(57)【要約】【課題】    DPFの再生とLNTの脱硫とを調和させる。【解決手段】内燃機関10の排気系に結合されたパティキュレート・フィルター26の再生と、このパティキュレート・フィルター下流に配置されたリーンNOxトラップ72の脱硫と、を同時に行う。このために、基準設定点の空燃比とリーンNOxトラップから流出するガスの空燃比との差に基づいて、リーンNOxトラップから流出するガスの空燃比を目標空燃比に維持するように、少なくとも１つのエンジン運転パラメーターを調整する。基準設定点のレベルは、リーンNOxトラップから流出する空燃比の関数としてリッチ空燃比とリーン空燃比との間で変更する。【選択図】  図１
2005133721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターの再生と、該パティキュレート・フィルター下流に配置されたリーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なう方法であって、
上記パティキュレート・フィルターの再生を行なう工程を備え、この再生工程において、上記パティキュレート・フィルターに流入する排気と比較して温度が高く且つ酸素濃度が低い排気を当該パティキュレート・フィルターから流出させ、この流出する排気によって上記リーンNOxトラップの脱硫を行なう、方法。
【請求項２】
上記パティキュレート・フィルターの再生と上記リーンNOxトラップの脱硫との両方を制御するために、少なくとも一つのエンジン運転パラメーターを調整する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターの再生と、該パティキュレート・フィルター下流に配置されたリーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なう方法であって、
基準設定空燃比と上記リーンNOxトラップから出てくる排気の空燃比との差に基づいて、当該リーンNOxトラップから出てくる排気の空燃比を目標値に維持するように、少なくとも一つのエンジン運転パラメーターを調整する工程、を備え、
上記基準設定空燃比を、上記リーンNOxトラップから出て来る空燃比の関数としてリッチ空燃比とリーン空燃比との間で変更する、方法。
【請求項４】
上記リーンNOxトラップの再生のために、
自立してパティキュレート・フィルターの再生を開始する工程と、
上記再生によって上記パティキュレート・フィルターの温度が所定値よりも高くなったか否かを監視する工程と、
上記監視の結果に応じて、上記パティキュレート・フィルターに入る過剰酸素量の制御により発熱反応を抑制し、温度が予め選択された値よりも高くなるまで上昇するのを防止するように、一つ又は複数の運転パラメーターを調整する工程と、
を備える請求項３に記載の方法。
【請求項５】
内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターの再生と、該パティキュレート・フィルター下流に配置されたリーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なう方法であって、
上記リーンNOxトラップに流入する排気の酸素濃度を調整することにより、上記リーンNOxトラップから流出する排気の酸素濃度を制御する工程を備え、
上記酸素濃度の調整を、上記パティキュレート・フィルターへ流入する排気の酸素濃度を調整することにより行う、方法。
【請求項６】
内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターの再生と、該パティキュレート・フィルター下流に配置されたリーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なう方法であって、
上記パティキュレート・フィルターの上流に酸素センサーを配置して酸素流量を計量し、このセンサーにより生成される信号に基づいて上記パティキュレート・フィルターの再生速度を制御する工程と、
上記パティキュレート・フィルターの下流に酸素センサーを配置し、このセンサーにより生成される信号に基づいて、上記リーンNOxトラップに流入する排気の酸素含有量を制御する工程と、
を備える方法。
【請求項７】
内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターの再生と、該パティキュレート・フィルター下流に配置されたリーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なう方法であって、
上記パティキュレート・フィルターへ流入する排気の酸素レベルを調整する工程を備え、
上記工程が、
上記パティキュレート・フィルター下流の酸素センサーにより計測される酸素濃度が、該パティキュレート・フィルター上流の酸素センサーにより計測される酸素含有量よりも大きいとき、当該パティキュレート・フィルターへ流入する酸素含有量を減少させる工程と、
上記下流酸素センサーにより計測される酸素濃度が、上記上流酸素センサーにより計測される酸素含有量よりも小さいとき、上記パティキュレート・フィルターへ流入する酸素含有量を増加させる工程と、
を備える方法。
【請求項８】
上記パティキュレート・フィルターから流出する排気の温度を計測して、この計測温度が所定レベルよりも高いときに、上記パティキュレート・フィルターへ流入する排気の酸素濃度を減少させる工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記リーンNOxトラップから流出する排気の温度を計測して、この計測温度が所定レベルよりも高いときに、上記パティキュレート・フィルターへ流入する酸素濃度を減少させる工程を含む、請求項７又は８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターと、
上記パティキュレート・フィルターの下流に配置されたリーンNOxトラップと、
上記パティキュレート・フィルターの再生を行なうための処理装置と、を備え、
上記処理装置が、
