(57)【要約】【課題】燃料の分子量に影響されない排気の空燃比のフィードバック制御を行うことで、エミッションの悪化を防止する圧縮着火内燃機関の排気浄化システムを提供する。【解決手段】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を、該触媒の下流を流れる排気の空燃比を検出する排気空燃比センサの検出値に基づいてフィードバック制御するときに、燃焼室内への燃料の噴射時期または噴射回数を調整することによって該フィードバック制御を行う場合と、排気に燃料を添加することで該フィードバック制御を行う場合とで、それぞれのフィードバック制御に対応したフィードバック制御のパラメータの補正（Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５）を行う。【選択図】図３
2004316458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室から排出される排気に含まれるＮＯｘを吸蔵、還元して排気の浄化を行うＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の下流を流れる排気の空燃比を検出する排気空燃比センサと、
前記排気空燃比センサによって検出される排気の空燃比に基づいて、前記燃焼室内への燃料の噴射時期または噴射回数を調整することによって前記ＮＯｘ触媒へ供給される排気の空燃比をフィードバック制御する第一フィードバック制御手段と、
前記排気空燃比センサによって検出される排気の空燃比に基づいて、排気に燃料を添加することによって前記ＮＯｘ触媒へ供給される排気の空燃比をフィードバック制御する第二フィードバック制御手段と、
これら前記第一フィードバック制御手段と前記第二フィードバック制御手段との少なくとも何れかを圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて選択するフィードバック制御選択手段と、
前記フィードバック制御選択手段によって選択された前記フィードバック制御手段に対応したフィードバック制御のパラメータの補正を行う補正手段と、を備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記補正手段によって補正されるフィードバック制御のパラメータは、前記第一フィードバック制御手段および前記第二フィードバック制御手段によるフィードバック制御における前記排気空燃比センサの検出値、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比の目標値の少なくとも何れかであって、
前記パラメータが前記排気空燃比センサの検出値であるときは、前記補正手段は該排気空燃比センサの検出値をリッチ側の値に補正し、
前記パラメータが前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比の目標値であるときは、前記補正手段は該目標値をリーン側の値に補正することを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記補正手段によって前記排気空燃比センサの検出値を補正するとき、
前記補正手段は、前記第二フィードバック制御手段によるフィードバック制御実行時の該検出値を、前記第一フィードバック制御手段によるフィードバック制御実行時の該検出値の補正に比べよりリッチ側の値の空燃比に補正することを特徴とする請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記補正手段によって前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比の目標値を補正するとき、
前記補正手段は、前記第二フィードバック制御手段によるフィードバック制御実行時の該目標値を、前記第一フィードバック制御手段によるフィードバック制御実行時の該目標値の補正に比べよりリーン側の値の空燃比に補正することを特徴とする請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記第一フィードバック制御手段は、前記燃焼室から排出される排気の一部を再度燃焼室に循環させることで煤の発生を防止する低温燃焼制御が実行されるときに、前記フィードバック制御選択手段によって選択されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧縮着火内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記第二フィードバック制御手段は、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘの離脱を行うＳＯｘ被毒再生制御が実行されるときに、前記フィードバック制御選択手段によって選択されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧縮着火内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
更に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、もしくは前記ＮＯｘ触媒が排気中の粒子状物質を捕集するフィルタに担持されている前記圧縮着火内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記第二フィードバック制御手段は、前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化を行うフィルタ再生制御が実行されるときに、前記フィードバック制御選択手段によって選択されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧縮着火内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室から排出される排気の浄化を行うＮＯｘ触媒を用いた圧縮着火内燃機関の排気浄化システムに関し、特に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を制御する圧縮着火内燃機関の排気浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮着火内燃機関、特に希薄燃焼を行う圧縮着火内燃機関から排出される排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化すべく吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が開発されている。この吸蔵還元型のＮＯｘ触媒は、触媒周囲の雰囲気が高酸素濃度状態である場合は排気中に含まれるＮＯｘを触媒内へと吸蔵し、触媒周囲の雰囲気が低酸素濃度状態で且つ還元成分である燃料の未燃成分が存在している場合等は、触媒内に吸蔵されているＮＯｘを還元することで、排気の浄化を行う触媒である。
