(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に配置された排気浄化触媒と、排気浄化触媒上流の機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁と、炭化水素供給弁に燃料を供給するための燃料供給装置とを具備しており、炭化水素供給弁からは予め定められた噴射経路に沿って排気ガス中に炭化水素が噴射され、炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されると炭化水素供給弁に供給される燃料圧が低下する内燃機関の制御装置において、炭化水素供給弁から供給された炭化水素による排気浄化触媒の温度上昇量が予め定められた上昇量よりも小さくかつ炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁への供給燃料圧の低下量が予め定められた低下量よりも大きいときには、上記噴射経路に詰まりが生じていると判定される内燃機関の制御装置。
【請求項２】
炭化水素供給弁から供給された炭化水素による排気浄化触媒の温度上昇量が予め定められた上昇量よりも小さくかつ炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁への供給燃料圧の低下量が予め定められた低下量よりも大きいときには、排気ガス量を増大する排気ガス量増大作用が行われる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
機関吸気通路内に排気ガスを再循環するための排気ガス再循環装置を具備しており、排気ガスの再循環量を減少させることによって排気ガス量が増大される請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
炭化水素供給弁から供給された炭化水素による排気浄化触媒の温度上昇量が上記予め定められた上昇量よりも小さくかつ炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁への供給燃料圧の低下量が上記予め定められた低下量よりも小さいときには、炭化水素供給弁に詰まりが生じていると判定される請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
炭化水素供給弁から供給された炭化水素による排気浄化触媒の温度上昇量が上記予め定められた上昇量よりも小さくかつ炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁への供給燃料圧の低下量が上記予め定められた低下量よりも小さいときには、炭化水素供給弁から供給される炭化水素を増量する増量補正が行われる請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
機関排気通路内に配置された排気浄化触媒と、排気浄化触媒上流の機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁と、炭化水素供給弁に燃料を供給するための燃料供給装置とを具備しており、炭化水素供給弁からは予め定められた噴射経路に沿って排気ガス中に炭化水素が噴射され、炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されると炭化水素供給弁に供給される燃料圧が低下する内燃機関の制御装置において、炭化水素供給弁から供給された炭化水素による排気浄化触媒の温度上昇量が予め定められた上昇量よりも小さくかつ炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁への供給燃料圧の低下量が予め定められた低下量よりも小さいときには、炭化水素供給弁に目詰まりが生じていると判定される内燃機関の制御装置。
【請求項７】
炭化水素供給弁から供給された炭化水素による排気浄化触媒の温度上昇量が上記予め定められた上昇量よりも小さくかつ炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁への供給燃料圧の低下量が上記予め定められた低下量よりも小さいときには、炭化水素供給弁から供給される炭化水素を増量する増量補正が行われる請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
上記排気浄化触媒の温度上昇量を検出するときの単位時間当たりの炭化水素供給量は上記炭化水素供給弁への供給燃料圧の低下量を検出するときの単位時間当たりの炭化水素供給量に比べて大きくされる請求項１又は６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
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の排気ガス流通表面部分が形成されており、排気浄化触媒は、排気浄化触媒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排気ガス中に含まれるNOｘを還元する性質を有すると共に、該炭化水素濃度の振動周期を該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NOｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が該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するように炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量および噴射周期が制御されているときに、上記炭化水素供給弁への供給燃料圧の低下量が検出され、上記排気浄化触媒の温度上昇量を検出するときには単位時間当たりの炭化水素供給量が増大せしめられる請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
排気浄化触媒下流の機関排気通路内にパティキュレートフィルタが配置されており、パティキュレートフィルタを再生するために炭化水素供給弁からの単位時間当たりの炭化水素供給量が増大せしめられたときに、上記排気浄化触媒の温度上昇量が検出される請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタ上流の機関排気通路内に配置された燃料添加弁と、パティキュレートフィルタの温度を検出するための温度センサとを具備しており、パティキュレートフィルタを再生すべきときには燃料添加弁から燃料を噴射して噴射燃料の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタの温度を６００℃程度の再生温度まで上昇させるようにした内燃機関が公知である。ところでこの場合、燃料添加弁が目詰まりを生じたとすると燃料添加弁から燃料を噴射してもパティキュレートフィルタの温度が再生温度まで上昇しなくなる。そこでこの内燃機関では、燃料添加弁から燃料を噴射してもパティキュレートフィルタの温度が再生温度まで上昇しないときには燃料添加弁が目詰まりを生じたと判断するようにしている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６７１７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料添加弁から燃料が噴射経路に沿って噴射されたときに噴射経路周りの排気通路内壁面上に噴射燃料が付着し、この付着した噴射燃料上に排気ガス中に含まれる排気微粒子が堆積し、その結果噴射経路に詰まりが生ずる場合がある。この場合には、例えばパティキュレートフィルタを昇温すべく燃料添加弁から燃料を噴射しても噴射燃料が堆積した排気微粒子上に付着し、その結果パティキュレートフィルタに十分な噴射燃料が供給されなくなる。従ってこの場合には、燃料添加弁が目詰まりしていなくてもパティキュレートフィルタの温度が再生温度まで上昇しなくなる。しかしながら、上述の内燃機関ではこのように燃料添加弁が目詰まりしていない場合でも、燃料添加弁が目詰まりを生じたと判断されることになる。【０００５】
