JP4052305B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気ガス中には、通常有害なＮＯxなどが含まれている。このため、排気中のＮＯxを浄化するために、内燃機関の排気系にＮＯx触媒を設けることが行われている。ここで、例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒の場合には、吸蔵されたＮＯxの量が増加すると浄化性能が悪化する。それに対し、吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤としての燃料を供給し、同触媒に吸蔵されたＮＯxを還元放出するようにしている（以下、「ＮＯx還元処理」という。）。さらに、吸蔵還元型ＮＯx触媒に排気中のＳＯxが吸蔵されることにより、浄化性能が劣化するいわゆるＳＯx被毒が発生することが知られており、このＳＯx被毒を解消するために、吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤としての燃料を供給する場合もある（以下、「ＳＯx被毒回復処理」という。）。

ここで、上記した吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤としての燃料を供給する際に、吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入される排気の排気流量が適当でない場合には、供給された燃料の一部が充分に前記吸蔵還元型ＮＯx触媒における酸化反応に用いられないことがある。そうするとＮＯx還元処理やＳＯx被毒回復処理が充分に行われなかったり、燃費が悪化したりする場合がある。

これに対し、ＮＯx触媒内の蓄積ＮＯx量を減少させるべきときには、ＮＯx触媒内を流通する排気ガスの量を減少させると共に、予め定められた経過時間だけ経過したときに還元剤を供給する技術が提案されている。さらに、還元剤が供給されたときにＮＯx触媒から排出された排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサにより検出し、酸素濃度に生じたピークの値が目標値に一致するように、前記経過時間を補正することで高い浄化率を得る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、上記の記述においても、添加燃料のＮＯx触媒内における分散性が悪く、添加燃料がＮＯx触媒のうちの一部分に偏ることが考えられる。この傾向は、ＮＯx触媒自体の長さが長い場合や、複数のＮＯx触媒を直列に配置した場合においては、より顕著となる。そして、このような場合、ＮＯx触媒の下流の排気ガスの状態量だけで添加時期を制御しても、添加燃料のＮＯx触媒内での分散性を向上させるには限界があり、ＮＯx触媒の全体に亘って充分にＮＯx還元処理を行うためには、改良の余地を残していた。
特開２００４-５２６０３号公報 特許第２９４７０２１号公報 特開２００３−１０６１４２号公報 特開平０６−２００７３８号公報

本発明の目的とするところは、吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の量を減少させるとともに前記ＮＯx触媒に還元剤を供給することによって前記ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを還元する内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記ＮＯx触媒内における還元剤の分散性を向上させることができる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流と下流に排気量調節
手段を配置し、下流に配置された排気量調節手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を略最小とし、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒内に存在している状態において、上流側に配置された排気量調節手段によって、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を変更し、その際に前記吸蔵還元型ＮＯx触媒内に生じる排気の流れにより、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒内に存在する還元剤をさらに分散させることを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関の排気通路に配置され、排気中のＮＯxを浄化するとともに、ＮＯx還元処理によってそのＮＯx浄化能力が回復する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側に配置され、排気中に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記排気通路における前記還元剤添加手段の上流に配置され、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を調節する上流側排気量調節手段と、
前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流に配置され、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を調節する下流側排気量調節手段と、
を備え、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx還元処理を行う際には、少なくとも前記下流側排気量調節手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を略最小とするとともに前記還元剤添加手段によって前記排気中に還元剤を添加し、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒内に存在する状態において、前記上流側排気量調節手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を変更することを特徴とする。

ここで、前述のように、吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流と下流に上流側排気量調節手段と下流側排気量調節手段とを配置し、前記ＮＯx触媒を通過する排気の量を減少させるとともに該排気に還元剤を添加して前記ＮＯx触媒のＮＯx還元処理を実施する場合、前記ＮＯx触媒を通過する排気の量は、前記上流側排気量調節手段及び下流側排気量調節手段の作動とともに減少する。そして、前記ＮＯx触媒を通過する排気の量が減少している期間中、前記還元剤添加手段によって排気中に添加された還元剤は、前記ＮＯx触媒中に分散し、その分散位置近傍におけるＮＯxを還元する。

しかし、前記ＮＯx触媒を通過する排気の量が減少している期間中に、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が、前記ＮＯx触媒中に均一に分散していない場合には、前記ＮＯx触媒全体におけるＮＯxを十分に還元することが困難となる。

そこで、本発明においては、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記ＮＯx触媒内に存在する状態において、前記上流側排気量調節手段によって、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を変更することにより、前記ＮＯx触媒中の排気の流れの状態を変化させ、前記ＮＯx触媒中において偏って分散している還元剤を前記ＮＯx触媒内により均一に分散させるようにした。

ここで、前記上流側排気量調節手段及び、下流側排気量調節手段の例としては、前記ＮＯx触媒の上流及び下流に配置されたバルブや、シャッターのような機構を挙げることができる。また、通過する排気の量を略最小にするとは、前記上流側排気量調節手段または前記下流側排気量調節手段の可能な範囲で、前記ＮＯx触媒の上流または下流を通過する排気の量を最小にすることを意味し、例えば、前記上流側排気量調節手段及び下流側排気量調節手段が前記ＮＯx触媒の上流及び下流に配置されたバルブである場合には、該バルブを全閉状態とすることを意味する。

またここで、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記ＮＯx触媒内に存在する状態において、前記上流側排気量調節手段によって、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を変更するとは、例えば、ＮＯx還元処理の開始時期において、まず前記下流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を略最小にまで減少させた後に、前記還元剤添加手段から排気中に還元剤を添加し、その後に、前記上流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を減少させることを意味する。

また、例えば、ＮＯx還元処理の開始時期においては、前記上流側排気量調節手段及び前記下流側排気量調節手段を同時に作動させて前記ＮＯx触媒を通過する排気の量を減少させるとともに前記還元剤添加手段によって排気中に還元剤を添加し、ＮＯx還元処理の途中において、前記ＮＯx触媒中に前記還元剤を分散させた状態で、前記上流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させることを意味する。

上記のように、ＮＯx還元処理の開始時期において、まず前記下流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を略最小にまで減少させた後に、前記還元剤添加手段から排気中に還元剤を添加し、その後に、前記上流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を減少させる制御をした場合には、前記下流側排気調節手段によって前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小とされたことに伴い、前記ＮＯx触媒内を通過する排気の量が徐々に減少するだけでなく、前記下流側排気量調節手段によって、前記ＮＯx触媒の下流の排気が堰き止められたことに起因して前記ＮＯx触媒中の排気の流れの状態が変化する。具体的には、前記ＮＯx触媒の下流で堰き止められた排気の逆流と、前記ＮＯx触媒の上流から流入してくる排気の流れとにより、前記ＮＯx触媒中の排気の流れが乱れる。

その際、前記還元剤添加手段によって排気中に添加された還元剤は、前記ＮＯx触媒内を通過する排気の量が減少することに伴い、移動速度を弱めて、前記ＮＯx触媒内で略停止するだけでなく、前述の空気の流れの状態の変化によってさらに分散し、前記ＮＯx触媒内で広がり、より均一に分散する。そして、その後、前記上流側排気量調節手段によって、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を略最小とすることにより、前記ＮＯx触媒を通過する排気の量をより確実に零に近づけることができる。

ここで、前記下流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小とされてから、前記上流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量が略最小とされるまでの時間（以下「遮断遅れ時間」という。）は、最も効率よく、前記ＮＯx触媒内の還元剤の分散を均一化できる時間差として、予め実験的に求められた値であり、一定の値としてもよい。

この遮断遅れ時間は、排気温度、吸入空気量などによって変化すると考えられる。具体的には前記ＮＯx触媒を通過する排気の排気温度が高い方が、前記ＮＯx触媒内で、より効率よく還元剤を分散できるので、前記遮断遅れ時間は短くなる。また、内燃機関への吸入空気量が多い方が、前記下流側排気量調節手段によって排気を堰き止めた場合に生じる空気の流れが強くなるので、前記遮断遅れ時間は短くなる。従って、前記遮断遅れ時間と、排気温度及び吸入空気量との間の関係を予めマップ化しておき、ＮＯx還元処理の実行毎に、当該マップから遮断遅れ時間を読み出すようにしてもよい。

次に、ＮＯx還元処理の開始時期においては、前記上流側排気量調節手段及び前記下流側排気量調節手段を同時に作動させて前記ＮＯx触媒を通過する排気の量を減少させるとともに前記還元剤添加手段によって排気中に還元剤を添加し、ＮＯx還元処理の途中において、前記ＮＯx触媒中に前記還元剤を分散させた状態で、前記上流側排気量調節手段に
よって前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させる場合について説明する。

このように、ＮＯx還元処理の開始時期において、前記上流側排気量調節手段及び前記下流側排気量調節手段を同時に作動させて前記ＮＯx触媒を通過する排気の量を減少させるとともに前記還元剤添加手段によって排気中に還元剤を添加した場合、前記ＮＯx触媒中において、前記還元剤が分散した部分のみについてＮＯx還元反応が進むことになる。

そして、上記のＮＯx還元反応が終息に近づいた際に、前記上流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させる。そうすると、前記ＮＯx触媒を通過する新たな排気の流れが生じ（前記ＮＯx触媒中の排気の流れの状態が変化し）、前記ＮＯx触媒における還元剤がさらに分散し、前記ＮＯx触媒内でより均一に分散するようになる。

上記のように前記上流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させた後、前記ＮＯx触媒全体におけるＮＯx還元反応が終息した際には、前記下流側排気量調節手段によって、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を増加させることによって、ＮＯx還元処理を終了させることができる。ここで、前記上流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させてから、前記下流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を増加させるまでの時間（以下、開放遅れ時間という。）は、前記ＮＯx触媒内で還元剤が均一に分散され、さらに前記ＮＯx触媒の全体におけるＮＯxが還元されるのに充分な時間として、予め実験的に求められた時間である。

