(57)【要約】      （修正有）【課題】吸蔵触媒が長期間低温で非活性状態にあっても、有害物質の排出を防止できる内燃機関の排気浄化装置の提供。【解決手段】内燃機関１の排気装置４に設けられ有害物質を吸着する吸蔵触媒１７と、吸蔵触媒に吸着された有害物質の量を推定する吸着量推定手段１８と、吸着量推定手段により推定された有害物質の吸着量に基づき吸蔵触媒から有害物質を除去させる再生制御を実行する再生制御手段１９とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置は、吸蔵触媒の活性状態を検出する活性状態検出手段と、活性状態検出手段により吸蔵触媒の非活性状態が検出され、吸着量推定手段により推定された有害物質の吸着量に基づき吸蔵触媒が飽和状態であると判定したとき、再生制御を実行する強制再生手段２１とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2013253578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気装置に設けられ有害物質を吸着する吸蔵触媒と、前記吸蔵触媒に吸着された有害物質の量を推定する吸着量推定手段と、前記吸着量推定手段により推定された有害物質の吸着量に基づき前記吸蔵触媒から有害物質を除去させる再生制御を実行する再生制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化装置は、前記吸蔵触媒の活性状態を検出する活性状態検出手段と、前記活性状態検出手段により前記吸蔵触媒の非活性状態が検出され、前記吸着量推定手段により推定された有害物質の吸着量に基づき前記吸蔵触媒が飽和状態であると判定したとき、前記再生制御を実行する強制再生手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気浄化装置は、前記内燃機関の始動時からの経過時間、又は、再生制御停止時からの経過時間を計測する計時手段を備え、前記強制再生手段は、前記計時手段が計測する経過時間が設定値以上となったとき、前記吸蔵触媒が飽和状態であると判定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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、排気装置に備えた吸蔵触媒に有害物質を一時的に吸着させ、吸蔵触媒が飽和状態となった場合に再生処理して有害物質を除去させる内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気浄化装置には、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどの排気中の有蓋成分であるＮＯｘやパティキュレート（炭素などの粒子状物質）を吸着し、浄化する吸蔵触媒を備えているものがある。
例えば、排気浄化装置としては、排気装置に有害物質であるＮＯｘを吸着する吸蔵触媒を備え、内燃機関がリーン燃焼状態であるときに排気中のＮＯｘを吸蔵触媒に吸着し、その後燃焼状態がリッチとなると排気中に含まれるＣＯ及びＨＣと、吸蔵触媒に吸蔵したＮＯｘとを反応（還元）させて浄化し、吸蔵触媒を再生するものが知られている。（例えば、特許文献１）
この特許文献１の排気浄化装置においては、吸蔵触媒にＮＯｘが過剰に吸着されると飽和状態となり、その後はＮＯｘが吸蔵触媒に吸着されずに排気装置から排出される。このため、上記の排気浄化装置は、吸蔵触媒にＮＯｘがどの程度吸着されているかを推定するため、内燃機関の回転数と負荷（サージタンクの吸気圧）に基づいて、単位時間当たりのＮＯｘ吸着量を求めている。（明細書の段落［００２７］）
また、排気装置に有害物質であるパティキュレートを吸着して捕集する吸蔵触媒を備えた排気浄化装置には、内燃機関がリーン燃焼状態であるときに排気中のパティキュレートを吸蔵触媒に吸着し、吸蔵触媒に堆積したパティキュレートを燃焼させて浄化し、吸蔵触媒を再生するものがある。（例えば、特許文献２）
