JP3674507B2 - 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、内燃機関から排出される排気中のＮＯxを浄化する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気（所謂、リーン空燃比の混合気）を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・ガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する技術が望まれている。
【０００３】
このような要求に対し、内燃機関の排気系にリーンＮＯx触媒を配置する技術が提案されている。リーンＮＯx触媒の一つとして、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒素（Ｎ2）に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒が知られている。
【０００４】
吸蔵還元型ＮＯx触媒が内燃機関の排気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収され、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出されつつ窒素（Ｎ2）に還元される。
【０００５】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力には限りがあるため、内燃機関が長期にわたって希薄燃焼運転されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒によって除去されることなく大気中に放出されることになる。
【０００６】
従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒を希薄燃焼式内燃機関に適用する場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和する前に該吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を低下させる、所謂リッチスパイク制御を実行することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【０００７】
リッチスパイク制御の具体的な方法としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流を流れる排気中に還元剤たる燃料を添加する方法を例示することができる。
【０００８】
尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流の排気中に還元剤を添加する場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）に応じて還元剤の添加量を正確に制御することも重要である。
【０００９】
これは、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）に対して還元剤の添加量が過剰に多くされると余剰の還元剤が大気中に放出されることになり、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）に対して還元剤の添加量が不足すると吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が浄化されずに大気中に放出されることになるからである。
【００１０】
このような問題に対し、従来では、特許第２８４５０５６号公報に記載されたような内燃機関の排気浄化装置が提案されている。この公報に記載された内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒において排気中の酸素と反応して消費される還元剤の量と吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を還元するために必要となる還元剤の量とを考慮して、還元剤の添加量を決定することにより、還元剤の過剰供給や供給不足を防止、以て還元剤や窒素酸化物（ＮＯx）の大気中への放出による排気エミッションの悪化を抑制しようとするものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＮＯx触媒に還元剤の添加が行われるのは、エミッション等の要求からＮＯx触媒の温度や内燃機関の運転状態が所定の条件を満たしているときだけである。従って、所定の条件を満たさない状態が続くと、ＮＯx触媒にＮＯxが吸蔵され続ける。
【００１２】
このようにしてＮＯxが吸蔵され続けたＮＯx触媒に還元剤の添加を行うと、還元剤添加を開始した直後は吸蔵されていたＮＯxが多量に放出される。このためＮＯx吸蔵量が少ないＮＯx触媒の還元を行うときに比較して多量の還元剤を必要とする。このときに還元剤が不足すると、還元されないＮＯxが大気中へ放出される虞れがある。
【００１３】
そこで、ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの量に基づいて還元剤添加量を変更し、ＮＯxの放出量に見合った還元剤を添加することが重要となる。
【００１４】
本発明は、上記したような種々の問題に鑑みてなされたものであり、リーンＮＯx触媒とリッチスパイク制御とを組み合わせて排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx吸蔵量を考慮した還元剤添加を行うことができる技術を提供することにより、還元剤の供給不足などに起因した排気エミッションの悪化を防止することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。即ち、第１の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に設けられ、前記還元剤の存在下で排気中のＮＯx成分を浄化するＮＯx浄化触媒と、前記排気通路を流通する排気中に還元剤を供給する還元剤供給機構と、前記還元剤供給機構の還元剤供給停止後からの経過時間を検出する経過時間検出手段と、前記経過時間検出手段により検出された経過時間が所定時間よりも長い場合は、この経過時間が前記所定時間以下の場合よりも、前記還元剤供給機構によって供給する還元剤の量を増量し、且つ、前記経過時間検出手段により検出された経過時間に基づいて還元剤の増量分を決定する供給量増量手段と、を具備することを特徴とする。
【００１６】
前記供給量増量手段は、前記経過時間検出手段により検出された経過時間が長いほど還元剤の供給量を増量することを特徴とする。
【００１７】
前記供給量増量手段は所定量以上の増量は行わないことを特徴とする。
【００１８】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx浄化触媒へ還元剤を供給する必要が生じたときに、還元剤供給機構はＮＯx浄化触媒より上流の排気通路へ還元剤を供給する。
【００１９】
排気通路に供給された還元剤は、排気通路の上流から流れてくる排気とともにＮＯx浄化触媒へ流入する。この場合、ＮＯx浄化触媒は、還元剤を利用して排気中の有害ガス成分を還元及び浄化することになる。
【００２０】
一方、経過時間検出手段は、前記還元剤供給機構が前回の還元剤の供給を行いその後供給を停止したときからの経過時間を検出する。この経過時間が長いほどＮＯx浄化触媒にはＮＯxが多く吸蔵されている。
【００２１】
従って、供給量増量手段は、経過時間検出手段により検出された経過時間に基づいて還元剤の供給量を増量し、還元剤供給機構はＮＯx浄化触媒に吸蔵されたＮＯx量に見合った還元剤を排気中へ供給することが可能となる。
【００２２】
還元剤の供給量の増量には、１回の供給量を増量する方法や、供給間隔を狭くする方法等を例示することができる。
【００２３】
また、ＮＯx浄化触媒に所定量以上の還元剤の供給を行うと、還元剤の一部がＮＯxの還元に使用されずにＮＯx浄化触媒を通過し大気中へ放出される虞れがあるため、所定量以上の還元剤の供給は行わないこととした。
【００２４】
前記課題を解決するための、第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存在下で排気中のＮＯx成分を浄化するＮＯx浄化触媒と、前記排気通路を流通する排気中に前記還元剤を供給する還元剤供給機構と、前記還元剤供給機構の還元剤供給停止後からの前記ＮＯx浄化触媒に吸蔵されたＮＯxの量を算出するＮＯx吸蔵量算出手段と、前記ＮＯｘ吸蔵量算出手段により算出されたＮＯ x 吸蔵量が閾値よりも多い場合は、このＮＯｘ吸蔵量が前記閾値以下の場合よりも、前記還元剤供給機構によって供給する還元剤の量を増量し、且つ、前記ＮＯ x 吸蔵量算出手段により算出されたＮＯ x 吸蔵量に基づいて還元剤の増量分を決定する供給量増量手段と、を具備することを特徴とする。
【００２５】
前記供給量増量手段は、前記ＮＯx吸蔵量算出手段により算出されたＮＯx吸蔵量が多いほど還元剤の供給量を増量することができる。
【００２６】
前記供給量増量手段は所定量以上の還元剤供給量の増量は行わないようにすることができる。
【００２７】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、第１の発明と比較しＮＯx供給量を増量する判断基準が相違する。第１の発明においては、前回の還元剤の供給時からの経過時間に基づいて還元剤供給量を増量したが、第２の発明においては、ＮＯx浄化触媒に吸蔵されたＮＯxの量に基づいて還元剤供給量を増量する。
【００２８】
ここで、ＮＯx浄化触媒に吸蔵されたＮＯxの量は例えば内燃機関の負荷及び回転数に基づいて予め求められた数値マップにより算出することができる。
【００２９】
前記供給量増量手段は、還元剤が複数回に亘って供給されるときの供給の間隔を短くして、還元剤の供給回数を増加させることにより、全体として還元剤の供給量を増量させることができる。
【００３０】
還元剤の供給は複数回に分けて行われることがあるので、一回あたりの供給量を増量しなくても、供給の間隔を短くして供給回数を増加させれば、全体として還元剤の供給量を増量させることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００３２】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００３３】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００３４】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。このコモンレール４には、該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００３５】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６が内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００３６】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００３７】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００３８】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。
【００３９】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、この吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続されている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、該吸気管９内を流通する吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１２とが取り付けられている。
【００４０】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００４１】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。
【００４２】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１０に流入した吸気は、該エアクリーナボックス１０内の図示しないエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００４３】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００４４】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００４５】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００４６】
前記排気管１９の途中には、排気中の有害ガス成分を浄化するための排気浄化触媒２０が配置されている。排気浄化触媒２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３と、該排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４とが取り付けられている。
【００４７】
前記した空燃比センサ２３及び排気温度センサ２４より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁２１が設けられている。この排気絞り弁２１には、ステッパモータ等で構成されて該排気絞り弁２１を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２２が取り付けられている。
【００４８】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００４９】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介して排気浄化触媒２０へ流入し、排気中の有害ガス成分が除去又は浄化される。排気浄化触媒２０にて有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁２１によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【００５０】
また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２５内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を変更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６が設けられている。
【００５１】
前記ＥＧＲ通路２５においてＥＧＲ弁２６より上流の部位には、該ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。
【００５２】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て吸気枝管８へ導かれる。
【００５３】
その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスと所定の冷媒との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却されることになる。
【００５４】
ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００５５】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００５６】
更に、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することもない。
【００５７】
次に、本実施の形態に係る排気浄化触媒２０について具体的に説明する。
【００５８】
排気浄化触媒２０は、還元剤の存在下で排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するＮＯx触媒である。このようなＮＯx触媒としては、選択還元型ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒等を例示することができるが、ここでは吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明する。以下、排気浄化触媒２０を吸蔵還元型ＮＯx触媒２０と称するものとする。