【０００３】
吸蔵還元型のＮＯｘ触媒においては、ＮＯｘと同様に排気中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）も吸蔵される。このＳＯｘの吸蔵量が増加するに従い、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力が低減する問題が発生する。そこで、ＳＯｘの吸蔵量が増大したＮＯｘ触媒の温度を上昇させるとともに、ＮＯｘ触媒を燃料の未燃成分が存在している雰囲気に曝すことによって、ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＳＯｘを該触媒から離脱させ、以てＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復させる。
【０００４】
そのような場合、ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を制御して、ＮＯｘ触媒周囲の空燃比を調整する必要がある。そのために、ＮＯｘ触媒の下流に備えられた排気空燃比センサによって排気の空燃比を検出し、その検出値に基づいてＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比をフィードバック制御することが行われる。また、排気の空燃比は、燃焼室から排出される排気に直接燃料を添加する手段によって、又は燃焼室における燃料の噴射量や噴射時期を調整することで燃焼室から排出される排気中に一定量の未燃成分を含有させる手段等によって、調整される。
【０００５】
しかし、フィードバック制御のパラメータである排気の空燃比を検出する排気空燃比センサは、排気に含まれる燃料の分子量によって検出値が実際の空燃比から乖離する減少が生じる。そのような状態では、正確な排気の空燃比のフィードバック制御を行うことができず、結果として白煙等が発生する虞があるため、空燃比センサの検出値に対して一律の補正を行う技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−８９３５０号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２９８５５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を、排気の空燃比を検出する空燃比センサの検出値に基づいて、フィードバック制御する場合には、空燃比センサの検出値が実際の空燃比と乖離する現象が生じるため、空燃比センサの検出値を補正する。しかし、上記空燃比センサに生じる検出値の乖離の程度は、排気に含まれる燃料の分子量に依存するものであるため、当該補正を燃料の分子量にかかわらず一律の補正とすると、やはり正確なフィードバック制御が行われない虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、排気の空燃比のフィードバック制御における制御パラメータをより適正に補正することで、ＮＯｘ触媒に供給される排気に含まれる燃料の分子量に影響されずにより正確なフィードバック制御を実現することで、エミッションの悪化を防止する圧縮着火内燃機関の排気浄化システムを提供をするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、排気の空燃比をフィードバック制御する際に、排気に含まれる燃料の量を調整する手段に着目した。これは、排気に含まれる燃料の量を調整する手段によっては、燃料を含ませる時点での排気の温度等が異なるため、その時期等によって排気中の燃料の分子量が変動し、以て先述した空燃比センサの検出値の乖離現象の程度が異なるためである。
【００１０】
そこで、燃焼室から排出される排気に含まれるＮＯｘを吸蔵、還元して排気の浄化を行うＮＯｘ触媒を有する圧縮着火内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ触媒の下流を流れる排気の空燃比を検出する排気空燃比センサと、前記排気空燃比センサによって検出される排気の空燃比に基づいて、前記燃焼室内への燃料の噴射時期または噴射回数を調整することによって前記ＮＯｘ触媒へ供給される排気の空燃比をフィードバック制御する第一フィードバック制御手段と、前記排気空燃比センサによって検出される排気の空燃比に基づいて、排気に燃料を添加することによって前記ＮＯｘ触媒へ供給される排気の空燃比をフィードバック制御する第二フィードバック制御手段と、これら前記第一フィードバック制御手段と前記第二フィードバック制御手段との少なくとも何れかを圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて選択するフィードバック制御選択手段と、前記フィードバック制御選択手段によって選択された前記フィードバック制御手段に対応したフィードバック制御のパラメータの補正を行う補正手段と、を備える。
【００１１】
前記第一フィードバック制御手段と前記第二フィードバック制御手段とは、ともに前記排気空燃比センサによって検出された排気の空燃比に基づいて、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を目標となる空燃比（以下、「目標値」という）とすべくフィードバック制御する手段である。ここで、前記第一フィードバック制御手段は、排気に含まれる燃料の量を調整するに際しては、燃焼室内への燃料の噴射時期や噴射回数を調整することで行う。噴射時期を調整することによって排気に含まれる燃料の量を調整する例として、燃焼室への燃料噴射時期を遅角側に移行させる遅角噴射が挙げられる。また、噴射回数を調整することによって排気に含まれる燃料の量を調整する例として、通常の燃料噴射である圧縮行程上死点近傍での燃料噴射より以降に別途行う後噴射が挙げられる。ここで、遅角噴射や後噴射等の前記第一フィードバック制御手段において使用される燃料の噴射を、以下「燃焼室噴射」という。
【００１２】
燃焼室噴射は、少なくとも一部の燃料が燃焼された雰囲気に燃料を噴射するため、燃焼室噴射による燃料は高温雰囲気に曝され、燃料を構成する炭化水素の連鎖数が小さくなり、燃料の分子量も比較的短くなる。しかし、燃焼室噴射による燃料の噴射量が増加すると、噴射燃料が燃焼し、それによって機関トルクが増加するため、圧縮着火内燃機関を備える車両が振動し運転性が悪化する。従って、燃焼室噴射による燃料の噴射量には、一定の限度がある。
【００１３】
