JP2007154763A

JP2007154763A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2007154763A
Application number: JP2005351077A
Authority: JP
Inventors: Kohei Yoshida; 耕平吉田; Shinya Hirota; 信也広田; Takamitsu Asanuma; 孝充浅沼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: EP1959120A4; CN101317002B; CN101317002A; JP4305445B2; US8136346B2; EP1959120B1; WO2007066745A1; KR20080074933A; EP1959120A1; KR100997224B1; US20090038291A1

Abstract

【課題】使用される燃料全体の消費量を最小にする。
【解決手段】機関排気通路内にＳＯ_xトラップ触媒１１、ＮＯ_x吸蔵還元触媒を担持したパティキュレートフィルタ１３およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５からなる後処理装置と、これら後処理装置に後処理用燃料を供給するための燃料供給弁１７とを配置する。機関の運転期間が一定期間経過する毎に、大気中に排出される有害成分の量を規制値以下に維持しつつ燃焼用燃料と後処理用燃料との燃料全体についての燃料消費量が最小となるように機関の運転パラメータの値および後処理用燃料の供給方法を再設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関に関する。

流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。この内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに発生するＮＯ_xがＮＯ_x吸蔵還元触媒に吸蔵される。一方、ＮＯ_x吸蔵還元触媒のＮＯ_x吸蔵能力が飽和に近づくと排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯ_x吸蔵還元触媒からＮＯ_xが放出され還元される。
特開２００３−１２９８２９号公報

ところで燃焼室から排出されるＮＯ_x量が増大するとＮＯ_x吸蔵還元触媒からＮＯ_xを放出するために排気ガスの空燃比をリッチにすべく供給される後処理用燃料の消費量が増大し、ＮＯ_x吸蔵還元触媒の劣化度合が高くなるにつれてこの後処理用燃料の消費量が増大する。一方、機関の運転パラメータの一つである、例えば燃料噴射時期を進角すると燃焼温が上昇するためにＮＯ_xの発生量は増大するが燃焼効率が向上するために燃料噴射量、即ち燃焼用燃料の消費量は減少する。

このように燃焼室内で発生するＮＯ_x量が増大する運転状態にすると燃焼用燃料の消費量は減少するが後処理用燃料の消費量は増大し、これとは逆に燃焼室内で発生するＮＯ_x量が減少する運転状態にすると燃焼用燃料の消費量は増大するが後処理用燃料の消費量は減少する。この場合、大気中に排出されるＮＯ_x量を規制値以下に維持することは絶対的条件であり、このような条件のもとで最も要求されていることは燃焼用燃料と後処理用燃料とを合わせた燃料全体の一定走行距離当りの燃料消費量をできる限り少なくすることである。即ち、燃料全体の一定走行距離当りの燃料消費量が最小となる運転状態、言い換えると一定走行距離当りの排出ＣＯ₂量が最小となる運転状態とすることが要求されている。

この場合、上述したようにＮＯ_x吸蔵還元触媒の劣化度合が高くなるほど後処理用燃料の消費量が増大するので燃料全体の燃料消費量が最小となる運転状態はＮＯ_x吸蔵還元触媒の劣化度合に応じて変化することになる。このように排気ガス中の有害成分を浄化する際には後処理用燃料の消費量だけでなく、燃焼用燃料の消費量も加えた燃料全体の燃料消費量について考慮しなければならないが、従来では燃料全体の燃料消費量について全く考慮がなされておらず、従って従来では一定走行距離当りの燃料消費量、即ち一定走行距離当りの排出ＣＯ₂量を最小にしえないという問題がある。

上記問題点を解決するために本発明によれば、機関排気通路内に排気ガスの後処理装置を配置し、機関出力を発生するために燃焼室内に供給される燃焼用燃料に加え、後処理装置において排気ガス中の有害成分を処理するための後処理用燃料が供給され、機関の運転パラメータの値が機関の運転状態に応じて予め設定されていると共に後処理用燃料の供給方法が予め設定されている内燃機関において、機関の運転期間が予め定められた期間を経過する毎に、大気中に排出される排気ガス中の有害成分の量を規制値以下に維持しつつ燃焼用燃料と後処理用燃料との燃料全体についての一定走行距離当りの燃料消費量が最小となるように運転パラメータの値および後処理用燃料の供給方法を再設定するようにしている。

使用される燃料全体の一定走行距離当りの燃料消費量即ち、一定走行距離当りの排出ＣＯ₂量を最小にすることができる。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１０が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口はＳＯ_xトラップ触媒１１の入口に連結される。また、ＳＯ_xトラップ触媒１１の出口は排気管１２を介してパティキュレートフィルタ１３の入口に連結され、パティキュレートフィルタ１３の出口は排気管１４を介してＮＯ_x吸蔵還元触媒１５に連結される。排気管１２には排気管１２内を流れる排気ガス中に後処理用燃料を供給するための燃料供給弁１７が取付けられる。また、各排気管１２，１４内およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５の出口に連結された排気管１６内には夫々空燃比センサ又はＯ₂センサ又はＮＯ_xセンサ又はＳＯ_xセンサからなるセンサ１８，１９，２０が配置される。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２１を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２１内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２２が配置される。また、ＥＧＲ通路２１周りにはＥＧＲ通路２１内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２３が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２３内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２４を介してコモンレール２５に連結される。このコモンレール２５内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２６から燃料が供給され、コモンレール２５内に供給された燃料は各燃料供給管２４を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。各センサ１８，１９，２０の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、パティキュレートフィルタ１３にはパティキュレートフィルタ１３の前後差圧を検出するための差圧センサ２７が取付けられており、この差圧センサ２７の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。

アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用ステップモータ、燃料供給弁１７、ＥＧＲ制御弁２２および燃料ポンプ２６に接続される。

図１に示される実施例ではＮＯ_x吸蔵還元触媒１５の上流側に配置されたパティキュレートフィルタ１３上にもＮＯ_x吸蔵還元触媒が担持されている。従ってまず初めにパティキュレートフィルタ１３の構造について説明し、次いでＮＯ_x吸蔵還元触媒１５およびパティキュレートフィルタ１３上に担持されたＮＯ_x吸蔵還元触媒について説明する。

図２（Ａ）および（Ｂ）はＮＯ_x吸蔵還元触媒を担持したパティキュレートフィルタ１３の構造を示している。なお、図２（Ａ）はパティキュレートフィルタ１３の正面図を示しており、図２（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１３の側面断面図を示している。図２（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ１３はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路６０，６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。従って排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。

パティキュレートフィルタ１３は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。このパティキュレートフィルタ１３ではＮＯ_x吸蔵還元触媒が各排気ガス流入通路６０および各排気ガス流出通路６１の周壁面、即ち各隔壁６４の両側表面上および隔壁６４内の細孔内壁面上に担持されている。

パティキュレートフィルタ１３上に担持されたＮＯ_x吸蔵還元触媒およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５においては共に基体上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されている。図３はこの触媒担体４５の表面部分の断面を図解的に示している。図３に示されるように触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されており、更に触媒担体４５の表面上にはＮＯ_x吸収剤４７の層が形成されている。

本発明による実施例では貴金属触媒４６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯ_x吸収剤４７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。

機関吸気通路、燃焼室２およびパティキュレートフィルタ１３上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯ_x吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_xを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_xを放出するＮＯ_xの吸放出作用を行う。

即ち、ＮＯ_x吸収剤４７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図３に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ₂となり、次いでＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯ_x吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４６の表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯ_x吸収剤４７のＮＯ_x吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

これに対し、燃料供給弁１７から燃料を供給することによって排気ガスの空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くしてＮＯ_x吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形でＮＯ_x吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯ_xは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。

このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯ_x吸収剤４７のＮＯ_x吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯ_x吸収剤４７によりＮＯ_xを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではＮＯ_x吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に燃料供給弁１７から燃料を供給することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xを放出させるようにしている。

ところで排気ガス中にはＳＯ_x、即ちＳＯ₂が含まれており、このＳＯ₂がパティキュレートフィルタ１３およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５に流入するとこのＳＯ₂は白金Ｐｔ４６において酸化されてＳＯ₃となる。次いでこのＳＯ₃はＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でＮＯ_x吸収剤４７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ₄を生成する。しかしながらＮＯ_x吸収剤４７が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ₄は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ₄は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯ_x吸収剤４７内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ₄が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯ_x吸収剤４７が吸収しうるＮＯ_x量が低下することになる。

ところでこの場合、ＮＯ_x吸蔵還元触媒の温度を６００℃以上のＳＯ_x放出温度まで上昇させた状態でＮＯ_x吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯ_x吸収剤４７からＳＯ_xが放出される。ただし、この場合ＮＯ_x吸収剤４７からは少しずつしかＳＯ_xが放出されない。従ってＮＯ_x吸収剤４７から全ての吸収ＳＯ_xを放出させるには長時間に亘って空燃比をリッチにしなければならず、斯くして多量の燃料が必要になる。そこで図１に示す実施例ではパティキュレートフィルタ１３の上流にＳＯ_xトラップ触媒１１を配置してこのＳＯ_xトラップ触媒１１により排気ガス中に含まれるＳＯ_xを捕獲し、それによってパティキュレートフィルタ１３およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５にＳＯ_xが流入しないようにしている。次にこのＳＯ_xトラップ触媒１１について説明する。

このＳＯ_xトラップ触媒１１は例えばハニカム構造のモノリス触媒からなり、ＳＯ_xトラップ触媒１１の軸線方向にまっすぐに延びる多数の排気ガス流通孔を有する。このようにＳＯ_xトラップ触媒１１をハニカム構造のモノリス触媒から形成した場合には、各排気ガス流通孔の内周壁面上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図４はこの触媒担体５０の表面部分の断面を図解的に示している。図４に示されるように触媒担体５０の表面上にはコート層５１が形成されており、このコート層５１の表面上には貴金属触媒５２が分散して担持されている。

図１に示される実施例では貴金属触媒５２として白金が用いられており、コート層５１を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。即ち、ＳＯ_xトラップ触媒１１のコート層５１は強塩基性を呈している。

さて、排気ガス中に含まれるＳＯ_x、即ちＳＯ₂は図４に示されるように白金Ｐｔ５２において酸化され、次いでコート層５１内に捕獲される。即ち、ＳＯ₂は硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でコート層５１内に拡散し、硫酸塩を形成する。なお、上述したようにコート層５１は強塩基性を呈しており、従って図４に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ₂の一部は直接コート層５１内に捕獲される。

図４においてコート層５１内における濃淡は捕獲されたＳＯ_xの濃度を示している。図４からわかるようにコート層５１内におけるＳＯ_x濃度はコート層５１の表面近傍が最も高く、奥部に行くに従って次第に低くなっていく。コート層５１の表面近傍におけるＳＯ_x濃度が高くなるとコート層５１の表面の塩基性が弱まり、ＳＯ_xの捕獲能力が弱まる。ここで排気ガス中に含まれるＳＯ_xのうちでＳＯ_xトラップ触媒１１に捕獲されるＳＯ_xの割合をＳＯ_xトラップ率と称すると、コート層５１の表面の塩基性が弱まればそれに伴なってＳＯ_xトラップ率が低下することになる。

