JP4474775B2 - 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、内燃機関の排気浄化装置に関し、より詳細には、希薄燃焼運転可能な内燃機関に好的に用いられる排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関や希薄燃焼式ガソリン機関のように酸素過剰状態の混合気を燃焼させて機関運転がなされる内燃機関では、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する排気浄化装置として、その排気通路にＮＯｘ吸収材が設けられている。
【０００３】
このＮＯｘ吸収材は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に代表されるように、流入排気の空燃比が高いときその排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し、流入排気の空燃比が低いときその吸収していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出する性質を備えている。従って、このＮＯｘ吸収材を内燃機関の排気通路に配置すると、機関本体より排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）はこのＮＯｘ吸収材に吸収されることとなる。
【０００４】
尚、ＮＯｘ吸収材の一種である吸蔵還元型ＮＯｘ触媒においては、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸放出作用を有するばかりでなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出時にその窒素酸化物（ＮＯｘ）をさらに窒素（Ｎ2）に還元せしめ、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を完全に無害化することができる。
【０００５】
ところで、ＮＯｘ吸収材において吸収し得る窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量すなわちＮＯｘ吸収能には限りがある。このため流入排気の空燃比が長時間に亘り高い状態に維持されると、そのＮＯｘ吸収能が飽和してついには窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収できなくなる。このためＮＯｘ吸収能が飽和状態に至る前に、その窒素酸化物（ＮＯｘ）を適宜のタイミングにて放出させる必要がある。
【０００６】
そこで従来においては、特許第２８４５０５６号に開示されるように、ＮＯｘ吸収材上流の排気通路に還元剤たる機関燃料を供給して、ＮＯｘ吸収材に流入する排気の空燃比を一時的に低下せしめ、ＮＯｘ吸収材から窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるようにしている。
【０００７】
ところで、内燃機関の燃料中には硫黄分なども含まれており、機関燃焼時には窒素酸化物（ＮＯｘ）のみならずＳＯ2やＳＯ3などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）も同時に生成される。また、この硫黄酸化物（ＳＯｘ）は周知の如く窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様のメカニズムにてＮＯｘ吸収材に吸収されるが、時間の経過と共に化学的に安定した硫酸塩（ＢａＳＯ4）となって、ＮＯｘ吸収材に蓄積される。
【０００８】
このため硫酸塩（ＢａＳＯ4）の蓄積量すなわち硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量が過多になると、窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するといったＮＯｘ吸収材本来の機能が阻害される。そして、ついにはＮＯｘ吸収材において窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収できなくなるいわゆるＳＯｘ被毒が生じる。このためＮＯｘ吸収材に吸収される硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、適宜のタイミングにてＮＯｘ吸収材より放出させる必要がある。
【０００９】
そこで従来においては、ＮＯｘ吸収材に吸収された硫黄酸化物（ＳＯｘ）を放出させるに際して、まず、ＮＯｘ吸収材の温度を一時的に高温域まで昇温せしめ硫黄酸化物（ＳＯｘ）たる硫酸塩（ＢａＳＯ4）をＳＯ3-やＳＯ4-に熱分解する。次いでＮＯｘ吸収材に流入する排気中に還元剤（燃料）を供給して流入排気の空燃比を低下せしめ、そのＳＯ3-やＳＯ4-を排気中の燃料（還元成分）などと反応させて気体状のＳＯ2−にする。そして、ＮＯｘ吸収材に流入する排気と共にその気体状のＳＯ2−を放出させるようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＯｘ被毒を回復すべきときにＮＯｘ吸収材に供給される還元剤の供給量は、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるときの供給量に対してかなり多い量が必要となる。このためＳＯｘ被毒を回復すべくＮＯｘ吸収材に供給された還元剤の一部は、ＮＯｘ吸収材の表面や排気通路内壁面などに付着する。すなわち、ＳＯｘ被毒の回復に寄与されなかった還元剤がＮＯｘ吸収材より上流に残留することとなる。
【００１１】
このためＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給後しばらくは、その残留した還元剤が、排気通路内を流れる排気に混入するためＮＯｘ吸収材に流入する排気の空燃比は一時的に低い状態となる。従って、この間に窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる通常量の還元剤の供給を実施すると、本来、ＮＯｘ吸収材にて必要とされる還元剤の供給量を超えた還元剤が、ＮＯｘ吸収材に供給されることとなる。よって、還元剤の過剰供給に起因したＮＯｘ吸収材のＨＣ被毒や過昇温などの各種不具合をＮＯｘ吸収材に生じさせることとなる。
【００１２】
なお、ＨＣ被毒とは、反応に寄与されなかった還元剤がＮＯｘ吸収材表面に液体として付着することにより、ＮＯｘ吸収材と排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）との接触がその表面上に付着した還元剤によって阻害される現像を意味する。また、過昇温とは、必要量以上に供給された還元剤が、ＮＯｘ吸収材にて酸化反応を起こすことにより、ＮＯｘ吸収材を過剰に昇温させる現象を意味する。
【００１３】
よって本発明は、ＳＯｘ被毒の回復に伴う還元剤の供給に起因した不必要な還元剤の供給を防止できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した技術的課題を解決するため、本発明では以下の手段を採用した。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、流入排気の空燃比が高いとき排気中の窒素酸化物を吸収し、流入排気の酸素濃度が低下したときその吸収していた窒素酸化物を放出するＮＯｘ吸収材と、
前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供給してＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、
前記ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物を放出させる必要が生じたとき、前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供給して、窒素酸化物を放出させるＮＯｘ放出手段と、
前記ＳＯｘ被毒の回復終了後、前記ＮＯｘ放出手段による窒素酸化物を放出させる還元剤の供給を所定期間禁止する還元剤供給禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
このように構成された本発明の排気浄化装置では、排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）によるＮＯｘ吸収材のＳＯｘ被毒を回復すべきとき、ＮＯｘ吸収材へ還元剤を供給してＳＯｘ被毒を回復させる。また、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる必要が生じたときには、前記ＮＯｘ吸収材に還元剤を供給して窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるが、ＳＯｘ被毒の回復後、当該窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤の供給を所定期間禁止する還元剤供給禁止手段を備えるため、排気通路やＮＯｘ吸収材に残留した還元剤に加え、新規に還元剤の供給が行われることはない。以て、ＳＯｘ被毒を回復すべく還元剤の供給に起因した窒素酸化物放出時の過剰な還元剤の供給を阻止できる。
【００１６】
尚、ここで還元剤の供給とは、供給した還元剤の存在によってＮＯｘ吸収材に流入する排気の空燃比が低下する行為を総称して還元剤の供給と称する。例えば、機関燃焼に寄与しない燃焼室内への副噴射、ＮＯｘ吸収材上流に配置された排気通路への還元剤の供給、又は機関燃焼に供される混合気の空燃比を予め低めに設定する空燃比制御などをも含む概念である。
【００１７】
還元剤としては、還元作用を有するものであれば特に問わないが、より好ましくは軽油、ガソリン、灯油など還元成分として炭化水素（ＨＣ）等を含むものが望ましい。また、内燃機関としては、例えば、筒内直接噴射式のリーンバーンガソリン機関やディーゼル機関など、希薄燃焼運転可能な内燃機関を好ましい例として例示できる。なお、本発明の排気浄化装置は、上記した内燃機関に限られず、機関燃焼に伴い窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）を生成・排出する内燃機関であれば広く適用できるものである。
【００１８】
また、本発明に係るＮＯｘ放出手段に関し、本発明では、前記ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物が所定量に達したか否かを判定するＮＯｘ吸収量判定手段を備え、前記ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物が前記ＮＯｘ吸収量判定手段にて所定量に達したと判断されたとき、前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供給する構成としてもよい。
【００１９】
尚、ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握する方法については特に限定しないが、例えば、運転履歴に基づくＮＯｘ吸収量の把握、及びＮＯｘ吸収材下流に設置したＮＯｘセンサーの出力値に基づくＮＯｘ吸収量の把握など、ＮＯｘ吸収材に吸収されたと思われる窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を推定できるものであればよい。
【００２０】
また、本発明に係る還元剤供給禁止手段に関し、本発明では、
前記ＮＯｘ吸収材下流に配置される排気通路に空燃比検出手段が設けられ、
前記還元剤供給禁止手段は、前記ＳＯｘ被毒の回復終了後、前記空燃比検出手段によって検出される空燃比が所定の空燃比に達するまで、前記ＮＯｘ放出手段による還元剤の供給を禁止してもよい。
【００２１】
このように構成された還元剤供給禁止手段では、ＳＯｘ被毒の回復終了時以降、ＮＯｘ吸収材を経て流れ出る排気の空燃比を空燃比検出手段にて監視し、ＳＯｘ被毒を回復すべきときに供給された還元剤がＮＯｘ吸収材上流に残留しているか否かを確認する。そして、空燃比検出手段によって検出される空燃比が所定の空燃比に達したことを受け、ＮＯｘ吸収材上流に残留した還元剤がＮＯｘ吸収材にて消費されたとして、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるべく還元剤の供給を許可する。尚、空燃比検出手段としては、例えば、排気通路に設置した空燃比センサや、酸素（Ｏ2）センサなどを好ましいものとして例示できる。
【００２２】
また、本発明に係る還元剤の供給に関し、本発明では、
前記ＮＯｘ吸収材上流に配置される排気通路に還元剤添加弁が設けられ、
前記ＮＯｘ吸収材に対する還元剤の供給時には、この還元剤添加弁を介して前記ＮＯｘ吸収材に流入する排気中に還元剤を供給してもよい。この場合、ＮＯｘ吸収材上流に配置された排気通路に還元剤の供給がなされる。供給された還元剤は、排気と混じり合いながらＮＯｘ吸収材に流入し、以てＮＯｘ吸収材に対する還元剤の供給がなされる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気浄化装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。尚、本実施の形態では車両用ディーゼルエンジンに本発明を適用した例について説明する。
【００２４】
＜ディーゼルエンジンの概要＞
図１に示すように、本実施の形態に示すディーゼルエンジン１（以下、内燃機関１と称す）は、燃焼室を形成する４つの気筒２の他、燃料供給系、吸気系、制御系、排気系、などをその主要構成要素として備えている。
【００２５】
燃料供給系は、燃料噴射弁３、蓄圧室（以下、コモンレールと称す）４、燃料供給管５、燃料ポンプ６、などを備え、各気筒２に対して燃料供給を行っている。燃料噴射弁３は、各気筒２に対して夫々設けられる電磁駆動式の開閉弁である。各燃料噴射弁３は、燃料の分配管となるコモンレール４に接続されている。コモンレール４は、コモンレール４内の燃圧を検出するレール圧センサ４ａなどを備え、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６に連結されている。燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸たるクランクシャフト１ａの回転を駆動源として回転駆動される。
【００２６】
このように構成された燃料供給系では、まず、燃料タンク（図示略）内の燃料が、燃料ポンプ６によって汲み上げられる。汲み上げられた燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４に供給される。続いて、コモンレール４に供給された燃料は、コモンレール４内にて所定の燃圧まで高められ各燃料噴射弁３に分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電圧が印可され燃料噴射弁３が開弁されるとコモンレール４内の燃料は、気筒２内との差圧により燃料噴射弁３を介して気筒２内に噴射される。尚、コモンレール４内の燃圧は、レール圧センサ４ａを介して後述の電子制御ユニット３０により監視されている。
【００２７】
一方、吸気系は、吸気管９、吸気絞り弁１３、吸気枝管８、エアクリーナボックス１０、インタークーラ１６などを備え、各気筒２に対して空気（吸気）を供給する吸気通路を形成している。
