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【発明の名称】 内燃機関の排気浄化装置
【発明者】 【氏名】大坪 康彦

【氏名】松下 宗一

【氏名】大木 久

【氏名】林 孝太郎

【氏名】石山 忍

【氏名】曲田 尚史

【氏名】小林 正明

【氏名】柴田 大介

【氏名】小田 富久

【氏名】原田 泰生

【氏名】根上 秋彦

【氏名】松岡 広樹

【氏名】青山 太郎

【氏名】田原 淳
【要約】 【課題】本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたリーンＮＯx触媒へ還元剤を供給する還元剤供給機構の経年変化等による性能低下を検出し、還元剤の不要な消費を防止することを課題とする。

【解決手段】本発明は、希薄燃焼式内燃機関１の排気通路に設けられたＮＯx触媒２０と、ＮＯx触媒へ還元剤を供給する還元剤供給機構２８とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒に実際に流入する排気の空燃比が所定空燃比となるように還元剤の供給量をフィードバック制御するフィードバック制御手段３５と、フィードバック制御手段３５による補正量が予め設定された閾値を越えたときは、還元剤供給機構２８による還元剤の供給を禁止する還元剤供給禁止手段３５とを備えることを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に設けられ、流入排気の空燃比が所定空燃比であり且つ還元剤が存在するときに排気中の窒素酸化物を浄化するＮＯx触媒と、前記ＮＯx触媒より上流の排気通路へ還元剤を供給する還元剤供給機構と、前記ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が前記所定空燃比となるように前記還元剤供給機構から供給すべき目標還元剤量を算出する目標還元剤量算出手段と、前記ＮＯx触媒に流入する排気の実際の空燃比を検出する実空燃比検出手段と、前記実空燃比検出手段により検出された実際の排気空燃比が前記所定空燃比となるように前記目標還元剤量を補正するフィードバック制御手段と、前記フィードバック制御手段による補正量が予め設定された閾値を越えたときは、前記還元剤供給機構による還元剤の供給を禁止する還元剤供給禁止手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】 前記フィードバック制御手段による補正量が前記閾値を越えたときは、前記還元剤供給機構が異常であると判定する異常判定手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】 前記フィードバック制御手段により目標還元剤量のフィードバック制御が実行されているときに、実際の排気空燃比が前記所定空燃比からリーン側へ所定量以上ずれた場合は、前記内燃機関から排出される排気の空燃比をリッチ側へ補正すべく前記内燃機関を制御する機関空燃比制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】 前記還元剤供給機構は、前記排気通路へ還元剤を噴射する還元剤噴射弁を具備し、前記還元剤供給禁止手段は、前記還元剤噴射弁の噴孔温度を検出し、検出された温度が所定温度以上であるときは、前記還元剤供給機構による還元剤の供給を禁止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気を浄化する技術に関し、特に、排気中の窒素酸化物を浄化する排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車などに搭載される内燃機関、特にディーゼル機関や希薄燃焼式ガソリン機関のように酸素過剰状態の混合気（所謂、リーン空燃比の混合気）によって運転される内燃機関では、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）量を低減させるべく様々な技術が提案されている。
【０００３】このような技術の一つとしては、選択還元型ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒などのリーンＮＯx触媒を内燃機関の排気通路に配置する技術が知られている。
【０００４】選択還元型ＮＯx触媒は、酸素過剰の雰囲気下で還元剤が存在するときに窒素酸化物（ＮＯx）を還元または分解する触媒である。
【０００５】このような選択還元型ＮＯx触媒を利用して窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する場合は、選択還元型ＮＯx触媒に対して、炭化水素（ＨＣ）等の還元剤を供給する必要があるが、内燃機関がリーン空燃比で運転されているときは排気中の炭化水素（ＨＣ）量が極めて少なくなるため、選択還元型ＮＯx触媒に対して炭化水素（ＨＣ）などの還元剤を別途供給する必要がある。
【０００６】一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、該吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ還元する触媒である。
【０００７】このような吸蔵還元型ＮＯx触媒が吸蔵可能な窒素酸化物（ＮＯx）量には限りがあるため、内燃機関がリーン空燃比で長期間運転されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）が浄化されずに大気中へ放出されることになる。
【０００８】従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒を用いて窒素酸化物（ＮＯx）の浄化を行う場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前に、該吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を低下させることにより、排気中の酸素濃度を低下させるとともに排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）量を増加させる必要がある。
【０００９】上述したようなリーンＮＯx触媒を利用して排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する技術としては、例えば、内燃機関の排気通路におけるリーンＮＯx触媒より上流の部位に配置された還元剤噴射ノズルと、燃料ポンプから吐出された燃料の一部を還元剤噴射ノズルへ導く還元剤供給通路とを備え、燃料ポンプから吐出された燃料の一部を還元剤として排気中に添加することにより、リーンＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を所望の空燃比とし、以て排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する排気浄化装置が知られている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したような従来の排気浄化装置では、経時変化等に起因した還元剤供給機構の性能低下を検出することも重要である。これは、還元剤供給機構の性能低下により所望量の還元剤が排気中に添加されなくなると、リーンＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を所望の空燃比とすることが困難となるからである。
