(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射手段から燃焼室に燃料を直接噴射して燃焼させる内燃機関の排気浄化法であって、前記内燃機関の膨張行程時または排気行程時に前記燃料を追加噴射することにより、前記内燃機関の排気ガスの通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させて前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着した硫黄酸化物を放出させるようにした内燃機関の排気浄化法において、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の昇温に必要な熱量を、予め設定された前記内燃機関の一サイクル当たりの追加噴射量の最適値の発熱量で除算することにより、前記追加噴射の実施サイクル数を算出し、該算出時に前記追加噴射の実施サイクル数以外に剰余熱量が存在するとき、前記追加噴射の実施サイクル数と前記一サイクル当たりの追加噴射量との補正を行うことにより、前記剰余熱量を吸収するようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化法。
【請求項２】
前記剰余熱量が存在するとき、前記追加噴射の実施サイクル数を除算時の商の値に対して少なくとも一サイクル追加し、この追加したサイクルを含めた各サイクルに前記剰余熱量に対する噴射量と前記追加噴射量とを振り分けて補正す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法。
【請求項３】
前記追加噴射の実施サイクルの内、少なくとも最終サイクルの前記追加噴射量は、前記主燃料噴射と前記追加噴射との噴射量に対するトータル空燃比がリッチになるように補正されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化法。
【請求項４】
前記追加噴射の実施サイクル期間中における前記一サイクル当たりの追加噴射量は、前記主燃料噴射と前記追加噴射との噴射量に対するトータル空燃比が常にリッチになるように補正されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化法。
【請求項５】
前記追加噴射の実施サイクル期間中における前記一サイクル当たりの追加噴射量が、サイクル期間中は同量になるように補正されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化法。
【請求項６】
前記追加噴射の実施サイクル期間中における前記一サイクル当たりの追加噴射量が、追加噴射の実施開始から所定のサイクル数までは前記追加噴射量の最適値より少ない値に補正され、所定のサイクル数以降、最終サイクルまでは前記追加噴射量の最適値にて追加噴射がなされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化法。
【請求項７】
前記追加噴射の実施開始から所定のサイクル数までの前記追加噴射量は、前記主燃料噴射と前記追加噴射との噴射量に対するトータル空燃比が、前記追加噴射量の最適値による空燃比と理論空燃比との間の値に補正され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法。
【請求項８】
前記追加噴射の実施開始から所定のサイクル数までの前記追加噴射量は、前記主燃料噴射と前記追加噴射との噴射量に対するトータル空燃比が、前記主噴射の噴射量のみによる空燃比と理論空燃比との間の値に補正され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法。
【請求項９】
前記追加噴射の実施開始から所定のサイクル数までの前記追加噴射量は
、前記主燃料噴射と前記追加噴射との噴射量に対するトータル空燃比が、ほぼ理論空燃比に補正され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法。
【請求項１０】
前記追加噴射の実施サイクル期間中における前記一サイクル当たりの追加噴射量は、追加噴射開始の第一サイクル目の追加噴射量が前記剰余熱量に相当する追加噴射量とされ、第二サイクル目から最終サイクルまでの追加噴射量が前記追加噴射量の最適値とされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化法。
【請求項１１】
燃料噴射手段から燃焼室に燃料を直接噴射して燃焼させる内燃機関の排気浄化法であって、前記内燃機関の膨張行程時または排気行程時に前記燃料を追加噴射することにより、前記内燃機関の排気ガスの通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させて前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着した硫黄酸化物を放出させるようにした内燃機関の排気浄化法において、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の昇温に必要な熱量を、予め設定された前記内燃機関の一サイクル当たりの追加噴射量の最適値の発熱量で除算することにより、前記追加噴射の実施サイクル数を算出し、該算出時に前記追加噴射の必要サイクル数以外に剰余熱量が存在するとき、前記剰余熱量に必要な剰余噴射量を算出し、この剰余噴射量と前記主燃料噴射の噴射量とのトータル空燃比が理論空燃比よりリッチであるときには、前記追加噴射の実施サイクル数を一サイクル追加し、最終サイクルにおいて前記剰余噴射量を追加噴射することを特徴とする内燃機関の排気浄化法。
【請求項１２】
前記一サイクル当たりの追加噴射量の最適値が、前記内燃機関の各運転状態別に予め設定されたものであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化法。
【請求項１３】
前記一サイクル当たりの追加噴射量を補正する複数の補正法を備えており、前記剰余熱量の大きさに対応して前記複数の補正法の一つを選択し、前記一サイクル当たりの追加噴射量を補正することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、排気系にＮ０ｘ吸蔵触媒を備えた内燃機関において、Ｎ０ｘ吸蔵触媒を硫黄酸化物被毒から再生して浄化機能の劣化を防止する内燃機関の排気浄化法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
理論空燃比より希薄な混合気を燃焼させるリーンバーンの内燃機関においては排出される窒素酸化物（以下ＮＯｘと称す）を浄化するために、Ｎ０ｘ吸蔵触媒を用いた排気ガスの浄化装置が使用されている。この排気浄化装置は、内燃機関の運転時に排出されるＮ０ｘを吸着させ、所定の周期毎に空燃比をリッチに切替えて排気ガス中の酸素濃度を低下させることにより、Ｎ０ｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮ０ｘを放出させて還元処理を行い、排気ガスを浄化するものである。
【０００３】
内燃機関の排気ガス中には硫黄酸化物（以下ＳＯｘと称す）が含まれており、このＳＯｘがＮ０ｘと共にＮ０ｘ吸蔵触媒に吸着される。Ｎ０ｘ吸蔵触媒に吸着されたＳＯｘは、Ｎ０ｘ吸蔵触媒の温度が低い状態においては空燃比をリッチに切替えても放出されないため、運転時間と共に吸着量が増加してＮ０ｘ吸蔵触媒によるＮ０ｘの吸蔵機能を低下させ、最終的にはほとんどＮ０ｘを吸着できない状態になる。
【０００４】
これを防止するためにはＮ０ｘ吸蔵触媒を昇温することによりＳＯｘを放出させる手段が必要であり、この昇温手段としては、例えば、点火時期を遅らせることにより排気ガス温度を上昇させたり、燃料を気筒内に直接噴射する筒内噴射型内燃機関においては、吸気行程や圧縮行程における主燃料噴射以外に膨張行程または排気行程における追加噴射を行い、火炎伝播により着火させて排気ガスの温度を上昇させ、この上昇した排気ガスの温度によりＮ０ｘ吸蔵触媒を昇温させる方法が知られている。