【００５９】
吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明する。
【００６０】
このように構成された吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収する。
【００６１】
一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることができる。
【００６２】
尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸放出作用については明らかにされていない部分もあるが、おおよそ以下のようなメカニズムによって行われていると考えられる。
【００６３】
先ず、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０では、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比がリーン空燃比となって排気中の酸素濃度が高まると、図２（Ａ）に示されるように、排気中の酸素（Ｏ2）がＯ2 -またはＯ2-の形で白金（Ｐｔ）の表面上に付着する。排気中の一酸化窒素（ＮＯ）は、白金（Ｐｔ）の表面上でＯ2 -またはＯ2-と反応して二酸化窒素（ＮＯ2）を形成する（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。二酸化窒素（ＮＯ2）は、白金（Ｐｔ）の表面上で更に酸化され、硝酸イオン（ＮＯ3 -）の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収される。尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収された硝酸イオン（ＮＯ3 -）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）を形成する。
【００６４】
このように吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が硝酸イオン（ＮＯ3-）として吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収される。
【００６５】
上記したようなＮＯx吸収作用は、流入排気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和しない限り継続される。従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和しない限り、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収され、排気中から窒素酸化物（ＮＯx）が除去されることになる。
【００６６】
これに対して、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０では、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下すると、白金（Ｐｔ）の表面上において二酸化窒素（ＮＯ2）の生成量が減少するため、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合していた硝酸イオン（ＮＯ3 -）が逆に二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）となって吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から離脱する。
【００６７】
その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、それらの還元成分が白金（Ｐｔ）上の酸素（Ｏ2 -またはＯ2-）と部分的に反応して活性種を形成する。この活性種は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から放出された二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることになる。
【００６８】
従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となって排気中の酸素濃度が低下するとともに還元剤の濃度が高まると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出及び還元され、以て吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が再生されることになる。
【００６９】
ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【００７０】
特に、内燃機関１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和し易い。
【００７１】
従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和する前に吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【００７２】
これに対し、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０より上流の排気通路を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００７３】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むよう内燃機関１のシリンダヘッドに取り付けられ、所定の開弁圧以上の燃料が印加されたときに開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、この還元剤供給路２９の途中に設けられ該還元剤供給通路２９内を流通する燃料の流量を調整する流量調整弁３０と、この流量調整弁３０より上流の還元剤供給路２９に設けられて該還元剤供給路２９内の燃料の流通を遮断する遮断弁３１と、前記流量調整弁３０より上流の還元剤供給路２９に取り付けられ該還元剤供給路２９内の圧力に対応した電気信号を出力する還元剤圧力センサ３２と、を備えている。
【００７４】
尚、還元剤噴射弁２８は、該還元剤噴射弁２８の噴孔が排気枝管１８におけるＥＧＲ通路２５との接続部位より下流であって、排気枝管１８における４つの枝管の集合部に最も近い気筒２の排気ポートに突出するとともに、排気枝管１８の集合部へ向くようシリンダヘッドに取り付けられることが好ましい。
【００７５】
これは、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤（未燃の燃料成分）がＥＧＲ通路２５へ流入するのを防止するとともに、還元剤が排気枝管１８内に滞ることなく遠心過給機のタービンハウジング１５ｂへ到達するようにするためである。
【００７６】
尚、図１に示す例では、内燃機関１の４つの気筒２のうち１番（＃１）気筒２が排気枝管１８の集合部と最も近い位置にあるため、１番（＃１）気筒２の排気ポートに還元剤噴射弁２８が取り付けられているが、１番（＃１）気筒２以外の気筒２が排気枝管１８の集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒２の排気ポートに還元剤噴射弁２８が取り付けられるようにする。
【００７７】
また、前記還元剤噴射弁２８は、シリンダヘッドに形成された図示しないウォータージャケットを貫通、あるいはウォータージャケットに近接して取り付けられるようにし、前記ウォータージャケットを流通する冷却水を利用して還元剤噴射弁２８が冷却されるようにしてもよい。
【００７８】
このような還元剤供給機構では、流量調整弁３０が開弁されると、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達すると、該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００７９】
還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気ととともにタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂ内に流入した排気と還元剤とは、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に混合され、リッチ空燃比の排気を形成する。
【００８０】
このようにして形成されたリッチ空燃比の排気は、タービンハウジング１５ｂから排気管１９を介して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ窒素（Ｎ2）に還元することになる。
【００８１】
その後、流量調整弁３０が閉弁されて燃料ポンプ６から還元剤噴射弁２８への還元剤の供給が遮断されると、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が前記開弁圧未満となり、その結果、還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止されることになる。
【００８２】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００８３】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、還元剤圧力センサ３２、クランクポジションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００８４】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、遮断弁３１等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００８５】
ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すように、双方向性バス３５０によって相互に接続された、ＣＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バックアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備えている。
【００８６】
前記入力ポート３５６は、クランクポジションセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００８７】
前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、還元剤圧力センサ３２、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６、等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのＡ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００８８】
前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、遮断弁３１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、あるいは遮断弁３１へ送信する。
【００８９】
前記ＲＯＭ３５２は、燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁２１を制御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するためのＮＯx浄化制御ルーチン、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の酸化物による被毒を解消するための被毒解消制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【００９０】
前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気絞り弁２１の目標開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と還元剤の目標添加量（もしくは、排気の目標空燃比）との関係を示す還元剤添加量制御マップ、還元剤の目標添加量と流量調整弁３０の開弁時間との関係を示す流量調整弁制御マップ、還元剤供給停止後からの経過時間とＮＯx吸蔵量との関係を示すＮＯx吸蔵量算出マップ、ＮＯx吸蔵量と還元剤供給量を増量するための補正係数との関係を示す還元剤供給量補正係数算出マップ等である。
【００９１】
前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００９２】
前記バックアップＲＡＭ３５４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００９３】
前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御、ＮＯx浄化制御、被毒解消制御等を実行する。
【００９４】
例えば、燃料噴射弁制御では、ＣＰＵ３５１は、先ず、燃料噴射弁３から噴射される燃料量を決定し、次いで燃料噴射弁３から燃料を噴射する時期を決定する。
【００９５】
燃料噴射量を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射量制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料燃料噴射量（基本燃料噴射時間）を算出する。ＣＰＵ３５１は、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、水温センサ３４等の出力信号値等に基づいて前記基本燃料噴射時間を補正し、最終的な燃料噴射時間を決定する。
【００９６】
燃料噴射時期を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射開始時期制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料噴射時期を算出する。ＣＰＵ３５１は、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、水温センサ３４等の出力信号値をパラメータとして前記基本燃料噴射時期を補正し、最終的な燃料噴射時期を決定する。
【００９７】
燃料噴射時間と燃料噴射時期とが決定されると、ＣＰＵ３５１は、前記燃料噴射時期とクランクポジションセンサ３３の出力信号とを比較し、前記クランクポジションセンサ３３の出力信号が前記燃料噴射開始時期と一致した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始する。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始した時点からの経過時間が前記燃料噴射時間に達した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を停止する。
【００９８】
尚、燃料噴射制御において内燃機関１の運転状態がアイドル運転状態にある場合は、ＣＰＵ３５１は、水温センサ３４の出力信号値や、車室内用空調装置のコンプレッサのようにクランクシャフトの回転力を利用して作動する補機類の作動状態等をパラメータとして内燃機関１の目標アイドル回転数を算出する。そして、ＣＰＵ３５１は、実際のアイドル回転数が目標アイドル回転数と一致するよう燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００９９】
また、吸気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数及びアクセル開度に対応した目標吸気絞り弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標吸気絞り弁開度に対応した駆動電力を吸気絞り用アクチュエータ１４に印加する。その際、ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁１３の実際の開度を検出して、実際の吸気絞り弁１３の開度と目標吸気絞り弁開度との差分に基づいて前記吸気絞り用アクチュエータ１４をフィードバック制御するようにしてもよい。