【００１１】これに対し、リーンＮＯx触媒へ流入する排気の実際の空燃比を検出し、その空燃比が所望の目標排気空燃比となるように還元剤の添加量をフィードバック制御する方法も考えられるが、還元剤供給機構の性能低下が著しい場合には、実際の排気空燃比を目標排気空燃比に収束させることが困難となり、還元剤としての燃料が不要に消費される虞がある。
【００１２】本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気通路に設けられたリーンＮＯx触媒と該リーンＮＯx触媒へ還元剤を供給する還元剤供給機構とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、経時変化等に起因した還元剤供給機構の性能低下を検出し、以て還元剤の不要な消費を防止することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
【００１４】すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に設けられ、流入排気の空燃比が所定空燃比であり且つ還元剤が存在するときに排気中の窒素酸化物を浄化するＮＯx触媒と、前記ＮＯx触媒より上流の排気通路へ還元剤を供給する還元剤供給機構と、前記ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が前記所定空燃比となるように前記還元剤供給機構から供給すべき目標還元剤量を算出する目標還元剤量算出手段と、前記ＮＯx触媒に流入する排気の実際の空燃比を検出する実空燃比検出手段と、前記実空燃比検出手段により検出された実際の排気空燃比が前記所定空燃比となるように前記目標還元剤量を補正するフィードバック制御手段と、前記フィードバック制御手段による補正量が予め設定された閾値を越えたときは、前記還元剤供給機構による還元剤の供給を禁止する還元剤供給禁止手段と、を備えた。
【００１５】このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx触媒へ還元剤を供給する必要が生じたときに、目標還元剤量算出手段は、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が所定の空燃比となるように目標還元剤量を算出する。還元剤供給機構は、前記目標還元剤量に従って、ＮＯx触媒上流の排気通路へ還元剤を供給する。排気通路に供給された還元剤は、排気通路の上流から流れてくる排気とともにＮＯx触媒へ流入する。この場合、ＮＯx触媒は、排気中に含まれる還元剤を利用して窒素酸化物（ＮＯx）を浄化することになる。
【００１６】一方、実空燃比検出手段は、ＮＯx触媒へ実際に流入する排気の空燃比（実排気空燃比）を検出する。フィードバック制御手段は、実排気空燃比検出手段によって検出された実排気空燃比と所定空燃比とを比較する。
【００１７】実排気空燃比と所定空燃比とが一致しないときは、フィードバック制御手段は、実排気空燃比を所定空燃比と一致させるべく目標還元剤量を補正する。尚、実排気空燃比と所定空燃比とが一致しているときは、フィードバック制御手段は、目標還元剤量を補正しない。
【００１８】フィードバック制御手段により目標還元剤量が補正されると、還元剤供給機構は、補正後の目標還元剤量に従って還元剤の添加を行うことになる。その際、経時変化等に起因して還元剤供給機構の性能が著しく低下していると、実排気空燃比が所定空燃比に収束せず、ＮＯx触媒において窒素酸化物（ＮＯx）を十分に浄化することが困難になる上、還元剤が不要に消費されてしまうことになる。
【００１９】これに対し、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、フィードバック制御手段による目標還元剤量の補正量が所定の閾値を超えると、還元剤供給禁止手段が還元剤供給機構による還元剤の添加を禁止するようにした。この場合、実排気空燃比が所定空燃比に収束しない状況下で、還元剤が不要に添加されることがなくなる。
【００２０】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、フィードバック制御手段による補正量が前記閾値を越えたときに、還元剤供給機構が異常であると判定する異常判定手段を更に備えるようにしてもよい。
【００２１】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、フィードバック制御手段により還元剤添加量のフィードバック制御が実行されているときに、実際の排気空燃比が所定空燃比からリーン側へ所定量以上ずれていると、内燃機関から排出される排気の空燃比をリッチ側へ補正すべく内燃機関を制御する機関空燃比制御手段を更に備えるようにしてもよい。
【００２２】この場合、フィードバック制御手段によって還元剤添加量が補正された後の実排気空燃比が所定空燃比からリーン側へ所定量以上ずれていると、機関空燃比制御手段が内燃機関から排出される排気の空燃比をリッチ側へ補正すべく内燃機関を制御することになる。
【００２３】この結果、内燃機関から排出される排気の空燃比、言い換えれば、還元剤が添加される前の排気の空燃比がリッチ側へ補正されることになり、フィードバック制御において目標還元剤量を過剰に増量補正することなく実排気空燃比を所定空燃比に収束させることが可能となる。
【００２４】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給機構が排気通路へ還元剤を噴射する還元剤噴射弁を具備している場合は、還元剤供給禁止手段は、還元剤噴射弁の噴孔温度を検出し、検出された温度が所定温度以上であるときは、還元剤供給機構による還元剤の供給を禁止するようにしてもよい。
【００２５】これは、還元剤噴射弁の噴孔温度が高いときに還元剤の添加が行われると、噴孔の詰まり等が誘発される虞があるからである。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２７】＜第１の実施の形態＞図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２８】図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４ストローク・ディーゼル機関である。
【００２９】内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。このコモンレール４には、該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００３０】前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａが内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００３１】このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００３２】前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００３３】次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。
