(57)【要約】【課題】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６及びＤＰＦ１７の効率的再生を行なう。【解決手段】ターボ過給機１１よりも上流側の排気通路３にメタル担体触媒１５を配置し、該触媒１５の触媒反応熱を利用してターボ過給機下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６の温度を高めた状態にする。触媒１６の再生時にはエンジンの空燃比をリッチにしてメタル担体触媒１５を水素生成触媒として働かせ、触媒１６に水素を供給することにより、その再生効率を高める。フィルタ１７の再生時には後噴射を実行することにより、温度の高い触媒１６に未燃燃料を供給し、該触媒の酸化反応熱を利用してフィルタ１７の温度を速やかに上昇させ、その再生効率を高める。【選択図】    図１
2006226190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ過給機と、該ターボ過給機よりも下流側の排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒とを備えているリーンバーンエンジンの制御装置であって、
上記ターボ過給機よりも上流側の排気通路に設けられ、メタル担体に酸素存在下では酸化触媒として働く貴金属が担持されたメタル担体触媒と、
上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量に関連するパラメータ値を検出する手段と、
上記パラメータ値に基づいて上記ＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になったときに、上記メタル担体触媒が排ガス中のＨＣ成分を水素に改質する水素生成触媒として働くようにエンジンの空燃比をリーンからストイキよりもリッチの空燃比に所定期間移行させる空燃比制御手段とを備えていることを特徴とするリーンバーンエンジンの制御装置。
【請求項２】
ターボ過給機と、該ターボ過給機よりも下流側の排気通路に設けられ酸素存在下では酸化触媒として働くＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも下流側の排気通路に設けられ排気微粒子を捕集するフィルタと、エンジン気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えているリーンバーンエンジンの制御装置であって、
上記ターボ過給機よりも上流側の排気通路に設けられ、メタル担体に酸素存在下では酸化触媒として働く貴金属が担持されたメタル担体触媒と、
上記フィルタの排気微粒子捕集量に関連するパラメータ値を検出する手段と、
上記パラメータ値に基づいて上記捕集量が所定値以上になったときに、エンジンの圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射後さらに膨張行程又は排気行程において燃料を噴射する後噴射が実行されるように上記燃料噴射弁の作動を制御する燃料噴射制御手段とを備えていることを特徴とするリーンバーンエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項２において、さらに、
エンジンの空燃比を制御する空燃比制御手段を備え、
上記メタル担体触媒は、エンジンの空燃比がストイキよりもリッチになったときは排ガス中のＨＣ成分を水素に改質する水素生成触媒として働くことを特徴とするリーンバーンエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項３において、さらに、
上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量に関連するパラメータ値を検出する手段を備え、
上記空燃比制御手段は、上記ＮＯｘ吸蔵量関連のパラメータ値に基づいて上記ＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になったときに、エンジンの空燃比をリーンから上記リッチの空燃比に所定期間移行させることを特徴とするリーンバーンエンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項４において、
上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも下流側の排気通路に排ガスの空燃比に関連するパラメータ値を検出する手段を備え、
上記エンジンの空燃比を上記リッチ空燃比にする期間は、上記空燃比関連のパラメータ値に基づいて求められる排ガスの空燃比が、エンジンの空燃比をリーンにしていたときよりも所定値以上リッチになるまでの期間であることを特徴とするリーンバーンエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリーンバーンエンジンの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンのように、エンジンの空燃比を基本的にはリーンにして運転されるリーンバーンエンジンにあっては、通常の三元触媒では排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を十分に浄化することができない。この問題を解決する触媒として、エンジンの空燃比リーン運転時に排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、エンジンが空燃比リッチ運転に切り換えられたときに吸蔵ＮＯｘを放出してこれを排ガス中の還元成分で浄化させるＮＯｘ吸蔵還元型触媒が知られている。しかし、この触媒でも、排ガス温度が低いときのＮＯｘの還元浄化は難しい。
