(57)【要約】【課題】  従来よりも更に効率的にＮＯｘ還元制御を実施することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】  ＮＯｘ吸蔵剤を含む排気浄化手段と、排気浄化手段よりも上流側に設けた還元剤添加手段とを備え、ＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを離脱させて還元浄化すべき時には排気浄化手段に流入するガスに還元剤を供給することを含むＮＯｘ還元制御が実施される内燃機関の排気浄化装置において、上記還元剤の供給は還元剤添加手段による複数回の還元剤添加によって行われ、複数回の還元剤添加の各回の要求添加量Ｆｒａが、各回の還元剤添加において排気浄化手段に到達する前に上記ガスの経路内に付着してしまう還元剤の量と、上記経路内に既に付着している還元剤のうち上記ガス中に蒸発する還元剤の量Ｆｖとの少なくとも一方を考慮して決定される、内燃機関の排気浄化装置が提供される。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路内に配置された少なくともＮＯｘ吸蔵剤を含んでいる排気浄化手段と、
上記排気浄化手段よりも上流側に設けられた還元剤添加手段とを備え、
上記ＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを離脱させて還元浄化すべきであると判定された時には、上記還元剤添加手段によって上記排気浄化手段に流入するガスに還元剤を供給することを含むＮＯｘ還元制御が実施される内燃機関の排気浄化装置において、
上記ＮＯｘ還元制御中における上記還元剤の供給は、上記還元剤添加手段による複数回の還元剤添加によって行われ、
上記複数回の還元剤添加の各回の要求添加量が、各回の還元剤添加において上記排気浄化手段に到達する前に上記ガスの経路内に付着してしまう還元剤の量と、各回の還元剤添加時において既に上記経路内に付着している還元剤のうち上記ガス中に蒸発する還元剤の量との少なくとも一方を考慮して決定される、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路内に配置された少なくともＮＯｘ吸蔵剤を含んでいる排気浄化手段と、
上記排気浄化手段よりも上流側に設けられた還元剤添加手段とを備え、
上記ＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを離脱させて還元浄化すべきであると判定された時には、上記還元剤添加手段によって上記排気浄化手段に流入するガスに還元剤を供給することを含むＮＯｘ還元制御が実施される内燃機関の排気浄化装置において、
上記ＮＯｘ還元制御中における上記還元剤の供給は、上記還元剤添加手段による複数回の還元剤添加によって行われると共に、該還元剤添加は上記還元剤添加手段から最も近い内燃機関の気筒が排気行程にある時にのみ実施され、
上記複数回の還元剤添加の各回の要求添加量は、還元剤添加毎に、上記排気浄化手段に到達する前に上記ガスの経路内に付着してしまう還元剤の量と、既に上記経路内に付着している還元剤のうち上記ガス中に蒸発する還元剤の量とを考慮して決定される、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記複数回の還元剤添加の各回の要求添加量には、上限値と下限値の少なくとも一方が設けられている、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記排気浄化手段に到達する還元剤量に対するＮＯｘの還元浄化に使用される還元剤量の割合に基づいて定まる還元効率が高いほど、上記ＮＯｘ還元制御を実施する間隔が短くなるようになっている、請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記排気浄化手段に含まれているＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵量が予め定めた制御開始基準量以上であると判定された時に上記ＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを離脱させて還元浄化すべきであると判定され、上記制御開始基準量は、上記排気浄化手段に到達する還元剤量に対するＮＯｘの還元浄化に使用される還元剤量の割合に基づいて定まる還元効率が高い場合ほど少なく設定される、請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記制御開始基準量とは別に制御開始必要基準量が更に設定されていて、上記排気浄化手段に含まれているＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵量が上記制御開始必要基準量以上であると判定された時には、上記ＮＯｘ吸蔵量が上記制御開始基準量以上であるか否かの判定は行わずに、上記ＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを離脱させて還元浄化すべきであると判定される、請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
上記排気浄化手段に含まれているＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵量が予め定めた制御終了基準量以下であると判定された時に上記ＮＯｘ還元制御が終了され、上記制御終了基準量は、上記排気浄化手段に到達する還元剤量に対するＮＯｘの還元浄化に使用される還元剤量の割合に基づいて定まる還元効率が高い場合ほど少なく設定される、請求項１から６の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
今回のＮＯｘ還元制御中に上記排気浄化手段に含まれているＮＯｘ吸蔵剤から離脱されたＮＯｘ量の積算値を今回のＮＯｘ還元制御中に還元されたＮＯｘ量の積算値で除算して求められる排出ＮＯｘ割合が予め定めた制御終了基準割合以上であると判定された時に上記ＮＯｘ還元制御が終了される、請求項１から６の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
今回のＮＯｘ還元制御中に添加された還元剤量の積算値に基づいて決定される燃費悪化指数が予め定めた燃費悪化基準値以上であると判定された時には、今回のＮＯｘ還元制御が終了される、請求項７または８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
今回のＮＯｘ還元制御中に添加された還元剤量の積算値に基づいて決定される燃費悪化指数が予め定めた燃費悪化基準値以上であると判定され、且つ、上記ＮＯｘ吸蔵量が予め定めた制御継続判定必要基準量未満であると判定された時には、今回のＮＯｘ還元制御が終了される、請求項７または８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
