化触媒４の隔壁４ａと燃料添加弁６からの燃料添加方向を示す図である。図１５において、矢印が燃料添加弁６からの燃料添加方向を表しており、斜線部が隔壁における燃料添加弁６から添加された燃料が衝突する部分を表している。
上述したように、本実施例においては、酸化触媒４の上流側端面に対して酸化触媒４の下方から斜めに燃料が添加される。この場合、酸化触媒４の上流側端面の正面から燃料が添加される場合に比べて、酸化触媒４の隔壁４ａの下方側の面に燃料が衝突し易くなる。また、酸化触媒４の隔壁４ａに衝突せずに酸化触媒４をすり抜ける燃料が減少する。
これにより、燃料添加弁６から燃料が添加されたときに、燃料が衝突し易くなった部分においては該燃料による冷却がより促進される。つまり、酸化触媒４の隔壁４ａの下方側の面が燃料によって冷却され易くなる。
従って、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときのフィルタ再生制御の実行のように、燃料添加弁６からより集中的に燃料が添加された場合、酸化触媒４の隔壁４ａの下方側の面の冷却が急速に進む。そして、その冷却量が大きいために、熱伝導によって酸化触媒４の隔壁４ａの上方側の面の温度も低下する。そのため、本実施例によれば、酸化触媒４の活性度合いが過活性領域内にあるときのフィルタ再生制御が実行された場合における酸化触媒４の過昇温をより抑制することが可能となる。
一方、本実施例の場合、酸化触媒４の隔壁４ａの上方側の面には酸化触媒４の上流側端面の正面から燃料が添加される場合に比べて燃料が衝突し難くなる。また、燃料添加弁６から添加された燃料が酸化触媒４の隔壁４ａの下方側の面に衝突すると該燃料が拡散し、拡散した燃料が酸化触媒４の隔壁４ａの上方側の面において酸化される。そのため、酸化触媒４の隔壁４ａの上方側の面においては燃料の酸化が促進され易くなる。
従って、酸化触媒４の活性度合いが最適性領域内にあるときのフィルタ再生制御の実行のように、酸化触媒４における燃料の酸化が促進し易いように燃料添加弁６から燃料が添加された場合、酸化触媒４の隔壁４ａの上方側の面での燃料の酸化がより促進される。その結果、酸化触媒４の隔壁４ａの上方側の面の加熱が急速に進む。そして、その加熱量が大きいために、熱伝導によって酸化触媒４の隔壁４ａの下方側の面の温度も上昇する。そのため、本実施例によれば、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときのフィルタ再生制御が実行された場合において、酸化触媒４をより速やかに昇温させることが出来る。
尚、上記実施例１から６においては、フィルタ５に担持されているＮＯｘ触媒９に吸蔵されたＮＯｘを放出させ還元するＮＯｘ還元制御、および、フィルタ５に担持されたＮＯｘ触媒９に吸蔵されたＳＯｘを放出させ還元するＳＯｘ被毒回復制御の実行時においても、燃料添加弁６からの間欠的な燃料添加を実行する。
そこで、ＮＯｘ還元制御およびＳＯｘ被毒回復制御の実行時における燃料添加弁６からの燃料添加パターンを、フィルタ再生制御の実行時と同様、酸化触媒４の活性度合いに応じて変更してもよい。これによれば、ＮＯｘ還元制御またはＳＯｘ被毒回復制御の実行時において酸化触媒４の活性度合いが過活性領域にある場合であっても酸化触媒４の過昇温を抑制することが出来る。
【実施例７】
【００１２】
本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様、燃料添加弁６から燃料を添加することによってフィルタ再生制御が行われる。また、本実施例に係るフィルタ再生制御の実行時においても、要求添加量の燃料が複数回に分割されて間欠的に燃料添加弁６から添加される。
＜フィルタ再生制御実行中における運転状態の変化＞
フィルタ再生制御の実行中に内燃機関１の運転状態が変化する場合がある。ここで、フィルタ再生制御の実行中に内燃機関１の運転状態が機関負荷が上昇する過渡運転（即ち、加速運転）となると、酸化触媒４に流入する排気の温度が上昇する。そのため、酸化触媒４の活性度合いが上昇し、酸化触媒４における燃料の酸化が急激に促進される場合がある。
一方、フィルタ再生制御の実行中に内燃機関１の運転状態が機関負荷が低下する過渡運転（即ち、減速運転）となると、酸化触媒４に流入する排気の流量が減少する。そのため、燃料が酸化触媒４を通過するのにかかる時間が長くなり、酸化触媒４における燃料の酸化が急激に促進される場合がある。
従って、フィルタ再生制御の実行中に内燃機関１の運転状態が上記のように変化したときに該運転状態の変化前と同一の燃料添加パターンで燃料添加弁６からの燃料添加を実行すると酸化触媒４が過昇温する虞がある。
そこで、本実施例に係るフィルタ再生制御においては、その実行中に内燃機関１の運転状態が上記のように変化した場合、酸化触媒４の過昇温を抑制すべく、燃料添加弁６から燃料を添加するときの燃料添加パターンを変更する。
＜燃料添加パターン制御＞
以下、本実施例に係るフィルタ再生制御実行中の燃料添加パターン制御について、図１６及び図１７に示すフローチャートに基づいて説明する。図１６及び図１７は、本実施例に係るフィルタ再生制御実行中の燃料添加パターン制御のルーチンを示すフローチャートである。これらのルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で実行される。
図１６は、フィルタ再生制御実行中に内燃機関１の運転状態が加速運転となった場合の燃料添加パターン制御のルーチンを示すフローチャートである。
本ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ２０１において、フィルタ再生制御が実行されている最中であるか否かを判別する。尚、ここでは、フィルタ再生制御の実行中である場合、燃料添加弁６による燃料添加パターンは図３の（ａ）に示す燃料添加パターンであることを前提とする。Ｓ２０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