【０１００】
また、排気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、内燃機関１が冷間始動後の暖機運転状態にある場合や、車室内用ヒータが作動状態にある場合などに排気絞り弁２１を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用アクチュエータ２２を制御する。
【０１０１】
この場合、内燃機関１の負荷が増大し、それに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結果、内燃機関１の発熱量が増加し、内燃機関１の暖機が促進されるとともに、車室内用ヒータの熱源が確保される。
【０１０２】
また、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、水温センサ３４の出力信号（冷却水温度）、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）等を読み出し、ＥＧＲ制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。
【０１０３】
上記したＥＧＲ制御実行条件としては、冷却水温度が所定温度以上にある、内燃機関１が始動時から所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度の変化量が正値である等の条件を例示することができる。
【０１０４】
上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していると判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、機関回転数とアクセル開度とをパラメータとしてＥＧＲ弁開度制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した目標ＥＧＲ弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標ＥＧＲ弁開度に対応した駆動電力をＥＧＲ弁２６に印加する。一方、上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していないと判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を全閉状態に保持すべく制御する。
【０１０５】
更に、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、内燃機関１の吸入空気量をパラメータとしてＥＧＲ弁２６の開度をフィードバック制御する、いわゆるＥＧＲ弁フィードバック制御を行うようにしてもよい。
【０１０６】
ＥＧＲ弁フィードバック制御では、例えば、ＣＰＵ３５１は、アクセル開度や機関回転数等をパラメータとして内燃機関１の目標吸入空気量を決定する。その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気量との関係を予めマップ化しておき、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出されるようにしてもよい。
【０１０７】
上記した手順により目標吸入空気量が決定されると、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されたエアフローメータ１１の出力信号値（実際の吸入空気量）を読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量とを比較する。
【０１０８】
前記した実際の吸入空気量が前記目標吸入空気量より少ない場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量閉弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が減少し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が減少することになる。その結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが減少した分だけ増加する。
【０１０９】
一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量より多い場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量開弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が増加し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が増加する。この結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが増加した分だけ減少することになる。
【０１１０】
次に、ＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチ空燃比とする、リッチスパイク制御を実行する。
【０１１１】
リッチスパイク制御では、ＣＰＵ３５１は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性状態にあるか、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下であるか、被毒解消制御が実行されていないか、等の条件を例示することができる。
【０１１２】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく流量調整弁３０を制御することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【０１１３】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、燃料噴射量等を読み出す。更に、ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標リッチ空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【０１１４】
続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量をパラメータとしてＲＯＭ３５２の流量調整弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる流量調整弁３０の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【０１１５】
流量調整弁３０の目標開弁時間が算出されると、ＣＰＵ３５１は、流量調整弁３０を開弁させる。この場合、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ供給されるため、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達し、還元剤噴射弁２８が開弁する。
【０１１６】
ＣＰＵ３５１は、流量調整弁３０を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、流量調整弁３０を閉弁させる。この場合、燃料ポンプ６から還元剤噴射弁２８への還元剤の供給が遮断されるため、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧未満となり、還元剤噴射弁２８が閉弁する。
【０１１７】
このように流量調整弁３０が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標リッチ空燃比の混合気を形成して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する。
【０１１８】
この結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返すことになり、以て、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が窒素酸化物（ＮＯx）の吸収と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【０１１９】
本実施の形態では、燃料の増量を流量調整弁３０の開弁時間を延長して実現している。しかし、一回あたりの流量調整弁３０の開弁時間を変更せずに、流量調整弁３０の開弁間隔を短くすることによっても同様の効果を得ることができる。また、流量調整弁３０の開弁間隔は予めマップ化したものをＲＯＭ３５２に記憶させておけばよい。
【０１２０】
次に、本実施の形態における還元剤供給量増量方法について説明する。
【０１２１】
図４は、本発明に係る還元剤供給量増量方法を表すフローチャートである。
【０１２２】
ステップ１０１においては、還元剤たる燃料の添加を行うリッチスパイク制御実行の可否について判定される。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性状態にあるか、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下であるか、被毒解消制御が実行されていないか、等の条件を例示することができる。これらの実行条件を満たしていると判定された場合は、ステップ１０２へ進み、実行条件を満たしていないと判定された場合は、ステップ１１１へ進む。
【０１２３】
ステップ１０２においては、前回のリッチスパイク制御終了から現在までの経過時間が所定時間以上であるか否か判定される。前回のリッチスパイク制御終了からの経過時間はＲＡＭ３５３に蓄積され記憶される。
【０１２４】
経過時間が所定時間以上でない場合は、ＮＯx触媒２０から放出されるＮＯxの量は通常の燃料添加量で還元できる量なので、通常の燃料添加量でＮＯxの還元を行うか否かを判定するためにステップ１１３へ進む。
【０１２５】
一方、前回のリッチスパイク制御終了からの経過時間が所定時間よりも長い場合は、ＮＯx触媒２０にＮＯxが多量に吸蔵されているため、リッチスパイク制御を実行するとＮＯx触媒２０から多量にＮＯxが放出され、通常の燃料添加量では不足してしまう。そこで添加する燃料量を補正して、燃料の不足を補うためにステップ１０３へ進む。
【０１２６】
ステップ１１３では、経過時間が所定時間に達しているか否か判定される。所定時間に達している場合は、ＮＯx触媒２０からＮＯxの放出が必要なためステップ１１４に進む。否定判定の場合には、ＮＯx触媒２０は、まだＮＯxの吸蔵を行うことができるのでリッチスパイク制御を行わずにステップ１１１に進む。
【０１２７】
ステップ１１４では、前記した通常のリッチスパイク制御を実行しＮＯxの還元を行い、その後、ステップ１０９へ進む。
【０１２８】
ステップ１０３では、燃料添加量の増量を行う実行回数を算出する。経過時間が長いと、ＮＯx触媒２０に吸蔵されたＮＯxの量が多くなり、一回のリッチスパイク制御で総てのＮＯxを放出させることは困難となる。また、ＮＯx触媒２０に所定量以上の燃料の添加を行うと、燃料の一部がＮＯxの還元に使用されずにＮＯx触媒２０を通過し大気中へ放出される虞れがある。そこで、本実施の形態では、複数回に分けて添加燃料の増量を行うこととした。この増量を行う回数は、ＲＡＭ３５３に記憶されている前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間を、予め定めておいた図６に示す前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間と燃料添加量の増量回数との関係に代入して算出される。増量回数は、前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間が所定時間以上のときに、経過時間に応じて増加する。しかし、添加燃料の増量を行う回数が多いと、燃料添加制御中に車両の運転状態等が燃料添加実行条件から外れてしまう虞があるため、所定回数以上の増量は行わないこととした。
【０１２９】
算出された燃料添加量の増量を行う回数は、ＲＡＭ３５３に記憶される。このように増量を行う回数が記憶されたＲＡＭ３５３の領域を本実施の形態では、「カウンタ」と称し、ＲＡＭ３５３に増量を行う回数を記憶させることを「カウンタにセットする」と称する。
【０１３０】
ステップ１０４では、ＲＡＭ３５３に記憶されている燃料添加量の増量を行った回数が０よりも大きいか否か判定される。０よりも大きいと判定された場合は、燃料の増量を行うべくステップ１０５に進む。
【０１３１】
否定判定がなされた場合は、添加量の増量を行う必要がないので、ステップ１１３に進む。
【０１３２】
ステップ１０５では、経過時間が所定時間以上であるか否か判定される。ここでの所定時間はステップ１０２の判定条件として用いられた所定時間よりも短い。そして、所定時間は、機関回転数（クランクポジションセンサ３３からの出力パルス）と機関負荷（アクセル開度センサ３６からの出力信号）と所定時間とをパラメータとして、予め定められたマップにより算出される。
【０１３３】
経過時間が短いときにリッチスパイク制御を行うと、ＮＯx触媒２０に所定量以上の燃料の添加を行うのと同様に、燃料の一部がＮＯxの還元に使用されずにＮＯx触媒２０を通過し大気中へ放出される虞れがある。そのため、経過時間が所定時間を経過した後にリッチスパイク制御を行うこととした。
【０１３４】
経過時間が所定時間以上である場合は、リッチスパイク制御を行うためにステップ１０６に進む。否定判定の場合には、ステップ１１１に進む。
【０１３５】
ステップ１０６では、燃料添加量を補正する補正量の算出を行う。リッチスパイク制御が行われていなかった時間に基づいて燃料添加量を補正し増量することにより通常の燃料添加量で不足する燃料を補う。実際に添加される燃料の添加量は次式により求めることができる。
【０１３６】
補正燃料添加量＝通常燃料添加量×補正係数
ここで、通常燃料添加量はステップ１１４のリッチスパイク制御で添加される燃料の量と同じである。また、燃料添加量の補正係数は、ＲＡＭ３５３に記憶されている前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間を、予め定めておいた図５に示す前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間と燃料添加量の補正係数との関係に代入して算出される。
【０１３７】
この補正燃料添加量に基づいて、ステップ１０７でリッチスパイク制御を行う。
【０１３８】
補正係数は、前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間が所定時間以上のときに、経過時間に応じて増加する。しかし、ＮＯx触媒２０に所定量以上の燃料の添加を行うと、燃料の一部がＮＯxの還元に使用されずにＮＯx触媒２０を通過し大気中へ放出される虞れがあるため、補正係数に上限値を設定して所定量以上の燃料の添加は行わないこととした。
【０１３９】
ステップ１０８では、ＣＰＵ３５１はカウンタから１を減算し、新たにこの計算結果をカウンタにセットする。
【０１４０】
ステップ１０９では、ＲＡＭ３５３に記憶されている経過時間をリセットする。
【０１４１】
ステップ１１０では、今回のリッチスパイク制御中にＮＯx触媒２０に吸蔵されたＮＯxが、吸蔵されるのに必要とされる時間を考慮して次回のリッチスパイク制御を行うために、ＮＯx吸蔵時間を算出する。このとき、単にリッチスパイク制御が実行されていた時間を計測したのでは、ＮＯx触媒２０の床温によって吸蔵されるＮＯx量が変動するため、排気の温度でリッチスパイク制御実行時間を補正することとした。こうすることにより、実際に吸蔵されたＮＯx量に見合ったＮＯx吸蔵時間を算出することができる。
【０１４２】
この時間は次式により算出することができる。
【０１４３】
ＮＯx吸蔵時間＝リッチスパイク制御実行時間×経過時間補正係数
ここで、リッチスパイク制御実行時間は、リッチスパイク制御実行開始と同時にＲＡＭ３５３に実行開始後の経過時間を蓄積し記憶させておくことにより求めることができる。また、経過時間補正係数は、排気温度センサ２４により検出された温度を、排気の温度と経過時間補正係数との関係を示す図７に代入することにより算出される。ここで、ＮＯx触媒２０の床温が所定温度のときにＮＯxの吸蔵量が一番多く、所定温度から高く、若しくは低くなるに従って吸蔵量が低下する。このようにリッチスパイク制御中にはＮＯx触媒２０の温度が上昇しているためＮＯxの吸蔵量が変動するので、ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度をＮＯx触媒２０の床温に代用し、この温度に基づいて補正を行うこととした。
