JP4511265B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、特に排気系にＮＯｘ吸収触媒を備えるものに関する。

内燃機関の燃焼室で燃焼する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーンバーン運転を行うと、ＮＯｘの排出量が増加する傾向がある。そのため、機関の排気系にＮＯｘ吸収触媒を設け、ＮＯｘの排出量を低減する技術が、従来より知られている。排気系にＮＯｘ吸収触媒を備えた機関では、リーンバーン運転のみを長時間継続して行うと、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘ量が飽和する。したがって、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを還元するために、排気を還元雰囲気にして、吸収されたＮＯｘを還元する必要がある。

特許文献１には、排気を還元雰囲気にする手法として、燃料を主噴射と、副噴射（ポスト噴射ともいう）とに分けて機関に供給する手法が示されている。ポスト噴射によるトルク変動を抑制するため、特許文献１に示された装置では、主噴射の実行タイミングを遅角させることが行われる。

また特許文献２には、排気を還元雰囲気にするために、機関に供給する燃料をポスト噴射を行わずに増量するとともに、機関の吸気制御弁を一定開度まで閉弁させることにより、吸気量を減少させ、さらに排気を吸気系に還流する手法が示されている。

特開２００１−２４８４７１号公報 特許第２８４５１０３号公報

しかしながら、ポスト噴射は、膨張行程あるいは排気行程で行われるため、噴射された燃料が燃焼室から漏れだして、潤滑オイルを希釈し易いという課題がある。したがって、排気を還元雰囲気とするためのポスト噴射は、できるだけ頻度を低下させることが望まれている。

また特許文献２に示された手法では、燃焼安定性を確保するためにトルク変動が増加し易くなる場合、あるいは粒子状物質排出量が増加し易くなる場合があった。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、ポスト噴射を適切に実行して、潤滑オイルの希釈化を最小限に抑制するとともに、トルク変動または粒子状物質排出量の増加を抑制することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の排気系（４）に設けられ、排気が酸化雰囲気にあるとき排気中のＮＯｘを吸収し、排気が還元雰囲気にあるとき吸収したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸収触媒（１６）を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸収触媒（１６）に吸収されたＮＯｘまたはＳＯｘを還元して前記ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行う再生時期を決定する再生時期決定手段（Ｓ５０）と、前記機関の運転状態を検出する運転状態検出手段（２６，２７）と、前記再生時期において、前記運転状態検出手段により検出された運転状態が所定低負荷運転状態または所定高負荷運転状態であるときは、ポスト噴射により排気を還元雰囲気に変化させ、前記検出された運転状態が前記所定低負荷運転状態及び所定高負荷運転状態以外の運転状態であるときは、ポスト噴射を実行しないように制御する燃料噴射量制御手段（Ｓ７２，Ｓ７５，Ｓ７６）とを備え、前記機関の燃焼変動を検出する燃焼変動検出手段（２７，Ｓ７４）とを備え、前記燃料噴射制御手段は、前記検出された運転状態が前記所定低負荷運転状態であるときは、検出した燃焼変動に応じて前記ポスト噴射を実行することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気系には、排気中の粒子状物質を捕集する粒子状物質フィルタ（１１）が設けられ、前記燃料噴射制御手段は、前記検出された運転状態が前記所定高負荷運転状態であるときは、前記粒子状物質フィルタの温度（ＴＤＰＦ）に応じて前記ポスト噴射を実行することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行う再生時期において、機関運転状態が所定低負荷運転状態または所定高負荷運転状態であるときは、ポスト噴射により排気を還元雰囲気に変化させるように制御され、機関運転状態が所定低負荷運転状態及び所定高負荷運転状態以外の運転状態であるときは、ポスト噴射を実行しないように制御される。機関の低負荷運転状態でポスト噴射を実行することにより、ポスト噴射を実行しない場合に比べて、トルク変動を低減することができる。また機関の所定高負荷運転状態でポスト噴射を実行することにより、ポスト噴射を実行しない場合に比べて、粒子状物質の排出量を低減することができる。さらに、所定低負荷運転状態及び所定高負荷運転状態以外ではポスト噴射を行わないことにより、潤滑オイルの希釈化を抑制することができる。また、機関の燃焼変動が検出され、機関運転状態が所定低負荷運転状態であるときは、検出した燃焼変動に応じてポスト噴射が実行されるので、所定低負荷運転状態において、燃焼変動が大きくなるほどポスト噴射量を増加させることにより、効果的に燃焼変動を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、機関運転状態が所定高負荷運転状態であるときは、排気系に設けられた粒子状物質フィルタの温度に応じてポスト噴射が実行される。粒子状物質フィルタに堆積した粒子状物質が燃焼可能な温度まで、粒子状物質フィルタの温度が高くなっているときは、排気中の粒子状物質量が若干増えても、粒子状物質の堆積量が増加することはない。したがって、所定高負荷運転状態において、粒子状物質フィルタの温度が高くなるほど、ポスト噴射量を減少させることにより、オイル希釈化をより効果的に抑制することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置の全体構成を示す図である。エンジン１は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁１２が設けられている。燃料噴射弁１２は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されており、燃料噴射弁１２の開弁時期及び開弁時間は、ＥＣＵ２０により制御される。