【０００５】
このような技術を開示したのが例えば特開平８−１００６３８号公報であり、また、特開平１１−１０７８１３号公報である。前者に開示された技術は、気筒内に直接噴射した燃料を点火して燃焼させる筒内噴射型内燃機関において、第一回目の燃料噴射を圧縮行程にて行い、膨張行程の初期から中期にかけて第二回目の追加噴射を行い、この追加噴射による燃料を第一回目の噴射による燃料の火炎伝播により着火させることにより、点火装置を重複動作させることなく排気ガスの温度を上昇させ、触媒を活性化するようにしたものであり、内燃機関の運転条件に応じて第二回目の追加噴射か、あるいは、点火時期の遅角かのいずれかを選択して実施すると共に、第二回目の追加噴射を選択したときには必要に応じて第三回目の追加噴射を行うようにしたものである。
【０００６】
また、後者に開示された技術は、燃焼制御手段が吸気行程と膨張行程との二回に分けて燃料を噴射するモードを備えており、Ｎ０ｘ吸蔵触媒からＳＯｘを放出させるとき、内燃機関の運転条件に応じて二回に分けた燃料噴射と、点火時期の遅角制御とのいずれかを選択的に実施することにより、排気ガスの温度を上昇させ、この排気ガスの温度によりＮ０ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯｘの放出に必要な温度まで高めるようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、膨張行程における追加噴射によりＮ０ｘ吸蔵触媒の温度を昇温させる場合、特に、前者の特開平８−１００６３８号公報に開示されているように圧縮行程において主噴射を、膨張行程において追加噴射を行う場合においては、主燃焼を圧縮行程における噴射燃料で行うため、膨張行程での追加噴射量が多くなってスモークが発生することから圧縮行程での噴射量が制約され、このために膨張行程での追加噴射量を多くせざるを得なくなって未燃焼状態の燃料が排出され易くなる。従って、排気経路のＮ０ｘ吸蔵触媒の上流側に三元触媒が配置されている場合、未燃焼燃料との反応により三元触媒の温度が異常上昇し、耐熱温度限界を超えて破損する恐れが生ずることになる。
【０００８】
また、後者の特開平１１−１０７８１３号公報に開示されているように吸気行程と膨張行程とで燃料を噴射する場合においては、主燃焼を吸気行程における噴射燃料で行うため、膨張行程での追加噴射量は少なくなってスモークが発生することがないので、膨張行程での噴射量を少なくして未燃焼燃料による三元触媒の温度の異常上昇を抑制することができる。しかし、Ｎ０ｘ吸蔵触媒の昇温のためには吸気行程噴射時の空燃比を可能な限りリーン側に設定する必要があり、燃焼が不安定となって内燃機関の回転変動が大きくなると共に、空燃比の僅かな変化によって昇温効果や燃焼状態が大きく変化してしまう。
【０００９】
追加噴射による昇温効果は、点火時期の遅角制御など他の手段に較べるとＮ０ｘ吸蔵触媒の昇温効果は大であり、排気ガス温度の低い低回転時や低負荷時の昇温に用いられる。しかし、追加噴射を行う場合、噴射タイミングと噴射量とを最適値に制御しないと上記のように排気ガスの悪化や三元触媒の異常温度上昇などの現象が現れ、また、ＳＯｘが放出されるまでの期間は、Ｎ０ｘ吸蔵触媒の温度をＳＯｘの放出に必要な温度（通常、６００℃以上）に維持しなければならず、この温度を維持するためには追加噴射を所定期間継続する必要があって実施期間が長くなってしまう。実車走行状態においては負荷が常に変動するため、追加噴射の実施期間が長くなる場合には定常運転中であっても排気ガスの悪化や、三元触媒温度の異常上昇が避けられず、これを制御することは困難であった。
【００１０】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、追加噴射によりＮ０ｘ吸蔵触媒をＳＯｘ放出可能温度まで昇温するとき、排気ガスの悪化や三元触媒の過昇温を抑制し、Ｎ０ｘ吸蔵触媒の温度を目標温度まで精度良く、短時間にて昇温させることが可能な内燃機関の排気浄化法を得ることを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、燃料噴射手段から燃焼室に燃料を直接噴射して燃焼させる内燃機関の排気浄化法であって、前記内燃機関の膨張行程時または排気行程時に前記燃料を追加噴射することにより、前記内燃機関の排気ガスの通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させて前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着した硫黄酸化物を放出させるようにした内燃機関の排気浄化法において、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の昇温に必要な熱量を、予め設定された前記内燃機関の一サイクル当たりの追加噴射量の最適値の発熱量で除算することにより、前記追加噴射の実施サイクル数を算出し、該算出時に前記追加噴射の実施サイクル数以外に剰余熱量が存在するとき、前記追加噴射の実施サイクル数と前記一サイクル当たりの追加噴射量との補正を行うことにより、前記剰余熱量を吸収するようにしたものである。
【００１２】
また、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、前記剰余熱量が存在するとき、前記追加噴射の実施サイクル数を除算時の商の値に対して少なくとも一サイクル追加し、この追加したサイクルを含めた各サイクルに前記剰余熱量に対する噴射量と前記追加噴射量とを振り分けて補正するようにしたものである。
【００１３】
また、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、前記追加噴射の実施サイクルの内、少なくとも最終サイクルの前記追加噴射量は、前記主燃料噴射と前記追加噴射との噴射量に対するトータル空燃比がリッチになるように補正されるようにしたものである。
【００１４】
更に、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、前記追加噴射の実施サイクル期間中における前記一サイクル当たりの追加噴射量は、前記主燃料噴射と前記追加噴射との噴射量に対するトータル空燃比が常にリッチになるように補正されるようにしたものである。
【００１５】
また、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、前記追加噴射の実施サイクル期間中における前記一サイクル当たりの追加噴射量が、サイクル期間中は同量になるように補正されるようにしたものである。
【００１６】
また、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、前記追加噴射の実施サイクル期間中における前記一サイクル当たりの追加噴射量が、追加噴射の実施開始から所定のサイクル数までは前記追加噴射量の最適値より少ない値に補正され、所定のサイクル数以降、最終サイクルまでは前記追加噴射量の最適値にて追加噴射がなされるようにしたものである。
【００１７】
更に、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、前記追加噴射の実施開始から所定のサイクル数までの前記追加噴射量は、前記主燃料噴射と前記追加噴射との噴射量に対するトータル空燃比が、前記追加噴射量の最適値による空燃比と理論空燃比との間の値に補正されるようにしたものである。
【００１８】
また、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、前記追加噴射の実施開始から所定のサイクル数までの前記追加噴射量は、前記主燃料噴射と前記追加噴射との噴射量に対するトータル空燃比が、前記主噴射の噴射量のみによる空燃比と理論空燃比との間の値に補正されるようにしたものである。
【００１９】
更に、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、前記追加噴射の実施開始から所定のサイクル数までの前記追加噴射量は、前記主燃料噴射と前記追加噴射との噴射量に対するトータル空燃比が、ほぼ理論空燃比に補正されるようにしたものである。