【０１４４】
ここで、求められたＮＯx吸蔵時間は、他のステップで判定条件として用いられる所定時間の修正に用いられる。新たに設定される所定時間は次式により算出することができる。
【０１４５】
所定時間＝基本所定時間＋ＮＯx吸蔵時間
ここで、基本所定時間は予め定めてあった所定の時間でＲＯＭ３５２にマップとして記憶されているものである。
【０１４６】
同じ経過時間でもＮＯx吸蔵時間が長くなると、ＮＯx触媒２０に吸蔵されるＮＯx量が多くなるため、燃料添加時にＮＯxの放出量が多くなる。そこで、ＮＯx吸蔵時間が長くなるにつれて、判定条件に用いられる所定時間を長くすることにより燃料添加の間隔を長くした。このようにして増加したＮＯx量に見合った添加間隔でリッチスパイク制御を行うことができる。
この計算により修正された所定時間はＲＡＭ３５３に記憶され、次回からの判定条件として用いられる。
【０１４７】
ステップ１１１では、新たにＲＡＭ３５３に記憶させる経過時間を算出する。この経過時間は、次式により算出される。
【０１４８】
経過時間（ｉ）＝経過時間（ｉ−１）＋燃料添加制御実行間隔
ここで、燃料添加制御実行間隔は、リッチスパイク制御が行われる間隔である。
【０１４９】
ステップ１１２では、燃料添加量の増量回数を表すカウンタが０であるか否か、又は、還元剤たる燃料の添加を行うリッチスパイク制御実行条件が不成立か否か判定される。
【０１５０】
通常の添加量でリッチスパイク制御を行われたときは、カウンタが０であるので本ルーチンを終了する。燃料添加量の増量が行われたときは、ステップ１０３で算出された回数だけ添加量を増量したリッチスパイク制御が行われるとカウンタが０となり、本ルーチンを終了する。
【０１５１】
また、本ルーチンを実行中に燃料添加実行条件から外れた場合には一旦ルーチンを終了する。このときの判定条件は、ステップ１０１でなされたものと共通である。
【０１５２】
このようにしてリッチスパイク制御が行われなかった時間に基づいて燃料添加量を補正し、ＮＯx触媒２０のＮＯx放出量見合った燃料添加を行うことができる。
【０１５３】
このことにより、添加する燃料の不足による大気中へのＮＯx放出を防止することができる。
＜第２の実施の形態＞
以下、第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について説明する。
【０１５４】
この実施の形態は第１の実施の形態と比較して以下の点で相違する。
【０１５５】
第１の実施の形態においては、燃料の添加量を補正する判断基準をリッチスパイク制御が行われなかった時間としたが、本実施の形態においては、ＮＯx触媒２０に吸蔵されたＮＯxの量を基準として燃料添加量を補正する。
【０１５６】
その他の構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【０１５７】
図８は、本発明に係る還元剤供給量増量方法を表すフローチャートである。
【０１５８】
ステップ２０１においては、還元剤たる燃料の添加を行うリッチスパイク制御の実行の可否について判定する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。これらの実行条件を満たしている場合は、ステップ２０２へ進み、実行条件を満たしていない場合は、ステップ２１０へ進む。
【０１５９】
ステップ２０２においては、前回のリッチスパイク制御終了からのＮＯx吸蔵量が閾値よりも多いか否か判定される。前回のリッチスパイク制御終了からのＮＯx吸蔵量は、内燃機関１の負荷（アクセル開度センサ３６からの信号）と回転数（クランクポジションセンサ３３から発生するパルス）に基づいて予めＲＯＭ３５２に格納した数値マップを使用して算出される。
【０１６０】
ＮＯx吸蔵量が閾値以下の場合は、ＮＯx触媒２０から放出されるＮＯxの量は通常の燃料添加量で還元できる量なので、通常の燃料添加量でＮＯxの還元を行うためにステップ２１４へ進む。
【０１６１】
前回のリッチスパイク制御終了からのＮＯx吸蔵量が閾値よりも多い場合は、ＮＯx触媒２０から放出されるＮＯx量が多くなり、通常の燃料添加量では不足してしまう。そこで添加する燃料量を補正して、燃料の不足を補うためにステップ２０３へ進む。
【０１６２】
ステップ２１４では、ＲＡＭ３５３に通常の添加量でリッチスパイク制御を行う旨の数値をＲＡＭ３５３に記憶させる。本実施の形態では、このことを「通常添加ＯＮ」と称している。
【０１６３】
ステップ２１５では、前回のリッチスパイク制御終了からのＮＯx吸蔵量が閾値と等しいか否か判定を行う。ここで、判定条件として用いる閾値はステップ２０２で使用したものと共通である。
【０１６４】
ＮＯx吸蔵量が閾値と等しい場合は、通常の燃料添加量にてリッチスパイク制御を行うべくステップ２１６に進む。否定判定の場合は、ＮＯx触媒２０は、まだＮＯxの吸蔵を行うことができるのでリッチスパイク制御を行わずにステップ２１０に進む。
【０１６５】
ステップ２１６では、通常の添加量でリッチスパイク制御を実行し、ＮＯxの還元を行い、その後、ステップ２１０に進む。
【０１６６】
ステップ２０３では、ＲＡＭ３５３に添加量を増量してリッチスパイク制御を行わない旨の数値をＲＡＭ３５３に記憶させる。本実施の形態では、このことを「通常添加ＯＦＦ」と称している。
【０１６７】
ステップ２０４では、ＮＯx触媒２０に吸蔵されているＮＯx量が閾値よりも多いか否か判定される。ここで、閾値は、ステップ２０２の閾値よりも少なく、燃料添加量を増量しなくても還元を行えるＮＯx吸蔵量を表す数値である。
【０１６８】
ＮＯx吸蔵量が閾値よりも大きい場合は、燃料添加量を増量してリッチスパイク制御を行うべくステップ２０５に進む。否定判定の場合には、添加量の増量は必要ないので、通常の添加量でリッチスパイク制御を行うべくステップ２１４に進む。
【０１６９】
ステップ２０５では、前回の添加を行ったときからの経過時間が、所定時間に達しているか否か判定される。ここで、所定時間は、機関回転数（クランクポジションセンサ３３からの出力パルス）と機関負荷（アクセル開度センサ３６からの出力信号）と所定時間とをパラメータとして、予め定められたマップにより算出される。また、経過時間は、ＲＡＭ３５３に蓄積され記憶される。
【０１７０】
経過時間が短いときにリッチスパイク制御を行うと、ＮＯx触媒２０に所定量以上の燃料の添加を行うのと同様に、燃料の一部がＮＯxの還元に使用されずにＮＯx触媒２０を通過し大気中へ放出される虞れがある。そのため、経過時間が所定時間を経過した後にリッチスパイク制御を行うこととした。
【０１７１】
経過時間が所定時間に達している場合は、リッチスパイク制御を行うためにステップ２０６に進む。否定判定の場合には、ステップ２０９に進む。
【０１７２】
ステップ２０６では、燃料添加量の補正量の算出を行う。ＮＯx触媒２０に燃料を添加すると、ＮＯx放出量が多く通常の燃料添加量では不足する。そこで、ＮＯx触媒２０のＮＯx吸蔵量に基づいて燃料添加量を補正し増量する。実際に添加される燃料の添加量は次式により求めることができる。
【０１７３】
補正燃料添加量＝通常燃料添加量×補正係数
ここで、通常燃料添加量はステップ２１５のリッチスパイク制御で添加される燃料の量と同じである。また、燃料添加量の補正係数は、ステップ２０４で算出されたＮＯx触媒２０のＮＯx吸蔵量を、予め定めておいた図９に示すＮＯx触媒２０のＮＯx吸蔵量と燃料添加量の補正係数との関係に代入して算出される。
【０１７４】
この補正燃料添加量に基づいて、ステップ２０７でリッチスパイク制御が行われる。
【０１７５】
補正係数は、ＮＯx触媒２０に吸蔵されているＮＯx量が所定量以上のときに、ＮＯx吸蔵量に応じて増加する。しかし、ＮＯx触媒２０に所定量以上の燃料の添加を行うと、燃料の一部がＮＯxの還元に使用されずにＮＯx触媒２０を通過し大気中へ放出される虞れがあるため、補正係数に上限値を設定して所定量以上の燃料の添加は行わないこととした。
【０１７６】
ステップ２０８では、ＲＡＭ３５３に記憶されている経過時間をリセットする。
【０１７７】
ステップ２０９では、ＣＰＵ３５１が経過時間を積算しＲＡＭ３５３に記憶させる。
【０１７８】
ステップ２１０では、今回のリッチスパイク制御で還元された単位時間あたりのＮＯx量を次式により算出する。
【０１７９】
ＮＯx還元量＝基本ＮＯx還元量×温度補正係数
ここで、基本ＮＯx還元量は、燃料添加量と基本ＮＯx還元量との関係を示す図１０（ａ）から求めることができる。還元されたＮＯx量はＮＯx触媒２０に添加された燃料量と相関関係があるためである。図１０（ａ）中の燃料添加量とは、ステップ２０４又はステップ２１５で行われたリッチスパイク制御における燃料添加量である。この燃料添加量をステップ２０４又はステップ２１５において予めＲＡＭ３５３に記憶させておき、この数値を図１０（ａ）に代入することにより基本修正経過時間が算出される。
【０１８０】
一方、温度係数は、排気温度センサ２４により検出された排気の温度を予めＲＡＭ３５３に記憶させておき、排気の温度と温度係数との関係を示す図１０（ｂ）に前記記憶させた数値を代入して算出される。ここで、ＮＯx触媒２０の床温が所定温度のときにＮＯxの放出・還元量が一番多く、所定温度から高く、若しくは低くなるに従って放出・還元量が低下する。このようにＮＯxが放出され還元される量は、ＮＯx触媒２０の床温により変動するため、ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度をＮＯx触媒２０の床温に代用し、この温度に基づいて補正を行うこととした。
【０１８１】
ステップ２１１では、リッチスパイク制御実行の有無にかかわらず、ＮＯx触媒２０に吸蔵される単位時間あたりのＮＯx量を算出する。これは、リッチスパイク制御実行中においても、ＮＯx触媒２０に流入する排気中のＮＯxがＮＯx触媒２０に吸蔵されるためである。
【０１８２】
このＮＯx量は次式により算出することができる。
【０１８３】
ＮＯx吸蔵量＝（単位時間あたりの入ガスＮＯx量）×（ＮＯx吸蔵係数）
ここで、単位時間あたりの入りガスＮＯx量は、内燃機関１の負荷（アクセル開度センサ３６からの信号）と回転数（クランクポジションセンサ３３から発生するパルス）に基づいて予めＲＯＭ３５２に格納した数値マップを使用して算出される。また、ＮＯx吸蔵係数は、排気温度センサ２４により検出された温度を、排気の温度とＮＯx吸蔵係数との関係を示す図１１に代入して算出される。ここで、ＮＯx触媒２０の床温が所定温度のときにＮＯxの吸蔵量が一番多く、所定温度から高く、若しくは低くなるに従って吸蔵量が低下する。このようにリッチスパイク制御中にはＮＯx触媒２０の温度が上昇しているためＮＯxの吸蔵量が変動するので、ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度をＮＯx触媒２０の床温に代用し、この温度に基づいて補正を行うこととした。
【０１８４】
ステップ２１２では、今回のリッチスパイク制御実行後に放出されずにＮＯx触媒２０に吸蔵されているＮＯxの量を算出する。今回のリッチスパイク制御で還元されなかったＮＯxの量を考慮して、次回のリッチスパイク制御を行うためである。単位時間あたりの触媒に吸蔵されているＮＯx量は、次式により求まる。
【０１８５】
触媒ＮＯx吸蔵量（ｉ）＝触媒ＮＯx吸蔵量（ｉ−１）＋ＮＯx吸蔵量−ＮＯx還元量
このようにして求めた「触媒ＮＯx吸蔵量」を、ＲＡＭ３５３に記憶されている「触媒ＮＯx吸蔵量」に代えてＲＡＭ３５３に記憶させる。
【０１８６】
ステップ２１３では、「通常添加ＯＮ」であるか否か、又は、還元剤たる燃料の添加を行うリッチスパイク制御実行条件が不成立か否か判定される。
【０１８７】
通常の添加量でリッチスパイク制御を行われたときは、「通常添加ＯＮ」であるので本ルーチンを終了する。燃料添加量の増量が行われたときは、ステップ２０４で否定判定がなされると、「通常添加ＯＮ」となり、本ルーチンを終了する。
【０１８８】
また、本ルーチンを実行中に燃料添加実行条件から外れた場合には一旦ルーチンを終了する。このときの判定条件は、ステップ２０１でなされたものと共通である。
【０１８９】
このようにしてＮＯx触媒２０に吸蔵されたＮＯx量に基づいて燃料添加量を補正し、ＮＯx触媒２０のＮＯx放出量に見合った燃料添加を行うことができる。
【０１９０】
このようにして、添加する燃料の不足によって還元されずに大気中へＮＯxが放出されるのを防止することができる。
【０１９１】
【発明の効果】
本願発明によれば、ＮＯx浄化触媒に還元剤が添加されなかった時間に基づいて還元剤供給量を増量し、ＮＯx放出量に見合った還元剤の供給を行うことができる。
【０１９２】
また、ＮＯx浄化触媒に吸蔵されたＮＯx量に基づいて還元剤供給量を増量し、ＮＯx放出量に見合った還元剤の供給を行うことができる。
【０１９３】
よって、還元剤の供給不足などに起因した排気エミッションの悪化を防止することができる。
【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を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】 （Ａ）は、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収メカニズムを説明する図である。（Ｂ）は、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx放出メカニズムを説明する図である。
【図３】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】 第１の発明に係る還元剤供給量増量方法を表すフローチャート図である。
【図５】 前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間と燃料添加量の補正係数との関係を示す図である。
【図６】 前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間と燃料添加量の増量回数との関係を示す図である。
【図７】 排気の温度と経過時間補正係数との関係を示す図である。
【図８】 第２の発明に係る還元剤供給量増量方法を表すフローチャート図である。
【図９】 ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量と燃料添加量の補正係数との関係を示す図である。
【図１０】（ａ）は、燃料添加量と基本ＮＯx還元量との関係を示す図である。（ｂ）は、排気の温度と温度係数との関係を示す図である。
【図１１】排気の温度とＮＯx吸蔵係数との関係を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・吸蔵還元型ＮＯx触媒
２１・・・排気絞り弁
２３・・・空燃比センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
２８・・・還元剤噴射弁
２９・・・還元剤供給路
３０・・・流量調整弁
３１・・・遮断弁
３２・・・還元剤圧力センサ
３３・・・クランクポジションセンサ
３４・・・水温センサ
３５・・・ＥＣＵ
３５１・・ＣＰＵ
３５２・・ＲＯＭ
３５３・・ＲＡＭ
３５４・・バックアップＲＡＭ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気中のＮＯxを浄化する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気（所謂、リーン空燃比の混合気）を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・ガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する技術が望まれている。
【０００３】
このような要求に対し、内燃機関の排気系にリーンＮＯx触媒を配置する技術が提案されている。リーンＮＯx触媒の一つとして、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒素（Ｎ2）に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒が知られている。
【０００４】
吸蔵還元型ＮＯx触媒が内燃機関の排気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収され、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出されつつ窒素（Ｎ2）に還元される。
