JP4407787B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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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係り、詳しくは、排気中の有害物質（パティキュレートマター、ＮＯx等）を浄化する技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
車両に搭載されるディーゼルエンジンから排出される排ガスには、ＨＣ、ＣＯ等のほか、パティキュレートマター（ＰＭと略す）が多く含まれている。
そこで、ディーゼルエンジンの排気後処理装置として、ＰＭを捕捉して外部熱源等により焼却除去するディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦと略す）が実用化されている。また、最近では、外部熱源の代わりにＤＰＦの上流側にＰＭを酸化除去するための酸化剤を供給する酸化触媒を設け、連続的にＤＰＦ上のＰＭを処理する連続再生式ＤＰＦも開発されている。
【０００３】
このようなＤＰＦでは、フィルタに捕捉され堆積したＰＭが捕捉限界に達する前にＰＭを焼却除去してフィルタの再生を行うのが通常である。そこで、フィルタに堆積したＰＭの堆積量に応じて排気後処理装置の上流側の排気圧が上昇することに着目し、例えば、特開平８−３０３２９０号公報に開示されるように、排気後処理装置の上流側の排気通路に排気圧センサを設け、当該排気圧センサにより検出される排気圧が所定排気圧に達すると、ＰＭが捕捉限界量に近づいたとみなしてＰＭの焼却除去を行うようにしている。
【０００４】
また、ディーゼルエンジンでは、吸入空気量が多いために排ガスにはＮＯxも多く含まれており、上記ＤＰＦの上流或いは下流には、リーン雰囲気でＮＯxを吸蔵する一方、排気空燃比をリッチ空燃比としリッチ雰囲気のもとで当該吸蔵したＮＯxを還元し放出する構成の吸蔵型ＮＯx触媒が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＰＭの堆積量を検出するために排気圧センサを設け、さらに実排気空燃比を検出するために排気センサを設けることは、これらのセンサが高温高圧に耐える仕様であって比較的高価であるため、コストアップに繋がり好ましいことではない。従って、使用するセンサの数をできるだけ少なくすることが望まれる。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、センサの数を少なく抑えながら、排気中の有害物質（パティキュレートマター、ＮＯx等）を良好に浄化可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、内燃機関の排気通路に介装された排気後処理装置と、前記排気通路の前記排気後処理装置よりも上流側に配設され、前記内燃機関の制御時に排気中の特定排気成分の濃度を該特定排気成分の分圧に基づいて検出し出力する排気センサと、前記排気センサの出力に基づき前記特定排気成分の分圧に応じて排気圧力を推定し、前記排気後処理装置の再生の要否を判定する判定手段と、前記判定手段により前記排気後処理装置の再生が必要と判定されたとき、前記排気後処理装置の再生を行う再生制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
従って、別途排気圧センサを設けることなく、排気センサからの情報に基づいて排気圧力が推定されることになり、排気センサの出力を監視することで、排気後処理装置の再生の要否を判定可能である。これにより、安価にして確実に排気後処理装置の再生を行うことが可能である。
ここに、本発明は次のような知見に基づきなされたものであり、以下説明する。
【０００９】
一般に、排気圧が増大すると、各排気成分の拡散速度が増加し分圧が増大する。
一方、例えば排気センサがＯ2センサである場合に、Ｏ2センサ出力の理論式として次のネルンストの式(1)がよく知られている。
「ネルンストの式」：
起電力（Ｏ2センサ出力）
＝（気体定数×作動温度／（４×ファラデー定数）×ｌｎ（大気側Ｏ2分圧／排気側Ｏ2分圧） …(1)
ここに、排気側Ｏ2分圧は次式(2)で示される。
【００１０】
排気側Ｏ2分圧＝排気圧×排気Ｏ2濃度 …(2)
このネルンストの式は、つまり、排気圧が増大すると、Ｏ2成分の多いリーン空燃比側では排気側Ｏ2分圧が増加して起電力（Ｏ2センサ出力）が低下し、一方、Ｈ2成分の多いリッチ空燃比側では、Ｈ2分圧が増加する一方で排気側Ｏ2分圧が減少して起電力（Ｏ2センサ出力）が増大することを示している。
【００１１】
このことは、即ち、起電力（Ｏ2センサ出力）を監視することにより、排気圧の増減を検出できることを意味する。
また、排気センサがリニアＡ／Ｆセンサ（リニア空燃比センサであって、実施例ではＬＡＦＳと略す）である場合に、リニアＡ／Ｆセンサ出力の理論式として次のポンプ電流の式(3)、(4)がよく知られている。
「ポンプ電流の式」：
リーン側でのポンプ電流（リニアＡ／Ｆセンサ出力）
＝（４×ファラデー定数×Ｏ2拡散定数×拡散通路の開口部断面積／（気体定数×作動温度×拡散通路の長さ）×（排気側Ｏ2分圧−ガス検出室側（大気側）Ｏ2分圧） …(3)
リッチ側でのポンプ電流（リニアＡ／Ｆセンサ出力）
＝（２×ファラデー定数×拡散通路の開口部断面積／（気体定数×作動温度×拡散通路の長さ）×（Ｈ2拡散定数×排気側Ｈ2分圧×ＣＯ拡散定数×排気側ＣＯ分圧） …(4)
ここに、リーン側でのポンプ電流及びリッチ側でのポンプ電流は一方が正（＋）で他方が負（−）である。
【００１２】
このポンプ電流の式は、つまり、排気圧が増大すると、Ｏ2成分の多いリーン空燃比側では排気側Ｏ2分圧が増加してポンプ電流が増大し、リニアＡ／Ｆセンサ出力が増加し、一方、Ｈ2成分の多いリッチ空燃比側では、Ｈ2分圧が増加してポンプ電流が逆方向に増大し、リニアＡ／Ｆセンサ出力が減少することを示している。
【００１３】
このことは、即ち、ポンプ電流（リニアＡ／Ｆセンサ出力）を監視することにより、排気圧の増減を検出できることを意味する。
なお、排気センサはＮＯxセンサであってもよく、この場合には理論式として上記ポンプ電流の式を適用可能である。
また、請求項２の発明では、前記判定手段は、内燃機関の運転状態に基づき前記排気後処理装置の再生の要否を判定する判定値を排気成分濃度に応じて設定し、前記排気センサの出力が同一の運転状態且つ同一排気成分濃度で前記判定値を越えたとき、前記排気後処理装置の再生が必要と判定することを特徴としている。
【００１４】
従って、排気センサからの出力情報と予め設定された同一の運転状態且つ同一排気成分濃度での判定値とを比較し、排気センサからの出力情報が判定値を越えると、排気圧が高く、排気後処理装置の再生が必要な状況であると容易に判定可能である。
また、請求項３の発明では、請求項２において、前記排気センサはＯ2センサであるとともに前記排気後処理装置は吸蔵型ＮＯx触媒を含み、前記判定手段は、前記吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするとき、前記排気後処理装置の再生の要否を判定することを特徴としている。
【００１５】
即ち、排気空燃比がリッチ空燃比であるときには、排気圧が増大するとＨ2分圧が増加してＯ2センサ出力が増大することになるが、Ｏ2センサの性質上この変化度合いがリーン空燃比でのＯ2分圧の変化よりも大きく、故に、Ｏ2センサを用いた場合には、吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするときにおいて、上記「ネルンストの式」に基づき、排気後処理装置の再生の要否を容易にして確実に判定可能である。
【００１６】
また、請求項４では、請求項１において、前記判定手段は、内燃機関の運転状態に基づき、前記排気後処理装置の未使用時の基準排気圧力下における目標出力を設定するとともに、前記排気後処理装置の再生の要否を判定する判定値を排気成分濃度に応じて設定し、前記排気センサの出力と前記目標出力との偏差が同一の運転状態且つ同一排気成分濃度で前記判定値を越えると、前記排気後処理装置の再生が必要と判定することを特徴としている。
【００１７】
従って、排気センサからの出力情報と予め設定された基準排気圧力下における目標出力との偏差を同一の運転状態且つ同一排気成分濃度での判定値と比較し、偏差が判定値に達すると、排気圧が高く、排気後処理装置の再生が必要な状況であると容易に判定可能である。
また、請求項５の発明では、請求項２または４において、前記排気センサはリニア空燃比センサであり、前記判定手段は、前記リニア空燃比センサを用いた内燃機関の空気過剰率に基づく燃料噴射量のフィードバック制御中または排気環流量のフィードバック制御中において排気空燃比がリーン空燃比であるとき、前記排気後処理装置の再生の要否を判定することを特徴としている。
【００１８】
即ち、排気空燃比がリーン空燃比であるときには、リッチ空燃比のときよりも，リーン度合いが大きくなるほど排気圧変化に応じたリニア空燃比センサ出力の変化度合いが大きく、故に、リニア空燃比センサを用いた場合には、内燃機関の空気過剰率に基づく燃料噴射量のフィードバック制御中または排気環流量のフィードバック制御中であって排気空燃比がリーン空燃比であるときにおいて、上記「ポンプ電流の式」に基づき、排気後処理装置の再生の要否を容易にして確実に判定可能である。
【００１９】
また、請求項６の発明では、請求項２または４において、前記排気センサはリニア空燃比センサであるとともに前記排気後処理装置は吸蔵型ＮＯx触媒を含み、前記判定手段は、前記吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするとき、前記排気後処理装置の再生の要否を判定することを特徴とする、請求項２または４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００２０】
即ち、リニア空燃比センサを用いた場合、排気空燃比がリーン空燃比であるときのみならず吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするときにおいても、上記「ポンプ電流の式」に基づき、排気後処理装置の再生の要否を容易にして確実に判定可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施例を説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づき説明する。
【００２２】
エンジン１としては、ここでは直列４気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記す）が採用される。
エンジン１の燃料供給系は例えばコモンレールシステムからなり、このシステムでは、各気筒毎にインジェクタ（燃料噴射ノズル）２が設けられており、これらのインジェクタ２はコモンレール４に接続されている。そして、各インジェクタ２は、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）３０に接続されており、ＥＣＵ３０からの燃料噴射指令に基づいて開閉弁し、コモンレール４内の燃料を所望のタイミングで各燃焼室に高圧で噴射可能である。即ち、当該インジェクタ２は、主燃焼用の主噴射の他、膨張行程或いは排気行程において追加燃料のポスト噴射（副噴射）等を自在に実施可能である。なお、当該コモンレールシステムは公知であり、該コモンレールシステムの構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
