(57)【要約】【課題】空燃比センサは、炭化水素濃度の高い雰囲気において検出値がリーン側にずれてしまう特性を持つため、正確な制御を実施できない場合がある。【解決手段】本発明による排気ガス浄化装置は、燃焼室内に供給される吸入空気量を検出するエアフローセンサ４２と、このエアフローセンサ４２によって検出される吸入空気量と空燃比センサ４８によって検出される空燃比とに基づき、燃料添加弁３８からの還元剤としての燃料の添加量を算出する添加量算出部５０と、この添加量算出部５０によって算出された燃料の添加量と添加量設定部５１によって設定された燃料の添加量とを比較する比較部５２と、この比較部５２による比較結果に基づき、触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、添加量設定部５１により設定された燃料の添加量を補正する添加量補正部５４とを具える。【選択図】図２
2008151002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを浄化するための触媒よりも下流側の排気通路中に還元剤を添加して触媒の再生処理を行う排気ガス浄化方法であって、
燃焼室内に供給される吸入空気量を検出するステップと、
触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比を検出するステップと、
検出された吸入空気量と検出された空燃比とに基づき、排気通路中に添加された還元剤の量を算出するステップと、
この算出された還元剤の添加量と、実際に排気通路中に添加された還元剤の量とを比較するステップと、
この比較結果に基づき、触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、排気通路中に添加される還元剤の量を補正するステップと
を具えたことを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項２】
算出された還元剤の添加量と実際に排気通路中に添加された還元剤の量との比較結果に基づき、検出された空燃比を補正するステップをさらに具え、
排気通路中に添加される還元剤の量を補正するステップは、補正後の検出された空燃比に基づいて行われることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化方法。
【請求項３】
算出された還元剤の添加量と実際に排気通路中に添加された還元剤の量との比較結果に基づいて目標空燃比を補正するステップをさらに具え、
排気通路中に添加される還元剤の量を補正するステップは、補正された目標空燃比に対して行われることを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項４】
補正された量の還元剤を排気通路中に添加するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の排気ガス浄化方法。
【請求項５】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを浄化するための触媒よりも下流側の排気通路中に還元剤を添加して触媒の再生処理を行う排気ガス浄化装置であって、
前記排気通路中に還元剤を添加するための還元剤添加弁と、
この還元剤添加弁からの還元剤の添加量を設定する添加量設定手段と、
前記燃焼室内に供給される吸入空気量を検出するエアフローセンサと、
前記触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
前記エアフローセンサによって検出される吸入空気量と、前記空燃比センサによって検出される空燃比とに基づき、前記還元剤添加弁からの還元剤の添加量を算出する添加量算出手段と、
この添加量算出手段によって算出された還元剤の添加量と、前記添加量設定手段によって設定された還元剤の添加量とを比較する比較手段と、
この比較手段による比較結果に基づき、前記触媒よりも下流側の前記排気通路中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、前記添加量設定手段により設定された還元剤の添加量を補正する添加量補正手段と
を具えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記比較手段による比較結果に基づき、前記空燃比センサによる検出された空燃比を補正する空燃比補正手段をさらに具え、
