JP3702701B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【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に含まれる窒素酸化物量を抑制する排気浄化技術に関する。
【０００１】
【従来の技術】
自動車等に搭載される内燃機関では、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯX）等の有害ガス成分を浄化することが要求されている。このような要求に対し、理論空燃比近傍の所望の空燃比の排気が流入したときに排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯXを浄化可能となる三元触媒を、内燃機関の排気通路に設ける排気浄化システムが提案されている。
【０００２】
一方、自動車に搭載される内燃機関では、燃料消費率の向上を目的として、燃料濃度が低く酸素過剰状態の混合気を燃焼可能な希薄燃焼内燃機関の開発が進められているが、このような希薄燃焼内燃機関に上記した排気浄化触媒を適用すると、理論空燃比より高い空燃比の排気が三元触媒に流入することになり、三元触媒が排気中のＮＯXを十分に浄化することができなくなるという問題があった。
【０００３】
このような問題に対し、従来では、大気中に排出されるＮＯX量を制御する方法として、内燃機関におけるＮＯXの発生自体を抑制する方法と、内燃機関で発生したＮＯXを大気中に排出する前に浄化する方法とが提案されている。
【０００４】
ＮＯXの発生を抑制する方法としては、例えば、特開平１０−１０３１６１号公報や、特開平１０−２５２５７３号公報に記載されたＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置が知られている。
このようなＥＧＲ装置は、内燃機関から排出された排気の一部を内燃機関の燃焼室へ供給することにより、排気に含まれる二酸化炭素等の不活性ガスの非燃焼性や吸熱性を利用して燃焼室内の燃焼速度及び燃焼温度を低下させ、ＮＯXの発生自体を抑制しようとするものである。
【０００５】
また、内燃機関で発生したＮＯXを大気中に排出される前に浄化する方法としては、例えば、特開平５−１１３１１６号公報に記載されたような排気浄化装置を内燃機関に併設する方法が知られている。
このような排気浄化装置は、排気通路に配置され酸素過剰の雰囲気かつ炭化水素の存在下でＮＯXを還元又は分解する選択還元型ＮＯX触媒と、この選択還元型ＮＯX触媒に還元剤としての炭化水素を供給する還元剤供給装置と、選択還元型ＮＯX触媒から流出した排気に含まれるＮＯX量を検出するＮＯX量検出手段とを備え、排気に含まれる実際のＮＯX量が所望の目標ＮＯX量となるよう還元剤の供給量を制御することにより、大気中に放出されるＮＯX量を低減しようとするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＥＧＲ装置では、排気還流量が過剰に増加されると、燃焼状態が不安定となり、一酸化炭素及び炭化水素等の有害ガス成分の増加を招く虞がある。
一方、選択還元型ＮＯX触媒と還元剤供給装置とを備えた排気浄化装置では、硫黄酸化物等に代表される被毒成分が還元剤に含まれていると、還元剤の供給によって選択還元型ＮＯX触媒が被毒され、選択還元型ＮＯX触媒の浄化性能が低下する虞がある。
選択還元型ＮＯX触媒と還元剤供給装置とを備えた排気浄化装置において、還元剤として内燃機関の燃料が用いられると、燃料消費量の増加によって希薄燃焼内燃機関の効果が相殺されてしまう虞がある。
【０００７】
本発明は上記したような問題点に鑑みなされたものであり、機関運転状態の悪化、排気浄化触媒の劣化、あるいは燃料消費率の悪化を防止しつつ、大気中に放出されるＮＯX量を効果的に低減することができる技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は内燃機関の排気浄化装置であり、前記課題を解決するための手段として以下のように構成されている。
すなわち本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置され、排気中に含まれる窒素酸化物を還元及び浄化する排気浄化触媒と、
前記窒素酸化物の還元に要する還元剤を前記排気浄化触媒へ供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒上流の排気通路を流れる排気の一部を前記内燃機関の吸気通路へ還流する排気還流手段と、
少なくとも前記排気浄化触媒下流の排気通路に配置され、排気中に含まれる窒素酸化物量を検出する窒素酸化物量検出手段と、
前記窒素酸化物量検出手段によって検出された実際の窒素酸化物量が所定の目標範囲から外れている場合に、還元剤の供給に比して排気の還流を優先すべく前記排気還流手段及び前記還元剤供給手段を制御する排気浄化制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
このように構成された排気浄化装置では、排気浄化触媒及び還元剤供給手段と、排気還流手段とを併用してＮＯX量の低減が図られるため、排気浄化触媒及び還元剤供給手段のみでＮＯX量を低減させる場合より還元剤供給量が減少されるとともに、排気還流手段のみでＮＯX量を低減させる場合より排気還流量が減少される。
【００１０】
その際、排気浄化装置は、実際の窒素酸化物量が目標範囲を上回っていると、還元剤の供給量の増量に比して排気還流量の増量を優先すべく排気還流手段及び還元剤供給手段を制御し、実際の窒素酸化物量が目標範囲を下回っていると、排気還流量の減量に比して還元剤の供給量の減量を優先すべく排気還流手段及び還元剤供給手段を制御するため、すなわち排気の還流が還元剤の供給より優先的に行われるため、還元剤の供給に起因した排気浄化触媒の被毒が抑制される。
【００１１】
上記した排気浄化触媒としては、例えば、酸素過剰且つ炭化水素が存在するときに、排気中の窒素酸化物を還元又は分解する選択還元型ＮＯX触媒を例示することができる。この場合、還元剤としては、内燃機関用の燃料のように炭化水素や一酸化炭素等の還元成分を含むものを例示することができる。
【００１２】
本発明に係る排気浄化装置は、排気浄化制御手段による排気還流手段及び還元剤供給手段の制御量が最大もしくは最小となったときの実際の窒素酸化物量と目標範囲の上限値又は下限値との差が所定量以上であると、異常が発生したと判定する異常判定手段を更に備えるようにしても良い。
【００１３】
本発明に係る排気浄化装置は、排気浄化触媒下流の排気通路に配置され、排気浄化触媒から流出した排気に含まれる窒素酸化物量を検出する下流側窒素酸化物量検出手段と、排気浄化触媒上流の排気通路に配置され、排気浄化触媒に流入する排気に含まれる窒素酸化物量を検出する上流側窒素酸化物検出手段と、上流側窒素酸化物量検出手段が検出した窒素酸化物量に基づいて内燃機関又は排気還流手段の異常を判定し、下流側窒素酸化物量検出手段が検出した窒素酸化物量に基づいて還元剤供給手段又は排気浄化触媒の異常を判定する異常判定手段とを更に備えるようにしても良い。この場合、異常が発生した際の異常発生箇所を特定することが容易となる。
【００１４】
前記排気浄化触媒は、発生したＮＯXの排出を抑制する触媒であれば良く、例えば、窒素酸化物（ＮＯX）に加えて一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を酸化還元反応によりそれぞれを分解、浄化するのに有利な三元触媒や、酸素過剰雰囲気の混合気を燃焼したときに発生する排気中のＮＯXを還元及び浄化するのに有利な選択還元型ＮＯX触媒等を例示することができる。
【００１５】
前記還元剤供給手段としては、内燃機関の排気通路に配置され、排気浄化触媒上流の排気通路に還元剤を噴射する還元剤噴射装置や、内燃機関の燃料を還元剤に用いる場合では、内燃機関の排気行程時に燃焼室へ燃料を噴射することで排気中の炭化水素量を増やす副噴射等を例示することができる。これらは各々単独で用いても良いし、複数を組み合わせて用いても良い。
【００１６】
前記排気還流手段は、二酸化炭素等の不活性ガスを含有した排気を燃焼室に還流することで、混合気の燃焼速度及び燃焼温度を低下させ、ＮＯXの発生量を抑制するものである。
前記窒素酸化物量検出手段は、ＮＯXの量を検出するものでも良いし、ＮＯXの濃度を検出するものでも良い。また、ＮＯXの量又は濃度を直接検出するのではなく、ＮＯXの発生と相関関係にある他の物質を検出するものであっても良い。
【００１７】
ＮＯXの量又は濃度を直接検出する窒素酸化物検出手段には、例えば、固体電解質タイプのＮＯXセンサや、単体結晶様構造をもつ物質をＮＯX感応体としてＮＯXの量又は濃度を検出するＮＯXセンサ、或いは、２枚の絶縁板の間に加熱用ヒータを介装するとともに、いずれか一方の絶縁板の外側面部に電極を備えたセンシングディバイスを一体に設け、このセンシングディバイスの表面に接触吸着される排気中のＮＯX濃度を検出するＮＯXセンサを例示することができる。
【００１８】
また、ＮＯXの発生と相関関係にある他の物質としては、排気中に含まれる二酸化炭素や酸素等が知られており、これらの物質を検出する検出手段（ＣＯ2センサ、或いはＯ2センサ）の検出結果から、ＮＯXとの相関性に基づいて排気中のＮＯX量又は濃度を推定するようにしても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる排気浄化装置の実施の形態について添付した図面に基づいて説明する。
【００２０】
〈実施の形態１〉
本発明に係る排気浄化装置の第１の実施態様について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、燃料濃度が低く酸素過剰状態の混合気を燃焼可能な希薄燃焼式のガソリンエンジンである。
【００２１】
内燃機関１には、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。前記吸気通路２と前記排気通路３とは、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）管４によって接続され、排気通路３を流れる排気の一部を吸気通路２へ還流することが可能となっている。
【００２２】
前記ＥＧＲ管４には、該ＥＧＲ管４内を流れる排気の流量を調整するＥＧＲバルブ５が設けられている。前記ＥＧＲバルブ５には、該ＥＧＲバルブ５を開閉駆動するＥＧＲバルブアクチュエータ９が取り付けられている。
前記ＥＧＲバルブアクチュエータ９は、内燃機関制御用の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０と電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１０からの信号に従ってＥＧＲバルブ５を開閉駆動する。
前記ＥＧＲ管４、ＥＧＲバルブ５、及びＥＧＲバルブアクチュエータ９は、本発明における排気還流手段に相当する。
【００２３】
