(57)【要約】【課題】  排気浄化ユニットに吸蔵或いは捕集された有害成分を応答性高く且つ高精度で除去可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】  吸蔵型ＮＯx触媒（排気浄化ユニット）が目標触媒温度である所定の高温Ｔ1となったときに燃焼室から排出されるべき排気の温度を基本排出温度として設定しておき(B32)、この基本排出温度に上記所定の高温Ｔ1と第２の温度センサにより検出される吸蔵型ＮＯx触媒の温度との差を加味して燃焼室から排出される排気の目標排出温度を設定し(B34,B36,B38,B40)、燃焼室から排出され第１の温度センサにより検出される排気の実排出温度が当該目標排出温度になるよう吸蔵型ＮＯx触媒の温度制御を行う(B42, B44,B46)。【選択図】      図３
2004340137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ、排気の浄化を行う排気浄化ユニットと、
前記排気系に前記内燃機関の排気ポート近傍に位置して設けられ、前記内燃機関の燃焼室から排出される排気の温度を検出する第１の温度センサと、
前記排気系に前記排気浄化ユニット近傍に位置して設けられ、該排気浄化ユニットに流入する排気の温度を検出する第２の温度センサと、
前記排気浄化ユニットに吸蔵または捕集された排気中の有害成分の堆積量を推定または検出する堆積量検出手段と、
前記堆積量検出手段により推定または検出される有害成分の堆積量が所定量に達したとき、前記排気浄化ユニットを前記燃焼室から排出される排気の熱によって所定の高温に温度調整して該堆積した有害成分を放出し除去する放出制御手段とを備え、
前記放出制御手段は、前記第１の温度センサからの温度情報と前記第２の温度センサからの温度情報とに基づいて前記排気浄化ユニットを所定の高温に温度調整することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記放出制御手段は、
前記排気浄化ユニットが前記所定の高温となったときに前記燃焼室から排出されるべき排気の温度を基本排出温度として設定する基本排出温度設定手段と、該基本排出温度設定手段により設定される基本排出温度及び前記所定の高温と前記第２の温度センサにより検出される温度との差に基づき前記燃焼室から排出される排気の目標排出温度を設定する目標排出温度設定手段とを含み、
前記目標排出温度設定手段により設定される目標排出温度と前記第１の温度センサにより検出される温度との差に基づいて前記排気浄化ユニットの温度調整を行うことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記内燃機関は、吸気系に吸入空気量を調節するスロットル弁を有し、
前記放出制御手段は、排気空燃比を理論空燃比または該理論空燃比近傍の空燃比に制御しながら前記スロットル弁を制御することにより前記排気浄化ユニットを所定の高温に温度調整することを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記放出制御手段は、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記スロットル弁の基本スロットル位置を設定する基本スロットル位置設定手段を含み、
前記目標排出温度設定手段により設定される目標排出温度と前記第１の温度センサにより検出される温度との差に基づき前記基本スロットル位置設定手段により設定される基本スロットル位置を補正することで前記排気浄化ユニットの温度調整を行うことを特徴とする、請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記内燃機関はディーゼルエンジンであって、
前記放出制御手段は、排気空燃比を理論空燃比または該理論空燃比近傍の空燃比に制御しながら燃料噴射時期を遅角させることを特徴とする、請求項３または４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記排気浄化ユニットは、前記内燃機関の排気系に設けられ、前記内燃機関がリーン空燃比運転状態にあるとき排気中のＮＯxを吸蔵させ、理論空燃比運転またはリッチ空燃比運転状態にあるとき前記吸蔵させたＮＯxを還元する吸蔵型ＮＯx触媒を含み、
前記第２の温度センサは、前記吸蔵型ＮＯx触媒近傍に位置して設けられ、該吸蔵型ＮＯx触媒に流入する排気の温度を検出し、
前記堆積量検出手段は、前記吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵された排気中の硫黄成分の堆積量を推定または検出する硫黄成分堆積量検出手段から構成され、
前記放出制御手段は、前記硫黄成分堆積量検出手段により推定または検出される硫黄成分の堆積量が所定量に達したとき、前記吸蔵型ＮＯx触媒を前記燃焼室から排出される排気の熱によって所定の高温に温度調整し、その後、排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するとともに前記吸蔵型ＮＯx触媒を前記所定の高温に維持して該堆積した硫黄成分を放出する硫黄成分放出手段から構成され、
前記硫黄成分放出手段は、前記第１の温度センサからの温度情報と前記第２の温度センサからの温度情報とに基づいて前記吸蔵型ＮＯx触媒を所定の高温に温度調整することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記内燃機関は、吸気系に吸入空気量を調節するスロットル弁を有し、
前記硫黄成分放出手段は、排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御しながら前記スロットル弁を制御することにより前記吸蔵型ＮＯx触媒を所定の高温に温度調整することを特徴とする、請求項６記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記排気浄化ユニットは、前記内燃機関の排気系に設けられ、排気中のパティキュレート・マターを捕集するフィルタを含み、
前記第２の温度センサは、前記フィルタ近傍に位置して設けられ、該フィルタに流入する排気の温度を検出し、
前記堆積量検出手段は、前記フィルタに捕集された排気中のパティキュレート・マターの堆積量を推定または検出するパティキュレート・マター堆積量検出手段から構成され、
前記放出制御手段は、前記パティキュレート・マター堆積量検出手段により推定または検出されるパティキュレート・マターの堆積量が所定量に達したとき、前記フィルタを前記燃焼室から排出される排気の熱によって所定の高温に温度調整し、その後、排気空燃比を理論空燃比よりリーン空燃比側の空燃比に制御するとともに前記フィルタを前記所定の高温に維持して該堆積したパティキュレート・マターを燃焼させ前記フィルタの再生を行う強制再生手段から構成され、
前記強制再生手段は、前記第１の温度センサからの温度情報と前記第２の温度センサからの温度情報とに基づいて前記フィルタを所定の高温に温度調整することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記内燃機関は、吸気系に吸入空気量を調節するスロットル弁を有し、
前記強制再生手段は、排気空燃比を理論空燃比または該理論空燃比近傍の空燃比に制御しながら前記スロットル弁を制御することにより前記フィルタを所定の高温に温度調整することを特徴とする、請求項８記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記リーン空燃比側の空燃比は、空気過剰率１．３〜１．５相当であることを特徴とする、請求項８記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記目標排出温度設定手段は、前記目標排出温度を所定の耐熱温度以下の範囲で設定することを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記内燃機関の前記排気系と吸気系とに前記燃焼室への吸気過給を行うターボチャージャを有し、
前記第１の温度センサは、前記排気系の前記ターボチャージャよりも上流に位置して設けられ、前記燃焼室から排出され前記ターボチャージャに流入する排気の温度を検出し、
前記放出制御手段は、
前記排気浄化ユニットが前記所定の高温となったときに前記燃焼室から排出され前記ターボチャージャに流入すべき排気の温度を基本排出温度として設定する基本排出温度設定手段と、該基本排出温度設定手段により設定される基本排出温度及び前記所定の高温と前記第２の温度センサにより検出される温度との差に基づき前記燃焼室から排出され前記ターボチャージャに流入する排気の目標排出温度を設定する目標排出温度設定手段とを含み、
前記目標排出温度設定手段により設定される目標排出温度と前記第１の温度センサにより検出される温度との差に基づいて前記排気浄化ユニットの温度調整を行うことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記目標排出温度設定手段は、前記目標排出温度を前記ターボチャージャまたは前記排気浄化ユニットの耐熱温度以下の範囲で設定することを特徴とする、請求項１２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記内燃機関は、吸気系と排気系とを連通するＥＧＲ通路及び該ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁とからなるＥＧＲ装置を有し、
