JP6572935B2 - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

ＮＯ_x吸蔵還元型触媒に、炭化水素（ＨＣ）及びＨＣよりも酸化還元反応の反応性が高い還元成分（ＣＯ）を供給することによって、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯ_xを浄化する処理（ＮＯ_x浄化処理）を実行する排気ガス浄化装置が知られている。例えば、特許文献１には、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒の温度が基準温度よりも低いときには、ＨＣの反応性が低下していると判別して、ＣＯの供給濃度を高くすることが示されている。

特開２０１０−１９１７１号公報

上述のとおり、ＨＣに比べてＣＯはＮＯ_xに対する反応性が高いため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯ_x放出量が一定であれば、ＣＯの供給濃度を高めることが好ましい。その一方で、本願の発明者らによれば、ＣＯ供給濃度が高いほど、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒からのＮＯ_x放出量が多くなることがわかった。このため、ＣＯ供給濃度が高くなると、ＮＯ_xの放出量が還元剤（ＨＣ及びＣＯ）の量に対して過剰になり、ＮＯ_xの浄化が困難となることがある。このため、ＮＯ_xを適切に浄化することは困難であった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒において、ＮＯ_xを適切に浄化することにある。

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置は、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒と、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒に炭化水素及び一酸化炭素を含む還元剤を供給すると共にＮＯ_x吸蔵還元型触媒に供給される炭化水素に対する一酸化炭素の比率であるＣＯ比率を調整可能な還元剤供給・調整装置を備える。還元剤供給・調整装置は、所定の浄化処理実行条件が成立したときには、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒に還元剤を供給することによって、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯ_xを浄化するＮＯ_x浄化処理を行う。そして、ＮＯ_x浄化処理では、ＮＯ_x浄化処理を開始したときの方がＮＯ_x浄化処理を終了するときよりも、ＣＯ比率が低くなるようにすることを特徴とする。

本発明のこの態様によれば、排気ガス浄化装置は、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒において、ＮＯ_xを適切に浄化できる。

図１は、本発明の第１実施例における排気ガス浄化装置の概略図である。 図２Ａは、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒を排気ガス流入端から見た正面図である。 図２Ｂは、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒を排気ガス流通方向に沿って切断した側面断面図である。 図３は、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒の隔壁を形成する基体と、基体の表面に形成される触媒層を図解的に表す。 図４は、排気ガスの空燃比がリッチである場合のＮＯ_x浄化作用を図解的に表す。 図５は、ＮＯ_x吸蔵量及び空燃比（Ａ／Ｆ）のタイミングチャートである。 図６Ａは、ＮＯ_x浄化処理の間における燃料噴射時期を表した図である。 図６Ｂは、アフター噴射の噴射時期と、ＣＯ比率との関係を表したグラフである。 図７は、第１の試験に関する、アフター噴射の噴射時期、ＣＯ比率、及びＮＯ_xリーク量のタイミングチャートである。 図８は、第２の試験に関する、アフター噴射の噴射時期、ＣＯ比率、及びＮＯ_xリーク量のタイミングチャートである。 図９Ａは、第１の試験に関する、ＮＯ_x浄化処理初期のＮＯ_xの放出作用及び還元作用を図解的に表した図である。 図９Ｂは、第１の試験に関する、ＮＯ_x浄化処理後期のＮＯ_xの放出作用及び還元作用を図解的に表した図である。 図１０は、第２の試験に関する、ＮＯ_xの放出作用及び還元作用を図解的に表した図である。 図１１Ａは、ＣＯ比率と、ＮＯ_x浄化処理を開始してから３秒間にＮＯ_x吸蔵還元型触媒からリークしたＮＯ_xの量との関係を表したグラフである。 図１１Ｂは、ＣＯ比率と、ＮＯ_x浄化処理を終了する前の３秒間にＮＯ_x吸蔵還元型触媒からリークしたＮＯ_xの量との関係を表したグラフである。 図１２は、第３の試験に関する、アフター噴射の噴射時期、ＣＯ比率、及びＮＯ_xリーク量のタイミングチャートである。 図１３Ａは、第３の試験に関する、ＮＯ_x浄化処理初期のＮＯ_xの放出作用及び還元作用を図解的に表した図である。 図１３Ｂは、第３の試験に関する、ＮＯ_x浄化処理後期のＮＯ_xの放出作用及び還元作用を図解的に表した図である。 図１４は、ＮＯ_x浄化処理が開始されてからの時間とＣＯ比率との関係を示した図である。 図１５は、本発明の第１実施例における、燃料噴射制御の制御ルーチンを表したフローチャートである。 図１６は、本発明の第１実施例における、アフター噴射の噴射時期を設定するための噴射時期設定ルーチンを表したフローチャートである。 図１７は、本発明の第２実施例における、排気ガス浄化装置の概略図である。 図１８は、本発明の第２実施例におけるＮＯ_x浄化処理に関するタイミングチャートである。 図１９は、本発明の第２実施例における燃料噴射・ＥＧＲの制御ルーチンを表したフローチャートである。 図２０は、本発明の第２実施例における、ＥＧＲ率を設定するためのＥＧＲ設定ルーチンを表したフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例における排気ガス浄化装置の概略図を示している。第１実施例における内燃機関の排気ガス浄化装置は、機関本体１と、機関本体１の排気ガス流通方向の下流において排気通路内に配置されたＮＯ_x吸蔵還元型触媒２とを備える。さらに本実施例の排気ガス浄化装置は、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に配置された温度センサ１１と、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２の下流において排気通路に配置されたＮＯ_xセンサ１２と、を備える。

機関本体１は、機関本体１の内部に形成された燃焼室内で燃料を燃焼させることにより駆動力を発生させる。本実施例において、機関本体１はディーゼルエンジンである。即ち、燃焼室内に設けられたインジェクタ１４から燃料を噴射した後、燃料を圧縮することによって燃料を着火する。この時に生成される排気ガスには、ＮＯ_xが含まれている。

ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２は、機関本体１から排出された排気ガスを浄化する。ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２は、排気ガスの空燃比がリーンのときには機関本体１から排出されたＮＯ_xを吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチのときには吸蔵していたＮＯ_xを放出、還元して浄化する。ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に配置されている温度センサ１１は、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２の温度を測定する。ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２の排気ガス流れ方向下流に配置されているＮＯ_xセンサ１２は、排気ガスに含まれているＮＯ_xの量を測定する。ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２の構造については、図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら後程説明する。

制御ユニット２０は、デジタルコンピュータから構成され、双方向バス２１によって互いに接続されたＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ＣＰＵ２４、入力ポート２５及び出力ポート２６を備える。

入力ポート２５には、前述した温度センサ１１やＮＯ_xセンサ１２からのアナログ信号が、対応するＡＤ変換器２７を介してデジタル信号に変換されて入力される。また入力ポート２５には、クランクシャフトの回転数を検出するためのクランク角センサ１３から出力されるデジタル信号が入力される。このように入力ポート２５には、内燃機関を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。出力ポート２６は、インジェクタ１４などに接続されており、ＣＰＵ２４により算出されたデジタル信号を出力する。

図２Ａは、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２を排気ガス流入端から見た正面図であり、図２Ｂは、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２を排気ガス流通方向に沿って切断した側面断面図である。ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２は、全長にわたって一様な断面を有しかつ排気ガス流通方向（図２Ｂにおける矢印Ｗの向き）に延びる円筒状をなしている。このＮＯ_x吸蔵還元型触媒２の内部は、隔壁によって囲まれた、複数の排気ガス流通路が形成されている。この排気ガス流通路は、断面が正方形であり、一定の幅を維持しながら直線的に延びるように形成されている。これらの排気ガス流通路を形成する基体３は、セラミック製であり、例えばコージェライト、ムライト、α−アルミナから形成されている。この場合、基体３は、特にコージェライトから形成されるのが好ましい。さらに、各隔壁の表面には、排気ガスを浄化するための触媒を含む触媒層４が形成されている。