エンジン１は、吸気管２、排気管４、及びターボチャージャ８を備えている。ターボチャージャ８は、排気の運動エネルギにより駆動されるタービン１０と、タービン１０により回転駆動され、吸気の圧縮を行うコンプレッサ９とを備えている。

タービン１０は、複数の可変ベーン（図示せず）を備えており、可変ベーンのの開度（以下「ベーン開度」という）を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービン１０のベーン開度は、ＥＣＵ２０により電磁的に制御される。より具体的には、ＥＣＵ２０は、デューティ比可変の制御信号をタービン１０に供給し、これによってベーン開度を制御する。ベーン開度を増加させると、タービン１０の効率が向上し、タービン回転数は増加する。その結果、過給圧が増加する。

吸気管２内の、コンプレッサ９の下流には吸気量を制御するスロットル弁１３が設けられている。スロットル弁１３は、アクチュエータ１４により駆動され、アクチュエータ１４は、ＥＣＵ２０に接続されている。スロットル弁１３の開度ＴＨは、ＥＣＵ２０により制御される。

吸気管２は、スロットル弁１３の下流側において各気筒に対応して分岐し、分岐した吸気管２のそれぞれは、２つの吸気ポート２Ａ，２Ｂに分岐する。なお、図１には１つの気筒に対応する構成のみが示される。
エンジン１の各気筒には、２つの吸気弁（図示せず）及び２つの排気弁（図示せず）が設けられている。２つの吸気弁により開閉される吸気口（図示せず）は吸気ポート２Ａ，２Ｂのそれぞれに接続されている。

また、吸気ポート２Ｂ内には、当該吸気ポート２Ｂを介して吸入される空気量を制限してエンジン１の燃焼室にスワールを発生させるスワール制御弁（以下「ＳＣＶ」という）１５が設けられている。ＳＣＶ１５は、電動モータ（図示せず）によって駆動されるバタフライ弁であり、その弁開度はＥＣＵ２０により制御される。

排気管４と、吸気管２のスロットル弁１３の下流側との間には、排気を吸気管２に還流する排気還流通路５が設けられている。排気還流通路５には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）６が設けられている。ＥＧＲ弁６は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はＥＣＵ２０により制御される。ＥＧＲ弁６には、その弁開度（弁リフト量）ＬＡＣＴを検出するリフトセンサ７が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２０に供給される。排気還流通路５及びＥＧＲ弁６より、排気還流機構が構成される。ＥＧＲ弁６は、デューティ比可変の制御信号により、弁開度ＬＡＣＴが、エンジン運転状態に応じて設定される弁開度指令値ＬＣＭＤと一致するように制御される。

吸気管２には、吸気量ＧＡＩＲ（単位時間当たりにエンジン１に吸入される空気量）を検出する吸気量センサ２１と、コンプレッサ９の下流側の過給圧ＢＰＡを検出する過給圧センサ２２とが取り付けられており、これらの検出信号はＥＣＵ２０に供給される。

排気管４の、タービン１０の下流側には、粒子状物質フィルタ（以下「ＤＰＦ」という）１１及びＮＯｘ浄化装置１６が設けられている。ＤＰＦ１１は、排気中に含まれる炭素を主成分とする粒子状物質であるスート（soot）を捕集する。ＮＯｘ浄化装置１６は、ＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収剤及び酸化、還元を促進するための触媒（ＮＯｘ吸収触媒）を内蔵する。ＤＰＦ１１には、ＤＰＦ１１の温度ＴＤＰＦを検出するＤＰＦ温度センサ２５が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２０に供給される。

ＮＯｘ浄化装置１６は、燃料噴射量が吸気量に対して少なめに設定され、排気中の酸素濃度が比較的高く、還元剤（ＨＣ及びＣＯ）濃度が酸素濃度より低い排気リーン状態においては（排気が酸化雰囲気にあるとき）、ＮＯｘを吸収する一方、逆に燃料噴射量が吸気量に対して多めに設定され、排気中の酸素濃度が比較的低く、還元剤濃度が酸素濃度より高い排気リッチ状態においては（排気が還元雰囲気にあるとき）、吸収したＮＯｘを還元剤により還元し、窒素ガス、水蒸気及び二酸化炭素として排出するように構成されている。

ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力の限界、すなわち最大ＮＯｘ吸収量まで、ＮＯｘを吸収すると、それ以上ＮＯｘを吸収できなくなるので、適時ＮＯｘを還元するために空燃比のリッチ化（ＮＯｘ吸収触媒の再生処理）を実行する。この空燃比のリッチ化は、燃料噴射弁１２から噴射される燃料量の増量と、主としてスロットル弁１３による吸気量の減量とによって行われる。なお本実施形態では、空燃比をリッチ化するときにおける吸気量の調整は、スロットル弁１３だけでなく、ＥＧＲ弁６の開度、過給圧制御、及びＳＣＶ１５の制御を併用して行われる。

ＤＰＦ１１の上流側には、比例型空燃比センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）２３及び排気圧ＰＥＸを検出する排気圧センサ２４が設けられている。ＬＡＦセンサ２３は排気中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した検出信号をＥＣＵ２０に供給する。排気圧センサ２４は、排気圧ＰＥＸを示す検出信号をＥＣＵ２０に供給する。

さらに、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２６及びエンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２７が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ２０に供給される。

クランク角度位置センサ２７は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）でＣＲＫパルスを発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ２０に供給される。これらのパルスは、燃料噴射制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁１２、ＥＧＲ弁６、タービン１０、アクチュエータ１４などに制御信号を供給する出力回路等から構成される。

エンジン１は、通常は空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定して運転され、上記ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うときは、燃料噴射量の増量及び吸気量の減量が行われる。
ＮＯｘ吸収触媒の再生処理における吸気制御は、エンジン運転状態に応じて概略以下のように行われる。図２に示すように、エンジン回転数ＮＥ及びエンジン負荷に応じ、エンジン運転領域を、低負荷側から順に第１運転領域〜第４運転領域に分割し、第１及び第２運転領域では、ＳＣＶ１５の開度を比較的大きくし、スロットル弁１３の開度を中程度まで絞り、ＥＧＲ弁６の開度を比較的大きくし、過給圧は通常運転時と同様の設定とする。また第３及び第４運転領域では、ＳＣＶ１５の開度を比較的小さくし、スロットル弁１３の開度を全閉に近くまで絞り、ＥＧＲ弁６の開度はほぼ０とし、過給圧を比較的大きくする。

また燃料噴射制御は、概略以下のように行われる。第２及び第３運転領域では、パイロット噴射量及びメイン噴射量を通常運転時より増量し、ポスト噴射は実行しない。第１及び第４運転領域では、ポスト噴射を実行し、メイン噴射量の増量分の一部をポスト噴射により供給する。

図３（ａ）は、ポスト噴射を実行しない場合に、エンジン回転数ＮＥが比較的高い状態における、エンジンの出力トルクＴＲＱＯＵＴと、粒子状物質排出量Ｑｓｏｏｔとの関係を示す図である。この図から明らかなように、エンジンの出力トルク（負荷）ＴＲＱＯＵＴが、第１閾値ＴＲＱ１を超えると、粒子状物質排出量Ｑｓｏｏｔが大幅に増加する。したがって、出力トルクＴＲＱＯＵＴが第１閾値ＴＲＱ１を超えるような高負荷運転領域では、ポスト噴射を実行することによりメイン噴射量を減少させることが望ましい。そこで、本実施形態では、最も高負荷側の第４運転領域ではポスト噴射を実行し、粒子状物質排出量Ｑｓｏｏｔを低減させるようにしている。

また図３（ｂ）は、ポスト噴射を実行しない場合における、出力トルクＴＲＱＯＵＴと、燃焼変動（燃焼の不安定性）を示すＰｍｉ変動率ＲＤＰｍｉとの関係を示す図である。この図の横軸は、図３（ａ）に示す低負荷領域ＬＲを拡大したものである。低負荷領域では、出力トルクＴＲＱＯＵＴが第２閾値ＴＲＱ２より小さくなると、Ｐｍｉ変動率ＲＤＰｍｉが大幅に増加する。したがって、出力トルクＴＲＱＯＵＴが第２閾値ＴＲＱ２を下回るような低負荷運転領域では、ポスト噴射を実行することによりメイン噴射量を減少させることが望ましい。そこで、本実施形態では、最も低負荷側の第１運転領域ではポスト噴射を実行し、燃焼変動（燃焼の不安定化）を抑制している。
このようにポスト噴射を実行する運転領域を第１及び第４運転領域に限定することにより、ポスト噴射による燃料噴射量を低減し、潤滑オイルの希釈化を抑制することができる。

図４及び図５は、エンジン１の吸気量を制御する処理のフローチャートである。この処理は、ＴＤＣパルスに同期してＥＣＵ２０のＣＰＵで実行される。

図４のステップＳ１０〜Ｓ１７が、タービン１０のベーン開度を制御する過給圧制御（ＶＮＴ制御）に対応し、ステップＳ２１〜Ｓ２７がＥＧＲ弁６の開度を制御する排気還流制御（ＥＧＲ制御）に対応し、図５のステップＳ３１〜Ｓ３８がスロットル弁１３の開度を制御するスロットル弁開度制御（ＤＢＷ制御）に対応し、ステップＳ４１〜４５がＳＣＶ１５の開度を制御するＳＣＶ開度制御（ＳＣＶ制御）に対応する。

