JP5880497B2

JP5880497B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP5880497B2
Application number: JP2013165350A
Authority: JP
Inventors: 悠樹美才治; 吉田　耕平; 耕平吉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2033-08-08
Also published as: EP2835510A1; JP2015034498A; EP2835510B1

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

機関排気通路内にNO_X浄化触媒を配置し、NO_X浄化触媒上流の機関排気通路内に尿素水を供給するための尿素水供給弁を配置し、尿素水供給弁に尿素水を送り込むための電動ポンプを具備した内燃機関では、尿素水を供給すべき要求があったときに、ただちに尿素水を供給し得るように、通常、NO_X浄化触媒の温度が低いうちから電動ポンプの駆動が開始される。しかしながら、実際に尿素水の供給が開始されるのは、NO_X浄化触媒の温度が或る程度高くなってからであり、従って、このようにNO_X浄化触媒の温度が低いうちから電動ポンプの駆動を開始すると、電動ポンプの駆動のために電気エネルギが無駄に消費されるという問題を生ずる。そこで、電気エネルギの無駄な消費を防止するために、NO_X浄化触媒の温度が十分に高くなってから電動ポンプの駆動を開始するようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１０−１０１２６２号公報

一方、このように機関排気通路内に尿素水のような還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置した場合には、還元剤供給弁からの還元剤の供給が停止すると、排気ガス中に含まれる微粒子等が還元剤供給弁のノズル口に堆積し、その結果、還元剤供給弁のノズル口が目詰まりを生ずることになる。従って、還元剤供給弁からの還元剤の供給が停止したときには、還元剤供給弁のノズル口の目詰まりが生じないようにするために、少量の還元剤を間欠的に供給することが望ましい。しかしながら、この場合、少量の還元剤を供給するために、電動ポンプを駆動し続けると、電動ポンプの駆動のために多くの電気エネルギが無駄に消費されるという問題を生ずる。

本発明の目的は、還元剤供給弁のノズル口が目詰まりを防止するに当たって、電動ポンプの駆動のための電気エネルギの消費量を極力低減するようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

即ち、本発明によれば、機関排気通路内に配置された還元剤供給弁と、還元剤供給弁からの還元剤の噴射作用を制御するための還元剤噴射制御装置と、還元剤供給弁に還元剤を供給するための電動ポンプと、電動ポンプの駆動を制御するための電動ポンプ駆動制御装置とを具備しており、還元剤供給弁からは排気処理に必要な量の還元剤が間欠的に噴射され、還元剤の噴射により還元剤供給弁の噴射圧が低下すると、還元剤供給弁の噴射圧が、排気処理に必要な量の還元剤を噴射することのできる目標噴射圧まで電動ポンプによって上昇せしめられる内燃機関の排気浄化装置において、還元剤噴射制御装置は、排気処理に必要な量の還元剤の噴射制御に加え、還元剤供給弁のノズル口の目詰まりを防止するために排気処理に必要な量の還元剤に比べて少量の還元剤を還元剤供給弁から間欠的に噴射する目詰まり防止噴射制御も行い、電動ポンプ駆動制御装置は、機関運転中において電動ポンプを停止すべき要求があったときには還元剤供給弁の噴射圧が目標噴射圧に達するのを待って電動ポンプを停止し、還元剤噴射制御装置は、電動ポンプが停止されたときでも、還元剤供給弁の噴射圧が目標噴射圧に比べて低い予め定められた許容噴射圧以下に低下するまで又は電動ポンプ停止後における還元剤供給弁からの噴射回数が予め定められた噴射回数以上となるまで、電動ポンプを停止した状態で、目詰まり防止に必要な量の還元剤を間欠的に噴射する内燃機関の排気浄化装置が提供される。

電動ポンプが停止された状態でもって、還元剤供給弁のノズル口の目詰まり防止に必要な量の還元剤が噴射されるので、電動ポンプの駆動のための電気エネルギの消費量を低減することができる。

図１は圧縮着火式内燃機関の全体図である。図２は触媒担体の表面部分を図解的に示す図である。図３は排気浄化触媒における酸化反応を説明するための図である。図４は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示す図である。図５はNO_x浄化率Ｒ１を示す図である。図６Ａおよび６Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。図７Ａおよび７Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。図８は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示す図である。図９はNO_x浄化率Ｒ２を示す図である。図１０は炭化水素の噴射周期ΔＴとNO_x浄化率Ｒ１との関係等を示す図である。図１１Ａおよび１１Ｂは炭化水素の噴射量等のマップを示すである。図１２はNO_x放出制御を示す図である。図１３は排出NO_x量NOXAのマップを示す図である。図１４は燃料噴射時期を示す図である。図１５は追加の燃料量WRのマップを示す図である。図１６は燃料噴射制御装置を示す図である。図１７は炭化水素供給弁に供給される燃料圧ＰＸの変化等を示す図である。図１８は炭化水素供給弁に供給される燃料圧ＰＸの変化等を示す図である。図１９は触媒温度ＴＣとポンプ用ＥＣＵ作動フラグとの関係を示す図である。図２０はポンプ用ＥＣＵ作動フラグを制御するためのフローチャートである。図２１は目詰まり防止制御を行うためのフローチャートである。図２２は目詰まり防止制御を行うための別の実施例を示すフローチャートである。図２３は噴射制御を行うためのフローチャートである。図２４は触媒温度ＴＣとポンプ用ＥＣＵ作動フラグとの関係を示す図である。図２５はポンプ用ＥＣＵ作動フラグを制御するためのフローチャートである。図２６は目詰まり防止制御を行うためのフローチャートである。図２７はNOx浄化制御を行うためのフローチャートである。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはアクチュエータにより駆動されるスロットル弁10が配置され、吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置11が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置11内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気管12を介して排気浄化触媒13の入口に連結される。本発明による実施例では、この排気浄化触媒13はNOx吸蔵触媒からなる。排気浄化触媒13の出口はパティキュレートフィルタ14に連結され、排気浄化触媒13上流の排気管12内には圧縮着火式内燃機関の燃料として用いられる軽油その他の燃料からなる炭化水素を供給するための炭化水素供給弁15が配置される。図１に示される実施例では炭化水素供給弁15から供給される炭化水素として軽油が用いられている。なお、本発明はリーン空燃比のもとで燃焼の行われる火花点火式内燃機関にも適用することができる。この場合、炭化水素供給弁15からは火花点火式内燃機関の燃料として用いられるガソリンその他の燃料からなる炭化水素が供給される。

一方、排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、EGRと称す）通路16を介して互いに連結され、EGR通路16内には電子制御式EGR制御弁17が配置される。また、EGR通路16の周りにはEGR通路16内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置18が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置18内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。各燃料噴射弁３は燃料供給管19を介してコモンレール20に連結され、このコモンレール20は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ21を介して燃料タンク22に連結される。燃料タンク22内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ21によってコモンレール20内に供給され、コモンレール20内に供給された燃料は各燃料供給管19を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、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（マイクロプロセッサ）34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。排気浄化触媒13の下流には排気浄化触媒13から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ23が配置されており、パティキュレートフィルタ14にはパティキュレートフィルタ14の前後差圧を検出するための差圧センサ24が取り付けられている。これら温度センサ23、差圧センサ24および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁３、スロットル弁10の駆動用アクチュエータ、炭化水素供給弁15、EGR制御弁17および燃料ポンプ21に接続される。

