内燃機関の排ガス浄化装置
【課題】ＮＯｘ浄化触媒にＮＯｘ還元動作を行わせる場合において、燃費とＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガス特性をいずれも向上させることができるとともに、オイルダイリューションの発生を抑制することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】内燃機関３の排ガス浄化装置１は、ＮＯｘ浄化触媒８とＥＣＵ２を備える。ＥＣＵ２は、ＮＯｘ浄化触媒８に流入する排ガスを還元雰囲気に制御する還元制御を実行する（ステップ３０〜３３，４２〜４６）とともに、還元制御中、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの総噴射量Ｇａｌｌに対する割合であるポスト割合Ｒｐｏｓｔに応じて設定する（ステップ２０〜２５）。
【解決手段】内燃機関３の排ガス浄化装置１は、ＮＯｘ浄化触媒８とＥＣＵ２を備える。ＥＣＵ２は、ＮＯｘ浄化触媒８に流入する排ガスを還元雰囲気に制御する還元制御を実行する（ステップ３０〜３３，４２〜４６）とともに、還元制御中、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの総噴射量Ｇａｌｌに対する割合であるポスト割合Ｒｐｏｓｔに応じて設定する（ステップ２０〜２５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捕捉したＮＯｘを還元雰囲気下で還元するＮＯｘ浄化触媒を排気通路に備えた内燃機関において、ＮＯｘ浄化触媒にＮＯｘ還元動作を行わせるために、還元剤を触媒の上流側に供給する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関の排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、筒内噴射式のガソリンエンジンであり、吸気通路に設けられたスロットル弁と、排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒と、その下流側に設けられた三元触媒などを備えている。このＮＯｘ浄化触媒は、酸化雰囲気の排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を捕捉するとともに、還元雰囲気の排ガスが供給されたときに捕捉したＮＯｘを還元し、それにより、排ガスを浄化する。また、排ガス浄化装置は、ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側の排ガス温度を検出する排ガス温度センサと、スロットル弁の開度をスロットル弁開度θｔｈとして検出するスロットル弁開度センサと、これらのセンサが接続された制御装置などを備えている。
【０００３】
この内燃機関では、制御装置によって、スロットル弁開度θｔｈおよびエンジン回転数Ｎｅに応じて、目標平均有効圧Ｐｅが算出され、この目標平均有効圧Ｐｅおよびエンジン回転数Ｎｅに応じて、目標空燃比ＯA/Fが算出されるとともに、内燃機関の運転モードが、混合気がリーン側に制御されるリーンモードと、リッチ側に制御されるリッチパージモードとに切り換えられる。このリーンモードでは、目標空燃比ＯA/Fがリーン側の値に設定されるとともに、燃料噴射動作として、リーン用の燃料噴射動作ＰＬが実行される。
【０００４】
また、リーンモード中、リーンモードの継続時間ｔが所定時間Ｌｔに達したときには、運転モードがリーンモードからリッチパージモードに切り換えられる。このリッチパージモードでは、目標空燃比ＯA/Fがリッチ側の値に設定されるとともに、ＮＯｘ浄化触媒の温度Ｔｃが所定値Ｔｃ１未満のときには、目標空燃比ＯA/Fに基づいて、リッチ用の燃料噴射動作ＰＨが実行され、ＮＯｘ浄化触媒の温度Ｔｃが所定値Ｔｃ１以上のときには、リッチ用の燃料噴射動作ＰＨに連続して、リッチパージ用の燃料噴射動作ＰＰが実行されることで、燃料噴射動作が膨張行程まで継続して実行される。それにより、ＮＯｘ浄化触媒の温度Ｔｃが所定値Ｔｃ１未満のときには、還元剤としてのＣＯ（一酸化炭素）を多く含む排ガスがＮＯｘ浄化触媒に供給されるとともに、ＮＯｘ浄化触媒の温度Ｔｃが所定値Ｔｃ１以上のときには、燃料噴射動作が膨張行程まで継続して実行されることで、還元剤として、ＣＯに加えてＨＣ（炭化水素）を多く含む排ガスがＮＯｘ浄化触媒に供給される（段落［００３１］〜［００３９］）。
【０００５】
これは、上記のようなＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘの還元手法として、混合気の空燃比をリッチ化する空燃比リッチ化手法と、混合気の空燃比のリッチ化に加えて膨張行程での燃料噴射を行うリッチパージ手法とを比較した場合、触媒温度が低温域にあるときには、２つの手法によるＮＯｘ還元能力はあまり変わらないものの、触媒温度が高温域にあるときには、リッチパージ手法の方がＨＣ濃度が高いことで、より高いＮＯｘ還元能力を示すことによる（段落［００１１］〜［００１３］，図９（ａ））。
【０００６】
さらに、リッチパージモードでは、リッチパージ用の燃料噴射動作ＰＰの実行時間Ｔｒが、吸入空気量に応じたマップ値と、走行距離に応じたマップ値との積に基づいて設定されるとともに、噴射時間Ｔｉが走行距離に応じて設定される（段落［００４５］〜［００４７］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３０２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の内燃機関の排ガス浄化装置によれば、リッチパージモード中、リッチ用の燃料噴射動作ＰＨは、目標空燃比ＯA/Fに基づいて実行されるものの、リッチパージ用の燃料噴射動作ＰＰは、目標空燃比ＯA/Fとは無関係に、吸入空気量および走行距離に応じて実行されるので、ＮＯｘ浄化触媒に供給される排ガスがオーバーリッチ状態となることで、燃費の悪化を招くおそれがある。これに加えて、同じ理由により、リッチパージモード中、ＮＯｘ浄化触媒を通過した排ガス中のＨＣ濃度が高くなり、排ガス特性が悪化する可能性があるので、これを浄化するための構成として、ＮＯｘ浄化触媒の下流側に三元触媒を設ける必要がある。さらに、リッチパージモード中、ＮＯｘ浄化触媒の温度Ｔｃが所定値Ｔｃ１以上のときには、燃料噴射動作が膨張行程まで継続して実行されるので、未燃燃料がエンジンオイルに混入する、いわゆるオイルダイリューションが発生しやすい。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＮＯｘ浄化触媒にＮＯｘ還元動作を行わせる場合において、燃費とＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガス特性をいずれも向上させることができるとともに、オイルダイリューションの発生を抑制することができる内燃機関の排ガス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】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、気筒３ａ内で燃焼させるための燃料が第１燃料として気筒３ａ内に供給されるとともに、排ガスを還元雰囲気にするための燃料が第２燃料として排気通路７に供給される内燃機関３において、排気通路７内の排ガスを浄化する内燃機関３の排ガス浄化装置１であって、排気通路７に設けられ、酸化雰囲気の排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、還元剤を含む還元雰囲気の排ガスが供給されることにより、捕捉したＮＯｘを還元することによって浄化するＮＯｘ浄化触媒８と、ＮＯｘ浄化触媒８にＮＯｘの還元動作を行わせるために、ＮＯｘ浄化触媒８に流入する排ガスを還元雰囲気に制御する還元制御を実行する還元制御手段（ＥＣＵ２、ステップ３０〜３３，４２〜４６）と、を備え、還元制御手段は、還元制御の実行中、排ガスの空燃比の目標となる目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄおよび還元制御の実行期間の少なくとも一方を、第１燃料量（主噴射量Ｇｔｒｑ）および第２燃料量（ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ）の関係を表す指標値（ポスト割合Ｒｐｏｓｔ）に応じて設定する（ステップ２０〜２５）ことを特徴とする。
【００１１】
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、ＮＯｘ浄化触媒にＮＯｘの還元動作を行わせるために、還元制御が実行されるとともに、還元制御の実行中、排ガスの空燃比の目標となる目標空燃比および還元制御の実行期間の少なくとも一方が、第１燃料量および第２燃料量の関係を表す指標値に応じて設定される。すなわち、目標空燃比および／または還元制御の実行期間が、気筒内で実際に燃焼する燃料量と、ＮＯｘ還元のためにＮＯｘ浄化触媒に供給される燃料量との関係に応じて設定されるので、還元制御の実行中、ＮＯｘ浄化触媒に供給される排ガスの空燃比および／または還元制御の実行期間を、ＮＯｘ浄化触媒に対して還元剤が過不足無く供給されるように設定することができる。それにより、燃費およびＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガス特性をいずれも向上させることができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、指標値（ポスト割合Ｒｐｏｓｔ）は、第１燃料量（主噴射量Ｇｔｒｑ）と第２燃料量（ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ）の割合を表す値であることを特徴とする。
【００１３】
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、目標空燃比および／または還元制御の実行期間が、第１燃料量と第２燃料量の割合を表す指標値に応じて設定されるので、還元剤におけるＣＯおよびＨＣの割合に応じて、目標空燃比および／または還元制御の実行期間を適切に設定することができ、それにより、燃費およびＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガス特性を確実に向上させることができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、第２燃料は、第１燃料の供給後に気筒３ａ内に供給され、還元制御手段は、指標値（ポスト割合Ｒｐｏｓｔ）によって表される、第１燃料量（主噴射量Ｇｔｒｑ）に対する第２燃料量（ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ）の割合が大きいほど、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄをよりリーン側の値に設定する（ステップ２２，２４，２５）ことを特徴とする。
【００１５】
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、第１燃料の供給後に気筒内に供給される第２燃料量の、第１燃料量に対する割合が大きいほど、目標空燃比がよりリーン側の値に設定される。すなわち、第２燃料量が多くなることで、オイルダイリューションが発生しやすい状況であるほど、目標空燃比がよりリーン側の値に設定されるので、オイルダイリューションの発生を抑制することができる。これに加えて、第２燃料量が多くなることで、ＮＯｘ浄化触媒を通り抜けるＨＣが多くなりやすい状況であるほど、目標空燃比がよりリーン側の値に設定されるので、ＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガス特性を確実に向上させることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、第２燃料は、第１燃料の供給後に気筒３ａ内に供給され、還元制御手段は、指標値（ポスト割合Ｒｐｏｓｔ）によって表される、第１燃料量（主噴射量Ｇｔｒｑ）に対する第２燃料量（ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ）の割合が大きいほど、還元制御の実行期間をより長い期間に設定する（ステップ６〜８，２０〜２５）ことを特徴とする。