上記ＮＯｘ還元制御の所要時間を推定する制御所要時間推定手段を備えていて、該制御所要時間推定手段によって推定されたＮＯｘ還元制御の所要時間が予め定めたフィードバック可能基準所要時間以上である場合にのみ、そのＮＯｘ還元制御において上記要求添加量が上記排気通路に設けられた空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じて補正されるようになっている、請求項１から１０の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
上記補正は、最新のフィードバック学習値に基づいて行われる第一補正と、該第一補正を補足するように上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じて行われる第二補正とを含んでいて、
上記フィードバック学習値は、上記要求添加量が上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じて補正されてＮＯｘ還元制御が実施された場合にのみ、そのＮＯｘ還元制御の実施中において上記空燃比検出手段によって検出された空燃比に基づいて、そのＮＯｘ還元制御が終了した時に算出されるようになっている、請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
上記要求添加量が予め定めた基準要求添加量以下であり、且つ、上記ガスの空燃比が目標空燃比よりリッチであると判定される場合には、上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じた上記要求添加量の補正が禁止されるようになっている、請求項１１または１２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
上記要求添加量を上記排気通路に設けられた空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じて補正するフィードバック補正手段を備えていて、
上記要求添加量が予め定めた基準要求添加量以下であり、且つ、上記ガスの空燃比が目標空燃比よりリッチであると判定される場合には、上記フィードバック補正手段による上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じた上記要求添加量の補正が禁止されるようになっている、請求項１から１０の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じた上記要求添加量の補正が禁止される場合には、内燃機関の燃焼空燃比が増大せしめられる、請求項１３または１４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１６】
上記制御所要時間推定手段によって推定されたＮＯｘ還元制御の所要時間が予め定めた学習可能基準所要時間以上である場合にのみ、そのＮＯｘ還元制御の実施中に上記空燃比検出手段によって検出された空燃比に基づいて、そのＮＯｘ還元制御が終了した時に補正学習値が算出されるようになっていて、
上記制御所要時間推定手段によって推定されたＮＯｘ還元制御の所要時間が予め定めたフィードバック可能基準所要時間未満である場合には、そのＮＯｘ還元制御において上記要求添加量が最新の上記補正学習値に基づいて補正されるようになっている、請求項１１または１２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１７】
上記ＮＯｘ還元制御の所要時間を推定する制御所要時間推定手段を備えていて、該制御所要時間推定手段によって推定されたＮＯｘ還元制御の所要時間が予め定めた学習可能基準所要時間以上である場合にのみ、そのＮＯｘ還元制御の実施中に上記空燃比検出手段によって検出された空燃比に基づいて、そのＮＯｘ還元制御が終了した時に補正学習値が算出されるようになっていて、
上記ＮＯｘ還元制御において上記要求添加量が最新の上記補正学習値に基づいて補正されるようになっている、請求項１から１０の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが要求されている。そしてこのような要求に対し、ＮＯｘ吸蔵剤を含むＮＯｘ吸蔵触媒を内燃機関の排気通路に配置する方式の排気浄化装置が提案されている。
【０００３】
このような排気浄化装置に用いられるＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の空燃比が小さくなり（もしくは酸素濃度が低くなり）、且つ排気ガス中にＨＣやＣＯ等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを離脱させ還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有する。そしてこの作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵させ、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前にＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤（燃料）を供給する等してＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘを離脱させると共に還元浄化するようにしている。
【０００４】
なお、本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「ＮＯｘ吸蔵剤」は、「ＮＯｘ吸収剤」と「ＮＯｘ吸着剤」の両方を含み、前者はＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ2等の形で吸着する。また、ＮＯｘ吸蔵剤からの「離脱」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【０００５】
ところで、上記のようなＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘを離脱・還元浄化する制御（以下、ＮＯｘ還元制御という）を実施する際には、供給した還元剤（燃料）を無駄なく利用して効率的にＮＯｘ還元制御を実施できるように還元剤を供給することが望まれる。すなわち、ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの空燃比を精度良く制御すると共にＮＯｘの還元浄化に必要な分の還元剤を提供できるように還元剤を供給することが望ましい。これに関し、特許文献１には、上記ＮＯｘ還元制御において還元剤を供給する際に、排気系壁面への還元剤の付着を考慮して、上記ＮＯｘ還元制御の開始後所定の遅れ時間が経過するまでは還元剤の供給量を増大し、上記遅れ時間の経過後は還元剤の供給量を減少するようにした排気浄化装置が記載されている。