上記パティキュレート・フィルターの再生と上記リーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なうために、
上記パティキュレート・フィルターから流出する排気の温度を高め、且つその酸素濃度を当該パティキュレート・フィルターに流入する排気のそれよりも低下させて、
上記パティキュレート・フィルターから流出する排気によってリーンNOxトラップにおける脱硫を行なう、
ように構成されている、システム。
【請求項１１】
内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターと、
上記パティキュレート・フィルターの下流に配置されたリーンNOxトラップと、
上記パティキュレート・フィルターの再生を行なうための制御器であって、このパティキュレート・フィルターから流出する排気の温度を高め、且つその酸素濃度を当該パティキュレート・フィルターに流入する排気のそれよりも低下させて、その流出する排気によって上記リーンNOxトラップの脱硫を行なう制御器と、
を備えるシステム。
【請求項１２】
上記制御器が、上記パティキュレート・フィルターの再生と上記NOxトラップの脱硫の両方を制御するために少なくとも一つのエンジン運転パラメーターを調整する、請求項11に記載のシステム。
【請求項１３】
内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターと、
上記パティキュレート・フィルターの下流に配置されたリーンNOxトラップと、
基準設定空燃比と上記リーンNOxトラップから流出する排気の空燃比との差に基づいて、上記リーンNOxトラップから流出する排気を目標空燃比に維持するように少なくとも一つのエンジン運転パラメーターを調整することにより、上記パティキュレート・フィルターの再生と上記リーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なう処理装置と、を備え、
上記基準設定空燃比は、上記リーンNOxトラップから流出する空燃比の関数としてリッチ空燃比とリーン空燃比との間で変化させられる、システム。
【請求項１４】
上記処理装置が、
自立して上記パティキュレート・フィルターの再生を開始し、
これにより当該パティキュレート・フィルターの温度が所定値よりも大きくなったか否かを監視し、
上記監視結果に応じて、上記パティキュレート・フィルターへ流入する過剰酸素量の制御により発熱反応を抑制し、温度が予め定められた値よりも大きくなるまで上昇するのを防止するように、１つ又は複数の運転パラメーターの調整を行う、
ように構成されている、請求項13に記載のシステム。
【請求項１５】
内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターと、
上記パティキュレート・フィルターの下流に配置されたリーンNOxトラップと、
上記リーンNOxトラップへ流入する排気の酸素濃度を調整して、該リーンNOxトラップから流出する排気の酸素濃度を制御することにより、上記パティキュレート・フィルターの再生と上記リーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なうための信号を生成する処理装置と、
を備えるシステム。
【請求項１６】
内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターと、
上記パティキュレート・フィルターの下流に配置されたリーンNOxトラップと、
上記パティキュレート・フィルターの再生と上記リーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なうための処理装置と、を備え、
上記処理装置が、
上記パティキュレート・フィルターの上流及び下流にそれぞれ酸素センサーを備え、
上記上流側の酸素センサーにより酸素流量を計量して、このセンサーにより生成される信号に基づいて上記パティキュレート・フィルターの再生速度を制御し、そして、上記下流側の酸素センサーにより生成される信号に基づいて上記リーンNOxトラップへ流入する酸素含有量を制御するように構成されている、システム。
【請求項１７】
内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターと、
上記パティキュレート・フィルターの下流に配置されたリーンNOxトラップと、
上記パティキュレート・フィルターの再生と上記リーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なうために、該パティキュレート・フィルターへの排気の酸素レベルを調整する処理装置と、を備え、
上記処理装置は、
上記パティキュレート・フィルターの上流及び下流にそれぞれ酸素センサーを備え、
上記下流側の酸素センサーにより計測された酸素濃度が上流側の酸素センサーにより計測された酸素含有量よりも大きいとき、上記パティキュレート・フィルターへ流入する排気の酸素成分量を低減する一方、上記下流側の酸素センサーにより計測された酸素濃度が上流側の酸素センサーにより計測された酸素含有量よりも小さいとき、上記パティキュレート・フィルターへ流入する排気の酸素成分量を増加する
ように構成されている、システム。
【請求項１８】
上記処理装置が、上記パティキュレート・フィルターから流出する排気の温度を計測し、この計測温度が所定レベルよりも大きくなると、上記パティキュレート・フィルターへ流入する酸素濃度を低減する、請求項17記載のシステム。
【請求項１９】
上記処理装置が、上記リーンNOxトラップから流出する排気の温度を計測し、この計測温度が所定レベルよりも大きくなると、上記パティキュレート・フィルターへ流入する酸素濃度を増大する、請求項17又は18に記載のシステム。
【請求項２０】
内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターの再生と該パティキュレート・フィルターの下流に配置されたリーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なうためのプログラムを格納したコンピューター読取り可能な記憶媒体であって、
