JP3674511B2 - 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が重要である。
【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】
また、これらリーンＮＯx触媒を用いた排気浄化システムにおいては、リーンＮＯx触媒の触媒床温の管理も重要である。
【００１１】
例えば、リーンＮＯx触媒には活性温度があり、触媒床温がこの活性温度範囲から外れると、浄化能力が極度に低下する。一方、ＮＯx触媒の温度が過剰に上昇すると、ＮＯx触媒の熱劣化を誘発する虞れがある。
【００１２】
ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化について説明すると、ＮＯx 触媒におけるＮＯxの吸収は白金Ｐｔ（触媒物質）とカリウムＫ（ＮＯx吸収剤）との界面において行われるが、Ｐｔは熱によってシンタリングを起こし、成長して粒径が大きくなることが知られている。車両用内燃機関から排出される排気の浄化においては、ＮＯx 触媒に加わる熱負荷が大きく、白金Ｐｔのシンタリングを避けることはできない。このように白金Ｐｔがシンタリングを起こすと、白金ＰｔとカリウムＫの接触面積が少なくなり、即ち、白金ＰｔとカリウムＫの界面が少なくなる。この結果、ＮＯx 触媒のＮＯx吸収能力が低下し、ＮＯx浄化能力が低下する。
【００１３】
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し、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。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の排気浄化装置は、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及び吸蔵還元型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を求める際に、排気中の酸素量と吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収量とを単に内燃機関の運転条件をパラメータとして推定しているのみであるため、推定された酸素量又は還元剤量と実際の酸素量又は還元剤量との間にずれが発生する可能性がある。
【００１５】
また、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を正確に求めることができたとしても、還元剤を供給する機構に経年変化等が生じると、推定された還元剤量と実際に吸蔵還元型ＮＯx触媒に供給される還元剤量との間にずれが発生する可能性がある。
【００１６】
このように推定された還元剤量と実際に添加される還元剤量との間にずれが発生すると、還元剤の添加量を正確に制御することが困難となり、還元剤の過剰供給や供給不足に起因した排気エミッションの悪化が誘発される場合がある。
【００１７】
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、ＮＯx触媒に供給される還元剤量及び触媒の異常を判定し、この判定結果に基づいて還元剤量を補正することができる技術を提供することにより、以て排気エミッションの悪化を抑制することを目的とする。
【００１８】
【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、還元剤の存在下で排気中のＮＯx成分を浄化するＮＯx触媒と、
前記ＮＯx触媒に流入する排気の温度を計測する入ガス温度計測手段と、
前記ＮＯx触媒から流出する排気の温度を計測する出ガス温度計測手段と、
前記ＮＯx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段により前記ＮＯx触媒に還元剤が供給された後の前記入ガス温度計測手段により計測された排気の温度及び前記出ガス温度計測手段により計測された排気の温度に基づいて前記還元剤供給手段の異常を判定する異常判定手段と、
を具備した。
【００１９】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx触媒へ還元剤を供給する必要が生じたときに、還元剤供給手段はＮＯx触媒より上流へ還元剤を供給する。
【００２０】
ＮＯx触媒より上流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触媒へ流入する。そして、ＮＯx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。
【００２１】
ここで、ＮＯx触媒に還元剤が供給されると、ＮＯx触媒において酸化還元反応が起こりＮＯx触媒から流出する排気の温度は、該ＮＯx触媒に流入する排気の温度よりも高くなる。
【００２２】
このようにＮＯx触媒前後の温度は還元剤供給量及びＮＯx触媒の状態によって変動するので、異常判定手段は、ＮＯx触媒前後の排気の温度を計測することにより還元剤の過不足等の判定を行う。
【００２３】
本発明において、前記異常判定手段は、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低く且つ出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低い場合には還元剤供給機構が供給する還元剤の量が不足していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低く且つ出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも高い場合には内燃機関で失火が発生していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度以上で且つ出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低い場合にはＮＯx触媒が劣化していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも高く且つ出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも高い場合には還元剤供給機構が供給する還元剤の量が過剰であると判定する。
【００２４】
また、本発明において、前記異常判定手段は、出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低い場合にはＮＯx触媒が劣化していると判定することができる。
【００２５】
ここで、ＮＯx触媒に流入する排気の温度が所定温度よりも低いときは、内燃機関から排出される排気の温度が低い場合である。ところで、排気の温度を上昇させる手段及び還元剤を供給する手段として、内燃機関へ機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の機関出力とはならない時期に再度燃料を噴射させる副噴射がある。副噴射を行うと、噴射された燃料は内燃機関から排出される前に燃焼し、排気の温度を上昇させることができる。
【００２６】
この副噴射の量が不足している場合、又は、副噴射された燃料が内燃機関で十分に燃焼されなかった場合には、内燃機関内で燃焼により発生する熱量が少ないために、所定温度まで温度が上昇していない排気がＮＯx触媒に流入する。そして、副噴射の量が不足している場合には、ＮＯx触媒における酸化還元反応によるＮＯx触媒の温度上昇も十分ではないため、ＮＯx触媒から流出する排気の温度は所定温度よりも低くなる。また、副噴射された燃料が内燃機関で十分に燃焼されなかった場合には、排気中に未燃燃量が含まれているため、ＮＯx触媒における酸化還元反応によりＮＯx触媒の温度が上昇し、ＮＯx触媒から流出する排気の温度は所定温度よりも高くなる。
【００２７】
一方、副噴射の量が過剰である場合は、内燃機関内で燃焼により発生する熱量が多いために所定温度以上に温度が上昇した排気がＮＯx触媒に流入する。そして、この排気中には副噴射で余剰となった未燃燃量が多く含まれているため、ＮＯx触媒における酸化還元反応によりＮＯx触媒の温度が上昇し、ＮＯx触媒から流出する排気の温度は所定温度よりも高くなる。
【００２８】
また、ＮＯx触媒が劣化している場合には、ＮＯx触媒において酸化還元反応によって発生する熱量が少なくなるので、ＮＯx触媒に流入する排気の温度が所定温度若しくはそれ以上であるにもかかわらず、ＮＯx触媒から流出する排気の温度が所定温度よりも低くなる。
【００２９】
本発明においては、内燃機関の吸気系に排気の一部を再循環させるＥＧＲ装置と、前記内燃機関に吸入される新気の量を調整する吸気絞り弁と、を具備し、前記異常判定手段が前記ＮＯx触媒又は前記還元剤供給手段の異常を判定した場合に、還元剤供給手段が供給する還元剤の量、還元剤供給手段が還元剤を供給する時期、前記吸気絞り弁の開弁量、ＥＧＲガス量のうち少なくとも１つを変更することができる。
【００３０】
異常判定手段により還元剤の量が不足していると判定された場合には、還元剤の量を増加させることにより、ＮＯx触媒における排気の空燃比を適正化することができる。一方、異常判定手段により還元剤の量が過剰であると判定された場合には、吸気絞り弁を開弁し、又は、ＥＧＲガス量を減少させて内燃機関に吸入される新気の量を増加させて排気の空燃比を大きくすると、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を大きくすることができる。また、還元剤の量を減少させると排気の空燃比を大きくすることができるため、ＮＯx触媒における排気の空燃比を適正化することができる。
【００３１】
さらに、ＮＯx触媒が劣化していると判定された場合には、ＮＯx触媒に流入する排気の温度が高いほど副噴射の量を減少させることにより、これ以上の劣化を抑制することができる。
【００３２】
また、ＮＯx触媒に還元剤を供給するための他の手段として、排気通路に設けられた還元剤添加ノズルにより排気中に還元剤を直接添加する方法がある。この方法により排気通路へ添加された還元剤は、燃焼することなくＮＯx触媒へ流入するためＮＯx触媒に流入する排気の温度を上昇させることはないが、ＮＯx触媒に流入した還元剤は酸化還元反応によりＮＯx触媒の温度を上昇させ、ＮＯx触媒から流出する排気の温度は所定温度よりも高くなる。
【００３３】
そこで、ＮＯx触媒から流出する排気の温度によって、還元剤添加量の過不足を判定することができる。即ち、ＮＯx触媒から流出する排気の温度が所定温度よりも低い場合には、還元剤添加量が不足していると判定し、又、ＮＯx触媒から流出する排気の温度が所定温度よりも高い場合には、還元剤添加量が過剰であると判定することができる。
【００３４】
そして、異常判定手段により還元剤の量が不足していると判定された場合には、還元剤の量を増加させることにより、適正な量の還元剤添加を行うことができる。一方、異常判定手段により還元剤添加量が過剰であると判定された場合には、吸気絞り弁を開弁し、又は、ＥＧＲガス量を減少させて内燃機関に吸入される新気の量を増加させて排気の空燃比を大きくすると、ＮＯx触媒における還元剤の酸化還元反応による温度上昇を抑制することができる。また、副噴射を併用している時には副噴射の量を減少させると排気の空燃比を大きくすることができるため、ＮＯx触媒における還元剤の酸化還元反応による温度上昇を抑制することができる。
【００３５】
本出願の第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触媒と、
前記ＮＯx触媒に流入する排気の温度を計測する入ガス温度計測手段と、
前記ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比を計測する出ガス空燃比計測手段と、
前記ＮＯx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段により前記ＮＯx触媒に還元剤が供給された後の前記入ガス温度計測手段により計測された排気の温度及び前記出ガス空燃比計測手段により計測された排気の空燃比に基づいて前記還元剤供給手段の異常を判定する異常判定手段と、
を具備した。
【００３６】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx触媒へ還元剤を供給する必要が生じたときに、還元剤供給手段はＮＯx触媒より上流へ還元剤を供給する。
【００３７】
ＮＯx触媒より上流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触媒へ流入する。そして、ＮＯx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。
【００３８】
ここで、ＮＯx触媒に還元剤が供給されると、ＮＯx触媒において酸化還元反応が起こりＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は、該ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比よりも大きくなる。
【００３９】
このようにＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は還元剤供給量及びＮＯx触媒の状態によって変動するので、異常判定手段は、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比を計測し所定値と比較することにより還元剤の過不足及び触媒の劣化を判定することができる。
【００４０】
第２の発明において前記異常判定手段は、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低く且つ出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも大きい場合には還元剤供給機構が供給する還元剤の量が不足していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低く且つ出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも小さい場合には内燃機関で失火が発生していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度以上で且つ出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも大きい場合にはＮＯx触媒が劣化していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも高く且つ出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも小さい場合には還元剤供給機構が供給する還元剤の量が過剰であると判定することができる。
【００４１】
また、本発明において前記異常判定手段は、出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも小さい場合にはＮＯx触媒が劣化していると判定することができる。
【００４２】
ここで、ＮＯx触媒に流入する排気の温度が所定温度よりも低いときは、内燃機関から排出される排気の温度が低い場合である。ところで、排気の温度を上昇させる手段及び還元剤を供給する手段として、前記副噴射がある。
【００４３】
この副噴射の量が不足している場合、又は、副噴射された燃料が内燃機関で十分に燃焼されなかった場合には、内燃機関内で燃焼により発生する熱量が少ないために、所定温度まで温度が上昇していない排気がＮＯx触媒に流入する。そして、副噴射の量が不足している場合には、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比は所定値よりも大きいため、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は所定値よりも大きくなる。また、副噴射された燃料が内燃機関で十分に燃焼されなかった場合には、排気中に未燃燃量が含まれているため、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比は所定値よりも小さいので、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は所定値よりも小さくなる。
【００４４】
一方、副噴射の量が過剰である場合は、内燃機関内で燃焼により発生する熱量が多いために所定温度以上に温度が上昇した排気がＮＯx触媒に流入する。そして、この排気中には副噴射で余剰となった未燃燃量が多く含まれているため、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比は所定値よりも小さいので、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比も所定値より小さくなる。
【００４５】
