JP4924221B2 - 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。

内燃機関の排気にはＮＯｘなどの有害物質が含まれている。これらの有害物質の排出を低減するために、内燃機関の排気系に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」ともいう。）を設けることが知られている。この技術において、吸蔵されたＮＯｘの量が増加すると浄化能力が低下するため、ＮＯｘ触媒に還元剤を供給し、同触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元放出することが行われる（以下、「ＮＯｘ還元処理」という。）。

さらに、ＮＯｘ触媒に排気中のＳＯｘが吸蔵され、浄化能力が低下するＳＯｘ被毒を解消するために、ＮＯｘ触媒の床温を上昇させるとともに還元剤を供給する場合もある（以下、「ＳＯｘ被毒再生処理」という。）。このＳＯｘ被毒再生処理において還元剤は、ＮＯｘ触媒の床温を上昇させるためにも用いられる。

また、内燃機関の排気にはカーボンを主成分とする微粒子物質（ＰＭ：Particulate Matter）が含まれている。これらの微粒子物質の大気への放散を防止するために内燃機関の排気系に微粒子物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を設ける技術が知られている。

かかるフィルタにおいては、捕集された微粒子物質の堆積量が増加すると、フィルタの目詰まりによって排気における背圧が上昇し機関性能が低下するので、フィルタの温度を上昇させて捕集された微粒子物質を酸化除去することとしている（以下、「ＰＭ再生処理」という。）。この場合にも、フィルタの温度を上昇させるために、フィルタに還元剤としての燃料を供給する場合がある。

上記のような排気浄化装置に対して還元剤を供給する方法として、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に還元剤添加弁を配し、この還元剤添加弁から排気に還元剤（例えば、液体燃料等）を添加する方法が公知である。ここで、還元剤添加弁が排気浄化装置の直上流に配置される場合には、還元剤添加弁から排気中に添加された液体燃料が好適に分散する前に排気浄化装置に流入する虞がある。その結果、還元剤が排気浄化装置全体に満遍なく供給されない場合がある。

これに関連して、特許文献１においては、排気の一部を加圧することにより加圧排気ガスを生成し、燃料添加手段により添加される燃料と共に加圧排気ガスを排気に供給する技術が開示させている。この技術によれば、添加燃料を加圧排気ガスによって霧化または気化させることができる。しかしながら、上記技術では排気をポンプまたはコンプレッサによって吸引して加圧する必要があるため、燃料添加装置のシステム構成が複雑となりコスト削減の妨げになる虞があった。

また、ＮＯｘ還元処理やＳＯｘ被毒再生処理においてはＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にする必要がある。そのため、ＮＯｘ触媒に還元剤濃度の高い排気を供給（つまり、リッチスパイクを深く）して、局所的に深いリッチ雰囲気をＮＯｘ触媒内に形成すし、ＮＯｘやＳＯｘの還元効率の向上を図る場合もある。

しかしながら、上記従来技術では、排気に添加した還元剤の分散度合いを高めることはできても、ＮＯｘ触媒において局所的に深いリッチ雰囲気を形成することは困難であった
。従って、排気浄化装置に対する制御内容（例えば、ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒再生処理、ＰＭ再生処理等）に応じて、排気浄化装置に流入する排気に添加される還元剤の分散度合いを簡単な構成で制御することの可能な技術が望まれていた。
特開２００４−３０８５４９号公報 特開平５−２４０１３１号公報 特開平１１−１５９３２０号公報 特開２００５−１２０９３８号公報

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気浄化装置に流入する排気に還元剤を添加する還元剤添加制御を実施する際に、排気浄化装置に流入する排気に添加される還元剤の分散度合いを制御できる技術を提供することである。

上記課題を達成するために本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。
すなわち、
内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を通過する排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置よりも上流側に設けられ該排気浄化装置を通過する排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記排気通路に設けられ排気の流路面積を変更する流路面積変更手段と、
前記還元剤添加手段が排気中に還元剤を添加する前に前記流路面積変更手段に前記流路面積を変更させ排気の脈動を発生させる脈動発生手段と、
前記排気の脈動により変動する前記還元剤添加手段近傍における排気圧力が極大値近傍および／または極小値近傍となるタイミングで前記還元剤添加手段に還元剤を添加させる添加タイミング制御手段と、
を備えることを特徴とする。

すなわち本発明においては、還元剤添加手段から排気中に還元剤を添加する還元剤添加制御を実施する場合、排気中に還元剤を添加する前に流路面積変更手段に排気の流路面積を変更させることにより、排気通路を通過する排気に脈動を発生させる。排気の脈動とは、排気通路内を通過する排気の流路抵抗が変化したことを契機として生じる周期的な圧力変動である。本発明において、流路面積変更手段は排気の流路面積を増加させても良いし減少させても良い。何れにしても排気が排気通路内を流通する際における流路抵抗が変更するため、上記脈動を発生させることができる。

そして、上記のように排気の脈動によって圧力変動が生じると、排気圧力が上昇している最中においては排気の密度が上昇し、排気圧力が極大値となるタイミングで排気の密度も極大となる。そして、排気圧力が極大値に到達した後であって排気圧力が低下している最中においては排気の密度が低下し、排気圧力が極小値となるタイミングで排気の密度も極小となる。本発明においては、還元剤添加手段近傍における排気圧力（以下、単に「排気圧力」ともいう。）が極大値（以下、「脈動の山」ともいう。）および／または極小値（以下、これを「脈動の谷」ともいう。）近傍となるタイミングで還元剤添加手段に還元剤を添加させることとした。

本発明によれば、排気の脈動により変動する排気圧力が極大値近傍（脈動の山近傍）となるタイミングで還元剤を添加すると、高密度の排気に還元剤が衝突し還元剤の微粒化が
促進される。その結果、排気に添加された還元剤の分散性が向上し、還元剤の分散度合いが高くなった排気を排気浄化装置に供給することができる。つまり、排気浄化装置全体に、より均一に還元剤を供給することができる。ここで、還元剤の分散度合いとは、排気中において還元剤がいかに分散しているかどうかの程度を表す概念であり、還元剤を添加するときの分散性が向上するほど、還元剤の分散性度合いの高くなった排気が形成される。

また、排気圧力が極小値近傍（脈動の谷近傍）となるタイミング、つまり排気が低密度となるタイミングで還元剤を排気中に添加すると還元剤の微粒化が抑制されることになる。その結果、排気中には局所的に還元剤濃度が高くなる箇所と低くなる箇所とを偏在させることができる。つまり、排気浄化装置内に部分的により多くの還元剤を供給することができるので、排気浄化装置内において局所的に深いリッチ雰囲気となる部分を形成することが可能となる。なお、「深いリッチ雰囲気」とは、排気浄化装置を通過する排気の空燃比がよりリッチ空燃比であるという意味、あるいは排気の酸素濃度がより低濃度であるという意味を包含するものである。