【００２８】
吸気管９は、エアクリーナボックス１０を介して吸入される空気（吸気）を吸気枝管８に導く通路を形成する。吸気枝管８は、吸気管９を経て流入する空気を各気筒２に分配する通路を形成する。尚、エアクリーナボックス１０内には、図示されないエアフィルタが設けられている。また、吸気管９におけるエアクリーナボックス１０との連結部分近傍には、吸気管９に流入する吸気量を測定するエアフロメータ１１、及び吸気される空気の温度を測定する吸気温センサ１２が設けられている。
【００２９】
また、吸気枝管８の直上流には、吸気の流量を調節せしめる吸気絞り弁１３が設けられている。吸気絞り弁１３は、ステッパモータなどにて構成されたアクチュエータ１４によって開閉される。また、吸気絞り弁１３の直下流には、吸気枝管８内の吸気温度を測定する吸気温センサ２４、及び吸気枝管８内の管内圧力を測定する過給圧センサ２３が設けられている。
【００３０】
また、エアクリーナボックス１０から吸気絞り弁１３に至る排気通路中には、吸気を圧縮するターボチャージャ１５のコンプレッサハウジング１５ａ、及びコンプレッサハウジング１５ａ内にて圧縮された吸気を冷却するインタークーラ１６が設けられている。
【００３１】
このように構成された吸気系では、まず、機関運転に伴う負圧の発生により各気筒２に供給されるべく空気がエアクリーナボックス１０に流入する。エアクリーナボックス１０内に流入した空気は、エアフィルタにて塵や埃が除去された後、吸気管９を経てターボチャージャ１５のコンプレッサハウジング１５ａに流入する。コンプレッサハウジング１５ａに流入した空気は、コンプレッサハウジング１５ａ内のコンプレッサホイール（図示略）にて圧縮された後、インタークーラ１６によってその圧縮に伴う熱が放熱される。そして、必要に応じて吸気絞り弁１３での流量調節を受けた後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した空気は、各枝管を介して各気筒２に分配され前記燃料噴射弁３から噴射（供給）された燃料と共に燃焼される。尚、各種センサの出力値は、後述の電子制御ユニット３０に入力されており、前記燃料噴射制御などにフィードバックされる。
【００３２】
制御系は、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（中央制御装置）３４、入力ポート３５、出力ポート３６等を備えたいわゆる電子制御ユニット３０（ＥＣＵ）に展開される制御プログラムである。
【００３３】
電子制御ユニット３０の入力ポート３５には、上記した各種センサの出力信号の他、アクセルペダル４０の踏込み量を検出する負荷センサ４１、クランクシャフト１ａの回転数を検知するクランク角センサ４２、車速を測定する車速センサ４３等が対応したＡ／Ｄ変換器３７を介して、又は直接入力されている。一方、出力ポート３６には、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、吸気絞り弁駆動用のアクチュエータ１４、ＥＧＲ弁２６、燃料ポンプ６などが接続されている。
【００３４】
また、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２上には、各種予備実験に基づき作成された制御マップが各装置に対応して設けられている。ＣＰＵ３４は、入力ポート３５に入力された各種センサの出力信号を、ＲＯＭ３２上に展開された制御マップに照らし合わせその制御マップにおいて算出された値に基づく各種制御信号を出力ポート３６を介して各種装置に出力する。ＲＡＭ３３は、入力ポート３５に入力される各種センサの出力信号、及び出力ポート３６に出力された制御信号などを内燃機関の運転履歴として記録する。そして、ＣＰＵ３４からの要求を受けてそのＣＰＵ３４との間で各種信号すなわち運転履歴の入出力を行う。
【００３５】
このように構成された制御系では、現在の機関運転に要求される「目標要求トルク」をクランク角センサ４２および負荷センサ４１の出力信号等に基づき算出し、この目標要求トルクを得るべく燃料噴射弁３や燃料ポンプ６に出力される制御信号を適時更新して燃料供給系における燃料供給量の補正を行う。即ち、燃料噴射制御を実行する。また、制御系では、各種センサからの出力値に基づき、後述の排気浄化装置における還元剤の供給制御などをも同時に実行している。尚、還元剤の供給制御については後に詳述する。
【００３６】
排気系は、排気枝管１８、排気管１９、排気温度センサ７４を備え、機関燃焼に伴い各気筒２から排出される排気（既燃ガス）を機関１外部に排出させる排気通路を形成している。また、還元剤添加弁６１などにて構成された還元剤供給装置６０、ＮＯｘ吸収材の一種である吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２、ＥＧＲ通路（排気再循環通路）２５等を備え、排気中に含まれる有害物質を浄化せしめる排気浄化装置としての機能をも有する。なお、以下の説明では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２を単にＮＯｘ触媒５２と称することもある。
【００３７】
排気枝管１８は、各気筒２毎に設けられた排気ポート１８ａに接続すると共に各排気ポート１８ａから流出した排気を集合（合流）させてターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂに導く通路を形成している。排気管１９は、タービンハウジング１５ｂから図示しない消音器までの通路を形成している。ＮＯｘ触媒５２（ＮＯｘ吸収材）は、タービンハウジング１５ｂから消音器にかけての排気通路中に配置され、排気中の有害物質を浄化している。還元剤添加弁６１は、排気枝管１８の集合部分に設けられＮＯｘ触媒５２における浄化作用（還元作用）を促すべく排気中に還元剤の供給を行っている。排気温度センサ７４は、ＮＯｘ触媒５２下流の排気管１９に設けられＮＯｘ触媒５２を経て流出する排気の温度を電子制御ユニット３０に入力している。ＥＧＲ通路２５は、ＥＧＲクーラ２７及びＥＧＲ弁２６を備え、排気枝管１８と吸気枝管８とを連通させる通路を形成している。
【００３８】
このように構成された排気系では、機関燃焼に伴う排気が排気ポート１８ａを経て排気枝管１８内に流入する。排気枝管１８に流入した排気は、排気枝管１８内にて集合した後、ターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂに流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、タービンハウジング１５ｂ内に設けられたタービンホイール（図示略）を回転させる。その際、タービンホイールの回転は、前記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コンプレッサホイールを高速回転させる。その結果、各気筒２に供給される空気は、コンプレッサホイールにて圧縮され各気筒２に加圧供給されることになる。
【００３９】
一方、タービンハウジング１５ｂを経て流出した排気は、排気管１９を流下してＮＯｘ触媒５２に流入する。そして、ＮＯｘ触媒５２内にて有害成分を浄化された後、図示しない消音器を経て大気に放出される。尚、ＮＯｘ触媒５２における有害物質の浄化メカニズム、及び還元剤添加弁６１などにて構成された還元剤供給装置６０の説明は後に詳述する。
【００４０】
また、排気枝管１８内を流れる排気の一部は、ＥＧＲ弁２６の開弁時にＥＧＲ通路２５を経て吸気枝管８内に流入する。その際、ＥＧＲ通路２５内を流れる排気は、ＥＧＲクーラ２７内にて冷却されながら吸気枝管８へと流下する。そして、吸気枝管８内の新気（空気）と混ざり合いつつ各気筒２へ導かれ、燃料噴射弁３から噴射される燃料と共に燃焼されることとなる。
【００４１】
尚、排気中には、水蒸気（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などの不活性ガスが含まれている。このため新気（空気）と共に排気が気筒２内に流入すると、機関燃焼時における混合気の燃焼温度が低下して窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が抑制される。即ち、本実施の形態に示す内燃機関１は、排気浄化装置の一つとして周知のＥＧＲ装置を備えている。
【００４２】
＜排気浄化装置の説明＞
続いて、ＮＯｘ触媒５２及び還元剤供給装置６０等にて構成される排気浄化装置について説明する。
この排気浄化装置は、排気系に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２と、同排気系に設けられた還元剤添加弁６１及びその補機類にて構成される還元剤供給装置６０と、還元剤供給装置６０の制御系を形成する前記電子制御ユニット３０等を備えている。
【００４３】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２は、先の従来技術においても説明したようにＮＯｘ吸収材の一種であり、流入排気の空燃比が高いとき、すなわち排気中に多量の酸素（Ｏ2）が存在している状態において排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し、排気中の酸素濃度が低い状態、即ち流入排気の空燃比が低いときその吸収していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）に還元して放出する性質を備えている。いわゆるＮＯｘの吸放出作用を備えている。
【００４４】
また、その組成は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体として、この担体上にカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、若しくはバリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類、又はランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）等の希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属とを担持させてなる。
【００４５】
なお、ＮＯｘの吸放出作用は、流入排気の空燃比が理論空燃比（ＡＦ＝１３〜１４）以上の領域においても生ずる作用であり、以下の説明において流入排気の空燃比が低いとは、必ずしも理論空燃比より低い空燃比を意図するものではない。
【００４６】
また、ＮＯｘの吸放出作用は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化を促す主たる作用であり、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２においては、このＮＯｘの吸放出作用が生じることにより窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化がなされるといってもよい。尚、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２に代表されるＮＯｘ吸収材においての窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化メカニズムについては、未だ明らかになっていない所もあるが、概ね以下の原理にて窒素酸化物（ＮＯｘ）が浄化なされているものと考えられている。
【００４７】
以下、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２所謂ＮＯｘ吸収材における窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化メカニズムについてＮＯｘの吸放出作用を踏まえながら説明する。尚、図２に示される浄化メカニズムは、担体上に白金（Ｐｔ）及びバリウム（Ｂａ）を担持させた場合を例に説明しているが、他の貴金属、及びアルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様の浄化メカニズムとなることが知られている。
【００４８】
＜ＮＯｘの吸放出作用に関する説明＞
まず、図２（Ａ）に示されるように流入排気の空燃比が高いときすなわち酸素過剰雰囲気下では、流入排気中に存在する多量の酸素（Ｏ2）がＯ2 -又はＯ2-の形で白金（Ｐｔ）上に付着する。また、流入排気中に含まれる窒素酸化物（例えばＮＯ）は、白金（Ｐｔ）上でＯ2 -又はＯ2-と反応し二酸化窒素（ＮＯ2）となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。
【００４９】
次いで、白金（Ｐｔ）上で生成されたこの二酸化窒素（ＮＯ2）の一部は、白金（Ｐｔ）上でさらに酸化され、同担体上に担持されたバリウム（Ｂａ）と結合しながらＮＯｘ吸収材内に吸収される。より詳しくは流入排気中の酸素（Ｏ2）によって酸化された酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながら硝酸イオン（ＮＯ3 -）の形でＮＯｘ吸収材内に拡散・吸収される。尚、上記したＮＯｘの吸収作用は、流入排気の空燃比が高く且つ窒素酸化物（ＮＯｘ）と結合し得る酸化バリウム（ＢａＯ）が担体上に存在する限り継続される。
【００５０】
これに対し流入排気の空燃比が低いときすなわち排気中における酸素濃度が低下したときには、白金（Ｐｔ）上にて生成される二酸化窒素（ＮＯ2）の生成量が減少する。またこの時、ＮＯｘ吸収材内では、逆方向に反応が進みＮＯｘ吸収材内に拡散していた硝酸イオン（ＮＯ3 -）は二酸化窒素（ＮＯ2）に変化する（ＮＯ3 -→ＮＯ2）。そして、ついには二酸化窒素（ＮＯ2）若しくは一酸化窒素（ＮＯ）の形でＮＯｘ吸収材から排気中に放出される。即ち、流入排気の空燃比が低いときＮＯｘの放出作用が生じる。
【００５１】
このように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２など、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収放出をなし得るＮＯｘ吸収材においては、流入排気の空燃比を低下せしめることによりＮＯｘの放出作用を促すことができる。また、本実施の形態においてＮＯｘ吸収材として採用する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２は、上記したＮＯｘの吸放出作用に加えて排気中の炭化水素（ＨＣ）、及び一酸化炭素（ＣＯ）をも同時に浄化し得る機能を備えている。この炭化水素（ＨＣ）、及び一酸化炭素（ＣＯ）の浄化メカニズムに関しては、以下に示す通りである。
【００５２】
流入排気の空燃比が低いとき、流入排気中には還元剤たる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が多く含まれている。これら還元成分は、白金（Ｐｔ）上のＯ2 -又はＯ2-と部分的に反応して活性種を形成する。このためＮＯｘ触媒５２から放出された二酸化窒素（ＮＯ2）及び一酸化窒素（ＮＯ）は、この活性種によって還元せしめられ無害な窒素（Ｎ2）となり排気中に拡散される。
【００５３】
このように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２においては、流入排気の空燃比を適宜調節することによって排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）のみならず、炭化水素（ＨＣ）、及び一酸化炭素（ＣＯ）などの未燃物質（有害物質）をもを共に浄化することができる。
