(57)【要約】【課題】排気温度と触媒温度との間には大きな差が生じる場合であっても、酸化能を有する触媒の温度を効率よく上昇させることを目的とする。【解決手段】排気温度と触媒温度との両方の温度に基づいて、触媒に流入する排気ガス中の燃料成分（特に、ＣＯ量の割合）を決める。触媒温度と排気温度とが共に高い場合には、ＨＣを供給し（Ｓ１０６）、触媒温度と排気温度とが共に低い場合には、ＨＣよりも低温で酸化反応が進行するＣＯを供給し（Ｓ１０８）、触媒温度は高いが排気温度は低い場合、または、触媒温度は低いが排気温度は高い場合には、ＣＯ及びＨＣを供給する（Ｓ１０７）。Ｓ１０７では、ＣＯ及びＨＣを供給することにより、低温域でＣＯを酸化反応させ、その反応熱により触媒の温度を上昇させて、ＨＣの酸化反応を進行させることができるので、触媒の温度を効率よく上昇させることができる。【選択図】  図２
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【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、酸化能を有する触媒と、
前記触媒の温度を推定又は検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒に流入する排気ガスの温度を推定又は検出する排気温度検出手段と、
前記触媒温度検出手段により推定又は検出された触媒温度が第１の所定温度以上であるかどうかを判定し、さらに、前記排気温度検出手段により推定又は検出された排気温度が第２の所定温度以上であるかどうかを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記触媒温度は前記第１の所定温度より低いと判定された場合と、前記排気温度は前記第２の所定温度より低いと判定された場合とのうち少なくともいずれかの場合に、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量を増大させるＣＯ量増大手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能を有する触媒と、
前記触媒の温度を推定又は検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒に流入する排気ガスの温度を推定又は検出する排気温度検出手段と、
前記触媒温度検出手段により推定又は検出された触媒温度が第１の所定温度以上であるかどうかを判定し、さらに、前記排気温度検出手段により推定又は検出された排気温度が第２の所定温度以上であるかどうかを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記触媒温度は前記第１の所定温度より低いと判定された場合と、前記排気温度は前記第２の所定温度より低いと判定された場合とのうちいずれかの場合に、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量，ＨＣ量をそれぞれ増大させるＣＯ量増大手段，ＨＣ量増大手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＣＯ量増大手段は、さらに、前記判定手段により前記触媒温度が前記第１の所定温度より低いと判定され、かつ、前記排気温度が前記第２の所定温度より低いと判定された場合においても、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量を増大させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＨＣ量増大手段は、さらに、前記判定手段により前記触媒温度が前記第１の所定温度以上であると判定され、かつ、前記排気温度が前記第２の所定温度以上であると判定された場合においても、前記触媒に流入する排気ガス中のＨＣ量を増大させることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ＣＯ量増大手段は、所定の温度域において、前記触媒温度が前記第１の所定温度に対して低いほど、又は、前記排気温度が前記第２の所定温度に対して低いほど、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量を増大させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能を有する触媒と、
前記触媒に流入する排気ガスの温度を推定又は検出する排気温度検出手段と、
前記触媒の温度を推定又は検出する触媒温度検出手段と、
前記排気温度検出手段と前記触媒温度検出手段との両方の検出結果に基づいて、前記排気温度検出手段により推定又は検出された排気温度と、前記触媒温度検出手段により推定又は検出された触媒温度との間に、少なくとも、所定値以上の温度差が生じた場合に、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量を増大させるＣＯ量増大手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記ＣＯ量増大手段は、さらに、前記触媒温度が第１の所定温度より低く、かつ、前記排気温度が第２の所定温度より低い場合においても、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量を増大させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記触媒に流入する排気ガス量を推定又は検出する排気流量検出手段をさらに有し、
