(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄燃焼可能な機関に、排気空燃比が希薄である場合にＮＯｘを吸収し、排気空燃比が濃化すると吸収していたＮＯｘを放出，還元するＮＯｘトラップ触媒と、排気中の粒子を捕集する粒子捕集手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記粒子捕集手段に捕集された粒子を酸化処理する粒子捕集手段の再生時期と判断されたときには、前記ＮＯｘトラップ触媒に吸収されたＮＯｘを放出，還元処理するＮＯｘトラップ触媒の再生時期と判断されていないときでも、前記粒子捕集手段を再生する前に前記ＮＯｘトラップ触媒の再生を完了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】
希薄燃焼可能な機関に、排気空燃比が希薄である場合にＮＯｘを吸収し、排気空燃比が濃化すると吸収していたＮＯｘを放出，還元するＮＯｘトラップ触媒と、排気中の粒子を捕集する粒子捕集手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
ＮＯｘトラップ触媒の再生時期と判断されて該ＮＯｘトラップ触媒が再生されるまでは、粒子捕集手段の再生を禁止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
希薄燃焼可能な機関に、排気空燃比が希薄である場合にＮＯｘを吸収し、排気空燃比が濃化すると吸収していたＮＯｘを放出，還元するＮＯｘトラップ触媒と、排気中の粒子を捕集する粒子捕集手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
粒子捕集手段の再生時期と判断されたときに、該粒子捕集手段の再生によってＮＯｘトラップ触媒の再生時期となることが予測されるときは、粒子捕集手段を再生する前にＮＯｘトラップ触媒の再生を完了することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
ＮＯｘトラップ触媒に吸収されたＮＯｘ量を予測し、予測されたＮＯｘ吸収量が運転条件により設定された所定値を越えたときを、ＮＯｘトラップ触媒の再生時期と判断することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
アクセル開度，機関回転速度，ＮＯｘトラップ触媒の温度のうち少なくとも１つを使用して予測されるＮＯｘトラップ触媒の単位時間あたりＮＯｘ吸収量と、機関運転時間とからＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸収量を予測することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記所定値は、ＮＯｘトラップ触媒の温度とＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比との少なくとも一方によって算出することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘトラップ触媒の温度は、ＮＯｘトラップ触媒に取り付けられた温度センサにより検知し、もしくはアクセル開度と機関回転速度により予測することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比は、燃料噴射量、吸入空気量、アクセル開度、機関回転速度のうち少なくとも１つにより予測することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
粒子捕集手段への粒子流入量の予測値と時間とから演算した積算粒子堆積量が所定値を越えた場合または／および粒子捕集手段の前後差圧を計測し、計測された前後差圧が所定値を越えた場合を粒子捕集手段の再生時期と判断することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記粒子捕集手段への粒子流入量は、前記アクセル開度，機関回転速度，粒子捕集手段の温度のうち少なくとも１つを使用して予測されることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記粒子捕集手段の再生は、粒子捕集手段の直上流に酸化触媒を設け、または／および粒子捕集手段に酸化触媒を担持すると共に膨張行程後期から排気行程にかけて燃料を噴射し、または／および吸気絞り弁で吸気を絞り、または／および過給機の効率を低下させて実施することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記ＮＯｘトラップ触媒の再生は、膨張行程後期から排気行程にかけて燃料を噴射することで、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気を一時的にリッチとして実施することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
排気の一部を吸気に還流する量を調整するＥＧＲ弁を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記膨張行程後期から排気行程にかけて燃料を噴射するときに、前記ＥＧＲ弁を閉方向に制御することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記膨張行程後期から排気行程にかけての燃料噴射を行う場合には、排気通路に設けられる触媒装置の下流に排気の一部を吸気に還流するための排気取り出し口を設けることを特徴とする請求項１１〜請求項１３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、内燃機関、特にディーゼル機関における排気浄化技術、詳しくは、ＮＯｘと粒子を浄化処理する技術に関する。