【００５４】
ところで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒など、いわゆる排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し得るＮＯｘ吸収材では、先の従来技術においても説明したように排気中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）をも、上記した窒素酸化物（ＮＯｘ）と略同様のメカニズムにて吸収してしまう。尚、排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、燃料中に含まれる硫黄分が各気筒２にて燃焼されることにより生成され、以下に示す吸収メカニズムによって吸収されるものと考えられている。
【００５５】
＜ＳＯｘの吸収メカニズムの説明＞
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２（ＮＯｘ吸収材）における硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収メカニズムについて説明すると、流入排気の空燃比が高いとき、担体上に担持されている白金（Ｐｔ）上には、流入排気中の酸素Ｏ2がＯ2 -又はＯ2-の形で付着している。このため流入排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして白金（Ｐｔ）上で酸化されＳＯ3-やＳＯ4-となる。
【００５６】
次いで、この生成されたＳＯ3-やＳＯ4-は、白金（Ｐｔ）上でさらに酸化され硫酸イオン（ＳＯ4 2-）となり、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながらＮＯｘ触媒５２に吸収される。また、吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は時間の経過と共にバリウムイオン（Ｂａ2+）と結合して化学的に安定した硫酸塩（ＢａＳＯ4）となる。
【００５７】
このように排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）も、上記した窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして流入排気の空燃比が高いときＮＯｘ触媒５２内に吸収される。しかしながら、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収に伴い生成される硫酸塩（ＢａＳＯ4）は粗大化し易く、また化学的に安定していて分解し難い物質である。このため窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして流入排気の空燃比を低下せしめたとしても、一旦ＮＯｘ触媒５２内に吸収された硫黄酸化物（ＳＯｘ）は容易に放出されることなく、ＮＯｘ触媒５２内に硫酸塩（ＢａＳＯ4）として蓄積される。
【００５８】
従って、ＮＯｘ触媒５２における硫酸塩（ＢａＳＯ4）の蓄積量が過多になると窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸放出作用に寄与できる酸化バリウム（ＢａＯ）の量も自ずと減り、ＮＯｘ触媒５２本来の機能を低下させることにつながる。いわゆる「ＳＯｘ被毒」を生じさせる。
【００５９】
そこで本実施の形態では、以下に示す手順に従いこのＳＯｘ被毒を回復している。まず、ＮＯｘ触媒５２をおおよそ５００℃〜７００℃の高温に昇温せしめ、ＮＯｘ触媒５２に蓄積される硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）をＳＯ3-及びＳＯ4-に熱分解する。次いで、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比を比較的長い時間に亘り低下せしめ、硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）の熱分解により生成されたＳＯ3-やＳＯ4-を、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ2−に還元する。そして、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気と共にその気体状のＳＯ2−を放出させる。所謂「ＳＯｘ被毒回復制御」を実施して硫黄酸化物（ＳＯｘ）の放出を行っている。
【００６０】
なお、ＮＯｘ触媒５２を昇温させるに際しては、例えば、電気ヒータ及び燃焼式ヒータによる外的熱エネルギーを与えて昇温させてもよいが、本実施の形態に示す内燃機関では、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気中に燃料の供給を行い、その燃料をＮＯｘ触媒５２内にて燃焼（酸化）させることによりＮＯｘ触媒５２を昇温させている。即ち、燃料の酸化に伴う反応熱（内的熱エネルギー）を利用してＮＯｘ触媒５２を昇温させている。尚、ＮＯｘ触媒５２の下流に排気絞り弁を装備した排気系においては、その排気絞り弁を絞ってＮＯｘ触媒５２を昇温させてもよい。
【００６１】
このように本実施の形態に示す排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒５２を高温域に昇温させた後、上記したＮＯｘの放出作用と同様にして流入排気の空燃比を低下させることにより、ＳＯｘ被毒の回復を行っている。
【００６２】
ところが、本実施の形態に示すディーゼル機関など、いわゆる希薄燃焼式内燃機関においては、通常、酸素過剰状態の混合気を燃焼させて機関運転がなされている。このため通常の運転時には、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気中に多量の酸素が存在することとなり、その空燃比は該ＮＯｘ吸収材５２におけるＮＯｘの放出作用、及びＳＯｘの放出作用（ＳＯｘ被毒の回復）を促すまでに低下することはほとんどない。
【００６３】
そこで本実施の形態に示す排気浄化装置では、ＮＯｘの放出作用、及びＳＯｘの放出作用を促すために、流入排気の空燃比を低下させるべくＮＯｘ触媒５２（ＮＯｘ吸収材）に流入する排気中に適宜のタイミングにて還元剤を供給する還元剤供給装置６０を備えている。即ち、本実施の形態に示す排気浄化装置では、この還元剤供給装置６０によってＮＯｘ放出手段、及びＳＯｘ放出手段を実現している。
【００６４】
この還元剤供給装置６０は、還元剤添加弁６１、還元剤供給路６２、燃圧制御バルブ６４、調量弁６５、燃圧センサ６３、緊急遮断弁６６、空燃比センサ７３、などを備え、前記電子制御ユニット３０に準備された還元剤供給プログラムのもと、流入排気の空燃比が所望の目標空燃比となるように還元剤たる燃料（軽油）の供給をＮＯｘ触媒５２上流の排気通路に対して行っている。なお、ここで目標空燃比とは、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化すべきときと、ＳＯｘ被毒を回復すべきときとで異なる値である。
【００６５】
還元剤添加弁６１は、上記の如く排気枝管１８の集合部分に設けられており、所定圧以上の燃圧が作用したときに開弁する機械式の開閉弁である。還元剤供給路６２は、前記燃料ポンプ６によって汲み上げられた燃料の一部を還元剤添加弁６１に導く通路を形成している。燃圧制御バルブ６４は、還元剤供給路６２の経路途中に配置され、還元剤供給路６２内の燃圧を還元剤添加弁６１の開弁圧以上に維持している。調量弁６５は燃圧制御バルブ６４から還元剤添加弁６１に至る経路に設けられ還元剤供給プログラムのもと所定電圧が印可されたときに開弁する電気式の開閉弁である。燃圧センサ６３は、還元剤添加弁６１に作用する燃圧を検出している。緊急遮断弁６６は、還元剤供給路６２内の圧力に異常が生じたとき燃料ポンプ６から還元剤供給路６２への燃料供給を停止する。
【００６６】
このように構成された還元剤供給装置６０では、まず、燃料ポンプ６によって汲み上げられた燃料の一部が、緊急遮断弁６６及び燃圧制御バルブ６４を経て調量弁６５に流入する。このとき調量弁６５に流入する燃料は、燃圧制御バルブ６４によって還元剤添加弁６１の開弁圧以上に維持されている。そして、還元剤供給プログラムのもと調量弁６５に所定電圧が印可されると調量弁６５が開弁して、開弁圧以上に維持された燃料が還元剤添加弁６１に流入する。その結果、還元剤添加弁６１に開弁圧以上の燃圧が作用し、還元剤添加弁６１が開弁されて排気枝管１８内への燃料（還元剤）供給がなされる。また、排気枝管１８に供給された燃料（還元剤）は、タービンハウジング１５ｂ内にて攪拌され、排気と混じり合いながら排気管１９を経てＮＯｘ触媒５２に流入する。
【００６７】
このように本実施の形態に示す排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気中に還元剤たる燃料を供給することによって、流入排気の空燃比を低下せしめＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘの放出作用、及びＳＯｘの放出作用を促している。
【００６８】
なお、上記した還元剤供給装置６０による還元剤の供給は、予め電子制御ユニット３０に記録された還元剤供給プログラムにおいて、その各々に対応した還元剤の供給条件が成立したときに実施されるものである。すなわち、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる必要が生じたとき、及び、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を放出させる必要が生じたとき、その各々に対応した適切量の還元剤が還元剤供給プログラムのもと適宜のタイミングでＮＯｘ触媒５２に供給されることとなる。
【００６９】
なお、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるべきときの条件としては、ＮＯｘ触媒５２に吸収された窒素酸化物（ＮＯｘ）が所定量に達している。ＮＯｘ触媒５２の温度が所定温度（活性化温度）に達している。還元剤供給装置６０においてＳＯx被毒を回復させる還元剤の供給がなされていない。ＮＯｘ触媒５２を昇温させる昇温制御が実施されていないなどの条件を例示できる。
【００７０】
なお、本実施の形態では、ＮＯｘ触媒５２に吸収された窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握するにあたって、電子制御ユニット３０に読み込まれる運転履歴に基づいてその吸収量を把握している。なお、運転履歴とは、各種センサから出力される出力値を電子制御ユニット３０内にて解析することにより把握されるものであり、各種センサの出力値は、機関運転の開始に伴い電子制御ユニット３０のＲＡＭ３３上に順次記録されるようになっている。
【００７１】
そして、本実施の形態ではこの運転履歴のうち、機関運転開始時からの走行距離数が予め設定した走行距離数に達した、機関運転時間からの経過時間が予め設定した所定時間に達した、などの条件が成立したとき、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量が所定量に達したと見なしている。尚、所定量は、ＮＯｘ触媒５２において窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し得る限界量よりも十分に低い値に設定されている。このように本実施の形態では、電子制御ユニット３０に記録された還元剤供給プログラムにおいてＮＯｘ吸収量判定手段を実現している。
【００７２】
なお、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握する方法としては、上記した例に限られることはなく、例えば、吸気量と燃料消費量とをパラメータとして作成されたＮＯｘ排出量算出マップに基づく吸収量の把握や、ＮＯｘ触媒５２下流に配置した空燃比センサ７３の出力値が理論空燃比より高い値に維持されている時間から素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握するようにしてもよい。また、排気中のＮＯｘ濃度を測定し得るＮＯｘ触媒センサをＮＯｘ触媒５２上流に配置して、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握するなど、その方法は、所望に応じて任意に変更可能である。
【００７３】
一方、ＳＯｘ被毒を回復すべきときの条件としては、ＮＯｘ触媒５２における硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量が所定量に達している。ＮＯｘ触媒５２の触媒温度が硫黄酸化物（ＳＯｘ）を熱分解し得る高温域に達している。排気の温度が所定の上限値以下である。ＮＯｘの放出作用を促す還元剤の供給が否実行状態にある、などの各種条件を例示できる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、ＮＯｘ触媒５２に吸収された硫黄酸化物（ＳＯｘ）が所定量に達したか否かを判定する際、上記した窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握する方法と略同様にして、機関運転開始時からの走行距離数が予め設定した走行距離数に達した、また、機関運転時間からの経過時間がが予め設定した所定時間に達した、などの各種条件が成立したときに、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量が所定量に達したと見なしている。
【００７５】
このように、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出作用を促す還元剤の供給と、ＳＯｘ被毒の回復（放出）を促す還元剤の供給は、機関運転時にその各々に対応した還元剤の供給条件が成立したときに実施される。
【００７６】
ところでＳＯｘ被毒を回復すべきときに供給される還元剤の供給量は、先の従来技術においても記載したように窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤の供給量に対してかなり多い量となる。このためＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給時には、還元剤添加弁６１から供給された還元剤（燃料）が排気管１９の内壁面やＮＯｘ触媒５２表面上に付着する。即ち、ＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給がなされた後の排気管１９には、ＳＯｘ被毒の回復に供されなかった還元剤が残留することとなる。
【００７７】
このためＳＯｘ被毒の回復に伴う還元剤の供給終了時以降しばらくは、ＮＯｘ触媒５２上流に残留した還元剤が該ＮＯｘ触媒５２に対して新たに流入する排気と混じり合いながらＮＯｘ触媒５２に供給されることとなる。より詳しくは、図３に示されるようにＳＯｘ被毒の回復終了後しばらくは、流入排気の空燃比が、本来ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比Ｘ１（理論上の空燃比）よりも低い空燃比Ｘ２となる。尚、図３に示す空燃比センサ７３の出力値は、ＮＯｘ触媒５２下流の空燃比を示すものであるが、その値はＮＯｘ触媒５２上流の空燃比に略一致するものである。