前記ＣＯ量増大手段は、前記排気流量検出手段により推定又は検出された排気ガス量が多いほど、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量を増大させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する手段であって、前記触媒からの熱によって昇温することにより、捕集した粒子状物質の酸化除去が行われるＰＭ捕集手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化技術として、内燃機関（特に希薄燃焼エンジン、ディーゼルエンジン）の排気系に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と記す場合もある）を配置して、リーンな空燃比での運転時に排気ガス中の窒素酸化物（以下、単にＮＯｘと記す場合もある）を大気中に放出する前に該ＮＯｘ触媒上に一時的に保持する技術が知られている。
【０００３】
そして、このようなＮＯｘ触媒において、触媒温度が低い場合は一酸化炭素（以下、単にＣＯと記す場合もある）を、触媒温度が高い場合は炭化水素（以下、単にＨＣと記す場合もある）を還元剤として供給することにより、広い温度域で高いＮＯｘ浄化率を得ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
これは、排気ガス中のＣＯ量が多いときには触媒温度が低いときにＮＯｘ浄化率が高くなり、排気ガス中のＨＣ量が多いときには触媒温度が高いときにＮＯｘ浄化率が高くなることによるものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６４９２８号公報
【特許文献２】
特開平１０−４７０４８号公報
【特許文献３】
特開平０６−１０８８２７号公報
【特許文献４】
特開昭６０−４３１１３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＮＯｘ触媒に還元剤として燃料を使用する場合においては、燃料の供給量が少ないため、排気温度と触媒温度とは略等しくなる。このため、特許文献１のように、触媒温度を検出して触媒温度に応じて排気ガス中のＣＯ量を調整することによって高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。
【０００７】
しかしながら、排気温度と触媒温度との間には大きな差が生じる場合がある。例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタの酸化除去処理実行時（強制再生時）においては、温度上昇が目的であるため、燃料供給量が多くなり、排気温度と触媒温度との差が、４００℃以上となる場合もある。このような場合であって、触媒温度が高く、排気温度が低い場合に、触媒温度が高いことに従いＨＣ量を増大させると、触媒が上流側から徐々に冷やされてしまい、触媒でのＨＣ浄化率が下がり、ＨＣスリップ・白煙が発生してしまうおそれがある。（ここで、ＨＣスリップとは、ＨＣがそのまま大気中に放出されてしまうことをいい、白煙にならない状態のものを含む。）また、触媒温度が低く、排気温度が高い場合に、触媒温度が低いことに従いＣＯ量を増大させると、触媒の温度がなかなか上がらなくなってしまうことが考えられる。これは、ＣＯが酸化する場合の発熱量はＨＣの場合よりも小さく、またＣＯを大量に発生させることが困難なことによる。
【０００８】
このため、排気ガス中に供給する成分を触媒温度のみに基づいて決めることはできない。
【０００９】
本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、排気温度と触媒温度との間には大きな差が生じる場合であっても、酸化能を有する触媒の温度を効率よく上昇させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を採用した。
【００１１】
すなわち、酸化能を有する触媒に流入する排気ガスの温度を推定又は検出する排気温度検出手段と、前記触媒の温度を推定又は検出する触媒温度検出手段と、を備え、前記排気温度検出手段と前記触媒温度検出手段との両方の検出結果、すなわち、排気温度と触媒温度との両方の温度に基づいて、前記触媒に流入する排気ガス中の還元剤としての燃料成分を決める（特に、ＣＯ量（排気ガス中のＣＯ量の割合、濃度）を増大させるかどうかを決める）ことを要旨とする。
【００１２】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、具体的には、
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能を有する触媒と、
前記触媒の温度を推定又は検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒に流入する排気ガスの温度を推定又は検出する排気温度検出手段と、前記触媒温度検出手段により推定又は検出された触媒温度が第１の所定温度以上であるかどうかを判定し、さらに、前記排気温度検出手段により推定又は検出された排気温度が第２の所定温度以上であるかどうかを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記触媒温度は前記第１の所定温度より低いと判定された場合と、前記排気温度は前記第２の所定温度より低いと判定された場合とのうち少なくともいずれかの場合に、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量を増大させるＣＯ量増大手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
