(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ排気中に含まれる所定成分を還元及び浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒から流出した排気の空燃比を検出する排気状態検出手段と、
前記還元剤供給手段が前記排気浄化触媒へ還元剤を供給したときに前記排気状態検出手段により検出される排気の空燃比が変化すると、前記排気浄化触媒が活性していると判定する触媒活性状態判定手段と、
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】
前記内燃機関の運転状態より前記排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段を更に備え、
前記触媒活性判定手段は、前記触媒温度推定手段による推定値が所定温度以上であるときに、前記還元剤供給手段から前記排気浄化触媒へ還元剤供給させ、その際に前記排気状態検出手段が検出した排気の状態に基づいて前記排気浄化触媒が活性しているか否かを判別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。
【０００１】
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気浄化触媒へ還元剤を供給することにより排気中に含まれる有害ガス成分を浄化する技術に関する。
【０００１】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気（所謂、リーン空燃比の混合気）を燃焼可能とするディーゼル機関や希薄燃焼式のガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を効率的に浄化する技術が望まれている。
【０００２】
このような要求に対し、内燃機関の排気系にリーンＮＯx触媒を配置する技術が提案されている。リーンＮＯx触媒の一つとして、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）を吸収し、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収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒素（Ｎ2）に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒が知られている。
【０００３】
吸蔵還元型ＮＯx触媒が内燃機関の排気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収され、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出されつつ窒素（Ｎ2）に還元される。
【０００４】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力には限りがあるため、内燃機関が長期にわたって希薄燃焼運転されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒の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触媒によって除去されることなく大気中に放出されることになる。
【０００５】
従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒を希薄燃焼式内燃機関に適用する場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収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、所謂リッチスパイク制御を実行し、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【０００６】
リッチスパイク制御の具体的な方法としては、特許第２８４５０５６号公報に記載されているように、吸蔵還元型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装置を設け、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和する前の所定の時期に、還元剤供給装置から排気通路へ還元剤を供給し、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度を低下させつつ還元剤の濃度を高める方法が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のような排気浄化触媒は、一様にして所定温度以上で活性して排気中の有害ガス成分を浄化可能となるため、内燃機関が冷間始動された場合のように排気浄化触媒の温度が所定温度未満となる場合は未活性状態となり、排気中の有害ガス成分を十分に浄化することができない。
【０００８】
吸蔵還元型ＮＯx触媒が未活性状態にあるときに、前述したようなリッチスパイク制御が実行されると、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を還元及び浄化することができないばかりか、還元剤がそのまま大気中に放出され、或いは低温の吸蔵還元型ＮＯx触媒内で還元剤が液化して吸蔵還元型ＮＯx触媒に付着し、その還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒の活性後に燃焼して煤の発生や吸蔵還元型ＮＯx触媒の過熱などを誘発する虞がある。
【０００９】
これに対し、吸蔵還元型ＮＯx触媒の床温を直接検出して吸蔵還元型ＮＯx触媒が活性状態にあるか否かを判定する方法も考えられるが、吸蔵還元型ＮＯx触媒に新たに専用の温度センサを取り付ける必要が生じる。
【００１０】
本発明は、上記したような種々の事情に鑑みてなされたものであり、排気浄化触媒へ還元剤を供給することにより排気中の有害ガス成分を浄化する内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒の活性状態を判定することができる技術を提供し、排気エミッションの悪化や排気浄化触媒の過熱等を防止することを目的とする。
【００１１】
【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。すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ排気中に含まれる所定成分を還元及び浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記排気浄化触媒から流出した排気の空燃比を検出する排気状態検出手段と、前記還元剤供給手段が前記排気浄化触媒へ還元剤を供給したときに前記排気状態検出手段により検出される排気の空燃比が変化すると、前記排気浄化触媒が活性していると判定する触媒活性状態判定手段と、を備えることを特徴としている。
【００１２】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、触媒活性状態判定手段は、還元剤供給手段により排気浄化触媒へ還元剤が供給されたときに、排気状態検出手段により検出された排気の空燃比に基づいて、排気浄化触媒が活性しているか否かを判別することになる。
【００１３】
ここで、排気浄化触媒が未活性状態にあるときに還元剤供給手段から排気浄化触媒へ還元剤が供給されると、排気浄化触媒において還元剤と所定成分とが反応せず、更に還元剤が低温の排気浄化触媒内で液化して排気浄化触媒に付着するため、排気浄化触媒から流出した排気の空燃比は、還元剤の供給が行われる前後に比して殆ど変化しないことになる。一方、排気浄化触媒が活性状態にあるときに還元剤供給手段から排気浄化触媒へ還元剤が供給されると、排気浄化触媒内の雰囲気温度がある程度高温となっているため、排気浄化触媒において還元剤が液化して排気浄化触媒に付着することがなくなるとともに還元剤と所定成分とが反応することになるため、排気浄化触媒から流出した排気の空燃比は、還元剤の供給が行われる前後に比して変化することになる。
【００１４】
