エンジンの排気浄化装置
【課題】排気浄化触媒の温度を適切に調整でき、再生処理により排気成分を効率的に放出させることができるエンジンの排気浄化装置を提供する。
【解決手段】再生処理実行手段によって再生処理が実行される際に、排気浄化触媒の温度と設定温度との温度差に応じて、再生処理手段による炭化水素の供給時点における排気の酸素濃度を適宜調整する。
【解決手段】再生処理実行手段によって再生処理が実行される際に、排気浄化触媒の温度と設定温度との温度差に応じて、再生処理手段による炭化水素の供給時点における排気の酸素濃度を適宜調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、詳しくは、排気中に燃料等を還元剤として供給することで排気浄化触媒を再生する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に搭載されるエンジンから排出される排気ガス中には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）や、微粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）等の排気ガス成分が含まれている。このため、エンジンの排気通路には、上記物質を分解（還元等）するための三元触媒や、ＰＭを捕捉するためのパティキュレートフィルタ等が設けられている。
【０００３】
また、例えば、ディーゼルエンジン等のように、空燃比を理論空燃比（ストイキ）よりリーン空燃比側に制御して酸化雰囲気で燃焼を行うエンジンの場合、三元触媒では排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を充分に浄化できない。このため、この種のエンジンの排気通路には、三元触媒と共に排気浄化触媒であるＮＯｘ吸蔵触媒が設けられているものがある。ＮＯｘ吸蔵触媒は、排気の空燃比がリーンであると排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の空燃比がリッチであると吸蔵されているＮＯｘを放出還元する。ディーゼルエンジン等においては、通常、排気の空燃比がリーンであるため、窒素酸化物はＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。このため、所定のタイミングで、例えば、排気通路内に燃料（軽油）等を噴射することで排気の空燃比をリッチ化させてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを分解（還元）する再生処理（ＮＯｘパージ）を行う必要がある。
【０００４】
また燃料中には硫黄成分が有害成分として含まれているため、硫黄成分は酸素と反応して硫黄酸化物（ＳＯｘ）となってＮＯｘの代わりにＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される（Ｓ被毒）。このため、所定のタイミングで、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する再生処理（Ｓパージ）を行う必要がある。この再生処理（Ｓパージ）では、例えば、ＮＯｘパージの場合と同様に排気の空燃比をリッチ化させると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒を所定温度以上の高温にする必要がある。
【０００５】
再生処理（Ｓパージ）については、様々な提案があるが、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒をリッチの雰囲気に維持しつつ、燃料（還元剤）を噴射する燃料噴射手段を制御して燃料添加期間が密の期間と疎の期間とを交互に繰り返すことで、ＮＯｘ吸蔵触媒を高温化するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９７２８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようにＳパージの際に、燃料添加期間が密の期間と疎の期間とを交互に繰り返すことで、ＨＣの放出を抑制し、且つＳＯｘを効率的に放出させることができる。しかしながらＳパージ中にＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低下すると、それに伴って硫黄酸化物の放出量が減少してしまうという問題がある。つまりＳパージの効率が低下してしまう虞がある。
【０００８】
なおＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低下した場合、炭化水素（ＨＣ）等の放出量も増加してしまう。特許文献１に記載の発明では、触媒温度が低いときに燃料添加期間が疎の割合を多くすることで、炭化水素（ＨＣ）の排出を抑制しているが、それに伴って硫黄酸化物の除去量も減少してしまっている（図３参照）。つまり特許文献１に記載の発明においても、Ｓパージの効率が低下してしまうという問題がある。
【０００９】
また再生処理中におけるＮＯｘ吸蔵触媒の温度調整は、例えば、排気への燃料の添加頻度を変更することによって行われている。具体的には、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を上昇させるときには、燃料の添加頻度を高め、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を下げるときには、燃料の添加頻度を低くする。しかしながら、このような燃料の添加頻度の調整だけでは操作できる温度幅が限られ、ＮＯｘ吸蔵触媒の適切な温度調整が難しいという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、排気浄化触媒の温度を適切に調整でき、再生処理により排気成分を効率的に放出させることができるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、エンジンの筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記エンジンの排気通路に設けられて排気を浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、前記排気浄化触媒に流入する排気中に炭化水素を供給して前記排気浄化触媒から流出する排気の空燃比をリッチに保ちつつ前記排気浄化触媒を設定温度以上として前記排気浄化触媒に吸蔵された排気成分を放出させる再生処理を実行する再生処理実行手段と、前記再生処理実行手段による再生処理の実行中に、前記温度検出手段によって検出された前記排気浄化触媒の温度と前記設定温度との温度差に応じて、前記再生処理実行手段による炭化水素の供給時点における排気の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段と、を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様のエンジンの排気浄化装置において、前記酸素濃度調整手段は、前記排気浄化触媒の温度が前記設定温度よりも高い状態では、前記温度差が大きいほど排気の酸素濃度を低下させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様のエンジンの排気浄化装置において、前記酸素濃度調整手段は、前記排気浄化触媒の温度が前記設定温度よりも低い状態では、前記温度差が大きいほど排気の酸素濃度を上昇させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか一つの態様のエンジンの排気浄化装置において、前記再生処理実行手段は、排気中への還元剤の供給を中断して前記排気浄化触媒から流出する排気の空燃比をリーンとするリッチ中断処理を所定のタイミングで実行し、前記酸素濃度調整手段は、前記リッチ中断処理が実行されている期間中、前記排気浄化触媒の温度と前記設定温度との温度差に拘わらず、排気の酸素濃度を上昇させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか一つの態様のエンジンの排気浄化装置において、前記酸素濃度調整手段は、前記燃料噴射弁を制御して前記エンジンの筒内で燃焼される燃料の量を変化させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【００１６】
本発明の第６の態様は、第５の態様のエンジンの排気浄化装置において、前記酸素濃度調整手段は、主噴射による燃焼に継続して燃焼可能なタイミングで実行される燃焼中ポスト噴射による燃料噴射量を変化させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【００１７】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか一つの態様のエンジンの排気浄化装置において、前記再生処理実行手段は、主噴射による燃焼後に前記燃料噴射手段から燃料を噴射させる燃焼後ポスト噴射を実行することで排気中に炭化水素を供給することを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【発明の効果】
