JP5131473B2 - 車載内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

この発明は、車載内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化部材に燃料等の還元剤を添加することで排気浄化機能を維持する車載内燃機関の排気浄化装置に関する。

車載内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化機構として、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸蔵機能及び還元機能を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＯｘ触媒）と、このＮＯｘ触媒の下流に設けられる酸素ストレージ機能を有する酸化触媒とを用いることによって、排気ガスを浄化する車載内燃機関の排気浄化装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

このＮＯｘ触媒は、排気通路内の排気ガスがリ−ン（酸素過剰）状態にあるときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスがリッチ（酸素不足）状態にあるときに吸蔵されたＮＯｘを還元する機能を有している。また、その下流におかれる酸化触媒は、リーン状態で排気中の酸素を吸蔵し、リッチ状態で吸蔵した酸素を放出する機能を有している。

そして一般に、こうした排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵容量が限られていることから、排気ガスがリーン状態のときに吸蔵されるＮＯｘを還元すべく排気ガスを間欠的にリッチ状態とするＮＯｘ還元制御が行われている。また、ＮＯｘ触媒には、ＮＯｘとともに硫黄酸化物（ＳＯｘ）が吸蔵されることによりＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下することから、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘの量に応じてＳＯｘを還元させるために排気ガスの空燃比を間欠的にリッチ状態とするＳ被毒回復制御が行われている。排気浄化装置ではこのように、間欠燃料等、触媒への還元剤の供給を通じて触媒を昇温させるとともに、その高温下で排気ガスをリッチ状態とすることにより、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ及びＳＯｘの放出及びその還元を促進し、ＮＯｘ吸蔵能力の回復を図るようにしている。

一方、排気ガスのリッチ状態が続くと、排気中や触媒上での還元成分の酸化に伴う発熱が大きくなり、触媒が過度に昇温されたり、ＮＯｘ触媒の還元能力を超えて同触媒が還元しきれなかった成分である非還元成分が排気通路に排出される等の虞があった。このため、上述のＮＯｘ還元制御及びＳ被毒回復制御では、排気ガスのリッチ状態を間欠的に制御することで排気浄化装置としての還元量の制御がなされている。すなわちこの制御では、排気浄化装置に供給される還元剤（燃料）の量がＮＯｘ触媒でのＮＯｘの還元に必要な量以上となるように設定し、ＮＯｘ触媒で還元しきれなかった非還元成分についてはこれをその下流に設けられた酸化触媒で酸化することにより排気ガスを浄化している。
特開平６−６６１８５号公報

ところで、上記特許文献１に記載の排気浄化装置も含めたこの種の排気浄化装置では通常、ＮＯｘ還元のためのリッチ度合いの設定量が、Ｓ被毒の回復を目安に決定されることが多い。それゆえ、酸化触媒の非還元成分吸着容量や酸素ストレージ量にて浄化可能な量を超えてＮＯｘ触媒に対するリッチ度合いが設定される虞がある。そして、このような態様でリッチ度合いの設定がなされた場合には、非還元成分の一部が酸化触媒（下流側触媒）によって浄化されきれずに排出されて、白煙の発生を招くことにもなりかねない。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化のために供給される還元剤の供給量の制御を通じて、Ｓ被毒の回復と白煙防止との好適な両立を
図ることのできる車載内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、車載内燃機関の排気通路に設けられて排気ガス中のＮＯｘ吸蔵機能及び還元機能を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、このＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分を吸着する機能及び酸素ストレージ機能を有して同ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流に設けられる補助触媒とを備え、所定の条件下で排気通路に還元剤を添加することで排気の浄化機能を維持する車載内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒と前記補助触媒との間に空燃比センサを設け、該空燃比センサから出力される酸素濃度情報に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分が前記補助触媒に吸入される量である非還元成分吸入量を推定するとともに、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分の前記補助触媒への吸着速度、及び同ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分の前記補助触媒の酸素ストレージ機能に基づき酸化還元される量である非還元成分反応量を併せて推定して前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分が前記補助触媒から排出される量である非還元成分排出量を求め、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒による還元の実行に際し、この求められる非還元成分排出量に基づいて前記還元剤の添加量を制限し、前記吸着速度は、前記補助触媒の温度が高いほど低い値として求められるとともに、排気流量が多いほど低い値となるように補正されることを要旨とする。
請求項２に記載の発明は、車載内燃機関の排気通路に設けられて排気ガス中のＮＯｘ吸蔵機能及び還元機能を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、このＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分を吸着する機能及び酸素ストレージ機能を有して同ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流に設けられる補助触媒とを備え、所定の条件下で排気通路に還元剤を添加することで排気の浄化機能を維持する車載内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒と前記補助触媒との間に空燃比センサを設け、該空燃比センサから出力される酸素濃度情報に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分が前記補助触媒に吸入される量である非還元成分吸入量を推定するとともに、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分の前記補助触媒への吸着速度、及び同ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分の前記補助触媒の酸素ストレージ機能に基づき酸化還元される量である非還元成分反応量を併せて推定して前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分が前記補助触媒から排出される量である非還元成分排出量を求め、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒による還元の実行に際し、この求められる非還元成分排出量に基づいて前記還元剤の添加量を制限し、前記吸着速度は、排気流量が多いほど低い値として求められることを要旨とする。

上記各構成によれば、各々推定される補助触媒への非還元成分吸入量、補助触媒での非還元成分の吸着速度、そして補助触媒による非還元成分反応量に基づいて補助触媒から排出される非還元成分排出量が算出される。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分（非還元成分）に対して補助触媒がその排出を抑えることのできる量の総量が、ここでは補助触媒自身がその能力としてどの程度の速度でこの非還元成分を吸着保持することができるかといった量（吸着速度相当吸着量）、及び同補助触媒の酸素ストレージ機能によって酸化還元される非還元成分の量の総和として推定される。そして、このようにして推定された非還元成分の量を補助触媒に実際に吸入されるであろう非還元成分の吸入量推定値から減算することによって、この補助触媒から排出されてしまう非還元成分の量を求めるようにしている。ここで、特に上記補助触媒での非還元成分の吸着速度とは、触媒自身の体格や構造はもとより、触媒温度や排気の状態（量、流速など）といった環境条件に大きく依存することから、この吸着速度（相当吸着量）を併せて推定して上記非還元成分排出量を算出することにより、同排出量に関する推定（算出）精度も自ずと高められるようになる。そしてここでは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒による還元の実行に際し、こうして求められる、すなわち推定、算出される非還元成分排出量に基づいて還元剤の添加量を制限することとしているため、例えばこの非還元成分排出量が所定の値となる態様で還元剤の添加を制限するなどの制御も可能となり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒による還元の実行に伴うＳ被毒の回復等に併せて、上記非還元成分が補助触媒から排出されることに起因する白煙の発生等も好適に抑制されるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車載内燃機関の排気浄化装置において、前記推定される前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分の前記補助触媒への吸着速度に基づき、同還元しきれなかった成分の補助触媒に対するその都度の吸着量が、補助触媒自身の吸着容量値を上限値とした、前記還元しきれなかった成分の補助触媒への吸着速度に基づく単位時間当たりの吸着量から同還元しきれなかった成分の補助触媒からの放出速度に基づく単位時間当たりの放出量を差し引いた値として推定されること要旨とする。

上記補助触媒として例えば酸化触媒のように、ＨＣ、ＣＯ等の非還元成分の吸着機能を備える触媒であれ、こうした非還元成分は吸着され続ける訳ではなく、同時に放出されることともなる。そして、補助触媒が非還元成分を吸着する速度、及び補助触媒から非還元
成分が放出される速度は、触媒の温度や排気の状態により、ほぼ逆の傾向をもって変化する。このため、上記補助触媒での非還元成分吸着速度（相当吸着量）、すなわちその都度の吸着量としては、その目安の１つとして上記構成によるように、非還元成分の補助触媒への吸着速度に基づく単位時間当たりの吸着量から非還元成分の補助触媒からの放出速度に基づく単位時間当たりの放出量を差し引いた値が有効である。ただしこの値は、補助触媒自身の吸着容量を超える値ともなり得るため、実用上は同構成によるように、補助触媒自身の吸着容量値を上限値とすることが望ましい。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の車載内燃機関の排気浄化装置において、前記還元しきれなかった成分の補助触媒からの放出速度は、前記補助触媒の触媒温度、及び当該機関への吸入空気量に相関する排気流量、及び前記空燃比センサから出力される酸素濃度情報に相関する前記還元しきれなかった成分の濃度の少なくとも１つの関数としてそれぞれ求められることを要旨とする。