【０００５】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力には限りがあるため、内燃機関が長期にわたって希薄燃焼運転されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒によって除去されることなく大気中に放出されることになる。
【０００６】
従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒を希薄燃焼式内燃機関に適用する場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和する前に該吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を低下させる、所謂リッチスパイク制御を実行することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【０００７】
リッチスパイク制御の具体的な方法としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流を流れる排気中に還元剤たる燃料を添加する方法を例示することができる。
【０００８】
尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流の排気中に還元剤を添加する場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）に応じて還元剤の添加量を正確に制御することも重要である。
【０００９】
これは、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）に対して還元剤の添加量が過剰に多くされると余剰の還元剤が大気中に放出されることになり、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）に対して還元剤の添加量が不足すると吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が浄化されずに大気中に放出されることになるからである。
【００１０】
このような問題に対し、従来では、特許第２８４５０５６号公報に記載されたような内燃機関の排気浄化装置が提案されている。この公報に記載された内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒において排気中の酸素と反応して消費される還元剤の量と吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を還元するために必要となる還元剤の量とを考慮して、還元剤の添加量を決定することにより、還元剤の過剰供給や供給不足を防止、以て還元剤や窒素酸化物（ＮＯx）の大気中への放出による排気エミッションの悪化を抑制しようとするものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＮＯx触媒に還元剤の添加が行われるのは、エミッション等の要求からＮＯx触媒の温度や内燃機関の運転状態が所定の条件を満たしているときだけである。従って、所定の条件を満たさない状態が続くと、ＮＯx触媒にＮＯxが吸蔵され続ける。
【００１２】
このようにしてＮＯxが吸蔵され続けたＮＯx触媒に還元剤の添加を行うと、還元剤添加を開始した直後は吸蔵されていたＮＯxが多量に放出される。このためＮＯx吸蔵量が少ないＮＯx触媒の還元を行うときに比較して多量の還元剤を必要とする。このときに還元剤が不足すると、還元されないＮＯxが大気中へ放出される虞れがある。
【００１３】
そこで、ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの量に基づいて還元剤添加量を変更し、ＮＯxの放出量に見合った還元剤を添加することが重要となる。
【００１４】
本発明は、上記したような種々の問題に鑑みてなされたものであり、リーンＮＯx触媒とリッチスパイク制御とを組み合わせて排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx吸蔵量を考慮した還元剤添加を行うことができる技術を提供することにより、還元剤の供給不足などに起因した排気エミッションの悪化を防止することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。即ち、第１の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に設けられ、前記還元剤の存在下で排気中のＮＯx成分を浄化するＮＯx浄化触媒と、前記排気通路を流通する排気中に還元剤を供給する還元剤供給機構と、前記還元剤供給機構の還元剤供給停止後からの経過時間を検出する経過時間検出手段と、前記経過時間検出手段により検出された経過時間が所定時間よりも長い場合は、この経過時間が前記所定時間以下の場合よりも、前記還元剤供給機構によって供給する還元剤の量を増量し、且つ、前記経過時間検出手段により検出された経過時間に基づいて還元剤の増量分を決定する供給量増量手段と、を具備することを特徴とする。
【００１６】
前記供給量増量手段は、前記経過時間検出手段により検出された経過時間が長いほど還元剤の供給量を増量することを特徴とする。
【００１７】
前記供給量増量手段は所定量以上の増量は行わないことを特徴とする。
【００１８】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx浄化触媒へ還元剤を供給する必要が生じたときに、還元剤供給機構はＮＯx浄化触媒より上流の排気通路へ還元剤を供給する。
【００１９】
排気通路に供給された還元剤は、排気通路の上流から流れてくる排気とともにＮＯx浄化触媒へ流入する。この場合、ＮＯx浄化触媒は、還元剤を利用して排気中の有害ガス成分を還元及び浄化することになる。
【００２０】
一方、経過時間検出手段は、前記還元剤供給機構が前回の還元剤の供給を行いその後供給を停止したときからの経過時間を検出する。この経過時間が長いほどＮＯx浄化触媒にはＮＯxが多く吸蔵されている。
【００２１】
従って、供給量増量手段は、経過時間検出手段により検出された経過時間に基づいて還元剤の供給量を増量し、還元剤供給機構はＮＯx浄化触媒に吸蔵されたＮＯx量に見合った還元剤を排気中へ供給することが可能となる。
【００２２】
還元剤の供給量の増量には、１回の供給量を増量する方法や、供給間隔を狭くする方法等を例示することができる。
【００２３】
また、ＮＯx浄化触媒に所定量以上の還元剤の供給を行うと、還元剤の一部がＮＯxの還元に使用されずにＮＯx浄化触媒を通過し大気中へ放出される虞れがあるため、所定量以上の還元剤の供給は行わないこととした。
【００２４】
前記課題を解決するための、第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存在下で排気中のＮＯx成分を浄化するＮＯx浄化触媒と、前記排気通路を流通する排気中に前記還元剤を供給する還元剤供給機構と、前記還元剤供給機構の還元剤供給停止後からの前記ＮＯx浄化触媒に吸蔵されたＮＯxの量を算出するＮＯx吸蔵量算出手段と、前記ＮＯｘ吸蔵量算出手段により算出されたＮＯ x 吸蔵量が閾値よりも多い場合は、このＮＯｘ吸蔵量が前記閾値以下の場合よりも、前記還元剤供給機構によって供給する還元剤の量を増量し、且つ、前記ＮＯ x 吸蔵量算出手段により算出されたＮＯ x 吸蔵量に基づいて還元剤の増量分を決定する供給量増量手段と、を具備することを特徴とする。
【００２５】
前記供給量増量手段は、前記ＮＯx吸蔵量算出手段により算出されたＮＯx吸蔵量が多いほど還元剤の供給量を増量することができる。
【００２６】
前記供給量増量手段は所定量以上の還元剤供給量の増量は行わないようにすることができる。
【００２７】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、第１の発明と比較しＮＯx供給量を増量する判断基準が相違する。第１の発明においては、前回の還元剤の供給時からの経過時間に基づいて還元剤供給量を増量したが、第２の発明においては、ＮＯx浄化触媒に吸蔵されたＮＯxの量に基づいて還元剤供給量を増量する。
【００２８】
ここで、ＮＯx浄化触媒に吸蔵されたＮＯxの量は例えば内燃機関の負荷及び回転数に基づいて予め求められた数値マップにより算出することができる。
【００２９】
前記供給量増量手段は、還元剤が複数回に亘って供給されるときの供給の間隔を短くして、還元剤の供給回数を増加させることにより、全体として還元剤の供給量を増量させることができる。
【００３０】
還元剤の供給は複数回に分けて行われることがあるので、一回あたりの供給量を増量しなくても、供給の間隔を短くして供給回数を増加させれば、全体として還元剤の供給量を増量させることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００３２】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００３３】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００３４】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。このコモンレール４には、該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００３５】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６が内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００３６】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００３７】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００３８】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。
【００３９】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、この吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続されている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、該吸気管９内を流通する吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１２とが取り付けられている。
【００４０】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００４１】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。
【００４２】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１０に流入した吸気は、該エアクリーナボックス１０内の図示しないエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００４３】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００４４】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００４５】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００４６】
前記排気管１９の途中には、排気中の有害ガス成分を浄化するための排気浄化触媒２０が配置されている。排気浄化触媒２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３と、該排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４とが取り付けられている。
【００４７】
前記した空燃比センサ２３及び排気温度センサ２４より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁２１が設けられている。この排気絞り弁２１には、ステッパモータ等で構成されて該排気絞り弁２１を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２２が取り付けられている。
【００４８】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００４９】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介して排気浄化触媒２０へ流入し、排気中の有害ガス成分が除去又は浄化される。排気浄化触媒２０にて有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁２１によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【００５０】
また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２５内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を変更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６が設けられている。
【００５１】
前記ＥＧＲ通路２５においてＥＧＲ弁２６より上流の部位には、該ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。
【００５２】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て吸気枝管８へ導かれる。
【００５３】
その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスと所定の冷媒との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却されることになる。
【００５４】
ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００５５】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００５６】
更に、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することもない。
【００５７】
次に、本実施の形態に係る排気浄化触媒２０について具体的に説明する。
【００５８】
排気浄化触媒２０は、還元剤の存在下で排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するＮＯx触媒である。このようなＮＯx触媒としては、選択還元型ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒等を例示することができるが、ここでは吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明する。以下、排気浄化触媒２０を吸蔵還元型ＮＯx触媒２０と称するものとする。
【００５９】
吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明する。
【００６０】
このように構成された吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収する。
【００６１】
一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることができる。
【００６２】
尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸放出作用については明らかにされていない部分もあるが、おおよそ以下のようなメカニズムによって行われていると考えられる。
【００６３】