前記添加量補正手段は、前記空燃比補正手段により補正された空燃比に基づいて還元剤の添加量を補正することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
前記比較手段による比較結果に基づき、目標空燃比を補正する空燃比補正手段をさらに具え、
前記添加量補正手段は、空燃比補正手段により補正された目標空燃比に対して還元剤の添加量を補正することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項８】
前記添加量補正手段によって補正された添加量の還元剤が前記排気通路中に添加されるように、前記還元剤添加弁の駆動を制御するための添加弁駆動制御手段をさらに具えたことを特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出された排気ガスを浄化するための触媒を還元剤により再生処理する場合、空燃比センサを用いて還元剤の添加量を制御する方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気ガスに対する環境への影響をできるだけ少なくするため、排気ガス中に含まれる有害成分を捕捉したり吸着したりする触媒装置を内燃機関の排気通路中に組み込んだ排気ガス浄化装置が知られている。例えば、特許文献１には排気ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯXと記述する）を捕捉する窒素還元触媒を用いた排気ガス浄化装置が開示されている。
【０００３】
このような触媒を用いた排気ガス浄化装置においては、硫黄被毒などによる機能低下が起こるため、定期的に触媒の再生処理を行う必要がある。特許文献１においては、窒素還元触媒に捕捉されたＮＯXを還元処理して無害化させるため、窒素還元触媒よりも上流側の排気通路内に燃料を還元剤として添加し、ＮＯXを分解させた状態で窒素還元触媒から取り除くようにしている。この場合、排気通路内への燃料の添加量は、窒素還元触媒よりも下流側に位置する排気通路内の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサからの検出情報に基づいて設定している。
【０００４】
排気ガス浄化装置を組み込んだディーゼルエンジンなどの圧縮点火式内燃機関においては、空燃比センサの検出雰囲気に高濃度の還元剤の未燃成分、より具体的には炭化水素が存在している場合、空燃比センサの検出値がリーン側にずれてしまうことが知られている。このため、目標空燃比を理論空燃比よりもリッチ側、つまり酸素不足側となるように燃料の添加量をフィードバック制御する場合、空燃比センサの検出値に基づいて還元剤の添加量を設定すると、実際に必要な量よりも多量の還元剤が窒素還元触媒に添加されることとなる。この結果、大気中に未燃状態の還元剤がそのまま排出されてしまい、正確なフィードバック制御を行うことができなくなる上、白煙が発生したり、燃費が悪化したりする可能性がある。
【０００５】
上述した特許文献１においては、排気ガス中に添加された燃料の状態、つまりその分子量と、空燃比センサによる検出値とに応じた補正マップを車載の電子制御ユニットに予め組み込んでいる。そして、排気ガス中の燃料の分子量と空燃比センサの検出値とに対応した空燃比を補正マップから読み出し、これに基づいて還元剤の添加量を設定している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３１６４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
窒素還元触媒よりも下流側の排気通路に空燃比センサを組み込んだ内燃機関においては、排気ガス中に還元剤を添加して窒素還元触媒を再生処理する際に空燃比センサの特性に起因する検出誤差が必然的に生ずる。図７は、炭化水素濃度が比較的高い雰囲気における空燃比センサの出力特性を示すグラフである。図中、斜線の領域が添加剤の添加量を示しており、二点鎖線が実際の空燃比の変化を示している。炭化水素濃度が比較的高い雰囲気では、空燃比センサにより検出された実線で示す検出値が二点鎖線で示す実際の空燃比よりもリーン側にずれてしまうことがこの図７から理解できよう。このような不具合は、三元触媒の再生処理の際に空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御する場合や、排気ガス中に含まれるＳＯX、つまり硫黄酸化物によって低下した触媒の機能を回復させるための硫黄被毒回復処理の場合においても同様である。
【０００８】