前記排気通路３と前記ＥＧＲ管４との接続部位より下流側の排気通路３には、排気中に含まれるＮＯXを浄化するための選択還元型ＮＯX触媒６と、この選択還元型ＮＯX触媒６に還元剤を上流側から供給する還元剤供給装置７と、選択還元型ＮＯX触媒６を通過した排気中のＮＯX量を検出するＮＯXセンサ８とが配置されている。
【００２４】
還元剤としては、例えば、選択還元型ＮＯX触媒６においてＮＯXが還元・分解される際に、ＮＯXの酸素と結合する物質（被酸化物質）を用いることができるが、本実施の形態では、内燃機関１の燃料であるガソリンを還元剤として用いるものとする。
【００２５】
還元剤供給装置７としては、排気通路３とＥＧＲ管４との接続部位より下流側で、かつ、選択還元型ＮＯX触媒６より上流側に位置する排気通路３内にガソリンを噴射する噴射装置を用いる。
【００２６】
ＮＯXセンサ８は、２枚の絶縁板の間に加熱用ヒータを介装するとともに、２枚の絶縁板のうちの何れか一方の絶縁板の外面に、電極を備えたセンシングディバイスを設けて構成され、センシングディバイスの表面に接触もしくは吸着されるＮＯX量に応じて変化する半導体抵抗の抵抗値に基づいてＮＯX量を検出するセンサである。ＮＯXセンサ８は、ＥＣＵ１０と電気配線を介して接続されており、該ＮＯXセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【００２７】
前記還元剤供給装置７は、本発明にかかる還元剤供給手段の一実施態様であり、他に例えばエンジンシリンダの燃料噴射弁により排気行程で燃料を噴射して排気中に還元剤としての燃料を与える方法もある。また、前記ＮＯXセンサ８は、本発明にかかる窒素酸化物検出手段の一実施態様である。
【００２８】
一方、吸気通路２においてＥＧＲ管４との接続部位より上流の部位には、該吸気通路２を流れる新気の流量を調整するスロットル弁１１が配置されている。前記スロットル弁１１には、該スロットル弁１１の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ１２が取り付けられている。
【００２９】
前記スロットルポジションセンサ１２は、ＥＣＵ１０と電気配線を介して接続され、該スロットルポジションセンサ１２の出力信号（アクセル開度信号）がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【００３０】
内燃機関１には、図示しないクランクシャフトの回転速度を検出する機関回転速度センサ１３が取り付けられている。この機関回転速度センサ１３は、例えば、前記クランクシャフトの端部に取り付けられたタイミングロータと、このタイミングロータに臨むようにシリンダブロックに取り付けられた電磁ピックアップとから構成され、クランクシャフトが所定角度（例えば、３０°）回転する毎にパルス信号を出力する。
機関回転速度センサ１３は、ＥＣＵ１０と電気配線を介して接続され、機関回転速度センサ１３の出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【００３１】
ＥＣＵ１０には、内燃機関１の運転状態と個々の運転状態において大気中に放出可能な目標ＮＯX量との関係を示す目標ＮＯX量マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ量の上限値（ＥＧＲバルブアクチュエータ９を制御する上での上限値）との関係を示すＥＧＲ限度マップ、内燃機関１の運転状態と選択還元型ＮＯX触媒６へ供給する還元剤量の上限値及び下限値（還元剤供給装置７を制御する上での上限値及び下限値）との関係を示す還元剤限度マップ等の各種制御マップが設定されている。
【００３２】
内燃機関１の運転状態を示すパラメータとしては、アクセル開度と機関回転速度との２つのパラメータを用いることができる。目標ＮＯX量は、大気中に放出されるＮＯX量がＮＯX排出規制値内に収まるよう設定された値である。
【００３３】
ＥＣＵ１０は、ＮＯXセンサ８による排気中のＮＯX量、機関回転速度センサ１３による機関回転速度信号、及びスロットルポジションセンサ１２によるアクセル開度信号等を入力し、これらの入力信号と前記した各種制御マップとに基づいてＥＧＲバルブアクチュエータ９や還元剤供給装置７を制御する。
具体的には、ＥＣＵ１０は、図２に示されるような排気浄化制御ルーチンに基づいてＥＧＲバルブアクチュエータ９及び還元剤供給装置７を制御する。
【００３４】
排気浄化制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１０は、先ず、ステップ１００においてスロットルポジションセンサ１２の出力信号値（アクセル開度）と機関回転速度センサ１３の出力信号値（機関回転速度）とを読み込む。
【００３５】
ステップ１０１では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１００において読み込まれたアクセル開度及び機関回転速度をパラメータとして目標ＮＯX量マップへアクセスし、内燃機関１の運転状態に応じた目標ＮＯX量（Ｘｔ）を算出する。
【００３６】
ステップ１０２では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１００において読み込まれたアクセル開度及び機関回転速度をパラメータとしてＥＧＲ限度マップへアクセスし、機関運転状態に応じたＥＧＲ量の上限値（ＥＧＲ量上限値）を算出する。
【００３７】
ステップ１０３では、ＥＣＵ１０は、ＮＯXセンサ８の出力信号値（実際のＮＯX量：Ｘｌ）を読み込み、前記ステップ１０１で算出された目標ＮＯX量（Ｘｔ）と実際のＮＯX量（Ｘｌ）とを比較する。具体的には、ＥＣＵ１０は、実際のＮＯX量（Ｘｌ）が目標ＮＯX量（Ｘｔ）より多く、且つその差が一定量を越えているか否か（例えば、Ｘｌ＞１．０５Ｘｔであるか否か）を判別する。
【００３８】
前記ステップ１０３においてＸｌ＞１.０５Ｘｔであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１０６へ進み、ＥＧＲ量を所定量増量させるべく、ＥＧＲバルブアクチュエータ９に対する指令値（ＥＧＲ量増量指令値）を算出する。
【００３９】
ステップ１０７では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１０６で算出されたＥＧＲ量増量指令値が前記ステップ１０２で算出されたＥＧＲ量上限値以下であるか否かを判別する。
【００４０】
前記ステップ１０７において前記ＥＧＲ量増量指令値が前記ＥＧＲ上限値以下であると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１０８へ進み、前記ＥＧＲ量増量指令値をＥＧＲバルブアクチュエータ９へ送信してＥＧＲ量の増量を実行する。
【００４１】
前記ステップ１０８の処理を実行した後、ＥＣＵ１０は、ステップ１００以降の処理を繰り返し実行する。その際、ステップ１０３においてＸｌ＞１.０５Ｘｔであると判定し、更にステップ１０７においてＥＧＲ量増量指令値がＥＧＲ量上限値を上回っていると判定すると、ＥＣＵ１０は、ステップ１０９へ進む。
【００４２】
ステップ１０９では、ＥＣＵ１０は、選択還元型ＮＯX触媒６へ供給すべき還元剤量を所定量増量させるべく、還元剤供給装置７に対する指令値（還元剤供給量増量指令値）を算出する。
【００４３】
ステップ１１０では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１００において読み込まれたアクセル開度及び機関回転速度をパラメータとして還元剤限度マップへアクセスし、機関運転状態に応じた還元剤供給量の上限値（還元剤供給量上限値）を算出する。ＥＣＵ１０は、前記ステップ１０９で算出された還元剤供給量増量指令値と前記還元剤供給量上限値とを比較する。
【００４４】
前記ステップ１１０において前記還元剤供給量増量指令値が前記還元剤供給量上限値以下であると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１１へ進み前記還元剤供給量増量指令値を還元剤供給装置７へ送信し、還元剤の供給量を増量させる。前記ステップ１１０の処理を実行し終えたＥＣＵ１０は、ステップ１００以降の処理を繰り返し実行する。
【００４５】
一方、前記ステップ１１０において前記還元剤供給量増量指令値が前記還元剤供給量上限値を上回っていると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１７へ進む。
【００４６】
ステップ１１７では、ＥＣＵ１０は、ステップ１００からステップ１１７にかけて同一の処理経路で連続して到達した回数（ｍ）を計数し、その計数値が５回を上回っているか否かを判別する。
【００４７】
前記ステップ１１７において前記計数値が５回を上回っていると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１８、１１９において本排気浄化装置が異常であると判定して、車室内に設けられたウォーニングランプを点灯させる。一方、前記ステップ１１７において前記計数値が５回以下であると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１００以降の処理を繰り返し実行する。
【００４８】
次に、前記ステップ１０３においてＸｌ＞１．０５Ｘｔではないと判定した場合、すなわちＸｌ≦１．０５Ｘｔであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１０４へ進む。
【００４９】
ステップ１０４では、ＥＣＵ１０は、実際のＮＯX量（Ｘｌ）が目標ＮＯX量（Ｘｔ）より少なく、且つその差が一定量を超えているか否か（例えば、Ｘｌ＜０.１Ｘｔであるか否か）を判別する。
【００５０】
前記ステップ１０４においてＸｌ＜０.１Ｘｔであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１７へ進み、ステップ１００からステップ１１７へかけて同一の処理経路で連続して到達した回数を計数し、その計数が５回を越えているか否かを判別する。
【００５１】
ＥＣＵ１０は、前記ステップ１１７において前記計数値が５回を越えていると判定した場合はステップ１１８、１１９において本排気浄化装置が異常であると判定してウォーニングランプを点灯させ、前記ステップ１１７において前記計数値が５回以下であると判定した場合はステップ１００以降の処理を繰り返し実行する。
【００５２】
前記ステップ１０４においてＸｌ＜０.１Ｘｔではないと判定した場合、すなわちＸｌ≧０．１Ｘｔであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１０５へ進み、実際のＮＯX量（Ｘｌ）が目標ＮＯX量（Ｘｔ）より少なく、且つその差が一定量を越えているか否か（例えば、Ｘｌ＜０．９５Ｘｔであるか否か）を判別する。
【００５３】
前記ステップ１０５においてＸｌ＜０.９５Ｘｔであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１２へ進み、選択還元型ＮＯX触媒６へ供給すべき還元剤量を所定量減量すべく、還元剤供給装置７に対する指令値（還元剤供給量減量指令値）を算出する。