【０００３】
これに対して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも上流側の排気通路に排ガス成分より水素を生成する水素生成触媒を配置し、該触媒で得られる還元力の強い水素を利用してＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘを還元浄化する、という提案がある（特許文献１参照）。
【０００４】
また、ディーゼルエンジンにあっては、その排ガスに含まれる排気微粒子を捕集するフィルタの捕集量が多くなったときに、その排気微粒子を燃焼除去してフィルタを再生することが望まれる。
【０００５】
これに対して、フィルタよりも上流側の排気通路に酸化触媒を配置し、気筒の排気弁閉止直前に気筒に燃料を噴射することにより、未燃燃料を酸化触媒に供給するという提案がある（特許文献２参照）。すなわち、酸化触媒での未燃燃料の酸化によって生ずる反応熱を利用してフィルタの温度を上昇させ、排気微粒子の燃焼を促進するというものである。
【特許文献１】特開平８−０４２３２６号公報
【特許文献２】特開２００２−３６４３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
リーンバーンエンジンでは一般にその排ガス温度が低いところ、ターボ過給機付きエンジンの場合は、排ガスの温度がターボ過給機を通過することによってさらに低下する。このため、ターボ過給機よりも下流側の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒はその温度が低くなりがちである。よって、ＮＯｘ吸蔵量が多くなってエンジンの空燃比をリーンからリッチに切り換えても、放出されるＮＯｘが十分に還元浄化されないことがある。この点は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも上流側に酸化触媒を配置してその反応熱をＮＯｘ吸蔵還元型触媒の昇温に利用するケース、或いは水素生成触媒を配置して水素をＮＯｘ吸蔵還元型触媒に供給するケースでも大差ない。ターボ過給機を通過した排ガスは、その温度が低いことから、それら酸化触媒や水素生成触媒が十分に機能しないからである。
【０００７】
また、上記ターボ過給機によって排ガス温度が低下するということは、ディーゼルエンジンのフィルタ再生においても問題になる。フィルタの再生を図るべく、未燃燃料をフィルタ上流側の酸化触媒に供給しても、該酸化触媒がターボ過給機よりも下流側にあってその温度が低く、そのために未燃燃料の酸化が効率良く進まず、フィルタの昇温が不十分になるからである。
【０００８】
そこで、本発明は、リーンバーンエンジンのＮＯｘ吸蔵還元型触媒或いはフィルタの再生効率が上記ターボ過給機によって低くなる問題を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような課題に対して、ターボ過給機よりも上流側の排気通路に、ターボ過給機よりも下流側でのＮＯｘの還元又は排気微粒子の燃焼に有用な触媒を配置するようにした。
【００１０】
請求項１に係る発明は、ターボ過給機と、該ターボ過給機よりも下流側の排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒とを備えているリーンバーンエンジンの制御装置であって、
上記ターボ過給機よりも上流側の排気通路に設けられ、メタル担体に酸素存在下では酸化触媒として働く貴金属が担持されたメタル担体触媒と、
上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量に関連するパラメータ値を検出する手段と、
上記パラメータ値に基づいて上記ＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になったときに、上記メタル担体触媒が排ガス中のＨＣ成分を水素に改質する水素生成触媒として働くようにエンジンの空燃比をリーンからストイキよりもリッチの空燃比に所定期間移行させる空燃比制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、メタル担体触媒は、ターボ過給機による冷却損失のない温度の高い排ガスに晒される。このため、その早期昇温、並びにその活性温度の維持に有利になる。しかも、メタル担体は、セラミックス担体に比べて比熱が小さく、熱容量が小さいことも上記早期昇温、活性維持に有利になる。
【００１２】
よって、排ガス温度が比較的低い空燃比リーン時でも、メタル担体触媒が排ガス中のＨＣ（炭化水素）成分の酸化に有効に働き、その際に発生する反応熱によって排ガス温度が高まる。従って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、ターボ過給機よりも下流側に配置されているものの、メタル担体触媒で発生する反応熱の影響によって温度が高くなる。