【００２０】
また、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、前記追加噴射の実施サイクル期間中における前記一サイクル当たりの追加噴射量は、追加噴射開始の第一サイクル目の追加噴射量が前記剰余熱量に相当する追加噴射量とされ、第二サイクル目から最終サイクルまでの追加噴射量が前記追加噴射量の最適値とされるようにしたものである。
【００２１】
また、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、燃料噴射手段から燃焼室に燃料を直接噴射して燃焼させる内燃機関の排気浄化法であって、前記内燃機関の膨張行程時または排気行程時に前記燃料を追加噴射することにより、前記内燃機関の排気ガスの通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させて前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着した硫黄酸化物を放出させるようにした内燃機関の排気浄化法において、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の昇温に必要な熱量を、予め設定された前記内燃機関の一サイクル当たりの追加噴射量の最適値の発熱量で除算することにより、前記追加噴射の実施サイクル数を算出し、該算出時に前記追加噴射の必要サイクル数以外に剰余熱量が存在するとき、前記剰余熱量に必要な剰余噴射量を算出し、この剰余噴射量と前記主燃料噴射の噴射量とのトータル空燃比が理論空燃比よりリッチであるときには、前記追加噴射の実施サイクル数を一サイクル追加し、最終サイクルにおいて前記剰余噴射量を追加噴射するようにしたものである。
【００２２】
更に、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、前記一サイクル当たりの追加噴射量の最適値が、前記内燃機関の各運転状態別に予め設定されたものである。
【００２３】
また、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、前記一サイクル当たりの追加噴射量を補正する複数の補正法を備えており、前記剰余熱量の大きさに対応して前記複数の補正法の一つを選択し、前記一サイクル当たりの追加噴射量を補正するようにしたものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
発明の基礎となる技術
図１は、この発明の基礎となる技術による内燃機関の排気浄化法を説明するためのシステム構成図であり、多気筒内燃機関の一気筒分を抜き出して構成を説明するものである。また、図２は、その排気浄化法を説明するフローチャートであり、図３および図４は、排気浄化法を説明するための特性説明図である。
【００２５】
図１において、内燃機関１の吸気通路２にはエアフローセンサ３と、スロットルバルブ４とが設けられ、吸入空気量がスロットルバルブ４により制御されて燃焼室５に導入されると共に、この吸入空気量はエアフローセンサ３により計測され、スロットルバルブ４の開度はスロットル開度センサ６により計測される。また、燃焼室５には燃料噴射手段としてのインジェクタ７と、点火手段としての点火プラグ８とが設けられ、燃焼室５に吸入された吸入空気にインジェクタ７から燃料が噴射されて混合気が形成され、この混合気が所定の点火時期において点火プラグ８により点火されるように構成されている。
【００２６】
内燃機関１の排気通路９には上流側から混合気の空燃比を計測する空燃比センサ１０と、未燃焼ガスなどを酸化して排気ガスを浄化する三元触媒１１と、排気ガスの温度を計測する排気温センサ１２と、Ｎ０ｘを吸着して所定のタイミングで還元処理するＮ０ｘ吸蔵触媒１３とが設けられている。また、内燃機関１のクランク軸１４の回転角と回転速度とはクランク角センサ１５により計測され、エアフローセンサ３とスロットル開度センサ６と空燃比センサ１０と排気温センサ１２とクランク角センサ１５とで計測された各信号は内燃機関１を制御する制御手段１６に入力され、制御手段１６は各センサからの入力信号に基づき内燃機関１を制御する。
【００２７】
制御手段１６の本発明に関与する制御としては、各信号入力に基づくインジェクタ７による燃料の噴射量と噴射時期の制御、および、点火プラグ８による点火時期の制御などであり、そのために制御手段１６には演算手段や記憶手段などが内蔵されている。従って、インジェクタ７を制御する燃料噴射制御手段と、点火プラグ８の点火時期を制御する点火時期制御手段はこの制御手段１６に含まれることになる。また、燃焼室５内にて混合気が燃焼したとき上記のようにＮ０ｘが発生するが、このＮＯｘを吸蔵し、還元するのがＮ０ｘ吸蔵触媒１３であり、燃焼により同時にＳＯｘが発生してＮ０ｘ吸蔵触媒１３に吸着し、ＮＯｘの吸蔵機能を低下させる。制御手段１６はこのＳＯｘを放出させるためにＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度を制御する機能も含むものである。
【００２８】
上記のように排気通路９には上流側に三元触媒１１が、また、下流側にＮ０ｘ吸蔵触媒１３が配置されており、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３を昇温させるために燃料を追加噴射した場合、燃料と三元触媒１１との反応で三元触媒１１と排気ガスとが加熱され、この熱が下流側のＮ０ｘ吸蔵触媒１３に伝達されてＮ０ｘ吸蔵触媒１３が昇温する。三元触媒１１とＮ０ｘ吸蔵触媒１３との温度差は内燃機関１の運転状態により異なるが、運転状態別の両者の温度差を予め求めておき、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３のＳＯｘ放出可能温度を目標温度Ｔｌｎｔとし、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３をこの温度にするための三元触媒１１の目標温度をＴｔｗｃとしたとき、三元触媒１１の温度をＴｔｗｃに制御すればＮ０ｘ吸蔵触媒１３がＴｌｎｔに昇温してＳＯｘが放出されることになる。
【００２９】
この三元触媒１１の温度を制御するとき、三元触媒１１の温度がその耐熱温度を超えないように制御する必要があり、運転状態、または、三元触媒１１とＮ０ｘ吸蔵触媒１３との配置によってはＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度をＴｌｎｔに制御しようとすれば三元触媒１１の温度がその耐熱限界に極めて近づく場合があり、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３を昇温させることが危険な場合も存在し得る。このような状態をより少なくするためには、より高精度に三元触媒１１の温度を制御することが求められるものであり、以下に図２のフローチャートにより高精度に三元触媒１１の温度を制御する制御法を説明する。
【００３０】
図２のフローチャートの処理は内燃機関１の各気筒に対する燃料噴射の設定周期、例えば、所定のクランク角毎に繰り返し実施されるものである。図２において、ルーチンが開始されると、まず、ステップ２０１においては制御手段１６が各センサからの信号を読み取り、内燃機関１の運転状態を検出する。ここではクランク角センサ１５の出力から回転速度と、エアフローセンサ３などの出力から負荷の量を検出すると共に、空燃比センサ１０の出力から内燃機関１の排出ガス温度を推測し、これらのパラメータと排気温センサ１２の出力とから三元触媒１１の温度とＮ０ｘ吸蔵触媒１３の温度とを推測するものである。
【００３１】