Ｓ２０２において、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態が加速運転となったか否かを判別する。Ｓ２０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２０３に進み、否定判定された場合、Ｓ２０５に進む。
Ｓ２０３において、ＥＣＵ１０は、酸化触媒４が過昇温する可能性があるか否かを判別する。ここでは、内燃機関１の機関負荷の上昇量等に基づいて酸化触媒４が過昇温する可能性があるか否かを判別することが出来る。Ｓ２０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２０４に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２０５に進む。
Ｓ２０４に進んだＥＣＵ１０は、燃料添加弁６による燃料添加パターンを図３の（ｂ）に示す燃料添加パターンに変更する。その後、ＥＣＵ１０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
Ｓ２０５に進んだＥＣＵ１０は、燃料添加弁６による燃料添加パターンを図３の（ａ）に示す燃料添加パターンに維持する。その後、ＥＣＵ１０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
以上説明したルーチンによれば、燃料添加弁６による燃料添加パターンを図３の（ａ）に示す燃料添加パターンとしてフィルタ再生制御を実行している最中に、内燃機関１の運転状態が加速運転となり、酸化触媒４が過昇温する可能性が生じた場合、燃料添加弁６による燃料添加パターンが図３の（ｂ）に示す燃料添加パターンに変更される。これにより、酸化触媒４により集中的に燃料が供給されるため、酸化触媒４の過昇温を抑制することが出来る。
尚、加速運転時は、上述したように、酸化触媒４に流入する排気の温度が大幅に上昇することにより酸化触媒４における燃料の酸化が急激に促進される。そのため、図８の（ｂ）に示す燃料添加パターンのように各燃料添加期間Δｔａ中における単位時間あたりの燃料添加量を増加させるよりも、図３の（ｂ）に示す燃料添加パターンのように燃料添加休止期間Δｔｓを短くすることで酸化触媒４の周囲雰囲気の酸素濃度を低下させた方が酸化触媒４の過昇温抑制効果が大きい。
図１７は、フィルタ再生制御実行中に内燃機関１の運転状態が減速運転となった場合の燃料添加パターン制御のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、図１６に示すルーチンのＳ２０２〜Ｓ２０４をＳ３０２〜Ｓ３０４に置き換えたものである。そのため、これらのステップについてのみ説明し、Ｓ２０１及びＳ２０５についての説明は省略する。
本ルーチンでは、Ｓ２０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０２に進む。Ｓ３０２において、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態が減速運転となったか否かを判別する。Ｓ３０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０３に進み、否定判定された場合、Ｓ２０５に進む。
Ｓ３０３において、ＥＣＵ１０は、酸化触媒４が過昇温する可能性があるか否かを判別する。ここでは、内燃機関１の機関負荷の低下量等に基づいて酸化触媒４が過昇温する可能性があるか否かを判別することが出来る。Ｓ３０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０４に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２０５に進む。
Ｓ３０４に進んだＥＣＵ１０は、燃料添加弁６による燃料添加パターンを図８の（ｂ）に示す燃料添加パターンに変更する。その後、ＥＣＵ１０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
以上説明したルーチンによれば、燃料添加弁６による燃料添加パターンを図３の（ａ）に示す燃料添加パターンとしてフィルタ再生制御を実行している最中に、内燃機関１の運転状態が減速運転となり、酸化触媒４が過昇温する可能性が生じた場合、燃料添加弁６による燃料添加パターンが図８の（ｂ）に示す燃料添加パターンに変更される。これにより、酸化触媒４により集中的に燃料が供給されるため、酸化触媒４の過昇温を抑制することが出来る。
尚、減速運転時は、上述したように、酸化触媒４に流入する排気の流量が大幅に減少することにより酸化触媒４における燃料の酸化が急激に促進される。そのため、図３の（ｂ）に示す燃料添加パターンのように燃料添加休止期間Δｔｓを短くするよりも、図８の（ｂ）に示す燃料添加パターンのように各燃料添加期間Δｔａ中における単位時間あたりの燃料添加量を増加させた方が、酸化触媒４の過昇温抑制効果が大きい。
本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例１と同様のものに限られない。実施例２〜６に係る構成においても本実施例に係るフィルタ再生制御実行中の燃料添加パターン制御を適用することが出来る。
【実施例８】
【００１３】
本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。また、本実施例においても、実施例１と同様、燃料添加弁６から燃料を添加することによってフィルタ再生制御が行われる。また、本実施例に係るフィルタ再生制御の実行時においても、要求添加量の燃料が複数回に分割されて間欠的に燃料添加弁６から添加される。