この特許文献２の排気浄化装置においては、車両の走行状況を勘案し、排気温度が十分に高温となってパティキュレートの自然燃焼による除去を確実に行う道路に車両を案内することで、パティキュレートの浄化処理を促進している。（明細書の段落［０００８］）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１４０３０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１６３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述特許文献１のような排気浄化装置において、リーン状態で有害物質のＮＯｘを吸着し、リッチ状態で還元により浄化する吸蔵触媒は、低温である場合に非活性状態となり、浄化能力が低下する特性がある。このため、排気浄化装置は、吸蔵触媒が低温状態では吸着したＮＯｘが排気装置から排出されないよう、燃焼状態をリーン燃焼状態に維持して吸着するように制御していた。
しかしながら、近年、所謂アイドリングストップ機能を備えた車両においては、内燃機関が停止する機会が多くなり、内燃機関の暖気が完了する前に吸蔵触媒のＮＯｘ吸着量が飽和状態となり、ＮＯｘが吸蔵触媒に吸着されずに排気装置から排出されるおそれがあった。
また、上述特許文献２のような排気浄化装置においても、同様に、所謂アイドリングストップ機能を備えた車両においては、内燃機関が停止する機会が多くなることから、内燃機関の暖気が完了する前に吸蔵触媒のパティキュレート堆積量が飽和状態となり、パティキュレートが吸蔵触媒に吸着されずに排気装置から排出されるおそれがあった。
【０００５】
そこで、この発明は、上記の問題に鑑みて成されたものであり、吸蔵触媒が長期間低温で非活性状態にあっても、有害物質の排出を防止できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、内燃機関の排気装置に設けられ有害物質を吸着する吸蔵触媒と、前記吸蔵触媒に吸着された有害物質の量を推定する吸着量推定手段と、前記吸着量推定手段により推定された有害物質の吸着量に基づき前記吸蔵触媒から有害物質を除去させる再生制御を実行する再生制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化装置は、前記吸蔵触媒の活性状態を検出する活性状態検出手段と、前記活性状態検出手段により前記吸蔵触媒の非活性状態が検出され、前記吸着量推定手段により推定された有害物質の吸着量に基づき前記吸蔵触媒が飽和状態であると判定したとき、前記再生制御を実行する強制再生手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、吸蔵触媒が長期間非活性状態にあっても、吸蔵触媒に吸着された有害物質の量が飽和状態となった場合に、吸蔵触媒を強制的に再生処理するため、非活性時に吸蔵触媒の吸着量が飽和状態となり、有害物質が吸着されずに排出されることを防止できる。なお、吸蔵触媒が低温状態で再生処理を実行した場合、有害物質は排出されるが、飽和状態により排出される量と比較すれば軽微であるため、有害物質の排出量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は内燃機関の排気浄化装置のブロック図である。（実施例１）
【図２】図２は内燃機関の排気浄化装置によるＮＯｘ吸着時のシステム図である。（実施例１）
【図３】図３は内燃機関の排気浄化装置によるＮＯｘ浄化時のシステム図である。（実施例１）
【図４】図４は内燃機関の排気浄化装置によるＮＯｘ処理の論理回路図である。（実施例１）
【図５】図５は内燃機関の排気浄化装置によるＮＯｘ処理のフローチャートである。（実施例１）
【図６】図６は機関回転数と燃料噴射量とからＮＯｘ濃度を求めるためのＮＯｘ濃度マップである。（実施例１）
【図７】図７はＮＯｘ濃度と機関始動後経過時間とからＮＯｘ積算レートを求めるためのＮＯｘ積算レートマップである。（実施例１）
【図８】図８はＮＯｘ濃度の値に応じた吸蔵触媒の飽和吸蔵時間を求めるための飽和吸蔵時間マップである。（実施例１）
【図９】図９は内燃機関の排気浄化装置のブロック図である。（実施例２）
【図１０】図１０は内燃機関の排気浄化装置によるパティキュレート処理のシステム図である。（実施例２）
【図１１】図１１は内燃機関の排気浄化装置によるパティキュレート処理のフローチャートである。（実施例２）
【図１２】図１２は機関回転数と燃料噴射量とからパティキュレートの堆積速度を求めるための堆積速度マップである。（実施例２）
【図１３】図１３はパティキュレートの堆積速度と機関始動後経過時間とからパティキュレートの堆積積算レートを求めるための堆積積算レートマップである。（実施例２）