次に、ステップ２０２においてＳＯｘ吸着量の推定を行う。このＳＯｘ吸着量の推定は、例えば、内燃機関のリーンバーン運転中における燃料噴射パルスの積算値、すなわち、燃料噴射量を積算することにより行われる。続いてステップ２０３に進み、ここでは上記の運転状態の検出とＳＯｘ吸着量の推定とからＮ０ｘ吸蔵触媒１３の昇温許可判定が行われる。この昇温許可判定は、運転状態からＮ０ｘ吸蔵触媒１３が追加噴射による昇温可能な領域にあるか、運転状態が定常状態にあるか、ＳＯｘの吸着量が所定値を越えているか、などを判定条件として行われるものである。
【００３２】
ステップ２０３にて昇温許可判定がなされると、ステップ２０４において現在追加噴射が実施中であるかどうかを追加噴射モードフラグの確立の有無から判定する。追加噴射モードフラグが確立されていない場合、本周期の処理から追加噴射によるＮＯｘ吸蔵触媒１３の昇温が開始されることになるので、ステップ２０５に進んで追加噴射モードフラグをセットし、さらに、ステップ２０６に進んで追加噴射の実施期間α、つまり、追加噴射の実施サイクル数を決定する。
【００３３】
この追加噴射の実施期間αは、Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度が上記したＳＯｘの放出可能温度Ｔｌｎｔになるまでの期間、言いかえれば三元触媒１１が目標温度Ｔｔｗｃになるまでの期間、追加噴射が実施されるよう実施期間αが決定されるものであるが、この決定方法は、追加噴射する燃料の発生熱量からＮ０ｘ吸蔵触媒１３を目標温度Ｔｌｎｔに昇温させるのに必要な噴射時間、すなわち、追加噴射の実施サイクル数を算出するものである。
【００３４】
追加噴射する燃料一サイクル当たりの発生熱量をＱｉｎｊ［ｃａｌ／ｓｔｒ］とすると、この発生熱量は、
Ｑinj＝｛（Ｇair／Ｋaf）−Ｇfuel｝×Ｈgas・・・・（１）
として算出される。
ここに、
Ｇａｉｒは一サイクル当たりの吸入空気量［ｇ／ｓｔｒ］、
Ｋａｆは主噴射と追加噴射とに対するトータル空燃比［Ａ／Ｆ］、
Ｇｆｕｅｌは主噴射における噴射量［ｇ／ｓｔｒ］、
Ｈｇａｓは燃料の低位発生熱量［ｃａｌ／ｇ］、
である。なお、トータル空燃比Ｋａｆは主噴射のみによる空燃比よりはリッチ側に設定されることになる。
【００３５】
従って、（１）式中の（Ｇａｉｒ／Ｋａｆ）−Ｇｆｕｅｌは追加噴射における燃料の量ということになり、単位は［ｇ／ｓｔｒ］である。この追加噴射燃料の量（以下単に追加噴射量とし、Ｇａｄｄと表示する）は排気ガスの悪化や燃焼の悪化がなく、昇温効果が最も高い値、すなわち、最適値になるように、予め運転状態別に設定されてマップとして記憶手段に格納させており、追加噴射時において内燃機関１の回転速度と負荷量とをパラメータとして検索される。また、追加噴射の噴射タイミングについても排気ガスや燃焼の悪化がないように予め運転状態別にマップとして格納しておき、内燃機関１の回転速度と負荷量とをパラメータとして検索されるようにする。
【００３６】
Ｎ０ｘ吸蔵触媒１３の温度を目標温度Ｔｌｎｔまで昇温させることは上記のように三元触媒１１を目標温度Ｔｔｗｃまで昇温させることであり、この昇温に必要な熱量を上記の（１）式で求めた一ストローク［ｓｔｒ］当たりの発熱量Ｑｉｎｊにて除算することにより、必要な追加噴射のサイクル数、すなわち、追加噴射の回数が算出できる。しかし、追加噴射による発熱量が三元触媒１１に伝達される熱伝導率は内燃機関１の運転状態により変化する。具体的には、排気の流速が速くなるほど熱伝導率は低下することになり、内燃機関１の運転状態に対する補正が必要となる。
【００３７】
図３は、この熱伝導率を補正するための熱伝導補正係数Ｋｈｔを、内燃機関１の回転速度と負荷とをパラメータとして表したものであり、このようにして表される熱伝導補正係数Ｋｈｔをマップとして記憶手段に格納しておく。また、三元触媒１１やＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度は追加噴射による燃料の発熱量にのみ依存するものではなく、排気ガスと各触媒との熱伝導率によっても変わり、これを補正する排気温補正係数Ｋｅｔが必要となる。図４はこの排気温補正係数Ｋｅｔを示したもので、排気ガスの温度と三元触媒１１の温度差に対して決定され、これもマップとして記憶手段に格納しておく。
【００３８】
このような補正係数などの各マップを使用して追加噴射の実施サイクル数α、すなわち、Ｃｙｉｎｊ［ｓｔｒ］は次のようにして算出される。
Ｃyinj＝｛(Ｔtwc−Ｔr)×Ｇcat×Ｃcat｝／Ｑinj×Ｋet×Ｋht・・（２）
ここに、
Ｔｔｗｃは三元触媒１１の目標温度［℃］、
Ｔｒは三元触媒１１の温度［℃］、
Ｇｃａｔは三元触媒１１の重量［ｇ］、
Ｃｃａｔは三元触媒１１の比熱［ｃａｌ／ｇ・℃］、
Ｋｅｔは排気温補正係数、
Ｋｈｔは熱伝導補正係数、
である。
【００３９】
以上のようにしてステップ２０６で追加噴射の実施期間αが決定されると、ステップ２０７に進み、追加噴射量を上記した最適値であるＧａｄｄに設定すると共に追加噴射を実施する。そして、ステップ２０８に進み、追加噴射カウンタをインクリメントする。なお、カウンタの初期値は０である。続いてステップ２０９では追加噴射カウンタがステップ２０６で決定した追加噴射の実施期間αと比較され、カウンタの値がαを越えると追加噴射の実施サイクル数が完了、すなわち、ＳＯｘ放出可能な温度まで昇温したと判定し、ステップ２１０にて追加噴射モードフラグをＯＦＦとしてこの回のルーチンを終了する。
【００４０】
もし、ステップ２０９で追加噴射カウンタが追加噴射の実施期間αに達していなければ追加噴射の実施サイクル数が残っていると判定し、追加噴射のモードフラグはＯＮ状態のままでルーチンを終了し、スタートに戻る。また、ステップ２０４にて追加噴射が実施中であると判定された場合、すなわち、追加噴射モードフラグがＯＮになっている場合においては、ステップ２０４からステップ２０７にとび、上記したステップ２０７からステップ２１０の処理が実行されることになる。
【００４１】
また、ステップ２０３において、運転状態からＮ０ｘ吸蔵触媒１３が追加噴射による昇温可能な領域にないと判定されたとき、または、運転状態が定常状態にないとき、および、ＳＯｘの吸着量が所定値以下であるときなどにおいては昇温不許可と判定される。この場合にはステップ２０３からステップ２１１に進み、ここで追加噴射モードフラグがＯＦＦとされ、さらに、ステップ２１２にて追加噴射カウンタが初期化されてルーチンを終了する。このように、この発明の基礎となる技術における処理は、ＮＯｘ触媒温度１３がＳＯｘ放出可能な温度、つまり、三元触媒１１が目標温度Ｔｔｗｃまで昇温したとき、または、運転状態が追加噴射可能な運転領域から外れたとき、処理を完了することになる。
【００４２】
以上のようにして追加噴射を行い、排気ガスの悪化や三元触媒１１の過昇温などを抑制しながらＮＯｘ吸蔵触媒１３をＳＯｘ放出可能な温度まで精度よく昇温させるものであり、昇温後、ＮＯｘ吸蔵触媒１３中のＳＯｘを放出する期間、ＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度を維持する手段としては、点火時期を遅角させる手段などが用いられる。
【００４３】
以上のように、この発明の基礎となる技術による内燃機関の排気浄化法においては、追加噴射される燃料の量、すなわち、発熱量に基づき、ＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度を目標温度Ｔｉｎｔまで昇温させるのに必要な追加噴射実施期間を算出するようにしたので、精度良く追加噴射の実施期間を決定してＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度を正確に、また、効率的に目標温度まで昇温させることができ、また、過剰な追加噴射による排気ガスの悪化や、三元触媒１１の過昇温等を抑制することができるものである。
【００４４】
実施の形態１．
図５ないし図７は、この発明の実施の形態１による内燃機関の排気浄化法を説明するもので、図５と図７とは、この実施の形態の動作内容を説明する説明図、図６は、動作内容を説明するフローチャートであり、この実施の形態１はこの発明の基礎となる技術にて説明した図２のフローチャートのステップ２０６において、追加噴射の実施サイクル数の算出に剰余分、すなわち、上記の（２）式の計算結果において端数があった場合の対処法に関するものである。