＜フィルタ再生制御実行中における運転状態の変化＞
フィルタ再生制御の実行中に内燃機関１の運転状態が低負荷高回転領域に移行すると、排気の温度が低下すると共に排気の流量が増加するため、燃料の要求添加量が大幅に増加する。この場合、該運転状態の変化前の燃料添加パターンと同一の燃料添加期間、燃料添加休止期間としたままで要求添加量分の燃料を燃料添加弁６から添加すると酸化触媒４が過昇温する虞がある。
そこで、本実施例に係るフィルタ再生制御においては、その実行中に内燃機関１の運転状態が上記のように変化した場合、酸化触媒４の過昇温を抑制すべく、燃料添加弁６から燃料を添加するときの燃料添加パターンを変更する。
＜燃料添加パターン制御＞
図１８は、本実施例に係るフィルタ再生制御の実行時における燃料添加パターンを示す図である。図１８の（ａ）は、酸化触媒４の活性度合いが最適活性領域内にあるときにフィルタ再生制御が実行される場合の燃料添加パターンを示している。この図１８の（ａ）に示す燃料添加パターンは、図３の（ａ）に示す燃料添加パターンと同一である。
図１８の（ｂ）は、フィルタ再生制御の実行中に内燃機関１の運転状態が機関負荷Ｑｅが所定負荷Ｑｅ０以下であり機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ０以上の領域に移行した場合の燃料添加パターンを示している。ここで、所定負荷Ｑｅ０及び所定回転数Ｎｅ０は、図１８の（ａ）に示す燃料添加パターンと同一の燃料添加期間、燃料添加休止期間としたままで要求添加量分の燃料を燃料添加弁６から添加すると酸化触媒４が過昇温すると判断出来る閾値として設定されている。このような所定負荷Ｑｅ０及び所定回転数Ｎｅ０は実験等に基づいて予め定めることが出来る。
図１８の（ｂ）に示す燃料添加パターンでは、図３の（ｂ）に示す燃料添加パターンと同様、燃料添加休止期間Δｔｓを基準添加休止期間よりも短くする。その上で、各燃料添加期間Δｔａ中における単位時間あたりの燃料添加量を増加させ（図１８においては、指令信号がＯＮとなっているときの高さが単位時間あたりの燃料添加量を表している）、それによって、総添加期間Δｔｆ中に燃料添加弁６から添加される総燃料添加量を要求添加量に制御する。
このような燃料添加パターンによれば、図１８の（ａ）に示す燃料添加パターンと同一の燃料添加期間、燃料添加休止期間としたまま燃料添加を実行した場合に比べて燃料をより集中的に添加することが出来る。そのため、酸化触媒４の冷却を促進しつつ要求燃料添加分の燃料を添加することが出来る。従って、酸化触媒４の過昇温を抑制することが出来る。
ここで、本実施例に係るフィルタ再生制御実行中の燃料添加パターン制御について、図１９に示すフローチャートに基づいて説明する。図１９は、フィルタ再生制御実行中の燃料添加パターン制御のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で実行される。
本ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ４０１において、フィルタ再生制御実行されている最中であるか否かを判別する。尚、ここでは、フィルタ再生制御の実行中である場合、燃料添加弁６による燃料添加パターンは図１８の（ａ）に示す添加パターンであることを前提とする。Ｓ４０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ４０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
Ｓ４０２において、ＥＣＵ１０は、機関負荷Ｑｅが所定負荷Ｑｅ０以下であり機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ０以上の領域に内燃機関１の運転状態が移行したか否かを判別する。Ｓ４０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ４０３に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ４０４に進む。
Ｓ４０４に進んだＥＣＵ１０は、燃料添加弁６による燃料添加パターンを図１９の（ｂ）に示す燃料添加パターンに変更する。その後、ＥＣＵ１０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
Ｓ４０５に進んだＥＣＵ１０は、燃料添加弁６による燃料添加パターンを図１９の（ａ）に示す燃料添加パターンに変更する。その後、ＥＣＵ１０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例１と同様のものに限られない。実施例２〜６に係る構成においても本実施例に係るフィルタ再生制御実行中の燃料添加パターン制御を適用することが出来る。
以上説明した各実施例は可能な限り組み合わせることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明によれば、排気浄化装置よりも熱容量の小さい前段触媒の上流側端面に向けて還元剤が添加される場合であっても前段触媒の過昇温を抑制することが出来る。
【図１】
2009004935.tif 000003
【図２】
2009004935.tif 000004
【図３】
2009004935.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009004935.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2009004935.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2009004935.tif 000015