特許文献１に開示されているように、空燃比センサによる検出値を排気ガス中に添加された燃料の分子量に応じて補正し、これに基づいて燃料の添加量をフィードバック制御することによって、上述した不具合をある程度解消することが可能である。しかしながら、特許文献１においては排気ガス中への燃料の添加量が変化することを考慮していないため、補正された空燃比が実際に適切な空燃比とはならない場合が頻繁に生ずる。
【０００９】
本発明の目的は、排気ガス中に還元剤を添加して触媒の再生処理を行う場合、空燃比センサが炭化水素濃度の高い雰囲気にあっても還元剤の添加量をより正確に制御し得る排気ガス浄化方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の形態は、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを浄化するための触媒よりも下流側の排気通路中に還元剤を添加して触媒の再生処理を行う排気ガス浄化方法であって、
燃焼室内に供給される吸入空気量を検出するステップと、
触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比を検出するステップと、
検出された吸入空気量と検出された空燃比とに基づき、排気通路中に添加された還元剤の量を算出するステップと、
この算出された還元剤の添加量と、実際に排気通路中に添加された還元剤の量とを比較するステップと、
この比較結果に基づき、触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、排気通路中に添加される還元剤の量を補正するステップと
を具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
排気通路内の炭化水素濃度と、実際に排気通路中に添加された還元剤の量ＱＲに対する算出された還元剤の量ＱＣの割合（以下、これを添加量比と呼称する）ＱＣ/ＱＲとの関係を図８に模式的に示す。この図８のグラフから明らかなように、排気通路内の炭化水素濃度が高くなるに連れて添加量比ＱＣ/ＱＲも無視できなくなるような小さな値となることが理解されよう。本発明においては、触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比を検出し、この検出された空燃比と燃焼室内に供給される吸入空気量とに基づき、排気通路中に添加された還元剤の量を算出する。そして、この算出された還元剤の量と実際に排気通路中に添加された還元剤の量とを比較し、この比較結果に基づき、触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、排気通路中に添加される還元剤の量を補正する。
【００１２】
本発明の第１の形態による排気ガス浄化方法において、算出された還元剤の添加量と実際に排気通路中に添加された還元剤の量との比較結果に基づき、検出された空燃比を補正するステップをさらに具え、排気通路中に添加される還元剤の量を補正するステップが、補正後の検出された空燃比に基づいて行われるものであってよい。あるいは、算出された還元剤の添加量と実際に排気通路中に添加された還元剤の量との比較結果に基づいて目標空燃比を補正するステップをさらに具え、排気通路中に添加される還元剤の量を補正するステップが補正された目標空燃比に対して行われるものであってもよい。何れの場合においても、排気通路内に還元剤を添加することによって炭化水素の濃度が高くなる触媒再生処理時に空燃比の補正が行われることとなる。
【００１３】
また、補正された量の還元剤を排気通路中に添加するステップをさらに具えることができる。
【００１４】
本発明の第２の形態は、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを浄化するための触媒よりも下流側の排気通路中に還元剤を添加して触媒の再生処理を行う排気ガス浄化装置であって、
前記排気通路中に還元剤を添加するための還元剤添加弁と、
この還元剤添加弁からの還元剤の添加量を設定する添加量設定手段と、
前記燃焼室内に供給される吸入空気量を検出するエアフローセンサと、
前記触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
前記エアフローセンサによって検出される吸入空気量と、前記空燃比センサによって検出される空燃比とに基づき、前記還元剤添加弁からの還元剤の添加量を算出する添加量算出手段と、
この添加量算出手段によって算出された還元剤の添加量と、前記添加量設定手段によって設定された還元剤の添加量とを比較する比較手段と、