【０００１】
【従来の技術】
従来の内燃機関の排気浄化装置としては、例えば特開平９−５３４４２号に開示されるものがある。これはディーゼル機関の排気系に一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）に酸化する手段、例えば酸化触媒と、排気微粒子を捕集する手段、例えばディーゼル・パーティキュレート・フィルタ（以下ＤＰＦという）と、ＮＯ除去手段、例えば排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し、排気の酸素濃度が低下すると吸収していたＮＯｘを放出，還元処理するＮＯｘトラップ触媒を備える。そして、ＤＰＦに排圧が上昇しすぎてしまうために除去が必要なほど粒子が堆積した場合は、粒子を酸化処理するために吸気絞りにより排気温度を上昇させ、また、ＮＯｘトラップ触媒が能力の限界レベルにＮＯｘを吸収し、このまま処理しないと流入したＮＯｘをそのまま下流へ放出し、大気を汚染する可能性がある場合に、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比を一時的に過濃としてＮＯｘトラップ触媒に吸収されていたＮＯｘを放出，還元処理するものである。これにより、ディーゼル機関から排出されるＮＯｘと微粒子を効果的に除去することを狙っている。
【０００２】
他の従来例としては、例えば特開平１０−１７６５２２号に開示されるものがある。これは、前記ＮＯｘトラップ触媒は、流入する排気の空燃比によりＮＯｘ吸収能力が変化するという問題点を解決するものである。具体的には前記ＮＯｘトラップ触媒を排気系に備えた希薄燃焼可能な内燃機関の排気浄化方法において、ＮＯｘトラップ触媒に吸収されたＮＯｘ量を推定し、その推定値が閾値を越えた場合に排気中の酸素濃度を低下させてＮＯｘトラップ触媒を再生させると共に放出したＮＯｘを還元するＮＯｘトラップ触媒再生手法を有し、前記閾値をＮＯｘトラップ触媒に流入する排気空燃比を計測する空燃比センサの出力値により排気空燃比が薄いほど前記閾値を大きく設定している。これにより、空燃比に関わらず最適にＮＯｘトラップ触媒の再生が実施されることを狙っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来例においては以下のような問題点がある。例えば特開平９−５３４４２号においては、ＤＰＦに粒子が多く堆積した場合に、吸気絞りを行って排気温度を上昇させることにより、堆積した粒子を排気中の酸素や二酸化窒素を酸化剤として酸化処理するＤＰＦ再生制御を行なっている。
【０００４】
ところが、吸気量を絞ると燃焼に関わる酸素が少なくなる結果、ＮＯｘトラップ触媒へ流入する排気の空燃比が濃くなる。さらに、吸気量を減量しても同一トルクを得るためには、燃料量は同等以上に噴射する必要があるため、燃焼空燃比はＤＰＦ再生制御を実行するとさらに濃くなり、その結果ＮＯｘトラップ触媒へ流入する排気の空燃比も同時にさらに濃くなると予想される。これは、排気温度上昇のために膨張行程後期から排気行程にかけて燃料を噴射して触媒に流入する排気中に燃料を供給し、その燃料と排気中の酸素とを触媒上で反応させて排気温度を上昇させる方式や、過給機付内燃機関で過給を停止する方式などでも同様に排気の空燃比は濃くなると考えられる。
【０００５】
ＮＯｘトラップ触媒へ流入する排気の空燃比が濃くなると、特開平１０−１７６５２２号で問題点として指摘されている通り、空燃比が薄かったために多くのＮＯｘを吸収したＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸収能力が一気に低下するため、空燃比が濃くなってからのＮＯｘ吸収能力を越えて吸収していたＮＯｘは放出され、放出されたＮＯｘが還元されるほどには空燃比が濃くない（ＤＰＦ再生のために酸素が必要なので、リッチにはしないためＨＣ等の還元剤がほとんどない）ので、そのままＮＯｘが大気中に流出する場合がある。
【０００６】
また、特開平１０−１７６５２２で実施例として開示されている手法は、排気系に配置された酸素濃度センサおよび温度センサでの計測値に応じて設定される所定値をＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸収量が越えていればＮＯｘトラップ触媒の再生処理を実行するものであるが、センサの計測値をフィードバックして判断していては、ＤＰＦの再生処理を一気に開始した場合など急激な空燃比変化に対しては応答が遅く、結果として図１１に示す様にスパイク的なＮＯｘの放出が発生することとなる。この瞬間ＮＯｘトラップ触媒は流入してくるＮＯｘをほとんど吸収できない状態であり、かつ、ＮＯｘトラップ触媒は吸収していたＮＯｘを放出するので、前記スパイクのピーク濃度は触媒の付いていない状態のＮＯｘ排出量を大きく超える可能性があり、他の条件ではＮＯｘ排出量を極低レベルにしている最近の希薄燃焼機関においては前記スパイク的なＮＯｘの排出は全体のＮＯｘ排出性能に対して非常に大きく寄与する。また、ＮＯｘトラップ触媒に流入する空燃比をエンジンの運転条件（例えば燃料噴射量や吸入空気量）により算出したとしてもＮＯｘトラップ触媒の再生処理を実施する前にＤＰＦの再生処理が開始されてしまっては前記スパイク的なＮＯｘの発生は回避できない。それを避けるために演算頻度を高めればある程度の効果は見込めるが、ＮＯｘトラップ触媒の再生処理を実施する前にＤＰＦの再生処理が開始されてしまう可能性は排除できない。また、ＣＰＵの処理能力にも限界があるため他の演算が犠牲となるか、もしくは演算速度の速いＣＰＵが必要となりコストの増大につながる。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、ＤＰＦ及びＮＯｘトラップ触媒の再生を、排気浄化性能の悪化を抑制しつつ良好に行えるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