【００１８】
かかる本発明では、再生処理の実行中に排気浄化触媒の温度を適切に調整して、排気浄化触媒の温度低下を抑制することができる。したがって、再生処理により、例えば、硫黄酸化物（ＳＯｘ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）などを効率的に排気浄化触媒から排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を含むエンジンを示す概略構成図である。
【図２】Ｓパージ時における触媒空燃比及び燃焼後ポスト噴射による燃料噴射量の推移を示すグラフである。
【図３】各運転時における燃料噴射タイミングを筒内圧との関係で示す図である。
【図４】Ｓパージ時における触媒温度の変化の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置によるＳパージ時の制御例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
まずは本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を含むエンジン１０の全体構成について説明する。図１にエンジン１０は、ディーゼルエンジンであり、エンジン本体１１は、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１３とを有し、シリンダブロック１３の各シリンダボア１４内には、ピストン１５が収容されている。ピストン１５は、コンロッド１６を介してクランクシャフト１７に接続されている。このピストン１５とシリンダボア１４とシリンダヘッド１２とで燃焼室１８が形成されている。
【００２２】
シリンダヘッド１２には吸気ポート１９が形成され、吸気ポート１９には吸気マニホールド２０を含む吸気管（吸気通路）２１が接続されている。吸気ポート１９内には吸気弁２２が設けられ、この吸気弁２２によって吸気ポート１９が開閉されるようになっている。またシリンダヘッド１２には排気ポート２３が形成され、排気ポート２３内には、排気マニホールド２４を含む排気管（排気通路）２５が接続されている。排気ポート２３には排気弁２６が設けられており、吸気ポート１９と同様に、排気ポート２３はこの排気弁２６によって開閉されるようになっている。
【００２３】
これら吸気管２１及び排気管２５の途中には、ターボチャージャ２７が設けられている。ターボチャージャ２７の下流側の吸気管２１には、インタークーラ２８が配されている。インタークーラ２８の下流側の吸気管２１には、吸気管（吸気通路）２１を開閉するスロットルバルブ２９が設けられている。スロットルバルブ２９の下流側の吸気管２１には、ターボチャージャ２７の上流側の排気管２５に連通するＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）３０が接続されている。ＥＧＲ管３０にはＥＧＲクーラ３１が設けられ、ＥＧＲ管３０の吸気管２１との接続部分にはＥＧＲ弁３２が設けられている。
【００２４】
なおシリンダヘッド１２には、各気筒の燃焼室１８内に燃料を直噴射する燃料噴射弁３３が設けられている。燃料噴射弁３３にはコモンレール３４から燃料が供給される。コモンレール３４にはサプライポンプ３５により燃料タンク（図示なし）の燃料が供給され、エンジン本体１１の回転速度に応じてサプライポンプ３５から所定圧で燃料がコモンレール３４に供給される。コモンレール３４では燃料が所定の燃圧に調整され、コモンレール３４から所定の燃圧に制御された高圧燃料が燃料噴射弁３３に供給される。
【００２５】
ターボチャージャ２７の下流側の排気管２５には、本実施形態に係る排気浄化装置５０を構成するディーゼル酸化触媒（以下、単に酸化触媒と称する）５１と、排気浄化触媒であるＮＯｘ吸蔵触媒５２と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter：以下、ＤＰＦと称する）５３と、が上流側から順に設けられている。
【００２６】
酸化触媒５１、ＮＯｘ吸蔵触媒５２及びＤＰＦ５３の入口近傍及びＤＰＦ５３の出口近傍には、それぞれ排気温センサ５５が設けられている。さらにＤＰＦ５３の出口近傍には、排ガスの空燃比を検出する空燃比センサ５６が設けられている。後述するように本実施形態では、この空燃比センサ５６によってＮＯｘ吸蔵触媒５２から流出する排気の空燃比（以下、「触媒空燃比」ともいう）を検出している。なお空燃比センサ５６は、排ガス中の酸素濃度を検出するものであってもよい。
【００２７】
酸化触媒５１は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されてなる。酸化触媒５１では、排気ガスが流入すると、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて二酸化窒素（ＮＯ２）が生成される。
【００２８】
ＮＯｘ吸蔵触媒５２は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されると共に、吸蔵剤としてバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属が担持されてなる。ＮＯｘ吸蔵触媒５２は、酸化雰囲気において排気成分であるＮＯｘを一旦吸蔵し、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を含む還元雰囲気中において、ＮＯｘを放出して窒素（Ｎ２）等に還元する。通常は、ＮＯｘ吸蔵触媒５２ではＮＯｘが吸着されるのみで吸着されたＮＯｘが分解（還元）されることはない。ＮＯｘ吸蔵触媒５２に所定量のＮＯｘが吸着されると、燃料噴射弁３３から所定のタイミングで還元剤としての燃料（軽油）が噴射され、燃料が混合された排気が酸化触媒５１を通過してＮＯｘ吸蔵触媒５２に供給される。これによりＮＯｘ吸蔵触媒５２内が還元雰囲気となり、吸蔵されたＮＯｘが分解（還元）される（ＮＯｘパージ）。
【００２９】
またＮＯｘ吸蔵触媒５２は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様、排気成分である硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸蔵する。ＮＯｘパージと同様に所定のタイミングで燃料噴射弁３３から還元剤としての燃料（軽油）が噴射されると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒５２が所定温度以上の高温にされることで、吸蔵された硫黄酸化物（ＳＯｘ）が分解（還元）される（Ｓパージ）。
【００３０】
ＤＰＦ５３は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造のフィルタである。ＤＰＦ５３に捕捉されたＰＭは、排気ガス中のＮＯ２によって酸化（燃焼）されてＣＯ２として排出され、ＤＰＦ５３内に残存するＮＯ２はＮ２に分解されて排出される。
【００３１】
またエンジン１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０を備えており、ＥＣＵ７０には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。このＥＣＵ７０が、各種センサ類からの情報に基づいて、排気浄化装置５０が搭載されたエンジン１０の総合的な制御を行っている。
【００３２】
ＥＣＵ７０は排気浄化装置５０の一部としても機能し、排気温センサ５５や空燃比センサ５６等の各種センサ類からの情報に基づいて燃料噴射弁３３を適宜制御する。例えば、ＥＣＵ７０は再生処理実行手段７１を備え、この再生処理実行手段７１によって上述したＮＯｘ吸蔵触媒５２の再生処理（Ｓパージ）が実行される。Ｓパージでは、再生処理実行手段７１が燃料噴射弁３３を制御して所定のタイミングで燃料（炭化水素）を間欠的に噴射させ、ＮＯｘ吸蔵触媒５２から流出する排気の空燃比（触媒空燃比）をリッチ化させる。なお触媒空燃比は、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の出口近傍に設けられた空燃比センサ５６によって検出される。
【００３３】
またＳパージでは、上述のように触媒空燃比をリッチ化させると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒５２が設定温度以上の高温となるようにする。これにより、ＳパージによってＮＯｘ吸蔵触媒５２に吸蔵された排気成分である硫黄酸化物（ＳＯｘ）を効率的に排出させることができる。
【００３４】
しかしながら、Ｓパージ実行中には、各種の要因によってＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度（以下、単に「触媒温度」ともいう）が変化することがある。Ｓパージ実行中に触媒温度が低下してしまうと、ＮＯｘ吸蔵触媒５２からの硫黄酸化物（ＳＯｘ）の排出量が減少してしまう虞がある。つまりＳパージによるＮＯｘ吸蔵触媒５２の再生効率が低下してしまう虞がある。
