(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の排気通路中に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒と、
前記ＮＯｘトラップ触媒の所定の再生時期に、吸入空気量を低減することで排気空燃比をリーンからリッチにして前記ＮＯｘトラップ触媒を再生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、
機関の筒内に燃料を直接噴射し、主噴射の後に少量の後噴射を行うことを可能とする燃料噴射手段を備え、
前記再生制御手段は、前記所定の再生時期に、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて前記後噴射の後噴射量を設定し、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記再生制御手段は、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど前記後噴射量を大きく設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。
【請求項３】
前記再生制御手段は、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて前記後噴射の後噴射時期を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記再生制御手段は、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど前記後噴射時期を遅角する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】
機関の排気通路中に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒と、
前記ＮＯｘトラップ触媒の所定の再生時期に、吸入空気量を低減することで排気空燃比をリーンからリッチにして前記ＮＯｘトラップ触媒を再生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、
機関の筒内に燃料を直接噴射し、主噴射の後に少量の後噴射を行うことを可能とする燃料噴射手段を備え、
前記再生制御手段は、前記所定の再生時期に、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて前記主噴射の主噴射量を設定し、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記再生制御手段は、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど前記主噴射量を小さく設定することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
機関の排気通路中に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒と、
前記ＮＯｘトラップ触媒の所定の再生時期に、吸入空気量を低減することで排気空燃比をリーンからリッチにして前記ＮＯｘトラップ触媒を再生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、
機関の筒内に燃料を直接噴射し、主噴射の後に少量の後噴射を行うことを可能とする燃料噴射手段を備え、
前記再生制御手段は、前記所定の再生時期に、吸入空気量の実際値を目標値で除した値が大きいほど吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいとみなし、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＯｘトラップ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関の排気通路中に、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒を備え、所定の再生時期に排気空燃比をリーンからリッチに切換えて前記ＮＯｘトラップ触媒を再生する内燃機関の排気浄化装置として、特願２００１−３６２９３５号がある。
【０００３】
この先行技術は、所定の再生時期に、図８に示したように、吸入空気量を低減すると共に燃料噴射量を増量することで、排気空燃比をリーンからリッチに切換えるものであり、これによって、トルクを一定に保ちつつＮＯｘトラップ触媒を再生することを可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気空燃比をリッチにすると排気中のＨＣ、ＣＯの量が増加するため、ＮＯｘトラップ触媒の再生に要する時間は極力短くすることが望ましい。
しかしながら、上記先行技術では、排気空燃比の切換直後には、図８に示したように、排気空燃比の実際値が目標値に対して遅れを伴い、このように排気空燃比に遅れが生じる間は目標の排気空燃比が実現されずＮＯｘトラップ触媒の再生が行われないため、その分ＮＯｘトラップ触媒の再生に要する時間が長くなり、ＨＣ、ＣＯの排出量が増加するといった問題があった。
【０００５】
本発明は、ＮＯｘトラップ触媒の再生に際し、トルク変動を伴うことなく、目標の排気空燃比を速やかに実現可能とすることで、再生に要する時間を極力短くして、ＨＣ、ＣＯの排出量の増加を抑制可能とすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明では、機関の排気通路中に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒と、前記ＮＯｘトラップ触媒の所定の再生時期に、吸入空気量を低減することで排気空燃比をリーンからリッチにして前記ＮＯｘトラップ触媒を再生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、機関の筒内に燃料を直接噴射し、主噴射の後に少量の後噴射を行うことを可能とする燃料噴射手段を備え、前記再生制御手段は、前記所定の再生時期に、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて前記後噴射の後噴射量を設定し、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明では、前記再生制御手段は、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど前記後噴射量を大きく設定することを特徴とする。請求項３の発明では、前記再生制御手段は、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて前記後噴射の後噴射時期を設定することを特徴とし、更に請求項４の発明では、前記遅れが大きいほど前記後噴射時期を遅角することを特徴とする。