上記還元しきれなかった成分の補助触媒への吸着速度、及び還元しきれなかった成分の補助触媒からの放出速度はそれぞれ、補助触媒の触媒温度、あるいは当該機関への吸入空気量に相関する排気流量、あるいは空燃比センサから出力される酸素濃度情報に相関する非還元成分の濃度に応じて変化することが知られている。そこで上記構成によるように、補助触媒の触媒温度、及び当該機関への吸入空気量に相関する排気流量、及び空燃比センサから出力される酸素濃度情報に相関する非還元成分の濃度、の少なくとも１つの関数として、それら非還元成分の補助触媒への吸着速度、及び非還元成分の補助触媒からの放出速度をそれぞれ求めることとすることで、同吸着速度及び放出速度についての精度の高い算出が可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の車載内燃機関の排気浄化装置において、前記還元しきれなかった成分の補助触媒への吸着速度は、前記空燃比センサから出力される
酸素濃度情報に相関する前記還元しきれなかった成分の濃度に基づいて補正され、前記還元しきれなかった成分の補助触媒からの放出速度は、前記補助触媒の触媒温度、及び当該機関への吸入空気量に相関する排気流量、及び前記空燃比センサから出力される酸素濃度情報に相関する前記還元しきれなかった成分の濃度のいずれか１つの関数としてそれぞれ求められるとともに、他の２つの要素の少なくとも一方に基づいてそれぞれ補正されることを要旨とする。

上記還元しきれなかった成分の補助触媒への吸着速度、及び還元しきれなかった成分の補助触媒からの放出速度はそれぞれ、補助触媒の触媒温度、あるいは当該機関への吸入空気量に相関する排気流量、あるいは空燃比センサから出力される酸素濃度情報に相関する非還元成分の濃度に応じて変化することは上述の通りであるが、上記構成によるように、補助触媒の触媒温度、及び当該機関への吸入空気量に相関する排気流量、及び空燃比センサから出力される酸素濃度情報に相関する非還元成分の濃度、のいずれか１つの関数としてそれら非還元成分の補助触媒への吸着速度、及び非還元成分の補助触媒からの放出速度をそれぞれ求めるとともに、他の２つの要素の少なくとも一方に基づいてそれら値をそれぞれ補正することとすれば、同吸着速度及び放出速度についてのさらに精度の高い算出が可能ともなる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の車載内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分の前記補助触媒の酸素ストレージ機能に基づき酸化還元される量である前記非還元成分反応量が、前記補助触媒による酸素ストレージ量に前記空燃比センサから出力される酸素濃度情報に相関する同還元しきれなかった成分の濃度及びその都度の環境における反応率を乗算した値として求められることを要旨とする。

非還元成分が補助触媒の酸素ストレージ機能に基づき酸化還元される量である上記非還元成分反応量は、空燃比センサから出力される酸素濃度情報に相関する非還元成分の濃度及びその都度の環境（触媒温度や排気流量）における反応率に応じて変化する。そこで上記構成によるように、補助触媒による酸素ストレージ量に空燃比センサから出力される酸素濃度情報に相関する非還元成分の濃度及びその都度の環境における反応率を乗算した値としてこの非還元成分反応量を求めるようにすることで、同非還元成分反応量についてのより精度の高い値が得られるようになる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の車載内燃機関の排気浄化装置において、前記その都度の環境における反応率が、前記補助触媒の触媒温度、及び当該機関への吸入空気量に相関する排気流量の少なくとも一方の関数として求められることを要旨とする。

上記非還元成分反応量を求めるための環境に依存する反応率は、先にも触れたように、触媒温度や排気流量、すなわち補助触媒の触媒温度、あるいは当該機関への吸入空気量に相関する排気流量に応じて変化する。そこで上記構成によるように、これら補助触媒の触媒温度、及び当該機関への吸入空気量に相関する排気流量の少なくとも一方の関数としてこの反応率を求めることとすることで、同反応率はもとより、上記非還元成分反応量についても精度の高い算出が可能となる。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の車載内燃機関の排気浄化装置において、前記その都度の環境における反応率が、前記補助触媒の触媒温度、及び当該機関への吸入空気量に相関する排気流量のいずれか一方の関数として求められるとともに、他方の要素に基づいて補正されることを要旨とする。

非還元成分反応量を求めるための環境に依存する反応率が補助触媒の触媒温度、あるいは当該機関への吸入空気量に相関する排気流量に応じて変化することは上述の通りであるが、上記構成によるように、これら補助触媒の触媒温度、及び当該機関への吸入空気量に相関する排気流量のいずれか一方の関数としてこの反応率を求めるとともに、他方の要素に基づいてこの値を補正することとすれば、同反応率はもとより、上記非還元成分反応量についてのさらに精度の高い算出が可能ともなる。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の車載内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤の添加が前記排気通路に設けられた添加弁による当該内燃機関の燃料の添加として行われることを要旨とする。

還元剤の添加は、燃料噴射弁を通じて行うことも可能ではあるが、上記構成によるように、当該機関の排気通路に対して添加弁（燃料添加弁）を設け、この添加弁から直接排気に対して還元剤である燃料の添加を行うこととすれば、Ｓ被毒の回復等も含めて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒による還元の実行をより容易かつ的確に行うことができるようになる。

以下、本発明にかかる車載内燃機関の排気浄化装置を具体化した一実施の形態を図１〜図８を参照して説明する。
図１は、本実施の形態の対象とする車載内燃機関の構成を示している。同図に示されるように、この内燃機関１０は、コモンレール方式の燃料噴射装置、及びターボチャージャ１１を備えるディーゼル機関となっており、その排気系には主にＮＯｘ対策を意図した排気浄化装置を備えている。以下、同内燃機関１０の吸気系から順にその構成を説明する。

内燃機関１０の吸気系を構成する吸気通路１２には、その最上流部に配設されたエアクリーナ１５から下流側に向けて順に、エアフロメータ１６、上記ターボチャージャ１１の
コンプレッサ１７、インタークーラ１８、及び吸気絞り弁１９が配設されている。また吸気通路１２は、吸気絞り弁１９の下流側に設けられた吸気マニホールド２０において分岐され、吸気ポート２１を介して内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３（図１においてはその一つのみを図示）に接続されている。

一方、内燃機関１０の排気系を構成する排気通路１４では、各気筒の燃焼室１３にそれぞれ接続された排気ポート２２が排気マニホールド２３を介して上記ターボチャージャ１１の排気タービン２４に接続されている。また排気通路１４の排気タービン２４下流には排気浄化機構が設けられており、上流側から順に、ＮＯｘ触媒コンバータ（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）２５、ＤＰＮＲコンバータ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯＸ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）２６、これらＮＯｘ触媒コンバータ２５やＤＰＮＲコンバータ２６により還元しきれなかった成分を吸着する機能及び酸素ストレージ機能を有する補助触媒としての酸化触媒コンバータ（酸化触媒）２７が配設されている。

ここで、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５には、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されている。このＮＯｘ触媒は、機関通常運転時には触媒中にＮＯｘを吸蔵し、還元剤となる燃料が添加されてリッチ化されたときにその吸蔵したＮＯｘを還元してこれを浄化する機能を有している。

また、上記ＤＰＮＲコンバータ２６は、多孔質材料によって形成されており、排気中の粒子状物質（ＰＭ）が捕集されるようになっている。このＤＰＮＲコンバータ２６にも、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５と同様に、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されており、排気中のＮＯｘの浄化が行われる。またそのＮＯｘ触媒によって触発される反応により、捕集されたＰＭが酸化され除去されるようにもなっている。