また、前記第二フィードバック制御手段は、排気に含まれる燃料の量を調整するに際しては、前記第一フィードバック制御手段とは異なり、燃焼室から排出された排気に燃料を添加することで、排気の空燃比をその目標値とする。燃焼室から排出された排気の温度は、燃焼室内での燃焼により発生した燃焼ガスより低いため、前記第二フィードバック制御手段によって排気に添加された燃料は、前記第一フィードバック制御手段での燃焼室噴射によって噴射された燃料より比較的低い温度の雰囲気に曝されるため、燃料を構成する炭化水素が燃焼室噴射による燃料と比べ比較的大きくなり、燃料の分子量も比較的大きくなる。しかし、前記第二フィードバック制御手段によって排気に添加された燃料は、機関トルクに反映されることはないため、先述したような圧縮着火内燃機関を備える車両の運転性の悪化は起こらず、これを理由として排気への添加量が制限されることはない。
【００１４】
そこで、前記フィードバック制御選択手段は、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比をフィードバック制御するときは、圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて前記第一フィードバック制御手段と前記第二フィードバック制御手段の少なくとも何れかを選択する。即ち、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気に含まれる燃料は、その炭化水素の連鎖数が小さくなるに従い前記ＮＯｘ触媒での還元剤としての作用が向上するため、その炭化水素の連鎖数が小さいこと、即ち燃料の分子量が小さい方が好ましい。そこで、圧縮着火内燃機関を備える車両の運転性が悪化しない程度に前記ＮＯｘ触媒に供給する排気に含まれる燃料の量が少ない圧縮着火内燃機関の運転状態のときには、前記第一フィードバック制御手段によって前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を制御し、それ以外の場合は前記第二フィードバック制御手段によって前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を制御する。また、圧縮着火内燃機関の運転状態によっては、前記第一フィードバック制御手段と前記第二フィードバック制御手段を併用しても構わない。
【００１５】
ここで、前記排気空燃比センサは、センサ部分が主にジルコニア等の固体電解質で構成され、該固体電解質の内部を酸素イオンが移動することによって該固体電解質に発生する電位差を、該固体電解質表面に設けられた電極によって感知することで検出される酸素濃度を基に空燃比を検出するセンサである。具体的には、ジルコニア型酸素センサ等が挙げられる。しかし、排気空燃比センサは該固体電解質表面上を多孔質部材からなる拡散抵抗層で覆われていること等に依り、前記排気空燃比センサがセンシングする雰囲気中の燃料の分子量が大きくなると、前記排気空燃比センサによって検出される空燃比の値が本来の空燃比の値からリーン側に乖離する傾向がある。
【００１６】
従って、前記フィードバック制御選択手段を介して選択されるフィードバック制御手段によっては、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気に含まれる燃料の分子量が異なる。その結果、仮にたとえ同量の燃料を燃焼室噴射によって噴射もしくは排気中に添加しても、前記排気空燃比センサにおける検出特性、即ち本来の空燃比の値からリーン側に乖離する傾向が相異することになり、同一の排気空燃比センサによる検出値に基づいて、前記第一フィードバック制御手段によるフィードバック制御と前記第二フィードバック制御手段によるフィードバック制御が、同じ条件下で行われても、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を正確に制御するのが困難となる。
【００１７】
そこで、前記補正手段によって、前記フィードバック制御選択手段を介して選択されるフィードバック制御手段に対応して、フィードバック制御のパラメータに対してそれぞれ異なる補正を行う。即ち、選択されるフィードバック制御手段によって前記ＮＯｘ触媒に供給される排気に含まれる燃料の分子量が相異することに着目し、燃料の分子量が異なることで排気空燃比センサの検出特性が異なるため、それぞれのフィードバック制御手段毎に適したフィードバック制御のパラメータの補正を行うものである。
【００１８】
これによって、上記の圧縮着火内燃機関の排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒に供給される排気に含まれる燃料の分子量に影響されずに、より正確な排気の空燃比のフィードバック制御を実現すること可能となり、以てエミッションの悪化を防止する。
【００１９】
ここで、前記補正手段によって、補正される排気の空燃比のフィードバック制御におけるパラメータには、前記第一フィードバック制御手段および前記第二フィードバック制御手段によるフィードバック制御における前記排気空燃比センサの検出値、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比の目標値の少なくとも何れかが挙げられる。そして、前記パラメータが前記排気空燃比センサの検出値であるときは、前記補正手段は該排気空燃比センサの検出値をリッチ側の値に補正する。これは、排気空燃比センサの検出特性が、先述のように本来検出すべき空燃比よりリーン側に乖離する特性を有するため、フィードバック制御において、該排気空燃比センサの検出値をリッチ側の値に補正し、本来検出すべき空燃比とすることで、より正確なフィードバック制御が可能となる。
【００２０】
また、前記パラメータが前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比の目標値であるときは、前記補正手段は該目標値をリーン側の値に補正する。これは、排気空燃比センサの検出特性が、先述のように本来検出すべき空燃比よりリーン側に乖離する特性を有するため、該目標値を排気空燃比センサの検出特性に合わせて目標値もリーン側の値に補正とすることで、フィードバック制御における偏差を調整し、より正確なフィードバック制御を可能とする。
【００２１】
また、排気空燃比センサの検出特性および目標値をともに補正しても良いが、その場合は、両パラメータを補正することによるフィードバック制御への影響、即ち両パラメータの関連性を考慮して、補正するのが好ましい。
【００２２】
そして、これらのパラメータが、選択されたフィードバック制御手段に対応した補正が行われる。先ず、前記排気空燃比センサの検出値が補正されるときは、前記補正手段による補正は、前記第二フィードバック制御手段によるフィードバック制御実行時の該検出値を、前記第一フィードバック制御手段によるフィードバック制御実行時の該検出値の補正に比べ、よりリッチ側の値の空燃比とする補正が行われる。
【００２３】