【００１３】
このため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になってエンジンの空燃比がリッチに切り換わったとき、当該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されるＮＯｘの還元浄化に有利になる。しかも、エンジンの空燃比がリッチに切り換わると、メタル担体触媒は水素生成触媒として働き、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に還元力の強い水素が供給されるため、ＮＯｘの還元浄化が効率よく進むことになる。
【００１４】
また、メタル担体触媒は、セラミックス担体を用いた触媒に比べて、強度を損なうことなく、且つ排ガス接触面積を小さくすることなく、ボリュームを小さくすることができる。このため、通気抵抗を小さくすることができ、エンジンの背圧上昇ないしはターボ過給機の効率低下を避ける、ひいては燃費の改善を図る上で有利になる。
【００１５】
請求項２に係る発明は、ターボ過給機と、該ターボ過給機よりも下流側の排気通路に設けられ酸素存在下では酸化触媒として働くＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも下流側の排気通路に設けられ排気微粒子を捕集するフィルタと、エンジン気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えているリーンバーンエンジンの制御装置であって、
上記ターボ過給機よりも上流側の排気通路に設けられ、メタル担体に酸素存在下では酸化触媒として働く貴金属が担持されたメタル担体触媒と、
上記フィルタの排気微粒子捕集量に関連するパラメータ値を検出する手段と、
上記パラメータ値に基づいて上記捕集量が所定値以上になったときに、エンジンの圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射後さらに膨張行程又は排気行程において燃料を噴射する後噴射が実行されるように上記燃料噴射弁の作動を制御する燃料噴射制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
従って、請求項１に係る発明と同じく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、ターボ過給機よりも下流側に配置されているものの、ターボ過給機よりも上流側に配置されているメタル担体触媒が酸化触媒として有効に働くため、該メタル担体触媒で発生する反応熱の影響によって温度が高くなる。
【００１７】
このため、フィルタの排気微粒子捕集量が所定値以上になって後噴射が実行されたとき、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒で当該後噴射燃料の酸化反応が効率良く進む。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から排出される排ガス温度が高くなってその下流側に配置されているフィルタの温度を素早く上昇させることができ、該フィルタに捕集されている排気微粒子の燃焼除去が効率良く進む。よって、フィルタの再生効率の向上と燃費の改善を図ることができる。
【００１８】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒では、上記後噴射燃料が酸化される際に同時にＮＯｘの還元が進むため、その大気中への放出が防止される。
【００１９】
また、メタル担体触媒は、セラミックス担体を用いた触媒に比べて、エンジンの背圧上昇ないしはターボ過給機の効率低下を避ける、ひいては燃費の改善を図る上で有利になる点は請求項１に係る発明と同じである。
【００２０】
請求項３に係る発明は、請求項２において、さらに、
エンジンの空燃比を制御する空燃比制御手段を備え、
上記メタル担体触媒は、エンジンの空燃比がストイキよりもリッチになったときは排ガス中のＨＣ成分を水素に改質する水素生成触媒として働くことを特徴とする。
【００２１】
従って、エンジンの空燃比がリーンからリッチに切り換わったとき、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが放出されるが、その際、メタル担体触媒で強い還元剤である水素が生成されるから、当該ＮＯｘの還元浄化に有利になる。
【００２２】
請求項４に係る発明は、請求項３において、さらに、
上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量に関連するパラメータ値を検出する手段を備え、
上記空燃比制御手段は、上記ＮＯｘ吸蔵量関連のパラメータ値に基づいて上記ＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になったときに、エンジンの空燃比をリーンから上記リッチの空燃比に所定期間移行させることを特徴とする。
【００２３】
従って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になったときは、エンジンの空燃比がリッチに切り換わるから、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を適宜再生してその良好なＮＯｘ吸蔵能を維持することができ、大気中へのＮＯｘの排出を防止する上で有利になる。
