(57)【要約】【課題】ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ再生に伴うエミッションや燃費の悪化を抑制する。【解決手段】ＮＯｘ再生開始時にＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘの量を推定し、これをＮＯｘ再生のための制御に反映させる。ＮＯｘトラップ触媒の上流及び下流の各側に空燃比センサを設置し、排気ガスの空燃比をリッチに転じた後（Ｓ３０１ａ）、上流側のセンサの出力が所定値に達してから、下流側のセンサの出力が所定値に達するまでの時間を検出し（Ｓ３０３ａ）、これに応じてＮＯｘ再生時期の判断に関するしきい値又はＮＯｘ再生時における空燃比の減少代を変更する（Ｓ３０４ａ，Ｓ３０５ａ）。【選択図】  図９
2004324560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯｘをトラップする一方、流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときにトラップしているＮＯｘを還元して放出するＮＯｘトラップ触媒と、
ＮＯｘトラップ触媒の上流に設置され、排気ガス中の酸素又は還元剤成分の濃度に応じた信号を出力する第１の排気ガスセンサと、
ＮＯｘトラップ触媒の下流に設置され、排気ガス中の酸素又は還元剤成分の濃度に応じた信号を出力する第２の排気ガスセンサと、
トラップしているＮＯｘを放出させてＮＯｘトラップ触媒を再生させるＮＯｘ再生を行う時期に至ったか否かを判定する再生時期判定手段と、
排気ガス中の還元剤成分の量を増加させてＮＯｘ再生を行う触媒再生手段と、を含んで構成され、
触媒再生手段は、排気ガス中の還元剤成分の量を増加させた後、第１の排気ガスセンサの出力が変化して所定値に達する第１の時点を検出するとともに、第２の排気ガスセンサの出力が変化して所定値に達する第２の時点を検出し、
第１の時点から第２の時点までの時間であるセンサ出力変化時間差又はその間に増加させた還元剤成分の量を検出し、
検出したセンサ出力変化時間差又は増加させた還元剤成分の量に基づいてＮＯｘ再生開始時にＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘの量を開始時トラップ量として推定するエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
再生時期判定手段は、推定された開始時トラップ量に応じて次にＮＯｘ再生が行われるまでにＮＯｘトラップ触媒がトラップするＮＯｘの量を変化させる請求項１に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
再生時期判定手段は、エンジンの運転状態に基づいてＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘの量を推定し、これが所定値に達したときにＮＯｘ再生を行う時期に至ったと判定する場合に、推定された開始時トラップ量に応じて前記所定値を変更する請求項２に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４】
再生時期判定手段は、推定された開始時トラップ量が多いときほど前記所定値を小さな値に変更する請求項３に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項５】
触媒再生手段は、検出したセンサ出力変化時間差が長いか、あるいは増加させた還元剤成分の量が多いときほど開始時トラップ量を大きな値として推定する請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項６】
触媒再生手段は、推定した開始時トラップ量に応じて増加させる還元剤成分の量を変更する請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項７】
触媒再生手段は、エンジンの空燃比をリッチに制御して排気ガス中の還元剤成分の量を増加させる場合に、推定した開始時トラップ量に応じて空燃比をリッチに制御するリッチスパイク期間又はその間における空燃比の減少代を変更する請求項６に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項８】
触媒再生手段は、推定した開始時トラップ量が多いときほどリッチスパイク期間を延長し又は空燃比の減少代を拡大する請求項７に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項９】
第１及び第２の排気ガスセンサは、酸素センサ、空気過剰率センサ又は空燃比センサである請求項１〜８のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１０】