図２は、図１に示される排気浄化触媒13の基体上に担持された触媒担体の表面部分を図解的に示している。この排気浄化触媒13では図２に示されるように例えばアルミナからなる触媒担体50上には白金Ptからなる貴金属触媒51が担持されており、更にこの触媒担体50上にはカリウムＫ、ナトリウムNa、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類金属、ランタノイドのような希土類および銀Ag、銅Cu、鉄Fe、イリジウムIrのようなNO_xに電子を供与しうる金属から選ばれた少なくとも一つを含む塩基性層53が形成されている。また、排気浄化触媒13の触媒担体50上には白金Ptに加えてロジウムRh或いはパラジウムPdを担持させることができる。なお、排気ガスは触媒担体50上に沿って流れるので貴金属触媒51は排気浄化触媒13の排気ガス流通表面上に担持されていると言える。また、塩基性層53の表面は塩基性を呈するので塩基性層53の表面は塩基性の排気ガス流通表面部分54と称される。

炭化水素供給弁15から排気ガス中に炭化水素が噴射されるとこの炭化水素は排気浄化触媒13において改質される。本発明ではこのとき改質された炭化水素を用いて排気浄化触媒13においてNO_xを浄化するようにしている。図３はこのとき排気浄化触媒13において行われる改質作用を図解的に示している。図３に示されるように炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素HCは貴金属触媒51によって炭素数の少ないラジカル状の炭化水素HCとなる。

図４は炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射タイミングと排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化とを示している。なお、この空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化は排気浄化触媒13に流入する排気ガス中の炭化水素の濃度変化に依存しているので図４に示される空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化は炭化水素の濃度変化を表しているとも言える。ただし、炭化水素濃度が高くなると空燃比（Ａ／Ｆ）inは小さくなるので図４においては空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチ側となるほど炭化水素濃度が高くなっている。

図５は、排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を周期的に変化させることによって図４に示されるように排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inを周期的にリッチにしたときの排気浄化触媒13によるNO_x浄化率Ｒ１を排気浄化触媒13の各触媒温度TCに対して示している。さて、長期間に亘るNO_x浄化に関する研究の結果、排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると、図５に示されるように350℃以上の高温領域においても極めて高いNO_x浄化率Ｒ１が得られることが判明している。

更にこのときには窒素および炭化水素を含む多量の還元性中間体が塩基性層53の表面上に、即ち排気浄化触媒13の塩基性排気ガス流通表面部分54上に保持又は吸着され続けており、この還元性中間体が高NO_x浄化率Ｒ１を得る上で中心的役割を果していることが判明している。次にこのことについて図６Ａおよび６Ｂを参照しつつ説明する。なお、これら図６Ａおよび６Ｂは排気浄化触媒13の触媒担体50の表面部分を図解的に示しており、これら図６Ａおよび６Ｂには排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動せしめたときに生ずると推測される反応が示されている。

図６Ａは排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度が低いときを示しており、図６Ｂは炭化水素供給弁15から炭化水素が供給されて排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされたとき、即ち排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度が高くなっているときを示している。

さて、図４からわかるように排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比は一瞬を除いてリーンに維持されているので排気浄化触媒13に流入する排気ガスは通常酸素過剰の状態にある。このとき排気ガス中に含まれるNOの一部は排気浄化触媒13上に付着し、排気ガス中に含まれるNOの一部は図６Ａに示されるように白金51上において酸化されてNO₂となり、次いでこのNO₂は更に酸化されてNO₃となる。また、NO₂の一部はNO₂ ^-となる。従って白金Pt51上にはNO₂ ^- とNO₃とが生成されることになる。排気浄化触媒13上に付着しているNOおよび白金Pt51上において生成されたNO₂ ^-とNO₃は活性が強く、従って以下これらNO、NO₂ ^-およびNO₃を活性NO_x ^*と称する。

一方、炭化水素供給弁15から炭化水素が供給されて排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされるとこの炭化水素は排気浄化触媒13の全体に亘って順次付着する。これら付着した炭化水素の大部分は順次酸素と反応して燃焼せしめられ、付着した炭化水素の一部は順次、図３に示されるように排気浄化触媒13内において改質され、ラジカルとなる。従って、図６Ｂに示されるように活性NO_x ^*周りの炭化水素濃度が高くなる。ところで活性NO_x ^*が生成された後、活性NO_x ^*周りの酸素濃度が高い状態が一定時間以上継続すると活性NO_x ^*は酸化され、硝酸イオンNO₃ ^-の形で塩基性層53内に吸収される。しかしながらこの一定時間が経過する前に活性NO_x ^*周りの炭化水素濃度が高くされると図６Ｂに示されるように活性NO_x ^*は白金51上においてラジカル状の炭化水素HCと反応し、それにより還元性中間体が生成される。この還元性中間体は塩基性層53の表面上に付着又は吸着される。

なお、このとき最初に生成される還元性中間体はニトロ化合物R-NO₂であると考えられる。このニトロ化合物R-NO₂は生成されるとニトリル化合物R-CNとなるがこのニトリル化合物R-CNはその状態では瞬時しか存続し得ないのでただちにイソシアネート化合物R-NCOとなる。このイソシアネート化合物R-NCOは加水分解するとアミン化合物R-NH₂となる。ただしこの場合、加水分解されるのはイソシアネート化合物R-NCOの一部であると考えられる。従って図６Ｂに示されるように塩基性層53の表面上に保持又は吸着されている還元性中間体の大部分はイソシアネート化合物R-NCOおよびアミン化合物R-NH₂であると考えられる。

一方、図６Ｂに示されるように生成された還元性中間体の周りに炭化水素HCが付着しているときには還元性中間体は炭化水素HCに阻まれてそれ以上反応が進まない。この場合、排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度が低下し、次いで還元性中間体の周りに付着している炭化水素が酸化せしめられて消滅し、それにより還元性中間体周りの酸素濃度が高くなると、還元性中間体は排気ガス中のNO_xや活性NO_x ^*と反応するか、周囲の酸素と反応するか、或いは自己分解する。それによって還元性中間体R-NCOやR-NH₂は図６Ａに示されるようにＮ₂，CO₂，H₂Oに変換せしめられ、斯くしてNO_xが浄化されることになる。

このように排気浄化触媒13では、排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を高くすることにより還元性中間体が生成され、排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を低下させた後、酸素濃度が高くなったときに還元性中間体が排気ガス中のNO_xや活性NO_x ^*や酸素と反応し、或いは自己分解し、それによりNO_xが浄化される。即ち、排気浄化触媒13によりNO_xを浄化するには排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を周期的に変化させる必要がある。

無論、この場合、還元性中間体を生成するのに十分高い濃度まで炭化水素の濃度を高める必要があり、生成された還元性中間体を排気ガス中のNO_xや活性NO_x ^*や酸素と反応させ、或いは自己分解させるのに十分低い濃度まで炭化水素の濃度を低下させる必要がある。即ち、排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅で振動させる必要がある。なお、この場合、生成された還元性中間体R-NCOやR-NH₂が排気ガス中のNO_xや活性NO_x ^*や酸素と反応するまで、或いは自己分解するまでこれら還元性中間体を塩基性層53上に、即ち塩基性排気ガス流通表面部分54上に保持しておかなければならず、そのために塩基性の排気ガス流通表面部分54が設けられている。

一方、炭化水素の供給周期を長くすると炭化水素が供給された後、次に炭化水素が供給されるまでの間において酸素濃度が高くなる期間が長くなり、従って活性NO_x ^*は還元性中間体を生成することなく硝酸塩の形で塩基性層53内に吸収されることになる。これを回避するためには排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の周期でもって振動させることが必要となる。

