(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に酸化能を有する触媒を配置し、触媒に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、内燃機関と異なる燃焼装置とを具備し、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該触媒に供給して内燃機関の排気ガス中の酸素と燃焼装置の排気ガス中の二次燃料とが該触媒内で発熱反応するようにした触媒温度制御装置において、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量が予め定められた目標量になるように、該目標量と、触媒内に流入する内燃機関の排気ガスの量と、燃焼室における平均空燃比とに基づいて排気制御弁の開度を制御する触媒温度制御装置。
【請求項２】
リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路を分岐して形成される一対の分岐排気通路内に酸化能を有する触媒をそれぞれ配置し、各触媒に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、内燃機関と異なる燃焼装置とを具備し、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該触媒に供給して内燃機関の排気ガス中の酸素と燃焼装置の排気ガス中の二次燃料とが該触媒内で発熱反応するようにした触媒温度制御装置において、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量が予め定められた目標量になるように、該目標量と、触媒内に流入する内燃機関の排気ガスの量と、燃焼室における平均空燃比とに基づいて排気制御弁の開度を制御する触媒温度制御装置。
【請求項３】
前記目標量を触媒の昇温目的に応じて定めた請求項２に記載の触媒温度制御装置。
【請求項４】
燃焼装置に供給される空気又は燃料の量を前記目標量に基づいて制御するようにした請求項２又は３に記載の触媒温度制御装置。
【請求項５】
内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるための手段を具備し、両方の触媒の温度を同時に上昇させるべきときには一方の触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該一方の触媒に供給すると共に、他方の触媒の温度を上昇させるために内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるようにした請求項２から４までのいずれか一項に記載の触媒温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は触媒温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内にＮＯＸ吸収剤を配置し、ＮＯＸ吸収剤に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、燃焼式ヒータとを具備し、ＮＯＸ吸収剤の温度を上昇させるべきときにはＮＯＸ吸収剤にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼式ヒータの排気ガスをＮＯＸ吸収剤に供給するようにした触媒温度制御装置が公知である（特開２０００−３４５８３１号公報参照）。このようにすると、内燃機関の排気ガス中の酸素と、燃焼式ヒータの排気ガス中のＨＣ，ＣＯとがＮＯＸ吸収剤において発熱反応し、斯くしてＮＯＸ吸収剤の温度が上昇せしめられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、ＮＯＸ吸収剤の温度又は温度上昇速度は排気制御弁から漏れてＮＯＸ吸収剤に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量に依存し、この酸素の量は排気制御弁から漏れた内燃機関の排気ガスの量に依存し、この漏れた排気ガスの量は内燃機関から排出される排気ガスの量に依存する。従って、排気制御弁の開度を一定に保持したとしても、内燃機関の機関運転状態が変動するとＮＯＸ吸収剤に流入する酸素の量が変動することになり、斯くしてＮＯＸ吸収剤の温度又は温度上昇速度が変動することになるという問題点がある。
【０００４】
そこで本発明の目的は、安定した触媒昇温作用を得ることができる触媒温度制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に酸化能を有する触媒を配置し、触媒に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、内燃機関と異なる燃焼装置とを具備し、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該触媒に供給して内燃機関の排気ガス中の酸素と燃焼装置の排気ガス中の二次燃料とが該触媒内で発熱反応するようにした触媒温度制御装置において、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量が予め定められた目標量になるように、該目標量と、触媒内に流入する内燃機関の排気ガスの量と、燃焼室における平均空燃比とに基づいて排気制御弁の開度を制御している。即ち１番目の発明では、触媒に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量が排気制御弁の開度を制御することによって制御される。
【０００６】
また、上記課題を解決するために２番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路を分岐して形成される一対の分岐排気通路内に酸化能を有する触媒をそれぞれ配置し、各触媒に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、内燃機関と異なる燃焼装置とを具備し、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該触媒に供給して内燃機関の排気ガス中の酸素と燃焼装置の排気ガス中の二次燃料とが該触媒内で発熱反応するようにした触媒温度制御装置において、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量が予め定められた目標量になるように、該目標量と、触媒内に流入する内燃機関の排気ガスの量と、燃焼室における平均空燃比とに基づいて排気制御弁の開度を制御している。即ち２番目の発明でも、触媒に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量が排気制御弁の開度を制御することによって制御される。