従って、触媒活性状態判定手段は、還元剤供給手段により排気浄化触媒へ還元剤が供給されたときに排気状態検出手段が検出する排気の空燃比に基づいて、排気浄化触媒が活性しているか否かを判別することが可能となる。すなわち、触媒活性状態判定手段は、排気状態検出手段により検出される排気の空燃比が還元剤の供給によって変化すれば排気浄化触媒が活性しており、排気状態検出手段により検出される排気の空燃比が還元の供給によって変化しなければ排気浄化触媒が活性していないと判定することが可能となる。
【００１５】
尚、排気浄化触媒が未活性状態にあるときに、排気浄化触媒の活性判定を目的とした排気浄化触媒に対する還元剤の供給が不用意に行われると、排気エミッションの悪化や排気浄化触媒の過熱等の不具合が誘発されることが予想されるため、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の運転状態に基づいて排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段を更に備え、触媒活性判定手段は、触媒温度推定手段による推定値が所定温度以上であることを条件に、還元剤供給手段から排気浄化触媒へ還元剤供給させて排気浄化触媒の活性判定を行うようにしてもよい。
【００１６】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気状態検出手段が検出するパラメータとしては、排気の空燃比の代わりに、排気中に含まれる所定成分の濃度、排気の温度等を用いても良い。
【００１７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、触媒活性判定手段による判定処理は、内燃機関の始動時から排気浄化触媒が活性するまでの期間にのみ実行されるようにしてもよく、あるいは排気浄化触媒が活性した後も内燃機関が運転状態にある限り所定の周期で実行されるようにしてもよい。
【００１８】
【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形態について図面に基づいて説明する。
【００１９】
＜実施の形態１＞
先ず、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態について図１〜図６に基づいて説明する。
【００２０】
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。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・サイクル・ディーゼル機関である。
【００２１】
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。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。
【００２２】
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。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６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。
【００２３】
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。
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から各気筒２の燃焼室へ燃料が噴射される。
【００２４】
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。
【００２５】
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内を流れ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内を流れ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。
【００２６】
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内を流れ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。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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流れ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が取り付けられている。空燃比センサ２３は、本発明に係る排気状態検出手段の一実施態様である。
【００３２】
前記した空燃比センサ２３より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流れ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。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。
【００３３】
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ことになる。
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。
【００３４】
また、前記した排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流れ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。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内を流れる排気（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。
【００３５】
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内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。
【００３６】
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内を流れ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。
その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流れる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。
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。
【００３７】
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。
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。
【００３８】
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。
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
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。
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。
【００４３】
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。
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。
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。
【００４４】
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。
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。
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。
【００４５】