本発明の目的は、噴射経路に詰まりが生じたこと、或いは燃料添加弁が目詰まりを生じたことを正確に判定することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒と、排気浄化触媒上流の機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁と、炭化水素供給弁に燃料を供給するための燃料供給装置とを具備しており、炭化水素供給弁からは予め定められた噴射経路に沿って排気ガス中に炭化水素が噴射され、炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されると炭化水素供給弁に供給される燃料圧が低下する内燃機関の制御装置において、炭化水素供給弁から供給された炭化水素による排気浄化触媒の温度上昇量が予め定められた上昇量よりも小さくかつ炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁への供給燃料圧の低下量が予め定められた低下量よりも大きいときには、上述の噴射経路に詰まりが生じていると判定される内燃機関の制御装置が提供される。
更に、本発明によれば、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒と、排気浄化触媒上流の機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁と、炭化水素供給弁に燃料を供給するための燃料供給装置とを具備しており、炭化水素供給弁からは予め定められた噴射経路に沿って排気ガス中に炭化水素が噴射され、炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されると炭化水素供給弁に供給される燃料圧が低下する内燃機関の制御装置において、炭化水素供給弁から供給された炭化水素による排気浄化触媒の温度上昇量が予め定められた量よりも小さくかつ炭化水素供給弁から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁への供給燃料圧の低下量が予め定められた量よりも小さいときには、炭化水素供給弁に目詰まりが生じていると判定される内燃機関の制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
１番目の本発明では、炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射経路に詰まりが生じたことを正確に判定することができ、２番目の本発明では、炭化水素供給弁に目詰まりが生じたことを正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】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】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】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】図５はNOx浄化率Ｒ１を示す図である。
【図６】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７】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】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】図９はNOx浄化率Ｒ２を示す図である。
【図１０】図１０は炭化水素の噴射周期ΔＴとNOx浄化率Ｒ１との関係を示す図である。
【図１１】図１１Ａおよび１１Ｂは炭化水素の噴射量等を示すマップである。
【図１２】図１２はNOx放出制御を示す図である。
【図１３】図１３は燃料噴射時期を示す図である。
【図１４】図１４Ａおよび１４Ｂは燃料供給装置等を説明するための図である。
【図１５】図１５は炭化水素供給弁に供給される燃料圧ＰＸの変化等を示すタイムチャートである。
【図１６】図１６は排気浄化触媒の床温ＴＣの変化等を示すタイムチャートである。
【図１７】図１７Ａおよび１７Ｂは炭化水素の噴射量等を示すマップである。
【図１８】図１８は噴射制御を行うためのフローチャートである。
【図１９】図１９は噴射制御を行うためのフローチャートである。
【図２０】図２０は噴射制御を行うためのフローチャートである。
【図２１】図２１は再生制御を行うためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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NOx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。
【００１４】
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NOx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。
【００１５】
図４は炭化水素供給弁15からの炭化水素の供給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。
【００１６】
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NOx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NOx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NOx浄化率Ｒ１が得られることが判明している。
【００１７】
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NOx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。
【００１８】
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。
【００１９】
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NOx*と称する。
【００２０】
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NOx*周りの炭化水素濃度が高くなる。ところで活性NOx*が生成された後、活性NOx*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NOx*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NOx*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NOx*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。
【００２１】
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。
【００２２】
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NOxや活性NOx*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NOxが浄化されることになる。
【００２３】