ＣＯは、触媒上においてはＨＣよりも低温で酸化反応が進行する。そこで、排気温度と触媒温度とのうち少なくともいずれかの温度が低い場合に、ＣＯ量を増大させることにより、低温域でＣＯを酸化反応させ、その際に発生する反応熱により、酸化能を有する触媒の温度を効率よく上昇させることができるものである。
【００１４】
排気温度と触媒温度との間に大きな差が生じた場合、例えば、触媒温度が高く、排気温度が低いような場合においては、温度の低い排気ガスによって触媒が上流側から冷やされてしまうが、このような場合に、ＣＯ量を増大させることにより、触媒温度の低下を抑制することができる。また、触媒温度が低く、排気温度が高いような場合においても、ＣＯ量を増大させることにより、低温からＣＯの酸化反応が進行することによって触媒の温度を上昇させることができる。
【００１５】
ここで、酸化能を有する触媒としては、酸化触媒やＮＯｘ触媒や三元触媒を例示することができ、ＮＯｘ触媒としては、選択還元型ＮＯｘ触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を例示することができる。
【００１６】
触媒温度検出手段としては、直接触媒の温度を検出するものであってもよいし、例えば、触媒の出口側（下流側）の排気通路内の温度を測定することにより推定してもよい。また、触媒の入口側（上流側）の排気通路内の温度と出口側の排気通路内の温度とから推定してもよい。
【００１７】
また、排気温度検出手段としては、触媒に流入する排気ガスを直接検出するものとして触媒の入口に設けられた温度センサを例示することができる。
【００１８】
また、第１及び第２の所定温度とは、触媒が活性化してＨＣの酸化反応がはじまる温度であり、第１及び第２の所定温度は同じ温度であってもよい。
【００１９】
また、ＣＯ量増大手段としては、内燃機関の圧縮行程での主燃料噴射に加えて、排気行程の上死点近傍又は吸気行程で気筒内に燃料を副次的に噴射するビゴム噴射や、膨張行程又は排気行程に気筒内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射（進角側：ポスト噴射のうち比較的早い時期、例えば、４０°ＡＴＤＣ（上死点後のクランク角４０°）に行なわれるもの）を例示することができる。
【００２０】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能を有する触媒と、
前記触媒の温度を推定又は検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒に流入する排気ガスの温度を推定又は検出する排気温度検出手段と、前記触媒温度検出手段により推定又は検出された触媒温度が第１の所定温度以上であるかどうかを判定し、さらに、前記排気温度検出手段により推定又は検出された排気温度が第２の所定温度以上であるかどうかを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記触媒温度は前記第１の所定温度より低いと判定された場合と、前記排気温度は前記第２の所定温度より低いと判定された場合とのうちいずれかの場合に、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量，ＨＣ量をそれぞれ増大させるＣＯ量増大手段，ＨＣ量増大手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２１】
上述したように、ＣＯは、触媒上においてＨＣよりも低温で酸化反応が進行するので、排気温度と触媒温度とのうちいずれかの温度が低い場合に、ＣＯ量及びＨＣ量を増大させることにより、排気温度と触媒温度との大きな温度差に起因して従来生じていた、ＨＣスリップ・白煙の発生や触媒温度の低下を抑制することができる。
【００２２】
例えば、触媒温度が高く、排気温度が低いような場合において、従来のように触媒温度が高いことに従いＨＣ量のみを増大させると、温度の低い排気が流入することによって触媒が上流側から徐々に冷やされてしまう。そして、ＨＣは低温において触媒での酸化に時間がかかるため、触媒の上流側での酸化反応があまり進行しない。触媒の上流側の温度が低下すると、有効に働く触媒の容量が減少するため、実質のスペースベロシティＳＶ（触媒の単位体積を単位時間内に通過する排気ガスの量）が上がり、触媒でのＨＣ浄化率が下がってしまい、ＨＣスリップ・白煙が発生してしまうことが考えられる。このような場合に、触媒上においてＨＣよりも低温で酸化反応が進行するＣＯの量をＨＣ量とともに増大させることにより、触媒が冷やされることを抑え（触媒温度の低下を抑制）、効率よく触媒温度を上昇させることができる。これにより、ＨＣスリップ・白煙の発生を抑制することができる。
【００２３】
また、触媒温度が低く、排気温度が高いような場合に、従来のように触媒温度が低いことに従いＣＯ量のみを増大させると、触媒の温度がなかなか上がらなくなってしまうことが考えられる。これは、ＣＯが酸化する場合の発熱量はＨＣの場合よりも小さく、またＣＯを大量に発生させることが困難なためであり、このような場合には、ＣＯ量とともにＨＣ量を増大させるとよい。これにより、低温域でＣＯの酸化反応が進行し、その反応熱により触媒の温度が上昇し、その状態でＨＣの酸化反応を進行させることができるので、従来のようにＣＯ量のみを増大させた場合よりも、触媒温度を効率よく上昇させることができ、ＨＣスリップ・白煙の発生を抑制することができる。
【００２４】
