JP2004308526A

JP2004308526A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2004308526A
Application number: JP2003101925A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Yamaguchi; 正晃山口; Hisashi Oki; 久大木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: JP4107137B2

Abstract

【課題】排気系に還元剤として燃料の添加をする場合のフィードバック制御における学習値を、その学習時と同様な筒内の燃焼状態の場合にのみ反映させることで、正確な量の還元剤の添加が可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気系に設置される排気浄化装置と、排気浄化装置に対して燃料を添加する燃料添加手段と、排気浄化装置下流の空燃比を検出する第１の空燃比検出手段と、を備える。第１の空燃比検出手段により検出された空燃比が目標空燃比になるようにフィードバック値を求め、このフィードバック値を学習値として記憶して次回以降の燃料添加量に反映させる。さらに、筒内から排出される排気の空燃比を検出する第２の空燃比検出手段を有し、この第２の空燃比検出手段により検出された空燃比に対応させて記憶した学習値を適用して、燃料添加手段から添加される燃料量を決定する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関や希薄燃焼式ガソリン機関のように酸素過剰状態の混合気を燃焼させて機関運転がなされる内燃機関では、排気中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を浄化すべく排気浄化装置として、その排気通路にＮＯｘ吸収材が設けられる。
【０００３】
このようなＮＯｘ吸収材は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に代表されるように、流入排気の空燃比が高いときその排気中のＮＯｘを吸収し、流入排気の空燃比が低いときその吸収していたＮＯｘを放出する性質を備えており、このＮＯｘ吸収材を排気通路に配置した場合には、内燃機関より排出されるＮＯｘがこのＮＯｘ吸収材に吸収され、適宜、排気中への燃料添加による還元雰囲気で放出される。
【０００４】
また、内燃機関の燃料中には、通常、硫黄分なども含まれており、機関燃焼時には、ＮＯｘのみならず、ＳＯ_２やＳＯ_３などの硫黄酸化物（以下、ＳＯｘという）も同時に生成され、このＳＯｘもＮＯｘと同様に、ＮＯｘ吸収材に吸収されるが、時間の経過と共に化学的に安定した硫酸塩（ＢａＳＯ_４）となって、ＮＯｘ吸収材に蓄積される。
【０００５】
このため、ＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収材本来の機能が阻害されるＳＯｘ被毒が生じるので、ＮＯｘ吸収材に吸収されるＳＯｘは、所定のタイミングにてＮＯｘ吸収材より放出させる必要がある。
【０００６】
このような目的で排気中に還元剤としての燃料添加する装置が知られているが、例えば、内燃機関の排気通路にＮＯｘ吸収材を設け、このＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供給する還元剤供給手段と、還元剤供給手段によって供給すべき還元剤の量を、ＮＯｘ吸収材を経て流出した排気の空燃比に基づき補正する還元剤供給量補正手段を備える排気浄化装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
このような排気浄化装置の還元剤供給量補正手段では、ＮＯｘ吸収材下流の空燃比に基づき、還元剤供給手段にて供給される還元剤の供給量を所定の条件下において必要とされる還元剤の供給量に収束させる、いわゆるフィードバック制御を実施して、燃料添加ノズルから添加される燃料量を決定している。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１８８４３０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなフィードバック制御を実施しても、なお触媒の温度を正確にコントロールできない場合がある。そこで、内燃機関の筒内の燃焼空燃比の変化に着目したところ、筒内の空燃比の変化を考慮することで、より正確に排気中への必要な燃料添加量を制御できることが見出された。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、排気系に還元剤として燃料の添加をする場合のフィードバック制御における学習値を、その学習時と同様な筒内の燃焼状態の場合にのみ反映させることで、正確な量の還元剤の添加が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技術的課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明は、排気中への燃料の添加を実施するにあたり、ベースとなる筒内の空燃比に対応させて燃料添加による空燃比制御のフィードバック学習値を記憶し、ベースとなる空燃比が同一または近似している場合にその学習値を適用するようにした。
【００１２】
すなわち、排気系に設置される排気浄化装置と、
前記排気浄化装置に対して燃料を添加する燃料添加手段と、
前記排気浄化装置下流の空燃比を検出する第１の空燃比検出手段と、を備え、
前記第１の空燃比検出手段により検出された空燃比が目標空燃比になるようにフィードバック値を求め、このフィードバック値を学習値として記憶し、次回以降の燃料添加量に反映させる内燃機関において、