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NOxや活性NOx*や酸素と反応し、或いは自己分解し、それによりNOxが浄化される。即ち、排気浄化触媒13によりNOx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。
【００２４】
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NOxや活性NOx*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NOxや活性NOx*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。
【００２５】
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NOx*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。
【００２６】
そこで本発明による実施例では、排気ガス中に含まれるNOx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周りには塩基性の排気ガス流通表面部分54が形成されており、塩基性の排気ガス流通表面部分54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。
【００２７】
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NOx*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NOxは硝酸塩の形で塩基性層53内に吸収されることになる。
【００２８】
一方、図７ＢはこのようにNOx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。
【００２９】
図８は塩基性層53のNOx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NOx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NOxを一時的に吸収するための吸収剤の役目を果している。
【００３０】
なお、このとき塩基性層53がNOx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NOxを一時的に吸蔵するためのNOx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NOxを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したNOxを放出するNOx吸蔵触媒として機能している。
【００３１】
図９の実線は、排気浄化触媒13をこのようにNOx吸蔵触媒として機能させたときのNOx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NOx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NOx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NOx浄化率Ｒ２が低下する。なお、図９には図５に示されるNOx浄化率Ｒ１が破線で示されている。
【００３２】
このように触媒温度TCが350℃以上になるとNOx浄化率Ｒ２が低下するのは、触媒温度TCが350℃以上になるとNOx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、NOx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NOx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NOx浄化方法では、硝酸塩の形で吸蔵されているNOx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NOx浄化率Ｒ１が得られることになる。
【００３３】
本発明による実施例では、この新たなNOx浄化方法を用いてNOｘ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周りには塩基性の排気ガス流通表面部分54が形成されており、排気浄化触媒13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排気ガス中に含まれるNOxを還元する性質を有すると共に、炭化水素濃度の振動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NOx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NOxを排気浄化触媒13において還元するようにしている。
【００３４】
即ち、図４から図６Ｂに示されるNOx浄化方法は、貴金属触媒を担持しかつNOx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NOxを浄化するようにした新たなNOx浄化方法であると言うことができる。実際、この新たなNOx浄化方法を用いた場合には排気浄化触媒13をNOx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NOx浄化方法を以下、第１のNOx浄化方法と称する。
【００３５】
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NOx*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NOx*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NOx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。
【００３６】
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NOx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。
【００３７】
さて、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。
【００３８】
次に図１２および図１３を参照しつつ排気浄化触媒13をNOx吸蔵触媒として機能させた場合のNOx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NOx吸蔵触媒として機能させた場合のNOx浄化方法を以下、第２のNOx浄化方法と称する。
この第２のNOx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NOx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NOx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NOxが浄化される。なお、機関から排出されるNOx量は機関の運転状態が定まるとそれに応じて定まり、この排出NOx量は予め求められている。図１２に示す例では吸蔵NOx量ΣNOXは機関の運転状態に応じた排出NOx量から算出される。
【００３９】
この第２のNOx浄化方法では図１３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１３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の関数として予めROM32内に記憶されている。なお、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。
【００４０】