そして、この開放遅れ時間は遮断遅れ時間と同様、前記ＮＯx触媒を通過する排気の排気温度や、内燃機関への吸入空気量の影響を受ける。さらに、開放遅れ時間は、内燃機関の運転状態の変動の影響を受ける。すなわち、前記上流側排気量調節手段と前記下流側排気量調節手段とを作動させて、前記ＮＯx触媒を通過する排気の量を略最小にした時点と、前記上流側排気量調節手段により、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させた時点とにおける、内燃機関の運転状態の変化が大きい程、前記上流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させた際に生じる新たな排気の流れは強くなる。

従って、開放遅れ時間については、予め実験的に求められた一定の値としてもよいし、排気温度、吸入空気量及び、内燃機関の運転状態の変化、との関係を予めマップ化しておき、当該マップから各パラメータの値に応じた開放遅れ時間を読み出すことによって導出してもよい。

このようにすれば、前記ＮＯx還元処理において、前記ＮＯx触媒中に還元剤をより均一に分散させることができ、より確実に、前記ＮＯx触媒の全体に亘ってＮＯx還元処理を完了させることができる。

また、本発明においては、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記ＮＯx触媒内に存在する状態において、前記上流側排気量調節手段によって、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を一旦増加させて減少させる増減動作を１回以上行うようにしてもよい。

具体的には、ＮＯx還元処理の開始時には、前記上流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を略最小にすると同時に、前記下流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を略最小にする。そして、それとともに前記還元剤添加手段から還元剤を添加し、前記ＮＯx触媒の一部に該還元剤を分散させ
、ＮＯx還元反応を進行させる。その後、前記上流側排気量調節手段によって、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を一旦増加させて減少させる増減動作を１回以上行うようにする。

そうすれば、前記ＮＯx触媒の一部においてＮＯx還元反応が進行している途中に前記ＮＯx触媒を通過する新たな排気の流れを一回以上発生させることができ（排気の流れの状態を一回以上変化させることができ）、前記ＮＯx触媒の一部に分散した還元剤をさらに分散させることができ、前記ＮＯx触媒の全体において還元剤をより確実に均一に分散させることができる。その結果、前記ＮＯx触媒の全体に亘ってより確実にＮＯx還元処理を完了させることができる。

ここで、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量の増減動作は、複数回行うようにしてもよい。そうすれば、前記ＮＯx触媒を通過する新たな排気の流れを複数回発生させることができ（排気の流れの状態を複数回変化させることができ）、さらに確実に、前記ＮＯx触媒全体に還元剤を均一に分散させることができる。その結果、前記ＮＯx触媒の全体に亘ってより確実にＮＯx還元処理を完了させることができる。

ここで、前記排気の量の増減動作において、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させている期間の長さは、前記ＮＯx触媒を通過する排気の排気温度が高い程短くてよく、内燃機関への吸入空気量が多い程短くてよい。また、前記排気の量の増減動作において、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を減少させている期間の長さは、前記ＮＯx触媒において要求されている還元量が少ない程短くてよく、前記ＮＯx触媒の床温が高い程短くてよい。さらに、前記排気の量の増減動作の回数は、内燃機関への吸入空気量が多い程少なくてよく、前記ＮＯx触媒の床温または前記ＮＯx触媒を通過する排気の排気温度が高い程少なくてよい。従って、前記排気の量の増減動作において、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させている期間の長さ、前記排気の量の増減動作の間隔及び回数は、それらと、内燃機関への吸入空気量、前記ＮＯx触媒の床温または前記ＮＯx触媒を通過する排気の排気温度及び、前記ＮＯx触媒において要求されている還元量との関係を予めマップ化しておき、当該マップから読み出すことによって決定するようにしてもよい。

また、本発明においては、前記排気に前記吸蔵還元型ＮＯx触媒をバイパスさせるバイパス通路をさらに備え、前記上流側排気量調節手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を減少させる際および前記下流側排気量調節手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を減少させる際には、前記排気の少なくとも一部が前記バイパス通路を通過するようにしてもよい。

すなわち、上述した本発明は、内燃機関の排気通路に、前記排気に前記ＮＯx触媒をバイパスさせるバイパス通路を備えた排気系に対して適用することができる。また、このバイパス通路には、前記ＮＯx触媒と同様の第２ＮＯx触媒を備えるようにしてもよい。この場合、前記ＮＯx触媒のＮＯx還元処理を行う場合には、内燃機関の排気に、バイパス通路を通過させることにより、内燃機関の運転状態に影響を及ぼさずに、前記ＮＯx触媒のＮＯx還元処理を行うことができる。

同様に、前記第２ＮＯx触媒のＮＯx還元処理を行う場合には、前記上流側排気量調節手段および／または前記下流側排気量調節手段を作動させ、前記ＮＯx触媒を通過する排気の量を増加させ、換言すると、バイパス通路を通過する排気の量を減少させた上で、第２ＮＯx触媒に還元剤を供給し、ＮＯx還元処理を行っても良い。この場合、前記バイパス通路にも、排気通路と同様に第２ＮＯx触媒の上流および／または下流に排気量調節手段を備えてもよいし、還元剤添加手段を備えるようにしてもよい。

また、本発明においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流に配置され、前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流の圧力を検出する圧力検出手段をさらに備え、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒内に存在する状態において、
前記圧力検出手段によって検出される圧力が所定圧以上である場合に、前記上流排気量調節手段によって、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を減少させるようにしてもよい。

すなわち、上記した本発明において、遮断遅れ時間または開放遅れ時間を、予め実験的に求めておいたり、マップから読み出すようにするのではなく、前記ＮＯx触媒の下流に配置され、前記ＮＯx触媒の下流における圧力を検出する圧力検出手段の出力信号に基いて決定するようにしてもよい。

例えば、ＮＯx還元処理の開始時に、前記下流側排気量調節手段のみによって、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を最小とするとともに、前記還元剤添加手段によって排気中に還元剤を添加し、その後、前記上流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を最小とする制御を行う場合においては、まず前記下流側排気量調節手段によって、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を最小とする。そうすると、前述のように、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気が前記下流側排気量調節手段に堰き止められることにより排気の流れの状態が変化する。その際には、前記下流側排気量調節手段の上流における圧力が上昇する。

そして、前記圧力の上昇に起因し、前記圧力検出手段によって検出された排気の圧力が所定圧以上となった時点で、前記排気の流れの変化によって還元剤の分散が充分に行われたと判断し、前記上流側排気量調節手段を作動させて前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を略最小とし、前記の排気の流れの変化を抑制するようにしてもよい。

ここで、上記の所定圧とは、前記下流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小にされたことにより、前記ＮＯx触媒の下流における圧力がこの値まで上昇した場合には、前記排気の流れの変化により前記ＮＯx触媒中の還元剤が充分に分散したと判断できる圧力の値であり、予め実験的に求めてもよい。

そうすれば、前記ＮＯx触媒の下流における実際の圧力の変動に基いて、前記ＮＯx触媒において還元剤が十分に分散したと判断することができるので、より正確に、前記遮断遅れ時間を決定することができる。その結果、より確実に前記ＮＯx触媒の全体に亘ってＮＯx還元処理を完了させることができる。

また、ＮＯx還元処理の開始時には、前記上流側排気量調節手段と、前記下流側排気量調節手段とを略同時に作動させて前記ＮＯx触媒中を通過する排気の量を略最小にし、ＮＯx還元反応が進行した段階で、まず前記上流側排気量調節手段により、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させ、開放遅れ時間の経過後に、前記下流側排気量調節手段により、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を増加させる場合においては、前記上流側排気量調節手段により、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させた後、前記圧力検出手段によって検出された排気の圧力が所定圧以上となった時点から、さらに、前記ＮＯx触媒全体においてＮＯx還元反応が終息するのを待った上で、前記下流側排気量調節手段により、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を増加させ、ＮＯx還元処理を終了させてもよい。

そうすれば、前記ＮＯx触媒の下流における実際の圧力の変動に基いて、前記上流側排
気量調節手段により前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量が増加されることで、前記ＮＯｘ触媒中の一部に分散していた還元剤が前記ＮＯx触媒の全体に分散したことをより正確に検出することができ、より確実に、前記ＮＯx触媒全体に対してＮＯx還元処理を完了させることができる。

また、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記ＮＯx触媒内に存在する状態において、前記上流側排気量調節手段によって、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の増減動作を行う場合についても、前記ＮＯx触媒の下流における圧力を圧力検出手段によって検出し、前記圧力が所定圧以上となったことをもって、前記増減動作において前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させている状態を終了するようにしてもよい。

また、本発明においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流に配置され、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気中の特定成分の濃度を検出する濃度検出手段をさらに備え、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒内に存在する状態において、
前記濃度検出手段によって検出される排気中の特定成分の濃度が所定濃度に達した場合に、前記上流排気量調節手段によって、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を減少させるようにしてもよい。

ここでは、上述した圧力検出手段に変えて、前記ＮＯx触媒の下流における特定成分の濃度を検出する濃度検出手段を備えるようにし、該濃度検出手段によって検出された排気中の特定成分の濃度に基いて、前記遮断遅れ時間または開放遅れ時間などを決定している。ここで、前記特定成分の濃度とは、排気中における燃料の濃度、すなわち空燃比としてもよい。この場合、前記濃度検出手段は空燃比センサにより構成される。

例えば、ＮＯx還元処理の開始時に、前記下流側排気量調節手段のみによって、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を略最小とするとともに、前記還元剤添加手段によって排気中に還元剤を添加し、その後、前記上流側排気量調節手段によって前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を略最小とする制御を行う場合においては、前記下流側排気量調節手段によって、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を略最小とすると、前記ＮＯx触媒の下流側にまで還元剤が分散するようになるので、前記空燃比センサによる検出信号が減少する。