そこで本発明による実施例では、排気ガス中に含まれるNO_xと改質された炭化水素とを反応させて窒素および炭化水素を含む還元性中間体R-NCOやR-NH₂を生成するために排気浄化触媒13の排気ガス流通表面上には貴金属触媒51が担持されており、生成された還元性中間体R-NCOやR-NH₂を排気浄化触媒13内に保持しておくために貴金属触媒51周りには塩基性層53が形成されており、塩基性層53上に保持された還元性中間体R-NCOやR-NH₂はＮ₂，CO₂，H₂Oに変換せしめられ、炭化水素濃度の振動周期は還元性中間体R-NCOやR-NH₂を生成し続けるのに必要な振動周期とされる。因みに図４に示される例では噴射間隔が３秒とされている。

炭化水素濃度の振動周期、即ち炭化水素供給弁15からの炭化水素HCの噴射周期を上述の予め定められた範囲内の周期よりも長くすると塩基性層53の表面上から還元性中間体R-NCOやR-NH₂が消滅し、このとき白金Pt53上において生成された活性NO_x ^*は図７Ａに示されるように硝酸イオンNO₃ ^-の形で塩基性層53内に拡散し、硝酸塩となる。即ち、このときには排気ガス中のNO_xは硝酸塩の形で塩基性層53内に吸収されることになる。

一方、図７ＢはこのようにNO_xが硝酸塩の形で塩基性層53内に吸収されているときに排気浄化触媒13内に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチにされた場合を示している。この場合には排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（NO₃ ^-→NO₂）に進み、斯くして塩基性層53内に吸収されている硝酸塩は順次硝酸イオンNO₃ ^-となって図７Ｂに示されるようにNO₂の形で塩基性層53から放出される。次いで放出されたNO₂は排気ガス中に含まれる炭化水素HCおよびCOによって還元される。

図８は塩基性層53のNO_x吸収能力が飽和する少し前に排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inを一時的にリッチにするようにした場合を示している。なお、図８に示す例ではこのリッチ制御の時間間隔は１分以上である。この場合には排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリーンのときに塩基性層53内に吸収されたNO_xは、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inが一時的にリッチにされたときに塩基性層53から一気に放出されて還元される。従ってこの場合には塩基性層53はNO_xを一時的に吸収するための吸収剤の役目を果している。

なお、このとき塩基性層53がNO_xを一時的に吸着する場合もあり、従って吸収および吸着の双方を含む用語として吸蔵という用語を用いるとこのとき塩基性層53はNO_xを一時的に吸蔵するためのNO_x吸蔵剤の役目を果していることになる。即ち、この場合には、機関吸気通路、燃焼室２および排気浄化触媒13上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、排気浄化触媒13は、排気ガスの空燃比がリーンのときにはNO_xを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したNO_xを放出するNO_x吸蔵触媒として機能している。

図９の実線は、排気浄化触媒13をこのようにNO_x吸蔵触媒として機能させたときのNO_x浄化率Ｒ２を示している。なお、図９の横軸は排気浄化触媒13の触媒温度TCを示している。排気浄化触媒13をこのようにNO_x吸蔵触媒として機能させた場合には図９において実線で示されるように触媒温度TCが250℃から300℃のときには極めて高いNO_x浄化率が得られるが触媒温度TCが350℃以上の高温になるとNO_x浄化率Ｒ２が低下する。

このように触媒温度TCが350℃以上になるとNO_x浄化率Ｒ２が低下するのは、触媒温度TCが350℃以上になるとNO_xが吸蔵されづらくなり、かつ硝酸塩が熱分解してNO₂の形で排気浄化触媒13から放出されるからである。即ち、NO_xを硝酸塩の形で吸蔵している限り、触媒温度TCが高いときに高いNO_x浄化率Ｒ２を得るのは困難である。しかしながら図４から図６Ｂに示される新たなNO_x浄化方法では、硝酸塩の形で吸蔵されているNO_x量は小量であり、斯くして図５に示されるように触媒温度TCが高いときでも高いNO_x浄化率Ｒ１が得られることになる。

本発明による実施例では、この新たなNO_x浄化方法を用いてNO_ｘを浄化しうるように、炭化水素を供給するための炭化水素供給弁15を機関排気通路内に配置し、炭化水素供給弁15下流の機関排気通路内に排気浄化触媒13を配置し、排気浄化触媒13の排気ガス流通表面上には貴金属触媒51が担持されていると共に貴金属触媒51周りには塩基性層53が形成されており、排気浄化触媒13は、炭化水素供給弁15から予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射すると塩基性層53上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNO_X を還元する性質を有すると共に、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期をこの予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるNO_xの吸蔵量が増大する性質を有しており、機関運転時に炭化水素供給弁15から予め定められた噴射周期でもって炭化水素を噴射し、それにより排気ガス中に含まれるNO_xを排気浄化触媒13において還元するようにしている。

即ち、図４から図６Ｂに示されるNO_x浄化方法は、貴金属触媒を担持しかつNO_xを吸収しうる塩基性層を形成した排気浄化触媒を用いた場合において、さほど硝酸塩を形成することなくNO_xを浄化するようにした新たなNO_x浄化方法であると言うことができる。実際、この新たなNO_x浄化方法を用いた場合には排気浄化触媒13をNO_x吸蔵触媒として機能させた場合に比べて、塩基性層53から検出される硝酸塩は少量である。なお、この新たなNO_x浄化方法を以下、第１のNO_x浄化方法と称する。

さて、前述したように、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴが長くなると炭化水素が噴射された後、次に炭化水素が噴射される間において、活性NO_x ^*周りの酸素濃度が高くなる期間が長くなる。この場合、図１に示される実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴが５秒程度よりも長くなると活性NO_x ^*が硝酸塩の形で塩基性層53内に吸収され始め、従って図１０に示されるように炭化水素濃度の振動周期ΔＴが５秒程度よりも長くなるとNO_x浄化率Ｒ１が低下することになる。従って図１に示される実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴは５秒以下とする必要がある。

一方、本発明による実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴがほぼ0.3秒以下になると噴射された炭化水素が排気浄化触媒13の排気ガス流通表面上に堆積し始め、従って図１０に示されるように炭化水素の噴射周期ΔＴがほぼ0.3秒以下になるとNO_x浄化率Ｒ１が低下する。そこで本発明による実施例では、炭化水素の噴射周期が0.3秒から５秒の間とされている。

なお、本発明による実施例では、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときには、炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量および噴射時期を変化させることによって排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inおよび噴射周期ΔＴが機関の運転状態に応じた最適値となるように制御される。この場合、本発明による実施例では、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときの最適な炭化水素噴射量ＷＴが、燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図１１Ａに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されており、また、このときの最適な炭化水素の噴射周期ΔＴも燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図１１Ｂに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。

次に図１２および図１３を参照しつつ排気浄化触媒13をNO_x吸蔵触媒として機能させた場合のNO_x浄化方法について具体的に説明する。このように排気浄化触媒13をNO_x吸蔵触媒として機能させた場合のNO_x浄化方法を以下、第２のNO_x浄化方法と称する。
この第２のNO_x浄化方法では図１２に示されるように塩基性層53に吸蔵された吸蔵NO_x量ΣNOXが予め定められた許容量MAXを越えたときに排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inが一時的にリッチにされる。排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされると、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリーンのときに塩基性層53内に吸蔵されたNO_xが塩基性層53から一気に放出されて還元される。それによってNO_xが浄化される。

吸蔵NO_x量ΣNOXは例えば機関から排出されるNO_x量から算出される。本発明による実施例では機関から単位時間当り排出される排出NO_x量NOXAが燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図１３に示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されており、この排出NO_x量NOXAから吸蔵NO_x量ΣNOXが算出される。この場合、前述したように排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされる周期は通常１分以上である。