【００２３】
エンジン１の吸気ポートには、吸気マニホールド６を介して吸気管８が接続されている。一方、排気ポートには、排気マニホールド１０を介して排気管１２が接続されている。
排気マニホールド１０からはＥＧＲ通路１４が延びており、該ＥＧＲ通路１４の終端は吸気マニホールド６に接続されている。そして、ＥＧＲ通路１４には、電磁式のＥＧＲ弁１６が介装されている。
【００２４】
同図に示すように、排気管１２には排気後処理装置２０が介装されている。排気後処理装置２０は、排ガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等）やＰＭ（パティキュレートマター）を浄化処理するための触媒コンバータ及びディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）からなる排気浄化装置であり、ここでは、排気後処理装置２０は、ＤＰＦ２２の下流に吸蔵型ＮＯx触媒２４を備えて構成されている。
【００２５】
吸蔵型ＮＯx触媒２４は、排気空燃比がリーン空燃比であるときにＮＯxを吸蔵する一方、排気空燃比がリッチ空燃比とされリッチ雰囲気とされると、吸蔵したＮＯxを還元し放出するよう構成された触媒である。
また、排気管１２には、排気の流通を遮断する排気絞り弁４０が設けられている。この排気絞り弁４０は、排気流動を抑制することにより排ガス中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ等の未燃物の他、ＮＯx、ＰＭ、Ｈ2等を含む）の排気系内反応を促進させることを目的とする装置であり、排気圧、排気密度及び排気流速（低減効果増強要因）の少なくともいずれか一つを変更することが可能に構成されている。
【００２６】
排気絞り弁４０としては種々の方式が考えられるが、ここでは、例えば、図２（ａ）に閉弁状態を示し、図２（ｂ）に開弁状態を示すように、排気管１２を貫通する軸４３回りに弁体４４を回転させることで排気管１２の流路面積を調節可能なバタフライ弁４２が採用される。バタフライ弁４２にはアクチュエータ４５が接続されており、バタフライ弁４２は当該アクチュエータ４５により弁体４４が軸４３回りに回転させられて開閉作動する。
【００２７】
なお、この排気絞り弁４０は、閉弁状態でエキゾーストブレーキ（エキブレと略す）としても機能する。
また、排気管１２のＤＰＦ２２の上流の部分には、排気通路１２内の特定成分濃度としてＯ2、Ｈ2濃度を検出する排気センサ１８が設けられている。
ＥＣＵ３０は、エンジン１を含めた本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の総合的な制御を行うための制御装置である。
【００２８】
ＥＣＵ３０の入力側には、エンジン１に設けられた各種センサ類とともに、上記排気センサ１８等が接続されている。
一方、ＥＣＵ３０の出力側には、各種デバイスとともに、上記燃料噴射弁２やＥＧＲ弁１６、排気絞り弁４０のアクチュエータ４５等が接続されている。
以下、上記のように構成された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。
【００２９】
本発明では、上述したように、排気センサ１８が排ガス中のＯ2、Ｈ2成分の分圧を利用して濃度検出していることに着目し、当該排気センサ１８の出力に基づいて排気圧を推定し、ＰＭによるＤＰＦ２２の目詰まりを判定するようにしている。
なお、Ｏ2、Ｈ2成分の分圧を利用する排気センサ１８にはＯ2センサ、リニアＡ／Ｆセンサ（リニア空燃比センサ、略してＬＡＦＳ）、ＮＯxセンサ等の種々のセンサがあるが、ここではＯ2センサを用いた場合とＬＡＦＳを用いた場合についてそれぞれ実施例を分けて説明する。
【００３０】
先ず第１実施例を説明する。
当該第１実施例は、排気センサ１８としてＬＡＦＳを用いた場合である。ＬＡＦＳを用いる場合には、上述したポンプ電流の式が適用される。
図３を参照すると、ＥＣＵ３０が実行する、エンジン１の空気過剰率λに基づく燃料噴射量のフィードバック制御（λ制御）の制御ルーチンがフローチャートで示されており、ここでは先ずλ制御について説明する。
【００３１】
ステップＳ１０では、エンジン１の運転情報の読込みを行う。具体的には、エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷（アクセル開度、プレストローク燃料噴射ポンプの場合のラック位置等）Ｌの読込みを行う。
ステップＳ１１では、上記エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに基づき、空気過剰率λの目標値、即ち目標空気過剰率λtを設定する。
【００３２】
ステップＳ１２では、上記エンジン回転速度Ｎe、エンジン負荷Ｌ、或いは目標空気過剰率λt及び新気流量Ｑaに基づき、基本燃料噴射量Ｑf0を設定する。
そして、ステップＳ１３では、ＬＡＦＳ出力により検出される空気過剰率λと目標値λtとが等しくなっているか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ１４において、ＬＡＦＳ出力により検出される空気過剰率λと目標値λtとの偏差に応じた補正燃料量Ｑfcを算出し、ステップＳ１５において、基本燃料噴射量Ｑf0に補正燃料量Ｑfcを加味して燃料噴射を実施する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１６において、基本燃料噴射量Ｑf0に基づいて燃料噴射を実施する。
【００３３】
なお、一般にディーゼルエンジンにおいてこのようなλ制御を行う場合には、目標空気過剰率λtは大きく、排気空燃比はリーン空燃比となる。
また、図４を参照すると、ＥＣＵ３０が実行する、排気環流量のフィードバック制御、即ちＥＧＲ制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、次にＥＧＲ制御について説明する。
【００３４】
ステップＳ２０では、上記同様に、エンジン１の運転情報の読込み、即ちエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷（アクセル開度、プレストローク燃料噴射ポンプの場合のラック位置等）Ｌの読込みを行う。
ステップＳ２１では、上記エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに基づき、ＥＧＲ量Ｑegrの目標値、即ち目標ＥＧＲ量Ｑegrtを設定する。
【００３５】
ステップＳ２２では、上記エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに基づき、やはり空気過剰率λの目標値、即ち目標空気過剰率λtを設定する。
そして、ステップＳ２３では、ＬＡＦＳ出力により検出される空気過剰率λと目標値λtとが等しくなっているか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ２４において、ＬＡＦＳ出力により検出される空気過剰率λと目標λtとの偏差に応じた補正量を目標ＥＧＲ量Ｑegrtに加味してＥＧＲ弁１６の開度を調節する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ２５において、目標ＥＧＲ量Ｑegrtに基づいてＥＧＲ弁１６の開度を調節する。
【００３６】
なお、このようにＥＧＲ制御を行う場合においても、目標空気過剰率λtが大きな値である限り、排気空燃比はリーン空燃比となる。
そして、図５を参照すると、ＬＡＦＳを用いた場合のＤＰＦ再生制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下ＤＰＦ再生制御について説明する。
ステップＳ３０では、エンジン１の運転情報の読込み、即ちエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷（アクセル開度、プレストローク燃料噴射ポンプの場合のラック位置等）Ｌの読込みを行う。
【００３７】
ステップＳ３１では、ＬＡＦＳからの情報に基づき、排気空燃比がリーン空燃比、即ち排ガスがリーン雰囲気にあるか否かを判別する。このようにＬＡＦＳを用いた場合にリーン雰囲気であるか否かを判別するのは、上述したように、一般にディーゼルエンジンでλ制御やＥＧＲ制御を行う場合には、空燃比はリーン空燃比であり、リーン空燃比ではリーン度合いが大きくなるほど排気圧変化に応じたＬＡＦＳ出力の変化度合いが大きく、ＤＰＦの再生の要否判定に適しているからである。
【００３８】
ステップＳ３１の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合、即ちリッチ雰囲気の場合には、そのまま当該ルーチンを抜ける。一方、ステップＳ３１の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ３２に進む。
ステップＳ３２では、エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに応じて、目標Ａ／Ｆに対応するＬＡＦＳの目標出力を求め、さらに再生が必要となる出力を求める。
【００３９】
例えば、図６に示すように、ＤＰＦにＰＭが堆積していないとき（ＤＰＦ未使用時）の排気圧を基準排気圧力とした場合のＬＡＦＳの目標出力（破線）及び排気圧をＤＰＦの再生が必要となる所定の高圧とした場合のＬＡＦＳ出力（実線）と目標Ａ／Ｆ（目標空燃比）、即ち目標空気過剰率λtとの関係をエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌ毎にそれぞれ設定した複数のマップが予め設けられており、これら複数のマップから現在のエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに対応したマップを抽出し、ＬＡＦＳの目標出力と再生が必要となるＬＡＦＳ出力、即ち再生要出力とを求める。
【００４０】
そして、ステップＳ３３では、同一のエンジン回転速度Ｎe及びエンジン負荷Ｌ（同一の運転状態）且つ同一リーン雰囲気（同一排気成分濃度）の下、ＬＡＦＳ出力とＬＡＦＳの目標出力との偏差が再生要出力と目標出力との差、即ち図６に示す判定値Ｂ1よりも大きい（ＬＡＦＳ出力−目標出力＞Ｂ1）か否かを判別する（判定手段）。判別結果が偽（Ｎｏ）で偏差が判定値Ｂ1以下と判定された場合には、排気圧は許容圧以下であってＰＭはそれほど堆積しておらず、ＤＰＦの再生はまだ必要ない状況と判定できる。従って、この場合には、何もせず当該ルーチンを抜ける。
【００４１】
一方、ステップＳ３３の判別結果が真（Ｙｅｓ）で偏差が判定値Ｂ1よりも大きいと判定された場合には、排気圧は許容圧を越え、ＤＰＦがＰＭの捕捉限界となる直前の状態にあり、ＤＰＦの再生が必要な状況と判定できる。従って、この場合には、ステップＳ３４に進み、ＤＰＦの再生実行制御を行う（再生制御手段）。
【００４２】
図７を参照すると、ＤＰＦの再生実行制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下ＤＰＦの再生実行制御について説明する。
ステップＳ４０では、エンジン１の運転情報の読込み、即ちエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷（アクセル開度、プレストローク燃料噴射ポンプの場合のラック位置等）Ｌの読込みを行う。
【００４３】
ステップＳ４１では、上記エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに基づき、これらエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに応じた排気温度Ｔを算出する。