【００５４】
ステップ１１３では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１００において読み込まれたアクセル開度及び機関回転速度をパラメータとして還元剤限度マップへアクセスし、機関運転状態に応じた還元剤供給量の下限値（還元剤供給量下限値）を算出する。ＥＣＵ１０は、前記ステップ１１２で算出された還元剤供給量減量指令値と前記還元剤供給量下限値とを比較する。
【００５５】
前記ステップ１１３において前記還元剤供給量減量指令値が還元剤供給量下限値より大きいと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１４へ進み、前記還元剤供給量減量指令値を還元剤供給装置７へ送信して還元剤の供給量を減量させる。
【００５６】
前記ステップ１１４の処理を実行し終えたＥＣＵ１０は、ステップ１００以降の処理を繰り返し実行する。その際、ステップ１０５においてＸｌ＜０.９５Ｘｔであると判定し、さらにステップ１１３において還元剤供給量減量指令値が還元剤供給量下限値以下であると判定すると、ＥＣＵ１０は、ステップ１１５へ進む。
【００５７】
ステップ１１５では、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ量を所定量減量させるべく、ＥＧＲバルブアクチュエータ９に対する指令値（ＥＧＲ量減量指令値）を算出する。
【００５８】
ステップ１１６では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１１５で算出されたＥＧＲ減量指令値をＥＧＲバルブアクチュエータ９へ送信してＥＧＲ量を減量させる。
前記ステップ１１６の処理を実行し終えたＥＣＵ１０は、ステップ１００以降の処理を繰り返し実行する。
【００５９】
尚、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１１９の処理を実行した後、ステップ１００へ直ちに戻って排気浄化制御ルーチンを継続して実行するようにしてもよく、一定時間経過後に排気浄化制御ルーチンを実行するようにしてもよい。また、ＥＣＵ１０は、ステップ１１９を実行した後は、排気浄化制御ルーチンを実行せず、ウェーニングランプの点灯のみを行うようにしてもよい。
【００６０】
以上述べたようにＥＣＵ１０が排気浄化制御ルーチンを実行することにより本発明に係る排気浄化制御手段が実現され、排気の一部を吸気系に還流してＮＯXの発生を抑制するＥＧＲ機構と、選択還元型ＮＯX触媒６に還元剤を供給してＮＯXを還元及び浄化するＮＯX浄化機構とを併用して大気中に放出されるＮＯX量の抑制を図ることが可能となる。
【００６１】
従って、本実施の形態に係る排気浄化装置によれば、ＥＧＲ機構のみを有する排気浄化装置に比べて少ないＥＧＲ量でＮＯXの発生を抑制することが可能になるとともに、ＮＯX浄化機構のみを有する排気浄化装置に比べて少ない還元剤供給量でＮＯXを還元することが可能となり、その結果、ＥＧＲ量の増加に起因した内燃機関１の運転状態の悪化や、還元剤供給量の増加に起因した選択還元型ＮＯX触媒６の被毒を防止しつつ、大気中に放出されるＮＯX量を低減させることが可能となる。
【００６２】
また、本実施の形態に係る排気浄化装置では、選択還元型ＮＯX触媒６へ供給する還元剤として内燃機関１の燃料（ガソリン）を用いているが、還元剤の供給に対して排気の還流を優先的に行われるため、還元剤として消費される燃料量を最小限に抑制することが可能となり、燃料消費率の悪化と、燃料に含まれる硫黄成分による選択還元型ＮＯX触媒６の被毒（いわゆる、ＳＯx被毒）とが防止される。
【００６３】
また、本実施形態の排気浄化装置は、実際のＮＯX量が所望の目標範囲から大幅に外れ、且つその状態が所定期間継続した場合に限り排気浄化装置の異常を判定するため、機関負荷の急変等によって一時的に実際のＮＯX量が増加あるいは減少した場合等に誤判定する虞がない。
【００６４】
本実施の形態では、排気浄化装置の異常が判定された場合に、車室内のウォーニングランプが点灯されるため、車両の運転者に対して排気浄化装置の異常を通知することが可能となる。その結果、運転者は、排気浄化装置を復旧させるべく速やかな処置を行うことが可能となる。
【００６５】
〈実施の形態２〉
以下、本発明にかかる排気浄化装置の第２の実施態様について述べる。ここでは前述の第１の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００６６】
図３は、本実施形態の排気浄化装置の概略構成を示す図である。本実施の形態に係る排気浄化装置は、前述の第１の実施の形態に対し、選択還元型ＮＯX触媒６より下流の排気通路３に設けられたＮＯX センサ８（以下、下流側ＮＯXセンサ８と称する）に加え、選択還元型ＮＯX触媒６より上流の排気通路３に設けられた上流側ＮＯXセンサ１８を備えている。
【００６７】
前記上流側ＮＯXセンサ１８は、電気配線を介してＥＣＵ１０と接続されており、前記上流側ＮＯXセンサ１８の出力信号（選択還元型ＮＯX触媒６に流入する排気に含まれるＮＯX量を示す信号）がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【００６８】
これに対応してＥＣＵ１０は、図４に示されるような排気浄化制御ルーチンに従ってＥＧＲバルブアクチュエータ９及び還元剤供給装置７を制御する。尚、図４に示す排気浄化制御ルーチンでは、前述の第１の実施の形態の排気浄化制御ルーチンと同一の処理については第１の実施の形態と同一の符号を付している。
また、図４に示す排気浄化制御ルーチンでは、選択還元型ＮＯX触媒６の上流側における目標ＮＯX量（上流側目標ＮＯX量）をＸｔｕ、下流側における目標ＮＯX量（下流側目標ＮＯX量）をＸｔｌ、上流側ＮＯXセンサ１８によって検出された実際のＮＯX量（上流側実ＮＯX量）をＸｕ、下流側ＮＯXセンサ８によって検出された実際のＮＯX量（下流側実ＮＯX量）をＸｌと表すものとする。
【００６９】
図４に示す排気浄化制御ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずステップ１００においてスロットルセンサ１２の出力信号値（アクセル開度）と機関回転速度センサ１３の出力信号（機関回転速度）とを読み込む。
【００７０】
ステップ２０１では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１００において読み込まれたアクセル開度及び機関回転速度をパラメータとして目標ＮＯX量マップへアクセスし、上流側目標ＮＯX量（Ｘｔｕ）と下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）とを算出する。
【００７１】
ステップ１０２では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１００において読み込まれたアクセル開度と機関回転速度とをパラメータとしてＥＧＲ限度マップへアクセスし、機関運転状態に応じたＥＧＲ量上限値を算出する。
【００７２】
ステップ２０３では、ＥＣＵ１０は、上流側ＮＯXセンサ１８の出力信号値（上流側実ＮＯX量：Ｘｕ）を読み込み、その上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）と前記ステップ２０１で算出された上流側目標ＮＯX量（Ｘｔｕ）とを比較する。
【００７３】
前記ステップ２０３において前記上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）が前記上流側目標ＮＯX量（Ｘｔｕ）より多く、且つその差が一定量を越えているか否か（例えば、Ｘｕ＞１．０５Ｘｔｕ）と判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１０６〜ステップ１０８においてＥＧＲ量の増量処理を実行する。
【００７４】
尚、前記ステップ１０６〜ステップ１０８の処理が繰り返し実行された後に、ステップ１０７においてＥＧＲ増量指令値がＥＧＲ量上限値を上回っていると判定された場合、言い換えればＥＧＲ量がＥＧＲ量上限値まで増加されたにもかかわらず上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）が上流側目標ＮＯX量より多く、且つその差が一定量を超えていると判定された場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２１９ａへ進み、ＥＧＲバルブアクチュエータ９及びＥＧＲバルブ５からなるＥＧＲ機構に異常が発生したとみなす。
前記ステップ２１９ａにおいてＥＧＲ機構に異常が発生したと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１９へ進み、ウォーニングランプを点灯させる。
【００７５】
また、前記ステップ２０３において前記上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）が前記上流側目標ＮＯX量（Ｘｔｕ）より多くない、又はその差が一定量を超えていないと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２０４へ進み、下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）と下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）とを比較する。具体的には、ＥＣＵ１０は、下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）が下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）より多く、且つその差が一定量を越えているか否か（例えば、Ｘｌ＞１.０５Ｘｔｌであるか否か）を判別する。
【００７６】
前記ステップ２０４においてＸｌ＞１.０５Ｘｔｌであると判定した場合には、ＥＣＵ１０は、ステップ１０９〜ステップ１１１において還元剤供給量の増量処理を実行する。
【００７７】
尚、前記ステップ１０９〜ステップ１１１の処理が繰り返し実行された後に、ステップ１１０において還元剤供給量増量指令値が還元剤供給量上限値を上待っていると判定された場合、言い換えれば、還元剤の供給量が還元剤供給量上限値まで増量されたにもかかわらず下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）が下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）より多く、且つその差が一定量を超えていると判定された場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２１９ｂへ進み、選択還元型ＮＯX触媒６又は還元剤供給装置７に異常が発生したとみなす。