【０００６】
より詳細には、この排気浄化装置においては、上記ＮＯｘ還元制御の開始に伴う還元剤の供給開始後、所定の遅れ時間が経過するまでは還元剤の上記壁面への付着によりＮＯｘ吸蔵剤に到達する還元剤量が低下することが考慮されて還元剤添加量が増大され、還元剤の供給不足が防止される一方、上記遅れ時間が経過した後は、上記壁面に付着した還元剤がＮＯｘ吸蔵剤に到達することが考慮されて還元剤添加量が減少され、還元剤の供給過多が防止されるようになっている。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１２９２３８号公報
【特許文献２】特許第３２８７０８２号公報
【特許文献３】特開２００２−１６１７３３号公報
【特許文献４】特開２００２−３８９３９号公報
【特許文献５】特開２０００−２４０４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ還元制御を実施する際には、ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの空燃比を精度良く制御すると共にＮＯｘの還元浄化に必要な分の還元剤を提供できるように還元剤を供給することが望ましい。本発明は、この点を踏まえ、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ還元制御における還元剤の供給をより高精度に制御して、従来よりも更に効率的にＮＯｘ還元制御を実施することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路内に配置された少なくともＮＯｘ吸蔵剤を含んでいる排気浄化手段と、上記排気浄化手段よりも上流側に設けられた還元剤添加手段とを備え、上記ＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを離脱させて還元浄化すべきであると判定された時には、上記還元剤添加手段によって上記排気浄化手段に流入するガスに還元剤を供給することを含むＮＯｘ還元制御が実施される内燃機関の排気浄化装置において、上記ＮＯｘ還元制御中における上記還元剤の供給は、上記還元剤添加手段による複数回の還元剤添加によって行われ、上記複数回の還元剤添加の各回の要求添加量が、各回の還元剤添加において上記排気浄化手段に到達する前に上記ガスの経路内に付着してしまう還元剤の量と、各回の還元剤添加時において既に上記経路内に付着している還元剤のうち上記ガス中に蒸発する還元剤の量との少なくとも一方を考慮して決定される、内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【００１１】
請求項１に記載の発明では、上記ＮＯｘ還元制御中における複数回の還元剤添加の各回の要求添加量が、上記ガス経路内への付着還元剤量と、上記ガス経路からの蒸発還元剤量との少なくとも一方を考慮して決定されるようになっている。このようにすることによって、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ還元制御における還元剤の供給をより高精度に制御して、従来よりも更に効率的にＮＯｘ還元制御を実施することが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、内燃機関の排気通路内に配置された少なくともＮＯｘ吸蔵剤を含んでいる排気浄化手段と、上記排気浄化手段よりも上流側に設けられた還元剤添加手段とを備え、上記ＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを離脱させて還元浄化すべきであると判定された時には、上記還元剤添加手段によって上記排気浄化手段に流入するガスに還元剤を供給することを含むＮＯｘ還元制御が実施される内燃機関の排気浄化装置において、上記ＮＯｘ還元制御中における上記還元剤の供給は、上記還元剤添加手段による複数回の還元剤添加によって行われると共に、該還元剤添加は上記還元剤添加手段から最も近い内燃機関の気筒が排気行程にある時にのみ実施され、上記複数回の還元剤添加の各回の要求添加量は、還元剤添加毎に、上記排気浄化手段に到達する前に上記ガスの経路内に付着してしまう還元剤の量と、既に上記経路内に付着している還元剤のうち上記ガス中に蒸発する還元剤の量とを考慮して決定される、内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【００１３】
請求項２に記載の発明によっても、請求項１に記載の発明と同様、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ還元制御における還元剤の供給をより高精度に制御して、従来よりも更に効率的にＮＯｘ還元制御を実施することができる。また、請求項２に記載の発明では、上記ＮＯｘ還元制御中における還元剤添加が上記還元剤添加手段から最も近い内燃機関の気筒が排気行程にある時にのみ実施されるので、多気筒内燃機関である場合に添加された還元剤がガスの脈動によって各気筒内へと流入したり、排気還流通路を有する場合に添加された還元剤が排気還流通路内へと流入したりすることが抑制される。これにより、上記ＮＯｘ還元制御に実際に利用される還元剤の量を増加させることができると共にその量をより高精度に把握することが可能になる。その結果、上記ＮＯｘ還元制御における還元剤の供給をより一層効率的且つ高精度なものとすることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では請求項１または２に記載の発明において、上記複数回の還元剤添加の各回の要求添加量には、上限値と下限値の少なくとも一方が設けられている。
上記上限値を適切に設定することにより、還元剤の添加過多による還元剤の大気への放出や白煙の発生を抑制することができる。また、上記下限値を適切に設定することにより、添加される還元剤の量の精度を維持することができる。すなわち、例えば上記下限値を上記還元剤添加手段で還元剤添加を行う場合に添加量の精度を許容可能な精度以上に維持できる最小添加量に設定しておくことにより、添加される還元剤の量の精度を許容可能な精度以上に維持することが可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では請求項１から３の何れか一項に記載の発明において、上記排気浄化手段に到達する還元剤量に対するＮＯｘの還元浄化に使用される還元剤量の割合に基づいて定まる還元効率が高いほど、上記ＮＯｘ還元制御を実施する間隔が短くなるようになっている。
【００１６】
