(57)【要約】    【課題】制御の複雑化やエンジン構造の複雑化を招かずに、いかなる状態においてもサルファパージを良好に制御し得る内燃機関の制御装置を提供する。    【解決手段】排気通路に設けられたＬＮＣ９に吸着された硫黄分を除去するための処理手段を有する内燃機関Ｅの制御装置において、ＬＮＣの温度を検出する温度検出手段２９と、ＬＮＣの排気Ａ／Ｆを検出する空燃比検出手段（Ｏ２センサ２７Ｕ・２７Ｌ）と、ＬＮＣの温度に応じて目標Ａ／Ｆを設定する目標空燃比設定手段と、ＬＮＣの雰囲気が目標Ａ／Ｆになるように燃料噴射量を制御する噴射量制御手段とを有するものとする。【選択図】図３
2008038812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられたＮＯＸ触媒に吸着された硫黄分を除去するための処理手段を有する内燃機関の制御装置であって、
前記ＮＯＸ触媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記ＮＯＸ触媒における排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記温度検出手段の出力に応じて目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
前記空燃比検出手段の出力が前記目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する噴射量制御手段とを有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記噴射量制御手段は、主噴射の噴射量を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記噴射量制御手段は主噴射の後に行う副噴射の噴射量を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記温度検出手段の出力が所定値を下回る場合は、前記目標空燃比を間欠的にリーン側に切換えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、排出ガス中の窒素酸化物を浄化する触媒装置から硫黄分除去処理を行うための制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル内燃機関の排気通路には、排出ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯＸと略称する）を還元浄化するためのリーンＮＯＸ浄化触媒（以下、ＬＮＣと略称する）が設けられることがある。このＬＮＣにおいては、排出ガスの空燃比（以下、排気Ａ／Ｆと略称する）が所定値よりも高い（以下、リーンと呼称する）時、換言すると酸素濃度が高い時に取り込んだＮＯＸを、排気Ａ／Ｆが所定値よりも低い（以下、リッチと呼称する）時、換言すると酸素濃度が低下した時に放出し且つ還元して無害化する処理を行っている。またＬＮＣは、ＮＯＸ吸収量が増大するとその吸収性能が低下するので、適時、燃焼状態を変化させ、還元剤であるＣＯやＨＣ濃度を高めると共に酸素濃度を低下させ、それによってＬＮＣからのＮＯＸ放出を促進させ且つ十分に還元浄化させるようにしている。
【０００３】
他方、燃料には硫黄分が含まれているため、硫黄酸化物（以下ＳＯＸと略称する）や硫化水素（以下Ｈ２Ｓと略称する）も排出される。これらの硫黄分がＬＮＣに吸収された状態（以下、硫黄被毒と呼称する）になると、ＬＮＣのＮＯＸ浄化性能が低下するので、ＬＮＣに吸収された硫黄分を適時放出する必要がある。このＬＮＣからの硫黄分の放出処理（以下、サルファパージと呼称する）を行うには、ＬＮＣ内を所定の温度と、所定の排気Ａ／Ｆとが両立した雰囲気にする必要があり、吸入行程中に噴射される主燃料噴射に加えて、燃焼後補助燃料噴射（ 以下ポスト噴射と略称する）を行うことによってＬＮＣ温度を所定値以上に上昇させると共に、還元剤としての燃料を排気中に噴射し、且つこの噴射量を空燃比センサの出力によってフィードバック制御することにより、排気Ａ／Ｆをリッチ状態に維持する技術が知られている（特許文献１を参照されたい）。
【０００４】
また、ポスト噴射によって排気Ａ／Ｆを制御してサルファパージを行う技術も知られている（特許文献２を参照されたい）。
【特許文献１】特開２００３−１２０３７３号公報