【００３５】
そこで本発明では、例えば、エンジン１０の筒内で燃焼される燃料の量を触媒温度に応じて変化させることで、再生処理実行手段７１による排気中への炭化水素の供給時点における排気の酸素濃度を調整して、Ｓパージ中における触媒温度をできるだけ一定温度に維持するようにした。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒５２からの硫黄酸化物（ＳＯｘ）の排出量の減少や排出量のばらつきを抑制してＮＯｘ吸蔵触媒５２を効率的に再生できる。
【００３６】
以下、本実施形態に係る排気浄化装置５０における排気浄化触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒）の再生処理（Ｓパージ）について詳細に説明する。
【００３７】
図２に示すように、再生処理実行手段７１によって再生処理（Ｓパージ）が実行されると、ＮＯｘ吸蔵触媒５２から流出する排気の空燃比（触媒空燃比）がリッチに保たれるようにするリッチ継続期間Ｔａと、触媒空燃比がリーンになるようにするリッチ中断期間Ｔｂとが、交互に繰り返し実施される。
【００３８】
ここで、図３に示すように、通常運転時には、燃料噴射弁３３による主噴射としてのプレ噴射Ｐｕ、メイン噴射Ｍａ及びアフター噴射Ａｆと、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１とが実施される。燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１は、主噴射による燃焼に継続して燃焼可能なタイミングで実施されるポスト噴射であり、本実施形態ではアフター噴射Ａｆの後に実施される。一方、再生処理（Ｓパージ）運転時には、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１の後に、さらに燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２が実施される。具体的には、リッチ継続期間Ｔａ中には、触媒空燃比がリッチに保たれるように燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２が間欠的に実施される。リッチ中断期間Ｔｂには、触媒空燃比がリーンになるように燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２が一時的に中断される。
【００３９】
燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２とは、主噴射（本実施形態では、プレ噴射Ｐｕ、メイン噴射Ｍａ及びアフター噴射Ａｆを含む）による燃焼が終了した後に実施されるポスト噴射である。この燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２が実施されることで、排気に対して還元剤としての燃料（炭化水素）が供給される。なお燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２により燃料を供給することで、燃料の供給からＮＯｘ吸蔵触媒５２までの経路長が大きくなり、燃料と排気との混合が促進される。これにより、触媒近傍で燃料を供給するのに比べて触媒での反応が良化するとともに触媒への燃料（炭化水素）の付着が抑えられ、燃料供給中および供給終了後のＮＯｘ吸蔵触媒５２へ流入する排気を所望の空燃比へと誘導しやすくなる。このため燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２による燃料供給により、触媒近傍で燃料を供給するのに比べて触媒温度の制御が容易となる。
【００４０】
さらに本実施形態では、触媒温度に応じて燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料供給量を変化させることで、燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２による排気中への燃料（炭化水素）の供給時点における酸素濃度を調整し、Ｓパージ中における触媒温度をできるだけ一定温度に維持するようにしている。燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料噴射量を増加させると排気の酸素濃度が低下し、それに伴ってＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度が低下する。一方、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料噴射量を減少させると排気の酸素濃度が上昇し、それに伴ってＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度が上昇する。なお、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料供給量の変動は、主噴射としてのプレ噴射Ｐｕ、メイン噴射Ｍａ及びアフター噴射Ａｆの燃料供給量の変動に比べてエンジン発生トルクへの影響が小さいため、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料供給量の変化により排気の酸素濃度を調整することでトルク変動を抑制することができる。
【００４１】
このような燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料噴射量の調整、つまり排気の酸素濃度の調整は、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度（触媒温度）に基づいて適宜行われる。すなわち、ＥＣＵ７０の酸素濃度調整手段７２が、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度（触媒温度）に基づいて燃料噴射弁３３を制御し、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料噴射量を適宜変化させることで排気の酸素濃度を調整する。なお本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度（触媒温度）は、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の出口付近に設けられた排気温センサ５５の検出結果に基づいて求められる。
【００４２】
酸素濃度調整手段７２は、具体的には、図４に示すように、排気温センサ５５の検出結果に基づくＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度（触媒温度）Ｔｅ１と予め設定された設定温度Ｔｅ２との温度差Ｔｅ３に応じて燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１における燃料噴射弁３３の噴射期間ｔ１を適宜変更する。設定温度Ｔｅ２は、例えば、Ｓパージに必要なＮＯｘ吸蔵触媒５２の最低温度付近に設定される。
【００４３】
リッチ継続期間Ｔａにおいては、例えば、触媒温度Ｔｅ１が設定温度Ｔｅ２よりも高いと、酸素濃度調整手段７２は、触媒温度Ｔｅ１と設定温度Ｔｅ２との温度差Ｔｅ３が大きいほど燃料噴射量を増加させる。つまり触媒温度Ｔｅ１が高いほど噴射期間ｔ１を長くして排気の酸素濃度を低下させる。一方、触媒温度Ｔｅ１が設定温度Ｔｅ２よりも低いと、上記温度差Ｔｅ３が大きいほど燃料噴射量を減少させる。つまり触媒温度Ｔｅ１が低いほど噴射期間ｔ１を短くして排気の酸素濃度を上昇させる。これにより触媒温度Ｔｅ１を上昇或いは低下させることができ、触媒温度Ｔｅ１を略一定温度（本実施形態では、設定温度Ｔｅ２）に維持し易くなる。
【００４４】
リッチ中断期間Ｔｂにおいては、排気の空燃比がリーン化されることに伴って触媒温度Ｔｅ１が低下する。このため触媒温度Ｔｅ１が設定温度Ｔｅ２よりも高い状態でも、リッチ中断期間Ｔｂが実施されることで設定温度Ｔｅ２よりも低くなり易い。このため、リッチ中断期間Ｔｂにおいては、触媒温度Ｔｅ１と設定温度Ｔｅ２との温度差Ｔｅ３の大きさに拘わらず、酸素濃度調整手段７２が、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料噴射量（噴射期間ｔ１）を減少させて排気の酸素濃度を上昇させることが好ましい。
【００４５】
これにより、比較的短時間でＮＯｘ吸蔵触媒５２から排出される排気の空燃比がリーン化される。つまり触媒温度Ｔｅ１が低下し易い期間であるリッチ中断期間Ｔｂが短縮される。結果として触媒温度Ｔｅ１の低下を抑制することができる。
【００４６】
なお本願発明は、再生処理中にＮＯｘ吸蔵触媒５２の空燃比（触媒空燃比）がリッチである場合には、触媒に流入する排気の空燃比をリーン側にシフトさせることで触媒温度Ｔｅ１が上昇するという新たな知見に基づく新規なものである。
【００４７】