【００４５】
図２のフローチャートのステップ２０６においては上記の（２）式で追加噴射のサイクル数Ｃｙｉｎｊを算出するが、このサイクル数Ｃｙｉｎｊは三元触媒１１を目標温度Ｔｔｗｃにするための必要熱量を予め定められた一サイクル当りの追加噴射量の最適値の発熱量にて除算したものである。従って、ほとんどの演算結果においては、除算結果である商に、サイクル数Ｃｙｉｎｊ［ｓｔｒ］と、剰余分、すなわち、剰余熱量Ｑｒｅｓｔ［ｃａｌ］とが存在することになる。この剰余熱量Ｑｒｅｓｔ［ｃａｌ］を供給するためには、サイクル数Ｃｙｉｎｊに対して一サイクル余分に追加噴射を実施する必要があるが、この追加の１サイクル分は剰余分であるから、Ｃｙｉｎｊ間における一サイクル当たりの噴射量に対しては少ない噴射量となり、主噴射と追加噴射とのトータル空燃比はＣｙｉｎｊ間よりはリーンな状態となる。
【００４６】
この発明の目的は、追加噴射によりＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度を、ＳＯｘの放出可能な目標温度Ｔｌｎｔまで精度よく昇温させるものであるが、吸着されたＳＯｘはＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度が放出可能温度に到達しないと放出されないわけではなく、実際には追加噴射による昇温中であっても、リッチな雰囲気であれば放出可能温度に近づくにつれＳＯｘは放出される。しかし、上記のようにトータル空燃比がリーンな状態となってしまうと、ＮＯｘ吸蔵触媒１３のＳＯｘの放出は行われず、また逆に、ＮＯｘ吸蔵触媒１３がＳＯｘを吸着してしまうことがあり、ＳＯｘの放出効率が悪化してしまう。
【００４７】
追加噴射の実施期間における最後の（剰余分の）一サイクルについてトータル空燃比をリーンにしないために、追加噴射の実施期間をＣｙｉｎｊまでとすると剰余熱量Ｑｒｅｓｔ分が不足し、三元触媒１１が目標温度Ｔｔｗｃまで昇温できず、ＮＯｘ吸蔵触媒１３が目標温度Ｔｌｎｔまで昇温できなくなる。また、最後の一サイクルの追加噴射量をＣｙｉｎｊ間における一サイクル当たりの追加噴射量と同量とすると余分な熱量が加えられることになり、三元触媒１１が目標温度をこえて過昇温になってしまう。上記の（２）式で剰余が生じた場合において、ＳＯｘ放出効率の悪化や三元触媒１１の過昇温を避けながら確実にＳＯｘを放出するためには、追加噴射の実施期間中に噴射する燃料の総発生熱量、つまり、総燃料量を変化させることなく一サイクル当りの追加噴射量を変化させることが効果的である。以下にその制御内容を詳述する。
【００４８】
図５は、この発明の基礎となる技術にて説明した図２のステップ２０６において、三元触媒１１を目標温度Ｔｔｗｃにするための必要熱量と、一サイクル当りの追加噴射量の最適値Ｇａｄｄの発生熱量Ｑｉｎｊとから追加噴射の実施期間を求めたとき、商であるＣｙｉｎｊサイクルと、剰余熱量Ｑｒｅｓｔとが発生した場合における追加噴射の実施期間（サイクル数）と、一サイクル当たりの追加噴射量と、その噴射量での発生熱量とを表したものである。この場合、一サイクル当りの発生熱量をＱｉｎｊとする限りにおいては上記したように剰余熱量Ｑｒｅｓｔが発生して最後の一サイクルのトータル空燃比がリーンとなり、ＳＯｘの放出効率は悪化する。
【００４９】
これに対し、この実施の形態１では図２のステップ２０６において剰余熱量が発生したときに図６のフローチャートに示す処理を行い、その結果に基づきステップ２０７での追加噴射を行うものである。図５に示すような剰余熱量ができたとき、まず、図６のステップ６０１では次のような処理を行う。図５での全噴射サイクルは〔Ｃｙｉｎｊ＋１〕サイクルであり、これを上記（２）式に代入して一サイクル当たりの発生熱量を逆算する。全サイクル数が〔Ｃｙｉｎｊ＋１〕となるため、このときの一サイクル当たりの発生熱量をＱｉｎｊ２とすると、
Qinj2＝｛(Ttwc−Tr)×Gcat×Ccat｝/(Cyinj+1)×Ket×Kht   ・・（３）
となり、このＱｉｎｊ２は、追加噴射の実施期間中に噴射する総燃料量の発生熱量、すなわち、三元触媒１１の温度を目標温度Ｔｔｗｃまで昇温するのに必要な熱量を全噴射サイクル数Ｃｙｉｎｊ＋１にて分割したものとなる。
【００５０】
次にステップ６０２に進み、ここでは上記（１）式のＱｉｎｊにＱｉｎｊ２を代入して発生熱量Ｑｉｎｊ２を供給するために必要な一サイクル当たりの追加噴射量Ｇａｄｄ２を次式にて算出する。
Ｇadd2＝Ｑinj2／Ｈgas   ・・・・・（４）
続いてステップ６０３に進み、一サイクル当たりの追加噴射量Ｇａｄｄ２を噴射するときのトータル空燃比Ｋａｆ２を次式にて求める。
Ｋaf2＝Ｇair／（Ｇadd2＋Ｇfuel）  ・・・（５）
なお、このとき、Ｇｆｕｅｌは主噴射における噴射量であり、内燃機関１のトルクを維持するのに必要な噴射量であるから変更しない。
【００５１】
この実施の形態１では発明の基礎となる技術にて示した図２のフローチャートにおいて、ステップ２０６にて以上の演算処理を行い、結果によりステップ２０７での追加噴射を行うことになるが、その噴射の内容は図７に示すように、噴射の全サイクル数であるＣｙｉｎｊ＋１の間、一サイクル当たりの追加噴射量Ｇａｄｄ２、すなわち、一サイクル当たりの発生熱量Ｑｉｎｊ２の均等な追加噴射になる。このとき、Ｇａｄｄ２はこの発明の基礎となる技術におけるＧａｄｄより少ない値となるが、主噴射Ｇｆｕｅｌに付加されるものであるからトータル空燃比Ｋａｆ２はリッチ側に保たれる。
【００５２】
このように、追加噴射の実施期間算出時に図５のような剰余噴射分が発生した場合においても、追加噴射の実施期間Ｃｙｉｎｊ＋１の間、トータル空燃比が常にリッチとなるように一サイクル当りの追加噴射量をＧａｄｄ２に補正するようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒１３に吸蔵されるＳＯｘを効率的に放出することができると共に、一サイクル当たりの噴射量を精度良く制御するので、ＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度を正確に目標温度まで昇温させることができ、また、過剰な追加噴射による排気ガスの悪化や、三元触媒１１の過昇温等を抑制することができるものである。なお、上記の説明では剰余噴射分が発生した場合の追加噴射の実施期間を一サイクル追加して追加噴射の実施期間をＣｙｉｎｊ＋１としたが、トータル空燃比がリーンな状態とならない限りにおいて追加するサイクル数を二サイクル以上とし追加噴射の実施期間をＣｙｉｎｊ＋ｎとすることができる。
【００５３】
実施の形態２．
図８および図９は、この発明の実施の形態２による内燃機関の排気浄化法を説明するもので、図８は動作内容を説明するフローチャト、図９は動作内容を説明する説明図であり、この実施の形態２おける内燃機関の排気浄化法は、実施の形態１と同様に、この発明の基礎となる技術で用いた図２のフローチャートのステップ２０６において、図５に示したような追加噴射の実施サイクルに剰余熱量が発生した場合に、効果的に補正を行うための他の制御法に関するものである。
【００５４】
この発明の基礎となる技術で用いた図２のフローチャートのステップ２０６において、実施の形態１で用いた図５に示すような追加噴射の実施サイクルに剰余熱量Ｑｒｅｓｔが発生した場合、まず、図８のステップ８０１にてトータル空燃比Ｋａｆ３を設定する。このトータル空燃比Ｋａｆ３は、この発明の基礎となる技術の（１）式で使用するトータル空燃比Ｋａｆよりはリーン側であり、理論空燃比よりはリッチ側に選定される。続いてステップ８０２に進み、トータル空燃比がＫａｆ３ときの追加噴射量Ｇａｄｄ３を次式により算出する。
Ｇadd3＝(Ｇair／Ｋaf3)−Ｇfuel  ・・・・・（６）
なお、Ｇｆｕｅｌは主噴射の噴射量であるから変更しない。
【００５５】
次にステップ８０３に進み、上記（１）式と同様に追加噴射量Ｇａｄｄ３の発生熱量Ｑｉｎｊ３を算出する。なお、（１）式中の（Ｇａｉｒ／Ｋａｆ）−ＧｆｕｅｌはＧａｄｄであるからこの算出は次式となる。
Ｑinj3＝Ｇadd3×Ｈgas・・・・・・・・（７）