【００３４】前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、この吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続されている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、該吸気管９内を流通する吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１２とが取り付けられている。
【００３５】前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００３６】前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。
【００３７】このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１０に流入した吸気は、該エアクリーナボックス１０内の図示しないエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３８】コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３９】一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００４０】前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００４１】前記排気管１９の途中には、排気中の有害ガス成分を浄化するための排気浄化触媒２０が配置されている。排気浄化触媒２０より上流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３と、該排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４とが取り付けられている。
【００４２】前記した排気温度センサ２４より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁２１が設けられている。この排気絞り弁２１には、ステッパモータ等で構成されて該排気絞り弁２１を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２２が取り付けられている。
【００４３】このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００４４】前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介して排気浄化触媒２０へ流入し、排気中の有害ガス成分が除去又は浄化される。排気浄化触媒２０にて有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁２１によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【００４５】また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２５内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を変更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６が設けられている。
【００４６】前記ＥＧＲ通路２５においてＥＧＲ弁２６より上流の部位には、該ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。
【００４７】このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て吸気枝管８へ導かれる。
【００４８】その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスと所定の冷媒との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却されることになる。
【００４９】ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００５０】ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００５１】更に、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することもない。
【００５２】次に、本実施の形態に係る排気浄化触媒２０について具体的に説明する。
【００５３】排気浄化触媒２０は、還元剤の存在下で排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するＮＯx触媒である。このようなＮＯx触媒としては、選択還元型ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒等を例示することができるが、ここでは吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明する。以下、排気浄化触媒２０を吸蔵還元型ＮＯx触媒２０と称するものとする。
【００５４】吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明する。
【００５５】このように構成された吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収する。
【００５６】一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることができる。
【００５７】尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸放出作用については明らかにされていない部分もあるが、おおよそ以下のようなメカニズムによって行われていると考えられる。
【００５８】先ず、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０では、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比がリーン空燃比となって排気中の酸素濃度が高まると、図２（Ａ）に示されるように、排気中の酸素（Ｏ2）がＯ2-またはＯ2-の形で白金（Ｐｔ）の表面上に付着する。排気中の一酸化窒素（ＮＯ）は、白金（Ｐｔ）の表面上でＯ2-またはＯ2-と反応して二酸化窒素（ＮＯ2）を形成する（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。二酸化窒素（ＮＯ2）は、白金（Ｐｔ）の表面上で更に酸化され、硝酸イオン（ＮＯ3-）の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収される。尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収された硝酸イオン（ＮＯ3-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）を形成する。