【００７８】
従って、この間に窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤の供給がなされると、本来、ＮＯｘ触媒５２に供すべき還元剤の供給量を超えた還元剤がＮＯｘ触媒５２に流入することとなる。このためこの還元剤の過剰供給に起因してＮＯｘ触媒５２のＨＣ被毒や過昇温が引き起される。
【００７９】
そこで、本実施の形態に示す排気浄化装置では、還元剤供給プログラムにおいて、ＳＯｘ被毒の回復終了時以降、前記窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤の供給を所定期間禁止する還元剤供給禁止制御を実施するようにしている。
【００８０】
即ち、ＮＯｘ触媒５２上流に残留した還元剤が、ＮＯｘ触媒５２にて消費される迄の間、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出を促す還元剤の供給を禁止して、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるべきときの過剰な還元剤の供給を防止している。尚、ＮＯｘ触媒５２上流に残留した還元剤は、新規に流入する排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の浄化（還元）に消費され、その総量は時間の経過に伴い減少する。
【００８１】
＜還元剤供給禁止制御の説明＞
以下、本発明の主旨となる還元剤供給禁止制御について、図４を参照して説明する。なお、還元剤供給禁止制御は、ＳＯｘ被毒回復制御に付加されて実施される制御である。このため図４に示されるフローチャートは、ＳＯｘ被毒を回復させる「ＳＯｘ被毒回復処理ルーチン」をも含むものである。
【００８２】
まず、電子制御ユニット３０では、機関運転開始時からの運転履歴を収集すべく各種センサの出力信号をＲＡＭ３３上に記憶する（ステップ１０１）。ここで運転履歴としては、例えば、機関運転開始からの経過時間、目標要求トルクを満たすべく各気筒２に供された燃料の供給量、各気筒２に吸入された空気量、前回実施した還元剤の供給時からの経過時間、車両走行距離数及び車両走行時間の積算値、排気温度などを例示できる。
【００８３】
続くステップ１０２では、前記ステップ１０１にて収集された運転履歴をＣＰＵ３４に読み出し、ＳＯｘ被毒の回復を目的とした還元剤の供給実行条件が成立しているか否かをＣＰＵ３４にて判定する。なお、還元剤の供給実行条件としては、上記したようにＮＯｘ触媒５２における硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量が所定量に達しているか。また、ＮＯｘ触媒５２の触媒温度が硫黄酸化物（ＳＯｘ）を熱分解し得る高温域に達しているか。排気の温度が所定の上限値以下であるか。ＮＯｘの吸放出作用を促す還元剤の供給が否実行状態にあるか、などの条件を例示できる。
【００８４】
そして、各種条件が満たされたとき、電子制御ユニット３０では、還元剤の供給を実施すべくステップ１０３に移行して基本供給量の算出を行う。また、各種要件が満たされないときには、本処理ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８５】
ステップ１０３では、現在の機関運転に供されている混合気の空燃比と、前記ステップ１０２にて算出された硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量とをパラメータとしてＳＯｘ被毒の回復に供される還元剤の基本供給量をＲＯＭ３２上に予め準備した基本供給量算出マップに基づき算出する。尚、基本供給量算出マップは、各種予備実験に基づき作成されたものである。
【００８６】
続くステップ１０４では、ステップ１０３にて算出された基本供給量に従い、調量弁６５の開弁制御を実施する。尚、調量弁６５の開弁制御とは、基本供給量に見合う還元剤が、還元剤添加弁６１を介して排気通路に供給されるように調量弁６５の開弁時間若しくは開弁周期の調節を行う制御である。そして、本ステップ１０４の実行と共に、還元剤たる燃料が還元剤添加弁６１を介して排気通路中に供給されることとなる。
【００８７】
続いて、電子制御ユニット３０では、基本供給量の補正すなわちフィードバック制御を開始すべくＮＯｘ触媒５２下流の空燃比を空燃比センサ７３にて検出すると共にその空燃比が所定の空燃比より高いか否かを判別する（ステップ１０５）。
【００８８】
なお、所定の空燃比とは、ＳＯｘ被毒を回復し得る適切量の還元剤を流入排気中に供給したとき、そのＮＯｘ触媒５２を経て流れ出る流出排気の空燃比に相当する。即ち、流入排気を目標空燃比としたとき、その目標空燃比と流出排気の空燃比との間における相関関係に基づき定められる値である。なお、還元剤供給プログラムにおいては、ＮＯｘ触媒５２に吸収された硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量によって定義付けられる値である。
【００８９】
そして、ＮＯｘ触媒５２下流の空燃比が、所定の空燃比に対して高いと判断されたときには、基本供給量の増量補正を実施すべくステップ１０６に移行する。また、ＮＯｘ触媒５２下流の空燃比が、所定の空燃比に対して低いと判断されたときには、基本供給量の減量補正を実施すべくステップ１０７に移行する。
【００９０】
基本供給量の増量補正を実施するステップ１０６では、空燃比センサ７３にて検出される空燃比と所定の空燃比との差に応じて増量すべき還元剤の補正供給量を算出すると共に、算出された補正量に伴う調量弁６５の開弁制御を実施する。尚、還元剤の増量補正に伴う調量弁６５の開弁制御は、調量弁６５の開弁時間を長くする若しくは開弁周期を短くするなどして増量補正に対応している。
【００９１】
一方、基本供給量の減量補正を実施するステップ１０７においても同様にして、空燃比センサ７３にて検出される空燃比と所定の空燃比との差に応じて減量すべき還元剤の補正供給量を算出すると共に、算出された補正量に伴う調量弁６５の開弁制御を実施する。尚、還元剤の減量補正に伴う調量弁６５の開弁制御は、調量弁６５の開弁時間を短くする若しくは開弁周期を長くするなどして減量補正に対応している。
【００９２】
そして、電子制御ユニット３０では、ステップ１０６、又はステップ１０７の終了後、ＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給終了条件が成立しているか否かを判別する（ステップ１０８）。すなわち、ＳＯｘ被毒の回復を目的とした還元剤の供給を終了させるか否かを判別する。
【００９３】
なお、供給終了条件としては、例えば、還元剤の供給開始後、所定時間が経過したか、排気温度センサ７４の出力値が所定値以下になったか、などの条件を例示できる。そして、本ステップ１０８において供給終了条件が成立していると判断されたときには、調量弁６５を閉弁して還元剤の供給を停止する（ステップ１０９）。また、供給終了条件が不成立であると判定されたときには、前記ステップ１０５から本ステップ１０８までを再度繰り返して実行する。以上が「ＳＯｘ被毒回復処理ルーチン」に係る処理ルーチンである。
【００９４】
続いて、電子制御ユニット３０では、ＳＯｘ被毒の回復終了時以降、ＮＯｘ触媒５２に対する還元剤の供給を禁止する還元剤供給禁止制御を開始する（ステップ１１０）。即ち、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤の供給条件が成立したとしても、ＮＯｘ触媒５２に対する還元剤の供給が実施されないように還元剤供給装置６０を制御する。
【００９５】
続くステップ１１１では、ＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給終了時以降において前記空燃比センサ７３にて検出される空燃比（出力値）をＣＰＵ３４に読み込み、空燃比センサ７３の出力値が閾値Ａ（所定値）に達したか否かを判定する。即ち、ＮＯｘ触媒５２を経て流れ出る排気の空燃比に基づき、ＮＯｘ触媒５２上流に残留する還元剤の有無を確かめる。なお、閾値Ａの設定は任意であるが、本実施の形態では、応答遅れなどを考慮して図３に示されるように、流出排気の空燃比が正常値に戻る直前に閾値Ａを設定している。なお、正常値とは、各気筒２から排出される排気の空燃比に相当する。
【００９６】
そして、電子制御ユニット３０では、空燃比センサ７３の出力値が閾値Ａに達したことを受け、ＮＯｘ触媒５２上流に残留した還元剤がＮＯｘ触媒５２にて消費されたと見なし還元剤供給禁止制御を解除する。即ち、ＳＯｘ被毒の回復後においてＮＯｘの放出作用を促す還元剤の供給を許可する（ステップ１１２）。
【００９７】
また、空燃比センサ７３の出力値が未だ低い状態を維持している場合には、ＮＯｘ触媒５２上流に還元剤が残留していると判断し、引き続きステップ１１０から本ステップ１１１に至る処理ルーチンを繰り返し実行する。
【００９８】
このように本実施の形態に示す排気浄化装置では、還元剤供給プログラムにおいて、ＳＯｘ被毒の回復終了時以降、前記窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤の供給を所定期間禁止する還元剤供給禁止制御を備えるため、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるべきときの過剰な還元剤の供給を防止できる。
【００９９】
尚、上記した一連の処理ルーチンは、あくまでも本発明の一実施形態であり、その詳細は任意に変更である。例えば、上記した処理ルーチンでは、空燃比センサ７３の出力値が閾値Ａに達したことを受け、ＮＯｘ触媒５２上流に残留する還元剤が無くなったと見なしているが、その判定は、ＳＯｘ被毒の回復に伴う還元剤の供給終了時以降からの経過時間に基づいて判定してもよい。すなわち、ＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給終了時以降、所定時間経過したことを受けてＮＯｘ触媒５２上流に残留する還元剤が無くなったと見なし還元剤供給禁止制御を解除するようにしてもよい。
【０１００】
なお、残留した還元剤の有無を時間の経過に基づき判定する場合には、例えば、以下の手順にて判定する。まず、前記ステップ１０３において算出された基本供給量並びに前記ステップ１０６又は前記ステップ１０７において算出された補正量からＳＯｘ被毒を回復すべきときに供給された還元剤の供給量（総量）をＣＰＵ３４にて算出する。次いで、その算出された供給量に基づき、ＮＯｘ触媒５２上流に残留したと思われる還元剤の残留量を推定する。続いて、機関回転数をＣＰＵ３４に読み出しＮＯｘ触媒５２に流入する排気の流速を求め、還元剤の残留量と排気の流速とをパラメータとして作成された還元剤消費時間算出マップに基づき、残留した還元剤がＮＯｘ触媒５２にて消費される迄に掛かる時間すなわち目標時間を算出する。
【０１０１】
そして、ＳＯｘ被毒を回復すべく還元剤の供給終了と同時にその経過時間をカウントし、カウントされた時間が目標時間に達したことを受けて残留した還元剤が消費されたと見なす。このように上記した還元剤供給プログラムの詳細は所望に応じて変更することができる。
【０１０２】
また、上記した還元剤供給装置６０やディーゼルエンジン（内燃機関）等の構成は、あくまでも本発明の一実施形態にすぎず、その詳細は所望に応じて変更しても構わない。例えば、本実施の形態においては、還元剤添加弁６１として機械式の開閉弁を採用したが、これに替えて電気制御式の電磁弁を採用する。また、還元剤供給装置６０を燃料供給系から完全に独立させて構成するなどの変更を行ってもよい。また、ＮＯｘ触媒５２下流の空燃比を検出するにあたっては、空燃比センサ７３を利用しているが、空燃比センサ７３に替えて酸素（Ｏ2）センサを使用してもよい。また、本実施の形態では、ディーゼル機関に本発明を適用させた例について説明しているが、本発明は、勿論ガソリン機関においても有用である。
【０１０３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＳＯｘ被毒の回復に伴う還元剤の供給に起因した不必要な還元剤の供給を防止できる。また、還元剤の過剰供給によるＮＯｘ吸収材のＨＣ被毒や過昇温などの各種不具合をも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態に係る内燃機関の概略構図。
【図２】 ＮＯｘの吸放出作用を説明するための図。
【図３】 ＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給に起因した空燃比センサの出力値の変化を示す図。
【図４】 本実施の形態に係る還元剤供給禁止制御を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１ａ クランクシャフト
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ コモンレール
４ａ レール圧センサ
５ 燃料供給管
６ 燃料ポンプ
８ 吸気枝管
９ 吸気管
１０ エアクリーナボックス
１１ エアフロメータ
１２ 吸気温センサ
１３ 吸気絞り弁
１４ アクチュエータ
１５ ターボチャージャ
１５ａ コンプレッサハウジング
１５ｂ タービンハウジング
１６ インタークーラ
１８ 排気枝管
１８ａ 排気ポート
１９ 排気管
２３ 過給圧センサ
２４ 吸気温センサ
２５ ＥＧＲ通路（排気再循環通路）
２６ ＥＧＲ弁
２７ ＥＧＲクーラ
３０ 電子制御ユニット
３１ 双方向性バス
３５ 入力ポート
３６ 出力ポート
３７ 変換器
３８ 駆動回路
４０ アクセルペダル
４１ 負荷センサ
４２ クランク角センサ
４３ 車速センサ
５２ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）
６０ 還元剤供給装置
６１ 還元剤添加弁
６２ 還元剤供給路
６３ 燃圧センサ
６４ 燃圧制御バルブ
６５ 調量弁
６６ 緊急遮断弁
７３ 空燃比センサ
７４ 排気温度センサ
Ｘ１ 理論上の空燃比
Ｘ２ 実測の空燃比
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、より詳細には、希薄燃焼運転可能な内燃機関に好的に用いられる排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関や希薄燃焼式ガソリン機関のように酸素過剰状態の混合気を燃焼させて機関運転がなされる内燃機関では、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する排気浄化装置として、その排気通路にＮＯｘ吸収材が設けられている。
【０００３】
このＮＯｘ吸収材は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に代表されるように、流入排気の空燃比が高いときその排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し、流入排気の空燃比が低いときその吸収していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出する性質を備えている。従って、このＮＯｘ吸収材を内燃機関の排気通路に配置すると、機関本体より排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）はこのＮＯｘ吸収材に吸収されることとなる。