【０００７】
また、３番目の発明によれば２番目の発明において、前記目標量を触媒の昇温目的に応じて定めている。
【０００８】
また、４番目の発明によれば２又は３番目の発明において、燃焼装置に供給される空気又は燃料の量を前記目標量に基づいて制御するようにしている。即ち４番目の発明では、燃焼装置の排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯの量が前記目標量に基づいて定められる。
【０００９】
また、５番目の発明によれば２から４番目の発明のいずれか一つにおいて、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるための手段を具備し、両方の触媒の温度を同時に上昇させるべきときには一方の触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該一方の触媒に供給すると共に、他方の触媒の温度を上昇させるために内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１１】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１２】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は分岐管２２を介して第１及び第２の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２に接続される。これら上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２は第１及び第２のケーシングＣＡ１，ＣＡ２にそれぞれ接続され、これらケーシングＣＡ１，ＣＡ２は第１及び第２の下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２に接続され、これら下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２は共通の排気管２３に接続される。
【００１３】
第１及び第２の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２内には第１及び第２の上流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２がそれぞれ配置され、第１及び第２の下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２内には第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２がそれぞれ配置される。これら排気制御弁はそれぞれ対応するアクチュエータによりそれぞれ駆動される。また、第１及び第２のケーシングＣＡ１，ＣＡ２内には、内燃機関の排気ガス中に含まれる固体炭素からなる微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタに担持された第１及び第２の触媒がそれぞれ収容されている。本発明による実施例では第１及び第２の触媒は第１及び第２のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２から形成される。しかしながら、触媒が酸化能を有する限りどのような触媒を用いてもよい。
【００１４】
ここで、第１の上流側排気ダクトＤＵ１及び第１の下流側排気ダクトＤＬ１を第１の排気ダクトと称し、第１の上流側排気制御弁ＶＵ１及び第１の下流側排気制御弁ＶＬ１を第１の排気制御弁と称すると、第１の排気ダクト内に第１のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１と第１の排気制御弁とが配置されているということになる。同様に、第２の上流側排気ダクトＤＵ２及び第２の下流側排気ダクトＤＬ２を第２の排気ダクトと称し、第２の上流側排気制御弁ＶＵ２及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ２を第２の排気制御弁と称すると、第２の排気ダクト内に第２のＮＯＸ吸収剤ＮＡ２と第２の排気制御弁とが配置されているということになる。
【００１５】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００１６】
図１に示す内燃機関はＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２に二次燃料を供給するための燃焼式ヒータ３０を具備している。この燃焼式ヒータ３０の空気通路３１は開弁割合を変更可能な電気制御式空気絞り弁３２を介して空気ポンプ３３の吐出側に接続されている。一方、燃焼式ヒータ３０の排気通路３４は第１及び第２の上流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２よりも下流の第１及び第２の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２内に配置された第１及び第２の電気制御式排気ガス供給ノズルＮＧ１，ＮＧ２に接続されている。また、燃焼式ヒータ３０の燃焼室３５内にはグロープラグ３６が配置される。更に、空気絞り弁３２下流の空気通路３１と排気管２３とはＥＧＲ通路３７を介して連結され、ＥＧＲ通路３７内にはＥＧＲ通路３７内を流通するＥＧＲガスの量を制御するための電気制御式ＥＧＲ弁３８が配置される。一方、燃焼式ヒータ３０の燃焼室３５には吐出量を制御可能な燃料ポンプ３９によって燃料タンク内の燃料が供給される。
【００１７】
ＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２に燃焼式ヒータ３０の排気ガスを供給すべきときには燃焼式ヒータ３０が作動され、対応する排気ガス供給ノズルＮＧ１，ＮＧ２が開弁される。即ち、空気ポンプ３３及び燃料ポンプ３９が作動され、空気絞り弁３２が開弁され、グロープラグ３６が作動され、斯くして燃焼式ヒータ３０が作動される。ここで、空気絞り弁３２の開度及び燃料ポンプ３９の吐出量を制御することによって燃焼式ヒータ３０に供給される空気量及び燃料量が制御される。なお、図１に示す実施例では燃焼式ヒータ３０を作動すべきときにはＥＧＲ弁３８が開弁され、燃焼式ヒータ３０において消費される燃料量を低減するようにしている。
