(57)【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た酸素吸蔵能を有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を調整する空燃比調整手段と、を備え、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比或いはリッチ空燃比に変調して、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された排気成分を脱離処理する内燃機関の排気浄化装置において、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流に設けられ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、
前記空燃比調整手段は、
前記内燃機関の筒内燃焼後の筒内空燃比を調整する筒内空燃比調整手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記筒内空燃比調整手段と前記還元剤供給手段とを制御する変調制御手段とで構成され、
前記変調制御手段は、前記脱離処理時に前記還元剤供給手段から前記還元剤の供給と非供給を繰り返し実行することで前記出口空燃比をリッチ空燃比とし、その際に前記空燃比検出手段にて検出される前記出口空燃比の挙動が所定の挙動と異なると、該脱離処理中の前記還元剤供給手段からの前記還元剤の供給時及び非供給時の何れの期間においても、前記空燃比検出手段にて検出される前記出口空燃比の挙動が前記所定の挙動となるように前記筒内空燃比調整手段を制御して、前記内燃機関の前記筒内燃焼後の前記筒内空燃比を調整することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記変調制御手段は、前記空燃比検出手段にて検出される前記出口空燃比の挙動が前記所定の挙動となるように前記筒内空燃比調整手段を制御して前記内燃機関の前記筒内燃焼後の前記筒内空燃比を調整するとともに、該調整による筒内燃焼後の前記排気ガス中の酸素濃度の増加に応じて前記還元剤の供給量を増加或いは酸素濃度の減少に応じて前記還元剤の供給量を減少させるよう前記還元剤供給手段を制御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】
前記所定の挙動は、前記脱離処理時における前記内燃機関の性能適合時の前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比の挙動であることを特徴とする、請求項１或いは２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記変調制御手段は、前記脱離処理時に、前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比が、前記内燃機関の性能適合時の前記出口空燃比の挙動より設定される第１の所定期間内にリッチ空燃比とならない場合、或いは、前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比がリッチ空燃比化した後に前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比が所定回数以上リーン空燃比となる場合に、前記筒内空燃比が小さくなるように前記筒内空燃比調整手段を制御することを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記変調制御手段は、前記脱離処理時に、前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比が、前記内燃機関の性能適合時の前記出口空燃比の挙動より設定され、前記第１の所定期間より短い期間の第２の所定期間内にリッチ空燃比となり、前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比が、前記内燃機関の性能適合時の前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比の挙動より設定される第３の所定期間より長くリッチ空燃比を継続した場合、或いは、前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比がリッチ空燃比となった後に前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比が所定の過剰リッチ空燃比未満となる期間が第４の所定期間以上となると、前記筒内空燃比が大きくなるように前記筒内空燃比調整手段を制御することを特徴とする、請求項３或いは４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記筒内空燃比調整手段は、燃料が前記排気通路に流出せずに前記筒内で燃焼するように膨張行程で噴射する燃焼ポスト噴射を実施可能な燃料噴射手段であり、
前記内燃機関の前記筒内燃焼での前記筒内空燃比は、前記燃焼ポスト噴射の燃料噴射量で調整され、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒への前記還元剤の供給は、前記燃焼ポストより後に前記還元剤供給手段により行われることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項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係り、詳しくは、ＮＯｘトラップ触媒のＳパージ処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジン等の内燃機関では、排気通路に排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化を目的としたＮＯｘトラップ触媒が設けられている。