図５にＳＯ_xトラップ率の時間的変化を示す。図５に示されるようにＳＯ_xトラップ率は初めは１００パーセントに近いが時間が経過するとＳＯ_xトラップ率は急速に低下する。そこで図５に示されるようにＳＯ_xトラップ率が予め定められた率よりも低下したときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒１１の温度を上昇させる昇温制御を行い、それによってＳＯ_xトラップ率を回復させるようにしている。

即ち、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒１１の温度を上昇させるとコート層５１内の表面近傍に集中的に存在するＳＯ_xはコート層５１内におけるＳＯ_x濃度が均一となるようにコート層５１の奥部に向けて拡散していく。即ち、コート層５１内に生成されている硝酸塩はコート層５１の表面近傍に集中している不安定な状態からコート層５１内の全体に亘って均一に分散した安定した状態に変化する。コート層５１内の表面近傍に存在するＳＯ_xがコート層５１の奥部に向けて拡散するとコート層５１の表面近傍のＳＯ_x濃度が低下し、斯くしてＳＯ_xトラップ触媒１１の昇温制御が完了すると図５に示されるようにＳＯ_xトラップ率が回復する。

ＳＯ_xトラップ触媒１１の昇温制御を行ったときにＳＯ_xトラップ触媒１１の温度をほぼ４５０℃程度にすればコート層５１の表面近傍に存在するＳＯ_xをコート層５１内に拡散させることができ、ＳＯ_xトラップ触媒１１の温度を６００℃程度まで上昇させるとコート層５１内のＳＯ_x濃度をかなり均一化することができる。従ってＳＯ_xトラップ触媒１１の昇温制御時には排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒１１の温度を６００℃程度まで昇温させることが好ましい。

なお、このようにＳＯ_xトラップ触媒１１を昇温したときに排気ガスの空燃比をリッチにするとＳＯ_xトラップ触媒１１からＳＯ_xが放出されてしまう。従ってＳＯ_xトラップ触媒１１を昇温したときには排気ガスの空燃比をリッチにしてはならない。また、コート層５１の表面近傍のＳＯ_x濃度が高くなった場合には、ＳＯ_xトラップ触媒１１を昇温しなくても排気ガスの空燃比をリッチにするとＳＯ_xトラップ触媒１１からＳＯ_xが放出されてしまう。従ってＳＯ_xトラップ触媒１１の温度がＳＯ_xを放出しうる温度以上であるときにはＳＯ_xトラップ触媒１１に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしないようにしている。

図１に示される実施例では、基本的には車両を購入してから廃車するまでＳＯ_xトラップ触媒１１を交換することなくそのまま使用することを考えている。近年では特に燃料内に含まれるイオウの量が減少せしめられており、従ってＳＯ_xトラップ触媒１１の容量を或る程度大きくすればＳＯ_xトラップ触媒１１を交換することなく廃車するまでそのまま使用することができる。例えば車両の耐用走行距離を５０万kmとするとＳＯ_xトラップ触媒１１の容量は、走行距離が２５万km程度まで昇温制御することなく高いＳＯ_xトラップ率でもってＳＯ_xを捕獲し続けることのできる容量とされる。この場合、最初の昇温制御は走行距離が２５万km程度で行われる。

ＳＯ_xトラップ触媒１１の温度は例えば図６に示されるように燃焼用の主燃料Ｑ_mに加え、膨張行程中又は排気行程中に後処理用の補助燃料Ｑ_pを噴射することによって上昇せしめられる。即ち、この場合、大部分の補助燃料Ｑ_pは燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通路内に排出される。この未燃ＨＣはＳＯ_xトラップ触媒１１上において過剰酸素により酸化され、このとき発生する酸化反応熱によってＳＯ_xトラップ触媒１１の温度が上昇せしめられる。

図７はＳＯ_xトラップ触媒１１におけるＳＯ_x安定化処理の一例のタイムチャートを示している。この例ではＳＯ_xトラップ触媒１１の下流に配置されたセンサ１８としてＳＯ_xセンサが用いられており、このＳＯ_xセンサ１８によってＳＯ_xトラップ触媒１１から流出した排気ガス中のＳＯ_x濃度が検出される。即ち、この例では図７に示されるようにＳＯ_xセンサ１８により検出された排気ガス中のＳＯ_x濃度が予め定められた濃度ＳＯＹを越えたときにＳＯ_xトラップ率が予め定められた率よりも低下したと判断され、このときＳＯ_xトラップ率を回復するために排気ガスの空燃比Ａ／ＦがリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒１１の温度Ｔを上昇せしめる昇温制御が行われる。

次に図８および図９を参照しつつパティキュレートフィルタ１３上に担持されたＮＯ_x吸蔵還元触媒およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５に対する処理について説明する。図１に示される実施例ではパティキュレートフィルタ１３上に担持されたＮＯ_x吸蔵還元触媒のＮＯ_x吸収剤４７およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５のＮＯ_x吸収剤４７に単位時間当り吸収されるＮＯ_x量ＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図８に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、このＮＯ_x量ＮＯＸＡを積算することによってＮＯ_x吸収剤４７に吸収されたＮＯ_x量ΣＮＯＸが算出される。更に、この実施例では図９に示されるようにこのＮＯ_x量ΣＮＯＸが許容値ＮＸに達する毎にパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチにされ、それによってＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xが放出される。