前記ステップ２１９ｂにおいて選択還元型ＮＯX触媒６又は還元剤供給装置７に異常が発生したと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１９へ進み、ウォーニングランプを点灯させる。
【００７８】
また、前記ステップ２０４においてＸｕ＞１.０５Ｘｔｕではないと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２０５へ進み、上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）と下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）との比が所定値より大きいか否か（例えば、Ｘｌ／Ｘｕ＞１であるか否か）を判別する。
【００７９】
前記ステップ２０５においてＸｌ／Ｘｕ＞１であると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２１９ｃへ進み、上流側ＮＯXセンサ１８、下流側ＮＯXセンサ８、あるいは選択還元型ＮＯX触媒６に異常が発生したと判定する。
続いて、ＥＣＵ１０は、ステップ１１９へ進み、ウォーニングランプを点灯させる。
【００８０】
また、前記ステップ２０５においてＸｌ／Ｘｕ＞１ではないと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２０６へ進み、下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）と下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）を比較する。具体的には、ＥＣＵ１０は、下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）が下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）より少なく、且つその差が一定量を超えているか否か（例えば、Ｘｌ＜０.９Ｘｔｌであるか否か）を判別する。
【００８１】
前記ステップ２０６においてＸｌ＜０.９Ｘｔｌであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１２〜ステップ１１４において還元剤供給量の減量処理を実行する。
【００８２】
尚、前記ステップ１１２〜ステップ１１４の処理が繰り返し実行された後に、ステップ１１３において還元剤供給量減量指令値が還元剤供給量下限値より少ないと判定された場合、言い換えれば、還元剤の供給量が還元剤供給量下限値まで減量されたにもかかわらず下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）が下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）より少なく、且つその差が一定量を越えていると判定された場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２０７へ進む。
【００８３】
前記ステップ２０６においてＸｌ＜０.９Ｘｔｌではないと判定した場合、もしくは、前記ステップ１１３において還元剤供給量減量指令値が還元剤供給量下限値より少ないと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２０７へ進み、上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）が上流側目標ＮＯX量（Ｘｔｕ）より少なく、且つその差が一定量を越えているか否か（例えば、Ｘｕ＜０.９Ｘｔｕであるか否か）を判別する。
【００８４】
前記ステップ２０７においてＸｕ＜０.９Ｘｔｕであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１５へ進み、ＥＧＲ量を所定量減量させるべく、ＥＧＲバルブアクチュエータ９に対する指令値（ＥＧＲ量減量指令値）を算出する。
【００８５】
ステップ２０９では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１１５で算出されたＥＧＲ量減量指令値とＥＧＲ量下限値（例えば、零）とを比較する。具体的には、ＥＣＵ１０は、前記ＥＧＲ量減量指令値がＥＧＲ量下限値を下回っているか否かを判別する。
【００８６】
前記ステップ２０９において前記ＥＧＲ量減量指令値がＥＧＲ量下限値より多いと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１６へ進み、前記ＥＧＲ量減量指令値をＥＧＲバルブアクチュエータ９へ送信してＥＧＲ量の減量処理を実行する。その後、ＥＣＵ１０は、ステップ２０７以降の処理を繰り返し実行する。
【００８７】
ここで、前記したステップ２０７、ステップ１１５、ステップ２０９、ステップ１１６の処理が繰り返し実行された後に、ステップ２０９においてＥＧＲ量減量指令値がＥＧＲ量下限値を下回っていると判定された場合、言い換えれば、ＥＧＲ量がＥＧＲ減量下限値まで減量されたにもかかわらず上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）が上流側目標ＮＯX量（Ｘｔｕ）より少なく、且つその差が一定量を越えていると判定された場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２１９ｅへ進む。
ステップ２１９ｅでは、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ機構に異常が発生したとみなし、次いでステップ１１９に進んでウォーニングランプを点灯させる。
【００８８】
一方、前記ステップ２０７においてＸｕ＜０.９Ｘｔｕではないと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２０８へ進み、上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）が上流側目標ＮＯX量より少なく、且つその差が一定量を越えているか否か（例えば、Ｘｕ＜０.１Ｘｔｕであるか否か）を判別する。
【００８９】
前記ステップ２０８においてＸｕ＜０.１Ｘｔｕではないと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１００へ戻り、本ルーチンを再度実行する。
一方、前記ステップ２０８においてＸｕ＜０．１Ｘｔｕであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２１９ｄへ進み、上流側ＮＯXセンサ１８に異常が発生したとみなす。そして、ＥＣＵ１０は、ステップ１１９へ進み、ウォーニングランプを点灯させる。
【００９０】
ここで、ステップ１１９の処理を実行し終えたＥＣＵ１０は、第１の実施の形態と同様、前記ステップ１００へ速やかに進んで前記の排気浄化制御ルーチンに基づき排気浄化制御を連続して実行させるようにしても良いし、一定時間の間隔を開けた後に前記排気浄化制御を実行させるようにしても良い。
また、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１１９を排気浄化制御ルーチンの終点とするとともにステップ１１９へ進んだことを記憶し、内燃機関１の再始動時にウォーニングランプを点灯させ運転者に再度警告を発信することにより、異常が発生した排気浄化装置の速やかな復旧を運転者に促すようにしても良い。
【００９１】
以上述べたように、ＥＣＵ１０が排気浄化制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る排気浄化制御手段及び異常判定手段が実現され、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることが可能になるとともに、異常発生時に異常発生箇所を特定することが可能となる。
また、本実施形態のウォーニングランプは、複数のランプを備え、前記異常判定箇所毎に異なるランプが点灯するようにしても良い。
【００９２】
【発明の効果】
本発明に係る排気浄化装置では、排気浄化触媒及び還元剤供給手段と、排気還流手段とを併用してＮＯXの放出量を低減させることが可能になるため、排気浄化触媒及び還元剤供給手段のみでＮＯXの放出量を低減させる場合に比べ、還元剤供給量を少なくすることができるとともに、排気還流手段のみでＮＯXの放出量を低減させる場合より排気還流量を少なくすることができる。
【００９３】
さらに、本発明に係る排気浄化装置では、還元剤の供給に比して排気の還流が優先的に実行されるため、還元剤の供給量を最小限に抑えつつＮＯXの放出量を減少させることが可能となる。
【００９４】
従って、本発明に係る排気浄化装置によれば、排気還流量の増加に起因した内燃機関の運転状態の悪化や、還元剤供給量の増加に起因した排気浄化触媒の被毒を防止しつつ、大気中に放出されるＮＯX量を低減させることが可能となる。
【００９５】
また、本発明に係る排気浄化装置において内燃機関の燃料を還元剤として用いる場合は、還元剤としての燃料の供給量が抑制されるため、燃料消費量の悪化が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における排気浄化装置の概略構成を示す図
【図２】第１の実施の形態における排気浄化制御ルーチンを示すフローチャート図
【図３】第２の実施の形態における排気浄化装置の概略構成を示す図
【図４】第２の実施の形態における排気浄化制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・排気還流管
５・・・ＥＧＲバルブ
６・・・選択還元型ＮＯX触媒
７・・・還元剤供給装置
８・・・下流側ＮＯXセンサ
９・・・ＥＧＲバルブアクチュエータ
１０・・ＥＣＵ
１１・・スロットル弁
１２・・スロットルポジションセンサ
１３・・機関回転速度センサ
１８・・上流側ＮＯXセンサ
本発明は、内燃機関から排出される排気に含まれる窒素酸化物量を抑制する排気浄化技術に関する。
【０００１】
【従来の技術】
自動車等に搭載される内燃機関では、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯX）等の有害ガス成分を浄化することが要求されている。このような要求に対し、理論空燃比近傍の所望の空燃比の排気が流入したときに排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯXを浄化可能となる三元触媒を、内燃機関の排気通路に設ける排気浄化システムが提案されている。
【０００２】
一方、自動車に搭載される内燃機関では、燃料消費率の向上を目的として、燃料濃度が低く酸素過剰状態の混合気を燃焼可能な希薄燃焼内燃機関の開発が進められているが、このような希薄燃焼内燃機関に上記した排気浄化触媒を適用すると、理論空燃比より高い空燃比の排気が三元触媒に流入することになり、三元触媒が排気中のＮＯXを十分に浄化することができなくなるという問題があった。