【００１７】
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、第１燃料の供給後に気筒内に供給される第２燃料量の、第１燃料量に対する割合が大きいほど、還元制御の実行期間がより長い期間に設定される。すなわち、第２燃料量が多くなることで、還元剤として、ＣＯと比べて反応速度の遅いＨＣが排ガス中に多い状況であるほど、還元制御がより長い期間実行されるので、ＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガス特性を確実に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本願発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】還元制御の実行条件判定処理を示すフローチャートである。
【図３】目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄの算出処理を示すフローチャートである。
【図４】ポスト割合Ｒｐｏｓｔの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図５】目標空燃比の基本値ＡＦ＿ｂａｓｅの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図６】第１補正係数Ｋａｆｐの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図７】第２補正係数Ｋｓｖの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図８】第３補正係数Ｋｓｖｐの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図９】ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１０】吸気制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。
【図１２】ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘの算出に用いるマップの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の排ガス浄化装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の燃料噴射制御処理および吸気制御処理などの各種の制御処理を実行する。
【００２０】
エンジン３は、図示しない車両に搭載されたディーゼルエンジンタイプのものであり、複数組（１組のみ図示）の気筒３ａおよびピストン３ｂを備えている。エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、燃料噴射弁４が気筒３ａ毎に燃焼室に臨むように取り付けられている。
【００２１】
この燃料噴射弁４は、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（いずれも図示せず）に接続されている。高圧ポンプによって昇圧された燃料は、コモンレールを介して燃料噴射弁４に供給され、燃料噴射弁４から気筒３ａ内に噴射される。燃料噴射弁４の開弁時間および開弁タイミングは、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、燃料噴射制御が実行される。
【００２２】
エンジン３には、クランク角センサ２０が設けられている。このクランク角センサ２０は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１０゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。
【００２３】
エンジン３の吸気通路５には、上流側から順に、エアフローセンサ２１およびスロットル弁機構６が設けられている。このエアフローセンサ２１は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気通路５内を流れる空気の流量（以下「空気流量」という）Ｑｉｎを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２４】
スロットル弁機構６は、スロットル弁６ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ６ｂなどを備えている。スロットル弁６ａは、吸気通路５の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化により空気流量Ｑｉｎを変化させる。ＴＨアクチュエータ６ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって制御されることにより、スロットル弁６ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを変化させる。
【００２５】
一方、エンジン３の排気通路７には、ＮＯｘ浄化触媒８が設けられている。このＮＯｘ浄化触媒８は、酸化雰囲気の排ガスが流入したときに、排ガス中のＮＯｘを捕捉（貯蔵）する能力を有している。このＮＯｘ浄化触媒８に捕捉されたＮＯｘは、還元雰囲気の排ガスがＮＯｘ浄化触媒８に流入したときに、還元剤と反応することによって還元される。なお、図示しないが、排気通路７のＮＯｘ浄化触媒８の上流側および下流側には、ＤＰＦおよび三元触媒などが設けられている。
【００２６】
また、排気通路７のＮＯｘ浄化触媒８の上流側および下流側には、ＬＡＦセンサ２２および排気温センサ２３がそれぞれ設けられている。このＬＡＦセンサ２２は、ジルコニアおよび白金電極などで構成され、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排気通路７内を流れる排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＬＡＦセンサ２２の検出信号の値に基づき、排ガスの実際の空燃比を検出空燃比ＡＦ＿ａｃｔとして算出する。
【００２７】
さらに、排気温センサ２３は、ＮＯｘ浄化触媒８を通り抜けた排ガスの温度を検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この排気温センサ２３の検出信号の値に基づき、ＮＯｘ浄化触媒８の温度を触媒温ＴＣＡＴとして算出する。
【００２８】
また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２４が電気的に接続されている。このアクセル開度センサ２４は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２９】
一方、ＥＣＵ２（還元制御手段）は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２４の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、以下に述べるように、還元制御の実行条件判定処理、吸気制御処理および燃料噴射制御処理などを実行する。それにより、エンジン３において、混合気の空燃比が、通常運転時には理論空燃比よりもリーンな値に制御されるとともに、還元制御時には、ＮＯｘ浄化触媒８に捕捉されたＮＯｘを還元するために、理論空燃比よりもリッチな値に制御される。
【００３０】
また、還元制御の実行中、エンジン３が極低回転かつ極低負荷の運転域を除いた運転域にあるときには、１回の燃焼サイクル中、燃料が主噴射時期とそれよりも後のポスト噴射時期との２回に分けて噴射される。この主噴射時期では、後述する主噴射量Ｇｔｒｑ（第１燃料量）分の燃料が圧縮行程で気筒３ａ内に噴射され、理論空燃比よりもリッチな燃焼混合気が生成される。その結果、排気行程において、還元剤としてのＣＯが比較的多く含まれる燃焼ガスが排気通路７に排出される。
【００３１】
さらに、ポスト噴射時期では、後述するポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ（第２燃料量）分の燃料が膨張行程（または排気行程）で気筒３ａ内に噴射される。それにより、排気行程において、還元剤としてのＨＣが比較的多く含まれる燃焼ガスまたは未燃ガスが排気通路７に排出される。この場合、還元剤としてのＣＯは、ＨＣと比べて、ＮＯｘとの反応速度が速いという特性を有している。
【００３２】
以下、図２を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される還元制御の実行条件判定処理について説明する。この処理は、以下に述べるように、ＮＯｘ浄化触媒８に捕捉されたＮＯｘを還元するための還元制御の実行条件が成立しているか否かを判定するものであり、所定の制御周期ΔＴ（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。
【００３３】
この処理では、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、Ｆ＿ＲＩＣＨ＝０のときには、ステップ２に進み、後述する要求トルクＴＲＱおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを算出する。このＮＯｘ排出量ＱＮＯｘは、前回の制御タイミングから今回の制御タイミングまでの間において、エンジン３から排気通路７に排出されたと推定されるＮＯｘ量に相当するものである。
【００３４】
次いで、ステップ３に進み、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを、その前回値Ｓ＿ＱＮＯｘＺとＮＯｘ排出量ＱＮＯｘの和（Ｓ＿ＱＮＯｘＺ＋ＱＮＯｘ）に設定する。このＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘは、ＮＯｘ浄化触媒８に捕捉されているＮＯｘ量の推定値に相当するものである。
【００３５】
次いで、ステップ４に進み、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが所定の上限しきい値ＳＲＥＦ＿Ｈよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、還元制御の実行条件が成立していないと判定して、そのまま本処理を終了する。
【００３６】
一方、ステップ４の判別結果がＹＥＳのときには、還元制御の実行条件が成立したと判定して、ステップ５に進み、それを表すために、還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨを「１」に設定した後、本処理を終了する。
【００３７】
このように、ステップ５で還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」に設定されると、次回以降の制御タイミングで、ステップ１の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、ステップ６に進み、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを算出する。この目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄの算出処理は、具体的には図３に示すように実行される。