以上のように、本発明によれば、排気圧力が極大値近傍あるいは極小値近傍の何れかのタイミングで還元剤を添加するのかを選択することによって、排気浄化装置に流入する排気中における還元剤の分散度合いを高めるか、低くするかを自由に選択して還元剤を排気浄化装置に供給することができる。

また、本発明によれば、排気圧力が極大値近傍となるタイミングと極小値近傍となる双方のタイミングで還元剤を添加しても良い。これによれば、排気浄化装置全体へのより均一な還元剤の供給と、排気浄化装置内における局所的な深いリッチ雰囲気の形成との、双方のメリットを享受することができる。

また、本発明では、同一の構成によって還元剤の分散度合いを高めることも低下させることも可能であるため、簡単な構成によって還元剤の分散度合いを制御できる。従って、排気浄化システムのコンパクト化、及びコストの削減を図ることもできる。

なお、排気圧力の極大値近傍（または、極小値近傍）の「近傍」とは、排気圧力の極大値（または極小値）のほか、その前後も含まれるのは当然であるが、上記近傍の範囲は予め実験等によって定めるようにしても良い。例えば、排気圧力が極大値（または極小値）に到達する瞬間に還元剤を添加した場合と比べて、排気圧力が極大値（または極小値）に到達する前または到達した後において還元剤を添加した場合に、還元剤の排気中における分散度合いを高める（または低下させる）効果が過度に悪化しないように上記「近傍」の範囲を定めても良い。

ここで、排気の流路面積が変更されることにより発生した排気の脈動は次第に減衰していく。すなわち、排気圧力が変動するときの変動幅（例えば、排気圧力の極大値（脈動の山）と極小値（脈動の谷）との差の絶対値）は脈動の発生した直後がほぼ最大となり、その後は徐々に減少してゆく。言い換えると、時間の経過とともに排気の脈動は徐々に「なまされる」ことになる。

従って、排気圧力の変動幅が過度に小さくなった後においては、たとえ排気圧力が極大値近傍や極小値近傍となるタイミングで還元剤を排気に添加したとしても本発明の作用効果が緩和されてしまう虞がある。すなわち、排気圧力の極大値近傍のタイミングで添加することによる排気浄化装置全体への均質な還元剤の供給、あるいは極小値近傍のタイミングで添加することによる排気浄化装置内における局所的な深いリッチ雰囲気の形成など、排気中における還元剤の分散度合いを好適に制御することが困難となる場合がある。

そこで、本発明においては、添加タイミング制御手段は、排気圧力の変動幅が所定の許容変動幅以上に維持される期間の範囲内で還元剤添加手段に還元剤を添加させるようにしても良い。ここで、所定の許容変動幅とは、排気圧力の極大値近傍および／または極小値近傍において還元剤を排気に添加したときに還元剤の分散度合いを好適に制御することができる排気圧力の変動幅の下限値である。

本発明によれば、排気圧力の変動幅が所定の許容変動幅以上に維持される期間の範囲内であって、排気圧力が極大値近傍および／または極小値近傍となるタイミングで還元剤を排気に添加することによって、還元剤の分散度合いを好適に制御することができる。また、還元剤の分散度合いを容易に制御することができる期間内で還元剤を添加することができる。

また、還元剤の分散度合いは排気の密度の高低によって変化するため、排気圧力が極大値近傍となるタイミングで還元剤を添加させる場合には、流路面積変更手段が排気の流路面積を変更する直前における排気圧力（以下、「当初排気圧力」ともいう。）よりも、排気圧力の極大値がある程度高く維持されていないと還元剤の分散度合いを制御することが困難となる場合がある。同様に、排気圧力が極小値近傍となるタイミングで還元剤を添加させる場合には、当初排気圧力よりも、排気圧力の極小値がある程度低く維持される必要があると考えられる。

そこで、本発明においては、排気圧力が極大値近傍となるタイミングで還元剤添加手段に還元剤を添加させる場合に、添加タイミング制御手段は、流路面積が変更される直前における排気圧力（当初排気圧力）よりも極大値が所定の第１閾値以上高く維持される期間の範囲内で還元剤を添加させても良い。所定の第１閾値とは、当初排気圧力と極大値との差であって、排気圧力の極大値近傍において還元剤を排気に添加したときに還元剤の分散度合いを高めることができる上記圧力差の下限値を意味する。これによれば、還元剤の分散度合いを容易に高くすることができる期間内で還元剤を好適に添加することができる。

また、排気圧力が極小値近傍となるタイミングで還元剤添加手段に還元剤を添加させる場合に、添加タイミング制御手段は、流路面積が変更される直前における排気圧力（当初排気圧力）よりも該極小値が所定の第２閾値以上低く維持される期間の範囲内で還元剤を添加させても良い。所定の第２閾値とは、当初排気圧力と極小値との差であって、排気圧力の極小値近傍において還元剤を排気に添加したときに還元剤の分散度合いを低下させることができる上記圧力差の下限値を意味する。これによれば、還元剤の分散度合いを容易に低くすることができる期間内で還元剤を好適に添加することができる。

ここで、上記の許容変動幅、第１閾値、第２閾値は固定値としても良いし、所望の分散度合いが得られるように内燃機関の運転状態に応じて予め実験等によって求めておいても良い。例えば、当初排気圧力と許容変動幅、第１閾値、第２閾値との関係が格納されたマップを構築しておいても良い。

ここで、本発明に係る排気浄化装置は酸化能を有する触媒を含んでおり、酸化能を有する触媒に還元剤を供給して排気浄化装置を昇温させる昇温制御を実施しても良い。すなわち、酸化能を有する触媒に供給された還元剤が酸化されるときに生じる反応熱によって排気浄化装置を昇温させても良い。そのような場合、本発明においては、添加タイミング制御手段は、排気圧力が極大値近傍となるタイミングで還元剤添加手段に還元剤を添加させても良い。以下、排気圧力が極大値近傍となるタイミングで還元剤を添加する制御を「高分散型添加制御」と称す。