【００２４】
請求項５に係る発明は、請求項１又は請求項４において、
上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも下流側の排気通路に排ガスの空燃比に関連するパラメータ値を検出する手段を備え、
上記エンジンの空燃比を上記リッチ空燃比にする期間は、上記空燃比関連のパラメータ値に基づいて求められる排ガスの空燃比が、エンジンの空燃比をリーンにしていたときよりも所定値以上リッチになるまでの期間であることを特徴とする。
【００２５】
すなわち、エンジンの空燃比をリッチにしたとき、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒でのＮＯｘの放出及びその還元が進んでいるときは、排ガス中のＨＣ成分がＮＯｘの還元に消費されるため、当該触媒を通過する排ガスの空燃比は、エンジンの空燃比よりもリッチ度が低い。例えばストイキレベルのリッチ度になる。そうして、上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生が完了すると、排ガス中のＨＣが上記還元に消費されなくなるため、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過した排ガスの空燃比がエンジンの空燃比に対応するリッチ度になる。
【００２６】
そこで、当該発明では、エンジンの空燃比をリッチにする期間を上記排ガスの空燃比が所定値以上リッチになるまでとしたものであり、これにより、燃費の悪化を招くことなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を確実に再生することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、ターボ過給機よりも上流側に酸素存在下で酸化触媒として働くメタル担体触媒を配置し、ターボ過給機よりも下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になったときに、エンジンの空燃比をリーンからストイキよりもリッチの空燃比に所定期間移行させて上記メタル担体触媒を水素生成触媒として働かせるようにしたから、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に温度が高い排ガスを供給してその温度を高めることができるとともに、該触媒の再生時には還元力の強い水素を供給することができ、排気抵抗の増大やエンジン出力の低下を避けながら該触媒を効率良く再生することができ、燃費改善にも有利になる。
【００２８】
請求項２に係る発明によれば、ターボ過給機よりも上流側に酸素存在下で酸化触媒として働くメタル担体触媒を配置するとともに、ターボ過給機よりも下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒と排気微粒子用のフィルタとを前者が上流側に後者が下流側になるように配置したから、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に温度が高い排ガスを供給してその温度を高めることができ、そして、フィルタの排気微粒子捕集量が所定値以上になったときに、燃料の後噴射を実行するようにしたから、フィルタ再生時には上記温度が高いＮＯｘ吸蔵還元型触媒で酸化反応を確実に行なわせてフィルタ温度を高めることができ、排気抵抗の増大やエンジン出力の低下を避けながら、フィルタの再生効率の向上と燃費の改善を図る上で有利になる。
【００２９】
請求項３に係る発明によれば、請求項２において、上記メタル担体触媒がエンジンの空燃比がリッチになったときに水素生成触媒として働くから、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒でのＮＯｘの還元浄化に有利になる。
【００３０】
請求項４に係る発明によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になったときに、エンジンの空燃比をリーンからリッチに移行させるようにしたから、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を適宜再生してその良好なＮＯｘ吸蔵能を維持することができ、大気中へのＮＯｘの排出を防止する上で有利になる。
【００３１】
請求項５に係る発明によれば、請求項１又は請求項４において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも下流側の排ガスの空燃比が所定値以上リッチになるまでエンジンの空燃比をリッチにするようにしたから、燃費の悪化を招くことなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を確実に再生することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
＜エンジン構成＞
図１において、１は車両の多気筒のディーゼルエンジン（図１には１気筒のみを示している。）、２はその吸気通路、３はその排気通路である。エンジン１のピストン４の頂面には深皿形燃焼室５が形成されている。エンジン１のシリンダヘッドには、気筒内燃焼室５に燃料を直接噴射供給することができるように燃料噴射弁７が設けられている。