この比較手段による比較結果に基づき、前記触媒よりも下流側の前記排気通路中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、前記添加量設定手段により設定された還元剤の添加量を補正する添加量補正手段と
を具えたことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明においては、エアフローセンサが燃焼室内に供給される吸入空気量を検出する。そして、空燃比センサによって検出された空燃比とエアフローセンサによって検出された吸入空気量とに基づき、添加量算出手段が排気通路中に添加された還元剤の量を算出する。比較手段は、添加量算出手段によって算出された添加剤の添加量と、添加量設定手段によって設定された還元剤の添加量とを比較する。添加量補正手段は、この比較結果に基づいて触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、添加量設定手段により設定された還元剤の量を補正する。
【００１６】
本発明の第２の形態による排気ガス浄化装置において、比較手段による比較結果に基づいて空燃比センサによる検出された空燃比を補正する空燃比補正手段をさらに具えることができ、添加量補正手段がこの空燃比補正手段により補正された空燃比に基づいて還元剤の添加量を補正するものであってよい。あるいは、比較手段による比較結果に基づいて目標空燃比を補正する空燃比補正手段をさらに具えることができ、添加量補正手段がこの空燃比補正手段により補正された目標空燃比に対して還元剤の添加量を補正するものであってもよい。
【００１７】
添加量補正手段によって補正された添加量の還元剤が排気通路中に添加されるように、還元剤添加弁の駆動を制御するための添加弁駆動制御手段をさらに具えることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の排気ガス浄化方法によると、排気通路中に添加された還元剤の量を算出して実際に排気通路中に添加された還元剤の量と比較し、検出された空燃比を補正して排気通路中に添加される還元剤の量を補正するようにしたので、特に補正された量の還元剤を排気通路中に添加することにより、触媒の再生処理をより正確に行うことができる。また、これによって大気中に排出される排気ガスの組成をさらに望ましい状態に改善することができる。
【００１９】
本発明の排ガス浄化装置によると、エアフローセンサと、添加量算出手段と、比較手段と、空燃比補正手段と、添加量補正手段とを具えているので、排気通路中に添加された還元剤の量を算出して実際に排気通路中に添加された還元剤の量とを比較し、検出された空燃比を補正して排気通路中に添加される還元剤の量を補正することができる。特に、添加量補正手段によって補正された添加量の還元剤が排気通路中に添加されるように、還元剤添加弁を駆動する添加弁駆動手段をさらに有する場合、触媒の再生処理を従来のものよりも正確に行うことができ、大気中に排出される排気ガスの組成をさらに望ましい状態に改善することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明による排気ガス浄化装置を圧縮点火式内燃機関に応用した実施形態について、図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明はこのような実施形態のみに限らず、用途や目的などに応じて任意に変更することが可能であり、本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも応用することができる。
【００２１】
本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図１に示し、このエンジンシステムにおける制御ブロックを図２に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の内燃機関であり、このエンジン１０には排気通路１３内を流れる排気ガスの一部を吸気通路１４内に導く排気ガス還流（ＥＧＲ）装置１５と、排気通路１３内を流れる排気ガスの運動エネルギーを利用して燃焼室１２への過給を行う図示しないターボ過給機とが組み込まれている。
【００２２】