ステップＳ４２では、排気温度ＴがＰＭの燃焼温度Ｔp未満であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で、排気温度ＴがＰＭの燃焼温度Ｔp以上と判定された場合には、何もせずにＰＭは燃焼除去される状況にあるため、当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、排気温度ＴがＰＭの燃焼温度Ｔpよりも低いと判定された場合には、ステップＳ４３以降に進み、ポスト噴射（副噴射）を行う。
【００４４】
ポスト噴射は、インジェクタ２により主燃焼用の燃料噴射を行った後、膨張行程或いは排気行程において燃料の追加供給を行い、未燃燃料を排気管１２内に排出させるようなものであり、これにより、追加燃料が排気系内で排気中の酸素と反応し、その反応熱によってＤＰＦに供給される排気の温度が上昇し、ＤＰＦ上のＰＭが良好に燃焼除去される。
【００４５】
ステップＳ４３では、ポスト噴射を行うにあたり、排気温度ＴとＰＭの燃焼温度Ｔpとの偏差に応じて適正な追加燃料量を設定する。
ステップＳ４４では、排気温度Ｔに基づき、追加燃料が排気系内で十分に反応可能な適正な噴射時期を膨張行程或いは排気行程において設定する。
そして、ステップＳ４５において、ポスト噴射を実施する。即ち、適正な追加燃料量を適正な噴射時期にインジェクタ２から噴射する。また、このとき、同時にバタフライ弁４２を閉弁操作し、排気系内の排気流動を抑制して排気圧を上昇させるようにする。
【００４６】
これにより、未燃燃料と排気中の酸素の関わり合いが密となって排気系内での反応が促進され、排気昇温が急速に達成され、ＤＰＦ上のＰＭが早期に燃焼除去される。なお、バタフライ弁４２を閉弁操作しない場合であっても、排気昇温速度は低下するものの十分な効果が得られる。
ステップＳ４６では、ＤＰＦの再生完了判定を行う。ここでは、例えば、ＬＡＦＳ出力が所定値Ａ0より小さくなったか否かを判別する。ここに、所定値Ａ0は、同一のエンジン回転速度Ｎe及びエンジン負荷Ｌ（同一の運転状態）且つ同一リーン雰囲気（同一排気成分濃度）の下、予め上記図６の目標出力（破線）よりも若干大きな値に設定されている。
【００４７】
ステップＳ４６の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、未だＰＭが十分に燃焼除去されていない状況と判定でき、当該ルーチンの実行を繰り返す。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ＰＭが十分に燃焼除去され、ＤＰＦの再生が完了したと判定でき、当該ルーチンの実行を終了する。
なお、ここでは、ＤＰＦの再生完了判定をＬＡＦＳ出力と所定値Ａ0との比較により行うようにしたが、予めＰＭが十分に燃焼除去されるまでの所定時間を設定しておき、ＤＰＦの再生開始から所定時間が経過したか否かで判別するようにしてもよい。
【００４８】
次に第２実施例を説明する。
当該第２実施例は、上記第１実施例と同様に排気センサ１８としてＬＡＦＳを用いており、上記同様にポンプ電流の式が適用される。
当該第２実施例では、上記第１実施例と比較し、ＤＰＦ再生制御ルーチンの一部のみが異なっており、ここでは、上記第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
図８を参照すると、ＬＡＦＳを用いた場合の第２実施例に係るＤＰＦ再生制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿い第１実施例と異なる点を中心に説明する。
ステップＳ３０及びステップＳ３１を経て、ステップＳ３２’では、上記図６の複数のマップから、現在のエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに対応したマップを抽出し、ＤＰＦの再生が必要となる所定の高圧に対応したＬＡＦＳ出力（図６の実線）、即ち再生要出力Ｄ1を目標Ａ／Ｆに応じて選定する。
【００５０】
そして、ステップＳ３３’では、同一のエンジン回転速度Ｎe及びエンジン負荷Ｌ（同一の運転状態）且つ同一リーン雰囲気（同一排気成分濃度）の下、ＬＡＦＳ出力が再生要出力Ｄ1よりも大きいか否かを判別する（判定手段）。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、排気圧は許容圧以下であってＰＭはそれほど堆積しておらず、ＤＰＦの再生はまだ必要ない状況と判定できる。従って、この場合には、何もせず当該ルーチンを抜ける。
【００５１】
一方、ステップＳ３３’の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合、即ちＬＡＦＳ出力が再生要出力Ｄ1（図６の実線）を越えたと判定された場合には、ＤＰＦがＰＭの捕捉限界となる直前の状態にあり、ＤＰＦの再生が必要な状況と判定できる。従って、この場合には、上記同様にステップＳ３４に進み、ＤＰＦの再生実行制御を行う。
【００５２】
次に第３実施例を説明する。
当該第３実施例においても、上記第２実施例と同様に排気センサ１８としてＬＡＦＳを用いており、上記同様にポンプ電流の式が適用される。
当該第３実施例は、吸蔵型ＮＯx触媒２４に吸蔵されたＮＯxを還元し放出すべく排気空燃比をリッチ空燃比とする際にＤＰＦの再生を行う場合の例を示す。
【００５３】
図９を参照すると、ＮＯx放出制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、先ずＮＯx放出制御について説明する。
ステップＳ５０では、上記同様にエンジン１の運転情報の読込み、即ちエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷（アクセル開度、プレストローク燃料噴射ポンプの場合のラック位置等）Ｌの読込みを行う。
【００５４】
ステップＳ５１では、吸蔵型ＮＯx触媒２４に吸蔵されたＮＯxの吸蔵量を推定する。ここでは、例えば、ＮＯx吸蔵量がエンジン１の運転時間に応じて増加することから、エンジン１の運転時間に基づき推定する。
そして、ステップＳ５２では、推定されたＮＯx吸蔵量が飽和前の所定吸蔵量を越えたか否かを判別する。ここでは、エンジン１の運転時間が所定吸蔵量に対応する所定時間を超えたか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には当該ルーチンを抜け、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ＮＯxの放出が必要な状況と判断し、次にステップＳ５３以降に進む。
【００５５】
ＮＯxを放出する場合には、上述したポスト噴射を行うようにする。これにより、排気管１２内に未燃燃料が排出されて排気空燃比がリッチ空燃比となり、吸蔵型ＮＯx触媒２４がリッチ雰囲気とされてＮＯxが還元され放出される。
ステップＳ５３では、ＮＯxの放出を行うに当たり、ＬＡＦＳからの情報に基づき、排気空燃比がリッチ空燃比となるように追加燃料量を設定する。なお、追加燃料量は所定期間に亘りリッチ空燃比となるように設定した後、所定期間に亘り理論空燃比（ストイキオ）に設定するようにすると効率よくＮＯxの放出を行うことができる。
【００５６】
ステップＳ５４では、エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに応じた排気温度Ｔを算出し、当該排気温度Ｔに基づき、追加燃料が確実に吸蔵型ＮＯx触媒２４に到達するような適正な噴射時期を排気行程において設定する。具体的には、できるだけ遅い時期、例えば排気行程後期に追加燃料を噴射するように噴射時期を設定する。
【００５７】
そして、ステップＳ５５において、ポスト噴射を実施する。即ち、適正な追加燃料量を適正な噴射時期にインジェクタ２から噴射する。また、このとき、同時にバタフライ弁４２を閉弁操作して排気系内の排気流動を抑制して排気圧を上昇させるとともに、上記図４のＥＧＲ制御を実施してＥＧＲ量Ｑegrを増加させるようにすると、排気管１２内の新気量を低減することができ、容易に排気空燃比をリッチ化することができる。
【００５８】
これにより、吸蔵型ＮＯx触媒２４に吸蔵されたＮＯxが良好に還元され放出され、吸蔵型ＮＯx触媒２４の再生が図られる。
そして、図１０を参照すると、ＮＯx放出制御中におけるＤＰＦ再生制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下ＮＯx放出制御中のＤＰＦ再生制御について説明する。
【００５９】
ステップＳ６０では、エンジン１の運転情報の読込み、即ちエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷（アクセル開度、プレストローク燃料噴射ポンプの場合のラック位置等）Ｌの読込みを行う。
ステップＳ６１では、ＮＯx放出制御中であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には当該ルーチンを抜け、一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合にはステップＳ６２に進む。
【００６０】
ステップＳ６２では、ＬＡＦＳからの情報に基づき、排気空燃比がリッチ空燃比、即ち排ガスがリッチ雰囲気にあるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には当該ルーチンを抜け、一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合にはステップＳ６３に進む。
ステップＳ６３では、エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに応じて、目標Ａ／Ｆに対応するＬＡＦＳの目標出力を求め、さらに再生が必要となるＬＡＦＳ出力を求める。
【００６１】
つまり、上述したように、図６に示す複数のマップから現在のエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに対応したマップを抽出し、ＬＡＦＳの目標出力と再生が必要となるＬＡＦＳ出力、即ち再生要出力とを求める。
そして、ステップＳ６４では、同一のエンジン回転速度Ｎe及びエンジン負荷Ｌ（同一の運転状態）且つ同一リッチ雰囲気（同一排気成分濃度）の下、ＬＡＦＳ出力とＬＡＦＳの目標出力との偏差が再生要出力と目標出力との差、即ち図６に示す判定値Ｃ1よりも大きい（目標出力−ＬＡＦＳ出力＞Ｃ1）か否かを判別する（判定手段）。判別結果が偽（Ｎｏ）で偏差が判定値Ｃ1以下と判定された場合には、排気圧は許容圧以下であってＰＭはそれほど堆積しておらず、ＤＰＦの再生はまだ必要ない状況と判定できる。従って、この場合には、何もせず当該ルーチンを抜ける。
【００６２】
なお、ＮＯx放出制御中にバタフライ弁４２を閉弁操作する場合には、判定値Ｃ1の設定条件として、同一の運転状態、同一排気成分濃度の他、バタフライ弁４２の閉弁状態を加味することが望ましい。
一方、ステップＳ６４の判別結果が真（Ｙｅｓ）で偏差が判定値Ｃ1よりも大きいと判定された場合には、排気圧は許容圧を越え、ＤＰＦがＰＭの捕捉限界となる直前の状態にあり、ＤＰＦの再生が必要な状況と判定できる。従って、この場合には、ステップＳ６５に進み、上述のＤＰＦの再生実行制御を行う。
【００６３】
次に第４実施例を説明する。
当該第４実施例は、排気センサ１８としてＯ2センサを用いた場合である。Ｏ2センサを用いた場合には、上述したネルンストの式が適用される。
当該第４実施例では、吸蔵型ＮＯx触媒２４に吸蔵されたＮＯxを還元し放出すべく排気空燃比をリッチ空燃比とする際にＯ2センサを用いてＤＰＦの再生を行う場合の例を示す。
【００６４】