【００３４】
吸気通路２には、その上流側から下流側に向かって順に、エアクリーナー９、エアフローセンサ１０、ターボ過給機１１のブロア１１ａ、インタークーラ１２、吸気絞り弁１３が配設されている。排気通路３には、その上流側から下流側に向かって順に、メタル担体触媒１５、ターボ過給機１１のタービン１１ｂ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６及び排ガス中の微粒子を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１７が配設されている。
【００３５】
フィルタ１７の上流側と下流側とには、フィルタ１７の排気微粒子捕集量に関連するパラメータ値を検出する手段としての排気圧力センサ１８、１９が配設され、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６とフィルタ１７との間には、排ガスの空燃比に関連するパラメータ値を検出する手段としての空燃比センサ２０が配設されている。また、排気通路３のメタル担体触媒１５よりも上流側にも空燃比センサ２１が配設されている。
【００３６】
また、排気通路３のメタル担体触媒１５よりも上流側と吸気通路２の吸気絞り弁１３よりも下流側とが、排ガスの一部を吸気系に戻すための排ガス還流通路２２によって接続されている。この排ガス還流通路２２の途中には負圧アクチュエータ式のＥＧＲ弁（排ガス還流量調節弁）２３と、排ガスをエンジンの冷却水によって冷却するためのクーラ２４とが配設されている。２５は吸気温度センサ、２６は吸気圧センサ、２７はエンジン回転数センサである。また、当該エンジンの制御装置はアクセル開度センサ（図示省略）を備えている。
【００３７】
メタル担体触媒１５は、金属製波板材と金属平板材が交互に位置する多層になるように接合され全体がロール状になったハニカム状メタル担体に、Ｐｔ、Ｒｈ等の触媒貴金属及び活性アルミナ等のサポート材をバインダによって担持させたものである。このメタル担体触媒１５は、エンジンの空燃比がリーン（排ガスの空燃比がリーン）のときは酸化触媒として働き、空燃比がストイキよりもリッチ（排ガスの空燃比がリッチ）になると水素生成触媒として働く。その水素が生成されるのは、メタル担体触媒１５が主として水蒸気改質反応（排ガス中の燃料成分ＨＣと水蒸気とによって水素を生成する反応）を促進する触媒として働くことによる。
【００３８】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６は、ハニカム状の多孔質セラミックス担体に、Ｐｔ、Ｒｈ等の触媒貴金属、ＮＯｘ吸蔵材としてのアルカリ土類金属（及び／又はアルカリ金属）及び活性アルミナ等のサポート材をバインダによって担持させたものである。すなわち、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６は、ＮＯｘ吸蔵材を含有する三元触媒であり、エンジンの空燃比がリーン（排ガスの空燃比がリーン）のときは排ガス中のＮＯｘを吸蔵する一方、排ガス中のＨＣやＣＯを酸化浄化する酸化触媒として働き、空燃比がストイキ又はリッチ（排ガスの空燃比がストイキ又はリッチ）になると、排ガス中のＨＣやＣＯを酸化浄化するとともに、排ガス中のＮＯｘ及び吸蔵していたＮＯｘを還元浄化する三元触媒として働く。
【００３９】
フィルタ１７は、多孔質セラミックスよりなるハニカムの各ハニカム孔の入口と出口とを交互に目封じしたウォールフロー型のものであり、排ガスが通る通路壁面に排気微粒子の燃焼を促進する触媒金属及びアルカリ金属を含有する触媒コート層が形成されている。
【００４０】
次にＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６及びフィルタ１７の再生のためのマイクロコンピュータを利用した制御系について説明する。
【００４１】
図２に示すように本発明に係るエンジンの制御装置は、空燃比制御手段３１及び燃料噴射制御手段３２、並びにＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６のＮＯｘ吸蔵量検出手段３３を備えている。空燃比制御手段３１は、基本的には現在のエンジンの運転状態に応じたエンジンの目標空燃比（スモーク発生量が少ない所定のリーン空燃比）を設定し、メタル担体触媒１５の上流側に配置した空燃比センサ２１より得られる実際の空燃比と目標空燃比とのずれが小さくなるように、ＥＧＲ弁２３によるＥＧＲ量又は燃料噴射弁７による燃料噴射量（必要に応じて吸気絞り弁１３による吸入空気量）を制御する。エンジン運転状態は、エンジン回転数、アクセル開度、吸気温度、吸気圧、その他のセンサからの情報に基づいて判定される。
【００４２】
一方、空燃比制御手段３１は、ＮＯｘ吸蔵量検出手段３３によって検出されるＮＯｘ吸蔵量Ｎが所定値γ以上であるときに、エンジンの目標空燃比をストイキよりもリッチに設定し、実際の空燃比が目標空燃比に近づくように制御する。これは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６の再生制御である。すなわち、所定値γはＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６の良好なＮＯｘ吸蔵能を維持するために該触媒１６の再生制御を実行すべきか否かを決定する閾値である。但し、エンジントルクの変動やスモーク発生量の増大が抑制されるように、当該リッチ制御は、吸気絞り弁１３による吸気絞り、燃料噴射弁７による主燃料噴射量（圧縮行程上死点付近での燃料噴射量）の増量及びその噴射時期の遅角により行なう。なお、主燃料の噴射時期は進角させるようにしてもよい。