上記リーンNOxトラップから流出する排気の空燃比と基準空燃比との差に基づいて、当該リーンNOxトラップから流出する排気を目標空燃比に維持するように少なくとも一つのエンジン運転パラメーターを調整するコードを有し、
上記基準空燃比が、上記リーンNOxトラップから流出する排気の空燃比の関数として、リッチ空燃比とリーン空燃比との間で変更される、
コンピューター読取り可能な記憶媒体。
【請求項２１】
上記プログラムを格納したコンピューター読取り可能な半導体チップからなる請求項20に記載のコンピューター読取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には、ディーゼル・パティキュレート・フィルター（diesel particulate filter: DPF）とリーンNOxトラップ（lean NOx trap: LNT）を備えたディーゼル・エンジンの制御方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この分野で公知であるように、将来のディーゼル・パワートレインは、ディーゼル・パティキュレート・フィルター（DPF）及びリーンNOxトラップ（LNT）を備えることになりそうである。DPFは、排気中のすすを吸着し、そして約800 km（500マイル）毎に再生する、即ちすすを焼き尽くす必要がある。これは、温度を（約600℃まで）高めそしてすすを燃焼させるのに充分な酸素を供給することにより、なされる。一方、LNTは、燃料及び潤滑油中の硫黄により被毒され、それで、約4800 km（3000マイル）毎に脱硫する必要がある。これは、温度を（約700℃まで）高め、排気の酸素を使い果たす、つまりリッチ運転することにより、なされる。排気を加熱し酸素を使い果たすためには、過剰な燃料が使用されるが、これは、燃料経済性に悪影響を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本件発明者は、両処理を効率的に調和させ、そして可能な限り相乗効果を用いるのが望ましいことを認識しており、本発明は、そのようなDPFの再生とLNTの脱硫（desulfation: deSOx）との調和を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターの再生と、該パティキュレート・フィルターの下流に配置されたリーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なう方法及びシステムが提供される。この方法は、パティキュレート・フィルターの再生を行なう工程を含み、この工程では、パティキュレート・フィルターへ流入するガスよりも酸素濃度の低い高温の排気をパティキュレート・フィルターから流出させて、この排気によりリーンNOxトラップの脱硫を行なう。
【０００５】
実施形態の一つにおいて、この方法は、パティキュレート・フィルターの再生とリーンNOxトラップの脱硫の両方を制御するために少なくとも一つのエンジン運転パラメーターを調整する工程、を含む。
【０００６】
本発明の別の観点によれば、内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターの再生と、該パティキュレート・フィルター下流に配置されたリーンNOxトラップの脱硫を同時に行なう方法が、提供される。この方法は、上記リーンNOxトラップから流出するガスの空燃比と基準空燃比との差に基づいて、上記リーンNOxトラップから流出するガスを目標空燃比に維持するように少なくとも一つのエンジン運転パラメーターを調整する工程を含む。上記基準空燃比は、上記リーンNOxトラップから流出する排気の空燃比の関数として、リッチ空燃比とリーン空燃比との間で変更する。
【０００７】
実施形態の一つにおいて、この方法は、上記パティキュレート・フィルターによる酸素消費量の関数として、上記基準空燃比を変更する工程、を含む。
【０００８】
実施形態の一つにおいて、再生制御は、自立してフィルター再生を開始する工程、上記再生が上記パティキュレート・フィルターの温度を所定値より大きくしているか否かを監視する工程、及び、上記監視に応じて、上記パティキュレート・フィルターへ流入する過剰酸素量を制御することにより発熱反応を抑制し、温度が予め定められた値を上回るのを防止するように、一つ又は複数の運転パラメーターを調整する工程、を備える。
【０００９】
本発明の別の観点によれば、内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターの再生と、該パティキュレート・フィルター下流に配置されたリーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なう方法が、提供される。この方法は、上記リーンNOxトラップに流入する排気の酸素濃度を調整することにより、上記リーンNOxトラップから流出する排気の酸素濃度を制御する工程を有する。上記酸素濃度の調整は、上記パティキュレート・フィルターへ流入する排気の酸素濃度を調整することにより行われる。
【００１０】
本発明のまた別の観点によれば、内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターの再生と、該パティキュレート・フィルター下流に配置されたリーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なう方法が、提供される。この方法は、上記パティキュレート・フィルター上流に酸素センサーを配置し、このセンサーにより検出される酸素流量を計量することにより、上記パティキュレート・フィルターの再生速度を制御するために上記酸素センサーにより生成される信号を用いる工程、及び、上記パティキュレート・フィルターの下流に酸素センサーを配置し該センサーが発生する信号を用いて、上記リーンNOxトラップに流入する排気の酸素含有量を制御する工程、を含む。
【００１１】