【図１４】図１４はパティキュレートの堆積速度に応じた吸蔵触媒の飽和堆積時間を求めるための飽和堆積時間マップである。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１〜図８は、この発明の実施例１を示すものである。図１において、１は内燃機関、２は燃焼室、３は吸気装置、４は排気装置である。車両に搭載された内燃機関１は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンであり、吸気装置３として、燃焼室２に連通する吸気通路５を設け、吸気通路５にスロットルバルブ６を設けている。また、内燃機関１は、排気装置４として、燃焼室２に連通する排気通路７を設けている。内燃機関１は、燃料を噴射供給する燃料噴射装置８を備えている。燃料噴射装置８は、内燃機関１に燃料を供給する燃料噴射弁９を設けている。
前記燃料噴射装置８は、制御装置１０の燃料噴射量算出手段１１によって燃料噴射弁９の燃料噴射量を制御される。燃料噴射量算出手段１１は、外気温度センサ１２が検出する外気温度、大気圧センサ１３が検出する大気圧、吸気量センサ１４が検出する吸気量（又は、吸気圧センサが検出する吸気圧）、クランク角センサ１５が検出する内燃機関１の機関回転数を参照し、外気温度、大気圧を考慮しつつ機関回転数と負荷を示す吸気量（又は吸気圧）とに基づき燃料噴射量を算出する。
前記燃料噴射量は、クランク角センサ１５が検出する機関回転数と吸気量センサ１４が検出する吸気量とに応じて決定される。このとき、外気温度が低いと、吸気中に含まれる酸素量が多くなるため、この酸素量に応じて燃料噴射量を減少させるように制御される。また、大気圧が低いと、吸気中の酸素量が少なくなるため、燃料噴射量が増加される。即ち、燃料噴射量は、外気温度と大気圧の変化に応じて、適切な出力が得られるよう増量又は減量される。
燃料噴射装置８は、燃料噴射量算出手段１１の算出した燃料噴射量となるように燃料噴射弁９を作動して、燃料を吸気通路５に噴射供給する。内燃機関１は、吸気通路５により供給された空気と燃料噴射弁９により供給された燃料との混合気を燃焼室２において燃焼させ、駆動力を発生する。燃焼後の排気は、排気通路７により外部に排出される。
【００１１】
前記内燃機関１は、排気を浄化する排気浄化装置１６を設けている。排気浄化装置１６は、排気通路７に排気中の有害物質であるＮＯｘを吸着し、吸蔵したＮＯｘを浄化する吸蔵触媒１７を備えている。排気浄化装置１６は、吸蔵触媒１７に吸着されて吸蔵したＮＯｘの量（ＮＯｘ吸着量）を推定する吸着量推定手段１８と、吸着量推定手段１８により推定されたＮＯｘ吸着量に基づき吸蔵触媒１７からＮＯｘを除去させる再生制御を実行する再生制御手段１９とを、前記制御装置１０に備えている。
前記排気浄化装置１６は、内燃機関１がリーン燃焼状態であるときに、図２に示すように、式（Ｒ１）に示すＮＯｘ吸蔵化学反応式に従い、排気中のＮＯｘを吸蔵触媒１７に吸着する。その後、排気浄化装置１６は、再生制御手段１９によって、吸着量推定手段１８により推定された吸蔵触媒１７のＮＯｘ吸着量に基づき、吸蔵触媒１７のＮＯｘ吸着量が飽和状態であるか否かを判断する。再生制御手段１９は、吸蔵触媒１７のＮＯｘ吸着量が飽和状態であると判定したとき、吸蔵触媒１７からＮＯｘを除去させる再生制御を実行する。
再生制御においては、燃料噴射弁９の燃料噴射量を増加（若しくは、燃焼行程後に燃料噴射）させて内燃機関１をリッチ燃焼状態とし、図３に示すように、式（Ｒ２）に示すＮＯｘ酸化反応式、式（Ｒ３）に示すＮＯｘ還元反応式に従い、排気中に含まれるＣＯ及びＨＣと、吸蔵触媒１７に吸蔵したＮＯｘとを反応（還元）させて浄化し、吸蔵触媒１７を再生処理する。
【００１２】
この内燃機関１の排気浄化装置１６は、吸蔵触媒１７の活性状態を検出する活性状態検出手段として、吸蔵触媒１７の触媒温度を検出する触媒温度センサ２０を制御装置１０に備えている。制御装置１０には、触媒温度センサ２０の検出する触媒温度に基づき吸蔵触媒１７の再生制御を実行する強制再生手段２１を備えている。強制再生手段２１は、触媒温度センサ２０の検出する吸蔵触媒１７の触媒温度が活性温度未満の低温状態で、吸蔵触媒１７の非活性状態が検出され、吸着量推定手段１８により推定された吸蔵触媒１７のＮＯｘ吸着量に基づき吸蔵触媒１７が飽和状態と判定されたとき、強制的に再生制御を実行する。再生制御においては、前述のように、内燃機関１をリッチ燃焼状態とし、排気中に含まれるＣＯ及びＨＣと、吸蔵触媒１７に吸蔵したＮＯｘとを反応（還元）させて浄化し、吸蔵触媒１７を再生処理する。