希薄燃焼可能な機関に、排気空燃比が希薄である場合にＮＯｘを吸収し、排気空燃比が濃化すると吸収していたＮＯｘを放出，還元するＮＯｘトラップ触媒と、排気中の粒子を捕集する粒子捕集手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記粒子捕集手段に捕集された粒子を酸化処理する粒子捕集手段の再生時期と判断されたときには、前記ＮＯｘトラップ触媒に吸収されたＮＯｘを放出，還元処理するＮＯｘトラップ触媒の再生時期と判断されていないときでも、前記粒子捕集手段を再生する前に前記ＮＯｘトラップ触媒の再生を完了することを特徴とする。
【００１１】
請求項１に係る発明によると、
ＮＯｘトラップ触媒がまだ再生時期とは判断されていない場合でも、粒子捕集手段が再生時期と判断されて再生を行う場合には、その直前に強制的にＮＯｘトラップ触媒の再生を実施する構成としたため、粒子捕集手段の再生を実施する段階では常時ＮＯｘトラップ触媒にはほとんどＮＯｘは吸収されていない状態となっているので、前述したＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸収能力低下に伴うＮＯｘの放出をより確実に抑制することができ、さらに、粒子捕集手段の再生中もＮＯｘトラップ触媒は良好にＮＯｘを吸収できる状態となっており、排気浄化性能が向上する。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、
ＮＯｘトラップ触媒の再生時期と判断されて該ＮＯｘトラップ触媒が再生されるまでは、粒子捕集手段の再生を禁止することを特徴とする。
請求項２に係る発明によると、
粒子捕集手段が再生時期と判断されても、ＮＯｘトラップ触媒が再生時期と判断されて再生される（再生終了する）までは、粒子捕集手段の再生が禁止される構成としたため、前述したＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸収能力低下に伴うＮＯｘの放出を抑制することができ、さらに、粒子捕集手段の再生中もＮＯｘトラップ触媒は良好にＮＯｘを吸収できる状態となっており、排気浄化性能が向上する。
【００１３】
また、ＮＯｘトラップ触媒の再生後ほとんどＮＯｘの発生しない運転条件たとえばアイドリング条件などでしか運転されていない場合、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸収能力は十分にある状態と考えられるが、その状態で粒子捕集手段の再生が許可された場合は請求項２の発明であればＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸収能力は十分であるにもかかわらずＮＯｘトラップ触媒の再生が強制的に実施されることになる。請求項２の発明では、そのような場合は粒子捕集手段の再生を禁止しているため、後述する燃料のポスト噴射等による不要なＮＯｘトラップ触媒の再生が行われないので、燃費の悪化を回避できる。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は、
粒子捕集手段に捕集された粒子を酸化処理する粒子捕集手段の再生時期と判断されたときには、前記ＮＯｘトラップ触媒に吸収されたＮＯｘを放出，還元処理するＮＯｘトラップ触媒の再生時期と判断されていないときでも、前記粒子捕集手段を再生する前に前記ＮＯｘトラップ触媒の再生を完了することを特徴とする。
請求項３に係る発明によると、粒子捕集手段の再生時期と判断されたときに、粒子捕集手段の再生を行った場合の運転条件でＮＯｘトラップ触媒の再生時期判定を行うと、ＮＯｘトラップ触媒が再生時期と判断されることが予測される場合、つまり、粒子捕集手段の再生により前述したＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸収能力低下に伴ってＮＯｘが放出される可能性が高くなるため、ＮＯｘトラップ触媒が再生時期と判断されるような場合は、粒子捕集手段を再生する前にＮＯｘトラップ触媒を再生する。
【００１５】
このようにすれば、ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘが放出されてしまう状態にあると判断された場合にのみＮＯｘトラップ触媒の再生を行うことができるので、ＮＯｘトラップ触媒の再生を最少限とすることができ燃費の悪化をより確実に抑えることができると共に、粒子捕集手段の再生も可能な限り要求時期に実施することができ粒子捕集手段に粒子が堆積しすぎることも回避できる。
【００１６】
また、請求項４に係る発明は、
ＮＯｘトラップ触媒に吸収されたＮＯｘ量を予測し、予測されたＮＯｘ吸収量が運転条件により設定された所定値を越えたときを、ＮＯｘトラップ触媒の再生時期と判断することを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、
ＮＯｘトラップ触媒に吸収されたＮＯｘ量を予測しつつＮＯｘ吸収量の予測値が運転条件により与えられる所定値を越えた場合に、ＮＯｘトラップ触媒の再生時期と判断することで、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸収能力限界近くまでＮＯｘを吸収しながら、限界を超えることなく再生を実施させることにより、燃費の悪化を抑制しつつＮＯｘ浄化性能を確保できる。