【特許文献２】特開２００４−２０４８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、文献１に記載の技術では、ポスト噴射による触媒の昇温制御と、排気通路への還元剤噴射による排気Ａ／Ｆのリッチ化制御とを個別に行うために制御が複雑となる上、還元剤の供給を目的とした噴射弁を排気通路に設けねばならないためにエンジン構造も複雑化せざるを得ない。
【０００６】
また文献２に記載の技術においては、排気Ａ／Ｆの制御目標値は予め定められた値であるため、常にＬＮＣの状態に適合した制御が実行されるものではなく、いかなる状態においてもサルファパージを良好に制御し得るとは言い難い面がある。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決すべく案出されたものであり、その主な目的は、制御の複雑化やエンジン構造の複雑化を招かずに、いかなる状態においてもサルファパージを良好に制御し得る内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために本発明は、排気通路に設けられたＬＮＣ９に吸着された硫黄分を除去するための処理手段を有する内燃機関Ｅの制御装置１８において、ＬＮＣの温度を検出する温度検出手段２９と、ＬＮＣの排気Ａ／Ｆを検出する空燃比検出手段（Ｏ２センサ２７Ｕ・２７Ｌ）と、ＬＮＣの温度に応じて目標Ａ／Ｆを設定する目標空燃比設定手段と、ＬＮＣの雰囲気が目標Ａ／Ｆになるように燃料噴射量を制御する噴射量制御手段とを有することを特徴とするものとした。噴射量制御手段は、主噴射を制御するもの（請求項２）あるいは主噴射の後に行うポスト噴射を制御するもの（請求項３）である。
また、請求項４の発明は、ＬＮＣの温度が所定値を下回る場合は、排気Ａ／Ｆを間欠的にリーン側に切換えることを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【０００９】
このような本発明の請求項１〜３の構成によれば、ＬＮＣが高温時は目標Ａ／Ｆをリッチ側にシフトさせてＯ２供給を減少させることで発熱反応を低下させることができ、ＬＮＣが低温時は目標Ａ／Ｆをリーン側にシフトさせてＯ２供給量を増加させることで発熱反応を促進させることができ、常にＬＮＣ温度がサルファパージに適した温度域を維持するように制御することができる。
また請求項４の構成によれば、サルファパージの実行に適した温度域を外れた場合は、一時的にリーン化することで大量のＯ２を供給し、ＬＮＣを迅速に昇温させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明が適用される内燃機関Ｅの基本的な構成図である。この内燃機関（ディーゼルエンジン）Ｅは、その機械的な構成自体は周知のものと何ら変わるところはなく、過給圧可変機構付きターボチャージャ１を備えるものであり、ターボチャージャ１のコンプレッサ側に吸気通路２が連結され、ターボチャージャ１のタービン側に排気通路３が連結されている。そして吸気通路２の上流端にエアクリーナ４が接続され、吸気通路２の適所に燃焼室に流入する新気の流量を調節するための吸気制御弁５と、低回転・低負荷運転域で流路断面積を絞って吸気流速を高めるためのスワールコントロール弁６とが設けられている。また排気通路３の下流端には、酸化触媒（以下、ＤＯＣと略称する）７と、煤などの粒子状物質を除去するフィルタ（以下、ＤＰＦと略称する）８と、前記したＬＮＣ９とを、排気の流れに沿ってこの順に連設してなる排気浄化装置１０が接続されている。
【００１２】
スワールコントロール弁６と排気通路３における燃焼室の直後との間は、排出ガス再循環（以下、ＥＧＲと略称す）通路１１を介して互いに連結されている。このＥＧＲ通路１１は、切換弁１２を介して分岐されたクーラー通路１１ａとバイパス通路１１ｂとからなり、その合流部に、燃焼室に流入するＥＧＲ量を調節するＥＧＲ制御弁１３が設けられている。
【００１３】
内燃機関Ｅのシリンダヘッドには、その先端を燃焼室に臨ませた燃料噴射弁１４が設けられている。この燃料噴射弁１４は、燃料を所定の高圧状態で蓄えるコモンレール１５に連結され、コモンレール１５には、クランク軸にて駆動されて燃料タンク１６から燃料を汲み上げる燃料ポンプ１７が接続されている。
【００１４】
これらのターボチャージャ１の過給圧可変機構１９、吸気制御弁５、ＥＧＲ通路切換弁１２およびＥＧＲ制御弁１３、燃料噴射弁１４、燃料ポンプ１７・・・等は、電子制御装置（以下、ＥＣＵと略称する）１８からの制御信号によって作動するように構成されている（図２参照）。
【００１５】