【００５９】このように吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が硝酸イオン（ＮＯ3-）として吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収される。
【００６０】上記したようなＮＯx吸収作用は、流入排気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和しない限り継続される。従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和しない限り、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収され、排気中から窒素酸化物（ＮＯx）が除去されることになる。
【００６１】これに対して、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０では、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下すると、白金（Ｐｔ）の表面上において二酸化窒素（ＮＯ2）の生成量が減少するため、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合していた硝酸イオン（ＮＯ3-）が逆に二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）となって吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から離脱する。
【００６２】その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、それらの還元成分が白金（Ｐｔ）上の酸素（Ｏ2-またはＯ2-）と部分的に反応して活性種を形成する。この活性種は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から放出された二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることになる。
【００６３】従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となって排気中の酸素濃度が低下するとともに還元剤の濃度が高まると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出及び還元され、以て吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が再生されることになる。
【００６４】ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【００６５】特に、内燃機関１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和し易い。
【００６６】従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和する前に吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【００６７】これに対し、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０より上流の排気通路を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００６８】還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むよう内燃機関１のシリンダヘッドに取り付けられ、所定の開弁圧以上の燃料が印加されたときに開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、この還元剤供給路２９の途中に設けられ該還元剤供給通路２９内を流通する燃料の流量を調整する流量調整弁３０と、この流量調整弁３０より上流の還元剤供給路２９に設けられて該還元剤供給路２９内の燃料の流通を遮断する遮断弁３１と、前記流量調整弁３０より上流の還元剤供給路２９に取り付けられ該還元剤供給路２９内の圧力に対応した電気信号を出力する還元剤圧力センサ３２と、を備えている。
【００６９】尚、還元剤噴射弁２８は、該還元剤噴射弁２８の噴孔が排気枝管１８におけるＥＧＲ通路２５との接続部位より下流であって、排気枝管１８における４つの枝管の集合部に最も近い気筒２の排気ポートに突出するとともに、排気枝管１８の集合部へ向くようシリンダヘッドに取り付けられることが好ましい。
【００７０】これは、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤（未燃の燃料成分）がＥＧＲ通路２５へ流入するのを防止するとともに、還元剤が排気枝管１８内に滞ることなく遠心過給機のタービンハウジング１５ｂへ到達するようにするためである。
【００７１】尚、図１に示す例では、内燃機関１の４つの気筒２のうち１番（＃１）気筒２が排気枝管１８の集合部と最も近い位置にあるため、１番（＃１）気筒２の排気ポートに還元剤噴射弁２８が取り付けられているが、１番（＃１）気筒２以外の気筒２が排気枝管１８の集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒２の排気ポートに還元剤噴射弁２８が取り付けられるようにする。
【００７２】また、前記還元剤噴射弁２８は、シリンダヘッドに形成された図示しないウォータージャケットを貫通、あるいはウォータージャケットに近接して取り付けられるようにし、前記ウォータージャケットを流通する冷却水を利用して還元剤噴射弁２８を冷却するようにしてもよい。
【００７３】このような還元剤供給機構では、流量調整弁３０が開弁されると、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達すると、該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００７４】還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気ととともにタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂ内に流入した排気と還元剤とは、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に混合され、リッチ空燃比の排気を形成する。
【００７５】このようにして形成されたリッチ空燃比の排気は、タービンハウジング１５ｂから排気管１９を介して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ窒素（Ｎ2）に還元することになる。
【００７６】その後、流量調整弁３０が閉弁されて燃料ポンプ６から還元剤噴射弁２８への還元剤の供給が遮断されると、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が前記開弁圧未満となり、その結果、還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止されることになる。