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れ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。
【００４６】
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内を流れ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内の燃料の流れを遮断する遮断弁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。
【００４７】
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。
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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れる冷却水によって還元剤噴射弁２８が冷却されるようにしてもよい。
【００５０】
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。
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。
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）に還元せしめることになる。
【００５１】
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。
【００５２】
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。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。
【００５３】
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、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。
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、ＥＣＵ３５が上記した各部を制御することが可能となっている。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
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、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出力信号を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。
【００５６】
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。
【００５７】
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浄化制御ルーチン等のアプリケーションプログラムに加え、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性状態を判定するための触媒活性判定制御ルーチンを記憶している。
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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、触媒判定制御を実行する。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
燃料噴射時期を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。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。
【００６７】
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。
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である、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。
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
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。
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。
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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、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。
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。
【００７２】
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。
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。
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。
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に対する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。
【００７３】
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。
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。
【００７４】
次に、触媒活性判定制御では、ＣＰＵ３５１は、内燃機関１の始動完了後の所定の時期に、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低下させるべく流量調整弁３０を制御し、その際の空燃比センサ２３の出力信号を監視する。
【００７５】
ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の床温が活性温度未満であるときは、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の酸化・還元作用が働かずそれに応じて排気中の酸素が消費されない上、排気中の還元剤が低温の吸蔵還元型ＮＯx触媒２０内で液化して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０内に付着するため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０へ還元剤が供給されたときの空燃比センサ２３の出力信号は、図４に示されるように、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０へ還元剤が供給される前後に比して殆ど変化しない。
これに対し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の床温が活性温度以上であるときは、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の酸化・還元作用が働きそれに応じて排気中の酸素が消費される上、排気中の還元剤が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０内で液化して付着することがないため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０へ還元剤が供給されたときの空燃比センサ２３の出力信号は、図５に示されるように、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０へ還元剤が供給される前後に比して低下することになる。