先述した前記排気空燃比センサの検出特性の下、前記第二フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときの排気空燃比センサの検出特性は、前記第一フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときの排気空燃比センサの検出特性と比べて、前記排気空燃比センサによって検出される空燃比の値が本来の空燃比の値からリーン側に乖離する傾向が強くなる。そこで、前記排気空燃比センサの検出値の補正において、前記第二フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときは、前記第一フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときと比べて、前記排気空燃比センサの検出値をよりリッチ側の値に補正することで、フィードバック制御における検出値が本来の排気の空燃比により近づく値となる。その結果、いずれのフィードバック制御が実行されていても、排気の空燃比のフィードバック制御をより正確に行うことが可能となる。
【００２４】
次に、前記排気の空燃比の目標値が補正されるときは、前記補正手段による補正は、前記第二フィードバック制御手段によるフィードバック制御実行時の該目標値を、前記第一フィードバック制御手段によるフィードバック制御実行時の該目標値の補正に比べよりリーン側の値の空燃比とする補正が行われる。
【００２５】
先述した前記排気空燃比センサの検出特性の下、前記第二フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときの排気空燃比センサの検出特性は、前記第一フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときの排気空燃比センサの検出特性と比べて、前記排気空燃比センサによって検出される空燃比の値が本来の空燃比の値からリーン側に乖離する傾向が強くなる。そこで、前記排気の空燃比の目標値の補正において、前記第二フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときは、前記第一フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときと比べて、前記排気の空燃比の目標値をよりリーン側の値に補正することで、前記排気空燃比センサの検出値における本来の排気の空燃比からのリーン側への乖離の程度に追従させ、フィードバック制御における偏差を調整する。その結果、いずれのフィードバック制御が実行されていても、排気の空燃比のフィードバック制御をより正確に行うことが可能となる。
【００２６】
また、前記第一フィードバック制御手段は、前記燃焼室から排出される排気の一部を再度燃焼室に循環させることで煤の発生を防止する低温燃焼制御が実行されるときに、前記フィードバック制御選択手段によって選択される。ここで、低温燃焼とは、前記圧縮着火内燃機関が燃焼室から排出される排気の少なくとも一部を再度燃焼室内に循環させる排気再循環装置を備えている場合に、燃焼室内に供給されるＥＧＲガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給されるＥＧＲガスの量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる燃焼モードである。低温燃焼制御の実行時は、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比をリッチ状態にする頻度が高くない、該フィードバック制御に使用される単位時間あたりの燃料の量は少ない。従って、第一フィードバック制御手段は、低温燃焼時に選択されるのが好ましい。
【００２７】
また、前記第二フィードバック制御手段は、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘの離脱を行うＳＯｘ被毒再生制御が実行されるときに、前記フィードバック制御選択手段によって選択される。ＳＯｘ被毒再生制御では、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を、一定の頻度でリッチ状態とリーン状態に交互に繰り返す排気の空燃比のフィードバック制御が行われる。このとき排気の空燃比を比較的大きいリッチ状態とするため、該フィードバック制御に使用される燃料の量が多くなる。従って、第二フィードバック制御手段は、ＳＯｘ被毒再生制御が実行されているときに選択されるのが好ましい。
【００２８】
また、前記圧縮着火内燃機関の排気浄化システムが、更に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、もしくは前記ＮＯｘ触媒が排気中の粒子状物質を捕集するフィルタに担持されている場合は、前記第二フィードバック制御手段は、前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化を行うフィルタ再生制御が実行されるときに、前記フィードバック制御選択手段によって選択される。フィルタ再生制御では前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を、一定の空燃比とするフィードバック制御が行われる。このときフィルタ再生制御の行われる頻度は比較的高いため、該フィードバック制御に使用される単位時間あたりの燃料の量が多くなる。従って、第二フィードバック制御手段は、ＳＯｘ被毒再生制御が実行されているときに選択されるのが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施例＞
ここで、本発明に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化システムの実施例について図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される排気浄化システム、該排気浄化システムを含む圧縮着火内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【００３０】
圧縮着火内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火内燃機関である。また、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する料噴射弁３を備えている。料噴射弁３は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室４と接続されている。蓄圧室４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。
【００３１】