そして、上記酸化触媒コンバータ２７には、酸化触媒が担持されている。この酸化触媒により、排気の酸素濃度が高いときに排気中の酸素（Ｏ_２）が吸蔵され、排気の酸素濃度が低いときにその吸蔵されたＯ_２により排気中のＨＣやＣＯ、すなわち上記ＮＯｘ触媒で還元しきれなかった成分（非還元成分）が酸化されることによりその浄化が促される（酸素ストレージ機能）。また、排気の酸素濃度が低いときに排気の非還元成分が吸着され、排気の酸素濃度が高いときにその非還元成分が放出されるとともに、上記酸素ストレージ機能によりその放出された非還元成分が酸化されて浄化されるようにもなっている。すなわち、上記排気通路１４にあって、このような酸素ストレージ機能を有する酸化触媒コンバータ２７をＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＤＰＮＲコンバータ２６の下流に配設することによって、排気の酸素濃度が高いときに多量の酸素が酸化触媒に吸蔵される。このため、ＮＯｘ触媒コンバータ２５に担持されたＮＯｘ触媒によって還元しきれなかった非還元成分の量が多くなり、同ＮＯｘ触媒から非還元成分が排出されることがあっても、これら非還元成分が酸化触媒に吸蔵されているＯ_２によって浄化され、非還元成分が酸化触媒コンバータ２７の下流に排出されることが抑制されることになる。

なおこの実施の形態において、排気通路１４の上記酸化触媒コンバータ２７には、酸化触媒の温度Ｔａを検出する温度センサ２８が設けられている。また、排気通路１４にあって、同酸化触媒コンバータ２７の上流側、すなわち、ＮＯｘ触媒コンバータ２５、ＤＰＮＲコンバータ２６とこの酸化触媒コンバータ２７との間には、排気中の酸素濃度をリニアに検出する空燃比センサ２９が設けられている。

その他、内燃機関１０には、排気の一部を吸気通路１２に再循環させる排気再循環（ＥＧＲ）装置が設けられている。このＥＧＲ装置は、排気通路１４と吸気通路１２とを連通するＥＧＲ通路３０を有しており、このＥＧＲ通路３０の最上流部は、排気通路１４の上記排気タービン２４の排気上流側に接続されている。またこのＥＧＲ通路３０には、その
上流側から、再循環される排気を改質するＥＧＲ触媒３１、その改質された排気を冷却するＥＧＲクーラ３２、そしてこうした排気の流量すなわち再循環量を調整するＥＧＲ弁３３がそれぞれ設けられている。また、ＥＧＲ通路３０の最下流部は、吸気通路１２における上記吸気絞り弁１９の下流側に接続されている。

一方、内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３には、同燃焼室１３内での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁４０（図１においてはその一つのみを図示）がそれぞれ配設されている。各気筒の燃料噴射弁４０は、高圧燃料供給管４１を介してコモンレール４２に接続されている。コモンレール４２には、燃料ポンプ４３を通じて高圧燃料が供給される。コモンレール４２内の高圧燃料の圧力は、同コモンレール４２に取り付けられたレール圧センサ４４によって検出されるようになっている。

更に、上記燃料ポンプ４３からは、低圧燃料供給管４５を通じて、低圧燃料が燃料添加弁４６に供給されるようになっている。この添加弁４６は、特定の気筒の排気ポート２２に配設されており、排気タービン２４側に向けて燃料（還元剤）を添加して、排気中にＮＯｘ還元のための還元剤を供給する弁である。

また一方、こうした内燃機関１０の各種制御を司る電子制御装置５０は、内燃機関１０の制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えるマイクロコンピュータを中心に構成されている。電子制御装置５０の入力ポートには、上述した各センサに加え、機関回転速度ＮＥを検出する機関回転速度センサ５１やアクセル操作量を検出するアクセルセンサ５２、吸気絞り弁１９の開度を検出する絞り弁センサ５３等が接続されている。また電子制御装置５０の出力ポートには、上記吸気絞り弁１９や燃料噴射弁４０、燃料ポンプ４３、燃料添加弁４６、ＥＧＲ弁３３等が各々電子制御装置５０に内蔵される駆動回路を介して接続されている。

この電子制御装置５０は、上記各センサから入力される検出信号より把握される機関運転状態に応じて、上記各機器類の駆動回路に指令信号を出力する。こうして上記燃料噴射弁４０による燃料噴射時期や燃料噴射量の制御、上記吸気絞り弁１９の開度制御、上記ＥＧＲ弁３３の開度制御に基づくＥＧＲ制御等の各種制御が電子制御装置５０により実行される。

また電子制御装置５０は、そうした制御の一環として、上記燃料添加弁４６による排気に対する燃料の添加を実行する。この燃料添加弁４６による排気への燃料添加は、以下に説明する各制御、すなわちＮＯｘ還元制御、Ｓ被毒回復制御、及びＰＭ再生制御に際して実施される。

ここで、ＮＯｘ還元制御は、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＤＰＮＲコンバータ２６のＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを、窒素（Ｎ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）に還元して放出するために行われる。ＮＯｘ還元制御時には、上記燃料添加弁４６から排気に対し一定の時間をおいて間欠的に燃料を添加することで、ＮＯｘ触媒周囲の排気を一時的に酸素濃度が低く且つ還元剤（燃料）の多い状態とする、いわゆるリッチスパイクが間欠的に行われる。これにより、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出及びその還元が促進され、排気の浄化が図られるようになる。

また、Ｓ被毒回復制御は、ＮＯｘ触媒に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が吸着されることによって低下したＮＯｘ吸蔵能力を回復するために行われる。Ｓ被毒回復制御が開始されると、まず次のＰＭ再生制御と同様に、燃料噴射弁４０もしくは燃料添加弁４６によるいわゆる
ポスト噴射を通じて、触媒床温を高温化（例えば６００〜７００℃）する昇温制御が行われる。その後、ＮＯｘ還元制御時と同様に、上記燃料添加弁４６からの間欠的な燃料の添加を行うことで、ＮＯｘ触媒からのＳＯｘの放出及びその還元を促進して、上記ＮＯｘ吸蔵能力の回復を図るようにしている。

そして、ＰＭ再生制御は、上記ＤＰＮＲコンバータ２６に捕集されたＰＭを燃焼させることで、同ＤＰＮＲコンバータ２６の目詰まりを解消するために行われる。ＰＭ再生制御時には、燃料噴射弁４０もしくは燃料添加弁４６によるこれもポスト噴射を通じて、その酸化反応に伴う発熱で触媒床温を高温化（例えば６００〜７００℃）することで、上記ＰＭの燃焼を図るようにしている。

以上のように本実施の形態では、排気通路１４に設けられた燃料添加弁４６から直接排気に燃料を添加することにより、内燃機関１０の排気浄化性能の維持を図るようにしている。

ところで、上述したようなＮＯｘ還元制御、及びＳ被毒回復制御の実行に際してＮＯｘ触媒コンバータ２５やＤＰＮＲコンバータ２６に燃料を添加する場合には、各コンバータの還元能力を超えた還元剤が供給され、未浄化の、すなわち還元しきれなかった成分（非還元成分）が過剰に酸化触媒コンバータ２７の下流へと排出される場合がある。そこで本実施の形態では、上述したＮＯｘ還元制御、及びＳ被毒回復制御を実行する際には、酸化触媒コンバータ２７の下流へと排出される非還元成分（未浄化の還元成分）の量を推定し、この推定した排出量に基づきこれが所定量以下となるようにそれら各制御にて実行される燃料（還元剤）の添加量を制限する添加量調整制御を併せて実行するようにしている。

以下、この添加量調整制御について、その概念を図２を参照して説明する。
図２は、上述したＮＯｘ還元制御、及びＳ被毒回復制御に伴う非還元成分の推移例とともに、本実施の形態で実行される添加量調整制御の概要を示している。

まず、図２において、図２（ａ）は空燃比センサ２９によって検出される酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気の空燃比（酸素濃度）の推移を、図２（ｂ）は酸化触媒コンバータ２７に吸着される非還元成分（主にＴＨＣ：全炭化水素）の吸着量の推移を、図２（ｃ）は酸化触媒コンバータ２７に吸着される酸素ストレージ量ＯＳＣの推移を示している。そして、図２（ｄ）は酸化触媒コンバータ２７に吸入される非還元成分の吸入量の推移を、図２（ｅ）はこれらの推移に基づいて算出推定される酸化触媒コンバータ２７から排出される非還元成分の排出量の推移を示している。

このような前提のもとに、いま、燃料添加弁４６から燃料が添加されることによって排気通路１４内に燃料（還元剤）が供給されて排気の酸素濃度が低下したとすると、酸化触媒コンバータ２７の上流に配設されているＮＯｘ触媒コンバータ２５、ＤＰＮＲコンバータ２６に吸蔵されていたＮＯｘが還元される。そして、燃料添加弁４６から添加される燃料量が所定量を超えると、ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＤＰＮＲコンバータ２６により還元しきれなかった成分、すなわち非還元成分の量が過剰となる。このため、酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気中の非還元成分の量も過剰となり、このときには空燃比センサ２９によって検出される酸素濃度の値が低下する（リッチ状態：タイミングｔ０−ｔ２）。