図１１を参照すると、上記図９と同様のＮＯx放出制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、先ずＮＯx放出制御について説明する。なお、ここでは上記図９と異なる点を中心に説明する。
ステップＳ５０、ステップＳ５１、ステップＳ５２を実行したら、ステップＳ５３’以降において、上記同様にポスト噴射を行うようにする。これにより、排気管１２内に未燃燃料が排出されて排気空燃比がリッチ空燃比となり、吸蔵型ＮＯx触媒２４がリッチ雰囲気とされてＮＯxが還元され放出される。
【００６５】
ステップＳ５３’では、ＮＯxの放出を行うに当たり、Ｏ2センサからの情報に基づき、排気空燃比がリッチ空燃比となるように追加燃料量を設定する。この場合、上記同様、追加燃料量は所定期間に亘りリッチ空燃比となるように設定した後、所定期間に亘り理論空燃比（ストイキオ）に設定するようにすると効率よくＮＯxの放出を行うことができる。
【００６６】
そして、ステップＳ５４において適正な噴射時期を排気行程において設定し、ステップＳ５５において、ポスト噴射を実施する。即ち、適正な追加燃料量を適正な噴射時期にインジェクタ２から噴射する。上記同様、このとき、同時にバタフライ弁４２を閉弁操作して排気系内の排気流動を抑制して排気圧を上昇させるとともに、上記図４のＥＧＲ制御を実施してＥＧＲ量Ｑegrを増加させるようにすると、排気管１２内の新気量を低減することができ、容易に排気空燃比をリッチ化することができる。
【００６７】
これにより、吸蔵型ＮＯx触媒２４に吸蔵されたＮＯxが良好に還元され放出され、吸蔵型ＮＯx触媒２４の再生が図られる。
そして、図１２を参照すると、上記図１０と同様のＮＯx放出制御中におけるＤＰＦ再生制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下Ｏ2センサを用いた場合のＮＯx放出制御中におけるＤＰＦ再生制御について説明する。なお、ここでは図１０と異なる点を中心に説明する。
【００６８】
ステップＳ６０、ステップＳ６１、ステップＳ６２を実行したら、ステップＳ６３’に進む。なお、Ｏ2センサを用いる場合に、ステップＳ６１及びステップＳ６２においてＮＯx放出制御中であること及びリッチ雰囲気であることを判別するのは、上述したように、排気空燃比がリッチ空燃比であるときには、排気圧が増大するとＨ2分圧が増加してＯ2センサ出力が増大することになるが、Ｏ2センサではこの変化度合いがリーン空燃比でのＯ2分圧の変化よりも大きく、ＤＰＦの再生の要否判定に適しているからである。
【００６９】
ステップＳ６３’では、エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌ毎に予め設定した図１３に示すような複数のマップ（図示せず）から、現在のエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに対応したマップを抽出し、ＤＰＦの再生が必要となる所定の高圧に対応した所定出力Ａ1を求める。
そして、ステップＳ６４’では、同一のエンジン回転速度Ｎe及びエンジン負荷Ｌ（同一の運転状態）且つ同一リーン雰囲気（同一排気成分濃度）の下、Ｏ2センサ出力が所定出力Ａ1よりも大きいか否かを判別する（判定手段）。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、排気圧は許容圧以下であってＰＭはそれほど堆積しておらず、ＤＰＦの再生はまだ必要ない状況と判定できる。従って、この場合には、何もせず当該ルーチンを抜ける。
【００７０】
一方、ステップＳ６４’の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合、即ちＯ2センサ出力が所定出力Ａ1を越えたと判定された場合には、ＤＰＦがＰＭの捕捉限界となる直前の状態にあり、ＤＰＦの再生が必要な状況と判定できる。従って、この場合には、上記同様にステップＳ６５に進み、ＤＰＦの再生実行制御を行う。
なお、ここでは、ＤＰＦの再生制御において、Ｏ2センサ出力が所定出力Ａ1よりも大きいか否かを判別するようにしているが、Ｏ2センサを用いた場合であっても、上記ＬＡＦＳを用いた実施例１の場合と同様に、Ｏ2センサ出力とＯ2センサの目標出力との偏差が再生要出力と目標出力との差、即ち判定値Ａ2よりも大きいか否かを判別するようにしてもよい。
【００７１】
なお、ＮＯx放出制御中にバタフライ弁４２を閉弁操作する場合には、判定値Ａ1の設定条件として、同一の運転状態、同一排気成分濃度の他、バタフライ弁４２の閉弁状態を加味することが望ましい。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、別途排気圧センサを設けることなく、排気センサからの情報に基づいて排気圧力を推定できることになり、排気センサの出力を監視することで、排気後処理装置の再生の要否を判定することができる。これにより、コストアップなく安価にして確実に排気後処理装置の再生を行うことができる。
【００７３】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気センサからの出力情報と予め設定された同一の運転状態且つ同一排気成分濃度での判定値とを比較し、排気センサからの出力情報が判定値を越えると、排気圧が高く、排気後処理装置の再生が必要な状況であると容易に判定することができる。
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気空燃比がリッチ空燃比であるときには、排気圧が増大するとＨ2分圧が増加してＯ2センサ出力が増大することになるが、Ｏ2センサの性質上この変化度合いがリーン空燃比でのＯ2分圧の変化よりも大きく、故に、Ｏ2センサを用いた場合には、吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするときにおいて、上記「ネルンストの式」に基づき、排気後処理装置の再生の要否を容易にして確実に判定することができる。
【００７４】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気センサからの出力情報と予め設定された基準排気圧力下における目標出力との偏差を同一の運転状態且つ同一排気成分濃度での判定値と比較し、偏差が判定値に達すると、排気圧が高く、排気後処理装置の再生が必要な状況であると容易に判定することができる。
【００７５】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気空燃比がリーン空燃比であるときには、リッチ空燃比のときよりも、リーン度合いが大きくなるほど排気圧変化に応じたリニア空燃比センサ出力の変化度合いが大きく、故に、リニア空燃比センサを用いた場合には、内燃機関の空気過剰率に基づく燃料噴射量のフィードバック制御中または排気環流量のフィードバック制御中であって排気空燃比がリーン空燃比であるときにおいて、上記「ポンプ電流の式」に基づき、排気後処理装置の再生の要否を容易にして確実に判定することができる。
【００７６】
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置によれば、リニア空燃比センサを用いた場合、排気空燃比がリーン空燃比であるときのみならず吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするときにおいても、上記「ポンプ電流の式」に基づき、排気後処理装置の再生の要否を容易にして確実に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】排気絞り弁としてのバタフライ弁を示す図である。
【図３】空気過剰率λに基づく燃料噴射量のフィードバック制御（λ制御）の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】ＥＧＲ制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第１実施例に係るＤＰＦ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】ＤＰＦにＰＭが堆積していないときの排気圧を基準排気圧力とした場合のＬＡＦＳの目標出力（破線）及び排気圧をＤＰＦの再生が必要となる所定の高圧とした場合のＬＡＦＳ出力（実線）と目標Ａ／Ｆ（目標空燃比）、即ち目標空気過剰率λtとの関係をエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌ毎にそれぞれ設定したマップである。
【図７】ＤＰＦの再生実行制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】ＬＡＦＳを用いた場合の第２実施例に係るＤＰＦ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】第２実施例に係るＮＯx放出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】ＬＡＦＳを用いた場合の第３実施例に係るＤＰＦ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】第４実施例に係るＮＯx放出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】Ｏ2センサを用いた場合の第４実施例に係るＤＰＦ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】ＤＰＦの再生が必要となるＯ2センサの所定出力Ａ1をエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌ毎に設定したマップである。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
２ インジェクタ（燃料噴射ノズル）
１０ 排気マニホールド
１２ 排気管
１４ ＥＧＲ通路
１６ ＥＧＲ弁
１８ 排気センサ（リニアＡ／Ｆセンサ、Ｏ2センサ）
２０ 排気後処理装置
２２ ディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
２４ 吸蔵型ＮＯx触媒
３０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
４２ バタフライ弁
【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係り、詳しくは、排気中の有害物質（パティキュレートマター、ＮＯx等）を浄化する技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
車両に搭載されるディーゼルエンジンから排出される排ガスには、ＨＣ、ＣＯ等のほか、パティキュレートマター（ＰＭと略す）が多く含まれている。
そこで、ディーゼルエンジンの排気後処理装置として、ＰＭを捕捉して外部熱源等により焼却除去するディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦと略す）が実用化されている。また、最近では、外部熱源の代わりにＤＰＦの上流側にＰＭを酸化除去するための酸化剤を供給する酸化触媒を設け、連続的にＤＰＦ上のＰＭを処理する連続再生式ＤＰＦも開発されている。
【０００３】
このようなＤＰＦでは、フィルタに捕捉され堆積したＰＭが捕捉限界に達する前にＰＭを焼却除去してフィルタの再生を行うのが通常である。そこで、フィルタに堆積したＰＭの堆積量に応じて排気後処理装置の上流側の排気圧が上昇することに着目し、例えば、特開平８−３０３２９０号公報に開示されるように、排気後処理装置の上流側の排気通路に排気圧センサを設け、当該排気圧センサにより検出される排気圧が所定排気圧に達すると、ＰＭが捕捉限界量に近づいたとみなしてＰＭの焼却除去を行うようにしている。