第１及び第２の排気ガスセンサの出力は、排気ガスの空燃比がストイキであるときに前記所定値に達する請求項１〜９のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１１】
排気通路に設置されたＮＯｘトラップ触媒を含んで構成され、
排気ガスの空燃比がリーンとなる通常時において、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘトラップ触媒にトラップさせて除去する一方、
ＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘを放出させるＮＯｘ再生時において、
排気ガスの空燃比をリッチに転じ、
ＮＯｘトラップ触媒の上流における排気ガス中の酸素又は還元剤成分の濃度が変化して所定値に達する第１の時点を検出するとともに、ＮＯｘトラップ触媒の下流における排気ガス中の酸素又は還元剤成分の濃度が変化して所定値に達する第２の時点を検出し、
第１の時点から第２の時点までの時間又はその間にＮＯｘトラップ触媒に供給された還元剤成分の量を検出し、
検出した時間若しくは供給された還元剤成分の量又はこれらを基にした演算値を記憶するエンジンの排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気ガス浄化装置に関し、詳細には、ＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘを放出させるＮＯｘ再生のための制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）を除去する装置として、ＮＯｘトラップ触媒が知られている。ＮＯｘトラップ触媒は、排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯｘをトラップする一方、これがリッチに転じると、トラップしているＮＯｘを放出する。ＮＯｘは、放出に際して排気ガス中の還元剤成分により浄化される。ＮＯｘトラップ触媒によれば、エンジンの空燃比がリーンである通常時に排気ガスからＮＯｘを除去し、ＮＯｘトラップ触媒がある程度のＮＯｘをトラップしたときは、空燃比を一時的にリッチに転じることで、トラップしているＮＯｘを放出させ、その機能回復を図ることができる。なお、トラップしているＮＯｘを放出させてＮＯｘトラップ触媒の機能を回復させることをＮＯｘ再生という。
【０００３】
ここで、ＮＯｘ再生を行う時期を決定する方法として、次のものが知られている。第１は、エンジン回転数を積算し、その値が所定値に達した時点をＮＯｘ再生を行う時期とする方法である（特許文献１）。第２は、自動車の累積走行距離を算出し、これが所定距離に達した時点をＮＯｘ再生を行う時期とする方法である（特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２６００４９２号公報（第１２欄第８〜２４行）
【特許文献２】
特開２００２−２０１９８５号公報（段落番号００４２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような単に回転数積算値や累積走行距離を所定値と比較することによる方法には、次のような問題がある。すなわち、エンジンから排出されるＮＯｘの量は、同じ回転数や車速のもとでも高度や気温等のエンジンがおかれた環境に応じて異なる。従って、回転数積算値や累積走行距離がそれぞれのしきい値に達した時点でＮＯｘトラップ触媒が実際にトラップしているＮＯｘの量は、エンジンがおかれた環境に応じて異なる。ＮＯｘトラップ触媒が設定値よりも少ない量のＮＯｘをトラップしている状態でＮＯｘ再生を行うときは、ＮＯｘ再生が不要に繰り返され、燃費を過度に悪化させることとなる。一方、設定値よりも多い量のＮＯｘをトラップしている状態でＮＯｘ再生を行うときは、ＮＯｘ再生前に規定量を上回るＮＯｘが大気中に放出されるおそれがある。ＮＯｘトラップ触媒によるＮＯｘ除去率は、ＮＯｘトラップ触媒がある程度のＮＯｘをトラップすると、それ以降に減少するからである。
【０００６】
そこで、本発明は、ＮＯｘ再生開始時にＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘの量を推定し、これをＮＯｘ再生のための制御に反映させることで、ＮＯｘ再生に伴うエミッションや燃費の悪化を抑制することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気通路に設置されたＮＯｘトラップ触媒を含んで構成されるエンジンの排気ガス浄化装置を提供するものである。
【０００８】