こうして酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気がリッチ状態となると、排気中の非還元成分が酸化触媒コンバータ２７に吸着される非還元成分の量が次第に増加する。そしてその間、酸化触媒コンバータ２７の酸素に吸蔵されていたＯ_２によって非還元成分が酸化還元される。すなわち、燃料添加弁４６から還元剤が添加されてＮＯｘ触媒コンバータ
２５で還元しきれなかった成分が、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の下流に設けられた酸化触媒コンバータ２７の非還元成分を吸着する機能及び酸素ストレージ機能によって、同酸化触媒コンバータ２７の下流に非還元成分が排出されることが抑制される。このため、燃料添加弁４６から還元剤が添加されたとしても、同図２（ｅ）に示すように酸化触媒コンバータ２７の下流への非還元成分の排出が抑えられるようになっている（タイミングｔ０−ｔ１）。この間、酸化触媒コンバータ２７に吸蔵されているＯ_２は非還元成分の酸化還元に用いられることで次第に減少し、酸化触媒コンバータ２７の酸素ストレージ量が用い尽くされる（タイミングｔ１）。これにより、非還元成分の排出を抑制できる機能が酸化触媒コンバータ２７の吸着機能のみに依存され、酸化触媒コンバータ２７の下流に排出される非還元成分の量（図２（ｅ））が逓増する。そしてこの結果、非還元成分の排出量が白煙発生の抑制する上で許容される値β（許容排出量）に達するようになる（タイミングｔ２）。そこで本実施の形態では、こうした酸化触媒コンバータ２７からの非還元成分の排出を上記値β以下に抑えるべく、次の態様にて燃料添加弁４６から添加される燃料量の制限を行うようにしている。

すなわち、本実施の形態では、まず、図２（ａ）に示す空燃比センサ２９の出力（酸素濃度情報）に基づいて図２（ｄ）に示す酸化触媒コンバータ２７に吸入される非還元成分の吸入量の推定値ＴＨＣｉを算出する。そして、図２（ｂ）に示す非還元成分の酸化触媒コンバータ２７に対する吸着速度に相関する同酸化触媒コンバータ２７への非還元成分の吸着量の推定値ＴＨＣＱ、及び図２（ｃ）に示す酸化触媒コンバータ２７の酸素ストレージ機能に基づいて酸化還元される非還元成分の反応量の推定値（推定反応量）ＲＯをそれぞれ算出する。そしてこれら推定された値に基づいて、次式（１）により、図２（ｅ）に示す酸化触媒コンバータ２７で還元しきれずに酸化触媒コンバータ２７の下流に排出される非還元成分の排出量の推定値ＴＨＣｅｘを算出する。

ＴＨＣｅｘ＝ＴＨＣｉ−（ＴＨＣＱ＋ＲＯ） …（１）
ＴＨＣｅｘ：推定排出量
ＴＨＣｉ：推定吸入量
ＴＨＣＱ：速度推定吸着量
ＲＯ：推定反応量
上記式（１）によって、酸化触媒コンバータ２７の吸着能力に基づき非還元成分の排出を抑えることのできる量（吸着量）、及び同酸化触媒コンバータ２７の酸素ストレージ機能によって酸化還元される非還元成分の反応量の総和の推定値を算出することができる。そして、酸化触媒コンバータ２７に実際に吸入されるであろう非還元成分の吸入量（推定吸入量ＴＨＣｉ）から、酸化触媒コンバータ２７にて非還元成分の排出を抑制することのできる総和の推定値（ＴＨＣＱ＋ＲＯ）を減算することにより、酸化触媒コンバータ２７から排出されてしまう非還元成分の量（推定排出量ＴＨＣｅｘ）を求めることができる。

なお、非還元成分の酸化触媒コンバータ２７に対するその都度の吸着速度に基づく吸着量の推定値ＴＨＣＱは、次式（２）に基づいて算出される。
ＴＨＣＱ＝Ｍｉｎ（ＴＨＣｍａｘ、Ｖｅｓ×Ｔ−Ｖｏｓ×Ｔ） …（２）
ＴＨＣＱ：推定吸着量
ＴＨＣｍａｘ：吸着容量
Ｖｅｓ：推定吸着速度
Ｖｏｓ：推定放出速度
上記式（２）によって、非還元成分の酸化触媒コンバータ２７への推定吸着速度（Ｖｅｓ）に基づく単位時間あたりの吸着量から非還元成分の酸化触媒コンバータ２７からの推定放出速度（Ｖｏｓ）に基づく単位時間あたりの放出量を減算することで、非還元成分の酸化触媒コンバータ２７に対するその都度の吸着量の推定値（推定吸着量ＴＨＣＱ）を算出することができる。なお、非還元成分の酸化触媒コンバータ２７への吸着速度（Ｖｅｓ
）から非還元成分の酸化触媒コンバータ２７からの放出速度（Ｖｏｓ）を減算することによって算出される値は、触媒温度や排気流量、あるいは非還元成分の濃度によっては酸化触媒コンバータ２７自身が非還元成分を吸着することのできる容量を超えることもあり得る。このため、本実施の形態では、酸化触媒コンバータ２７自身の吸着容量ＴＨＣｍａｘを非還元成分の酸化触媒コンバータ２７に対するその都度の吸着量の推定値（推定吸着量ＴＨＣＱ）の上限値とすることで、こうしたいわば異常値の発生を抑制している。

このように、本実施の形態では前述のＳＯｘ被毒の回復等を実行する際に、上記式（１）及び（２）によって算出される推定排出量ＴＨＣｅｘに基づいて酸化触媒コンバータ２７の下流に排出される非還元成分の排出量の監視がなされる。そして、この排出量が酸化触媒コンバータ２７を介して非還元成分が過剰に排出されることを抑制する上で許容される値β（排出許容量）以下となるように、燃料添加弁４６から添加される還元剤の添加量が制限される。これにより、ＮＯｘ触媒コンバータ２５による還元の実行に伴うＳ被毒の回復等に併せて、過剰な非還元成分が酸化触媒コンバータ２７から排出されることに起因する白煙の発生等も好適に抑制されるようになる。

次に、本実施の形態の還元剤の添加量調整制御に際して用いられる上記各値の推移の傾向について図３〜５を参照して説明する。
まず、非還元成分の酸化触媒コンバータ２７に対する吸着速度の推移、及び非還元成分の酸化触媒コンバータ２７からの放出速度の推移について図３及び図４を参照して説明する。

図３及び図４は、上記式（２）において酸化触媒コンバータ２７の吸着量ＴＨＣＱの算出に用いられる推定吸着速度Ｖｅｓ及び推定放出速度Ｖｏｓを算出するための演算用及び補正用マップである。このうち、図３（ａ）及び図４（ａ）は、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａに応じて非還元成分の吸着速度及び放出速度を算出するためのものであり、それぞれ酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａに応じた非還元成分の酸化触媒コンバータ２７への基本吸着速度Ｖｅ、非還元成分の酸化触媒コンバータ２７からの基本放出速度Ｖｏの各推移を示している。なお、これら図３及び図４に示すマップは実験等を通じて得られたものであり、電子制御装置５０の記憶部に記憶されている。

そしてここでは、まず非還元成分の酸化触媒コンバータ２７への吸着速度を触媒温度に応じて算出すべく、図３（ａ）の演算用マップを通じて温度センサ２８によって検出される酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａに基づいて酸化触媒コンバータ２７に吸着される非還元成分の基本吸着速度Ｖｅが算出される。同様に、図４（ａ）の演算用マップを通じて温度センサ２８によって検出される酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａに基づいて酸化触媒コンバータ２７から放出される非還元成分の基本放出速度Ｖｏが算出される。これら図３（ａ）及び図４（ａ）に示されるように、上記各速度Ｖｅ、Ｖｏは酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａに応じてほぼ逆の傾向をもって変化する。すなわち、非還元成分が酸化触媒コンバータ２７で吸着されるのみならず、同酸化触媒コンバータ２７に吸入された非還元成分は同時に放出されることともなる。そこで、上記式（２）では、非還元成分の酸化触媒コンバータ２７への吸着速度の単位時間あたりの積算量（Ｖｅｓ×Ｔ）から非還元成分の酸化触媒コンバータ２７からの放出速度の単位時間あたりの積算量（Ｖｏｓ×Ｔ）を減算することによって酸化触媒コンバータ２７での吸着量を算出するようにしている。これにより、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａに応じて変化する酸化触媒コンバータ２７の吸着特性及び放出特性が考慮されたより精度の高い吸着量が算出されるようになる。