【００３８】
同図に示すように、まず、ステップ２０で、指標値としてのポスト割合Ｒｐｏｓｔを算出する。このポスト割合Ｒｐｏｓｔは、後述する総噴射量Ｇａｌｌ（＝Ｇｔｒｑ＋Ｇｐｏｓｔ）に対するポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの割合（＝Ｇｐｏｓｔ／Ｇａｌｌ）であり、具体的には、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＱに応じて、図４に示すマップを検索することにより、０≦Ｒｐｏｓｔ≪１が成立するように算出される。同図において、Ｒｐｏｓｔ１〜４は、ポスト割合Ｒｐｏｓｔの所定値であり、Ｒｐｏｓｔ１＜Ｒｐｏｓｔ２＜Ｒｐｏｓｔ３＜Ｒｐｏｓｔ４が成立するように設定されている。
【００３９】
図４に示すように、このマップでは、ポスト割合Ｒｐｏｓｔは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、または要求トルクＴＲＱが大きいほど、より大きい値に設定されている。言い換えれば、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはエンジン負荷が高いほど、総燃料噴射量に占める主噴射量Ｇｔｒｑの割合がより少なくなるように設定されている。これは、還元制御の実行中、主噴射量Ｇｔｒｑが多い状態では、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはエンジン負荷が大きいほど、より大きな燃焼音が発生しやすくなるので、それを回避し、商品性を高めるためである。
【００４０】
次いで、ステップ２１に進み、触媒温ＴＣＡＴに応じて、図５に示すマップを検索することにより、目標空燃比の基本値ＡＦ＿ｂａｓｅを算出する。このマップでは、触媒温ＴＣＡＴが高いほど、目標空燃比の基本値ＡＦ＿ｂａｓｅがより小さい値すなわちよりリッチ側の値に設定されている。これは、触媒温ＴＣＡＴが高いほど、ＮＯｘ浄化触媒８におけるＮＯｘの還元性能がより高くなるのに応じて、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄをよりリッチ側に設定することで、還元制御の実行期間を短縮するためである。
【００４１】
次に、ステップ２２で、ポスト割合Ｒｐｏｓｔに応じて、図６に示すマップを検索することにより、第１補正係数Ｋａｆｐを算出する。このマップでは、第１補正係数Ｋａｆｐは、Ｒｐｏｓｔ＝０のときに値１．０に設定されているとともに、ポスト割合Ｒｐｏｓｔが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、ポスト割合Ｒｐｏｓｔが大きくなるほど、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔがより増大することで、オイルダイリューションが発生しやすくなるので、それを抑制すべく、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄをよりリーン側の値に補正するためである。
【００４２】
ステップ２２に続くステップ２３で、空間速度ＳＶに応じて、図７に示すマップを検索することにより、第２補正係数Ｋｓｖを算出する。この空間速度ＳＶは、排ガス流量と触媒容量との比として算出され、排ガス流量は、エンジン回転数ＮＥおよび空気流量Ｑｉｎなどを用いて算出される。図７のマップでは、第２補正係数Ｋｓｖは、空間速度ＳＶが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、空間速度ＳＶが大きいほど、排ガス中の還元剤がＮＯｘ浄化触媒８と接触する確率が低下し、ＮＯｘ浄化触媒８を通り抜ける還元剤量が増大するので、それを抑制すべく、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄをよりリーン側の値に補正するためである。
【００４３】
次いで、ステップ２４に進み、ポスト割合Ｒｐｏｓｔに応じて、図８に示すマップを検索することにより、第３補正係数Ｋｓｖｐを算出する。このマップでは、第３補正係数Ｋｓｖｐは、Ｒｐｏｓｔ＝０のときに値１．０に設定されているとともに、ポスト割合Ｒｐｏｓｔが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、ポスト割合Ｒｐｏｓｔが大きくなるほど、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔがより増大することで、オイルダイリューションが発生しやすくなるので、それを抑制すべく、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄをよりリーン側の値に補正するためである。
【００４４】
次に、ステップ２５で、以上のように算出した４つの値ＡＦ＿ｂａｓｅ，Ｋａｆｐ，Ｋｓｖ，Ｋｓｖｐを用い、下式（１）により、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを算出する。その後、本処理を終了する。
ＡＦ＿ｃｍｄ＝ＡＦ＿ｂａｓｅ・Ｋａｆｐ・Ｋｓｖ・Ｋｓｖｐ ……（１）
【００４５】
図２に戻り、ステップ６で、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを以上のように算出した後、ステップ７に進み、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄに応じて、図９に示すマップを検索することにより、ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘを算出する。このＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘは、還元制御の実行中、前回の制御タイミングから今回の制御タイミングまでの間において、ＮＯｘ浄化触媒８において還元されたと推定されるＮＯｘ量に相当するものである。
【００４６】
図９のマップでは、ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘは、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄが大きいほど、すなわち目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがリーン側の値であるほど、より小さい値に設定されている。これは、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがリーン側の値であるほど、ＮＯｘ浄化触媒８に供給される還元剤量が少なくなるので、それに応じて、還元制御の実行期間をより長く設定するためである。
【００４７】
次いで、ステップ８に進み、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを、その前回値Ｓ＿ＱＮＯｘＺからＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘを減算した値（Ｓ＿ＱＮＯｘＺ−ＤＱＮＯｘ）に設定する。次に、ステップ９で、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが所定の下限しきい値ＳＲＥＦ＿Ｌよりも小さいか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。
【００４８】
一方、ステップ９の判別結果がＹＥＳのときには、還元制御を終了すべきであると判定して、ステップ１０に進み、それを表すために、還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨを「０」に設定する。その後、本処理を終了する。
【００４９】
以上のように、図２の還元制御の実行条件判定処理では、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがリーン側の値であるほど、ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘがより小さい値になるように算出される。その結果、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが所定の下限しきい値ＳＲＥＦ＿Ｌを下回るまでの期間が長くなることで、還元制御がより長い期間、実行される。すなわち、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがリーン側の値であるほど、ＮＯｘ浄化触媒８に供給される還元剤量が少なくなるのに応じて、還元制御がより長い期間、実行される。
【００５０】
次に、図１０を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される吸気制御処理について説明する。この吸気制御処理は、スロットル弁開度ＴＨを制御することによって、吸入空気量を制御するものであり、前述した制御周期ΔＴで、前述した図２の処理に連続して実行される。
【００５１】
同図に示すように、この処理では、まず、ステップ３０で、前述した還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、還元制御を実行すべきときには、ステップ３１に進み、下式（２）により、目標吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄを算出する。
Ｇａｉｒ＿ｃｍｄ＝Ｇａｌｌ・ＡＦ＿ｃｍｄ ……（２）
なお、総噴射量Ｇａｌｌは、後述する燃料噴射制御処理において算出される。
【００５２】
次いで、ステップ３２に進み、目標吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄを算出する。このマップでは、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄは、後述する全開値ＴＨ＿ｗｏｔよりも小さい値に設定されている。
【００５３】
次に、ステップ３３で、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、制御入力Ｕ＿ＴＨを算出した後、本処理を終了する。これにより、制御入力Ｕ＿ＴＨに対応する駆動信号がＴＨアクチュエータ６ｂに供給されることで、スロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄになるように制御される。
【００５４】
一方、ステップ３０の判別結果がＮＯで、エンジン３をリーン運転すべきときには、ステップ３４に進み、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄを所定の全開値ＴＨ＿ｗｏｔに設定する。次いで、前述したように、ステップ３３を実行した後、本処理を終了する。これにより、スロットル弁６ａが全開状態に制御される。
【００５５】
以上のように、図１０の吸気制御処理では、還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨ＝１で、還元制御中のときには、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄが、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄおよび総噴射量Ｇａｌｌに応じて設定されることによって、ＮＯｘ浄化触媒８に供給される排ガスの空燃比がリッチ側に制御される。すなわち、ＨＣ，ＣＯが還元剤としてＮＯｘ浄化触媒８に供給される。
【００５６】