また、ＮＯx触媒が劣化している場合には、ＮＯx触媒において酸化還元反応が起こりにくくなり、よって消費される酸素が少なくなるので、ＮＯx触媒に流入する排気の温度が所定温度若しくはそれ以上であるにもかかわらず、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は所定値よりも大きくなる。
【００４６】
さらに、本発明においては、内燃機関の吸気系に排気の一部を再循環させるＥＧＲ装置と、前記内燃機関に吸入される新気の量を調整する吸気絞り弁と、を具備し、前記異常判定手段が前記ＮＯx触媒又は前記還元剤供給手段の異常を判定した場合に、還元剤供給手段が供給する還元剤の量、還元剤供給手段が還元剤を供給する時期、前記吸気絞り弁の開弁量、ＥＧＲガス量のうち少なくとも１つを変更することができる。
【００４７】
また、ＮＯx触媒に還元剤を供給するための他の手段として、排気通路に設けられた還元剤添加ノズルにより排気中に還元剤を直接添加する方法がある。この方法により排気通路へ添加された還元剤は、燃焼することなくＮＯx触媒へ流入するためＮＯx触媒に流入する排気の温度を上昇させることはないが、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は所定値よりも小さくなる。
【００４８】
そこで、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比によって、還元剤添加量の過不足を判定することができる。即ち、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比が所定値よりも大きい場合には、還元剤添加量が不足していると判定し、又、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比が所定値よりも小さい場合には、還元剤添加量が過剰であると判定することができる。
【００４９】
異常判定手段により還元剤添加量が不足していると判定された場合には、還元剤添加量を増加させることにより、ＮＯx触媒における排気の空燃比を適正化することができる。一方、異常判定手段により還元剤添加量が過剰であると判定された場合には、吸気絞り弁を開弁し、又は、ＥＧＲガス量を減少させて内燃機関に吸入される新気の量を増加させて排気の空燃比を大きくすると、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を大きくすることができる。また、副噴射の量を減少させると排気の空燃比を大きくすることができるため、ＮＯx触媒における排気の空燃比を適正化することができる。
【００５０】
さらに、ＮＯx触媒が劣化していると判定された場合には、ＮＯx触媒に流入する排気の温度が高いほど副噴射の量を減少させることにより、これ以上の劣化を抑制することができる。
【００５１】
【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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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６ａ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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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より上流の排気管１９には、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入ガス温度センサ３７が取り付けられている。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出ガス温度センサ２４とが取り付けられている。
【００６７】
前記した空燃比センサ２３及び出ガス温度センサ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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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又は単にＮＯx触媒２０と称するものとする。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
ここで、前記還元剤圧力センサ３２は、遮断弁３１の下流側で該遮断弁３１と一体に形成されている。このようにすると、還元剤圧力センサ３２の取り付けが容易になり、又、還元剤の漏出を防止することができる。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
尚、図１に示す例では、内燃機関１の４つの気筒２のうち４番（＃４）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、４番（＃４）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、４番（＃４）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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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、入ガス温度センサ３７、出ガス温度センサ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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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、入ガス温度センサ３７、出ガス温度センサ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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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（若しくは、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吸蔵量算出マップ等である。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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、出ガス温度センサ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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
本実施の形態では、リッチスパイクで添加される燃料の増量は、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に記憶させておく。
【０１４１】
本実施の形態においては、前記内燃機関１の気筒２内へ機関出力のための燃料が主噴射された後の機関出力とはならない時期に再度燃料を噴射させる副噴射を行ってもＮＯx浄化を行うことができる。
【０１４２】
副噴射により噴射された燃料は気筒２内で燃焼し気筒２内のガス温度を上昇させると共に気筒２内の酸素濃度を低下させる。気筒２内で燃焼し温度が上昇したガスは排気となって排気管１９を通り吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に到達し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の温度を上昇させると共に吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤たる炭化水素（ＨＣ）を供給する。
【０１４３】
このように内燃機関１の気筒２内へ機関出力のための燃料が主噴射された後の機関出力とはならない時期に再度燃料を噴射させるのは、主噴射のみにより空燃比をリッチ空燃比側へずらそうとするとスモーク等の問題が発生する虞れがあるからである。また、主噴射を増量すると燃料の燃焼が機関出力になるのでトルクの変動が発生し運転状態が悪化する。そこで、主噴射の後の機関出力に影響しにくい膨張行程等で副噴射を行うこととした。
【０１４４】
このように副噴射を用いるとＮＯx触媒の温度を早期に上昇させることができ、又、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に還元剤を供給することができる。
【０１４５】
副噴射の量及び噴射時期は、アクセル開度と機関回転数と副噴射量又は副噴射時期との関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとＲＡＭ３５３に記憶されているアクセル開度及び機関回転数とから算出することができる。更に、パラメータとして内燃機関１の冷却水温度を加えてもよい。
【０１４６】
このように、副噴射を用いると吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の早期温度上昇が可能となるが、内燃機関１の運転状態によってはスモークやトルク変動等の問題が発生する虞れがある。また、副噴射は、例えば内燃機関１の膨張行程等の限られた時期にしか行うことができない。そこで、本実施の形態では、気筒２内の副噴射と還元剤噴射弁２８による燃料添加とを運転状態によって選択、又は、併用することとした。
【０１４７】
次に、本実施の形態における吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の昇温制御について説明する。この昇温制御は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性温度に達していないとき、ＮＯx浄化制御を行うとき、又は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の被毒解消制御を行うときに実行される。
【０１４８】
図４は、本発明に係る吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の昇温制御を表すフローチャートである。
【０１４９】
ステップ１０１では、昇温制御実行の可否について判定される。この昇温制御実行条件としては、出ガス温度センサ２４の出力信号値が所定値以下であるか、内燃機関１が所定の条件で運転されている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、昇温制御を行わずに本ルーチンを一旦終了する。
【０１５０】
ステップ１０２では、ＣＰＵ３５１は副噴射を行う。このときの入ガス温度センサ３７及び出ガス温度センサ２４の出力信号は、ＲＡＭ３５３に記憶される。
【０１５１】
ステップ１０３では、ＣＰＵ３５１は副噴射の異常及び触媒劣化を判定する。吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度及び吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度は、機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び副噴射量をパラメータとした温度マップとして表すことができる。このマップを、予めＲＯＭ３５２に記憶させておく。
【０１５２】
ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び副噴射量を読み出す。次に、ＲＯＭ３５２に記憶された温度マップにアクセスし、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を算出する。このようにして求められた温度を「基本入ガス温度」と称する。同様にして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度を算出する。このときに求められた温度を「基本出ガス温度」と称する。
【０１５３】
次に、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている入ガス温度センサ３７及び出ガス温度センサ２４の出力信号を読み出す。この出力信号より得られる吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を「計測入ガス温度」と称し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度を「計測出ガス温度」と称する。
【０１５４】
その後、ＣＰＵ３５１は、基本入ガス温度と計測入ガス温度との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「入ガス温度偏差」と称する。同様にして、基本出ガス温度と計測出ガス温度との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「出ガス温度偏差」と称する。これらの偏差が所定範囲以内の場合には、副噴射の異常及び触媒劣化はないと判定してステップ１０７へ進む。
【０１５５】
一方、偏差が所定範囲を越える場合には、副噴射の異常又は触媒劣化が発生していると判定してステップ１０４へ進む。
【０１５６】
ステップ１０４では、ステップ１０３で算出された入ガス温度偏差及び出ガス温度偏差に基づいて副噴射の異常の要因及びＮＯx触媒２０の劣化を特定し、これらの異常の改善を図る。
【０１５７】
まず、ＣＰＵ３５１は、副噴射の異常の要因及びＮＯx触媒２０の劣化を特定する。
【０１５８】
ここで、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも低いときは、内燃機関１から排出される排気の温度が低い場合である。この原因として、副噴射の量が不足している場合、又は、副噴射された燃料が内燃機関１で十分に燃焼されなかった（失火した）場合が挙げられる。このような場合には、内燃機関１内で燃焼により発生する熱量が少ないために、温度が上昇していない排気が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する。そして、副噴射の量が不足している場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０における酸化還元反応による温度上昇も十分ではないため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度は基本出ガス温度よりも低くなる。即ち、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも低く、且つ、計測出ガス温度が基本出ガス温度よりも低い場合には、副噴射の量が不足している場合であると判定することができる。
【０１５９】
また、副噴射された燃料が内燃機関で十分に燃焼されなかった（失火した）場合には、排気中に未燃燃量が多く含まれているため、ＮＯx触媒における酸化還元反応によりＮＯx触媒の温度が上昇し、ＮＯx触媒から流出する排気の温度は基本出ガス温度よりも高くなる。即ち、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも低く、且つ、計測出ガス温度が基本出ガス温度よりも高い場合には、副噴射された燃料が内燃機関１で十分に燃焼されなかった（失火した）場合であると判定することができる。
【０１６０】
一方、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも高いときは、内燃機関１から排出される排気の温度が高い場合である。この原因として、副噴射の量が過剰である場合が挙げられる。この場合には、内燃機関１内で燃焼により発生する熱量が多いために正常時よりも温度が上昇した排気が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する。そして、この排気中には副噴射で余剰となった未燃燃量が多く含まれているため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０における酸化還元反応により吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の温度が上昇し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度は基本出ガス温度よりも高くなる。即ち、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも高く、且つ、計測出ガス温度が基本出ガス温度よりも高い場合には、副噴射の量が過剰となっている場合であると判定することができる。
【０１６１】
