JP4609178B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
機関から排出される排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタと、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のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯｘを放出するＮＯｘトラップ触媒とを機関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタを再生するときにはまず初めにパティキュレートフィルタの温度を再生可能なほぼ６００℃以上まで昇温させる昇温制御を行い、次いで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の温度をほぼ６００℃以上に保持してパティキュレートフィルタ上に堆積したパティキュレートを燃焼させ、それによってパティキュレートフィルタを再生するようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
特開２００２−２２７６８８号公報
ところでＮＯｘトラップ触媒が排気ガス中のＮＯｘを吸蔵しうるＮＯｘトラップ触媒の上限温度はほぼ５００℃であってパティキュレートフィルタを再生可能な温度に比べてかなり低い。一方、パティキュレートフィルタを再生すべく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の温度がほぼ６００℃以上に保持されるときにはＮＯｘトラップ触媒の温度はＮＯｘトラップ触媒がＮＯｘを吸蔵しうる温度よりもかなり高い温度となる。従ってパティキュレートフィルタの再生作用が行われるときには排気ガスの空燃比がリーンとされて排気ガス中には多量のＮＯｘが含まれているにもかかわらず、ＮＯｘトラップ触媒によるＮＯｘの吸蔵作用が行われないために多量のＮＯｘが大気中に放出されるという問題がある。
上記問題点を解決するために本発明によれば、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のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒下流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタを配置し、パティキュレートフィルタを再生するときにはまず初めにパティキュレートフィルタの温度を再生可能な温度まで昇温させる昇温制御が行われ、次いでパティキュレートフィルタを再生するための再生処理が行われる内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタの再生処理中、パティキュレートフィルタの温度をパティキュレートフィルタの再生目標温度範囲内に維持しつつＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度がパティキュレートフィルタの温度よりも低いＮＯｘを吸蔵しうる温度になるように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのもとで間欠的に繰返しリッチにされる間欠リッチ空燃比期間と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比が継続的にリーンに維持されるリーン空燃比期間とが交互に繰返される。
また、上記問題点を解決するために本発明によれば、共通の排気通路から分岐された第１の排気通路と第２の排気通路を具備し、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のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵還元触媒を第１の排気通路内および第２の排気通路内に夫々配置すると共に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒下流の第１の排気通路および第２の排気通路内に夫々排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタを配置し、パティキュレートフィルタを再生するときにはまず初めにパティキュレートフィルタの温度を再生可能な温度まで昇温させる昇温制御が行われ、次いでパティキュレートフィルタを再生するための再生処理が行われる内燃機関の排気浄化装置において、第１の排気通路および第２の排気通路上流の共通の排気通路内に燃料添加弁を配置し、パティキュレートフィルタの再生処理中、パティキュレートフィルタの温度をパティキュレートフィルタの再生目標温度範囲内に維持しつつＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度がパティキュレートフィルタの温度よりも低いＮＯｘを吸蔵しうる温度になるように、排気ガスの空燃比がリーンのもとで該燃料添加弁から燃料が排気ガス中に間欠的に噴射される燃料添加期間と、燃料添加弁からの燃料の噴射が休止される燃料添加休止期間とが交互に繰返されると共に、第１の排気通路が開通し第２の排気通路が閉鎖される状態と、第１の排気通路が閉鎖され第２の排気通路が開通する状態とが交互に繰返される。
パティキュレートフィルタの再生処理中であってもＮＯｘ吸蔵還元触媒によるＮＯｘの浄化作用が可能となる。
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の入口はエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１０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１１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１１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の出口は排気通路２１を介して排気後処理装置２０に連結される。
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の入口はエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１０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１１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１１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の出口は排気通路２１を介して排気後処理装置２０に連結される。
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１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４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１４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１５を介してコモンレール１６に連結される。このコモンレール１６内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７から燃料が供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。
図１に示されるように排気後処理装置２０内には上流側から順にＮＯｘ吸蔵還元触媒２３、パティキュレートフィルタ２４、酸化触媒２５が配置される。また、排気後処理装置２０内にはＮＯｘ吸蔵還元触媒２３の温度を検出するための温度センサ２８と、パティキュレートフィルタ２４の前後差圧を検出するための差圧センサ２９と、酸化触媒２５から排出された排気ガスの温度および空燃比を夫々検出するための温度センサ３０および空燃比センサ３１が配置される。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２３上流の排気通路２１内には燃料添加弁３２が配置される。この燃料添加弁３２からは図１においてＦで示されるように燃料が添加される。本発明による実施例ではこの燃料は軽油からなる。