このように、排気温度検出手段と触媒温度検出手段とを備え、排気温度と触媒温度との両方の温度を把握（推定又は検出）して排気ガス中の燃料成分の割合を変えることによって、触媒の温度を効率よく上昇させることができ、排気温度と触媒温度との間に温度差が生じてしまうような場合に生じるＨＣスリップ・白煙の発生や触媒温度の低下を抑制することができる。
【００２５】
ここで、ＨＣ量増大手段としては、内燃機関の圧縮行程での主燃料噴射に加えて、膨張行程又は排気行程に気筒内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射（遅角側：ポスト噴射のうち比較的遅い時期、例えば、１００°ＡＴＤＣに行なわれるもの）や、触媒の上流から排気ガス中に還元剤たる燃料を添加する燃料添加弁を例示することができる。ＨＣをなるべく酸化させることなく触媒に供給することが望ましい。
【００２６】
上記の構成において、前記ＣＯ量増大手段は、さらに、前記判定手段により前記触媒温度が前記第１の所定温度より低いと判定され、かつ、前記排気温度が前記第２の所定温度より低いと判定された場合においても、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量を増大させることも好ましい。
【００２７】
触媒温度及び排気温度がともに低い場合には、ＣＯ量を増大させることにより、ＣＯの酸化反応を進行させて、触媒の温度を上昇させる。この場合に、ＨＣ量を増大させると、ＨＣは酸化反応が起こることなく触媒を通過してしまいＨＣスリップ・白煙が発生してしまうので、ＨＣ量増大手段は作動させない。
【００２８】
また、上記の構成において、前記ＨＣ量増大手段は、さらに、前記判定手段により前記触媒温度が前記第１の所定温度以上であると判定され、かつ、前記排気温度が前記第２の所定温度以上であると判定された場合においても、前記触媒に流入する排気ガス中のＨＣ量を増大させることも好ましい。
【００２９】
触媒温度及び排気温度がともに高い場合においては、ＨＣもＣＯと同様に酸化反応が素早く進行する。したがって、このような場合には、ＨＣ量を増大させることにより、より効率よく触媒の温度を上昇させることができる。ＨＣ量増大手段においては、筒内で酸化させると熱損失等があるため、直接燃料を触媒に供給するものの方が、より効率がよい。ＣＯを発生させるためには、ＨＣを筒内で部分酸化させる必要があり、効率が悪いため、この場合に、ＣＯ量増大手段は作動させない方が好ましい。
【００３０】
また、上記の構成において、前記ＣＯ量増大手段は、所定の温度域において、前記触媒温度が前記第１の所定温度に対して低いほど、又は、前記排気温度が前記第２の所定温度に対して低いほど、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量を増大させることも好ましい。
【００３１】
このことにより、ＣＯは、触媒上においてＨＣよりも低温で酸化反応が進行するので、触媒温度又は排気温度が低温になるほど、ＣＯ量を増大させることにより、触媒の温度を上昇させることができる。
【００３２】
ここで、所定の温度域とは、ＣＯが触媒において酸化され得る温度の範囲を意味するものであって、ＣＯ量を増大させる場合の温度の下限値を設けたものである。
【００３３】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能を有する触媒と、
前記触媒に流入する排気ガスの温度を推定又は検出する排気温度検出手段と、
前記触媒の温度を推定又は検出する触媒温度検出手段と、
前記排気温度検出手段と前記触媒温度検出手段との両方の検出結果に基づいて、前記排気温度検出手段により推定又は検出された排気温度と、前記触媒温度検出手段により推定又は検出された触媒温度との間に、少なくとも、所定値以上の温度差が生じた場合に、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量を増大させるＣＯ量増大手段と、
を備えることを特徴とする。
【００３４】
所定値以上の温度差としては、温度検出手段による誤差等によるものではなく、排気温度と触媒温度との温度が大きく異なる場合の差である。この温度差は、例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタの酸化除去処理実行時（強制再生時）において生じる場合には４００℃以上となることもある。このような温度差が生じる場合というのは、排気温度と触媒温度とのうちのいずれかの温度が、触媒が活性化してＨＣの酸化反応が始まる温度より低い温度となる場合である。したがって、このような場合に、ＣＯ量を増大させることにより、触媒の温度を効率よく上昇させることができる。
【００３５】
また、上記の構成において、前記ＣＯ量増大手段は、さらに、前記触媒温度が第１の所定温度より低く、かつ、前記排気温度が第２の所定温度より低い場合においても、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量を増大させることも好ましい。
【００３６】
このことにより、触媒温度と排気温度との間に所定値以上の温度差が生じた場合のみならず、触媒温度及び排気温度ともに低い場合においても、ＣＯ量を増大させることにより、触媒の温度を効率よく上昇させることができる。
【００３７】
また、上記の構成において、前記触媒に流入する排気ガス量を推定又は検出する排気流量検出手段をさらに有し、
前記ＣＯ量増大手段は、前記排気流量検出手段により推定又は検出された排気ガス量が多いほど、前記触媒に流入する排気ガス中のＣＯ量を増大させることも好ましい。
【００３８】