本発明に係るエンジンの排気ガス浄化装置は、排気ガスの空燃比がリーンとなる通常時において、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘトラップ触媒にトラップさせて除去する。一方、ＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘを放出させるＮＯｘ再生時において、排気ガスの空燃比をリッチに転じる。そして、ＮＯｘトラップ触媒の上流における排気ガス中の酸素又は還元剤成分の濃度が変化して所定値に達した第１の時点を検出するとともに、ＮＯｘトラップ触媒の下流における排気ガス中の酸素又は還元剤成分の濃度が変化して所定値に達した第２の時点を検出し、第１の時点から第２の時点までの時間（以下「センサ出力変化時間差」という。）又はその間にＮＯｘトラップ触媒に供給された還元剤成分の量を検出し、検出した時間若しくは供給された還元剤成分の量又はこれらを基にした演算値を記憶する。ここで、センサ出力変化時間差等は、ＮＯｘ再生開始時にＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘの量（以下「開始時トラップ量」という。）に相関する。
【０００９】
このようにすれば、開始時トラップ量に相関するセンサ出力変化時間差等をＮＯｘ再生のための制御に反映させて、ＮＯｘ再生を行う時期やＮＯｘ再生時に供給される還元剤成分の量を最適化し、ＮＯｘ再生に伴うエミッションや燃費の悪化を抑制することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る自動車用ディーゼルエンジン（以下「エンジン」という。）１の構成図である。
【００１１】
吸気通路１１の導入部には、図示しないエアクリーナが取り付けられており、エアクリーナにより吸入空気中の粉塵が除去される。吸気通路１１には、可変ノズルターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ａが介装されており、コンプレッサ１２ａにより吸入空気が圧縮されて送り出される。コンプレッサ１２ａの下流には、インタークーラ１３が設置されており、インタークーラ１３により圧縮された吸入空気が冷却される。インタークーラ１３を通過した吸入空気は、サージタンク１４に流入し、マニホールド部で各気筒に分配される。サージタンク１４の上流には、吸気絞り弁１５が設置されている。吸気絞り弁１５は、後述する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という。）４１からの信号に応じて作動するアクチュエータ１５ａと接続されており、アクチュエータ１５ａにより開度が制御される。
【００１２】
エンジン本体において、シリンダヘッドには、インジェクタ２１が気筒毎に設置されている。インジェクタ２１は、ＥＣＵ４１からの信号に応じて作動する。図示しない燃料ポンプにより送り出された燃料は、コモンレール２２を介してインジェクタ２１に供給され、インジェクタ２１により燃焼室内に噴射される。インジェクタ２１による噴射は、複数回に分けて行われる。インジェクタ２１は、動力を発生させるためのメイン噴射と、メイン噴射後のポスト噴射とを行う。ポスト噴射の実施により排気ガス温度が上昇する。
【００１３】
排気通路３１には、マニホールド部の下流に可変ノズルターボチャージャ１２のタービン１２ｂが設置されている。排気ガスによりタービン１２ｂが駆動されると、コンプレッサ１２ａが回転する。タービン１２ｂの可動ベーン１２１は、アクチュエータ１２１ａと接続されており、アクチュエータ１２１ａにより角度が制御される。タービン１２ｂの下流には、上流側から順に酸化触媒３２、ＮＯｘトラップ触媒３３及びディーゼルパティキュレートフィルタ３４が設置されている。酸化触媒３２は、排気ガス中の炭化水素（以下「ＨＣ」という。）及び一酸化炭素（以下「ＣＯ」という。）を浄化する。ＮＯｘトラップ触媒３３は、排気ガスの空燃比に応じて性質を異にし、排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯｘをトラップする一方、これがリッチであるときにトラップしているＮＯｘを放出する。ＮＯｘは、放出される際に排気ガスに含まれるＨＣ，ＣＯ等の還元剤成分により浄化される。ＮＯｘトラップ触媒３３は、ＮＯｘ以外に排気ガスに含まれる硫黄分もトラップする。ディーゼルパティキュレートフィルタ３４は、セラミック等を素材とした多孔質のフィルタエレメントを含んで構成される。排気ガスがフィルタエレメントによりろ過され、排気ガス中のパティキュレートが除去される。排気通路３１と吸気通路１１とは、ＥＧＲ管３５により接続されており、ＥＧＲ管３５には、ＥＧＲ弁３６が設置されている。ＥＧＲ弁３６は、アクチュエータ３６ａに接続されており、アクチュエータ３６ａにより開度が制御される。
【００１４】
排気通路３１には、酸化触媒３２の上流に第１の排気ガスセンサとしての上流側空燃比センサ５１が、ＮＯｘトラップ触媒３３とディーゼルパティキュレートフィルタ３４との間に第２の排気ガスセンサとしての下流側空燃比センサ５２、及び排気ガス圧力Ｔｅｘｈを検出する圧力センサ５３が、ＮＯｘトラップ触媒３３には、触媒ベッド温度Ｔｎｏｘを検出する温度センサ５４が、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４には、フィルタベッド温度Ｔｄｐｆを検出する温度センサ５５が設置されている。また、クランク角センサ５６及びアクセルセンサ５７が設置されている。各センサの出力は、ＥＣＵ４１に入力される。ＥＣＵ４１は、クランク角センサ５５の出力に基づいてエンジン回転数Ｎｅを演算し、アクセルセンサ５６の出力に基づいてアクセル開度ＡＰＯを演算する。