これによれば、排気中に添加された還元剤の分散度合いが高まるため、酸化能を有する
触媒全体へ均一に還元剤を供給することができる。これにより、排気の温度をより効率よく上昇させ、排気浄化装置を好適に昇温することができる。ここで、排気浄化装置が排気中の微粒子物質（ＰＭ）を捕集するフィルタを含んで構成される場合、フィルタの温度を上昇させて捕集された微粒子物質を酸化除去するＰＭ再生処理を実施する場合においては、高分散型添加制御を実施すると好適である。上述のように、高分散型添加制御によれば、排気浄化装置（フィルタ）をより効率的に昇温できるので、微粒子物質の酸化除去する効率を向上させることができる。

また、本発明に係る排気浄化装置は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」ともいう。）を含んでおり、ＮＯｘ触媒に還元剤を供給してＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理または吸蔵されたＳＯｘを還元するＳＯｘ被毒再生処理を実施しても良い。

例えば、高分散型添加制御を行うことによって排気中に添加された還元剤の分散度合いが高まるため、ＮＯｘ触媒全体に還元剤をより均等に供給できる。これによれば、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘおよびＳＯｘを満遍なく還元することができる。

また、排気圧力が極小値近傍となるタイミングで還元剤を添加する制御（以下、「低分散型添加制御」という。」）を行っても良い。これによれば、排気浄化装置内において局所的に深いリッチ雰囲気を形成することができるので、特定部分におけるＮＯｘやＳＯｘの還元効率を特に向上させることができる。また、高分散型添加制御および低分散型添加制御を組み合わせた制御を行っても良い。これによれば、ＮＯｘ触媒全体への均一な還元剤の供給と局所的な深いリッチ雰囲気の形成とを図ることができるので、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ、ＳＯｘをより好適に還元することができる。

ところで、排気の脈動が発生すると排気圧力の圧力変動が周期的に繰り返されるため、排気圧力には極大値（脈動の山）と極小値（脈動の谷）が交互に現れることになる。そこで、本発明において、添加タイミング制御手段は、還元剤添加手段から還元剤を断続的に添加させるとともに、還元剤添加手段による還元剤の添加タイミングを排気圧力が極大値近傍および／または極小値近傍となるタイミングに同期させるようにしても良い。

ここで、排気圧力が極大値近傍と極小値近傍となる全てのタイミングにおいて還元剤を添加しても良いが、それに限定される趣旨ではなく様々なバリエーションを採用することができる。

例えば、排気圧力が極大値近傍となるタイミングのみに同期して還元剤を添加することもできる。これによれば、排気中に添加される還元剤の分散性を最優先させた高分散型添加制御を実施することができる。つまり、上記例示のように排気浄化装置の昇温や、ＰＭ再生処理を好適に行うことができる。また、この場合においても、排気圧力が全ての極大値近傍となるタイミングにおいて還元剤を添加する必要はない。

また、排気圧力が極小値近傍となるタイミングのみに同期して還元剤を添加することもできる。これによれば、排気中に添加される還元剤の分散性よりも排気浄化装置内における局所的な深いリッチ雰囲気の形成を優先させた低分散型添加制御を実施することができる。これにより、例えばＮＯｘ触媒に対するＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒再生処理を効率よく実施することができる。この場合においても、排気圧力が全ての極小値近傍となるタイミングにおいて還元剤を添加する必要はない。

また、排気圧力が極大値近傍となるタイミングと極小値近傍となるタイミングとの双方に同期して還元剤を添加することもできる。これにより、排気浄化装置全体へのより均一
な還元剤の供給と排気浄化装置内における局所的な深いリッチ雰囲気の形成との双方を実現することができる。

また、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいては、排気の脈動により変動する排気圧力が極大値近傍および／または極小値近傍となる極値到達タイミングを取得するとともに、取得した極値到達タイミングに基づいて添加タイミング制御手段が還元剤添加手段に還元剤を添加させる添加タイミングを決定する添加タイミング決定手段を、更に備えても良い。

例えば、添加タイミング決定手段は、還元剤添加手段近傍における排気圧力を検出する圧力センサを有しても良い。そして、この圧力センサの検出値に基づいて排気圧力が極大値近傍および／または極小値近傍となるタイミング、つまり極値到達タイミングを取得しても良い。

あるいは、内燃機関の運転状態毎における、脈動が発生した後（流路面積変更手段が排気の流路面積を変更した後）に変動する排気圧力の推移について、予め実験等により求めておいても良い。そして、内燃機関の運転状態毎に、脈動が発生してからの経過時間と排気圧力との関係が格納された制御マップに基づいて極値到達タイミングを取得しても良い。

これによれば、脈動発生手段が排気の脈動を発生させた後、周期的に現れる極値タイミングを精度良く取得することができる。従って、還元剤の添加タイミングを還元剤の分散性を制御するためにより好適なタイミングとして決定することができる。

なお、本発明において該排気通路の流路面積を変更する流路面積変更手段とは排気の流量の制御する流量制御弁であっても良い。流量制御弁の開度を増加（または、減少）させることにより流路抵抗が変化して排気の脈動を好適に発生させることができる。

ところで、脈動発生手段が発生させる排気の脈動は、排気通路内を伝幡するため、還元剤添加手段が流路面積変更手段（例えば、流路面積変更弁）に対して上流側、あるいは下流側の何れに配置されていても、還元剤添加手段近傍における排気圧力を好適に変動させることができる。

そこで、本発明における還元剤添加手段は、前記排気通路における前記流路面積変更手段よりも下流側に設けられても良いし、前記流路面積変更手段よりも上流側に設けられても良い。上記何れの構成によっても、排気浄化装置に流入する排気に添加される還元剤の分散度合いを制御することができる。

ここで、排気の脈動が発生しているときの排気圧力の変動幅について注目すると、排気圧力の変動幅が大きい方が、つまり排気圧力の極大値がより高く、極小値がより低い方が還元剤の分散度合いの制御性を向上することができる。そして、排気の脈動が発生しているときの排気圧力の変動幅は、排気通路における流路面積変更手段よりも下流側に比べて上流側の方がより大きくなる。

そこで、還元剤の分散度合いの制御性を向上させるための本発明においては、還元剤添加手段は排気通路における流路面積変更手段よりも上流側に設けられていると、より好適である。これによれば、還元剤添加手段近傍における排気圧力の変動幅をより増大させることができる。

つまり、排気圧力が極大値近傍となるタイミングで還元剤を添加する場合には、排気の
密度がより高い状態で還元剤を添加することができるので、還元剤の分散性をより高めることができる。また、排気圧力が極小値近傍となるタイミングで還元剤を添加する場合には、排気の密度がより低い状態で還元剤を添加することができるので、排気浄化装置内により深いリッチ雰囲気を形成することができる。つまり、還元剤の分散度合いをより効率よく制御することができる。