ステップＳ１０では、検出される過給圧ＢＰＡと、目標過給圧ＢＰＣＭＤとの偏差ΔＢＰＡ（＝ＢＰＡ−ＢＰＣＭＤ）を算出する。なお、目標過給圧ＢＰＣＭＤは、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて設定されたマップを検索して算出される。ステップＳ１１では、偏差ΔＢＰＡに応じて補正係数ＫＢＰＡを算出する。補正係数ＫＢＰＡは、偏差ΔＢＰＡが大きくなるほどより小さな値に設定される。

ステップＳ１２では、リッチ化フラグＦＲＳＰが「１」であるか否かを判別する。リッチ化フラグＦＲＳＰは、後述する図６の処理で設定されるフラグであり、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを還元するための空燃比リッチ化（再生処理）を行うとき「１」に設定される。ＦＲＳＰ＝０であって通常運転中であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、第１ベーン開度マップ値ＶＮＴＭＡＰ１を算出し（ステップＳ１３）、ベーン開度基本値ＶＮＴＭＡＰを、第１ベーン開度マップ値ＶＮＴＭＡＰ１に設定する（ステップＳ１４）。その後、ステップＳ１７に進む。これにより、ベーン開度基本値ＶＮＴＭＡＰは、通常運転に適した値に設定される。

ステップＳ１２で、ＦＲＳＰ＝１であって空燃比リッチ化運転中であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、第２ベーン開度マップ値ＶＮＴＭＡＰ２を算出し（ステップＳ１５）、ベーン開度基本値ＶＮＴＭＡＰを、第２ベーン開度マップ値ＶＮＴＭＡＰ２に設定する（ステップＳ１６）。その後、ステップＳ１７に進む。第２ベーン開度マップ値ＶＮＴＭＡＰ２は、同一のエンジン運転状態においては、第１ベーン開度マップ値ＶＮＴＭＡＰ１より小さいな値（過給圧を低下させる値）に設定されている。これにより、ベーン開度基本値ＶＮＴＭＡＰは、空燃比リッチ化運転に適した値に設定される。

ステップＳ１７では、ベーン開度基本値ＶＮＴＭＡＰに補正係数ＫＢＰＡを乗算することにより、ベーン開度指令値ＶＮＴＣＭＤを算出する。
タービン１０のベーン開度は、このベーン開度指令値ＶＮＴＣＭＤと一致するように制御される。

ステップＳ２１では、ステップＳ１２と同様にリッチ化フラグＦＲＳＰが「１」であるか否かを判別する。ＦＲＳＰ＝０であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、ＥＧＲ制御の第１制御ゲインＧＥＧＲ１を算出し（ステップＳ２３）、制御ゲインＧＥＧＲを第１制御ゲインＧＥＧＲ１に設定する（ステップＳ２４）。その後、ステップＳ２７に進む。これにより、ＥＧＲ制御の制御ゲインＧＥＧＲは、通常運転に適した値に設定される。

ステップＳ２１でＦＲＳＰ＝１であるときは、検出される吸気量ＧＡＩＲが目標吸気量ＧＡＣＭＤに収束した否かを判別する（ステップＳ２２）。具体的には、吸気量ＧＡＩＲと目標吸気量ＧＡＣＭＤの偏差ΔＧＡＩＲの絶対値が、収束判定閾値ΔＧＡＴＨ以下か否かを判別する。ステップＳ２２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、前記ステップＳ２３に進み、否定（ＮＯ）であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、ＥＧＲ制御の第２制御ゲインＧＥＧＲ２を算出し（ステップＳ２５）、制御ゲインＧＥＧＲを第２制御ゲインＧＥＧＲ２に設定する（ステップＳ２６）。その後、ステップＳ２７に進む。第２制御ゲインＧＥＧＲ２は、同一の運転状態においては、第１制御ゲインＧＥＧＲ１より大きな値に設定される。これにより、ＥＧＲ制御の制御ゲインＧＥＧＲは、空燃比リッチ化運転に適した値に設定される。

ステップＳ２７では、吸気量ＧＡＩＲに応じて、ＥＧＲ弁６の弁開度指令値ＬＣＭＤの設定し、実弁開度ＬＡＣＴが弁開度指令値ＬＣＭＤと一致するように、ＥＧＲ弁６に制御を行う。ステップＳ２３〜Ｓ２６で設定される制御ゲインＧＥＧＲは、このフィードバック制御の制御ゲインとして適用される。