本発明のまた別の観点によれば、内燃機関の排気系に結合されたパティキュレート・フィルターの再生と、該パティキュレート・フィルター下流に配置されたリーンNOxトラップの脱硫とを同時に行なう方法が、提供される。この方法は、上記パティキュレート・フィルターへ流入する酸素レベルを調整する工程、を有し、この工程では、下流酸素センサーにより計測される酸素濃度が、上流酸素センサーにより計測される酸素含有量よりも大きいとき、上記パティキュレート・フィルターへ流入する酸素含有量を減少させる工程、及び、上記下流酸素センサーにより計測される酸素濃度が、上記上流酸素センサーにより計測される酸素含有量よりも小さいとき、上記パティキュレート・フィルターへ流入する酸素含有量を増加させる工程、を有する。
【００１２】
実施形態の一つにおいて、この方法は、上記パティキュレート・フィルターから流出する排気の温度を監視して、該計測温度が所定レベルよりも高いとき、上記パティキュレート・フィルターへ流入する酸素濃度を減少させる工程、を含む。
【００１３】
実施形態の一つにおいて、この方法は、上記リーンNOxトラップから流出する排気の温度を監視して、該計測温度が所定レベルよりも高いとき、上記パティキュレート・フィルターへ流入する酸素濃度を減少させる工程、を含む。
【００１４】
本件発明者は、すすの燃焼によって排気中の酸素が減少することで、パティキュレート・フィルターから流出する排気の酸素成分量がそこへ流入するそれよりも低くなることを認識した。パティキュレート・フィルターへの排気の酸素レベルを調整することにより、結果として、パティキュレート・フィルターから流出するCOレベルを増大させることができる。COは、脱硫のための還元剤として作用する。パティキュレート・フィルターへの排気の酸素濃度が低ければ、この結果としてパティキュレート・フィルターから流出するCO濃度が高くなり、反対に酸素濃度が高いとCO濃度が低くなる。
【００１５】
上記リーンNOxトラップ上流の酸素センサーにより計測される酸素濃度が高すぎるとき、パティキュレート・フィルターへ入る酸素成分量を減少することが出来る。これは、還元剤の流量を増加させ、リーンNOxトラップへの酸素流量を減少させることになる。
【００１６】
リーンNOxトラップへ流入する排気の空燃比がリッチ過ぎると、硫黄がH2Sとして放出されるが、これは望ましくない。リーンNOxトラップ上流の酸素センサーが過剰にリッチな排気を計測するとき、パティキュレート・フィルターへ流入する排気の酸素濃度を増大させることが出来る。これは、より高い酸素濃度によってすす燃焼速度がより高くなり、過剰な発熱反応につながる可能性がある。
【００１７】
ここに記載の制御は、パティキュレート・フィルターの温度を計測し、この温度が高過ぎるとき、上記パティキュレート・フィルターへ流入する排気の酸素濃度を低下させる。上記パティキュレート・フィルターへ流入する理想的な酸素流量は、パティキュレート・フィルター温度、すす燃焼率、そしてリーンNOxトラップによるH2Sの放出のトレードオフ、となる。
【発明の効果】
【００１８】
それで、本発明は、パティキュレート・フィルター再生のために既に生成された熱と、すすの燃焼により排気流から酸素が除去されることとを利用して、高温でリッチな排気を生成し、これによりリーンNOxトラップの脱硫を行う。それで、リーンNOxトラップの脱硫は、パティキュレート・フィルター再生のための燃料経済性の悪化に対する更なる悪化を最小のものとする。
【００１９】
本発明の実施形態の詳細が、添付の図面と下記の説明に記載される。本発明の他の構成、課題そして効果は、以下の詳細な説明、図面及び請求項から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ここで図１を参照すると、エンジン・システムの概略図が示されている。エンジン10にターボチャージャー12が結合されているのが示されている。ターボチャージャーは各種形式のものとすることが出来、例えば、シングル・ステージ・ターボチャージャー、バリアブル・ジオメトリー・ターボチャージャー、ツイン・ターボチャージャー（各バンクに一つずつ）若しくは、ツイン・バリアブル・ジオメトリー・ターボチャージャー（各バンクに一つずつ）がある。
【００２１】
マニフォールド圧及びエンジン10へ流入する空気流量を制御するための吸気スロットル14が示されている。加えて、エンジン10の吸気マニフォールドへ流入する再循環排気を制御するEGR弁16が示されている。排気系においてターボチャージャー12の下流にあるのはHC噴射弁18である。噴射弁18の下流に配置されるのは酸素センサー20であり、それは、そこを通過するガスの化学量論度（stoichiometry）を表す信号O2Uを供給する。
【００２２】
酸素センサー20の下流には、第１酸化触媒22が配置される。第２酸化触媒24は用いても、省略しても良い。酸化触媒は各種の形式のものとすることが出来、例えば、アクティブ・リーンNOx触媒である。触媒24の更に下流には、ディーゼル・パティキュレート・フィルター（diesel particulate filter: DPF）26が配置される。DPF 26の下流にあるのは、リーンNOxトラップ（lean NOx trap: LNT）72である。
【００２３】
図３も参照すると、温度信号T1を発生する第１温度センサー28がパティキュレート・フィルター26上流に配置されている。また、温度信号T2を発生する第２温度センサー30がパティキュレート・フィルター26の下流に配置され、DPF 26から流出してLNT 72へ流入するガスの温度を検出する。さらに、LNT下流の第３温度センサー31が、LNT 72から流出するガスの温度を示す温度T3の信号を生成する。
【００２４】
また、UEGOセンサー33, 35及び37も設けられる。UEGOセンサー33は、DPF 26へ流入するガスの酸素濃度を表す信号UEGO1を発生する。UEGOセンサー35は、DPF 26から流出してLNT 72へ流入するガスの酸素濃度を表す信号UEGO2を発生する。UEGOセンサー37は、LNT 72から流出するガスの酸素濃度を表すUEGO3信号を発生する。
【００２５】