筒内から排出される排気の空燃比を検出する第２の空燃比検出手段をさらに有し、この第２の空燃比検出手段により検出された空燃比に対応させて記憶した学習値を適用して、前記燃料添加手段から添加される燃料量を決定することを特徴とする。
【００１３】
このようにすれば、内燃機関の燃焼状態が変化してベースとなる筒内の空燃比が変わっても、排気系への燃料添加のフィードバック制御に際して、常にその燃焼状態に適合した学習値が選択され適用されるので、より正確な燃料の添加が実施できる。
【００１４】
この場合、筒内の空燃比を値によって複数の段階に区分し、燃料の添加時の空燃比の値が属する段階に対応する学習値を適用することが好適である。
【００１５】
空燃比を値によって区分して定められる段階はいくつであっても良いが、通常は２から４段階程度に分割するのが好適である。
【００１６】
前記学習値は、次回の燃料添加時に、筒内の空燃比が所定の対応する段階に属すると判断された場合にのみ反映させることが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、排気系に設置された触媒のＳＯｘ被毒回復制御で前記燃料添加を実施する場合に適用することができる。
【００１８】
本発明によれば、排気系への燃料添加のフィードバック制御に際し、内燃機関の燃焼状態に適合した学習値が選択されて適用される。したがって、筒内の燃料がリーンの状態での空燃比学習値と、リッチの状態の空燃比学習値が異なることに起因して、同一の学習値を適用した場合に生じる虞がある触媒の過熱が防止できる。特に、ＳＯｘ被毒回復制御において、添加される燃料量が必要以上に増大して触媒温度が上昇することが抑制される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気浄化装置の具体的な実施態様を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２０】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２１】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２２】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通し、この燃料ポンプ６から吐出された燃料は、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。
【００２３】
内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２４】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続され、吸気枝管８の直上流に位置する部位には、この吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。
【００２５】
また、吸気管９の上流に設置したエアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００２６】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００２７】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にて大気へと通じている。
【００２８】
前記排気管１９の途中には、ＮＯｘ保持材を含む吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０（以下、単にＮＯｘ触媒とする。）が設けられている。ＮＯｘ触媒２０は、コージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。なお、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ_２ストレージ）能のある例えばセリア（ＣｅＯ_２）等の遷移金属が添加されている。
【００２９】
このＮＯｘ触媒２０は、このＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを保持し、一方、このＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは保持していたＮＯｘを離脱させる。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、このＮＯｘ触媒２０から離脱したＮＯｘが還元される。また、セリア（ＣｅＯ_２）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。
【００３０】
ＮＯｘ触媒２０より上流の排気管１９には、この排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４が取り付けられている。また、ＮＯｘ触媒２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気中のＮＯｘ濃度に対応した電気信号を出力するＮＯｘセンサ２３及び排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２２が取り付けられている。
【００３１】
ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気中の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒２０に保持されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長時間継続されると、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ保持能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒２０にて保持されずに大気中へ放出されてしまう。