そして、前記空燃比センサによって検出された空燃比が所定空燃比以下となった時点で、前記ＮＯx触媒の全体に還元剤が十分に分散したと判断し、前記上流側排気量調節手段によって、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を最小とする。

ここで、上記の所定濃度とは、前記ＮＯx触媒の下流における空燃比の値がこの値に達した場合には、前記ＮＯx触媒の全体に還元剤が充分に分散したと判断できる空燃比の値であり、予め実験的に求めてもよい。そうすれば、前記ＮＯx触媒の下流における実際の空燃比に基いて、前記ＮＯx触媒の全体に還元剤が充分に分散したと判断することができるので、より正確に、遮断遅れ時間または開放遅れ時間を決定することができる。その結果、より確実に、前記ＮＯx触媒の全体に亘ってＮＯx還元処理を完了させることができる。

また、ＮＯx還元処理の開始時には、前記上流側排気量調節手段と、前記下流側排気量調節手段とを略同時に作動させて前記ＮＯx触媒中を通過する排気の量を略最小にし、ＮＯx還元反応が進行した段階で、まず前記上流側排気量調節手段により、前記ＮＯx触媒の
上流を通過する排気の量を増加させ、開放遅れ時間の経過後に、前記下流側排気量調節手段により、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を増加させる場合においては、前記上流側排気量調節手段により、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させた後、前記空燃比センサによって検出された空燃比が所定空燃比以下となった時点から、さらに、前記ＮＯx触媒全体においてＮＯx還元反応が終息するのを待った上で、前記下流側排気量調節手段により、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を増加させ、ＮＯx還元処理を終了させてもよい。そうすれば、前記上流側排気量調節手段により、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量が増加することで、前記ＮＯｘ触媒中の一部に分散していた還元剤が前記ＮＯx触媒の全体に充分に分散したことをより正確に検出することができる。その結果、より確実に、前記ＮＯx触媒全体に対してＮＯx還元処理を完了させることができる。

また、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記ＮＯx触媒内に存在する状態において、前記上流側排気量調節手段によって、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の増減動作を行う場合についても、前記ＮＯx触媒の下流における空燃比を空燃比センサによって検出し、前記圧力が所定圧以上となったことをもって、前記増減動作において前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させている状態を終了するようにしてもよい。

ここで、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気中の特定成分の濃度は、空燃比に限られない。排気中の酸素濃度や、ＨＣ濃度を検出することにより、前記ＮＯx触媒の全体に還元剤が分散したと判断してもよいし、排気中のＮＯx濃度を検出することにより、ＮＯx還元処理が完了したことを検出するようにしてもよい。

また、本発明においては、前記バイパス通路には、前記バイパス通路を通過する排気の量を調節するバイパス排気量調節手段をさらに備え、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、該還元剤添加手段から添加された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒内に存在する状態において、
前記上流側排気量調節手段によって、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を変更するとともに、前記バイパス排気量調節手段によって、前記バイパス通路を通過する排気の量を変更するようにしてもよい。

ここで、上述した本発明においては、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、該還元剤添加手段から添加された還元剤が前記ＮＯx触媒内に存在する状態において、前記上流側排気量低減手段によって、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を変更することにより、排気の流れの状態を変化させ、前記ＮＯx触媒中の一部に分散している還元剤を前記ＮＯx触媒の全体に、より均一に分散させるようにしている。

しかし、特に、ＮＯx還元処理の開始時には、前記上流側排気量調節手段と、前記下流側排気量調節手段とを略同時に作動させて前記ＮＯx触媒中を通過する排気の量を略最小にし、ＮＯx還元反応が進行した段階で、まず前記上流側排気量調節手段により、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させ、開放遅れ時間の経過後に、前記下流側排気量調節手段により、前記ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を増加させる場合においては、内燃機関の運転状態の変化の条件によっては、前記上流側排気量調節手段によって、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を増加させても、排気の流れの状態を充分に変化させることができないことがある。例えば、ＮＯx還元処理を開始してからの内燃機関の運転状態の変化が殆どない場合などである。ずなわち、このような場合には、前記上流側排気量調節手段の上流と下流における圧力の差が殆どないために、前記上流側排気量調節手段を作動させても、前記ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量が殆ど変化しない。

そのような場合には、前記バイパス通路を通過する排気の量を調節するバイパス排気量調節手段をさらに備えるようにし、該バイパス排気量調節手段によって、前記バイパス通路を通過する排気の量を変更させるようにする。すなわち、バイパス排気量調節手段によって、前記バイパス通路を通過する排気の量を変更すれば、そのことにより、前記ＮＯx触媒に流入する排気の量も変化する。従って、前記バイパス排気量調節手段を作動させることによって、前記ＮＯx触媒を通過する排気の流れの状態を変化させることができ、前記ＮＯx触媒中の一部に分散している還元剤を前記ＮＯx触媒の全体により均一に分散させることができる。

そうすれば、前記上流側排気量調節手段を作動させても、前記ＮＯx触媒中の排気の流れを変化させることができない場合にも、前記バイパス排気量調節手段を作動させることにより、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の量を変更し、結果として、前記ＮＯx触媒中の排気の流れを変化させることができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の量を低減させるとともに前記ＮＯx触媒に還元剤を供給することによって前記ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを還元する内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記ＮＯx触媒内における還元剤の分散性を向上させることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。なお、図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。

図１において、内燃機関１には、内燃機関１からの排気が流通する排気管５が接続され、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５は、途中で第１分岐通路１０ａ、第２分岐通路１０ｂに分岐されており、この第１分岐通路１０ａ及び第２分岐通路１０ｂは下流において合流している。そして、第１分岐通路１０ａには、排気中のＮＯxを吸蔵還元する第１ＮＯx触媒１１ａが設けられており、第２分岐通路１０ｂには、同じく第２ＮＯx触媒１１ｂが設けられている。

また、第１分岐通路１０ａにおける、第１ＮＯx触媒１１ａの上流には、第１分岐通路１０ａにおける、第１ＮＯx触媒１１ａの上流を通過する排気の量を制御する第１上流側弁１２ａが備えられている。同様に、第２分岐通路１０ｂにおける、第２ＮＯx触媒１１ｂの上流には、第２上流側弁１２ｂが備えられている。なお、上記の第１上流側弁１２ａ及び第２上流側弁１２ｂは、本実施例における上流側排気量調節手段に相当する。

また、図１中、第１分岐通路１０ａにおける第１上流側弁１２ａと第１ＮＯx触媒１１ａの間には、第１ＮＯx触媒１１ａのＮＯx還元処理の際に、還元剤としての燃料を排気に添加する第１燃料添加弁１４ａが備えられている。同様に、第２分岐通路１０ｂにおける第２上流側弁１２ｂと第２ＮＯx触媒１１ｂの間には、第２燃料添加弁１４ｂが備えられている。ここで、第１還元剤添加弁１４ａ及び第２還元剤添加弁１４ｂは、本実施例における還元剤添加手段を構成する。

さらに、第１分岐通路１０ａにおける、第１ＮＯx触媒１１ａの下流には、第１分岐通路１０ａにおける、第１ＮＯx触媒１１ａの下流を通過する排気の量を制御する第１下流側弁１３ａが備えられている。同様に、第２分岐通路１０ｂにおける、第２ＮＯx触媒１１ｂの下流には、第２下流側弁１３ｂが備えられている。なお、上記の第１下流側弁１３ａ及び第２下流側弁１３ｂは、本実施例における下流側排気量調節手段に相当する。

以上述べたように構成された内燃機関１及びその排気系には、該内燃機関１及び排気系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の運転状態等を制御する他、内燃機関１の第１ＮＯx触媒１１ａ及び、第２ＮＯx触媒１１ｂに対するＮＯx還元処理などに係る制御を行うユニットである。

ＥＣＵ３５には、図示しないクランクポジションセンサや、アクセルポジションセンサなどの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ３５には、内燃機関１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施例における第１上流側弁１２ａ、第１下流側弁１３ａ、第２上流側弁１２ｂ、第２下流側弁１３ｂ及び、第１還元剤添加弁１４ａ、第２還元剤添加弁１４ｂが電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。

また、ＥＣＵ３５には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。第１ＮＯx触媒１１ａ、第２ＮＯx触媒１１ｂに吸蔵されたＮＯxを還元放出させるためのＮＯx還元処理ルーチンの他、ＳＯx被毒回復処理ルーチン（説明は省略）なども、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。

次に、このような内燃機関１の排気系において、従来のＮＯx還元処理が行われる場合の例として、特に第１ＮＯx触媒１１ａのＮＯx還元処理の際についての、第１上流側弁１２ａ、第１下流側弁１３ａ、第１還元剤添加弁１４ａの動作及び、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量の変化について図２を用いて説明する。図２は、第１上流側弁１２ａの開閉、第１下流側弁１３ａの開閉、第１還元剤添加弁１４ａのＯＮ−ＯＦＦ、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量について示したタイムチャートであり、横軸は時間である。

第１ＮＯx触媒１１ａのＮＯx還元処理が行われる際には、まず、ＥＣＵ３５によって第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａに全閉動作指令が出され、第２上流側弁１２ｂ及び第２下流側弁１３ｂには全開動作指令が出される。そうすると、排気管５を通過中の排気のうちの略全量が、第２分岐通路１０ｂを通過するようになる。従って、図２に示すように、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａが全閉された後、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量は減少し、第１上流側弁１２ａ及び第１下流弁１３ａからの漏れを除いて略零になる。

一方、第１上流側弁１２ａ及び第１下流弁１３ａに全閉動作指令がなされてから所定のディレイ時間ΔＴが経過した時点で、第１燃料添加弁１４ａから還元剤としての燃料が排気中に添加される。ここで、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量が減少する過程において、第１燃料添加弁１４ａから排気中に添加された燃料は、前記排気とともに下流側に移動し、第１ＮＯx触媒１１ａに到達した時点で、排気の量が略零になり、還元剤としての燃料が第１ＮＯx触媒１１ａ内に分散するようにディレイ時間ΔＴが設定されている。