【０００３】
このような問題に対し、従来では、大気中に排出されるＮＯX量を制御する方法として、内燃機関におけるＮＯXの発生自体を抑制する方法と、内燃機関で発生したＮＯXを大気中に排出する前に浄化する方法とが提案されている。
【０００４】
ＮＯXの発生を抑制する方法としては、例えば、特開平１０−１０３１６１号公報や、特開平１０−２５２５７３号公報に記載されたＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置が知られている。
このようなＥＧＲ装置は、内燃機関から排出された排気の一部を内燃機関の燃焼室へ供給することにより、排気に含まれる二酸化炭素等の不活性ガスの非燃焼性や吸熱性を利用して燃焼室内の燃焼速度及び燃焼温度を低下させ、ＮＯXの発生自体を抑制しようとするものである。
【０００５】
また、内燃機関で発生したＮＯXを大気中に排出される前に浄化する方法としては、例えば、特開平５−１１３１１６号公報に記載されたような排気浄化装置を内燃機関に併設する方法が知られている。
このような排気浄化装置は、排気通路に配置され酸素過剰の雰囲気かつ炭化水素の存在下でＮＯXを還元又は分解する選択還元型ＮＯX触媒と、この選択還元型ＮＯX触媒に還元剤としての炭化水素を供給する還元剤供給装置と、選択還元型ＮＯX触媒から流出した排気に含まれるＮＯX量を検出するＮＯX量検出手段とを備え、排気に含まれる実際のＮＯX量が所望の目標ＮＯX量となるよう還元剤の供給量を制御することにより、大気中に放出されるＮＯX量を低減しようとするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＥＧＲ装置では、排気還流量が過剰に増加されると、燃焼状態が不安定となり、一酸化炭素及び炭化水素等の有害ガス成分の増加を招く虞がある。
一方、選択還元型ＮＯX触媒と還元剤供給装置とを備えた排気浄化装置では、硫黄酸化物等に代表される被毒成分が還元剤に含まれていると、還元剤の供給によって選択還元型ＮＯX触媒が被毒され、選択還元型ＮＯX触媒の浄化性能が低下する虞がある。
選択還元型ＮＯX触媒と還元剤供給装置とを備えた排気浄化装置において、還元剤として内燃機関の燃料が用いられると、燃料消費量の増加によって希薄燃焼内燃機関の効果が相殺されてしまう虞がある。
【０００７】
本発明は上記したような問題点に鑑みなされたものであり、機関運転状態の悪化、排気浄化触媒の劣化、あるいは燃料消費率の悪化を防止しつつ、大気中に放出されるＮＯX量を効果的に低減することができる技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は内燃機関の排気浄化装置であり、前記課題を解決するための手段として以下のように構成されている。
すなわち本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置され、排気中に含まれる窒素酸化物を還元及び浄化する排気浄化触媒と、
前記窒素酸化物の還元に要する還元剤を前記排気浄化触媒へ供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒上流の排気通路を流れる排気の一部を前記内燃機関の吸気通路へ還流する排気還流手段と、
少なくとも前記排気浄化触媒下流の排気通路に配置され、排気中に含まれる窒素酸化物量を検出する窒素酸化物量検出手段と、
前記窒素酸化物量検出手段によって検出された実際の窒素酸化物量が所定の目標範囲から外れている場合に、還元剤の供給に比して排気の還流を優先すべく前記排気還流手段及び前記還元剤供給手段を制御する排気浄化制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
このように構成された排気浄化装置では、排気浄化触媒及び還元剤供給手段と、排気還流手段とを併用してＮＯX量の低減が図られるため、排気浄化触媒及び還元剤供給手段のみでＮＯX量を低減させる場合より還元剤供給量が減少されるとともに、排気還流手段のみでＮＯX量を低減させる場合より排気還流量が減少される。
【００１０】
その際、排気浄化装置は、実際の窒素酸化物量が目標範囲を上回っていると、還元剤の供給量の増量に比して排気還流量の増量を優先すべく排気還流手段及び還元剤供給手段を制御し、実際の窒素酸化物量が目標範囲を下回っていると、排気還流量の減量に比して還元剤の供給量の減量を優先すべく排気還流手段及び還元剤供給手段を制御するため、すなわち排気の還流が還元剤の供給より優先的に行われるため、還元剤の供給に起因した排気浄化触媒の被毒が抑制される。
【００１１】
上記した排気浄化触媒としては、例えば、酸素過剰且つ炭化水素が存在するときに、排気中の窒素酸化物を還元又は分解する選択還元型ＮＯX触媒を例示することができる。この場合、還元剤としては、内燃機関用の燃料のように炭化水素や一酸化炭素等の還元成分を含むものを例示することができる。
【００１２】
本発明に係る排気浄化装置は、排気浄化制御手段による排気還流手段及び還元剤供給手段の制御量が最大もしくは最小となったときの実際の窒素酸化物量と目標範囲の上限値又は下限値との差が所定量以上であると、異常が発生したと判定する異常判定手段を更に備えるようにしても良い。
【００１３】
本発明に係る排気浄化装置は、排気浄化触媒下流の排気通路に配置され、排気浄化触媒から流出した排気に含まれる窒素酸化物量を検出する下流側窒素酸化物量検出手段と、排気浄化触媒上流の排気通路に配置され、排気浄化触媒に流入する排気に含まれる窒素酸化物量を検出する上流側窒素酸化物検出手段と、上流側窒素酸化物量検出手段が検出した窒素酸化物量に基づいて内燃機関又は排気還流手段の異常を判定し、下流側窒素酸化物量検出手段が検出した窒素酸化物量に基づいて還元剤供給手段又は排気浄化触媒の異常を判定する異常判定手段とを更に備えるようにしても良い。この場合、異常が発生した際の異常発生箇所を特定することが容易となる。
【００１４】
前記排気浄化触媒は、発生したＮＯXの排出を抑制する触媒であれば良く、例えば、窒素酸化物（ＮＯX）に加えて一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を酸化還元反応によりそれぞれを分解、浄化するのに有利な三元触媒や、酸素過剰雰囲気の混合気を燃焼したときに発生する排気中のＮＯXを還元及び浄化するのに有利な選択還元型ＮＯX触媒等を例示することができる。
【００１５】
前記還元剤供給手段としては、内燃機関の排気通路に配置され、排気浄化触媒上流の排気通路に還元剤を噴射する還元剤噴射装置や、内燃機関の燃料を還元剤に用いる場合では、内燃機関の排気行程時に燃焼室へ燃料を噴射することで排気中の炭化水素量を増やす副噴射等を例示することができる。これらは各々単独で用いても良いし、複数を組み合わせて用いても良い。
【００１６】
前記排気還流手段は、二酸化炭素等の不活性ガスを含有した排気を燃焼室に還流することで、混合気の燃焼速度及び燃焼温度を低下させ、ＮＯXの発生量を抑制するものである。
前記窒素酸化物量検出手段は、ＮＯXの量を検出するものでも良いし、ＮＯXの濃度を検出するものでも良い。また、ＮＯXの量又は濃度を直接検出するのではなく、ＮＯXの発生と相関関係にある他の物質を検出するものであっても良い。
【００１７】
ＮＯXの量又は濃度を直接検出する窒素酸化物検出手段には、例えば、固体電解質タイプのＮＯXセンサや、単体結晶様構造をもつ物質をＮＯX感応体としてＮＯXの量又は濃度を検出するＮＯXセンサ、或いは、２枚の絶縁板の間に加熱用ヒータを介装するとともに、いずれか一方の絶縁板の外側面部に電極を備えたセンシングディバイスを一体に設け、このセンシングディバイスの表面に接触吸着される排気中のＮＯX濃度を検出するＮＯXセンサを例示することができる。
【００１８】
また、ＮＯXの発生と相関関係にある他の物質としては、排気中に含まれる二酸化炭素や酸素等が知られており、これらの物質を検出する検出手段（ＣＯ2センサ、或いはＯ2センサ）の検出結果から、ＮＯXとの相関性に基づいて排気中のＮＯX量又は濃度を推定するようにしても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる排気浄化装置の実施の形態について添付した図面に基づいて説明する。
【００２０】
〈実施の形態１〉
本発明に係る排気浄化装置の第１の実施態様について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、燃料濃度が低く酸素過剰状態の混合気を燃焼可能な希薄燃焼式のガソリンエンジンである。
【００２１】
内燃機関１には、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。前記吸気通路２と前記排気通路３とは、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）管４によって接続され、排気通路３を流れる排気の一部を吸気通路２へ還流することが可能となっている。
【００２２】
前記ＥＧＲ管４には、該ＥＧＲ管４内を流れる排気の流量を調整するＥＧＲバルブ５が設けられている。前記ＥＧＲバルブ５には、該ＥＧＲバルブ５を開閉駆動するＥＧＲバルブアクチュエータ９が取り付けられている。
前記ＥＧＲバルブアクチュエータ９は、内燃機関制御用の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０と電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１０からの信号に従ってＥＧＲバルブ５を開閉駆動する。
前記ＥＧＲ管４、ＥＧＲバルブ５、及びＥＧＲバルブアクチュエータ９は、本発明における排気還流手段に相当する。
【００２３】
前記排気通路３と前記ＥＧＲ管４との接続部位より下流側の排気通路３には、排気中に含まれるＮＯXを浄化するための選択還元型ＮＯX触媒６と、この選択還元型ＮＯX触媒６に還元剤を上流側から供給する還元剤供給装置７と、選択還元型ＮＯX触媒６を通過した排気中のＮＯX量を検出するＮＯXセンサ８とが配置されている。
【００２４】
還元剤としては、例えば、選択還元型ＮＯX触媒６においてＮＯXが還元・分解される際に、ＮＯXの酸素と結合する物質（被酸化物質）を用いることができるが、本実施の形態では、内燃機関１の燃料であるガソリンを還元剤として用いるものとする。
【００２５】
還元剤供給装置７としては、排気通路３とＥＧＲ管４との接続部位より下流側で、かつ、選択還元型ＮＯX触媒６より上流側に位置する排気通路３内にガソリンを噴射する噴射装置を用いる。
【００２６】
ＮＯXセンサ８は、２枚の絶縁板の間に加熱用ヒータを介装するとともに、２枚の絶縁板のうちの何れか一方の絶縁板の外面に、電極を備えたセンシングディバイスを設けて構成され、センシングディバイスの表面に接触もしくは吸着されるＮＯX量に応じて変化する半導体抵抗の抵抗値に基づいてＮＯX量を検出するセンサである。ＮＯXセンサ８は、ＥＣＵ１０と電気配線を介して接続されており、該ＮＯXセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【００２７】