図１４Ａおよび１４Ｂは、図１に示される炭化水素供給弁15周りの拡大図を示している。なお、図１４Ａ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燃料供給装置60が示されている。図１４Ａに示されるように、燃料供給装置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を駆動するためのアクチュエータ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。
【００４１】
アクチュエータ63により加圧ピストン62が図１４Ａにおいて右方に移動せしめられると燃料タンク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、アクチュエータ63により加圧ピストン62が図１４Ａにおいて左方に移動せしめられるとポンプ室61内の燃料が加圧されて逆止弁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。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のノズル口から噴射経路69に沿って排気ガス中に噴射される。図１４Ａに示される例ではこの炭化水素供給弁15のノズル口は排気管12の内壁面上に形成された凹部70内に配置されており、この凹部70内に噴射経路69が形成されている。
【００４２】
図１５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、アクチュエータ63により加圧ピストン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。ポンプ駆動信号が発生するとアクチュエータ63が駆動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１５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が少しばかり急速に上昇せしめられる。次いで燃料圧ＰＸはポンプ室61への燃料漏れ等により僅かばかり低下する。この燃料圧ＰＸは、図１５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、その後は燃料圧ＰＸが目標燃料圧ＰＸＯよりも低下したときに加圧ピストン62が作動せしめられ、燃料圧ＰＸの増大作用が行われる。
【００４３】
一方、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、それによって燃料、即ち炭化水素が炭化水素供給弁15から噴射される。なお、このときの炭化水素供給弁15の開弁時間は図１１Ａに示すマップから算出された噴射時間ＷＴとされる。炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されると、図１５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。
【００４４】
ところで、炭化水素供給弁15が目詰まりを生ずると炭化水素供給弁15から単位時間当たり噴射される炭化水素の量が減少し、その結果、図１５において破線で示されるように、炭化水素供給弁15が開弁せしめられたときの炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸ２が小さくなる。なお、図１５においてΔＰＸ１は、炭化水素供給弁15が目詰まりしていないときの燃料圧ＰＸの低下量を示している。このように炭化水素供給弁15が目詰まりを生ずると炭化水素供給弁15が目詰まりを生じていないときに比べて燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが小さくなり、従って燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが小さくなったときには炭化水素供給弁15が目詰まりを生じていると判断できることになる。
【００４５】
さて、図１において、例えば燃料噴射弁３が目詰まりを生じた場合には燃料噴射弁３からの燃料噴射時におけるコモンレール20内の燃料圧の低下量が減少する。しかしながら、この場合、コモンレール20の容積が大きいためにこのときのコモンレール20内の燃料圧の低下量は極めて小さい。従って、このときコモンレール20内の燃料圧の低下量の変化から燃料噴射弁３の目詰まりを検出するのは困難である。しかしながら本発明で用いている燃料供給装置60では、炭化水素供給弁15に供給される燃料を蓄積している部分の容積の総和、即ち、燃料供給管64内と炭化水素供給弁15内と加圧燃料流出室65内の容積の総和が小さく、従って炭化水素供給弁15が目詰まりが生じたときに炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが大きく現れる。従って、本発明では、燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸから炭化水素供給弁15が目詰まりを生じたか否かを正確に検出できることになる。
【００４６】
なお、図１５からわかるように、燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸがΔＰＸ１からΔＰＸ２に低下したときには、最も低下したときの燃料圧ＰＸがＰＸ１からＰＸ２に増大し、燃料圧ＰＸが低下した後目標圧力ＰＸＯまで上昇するまでの時間ｔＸがｔＸ１からｔＸ２に短縮され、また、燃料圧ＰＸが低下した後目標圧力ＰＸＯまで上昇するまでのポンプ駆動回数が減少する。本発明ではこれらの現象を全て包含した代表的な表現として、燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸを用いており、従って本発明において、燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが小さいということは、最も低下したときの燃料圧ＰＸが増大したこと、燃料圧ＰＸが低下した後目標圧力ＰＸＯまで上昇するまでの時間ｔＸが短縮したこと、および、燃料圧ＰＸが低下した後目標圧力ＰＸＯまで上昇するまでのポンプ駆動回数が減少したことを包含している。
【００４７】
さて、炭化水素供給弁15から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上において部分酸化或いは酸化され、このとき発生する酸化反応熱でもって排気浄化触媒13が昇温される。炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素によって排気浄化触媒13を昇温させる場合については、排気浄化触媒13の暖機を行う場合或いは排気浄化触媒13から吸蔵されたＳＯＸを放出させる場合等、種々の場合があるが、以下パティキュレートフィルタ14を再生するために炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素により排気浄化触媒13を昇温させる場合を例にとって、排気浄化触媒13の昇温制御を行う場合について説明する。パティキュレートフィルタ14を再生するためには、パティキュレートフィルタ14の温度を６００℃程度の再生温度まで上昇させる必要があり、そのためには排気浄化触媒13の温度をパティキュレートフィルタ14が再生作用を開始しうる目標温度まで上昇させる必要がある。次に、排気浄化触媒13の昇温制御について図１６を参照しつつ説明する。
【００４８】