図３は、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２の隔壁を形成する基体３と、基体３の表面に形成される触媒層４を図解的に表している。触媒層４は、担体４１と、担体４１の表面に担持された貴金属４２及びＮＯ_x吸蔵材４３を備える。特に図３においては、触媒層４内に含まれる、一部の担体４１の表面を図解的に表している。図３に示されるように、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる担体４１上には、貴金属４２および、ＮＯ_xを吸蔵するためのＮＯ_x吸蔵材４３が担持されている。

貴金属４２は、ＨＣやＣＯの酸化を促進する作用及び、ＮＯ_xの還元を促進する作用を有する。貴金属４２は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）のうちの少なくとも一つの貴金属からなる。本実施例において、貴金属４２はＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈをそれぞれ含む。

ＮＯ_x吸蔵材４３は、排気ガス中のＮＯ_xを吸蔵する。ＮＯ_x吸蔵材４３は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属のいずれか一方、又は双方である。例えば、アルカリ金属は、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）であり、アルカリ土類金属は、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）であり、希土類金属は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）である。本実施例において、ＮＯ_x吸蔵材４３はＣｅの酸化物である。

図３は、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにおける、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２のＮＯ_x吸蔵作用を図解的に表す。排気ガスに含まれるＮＯは、貴金属４２によって酸化され、ＮＯ₂になる。次いで、酸化されたＮＯ₂又は機関本体から排出された排気ガス中に含まれていたＮＯ₂はＮＯ_x吸蔵材４３によって吸蔵される。

なお、ＮＯ_xの「吸蔵」には、「吸着」と「吸収」の２つの作用が含まれる。「吸着」は、ＮＯ_xがＮＯ_x吸蔵材４３の表面にファンデルワールス力などのイオン結合よりも弱い分子間力によって保持されることを意味する。他方、「吸収」は、ＮＯ₂がさらに酸化されて硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）となり、ＮＯ_x吸蔵材４３に硝酸塩の形で保持されることを意味する。

図４は、排気ガスの空燃比がリッチである場合のＮＯ_x浄化作用を図解的に表す。本実施例においては、ＮＯ_x浄化作用は２つの作用に大別される。１つめの作用は、ＮＯ_x吸蔵材４３に吸蔵されているＮＯ_xを排気ガス中に放出する作用（図４中の（Ａ））であり、２つめの作用は、排気ガス中に放出されたＮＯ_xを還元する作用（図４中の（Ｂ））である。以下では、各作用を順に説明する。

ＮＯ_x吸蔵材４３に吸蔵されているＮＯ_xの排気ガス中への放出（作用（Ａ））は、排気ガスの空燃比がリッチである場合に、すなわち排気ガスが還元雰囲気にある場合に生じる。例えば、排気ガスが還元雰囲気であるときには、ＮＯ_x吸蔵材４３の表面に吸着したＮＯ_xが排気ガスに向けて放出される。他方、ＮＯ_x吸蔵材４３に吸収されたＮＯ_xは、排気ガスが還元雰囲気であるときには、硝酸イオンＮＯ₃ ^-から還元されて再びＮＯ₂に戻り、排気ガス中に放出される。このようなＮＯ_xの放出量は、ＮＯ_x吸蔵材４３に吸蔵されているＮＯ_xの量が多いほど多くなる。

排気ガス中に放出されたＮＯ_xの還元（作用（Ｂ））は、排気ガス中の還元剤であるＨＣまたはＣＯによって貴金属触媒を介して行われる。還元剤の供給量が多いほど、多くのＮＯ_xを還元することができる。また、ＨＣよりもＣＯの方が、還元作用が強いため、同量の還元剤がＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に供給された場合には、還元剤中のＨＣに対するＣＯのモル比（以下、「ＣＯ比率」という）が高いほど、多くのＮＯ_xを還元することができる。

図５は、ＮＯ_x吸蔵量及び空燃比（Ａ／Ｆ）のタイミングチャートである。図示した例では、時刻Ｔｒｓよりも前の期間においては、内燃機関は通常運転をしている。本実施例では内燃機関としてディーゼルエンジンが用いられているため、通常運転中は排気ガスの空燃比は酸素過剰なリーン空燃比であり、このときには機関本体からＮＯ_xが排出される。そして機関本体から排出されたＮＯ_xは、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に流入し、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に吸蔵され、これによりＮＯ_x吸蔵還元型触媒２から排出された排気ガス中のＮＯ_x濃度が低減される。したがって、時刻Ｔｒｓよりも前の期間においては、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２のＮＯ_x吸蔵量は増加していく。そして、ＮＯ_x吸蔵量が徐々に増加していくと時刻Ｔｒｓにおいて予め定められた基準値を超え、本実施例では、この時にＮＯ_x浄化処理が開始される。

ＮＯ_x浄化処理では、後述するようにＮＯ_x吸蔵還元型触媒にＨＣやＣＯを含む還元剤が供給される。したがって、時刻ＴｒｓにおいてＮＯ_x浄化処理が開始されると、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に流入する排気ガスの空燃比は還元剤過剰なリッチ空燃比となる。このようにＮＯ_x吸蔵還元型触媒２にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、図４に示したように、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に吸蔵されていたＮＯ_xが放出されて還元剤によって還元される。したがって、時刻Ｔｒｓ以降ＮＯ_x浄化処理が継続されると、ＮＯ_x浄化処理の経過時間の増加に伴ってＮＯ_x吸蔵量は徐々に減少する。そして、本実施例では、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２のＮＯ_x吸蔵量がほぼゼロになった時刻ＴｒｅにおいてＮＯ_x浄化処理が終了され、再び通常運転が開始され、その後、同様の処理が繰り返される。

なお、上記実施例では、ＮＯ_x吸蔵量がほぼゼロになったときにＮＯ_x浄化処理が終了されているが、ＮＯ_x吸蔵量は上述した基準値とゼロの間の値であれば、必ずしもほぼゼロでなくてもよい。また、本実施例では、ＮＯ_x吸蔵量を推定すると共に推定されたＮＯ_x吸蔵量がほぼゼロになったときにＮＯ_x浄化処理を終了するようにしているが、ＮＯ_x浄化処理を開始してから一定時間（ＮＯ_x吸蔵量がゼロに到達するまでの時間又はそれよりも短い時間）が経過したときに終了させるようにしてもよい。

次に、ＮＯ_x浄化処理中にＮＯ_x吸蔵還元型触媒２へ還元剤を供給する方法について説明する。図６Ａは、本実施例における、ＮＯ_x浄化処理の間における燃料噴射時期を表した図であり、圧縮ＴＤＣ近傍におけるクランク角とインジェクタ１４からの燃料噴射量との関係を示している。

図６Ａに示されるように、本実施例においては、インジェクタ１４から燃焼室内に燃料噴射を行うにあたり、少なくともメイン噴射とアフター噴射が行われる。メイン噴射は、圧縮ＴＤＣ近傍（図示した例では、時刻ＣＡｍａｉｎに噴射開始）で行われ、１サイクルのうち最も多くの燃料を噴射するものである。一方、アフター噴射は、メイン噴射終了後の所定の時期（図示した例では、時刻ＣＡａｆｔに噴射開始）に行われ、メイン噴射よりも少量の燃料を噴射するものである。メイン噴射によって噴射された燃料のほとんどは燃焼室内で燃焼し、よって主に内燃機関の出力に寄与する。これに対して、アフター噴射された燃料の一部又は全部は燃焼室内で燃焼せずに機関本体１から流出する。したがって、アフター噴射された燃料の一部又は全部はＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に流入する。このため、本実施例では、ＮＯ_x浄化処理中にアフター噴射を行うことによってＮＯ_x吸蔵還元型触媒２へＨＣ及びＣＯ等の還元剤を供給するようにしている。