そして、前記還元剤が第１ＮＯx触媒１１ａ内に分散している期間中に、第１ＮＯx触媒１１ａ中のＮＯxが還元される。さらに所定時間経過後、ＥＣＵ３５により第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａへの全閉動作指令が解除され、第２上流側弁１２ｂ及び第２下流側弁１３ｂへの全開動作指令が解除される。そうすると、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量が増加し始め、ＮＯx還元処理が行われる前と同等の値になり、ＮＯx還元処理が終了する。

ここで、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａが全閉状態となり、第１ＮＯx触媒１１ａに流入する排気の量が略零になってから、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａの全閉動作が解除され、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量が増加し始めるまでの期間を、「流れ停止期間」と呼ぶ。

上記の流れ停止期間において、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料が第１ＮＯx触媒１１ａの全体に均一に分散した場合には、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に亘ってＮＯx還元を良好に行うことができる。しかし、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料が第１ＮＯx触媒１１ａの上流側や下流側の一部に偏って分散した場合には、還元剤である燃料が第１ＮＯx触媒１１ａの全体に行き渡らず、ＮＯx還元処理を確実に行うことができなくなるおそれがある。

この、流れ停止期間における、第１ＮＯx触媒１１ａにおける燃料の分散のばらつきは、内燃機関１の運転状態による排気流量のばらつき、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａの閉弁速度、ディレイ時間ΔＴのばらつきなどによって生じると考えられる。

そこで、本実施例においては、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａを閉弁させることにより、第１燃料添加弁１４ａから添加された燃料に、第１ＮＯx触媒１１aまで移動させて分散させるだけでなく、第１上流側弁１２ａと第１下流側弁１３ａの閉弁時間に時間差を設けることにより、第１ＮＯx触媒１１aにおける排気の流れの状態を変化させ、第１ＮＯx触媒１１aまで移動した燃料を第１ＮＯx触媒全体に広がるように分散させる。それにより、還元剤としての燃料をより均一に第１ＮＯx触媒１１ａの全体に分散させることとした。

この場合の、第１上流側弁１２ａ、第１下流側弁１３ａ、第１還元剤添加弁１４ａの動作及び、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量の変化について図３を用いて説明する。図３は、本実施例における第１上流側弁１２ａの開閉、第１下流側弁１３ａの開閉、第１還元剤添加弁１４ａのＯＮ−ＯＦＦ及び、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量について示したタイムチャートであり、横軸は時間である。

本実施例において、第１ＮＯx触媒１１ａのＮＯx還元処理が行われる際には、まず、ＥＣＵ３５によって第１下流側弁１３ａに全閉動作指令が出され、第２上流側弁１２ｂ及び第２下流側弁１３ｂには全開動作指令が出される。この際には、第１上流側弁１２ａには全閉動作指令は出されない。そうすると、第１下流側弁１３ｂの全閉動作とともに、第１ＮＯx触媒１１ａの下流を通過する排気の量は減少する。これに伴い、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量も減少する。そして、第１下流側弁１３ａへの全閉動作指令の後、ディレイ時間ΔＴの経過後、第１還元剤添加弁１４ａから燃料が排気中に添加される。

しかし、この場合は、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａの両方で第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量が略零にされる場合と異なり、第１下流側弁１３ａによって第１ＮＯx触媒１１ａの下流を通過する排気の量のみが略最小とされた際に、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量が徐々に減少するだけでなく、第１下流側弁１３ａによっ
て、第１ＮＯx触媒１１ａの下流の排気が堰き止められたことに起因して第１ＮＯx触媒１１ａ中の排気の流れの状態が変化する。具体的には、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で堰き止められた排気の逆流と、第１ＮＯx触媒１１ａの上流から流入してくる排気の流れとにより、第１ＮＯx触媒１１ａの排気の流れが乱れる。

これにより、第１還元剤添加弁１４ａによって排気中に添加された還元剤は、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量が減少することに伴い、移動速度を弱めて、第１ＮＯx触媒１１ａ内で略停止するだけでなく、前述の空気の流れの状態の変化によってさらに分散し、第１ＮＯx触媒１１ａ内で広がり、より均一に分散する。本実施例においては、第１還元剤添加弁１４ａによって排気中に添加された還元剤は、第１ＮＯx触媒１１ａ内で略停止する際に、主に第１ＮＯx触媒１１ａの下流側に広がるように分散することが分かっている。

そして、その状態で第１上流側弁１２ａに全閉動作指令を出し、第１ＮＯx触媒１１ａの上流を通過する排気の量も略最小となることにより、流れ停止期間となる。そして、この流れ停止期間の間、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に亘ってＮＯx還元処理が行われる。さらに、ＮＯx還元反応が終息した時点で、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａへの全閉動作指令が解除され、第２上流側弁１２ｂ及び第２下流側弁１３ｂへの全開動作指令が解除される。そうすると、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量が増加し始め、ＮＯx還元処理が行われる前と同等の値になる。

図４には、本実施例に係るＮＯx還元処理ルーチンを示す。本ルーチンはＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、ＮＯx還元処理開始条件が満たされたときに実行される。このＮＯx還元処理開始条件は、内燃機関１の稼働時間あるいは車両の走行距離が閾値を越えることによって満たされるように規定してもよいし、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で検出されるＮＯx濃度が閾値を超えることによって満たされると規定してもよい。

本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において、内燃機関１への吸入空気量及び第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の排気温度が取得される。内燃機関１への吸入空気量は図示しないエアフローメータの出力がＥＣＵ３５に読み込まれることにより取得される。第１ＮＯx触媒を通過する排気の排気温度は、排気管５に備えられた図示しない排気温度センサの出力がＥＣＵ３５に読み込まれることによって取得される。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２の処理に進む。

Ｓ１０２においては、遮断遅れ時間ΔＴＳが導出される。ここで、遮断遅れ時間ΔＴＳは、本ルーチンにおいて、第１下流側弁１３ａに全閉動作指令が出されてから、第１上流側弁１２ａに全閉動作指令が出されるまでの時間である。すなわち、一旦第１ＮＯx触媒１１ａ中に分散された燃料を、第１下流側弁１３ａのみを全閉状態とすることにより第１ＮＯx触媒１１ａ全体に均一に分散させるのに必要充分な時間である。

そして、この遮断遅れ時間ΔＴＳは、内燃機関１への吸入空気量が多い程短くてよく、また、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の排気温度が高い程短くてよいことが分かっている。従って、内燃機関１への吸入空気量、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の排気温度と、遮断遅れ時間ΔＴＳとの関係を予め実験的に求めてマップ化しておき、Ｓ１０１において取得された吸入空気量及び排気温度に対応した遮断遅れ時間ΔＴＳの値を該マップから読み出すことによって導出する。Ｓ１０２の処理が終了するとＳ１０３に進む。

Ｓ１０３においては、第１下流側弁１３ａに全閉動作指令が出され、第２上流側弁１２ｂ及び第２下流側弁１３ｂに全開動作指令が出される。そうすると、第１下流側弁１３ａ
は全閉動作を開始し、第２上流側弁１２ｂ及び第２下流側弁１３ｂは全開動作を開始する。この際に、第２ＮＯx触媒１１ｂを通過する排気の量は増加する一方、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気は、下流の第１下流側弁１３ａによって堰き止められるので減少する。Ｓ１０３の処理が終わるとＳ１０４に進む。

Ｓ１０４においては、遮断遅れ時間ΔＴＳを計測するため、第１下流側弁の全閉動作後の経過時間ＴＰのカウントが開始される。Ｓ１０４の処理が終わるとＳ１０５に進む。

そして、Ｓ１０５においては、第１還元剤添加弁１４ａから還元剤としての燃料が、第１分岐通路１０ａを通過する排気中に添加される。具体的には、第１下流側弁１３ａの全閉後の経過時間ＴＰが、予め設定されたディレイ時間ΔＴとなった時点で第１還元剤添加弁１４ａから燃料が添加される。なお、このディレイ時間ΔＴは、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量が低減していき、略最小となった時点で、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料が、第１ＮＯx触媒１１ａにおける上流側の部分に分散されるように予め実験的に求められた値である。Ｓ１０５の処理が終わるとＳ１０６に進む。

Ｓ１０６においては、第１下流側弁１３ａ全閉後の経過時間ＴＰが、遮断遅れ時間ΔＴＳ以下かどうかが判定される。ここで、第１下流側弁１３ａ全閉後の経過時間ＴＰが、遮断遅れ時間ΔＴＳより小さいと判定された場合には、本処理の前に戻り、再度本処理において、第１下流側弁１３ａ全閉後の経過時間ＴＰが、遮断遅れ時間ΔＴＳ以下かどうかが判定され、本処理において、第１下流側弁１３ａ全閉後の経過時間ＴＰが、遮断遅れ時間ΔＴＳ以上であると判定されるまで、この処理が繰り返される。一方、第１下流側弁１３ａ全閉後の経過時間ＴＰが、遮断遅れ時間ΔＴＳ以上であると判定された場合には、Ｓ１０７に進む。換言すると、第１下流側弁１３ａに全閉動作指令が出されてから、遮断遅れ時間ΔＴＳが経過するのを待って、Ｓ１０７に進む。

ここで、第１下流側弁１３ａに全閉動作指令が出された後、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料は、第１ＮＯx触媒１１aを通過する排気の量の減少に伴い、第１ＮＯx触媒１１ａにおける上流側の部分に分散する。さらに、第１ＮＯx触媒１１ａの下流を通過する排気が、第１下流側弁１３ａによって堰き止められることによって発生した排気の流れの変化によって、遮断遅れ時間ΔＴＳが経過する間に、第１ＮＯx触媒１１ａの一部に分散した燃料は下流側に広がり、第１ＮＯx触媒１１ａ全体に亘って均一に分散される。すなわち、遮断遅れ時間ΔＴＳは、上記のような現象が第１ＮＯx触媒１１ａにおいて生じるのに充分な時間として設定された時間である。