なお、パティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比Ａ／ＦをリッチにするときにＳＯ_xトラップ触媒１１に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持しておかなければならない。従って図１に示す実施例ではＳＯ_xトラップ触媒１１とパティキュレートフィルタ１３との間の排気管１２内に燃料供給弁１７が配置されており、ＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xを放出すべきときにはこの燃料供給弁１７から排気管１２内に燃料、即ち後処理用燃料を供給することによりパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするようにしている。

一方、排気ガス中に含まれるパティキュレート、即ち粒子状物質はパティキュレートフィルタ１３上に捕集され、順次酸化される。しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ１３上に次第に堆積し、この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう。従って粒子状物質の堆積量が増大したときには堆積した粒子状物質を除去しなければならない。この場合、空気過剰のもとでパティキュレートフィルタ１３の温度を６００℃程度まで上昇させると堆積した粒子状物質が酸化され、除去される。

そこで図１に示される実施例ではパティキュレートフィルタ１３上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでパティキュレートフィルタ１３の温度を上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにしている。具体的に言うと差圧センサ２７により検出されたパティキュレートフィルタ１３の前後差圧ΔＰが図９に示されるように許容値ＰＸを越えたときに堆積粒子状物質の量が許容量を越えたと判断され、このときパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ１３の温度Ｔを上昇させる昇温制御が行われる。なお、パティキュレートフィルタ１３の温度Ｔが高くなるとＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xが放出されるために捕獲されているＮＯ_x量ΣＮＯＸは減少する。

パティキュレートフィルタ１３を昇温すべきときにＳＯ_xトラップ触媒１１を昇温させる必要はない。従ってパティキュレートフィルタ１３を昇温させるときには排気ガスの空燃比をリーンに維持しうる範囲内で燃料供給弁１７から燃料、即ち後処理用燃料が供給され、この燃料の酸化反応熱でパティキュレートフィルタ１３の温度Ｔが上昇せしめられる。

一方、ＳＯ_xトラップ触媒１１によるＳＯ_xトラップ率が１００パーセントのときにはＮＯ_x吸収剤４７にＳＯ_xが全く流入せず、従ってこの場合にはＮＯ_x吸収剤４７にＳＯ_xが吸収される危険性は全くない。これに対しＳＯ_xトラップ率が１００パーセントでない場合にはたとえＳＯ_xトラップ率が１００パーセント近くであってもＳＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７に吸収される。ただしこの場合、単位時間当りＮＯ_x吸収剤４７に吸収されるＳＯ_x量は極めて少ない。とは言え、長時間経過すれば多量のＳＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７に吸収され、多量のＳＯ_xが吸収されれば吸収されたＳＯ_xを放出させる必要がある。

前述したようにＮＯ_x吸収剤４７からＳＯ_xを放出させるにはＮＯ_x吸収剤４７の温度をＳＯ_x放出温度まで上昇させかつパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする必要がある。そこで図１０に示される例ではＮＯ_x吸収剤４７に吸収されているＳＯ_x量ΣＳＯＸが許容値ＳＸに達したときにはＮＯ_x吸収剤４７の温度ＴがＳＯ_x放出温度ＴＸまで上昇せしめられ、パティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比がリッチとされる。なお、この例ではセンサ１８に加えてセンサ２０もＳＯ_xセンサから構成され、ＳＯ_xセンサ１８により検出されたＳＯ_x濃度とＳＯ_xセンサ２０により検出されたＳＯ_x濃度との差から単位時間当りＮＯ_x吸収剤４７に吸収されるＳＯ_x量ＳＯＸＺが求められ、このＳＯ_x量ＳＯＸＺを積算することにより吸収ＳＯ_x量ΣＳＯＸが算出される。

ＮＯ_x吸収剤４７からＳＯ_xを放出させるときにＳＯ_xトラップ触媒１１に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることはできない。そこで図１に示す実施例ではＮＯ_x吸収剤４７からＳＯ_xを放出すべきときにはまず初めにＳＯ_xトラップ触媒１１およびパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ燃料供給弁１７から燃料、即ち後処理用燃料を供給してＮＯ_x吸収剤４７の温度ＴをＳＯ_x放出温度ＴＸまで上昇させ、次いでＳＯ_xトラップ触媒１１に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ燃料供給弁１７からの燃料、即ち後処理用燃料の供給量を増大してパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにしている。なお、この場合パティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比を交互にリッチとリーンに切換えるようにしてもよい。

このように本発明による実施例ではＮＯ_x，ＳＯ_x或いはパティキュレートを処理するために種々の後処理用燃料が使用される。この場合、冒頭で述べたように例えば燃焼室２内で発生するＮＯ_x量が増大する運転状態にすると燃焼用燃料の消費量は減少するが後処理用燃料の消費量は増大し、これとは逆に燃焼室２内で発生するＮＯ_x量が減少する運転状態にすると燃焼用燃料の消費量は増大するが後処理用燃料の消費量は減少する。

ところで大気中に排出されるＮＯ_x等の有害成分の量を規制値以下に維持することは絶対的条件である。一方、一定走行距離当りの燃料消費量をできる限り低減しなければならない。そこで本発明ではこのように排気ガス中の有害成分を規制値以下に維持するという絶対的条件のもとで、燃焼用燃料と後処理用燃料とを合わせた燃料全体の一定走行距離当りの消費量を最小とするようにしている。

本発明を説明するに当り、まず初めに図１１（Ａ）および（Ｂ）を参照しつつ燃焼用燃料の消費量と燃焼室２内で発生する有害成分の量との関係について説明する。なお、有害成分としては未燃ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_x、パティキュレート等が存在するが図１１（Ａ）および（Ｂ）には有害成分を代表するものとしてＮＯ_xおよびパティキュレートＰＭのみが示されている。一方、燃焼用燃料の消費量および燃焼室内で発生する有害成分の量は機関の運転パラメータの関数となる。この運転パラメータも種々存在するが図１１（Ａ）および（Ｂ）は夫々代表的な運転パラメータである燃焼用燃料の噴射時期および排気ガス再循環率、即ちＥＧＲ率について示している。