【００１８】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、分岐管２２内には内燃機関の燃焼室５における平均空燃比を検出するための空燃比センサ４９が取付けられ、空燃比センサ４９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。第１及び第２の下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２内には対応するＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサＳ１，Ｓ２が取付けられ、これら温度センサＳ１，Ｓ２の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。温度センサＳ１，Ｓ２により検出される排気ガスの温度をそれぞれ対応するＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２の温度を表している。
【００１９】
一方、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８、排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２，ＶＬ１，ＶＬ２の各アクチュエータ、燃焼装置３０の空気絞り弁３２、空気ポンプ３３、グロープラグ３６、ＥＧＲ弁３８、燃料ポンプ３９、及び排気ガス供給ノズルＮＧ１，ＮＧ２にそれぞれ接続される。
【００２０】
各ＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。
【００２１】
このＮＯＸ吸収剤は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯＸを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯＸを放出するＮＯＸの吸放出作用を行う。なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室５、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯとの比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００２２】
ＮＯＸ吸収剤の詳細な吸放出メカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられている吸放出メカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００２３】
即ち、ＮＯＸ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ２がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２）。次いで生成されたＮＯ２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硝酸イオンＮＯ３−の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯＸがＮＯＸ吸収剤内に吸収される。
【００２４】
これに対し、ＮＯＸ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ２）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯ２の形で吸収剤から放出される。この放出されたＮＯＸは排気ガス中のＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ２が放出され、還元される。
【００２５】
本発明による実施例では、第１の上流側排気制御弁ＶＵ１及び第１の下流側排気制御弁ＶＬ１からなる第１の排気制御弁と、第２の上流側排気制御弁ＶＵ２及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ２からなる第２の排気制御弁とのうちいずれか一方が全開にされ、他方が閉弁される。従って、或る時点で全開にされている方の上流側及び下流側排気制御弁をＶＵｉ，ＶＬｉ、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉに対応するＮＯＸ吸収剤をＮＡｉ（ｉ＝１，２）、閉弁されている方の上流側及び下流側制御弁をＶＵｊ，ＶＬｊ、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｊ，ＶＬｉに対応するＮＯＸ吸収剤をＮＡｊで表すとすると（ｊ＝１，２）、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに内燃機関の排気ガスの大部分が導かれ、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｊにはわずかな量の内燃機関の排気ガスが導かれるということになる。或いは、概略的に言うと、これら排気制御弁が内燃機関の排気ガスをいずれか一方のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２に選択的に導いているという見方もできる。
【００２６】
ところで、例えば機関低負荷運転が長時間続くと、内燃機関の排気ガスの大部分が導かれているＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度が活性温度よりも低くなる場合がある。そこでＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を活性温度以上に上昇させる必要がある。また、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内に吸収されているイオウ分例えばＳＯＸの量が許容量よりも多くなったときには、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉから吸収されているＳＯＸを放出させるためにＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度をＳＯＸ放出開始温度以上に上昇させ維持する必要がある。更に、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の量が許容量よりも多くなったときにも、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにパティキュレートフィルタ即ちＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を酸化開始温度以上に上昇させ維持する必要がある。