【００３２】
特に、内燃機関１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ保持能力が飽和し易い。
【００３３】
なお、ここでいうリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては、例えば２０から５０の範囲であり、三元触媒ではＮＯｘを浄化できない領域を意味する。したがって、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ保持能力が飽和する前にＮＯｘ触媒２０に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに燃料の濃度を高め、ＮＯｘ触媒２０に保持されたＮＯｘを還元させる必要がある。
【００３４】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号参照）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。排気中の燃料添加では、ＮＯｘ触媒２０より上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する燃料供給機構を備え、この燃料供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに燃料の濃度を高めることができる。
【００３５】
燃料供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、後述するＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射する燃料添加弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記燃料添加弁２８へ導く燃料供給路２９と、を備えている。
【００３６】
このような燃料供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が燃料供給路２９を介して燃料添加弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該燃料添加弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００３７】
燃料添加弁２８から排気枝管１８内へ噴射された燃料は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させると共に、ＮＯｘ触媒２０に到達し、ＮＯｘ触媒２０に保持されていたＮＯｘを還元することになる。
【００３８】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により燃料添加弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への燃料の添加が停止される。
【００３９】
また、内燃機関１には、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ３３が設けられている。
【００４０】
以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）３５が併設されている。このＥＣＵ３５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の運転状態を制御するユニットである。
【００４１】
ＥＣＵ３５は、双方向性バス３５０によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３５３、ＣＰＵ（中央制御装置）３５１、入力ポート３５６、出力ポート３５７を備えている。
【００４２】
ＥＣＵ３５の入力ポート３５６には、上記した各種センサの出力信号の他、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル開度センサ３６、クランクシャフトの回転数を検知するクランク角センサ３３等が対応したＡ／Ｄ変換器３５５を介して、又は、直接入力されている。
【００４３】
一方、出力ポート３５７には、燃料噴射弁３、燃料添加弁２８などが接続されている。
【００４４】
また、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３５２上には、各種予備実験に基づき作成された制御マップが各装置に対応して設けられている。ＣＰＵ３５１は、入力ポート３５６に入力された各種センサの出力信号をＲＯＭ３５２上に展開された制御マップに照らし合わせ、その制御マップにおいて算出された値に基づく各種制御信号を出力ポート３５７を介して各種装置に出力する。ＲＡＭ３５３は、入力ポート３５６に入力される各種センサからの出力信号、及び出力ポート３６７に出力された制御信号などを内燃機関の運転履歴として記録する。そして、ＣＰＵ３５１から要求を受けてそのＣＰＵ３５１との間で各種信号の入出力を行う。
【００４５】
ＥＣＵ３５では、現在の機関運転に要求される「目標要求トルク」をクランク角センサ３３およびアクセル開度センサ３６の出力信号等に基づき算出し、この目標要求トルクを得るべく燃料噴射弁３や燃料ポンプ６に出力される制御信号を適時更新して、燃料供給系における燃料供給量の補正を行う。また、各種センサからの出力値に基づき、後述の排気浄化装置における燃料の供給制御などをも同時に実行する。
【００４６】