【０００４】
また、ディーゼルエンジンでは、吸入空気量が多いために排ガスにはＮＯxも多く含まれており、上記ＤＰＦの上流或いは下流には、リーン雰囲気でＮＯxを吸蔵する一方、排気空燃比をリッチ空燃比としリッチ雰囲気のもとで当該吸蔵したＮＯxを還元し放出する構成の吸蔵型ＮＯx触媒が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＰＭの堆積量を検出するために排気圧センサを設け、さらに実排気空燃比を検出するために排気センサを設けることは、これらのセンサが高温高圧に耐える仕様であって比較的高価であるため、コストアップに繋がり好ましいことではない。従って、使用するセンサの数をできるだけ少なくすることが望まれる。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、センサの数を少なく抑えながら、排気中の有害物質（パティキュレートマター、ＮＯx等）を良好に浄化可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、内燃機関の排気通路に介装された排気後処理装置と、前記排気通路の前記排気後処理装置よりも上流側に配設され、前記内燃機関の制御時に排気中の特定排気成分の濃度を該特定排気成分の分圧に基づいて検出し出力する排気センサと、前記排気センサの出力に基づき前記特定排気成分の分圧に応じて排気圧力を推定し、前記排気後処理装置の再生の要否を判定する判定手段と、前記判定手段により前記排気後処理装置の再生が必要と判定されたとき、前記排気後処理装置の再生を行う再生制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
従って、別途排気圧センサを設けることなく、排気センサからの情報に基づいて排気圧力が推定されることになり、排気センサの出力を監視することで、排気後処理装置の再生の要否を判定可能である。これにより、安価にして確実に排気後処理装置の再生を行うことが可能である。
ここに、本発明は次のような知見に基づきなされたものであり、以下説明する。
【０００９】
一般に、排気圧が増大すると、各排気成分の拡散速度が増加し分圧が増大する。
一方、例えば排気センサがＯ2センサである場合に、Ｏ2センサ出力の理論式として次のネルンストの式(1)がよく知られている。
「ネルンストの式」：
起電力（Ｏ2センサ出力）
＝（気体定数×作動温度／（４×ファラデー定数）×ｌｎ（大気側Ｏ2分圧／排気側Ｏ2分圧） …(1)
ここに、排気側Ｏ2分圧は次式(2)で示される。
【００１０】
排気側Ｏ2分圧＝排気圧×排気Ｏ2濃度 …(2)
このネルンストの式は、つまり、排気圧が増大すると、Ｏ2成分の多いリーン空燃比側では排気側Ｏ2分圧が増加して起電力（Ｏ2センサ出力）が低下し、一方、Ｈ2成分の多いリッチ空燃比側では、Ｈ2分圧が増加する一方で排気側Ｏ2分圧が減少して起電力（Ｏ2センサ出力）が増大することを示している。
【００１１】
このことは、即ち、起電力（Ｏ2センサ出力）を監視することにより、排気圧の増減を検出できることを意味する。
また、排気センサがリニアＡ／Ｆセンサ（リニア空燃比センサであって、実施例ではＬＡＦＳと略す）である場合に、リニアＡ／Ｆセンサ出力の理論式として次のポンプ電流の式(3)、(4)がよく知られている。
「ポンプ電流の式」：
リーン側でのポンプ電流（リニアＡ／Ｆセンサ出力）
＝（４×ファラデー定数×Ｏ2拡散定数×拡散通路の開口部断面積／（気体定数×作動温度×拡散通路の長さ）×（排気側Ｏ2分圧−ガス検出室側（大気側）Ｏ2分圧） …(3)
リッチ側でのポンプ電流（リニアＡ／Ｆセンサ出力）
＝（２×ファラデー定数×拡散通路の開口部断面積／（気体定数×作動温度×拡散通路の長さ）×（Ｈ2拡散定数×排気側Ｈ2分圧×ＣＯ拡散定数×排気側ＣＯ分圧） …(4)
ここに、リーン側でのポンプ電流及びリッチ側でのポンプ電流は一方が正（＋）で他方が負（−）である。
【００１２】
このポンプ電流の式は、つまり、排気圧が増大すると、Ｏ2成分の多いリーン空燃比側では排気側Ｏ2分圧が増加してポンプ電流が増大し、リニアＡ／Ｆセンサ出力が増加し、一方、Ｈ2成分の多いリッチ空燃比側では、Ｈ2分圧が増加してポンプ電流が逆方向に増大し、リニアＡ／Ｆセンサ出力が減少することを示している。
【００１３】
このことは、即ち、ポンプ電流（リニアＡ／Ｆセンサ出力）を監視することにより、排気圧の増減を検出できることを意味する。
なお、排気センサはＮＯxセンサであってもよく、この場合には理論式として上記ポンプ電流の式を適用可能である。
また、請求項２の発明では、前記判定手段は、内燃機関の運転状態に基づき前記排気後処理装置の再生の要否を判定する判定値を排気成分濃度に応じて設定し、前記排気センサの出力が同一の運転状態且つ同一排気成分濃度で前記判定値を越えたとき、前記排気後処理装置の再生が必要と判定することを特徴としている。
【００１４】
従って、排気センサからの出力情報と予め設定された同一の運転状態且つ同一排気成分濃度での判定値とを比較し、排気センサからの出力情報が判定値を越えると、排気圧が高く、排気後処理装置の再生が必要な状況であると容易に判定可能である。
また、請求項３の発明では、請求項２において、前記排気センサはＯ2センサであるとともに前記排気後処理装置は吸蔵型ＮＯx触媒を含み、前記判定手段は、前記吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするとき、前記排気後処理装置の再生の要否を判定することを特徴としている。
【００１５】
即ち、排気空燃比がリッチ空燃比であるときには、排気圧が増大するとＨ2分圧が増加してＯ2センサ出力が増大することになるが、Ｏ2センサの性質上この変化度合いがリーン空燃比でのＯ2分圧の変化よりも大きく、故に、Ｏ2センサを用いた場合には、吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするときにおいて、上記「ネルンストの式」に基づき、排気後処理装置の再生の要否を容易にして確実に判定可能である。
【００１６】
また、請求項４では、請求項１において、前記判定手段は、内燃機関の運転状態に基づき、前記排気後処理装置の未使用時の基準排気圧力下における目標出力を設定するとともに、前記排気後処理装置の再生の要否を判定する判定値を排気成分濃度に応じて設定し、前記排気センサの出力と前記目標出力との偏差が同一の運転状態且つ同一排気成分濃度で前記判定値を越えると、前記排気後処理装置の再生が必要と判定することを特徴としている。
【００１７】
従って、排気センサからの出力情報と予め設定された基準排気圧力下における目標出力との偏差を同一の運転状態且つ同一排気成分濃度での判定値と比較し、偏差が判定値に達すると、排気圧が高く、排気後処理装置の再生が必要な状況であると容易に判定可能である。
また、請求項５の発明では、請求項２または４において、前記排気センサはリニア空燃比センサであり、前記判定手段は、前記リニア空燃比センサを用いた内燃機関の空気過剰率に基づく燃料噴射量のフィードバック制御中または排気環流量のフィードバック制御中において排気空燃比がリーン空燃比であるとき、前記排気後処理装置の再生の要否を判定することを特徴としている。
【００１８】
即ち、排気空燃比がリーン空燃比であるときには、リッチ空燃比のときよりも，リーン度合いが大きくなるほど排気圧変化に応じたリニア空燃比センサ出力の変化度合いが大きく、故に、リニア空燃比センサを用いた場合には、内燃機関の空気過剰率に基づく燃料噴射量のフィードバック制御中または排気環流量のフィードバック制御中であって排気空燃比がリーン空燃比であるときにおいて、上記「ポンプ電流の式」に基づき、排気後処理装置の再生の要否を容易にして確実に判定可能である。
【００１９】
また、請求項６の発明では、請求項２または４において、前記排気センサはリニア空燃比センサであるとともに前記排気後処理装置は吸蔵型ＮＯx触媒を含み、前記判定手段は、前記吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするとき、前記排気後処理装置の再生の要否を判定することを特徴とする、請求項２または４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００２０】
即ち、リニア空燃比センサを用いた場合、排気空燃比がリーン空燃比であるときのみならず吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするときにおいても、上記「ポンプ電流の式」に基づき、排気後処理装置の再生の要否を容易にして確実に判定可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施例を説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づき説明する。
【００２２】
エンジン１としては、ここでは直列４気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記す）が採用される。
エンジン１の燃料供給系は例えばコモンレールシステムからなり、このシステムでは、各気筒毎にインジェクタ（燃料噴射ノズル）２が設けられており、これらのインジェクタ２はコモンレール４に接続されている。そして、各インジェクタ２は、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）３０に接続されており、ＥＣＵ３０からの燃料噴射指令に基づいて開閉弁し、コモンレール４内の燃料を所望のタイミングで各燃焼室に高圧で噴射可能である。即ち、当該インジェクタ２は、主燃焼用の主噴射の他、膨張行程或いは排気行程において追加燃料のポスト噴射（副噴射）等を自在に実施可能である。なお、当該コモンレールシステムは公知であり、該コモンレールシステムの構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
【００２３】
エンジン１の吸気ポートには、吸気マニホールド６を介して吸気管８が接続されている。一方、排気ポートには、排気マニホールド１０を介して排気管１２が接続されている。
排気マニホールド１０からはＥＧＲ通路１４が延びており、該ＥＧＲ通路１４の終端は吸気マニホールド６に接続されている。そして、ＥＧＲ通路１４には、電磁式のＥＧＲ弁１６が介装されている。
【００２４】
同図に示すように、排気管１２には排気後処理装置２０が介装されている。排気後処理装置２０は、排ガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等）やＰＭ（パティキュレートマター）を浄化処理するための触媒コンバータ及びディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）からなる排気浄化装置であり、ここでは、排気後処理装置２０は、ＤＰＦ２２の下流に吸蔵型ＮＯx触媒２４を備えて構成されている。
【００２５】
吸蔵型ＮＯx触媒２４は、排気空燃比がリーン空燃比であるときにＮＯxを吸蔵する一方、排気空燃比がリッチ空燃比とされリッチ雰囲気とされると、吸蔵したＮＯxを還元し放出するよう構成された触媒である。
また、排気管１２には、排気の流通を遮断する排気絞り弁４０が設けられている。この排気絞り弁４０は、排気流動を抑制することにより排ガス中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ等の未燃物の他、ＮＯx、ＰＭ、Ｈ2等を含む）の排気系内反応を促進させることを目的とする装置であり、排気圧、排気密度及び排気流速（低減効果増強要因）の少なくともいずれか一つを変更することが可能に構成されている。