図１６は、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用を行いつつパティキュレートフィルタ14の再生制御を行うようにした場合の炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射信号と、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量と、排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣの変化とを示している。なお、図１６においてＴＣＸは、パティキュレートフィルタ14が再生作用を開始する目標温度を示している。図１６においてＡに示される領域では排気浄化触媒13の昇温作用は行われておらず、このとき第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われている。このときには排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣは比較的低い温度に維持されている。
【００４９】
次いで、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用を行いつつ排気浄化触媒13の昇温制御が行われる。このときに炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期が短くされ、炭化水素供給弁15からの単位時間当たりの炭化水素噴射量が増大される。本発明による実施例では、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用を行いつつ排気浄化触媒13の昇温制御が行われるときの最適な炭化水素噴射量ＦＷＴ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１７Ａ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ΔＦＴ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１７Ｂに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。
【００５０】
排気浄化触媒13の昇温制御が行われると通常は、図１６において実線で示されるように排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣはΔＴＣ１だけ高められて目標温度ＴＣＸに達し、パティキュレートフィルタ14の再生作用が行われる。即ち、排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣをΔＴＣ１だけ高めるのに必要な、機関の運転状態に応じた単位時間当たりの炭化水素噴射量は予め求められており、炭化水素供給弁15からは、排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣをΔＴＣ１だけ高めるのに必要なこの予め求められている単位時間当たりの炭化水素噴射量でもって炭化水素が噴射される。このとき、排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣはΔＴＣ１だけ高められて目標温度ＴＣＸに達し、パティキュレートフィルタ14の再生作用が行われる。
【００５１】
ところが、この場合、例えば炭化水素供給弁15が目詰まりを生じたとすると、炭化水素供給弁15から、排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣをΔＴＣ１だけ高めるのに必要な予め求められている炭化水素噴射量でもって炭化水素が噴射すべき指令が発せられたとしても、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量は減少し、その結果例えば図１６において破線で示すように、排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣはΔＴＣ２しか上昇しなくなる。従って、この場合には、排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣが目標温度ＴＣＸに達するように単位時間当たりの炭化水素噴射量を増大補正する必要がある。ただし、このように排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣに基づいて炭化水素の噴射量を補正する場合には排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣを正確に推定する必要がある。
【００５２】
ところが、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われている場合のように炭化水素供給弁15から一噴射当たり多量の炭化水素が噴射されると排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣの推定精度が低下してしまう。即ち、従来でもパティキュレートフィルタの再生時には燃焼室内又は排気通路内に追加の燃料が供給されることがあるが、本発明におけるように、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用を行いつつパティキュレートフィルタ14の再生制御が行われる場合には、従来に比べて炭化水素供給弁15からの一噴射当たりの炭化水素量がかなり多くなる。一噴射当たりの炭化水素量が多くなると炭化水素は排気浄化触媒13の前端だけでは反応しきれず、下流側において反応して反応熱を発生するようになり、その結果排気浄化触媒13内における温度勾配が不均一となる。排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣは排気浄化触媒13内のどこか一点における温度を推定或いは検出することによって得られ、従って排気浄化触媒13内における温度勾配が不均一になると、推定或いは検出された温度が触媒全体の床温ＴＣを代表しなくなり、その結果触媒床温ＴＣの推定精度が低下することになる。
【００５３】
このように、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触媒床温ＴＣの推定精度が低下し、従って例えば炭化水素供給弁15が目詰まりしていないのにも拘わらずに、炭化水素供給弁15が目詰まりしていると誤判断する危険性がある。このような誤判断を阻止するためには、触媒床温ＴＣの推定精度の低下を補う必要があり、そのために本発明では、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの検出結果の判断を併用している。それにより、炭化水素供給弁15が目詰まりについては、触媒床温ＴＣの変化から判断する場合に比べて、より高い精度でもって判断できることになる。
【００５４】
ところで、排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣの温度に対しては、炭化水素供給弁15が目詰まりに加え、別の現象が大きな影響を与えていることが判明したのである。次に。このことについて、図１４Ｂを参照しつつ説明する。即ち、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射経路69に沿って噴射されると、噴射経路69周りの排気管12の内壁面上、主に凹部70の内壁面上に噴射燃料が付着し、この付着した噴射燃料上に排気ガス中に含まれる排気微粒子が次第に堆積する場合がある。この場合には、排気管12の内壁面上にデポジット71が付着し、このデポジット71によって噴射経路69に詰まりが生ずることになる。
【００５５】