【００１７】
また、請求項５に係る発明は、
アクセル開度，機関回転速度，ＮＯｘトラップ触媒の温度のうち少なくとも１つを使用して予測されるＮＯｘトラップ触媒の単位時間あたりＮＯｘ吸収量と、機関運転時間とからＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸収量を予測することを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る発明によると、
アクセル開度、機関回転速度によって逐次の燃焼室から排出されるＮＯｘ量を予測でき、ＮＯｘトラップ触媒の温度によってＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸収能力を予測できるので、これらパラメータのうち少なくとも１つを使用すれば（好ましくは全てを用いることで高精度に）、ＮＯｘトラップ触媒の単位時間あたりＮＯｘ吸収量を予測できるので、該単位時間あたりＮＯｘ吸収量を機関運転時間分積算することにより、ＮＯｘトラップ触媒へのトータルのＮＯｘ吸収量を精度良く予測することができる。
【００１９】
また、請求項６に係る発明は、
前記所定値は、ＮＯｘトラップ触媒の温度とＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比との少なくとも一方によって算出することを特徴とする。
請求項６に係る発明によると、
ＮＯｘトラップ触媒の温度とＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比は、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸収能力を予測できるパラメータであるので、これらパラメータのうち少なくとも１つを使用すれば（好ましくは全てを用いることで）、前記ＮＯｘの放出を回避するための所定値を適切な値に算出することができる。
【００２０】
また、請求項７に係る発明は、
前記ＮＯｘトラップ触媒の温度は、ＮＯｘトラップ触媒に取り付けられた温度センサにより検知し、もしくはアクセル開度と機関回転速度により予測することを特徴とする。
請求項７に係る発明によると、
ＮＯｘトラップ触媒の温度を、ＮＯｘトラップ触媒に取り付けられた温度センサにより高精度に検知することができ、もしくはアクセル開度とエンジン回転数を用いてコストアップを生じることなく予測することができる。
【００２１】
また、請求項８に係る発明は、
前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比は、燃料噴射量、吸入空気量、アクセル開度、機関回転速度のうち少なくとも１つにより予測することを特徴とする。
請求項８に係る発明によると、
ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比を、燃料噴射量，吸入空気量，アクセル開度，エンジン回転数のうち少なくとも１つより予測する構成としたため良好な予測が可能となり、請求項４のＮＯｘ吸収能力を的確に予測でき、排気性能が向上する。
【００２２】
また、請求項９に係る発明は、
粒子捕集手段への粒子流入量の予測値と時間とから演算した積算粒子堆積量が所定値を越えた場合または／および粒子捕集手段の前後差圧を計測し、計測された前後差圧が所定値を越えた場合を粒子捕集手段の再生時期と判断することを特徴とする。
【００２３】
請求項９に係る発明によると、
逐次の粒子流入量予測値を積算して得られた積算粒子堆積量若しくは、該積算粒子堆積量を粒子捕集手段の前後差圧で推定しつつ所定値を超えたときを粒子捕集手段の再生時期と判断することにより、該再生時期を良好なタイミングで判定することができる。
【００２４】
また、請求項１０に係る発明は、
前記粒子捕集手段への粒子流入量は、前記アクセル開度，機関回転速度，粒子捕集手段の温度のうち少なくとも１つを使用して予測されることを特徴とする。請求項１に係る発明によると、前記粒子捕集手段への粒子流入量を、アクセル開度，機関回転速度，粒子捕集手段温度のうち少なくとも１つを使用することにより、高精度に予測することができる。
【００２５】
また、請求項１１に係る発明は、
前記粒子捕集手段の再生は、粒子捕集手段の直上流に酸化触媒を設け、または／および粒子捕集手段に酸化触媒を担持すると共に膨張行程後期から排気行程にかけて燃料を噴射し、または／および吸気絞り弁で吸気を絞り、または／および過給機の効率を低下させて実施することを特徴とする。
【００２６】
請求項１１に係る発明によると、
前記各位置に配設された酸化触媒は酸化反応での発熱により、吸気絞り弁で吸気を絞った場合は低温な新気量の減少と空燃比のリッチ化により、過給機の効率を低下させる場合は低温な新気量の減少により、それぞれ排気温度を上昇させて粒子捕集手段の再生を低コストで実現できる。
【００２７】
また、請求項１２に係る発明は、
前記ＮＯｘトラップ触媒の再生は、膨張行程後期から排気行程にかけて燃料を噴射することで、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気を一時的にリッチとして実施することを特徴とする。
請求項１２に係る発明によると、膨張行程後期から排気行程にかけて燃料を噴射することで、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気を一時的にリッチとすることにより、ＮＯｘトラップ触媒に吸収されたＮＯｘを放出させつつ、未燃ＨＣを還元剤として還元浄化して再生することができ、このために特殊な装置を設ける必要が無く低コストでＮＯｘトラップ触媒の再生を実施できる。