機関の運転パラメータの値の基準値は、図１１（Ｃ）に示される要求トルクＴＱと機関回転数Ｎから定まる各黒丸点について夫々予め設定されており、図１１（Ａ）および（Ｂ）におけるＢは図１１（Ｃ）の或る黒丸点における運転パラメータの値の基準値、即ち噴射時期の基準値とＥＧＲ率の基準値とを夫々示している。なお、図１１（Ｃ）において各黒丸点間の運転パラメータの値は比例配分することによって求められる。

燃焼用燃料の噴射時期を進角すると燃焼温が上昇するために図１１（Ａ）に示されるようにＮＯ_xの発生量は増大するが、燃焼効率が向上するために同一出力を発生するための燃焼用燃料ＦＵＥＬの消費量は減少し、パティキュレートＰＭの発生量も減少する。これとは逆に燃焼用燃料の噴射時期を遅角すると燃焼温が低下するためにＮＯ_xの発生量は減少するが、燃焼効率が低下するために同一出力を発生するための燃焼用燃料ＦＵＥＬの消費量は増大し、パティキュレートＰＭの発生量も増大する。

図１１（Ａ）において噴射時期をａだけ進角させたときのＮＯ_xの増大量ΔＮａ、燃焼用燃料ＦＵＥＬの減少量ΔＦａ、パティキュレートＰＭの減少量ΔＰａ、および噴射時期をｂだけ遅角したときのＮＯ_xの減少量ΔＮｂ、燃焼用燃料ＦＵＥＬの増大量ΔＦｂ、パティキュレートＰＭの増大量ΔＰｂは図１１（Ｃ）の各黒丸点について夫々予め記憶されている。

一方ＥＧＲ率を減少させると燃焼温が上昇するために図１１（Ｂ）に示されるようにＮＯ_xの発生量は増大するが、燃焼効率が向上するために同一出力を発生するための燃焼用燃料ＦＵＥＬの消費量は減少し、パティキュレートＰＭの発生量も減少する。これとは逆にＥＧＲ率を増大させると燃焼温が低下するためにＮＯ_xの発生量は減少するが、燃焼効率が低下するために同一出力を発生するための燃焼用燃料ＦＵＥＬの消費量は増大し、パティキュレートＰＭの発生量も増大する。

図１１（Ｂ）においてＥＧＲ率をｃだけ減少させたときのＮＯ_xの増大量ΔＮｃ、燃焼用燃料ＦＵＥＬの減少量ΔＦｃ、パティキュレートＰＭの減少量ΔＰｃ、およびＥＧＲ率をｄだけ増大したときのＮＯ_xの減少量ΔＮｄ、燃焼用燃料ＦＵＥＬの増大量ΔＦｄ、パティキュレートＰＭの増大量ΔＰｄは図１１（Ｃ）の各黒丸点について夫々予め記憶されている。

なお、実際には噴射時期と未燃ＨＣ，ＣＯ等のその他の有害成分の発生量との関係、ＥＧＲ率と未燃ＨＣ，ＣＯ等のその他の有害成分の発生量との関係、水温その他の運転パラメータと燃焼用燃料ＦＵＥＬの消費量、ＮＯ_x，ＰＭ，ＨＣ，ＣＯ等の発生量との関係も図１１（Ｃ）の各黒丸点について夫々予め記憶されている。

本発明では、図１１（Ｃ）の各黒丸点にむける運転パラメータの値を再設定する際には、機関を予め設定された車両走行モードで運転したと仮定したときの各運転状態について、噴射時期やＥＧＲ率等の運転パラメータの値を増大方向又は減少方向に種々に変化させたときの有害成分の発生量および燃焼用燃料ＦＵＥＬの消費量が図１１（Ａ）および（Ｂ）に示す関係等から求められ、予め設定された車両走行モードでの運転が完了したときの排気ガス中の有害成分の発生量の合計量および燃焼用燃料ＦＵＥＬの消費量の合計量が運転パラメータの値を種々に変化させた場合について夫々求められる。

図１２はこれら有害成分の発生量の合計量および燃焼用燃料ＦＵＥＬの消費量の合計量と、後処理用燃料の消費量との関係の代表例を示している。即ち、図１２（Ａ）は燃焼室２内で発生するＮＯ_xの合計量と後処理用燃料の消費量との関係を示しており、図１２（Ｂ）は燃焼室２内で発生するパティキュレートＰＭの合計量と後処理用燃料の消費量との関係を示しており、図１２（Ｃ）は燃焼用燃料ＦＵＥＬの消費量の合計量と後処理用燃料の消費量との関係を示している。

なお、図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において実線は後処理装置が新品のときの後処理用燃料の消費量を示しており、鎖線Ｉ，II，IIIは後処理装置が劣化したときの後処理用燃料の消費量を示している。ここで鎖線IIは鎖線Ｉに比べて後処理装置の劣化度合が高い場合を示しており、鎖線IIIは鎖線IIに比べて後処理装置の劣化度合が高い場合を示している。

燃焼室２内で発生するＮＯ_xの量が増大すると後処理装置のＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xを放出すべく燃料供給弁１７から燃料が供給される頻度が高くなり、その結果図１２（Ａ）に示されるように後処理用燃料の消費量が増大する。また、後処理装置の劣化度合が高くなるとＮＯ_x吸収剤４７から燃料を供給したときに放出されるＮＯ_xの還元力が弱まり、従って放出されたＮＯ_xを十分に還元するためには多量の燃料が必要となる。従って図１２（Ａ）に示されるように後処理装置の劣化度合が高くなるほど後処理用燃料の消費量が増大する。

