(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路に、直列に上下流に配置された２つの排気浄化装置と、排気に上流側の排気浄化装置をバイパスさせるバイパス通路を備えた排気浄化システムにおいて、より簡単な構成と制御によって、両方の排気浄化装置の昇温制御を行う。【解決手段】両方の排気浄化装置の昇温処理を行う場合に、上流側の排気浄化装置のさらに上流側において排気に燃料を添加し（Ｓ１０４）、上流側の排気浄化装置に導入される排気の空燃比を理論空燃比より低くする。上流側の排気浄化装置を昇温させるとともに、余剰の燃料を未反応のまま下流側の排気浄化装置に供給する。供給された燃料とバイパス通路からの排気とを反応させて、下流側の排気浄化装置を昇温させる。その際、燃料添加弁から添加される燃料の量が、下流側の排気浄化装置に要求される昇温量に応じた量となるようにする（Ｓ１０１〜Ｓ１０３）。【選択図】図２
2009062823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気が通過する排気通路に設けられ、前記排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の下流側に設けられ、前記排気浄化装置の下流側を通過する排気を浄化する下流側排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側に対し、前記排気通路における前記排気浄化装置と前記下流側排気浄化装置との間を連通することで、前記排気通路を通過する排気に前記排気浄化装置をバイパスさせるバイパス通路と、
前記排気通路における、前記排気浄化装置の上流側において前記排気通路と前記バイパス通路とが接続される接続部と、前記排気浄化装置との間に配置され、前記排気通路を通過する排気に還元剤としての燃料を添加する燃料添加手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記燃料添加手段に燃料を排気に添加させることによって前記排気浄化装置に導入される排気の空燃比を理論空燃比より低くすることで、該添加した燃料の一部に前記排気浄化装置を未反応のまま通過させる過剰燃料添加制御手段をさらに備え、
前記排気浄化装置及び下流側排気浄化装置の昇温処理を同時に実行する際には、
前記過剰燃料添加制御手段が、前記燃料添加手段に、前記下流側排気浄化装置に要求される昇温量に基づいた量の燃料が前記排気浄化装置を未反応のまま通過するために必要な量の燃料を排気に添加させ、
前記排気浄化装置を未反応のまま通過した燃料と前記バイパス通路を通過した排気中の酸素とを前記下流側排気浄化装置において反応させることを特徴とする、内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記排気浄化装置及び前記下流側排気浄化装置の昇温処理を実行する際に前記過剰燃料添加制御手段が前記燃料添加手段に添加させる燃料の量は、
前記下流側排気浄化装置に要求される目標温度と、該下流側排気浄化装置に導入される排気の温度と、前記下流側排気浄化装置に導入される排気の流量とに基づいて導出されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記排気浄化装置と前記下流側排気浄化装置との間の前記排気通路における排気の空燃比を取得する空燃比取得手段をさらに備え、
前記排気浄化装置及び前記下流側排気浄化装置の昇温処理を実行する際に前記過剰燃料添加制御手段が前記燃料添加弁に添加させる燃料の量は、
前記空燃比取得手段により取得される空燃比を制御することで管理されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記空燃比取得手段により取得される空燃比は、前記排気浄化装置の昇温処理において要求される空燃比に、前記下流側排気浄化装置の昇温処理において要求される昇温量に基づいた燃料量を上乗せすることで導出される排気の空燃比となるように制御されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記燃料添加手段から排気に添加される燃料の量と前記内燃機関における筒内燃料噴射量との和で、前記内燃機関の排気の全体量を除して得られる空燃比が理論空燃比を下回らない範囲で、前記空燃比取得手段によって取得される空燃比が制御されることを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【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システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気にはＮＯxなどの有害物質が含まれている。これらの有害物質の排出を