触媒に流入する排気ガス量が多い場合には、排気ガスが当たる触媒の上流側から熱が奪われ易くなり、触媒温度が下がり易くなってしまう。そこで、このような場合に、ＣＯ量を増大させることにより、触媒の温度が低下してしまうことを抑制することができる。排気流量検出手段としては、排気流量を直接測定するものであってもよいが、内燃機関の吸気系に導入される吸入空気量や吸入空気量の変化を検出することにより推定してもよい。
【００３９】
また、上記の構成において、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する手段であって、前記触媒からの熱によって昇温することにより、捕集した粒子状物質の酸化除去が行われるＰＭ捕集手段をさらに備えることも好ましい。
【００４０】
ＰＭ捕集手段としては、パティキュレートフィルタを例示することができる。そして、パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）量が所定量以上となった場合に、パティキュレートフィルタの温度を５００℃〜７００℃程度の高温域まで昇温させるための昇温処理が実行される。そして、この昇温処理として、上述したように、触媒でＨＣやＣＯを酸化させ、その際に発生する反応熱により触媒の温度を上昇させることによって実行するとよい。ここで、触媒はパティキュレートフィルタに担持されるものであってもよいし、触媒とパティキュレートフィルタとが独立して設けられているものであってもよい。
【００４１】
このようなパティキュレートフィルタの温度が高温となる場合においては、触媒温度と排気温度との間に大きな温度差が生じる場合があり、本発明は、このような場合に好適に適用することができる。
【００４２】
ここで、酸化能を有する触媒が、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒である場合（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタを含む）には、触媒温度と排気温度との間に大きな温度差が生じる場合として、ＳＯｘ（硫黄酸化物）被毒解消処理の実行時を例示することもできる。
【００４３】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、内燃機関としてディーゼルエンジンの排気浄化装置として具体化した一実施の形態について説明する。
【００４５】
図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関を説明するための概略断面図である。まず、内燃機関の基本構造及び機能について説明する。
【００４６】
図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンと称す）１は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程（爆発行程）及び排気行程の４サイクルを繰り返して出力を得るディーゼルエンジンである。エンジン１は、その内部に燃焼室（シリンダ）２を形成する。燃焼室２で発生する燃料の爆発力は、ピストン３及びコンロッド４を介してクランクシャフト７の回転力に変換される。また、燃焼室２には、吸気通路５の最下流部をなす吸気ポート５Ａと、排気通路６の最上流部をなす排気ポート６Ａとが設けられている。吸気ポート５Ａと燃焼室２との境界は吸気弁８によって開閉される。また、排気ポート６Ａと燃焼室２との境界は排気弁９によって開閉される。
【００４７】
また、エンジン１は、燃料噴射弁１０を備えている。燃料噴射弁１０は、高圧ポンプ（図示略）等によって加圧された軽油を、燃焼室２に適宜の量、適宜のタイミングで噴射供給する電磁駆動式開閉弁である。
【００４８】
エンジン１には、排気通路６が接続され、この排気通路６は、下流にてマフラー（図示略）と接続されている。そして、排気通路６の途中には、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、微粒子（ＰＭ、粒子状物質）等の排気ガス成分を浄化するための排気浄化手段１１が設けられている。
【００４９】
排気浄化手段１１は、排気ガス中の微粒子（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタに酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、三元触媒などの酸化能を有する触媒が担持されたものである（以下、フィルタ１１と記す）。
【００５０】
フィルタ１１より上流の排気通路６には、排気通路６内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する入口排気温度センサ１２が取り付けられている。
【００５１】
また、フィルタ１１より下流の排気通路６には、排気通路６内を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ１３と、フィルタ１１下流側近傍の排気通路６内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する出口排気温度センサ１４とが取り付けられている。
【００５２】
また、フィルタ１１より上流の排気通路６には、該排気通路６内を流通する排気ガス中に燃料を添加する燃料添加弁１５が取り付けられ、この燃料添加弁１５は燃料ポンプ（図示略）と接続されている。
【００５３】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等からなる論理演算回路を備え、各種センサの信号に基づいてエンジン１の各種構成要素を統括制御する。
【００５４】