この第２のNO_x浄化方法では図１４に示されるように燃焼室２内に燃料噴射弁３から燃焼用燃料Ｑに加え、追加の燃料WRを噴射することによって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされる。なお、図１４の横軸はクランク角を示している。この追加の燃料WRは燃焼はするが機関出力となって現われない時期に、即ち圧縮上死点後ATDC90°の少し手前で噴射される。この燃料量WRは噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図１５に示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。無論、この場合炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量を増大させることによって排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inをリッチにすることもできる。

なお、図５に示す第１のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ１と図９に示す第２のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ２とを比較するとわかるように、触媒温度TCが比較的低いときには第２のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ２の方が高くなり、触媒温度TCが高くなると第１のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ１の方が高くなる。従って、本発明による実施例では、概略的に言うと、触媒温度TCが低いときには第２のNOx浄化方法が用いられ、触媒温度TCが高いときには第１のNOx浄化方法が用いられる。

再び、図１に戻ると、図１には炭化水素供給弁15に炭化水素、即ち燃料を供給するための電動ポンプ60が示されており、図１６には、この電動ポンプ60の拡大図が示されている。図１６に示されるように、電動ポンプ60は加圧燃料で満たされたポンプ室61と、ポンプ室61内の燃料を加圧するための加圧ピストン62と、加圧ピストン62を駆動するためのソレノイド63と、燃料供給管64を介して炭化水素供給弁15に連結された加圧燃料流出室65と、加圧燃料流出室65内の燃料圧を検出するための圧力センサ66とを具備する。ポンプ室61は一方では、燃料タンク22からポンプ室61に向けてのみ流通可能な逆止弁67を介して燃料タンク22に連結されており、他方ではポンプ室61から加圧燃料流出室65に向けてのみ流通可能な逆止弁68を介して加圧燃料流出室65に連結されている。更に、ポンプ室61はリリーフ圧を制御可能なリリーフ弁69を介して燃料タンク22に連結されており、ポンプ室61内の燃料圧がリリーフ弁69のリリーフ圧を超えるとポンプ室61内の燃料はリリーフ弁69を介して燃料タンク22内に返戻される。従って、ポンプ室61内の最大燃料圧はリリーフ弁69のリリーフ圧によって定まる。

一方、図１を参照すると、電子制御ユニット30とは別個に、電動ポンプ60の駆動を制御するための電動ポンプ駆動制御装置70が設けられており、この電動ポンプ駆動制御装置70はコンピュータからなる電動ポンプ制御用電子制御ユニット71を有している。電動ポンプ60の圧力センサ66の出力信号は一方では電子制御ユニット30に入力され、他方では電動ポンプ制御用電子制御ユニット71に入力される。電動ポンプ制御用電子制御ユニット71から出力されたポンプ駆動信号は駆動回路72を介して電動ポンプ60のソレノイド63に送り込まれる。電子制御ユニット71からポンプ駆動信号が出力されると電動ポンプ60のソレノイド63が励磁される。一方、電動ポンプ制御用電子制御ユニット71には電源電圧73がリレー74を介して印加されており、このリレー74は電子制御ユニット30の出力信号によって制御される。

電動ポンプ60のソレノイド63が励磁されると加圧ピストン62は図１６において左方にポンプ室61に向けて移動せしめられる。このとき、ポンプ室61内の燃料は加圧され、加圧された燃料は逆止弁68を介し加圧燃料流出室65内に送り出される。次いでこの燃料は炭化水素供給弁15に供給される。一方、ソレノイド63が消磁されると加圧ピストン62は図１６において右方に移動せしめられ、このとき燃料タンク22内の燃料が逆止弁67を介してポンプ室61内に送り込まれる。炭化水素供給弁15に供給された燃料、即ち炭化水素は炭化水素供給弁15のノズル口から排気ガス中に噴射される。

図１７は、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときの炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射信号と、ソレノイド63を励磁して加圧ピストン62を駆動するためのポンプ駆動信号と、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの変化と、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比の変化とを示している。なお、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸは、炭化水素供給弁15内の燃料圧、即ち燃料供給管64内の燃料圧を示している。図１７に示されるように、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときには、ポンプ駆動信号が等間隔で継続的に発生せしめられる。ポンプ駆動信号が発生せしめられるとソレノイド63が励磁されて加圧ピストン62によりポンプ室61内の燃料が加圧され、それにより図１７において実線で示されるように炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸが少しばかり上昇する。次いで、この燃料圧ＰＸは、図１７において実線で示されるように、ポンプ駆動信号が発生する毎に目標燃料圧ＰＸＯまで少しずつ増大せしめられる。燃料圧ＰＸが目標燃料圧ＰＸＯに達すると、その後ポンプ室61内の燃料が加圧されてもポンプ室61内の加圧燃料はリリーフ弁69を介して燃料タンク22に返戻され、従って、燃料圧ＰＸは、リリーフ弁69のリリーフ圧から定まる目標燃料圧ＰＸＯに維持される。なお、本願において、これら燃料圧ＰＸおよび目標燃料圧ＰＸＯを、夫々噴射圧ＰＸおよび目標噴射圧ＰＸＯと称する場合もある。

一方、炭化水素噴射信号は炭化水素噴射制御装置から出力され、本発明による実施例では、電子制御ユニット30がこの炭化水素噴射制御装置を構成している。炭化水素噴射信号が発せられると炭化水素供給弁15が開弁せしめられ、それによって炭化水素が炭化水素供給弁15から噴射される。なお、このとき炭化水素供給弁15からは図１１Ａに示すマップから算出された噴射量ＷＴでもって炭化水素が噴射される。炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されると、図１７において実線で示されるように、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸは急激に低下する。燃料圧ＰＸが低下すると、再びポンプ駆動信号が発生する毎に加圧ピストン62が作動せしめられ、燃料圧ＰＸが目標燃料圧ＰＸＯまで少しずつ増大せしめられる。なお、この目標燃料圧ＰＸＯは、炭化水素供給弁15から燃料、即ち炭化水素が噴射されたときに、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように、比較的高い燃料圧とされている。

ところで、本発明におけるように、炭化水素供給弁15が機関排気通路内に配置されている場合には、機関運転中において、炭化水素供給弁15からの炭化水素の供給が停止すると、排気ガス中に含まれる微粒子等が炭化水素供給弁15のノズル口に堆積し、その結果、炭化水素供給弁15のノズル口が目詰まりを生ずることになる。従って、本発明では、炭化水素供給弁15からの炭化水素の供給が停止したときには、炭化水素供給弁15のノズル口の目詰まりが生じないようにするために、炭化水素供給弁15から少量の炭化水素を間欠的に噴射し続けるようにしている。しかしながら、この場合、少量の炭化水素を供給するために、電動ポンプ60を駆動し続けると、電動ポンプ60の駆動のために多くの電気エネルギが消費されることになる。このとき消費される電気エネルギは意外に多い。そこで本発明では、炭化水素供給弁15のノズル口の目詰まりが生じないように、炭化水素供給弁15から少量の炭化水素を間欠的に噴射するときに、電動ポンプ60の駆動のために消費される電気エネルギをできる限り低減するようにしている。次に、このことについて図１８を参照しつつ説明する。

図１８を参照すると、図１８には、炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射信号のタイミングおよび炭化水素噴射量と、電動ポンプ制御用電子制御ユニット71を作動すべきであることを示すポンプ用ＥＣＵ作動フラグと、ソレノイド63を励磁して加圧ピストン62を駆動するためのポンプ駆動信号と、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの変化とを示している。なお、図１８には、代表的な例として、炭化水素噴射量がＷＴで示される第１のNOx浄化方法によるNOx浄化制御が停止された後、炭化水素噴射量がＷＰで示される目詰まり防止用炭化水素噴射を行うようにした場合が示されている。図１８に示されている例について、概略的に言うと、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化制御が行われているときには、ポンプ駆動信号を発生させるためにポンプ用ＥＣＵ作動フラグがセットされ、電動ポンプ制御用電子制御ユニット71が作動せしめられている。このときリレー74はオンとされている。