【００２８】
また、請求項１３に係る発明は、
排気の一部を吸気に還流する量を調整するＥＧＲ弁を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記膨張行程後期から排気行程にかけて燃料を噴射するときに、前記ＥＧＲ弁を閉方向に制御することを特徴とする。
請求項１３に係る発明によると、
前記粒子捕集手段やＮＯｘトラップ触媒の再生のため、膨張行程後期から排気行程にかけて燃料を噴射する場合は、ＥＧＲ弁が開かれていると前記タイミングで噴射された燃料の一部がＥＧＲ弁を介して吸気側へ流入し、燃焼室内に入り込んだ燃料が圧縮行程中に燃焼し燃費，運転性が悪化する問題を生じるが、本発明では前記膨張行程後期から排気行程にかけて燃料を噴射するときに、ＥＧＲ弁を閉じるようにしたため、該問題を解消することができる。
【００２９】
また、請求項１４に係る発明は、
前記膨張行程後期から排気行程にかけての燃料噴射を行う場合には、排気通路に設けられる触媒装置の下流に排気の一部を吸気に還流するための排気取り出し口を設けることを特徴とする。
請求項１４に係る発明によると、膨張行程後期から排気行程にかけて噴射された燃料は、触媒装置で酸化されてから吸気に還流されるため燃料がそのまま吸気側へ流入することが無く、前記燃費，運転性の悪化を回避することができる。ここで、触媒装置とは、いわゆる三元触媒の他、ＮＯｘトラップ触媒を含む。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。本発明の第１実施形態のシステム構成を図１に示す。
エンジン本体１において、ピストン２が燃焼による仕事をコネクティングロッド３を介してクランクシャフト４に伝える。
【００３１】
吸入空気は、吸気通路３１の最上流部に配設されたエアクリーナ５で粒子状物質などのエンジンに有害な物質が除去された後、エアフロメータ６へ流入して吸入空気流量が計測される。計測結果はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）７へ送られる。その後、吸入空気はサージタンク８へ導かれ、吸気バルブ９を介して燃焼室１０へ流入する。
【００３２】
燃料は、燃料噴射弁１１より所定量が所定のタイミングで燃焼室１０に噴射される。燃料量，噴射タイミングはアクセルセンサ１２，回転センサ１３などの信号を基にＥＣＵ７で演算される。
排気は、排気バルブ１４を介して排気通路３２に流出し、該排気通路３２に配設された排気中の未燃ＨＣ（炭化水素）やＣＯなどを酸化する酸化触媒１５、排気中の粒子を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）１６、排気空燃比が希薄の場合は排気中のＮＯｘを吸収し排気空燃比がリッチの場合に吸収したＮＯｘを放出・還元処理するＮＯｘトラップ触媒１７を順次介して大気に排出される。また、ＤＰＦ１６とＮＯｘトラップ触媒１７には温度センサ１８，１９が設けられており、その出力はＥＣＵ７へ送られて後述する制御に使用される。
【００３３】
また、前記排気通路３２と吸気通路３１とを接続するＥＧＲ通路２０が配設され、該ＥＧＲ通路２０に介装されたＥＧＲ弁２１で最適量に流量を調整された排気が吸気側へ導入され、エンジンで生成されるＮＯｘの量を低減している。
以下に、ＥＣＵ７で演算される制御について説明する。請求項４に係る発明を具体化した第１実施形態の概要を、図２のブロック図に従って説明する。ＤＰＦの再生が必要な状況（再生時期）であるか否かを判定すると共に、ＤＰＦ再生用のポスト噴射量（膨張行程後期から排気行程にかけて追加的に噴射される燃料の噴射量）を算出し、該算出結果を加味してＮＯｘトラップ触媒の再生が必要な状況（再生時期）であるか否かを判定する。そして、これら判定結果に基づいて、ＤＰＦとＮＯｘトラップ触媒の少なくとも一方を再生するときには、ＮＯｘトラップ触媒の再生の方を優先させつつポスト噴射する燃料量を演算して燃料噴射弁１１を駆動することにより、必要量のポスト噴射を行って再生を実施する。具体的には、ＮＯｘトラップ触媒が再生時期と判定されたときは、そのまま再生を実施するが、ＤＰＦの再生時期と判定されたときは、ＤＰＦの再生（ポスト噴射）を行った結果、ＮＯｘトラップ触媒が再生時期に達したと判定されると予測される場合は、ＮＯｘトラップ触媒を再生した後、ＤＰＦを再生する。なお、ＤＰＦ再生用のポスト噴射量は、ＤＰＦに捕集された粒子の酸化処理に必要なだけ排気温度を上昇させれば足りるのに対し、ＮＯｘトラップ触媒再生用のポスト噴射量は、ＮＯｘトラップ触媒に吸収されたＮＯｘを放出させると共に未燃ＨＣで還元させるのに必要な噴射量を要し、ＤＰＦ再生用のポスト噴射量より十分大きな値に設定される。
【００３４】
次に、各処理の詳細な制御フローについて説明する。図４は、ＤＰＦ再生用ポスト噴射量算出処理を示すフローチャートである。
ステップ１では、エアフロメータ６の出力値から吸入空気量Ｑａ、温度センサ１８の出力値からＤＰＦの温度ＴＤＰＦを読み込む。
ステップ２では、前記ＱａとＴＤＰＦからＤＰＦ再生のために必要なポスト噴射量Ｑｄｐｆを読み込む。ＤＰＦの温度が低ければ必要な燃料量は多くなるし、吸入空気量が多ければその空気も昇温しなければならないのでＱｄｐｆは多くなる。
【００３５】
図５は、ＤＰＦ再生時期判定処理を示すフローチャートである。
ステップ１１では、ＤＰＦ１６の再生が既に許可されているか否かを判定し、許可済であれば本フローを実施する必要が無いのですぐに終了する。
未許可の場合はステップ１２でアクセルセンサ１２の出力値からアクセル開度ＡＶＯと回転センサ１３の出力値を基に演算して得られた機関回転速度Ｎｅを読み込む。
【００３６】