続いてステップ８０４に進み、ここではこの発明の基礎となる技術で説明した追加噴射量の最適値Ｇａｄｄの発生熱量Ｑｉｎｊと、ステップ８０３で求めた追加噴射量Ｇａｄｄ３の発生熱量Ｑｉｎｊ３との差をΔＱｉｎｊ＝Ｑｉｎｊ−Ｑｉｎｊ３として求める。
【００５６】
さらに、ステップ８０５においては追加噴射量の最適値Ｇａｄｄの発生熱量Ｑｉｎｊと剰余熱量Ｑｒｅｓｔとから、追加噴射の最後のサイクルであるＣｙｉｎｊ＋１サイクル目において、熱量Ｑｉｎｊを供給するのに不足している熱量ΔＱ(以下、不足熱量と称す)を、ΔＱ＝Ｑｉｎｊ−Ｑｒｅｓｔとして求める。最後にステップ８０６において、ステップ８０４とステップ８０５とで求めた発生熱量差ΔＱｉｎｊと不足熱量ΔＱとからトータル空燃比Ｋａｆ３を維持する、言い換えれば、噴射量Ｇａｄｄ３にて追加噴射を実施する所定の期間ｎを、
ｎ＝ΔＱ／ΔＱｉｎｊ  ・・・・（８）
として算出する。
【００５７】
すなわち、追加噴射量の最適値Ｇａｄｄより少ない噴射量Ｇａｄｄ３にてｎ回噴射することにより、最後のサイクルにおける不足熱量ΔＱを吸収し、最後のサイクルＣｙｉｎｊ＋１目における追加噴射量を最適値のＧａｄｄとするものである。このようにして算出されたこの実施の形態における追加噴射の実施期間と追加噴射毎の追加噴射量、および、その噴射量での発生熱量を示したのが図９の説明図である。上記のようにして求めた追加噴射量Ｇａｄｄ３による追加噴射を第一のサイクルから第ｎのサイクルまで行い、ｎ＋１のサイクルからＣｙｉｎｊ＋１の最終サイクルまでを追加噴射量Ｇａｄｄにて追加噴射することにより、最終サイクルにおける不足熱量ΔＱを吸収することができる。
【００５８】
このように処理することにより、追加噴射の実施期間算出時に剰余熱量が発生した場合においても、追加噴射の実施期間における最終サイクルのトータル空燃比がリーンの状態になることがなく、ＮＯｘ吸蔵触媒１３のＳＯｘを効率よく放出できることになる。また、一サイクル当りの追加噴射量を制御して三元触媒１１の温度を目標温度まで昇温するのに必要な熱量を精度良く与えるので、また、所定の期間ｎサイクルまでは理論空燃比よりリッチなＧａｄｄ３にて、ｎサイクルの経過後は、追加噴射量の最適値Ｇａｄｄにて追加噴射を行うので、ＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度を精度よく目標温度まで昇温する事ができるものである。
【００５９】
実施の形態３．
図１０および図１１は、この発明の実施の形態３による内燃機関の排気浄化法を説明するもので、図１０は動作内容を説明するフローチャト、図１１は動作内容を説明する説明図であり、この実施の形態３における内燃機関の排気浄化法は、この発明の基礎となる技術で用いた図２のフローチャートのステップ２０６において、図５に示したような追加噴射の実施サイクルに剰余熱量が発生した場合に、剰余熱量の追加噴射を一サイクル目に行い、二サイクル目から最終サイクルまでを実施の形態１にて説明した追加噴射量の最適値Ｇａｄｄにて追加噴射を行うことにより、ＳＯｘを効率よく放出させると共に触媒温度を精度よく目標温度まで昇温させるようにしたものである。
【００６０】
図１０によりこの動作を説明すると、図２のステップ２０６にて剰余熱量Ｑｒｅｓｔが発生した場合、図１０のステップ１００１にて剰余熱量Ｑｒｅｓｔを供給するための追加噴射量Ｇｒｅｓｔを、
Ｇrest＝Ｑrest／Ｈgas  ・・・・・・・・（９）
として算出する。続いてステップ１００２にて噴射量Ｇｒｅｓｔを追加噴射するときのトータル空燃比Ｋａｆ４を、
Ｋaf4＝Ｇair／(Ｇfuel＋Ｇrest)  ・・・（１０）
として求める。
【００６１】
図１１はこのようにして求めた追加噴射の実施期間と、追加噴射毎の追加噴射量、および、その噴射量での発生熱量とを示したものである。すなわち、追加噴射の実施期間Ｃｙｉｎｊ＋１サイクルの内、ステップ１００１にて求めた噴射量Ｇｒｅｓｔを追加噴射開始の一サイクル目に追加噴射し、その後、二サイクル目からＣｙｉｎｊ＋１サイクル目までは、この発明の基礎となる技術にて説明した噴射量の最適値Ｇａｄｄにて追加噴射を実施する。
【００６２】
このように追加噴射することにより、追加噴射の実施期間算出時に剰余熱量が発生した場合においても、追加噴射実施期間最後の追加噴射時にトータル空燃比がリーンの状態になることがなく、ＮＯｘ吸蔵触媒１３中のＳＯｘを効率よく放出できると共に、一サイクル当りの追加噴射量を制御して、触媒温度を目標温度まで昇温するのに必要な熱量を精度良く与えることができ、ＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度を精度よく目標温度まで昇温させる事ができるものである。また、追加噴射実施期間の一サイクル目は二サイクル目以降の追加噴射量に比べて少量であるが、まだＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度が低い状態であるため、ＳＯｘ放出の効率にはほとんど影響を与えることなく、追加噴射開始からトータル空燃比がリッチになる場合にくらべ、排気ガスが改善されるものである。
【００６３】
実施の形態４．
図１２は、この発明の実施の形態４による内燃機関の排気浄化法を説明する説明図であり、この実施の形態における内燃機関の排気浄化法は、この発明の基礎となる技術で用いた図２のフローチャートのステップ２０６において、図５に示したような追加噴射の実施サイクルに剰余熱量が発生した場合に、実施の形態２にて説明したように、追加噴射の第一のサイクルから第ｎのサイクルまでと、ｎ＋１サイクル以降との噴射量を変えてトータル空燃比がリーン状態にならないようにし、ＳＯｘを効率よく放出するようにしたものであり、実施の形態２に対し、トータル空燃比制御の内容を変えたものである。
【００６４】
従って、制御の流れは実施の形態２で説明した図８のフローチャートと同じであるが、制御の値が変わるものであり、図８の流れに沿って説明する。まず、トータル空燃比を設定するステップ８０１では次のように内容が変更される。すなわち、ここで設定されるトータル空燃比をＫａｆ５とすると、Ｋａｆ５は実施の形態２のＫａｆ３よりはリーン側に設定され、このときの空燃比は追加噴射を含めた理論空燃比よりはリーンとされるが、主噴射のみの空燃比よりは追加噴射分リッチな値となる。また、追加噴射量を算出するステップ８０２においてはこのトータル空燃比の値Ｋａｆ５に対する追加噴射量Ｇａｄｄ５が上記の（６）式を使用して次のように算出される。
Ｇadd5＝(Ｇair／Ｋaf5)−Ｇfuel  ・・・・・（１１）
【００６５】
続いて発生熱量を算出するステップ８０３においては上記の（７）式を使用して追加噴射量Ｇａｄｄ５に対する発生熱量Ｑｉｎｊ５が
Ｑinj5＝Ｇadd5×Ｈgas    ・・・・・・・・（１２）
として算出される。続いて、発生熱量の差を求めるステップ８０４では、この発明の基礎となる技術で説明した追加噴射量の最適値Ｇａｄｄに対する発生熱量Ｑｉｎｊと、上記の追加噴射量Ｇａｄｄ５に対する発生熱量Ｑｉｎｊ５との差がΔＱｉｎｊ＝Ｑｉｎｊ−Ｑｉｎｊ５として求められる。さらに、剰余熱量Ｑｉｎｊに対する不足熱量を算出するステップ８０５と所定期間ｎを算出するステップ８０６とでは、上記の実施の形態２の場合と同様にして算出され、最終的に所定期間ｎが算出される。
【００６６】
このようにして算出されたこの実施の形態４における追加噴射の実施期間と追加噴射毎の追加噴射量、および、その噴射量での発生熱量を示したのが図１２の説明図であり、上記のようにして求めた追加噴射量Ｇａｄｄ５による追加噴射を第一のサイクルから第ｎのサイクルまで行い、ｎ＋１のサイクルからＣｙｉｎｊ＋１の最終サイクルまでを実施の形態１で説明した追加噴射量の最適値Ｇａｄｄにて追加噴射することにより不足熱量ΔＱを吸収する。
【００６７】