本実施の形態では、これら算出される基本吸着速度Ｖｅ及び基本放出速度Ｖｏに基づいて、上記式（２）において酸化触媒コンバータ２７の吸着量の算出に用いられる推定吸着
速度Ｖｅｓ及び推定放出速度Ｖｏｓが算出される。

なお、図３（ｂ）は本車載内燃機関への吸入空気量に相関する排気通路１４内の排気流量Ｑａに応じて酸化触媒コンバータ２７に吸着される非還元成分の吸着速度の推移を示すマップであり、本実施の形態においては、図３（ａ）を通じて算出される基本吸着速度Ｖｅを補正するための補正用マップとして用いられる。また、図３（ｃ）は空燃比センサ２９から検出される酸素濃度情報に相関する非還元成分の濃度Ｆｄに応じて酸化触媒コンバータ２７に吸着される非還元成分の吸着速度の推移を示すマップであり、本実施の形態においては、これも図３（ａ）を通じて算出される基本吸着速度Ｖｅを補正するための補正用マップとして用いられる。一方、図４（ｂ）は本車載内燃機関への吸入空気量に相関する排気通路１４内の排気流量Ｑａに応じて酸化触媒コンバータ２７から放出される非還元成分の放出速度の推移を示すマップであり、本実施の形態においては、図４（ａ）を通じて算出される基本放出速度Ｖｏを補正するための補正用マップとして用いられる。また、図４（ｃ）は空燃比センサ２９から検出される酸素濃度情報に相関する非還元成分の濃度Ｆｄに応じて酸化触媒コンバータ２７から放出される非還元成分の放出速度の推移を示すマップであり、本実施の形態においては、これも図４（ａ）を通じて算出される基本放出速度Ｖｏを補正するための補正用マップとして用いられる。

ちなみに、図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、酸化触媒コンバータ２７に吸着される非還元成分の吸着速度は、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａの上昇又は排気通路１４内の排気流量Ｑａの増加に伴い低下する。一方、図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、酸化触媒コンバータ２７から放出される非還元成分の放出速度は、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａの上昇又は排気通路１４内の排気流量Ｑａの増加に伴い上昇する。このため、単位時間当たりの吸着量ＴＨＣｅと単位時間当たりの放出量ＴＨＣｏとの乖離から算出される酸化触媒コンバータ２７の非還元成分の吸着量は、触媒温度Ｔａの上昇又は排気流量Ｑａの増加に伴い減少する。また、図３（ｃ）に示されるように酸化触媒コンバータ２７に吸着される非還元成分の吸着速度は、酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気中の非還元成分の濃度Ｆｄが高くなるにつれて上昇する。一方、図４（ｃ）に示されるように酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気中の非還元成分の濃度Ｆｄが高くなるにつれて低下する。このため、酸化触媒コンバータ２７の非還元成分の吸着量は、非還元成分の濃度Ｆｄの上昇に伴い増加する。

このように本実施の形態では、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａ、排気通路１４内の排気流量Ｑａ、及び排気中の非還元成分の濃度Ｆｄに基づいて酸化触媒コンバータ２７に吸着される非還元成分の吸着速度及び放出速度を算出する。このため、酸化触媒コンバータ２７の温度依存特性や排気状況に応じた吸着速度及び放出速度を精度よく算出することができる。

次に、酸化触媒コンバータ２７で酸化還元される非還元成分の反応率を、図５を参照して説明する。
図５は、酸化触媒コンバータ２７の酸素ストレージ機能によって酸化還元される非還元成分の反応率を示す演算及び補正用マップである。

まず、図５（ａ）は酸化触媒コンバータ２７の温度に応じた酸化触媒コンバータ２７で酸化還元される非還元成分の反応率の推移を示した演算用マップである。これら演算用及び補正用のマップも実験等を通じて得られたものであり、電子制御装置５０の記憶部に記憶されている。

ここではまず、図５（ａ）の演算用マップを通じて、温度センサ２８によって検出される酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａに基づいて基本反応率Ｐｒが算出される。
また、図５（ｂ）は排気通路１４内の排気流量Ｑａに応じた酸化触媒コンバータ２７の反応率の推移を示すマップであり、本実施の形態においては、図５（ａ）を通じて算出される基本反応率Ｐｒを補正するための補正用マップとして用いられる。

ちなみに、図５（ａ）及び（ｂ）に示されるように、酸化触媒コンバータ２７の酸素ストレージ機能によって酸化還元される非還元成分の反応率は、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａの上昇又は排気通路１４内の排気流量Ｑａの増加に伴い上昇する。このため、酸化触媒コンバータ２７の酸素ストレージ機能によって酸化還元される非還元成分の反応量は、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａが高いほど、また、排気通路１４内の排気流量Ｑａが多いほど多くなる。

このように本実施の形態では、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａ、排気通路１４内の排気流量Ｑａに基づいて酸化触媒コンバータ２７で酸化還元される非還元成分の反応率を算出することが可能となる。これにより、酸化触媒コンバータ２７の温度依存特性や排気状態に応じた非還元成分の反応量の推定値ＲＯを算出することができる。

以下、このような前提のもとに電子制御装置５０により実行される燃料（還元剤）の添加量調整制御について図６〜８を参照して説明する。
図６は、この燃料添加量調整制御についてその制御手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示す一連の処理は電子制御装置５０により所定時間毎に繰り返し実行される。

図６に示されるように、この一連の処理ではまず、前述した燃料添加弁４６からの間欠的な燃料添加を通じた周知の還元制御が実行中であるか否かが判断される（ステップＳ１００）。すなわち、ＮＯｘ還元制御、Ｓ被毒回復制御を実行すべく燃料添加弁４６から燃料（還元剤）が添加中であるか否かが判断される。そして、こうした還元制御の実行中ではない旨判断された場合には（ステップＳ１００：ＮＯ）、この処理は一旦終了される。

一方、上記還元制御の実行中である旨判断された場合には（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、酸化触媒コンバータ２７に吸着されている非還元触媒の量を算出すべく吸着量算出処理が実行される（ステップＳ１０１）。この吸着量算出処理の詳細を図７に示す。

この吸着量の算出処理では、図７に示すように、まずは酸化触媒コンバータ２７に担持された酸化触媒の温度（触媒温度）Ｔａが検出される（図７ステップＳ２００）。そしてこうして触媒温度Ｔａが検出されると、先の図３（ａ）に示した演算用マップを通じて、この検出された触媒温度Ｔａに基づき酸化触媒コンバータ２７に吸着される非還元成分の吸着速度の基本値である基本吸着速度Ｖｅが算出される。同じく先の図４（ａ）に示した演算用マップを通じて、同触媒温度Ｔａに基づき酸化触媒コンバータ２７から放出される非還元成分の放出速度の基本値である基本放出速度Ｖｏが算出される（図７ステップＳ２０１）。

次に、エアフロメータ１６の検出値に基づき、例えば図示しない適宜のマップを通じて排気通路１４内の排気流量Ｑａが算出される（ステップＳ２０２）。こうして排気流量Ｑａが算出されると、先の図３（ｂ）に示した補正用マップを通じて、この排気流量Ｑａに基づき基本吸着速度Ｖｅを補正するための流量補正係数ｋｅ１が算出される。同じく図４（ｂ）に示した補正用マップを通じて、同排気流量Ｑａに基づき基本放出速度Ｖｏを補正するための流量補正係数ｋｏ１が算出される（ステップＳ２０３）。

そして次に、空燃比センサ２９の検出値に基づき、これも図示しない適宜のマップを通じて酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気中の非還元成分の濃度Ｆｄが算出される（
ステップＳ２０４）。こうして非還元成分の濃度Ｆｄが算出されると、先の図３（ｃ）に示した補正用マップを通じて、この非還元成分の濃度Ｆｄに基づき基本吸着速度Ｖｅを補正するための濃度補正係数ｋｅ２が算出される。同じく先の図４（ｃ）に示した補正用マップを通じて、同非還元成分の濃度Ｆｄに基づいて基本放出速度Ｖｏを補正するための濃度補正係数ｋｏ２が算出される（ステップＳ２０５）。