次に、図１１を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される燃料噴射制御処理について説明する。この燃料噴射制御処理は、燃料噴射弁４による燃料噴射量およびその噴射時期を算出するものであり、ＴＤＣ信号の発生に同期する制御タイミングで実行される。
【００５７】
この処理では、まず、ステップ４０で、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求トルクＴＲＱを算出する。
【００５８】
次いで、ステップ４１に進み、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、総噴射量Ｇａｌｌを算出する。この総噴射量Ｇａｌｌは、１回の燃焼サイクル中に気筒３ａ内に噴射される総燃料量として算出される。
【００５９】
次に、ステップ４２で、前述した還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、還元制御を実行すべきであるときには、ステップ４３に進み、下式（３）により、主噴射量Ｇｔｒｑを算出する。
Ｇｔｒｑ＝Ｇａｌｌ・（１−Ｒｐｏｓｔ） ……（３）
【００６０】
次いで、ステップ４４で、下式（４）により、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔを算出する。
Ｇｐｏｓｔ＝Ｇａｌｌ・Ｒｐｏｓｔ ……（４）
【００６１】
ステップ４４に続くステップ４５で、主噴射時期ＣＡｔｒｑを算出する。この主噴射時期ＣＡｔｒｑは、主噴射量Ｇｔｒｑの噴射開始タイミングであり、主噴射量Ｇｔｒｑおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。
【００６２】
次いで、ステップ４６に進み、ポスト噴射時期ＣＡｐｏｓｔを算出する。このポスト噴射時期ＣＡｐｏｓｔは、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの噴射開始タイミングであり、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。ステップ４６で、以上のようにポスト噴射時期ＣＡｐｏｓｔを算出した後、本処理を終了する。
【００６３】
一方、ステップ４２の判別結果がＮＯで、エンジン３をリーン運転すべきときには、ステップ４７に進み、リーン運転用の燃料噴射制御処理を実行する。このリーン運転用の燃料噴射制御処理では、エンジン３の運転状態および総噴射量Ｇａｌｌに基づき、主噴射量Ｇｔｒｑに加えて、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔおよびパイロット噴射量などが算出されるとともに、これらの噴射量の噴射時期がそれぞれ算出される。ステップ４７で、以上のようにリーン運転用の燃料噴射制御処理を実行した後、本処理を終了する。
【００６４】
以上のように、本実施形態の排ガス浄化装置１によれば、還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨ＝１で還元制御中のときには、目標空燃比の基本値ＡＦ＿ｂａｓｅに、３つの補正係数Ｋａｆｐ，Ｋｓｖ，Ｋｓｖｐを乗算することにより、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄが算出される（ステップ２５）とともに、２つの補正係数Ｋａｆｐ，Ｋｓｖｐが、ポスト割合Ｒｐｏｓｔに応じて算出される。このポスト割合Ｒｐｏｓｔは、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの総噴射量Ｇａｌｌに対する割合、言い換えればポスト噴射量Ｇｐｏｓｔと主噴射量Ｇｔｒｑの割合を表すものであるので、還元剤におけるＣＯおよびＨＣの割合に応じて、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを適切に算出することができる。これに加えて、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄに基づいて、ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘが算出されるとともに、このＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘは、還元制御の実行期間を決定するものであるので、還元剤におけるＨＣとＣＯの割合に応じて、還元制御の実行期間を適切に決定することができる。以上のように、還元制御の実行中、還元剤がＮＯｘ浄化触媒８に対して過不足無く供給されるように、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄおよび還元制御の実行期間を決定することができることで、燃費およびＮＯｘ浄化触媒８の下流側の排ガス特性をいずれも向上させることができる。
【００６５】
また、２つの補正係数Ｋａｆｐ，Ｋｓｖｐは、ポスト割合Ｒｐｏｓｔが大きいほど、より大きい値になるように算出されるので、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの主噴射量Ｇｔｒｑに対する割合が大きいほど、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがよりリーン側の値に設定される。すなわち、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔが多くなることで、オイルダイリューションが発生しやすい状況であるほど、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがよりリーン側の値に設定されるので、オイルダイリューションの発生を抑制することができる。これに加えて、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔが多くなることで、ＮＯｘ浄化触媒８を通り抜けるＨＣが多くなりやすい状況であるほど、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがよりリーン側の値に設定されるので、ＮＯｘ浄化触媒８の下流側の排ガス特性を確実に向上させることができる。
【００６６】
これに加えて、図９に示すように、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがよりリーン側の値に設定されるほど、ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘがより小さい値になるように算出されることで、還元制御の実行期間がより長い期間に設定される。すなわち、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔが多くなることで、還元剤として、ＣＯと比べて反応速度の遅いＨＣが排ガス中に多い状況であるほど、還元制御がより長い期間、実行されるので、ＮＯｘ浄化触媒８の下流側の排ガス特性を確実に向上させることができる。
【００６７】
なお、実施形態では、図２のステップ７において、図９に示すマップを用いてＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘを算出したが、図９に代えて、図１２に示すマップを用いてＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘを算出してもよい。同図１２のマップでは、ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘが、検出空燃比ＡＦ＿ａｃｔに応じて設定されているとともに、その設定傾向は、図９と同様に構成されている。このマップを用いてＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘを算出した場合、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄが前述したように算出されるとともに、検出空燃比ＡＦ＿ａｃｔが目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄになるように制御されるので、実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６８】
また、実施形態は、第１燃料量として、主噴射量Ｇｔｒｑを用いた例であるが、本発明の第１燃料量はこれに限らず、気筒内で燃焼させる燃料の量であればよい。例えば、燃料噴射制御において、主噴射と、それよりも前のタイミングでパイロット噴射を実行するように構成するとともに、主噴射量Ｇｔｒｑとパイロット噴射量との和を、第１燃料量として用いてもよい。
【００６９】
さらに、実施形態は、還元制御の実行中、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄおよび還元制御の実行期間の双方を、指標値としてのポスト割合Ｒｐｏｓｔに応じて設定した例であるが、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄおよび還元制御の実行期間の一方を、ポスト割合Ｒｐｏｓｔに応じて設定するように構成してもよい。
【００７０】
また、実施形態は、指標値として、ポスト割合Ｒｐｏｓｔを用いた例であるが、本発明の指標値はこれに限らず、第１燃料量と第２燃料量の関係を表すものであればよい。例えば、指標値として、主噴射量Ｇｔｒｑの総噴射量Ｇａｌｌに対する比（１−Ｒｐｏｓｔ）や、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの主噴射量Ｇｔｒｑに対する比［Ｒｐｏｓｔ／（１−Ｒｐｏｓｔ）］、主噴射量Ｇｔｒｑのポスト噴射量Ｇｐｏｓｔに対する比［（１−Ｒｐｏｓｔ）／Ｒｐｏｓｔ］を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１ 排ガス浄化装置
２ ＥＣＵ（還元制御手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
７ 排気通路
８ ＮＯｘ浄化触媒
ＡＦ＿ｃｍｄ 目標空燃比
Ｇｔｒｑ 主噴射量（第１燃料量）
Ｇｐｏｓｔ ポスト噴射量（第２燃料量）
Ｒｐｏｓｔ ポスト割合（指標値）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捕捉したＮＯｘを還元雰囲気下で還元するＮＯｘ浄化触媒を排気通路に備えた内燃機関において、ＮＯｘ浄化触媒にＮＯｘ還元動作を行わせるために、還元剤を触媒の上流側に供給する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関の排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、筒内噴射式のガソリンエンジンであり、吸気通路に設けられたスロットル弁と、排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒と、その下流側に設けられた三元触媒などを備えている。このＮＯｘ浄化触媒は、酸化雰囲気の排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を捕捉するとともに、還元雰囲気の排ガスが供給されたときに捕捉したＮＯｘを還元し、それにより、排ガスを浄化する。また、排ガス浄化装置は、ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側の排ガス温度を検出する排ガス温度センサと、スロットル弁の開度をスロットル弁開度θｔｈとして検出するスロットル弁開度センサと、これらのセンサが接続された制御装置などを備えている。
【０００３】