【００７７】以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５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の運転状態を制御するユニットである。
【００７８】ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、還元剤圧力センサ３２、クランクポジションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００７９】一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、遮断弁３１等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００８０】ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すように、双方向性バス３５０によって相互に接続された、ＣＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バックアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備えている。
【００８１】前記入力ポート３５６は、クランクポジションセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００８２】前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、還元剤圧力センサ３２、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６、等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのＡ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００８３】前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、遮断弁３１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、あるいは遮断弁３１へ送信する。
【００８４】前記ＲＯＭ３５２は、燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁２１を制御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するためのＮＯx浄化制御ルーチン、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の酸化物による被毒を解消するための被毒解消制御ルーチン、還元剤噴射弁２８の異常を検出して還元剤の添加を停止する燃料添加停止制御ルーチン、空燃比がリーン側へずれているときに気筒２内への燃料主噴射量を変更する入ガスリッチ化制御ルーチン、還元剤噴射弁２８が高温のときに燃料の添加を休止する燃料添加休止制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【００８５】前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気絞り弁２１の目標開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と還元剤の目標添加量（もしくは、排気の目標空燃比）との関係を示す還元剤添加量制御マップ、還元剤の目標添加量と流量調整弁３０の開弁時間との関係を示す流量調整弁制御マップ等である。
【００８６】前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００８７】前記バックアップＲＡＭ３５４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００８８】前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御、ＮＯx浄化制御、被毒解消制御等を実行する。
【００８９】例えば、燃料噴射弁制御では、ＣＰＵ３５１は、先ず、燃料噴射弁３から噴射される燃料量を決定し、次いで燃料噴射弁３から燃料を噴射する時期を決定する。
【００９０】燃料噴射量を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射量制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料燃料噴射量（基本燃料噴射時間）を算出する。ＣＰＵ３５１は、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、水温センサ３４等の出力信号値等に基づいて前記基本燃料噴射時間を補正し、最終的な燃料噴射時間を決定する。
【００９１】燃料噴射時期を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射開始時期制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料噴射時期を算出する。ＣＰＵ３５１は、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、水温センサ３４等の出力信号値をパラメータとして前記基本燃料噴射時期を補正し、最終的な燃料噴射時期を決定する。
【００９２】燃料噴射時間と燃料噴射時期とが決定されると、ＣＰＵ３５１は、前記燃料噴射時期とクランクポジションセンサ３３の出力信号とを比較し、前記クランクポジションセンサ３３の出力信号が前記燃料噴射開始時期と一致した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始する。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始した時点からの経過時間が前記燃料噴射時間に達した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を停止する。
【００９３】尚、燃料噴射制御において内燃機関１の運転状態がアイドル運転状態にある場合は、ＣＰＵ３５１は、水温センサ３４の出力信号値や、車室内用空調装置のコンプレッサのようにクランクシャフトの回転力を利用して作動する補機類の作動状態等をパラメータとして内燃機関１の目標アイドル回転数を算出する。そして、ＣＰＵ３５１は、実際のアイドル回転数が目標アイドル回転数と一致するよう燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００９４】また、吸気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数及びアクセル開度に対応した目標吸気絞り弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標吸気絞り弁開度に対応した駆動電力を吸気絞り用アクチュエータ１４に印加する。その際、ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁１３の実際の開度を検出して、実際の吸気絞り弁１３の開度と目標吸気絞り弁開度との差分に基づいて前記吸気絞り用アクチュエータ１４をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００９５】また、排気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、内燃機関１が冷間始動後の暖機運転状態にある場合や、車室内用ヒータが作動状態にある場合などに排気絞り弁２１を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用アクチュエータ２２を制御する。