一方、ＥＣＵ１８には、図２に示すように、内燃機関Ｅの所定箇所に配置された吸気弁開度センサ２０、クランク軸回転速度センサ２１、吸気流量センサ２２、過給圧センサ２３、ＥＧＲ弁開度センサ２４、コモンレール圧センサ２５、アクセルペダル操作量センサ２６、Ｏ２センサ２７Ｕ・２７Ｌ、ＮＯＸセンサ２８Ｕ・２８Ｌ、ＬＮＣ温度センサ２９・・・等からの出力信号が入力されている。
【００１６】
ＥＣＵ１８のメモリには、クランク軸回転速度および要求トルク（アクセルペダル操作量）に応じて実験等によって予め求めた最適燃料噴射量をはじめとする各制御対象の制御目標値を設定したマップが格納されており、内燃機関Ｅの負荷状況に応じて最適な燃焼状態が得られるように、各部の制御が行われる。
【００１７】
次に本発明によるサルファパージに係わる制御フローについて図３を参照して説明する。この処理は、走行距離、運転時間、燃料消費量、酸素濃度などから、ＬＮＣ９の硫黄被毒量を推定し、この推定値が予め設定した閾値を超えていると判断された時に実行される。サルファパージの実行時は、先ず、ＬＮＣ９の上流側に設置されたＬＮＣ温度センサ２９の出力値により、サルファパージの実行が許可される第１目標温度（例えば５００℃）にＬＮＣ９の温度が達しているか否かを判断する（ステップ１）。ここでＬＮＣ温度センサ２９の出力値が第１目標温度に達していなければ、サルファパージを実行せずに第１目標温度に達するまで昇温制御を行う（ステップ２）。
【００１８】
この昇温制御は、メイン噴射タイミングの遅角、ポスト噴射の増量、吸入空気量の減量などを適宜に併用する。これにより、サルファパージの実行に最適なＬＮＣ温度に迅速に到達させる。
【００１９】
ステップ１にてＬＮＣ９が第１目標温度（５００℃）以上であると判断されたならば、クランク軸回転速度と要求トルク、つまり内燃機関Ｅの運転負荷に対応して予め設定された制御領域判別マップ（図４）を参照し、ポスト噴射によるリッチ制御を行う領域か、否かを判断する（ステップ３）。
【００２０】
ここでポスト噴射制御領域であると判断された場合は、理論空燃比よりもリッチな雰囲気下でのサルファパージを実行可能な第２目標温度（例えば４５０℃）以上であるか否かを判断する（ステップ４）。
【００２１】
ここで第２目標温度以上であると判断された場合は、別途設定されたポスト噴射制御領域用吸気量マップを参照し、吸気制御弁５によって吸気量を制御し（ステップ５）、所定の吸気量になったことが判断された時点（ステップ６）でポスト噴射による排気Ａ／Ｆ制御を実行する。このポスト噴射による排気Ａ／Ｆ制御は、先ず予め設定されたフィードフォワード制御マップに基づいてポスト噴射量をフィードフォワード制御し（ステップ７）、次いでフィードバック制御が可能な所定の排気Ａ／Fに到達したと判断された時点（ステップ８）で、ＬＮＣ温度に対応した排気Ａ／Ｆの目標値を設定し（ステップ９）、サルファパージに最適なＬＮＣ温度（例えば５００℃）を維持するためのフィードバック制御に移行する（ステップ１０）。なお、実排気Ａ／Ｆは、上流側Ｏ２センサ２７Ｕの出力から得る。このフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用する理由は、噴射量制御によるリッチ制御開始直後は、排気Ａ／Ｆの実値と目標値との偏差が過大になりがちであり、リッチ制御開始の当初からフィードバック制御を行うと、オ一バーシュートやハンチングを生じ易くなるからである。
【００２２】
この制御のタイミングチャートを図５に示す。
【００２３】
ＬＮＣ温度に対応した排気Ａ／Ｆ目標値の変更は、図６に示すように、ＬＮＣ９の実温度がサルファパージを実行するのに最適な温度よりも低い場合は、最適温度へ昇温させるために排気Ａ／Fの目標値を昇温に必要なＯ２量に応じた値に変更して（リーン側へシフト）ポスト噴射量のフィードバック制御を行う。この逆に、ＬＮＣ９の実温度が最適温度を超えた場合は、最適温度へ降温させるために排気Ａ／Ｆの目標値を降温に必要なＯ２量に応じた値に変更して（リッチ側にシフト）ポスト噴射量のフィードバック制御を行う。
【００２４】
以上のようにして、ＬＮＣ９の実温度に応じて排気Ａ／Ｆの目標値を変更してポスト噴射量のフィードバック制御を行うことにより、所定のリッチ雰囲気下でのサルファパージの実行に最適なＬＮＣ温度の維持が可能となる。
【００２５】
ここで排気Ａ／Ｆの値には、サルファパージの実行に最適な範囲（フィードバック制御領域）があるので、その範囲内で排気Ａ／Ｆ目標値を変化させてフィードバック制御を行う。
【００２６】