一方、燃焼室２内で発生するパティキュレートＰＭの量が増大すると後処理装置、即ちパティキュレートフィルタ１３を昇温すべく燃料供給弁１７から燃料が供給される頻度が高くなり、その結果図１２（Ｂ）に示されるように後処理用燃料の消費量が増大する。また、後処理装置、即ちパティキュレートフィルタ１３が劣化すると堆積したパティキュレートが燃焼しずらくなり、この場合堆積したパティキュレートを燃焼除去するためにはパティキュレートフィルタ１３の温度を更に上昇させることが必要となる。従って図１２（Ｂ）に示されるように後処理装置の劣化度合が高くなるほど後処理用燃料の消費量が増大する。

一方、燃料中には一定の割合でイオウが含まれており、従って燃焼用燃料ＦＵＥＬの消費量の合計量が増大するほど燃焼室２から排出されるＳＯ_xの量が増大する。燃焼室２から排出されるＳＯ_xの量が増大すると後処理装置のＮＯ_x吸収剤４７からＳＯ_xを放出すべく燃料供給弁１７から燃料が供給される頻度が高くなり、その結果図１２（Ｃ）に示されるように後処理用燃料の消費量が増大する。また、後処理装置の劣化度合が高くなるとＮＯ_x吸収剤４７からＳＯ_xが放出しずらくなり、この場合ＮＯ_x吸収剤４７からＳＯ_xを放出させるにはＮＯ_x吸収剤４７の温度を更に上昇させることが必要となる。従って図１２（Ｃ）に示されるように後処理装置の劣化度合が高くなるほど後処理用燃料の消費量が増大する。

本発明では、運転パラメータの値を再設定すべきときにおいて、運転パラメータの値を種々に変化させたときに図１１（Ａ），（Ｂ）に示す関係等から求められる燃焼用燃料の消費量と、図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す関係等から求められる後処理用燃料の消費量とを合わせた燃料全体の一定走行距離当りの燃料消費量が最小とされる。ただしこの場合、前述したように大気中に排出される排気ガス中の有害成分の量を規制値以下に維持することが絶対的条件である。この場合、有害成分の規制としては、各運転状態における大気中への有害成分の排出量が規制されている場合と、予め設定された車両走行モードで運転されたときの大気中への有害成分の総排出量が規制されている場合とがあり、前者の場合には各運転状態における大気中への有害成分の排出量に対して規制値が定められており、後者の場合には予め設定された車両走行モードで運転されたときの大気中への有害成分の総排出量に対して規制値が定められている。

大気中に排出される有害成分の量はＮＯ_x，ＨＣ，ＣＯ、パティキュレートＰＭ等を検出しうるいくつかのセンサ２０を用いることによって検出しうる。また、運転パラメータ等を入力すると大気中に排出される有害成分の量が出力される車両モデルを用いて大気中に排出される有害成分の量を算出することもできる。本発明による実施例ではこの車両モデルを用いて各運転状態における大気中への有害成分の排出量と、予め設定された車両走行モードで運転されたときの大気中への有害成分の総排出量が算出される。

次に図１３を参照しつつ運転パラメータの値等を再設定するための処理ルーチンについて説明する。
図１３を参照すると、まず初めにステップ１００において機関の運転期間が予め定められた期間を経過したか否かが判別される。この場合、本発明による実施例では車両の累積運転時間又は車両の累積走行距離又は機関の累積回転数が予め定められた設定値を越えたときに機関の運転期間が予め定められた期間を経過したと判断される。

ステップ１００において機関の運転期間が予め定められた期間を経過したと判断されたときにはステップ１０１に進んで例えばセンサ２０の出力信号に基づき、ＳＯ_xトラップ触媒１１、パティキュレートフィルタ１３およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５からなる後処理装置の劣化度合が検出される。センサ２０としてＳＯ_xセンサを用いた場合には、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに後処理装置から流出する排気ガス中のＳＯ_x濃度が高くなるほど後処理装置の劣化度合が高いと判断される。次いでステップ１０２に進む。

なお、後処理装置の劣化度合を常時検出しておき、ステップ１００において後処理装置の劣化度合が予め定められた劣化度合を越えたときに機関の運転期間が予め定められた期間を経過したと判断することもできる。この度合には、後処理装置の劣化度合が予め定められた劣化度合を越えたときにステップ１０２に進む。

ステップ１０２では予め定められたルールに従って運転パラメータの値がわずかばかり変更せしめられる。例えば図１１（Ｃ）に示す黒丸点のうちの予め定められた黒丸点における噴射時期が進角される。次いでステップ１０３では図１１（Ａ），（Ｂ）等に示される関係に基づいて予め設定された車両走行モードで運転されたときの燃焼室２内でのＮＯ_x発生量の合計量、燃焼室２内でのパティキュレートＰＭの発生量の合計量、および燃焼用燃料の消費量の合計量が算出される。

次いでステップ１０４では予め記憶されている車両モデルを用いて、各運転状態における大気中への有害成分の排出量および予め設定された車両走行モードで運転されたときの大気中への有害成分の総排出量が算出される。次いでステップ１０５ではこれら有害成分の排出量および総排出量が規制値以下であるか否かが判断され、規制値以下のときにはステップ１０６に進む。これに対し、有害成分の排出量および総排出量が規制値を越えているときにはステップ１０２に進んで運転パラメータの値が変更せしめられる。