また、排気浄化装置１６は、計時手段２２を備えている。計時手段２２は、内燃機関１の始動時からの経過時間（以下「機関始動後経過時間Ｔｅ」と記す。）を計測する機関始動タイマ２３と、前記再生制御を停止した時からの経過時間（以下「再生停止後経過時間Ｔｒ」と記す。）を計測する再生停止タイマ２４とを備えている。前記強制再生手段２１は、機関始動タイマ２３が計測する機関始動後経過時間Ｔｅが設定値以上となったとき、又は再生停止タイマ２４が計測する再生停止後経過時間Ｔｒが設定値以上となったとき、吸蔵触媒１７が飽和状態であると判定する。
前記機関始動後経過時間Ｔｅ及び再生停止後経過時間Ｔｒを判定する設定値は、飽和吸蔵時間算出手段２５により算出される。飽和吸蔵時間算出手段２５は、図８に示すように、飽和吸蔵時間マップに基づき吸蔵触媒１７に入る前のＮＯｘ濃度（実線）に応じて、吸蔵触媒１７のＮＯｘ吸着量が飽和状態となる閾値（破線）に達するまでの時間を、飽和吸蔵時間Ｔｓとして算出する。強制再生手段２１は、飽和吸蔵時間算出手段２５が算出した飽和吸蔵時間Ｔｓを設定値とし、機関始動後経過時間Ｔｅが設定値である飽和吸蔵時間Ｔｓ以上となったとき、又は再生停止後経過時間Ｔｒが設定値である飽和吸蔵時間Ｔｓ以上となったとき、吸蔵触媒１７が飽和状態であると判定する。
さらに、排気浄化装置１６は、記憶手段２６を制御装置１０に備えている。記憶手段２６には、燃料噴射量と機関回転数とから吸蔵触媒１７に入る前のＮＯｘ濃度を求めるためのＮＯｘ濃度マップ（図６）、ＮＯｘ濃度マップで求めたＮＯｘ濃度と内燃機関１の機関始動後経過時間ＴｅとからＮＯｘ積算レート（ＮＯｘ濃度と時間との比率）を求めるためのＮＯｘ積算レートマップ（図７）、ＮＯｘ濃度マップで求めたＮＯｘ濃度の値に応じて吸蔵触媒１７のＮＯｘ吸着量が飽和状態となる閾値に達するまでの飽和吸蔵時間Ｔｓを求めるための飽和吸蔵時間マップ（図８）を記憶している。排気浄化装置１６は、ＮＯｘ濃度マップ（図６）、ＮＯｘ積算レートマップ（図７）、飽和吸蔵時間マップ（図８）から、判定のための各種設定値を算出する。
【００１３】
次に作用を説明する。
内燃機関１の排気浄化装置１６は、図５に示すように、制御装置１０による制御がスタートし（Ａ０１）、イグニッションスイッチのＯＮにより内燃機関１が始動されると（Ａ０２）、機関始動タイマ２３により機関始動後経過時間Ｔｅの計測が開始され（Ａ０３）、燃料噴射量算出手段１１が算出する燃料噴射量とクランク角センサ１５が検出する機関回転数とを取得する（Ａ０４）。
ＮＯｘ濃度マップ（図６参照）に基づき前記取得した燃料噴射量と機関回転数との値に応じたＮＯｘ濃度を求め（Ａ０５）、ＮＯｘ積算レートマップ（図７参照）に基づき前記ＮＯｘ濃度マップで求めたＮＯｘ濃度のレート曲線と前記始動タイマ２３が計測した機関始動後経過時間Ｔｅとの値に応じたＮＯｘ積算レートを求める。（Ａ０６）
前記ＮＯｘ濃度マップで求めたＮＯｘ濃度と前記ＮＯｘ積算レートマップで求めたＮＯｘ積算レートとを乗算して、吸蔵触媒１７に吸着されたＮＯｘ吸着量を算出（ＮＯｘ吸着量＝ＮＯｘ濃度×ＮＯｘ積算レート）する（Ａ０７）。そして、飽和吸蔵時間マップ（図８参照）に基づき、前記ＮＯｘ濃度マップで求めたＮＯｘ濃度の値に応じたＮＯｘ濃度直線とＮＯｘ吸着量の閾値とより飽和吸蔵時間Ｔｓを求める（Ａ０８）。ＮＯｘ吸着量は、前記吸着量推定手段２１により求められる。飽和吸蔵時間Ｔｓは、前記飽和吸蔵時間算出手段２５により求められる。
【００１４】
前記ＮＯｘ吸着量の算出（Ａ０７）及び飽和吸蔵時間Ｔｓの算出（Ａ０８）の後に、触媒温度センサ２０が検出する触媒温度により吸蔵触媒１７が活性状態であるかを判断する（Ａ０９）。なお、吸蔵触媒１７の活性状態を判定するための触媒温度センサ２０は、ラジエータの水温を測定する温度センサで代用することもできる。
前記吸蔵触媒１７が活性状態であるかの判断（Ａ０９）がＹＥＳの場合は、吸蔵触媒１７に吸着されたＮＯｘ吸着量が飽和状態となる閾値以上（ＮＯｘ吸着量≧閾値）であるかを判断する（Ａ１０）。ＮＯｘ吸着量は、図８に示すように、ＮＯｘ濃度直線に応じて飽和状態の閾値に達するまでの飽和吸蔵時間Ｔｓが相違し、ＮＯｘ濃度が高いほど閾値に達するまでの飽和吸蔵時間Ｔｓが短くなる。
この判断（Ａ１０）がＮＯの場合は、燃料噴射量と機関回転数との取得（Ａ０４）に戻る。この判断（Ａ１０）がＹＥＳの場合は、再生制御手段１９により吸蔵触媒１７からＮＯｘを除去させる再生制御を実行し（Ａ１１）、再生制御の実行時間が所定時間を経過したかを判断する（Ａ１２）。