図５のステップＳ３１では、リッチ化フラグＦＲＳＰが「１」であるか否かを判別する。ＦＲＳＰ＝０であるときは、スロットル弁１３の目標開度ＴＨＣＭＤを全開開度ＴＨＭＡＸに設定する（ステップＳ３２）。ＦＲＳＰ＝１であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、空燃比リッチ化運転用の目標開度マップ値ＴＨＭＡＰを算出する。目標開度マップ値ＴＨＭＡＰは、全開開度より小さな値に設定されている。

ステップＳ３４では、ステップＳ２２と同様に、吸気量ＧＡＩＲが目標吸気量ＧＡＣＭＤに収束したか否かを判別する。ステップＳ３４の答が否定（ＮＯ）であるときは、前記ステップＳ１０と同様に、検出される過給圧ＢＰＡと、目標過給圧ＢＰＣＭＤとの偏差ΔＢＰＡ（＝ＢＰＡ−ＢＰＣＭＤ）を算出する（ステップＳ３５）。

ステップＳ３６では、偏差ΔＢＰＡに応じて、補正量ΔＴＨ１を算出する。補正量ΔＴＨ１は、偏差ΔＢＰＡ及び吸気量ＧＡＩＲに応じて予め設定されているΔＴＨ１マップを検索することにより、または下記式（１）により、算出される。すなわち、補正量ΔＴＨ１は、偏差ΔＢＰＡが増加するほど、また吸気量ＧＡＩＲが増加するほど、大きな値に設定される。
ΔＴＨ１＝Ｋｔｈ×ΔＢＰＡ×ＧＡＩＲ （１）
ここで、Ｋｔｈは、スロットル弁１３の形状によって決まる流量補正係数である。

ステップＳ３７では、目標開度マップ値ＴＨＭＡＰから補正量ΔＴＨ１を減算することにより、目標開度ＴＨＣＭＤを算出する。すなわち、空燃比リッチ化運転を行うときは、吸気量ＧＡＩＲが目標吸気量ＧＡＣＭＤに収束するまでの期間内は、目標開度ＴＨＣＭＤが、目標開度マップ値ＴＨＭＡＰを補正量ΔＴＨ１だけ減少方向に補正した値に設定される。

ステップＳ３４の答が肯定（ＹＥＳ）であって、吸気量ＧＡＩＲが目標吸気量ＧＡＣＭＤに収束したときは、下記式（２）により、目標開度ＴＨＣＭＤを算出する（ステップＳ３８）。
ＴＨＣＭＤ＝（１−α）×ＴＨＣＭＤ（ｎ−１）＋α×ＴＨＭＡＰ （２）
ここで、αは０から１の間の値に設定される所定係数、ＴＨＣＭＤ（ｎ−１）は、目標開度の前回算出値である。

式（２）により、目標開度ＴＨＣＭＤは、目標開度マップ値ＴＨＭＡＰに徐々に近づいていくように設定される。
スロットル弁１３の開度ＴＨは、目標開度ＴＨＣＭＤと一致するように制御される。

ステップＳ４１では、リッチ化フラグＦＲＳＰが「１」であるか否かを判別する。ＦＲＳＰ＝０であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、第１目標ＳＣＶ開度マップ値ＳＣＶＭＡＰ１を算出し（ステップＳ４２）、目標ＳＣＶ開度ＳＣＶＣＭＤを、第１目標ＳＣＶ開度マップ値ＳＣＶＭＡＰ１に設定する（ステップＳ４３）。これにより、目標ＳＣＶ開度ＳＣＶＣＭＤは、通常運転に適した値に設定される。

ステップＳ４１で、ＦＲＳＰ＝１であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、第２目標ＳＣＶ開度マップ値ＳＣＶＭＡＰ２を算出し（ステップＳ４４）、目標ＳＣＶ開度ＳＣＶＣＭＤを、第２目標ＳＣＶ開度マップ値ＳＣＶＭＡＰ２に設定する（ステップＳ４５）。第２目標ＳＣＶ開度マップ値ＳＣＶＭＡＰ２は、同一のエンジン運転状態においては、第１目標ＳＣＶ開度マップ値ＳＣＶＭＡＰ１より小さな値に設定される。これにより、目標ＳＣＶ開度ＳＣＶＣＭＤは、空燃比リッチ化運転に適した値に設定される。
ＳＣＶ１５の開度は、この目標ＳＣＶ開度ＳＣＶＣＭＤと一致するように制御される。

図６及び図７は、燃料噴射弁１２による燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する処理のフローチャートである。この処理は、ＴＤＣパルスに同期してＥＣＵ２０のＣＰＵで実行される。