ところで、リッチ継続期間Ｔａの開始直後は、触媒空燃比はリーンとなっている。このため、再生処理実行手段７１は、リッチ継続期間Ｔａが開始されると、まずは燃料噴射弁３３をＦ／Ｆ（フィードフォワード）制御して、触媒空燃比が早期にリッチ化されるようにする。具体的には、燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２において燃料噴射弁３３が燃料を噴射する間隔（リーン時間）Ｔｌが、燃料を噴射している時間（リッチ時間）Ｔｒよりも短くなるようにする（図２参照）。つまりリッチ時間Ｔｒとリーン時間Ｔｌの比であるＲ／Ｌ比が初期値よりも小さくなるようにする。これにより単位時間あたりに燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２によって燃料噴射弁３３から噴射される燃料を増加させ、触媒空燃比の早期リッチ化を図ることができる。
【００４８】
燃料噴射弁３３による燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２のＦ／Ｆ制御は、触媒空燃比が予め設定されている目標空燃比（例えば、ストイキ）よりもリッチになると終了され、その後、燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２におけるリッチ時間Ｔｒとリーン時間Ｔｌとは触媒空燃比に基づいてＦ／Ｂ（フィードバック）制御される。
【００４９】
以下、触媒温度に基づく燃料噴射量（噴射期間ｔ１）の変更について、図５のフローチャートを参照してさらに説明する。
【００５０】
図５に示すように、Ｓパージが実行されると、まずステップＳ１１で、リッチ継続期間Ｔａであるか否かが判定され、リッチ継続期間Ｔａであると判定された場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、排気温センサ５５の検出結果に基づくＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度Ｔｅ１を求める。次いでステップＳ１３で、この触媒温度Ｔｅ１と設定温度Ｔｅ２との温度差Ｔｅ３を求める。ステップＳ１４では、例えば、予め記憶されているマップ等を参照して、酸素濃度調整手段７２が、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１における燃料噴射量（噴射期間ｔ１）を温度差Ｔｅ３に応じて変更する。例えば、触媒温度Ｔｅ１を上昇させたい場合には、噴射期間ｔ１を短くして排気の酸素濃度を上昇させる。その後は、変更された噴射期間ｔ１に基づいて燃料噴射弁３３の燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１がＦ／Ｂ制御されて再生処理が継続される（ステップＳ１５）。
【００５１】
またステップＳ１１でリッチ継続期間Ｔａではないと判定された場合、つまりリッチ中断期間Ｔｂであると判定された場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、ステップＳ１６で、酸素濃度調整手段７２が温度差Ｔｅ３に拘わらず燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１における噴射期間ｔ１を所定値（最小値）まで減少させて排気の酸素濃度を上昇させる。その後ステップＳ１５に進む。
【００５２】
以上のように本発明では、再生処理（Ｓパージ）中に、温度差Ｔｅ３に応じて燃料噴射弁３３による燃料噴射量（噴射期間ｔ１）を変更して排気の酸素濃度を調整するようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒（排気浄化触媒）５２の温度を適切に調整することができる。すなわちＮＯｘ吸蔵触媒５２の空燃比を必要以上に変化させることなく、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度を略一定温度に維持し易くなる。それに伴って再生処理（Ｓパージ）により排気成分を触媒から効率的に放出させることができ、Ｓパージ完了までの時間短縮を図ることもできる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
【００５４】
例えば、上述の実施形態では、酸素濃度調整手段が、燃焼中ポスト噴射による燃料噴射量を変化させることで排気の酸素濃度を調整する例を説明したが、排気の酸素濃度を調整する方法自体は特に限定されず、何れにしても再生処理実行手段による炭化水素の供給時点における排気の酸素濃度を適宜調整することができればよい。例えば、エンジン発生トルクへの影響が車両の走行に問題ない程度であれば、主噴射による燃料供給量の変化により排気の酸素濃度を調整してもよい。
【００５５】
また例えば、上述した実施形態では再生処理としてＳパージを例示したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、ＮＯｘパージに際しても本発明を適用することができる。
【００５６】
また上述した実施形態では、継続リッチ期間において還元剤を間欠的に供給し触媒をリッチに保つＳパージ手法を例示したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、継続リッチ期間において還元剤を継続的に供給して触媒をリッチにする手法に対しても本発明を適用することができる。
【００５７】
また上述の実施形態では、燃料噴射弁から燃焼後ポスト噴射を行うことで排気の空燃比を調整するようにしたが、排気管の所定位置、例えば、酸化触媒の入口付近に別途インジェクタを設け、燃焼後ポスト噴射の代わりにこのインジェクタから燃料を排気管内に噴射させるようにしてもよい。この場合には、インジェクタから燃料以外の還元剤（炭化水素）を噴射するようにしてもよい。
【００５８】
また、上述した実施形態ではディーゼルエンジンを例示したが、勿論、本発明は他のエンジンにも適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０ エンジン
１１ エンジン本体
１２ シリンダヘッド
１３ シリンダブロック
１４ シリンダボア
１５ ピストン
１６ コンロッド
１７ クランクシャフト
１８ 燃焼室
１９ 吸気ポート
２０ 吸気マニホールド
２１ 吸気管
２２ 吸気弁
２３ 排気ポート
２４ 排気マニホールド
２５ 排気管（排気通路）
２６ 排気弁
２７ ターボチャージャ
２８ インタークーラ
２９ スロットルバルブ
３０ ＥＧＲ管
３１ ＥＧＲクーラ
３２ ＥＧＲ弁
３３ 燃料噴射弁
３４ コモンレール
３５ サプライポンプ
５０ 排気浄化装置
５１ 酸化触媒
５２ ＮＯｘ吸蔵触媒
５３ ＤＰＦ
５５ 排気温センサ
５６ 空燃比センサ
７０ ＥＣＵ
７１ 再生処理実行手段
７２ 酸素濃度調整手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、詳しくは、排気中に燃料等を還元剤として供給することで排気浄化触媒を再生する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に搭載されるエンジンから排出される排気ガス中には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）や、微粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）等の排気ガス成分が含まれている。このため、エンジンの排気通路には、上記物質を分解（還元等）するための三元触媒や、ＰＭを捕捉するためのパティキュレートフィルタ等が設けられている。
【０００３】
また、例えば、ディーゼルエンジン等のように、空燃比を理論空燃比（ストイキ）よりリーン空燃比側に制御して酸化雰囲気で燃焼を行うエンジンの場合、三元触媒では排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を充分に浄化できない。このため、この種のエンジンの排気通路には、三元触媒と共に排気浄化触媒であるＮＯｘ吸蔵触媒が設けられているものがある。ＮＯｘ吸蔵触媒は、排気の空燃比がリーンであると排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の空燃比がリッチであると吸蔵されているＮＯｘを放出還元する。ディーゼルエンジン等においては、通常、排気の空燃比がリーンであるため、窒素酸化物はＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。このため、所定のタイミングで、例えば、排気通路内に燃料（軽油）等を噴射することで排気の空燃比をリッチ化させてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを分解（還元）する再生処理（ＮＯｘパージ）を行う必要がある。
【０００４】
また燃料中には硫黄成分が有害成分として含まれているため、硫黄成分は酸素と反応して硫黄酸化物（ＳＯｘ）となってＮＯｘの代わりにＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される（Ｓ被毒）。このため、所定のタイミングで、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する再生処理（Ｓパージ）を行う必要がある。この再生処理（Ｓパージ）では、例えば、ＮＯｘパージの場合と同様に排気の空燃比をリッチ化させると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒を所定温度以上の高温にする必要がある。