【００９６】この場合、内燃機関１の負荷が増大し、それに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結果、内燃機関１の発熱量が増加し、内燃機関１の暖機が促進されるとともに、車室内用ヒータの熱源が確保される。
【００９７】また、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、水温センサ３４の出力信号（冷却水温度）、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）等を読み出し、ＥＧＲ制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。
【００９８】上記したＥＧＲ制御実行条件としては、冷却水温度が所定温度以上にある、内燃機関１が始動時から所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度の変化量が正値である等の条件を例示することができる。
【００９９】上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していると判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、機関回転数とアクセル開度とをパラメータとしてＥＧＲ弁開度制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した目標ＥＧＲ弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標ＥＧＲ弁開度に対応した駆動電力をＥＧＲ弁２６に印加する。一方、上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していないと判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を全閉状態に保持すべく制御する。
【０１００】更に、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、内燃機関１の吸入空気量をパラメータとしてＥＧＲ弁２６の開度をフィードバック制御する、いわゆるＥＧＲ弁フィードバック制御を行うようにしてもよい。
【０１０１】ＥＧＲ弁フィードバック制御では、例えば、ＣＰＵ３５１は、アクセル開度や機関回転数等をパラメータとして内燃機関１の目標吸入空気量を決定する。その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気量との関係を予めマップ化しておき、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出されるようにしてもよい。
【０１０２】上記した手順により目標吸入空気量が決定されると、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されたエアフローメータ１１の出力信号値（実際の吸入空気量）を読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量とを比較する。
【０１０３】前記した実際の吸入空気量が前記目標吸入空気量より少ない場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量閉弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が減少し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が減少することになる。その結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが減少した分だけ増加する。
【０１０４】一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量より多い場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量開弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が増加し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が増加する。この結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが増加した分だけ減少することになる。
【０１０５】次に、ＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチ空燃比とする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【０１０６】リッチスパイク制御では、ＣＰＵ３５１は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【０１０７】上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく流量調整弁３０を制御することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【０１０８】具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、燃料噴射量等を読み出す。ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標リッチ空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【０１０９】続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量をパラメータとしてＲＯＭ３５２の流量調整弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる流量調整弁３０の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【０１１０】流量調整弁３０の目標開弁時間が算出されると、ＣＰＵ３５１は、流量調整弁３０を開弁させる。この場合、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ供給されるため、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達し、還元剤噴射弁２８が開弁する。