先ず、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０では、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比がリーン空燃比となって排気中の酸素濃度が高まると、図２（Ａ）に示されるように、排気中の酸素（Ｏ2）がＯ2 -またはＯ2-の形で白金（Ｐｔ）の表面上に付着する。排気中の一酸化窒素（ＮＯ）は、白金（Ｐｔ）の表面上でＯ2 -またはＯ2-と反応して二酸化窒素（ＮＯ2）を形成する（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。二酸化窒素（ＮＯ2）は、白金（Ｐｔ）の表面上で更に酸化され、硝酸イオン（ＮＯ3 -）の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収される。尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収された硝酸イオン（ＮＯ3 -）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）を形成する。
【００６４】
このように吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が硝酸イオン（ＮＯ3-）として吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収される。
【００６５】
上記したようなＮＯx吸収作用は、流入排気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和しない限り継続される。従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和しない限り、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収され、排気中から窒素酸化物（ＮＯx）が除去されることになる。
【００６６】
これに対して、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０では、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下すると、白金（Ｐｔ）の表面上において二酸化窒素（ＮＯ2）の生成量が減少するため、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合していた硝酸イオン（ＮＯ3 -）が逆に二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）となって吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から離脱する。
【００６７】
その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、それらの還元成分が白金（Ｐｔ）上の酸素（Ｏ2 -またはＯ2-）と部分的に反応して活性種を形成する。この活性種は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から放出された二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることになる。
【００６８】
従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となって排気中の酸素濃度が低下するとともに還元剤の濃度が高まると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出及び還元され、以て吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が再生されることになる。
【００６９】
ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【００７０】
特に、内燃機関１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和し易い。
【００７１】
従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和する前に吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【００７２】
これに対し、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０より上流の排気通路を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００７３】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むよう内燃機関１のシリンダヘッドに取り付けられ、所定の開弁圧以上の燃料が印加されたときに開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、この還元剤供給路２９の途中に設けられ該還元剤供給通路２９内を流通する燃料の流量を調整する流量調整弁３０と、この流量調整弁３０より上流の還元剤供給路２９に設けられて該還元剤供給路２９内の燃料の流通を遮断する遮断弁３１と、前記流量調整弁３０より上流の還元剤供給路２９に取り付けられ該還元剤供給路２９内の圧力に対応した電気信号を出力する還元剤圧力センサ３２と、を備えている。
【００７４】
尚、還元剤噴射弁２８は、該還元剤噴射弁２８の噴孔が排気枝管１８におけるＥＧＲ通路２５との接続部位より下流であって、排気枝管１８における４つの枝管の集合部に最も近い気筒２の排気ポートに突出するとともに、排気枝管１８の集合部へ向くようシリンダヘッドに取り付けられることが好ましい。
【００７５】
これは、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤（未燃の燃料成分）がＥＧＲ通路２５へ流入するのを防止するとともに、還元剤が排気枝管１８内に滞ることなく遠心過給機のタービンハウジング１５ｂへ到達するようにするためである。
【００７６】
尚、図１に示す例では、内燃機関１の４つの気筒２のうち１番（＃１）気筒２が排気枝管１８の集合部と最も近い位置にあるため、１番（＃１）気筒２の排気ポートに還元剤噴射弁２８が取り付けられているが、１番（＃１）気筒２以外の気筒２が排気枝管１８の集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒２の排気ポートに還元剤噴射弁２８が取り付けられるようにする。
【００７７】
また、前記還元剤噴射弁２８は、シリンダヘッドに形成された図示しないウォータージャケットを貫通、あるいはウォータージャケットに近接して取り付けられるようにし、前記ウォータージャケットを流通する冷却水を利用して還元剤噴射弁２８が冷却されるようにしてもよい。
【００７８】
このような還元剤供給機構では、流量調整弁３０が開弁されると、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達すると、該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００７９】
還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気ととともにタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂ内に流入した排気と還元剤とは、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に混合され、リッチ空燃比の排気を形成する。
【００８０】
このようにして形成されたリッチ空燃比の排気は、タービンハウジング１５ｂから排気管１９を介して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ窒素（Ｎ2）に還元することになる。
【００８１】
その後、流量調整弁３０が閉弁されて燃料ポンプ６から還元剤噴射弁２８への還元剤の供給が遮断されると、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が前記開弁圧未満となり、その結果、還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止されることになる。
【００８２】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００８３】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、還元剤圧力センサ３２、クランクポジションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００８４】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、遮断弁３１等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００８５】
ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すように、双方向性バス３５０によって相互に接続された、ＣＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バックアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備えている。
【００８６】
前記入力ポート３５６は、クランクポジションセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００８７】
前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、還元剤圧力センサ３２、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６、等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのＡ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００８８】
前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、遮断弁３１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、あるいは遮断弁３１へ送信する。
【００８９】
前記ＲＯＭ３５２は、燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁２１を制御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するためのＮＯx浄化制御ルーチン、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の酸化物による被毒を解消するための被毒解消制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【００９０】
前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気絞り弁２１の目標開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と還元剤の目標添加量（もしくは、排気の目標空燃比）との関係を示す還元剤添加量制御マップ、還元剤の目標添加量と流量調整弁３０の開弁時間との関係を示す流量調整弁制御マップ、還元剤供給停止後からの経過時間とＮＯx吸蔵量との関係を示すＮＯx吸蔵量算出マップ、ＮＯx吸蔵量と還元剤供給量を増量するための補正係数との関係を示す還元剤供給量補正係数算出マップ等である。
【００９１】
前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００９２】
前記バックアップＲＡＭ３５４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００９３】
前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御、ＮＯx浄化制御、被毒解消制御等を実行する。
【００９４】
例えば、燃料噴射弁制御では、ＣＰＵ３５１は、先ず、燃料噴射弁３から噴射される燃料量を決定し、次いで燃料噴射弁３から燃料を噴射する時期を決定する。
【００９５】
燃料噴射量を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射量制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料燃料噴射量（基本燃料噴射時間）を算出する。ＣＰＵ３５１は、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、水温センサ３４等の出力信号値等に基づいて前記基本燃料噴射時間を補正し、最終的な燃料噴射時間を決定する。
【００９６】
燃料噴射時期を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射開始時期制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料噴射時期を算出する。ＣＰＵ３５１は、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、水温センサ３４等の出力信号値をパラメータとして前記基本燃料噴射時期を補正し、最終的な燃料噴射時期を決定する。
【００９７】
燃料噴射時間と燃料噴射時期とが決定されると、ＣＰＵ３５１は、前記燃料噴射時期とクランクポジションセンサ３３の出力信号とを比較し、前記クランクポジションセンサ３３の出力信号が前記燃料噴射開始時期と一致した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始する。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始した時点からの経過時間が前記燃料噴射時間に達した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を停止する。
【００９８】
尚、燃料噴射制御において内燃機関１の運転状態がアイドル運転状態にある場合は、ＣＰＵ３５１は、水温センサ３４の出力信号値や、車室内用空調装置のコンプレッサのようにクランクシャフトの回転力を利用して作動する補機類の作動状態等をパラメータとして内燃機関１の目標アイドル回転数を算出する。そして、ＣＰＵ３５１は、実際のアイドル回転数が目標アイドル回転数と一致するよう燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００９９】
また、吸気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数及びアクセル開度に対応した目標吸気絞り弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標吸気絞り弁開度に対応した駆動電力を吸気絞り用アクチュエータ１４に印加する。その際、ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁１３の実際の開度を検出して、実際の吸気絞り弁１３の開度と目標吸気絞り弁開度との差分に基づいて前記吸気絞り用アクチュエータ１４をフィードバック制御するようにしてもよい。
【０１００】
また、排気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、内燃機関１が冷間始動後の暖機運転状態にある場合や、車室内用ヒータが作動状態にある場合などに排気絞り弁２１を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用アクチュエータ２２を制御する。
【０１０１】
この場合、内燃機関１の負荷が増大し、それに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結果、内燃機関１の発熱量が増加し、内燃機関１の暖機が促進されるとともに、車室内用ヒータの熱源が確保される。
【０１０２】
また、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、水温センサ３４の出力信号（冷却水温度）、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）等を読み出し、ＥＧＲ制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。
【０１０３】
上記したＥＧＲ制御実行条件としては、冷却水温度が所定温度以上にある、内燃機関１が始動時から所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度の変化量が正値である等の条件を例示することができる。