そして、内燃機関を構成する部品は、それぞれに個体バラツキを有している。したがって、燃料噴射ノズル等の内燃機関の燃焼室内の空燃比を調整する部品についても個体バラツキを有している。このような、個体バラツキを有すると、内燃機関の燃焼室内の空燃比にばらつきが生じ、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御することが困難となる。
【０００３】
そこで、特許文献１の内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘトラップ触媒の上流にＯ2センサを設けている。そして、当該Ｏ2センサの検出値に基づき、燃料噴射ノズルの噴射量等を補正して、内燃機関の燃焼室内の空燃比を所望の空燃比とし、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を所望の空燃比としている。このようにして、特許文献１の内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元し浄化している。
【０００４】
また、ディーゼルエンジンの燃料中には硫黄分が含まれており、ディーゼルエンジンではＮＯｘのみならず、ＳＯ2やＳＯ3等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）も同時に生成される。
そして、ＳＯｘは、ＮＯｘと同様にＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスがリーン空燃比である時にＮＯｘトラップ触媒に吸蔵される。このようなＳＯｘのＮＯｘトラップ触媒への吸蔵は、ＮＯｘトラップ触媒でのＮＯｘ浄化性能の低下に繋がる。
【０００５】
そこで、ディーゼルエンジンでは、ＮＯｘトラップ触媒の下流にＡ／Ｆセンサを設け、Ａ／Ｆセンサの検出結果に基づき、排気ガス中に燃料等の還元剤を添加（ＨＣ添加）し、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスを高温でリッチ空燃比としてＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたＳＯｘ等の硫黄（Ｓ）成分を脱離するための硫黄被毒回復処理（以下、Ｓパージ処理）を行うものがある。このようなＳパージ処理では、筒内燃焼の燃料噴射に加え、筒内ポスト噴射等によってＨＣ添加を行って、ＨＣ添加と非ＨＣ添加とを繰り返し行い、ＮＯｘトラップ触媒を高温且つリッチ状態としている。そして、ＮＯｘトラップ触媒の温度がＮＯｘトラップ触媒に吸蔵された硫黄分の脱離可能な温度となるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２８２９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記ＮＯｘトラップ触媒の下流にＡ／Ｆセンサを設け、Ｓパージ処理を行うディーゼルエンジンにおいても、上記特許文献１と同様に燃料噴射ノズル等の部品は、個体バラツキを有している。
そして、燃料噴射ノズル等の部品に個体バラツキを有すると、Ｓパージ処理における筒内燃焼の空燃比は、ディーゼルエンジンの性能適合時に対してリーン空燃比やリッチ空燃比となる。即ち、ＮＯｘトラップ触媒に供給される酸素量が内燃機関の性能適合時に対して多くなったり、少なくなったりする。
【０００８】
したがって、Ｓパージ処理中にＮＯｘトラップ触媒に吸蔵される酸素量が内燃機関の性能適合時に対して変化するので、例えば、筒内燃焼の空燃比が内燃機関の性能適合時に対してリーン空燃比である場合には、図８の補正前に示すようにＮＯｘトラップ触媒に吸蔵される酸素量が多くなり、ＨＣ添加時にＮＯｘトラップ触媒が過昇温したり、ＨＣ添加を行ってもＮＯｘトラップ触媒のリッチ化が困難になる虞がある。また、筒内燃焼の空燃比が内燃機関の性能適合時に対してリッチ空燃比である場合には、図７の補正前に示すようにＮＯｘトラップ触媒に吸蔵される酸素量が少なくなり、ＨＣ添加時にＮＯｘトラップ触媒が昇温不足したり、ＨＣ添加によりＮＯｘトラップ触媒が過剰リッチとなったりする虞がある。
【０００９】
そこで、各部品の個体バラツキによるＳパージ処理時の筒内燃焼の空燃比を補正するために、上記特許文献１の技術のように、ＮＯｘトラップ触媒の下流に設けられたＡ／Ｆセンサの検出値に基づき、Ｓパージ処理における筒内燃焼の空燃比を制御する手法が考えられる。
しかしながら、Ｓパージ処理時には、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスをリッチ空燃比とするＨＣ添加が行われるため、Ａ／ＦセンサではＨＣ添加後の空燃比を検出することとなり、Ａ／Ｆセンサの検出値に基づいての筒内燃焼の空燃比を補正することは困難である。
【００１０】
よって、各部品が個体バラツキを有すると、Ｓパージ処理時のＮＯｘトラップ触媒の温度や空燃比を精度良く制御することが困難となり、ＮＯｘトラップ触媒の過昇温や昇温不足或いはＮＯｘトラップ触媒の非リッチ化や過剰リッチが発生しＳパージ処理を適切に行うことが困難となる。