ところで、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とすることで、このＮＯｘ触媒２０に保持されたＮＯｘを還元することが可能となる。しかし、ＮＯｘ触媒２０では、ＮＯｘを保持する場合と同様のメカニズムでＳＯｘの吸収が生じるが、一旦保持されたＳＯｘはＮＯｘよりも離脱しにくく、酸素濃度が低下した還元雰囲気でＮＯｘの放出が行われてもＳＯｘは離脱せずに、次第にＮＯｘ触媒２０内に蓄積される。このような硫黄被毒（以下、ＳＯｘ被毒という）は、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ浄化率を低下させる原因となる。したがって、適宜の時期に、ＮＯｘ触媒２０からＳＯｘを放出させる被毒回復処理を施す必要がある。このようなＳＯｘ被毒回復制御は、ＥＣＵ３５によって実行される。
【００４７】
上述したＳＯｘ被毒のメカニズムはおよそ以下のとおりである。
【００４８】
燃料が内燃機関１で燃焼すると、二酸化硫黄（ＳＯ_２）や三酸化硫黄（ＳＯ_３）などのＳＯｘが生成される。ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気中の二酸化硫黄（ＳＯ_２）や三酸化硫黄（ＳＯ_３）等のＳＯｘが白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）の形でＮＯｘ触媒２０に保持される。
【００４９】
さらに、ＮＯｘ触媒２０に吸収された硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ_４）を形成する。この硫酸塩（ＢａＳＯ_４）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ_３）_２）に比して安定していて分解し難く、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずに、ＮＯｘ触媒２０内に残留する。
【００５０】
このようにして、ＮＯｘ触媒２０における硫酸塩（ＢａＳＯ_４）の量が増加すると、それに応じてＮＯｘの保持に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ保持能力が低下してＳＯｘ被毒が発生する。
【００５１】
ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒を解消する方法としては、ＮＯｘ触媒２０の雰囲気温度をおよそ６００乃至６５０℃の高温域まで昇温させるとともに、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、ＮＯｘ触媒２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）をＳＯ_３ ⁻やＳＯ_４ ⁻に熱分解し、次いでＳＯ_３ ⁻やＳＯ_４ ⁻を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ_２ ⁻に還元する方法を例示することができる。
【００５２】
本実施の形態では、ＥＣＵ３５は、燃料添加弁２８から排気中へ燃料を添加することにより、それらの未燃燃料成分をＮＯｘ触媒２０において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってＮＯｘ触媒２０の床温を高めるようにする。同時に、各気筒の膨張行程若しくは排気行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させても良い。
【００５３】
上記したような燃料添加により、ＮＯｘ触媒２０の床温が６００℃から６５０℃程度の高温域まで上昇する。その後も、引き続きＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるべくＥＣＵ３５は、燃料添加弁２８から燃料を噴射する。
【００５４】
上述の被毒回復処理が実行されると、ＮＯｘ触媒２０の床温が高い状況下で、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、ＮＯｘ触媒２０に保持されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）がＳＯ_３ ⁻やＳＯ_４ ⁻に熱分解され、それらＳＯ_３ ⁻やＳＯ_４ ⁻が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒が回復されることになる。
【００５５】
なお、このＳＯｘ被毒回復制御では、いわゆるリッチスパイクを実行して排気の酸素濃度を低下させる。さらに、１回のリッチスパイクを複数回の燃料噴射により形成し、空燃比が過剰なリッチとならないようにする。
【００５６】
ここで、一度に多量の燃料を噴射すると空燃比が過リッチとなる虞があり、ＮＯｘ触媒２０で反応しきれない燃料の一部が下流へ流出することがある。そこで、本実施の形態では、少量の燃料を複数回に分割して、間欠的に噴射することにより、過リッチを抑制しつつリッチ雰囲気を形成するようにしている。
【００５７】
前記ＳＯｘ被毒回復制御では、ＮＯｘ触媒２０から蓄積しているＳＯｘを放出させることが可能な排気の空燃比（目標空燃比）となるように、上記の燃料添加を実施する。このとき、ＮＯｘ触媒２０の下流の空燃比センサ２２の値が目標空燃比とすべく、空燃比センサ２２の値をフィードバックして燃料添加弁２８から排気中に添加される燃料量を制御する。このときの燃料量は、学習値として次回の燃料添加の際の燃料量に反映される。すなわち、燃料添加量は、ベースとなる燃料添加量と学習値から算出される。
【００５８】
本実施の形態に示す排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒２０の下流に配置される排気管１９に空燃比センサ２２を取り付け、この空燃比センサ２２にて検出される値を燃料の供給量にフィードバックさせて燃料の供給を行っている。