このようにして各補正係数が算出されると、酸化触媒コンバータ２７に非還元成分が吸着される際の速度の推定値である推定吸着速度Ｖｅｓ、及び酸化触媒コンバータ２７から非還元成分が放出される際の速度の推定値である推定放出速度Ｖｏｓが次式（３）及び（４）に基づいて算出される（ステップＳ２０６）。

Ｖｅｓ＝Ｖｅ×ｋｅ１×ｋｅ２ …（３）
Ｖｏｓ＝Ｖｏ×ｋｏ１×ｋｏ２ …（４）
Ｖｅｓ：推定吸着速度
Ｖｏｓ：推定放出速度
ｋｅ１、ｋｏ１：流量補正係数
ｋｅ２、ｋｏ２：濃度補正係数
上記式（３）及び（４）によって、基本吸着速度Ｖｅ及び基本放出速度Ｖｏが排気通路１４内の排気流量Ｑａ、及び酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気中の非還元成分の濃度Ｆｄに基づき補正される。これにより、排気通路１４内の排気流量Ｑａや、排気中の非還元成分の濃度Ｆｄが変化するような場合であれ、これらの変動要因に基づいて非還元成分の吸着速度及び放出速度が補正されることとなり、より正確な推定値を算出することができる。

次に、上記式（３）及び（４）によって算出された推定吸着速度Ｖｅｓ及び推定放出速度Ｖｏｓに基づいて酸化触媒コンバータ２７に吸着される非還元成分の速度推定吸着量ＴＨＣｅ、及び酸化触媒コンバータ２７から放出される非還元成分の速度推定放出量ＴＨＣｏが次式（５）及び（６）に基づいて算出される（ステップＳ２０７）。

ＴＨＣｅ＝ＴＨＣｅ＋Ｖｅｓ×Ｔ１ …（５）
ＴＨＣｏ＝ＴＨＣｏ＋Ｖｏｓ×Ｔ１ …（６）
ＴＨＣｅ：速度推定吸着量
ＴＨＣｏ：速度推定放出量
Ｖｅｓ：推定吸着速度
Ｖｏｓ：推定放出速度
Ｔ１：演算サイクル時間
上記式（５）及び（６）の右辺第２項は演算サイクル時間Ｔ１あたりの非還元成分の速度推定吸着量ＴＨＣｅ、及び速度推定放出量ＴＨＣｏを算出する式であり、右辺第１項（ＴＨＣｅ、ＴＨＣｏ）は前回の演算サイクルまでに積算された速度推定による吸着量及び放出量である。このように、これらを加算することにより、本添加量調整制御が実行されている間に酸化触媒コンバータ２７に吸着される非還元成分の速度推定吸着量ＴＨＣｅ、及び酸化触媒コンバータ２７から放出される非還元成分の速度推定放出量ＴＨＣｏが算出される。

そして、この処理を通じて算出された速度推定吸着量ＴＨＣｅから速度推定放出量ＴＨＣｏを減算することにより、酸化触媒コンバータ２７に吸着されていると推定される非還元成分の量（吸着量）ＴＨＣＱが算出される（ステップＳ２０８）。

このような処理を通じて推定吸着量ＴＨＣＱが算出されると、図６に示すメインルーチンにおいて、酸化触媒コンバータ２７で酸化還元される非還元成分の反応量を算出すべく
非還元成分反応量算出処理が実行される（図６ステップＳ１０２）。この非還元成分反応量算出処理の詳細を図８に示す。

この処理では、図８に示すように、空燃比センサ２９の検出値に基づき、図示しない適宜のマップを通じて酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気の酸素濃度Ｏ_２ＣＯＮＣが算出される（図８ステップＳ３００）。次いで、エアフロメータ１６の検出値に基づき、これも図示しない適宜のマップを通じて排気通路１４内の排気流量Ｑａが算出される（ステップＳ３０１）。

このようにして酸素濃度Ｏ_２ＣＯＮＣ及び排気流量Ｑａが算出されると、酸化触媒コンバータ２７による酸素ストレージ量ＯＳＣが次式（７）に基づいて算出される（ステップＳ３０２）。

ＯＳＣ＝ＯＳＣ＋Ｑａ・Ｏ_２ＣＯＮＣ・Ｔ１ …（７）
ＯＳＣ：酸素ストレージ量
Ｑ：排気流量
Ｏ_２ＣＯＮＣ：流量補正係数
Ｔ１：演算サイクル時間
上記式（７）の右辺第２項は演算サイクル時間Ｔ１あたりの酸素ストレージ量ＯＳＣを算出するためのものであり、右辺第１項（ＯＳＣ）は前回の演算サイクルまでに積算された酸素ストレージ量ＯＳＣである。そして、これらを加算することにより、本添加量調整制御が実行されている間に酸化触媒コンバータ２７に吸蔵される酸素ストレージ量ＯＳＣが算出される。

次に、温度センサ２８を通じて酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａが検出される（ステップＳ３０３）。こうして触媒温度Ｔａが検出されると、先の図５（ａ）に示した演算用マップを通じて、この触媒温度Ｔａに基づき酸化触媒コンバータ２７で酸化還元される非還元成分の反応率の基本値である基本反応率Ｐｒが算出される（ステップＳ３０４）。基本反応率Ｐｒが算出されると、同様に先の図５（ｂ）に示した補正用マップを通じて、上記排気流量Ｑａに基づき基本反応率Ｐｒを補正するための流量補正係数ｋｐが算出される（ステップＳ３０５）。

このようにして基本反応率Ｐｒ及び流量補正係数ｋｐが算出されると、酸化触媒コンバータ２７で酸化還元される非還元成分の反応率の推定値である推定反応率Ｐｒｓが次式（８）に基づいて算出される（ステップＳ３０６）。
Ｐｒｓ＝Ｐｒ×ｋｐ …（８）
Ｐｒｓ：推定反応率
Ｐｒ：基本反応率
ｋｐ：流量補正係数
上記式（８）によって、基本反応率Ｐｒが排気通路１４内の排気流量Ｑａに基づいて補正される。これにより、排気通路１４内の排気流量Ｑａが変化するような場合であれ、この変動要因に基づいて酸化触媒コンバータ２７で酸化還元される非還元成分の反応率が補正されることとなり、より正確な推定値を算出することができる。

次に、空燃比センサ２９の検出値に基づき、図示しない適宜のマップを通じて酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気中の非還元成分の濃度Ｆｄが算出される（ステップＳ３０７）。

このようにして算出された酸素ストレージ量ＯＳＣ、推定反応率Ｐｒｓ、非還元成分の濃度Ｆｄに基づいて、酸化触媒コンバータ２７で酸化還元される非還元成分の推定量であ
る推定反応量ＲＯが次式（９）により算出される（ステップＳ３０８）。

ＲＯ＝ＯＳＣ×Ｐｒｓ×Ｆｄ …（９）
ＲＯ ：推定反応量
ＯＳＣ：酸素ストレージ量
Ｐｒｓ：推定反応率
Ｆｄ：非還元成分の濃度
上記式（９）によって、排気流量Ｑａに基づき補正された推定反応率Ｐｒｓと、酸化触媒コンバータ２７による酸素ストレージ量ＯＳＣと、酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気の非還元成分の濃度Ｆｄとに基づいた反応量ＲＯが算出される。

そして、以上の吸着量算出処理及び非還元成分反応量算出処理を通じて吸着量の推定値ＴＨＣＱ及び非還元成分反応量の推定値ＲＯが算出されると、図６に示すメインルーチンに戻る。そしてここでは、酸化触媒コンバータ２７の下流へと排出される非還元成分の推定排出量ＴＨＣｅｘが、上記算出された吸着量の推定値ＴＨＣＱ及び非還元成分反応量の推定値ＲＯ、酸化触媒コンバータ２７に吸入されると推定される非還元成分の推定吸入量ＴＨＣｉに基づいて先の式（１）により算出される（図６ステップＳ１０３）。なお、推定吸入量ＴＨＣｉは、上記推定排出量が算出される際に酸化触媒コンバータ２７に吸入されるであろう排気通路１４内の非還元成分の量であり、エアフロメータ１６及び空燃比センサ２９の検出値に基づき、図示しない適宜のマップを通じて算出される値である。このようにして推定排出量ＴＨＣｅｘが算出されると、この推定排出量ＴＨＣｅｘが上記許容排出量β（図２（ｅ））以下であるか否かが判断される（ステップＳ１０４）。