前記放出制御手段は、排気空燃比を理論空燃比または該理論空燃比近傍の空燃比に制御するとともに前記ＥＧＲ弁を開閉制御することにより前記排気浄化ユニットを所定の高温に温度調整することを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
前記内燃機関は、吸気系に吸入空気量を調節するスロットル弁を有し、
前記放出制御手段は、排気空燃比を理論空燃比または該理論空燃比近傍の空燃比に制御するとともに、前記スロットル弁を所定量絞り側に制御し且つ前記ＥＧＲ弁を開閉制御することにより前記排気浄化ユニットを所定の高温に温度調整することを特徴とする、請求項１４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、排気浄化ユニットに吸蔵或いは捕集された有害成分を除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、排気浄化ユニットとして酸素過剰雰囲気においてもＮＯxを浄化可能な吸蔵型ＮＯx触媒が開発され実用化されている。
この吸蔵型ＮＯx触媒は、酸素過剰状態（酸化雰囲気）において排気中のＮＯxを硝酸塩Ｘ−ＮＯ3として吸蔵し、該吸蔵したＮＯxをＣＯ（一酸化炭素）過剰状態（還元雰囲気）でＮ2（窒素）に還元させる特性（同時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ3が生成される）を有した触媒として構成されている。例えば、内燃機関の排気通路に当該吸蔵型ＮＯx触媒を設けた場合には、吸蔵型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量が飽和する前に空燃比を理論空燃比またはその近傍値に制御するようなリッチ空燃比運転に定期的に切換えてＣＯの多い還元雰囲気を生成し、これにより吸蔵したＮＯxを浄化還元（ＮＯxパージ）して吸蔵型ＮＯx触媒の再生を図るようにしている。
【０００３】
ところで、燃料中にはＳ（サルファ）成分（硫黄成分）が有害成分として含まれており、このＳ成分は酸素と反応してＳＯx（硫黄酸化物）となり、 該ＳＯxは硫酸塩Ｘ−ＳＯ4としてＮＯxの代わりに吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵される（Ｓ被毒）。
このように吸蔵されたＳＯxは、空燃比をリッチ状態にするとともに、吸蔵型ＮＯx触媒を高温状態にすることで放出除去（Ｓパージ）されることが分かっており、例えばＳＯxの吸蔵量を推定し、該推定値が所定量に達したと判定すると、空燃比をリッチ化するとともに燃料を膨張行程或いは排気行程で追加噴射を実施して排気昇温させ、触媒を高温状態にする技術が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、内燃機関がディーゼルエンジンである場合には、運転状態によっては排気中にパティキュレート・マター（以下、略してＰＭともいう）を有害成分として含んでおり、排気浄化ユニットとして当該ＰＭを捕集するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、略してＤＰＦともいう）も開発され実用化されている。
このＤＰＦは、ＰＭの堆積によって徐々に排圧が上昇して排気抵抗が増大してしまい、ひいては燃費が悪化することから、定期的に堆積したＰＭを除去する強制再生を実施する必要がある。
【０００５】
そこで、例えばＰＭの捕集量を推定し、該推定値が所定量に達したと判定すると、やはり追加噴射を実施して排気昇温させ、ＤＰＦを高温状態にしてＰＭを燃焼除去する技術が知られている。
【特許文献１】特開２００２−２１３２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に開示された技術においても、内燃機関としてディーゼルエンジンを用いるようにしているが、ディーゼルエンジンにおいては、吸入空気量が多く基本的にリーン空燃比で運転されるため、ガソリンエンジンに比べて全体的に排気温度が低く、Ｓパージを行う際或いはＤＰＦの強制再生を行う際、吸蔵型ＮＯx触媒或いはＤＰＦを十分に昇温させるまでに時間が掛かるという問題がある。
【０００７】
また、上記追加噴射を行う技術では、排気通路に供給される炭化水素（ＨＣ）成分を吸蔵型ＮＯx触媒の酸化触媒機能やＤＰＦ上流に設けた酸化触媒または吸蔵型ＮＯx触媒によって酸化させ、このとき発生する酸化熱を利用して吸蔵型ＮＯx触媒やＤＰＦの昇温を行うようにしており、このような酸化触媒の酸化熱を利用した昇温手法では、酸化反応にある程度時間を要し、やはり吸蔵型ＮＯx触媒やＤＰＦの昇温に時間が掛かるという問題がある。
【０００８】
さらに、ディーゼルエンジンにおいて空燃比をリッチ化する場合には、スモーク（黒煙）を発生し易いという問題もある。
また、ＳパージやＤＰＦの強制再生を行うに当たり、吸蔵型ＮＯx触媒或いはＤＰＦを高温状態に制御するため、例えば吸蔵型ＮＯx触媒やＤＰＦ或いはそれらの近傍に温度センサを設け、吸蔵型ＮＯx触媒やＤＰＦの温度情報に基づいて排気昇温をフィードバック制御する技術がある。しかしながら、温度センサは応答が遅いため、排気通路にターボチャージャが設けられている場合、或いは排気通路が長い等、排気通路の熱容量が大きいまたは排気の熱エネルギ消費による温度低下があるような場合には、温度が大きくハンチングを引き起こして制御性が悪いという問題もある。言い換えれば、排気昇温を開始しても最初のうちはなかなか吸蔵型ＮＯx触媒やＤＰＦが昇温せず、排気通路の熱容量分が満たされると急激にこれら吸蔵型ＮＯx触媒やＤＰＦが昇温され始めるという問題がある。なお、この問題は、吸蔵型ＮＯx触媒の上流に酸化触媒やＤＰＦを配置した場合、ＤＰＦの上流に酸化触媒または吸蔵型ＮＯx触媒を配置した場合においても同様である。さらに、このように急激に昇温が行われると、吸蔵型ＮＯx触媒、ＤＰＦやターボチャージャが過熱状態になり破損するおそれもある。
【０００９】
この場合、ハンチングを起こしたり吸蔵型ＮＯx触媒、ＤＰＦやターボチャージャが過熱したりしないように排気昇温を行おうとすれば、制御が緩慢とならざるを得ず、やはり吸蔵型ＮＯx触媒やＤＰＦの昇温に時間が掛かることになり好ましいことではない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排気浄化ユニットに吸蔵或いは捕集された有害成分を応答性高く且つ高精度で除去可能な内燃機関の排気浄化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】
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気系に設けられ、排気の浄化を行う排気浄化ユニットと、前記排気系に前記内燃機関の排気ポート近傍に位置して設けられ、前記内燃機関の燃焼室から排出される排気の温度を検出する第１の温度センサと、前記排気系に前記排気浄化ユニット近傍に位置して設けられ、該排気浄化ユニットに流入する排気の温度を検出する第２の温度センサと、前記排気浄化ユニットに吸蔵または捕集された排気中の有害成分の堆積量を推定または検出する堆積量検出手段と、前記堆積量検出手段により推定または検出される有害成分の堆積量が所定量に達したとき、前記排気浄化ユニットを前記燃焼室から排出される排気の熱によって所定の高温に温度調整して該堆積した有害成分を放出し除去する放出制御手段とを備え、前記放出制御手段は、前記第１の温度センサからの温度情報と前記第２の温度センサからの温度情報とに基づいて前記排気浄化ユニットを所定の高温に温度調整することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記放出制御手段は、前記排気浄化ユニットが前記所定の高温となったときに前記燃焼室から排出されるべき排気の温度を基本排出温度として設定する基本排出温度設定手段と、該基本排出温度設定手段により設定される基本排出温度及び前記所定の高温と前記第２の温度センサにより検出される温度との差に基づき前記燃焼室から排出される排気の目標排出温度を設定する目標排出温度設定手段とを含み、前記目標排出温度設定手段により設定される目標排出温度と前記第１の温度センサにより検出される温度との差に基づいて前記排気浄化ユニットの温度調整を行うことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１または２において、前記内燃機関は、吸気系に吸入空気量を調節するスロットル弁を有し、前記放出制御手段は、排気空燃比を理論空燃比または該理論空燃比近傍の空燃比に制御しながら前記スロットル弁を制御することにより前記排気浄化ユニットを所定の高温に温度調整することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置では、請求項３において、前記放出制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記スロットル弁の基本スロットル位置を設定する基本スロットル位置設定手段を含み、前記目標排出温度設定手段により設定される目標排出温度と前記第１の温度センサにより検出される温度との差に基づき前記基本スロットル位置設定手段により設定される基本スロットル位置を補正することで前記排気浄化ユニットの温度調整を行うことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置では、請求項３または４において、前記内燃機関はディーゼルエンジンであって、前記放出制御手段は、排気空燃比を理論空燃比または該理論空燃比近傍の空燃比に制御しながら燃料噴射時期を遅角させることを特徴としている。