また、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が劣化している場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０において酸化還元反応によって発生する熱量が少なくなる。そこで、入ガス温度偏差が所定値以下であるにもかかわらず、計測出ガス温度が基本出ガス温度よりも低い場合には吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の劣化が発生していると判定することができる。
【０１６２】
このようにして、ＣＰＵ３５１は、入ガス温度偏差及び出ガス温度偏差に基づいて、副噴射の異常の要因及び触媒劣化を特定することができる。
【０１６３】
次に、ＣＰＵ３５１は、特定された原因に基づいて以下の補正を行い、排気エミッションの悪化を抑制する。
【０１６４】
副噴射の量が不足していると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は副噴射量を増加する。副噴射を増加する量は、アクセル開度と機関回転数と入ガス温度偏差と副噴射を増加する量との関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとＲＡＭ３５３に記憶されているアクセル開度、機関回転数及び入ガス温度偏差から算出することができる。
【０１６５】
このようにして求められた、副噴射の増加補正量は、バックアップＲＡＭ３５３に記憶される。そして、次回からの副噴射では、ＣＰＵ３５１はバックアップＲＡＭ３５３にアクセスし、副噴射の増加補正量に基づいて副噴射を行う。この副噴射の増加補正量が所定量以上となった場合には、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせる。
【０１６６】
次に、内燃機関1内で失火が発生していると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は吸気絞り弁１３を開弁し、又は、ＥＧＲガス量を減少させて内燃機関１に吸入される新気の量を増加させる。また、副噴射の量を減少させる。このようにすると、内燃機関1内の空燃比が適正化され失火を抑制することができる。
【０１６７】
ＣＰＵ３５１は、内燃機関１の吸入新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し、吸入新気量及びＥＧＲガス量を調整する。
【０１６８】
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及び入ガス温度偏差等をパラメータとして内燃機関１の目標吸入新気量を決定する。その際、アクセル開度、機関回転数、入ガス温度偏差及び目標吸入新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、機関回転数、及び入ガス温度偏差とから目標吸入新気量が算出される。
【０１６９】
ここで、ＥＧＲ弁２６及び吸気絞り弁１３の開弁変化量と内燃機関１に吸入されるＥＧＲガス量との関係を予め実験により求めてマップ化しＲＯＭ３５２に記憶させておけば、目標ＥＧＲガス量に基づいてＥＧＲ弁２６及び吸気絞り弁１３の開弁量を補正するための開弁補正量を算出することができる。
【０１７０】
ＣＰＵ３５１は、前記算出された開弁補正量に基づいてＥＧＲ弁２６及び吸気絞り弁１３の開弁量を変更しＥＧＲガス量及び吸入新気量を調整する。
【０１７１】
上記した手順により目標吸入新気量及び目標ＥＧＲガス量が決定されると、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されたエアフローメータ１１の出力信号値（実際の吸入新気量）を読み出し、実際の吸入新気量と目標吸入新気量とを比較する。
【０１７２】
前記した実際の吸入新気量が目標吸入新気量より少ない場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量閉弁させ、吸気絞り弁１３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。
【０１７３】
一方、実際の吸入新気量が目標吸入新気量より多い場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量開弁させ、吸気絞り弁１３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。
【０１７４】
以上のようにＥＧＲガス量と吸入新気量を調整することができる。
【０１７５】
また、副噴射を減少する量は、アクセル開度と機関回転数と入ガス温度偏差と副噴射を減少する量との関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとＲＡＭ３５３に記憶されているアクセル開度、機関回転数、及び入ガス温度偏差から算出することができる。
【０１７６】
このようにして求められた、吸気絞り弁１３の開弁補正量、ＥＧＲ弁２６の閉弁補正量、副噴射の減少補正量は、バックアップＲＡＭ３５３に記憶される。そして、次回からの副噴射では、ＣＰＵ３５１はバックアップＲＡＭ３５３にアクセスし、これらの補正量に基づいて副噴射を行う。
【０１７７】
ここでは、前記した吸気絞り弁１３の開閉弁、ＥＧＲ弁２６の開閉弁、副噴射を減少させる補正を組み合わせて内燃機関１の失火を抑制しているが、夫々単独で用いることもできる。
【０１７８】
また、吸気絞り弁１３の開弁補正量、ＥＧＲ弁２６の閉弁補正量、副噴射の減少補正量が所定量以上となった場合には、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせる。
【０１７９】
次に、副噴射の量が過剰であると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は副噴射量を減少させる。副噴射を減少させる量は、アクセル開度と機関回転数と入ガス温度偏差と副噴射を減少させる量との関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとＲＡＭ３５３に記憶されているアクセル開度、機関回転数、及び入ガス温度偏差から算出することができる。
【０１８０】
このようにして求められた、副噴射の減少補正量は、バックアップＲＡＭ３５３に記憶される。そして、次回からの副噴射では、ＣＰＵ３５１はバックアップＲＡＭ３５３にアクセスし、副噴射の減少補正量に基づいて副噴射を行う。
【０１８１】
この副噴射の減少補正量が所定量以上となった場合には、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせる。
【０１８２】
さらに、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が劣化していると判定された場合には、出ガス温度偏差が大きいほど、又、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度が高いほど副噴射の量を減少させることにより、これ以上の吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の劣化を抑制することができる。
【０１８３】
ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が劣化している場合には、その劣化の度合いが大きいほど吸蔵還元型ＮＯx触媒２０において酸化還元反応によって発生する熱量が少なくなるため、出ガス温度偏差が大きいほど、その劣化の度合いが大きいと判定することができる。又、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度が高いほど、劣化の進行が早まる。
【０１８４】
吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が劣化していると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は副噴射量を減少させる。副噴射を減少させる量は、アクセル開度、機関回転数、入ガス温度偏差、出ガス温度偏差、及び副噴射を減少させる量の関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとＲＡＭ３５３に記憶されているアクセル開度、機関回転数、入ガス温度偏差、及び出ガス温度偏差から算出することができる。
【０１８５】
このようにして求められた、副噴射の減少補正量は、バックアップＲＡＭ３５３に記憶される。そして、次回からの副噴射では、ＣＰＵ３５１はバックアップＲＡＭ３５３にアクセスし、副噴射の減少補正量に基づいて副噴射を行う。
【０１８６】
この副噴射の減少補正量が所定量以上となった場合には、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせる。
【０１８７】
ステップ１０５では、ステップ１０４で設定した補正量が所定量以下であるか否かを判定する。ＣＰＵ３５１により補正量が所定量以下であると判定された場合には、ステップ１０２へ進む。又、否定判定がなされた場合には、ステップ１０６へ進み、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせた後本ルーチンを終了させる。
【０１８８】
ステップ１０７では、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８から燃料添加制御を行う。このときの入ガス温度センサ３７及び出ガス温度センサ２４の出力信号は、ＲＡＭ３５３に記憶される。
【０１８９】
ステップ１０８では、ＣＰＵ３５１は燃料添加の異常を判定する。吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度及び吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度は、機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び燃料添加量をパラメータとした温度マップとして表すことができる。このマップは、予めＲＯＭ３５２に記憶させておく。
【０１９０】
ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び燃料添加量を読み出す。次に、ＲＯＭ３５２に記憶された温度マップにアクセスし、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を算出する。このようにして求められた温度を「燃料添加基本入ガス温度」と称する。同様にして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度を算出する。このときに求められた温度を「燃料添加基本出ガス温度」と称する。
【０１９１】
次に、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている入ガス温度センサ３７及び出ガス温度センサ２４の出力信号を読み出す。この出力信号より得られる吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を「燃料添加計測入ガス温度」と称し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度を「燃料添加計測出ガス温度」と称する。
【０１９２】
ＣＰＵ３５１は、燃料添加基本入ガス温度と燃料添加計測入ガス温度との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「燃料添加入ガス温度偏差」と称する。同様にして、燃料添加基本出ガス温度と燃料添加計測出ガス温度との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「燃料添加出ガス温度偏差」と称する。これらの偏差が所定範囲以内の場合には、燃料添加の異常はないと判定してステップ１１１へ進み、ステップ１０４及びステップ１０９で算出された各種補正量に基づいて昇温制御が継続される。
【０１９３】
一方、偏差が所定範囲を越える場合には、燃料添加の異常が発生しているとしてステップ１０９へ進む。
【０１９４】
ステップ１０９では、ステップ１０８で算出された燃料添加入ガス温度偏差及び燃料添加出ガス温度偏差に基づいて燃料添加の異常の要因を特定し、この異常の改善を図る。
【０１９５】
まず、ＣＰＵ３５１は、燃料添加の異常の要因を特定する。
【０１９６】
ここで、燃料添加計測出ガス温度が燃料添加基本出ガス温度よりも低いときは、燃料添加の量が不足している場合である。このような場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０における酸化還元反応による温度上昇が十分ではないため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度は燃料添加基本出ガス温度よりも低くなる。即ち、燃料添加計測出ガス温度が燃料添加基本出ガス温度よりも低い場合には、燃料添加の量が不足している場合であると判定することができる。
【０１９７】
また、燃料添加量が過剰の場合には、ＮＯx触媒における酸化還元反応によりＮＯx触媒の温度が上昇し、ＮＯx触媒から流出する排気の温度は基本出ガス温度よりも高くなる。即ち、燃料添加量計測出ガス温度が燃料添加量基本出ガス温度よりも高い場合には、燃料添加の量が過剰になっている場合であると判定することができる。
【０１９８】
このようにして、ＣＰＵ３５１は、燃料添加入ガス温度偏差及び燃料添加出ガス温度偏差に基づいて、燃料添加の異常の要因を特定することができる。
【０１９９】
次に、ＣＰＵ３５１は、判定結果に基づいて以下の補正を行い、排気エミッションの悪化を抑制する。
【０２００】
燃料添加の量が不足していると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は燃料添加量を増加する。燃料添加を増加する量は、アクセル開度と機関回転数と燃料添加入ガス温度偏差と燃料添加を増加する量との関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとＲＡＭ３５３に記憶されているアクセル開度、機関回転数及び燃料添加入ガス温度偏差から算出することができる。
【０２０１】
このようにして求められた、燃料添加の増加補正量は、バックアップＲＡＭ３５３に記憶される。そして、次回からの燃料添加では、ＣＰＵ３５１はバックアップＲＡＭ３５３にアクセスし、燃料添加の増加補正量に基づいて燃料添加を行う。この燃料添加の増加補正量が所定量以上となった場合には、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせる。
【０２０２】
次に、燃料添加の量が過剰になっていると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は吸気絞り弁１３を開弁し、又は、ＥＧＲガス量を減少させて内燃機関１に吸入される新気の量を増加させる。また、副噴射を併用した場合には副噴射の量を減少させる。このようにすると、内燃機関1内で発生する熱量を減少させることができるので排気の温度を低下させることができ、又、排気の空燃比が大きくなるため吸蔵還元型ＮＯx触媒２０内における酸化還元反応により発生する熱量を減少させることができる。
【０２０３】
吸気絞り弁１３、ＥＧＲ弁２６、副噴射量の補正方法は、ステップ１０４で行われるものと同様である。
【０２０４】
また、燃料添加の増量補正と同様に、燃料添加の減量補正量を算出し、この燃料添加の減量補正量に基づいて燃料添加を行ってもよい。
【０２０５】
このようにして算出された、吸気絞り弁１３の開弁補正量、ＥＧＲ弁２６の閉弁補正量、副噴射の減少補正量、燃料添加の減量補正量が所定量以上となった場合には、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせる。
【０２０６】
ステップ１１０では、ステップ１０９で設定した補正量が所定量以下であるか否かを判定する。ＣＰＵ３５１により補正量が所定量以下であると判定された場合には、ステップ１０７へ進む。又、否定判定がなされた場合には、ステップ１０６へ進み、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせた後本ルーチンを終了させる。
【０２０７】
本実施の形態では、副噴射量の増加又は減少は、副噴射を行う噴射時間の延長又は短縮によって実現することもでき、又、一回あたりの副噴射を行う噴射時間を変更せずに副噴射を行う間隔を短縮又は延長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、副噴射を行う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。
【０２０８】