前記還元剤供給装置７は、本発明にかかる還元剤供給手段の一実施態様であり、他に例えばエンジンシリンダの燃料噴射弁により排気行程で燃料を噴射して排気中に還元剤としての燃料を与える方法もある。また、前記ＮＯXセンサ８は、本発明にかかる窒素酸化物検出手段の一実施態様である。
【００２８】
一方、吸気通路２においてＥＧＲ管４との接続部位より上流の部位には、該吸気通路２を流れる新気の流量を調整するスロットル弁１１が配置されている。前記スロットル弁１１には、該スロットル弁１１の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ１２が取り付けられている。
【００２９】
前記スロットルポジションセンサ１２は、ＥＣＵ１０と電気配線を介して接続され、該スロットルポジションセンサ１２の出力信号（アクセル開度信号）がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【００３０】
内燃機関１には、図示しないクランクシャフトの回転速度を検出する機関回転速度センサ１３が取り付けられている。この機関回転速度センサ１３は、例えば、前記クランクシャフトの端部に取り付けられたタイミングロータと、このタイミングロータに臨むようにシリンダブロックに取り付けられた電磁ピックアップとから構成され、クランクシャフトが所定角度（例えば、３０°）回転する毎にパルス信号を出力する。
機関回転速度センサ１３は、ＥＣＵ１０と電気配線を介して接続され、機関回転速度センサ１３の出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【００３１】
ＥＣＵ１０には、内燃機関１の運転状態と個々の運転状態において大気中に放出可能な目標ＮＯX量との関係を示す目標ＮＯX量マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ量の上限値（ＥＧＲバルブアクチュエータ９を制御する上での上限値）との関係を示すＥＧＲ限度マップ、内燃機関１の運転状態と選択還元型ＮＯX触媒６へ供給する還元剤量の上限値及び下限値（還元剤供給装置７を制御する上での上限値及び下限値）との関係を示す還元剤限度マップ等の各種制御マップが設定されている。
【００３２】
内燃機関１の運転状態を示すパラメータとしては、アクセル開度と機関回転速度との２つのパラメータを用いることができる。目標ＮＯX量は、大気中に放出されるＮＯX量がＮＯX排出規制値内に収まるよう設定された値である。
【００３３】
ＥＣＵ１０は、ＮＯXセンサ８による排気中のＮＯX量、機関回転速度センサ１３による機関回転速度信号、及びスロットルポジションセンサ１２によるアクセル開度信号等を入力し、これらの入力信号と前記した各種制御マップとに基づいてＥＧＲバルブアクチュエータ９や還元剤供給装置７を制御する。
具体的には、ＥＣＵ１０は、図２に示されるような排気浄化制御ルーチンに基づいてＥＧＲバルブアクチュエータ９及び還元剤供給装置７を制御する。
【００３４】
排気浄化制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１０は、先ず、ステップ１００においてスロットルポジションセンサ１２の出力信号値（アクセル開度）と機関回転速度センサ１３の出力信号値（機関回転速度）とを読み込む。
【００３５】
ステップ１０１では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１００において読み込まれたアクセル開度及び機関回転速度をパラメータとして目標ＮＯX量マップへアクセスし、内燃機関１の運転状態に応じた目標ＮＯX量（Ｘｔ）を算出する。
【００３６】
ステップ１０２では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１００において読み込まれたアクセル開度及び機関回転速度をパラメータとしてＥＧＲ限度マップへアクセスし、機関運転状態に応じたＥＧＲ量の上限値（ＥＧＲ量上限値）を算出する。
【００３７】
ステップ１０３では、ＥＣＵ１０は、ＮＯXセンサ８の出力信号値（実際のＮＯX量：Ｘｌ）を読み込み、前記ステップ１０１で算出された目標ＮＯX量（Ｘｔ）と実際のＮＯX量（Ｘｌ）とを比較する。具体的には、ＥＣＵ１０は、実際のＮＯX量（Ｘｌ）が目標ＮＯX量（Ｘｔ）より多く、且つその差が一定量を越えているか否か（例えば、Ｘｌ＞１．０５Ｘｔであるか否か）を判別する。
【００３８】
前記ステップ１０３においてＸｌ＞１.０５Ｘｔであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１０６へ進み、ＥＧＲ量を所定量増量させるべく、ＥＧＲバルブアクチュエータ９に対する指令値（ＥＧＲ量増量指令値）を算出する。
【００３９】
ステップ１０７では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１０６で算出されたＥＧＲ量増量指令値が前記ステップ１０２で算出されたＥＧＲ量上限値以下であるか否かを判別する。
【００４０】
前記ステップ１０７において前記ＥＧＲ量増量指令値が前記ＥＧＲ上限値以下であると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１０８へ進み、前記ＥＧＲ量増量指令値をＥＧＲバルブアクチュエータ９へ送信してＥＧＲ量の増量を実行する。
【００４１】
前記ステップ１０８の処理を実行した後、ＥＣＵ１０は、ステップ１００以降の処理を繰り返し実行する。その際、ステップ１０３においてＸｌ＞１.０５Ｘｔであると判定し、更にステップ１０７においてＥＧＲ量増量指令値がＥＧＲ量上限値を上回っていると判定すると、ＥＣＵ１０は、ステップ１０９へ進む。
【００４２】
ステップ１０９では、ＥＣＵ１０は、選択還元型ＮＯX触媒６へ供給すべき還元剤量を所定量増量させるべく、還元剤供給装置７に対する指令値（還元剤供給量増量指令値）を算出する。
【００４３】
ステップ１１０では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１００において読み込まれたアクセル開度及び機関回転速度をパラメータとして還元剤限度マップへアクセスし、機関運転状態に応じた還元剤供給量の上限値（還元剤供給量上限値）を算出する。ＥＣＵ１０は、前記ステップ１０９で算出された還元剤供給量増量指令値と前記還元剤供給量上限値とを比較する。
【００４４】
前記ステップ１１０において前記還元剤供給量増量指令値が前記還元剤供給量上限値以下であると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１１へ進み前記還元剤供給量増量指令値を還元剤供給装置７へ送信し、還元剤の供給量を増量させる。前記ステップ１１０の処理を実行し終えたＥＣＵ１０は、ステップ１００以降の処理を繰り返し実行する。
【００４５】
一方、前記ステップ１１０において前記還元剤供給量増量指令値が前記還元剤供給量上限値を上回っていると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１７へ進む。
【００４６】
ステップ１１７では、ＥＣＵ１０は、ステップ１００からステップ１１７にかけて同一の処理経路で連続して到達した回数（ｍ）を計数し、その計数値が５回を上回っているか否かを判別する。
【００４７】
前記ステップ１１７において前記計数値が５回を上回っていると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１８、１１９において本排気浄化装置が異常であると判定して、車室内に設けられたウォーニングランプを点灯させる。一方、前記ステップ１１７において前記計数値が５回以下であると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１００以降の処理を繰り返し実行する。
【００４８】
次に、前記ステップ１０３においてＸｌ＞１．０５Ｘｔではないと判定した場合、すなわちＸｌ≦１．０５Ｘｔであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１０４へ進む。
【００４９】
ステップ１０４では、ＥＣＵ１０は、実際のＮＯX量（Ｘｌ）が目標ＮＯX量（Ｘｔ）より少なく、且つその差が一定量を超えているか否か（例えば、Ｘｌ＜０.１Ｘｔであるか否か）を判別する。
【００５０】
前記ステップ１０４においてＸｌ＜０.１Ｘｔであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１７へ進み、ステップ１００からステップ１１７へかけて同一の処理経路で連続して到達した回数を計数し、その計数が５回を越えているか否かを判別する。
【００５１】
ＥＣＵ１０は、前記ステップ１１７において前記計数値が５回を越えていると判定した場合はステップ１１８、１１９において本排気浄化装置が異常であると判定してウォーニングランプを点灯させ、前記ステップ１１７において前記計数値が５回以下であると判定した場合はステップ１００以降の処理を繰り返し実行する。
【００５２】
前記ステップ１０４においてＸｌ＜０.１Ｘｔではないと判定した場合、すなわちＸｌ≧０．１Ｘｔであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１０５へ進み、実際のＮＯX量（Ｘｌ）が目標ＮＯX量（Ｘｔ）より少なく、且つその差が一定量を越えているか否か（例えば、Ｘｌ＜０．９５Ｘｔであるか否か）を判別する。
【００５３】
前記ステップ１０５においてＸｌ＜０.９５Ｘｔであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１２へ進み、選択還元型ＮＯX触媒６へ供給すべき還元剤量を所定量減量すべく、還元剤供給装置７に対する指令値（還元剤供給量減量指令値）を算出する。
【００５４】
ステップ１１３では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１００において読み込まれたアクセル開度及び機関回転速度をパラメータとして還元剤限度マップへアクセスし、機関運転状態に応じた還元剤供給量の下限値（還元剤供給量下限値）を算出する。ＥＣＵ１０は、前記ステップ１１２で算出された還元剤供給量減量指令値と前記還元剤供給量下限値とを比較する。
【００５５】
前記ステップ１１３において前記還元剤供給量減量指令値が還元剤供給量下限値より大きいと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１４へ進み、前記還元剤供給量減量指令値を還元剤供給装置７へ送信して還元剤の供給量を減量させる。
【００５６】
前記ステップ１１４の処理を実行し終えたＥＣＵ１０は、ステップ１００以降の処理を繰り返し実行する。その際、ステップ１０５においてＸｌ＜０.９５Ｘｔであると判定し、さらにステップ１１３において還元剤供給量減量指令値が還元剤供給量下限値以下であると判定すると、ＥＣＵ１０は、ステップ１１５へ進む。