ここで、アフター噴射を行うことによって還元剤の供給を行う場合、アフター噴射の噴射時期に応じて還元剤中のＣＯ比率が変化する。図６Ｂは、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔと、ＣＯ比率との関係を表したグラフである。図６Ｂから明らかなように、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔが２０°ＡＴＤＣから６０°ＡＴＤＣの間では、噴射時期ＣＡａｆｔが遅くなるほど、ＣＯ比率は低下する。その理由は以下のように推察される。即ち、アフター噴射の噴射時期が早いとき（２０°ＡＴＤＣ）には、メイン噴射の噴射時期とアフター噴射の噴射時期とが相対的に近づくので、メイン噴射の噴霧が残っている空間にアフター噴射の噴霧が干渉し、局所的な燃料濃度が高まり、不完全燃焼を起こしやすくなるため、ＣＯ比率が高まる。他方、アフター噴射が遅いとき（６０°ＡＴＤＣ）には、メイン噴射の噴射時期とアフター噴射の噴射時期とが相対的に離れているので、メイン噴射の噴霧とアフター噴射の噴霧の干渉が抑制され、不完全燃焼が抑制されるため、ＣＯ比率が低下する。以上のように、ＣＯ比率は、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを変更することによって制御される。

本願の発明者らは、ＮＯ_x浄化処理中においては、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒に流入する還元剤中のＣＯ比率に応じて、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２から流出するＮＯ_x量（以下「ＮＯ_xリーク量」と称する）が変化することを見出した。以下では、ＮＯ_x浄化処理中の、ＣＯ比率とＮＯ_xリーク量との関係を説明する。

ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に流入する還元剤中のＣＯ比率とＮＯ_xリーク量との関係を調べるために、本願の発明者らは、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に流入する還元剤のＣＯ比率を変えて、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２からのＮＯ_xのリーク量を評価した。

ＮＯ_xの浄化量を評価するために、まず、貴金属４２としてＰｔ、Ｐｄ、及びＲｈを用い、ＮＯ_x吸蔵材４３としてＣｅ酸化物を用いたＮＯ_x吸蔵還元型触媒２を用意した。次いで、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２を７５０℃で４２時間加熱した。次いで、加熱されたＮＯ_x吸蔵還元型触媒２をディーゼルエンジンの排気ガス下流に配置し、この状態でディーゼルエンジンを稼働させてＮＯ_xをＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に吸蔵させた。ＮＯ_x 吸蔵還元型触媒２にＮＯ_xを吸蔵させるにあたっては、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２を２００℃の状態で５分間維持した。

続いて、アフター噴射によって、排気ガスの空燃比を１３．５に１０秒間維持することによりＮＯ_x浄化処理を実行した。ＮＯ_x浄化処理中には、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２の下流端に配置されたＮＯ_xセンサ１２によって、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２からのＮＯ_xリーク量を測定した。ＮＯ_xリーク量を測定するにあたっては、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に流入するＣＯ比率を変えて、第１の試験と第２の試験との２回の試験を行った。

図７は、第１の試験に関する、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔ、ＣＯ比率、及びＮＯ_xリーク量のタイミングチャートである。横軸は時間であり、処理開始時刻Ｔｒｓから、処理終了時刻Ｔｒｅまでの範囲を表している。

第１の試験では、ＮＯ_x浄化処理の開始時刻Ｔｒｓから終了時刻Ｔｒｅまでの全域において、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを２０°ＡＴＤＣに維持した。この結果、第１の試験では、ＮＯ_x浄化処理の実行中全域に亘って、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に流入するＣＯ比率が高く維持された。

図７からわかるように、ＮＯ_xリーク量は、開始時刻Ｔｒｓから時刻Ｔ１までの間は増加し、時刻Ｔ１から終了時刻Ｔｒｅまでの間は減少する。このように、還元剤中のＣＯ比率を高くすると、ＮＯ_x浄化処理の初期（時刻Ｔ１付近）において、多くのＮＯ_xのリークが観測された。

図８は、第２の試験に関する、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔ、ＣＯ比率、ＮＯ_xリーク量のタイミングチャートである。図中の実線は第２の試験における噴射時期ＣＡａｆｔ等の推移を示しており、一点鎖線は第１の試験における噴射時期ＣＡａｆｔ等の推移を示している。

第２の試験では、ＮＯ_x浄化処理の実行中全域に亘って、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを６０°ＡＴＤＣに維持した。この結果、第２の試験では、ＮＯ_x浄化処理の実行中全域に亘ってＮＯ_x吸蔵還元型触媒に流入するＣＯ比率が低く維持された。

図８からわかるように、ＮＯ_xリーク量は、時刻Ｔｒｓから時刻Ｔ１にかけて増加し、時刻Ｔ１からＴ２までほぼ一定のまま推移する。このように、第２の試験は、第１の試験と比較して、ＮＯ_x浄化処理の初期においてはＮＯ_xのリークが抑制されたが、ＮＯ_x浄化処理の後期においては、ＮＯ_xのリーク量を低減させることができなかった。

上述したように、ＣＯはＨＣに比べてＮＯ_xに対する反応性が高い。しかしながら、第１の試験ではＣＯ比率が高いにもかかわらず、ＮＯ_x浄化処理の初期においては第２の試験に比べて、ＮＯ_xリーク量が多い。斯かる結果から、ＣＯ比率が高いときには、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒から放出されるＮＯ_xの量が多いと考えられる。以下では、斯かる考察を踏まえて、図９Ａ、図９Ｂ及び図１０を参照して、第１の試験と第２の試験とでＮＯ_xリーク量の推移が異なる理由、すなわちＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に流入する還元剤中のＣＯ比率に応じてＮＯ_xリーク量の推移が変化する理由について説明する。

図９Ａは、第１の試験を行った際の時刻Ｔ１における、ＮＯ_xの放出作用及び還元作用を図解的に表した図である。上述したように、ＣＯ比率が高いほど、ＮＯ_x吸蔵材４３に吸蔵されているＮＯ_xを排気ガス中に放出させる作用（図９Ａの矢印（Ａ））が強くなると考えられる。また、ＮＯｘ浄化処理の初期の段階では、ＮＯ_x吸蔵材に吸蔵されているＮＯ_xの量が多い。したがって、第１の試験の時刻Ｔ１においては、ＣＯ比率が高くＮＯ_x吸蔵量も多いため、多量のＮＯ_xがＮＯ_x吸蔵材４３から排気ガス中に放出される。

続いて、図９Ａの矢印（Ｂ）のように、排気ガス中に放出されたＮＯ_xは、貴金属４２によってＨＣ及びＣＯと反応し、Ｎ₂へ還元、浄化される。第１の試験においては、供給された還元剤ＨＣ及びＣＯの量に対して、多量のＮＯ_xが排気ガス中に放出されたために、一部のＮＯ_xが浄化されることなくＮＯ_x吸蔵還元型触媒２から流出（リーク）する（図９Ａの矢印（Ｃ））。このような理由で、図８の時刻Ｔ１においては、ＮＯ_xのリーク量が多くなっていると推察される。