【０００４】
尚、ＮＯｘ吸収材の一種である吸蔵還元型ＮＯｘ触媒においては、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸放出作用を有するばかりでなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出時にその窒素酸化物（ＮＯｘ）をさらに窒素（Ｎ2）に還元せしめ、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を完全に無害化することができる。
【０００５】
ところで、ＮＯｘ吸収材において吸収し得る窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量すなわちＮＯｘ吸収能には限りがある。このため流入排気の空燃比が長時間に亘り高い状態に維持されると、そのＮＯｘ吸収能が飽和してついには窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収できなくなる。このためＮＯｘ吸収能が飽和状態に至る前に、その窒素酸化物（ＮＯｘ）を適宜のタイミングにて放出させる必要がある。
【０００６】
そこで従来においては、特許第２８４５０５６号に開示されるように、ＮＯｘ吸収材上流の排気通路に還元剤たる機関燃料を供給して、ＮＯｘ吸収材に流入する排気の空燃比を一時的に低下せしめ、ＮＯｘ吸収材から窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるようにしている。
【０００７】
ところで、内燃機関の燃料中には硫黄分なども含まれており、機関燃焼時には窒素酸化物（ＮＯｘ）のみならずＳＯ2やＳＯ3などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）も同時に生成される。また、この硫黄酸化物（ＳＯｘ）は周知の如く窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様のメカニズムにてＮＯｘ吸収材に吸収されるが、時間の経過と共に化学的に安定した硫酸塩（ＢａＳＯ4）となって、ＮＯｘ吸収材に蓄積される。
【０００８】
このため硫酸塩（ＢａＳＯ4）の蓄積量すなわち硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量が過多になると、窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するといったＮＯｘ吸収材本来の機能が阻害される。そして、ついにはＮＯｘ吸収材において窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収できなくなるいわゆるＳＯｘ被毒が生じる。このためＮＯｘ吸収材に吸収される硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、適宜のタイミングにてＮＯｘ吸収材より放出させる必要がある。
【０００９】
そこで従来においては、ＮＯｘ吸収材に吸収された硫黄酸化物（ＳＯｘ）を放出させるに際して、まず、ＮＯｘ吸収材の温度を一時的に高温域まで昇温せしめ硫黄酸化物（ＳＯｘ）たる硫酸塩（ＢａＳＯ4）をＳＯ3-やＳＯ4-に熱分解する。次いでＮＯｘ吸収材に流入する排気中に還元剤（燃料）を供給して流入排気の空燃比を低下せしめ、そのＳＯ3-やＳＯ4-を排気中の燃料（還元成分）などと反応させて気体状のＳＯ2−にする。そして、ＮＯｘ吸収材に流入する排気と共にその気体状のＳＯ2−を放出させるようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＯｘ被毒を回復すべきときにＮＯｘ吸収材に供給される還元剤の供給量は、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるときの供給量に対してかなり多い量が必要となる。このためＳＯｘ被毒を回復すべくＮＯｘ吸収材に供給された還元剤の一部は、ＮＯｘ吸収材の表面や排気通路内壁面などに付着する。すなわち、ＳＯｘ被毒の回復に寄与されなかった還元剤がＮＯｘ吸収材より上流に残留することとなる。
【００１１】
このためＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給後しばらくは、その残留した還元剤が、排気通路内を流れる排気に混入するためＮＯｘ吸収材に流入する排気の空燃比は一時的に低い状態となる。従って、この間に窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる通常量の還元剤の供給を実施すると、本来、ＮＯｘ吸収材にて必要とされる還元剤の供給量を超えた還元剤が、ＮＯｘ吸収材に供給されることとなる。よって、還元剤の過剰供給に起因したＮＯｘ吸収材のＨＣ被毒や過昇温などの各種不具合をＮＯｘ吸収材に生じさせることとなる。
【００１２】
なお、ＨＣ被毒とは、反応に寄与されなかった還元剤がＮＯｘ吸収材表面に液体として付着することにより、ＮＯｘ吸収材と排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）との接触がその表面上に付着した還元剤によって阻害される現像を意味する。また、過昇温とは、必要量以上に供給された還元剤が、ＮＯｘ吸収材にて酸化反応を起こすことにより、ＮＯｘ吸収材を過剰に昇温させる現象を意味する。
【００１３】
よって本発明は、ＳＯｘ被毒の回復に伴う還元剤の供給に起因した不必要な還元剤の供給を防止できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した技術的課題を解決するため、本発明では以下の手段を採用した。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、流入排気の空燃比が高いとき排気中の窒素酸化物を吸収し、流入排気の酸素濃度が低下したときその吸収していた窒素酸化物を放出するＮＯｘ吸収材と、
前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供給してＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、
前記ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物を放出させる必要が生じたとき、前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供給して、窒素酸化物を放出させるＮＯｘ放出手段と、
前記ＳＯｘ被毒の回復終了後、前記ＮＯｘ放出手段による窒素酸化物を放出させる還元剤の供給を所定期間禁止する還元剤供給禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
このように構成された本発明の排気浄化装置では、排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）によるＮＯｘ吸収材のＳＯｘ被毒を回復すべきとき、ＮＯｘ吸収材へ還元剤を供給してＳＯｘ被毒を回復させる。また、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる必要が生じたときには、前記ＮＯｘ吸収材に還元剤を供給して窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるが、ＳＯｘ被毒の回復後、当該窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤の供給を所定期間禁止する還元剤供給禁止手段を備えるため、排気通路やＮＯｘ吸収材に残留した還元剤に加え、新規に還元剤の供給が行われることはない。以て、ＳＯｘ被毒を回復すべく還元剤の供給に起因した窒素酸化物放出時の過剰な還元剤の供給を阻止できる。
【００１６】
尚、ここで還元剤の供給とは、供給した還元剤の存在によってＮＯｘ吸収材に流入する排気の空燃比が低下する行為を総称して還元剤の供給と称する。例えば、機関燃焼に寄与しない燃焼室内への副噴射、ＮＯｘ吸収材上流に配置された排気通路への還元剤の供給、又は機関燃焼に供される混合気の空燃比を予め低めに設定する空燃比制御などをも含む概念である。
【００１７】
還元剤としては、還元作用を有するものであれば特に問わないが、より好ましくは軽油、ガソリン、灯油など還元成分として炭化水素（ＨＣ）等を含むものが望ましい。また、内燃機関としては、例えば、筒内直接噴射式のリーンバーンガソリン機関やディーゼル機関など、希薄燃焼運転可能な内燃機関を好ましい例として例示できる。なお、本発明の排気浄化装置は、上記した内燃機関に限られず、機関燃焼に伴い窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）を生成・排出する内燃機関であれば広く適用できるものである。
【００１８】
また、本発明に係るＮＯｘ放出手段に関し、本発明では、前記ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物が所定量に達したか否かを判定するＮＯｘ吸収量判定手段を備え、前記ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物が前記ＮＯｘ吸収量判定手段にて所定量に達したと判断されたとき、前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供給する構成としてもよい。
【００１９】
尚、ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握する方法については特に限定しないが、例えば、運転履歴に基づくＮＯｘ吸収量の把握、及びＮＯｘ吸収材下流に設置したＮＯｘセンサーの出力値に基づくＮＯｘ吸収量の把握など、ＮＯｘ吸収材に吸収されたと思われる窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を推定できるものであればよい。
【００２０】
また、本発明に係る還元剤供給禁止手段に関し、本発明では、
前記ＮＯｘ吸収材下流に配置される排気通路に空燃比検出手段が設けられ、
前記還元剤供給禁止手段は、前記ＳＯｘ被毒の回復終了後、前記空燃比検出手段によって検出される空燃比が所定の空燃比に達するまで、前記ＮＯｘ放出手段による還元剤の供給を禁止してもよい。
【００２１】
このように構成された還元剤供給禁止手段では、ＳＯｘ被毒の回復終了時以降、ＮＯｘ吸収材を経て流れ出る排気の空燃比を空燃比検出手段にて監視し、ＳＯｘ被毒を回復すべきときに供給された還元剤がＮＯｘ吸収材上流に残留しているか否かを確認する。そして、空燃比検出手段によって検出される空燃比が所定の空燃比に達したことを受け、ＮＯｘ吸収材上流に残留した還元剤がＮＯｘ吸収材にて消費されたとして、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるべく還元剤の供給を許可する。尚、空燃比検出手段としては、例えば、排気通路に設置した空燃比センサや、酸素（Ｏ2）センサなどを好ましいものとして例示できる。
【００２２】
また、本発明に係る還元剤の供給に関し、本発明では、
前記ＮＯｘ吸収材上流に配置される排気通路に還元剤添加弁が設けられ、
前記ＮＯｘ吸収材に対する還元剤の供給時には、この還元剤添加弁を介して前記ＮＯｘ吸収材に流入する排気中に還元剤を供給してもよい。この場合、ＮＯｘ吸収材上流に配置された排気通路に還元剤の供給がなされる。供給された還元剤は、排気と混じり合いながらＮＯｘ吸収材に流入し、以てＮＯｘ吸収材に対する還元剤の供給がなされる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気浄化装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。尚、本実施の形態では車両用ディーゼルエンジンに本発明を適用した例について説明する。
【００２４】
＜ディーゼルエンジンの概要＞
図１に示すように、本実施の形態に示すディーゼルエンジン１（以下、内燃機関１と称す）は、燃焼室を形成する４つの気筒２の他、燃料供給系、吸気系、制御系、排気系、などをその主要構成要素として備えている。
【００２５】
燃料供給系は、燃料噴射弁３、蓄圧室（以下、コモンレールと称す）４、燃料供給管５、燃料ポンプ６、などを備え、各気筒２に対して燃料供給を行っている。燃料噴射弁３は、各気筒２に対して夫々設けられる電磁駆動式の開閉弁である。各燃料噴射弁３は、燃料の分配管となるコモンレール４に接続されている。コモンレール４は、コモンレール４内の燃圧を検出するレール圧センサ４ａなどを備え、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６に連結されている。燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸たるクランクシャフト１ａの回転を駆動源として回転駆動される。
【００２６】
このように構成された燃料供給系では、まず、燃料タンク（図示略）内の燃料が、燃料ポンプ６によって汲み上げられる。汲み上げられた燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４に供給される。続いて、コモンレール４に供給された燃料は、コモンレール４内にて所定の燃圧まで高められ各燃料噴射弁３に分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電圧が印可され燃料噴射弁３が開弁されるとコモンレール４内の燃料は、気筒２内との差圧により燃料噴射弁３を介して気筒２内に噴射される。尚、コモンレール４内の燃圧は、レール圧センサ４ａを介して後述の電子制御ユニット３０により監視されている。
【００２７】
一方、吸気系は、吸気管９、吸気絞り弁１３、吸気枝管８、エアクリーナボックス１０、インタークーラ１６などを備え、各気筒２に対して空気（吸気）を供給する吸気通路を形成している。
【００２８】
吸気管９は、エアクリーナボックス１０を介して吸入される空気（吸気）を吸気枝管８に導く通路を形成する。吸気枝管８は、吸気管９を経て流入する空気を各気筒２に分配する通路を形成する。尚、エアクリーナボックス１０内には、図示されないエアフィルタが設けられている。また、吸気管９におけるエアクリーナボックス１０との連結部分近傍には、吸気管９に流入する吸気量を測定するエアフロメータ１１、及び吸気される空気の温度を測定する吸気温センサ１２が設けられている。
【００２９】
また、吸気枝管８の直上流には、吸気の流量を調節せしめる吸気絞り弁１３が設けられている。吸気絞り弁１３は、ステッパモータなどにて構成されたアクチュエータ１４によって開閉される。また、吸気絞り弁１３の直下流には、吸気枝管８内の吸気温度を測定する吸気温センサ２４、及び吸気枝管８内の管内圧力を測定する過給圧センサ２３が設けられている。
【００３０】
また、エアクリーナボックス１０から吸気絞り弁１３に至る排気通路中には、吸気を圧縮するターボチャージャ１５のコンプレッサハウジング１５ａ、及びコンプレッサハウジング１５ａ内にて圧縮された吸気を冷却するインタークーラ１６が設けられている。
【００３１】