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。エアフローメータ８、各温度センサ２８，３０、差圧センサ２９および空燃比センサ３１の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、アクセルペダル４９にはアクセルペダル４９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５０が接続され、負荷センサ５０の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５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５１が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０駆動装置、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７および燃料添加弁３２に接続される。
図２はＮＯｘ吸蔵還元触媒２３の構造を示している。図２に示される実施例ではＮＯｘ吸蔵還元触媒２３はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁６０により互いに分離された複数個の排気ガス流通路６１を具備する。各隔壁６０の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図３（Ａ）および（Ｂ）はこの触媒担体６５の表面部分の断面を図解的に示している。図３（Ａ）および（Ｂ）に示されるように触媒担体６５の表面上には貴金属触媒６６が分散して担持されており、更に触媒担体６５の表面上にはＮＯｘ吸収剤６７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６６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤６７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ＮＯｘ吸蔵還元触媒２３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、ＮＯｘ吸収剤６７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。
機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯｘ吸蔵還元触媒２３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、ＮＯｘ吸収剤６７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。
即ち、ＮＯｘ吸収剤６７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（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ６６上において酸化されてＮＯ2となり、次いでＮＯｘ吸収剤６７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ＮＯｘ吸収剤６７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ６６の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。
これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ3 -→ＮＯ2）に進み、斯くして図３（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸収剤６７内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2の形でＮＯｘ吸収剤６７から放出される。次いで放出されたＮＯｘ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ＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６７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ＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯｘ吸収剤６７によりＮＯｘ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ＮＯｘ吸収剤６７の吸収能力が飽和する前に燃料添加弁３２から燃料を添加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ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出させるようにしている。
一方、図４（Ａ）および（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２４の構造を示している。なお、図４（Ａ）はパティキュレートフィルタ２４の正面図を示しており、図４（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２４の側面断面図を示している。図４（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２４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７０，７１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓７２により閉塞された排気ガス流入通路７０と、上流端が栓７３により閉塞された排気ガス流出通路７１とにより構成される。なお、図４（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓７３を示している。従って排気ガス流入通路７０および排気ガス流出通路７１は薄肉の隔壁７４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７０および排気ガス流出通路７１は各排気ガス流入通路７０が４つの排気ガス流出通路７１によって包囲され、各排気ガス流出通路７１が４つの排気ガス流入通路７０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２４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７０内に流入した排気ガスは図４（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス流出通路７１内に流出する。
本発明による実施例では各排気ガス流入通路７０および各排気ガス流出通路７１の周壁面、即ち各隔壁７４の両側表面上および隔壁７４内の細孔内壁面上にも例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、この触媒担体６５の表面上には図３（Ａ）および（Ｂ）に示されるように白金Ｐｔからなる貴金属触媒６６が分散して担持されており、ＮＯｘ吸収剤６７の層が形成されている。従って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ＮＯｘがパティキュレートフィルタ２４上のＮＯｘ吸収剤６７内にも吸収される。このＮＯｘ吸収剤６７に吸収されたＮＯｘも燃料添加弁３２から燃料を添加することによって放出される。なお、この場合パティキュレートフィルタ２４として、ＮＯｘ吸収剤６７を担持していないパティキュレートフィルタを用いることもできる。