そして、推定排出量ＴＨＣｅｘが許容排出量β以下である旨判断された場合には（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、この処理から一旦抜け、ＮＯｘ還元、Ｓ被毒回復にかかる還元制御が継続して実行される。

一方、推定排出量ＴＨＣｅｘが許容排出量βを超えた旨判断された場合には（ステップＳ１０４：ＮＯ）、上記燃料添加弁４６が即座に閉じられるとともに（ステップＳ１０５）、先の速度推定吸着量ＴＨＣｅ、速度推定放出量ＴＨＣｏ、酸素ストレージ量ＯＳＣ等の積算値がクリアされる（ステップＳ１０６）。そしてその後、並行して実施されている上述した還元制御を停止すべく要求が発せられた後（ステップＳ１０７）、この一連の処理が終了される。

以上の処理によって、燃料添加弁４６から添加される燃料（還元剤）の添加量が調整されることにより、先の図２に基づき説明したように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒による還元の実行に伴うＳ被毒の回復等に併せて、非還元成分が酸化触媒コンバータ２７から排出されることに起因する白煙の発生等も好適に抑制されるようになる。

上記説明したように、本実施の形態にかかる車載内燃機関の排気浄化装置によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）ＮＯｘ触媒コンバータ２５に対するＮＯｘ還元制御、Ｓ被毒回復制御に際して、酸化触媒コンバータ２７から排出される非還元成分の推定量である推定排出量ＴＨＣｅｘに基づいて燃料添加弁４６から排気通路１４内に供給される燃料（還元剤）の添加量を制限することとした。このため、推定排出量ＴＨＣｅｘが白煙発生の抑制の指標となる許容排出量β以下となるようにこうした燃料（還元剤）の添加を制限することが可能となる。これにより、ＮＯｘ触媒コンバータ２５による還元の実行に伴うＳ被毒回復、ＮＯｘ還元に併せて、非還元成分が酸化触媒コンバータ２７から排出されることに起因する白煙の発生等も好適に抑制することができるようになる。

（２）上記推定排出量ＴＨＣｅｘを、酸化触媒コンバータ２７へ吸入される非還元成分の推定値である推定吸入量ＴＨＣｉから、酸化触媒コンバータ２７に吸着される非還元成分の推定値である吸着量ＴＨＣＱと酸化触媒コンバータ２７で酸化還元される非還元成分の推定値である反応量ＲＯとを減算することによって算出することとした（式（１））。これにより、実際に酸化触媒コンバータ２７から排出されるであろう非還元成分の量を正確に推定し、算出することができるようになる。

（３）特に、酸化触媒コンバータ２７自身がその能力として非還元成分を吸着することのできる量の算出に際して、酸化触媒コンバータ２７自身の吸着容量ＴＨＣｍａｘを上限値とした非還元成分の吸着速度と放出速度との差に基づくこととした（式（２））。これにより、酸化触媒コンバータ２７に吸入される非還元成分に対して、実際に酸化触媒コンバータ２７によって非還元成分の排出を抑制することができる非還元成分の量をより精度よく算出することができるようになる。

（４）上記非還元成分の吸着量ＴＨＣＱの算出に際しては、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａに基づいて算出した基本吸着速度Ｖｅ及び基本放出速度Ｖｏを基本値とし、これらの基本値を酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気の流量Ｑａ及び酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気中の非還元成分の濃度Ｆｄに基づいて補正することとした。これにより、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度や、酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気の状態が変化するような場合であれ、上記推定吸着量ＴＨＣＱを精度よく算出することができるようになる。

（５）非還元成分反応量ＲＯの算出に際しても、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａに基づいて算出した基本反応率Ｐｒを基本値とし、この基本値を酸化触媒コンバータ２７に吸入される排気の流量Ｑａに基づいて補正することとした。これにより、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度や、排気通路１４内の排気流量Ｑａが変化するような場合であれ、非還元成分反応量ＲＯを精度よく算出することができるようになり、上記態様での推定吸着量ＴＨＣＱの算出とも併せて、より正確に燃料（還元剤）の添加量を調整、制限することができるようになる。

（６）ＮＯｘ触媒コンバータ２５、ＤＰＮＲコンバータ２６への燃料（還元剤）の添加を、排気通路１４に設けられた専用の燃料添加弁４６によって行うこととした。これにより、各コンバータに供給される燃料の添加量を高い精度で制御することができるとともに、上記添加量調整制御についてもこれをより容易に実行することができるようになる。

なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、排気通路１４内への燃料（還元剤）の添加を、燃料添加弁４６により行うこととしたが、これに代えて上記燃料噴射弁４０を兼用するようにしてもよい。

・上記実施の形態では、基本反応率Ｐｒを酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａに基づいて算出し、排気通路１４内の排気流量Ｑａによってこれを補正することとした。これに限らず、先の図５（ｂ）に示した関係を通じて排気流量Ｑａに基づく基本反応率Ｐｒを算出し、触媒温度Ｔａによってこれを補正するようにしてもよい。また、排気流量Ｑａ及び触媒温度Ｔａのいずれかに基づいて算出される反応率を推定反応率Ｐｒｓとし、その補正処理を割愛するようにしてもよい。

・上記実施の形態では、基本吸着速度Ｖｅ及び基本放出速度Ｖｏを酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａ（図３（ａ）、図４（ａ））に基づいて算出し、排気流量Ｑａ及び非還元成分の濃度Ｆｄによってこれを補正することとした。これに限らず、排気流量Ｑａ及
び非還元成分の濃度Ｆｄのいずれか一方によって補正することとしてもよい。また、先の図３（ｂ）、図４（ｂ）に示した関係を通じて排気流量Ｑａに基づく基本吸着速度Ｖｅ及び基本放出速度Ｖｏを算出し、触媒温度Ｔａ及び非還元成分の濃度Ｆｄの少なくとも一方によってこれを補正するようにしてもよい。更には、先の図３（ｃ）、図４（ｃ）に示した関係を通じて非還元成分の濃度Ｆｄに基づく基本吸着速度Ｖｅ及び基本放出速度Ｖｏを算出し、触媒温度Ｔａ及び排気流量Ｑａの少なくとも一方によってこれを補正するようにしてもよい。またあるいは、触媒温度Ｔａ、排気流量Ｑａ、非還元成分の濃度Ｆｄのいずれか一つに基づいて吸着速度及び放出速度を算出し、これを補正することなく推定吸着速度Ｖｅｓ及び推定放出速度Ｖｏｓとしてもよい。

・上記実施の形態では、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａ、排気流量Ｑａ、非還元成分の濃度Ｆｄのいずれかに基づいて基本吸着速度Ｖｅ及び基本放出速度Ｖｏを算出し、これを補正するようにした。これに限らず、酸化触媒コンバータ２７の触媒温度Ｔａ、排気流量Ｑａ、非還元成分の濃度Ｆｄからなる三次元マップにより、推定吸着速度Ｖｅｓ及び推定放出速度Ｖｏｓを算出するようにしてもよい。

・上記実施の形態では、許容排出量βを、酸化触媒コンバータ２７を介して非還元成分が過剰に排出されることを抑制する上で許容できる値としたが、非還元成分が酸化触媒コンバータ２７の下流へと排出されることをより確実に抑制する上では、許容排出量βの値を「０」に設定するようにしてもよい。

・上記実施の形態では、酸素ストレージ量ＯＳＣを、空燃比センサ２９による検出値に基づいて算出することとした。これに限らず、ＤＰＮＲコンバータ２６と酸化触媒コンバータ２７との間に酸素濃度センサを設け、この酸素濃度センサの検出値に基づいてその算出を行うようにしてもよい。

・上記実施の形態では、エアフロメータ１６を通じて検出される吸入空気量に基づいて排気流量Ｑａを推定（算出）する構成としたが、内燃機関１０の運転状態、例えば機関回転速度や燃料噴射量に相関する値として排気の流量を算出し、これを排気流量Ｑａの代替値として用いるようにしてもよい。