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、Ｓパージ処理時において、精度良くＮＯｘトラップ触媒の温度や空燃比を制御し、Ｓパージ処理を適切に行うことのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路に設けられた酸素吸蔵能を有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を調整する空燃比調整手段と、を備え、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比或いはリッチ空燃比に変調して、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された排気成分を脱離処理する内燃機関の排気浄化装置において、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流に設けられ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の筒内燃焼後の筒内空燃比を調整する筒内空燃比調整手段と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記筒内空燃比調整手段と前記還元剤供給手段とを制御する変調制御手段とで構成され、前記変調制御手段は、前記脱離処理時に前記還元剤供給手段から前記還元剤の供給と非供給を繰り返し実行することで前記出口空燃比をリッチ空燃比とし、その際に前記空燃比検出手段にて検出される前記出口空燃比の挙動が所定の挙動と異なると、該脱離処理中の前記還元剤供給手段からの前記還元剤の供給時及び非供給時の何れの期間においても、前記空燃比検出手段にて検出される前記出口空燃比の挙動が前記所定の挙動となるように前記筒内空燃比調整手段を制御して、前記内燃機関の前記筒内燃焼後の前記筒内空燃比を調整することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記変調制御手段は、前記空燃比検出手段にて検出される前記出口空燃比の挙動が前記所定の挙動となるように前記筒内空燃比調整手段を制御して前記内燃機関の前記筒内燃焼後の前記筒内空燃比を調整するとともに、該調整による筒内燃焼後の前記排気ガス中の酸素濃度の増加に応じて前記還元剤の供給量を増加或いは酸素濃度の減少に応じて前記還元剤の供給量を減少させるよう前記還元剤供給手段を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１或いは２において、前記所定の挙動は、前記脱離処理時における前記内燃機関の性能適合時の前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比の挙動であることを特徴とする。
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置では、請求項３において、前記変調制御手段は、前記脱離処理時に、前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比が、前記内燃機関の性能適合時の前記出口空燃比の挙動より設定される第１の所定期間内にリッチ空燃比とならない場合、或いは、前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比がリッチ空燃比化した後に前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比が所定回数以上リーン空燃比となる場合に、前記筒内空燃比が小さくなるように前記筒内空燃比調整手段を制御することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置では、請求項３或いは４において、前記変調制御手段は、前記脱離処理時に、前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比が、前記内燃機関の性能適合時の前記出口空燃比の挙動より設定され、前記第１の所定期間より短い期間の第２の所定期間内にリッチ空燃比となり、前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比が、前記内燃機関の性能適合時の前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比の挙動より設定される第３の所定期間より長くリッチ空燃比を継続した場合、或いは、前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比がリッチ空燃比となった後に前記空燃比検出手段にて検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の前記出口空燃比が所定の過剰リッチ空燃比未満となる期間が第４の所定期間以上となると、前記筒内空燃比が大きくなるように前記筒内空燃比調整手段を制御することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１から５のいずれか１項において、前記筒内空燃比調整手段は、燃料が前記排気通路に流出せずに前記筒内で燃焼するように膨張行程で噴射する燃焼ポスト噴射を実施可能な燃料噴射手段であり、前記内燃機関の前記筒内燃焼での前記筒内空燃比は、前記燃焼ポスト噴射の燃料噴射量で調整され、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒への前記還元剤の供給は、前記燃焼ポストより後に前記還元剤供給手段により行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、脱離処理中の還元剤供給手段からの還元剤の供給時及び非供給時の何れの期間においても、空燃比検出手段にて検出される出口空燃比の挙動が所定の挙動となるように、排気成分の脱離処理時に筒内燃焼の筒内空燃比を調整することで、筒内空燃比調整手段が個体バラツキを有しても、排気成分の脱離処理時に精度良く吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度や空燃比を制御することが可能となる。
したがって、排気成分の脱離処理を適切に行うことができる。
【００１７】