本発明にあっては、排気浄化装置に流入する排気に還元剤を添加する還元剤添加制御を実施する際に、簡単な構成によって、排気浄化装置に流入する排気に添加される還元剤の分散度合いを制御することができる。

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。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本実施例に係る内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関である。なお、図１においては、内燃機関１の内部は省略されている。

内燃機関１には、吸気通路２と排気通路５が接続されている。排気通路５の途中には、排気中の微粒子物質を捕集するパティキュレートフィルタに吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）が担持されたＤＰＮＲ１０が配置されている。本実施例においてはＤＰＮＲ１０が本発明における排気浄化装置に相当する。また、ＤＰＮＲ１０に担持されたＮＯｘ触媒が本発明における酸化能を有する触媒に相当する。

また、排気通路５におけるＤＰＮＲ１０の上流側には、ＤＰＮＲ１０に対するＮＯｘ還元処理や、ＳＯｘ被毒再生処理、ＰＭ再生処理を実施する際に、還元剤としての燃料を排気中に添加する燃料添加弁１１が配置されている。また、燃料添加弁１１の近傍には該燃料添加弁１１近傍の排気圧力を検出する圧力センサ１２が設けられている。さらに、排気通路５におけるＤＰＮＲ１０よりも下流側には排気の流路面積を変更可能な流路面積変更弁１３が設けられている。流路面積変更弁１３の開度を変更することによって、排気の流路抵抗が変化し、排気の脈動が発生する。本実施例においては燃料添加弁１１が本発明における還元剤添加手段に、流路面積変更弁１３が本発明における流路面積変更手段に相当する。

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）１５が併設さ
れている。このＥＣＵ１５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ＤＰＮＲ１０に係る制御を行うユニットである。

ＥＣＵ１５には、図示しないエアフローメータ、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のほか、圧力センサ１２が電気配線を介して接続され、これらの出力信号がＥＣＵ１５に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１５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、本実施例における燃料添加弁１１、流路面積変更弁１３などが電気配線を介して接続され、ＥＣＵ１５によって制御されるようになっている。

また、ＥＣＵ１５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。以下で説明する本実施例におけるＰＭ再生制御ルーチンも、ＥＣＵ１５内のＲＯＭに記憶されたプログラムの一つである。

ここで、本実施例において燃料添加弁１１から燃料を排気中に添加させ、添加された燃料（以下、「添加燃料」という。）をＤＰＮＲ１０に供給する燃料添加制御について説明する。ＤＰＮＲ１０に捕集され、堆積しているＰＭを酸化除去するためのＰＭ再生処理を実施するときは、添加燃料がＤＰＮＲ１０で酸化されるときの反応熱によってＤＰＮＲ１０の温度をＰＭが酸化（燃焼）可能な温度（例えば、５００℃乃至７００℃）まで上昇させる制御がなされる。

また、ＤＰＮＲ１０に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理を実施する場合には、ＤＰＮＲ１０に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比まで低下させる制御がなされる。さらに、ＤＰＮＲ１０に吸蔵されたＳＯｘを還元させるＳＯｘ被毒再生処理を実施する場合には、ＮＯｘ還元処理と同様に排気の空燃比をリッチ空燃比にするとともに、ＤＰＮＲ１０の温度が高温（例えば、６００℃乃至６５０℃）に維持する制御がなされる。

上述した各処理に係る制御を実施する場合には、燃料添加弁１１から排気に液体燃料が添加されるため、添加燃料の分散性が悪化する場合がある。排気浄化装置システムにおけるＤＰＮＲ１０の搭載スペースの制約などにより燃料添加弁１１がＤＰＮＲ１０の直上流に設けられる場合や、添加燃料の燃料添加量が多い場合などには添加燃料の分散性が特に悪化する場合がある。

その結果、ＰＭ再生処理、ＳＯｘ被毒再生処理においてＤＰＮＲ１０全体を均等に昇温させ、あるいはＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒再生処理においてＤＰＮＲ１０全体において吸蔵されたＮＯｘおよびＳＯｘを還元することが困難となる虞があった。

一方で、ＮＯｘ還元処理やＳＯｘ被毒再生処理においてはＤＰＮＲ１０に流入する排気の空燃比をより低下させた方がＮＯｘおよびＳＯｘの還元効率が高まるため、ＤＰＮＲ１０において局所的により深いリッチ雰囲気を形成させ、部分的におけるＮＯｘおよびＳＯｘの完全な還元を図ることも要求される場合がある。

そこで、本実施例においては、ＤＰＮＲ１０に対する処理に応じて排気中における添加燃料の分散度合いが制御される。すなわち、添加燃料についての所望の分散性が得られるように燃料添加制御を実施することとした。以下、本実施例における燃料添加制御についての詳細を具体的に説明する。なお、添加燃料の分散度合いとは排気中における添加燃料の分散性の程度を表す概念であり、分散度合いが高いほど添加燃料の分散性が優れていることを意味する。

本実施例における燃料添加制御を実施する際には、燃料添加弁１１から燃料を添加する前に、予めＥＵＣ１５が流路面積変更弁１３の開度（以下、「バルブ開度」という。）Ｖｄを変更する。つまり、バルブ開度Ｖｄを増加または減少させる。その結果、排気通路５内を通過する排気の流路抵抗が変化することによって排気圧力が周期的に変動し、いわゆる「排気の脈動」が発生する。本実施例においてはＥＣＵ１５が本発明における脈動発生手段に相当する。

ここで、図２は本実施例におけるバルブ開度Ｖｄを減少させて排気の脈動を発生させた際の燃料添加弁１１近傍における排気圧力（以下、単に「添加弁近傍排気圧力」という。
）Ｐｇの時間推移を例示したタイムチャートである。図中の横軸は時間を表し、縦軸は添加弁近傍排気圧力Ｐｇを表す。

ここで、時間ｔ０においてバルブ開度Ｖｄが減少すると、図示のように、添加弁近傍排気圧力Ｐｇは上昇と下降を繰り返して変動するため、添加弁近傍排気圧力Ｐｇには極大値Ｐｇｍａｘおよび極小値Ｐｇｍｉｎが繰り返し現れる。すなわち、図中では添加弁近傍排気圧力Ｐｇが時間ｔ１、ｔ３、ｔ５において極大値Ｐｇｍａｘに到達し、時間ｔ２、ｔ４、ｔ６において極小値Ｐｇｍｉｎに到達している。また、添加弁近傍排気圧力Ｐｇの変動幅（例えば、極大値Ｐｇｍａｘと極小値Ｐｇｍｉｎとの差の絶対値）ＷＰｇ（＝｜Ｐｇｍａｘ−Ｐｇｍｉｎ｜）は経時とともに減少してゆく。