この判断（Ａ１２）がＮＯの場合は、再生制御（Ａ１１）を継続する。この判断（Ａ１２）がＹＥＳの場合は、再生制御を停止し（Ａ１３）、再生停止タイマ２４により再生停止後経過時間Ｔｒの計測を開始し（Ａ１４）、機関回転数と燃料噴射量との取得（Ａ０４）に戻る。
一方、前記吸蔵触媒１７が活性状態であるかの判断（Ａ０９）がＮＯの場合は、機関始動後経過時間Ｔｅが飽和吸蔵時間Ｔｓ以上であるか（Ｔｅ≧Ｔｓ）、又は、再生制御の再生停止後経過時間Ｔｒが飽和吸蔵時間Ｔｓ以上であるか（Ｔｒ≧Ｔｓ）を判断する（Ａ１５）。
この判断（Ａ１５）がＮＯの場合は、燃料噴射量と機関回転数との取得（Ａ０４）に戻る。この判断（Ａ１５）がＹＥＳの場合は、強制再生手段２１により吸蔵触媒１７からＮＯｘを除去させる再生制御の実行（Ａ１１）に移行し、前述判断（Ａ１２）〜処理（Ａ１４）を行い、機関回転数と燃料噴射量との取得（Ａ０４）に戻る。
即ち、排気浄化装置１６は、吸蔵触媒１７が活性化するまでの間（Ａ０９：ＮＯ）は、内燃機関１の機関始動後経過時間Ｔｅ、又は再生制御の再生停止後経過時間Ｔｒにより吸蔵触媒１７が飽和状態であるか否かを判定し、吸蔵触媒１７が飽和状態であれば再生制御を実行する。これに対して、排気浄化装置１６は、吸蔵触媒１７の活性後（Ａ０９：ＹＥＳ）には、吸蔵触媒１７の経年劣化を考慮したＮＯｘ吸着量により吸蔵触媒１７が飽和状態であるか否かを判断（Ａ１０）する。
これより、排気浄化装置１６は、図４に示すように、ＮＯｘ吸着量が飽和状態である閾値以上となった場合、あるいは機関始動後経過時間Ｔｅ、又は再生停止後経過時間Ｔｒが飽和吸着時間Ｔｓ以上となった場合に、吸蔵触媒１７に吸蔵したＮＯｘを浄化して吸蔵触媒１７を再生する再生制御を実行する。
【００１５】
このように、内燃機関１の排気浄化装置１６は、強制再生手段２１によって、触媒温度センサ２０により吸蔵触媒１７の非活性状態が検出され、吸着量推定手段２１により推定されたＮＯｘの吸着量に基づき吸蔵触媒１７のＮＯｘ吸着量が飽和状態であると判定したとき、再生制御を実行する。
これにより、排気浄化装置１６は、吸蔵触媒１７が長期間低温で非活性状態にあっても、吸蔵触媒１７に吸着されたＮＯｘの量が飽和状態となった場合に、吸蔵触媒１７を強制的に再生処理するため、非活性時に吸蔵触媒１７が飽和状態となり、ＮＯｘが吸着されずに排出されることを防止できる。なお、吸蔵触媒１７が低温状態で再生処理を実行した場合、ＮＯｘは排出されるが、吸蔵触媒１７の飽和状態により排出される量と比較すれば軽微であるため、排出量を抑制することができる。
また、短期間に複数回内燃機関１を停止するような車両（いわゆるアイドリングストップ車両）にあっては、内燃機関１の機関負荷や機関回転数の変動が大きく、これらの数値に基づいて吸蔵触媒１７のＮＯｘ吸着量を推定すると、ＮＯｘ吸着量の推定に誤差が生じ易くなる。
そこで、この排気浄化装置１６は、強制再生手段１９によって、内燃機関１の機関始動後経過時間Ｔｅ、又は再生制御の再生停止後経過時間ＴｒによりＮＯｘ吸着量を推定し吸蔵触媒１７の飽和状態を判断するため、ＮＯｘ吸着量の推定に誤差が生じる事が無くなり、吸蔵触媒１７の飽和状態を的確に判定することができ、確実に再生制御を実行することができる。
【実施例２】
【００１６】
図９〜図１４は、この発明の実施例２を示すものである。図９において、１０１は内燃機関、１０２は燃焼室、１０３は吸気装置、１０４は排気装置である。車両に搭載された内燃機関１０１は、ディーゼルエンジンであり、吸気装置１０３として、燃焼室１０２に連通する吸気通路１０５を設け、吸気通路１０５にスロットルバルブ１０６を設けている。また、内燃機関１０１は、排気装置１０４として、燃焼室１０２に連通する排気通路１０７を設けている。内燃機関１０１は、燃料を噴射供給する燃料噴射装置１０８を備えている。燃料噴射装置１０８は、内燃機関１０１に燃料を供給する燃料噴射弁１０９を設けている。
前記燃料噴射装置１０８は、制御装置１１０の燃料噴射量算出手段１１１によって燃料噴射弁１０９の燃料噴射量を制御される。燃料噴射量算出手段１１１は、外気温度センサ１１２が検出する外気温度、大気圧センサ１１３が検出する大気圧、吸気量センサ１１４が検出する吸気量（又は、吸気圧センサが検出する吸気圧）、クランク角センサ１１５が検出する内燃機関１の機関回転数を参照し、外気温度、大気圧を考慮しつつ機関回転数と負荷を示す吸気量（又は吸気圧）とに基づき燃料噴射量を算出する。