【００１５】
以下に、ＥＣＵ４１の動作をフローチャートにより説明する。
図２は、再生モードを選択するルーチンのフローチャートを示している。
Ｓ１では、運転状態としてエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度ＡＰＯを読み込む。Ｓ２では、ＮＯｘトラップ触媒３３がトラップしているＮＯｘの量（以下「ＮＯｘトラップ量」という。）ＮＯＸを演算する。ＮＯｘトラップ量ＮＯＸは、出荷時又は前回に行われたＮＯｘ再生が終了した時点からのエンジン回転数Ｎｅの積算値として推定する。ＮＯｘトラップ量ＮＯＸは、たとえばこのルーチンを前回に実行した際に算出したＮＯｘトラップ量をＮＯＸｎ−１とし、このルーチンの実行周期をΔｔとして、下式（１）により算出することができる。ＮＯｘトラップ量ＮＯＸは、エンジン回転数Ｎｅに限らず、走行距離に基づいて推定することもできる。この場合は、自動車がある一定の距離を走行するたびにＮＯｘトラップ量ＮＯＸに所定量を加算していけばよい。
【００１６】
ＮＯＸ＝ＮＯＸｎ−１＋Ｎｅ×Δｔ  ・・・（１）
Ｓ３では、ＮＯｘトラップ触媒３３がトラップしている硫黄分の量（以下「硫黄分トラップ量」という。）ＳＯＸを演算する。硫黄分トラップ量ＳＯＸは、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸと同様に、エンジン回転数Ｎｅの積算値として推定することができる。ＮＯｘトラップ触媒３３がトラップしている硫黄分は、定期的に放出させる必要があり、ＥＣＵ４１は、後述するようにそのための制御を行う。ＮＯｘトラップ触媒３３がトラップしている硫黄分を放出させることを被毒解除という。硫黄分トラップ量ＳＯＸの演算において、エンジン回転数Ｎｅの積算の始点は、出荷時又は前回に行われた被毒解除が終了した時点である。
【００１７】
Ｓ４では、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４に堆積しているパティキュレートの量（以下「パティキュレート堆積量」という。）ＰＭを演算する。パティキュレート堆積量ＰＭは、排気ガス圧力Ｐｅｘｈに基づいて、排気ガス圧力Ｐｅｘｈが高いときほどを大きな値として推定する。なお、エンジン１から排出されるパティキュレートの量は、そのときの運転状態と相関するため、パティキュレート堆積量ＰＭは、エンジン回転数Ｎｅや走行距離に基づいて単位時間当たりの排出量を演算し、これを積算して推定することもできる。
【００１８】
Ｓ５では、フラグＦｒｅｇによりＤＰＦ再生中であるか否かを判定する。ディーゼルパティキュレートフィルタ３４に堆積しているパティキュレートを焼却することをＤＰＦ再生という。フラグＦｒｅｇが０であるときは、Ｓ６へ進み、０でないときは、図４に示すフローチャートのＳ１０１へ進み、ＤＰＦ再生のための制御を行う。
【００１９】
Ｓ６では、フラグＦｄｅｓｕｌにより被毒解除中であるか否かを判定する。フラグＦｄｅｓｕｌが０であるときは、Ｓ７へ進み、０でないときは、図８に示すフローチャートのＳ２０１へ進み、被毒解除のための制御を行う。
【００２０】
Ｓ７では、フラグＦｓｐによりＮＯｘ再生中であるか否かを判定する。フラグＦｓｐが０であるときは、Ｓ８へ進み、０でないときは、図９に示すフローチャートのＳ３０１ａへ進み、ＮＯｘ再生のための制御を行う。
【００２１】
Ｓ８では、フラグＦｒｅｃにより故障回避中であるか否かを判定する。フラグＦｒｅｃは、後述するＤＰＦ再生又は被毒解除を行うルーチンで０から１に変更される。フラグＦｒｅｃが０であるときは、Ｓ９へ進み、０でないときは、図１１のフローチャートのＳ４０１へ進み、故障回避のための制御を行う。
【００２２】
Ｓ９では、パティキュレート堆積量ＰＭが規定量ＰＭ１に達したか否かを判定する。ＰＭ１に達していないときは、Ｓ１０へ進み、ＰＭ１に達したときは、図１３に示すフローチャートのＳ５０１へ進む。パティキュレート堆積量ＰＭが規定量ＰＭ１に達したか否かの判定は、排気ガス圧力Ｐｅｘｈと所定値Ｐｅｘｈ１との比較により行う。エンジン回転数Ｎｅ及びメイン噴射による燃料噴射量Ｑｍにより図３に示すマップを検索し、所定値Ｐｅｘｈ１を設定する。排気ガス圧力Ｐｅｘｈが所定値Ｐｅｘｈ１に達したときに、パティキュレート堆積量ＰＭが規定量ＰＭ１に達したものとする。また、ＤＰＦ再生が不要に繰り返されることを防止するため、前回に行われたＤＰＦ再生が終了してからの累積走行距離を演算し、これが所定値に達していることを前提としてもよい。
【００２３】