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記排気浄化ユニットは、前記内燃機関の排気系に設けられ、前記内燃機関がリーン空燃比運転状態にあるとき排気中のＮＯxを吸蔵させ、理論空燃比運転またはリッチ空燃比運転状態にあるとき前記吸蔵させたＮＯxを還元する吸蔵型ＮＯx触媒を含み、前記第２の温度センサは、前記吸蔵型ＮＯx触媒近傍に位置して設けられ、該吸蔵型ＮＯx触媒に流入する排気の温度を検出し、前記堆積量検出手段は、前記吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵された排気中の硫黄成分の堆積量を推定または検出する硫黄成分堆積量検出手段から構成され、前記放出制御手段は、前記硫黄成分堆積量検出手段により推定または検出される硫黄成分の堆積量が所定量に達したとき、前記吸蔵型ＮＯx触媒を前記燃焼室から排出される排気の熱によって所定の高温に温度調整し、その後、排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するとともに前記吸蔵型ＮＯx触媒を前記所定の高温に維持して該堆積した硫黄成分を放出する硫黄成分放出手段から構成され、前記硫黄成分放出手段は、前記第１の温度センサからの温度情報と前記第２の温度センサからの温度情報とに基づいて前記吸蔵型ＮＯx触媒を所定の高温に温度調整することを特徴としている。
【００１５】
また、請求項７の内燃機関の排気浄化装置では、請求項６において、前記内燃機関は、吸気系に吸入空気量を調節するスロットル弁を有し、前記硫黄成分放出手段は、排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御しながら前記スロットル弁を制御することにより前記吸蔵型ＮＯx触媒を所定の高温に温度調整することを特徴としている。
また、請求項８の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記排気浄化ユニットは、前記内燃機関の排気系に設けられ、排気中のパティキュレート・マターを捕集するフィルタを含み、前記第２の温度センサは、前記フィルタ近傍に位置して設けられ、該フィルタに流入する排気の温度を検出し、前記堆積量検出手段は、前記フィルタに捕集された排気中のパティキュレート・マターの堆積量を推定または検出するパティキュレート・マター堆積量検出手段から構成され、前記放出制御手段は、前記パティキュレート・マター堆積量検出手段により推定または検出されるパティキュレート・マターの堆積量が所定量に達したとき、前記フィルタを前記燃焼室から排出される排気の熱によって所定の高温に温度調整し、その後、排気空燃比を理論空燃比よりリーン空燃比側の空燃比に制御するとともに前記フィルタを前記所定の高温に維持して該堆積したパティキュレート・マターを燃焼させ前記フィルタの再生を行う強制再生手段から構成され、前記強制再生手段は、前記第１の温度センサからの温度情報と前記第２の温度センサからの温度情報とに基づいて前記フィルタを所定の高温に温度調整することを特徴としている。
【００１６】
また、請求項９の内燃機関の排気浄化装置では、請求項８において、前記内燃機関は、吸気系に吸入空気量を調節するスロットル弁を有し、前記強制再生手段は、排気空燃比を理論空燃比または該理論空燃比近傍の空燃比に制御しながら前記スロットル弁を制御することにより前記フィルタを所定の高温に温度調整することを特徴としている。
また、請求項１０の内燃機関の排気浄化装置では、請求項８において、前記リーン空燃比側の空燃比は、空気過剰率１．３〜１．５相当であることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１１の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１乃至１０において、前記目標排出温度設定手段は、前記目標排出温度を所定の耐熱温度以下の範囲で設定することを特徴としている。
また、請求項１２の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記内燃機関の前記排気系と吸気系とに前記燃焼室への吸気過給を行うターボチャージャを有し、前記第１の温度センサは、前記排気系の前記ターボチャージャよりも上流に位置して設けられ、前記燃焼室から排出され前記ターボチャージャに流入する排気の温度を検出し、前記放出制御手段は、前記排気浄化ユニットが前記所定の高温となったときに前記燃焼室から排出され前記ターボチャージャに流入すべき排気の温度を基本排出温度として設定する基本排出温度設定手段と、該基本排出温度設定手段により設定される基本排出温度及び前記所定の高温と前記第２の温度センサにより検出される温度との差に基づき前記燃焼室から排出され前記ターボチャージャに流入する排気の目標排出温度を設定する目標排出温度設定手段とを含み、前記目標排出温度設定手段により設定される目標排出温度と前記第１の温度センサにより検出される温度との差に基づいて前記排気浄化ユニットの温度調整を行うことを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１３の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１２おいて、前記目標排出温度設定手段は、前記目標排出温度を前記ターボチャージャまたは前記排気浄化ユニットの耐熱温度以下の範囲で設定することを特徴としている。
また、請求項１４の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１または２において、前記内燃機関は、吸気系と排気系とを連通するＥＧＲ通路及び該ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁とからなるＥＧＲ装置を有し、前記放出制御手段は、排気空燃比を理論空燃比または該理論空燃比近傍の空燃比に制御するとともに前記ＥＧＲ弁を開閉制御することにより前記排気浄化ユニットを所定の高温に温度調整することを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１５の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１４において、前記内燃機関は、吸気系に吸入空気量を調節するスロットル弁を有し、前記放出制御手段は、排気空燃比を理論空燃比または該理論空燃比近傍の空燃比に制御するとともに、前記スロットル弁を所定量絞り側に制御し且つ前記ＥＧＲ弁を開閉制御することにより前記排気浄化ユニットを所定の高温に温度調整することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気浄化ユニットに吸蔵または捕集された排気中の有害成分を放出し除去するときにおいて、排気浄化ユニットは、燃焼室から排出される排気の温度を検出する第１の温度センサからの温度情報と排気浄化ユニットに流入する排気の温度を検出する第２の温度センサからの温度情報とに基づいて所定の高温に温度制御されるので、例えば、排気浄化ユニットに流入する排気の温度を検出する第２の温度センサだけで排気浄化ユニットの温度制御を行おうとしたときには、応答が遅く、排気通路の熱容量が大きい或いは排気の熱エネルギ消費による温度低下があるような場合には大きくハンチングを引き起こして制御性が悪いのであるが、第２の温度センサにより排気浄化ユニットの温度を監視しながら、さらに第１の温度センサにより排気ポート近傍の排気温度をも監視することにより、燃焼室から排出される排気の温度を過不足無く適正な温度に制御して排気浄化ユニットを所定の高温に制御することができる。これにより、排気浄化ユニットの温度制御性を向上させ、排気浄化ユニットに吸蔵または捕集された有害成分の除去を応答性高く且つ高精度で実現することができる。
【００２１】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１において、排気浄化ユニットが当該排気浄化ユニットの目標温度である所定の高温となったときに燃焼室から排出されるべき排気の温度を基本排出温度として設定しておき、この基本排出温度及び上記所定の高温と第２の温度センサにより検出される温度との差に基づいて燃焼室から排出される排気の目標排出温度を設定し、第１の温度センサにより検出される温度が当該目標排出温度になるよう温度制御を行うようにしたので、燃焼室から排出される排気の温度を過不足無く適正な温度に良好に制御して排気浄化ユニットを所定の高温に速やかに到達させるようにできる。また、排気浄化ユニットの温度が所定の高温に近づけば目標排出温度も基本排出温度に近づくため、最終的には燃焼室から排出される排気の温度を良好に基本排出温度に向けて制御でき、排気浄化ユニットの温度をハンチングなく所定の高温に良好に収束させることができる。これにより、排気浄化ユニットの温度制御性を向上させ、排気浄化ユニットに吸蔵または捕集された有害成分の除去を応答性高く且つ高精度で実現することができる。