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２４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２４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２４の温度をほぼ６００℃以上に維持すると堆積した粒子状物質は酸化され、除去される。
そこで本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ２４上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたとき、例えば差圧センサ２９により検出されたパティキュレートフィルタ２４の前後差圧ΔＰが許容値を越えたときにはパティキュレートフィルタ２４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添加弁３２から燃料を添加してこの添加された燃料の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタ２４の温度をほぼ６００℃以上に維持するようにしている。
図５はＮＯｘ吸蔵還元触媒２３およびパティキュレートフィルタ２４からの、又はＮＯｘ吸蔵還元触媒２３からのＮＯｘ放出制御、およびパティキュレートフィルタ２４の再生制御のタイムチャートを示している。図５においてＸで示されるようにＮＯｘ吸収剤６７に吸収されているＮＯｘ吸収量が許容値を越える毎にＮＯｘ吸収剤６７に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに一時的に切換えられる。このときＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６７から放出され、還元される。
一方、パティキュレートフィルタ２４の前後差圧ΔＰが許容値ＰＸを越えるとまず初めに図５に示されるように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２４の温度を再生可能な温度まで昇温させる昇温制御が行われる。この昇温制御は、燃料添加弁３２から燃料を添加することによって、或いは燃料噴射弁３からの燃料噴射時期を圧縮上死点まで遅角させることによって、行われる。
次いでパティキュレートフィルタ２４の温度が再生可能な温度、即ちほぼ６００℃以上になるとパティキュレートフィルタ２４を再生するための再生処理が行われる。図５からわかるように本発明ではパティキュレートフィルタ２４の再生処理中、パティキュレートフィルタ２４の温度を再生温度以上に保持しつつ排気ガス中のＮＯｘを除去するために時折排気ガスの空燃比がリッチとされる。次いで再生処理が完了すると排気ガスの空燃比がリーンに戻される。
図６は図５に示される再生処理中における燃料添加弁３２からの燃料添加方法、およびＮＯｘ吸蔵還元触媒２３に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの変動を示している。更に、図６にはＮＯｘ吸蔵還元触媒２３の温度Ｔｎの変化、およびパティキュレートフィルタ２４の温度Ｔｆの変化も示されている。
図６を参照すると、本発明では、パティキュレートフィルタ２４の再生処理中に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンのもとで間欠的に繰返しリッチにされる間欠リッチ空燃比期間Ｆと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２３に流入する排気ガスの空燃比が継続的にリーンに維持されるリーン空燃比期間Ｒとが交互に繰返される。
具体的に言うと、図１に示されるようにＮＯｘ吸蔵還元触媒２３上流の機関排気通路２１内に燃料添加弁３２を配置した場合には、間欠リッチ空燃比期間Ｆのときには燃料添加弁３２から間欠的に燃料が噴射されて排気ガスの空燃比が間欠的に繰返しリッチにされ、リーン空燃比期間Ｒのときには燃料添加弁３２からの間欠的な燃料噴射が停止される。なお、図６においてリーン空燃比期間Ｒにおける排気ガスの空燃比Ａ／Ｆは燃焼室２内における空燃比、即ちベース空燃比を示しており、パルス状をなす各燃料添加の間隔は図６に示されるように各燃料添加の間において排気ガスの空燃比がリッチからほぼこのベース空燃比まで戻ることのできる比較的長い間隔に設定されている。
燃料添加弁３２から燃料が添加されると添加された燃料の一部はＮＯｘ吸蔵還元触媒２３内において酸化せしめられ、残りの添加燃料はＮＯｘ吸蔵還元触媒２３を通り抜けてパティキュレートフィルタ２４に流入し、パティキュレートフィルタ２４内において酸化せしめられる。この場合、燃料添加弁３２から燃料が添加されると、即ち間欠リッチ空燃比期間Ｆでは図６に示されるように添加燃料の酸化反応熱によってＮＯｘ吸蔵還元触媒２３の温度Ｔｎは上昇せしめられ、これに対しパティキュレートフィルタ２４の温度ＴｆはＮＯｘ吸蔵還元触媒２３のＴｎほど大きな変化をしないで高温に維持されている。一方、燃料の添加作用が停止されると、即ちリーン空燃比期間ＲではＮＯｘ吸蔵還元触媒２３において添加燃料の酸化反応が行われないためにＮＯｘ吸蔵還元触媒２３の温度Ｔｎが低下する。しかしながらパティキュレートフィルタ２４上における粒子状物質の酸化反応は続行しているのでパティキュレートフィルタ２４の温度Ｔｆはあまり変化しない。
さて、パティキュレートフィルタ２４の良好な再生を行うには、パティキュレートフィルタ２４の温度Ｔｆを再生可能な下限温度ＴＬ以上であってパティキュレートフィルタ２４の劣化をひき起こす上限温度ＴＨ以下に保持することが必要である。即ち、パティキュレートフィルタ２４の温度Ｔｆを下限温度ＴＬと上限温度ＴＨ間の再生目標温度範囲内に維持することが必要である。ところがパティキュレートフィルタ２４の温度Ｔｆは間欠リッチ空燃比期間Ｆを長くすれば上昇し、リーン空燃比期間Ｒを長くすれば下降する。従って本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２４の温度Ｔｆが再生目標温度範囲の下限温度ＴＬまで低下したときには間欠リッチ空燃比期間Ｆが長くされ、パティキュレートフィルタ２４の温度Ｔｆが再生目標温度範囲の上限温度ＴＨまで上昇したときには間欠リッチ空燃比期間Ｆが短かくされる。
このように本発明によれば、パティキュレートフィルタ２４の再生時にはパティキュレートフィルタ２４の温度Ｔｆが再生目標温度範囲内に維持されるのでパティキュレートフィルタ２４上に堆積した粒子状物質は確実に酸化除去される。
一方、燃料添加弁３２から燃料が添加されると前述したようにＮＯｘ吸蔵還元触媒２３およびパティキュレートフィルタ２４において添加燃料が酸化する。従ってＮＯｘ吸蔵還元触媒２３の温度Ｔｎはこの添加燃料の酸化反応熱により上昇し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２３から流出する排気ガス温はＮＯｘ吸蔵還元触媒２３の温度よりも高くなる。このとき、パティキュレートフィルタ２４はこの高温の排気ガスにより加熱され、しかもパティキュレートフィルタ２４内では添加燃料の酸化反応熱が発生するので図６に示されるようにパティキュレートフィルタ２４の温度ＴｆはＮＯｘ吸蔵還元触媒２３の温度Ｔｎよりもかなり高くなる。言い換えると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２３の温度Ｔｎはパティキュレートフィルタ２４の温度Ｔｆよりも低くなる。
ところでＮＯｘ吸蔵還元触媒２３に担持されているＮＯｘ吸収剤６７は２００℃から２５０℃以上でかつ４５０℃から５００℃以下の温度範囲のときに排気ガスの空燃比がリーンであれば排気ガス中のＮＯｘを吸収する性質を有する。即ち、ＮＯｘ吸収剤６７の温度が２００℃から２５０℃以下のときには白金Ｐｔが十分に活性化していないためにＮＯが十分に酸化されず、その結果ＮＯｘの吸収作用は行われない。一方、ＮＯｘ吸収剤６７の温度が４５０℃から５００℃になるとＮＯｘ吸収剤６７の吸収されているＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６７内で分解され、ＮＯｘ吸収剤６７から自然放出される。このときにもＮＯｘの吸収作用は行われない。