ところで、添加弁近傍排気圧力Ｐｇが高くなるほど排気の密度が高くなるため、例えば排気の密度が高くなったタイミングに還元剤を添加すると、排気のガス分子と添加燃料との衝突が促進されることにより還元剤の微粒化が促進される。従って、添加弁近傍排気圧力Ｐｇが極大値Ｐｇｍａｘとなるタイミングにおいて添加燃料を添加させると、添加燃料の微粒化が促進されて添加燃料の分散度合いを高めることができる。

一方、添加弁近傍排気圧力Ｐｇが極小値Ｐｇｍｉｎとなるタイミングにおいて添加燃料を添加させると、添加燃料の微粒化が抑制されるため排気通路５において添加燃料の濃度が高くなる部分と低くなる部分とが偏在することとなる。その結果、ＤＰＮＲ１０において局所的な深いリッチ雰囲気となる部分を形成することができる。

本実施例においては、燃料添加弁１１から添加燃料を添加する添加タイミングをＤＰＮＲ１０に対する制御内容（例えば、ＰＭ再生処理、ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒再生処理等）に応じて制御することにより、添加燃料の分散度合いを制御することとした。具体的には、添加弁近傍排気圧力Ｐｇが極大値Ｐｇｍａｘおよび／または極小値ＰｇｍｉｎとなるタイミングにおいてＥＣＵ１５が燃料添加弁１１に指令を出し、添加燃料を添加させることとした。本実施例においてはＥＣＵ１５が本発明における添加タイミング制御手段に相当する。

より詳しくは、添加弁近傍排気圧力Ｐｇが極大値Ｐｇｍａｘとなるタイミング（図中、矢印（１））で添加燃料を添加する高分散型添加制御と、添加弁近傍排気圧力Ｐｇが極小値Ｐｇｍｉｎとなるタイミング（図中、矢印（２））で添加燃料を添加する低分散型添加制御と、添加弁近傍排気圧力Ｐｇが極大値Ｐｇｍａｘおよび極小値Ｐｇｍｉｎとなるタイミング（図中、矢印（１）および矢印（２））で添加燃料を添加する複合分散型添加制御との、いずれが選択されて実行される。

例えば、ＰＭ再生処理を実施する際には、ＤＰＮＲ１０全体を効率良く昇温させてＰＭの酸化効率を向上することが要求される場合がある。そこで、本実施例においてＰＭ再生処理を行う場合には、高分散型添加制御を実行すると好適である。これによれば、排気中における添加燃料の分散度合いが高まり、ＤＰＮＲ１０全体を満遍なく、且つ効率的に昇温することができる。これにより、ＰＭの酸化効率を向上できるとともに、ＰＭ再生処理に係る燃費を向上することもできる。本実施例においてはＰＭ再生処理が本発明における昇温制御に相当する。

一方、ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒再生処理を実施する場合においては、高分散型添加制御、低分散型添加制御、複合分散型添加制御の何れを選択しても良く、それぞれを実行することによるメリットを状況に応じて享受することができる。例えば、高分散型添加制御を行うことによって上述のように添加燃料の分散度合いを高めることができるので、ＤＰＮＲ１０の全域により均等に還元剤を供給することができる。これによれば、ＤＰＮＲ
１０に吸蔵されたＮＯｘおよびＳＯｘを満遍なく還元することができる。つまり、ＤＰＮＲ１０全体に亘りＮＯｘ、ＳＯｘをより均一に浄化することができる。

また、ＤＰＮＲ１０に対し、ＮＯｘおよびＳＯｘの還元効率を局所的に向上させたい場合には、低分散型添加制御を実行しても良い。これによれば、添加燃料の分散度合いが抑制されるので、ＤＰＮＲ１０に局所的な深いリッチ雰囲気が形成され、当該部分におけるＮＯｘおよびＳＯｘの還元効率を特に向上できる。

また、高分散型添加制御と低分散型添加制御との双方のメリットを享受すべく、複合分散型添加制御を実行しても良い。すなわち、添加弁近傍排気圧力Ｐｇには極大値Ｐｇｍａｘと極小値Ｐｇｍｉｎとが交互に現れるため、高分散型添加制御と低分散型添加制御とを交互に実行しても良い。これによれば、ＤＰＮＲ１０全域に吸蔵されたＮＯｘおよびＳＯｘを満遍なく還元できるとともに、局所的においてはＮＯｘおよびＳＯｘのより完全な浄化を図ることができる。

なお、図２はバルブ開度Ｖｄを減少させて排気の脈動を発生させた場合を例示的に示したものであるが、例えばバルブ開度Ｖｄを増加させることによって排気の脈動を発生させても良い。また、バルブ開度Ｖｄを変更した後においては、様々な実施形態を採用することができる。例えば、バルブ開度Ｖｄの変更後（減少後あるいは増加後）は変更後の開度を維持しても良いし、元の（変更前の）開度に戻しても良い。後者の場合は、排気の脈動を発生させるために一瞬だけバルブ開度Ｖｄを変更するので、定常的にみれば脈動の発生前後における排気の流路抵抗を略一定に維持しつつ、好適に脈動を発生することができる。

次に、本実施例における燃料添加制御において、燃料添加弁１１から添加燃料を添加させる添加タイミングＴＭａｄについて説明する。本実施例では、燃料添加弁１１から添加燃料が断続的に添加されるとともに、添加弁近傍排気圧力Ｐｇが極大値Ｐｇｍａｘおよび／または極小値Ｐｇｍｉｎとなるタイミング（これらのタイミングをまとめて「極値到達タイミング」という。）ＴＭｅに添加タイミングＴＭａｄが同期するように、該添加タイミングＴＭａｄが決定される。

図２を参照して具体的に説明すると、添加タイミングＴＭａｄを、高分散型添加制御を実行する場合には時間ｔ１、ｔ３、ｔ５、・・・、低分散型添加制御料を実行する場合には時間ｔ２、ｔ４、ｔ６、・・・、複合分散型添加制御を実行する場合には時間ｔ１、ｔ２・・・ｔ５、ｔ６、・・・としても良い。また、必ずしも全ての極大値Ｐｇｍａｘ（または、極小値Ｐｇｍｉｎ、或いは極大値Ｐｇｍａｘおよび極小値Ｐｇｍｉｎ）において添加燃料を添加する必要はない。