【００２２】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１または２において、排気空燃比を理論空燃比または該理論空燃比近傍の空燃比に制御しながらスロットル弁を制御することにより排気浄化ユニットを所定の高温に温度調整するので、排気中のＮＯx或いはＨＣ、ＣＯ等の増加を抑制しつつ、吸入空気量と排気浄化ユニットの温度との比例関係に基づき、排気温度ひいては排気浄化ユニットの温度を容易に制御することができる（図４参照）。
【００２３】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項３において、目標排出温度と第１の温度センサにより検出される温度との差に基づき基本スロットル位置を補正することで排気浄化ユニットの温度調整を行うので、基本スロットル位置を補正するだけで排気温度ひいては排気浄化ユニットの温度を容易に制御することができる。
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項３または４において、内燃機関はディーゼルエンジンであって、排気空燃比を理論空燃比または該理論空燃比近傍の空燃比に制御しながら燃料噴射時期を遅角させるようにしたので、排気中のＮＯx或いはＨＣ、ＣＯ等の増加とともにスモークの発生を防止しながら、排気浄化ユニットの温度制御性の向上を図ることができる。
【００２４】
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１において、排気浄化ユニットは排気中のＮＯxを吸蔵する吸蔵型ＮＯx触媒であるので、該吸蔵型ＮＯx触媒のＳパージ時において、該吸蔵型ＮＯx触媒の温度制御性を向上させ、Ｓパージを応答性高く且つ高精度で実現することができる。
また、請求項７の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項６において、排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御しながらスロットル弁を制御することにより吸蔵型ＮＯx触媒を所定の高温に温度調整するので、吸入空気量と吸蔵型ＮＯx触媒の温度との比例関係に基づき、排気温度ひいては吸蔵型ＮＯx触媒の温度を容易に制御することができる（図４参照）。また、排気空燃比をリッチ空燃比とするようにすれば、Ｓパージを吸蔵型ＮＯx触媒の昇温中から早期に開始することができる。
【００２５】
また、請求項８の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１において、排気浄化ユニットは排気中のパティキュレート・マターを捕集するフィルタであるので、該フィルタの強制再生時において、該フィルタの温度制御性を向上させ、強制再生を応答性高く且つ高精度で実現することができる。
また、請求項９の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項８において、排気空燃比を理論空燃比または該理論空燃比近傍の空燃比に制御しながらスロットル弁を制御することによりフィルタを所定の高温に温度調整するので、排気中のＮＯx或いはＨＣ、ＣＯ等の増加を抑制しつつ、吸入空気量とフィルタの温度との比例関係に基づき、排気温度ひいてはフィルタの温度を容易に制御することができる（図４参照）。
【００２６】
また、請求項１０の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項８において、リーン空燃比側の空燃比は空気過剰率１．３〜１．５相当であるので、フィルタの強制再生中において、吸入空気量の増大に伴う排気温度の低下ひいてはフィルタの温度低下を極力防止しつつ酸素不足を解消でき、パティキュレート・マターの燃焼を良好に促進することができる。
【００２７】
また、請求項１１の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１乃至１０において、目標排出温度を所定の耐熱温度以下の範囲で設定するので、目標排出温度を所定の耐熱温度以下の範囲にクリップでき、排気浄化ユニット等の排気系部材の過熱による破損を防止しながら、排気浄化ユニットの温度制御性の向上を図ることができる。
また、請求項１２の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１において、排気系に特に熱容量の大きなターボチャージャを有する場合であっても、第２の温度センサにより排気浄化ユニットの温度を監視しながら、さらに第１の温度センサによりターボチャージャ上流の排気温度をも監視することにより、燃焼室から排出されターボチャージャに流入する排気の温度を過不足無く適正な温度に制御して排気浄化ユニットを所定の高温に制御することができる。これにより、ターボチャージャの存在に拘わらず、排気浄化ユニットの温度制御性を向上させ、排気浄化ユニットに吸蔵または捕集された有害成分の除去を応答性高く且つ高精度で実現することができる。
【００２８】
また、請求項１３の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１２おいて、目標排出温度をターボチャージャまたは排気浄化ユニットの耐熱温度以下の範囲で設定するので、目標排出温度を該耐熱温度以下の範囲にクリップでき、ターボチャージャや排気浄化ユニットの過熱による破損を防止しながら、排気浄化ユニットの温度制御性の向上を図ることができる。
【００２９】
また、請求項１４の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１または２において、ＥＧＲ弁を開閉制御することにより排気浄化ユニットを所定の高温に温度調整するので、ポンピングロスの低減を図りながら、排気温度ひいては排気浄化ユニットの温度を効果的に上昇させることができる。
また、請求項１５の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１４において、スロットル弁を所定量絞り側に制御し且つＥＧＲ弁を開閉制御して排気浄化ユニットを所定の高温に温度調整するので、ポンピングロスの低減を図りながら、排気温度ひいては排気浄化ユニットの温度をより一層効果的に上昇させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一実施形態を説明する。
先ず、第１実施例について説明する。
図１を参照すると、本発明の第１実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づき説明する。
【００３１】
エンジン１としては、ここでは直列４気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記す）が採用される。
エンジン１の燃料供給系は例えばコモンレールシステムからなり、このシステムでは、各気筒毎にインジェクタ（燃料噴射ノズル）２が設けられており、これらのインジェクタ２はコモンレール（図示せず）に接続されている。そして、各インジェクタ２は、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）４０に接続されており、ＥＣＵ４０からの燃料噴射指令に基づいて開閉弁し、コモンレール内の燃料を所望のタイミングで各燃焼室に高圧で噴射可能である。即ち、当該インジェクタ２は、主燃焼用の主噴射の他、初期噴射（パイロット噴射）、追加噴射や燃料噴射の休止等をも自在に実施可能である。なお、当該コモンレールシステムは公知であり、該コモンレールシステムの構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
【００３２】
エンジン１の各気筒の燃焼室３に吸気弁を介して連通する吸気ポートには、吸気マニホールド４を介して吸気管６が接続されており、吸気管６にはターボチャージャ（過給機）８のポンプ８ａを介してエアクリーナ９が設けられている。また、吸気管６のターボチャージャ８よりも吸気下流側には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁５が接続されており、エアクリーナ９とターボチャージャ８との間には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ（ＡＦＳ）７が設けられている。
【００３３】
一方、エンジン１の各気筒の燃焼室３に排気弁を介して連通する排気ポートには、排気マニホールド１０を介して排気管１２が接続されており、排気管１２にはターボチャージャ８のタービン８ｂが介装されている。
排気マニホールド１０からはＥＧＲ通路１４が延びており、該ＥＧＲ通路１４の終端は吸気マニホールド６に接続されている。そして、ＥＧＲ通路１４には、電磁式のＥＧＲ弁１６が介装されている。
【００３４】