【０００５】
再生処理（Ｓパージ）については、様々な提案があるが、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒をリッチの雰囲気に維持しつつ、燃料（還元剤）を噴射する燃料噴射手段を制御して燃料添加期間が密の期間と疎の期間とを交互に繰り返すことで、ＮＯｘ吸蔵触媒を高温化するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９７２８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようにＳパージの際に、燃料添加期間が密の期間と疎の期間とを交互に繰り返すことで、ＨＣの放出を抑制し、且つＳＯｘを効率的に放出させることができる。しかしながらＳパージ中にＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低下すると、それに伴って硫黄酸化物の放出量が減少してしまうという問題がある。つまりＳパージの効率が低下してしまう虞がある。
【０００８】
なおＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低下した場合、炭化水素（ＨＣ）等の放出量も増加してしまう。特許文献１に記載の発明では、触媒温度が低いときに燃料添加期間が疎の割合を多くすることで、炭化水素（ＨＣ）の排出を抑制しているが、それに伴って硫黄酸化物の除去量も減少してしまっている（図３参照）。つまり特許文献１に記載の発明においても、Ｓパージの効率が低下してしまうという問題がある。
【０００９】
また再生処理中におけるＮＯｘ吸蔵触媒の温度調整は、例えば、排気への燃料の添加頻度を変更することによって行われている。具体的には、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を上昇させるときには、燃料の添加頻度を高め、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を下げるときには、燃料の添加頻度を低くする。しかしながら、このような燃料の添加頻度の調整だけでは操作できる温度幅が限られ、ＮＯｘ吸蔵触媒の適切な温度調整が難しいという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、排気浄化触媒の温度を適切に調整でき、再生処理により排気成分を効率的に放出させることができるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、エンジンの筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記エンジンの排気通路に設けられて排気を浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、前記排気浄化触媒に流入する排気中に炭化水素を供給して前記排気浄化触媒から流出する排気の空燃比をリッチに保ちつつ前記排気浄化触媒を設定温度以上として前記排気浄化触媒に吸蔵された排気成分を放出させる再生処理を実行する再生処理実行手段と、前記再生処理実行手段による再生処理の実行中に、前記温度検出手段によって検出された前記排気浄化触媒の温度と前記設定温度との温度差に応じて、前記再生処理実行手段による炭化水素の供給時点における排気の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段と、を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様のエンジンの排気浄化装置において、前記酸素濃度調整手段は、前記排気浄化触媒の温度が前記設定温度よりも高い状態では、前記温度差が大きいほど排気の酸素濃度を低下させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様のエンジンの排気浄化装置において、前記酸素濃度調整手段は、前記排気浄化触媒の温度が前記設定温度よりも低い状態では、前記温度差が大きいほど排気の酸素濃度を上昇させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか一つの態様のエンジンの排気浄化装置において、前記再生処理実行手段は、排気中への還元剤の供給を中断して前記排気浄化触媒から流出する排気の空燃比をリーンとするリッチ中断処理を所定のタイミングで実行し、前記酸素濃度調整手段は、前記リッチ中断処理が実行されている期間中、前記排気浄化触媒の温度と前記設定温度との温度差に拘わらず、排気の酸素濃度を上昇させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか一つの態様のエンジンの排気浄化装置において、前記酸素濃度調整手段は、前記燃料噴射弁を制御して前記エンジンの筒内で燃焼される燃料の量を変化させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【００１６】
本発明の第６の態様は、第５の態様のエンジンの排気浄化装置において、前記酸素濃度調整手段は、主噴射による燃焼に継続して燃焼可能なタイミングで実行される燃焼中ポスト噴射による燃料噴射量を変化させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【００１７】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか一つの態様のエンジンの排気浄化装置において、前記再生処理実行手段は、主噴射による燃焼後に前記燃料噴射手段から燃料を噴射させる燃焼後ポスト噴射を実行することで排気中に炭化水素を供給することを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
【発明の効果】
【００１８】
かかる本発明では、再生処理の実行中に排気浄化触媒の温度を適切に調整して、排気浄化触媒の温度低下を抑制することができる。したがって、再生処理により、例えば、硫黄酸化物（ＳＯｘ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）などを効率的に排気浄化触媒から排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を含むエンジンを示す概略構成図である。
【図２】Ｓパージ時における触媒空燃比及び燃焼後ポスト噴射による燃料噴射量の推移を示すグラフである。
【図３】各運転時における燃料噴射タイミングを筒内圧との関係で示す図である。
【図４】Ｓパージ時における触媒温度の変化の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置によるＳパージ時の制御例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
まずは本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を含むエンジン１０の全体構成について説明する。図１にエンジン１０は、ディーゼルエンジンであり、エンジン本体１１は、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１３とを有し、シリンダブロック１３の各シリンダボア１４内には、ピストン１５が収容されている。ピストン１５は、コンロッド１６を介してクランクシャフト１７に接続されている。このピストン１５とシリンダボア１４とシリンダヘッド１２とで燃焼室１８が形成されている。
【００２２】
シリンダヘッド１２には吸気ポート１９が形成され、吸気ポート１９には吸気マニホールド２０を含む吸気管（吸気通路）２１が接続されている。吸気ポート１９内には吸気弁２２が設けられ、この吸気弁２２によって吸気ポート１９が開閉されるようになっている。またシリンダヘッド１２には排気ポート２３が形成され、排気ポート２３内には、排気マニホールド２４を含む排気管（排気通路）２５が接続されている。排気ポート２３には排気弁２６が設けられており、吸気ポート１９と同様に、排気ポート２３はこの排気弁２６によって開閉されるようになっている。
【００２３】
これら吸気管２１及び排気管２５の途中には、ターボチャージャ２７が設けられている。ターボチャージャ２７の下流側の吸気管２１には、インタークーラ２８が配されている。インタークーラ２８の下流側の吸気管２１には、吸気管（吸気通路）２１を開閉するスロットルバルブ２９が設けられている。スロットルバルブ２９の下流側の吸気管２１には、ターボチャージャ２７の上流側の排気管２５に連通するＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）３０が接続されている。ＥＧＲ管３０にはＥＧＲクーラ３１が設けられ、ＥＧＲ管３０の吸気管２１との接続部分にはＥＧＲ弁３２が設けられている。