【０１０４】
上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していると判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、機関回転数とアクセル開度とをパラメータとしてＥＧＲ弁開度制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した目標ＥＧＲ弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標ＥＧＲ弁開度に対応した駆動電力をＥＧＲ弁２６に印加する。一方、上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していないと判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を全閉状態に保持すべく制御する。
【０１０５】
更に、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、内燃機関１の吸入空気量をパラメータとしてＥＧＲ弁２６の開度をフィードバック制御する、いわゆるＥＧＲ弁フィードバック制御を行うようにしてもよい。
【０１０６】
ＥＧＲ弁フィードバック制御では、例えば、ＣＰＵ３５１は、アクセル開度や機関回転数等をパラメータとして内燃機関１の目標吸入空気量を決定する。その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気量との関係を予めマップ化しておき、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出されるようにしてもよい。
【０１０７】
上記した手順により目標吸入空気量が決定されると、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されたエアフローメータ１１の出力信号値（実際の吸入空気量）を読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量とを比較する。
【０１０８】
前記した実際の吸入空気量が前記目標吸入空気量より少ない場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量閉弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が減少し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が減少することになる。その結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが減少した分だけ増加する。
【０１０９】
一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量より多い場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量開弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が増加し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が増加する。この結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが増加した分だけ減少することになる。
【０１１０】
次に、ＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチ空燃比とする、リッチスパイク制御を実行する。
【０１１１】
リッチスパイク制御では、ＣＰＵ３５１は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性状態にあるか、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下であるか、被毒解消制御が実行されていないか、等の条件を例示することができる。
【０１１２】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく流量調整弁３０を制御することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【０１１３】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、燃料噴射量等を読み出す。更に、ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標リッチ空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【０１１４】
続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量をパラメータとしてＲＯＭ３５２の流量調整弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる流量調整弁３０の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【０１１５】
流量調整弁３０の目標開弁時間が算出されると、ＣＰＵ３５１は、流量調整弁３０を開弁させる。この場合、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ供給されるため、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達し、還元剤噴射弁２８が開弁する。
【０１１６】
ＣＰＵ３５１は、流量調整弁３０を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、流量調整弁３０を閉弁させる。この場合、燃料ポンプ６から還元剤噴射弁２８への還元剤の供給が遮断されるため、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧未満となり、還元剤噴射弁２８が閉弁する。
【０１１７】
このように流量調整弁３０が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標リッチ空燃比の混合気を形成して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する。
【０１１８】
この結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返すことになり、以て、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が窒素酸化物（ＮＯx）の吸収と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【０１１９】
本実施の形態では、燃料の増量を流量調整弁３０の開弁時間を延長して実現している。しかし、一回あたりの流量調整弁３０の開弁時間を変更せずに、流量調整弁３０の開弁間隔を短くすることによっても同様の効果を得ることができる。また、流量調整弁３０の開弁間隔は予めマップ化したものをＲＯＭ３５２に記憶させておけばよい。
【０１２０】
次に、本実施の形態における還元剤供給量増量方法について説明する。
【０１２１】
図４は、本発明に係る還元剤供給量増量方法を表すフローチャートである。
【０１２２】
ステップ１０１においては、還元剤たる燃料の添加を行うリッチスパイク制御実行の可否について判定される。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性状態にあるか、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下であるか、被毒解消制御が実行されていないか、等の条件を例示することができる。これらの実行条件を満たしていると判定された場合は、ステップ１０２へ進み、実行条件を満たしていないと判定された場合は、ステップ１１１へ進む。
【０１２３】
ステップ１０２においては、前回のリッチスパイク制御終了から現在までの経過時間が所定時間以上であるか否か判定される。前回のリッチスパイク制御終了からの経過時間はＲＡＭ３５３に蓄積され記憶される。
【０１２４】
経過時間が所定時間以上でない場合は、ＮＯx触媒２０から放出されるＮＯxの量は通常の燃料添加量で還元できる量なので、通常の燃料添加量でＮＯxの還元を行うか否かを判定するためにステップ１１３へ進む。
【０１２５】
一方、前回のリッチスパイク制御終了からの経過時間が所定時間よりも長い場合は、ＮＯx触媒２０にＮＯxが多量に吸蔵されているため、リッチスパイク制御を実行するとＮＯx触媒２０から多量にＮＯxが放出され、通常の燃料添加量では不足してしまう。そこで添加する燃料量を補正して、燃料の不足を補うためにステップ１０３へ進む。
【０１２６】
ステップ１１３では、経過時間が所定時間に達しているか否か判定される。所定時間に達している場合は、ＮＯx触媒２０からＮＯxの放出が必要なためステップ１１４に進む。否定判定の場合には、ＮＯx触媒２０は、まだＮＯxの吸蔵を行うことができるのでリッチスパイク制御を行わずにステップ１１１に進む。
【０１２７】
ステップ１１４では、前記した通常のリッチスパイク制御を実行しＮＯxの還元を行い、その後、ステップ１０９へ進む。
【０１２８】
ステップ１０３では、燃料添加量の増量を行う実行回数を算出する。経過時間が長いと、ＮＯx触媒２０に吸蔵されたＮＯxの量が多くなり、一回のリッチスパイク制御で総てのＮＯxを放出させることは困難となる。また、ＮＯx触媒２０に所定量以上の燃料の添加を行うと、燃料の一部がＮＯxの還元に使用されずにＮＯx触媒２０を通過し大気中へ放出される虞れがある。そこで、本実施の形態では、複数回に分けて添加燃料の増量を行うこととした。この増量を行う回数は、ＲＡＭ３５３に記憶されている前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間を、予め定めておいた図６に示す前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間と燃料添加量の増量回数との関係に代入して算出される。増量回数は、前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間が所定時間以上のときに、経過時間に応じて増加する。しかし、添加燃料の増量を行う回数が多いと、燃料添加制御中に車両の運転状態等が燃料添加実行条件から外れてしまう虞があるため、所定回数以上の増量は行わないこととした。
【０１２９】
算出された燃料添加量の増量を行う回数は、ＲＡＭ３５３に記憶される。このように増量を行う回数が記憶されたＲＡＭ３５３の領域を本実施の形態では、「カウンタ」と称し、ＲＡＭ３５３に増量を行う回数を記憶させることを「カウンタにセットする」と称する。
【０１３０】
ステップ１０４では、ＲＡＭ３５３に記憶されている燃料添加量の増量を行った回数が０よりも大きいか否か判定される。０よりも大きいと判定された場合は、燃料の増量を行うべくステップ１０５に進む。
【０１３１】
否定判定がなされた場合は、添加量の増量を行う必要がないので、ステップ１１３に進む。
【０１３２】
ステップ１０５では、経過時間が所定時間以上であるか否か判定される。ここでの所定時間はステップ１０２の判定条件として用いられた所定時間よりも短い。そして、所定時間は、機関回転数（クランクポジションセンサ３３からの出力パルス）と機関負荷（アクセル開度センサ３６からの出力信号）と所定時間とをパラメータとして、予め定められたマップにより算出される。
【０１３３】
経過時間が短いときにリッチスパイク制御を行うと、ＮＯx触媒２０に所定量以上の燃料の添加を行うのと同様に、燃料の一部がＮＯxの還元に使用されずにＮＯx触媒２０を通過し大気中へ放出される虞れがある。そのため、経過時間が所定時間を経過した後にリッチスパイク制御を行うこととした。
【０１３４】
経過時間が所定時間以上である場合は、リッチスパイク制御を行うためにステップ１０６に進む。否定判定の場合には、ステップ１１１に進む。
【０１３５】
ステップ１０６では、燃料添加量を補正する補正量の算出を行う。リッチスパイク制御が行われていなかった時間に基づいて燃料添加量を補正し増量することにより通常の燃料添加量で不足する燃料を補う。実際に添加される燃料の添加量は次式により求めることができる。
【０１３６】
補正燃料添加量＝通常燃料添加量×補正係数
ここで、通常燃料添加量はステップ１１４のリッチスパイク制御で添加される燃料の量と同じである。また、燃料添加量の補正係数は、ＲＡＭ３５３に記憶されている前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間を、予め定めておいた図５に示す前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間と燃料添加量の補正係数との関係に代入して算出される。
【０１３７】
この補正燃料添加量に基づいて、ステップ１０７でリッチスパイク制御を行う。
【０１３８】
補正係数は、前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間が所定時間以上のときに、経過時間に応じて増加する。しかし、ＮＯx触媒２０に所定量以上の燃料の添加を行うと、燃料の一部がＮＯxの還元に使用されずにＮＯx触媒２０を通過し大気中へ放出される虞れがあるため、補正係数に上限値を設定して所定量以上の燃料の添加は行わないこととした。
【０１３９】
ステップ１０８では、ＣＰＵ３５１はカウンタから１を減算し、新たにこの計算結果をカウンタにセットする。
【０１４０】
ステップ１０９では、ＲＡＭ３５３に記憶されている経過時間をリセットする。
【０１４１】
ステップ１１０では、今回のリッチスパイク制御中にＮＯx触媒２０に吸蔵されたＮＯxが、吸蔵されるのに必要とされる時間を考慮して次回のリッチスパイク制御を行うために、ＮＯx吸蔵時間を算出する。このとき、単にリッチスパイク制御が実行されていた時間を計測したのでは、ＮＯx触媒２０の床温によって吸蔵されるＮＯx量が変動するため、排気の温度でリッチスパイク制御実行時間を補正することとした。こうすることにより、実際に吸蔵されたＮＯx量に見合ったＮＯx吸蔵時間を算出することができる。
【０１４２】
この時間は次式により算出することができる。
【０１４３】
ＮＯx吸蔵時間＝リッチスパイク制御実行時間×経過時間補正係数
ここで、リッチスパイク制御実行時間は、リッチスパイク制御実行開始と同時にＲＡＭ３５３に実行開始後の経過時間を蓄積し記憶させておくことにより求めることができる。また、経過時間補正係数は、排気温度センサ２４により検出された温度を、排気の温度と経過時間補正係数との関係を示す図７に代入することにより算出される。ここで、ＮＯx触媒２０の床温が所定温度のときにＮＯxの吸蔵量が一番多く、所定温度から高く、若しくは低くなるに従って吸蔵量が低下する。このようにリッチスパイク制御中にはＮＯx触媒２０の温度が上昇しているためＮＯxの吸蔵量が変動するので、ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度をＮＯx触媒２０の床温に代用し、この温度に基づいて補正を行うこととした。
【０１４４】
ここで、求められたＮＯx吸蔵時間は、他のステップで判定条件として用いられる所定時間の修正に用いられる。新たに設定される所定時間は次式により算出することができる。
【０１４５】
所定時間＝基本所定時間＋ＮＯx吸蔵時間
ここで、基本所定時間は予め定めてあった所定の時間でＲＯＭ３５２にマップとして記憶されているものである。
【０１４６】
同じ経過時間でもＮＯx吸蔵時間が長くなると、ＮＯx触媒２０に吸蔵されるＮＯx量が多くなるため、燃料添加時にＮＯxの放出量が多くなる。そこで、ＮＯx吸蔵時間が長くなるにつれて、判定条件に用いられる所定時間を長くすることにより燃料添加の間隔を長くした。このようにして増加したＮＯx量に見合った添加間隔でリッチスパイク制御を行うことができる。
この計算により修正された所定時間はＲＡＭ３５３に記憶され、次回からの判定条件として用いられる。
【０１４７】
ステップ１１１では、新たにＲＡＭ３５３に記憶させる経過時間を算出する。この経過時間は、次式により算出される。
【０１４８】
経過時間（ｉ）＝経過時間（ｉ−１）＋燃料添加制御実行間隔
ここで、燃料添加制御実行間隔は、リッチスパイク制御が行われる間隔である。
【０１４９】