さて、図６からわかるようにリーン空燃比期間Ｒの後半ではＮＯｘ吸蔵還元触媒２３の温度Ｔｎは５００℃以下に低下し、間欠リッチ空燃比期間Ｆに移っても暫らくの間、即ち、間欠リッチ空燃比期間Ｆの前半ではＮＯｘ吸蔵還元触媒２３の温度Ｔｎは５００℃以下となっている。従って、リーン空燃比期間Ｒの前半、および間欠リッチ空燃比期間Ｆの後半であって排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元触媒２３に吸蔵され、斯くしてパティキュレートフィルタ２４を再生しながら排気ガス中のＮＯｘを浄化できることになる。なお、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２３に吸蔵されたＮＯｘは間欠空燃比リッチ期間Ｆにおいて排気ガスの空燃比がリッチになったときに放出され還元される。
図７にパティキュレートフィルタ２４の再生制御を示す。
図７を参照すると、まず初めにステップ１００においてパティキュレートフィルタ２４の前後差圧ΔＰが許容値ＰＸを越えたか否かが判別される。次いでステップ１０１では図５に示される昇温制御が行われる。次いでステップ１０２では昇温制御が完了したか否かが判別され、昇温制御が完了したときにはステップ１０３に進んでパティキュレートフィルタ２４の再生処理が行われる。この再生処理ルーチンが図１０に示されている。次いでステップ１０４ではパティキュレートフィルタ２４の前後差圧ΔＰが最小値ＭＩＮ以下になったか否かが判別され、ΔＰ＜ＭＩＮになったときには再生処理を完了する。
図７を参照すると、まず初めにステップ１００においてパティキュレートフィルタ２４の前後差圧ΔＰが許容値ＰＸを越えたか否かが判別される。次いでステップ１０１では図５に示される昇温制御が行われる。次いでステップ１０２では昇温制御が完了したか否かが判別され、昇温制御が完了したときにはステップ１０３に進んでパティキュレートフィルタ２４の再生処理が行われる。この再生処理ルーチンが図１０に示されている。次いでステップ１０４ではパティキュレートフィルタ２４の前後差圧ΔＰが最小値ＭＩＮ以下になったか否かが判別され、ΔＰ＜ＭＩＮになったときには再生処理を完了する。
図６に示される実施例ではパルス状に燃料を添加する基準燃料添加期間Ｆｖ、即ち基準となる間欠リッチ空燃比期間Ｆが予め定められており、この燃料添加期間Ｆｖは図８に示されるように吸入空気量Ｇａが増大するほど長くなる。
図９に時間割込みルーチンを示す。
図９を参照すると、まず始めにステップ１１０において温度センサ２８又は温度センサ３０の一方又は双方から推定されたパティキュレートフィルタ２４の温度Ｔが再生目標温度範囲の下限温度ＴＬよりも低いか否かが判別され、Ｔ＜ＴＬのときにはステップ１１１に進んで燃料添加期間Ｆｖに対する補正値ΔＦに設定値αが加算される。一方、ステップ１１０においてＴ≧ＴＬであると判別されたときにはステップ１１２に進んでパティキュレートフィルタ２４の温度Ｔが再生目標温度範囲の上限温度ＴＨよりも高いか否かが判別され、Ｔ＞ＴＨのときにはステップ１１３に進んで燃料添加期間Ｆｖに対する補正値ΔＦから設定値αが減算される。
図９を参照すると、まず始めにステップ１１０において温度センサ２８又は温度センサ３０の一方又は双方から推定されたパティキュレートフィルタ２４の温度Ｔが再生目標温度範囲の下限温度ＴＬよりも低いか否かが判別され、Ｔ＜ＴＬのときにはステップ１１１に進んで燃料添加期間Ｆｖに対する補正値ΔＦに設定値αが加算される。一方、ステップ１１０においてＴ≧ＴＬであると判別されたときにはステップ１１２に進んでパティキュレートフィルタ２４の温度Ｔが再生目標温度範囲の上限温度ＴＨよりも高いか否かが判別され、Ｔ＞ＴＨのときにはステップ１１３に進んで燃料添加期間Ｆｖに対する補正値ΔＦから設定値αが減算される。
図１０を参照するとまず初めにステップ１２０において図８から燃料添加期間Ｆｖが算出される。次いでステップ１２１では燃料添加期間Ｆｖに補正値ΔＦを加算することによって最終的な燃料添加期間Ｆ、即ち間欠リッチ空燃比期間Ｆが求められ、この燃料添加期間Ｆに基づいて燃料添加作用が行われる。次いで図７のステップ１０４に進む。
図１１に変形例を示す。この変形例ではリーン空燃比期間Ｒのときに間欠リッチ空燃比期間Ｆのときに比べて少量の燃料が間欠的に繰返し噴射される。
また、別の変形例においては、間欠リッチ空燃比期間Ｆのときには予め定められた期間をおいて膨張行程後半又は排気行程中に燃焼室２内に追加の燃料を噴射して排気ガスの空燃比を間欠的に繰返しリッチにし、リーンの空燃比期間Ｒのときには追加の燃料の噴射作用を停止させるようにしている。この場合、図１１に示される場合と同様の空燃比変化を生じるように、リーン空燃比期間Ｒのときには予め定められた期間をおいて膨張行程後半又は排気行程中に燃焼室２内に間欠リッチ空燃比期間Ｆのときに比べて少量の追加の燃料を噴射させることもできる。
図１２に別の実施例を示す。
この実施例では、排気後処理装置２０が排気タービン７ｂの出口に連結された共通の排気通路２１から分岐された第１の排気通路２２ａと第２の排気通路２２ｂとを具備する。第１の排気通路２２ａ内には上流側から順に第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａ、第１のパティキュレートフィルタ２４ａ、第１の酸化触媒２５ａ、およびアクチュエータ２７ａにより駆動される第１の排気制御弁２６ａが配置され、第２の排気通路２２ｂ内には上流側から順に第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂ、第２のパティキュレートフィルタ２４ｂ、第２の酸化触媒２５ｂ、およびアクチュエータ２７ｂにより駆動される第２の排気制御弁２６ｂが配置される。これら第１の排気通路２２ａおよび第２の排気通路２２ｂは第１の排気制御弁２６ａおよび第２の排気制御弁２６ｂの下流において共通の排気管２７に合流せしめられる。
この実施例では、排気後処理装置２０が排気タービン７ｂの出口に連結された共通の排気通路２１から分岐された第１の排気通路２２ａと第２の排気通路２２ｂとを具備する。第１の排気通路２２ａ内には上流側から順に第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａ、第１のパティキュレートフィルタ２４ａ、第１の酸化触媒２５ａ、およびアクチュエータ２７ａにより駆動される第１の排気制御弁２６ａが配置され、第２の排気通路２２ｂ内には上流側から順に第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂ、第２のパティキュレートフィルタ２４ｂ、第２の酸化触媒２５ｂ、およびアクチュエータ２７ｂにより駆動される第２の排気制御弁２６ｂが配置される。これら第１の排気通路２２ａおよび第２の排気通路２２ｂは第１の排気制御弁２６ａおよび第２の排気制御弁２６ｂの下流において共通の排気管２７に合流せしめられる。
また、第１の排気通路２２ａには第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａの温度を検出するための温度センサ２８ａと、第１のパティキュレートフィルタ２４ａの前後差圧を検出するための第１の差圧センサ２９ａと、第１の酸化触媒２５ａから排出された排気ガスの温度および空燃比を夫々検出するための温度センサ３０ａおよび空燃比センサ３１ａが配置され、第２の排気通路２２ｂには第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂの温度を検出するための温度センサ２８ｂと、第２のパティキュレートフィルタ２４ｂの前後差圧を検出するための第２の差圧センサ２９ｂと、第２の酸化触媒２５ｂから排出された排気ガスの温度および空燃比を夫々検出するための温度センサ３０ｂおよび空燃比センサ３１ｂが配置される。またこの実施例では第１の排気通路２２ａおよび第２の排気通路２２ｂ上流の共通の排気通路２１内には第１の排気通路２２ａおよび第２の排気通路２２ｂに対して共通の燃料添加弁３２が配置されている。