次いで、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化制御が停止されると、即ち炭化水素供給弁15からの炭化水素の供給が停止されると、燃料圧ＰＸが目標燃料圧ＰＸＯに達するまで電動ポンプ60が駆動され続け、燃料圧ＰＸが目標燃料圧ＰＸＯに達すると、ポンプ用ＥＣＵ作動フラグがリセットされる。ポンプ用ＥＣＵ作動フラグがリセットされるとリレー74がオフとされ、その結果、電動ポンプ制御用電子制御ユニット71の作動が停止され、ポンプ駆動信号の発生が停止される。即ち、電動ポンプ60が停止される。電動ポンプ60が停止されても、暫くの間は、炭化水素供給弁15内の燃料圧ＰＸは電動ポンプ60が停止されたときの燃料圧ＰＸ、即ち目標燃料圧ＰＸＯに維持される。

次いで、電動ポンプ60が停止されてから暫くすると、炭化水素噴射量がＷＰで示される目詰まり防止用炭化水素噴射が開始される。この目詰まり防止用炭化水素噴射は、炭化水素供給弁15のノズル口に付着した微粒子等を吹き飛ばすことが目的であり、微粒子等を吹き飛ばすには少量の炭化水素を噴射すれば十分であるので、図１８からわかるように、目詰まり防止用の炭化水素噴射量ＷＰは第１のNOx浄化方法によるNOx浄化用の炭化水素噴射量ＷＴに比べてかなり少量である。このように目詰まり防止用の炭化水素噴射量ＷＰは少量であるので、目詰まり防止用炭化水素噴射が行われても、図１８に示されるように、炭化水素供給弁15内の燃料圧ＰＸは少ししか低下しない。従って、目詰まり防止用炭化水素噴射が行われても、炭化水素供給弁15内の燃料圧ＰＸは、依然として、目詰まり防止用炭化水素噴射を行うのに十分に高い燃料圧に維持されている。従って、電動ポンプ60を駆動することなく、次の目詰まり防止用炭化水素噴射を良好に行うことができることになる。

ところで、目詰まり防止用炭化水素噴射を良好に行うことのできる最も低い燃料圧、即ち許容燃料圧は目標燃料圧ＰＸＯに比べてかなり低く、この許容燃料圧が図１８において、ＰＸＡで示されている。この許容燃料圧ＰＸＡは予め実験により求められている一定値であり、図１８からわかるように、目標燃料圧ＰＸＯ、即ち目標噴射圧とこの許容燃料圧ＰＸＡとの差は、電動ポンプ60が停止されたときの炭化水素供給弁15からの噴射一回当りの噴射圧低下量の２倍以上である。なお、この許容燃料圧ＰＸＡは、許容噴射圧ＰＸＡと称することもある。目詰まり防止用炭化水素噴射は、炭化水素供給弁15内の燃料圧ＰＸが許容燃料圧ＰＸＡ以下に低下しない限り、電動ポンプ60を停止した状態で行われる。

一方、目詰まり防止用炭化水素噴射を行ったときに、炭化水素供給弁15内の燃料圧ＰＸが許容燃料圧ＰＸＡ以下に低下したときには、図１８に示されるように、一時的にポンプ用ＥＣＵ作動フラグがセットされ、電動ポンプ制御用電子制御ユニット71が作動せしめられる。従って、ポンプ駆動信号が発生せしめられ、電動ポンプ60が駆動される。この場合、燃料圧ＰＸが目標燃料圧ＰＸＯに達すると、ポンプ用ＥＣＵ作動フラグがリセットされ、電動ポンプ60が再び停止される。

目詰まり防止用炭化水素噴射は、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射された後、一定時間Δｔ、炭化水素の噴射が行われなかったときに、行われる。この一定時間Δｔは一例を挙げると、１０秒程度である。前述したよう、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときには、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期は１０秒よりもかなり短く、従って、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化制御が行われているときには、目詰まり防止用の炭化水素噴射は行われない。従って、図１８に示される例では、第１のNOx浄化方法による最後の炭化水素噴射ＷＴが完了してから、一定時間Δｔ経過したとき、即ち１０秒程度経過したときに、最初の目詰まり防止用炭化水素噴射ＷＰが行われる。次いで、一定時間Δｔ経過する毎に、目詰まり防止用炭化水素噴射ＷＰが行われる。なお、この一定時間Δｔは必ずしも同一の時間である必要がなく、機関の運転状態に応じて変えることができる。例えば、機関から排出される煤の発生量が多くなるほどこの一定時間Δｔを短くすることができる。

ところで、目詰まり防止用の炭化水素噴射量ＷＰは少量であるので、目詰まり防止用炭化水素噴射が行われても、図１８に示されるように、炭化水素供給弁15内の燃料圧ＰＸは少ししか低下しない。従って、目詰まり防止用炭化水素噴射が一回行われても、炭化水素供給弁15内の燃料圧ＰＸは、依然として、目詰まり防止用炭化水素噴射を行うのに十分に高い燃料圧に維持されている。しかしながら、目詰まり防止用炭化水素噴射が複数回行われると、炭化水素供給弁15内の燃料圧ＰＸはかなり低下し、次の目詰まり防止用炭化水素噴射を良好に行うことができなくなる。即ち、目詰まり防止用炭化水素噴射ＷＰの噴射回数によって、次の目詰まり防止用炭化水素噴射ＷＰを良好に行うことができるか否かが決まることになる。従って、目詰まり防止用炭化水素噴射ＷＰの噴射回数に応じて、電動ポンプ60を停止した状態で、次の目詰まり防止用炭化水素噴射ＷＰを行うようにすることもできる。

この場合、本発明による一実施例では、電動ポンプ60が停止されたときでも、電動ポンプ60の停止後に炭化水素供給弁15から二回以上噴射が行われるまでは、電動ポンプ60を停止した状態で、目詰まり防止用炭化水素噴射ＷＰか行われる。このことをもう少し一般的に表現すると、本発明による一実施例では、電動ポンプ60が停止されたときでも、電動ポンプ60の停止後に還元剤供給弁から二回以上噴射が行われるまでは、電動ポンプ60を停止した状態で、目詰まり防止に必要な量の還元剤が間欠的に噴射される。

ところで、上述したように、電動ポンプ60を停止するときには、リレー74がオフとされ、電動ポンプ制御用電子制御ユニット71の作動が停止される。即ち、電動ポンプ60を停止するときには、単に電動ポンプ60の作動を停止するのではなくて、電動ポンプ制御用電子制御ユニット71の作動を停止する。従って、電動ポンプ60を駆動するのに必要な電気エネルギを節約できるだけではなく、電動ポンプ制御用電子制御ユニット71を作動するのに必要な電気エネルギも節約できるので、電気エネルギの消費量を大幅に低減できることになる。

さて、図１８には、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われたときの燃料圧ＰＸの変化が示されている。炭化水素供給弁15から炭化水素が間欠的に噴射されるのは、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われているときだけではなく、例えばパティキュレートフィルタ14を再生するためにパティキュレートフィルタ14の温度を上昇させるときにも、炭化水素供給弁15から炭化水素が間欠的に噴射され、このときにも燃料圧ＰＸは図１７に示されるように変化する。このように本発明では、炭化水素供給弁15からは排気処理に必要な量の炭化水素が間欠的に噴射され、炭化水素の噴射により炭化水素供給弁15の燃料圧ＰＸ、即ち噴射圧ＰＸが低下すると、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが、排気処理に必要な量の炭化水素を噴射するのに必要な目標燃料圧ＰＸＯ、即ち目標噴射圧ＰＸＯまで電動ポンプ60によって上昇せしめられる。