このようにして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度及び吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度に基づいて、還元剤の量を調整することができる。
＜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。
【０２０９】
第２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。
【０２１０】
第１の実施の形態では、還元剤量の異常及びＮＯx触媒２０の劣化を吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度と吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度とに基づいて判定している。しかし、本実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度と、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比と、に基づいて還元剤量の異常及びＮＯx触媒２０の劣化を判定する。
【０２１１】
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。
【０２１２】
次に、本実施の形態における吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の昇温制御について図４に基づいて説明する。
【０２１３】
ステップ１０１においては、昇温制御実行の可否について判定される。判定内容は第１の実施の形態と共通である。
【０２１４】
ステップ１０２では、ＣＰＵ３５１は副噴射を行う。このときの入ガス温度センサ３７及び空燃比センサ２３の出力信号は、ＲＡＭ３５３に記憶される。
【０２１５】
ステップ１０３では、ＣＰＵ３５１は副噴射の異常及び触媒劣化を判定する。吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度及び吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比は、機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び副噴射量をパラメータとした温度マップ及び空燃比マップとして表すことができる。このマップを、予めＲＯＭ３５２に記憶させておく。
【０２１６】
ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び副噴射量を読み出す。次に、ＲＯＭ３５２に記憶された温度マップにアクセスし、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を算出する。このようにして求められた温度を「基本入ガス温度」と称する。同様にして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比を算出する。このときに求められた温度を「基本出ガス空燃比」と称する。
【０２１７】
次に、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている入ガス温度センサ３７及び空燃比センサ２３の出力信号を読み出す。これらの出力信号より得られる吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を「計測入ガス温度」と称し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比を「計測出ガス空燃比」と称する。
【０２１８】
ＣＰＵ３５１は、基本入ガス温度と計測入ガス温度との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「入ガス温度偏差」と称する。同様にして、基本出ガス空燃比と計測出ガス空燃比との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「出ガス空燃比偏差」と称する。これらの偏差が所定値範囲以内の場合には、副噴射の異常及び触媒劣化はないと判定してステップ１０７へ進む。
【０２１９】
一方、偏差が所定範囲を越える場合には、副噴射の異常又は触媒劣化が発生しているとしてステップ１０４へ進む。
【０２２０】
ステップ１０４では、ステップ１０３で算出された入ガス温度偏差及び出ガス空燃比偏差に基づいて副噴射の異常の要因及びＮＯx触媒２０の劣化を特定し、これらの異常の改善を図る。
【０２２１】
まず、ＣＰＵ３５１は、副噴射の異常の要因及びＮＯx触媒２０の劣化を特定する。
【０２２２】
ここで、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも低いときは、内燃機関１から排出される排気の温度が低い場合である。この原因として、副噴射の量が不足している場合、又は、副噴射された燃料が内燃機関１で十分に燃焼されなかった（失火した）場合が挙げられる。このような場合には、内燃機関１内で燃焼により発生する熱量が少ないために、温度が上昇していない排気が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する。そして、副噴射の量が不足している場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比は、基本出ガス空燃比よりも大きくなる。即ち、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも低く、且つ、計測出ガス空燃比が基本出ガス空燃比よりも大きい場合には、副噴射の量が不足している場合であると判定することができる。
【０２２３】
また、副噴射された燃料が内燃機関で十分に燃焼されなかった場合には、排気中に未燃燃量が多く含まれているため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比は基本出ガス空燃比よりも小さくなる。即ち、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも低く、且つ、計測出ガス空燃比が基本出ガス空燃比よりも小さい場合には、副噴射された燃料が内燃機関１で十分に燃焼されなかった（失火した）場合であると判定することができる。
【０２２４】
一方、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも高いときは、内燃機関１から排出される排気の温度が高い場合である。この原因として、副噴射の量が過剰である場合が挙げられる。この場合には、内燃機関１からの排気の空燃比は小さくなるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比は基本出ガス空燃比よりも小さくなる。即ち、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも高く、且つ、計測出ガス空燃比が基本出ガス空燃比よりも小さい場合には、副噴射の量が過剰となっている場合であると判定することができる。
【０２２５】
また、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が劣化している場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０において酸化還元反応によって消費される酸素の量が少なくなる。そこで、入ガス温度偏差が所定値以下であるにもかかわらず、計測出ガス空燃比が基本出ガス空燃比よりも大きい場合には吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の劣化が発生していると判定することができる。
【０２２６】
このようにして、ＣＰＵ３５１は、入ガス温度偏差及び出ガス空燃比偏差に基づいて、副噴射の異常の要因及び触媒劣化を特定することができる。
【０２２７】
次に、ＣＰＵ３５１は、特定された原因に基づいて第１の実施の形態におけるステップ１０４と共通の補正を行い、排気エミッションの悪化を抑制する。
【０２２８】
ステップ１０５では、ステップ１０４で設定した補正量が所定量以下であるか否かを判定する。ここでは、第１の実施の形態におけるステップ１０５と共通の判定を行う。
【０２２９】
ステップ１０７では、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８から燃料添加制御を行う。このときの入ガス温度センサ３７及び空燃比センサ２３の出力信号は、ＲＡＭ３５３に記憶される。
【０２３０】
ステップ１０８においては、ＣＰＵ３５１は燃料添加の異常を判定する。吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度及び吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比は、機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び燃料添加量をパラメータとした温度マップ及び空燃比マップとして表すことができる。このマップを、予めＲＯＭ３５２に記憶させておく。
【０２３１】
ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び燃料添加量を読み出す。次に、ＲＯＭ３５２に記憶された温度マップにアクセスし、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を算出する。このようにして求められた温度を「燃料添加基本入ガス温度」と称する。同様にして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比を算出する。このときに求められた空燃比を「燃料添加基本出ガス空燃比」と称する。
【０２３２】
次に、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている入ガス温度センサ３７及び空燃比センサ２３の出力信号を読み出す。この出力信号より得られる吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を「燃料添加計測入ガス温度」と称し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度を「燃料添加計測出ガス空燃比」と称する。
【０２３３】
ＣＰＵ３５１は、燃料添加基本入ガス温度と燃料添加計測入ガス温度との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「燃料添加入ガス温度偏差」と称する。同様にして、燃料添加基本出ガス空燃比と燃料添加計測出ガス空燃比との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「燃料添加出ガス空燃比偏差」と称する。これらの偏差が所定範囲以内の場合には、燃料添加の異常はないと判定してステップ１１１へ進み、ステップ１０４及びステップ１０９で算出された各種補正量に基づいて昇温制御が継続される。
【０２３４】
一方、偏差が所定範囲を越える場合には、燃料添加の異常が発生しているとしてステップ１０９へ進む。
【０２３５】
ステップ１０９では、ステップ１０８で算出された燃料添加入ガス温度偏差及び燃料添加出ガス空燃比偏差に基づいて燃料添加の異常の要因を特定し、この異常の改善を図る。
【０２３６】
まず、ＣＰＵ３５１は、燃料添加の異常の要因を特定する。
【０２３７】
ここで、燃料添加計測出ガス空燃比が燃料添加基本出ガス空燃比よりも大きいときは、燃料添加の量が不足している場合である。即ち、燃料添加計測出ガス空燃比が燃料添加基本出ガス空燃比よりも低い場合には、燃料添加の量が不足している場合であると判定することができる。
【０２３８】
また、燃料添加量が過剰の場合には、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は基本出ガス空燃比よりも小さくなる。即ち、燃料添加量計測出ガス空燃比が燃料添加量基本出ガス空燃比よりも小さい場合には、燃料添加の量が過剰になっている場合であると判定することができる。
【０２３９】
このようにして、ＣＰＵ３５１は、燃料添加入ガス温度偏差及び燃料添加出ガス空燃比偏差に基づいて、燃料添加の異常の要因を特定することができる。
【０２４０】
次に、ＣＰＵ３５１は、特定された原因に基づいて、第１の実施の形態におけるステップ１０９と共通の補正を行い、排気エミッションの悪化を抑制する。
【０２４１】
ステップ１１０では、ステップ１０９で設定した補正量が所定量以下であるか否かを判定する。ここでは、第１の実施の形態におけるステップ１１０と共通の判定が行われる。
【０２４２】
本実施の形態では、副噴射量の増加又は減少は、副噴射を行う噴射時間の延長又は短縮によって実現することもでき、又、一回あたりの副噴射を行う噴射時間を変更せずに副噴射を行う間隔を短縮又は延長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、副噴射を行う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。
【０２４３】
このようにして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度及び吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比に基づいて、還元剤の量を調整することができる。
【０２４４】
【発明の効果】
本願発明によれば、ＮＯx触媒に流入する排気の温度、及びＮＯx触媒から流出する排気の温度若しくは空燃比に基づいて、還元剤量の異常又はＮＯx触媒の劣化を判定することができる。そして、その判定結果に基づいて副噴射量、燃料添加量、吸気絞り弁の開弁量、ＥＧＲガス量を補正することができる。以て、経年変化などに起因した排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【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】 本発明に係る昇温制御を表すフローチャート図である。
【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
２４・・・出ガス温度センサ
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
３７・・・入ガス温度センサ
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が重要である。
【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】
また、これらリーンＮＯx触媒を用いた排気浄化システムにおいては、リーンＮＯx触媒の触媒床温の管理も重要である。
【００１１】
例えば、リーンＮＯx触媒には活性温度があり、触媒床温がこの活性温度範囲から外れると、浄化能力が極度に低下する。一方、ＮＯx触媒の温度が過剰に上昇すると、ＮＯx触媒の熱劣化を誘発する虞れがある。
【００１２】
ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化について説明すると、ＮＯx 触媒におけるＮＯxの吸収は白金Ｐｔ（触媒物質）とカリウムＫ（ＮＯx吸収剤）との界面において行われるが、Ｐｔは熱によってシンタリングを起こし、成長して粒径が大きくなることが知られている。車両用内燃機関から排出される排気の浄化においては、ＮＯx 触媒に加わる熱負荷が大きく、白金Ｐｔのシンタリングを避けることはできない。このように白金Ｐｔがシンタリングを起こすと、白金ＰｔとカリウムＫの接触面積が少なくなり、即ち、白金ＰｔとカリウムＫの界面が少なくなる。この結果、ＮＯx 触媒のＮＯx吸収能力が低下し、ＮＯx浄化能力が低下する。
【００１３】
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し、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。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の排気浄化装置は、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及び吸蔵還元型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を求める際に、排気中の酸素量と吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収量とを単に内燃機関の運転条件をパラメータとして推定しているのみであるため、推定された酸素量又は還元剤量と実際の酸素量又は還元剤量との間にずれが発生する可能性がある。
【００１５】