【００２４】
なおシリンダヘッド１２には、各気筒の燃焼室１８内に燃料を直噴射する燃料噴射弁３３が設けられている。燃料噴射弁３３にはコモンレール３４から燃料が供給される。コモンレール３４にはサプライポンプ３５により燃料タンク（図示なし）の燃料が供給され、エンジン本体１１の回転速度に応じてサプライポンプ３５から所定圧で燃料がコモンレール３４に供給される。コモンレール３４では燃料が所定の燃圧に調整され、コモンレール３４から所定の燃圧に制御された高圧燃料が燃料噴射弁３３に供給される。
【００２５】
ターボチャージャ２７の下流側の排気管２５には、本実施形態に係る排気浄化装置５０を構成するディーゼル酸化触媒（以下、単に酸化触媒と称する）５１と、排気浄化触媒であるＮＯｘ吸蔵触媒５２と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter：以下、ＤＰＦと称する）５３と、が上流側から順に設けられている。
【００２６】
酸化触媒５１、ＮＯｘ吸蔵触媒５２及びＤＰＦ５３の入口近傍及びＤＰＦ５３の出口近傍には、それぞれ排気温センサ５５が設けられている。さらにＤＰＦ５３の出口近傍には、排ガスの空燃比を検出する空燃比センサ５６が設けられている。後述するように本実施形態では、この空燃比センサ５６によってＮＯｘ吸蔵触媒５２から流出する排気の空燃比（以下、「触媒空燃比」ともいう）を検出している。なお空燃比センサ５６は、排ガス中の酸素濃度を検出するものであってもよい。
【００２７】
酸化触媒５１は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されてなる。酸化触媒５１では、排気ガスが流入すると、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて二酸化窒素（ＮＯ２）が生成される。
【００２８】
ＮＯｘ吸蔵触媒５２は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されると共に、吸蔵剤としてバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属が担持されてなる。ＮＯｘ吸蔵触媒５２は、酸化雰囲気において排気成分であるＮＯｘを一旦吸蔵し、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を含む還元雰囲気中において、ＮＯｘを放出して窒素（Ｎ２）等に還元する。通常は、ＮＯｘ吸蔵触媒５２ではＮＯｘが吸着されるのみで吸着されたＮＯｘが分解（還元）されることはない。ＮＯｘ吸蔵触媒５２に所定量のＮＯｘが吸着されると、燃料噴射弁３３から所定のタイミングで還元剤としての燃料（軽油）が噴射され、燃料が混合された排気が酸化触媒５１を通過してＮＯｘ吸蔵触媒５２に供給される。これによりＮＯｘ吸蔵触媒５２内が還元雰囲気となり、吸蔵されたＮＯｘが分解（還元）される（ＮＯｘパージ）。
【００２９】
またＮＯｘ吸蔵触媒５２は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様、排気成分である硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸蔵する。ＮＯｘパージと同様に所定のタイミングで燃料噴射弁３３から還元剤としての燃料（軽油）が噴射されると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒５２が所定温度以上の高温にされることで、吸蔵された硫黄酸化物（ＳＯｘ）が分解（還元）される（Ｓパージ）。
【００３０】
ＤＰＦ５３は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造のフィルタである。ＤＰＦ５３に捕捉されたＰＭは、排気ガス中のＮＯ２によって酸化（燃焼）されてＣＯ２として排出され、ＤＰＦ５３内に残存するＮＯ２はＮ２に分解されて排出される。
【００３１】
またエンジン１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０を備えており、ＥＣＵ７０には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。このＥＣＵ７０が、各種センサ類からの情報に基づいて、排気浄化装置５０が搭載されたエンジン１０の総合的な制御を行っている。
【００３２】
ＥＣＵ７０は排気浄化装置５０の一部としても機能し、排気温センサ５５や空燃比センサ５６等の各種センサ類からの情報に基づいて燃料噴射弁３３を適宜制御する。例えば、ＥＣＵ７０は再生処理実行手段７１を備え、この再生処理実行手段７１によって上述したＮＯｘ吸蔵触媒５２の再生処理（Ｓパージ）が実行される。Ｓパージでは、再生処理実行手段７１が燃料噴射弁３３を制御して所定のタイミングで燃料（炭化水素）を間欠的に噴射させ、ＮＯｘ吸蔵触媒５２から流出する排気の空燃比（触媒空燃比）をリッチ化させる。なお触媒空燃比は、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の出口近傍に設けられた空燃比センサ５６によって検出される。
【００３３】
またＳパージでは、上述のように触媒空燃比をリッチ化させると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒５２が設定温度以上の高温となるようにする。これにより、ＳパージによってＮＯｘ吸蔵触媒５２に吸蔵された排気成分である硫黄酸化物（ＳＯｘ）を効率的に排出させることができる。
【００３４】
しかしながら、Ｓパージ実行中には、各種の要因によってＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度（以下、単に「触媒温度」ともいう）が変化することがある。Ｓパージ実行中に触媒温度が低下してしまうと、ＮＯｘ吸蔵触媒５２からの硫黄酸化物（ＳＯｘ）の排出量が減少してしまう虞がある。つまりＳパージによるＮＯｘ吸蔵触媒５２の再生効率が低下してしまう虞がある。
【００３５】
そこで本発明では、例えば、エンジン１０の筒内で燃焼される燃料の量を触媒温度に応じて変化させることで、再生処理実行手段７１による排気中への炭化水素の供給時点における排気の酸素濃度を調整して、Ｓパージ中における触媒温度をできるだけ一定温度に維持するようにした。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒５２からの硫黄酸化物（ＳＯｘ）の排出量の減少や排出量のばらつきを抑制してＮＯｘ吸蔵触媒５２を効率的に再生できる。
【００３６】
以下、本実施形態に係る排気浄化装置５０における排気浄化触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒）の再生処理（Ｓパージ）について詳細に説明する。
【００３７】
図２に示すように、再生処理実行手段７１によって再生処理（Ｓパージ）が実行されると、ＮＯｘ吸蔵触媒５２から流出する排気の空燃比（触媒空燃比）がリッチに保たれるようにするリッチ継続期間Ｔａと、触媒空燃比がリーンになるようにするリッチ中断期間Ｔｂとが、交互に繰り返し実施される。
【００３８】
ここで、図３に示すように、通常運転時には、燃料噴射弁３３による主噴射としてのプレ噴射Ｐｕ、メイン噴射Ｍａ及びアフター噴射Ａｆと、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１とが実施される。燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１は、主噴射による燃焼に継続して燃焼可能なタイミングで実施されるポスト噴射であり、本実施形態ではアフター噴射Ａｆの後に実施される。一方、再生処理（Ｓパージ）運転時には、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１の後に、さらに燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２が実施される。具体的には、リッチ継続期間Ｔａ中には、触媒空燃比がリッチに保たれるように燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２が間欠的に実施される。リッチ中断期間Ｔｂには、触媒空燃比がリーンになるように燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２が一時的に中断される。
【００３９】
燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２とは、主噴射（本実施形態では、プレ噴射Ｐｕ、メイン噴射Ｍａ及びアフター噴射Ａｆを含む）による燃焼が終了した後に実施されるポスト噴射である。この燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２が実施されることで、排気に対して還元剤としての燃料（炭化水素）が供給される。なお燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２により燃料を供給することで、燃料の供給からＮＯｘ吸蔵触媒５２までの経路長が大きくなり、燃料と排気との混合が促進される。これにより、触媒近傍で燃料を供給するのに比べて触媒での反応が良化するとともに触媒への燃料（炭化水素）の付着が抑えられ、燃料供給中および供給終了後のＮＯｘ吸蔵触媒５２へ流入する排気を所望の空燃比へと誘導しやすくなる。このため燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２による燃料供給により、触媒近傍で燃料を供給するのに比べて触媒温度の制御が容易となる。
【００４０】
さらに本実施形態では、触媒温度に応じて燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料供給量を変化させることで、燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２による排気中への燃料（炭化水素）の供給時点における酸素濃度を調整し、Ｓパージ中における触媒温度をできるだけ一定温度に維持するようにしている。燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料噴射量を増加させると排気の酸素濃度が低下し、それに伴ってＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度が低下する。一方、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料噴射量を減少させると排気の酸素濃度が上昇し、それに伴ってＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度が上昇する。なお、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料供給量の変動は、主噴射としてのプレ噴射Ｐｕ、メイン噴射Ｍａ及びアフター噴射Ａｆの燃料供給量の変動に比べてエンジン発生トルクへの影響が小さいため、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料供給量の変化により排気の酸素濃度を調整することでトルク変動を抑制することができる。
【００４１】
このような燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料噴射量の調整、つまり排気の酸素濃度の調整は、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度（触媒温度）に基づいて適宜行われる。すなわち、ＥＣＵ７０の酸素濃度調整手段７２が、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度（触媒温度）に基づいて燃料噴射弁３３を制御し、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料噴射量を適宜変化させることで排気の酸素濃度を調整する。なお本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度（触媒温度）は、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の出口付近に設けられた排気温センサ５５の検出結果に基づいて求められる。
【００４２】
酸素濃度調整手段７２は、具体的には、図４に示すように、排気温センサ５５の検出結果に基づくＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度（触媒温度）Ｔｅ１と予め設定された設定温度Ｔｅ２との温度差Ｔｅ３に応じて燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１における燃料噴射弁３３の噴射期間ｔ１を適宜変更する。設定温度Ｔｅ２は、例えば、Ｓパージに必要なＮＯｘ吸蔵触媒５２の最低温度付近に設定される。
【００４３】
リッチ継続期間Ｔａにおいては、例えば、触媒温度Ｔｅ１が設定温度Ｔｅ２よりも高いと、酸素濃度調整手段７２は、触媒温度Ｔｅ１と設定温度Ｔｅ２との温度差Ｔｅ３が大きいほど燃料噴射量を増加させる。つまり触媒温度Ｔｅ１が高いほど噴射期間ｔ１を長くして排気の酸素濃度を低下させる。一方、触媒温度Ｔｅ１が設定温度Ｔｅ２よりも低いと、上記温度差Ｔｅ３が大きいほど燃料噴射量を減少させる。つまり触媒温度Ｔｅ１が低いほど噴射期間ｔ１を短くして排気の酸素濃度を上昇させる。これにより触媒温度Ｔｅ１を上昇或いは低下させることができ、触媒温度Ｔｅ１を略一定温度（本実施形態では、設定温度Ｔｅ２）に維持し易くなる。
【００４４】
リッチ中断期間Ｔｂにおいては、排気の空燃比がリーン化されることに伴って触媒温度Ｔｅ１が低下する。このため触媒温度Ｔｅ１が設定温度Ｔｅ２よりも高い状態でも、リッチ中断期間Ｔｂが実施されることで設定温度Ｔｅ２よりも低くなり易い。このため、リッチ中断期間Ｔｂにおいては、触媒温度Ｔｅ１と設定温度Ｔｅ２との温度差Ｔｅ３の大きさに拘わらず、酸素濃度調整手段７２が、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１による燃料噴射量（噴射期間ｔ１）を減少させて排気の酸素濃度を上昇させることが好ましい。
【００４５】
これにより、比較的短時間でＮＯｘ吸蔵触媒５２から排出される排気の空燃比がリーン化される。つまり触媒温度Ｔｅ１が低下し易い期間であるリッチ中断期間Ｔｂが短縮される。結果として触媒温度Ｔｅ１の低下を抑制することができる。
【００４６】
なお本願発明は、再生処理中にＮＯｘ吸蔵触媒５２の空燃比（触媒空燃比）がリッチである場合には、触媒に流入する排気の空燃比をリーン側にシフトさせることで触媒温度Ｔｅ１が上昇するという新たな知見に基づく新規なものである。
【００４７】
ところで、リッチ継続期間Ｔａの開始直後は、触媒空燃比はリーンとなっている。このため、再生処理実行手段７１は、リッチ継続期間Ｔａが開始されると、まずは燃料噴射弁３３をＦ／Ｆ（フィードフォワード）制御して、触媒空燃比が早期にリッチ化されるようにする。具体的には、燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２において燃料噴射弁３３が燃料を噴射する間隔（リーン時間）Ｔｌが、燃料を噴射している時間（リッチ時間）Ｔｒよりも短くなるようにする（図２参照）。つまりリッチ時間Ｔｒとリーン時間Ｔｌの比であるＲ／Ｌ比が初期値よりも小さくなるようにする。これにより単位時間あたりに燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２によって燃料噴射弁３３から噴射される燃料を増加させ、触媒空燃比の早期リッチ化を図ることができる。
【００４８】
燃料噴射弁３３による燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２のＦ／Ｆ制御は、触媒空燃比が予め設定されている目標空燃比（例えば、ストイキ）よりもリッチになると終了され、その後、燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２におけるリッチ時間Ｔｒとリーン時間Ｔｌとは触媒空燃比に基づいてＦ／Ｂ（フィードバック）制御される。
【００４９】
以下、触媒温度に基づく燃料噴射量（噴射期間ｔ１）の変更について、図５のフローチャートを参照してさらに説明する。
【００５０】
図５に示すように、Ｓパージが実行されると、まずステップＳ１１で、リッチ継続期間Ｔａであるか否かが判定され、リッチ継続期間Ｔａであると判定された場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、排気温センサ５５の検出結果に基づくＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度Ｔｅ１を求める。次いでステップＳ１３で、この触媒温度Ｔｅ１と設定温度Ｔｅ２との温度差Ｔｅ３を求める。ステップＳ１４では、例えば、予め記憶されているマップ等を参照して、酸素濃度調整手段７２が、燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１における燃料噴射量（噴射期間ｔ１）を温度差Ｔｅ３に応じて変更する。例えば、触媒温度Ｔｅ１を上昇させたい場合には、噴射期間ｔ１を短くして排気の酸素濃度を上昇させる。その後は、変更された噴射期間ｔ１に基づいて燃料噴射弁３３の燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１がＦ／Ｂ制御されて再生処理が継続される（ステップＳ１５）。
【００５１】
またステップＳ１１でリッチ継続期間Ｔａではないと判定された場合、つまりリッチ中断期間Ｔｂであると判定された場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、ステップＳ１６で、酸素濃度調整手段７２が温度差Ｔｅ３に拘わらず燃焼中ポスト噴射Ｐｏ１における噴射期間ｔ１を所定値（最小値）まで減少させて排気の酸素濃度を上昇させる。その後ステップＳ１５に進む。