ＥＧＲ装置１５は、排気通路１３の主要部を画成する排気管１６に一端が連通すると共に他端が吸気通路１４の主要部を画成する吸気管１７内に連通し、かつＥＧＲ通路１８を画成するＥＧＲ管１９と、このＥＧＲ管１９に設けられてＥＧＲ通路１８内を流れる排気ガスの流量を制御するＥＧＲ弁２０とを具えている。本実施形態では、エンジン１０を搭載した車両が予め設定されたＥＧＲ運転領域にあることを電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと記述する）２１のＥＧＲ判定部２２が判定した場合、車両の運転状態に応じてＥＧＲ弁２０の開度がＥＣＵ２１のＥＧＲ量設定部２３にて設定される。ＥＣＵ２１のＥＧＲ弁駆動制御部２４は、ＥＧＲ弁２０をＥＧＲ量設定部２３にて設定された開度に制御し、それ以外の場合は基本的にＥＧＲ通路１８を塞ぐように閉じた状態に保持する。
【００２３】
燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート２５および排気ポート２６が形成されたシリンダヘッド２７には、吸気ポート２５を開閉する吸気弁２８および排気ポート２６を開閉する排気弁２９を含む動弁機構３０と、これら吸気弁２８および排気弁２９に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨む先の燃料噴射弁１１とが組み込まれている。本実施形態における動弁機構３０は、エンジン１０の運転状態に応じて吸気弁２８および排気弁２９の開閉タイミングを変更し得るものであるが、これらの開閉タイミングが固定されたものであってもよい。
【００２４】
吸気ポート２５に連通するようにシリンダヘッド２７に連結され、吸気ポート２５と共に吸気通路１４を画成する吸気管１７の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路１４に導くためのエアクリーナ３１が設けられている。上述したＥＧＲ管１９の他端は、吸気弁２８と吸気管１７の途中に形成されたサージタンク３２との間の吸気管１７の部分に接続している。
【００２５】
本実施形態における燃料噴射弁１１は、燃料である軽油をピストン３３の圧縮上死点近傍でのみ燃焼室１２内に噴射する単噴射型式のものであるが、この圧縮行程での燃料噴射に加え、より均一な混合気を形成するために吸気行程においても噴射する多噴射型式のものを採用することも可能である。この燃料噴射弁１１における燃料の噴射量および噴射時期は、車両の運転状態に応じてＥＣＵ２１の燃料噴射量設定部３４にて設定される。ＥＣＵ２１の噴射弁駆動制御部３５は、この燃料噴射量設定部３４にて設定された噴射量の燃料が設定された噴射時期に噴射されるよう、燃料噴射弁１１の作動を制御する。
【００２６】
燃焼室１２内に連通するようにシリンダヘッド２７に連結されて排気ポート２６と共に排気通路１３を画成する排気管１６の途中には、燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する排気ガス中に含まれる未燃固形分を捕捉して燃焼させるためのＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)などの前処理触媒３６と、排気ガス中のＮＯXを捕捉する窒素還元触媒３７とが直列に組み込まれている。また、前処理触媒３６よりも上流側の排気通路１３の途中、本実施形態では排気ポート２６の下流側には、窒素還元触媒３７に吸着される窒素酸化物を還元、つまり燃焼させるための還元剤、本実施形態ではエンジン１０の燃料である軽油を供給する燃料添加弁３８が設けられている。燃料添加弁３８による燃料の添加位置は、前処理触媒３６よりも上流側の排気通路１３内であれば、どこでもかまわない。この燃料添加弁３８は、所定のタイミングにて所定量の燃料を排気通路１３内に添加し、窒素還元触媒３７の加熱後処理、つまり再生を行うものである。燃料添加弁３８は、硫黄被毒に対する回復処理の際にも同様に用いられる。燃料添加弁３８からの燃料の添加時期やその添加量などは、ＥＣＵ２１に予め設定されたプログラムに従い、燃料噴射弁１１による燃料の噴射タイミングとは関係なく、ＥＣＵ２１の添加弁駆動制御部３９によって制御される。なお、上述したＥＧＲ管１９の一端は、前処理触媒３６よりも上流側で排気管１６に接続している。
【００２７】