このようにデポジット71が排気管12の内壁面上に付着すると、例えばパティキュレートフィルタ14を再生するために炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射しても炭化水素がデポジット71上に付着し、その結果排気浄化触媒13に十分な炭化水素が供給されなくなる。従ってこの場合には、炭化水素供給弁15が目詰まりしていなくても排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣが目標温度ＴＣＸに達しなくなる。即ち、炭化水素供給弁15が目詰まりしたとしても、或いはデポジット71によって噴射経路69に詰まりが生じたとしても、炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量が予め定められた上昇量よりも小さくなる。言い換えると、炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量が予め定められた上昇量よりも小さくなったときには、炭化水素供給弁15が目詰まりしているか、或いはデポジット71によって噴射経路69に詰まりが生じていることになる。
【００５６】
この場合、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときに、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが小さくなったときには、炭化水素供給弁15が目詰まりしていると判断でき、従って炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量が予め定められた上昇量よりも小さくなったときに、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが小さくなったときには、デポジット71によって噴射経路69に詰まりが生じていると判断することができる。
【００５７】
そこで、本発明では、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒13と、排気浄化触媒13上流の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に燃料を供給するための燃料供給装置60とを具備しており、炭化水素供給弁15からは予め定められた噴射経路69に沿って排気ガス中に炭化水素が噴射され、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されると炭化水素供給弁15に供給される燃料圧ＰＸが低下する内燃機関の制御装置において、炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量が予め定められた上昇量よりも小さくかつ炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁15への供給燃料圧の低下量が予め定められた低下量よりも大きいときには、噴射経路69に詰まりが生じていると判定される。
【００５８】
図１８はこの発明を実行するための噴射制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図１８を参照するとまず初めにステップ80において、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射され、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われる。次いでステップ81では排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣの変化が推定される。この触媒床温ＴＣはモデルを用いて推定することもできるし、温度センサ23の出力値から推定することもできる。次いでステップ82では燃料圧センサ66により炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの変化が検出される。
【００５９】
次いで、ステップ83では、炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量ΔＴＣが予め定められた設定量よりも小さくかつ炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁15への供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが予め定められた設定量よりも大きいか否かが判別される。この場合、温度上昇量ΔＴＣに対する予め定められた設定量としては、例えば予め求められている温度上昇量ΔＴＣ１の８０パーセントに当たる温度上昇量とされ、供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸに対する予め定められた設定量としては、例えば炭化水素供給弁15が目詰まりしていないときの供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸ１の８０パーセントに当たる燃料圧低下量とされる。
【００６０】
ステップ83において、炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量ΔＴＣが予め定められた設定量よりも小さくかつ炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁15への供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが予め定められた設定量よりも大きいと判別されたときには、ステップ84に進み、噴射経路69に詰まりが生じていると判定される。
【００６１】
一方、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸから炭化水素供給弁15が目詰まりしていると判断されたときに、排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣが目標温度ＴＣＸに達すると、実際に炭化水素供給弁15が目詰まりしているかどうかが疑わしくなる。これに対し、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸから炭化水素供給弁15が目詰まりしていると判断されたときに、排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣが目標温度ＴＣＸに達していない場合には、炭化水素供給弁15が目詰まりしている可能性が極めて高くなる。
【００６２】
即ち、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときに、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが小さくなったときに、炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量が予め定められた上昇量よりも小さくなったときには、炭化水素供給弁15が目詰まりしていると判断することができる。
【００６３】
そこで、本発明では、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒13と、排気浄化触媒13上流の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に燃料を供給するための燃料供給装置60とを具備しており、炭化水素供給弁15からは予め定められた噴射経路69に沿って排気ガス中に炭化水素が噴射され、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されると炭化水素供給弁15に供給される燃料圧ＰＸが低下する内燃機関の制御装置において、炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量が予め定められた上昇量よりも小さくかつ炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁15への供給燃料圧の低下量が予め定められた低下量よりも小さいときには、炭化水素供給弁15に目詰まりが生じていると判定される。
【００６４】