次に、圧縮着火内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、気筒２の燃焼室と吸気ポートを介して連通している。ここで、気筒２の燃焼室と吸気ポートとの連通は、吸気弁の開閉によって行われる。また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。吸気管８には、該吸気管８内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ９が取り付けられている。前記吸気管８における吸気枝管７の直上流に位置する部位には、該吸気管８内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。
【００３２】
ここで、エアフローメータ９と吸気絞り弁１０との間に位置する吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１７のコンプレッサハウジング１７ａが設けられ、コンプレッサハウジング１７ａより下流の吸気管８には、前記コンプレッサハウジング１７ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１８設けられている。
【００３３】
一方、圧縮着火内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管が排気ポートを介して気筒２の燃焼室と連通している。ここで、気筒２の燃焼室と排気ポートとの連通は、排気弁の開閉によって行われる。また、排気枝管１２の側面には、排気枝管１２を流れる排気に対して燃料を添加する燃料添加弁３０が設けられている。更に、圧縮着火内燃機関１には、排気再循環装置２１が設けられている。排気再循環装置２１は、排気枝管１２より延出しているＥＧＲ通路２２、該ＥＧＲ通路２２を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラ２３が設けられている。更に、ＥＧＲクーラ２３の下流にＥＧＲ弁２４が設けられ、ＥＧＲ通路２２は吸気支管７へと連通している。ここで、ＥＧＲ弁２４は、ＥＧＲ通路２２を経て吸気支管へと再循環される排気（以下、「ＥＧＲガス」という）の流量を調整する弁である。
【００３４】
また、前記排気枝管７は、前記遠心過給機１７のタービンハウジング１７ｂと接続されている。前記タービンハウジング１７ｂは、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。更に、排気管１３の途中には、圧縮着火内燃機関から排出される排気に含まれるＮＯｘを吸蔵、還元して排気の浄化を行うＮＯｘ触媒１６が設けられている。ＮＯｘ触媒１６の下流の排気管１３には、該排気管１３内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１４が設けられている。この排気絞り弁１４には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁１４を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ１５が取り付けられている。
【００３５】
ここで、燃料噴射弁３および燃料添加弁３０は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔと称する）２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、燃料噴射弁３および燃料添加弁３０における燃料の噴射時期および噴射量が燃料噴射弁毎に制御される。また、圧縮着火内燃機関１に対する機関出力等に応じてＥＣＵ２０はＥＧＲ弁２４に制御信号を発し、ＥＧＲ弁２４の開度を調整することで、吸気支管７へ再循環されるＥＧＲガスの流量を調整する。
【００３６】
更に、アクセル開度センサ１９がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより圧縮着火内燃機関１に要求される機関出力等を算出する。また、クランクポジションセンサ３２がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は圧縮着火内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、圧縮着火内燃機関１の機関回転速度や気筒２におけるサイクルの状態等を算出する。また、ＮＯｘ触媒１６の下流の排気管１３には、排気管１３を流れる排気の空燃比を検出する排気空燃比センサ３１が設けられている。排気空燃比センサ３１とＥＣＵ２０は電気的に接続されており、排気空燃比センサ３１によって検出された空燃比の値に基づいて、後述するＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比のフィードバック制御が行われる。
【００３７】
排気空燃比センサ３１の検出特性について、図２に基づいて説明する。図２は、排気空燃比センサ３１による空燃比の検出特性を示す図である。図２において、横軸は排気空燃比センサ３１から直接ＥＣＵ２０に入力される電圧値より換算される空燃比の値、即ち排気空燃比センサ３１の空燃比の検出値であり、縦軸は排気空燃比センサ３１が実際に曝されている雰囲気の本来の空燃比の値である。従って、本来的には、排気空燃比センサ３１によって検出される値と本来の空燃比の値とは同一であるべきであって、その検出特性は図２中直線ＬＳ（以下、「基準線ＬＳ」という）で表される特性を示すべきである。
【００３８】
しかし、排気空燃比センサ３１は、自己が曝されている雰囲気に含まれる燃料の分子量によって、ＥＣＵ２０に出力する電圧値、換言すれば検出される排気の空燃比が変動する特性を有する。これは、排気空燃比センサ３１において、電圧が発生する固体電解質の表面上部に形成される多孔質状の拡散抵抗層において、排気中の分子が該拡散抵抗層を移動するのに要する時間が、その分子の分子量に依存する等に依る。即ち、分子量が大きくなるに従い、拡散抵抗層を移動する時間が大きくなるため、分子量の小さい酸素分子は比較的短時間で拡散抵抗層を移動できるが、分子量の大きい燃料はその移動に比較的長い時間を要する。そこで、排気空燃比センサ３１の固体電解質表面において、最終的には多くの酸素分子が存在することになる。そのため排気空燃比センサ３１によって検出される空燃比の特性が、先述のＬＳで示される特性からリーン側へ乖離した特性となる。
【００３９】
図２において、排気空燃比センサ３１によって検出される空燃比特性が、排気空燃比センサ３１が曝される雰囲気に含まれる燃料の分子量によって、基準線ＬＳから乖離していく様子を、曲線Ｌ１とＬ２で表している。従って、排気空燃比センサ３１の検出特性が曲線Ｌ１で表される場合は、該検出特性が曲線Ｌ２で表される場合と比べ排気中に含まれる燃料の分子量が小さいということを表す。
【００４０】
ここで、ＮＯｘ触媒１６に流入する排気の空燃比のフィードバック制御を行う場合がある。この排気の空燃比のフィードバック制御は、排気空燃比センサ３１によって検出された空燃比に基づいて、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比を推定し、その推定される空燃比が所定の空燃比、即ちＮＯｘ触媒１６に供給すべき排気の空燃比となるように制御するものである。ＮＯｘ触媒１６における排気の空燃比と、排気空燃比センサ３１によって検出される空燃比との関係は、予め実験等で求めておきマップとしてＥＣＵ２０内のＲＯＭに格納しておけばよい。