請求項４に記載の発明のようにすると、結果として上記還元効率が高い場合に上記ＮＯｘ還元制御が行われることが多くなる。これにより、従来よりも更に効率的にＮＯｘ還元制御を実施することが可能となる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では請求項１から３の何れか一項に記載の発明において、上記排気浄化手段に含まれているＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵量が予め定めた制御開始基準量以上であると判定された時に上記ＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを離脱させて還元浄化すべきであると判定され、上記制御開始基準量は、上記排気浄化手段に到達する還元剤量に対するＮＯｘの還元浄化に使用される還元剤量の割合に基づいて定まる還元効率が高い場合ほど少なく設定されるようになっている。
【００１８】
請求項５に記載の発明のようにすると、上記還元効率が高い場合ほど上記ＮＯｘ還元制御が開始され易くなる。この結果、上記還元効率が高い時に上記ＮＯｘ還元制御が行われることが多くなり、従来よりも更に効率的にＮＯｘ還元制御を実施することが可能となる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では請求項５に記載の発明において、上記制御開始基準量とは別に制御開始必要基準量が更に設定されていて、上記排気浄化手段に含まれているＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵量が上記制御開始必要基準量以上であると判定された時には、上記ＮＯｘ吸蔵量が上記制御開始基準量以上であるか否かの判定は行わずに、上記ＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを離脱させて還元浄化すべきであると判定されるようになっている。
【００２０】
例えば、上記制御開始必要基準量として、上記排気浄化手段に含まれているＮＯｘ吸蔵剤の最大ＮＯｘ吸蔵可能量より小さい量を適切に設定しておけば、上記還元効率が低く、上記制御開始基準量が多めに設定されている場合であっても、上記排気浄化手段に含まれているＮＯｘ吸蔵剤が飽和する前に上記ＮＯｘ還元制御を確実に実施することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明では請求項１から６の何れか一項に記載の発明において、上記排気浄化手段に含まれているＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵量が予め定めた制御終了基準量以下であると判定された時に上記ＮＯｘ還元制御が終了され、上記制御終了基準量は、上記排気浄化手段に到達する還元剤量に対するＮＯｘの還元浄化に使用される還元剤量の割合に基づいて定まる還元効率が高い場合ほど少なく設定されるようになっている。
【００２２】
請求項７に記載の発明のようにすると、上記還元効率が高い場合ほど上記ＮＯｘ還元制御の終了が遅延されることになる。この結果、上記還元効率が高い時に上記ＮＯｘ還元制御が行われることが多くなり、従来よりも更に効率的にＮＯｘ還元制御を実施することが可能となる。
【００２３】
請求項８に記載の発明では請求項１から６の何れか一項に記載の発明において、今回のＮＯｘ還元制御中に上記排気浄化手段に含まれているＮＯｘ吸蔵剤から離脱されたＮＯｘ量の積算値を今回のＮＯｘ還元制御中に還元されたＮＯｘ量の積算値で除算して求められる排出ＮＯｘ割合が予め定めた制御終了基準割合以上であると判定された時に上記ＮＯｘ還元制御が終了されるようになっている。
【００２４】
請求項８に記載の発明のようにすると、還元されずに排出されてしまうＮＯｘの割合に着目してＮＯｘ還元制御の終了時期が設定されるので、ＮＯｘの排出を抑制する上で、より適切な時期にＮＯｘ還元制御を終了させることができる。
【００２５】
請求項９に記載の発明では請求項７または８に記載の発明において、今回のＮＯｘ還元制御中に添加された還元剤量の積算値に基づいて決定される燃費悪化指数が予め定めた燃費悪化基準値以上であると判定された時には、今回のＮＯｘ還元制御が終了されるようになっている。
【００２６】
請求項９に記載の発明のようにすると、ＮＯｘ還元制御の実施に伴う燃費悪化を考慮してＮＯｘ還元制御の終了時期が設定される。このため、ＮＯｘ還元制御の実施に伴う燃費悪化を抑制する上で、より適切な時期にＮＯｘ還元制御を終了させることができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明では請求項７または８に記載の発明において、今回のＮＯｘ還元制御中に添加された還元剤量の積算値に基づいて決定される燃費悪化指数が予め定めた燃費悪化基準値以上であると判定され、且つ、上記ＮＯｘ吸蔵量が予め定めた制御継続判定必要基準量未満であると判定された時には、今回のＮＯｘ還元制御が終了されるようになっている。
【００２８】
請求項１０に記載の発明では、燃費悪化が懸念され、且つ、上記ＮＯｘ吸蔵量が上記制御継続判定必要基準量未満であると判定された時にＮＯｘ還元制御が終了するようになっている。すなわち、燃費悪化が懸念される状態であっても、上記ＮＯｘ吸蔵量が上記制御継続判定必要基準量以上であると判定された時にはＮＯｘ還元制御が継続される場合がある。このため、上記制御継続判定必要基準量を適切に設定することで、所望の場合に燃費悪化の抑制よりもＮＯｘ還元制御の実施を優先させるようにすることができ、より適切なＮＯｘ還元制御の実施が可能になる。すなわち、例えば上記制御継続判定必要基準量を比較的多めの量（例えば、ＮＯｘ吸蔵剤の飽和するＮＯｘ量に近い値）に設定しておけば、ＮＯｘ吸蔵量が比較的多い場合（例えば、ＮＯｘ吸蔵剤が飽和状態に近い場合）には燃費悪化の抑制よりもＮＯｘ還元制御の実施を優先させるようにし、ＮＯｘ吸蔵剤が飽和してしまうのを防ぐことができる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明では請求項１から１０の何れか一項に記載の発明において、上記ＮＯｘ還元制御の所要時間を推定する制御所要時間推定手段を備えていて、該制御所要時間推定手段によって推定されたＮＯｘ還元制御の所要時間が予め定めたフィードバック可能基準所要時間以上である場合にのみ、そのＮＯｘ還元制御において上記要求添加量が上記排気通路に設けられた空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じて補正されるようになっている。
【００３０】
ＮＯｘ還元制御の所要時間が短い場合に上記要求添加量を上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じて補正するようにすると、上記空燃比検出手段の応答性等が原因で空燃比が安定しないうちにＮＯｘ還元制御が終了してしまい、かえって効率的なＮＯｘ還元制御が実施できなくなる場合がある。これに対し、請求項１１に記載の発明によれば、上記推定されたＮＯｘ還元制御の所要時間が予め定めたフィードバック可能基準所要時間以上である場合にのみ、そのＮＯｘ還元制御において上記要求添加量が上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じて補正されるようになっているので、上記フィードバック可能基準所要時間を適切に設定することにより、上述したような不都合の発生を回避することができる。