ステップ１３では、アクセル開度ＡＶＯと機関回転速度ＮｅからＤＰＦ１６へ流入している粒子の量に比例した値ＰＭをマップから検索する。
ステップ１４では、前記ＰＭを積算する。ステップ１４のように単純に積算することを考慮すると本フローは一定周期、例えば１秒毎で繰り返されることが必要である。
【００３７】
次にステップ１５では、ＰＭの積算値ΣＰＭが所定値ＳＬＰＭを越えているかを判定する。
そして、前記所定値ＳＬＰＭを越えていればステップ１６でＤＰＦ１６の再生時期と判断し、再生許可フラグＦＰＭを１として再生を許可し、ＰＭの積算値をゼロにリセットして本フローを終了し、越えていなければそのまま終了する。
【００３８】
本フローはエンジンの運転状態によりＤＰＦに堆積する粒子の量を予測してＤＰＦの再生許可を出すものであるが、ＤＰＦの前後差圧とその時の排気流量より判断する方法もある。すなわち粒子の堆積量はＤＰＦの圧力損失で表されるため、圧力損失すなわちＤＰＦの前後差圧が運転条件によって定まる所定値よりも大きい場合は再生を許可するロジックなど、どのような再生運転許可ロジックを採用したとしても本発明の効果は同様に得られる。
【００３９】
図６はＮＯｘトラップ触媒再生許可手段を表すフローチャートである。
ステップ２１では、ＮＯｘトラップ触媒再生が許可されているか（ＮＯｘ再生許可フラグＦＮＯ＝１）否か（ＦＮＯ＝０）を判定し、既に許可されている場合は本フローを終了し、未許可の場合はステップ２２へ進む。
ステップ２３では、アクセル開度ＡＶＯとエンジン回転数Ｎｅを読み込み、Ｓ２３でそれらを用いて単位時間当たりのＮＯｘトラップ触媒へのＮＯｘ吸収量ＮＯをルックアップする。
【００４０】
ステップ２４では、ＮＯを積算する。このように単純に積算する場合は、ＤＰＦ再生時期判定のフローで説明したのと同様の理由で、本フローの実施タイミングも一定周期たとえば１秒毎に実施する必要がある。
ステップ２５では、エアフロメータ６の出力値から検出された吸入空気量Ｑａ、別途算出された燃料噴射量Ｑｆ、温度センサ１９の出力値から検出されたＮＯｘトラップ触媒１７の温度ＴＣＡＴ、別途算出されたＤＰＦ再生用ポスト噴射量Ｑｄｐｆを読み込む。
【００４１】
ステップ２６では、ＤＰＦ１６の再生が許可されているか（ＤＰＦ再生許可フラグＦＰＭ＝１）、否か（ＦＰＭ＝０）を判定する。
そして、ＤＰＦ１６の再生が不許可であれば、ステップ２７で前記燃料噴射量Ｑｆを最終的な燃料噴射量Ｑとして設定する（Ｑ＝Ｑｆ）。
また、ＤＰＦ１６の再生が許可されていれば、ステップ２８で前記燃料噴射量ＱｆにＤＰＦ再生用ポスト噴射量Ｑｄｐｆを加えた燃料噴射量を最終的な燃料噴射量Ｑとして設定する（Ｑ＝Ｑｆ＋Ｑｄｐｆ）。
【００４２】
ステップ２９では、排気空燃比ＡＦＲを以下の式によって算出する。
ＡＦＲ＝Ｑａ×Ｃ／Ｑ（Ｃは定数）（１）
ステップ３０では、前記式（１）によって算出されたＡＦＲと、ステップ２５で読み込んだＴＣＡＴとを用いて、図示のような特性マップからＮＯｘトラップ触媒１７の再生時期判定用の閾値ＳＬＮＯを検索する。
【００４３】
ステップ３１では、上記検索した閾値ＳＬＮＯと、ステップ２４で算出した積算ＮＯｘ吸収量ΣＮＯとを比較する。
そして、ΣＮＯがＳＬＮＯ以下であれば本フローを終了し、ΣＮＯがＳＬＮＯ以上であればステップ３２でＮＯｘトラップ触媒１７の再生許可フラグＦＮＯを１にセットしてＮＯｘトラップ触媒１７の再生を許可すると共に、ΣＮＯを０にリセットして本フローを終了する。
【００４４】
図７は、ポスト噴射実行制御のフローチャートである。
まずステップ４１で前記図５に示したＤＰＦ再生時期判定を実行し、その後ステップ４２で前記図６に示したＮＯｘトラップ触媒再生時期判定を実行する。このステップ４１，Ｓ４２の順番が本発明の特徴の一つであり、ステップ４１でＤＰＦの再生が許可されたとしても、ステップ４２でＮＯｘ吸収触媒１７の再生をするか否かを判断してからポスト噴射を開始する構成となっている。すなわち、図６のステップ２６の判定が、その直前に図５で実行されたＤＰＦ再生時期判定の判定結果に従って行われる。しかも、ステップ４１において、ＤＰＦの再生が許可されている場合は、ステップ４２ではＤＰＦ１６の再生を実行した場合の排気空燃比を予測し（図６のステップ２８→Ｓ２９）、その予測結果を反映してＮＯｘトラップ触媒１７の再生を行うか否かを判定する構成となっているため、的確なＮＯｘトラップ触媒１７の再生が実施され、従来のようにＮＯｘトラップ触媒１７の再生指示の遅れによるＮＯｘのスパイク的な放出を低減することが可能となっているのである。
【００４５】
その後、ステップ４３では、ＮＯｘトラップ触媒１７、ＤＰＦ１６の再生許可が出ているかを判断し、どちらの再生許可も出ていなければ（ＦＰＭ＝ＦＮＯ＝０）、ステップ５８でポスト噴射量Ｑｐをゼロすなわちポスト噴射しないとして本フローを終了する。
ステップ４３でＮＯｘトラップ触媒１７、ＤＰＦ１６の少なくとも一方の再生許可が出ていれば、ステップ４４でその再生許可がＮＯｘトラップ触媒１７に対してであるかを判定する。
【００４６】
そして、ＮＯｘトラップ触媒１７の再生許可が出ていればＤＰＦ１６の再生許可の有無に関係なく、ステップ４５で吸入空気量とトルクを得るために供給されている燃料噴射量Ｑｆを読み込んだ後、ステップ４６で次式によりポスト噴射量Ｑｐを算出する。
Ｑｐ＝Ｑａ×Ｃ／ＲＳＡＦＲ−Ｑｆ（Ｃは定数）（２）
ここでＲＳＡＦＲはＮＯｘトラップ触媒再生のために必要な排気空燃比であり、通常理論空燃比よりもリッチ（Ａ／Ｆ＝１２〜１３程度）に設定される。この演算より得られたＱｐをポスト噴射することでＮＯｘトラップ触媒に流入する空燃比を設定空燃比ＲＳＡＦＲとすることができる。
【００４７】