ステップ４でＬＮＣ温度センサ２９の出力値が第２目標温度に達していないと判断された場合は、ポスト噴射の制御による間欠リーン化制御を行って昇温を図る（ステップ１１）。この間欠リーン化制御は、理論空燃比よりもリッチな雰囲気を間欠的にリーン化することで一時的に多量のＯ２を供給してＬＮＣ温度の迅速な上昇を図りつつ、リッチ状態に戻した時にサルファパージを実行する制御である。この制御は、ＬＮＣ温度によって昇温に要するＯ２量が異なるので、ＬＮＣ温度に応じてリーン化する時間を変更して行われる。
【００２７】
この間欠リーン化制御によっても昇温できず、サルファパージの実行不可な第３目標温度（例えば４２０℃）にまでＬＮＣ温度が低下したことが判断された場合は（ステップ１２）、サルファパージを中止し、上述したステップ２の昇温制御に切り換える。
【００２８】
他方、ステップ３において、もともと高い排気温が得られるためにポスト噴射を行わなわずにサルファパージを実行可能なＬＮＣ温度を維持し得る高回転速度・高負荷領域と判断され、且つＬＮＣ温度センサ２９の出力値が第２目標温度に達しているとステップ１４にて判断された場合は、上述したポスト噴射量のフィードバック制御と同様の要領で、吸入行程での主噴射量のフィードバック制御を、ＬＮＣ９の実温度に対応した排気Ａ／Ｆの目標値に基づいて行う。これにより、所定のリッチ雰囲気下でのサルファパージの実行に最適なＬＮＣ温度（５００℃）が維持される（ステップ１５）。
【００２９】
ここで主噴射量を変化させると内燃機関Ｅの出力トルクが変動するので、トルク変動が許容できる範囲内に目標Ａ／Ｆの変更幅を設定するか、あるいは、例えばターボチャージャの過給圧制御などでトルク変動を補償すると良い。
【００３０】
ステップ１４にてＬＮＣ温度センサ２９の出力値が第２目標温度に達していないと判断された場合は、ステップ１１と同様な間欠リーン化制御を主噴射の制御で行って昇温を図る（ステップ１６）。ここでも間欠リーン化制御によっても昇温できず、サルファパージの実行不可な第３目標温度（４２０℃以下）にまでＬＮＣ温度が低下したことが判断された場合は（ステップ１７）、サルファパージを中止して昇温制御に切り換える（ステップ１８）。
【００３１】
サルファパージを実行可能な温度、即ち所定のリッチ雰囲気下にＬＮＣ９が置かれた時間の累積値、あるいはＬＮＣ９の上下流端に設けたＯ２センサ２７の出力値に基づいてサルファパージの完了が判断される（ステップ１９）まで、以上の処理を繰り返す。
【００３２】
以上の本発明制御を要約すると、サルファパージ実行時の目標Ａ／Ｆの設定は、ＬＮＣ９が最適温度（５００℃）時は、排気Ａ／Ｆをサルファパージに最適な値、つまり理論空燃比より幾分かリッチな値とする。そして最適温度より昇温した時は、目標Ａ／Ｆをよりリッチ側へシフトさせてＯ２供給量を減ずることで発熱反応を低下させる。また最適温度より降温した時は、温度上昇を図るために目標Ａ／Ｆをリーン側へシフトさせ、Ｏ２供給量を増加させて発熱反応を促進させる。この時の排気Ａ／Ｆの制御は、エンジンの負荷状態に応じて主噴射とポスト噴射とを選択する。
【００３３】
理論空燃比よりもリッチな雰囲気下での所定Ａ／Ｆ範囲内でのフィードバック制御による目標ＬＮＣ温度（４５０℃以上）を維持できない時は、間欠的にリーン化する制御に切り換え、Ｏ２を一時的に増量して発熱反応により温度上昇を図りつつ、リッチ時にサルファパージを実行する。このようにしても、サルファパージの実行不可温度（４２０℃以下）にまでＬＮＣ温度が低下してしまった場合は、サルファパージを中止して昇温制御に切り換え、サルファパージ実行許可温度（５００℃）に達したならば、サルファパージを再開する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明が適用される内燃機関の全体構成図である。
【図２】本発明が適用される制御装置のブロック図である。
【図３】本発明による制御フロー図である。
【図４】制御領域判断マップの概念図である。
【図５】本発明制御のタイミングチャートである。
【図６】本発明制御の排気Ａ／Ｆ目標値とＬＮＣ温度との関係を示すイメージ図である。
【符号の説明】
【００３５】
Ｅ  内燃機関
９  ＬＮＣ
１８  ＥＣＵ
２９  温度センサ
２７Ｕ・２７Ｌ  Ｏ２センサ
【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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