Ｓ１０では、硫黄分トラップ量ＳＯＸが規定量ＳＯＸ１に達したか否かを判定する。ＳＯＸ１に達していないときは、Ｓ１１へ進み、ＳＯＸ１に達したときは、図１４に示すフローチャートのＳ６０１へ進む。
【００２４】
Ｓ１１では、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸが規定量ＮＯＸ１に達したか否かを判定する。ＮＯＸ１に達していないときは、このルーチンをリターンし、ＮＯＸ１に達したときは、図１５に示すフローチャートのＳ７０１へ進む。
【００２５】
図４は、ＤＰＦ再生のための制御を行うルーチンのフローチャートを示している。
ＤＰＦ再生では、インジェクタ２１によりポスト噴射を行い、排気ガス温度を上昇させる。これによりフィルタベッド温度Ｔｄｐｆがパティキュレートを焼却することのできる温度に上昇する。
【００２６】
Ｓ１０１では、フィルタベッド温度Ｔｄｐｆを読み込む。Ｓ１０２では、排気ガスの空気過剰率λをパティキュレート堆積量ＰＭに応じた目標空気過剰率ｔλｒｅｇに制御する。空気過剰率λは、吸気絞り弁１５を作動させて制御する。ＥＣＵ４１は、パティキュレート堆積量ＰＭにより図５に示すテーブルを検索し、ＤＰＦ再生時における目標空気過剰率ｔλｒｅｇを設定する。目標空気過剰率ｔλｒｅｇは、パティキュレート堆積量ＰＭが多いときほど小さな値として設定される。空気過剰率λを制御する際に、ＥＣＵ４１は、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｍにより図６に示すマップを検索し、ストイキに相当する空気過剰率を与える目標吸入空気量ｔＱａを算出する。目標空気過剰率ｔλｒｅｇとこの目標吸入空気量ｔＱａとを積算し、ＤＰＦ再生時における目標吸入空気量ｔＱａｒｅｇを設定する。
【００２７】
Ｓ１０３では、フィルタベッド温度Ｔｄｐｆが下限値Ｔｄｐｆ１以上であるか否かを判定する。Ｔｄｐｆ１以上であるときは、Ｓ１０５へ進み、Ｔｄｐｆ１未満であるときは、Ｓ１０４へ進む。Ｓ１０４では、ポスト噴射量を増大させ、排気ガス温度を上昇させる。ＥＣＵ４１は、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｍにより図７に示すマップを検索し、ポスト噴射量補正値ΔＰＯＳＴを設定し、これをポスト噴射量に加算する。ポスト噴射量が変化すると、排気ガスの空気過剰率λが変化し、目標空気過剰率ｔλｒｅｇから乖離する。ＥＣＵ４１は、吸気絞り弁１５を作動させて空気過剰率λを調整し、フィルタベッド温度Ｔｄｐｆの変化を抑制する。
【００２８】
Ｓ１０５では、フィルタベッド温度Ｔｄｐｆが上限値Ｔｄｐｆ２以下であるか否かを判定する。Ｔｄｐｆ２以下であるときは、Ｓ１０７へ進み、Ｔｄｐｆ２よりも高いときは、Ｓ１０６へ進む。Ｓ１０６では、前述同様にポスト噴射量補正値ΔＰＯＳＴを設定し、これをポスト噴射量から減算して、排気ガス温度を低下させる。
【００２９】
Ｓ１０７では、Ｓ１０４又はＳ１０６により補正した噴射量によるポスト噴射を実施した後、所定時間ｔｄｐｆ１が経過したか否かを判定する。ｔｄｐｆ１が経過したときは、Ｓ１０８へ進み、ｔｄｐｆ１が経過していないときは、このルーチンをリターンする。ポスト噴射の実施から所定時間ｔｄｐｆ１が経過するまでの間にパティキュレートが焼却される。Ｓ１０８では、ＤＰＦ再生が終了したものと判断し、ポスト噴射量を０に設定し、排気ガス温度を通常温度に復帰させる。Ｓ１０９では、フラグＦｒｅｇを０に設定する。Ｓ１１０では、フラグＦｒｅｃを１に設定し、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４の故障を回避するのための制御を行う。パティキュレートに燃え残りが存在するときは、空気過剰率λを即時に通常値に復帰させたとすると、この燃え残りが急速に燃焼し、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４に過大な熱負荷をかけ、フィルタエレメントの割れ等を来すおそれがあるためである。
【００３０】
図８は、被毒解除のための制御を行うルーチンのフローチャートを示している。
Ｓ２０１では、触媒ベッド温度Ｔｎｏｘを読み込む。Ｓ２０２では、排気ガスの空気過剰率λをストイキに制御する。空気過剰率λは、吸気絞り弁１５を作動させて制御する。ＥＣＵ４１は、図６に示すマップを検索して、ストイキに相当する空気過剰率を与える目標吸入空気量ｔＱａを設定し、これが達成されるように吸気絞り弁１５を制御する。
【００３１】
Ｓ２０３では、触媒ベッド温度Ｔｎｏｘが所定値Ｔｎｏｘ１以上であるか否かを判定する。ＮＯｘトラップ触媒３３の被毒解除を行うには、排気ガス中の還元剤成分を増加させ、ストイキ又はリッチな雰囲気を形成するだけでなく、ＮＯｘトラップ触媒３３を加熱し、硫黄分の分解を促す必要がある。触媒成分として、たとえばＢａ系のものを用いたＮＯｘトラップ触媒３３では、６００℃以上の温度に加熱する。触媒ベッド温度ＴｎｏｘがＴｎｏ１以上であるときは、Ｓ２０５ヘ進み、Ｔｎｏｘ未満であるときは、Ｓ２０４ヘ進む。