図６のステップＳ５０では、ＮＯｘ浄化装置１６に吸収されたＮＯｘを還元するための空燃比リッチ化（ＮＯｘ吸収触媒の再生処理）を行う時期を決定する。具体的には、先ずアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、単位時間当たりのＮＯｘ排出量ＤＱＮＯｘを算出し、さらにＮＯｘ排出量ＤＱＮＯｘの積算値ＱＮＯｘを算出する。そして、積算値ＱＮＯｘが判定閾値ＱＮＯｘＴＨに達したとき、リッチ化フラグＦＲＳＰが「１」に設定される。リッチ化フラグＦＲＳＰは、ＮＯｘ吸収触媒の再生処理が終了すると、「０」に戻される。

図６のステップＳ５１〜Ｓ５５が、パイロット噴射制御に対応し、ステップＳ６１〜Ｓ６５がメイン噴射制御に対応し、図７がポスト噴射制御に対応する。
ステップＳ５１では、リッチ化フラグＦＲＳＰが「１」であるか否かを判別する。

ステップＳ５１でＦＲＳＰ＝０であって通常運転中であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、第１パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ１及び第１パイロット噴射時期ＣＡｐｉｌｏｔ１を算出する（ステップＳ５２）。次いでパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔを第１パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ１に設定するとともに、パイロット噴射時期ＣＡｐｉｌｏｔを第１パイロット噴射時期ＣＡｐｉｌｏｔ１に設定する（ステップＳ５３）。これにより、パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ及びパイロット噴射時期ＣＡｐｉｌｏｔは、通常運転に適した値に設定される。

ステップＳ５１でＦＲＳＰ＝１であってＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、第２パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ２及び第２パイロット噴射時期ＣＡｐｉｌｏｔ２を算出する（ステップＳ５４）。次いでパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔを第２パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ２に設定するとともに、パイロット噴射時期ＣＡｐｉｌｏｔを第２パイロット噴射時期ＣＡｐｉｌｏｔ２に設定する（ステップＳ５５）。これにより、パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ及びパイロット噴射時期ＣＡｐｉｌｏｔは、再生処理に適した値に設定される。同一のエンジン運転状態で比較すると、低負荷運転時は、第２パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ２は、第１パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ１より大きな値に設定され、第２パイロット噴射時期ＣＡｐｉｌｏｔ２は、第１パイロット噴射時期ＣＡｐｉｌｏｔ１より進角側に設定される。なお、高負荷運転時はパイロット噴射は行われない。

ステップＳ６１では、ステップＳ５１と同様の判別を行い、ＦＲＳＰ＝０であって通常運転中であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、第１メイン噴射量Ｑｍａｉｎ１及び第１メイン噴射時期ＣＡｍａｉｎ１を算出する（ステップＳ６２）。次いでメイン噴射量Ｑｍａｉｎを第１メイン噴射量Ｑｍａｉｎ１に設定するとともに、メイン噴射時期ＣＡｍａｉｎを第１メイン噴射時期ＣＡｍａｉｎ１に設定する（ステップＳ６３）。これにより、メイン噴射量Ｑｍａｉｎ及びメイン噴射時期ＣＡｍａｉｎは、通常運転に適した値に設定される。

ステップＳ６１でＦＲＳＰ＝１であってＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、第２メイン噴射量Ｑｍａｉｎ２及び第２メイン噴射時期ＣＡｍａｉｎ２を算出する（ステップＳ６４）。次いでメイン噴射量Ｑｍａｉｎを第２メイン噴射量Ｑｍａｉｎ２に設定するとともに、メイン噴射時期ＣＡｍａｉｎを第２メイン噴射時期ＣＡｍａｉｎ２に設定する（ステップＳ６５）。これにより、メイン燃料噴射量Ｑｍａｉｎ及びメイン噴射時期ＣＡｍａｉｎは、再生処理に適した値に設定される。同一のエンジン運転状態で比較すると、第２メイン噴射量Ｑｍａｉｎ２は、第１メイン噴射量Ｑｍａｉｎ１より大きな値に設定され、第２メイン噴射時期ＣＡｍａｉｎ２は、第１メイン噴射時期ＣＡｍａｉｎ１より進角側に設定される。

図７のステップＳ７１では、ステップＳ５１と同様の判別を行い、ＦＲＳＰ＝０であって通常運転中であるときは、直ちに本処理を出力する。すなわち、ポスト噴射は実行されない。
ＦＲＳＰ＝１であってＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、ポスト噴射量Ｑｐｏｓｔ及びポスト噴射時期ＣＡｐｏｓｔを算出する（ステップＳ７２）。ステップＳ７３では、エンジン運転状態が所定低負荷領域、すなわち図２に示す第１運転領域にあるか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジンの回転変動を示す回転変動パラメータＭＥＴＲＭを算出する（ステップＳ７４）。具体的には、回転変動パラメータＭＥＴＲＭは、クランク角３０°毎に出力されるＣＲＫパルスの発生時間間隔ＣＲＭＥの移動平均値ＭＳＭＥを算出し、これを下記式（３）に適用することにより算出される。
ＭＥＴＲＭ＝｜ＭＳＭＥ（ｎ）−ＭＳＭＥ（ｎ−１）｜／ＫＭＳＳＬＢ
（３）
ここで、（ｎ）及び（ｎ−１）はそれぞれ今回値及び前回値を示すために付されたものであり、ＫＭＳＳＬＢは、エンジン回転数ＮＥに反比例するように設定される係数である。