図９Ｂは、第１の試験を行った際の時刻Ｔ２における、ＮＯ_xの放出作用及び還元作用を図解的に表した図である。時刻Ｔ２においては、ＮＯ_x吸蔵材４３に吸蔵されているＮＯ_xの量が比較的少ない。このため、たとえ還元剤のＣＯ比率が高くても、ＮＯ_x吸蔵材４３から排気ガス中に放出されるＮＯ_xの量は比較的少ない（矢印（Ａ））。このため、ＨＣ及びＣＯによって、排気ガス中の多くのＮＯ_xは還元せしめられ（矢印（Ｂ））、ＮＯ_xのリーク量は減少していると推察される。

以上のように、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に流入する還元剤中のＣＯ比率が高い場合には、ＮＯ_x浄化処理の初期（時刻Ｔ１付近）において、排気ガス中に放出されるＮＯ_xの量が過剰になるため、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２から一部のＮＯ_xがリークすると推察される。

図１０は、第２の試験を行った際の時刻Ｔ１からＴ２の間における、ＮＯ_xの放出作用及び還元作用を図解的に表した図である。ＮＯ_x吸蔵材４３に吸蔵されているＮＯ_xの量は比較的多いが、還元剤中のＣＯ比率が比較的低い。したがって、ＮＯ_x浄化処理の初期においても、第１の試験に比べてＮＯ_x吸蔵材４３から放出されるＮＯ_xの量は少ない（図１０の矢印（Ａ））。続いて、排気ガス中に放出されたＮＯ_xは、貴金属４２によってＨＣ及びＣＯと反応せしめられ、Ｎ₂へ還元、浄化される（図１０の矢印（Ｂ））。しかしながら、第２の試験では、ＣＯ比率が比較的低く、よってＨＣよりも反応性の高いＣＯの濃度が低い。このため、一部のＮＯ_xは還元剤によって還元されることなく、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２から流出（リーク）すると推察される（図１０の矢印（Ｃ））。

以上のように、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に流入する還元剤中のＣＯ比率が低い場合には、ＮＯ_x浄化処理の間（時刻Ｔ１からＴ２付近）において、ＣＯ比率が低いために、ＮＯ_x還元効率が比較的低く、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２から一部のＮＯ_xがリークしてしまうと推察される。

次に、ＮＯ_x浄化処理を開始した直後のＮＯ_xリーク量とＣＯ比率との関係を測定した。図１１Ａは、ＣＯ比率と、ＮＯ_x浄化処理を開始してから３秒間にＮＯ_x吸蔵還元型触媒２からリークしたＮＯ_xの量との関係を表したグラフである。図１１Ａから明らかなように、ＣＯ比率が高いほど、ＮＯ_xリーク量は増大する。これは、図９Ａを参照して説明したように、ＮＯ_x浄化処理の初期には、ＣＯ比率が比較的高いと、ＮＯ_xのリーク量が多くなり、還元剤によって十分にＮＯ_xを還元することができない場合があるためと推察される。なお、図１１Ａからわかるように、ＣＯ比率が一定値（図示した例では、０．５）以下になると、ＮＯ_xリーク量はほとんど変化しない。このため、ＮＯ_x浄化処理の初期においては、ＣＯ比率がこの一定値以下（図示した例では０．５以下）になるようにアフター噴射の噴射時期等を制御することが好ましい。

続いて、ＮＯ_x浄化処理を終了する直前のＮＯ_xリーク量とＣＯ比率との関係を測定した。図１１Ｂは、ＣＯ比率と、ＮＯ_x浄化処理を終了する直前の３秒間にＮＯ_x吸蔵還元型触媒２からリークしたＮＯ_xの量との関係を表したグラフである。図１１Ｂから明らかなように、ＣＯ比率が低下するほど、ＮＯ_xリーク量は増大する。その理由は、図１０を参照して説明したように、ＣＯ比率が低いとＮＯ_x還元効率が低くなってしまうためであると推察される。なお、図１１Ｂからわかるように、ＣＯ比率が一定値（図示した例では６）以上になると、ＮＯ_xリーク量はほとんど変化しない。このため、ＮＯ_x浄化処理を終了する直前においては、ＣＯ比率がこの一定値（図示した例では６）以上になるようにアフター噴射の噴射時期等を制御することが好ましい。

以上のように、第１の試験のように、還元剤中のＣＯ比率が高い場合には、ＮＯ_x浄化処理を開始した直後にＮＯ_xがリークしてしまう。他方、第２の試験のように、還元剤中のＣＯ比率が低い場合には、ＮＯ_x浄化処理の後期にＮＯ_xがリークしてしまう。このように、アフター噴射の噴射時期を一定にすると、ＮＯ_x浄化処理実行中の期間全体に亘ってＮＯ_xリーク量を少なく維持するのは困難であるという問題があった。

そこで、本願の発明者らは、ＮＯ_x浄化処理の初期にはアフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを遅角側に設定して排気ガス中のＣＯ比率を低くし、ＮＯ_x浄化処理の後期にはアフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを進角側に設定して排気ガス中のＣＯ比率を高くする第３の試験を実施した。特に、第３の試験では、ＮＯ_x浄化処理の開始からの経過時間に伴ってアフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを６０°ＡＴＤＣから２０°ＡＴＤＣへ徐々に進角させた。なお、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔ以外の試験条件は、第１の試験と同様である。

図１２の実線は、第３の試験における、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔ、ＣＯ比率、及びＮＯ_xリーク量の推移を示している。横軸は時間であり、浄化開始時刻Ｔｒｓから、浄化終了時刻Ｔｒｅまでの範囲を表している。なお、図１２の一点鎖線は、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを２０°ＡＴＤＣに固定した場合（第１の試験）、図１２の二点鎖線は、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを６０°ＡＴＤＣに固定した場合（第２の試験）の噴射時期ＣＡａｆｔ等の推移を示している。したがって、これら一点鎖線及び二点鎖線は、それぞれ図７の実線及び図８の実線と同じ推移を表している。

第３の試験においては、ＮＯ_x浄化処理の初期にはＣＯ比率が低くなり且つ後期にはＣＯ比率が高くなるようにＮＯ_x浄化処理開始からの経過時間に伴ってＣＯ比率を低くした。ＣＯ比率をこのように制御したところ、第１の試験及び第２の試験と比較して、ＮＯ_xリーク量を低減させることができた。すなわち、第３の試験においては、ＮＯ_x浄化処理の初期において、ＮＯ_xがＮＯ_x吸蔵材４３から大量に放出されることによるＮＯ_xのリークを抑制することができた。さらに、ＮＯ_x浄化処理の後期におけるＮＯ_xのリーク量を低減させることができた。このような現象が生じる理由について、図１３Ａ、図１３Ｂを参照しながら説明する。

図１３Ａは、時刻Ｔ１（ＮＯ_x浄化処理の初期）における、ＮＯ_xの放出作用及び還元作用を図解的に表した図である。本実施例においてアフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔは、ほぼ６０°ＡＴＤＣであってＣＯ比率が低いため、時刻Ｔ１では、図１０に示した作用と同様な作用が生じる。したがって、ＣＯ比率の高い第１の試験と比較すると、ＮＯ_x浄化処理の初期において、ＮＯ_xリーク量を低減することができる。

図１３Ｂは、時刻Ｔ２（ＮＯ_x浄化処理の後期）における、ＮＯ_xの放出作用及び還元作用を図解的に表した図である。図１０と比較すると、供給された還元剤のＣＯ比率が高くなる。このため、ＮＯ_x吸蔵材４３から放出されるＮＯ_xの量は増加する。しかしながら、このときＮＯ_x吸蔵材４３のＮＯ_x吸蔵量はそれほど多くないため、ＣＯ比率を高くすることによって増加するＮＯ_xの量はそれほど多くない。一方、ＣＯ比率が高くなることにより、ＮＯ_xの還元効率が高まるため、より多くのＮＯ_xが浄化される。この結果、ＣＯ比率の低い第２の試験と比較すると、ＮＯ_x浄化処理の後期において、ＮＯ_xのリーク量を低減することができる。