従って、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８から吸蔵還元型ＮＯx触媒２０へ還元剤が供給されたときに、空燃比センサ２３の出力信号が還元剤の供給に対応して変化すれば吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性していると判定し、空燃比センサ２３の出力信号が変化しなければ吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が未活性状態にあると判定することができる。
【００７６】
尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性判定を目的とした吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に対する還元剤の供給が不用意に繰り返されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に付着する還元剤の量が増加し、以下のような不具合が生じる虞がある。
【００７７】
吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に付着した還元剤は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の昇温に伴って気化することが想定されるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に付着する還元剤の量が増加すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の昇温過程において比較的多量の熱が還元剤の気化によって奪われ、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の床温低下が誘発される場合がある。
また、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に付着した還元剤の一部は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性後に燃焼することも想定されるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に付着する還元剤の量が増加すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性後に比較的多量の還元剤が一斉に燃焼し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の過熱が誘発される場合がある。
更に、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に付着した還元剤の一部は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の昇温過程において吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から離脱して大気中に放出されることも想定されるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に付着する還元剤の量が増加すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の昇温過程において比較的多量の還元剤が大気中に放出され、排気エミッションが悪化する場合がある。
【００７８】
そこで、本実施の形態に係る触媒活性判定制御では、ＣＰＵ３５１は、内燃機関１の運転状態をパラメータとして吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のおおよその床温を推定し、その推定値が活性温度以上であることを条件に、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０へ還元剤を供給して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が実際に活性状態にあるか否かを判別するようにした。
【００７９】
以下、本実施の形態に係る触媒活性判定制御について図６のフローチャートに沿って具体的に説明する。
【００８０】
図６に示すフローチャートは、触媒活性判定制御ルーチンを示すフローチャートである。触媒活性判定ルーチンは、ＲＯＭ３５２に予め記憶されているルーチンであり、所定時間毎（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度）にＣＰＵ３５１によって実行されるルーチンである。
【００８１】
触媒活性判定制御ルーチンでは、ＣＰＵ３５１は、先ずＳ６０１においてＲＡＭ３５３に予め設定されている触媒活性フラグ記憶領域へアクセスし、その触媒活性フラグ記憶領域に“１”が記憶されていないか否かを判別する。
前記触媒活性フラグ記憶領域は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性状態にあると判定されたときに“１”がセットされ、内燃機関１の運転停止時又は始動時に“０”がリセットされる領域である。尚、別途のリッチスパイク制御では、前記した触媒活性フラグ記憶領域に記憶されている値に基づいてリッチスパイク制御実行条件の成立／不成立が判別されることになる。つまり、触媒活性フラグ記憶領域に“１”が記憶されているときはリッチスパイク制御の実行が許可され、触媒活性フラグ記憶領域に“０”が記憶されているときはリッチスパイク制御の実行が禁止されることになる。
【００８２】
前記Ｓ６０１において触媒活性フラグ記憶領域に“１”が記憶されていると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性状態が既に判定済みであるとみなし、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８３】
一方、前記Ｓ６０１において触媒活性フラグ記憶領域に“１”が記憶されていないと判定された場合、言い換えれば触媒活性フラグ記憶領域に“０”が記憶されていると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性状態が未だ判定されていないとみなし、Ｓ６０２へ進む。
Ｓ６０２では、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３から機関回転数、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、アクセル開度センサ３６の出力信号値（アクセル開度）、燃料噴射時間等を読み出す。
【００８４】
Ｓ６０３では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ６０２で読み出された機関回転数、吸入空気量、アクセル開度、燃料噴射時間をパラメータとして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の床温：ＴCを推定する。その際、機関回転数と吸入空気量とアクセル開度と燃料噴射時間と吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の床温との関係を予め実験的に求め、それらの関係をマップ化してＲＯＭ３５２に記憶しておくようにするとよい。
【００８５】
Ｓ６０４では、ＣＰＵ３５１は、バックアップＲＡＭ３５４から吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性温度：Ｔを読み出し、前記Ｓ６０３で推定された吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の床温：ＴCが活性温度：Ｔ以上であるか否かを判別する。
【００８６】
前記Ｓ６０４において前記床温：ＴCが活性温度：Ｔ未満であると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ６０９へ進み、ＲＡＭ３５３の触媒活性フラグ記憶領域の値を“０”に維持し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８７】
一方、前記Ｓ６０４において前記床温：ＴCが活性温度：Ｔ以上であると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ６０５へ進み、還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ還元剤を噴射させるべく流量調整弁３０を制御する。