追加噴射をこのように制御することにより、追加噴射の実施期間算出時に剰余が発生した場合においても追加噴射実施期間最後の追加噴射時にトータル空燃比がリーン状態になることがなく、ＮＯｘ吸蔵触媒１３に吸蔵されたＳＯｘを効率よく放出できると共に、一サイクル当りの追加噴射量を制御して必要な熱量を精度良く与え、ＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度を精度よく目標温度まで昇温させることができ、さらに、ＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度が低い追加噴射開始時点での空燃比がリーン状態となるようにしたので、ＳＯｘの放出効率にはほとんど影響を与えることなく、排気ガスの改善が可能になるものである。
【００６８】
実施の形態５．
図１３は、この発明の実施の形態５による内燃機関の排気浄化法を説明する説明図であり、この実施の形態における内燃機関の排気浄化法は、実施の形態１乃至実施の形態４と同様に、この発明の基礎となる技術で用いた図２のフローチャートのステップ２０６において、図５に示したような追加噴射の実施サイクルに剰余熱量が発生した場合に、実施の形態２にて説明したように、追加噴射の第一のサイクルから第ｎのサイクルまでと、ｎ＋１サイクル以降との噴射量を変えてトータル空燃比がリーン状態にならないようにし、ＳＯｘを効率よく放出するようにしたものであり、上記の実施の形態４の場合と異なる点は、追加噴射の第一サイクルから第ｎサイクルまでのトータル空燃比が理論空燃比に制御されるようにしたものである。
【００６９】
従って、制御の流れは実施の形態４の場合と同様に図８のフローチャートと同じであり、図８の流れに沿って説明すると、まず、ステップ８０１ではトータル空燃比が設定されるが、このトータル空燃比をＫａｆ６とすると、Ｋａｆ６は主噴射と追加噴射とを含めた空燃比を理論空燃比に設定される。また、追加噴射量を算出するステップ８０２では、このトータル空燃比Ｋａｆ６に対する追加噴射量Ｇａｄｄ６が上記の（６）式や（１１）式と同様にして算出される。
【００７０】
ステップ８０３では上記の（７）式、または、（１２）式と同様にして追加噴射量Ｇａｄｄ６に対する発生熱量Ｑｉｎｊ６が算出され、テップ８０４では実施の形態１で説明した追加噴射量の最適値Ｇａｄｄに対する発生熱量Ｑｉｎｊと、上記の発生熱量Ｑｉｎｊ６との差がΔＱｉｎｊ＝Ｑｉｎｊ−Ｑｉｎｊ６として求められる。さらに、ステップ８０５とステップ８０６とでは実施の形態２および実施の形態４同様にして不足熱量ΔＱと所定期間ｎとが算出される。
【００７１】
このようにして算出されたこの実施の形態５における追加噴射の実施期間と、追加噴射毎の追加噴射量と、その噴射量での発生熱量を示したのが図１３の説明図であり、上記のようにして求めた追加噴射量Ｇａｄｄ６による追加噴射を第一サイクルから第ｎサイクルまで行い、ｎ＋１のサイクルからＣｙｉｎｊ＋１の最終サイクルまでを実施の形態１で説明した追加噴射量の最適値Ｇａｄｄにて追加噴射することにより不足熱量ΔＱを吸収する。
【００７２】
このように追加噴射を制御することにより、追加噴射の実施期間算出時に剰余熱量が発生しても、追加噴射実施期間における最後の追加噴射時にトータル空燃比がリーン状態になることがなく、ＮＯｘ吸蔵触媒１３に吸蔵されたＳＯｘを効率よく放出できると共に、一サイクル当りの追加噴射量を制御して必要な熱量を精度良く与え、ＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度を精度よく目標温度まで昇温させることができ、さらに、所定の期間ｎ、すなわち、第一サイクルから第ｎサイクルまでの期間は主噴射と追加噴射のトータル空燃比が理論空燃比となるようにしたので、追加噴射開始の初期時点での触媒の発熱効果を高めることができ、三元触媒１１、従ってＮＯｘ吸蔵触媒１３の昇温を速めることができるものである。
【００７３】
実施の形態６．
実施の形態６による内燃機関の排気浄化法は、実施の形態１乃至実施の形態５と同様に、この発明の基礎となる技術で用いた図２のフローチャートのステップ２０６において、図５に示したような追加噴射の実施サイクル数の算出時に剰余熱量が発生した場合の追加噴射の制御に関するものであり、この実施の形態６においては、追加噴射の実施期間がＣｙｉｎｊであり、追加噴射に剰余熱量が発生したとき、この剰余熱量Ｑｒｅｓｔを供給するための追加噴射量Ｇｒｅｓｔを求め、この追加噴射量Ｇｒｅｓｔと主噴射とのトータル空燃比が理論空燃比かそれよりリッチ側になる場合には、そのままＣｙｉｎｊ＋１サイクル目に追加噴射量Ｇｒｅｓｔを追加噴射し、リーン側になる場合には実施の形態１乃至実施の形態５で説明した制御のいずれかを実行するものである。
【００７４】
Ｃｙｉｎｊ＋１サイクル目の追加噴射をこのように制御しても追加噴射実施期間最後の追加噴射時にトータル空燃比がリーン状態になることがなく、ＮＯｘ吸蔵触媒１３に吸蔵されたＳＯｘを効率よく放出できると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒１３の温度を精度よく目標温度まで昇温させることができるものである。また、実施の形態１乃至実施の形態５による制御法を複数備えており、剰余熱量Ｑｒｅｓｔの値に応じて有利な制御を使い分けることにより、ＳＯｘの放出やＮＯｘ吸蔵触媒１３の昇温を速めたり、排気ガスをより改善したりすることができるものである。特に、実施の形態２と４と５とは第一サイクルから第ｎサイクルまでのトータル空燃比を変えたものであり、剰余熱量Ｑｒｅｓｔの値に応じて使い分けることにより容易に制御ができるものである。
【００７５】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１に記載のこの発明による内燃機関の排気浄化法によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒の昇温に必要な熱量を、予め設定された内燃機関の一サイクル当たりの追加噴射量の最適値の発熱量で除算することにより、前記追加噴射の実施サイクル数を算出し、該算出時に前記追加噴射の実施サイクル数以外に剰余熱量が存在するとき、前記追加噴射の実施サイクル数と前記一サイクル当たりの追加噴射量との補正を行うことにより、前記剰余熱量を吸収するようにしたので、精度良く追加噴射の実施期間を決定してＮＯｘ吸蔵触媒の温度を正確に、また、効率的に目標温度まで昇温させることができ、ＮＯｘ吸蔵触媒の上流側に設けられた三元触媒の過昇温を抑制することができるのは勿論、小さい値の剰余熱量に対する少量噴射を避けて追加噴射を安定させると共に、少量噴射による空燃比の希薄化を避けて硫黄酸化物の吸着を抑制し、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を正確に目標温度まで昇温して吸着された硫黄酸化物を効率的に放出させることができるものである。
【００７６】
また、請求項２に記載の発明によれば、剰余熱量が存在するとき、追加噴射の実施サイクル数を除算の商の値に対して少なくとも一サイクル追加し、この追加したサイクルを含めた各サイクルに剰余熱量に対する噴射量と追加噴射量とを振り分けて補正するようにしたので、各サイクルにおける追加噴射量が追加噴射量の最適値を越えることなく振り分けられ、過剰な追加噴射による排気ガスの悪化を抑制しながらＮＯｘ吸蔵触媒の温度を正確に、また、効率的に目標温度まで昇温させることができるものである。
【００７７】
また、請求項３に記載の発明によれば、追加噴射の実施サイクルの内、少なくとも最終サイクルにおける追加噴射量は、主燃料噴射と追加噴射とに対するトータル空燃比がリッチになるように補正したので、最終サイクルにおける空燃比がリーンになることによる硫黄酸化物の吸着を抑制し、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着された硫黄酸化物を効率よく放出することができるものである。
【００７８】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、追加噴射の実施サイクル期間中における一サイクル当たりの追加噴射量は、主燃料噴射と前記追加噴射とに対するトータル空燃比が常にリッチになるように補正したので、追加噴射の期間中においてはＮＯｘ吸蔵触媒に対する硫黄酸化物の吸着を抑制しながら目標温度まで正確に昇温することができ、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着された硫黄酸化物を効率よく放出することができるものである。