パティキュレート・フィルター26は、通常SiC, NZP及びコーディライトから製作され、SICが最も耐熱性に優れ、コーティライトが劣る。更に、用いられる材質とは関係なく、パティキュレート・フィルターを単純に充分に高い温度まで昇温すれば、後述の如く保持している粒子とすすとが燃焼して、フィルター再生が行われる。以下、これを自立した（self-sustained）フィルター再生ともいう。
【００２６】
上述のセンサーのそれぞれが、後述のように、制御器34に対して計測値を発信する。そして、この制御器34によりスロットル位置とEGRバルブ位置とが制御される。
【００２７】
図２は、図１に示され記載された構成部品の更なる詳細を示す。複数の燃焼室を有する直接噴射圧縮点火内燃機関10が、電子エンジン制御器34により制御される。燃焼室壁48と、その中に配置されクランクシャフト52へ接続されるピストン50とを含むエンジン10の燃焼室40が図２に示されている。図２にはまた、吸気マニフォールドがスロットル・ボディ44やスロットル弁14と連通するのが示されている。
【００２８】
この特定の例において、スロットル弁14は、電気モーター46に結合され、スロットル弁14の位置が電気モーター46を通じて制御器34により制御される。この構成は一般的に吸気絞り（intake throttle: ITH）と呼ばれる。ディーゼル・エンジンにおいて、ITHはバキューム作動させることも多いが、電気駆動も可能である。
【００２９】
燃焼室若しくはシリンダー40が、それぞれ吸気弁54と排気弁56とを介して吸気マニフォールド42と排気マニフォールド52とに連通するのが示されている。燃料噴射弁58が、電子ドライバー60を介して制御器34から受けたパルス幅信号fpwに比例して燃焼室内に直接液体燃料を供給するために、燃焼室40へ結合されているのが示されている。燃料は、燃料タンク、燃料ポンプ及び燃料レールを含む高圧燃料システム（不図示）により燃料噴射弁58へ供給される。
【００３０】
排気酸素センサー62が、アクティブ・リーンNOx触媒70上流の排気マニフォールド52に結合されているのが示されている。この特定の例において、センサー62は、信号EGOを制御器34へ与える。この酸素センサーは、いわゆるUEGO若しくはリニア酸素センサーであり、連続的に酸素濃度を読み取る。
【００３１】
制御器34は、燃焼室をリーン空燃比モードで動作させる。また、制御器34が、排気温度を調整するために噴射時期を調整する。
【００３２】
上述のように、ディーゼル・パティキュレート・フィルター（DPF）26が触媒70の下流に配置されているのが示されている。このDPF 26は、後に高温で再生される（焼かれる）べき粒子とすすとを保持する。上述のように、DPF 26の下流にあるのは、リーンNOxトラップ（LNT）72である。
【００３３】
制御器34は、通常の中央演算処理装置（CPU）102、入出力ポート（I/O）104、この特定の例においては読み出し専用メモリー半導体チップ（ROM）106として示される実行可能プログラムと校正値の電子記憶媒体、エンジン10を制御するコンピューター・プログラムを格納するランダム・アクセス・メモリー（RAM）108を含むものとして、図２に示されている。そのようなコンピューター・プログラムに含まれるのは、図４Ａ、図４Ｂを参照して後述する方法を実行する一組の命令である。また、キープ・アライブ・メモリー（KAM）110そして一般的なI/Oデータ・バスも含まれる。
【００３４】
制御器34は、先に述べた信号に加えてエンジン10に接続されたセンサーからの各種信号を受けるのが示されている。そのような信号には、スロットル・ボディ44に結合された質量流量センサー100からの吸入質量空気量の計測値（MAF）、冷却スリーブ114に結合された温度センサー112からのエンジン冷媒温度（ECT）、クランクシャフト40に結合されたバリアブル・リラクタンス・センサー（VRS）118からのプロファイル点火ピックアップ信号（PIP）、スロットル位置センサー120からのスロットル位置TP及び圧力センサー122からの絶対マニフォールド圧信号（MAP）が含まれる。エンジン速度信号RPMが通常の態様で信号PIPを用いて制御器34により生成される。マニフォールド圧力センサーからのマニフォールド圧力信号MAPは、吸気マニフォールド内のブースト圧力を表す。
【００３５】
この特定の例において、DPF 26の温度Tdpfはエンジン運転状態から推測される。温度Tdpfは、温度センサー126を用いて測定することも出来る。図２について続けると、可変カム・タイミング（VCT）システムが記載されている。しかしながら、本発明はまた、非VCTエンジンで用いることも出来る。エンジン10のカムシャフト130が、吸気弁54と排気弁56をそれぞれ作動させるロッカーアーム132と134に運動を伝達する。カムシャフト130は、ハウジング136に直接結合される。ハウジング136は、複数の歯138を持つ歯車を形成する。ハウジング136は、タイミング・チェーン（不図示）を介してクランクシャフト52へ直接結合されるインナー・カムシャフト（不図示）に流体結合される。それで、ハウジング136とカムシャフト130は、インナー・カムシャフトと実質的に同じ速度で回転する。インナー・カムシャフトは、クランクシャフトに対して一定の速度比で回転する。しかしながら、後述するように流体継手を操作することにより、カムシャフト130のクランクシャフト52に対する相対位置を、進角室142と遅角室144の油圧により変更することが出来る。高圧作動液が進角室142へ入るのを許容することにより、カムシャフト130とクランクシャフト52との間の相対関係が進角される。それで、吸気弁54と排気弁56とが、クランクシャフト52に対して通常よりも早期に開閉するようになる。同様に、高圧作動液が遅角室144へ入るのを許容することにより、カムシャフト130とクランクシャフト52との間の相対関係が遅角される。それで、吸気弁54及び排気弁56が、クランクシャフト52に対して通常よりも遅い時点で開閉するようになる。
【００３６】
加えて、制御器34は、進角室142又は遅角室144のいずれかへの流量を制御する若しくは遮断するための通常のソレノイド弁へ制御信号（LACT, RACT）を送る。相対的なカム・タイミングが、米国特許５５４８９９５号に記載の方法を用いて計測される。
【００３７】