このように構成された吸気系では、まず、機関運転に伴う負圧の発生により各気筒２に供給されるべく空気がエアクリーナボックス１０に流入する。エアクリーナボックス１０内に流入した空気は、エアフィルタにて塵や埃が除去された後、吸気管９を経てターボチャージャ１５のコンプレッサハウジング１５ａに流入する。コンプレッサハウジング１５ａに流入した空気は、コンプレッサハウジング１５ａ内のコンプレッサホイール（図示略）にて圧縮された後、インタークーラ１６によってその圧縮に伴う熱が放熱される。そして、必要に応じて吸気絞り弁１３での流量調節を受けた後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した空気は、各枝管を介して各気筒２に分配され前記燃料噴射弁３から噴射（供給）された燃料と共に燃焼される。尚、各種センサの出力値は、後述の電子制御ユニット３０に入力されており、前記燃料噴射制御などにフィードバックされる。
【００３２】
制御系は、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（中央制御装置）３４、入力ポート３５、出力ポート３６等を備えたいわゆる電子制御ユニット３０（ＥＣＵ）に展開される制御プログラムである。
【００３３】
電子制御ユニット３０の入力ポート３５には、上記した各種センサの出力信号の他、アクセルペダル４０の踏込み量を検出する負荷センサ４１、クランクシャフト１ａの回転数を検知するクランク角センサ４２、車速を測定する車速センサ４３等が対応したＡ／Ｄ変換器３７を介して、又は直接入力されている。一方、出力ポート３６には、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、吸気絞り弁駆動用のアクチュエータ１４、ＥＧＲ弁２６、燃料ポンプ６などが接続されている。
【００３４】
また、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２上には、各種予備実験に基づき作成された制御マップが各装置に対応して設けられている。ＣＰＵ３４は、入力ポート３５に入力された各種センサの出力信号を、ＲＯＭ３２上に展開された制御マップに照らし合わせその制御マップにおいて算出された値に基づく各種制御信号を出力ポート３６を介して各種装置に出力する。ＲＡＭ３３は、入力ポート３５に入力される各種センサの出力信号、及び出力ポート３６に出力された制御信号などを内燃機関の運転履歴として記録する。そして、ＣＰＵ３４からの要求を受けてそのＣＰＵ３４との間で各種信号すなわち運転履歴の入出力を行う。
【００３５】
このように構成された制御系では、現在の機関運転に要求される「目標要求トルク」をクランク角センサ４２および負荷センサ４１の出力信号等に基づき算出し、この目標要求トルクを得るべく燃料噴射弁３や燃料ポンプ６に出力される制御信号を適時更新して燃料供給系における燃料供給量の補正を行う。即ち、燃料噴射制御を実行する。また、制御系では、各種センサからの出力値に基づき、後述の排気浄化装置における還元剤の供給制御などをも同時に実行している。尚、還元剤の供給制御については後に詳述する。
【００３６】
排気系は、排気枝管１８、排気管１９、排気温度センサ７４を備え、機関燃焼に伴い各気筒２から排出される排気（既燃ガス）を機関１外部に排出させる排気通路を形成している。また、還元剤添加弁６１などにて構成された還元剤供給装置６０、ＮＯｘ吸収材の一種である吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２、ＥＧＲ通路（排気再循環通路）２５等を備え、排気中に含まれる有害物質を浄化せしめる排気浄化装置としての機能をも有する。なお、以下の説明では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２を単にＮＯｘ触媒５２と称することもある。
【００３７】
排気枝管１８は、各気筒２毎に設けられた排気ポート１８ａに接続すると共に各排気ポート１８ａから流出した排気を集合（合流）させてターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂに導く通路を形成している。排気管１９は、タービンハウジング１５ｂから図示しない消音器までの通路を形成している。ＮＯｘ触媒５２（ＮＯｘ吸収材）は、タービンハウジング１５ｂから消音器にかけての排気通路中に配置され、排気中の有害物質を浄化している。還元剤添加弁６１は、排気枝管１８の集合部分に設けられＮＯｘ触媒５２における浄化作用（還元作用）を促すべく排気中に還元剤の供給を行っている。排気温度センサ７４は、ＮＯｘ触媒５２下流の排気管１９に設けられＮＯｘ触媒５２を経て流出する排気の温度を電子制御ユニット３０に入力している。ＥＧＲ通路２５は、ＥＧＲクーラ２７及びＥＧＲ弁２６を備え、排気枝管１８と吸気枝管８とを連通させる通路を形成している。
【００３８】
このように構成された排気系では、機関燃焼に伴う排気が排気ポート１８ａを経て排気枝管１８内に流入する。排気枝管１８に流入した排気は、排気枝管１８内にて集合した後、ターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂに流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、タービンハウジング１５ｂ内に設けられたタービンホイール（図示略）を回転させる。その際、タービンホイールの回転は、前記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コンプレッサホイールを高速回転させる。その結果、各気筒２に供給される空気は、コンプレッサホイールにて圧縮され各気筒２に加圧供給されることになる。
【００３９】
一方、タービンハウジング１５ｂを経て流出した排気は、排気管１９を流下してＮＯｘ触媒５２に流入する。そして、ＮＯｘ触媒５２内にて有害成分を浄化された後、図示しない消音器を経て大気に放出される。尚、ＮＯｘ触媒５２における有害物質の浄化メカニズム、及び還元剤添加弁６１などにて構成された還元剤供給装置６０の説明は後に詳述する。
【００４０】
また、排気枝管１８内を流れる排気の一部は、ＥＧＲ弁２６の開弁時にＥＧＲ通路２５を経て吸気枝管８内に流入する。その際、ＥＧＲ通路２５内を流れる排気は、ＥＧＲクーラ２７内にて冷却されながら吸気枝管８へと流下する。そして、吸気枝管８内の新気（空気）と混ざり合いつつ各気筒２へ導かれ、燃料噴射弁３から噴射される燃料と共に燃焼されることとなる。
【００４１】
尚、排気中には、水蒸気（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などの不活性ガスが含まれている。このため新気（空気）と共に排気が気筒２内に流入すると、機関燃焼時における混合気の燃焼温度が低下して窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が抑制される。即ち、本実施の形態に示す内燃機関１は、排気浄化装置の一つとして周知のＥＧＲ装置を備えている。
【００４２】
＜排気浄化装置の説明＞
続いて、ＮＯｘ触媒５２及び還元剤供給装置６０等にて構成される排気浄化装置について説明する。
この排気浄化装置は、排気系に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２と、同排気系に設けられた還元剤添加弁６１及びその補機類にて構成される還元剤供給装置６０と、還元剤供給装置６０の制御系を形成する前記電子制御ユニット３０等を備えている。
【００４３】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２は、先の従来技術においても説明したようにＮＯｘ吸収材の一種であり、流入排気の空燃比が高いとき、すなわち排気中に多量の酸素（Ｏ2）が存在している状態において排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し、排気中の酸素濃度が低い状態、即ち流入排気の空燃比が低いときその吸収していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）に還元して放出する性質を備えている。いわゆるＮＯｘの吸放出作用を備えている。
【００４４】
また、その組成は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体として、この担体上にカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、若しくはバリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類、又はランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）等の希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属とを担持させてなる。
【００４５】
なお、ＮＯｘの吸放出作用は、流入排気の空燃比が理論空燃比（ＡＦ＝１３〜１４）以上の領域においても生ずる作用であり、以下の説明において流入排気の空燃比が低いとは、必ずしも理論空燃比より低い空燃比を意図するものではない。
【００４６】
また、ＮＯｘの吸放出作用は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化を促す主たる作用であり、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２においては、このＮＯｘの吸放出作用が生じることにより窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化がなされるといってもよい。尚、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２に代表されるＮＯｘ吸収材においての窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化メカニズムについては、未だ明らかになっていない所もあるが、概ね以下の原理にて窒素酸化物（ＮＯｘ）が浄化なされているものと考えられている。
【００４７】
以下、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２所謂ＮＯｘ吸収材における窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化メカニズムについてＮＯｘの吸放出作用を踏まえながら説明する。尚、図２に示される浄化メカニズムは、担体上に白金（Ｐｔ）及びバリウム（Ｂａ）を担持させた場合を例に説明しているが、他の貴金属、及びアルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様の浄化メカニズムとなることが知られている。
【００４８】
＜ＮＯｘの吸放出作用に関する説明＞
まず、図２（Ａ）に示されるように流入排気の空燃比が高いときすなわち酸素過剰雰囲気下では、流入排気中に存在する多量の酸素（Ｏ2）がＯ2 -又はＯ2-の形で白金（Ｐｔ）上に付着する。また、流入排気中に含まれる窒素酸化物（例えばＮＯ）は、白金（Ｐｔ）上でＯ2 -又はＯ2-と反応し二酸化窒素（ＮＯ2）となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。
【００４９】
次いで、白金（Ｐｔ）上で生成されたこの二酸化窒素（ＮＯ2）の一部は、白金（Ｐｔ）上でさらに酸化され、同担体上に担持されたバリウム（Ｂａ）と結合しながらＮＯｘ吸収材内に吸収される。より詳しくは流入排気中の酸素（Ｏ2）によって酸化された酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながら硝酸イオン（ＮＯ3 -）の形でＮＯｘ吸収材内に拡散・吸収される。尚、上記したＮＯｘの吸収作用は、流入排気の空燃比が高く且つ窒素酸化物（ＮＯｘ）と結合し得る酸化バリウム（ＢａＯ）が担体上に存在する限り継続される。
【００５０】
これに対し流入排気の空燃比が低いときすなわち排気中における酸素濃度が低下したときには、白金（Ｐｔ）上にて生成される二酸化窒素（ＮＯ2）の生成量が減少する。またこの時、ＮＯｘ吸収材内では、逆方向に反応が進みＮＯｘ吸収材内に拡散していた硝酸イオン（ＮＯ3 -）は二酸化窒素（ＮＯ2）に変化する（ＮＯ3 -→ＮＯ2）。そして、ついには二酸化窒素（ＮＯ2）若しくは一酸化窒素（ＮＯ）の形でＮＯｘ吸収材から排気中に放出される。即ち、流入排気の空燃比が低いときＮＯｘの放出作用が生じる。
【００５１】
このように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２など、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収放出をなし得るＮＯｘ吸収材においては、流入排気の空燃比を低下せしめることによりＮＯｘの放出作用を促すことができる。また、本実施の形態においてＮＯｘ吸収材として採用する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２は、上記したＮＯｘの吸放出作用に加えて排気中の炭化水素（ＨＣ）、及び一酸化炭素（ＣＯ）をも同時に浄化し得る機能を備えている。この炭化水素（ＨＣ）、及び一酸化炭素（ＣＯ）の浄化メカニズムに関しては、以下に示す通りである。
【００５２】
流入排気の空燃比が低いとき、流入排気中には還元剤たる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が多く含まれている。これら還元成分は、白金（Ｐｔ）上のＯ2 -又はＯ2-と部分的に反応して活性種を形成する。このためＮＯｘ触媒５２から放出された二酸化窒素（ＮＯ2）及び一酸化窒素（ＮＯ）は、この活性種によって還元せしめられ無害な窒素（Ｎ2）となり排気中に拡散される。
【００５３】
このように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２においては、流入排気の空燃比を適宜調節することによって排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）のみならず、炭化水素（ＨＣ）、及び一酸化炭素（ＣＯ）などの未燃物質（有害物質）をもを共に浄化することができる。
【００５４】
ところで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒など、いわゆる排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し得るＮＯｘ吸収材では、先の従来技術においても説明したように排気中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）をも、上記した窒素酸化物（ＮＯｘ）と略同様のメカニズムにて吸収してしまう。尚、排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、燃料中に含まれる硫黄分が各気筒２にて燃焼されることにより生成され、以下に示す吸収メカニズムによって吸収されるものと考えられている。
【００５５】
＜ＳＯｘの吸収メカニズムの説明＞