一方、電動ポンプ60は、電動ポンプ60を駆動する意味がない場合に停止される。電動ポンプ60を駆動する意味がない場合としては、種々の場合が存在するが、いずれにしても本発明では、機関運転中において電動ポンプ60を停止すべき要求があったときに電動ポンプ60が停止される。

従って、本発明による実施例では、機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁15と、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射作用を制御するための炭化水素噴射制御装置と、炭化水素供給弁15に炭化水素を供給するための電動ポンプ60と、電動ポンプ60の駆動を制御するための電動ポンプ駆動制御装置70とを具備しており、炭化水素供給弁15からは排気処理に必要な量の炭化水素が間欠的に噴射され、炭化水素の噴射により炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが低下すると、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが、排気処理に必要な量の炭化水素を噴射することのできる目標噴射圧ＰＸＯまで電動ポンプ60によって上昇せしめられる内燃機関の排気浄化装置において、炭化水素噴射制御装置は、排気処理に必要な量の炭化水素の噴射制御に加え、炭化水素供給弁15のノズル口の目詰まりを防止するために排気処理に必要な量の炭化水素に比べて少量の炭化水素を炭化水素供給弁15から間欠的に噴射する目詰まり防止噴射制御も行い、電動ポンプ駆動制御装置70は、機関運転中において電動ポンプ60を停止すべき要求があったときには電動ポンプ60を停止し、炭化水素噴射制御装置は、電動ポンプ60が停止されたときでも、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに比べて低い予め定められた許容噴射圧ＰＸＡ以下に低下するまで又は電動ポンプ60の停止後における炭化水素供給弁１５からの噴射回数が予め定められた噴射回数以上となるまで、電動ポンプ60を停止した状態で、目詰まり防止に必要な量の炭化水素を間欠的に噴射する。

なお、内燃機関では、NO_X を浄化するために、還元剤とし尿素水が用いられる場合があり、この場合には、尿素水供給弁から尿素水が排気ガス中に間欠的に噴射される。この場合にも、図１７に示されるように、ポンプ駆動信号により電動ポンプ60が駆動され、尿素水供給弁の噴射圧ＰＸが図１７に示されるように変化せしめられる。また、この場合にも、図１８に示すような制御を行うことができ、この場合には、目詰まり防止に必要な量の尿素水が尿素水供給弁から間欠的に噴射される。このように本発明は還元剤として炭化水素を用いた場合に加えて、還元剤として尿素水を用いた場合にも適用することができる。

従って、還元剤として炭化水素および尿素水のいずれを用いた場合でも含むように本発明を表現すると、本発明では、機関排気通路内に配置された還元剤供給弁15と、還元剤供給弁15からの還元剤の噴射作用を制御するための還元剤噴射制御装置と、還元剤供給弁15に還元剤を供給するための電動ポンプ60と、電動ポンプの駆動を制御するための電動ポンプ駆動制御装置70とを具備しており、還元剤供給弁15からは排気処理に必要な量の還元剤が間欠的に噴射され、還元剤の噴射により還元剤供給弁15の噴射圧ＰＸが低下すると、還元剤供給弁15の噴射圧ＰＸが、排気処理に必要な量の還元剤を噴射することのできる目標噴射圧ＰＸＯまで電動ポンプ60によって上昇せしめられる内燃機関の排気浄化装置において、還元剤噴射制御装置は、排気処理に必要な量の還元剤の噴射制御に加え、還元剤供給弁15のノズル口の目詰まりを防止するために排気処理に必要な量の還元剤に比べて少量の還元剤を還元剤供給弁15から間欠的に噴射する目詰まり防止噴射制御も行い、電動ポンプ駆動制御装置70は、機関運転中において電動ポンプ60を停止すべき要求があったときには電動ポンプ60を停止し、還元剤噴射制御装置は、電動ポンプ60が停止されたときでも、還元剤供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに比べて低い予め定められた許容噴射圧ＰＸＡ以下に低下するまで又は電動ポンプ60停止後における還元剤供給弁からの噴射回数が予め定められた噴射回数以上となるまで、電動ポンプ60を停止した状態で、目詰まり防止に必要な量の還元剤を間欠的に噴射する。

この場合、図１８を参照しつつ既に説明したように、電動ポンプ60を停止した状態で、目詰まり防止に必要な量の還元剤を間欠的に噴射しているときに、還元剤供給弁の噴射圧ＰＸが許容噴射圧ＰＸＡ以下に低下したとき、或いは電動ポンプ60停止後における還元剤供給弁からの噴射回数が予め定められた噴射回数を越えたときには、還元剤供給弁１５の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達するまで、電動ポンプ６０が一時的に駆動される。なお、図１８に示す例では、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化制御が停止されると、電動ポンプ60が停止される。即ち、排気処理に必要な量の還元剤の噴射作用が停止されると、電動ポンプ60が停止される。なおこの場合、図１８に示す例では、排気処理に必要な量の還元剤の噴射作用が停止されると、還元剤供給弁の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達するのを待って電動ポンプ60が停止される。

次に、図１９から図２３を参照しつつ、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒13が活性化したときに電動ポンプ60の駆動を開始し、排気浄化触媒13が非活性状態になったときに電動ポンプ60を停止するようにした実施例について説明する。

図１９は、排気浄化触媒13の触媒温度ＴＣとポンプ用ＥＣＵ作動フラグとの関係を示している。図１９において、Ｔ２は排気浄化触媒13が活性化したと判断される触媒温度ＴＣを示しており、Ｔ１は排気浄化触媒13が非活性化状態になったと判断される触媒温度ＴＣを示している。図１９に示す例では、触媒温度Ｔ２は２００℃であり、触媒温度Ｔ１は１７０℃である。

図２０は、ポンプ用ＥＣＵ作動フラグを制御するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
図２０を参照すると、まず初めに、ステップ100において触媒温度ＴＣが触媒温度Ｔ２を超えたか否かが判別される。触媒温度ＴＣが触媒温度Ｔ２を超えたときにはステップ101に進んでポンプ用ＥＣＵ作動フラグがセットされる。ポンプ用ＥＣＵ作動フラグがセットされると、電動ポンプ制御用電子制御ユニット71が作動せしめられ、それにより電動ポンプ60が駆動される。一方、触媒温度ＴＣが触媒温度Ｔ２よりも低くなるとステップ102に進んで触媒温度ＴＣが触媒温度Ｔ１よりも低下したか否かが判別される。触媒温度ＴＣが触媒温度Ｔ１よりも低下したときにはステップ103に進んで還元剤供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達したか否かが判別される。還元剤供給弁１５の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達するとステップ104に進んでポンプ用ＥＣＵ作動フラグがリセットされる。ポンプ用ＥＣＵ作動フラグがリセットされると電動ポンプ制御用電子制御ユニット71の作動が停止され、電動ポンプ60が停止される。即ち、触媒温度ＴＣが触媒温度Ｔ１よりも低下したときには、還元剤供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達するのを待って、電動ポンプ60が停止される。