概略的には、PIP信号の立ち上がりエッジとハウジング136の複数の歯138の一つからの信号の受信との間の時間又は回転角から、相対カム時期を計測する。酸素濃度センサー162は排気中の酸素濃度を検出して、この検出信号、即ち酸素濃度の電圧表示を制御器34へ与える。
【００３８】
図２は、多気筒エンジンの気筒の一つだけを示しているが、各気筒が吸排気弁、燃料噴射弁その他をそれぞれ持つことを、記すべきである。
【００３９】
図１において、EGRシステムが含まれている。具体的には、（電気的、流体的に、又は電磁的に制御され得る）EGR弁16（図１）が、排気をマニフォールド52から吸気マニフォールド42へ伝達する再循環チューブに配置される。
【００４０】
DPFへの流入ガス中の酸素を計量することによりDPFの再生速度を制御するための方法及びシステムは既に提案されており、例えば米国特許出願公開第２００３／２００７４５号明細書に記載されている。
【００４１】
本件発明は、上記のものの上に構築されている。より具体的には、DPF 26が再生されるとき、その出口温度はLNT脱硫のために充分なほど高く、LNTの脱硫を行なうためには、LNTへ流入するガスの酸素を充分に使い果たすことが求められる。本件発明者は、DPF 26へ流入する排気中の酸素流量を計量して、これにより該DPF 26の再生速度を制御するために、当該DPF 26の上流に酸素センサー（UEGOセンサー33）を設ける必要があることを発見した。本件発明者はまた、LNT 72へ流入するガスの酸素成分量を制御するために、DPF 26下流に酸素センサー35を設ける必要があることを発見した。この目的は、DPF 26から流出するガスから酸素を取り除くことにある。
【００４２】
概略的には、すすの燃焼によって排気中の酸素が消費されるので、DPF 26から流出するガスの酸素含有量は、該DPF 26へ流入するそれよりも低くなる。DPF 26へ流入する酸素レベルを調整することにより、DPF 26から流出するCOレベルを増大させることもできる。このCOは、LNT 72の脱硫のための還元剤として作用する。DPFへ流入する酸素濃度が低くなれば、DPF 26から流出するCO濃度が上昇し、酸素濃度が上昇すればCO濃度は低下する。
【００４３】
UEGOセンサー35により計測された酸素濃度（つまりDPF下流の酸素濃度UEGO2）が高過ぎるとき、例えば上記米国特許出願公開第２００３／２００７４５号明細書に記載の方法により、DPF 26に流入するガスの酸素成分量が減少させられる。これが、還元剤の流量を増大させ、LNT 72への酸素流量を減少させることになる。
【００４４】
LNT 72へ流入するガスが過剰に長期にわたり過剰にリッチであるとき、硫黄はH2Sとして放出され、これは望ましくない。UEGOセンサー35（つまりUEGO2）が過剰にリッチな排気を計測するとき、DPF 26への酸素濃度が、上記米国特許出願公開第２００３／２００７４５号明細書に記載の方法により増大させられる。これは、より高い酸素濃度がより高いすす燃焼率を許容するので、過剰な発熱反応につながる可能性がある。ここに記載の制御は、DPFから流出するガスの温度T2を（センサー30を用いて）計測し、この温度が高すぎるとき、DPF 26の流入酸素濃度を低下させる。DPF 26へ流入する理想の酸素流量はそれで、DPF温度、すす燃焼率そしてLNT 72によるH2Sの放出量のトレードオフとなる。
【００４５】
そこで、本発明は、DPF 26の再生のために既に熱が生成されていることと、排気流から酸素が除去されていることとを利用して、この高温でリッチな排気によりLNTの脱硫を行なうようにしている。このため、そのLNTの脱硫は、DPF再生のためのそれを越える燃料経済性への影響を受けることはない。
【００４６】
ここで図４Ａのフローチャートに言及すると、ステップ400でDPF再生を開始し、ステップ402において、正規化された背圧のチェックが（差圧センサー32を用いて）なされる。ステップ404において、すす堆積量SL（g/l）が予め校正されたテーブルから推測される。次に、ステップ406において、RICH_TIMEが0にセットされる。
【００４７】
ステップ408において、SL < TBD_MAXであるか否かの判断がなされる。ここで、TBD#MAXは実験的に求められる。すす堆積量SLがTBD_MAXを下回らないならば、処理はステップ402へ戻り、そうでなければ、処理はステップ410へ進む。ステップ410において、DPF再生とLNT脱硫とを組合せて開始する。
【００４８】
ステップ412では、UEGOセンサー35の出力UEGO2（つまりDPF下流の酸素濃度）のリーン設定点として、所定レベルの酸素濃度UEGO2が設定される。より具体的には、UEGO2_DES = UEGO2_DES_LEANとされる。ここで、UEGO2_DESLEANは予めエンジン形式に対応して設定したものである。
【００４９】
続いて、図４Ｂのステップ414〜434の処理へ進む。尚、以下のステップ414，418，420，…などの処理は並列的に行われる。
【００５０】
ステップ414において、空燃比つまりUEGOセンサー35により検出される酸素濃度（UEGO2）がUEGO2_DESを下回るか否かについて判断がなされる。もし下回る場合には、UEGOセンサー33により検出される酸素濃度が増加するように制御が行われる。これは、上述の米国特許出願公開明細書に記載の手段によりなされる。例えば、酸素濃度の増大は、ステップ415において、エンジン側の制御（例えば、フィード・ガス中のO2レベルの増加）により、例えば上述の米国特許出願公開明細書記載のようにPI制御器を用いてなされる。一方、UEGO2 > UEGO2_DESならば、ステップ416において、UEGOセンサー33により検出された酸素濃度（UEGO1）が上記のようにエンジン側の制御により減少させられる。こうして、ステップ414, 415及び416の処理は、UEGOセンサー33により検出されるDPF 26への流入ガスの酸素濃度（つまりUEGO1）を、UEGOセンサー35により検出されるDPFからの流出ガスの酸素濃度（UEGO2）の設定点UEGO2_DES_LEANに対する偏差に応じて調整することになる。
【００５１】