本実施形態では、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握してＥＣＵ２１がＥＧＲ弁２０の開度，燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量および噴射時期，燃料添加弁３８からの燃料の添加量および添加時期を制御するため、以下に記すような各種センサ類を具えている。すなわち、運転者によって操作されるアクセルペダル４０の踏み込み量を検出してこれをＥＣＵ２１に出力するアクセル開度センサ４１を具えている。エアクリーナ３１とサージタンク３２との間の吸気管１７の部分には、燃焼室１２内に供給される吸入空気量を検出してこれをＥＣＵ２１に出力するエアフローセンサ４２が取り付けられている。ピストン３３が往復動するシリンダブロック４３には、連接棒４４を介してピストン３３が連結されるクランク軸４５の回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ２１に出力するクランク角センサ４６が取り付けられている。窒素還元触媒３７の温度を検出してこれをＥＣＵ２１に出力する触媒温度センサ４７および窒素還元触媒３７よりも下流側の排気通路１３内を流れる排気ガスの空燃比を検出してこれをＥＣＵ２１に出力する空燃比センサ４８が排気通路１３の途中に組み込まれている。
【００２８】
ＥＣＵ２１は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器および入出力インターフェイスなどを含むマイクロコンピュータを有し、円滑なエンジン１０の運転がなされるように、上述したセンサ４１，４２，４６〜４８などからの検出信号に基づいて所定の演算処理を行い、予め設定されたプログラムに従ってＥＧＲ弁２０，燃料噴射弁１１および燃料添加弁３８などの作動を制御するようになっている。このため、本実施形態におけるＥＣＵ２１は、上述したＥＧＲ判定部２２，ＥＧＲ量設定部２３，ＥＧＲ弁駆動制御部２４，燃料噴射量設定部３４，噴射弁駆動制御部３５に加え、触媒再生判定部４９と、添加量算出部５０と、添加量設定部５１と、比較部５２と、空燃比補正部５３と、添加量補正部５４と、先の添加弁駆動制御部３９とを具えている。
【００２９】
触媒再生判定部４９は、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量を積算し、これが予め設定された量を越えている場合、ＳＯX用の触媒再生モードにあると判断する。この硫黄被毒に対する触媒再生モードにおいては、排気通路１３中に燃料添加弁３８から所定量の燃料を硫黄成分の還元剤として添加し、窒素還元触媒３７に吸着されたＳＯXを無害な硫黄に還元した状態で大気中に排出する。また、この触媒再生判定部４９は、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量，クランク角センサ４６からの検出信号に基づいて算出されるエンジン回転数，アクセル開度センサ４１によって検出されるアクセル開度，触媒温度センサ４７によって検出される窒素還元触媒３７の温度などに基づいて予め設定されたマップから、窒素還元触媒３７に捕捉されたＮＯXの積算量を読み出し、これが所定量を越えている場合、ＮＯX用の触媒再生モードにあると判断する。このＮＯX用の触媒再生モードにおいては、排気通路１３中に燃料添加弁３８から所定量の燃料をＮＯXの還元剤として添加し、ＮＯXを無害な窒素ガスに還元した状態で大気中に排出する。
【００３０】
この場合、周知のようにＮＯX用の触媒再生モードにおける燃料の添加が１回か２回程度で終了するのに対し、ＳＯX用の触媒再生モードにおける燃料の添加が３回以上の複数回に亙って行なわれる点で、ＳＯX用とＮＯX用とで再生処理が基本的に相違するが、何れの場合においても、窒素還元触媒３７の温度が所定値を越えないように、１回当たりの燃料の添加量および添加時期が適切に設定される。
【００３１】
添加量算出部５０は、空燃比センサ４８によって検出された空燃比と、エアフローセンサ４２によって検出された吸入空気量とに基づき、燃料添加弁３８から排気通路１３内に添加された還元剤としての燃料の量を算出する。なお、燃料添加弁３８の駆動時に燃料噴射弁１１からも燃料が噴射されている場合、燃料噴射量設定部３４からの情報を用いて燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量を減算補正する必要があることは言うまでもない。
【００３２】
添加量設定部５１は、空燃比センサ４８による検出値に基づき、窒素還元触媒３７よりも下流側の排気通路１３中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるような燃料添加弁３８からの燃料の添加量を設定する。設定された燃料添加量は添加量補正部５４に出力される。なお、触媒再生モードの開始直後において燃料添加弁３８から最初に排気通路１３内に供給される燃料の添加量は、目標空燃比よりもリーンとなるような所定量に予め設定されている。