また、請求項２の発明によれば、空燃比検出手段にて検出される出口空燃比の挙動が所定の挙動となるように筒内空燃比調整手段を制御して内燃機関の筒内燃焼後の筒内空燃比を調整するとともに、調整による筒内燃焼後の前記排気ガス中の酸素濃度の増加に応じて前記還元剤の供給量を増加或いは酸素濃度の減少に応じて前記還元剤の供給量を減少させるよう還元剤供給手段を制御しているので、筒内燃焼後の酸素濃度に応じた量の還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に供給されるので、過剰補正を回避し所定の挙動への収束性が向上する。
【００１８】
また、請求項３の発明によれば、所定の挙動を脱離処理時における内燃機関の性能適合時の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比の挙動としており、空燃比検出手段にて検出される出口空燃比の挙動が所定性能適合時の出口空燃比の挙動となるように、排気成分の脱離処理時に筒内燃焼の筒内空燃比を調整することで、筒内空燃比調整手段が個体バラツキを有しても、排気成分の脱離処理時に精度良く吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度や空燃比を制御することが可能となる。例えば、筒内空燃比調整手段が個体バラツキを有し、排気成分の脱離処理における筒内燃焼の筒内空燃比が、内燃機関の性能適合時の筒内空燃比に対してリーン空燃比やリッチ空燃比となり、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比の挙動が性能適合時の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比の挙動と異なっても、筒内燃焼の筒内空燃比を空燃比検出手段にて検出される出口空燃比の挙動が性能適合時の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比の挙動となるように調整することで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比の挙動を性能適合時の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比の挙動に合わせることが可能となる。
【００１９】
したがって、筒内空燃比調整手段が個体バラツキを有しても、排気成分の脱離処理中に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵される酸素量を内燃機関の性能適合時と同等にすることができるので、還元剤の添加時の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵される酸素量の過多による吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過昇温や、還元剤の添加時の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵される酸素量の不足による吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の昇温不足を防止することができる。また、還元剤の添加によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を容易にリッチ化することができ、更に還元剤の添加による吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過剰リッチを防止することができる。
【００２０】
よって、排気成分の脱離処理を適切に行うことができる。
また、請求項４の発明によれば、排気成分の脱離処理時に、空燃比検出手段にて検出される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比が内燃機関の性能適合時の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比の挙動より決定される第１の所定期間内にリッチ空燃比とならない場合、或いは、空燃比検出手段にて検出される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比がリッチ空燃比化した後に、空燃比検出手段にて検出される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比が所定回数以上リーン空燃比となる場合には、筒内空燃比を小さくするようにしているので、例えば、筒内空燃比調整手段に個体バラツキが有り、筒内燃焼の筒内空燃比がリーン空燃比であっても、筒内空燃比調整手段を制御して筒内空燃比を小さくすることで、空燃比検出手段にて検出される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比の挙動を性能適合時の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比の挙動に合わせることが可能となる。
【００２１】
したがって、筒内空燃比調整手段に個体バラツキが有って、筒内燃焼の筒内空燃比がリーン空燃比であっても、排気成分の脱離処理中に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵される酸素量を内燃機関の性能適合時と同等にすることができるので、還元剤の添加時の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵される酸素量の過多による吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過昇温を防止し、還元剤の添加によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を容易にリッチ化することができる。
【００２２】