図１９はこの発明を実行するための噴射制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図１８を参照するとまず初めにステップ90において、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射され、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われる。次いでステップ91では排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣの変化が推定される。この触媒床温ＴＣはモデルを用いて推定することもできるし、温度センサ23の出力値から推定することもできる。次いでステップ92では燃料圧センサ66により炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの変化が検出される。
【００６５】
次いで、ステップ93では、炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量ΔＴＣが予め定められた設定量よりも小さくかつ炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁15への供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが予め定められた設定量よりも小さいか否かが判別される。この場合も、図１８に示される噴射制御ルーチンと同様に、温度上昇量ΔＴＣに対する予め定められた設定量としては、例えば予め求められている温度上昇量ΔＴＣ１の８０パーセントに当たる温度上昇量とされ、供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸに対する予め定められた設定量としては、例えば炭化水素供給弁15が目詰まりしていないときの供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸ１の８０パーセントに当たる燃料圧低下量とされる。
【００６６】
ステップ93において、炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量ΔＴＣが予め定められた設定量よりも小さくかつ炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁15への供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが予め定められた設定量よりも小さいと判別されたときには、ステップ94に進み、炭化水素供給弁15が目詰まりしていると判定される。
【００６７】
図２０に噴射制御ルーチンの別の実施例を示す。この実施例では、炭化水素供給弁15が目詰まりしている可能性が極めて高いときには、炭化水素供給弁15から供給される炭化水素を増量する増量補正が行われる。もう少し具体的に言うと、この実施例では、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量ＷＴＯは、図１１Ａに示される噴射量ＷＴ或いは図１７Ａに示される噴射量ＦＷＴに補正係数Ｋ（≧１．０）を乗算した値（＝Ｋ・ＷＴ又はＫ・ＦＷＴ）とされる。更に、この実施例では、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときに、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが小さくなったときには、供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが小さくなるほど補正係数Ｋが大きくされる。例えば、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときに、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが、図１５に示されるように、炭化水素供給弁15が目詰まりしていないときの低下量ΔＰＸ１から低下量ΔＰＸ２に減少したときには、補正係数ＫはＫ＝ΔＰＸ１/ΔＰＸ２とされる。
【００６８】
一方、この実施例では、デポジット71によって噴射経路69に詰まりが生じたと判定されたときには、排気ガス流によってデポジット71を吹き飛ばすために、排気ガス量を増大する排気ガス量の増大作用が行われる。この場合、機関から排出される排気ガス量は機関負荷が高くなるほど増大し、EGR制御弁17の開度を小さくするほど、即ち排気ガスの再循環量を減少させるほど増大する。従って、本発明による実施例では、排気ガスの再循環量を減少させることによって排気ガス量が増大される。この場合、好ましくは、機関高負荷運転時にEGR制御弁17を閉鎖して排気ガスの再循環作用を停止させることにより排気ガス量が増大される。
【００６９】
図２０はこの発明を実行するための噴射制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割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、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量ＷＴＯ（＝Ｋ・ＷＴ又はＫ・ＦＷＴ）が、図１１Ａに示される噴射量ＷＴ或いは図１７Ａに示される噴射量ＦＷＴに補正係数Ｋを乗算することによって算出される。即ち、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量ＷＴＯとして、図１１Ａに示される噴射量ＷＴが用いられている場合には図１１Ａに示される噴射量ＷＴに補正係数Ｋを乗算した値（＝Ｋ・ＷＴ）とされ、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量ＷＴＯとして、図１７Ａに示される噴射量ＦＷＴが用いられている場合には図１７Ａに示される噴射量ＦＷＴに補正係数Ｋを乗算した値（＝Ｋ・ＦＷＴ）とされる。
【００７０】
ステップ101では、炭化水素供給弁15から、ステップ100において算出された噴射量ＷＴＯでもって、炭化水素が噴射され、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われる。次いでステップ102では排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣの変化が推定される。この触媒床温ＴＣはモデルを用いて推定することもできるし、温度センサ23の出力値から推定することもできる。次いでステップ103では燃料圧センサ66により炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの変化が検出される。
【００７１】
次いで、ステップ83では、炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量ΔＴＣが予め定められた設定量よりも小さいか否かが判別される。この場合、温度上昇量ΔＴＣに対する予め定められた設定量としては、例えば予め求められている温度上昇量ΔＴＣ１の８０パーセントに当たる温度上昇量とされる。炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量ΔＴＣが予め定められた設定量よりも小さいときにはステップ105に進んで炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁15への供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが予め定められた設定量よりも大きいか否かが判別される。この場合、供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸに対する予め定められた設定量としては、例えば炭化水素供給弁15が目詰まりしていないときの供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸ１の８０パーセントに当たる燃料圧低下量とされる。