そこで、斯かる第３の試験の結果及び上述した考察を踏まえ、本発明の第１実施例では、ＮＯ_x浄化処理においてＮＯ_x浄化処理を開始したときの方がＮＯ_x浄化処理を終了するときよりもＣＯ比率が低くなるようにアフター噴射の噴射時期を制御するようにしている。

図１４は、ＮＯ_x浄化処理が開始されてからの時間とＣＯ比率との関係を示した図である。図１４は、ＮＯ_x浄化処理を１０秒間行う場合の例を示している。したがって、図１４の０秒はＮＯ_x浄化処理の開始時を、１０秒はＮＯ_x浄化処理の終了時をそれぞれ示している。また、本実施例では、ＮＯ_x浄化処理中のＣＯ比率は、図中の実線ｅ１に示したように変化せしめられる。

すなわち、本実施例では、ＮＯ_x浄化処理の開始時には、ＣＯ比率が相対的に低い値（図示した例では、約０．５）となるようにアフター噴射の噴射時期が制御される。一方、ＮＯ_x浄化処理の終了時には、ＣＯ比率が相対的に高い値（図示した例では、約６）となるようにアフター噴射の噴射時期が制御される。加えて、本実施例では、ＮＯ_x浄化処理の開始からの経過時間が長くなるにつれてＣＯ比率が高くなるようにアフター噴射の噴射時期が制御される。特に、本実施例では、ＮＯ_x浄化処理の開始からの経過時間に比例してＣＯ比率が高くなるようにアフター噴射の噴射時期が制御される。

ここで、図１１Ａを参照して説明したように、ＮＯ_x浄化処理の初期においては、ＣＯ比率が０．５以下であるとＮＯ_xリーク量を最小に抑えることができる。したがって、本実施例では、ＮＯ_x浄化処理の開始時においては、ＣＯ比率が０．５以下となるようにアフター噴射の噴射時期を制御することが好ましい。一方、図１１Ｂを参照して説明したように、ＮＯ_x浄化処理の後期においては、ＣＯ比率が６以上であるとＮＯ_xリーク量を最小に抑えることができる。したがって、本実施例では、ＮＯ_x浄化処理の終了時においては、ＣＯ比率が６以上となるようにアフター噴射の噴射時期を制御することが好ましい。ただし、アフター噴射の噴射時期の制御によってはＣＯ比率を無限に高くすることはできず、上限がある（例えば、１２）。よって、本実施例では、ＮＯ_x浄化処理の終了時においては、ＣＯ比率が６以上であって１２以下であることが好ましい。以上より、本実施例では、ＮＯ_x浄化処理において、図１４において斜線を付した領域内においてＣＯ比率が推移するのが好ましい。

以下では、図１５及び図１６を参照して、第１実施例のＮＯ_x浄化処理の制御について説明する。図１５は、本発明の第１実施例における、燃料噴射設定制御の制御ルーチンを表したフローチャートである。本制御ルーチンは、クランク角センサ１３によって測定されたクランク角ＣＡが、予め定められたクランク角ＣＡになったときに実行される。

ステップＳ１０１において、制御ユニット２０は、浄化処理フラグＦｒｅｄが、セットされているか否かを判別する。浄化処理フラグＦｒｅｄは、ＮＯ_x浄化処理が行われている間にセットされ、ＮＯ_x浄化処理が終了するとリセットされるフラグである。ステップＳ１０１において浄化処理フラグＦｒｅｄがセットされていない場合には、ＮＯ_x浄化処理のための燃料噴射を設定するために、本ルーチンはステップＳ１０２に進む。他方、ステップＳ１０１において浄化処理フラグＦｒｅｄがセットされている場合には、本ルーチンはステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０２において、制御ユニット２０は、ＮＯ_x浄化処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。本実施例においては、例えば、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２のＮＯ_x吸蔵量があらかじめ定められたＮＯ_x吸蔵量よりも多くなった時に、ＮＯ_x浄化処理の実行条件が成立する。ステップＳ１０２において、ＮＯ_x浄化処理の実行条件が成立していると判定された場合には、ＮＯ_x浄化処理を開始するために、本ルーチンはステップＳ１０３に進む。他方、ステップＳ１０２においてＮＯ_x浄化処理が要求されていない場合には、ＮＯ_x浄化処理を行うことなく、通常の燃料噴射制御を実施するために、本ルーチンはステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１０３において、制御ユニット２０は、ＮＯ_x浄化処理に関する条件を設定する（浄化初期設定を実行する）。本実施例において、ＮＯ_x浄化処理に関する条件とは、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２の温度、ＮＯ_x吸蔵量に基づいて、ＮＯ_x浄化処理を終了するまでの処理時間（以下、「終了時間Ｔｅｎｄ」と呼称する。）、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒に供給する還元剤の総量を設定する。終了時間ＴｅｎｄはＮＯ_x吸蔵量が多くなるほど長く設定され、及び還元剤の総量はＮＯ_x吸蔵量が多くなるほど多く設定される。

ステップＳ１０４において、制御ユニット２０は、浄化タイマーＴをクリアする。浄化タイマーＴは、ＮＯ_x浄化処理が開始されてから経過した時間を記録するためのタイマーである。次いで、ステップＳ１０５において、制御ユニット２０は、浄化処理フラグＦｒｅｄをセットする。以上のステップＳ１０３からステップＳ１０５によって、ＮＯ_x浄化処理を開始するための準備が行われた後、本ルーチンはステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６において、制御ユニット２０は、ＮＯ_x浄化処理のための燃料噴射の設定（浄化時噴射設定）を行う。より具体的には、制御ユニット２０は、メイン噴射の噴射時期及び噴射量並びにアフター噴射の噴射時期及び噴射量を設定する。

メイン噴射の噴射時期及び噴射量は、例えば、内燃機関の機関負荷及び機関回転数に基づいて設定される。メイン噴射の噴射時期及び噴射量は、既知の方法に基づいて適宜設定される。

アフター噴射の噴射量は、メイン噴射の噴射量よりも少ない一定の値に設定される。また、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔは、後述する噴射時期設定制御により設定される。

インジェクタ１４からは、ステップＳ１０６において設定された噴射時期及び噴射量にて燃料噴射が行われる。なお、メイン噴射に加えて、メイン噴射の前にパイロット噴射、プレ噴射を行う場合には、ステップＳ１０６においてこれら噴射の噴射時期及び噴射量が設定されても良い。

次いで、ステップＳ１０７において、制御ユニット２０は、浄化タイマーＴを制御ルーチンの周期である「周期ΔＴ」だけ加算する。次いで、ステップＳ１０８において、制御ユニット２０は、浄化タイマーＴが、ステップＳ１０３において設定された終了時間Ｔｅｎｄ以上になった否かを判別する。浄化タイマーＴが終了時間Ｔｅｎｄ以上であると判別された場合には、ＮＯ_x浄化処理を終了すべきであるため、ルーチンはステップＳ１０９に進む。他方、浄化タイマーＴが終了時間Ｔｅｎｄ未満である場合には、ＮＯ_x浄化処理を継続すべきであるため、ＮＯ_x浄化処理を終了させることなく本ルーチンが終了せしめられる。