次に、Ｓ１０７においては、第１上流側弁１２ａに全閉動作指令が出される。これにより、第１ＮＯx触媒１１ａの上流を通過する排気の量が略最小となるので、第１下流側弁１３ａが全閉状態であることと合わせて、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量を略零とすることができる。Ｓ１０７の処理が終了すると、Ｓ１０８に進む。

Ｓ１０８においては、第１ＮＯx触媒１１ａにおいて、ＮＯx還元反応が終息したかどうかが判定される。この判定は、予め実験的に求めたＮＯx還元時間が還元剤が添加されてから経過したことをもってＮＯx還元反応が終息したと判定してもよいし、第１ＮＯx触媒１１ａの下流側に設けられた図示しないＮＯxセンサの出力信号に基いて判定してもよい。Ｓ１０８において、ＮＯx還元反応が終息していないと判定された場合には、Ｓ１０８の前に戻り、再度Ｓ１０８においてＮＯx還元反応が終息したかどうかが判定され、Ｓ１０８において、ＮＯx還元反応が終息したと判定されるまでこれらの処理が繰り返される。一方、Ｓ１０８において、ＮＯx還元反応が終息したと判定された場合には、Ｓ１０９の処理に進む。なお、ここで、ＮＯx還元反応が終息したとは必ずしもＮＯx還元反応が終了したことを意味せず、充分に第１ＮＯx触媒１１ａのＮＯx浄化能力が回復したと判断で
きる程度まで、ＮＯx還元反応が進んだことをもって、ＮＯx還元反応が終息したとしてもよい。

Ｓ１０９においては、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａの全閉状態が解除され、第２上流側弁１２ｂ及び第２下流側弁１３ｂの全開状態が解除されて、内燃機関１からの排気が第１ＮＯx触媒１１ａ及び、第２ＮＯx触媒１１ｂの双方を通過するようになり、ＮＯx還元処理が終了する。Ｓ１０９の処理が終了すると、本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、本実施例においては、ＮＯx還元処理において、まず第１下流側弁１３ａのみを全閉動作させることにより、第１ＮＯx触媒１１ａの下流を通過する排気を堰き止めることにより、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料を、第１ＮＯx触媒１１ａにおける上流側の部分に分散させるとともに、分散された燃料が下流側に広がるようにさらに分散させている。こうすることにより、還元剤としての燃料を第１ＮＯx触媒１１ａの全体により均一に分散させることができ、より確実に、第１ＮＯx触媒１１ａ全体に亘ってＮＯx還元処理を完了させることができる。

次に、本実施例におけるＮＯx還元処理の別の態様について説明する。この態様においては、第１下流側弁１３ａに全閉動作指令が出され、第２上流側弁１２ａ及び第２下流側弁１３ｂに全開動作指令が出された後、マップから導出された遮断遅れ時間ΔＴＳが経過した時点で、第１上流側弁１２ａに全閉動作指令が出されるのではなく、第１ＮＯx触媒１１ａの下流における排気の圧力をモニターしておき、モニターされた排気の圧力が所定圧力以上となることをもって、還元剤としての燃料が第１ＮＯx触媒の下流側にまで行き渡ったと判定し、第１上流側弁１２ａに全閉動作指令が出されるようにした態様である。

この態様では、上述のように、第１分岐通路１０ａにおいて、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流に、図示しない圧力センサを備えるものとする。この場合の、第１上流側弁１２ａ、第１下流側弁１３ａ及び第１還元剤添加弁１４ａの動作、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する量の変化に加え、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流における圧力の変化について図５を用いて説明する。図５は、本実施例における第１上流側弁１２ａの開閉、第１下流側弁１３ａの開閉、第１還元剤添加弁１４ａのＯＮ−ＯＦＦ、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流における圧力の変化について示したタイムチャートであり、横軸は時間である。

図５における第１上流側弁１２ａの開閉、第１下流側弁１３ａの開閉、第１還元剤添加弁１４ａのＯＮ−ＯＦＦ、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量については、図３に示したものと同じであるので説明は省略する。ここで、前述したように、第１下流側弁１３ａの閉弁動作によって、第１ＮＯx触媒１１ａの下流を通過する排気が堰き止められ、排気の流れの状態が変化する。その排気の流れの状態の変化とともに、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流における排気の圧力は上昇する。

この圧力の上昇（圧力変動）は、前記の新たな排気の流れの発生と深い相関を有するため、この圧力の上昇が所定圧力を超えることをもって、第１ＮＯx触媒１１ａにおける上流側の部分に分散した燃料が第１ＮＯx触媒１１ａの全体に広がるようにさらに分散したと判断することができる。また、この場合、前記所定圧力を高く設定しすぎると、第１ＮＯx触媒１１ａに上流側から酸素が過剰に流入し、添加燃料が酸素消費に費やされるため、ＮＯx還元効率が悪化する場合がある。従って、前記所定圧力を設定する場合には、第１ＮＯx触媒１１ａにおける燃料の分散具合と、第１ＮＯx触媒１１ａへの流入酸素量と、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流における排気の圧力との関
係を予め実験的に求め、最適な値に設定するのがよい。

本態様においては、第１下流側弁１３ａの全閉動作後における、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流における排気の圧力の上昇分が、分散完了圧力差ΔＰ以上となったことをもって、添加燃料は第１ＮＯx触媒１１ａの全体に分散していると判断し、第１上流側弁１２ａに全閉動作指令を出すようにしている。

図６には、本実施例における本態様に係るＮＯx還元処理ルーチンを示す。本ルーチンにおいては、図４に示したフローチャートに対して、Ｓ１０１及びＳ１０２の処理が省略されていることが異なる。また、Ｓ１０６の代わりにＳ２０１及び、Ｓ２０２の処理が行われることが異なる。すなわち、Ｓ１０５において第１還元剤添加弁１４ａから燃料が添加された後、Ｓ２０１において、図示しない圧力センサの出力が取得され、Ｓ２０２において、圧力センサの出力の増加分が、分散完了圧力差ΔＰ以上かどうかが判定される。ここで、圧力センサの出力の増加分が、分散完了圧力差ΔＰより小さいと判定された場合には、第１還元剤添加手段１４ａから添加された燃料が、まだ第１ＮＯx触媒１１ａの全体に分散していないと判断されるので、Ｓ２０１の前に戻り、Ｓ２０１において再度圧力センサの出力信号が取得され、Ｓ２０２において、圧力センサの出力の増加分が分散完了圧力差ΔＰ以上かどうかが再度判定される。

そして、Ｓ２０２において、圧力センサの出力の増加分が分散完了圧力差ΔＰ以上と判定されるまで、Ｓ２０１及びＳ２０２の処理が繰り返される。そして、Ｓ２０２において、圧力センサの出力の増加分が分散完了圧力差ΔＰ以上と判定された場合には、第１還元剤添加手段１４ａから添加された燃料が、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に分散したと判断され、また、これ以上、圧力が上昇すると、酸素の過剰流入によりＮＯx還元効率が悪化するおそれがあると判断されるので、Ｓ１０７の処理に進む。

以上、説明したように本態様においては、第１ＮＯx触媒１１ａの下流に設けられた圧力センサによって実際に第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流における、第１下流側弁１３ａの全閉動作前との圧力差を検出して、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料が、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に分散し、且つこれ以上圧力が上昇すると、酸素の過剰流入によりＮＯx還元効率が悪化するおそれがある状態であると判断しているので、より確実に、より効率よく、第１ＮＯx触媒１１ａの全体においてＮＯx還元処理を完了させることができる。

次に、本実施例におけるＮＯx還元処理のさらに別の態様について説明する。この態様においては、第１下流側弁１３ａに全閉動作指令が出され、第２上流側弁１２ａ及び第２下流側弁１３ｂに全開動作指令が出された後、第１ＮＯx触媒１１ａの下流における排気の空燃比をモニターしておき、モニターされた排気の空燃比が所定空燃比以下となることをもって、還元剤としての燃料が第１ＮＯx触媒１１ａの下流側にまで行き渡ったと判定し、第１上流側弁１２ａに全閉動作指令が出されるようにした態様である。

この態様では、第１分岐通路１０ａにおいて、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流に、図示しない空燃比センサを備えるものとする。この場合の、第１上流側弁１２ａ、第１下流側弁１３ａ及び第１還元剤添加弁１４ａの動作、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する量の変化及び、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流における空燃比の変化について図７を用いて説明する。

図７における第１上流側弁１２ａの開閉、第１下流側弁１３ａの開閉、第１還元剤添加弁１４ａのＯＮ−ＯＦＦ、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量については、図３に示したものと同じであるので説明は省略する。ここで、前述したように、第１下流側弁１
３ａの閉弁動作によって、第１ＮＯx触媒１１ａの下流を通過する排気が堰き止められるので、排気の流れの状態が変化する。その変化によって、第１ＮＯx触媒１１ａの上流側に分散した燃料は第１ＮＯx触媒１１ａの下流側に広がるようにさらに分散する。そうすると、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流における空燃比は低下する。

この空燃比が所定空燃比以下となることをもって、第１ＮＯx触媒１１ａにおける上流側の部分に分散した燃料が第１ＮＯx触媒１１ａの全体に広がるようにさらに分散したと判断することができる。ここで、所定空燃比とは、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流における空燃比がこの値以下となった場合には、第１ＮＯx触媒１１ａにおける上流側の部分に分散した燃料が第１ＮＯx触媒１１ａの全体に広がるようにさらに分散したと判断できる閾値としての空燃比であり、予め実験的に求めてもよい。

本態様においては、第１下流側弁１３ａの全閉動作後における、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流における排気の空燃比が、分散完了空燃比ＡＦＤ以下となったことをもって、添加燃料は第１ＮＯx触媒１１ａの全体に分散していると判断し、第１上流側弁１２ａに全閉動作指令を出すようにしている。