そして、排気管１２には吸蔵型ＮＯx触媒２０が介装されている。吸蔵型ＮＯx触媒２０は、上述した如く排気空燃比（排気λ）がリーン空燃比寄りの酸化雰囲気においてＮＯxを一旦吸蔵させ、排気空燃比がリッチ空燃比寄りの主としてＣＯの存在する還元雰囲気においてＮＯxをＮ2（窒素）等に還元させる機能を持つものである。詳しくは、吸蔵型ＮＯx触媒２０は、貴金属として白金（Ｐt），ロジウム（Ｒｈ）等を有した触媒として構成されており、吸蔵材としてはバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されている。なお、吸蔵型ＮＯx触媒２０は酸化機能或いは三元触媒機能を併せ有していてもよい。
【００３５】
また、排気管１２の燃焼室３寄りの部分、例えば排気マニホールド１０或いはいずれかの気筒の排気ポートには、燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の温度を検出する温度センサ（第１の温度センサ）１８が設けられている。さらに、排気管１２の吸蔵型ＮＯx触媒２０には、吸蔵型ＮＯx触媒２０の入口温度を検出する温度センサ（第２の温度センサ）２２が設けられており、吸蔵型ＮＯx触媒２０よりも排気上流側には、排気空燃比（排気λ）を検出する空燃比センサ（λセンサ）１９が設けられている。なお、図１の構成では、温度センサ１８は例えば排気ポートに設けられているが、これに限られるものではなく、例えば排気ポートの下流側且つターボチャージャ８の上流側の排気管１２のいずれの部分に設けるようにしてもよい。
【００３６】
ＥＣＵ４０は、エンジン１を含めた本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の総合的な制御を行うための制御装置である。
ＥＣＵ４０の入力側には、上記エアフローセンサ７、温度センサ１８、２２、空燃比センサ１９の他、各種センサ類が接続されている。
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上記インジェクタ２、スロットル弁５、ＥＧＲ弁１６等の各種デバイスが接続されており、各種入力情報に基づき、空燃比（λ）、燃料噴射量、吸入空気量等が設定され、燃料噴射量の指令信号がインジェクタ２に供給され、吸入空気量の指令信号がスロットル弁５に供給され、その他の信号が各種デバイスに出力される。
【００３７】
ところで、上述したように、吸蔵型ＮＯx触媒２０にはＮＯxとともにＳＯx（有害成分）も吸蔵され（Ｓ被毒）、このＳＯxはＮＯxの浄化能力を低下させてしまうことから、吸蔵型ＮＯx触媒２０に吸蔵されるＳＯxの量が所定量に達したときには、当該ＳＯxの放出除去、即ちＳパージを実施するようにしている。ここに、吸蔵型ＮＯx触媒２０に吸蔵されるＳＯxの量については、例えばエンジン１の運転時間等に基づいて推定されるが、その他の方法で検出してもよい（硫黄成分堆積量検出手段、堆積量検出手段）。
【００３８】
Ｓパージを行うためには、上述したように吸蔵型ＮＯx触媒２０を還元雰囲気にするとともに所定の高温Ｔ1（例えば、６５０℃）に昇温させる必要があり、ここでは、吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度制御性を向上させ、Ｓパージを応答性高く且つ高精度で実現するようにしている。
以下、このように構成された排気浄化装置の本発明の第１実施例に係るＳパージ制御手法（硫黄成分放出手段、放出制御手段）について詳細に説明する。
【００３９】
図２を参照すると、吸蔵型ＮＯx触媒２０を還元雰囲気にするためのλ制御のブロック図が示され、図３を参照すると、吸蔵型ＮＯx触媒２０を所定の高温Ｔ1に昇温させる温度制御のブロック図が示されており、以下これら図２及び図３に沿い説明する。
先ず、図２に示すように、吸蔵型ＮＯx触媒２０を還元雰囲気にすべく、ブロックＢ１０では、排気空燃比（排気λ）の目標空燃比（目標λ）を設定する。ここでは、吸蔵型ＮＯx触媒２０の昇温時における排気中のＮＯx或いはＨＣ、ＣＯ等の増加を防止するため、目標空燃比（目標λ）は、例えば理論空燃比（λ＝１．０）とされる。なお、目標λは必ずしも理論空燃比（λ＝１．０）でなくてもよく、排気中のＮＯx或いはＨＣ、ＣＯ等が極端に増加しない範囲であれば理論空燃比近傍の空燃比であってもよい。
【００４０】
一方、ブロックＢ１２では、エアフローセンサ７により吸入空気量を検出する。そして、ブロックＢ１４において、実際の排気空燃比（実λ）が当該目標空燃比となるように吸入空気量に応じてインジェクタ２からの燃料の全噴射量を決定する。
また、ここでは、主噴射（メイン噴射）による燃焼の安定化を図り、ひいてはエンジントルクの安定化を図るため、主噴射に先だって少量の燃料をパイロット噴射しており、ブロックＢ１６では、パイロット噴射量を設定する。これより、ブロックＢ１８では、燃料の全噴射量とパイロット噴射量の差分が基本メイン噴射量として得られる。なお、パイロット噴射量と基本メイン噴射量との比率はエンジン１の運転状態に応じてエンジントルクの安定性を視ながら適宜設定されればよい。
【００４１】
一方、ブロックＢ２０では、λセンサ１９によって実際の排気λ、即ち実λが検出されており、ブロックＢ２２では、上記目標λと当該実λとの偏差が検出され、さらに当該偏差が燃料噴射量の補正量に変換される。そして、ブロックＢ２４において、当該燃料噴射量の補正量が上記基本メイン噴射量に加味され、排気λを目標λとすべく実際に噴射すべきメイン噴射量が決定される。
【００４２】
図３に示すように、ブロックＢ３０では、運転者のアクセル操作量とエンジン回転速度Ｎeとに基づき、スロットル弁５の基本スロットル位置が設定される（基本スロットル位置設定手段）。
また、ブロックＢ３２では、吸蔵型ＮＯx触媒２０が目標触媒温度である所定の高温Ｔ1（例えば、６５０℃）となったときにエンジン１の燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入すべき排気の温度を予め実験等に基づき基本排出温度として設定しておく（基本排出温度設定手段）。
【００４３】
一方、ブロックＢ３６では、温度センサ２２により吸蔵型ＮＯx触媒２０の入口温度、即ち実触媒温度が検出され、ブロックＢ３８では、当該実触媒温度とブロックＢ３４における目標触媒温度、即ち所定の高温Ｔ1との偏差が検出される。そして、ブロックＢ４０では、当該偏差が上記基本排出温度に加味されて燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の目標排出温度が設定される（目標排出温度設定手段）。
【００４４】
なお、目標排出温度が高すぎるとターボチャージャ８や吸蔵型ＮＯx触媒２０、その他の触媒等の排気系部材が過熱するおそれがあることから、目標排出温度にはブロックＢ３９においてこれら排気系部材の耐熱温度でクリップが掛けられる。つまり、目標排出温度はターボチャージャ８や吸蔵型ＮＯx触媒２０等の排気系部材の耐熱温度以下の範囲で設定される。これにより、ターボチャージャ８や吸蔵型ＮＯx触媒２０等の過熱による損傷が防止される。
【００４５】
ブロックＢ４２では、温度センサ１８により燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の温度、即ち実排出温度が検出され、ブロックＢ４４では、当該実排出温度と上記目標排出温度との偏差が検出され、さらに当該偏差がスロットル弁５のスロットル位置の補正量に変換される。
図４を参照すると、例えばディーゼルエンジンにおいて空燃比を一定（例えば、理論空燃比、即ちλ＝１．０）の状況下でスロットル位置を変更して吸入空気量を変化させた場合の触媒温度が発明者の実験データとして示されているが、空燃比一定の下では吸入空気量と触媒温度とは比例関係にあることが確認されている。つまり、空燃比一定の下では、スロットル位置が増大側に変化すると、これに応じて排気温度が上昇して吸蔵型ＮＯx触媒２０が昇温するのである。
【００４６】
従って、ここでは、同図の比例関係に基づいて実排出温度と目標排出温度との偏差を吸入空気量、即ちスロットル位置の補正量に変換する。
このようにスロットル位置の補正量が求められると、ブロックＢ４６において、当該補正量が上記基本スロットル位置に加味され、目標スロットル位置が設定される。
なお、目標スロットル位置が設定されると当該目標スロットル位置に向けてスロットル弁５が制御され、吸入空気量が変化するが、この吸入空気量の変化量は上記図２のλ制御に適宜フィードバックされ、排気λが常に目標λとなるように制御される。
【００４７】
λ制御と温度制御とは一体不可分にして繰り返し実施され、これにより、排気温度が目標排出温度に向けて上昇し、吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度が良好に目標触媒温度である所定の高温Ｔ1に制御される。
吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度が目標ＤＰＦ温度である所定の高温Ｔ1に達すると、排気空燃比（排気λ）が理論空燃比（λ＝１．０）に制御されているので、吸蔵型ＮＯx触媒２０に吸蔵されているＳＯxの放出、即ちＳＯxの還元除去が良好に促進される。
【００４８】
これより、吸蔵型ＮＯx触媒２０に吸蔵されているＳＯxの除去が完了し、吸蔵型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸蔵能力が良好に回復する。実際には、吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度が所定の高温Ｔ1に達してからＳＯxの除去が完了するまでの時間が予め設定されており、Ｓパージは当該設定時間に亘り実施される。