この内燃機関では、制御装置によって、スロットル弁開度θｔｈおよびエンジン回転数Ｎｅに応じて、目標平均有効圧Ｐｅが算出され、この目標平均有効圧Ｐｅおよびエンジン回転数Ｎｅに応じて、目標空燃比ＯA/Fが算出されるとともに、内燃機関の運転モードが、混合気がリーン側に制御されるリーンモードと、リッチ側に制御されるリッチパージモードとに切り換えられる。このリーンモードでは、目標空燃比ＯA/Fがリーン側の値に設定されるとともに、燃料噴射動作として、リーン用の燃料噴射動作ＰＬが実行される。
【０００４】
また、リーンモード中、リーンモードの継続時間ｔが所定時間Ｌｔに達したときには、運転モードがリーンモードからリッチパージモードに切り換えられる。このリッチパージモードでは、目標空燃比ＯA/Fがリッチ側の値に設定されるとともに、ＮＯｘ浄化触媒の温度Ｔｃが所定値Ｔｃ１未満のときには、目標空燃比ＯA/Fに基づいて、リッチ用の燃料噴射動作ＰＨが実行され、ＮＯｘ浄化触媒の温度Ｔｃが所定値Ｔｃ１以上のときには、リッチ用の燃料噴射動作ＰＨに連続して、リッチパージ用の燃料噴射動作ＰＰが実行されることで、燃料噴射動作が膨張行程まで継続して実行される。それにより、ＮＯｘ浄化触媒の温度Ｔｃが所定値Ｔｃ１未満のときには、還元剤としてのＣＯ（一酸化炭素）を多く含む排ガスがＮＯｘ浄化触媒に供給されるとともに、ＮＯｘ浄化触媒の温度Ｔｃが所定値Ｔｃ１以上のときには、燃料噴射動作が膨張行程まで継続して実行されることで、還元剤として、ＣＯに加えてＨＣ（炭化水素）を多く含む排ガスがＮＯｘ浄化触媒に供給される（段落［００３１］〜［００３９］）。
【０００５】
これは、上記のようなＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘの還元手法として、混合気の空燃比をリッチ化する空燃比リッチ化手法と、混合気の空燃比のリッチ化に加えて膨張行程での燃料噴射を行うリッチパージ手法とを比較した場合、触媒温度が低温域にあるときには、２つの手法によるＮＯｘ還元能力はあまり変わらないものの、触媒温度が高温域にあるときには、リッチパージ手法の方がＨＣ濃度が高いことで、より高いＮＯｘ還元能力を示すことによる（段落［００１１］〜［００１３］，図９（ａ））。
【０００６】
さらに、リッチパージモードでは、リッチパージ用の燃料噴射動作ＰＰの実行時間Ｔｒが、吸入空気量に応じたマップ値と、走行距離に応じたマップ値との積に基づいて設定されるとともに、噴射時間Ｔｉが走行距離に応じて設定される（段落［００４５］〜［００４７］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３０２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の内燃機関の排ガス浄化装置によれば、リッチパージモード中、リッチ用の燃料噴射動作ＰＨは、目標空燃比ＯA/Fに基づいて実行されるものの、リッチパージ用の燃料噴射動作ＰＰは、目標空燃比ＯA/Fとは無関係に、吸入空気量および走行距離に応じて実行されるので、ＮＯｘ浄化触媒に供給される排ガスがオーバーリッチ状態となることで、燃費の悪化を招くおそれがある。これに加えて、同じ理由により、リッチパージモード中、ＮＯｘ浄化触媒を通過した排ガス中のＨＣ濃度が高くなり、排ガス特性が悪化する可能性があるので、これを浄化するための構成として、ＮＯｘ浄化触媒の下流側に三元触媒を設ける必要がある。さらに、リッチパージモード中、ＮＯｘ浄化触媒の温度Ｔｃが所定値Ｔｃ１以上のときには、燃料噴射動作が膨張行程まで継続して実行されるので、未燃燃料がエンジンオイルに混入する、いわゆるオイルダイリューションが発生しやすい。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＮＯｘ浄化触媒にＮＯｘ還元動作を行わせる場合において、燃費とＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガス特性をいずれも向上させることができるとともに、オイルダイリューションの発生を抑制することができる内燃機関の排ガス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】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、気筒３ａ内で燃焼させるための燃料が第１燃料として気筒３ａ内に供給されるとともに、排ガスを還元雰囲気にするための燃料が第２燃料として排気通路７に供給される内燃機関３において、排気通路７内の排ガスを浄化する内燃機関３の排ガス浄化装置１であって、排気通路７に設けられ、酸化雰囲気の排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、還元剤を含む還元雰囲気の排ガスが供給されることにより、捕捉したＮＯｘを還元することによって浄化するＮＯｘ浄化触媒８と、ＮＯｘ浄化触媒８にＮＯｘの還元動作を行わせるために、ＮＯｘ浄化触媒８に流入する排ガスを還元雰囲気に制御する還元制御を実行する還元制御手段（ＥＣＵ２、ステップ３０〜３３，４２〜４６）と、を備え、還元制御手段は、還元制御の実行中、排ガスの空燃比の目標となる目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄおよび還元制御の実行期間の少なくとも一方を、第１燃料量（主噴射量Ｇｔｒｑ）および第２燃料量（ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ）の関係を表す指標値（ポスト割合Ｒｐｏｓｔ）に応じて設定する（ステップ２０〜２５）ことを特徴とする。
【００１１】
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、ＮＯｘ浄化触媒にＮＯｘの還元動作を行わせるために、還元制御が実行されるとともに、還元制御の実行中、排ガスの空燃比の目標となる目標空燃比および還元制御の実行期間の少なくとも一方が、第１燃料量および第２燃料量の関係を表す指標値に応じて設定される。すなわち、目標空燃比および／または還元制御の実行期間が、気筒内で実際に燃焼する燃料量と、ＮＯｘ還元のためにＮＯｘ浄化触媒に供給される燃料量との関係に応じて設定されるので、還元制御の実行中、ＮＯｘ浄化触媒に供給される排ガスの空燃比および／または還元制御の実行期間を、ＮＯｘ浄化触媒に対して還元剤が過不足無く供給されるように設定することができる。それにより、燃費およびＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガス特性をいずれも向上させることができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、指標値（ポスト割合Ｒｐｏｓｔ）は、第１燃料量（主噴射量Ｇｔｒｑ）と第２燃料量（ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ）の割合を表す値であることを特徴とする。
【００１３】
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、目標空燃比および／または還元制御の実行期間が、第１燃料量と第２燃料量の割合を表す指標値に応じて設定されるので、還元剤におけるＣＯおよびＨＣの割合に応じて、目標空燃比および／または還元制御の実行期間を適切に設定することができ、それにより、燃費およびＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガス特性を確実に向上させることができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、第２燃料は、第１燃料の供給後に気筒３ａ内に供給され、還元制御手段は、指標値（ポスト割合Ｒｐｏｓｔ）によって表される、第１燃料量（主噴射量Ｇｔｒｑ）に対する第２燃料量（ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ）の割合が大きいほど、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄをよりリーン側の値に設定する（ステップ２２，２４，２５）ことを特徴とする。
【００１５】
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、第１燃料の供給後に気筒内に供給される第２燃料量の、第１燃料量に対する割合が大きいほど、目標空燃比がよりリーン側の値に設定される。すなわち、第２燃料量が多くなることで、オイルダイリューションが発生しやすい状況であるほど、目標空燃比がよりリーン側の値に設定されるので、オイルダイリューションの発生を抑制することができる。これに加えて、第２燃料量が多くなることで、ＮＯｘ浄化触媒を通り抜けるＨＣが多くなりやすい状況であるほど、目標空燃比がよりリーン側の値に設定されるので、ＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガス特性を確実に向上させることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、第２燃料は、第１燃料の供給後に気筒３ａ内に供給され、還元制御手段は、指標値（ポスト割合Ｒｐｏｓｔ）によって表される、第１燃料量（主噴射量Ｇｔｒｑ）に対する第２燃料量（ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ）の割合が大きいほど、還元制御の実行期間をより長い期間に設定する（ステップ６〜８，２０〜２５）ことを特徴とする。
【００１７】
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、第１燃料の供給後に気筒内に供給される第２燃料量の、第１燃料量に対する割合が大きいほど、還元制御の実行期間がより長い期間に設定される。すなわち、第２燃料量が多くなることで、還元剤として、ＣＯと比べて反応速度の遅いＨＣが排ガス中に多い状況であるほど、還元制御がより長い期間実行されるので、ＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガス特性を確実に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本願発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】還元制御の実行条件判定処理を示すフローチャートである。
【図３】目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄの算出処理を示すフローチャートである。
【図４】ポスト割合Ｒｐｏｓｔの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図５】目標空燃比の基本値ＡＦ＿ｂａｓｅの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図６】第１補正係数Ｋａｆｐの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図７】第２補正係数Ｋｓｖの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図８】第３補正係数Ｋｓｖｐの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図９】ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１０】吸気制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。
【図１２】ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘの算出に用いるマップの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の排ガス浄化装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の燃料噴射制御処理および吸気制御処理などの各種の制御処理を実行する。