図２１は、還元剤供給弁15の目詰まり防止制御を行うためのルーチンを示しており、このルーチンも一定時間毎の割り込みによって実行される。
図２１を参照すると、まず初めに、ステップ110において、還元剤供給弁15からの最後の還元剤の噴射が行われてから、一定時間Δｔ、例えば１０秒が経過したか否かが判別される。一定時間Δｔ経過したと判別されたときにはステップ111に進んで還元剤供給弁15から目詰まり防止用の少量の還元剤が噴射される。目詰まり防止用の還元剤の噴射が完了するとステップ112に進んで還元剤供給弁１５の噴射圧ＰＸが許容噴射圧ＰＸＡよりも低下したか否かが判別される。還元剤供給弁１５の噴射圧ＰＸが許容噴射圧ＰＸＡよりも低下していないときには処理サイクルを完了する。これに対し、還元剤供給弁１５の噴射圧ＰＸが許容噴射圧ＰＸＡよりも低下したときには、ステップ113に進んで還元剤供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達するまで、一時的にポンプ用ＥＣＵ作動フラグがセットされる。即ち、還元剤供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達するまで、電動ポンプ60が一時的に駆動される。

図２２は、還元剤供給弁15の目詰まり防止制御を行うための別の実施例のルーチンを示しており、このルーチンも一定時間毎の割り込みによって実行される。
図２２を参照すると、まず初めに、ステップ120において、還元剤供給弁15からの最後の還元剤の噴射が行われてから、一定時間Δｔ、例えば１０秒が経過したか否かが判別される。一定時間Δｔ経過したと判別されたときにはステップ121に進んで還元剤供給弁15から目詰まり防止用の少量の還元剤が噴射される。目詰まり防止用の還元剤の噴射が完了するとステップ122に進んで還元剤供給弁１５からの噴射回数が予め定められた噴射回数Ｎ以上，例えば２回以上になったか否かが判別される。還元剤供給弁１５からの噴射回数が予め定められた噴射回数Ｎ以上になっていないときには処理サイクルを完了する。これに対し、還元剤供給弁１５からの噴射回数が予め定められた噴射回数Ｎ以上になったときには、ステップ123に進んで還元剤供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達するまで、一時的にポンプ用ＥＣＵ作動フラグがセットされる。即ち、還元剤供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達するまで、電動ポンプ60が一時的に駆動される。

図２３は、還元剤供給弁15からの還元剤の噴射制御ルーチンを示しており、このルーチンも一定時間毎の割り込みによって実行される。
図２３を参照すると、まず初めに、ステップ130において、ポンプ用ＥＣＵ作動フラグがセットされているか否かが判別される。ポンプ用ＥＣＵ作動フラグがセットされていないとき、即ち排気浄化触媒13が非活性状態にあるときには処理サイクルを完了する。これに対し、ポンプ用ＥＣＵ作動フラグがセットされているとき、即ち排気浄化触媒13が活性化しているときには、ステップ131に進んで、還元剤の噴射条件が成立しているか否かが判別される。例えば、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化制御を行うべき運転状態であるとき、或いはパティキュレートフィルタ14を再生すべき運転状態であるとき、或いは尿素水を供給すべき運転状態であるときには、還元剤の噴射条件が成立していると判断される。還元剤の噴射条件が成立していると判断されたときにはステップ132に進んで還元剤供給弁15からの還元剤の噴射制御が行われる。

次に、図２３から図２７を参照しつつ、還元剤として炭化水素を用い、第１のNO_X 浄化方法が用いられているときに電動ポンプ60を駆動するようにした別の実施例について説明する。
さて、前述したように、第１のNOx浄化方法と第２のNOx浄化方法とを用いる場合、触媒温度TCが低いときには第２のNOx浄化方法が用いられ、触媒温度TCが高いときには第１のNOx浄化方法が用いられる。この場合、第１のNOx浄化方法が用いられているときには炭化水素供給弁15から炭化水素が間欠的に継続して噴射され、従って第１のNOx浄化方法が用いられているときには、電動ポンプ60を駆動し続ける必要がある。

一方、本発明による実施例では、第２のNOx浄化方法が用いられているときには、通常、炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射するのではなくて、燃料噴射弁３から追加の燃料を噴射することによって、排気浄化触媒13からのNO_X の放出作用が行われる。従って第２のNO_X 浄化方法が用いられているときには電動ポンプ60を停止することが好ましいと言える。また、排気浄化触媒13からNO_X を放出すべきときに炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射するようにしたとしても炭化水素の噴射周期はかなり長く、従ってこの場合には、炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射するときに電動ポンプ60を駆動すれば十分である。従って、第２のNO_X 浄化方法が用いられているときには、必要時を除いて電動ポンプ60を停止することが好ましいと言える。従って、この実施例では、第１のNO_X 浄化方法が用いられているときには電動ポンプ60を駆動し、第２のNO_X 浄化方法が用いられているときには電動ポンプ60を停止するようにしている。

さて、上述したように、本発明による実施例では、触媒温度TCが低いときには第２のNOx浄化方法が用いられ、触媒温度TCが高いときには第１のNOx浄化方法が用いられる。従って、この実施例では、触媒温度TCが高くなると第２のNO_X 浄化方法から第１のNO_X 浄化方法に切替えられることになる。図２４は、NO_X 浄化方法が切替えられるときの排気浄化触媒13の触媒温度ＴＣとポンプ用ＥＣＵ作動フラグとの関係を示している。図２４において、Ｔ４は第２のNO_X 浄化方法から第１のNO_X 浄化方法に切替えるときの触媒温度ＴＣを示しており、Ｔ３は第１のNO_X 浄化方法から第２のNO_X 浄化方法に切替えられるときの触媒温度ＴＣを示している。また、図２４において、Ｔ２は排気浄化触媒13が活性化したと判断される触媒温度ＴＣを示しており、Ｔ１は排気浄化触媒13が非活性化状態になったと判断される触媒温度ＴＣを示している。

図２５は、ポンプ用ＥＣＵ作動フラグおよびNO_X 浄化方法の切替フラグを制御するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
図２５を参照すると、まず初めに、ステップ200において触媒温度ＴＣが触媒温度Ｔ４を超えたか否かが判別される。触媒温度ＴＣが触媒温度Ｔ４を超えたときにはステップ２01に進んでポンプ用ＥＣＵ作動フラグがセットされる。ポンプ用ＥＣＵ作動フラグがセットされると、電動ポンプ制御用電子制御ユニット71が作動せしめられ、それにより電動ポンプ60が駆動される。次いで、ステップ202では、切替フラグがセットされる。切替フラグがセットされると、NO_X 浄化方法が第２のNO_X 浄化方法から第１のNO_X 浄化方法に切替えられる。

一方、触媒温度ＴＣが触媒温度Ｔ４よりも低くなるとステップ203に進んで触媒温度ＴＣが触媒温度Ｔ３よりも低下したか否かが判別される。触媒温度ＴＣが触媒温度Ｔ３よりも低下したときにはステップ204に進んで炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達したか否かが判別される。炭化水素供給弁１５の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達するとステップ205に進んでポンプ用ＥＣＵ作動フラグがリセットされる。ポンプ用ＥＣＵ作動フラグがリセットされると電動ポンプ制御用電子制御ユニット71の作動が停止され、電動ポンプ60が停止される。即ち、この実施例においても、触媒温度ＴＣが触媒温度Ｔ３よりも低下したときには、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達するのを待って、電動ポンプ60が停止される。次いで、ステップ206では、切替フラグがリセットされる。切替フラグがリセットされると、NO_X 浄化方法が第１のNO_X 浄化方法から第２のNO_X 浄化方法に切替えられる。