また、請求項５の発明によれば、排気成分の脱離処理時に、空燃比検出手段にて検出される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比が内燃機関の性能適合時の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比の挙動より決定され、第１の所定期間より短い期間の第２の所定期間内にリッチ空燃比となり、空燃比検出手段にて検出される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比が内燃機関の性能適合時の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比の挙動より決定される第３の所定期間より長くリッチ空燃比を継続し、空燃比検出手段にて検出される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比がリッチ空燃比となった後に、空燃比検出手段にて検出される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比が所定の過剰リッチ空燃比未満となる期間が第４の所定期間以上となると、筒内空燃比を大きくすることで、空燃比検出手段にて検出される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比の挙動を性能適合時の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の出口空燃比の挙動に合わせることが可能となる。
【００２３】
したがって、筒内空燃比調整手段に個体バラツキが有って、筒内燃焼の筒内空燃比がリッチ空燃比であっても、排気成分の脱離処理中に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵される酸素量を内燃機関の性能適合時と同等にすることができるので、還元剤の添加時の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵される酸素量の不足による吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の昇温不足を防止し、還元剤の添加による吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過剰リッチを防止することができる。
【００２４】
また、請求項６の発明によれば、内燃機関の筒内燃焼の筒内空燃比を燃料が排気通路に流出せずに筒内で燃焼するように膨張行程で噴射する燃焼ポスト噴射の燃料噴射量で調整しているので、新たに筒内燃焼の空燃比を調整する装置を付加する必要がないため、コストの上昇を抑制しつつ、排気成分の脱離処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンの概略構成図である。
【図２】本発明に係るＳパージ処理におけるＨＣ添加時の噴射信号と筒内圧の変化を時系列で示す図である。
【図３】本発明に係るＥＣＵが実行するＳパージ処理におけるバラツキ補正制御のフローチャートである。
【図４】本発明に係る筒内燃焼の空燃比が通常時のＮＯｘトラップ触媒の出口空燃比の変化を時系列で示す図である。
【図５】本発明に係る筒内燃焼の空燃比がリッチ時のＮＯｘトラップ触媒の出口空燃比の変化を時系列で示す図である。
【図６】本発明に係る筒内燃焼の空燃比がリーン時のＮＯｘトラップ触媒の出口空燃比の変化を時系列で示す図である。
【図７】本発明に係る筒内燃焼の空燃比がリッチ時の補正制御の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る筒内燃焼の空燃比がリーン時の補正制御の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンの概略構成図である。また、図２は、Ｓパージ処理におけるＨＣ添加時の噴射信号と筒内圧の変化を時系列で示す図である。詳しくは、噴射信号が発生し燃料を噴射した時の筒内圧の変化を示す図である。即ち、図３中の燃焼ポスト噴射或いは筒内ポスト噴射のように燃料噴射を行っても筒内圧の変化が場合には、当該燃料噴射は、エンジン１の出力に寄与しないことをあらわす。また、図２の筒内燃焼は、燃焼室及びシリンダ内で燃焼が完了する燃料噴射を示す。そして、燃焼ポスト噴射は、燃料が排気管に流出せずに燃焼室及びシリンダ内で燃焼するように膨張行程で噴射する。即ち、燃焼ポスト噴射は、エンジン１の出力に寄与しない燃料噴射である。また、ＨＣ添加は、燃焼室及びシリンダ内で燃焼されず未燃燃料の状態で排気管２２に排出される燃料噴射、所謂筒内ポスト噴射を示す。
【００２７】
図１に示すように、エンジン（内燃機関）１は、多気筒の筒内直接噴射式内燃機関（例えば、コモンレール式ディーゼルエンジン）であり、詳しくは、コモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射ノズル（燃料噴射手段）２に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で当該燃料噴射ノズル２から各気筒の燃焼室３内に噴射可能な構成を成している。
エンジン１の各気筒には、上下摺動可能なピストン４が設けられている。そして、当該ピストン４は、コンロッド５を介してクランクシャフト６に連結されている。また、クランクシャフト６の一端部には図示しないフライホイールが設けられており、当該フライホイールにはクランクシャフト６の回転速度を検出するクランク角センサ７が設けられている。
【００２８】
燃焼室３には、インテークポート８とエキゾーストポート９とが連通されている。
インテークポート８には、燃焼室３と当該インテークポート８との連通と遮断を行うインテークバルブ１０が設けられている。また、エキゾーストポート９には、燃焼室３と当該エキゾーストポート９との連通と遮断とを行うエキゾーストバルブ１１が設けられている。
【００２９】