前記燃料噴射量は、クランク角センサ１１５が検出する機関回転数と吸気量センサ１１４が検出する吸気量とに応じて決定される。このとき、外気温度が低いと、吸気中に含まれる酸素量が多くなるため、この酸素量に応じて燃料噴射量を減少させるように制御される。また、大気圧が低いと、吸気中の酸素量が少なくなるため、燃料噴射量が増加される。即ち、燃料噴射量は、外気温度と大気圧の変化に応じて、適切な出力が得られるよう増量又は減量される。
燃料噴射装置１０８は、燃料噴射量算出手段１１１の算出した燃料噴射量となるように燃料噴射弁１０９を作動して、燃料を吸気通路１０５に噴射供給する。内燃機関１０１は、吸気通路１０５により供給された空気と燃料噴射弁１０９により供給された燃料との混合気を燃焼室１０２において燃焼させ、駆動力を発生する。燃焼後の排気は、排気通路１０７により外部に排出される。
【００１７】
前記内燃機関１０１は、排気を浄化する排気浄化装置１１６を設けている。排気浄化装置１１６は、排気通路１０７に排気中の有害物質であるパティキュレートを吸着し、吸蔵したパティキュレートを浄化する吸蔵触媒（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｒａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）１１７を備えている。排気浄化装置１１６は、吸蔵触媒１１７に吸着されて堆積したパティキュレートの量（パティキュレート堆積量）を推定する堆積量推定手段１１８と、堆積量推定手段１１８により推定されたパティキュレート堆積量に基づき吸蔵触媒１１７からパティキュレートを除去させる再生制御を実行する再生制御手段１１９とを、前記制御装置１１０に備えている。
前記排気浄化装置１１６は、内燃機関１０１がリーン燃焼状態であるときに排気中のパティキュレートを吸蔵触媒１１７に吸着する。その後、排気浄化装置１１６は、再生制御手段１１９によって、堆積量推定手段１１８により推定された吸蔵触媒１１７のパティキュレート堆積量に基づき、吸蔵触媒１１７のパティキュレート堆積量が飽和状態であるか否かを判断する。再生制御手段１１９は、吸蔵触媒１１７のパティキュレート堆積量が飽和状態であると判定したとき、吸蔵触媒１１７からパティキュレートを除去させる再生制御を実行する。
再生制御においては、図１０に示すように、燃料噴射弁１０９の燃料噴射量を増加（若しくは、燃焼行程後に燃料噴射）させて内燃機関１０１をリッチ燃焼状態とし、排気中に含まれる燃料により吸蔵触媒１１７に吸蔵したパティキュレートを燃焼させて浄化し、吸蔵触媒１１７を再生処理する。なお、再生制御には、図１０に示すように、吸蔵触媒１１７にヒータ１１７Ｈを設け、このヒータ１１７Ｈにより吸蔵触媒１１７に吸蔵したパティキュレートを燃焼させて浄化し、吸蔵触媒１１７を再生処理する方法もある。
【００１８】
この内燃機関１０１の排気浄化装置１１６は、吸蔵触媒１１７の活性状態を検出する活性状態検出手段として、吸蔵触媒１１７の触媒温度を検出する触媒温度センサ１２０を制御装置１１０に備えている。制御装置１１０には、触媒温度センサ１２０の検出する触媒温度に基づき吸蔵触媒１１７の再生制御を実行する強制再生手段１２１を備えている。強制再生手段１２１は、触媒温度センサ１２０の検出する吸蔵触媒１１７の触媒温度が活性温度未満の低温状態で、吸蔵触媒１１７の非活性状態が検出され、堆積量推定手段１１８により推定された吸蔵触媒１１７のパティキュレート堆積量に基づき吸蔵触媒１１７が飽和状態と判定されたとき、強制的に再生制御を実行する。再生制御においては、前述のように、内燃機関１０１をリッチ燃焼状態とし、排気中に含まれる燃料により吸蔵触媒１１７に吸蔵したパティキュレートを燃焼させて浄化し、あるいは、ヒータ１１７Ｈによりパティキュレートを燃焼させて浄化し、吸蔵触媒１１７を再生処理する。
また、排気浄化装置１１６は、計時手段１２２を備えている。計時手段１２２は、内燃機関１０１の始動時からの経過時間（以下「機関始動後経過時間Ｔｅ」と記す。）を計測する機関始動タイマ１２３と、前記再生制御を停止した時からの経過時間（以下「再生停止後経過時間Ｔｒ」と記す。）を計測する再生停止タイマ１２４とを備えている。前記強制再生手段１２１は、機関始動タイマ１２３が計測する機関始動後経過時間Ｔｅが設定値以上となったとき、又は再生停止タイマ１２４が計測する再生停止後経過時間Ｔｒが設定値以上となったとき、吸蔵触媒１１７が飽和状態であると判定する。