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２（ＮＯｘ吸収材）における硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収メカニズムについて説明すると、流入排気の空燃比が高いとき、担体上に担持されている白金（Ｐｔ）上には、流入排気中の酸素Ｏ2がＯ2 -又はＯ2-の形で付着している。このため流入排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして白金（Ｐｔ）上で酸化されＳＯ3-やＳＯ4-となる。
【００５６】
次いで、この生成されたＳＯ3-やＳＯ4-は、白金（Ｐｔ）上でさらに酸化され硫酸イオン（ＳＯ4 2-）となり、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながらＮＯｘ触媒５２に吸収される。また、吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は時間の経過と共にバリウムイオン（Ｂａ2+）と結合して化学的に安定した硫酸塩（ＢａＳＯ4）となる。
【００５７】
このように排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）も、上記した窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして流入排気の空燃比が高いときＮＯｘ触媒５２内に吸収される。しかしながら、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収に伴い生成される硫酸塩（ＢａＳＯ4）は粗大化し易く、また化学的に安定していて分解し難い物質である。このため窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして流入排気の空燃比を低下せしめたとしても、一旦ＮＯｘ触媒５２内に吸収された硫黄酸化物（ＳＯｘ）は容易に放出されることなく、ＮＯｘ触媒５２内に硫酸塩（ＢａＳＯ4）として蓄積される。
【００５８】
従って、ＮＯｘ触媒５２における硫酸塩（ＢａＳＯ4）の蓄積量が過多になると窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸放出作用に寄与できる酸化バリウム（ＢａＯ）の量も自ずと減り、ＮＯｘ触媒５２本来の機能を低下させることにつながる。いわゆる「ＳＯｘ被毒」を生じさせる。
【００５９】
そこで本実施の形態では、以下に示す手順に従いこのＳＯｘ被毒を回復している。まず、ＮＯｘ触媒５２をおおよそ５００℃〜７００℃の高温に昇温せしめ、ＮＯｘ触媒５２に蓄積される硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）をＳＯ3-及びＳＯ4-に熱分解する。次いで、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比を比較的長い時間に亘り低下せしめ、硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）の熱分解により生成されたＳＯ3-やＳＯ4-を、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ2−に還元する。そして、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気と共にその気体状のＳＯ2−を放出させる。所謂「ＳＯｘ被毒回復制御」を実施して硫黄酸化物（ＳＯｘ）の放出を行っている。
【００６０】
なお、ＮＯｘ触媒５２を昇温させるに際しては、例えば、電気ヒータ及び燃焼式ヒータによる外的熱エネルギーを与えて昇温させてもよいが、本実施の形態に示す内燃機関では、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気中に燃料の供給を行い、その燃料をＮＯｘ触媒５２内にて燃焼（酸化）させることによりＮＯｘ触媒５２を昇温させている。即ち、燃料の酸化に伴う反応熱（内的熱エネルギー）を利用してＮＯｘ触媒５２を昇温させている。尚、ＮＯｘ触媒５２の下流に排気絞り弁を装備した排気系においては、その排気絞り弁を絞ってＮＯｘ触媒５２を昇温させてもよい。
【００６１】
このように本実施の形態に示す排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒５２を高温域に昇温させた後、上記したＮＯｘの放出作用と同様にして流入排気の空燃比を低下させることにより、ＳＯｘ被毒の回復を行っている。
【００６２】
ところが、本実施の形態に示すディーゼル機関など、いわゆる希薄燃焼式内燃機関においては、通常、酸素過剰状態の混合気を燃焼させて機関運転がなされている。このため通常の運転時には、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気中に多量の酸素が存在することとなり、その空燃比は該ＮＯｘ吸収材５２におけるＮＯｘの放出作用、及びＳＯｘの放出作用（ＳＯｘ被毒の回復）を促すまでに低下することはほとんどない。
【００６３】
そこで本実施の形態に示す排気浄化装置では、ＮＯｘの放出作用、及びＳＯｘの放出作用を促すために、流入排気の空燃比を低下させるべくＮＯｘ触媒５２（ＮＯｘ吸収材）に流入する排気中に適宜のタイミングにて還元剤を供給する還元剤供給装置６０を備えている。即ち、本実施の形態に示す排気浄化装置では、この還元剤供給装置６０によってＮＯｘ放出手段、及びＳＯｘ放出手段を実現している。
【００６４】
この還元剤供給装置６０は、還元剤添加弁６１、還元剤供給路６２、燃圧制御バルブ６４、調量弁６５、燃圧センサ６３、緊急遮断弁６６、空燃比センサ７３、などを備え、前記電子制御ユニット３０に準備された還元剤供給プログラムのもと、流入排気の空燃比が所望の目標空燃比となるように還元剤たる燃料（軽油）の供給をＮＯｘ触媒５２上流の排気通路に対して行っている。なお、ここで目標空燃比とは、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化すべきときと、ＳＯｘ被毒を回復すべきときとで異なる値である。
【００６５】
還元剤添加弁６１は、上記の如く排気枝管１８の集合部分に設けられており、所定圧以上の燃圧が作用したときに開弁する機械式の開閉弁である。還元剤供給路６２は、前記燃料ポンプ６によって汲み上げられた燃料の一部を還元剤添加弁６１に導く通路を形成している。燃圧制御バルブ６４は、還元剤供給路６２の経路途中に配置され、還元剤供給路６２内の燃圧を還元剤添加弁６１の開弁圧以上に維持している。調量弁６５は燃圧制御バルブ６４から還元剤添加弁６１に至る経路に設けられ還元剤供給プログラムのもと所定電圧が印可されたときに開弁する電気式の開閉弁である。燃圧センサ６３は、還元剤添加弁６１に作用する燃圧を検出している。緊急遮断弁６６は、還元剤供給路６２内の圧力に異常が生じたとき燃料ポンプ６から還元剤供給路６２への燃料供給を停止する。
【００６６】
このように構成された還元剤供給装置６０では、まず、燃料ポンプ６によって汲み上げられた燃料の一部が、緊急遮断弁６６及び燃圧制御バルブ６４を経て調量弁６５に流入する。このとき調量弁６５に流入する燃料は、燃圧制御バルブ６４によって還元剤添加弁６１の開弁圧以上に維持されている。そして、還元剤供給プログラムのもと調量弁６５に所定電圧が印可されると調量弁６５が開弁して、開弁圧以上に維持された燃料が還元剤添加弁６１に流入する。その結果、還元剤添加弁６１に開弁圧以上の燃圧が作用し、還元剤添加弁６１が開弁されて排気枝管１８内への燃料（還元剤）供給がなされる。また、排気枝管１８に供給された燃料（還元剤）は、タービンハウジング１５ｂ内にて攪拌され、排気と混じり合いながら排気管１９を経てＮＯｘ触媒５２に流入する。
【００６７】
このように本実施の形態に示す排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気中に還元剤たる燃料を供給することによって、流入排気の空燃比を低下せしめＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘの放出作用、及びＳＯｘの放出作用を促している。
【００６８】
なお、上記した還元剤供給装置６０による還元剤の供給は、予め電子制御ユニット３０に記録された還元剤供給プログラムにおいて、その各々に対応した還元剤の供給条件が成立したときに実施されるものである。すなわち、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる必要が生じたとき、及び、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を放出させる必要が生じたとき、その各々に対応した適切量の還元剤が還元剤供給プログラムのもと適宜のタイミングでＮＯｘ触媒５２に供給されることとなる。
【００６９】
なお、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるべきときの条件としては、ＮＯｘ触媒５２に吸収された窒素酸化物（ＮＯｘ）が所定量に達している。ＮＯｘ触媒５２の温度が所定温度（活性化温度）に達している。還元剤供給装置６０においてＳＯx被毒を回復させる還元剤の供給がなされていない。ＮＯｘ触媒５２を昇温させる昇温制御が実施されていないなどの条件を例示できる。
【００７０】
なお、本実施の形態では、ＮＯｘ触媒５２に吸収された窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握するにあたって、電子制御ユニット３０に読み込まれる運転履歴に基づいてその吸収量を把握している。なお、運転履歴とは、各種センサから出力される出力値を電子制御ユニット３０内にて解析することにより把握されるものであり、各種センサの出力値は、機関運転の開始に伴い電子制御ユニット３０のＲＡＭ３３上に順次記録されるようになっている。
【００７１】
そして、本実施の形態ではこの運転履歴のうち、機関運転開始時からの走行距離数が予め設定した走行距離数に達した、機関運転時間からの経過時間が予め設定した所定時間に達した、などの条件が成立したとき、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量が所定量に達したと見なしている。尚、所定量は、ＮＯｘ触媒５２において窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し得る限界量よりも十分に低い値に設定されている。このように本実施の形態では、電子制御ユニット３０に記録された還元剤供給プログラムにおいてＮＯｘ吸収量判定手段を実現している。
【００７２】
なお、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握する方法としては、上記した例に限られることはなく、例えば、吸気量と燃料消費量とをパラメータとして作成されたＮＯｘ排出量算出マップに基づく吸収量の把握や、ＮＯｘ触媒５２下流に配置した空燃比センサ７３の出力値が理論空燃比より高い値に維持されている時間から素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握するようにしてもよい。また、排気中のＮＯｘ濃度を測定し得るＮＯｘ触媒センサをＮＯｘ触媒５２上流に配置して、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握するなど、その方法は、所望に応じて任意に変更可能である。
【００７３】
一方、ＳＯｘ被毒を回復すべきときの条件としては、ＮＯｘ触媒５２における硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量が所定量に達している。ＮＯｘ触媒５２の触媒温度が硫黄酸化物（ＳＯｘ）を熱分解し得る高温域に達している。排気の温度が所定の上限値以下である。ＮＯｘの放出作用を促す還元剤の供給が否実行状態にある、などの各種条件を例示できる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、ＮＯｘ触媒５２に吸収された硫黄酸化物（ＳＯｘ）が所定量に達したか否かを判定する際、上記した窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握する方法と略同様にして、機関運転開始時からの走行距離数が予め設定した走行距離数に達した、また、機関運転時間からの経過時間がが予め設定した所定時間に達した、などの各種条件が成立したときに、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量が所定量に達したと見なしている。
【００７５】
このように、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出作用を促す還元剤の供給と、ＳＯｘ被毒の回復（放出）を促す還元剤の供給は、機関運転時にその各々に対応した還元剤の供給条件が成立したときに実施される。
【００７６】
ところでＳＯｘ被毒を回復すべきときに供給される還元剤の供給量は、先の従来技術においても記載したように窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤の供給量に対してかなり多い量となる。このためＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給時には、還元剤添加弁６１から供給された還元剤（燃料）が排気管１９の内壁面やＮＯｘ触媒５２表面上に付着する。即ち、ＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給がなされた後の排気管１９には、ＳＯｘ被毒の回復に供されなかった還元剤が残留することとなる。
【００７７】
このためＳＯｘ被毒の回復に伴う還元剤の供給終了時以降しばらくは、ＮＯｘ触媒５２上流に残留した還元剤が該ＮＯｘ触媒５２に対して新たに流入する排気と混じり合いながらＮＯｘ触媒５２に供給されることとなる。より詳しくは、図３に示されるようにＳＯｘ被毒の回復終了後しばらくは、流入排気の空燃比が、本来ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比Ｘ１（理論上の空燃比）よりも低い空燃比Ｘ２となる。尚、図３に示す空燃比センサ７３の出力値は、ＮＯｘ触媒５２下流の空燃比を示すものであるが、その値はＮＯｘ触媒５２上流の空燃比に略一致するものである。
【００７８】
従って、この間に窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤の供給がなされると、本来、ＮＯｘ触媒５２に供すべき還元剤の供給量を超えた還元剤がＮＯｘ触媒５２に流入することとなる。このためこの還元剤の過剰供給に起因してＮＯｘ触媒５２のＨＣ被毒や過昇温が引き起される。
【００７９】
そこで、本実施の形態に示す排気浄化装置では、還元剤供給プログラムにおいて、ＳＯｘ被毒の回復終了時以降、前記窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤の供給を所定期間禁止する還元剤供給禁止制御を実施するようにしている。
【００８０】