インテークポート８の上流には、吸入した新気中のゴミを取り除くエアークリーナ１２、排気ガスのエネルギを利用し吸入された新気を圧縮するターボチャージャ１３の図示しないコンプレッサハウジングと、圧縮され高温となった新気を冷却するインタークーラ１４と、新気の流量を調整する電子制御スロットルバルブ１５と、吸入した空気を各気筒に分配するインテークマニフォールド１６とがそれぞれ連通するように設けられている。また、電子制御スロットルバルブ１５には、スロットルバルブの開き度合を検出するスロットルポジションセンサ１７が備えられている。
【００３０】
エアークリーナ１２の下流でありターボチャージャ１３のコンプレッサハウジングの上流には、燃焼室３に吸入される新気の量を検出するエアーフローセンサ１８が通路内に突出するように設けられている。また、燃焼室３に吸入される吸入空気の圧力を検出するブーストセンサ１９と、該吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ２０とがインテークマニフォールド１６内に突出するように設けられている。
【００３１】
エキゾーストポート９の下流には、各気筒から排出される排気ガスをまとめるエキゾーストマニフォールド２１と、ターボチャージャ１３に排気ガスを導入する図示しないタービンハウジングと、排気管２２とが連通するように設けられている。
排気管２２には、上流から順番に排気ガス中の被酸化成分を酸化する酸化触媒２３と、排気ガス中の黒鉛を主成分とする微粒子状物資を捕集し燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ２４と、酸素吸蔵能を有し、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵還元するＮＯｘトラップ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）２５とが設けられている。
【００３２】
排気管２２のターボチャージャ１３の下流であり酸化触媒２３の上流には、排気ガスの温度を検出する排気温度センサ２６が排気管２２内に突出するように設けられている。
排気管２２のディーゼルパティキュレートフィルタ２４とＮＯｘトラップ触媒２５との間には、ＮＯｘトラップ触媒２５に流入する排気ガスの酸素比率である酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ２７が排気管２２内に突出するように設けられている。
【００３３】
また、排気管２２のＮＯｘトラップ触媒２５の下流には、ＮＯｘトラップ触媒２５から流出する排気ガスの酸素比率である酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ（空燃比検出手段）２９が排気管２２内に突出するように設けられている。
インテークマニフォールド１６とエキゾーストマニフォールド２１には、それぞれが連通するように排気ガスの一部を吸気へ戻すＥＧＲ通路３０が設けられている。また、ＥＧＲ通路３０には、排気ガスが吸気に戻る量、即ちＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ３１と、吸気へ戻す排気ガスを冷やすＥＧＲクーラ３２とが設けられている。
【００３４】
そして、燃料噴射ノズル２、クランク角センサ７、電子制御スロットルバルブ１５、スロットルポジションセンサ１７、エアーフローセンサ１８、ブーストセンサ１９、吸気温度センサ２０、排気温度センサ２６、Ａ／Ｆセンサ２７，２９及びＥＧＲバルブ３１等の各種装置や各種センサ類は、エンジン１の総合的な制御を行うための制御装置であって入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、タイマ及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成される電子コントロールユニット（ＥＣＵ）（変調制御手段）４０と電気的に接続されており、当該ＥＣＵ４０は各種センサ類からの各情報に基づき各種装置を作動制御する。
【００３５】
ＥＣＵ４０の入力側には、クランク角センサ７、スロットルポジションセンサ１７、エアーフローセンサ１８、ブーストセンサ１９、吸気温度センサ２０、排気温度センサ２６及び、Ａ／Ｆセンサ２７，２９等のセンサ類が電気的に接続されており、これら各種装置及び各種センサ類からの検出情報が入力される。
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、燃料噴射ノズル２、電子制御スロットルバルブ１５、及びＥＧＲバルブ３１が電気的に接続されている。
【００３６】
これより、ＥＣＵ４０は、各センサの検出値に基づき、燃料噴射ノズル２からの燃料噴射量及び噴射時期と、電子制御スロットルバルブ１５及びＥＧＲバルブ３０の開度を最適に制御する。
また、ＥＣＵ４０は、エンジン１を所定期間運転する毎に、ＮＯｘトラップ触媒２５に吸蔵された硫黄分の脱離処理、所謂Ｓパージ処理（硫黄脱離処理）（本発明の排気成分を脱離処理に相当）を行う機能を有している。Ｓパージ処理は、ＨＣ添加と非ＨＣ添加とを繰り返し行い、ＮＯｘトラップ触媒２５の温度が、ＮＯｘトラップ触媒２５に吸蔵された硫黄分の脱離可能な所定温度とし、ＮＯｘトラップ触媒２５に吸蔵された硫黄分を燃焼・除去する。
【００３７】
以下、本発明に係るＥＣＵ４０が実行するＳパージ処理におけるバラツキ補正制御について説明する。