低減するために、内燃機関の排気系に、排気中のＮＯxを浄化するＮＯx触媒を設けることが知られている。この技術において例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒を設けた場合には、吸蔵
されたＮＯxの量が増加すると浄化能力が低下するため、リッチスパイク制御を行うこと
により吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を供給し、同触媒に吸蔵されたＮＯxを還元放出することが行われる（以下、「ＮＯx還元処理」という。）。
【０００３】
また、吸蔵還元型ＮＯx触媒に排気中のＳＯxが吸蔵されて浄化能力が低下するＳＯx被
毒を解消するために、吸蔵還元型ＮＯx触媒の床温を上昇させるとともに還元剤を供給す
る場合もある（以下、「ＳＯx被毒回復処理」という。）。このＳＯx被毒回復処理において還元剤は、吸蔵還元型ＮＯx触媒の床温を上昇させるためにも用いられる。
【０００４】
また、内燃機関の排気にはカーボンを主成分とする微粒子物質（ＰＭ：Particulate Matter）が含まれている。これらの微粒子物質の大気への放散を防止するために内燃機関の排気系に微粒子物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を設ける技術が知られている。
【０００５】
かかるフィルタにおいては、捕集された微粒子物質の堆積量が増加すると、フィルタの目詰まりによって排気における背圧が上昇し機関性能が低下するので、フィルタの温度を上昇させて捕集された微粒子物質を酸化除去することとしている（以下、「ＰＭ再生処理」という。）。この場合にも、フィルタの温度を上昇させるために、フィルタに還元剤としての燃料を供給する場合がある。
【０００６】
上記のように、吸蔵還元型ＮＯx触媒に対するＳＯx被毒回復処理または、フィルタに対するＰＭ再生処理を行う場合に、還元剤としての燃料を添加する燃料添加弁を排気通路中に備えており、燃料添加弁から排気中に燃料を添加して吸蔵還元型ＮＯx触媒やフィルタ
に供給し、昇温させることが行なわれている。
【０００７】
また、吸蔵還元型ＮＯx触媒やフィルタといった排気浄化装置を排気通路に直列に並べ
て備え、上流側の排気浄化装置をバイパスするバイパス管を有する排気浄化システムが提案されている。このような排気浄化システムにおいては、上流側の排気浄化装置の浄化能力の再生処理の際に上流側の排気浄化装置を通り抜けた還元剤と、バイパス管を通過した空気過剰率の高い排気とを、下流側の排気浄化装置における触媒で反応させて浄化し、還元剤が大気中に排出されることを防止するものも公知である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
しかし、実際の排気浄化システムにおいては、下流側の排気浄化装置についても浄化能力の再生処理の必要が生じることが考えられるが、上記の従来技術においてはこの点については開示されていない。
【０００９】
また、上流側の排気浄化装置について浄化能力の再生処理を行うために、上流側の排気浄化装置の上流側に還元剤添加弁を設けた排気浄化システムについてさらに考える。この場合、下流側の排気浄化装置について浄化能力の再生処理を行うために、例えば上流側の
排気浄化装置と下流側の排気浄化装置の間の排気通路に別途還元剤添加弁を設け、下流側の排気浄化装置の浄化能力の再生処理を行う際に、当該還元剤添加弁から還元剤を添加することが考えられる。しかし、このような構成を採用した場合には、制御が複雑になるとともにシステム全体のコストダウンや省スペース化の妨げとなるおそれがあった。