図１３に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。この実施例では排気マニホルド５に燃料添加弁３２が取付けられ、この燃料添加弁３２から排気マニホルド５内に燃料、即ち軽油が添加される。なお、図１２および図１３に示される各ＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａ，２３ｂは図１に示されるＮＯｘ吸蔵還元触媒２３と実質的に同一であり、図１２および図１３に示される各パティキュレートフィルタ２４ａ，２４ｂは図１に示されるパティキュレートフィルタ２４と実質的に同一である。
図１４はパティキュレートフィルタ再生時における燃料添加弁３２からの燃料添加作用と、各排気制御弁２６ａ，２６ｂの開閉動作と、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａ，２３ｂに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆと、各パティキュレートフィルタ２４ａ，２４ｂの温度Ｔｆと、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａ，２３ｂの温度Ｔｎとを示している。なお、図１４においてＩは第１の排気通路２２ａを示しており、IIは第２の排気通路２２ｂを示している。
図１４を参照すると、この実施例ではパティキュレートフィルタの再生処理中に、燃料添加弁３２から燃料が間欠的に噴射される燃料添加期間Ｆと、燃料添加弁３２からの燃料の噴射が休止される燃料添加休止期間Ｒとが交互に繰返される。また、この実施例でもパティキュレートフィルタ２４ａ，２４ｂの温度Ｔｆが再生目標温度範囲内となるように燃料添加期間Ｆが制御される。即ち、パティキュレートフィルタ２４ａ，２４ｂの温度Ｔｆが再生目標温度範囲の下限温度ＴＬまで低下したときには燃料添加期間Ｆが長くされ、パティキュレートフィルタ２４ａ，２４ｂの温度Ｔｆが再生目標温度範囲の上限温度ＴＨまで上昇したときには燃料添加期間Ｆが短かくされる。
さて、この実施例では図１４に示されるように第１の排気制御弁２６ａおよび第２の排気制御弁２６ｂは開弁と閉弁とが繰返され、この場合第１の排気制御弁２６ａが開弁したときには第２の排気制御弁２６ｂが閉弁せしめられ、第１の排気制御弁２６ａが閉弁したときには第２の排気制御弁２６ｂが開弁せしめられる。即ち、第１の排気通路２２ａが開通し第２の排気通路２２ｂが閉鎖される状態と、第１の排気通路２２ａが閉鎖され第２の排気通路２２ｂが開通する状態とが交互に繰返される。
また、このとき第１の排気制御弁２６ａおよび第２の排気制御弁２６ｂは燃料添加期間Ｆ中に開弁又は閉弁せしめられ、第１の排気制御弁２６ａおよび第２の排気制御弁２６ｂが燃料添加期間Ｆ中に開弁せしめられたときには燃料添加休止期間Ｒ中開弁され続け、第１の排気制御弁２６ａおよび第２の排気制御弁２６ｂが燃料添加期間Ｆ中に閉弁せしめられたときには燃料添加休止期間Ｒ中閉鎖され続ける。即ち、第１の排気通路２２ａおよび第２の排気通路２２ｂは燃料添加期間Ｆ中に開通又は閉鎖され、燃料添加休止期間Ｒ中は開通又は閉鎖され続ける。
このように第１の排気通路２２ａおよび第２の排気通路２２ｂが燃料添加期間Ｆ中に開通又は閉鎖され、燃料添加休止期間Ｒ中開通又は閉鎖され続けるとパティキュレートフィルタ２４ａ，２４ｂを再生しつつ排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。即ち、図１４における最初の燃料添加期間Ｆに注目すると、燃料添加が開始されたときは第１の排気制御弁２６ａは閉弁し、第２の排気制御弁２６ｂは開弁しているので排気ガスは第２の排気通路２２ｂ内にのみ流入しており、従って燃料添加弁３２から添加された燃料、即ち軽油は第２の排気通路２２ｂ内にのみ流入する。第２の排気通路２２ｂ内に流入した燃料は第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂおよび第１のパティキュレートフィルタ２４ｂに一旦付着し、次いで蒸発して酸化せしめられる。
一方、図１４に示されるように一回目の燃料添加が行われるとただちに第１の排気制御弁２６ａが開弁し、第２の排気制御弁２６ｂが閉弁するので今度は排気ガスが第１の排気通路２２ａ内にのみ流入し、従って燃料添加弁３２から添加された燃料、即ち軽油は第１の排気通路２２ａ内にのみ流入する。第１の排気通路２２ａ内に流入した燃料は第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａおよび第１のパティキュレートフィルタ２４ａに一旦付着し、次いで蒸発して酸化せしめられる。
その結果、図１４のＩに示されるように第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａの温度Ｔｎは上昇し、第１のパティキュレートフィルタ２４ａの温度Ｔｆは高温に保持され続ける。次いで燃料添加期間Ｆから燃料添加休止期間Ｒに移るとＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａでは酸化反応熱の発生が中断するためにＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａの温度Ｔｎが低下する。このときパティキュレートフィルタ２４ａでは粒子状物質の酸化反応が続行しているのでパティキュレートフィルタ２４ａの温度Ｔｆはあまり変化しない。
次いで再び燃料添加期間Ｆとなり、一回目の燃料添加が完了すると第２の排気制御弁２６ｂが開弁し、第１の排気制御弁２６ａが閉弁する。このときには図１４のIIに示されるように第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂの温度Ｔｎは上昇し、第２のパティキュレートフィルタ２４ｂの温度Ｔｆは高温に保持され続ける。次いで燃料添加期間Ｆから燃料添加休止期間Ｒに移るとＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂでは酸化反応熱の発生が中断するためにＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂの温度Ｔｎが低下する。このときパティキュレートフィルタ２４ｂでは粒子状物質の酸化反応が続行しているのでパティキュレートフィルタ２４ｂの温度Ｔｆはあまり変化しない。
一方、再び図１４において最初の燃料添加期間Ｆに注目すると、一回目の燃料添加が行われた後、ただちに第２の排気制御弁２６ｂが閉弁せしめられる。第２の排気制御弁２６ｂが閉弁せしめられると第２の排気通路２２ｂ内の限られた容積内に存在する酸素による酸化反応熱しか発生しないので第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂの温度Ｔｎは比較的低温に維持される。従ってこの実施例では図１４からわかるように第２の排気制御弁２６ｂが開弁した後、暫らくの間は第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂの温度Ｔｎは５００℃以下であり、また燃料添加休止期間Ｒになると第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂの温度Ｔｎは５００℃以下となる。
即ち、第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂ内を排気ガスが流れているときに第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂの温度Ｔｎが比較的長い時間に亘って５００℃以下となるので排気ガス中のＮＯｘは第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂ内に良好に吸蔵されることになる。同様に第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａ内を排気ガスが流れているときにも第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａの温度Ｔｎが比較的長い時間に亘って５００℃以下となるので排気ガス中のＮＯｘは第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａ内に良好に吸蔵されることになる。