【００３２】
Ｓ２０４では、インジェクタ２１によりポスト噴射を行い、排気ガス温度を上昇させる。ポスト噴射の実施により空気過剰率λが変化するが、ＥＣＵ４１は、吸気絞り弁１５を作動させ、吸入空気量を調節することによりこのズレを補償する。
【００３３】
Ｓ２０５では、ポスト噴射を実施した後、所定時間ｔｄｅｓｕｌ１が経過したか否かを判定する。ｔｄｅｓｕｌ１が経過したときは、Ｓ２０６へ進み、ｔｄｅｓｕｌ１が経過していないときは、このルーチンをリターンする。ポスト噴射の実施から所定時間ｔｄｅｓｕｌ１が経過するまでの間に硫黄分が分解され、放出される。硫黄分は、放出される際に排気ガス中の還元剤成分により浄化される。Ｓ２０６では、被毒解除が終了したものと判断し、空気過剰率λを通常値に復帰させる。Ｓ２０７では、フラグＦｒｅｃを１に設定する。被毒解除が終了した時点における高温下で空気過剰率λを即時に通常値に復帰させたとすると、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４に堆積しているパティキュレートが急速に燃焼し、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４に過大な熱負荷をかけるおそれがあるためである。Ｓ２０８では、フラグＦｄｅｓｕｌ及びＦｓｐを０に設定する。Ｓ２０９では、硫黄分トラップ量ＳＯＸ及びＮＯｘトラップ量ＮＯＸを０に設定する。被毒解除を行うことにより空気過剰率λがストイキに制御されると、硫黄分とともにＮＯｘも放出され、ＮＯｘ再生が同時に行われるためである。
【００３４】
図９は、ＮＯｘ再生のための制御を行うルーチンのフローチャートを示している。
Ｓ３０１ａでは、空気過剰率λをＮＯｘ再生のために予め設定された目標空気過剰率ｔλｓｐ（たとえば、リッチを示すｔλｓｐ＝０．９）に制御する。空気過剰率λの制御は、上流側空燃比センサ５１からの出力（以下「上流側センサ出力」という。）ＬＡＭＢ１をフィードバックして行う。Ｓ３０２ａでは、上流側センサ出力ＬＡＭＢ１及び下流側空燃比センサ５２の出力（以下「下流側センサ出力」という。）ＬＡＭＢ２を読み込む。Ｓ３０３ａでは、上流側センサ出力ＬＡＭＢ１が所定値ＬＡＭＢｓｌに達する第１の時点を検出するとともに、下流側センサ出力ＬＡＭＢ２が所定値ＬＡＭＢｓｌに達する第２の時点を検出する。第１及び第２の時点を検出したときは、両時点間の時間を演算し、これをセンサ出力変化時間差ΔＴｎとして記憶する。各センサ出力ＬＡＭＢ１，ＬＡＭＢ２は、センサ設置部における排気ガスの空気過剰率λが１となったときに所定値ＬＡＭＢｓｌに達する。Ｓ３０４ａでは、前回にこのルーチンを実行した際に算出したセンサ出力変化時間差ΔＴｎ−１を読み込み、これに基づいて空燃比をリッチに制御する期間（以下「リッチスパイク期間」という。）ｔｓｐｉｋｅ１の補正値ｔｘを演算する。補正値ｔｘは、センサ出力変化時間差ΔＴｎ−１により図１０に示すマップを検索し、ΔＴｎ−１が長いときほど大きな値として算出される。
Ｓ３０５ａでは、リッチスパイク期間ｔｓｐｉｋｅ１の基本値に補正値ｔｘを加算し、ｔｓｐｉｋｅ１（＝ｔｓｐｉｋｅ１＋ｔｘ）を設定する。Ｓ３０６ａでは、ＮＯｘ再生を開始した後、リッチスパイク期間ｔｓｐｉｋｅ１が経過したか否かを判定する。ｔｓｐｉｋｅ１が経過したときは、Ｓ３０７ａへ進み、ｔｓｐｉｋｅ１が経過していないときは、このルーチンをリターンする。リッチスパイク期間ｔｓｐｉｋｅ１が経過するまでにトラップされているＮＯｘが分解され、ＮＯｘトラップ触媒３３から放出される。ＮＯｘは、放出される際に排気ガス中の還元剤成分により浄化される。Ｓ３０７ａでは、ＮＯｘ再生が終了したものと判断し、フラグＦｓｐを０に設定し、空気過剰率λを通常値に復帰させる。Ｓ３０８ａでは、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸを０に設定する。
【００３５】
このように、センサ出力変化時間差ΔＴｎを演算し、これに基づいてリッチスパイク期間ｔｓｐｉｋｅ１を変更することで、ＮＯｘ再生時にＮＯｘトラップ触媒３３に供給される還元剤成分の量を最適化することができる。センサ出力変化時間差ΔＴｎは、ＮＯｘ再生開始時にＮＯｘトラップ触媒３３がトラップしているＮＯｘの量（以下「開始時トラップ量」という。）、すなわち、ＮＯｘ再生時に還元すべきＮＯｘの量に応じて変化するからである。センサ出力変化時間差ΔＴｎが長いときは、開始時トラップ量が多く、還元すべきＮＯｘの量が多いので、リッチスパイク期間ｔｓｐｉｋｅ１を延長することで、還元剤成分の量が不足することによる再生不良の発生を防止することができる。一方、センサ出力変化時間差ΔＴｎが短いときは、開始時トラップ量が少なく、還元すべきＮＯｘの量が少ないので、リッチスパイク期間ｔｓｐｉｋｅ１を短縮することで、過剰な量の還元剤成分が供給されることによるエミッション及び燃費の悪化を抑制することができる。
【００３６】