【特許文献１】特開２００２−３４９２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的とするところは、内燃機関の排気通路に、直列に上下流に配置された２つの排気浄化装置と、排気に上流側の排気浄化装置をバイパスさせるバイパス通路を備えた排気浄化システムにおいて、より簡単な構成と制御によって、両方の排気浄化装置の昇温制御を行うことができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明は、内燃機関の排気通路に、直列に上下流に配置された２つの排気浄化装置と、排気に上流側の排気浄化装置をバイパスさせるバイパス通路を備えた排気浄化システムを対象にしている。そして、２つの排気浄化装置の昇温処理を同時に行う場合に、上流側の排気浄化装置のさらに上流側において排気に燃料を添加し、上流側の排気浄化装置に導入される排気の空燃比を理論空燃比より低くする。そして、上流側の排気浄化装置を昇温させるとともに、余剰の燃料を未反応のまま下流側の排気浄化装置に供給する。そして、下流側の排気浄化装置において燃料とバイパス通路を通過した排気とを反応させることにより、下流側の排気浄化装置を昇温させる。さらに、上流側の排気浄化装置の上流側において排気に添加される燃料の量は、下流側の排気浄化装置に要求される昇温量に基づいた量の燃料が上流側の排気浄化装置を未反応のまま通過するように制御されることを最大の特徴とする。
【００１２】
より詳しくは、内燃機関からの排気が通過する排気通路に設けられ、前記排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の下流側に設けられ、前記排気浄化装置の下流側を通過する排気を浄化する下流側排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側に対し、前記排気通路における前記排気浄化装置と前記下流側排気浄化装置との間を連通することで、前記排気通路を通過する排気に前記排気浄化装置をバイパスさせるバイパス通路と、
前記排気通路における、前記排気浄化装置の上流側において前記排気通路と前記バイパス通路とが接続される接続部と、前記排気浄化装置との間に配置され、前記排気通路を通過する排気に還元剤としての燃料を添加する燃料添加手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記燃料添加手段に燃料を排気に添加させることによって前記排気浄化装置に導入される排気の空燃比を理論空燃比より低くすることで、該添加した燃料の一部に前記排気浄化装置を未反応のまま通過させる過剰燃料添加制御手段をさらに備え、
前記排気浄化装置及び下流側排気浄化装置の昇温処理を同時に実行する際には、
前記過剰燃料添加制御手段が、前記燃料添加手段に、前記下流側排気浄化装置に要求される昇温量に基づいた量の燃料が前記排気浄化装置を未反応のまま通過するために必要な量の燃料を排気に添加させ、
前記排気浄化装置を未反応のまま通過した燃料と前記バイパス通路を通過した排気中の酸素とを前記下流側排気浄化装置において反応させることを特徴とする。
【００１３】
これによれば、燃料添加手段から排気に添加された燃料の一部を未反応のまま排気浄化装置を通過させることができる。そして、排気浄化装置を通過した未反応の燃料は、バイパス通路を通過する空気過剰状態の排気と下流側排気浄化装置において反応することで、
下流側排気浄化装置を昇温させることが可能となる。さらに、燃料添加手段から排気に添加された燃料の量は、下流側の排気浄化装置に要求される昇温量に基づいた量の燃料が上流側の排気浄化装置を未反応のまま通過するような量とされているので、下流側排気浄化装置の温度を所望の温度までより確実に昇温させることが可能となる。
【００１４】
そうすれば、排気浄化装置の上流側に設けられた一つの燃料添加手段を用いて、上流側の排気浄化装置及び、下流側排気浄化装置の両方の昇温処理を行うことができ、排気浄化装置全体の構成の簡略化及び制御の簡略化を実現することができる。
【００１５】
なお、上記において未反応のままの燃料とは、全く酸化されていない状態の燃料と、部分酸化された状態の燃料の両方を意味しており、部分的に酸素と反応した状態の燃料をも含む概念である。
【００１６】
また、本発明においては、前記排気浄化装置及び前記下流側排気浄化装置の昇温処理を実行する際に前記過剰燃料添加制御手段が前記燃料添加手段に添加させる燃料の量は、
前記下流側排気浄化装置に要求される目標温度と、該下流側排気浄化装置に導入される排気の温度と、前記下流側排気浄化装置に導入される排気の流量とに基づいて導出されるようにしてもよい。
【００１７】
ここで、下流側排気浄化装置に要求される昇温量は、下流側排気浄化装置の目標温度と、下流側排気浄化装置に導入される排気の温度との差から、下流側排気浄化装置を通過する排気に要求される昇温量として導出することができる。また、バイパス通路を通過する排気の量と排気浄化装置を通過する排気の量との合計量から、下流側排気浄化装置に導入される排気の流量を導出することができる。
【００１８】