【００８８】
Ｓ６０６では、ＣＰＵ３５１は、空燃比センサ２３の出力信号値（吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出した排気の空燃比）を所定期間入力する。前記所定期間は、還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤が空燃比センサ２３の位置に到達するまでに要する時間、いわゆる応答遅れ時間を考慮して決定された期間である。
【００８９】
Ｓ６０７では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ６０６で入力された排気空燃比が還元剤の添加に対応してリッチ側へ変化しているか否かを判別する。
【００９０】
前記Ｓ６０７において前記排気空燃比が変化していないと判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が未だ活性していないとみなし、Ｓ６１０へ進む。
Ｓ６１０では、ＣＰＵ３５１は、バックアップＲＡＭ３５４に記憶されている吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性温度：Ｔに所定温度：αを加算し、それにより得られた値を活性温度：ＴとしてバックアップＲＡＭ３５４に記憶する。
【００９１】
Ｓ６１１では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ６１０で更新された新たな活性温度：Ｔが所定の上限値：ＴMAXより高いか否かを判別する。
【００９２】
前記Ｓ６１１において前記活性温度：Ｔが前記上限値：ＴMAX以下であると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ６０９へ進み、ＲＡＭ３５３の触媒活性フラグ記憶領域の値を“０”に維持して本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００９３】
前記Ｓ６１１において前記活性温度：Ｔが前記上限値：ＴMAXより高いと判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ６１２へ進み、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が劣化していると判定し、本ルーチンの実行を終了する。この場合、ＣＰＵ３５１は、リッチスパイク制御の実行を禁止するようにしてもよく、あるいは車室内に設けられた警告灯を点灯させて、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の劣化を運転者に通知するようにしてもよい。
【００９４】
また、前記Ｓ６０７において前記排気空燃比が還元剤の添加に対応してリッチ側へ変化していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性しているとみなしてＳ６０８へ進み、ＲＡＭ３５３の触媒活性フラグ記憶領域の値を“０”から“１”へ書き換え、本ルーチンの実行を終了する。
【００９５】
このようにＣＰＵ３５１が触媒活性判定制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る触媒温度推定手段と触媒活性状態判定手段とが実現されることになる。
【００９６】
従って、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤噴射弁２８から吸蔵還元型ＮＯx触媒２０へ還元剤が供給されたときの空燃比センサ２３の出力信号に基づいて吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性／未活性を判定することが可能となる。この結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が未活性状態にあるときに不用意にリッチスパイク制御が実行されることがなくなり、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の昇温が妨げられることがなくなるとともに、排気エミッションの悪化や吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の過熱等が防止される。
【００９７】
更に、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関１の運転状態をパラメータとして吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のおおよその床温を推定し、その推定値が活性温度以上であることを条件に、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０へ還元剤を供給して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が実際に活性状態にあるか否かを判別するため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性判定制御に係る還元剤の添加が不用意に実行されることもない。
【００９８】
＜実施の形態２＞
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態について図７に基づいて説明する。ここでは、前述の第１の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。
【００９９】
前述の第１の実施の形態では、内燃機関１が始動されてから吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性するまでの期間にのみ活性判定制御が実行され、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が一旦活性した後は活性判定制御が実行されない例について述べたが、本実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性した後もリッチスパイク制御が実行される度に活性判定制御が実行される例について述べる。
これは、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性後に内燃機関１の減速運転状態が長期間継続され、或いはアイドル運転が長期間継続されると、低温の排気によって吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が冷却され、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の床温が活性温度未満まで低下する可能性があるからである。
【０１００】
本実施の形態に係る触媒活性判定制御では、ＣＰＵ３５１は、図７に示すような触媒活性判定制御ルーチンを実行することになる。図７に示す触媒活性判定制御ルーチンは、予めＲＯＭ３５２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ３５１によって所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンである。
【０１０１】
触媒活性判定制御ルーチンでは、ＣＰＵ３５１は、先ずＳ７０１において、リッチスパイク制御の実行時期か否かを判別する。リッチスパイク制御の実行時期を判定する方法としては、前回のリッチスパイク制御実行時期からの経過時間がリッチスパイク制御の実行周期に達したか否かを判別する方法を例示することができる。
【０１０２】
前記Ｓ７０１においてリッチスパイク制御の実行時期ではないと判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ７１１へ進み、リッチスパイク制御の実行を禁止して本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１０３】
一方、前記Ｓ７０１においてリッチスパイク制御の実行時期であると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ７０２へ進み、ＲＡＭ３５３から機関回転数、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、アクセル開度センサ３６の出力信号値（アクセル開度）、燃料噴射時間等を読み出す。