図１１は、故障回避のための制御を行うルーチンのフローチャートを示している。
Ｓ４０１では、フィルタベッド温度Ｔｄｐｆを読み込む。Ｓ４０２では、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４が高温であり、燃え残りのパティキュレートが急速に燃焼することを防止するため、排気ガスの空気過剰率λを故障回避時における目標空気過剰率ｔλｒｅｃに制御する。目標空気過剰率ｔλｒｅｃは、リッチを示し、かつ１．４以下の値に設定する。ＥＣＵ４１は、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｍにより図１２に示すマップを検索して、目標吸入空気量ｔＱａを設定するとともに、上流側センサ出力ＬＡＭＢ１をフィードバックさせて、目標空気過剰率ｔλｒｅｃを達成する。
【００３７】
Ｓ４０３では、フィルタベッド温度Ｔｄｐｆが所定温度Ｔｄｐｆ３以下であるか否かを判定する。Ｔｄｐｆ３以下であるときは、Ｓ４０４へ進み、Ｔｄｐｆよりも高いときは、このルーチンをリターンする。Ｓ４０４では、燃え残りのパティキュレートが急速に燃焼するおそれが解除されたものと判断し、空気過剰率λを通常値に復帰させる。Ｓ４０５では、フラグＦｒｅｃを０に設定する。
【００３８】
図１３は、フラグＦｒｅｇを設定するルーチンのフローチャートである。Ｓ５０１では、パティキュレート堆積量ＰＭが規定量ＰＭ１に達したので、ＤＰＦ再生を行うため、フラグＦｒｅｇを１に設定する。
【００３９】
図１４は、フラグＦｄｅｓｕｌを設定するルーチンのフローチャートである。Ｓ６０１では、硫黄分トラップ量ＳＯＸが規定量ＳＯＸ１に達したので、被毒解除を行うため、フラグＦｄｅｓｕｌを１に設定する。
【００４０】
図１５は、フラグＦｓｐを設定するルーチンのフローチャートである。Ｓ７０１では、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸが規定量ＮＯＸ１に達したので、ＮＯｘ再生を行うため、フラグＦｓｐを１に設定する。
【００４１】
本実施形態に関して、図２に示すフローチャートのＳ２，１１が再生時期判定手段を構成する。また、図９に示すフローチャートのＳ３０１ａ〜３０６ａが触媒再生手段を構成する。
【００４２】
以下に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１６は、第２の実施形態に係るＮＯｘ再生のための制御を行うルーチンのフローチャートを示している。
【００４３】
Ｓ３０１ｂでは、空気過剰率λをＮＯｘ再生のために予め設定された目標空気過剰率ｔλｓｐに制御する。Ｓ３０２ｂでは、上流側センサ出力ＬＡＭＢ１及び下流側センサ出力ＬＡＭＢ２を読み込む。Ｓ３０３ｂでは、上流側センサ出力ＬＡＭＢ１及び下流側センサ出力ＬＡＭＢ２に基づいてセンサ出力変化時間差ΔＴｎを演算する。Ｓ３０４ｂでは、センサ出力変化時間差ΔＴｎにより図１７に示すテーブルを検索し、ＮＯｘ再生時期の判定に関する所定値ＮＯＸ１（図２に示すフローチャートのＳ１１）を演算する。所定値ＮＯＸ１は、ΔＴｎが長いときほど小さな値として算出される。Ｓ３０５ｂでは、ＮＯｘ再生を開始した後、リッチスパイク期間ｔｓｐｉｋｅ１が経過したか否かを判定する。ｔｓｐｉｋｅ１が経過したときは、Ｓ３０６ｂへ進み、ｔｓｐｉｋｅ１が経過していないときは、このルーチンをリターンする。Ｓ３０６ｂでは、フラグＦｓｐを０に設定する。Ｓ３０７ｂでは、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸを０に設定する。
【００４４】
このように、センサ出力変化時間差ΔＴｎを演算し、これに基づいてＮＯｘ再生時期の判定に関する所定値ＮＯＸ１を変更することで、ＮＯｘ再生を最適な時期に開始することができる。センサ出力変化時間差ΔＴｎは、開始時トラップ量に応じて変化するところ、これが長いときは、ＮＯｘ再生を開始するまでに多くの量のＮＯｘをトラップしており、ＮＯｘ再生前にＮＯｘトラップ触媒３３によるＮＯｘ除去率が低下している可能性がある。センサ出力変化時間差ΔＴｎが長いときは、所定値ＮＯＸ１を小さな値に変更することで、次に行われるＮＯｘ再生を早期に、すなわち、ＮＯｘ除去率が良好に保たれているうちに開始することができる。一方、センサ出力変化時間差ΔＴｎが短いときは、ＮＯｘ再生前にトラップしたＮＯｘの量が少ないので、所定値ＮＯＸ１を大きな値に変更することで、ＮＯｘ再生の不要な繰り返しによる燃費の悪化を防止することができる。
【００４５】
本実施形態に関して、図２に示すフローチャートのＳ２，１１及び図１６に示すフローチャートのＳ３０４ｂが再生時期判定手段を構成する。また、同フローチャートのＳ３０１ｂ〜３０３ｂ及び３０５ｂが触媒再生手段を構成する。
【００４６】
図１８は、第３の実施形態に係るＮＯｘ再生のための制御を行うルーチンのフローチャートを示している。