ステップＳ１０９において、制御ユニット２０は、浄化処理フラグＦｒｅｄをリセットし、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１０９において浄化処理フラグＦｒｅｄがリセットされると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１０１において、制御ユニット２０が、ＮＯ_x浄化処理が実行中ではないと判別し、ルーチンがステップＳ１０２へと進む。ステップＳ１０２において、制御ユニット２０が、ＮＯ_x浄化処理の実行条件が成立していないと判別したとき、本ルーチンはステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０において、制御ユニット２０は、通常時の燃料噴射に関する設定を行う（通常時燃料噴射設定を実施する）。本実施例においては、制御ユニット２０は、例えば、内燃機関の機関負荷及び機関回転数に基づいて、既知の方法により燃料噴射時期及び燃料噴射量を定める。通常時の燃料噴射においても、インジェクタから複数回の噴射が行われてもよい。

図１６は、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを設定するための噴射時期設定ルーチンを表すフローチャートである。図１６の制御は、図１５の制御においてルーチンがステップＳ１０６に到達する毎に実行される。

図１６に示したように、ステップＳ１１１において、制御ユニット２０は、浄化タイマーＴの値を取得する。次いで、ステップＳ１１２において、制御ユニット２０は、ステップＳ１１１で取得した浄化タイマーＴの値に基づいて、例えば経過時間とアフター噴射の噴射時期との関係を示すマップを用いて、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを設定する。

経過時間（浄化タイマーＴの値）とアフター噴射の噴射時期との関係を示すマップは、経過時間が長くなるほどアフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔが徐々に連続的に早くなるように設定される。特に、本実施例では、図１４に実線ｅ１で示した関係となるように、ＮＯ_x浄化処理の開始時には噴射時期ＣＡａｆｔが６０°ＡＴＤＣとなり、ＮＯ_x浄化処理の終了時には噴射時期ＣＡａｆｔが２０°ＡＴＤＣとなるようにマップが作成される。

或いは、マップの代わりに計算式に基づいてアフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔが算出されてもよい。この場合、例えば、下記式（１）に基づいて噴射時期ＣＡａｆｔが算出される。
ＣＡａｆｔ＝６０−４０×（Ｔ／Ｔｅｎｄ） …（１）
ここで、Ｔは浄化タイマーＴの値であり、ＴｅｎｄはＮＯ_x浄化処理を終了するまでの処理時間（終了時間）である。

なお、上記実施例では、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔは、ＮＯ_x浄化処理が開始されてからの経過時間に応じて徐々に連続的に変更せしめられる。しかしながら、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔは、ＮＯ_x浄化処理が開始されてからの経過時間に応じて段階的に変化させてもよい。例えば、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔは、ＮＯ_x浄化処理が開始されてから時刻Ｔ１までの間は６０°ＡＴＤＣ、時刻Ｔ１から時刻Ｔｅｎｄまでの間は２０°ＡＴＤＣに設定されていても良い。このようにアフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを段階的に変動させたとしても、ＮＯ_x浄化処理の初期にＮＯ_xが過剰に放出されることが抑制され、かつ、ＮＯ_x浄化処理の後期にＮＯ_xの還元効率が高められ、よってＮＯ_xリーク量を低く抑えることができる。

以上のように本発明の第１実施例の内燃機関の排気ガス浄化装置は、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２と、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に炭化水素及び一酸化炭素を含む還元剤を供給すると共にＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に供給される炭化水素に対する一酸化炭素の比率であるＣＯ比率を調整可能なインジェクタ１４（還元剤供給・調整装置）と、インジェクタ１４を制御する制御ユニット２０（制御装置）を備える。

制御ユニット２０（制御装置）は、所定の浄化処理実行条件が成立したときには、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に還元剤を供給するようにインジェクタ１４を制御して、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に吸蔵されているＮＯ_xを浄化するＮＯ_x浄化処理を行う。さらに、制御ユニット２０は、ＮＯ_x浄化処理では、ＮＯ_x浄化処理を開始したときの方が、ＮＯ_x浄化処理を終了するときよりも、ＣＯ比率が低くなるようにインジェクタ１４を制御する。

このような排気ガス浄化装置によれば、ＮＯ_x浄化処理を開始したときのＣＯ比率が低いため、ＮＯ_x吸蔵材４３から排気ガス中に放出されるＮＯ_xの量を少なく維持することができる。この結果、還元剤の量に対して放出されたＮＯ_xの量が過剰になって、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２の下流にリークするＮＯ_xの量を低減できる。他方、ＮＯ_x浄化処理を終了するときのＣＯ比率が高いため、ＮＯ_x吸蔵材４３から放出されたＮＯ_xに対する還元剤の反応性が向上し、ＮＯ_xリーク量を減少させることができる。以上のように、ＮＯ_x浄化処理が開始されてから終了するまでの全域においてＮＯ_xリーク量を減少させることができる。

なお、ＮＯ_ｘ浄化処理実行条件が成立してから、ＮＯ_ｘ吸蔵還元型触媒２に還元剤が到達するまでに時間がかかる場合がある。このような場合には、上記「ＮＯ_ｘ浄化処理を開始したときのＣＯ比率」は、例えば、ＮＯ_ｘ浄化処理実行条件が成立した後、はじめて還元剤供給・調整装置が制御されたことに起因して、ＮＯ_ｘ吸蔵還元型触媒２に還元剤が供給されたときにおける、炭化水素に対する一酸化炭素の比率を意味する。このように定められたＣＯ比率が低く制御されることによって、ＮＯ_ｘ放出が過剰になることを抑制し、ＮＯ_ｘリーク量を減少させることができる。

見方を変えると、ＮＯ_ｘ浄化処理を開始したときのＣＯ比率は、ＮＯ_ｘ吸蔵還元型触媒において、ＮＯ_ｘの還元が始まるときのＣＯ比率を意味するとも考えられる。ＮＯ_ｘの還元が始まるときのＣＯ比率は、ＮＯ_ｘ吸蔵還元型触媒２からのＮＯ_ｘの放出に寄与するため、このＣＯ比率を低くすることにより、ＮＯ_ｘリーク量を減少できる。

また、「ＮＯ_ｘ浄化処理を終了するときのＣＯ比率」は、例えば、ステップＳ１０８のようなＮＯ_ｘ浄化処理を終了させるための条件が成立する直前において、還元剤供給・調整装置が制御されたことに起因して、ＮＯ_ｘ吸蔵還元型触媒２に還元剤が供給されたときにおける、炭化水素に対する一酸化炭素の比率を意味する。このように定められたＣＯ比率が高く制御されることによって、ＮＯ_ｘ浄化処理を終了させた後に、ＮＯ_ｘ吸蔵還元型触媒２に到達した還元剤の反応性を高め、ＮＯ_ｘリーク量を減少させることができる。

見方を変えると、ＮＯ_ｘ浄化処理を終了するときのＣＯ比率は、ＮＯ_ｘ吸蔵還元型触媒において、吸蔵されているＮＯ_ｘのほぼ全量が放出されたときのＣＯ比率を意味するとも考えられる。ＮＯ_ｘ吸蔵還元型触媒において吸蔵されているＮＯ_ｘのほぼ全量が放出されたときのＣＯ比率を高くすることにより、ＮＯ_ｘに対する還元剤の反応性が向上し、ＮＯ_ｘリーク量を減少させることができる。

また、本発明の第１実施例では、ＮＯ_x浄化処理中において、インジェクタ１４は、内燃機関の１サイクル中に、最も多くの燃料を噴射するメイン噴射（第１噴射）と、メイン噴射の後にメイン噴射よりも少量の燃料を噴射するアフター噴射（第２噴射）とを行う多段燃料噴射を行うことで、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に還元剤を供給する。

制御ユニット２０は、ＮＯ_x浄化処理において、ＮＯ_x浄化処理を開始したときの方が、ＮＯ_x浄化処理を終了するときよりも、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔ（第２噴射の噴射時期）を遅くするようにインジェクタ１４を制御する。