その制御過程の間、DPF 26の出口における温度T2が、センサー30により計測されて、ステップ418において特定のエンジン形式について設定された所定温度レベルT2_SAFEと比較される。T2がT2_SAFEを越えるとき、ステップ419において設定点UEGO2_DESが減少させられる。
【００５２】
この制御過程の間、LNTから流出するガスの酸素濃度（UEGO3）がUEGOセンサー37により計測され、ステップ420において、その計測された酸素濃度が実験的に設定された所定レベルUEGO3_LEAN_MAX_LEANと比較される。LNTから流出するガスの酸素濃度がUEGO3_LEAN_MAX_LEANよりも小さいとき、処理はステップ404へ戻り、そうでなければ、ステップ421においてUEGO2の設定点UEGO2_DESが実験的に設定された所定設定点UEGO2_DES_RICHへと変更される。
【００５３】
上述のように処理が進む間に、ステップ422において、UEGOセンサー35により検出される酸素濃度（UEGO2）がUEGO2_DES未満であるか否かの判断がなされる。UEGO2 < UEGO2_DESのとき、UEGOセンサー33により検出される酸素濃度（UEGO1）が増加するように制御が行われる。
【００５４】
すなわち、ステップ423において、エンジン側の制御（例えば、上述の米国特許出願公開明細書記載のPI制御器を用いたフィードガスの酸素レベルの増加）により酸素濃度が増加される。一方、UEGO2 > UEGO2_DESのときには、ステップ424においてUEGOセンサー33により検出される酸素濃度（つまりUEGO1）が上記のようなエンジン側の制御により減少される。こうして、ステップ422, 423及び424の処理は、UEGOセンサー33により検出されるDPFへの流入ガスの酸素濃度（UEGO1）をDPFから流出するガスの酸素濃度（UEGOセンサー35により検出されるUEGO2）と設定点UEGO2_DESとに基づいて調整する。この設定点UEGO2_DESは、T2がT2_SAFEを越えるときUEGO2_DES_LEANであり、LNTから流出するガスの酸素濃度がUEGO3_LEAN_MAX_LEAN未満のとき、UEGO2_DES_RICHである。
【００５５】
ステップ426においてLNTから流出するガスの温度T3が、予め設定されたレベルT3_SAFEよりも大きいか否かの判断がなされる。T3>T3_SAFEのとき、ステップ427において、LNTの脱硫を減速するためにUEGO2_DESが増加させられる。
【００５６】
次にステップ428において、RICH_TIMEがインクリメントされる。つまり、RICH_TIME = RICH_TIME + Tsとされる。ここでTsは処理間隔である。ステップ430においてRICH_TIME> RICH_TIME_MAXのとき、ステップ434において処理はDPR再生とLNT脱硫を終了するそうでなければ、処理は継続してステップ432においてLNT 72から流出するガスのUEGOセンサー37により検出される酸素濃度（つまりUEGO3）が、推定設定点UEGO3_RICH_MINよりも大きいか否かの判断がなされる。そうである場合、処理はステップ422へ戻り、脱硫処理が継続し、そうでなければ、処理はステップ412へ戻り、DPF再生とLNT脱硫を継続する。
【００５７】
それで、フローチャートから、T2_SAFEとT3_SAFEの影響を無視すると、二つの設定点つまりUEGO2_DES=UEGO2_DES_LEAN（図４Ａのステップ412）とUEGO2_DES=UEGO2_DES_RICH（図４Ｂのステップ421）のうちの一つがUEGO2_DESとして用いられることが判る。それで図５を参照すると、UEGO3がUEGO3_RICH_MIN未満のとき（図５においてAで表される時点）、設定点UEGO2_DESがUEGO2_DES_RICHからUEGO2_DES_LEANへと変化し、UEGO3がUEGO3_RICH_MINより大きいとき（図５においてBで表される時点）設定点UEGO2_DESがUEGO2_DES_LEANからUEGO_DES_RICHへと変化する。
【００５８】
図５からはまた、UEGO3がリッチのときT3が増加し、UEGO2がリーンのときT3が減少することも判る。更に、UEGO2_DESのが設定点がUEGO2_DES_LEANであるときT2が増加し、UEGO2_DESの設定点がUEGO2_DES_RICHであるときT2が減少することも記される。最終的に、LNTがAで表示される時点の間の期間に酸素を吸蔵する、ことが記される。
【００５９】
ここで図６を参照すると、酸素制御器のハイレベルな概略図が示されている。具体的にこの実施形態において、DPFへの酸素の供給を制限するために３つのアクチュエーターが用いられる。つまり、排気再循環（EGR）バルブ、吸気スロットル（ITH）そして、排気システムに配置された炭化水素（HC）噴射弁である。EGRとITHは、DPFへの供給酸素流量を穏やかに変化させるために、フィードバック制御しながら用いられる。
【００６０】
上述のように、UEGOセンサー35からの信号（UEGO2）及びUEGOセンサー37からの信号（UEGO3）がフィードバック信号として用いられる。本実施形態において、酸素流量の急速な変化が、HC噴射弁のフィードフォワード制御によって補償される。炭化水素の噴射は、DPFへ更に熱を供給できる一方、この追加の熱は、（過剰酸素の制限による）発熱反応速度の低下によって相殺される以上になる場合がある。上流システムに加えられる熱の一部は、排気システムを通じた外部への熱伝達により、排除される。上流への熱の印加はまた、DPF 26での局所的な燃焼により生じる局部的なホット・スポット（hot spot）よりもDPFを損傷する可能性の低い、はるかに均一な熱分布を与える。具体的には実施形態の一つにおいて、炭化水素フィードフォワード制御器は単純に、酸素流量が高過ぎるときに化学量論的に燃焼するのに必要な燃料の量を計算する。しかし、HC噴射は過剰酸素を除去することが出来るだけであり、HC噴射が制御出来るのは一方側だけである。
【００６１】