【００７９】
さらにまた、請求項５に記載の発明によれば、追加噴射の実施サイクル期間中における一サイクル当たりの追加噴射量を、常に同量になるように補正したので、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を正確に、かつ、速やかに目標温度まで昇温させることができ、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着された硫黄酸化物を効率よく放出することができるものである。
【００８０】
また、請求項６に記載の発明によれば、追加噴射の実施サイクル期間中における一サイクル当たりの追加噴射量が、追加噴射の実施開始から所定のサイクル数までは追加噴射量の最適値より少ない値に補正され、所定のサイクル数以降、最終サイクルまでは追加噴射量の最適値にて追加噴射がなされるようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を正確に、かつ、速やかに目標温度まで昇温させることができると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低い追加噴射開始から所定のサイクル数までは空燃比が追加噴射量の最適値よりはリーンな状態となるため、排気ガスの改善が可能になり、排出ガスを抑制しながらＮＯｘ吸蔵触媒の昇温が可能になるものである。
【００８１】
さらに、請求項７に記載の発明によれば、追加噴射の実施開始から所定のサイクル数までの追加噴射量は、主燃料噴射と追加噴射とのトータル空燃比が追加噴射量の最適値による空燃比と理論空燃比との間の値に補正されるようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒に対する硫黄酸化物の吸着を抑制しながら目標温度まで正確に、かつ、速やかに昇温することができ、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着された硫黄酸化物を効率よく放出することができると共に、排気ガスの改善が可能になるものである。
【００８２】
さらにまた、請求項８に記載の発明によれば、追加噴射の実施開始から所定のサイクル数までの追加噴射量は、主燃料噴射と追加噴射とのトータル空燃比が主噴射のみによる空燃比と理論空燃比との間の値に補正されるようにしたので、請求項９の場合と同様にＮＯｘ吸蔵触媒に対する硫黄酸化物の吸着を抑制しながら目標温度まで正確に、かつ、速やかに昇温することができると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着された硫黄酸化物の放出に影響を与えることなく排気ガスをさらに改善することがが可能になるものである。
【００８３】
また、請求項９に記載の発明によれば、追加噴射の実施開始から所定のサイクル数までの追加噴射量を、主燃料噴射と前記追加噴射とのトータル空燃比がほぼ理論空燃比になるように補正するので、ＮＯｘ吸蔵触媒に対する硫黄酸化物の吸着を抑制しながら目標温度まで正確に、かつ、速やかに昇温させ、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着された硫黄酸化物を効率よく放出することができると共に、内燃機関の運転性能に影響を与えず、排気ガスのさらなる改善が可能になるものである。
【００８４】
さらに、請求項１０に記載の発明によれば、追加噴射の実施サイクル期間中における一サイクル当たりの追加噴射量が、追加噴射開始の第一サイクル目の噴射量は剰余熱量に相当する追加噴射量とされ、第二サイクルから最終サイクルまでの噴射量は追加噴射量の最適値にて追加噴射がなされるようにしたので、第一サイクル目の追加噴射での空燃比はリーンとなるが、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低いのでＳＯｘの放出効率にはほとんど影響せず、排気ガスが改善されると共に、第二サイクル目からは追加噴射量の最適値にて追加噴射がなされるので、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を精度よく目標温度まで昇温させることができ、吸蔵されたＳＯｘを効率よく放出することができるものである。
【００８５】
さらにまた、請求項１１に記載の発明によれば、追加噴射の実施サイクル数の算出時において、追加噴射の必要サイクル数以外に剰余熱量が存在するとき、剰余熱量に必要な噴射量を算出し、この噴射量と主燃料噴射の噴射量とのトータル空燃比が理論空燃比よりリッチであるとき、追加噴射の実施サイクル数を一サイクル追加して最終サイクルにおいて剰余噴射量を追加噴射するようにしたので、各噴射サイクル毎の噴射量の算出が不要となり、ＳＯｘの放出効率に影響を与えることなく処理を容易なものとすることができるものである。
【００８６】
また、請求項１２に記載の発明によれば、一サイクル当たりの追加噴射量の最適値が、内燃機関の運転状態別に、追加噴射による排気ガスや燃焼の悪化が少なく、高い昇温効果が得られる値に予め設定されるようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒を所定の温度に昇温させるとき、過剰な追加噴射による排気ガスの悪化を抑制し、ＮＯｘ吸蔵触媒を正確に、また、効率的に目標温度まで昇温させることができるものである。
【００８７】
また、請求項１３に記載の発明によれば、一サイクル当たりの追加噴射量を補正する複数の補正法を備えており、剰余熱量の大きさに対応して複数の補正法の内の一つを選択し、一サイクル当たりの追加噴射量を補正するようにしたので、上記した各処理法の内、最も排気ガスや燃焼の悪化が少なく、高い昇温効果が得られる処理法を選択して実施することができ、排気ガスの改善とＳＯｘの放出とを効果的なものとすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の基礎となる技術による内燃機関の排気浄化法を説明するシステム構成図である。
【図２】  この発明の基礎となる技術による内燃機関の排気浄化法のフローチャートである。
【図３】  この発明の基礎となる技術による内燃機関の排気浄化法の特性説明図である。
【図４】  この発明の基礎となる技術による内燃機関の排気浄化法の特性説明図である。
【図５】  この発明の実施の形態１による内燃機関の排気浄化法の動作説明図である
。
【図６】  この発明の実施の形態１による内燃機関の排気浄化法のフローチャートである。
【図７】  この発明の実施の形態１による内燃機関の排気浄化法の動作説明図である
。
【図８】  この発明の実施の形態２による内燃機関の排気浄化法のフローチャートである。
【図９】  この発明の実施の形態２による内燃機関の排気浄化法の動作説明図である
。
【図１０】  この発明の実施の形態３による内燃機関の排気浄化法のフローチャートである。
【図１１】  この発明の実施の形態３による内燃機関の排気浄化法の動作説明図である。
【図１２】  この発明の実施の形態４による内燃機関の排気浄化法の動作説明図である。
【図１３】  この発明の実施の形態５による内燃機関の排気浄化法の動作説明図である。
【符号の説明】
１    内燃機関
２    吸気通路
３    エアフローセンサ
４  スロットルバルブ
５    燃焼室
６    スロットル開度センサ
７  インジェクタ（燃料噴射手段）
８    点火プラグ（点火手段）
９    排気通路
１０    空燃比センサ
１１    三元触媒
１２    排気温センサ
１３    ＮＯｘ吸蔵触媒
１４    クランク軸
１５    クランク角センサ
１６    制御手段
【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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