【００３３】
比較部５２は、添加量算出部５０によって算出された還元剤、つまり燃料の計測添加量ＱＣと、添加量設定部５１により設定されて燃料添加弁３８から排気通路１３内に実際に添加された燃料の量ＱＲとから添加量比ＱＣ/ＱＲを算出する。
【００３４】
空燃比補正部５３には、添加量比ＱＣ/ＱＲと空燃比誤差との関係を表す図３に示す如きグラフが予め記憶されており、この空燃比補正部５３は、上述した比較部５２による比較結果に基づき、空燃比センサ４８による検出値に対して図３に示す如きグラフから取得された空燃比誤差を加算すべく補正する。
【００３５】
添加量補正部５４は、空燃比補正部５３により補正された空燃比に基づき、添加量設定部５１にて設定された燃料添加量を補正して目標添加量を添加弁駆動制御部３９に出力する。本実施形態においては、この目標添加量ＱＯを次のように算出している。まず空燃比補正部５３にて補正された空燃比の最小値Ｒｍを求め、この時の燃料の添加量ＱｍをＱｍ＝(Ａ/Ｒｍ)Ｇから算出する。ここで、Ａはエアフローセンサ４２によって検出される吸入空気量，Ｇは予め設定された燃料の比重である。また、目標空燃比ＲOに対応した目標燃料添加量ＱＯは(Ａ/ＲO)Ｇとなるから、補正添加量ΔＱＣをＱＯ−Ｑｍで表すことができる。従って、目標添加量ＱＯは、ＱＲ＋ΔＱＣとなる。
【００３６】
添加弁駆動制御部３９は、添加量補正部５４から出力された目標添加量の燃料が設定された添加時期に排気通路１３内に添加されるよう、燃料添加弁３８の作動を制御する。図６は、触媒再生モードにおける空燃比センサ４８の出力変化を模式的に示す。ｔ１，ｔ２，ｔ３の添加時刻毎に空燃比センサ４８によって検出された空燃比の最小値Ｒｍが次第に目標空燃比ＲOに近づくが、空燃比誤差の分だけ目標空燃比ＲOに対して最小値Ｒｍが離れた状態で収束することが理解されよう。
【００３７】
このような本実施形態における排気ガス浄化方法の制御手順を図４に示す。まずＳ１のステップにて空燃比センサ４８の校正を行う。これは、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射を休止した運転状態における空燃比センサ４８の出力が２０.９％の酸素濃度を示すものであるとＥＣＵ２１が設定することで完了する。従って、これ以降、この出力値を基準として空燃比センサ４８の検出値がＥＣＵ２１に読み込まれる。
【００３８】
次に、Ｓ２のステップにて燃料添加弁３８が正常であるか否かをＥＣＵ２１が判定し、燃料添加弁３８が異常であると判断した場合、適切な触媒再生制御ができなくなるので何もせずに終了する。この場合、必要に応じて何らかの警告を発するようにしてもよい。本実施形態の場合、空燃比センサ４８の検出誤差が少ない領域、つまり炭化水素の濃度による影響をあまり受けない特定のリーン領域、例えば空燃比センサ４８によって検出される空燃比が１８程度となるように、添加弁駆動制御部３９によって燃料添加弁３８から燃料を排気通路１３中に予め短時間添加し、空燃比センサ４８の検出値が１８を中心として所定の範囲内に収まっている場合、この燃料添加弁３８が正常であるとＥＣＵ２１が判断する。
【００３９】
上述したＳ２のステップにて燃料添加弁３８が正常であるとＥＣＵ２１が判断した場合、Ｓ３のステップに移行し、触媒再生モードであるか否かを触媒再生判定部４９にて判定する。ここで触媒再生モードではないと判断した場合、燃料添加弁３８に対する制御を行う必要がないので、この制御フローを終了する。
【００４０】
一方、Ｓ３のステップにて触媒再生モードであると触媒再生判定部４９が判断した場合、Ｓ４のステップに移行し、判定結果に応じてＳＯX用またはＮＯX用の再生処理を窒素還元触媒３７に対して行う。
【００４１】
この窒素還元触媒３７の再生処理の手順を図５に示す。すなわち、Ｓ１１のステップにて窒素還元触媒３７よりも下流側の排気通路１３中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比ＲOとなるように、空燃比センサ４８からの検出値に基づき、燃料添加弁３８からの燃料の添加量ＱＲが添加量設定部５１にて設定される。この設定添加量ＱＲに関する情報は比較部５２および添加弁駆動制御部３９にそれぞれ出力される。
【００４２】
一方、Ｓ１２のステップにて空燃比センサ４８により検出された空燃比と、エアフローセンサ４２により検出された吸入空気量とに基づき、添加量算出部５０が排気通路１３中に添加された燃料の量ＱＣを算出する。この算出された燃料添加量ＱＣもまた、比較部５２に出力される。
【００４３】