このように、本発明の第１実施例に係るＳパージ制御では、吸蔵型ＮＯx触媒２０が所定の高温Ｔ1となったときに燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入すべき排気の温度を基本排出温度として設定し、さらに、吸蔵型ＮＯx触媒２０に当該吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度を検出する温度センサ２２を設けるとともに排気マニホールド１０或いは排気ポートに燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の温度を検出する温度センサ１８を設け、目標触媒温度である所定の高温Ｔ1と温度センサ２２により検出される温度との差を上記基本排出温度に加味して燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の目標排出温度を設定し、温度センサ１８により検出される温度が当該目標排出温度になるよう温度制御を行うようにしている。
【００４９】
これにより、本発明に係るＳパージ制御では、特にターボチャージャ８の存在により排気通路の熱容量が大きい場合であっても、燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の温度を過不足無く適正な温度に良好に制御し、吸蔵型ＮＯx触媒２０を所定の高温Ｔ1に速やかに到達させるようにできる。また、λ制御と温度制御とが繰り返し実施されると吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度が所定の高温Ｔ1に近づくことになるが、吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度が所定の高温Ｔ1に近づけば目標排出温度が基本排出温度に近づくことになるため、最終的には燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の温度を良好に基本排出温度に向けて制御できることになり、吸蔵型ＮＯx触媒の温度をハンチングなく所定の高温Ｔ1に良好に収束させることができる。従って、本発明に係るＳパージ制御を用いることで、吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度制御性を向上させ、Ｓパージを応答性高く且つ高精度で実現することができる。
【００５０】
また、スロットル弁５のスロットル位置を制御することによって吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度を制御可能であるので、吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度制御を容易に実施することができる。
ところで、図４には、インジェクタ２の燃料噴射時期を遅角側に変化させた場合のスモーク（黒煙）の発生度合いが発明者の実験データとして併せて示されているが、同図に示すように、空燃比一定の下では燃料噴射時期が遅角側であるほどスモークの発生が抑制されることが確認されている。
【００５１】
従って、本発明に係るＳパージ制御では、上記λ制御及び温度制御を実施するとともに燃料噴射時期を大きく遅角させるようにする。同図によれば、空燃比一定（例えば、理論空燃比、即ちλ＝１．０）の下では、燃料噴射時期を例えば３５°ATDCより遅角側に制御するのがよく、好ましくは例えば４０°ATDCより遅角側に制御するのがよい。
これにより、ディーゼルエンジンでは排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御しようとするとスモークを発生し易いのであるが、このようなスモークの発生を防止しながら、吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度制御性の向上を図ることが可能である。
【００５２】
また、Ｓパージを実施する場合には、ＥＧＲ弁１６を全閉状態とするのがよい。これにより、高温の排気がＥＧＲ通路１４を介して吸気系に流入することがなくなり、ＥＧＲ弁１６等の吸気系部材の過熱による損傷が防止される。また、これによってもスモークの発生が抑制される。
図５を参照すると、上記Ｓパージ制御を実施した場合の実験結果（エンジントルク、吸入空気量、実触媒温度、実排出温度、メイン噴射量、パイロット噴射量、排気λ、スモーク発生度合い）がタイムチャートで示されており、同図中には、併せて、吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度を検出すべく温度センサ２２だけを設けてハンチングなく制御した場合の実触媒温度及び実排出温度が破線で示され、追加噴射により触媒反応を利用して吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度制御を実施した場合の実触媒温度及び実排出温度が一点鎖線で示されているが、本発明に係るＳパージ制御を実施することにより、同図に示す如く、排気λを良好に一定に保持しつつ、エンジントルクの変動を殆ど生じることなくスモークの発生度合いを小さく抑えながら、温度センサ２２だけを設けた場合（破線）や触媒反応を利用した場合（一点鎖線）に比べて、燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の温度、即ち排出温度を速やかに上昇させて吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度、即ち触媒温度を速やかに所定の高温Ｔ1（例えば、６５０℃）まで上昇させることができ、また、排出温度を良好に基本排出温度に向けて制御して吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度をハンチングなく所定の高温Ｔ1に良好に収束させることができる。
【００５３】
なお、ここでは、排気の昇温からＳパージが終了するまで目標λを理論空燃比（λ＝１．０）としたが、吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度が所定の高温Ｔ1に達するまで理論空燃比よりもリーン空燃比側とした後、目標λを理論空燃比（λ＝１．０）に設定変更するようにしてもよい。
また、排気中のＨＣ、ＣＯ等が極端に増加しない範囲において、目標λをＳパージ制御の開始時点から理論空燃比（λ＝１．０）よりもリッチ空燃比側に設定しておいてもよい。
【００５４】
以下、第１実施例の変形例について説明する。
上記第１実施例では、Ｓパージ実施の際に、目標λを例えば１．０に設定し、図３に示す温度制御のブロック図に沿って目標スロットル位置を制御するようにしたが、これに限定されるものではない。即ち、Ｓパージ実施の際に、吸入空気量を可変制御することなく、吸入空気量を一定の吸気量に減少させる吸気絞り手段（例えば、スロットル弁５を所定量絞り側に制御）を設け、図３のブロックＢ３０及びブロックＢ４６をそれぞれ基本パイロット噴射量、目標パイロット噴射量とし、燃料噴射量を制御することによって排気温度を所定の高温に温度調整してもよい。
【００５５】
次に、第２実施例について説明する。
図６を参照すると、本発明の第２実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下第２実施例について説明する。なお、図６においては、ターボチャージャ８が介装されていない点が上記図１と異なっているのみであり、その他の構成は図１と同一であり、またＳパージ制御のブロック図についても図２、３と同一であるため、ここでは構成及びＳパージ制御手法については説明を省略する。但し、ターボチャージャ８が介装されていないことに伴い、温度センサ１８は排気マニホールド１０或いは排気ポートに設けられており、図３のブロックＢ４０では、燃焼室３から排出される排気の目標排出温度が設定され、ブロックＢ４２では、燃焼室３から排出される排気の温度が温度センサ１８により実排出温度として検出される。
【００５６】
即ち、本発明の第２実施例に係るＳパージ制御では、吸蔵型ＮＯx触媒２０が所定の高温Ｔ1となったときに燃焼室３から排出されるべき排気の温度を基本排出温度として設定し、さらに、吸蔵型ＮＯx触媒２０に当該吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度を検出する温度センサ２２を設けるとともに排気マニホールド１０或いは排気ポートに燃焼室３から排出される排気の温度を検出する温度センサ１８を設け、目標触媒温度である所定の高温Ｔ1と温度センサ２２により検出される温度との差を上記基本排出温度に加味して燃焼室３から排出される排気の目標排出温度として設定し、温度センサ１８により検出される温度が当該目標排出温度になるよう温度制御を行うようにしている。
【００５７】
これにより、本発明の第２実施例に係るＳパージ制御では、例えば排気管１２が長く、排気の熱エネルギ消費による温度低下があるような場合であっても、燃焼室３から排出される排気の温度を過不足無く適正な温度に良好に制御し、吸蔵型ＮＯx触媒２０を所定の高温Ｔ1に速やかに到達させるようにでき、吸蔵型ＮＯx触媒の温度をハンチングなく所定の高温Ｔ1に良好に収束させることができる。従って、吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度制御性を向上させ、Ｓパージを応答性高く且つ高精度で実現することができる。