ＥＣＵ２０には、空燃比センサ１３、入口排気温度センサ１２、出口排気温度センサ１４、エンジン１に取り付けられたクランクポジションセンサ１６、運転者によるアクセルペダル（図示略）の踏込量に応じた信号を出力するアクセルポジションセンサ（図示略）、及びエンジン１内を循環する冷却水の温度（冷却水温）に応じた信号を出力する水温センサ（図示略）、吸気通路５を通じて燃焼室２に導入される空気の流量（吸入空気量）に応じた信号を出力するエアフロメータ１７等、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。
【００５５】
一方、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁１０、燃料添加弁１５等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０が燃料噴射弁１０、燃料添加弁１５等を制御することが可能になっている。
【００５６】
また、ＥＣＵ２０は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ２０が入力した各種信号やＥＣＵ２０が演算して得られた各種制御値は、該ＥＣＵ２０のＲＡＭに一時的に記憶される。
【００５７】
更に、ＥＣＵ２０は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、或いはクランクポジションセンサ１６からのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理において、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って燃料噴射弁１０を制御する。
【００５８】
また、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ１６に基づく割り込み処理、或は一定時間毎の割り込み処理として、定期的に以下に述べるような排気浄化制御を実行する。
【００５９】
排気浄化制御では、ＥＣＵ２０は、フィルタ１１の酸化除去処理実行条件（以下、ＰＭ酸化除去処理実行条件と記す）が成立したときに、フィルタ１１に捕集されている微粒子（ＰＭ）を除去すべく、ＰＭ酸化除去処理を実行する。
【００６０】
ＰＭ酸化除去処理実行条件としては、フィルタ１１に捕集されているＰＭ量が、所定量以上であるという条件を例示することができる。例えば、当該所定量は、ＰＭがフィルタ１１に捕集されることによりフィルタ１１の目詰まりを起こし、この目詰まりが排気抵抗の増加を生じさせ、エンジンの出力低下を生じさせてしまう量である。
【００６１】
また、フィルタ１１に捕集されているＰＭ量が所定量以上であるか否かを判定する方法としては、フィルタ１１の前後差圧（フィルタ１１より上流の排気圧力とフィルタ１１より下流の排気圧力との差圧）が所定圧以上であるときにフィルタ１１に捕集されているＰＭ量が所定量以上であると判定する方法、或いは、前回のＰＭ酸化除去処理実行終了時からの燃料噴射量の積算値が所定量以上であるときにフィルタ１１に捕集されているＰＭ量が所定量以上であると判定する方法、等を例示することができる。
【００６２】
そして、上記したような方法によりＰＭ酸化除去処理実行条件が成立としていると判定された場合には、ＥＣＵ２０は、フィルタ１１の温度を５００℃〜７００℃程度の高温域まで昇温させるための昇温処理を実行する。
【００６３】
昇温処理の実行方法としては、ＨＣやＣＯをフィルタ１１に供給することにより、フィルタ１１に担持された触媒でＨＣやＣＯを酸化させ、その際に発生する反応熱によりフィルタ１１自体を昇温させるものである。
【００６４】
そして、本実施の形態の特徴として、触媒温度Ｔ１と排気温度Ｔ２とに基づいて、触媒に供給される排気ガス中のＨＣ及びＣＯの量（割合）を制御するものである。ここで、触媒温度Ｔ１は触媒温度検出手段により推定又は検出されるもので、実測値であると好ましいが、出口排気温度センサ１４により検出された温度を用いてもよく、入口排気温度センサ１２及び出口排気温度センサ１４により検出された温度から推定してもよい。また、排気温度Ｔ２は排気温度検出手段により推定又は検出されるもので、入口排気温度センサ１２により検出された温度を用いるとよい。
【００６５】
本実施の形態では、ＥＣＵ２０が判定手段として、触媒温度Ｔ１と排気温度Ｔ２とが、それぞれ所定温度Ｔａ，Ｔｂより大きいかどうかを判定し、その判定結果に基づいて、触媒に供給される排気ガス中のＨＣ及びＣＯの量（割合）を制御している。
【００６６】
すなわち、（１）触媒温度Ｔ１が所定温度Ｔａ以上であり、排気温度Ｔ２が所定温度Ｔｂ以上である場合、（２）触媒温度Ｔ１が所定温度Ｔａ以上であり、排気温度Ｔ２が所定温度Ｔｂより小さい場合、（３）触媒温度Ｔ１が所定温度Ｔａより小さく、排気温度Ｔ２が所定温度Ｔｂ以上である場合、（４）触媒温度Ｔ１が所定温度Ｔａより小さく、排気温度Ｔ２が所定温度Ｔｂより小さい場合、の４つの場合に基づいて制御を行うものである。
【００６７】
そして、前記（１）の場合においては、ＨＣ量増大手段により排気ガス中のＨＣ量を増大させ、また、前記（４）の場合においては、ＣＯ量増大手段により排気ガス中のＣＯ量を増大させることによりフィルタ１１の昇温処理を実行している。前記（２），（３）の場合においては、ＣＯ量増大手段及びＨＣ量増大手段により、排気ガス中のＣＯ量及びＨＣ量を増大させることによりフィルタの昇温処理を実行している。
【００６８】
ここで、所定温度Ｔａ及びＴｂは、フィルタ１１に担持された触媒が活性化してＨＣの酸化反応がはじまる温度であり、例えば、３００〜３５０℃に設定される。なお、所定温度Ｔａ及びＴｂは同じ温度であってもよいが、異なった温度としてもよい。