【００２６】
排気絞り弁４０としては種々の方式が考えられるが、ここでは、例えば、図２（ａ）に閉弁状態を示し、図２（ｂ）に開弁状態を示すように、排気管１２を貫通する軸４３回りに弁体４４を回転させることで排気管１２の流路面積を調節可能なバタフライ弁４２が採用される。バタフライ弁４２にはアクチュエータ４５が接続されており、バタフライ弁４２は当該アクチュエータ４５により弁体４４が軸４３回りに回転させられて開閉作動する。
【００２７】
なお、この排気絞り弁４０は、閉弁状態でエキゾーストブレーキ（エキブレと略す）としても機能する。
また、排気管１２のＤＰＦ２２の上流の部分には、排気通路１２内の特定成分濃度としてＯ2、Ｈ2濃度を検出する排気センサ１８が設けられている。
ＥＣＵ３０は、エンジン１を含めた本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の総合的な制御を行うための制御装置である。
【００２８】
ＥＣＵ３０の入力側には、エンジン１に設けられた各種センサ類とともに、上記排気センサ１８等が接続されている。
一方、ＥＣＵ３０の出力側には、各種デバイスとともに、上記燃料噴射弁２やＥＧＲ弁１６、排気絞り弁４０のアクチュエータ４５等が接続されている。
以下、上記のように構成された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。
【００２９】
本発明では、上述したように、排気センサ１８が排ガス中のＯ2、Ｈ2成分の分圧を利用して濃度検出していることに着目し、当該排気センサ１８の出力に基づいて排気圧を推定し、ＰＭによるＤＰＦ２２の目詰まりを判定するようにしている。
なお、Ｏ2、Ｈ2成分の分圧を利用する排気センサ１８にはＯ2センサ、リニアＡ／Ｆセンサ（リニア空燃比センサ、略してＬＡＦＳ）、ＮＯxセンサ等の種々のセンサがあるが、ここではＯ2センサを用いた場合とＬＡＦＳを用いた場合についてそれぞれ実施例を分けて説明する。
【００３０】
先ず第１実施例を説明する。
当該第１実施例は、排気センサ１８としてＬＡＦＳを用いた場合である。ＬＡＦＳを用いる場合には、上述したポンプ電流の式が適用される。
図３を参照すると、ＥＣＵ３０が実行する、エンジン１の空気過剰率λに基づく燃料噴射量のフィードバック制御（λ制御）の制御ルーチンがフローチャートで示されており、ここでは先ずλ制御について説明する。
【００３１】
ステップＳ１０では、エンジン１の運転情報の読込みを行う。具体的には、エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷（アクセル開度、プレストローク燃料噴射ポンプの場合のラック位置等）Ｌの読込みを行う。
ステップＳ１１では、上記エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに基づき、空気過剰率λの目標値、即ち目標空気過剰率λtを設定する。
【００３２】
ステップＳ１２では、上記エンジン回転速度Ｎe、エンジン負荷Ｌ、或いは目標空気過剰率λt及び新気流量Ｑaに基づき、基本燃料噴射量Ｑf0を設定する。
そして、ステップＳ１３では、ＬＡＦＳ出力により検出される空気過剰率λと目標値λtとが等しくなっているか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ１４において、ＬＡＦＳ出力により検出される空気過剰率λと目標値λtとの偏差に応じた補正燃料量Ｑfcを算出し、ステップＳ１５において、基本燃料噴射量Ｑf0に補正燃料量Ｑfcを加味して燃料噴射を実施する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１６において、基本燃料噴射量Ｑf0に基づいて燃料噴射を実施する。
【００３３】
なお、一般にディーゼルエンジンにおいてこのようなλ制御を行う場合には、目標空気過剰率λtは大きく、排気空燃比はリーン空燃比となる。
また、図４を参照すると、ＥＣＵ３０が実行する、排気環流量のフィードバック制御、即ちＥＧＲ制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、次にＥＧＲ制御について説明する。
【００３４】
ステップＳ２０では、上記同様に、エンジン１の運転情報の読込み、即ちエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷（アクセル開度、プレストローク燃料噴射ポンプの場合のラック位置等）Ｌの読込みを行う。
ステップＳ２１では、上記エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに基づき、ＥＧＲ量Ｑegrの目標値、即ち目標ＥＧＲ量Ｑegrtを設定する。
【００３５】
ステップＳ２２では、上記エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに基づき、やはり空気過剰率λの目標値、即ち目標空気過剰率λtを設定する。
そして、ステップＳ２３では、ＬＡＦＳ出力により検出される空気過剰率λと目標値λtとが等しくなっているか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ２４において、ＬＡＦＳ出力により検出される空気過剰率λと目標λtとの偏差に応じた補正量を目標ＥＧＲ量Ｑegrtに加味してＥＧＲ弁１６の開度を調節する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ２５において、目標ＥＧＲ量Ｑegrtに基づいてＥＧＲ弁１６の開度を調節する。
【００３６】
なお、このようにＥＧＲ制御を行う場合においても、目標空気過剰率λtが大きな値である限り、排気空燃比はリーン空燃比となる。
そして、図５を参照すると、ＬＡＦＳを用いた場合のＤＰＦ再生制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下ＤＰＦ再生制御について説明する。
ステップＳ３０では、エンジン１の運転情報の読込み、即ちエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷（アクセル開度、プレストローク燃料噴射ポンプの場合のラック位置等）Ｌの読込みを行う。
【００３７】
ステップＳ３１では、ＬＡＦＳからの情報に基づき、排気空燃比がリーン空燃比、即ち排ガスがリーン雰囲気にあるか否かを判別する。このようにＬＡＦＳを用いた場合にリーン雰囲気であるか否かを判別するのは、上述したように、一般にディーゼルエンジンでλ制御やＥＧＲ制御を行う場合には、空燃比はリーン空燃比であり、リーン空燃比ではリーン度合いが大きくなるほど排気圧変化に応じたＬＡＦＳ出力の変化度合いが大きく、ＤＰＦの再生の要否判定に適しているからである。
【００３８】
ステップＳ３１の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合、即ちリッチ雰囲気の場合には、そのまま当該ルーチンを抜ける。一方、ステップＳ３１の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ３２に進む。
ステップＳ３２では、エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに応じて、目標Ａ／Ｆに対応するＬＡＦＳの目標出力を求め、さらに再生が必要となる出力を求める。
【００３９】
例えば、図６に示すように、ＤＰＦにＰＭが堆積していないとき（ＤＰＦ未使用時）の排気圧を基準排気圧力とした場合のＬＡＦＳの目標出力（破線）及び排気圧をＤＰＦの再生が必要となる所定の高圧とした場合のＬＡＦＳ出力（実線）と目標Ａ／Ｆ（目標空燃比）、即ち目標空気過剰率λtとの関係をエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌ毎にそれぞれ設定した複数のマップが予め設けられており、これら複数のマップから現在のエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに対応したマップを抽出し、ＬＡＦＳの目標出力と再生が必要となるＬＡＦＳ出力、即ち再生要出力とを求める。
【００４０】
そして、ステップＳ３３では、同一のエンジン回転速度Ｎe及びエンジン負荷Ｌ（同一の運転状態）且つ同一リーン雰囲気（同一排気成分濃度）の下、ＬＡＦＳ出力とＬＡＦＳの目標出力との偏差が再生要出力と目標出力との差、即ち図６に示す判定値Ｂ1よりも大きい（ＬＡＦＳ出力−目標出力＞Ｂ1）か否かを判別する（判定手段）。判別結果が偽（Ｎｏ）で偏差が判定値Ｂ1以下と判定された場合には、排気圧は許容圧以下であってＰＭはそれほど堆積しておらず、ＤＰＦの再生はまだ必要ない状況と判定できる。従って、この場合には、何もせず当該ルーチンを抜ける。
【００４１】
一方、ステップＳ３３の判別結果が真（Ｙｅｓ）で偏差が判定値Ｂ1よりも大きいと判定された場合には、排気圧は許容圧を越え、ＤＰＦがＰＭの捕捉限界となる直前の状態にあり、ＤＰＦの再生が必要な状況と判定できる。従って、この場合には、ステップＳ３４に進み、ＤＰＦの再生実行制御を行う（再生制御手段）。
【００４２】
図７を参照すると、ＤＰＦの再生実行制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下ＤＰＦの再生実行制御について説明する。
ステップＳ４０では、エンジン１の運転情報の読込み、即ちエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷（アクセル開度、プレストローク燃料噴射ポンプの場合のラック位置等）Ｌの読込みを行う。
【００４３】
ステップＳ４１では、上記エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに基づき、これらエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに応じた排気温度Ｔを算出する。
ステップＳ４２では、排気温度ＴがＰＭの燃焼温度Ｔp未満であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で、排気温度ＴがＰＭの燃焼温度Ｔp以上と判定された場合には、何もせずにＰＭは燃焼除去される状況にあるため、当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、排気温度ＴがＰＭの燃焼温度Ｔpよりも低いと判定された場合には、ステップＳ４３以降に進み、ポスト噴射（副噴射）を行う。
【００４４】
ポスト噴射は、インジェクタ２により主燃焼用の燃料噴射を行った後、膨張行程或いは排気行程において燃料の追加供給を行い、未燃燃料を排気管１２内に排出させるようなものであり、これにより、追加燃料が排気系内で排気中の酸素と反応し、その反応熱によってＤＰＦに供給される排気の温度が上昇し、ＤＰＦ上のＰＭが良好に燃焼除去される。
【００４５】
ステップＳ４３では、ポスト噴射を行うにあたり、排気温度ＴとＰＭの燃焼温度Ｔpとの偏差に応じて適正な追加燃料量を設定する。
ステップＳ４４では、排気温度Ｔに基づき、追加燃料が排気系内で十分に反応可能な適正な噴射時期を膨張行程或いは排気行程において設定する。
そして、ステップＳ４５において、ポスト噴射を実施する。即ち、適正な追加燃料量を適正な噴射時期にインジェクタ２から噴射する。また、このとき、同時にバタフライ弁４２を閉弁操作し、排気系内の排気流動を抑制して排気圧を上昇させるようにする。
【００４６】