【００５８】
次に、第３実施例について説明する。
図７を参照すると、本発明の第３実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下第３実施例について説明する。なお、図７においては、吸蔵型ＮＯx触媒２０の上流側に酸化触媒２４を設けている点が上記図６と異なっているのみであり、その他の構成は図６と同一であり、またＳパージ制御のブロック図についても図２、３と同一であるため、ここでは構成及びＳパージ制御手法については説明を省略する。
【００５９】
即ち、本発明の第３実施例に係るＳパージ制御では、上記第２実施例の場合と同様に、吸蔵型ＮＯx触媒２０が所定の高温Ｔ1となったときに燃焼室３から排出されるべき排気の温度を基本排出温度として設定し、さらに、吸蔵型ＮＯx触媒２０に当該吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度を検出する温度センサ２２を設けるとともに排気マニホールド１０或いは排気ポートに燃焼室３から排出される排気の温度を検出する温度センサ１８を設け、目標触媒温度である所定の高温Ｔ1と温度センサ２２により検出される温度との差を上記基本排出温度に加味して燃焼室３から排出される排気の目標排出温度として設定し、温度センサ１８により検出される温度が当該目標排出温度になるよう温度制御を行うようにしている。
【００６０】
これにより、本発明の第３実施例に係るＳパージ制御では、特に酸化触媒２４の存在により排気通路の熱容量が大きい場合であっても、燃焼室３から排出される排気の温度を過不足無く適正な温度に良好に制御し、吸蔵型ＮＯx触媒２０を所定の高温Ｔ1に速やかに到達させるようにでき、吸蔵型ＮＯx触媒の温度をハンチングなく所定の高温Ｔ1に良好に収束させることができる。従って、吸蔵型ＮＯx触媒２０の温度制御性を向上させ、Ｓパージを応答性高く且つ高精度で実現することができる。
【００６１】
なお、ここでは吸蔵型ＮＯx触媒２０の上流側に酸化触媒２４を設けるようにしたが、酸化触媒２４に代えて後述するようなパティキュレート・フィルタを配置した場合においても上記同様の作用効果が得られるものである。
次に、第４実施例について説明する。
第４実施例では、図１に示す第１実施例の吸蔵型ＮＯx触媒２０に代えて、図８に示すようなディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦと略す）２０’を用いる点が上記第１実施例と異なっており、以下、第１実施例との共通部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００６２】
上述したように、排気中にはパティキュレート・マター（有害成分、以下、ＰＭと略す）を有害成分として含んでおり、このようなＰＭをＤＰＦ２０’によって捕集するようにしている。そして、ＤＰＦ２０’は、ＰＭの堆積によって徐々に排圧が上昇して排気抵抗が増大してしまい、ひいては燃費が悪化することから、ＰＭの堆積量が所定量に達したときには、堆積したＰＭを燃焼除去し、ＤＰＦ２０’を強制的に再生（ＤＰＦ強制再生）するようにしている。
【００６３】
上記ＳＯxの量の場合と同様に、ＰＭの堆積量については、例えばエンジン１の運転時間等に基づいて推定されるが、その他の方法（ＤＰＦ２０’の前後差圧）で検出してもよい（パティキュレート・マター堆積量検出手段、堆積量検出手段）。
ＤＰＦ強制再生を行うためには、上述したようにＤＰＦ２０’を所定の高温Ｔ1’（例えば、６５０〜７００℃）に昇温させる必要があり、ここでは、ＤＰＦ２０’の温度制御性を向上させ、ＤＰＦ強制再生を応答性高く且つ高精度で実現するようにしている。
【００６４】
以下、このように構成された排気浄化装置の本発明の第４実施例に係るＤＰＦ強制再生制御手法（強制再生手段、放出制御手段）について詳細に説明する。
第４実施例では、所定の高温Ｔ1’に達するまでは、λ制御については上記Ｓパージの場合と同様に図２のブロック図が適用され、温度制御については図３のブロック図に代えて図９のブロック図が適用される。
【００６５】
図２に示すように、ブロックＢ１０では、排気空燃比（排気λ）の目標空燃比（目標λ）を設定する。ここでは、ＤＰＦ２０’の昇温時における排気中のＮＯx或いはＨＣ、ＣＯ等の増加を防止するため、目標空燃比（目標λ）は、例えば理論空燃比（λ＝１．０）とされる。なお、目標λは必ずしも理論空燃比（λ＝１．０）でなくてもよく、排気中のＮＯx或いはＨＣ、ＣＯ等が極端に増加しない範囲であれば理論空燃比近傍の空燃比、即ち、リッチ側空燃比であってもよく、リーン側空燃比であってもかまわない。以降、ブロックＢ１２〜Ｂ２２を経て、ブロックＢ２４において排気λを目標λとすべく実際に噴射すべきメイン噴射量が決定されるが、ブロックＢ１２〜Ｂ２４については上述した通りであり、説明を省略する。
【００６６】
図９に示すように、ブロックＢ３０では、スロットル弁５の基本スロットル位置が設定される（基本スロットル位置設定手段）。また、ブロックＢ３２では、ＤＰＦ２０’が目標触媒温度である所定の高温Ｔ1’（例えば、６５０〜７００℃）となったときにエンジン１の燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入すべき排気の温度を基本排出温度として設定しておく（基本排出温度設定手段）。
【００６７】
一方、ブロックＢ３６’では、温度センサ２２によりＤＰＦ２０’の入口温度、即ち実ＤＰＦ温度を検出し、ブロックＢ３８では、当該実ＤＰＦ温度とブロックＢ３４’における目標ＤＰＦ温度、即ち所定の高温Ｔ1’との偏差が検出される。そして、ブロックＢ４０では、当該偏差が上記基本排出温度に加味されて燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の目標排出温度が設定される（目標排出温度設定手段）。なお、上記同様、目標排出温度にはブロックＢ３９において排気系部材の耐熱温度でクリップが掛けられる。
【００６８】
ブロックＢ４２では、温度センサ１８により燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する実排出温度が検出され、ブロックＢ４４では、当該実排出温度と上記目標排出温度との偏差が検出され、さらに当該偏差が図４の比例関係に基づいてスロットル弁５のスロットル位置の補正量に変換される。そして、ブロックＢ４６において、当該補正量が上記基本スロットル位置に加味され、目標スロットル位置が設定される。
【００６９】
なお、この場合にも、吸入空気量の変化量は上記図２のλ制御に適宜フィードバックされ、排気λが常に目標λとなるように制御される。これにより、排気温度が目標排出温度に向けて上昇し、ＤＰＦ２０’の温度が良好に目標ＤＰＦ温度である所定の高温Ｔ1’に制御される。
ＤＰＦ２０’の温度が目標ＤＰＦ温度である所定の高温Ｔ1’に達した後、所定時間経過すると、目標λが理論空燃比（λ＝１．０）よりもリーン空燃比側（例えば、１．３＜λ≦１．５）に設定変更される。このように目標λをリーン空燃比側（例えば、１．３＜λ≦１．５）に設定変更すると、吸入空気量の増大に伴う排気温度の低下、即ちＤＰＦ２０’の温度低下を極力防止しつつ酸素不足を解消でき、ＰＭの燃焼が良好に促進される。
【００７０】
これより、ＤＰＦ２０’に捕集されているＰＭの燃焼が完了し、ＤＰＦ２０’に捕集されたＰＭが除去されてＤＰＦ２０’が良好に再生する。実際には、ＤＰＦ２０’の温度が所定の高温Ｔ1’に達した後のＰＭの燃焼完了の判断は、ＤＰＦ２０’の前後差圧やＤＰＦ２０’の下流側に別途設けた温度センサからの情報により行われる。なお、ＤＰＦ２０’に捕集されたＰＭ堆積量及び再生時の設定温度に応じてＰＭの燃焼が完了するまでの時間を予め設定し、ＤＰＦ強制再生制御を当該設定時間に亘り実施してもよい。
【００７１】
このように、本発明の第４実施例に係るＤＰＦ強制再生制御では、ＤＰＦ２０’が所定の高温Ｔ1’となったときに燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入すべき排気の温度を基本排出温度として設定し、さらに、ＤＰＦ２０’に当該ＤＰＦ２０’の温度を検出する温度センサ２２を設けるとともに排気マニホールド１０或いは排気ポートに燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の温度を検出する温度センサ１８を設け、目標ＤＰＦ温度である所定の高温Ｔ1’と温度センサ２２により検出される温度との差を上記基本排出温度に加味して燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の目標排出温度を設定し、温度センサ１８により検出される温度が当該目標排出温度になるよう温度制御を行うようにしている。
【００７２】