ここで、１ｇの排気を１℃上昇させるために必要な燃料量を床温反応係数とすると、下流側排気浄化装置を目標温度まで上昇させるために単位時間当たりに必要な燃料量は、下流側排気浄化装置に要求される昇温量（下流側排気浄化装置を通過する排気に要求される昇温量）に、下流側排気浄化装置に導入される排気の流量と、床温反応係数とを乗じることにより導出することができる。
【００１９】
これによれば、より簡単な手法でより正確に、下流側排気浄化装置を目標温度まで昇温させるために必要な燃料量を取得することが可能となる。
【００２０】
また、本発明においては、前記排気浄化装置と前記下流側排気浄化装置との間の前記排気通路における排気の空燃比を取得する空燃比取得手段をさらに備え、
前記排気浄化装置及び前記下流側排気浄化装置の昇温処理を実行する際に前記過剰燃料添加制御手段が前記燃料添加弁に添加させる燃料の量は、
前記空燃比取得手段により取得される空燃比を制御することで管理されるようにしてもよい。
【００２１】
すなわち、排気通路における排気浄化装置と下流側排気浄化装置との間における排気の空燃比を取得する空燃比取得手段をさらに備えるようにし、前述の燃料添加手段から排気に添加される燃料の量は、例えば、空燃比取得手段により取得される排気の空燃比の値が目標値となるようにフィードバック制御してもよい。
【００２２】
そうすれば、燃料添加手段から添加される燃料の量をリアルタイムに、より精度良く管理することが可能となる。
【００２３】
また、本発明においては、前記空燃比取得手段により取得される空燃比は、前記排気浄
化装置の昇温処理において要求される空燃比に、前記下流側排気浄化装置の昇温処理において要求される昇温量に基づいた燃料量を上乗せすることで導出される排気の空燃比となるように制御されるようにしてもよい。
【００２４】
すなわち、排気浄化装置の昇温処理において要求される空燃比を実現可能な燃料量と、下流側排気浄化装置の昇温処理において要求される昇温量に基づいた燃料量とを加え合わせた燃料量が、燃料添加手段から排気中に添加されるように、空燃比取得手段により取得される空燃比を制御してもよい。
【００２５】
そうすれば、より確実に、排気浄化装置及び下流側排気浄化装置の両方を、要求される温度まで昇温させることができる。
【００２６】
また、本発明においては、前記燃料添加手段から排気に添加される燃料の量と前記内燃機関における筒内燃料噴射量との和で、前記内燃機関の排気の全体量を除して得られる空燃比が理論空燃比を下回らない範囲で、前記空燃比取得手段によって取得される空燃比が制御されるようにしてもよい。
【００２７】
これによれば、内燃機関から排出される排気全体の空燃比が理論空燃比を下回らない範囲で、燃料添加手段から排気に添加される燃料の量を管理することができる。従って、より簡単な制御で、燃料添加手段から添加された燃料が排気浄化装置及び下流側排気浄化装置のいずれにおいても反応し切れず、白煙が発生したりする不都合を抑制できる。
【００２８】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明にあっては、内燃機関の排気通路に、直列に上下流に配置された２つの排気浄化装置と、排気に上流側の排気浄化装置をバイパスさせるバイパス通路を備えた排気浄化システムにおいて、より簡単な構成と制御によって、両方の排気浄化装置の昇温制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。なお、図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。
【００３２】
図１において、内燃機関１には、内燃機関１から排出される排気が流通する排気管５が接続されている。この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の途中には、排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵（吸収、吸着）
するとともに、排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯx
を放出還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒としてのＮＳＲ１０が備えられている。また、ＮＳ
Ｒ１０の下流側には、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタに吸蔵還元型ＮＯx触媒が
担持されたＤＰＮＲ１１が備えられている。
【００３３】
また、排気管５におけるＮＳＲ１０の上流側の部分と、ＮＳＲ１０とＤＰＮＲ１１との間の部分とは、バイパス管６によって連通されている。そして、ＮＳＲ１０の上流側における排気管５とバイパス管６との接続部５ａには、接続部５ａより上流側を流れる排気の