図８には、本実施例における本態様に係るＮＯx還元処理ルーチンを示す。本ルーチンにおいては、図４に示したフローチャートに対して、Ｓ１０１及びＳ１０２の処理が省略されていることが異なる。また、Ｓ１０６の代わりにＳ３０１及び、Ｓ３０２の処理が行われることが異なる。すなわち、Ｓ１０５において第１還元剤添加弁１４ａから燃料が添加された後、Ｓ３０１において、図示しない空燃比センサの出力が取得され、Ｓ３０２において、空燃比センサの出力の値が、分散完了空燃比ＡＦＤ以下かどうかが判定される。

そして、Ｓ３０２において、取得された出力信号が分散完了空燃比ＡＦＤ以下と判定された場合には、第１還元剤添加手段１４ａから添加された燃料が、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に分散したと判断され、Ｓ１０７の処理に進む。

以上、説明したように本態様においては、第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流に設けられた空燃比センサによって実際に第１ＮＯx触媒１１ａの下流で且つ第１下流側弁１３ａの上流における空燃比を検出して、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料が、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に分散したと判断している。従って、より確実に、第１ＮＯx触媒１１ａの全体においてＮＯx還元処理を完了させることができる。

なお、本実施例では、第１ＮＯx触媒１１ａに対するＮＯx還元処理における、第１上流側弁１２ａ、第１下流側弁１３ａ及び、第１還元剤添加弁１４ａの制御について主に説明しているが、第２ＮＯx触媒１１ｂに対するＮＯx還元処理においては、同様の制御を第２上流側弁１２ｂ、第２下流側弁１３ｂ及び、第１還元剤添加弁１４ｂに対して行えばよい。以下の説明においても、第１ＮＯx触媒１１ａに対してＮＯx還元処理を行う例についてのみ説明するが、同様の制御を、第２ＮＯx触媒１１ｂに対してＮＯx還元処理を行う際に適用することが可能である。

次に、本発明における実施例２について説明する。実施例２においては、ＮＯx還元処理を開始する際には、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａに対して同時に全閉動作指令が出され、流れ停止期間の終了時には、まず第１上流側弁１２ａに対して全閉動作が解除され、所定の開放遅れ時間ΔＴＯが経過した時点で、第１下流側弁１３ａに対して全閉動作が解除される例について説明する。尚、本実施例における内燃機関１及び、その
排気系及び吸気系は、図１に示したものと同等であるので説明は省略する。

図９は、本実施例における第１上流側弁１２ａの開閉、第１下流側弁１３ａの開閉、第１還元剤添加弁１４ａのＯＮ−ＯＦＦ、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量の変化について示したタイムチャートであり、横軸は時間である。

図９に示すように、本実施例においては、ＮＯx還元処理の開始時において第１上流側弁１２ａ及び、第１下流側弁１３ａに対して同時に全閉動作指令が出される。この時点で、第１ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量及び、第１ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量の両方が減少するため、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量が減少する。その後、所定のディレイ時間ΔＴが経過した時点で第１還元剤添加弁１４ａから燃料を添加する。そして、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量が略零となり、流れ停止期間となった時点で、第１還元剤添加弁１４ａから排出された燃料は、第１ＮＯx触媒１１ａの上流側の部分に分散する。

その後、所定の流れ停止期間が経過するまでその状態を維持する。そうすると、第１ＮＯx触媒１１ａにおいて燃料が分散している部分についてのＮＯx還元反応が充分に進む。次に、第１上流側弁１２ａのみに対して全閉動作が解除される。そうすると、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の流れの状態が変化する。具体的には、第１ＮＯx触媒１１ａの上流側から新たな排気が流入してくる。この変化によって、第１ＮＯx触媒１１ａの一部に分散した燃料が、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に広がるようにさらに分散する。そして、さらにその状態で、第１ＮＯx触媒１１ａの全体においてＮＯx還元反応が起こる。

ここで、開放遅れ時間ΔＴＯを、上記排気における流れの状態の変化によって、第１ＮＯx触媒１１ａの一部に分散した燃料が、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に広がるように分散され、さらにその状態で、第１ＮＯx触媒１１ａの全体においてＮＯx還元反応が終息するまでの時間と定義し、実験的に求めておく。そして、第１上流側弁１２ａが開弁してから、前記開放遅れ時間ΔＴＯが経過した時点で、第１下流側弁１３ａの全閉動作を解除する。

そうすることで、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に対して、充分にＮＯx還元処理を完了させることができる。なお、開放遅れ時間ΔＴＯは、この時点における内燃機関１への吸入空気量が多い程短くてよく、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の排気温度が高い程短くてよいことは、実施例１における遮断遅れ時間ΔＴＳについてと同様である。さらに、開放遅れ時間ΔＴＯは、内燃機関１の運転状態の変化の影響を受ける。

図１０には、本実施例におけるＮＯx還元処理ルーチンを示す。

本ルーチンが実行されると、まず、Ｓ４０１において、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａに対して同時に全閉動作指令が出され、第２上流側弁１２ｂ及び第２下流側弁１３ｂに全開動作指令が出される。Ｓ４０１の処理が終了するとＳ４０２に進む。

次に、Ｓ４０２に進み、第１還元剤添加弁１４ａから燃料が添加される。この処理の詳細は、図４におけるＳ１０５の処理と同様である。この処理によって、還元剤としての燃料が第１ＮＯx触媒１１ａの上流側の部分に分散する。Ｓ４０２の処理が終了するとＳ４０３に進む。

Ｓ４０３においては、第１ＮＯx触媒１１ａの、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料が分散した部分において、ＮＯx還元反応が終息したかどうかが判定される。この判定は、予め実験的に求めたＮＯx還元時間が経過したことをもってＮＯx還元反応が終息
したと判定してもよい。Ｓ４０３において、ＮＯx還元反応が終息していないと判定された場合には、Ｓ４０３の前に戻り、再度Ｓ４０３においてＮＯx還元反応が終息したかどうかが判定され、Ｓ４０３において、ＮＯx還元反応が終息したと判定されるまでこの処理が繰り返される。そして、Ｓ４０３において、ＮＯx還元反応が終息したと判定された場合には、Ｓ４０４の処理に進む。

Ｓ４０４においては、内燃機関１への吸入空気量、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の排気温度及び、内燃機関１の運転状態の変化が取得される。内燃機関１への吸入空気量、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の排気温度の取得の詳細については、図４のＳ１０１について説明した内容と同様である。また、内燃機関１の運転状態の変化については、図示しないアクセルポジションセンサの出力信号及び、クランクポジションセンサの出力信号をＥＣＵ３５に読み込むことによって取得してもよい。

Ｓ４０５においては、開放遅れ時間ΔＴＯが導出される。具体的には、内燃機関１への吸入空気量、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の排気温度及び、内燃機関１の運転状態の変化と、開放遅れ時間ΔＴＯとの関係を予め実験的に求めることによって作成したマップから、Ｓ４０４において取得された各パラメータのデータに対応する開放遅れ時間ΔＴＯを読み出すことによって導出される。Ｓ４０５の処理が終了するとＳ４０６に進む。

Ｓ４０６においては、第１上流側弁１２ａに対して全閉動作が解除される。そうすることにより、第１ＮＯx触媒１１ａ内における排気の流れの状態が変化する。そして、第１ＮＯx触媒１１ａにおける上流側に分散した燃料が下流側に広がり、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に広がるようにさらに分散する。

Ｓ４０７においては、開放遅れ時間ΔＴＯが経過したことを検出するために、第１上流側弁１２ａに対して全閉動作が解除されてからの経過時間ＴＰ２のカウントが開始される。Ｓ４０７の処理が終了するとＳ４０８に進む。

Ｓ４０８においては、第１上流側弁１２ａへの全閉動作解除からの経過時間ＴＰ２が、開放遅れ時間ΔＴＯ以上かどうかが判定される。ここで、第１上流側弁１２ａへの全閉動作解除からの経過時間ＴＰ２が、開放遅れ時間ΔＴＯ未満であると判定された場合には、本処理の前に戻り、再度本処理において、ＴＰ２が、開放遅れ時間ΔＴＯ以上かどうかが判定され、本処理において、ＴＰ２が、開放遅れ時間ΔＴＯ以上であると判定されるまで、この処理が繰り返される。一方、ＴＰ２が、開放遅れ時間ΔＴＯ以上であると判定された場合には、Ｓ４０９に進む。換言すると、第１上流側弁１２ａが開弁してから開放遅れ時間ΔＴＯが経過するのを待って、Ｓ４０９に進む。

Ｓ４０９においては、第１下流側弁１３ａに対して全閉動作が解除され、第２上流側弁１２ｂ及び第２下流側弁１３ｂに対する全開動作指令が解除される。Ｓ４０９の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

以上、本実施例においては、ＮＯx還元処理が開始されると、第１上流側弁１２ａと第１下流側弁１３ａとの両方に全閉動作指令を出すことによって第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量を略零とし、さらに、その時点で、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料が、第１ＮＯx触媒１１ａにおける上流側の部分に分布するようなタイミングで、燃料を添加する。

そして、第１ＮＯx触媒１１ａにおける上流側の部分のＮＯx還元反応が終息した時期に第１上流側弁１２ａのみの全閉動作を解除し、その際に生じる排気の流れ状態の変化により、第１ＮＯx触媒１１ａにおける上流側の部分に分散した燃料を、第１ＮＯx触媒１１ａ
全体に広がるようにさらに分散させる。そして、その状態で、第１ＮＯx触媒１１ａの全体におけるＮＯx還元処理が終息するまでその状態を維持した上で、第１下流側弁１３ａの全閉動作を解除している。

従って、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料をより確実に第１ＮＯx触媒１１ａの全体に分散させた上で、より確実に第１ＮＯx触媒１１ａの全体においてＮＯx還元処理を完了させることができる。