【００２７】
そこで本発明による実施例では、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるために、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉにわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉを閉弁しながら、燃焼式ヒータ３０をリッチ空燃比のもとで作動させ、燃焼式ヒータ３０の排気ガスをＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに供給するようにしている。即ち、図１に示される内燃機関では通常、リーン空燃比のもとで燃焼が行われており、従って燃焼式ヒータ３０の排気ガス中に含まれる多量のＨＣ，ＣＯがＮＯＸ吸収剤ＮＡｉにおいて内燃機関の排気ガス中に含まれる酸素Ｏ２と発熱反応し、斯くしてＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度が上昇せしめられる。このように、燃焼式ヒータ３０の排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯはＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるための二次燃料として作用する。
【００２８】
この場合、排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉが閉弁されるのでＮＯＸ吸収剤ＮＡｉにおける排気ガスの空間速度が低減され、従ってＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるのに必要な燃焼式ヒータ３０の排気ガスの量を低減することができ、従って燃焼式ヒータ３０における燃料消費量を低減することができる。
【００２９】
なお、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉが閉弁されると上述したように上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｊ，ＶＬｊが全開にされ、従って内燃機関の排気ガスの大部分がＮＯＸ吸収剤ＮＡｊに導かれることになる。このとき、下流側遮断弁ＶＬｉが閉弁されているので、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｊ内を流通した内燃機関の排気ガスがＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内に逆流するのが抑制される。
【００３０】
このようにＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるにも様々な目的があり、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度はこれら昇温目的に応じて予め定められている目標温度、例えば活性温度以上に上昇せしめられる。この場合、ただ単にＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるよりも、これら昇温目的を効率的に達成できるようにＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるのが好ましい。そこで本発明による実施例では、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を、昇温目的に応じて定まる目標温度上昇速度でもって上昇させるようにしている。
【００３１】
ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度及び温度上昇速度はＮＯＸ吸収剤ＮＡｉで発熱反応する酸素の量に依存し、この酸素の量はＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内に流入する排気ガス中の酸素の量に依存する。また、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量はＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内に流入する内燃機関の排気ガスの量に依存し、この排気ガスの量は排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉの開度に依存する。
【００３２】
そこで本発明による実施例では、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を目標温度上昇速度ＲＩＴでもって目標温度ＴＮＴ以上に上昇させるのに必要な酸素の量を目標酸素量ＱＯＸＴと称すると、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量がこの目標酸素量ＱＯＸＴに一致するように排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉの開度を制御している。
【００３３】
具体的には、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量を目標酸素量ＱＯＸＴに一致させるのに必要な排気制御弁ＶＵｉ、ＶＬｉの開度、即ち目標開度Ｕ，Ｌを予め実験により求めておき、排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉの開度がこれら目標開度Ｕ，Ｌに一致せしめられる。
【００３４】