【００３１】
請求項１２に記載の発明では請求項１１に記載の発明において、上記補正は、最新のフィードバック学習値に基づいて行われる第一補正と、該第一補正を補足するように上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じて行われる第二補正とを含んでいて、上記フィードバック学習値は、上記要求添加量が上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じて補正されてＮＯｘ還元制御が実施された場合にのみ、そのＮＯｘ還元制御の実施中において上記空燃比検出手段によって検出された空燃比に基づいて、そのＮＯｘ還元制御が終了した時に算出されるようになっている。
【００３２】
請求項１２に記載の発明によれば、上記フィードバック学習値は、上記所要時間が予め定めたフィードバック可能基準所要時間以上であって上記要求添加量が上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じて補正されてＮＯｘ還元制御が行われた場合にのみ算出され更新される。このようにすることによって、適切なフィードバック学習値を求めることができる。
【００３３】
請求項１３に記載の発明では請求項１１または１２に記載の発明において、上記要求添加量が予め定めた基準要求添加量以下であり、且つ、上記ガスの空燃比が目標空燃比よりリッチであると判定される場合には、上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じた上記要求添加量の補正が禁止されるようになっている。
【００３４】
上記要求添加量がもともと少ない場合に上記ガスの空燃比が目標空燃比よりリッチであると、上記空燃比に応じた要求添加量の補正によって、還元剤添加量をゼロ以下にすべきであるとされる場合がある。このような場合には、上記空燃比に応じた要求添加量の補正を行っても上記ガスの空燃比を制御することはできず、同補正の実施はほぼ無意味となる。これに対し、請求項１３に記載の発明では、上記要求添加量が予め定めた基準要求添加量以下であり、且つ、上記ガスの空燃比が目標空燃比よりリッチであると判定される場合には、上記空燃比に応じた上記要求添加量の補正が禁止されるようになっている。したがって、請求項１３に記載の発明によれば、上記基準要求添加量を適切に設定することによって、上記補正が無駄に実施されるのを抑制することができる。
【００３５】
請求項１４に記載の発明では請求項１から１０の何れか一項に記載の発明において、上記要求添加量を上記排気通路に設けられた空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じて補正するフィードバック補正手段を備えていて、上記要求添加量が予め定めた基準要求添加量以下であり、且つ、上記ガスの空燃比が目標空燃比よりリッチであると判定される場合には、上記フィードバック補正手段による上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じた上記要求添加量の補正が禁止されるようになっている。
【００３６】
請求項１４に記載の発明によっても、請求項１３に記載の発明と同様、上記基準要求添加量を適切に設定することによって、上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じた上記要求添加量の補正が無駄に実施されるのを抑制することができる。
【００３７】
請求項１５に記載の発明では請求項１３または１４に記載の発明において、上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じた上記要求添加量の補正が禁止される場合には、内燃機関の燃焼空燃比が増大せしめられるようになっている。
【００３８】
請求項１５に記載の発明のようにすることによって、上記要求添加量が予め定めた基準要求添加量以下であり、且つ、上記ガスの空燃比が目標空燃比よりリッチであると判定されたために上記空燃比に応じた上記要求添加量の補正が禁止される場合において、上記ガスの空燃比をリーン側に制御することが可能となる。なお、ここで燃焼空燃比とは、燃焼室内における空燃比であり、より詳細には、筒内に充填される空気量と機関動力を得るべく筒内で燃焼させるために筒内に噴射される燃料量の比である。
【００３９】
請求項１６に記載の発明では請求項１１または１２に記載の発明において、上記制御所要時間推定手段によって推定されたＮＯｘ還元制御の所要時間が予め定めた学習可能基準所要時間以上である場合にのみ、そのＮＯｘ還元制御の実施中に上記空燃比検出手段によって検出された空燃比に基づいて、そのＮＯｘ還元制御が終了した時に補正学習値が算出されるようになっていて、上記制御所要時間推定手段によって推定されたＮＯｘ還元制御の所要時間が予め定めたフィードバック可能基準所要時間未満である場合には、そのＮＯｘ還元制御において上記要求添加量が最新の上記補正学習値に基づいて補正されるようになっている。
【００４０】
上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じた要求添加量の補正が実施されない場合には、還元剤添加量が過多あるいは過少になる可能性が高まり、ＮＯｘ還元制御が効率的に実施できなくなることが懸念される。これに対し、請求項１６に記載の発明では、上記ＮＯｘ還元制御の所要時間が予め定めたフィードバック可能基準所要時間未満であると推定される場合、すなわち、上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じた要求添加量の補正が実施されない場合に、上記要求添加量が上記補正学習値に基づいて補正されるようになっている。そしてこれによって、より効率的にＮＯｘ還元制御を実施することが可能となる。
【００４１】
請求項１７に記載の発明では請求項１から１０の何れか一項に記載の発明において、上記ＮＯｘ還元制御の所要時間を推定する制御所要時間推定手段を備えていて、該制御所要時間推定手段によって推定されたＮＯｘ還元制御の所要時間が予め定めた学習可能基準所要時間以上である場合にのみ、そのＮＯｘ還元制御の実施中に上記空燃比検出手段によって検出された空燃比に基づいて、そのＮＯｘ還元制御が終了した時に補正学習値が算出されるようになっていて、上記ＮＯｘ還元制御において上記要求添加量が最新の上記補正学習値に基づいて補正されるようになっている。
【００４２】