【００６９】
触媒に供給される排気ガス中のＣＯ及びＨＣの量の制御は、ＥＣＵ２０が、燃料噴射弁１０や燃料添加弁１５を制御することにより行なわれる。ここで、ＥＣＵ２０及び燃料噴射弁１０は、ＨＣ量増大手段及びＣＯ量増大手段を構成し、また、燃料添加弁１５はＨＣ量増大手段を構成している。
【００７０】
燃料噴射弁１０は、ＥＣＵ２０によって制御されることにより、ピストン３が圧縮上死点近傍に位置したときに燃料を主噴射するだけでなく、所定の運転状態においては気筒内に燃料を副次的に噴射する副噴射として、排気行程の上死点近傍又は吸気行程で気筒内に燃料を噴射するビゴム噴射や、膨張行程又は排気行程に気筒内に燃料を噴射するポスト噴射を行う。
【００７１】
ここで、ビゴム噴射、及び、ポスト噴射（進角側：ポスト噴射のうち比較的早い時期、例えば、４０°ＡＴＤＣに行なわれるもの）は排気ガス中のＣＯ量を増大することを目的として行われるものである。また、ポスト噴射（遅角側：ポスト噴射のうち比較的遅い時期、例えば、１００°ＡＴＤＣに行なわれるもの）は排気ガス中に還元剤としてのＨＣ量を増大させることを目的として行われるものである。尚、主噴射における燃料噴射弁１０の開弁時期及び開弁時間は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ２０により制御されるものである。
【００７２】
また、ＥＣＵ２０は、ＨＣ量増大手段として、触媒に供給される排気ガス中のＨＣの量の制御を、このポスト噴射の代わりにあるいはポスト噴射とともに燃料添加弁１５を制御することにより行なってもよい。燃料添加弁１５の制御においては、燃料添加弁１５から排気ガス中へ還元剤たる燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をフィルタ１１の触媒において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタ１１の温度を高めるようにするものである。
【００７３】
また、ＥＣＵ２０は、上述した制御を可能な限り組み合わせて採用することにより、触媒に供給される排気ガス中のＨＣ及びＣＯの量の制御を行うことができる。
【００７４】
昇温処理時における副噴射の量及び噴射時期は、触媒温度Ｔ１と排気温度Ｔ２と副噴射量又は副噴射時期との関係を予め実験等により導き出してマップ化しておきＲＯＭに記憶させておき、そのマップと触媒温度Ｔ１と排気温度Ｔ２とから算出するとよい。
【００７５】
そして、このようなＰＭ酸化除去処理が実行されると、フィルタに捕集されているＰＭが酸化され、フィルタからＰＭが除去されることになる。
【００７６】
以下、本実施の形態における排気浄化制御について、図２の排気浄化制御ルーチンを示すフローチャート図に沿って説明する。
【００７７】
この排気浄化制御ルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、或いはクランクポジションセンサ１６からのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ２０が実行するルーチンである。
【００７８】
排気浄化制御ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ず、ステップＳ１０１においてＰＭ酸化除去処理実行条件が成立しているか否かを判定する。そして、ＰＭ酸化除去処理実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２へ進み、ＰＭ酸化除去処理を実行開始する。具体的には、ＥＣＵ２０は、前述した昇温処理を実行する。ステップＳ１０１において、ＰＭ酸化除去処理実行条件が不成立であると判定された場合は、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行を終了する。
【００７９】
ステップＳ１０２においてＰＭ酸化除去処理を実行開始した後は、ステップＳ１０３へ進み、触媒温度Ｔ１が所定温度Ｔａ以上かどうかを判定する。触媒温度Ｔ１が所定温度Ｔａ以上であると判定された場合はステップＳ１０４へ進み、触媒温度Ｔ１が所定温度Ｔａより小さいと判定された場合はステップＳ１０５へ進む。
【００８０】
ステップＳ１０４においては、排気温度Ｔ２が所定温度Ｔｂ以上であるかどうかを判定する。排気温度Ｔ２が所定温度Ｔｂ以上であると判定された場合はステップＳ１０６へ進み、排気温度Ｔ２が所定温度Ｔｂより小さいと判定された場合はステップＳ１０７へ進む。
【００８１】
ステップＳ１０５においても、ステップＳ１０４と同様、排気温度Ｔ２が所定温度Ｔｂ以上であるかどうかを判定する。排気温度Ｔ２が所定温度Ｔｂ以上であると判定された場合はステップＳ１０７へ進み、排気温度Ｔ２が所定温度Ｔｂより小さいと判定された場合はステップＳ１０８へ進む。
【００８２】
ステップＳ１０６においては、ＨＣ量の増大処理（ＨＣ供給）が実行される。ＥＣＵ２０は、上述したように、燃料噴射弁１０にポスト噴射（遅角）を行わせることや、燃料添加弁１５から燃料を添加させることにより、排気ガス中のＨＣ量を増大させる。
【００８３】
このように、触媒温度と排気温度とが共に高い場合には、フィルタ１１にＨＣを供給することにより、ＨＣがフィルタ１１に担持された触媒上で酸化して、その反応熱によって、より効率よくフィルタ１１の温度を上昇させることができる。ステップＳ１０６においてＨＣ量の増大処理を実行した後は、ステップＳ１０９へ進む。
【００８４】
また、ステップＳ１０８においては、ＣＯ量の増大処理（ＣＯ供給）が実行される。ＥＣＵ２０は、上述したように、燃料噴射弁１０にビゴム噴射やポスト噴射（進角）を行わせることにより、排気ガス中のＣＯ量を増大させる。