具体的には、例えば高分散型添加制御（低分散型添加添加制御）を行う場合、添加タイミングＴＭａｄを時間ｔ１（時間ｔ２）、時間ｔ５（時間ｔ６）と一致するように決定し、時間ｔ３（時間ｔ４）では添加燃料を添加しなくても良い。また、例えば、添加弁近傍排気圧力Ｐｅがｎ回（例えば、ｎは任意の自然数）極大値Ｐｇｍａｘ（極小値Ｐｇｍｉｎ）に到達する毎に添加燃料を添加しても良い。このように、添加タイミングＴＭａｄは本発明の本旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得る。

本実施例において上記の極値到達タイミングＴＭｅは、ＥＣＵ１５が圧力センサ１２の出力信号に基づいて取得する。あるいは、ＥＣＵ１５がバルブ開度Ｖｄを変更させるべく燃料添加弁１１に指令を出してからの添加弁近傍排気圧力Ｐｇの推移について、内燃機関１の運転状態毎に予め実験的に求めておき、これらの関係を制御マップ内に格納しても良い。そして、この制御マップを参照して極値到達タイミングを取得しても良い。

これにより、周期的な極値到達タイミングＴＭｅを精度良く取得することが可能となり、添加タイミングＴＭａｄを適切なタイミングに決定することができる。これにより、添加燃料の分散性を好適に制御することができる。本実施例においては極値到達タイミングＴＭｅを取得し、該極値到達タイミングＴＭｅに基づいて添加タイミングＴＭａｄを決定するＥＣＵ１５が本発明における添加タイミング決定手段に相当する。

なお、添加タイミングＴＭａｄは極大値Ｐｇｍａｘや極小値Ｐｇｍｉｎに必ずしも一致している必要はなく、極大値Ｐｇｍａｘや極小値Ｐｇｍｉｎの近傍であれば良い。例えば、添加タイミングＴＭａｄを極大値Ｐｇｍａｘ（または極小値Ｐｇｍｉｎ）に一致させた場合と比べて、添加燃料の分散度合いを高める（または、低下させる）効果が過度に悪化しない範囲において上記「近傍」の範囲を定めても良い。これにより、添加タイミングＴＭａｄの設定範囲に幅をもたせ、ある程度の自由度を確保できる。

ところで、図２に示したように、添加弁近傍排気圧の変動幅ＷＰｇ（＝｜Ｐｇｍａｘ−Ｐｇｍｉｎ｜）は経時とともに減少してゆく。そして、添加弁近傍排気圧力の変動幅ＷＰｇが過度に小さくなった後においては、極値到達タイミングＴＭｅにおいて添加燃料を添加しても添加燃料の分散度合いを好適に制御することが困難となる。そこで、本実施例においては、添加弁近傍排気圧力の変動幅ＷＰｇが許容変動幅ＷＬ（図２参照）以上に維持される期間の範囲内で燃料添加制御を実行することとした。

ここで、許容変動幅ＷＬとは、極値到達タイミングＴＭｅにおいて添加燃料を添加したときに添加燃料の分散度合いを充分に制御できる添加弁近傍排気圧力の変動幅の下限値である。これにより、添加燃料の分散度合いを好適に制御することが困難であるにも関わらず燃料添加制御が実施されることを抑制できる。その結果、添加燃料の分散度合いを容易に制御することができる。本実施例においては許容変動幅ＷＬが本発明における所定の許容変動幅に相当する。

また、本実施例における高分散型添加制御、あるいは複合分散型添加制御を行う際に極大値Ｐｇｍａｘにおいて添加燃料を添加する場合には、バルブ開度Ｖｄが変更される直前における排気圧力（以下、「直前排気圧力」という）Ｐｇ０よりも極大値Ｐｇｍａｘが第１基準値Ｐｇｆｂ以上高く維持される期間の範囲内で燃料添加制御を実行することとした。

ここで、第１基準値Ｐｇｆｂは直前排気圧力Ｐｇ０と極大値Ｐｇｍａｘとの圧力差であり、極大値Ｐｇｍａｘにおいて添加燃料を添加した場合に添加燃料の分散度合いを充分に高めることができる上記圧力差の下限値である。これにより、極大値Ｐｇｍａｘにおいて添加燃料を添加する際に添加燃料の分散度合いを好適に高めることができる。本実施例においては第１基準値Ｐｇｆｂが本発明における所定の第１閾値に相当する。

また、低分散型添加制御、あるいは複合分散型添加制御を行う際に極小値Ｐｇｍｉｎにおいて添加燃料を添加する場合には、直前排気圧力Ｐｇ０よりも極小値Ｐｇｍｉｎが第２基準値Ｐｇｓｂ以上低く維持される期間の範囲内で燃料添加制御を実行することとした。

第２基準値Ｐｇｓｂは直前排気圧力Ｐｇ０と極小値Ｐｇｍｉｎとの圧力差であり、極小値Ｐｇｍｉｎにおいて添加燃料を添加した場合に添加燃料の分散度合いを充分に低下させることができる上記圧力差の下限値である。これにより、極小値Ｐｇｍｉｎにおいて添加燃料を添加する際に添加燃料の分散度合いを好適に低下させることができる。本実施例においては第２基準値Ｐｇｓｂが本発明における所定の第２閾値に相当する。

以下、ＥＣＵ１５により行われる燃料添加制御について、図３のフローチャートを参照して説明する。ここでは、ＤＰＮＲ１０に対するＰＭ再生処理を実施する際の燃料添加制御について考える。図３は本実施例におけるＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１５内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼働中は所定時間毎に実行される。

本ルーチンが実行されるとまず、ステップＳ１０１において、ＤＰＮＲ１０に対してＰＭの再生要求が出されているか否か判定される。例えば、図示しないＤＰＮＲ１０の上流側と下流側の差圧を検出する差圧センサの出力値が第１基準値よりも大きい時にＰＭの再生要求が出されるようにしても良い。第１基準値とは、ＤＰＮＲ１０における差圧がこの値よりも大きくなった場合にＤＰＮＲ１０に堆積したＰＭの影響により内燃機関１の出力機能が低下すると判断できる上記差圧の閾値である。本ステップにおいて肯定判定された場合にはステップＳ１０２に進み、否定判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ１０２では、排気の脈動を発生させるべくＥＣＵ１５が流路面積変更弁１３に指令を出し、バルブ開度Ｖｄを変更させる。その際、バルブ開度Ｖｄは増加させても良いし、減少させても良い。