【０００８】
請求項５の発明では、機関の排気通路中に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒と、前記ＮＯｘトラップ触媒の所定の再生時期に、吸入空気量を低減することで排気空燃比をリーンからリッチにして前記ＮＯｘトラップ触媒を再生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、機関の筒内に燃料を直接噴射し、主噴射の後に少量の後噴射を行うことを可能とする燃料噴射手段を備え、前記再生制御手段は、前記所定の再生時期に、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて前記主噴射の主噴射量を設定し、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うことを特徴とする。更に請求項６の発明では、前記遅れが大きいほど前記主噴射量を小さく設定することを特徴とする。請求項７の発明では、機関の排気通路中に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒と、前記ＮＯｘトラップ触媒の所定の再生時期に、吸入空気量を低減することで排気空燃比をリーンからリッチにして前記ＮＯｘトラップ触媒を再生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、機関の筒内に燃料を直接噴射し、主噴射の後に少量の後噴射を行うことを可能とする燃料噴射手段を備え、前記再生制御手段は、前記所定の再生時期に、吸入空気量の実際値を目標値で除した値が大きいほど吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいとみなし、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うことを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】
排気空燃比を制御するパラメータは吸入空気量と燃料噴射量との２つに大別できる。よって、排気空燃比の遅れを防止するためには、これら２つのパラメータをうまく制御すれば良いことになる。しかしながら、リーン→リッチ切換時の吸入空気量低減は最も早く変化するよう設定されており、それでも遅れを生じるものであるため、吸入空気量で防止することは望めない。また、トルク変動を伴うことなく再生を行うためには、先行技術のように、燃料噴射量（主噴射量）については図８に示したように吸入空気量の低下に合わせて増加するように設定することが必須であるため、燃料噴射量を単純に増加させれば良いという訳にもいかない。
【００１０】
そこで、請求項１の発明のように、再生時期に、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うようにして、トルクに影響しない後噴射によって燃料噴射量を増量することで、トルク変動を伴うことなく排気空燃比の遅れを防止できるようになる。すなわち、排気空燃比をリーンからリッチに切換える際のトルク段差の改善と目標の排気空燃比への追従性との両立を図ることができるという効果が得られる。尚、後噴射はＨＣの悪化の一要因となるが、後噴射によってＮＯｘトラップ触媒の再生時間が長くなることを防止してＨＣの悪化を抑制しているので、再生期間全体ではＨＣが悪化することはない。また、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射の後噴射量を適切に設定することで、吸入空気量が変化する過程で精度良く目標の排気空燃比に追従させることが可能となる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど後噴射量を大きく設定することで、吸入空気量が変化する過程で精度良く目標の排気空燃比に追従させることが可能となる。
【００１２】
請求項３、更には請求項４の発明によれば、次のような効果が得られる。後噴射は膨張行程にて燃焼するため、後噴射時期が遅いと、噴射期間の末期に噴射された燃料は失火しやすく未燃排気成分（ＨＣ等）の悪化を招く恐れがある。この未燃排気成分は、後噴射された燃料が燃焼する際の空気量が少ないほど悪化し、また、後噴射量が多いほど、後噴射期間が長くなって悪化する。よって、最適な後噴射時期はその時の空気量、後噴射量に基づき設定することが望ましい。後噴射量は空気量にて決定するものとすると、後噴射時期はその時の空気量を考慮しさえすればよいということになる。
【００１３】
従って、請求項３、４の発明によれば、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射の後噴射時期を適切に設定することで、ＨＣの悪化抑制とトルク段差の発生防止とを図ることができる。請求項５、更に請求項６の発明によれば、次のような効果が得られる。リーン時の定常トルクとリッチ時の定常トルクとを比較した場合、燃費が悪化する分主噴射量を一定にしたままに保つと、リッチ時の定常トルクが低下することとなる。よって、主噴射量は燃費悪化分を考慮し、十分時間が経ったリッチ時には増量し、トルクをリーン時とあわせる必要がある。
【００１４】
従って、請求項５、６の発明によれば、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて主噴射の主噴射量を適切に設定して、燃費悪化分を考慮することで、リーン時とリッチ時の定常トルクを一致させることが可能となる。請求項７の発明によれば、吸入空気量の実際値を目標値で除した値をパラメータとして用いて、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れを適切に捉えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（ここではディーゼルエンジン）のシステム図である。
ディーゼルエンジン１の吸気通路２には、エアフローメータ３、過給機４、吸気絞り弁５が設けられており、これらを通過した吸入空気は、マニホールド部６を経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。燃料は、高圧燃料ポンプ（図示せず）により高圧化されてコモンレール７に送られ、各気筒の燃料噴射弁８から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼する。尚、上記のようなコモンレール式の燃料噴射手段を用いることで、主噴射（メイン噴射）の後に少量の後噴射（ポスト噴射）を行うことが可能である。
【００１６】
エンジン１からの排気はマニホールド部９を経て排気通路１０へ流出する。ここで排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路１１によりＥＧＲ弁１２を介して吸気側へ還流される。