【００７２】
ステップ105において、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁15への供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが予め定められた設定量よりも大きいと判別されたときには、噴射経路69に詰まりが生じていると判別され、ステップ106に進んで排気ガス量の増大作用が行われる。これに対し、ステップ105において、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁15への供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが予め定められた設定量よりも小さいと判別されたときには、炭化水素供給弁15が目詰まりしていると判別され、ステップ107に進んで補正係数Ｋが算出される。即ち、炭化水素供給弁15から供給される炭化水素を増量する増量補正が行われる。
【００７３】
図２１は、パティキュレートフィルタ14の再生制御を行うべき指令が発せられたときに昇温制御を行う前に炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸを検出するようにした実施例を示している。なお、差圧センサ24により検出されたパティキュレートフィルタ14の前後差圧が予め定められた設定圧力を超えたときに、パティキュレートフィルタ14の再生制御を行うべき指令が発せられ、パティキュレートフィルタ14の再生制御を行うべき指令が発せられたときに図２１に示される再生制御が実行される。この再生制御ルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
【００７４】
図２１を参照するとまず初めにステップ110において、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸの検出が完了したか否かが判別される。炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸの検出がまだ完了していないときにはステップ111に進んで、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量ＷＴＯ（＝Ｋ・ＷＴ）が、図１１Ａに示される噴射量ＷＴに補正係数Ｋを乗算することによって算出される。次いでステップ112では、炭化水素供給弁15から、ステップ111において算出された噴射量ＷＴＯでもって、炭化水素が噴射され、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用が行われる。次いでステップ113では機関の定常状態が一定時間以上継続しているか否か、即ち機関の定常状態が安定しているか否かが判別される。機関の定常状態が安定しているときにはステップ114に進む。
【００７５】
ステップ114では燃料圧センサ66により炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの変化が検出される。次いで、ステップ115では、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁15への供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが予め定められた設定量よりも小さいか否かが判別される。この場合、供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸに対する予め定められた設定量としては、例えば炭化水素供給弁15が目詰まりしていないときの供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸ１の８０パーセントに当たる燃料圧低下量とされる。ステップ115において、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときの炭化水素供給弁15への供給燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸが予め定められた設定量よりも小さいと判別されたときには、炭化水素供給弁15が目詰まりしていると判別され、ステップ116に進んで補正係数Ｋが算出される。即ち、炭化水素供給弁15から供給される炭化水素を増量する増量補正が行われる。
【００７６】
炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸの低下量ΔＰＸの検出が完了したときにはステップ110からステップ117に進んで、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量ＷＴＯ（＝Ｋ・ＦＷＴ）が、図１７Ａに示される噴射量ＦＷＴに補正係数Ｋを乗算することによって算出される。次いで、ステップ118では、炭化水素供給弁15から、ステップ117において算出された噴射量ＷＴＯでもって、炭化水素が噴射され、排気浄化触媒13の昇温制御が開始される。次いでステップ117では排気浄化触媒13の触媒床温ＴＣの変化が推定される。この触媒床温ＴＣはモデルを用いて推定することもできるし、温度センサ23の出力値から推定することもできる。次いでステップ120では排気浄化触媒13の昇温作用が完了したか否かが判別される。排気浄化触媒13の昇温作用が完了したときにはステップ121に進む。
【００７７】
ステップ121では、炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量ΔＴＣが予め定められた設定量よりも小さいか否かが判別される。この場合、温度上昇量ΔＴＣに対する予め定められた設定量としては、例えば予め求められている温度上昇量ΔＴＣ１の８０パーセントに当たる温度上昇量とされる。炭化水素供給弁15から供給された炭化水素による排気浄化触媒13の温度上昇量ΔＴＣが予め定められた設定量よりも小さいときにはステップ122に進んで補正係数Ｋが設定値Ｋ０よりも大きいか否か、即ち炭化水素供給弁15が目詰まりしているか否かが判別される。補正係数Ｋが設定値Ｋ０よりも大きいとき、即ち、炭化水素供給弁15が目詰まりしているときにはステップ123に進んで炭化水素供給弁15から供給される炭化水素を増量する増量補正が行われる。
【００７８】
図２１に示される実施例では、図１６においてＡで示される運転領域のときに炭化水素供給弁15への供給燃料圧の低下量が検出され、昇温作用が行われたときに排気浄化触媒13の温度上昇量の検出が行われる。一方、前述したように、排気浄化触媒13の昇温制御が行われるときには、図１６においてＡで示される運転領域のときに比べて、炭化水素供給弁15から単位時間当たり噴射される炭化水素量が増大せしめられる。従って、排気浄化触媒13の温度上昇量を検出するときの単位時間当たりの炭化水素供給量は炭化水素供給弁15への供給燃料圧の低下量を検出するときの単位時間当たりの炭化水素供給量に比べて大きくされる。また、図２１に示される実施例では、パティキュレートフィルタ14を再生するために炭化水素供給弁15からの単位時間当たりの炭化水素供給量が増大せしめられたときに、排気浄化触媒13の温度上昇量が検出される。
【００７９】
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。
【符号の説明】
【００８０】
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
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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