うち、ＮＳＲ１０に流入する排気の量と、バイパス管６に流入する排気の量とを制御可能な制御弁８が備えられている。
【００３４】
なお、排気管５における接続部５ａとＮＳＲ１０との間には、ＮＳＲ１０及びＤＰＮＲ１１のＮＯx還元処理やＳＯx被毒回復処理、あるいはＤＰＮＲ１１のＰＭ再生処理の際に、還元剤としての燃料を排気中に添加する燃料添加弁１４が配置されている。また、排気管５における、排気管５とバイパス管６との下流側の接続部５ｂとＮＳＲ１０との間の部分には、ＮＳＲ１０から排出される排気の空燃比を検出する空燃比センサ１６が備えられている。上記においてＮＳＲ１０は排気浄化装置に相当する。また、ＤＰＮＲ１１は下流側排気浄化装置に相当する。燃料添加弁１４は燃料添加手段に相当する。空燃比センサ１６は空燃比取得手段に相当する。
【００３５】
また、上述した内燃機関１及びその排気系には、該内燃機関１及び排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２５が併設されている。こ
のＥＣＵ２５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する他、ＮＳＲ１０及びＤＰＮＲ１１を含めた排気浄化システムに係る制御を行うユニットである。
【００３６】
ＥＣＵ２５には、空燃比センサ１６の他、図示しないエアフローメータ、クランクポジションセンサや、アクセルポジションセンサなどセンサ類が電気配線を介して接続され、出力信号がＥＣＵ２５に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２５には、内燃機関１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施例における燃料添加弁１４や制御弁８が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２５によって制御されるようになっている。また、ＥＣＵ２５は本実施例において過剰燃料添加制御手段としても機能する。
【００３７】
次に、上述した構成の排気系において、ＮＳＲ１０及びＤＰＮＲ１１の昇温処理を行う場合の制御について説明する。ここでは具体例として、ＮＳＲ１０のＳＯx被毒回復処理
と、ＤＰＮＲ１１のＰＭ再生処理とを行う場合について説明する。
【００３８】
本実施例においては、ＮＳＲ１０のＳＯx被毒回復処理と、ＤＰＮＲ１１のＰＭ再生処
理を行う場合には、燃料添加弁１４から還元剤としての燃料をＮＳＲ１０及びＤＰＮＲ１１の両方に供給することで、ＮＳＲ１０及びＤＰＮＲ１１の昇温処理を同時に行う。
【００３９】
その際、本実施例においては、燃料添加弁１４から燃料を排気に添加することにより、ＮＳＲ１０に導入される排気の空燃比が理論空燃比を下回るようにする。そして、ＮＳＲ１０で反応し切れなかった燃料にＮＳＲ１０を通り抜けさせる。また、その際には、制御弁８を制御してバイパス管６に排気を通過させるようにする。これにより、ＮＳＲ１０を通り抜けた燃料がバイパス管６を通過してきた空気過剰率の高い排気とＤＰＮＲ１１において反応し、ＤＰＮＲ１１を昇温させる。
【００４０】
また、その際、燃料添加弁１４から排気に添加する燃料の量は、ＤＰＮＲ１１に要求される昇温量に基づいた量の燃料がＮＳＲ１０を通り抜けるような量とされる。すなわち、ＤＰＮＲ１１をＰＭ再生処理のために必要な温度まで昇温させるために必要な燃料量が導出され、この燃料量を、ＮＳＲ１０に導入される排気の空燃比を理論空燃比とするのに必要な燃料量に上乗せして添加する。
【００４１】
これにより、ＮＳＲ１０において酸素消費が可能な限りにおいて燃料を反応させることによってＮＳＲ１０を昇温させることができる。また、ＮＳＲ１０において反応し切れなかった燃料をＤＰＮＲ１１において反応させ、ＤＰＮＲ１１を要求温度まで昇温させるこ
とができる。
【００４２】
図２には、本実施例において、ＮＳＲ１０のＳＯx被毒回復処理とＤＰＮＲ１１のＰＭ
再生処理とを行う場合に、燃料添加弁１４からの燃料添加量を制御する燃料添加量制御ルーチンを示す。
【００４３】
本ルーチンは、ＥＣＵ２５のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、ＮＳＲ１０のＳＯx被毒回復処理とＤＰＮＲ１１のＰＭ再生処理とを同時に実行する実行指令が出された場
合にＥＣＵ２５によって実行される。
【００４４】