また、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を正確に求めることができたとしても、還元剤を供給する機構に経年変化等が生じると、推定された還元剤量と実際に吸蔵還元型ＮＯx触媒に供給される還元剤量との間にずれが発生する可能性がある。
【００１６】
このように推定された還元剤量と実際に添加される還元剤量との間にずれが発生すると、還元剤の添加量を正確に制御することが困難となり、還元剤の過剰供給や供給不足に起因した排気エミッションの悪化が誘発される場合がある。
【００１７】
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、ＮＯx触媒に供給される還元剤量及び触媒の異常を判定し、この判定結果に基づいて還元剤量を補正することができる技術を提供することにより、以て排気エミッションの悪化を抑制することを目的とする。
【００１８】
【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、還元剤の存在下で排気中のＮＯx成分を浄化するＮＯx触媒と、
前記ＮＯx触媒に流入する排気の温度を計測する入ガス温度計測手段と、
前記ＮＯx触媒から流出する排気の温度を計測する出ガス温度計測手段と、
前記ＮＯx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段により前記ＮＯx触媒に還元剤が供給された後の前記入ガス温度計測手段により計測された排気の温度及び前記出ガス温度計測手段により計測された排気の温度に基づいて前記還元剤供給手段の異常を判定する異常判定手段と、
を具備した。
【００１９】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx触媒へ還元剤を供給する必要が生じたときに、還元剤供給手段はＮＯx触媒より上流へ還元剤を供給する。
【００２０】
ＮＯx触媒より上流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触媒へ流入する。そして、ＮＯx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。
【００２１】
ここで、ＮＯx触媒に還元剤が供給されると、ＮＯx触媒において酸化還元反応が起こりＮＯx触媒から流出する排気の温度は、該ＮＯx触媒に流入する排気の温度よりも高くなる。
【００２２】
このようにＮＯx触媒前後の温度は還元剤供給量及びＮＯx触媒の状態によって変動するので、異常判定手段は、ＮＯx触媒前後の排気の温度を計測することにより還元剤の過不足等の判定を行う。
【００２３】
本発明において、前記異常判定手段は、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低く且つ出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低い場合には還元剤供給機構が供給する還元剤の量が不足していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低く且つ出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも高い場合には内燃機関で失火が発生していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度以上で且つ出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低い場合にはＮＯx触媒が劣化していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも高く且つ出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも高い場合には還元剤供給機構が供給する還元剤の量が過剰であると判定する。
【００２４】
また、本発明において、前記異常判定手段は、出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低い場合にはＮＯx触媒が劣化していると判定することができる。
【００２５】
ここで、ＮＯx触媒に流入する排気の温度が所定温度よりも低いときは、内燃機関から排出される排気の温度が低い場合である。ところで、排気の温度を上昇させる手段及び還元剤を供給する手段として、内燃機関へ機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の機関出力とはならない時期に再度燃料を噴射させる副噴射がある。副噴射を行うと、噴射された燃料は内燃機関から排出される前に燃焼し、排気の温度を上昇させることができる。
【００２６】
この副噴射の量が不足している場合、又は、副噴射された燃料が内燃機関で十分に燃焼されなかった場合には、内燃機関内で燃焼により発生する熱量が少ないために、所定温度まで温度が上昇していない排気がＮＯx触媒に流入する。そして、副噴射の量が不足している場合には、ＮＯx触媒における酸化還元反応によるＮＯx触媒の温度上昇も十分ではないため、ＮＯx触媒から流出する排気の温度は所定温度よりも低くなる。また、副噴射された燃料が内燃機関で十分に燃焼されなかった場合には、排気中に未燃燃量が含まれているため、ＮＯx触媒における酸化還元反応によりＮＯx触媒の温度が上昇し、ＮＯx触媒から流出する排気の温度は所定温度よりも高くなる。
【００２７】
一方、副噴射の量が過剰である場合は、内燃機関内で燃焼により発生する熱量が多いために所定温度以上に温度が上昇した排気がＮＯx触媒に流入する。そして、この排気中には副噴射で余剰となった未燃燃量が多く含まれているため、ＮＯx触媒における酸化還元反応によりＮＯx触媒の温度が上昇し、ＮＯx触媒から流出する排気の温度は所定温度よりも高くなる。
【００２８】
また、ＮＯx触媒が劣化している場合には、ＮＯx触媒において酸化還元反応によって発生する熱量が少なくなるので、ＮＯx触媒に流入する排気の温度が所定温度若しくはそれ以上であるにもかかわらず、ＮＯx触媒から流出する排気の温度が所定温度よりも低くなる。
【００２９】
本発明においては、内燃機関の吸気系に排気の一部を再循環させるＥＧＲ装置と、前記内燃機関に吸入される新気の量を調整する吸気絞り弁と、を具備し、前記異常判定手段が前記ＮＯx触媒又は前記還元剤供給手段の異常を判定した場合に、還元剤供給手段が供給する還元剤の量、還元剤供給手段が還元剤を供給する時期、前記吸気絞り弁の開弁量、ＥＧＲガス量のうち少なくとも１つを変更することができる。
【００３０】
異常判定手段により還元剤の量が不足していると判定された場合には、還元剤の量を増加させることにより、ＮＯx触媒における排気の空燃比を適正化することができる。一方、異常判定手段により還元剤の量が過剰であると判定された場合には、吸気絞り弁を開弁し、又は、ＥＧＲガス量を減少させて内燃機関に吸入される新気の量を増加させて排気の空燃比を大きくすると、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を大きくすることができる。また、還元剤の量を減少させると排気の空燃比を大きくすることができるため、ＮＯx触媒における排気の空燃比を適正化することができる。
【００３１】
さらに、ＮＯx触媒が劣化していると判定された場合には、ＮＯx触媒に流入する排気の温度が高いほど副噴射の量を減少させることにより、これ以上の劣化を抑制することができる。
【００３２】
また、ＮＯx触媒に還元剤を供給するための他の手段として、排気通路に設けられた還元剤添加ノズルにより排気中に還元剤を直接添加する方法がある。この方法により排気通路へ添加された還元剤は、燃焼することなくＮＯx触媒へ流入するためＮＯx触媒に流入する排気の温度を上昇させることはないが、ＮＯx触媒に流入した還元剤は酸化還元反応によりＮＯx触媒の温度を上昇させ、ＮＯx触媒から流出する排気の温度は所定温度よりも高くなる。
【００３３】
そこで、ＮＯx触媒から流出する排気の温度によって、還元剤添加量の過不足を判定することができる。即ち、ＮＯx触媒から流出する排気の温度が所定温度よりも低い場合には、還元剤添加量が不足していると判定し、又、ＮＯx触媒から流出する排気の温度が所定温度よりも高い場合には、還元剤添加量が過剰であると判定することができる。
【００３４】
そして、異常判定手段により還元剤の量が不足していると判定された場合には、還元剤の量を増加させることにより、適正な量の還元剤添加を行うことができる。一方、異常判定手段により還元剤添加量が過剰であると判定された場合には、吸気絞り弁を開弁し、又は、ＥＧＲガス量を減少させて内燃機関に吸入される新気の量を増加させて排気の空燃比を大きくすると、ＮＯx触媒における還元剤の酸化還元反応による温度上昇を抑制することができる。また、副噴射を併用している時には副噴射の量を減少させると排気の空燃比を大きくすることができるため、ＮＯx触媒における還元剤の酸化還元反応による温度上昇を抑制することができる。
【００３５】
本出願の第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触媒と、
前記ＮＯx触媒に流入する排気の温度を計測する入ガス温度計測手段と、
前記ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比を計測する出ガス空燃比計測手段と、
前記ＮＯx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段により前記ＮＯx触媒に還元剤が供給された後の前記入ガス温度計測手段により計測された排気の温度及び前記出ガス空燃比計測手段により計測された排気の空燃比に基づいて前記還元剤供給手段の異常を判定する異常判定手段と、
を具備した。
【００３６】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx触媒へ還元剤を供給する必要が生じたときに、還元剤供給手段はＮＯx触媒より上流へ還元剤を供給する。
【００３７】
ＮＯx触媒より上流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触媒へ流入する。そして、ＮＯx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。
【００３８】
ここで、ＮＯx触媒に還元剤が供給されると、ＮＯx触媒において酸化還元反応が起こりＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は、該ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比よりも大きくなる。
【００３９】
このようにＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は還元剤供給量及びＮＯx触媒の状態によって変動するので、異常判定手段は、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比を計測し所定値と比較することにより還元剤の過不足及び触媒の劣化を判定することができる。
【００４０】
第２の発明において前記異常判定手段は、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低く且つ出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも大きい場合には還元剤供給機構が供給する還元剤の量が不足していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低く且つ出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも小さい場合には内燃機関で失火が発生していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度以上で且つ出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも大きい場合にはＮＯx触媒が劣化していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも高く且つ出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも小さい場合には還元剤供給機構が供給する還元剤の量が過剰であると判定することができる。
【００４１】
また、本発明において前記異常判定手段は、出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも小さい場合にはＮＯx触媒が劣化していると判定することができる。
【００４２】
ここで、ＮＯx触媒に流入する排気の温度が所定温度よりも低いときは、内燃機関から排出される排気の温度が低い場合である。ところで、排気の温度を上昇させる手段及び還元剤を供給する手段として、前記副噴射がある。
【００４３】
この副噴射の量が不足している場合、又は、副噴射された燃料が内燃機関で十分に燃焼されなかった場合には、内燃機関内で燃焼により発生する熱量が少ないために、所定温度まで温度が上昇していない排気がＮＯx触媒に流入する。そして、副噴射の量が不足している場合には、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比は所定値よりも大きいため、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は所定値よりも大きくなる。また、副噴射された燃料が内燃機関で十分に燃焼されなかった場合には、排気中に未燃燃量が含まれているため、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比は所定値よりも小さいので、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は所定値よりも小さくなる。
【００４４】
一方、副噴射の量が過剰である場合は、内燃機関内で燃焼により発生する熱量が多いために所定温度以上に温度が上昇した排気がＮＯx触媒に流入する。そして、この排気中には副噴射で余剰となった未燃燃量が多く含まれているため、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比は所定値よりも小さいので、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比も所定値より小さくなる。
【００４５】
また、ＮＯx触媒が劣化している場合には、ＮＯx触媒において酸化還元反応が起こりにくくなり、よって消費される酸素が少なくなるので、ＮＯx触媒に流入する排気の温度が所定温度若しくはそれ以上であるにもかかわらず、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は所定値よりも大きくなる。
【００４６】
さらに、本発明においては、内燃機関の吸気系に排気の一部を再循環させるＥＧＲ装置と、前記内燃機関に吸入される新気の量を調整する吸気絞り弁と、を具備し、前記異常判定手段が前記ＮＯx触媒又は前記還元剤供給手段の異常を判定した場合に、還元剤供給手段が供給する還元剤の量、還元剤供給手段が還元剤を供給する時期、前記吸気絞り弁の開弁量、ＥＧＲガス量のうち少なくとも１つを変更することができる。
【００４７】
また、ＮＯx触媒に還元剤を供給するための他の手段として、排気通路に設けられた還元剤添加ノズルにより排気中に還元剤を直接添加する方法がある。この方法により排気通路へ添加された還元剤は、燃焼することなくＮＯx触媒へ流入するためＮＯx触媒に流入する排気の温度を上昇させることはないが、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は所定値よりも小さくなる。
【００４８】
そこで、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比によって、還元剤添加量の過不足を判定することができる。即ち、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比が所定値よりも大きい場合には、還元剤添加量が不足していると判定し、又、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比が所定値よりも小さい場合には、還元剤添加量が過剰であると判定することができる。
【００４９】
異常判定手段により還元剤添加量が不足していると判定された場合には、還元剤添加量を増加させることにより、ＮＯx触媒における排気の空燃比を適正化することができる。一方、異常判定手段により還元剤添加量が過剰であると判定された場合には、吸気絞り弁を開弁し、又は、ＥＧＲガス量を減少させて内燃機関に吸入される新気の量を増加させて排気の空燃比を大きくすると、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を大きくすることができる。また、副噴射の量を減少させると排気の空燃比を大きくすることができるため、ＮＯx触媒における排気の空燃比を適正化することができる。