【００２０】
エンジン３は、図示しない車両に搭載されたディーゼルエンジンタイプのものであり、複数組（１組のみ図示）の気筒３ａおよびピストン３ｂを備えている。エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、燃料噴射弁４が気筒３ａ毎に燃焼室に臨むように取り付けられている。
【００２１】
この燃料噴射弁４は、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（いずれも図示せず）に接続されている。高圧ポンプによって昇圧された燃料は、コモンレールを介して燃料噴射弁４に供給され、燃料噴射弁４から気筒３ａ内に噴射される。燃料噴射弁４の開弁時間および開弁タイミングは、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、燃料噴射制御が実行される。
【００２２】
エンジン３には、クランク角センサ２０が設けられている。このクランク角センサ２０は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１０゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。
【００２３】
エンジン３の吸気通路５には、上流側から順に、エアフローセンサ２１およびスロットル弁機構６が設けられている。このエアフローセンサ２１は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気通路５内を流れる空気の流量（以下「空気流量」という）Ｑｉｎを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２４】
スロットル弁機構６は、スロットル弁６ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ６ｂなどを備えている。スロットル弁６ａは、吸気通路５の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化により空気流量Ｑｉｎを変化させる。ＴＨアクチュエータ６ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって制御されることにより、スロットル弁６ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを変化させる。
【００２５】
一方、エンジン３の排気通路７には、ＮＯｘ浄化触媒８が設けられている。このＮＯｘ浄化触媒８は、酸化雰囲気の排ガスが流入したときに、排ガス中のＮＯｘを捕捉（貯蔵）する能力を有している。このＮＯｘ浄化触媒８に捕捉されたＮＯｘは、還元雰囲気の排ガスがＮＯｘ浄化触媒８に流入したときに、還元剤と反応することによって還元される。なお、図示しないが、排気通路７のＮＯｘ浄化触媒８の上流側および下流側には、ＤＰＦおよび三元触媒などが設けられている。
【００２６】
また、排気通路７のＮＯｘ浄化触媒８の上流側および下流側には、ＬＡＦセンサ２２および排気温センサ２３がそれぞれ設けられている。このＬＡＦセンサ２２は、ジルコニアおよび白金電極などで構成され、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排気通路７内を流れる排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＬＡＦセンサ２２の検出信号の値に基づき、排ガスの実際の空燃比を検出空燃比ＡＦ＿ａｃｔとして算出する。
【００２７】
さらに、排気温センサ２３は、ＮＯｘ浄化触媒８を通り抜けた排ガスの温度を検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この排気温センサ２３の検出信号の値に基づき、ＮＯｘ浄化触媒８の温度を触媒温ＴＣＡＴとして算出する。
【００２８】
また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２４が電気的に接続されている。このアクセル開度センサ２４は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２９】
一方、ＥＣＵ２（還元制御手段）は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２４の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、以下に述べるように、還元制御の実行条件判定処理、吸気制御処理および燃料噴射制御処理などを実行する。それにより、エンジン３において、混合気の空燃比が、通常運転時には理論空燃比よりもリーンな値に制御されるとともに、還元制御時には、ＮＯｘ浄化触媒８に捕捉されたＮＯｘを還元するために、理論空燃比よりもリッチな値に制御される。
【００３０】
また、還元制御の実行中、エンジン３が極低回転かつ極低負荷の運転域を除いた運転域にあるときには、１回の燃焼サイクル中、燃料が主噴射時期とそれよりも後のポスト噴射時期との２回に分けて噴射される。この主噴射時期では、後述する主噴射量Ｇｔｒｑ（第１燃料量）分の燃料が圧縮行程で気筒３ａ内に噴射され、理論空燃比よりもリッチな燃焼混合気が生成される。その結果、排気行程において、還元剤としてのＣＯが比較的多く含まれる燃焼ガスが排気通路７に排出される。
【００３１】
さらに、ポスト噴射時期では、後述するポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ（第２燃料量）分の燃料が膨張行程（または排気行程）で気筒３ａ内に噴射される。それにより、排気行程において、還元剤としてのＨＣが比較的多く含まれる燃焼ガスまたは未燃ガスが排気通路７に排出される。この場合、還元剤としてのＣＯは、ＨＣと比べて、ＮＯｘとの反応速度が速いという特性を有している。
【００３２】
以下、図２を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される還元制御の実行条件判定処理について説明する。この処理は、以下に述べるように、ＮＯｘ浄化触媒８に捕捉されたＮＯｘを還元するための還元制御の実行条件が成立しているか否かを判定するものであり、所定の制御周期ΔＴ（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。
【００３３】
この処理では、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、Ｆ＿ＲＩＣＨ＝０のときには、ステップ２に進み、後述する要求トルクＴＲＱおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを算出する。このＮＯｘ排出量ＱＮＯｘは、前回の制御タイミングから今回の制御タイミングまでの間において、エンジン３から排気通路７に排出されたと推定されるＮＯｘ量に相当するものである。
【００３４】
次いで、ステップ３に進み、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを、その前回値Ｓ＿ＱＮＯｘＺとＮＯｘ排出量ＱＮＯｘの和（Ｓ＿ＱＮＯｘＺ＋ＱＮＯｘ）に設定する。このＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘは、ＮＯｘ浄化触媒８に捕捉されているＮＯｘ量の推定値に相当するものである。
【００３５】
次いで、ステップ４に進み、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが所定の上限しきい値ＳＲＥＦ＿Ｈよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、還元制御の実行条件が成立していないと判定して、そのまま本処理を終了する。
【００３６】
一方、ステップ４の判別結果がＹＥＳのときには、還元制御の実行条件が成立したと判定して、ステップ５に進み、それを表すために、還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨを「１」に設定した後、本処理を終了する。
【００３７】
このように、ステップ５で還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」に設定されると、次回以降の制御タイミングで、ステップ１の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、ステップ６に進み、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを算出する。この目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄの算出処理は、具体的には図３に示すように実行される。
【００３８】
同図に示すように、まず、ステップ２０で、指標値としてのポスト割合Ｒｐｏｓｔを算出する。このポスト割合Ｒｐｏｓｔは、後述する総噴射量Ｇａｌｌ（＝Ｇｔｒｑ＋Ｇｐｏｓｔ）に対するポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの割合（＝Ｇｐｏｓｔ／Ｇａｌｌ）であり、具体的には、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＱに応じて、図４に示すマップを検索することにより、０≦Ｒｐｏｓｔ≪１が成立するように算出される。同図において、Ｒｐｏｓｔ１〜４は、ポスト割合Ｒｐｏｓｔの所定値であり、Ｒｐｏｓｔ１＜Ｒｐｏｓｔ２＜Ｒｐｏｓｔ３＜Ｒｐｏｓｔ４が成立するように設定されている。
【００３９】
図４に示すように、このマップでは、ポスト割合Ｒｐｏｓｔは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、または要求トルクＴＲＱが大きいほど、より大きい値に設定されている。言い換えれば、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはエンジン負荷が高いほど、総燃料噴射量に占める主噴射量Ｇｔｒｑの割合がより少なくなるように設定されている。これは、還元制御の実行中、主噴射量Ｇｔｒｑが多い状態では、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはエンジン負荷が大きいほど、より大きな燃焼音が発生しやすくなるので、それを回避し、商品性を高めるためである。
【００４０】
次いで、ステップ２１に進み、触媒温ＴＣＡＴに応じて、図５に示すマップを検索することにより、目標空燃比の基本値ＡＦ＿ｂａｓｅを算出する。このマップでは、触媒温ＴＣＡＴが高いほど、目標空燃比の基本値ＡＦ＿ｂａｓｅがより小さい値すなわちよりリッチ側の値に設定されている。これは、触媒温ＴＣＡＴが高いほど、ＮＯｘ浄化触媒８におけるＮＯｘの還元性能がより高くなるのに応じて、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄをよりリッチ側に設定することで、還元制御の実行期間を短縮するためである。
【００４１】
次に、ステップ２２で、ポスト割合Ｒｐｏｓｔに応じて、図６に示すマップを検索することにより、第１補正係数Ｋａｆｐを算出する。このマップでは、第１補正係数Ｋａｆｐは、Ｒｐｏｓｔ＝０のときに値１．０に設定されているとともに、ポスト割合Ｒｐｏｓｔが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、ポスト割合Ｒｐｏｓｔが大きくなるほど、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔがより増大することで、オイルダイリューションが発生しやすくなるので、それを抑制すべく、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄをよりリーン側の値に補正するためである。