即ち、ＮＯｘ触媒５２上流に残留した還元剤が、ＮＯｘ触媒５２にて消費される迄の間、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出を促す還元剤の供給を禁止して、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるべきときの過剰な還元剤の供給を防止している。尚、ＮＯｘ触媒５２上流に残留した還元剤は、新規に流入する排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の浄化（還元）に消費され、その総量は時間の経過に伴い減少する。
【００８１】
＜還元剤供給禁止制御の説明＞
以下、本発明の主旨となる還元剤供給禁止制御について、図４を参照して説明する。なお、還元剤供給禁止制御は、ＳＯｘ被毒回復制御に付加されて実施される制御である。このため図４に示されるフローチャートは、ＳＯｘ被毒を回復させる「ＳＯｘ被毒回復処理ルーチン」をも含むものである。
【００８２】
まず、電子制御ユニット３０では、機関運転開始時からの運転履歴を収集すべく各種センサの出力信号をＲＡＭ３３上に記憶する（ステップ１０１）。ここで運転履歴としては、例えば、機関運転開始からの経過時間、目標要求トルクを満たすべく各気筒２に供された燃料の供給量、各気筒２に吸入された空気量、前回実施した還元剤の供給時からの経過時間、車両走行距離数及び車両走行時間の積算値、排気温度などを例示できる。
【００８３】
続くステップ１０２では、前記ステップ１０１にて収集された運転履歴をＣＰＵ３４に読み出し、ＳＯｘ被毒の回復を目的とした還元剤の供給実行条件が成立しているか否かをＣＰＵ３４にて判定する。なお、還元剤の供給実行条件としては、上記したようにＮＯｘ触媒５２における硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量が所定量に達しているか。また、ＮＯｘ触媒５２の触媒温度が硫黄酸化物（ＳＯｘ）を熱分解し得る高温域に達しているか。排気の温度が所定の上限値以下であるか。ＮＯｘの吸放出作用を促す還元剤の供給が否実行状態にあるか、などの条件を例示できる。
【００８４】
そして、各種条件が満たされたとき、電子制御ユニット３０では、還元剤の供給を実施すべくステップ１０３に移行して基本供給量の算出を行う。また、各種要件が満たされないときには、本処理ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８５】
ステップ１０３では、現在の機関運転に供されている混合気の空燃比と、前記ステップ１０２にて算出された硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量とをパラメータとしてＳＯｘ被毒の回復に供される還元剤の基本供給量をＲＯＭ３２上に予め準備した基本供給量算出マップに基づき算出する。尚、基本供給量算出マップは、各種予備実験に基づき作成されたものである。
【００８６】
続くステップ１０４では、ステップ１０３にて算出された基本供給量に従い、調量弁６５の開弁制御を実施する。尚、調量弁６５の開弁制御とは、基本供給量に見合う還元剤が、還元剤添加弁６１を介して排気通路に供給されるように調量弁６５の開弁時間若しくは開弁周期の調節を行う制御である。そして、本ステップ１０４の実行と共に、還元剤たる燃料が還元剤添加弁６１を介して排気通路中に供給されることとなる。
【００８７】
続いて、電子制御ユニット３０では、基本供給量の補正すなわちフィードバック制御を開始すべくＮＯｘ触媒５２下流の空燃比を空燃比センサ７３にて検出すると共にその空燃比が所定の空燃比より高いか否かを判別する（ステップ１０５）。
【００８８】
なお、所定の空燃比とは、ＳＯｘ被毒を回復し得る適切量の還元剤を流入排気中に供給したとき、そのＮＯｘ触媒５２を経て流れ出る流出排気の空燃比に相当する。即ち、流入排気を目標空燃比としたとき、その目標空燃比と流出排気の空燃比との間における相関関係に基づき定められる値である。なお、還元剤供給プログラムにおいては、ＮＯｘ触媒５２に吸収された硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量によって定義付けられる値である。
【００８９】
そして、ＮＯｘ触媒５２下流の空燃比が、所定の空燃比に対して高いと判断されたときには、基本供給量の増量補正を実施すべくステップ１０６に移行する。また、ＮＯｘ触媒５２下流の空燃比が、所定の空燃比に対して低いと判断されたときには、基本供給量の減量補正を実施すべくステップ１０７に移行する。
【００９０】
基本供給量の増量補正を実施するステップ１０６では、空燃比センサ７３にて検出される空燃比と所定の空燃比との差に応じて増量すべき還元剤の補正供給量を算出すると共に、算出された補正量に伴う調量弁６５の開弁制御を実施する。尚、還元剤の増量補正に伴う調量弁６５の開弁制御は、調量弁６５の開弁時間を長くする若しくは開弁周期を短くするなどして増量補正に対応している。
【００９１】
一方、基本供給量の減量補正を実施するステップ１０７においても同様にして、空燃比センサ７３にて検出される空燃比と所定の空燃比との差に応じて減量すべき還元剤の補正供給量を算出すると共に、算出された補正量に伴う調量弁６５の開弁制御を実施する。尚、還元剤の減量補正に伴う調量弁６５の開弁制御は、調量弁６５の開弁時間を短くする若しくは開弁周期を長くするなどして減量補正に対応している。
【００９２】
そして、電子制御ユニット３０では、ステップ１０６、又はステップ１０７の終了後、ＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給終了条件が成立しているか否かを判別する（ステップ１０８）。すなわち、ＳＯｘ被毒の回復を目的とした還元剤の供給を終了させるか否かを判別する。
【００９３】
なお、供給終了条件としては、例えば、還元剤の供給開始後、所定時間が経過したか、排気温度センサ７４の出力値が所定値以下になったか、などの条件を例示できる。そして、本ステップ１０８において供給終了条件が成立していると判断されたときには、調量弁６５を閉弁して還元剤の供給を停止する（ステップ１０９）。また、供給終了条件が不成立であると判定されたときには、前記ステップ１０５から本ステップ１０８までを再度繰り返して実行する。以上が「ＳＯｘ被毒回復処理ルーチン」に係る処理ルーチンである。
【００９４】
続いて、電子制御ユニット３０では、ＳＯｘ被毒の回復終了時以降、ＮＯｘ触媒５２に対する還元剤の供給を禁止する還元剤供給禁止制御を開始する（ステップ１１０）。即ち、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤の供給条件が成立したとしても、ＮＯｘ触媒５２に対する還元剤の供給が実施されないように還元剤供給装置６０を制御する。
【００９５】
続くステップ１１１では、ＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給終了時以降において前記空燃比センサ７３にて検出される空燃比（出力値）をＣＰＵ３４に読み込み、空燃比センサ７３の出力値が閾値Ａ（所定値）に達したか否かを判定する。即ち、ＮＯｘ触媒５２を経て流れ出る排気の空燃比に基づき、ＮＯｘ触媒５２上流に残留する還元剤の有無を確かめる。なお、閾値Ａの設定は任意であるが、本実施の形態では、応答遅れなどを考慮して図３に示されるように、流出排気の空燃比が正常値に戻る直前に閾値Ａを設定している。なお、正常値とは、各気筒２から排出される排気の空燃比に相当する。
【００９６】
そして、電子制御ユニット３０では、空燃比センサ７３の出力値が閾値Ａに達したことを受け、ＮＯｘ触媒５２上流に残留した還元剤がＮＯｘ触媒５２にて消費されたと見なし還元剤供給禁止制御を解除する。即ち、ＳＯｘ被毒の回復後においてＮＯｘの放出作用を促す還元剤の供給を許可する（ステップ１１２）。
【００９７】
また、空燃比センサ７３の出力値が未だ低い状態を維持している場合には、ＮＯｘ触媒５２上流に還元剤が残留していると判断し、引き続きステップ１１０から本ステップ１１１に至る処理ルーチンを繰り返し実行する。
【００９８】
このように本実施の形態に示す排気浄化装置では、還元剤供給プログラムにおいて、ＳＯｘ被毒の回復終了時以降、前記窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる還元剤の供給を所定期間禁止する還元剤供給禁止制御を備えるため、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるべきときの過剰な還元剤の供給を防止できる。
【００９９】
尚、上記した一連の処理ルーチンは、あくまでも本発明の一実施形態であり、その詳細は任意に変更である。例えば、上記した処理ルーチンでは、空燃比センサ７３の出力値が閾値Ａに達したことを受け、ＮＯｘ触媒５２上流に残留する還元剤が無くなったと見なしているが、その判定は、ＳＯｘ被毒の回復に伴う還元剤の供給終了時以降からの経過時間に基づいて判定してもよい。すなわち、ＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給終了時以降、所定時間経過したことを受けてＮＯｘ触媒５２上流に残留する還元剤が無くなったと見なし還元剤供給禁止制御を解除するようにしてもよい。
【０１００】
なお、残留した還元剤の有無を時間の経過に基づき判定する場合には、例えば、以下の手順にて判定する。まず、前記ステップ１０３において算出された基本供給量並びに前記ステップ１０６又は前記ステップ１０７において算出された補正量からＳＯｘ被毒を回復すべきときに供給された還元剤の供給量（総量）をＣＰＵ３４にて算出する。次いで、その算出された供給量に基づき、ＮＯｘ触媒５２上流に残留したと思われる還元剤の残留量を推定する。続いて、機関回転数をＣＰＵ３４に読み出しＮＯｘ触媒５２に流入する排気の流速を求め、還元剤の残留量と排気の流速とをパラメータとして作成された還元剤消費時間算出マップに基づき、残留した還元剤がＮＯｘ触媒５２にて消費される迄に掛かる時間すなわち目標時間を算出する。
【０１０１】
そして、ＳＯｘ被毒を回復すべく還元剤の供給終了と同時にその経過時間をカウントし、カウントされた時間が目標時間に達したことを受けて残留した還元剤が消費されたと見なす。このように上記した還元剤供給プログラムの詳細は所望に応じて変更することができる。
【０１０２】
また、上記した還元剤供給装置６０やディーゼルエンジン（内燃機関）等の構成は、あくまでも本発明の一実施形態にすぎず、その詳細は所望に応じて変更しても構わない。例えば、本実施の形態においては、還元剤添加弁６１として機械式の開閉弁を採用したが、これに替えて電気制御式の電磁弁を採用する。また、還元剤供給装置６０を燃料供給系から完全に独立させて構成するなどの変更を行ってもよい。また、ＮＯｘ触媒５２下流の空燃比を検出するにあたっては、空燃比センサ７３を利用しているが、空燃比センサ７３に替えて酸素（Ｏ2）センサを使用してもよい。また、本実施の形態では、ディーゼル機関に本発明を適用させた例について説明しているが、本発明は、勿論ガソリン機関においても有用である。
【０１０３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＳＯｘ被毒の回復に伴う還元剤の供給に起因した不必要な還元剤の供給を防止できる。また、還元剤の過剰供給によるＮＯｘ吸収材のＨＣ被毒や過昇温などの各種不具合をも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態に係る内燃機関の概略構図。
【図２】 ＮＯｘの吸放出作用を説明するための図。
【図３】 ＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の供給に起因した空燃比センサの出力値の変化を示す図。
【図４】 本実施の形態に係る還元剤供給禁止制御を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１ａ クランクシャフト
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ コモンレール
４ａ レール圧センサ
５ 燃料供給管
６ 燃料ポンプ
８ 吸気枝管
９ 吸気管
１０ エアクリーナボックス
１１ エアフロメータ
１２ 吸気温センサ
１３ 吸気絞り弁
１４ アクチュエータ
１５ ターボチャージャ
１５ａ コンプレッサハウジング
１５ｂ タービンハウジング
１６ インタークーラ
１８ 排気枝管
１８ａ 排気ポート
１９ 排気管
２３ 過給圧センサ
２４ 吸気温センサ
２５ ＥＧＲ通路（排気再循環通路）
２６ ＥＧＲ弁
２７ ＥＧＲクーラ
３０ 電子制御ユニット
３１ 双方向性バス
３５ 入力ポート
３６ 出力ポート
３７ 変換器
３８ 駆動回路
４０ アクセルペダル
４１ 負荷センサ
４２ クランク角センサ
４３ 車速センサ
５２ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）
６０ 還元剤供給装置
６１ 還元剤添加弁
６２ 還元剤供給路
６３ 燃圧センサ
６４ 燃圧制御バルブ
６５ 調量弁
６６ 緊急遮断弁
７３ 空燃比センサ
７４ 排気温度センサ
Ｘ１ 理論上の空燃比
Ｘ２ 実測の空燃比
Claims (4)
- 内燃機関の排気通路に設けられ、流入排気の空燃比が高いとき排気中の窒素酸化物を吸収し、流入排気の酸素濃度が低下したときその吸収していた窒素酸化物を放出するＮＯｘ吸収材と、
前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供給してＳＯｘ被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復手段と、
前記ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物を放出させる必要が生じたとき、前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供給して、窒素酸化物を放出させるＮＯｘ放出手段と、
前記ＳＯｘ被毒の回復終了後、前記ＮＯｘ放出手段による窒素酸化物を放出させる還元剤の供給を所定期間禁止する還元剤供給禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記ＮＯｘ放出手段は、前記ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物が所定量に達したか否かを判定するＮＯｘ吸収量判定手段を備え、前記ＮＯｘ吸収材に吸収された窒素酸化物が前記ＮＯｘ吸収量判定手段にて所定量に達したと判断されたとき、前記ＮＯｘ吸収材より上流に還元剤を供給することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記ＮＯｘ吸収材下流に配置される排気通路に空燃比検出手段が設けられ、
前記還元剤供給禁止手段は、前記ＳＯｘ被毒の回復終了後、前記空燃比検出手段によって検出される空燃比が所定の空燃比に達するまで、前記ＮＯｘ放出手段による還元剤の供給を禁止することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記ＮＯｘ吸収材上流に配置される排気通路に還元剤添加弁が設けられ、
前記ＮＯｘ吸収材に対する還元剤の供給時には、この還元剤添加弁を介して前記ＮＯｘ吸収材に流入する排気中に還元剤を供給することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
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