【０１０４】
Ｓ７０３では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ７０２で読み出された機関回転数、吸入空気量、アクセル開度、燃料噴射時間をパラメータとして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の床温：ＴCを推定する。
【０１０５】
Ｓ７０４では、ＣＰＵ３５１は、バックアップＲＡＭ３５４から吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性温度：Ｔを読み出し、前記Ｓ７０３で推定された吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の床温：ＴCが活性温度：Ｔ以上であるか否かを判別する。
【０１０６】
前記Ｓ７０４において前記床温：ＴCが活性温度：Ｔ未満であると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ７１１へ進み、リッチスパイク制御の実行を禁止して本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１０７】
一方、前記Ｓ７０４において前記床温：ＴCが活性温度：Ｔ以上であると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ７０５へ進み、リッチスパイク制御の実行を許可する。この場合、ＣＰＵ３５１は、別途のＮＯx浄化制御ルーチンに従ってリッチスパイク制御を実行することになる。
【０１０８】
Ｓ７０６では、ＣＰＵ３５１は、空燃比センサ２３の出力信号値（吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から流出した排気の空燃比）を所定期間入力する。
【０１０９】
Ｓ７０７では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ７０６で入力された排気空燃比が還元剤の添加に対応してリッチ側へ変化しているか否かを判別する。
【０１１０】
前記Ｓ７０７において前記排気空燃比が変化していないと判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が未だ活性していないとみなし、Ｓ７０８へ進む。
【０１１１】
Ｓ７０８では、ＣＰＵ３５１は、バックアップＲＡＭ３５４に記憶されている吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性温度：Ｔに所定温度：αを加算し、それにより得られた値を活性温度：ＴとしてバックアップＲＡＭ３５４に記憶する。
【０１１２】
Ｓ７０９では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ７０８で更新された新たな活性温度：Ｔが所定の上限値：ＴMAXより高いか否かを判別する。
【０１１３】
ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ７０９において前記活性温度：Ｔが前記上限値：ＴMAX以下であると判定した場合は、Ｓ７１１においてリッチスパイク制御の実行を禁止して本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１１４】
一方、前記Ｓ７０９において前記活性温度：Ｔが前記上限値：ＴMAXより高いと判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、Ｓ７１０へ進み、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が劣化していると判定し、次いでＳ７１１においてリッチスパイク制御の実行を禁止して本ルーチンの実行を終了する。その際、ＣＰＵ３５１は、車室内に設けられた警告灯を点灯させて、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の劣化を運転者に通知するようにしてもよい。
【０１１５】
また、前記Ｓ７０７において前記排気空燃比が還元剤の添加に対応してリッチ側へ変化していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が活性しているとみなして本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１１６】
このような触媒活性判定制御ルーチンによれば、リッチスパイク制御が実行される度に吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の活性／未活性が判別されることになるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が一旦活性した後に未活性状態となった場合には、不要なリッチスパイク制御が実行されないことになる。
【０１１７】
尚、前述した第１及び第２の実施の形態では、本発明に係る排気状態検出手段として空燃比センサ２３を例に挙げたが、これに限られるものではなく、空燃比センサ２３の代わりにＮＯxセンサを用いてもよい。
【０１１８】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒、還元剤供給手段、排気状態検出手段、及び触媒活性状態判定手段が備えられている場合は、排気浄化触媒へ還元剤が供給されたときに排気浄化触媒から流出する排気の状態に基づいて、排気浄化触媒が活性しているか否かを判別することが可能となり、排気浄化触媒に専用の温度センサを設ける必要がない。
【０１１９】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒、還元剤供給手段、排気状態検出手段、及び触媒活性状態判定手段に加え、内燃機関の運転状態より排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段が備えられている場合は、触媒温度推定手段による推定値が所定温度以上であることを条件に排気浄化触媒の活性判定が行われるため、排気浄化触媒が未活性状態にあるときに該排気浄化触媒に対して不用意に還元剤が供給されることがなく、還元剤の供給に起因した排気エミッションの悪化や排気浄化触媒の過熱等の不具合の発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る内燃機関の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
【図２】  （Ａ）吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収メカニズムを説明する図
（Ｂ）吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx放出メカニズムを説明する図
【図３】  ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図４】  吸蔵還元型ＮＯx触媒が未活性状態にあるときの排気空燃比の態様を示す図
【図５】  吸蔵還元型ＮＯx触媒が活性状態にあるときの排気空燃比の態様を示す図
【図６】  実施の形態１に係る触媒活性判定制御ルーチンを示すフローチャート図
【図７】  実施の形態２に係る触媒活性判定制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・吸蔵還元型ＮＯx触媒
２１・・・排気絞り弁
２３・・・空燃比センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
２８・・・還元剤噴射弁
２９・・・還元剤供給路
３０・・・流量調整弁
３１・・・遮断弁
３２・・・還元剤圧力センサ
３３・・・クランクポジションセンサ
３４・・・水温センサ
３５・・・ＥＣＵ
３５１・・ＣＰＵ
３５２・・ＲＯＭ
３５３・・ＲＡＭ
３５４・・バックアップＲＡＭ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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