前記機関始動後経過時間Ｔｅ及び再生停止後経過時間Ｔｒを判定する設定値は、飽和堆積時間算出手段１２５により算出される。飽和堆積時間算出手段１２５は、図１４に示すように、飽和堆積時間マップに基づき吸蔵触媒１１７でのパティキュレートの堆積速度（実線）に応じて、吸蔵触媒１１７のパティキュレートの堆積量が飽和状態となる閾値（破線）に達するまでの時間を、飽和堆積時間Ｔｓとして算出する。強制再生手段１２１は、飽和堆積時間算出手段１２５が算出した飽和堆積時間Ｔｓを設定値とし、機関始動後経過時間Ｔｅが設定値である飽和堆積時間Ｔｓ以上となったとき、又は再生停止後経過時間Ｔｒが設定値である飽和堆積時間Ｔｓ以上となったとき、吸蔵触媒１１７が飽和状態であると判定する。
さらに、排気浄化装置１１６は、記憶手段１２６を制御装置１１０に備えている。記憶手段１２６には、燃料噴射量と機関回転数とから吸蔵触媒１１７でのパティキュレートの堆積速度を求めるための堆積速度マップ（図１２）、堆積速度マップで求めたパティキュレートの堆積速度と内燃機関１の機関始動後経過時間Ｔｅとから堆積積算レート（パティキュレートの堆積速度と時間との比率）を求めるための堆積積算レートマップ（図１３）、堆積速度マップで求めたパティキュレートの堆積速度の値に応じて吸蔵触媒１１７のパティキュレートの堆積量が飽和状態となる閾値に達するまでの飽和堆積時間Ｔｓを求めるための飽和堆積時間マップ（図１４）を記憶している。排気浄化装置１１６は、堆積速度マップ（図１２）、堆積積算レートマップ（図１３）、飽和堆積時間マップ（図１４）から、判定のための各種設定値を算出する。
【００１９】
次に作用を説明する。
内燃機関１０１の排気浄化装置１１６は、図１１に示すように、制御装置１１０による制御がスタートし（Ｂ０１）、イグニッションスイッチのＯＮにより内燃機関１０１が始動されると（Ｂ０２）、機関始動タイマ１２３により機関始動後経過時間Ｔｅの計測が開始され（Ｂ０３）、燃料噴射量算出手段１１１が算出する燃料噴射量とクランク角センサ１１５が検出する機関回転数とを取得する（Ｂ０４）。
堆積速度マップ（図１２参照）に基づき前記取得した燃料噴射量と機関回転数との値に応じたパティキュレートの堆積速度を求め（Ｂ０５）、堆積積算レートマップ（図１３参照）に基づき前記堆積速度マップで求めた堆積速度のレート曲線と前記始動タイマ１２３が計測した機関始動後経過時間Ｔｅとの値に応じた堆積積算レートを求める。（Ｂ０６）
前記堆積速度マップで求めたパティキュレートの堆積速度と前記堆積積算レートマップで求めたパティキュレートの堆積積算レートとを乗算して、吸蔵触媒１１７に吸着されて堆積したパティキュレートの堆積量を算出（パティキュレートの堆積量＝堆積速度×堆積積算レート）する（Ｂ０７）。そして、飽和堆積時間マップ（図１４参照）に基づき、前記堆積速度マップで求めた堆積速度の値に応じた堆積速度直線と堆積量の閾値とより飽和堆積時間Ｔｓを求める（Ｂ０８）。パティキュレートの堆積量は、前記堆積量推定手段１２１により求められる。飽和堆積時間Ｔｓは、前記飽和堆積時間算出手段１２５により求められる。
【００２０】
前記パティキュレートの堆積量の算出（Ｂ０７）及び飽和堆積時間Ｔｓの算出（Ｂ０８）の後に、触媒温度センサ１２０が検出する触媒温度により吸蔵触媒１１７が活性状態であるかを判断する（Ｂ０９）。なお、吸蔵触媒１１７の活性状態を判定するための触媒温度センサ１２０は、ラジエータの水温を測定する温度センサで代用することもできる。
前記吸蔵触媒１１７が活性状態であるかの判断（Ｂ０９）がＹＥＳの場合は、吸蔵触媒１１７に吸着されたパティキュレートの堆積量が飽和状態となる閾値以上（堆積量≧閾値）であるかを判断する（Ｂ１０）。パティキュレートの堆積量は、図１４に示すように、堆積速度直線に応じて飽和状態の閾値に達するまでの飽和堆積時間Ｔｓが相違し、堆積速度が高いほど閾値に達するまでの飽和堆積時間Ｔｓが短くなる。
この判断（Ｂ１０）がＮＯの場合は、燃料噴射量と機関回転数との取得（Ｂ０４）に戻る。この判断（Ｂ１０）がＹＥＳの場合は、再生制御手段１１９により吸蔵触媒１１７からパティキュレートを除去させる再生制御を実行し（Ｂ１１）、再生制御の実行時間が所定時間を経過したかを判断する（Ｂ１２）。
この判断（Ｂ１２）がＮＯの場合は、再生制御（Ｂ１１）を継続する。この判断（Ｂ１２）がＹＥＳの場合は、再生制御を停止し（Ｂ１３）、再生停止タイマ１２４により再生停止後経過時間Ｔｒの計測を開始し（Ｂ１４）、機関回転数と燃料噴射量との取得（Ｂ０４）に戻る。