再び図１４において最初の燃料添加期間Ｆに注目すると、最初の燃料添加が行われるときには第２の排気制御弁２６ｂは開弁しており、このとき燃料添加弁３２から添加された燃料は第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂおよび第１のパティキュレートフィルタ２４ｂ上に付着し、この付着燃料は第２の排気制御弁２６ｂが閉弁した後に蒸発する。このとき第２の排気通路２２ｂ内は排気ガスが流れておらず、第２の排気通路２２ｂ内の限られた容積内の排気ガス中に付着燃料が蒸発するので図１４に示されるように第２の排気通路２２ｂ内における排気ガスの空燃比Ａ／Ｆはリッチとなる。その結果、第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂからＮＯｘが放出され、還元される。
同じことが第１の排気制御弁２６ａの閉弁時についても言える。即ち、図１４に示されるように第１の排気制御弁２６ａが閉弁しているときに第１の排気通路２２ａ内における排気ガスの空燃比Ａ／Ｆはリッチになり、従って第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａからＮＯｘが放出され、還元される。
また、図１４に示される実施例では各ＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａ，２３ｂ内を排気ガスが流通しているときに燃料添加弁３２から噴射される燃料によって排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが間欠的にリッチにされる。従ってこのときにも各ＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａ，２３ｂからＮＯｘが放出され、還元される。
再度、図１４における最初の燃料添加期間Ｆに注目すると、第１の排気制御弁２６ａが閉弁しているときに行われる燃料噴射は主に第２の排気通路２２ｂ内の排気ガスの空燃比Ａ／Ｆをリッチにするために使用され、第１の排気制御弁２６ｂが開弁しているときに行われる燃料噴射はパティキュレートフィルタ２４ａの温度Ｔｆを下限温度ＴＬ以上に保持するために使用される。この場合、第２の排気通路２２ｂ内の排気ガスの空燃比Ａ／Ｆをリッチにするのに必要な燃料量に比べてパティキュレートフィルタ２４ａの温度Ｔｆを下限温度ＴＬ以上に保持するのに必要な燃料量の方がはるかに多いので、図１４に示されるように第１の排気通路２２ａおよび第２の排気通路２２ｂは燃料添加期間Ｆの初期に開通又は閉鎖される。即ち、第１の排気制御弁２６ａおよび第２の排気制御弁２６ｂは燃料添加期間Ｆの初期に開弁又は閉弁される。
さて、この実施例においても基準となる燃料添加期間Ｆｔが予め定められており、この燃料添加期間Ｆｔは図１５（Ａ）に示されるように吸入空気量Ｇａが増大するほど長くなる。また、各排気制御弁２６ａ，２６ｂについては、一方の排気制御弁が開弁したときに他方の排気制御弁を吸入空気量にかかわらずに閉弁させることができる。しかしながら吸入空気量が多いときに片方の排気制御弁を閉弁しておくと背圧が上昇し、出力の低下を招く。そこで図１５（Ｂ）に示す例では排気制御弁閉弁時の開度Ｓを吸入空気量Ｇａが増大したときには大きくするようにしている。
図１６に時間割込みルーチンを示す。
図１６を参照すると、まず始めにステップ２００において温度センサ２８ａ，２８ｂ又は温度センサ３０ａ，３０ｂから推定されたパティキュレートフィルタ２４ａの温度Ｔ1又はパティキュレートフィルタ２４ｂの温度Ｔ2が再生目標温度範囲の下限温度ＴＬよりも低いか否かが判別され、Ｔ1又はＴ2＜ＴＬのときにはステップ２０１に進んで燃料添加期間Ｆｔに対する補正値ΔＦに設定値βが加算される。一方、ステップ２００においてＴ1およびＴ2≧ＴＬであると判別されたときにはステップ２０２に進んでパティキュレートフィルタ２４ａの温度Ｔ1又はパティキュレートフィルタ２４ｂの温度Ｔ2が再生目標温度範囲の上限温度ＴＨよりも高いか否かが判別され、Ｔ1又はＴ2＞ＴＨのときにはステップ２０３に進んで燃料添加期間Ｆｔに対する補正値ΔＦから設定値βが減算される。
図１６を参照すると、まず始めにステップ２００において温度センサ２８ａ，２８ｂ又は温度センサ３０ａ，３０ｂから推定されたパティキュレートフィルタ２４ａの温度Ｔ1又はパティキュレートフィルタ２４ｂの温度Ｔ2が再生目標温度範囲の下限温度ＴＬよりも低いか否かが判別され、Ｔ1又はＴ2＜ＴＬのときにはステップ２０１に進んで燃料添加期間Ｆｔに対する補正値ΔＦに設定値βが加算される。一方、ステップ２００においてＴ1およびＴ2≧ＴＬであると判別されたときにはステップ２０２に進んでパティキュレートフィルタ２４ａの温度Ｔ1又はパティキュレートフィルタ２４ｂの温度Ｔ2が再生目標温度範囲の上限温度ＴＨよりも高いか否かが判別され、Ｔ1又はＴ2＞ＴＨのときにはステップ２０３に進んで燃料添加期間Ｆｔに対する補正値ΔＦから設定値βが減算される。
図１７は図７のステップ１０３において行われる再生処理を示している。
図１７を参照するとまず初めにステップ２１０において図１５（Ａ）から燃料添加期間Ｆｔが算出される。次いでステップ２１１では燃料添加期間Ｆｔに補正値ΔＦを加算することによって最終的な燃料添加期間Ｆが求められ、この燃料添加期間Ｆに基づいて燃料添加作用が行われる。次いでステップ２１２において図１５（Ｂ）から排気制御弁閉弁時の開度θが求められ、排気制御弁閉弁時の開度がこの開度θとされる。次いで図７のステップ１０４に進む。
図１７を参照するとまず初めにステップ２１０において図１５（Ａ）から燃料添加期間Ｆｔが算出される。次いでステップ２１１では燃料添加期間Ｆｔに補正値ΔＦを加算することによって最終的な燃料添加期間Ｆが求められ、この燃料添加期間Ｆに基づいて燃料添加作用が行われる。次いでステップ２１２において図１５（Ｂ）から排気制御弁閉弁時の開度θが求められ、排気制御弁閉弁時の開度がこの開度θとされる。次いで図７のステップ１０４に進む。
図１８に別の実施例を示す。この実施例では図１８に示されるように燃料添加休止期間Ｒ中に燃料添加弁３２から燃料添加期間Ｆ中よりも少量の燃料が間欠的に噴射される。
図１９に示す実施例では燃料添加弁３２から同量の燃料が等しい間隔を隔てて噴射される。この実施例でも間欠的に行われる各燃料噴射時に、開通している方の排気通路２２ａ，２２ｂ内の排気ガスの空燃比Ａ／Ｆはリッチとなり、また閉鎖している方の排気通路２２ａ，２２ｂ内の排気ガスの空燃比Ａ／Ｆもリッチになる。
また、この実施例では燃料添加弁３２から間欠的に噴射される燃料量を制御することによってパティキュレートフィルタ２４ａ，２４ｂの温度がパティキュレートフィルタ２４ａ，２４ｂの再生目標温度範囲内に維持される。即ち、この実施例ではパティキュレートフィルタ２４ａ，２４ｂの温度が再生目標温度範囲の下限温度ＴＬまで低下したときには燃料添加量が増大せしめられ、パティキュレートフィルタ２４ａ，２４ｂの温度が再生目標温度範囲の上限温度ＴＨまで上昇したときには燃料添加量が減少せしめられる。
また、この実施例では基準となる燃料添加量Ｑｏが予め定められており、この燃料添加量Ｑｏは図２０（Ａ）に示されるように吸入空気量Ｇａが増大するほど増大する。また、この実施例でも図２０（Ｂ）に示されるように排気制御弁閉弁時の開度Ｓが吸入空気量Ｇａの増大に伴ない大きくされる。
図２１に時間割込みルーチンを示す。
図２１を参照すると、まず始めにステップ３００において温度センサ２８ａ，２８ｂ又は温度センサ３０ａ，３０ｂから推定されたパティキュレートフィルタ２４ａの温度Ｔ1又はパティキュレートフィルタ２４ｂの温度Ｔ2が再生目標温度範囲の下限温度ＴＬよりも低いか否かが判別され、Ｔ1又はＴ2＜ＴＬのときにはステップ３０１に進んで燃料添加量Ｑｏに対する補正値ΔＱに設定値γが加算される。一方、ステップ３００においてＴ1およびＴ2≧ＴＬであると判別されたときにはステップ３０２に進んでパティキュレートフィルタ２４ａの温度Ｔ1又はパティキュレートフィルタ２４ｂの温度Ｔ2が再生目標温度範囲の上限温度ＴＨよりも高いか否かが判別され、Ｔ1又はＴ2＞ＴＨのときにはステップ３０３に進んで燃料添加量Ｑｏに対する補正値ΔＱから設定値γが減算される。