【００５０】
さらに、ＮＯx触媒が劣化していると判定された場合には、ＮＯx触媒に流入する排気の温度が高いほど副噴射の量を減少させることにより、これ以上の劣化を抑制することができる。
【００５１】
【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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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６ａ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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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より上流の排気管１９には、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入ガス温度センサ３７が取り付けられている。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出ガス温度センサ２４とが取り付けられている。
【００６７】
前記した空燃比センサ２３及び出ガス温度センサ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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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又は単にＮＯx触媒２０と称するものとする。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
ここで、前記還元剤圧力センサ３２は、遮断弁３１の下流側で該遮断弁３１と一体に形成されている。このようにすると、還元剤圧力センサ３２の取り付けが容易になり、又、還元剤の漏出を防止することができる。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
尚、図１に示す例では、内燃機関１の４つの気筒２のうち４番（＃４）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、４番（＃４）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、４番（＃４）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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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、入ガス温度センサ３７、出ガス温度センサ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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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、入ガス温度センサ３７、出ガス温度センサ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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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（若しくは、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吸蔵量算出マップ等である。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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、出ガス温度センサ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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
本実施の形態では、リッチスパイクで添加される燃料の増量は、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に記憶させておく。
【０１４１】
本実施の形態においては、前記内燃機関１の気筒２内へ機関出力のための燃料が主噴射された後の機関出力とはならない時期に再度燃料を噴射させる副噴射を行ってもＮＯx浄化を行うことができる。
【０１４２】
副噴射により噴射された燃料は気筒２内で燃焼し気筒２内のガス温度を上昇させると共に気筒２内の酸素濃度を低下させる。気筒２内で燃焼し温度が上昇したガスは排気となって排気管１９を通り吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に到達し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の温度を上昇させると共に吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤たる炭化水素（ＨＣ）を供給する。
【０１４３】
このように内燃機関１の気筒２内へ機関出力のための燃料が主噴射された後の機関出力とはならない時期に再度燃料を噴射させるのは、主噴射のみにより空燃比をリッチ空燃比側へずらそうとするとスモーク等の問題が発生する虞れがあるからである。また、主噴射を増量すると燃料の燃焼が機関出力になるのでトルクの変動が発生し運転状態が悪化する。そこで、主噴射の後の機関出力に影響しにくい膨張行程等で副噴射を行うこととした。
【０１４４】
このように副噴射を用いるとＮＯx触媒の温度を早期に上昇させることができ、又、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に還元剤を供給することができる。
【０１４５】
副噴射の量及び噴射時期は、アクセル開度と機関回転数と副噴射量又は副噴射時期との関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとＲＡＭ３５３に記憶されているアクセル開度及び機関回転数とから算出することができる。更に、パラメータとして内燃機関１の冷却水温度を加えてもよい。
【０１４６】
このように、副噴射を用いると吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の早期温度上昇が可能となるが、内燃機関１の運転状態によってはスモークやトルク変動等の問題が発生する虞れがある。また、副噴射は、例えば内燃機関１の膨張行程等の限られた時期にしか行うことができない。そこで、本実施の形態では、気筒２内の副噴射と還元剤噴射弁２８による燃料添加とを運転状態によって選択、又は、併用することとした。
【０１４７】
次に、本実施の形態における吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の昇温制御について説明する。この昇温制御は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性温度に達していないとき、ＮＯx浄化制御を行うとき、又は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の被毒解消制御を行うときに実行される。
【０１４８】
図４は、本発明に係る吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の昇温制御を表すフローチャートである。
【０１４９】
ステップ１０１では、昇温制御実行の可否について判定される。この昇温制御実行条件としては、出ガス温度センサ２４の出力信号値が所定値以下であるか、内燃機関１が所定の条件で運転されている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、昇温制御を行わずに本ルーチンを一旦終了する。
【０１５０】
ステップ１０２では、ＣＰＵ３５１は副噴射を行う。このときの入ガス温度センサ３７及び出ガス温度センサ２４の出力信号は、ＲＡＭ３５３に記憶される。
【０１５１】
ステップ１０３では、ＣＰＵ３５１は副噴射の異常及び触媒劣化を判定する。吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度及び吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度は、機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び副噴射量をパラメータとした温度マップとして表すことができる。このマップを、予めＲＯＭ３５２に記憶させておく。
【０１５２】
ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び副噴射量を読み出す。次に、ＲＯＭ３５２に記憶された温度マップにアクセスし、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を算出する。このようにして求められた温度を「基本入ガス温度」と称する。同様にして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度を算出する。このときに求められた温度を「基本出ガス温度」と称する。
【０１５３】
次に、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている入ガス温度センサ３７及び出ガス温度センサ２４の出力信号を読み出す。この出力信号より得られる吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を「計測入ガス温度」と称し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度を「計測出ガス温度」と称する。
【０１５４】
その後、ＣＰＵ３５１は、基本入ガス温度と計測入ガス温度との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「入ガス温度偏差」と称する。同様にして、基本出ガス温度と計測出ガス温度との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「出ガス温度偏差」と称する。これらの偏差が所定範囲以内の場合には、副噴射の異常及び触媒劣化はないと判定してステップ１０７へ進む。
【０１５５】
一方、偏差が所定範囲を越える場合には、副噴射の異常又は触媒劣化が発生していると判定してステップ１０４へ進む。
【０１５６】
ステップ１０４では、ステップ１０３で算出された入ガス温度偏差及び出ガス温度偏差に基づいて副噴射の異常の要因及びＮＯx触媒２０の劣化を特定し、これらの異常の改善を図る。
【０１５７】
まず、ＣＰＵ３５１は、副噴射の異常の要因及びＮＯx触媒２０の劣化を特定する。
【０１５８】
ここで、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも低いときは、内燃機関１から排出される排気の温度が低い場合である。この原因として、副噴射の量が不足している場合、又は、副噴射された燃料が内燃機関１で十分に燃焼されなかった（失火した）場合が挙げられる。このような場合には、内燃機関１内で燃焼により発生する熱量が少ないために、温度が上昇していない排気が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する。そして、副噴射の量が不足している場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０における酸化還元反応による温度上昇も十分ではないため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度は基本出ガス温度よりも低くなる。即ち、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも低く、且つ、計測出ガス温度が基本出ガス温度よりも低い場合には、副噴射の量が不足している場合であると判定することができる。
【０１５９】
また、副噴射された燃料が内燃機関で十分に燃焼されなかった（失火した）場合には、排気中に未燃燃量が多く含まれているため、ＮＯx触媒における酸化還元反応によりＮＯx触媒の温度が上昇し、ＮＯx触媒から流出する排気の温度は基本出ガス温度よりも高くなる。即ち、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも低く、且つ、計測出ガス温度が基本出ガス温度よりも高い場合には、副噴射された燃料が内燃機関１で十分に燃焼されなかった（失火した）場合であると判定することができる。
【０１６０】
一方、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも高いときは、内燃機関１から排出される排気の温度が高い場合である。この原因として、副噴射の量が過剰である場合が挙げられる。この場合には、内燃機関１内で燃焼により発生する熱量が多いために正常時よりも温度が上昇した排気が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する。そして、この排気中には副噴射で余剰となった未燃燃量が多く含まれているため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０における酸化還元反応により吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の温度が上昇し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度は基本出ガス温度よりも高くなる。即ち、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも高く、且つ、計測出ガス温度が基本出ガス温度よりも高い場合には、副噴射の量が過剰となっている場合であると判定することができる。
【０１６１】
また、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が劣化している場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０において酸化還元反応によって発生する熱量が少なくなる。そこで、入ガス温度偏差が所定値以下であるにもかかわらず、計測出ガス温度が基本出ガス温度よりも低い場合には吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の劣化が発生していると判定することができる。
【０１６２】
このようにして、ＣＰＵ３５１は、入ガス温度偏差及び出ガス温度偏差に基づいて、副噴射の異常の要因及び触媒劣化を特定することができる。
【０１６３】
次に、ＣＰＵ３５１は、特定された原因に基づいて以下の補正を行い、排気エミッションの悪化を抑制する。
【０１６４】
副噴射の量が不足していると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は副噴射量を増加する。副噴射を増加する量は、アクセル開度と機関回転数と入ガス温度偏差と副噴射を増加する量との関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとＲＡＭ３５３に記憶されているアクセル開度、機関回転数及び入ガス温度偏差から算出することができる。
【０１６５】
このようにして求められた、副噴射の増加補正量は、バックアップＲＡＭ３５３に記憶される。そして、次回からの副噴射では、ＣＰＵ３５１はバックアップＲＡＭ３５３にアクセスし、副噴射の増加補正量に基づいて副噴射を行う。この副噴射の増加補正量が所定量以上となった場合には、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせる。
【０１６６】
次に、内燃機関1内で失火が発生していると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は吸気絞り弁１３を開弁し、又は、ＥＧＲガス量を減少させて内燃機関１に吸入される新気の量を増加させる。また、副噴射の量を減少させる。このようにすると、内燃機関1内の空燃比が適正化され失火を抑制することができる。
【０１６７】
ＣＰＵ３５１は、内燃機関１の吸入新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し、吸入新気量及びＥＧＲガス量を調整する。
【０１６８】