【００４１】
このような排気の空燃比のフィードバック制御が、先述の検出特性を有する排気空燃比センサ３１によって検出される空燃比の値に基づいて行われると、排気空燃比センサ３１の検出値が、実際の検出値に比べリーン側に乖離していることから、正確な空燃比制御が行われずに白煙が発生する虞がある。
【００４２】
また、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比をフィードバック制御する際に、排気中に含有される燃料の量を調整する手段としては、燃料噴射弁３によって燃焼室内に噴射される燃料の噴射量や噴射時期を調整する手段と、燃料添加弁３０によって排気中に燃料を添加する手段が挙げられ、これらの手段は圧縮着火内燃機関１における燃焼状態や、ＮＯｘ触媒１６において必要とされる排気の空燃比状態に応じて、選択される。このとき、選択された手段によっては、排気中に含まれる燃料の分子量が異なる。即ち、燃料噴射弁３によって燃焼室内に噴射される燃料の噴射量や噴射時期を調整する手段においては、燃焼室内で燃焼されずに残った未燃成分をＮＯｘ触媒１６へと供給するため、未燃成分の燃料であっても高温の燃焼状態に一度曝されているため、燃料の改質が進み、未燃状態の燃料の分子量はある程度小さくなっていると考えられる。一方で、燃料添加弁３０によって排気中に燃料を添加する手段においては、排気中に直接燃料を添加するため、先の手段ほどには燃料が高温の状態に曝されておらず、燃料の改質が進まない結果、未燃状態の燃料の分子量は比較的大きいと考えられる。
【００４３】
従って、排気中に含有される燃料の量を調整する手段によっては、排気中の燃料の分子量が異なり、それぞれの手段が用いられる場合において、空燃比センサ３１の検出特性が、図２に示す曲線Ｌ１および曲線Ｌ２のように異なる。そこで、排気中に含まれる燃料の分子量を考慮してフィードバック制御のパラメータを補正することで、より正確な排気の空燃比のフィードバック制御を可能となる。そこで、該制御について図３に基づいて説明する。図３は圧縮着火内燃機関１における排気の空燃比のフィードバック制御のフローチャートであり、該排気空燃比フィードバック制御はＥＣＵ２０によって実行される。
【００４４】
先ず、Ｓ１００では、ＮＯｘ触媒１６の制御モードが検出される。ＮＯｘ触媒１６の制御モードとは、ＮＯｘ触媒１６において行われるＮＯｘ触媒１６の触媒機能回復である触媒再生制御等のＮＯｘ触媒１６が置かれる制御状態をいう。例えば、ＮＯｘ触媒１６に吸蔵されているＮＯｘを還元することでＮＯｘ触媒１６の触媒機能を回復させるＮＯｘ還元制御、ＮＯｘ触媒１６に吸蔵されているＳＯｘを離脱させることでＮＯｘ触媒１６の触媒機能を回復させるＳＯｘ被毒再生制御、またはＮＯｘ触媒１６が排気中の粒子状物質を捕集するフィルタに担持されている場合、もしくはＮＯｘ触媒１６とは他に設けられたフィルタによって排気中の粒子状物質を捕集する場合においては、該フィルタに捕集された粒子状物質を酸化させ該フィルタの捕集機能を回復させるフィルタ再生制御が挙げられ、これらの制御モードのうちいずれの制御モードが実行されているかＥＣＵ２０によって検出される。また、これらのいずれの制御モードも行われていない状態（以下、「通常状態」という）についても、Ｓ１００において検出される。Ｓ１００の処理が終了すると、Ｓ１０１へ進む。
【００４５】
Ｓ１０１では、燃焼室における燃料の燃焼モードが検出される。燃焼モードとは、燃焼室に噴射された燃料に加えて、排気再循環装置２１によって燃焼室に再循環されるＥＧＲガスを含めた燃焼室内での燃焼の状態をいう。例えば、先述したＥＧＲガスによる低温燃焼等が挙げられる。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００４６】
Ｓ１０２では、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比をフィードバック制御する必要があるか否かを、Ｓ１００において検出されたＮＯｘ触媒１６の触媒制御モードと、Ｓ１０１において検出された燃焼室での燃料の燃焼モードとに基づいて判断される。例えば、Ｓ１００においてＮＯｘ触媒１６に吸蔵されているＳＯｘを離脱させるＳＯｘ被毒再生制御が行われている場合は、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比を交互に、リッチ状態とリーン状態とを切り替えるいわゆるリッチスパイク制御が行われるため、Ｓ１０２において排気の空燃比をフィードバック制御する必要があると判断される。
【００４７】
また、圧縮着火内燃機関１の排気浄化システムが、更に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えるか、もしくはＮＯｘ触媒１６が排気中の粒子状物質を捕集するフィルタに担持されている場合において、前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化を行いフィルタの捕集能力の回復を図るフィルタ再生制御が行われている場合も、フィルタに捕集されている粒子状物質の酸化に必要な空燃比になるべく排気の空燃比を調整する必要があるため、Ｓ１０２において排気の空燃比をフィードバック制御する必要があると判断される。更に、Ｓ１０１においてＥＧＲガス量を調整することで煤の発生量を抑制する低温燃焼制御が行われていると検出されたときであって目標の空燃比の排気をＮＯｘ触媒１６に供給する必要がある場合も、Ｓ１０２において排気の空燃比をフィードバック制御する必要があると判断される。
【００４８】
一方で、ＮＯｘ触媒１６に吸蔵されているＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御においては、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比を正確に制御する必要がなく、またＮＯｘ還元制御が実行される時間は比較的短いため、Ｓ１０２において排気の空燃比をフィードバック制御する必要があると判断されない。また、ＮＯｘ触媒１６が通常状態である場合も、Ｓ１０２において排気の空燃比をフィードバック制御する必要があると判断されない。尚、上記は一実施例であって、Ｓ１０２における排気の空燃比のフィードバック制御の必要性の判断は、上記の実施例のみに限られない。Ｓ１０２において、排気の空燃比をフィードバック制御する必要があると判断されると、Ｓ１０３へ進む。一方で、Ｓ１０２において、排気の空燃比をフィードバック制御する必要がないと判断されると、本制御を終了する。
【００４９】