【００４２】
ステップ２２に続くステップ２３で、空間速度ＳＶに応じて、図７に示すマップを検索することにより、第２補正係数Ｋｓｖを算出する。この空間速度ＳＶは、排ガス流量と触媒容量との比として算出され、排ガス流量は、エンジン回転数ＮＥおよび空気流量Ｑｉｎなどを用いて算出される。図７のマップでは、第２補正係数Ｋｓｖは、空間速度ＳＶが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、空間速度ＳＶが大きいほど、排ガス中の還元剤がＮＯｘ浄化触媒８と接触する確率が低下し、ＮＯｘ浄化触媒８を通り抜ける還元剤量が増大するので、それを抑制すべく、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄをよりリーン側の値に補正するためである。
【００４３】
次いで、ステップ２４に進み、ポスト割合Ｒｐｏｓｔに応じて、図８に示すマップを検索することにより、第３補正係数Ｋｓｖｐを算出する。このマップでは、第３補正係数Ｋｓｖｐは、Ｒｐｏｓｔ＝０のときに値１．０に設定されているとともに、ポスト割合Ｒｐｏｓｔが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、ポスト割合Ｒｐｏｓｔが大きくなるほど、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔがより増大することで、オイルダイリューションが発生しやすくなるので、それを抑制すべく、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄをよりリーン側の値に補正するためである。
【００４４】
次に、ステップ２５で、以上のように算出した４つの値ＡＦ＿ｂａｓｅ，Ｋａｆｐ，Ｋｓｖ，Ｋｓｖｐを用い、下式（１）により、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを算出する。その後、本処理を終了する。
ＡＦ＿ｃｍｄ＝ＡＦ＿ｂａｓｅ・Ｋａｆｐ・Ｋｓｖ・Ｋｓｖｐ ……（１）
【００４５】
図２に戻り、ステップ６で、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを以上のように算出した後、ステップ７に進み、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄに応じて、図９に示すマップを検索することにより、ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘを算出する。このＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘは、還元制御の実行中、前回の制御タイミングから今回の制御タイミングまでの間において、ＮＯｘ浄化触媒８において還元されたと推定されるＮＯｘ量に相当するものである。
【００４６】
図９のマップでは、ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘは、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄが大きいほど、すなわち目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがリーン側の値であるほど、より小さい値に設定されている。これは、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがリーン側の値であるほど、ＮＯｘ浄化触媒８に供給される還元剤量が少なくなるので、それに応じて、還元制御の実行期間をより長く設定するためである。
【００４７】
次いで、ステップ８に進み、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを、その前回値Ｓ＿ＱＮＯｘＺからＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘを減算した値（Ｓ＿ＱＮＯｘＺ−ＤＱＮＯｘ）に設定する。次に、ステップ９で、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが所定の下限しきい値ＳＲＥＦ＿Ｌよりも小さいか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。
【００４８】
一方、ステップ９の判別結果がＹＥＳのときには、還元制御を終了すべきであると判定して、ステップ１０に進み、それを表すために、還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨを「０」に設定する。その後、本処理を終了する。
【００４９】
以上のように、図２の還元制御の実行条件判定処理では、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがリーン側の値であるほど、ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘがより小さい値になるように算出される。その結果、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが所定の下限しきい値ＳＲＥＦ＿Ｌを下回るまでの期間が長くなることで、還元制御がより長い期間、実行される。すなわち、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがリーン側の値であるほど、ＮＯｘ浄化触媒８に供給される還元剤量が少なくなるのに応じて、還元制御がより長い期間、実行される。
【００５０】
次に、図１０を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される吸気制御処理について説明する。この吸気制御処理は、スロットル弁開度ＴＨを制御することによって、吸入空気量を制御するものであり、前述した制御周期ΔＴで、前述した図２の処理に連続して実行される。
【００５１】
同図に示すように、この処理では、まず、ステップ３０で、前述した還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、還元制御を実行すべきときには、ステップ３１に進み、下式（２）により、目標吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄを算出する。
Ｇａｉｒ＿ｃｍｄ＝Ｇａｌｌ・ＡＦ＿ｃｍｄ ……（２）
なお、総噴射量Ｇａｌｌは、後述する燃料噴射制御処理において算出される。
【００５２】
次いで、ステップ３２に進み、目標吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄを算出する。このマップでは、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄは、後述する全開値ＴＨ＿ｗｏｔよりも小さい値に設定されている。
【００５３】
次に、ステップ３３で、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、制御入力Ｕ＿ＴＨを算出した後、本処理を終了する。これにより、制御入力Ｕ＿ＴＨに対応する駆動信号がＴＨアクチュエータ６ｂに供給されることで、スロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄになるように制御される。
【００５４】
一方、ステップ３０の判別結果がＮＯで、エンジン３をリーン運転すべきときには、ステップ３４に進み、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄを所定の全開値ＴＨ＿ｗｏｔに設定する。次いで、前述したように、ステップ３３を実行した後、本処理を終了する。これにより、スロットル弁６ａが全開状態に制御される。
【００５５】
以上のように、図１０の吸気制御処理では、還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨ＝１で、還元制御中のときには、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄが、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄおよび総噴射量Ｇａｌｌに応じて設定されることによって、ＮＯｘ浄化触媒８に供給される排ガスの空燃比がリッチ側に制御される。すなわち、ＨＣ，ＣＯが還元剤としてＮＯｘ浄化触媒８に供給される。
【００５６】
次に、図１１を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される燃料噴射制御処理について説明する。この燃料噴射制御処理は、燃料噴射弁４による燃料噴射量およびその噴射時期を算出するものであり、ＴＤＣ信号の発生に同期する制御タイミングで実行される。
【００５７】
この処理では、まず、ステップ４０で、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求トルクＴＲＱを算出する。
【００５８】
次いで、ステップ４１に進み、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、総噴射量Ｇａｌｌを算出する。この総噴射量Ｇａｌｌは、１回の燃焼サイクル中に気筒３ａ内に噴射される総燃料量として算出される。
【００５９】
次に、ステップ４２で、前述した還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、還元制御を実行すべきであるときには、ステップ４３に進み、下式（３）により、主噴射量Ｇｔｒｑを算出する。
Ｇｔｒｑ＝Ｇａｌｌ・（１−Ｒｐｏｓｔ） ……（３）
【００６０】
次いで、ステップ４４で、下式（４）により、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔを算出する。
Ｇｐｏｓｔ＝Ｇａｌｌ・Ｒｐｏｓｔ ……（４）
【００６１】
ステップ４４に続くステップ４５で、主噴射時期ＣＡｔｒｑを算出する。この主噴射時期ＣＡｔｒｑは、主噴射量Ｇｔｒｑの噴射開始タイミングであり、主噴射量Ｇｔｒｑおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。
【００６２】
次いで、ステップ４６に進み、ポスト噴射時期ＣＡｐｏｓｔを算出する。このポスト噴射時期ＣＡｐｏｓｔは、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの噴射開始タイミングであり、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。ステップ４６で、以上のようにポスト噴射時期ＣＡｐｏｓｔを算出した後、本処理を終了する。
【００６３】
一方、ステップ４２の判別結果がＮＯで、エンジン３をリーン運転すべきときには、ステップ４７に進み、リーン運転用の燃料噴射制御処理を実行する。このリーン運転用の燃料噴射制御処理では、エンジン３の運転状態および総噴射量Ｇａｌｌに基づき、主噴射量Ｇｔｒｑに加えて、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔおよびパイロット噴射量などが算出されるとともに、これらの噴射量の噴射時期がそれぞれ算出される。ステップ４７で、以上のようにリーン運転用の燃料噴射制御処理を実行した後、本処理を終了する。
【００６４】