【００５７】
ステップ１１５では、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ量を所定量減量させるべく、ＥＧＲバルブアクチュエータ９に対する指令値（ＥＧＲ量減量指令値）を算出する。
【００５８】
ステップ１１６では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１１５で算出されたＥＧＲ減量指令値をＥＧＲバルブアクチュエータ９へ送信してＥＧＲ量を減量させる。
前記ステップ１１６の処理を実行し終えたＥＣＵ１０は、ステップ１００以降の処理を繰り返し実行する。
【００５９】
尚、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１１９の処理を実行した後、ステップ１００へ直ちに戻って排気浄化制御ルーチンを継続して実行するようにしてもよく、一定時間経過後に排気浄化制御ルーチンを実行するようにしてもよい。また、ＥＣＵ１０は、ステップ１１９を実行した後は、排気浄化制御ルーチンを実行せず、ウェーニングランプの点灯のみを行うようにしてもよい。
【００６０】
以上述べたようにＥＣＵ１０が排気浄化制御ルーチンを実行することにより本発明に係る排気浄化制御手段が実現され、排気の一部を吸気系に還流してＮＯXの発生を抑制するＥＧＲ機構と、選択還元型ＮＯX触媒６に還元剤を供給してＮＯXを還元及び浄化するＮＯX浄化機構とを併用して大気中に放出されるＮＯX量の抑制を図ることが可能となる。
【００６１】
従って、本実施の形態に係る排気浄化装置によれば、ＥＧＲ機構のみを有する排気浄化装置に比べて少ないＥＧＲ量でＮＯXの発生を抑制することが可能になるとともに、ＮＯX浄化機構のみを有する排気浄化装置に比べて少ない還元剤供給量でＮＯXを還元することが可能となり、その結果、ＥＧＲ量の増加に起因した内燃機関１の運転状態の悪化や、還元剤供給量の増加に起因した選択還元型ＮＯX触媒６の被毒を防止しつつ、大気中に放出されるＮＯX量を低減させることが可能となる。
【００６２】
また、本実施の形態に係る排気浄化装置では、選択還元型ＮＯX触媒６へ供給する還元剤として内燃機関１の燃料（ガソリン）を用いているが、還元剤の供給に対して排気の還流を優先的に行われるため、還元剤として消費される燃料量を最小限に抑制することが可能となり、燃料消費率の悪化と、燃料に含まれる硫黄成分による選択還元型ＮＯX触媒６の被毒（いわゆる、ＳＯx被毒）とが防止される。
【００６３】
また、本実施形態の排気浄化装置は、実際のＮＯX量が所望の目標範囲から大幅に外れ、且つその状態が所定期間継続した場合に限り排気浄化装置の異常を判定するため、機関負荷の急変等によって一時的に実際のＮＯX量が増加あるいは減少した場合等に誤判定する虞がない。
【００６４】
本実施の形態では、排気浄化装置の異常が判定された場合に、車室内のウォーニングランプが点灯されるため、車両の運転者に対して排気浄化装置の異常を通知することが可能となる。その結果、運転者は、排気浄化装置を復旧させるべく速やかな処置を行うことが可能となる。
【００６５】
〈実施の形態２〉
以下、本発明にかかる排気浄化装置の第２の実施態様について述べる。ここでは前述の第１の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００６６】
図３は、本実施形態の排気浄化装置の概略構成を示す図である。本実施の形態に係る排気浄化装置は、前述の第１の実施の形態に対し、選択還元型ＮＯX触媒６より下流の排気通路３に設けられたＮＯX センサ８（以下、下流側ＮＯXセンサ８と称する）に加え、選択還元型ＮＯX触媒６より上流の排気通路３に設けられた上流側ＮＯXセンサ１８を備えている。
【００６７】
前記上流側ＮＯXセンサ１８は、電気配線を介してＥＣＵ１０と接続されており、前記上流側ＮＯXセンサ１８の出力信号（選択還元型ＮＯX触媒６に流入する排気に含まれるＮＯX量を示す信号）がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【００６８】
これに対応してＥＣＵ１０は、図４に示されるような排気浄化制御ルーチンに従ってＥＧＲバルブアクチュエータ９及び還元剤供給装置７を制御する。尚、図４に示す排気浄化制御ルーチンでは、前述の第１の実施の形態の排気浄化制御ルーチンと同一の処理については第１の実施の形態と同一の符号を付している。
また、図４に示す排気浄化制御ルーチンでは、選択還元型ＮＯX触媒６の上流側における目標ＮＯX量（上流側目標ＮＯX量）をＸｔｕ、下流側における目標ＮＯX量（下流側目標ＮＯX量）をＸｔｌ、上流側ＮＯXセンサ１８によって検出された実際のＮＯX量（上流側実ＮＯX量）をＸｕ、下流側ＮＯXセンサ８によって検出された実際のＮＯX量（下流側実ＮＯX量）をＸｌと表すものとする。
【００６９】
図４に示す排気浄化制御ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずステップ１００においてスロットルセンサ１２の出力信号値（アクセル開度）と機関回転速度センサ１３の出力信号（機関回転速度）とを読み込む。
【００７０】
ステップ２０１では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１００において読み込まれたアクセル開度及び機関回転速度をパラメータとして目標ＮＯX量マップへアクセスし、上流側目標ＮＯX量（Ｘｔｕ）と下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）とを算出する。
【００７１】
ステップ１０２では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１００において読み込まれたアクセル開度と機関回転速度とをパラメータとしてＥＧＲ限度マップへアクセスし、機関運転状態に応じたＥＧＲ量上限値を算出する。
【００７２】
ステップ２０３では、ＥＣＵ１０は、上流側ＮＯXセンサ１８の出力信号値（上流側実ＮＯX量：Ｘｕ）を読み込み、その上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）と前記ステップ２０１で算出された上流側目標ＮＯX量（Ｘｔｕ）とを比較する。
【００７３】
前記ステップ２０３において前記上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）が前記上流側目標ＮＯX量（Ｘｔｕ）より多く、且つその差が一定量を越えているか否か（例えば、Ｘｕ＞１．０５Ｘｔｕ）と判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１０６〜ステップ１０８においてＥＧＲ量の増量処理を実行する。
【００７４】
尚、前記ステップ１０６〜ステップ１０８の処理が繰り返し実行された後に、ステップ１０７においてＥＧＲ増量指令値がＥＧＲ量上限値を上回っていると判定された場合、言い換えればＥＧＲ量がＥＧＲ量上限値まで増加されたにもかかわらず上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）が上流側目標ＮＯX量より多く、且つその差が一定量を超えていると判定された場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２１９ａへ進み、ＥＧＲバルブアクチュエータ９及びＥＧＲバルブ５からなるＥＧＲ機構に異常が発生したとみなす。
前記ステップ２１９ａにおいてＥＧＲ機構に異常が発生したと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１９へ進み、ウォーニングランプを点灯させる。
【００７５】
また、前記ステップ２０３において前記上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）が前記上流側目標ＮＯX量（Ｘｔｕ）より多くない、又はその差が一定量を超えていないと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２０４へ進み、下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）と下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）とを比較する。具体的には、ＥＣＵ１０は、下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）が下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）より多く、且つその差が一定量を越えているか否か（例えば、Ｘｌ＞１.０５Ｘｔｌであるか否か）を判別する。
【００７６】
前記ステップ２０４においてＸｌ＞１.０５Ｘｔｌであると判定した場合には、ＥＣＵ１０は、ステップ１０９〜ステップ１１１において還元剤供給量の増量処理を実行する。
【００７７】
尚、前記ステップ１０９〜ステップ１１１の処理が繰り返し実行された後に、ステップ１１０において還元剤供給量増量指令値が還元剤供給量上限値を上待っていると判定された場合、言い換えれば、還元剤の供給量が還元剤供給量上限値まで増量されたにもかかわらず下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）が下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）より多く、且つその差が一定量を超えていると判定された場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２１９ｂへ進み、選択還元型ＮＯX触媒６又は還元剤供給装置７に異常が発生したとみなす。
前記ステップ２１９ｂにおいて選択還元型ＮＯX触媒６又は還元剤供給装置７に異常が発生したと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１９へ進み、ウォーニングランプを点灯させる。
【００７８】
また、前記ステップ２０４においてＸｕ＞１.０５Ｘｔｕではないと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２０５へ進み、上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）と下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）との比が所定値より大きいか否か（例えば、Ｘｌ／Ｘｕ＞１であるか否か）を判別する。
【００７９】
前記ステップ２０５においてＸｌ／Ｘｕ＞１であると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２１９ｃへ進み、上流側ＮＯXセンサ１８、下流側ＮＯXセンサ８、あるいは選択還元型ＮＯX触媒６に異常が発生したと判定する。
続いて、ＥＣＵ１０は、ステップ１１９へ進み、ウォーニングランプを点灯させる。
【００８０】