上記空燃比検出手段によってその都度検出される空燃比に応じて要求添加量が補正される場合、補正の度合の設定によっては空燃比が大きく振れてしまう恐れがある。この点、請求項１７に記載の発明によれば、上記のように算出された補正学習値に基づいて上記要求添加量が補正されるので、上記のような制御性の悪化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００４３】
各請求項に記載の発明は、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ還元制御における還元剤の供給をより高精度に制御して、従来よりも更に効率的にＮＯｘ還元制御を実施することを可能にするという共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００４５】
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内にそれぞれ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それぞれ示す。各気筒部分の＃１〜＃４はそれぞれ第一気筒から第四気筒を示している。
【００４６】
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の入口はエアクリーナ８に連結される。エアクリーナ８とコンプレッサ７ａとの間には吸入空気量を検出するエアフローメータ４３が設けられている。吸気ダクト６内にはステップモータ（図示なし）により駆動されるスロットル弁９が配置され、更に吸気ダクト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（インタークーラ）１０が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水がインタークーラ１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００４７】
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ＮＯｘ吸蔵触媒１１を内蔵したケーシング１２に連結される。排気マニホルド５の集合部出口には排気マニホルド５内を流れる排気ガス中に例えば炭化水素からなる還元剤を供給するための還元剤添加弁１３が配置される。なお、本実施形態においては還元剤として内燃機関の燃料が用いられる。
【００４８】
また、ケーシング１２の上流側と下流側、すなわちＮＯｘ吸蔵触媒１１の上流側と下流側にはそれぞれ排気ガスの温度を検出するための排気ガス温度センサ４４、４５が配置される。更に、ケーシング１２の下流側、すなわちＮＯｘ吸蔵触媒１１の下流側には排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４６も配置されている。なお、ここで排気ガスの空燃比とは排気ガス中に含まれる空気と燃料との比率であり、上記空燃比センサ４６で検出されるのは、通常、同空燃比センサ４６より上流側の排気通路と燃焼室２または吸気通路に供給された空気と燃料との比率である。
【００４９】
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１４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１４内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１５が配置される。また、ＥＧＲ通路１４周りにはＥＧＲ通路１４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置（ＥＧＲクーラ）１６が配置される。本実施形態では機関冷却水がＥＧＲクーラ１６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。更に本実施形態では、ＥＧＲ通路１４のＥＧＲクーラ１６の上流に酸化触媒２０が設けられており、ＥＧＲガス中に含まれる炭化水素等をＥＧＲクーラ１６へ流入する前に一定程度処理し、ＥＧＲクーラ１６の詰まりやＥＧＲ制御弁１５の固着等を防止するようにされている。
【００５０】
一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１７を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール１８に連結される。このコモンレール１８内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１９から燃料が供給され、コモンレール１８内に供給された燃料は各燃料供給管１７を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００５１】
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及び出力ポート３６を具備する。上述したエアフローメータ４３、排気ガス温度センサ４４、４５及び空燃比センサ４６の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。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Ｌ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９駆動用ステップモータ、還元剤添加弁１３、ＥＧＲ制御弁１５、及び燃料ポンプ１９等に接続される。
【００５２】
図２（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセルペダル４０の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を示している。なお、図２（Ａ）において各曲線は等トルク曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトルクが０（ゼロ）であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝ａ、ＴＱ＝ｂ、ＴＱ＝ｃ、ＴＱ＝ｄの順に次第に要求トルクが高くなる。図２（Ａ）に示される要求トルクＴＱは図２（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。本実施形態では図２（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル４０の踏込み量Ｌ及び機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱがまず初めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて燃料噴射量（より詳細には、要求トルクを得るべく筒内で燃焼させるために筒内に噴射される燃料量であり、以下では「要求トルク対応燃料噴射量」という）等が算出される。
【００５３】