ステップ１１２では、燃料添加量の増量回数を表すカウンタが０であるか否か、又は、還元剤たる燃料の添加を行うリッチスパイク制御実行条件が不成立か否か判定される。
【０１５０】
通常の添加量でリッチスパイク制御を行われたときは、カウンタが０であるので本ルーチンを終了する。燃料添加量の増量が行われたときは、ステップ１０３で算出された回数だけ添加量を増量したリッチスパイク制御が行われるとカウンタが０となり、本ルーチンを終了する。
【０１５１】
また、本ルーチンを実行中に燃料添加実行条件から外れた場合には一旦ルーチンを終了する。このときの判定条件は、ステップ１０１でなされたものと共通である。
【０１５２】
このようにしてリッチスパイク制御が行われなかった時間に基づいて燃料添加量を補正し、ＮＯx触媒２０のＮＯx放出量見合った燃料添加を行うことができる。
【０１５３】
このことにより、添加する燃料の不足による大気中へのＮＯx放出を防止することができる。
＜第２の実施の形態＞
以下、第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について説明する。
【０１５４】
この実施の形態は第１の実施の形態と比較して以下の点で相違する。
【０１５５】
第１の実施の形態においては、燃料の添加量を補正する判断基準をリッチスパイク制御が行われなかった時間としたが、本実施の形態においては、ＮＯx触媒２０に吸蔵されたＮＯxの量を基準として燃料添加量を補正する。
【０１５６】
その他の構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【０１５７】
図８は、本発明に係る還元剤供給量増量方法を表すフローチャートである。
【０１５８】
ステップ２０１においては、還元剤たる燃料の添加を行うリッチスパイク制御の実行の可否について判定する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。これらの実行条件を満たしている場合は、ステップ２０２へ進み、実行条件を満たしていない場合は、ステップ２１０へ進む。
【０１５９】
ステップ２０２においては、前回のリッチスパイク制御終了からのＮＯx吸蔵量が閾値よりも多いか否か判定される。前回のリッチスパイク制御終了からのＮＯx吸蔵量は、内燃機関１の負荷（アクセル開度センサ３６からの信号）と回転数（クランクポジションセンサ３３から発生するパルス）に基づいて予めＲＯＭ３５２に格納した数値マップを使用して算出される。
【０１６０】
ＮＯx吸蔵量が閾値以下の場合は、ＮＯx触媒２０から放出されるＮＯxの量は通常の燃料添加量で還元できる量なので、通常の燃料添加量でＮＯxの還元を行うためにステップ２１４へ進む。
【０１６１】
前回のリッチスパイク制御終了からのＮＯx吸蔵量が閾値よりも多い場合は、ＮＯx触媒２０から放出されるＮＯx量が多くなり、通常の燃料添加量では不足してしまう。そこで添加する燃料量を補正して、燃料の不足を補うためにステップ２０３へ進む。
【０１６２】
ステップ２１４では、ＲＡＭ３５３に通常の添加量でリッチスパイク制御を行う旨の数値をＲＡＭ３５３に記憶させる。本実施の形態では、このことを「通常添加ＯＮ」と称している。
【０１６３】
ステップ２１５では、前回のリッチスパイク制御終了からのＮＯx吸蔵量が閾値と等しいか否か判定を行う。ここで、判定条件として用いる閾値はステップ２０２で使用したものと共通である。
【０１６４】
ＮＯx吸蔵量が閾値と等しい場合は、通常の燃料添加量にてリッチスパイク制御を行うべくステップ２１６に進む。否定判定の場合は、ＮＯx触媒２０は、まだＮＯxの吸蔵を行うことができるのでリッチスパイク制御を行わずにステップ２１０に進む。
【０１６５】
ステップ２１６では、通常の添加量でリッチスパイク制御を実行し、ＮＯxの還元を行い、その後、ステップ２１０に進む。
【０１６６】
ステップ２０３では、ＲＡＭ３５３に添加量を増量してリッチスパイク制御を行わない旨の数値をＲＡＭ３５３に記憶させる。本実施の形態では、このことを「通常添加ＯＦＦ」と称している。
【０１６７】
ステップ２０４では、ＮＯx触媒２０に吸蔵されているＮＯx量が閾値よりも多いか否か判定される。ここで、閾値は、ステップ２０２の閾値よりも少なく、燃料添加量を増量しなくても還元を行えるＮＯx吸蔵量を表す数値である。
【０１６８】
ＮＯx吸蔵量が閾値よりも大きい場合は、燃料添加量を増量してリッチスパイク制御を行うべくステップ２０５に進む。否定判定の場合には、添加量の増量は必要ないので、通常の添加量でリッチスパイク制御を行うべくステップ２１４に進む。
【０１６９】
ステップ２０５では、前回の添加を行ったときからの経過時間が、所定時間に達しているか否か判定される。ここで、所定時間は、機関回転数（クランクポジションセンサ３３からの出力パルス）と機関負荷（アクセル開度センサ３６からの出力信号）と所定時間とをパラメータとして、予め定められたマップにより算出される。また、経過時間は、ＲＡＭ３５３に蓄積され記憶される。
【０１７０】
経過時間が短いときにリッチスパイク制御を行うと、ＮＯx触媒２０に所定量以上の燃料の添加を行うのと同様に、燃料の一部がＮＯxの還元に使用されずにＮＯx触媒２０を通過し大気中へ放出される虞れがある。そのため、経過時間が所定時間を経過した後にリッチスパイク制御を行うこととした。
【０１７１】
経過時間が所定時間に達している場合は、リッチスパイク制御を行うためにステップ２０６に進む。否定判定の場合には、ステップ２０９に進む。
【０１７２】
ステップ２０６では、燃料添加量の補正量の算出を行う。ＮＯx触媒２０に燃料を添加すると、ＮＯx放出量が多く通常の燃料添加量では不足する。そこで、ＮＯx触媒２０のＮＯx吸蔵量に基づいて燃料添加量を補正し増量する。実際に添加される燃料の添加量は次式により求めることができる。
【０１７３】
補正燃料添加量＝通常燃料添加量×補正係数
ここで、通常燃料添加量はステップ２１５のリッチスパイク制御で添加される燃料の量と同じである。また、燃料添加量の補正係数は、ステップ２０４で算出されたＮＯx触媒２０のＮＯx吸蔵量を、予め定めておいた図９に示すＮＯx触媒２０のＮＯx吸蔵量と燃料添加量の補正係数との関係に代入して算出される。
【０１７４】
この補正燃料添加量に基づいて、ステップ２０７でリッチスパイク制御が行われる。
【０１７５】
補正係数は、ＮＯx触媒２０に吸蔵されているＮＯx量が所定量以上のときに、ＮＯx吸蔵量に応じて増加する。しかし、ＮＯx触媒２０に所定量以上の燃料の添加を行うと、燃料の一部がＮＯxの還元に使用されずにＮＯx触媒２０を通過し大気中へ放出される虞れがあるため、補正係数に上限値を設定して所定量以上の燃料の添加は行わないこととした。
【０１７６】
ステップ２０８では、ＲＡＭ３５３に記憶されている経過時間をリセットする。
【０１７７】
ステップ２０９では、ＣＰＵ３５１が経過時間を積算しＲＡＭ３５３に記憶させる。
【０１７８】
ステップ２１０では、今回のリッチスパイク制御で還元された単位時間あたりのＮＯx量を次式により算出する。
【０１７９】
ＮＯx還元量＝基本ＮＯx還元量×温度補正係数
ここで、基本ＮＯx還元量は、燃料添加量と基本ＮＯx還元量との関係を示す図１０（ａ）から求めることができる。還元されたＮＯx量はＮＯx触媒２０に添加された燃料量と相関関係があるためである。図１０（ａ）中の燃料添加量とは、ステップ２０４又はステップ２１５で行われたリッチスパイク制御における燃料添加量である。この燃料添加量をステップ２０４又はステップ２１５において予めＲＡＭ３５３に記憶させておき、この数値を図１０（ａ）に代入することにより基本修正経過時間が算出される。
【０１８０】
一方、温度係数は、排気温度センサ２４により検出された排気の温度を予めＲＡＭ３５３に記憶させておき、排気の温度と温度係数との関係を示す図１０（ｂ）に前記記憶させた数値を代入して算出される。ここで、ＮＯx触媒２０の床温が所定温度のときにＮＯxの放出・還元量が一番多く、所定温度から高く、若しくは低くなるに従って放出・還元量が低下する。このようにＮＯxが放出され還元される量は、ＮＯx触媒２０の床温により変動するため、ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度をＮＯx触媒２０の床温に代用し、この温度に基づいて補正を行うこととした。
【０１８１】
ステップ２１１では、リッチスパイク制御実行の有無にかかわらず、ＮＯx触媒２０に吸蔵される単位時間あたりのＮＯx量を算出する。これは、リッチスパイク制御実行中においても、ＮＯx触媒２０に流入する排気中のＮＯxがＮＯx触媒２０に吸蔵されるためである。
【０１８２】
このＮＯx量は次式により算出することができる。
【０１８３】
ＮＯx吸蔵量＝（単位時間あたりの入ガスＮＯx量）×（ＮＯx吸蔵係数）
ここで、単位時間あたりの入りガスＮＯx量は、内燃機関１の負荷（アクセル開度センサ３６からの信号）と回転数（クランクポジションセンサ３３から発生するパルス）に基づいて予めＲＯＭ３５２に格納した数値マップを使用して算出される。また、ＮＯx吸蔵係数は、排気温度センサ２４により検出された温度を、排気の温度とＮＯx吸蔵係数との関係を示す図１１に代入して算出される。ここで、ＮＯx触媒２０の床温が所定温度のときにＮＯxの吸蔵量が一番多く、所定温度から高く、若しくは低くなるに従って吸蔵量が低下する。このようにリッチスパイク制御中にはＮＯx触媒２０の温度が上昇しているためＮＯxの吸蔵量が変動するので、ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度をＮＯx触媒２０の床温に代用し、この温度に基づいて補正を行うこととした。
【０１８４】
ステップ２１２では、今回のリッチスパイク制御実行後に放出されずにＮＯx触媒２０に吸蔵されているＮＯxの量を算出する。今回のリッチスパイク制御で還元されなかったＮＯxの量を考慮して、次回のリッチスパイク制御を行うためである。単位時間あたりの触媒に吸蔵されているＮＯx量は、次式により求まる。
【０１８５】
触媒ＮＯx吸蔵量（ｉ）＝触媒ＮＯx吸蔵量（ｉ−１）＋ＮＯx吸蔵量−ＮＯx還元量
このようにして求めた「触媒ＮＯx吸蔵量」を、ＲＡＭ３５３に記憶されている「触媒ＮＯx吸蔵量」に代えてＲＡＭ３５３に記憶させる。
【０１８６】
ステップ２１３では、「通常添加ＯＮ」であるか否か、又は、還元剤たる燃料の添加を行うリッチスパイク制御実行条件が不成立か否か判定される。
【０１８７】
通常の添加量でリッチスパイク制御を行われたときは、「通常添加ＯＮ」であるので本ルーチンを終了する。燃料添加量の増量が行われたときは、ステップ２０４で否定判定がなされると、「通常添加ＯＮ」となり、本ルーチンを終了する。
【０１８８】
また、本ルーチンを実行中に燃料添加実行条件から外れた場合には一旦ルーチンを終了する。このときの判定条件は、ステップ２０１でなされたものと共通である。
【０１８９】
このようにしてＮＯx触媒２０に吸蔵されたＮＯx量に基づいて燃料添加量を補正し、ＮＯx触媒２０のＮＯx放出量に見合った燃料添加を行うことができる。
【０１９０】
このようにして、添加する燃料の不足によって還元されずに大気中へＮＯxが放出されるのを防止することができる。
【０１９１】
【発明の効果】
本願発明によれば、ＮＯx浄化触媒に還元剤が添加されなかった時間に基づいて還元剤供給量を増量し、ＮＯx放出量に見合った還元剤の供給を行うことができる。
【０１９２】
また、ＮＯx浄化触媒に吸蔵されたＮＯx量に基づいて還元剤供給量を増量し、ＮＯx放出量に見合った還元剤の供給を行うことができる。
【０１９３】
よって、還元剤の供給不足などに起因した排気エミッションの悪化を防止することができる。
【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を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】 （Ａ）は、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収メカニズムを説明する図である。（Ｂ）は、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx放出メカニズムを説明する図である。
【図３】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】 第１の発明に係る還元剤供給量増量方法を表すフローチャート図である。
【図５】 前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間と燃料添加量の補正係数との関係を示す図である。
【図６】 前回のリッチスパイク制御終了時からの経過時間と燃料添加量の増量回数との関係を示す図である。
【図７】 排気の温度と経過時間補正係数との関係を示す図である。
【図８】 第２の発明に係る還元剤供給量増量方法を表すフローチャート図である。
【図９】 ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量と燃料添加量の補正係数との関係を示す図である。
【図１０】（ａ）は、燃料添加量と基本ＮＯx還元量との関係を示す図である。（ｂ）は、排気の温度と温度係数との関係を示す図である。
【図１１】排気の温度とＮＯx吸蔵係数との関係を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・吸蔵還元型ＮＯx触媒
２１・・・排気絞り弁
２３・・・空燃比センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
２８・・・還元剤噴射弁
２９・・・還元剤供給路
３０・・・流量調整弁
３１・・・遮断弁
３２・・・還元剤圧力センサ
３３・・・クランクポジションセンサ
３４・・・水温センサ
３５・・・ＥＣＵ
３５１・・ＣＰＵ
３５２・・ＲＯＭ
３５３・・ＲＡＭ
３５４・・バックアップＲＡＭ
Claims (7)
- 酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、前記還元剤の存在下で排気中のＮＯx成分を浄化するＮＯx浄化触媒と、
前記排気通路を流通する排気中に還元剤を供給する還元剤供給機構と、
前記還元剤供給機構の還元剤供給停止後からの経過時間を検出する経過時間検出手段と、
前記経過時間検出手段により検出された経過時間が所定時間よりも長い場合は、この経過時間が前記所定時間以下の場合よりも、前記還元剤供給機構によって供給する還元剤の量を増量し、且つ、前記経過時間検出手段により検出された経過時間に基づいて還元剤の増量分を決定する供給量増量手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記供給量増量手段は、前記経過時間検出手段により検出された経過時間が長いほど還元剤の供給量を増量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。
- 前記供給量増量手段は所定量以上の増量は行わないことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存在下で排気中のＮＯx成分を浄化するＮＯx浄化触媒と、
前記排気通路を流通する排気中に前記還元剤を供給する還元剤供給機構と、
前記還元剤供給機構の還元剤供給停止後からの前記ＮＯx浄化触媒に吸蔵されたＮＯxの量を算出するＮＯx吸蔵量算出手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵量算出手段により算出されたＮＯ x 吸蔵量が閾値よりも多い場合は、このＮＯｘ吸蔵量が前記閾値以下の場合よりも、前記還元剤供給機構によって供給する還元剤の量を増量し、且つ、前記ＮＯ x 吸蔵量算出手段により算出されたＮＯ x 吸蔵量に基づいて還元剤の増量分を決定する供給量増量手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記供給量増量手段は、前記ＮＯx吸蔵量算出手段により算出されたＮＯx吸蔵量が多いほど還元剤の供給量を増量することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記供給量増量手段は所定量以上の還元剤供給量の増量は行わないことを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記供給量増量手段は、還元剤が複数回に亘って供給されるときの供給の間隔を短くして、還元剤の供給回数を増加させることにより、全体として還元剤の供給量を増量させることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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