また、前記ステップ２０５においてＸｌ／Ｘｕ＞１ではないと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２０６へ進み、下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）と下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）を比較する。具体的には、ＥＣＵ１０は、下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）が下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）より少なく、且つその差が一定量を超えているか否か（例えば、Ｘｌ＜０.９Ｘｔｌであるか否か）を判別する。
【００８１】
前記ステップ２０６においてＸｌ＜０.９Ｘｔｌであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１２〜ステップ１１４において還元剤供給量の減量処理を実行する。
【００８２】
尚、前記ステップ１１２〜ステップ１１４の処理が繰り返し実行された後に、ステップ１１３において還元剤供給量減量指令値が還元剤供給量下限値より少ないと判定された場合、言い換えれば、還元剤の供給量が還元剤供給量下限値まで減量されたにもかかわらず下流側実ＮＯX量（Ｘｌ）が下流側目標ＮＯX量（Ｘｔｌ）より少なく、且つその差が一定量を越えていると判定された場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２０７へ進む。
【００８３】
前記ステップ２０６においてＸｌ＜０.９Ｘｔｌではないと判定した場合、もしくは、前記ステップ１１３において還元剤供給量減量指令値が還元剤供給量下限値より少ないと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２０７へ進み、上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）が上流側目標ＮＯX量（Ｘｔｕ）より少なく、且つその差が一定量を越えているか否か（例えば、Ｘｕ＜０.９Ｘｔｕであるか否か）を判別する。
【００８４】
前記ステップ２０７においてＸｕ＜０.９Ｘｔｕであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１５へ進み、ＥＧＲ量を所定量減量させるべく、ＥＧＲバルブアクチュエータ９に対する指令値（ＥＧＲ量減量指令値）を算出する。
【００８５】
ステップ２０９では、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１１５で算出されたＥＧＲ量減量指令値とＥＧＲ量下限値（例えば、零）とを比較する。具体的には、ＥＣＵ１０は、前記ＥＧＲ量減量指令値がＥＧＲ量下限値を下回っているか否かを判別する。
【００８６】
前記ステップ２０９において前記ＥＧＲ量減量指令値がＥＧＲ量下限値より多いと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１１６へ進み、前記ＥＧＲ量減量指令値をＥＧＲバルブアクチュエータ９へ送信してＥＧＲ量の減量処理を実行する。その後、ＥＣＵ１０は、ステップ２０７以降の処理を繰り返し実行する。
【００８７】
ここで、前記したステップ２０７、ステップ１１５、ステップ２０９、ステップ１１６の処理が繰り返し実行された後に、ステップ２０９においてＥＧＲ量減量指令値がＥＧＲ量下限値を下回っていると判定された場合、言い換えれば、ＥＧＲ量がＥＧＲ減量下限値まで減量されたにもかかわらず上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）が上流側目標ＮＯX量（Ｘｔｕ）より少なく、且つその差が一定量を越えていると判定された場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２１９ｅへ進む。
ステップ２１９ｅでは、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ機構に異常が発生したとみなし、次いでステップ１１９に進んでウォーニングランプを点灯させる。
【００８８】
一方、前記ステップ２０７においてＸｕ＜０.９Ｘｔｕではないと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２０８へ進み、上流側実ＮＯX量（Ｘｕ）が上流側目標ＮＯX量より少なく、且つその差が一定量を越えているか否か（例えば、Ｘｕ＜０.１Ｘｔｕであるか否か）を判別する。
【００８９】
前記ステップ２０８においてＸｕ＜０.１Ｘｔｕではないと判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ１００へ戻り、本ルーチンを再度実行する。
一方、前記ステップ２０８においてＸｕ＜０．１Ｘｔｕであると判定した場合は、ＥＣＵ１０は、ステップ２１９ｄへ進み、上流側ＮＯXセンサ１８に異常が発生したとみなす。そして、ＥＣＵ１０は、ステップ１１９へ進み、ウォーニングランプを点灯させる。
【００９０】
ここで、ステップ１１９の処理を実行し終えたＥＣＵ１０は、第１の実施の形態と同様、前記ステップ１００へ速やかに進んで前記の排気浄化制御ルーチンに基づき排気浄化制御を連続して実行させるようにしても良いし、一定時間の間隔を開けた後に前記排気浄化制御を実行させるようにしても良い。
また、ＥＣＵ１０は、前記ステップ１１９を排気浄化制御ルーチンの終点とするとともにステップ１１９へ進んだことを記憶し、内燃機関１の再始動時にウォーニングランプを点灯させ運転者に再度警告を発信することにより、異常が発生した排気浄化装置の速やかな復旧を運転者に促すようにしても良い。
【００９１】
以上述べたように、ＥＣＵ１０が排気浄化制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る排気浄化制御手段及び異常判定手段が実現され、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることが可能になるとともに、異常発生時に異常発生箇所を特定することが可能となる。
また、本実施形態のウォーニングランプは、複数のランプを備え、前記異常判定箇所毎に異なるランプが点灯するようにしても良い。
【００９２】
【発明の効果】
本発明に係る排気浄化装置では、排気浄化触媒及び還元剤供給手段と、排気還流手段とを併用してＮＯXの放出量を低減させることが可能になるため、排気浄化触媒及び還元剤供給手段のみでＮＯXの放出量を低減させる場合に比べ、還元剤供給量を少なくすることができるとともに、排気還流手段のみでＮＯXの放出量を低減させる場合より排気還流量を少なくすることができる。
【００９３】
さらに、本発明に係る排気浄化装置では、還元剤の供給に比して排気の還流が優先的に実行されるため、還元剤の供給量を最小限に抑えつつＮＯXの放出量を減少させることが可能となる。
【００９４】
従って、本発明に係る排気浄化装置によれば、排気還流量の増加に起因した内燃機関の運転状態の悪化や、還元剤供給量の増加に起因した排気浄化触媒の被毒を防止しつつ、大気中に放出されるＮＯX量を低減させることが可能となる。
【００９５】
また、本発明に係る排気浄化装置において内燃機関の燃料を還元剤として用いる場合は、還元剤としての燃料の供給量が抑制されるため、燃料消費量の悪化が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における排気浄化装置の概略構成を示す図
【図２】第１の実施の形態における排気浄化制御ルーチンを示すフローチャート図
【図３】第２の実施の形態における排気浄化装置の概略構成を示す図
【図４】第２の実施の形態における排気浄化制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・排気還流管
５・・・ＥＧＲバルブ
６・・・選択還元型ＮＯX触媒
７・・・還元剤供給装置
８・・・下流側ＮＯXセンサ
９・・・ＥＧＲバルブアクチュエータ
１０・・ＥＣＵ
１１・・スロットル弁
１２・・スロットルポジションセンサ
１３・・機関回転速度センサ
１８・・上流側ＮＯXセンサ
Claims (4)
- 内燃機関の排気通路に配置され、排気中に含まれる窒素酸化物を還元及び浄化する排気浄化触媒と、
前記窒素酸化物の還元に要する還元剤を前記排気浄化触媒へ供給する還元剤供給手段と、前記排気浄化触媒上流の排気通路を流れる排気の一部を前記内燃機関の吸気通路へ還流する排気還流手段と、
少なくとも前記排気浄化触媒下流の排気通路に配置され、排気中に含まれる窒素酸化物量を検出する窒素酸化物量検出手段と、
前記窒素酸化物量検出手段によって検出された実際の窒素酸化物量が所定の目標範囲から外れている場合に、還元剤の供給に比して排気の還流を優先すべく前記排気還流手段及び前記還元剤供給手段を制御する排気浄化制御手段と、を備え、
前記排気浄化制御手段は、実際の窒素酸化物量が前記目標範囲を上回っている場合は、還元剤の供給量の増量に比して排気還流量の増量を優先すべく前記排気還流手段及び前記還元剤供給手段を制御し、実際の窒素酸化物量が前記目標範囲を下回っている場合は、排気還流量の減量に比して還元剤の供給量の減量を優先すべく前記排気還流手段及び前記還元剤供給手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記排気浄化触媒は、酸素過剰且つ炭化水素が存在するときに、排気中の窒素酸化物を還元又は分解する選択還元型ＮＯX触媒であり、前記還元剤供給手段は、前記内燃機関の燃料を還元剤として前記選択還元型ＮＯX触媒へ供給することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気浄化制御手段による前記排気還流手段及び前記還元剤供給手段の制御量が最大もしくは最小となったときの実際の窒素酸化物量と前記目標範囲の上限値又は下限値との差が所定量以上であると、異常が発生したと判定する異常判定手段を更に備える請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気浄化触媒下流の排気通路に配置され、前記排気浄化触媒から流出した排気に含まれる窒素酸化物量を検出する下流側窒素酸化物量検出手段と、前記排気浄化触媒上流の排気通路に配置され、前記排気浄化触媒に流入する排気に含まれる窒素酸化物量を検出する上流側窒素酸化物検出手段とを備え、前記異常判定手段は、前記上流側窒素酸化物量検出手段が検出した窒素酸化物量に基づいて前記内燃機関又は前記排気還流手段の異常を判定し、前記下流側窒素酸化物量検出手段が検出した窒素酸化物量に基づいて前記還元剤供給手段又は前記排気浄化触媒の異常を判定することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００００】
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