【００４３】
エンジンのＮＯｘ排出量はエンジン回転数及びアクセル開度によって基本的には定まることから、上記ＮＯｘ吸蔵量Ｎは、前回の当該リッチ制御を行なった時点からのエンジン回転数及びアクセル開度の履歴に基いて求められる。また、当該リッチ制御は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６の下流側に配置した空燃比センサ２０によって検出される空燃比が、エンジンの空燃比をリーンにしていたときよりも所定値以上にリッチになるまで行なわれる。
【００４４】
燃料噴射制御手段３２は、基本的にはアクセル開度とエンジン回転数とに基いて必要なエンジントルクが得られるように主燃料噴射量及びその噴射時期を定め、高圧燃料を蓄えるコモンレール（図示省略）圧に基いて燃料噴射弁の作動を制御する。但し、この主燃料噴射量及び噴射時期は上述の空燃比制御により補正される。
【００４５】
一方、この燃料噴射制御手段３２は、フィルタ１７の排気微粒子捕集量Ｍが所定値α以上になったとき、上記主燃料噴射後、さらに膨張行程（又は排気行程）において燃料噴射弁７により燃料を噴射する後噴射を実行する。これは、フィルタ１７の再生制御であり、主噴射燃料の燃焼は空燃比リーンで行なわれ、従って、気筒からは比較的多量の酸素と後噴射による未燃燃料とが排出される。所定値αはフィルタ１７の良好な排気微粒子捕集能を維持するために該フィルタ１７の再生制御を実行すべきか否かを決定する閾値である。排気微粒子捕集量Ｍは、フィルタ１７の上流側と下流側とに配置した圧力センサ１８，１９で検出される排気圧力の差に基いて求められる。当該差圧が大きいほどフィルタ１７の排気微粒子捕集量Ｍが多いということになる。そうして、排気微粒子捕集量Ｍが所定値β以下になった時点で上記後噴射制御は終了する。所定値βはフィルタ再生制御の終了を判定する閾値である。なお、α＞βである。
【００４６】
＜ＮＯｘ吸蔵還元型触媒再生制御の流れ＞
図３はＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６の再生制御のフローを示す。スタート後のステップＡ１においてエンジン回転数、アクセル開度及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒下流側の空燃比を読み込む。続くステップＡ２においてエンジン回転数及びアクセル開度に応じたエンジンのＮＯｘ排出量からＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６のＮＯｘ吸蔵量Ｎを算出する。このＮＯｘ吸蔵量Ｎは前回の再生制御から現時点に至るまでのＮＯｘ排出量の積算値である。続くステップＡ３においてＮＯｘ吸蔵量Ｎが所定値γ以上か否かを判定する。
【００４７】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６のＮＯｘ吸蔵量Ｎが未だ少ないときは、ステップＡ３ではＮＯｘ吸蔵量Ｎが所定値γ未満と判定されることになる。その場合はステップＡ４に進み、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６の下流側の空燃比センサ２０によって検出される排ガスの空燃比がリッチか否かが判定される。上記ＮＯｘ吸蔵量Ｎが少ない状況では、当該排ガスの空燃比はリーンであるのでステップＡ５に進み、再生実行フラグがＯＮになっているか否かが判定される。このフラグはＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６の再生時にＯＮになるものであり、上記ＮＯｘ吸蔵量Ｎが少ない状況では、ＯＮではないからステップＡ６に進み、再生実行フラグはＯＦＦとされたまま、さらにステップＡ７に進んでエンジンの運転状態に応じた空燃比リーン制御が行なわれる。
【００４８】
エンジンの空燃比がリーンに制御されているとき、メタル担体触媒１５は、ターボ過給機１１による冷却損失のない温度の高い排ガスに晒され、しかもその担体の熱容量が小さいことから、触媒温度が高くなる。このため、メタル担体触媒１６は排ガス中のＨＣの酸化に有効に働き、その際に発生する反応熱によって当該触媒１５を通過する排ガスの温度が高まる。従って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６は、ターボ過給機１１よりも下流側に配置されているものの、メタル担体触媒１５を通過した温度が比較的高い排ガスに晒されるから、触媒温度が高くなる。このことは、排ガス中のＨＣやＣＯの酸化浄化に有利になる。
【００４９】
一方、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６のＮＯｘ吸蔵量Ｎが多くなって所定値γ以上になると、ステップＡ３での判定が肯定されてステップＡ８に進んで再生実行フラグがＯＮにされるとともに、続くステップＡ９でＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６の再生実行のためにエンジンの空燃比をリッチにする制御が行なわれる。