一方、前記吸蔵触媒１１７が活性状態であるかの判断（Ｂ０９）がＮＯの場合は、機関始動後経過時間Ｔｅが飽和吸蔵時間Ｔｓ以上であるか（Ｔｅ≧Ｔｓ）、又は、再生制御の再生停止後経過時間Ｔｒが飽和吸蔵時間Ｔｓ以上であるか（Ｔｒ≧Ｔｓ）を判断する（Ｂ１５）。
この判断（Ｂ１５）がＮＯの場合は、燃料噴射量と機関回転数との取得（Ｂ０４）に戻る。この判断（Ｂ１５）がＹＥＳの場合は、強制再生手段１２１により吸蔵触媒１１７からパティキュレートを除去させる再生制御の実行（Ｂ１１）に移行し、前述判断（Ｂ１２）〜処理（Ｂ１４）を行い、機関回転数と燃料噴射量との取得（Ｂ０４）に戻る。
即ち、排気浄化装置１１６は、吸蔵触媒１１７が活性化するまでの間（Ｂ０９：ＮＯ）は、内燃機関１０１の機関始動後経過時間Ｔｅ、又は再生制御の再生停止後経過時間Ｔｒにより吸蔵触媒１１７が飽和状態であるか否かを判定し、吸蔵触媒１１７が飽和状態であれば再生制御を実行する。これに対して、排気浄化装置１１６は、吸蔵触媒１１７の活性後（Ｂ０９：ＹＥＳ）には、吸蔵触媒１１７の経年劣化を考慮したパティキュレート堆積量により吸蔵触媒１１７が飽和状態であるか否かを判断（Ｂ１１０）する。
これより、排気浄化装置１１６は、パティキュレートの堆積量が飽和状態である閾値以上となった場合、あるいは機関始動後経過時間Ｔｅ、又は再生停止後経過時間Ｔｒが飽和堆積時間Ｔｓ以上となった場合に、吸蔵触媒１１７に吸蔵したパティキュレートを浄化して吸蔵触媒１１７を再生する再生制御を実行する。
【００２１】
このように、内燃機関１０１の排気浄化装置１１６は、強制再生手段１２１によって、触媒温度センサ１２０により吸蔵触媒１１７の非活性状態が検出され、堆積量推定手段１２１により推定されたパティキュレートの堆積量に基づき吸蔵触媒１１７のパティキュレート堆積量が飽和状態であると判定したとき、再生制御を実行する。
これにより、排気浄化装置１１６は、吸蔵触媒１１７が長期間低温で非活性状態にあっても、吸蔵触媒１１７に吸着されたパティキュレートの量が飽和状態となった場合に、吸蔵触媒１１７を強制的に再生処理するため、非活性時に吸蔵触媒１１７が飽和状態となり、パティキュレートが吸着されずに排出されることを防止できる。なお、吸蔵触媒１１７が低温状態で再生処理を実行した場合、パティキュレートは排出されるが、吸蔵触媒１１７の飽和状態により排出される量と比較すれば軽微であるため、排出量を抑制することができる。
また、短期間に複数回内燃機関１０１を停止するような車両（いわゆるアイドリングストップ車両）にあっては、内燃機関１０１の機関負荷や機関回転数の変動が大きく、これらの数値に基づいて吸蔵触媒１１７のパティキュレート堆積量を推定すると、パティキュレート堆積量の推定に誤差が生じ易くなる。
そこで、この排気浄化装置１１６は、強制再生手段１１９によって、内燃機関１０１の機関始動後経過時間Ｔｅ、又は再生制御の再生停止後経過時間Ｔｒによりパティキュレートの堆積量を推定し吸蔵触媒１１７の飽和状態を判断するため、パティキュレートの堆積量の推定に誤差が生じる事が無くなり、吸蔵触媒１１７の飽和状態を的確に判定することができ、確実に再生制御を実行することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
この発明は、吸蔵触媒が長期間低温で非活性状態にあっても、有害物質の排出を防止できるものであり、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関だけでなく、ボイラーや焼却炉などの燃焼装置の排気処理にも応用が可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１  内燃機関
２  燃焼室
３  吸気装置
４  排気装置
８  燃料噴射装置
９  燃料噴射弁
１０  制御装置
１１  燃料噴射量算出手段
１２  外気温度センサ
１３  大気圧センサ
１４  吸気量センサ
１５  クランク角センサ
１６  排気浄化装置
１７  吸蔵触媒
１８  吸着量推定手段
１９  再生制御手段
２０  触媒温度センサ
２１  強制再生手段
２２  計時手段
２３  機関始動タイマ
２４  再生停止タイマ
２５  飽和吸着時間算出手段
２６  記憶手段
【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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