ステップ１０６では図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示される関係等から後処理装置の劣化度合に応じた後処理用燃料の消費量が算出される。次いでステップ１０７では燃焼用燃料の消費量の合計量と後処理用燃料の消費量とを合わせた燃料全体についての一定走行距離当りの燃料消費量が算出される。次いでステップ１０８では対象となる全ての運転パラメータについて運転パラメータの値を予め定められた範囲内で操作する全ての操作が完了したか否かが判別される。全ての操作が完了していないときにはステップ１０２に戻って運転パラメータの値が変更され、全ての操作が完了したときにはステップ１０９に進む。

ステップ１０９では最小となる一定走行距離当りの燃料消費量が決定される。次いでステップ１１０では一定走行距離当りの燃料消費量が最小となるときの図１１（Ｃ）における各黒丸点での運転パラメータの値が決定され、以後再び再設定処理が行われるまでこれら決定された運転パラメータの値でもって運転が行われる。

この場合、これまで使用されてきた運転パラメータの値がそのまま継続して使用されるときには図８に示される単位時間当りのＮＯ_x吸収量ＮＯＸＡもそのまま継続して使用される。これに対し、運転パラメータの値が変更になった場合には燃焼室２内で発生するＮＯ_x量も変化するので単位時間当りのＮＯ_x吸収量も図８に示されるＮＯ_x吸収量ＮＯＸＡとは異なる値となる。本発明による実施例ではステップ１１１において、運転パラメータの値が変更になった場合の図８に示されるＮＯ_x吸収量ＮＯＸＡに対する変動量ΔＮＯＸＡが算出され、この変動量ΔＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１４に示すマップの形で記憶される。

図１５はＳＯ_xトラップ触媒１１に吸収されたＳＯ_xを安定化するためのルーチンを示している。
図１５を参照するとまず初めにステップ２００においてＳＯ_xセンサ１８の出力信号、例えば出力電圧Ｖが読込まれる。次いでステップ２０１ではＳＯ_xセンサ１８の電力電圧Ｖが設定値ＶＸを越えたか否か、即ち排気ガス中のＳＯ_x濃度が予め定められた濃度ＳＯＹを越えたか否かが判別される。Ｖ＞ＶＸになると、即ち排気ガス中のＳＯ_x濃度が予め定められた濃度ＳＯＹを越えるとステップ２０２に進んでＳＯ_xトラップ触媒１１の昇温制御が行われる。

図１６は後処理装置の制御ルーチンを示している。
図１６を参照するとまず初めにステップ３００において図８に示すマップから単位時間当り吸蔵されるＮＯ_x量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ３０１では図１４に示すマップから単位時間当り吸蔵されるＮＯ_x量の変動量ΔＮＯＸＡが算出される。次いでステップ３０２ではこれらＮＯＸＡおよびΔＮＯＸＡがＮＯ_x吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯ_x量ΣＮＯＸに加算される。次いでステップ３０３では吸蔵ＮＯ_x量ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判別され、ΣＮＯＸ＞ＮＸとなったときにはステップ３０４に進んで燃料供給弁１７から供給された燃料によってパティキュレートフィルタ１３およびＮＯ_x吸蔵触媒１５に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるリッチ処理が行われ、ΣＮＯＸがクリアされる。

次いでステップ３０５では差圧センサ２７によりパティキュレートフィルタ１３の前後差圧ΔＰが検出される。次いでステップ３０６では差圧ΔＰが許容値ＰＸを越えたか否かが判別され、ΔＰ＞ＰＸとなったときにはステップ３０７に進んでパティキュレートフィルタ１３の昇温制御が行われる。この昇温制御はパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ燃料供給弁１７から燃料を供給することによって行われる。

次いでステップ３０８ではＳＯ_xセンサ１８および２０により検出された単位時間当りの吸蔵ＳＯ_x量ＳＯＸＺの積算値ΣＳＯＸが許容値ＳＸを越えたか否かが判別される。ΣＳＯＸ＞ＳＸとなったときにはステップ３０９に進んでパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ燃料供給弁１７から燃料を供給することによってＮＯ_x吸収剤４７の温度ＴをＳＯ_x放出温度ＴＸまで上昇させる昇温制御が行われる。次いでステップ３１０では燃料供給弁１７から供給された燃料によってパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比をリッチに維持するリッチ処理が行われ、ΣＳＯＸがクリアされる。

各運転状態における運転パラメータの値が再設定されると燃焼室２内でのＮＯ_x，ＨＣ，ＣＯ、パティキュレートＰＭ等の発生量が変化し、燃料供給弁１７からの燃料の供給量や供給頻度が変化する。即ち、後処理用燃料の供給量や供給頻度、即ち供給方法が再設定されることになる。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。パティキュレートフィルタの構造を示す図である。ＮＯ_x吸蔵還元触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。ＳＯ_xトラップ触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。ＳＯ_xトラップ率を示す図である。噴射時期を示す図である。ＳＯ_x安定化処理を示すタイムチャートである。吸蔵ＮＯ_x量ＮＯＸＡのマップを示す図である。ＮＯ_x放出制御およびパティキュレートフィルタの昇温制御を示すタイムチャートである。ＳＯ_x放出制御を示すタイムチャートである。運転パラメータとＮＯ_x発生量等の関係を示す図である。後処理用燃料の消費量を示す図である。運転パラメータの値の再設定を行うためのフローチャートである。吸蔵ＮＯ_x量の変動量ΔＮＯＸＡのマップを示す図である。ＳＯ_x安定化処理を実行するためのフローチャートである。後処理装置の制御を行うためのフローチャートである。