図２１を参照すると、まず始めにステップ３００において温度センサ２８ａ，２８ｂ又は温度センサ３０ａ，３０ｂから推定されたパティキュレートフィルタ２４ａの温度Ｔ1又はパティキュレートフィルタ２４ｂの温度Ｔ2が再生目標温度範囲の下限温度ＴＬよりも低いか否かが判別され、Ｔ1又はＴ2＜ＴＬのときにはステップ３０１に進んで燃料添加量Ｑｏに対する補正値ΔＱに設定値γが加算される。一方、ステップ３００においてＴ1およびＴ2≧ＴＬであると判別されたときにはステップ３０２に進んでパティキュレートフィルタ２４ａの温度Ｔ1又はパティキュレートフィルタ２４ｂの温度Ｔ2が再生目標温度範囲の上限温度ＴＨよりも高いか否かが判別され、Ｔ1又はＴ2＞ＴＨのときにはステップ３０３に進んで燃料添加量Ｑｏに対する補正値ΔＱから設定値γが減算される。
図２２は図７のステップ１０３において行われる再生処理を示している。
図２２を参照するとまず初めにステップ３１０において図２０（Ａ）から燃料添加量Ｑｏが算出される。次いでステップ３１１では燃料添加量Ｑｏに補正値ΔＱを加算することによって最終的な燃料添加量Ｑが求められ、この燃料添加量Ｑに基づいて燃料添加作用が行われる。次いでステップ３１２において図２０（Ｂ）から排気制御弁閉弁時の開度θが求められ、排気制御弁閉弁時の開度がこの開度θとされる。次いで図７のステップ１０４に進む。
図２２を参照するとまず初めにステップ３１０において図２０（Ａ）から燃料添加量Ｑｏが算出される。次いでステップ３１１では燃料添加量Ｑｏに補正値ΔＱを加算することによって最終的な燃料添加量Ｑが求められ、この燃料添加量Ｑに基づいて燃料添加作用が行われる。次いでステップ３１２において図２０（Ｂ）から排気制御弁閉弁時の開度θが求められ、排気制御弁閉弁時の開度がこの開度θとされる。次いで図７のステップ１０４に進む。
図２３（Ａ）および（Ｂ）に変形例を示す。
図２３（Ａ）に示す例では第１の排気通路２２ａの下流端と第２の排気通路２２ｂの下流端の排気通路２７への合流部に一個の排気制御弁２６が配置され、この一個の排気制御弁２６によって実線で示されるように第１の排気通路２２ａと第２の排気通路２２ｂが共に開通している状態と、破線ａで示されるように第１の排気通路２２ａのみが閉鎖されている状態と、破線ｂで示されるように第２の排気通路２２ｂのみが閉鎖されている状態との３つの状態に切換えられる。
図２３（Ａ）に示す例では第１の排気通路２２ａの下流端と第２の排気通路２２ｂの下流端の排気通路２７への合流部に一個の排気制御弁２６が配置され、この一個の排気制御弁２６によって実線で示されるように第１の排気通路２２ａと第２の排気通路２２ｂが共に開通している状態と、破線ａで示されるように第１の排気通路２２ａのみが閉鎖されている状態と、破線ｂで示されるように第２の排気通路２２ｂのみが閉鎖されている状態との３つの状態に切換えられる。
図２３（Ｂ）に示す例では第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａ上流の第１の排気通路２２ａに第１の排気制御弁２６ａが配置され、第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂ上流の第２の排気通路２２ｂに第２の排気制御弁２６ｂが配置される。この場合でも添加した燃料が第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａおよび第１のパティキュレートフィルタ２４ａに付着したときに第１の排気制御弁２６ａを閉弁すれば第１の排気通路２２ａ内の排気ガスはリッチになり、添加した燃料が第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂおよび第２のパティキュレートフィルタ２４ｂに付着したときに第２の排気制御弁２６ｂを閉弁すれば第２の排気通路２２ｂ内の排気ガスはリッチになる。
図２４に更に別の実施例を示す。図２４に示されるようにこの実施例では第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ａ上流の第１の排気通路２２ａに第１の燃料添加弁３２ａが配置され、第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２３ｂ上流の第２の排気通路２２ｂに第２の燃料添加弁３２ｂが配置される。この実施例では第１の燃料添加弁３２ａによる燃料添加期間Ｆと燃料添加休止期間Ｒは夫々第２の燃料添加弁３２ｂによる燃料添加期間Ｆと燃料添加休止期間Ｒに完全に同期して行われ、第１の排気制御弁２６ａと第２の排気制御弁２６ｂは一方が開弁すれば他方は閉弁し、他方が開弁すれば一方が閉弁せしめられる。
５ 排気マニホルド
２０ 排気後処理装置
２１，２７ 共通の排気通路
２２ａ 第１の排気通路
２２ｂ 第２の排気通路
２３ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２３ａ 第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒
２３ｂ 第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒
２４ パティキュレートフィルタ
２４ａ 第１のパティキュレートフィルタ
２４ｂ 第２のパティキュレートフィルタ
２５ 酸化触媒
２５ａ 第１の酸化触媒
２５ｂ 第２の酸化触媒
２６ 排気制御弁
２６ａ 第１の排気制御弁
２６ｂ 第２の排気制御弁
３２ 燃料添加弁
２０ 排気後処理装置
２１，２７ 共通の排気通路
２２ａ 第１の排気通路
２２ｂ 第２の排気通路
２３ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２３ａ 第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒
２３ｂ 第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒
２４ パティキュレートフィルタ
２４ａ 第１のパティキュレートフィルタ
２４ｂ 第２のパティキュレートフィルタ
２５ 酸化触媒
２５ａ 第１の酸化触媒
２５ｂ 第２の酸化触媒
２６ 排気制御弁
２６ａ 第１の排気制御弁
２６ｂ 第２の排気制御弁
３２ 燃料添加弁
Claims (18)
- 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のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒下流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタを配置し、パティキュレートフィルタを再生するときにはまず初めにパティキュレートフィルタの温度を再生可能な温度まで昇温させる昇温制御が行われ、次いでパティキュレートフィルタを再生するための再生処理が行われる内燃機関の排気浄化装置において、上記パティキュレートフィルタの再生処理中、パティキュレートフィルタの温度をパティキュレートフィルタの再生目標温度範囲内に維持しつつＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度がパティキュレートフィルタの温度よりも低いＮＯｘを吸蔵しうる温度になるように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのもとで間欠的に繰返しリッチにされる間欠リッチ空燃比期間と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比が継続的にリーンに維持されるリーン空燃比期間とが交互に繰返される内燃機関の排気浄化装置。