排気通路１０には、過給機４より下流側に、排気浄化のため、ＮＯｘトラップ触媒１３を配置してある。
【００１７】
ＮＯｘトラップ触媒１３は、排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを脱離して還元浄化するものである。
更に、ＮＯｘトラップ触媒１３の下流には、排気中のＨＣ、ＣＯを浄化可能な酸化触媒１４を配置してある。
【００１８】
コントロールユニット２０には、エンジン１の制御のため、吸入空気量Ｑａｃ検出用のエアフローメータ３の他、エンジン回転数Ｎｅ検出用の回転数センサ２１、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２２、エンジン冷却水温Ｔｗ検出用の水温センサ２３などから、信号が入力されている。
コントロールユニット２０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁８への燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射指令信号、吸気絞り弁５への開度指令信号、ＥＧＲ弁１２への開度指令信号等を出力する。
【００１９】
ところで、排気通路１０にＮＯｘトラップ触媒１３を備える場合、このＮＯｘトラップ触媒１３は、排気空燃比がリーンである通常運転中に流入する排気中のＮＯｘをトラップするので、所定の再生時期に排気空燃比をリーンからリッチに切換えることで、トラップしたＮＯｘを脱離浄化させて、再生する必要がある。
かかるＮＯｘトラップ触媒１３の再生のための制御について説明する。
【００２０】
図２は再生時期判断のフローチャートである。
Ｓ１では、ＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘトラップ量（堆積量）を次のように推定する。
エンジン１から排出されるＮＯｘは、その略全量がＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされる。そして、エンジン１から排出されるＮＯｘ量（ＮＯｘ排出量）は、エンジンの運転状態（エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ）に依存しており、Ｎｅ、Ｑｆが大きくなるほど大きくなる。よって、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされるＮＯｘ量は、Ｎｅ、Ｑｆが大きくなるほど大きくなる。従って、ＮＯｘトラップ量はＮｅ、Ｑｆに基づく所定時間（演算間隔時間）当たりのＮＯｘ排出量を積算することで推定することが可能である。
【００２１】
Ｓ２では、推定されたＮＯｘトラップ量を所定値と比較することで、再生時期か否かを判定する。
すなわち、ＮＯｘトラップ量が所定値を超えている場合に、再生時期と判断し、Ｓ３へ進んで、再生フラグＦＬＧ＝１とする。
図３は再生処理制御のフローチャートである。
【００２２】
Ｓ１１では、再生フラグＦＬＧ＝１（すなわち再生時期）か否かを判定し、再生時期の場合に再生処理を行うためＳ１２以降へ進み、再生時期でない場合は本フローを終了する。
Ｓ１２では、排気空燃比リッチ化のため、次式により、リッチ時の目標空気量ｔＱａｃを演算する。
【００２３】
ｔＱａｃ＝ｔLambda×Ｑｆｍ×１４．６
ｔLambdaはリッチ時の目標空気過剰率、Ｑｆｍは現時点での主噴射量である。すなわち、現在の主噴射量Ｑｆｍに理論空燃比１４．６を乗じて、理論空燃比のときの目標空気量（Ｑｆｍ×１４．６）を求め、これにリッチ時の目標空気過剰率ｔLambda（＜１）を乗じることにより、リッチ時の目標空気量ｔＱａｃを求める。
【００２４】
Ｓ１３では、Ｓ１２で演算した目標空気量ｔＱａｃとエアフローメータ３より検出される実際の空気量ｒＱａｃとの比を取り、空気量比ｒａｔｅＱａｃ＝ｒＱａｃ／ｔＱａｃを演算する。
この空気量比ｒａｔｅＱａｃは、吸入空気量の実際値（ｒＱａｃ）を目標値（ｔＱａｃ）で除した値であり、これが大きいほど吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいとみなすことができる。
【００２５】
Ｓ１４では、図４に示すようなテーブルを参照し、空気量比ｒａｔｅＱａｃから、後噴射量Ｑｆｐｏｓｔを演算する。すなわち、空気量比ｒａｔｅＱａｃが大きく、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど、後噴射量Ｑｆｐｏｓｔを大きく設定する。
Ｓ１５では、図５に示すようなテーブルを参照し、空気量比ｒａｔｅＱａｃから、後噴射時期ＩＴｐｏｓｔを演算する。すなわち、空気量比ｒａｔｅＱａｃが大きく、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど、後噴射時期ＩＴｐｏｓｔを遅角側に設定する。
【００２６】
Ｓ１６では、図６に示すようなテーブルを参照して、吸入空気量比ｒａｔｅＱａｃから、主噴射量Ｑｆｍを演算する。すなわち、空気量比ｒａｔｅＱａｃが大きく、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど、主噴射量Ｑｆｍを小さく設定する。
Ｓ１７では、再生時間Ｔ（初期値は０）が所定の再生時間Ｔｒｉｃｈを経過したか否かを判定し、経過していなければ、Ｓ１８へ進んで、再生時間Ｔを本フローの演算間隔時間ΔＴの分インクリメントする（Ｔ＝Ｔ＋ΔＴ）。
【００２７】
再生時間Ｔが所定の再生時間Ｔｒｉｃｈを経過した場合は、再生終了とみなして、Ｓ１７からＳ１９へ進む。
Ｓ１９では、目標空気量ｔＱａｃを通常運転時の目標値に戻し、また後噴射及び主噴射量の増量を終了して、再生処理を終了する。
更にＳ２０で再生フラグＦＬＧ＝０とし、また、Ｓ２１で再生時間Ｔ＝０として、本フローを終了する。
【００２８】
本実施形態によれば、再生のためのリーン→リッチの切換時に、図７に示すような特性が得られ、トルク変動を伴うことなく、目標の排気空燃比を速やかに達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】  再生時期判断のフローチャート
【図３】  再生処理制御のフローチャート
【図４】  後噴射量の演算テーブルを示す図
【図５】  後噴射時期の演算テーブルを示す図
【図６】  主噴射量の演算テーブルを示す図
【図７】  本発明の効果を示す図
【図８】  従来例の問題点を示す図
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
２  吸気通路
４  過給機
５  吸気絞り弁
７  コモンレール
８  燃料噴射弁
１０  排気通路
１２  ＥＧＲ弁
１３  ＮＯｘトラップ触媒
１４  酸化触媒
２０  コントロールユニット
【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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