なお、上記の本実施例の説明においては、第１上流側弁１２ａのみの全閉動作を解除してから、第１下流側弁１３ａの全閉動作を解除するまでの期間は、予め導出された開放遅れ時間ΔＴＯとしたが、これに対し、実施例１における第２、第３の態様で説明したように、第１ＮＯx触媒１１ａの下流に、圧力センサまたは空燃比センサを備えるようにし、該圧力センサの出力値が所定圧力以上となることをもって、あるいは該空燃比センサの出力値が所定空燃比以下となることをもって、前記燃料が第１ＮＯx触媒１１ａの全体に分散したと判断し、さらにその後、第１ＮＯx触媒１１ａにおいてＮＯx還元反応が終息するのを待って、第１下流側弁１３ａの全閉動作を解除してもよい。

ここで、上記で説明した本実施例では、Ｓ４０６において第１上流側弁１２ａに対する全閉動作が解除された際に、第１上流側弁１２ａの上流側から排気が流入することを前提としている。しかし、内燃機関１の運転状態の変化によっては、第１上流側弁１２ａに対する全閉動作が解除された際に、第１上流側弁１２ａの上流側から排気が流入しないことが考えられる。例えば、第１上流側弁１２ａが開弁する時点で、内燃機関１の運転状態が低負荷低回転数となっており排気の流量が少ないため、第１上流側弁１２ａが開弁した際に、逆に、第１上流側弁１２ａの下流側から排気が上流側に流出する場合などである。

このような場合には、第１上流側弁１２ａが開弁した際に、第１ＮＯx触媒１１ａの上流側の部分に分散した燃料は下流側に広がらず、さらに上流側に抜けてしまうおそれがある。

従って、本実施例のＳ４０６においては、Ｓ４０４において取得された運転状態の変化から、第１上流側弁１２ａを開弁した場合に、第１上流側弁１２ａの上流側から排気が第１上流側弁１２ａと第１下流側弁１３ａの間の領域に流入すると判断され場合にのみ、第１上流側弁１２ａを開弁してもよい。

また、本実施例においては、Ｓ４０４において取得された運転状態の変化から、第１上流側弁１２ａを開弁した場合に、第１上流側弁１２ａの上流側から排気が十分に流入しないと判断され場合には、第２上流側弁１２ｂまたは第２下流側弁１３ｂの全開動作を解除して閉弁し、強制的に排気が、第１上流側弁１２ａの上流側から下流側に流入するような制御を行ってもよい。

また、本実施例においては、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料を、流れ停止期間の始期においては第１ＮＯx触媒１１ａの上流側の部分に分散させ、第１上流側弁１２ａの全閉動作を解除することによって下流側にさらに分散させる制御を行っているが、例えば、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料を、流れ停止期間の始期においては第１ＮＯx触媒１１ａの下流側の部分に分散させ、第１下流側弁１３ａの全閉動作を解除することにより、第１下流側弁１３ａの下流側から排気を、第１上流側弁１２ａと第１下流側弁１３ａとの間の領域に回り込ませることにより、第１ＮＯx触媒１１ａの下流側の部分に分散した燃料を第１ＮＯx触媒１１ａの上流側にさらに分散させるようにしてもよい。さらには、内燃機関１の運転状態などの条件によって上記の制御を使い分けるようにしてもよい。

次に、本発明における実施例３について説明する。実施例３においては、ＮＯx還元処理の途中、第１下流側弁１３ａを全閉状態に維持しながら、第１上流側弁１２ａの開閉動作を１回以上行うことによって、第１ＮＯx触媒１１ａにおいて、燃料をより均一に分散させる例について説明する。

本実施例における内燃機関１及び、その排気系及び吸気系は、図１に示したものと同等であるので説明は省略する。

図１１は、本実施例における第１上流側弁１２ａの開閉、第１下流側弁１３ａの開閉、第１還元剤添加弁１４ａのＯＮ−ＯＦＦ、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量について示したタイムチャートであり、横軸は時間である。

図１１に示すように、本実施例においては、ＮＯx還元処理の開始時において第１上流側弁１２ａ及び、第１下流側弁１３ａに対して略同時に全閉動作指令が出される。これにより、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量が減少する。その後、所定のディレイ時間ΔＴが経過した時点で第１還元剤添加弁１４ａから燃料を添加する。そして、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量が最小（略零）となり、流れ停止期間となった時点で、第１還元剤添加弁１４ａから排出された燃料は、第１ＮＯx触媒１１ａにおける上流側の部分に分散する。

その後、第１下流側弁１３ａの全閉状態を維持しながら、第１上流側弁１２ａの開閉動作を所定間隔で繰り返すようにする。そうすると、第１ＮＯx触媒１１ａにおける上流側の部分に分散した燃料が、第１上流側弁１２ａの開閉運動に伴う排気の流れ状態の変化によって、徐々に下流側に広がるように分散する。そして、この間も、第１ＮＯx触媒１１ａにおいて燃料が分散している部分についてはＮＯx還元反応が進行する。

そして、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に燃料が分散するとともに、第１ＮＯx触媒１１ａの全体においてＮＯx還元反応が終息するまで第１上流側弁１２ａの開閉動作を繰り返すようにする。

ここで、開閉動作における第１上流側弁１２ａの開弁時間ＴＯＳ、開閉動作間隔ＴＩ及び、開閉動作の回数ＮＯＳを、第１ＮＯx触媒１１ａにおける上流側の部分に分散した燃料が、下流側に広がるようにさらに分散し、さらにその状態で、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に亘ってＮＯx還元反応が終息するためのパラメータとして予め実験的に求めておく。そして、ＮＯx還元処理が開始して、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａが閉弁してから、第１上流側弁１２ａの開弁時間ＴＯＳ、開閉動作間隔ＴＩ及び、開閉動作の回数ＮＯＳに基いて第１上流側弁１２ａの開閉動作を行う。

なお、開閉動作における第１上流側弁１２ａの開弁時間ＴＯＳは、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の排気温度が高い程短く、内燃機関１への吸入空気量が多い程短くすべきである。また、開閉動作における第１上流側弁１２ａの閉弁時間は、第１ＮＯx触媒１１ａにおいて要求されている還元量が少ない程短くし、第１ＮＯx触媒１１ａの床温が高い程短くすべきである。従って、開閉動作間隔ＴＩはこの条件から決定されるべきである。さらに、開閉動作の回数ＮＯＳは、内燃機関１への吸入空気量が多い程少なく、第１ＮＯx触媒１１ａの床温または第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の排気温度が高い程少なくすべきである。従って、内燃機関１への吸入空気量、第１ＮＯx触媒１１ａの床温、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の排気温度及び、第１ＮＯx触媒１１ａにおいて要求されている還元量と、第１上流側弁１２ａの開弁時間ＴＯＳ、開閉動作間隔ＴＩ及び、開閉
動作の回数ＮＯＳとの関係を予めマップ化しておき、当該マップから読み出すことによってそれらのパラメータを決定するようにしてもよい。

そうすることで、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に対して、充分にＮＯx還元処理を完了させることができる。

図１２には、本実施例におけるＮＯx還元処理ルーチンを示す。

本ルーチンが実行されると、まず、Ｓ５０１において、内燃機関１への吸入空気量、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の排気温度、第１ＮＯx触媒１１ａの要求還元量及び、第１ＮＯx触媒１１ａの触媒床温が取得される。内燃機関１への吸入空気量及び、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の排気温度の取得方法については、図４のＳ１０１について説明した方法と同等である。第１ＮＯx触媒１１ａの要求還元量は、前回のＮＯx還元処理の終了時以降の、内燃機関１の運転時間や、車両の運転距離から導出してもよいし、第１ＮＯx触媒１１ａの下流に設けられた図示しないＮＯxセンサの出力から導出してもよい。また、第１ＮＯx触媒１１ａの触媒床温については、第１ＮＯx触媒１１ａの下流に備えられた図示しない温度センサの出力によって検出してもよい。

次に、Ｓ５０２に進み、第１上流側弁１２ａの開弁時間ＴＯＳ、開閉動作間隔ＴＩ及び、開閉動作の回数ＮＯＳが導出される。具体的には、吸入空気量及び排気温度と開弁時間ＴＯＳとの関係を格納したマップから、開弁時間ＴＯＳが読み出され、吸入空気量及び排気温度と開閉動作の回数ＮＯＳとの関係を格納したマップから、開閉動作の回数ＮＯＳが読み出される。また、要求還元量及び第１ＮＯx触媒１１ａの床温と、開閉動作間隔ＴＩとの関係を格納したマップから開閉動作間隔ＴＩが読み出される。

次にＳ５０３に進み、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａに全閉動作指令が出されるとともに、第２上流側弁１２ｂ、第２下流側弁１３ｂに全開動作指令が出される。

そして、Ｓ５０４において、第１還元剤添加弁１４ａから、第１分岐通路１０ａを通過する排気に対して燃料が添加される。その後、内燃機関１の排気の略全部が第２分岐通路１０ｂを通過することとなり、第１ＮＯx触媒１１ａを通過する排気の量が略零になる。その時点で、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料は、第１ＮＯx触媒１１ａの上流側の部分に分散する。

次に、Ｓ５０５において、第１上流側弁１２ａの開弁動作が行われる。この場合、既に第１下流側弁１３ａは閉弁しているので、第１下流側弁１３ａの閉弁状態が継続される。この第１上流側弁１２ａの開弁動作によって、第１上流側弁１２ａと第１下流側弁１３ａとの間の領域において排気の流れの状態が変化し、第１ＮＯx触媒１１ａの上流側の部分に分散した燃料は、より下流側に広がるように分散する。Ｓ５０５の処理が終了すると、Ｓ５０６に進む。