- リーン空燃比期間のときにＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が低下して排気ガス中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘは間欠空燃比リッチ期間において排気ガスの空燃比がリッチになったときに放出され還元される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- ＮＯｘ吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内に燃料添加弁を配置し、上記間欠リッチ空燃比期間のときには該燃料添加弁から間欠的に燃料が噴射されて排気ガスの空燃比が間欠的に繰返しリッチにされ、上記リーン空燃比期間のときには該燃料添加弁からの間欠的な燃料噴射が停止される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- ＮＯｘ吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内に燃料添加弁を配置し、上記間欠リッチ空燃比期間のときには該燃料添加弁から間欠的に燃料が噴射されて排気ガスの空燃比が間欠的に繰返しリッチにされ、上記リーン空燃比期間のときには上記間欠リッチ空燃比期間のときに比べて少量の燃料が間欠的に繰返し噴射される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記間欠リッチ空燃比期間のときには予め定められた期間をおいて膨張行程後半又は排気行程中に燃焼室内に追加の燃料を噴射することにより排気ガスの空燃比が間欠的に繰返しリッチにされ、上記リーン空燃比期間のときには上記追加の燃料の噴射作用が停止される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記間欠リッチ空燃比期間のときには予め定められた期間をおいて膨張行程後半又は排気行程中に燃焼室内に追加の燃料を噴射することにより排気ガスの空燃比が間欠的に繰返しリッチにされ、上記リーン空燃比期間のときには予め定められた期間をおいて膨張行程後半又は排気行程中に燃焼室内に上記間欠リッチ空燃比期間のときに比べて少量の追加の燃料が噴射される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- パティキュレートフィルタの温度が上記再生目標温度範囲の下限温度まで低下したときには間欠リッチ空燃比期間が長くされ、パティキュレートフィルタの温度が上記再生目標温度範囲の上限温度まで上昇したときには間欠リッチ空燃比期間が短かくされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 共通の排気通路から分岐された第１の排気通路と第２の排気通路を具備し、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のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵還元触媒を第１の排気通路内および第２の排気通路内に夫々配置すると共に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒下流の第１の排気通路および第２の排気通路内に夫々排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタを配置し、パティキュレートフィルタを再生するときにはまず初めにパティキュレートフィルタの温度を再生可能な温度まで昇温させる昇温制御が行われ、次いでパティキュレートフィルタを再生するための再生処理が行われる内燃機関の排気浄化装置において、第１の排気通路および第２の排気通路上流の上記共通の排気通路内に燃料添加弁を配置し、上記パティキュレートフィルタの再生処理中、パティキュレートフィルタの温度をパティキュレートフィルタの再生目標温度範囲内に維持しつつＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度がパティキュレートフィルタの温度よりも低いＮＯｘを吸蔵しうる温度になるように、排気ガスの空燃比がリーンのもとで該燃料添加弁から燃料が排気ガス中に間欠的に噴射される燃料添加期間と、燃料添加弁からの燃料の噴射が休止される燃料添加休止期間とが交互に繰返されると共に、第１の排気通路が開通し第２の排気通路が閉鎖される状態と、第１の排気通路が閉鎖され第２の排気通路が開通する状態とが交互に繰返される内燃機関の排気浄化装置。
- いずれか一方の排気通路が閉鎖されると閉鎖された方の排気通路内に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が低下すると共に閉鎖された方の排気通路内における排気ガスの空燃比がリッチになるために閉鎖された方の排気通路内に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘが放出されて還元され、閉鎖されていた排気通路が開通すると開通した排気通路内に配置されているＮＯｘ吸蔵還元触媒に排気ガス中に含まれるＮＯｘが吸蔵される請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記パティキュレートフィルタの再生処理中に燃料添加弁から間欠的に燃料が噴射されたときに、開通している方の排気通路内における排気ガスの空燃比が間欠的にリッチにされる請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 第１の排気通路および第２の排気通路は上記燃料添加期間中に開通又は閉鎖され、上記燃料添加休止期間中は開通又は閉鎖され続ける請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 第１の排気通路および第２の排気通路は上記燃料添加期間の初期に開通又は閉鎖される請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- パティキュレートフィルタの温度は上記燃料添加期間を制御することによって制御され、パティキュレートフィルタの温度が上記再生目標温度範囲の下限温度まで低下したときには燃料添加期間が長くされ、パティキュレートフィルタの温度が上記再生目標温度範囲の上限温度まで上昇したときには燃料添加期間が短かくされる請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記燃料添加休止期間中に燃料添加弁から燃料添加期間中よりも少量の燃料が間欠的に噴射される請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 燃料添加弁から間欠的に噴射される燃料量を制御することによってパティキュレートフィルタの温度がパティキュレートフィルタの再生目標温度範囲内に維持される請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- パティキュレートフィルタの温度が上記再生目標温度範囲の下限温度まで低下したときには燃料添加量が増大せしめられ、パティキュレートフィルタの温度が上記再生目標温度範囲の上限温度まで上昇したときには燃料添加量が減少せしめられる請求項１５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 燃料添加弁が第１の燃料添加弁と第２の燃料添加弁からなり、第１の燃料添加弁がＮＯｘ吸蔵還元触媒上流の第１の排気通路内に配置され、第２の燃料添加弁がＮＯｘ吸蔵還元触媒上流の第２の排気通路内に配置されている請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 第１の排気通路および第２の排気通路を閉鎖又は開通させるために少くとも一つの排気制御弁を備えている請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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