これにより、未燃燃料と排気中の酸素の関わり合いが密となって排気系内での反応が促進され、排気昇温が急速に達成され、ＤＰＦ上のＰＭが早期に燃焼除去される。なお、バタフライ弁４２を閉弁操作しない場合であっても、排気昇温速度は低下するものの十分な効果が得られる。
ステップＳ４６では、ＤＰＦの再生完了判定を行う。ここでは、例えば、ＬＡＦＳ出力が所定値Ａ0より小さくなったか否かを判別する。ここに、所定値Ａ0は、同一のエンジン回転速度Ｎe及びエンジン負荷Ｌ（同一の運転状態）且つ同一リーン雰囲気（同一排気成分濃度）の下、予め上記図６の目標出力（破線）よりも若干大きな値に設定されている。
【００４７】
ステップＳ４６の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、未だＰＭが十分に燃焼除去されていない状況と判定でき、当該ルーチンの実行を繰り返す。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ＰＭが十分に燃焼除去され、ＤＰＦの再生が完了したと判定でき、当該ルーチンの実行を終了する。
なお、ここでは、ＤＰＦの再生完了判定をＬＡＦＳ出力と所定値Ａ0との比較により行うようにしたが、予めＰＭが十分に燃焼除去されるまでの所定時間を設定しておき、ＤＰＦの再生開始から所定時間が経過したか否かで判別するようにしてもよい。
【００４８】
次に第２実施例を説明する。
当該第２実施例は、上記第１実施例と同様に排気センサ１８としてＬＡＦＳを用いており、上記同様にポンプ電流の式が適用される。
当該第２実施例では、上記第１実施例と比較し、ＤＰＦ再生制御ルーチンの一部のみが異なっており、ここでは、上記第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
図８を参照すると、ＬＡＦＳを用いた場合の第２実施例に係るＤＰＦ再生制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿い第１実施例と異なる点を中心に説明する。
ステップＳ３０及びステップＳ３１を経て、ステップＳ３２’では、上記図６の複数のマップから、現在のエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに対応したマップを抽出し、ＤＰＦの再生が必要となる所定の高圧に対応したＬＡＦＳ出力（図６の実線）、即ち再生要出力Ｄ1を目標Ａ／Ｆに応じて選定する。
【００５０】
そして、ステップＳ３３’では、同一のエンジン回転速度Ｎe及びエンジン負荷Ｌ（同一の運転状態）且つ同一リーン雰囲気（同一排気成分濃度）の下、ＬＡＦＳ出力が再生要出力Ｄ1よりも大きいか否かを判別する（判定手段）。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、排気圧は許容圧以下であってＰＭはそれほど堆積しておらず、ＤＰＦの再生はまだ必要ない状況と判定できる。従って、この場合には、何もせず当該ルーチンを抜ける。
【００５１】
一方、ステップＳ３３’の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合、即ちＬＡＦＳ出力が再生要出力Ｄ1（図６の実線）を越えたと判定された場合には、ＤＰＦがＰＭの捕捉限界となる直前の状態にあり、ＤＰＦの再生が必要な状況と判定できる。従って、この場合には、上記同様にステップＳ３４に進み、ＤＰＦの再生実行制御を行う。
【００５２】
次に第３実施例を説明する。
当該第３実施例においても、上記第２実施例と同様に排気センサ１８としてＬＡＦＳを用いており、上記同様にポンプ電流の式が適用される。
当該第３実施例は、吸蔵型ＮＯx触媒２４に吸蔵されたＮＯxを還元し放出すべく排気空燃比をリッチ空燃比とする際にＤＰＦの再生を行う場合の例を示す。
【００５３】
図９を参照すると、ＮＯx放出制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、先ずＮＯx放出制御について説明する。
ステップＳ５０では、上記同様にエンジン１の運転情報の読込み、即ちエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷（アクセル開度、プレストローク燃料噴射ポンプの場合のラック位置等）Ｌの読込みを行う。
【００５４】
ステップＳ５１では、吸蔵型ＮＯx触媒２４に吸蔵されたＮＯxの吸蔵量を推定する。ここでは、例えば、ＮＯx吸蔵量がエンジン１の運転時間に応じて増加することから、エンジン１の運転時間に基づき推定する。
そして、ステップＳ５２では、推定されたＮＯx吸蔵量が飽和前の所定吸蔵量を越えたか否かを判別する。ここでは、エンジン１の運転時間が所定吸蔵量に対応する所定時間を超えたか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には当該ルーチンを抜け、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ＮＯxの放出が必要な状況と判断し、次にステップＳ５３以降に進む。
【００５５】
ＮＯxを放出する場合には、上述したポスト噴射を行うようにする。これにより、排気管１２内に未燃燃料が排出されて排気空燃比がリッチ空燃比となり、吸蔵型ＮＯx触媒２４がリッチ雰囲気とされてＮＯxが還元され放出される。
ステップＳ５３では、ＮＯxの放出を行うに当たり、ＬＡＦＳからの情報に基づき、排気空燃比がリッチ空燃比となるように追加燃料量を設定する。なお、追加燃料量は所定期間に亘りリッチ空燃比となるように設定した後、所定期間に亘り理論空燃比（ストイキオ）に設定するようにすると効率よくＮＯxの放出を行うことができる。
【００５６】
ステップＳ５４では、エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに応じた排気温度Ｔを算出し、当該排気温度Ｔに基づき、追加燃料が確実に吸蔵型ＮＯx触媒２４に到達するような適正な噴射時期を排気行程において設定する。具体的には、できるだけ遅い時期、例えば排気行程後期に追加燃料を噴射するように噴射時期を設定する。
【００５７】
そして、ステップＳ５５において、ポスト噴射を実施する。即ち、適正な追加燃料量を適正な噴射時期にインジェクタ２から噴射する。また、このとき、同時にバタフライ弁４２を閉弁操作して排気系内の排気流動を抑制して排気圧を上昇させるとともに、上記図４のＥＧＲ制御を実施してＥＧＲ量Ｑegrを増加させるようにすると、排気管１２内の新気量を低減することができ、容易に排気空燃比をリッチ化することができる。
【００５８】
これにより、吸蔵型ＮＯx触媒２４に吸蔵されたＮＯxが良好に還元され放出され、吸蔵型ＮＯx触媒２４の再生が図られる。
そして、図１０を参照すると、ＮＯx放出制御中におけるＤＰＦ再生制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下ＮＯx放出制御中のＤＰＦ再生制御について説明する。
【００５９】
ステップＳ６０では、エンジン１の運転情報の読込み、即ちエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷（アクセル開度、プレストローク燃料噴射ポンプの場合のラック位置等）Ｌの読込みを行う。
ステップＳ６１では、ＮＯx放出制御中であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には当該ルーチンを抜け、一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合にはステップＳ６２に進む。
【００６０】
ステップＳ６２では、ＬＡＦＳからの情報に基づき、排気空燃比がリッチ空燃比、即ち排ガスがリッチ雰囲気にあるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には当該ルーチンを抜け、一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合にはステップＳ６３に進む。
ステップＳ６３では、エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに応じて、目標Ａ／Ｆに対応するＬＡＦＳの目標出力を求め、さらに再生が必要となるＬＡＦＳ出力を求める。
【００６１】
つまり、上述したように、図６に示す複数のマップから現在のエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに対応したマップを抽出し、ＬＡＦＳの目標出力と再生が必要となるＬＡＦＳ出力、即ち再生要出力とを求める。
そして、ステップＳ６４では、同一のエンジン回転速度Ｎe及びエンジン負荷Ｌ（同一の運転状態）且つ同一リッチ雰囲気（同一排気成分濃度）の下、ＬＡＦＳ出力とＬＡＦＳの目標出力との偏差が再生要出力と目標出力との差、即ち図６に示す判定値Ｃ1よりも大きい（目標出力−ＬＡＦＳ出力＞Ｃ1）か否かを判別する（判定手段）。判別結果が偽（Ｎｏ）で偏差が判定値Ｃ1以下と判定された場合には、排気圧は許容圧以下であってＰＭはそれほど堆積しておらず、ＤＰＦの再生はまだ必要ない状況と判定できる。従って、この場合には、何もせず当該ルーチンを抜ける。
【００６２】
なお、ＮＯx放出制御中にバタフライ弁４２を閉弁操作する場合には、判定値Ｃ1の設定条件として、同一の運転状態、同一排気成分濃度の他、バタフライ弁４２の閉弁状態を加味することが望ましい。
一方、ステップＳ６４の判別結果が真（Ｙｅｓ）で偏差が判定値Ｃ1よりも大きいと判定された場合には、排気圧は許容圧を越え、ＤＰＦがＰＭの捕捉限界となる直前の状態にあり、ＤＰＦの再生が必要な状況と判定できる。従って、この場合には、ステップＳ６５に進み、上述のＤＰＦの再生実行制御を行う。
【００６３】
次に第４実施例を説明する。
当該第４実施例は、排気センサ１８としてＯ2センサを用いた場合である。Ｏ2センサを用いた場合には、上述したネルンストの式が適用される。
当該第４実施例では、吸蔵型ＮＯx触媒２４に吸蔵されたＮＯxを還元し放出すべく排気空燃比をリッチ空燃比とする際にＯ2センサを用いてＤＰＦの再生を行う場合の例を示す。
【００６４】
図１１を参照すると、上記図９と同様のＮＯx放出制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、先ずＮＯx放出制御について説明する。なお、ここでは上記図９と異なる点を中心に説明する。
ステップＳ５０、ステップＳ５１、ステップＳ５２を実行したら、ステップＳ５３’以降において、上記同様にポスト噴射を行うようにする。これにより、排気管１２内に未燃燃料が排出されて排気空燃比がリッチ空燃比となり、吸蔵型ＮＯx触媒２４がリッチ雰囲気とされてＮＯxが還元され放出される。
【００６５】
ステップＳ５３’では、ＮＯxの放出を行うに当たり、Ｏ2センサからの情報に基づき、排気空燃比がリッチ空燃比となるように追加燃料量を設定する。この場合、上記同様、追加燃料量は所定期間に亘りリッチ空燃比となるように設定した後、所定期間に亘り理論空燃比（ストイキオ）に設定するようにすると効率よくＮＯxの放出を行うことができる。
【００６６】
そして、ステップＳ５４において適正な噴射時期を排気行程において設定し、ステップＳ５５において、ポスト噴射を実施する。即ち、適正な追加燃料量を適正な噴射時期にインジェクタ２から噴射する。上記同様、このとき、同時にバタフライ弁４２を閉弁操作して排気系内の排気流動を抑制して排気圧を上昇させるとともに、上記図４のＥＧＲ制御を実施してＥＧＲ量Ｑegrを増加させるようにすると、排気管１２内の新気量を低減することができ、容易に排気空燃比をリッチ化することができる。
【００６７】
これにより、吸蔵型ＮＯx触媒２４に吸蔵されたＮＯxが良好に還元され放出され、吸蔵型ＮＯx触媒２４の再生が図られる。