【０１１１】ＣＰＵ３５１は、流量調整弁３０を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、流量調整弁３０を閉弁させる。この場合、燃料ポンプ６から還元剤噴射弁２８への還元剤の供給が遮断されるため、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧未満となり、還元剤噴射弁２８が閉弁する。
【０１１２】このように流量調整弁３０が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標リッチ空燃比の混合気を形成して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する。
【０１１３】この結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返すことになり、以て、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が窒素酸化物（ＮＯx）の吸収と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【０１１４】次に、本実施の形態における燃料添加停止制御について説明する。
【０１１５】前述のリッチスパイクによりスパイク的にリッチ空燃比となった排気は、排気管１９を流れて下流の空燃比センサ２３に到達する。従って空燃比センサ２３の出力信号は図４Ａに示すように、流量調整弁３０を開弁するための通電パルスよりも少し遅れてリッチ側に変化する。このときに、前記通電パルスの幅が狭いほど、即ち、還元剤噴射弁２８から添加される燃料量が少ないほど、空燃比センサ２３で検出される排気の空燃比がリッチ側に変化する変化量が少なくなる。このような状態のときにリッチ側への変化量を大きくする手段の一つに前記通電パルスのパルス幅の拡大が挙げられる。
【０１１６】そこで、ＣＰＵ３５１はパルス幅を拡大するために空燃比センサ２３の出力信号を監視して、ＮＯx触媒２０に要求される空燃比と空燃比センサ２３で検出された空燃比との偏差を算出する。そして、その偏差を無くすように流量調整弁３０を開弁するための通電パルス幅を拡大する（図４Ｂ）。すると、燃料の添加量が増加され、リッチ側への変化量が大きくなる。このように、ＮＯx触媒２０が要求する空燃比を満たすようにＣＰＵ３５１はフィードバック制御を行う。
【０１１７】例えば、ＮＯx触媒２０が要求する空燃比をＹａ、空燃比センサ２３で検出された空燃比をＹｂ、現在の還元剤としての燃料添加量をＧｆｂ、ＮＯx触媒２０が必要とする燃料添加量をＧｆａ、ＮＯx触媒２０に要求される空燃比と空燃比センサ２３で検出された空燃比との偏差を無くすための燃料添加の増加量を△Ｇｆ、現在の吸入空気量をＧａとすると、△Ｇｆ＝Ｇｆａ−Ｇｆｂ＝Ｇａ／Ｙａ−Ｇｆｂ＝Ｙｂ・Ｇｆｂ／Ｙａ−Ｇｆｂにより燃料増加量△Ｇｆを求めることができる。燃料噴射量と通電パルス幅とにはある一定の関係があり、この関係を予め求めておけば燃料増加量に応じた通電パルスの拡大幅を求めることができる。
【０１１８】一方、流量調整弁３０を開弁するための通電パルスの拡大幅が所定値以上になった場合には、還元剤噴射弁２８等の異常が考えられるので、リッチスパイク制御を停止する。
【０１１９】このようなリッチスパイクを停止する燃料添加停止制御について図５に示されるフローチャートを用いて説明する。
【０１２０】ステップ１０１で燃料添加量のフィードバック制御を開始する。このフィードバック制御は、リッチスパイク制御と同時に開始される。フィードバック制御開始後ステップ１０２に移行し、空燃比のフィードバックを行う。
【０１２１】次に、ステップ１０３においては、空燃比センサ２３で検出された空燃比がＮＯx触媒２０が要求する空燃比よりもリーン空燃比となっているか否かを判定し、リーン空燃比となっている場合はステップ１０４へ進み、リーン空燃比となっていない場合はステップ１０１へ戻る。
【０１２２】ステップ１０４では、流量調整弁３０を開弁するための通電パルス幅とフィードバック制御を行っていないときの通電パルス幅との偏差が閾値以上か否かを判定する。偏差が閾値以上ならばステップ１０５へ進み、閾値に満たない場合はステップ１０１へ戻る。
【０１２３】ステップ１０５では、ステップ１０４で算出された偏差が大きいのは還元剤噴射弁２８等の燃料添加に関わるシステムの異常とみなして、ＲＡＭ３５２に燃料添加システムの異常を示す所定の数値を記憶させステップ１０６へ進む。
【０１２４】ステップ１０６では、リッチスパイク制御を終了させ、燃料の添加を停止させて、ステップ１０７へ進み、燃料添加停止制御を終了する。
【０１２５】燃料添加システムに異常があると判定された場合は、流量調整弁３０より上流の還元剤供給路２９に設けられた遮断弁３１により、燃料の流通を遮断して燃料の供給を停止するとともに、図示しない警告表示灯により運転者に注意を喚起することができる。
【０１２６】＜第２の実施の形態＞この実施の形態では、第１の実施の形態と比較してステップ１０３から後の制御が異なり、空燃比センサ２３で検出された空燃比とＮＯx触媒２０が要求する空燃比との偏差が閾値よりも大きいときに内燃機関１から排出される排気の空燃比をリッチ空燃比側へずらすものである。即ち、前記偏差が閾値以上のときには、内燃機関１から排出される排気の空燃比をリッチ空燃比側にすることにより燃料添加量のフィードバック制御が容易にできるようになる。
【０１２７】以下、排気の空燃比をリッチ空燃比側へずらす入ガスリッチ制御を図６のフローチャートを用いて説明する。
【０１２８】ステップ２０１で燃料添加量のフィードバック制御を開始する。フィードバック制御は、リッチスパイク制御と同時に開始される。フィードバック制御開始後ステップ２０２に移行し、空燃比のフィードバック制御を行う。
【０１２９】次に、ステップ２０３においては、空燃比センサ２３で検出された空燃比がＮＯx触媒２０が要求する空燃比よりもリーン空燃比となっているか否かを判定し、リーン空燃比となっている場合はステップ２０４へ進み、リーン空燃比となっていない場合はステップ２０１へ戻る。
【０１３０】ステップ２０４では、空燃比センサ２３で検出された空燃比とＮＯx触媒２０が要求する空燃比との偏差が閾値以上か否かを判定する。偏差が閾値以上ならばステップ２０５へ進み、閾値に満たない場合はステップ２０１へ戻る。
【０１３１】ステップ２０５では、内燃機関１から排出される排気の空燃比をリッチ空燃比側へずらす旨を示す所定の数値をＲＡＭ３５２に記憶させる。
【０１３２】排気の空燃比をリッチ空燃比側へずらす手段としては、吸気絞り弁１３による内燃機関１に吸入される新気の量の制限、内燃機関１の気筒２内へ噴射する燃料の量を増量する主噴射燃料量増量、内燃機関１の膨張行程や排気行程に気筒２内へ燃料を噴射する副噴射等が例示できる。
【０１３３】主噴射量を増量すると、吸入空気量が変わらなければ空燃比をリッチ空燃比側へずらすことができる。ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度、ステップ２０４で算出された偏差に基づいて主噴射量を決定する。