第１実施例によれば、内燃機関には必須であるインジェクタ１４によってＣＯ比率が調整されるので、ＣＯ比率を調整するための装置を別途設ける必要がなく、簡単にＣＯ比率が調整される。

なお、ＮＯ_ｘ浄化処理中とは、本実施例においては例えば、インジェクタ１４がＮＯ_ｘを浄化するためのアフター噴射を行う期間であり、ＮＯ_ｘ浄化処理実行条件が成立してから、ＮＯ_ｘ浄化処理を終了するための条件が成立するまでの期間である。

さらに、本発明の第１実施例では、制御ユニット２０（還元剤供給・調整装置）は、ＮＯ_x浄化処理において、ＮＯ_x浄化処理を開始してから経過した時間が長くなるにつれて、ＣＯ比率が高くなるように、ＣＯ比率を調整する。

上記構成によれば、ＮＯ_x吸蔵量の減少に従って、ＣＯ比率が高められる。このため、ＮＯ_xのリークをより適切に抑制することができる。

（第２実施例）
次に本発明の第２実施例について説明する。本発明の第２実施例は、排気ガスを再循環させることによりＣＯ比率を制御する点において、第１実施例と相違する。以下では、第１実施例と説明が重複する点は省略する。

図１７は、本発明の第２実施例における、排気ガス浄化装置の概略図を示す。第２実施例における排気ガス浄化装置は、第１実施例における排気ガス浄化装置に加えて、ＥＧＲ通路１５とＥＧＲバルブ１６とを備えるＥＧＲ装置（排気再循環装置）を備える。ＥＧＲ通路１５は、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２の排気ガス流れ下流の排気通路と機関本体１の吸気ガス流れ上流の吸気通路との間で延びてこれらを連通させる。ＥＧＲバルブ１６は、ＥＧＲ通路１５に配置されてＥＧＲ通路１５を開閉する。

ＥＧＲ通路１５は、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２の下流を流れる排気ガスの一部を、ＥＧＲガスとして機関本体１の上流に導入するのに用いられる。

ＥＧＲバルブ１６は、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２の排気ガス流れの下流からＥＧＲ通路１５を通って機関本体１の上流に供給される排気ガスの量を調整するためのバルブである。本実施例においては、ＥＧＲバルブ１６は電磁式のバルブであり、制御ユニット２０から出力された信号に応じて、ＥＧＲバルブ１６の開度が制御される。ＥＧＲバルブ１６は、燃焼室に供給される総吸気ガスのうちＥＧＲガスが占める割合であるＥＧＲ率が、目標ＥＧＲ率となるように制御される。

ところで、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２の下流を流れる排気ガスの酸素濃度は、大気中から供給される吸気ガスの酸素濃度に比べて低い。このため、ＥＧＲガスを機関本体１に供給して、機関本体１において燃料を燃焼させると、酸素不足によりＣＯが発生しやすくなる。したがって、ＥＧＲ率に応じてＣＯ比率が変化し、ＥＧＲ率が高くなるほどＣＯ比率が高くなる。

図１８は、本発明の第２実施例におけるＮＯ_x浄化処理に関するタイミングチャートである。図１８は上のグラフから順に、ＮＯ_x浄化処理が実行されている間における、アフター噴射時期ＣＡａｆｔ、ＥＧＲ率Ｒ、ＣＯ比率の時間変化を表す。横軸は時間であり、Ｔ＝０はＮＯ_x浄化処理が開始された時刻、Ｔ＝ＴｅｎｄはＮＯ_x浄化処理が終了された時刻を表す。

本実施例においては、ＮＯ_x浄化処理中には、アフター噴射の噴射時期は固定される。このようにアフター噴射を行うことで、機関本体から排出される排気ガス中には還元剤が含まれることになる。その一方で、本実施例では、ＮＯ_x浄化処理開始から時間が経過するにつれて、ＥＧＲ率Ｒが高くなるようにＥＧＲ制御弁が制御される。上述のとおり、ＥＧＲ率Ｒが高くなるほど、還元剤中のＣＯ比率が高くなる。したがって、第２実施例においても、第１実施例と同様に、ＮＯ_x浄化処理開始からの経過時間が長くなるにつれてＣＯ比率が高められることになる。この結果、ＮＯ_x浄化処理中のＮＯ_x吸蔵還元型触媒２からのＮＯ_xリーク量を低減することができる。

以下では、図１９及び図２０を参照して、第２実施例のＮＯ_x浄化処理の制御について説明する。図１９は、本発明の第２実施例における、燃料噴射・ＥＧＲ設定の制御ルーチンを表したフローチャートである。図示した制御ルーチンは、クランク角センサ１３によって測定されたクランク角ＣＡが、予め定められたクランク角ＣＡになったときに実行される。なお、図１９のステップＳ２０１からＳ２０５は図１５のステップＳ１０１からＳ１０５と、図１９のＳ２０８からＳ２１１は図１５のステップＳ１０７からＳ１１０と同様であるため、説明を省略する。

図１９を参照すると、ステップＳ２０６において、制御ユニット２０は、ＮＯ_x浄化処理が行われている間の燃料噴射の設定（浄化時噴射設定）を行う。第１実施例においては、制御ユニット２０は、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを、浄化タイマーＴの値に応じて変動させていた。一方、第２実施例においては、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを６０°ＡＴＤＣの一定値に制御する。

次いで、ステップＳ２０７において、制御ユニット２０は、ＮＯ_x浄化処理が行われている間のＥＧＲバルブ１６の開度を設定する（浄化時ＥＧＲ設定を行う）。ＥＧＲバルブ１６の開度は、後述するＥＧＲ率設定制御に基づいて設定される。

ステップＳ２０１において浄化処理フラグＦｒｅｄがセットされていないと判別され且つステップＳ２０２においてＮＯ_x浄化処理の実行条件が成立していないと判別されたときには、制御ルーチンはステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１１では、図１５のステップＳ１１０と同様な操作が行われる。次いで、ステップＳ２１２において、制御ユニット２０は、通常制御時における、ＥＧＲバルブ１６の開度（ＥＧＲ率Ｒ）を設定する（通常時ＥＧＲ設定を実行する）。本実施例においては、制御ユニット２０は、吸気負圧低減による燃費向上、ノッキング低減などを目的としてＥＧＲバルブ１６の開度を設定する。ステップＳ２０４が実行されたのち、本ルーチンは処理を終了する。

図２０は、ＥＧＲ率Ｒを設定するためのＥＧＲ率設定ルーチンを表すフローチャートである。図２０の制御は、図１９の制御においてルーチンがステップＳ２０７に到達する毎に実行される。

ステップＳ２２１において、制御ユニット２０は、浄化タイマーＴの値を取得する。次いで、ステップＳ２２２において、制御ユニット２０は、ステップＳ２２１で取得した浄化タイマーＴの値に基づいて、例えば経過時間と目標ＥＧＲ率との関係を示すマップを用いて、目標ＥＧＲ率を設定する。
経過時間（浄化タイマーＴの値）と目標ＥＧＲ率との関係を示すマップは、経過時間が長くなるほど目標ＥＧＲ率が徐々に連続的に高くなるように設定される。本実施例においては、浄化タイマーＴが０である時には、ＥＧＲ率が０となるようにＥＧＲ率が設定される。また、浄化タイマーＴがＴｅｎｄである時には、ＣＯ比率があらかじめ定められた値（例えば６）になるように、目標ＥＧＲ率が設定される。