ステップＳ１０３では、上述した高分散型添加制御が実行される。具体的には圧力センサ１２の出力値に基づいて添加弁近傍排気圧が極大値Ｐｇｍａｘとなるタイミングが検出され、添加タイミングＴＭａｄが極大値Ｐｇｍａｘに同期するように決定される。そして、添加タイミングＴＭａｄ毎に断続的に燃料添加弁１１から添加燃料が排気中に添加される。

ステップＳ１０４では、排気の脈動が脈動過小状態であるか否か判定される。脈動過小状態とは、排気の脈動が過度に小さくなることによって高分散型添加制御を実行しても効率よく添加燃料の分散度合いを高めることが困難となる状態をいう。具体的には、圧力センサ１２の出力値に基づいて添加弁近傍排気圧力の変動幅ＷＰｇが検出され、該添加弁近傍排気圧力の変動幅ＷＰｇが許容変動幅ＷＬより小さくなったか否かにより判断される。あるいは、直近に検出された極大値Ｐｇｍａｘから直前排気圧力Ｐｇ０を減算した値が第１基準値Ｐｇｆｂよりも小さくなったか否かにより判断されても良い。

本ステップにおいて肯定判定された場合にはステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、通常添加制御が実行される。ここで、通常添加制御とは、添加タイミングＴＭａｄを極値到達タイミングＴＭｅに同期させない制御をいう。本ルーチンにおいては、通常添加制御が実行されると添加タイミングＴＭａｄを極大値Ｐｇｍａｘに同期させずに添加燃料が添加されることになる。本ステップの処理が終了すると、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、ＰＭの再生終了要求が出されているか否か判定される。本ステップでは、図示しない差圧センサの出力値が第２基準値以下となった時に当該再生終了要求が出されるようにしても良い。第２基準値とは、ＤＰＮＲ１０における差圧がこの値以下になればＤＰＮＲ１０に堆積したＰＭによって内燃機関１の出力機能が低下する虞がないと判断できる上記差圧の閾値であって、第１基準値よりも小さな値として実験的に求められる。

本ステップにおいて肯定判定された場合には、ＤＰＮＲ１０に対するＰＭ再生処理を終了しても良いと判断され、本ルーチンを一旦終了する。一方、否定判定された場合には、ＤＰＮＲ１０に対するＰＭ再生処理を継続する必要があると判断され、ステップＳ１０５に戻る。すなわち、上述した通常添加制御が継続されることによりＰＭの酸化除去が行わ
れる。

一方、上述のステップＳ１０４において否定判定された場合には、高分散型添加制御を継続できると判断され、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、ＰＭの再生終了要求が出されているか否か判定される。本ステップにおける実質的な処理内容はステップＳ１０６と同様である。本ステップにて肯定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。一方、否定判定された場合には、ステップＳ１０４に戻り、ＰＭ再生処理が継続して行われる。

以上のように、本ルーチンによれば、ＤＰＮＲ１０に対するＰＭ再生処理を実施する際に高分散型添加制御によって添加燃料を添加することにより、添加燃料の微粒化が促進し、添加燃料の分散度合いを高めることができる。これにより、ＤＰＮＲ１０全体を満遍なく且つ効率的に昇温するが可能となり、以ってＰＭの酸化効率の向上を図ることができる。

また、本ルーチンのステップＳ１０４において排気の脈動が脈動過小状態であると判定された場合に、続くステップＳ１０５以降は通常添加制御を実行しているが、新たに排気の脈動を発生させても良い。すなわち、Ｓ１０４において肯定判定された場合には、ステップＳ１０２に対応する処理と同様に、流路面積変更弁１３にバルブ開度Ｖｄを再び変更させ、排気の脈動を発生させる。これによれば、ＤＰＮＲ１０の昇温効率の優れた高分散型添加制御を継続して実行することが可能となる。

ここで、本実施例において流路面積変更弁１３は燃料添加弁１１よりも下流側に配置されているが、これは流路面積変更弁１３の下流側よりも上流側の方が排気の脈動が大きくなることに鑑み、添加弁近傍排気圧力の変動幅ＷＰｇをより増大させるためである。すなわち、高分散型添加制御を実行する時には、添加燃料の分散度合いを可及的に高めるとともに、低分散型添加制御を実行する時には添加燃料の分散度合いを可及的に低くすることができるので、添加燃料の分散性をより一層好適に制御できる。

なお、流路面積変更弁１３は、必ずしも燃料添加弁１１よりも下流側に配置されていなくても本発明を適用することができる。流路面積変更弁１３を燃料添加弁１１の上流側に配置した場合においても排気の脈動は排気通路５内を伝幡するため、添加弁近傍排気圧力Ｐｇを好適に変動させることができるからである。これにより、燃料添加弁１１、ＤＰＮＲ１０、流路面積変更弁１３を高い自由度によって配置することができる。

次に、本発明に係る第２の実施例について説明する。図４は、本実施例における内燃機関１と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。ここで、実施例１の排気浄化システムと同一又は同等の構成部分については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

本実施例における排気浄化システムにおいては、吸気通路２にターボチャージャ３のコンプレッサハウジング３ａが設置されている。吸気通路２におけるコンプレッサハウジング３ａよりも下流側にはスロットル弁４が設けられている。

排気通路５における燃料添加弁１１よりも上流側にはターボチャージャ３のタービンハウジング３ｂが設置されている。排気通路５におけるタービンハウジング３ｂと燃料添加弁１１の間の分岐部５ａにおいて、排気通路５からバイパス通路１６が分岐されている。このバイパス通路１６はＤＰＮＲ１０の下流側の合流部５ｂで排気通路５に合流している。そして、合流部５ｂには、排気通路５とバイパス通路１６とを導通させるか遮断するか
を切換える切換弁１７が設けられている。すなわち、内燃機関１からの排気にバイパス通路１６を通過させる場合には、上記排気がＤＰＮＲ１０を迂回することになる。本実施例においては切換弁１７が本発明における流路面積変更手段に相当する。

本実施例において、燃料添加弁１１からの燃料添加制御が実施されていないとき、すなわち内燃機関１の通常運転時において、排気通路５とバイパス通路１６とは遮断されており、燃料添加制御を実施する際に導通させることとした。より詳しくは、燃料添加弁１１から添加燃料を添加する前に、ＥＵＣ１５が切換弁１７に指令を出し、排気通路５とバイパス通路１６とを導通させることとした。

そうすると、排気の脈動が発生するため添加弁近傍排気圧力Ｐｇに周期的な圧力変動を生じることになる。そこで、本実施例においても添加タイミングＴＭａｄを極値到達タイミングＴＭｅに同期させることによって、高分散型添加制御、低分散型添加制御、複合分散型添加制御を選択的に実行することとした。