【図１４】
2009004935.tif 000016
【図１５】
2009004935.tif 000017
【図１６】
2009004935.tif 000018
【図１７】
2009004935.tif 000019
【図１８】
2009004935.tif 000020
【図１９】
2009004935.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月17日(2009.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
内燃機関の排気通路に設けられ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、
該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられており前記排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つ酸化機能を有する前段触媒と、
該前段触媒の直上流の排気通路に設けられており液体の状態の還元剤を前記前段触媒の上流側端面に向けて添加する還元剤添加弁と、を備え、
前記排気浄化装置の機能を回復させるときに、該機能の回復に必要な還元剤添加量である要求添加量を決定すると共に、該要求添加量の還元剤を複数回に分割して間欠的に前記還元剤添加弁によって添加するものであり、且つ
前記還元剤添加弁による還元剤の間欠的な添加を実行するときに、前記前段触媒の活性度合いが所定レベルよりも高い場合は、還元剤の間欠的な添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合における一回の還元剤添加期間とその後の一回の還元剤添加休止期間との和に相当する期間中に前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合における還元剤添加期間一回分の還元剤添加量よりも多くの還元剤が添加されるように前記還元剤添加弁を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記還元剤添加弁による還元剤の間欠的な添加が実行されるときに、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベルよりも高い場合は、還元剤の間欠的な添加が実行される期間中の少なくとも一部の期間において、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合よりも還元剤添加休止期間を短くする制御、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合よりも還元剤添加期間を長くする制御、および、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベル以下の場合よりも還元剤添加期間中における単位時間当たりの還元剤の添加量を増加させる制御のうち少なくともいずれかの制御を実行することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記前段触媒が、前記排気浄化装置に流入する排気の全てではなくその一部が前記前段触媒を通過するように設置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときに、前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベルよりも高い場合は、前記前段触媒に流入する排気の流量を増加させることを特徴とする請求項３から５のいずれか１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記内燃機関の吸気系に排気の一部をＥＧＲガスとして導入するＥＧＲ装置と、
前記還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときにおいて前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベルよりも高い場合にＥＧＲガスを前記前段触媒に導入するＥＧＲガス導入手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項３から６のいずれか１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
前記還元剤添加弁による還元剤の添加を実行するときにおいて前記前段触媒の活性度合いが前記所定レベルよりも高い場合に前記内燃機関の吸気または外気を前記前段触媒に導入する新気導入手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３から５のいずれか１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項９】
前記還元剤添加弁が、前記前段触媒の上流側端面に対して斜めに還元剤を添加することを特徴とする請求項３から８のいずれか１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１０】
前記前段触媒の劣化度合いのレベルを前記前段触媒の温度に基づいて判断することを特徴とする請求項３から９のいずれか１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【国際調査報告】
2009004935.tif 000022
2009004935.tif 000023
2009004935.tif 000024
2009004935.tif 000025