Ｓ５０６において、第１上流側弁１２ａの閉弁動作が行われる。この第１上流側弁１２ａの閉弁動作によって、上述の燃料の分散の広がりは休止する。ここにおいて、Ｓ５０５の処理とＳ５０６の処理との間の間隔が、開弁時間ＴＯＳである。

そして、Ｓ５０７において、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａに全閉動作指令が出された以降の、第１上流側弁１２ａの開閉動作の回数がＮＯＳ以上かどうかが判定される。ここで、第１上流側弁１２ａの開閉動作の回数がＮＯＳ未満であった場合には、Ｓ５０５の前に戻り、Ｓ５０５における第１上流側弁１２ａの開弁動作及び、Ｓ５０６における第１上流側弁１２ａの閉弁動作が再度行われ、Ｓ５０７において、第１上流側弁１
２ａ及び第１下流側弁１３ａに全閉動作指令が出された以降の、第１上流側弁１２ａの開閉動作の回数がＮＯＳ以上であると判定されるまでＳ５０５からＳ５０７までの処理が繰り返される。なお、一度Ｓ５０５の処理が開始されてから、次回にＳ５０５の処理が開始されるまでの間隔が、開閉動作間隔ＴＩである。

Ｓ５０７において、第１上流側弁１２ａ及び第１下流側弁１３ａに全閉動作指令が出された以降の、第１上流側弁１２ａの開閉動作の回数がＮＯＳ以上であると判定された場合には、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料が分散し、さらに、第１ＮＯx触媒１１ａの全体においてＮＯx還元反応が終息したと判断されるので、Ｓ５０８に進む。

Ｓ５０８においては、第１上流側弁１２ａの開閉動作を解除し、第１下流側弁１３ａの全閉動作、第２上流側弁１２ｂ及び第２下流側弁１３ｂの全開動作を解除する。そして、本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、本実施例においては、ＮＯx還元処理を実施する際に、第１下流側弁１３ａの全閉状態を維持するとともに、第１上流側弁１２ａの開閉動作を行うことにより、第１ＮＯx触媒１１ａ内における排気の流れの状態を断続的に変化させ、第１ＮＯx触媒１１ａの上流側の部分に分散した燃料を、ＮＯx還元反応を継続しながら、少しずつ、下流側に分散させていき、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に亘ってＮＯx還元反応を終息させる。

従って、より確実に、第１ＮＯx触媒１１ａの全体に亘ってＮＯx還元処理を完了させることができる。

また、本実施例においては、予め、第１上流側弁１２ａの開弁時間ＴＯＳ、開閉動作間隔ＴＩ及び、開閉動作の回数ＮＯＳを予め作成されたマップから導出し、開閉動作回数がＮＯＳに達するまで、第１上流側弁１２ａを開閉することとした。しかし、開閉動作の回数ＮＯＳは予め定めず、第１ＮＯx触媒１１ａの下流に空燃比センサを備えるようにし、該空燃比センサの出力信号が所定値以下となるまで、開弁時間ＴＯＳ、開閉動作間隔ＴＩの開閉動作を継続するようにしてもよい。あるいは、該空燃比センサの出力信号が所定値以下となり、さらに所定時間が経過するまで、開弁時間ＴＯＳ、開閉動作間隔ＴＩの開閉動作を継続するようにしてもよい。

また、本実施例においては、第１上流側弁１２ａ及び、第１下流側弁１３ａの全閉動作時の直後には、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料を、第１ＮＯx触媒１１ａの上流側の部分に分散させ、これを第１上流側弁１２ａの開閉動作に伴って、下流側に分散させるようにした。しかし、本実施例を、第１分岐通路１０ａに複数のＮＯx触媒１１ａが備えられた構成に対して適用することもできる。

例えば、第１分岐通路１０ａにおける、第１ＮＯx触媒１１ａの下流側で第１下流側弁１３ａの上流側に補助的な図示しない第１下流側ＮＯx触媒が備えられた場合に、第１上流側弁１２ａ及び、第１下流側弁１３ａの全閉動作時の直後には、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料を、第１ＮＯx触媒１１ａのみに分散させ、これを第１上流側弁１２ａの開閉動作に伴って、第１下流側ＮＯx触媒にも分散させるようにしてもよい。

また、本実施例においても、実施例２で説明したのと同様に、第１上流側弁１２ａを開閉動作した場合に、第１上流側弁１２ａの上流側から排気が下流側に流入すると判断され場合にのみ、第１上流側弁１２ａの開閉動作を行ってもよい。

また、本実施例においても、実施例２で説明したのと同様に、第１上流側弁１２ａを開閉動作した場合に、第１上流側弁１２ａの上流側から排気が下流側に十分に流入しないと判断された場合には、第２上流側弁１２ｂまたは第２下流側弁１３ｂの全開動作を解除して閉弁し、強制的に排気が、第１上流側弁１２ａの上流側から下流側に流入するような制御を行ってもよい。

また、本実施例においても、実施例２で説明したのと同様に、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料を、ＮＯx還元処理が開始された直後においては第１ＮＯx触媒１１ａの上流側の部分に分散させ、第１上流側弁１２ａの開閉動作によって下流側にさらに分散させる制御を行っているが、例えば、第１還元剤添加弁１４ａから添加された燃料を、ＮＯx還元処理が開始された直後においては第１ＮＯx触媒１１ａの下流側の部分に分散させ、第１下流側弁１３ａの開閉動作により、第１下流側弁１３ａの下流側から排気を上流側に回り込ませ、第１ＮＯx触媒１１ａの下流側の部分に分散した燃料を第１ＮＯx触媒１１ａの上流側にさらに分散させるようにしてもよい。さらには、内燃機関１の運転状態などの条件によって上記の制御を使い分けるようにしてもよい。

なお、上記の実施例において説明した制御は吸蔵還元型ＮＯx触媒の所謂ＳＯx被毒回復処理や、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタにおけるＰＭ再生処理に適用することも可能である。

本発明の実施例１における内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 従来の制御における第１上流側弁及び第１下流側弁の開閉、第１還元剤添加弁のＯＮ−ＯＦＦ、第１ＮＯx触媒を通過する排気の量について示したタイムチャートである。 本発明の実施例１における第１上流側弁及び第１下流側弁の開閉、第１還元剤添加弁のＯＮ−ＯＦＦ、第１ＮＯx触媒を通過する排気の量について示したタイムチャートである。 本発明の実施例１におけるＮＯx還元処理ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例１に係る第２の態様における第１上流側弁及び第１下流側弁の開閉、第１還元剤添加弁のＯＮ−ＯＦＦ、第１ＮＯx触媒を通過する排気の量及び、第１ＮＯx触媒の下流における圧力の変化について示したタイムチャートである。 本発明の実施例１に係る第２の態様におけるＮＯx還元処理ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例１に係る第３の態様における第１上流側弁及び第１下流側弁の開閉、第１還元剤添加弁のＯＮ−ＯＦＦ、第１ＮＯx触媒を通過する排気の量及び、第１ＮＯx触媒の下流における空燃比の変化について示したタイムチャートである。 本発明の実施例１に係る第３の態様におけるＮＯx還元処理ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例２における第１上流側弁及び第１下流側弁の開閉、第１還元剤添加弁のＯＮ−ＯＦＦ、第１ＮＯx触媒を通過する排気の量について示したタイムチャートである。 本発明の実施例２におけるＮＯx還元処理ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例３における第１上流側弁及び第１下流側弁の開閉、第１還元剤添加弁のＯＮ−ＯＦＦ、第１ＮＯx触媒を通過する排気の量について示したタイムチャートである。 本発明の実施例３におけるＮＯx還元処理ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・内燃機関
５・・・排気管
１０ａ・・・第１分岐通路
１０ｂ・・・第２分岐通路
１１ａ・・・第１ＮＯx触媒
１１ｂ・・・第２ＮＯx触媒
１２ａ・・・第１上流側弁
１２ｂ・・・第２上流側弁
１３ａ・・・第１下流側弁
１３ｂ・・・第２下流側弁
１４ａ・・・第１還元剤添加弁
１４ｂ・・・第２還元剤添加弁
３５・・・ＥＣＵ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に配置され、排気中のＮＯxを浄化するとともに、ＮＯx還元処理によってそのＮＯx浄化能力が回復する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
   前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側に配置され、排気中に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
   前記排気通路における前記還元剤添加手段の上流に配置され、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を調節する上流側排気量調節手段と、
   前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流に配置され、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を調節する下流側排気量調節手段と、
   を備え、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx還元処理を行う際には、少なくとも前記下流側排気量調節手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を略最小とするとともに前記還元剤添加手段によって前記排気中に還元剤を添加し、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒内に存在する状態において、前記上流側排気量調節手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒内に存在する状態において、前記上流側排気量調節手段によって、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を一旦増加させて減少させる増減動作を１回以上行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記排気に前記吸蔵還元型ＮＯx触媒をバイパスさせるバイパス通路をさらに備え、前記上流側排気量調節手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を減少させる際および前記下流側排気量調節手段によって前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量を減少させる際には、前記排気の少なくとも一部が前記バイパス通路を通過することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流に配置され、前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流の圧力を検出する圧力検出手段をさらに備え、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒内に存在する状態において、
   前記圧力検出手段によって検出される圧力が所定圧以上である場合に、前記上流排気量調節手段によって、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流に配置され、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気中の特定成分の濃度を検出する濃度検出手段をさらに備え、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒内に存在する状態において、
   前記濃度検出手段によって検出される排気中の特定成分の濃度が所定濃度に達した場合に、前記上流排気量調節手段によって、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記バイパス通路には、前記バイパス通路を通過する排気の量を調節するバイパス排気量調節手段をさらに備え、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流を通過する排気の量が略最小で、該還元剤添加手段か
   ら添加された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒内に存在する状態において、
   前記上流側排気量調節手段によって、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流を通過する排気の量を変更するとともに、前記バイパス排気量調節手段によって、前記バイパス通路を通過する排気の量を変更することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。

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