以上のように、本実施形態の排ガス浄化装置１によれば、還元条件フラグＦ＿ＲＩＣＨ＝１で還元制御中のときには、目標空燃比の基本値ＡＦ＿ｂａｓｅに、３つの補正係数Ｋａｆｐ，Ｋｓｖ，Ｋｓｖｐを乗算することにより、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄが算出される（ステップ２５）とともに、２つの補正係数Ｋａｆｐ，Ｋｓｖｐが、ポスト割合Ｒｐｏｓｔに応じて算出される。このポスト割合Ｒｐｏｓｔは、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの総噴射量Ｇａｌｌに対する割合、言い換えればポスト噴射量Ｇｐｏｓｔと主噴射量Ｇｔｒｑの割合を表すものであるので、還元剤におけるＣＯおよびＨＣの割合に応じて、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを適切に算出することができる。これに加えて、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄに基づいて、ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘが算出されるとともに、このＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘは、還元制御の実行期間を決定するものであるので、還元剤におけるＨＣとＣＯの割合に応じて、還元制御の実行期間を適切に決定することができる。以上のように、還元制御の実行中、還元剤がＮＯｘ浄化触媒８に対して過不足無く供給されるように、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄおよび還元制御の実行期間を決定することができることで、燃費およびＮＯｘ浄化触媒８の下流側の排ガス特性をいずれも向上させることができる。
【００６５】
また、２つの補正係数Ｋａｆｐ，Ｋｓｖｐは、ポスト割合Ｒｐｏｓｔが大きいほど、より大きい値になるように算出されるので、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの主噴射量Ｇｔｒｑに対する割合が大きいほど、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがよりリーン側の値に設定される。すなわち、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔが多くなることで、オイルダイリューションが発生しやすい状況であるほど、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがよりリーン側の値に設定されるので、オイルダイリューションの発生を抑制することができる。これに加えて、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔが多くなることで、ＮＯｘ浄化触媒８を通り抜けるＨＣが多くなりやすい状況であるほど、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがよりリーン側の値に設定されるので、ＮＯｘ浄化触媒８の下流側の排ガス特性を確実に向上させることができる。
【００６６】
これに加えて、図９に示すように、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄがよりリーン側の値に設定されるほど、ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘがより小さい値になるように算出されることで、還元制御の実行期間がより長い期間に設定される。すなわち、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔが多くなることで、還元剤として、ＣＯと比べて反応速度の遅いＨＣが排ガス中に多い状況であるほど、還元制御がより長い期間、実行されるので、ＮＯｘ浄化触媒８の下流側の排ガス特性を確実に向上させることができる。
【００６７】
なお、実施形態では、図２のステップ７において、図９に示すマップを用いてＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘを算出したが、図９に代えて、図１２に示すマップを用いてＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘを算出してもよい。同図１２のマップでは、ＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘが、検出空燃比ＡＦ＿ａｃｔに応じて設定されているとともに、その設定傾向は、図９と同様に構成されている。このマップを用いてＮＯｘ還元量ＤＱＮＯｘを算出した場合、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄが前述したように算出されるとともに、検出空燃比ＡＦ＿ａｃｔが目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄになるように制御されるので、実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６８】
また、実施形態は、第１燃料量として、主噴射量Ｇｔｒｑを用いた例であるが、本発明の第１燃料量はこれに限らず、気筒内で燃焼させる燃料の量であればよい。例えば、燃料噴射制御において、主噴射と、それよりも前のタイミングでパイロット噴射を実行するように構成するとともに、主噴射量Ｇｔｒｑとパイロット噴射量との和を、第１燃料量として用いてもよい。
【００６９】
さらに、実施形態は、還元制御の実行中、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄおよび還元制御の実行期間の双方を、指標値としてのポスト割合Ｒｐｏｓｔに応じて設定した例であるが、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄおよび還元制御の実行期間の一方を、ポスト割合Ｒｐｏｓｔに応じて設定するように構成してもよい。
【００７０】
また、実施形態は、指標値として、ポスト割合Ｒｐｏｓｔを用いた例であるが、本発明の指標値はこれに限らず、第１燃料量と第２燃料量の関係を表すものであればよい。例えば、指標値として、主噴射量Ｇｔｒｑの総噴射量Ｇａｌｌに対する比（１−Ｒｐｏｓｔ）や、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの主噴射量Ｇｔｒｑに対する比［Ｒｐｏｓｔ／（１−Ｒｐｏｓｔ）］、主噴射量Ｇｔｒｑのポスト噴射量Ｇｐｏｓｔに対する比［（１−Ｒｐｏｓｔ）／Ｒｐｏｓｔ］を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１ 排ガス浄化装置
２ ＥＣＵ（還元制御手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
７ 排気通路
８ ＮＯｘ浄化触媒
ＡＦ＿ｃｍｄ 目標空燃比
Ｇｔｒｑ 主噴射量（第１燃料量）
Ｇｐｏｓｔ ポスト噴射量（第２燃料量）
Ｒｐｏｓｔ ポスト割合（指標値）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内で燃焼させるための燃料が第１燃料として当該気筒内に供給されるとともに、排ガスを還元雰囲気にするための燃料が第２燃料として排気通路に供給される内燃機関において、前記排気通路内の排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記排気通路に設けられ、酸化雰囲気の排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、還元剤を含む還元雰囲気の排ガスが供給されることにより、当該捕捉したＮＯｘを還元することによって浄化するＮＯｘ浄化触媒と、
前記ＮＯｘ浄化触媒にＮＯｘの還元動作を行わせるために、前記ＮＯｘ触媒に流入する排ガスを還元雰囲気に制御する還元制御を実行する還元制御手段と、
を備え、
当該還元制御手段は、前記還元制御の実行中、排ガスの空燃比の目標となる目標空燃比および前記還元制御の実行期間の少なくとも一方を、前記第１燃料量および前記第２燃料量の関係を表す指標値に応じて設定することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記指標値は、前記第１燃料量と前記第２燃料量の割合を表す値であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記第２燃料は、前記第１燃料の供給後に前記気筒内に供給され、
前記還元制御手段は、前記指標値によって表される、前記第１燃料量に対する前記第２燃料量の割合が大きいほど、前記目標空燃比をよりリーン側の値に設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記第２燃料は、前記第１燃料の供給後に前記気筒内に供給され、
前記還元制御手段は、前記指標値によって表される、前記第１燃料量に対する前記第２燃料量の割合が大きいほど、前記還元制御の前記実行期間をより長い期間に設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１】
気筒内で燃焼させるための燃料が第１燃料として当該気筒内に供給されるとともに、排ガスを還元雰囲気にするための燃料が第２燃料として排気通路に供給される内燃機関において、前記排気通路内の排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記排気通路に設けられ、酸化雰囲気の排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、還元剤を含む還元雰囲気の排ガスが供給されることにより、当該捕捉したＮＯｘを還元することによって浄化するＮＯｘ浄化触媒と、
前記ＮＯｘ浄化触媒にＮＯｘの還元動作を行わせるために、前記ＮＯｘ触媒に流入する排ガスを還元雰囲気に制御する還元制御を実行する還元制御手段と、
を備え、
当該還元制御手段は、前記還元制御の実行中、排ガスの空燃比の目標となる目標空燃比および前記還元制御の実行期間の少なくとも一方を、前記第１燃料量および前記第２燃料量の関係を表す指標値に応じて設定することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記指標値は、前記第１燃料量と前記第２燃料量の割合を表す値であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記第２燃料は、前記第１燃料の供給後に前記気筒内に供給され、
前記還元制御手段は、前記指標値によって表される、前記第１燃料量に対する前記第２燃料量の割合が大きいほど、前記目標空燃比をよりリーン側の値に設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記第２燃料は、前記第１燃料の供給後に前記気筒内に供給され、
前記還元制御手段は、前記指標値によって表される、前記第１燃料量に対する前記第２燃料量の割合が大きいほど、前記還元制御の前記実行期間をより長い期間に設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２０９７８４（Ｐ２０１０−２０９７８４Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５６４２４（Ｐ２００９−５６４２４）
【出願日】平成２１年３月１０日（２００９．３．１０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１０日（２００９．３．１０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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