【００５０】
上記リッチ制御により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６では吸蔵していたＮＯｘの放出が始まり、そのＮＯｘが排ガス中の還元剤によって還元浄化される。還元剤としては、排ガス中に含まれるＨＣ（部分酸化されたＨＣを含む未燃燃料成分）及びＣＯの他、還元力の強い水素がある。すなわち、メタル担体触媒１５は、エンジンの空燃比がリッチに切り換わると、排ガス中のＨＣ及び水蒸気から水素を生成する水蒸気改質反応を促進する触媒として働き、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６に還元力の強い水素が供給される。しかも、上述の如くＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６の温度は、メタル担体触媒１５が空燃比リーン時に酸化触媒として働いているときの触媒反応熱の影響により高くなっている。
【００５１】
このように、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６は、空燃比リーン時にメタル担体触媒１５の働きによって温度が高くなっている状態で、再生時にはそのメタル担体触媒１５の働きによって還元力の強い水素の供給を受ける。このため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６でのＮＯｘの還元浄化が効率良く進み、該触媒の短時間再生、燃費の改善に有利になる。
【００５２】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６の再生が開始されると、ＮＯｘ吸蔵量Ｎがリセットされることにより、ステップＡ３ではＮＯｘ吸蔵量Ｎは所定値γ未満と判定されてステップＡ４に進む。そうして、該ステップＡ４においてＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６の下流側の空燃比センサ２０によって検出される排ガスの空燃比が所定のリッチになったと判定されるまで、当該再生制御が継続される。
【００５３】
すなわち、当該排ガスの空燃比がリーンであれば、ステップＡ５に進んで再生実行フラグがＯＮになっているか否かが判定されるが、当該フラグは先にＯＮにされているから、ステップＡ９に進んでリッチ制御が続行される。そうして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６でのＮＯｘの放出及びその還元が進んでいるときは、排ガス中のＨＣ成分がＮＯｘの還元に消費されるため、当該触媒を通過する排ガスの空燃比はストイキレベルになる。一方、上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６の再生が完了すると、排ガス中のＨＣがＮＯｘの還元に消費されなくなるため、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６を通過した排ガスの空燃比がエンジンの空燃比に対応してストイキよりもリッチになる。これにより、ステップＡ４で上記排ガスの空燃比がリッチになったと判定されてステップＡ６に進み、再生実行フラグがＯＦＦにされて再生制御が終了し、エンジンの運転状態に応じたリーン制御に戻る（ステップＡ７）。
【００５４】
＜フィルタ再生制御の流れ＞
図４はフィルタ１７の再生制御のフローを示す。スタート後のステップＢ１において排気圧力センサ１８，１９の検出値を読み込み、続くステップＢ２において両センサ１８，１９で検出された排気圧力の差、すなわち、フィルタ１７による圧力損失に基いてフィルタ１７の排気微粒子捕集量Ｍを求める。続くステップＢ３において排気微粒子捕集量Ｍが所定値β以下か否かを判定する。排気微粒子捕集量Ｍが所定値β以下であれば、ステップＢ４に進んでフィルタ再生実行フラグをＯＦＦとし、続くステップＢ５でフィルタ非再生での燃料噴射制御が実行される。フィルタ再生実行フラグは、フィルタ１７の再生制御を実行すべきときにＯＮにされるフラグである。フィルタ非再生での燃料噴射制御は、すなわち、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射量及び噴射時期を設定して行なわれるものであり、主として主燃料噴射が実行され、エンジンの空燃比はリーンに制御される。
【００５５】
従って、先のＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６の再生制御の項で説明したように、メタル担体触媒１５はターボ過給機１１による冷却損失のない温度が比較的高い排ガスに晒されていることにより、酸化触媒として有効に働く。そのため、このメタル担体触媒１５によって発生する触媒反応熱の影響により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６及びフィルタ１７の温度もメタル担体触媒１５が設けられていない場合に比べて高くなる。
【００５６】