そして、図１２を参照すると、上記図１０と同様のＮＯx放出制御中におけるＤＰＦ再生制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下Ｏ2センサを用いた場合のＮＯx放出制御中におけるＤＰＦ再生制御について説明する。なお、ここでは図１０と異なる点を中心に説明する。
【００６８】
ステップＳ６０、ステップＳ６１、ステップＳ６２を実行したら、ステップＳ６３’に進む。なお、Ｏ2センサを用いる場合に、ステップＳ６１及びステップＳ６２においてＮＯx放出制御中であること及びリッチ雰囲気であることを判別するのは、上述したように、排気空燃比がリッチ空燃比であるときには、排気圧が増大するとＨ2分圧が増加してＯ2センサ出力が増大することになるが、Ｏ2センサではこの変化度合いがリーン空燃比でのＯ2分圧の変化よりも大きく、ＤＰＦの再生の要否判定に適しているからである。
【００６９】
ステップＳ６３’では、エンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌ毎に予め設定した図１３に示すような複数のマップ（図示せず）から、現在のエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌに対応したマップを抽出し、ＤＰＦの再生が必要となる所定の高圧に対応した所定出力Ａ1を求める。
そして、ステップＳ６４’では、同一のエンジン回転速度Ｎe及びエンジン負荷Ｌ（同一の運転状態）且つ同一リーン雰囲気（同一排気成分濃度）の下、Ｏ2センサ出力が所定出力Ａ1よりも大きいか否かを判別する（判定手段）。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、排気圧は許容圧以下であってＰＭはそれほど堆積しておらず、ＤＰＦの再生はまだ必要ない状況と判定できる。従って、この場合には、何もせず当該ルーチンを抜ける。
【００７０】
一方、ステップＳ６４’の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合、即ちＯ2センサ出力が所定出力Ａ1を越えたと判定された場合には、ＤＰＦがＰＭの捕捉限界となる直前の状態にあり、ＤＰＦの再生が必要な状況と判定できる。従って、この場合には、上記同様にステップＳ６５に進み、ＤＰＦの再生実行制御を行う。
なお、ここでは、ＤＰＦの再生制御において、Ｏ2センサ出力が所定出力Ａ1よりも大きいか否かを判別するようにしているが、Ｏ2センサを用いた場合であっても、上記ＬＡＦＳを用いた実施例１の場合と同様に、Ｏ2センサ出力とＯ2センサの目標出力との偏差が再生要出力と目標出力との差、即ち判定値Ａ2よりも大きいか否かを判別するようにしてもよい。
【００７１】
なお、ＮＯx放出制御中にバタフライ弁４２を閉弁操作する場合には、判定値Ａ1の設定条件として、同一の運転状態、同一排気成分濃度の他、バタフライ弁４２の閉弁状態を加味することが望ましい。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、別途排気圧センサを設けることなく、排気センサからの情報に基づいて排気圧力を推定できることになり、排気センサの出力を監視することで、排気後処理装置の再生の要否を判定することができる。これにより、コストアップなく安価にして確実に排気後処理装置の再生を行うことができる。
【００７３】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気センサからの出力情報と予め設定された同一の運転状態且つ同一排気成分濃度での判定値とを比較し、排気センサからの出力情報が判定値を越えると、排気圧が高く、排気後処理装置の再生が必要な状況であると容易に判定することができる。
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気空燃比がリッチ空燃比であるときには、排気圧が増大するとＨ2分圧が増加してＯ2センサ出力が増大することになるが、Ｏ2センサの性質上この変化度合いがリーン空燃比でのＯ2分圧の変化よりも大きく、故に、Ｏ2センサを用いた場合には、吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするときにおいて、上記「ネルンストの式」に基づき、排気後処理装置の再生の要否を容易にして確実に判定することができる。
【００７４】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気センサからの出力情報と予め設定された基準排気圧力下における目標出力との偏差を同一の運転状態且つ同一排気成分濃度での判定値と比較し、偏差が判定値に達すると、排気圧が高く、排気後処理装置の再生が必要な状況であると容易に判定することができる。
【００７５】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気空燃比がリーン空燃比であるときには、リッチ空燃比のときよりも、リーン度合いが大きくなるほど排気圧変化に応じたリニア空燃比センサ出力の変化度合いが大きく、故に、リニア空燃比センサを用いた場合には、内燃機関の空気過剰率に基づく燃料噴射量のフィードバック制御中または排気環流量のフィードバック制御中であって排気空燃比がリーン空燃比であるときにおいて、上記「ポンプ電流の式」に基づき、排気後処理装置の再生の要否を容易にして確実に判定することができる。
【００７６】
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置によれば、リニア空燃比センサを用いた場合、排気空燃比がリーン空燃比であるときのみならず吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするときにおいても、上記「ポンプ電流の式」に基づき、排気後処理装置の再生の要否を容易にして確実に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】排気絞り弁としてのバタフライ弁を示す図である。
【図３】空気過剰率λに基づく燃料噴射量のフィードバック制御（λ制御）の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】ＥＧＲ制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第１実施例に係るＤＰＦ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】ＤＰＦにＰＭが堆積していないときの排気圧を基準排気圧力とした場合のＬＡＦＳの目標出力（破線）及び排気圧をＤＰＦの再生が必要となる所定の高圧とした場合のＬＡＦＳ出力（実線）と目標Ａ／Ｆ（目標空燃比）、即ち目標空気過剰率λtとの関係をエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌ毎にそれぞれ設定したマップである。
【図７】ＤＰＦの再生実行制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】ＬＡＦＳを用いた場合の第２実施例に係るＤＰＦ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】第２実施例に係るＮＯx放出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】ＬＡＦＳを用いた場合の第３実施例に係るＤＰＦ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】第４実施例に係るＮＯx放出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】Ｏ2センサを用いた場合の第４実施例に係るＤＰＦ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】ＤＰＦの再生が必要となるＯ2センサの所定出力Ａ1をエンジン回転速度Ｎeやエンジン負荷Ｌ毎に設定したマップである。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
２ インジェクタ（燃料噴射ノズル）
１０ 排気マニホールド
１２ 排気管
１４ ＥＧＲ通路
１６ ＥＧＲ弁
１８ 排気センサ（リニアＡ／Ｆセンサ、Ｏ2センサ）
２０ 排気後処理装置
２２ ディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
２４ 吸蔵型ＮＯx触媒
３０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
４２ バタフライ弁
Claims (6)
- 内燃機関の排気通路に介装された排気後処理装置と、
前記排気通路の前記排気後処理装置よりも上流側に配設され、前記内燃機関の制御時に排気中の特定排気成分の濃度を該特定排気成分の分圧に基づいて検出し出力する排気センサと、
前記排気センサの出力に基づき前記特定排気成分の分圧に応じて排気圧力を推定し、前記排気後処理装置の再生の要否を判定する判定手段と、
前記判定手段により前記排気後処理装置の再生が必要と判定されたとき、前記排気後処理装置の再生を行う再生制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記判定手段は、内燃機関の運転状態に基づき前記排気後処理装置の再生の要否を判定する判定値を排気成分濃度に応じて設定し、前記排気センサの出力が同一の運転状態且つ同一排気成分濃度で前記判定値を越えたとき、前記排気後処理装置の再生が必要と判定することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気センサはＯ2センサであるとともに前記排気後処理装置は吸蔵型ＮＯx触媒を含み、
前記判定手段は、前記吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするとき、前記排気後処理装置の再生の要否を判定することを特徴とする、請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記判定手段は、内燃機関の運転状態に基づき、前記排気後処理装置の未使用時の基準排気圧力下における目標出力を設定するとともに、前記排気後処理装置の再生の要否を判定する判定値を排気成分濃度に応じて設定し、前記排気センサの出力と前記目標出力との偏差が同一の運転状態且つ同一排気成分濃度で前記判定値を越えると、前記排気後処理装置の再生が必要と判定することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気センサはリニア空燃比センサであり、
前記判定手段は、前記リニア空燃比センサを用いた内燃機関の空気過剰率に基づく燃料噴射量のフィードバック制御中または排気環流量のフィードバック制御中において排気空燃比がリーン空燃比であるとき、前記排気後処理装置の再生の要否を判定することを特徴とする、請求項２または４記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記排気センサはリニア空燃比センサであるとともに前記排気後処理装置は吸蔵型ＮＯx触媒を含み、
前記判定手段は、前記吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させるべく排気空燃比をリッチ空燃比とするとき、前記排気後処理装置の再生の要否を判定することを特徴とする、請求項２または４記載の内燃機関の排気浄化装置。
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