ＥＣＵ３０は、このように内燃機関の各構成要素と信号をやり取りして上記要求トルク対応燃料噴射量の制御等の機関の基本制御を行う他、後述するＮＯｘ吸蔵剤（ＮＯｘ吸蔵触媒１１）のＮＯｘ還元制御等、各種の制御を行う。
【００５４】
図１に示すＮＯｘ吸蔵触媒１１はハニカム形状の担体にＮＯｘ吸蔵剤を担持したものであり、本実施形態における排気浄化手段を構成する。このＮＯｘ吸蔵剤は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。ＮＯｘ吸蔵剤は流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、流通する排気ガスの空燃比が小さくなり（もしくは酸素濃度が低くなり）、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを離脱して還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有する。
【００５５】
なお、触媒の熱劣化（すなわち、貴金属のシンタリング）を抑制すべく担体にセリア（酸化セリウム）をコーティングする場合があるが、そのようにすると触媒により多くの酸素が保持されるようになり、後述するＮＯｘ還元制御における空燃比の制御性が悪化するので、本発明の実施形態においては、そのようなＮＯｘ吸蔵触媒を用いるのは好ましくない。
【００５６】
図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常運転時の排気ガス空燃比はリーンでありＮＯｘ吸蔵剤は排気ガス中のＮＯｘの吸蔵を行う。また、還元剤の添加等により流通する排気ガスの空燃比が小さくされ且つ還元剤の存在する状態にされるとＮＯｘ吸蔵剤は吸蔵したＮＯｘを離脱すると共に離脱したＮＯｘを還元浄化する。
【００５７】
次に図３を参照して、上述したＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用のうちＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用のメカニズムについて白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明する。すなわち、流通する排気ガスの空燃比がかなりリーンになると排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図３（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2がＯ2-またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2-またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる。次いで生成されたＮＯ2の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつＮＯｘ吸蔵剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図３（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯｘ吸蔵剤内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤内に吸収される。
【００５８】
一方、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ2の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯｘ吸蔵剤内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2の形でＮＯｘ吸蔵剤から放出される。すなわち、排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘが放出されることになる。排気ガスのリーンの度合いが低くなれば排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘが放出されることになる。
【００５９】
また、排気ガスの空燃比を小さくすると排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ吸蔵剤からＮＯ2が放出されることになるが、この場合、放出されたＮＯ2は図３（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ2が存在しなくなるとＮＯｘ吸蔵剤から次から次へとＮＯ2が放出される。したがってＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの空燃比を小さくし、且つ還元剤が存在する状態にすると短時間のうちにＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘが放出されて還元浄化されることになる。
【００６０】
本実施形態においては、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤（ＮＯｘ吸蔵触媒１１）に吸蔵させ、一定期間使用して吸蔵したＮＯｘを離脱させて還元浄化すべきであると判定された時に、還元剤添加弁１３から還元剤を添加してＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘを離脱し還元浄化するＮＯｘ還元制御を実施するようにしている。
【００６１】
ところで、上記のようなＮＯｘ還元制御を実施する際には、供給した還元剤（燃料）を無駄なく利用して効率的にＮＯｘ還元制御を実施できるように還元剤を供給することが望まれる。すなわち、ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの空燃比を精度良く制御すると共にＮＯｘの還元浄化に必要な分の還元剤を提供できるように還元剤を供給することが望ましい。本実施形態では、このような点を踏まえ、以下で説明するような制御を行って上記ＮＯｘ還元制御における還元剤の供給をより高精度に制御して、従来よりも効率的にＮＯｘ還元制御を実施できるようにしている。
【００６２】
なお、本実施形態においては上記ＮＯｘ還元制御中における上記還元剤の供給が、上記還元剤添加弁１３による複数回の還元剤添加、すなわち間欠的な噴射によって行われるようになっている。また、各回の還元剤添加は上記還元剤添加弁１３から最も近い内燃機関の気筒、すなわち第一気筒（＃１）が排気行程にある時にのみ実施されるようになっている。したがって、四気筒内燃機関に適用されている本実施形態の場合には、機関２回転に１回の割合で還元剤添加を行うことができることになる。
【００６３】