Ｓ３０１ｃでは、前回にこのルーチンを実行した際に演算したセンサ出力変化時間差ΔＴｎ−１により図１９に示すテーブルを検索し、ＮＯｘ再生時における目標空気過剰率ｔλｓｐを設定する。目標空気過剰率ｔλｓｐは、リッチを示す値として、ΔＴｎ−１が長いときほど小さな値に設定される。Ｓ３０２ｃでは、上流側センサ出力ＬＡＭＢ１をフィードバックさせて、空気過剰率λを目標空気過剰率ｔλｓｐに制御する。Ｓ３０３ｃでは、上流側センサ出力ＬＡＭＢ１及び下流側センサ出力ＬＡＭＢ２を読み込む。Ｓ３０４ｃでは、読み込んだＬＡＭＢ１，ＬＡＭＢ２に基づいてセンサ出力変化時間差ΔＴｎを演算し、記憶する。Ｓ３０５ｃでは、ＮＯｘ再生を開始した後、リッチスパイク期間ｔｓｐｉｋｅ１が経過したか否かを判定する。ｔｓｐｉｋｅ１が経過したときは、Ｓ３０６ｃへ進み、ｔｓｐｉｋｅ１が経過していないときは、このルーチンをリターンする。Ｓ３０６ｃでは、フラグＦｓｐを０に設定する。Ｓ３０７ｃでは、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸを０に設定する。
【００４７】
このように、センサ出力変化時間差ΔＴｎを演算し、これに基づいてＮＯｘ再生時における目標空気過剰率ｔλｓｐを変更することで、ＮＯｘ再生時にＮＯｘトラップ触媒３３に供給される還元剤成分の量を最適化することができる。センサ出力変化時間差ΔＴｎは、開始時トラップ量に応じて変化するところ、これが長いときは、開始時トラップ量が多く、ＮＯｘ再生時に還元すべきＮＯｘの量が多い。センサ出力変化時間差ΔＴｎが長いときは、目標空気過剰率ｔλｓｐを小さな値に設定することで、還元剤成分の量が不足することを防止することができる。一方、センサ出力変化時間差ΔＴｎが短いときは、開始時トラップ量が少なく、還元すべきＮＯｘの量が少ないので、目標空気過剰率ｔλｓｐを大きな値に設定することで、過剰な量の還元剤成分が供給されることを防止することができる。
【００４８】
本実施形態に関して、図２に示すフローチャートのＳ２，１１が再生時期判定手段を構成する。また、図１８に示すフローチャートのＳ３０１ｃ〜３０５ｃが触媒再生手段を構成する。
【００４９】
なお、以上では、センサ出力変化時間差ΔＴｎと、ＮＯｘ再生開始時におけるＮＯｘトラップ量とが比例するとの仮定のもとに、センサ出力変化時間差ΔＴｎをＮＯｘ再生のための制御に反映させる場合を例に説明した。本発明は、これに限らず、センサ出力変化時間差ΔＴｎと開始時トラップ量とが比例しない場合に適用することもできる。ＮＯｘトラップ触媒３３に供給される還元剤成分の量が時間に応じて変化する場合は、上流側センサ出力ＬＡＭＢ１が所定値ＬＡＭＢｓｌに達してから、下流側センサ出力ＬＡＭＢ２が所定値ＬＡＭＢｓｌに達するまでの間にＮＯｘトラップ触媒３３に供給された還元剤成分の量を反映させる。供給された還元剤成分の量は、ＮＯｘ再生時における目標当量比１／ｔλｓｐ又はその基準値に対する差の積算値として算出することができる。
【００５０】
また、第１及び第２の排気ガスセンサには、空燃比センサのほか、一般的な酸素センサや空気過剰率センサを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの構成
【図２】再生モード判定ルーチンのフローチャート
【図３】ＤＰＦ再生時期判定値設定マップ
【図４】ＤＰＦ再生ルーチンのフローチャート
【図５】ＤＰＦ再生時目標空気過剰率設定テーブル
【図６】ストイキ相当目標吸入空気量設定マップ
【図７】ポスト噴射量補正値設定マップ
【図８】被毒解除ルーチンのフローチャート
【図９】ＮＯｘ再生ルーチンのフローチャート
【図１０】リッチスパイク期間補正値設定テーブル
【図１１】故障回避ルーチンのフローチャート
【図１２】故障回避時目標吸入空気量設定マップ
【図１３】ＤＰＦ再生フラグ設定ルーチンのフローチャート
【図１４】被毒解除フラグ設定ルーチンのフローチャート
【図１５】ＮＯｘ再生フラグ設定ルーチンのフローチャート
【図１６】他の実施形態に係るＮＯｘ再生ルーチンのフローチャート
【図１７】ＮＯｘ再生時期判定値設定テーブル
【図１８】他の実施形態に係るＮＯｘ再生ルーチンのフローチャート
【図１９】ＮＯｘ再生時目標空気過剰率設定テーブル
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン、１１…吸気通路、１２…可変ノズルターボチャージャ、１３…インタークーラ、１４…サージタンク、１５…吸気絞り弁、２１…インジェクタ、３１…排気通路、３２…酸化触媒、３３…ＮＯｘトラップ触媒、３４…ディーゼルパティキュレートフィルタ、３５…ＥＧＲ管、３６…ＥＧＲ弁、４１…電子制御ユニット、５１…上流側空燃比センサ、５２…下流側空燃比センサ、５３…排気ガス圧力センサ、５４…触媒ベッド温度センサ、５５…フィルタベッド温度センサ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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