・上記実施の形態では、ＮＯｘ触媒コンバータ２５と酸化触媒コンバータ２７との間にＤＰＮＲコンバータ２６を設ける構成としたが、これを割愛するものであってもよい。また、ＤＰＮＲコンバータ２６に代えてＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）コンバータを設ける構成であってもよい。

・上記実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の補助触媒として酸化触媒コンバータ２７をその下流側に設けたが、この補助触媒としては酸素ストレージ機能と非還元成分の吸着機能を有するものであればよく、他に例えば三元触媒等を用いる構成であってもよい。

・上記実施の形態では、酸化触媒コンバータ２７に吸着される非還元成分の吸着量を、非還元成分の酸化触媒コンバータ２７への吸着速度に基づく単位時間あたりの吸着量から非還元成分の酸化触媒コンバータ２７からの放出速度に基づく単位時間あたりの放出量を減算して算出することとした。これに限らず、この吸着量を空燃比センサ２９から出力される酸素濃度情報の時間積分値として算出するようにしてもよい。

・上記実施の形態では、ＮＯｘ触媒コンバータ２５に添加される還元剤として燃料を使用したが、他に、尿素、アンモニア化合物、シアヌル酸、ジメチルエーテル、メチルエーテルなども上記還元剤として用いることができる。

本発明にかかる車載内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態について、適用対象とするディーゼル機関とともに、主にその燃料供給系、排気系の構成を示す略図。 （ａ）〜（ｅ）は、同実施の形態の燃料添加量調整制御に伴う各種排気成分の推移例を示すタイミングチャート。 （ａ）は酸化触媒コンバータの触媒温度と非還元成分の吸着速度との関係を示すグラフ。（ｂ）は排気通路内の排気流量と酸化触媒コンバータからの非還元成分の吸着速度との関係を示すグラフ。（ｃ）は酸化触媒コンバータに吸入される排気中の非還元成分の濃度とその酸化触媒コンバータへの吸着速度との関係を示すグラフ。 （ａ）は酸化触媒コンバータの温度と非還元成分の放出速度との関係を示すグラフ。（ｂ）は排気通路内の排気流量と酸化触媒コンバータからの非還元成分の放出速度との関係を示すグラフ。（ｃ）は酸化触媒コンバータに吸入される排気中の非還元成分の濃度とその酸化触媒コンバータからの放出速度との関係を示すグラフ。 （ａ）は酸化触媒コンバータの温度と非還元成分の反応率との関係を示すグラフ。（ｂ）は排気通路内の排気流量と酸化触媒コンバータでの非還元成分の反応率との関係を示すグラフ。 同実施の形態による燃料（還元剤）の添加量調整制御についてその制御手順を示すフローチャート。 上記燃料添加量制御に際しての特に推定吸着量算出処理についてその処理手順を示すフローチャート。 上記燃料添加量制御に際しての特に非還元成分反応量算出処理についてその処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…ターボチャージャ、１２…吸気通路、１３…燃焼室、１４…排気通路、１５…エアクリーナ、１６…エアフロメータ、１７…コンプレッサ、１８…インタークーラ、１９…吸気絞り弁、２０…吸気マニホールド、２１…吸気ポート、２２…排気ポート、２３…排気マニホールド、２４…排気タービン、２５…ＮＯｘ吸蔵還元触媒コンバータ、２６…ＤＰＮＲコンバータ、２７…酸化触媒コンバータ、２８…温度センサ、２９…空燃比センサ、３０…ＥＧＲ通路、３１…ＥＧＲ触媒、３２…ＥＧＲクーラ、３３…ＥＧＲ弁、４０…燃料噴射弁、４１…高圧燃料供給管、４２…コモンレール、４３…燃料ポンプ、４４…レール圧センサ、４５…低圧燃料供給管、４６…燃料添加弁、５０…電子制御装置、５１…（機関）回転速度センサ、５２…アクセルセンサ、５３…絞り弁センサ。

Claims (9)

1. 車載内燃機関の排気通路に設けられて排気ガス中のＮＯｘ吸蔵機能及び還元機能を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、このＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分を吸着する機能及び酸素ストレージ機能を有して同ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流に設けられる補助触媒とを備え、所定の条件下で排気通路に還元剤を添加することで排気の浄化機能を維持する車載内燃機関の排気浄化装置において、
   前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒と前記補助触媒との間に空燃比センサを設け、該空燃比センサから出力される酸素濃度情報に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分が前記補助触媒に吸入される量である非還元成分吸入量を推定するとともに、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分の前記補助触媒への吸着速度、及び同ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分の前記補助触媒の酸素ストレージ機能に基づき酸化還元される量である非還元成分反応量を併せて推定して前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分が前記補助触媒から排出される量である非還元成分排出量を求め、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒による還元の実行に際し、この求められる非還元成分排出量に基づいて前記還元剤の添加量を制限し、
   前記吸着速度は、前記補助触媒の温度が高いほど低い値として求められるとともに、排気流量が多いほど低い値となるように補正される
   ことを特徴とする車載内燃機関の排気浄化装置。
2. 車載内燃機関の排気通路に設けられて排気ガス中のＮＯｘ吸蔵機能及び還元機能を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、このＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分を吸着する機能及び酸素ストレージ機能を有して同ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流に設けられる補助触媒とを備え、所定の条件下で排気通路に還元剤を添加することで排気の浄化機能を維持する車載内燃機関の排気浄化装置において、
   前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒と前記補助触媒との間に空燃比センサを設け、該空燃比センサから出力される酸素濃度情報に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分が前記補助触媒に吸入される量である非還元成分吸入量を推定するとともに、前記
   ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分の前記補助触媒への吸着速度、及び同ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分の前記補助触媒の酸素ストレージ機能に基づき酸化還元される量である非還元成分反応量を併せて推定して前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分が前記補助触媒から排出される量である非還元成分排出量を求め、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒による還元の実行に際し、この求められる非還元成分排出量に基づいて前記還元剤の添加量を制限し、
   前記吸着速度は、排気流量が多いほど低い値として求められる
   ことを特徴とする車載内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記推定される前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分の前記補助触媒への吸着速度に基づき、同還元しきれなかった成分の補助触媒に対するその都度の吸着量が、補助触媒自身の吸着容量値を上限値とした、前記還元しきれなかった成分の補助触媒への吸着速度に基づく単位時間当たりの吸着量から同還元しきれなかった成分の補助触媒からの放出速度に基づく単位時間当たりの放出量を差し引いた値として推定される
   請求項１又は２に記載の車載内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記還元しきれなかった成分の補助触媒からの放出速度は、前記補助触媒の触媒温度、及び当該機関への吸入空気量に相関する排気流量、及び前記空燃比センサから出力される酸素濃度情報に相関する前記還元しきれなかった成分の濃度の少なくとも１つの関数としてそれぞれ求められる
   請求項３に記載の車載内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記還元しきれなかった成分の補助触媒への吸着速度は、前記空燃比センサから出力される酸素濃度情報に相関する前記還元しきれなかった成分の濃度に基づいて補正され、
   前記還元しきれなかった成分の補助触媒からの放出速度は、前記補助触媒の触媒温度、及び当該機関への吸入空気量に相関する排気流量、及び前記空燃比センサから出力される酸素濃度情報に相関する前記還元しきれなかった成分の濃度のいずれか１つの関数としてそれぞれ求められるとともに、他の２つの要素の少なくとも一方に基づいてそれぞれ補正される
   請求項３に記載の車載内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒により還元しきれなかった成分の前記補助触媒の酸素ストレージ機能に基づき酸化還元される量である前記非還元成分反応量が、前記補助触媒による酸素ストレージ量に前記空燃比センサから出力される酸素濃度情報に相関する同還元しきれなかった成分の濃度及びその都度の環境における反応率を乗算した値として求められる
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の車載内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記その都度の環境における反応率が、前記補助触媒の触媒温度、及び当該機関への吸入空気量に相関する排気流量の少なくとも一方の関数として求められる
   請求項６に記載の車載内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記その都度の環境における反応率が、前記補助触媒の触媒温度、及び当該機関への吸入空気量に相関する排気流量のいずれか一方の関数として求められるとともに、他方の要素に基づいて補正される
   請求項６に記載の車載内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記還元剤の添加が前記排気通路に設けられた添加弁による当該内燃機関の燃料の添加として行われる
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の車載内燃機関の排気浄化装置。

Images