排気微粒子捕集量Ｍが多くなってステップＢ３で該捕集量Ｍは所定値βよりも多いと判定されると、ステップＢ６に進み該捕集量Ｍは所定値α以上になっているか否かが判定される。排気微粒子捕集量Ｍが所定値α以上になっているときはステップＢ７に進んでフィルタ再生実行フラグがＯＮにされ、続くステップＢ８で後噴射制御、すなわち、フィルタ１７の再生制御が実行される。
【００５７】
このフィルタ再生制御は、圧縮行程上死点付近での主燃料噴射後、さらに膨張行程（又は排気行程）において燃料噴射弁７により燃料を噴射する後噴射を行なうというものである。このフィルタの再生には酸素が必要であるから、エンジンの空燃比をリーンにした状態で燃料の後噴射が実行される。この後噴射された燃料は、エンジントルクの上昇には実質的には働かず、筒内で加熱され反応性が高い未燃燃料になって（一部は部分酸化された状態になって）排出され、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６に供給される。
【００５８】
そうして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６は先にメタル担体触媒１５の反応熱の影響により温度が高くなっているから、上記反応性の高い未燃燃料を酸化する酸化触媒として効率良く働く。その結果、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒１６から排出される排ガス温度が速やかに高くなってその下流側に配置されているフィルタ１７の温度を素早く上昇させることができる。そのため、フィルタ１７に捕集されている排気微粒子の燃焼除去が効率良く進む。よって、フィルタ１７の再生効率の向上と燃費の改善を図ることができる。
【００５９】
フィルタ１７の再生制御が進行すると、それに伴って排気微粒子捕集量Ｍが少なくなる。その結果、ステップＢ６で排気微粒子捕集量Ｍが所定値αよりも少ないと判定されると、ステップＢ９に進んでフィルタ再生実行フラグがＯＮになっているか否かが判定される。当該再生制御の進行によって排気微粒子捕集量Ｍが所定値αよりも少なくなっているときは、当該フラグがＯＮになっているから、ステップＢ８に進んでフィルタの再生制御が続行される。
【００６０】
そうして、排気微粒子捕集量Ｍが所定値β以下になると、ステップＢ３からステップＢ４に進んでフィルタ再生実行フラグがＯＦＦにされ、さらにステップＢ５に進んでフィルタ非再生での燃料噴射制御に戻る。
【００６１】
ステップＢ９において、フィルタ再生実行フラグがＯＮになっていないときは、すなわち、エンジンの運転に伴って排気微粒子捕集量Ｍが徐々に増え、所定値βよりも多くなっているが、所定値αまでには至っていないため再生制御が行なわれていない状態で有り、このときはステップＢ４に進んでフィルタ非再生での燃料噴射制御が継続されることになる。
【００６２】
なお、上記実施形態ではエンジン運転状態の履歴に基いてＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量を求めるようにしたが、該触媒よりも下流側にＮＯｘセンサを設け、該ＮＯｘセンサで検出される排ガスのＮＯｘ濃度が所定値以上になったときに、該触媒の再生制御を実行するようにしてもよい。
【００６３】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒再生のためのリッチ制御は予め定めた期間行なうようにしてもよい。
【００６４】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排ガス中の硫黄成分により被毒することから、この硫黄被毒がある程度進行したときに、該触媒の温度を上昇させて当該被毒から回復させる必要がある。この場合も、上述のターボ過給機よりも上流側にメタル担体触媒を配置していることが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒を解消することに有利に働く。メタル担体触媒で発生する酸化反応熱によってＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度を高めておくことができるからである。
【００６５】
また、本発明はリーンバーンガソリンエンジンにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】リーンバーンエンジンの制御装置の構成を示す図である。
【図２】制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】ＮＯｘ再生制御のフロー図である。
【図４】フィルタ再生制御のフロー図である。
【符号の説明】
【００６７】
１    ディーゼルエンジン
２    吸気通路
３    排気通路
７    燃料噴射弁
１１    ターボ過給機
１５    メタル担体触媒
１６    ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
１７    フィルタ
１８，１９  排気微粒子捕集量に関連するパラメータ値を検出する手段
２０    排ガスの空燃比に関連するパラメータ値を検出する手段
【図１】
2006226190.tif 000003
【図２】
2006226190.tif 000004
【図３】
2006226190.tif 000005
【図４】
2006226190.tif 000006