本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において、ＤＰＮＲ１１をＰＭ再生処理に必要な温度まで昇温させるために、単位時間当たりに必要となる燃料量が算出される。具体的には、以下の演算が行なわれる。
Ｆｎ＝(Ｔｔ−Ｔｃ)×Ｇｄｐｎｒ×Ｃ・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、Ｆｎ（ｇ／ｓ）はＤＰＮＲ１１の昇温のために単位時間当たりに必要な燃料量である。Ｔｔ（゜Ｃ）は、ＰＭ再生処理を実施する際のＤＰＮＲ１１の目標温度である。また、Ｔｃ（゜Ｃ）は、本ルーチンの実行時においてＤＰＮＲ１１に導入される排気の実際の温度である。また、Ｇｄｐｎｒ（ｇ／ｓ）は、ＤＰＮＲ１１に流入する排気の流量である。さらに、Ｃ（ｇ／ｇ゜Ｃ）は、床温反応係数であり、１ｇの排気を１℃上昇させるのに必要な燃料量である。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。
【００４５】
Ｓ１０２においては、燃料添加弁１４からのリッチスパイク処理の１サイクルにおいて添加されるべき燃料量の総量が算出される。ここで、本実施例では、燃料添加弁１４からの燃料添加は、リッチスバイク処理によって行なわれる。すなわち、燃料添加によるリッチ時間と燃料添加の休止によるリーン時間とからなるサイクルを周期的に繰り返すことによって燃料の添加を行う。
【００４６】
その場合、リッチスパイク処理の１サイクルにおける必要燃料量の総量は次式によって算出される。
Ｆｎｔ＝Ｆｎ×（Ｔｒ＋Ｔｌ）・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
ここでＦｎｔ（ｇ）は、リッチスパイク処理の１サイクル中に添加必要な燃料量の総量である。また、Ｔｒ（ｓ）は、リッチスパイク処理の１サイクルにおける燃料添加によるリッチ時間である。また、Ｔｌ（ｓ）は、リッチスパイク処理の１サイクルにおける燃料添加休止によるリーン時間である。Ｓ１０２の処理が終了するとＳ１０３に進む。
【００４７】
Ｓ１０３においては、Ｓ１０２で算出された量の燃料をリッチスパイク処理の１サイクル当たりに燃料添加弁１４から添加させるために、空燃比センサ１６で検出される空燃比の値をどのようにすべきかが算出される。すなわち、本実施例においては、燃料添加弁１４から添加される燃料の量は、空燃比センサ１６で検出される空燃比が目標値となるようなフィードバック制御によって管理される。ここではその空燃比の目標値が以下のように算出される。
【００４８】
ここで、燃料添加弁１４から添加される燃料の量と空燃比センサ１６で検出される空燃比との間には以下の関係がある。
（（Ａ／Ｆ）ｓｔｏ−（Ａ／Ｆ）ｔ）×Ｇｎｓｒ×Ｔｒ＝Ｆｎ・・（３）
ここで、（Ａ／Ｆ）ｓｔｏは理論空燃比であり、（Ａ／Ｆ）ｔは空燃比センサ１６で検出される空燃比の目標値である。また、Ｇｎｓｒ（ｇ／ｓ）はＮＳＲ１０を通過する排気の流量である。従ってこれを変形すると、
（Ａ／Ｆ）ｔ＝（Ａ／Ｆ）ｓｔｏ―Ｆｎ／（Ｇｎｓｒ×Ｔｒ）・・・（４）
のように、空燃比センサ１６で検出される空燃比の目標値（Ａ／Ｆ）ｔを算出することが
できる。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。
【００４９】
Ｓ１０４においては、空燃比センサ１６で検出される空燃比が、（４）式で表される目標値（Ａ／Ｆ）ｔとなるように、燃料添加弁１４からのリッチ添加期間Ｔｒ中の添加燃料量を決定され、燃料添加が実行される。Ｓ１０４の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００５０】
以上、説明したように、本実施例においては、燃料添加弁１４からの添加燃料量を最適化することで、上流側のＮＳＲ１０に導入される排気の空燃比を理論空燃比より小さくした。そして、ＮＳＲ１０において酸素と反応可能な量の燃料を用いてＮＳＲ１０を昇温させるとともに、ＮＳＲ１０で酸素と反応し切れずに通り抜けた燃料によって下流側のＤＰＮＲ１１を昇温させることとした。
【００５１】
これにより、燃料添加弁１４からの燃料添加量を制御するだけで、ＮＳＲ１０とＤＰＮＲ１１の両方の昇温処理を行うことができる。従って、システムの構成、コスト及び制御を簡略化することができる。
【００５２】
また、本実施例においては、ＤＰＮＲ１１のＰＭ再生処理において、ＤＰＮＲ１１が要求温度まで上昇可能となる、燃料添加弁１４からの添加燃料量を算出し、さらに、空燃比センサ１６で検出される空燃比の目標値を算出した。そして、空燃比センサ１６の検出値が算出された目標値となるように、燃料添加弁１４からの添加燃料量をフィードバック制御した。