符号の説明

４吸気マニホルド
５排気マニホルド
７排気ターボチャージャ
１１ＳＯ_xトラップ触媒
１３パティキュレートフィルタ
１５ＮＯ_x吸蔵還元触媒
１７燃料供給弁

Claims

機関排気通路内に排気ガスの後処理装置を配置し、機関出力を発生するために燃焼室内に供給される燃焼用燃料に加え、後処理装置において排気ガス中の有害成分を処理するための後処理用燃料が供給され、機関の運転パラメータの値が機関の運転状態に応じて予め設定されていると共に後処理用燃料の供給方法が予め設定されている内燃機関において、機関の運転期間が予め定められた期間を経過する毎に、大気中に排出される排気ガス中の有害成分の量を規制値以下に維持しつつ燃焼用燃料と後処理用燃料との燃料全体についての一定走行距離当りの燃料消費量が最小となるように運転パラメータの値および後処理用燃料の供給方法を再設定するようにした内燃機関。
車両の累積運転時間又は車両の累積走行距離又は機関の累積回転数が予め定められた設定値を越えたときに機関の運転期間が予め定められた期間を経過したと判断される請求項１に記載の内燃機関。
後処理装置の劣化度合が予め定められた劣化度合を越えたときに機関の運転期間が予め定められた期間を経過したと判断される請求項１に記載の内燃機関。
機関の運転期間が予め定められた期間を経過する毎に、後処理装置の劣化度合に応じた後処理用燃料の消費量が求められ、この後処理用燃料の消費量と燃焼用燃料の消費量に基づいて、大気中に排出される排気ガス中の有害成分を規制値以下に維持しつつ一定走行距離当りの燃料消費量が最小となるように運転パラメータの値および後処理用燃料の供給方法が再設定される請求項１に記載の内燃機関。
機関の運転期間が予め定められた期間を経過する毎に、運転パラメータの値を変化させたときの燃焼用燃料の消費量の変化および排気ガス中の有害成分の量の変化と、この有害成分量の変化および後処理装置の劣化度合に応じた後処理用燃料の消費量の変化とに基づいて、大気中に排出される排気ガス中の有害成分を規制値以下に維持しつつ一定走行距離当りの燃料消費量が最小となるように運転パラメータの値および後処理用燃料の供給方法が再設定される請求項４に記載の内燃機関。
運転パラメータの値を変化させたときの燃焼用燃料の消費量の変化および排気ガス中の有害成分の量の変化が予め記憶されており、該有害成分量が変化したときの後処理用燃料の変化が後処理装置の劣化度合の関数として予め記憶されており、機関の運転期間が予め定められた期間を経過する毎に、運転パラメータを種々に変化させたときの燃焼用燃料の消費量と、このときの排気ガス中の有害成分の変化および後処理装置の劣化度合に応じた後処理用燃料の消費量とを求め、これら燃焼用燃料の消費量および後処理用燃料の消費量に基づいて、大気中に排出される排気ガス中の有害成分を規制値以下に維持しつつ一定走行距離当りの燃料消費量が最小となるように運転パラメータの値および後処理用燃料の供給方法が再設定される請求項５に記載の内燃機関。
運転パラメータの一つが燃焼用燃料の噴射時期であり、該噴射時期が進角されるに従い燃焼用燃料の消費量および燃焼室から排出されるパティキュレート量が減少し、燃焼室から排出されるＮＯ_x量が増大する請求項１に記載の内燃機関。
運転パラメータの一つが排気ガス再循環率であり、該排気ガス再循環率が増大されるに従い燃焼用燃料の消費量および燃焼室から排出されるパティキュレート量が増大し、燃焼室から排出されるＮＯ_x量が減少する請求項１に記載の内燃機関。
後処理装置が、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵還元触媒を有しており、該ＮＯ_x吸蔵還元触媒からＮＯ_xを放出すべくＮＯ_x吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにするときには燃焼室内又はＮＯ_x吸蔵還元触媒上流の排気通路内に後処理用燃料が供給され、後処理用燃料の消費量は燃焼室から排出されるＮＯ_x量が増大するほど増大し、ＮＯ_x吸蔵還元触媒の劣化度合が高くなるほど増大する請求項１に記載の内燃機関。
後処理装置が、排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕獲するためのパティキュレートフィルタを有しており、パティキュレートフィルタ上に捕獲されたパティキュレートを燃焼除去するときには燃焼室内又はパティキュレートフィルタ上流の排気通路内に後処理用燃料が供給され、後処理用燃料の消費量は燃焼室から排出されるパティキュレート量が増大するほど増大し、パティキュレートフィルタの劣化度合が高くなるほど増大する請求項９に記載の内燃機関。
ＮＯ_x吸蔵還元触媒がパティキュレートフィルタ上に担持されている請求項１０に記載の内燃機関。
後処理装置が、ＮＯ_x吸蔵還元触媒上流の排気通路内に配置されて排気ガス中に含まれるＳＯ_xを捕獲しうるＳＯ_xトラップ触媒を有しており、該ＳＯ_xトラップ触媒は排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_xトラップ触媒の温度が上昇すると捕獲したＳＯ_xが次第にＳＯ_xトラップ触媒の内部に拡散していく性質を有しており、ＳＯ_xトラップ触媒のＳＯ_xトラップ率を回復させるためにＳＯ_xトラップ触媒の温度を上昇させるときには後処理用燃料が燃焼室内又はＳＯ_xトラップ触媒上流の排気通路内に供給され、後処理用燃料の消費量は燃焼室から排出されるＳＯ_x量が増大するほど増大し、ＳＯ_xトラップ触媒の劣化度合が高くなるほど増大する請求項９に記載の内燃機関。