ステップＳ７５では、ステップＳ７４で算出される回転変動パラメータＭＥＴＲＭに応じて燃焼安定性補正係数αｐｏｓｔを算出する。具体的には、回転変動パラメータＭＥＴＲＭと、所定閾値ＭＥＴＲＭＸ１及びＭＥＴＲＭＸ２（＜ＭＥＴＲＭＸ１）とを比較し、ＭＥＴＲＭ＞ＭＥＴＲＭＸ１であるとき燃焼安定性補正係数αｐｏｓｔを所定量Ｄαだけ増加させ、ＭＥＴＲＭ＜ＭＥＴＲＭＸ２であるとき燃焼安定性補正係数αｐｏｓｔを所定量Ｄαだけ減少させる。ただし、燃焼安定性補正係数αｐｏｓｔは、０以上１以下となるようにリミット処理を施す。これにより、燃焼安定性補正係数αｐｏｓｔは、エンジンの回転変動が大きくなるほど、換言すれば燃焼が不安定化するほど、大きな値に設定される。

ステップＳ７６では、下記式（４）によりステップＳ７２で算出したポスト噴射量Ｑｐｏｓｔを補正するとともに、下記式（５）によりメイン噴射量Ｑｍａｉｎをポスト噴射量Ｑｐｏｓｔだけ減量する。
Ｑｐｏｓｔ＝αｐｏｓｔ×Ｑｐｏｓｔ （４）
Ｑｍａｉｎ＝Ｑｍａｉｎ−Ｑｐｏｓｔ （５）
ポスト噴射量Ｑｐｏｓｔを燃焼安定性補正係数αｐｏｓｔで補正することにより、燃焼が不安定化するほど、ポスト噴射量Ｑｐｏｓｔが増量され、メイン噴射量Ｑｍａｉｎが減量される。これにより、所定低負荷領域において、燃焼の不安定化を抑制することができる。

ステップＳ７３で、エンジン運転状態が所定低負荷領域にないときは、所定高負荷領域、すなわち図２に示す第４運転領域にあるか否かを判別する（ステップＳ７７）。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、検出したＤＰＦ温度ＴＤＰＦに応じて図８に示すβｐｏｓｔテーブルを検索し、ＤＰＦ連続再生係数βｐｏｓｔを算出する（ステップＳ７８）。βｐｏｓｔテーブルは、ＤＰＦ温度ＴＤＰＦが高くなるほど、ＤＰＦ連続再生係数βｐｏｓｔが減少するように設定されている。ただし、ＤＰＦ温度ＴＤＰＦが第１所定温度Ｔ１（例えば２５０℃）以下であるときは、ＤＰＦ連続再生係数βｐｏｓｔは、「１．０」に設定され、第２所定温度Ｔ２（例えば４００℃）以上であるときは、「０」に近い所定値に設定される。ＤＰＦ温度ＴＤＰＦが第２所定温度Ｔ２以上であるときは、ＤＰＦ１１に堆積した粒子状物質が連続的に燃焼するので、粒子状物質の堆積量の増加を考慮する必要がなく、ポスト噴射量は最小限で足りる。ＤＰＦ温度ＴＤＰＦが、第２所定温度より低いときは、粒子状物質が連続的に燃焼するわけではないので、ＤＰＦ温度ＴＤＰＦが低下するほど、ＤＰＦ連続再生係数βｐｏｓｔが増加するように設定される。これにより、所定高負荷領域における粒子状物質の排出量を効果的に抑制することができる。

ステップＳ７９では、下記式（６）によりポスト噴射量Ｑｐｏｓｔを補正するとともに、前記式（５）によりメイン噴射量Ｑｍａｉｎを補正する。
Ｑｐｏｓｔ＝βｐｏｓｔ×Ｑｐｏｓｔ （６）
ステップＳ７７でエンジン運転状態が所定高負荷領域にないときは、ポスト噴射量Ｑｐｏｓｔを「０」に設定して（ステップＳ８０）、本処理を終了する。したがって、エンジン運転状態が所定低負荷領域または所定高負荷領域のいずれにもないときは、すなわち図２の第２及び第３運転領域にあるときは、ポスト噴射は実行されない。