Ｓ１０３では、排気の空燃比のフィードバック制御を行うにあたり、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加することで排気の空燃比を調整するのか否かが判断される。従って、Ｓ１０３において、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加することで排気の空燃比を調整しないと判断された場合は、排気の空燃比の調整は、燃焼室噴射を介して行われることを意味する。例えば、前記ＳＯｘ被毒再生制御においては、結果的にＮＯｘ触媒に供給される還元剤としての燃料の量が多いため、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加すると判断される。また、前記フィルタ再生制御においては、その実行頻度が高くなる場合は、結果的に単位時間あたりのＮＯｘ触媒に供給される還元剤としての燃料の量が多いため、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加すると判断される。
【００５０】
一方で、低温燃焼制御の実行時において排気の空燃比をフィードバック制御する場合は、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比をリッチ状態にする頻度が低いため、燃料添加ではなく燃焼室噴射によって排気の空燃比を調整する。尚、上記は一実施例であって、Ｓ１０２における排気の空燃比のフィードバック制御の必要性の判断は、上記の実施例のみに限られない。Ｓ１０３において、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加すると判断されると、Ｓ１０４へ進む。一方で、Ｓ１０３において、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加しないと判断されると、Ｓ１０５へ進む。
【００５１】
Ｓ１０４およびＳ１０５においては、排気の空燃比のフィードバック制御を行うに際して、フィードバック制御のパラメータの補正（以下、「フィードバック補正」という）が行われる。そして、Ｓ１０４およびＳ１０５で行われるフィードバック補正は、排気の燃料の調整方法に対応した補正である。即ち、燃料添加弁３０による排気の空燃比の調整か、燃焼室噴射による排気の空燃比の調整かによって、行われるフィードバック補正が相異する。
【００５２】
ここで、フィードバック補正の対象となるフィードバック制御のパラメータには、排気空燃比センサ３１の検出値、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比の目標値が挙げられる。
【００５３】
先ず、Ｓ１０４およびＳ１０５におけるフィードバック補正の対象が排気空燃比センサ３１の検出値である場合の、フィードバック補正について説明する。先述したように、燃料添加弁３０によって燃料を添加することで排気の空燃比を調整すると、燃焼室噴射によって排気の空燃比を調整する場合と比べて、排気空燃比センサ３１の検出特性が、本来あるべき排気の空燃比よりよりリーン側に乖離する。そこで、排気の空燃比のフィードバック制御において、本来の排気の空燃比からリーン側に乖離している排気空燃比センサ３１の検出値を、リッチ側に補正する。このとき、Ｓ１０４におけるフィードバック補正においては、Ｓ１０５におけるフィードバック補正時と比べて、排気空燃比センサ３１の検出値をよりリッチ側の値とする補正を行う。このようにＳ１０４とＳ１０５におけるフィードバック補正を個別に設けることで、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気に含まれる燃料の分子量が相異するために排気空燃比センサ３１の検出特性が相異する場合であっても、より正確な排気の空燃比のフィードバック制御が可能となる。
【００５４】
次に、Ｓ１０４およびＳ１０５におけるフィードバック補正の対象がＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比の目標値である場合の、フィードバック補正について説明する。排気空燃比センサ３１の検出特性は先述の通りである。そこで、フィードバック制御において、本来到達すべき排気の空燃比を、排気空燃比センサ３１の検出特性におけるリーン側への乖離の程度に従い、該目標値をリーン側に補正し、フィードバック制御上の偏差を調整する。これにより、フィードバック制御上では、排気の空燃比は本来の目標値からリーン側に乖離している空燃比となるが、それは排気空燃比センサ３１に基づくフィードバック制御によるものであるため、実際の排気の空燃比は本来の空燃比となり得る。このとき、Ｓ１０４におけるフィードバック補正においては、Ｓ１０５におけるフィードバック補正時と比べて、該目標値をよりリーン側の値とする補正を行う。このようにＳ１０４とＳ１０５におけるフィードバック補正を個別に設けることで、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気に含まれる燃料の分子量が相異するために排気空燃比センサ３１の検出特性が相異する場合であっても、より正確な排気の空燃比のフィードバック制御が可能となる。
【００５５】
尚、Ｓ１０４とＳ１０５におけるフィードバック補正を個別な補正とするには、例えば、排気の空燃比の調整が燃料の添加によって行われる場合と燃焼室噴射によって行われる場合とで排気空燃比センサ３１の検出特性とフィードバック補正の対象となるパラメータによって構成されるマップをＲＯＭに個別に設け、フィードバック制御において最も適したマップを選択してフィードバック補正をするようにすればよい。
【００５６】
また、Ｓ１０４およびＳ１０５においては、排気空燃比センサの検出特性および目標値をともに補正しても良いが、その場合は、両パラメータを補正することによるフィードバック制御への影響、即ち両パラメータの関連性を考慮して、補正するのが好ましい。Ｓ１０４またはＳ１０５の処理が終了すると、本制御を終了する。
【００５７】
尚、本実施例では、Ｓ１０３において、燃料添加弁３０による燃料添加によって排気の空燃比を調整する場合と、燃焼室噴射によって排気の空燃比を調整する場合とに区別しているが、該燃料添加および燃焼室噴射を併せて行うことで排気の空燃比を調整する場合を設けても良い。そして、該燃料添加および燃焼室噴射を併せて行うことで排気の空燃比を調整する場合は、Ｓ１０４およびＳ１０５とは異なるフィードバック補正の処理を行う。
【００５８】
本制御によると、ＮＯｘ触媒に供給する排気の空燃比をフィードバック制御するに際して、排気に含まれる燃料の分子量に応じたフィードバック制御のパラメータの補正が行われる。そのため、排気の空燃比のフィードバック制御における制御パラメータがより適正に補正され、より正確なフィードバック制御を実現することで、エミッションの悪化を防止する。
【００５９】
＜第２の実施例＞