この場合、目標開度Ｕ，Ｌは目標酸素量ＱＯＸＴと、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内に流入する排気ガスの量と、燃焼室５における平均空燃比ＥＡＦとの関数になる。ここで、目標酸素量ＱＯＸＴは昇温目的に応じて定まる目標温度上昇速度ＲＩＴ及び目標温度ＴＮＴと、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの実際の温度ＴＮｉＡとの関数になる。また、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内に流入する排気ガスの量は内燃機関から排出された排気ガスの量に依存し、この排気ガスの量は機関運転状態、例えば機関回転数Ｎ及び吸入空気量ＥＧａの関数となる。従って、目標開度Ｕ，Ｌは結局、ＲＩＴ，ＴＮＴ，ＴＮｉＡ，Ｎ，ＥＧａ，ＥＡＦの関数になる。これら目標開度Ｕ，ＬはＲＩＴ，ＴＮＴ，ＴＮｉＡ，Ｎ，ＥＧａ，ＥＡＦの関数として予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００３５】
このようにして、昇温すべきＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに供給される酸素の量が制御される。
【００３６】
これに対し、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに供給される二次燃料即ちＨＣ，ＣＯの量はＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに供給される酸素の量即ち目標酸素量ＱＯＸＴに基づいて制御される。例えば、目標酸素量ＱＯＸＴに見合う量の二次燃料がＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに供給される。
【００３７】
ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに供給される二次燃料の量は燃焼式ヒータ３０における空燃比ＨＡＦと、燃焼式ヒータ３０に供給される燃料量及び空気量とに依存する。従って、燃焼式ヒータ３０に供給すべき燃料量ＨＱＦ及び空気量ＨＧａは目標酸素量ＱＯＸＴと、燃焼式ヒータ３０における空燃比ＨＡＦとの関数になる。
【００３８】
ここで、燃焼式ヒータ３０における空燃比ＨＡＦは燃焼式ヒータ３０での燃焼安定性のことを考えると、上流側排気ダクトＤＵｉ内の圧力の関数になり、この圧力は機関運転状態例えば機関回転数Ｎ及び吸入空気量ＥＧａの関数になる。
【００３９】
従って、燃焼式ヒータ３０に供給すべき燃料ＨＱＦ及び空気量ＨＧａは目標温度上昇速度ＲＩＴと、目標温度ＴＮＴと、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの実際の温度ＴＮｉＡと、機関回転数Ｎと、吸入空気量ＥＧａとの関数として求めることができることになる。本発明による実施例では、燃焼式ヒータ３０に供給すべき燃料量ＨＱＦ及び空気量ＨＧａをＲＩＴ，ＴＮＴ，ＴＮｉＡ，Ｎ，ＥＧａの関数として予め実験により求めておき、予めＲＯＭ４２内に記憶している。
【００４０】
このようにしてＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度が上昇せしめられる。
【００４１】
一方、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させているときに、内燃機関の排気ガスが導かれている方のＮＯＸ吸収剤ＮＡｊの温度を上昇させるべきときには、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させ、それによりＮＯＸ吸収剤ＮＡｊの温度が上昇するようにしている。
【００４２】
内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させる方法には様々な方法がある。その方法の一つは燃料噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる方法である。即ち、通常主燃料Ｑｍは図２において（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図２の（ＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍの噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇する。
【００４３】
また、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるために図２の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍに加え、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射することもできる。このように補助燃料Ｑｖを追加的に噴射すると補助燃料Ｑｖ分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇する。
【００４４】
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑｖからアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑｍの反応が加速される。従ってこの場合には図２の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせることができるので内燃機関から排出される排気ガスの温度はかなり高くなる。
【００４５】
また、図２の（ＩＶ）に示されるように主燃料Ｑｍに加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑｐを噴射することもできる。即ち、補助燃料Ｑｐが燃焼室又は排気通路内で燃焼するために内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇する。
【００４６】
本発明による実施例では内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるために図２の（ＩＶ）に示される補助燃料Ｑｐを供給するようにしている。
【００４７】
図３は上述した本発明による実施例を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００４８】