【００５２】
以上のように本発明では、再生処理（Ｓパージ）中に、温度差Ｔｅ３に応じて燃料噴射弁３３による燃料噴射量（噴射期間ｔ１）を変更して排気の酸素濃度を調整するようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒（排気浄化触媒）５２の温度を適切に調整することができる。すなわちＮＯｘ吸蔵触媒５２の空燃比を必要以上に変化させることなく、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度を略一定温度に維持し易くなる。それに伴って再生処理（Ｓパージ）により排気成分を触媒から効率的に放出させることができ、Ｓパージ完了までの時間短縮を図ることもできる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
【００５４】
例えば、上述の実施形態では、酸素濃度調整手段が、燃焼中ポスト噴射による燃料噴射量を変化させることで排気の酸素濃度を調整する例を説明したが、排気の酸素濃度を調整する方法自体は特に限定されず、何れにしても再生処理実行手段による炭化水素の供給時点における排気の酸素濃度を適宜調整することができればよい。例えば、エンジン発生トルクへの影響が車両の走行に問題ない程度であれば、主噴射による燃料供給量の変化により排気の酸素濃度を調整してもよい。
【００５５】
また例えば、上述した実施形態では再生処理としてＳパージを例示したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、ＮＯｘパージに際しても本発明を適用することができる。
【００５６】
また上述した実施形態では、継続リッチ期間において還元剤を間欠的に供給し触媒をリッチに保つＳパージ手法を例示したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、継続リッチ期間において還元剤を継続的に供給して触媒をリッチにする手法に対しても本発明を適用することができる。
【００５７】
また上述の実施形態では、燃料噴射弁から燃焼後ポスト噴射を行うことで排気の空燃比を調整するようにしたが、排気管の所定位置、例えば、酸化触媒の入口付近に別途インジェクタを設け、燃焼後ポスト噴射の代わりにこのインジェクタから燃料を排気管内に噴射させるようにしてもよい。この場合には、インジェクタから燃料以外の還元剤（炭化水素）を噴射するようにしてもよい。
【００５８】
また、上述した実施形態ではディーゼルエンジンを例示したが、勿論、本発明は他のエンジンにも適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０ エンジン
１１ エンジン本体
１２ シリンダヘッド
１３ シリンダブロック
１４ シリンダボア
１５ ピストン
１６ コンロッド
１７ クランクシャフト
１８ 燃焼室
１９ 吸気ポート
２０ 吸気マニホールド
２１ 吸気管
２２ 吸気弁
２３ 排気ポート
２４ 排気マニホールド
２５ 排気管（排気通路）
２６ 排気弁
２７ ターボチャージャ
２８ インタークーラ
２９ スロットルバルブ
３０ ＥＧＲ管
３１ ＥＧＲクーラ
３２ ＥＧＲ弁
３３ 燃料噴射弁
３４ コモンレール
３５ サプライポンプ
５０ 排気浄化装置
５１ 酸化触媒
５２ ＮＯｘ吸蔵触媒
５３ ＤＰＦ
５５ 排気温センサ
５６ 空燃比センサ
７０ ＥＣＵ
７１ 再生処理実行手段
７２ 酸素濃度調整手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記エンジンの排気通路に設けられて排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記排気浄化触媒に流入する排気中に炭化水素を供給して前記排気浄化触媒から流出する排気の空燃比をリッチに保ちつつ前記排気浄化触媒を設定温度以上として前記排気浄化触媒に吸蔵された排気成分を放出させる再生処理を実行する再生処理実行手段と、
前記再生処理実行手段による再生処理の実行中に、前記温度検出手段によって検出された前記排気浄化触媒の温度と前記設定温度との温度差に応じて、前記再生処理実行手段による炭化水素の供給時点における排気の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記酸素濃度調整手段は、前記排気浄化触媒の温度が前記設定温度よりも高い状態では、前記温度差が大きいほど排気の酸素濃度を低下させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記酸素濃度調整手段は、前記排気浄化触媒の温度が前記設定温度よりも低い状態では、前記温度差が大きいほど排気の酸素濃度を上昇させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記再生処理実行手段は、排気中への還元剤の供給を中断して前記排気浄化触媒から流出する排気の空燃比をリーンとするリッチ中断処理を所定のタイミングで実行し、
前記酸素濃度調整手段は、前記リッチ中断処理が実行されている期間中、前記排気浄化触媒の温度と前記設定温度との温度差に拘わらず、排気の酸素濃度を上昇させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記酸素濃度調整手段は、前記燃料噴射弁を制御して前記エンジンの筒内で燃焼される燃料の量を変化させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記酸素濃度調整手段は、主噴射による燃焼に継続して燃焼可能なタイミングで実行される燃焼中ポスト噴射による燃料噴射量を変化させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記再生処理実行手段は、主噴射による燃焼後に前記燃料噴射手段から燃料を噴射させる燃焼後ポスト噴射を実行することで排気中に炭化水素を供給することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項１】
エンジンの筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記エンジンの排気通路に設けられて排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記排気浄化触媒に流入する排気中に炭化水素を供給して前記排気浄化触媒から流出する排気の空燃比をリッチに保ちつつ前記排気浄化触媒を設定温度以上として前記排気浄化触媒に吸蔵された排気成分を放出させる再生処理を実行する再生処理実行手段と、
前記再生処理実行手段による再生処理の実行中に、前記温度検出手段によって検出された前記排気浄化触媒の温度と前記設定温度との温度差に応じて、前記再生処理実行手段による炭化水素の供給時点における排気の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記酸素濃度調整手段は、前記排気浄化触媒の温度が前記設定温度よりも高い状態では、前記温度差が大きいほど排気の酸素濃度を低下させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記酸素濃度調整手段は、前記排気浄化触媒の温度が前記設定温度よりも低い状態では、前記温度差が大きいほど排気の酸素濃度を上昇させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記再生処理実行手段は、排気中への還元剤の供給を中断して前記排気浄化触媒から流出する排気の空燃比をリーンとするリッチ中断処理を所定のタイミングで実行し、
前記酸素濃度調整手段は、前記リッチ中断処理が実行されている期間中、前記排気浄化触媒の温度と前記設定温度との温度差に拘わらず、排気の酸素濃度を上昇させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記酸素濃度調整手段は、前記燃料噴射弁を制御して前記エンジンの筒内で燃焼される燃料の量を変化させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記酸素濃度調整手段は、主噴射による燃焼に継続して燃焼可能なタイミングで実行される燃焼中ポスト噴射による燃料噴射量を変化させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記再生処理実行手段は、主噴射による燃焼後に前記燃料噴射手段から燃料を噴射させる燃焼後ポスト噴射を実行することで排気中に炭化水素を供給することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１０８４２１（Ｐ２０１３−１０８４２１Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３２９２（Ｐ２０１１−２５３２９２）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
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