代替実施形態において、他の制御を用いることが出来ることも記すべきである。例えば、EGR弁、吸気スロットル又は炭化水素噴射弁を用いるかわりに、適切なアクチュエーターを備えたエンジンの吸気又は排気のバルブ・タイミングを変更することにより、排気中の酸素濃度を調整することが出来る。エンジンがバリアブル・ジオメトリー・ターボチャージャー（VGT）を備える場合、VGTのベーンの設定を調整することが出来る。エンジンが排気ブレーキを装備するとき、それの位置を調整することが出来る。
【００６２】
ここで具体的に図６を参照すると、目標酸素流量と実際の酸素流量との間の誤差である酸素流量誤差が示されている。より具体的には、UEGO2及びUEGO3が空燃比又は酸素濃度を計測する。それらは均等である。正確に言うと、計測値は、酸素濃度=0.2×(AFR-14.6)/(AFR+1)であり、ローパス・フィルターへ供給される。ローパス・フィルターのカットオフ周波数は、酸素流量に対する酸素流量誤差から規定されるEGR/ITH制御器の帯域幅として選択されるのが好ましい。一例において、カットオフ周波数は、0.5 RAD/Sとして選択される。しかしながら、制御器の安定性及びフィードバック制御性能など各種の要因が、この周波数の選択には影響する。それで、本発明に従い各種の値を用いることが出来る。別の例において、カットオフ周波数は、エンジン運転状態の校正可能な関数とされる。また、このカットオフ周波数を出来るだけ高くして、それにより制御器の性能を高め、HC噴射弁の制御動作を最小にするのが、望ましい場合がある。カットオフ周波数は、EGR/ITH制御器の帯域幅と等しくなるまで高めるのが可能である。酸素流量誤差からローパス・フィルター処理された誤差を引いた値が、HC噴射量を決定するためのフィードフォワード制御器へ送られる。更に、ローパス・フィルター処理された酸素流量誤差は、EGR/ITH PI制御器へ送られ、それが、EGR弁とスロットル弁の制御動作を決定する。
【００６３】
また、本発明は、自立したDPF再生に特に言及して記載されている。このような自立した再生とは、通常のエンジン運転制御を越える別の制御動作なしに継続する、DPF内に蓄積された粒子の再生を指す。例えば、再生のための排気温度の上昇を開始するために、エンジン制御システムが、燃料噴射タイミングや他の運転パラメーターを調整する必要がある場合はある。このようなときには、パティキュレート・フィルター再生を開始するために非定常的な運転状態とする必要がある。しかしながら、自立した再生が始まれば、エンジン動作パラメーターは、通常の状態が必要とするものがあれば、そこに戻すことが出来る。そうしても、過剰酸素が存在して燃焼させるべき粒子が残っている限り、パティキュレート・フィルターの再生は継続する。
【００６４】
別の例として、パティキュレート・フィルター温度を自立した再生温度よりも高めるために、外部燃焼器を用いることも考えられる。温度が高くなった後では燃焼器はもはや必要なく、自立した再生反応がエンジン制御器の特別な制御動作なしに進むことになる。本発明によれば、この自立した再生は、たとえばパティキュレート・フィルター温度を通じて監視され、そして一例において、その温度が所定温度よりも高い時に、過剰酸素を制限し、それによりディーゼル・パティキュレート・フィルター再生反応速度を制限するための制御動作が行なわれる。これが、自立した反応を制限し、それにより、温度を制限して、劣化の可能性を最小にする。
【００６５】
いくつかの実施形態を記載してきた。例えば、上述のように、自立したフィルター再生期間中にDPFへ流入する酸素を制限するために用いることの出来るパラメーターが各種ある。また、DPF温度が許容温度よりも高くなるのを防止するためにフィルター再生を完全に停止することは、必要なく、また意図されていない。具体的には、ある運転状態の間、DPFに供給される排気中の過剰酸素を減少させることが出来、それにより、DPF内の発熱反応を減速させるが、DPF温度が許容温度又はそれを下回る温度に維持されるように、この継続中の再生から充分に余剰の熱を取り出すために、DPFを通過するガスの流量を充分なものとする。更に、上流UEGOセンサーは、エンジン運転状態に基づきフィードガス酸素を予測するもので置き換えることが出来る。脱硫は、DPF再生よりも要する時間が短く、それで、DPF再生の一部のためにLNT酸素制御を実行する必要があるだけである。好ましいのは、脱硫を、DPF再生の終了に向けてのみ行うことである。そのときにDPF内にはまだ還元剤（CO）を発生するのに充分な量のすすが残っているが、このすすの量は、過剰な発熱反応の結果生じる未制御のDPF再生の可能性を生じるほどには多くない。DPFへ流入する酸素含有量は、エンジンのスロットルを絞る、EGRレベルを高める、燃料量を増大するとともに燃料噴射タイミングを遅らせる、バルブ・タイミングを変更する、気筒内へ燃料を後噴射する、下流噴射弁を通じて燃料を噴射する、等により、減少することが出来る。そうでなくとも、本発明の思想及び範囲から逸脱することなしに、各種変更をなし得ることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明によるエンジン・システムを示す図である。
【図２】図１のエンジン・システムの制御システムをより詳細に示す図である。
【図３】図１のエンジン・システムの一部を示す図である。
【図４Ａ】図１のエンジン・システムに記憶されたプログラム前半のフローチャートである。
【図４Ｂ】図１のエンジン・システムに記憶されたプログラム後半のフローチャートである。
【図５】図１のエンジン・システム1により生成されるパラメーターの、温度制限制御がない状態でのタイム・チャートである。
【図６】図１のシステムで用いられる酸素制御器のブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
26  パティキュレート・フィルター
33  上流酸素センサー
35  下流酸素センサー
72  リーンNOxトラップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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