【００８５】
このように、触媒温度と排気温度とが共に低い場合には、ＨＣよりも低温で酸化反応が進行するＣＯをフィルタ１１に供給することにより、低温においても、より効率よくフィルタ１１の温度を上昇させることができる。ステップＳ１０８においてＣＯ量の増大処理を実行した後は、ステップＳ１０９へ進む。
【００８６】
そして、ステップＳ１０７においては、ＣＯ量の増大処理及びＨＣ量の増大処理（ＣＯ＋ＨＣ供給）が同時に実行される。ＥＣＵ２０は、上述したように、排気ガス中のＣＯ量の増大を目的として、燃料噴射弁１０にビゴム噴射やポスト噴射（進角）を行わせるとともに、これに加えて、排気ガス中のＨＣ量の増大を目的として、ポスト噴射（遅角）や燃料添加弁１５からの燃料添加を行わせる。
【００８７】
このように、触媒温度は高いが排気温度は低い場合、または、触媒温度は低いが排気温度は高い場合には、ＣＯ及びＨＣをフィルタ１１に供給することにより、低温域でＣＯの酸化反応が進行し、その反応熱により触媒の温度が上昇した後、さらに、ＨＣの酸化反応を進行させることができるので、フィルタ１１の温度をより効率よく上昇させることができる。したがって、フィルタ１１の温度を低下させることなく、ＨＣスリップ・白煙の発生を抑制することができる。ステップＳ１０７において、ＣＯ量の増大処理及びＨＣ量の増大処理が実行された後は、ステップＳ１０９に進む。
【００８８】
ステップＳ１０９において、ＥＣＵ２０は、ＰＭ酸化除去処理実行終了条件が成立しているか否かを判定する。ＰＭ酸化除去処理実行終了条件としては、例えば、ＰＭ酸化除去処理の実行時間が予め定められた所定時間以上である、あるいは、上述のようにフィルタの前後差圧が所定圧以下である、等の条件を例示することができる。
【００８９】
なお、前記した所定時間は、例えば、フィルタのＰＭ捕集容量に応じて決定される時間であり、フィルタのＰＭ捕集容量が多くなるほど長く設定される時間である。また、前記した所定圧は、フィルタがＰＭを捕集していないときの前後差圧に相当する圧力である。
【００９０】
ステップＳ１０９においてＰＭ酸化除去処理実行終了条件が不成立であると判定された場合は、再度ステップＳ１０２以降の処理を実行する。ステップＳ１０９において、ＰＭ酸化除去処理実行終了条件成立であると判定された後は、ＰＭ酸化除去処理実行を終了して本ルーチンの実行を終了する。
【００９１】
ここで、ＥＣＵ２０は、排気流量検出手段として、エアフロメータ１７により検出された吸入空気量又は吸入空気量の変化からフィルタ１１に流入する排気ガス量又は排気ガス量の変化を推定し、推定された排気ガス量が多いほどＣＯ量を増大させることも好適である。ＣＯ量を増大させることによって、フィルタ１１に流入する排気ガス量が多くなることによりフィルタ１１の上流側から熱が奪われてフィルタ１１の温度が低下してしまうことを抑制することができる。
【００９２】
この制御は、図３に示すステップＳ２０１，Ｓ２０２のように、図２に示した排気浄化制御ルーチンにおいてステップＳ１０９の前に行われると好ましい。ステップＳ２０１においては、排気ガス量が多いかどうかを判定し、排気ガス量が多い場合には、ステップＳ２０２に進みＣＯ量を増大させた後、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ２０１において排気ガス量が多くないと判定された場合には、ステップＳ１０９に進む。
【００９３】
このように、本実施の形態においては、ＥＣＵ２０が、ＰＭ酸化除去処理を実行する場合において、触媒温度と排気温度とに基づいて、燃料の成分としてＣＯやＨＣを、フィルタ１１（フィルタ１１に担持された触媒）に供給することによって、フィルタ１１（フィルタ１１に担持された触媒）の温度をより効率よく上昇させることができる。これにより、フィルタ１１の温度（フィルタ１１に担持された触媒の温度）の低下や、ＨＣスリップ・白煙の発生を抑制しつつ、ＰＭを効率よく酸化することが可能となる。
【００９４】
なお、本実施の形態においては、フィルタ１１のＰＭ酸化除去処理を実行した場合について説明したが、本発明は触媒温度と排気温度との間に大きな差が生じた場合であれば好適に適用することができる。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の排気浄化装置において、排気温度と触媒温度との間には大きな差が生じる場合であっても、酸化能を有する触媒の温度を効率よく上昇させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の概略図。
【図２】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の制御ルーチンを示すフローチャート図。
【図３】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の制御ルーチンを示すフローチャート図。
【符号の説明】
１  エンジン
２  燃焼室
３  ピストン
４  コンロッド
５  吸気通路
５Ａ  吸気ポート
６  排気通路
６Ａ  排気ポート
７  クランクシャフト
８  吸気弁
９  排気弁
１０  燃料噴射弁
１１  フィルタ
１２  入口排気温度センサ
１３  空燃比センサ
１４  出口排気温度センサ
１５  燃料添加弁
１６  クランクポジションセンサ
１７  エアフロメータ
２０  ＥＣＵ
【図１】
2004346877.tif 000003
【図２】
2004346877.tif 000004
【図３】
2004346877.tif 000005