【００５３】
従って、より正確に、ＤＰＮＲ１１の昇温温度を制御することができ、より確実にＤＰＮＲ１１のＰＭ再生処理を実行することができる。
【００５４】
なお、本実施例においては、ＮＳＲ１０については、ＮＳＲ１０に導入される排気中の酸素と反応可能な全ての燃料が反応してＮＳＲ１０を昇温させることとなるので、ＮＳＲ１０の温度を、ＳＯx被毒回復処理において要求される温度にするためには、制御弁８に
よってＮＳＲ１０に導入される排気の量を最適化するようにしてもよい。
【００５５】
その場合、ＮＳＲ１０の温度を、ＳＯx被毒回復処理において要求される温度にするた
めに、制御弁８によってＮＳＲ１０に導入される排気の量を最適化した上で、さらに、ＤＰＮＲ１１の温度がＰＭ再生処理において要求される温度になるように、空燃比センサ１６で検出される空燃比の目標値が算出される。このことは、空燃比取得手段により取得される空燃比が、排気浄化装置の昇温処理において要求される空燃比に、下流側排気浄化装置の昇温処理において要求される昇温量に基づいた燃料量を上乗せすることで導出される排気の空燃比となるように制御されることに相当する。
【００５６】
また、上記の実施例においては、最終的には、空燃比センサ１６によって検出される空燃比が目標値になるように、燃料添加弁１４からの燃料添加量をフィードバック制御するようにしたが、燃料添加量制御ルーチンのＳ１０２においてＤＰＮＲ１１の昇温のために必要な燃料量（総量）を算出した時点で、燃料添加弁１４からの燃料添加量をオープンループ制御によってＦｎｔに制御してもよい。
【００５７】
このように、より簡略化したルーチンである燃料添加量制御ルーチン２についてのフローチャートを図３に示す。図３におけるルーチンと、燃料添加量制御ルーチンとの相違点は、Ｓ１０３の処理とＳ１０４の処理の代わりにＳ２０１の処理が実行される点である。
【００５８】
Ｓ２０１においては、リッチスパイク処理の１サイクル中に燃料添加弁１４から添加さ
れる燃料の量がＦｎｔとなるように、リッチ時間Ｔｒ中の燃料添加弁１４の開弁タイミングが制御される。
【００５９】
これによれば、さらに簡単な制御によって、ＮＳＲ１０とＤＰＮＲ１１の両方の昇温処理を行うことができる。また、空燃比センサ１６を省略しまたは使用頻度を少なくすることも可能となる。
【００６０】
また、上記の実施例においては、ＮＳＲ１０のＳＯx被毒回復処理及びＤＰＮＲ１１の
ＰＭ再生処理を同時に実行する場合に、毎回燃料添加量制御ルーチンまたは燃料添加量制御ルーチン２を実行させて、燃料添加弁１４からの添加燃料量及び、空燃比センサ１６において検出される空燃比の目標値を算出することとした。これに対し、上述の数式（１）〜（４）で用いた各パラメータの値と、空燃比の目標値（Ａ／Ｆ）ｔまたは添加燃料量の総量Ｆｎｔとの関係を予め算出してマップ化しておき、ＮＳＲ１０のＳＯx被毒回復処理
及びＤＰＮＲ１１のＰＭ再生処理を同時に実行する場合に当該マップから空燃比の目標値（Ａ／Ｆ）ｔまたは添加燃料量の総量Ｆｎｔの値を読み出すようにしてもよいことはもちろんである。
【００６１】
さらに、例えば最終的に制御の対象となる、リッチ時間Ｔｒ中の燃料添加弁１４の開弁タイミングを直接マップ化しておいてもよい。
【実施例２】
【００６２】
次に、本発明における実施例２について説明する。本実施例は、本発明において燃料添加弁からの添加燃料量が過剰となり、白煙などが生じる不具合を抑制する例である。本実施例における内燃機関１及びその排気系、制御系の構成は図１に示したものと同等であるので、各構成の符号は実施例１と同一として説明は省略する。
【００６３】
本実施例においては、内燃機関１の排気系全体としての排気の空燃比が理論空燃比を下回らないように、空燃比センサ１６により検出される空燃比の目標値（Ａ／Ｆ）ｔに制限を加えることとした。
【００６４】
ここで、排気系全体としての排気の空燃比が理論空燃比を下回らないようにするための、燃料添加弁１４からの単位時間当たりの燃料添加量の限界値は、次式で表される。
Ｆｌ＝Ｇｔｏｔ／（Ａ／Ｆ）ｓｔｏ−Ｆｃｙ・・・・・・・・・・（５）
ここで、Ｆｌ（ｇ／ｓ）は、燃料添加弁１４からの単位時間当たりの燃料添加量の限界値である。Ｇｔｏｔ（ｇ／ｓ）は、排気系全体の排気流量すなわち、内燃機関１と排気管５の接続部における排気流量である。また、Ｆｃｙ（ｇ／ｓ）は筒内噴射燃料量である。
【００６５】
そうすると、燃料添加弁１４からＦｌの燃料添加が行なわれている場合の空燃比センサ１６によって検出される空燃比、換言すると空燃比センサ１６によって検出される空燃比として許容される限界値は、次式のように表される。