ここで、ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比をフィードバック制御する別の実施形態について、図４および図５に基づいて説明する。図４は、本発明が適用される排気浄化システム、該排気浄化システムを含む圧縮着火内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。図４に示す排気浄化システム等においては、図１に示す排気浄化システム等に加えて、排気空燃比センサ３１のセンサ素子温度を調整する排気空燃比センサヒータ３３が備えられている。そして、排気空燃比センサヒータ３３は、ＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０からの指令によって、排気空燃比センサ３１のセンサ素子の温度を調整する。尚、図４に示す圧縮着火内燃機関１等の構成において、図１に示す圧縮着火内燃機関１等の構成と同一の構成要素については、図１と同一の参照番号を付すことにより、その説明を省略する。
【００６０】
そして、図５には、図４に示す排気浄化システム等におけるＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比をフィードバック制御が示されている。図５における排気空燃比フィードバック制御は、ＥＣＵ２０によって実行される制御である。また、図５に示す排気空燃比フィードバック制御のフローにおいて、図３に示す排気空燃比フィードバック制御のフローと同一の処理については、図３と同一の参照番号を付することにより、その説明を省略する。
【００６１】
図５に示す排気空燃比フィードバック制御中の処理Ｓ１０３において、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加すると判断されると、Ｓ２０１へ進む。一方で、Ｓ１０３において、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加しないと判断されると、Ｓ２０２へ進む。
【００６２】
Ｓ２０１およびＳ２０２においては、排気の空燃比のフィードバック制御を行うに際して、排気空燃比センサヒータ３３の温度がそれぞれ異なる温度（Ｔ１およびＴ２）になるべく制御される。温度Ｔ１および温度Ｔ２は、排気空燃比センサ３１に到達する燃料の分子量を小さくすることで、先述した排気空燃比センサ３１の検出特性におけるリーン側の空燃比への乖離の程度を抑制するために、排気空燃比センサ３１のセンサ素子温度を高めるための設定温度である。ここで、温度Ｔ１は温度Ｔ２より高い値が設定される。即ち、燃料添加弁３０によって排気に添加された燃料は、先述の通り、燃焼室噴射によって排気に含まれることになった燃料と比べ、その分子量が大きくなるため、排気空燃比センサ３１の検出特性におけるリーン側の空燃比への乖離の程度が大きくなる。そこで、Ｓ２０１における排気空燃比センサヒータの設定温度Ｔ２をＴ１より高めることで、より確実に排気空燃比センサ３１の検出特性におけるリーン側の空燃比への乖離を抑制する。
【００６３】
また、排気空燃比センサ３１は、排気空燃比センサヒータ３３によって高温に曝されることで、センサ素子の熱劣化が促進される。しかし、本制御においては、排気空燃比センサ３１をより高温とすることが必要とされるとき、即ちＳ１０３において燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加すると判断された場合にのみ、排気空燃比センサ３１はより高温である温度Ｔ１とされないため、排気空燃比センサ３１のセンサ素子の熱劣化をより小さく抑えることが可能となる。Ｓ１０４またはＳ１０５の処理が終了すると、本制御を終了する。
【００６４】
尚、本実施例では、Ｓ１０３において、燃料添加弁３０による燃料添加によって排気の空燃比を調整する場合と、燃焼室噴射によって排気の空燃比を調整する場合とに区別しているが、該燃料添加および燃焼室噴射を併せて行うことで排気の空燃比を調整する場合を設けても良い。そして、該燃料添加および燃焼室噴射を併せて行うことで排気の空燃比を調整する場合は、Ｓ２０１およびＳ２０２とは異なる温度Ｔ３に排気空燃比センサヒータ３３の温度を設定する。
【００６５】
本制御によると、ＮＯｘ触媒に供給する排気の空燃比をフィードバック制御するに際して、排気に含まれる燃料の分子量に応じた排気空燃比センサヒータの温度が調整される。そのため、排気空燃比センサに到達する燃料の分子量を小さくすることで、排気空燃比センサの検出特性におけるリーン側への乖離を抑制する。その結果、より正確なフィードバック制御を実現することで、エミッションの悪化を防止する。
【００６６】
【発明の効果】
本発明に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化システムは、ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を排気空燃比センサに基づいてフィードバック制御するに際して、排気に含まれる燃料の分子量に影響を与える排気における燃料の調整方法に対応したフィードバック制御のパラメータ補正を行う。そのため、ＮＯｘ触媒に供給される排気に含まれる燃料の分子量に起因する排気空燃比センサの検出特性に影響されずに、より正確なフィードバック制御が実現され、以てエミッションの悪化が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムおよび該排気浄化システムを含む圧縮着火内燃機関およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、排気の空燃比を検出する排気空燃比センサの検出特性を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比のフィードバック制御を示すフロー図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムおよび該排気浄化システムを含む圧縮着火内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表す第２のブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比のフィードバック制御を示す第２の図である。
【符号の説明】
１・・・・圧縮着火内燃機関
３・・・・燃料噴射弁
１６・・・・ＮＯｘ触媒
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・排気再循環装置
３０・・・・燃料添加弁
３１・・・・排気空燃比センサ
３３・・・・排気空燃比センサヒータ
【図１】
2004316458.tif 000003
【図２】
2004316458.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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