図２６は、炭化水素供給弁15の目詰まり防止制御を行うためのルーチンを示しており、このルーチンも一定時間毎の割り込みによって実行される。この図２６に示されるルーチンは図２１に示されるルーチンと実質的に同一である。
即ち、図２６を参照すると、まず初めに、ステップ210において、炭化水素供給弁15からの最後の炭化水素の噴射が行われてから、一定時間Δｔが経過したか否かが判別される。一定時間Δｔ経過したと判別されたときにはステップ211に進んで炭化水素供給弁15から目詰まり防止用の少量の炭化水素が噴射される。目詰まり防止用の炭化水素の噴射が完了するとステップ212に進んで炭化水素供給弁１５の噴射圧ＰＸが許容噴射圧ＰＸＡよりも低下したか否かが判別される。炭化水素供給弁１５の噴射圧ＰＸが許容噴射圧ＰＸＡよりも低下したと判別されたときには、ステップ213に進んで炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達するまで、一時的にポンプ用ＥＣＵ作動フラグがセットされる。即ち、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達するまで、電動ポンプ60が一時的に駆動される。

図２７は、NO_X 浄化制御ルーチンを示しており、このルーチンも一定時間毎の割り込みによって実行される。
図２７を参照すると、まず初めに、ステップ220において、切替フラグがセットされているか否かが判別される。切替フラグがセットされていないときには、ステップ221に進んで、第２のNO_ｘ浄化方法が実行される。即ち、まず初めにステップ221において、図１３に示すマップから単位時間当りの排出NO_ｘ量NOXAが算出される。次いでステップ222では、ΣNOXに単位時間当りの排出NO_ｘ量NOXAを加算することによって吸蔵NO_ｘ量ΣNOXが算出される。次いでステップ223では吸蔵NO_ｘ量ΣNOXが許容値MAXを越えたか否かが判別される。ΣNOX＞MAXになるとステップ224に進んで図１５に示すマップから追加の燃料量WRが算出され、燃料噴射弁３からの追加の燃料の噴射作用が行われる。このとき、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされる。次いでステップ225ではΣNOXがクリアされる。

なお、ステップ224において、炭化水素供給弁１５から炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにする場合には、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達するまで、電動ポンプ60が一時的に駆動され、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達したときに、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射される。一方、ステップ220において、切替フラグがセットされていると判別されたときには、ステップ226に進んで、第１のNO_ｘ浄化方法によるNO_ｘ浄化作用が行われる。このとき、炭化水素供給弁15からは、図１１Ａに示すマップから算出された量WTの炭化水素が図１１Ｂに示すマップから算出された噴射周期ΔＴでもって噴射される。

即ち、この実施例では、還元剤が炭化水素からなり、還元剤供給弁15が炭化水素供給弁からなり、炭化水素供給弁15下流の機関排気通路内に排気浄化触媒13が配置されており、排気浄化触媒13の排気ガス流通表面上には貴金属触媒51が担持されていると共に貴金属触媒51周りには塩基性層53が形成されており、炭化水素供給弁15から予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射することにより生成されかつ塩基性層53上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNO_X を還元する第１のNO_X 浄化方法と、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気浄化触媒13に吸蔵されたNO_X を排気浄化触媒13から放出させて還元させるべく上述の予め定められた範囲よりも長い周期でもって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる第２のNO_X 浄化方法とが用いられており、排気浄化触媒13の温度が上昇すると第２のNO_X 浄化方法から第１のNO_X 浄化方法に切替えられ、第２のNO_X 浄化方法から第１のNO_X 浄化方法に切替えられると電動ポンプ60の駆動が開始され、第１のNO_X 浄化方法から第２のNO_X 浄化方法に切替えられると電動ポンプ60が停止される。

なお、別の実施例として排気浄化触媒13上流の機関排気通路内に炭化水素を改質させるための酸化触媒を配置することもできる。

４吸気マニホルド
５排気マニホルド
７排気ターボチャージャ
12 排気管
13 排気浄化触媒
14 パティキュレートフィルタ
15 炭化水素供給弁
60 電動ポンプ
70 電動ポンプ駆動制御装置

Claims

機関排気通路内に配置された還元剤供給弁と、還元剤供給弁からの還元剤の噴射作用を制御するための還元剤噴射制御装置と、還元剤供給弁に還元剤を供給するための電動ポンプと、電動ポンプの駆動を制御するための電動ポンプ駆動制御装置とを具備しており、還元剤供給弁からは排気処理に必要な量の還元剤が間欠的に噴射され、還元剤の噴射により還元剤供給弁の噴射圧が低下すると、還元剤供給弁の噴射圧が、排気処理に必要な量の還元剤を噴射することのできる目標噴射圧まで電動ポンプによって上昇せしめられる内燃機関の排気浄化装置において、上記還元剤噴射制御装置は、上記排気処理に必要な量の還元剤の噴射制御に加え、還元剤供給弁のノズル口の目詰まりを防止するために該排気処理に必要な量の還元剤に比べて少量の還元剤を還元剤供給弁から間欠的に噴射する目詰まり防止噴射制御も行い、上記電動ポンプ駆動制御装置は、機関運転中において電動ポンプを停止すべき要求があったときには還元剤供給弁の噴射圧が目標噴射圧に達するのを待って電動ポンプを停止し、該還元剤噴射制御装置は、電動ポンプが停止されたときでも、還元剤供給弁の噴射圧が上記目標噴射圧に比べて低い予め定められた許容噴射圧以下に低下するまで又は電動ポンプ停止後における還元剤供給弁からの噴射回数が予め定められた噴射回数以上となるまで、電動ポンプを停止した状態で、目詰まり防止に必要な量の還元剤を間欠的に噴射する内燃機関の排気浄化装置。
上記目標噴射圧と上記許容噴射圧との差は、電動ポンプが停止されたときの還元剤供給弁からの噴射一回当りの噴射圧低下量の２倍以上である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記還元剤噴射制御装置は、電動ポンプが停止されたときでも、電動ポンプ停止後に還元剤供給弁から二回以上噴射が行われるまでは、電動ポンプを停止した状態で、目詰まり防止に必要な量の還元剤を間欠的に噴射する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
電動ポンプを停止した状態で、目詰まり防止に必要な量の還元剤を間欠的に噴射しているときに、還元剤供給弁の噴射圧が上記許容噴射圧以下に低下したとき又は還元剤供給弁からの噴射回数が予め定められた噴射回数以上になったときには、還元剤供給弁の噴射圧が上記目標噴射圧に達するまで、電動ポンプが一時的に駆動される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記排気処理に必要な量の還元剤の噴射作用が停止されると、電動ポンプが停止される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記排気処理に必要な量の還元剤の噴射作用が停止されると、還元剤供給弁の噴射圧が目標噴射圧に達するのを待って電動ポンプが停止される請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記電動ポンプ駆動制御装置は、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒が活性化したときに電動ポンプの駆動を開始し、該排気浄化触媒が非活性状態になったときに電動ポンプを停止する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記還元剤が炭化水素からなり、上記還元剤供給弁が炭化水素供給弁からなり、該炭化水素供給弁下流の機関排気通路内に排気浄化触媒が配置されており、該排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に該貴金属触媒周りには塩基性層が形成されており、炭化水素供給弁から予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射することにより生成されかつ該塩基性層上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNO_X を還元する第１のNO_X 浄化方法と、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気浄化触媒に吸蔵されたNO_X を排気浄化触媒から放出させて還元させるべく該予め定められた範囲よりも長い周期でもって排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる第２のNO_X 浄化方法とが用いられており、排気浄化触媒の温度が上昇すると第２のNO_X 浄化方法から第１のNO_X 浄化方法に切替えられ、第２のNO_X 浄化方法から第１のNO_X 浄化方法に切替えられると電動ポンプの駆動が開始され、第１のNO_X 浄化方法から第２のNO_X 浄化方法に切替えられると電動ポンプが停止される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。