（Ａ／Ｆ）ｌ＝Ｇｎｓｒ／（Ｆｌ＋Ｆｃｙｎ）・・・・・・・・・（６）
ここで、（Ａ／Ｆ）ｌは空燃比センサ１６によって検出される空燃比として許容される限界値である。Ｆｃｙｎ（ｇ／ｓ）は、筒内噴射燃料量Ｆｃｙのうち、ＮＳＲ１０を通過する排気に含まれる燃料量である。
【００６６】
空燃比センサ１６によって検出される空燃比の目標値（Ａ／Ｆ）ｔがこの限界値（Ａ／Ｆ）ｌを下回った場合には、燃料添加弁１４から添加された燃料によるＨＣがＮＳＲ１０及びＤＰＮＲ１１で反応し切れないため、白煙などが発生するおそれがある。従って本実施例では、このような場合には、空燃比センサ１６によって検出される空燃比の目標値は（Ａ／Ｆ）ｌとする。
【００６７】
本実施例における燃料添加量制御ルーチン３について図４に示す。本ルーチンは、燃料添加量制御ルーチン、燃料添加量制御ルーチン２と同様、ＮＳＲ１０のＳＯx被毒回復処
理とＤＰＮＲ１１のＰＭ再生処理とを同時に実行する実行指令が出された場合にＥＣＵ２５によって実行される。
【００６８】
本ルーチンと、燃料添加量制御ルーチンとの相違点は、Ｓ１０３の処理とＳ１０４の処理との間に、Ｓ３０１〜Ｓ３０３の処理が実行される点である。以下、本ルーチンと燃料添加量制御ルーチンとの相違点についてのみ説明する。
【００６９】
本ルーチンのＳ３０１においては、上述の数式（６）に従って、空燃比センサ１６によって検出される空燃比として許容される限界値（Ａ／Ｆ）ｌが算出される。Ｓ３０１の処理が終了するとＳ３０２に進む。
【００７０】
Ｓ３０２においては、Ｓ１０３で算出された、空燃比センサ１６によって検出される空燃比の目標値（Ａ／Ｆ）ｔが、Ｓ３０１で算出された、空燃比センサ１６によって検出される空燃比として許容される限界値（Ａ／Ｆ）ｌより小さいか否かが判定される。ここで否定判定された場合には、白煙などの発生のおそれはないと判断されるので、そのままＳ１０４に進む。一方、ここで肯定判定された場合には、このまま空燃比を（Ａ／Ｆ）ｔに制御した場合には白煙などが発生するおそれがあると判断されるのでＳ３０３に進む。
【００７１】
Ｓ３０３においては、（Ａ／Ｆ）ｔの値に、（Ａ／Ｆ）ｌの値が代入される。Ｓ３０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。
【００７２】
以上、説明したように、本実施例においては、空燃比センサ１６によって検出される空燃比の目標値（Ａ／Ｆ）ｔが、Ｓ３０１で算出された、空燃比センサ１６によって検出される空燃比として許容される限界値（Ａ／Ｆ）ｌより小さい場合には、燃料添加弁１４から添加された燃料が排気系全体で酸素と反応し切れず、白煙などが発生するおそれがあると判断される。そして、この場合には、空燃比センサ１６によって検出される空燃比が、（Ａ／Ｆ）ｌとなるようにフィードバック制御される。
【００７３】
これによれば、燃料添加弁１４からの過剰な燃料添加により白煙などが発生する不都合をより確実に抑制することができる。
【００７４】
なお、上記の実施例においては、排気浄化装置がＮＳＲ１０であり下流側排気浄化装置がＤＰＮＲ１１である例について説明した。さらに、昇温処理としては、ＮＳＲ１０にＳＯx被毒回復処理が行なわれ、ＤＰＮＲ１１にはＰＭ再生処理が行なわれる例について説
明した。しかし、排気浄化装置と下流側排気浄化装置との組合せはこれに限られるものでないことはもちろんである。また、昇温処理として他の処理が実行される場合に、本発明を適用してよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の実施例１に係る燃料添加量制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１に係る燃料添加量制御ルーチン２を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例２に係る燃料添加量制御ルーチン３を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・内燃機関
５・・・排気管
５ａ、５ｂ・・・接続部
６・・・バイパス管
８・・・制御弁
１０・・・ＮＳＲ
１１・・・ＤＰＮＲ
１４・・・燃料添加弁
１６・・・空燃比センサ
２５・・・ＥＣＵ
【図１】
2009062823.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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