以下に、本実施例におけるＤＰＮＲ１０に対するＮＯｘ還元処理について図５に基づいて説明する。図５は本実施例におけるＮＯｘ還元制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１５内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼働中は所定時間毎に実行される。

本ルーチンが実行されるとまず、ステップＳ２０１において、ＤＰＮＲ１０に対してＮＯｘの還元要求が出されているか否か判定される。ＮＯｘの還元要求は、例えば前回のＮＯｘ還元処理が終了してからの吸入空気量の積算値に基づいて出されても良い。また、排気通路に設けられる図示しないＮＯｘセンサの出力値に基づいて還元要求が出されるようにしても良い。本ステップにおいて肯定判定された場合にはステップＳ２０２に進み、否定判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ２０２では、排気の脈動を発生させるべくＥＣＵ１５が切換弁１７を制御して、バイパス通路１６と排気通路５とを導通させる。すなわち、内燃機関１からの排気にバイパス通路１６を流通させ、ＤＰＮＲ１０を迂回させる。本ステップにおいて切換弁１７が制御されると排気の脈動が発生する。

ステップＳ２０３では、上述した複合散型添加制御が実行される。具体的には圧力センサ１２の出力値に基づいて添加弁近傍排気圧が極大値Ｐｇｍａｘおよび極小値Ｐｇｍｉｎとなるタイミングが検出され、添加タイミングＴＭａｄが極大値Ｐｇｍａｘおよび極小値Ｐｇｍｉｎに同期するように決定される。そして、添加タイミングＴＭａｄ毎に断続的に燃料添加弁１１から添加燃料が排気中に添加される。本ステップの処理が終了すると、本ルーチンを一旦終了する。

以上のように、本ルーチンによれば、添加燃料の分散度合いの高い高分散型添加制御と、添加燃料の分散度合いの低い低分散型添加制御とを交互に行うことができる。すなわち、添加燃料の分散度合いの高いときには、ＤＰＮＲ１０全域に吸蔵されているＮＯｘを満遍なく還元できる。そして、添加燃料の分散度合いの低いときには、ＤＰＮＲ１０に局所的な深いリッチ雰囲気が形成されるので、その部分におけるＮＯｘの完全浄化を図ることができる。

なお、本ルーチンにおいては、複合分散型添加制御を実行してＮＯｘ還元処理を実施しているが、例えば低分散型制御を実行しても良い。その場合には上記ルーチンにおけるステップＳ２０３において低分散型添加制御を実行すれば良い。また、本実施例においてはＤＰＮＲ１０に対するＮＯｘ還元処理について説明したが、ＳＯｘ被毒再生処理を行う場
合においても上記制御ルーチンを適用することができる。

また、本実施例における排気浄化システムではターボチャージャを備えているが、タービンハウジングの上流側と下流側とでは排気の圧力状態が大いに相違する。そして、仮にタービンハウジングよりも上流側に燃料添加弁を配置する場合、タービンハウジングよりも下流側に排気の脈動を発生させても添加弁近傍排気圧力Ｐｇを好適に変動させることが困難となる場合がある。従って、ターボチャージャを備える排気浄化システムに本発明を適用する場合には、本実施例に係るシステム構成のように、燃料添加弁をタービンハウジングよりも下流側に配置することが好ましい。

実施例１に係る内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 実施例１におけるバルブ開度Ｖｄを減少させて排気の脈動を発生させた際の添加弁近傍排気圧力Ｐｇの時間推移を例示したタイムチャートである。 実施例１におけるＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例２に係る内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 実施例２におけるＮＯｘ還元制御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
２・・・吸気通路
３・・・ターボチャージャ
５・・・排気通路
７・・・タービンハウジング
１０・・ＤＰＮＲ
１１・・燃料添加弁
１２・・圧力センサ
１３・・流路面積変更弁
１５・・ＥＣＵ
１６・・バイパス通路
１７・・切換弁

Claims (9)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を通過する排気を浄化する排気浄化装置と、
   前記排気通路における前記排気浄化装置よりも上流側に設けられ該排気浄化装置を通過する排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
   前記排気通路に設けられ排気の流路面積を変更する流路面積変更手段と、
   前記還元剤添加手段が排気中に還元剤を添加する前に前記流路面積変更手段に前記流路面積を変更させ排気の脈動を発生させる脈動発生手段と、
   前記排気の脈動により変動する前記還元剤添加手段近傍における排気圧力が極大値近傍および／または極小値近傍となるタイミングで前記還元剤添加手段に還元剤を添加させる添加タイミング制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記添加タイミング制御手段は、前記排気圧力の変動幅が所定の許容変動幅以上に維持される期間の範囲内で前記還元剤添加手段に還元剤を添加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。
3. 前記排気圧力が極大値近傍となるタイミングで前記還元剤添加手段に還元剤を添加させる場合に、前記添加タイミング制御手段は、前記流路面積が変更される直前における前記排気圧力よりも該極大値が所定の第１閾値以上高く維持される期間の範囲内で前記還元剤を添加させ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. 前記排気圧力が極小値近傍となるタイミングで前記還元剤添加手段に還元剤を添加させる場合に、前記添加タイミング制御手段は、前記流路面積が変更される直前における前記排気圧力よりも該極小値が所定の第２閾値以上低く維持される期間の範囲内で前記還元剤を添加させ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システム。
5. 前記排気浄化装置は酸化能を有する触媒を含んでおり、
   前記酸化能を有する触媒に還元剤を供給して前記排気浄化装置を昇温させる昇温制御を実施する場合に、前記添加タイミング制御手段は、前記排気圧力が前記極大値近傍となるタイミングで前記還元剤添加手段に還元剤を添加させることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記添加タイミング制御手段は、前記還元剤添加手段から還元剤を断続的に添加させるとともに、前記還元剤添加手段による還元剤の添加タイミングを前記排気圧力が前記極大値近傍および／または極小値近傍となるタイミングに同期させることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
7. 前記排気圧力が極大値近傍および／または極小値近傍となる極値到達タイミングを取得するとともに、取得された極値到達タイミングに基づいて前記添加タイミング制御手段が前記還元剤添加手段に還元剤を添加させる添加タイミングを決定する添加タイミング決定手段を、
   更に備えることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
8. 前記還元剤添加手段は前記排気通路における前記流路面積変更手段よりも上流側に設けられることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
9. 前記還元剤添加手段は前記排気通路における前記流路面積変更手段よりも下流側に設けられることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。

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