【０１３４】例えば、ＮＯx触媒２０が要求する空燃比をＹａ、空燃比センサ２３で検出された空燃比をＹｂ、現在の主噴射量をＧｆｂ、ＮＯx触媒２０が必要とする主噴射量をＧｆａ、ステップ２０４で算出された空燃比の偏差を無くすための主噴射の増加量を△Ｇｆ、現在の吸入空気量をＧａとすると、△Ｇｆ＝Ｇｆａ−Ｇｆｂ＝Ｇａ／Ｙａ−Ｇｆｂ＝Ｙｂ・Ｇｆｂ／Ｙａ−Ｇｆｂにより燃料増加量△Ｇｆを求めることができる。
【０１３５】また、吸気絞り制御による空燃比制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度、ステップ２０４で算出された空燃比の偏差を読み出す。ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数、アクセル開度、空燃比の偏差に対応した目標吸気絞り弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標吸気絞り弁開度に対応した駆動電力を吸気絞り用アクチュエータ１４に印加する。
【０１３６】その際、ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁１３の実際の開度を検出して、実際の吸気絞り弁１３の開度と目標吸気絞り弁開度との差分に基づいて前記吸気絞り用アクチュエータ１４をフィードバック制御するようにしてもよい。
【０１３７】例えば、ＮＯx触媒２０が要求する空燃比をＹａ、空燃比センサ２３で検出された空燃比をＹｂ、現在の主噴射量をＧｆ、現在の吸入空気量をＧａｂ、ＮＯx触媒２０が必要とする吸入空気量をＧａａ、ステップ２０４で算出された空燃比の偏差を無くすための吸入空気量の減少量を△Ｇａとすると、△Ｇａ＝Ｇａｂ−Ｇａａ＝Ｙｂ・Ｇｆ−Ｙａ・Ｇｆ＝Ｇｆ・（Ｙｂ−Ｙａ）
により吸入空気量の減少量△Ｇａを算出することができる。この、吸入空気量の減少量△Ｇａに応じた吸気絞り弁開度を吸気絞り弁開度制御マップから算出することができる。
【０１３８】副噴射は、主噴射した燃料が燃焼した後に、膨張行程若しくは排気行程で追加燃料を噴射する。このようにするのは、主噴射のみにより空燃比をリッチ空燃比側へずらそうとするとスモーク等の問題が発生する虞れがあるからである。また、主噴射を増量すると燃料の燃焼が機関出力になるのでトルクの変動が発生し運転状態が悪化する。そこで、主噴射の後の機関出力に影響しにくい時期で副噴射を行い、空燃比をリッチ空燃比側へずらすことを行う。
【０１３９】最後にステップ２０６へ進み、入ガスリッチ化制御を終了後ステップ２０１へ戻る。
【０１４０】以上により、内燃機関１から排出される排気の空燃比をリッチ空燃比側にすることにより燃料添加量のフィードバック制御が容易にできるようになる。
【０１４１】＜第３の実施の形態＞この実施の形態は、図４Ａに示されるようなＮＯx触媒２０が要求する空燃比と空燃比センサ２３で検出された空燃比との間に偏差が生じる原因となる還元剤供給機構の故障を防止するものである。
【０１４２】還元剤噴射弁２８は燃料を噴射するための噴孔を有し、燃料はこの噴孔を通過して排気枝管１８内へ噴射される。このときに噴孔部の温度が高温状態にあると燃料に含まれる成分が噴孔部に固着して噴孔を詰まらせる原因となる。
【０１４３】そこで、噴孔部の温度を推定してその推定温度が閾値以上の場合には燃料の添加を休止して噴孔の詰まりを防止する。
【０１４４】噴孔部の温度の推定は、ＲＡＭ３５２に記憶されている機関回転数、アクセル開度、気筒２内への燃料噴射量、吸入空気温度を使用して予め設定された温度マップにより算出することができる。
【０１４５】以下、燃料の添加を休止する燃料添加休止制御を図７のフローチャートを用いて説明する。
【０１４６】ステップ３０１で燃料添加休止制御を開始する。燃料添加休止制御は、リッチスパイク制御を開始する前に行われる。燃料添加休止制御開始後ステップ３０２に移行し、還元剤噴射弁２８の噴孔部の温度推定を行う。
【０１４７】噴孔部の温度は、クランクポジションセンサ３３により求められる機関回転数、アクセル開度センサ３６により求められるアクセル開度、ＣＰＵ３５１が算出した気筒２内への燃料噴射量、吸気温度センサ１２により求められる吸入空気温度をパラメータとして予め求められた噴孔部温度マップにより求めることができる。
【０１４８】次に、ステップ３０３においては、ステップ３０２で算出された推定温度が閾値よりも大きいか否かを判定する。推定温度が閾値よりも大きいと判定された場合にはステップ３０５へ進み、推定温度が閾値よりも大きくないと判定された場合にはステップ３０４へ進む。
【０１４９】ステップ３０４では、ＲＡＭ３５２に燃料添加を休止しない旨を示す所定の数値を記憶させる。リッチスパイク制御を行う前にＣＰＵ３５１がＲＡＭ３５２へアクセスして燃料添加を休止しない旨を示す所定の数値を確認したら、リッチスパイク制御が行われる。数値を記憶させた後にステップ３０１へ戻る。
【０１５０】ステップ３０５では、ＲＡＭ３５２に燃料添加を休止する旨を示す所定の数値を記憶させる。リッチスパイク制御を行う前にＣＰＵ３５１がＲＡＭ３５２へアクセスして燃料添加を休止する旨を示す所定の数値を確認したら、リッチスパイク制御は行われない。
【０１５１】最後にステップ３０６へ進み、燃料添加休止制御を終了後ステップ３０１へ戻る。
【０１５２】このように、還元剤噴射弁２８の噴孔温度を監視して、噴孔詰まりが発生し得る所定温度以上にはリッチスパイク制御を行わないことにより、噴孔詰まりを防止することができる。
【０１５３】
【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯx触媒より上流の排気通路へ還元剤を供給する還元剤供給機構と、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が所定空燃比となるように還元剤供給機構から供給すべき目標還元剤量を算出する目標還元剤量算出手段と、ＮＯx触媒に流入する排気の実際の空燃比を検出する実空燃比検出手段と、実空燃比検出手段により検出された実際の排気空燃比が所定空燃比となるように目標還元剤量を補正するフィードバック制御手段と、フィードバック制御手段による補正量が予め設定された閾値を越えたときは、還元剤供給機構による還元剤の供給を禁止する還元剤供給禁止手段と、を備えているため、フィードバック制御手段による目標還元剤量の補正量が所定の閾値を越えると、還元剤供給禁止手段は、経時変化等に起因して還元剤供給機構の性能が低下しているとみなし、還元剤供給機構による還元剤の添加を禁止することができる。
【０１５４】この結果、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯx触媒と該ＮＯx触媒へ還元剤を供給する還元剤供給機構とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、経時変化等に起因して還元剤供給機構の性能が低下した場合に、還元剤の不要な消費が防止されることになる。
【出願人】 【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【出願日】 平成１２年１１月３０日（２０００．１１．３０）
【代理人】 【識別番号】１０００８９２４４
【弁理士】
【氏名又は名称】遠山 勉 （外３名）
【公開番号】 特開２００２−１６１７３３（Ｐ２００２−１６１７３３Ａ）
【公開日】 平成１４年６月７日（２００２．６．７）
【出願番号】 特願２０００−３６５０８１（Ｐ２０００−３６５０８１）