図３は、本発明に係るＥＣＵ４０が実行するＳパージ処理におけるバラツキ補正制御のフローチャートである。図４は、本発明に係る筒内燃焼の空燃比が通常時のＮＯｘトラップ触媒２５の出口空燃比の変化を時系列で示す図である。図５は、本発明に係る筒内燃焼の空燃比がリッチ時のＮＯｘトラップ触媒２５の出口空燃比の変化を時系列で示す図である。図６は、本発明に係る筒内燃焼の空燃比がリーン時のＮＯｘトラップ触媒２５の出口空燃比の変化を時系列で示す図である。図４から図６の上段がＮＯｘトラップ触媒２５の出口空燃比を、下段がＨＣ添加の有無をそれぞれ示す。また、図中の一点鎖線は、理論空燃比を、二点鎖線は、予め任意設定されたＮＯｘトラップ触媒２５の下流へのＨＣの排出が過多となる過剰リッチ空燃比を示す。図４から図６中のＡは、Ｓパージ処理が開始されてからＮＯｘトラップ触媒２５の出口空燃比がリッチ空燃比となるまでの時間であるリッチ反転所要時間を示す。図４及び図５中のＢは、ＮＯｘトラップ触媒２５の出口空燃比がリッチ空燃比となってからリッチ空燃比が維持されている時間であるリッチ反転継続時間を示す。図６中のＣ１及びＣ２は、Ｃ１とＣ２とを加算することで算出されるＮＯｘトラップ触媒２５の出口空燃比が過剰リッチ空燃比より小さく（濃く）なった総継続時間である過剰リッチ継続時間を示す。また、図７は、筒内燃焼の空燃比がリッチ時の補正制御の一例を示す図である。そして、図８は、筒内燃焼の空燃比がリーン時の補正制御の一例を示す図である。図７及び８は、上段から順に燃料噴射量、ＮＯｘトラップ触媒２５の吸蔵酸素量、吸蔵酸素の消費時間を示す。そして、図７及び８は、左から順にエンジン１の性能適合時を示す通常時、筒内燃焼の空燃比の補正前と補正後を示す。図７及び８中の燃料噴射量の破線は、ＨＣ添加、即ち筒内ポスト噴射での燃料噴射量を、実線は、筒内燃焼の燃料噴射量をそれぞれ示す。
【００３８】
図３に示すように、ステップＳ１０では、所要時間Ａと、リッチ継続時間Ｂと、過剰リッチ継続時間Ｃと、復帰回数Ｄをそれぞれ算出する。詳しくは、Ｓパージ処理が開始され、図２に示す筒内ポスト噴射によってＨＣ添加の実施後、Ａ／Ｆセンサ２９にて検出されるＮＯｘトラップ触媒２５の下流の排気ガスの空燃比の挙動より、所要時間Ａと、リッチ継続時間Ｂと、過剰リッチ継続時間Ｃと、復帰回数Ｄとをそれぞれ算出する。そして、ステップＳ１２に進む。
【００３９】
ステップＳ１２では、所要時間Ａが、所用時間判定値（通常）（第２の所定期間）より短いか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で所要時間Ａが、所用時間判定値（通常）より短ければ、ステップＳ１４に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で所要時間Ａが、所用時間判定値（通常）以上であれば、ステップＳ２２に進む。なお、所用時間判定値（通常）は、エンジン１の性能適合におけるＳパージ処理時のＮＯｘトラップ触媒２５の下流の排気ガスの空燃比の挙動より決定される。
【００４０】
ステップＳ１４では、リッチ継続時間Ｂが継続時間判定値（第３の所定期間）より長いか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でリッチ継続時間Ｂが継続時間判定値より長ければ、ステップＳ１６に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でリッチ継続時間Ｂが継続時間判定値以下であれば、ステップＳ２２に進む。なお、継続時間判定値は、エンジン１の性能適合におけるＳパージ処理時のＮＯｘトラップ触媒２５の下流の排気ガスの空燃比の挙動より決定される。
【００４１】
ステップＳ１６では、過剰リッチ継続時間Ｃが過剰リッチ判定値（第４の所定期間）より長いか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で過剰リッチ継続時間Ｃが過剰リッチ判定値より長ければ、ステップＳ１８に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でリッチ継続時間Ｂが継続時間判定値以下であれば、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ１８では、リッチと判定する。詳しくは、ＮＯｘトラップ触媒の下流の空燃比の挙動が、図５に示すような挙動を示し、筒内燃焼の空燃比をリッチ空燃比と判定する。そして、燃料噴射ノズル２等の筒内燃焼の空燃比に影響する部品にバラツキが大きいとして、図７の補正後に示すように、筒内燃焼の空燃比がエンジン１の性能適合の空燃比と同等となるように、エンジン１の性能適合時、即ち図７中の通常時の筒内燃焼の燃料噴射量となるように、図２に示す、筒内燃焼でのエンジン１の出力に影響しない噴射時期の燃料ポスト噴射量を減量する。そして、本ルーチンをリターンする。
【００４２】
また、ステップＳ２０では、通常と判定する。詳しくは、ＮＯｘトラップ触媒の下流の空燃比の挙動が、図４に示すような挙動を示し、筒内燃焼の空燃比を通常と判定する。そして、燃料噴射ノズル２等の筒内燃焼の空燃比に影響する部品にバラツキが少ないとして筒内燃焼の燃料噴射量を補正しない。そして、本ルーチンをリターンする。
そして、ステップＳ２２では、所要時間Ａが所用時間判定値（リーン）（第１の所定期間）より長いか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で所要時間Ａが所用時間判定値（リーン）より長ければ、ステップＳ２４に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で所要時間Ａが所用時間判定値（リーン）以下であれば、ステップＳ２６に進む。なお、所用時間判定値（リーン）は、エンジン１の性能適合におけるＳパージ処理時のＮＯｘトラップ触媒２５の下流の排気ガスの空燃比の挙動より決定される。
【００４３】
ステップＳ２４では、リーンと判定する。詳しくは、ＮＯｘトラップ触媒の下流の空燃比の挙動が、図６に示すような挙動を示し、筒内燃焼の空燃比をリーン空燃比と判定する。そして、燃料噴射ノズル２等の筒内燃焼の空燃比に影響する部品にバラツキが大きいとして、図８の補正後に示すように、筒内燃焼の空燃比がエンジン１の性能適合時の空燃比と同等となるように、エンジン１の性能適合時、即ち図８中の通常時の筒内燃焼の燃料噴射量となるように、図２に示す、筒内燃焼でのエンジン１の出力に影響しない噴射時期の燃料ポスト噴射量を増量する。そして、本ルーチンをリターンする。
【００４４】