次いで、ステップＳ２２３において、制御ユニット２０は、実際のＥＧＲ率がステップＳ２２２において算出された目標ＥＧＲ率Ｒになるように、ＥＧＲバルブ１６の開度を設定する。ＥＧＲバルブ１６の開度は、機関運転状態が同一であれば、目標ＥＧＲ率が高くなるほど大きくなるように設定される。例えば、浄化タイマーＴが０である時には、ＥＧＲ率Ｒが０となるように、制御ユニット２０は、ＥＧＲバルブ１６の開度を０に設定する。そして、ＮＯ_x浄化処理開始からの経過時間が長くなるのに伴って制御ユニット２０は、ＥＧＲバルブ１６の開度を徐々に大きくしていく。

本実施例によれば、ＮＯ_x浄化処理の開始直後（Ｔ＝０）においては目標ＥＧＲ率が低く設定され、よってＣＯ比率が低下せしめられる。一方、ＮＯ_x浄化処理の終了直前においては目標ＥＧＲ率が高く設定され、よってＣＯ比率が高められる。この結果、本実施例によっても、ＮＯ_x浄化処理におけるＮＯ_xリーク量を低減させることができる。

なお、本実施例においては、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを固定したままＥＧＲ率Ｒを変化させていたが、ＥＧＲ率Ｒの変化と同時に、アフター噴射の噴射時期ＣＡａｆｔを変化させることによって、ＣＯ比率を変化させても良い。

第２実施例においては、ＥＧＲ通路１５を介して、排気ガスを機関本体１に供給する制御である、いわゆる、外部ＥＧＲ制御によって、ＣＯ比率を調整していた。それ以外の実施例として、機関本体１の吸気の時期に排気弁を開弁することによって、排気ガスを再び機関本体１に供給しても良い（内部ＥＧＲ制御）。制御ユニット２０によって内部ＥＧＲ制御を実施する場合には、ＮＯ_x浄化処理の実行時間が長くなるにつれて、排気弁の開弁時間または、排気弁の開弁ストロークを増大させることにより、排気ガスのＣＯ比率を高めても良い。

以上のように、第２実施例では、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に炭化水素及び一酸化炭素を含む還元剤を供給すると共にＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に供給される炭化水素に対する一酸化炭素の比率であるＣＯ比率を調整可能な還元剤供給・調整装置として、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタ１４と、排気ガスの一部を再び燃焼室に供給するＥＧＲ装置（排気再循環装置）とを備える。ＮＯ_x浄化処理中において、インジェクタ１４は、内燃機関の１サイクル中に、最も多くの燃料を噴射するメイン噴射（第１噴射）と、メイン噴射の後にメイン噴射よりも少量の燃料を噴射するアフター噴射（第２噴射）とを行う多段燃料噴射を行う。それによって、制御ユニット２０は、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に還元剤を供給する。そして、制御ユニット２０は、ＮＯ_x浄化処理中において、ＮＯ_x浄化処理を開始したときの方がＮＯ_x浄化処理を終了するときよりも、燃焼室に供給された吸気ガスの吸気量に対する再び燃焼室に供給された排気量の比率であるＥＧＲ率Ｒ（排気循環率）が低くなるように、ＥＧＲ装置を制御する。

第２実施例によれば、内燃機関に別の用途で設けられるＥＧＲ装置によってＣＯ比率が調整されるので、ＣＯ比率を調整するための装置を別途設ける必要がなく、簡単にＣＯ比率が調整される。

なお、ＮＯ_ｘ浄化処理中とは、本実施例においては例えば、ＮＯ_ｘ浄化処理実行条件が成立してから、ＮＯ_ｘ浄化処理を終了するための条件が成立するまでの期間である。

なお、制御ユニット２０（制御装置）は、ＮＯ_x浄化処理中において、ＮＯ_x浄化処理を開始してから経過した時間が長くなるにつれて、炭化水素及び一酸化炭素の合計量が増大されるように、第１実施例においてアフター噴射時期ＣＡａｆｔを設定しても良く、第２実施例においてＥＧＲ装置を制御しても良い。

上記構成によれば、ＮＯ_x浄化処理を開始してから経過した時間が長くなるにつれて、ＣＯ比率が高められながら、炭化水素及び一酸化炭素の合計量、即ち還元剤の量が増加される。ＣＯ比率が高められることによって、ＮＯ_x吸蔵還元型触媒２からのＮＯ_xの放出量は増大し、このＮＯ_xの放出量の増大につれてＮＯ_x吸蔵還元型触媒２に供給される還元剤の量が増大するため、ＮＯ_xを還元させるために必要な時間を短くできる。

２ ＮＯ_x吸蔵還元型触媒
４ 触媒層
４２ 貴金属
４３ ＮＯ_x吸蔵材
１４ インジェクタ
１５ ＥＧＲ通路
１６ ＥＧＲバルブ

Claims (5)

1. ＮＯ_x吸蔵還元型触媒と、
   前記ＮＯ_x吸蔵還元型触媒に炭化水素及び一酸化炭素を含む還元剤を供給すると共に前記ＮＯ_x吸蔵還元型触媒に供給される炭化水素に対する一酸化炭素の比率であるＣＯ比率を調整可能な還元剤供給・調整装置と、
   前記還元剤供給・調整装置を制御する制御装置と、
   を備えた内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
   前記制御装置は、
   所定の浄化処理実行条件が成立したときには、前記ＮＯ_x吸蔵還元型触媒に還元剤を供給するように前記還元剤供給・調整装置を制御して、前記ＮＯ_x吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯ_xを浄化するＮＯ_x浄化処理を行い、
   前記ＮＯ_x浄化処理では、前記ＮＯ_x浄化処理を開始したときの方が前記ＮＯ_x浄化処理を終了するときよりも、前記ＣＯ比率が低くなるように前記還元剤供給・調整装置を制御する、
   内燃機関の排気ガス浄化装置。
2. 前記還元剤供給・調整装置は、前記内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタを備え、
   前記ＮＯ_x浄化処理中において、前記インジェクタは、内燃機関の１サイクル中に、最も多くの燃料を噴射する第１噴射と、前記第１噴射の後に該第１噴射よりも少量の燃料を噴射する第２噴射とを行う多段燃料噴射を行うことで、前記ＮＯ_x吸蔵還元型触媒に還元剤を供給し、
   前記制御装置は、前記ＮＯ_x浄化処理において、前記ＮＯ_x浄化処理を開始したときの方が前記ＮＯ_x浄化処理を終了するときよりも、前記第２噴射の噴射時期を遅くするように前記インジェクタを制御する、
   請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
3. 前記還元剤供給・調整装置は、前記内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、排気ガスの一部を再び燃焼室に供給する排気再循環装置とを備え、
   前記ＮＯ_x浄化処理中において、前記インジェクタは、内燃機関の１サイクル中に、最も多くの燃料を噴射する第１噴射と、前記第１噴射の後に前記第１噴射よりも少量の燃料を噴射する第２噴射を行う多段燃料噴射を行うことで、前記ＮＯ_ｘ吸蔵還元型触媒に還元剤を供給し、
   前記制御装置は、
   前記ＮＯ_x浄化処理中において、前記ＮＯ_x浄化処理を開始したときの方が前記ＮＯ_x浄化処理を終了するときよりも、前記燃焼室に供給された吸気ガスの吸気量に対する再び燃焼室に供給された排気量の比率である排気循環率が低くなるように、前記排気再循環装置を制御する、
   請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
4. 前記制御装置は、
   前記ＮＯ_x浄化処理中において、前記ＮＯ_x浄化処理を開始してから経過した時間が長くなるにつれて、前記ＣＯ比率が高くなるように前記ＣＯ比率を調整する、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
5. 前記制御装置は、
   前記ＮＯ_x浄化処理中において、前記ＮＯ_x浄化処理を開始してから経過した時間が長くなるにつれて、炭化水素及び一酸化炭素の合計量が増大されるように前記排気再循環装置を制御する、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。

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