これにより、本発明に係るＤＰＦ強制再生制御では、特にターボチャージャ８の存在により排気通路の熱容量が大きい場合であっても、燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の温度を過不足無く適正な温度に良好に制御し、ＤＰＦ２０’を所定の高温Ｔ1’に速やかに到達させるようにできる。また、λ制御と温度制御とが繰り返し実施されるとＤＰＦ２０’の温度が所定の高温Ｔ1’に近づくことになるが、ＤＰＦ２０’の温度が所定の高温Ｔ1’に近づけば目標排出温度が基本排出温度に近づくことになるため、最終的には燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の温度を良好に基本排出温度に向けて制御できることになり、ＤＰＦ２０’の温度をハンチングなく所定の高温Ｔ1’に良好に収束させることができる。従って、本発明に係るＤＰＦ強制再生制御を用いることで、ＤＰＦ２０’の温度制御性を向上させ、ＤＰＦ強制再生を応答性高く且つ高精度で実現することができる。
【００７３】
また、スロットル弁５のスロットル位置を制御することによってＤＰＦ２０’の温度を制御可能であるので、ＤＰＦ２０’の温度制御を容易に実施することができる。
また、ＤＰＦ強制再生制御においても、図４に基づき、上記λ制御及び温度制御を実施するとともに燃料噴射時期を例えば３５°ATDCより遅角側、好ましくは例えば４０°ATDCより遅角側に制御するのがよい。これにより、スモークの発生を防止しながら、ＤＰＦ２０’の温度制御性の向上を図ることが可能である。
【００７４】
また、この場合にもＥＧＲ弁１６を全閉状態とするのがよい。これにより、ＥＧＲ弁１６等の吸気系部材の過熱による損傷が防止され、スモークの発生がさらに抑制される。
図１０を参照すると、上記ＤＰＦ強制再生制御を実施した場合の実験結果（吸入空気量、実ＤＰＦ温度、実排出温度、メイン噴射量、パイロット噴射量、排気λ）が図５と同様にタイムチャートで示されており、同図中には、併せて、ＤＰＦ２０’の温度を検出すべく温度センサ２２だけを設けてハンチングなく制御した場合の実ＤＰＦ温度及び実排出温度が破線で示され、追加噴射により触媒反応を利用してＤＰＦ２０’の温度制御を実施した場合の実ＤＰＦ温度及び実排出温度が一点鎖線で示されているが、本発明に係るＤＰＦ強制再生制御を実施することにより、同図に示す如く、排気λを良好に一定に保持しつつ、温度センサ２２だけを設けた場合（破線）や触媒反応を利用した場合（一点鎖線）に比べて、燃焼室３から排出されターボチャージャ８に流入する排気の温度、即ち排出温度を速やかに上昇させてＤＰＦ２０’の温度、即ちＤＰＦ温度を速やかに所定の高温Ｔ1’（例えば、６５０〜７００℃）まで上昇させることができ、また、排出温度を良好に基本排出温度に向けて制御してＤＰＦ２０’の温度をハンチングなく所定の高温Ｔ1’に良好に収束させることができる。
【００７５】
以下、第４実施例の変形例について説明する。
上記第４実施例では、ＤＰＦ２０’の強制再生制御実施の際に、目標λを例えば１．０に設定し、図９に示す温度制御のブロック図に沿って目標スロットル位置を制御するようにしたが、これに限定されるものではない。即ち、ＤＰＦ２０’の強制再生制御実施の際に、吸入空気量を可変制御することなく、吸入空気量を一定の吸気量に減少させる吸気絞り手段（例えば、スロットル弁５を所定量絞り側に制御）を設け、図９のブロックＢ３０及びブロックＢ４６をそれぞれ基本パイロット噴射量、目標パイロット噴射量とし、燃料噴射量を制御することによって排気温度を所定の高温に温度調整してもよい。
【００７６】
さらに、上記第４実施例では、ＤＰＦ２０’の強制再生制御実施の際に、目標λを例えば１．０に設定し、且つＥＧＲ弁１６を全閉状態として目標スロットル位置を制御するようにしたが、これに限定されるものではない。即ち、ＤＰＦ２０’の強制再生制御実施の際に、吸入空気量を可変制御することなく、吸入空気量を一定の吸気量に減少させる吸気絞り手段（例えば、スロットル弁５を所定量絞り側に制御）を設け、ＥＧＲ弁１６を開閉制御することによって排気温度を所定の高温に温度調整してもよい。なお、ＥＧＲ弁１６を開閉制御する場合、吸気絞り手段を設けることなく、ＥＧＲ系に損傷のない範囲でＥＧＲ弁１６のみを開閉制御することによって排気温度を所定の高温に温度調整してもよい。このようにすれば、ポンピングロスの低減が図られ、排気温度ひいてはＤＰＦ２０’の温度が効果的に上昇する。
【００７７】
次に、第５実施例について説明する。
第５実施例では、図示しないが、上記第４実施例と同様、図６に示す第２実施例の吸蔵型ＮＯx触媒２０に代えて上記図８に示すＤＰＦ２０’を用いる点が上記第２実施例と異なっており、また、ターボチャージャ８が介装されていない点が上記第４実施例と異なっている。
【００７８】
当該第５実施例に係るＤＰＦ強制再生制御では、例えば排気管１２が長く、排気の熱エネルギ消費による温度低下があるような場合であっても、燃焼室３から排出される排気の温度を過不足無く適正な温度に良好に制御し、ＤＰＦ２０’を所定の高温Ｔ1’に速やかに到達させるようにでき、ＤＰＦ２０’の温度をハンチングなく所定の高温Ｔ1’に良好に収束させることができる。従って、ＤＰＦ２０’の温度制御性を向上させ、ＤＰＦ強制再生を応答性高く且つ高精度で実現することができる。
【００７９】
次に、第６実施例について説明する。
第６実施例では、やはり図示しないが、上記第４、５実施例と同様、図７に示す第３実施例の吸蔵型ＮＯx触媒２０に代えて上記図８に示すＤＰＦ２０’を用いる点が上記第３実施例と異なっており、また、ＤＰＦ２０’の上流側に酸化触媒２４を設けている点が上記第５実施例と異なっている。
【００８０】
当該第６実施例に係るＤＰＦ強制再生制御では、特に酸化触媒２４の存在により排気通路の熱容量が大きい場合であっても、燃焼室３から排出される排気の温度を過不足無く適正な温度に良好に制御し、ＤＰＦ２０’を所定の高温Ｔ1’に速やかに到達させるようにでき、ＤＰＦ２０’の温度をハンチングなく所定の高温Ｔ1’に良好に収束させることができる。従って、ＤＰＦ２０’の温度制御性を向上させ、ＤＰＦ強制再生を応答性高く且つ高精度で実現することができる。
【００８１】
なお、ここではＤＰＦ２０’の上流側に酸化触媒２４を設けるようにしたが、酸化触媒２４に代えて吸蔵型ＮＯx触媒を配置した場合においても上記同様の作用効果が得られるものである。
以上で本発明に係る排気浄化装置の実施形態についての説明を終えるが、本発明の実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
【００８２】
例えば、上記実施形態では、エンジン１をコモンレール式のディーゼルエンジンとしたが、ディーゼルエンジンは如何なる方式のものであってもよい。
また、エンジン１としてディーゼルエンジンを採用したが、エンジン１は吸気管噴射型或いは筒内噴射型のガソリンエンジン等であってもよく、これらの場合であっても本発明を良好に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の吸蔵型ＮＯx触媒を用いた第１実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を示す概略構成図である。
【図２】Ｓパージ制御時におけるλ制御のブロック図である。
【図３】Ｓパージ制御時における温度制御のブロック図である。
【図４】例えばディーゼルエンジンにおいて空燃比を一定（例えば、理論空燃比）の状況下で吸入空気量を変化させた場合の触媒温度（ＤＰＦ温度）を示す実験データであって、吸入空気量と触媒温度（ＤＰＦ温度）との比例関係を示す図である。
【図５】本発明に係るＳパージ制御を実施した場合の実験結果（エンジントルク、吸入空気量、実触媒温度、実排出温度、メイン噴射量、パイロット噴射量、排気λ、スモーク発生度合い）を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の吸蔵型ＮＯx触媒を用いた第２実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を示す概略構成図である。
【図７】本発明の吸蔵型ＮＯx触媒を用いた第３実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を示す概略構成図である。
【図８】本発明のＤＰＦを用いた第４、５、６実施例に係る内燃機関の排気浄化装置のＤＰＦを示す概略図である。
【図９】ＤＰＦ強制再生制御時における温度制御のブロック図である。
【図１０】本発明に係るＤＰＦ強制再生制御を実施した場合の実験結果（吸入空気量、実ＤＰＦ温度、実排出温度、メイン噴射量、パイロット噴射量、排気λ）を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
２  インジェクタ
５  スロットル弁
７  エアフローセンサ（ＡＦＳ）
８  ターボチャージャ
１０  排気マニホールド
１２  排気管
１８  温度センサ（第１の温度センサ）
１９  空燃比センサ（λセンサ）
２０  吸蔵型ＮＯx触媒
２０’ ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）
２２  温度センサ（第２の温度センサ）
２４  酸化触媒
４０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【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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