ステップＳ２６では、復帰回数Ｄが復帰回数判定値（所定回数）より大きいか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で復帰回数Ｄが復帰回数判定値より大きれば、ステップＳ２４に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で復帰回数Ｄが復帰回数判定値以下であれば、ステップＳ１０へ戻る。
このように本発明の内燃機関の排気浄化装置では、Ｓパージ処理時に、ＮＯｘトラップ触媒２５の下流の空燃比の挙動より、所要時間Ａと、リッチ継続時間Ｂと、過剰リッチ継続時間Ｃと、復帰回数Ｄとをそれぞれ算出する。そして、算出された所要時間Ａ、リッチ継続時間Ｂ、過剰リッチ継続時間Ｃ、復帰回数Ｄと、判定値である所用時間判定値（通常）、継続時間判定値、過剰リッチ判定値、所用時間判定値（リーン）、復帰回数判定値とに基づき、筒内燃焼の空燃比がエンジン１の性能適合時と同等の通常と、エンジン１の性能適合時より小さいリッチと、エンジン１の性能適合時より大きいリーンとを判定する。そして、これらの判定結果に基づき、通常と判定されれば、筒内燃焼の燃料噴射量の補正を行わない。また、リッチと判定されれば、エンジン１の性能適合時、即ち図７中の通常時の筒内燃焼の燃料噴射量となるように、筒内燃焼でのエンジン１の出力に影響しない噴射時期の燃料ポスト噴射量を増量して、筒内燃焼の空燃比をエンジン１の性能適合時の空燃比と同等にする。また、リーンと判定されれば、エンジン１の性能適合時、即ち図８中の通常時の筒内燃焼の燃料噴射量となるように、筒内燃焼でのエンジン１の出力に影響しない噴射時期の燃料ポスト噴射量を減少して、筒内燃焼の空燃比をエンジン１の性能適合時の空燃比と同等にする。
【００４５】
このように、燃料噴射ノズル２等の筒内燃焼の空燃比に影響する部品に個体バラツキが有って、ＮＯｘトラップ触媒２５の下流の排気ガスの空燃比の挙動が、エンジン１の性能適合時の空燃比の挙動と異なっても、筒内燃焼の空燃比を性能適合時の筒内燃焼の空燃比と同等に補正することで、Ｓパージ処理時に精度良くＮＯｘトラップ触媒２５の温度や空燃比を制御することが可能となる。
【００４６】
したがって、Ｓパージ処理中にＮＯｘトラップ触媒２５に吸蔵される酸素量をエンジン１の性能適合時と同等にすることができるので、ＮＯｘトラップ触媒２５に吸蔵される酸素量の過多によるＨＣ添加時のＮＯｘトラップ触媒２５の過昇温や、ＮＯｘトラップ触媒２５に吸蔵される酸素量の不足によるＨＣ添加時のＮＯｘトラップ触媒２５の昇温不足を防止することができる。また、ＨＣ添加によってＮＯｘトラップ触媒２５を容易にリッチ化することができ、更にＨＣ添加によるＮＯｘトラップ触媒２５の過剰リッチを防止することができる。
【００４７】
よって、Ｓパージ処理を適切に行うことができる。
また、Ａ／Ｆセンサ２９にて検出されるＮＯｘトラップ触媒２５の出口空燃比の挙動がエンジン１の性能適合時の空燃比の挙動となるように、燃料噴射ノズル２からの燃焼ポスト噴射を制御してエンジン１の筒内燃焼後の筒内空燃比を調整するとともに、燃料噴射ノズル２からの筒内ポスト噴射を制御して還元剤の供給量を筒内空燃比の変化方向と同方向に増減させているので、筒内燃焼後の酸素濃度に応じた量の還元剤がＮＯｘトラップ触媒２５に供給されるので、過剰補正を回避し所定の挙動への収束性が向上する。
【００４８】
また、筒内燃焼の空燃比の補正を、燃料が排気管２２に流出せずに筒内で燃焼するように膨張行程で噴射され、エンジン１の出力に影響しない期間に噴射される燃焼ポスト噴射の燃料噴射量で調整するようにしているので、新たに筒内燃焼の空燃比を調整する装置を付加する必要がないため、コストの上昇を抑制しつつ、Ｓパージ処理を行うことができる。
【００４９】
以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の実施形態は上記実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、エンジン１をコモンレール式ディーゼルエンジンとしているが、これに限定されるものではなく、ＮＯｘトラップ触媒２５を装着する排気系を有する希薄燃焼ガソリンエンジンにも適用可能であることはいうまでもない。
【００５０】
また、筒内燃焼の空燃比の補正を燃料噴射ノズル２から噴射される燃焼ポスト噴射で行っているが、これに限定されるものではなく、例えば、電子制御スロットルバルブ１５の開閉を行って、エンジン１の筒内に吸入される空気量によって、筒内燃焼の空燃比の補正を行ってもよい。
また、還元剤の供給を、筒内で燃焼せず筒内より未燃燃料として排出される期間に噴射される筒内ポスト噴射により行っているが、これに限定されるものではなく、例えば排気管に設けた燃料噴射弁により行ってもよい。
【００５１】
また、筒内燃焼の空燃比のリッチ判定で、ステップＳ１６では過剰リッチ継続時間Ｃを過剰リッチ判定値より長いか、否かで判定するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、ＮＯｘトラップ触媒２５の出口空燃比が過剰リッチ空燃比より小さく（濃く）なった回数で判定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１  エンジン（内燃機関）
２  燃料噴射ノズル（燃料噴射手段）
２５  ＮＯｘトラップ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
２９  Ａ／Ｆセンサ（空燃比検出手段）
４０  ＥＣＵ（変調制御手段）
【図１】
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【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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