図３を参照すると、まず初めにステップ１００ではパラメータｉ，ｊが決定される。即ち、この時点で第１の排気制御弁ＶＵ１，ＶＬ１が全開にされているときにはｉ＝１，ｊ＝２とされ、第２の排気制御弁ＶＵ２，ＶＬ２が全開にされているときにはｉ＝２，ｊ＝１とされる。続くステップ１０１ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるべきか否かが判断される。ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるべきときには次いでステップ１０２に進み、昇温目的に応じた目標温度ＴＮＴ及び目標温度上昇速度ＲＩＴが読み込まれる。続くステップ１０３では目標開度Ｕ，ＬがＲＩＴ，ＴＮＴ，ＴＮｉＡ，Ｎ，ＥＧａ，ＥＡＦから算出される。続くステップ１０４では上流側排気制御弁ＶＵｉの目標開度ＯＰＬｉＴがＵとされ、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴがＬとされ、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｊ，ＶＬｊの目標開度ＯＰＵｊＴ，ＯＰＬｊＴがそれぞれ最大開度ＦＬとされる。続くステップ１０５では排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉ，ＶＵｊ，ＶＬｊの開度がそれぞれの目標開度ＯＰＵｉＴ，ＯＰＬｉＴ，ＯＰＵｊＴ，ＯＰＬｊＴになるように制御される。続くステップ１０６では燃焼式ヒータ３０に供給すべき燃料量ＨＱＦ及び空気量ＨＧａがＲＩＴ，ＴＮＴ，ＴＮｉＡ，Ｎ，ＥＧａから算出される。続くステップ１０７では燃料及び空気をＨＱＦ及びＨＧａだけ供給しながら燃焼式ヒータ３０が作動されると共に、排気ガス供給ノズルＮＧｉが開弁される。このようにして燃焼式ヒータ３０の排気ガスがＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに供給され、従ってＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度が上昇せしめられる。
【００４９】
続くステップ１０８では、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｊの温度を上昇させるべきか否かが判別される。ＮＯＸ吸収剤ＮＡｊの温度を上昇させるべきときには次いでステップ１０９に進み、補助燃料Ｑｐが供給される。従って、内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇され、この内燃機関の排気ガスによりＮＯＸ吸収剤ＮＡｊの温度が上昇される。次いでステップ１０１に戻る。これに対し、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｊの温度を上昇させるべきでないときには次いでステップ１１０に進み、補助燃料Ｑｐの供給が停止される。次いでステップ１０１に戻る。
【００５０】
一方、ステップ１０１においてＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるべきでないとき又は昇温目的が達成されたときには次いでステップ１１１に進み、燃焼式ヒータ３０が停止され、排気ガス供給ノズルＮＧｉが閉弁される。
【００５１】
これまで述べてきた本発明による実施例では、第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２又は第１及び第２の上流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２をそれぞれ別個の排気制御弁から形成している。しかしながら、図４に示されるように例えば第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２を排気管２３内に配置される単一の排気制御弁ＶＬから形成することもできる。この場合、第１のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１内を流通する排気ガスの量と第２のＮＯＸ吸収剤ＮＡ２内を流通する排気ガスの量とがほぼ等しくなっている中間位置から例えば第１のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１内を流通する排気ガスの量を減少させる方向に排気制御弁ＶＬが変位されると、第１の下流側排気制御弁ＶＬ１の開度が小さくされ、第１の下流側排気制御弁ＶＬ２の開度が大きくされたのと同じことになる。
【００５２】
また、図４に示されるように上流側排気制御弁と下流側排気制御弁とのうちいずれか一方を省略することもできる。
【００５３】
更に、上述した本発明による実施例では一対のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２を備えている。しかしながら、図５に示されるように単一のＮＯＸ吸収剤ＮＡを備えた内燃機関に本発明を適用することもできる。この場合、分岐管２２と排気管２３とはＮＯＸ吸収剤ＮＡを迂回するバイパス管６０によって互いに接続され、排気管２３内に単一の排気制御弁ＶＬが配置される。この排気制御弁ＶＬが全開にされるとバイパス管６０が遮断され、閉弁されるとＮＯＸ吸収剤ＮＡ内を流通する排気ガスの量が低減される。
【００５４】
排気制御弁ＶＬは通常全開に維持されており、ＮＯＸ吸収剤ＮＡの温度を上昇させるべきときに閉弁される。この場合、ＮＯＸ吸収剤ＮＡに流入する排気ガス中の酸素の量が目標酸素量ＱＯＸＴになるように排気制御弁ＶＬの開度が制御される。
【００５５】
【発明の効果】
安定した触媒昇温作用を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  内燃機関の全体図である。
【図２】  噴射制御を説明するための図である。
【図３】  昇温制御を実行するためのフローチャートである。
【図４】  本発明による別の実施例を示す内燃機関の部分図である。
【図５】  本発明による別の実施例を示す内燃機関の部分図である。
【符号の説明】
１…機関本体
ＮＡ１，ＮＡ２…ＮＯＸ吸収剤
３０…燃焼式ヒータ
ＶＵ１，ＶＬ１，ＶＵ２，ＶＬ２…排気制御弁
【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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