【００５９】
ところが、筒内の燃焼空燃比がリーン（例えば、Ａ／Ｆ２５程度）のときの学習値を、燃焼空燃比がリッチ（例えば、Ａ／Ｆ１８程度）のときにそのまま適用する場合を想定すると、ベースとなる空燃比がもともとリッチであるために、燃料添加された排気の空燃比は、目標値よりもさらにリッチとなる可能性がある。したがって、このようなフィードバック制御では、過度にＮＯｘ触媒２０の床温を上昇させてしまう場合があり、このようなときは、ＮＯｘ触媒２０の熱劣化等を引き起こす虞がある。
【００６０】
本実施の形態では、全ての場合に同一の学習値を適用するのではなく、筒内の燃焼状態によって保管する学習値を変え、これらの保管した学習値は同一の燃焼状態のときにのみ反映させるようにした。このような制御によれば、燃焼状態に応じた最適な燃料量が添加される。
【００６１】
次に、ＥＣＵ３５で処理されるＳＯｘ被毒回復制御を、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００６２】
このフローチャートは、ＳＯｘ被毒の回復を目的として実施される「ＳＯｘ被毒回復制御ルーチン」を示すものであるが、ＮＯｘの放出作用を促す燃料の供給時などにおいても応用で可能である。
【００６３】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ３５が機関運転開始からの運転履歴を収集すべく各種センサの出力信号をＲＡＭ３５３上に記憶する。例えば、機関運転開始からの経過時間、目標要求トルクを満たすために各気筒２に供された燃料の供給量、各気筒２に吸入された空気量、前回の燃料供給時からの経過時間、車両走行距離数の積算値、排気温度などである。収集された運転履歴をＣＰＵ３５１に読み出し、ＳＯｘ被毒回復制御条件、すなわち燃料の供給実行条件が成立しているか否かＣＰＵ３５１内にて判別する。ＳＯｘ被毒回復制御条件としては、ＮＯｘ触媒２０におけるＳＯｘの吸収量が所定量以上であるか否か、である。この条件が満たされないときは、本処理ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６４】
前記の条件が満たされたときは、ステップＳ１０２に進み、ＥＣＵ３５は筒内燃焼の空燃比がどの範囲にあるかを判断する。ここでは▲１▼１８＜筒内空燃比＜２０、▲２▼ ２０＜筒内空燃比＜２５、▲３▼ ２５＜筒内空燃比＜３０、の範囲にあるかを判断する。この範囲のいずれにも属さないときは、本処理ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６５】
一方、筒内燃焼の空燃比が、いずれかの範囲に属する場合は、ステップＳ１０３に進み、添加燃料の基本供給量の算出を行う。このステップＳ１０３では、現在の機関運転に供されている混合気の空燃比と、前記ステップ１０２にて算出されたＳＯｘの吸収量とをパラメータとしてＳＯｘ被毒の回復に供される燃料のベース添加量をＲＯＭ３５２上に予め準備されたベース添加量算出マップに基づき算出する。基本供給量算出マップは、各種予備実験に基づき作成されたものである。
【００６６】
次に、筒内空燃比が、ステップＳ１０２で決定された▲１▼から▲３▼のうちのいずれに属するかによって、以下、適用される学習値がそれぞれ異なるフローにしたがって処理される。
（空燃比が▲１▼の範囲にあるとき）
筒内の空燃比が▲１▼の範囲にあるときは、図４に示すステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、還元剤としての燃料添加の条件を決定する。このときの添加量Ａは、前記ベース添加量に、前回の燃料添加の際にフィードバックされた学習値Ｇｍｍ^３を乗じることで求められる。すなわち、基本供給量の増量補正を実施するには、空燃比センサ２２にて検出される空燃比と目標空燃比との差に応じて、増量すべき燃料の補正供給量を算出する。
【００６７】
一方、基本供給量の減量補正を実施するときも同様に、空燃比センサ２２にて検出される空燃比と所定の空燃比との差に応じて、減量すべき燃料の補正供給量を算出する。
【００６８】
また、前記添加量Ａに基づいて、燃料添加のインターバルＢｍｓ及び添加時間Ｃｓｅｃ及び添加休止時間Ｄｓｅｃが決定される。これらは、ＮＯｘ触媒２０の触媒温度がＳＯｘを熱分解し得る高温域に達しているか否か、排気の温度が所定の上限値以下であるか否か、等を考慮して決定されるが、通常は、燃料添加量Ａが多ければ、燃料添加のインターバルＢｍｓが短く、添加時間Ｃｓｅｃが長く、また添加休止時間Ｄｓｅｃは短く設定される。逆に、添加量が少なければ、燃料添加のインターバルＢｍｓが短く、添加時間Ｃｓｅｃが短く、また添加休止時間Ｄｓｅｃは長く設定される。
【００６９】
次に、ステップＳ１０５に進み、排気中への燃料添加判定条件が成立しているか否かを判定する。条件としては、内燃機関１がＳＯｘ被毒回復に適した運転状態であるか、ＮＯｘ触媒２０の温度がＳＯｘを熱分解し得る高温域（例えば、５５０〜７００℃の範囲）であるか否か、また排気の空燃比がストイキより小さいか否か、ＮＯｘの吸放出作用を促す燃料の供給が実行状態にあるか否か、などの条件を例示することができる。これらの条件が満たされないときは、本処理ルーチンの実行を一旦終了する。
【００７０】
前記ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進み、燃料添加を実行する。
【００７１】
次にステップＳ１０７では、基本供給量の補正すなわちフィードバック制御を開始すべく、ＮＯｘ触媒２０の下流の実空燃比を空燃比センサ２２にて検出すると共に、その実空燃比と目標空燃比との差Ｅが算出される。
【００７２】
この差Ｅに基づいて、Ｆ（係数）との一次元マップからＦを求め、添加量を算出する。