次に、算出された燃料の計測添加量ＱＣと、燃料添加弁３８から実際に排気通路１３中に添加された燃料の量ＱＲとを比較部５２がＳ１３のステップにて比較し、この比較結果である添加量比ＱＣ/ＱＲに基づいて空燃比補正部５３から読み出される空燃比誤差を用い、空燃比センサ４８により検出された空燃比が補正される。
【００４４】
しかる後、Ｓ１４のステップに移行してこの補正された空燃比に基づき、添加量補正部５４が補正添加量ΔＱＣを算出し、さらにＳ１５のステップにて添加量設定部５１にて設定された燃料添加量ＱＲを補正し、排気通路１３中に添加される燃料の量、つまり目標添加量ＱＯを添加弁駆動制御部３９に出力する。添加弁駆動制御部３９は、添加量補正部５４から出力された目標添加量ＱＯの燃料を設定された添加時期に排気通路１３内に添加する。
【００４５】
このようにして適切な量の燃料が燃料添加弁３８から排気通路１３内に添加され、窒素還元触媒３７の再生処理が適切に行われる。
【００４６】
上述した実施形態では、比較部５２での比較結果に基づき、空燃比センサ４８により検出された空燃比の値を添加量比ＱＣ/ＱＲの値に応じて補正し、目標空燃比との差分に相当する燃料をフィードバック制御により燃料添加弁３８から排気通路１３内に供給するようにしている。しかしながら、比較部５２での比較結果に基づき、目標空燃比を添加量比ＱＣ/ＱＲの値に応じて補正し、空燃比センサ４８により検出された空燃比との差分に相当する還元剤としての燃料の添加量を補正するようにしても同じ結果を得ることができる。
【００４７】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。例えば、上述した実施形態においては、窒素還元触媒３７の再生処理に対して説明したが、火花点火式内燃機関に装備される三元触媒を再生処理する場合に燃料を添加して理論空燃比よりもリッチ状態に制御したり、あるいは硫黄被毒回復処理の場合にも本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による排ガス浄化装置を圧縮点火機関に応用した一実施形態における車両の主要部を模式的に表す概念図である。
【図２】図１に示した実施形態における制御ブロック図である。
【図３】実際の燃料添加量に対するセンサの検出値から算出された燃料添加量の割合と、空燃比との関係を表すグラフである。
【図４】図１に示した実施形態における主たる制御手順のフローチャートである。
【図５】図４に示した触媒再生処理における詳細な作業手順を表すフローチャートである。
【図６】図１に示した実施形態の触媒再生処理中にて空燃比センサによる検出値の変化を模式的に表すグラフである。
【図７】空燃比センサの検出特性を表すグラフである。
【図８】排気ガス中の炭化水素の濃度と、実際の燃料添加量に対するセンサの検出値から算出された燃料添加量の割合との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１０  エンジン
１１  燃料噴射弁
１２  燃焼室
１３  排気通路
１４  吸気通路
１５  排気ガス還流（ＥＧＲ）装置
１６  排気管
１７  吸気管
１８  ＥＧＲ通路
１９  ＥＧＲ管
２０  ＥＧＲ弁
２１  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２２  ＥＧＲ判定部
２３  ＥＧＲ量設定部
２４  ＥＧＲ弁駆動制御部
２５  吸気ポート
２６  排気ポート
２７  シリンダヘッド
２８  吸気弁
２９  排気弁
３０  動弁機構
３１  エアクリーナ
３２  サージタンク
３３  ピストン
３４  燃料噴射量設定部
３５  噴射弁駆動制御部
３６  前処理触媒
３７  窒素還元触媒
３８  燃料添加弁
３９  添加弁駆動制御部
４０  アクセルペダル
４１  アクセル開度センサ
４２  エアフローセンサ
４３  シリンダブロック
４４  連接棒
４５  クランク軸
４６  クランク角センサ
４７  触媒温度センサ
４８  空燃比センサ
４９  触媒再生判定部
５０  添加量算出部
５１  添加量設定部
５２  比較部
５３  空燃比補正部
５４  添加量補正部
ＱＣ  添加量算出部にて算出される燃料の添加量
ＱＲ  添加量設定部にて設定された燃料の添加量
ＱＯ  目標添加量
ΔＱＣ  補正添加量
ｔ１,ｔ２,ｔ３  燃料の添加時期
【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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