ステップ４７では、どれだけの時間ＮＯｘトラップ触媒の再生を続けたかを算出するためＮＯＴＭＲを一定値分（ＳＴＥＰ）積算する。ＳＴＥＰを一定値とするならば本フローの実行を一定周期とする必要があり、不均一周期に実行したい場合はＳＴＥＰを前回本フローのＳ４７を実行してから現在までにどれだけの時間が経過したかをタイマーなどによってカウントしてＳＴＥＰに反映させる必要がある。
【００４８】
ステップ４８では、前記ＮＯＴＭＲが所定値ＳＬＮＯＴＭＲを越えたか判定し、越えていればＮＯｘトラップ触媒の再生は終了したとして、ステップ４９でＦＮＯ＝０とすると共にＮＯＴＭＲ＝０として積算時間をリセットする。
その後、ステップ５０でポスト噴射するか（Ｑｐ＞０）しないか（Ｑｐ＝０）判定する。
【００４９】
そして、ポスト噴射を実施する場合には、ステップ５１で燃料成分が未燃のまま吸気系へＥＧＲ配管２０を介して供給されるのを防止するため、ＥＧＲ弁２１の開度（ＥＧＲＶ）をゼロとし、ポスト噴射しない場合には、ステップ５２で要求ＥＧＲ量が得られるように公知の方法で算出されたＥＧＲ弁２１の開度（ＥＧＲ）を制御開度として設定し、ＥＧＲ弁２１へ出力する。ただし、ＥＧＲ配管２０の排気入口をＮＯｘトラップ触媒１７もしくはその下流側に三元触媒を設けた場合は該触媒の下流側に接続すれば、ポスト噴射された燃料は酸化されてからＥＧＲ配管２０に至るので、未燃燃料がＥＧＲ配管２０に流入するのを防止できる。したがって、この場合は、ＥＧＲ弁２１を閉じる必要はない。
【００５０】
ステップ５３では、最後に演算された最終的な燃料噴射量Ｑｐを、燃料噴射弁２１へ出力する。
また、ステップ４４でＮＯｘトラップ触媒の再生が不許可である場合はＤＰＦ再生のみが許可されている状態であるので、ステップ５４でＱｄｐｆを読み込んでポスト燃料噴射量Ｑｐに代入する。
【００５１】
そして、ステップ５５でステップ４７同様時間を積算し、ステップ５６でその積算時間ＰＭＴＭＲと所定値ＳＬＰＭＴＭＲを比較してＰＭＴＭＲがＳＬＰＭＴＭＲ以下であればまだＤＰＦの再生は完了していないとしてＤＰＦ再生を継続する。また、ＰＭＴＭＲがＳＬＰＭＴＭＲを越えていればＤＰＦは再生したと判断してステップ５７でＦＰＭ＝０，ＰＭＴＭＲ＝０としてＤＰＦ再生制御を終了する。
【００５２】
以上のフローを実行することでＮＯｘトラップ触媒１７とＤＰＦ１６が設けられた排気系を最適に制御することが可能となり、従来では悪化する場合のあったＮＯｘ性能を良好に保つことができる。また、ＤＰＦの再生は本実施形態ではポスト噴射による昇温としているが、本発明の効果はこれに限定されるものではなく、昇温が吸気絞りによるものであろうと過給圧の低下によるものであろうと良い。ＤＰＦ再生時期判定を行って、ＤＰＦ再生の許可がでたとしてもＤＰＦ再生を実行する前に必ずＮＯｘトラップ触媒１７の再生時期判定を行い、ＤＰＦ１６の再生を実行した際の排気空燃比を予測してＮＯｘトラップ触媒の再生の必要性を判断し、必要であればＤＰＦ１６の再生の許可不許可にかかわらずＮＯｘトラップ触媒１７の再生を優先することにより、本発明の効果が得られる。
【００５３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は本発明の請求項２に対応する。第１実施形態との相違は、ＤＰＦ１６の再生時期判定を行って再生が許可されたときに、ＮＯｘトラップ触媒１７の再生時期（再生許否）判定を行うことなく無条件でＮＯｘトラップ触媒１７の再生を行ってから、ＤＰＦ１６の再生を行うようにしたことである。該第2実施形態の制御概要を示す図３のブロック図において、図２に示した第1実施形態との違いは、ＮＯｘトラップ触媒１７の再生時期判定に、ＤＰＦ再生用ポスト噴射量の算出結果を考慮していないことのみである。
【００５４】
図８は、ＮＯｘトラップ触媒再生時期判定の詳細な制御フローである。ステップ６１〜ステップ６４とステップ６６〜ステップ６９は、前記第１実施形態のＮＯｘトラップ触媒再生許可手段のステップ２１〜ステップ２４とステップ２９〜ステップ３２に対応しており、説明を省略する。
ステップ６５は、第１実施形態のステップ２５に対応するが、異なる点は、ＤＰＦ再生用燃料流量Ｑｄｐｆは本フローでは使用しないため読み込まないことのみである。すなわち、第１実施形態との差異は、排気空燃比を算出する際にＤＰＦ再生用のポスト噴射燃料量を加味しないで算出し、ＮＯｘトラップ触媒１７の再生時期判定にＤＰＦ再生用のポスト噴射による排気空燃比の変化を考慮していないことである。これは、上述したようにＤＰＦ再生実行前に必ずＮＯｘ再生を実行するため、ＤＰＦ再生用ポスト噴射による排気空燃比の変化を考慮する必要が無いためである。
【００５５】
図９は、本実施形態のポスト噴射実行制御を示すフローチャートである。ステップ７１〜ステップ７９およびステップ８２〜ステップ８５は、第１実施形態のポスト噴射実行制御のステップ４１〜Ｓ４９およびステップ５０〜ステップ５３と同一であるため説明を省略する。
ステップ７８でＮＯｘトラップ触媒１７の再生が所定時間以上実行されたと判断された場合は、ステップ７９でＦＮＯ＝０，ＮＯＴＭＲ＝０とした後、ステップ８０でＤＰＦ１６の再生が許可されているかをフラグＦＰＭの値によって判定し、許可されていればフラグＦＰＭ１を１とする。
【００５６】
ステップ７４でＮＯｘトラップ触媒１７の再生が不許可であると判定された場合は、同時にＤＰＦ１６の再生が許可されている場合であり、ＤＰＦ１６を再生する前にＮＯｘトラップ触媒１７の再生が終了しているかを見るために、ステップ８６でフラグＦＰＭ１の状態を判定する。
フラグＦＰＭ１は、ＤＰＦ１６の再生の許可が出ていてもＮＯｘトラップ触媒１７の再生が完了していない場合はＦＰＭ１＝０となり、ＤＰＦ１６の再生許可が出てからステップ７５〜ステップ７９でまずＮＯｘトラップ触媒１７の再生を行って再生が完了している場合のみ、ステップ８０〜ステップ８１のロジックによりＦＰＭ１＝１となる。