以上のように本実施形態では、ポスト噴射を実行する運転領域を最小限の範囲に限定したので、ポスト噴射を行うことによる潤滑オイルの希釈化を抑制することができる。また、第１運転領域においてポスト噴射を行うことにより、燃焼変動（燃焼の不安定化）を抑制することができ、第４運転領域においてポスト噴射を行うことにより、粒子状物質の排出量を抑制することができる。

本実施形態では、アクセルセンサ２６及びクランク角度位置センサ２７が運転状態検出手段に相当し、クランク角度位置センサ２７が燃焼変動検出手段の一部を構成する。またＥＣＵ２０が、再生時期決定手段、燃料噴射量制御手段、燃焼変動検出手段の一部を構成する。具体的には、図６のステップＳ５０が再生時期決定手段に相当し、図７のステップＳ７２，Ｓ７３，Ｓ７５〜Ｓ８０が燃料噴射量制御手段に相当し、同図のステップＳ７４が燃焼変動検出手段の一部に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、燃焼安定性補正係数αｐｏｓｔをエンジン１の回転変動を示す回転変動パラメータＭＥＴＲＭに応じて算出するようにしたが、燃焼室内の圧力（筒内圧）ＰＣＹＬを検出する筒内圧センサを少なくとも１つの気筒に設け、検出筒内圧ＰＣＹＬから図示平均有効圧力Ｐｍｉ及びその変動率ＲＤＰｍｉを算出し、Ｐｍｉ変動率ＲＤＰｍｉに応じて、燃焼安定性補正係数αｐｏｓｔを設定するようにしてもよい。この場合、燃焼安定性補正係数αｐｏｓｔは、Ｐｍｉ変動率ＲＤＰｍｉが増加するほど、増加するように設定する。なお、Ｐｍｉ変動率ＲＤＰｍｉは、所定サンプル数の図示平均有効圧検出データの標準偏差を平均値で除算することにより算出される。

また上述した実施形態では、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを還元するために空燃比リッチ化運転を行う場合に本発明を適用する例を示したが、例えばＮＯｘ吸収触媒がいわゆる硫黄被毒した場合において、ＳＯｘを除去するために、空燃比リッチ化運転（ＮＯｘ吸収触媒の再生処理）を行うときに、本発明を適用してもよい。この場合、再生処理の実行時期は、例えば以下のように決定される。エンジン１の運転時間の積算値ＴＯＰＡＣＣ（再生処理を実行したとき「０」にリセットされる）が所定積算運転時間ＴＯＰＡＣＴＨに達したとき、あるいはエンジン１により駆動される車両の走行距離ＤＲＡＣＣ（再生処理を実行したとき「０」にリセットされる）が所定走行距離ＤＲＡＣＴＨに達したときが、再生処理の実行時期とされる。

また上述した実施形態では、図２に示す第１運転領域及び第４運転領域の両方で、ポスト噴射を実行するようにしたが、いずれか一方のみでポスト噴射を実行するようにしてもよい。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの排気浄化装置としても適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 機関回転速度（ＮＥ）及び機関負荷に応じた機関運転領域を示す図である。 機関出力トルク（ＴＲＱＯＵＴ）と、粒子状物質排出量（Ｑｓｏｏｔ）及びＰｍｉ変動率（ＲＤＰｍｉ）との関係を示す図である。 吸気制御処理のフローチャートである。 吸気制御処理のフローチャートである。 燃料噴射制御処理のフローチャートである。 燃料噴射制御処理のフローチャートである。 図７の処理で参照されるテーブルを示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１２ 燃料噴射弁
２０ 電子制御ユニット（再生時期決定手段、燃焼変動検出手段、燃料噴射量制御手段）
２６ アクセルセンサ（運転状態検出手段）
２７ クランク角度位置センサ（運転状態検出手段、燃焼変動検出手段）

Claims (2)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、排気が酸化雰囲気にあるとき排気中のＮＯｘを吸収し、排気が還元雰囲気にあるとき吸収したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸収触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘまたはＳＯｘを還元して前記ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行う再生時期を決定する再生時期決定手段と、
   前記機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記再生時期において、前記運転状態検出手段により検出された運転状態が所定低負荷運転状態または所定高負荷運転状態であるときは、ポスト噴射により排気を還元雰囲気に変化させ、前記検出された運転状態が前記所定低負荷運転状態及び所定高負荷運転状態以外の運転状態であるときは、ポスト噴射を実行しないように制御する燃料噴射量制御手段と、
   前記機関の燃焼変動を検出する燃焼変動検出手段とを備え、
   前記燃料噴射制御手段は、前記検出された運転状態が前記所定低負荷運転状態であるときは、検出した燃焼変動に応じて前記ポスト噴射を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記排気系には、排気中の粒子状物質を捕集する粒子状物質フィルタが設けられ、前記燃料噴射制御手段は、前記検出された運転状態が前記所定高負荷運転状態であるときは、前記粒子状物質フィルタの温度に応じて前記ポスト噴射を実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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