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及び入ガス温度偏差等をパラメータとして内燃機関１の目標吸入新気量を決定する。その際、アクセル開度、機関回転数、入ガス温度偏差及び目標吸入新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、機関回転数、及び入ガス温度偏差とから目標吸入新気量が算出される。
【０１６９】
ここで、ＥＧＲ弁２６及び吸気絞り弁１３の開弁変化量と内燃機関１に吸入されるＥＧＲガス量との関係を予め実験により求めてマップ化しＲＯＭ３５２に記憶させておけば、目標ＥＧＲガス量に基づいてＥＧＲ弁２６及び吸気絞り弁１３の開弁量を補正するための開弁補正量を算出することができる。
【０１７０】
ＣＰＵ３５１は、前記算出された開弁補正量に基づいてＥＧＲ弁２６及び吸気絞り弁１３の開弁量を変更しＥＧＲガス量及び吸入新気量を調整する。
【０１７１】
上記した手順により目標吸入新気量及び目標ＥＧＲガス量が決定されると、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されたエアフローメータ１１の出力信号値（実際の吸入新気量）を読み出し、実際の吸入新気量と目標吸入新気量とを比較する。
【０１７２】
前記した実際の吸入新気量が目標吸入新気量より少ない場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量閉弁させ、吸気絞り弁１３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。
【０１７３】
一方、実際の吸入新気量が目標吸入新気量より多い場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量開弁させ、吸気絞り弁１３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。
【０１７４】
以上のようにＥＧＲガス量と吸入新気量を調整することができる。
【０１７５】
また、副噴射を減少する量は、アクセル開度と機関回転数と入ガス温度偏差と副噴射を減少する量との関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとＲＡＭ３５３に記憶されているアクセル開度、機関回転数、及び入ガス温度偏差から算出することができる。
【０１７６】
このようにして求められた、吸気絞り弁１３の開弁補正量、ＥＧＲ弁２６の閉弁補正量、副噴射の減少補正量は、バックアップＲＡＭ３５３に記憶される。そして、次回からの副噴射では、ＣＰＵ３５１はバックアップＲＡＭ３５３にアクセスし、これらの補正量に基づいて副噴射を行う。
【０１７７】
ここでは、前記した吸気絞り弁１３の開閉弁、ＥＧＲ弁２６の開閉弁、副噴射を減少させる補正を組み合わせて内燃機関１の失火を抑制しているが、夫々単独で用いることもできる。
【０１７８】
また、吸気絞り弁１３の開弁補正量、ＥＧＲ弁２６の閉弁補正量、副噴射の減少補正量が所定量以上となった場合には、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせる。
【０１７９】
次に、副噴射の量が過剰であると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は副噴射量を減少させる。副噴射を減少させる量は、アクセル開度と機関回転数と入ガス温度偏差と副噴射を減少させる量との関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとＲＡＭ３５３に記憶されているアクセル開度、機関回転数、及び入ガス温度偏差から算出することができる。
【０１８０】
このようにして求められた、副噴射の減少補正量は、バックアップＲＡＭ３５３に記憶される。そして、次回からの副噴射では、ＣＰＵ３５１はバックアップＲＡＭ３５３にアクセスし、副噴射の減少補正量に基づいて副噴射を行う。
【０１８１】
この副噴射の減少補正量が所定量以上となった場合には、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせる。
【０１８２】
さらに、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が劣化していると判定された場合には、出ガス温度偏差が大きいほど、又、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度が高いほど副噴射の量を減少させることにより、これ以上の吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の劣化を抑制することができる。
【０１８３】
ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が劣化している場合には、その劣化の度合いが大きいほど吸蔵還元型ＮＯx触媒２０において酸化還元反応によって発生する熱量が少なくなるため、出ガス温度偏差が大きいほど、その劣化の度合いが大きいと判定することができる。又、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度が高いほど、劣化の進行が早まる。
【０１８４】
吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が劣化していると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は副噴射量を減少させる。副噴射を減少させる量は、アクセル開度、機関回転数、入ガス温度偏差、出ガス温度偏差、及び副噴射を減少させる量の関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとＲＡＭ３５３に記憶されているアクセル開度、機関回転数、入ガス温度偏差、及び出ガス温度偏差から算出することができる。
【０１８５】
このようにして求められた、副噴射の減少補正量は、バックアップＲＡＭ３５３に記憶される。そして、次回からの副噴射では、ＣＰＵ３５１はバックアップＲＡＭ３５３にアクセスし、副噴射の減少補正量に基づいて副噴射を行う。
【０１８６】
この副噴射の減少補正量が所定量以上となった場合には、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせる。
【０１８７】
ステップ１０５では、ステップ１０４で設定した補正量が所定量以下であるか否かを判定する。ＣＰＵ３５１により補正量が所定量以下であると判定された場合には、ステップ１０２へ進む。又、否定判定がなされた場合には、ステップ１０６へ進み、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせた後本ルーチンを終了させる。
【０１８８】
ステップ１０７では、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８から燃料添加制御を行う。このときの入ガス温度センサ３７及び出ガス温度センサ２４の出力信号は、ＲＡＭ３５３に記憶される。
【０１８９】
ステップ１０８では、ＣＰＵ３５１は燃料添加の異常を判定する。吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度及び吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度は、機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び燃料添加量をパラメータとした温度マップとして表すことができる。このマップは、予めＲＯＭ３５２に記憶させておく。
【０１９０】
ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び燃料添加量を読み出す。次に、ＲＯＭ３５２に記憶された温度マップにアクセスし、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を算出する。このようにして求められた温度を「燃料添加基本入ガス温度」と称する。同様にして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度を算出する。このときに求められた温度を「燃料添加基本出ガス温度」と称する。
【０１９１】
次に、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている入ガス温度センサ３７及び出ガス温度センサ２４の出力信号を読み出す。この出力信号より得られる吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を「燃料添加計測入ガス温度」と称し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度を「燃料添加計測出ガス温度」と称する。
【０１９２】
ＣＰＵ３５１は、燃料添加基本入ガス温度と燃料添加計測入ガス温度との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「燃料添加入ガス温度偏差」と称する。同様にして、燃料添加基本出ガス温度と燃料添加計測出ガス温度との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「燃料添加出ガス温度偏差」と称する。これらの偏差が所定範囲以内の場合には、燃料添加の異常はないと判定してステップ１１１へ進み、ステップ１０４及びステップ１０９で算出された各種補正量に基づいて昇温制御が継続される。
【０１９３】
一方、偏差が所定範囲を越える場合には、燃料添加の異常が発生しているとしてステップ１０９へ進む。
【０１９４】
ステップ１０９では、ステップ１０８で算出された燃料添加入ガス温度偏差及び燃料添加出ガス温度偏差に基づいて燃料添加の異常の要因を特定し、この異常の改善を図る。
【０１９５】
まず、ＣＰＵ３５１は、燃料添加の異常の要因を特定する。
【０１９６】
ここで、燃料添加計測出ガス温度が燃料添加基本出ガス温度よりも低いときは、燃料添加の量が不足している場合である。このような場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０における酸化還元反応による温度上昇が十分ではないため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度は燃料添加基本出ガス温度よりも低くなる。即ち、燃料添加計測出ガス温度が燃料添加基本出ガス温度よりも低い場合には、燃料添加の量が不足している場合であると判定することができる。
【０１９７】
また、燃料添加量が過剰の場合には、ＮＯx触媒における酸化還元反応によりＮＯx触媒の温度が上昇し、ＮＯx触媒から流出する排気の温度は基本出ガス温度よりも高くなる。即ち、燃料添加量計測出ガス温度が燃料添加量基本出ガス温度よりも高い場合には、燃料添加の量が過剰になっている場合であると判定することができる。
【０１９８】
このようにして、ＣＰＵ３５１は、燃料添加入ガス温度偏差及び燃料添加出ガス温度偏差に基づいて、燃料添加の異常の要因を特定することができる。
【０１９９】
次に、ＣＰＵ３５１は、判定結果に基づいて以下の補正を行い、排気エミッションの悪化を抑制する。
【０２００】
燃料添加の量が不足していると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は燃料添加量を増加する。燃料添加を増加する量は、アクセル開度と機関回転数と燃料添加入ガス温度偏差と燃料添加を増加する量との関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとＲＡＭ３５３に記憶されているアクセル開度、機関回転数及び燃料添加入ガス温度偏差から算出することができる。
【０２０１】
このようにして求められた、燃料添加の増加補正量は、バックアップＲＡＭ３５３に記憶される。そして、次回からの燃料添加では、ＣＰＵ３５１はバックアップＲＡＭ３５３にアクセスし、燃料添加の増加補正量に基づいて燃料添加を行う。この燃料添加の増加補正量が所定量以上となった場合には、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせる。
【０２０２】
次に、燃料添加の量が過剰になっていると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は吸気絞り弁１３を開弁し、又は、ＥＧＲガス量を減少させて内燃機関１に吸入される新気の量を増加させる。また、副噴射を併用した場合には副噴射の量を減少させる。このようにすると、内燃機関1内で発生する熱量を減少させることができるので排気の温度を低下させることができ、又、排気の空燃比が大きくなるため吸蔵還元型ＮＯx触媒２０内における酸化還元反応により発生する熱量を減少させることができる。
【０２０３】
吸気絞り弁１３、ＥＧＲ弁２６、副噴射量の補正方法は、ステップ１０４で行われるものと同様である。
【０２０４】
また、燃料添加の増量補正と同様に、燃料添加の減量補正量を算出し、この燃料添加の減量補正量に基づいて燃料添加を行ってもよい。
【０２０５】
このようにして算出された、吸気絞り弁１３の開弁補正量、ＥＧＲ弁２６の閉弁補正量、副噴射の減少補正量、燃料添加の減量補正量が所定量以上となった場合には、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせる。
【０２０６】
ステップ１１０では、ステップ１０９で設定した補正量が所定量以下であるか否かを判定する。ＣＰＵ３５１により補正量が所定量以下であると判定された場合には、ステップ１０７へ進む。又、否定判定がなされた場合には、ステップ１０６へ進み、ＣＰＵ３５１は、図示しない警告灯を点灯させユーザーに知らせた後本ルーチンを終了させる。
【０２０７】
本実施の形態では、副噴射量の増加又は減少は、副噴射を行う噴射時間の延長又は短縮によって実現することもでき、又、一回あたりの副噴射を行う噴射時間を変更せずに副噴射を行う間隔を短縮又は延長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、副噴射を行う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。
【０２０８】
このようにして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度及び吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度に基づいて、還元剤の量を調整することができる。
＜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。
【０２０９】
第２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。
【０２１０】
第１の実施の形態では、還元剤量の異常及びＮＯx触媒２０の劣化を吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度と吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度とに基づいて判定している。しかし、本実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度と、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比と、に基づいて還元剤量の異常及びＮＯx触媒２０の劣化を判定する。
【０２１１】
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。
【０２１２】
次に、本実施の形態における吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の昇温制御について図４に基づいて説明する。
【０２１３】
ステップ１０１においては、昇温制御実行の可否について判定される。判定内容は第１の実施の形態と共通である。
【０２１４】
ステップ１０２では、ＣＰＵ３５１は副噴射を行う。このときの入ガス温度センサ３７及び空燃比センサ２３の出力信号は、ＲＡＭ３５３に記憶される。
【０２１５】
ステップ１０３では、ＣＰＵ３５１は副噴射の異常及び触媒劣化を判定する。吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度及び吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比は、機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び副噴射量をパラメータとした温度マップ及び空燃比マップとして表すことができる。このマップを、予めＲＯＭ３５２に記憶させておく。
【０２１６】
ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び副噴射量を読み出す。次に、ＲＯＭ３５２に記憶された温度マップにアクセスし、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を算出する。このようにして求められた温度を「基本入ガス温度」と称する。同様にして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比を算出する。このときに求められた温度を「基本出ガス空燃比」と称する。
【０２１７】
次に、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている入ガス温度センサ３７及び空燃比センサ２３の出力信号を読み出す。これらの出力信号より得られる吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を「計測入ガス温度」と称し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比を「計測出ガス空燃比」と称する。
【０２１８】
ＣＰＵ３５１は、基本入ガス温度と計測入ガス温度との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「入ガス温度偏差」と称する。同様にして、基本出ガス空燃比と計測出ガス空燃比との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「出ガス空燃比偏差」と称する。これらの偏差が所定値範囲以内の場合には、副噴射の異常及び触媒劣化はないと判定してステップ１０７へ進む。
【０２１９】
一方、偏差が所定範囲を越える場合には、副噴射の異常又は触媒劣化が発生しているとしてステップ１０４へ進む。
【０２２０】
ステップ１０４では、ステップ１０３で算出された入ガス温度偏差及び出ガス空燃比偏差に基づいて副噴射の異常の要因及びＮＯx触媒２０の劣化を特定し、これらの異常の改善を図る。
【０２２１】
まず、ＣＰＵ３５１は、副噴射の異常の要因及びＮＯx触媒２０の劣化を特定する。
【０２２２】
ここで、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも低いときは、内燃機関１から排出される排気の温度が低い場合である。この原因として、副噴射の量が不足している場合、又は、副噴射された燃料が内燃機関１で十分に燃焼されなかった（失火した）場合が挙げられる。このような場合には、内燃機関１内で燃焼により発生する熱量が少ないために、温度が上昇していない排気が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する。そして、副噴射の量が不足している場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比は、基本出ガス空燃比よりも大きくなる。即ち、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも低く、且つ、計測出ガス空燃比が基本出ガス空燃比よりも大きい場合には、副噴射の量が不足している場合であると判定することができる。
【０２２３】
また、副噴射された燃料が内燃機関で十分に燃焼されなかった場合には、排気中に未燃燃量が多く含まれているため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比は基本出ガス空燃比よりも小さくなる。即ち、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも低く、且つ、計測出ガス空燃比が基本出ガス空燃比よりも小さい場合には、副噴射された燃料が内燃機関１で十分に燃焼されなかった（失火した）場合であると判定することができる。
【０２２４】
一方、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも高いときは、内燃機関１から排出される排気の温度が高い場合である。この原因として、副噴射の量が過剰である場合が挙げられる。この場合には、内燃機関１からの排気の空燃比は小さくなるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比は基本出ガス空燃比よりも小さくなる。即ち、計測入ガス温度が基本入ガス温度よりも高く、且つ、計測出ガス空燃比が基本出ガス空燃比よりも小さい場合には、副噴射の量が過剰となっている場合であると判定することができる。
【０２２５】
また、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が劣化している場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０において酸化還元反応によって消費される酸素の量が少なくなる。そこで、入ガス温度偏差が所定値以下であるにもかかわらず、計測出ガス空燃比が基本出ガス空燃比よりも大きい場合には吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の劣化が発生していると判定することができる。
【０２２６】
このようにして、ＣＰＵ３５１は、入ガス温度偏差及び出ガス空燃比偏差に基づいて、副噴射の異常の要因及び触媒劣化を特定することができる。
【０２２７】
次に、ＣＰＵ３５１は、特定された原因に基づいて第１の実施の形態におけるステップ１０４と共通の補正を行い、排気エミッションの悪化を抑制する。
【０２２８】
ステップ１０５では、ステップ１０４で設定した補正量が所定量以下であるか否かを判定する。ここでは、第１の実施の形態におけるステップ１０５と共通の判定を行う。
【０２２９】
ステップ１０７では、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８から燃料添加制御を行う。このときの入ガス温度センサ３７及び空燃比センサ２３の出力信号は、ＲＡＭ３５３に記憶される。
【０２３０】
ステップ１０８においては、ＣＰＵ３５１は燃料添加の異常を判定する。吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度及び吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比は、機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び燃料添加量をパラメータとした温度マップ及び空燃比マップとして表すことができる。このマップを、予めＲＯＭ３５２に記憶させておく。
【０２３１】
ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、機関負荷、燃料主噴射量及び燃料添加量を読み出す。次に、ＲＯＭ３５２に記憶された温度マップにアクセスし、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を算出する。このようにして求められた温度を「燃料添加基本入ガス温度」と称する。同様にして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比を算出する。このときに求められた空燃比を「燃料添加基本出ガス空燃比」と称する。
【０２３２】
次に、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている入ガス温度センサ３７及び空燃比センサ２３の出力信号を読み出す。この出力信号より得られる吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度を「燃料添加計測入ガス温度」と称し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度を「燃料添加計測出ガス空燃比」と称する。
【０２３３】
ＣＰＵ３５１は、燃料添加基本入ガス温度と燃料添加計測入ガス温度との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「燃料添加入ガス温度偏差」と称する。同様にして、燃料添加基本出ガス空燃比と燃料添加計測出ガス空燃比との偏差を算出し、算出値をＲＡＭ３５３に記憶させる。この偏差を「燃料添加出ガス空燃比偏差」と称する。これらの偏差が所定範囲以内の場合には、燃料添加の異常はないと判定してステップ１１１へ進み、ステップ１０４及びステップ１０９で算出された各種補正量に基づいて昇温制御が継続される。
【０２３４】
一方、偏差が所定範囲を越える場合には、燃料添加の異常が発生しているとしてステップ１０９へ進む。
【０２３５】
ステップ１０９では、ステップ１０８で算出された燃料添加入ガス温度偏差及び燃料添加出ガス空燃比偏差に基づいて燃料添加の異常の要因を特定し、この異常の改善を図る。
【０２３６】
まず、ＣＰＵ３５１は、燃料添加の異常の要因を特定する。
【０２３７】
ここで、燃料添加計測出ガス空燃比が燃料添加基本出ガス空燃比よりも大きいときは、燃料添加の量が不足している場合である。即ち、燃料添加計測出ガス空燃比が燃料添加基本出ガス空燃比よりも低い場合には、燃料添加の量が不足している場合であると判定することができる。
【０２３８】
また、燃料添加量が過剰の場合には、ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比は基本出ガス空燃比よりも小さくなる。即ち、燃料添加量計測出ガス空燃比が燃料添加量基本出ガス空燃比よりも小さい場合には、燃料添加の量が過剰になっている場合であると判定することができる。
【０２３９】
このようにして、ＣＰＵ３５１は、燃料添加入ガス温度偏差及び燃料添加出ガス空燃比偏差に基づいて、燃料添加の異常の要因を特定することができる。
【０２４０】
次に、ＣＰＵ３５１は、特定された原因に基づいて、第１の実施の形態におけるステップ１０９と共通の補正を行い、排気エミッションの悪化を抑制する。
【０２４１】
ステップ１１０では、ステップ１０９で設定した補正量が所定量以下であるか否かを判定する。ここでは、第１の実施の形態におけるステップ１１０と共通の判定が行われる。
【０２４２】
本実施の形態では、副噴射量の増加又は減少は、副噴射を行う噴射時間の延長又は短縮によって実現することもでき、又、一回あたりの副噴射を行う噴射時間を変更せずに副噴射を行う間隔を短縮又は延長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、副噴射を行う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。
【０２４３】
このようにして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の温度及び吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出する排気の空燃比に基づいて、還元剤の量を調整することができる。
【０２４４】
【発明の効果】
本願発明によれば、ＮＯx触媒に流入する排気の温度、及びＮＯx触媒から流出する排気の温度若しくは空燃比に基づいて、還元剤量の異常又はＮＯx触媒の劣化を判定することができる。そして、その判定結果に基づいて副噴射量、燃料添加量、吸気絞り弁の開弁量、ＥＧＲガス量を補正することができる。以て、経年変化などに起因した排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【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】 本発明に係る昇温制御を表すフローチャート図である。
【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
２４・・・出ガス温度センサ
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
３７・・・入ガス温度センサ
３５１・・ＣＰＵ
３５２・・ＲＯＭ
３５３・・ＲＡＭ
３５４・・バックアップＲＡＭ
Claims (5)
- 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触媒と、
前記ＮＯx触媒に流入する排気の温度を計測する入ガス温度計測手段と、
前記ＮＯx触媒から流出する排気の温度を計測する出ガス温度計測手段と、
前記ＮＯx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段により前記ＮＯx触媒に還元剤が供給された後の前記入ガス温度計測手段により計測された排気の温度及び前記出ガス温度計測手段により計測された排気の温度に基づいて前記還元剤供給手段の異常を判定する異常判定手段と、
を具備し、
前記異常判定手段は、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低く且つ出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低い場合には還元剤供給機構が供給する還元剤の量が不足していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低く且つ出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも高い場合には内燃機関で失火が発生していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度以上で且つ出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低い場合にはＮＯ x 触媒が劣化していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも高く且つ出ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも高い場合には還元剤供給機構が供給する還元剤の量が過剰であると判定することを特徴とする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触媒と、
前記ＮＯx触媒に流入する排気の温度を計測する入ガス温度計測手段と、
前記ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比を計測する出ガス空燃比計測手段と、
前記ＮＯx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段により前記ＮＯx触媒に還元剤が供給された後の前記入ガス温度計測手段により計測された排気の温度及び前記出ガス空燃比計測手段により計測された排気の空燃比に基づいて前記還元剤供給手段の異常を判定する異常判定手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記異常判定手段は、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低く且つ出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも大きい場合には還元剤供給機構が供給する還元剤の量が不足していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも低く且つ出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも小さい場合には内燃機関で失火が発生していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度以上で且つ出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも大きい場合にはＮＯx触媒が劣化していると判定し、入ガス温度計測手段により計測された温度が所定温度よりも高く且つ出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも小さい場合には還元剤供給機構が供給する還元剤の量が過剰であると判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記異常判定手段は、出ガス空燃比計測手段により計測された空燃比が所定空燃比よりも大きい場合にはＮＯx触媒が劣化していると判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の吸気系に排気の一部を再循環させるＥＧＲ装置と、前記内燃機関に吸入される新気の量を調整する吸気絞り弁と、を具備し、前記異常判定手段が前記ＮＯx触媒又は前記還元剤供給手段の異常を判定した場合に、還元剤供給手段が供給する還元剤の量、還元剤供給手段が還元剤を供給する時期、前記吸気絞り弁の開弁量、ＥＧＲガス量のうち少なくとも１つを変更することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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