【００５７】
そして、ステップ８６でＦＰＭ１＝０と判定された場合は、ＤＰＦ１６の再生前に強制的にＮＯｘトラップ触媒１７の再生を行わせるように、ステップ９３でＦＮＯ＝１すなわちＮＯｘトラップ触媒１７の再生を許可してステップ９４でポスト噴射を禁止する。このステップ７８〜ステップ８１およびステップ８６、ステップ９３が本実施形態の特徴となる。すなわち、ＤＰＦ１６の再生が許可された場合、該ＤＰＦ１６の再生を行う前にＮＯｘトラップ触媒１７のＮＯｘ吸収能力にかかわらず先ずＮＯｘトラップ触媒１７の再生を行うことができる。これによりＮＯｘトラップ触媒１７の能力とＤＰＦ１６の再生による空燃比の変化などを考慮しなくてもＮＯｘの悪化を防止でき、単純な制御でＮＯｘ低減性能の向上が図れる。
【００５８】
また、ステップ８６でＦＰＭ１＝１と判定された場合、つまりＮＯｘトラップ触媒１７の再生が終了すると、ステップ８７で吸入空気量Ｑａ，ＤＰＦ１６の温度ＴＤＰＦを読み込み、ステップ８８でＤＰＦ１６再生のために必要なポスト噴射量Ｑｄｐｆを前記Ｑａ，ＴＤＰＦに基づいて検索し、ステップ８９で前記Ｑｄｐｆをポスト噴射量Ｑｐとしてセットする。
【００５９】
ステップ９０でＤＰＦ１６再生の実行継続時間ＰＭＴＭＲをカウントし、所定時間（ＳＬＰＭＴＮＲ）以上に継続したかをステップ９１で判定し、所定時間に達していない場合はこのままＤＰＦ１６の再生を継続するが、所定時間を超えて継続していればＤＰＦ１６の再生が完了したと判断して、ステップ９２でＦＰＭ＝０，ＰＭＴＭＲ＝０にリセットし、さらに、ステップ８１で１とされたＦＰＭ１を０にリセットしてＤＰＦ１６の再生を終了する。
【００６０】
前述したとおり、本実施形態によるとＤＰＦ１６の再生前に必ずＮＯｘトラップ触媒１７を再生するので、簡単な制御でＮＯｘの排出量を低減できる。
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は本発明の請求項３に対応する。本実施形態の制御ブロック図は第２実施形態と同一になるため説明は割愛する。図１０に本実施形態のポスト噴射実行制御のフローチャートを示す。
【００６１】
フロー上では、本第３実施形態は、前記第２実施形態とは図９におけるステップ９３が無くなることのみが相違し、ステップ１１６でＦＰＭ１＝０と判断された場合すなわちＤＰＦ１６の再生の許可が出てからＮＯｘトラップ触媒１７の再生を行っていない場合はＤＰＦ再生用のポスト噴射をステップ１２３で禁止する。すなわち、第２実施形態では、ＤＰＦ再生が許可されたときにＮＯｘトラップ触媒１７の再生時期判定を行うことなく、強制的にＮＯｘトラップ触媒１７を再生し、該再生終了後直ちにＤＰＦ１６の再生に移行するのに対し、第３実施形態ではＤＰＦ再生が許可されても、ＮＯｘトラップ触媒１７の再生時期判定によりＮＯｘトラップ触媒１７の再生が許可されて、該再生が終了するまではＤＰＦ１６の再生を禁止する。
【００６２】
第３実施形態によれば、ＤＰＦ１６再生のための排気温度上昇に伴う排気空燃比の変化のためのＮＯｘ悪化を効果的に抑制できるとともに、複雑な制御を不要としながら前述した通りに不要なＮＯｘトラップ触媒１７の再生が実施されることなく、燃費を良好に保ことができる。ただし、ＮＯｘトラップ触媒１７の再生時期判定による再生を待ってからＤＰＦ１６が再生されるため、ＤＰＦ１６の再生が遅れることになるので、機関の燃焼特性（粒子とＮＯｘの排出量特性）等を考慮して第２実施形態と適切な方を選択すればよい。
【００６３】
あるいは、第３実施形態において、ＤＰＦ再生時期判定用の閾値（ＰＭ積算値）を第１、第２実施形態より小さめに設定して、ＤＰＦの再生頻度を確保するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】各実施形態共通のシステム構成図。
【図２】第１実施形態の制御ブロック図。
【図３】第２，第３実施形態に共通の制御ブロック図。
【図４】第１実施形態におけるＤＰＦ再生用ポスト噴射量算出制御を示すフローチャート。
【図５】各実施形態共通のＤＰＦ再生時期判定制御を示すフローチャート。
【図６】第１実施形態のＮＯｘトラップ触媒再生時期判定制御を示すフローチャート。
【図７】第１実施形態のポスト噴射実行制御を示すフローチャート。
【図８】第２，３実施形態のＮＯｘトラップ触媒再生時期判定制御を示すフローチャート。
【図９】第２実施形態のポスト噴射実行制御を示すフローチャート。
【図１０】第３実施形態ポスト噴射実行制御を示すフローチャート。
【図１１】本発明の効果を説明する図。
【符号の説明】
１    エンジン本体
７    ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
１０    燃焼室
１１    燃料噴射弁
１２    アクセルセンサ
１３    回転センサ
１５    酸化触媒
１６    ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
１７    ＮＯｘトラップ触媒
１８，１９    温度センサ
２１    ＥＧＲ弁２１
【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】
0003864723.tif 000007
【図７】
0003864723.tif 000008
【図８】
0003864723.tif 000009
【図９】
0003864723.tif 000010
【図１０】
0003864723.tif 000011
【図１１】
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