【００７３】
続いて、ステップＳ１０８に進み、前記Ｆに基づいて学習値Ｇを算出する。このようにして算出された学習値Ｇは次回の燃料添加に反映され、このような繰り返しによって目標の空燃比に収束していく。
（空燃比が▲２▼の範囲にあるとき）
筒内の空燃比が▲２▼の範囲にある場合には、図５に示すステップＳ１１０に進む。
ステップＳ１１０では、燃料添加の条件が決定される。このときの添加量Ａは、前記ベース添加量に、前回の燃料添加の際にフィードバックされた学習値Ｈｍｍ^３を乗じることで求められる。
【００７４】
ステップＳ１１１以下、ステップＳ１１５までの行程は、上述した空燃比が▲１▼の場合と同様であるので省略する。
（空燃比が▲３▼の範囲にあるとき）
筒内の空燃比が▲３▼の範囲にある場合には、図６に示すステップＳ１１６に進む。
ステップＳ１１６では燃料添加の条件を決定する。このときの添加量Ａは、前記ベース添加量に、前回の燃料添加の際にフィードバックされた学習値Ｉｍｍ^３を乗じることで求められる。
【００７５】
ステップＳ１１７からステップＳ１２１までの行程は、上述した空燃比が▲１▼の場合と同様であるので省略する。
【００７６】
本実施の形態では、燃料の供給を行うに際して、排気通路への燃料の供給を実施しているが、機関燃焼に寄与されない燃焼室内への副噴射や、機関燃焼に供される混合気の空燃比を予め低めに設定する空燃比制御などを実施してＮＯｘ触媒に燃料を供給してもよい。何れの場合においても、ＮＯｘ触媒下流の空燃比はフィードバックして燃料の供給量を定めるものとする。
【００７７】
また、上記した燃料供給装置の構成は、あくまでも本発明の一実施形態にすぎず、その詳細は所望に応じて変更しても構わない。例えば、機械式の開閉弁である燃料添加弁２８を電磁弁とすることができる。また、燃料供給装置を燃料供給系から完全に独立させて構成するなどの変更を行ってもよい。
【００７８】
上述の実施の形態では、ＮＯｘ触媒２０下流の空燃比を検出するにあたって、空燃比センサ２２を利用しているが、空燃比センサ２２に替えて酸素（Ｏ_２）センサを使用してもよい。
【００７９】
また、本実施の形態では、ディーゼル機関に本発明を適用させた例について説明しているが、本発明は、勿論ガソリン機関においても有用である。
【００８０】
以上のように、本制御では内燃機関の筒内の空燃比の値に基づいて３つの段階を設定し、それぞれの段階毎に学習値を求めるようにして、次回の燃料添加時における筒内の空燃比がどの段階に属するかを判断して対応する学習値が適用される。したがって、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒回復制御の実行時における燃料添加のフィードバック制御に際し、内燃機関の燃焼状態に適合した学習値が選択され、適切な値が燃料添加に反映され、目標値への収束が容易となる。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、排気系への燃料添加のフィードバック制御に際し、内燃機関の燃焼状態に適合した学習値が選択されて適用されるので、フィードバック制御の精度が向上する。
【００８２】
また、ＳＯｘ被毒回復制御において、添加される燃料量が必要以上に増大して触媒温度が上昇し、触媒が過熱されることが防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】ＥＣＵの概略構成を示す図である。
【図３】ＳＯｘ被毒回復制御の実行フローを示すフローチャート図である。
【図４】空燃比が図３における▲１▼の領域にあるときのＳＯｘ被毒回復制御の実行フローを示すフローチャート図である。
【図５】空燃比が図３における▲２▼の領域にあるときのＳＯｘ被毒回復制御の実行フローを示すフローチャート図である。
【図６】空燃比が図３における▲３▼の領域にあるときのＳＯｘ被毒回復制御の実行フローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・ＮＯｘ触媒
２２・・・空燃比センサ
２３・・・ＮＯｘセンサ
２４・・・排気温度センサ
２８・・・燃料添加弁
２９・・・燃料供給路
３３・・・クランクポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ

Claims

排気系に設置される排気浄化装置と、
前記排気浄化装置に対して燃料を添加する燃料添加手段と、
前記排気浄化装置下流の空燃比を検出する第１の空燃比検出手段と、を備え、
前記第１の空燃比検出手段により検出された空燃比が目標空燃比になるようにフィードバック値を求め、このフィードバック値を学習値として記憶し、次回以降の燃料添加量に反映させる内燃機関において、
筒内から排出される排気の空燃比を検出する第２の空燃比検出手段をさらに有し、この第２の空燃比検出手段により検出された空燃比に対応させて記憶した学習値を適用して、前記燃料添加手段から添加される燃料量を決定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
筒内の空燃比をその値によって複数の段階に区分し、燃料の添加時の空燃比の値が属する段階に対応する学習値を適用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装置。
前記学習値は、次回の燃料添加時に、筒内の空燃比が所定の対応する段階に属すると判断された場合にのみ反映させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気浄化装置は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒回復制御での前記燃料添加を実施することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。