また、このように各回の還元剤添加が上記還元剤添加弁１３から最も近い内燃機関の気筒が排気行程にある時にのみ実施されるようにすると、添加された還元剤がガスの脈動によって各気筒内へと流入したり、添加された還元剤がＥＧＲ通路１４内へと流入したりすることが抑制される。これにより、上記ＮＯｘ還元制御に実際に利用される還元剤の量を増加させることができると共にその量をより高精度に把握することが可能になるため、上記ＮＯｘ還元制御における還元剤の供給をより一層効率的且つ高精度なものとすることができる。
【００６４】
そして本実施形態では、上記複数回の還元剤添加の各回の要求添加量が、還元剤添加毎に、上記ＮＯｘ還元制御を行う際の上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１へ流入するガスの目標空燃比に基づきつつ、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１に到達する前にガスの経路内に付着してしまう還元剤の量と、既に上記経路内に付着している還元剤のうち上記ガス中に蒸発する還元剤の量とを考慮して決定されるようになっている。
【００６５】
図４は、本実施形態の上記要求添加量を決定するための制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ３０により所定時間毎もしくは所定機関回転数毎の割込みによって実施される。
【００６６】
この制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１０１においてＮＯｘ還元制御の実施中であるか否かが判定される。この判定はより詳細には、予め定めたＮＯｘ還元制御開始条件が成立し且つ予め定めたＮＯｘ還元制御終了条件が成立していない状態にあるか否かの判定であり、更に換言すれば、ＮＯｘ還元制御を実施すべき状態にあるか否かの判定である。ステップ１０１においてＮＯｘ還元制御の実施中ではないと判定された場合には、ステップ１１１に進み、後述する積算要求直達量Ｆｓ（ｎ）の値が初期化され（通常はＦｓ（０）＝０とされ）、その後本制御ルーチンの制御は一旦終了し再度始めから繰り返される。一方、ステップ１０１においてＮＯｘ還元制御の実施中であると判定された場合には、ステップ１０３に進む。
【００６７】
ステップ１０３では瞬時要求直達量Ｆｒｄが算出される。この瞬時要求直達量Ｆｒｄは、所定の対象時間ｔｂ１（すなわち、通常はステップ１０３の制御の実行間隔（前回の実行から今回の実行までの時間）であり、ＮＯｘ還元制御開始直後は、ＮＯｘ還元制御開始条件成立後、初めにステップ１０３の制御を実行するまでの時間）について算出されるものであり、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１へ流入するガスの空燃比を目標空燃比にするために、添加される還元剤のうちガス経路に付着する等せずに上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１に直接到達することが要求される還元剤の量である。
【００６８】
この瞬時要求直達量Ｆｒｄは、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１へ流入するガスの目標空燃比をＡＦｏ、上記時間ｔｂ１の間に上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を流通するガス量をＧａ、上記時間ｔｂ１の間に噴射される要求トルク対応燃料噴射量をＦｔ、上記時間ｔｂ１の間にガス経路内に付着している還元剤のうち上記ガス中に蒸発する還元剤の量をＦｖとすると、以下の式（１）で表すことができる。
Ｆｒｄ＝（Ｇａ／ＡＦｏ）−Ｆｔ−Ｆｖ  …  （１）
【００６９】
なお、ここで上記蒸発量Ｆｖは種々の方法で求めることができるが、例えば、前回の還元剤添加量と排気ガス温度センサ４４、４５の少なくとも一方の検出結果から推定される排気管の内壁温度とを引数として蒸発量Ｆｖを求めるマップを予め作成しておき、そのマップに基づいて求めるようにしても良い。
【００７０】
ステップ１０３において瞬時要求直達量Ｆｒｄが算出されると、ステップ１０５に進み、積算要求直達量Ｆｓ（ｎ）が算出される（ここでｎ≧１であり、Ｆｓ（０）は予め定められる初期値）。これは、ステップ１０３で算出された瞬時要求直達量Ｆｒｄの積算値であり、前回までの瞬時要求直達量Ｆｒｄの積算値をＦｓ（ｎ−１）とすると、以下の式（２）で表すことができる。
Ｆｓ（ｎ）＝Ｆｓ（ｎ−１）＋Ｆｒｄ  …  （２）
【００７１】
ステップ１０５において積算要求直達量Ｆｓ（ｎ）が算出されると、ステップ１０７に進み、要求添加量Ｆｒａが算出される。この要求添加量Ｆｒａは、ステップ１０５で算出された積算要求直達量Ｆｓ（ｎ）を直達率Ｄｒで除算して求められる（式（３）参照）。この直達率Ｄｒは、添加される還元剤のうちガス経路に付着する等せずに上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１に直接到達する還元剤の量の添加された還元剤の量に対する割合である。ここで直達率Ｄｒは、種々の方法で求めることができるが、例えば、ガス流量、排気ガス温度、、排気管の内壁温度を引数として直達率Ｄｒを求めるマップを予め作成しておき、そのマップに基づいて求めるようにしても良い。
Ｆｒａ＝Ｆｓ（ｎ）／Ｄｒ  …  （３）
【００７２】
なお、積算要求直達量Ｆｓ（ｎ）が質量（例えば、グラム）で求められている場合に、要求添加量Ｆｒａを体積（例えば、ミリリットル）で求めたい場合には、還元剤の密度ρ（グラム／ミリリットル）で式（３）の右辺を除算すれば良い。
【００７３】
ステップ１０７において要求添加量Ｆｒａが算出されると、ステップ１０９に進む。ステップ１０９においては、還元剤添加のタイミング（すなわち、第一気筒（＃１）が排気行程にある時に設定されている添加タイミング）が間近であるかが判定される。より詳細には、再度ステップ１０１からの制御が実施された場合に次にステップ１０７において要求添加量Ｆｒａが算出されるまでの間に還元剤添加のタイミングが到来するか否かが判定される。
【００７４】
そして本実施形態においてこの判定は、次にステップ１０７において要求添加量Ｆｒａが算出されるまでの間に還元剤添加が実施されるか否かの判定であり、つまりは、添加量を直前のステップ１０７で求めた要求添加量Ｆｒａとした還元剤の添加が実施されるか否かの判定であると言える。
【００７５】
ステップ１０９において還元剤添加がまだ実施されないと判定された場合には、制御は一旦終了し再度始めから繰り返される。つまり、この場合にはステップ１０１に戻り、要求添加量Ｆｒａが再度計算される。一方、還元剤添加が実施されると判定された場合にはステップ１１１に進み、積算要求直達量Ｆｓ（ｎ）の値が初期化され（通常はＦｓ（０）＝０とされ）、その後本制御ルーチンの制御が一旦終了して再度始めから繰り返されることになる。
【００７６】
以上の説明から明らかなように、本制御ルーチンは、その時点において適切な要求添加量Ｆｒａを算出するものである。そして本実施形態では、還元剤添加のタイミングが到来した時に、その時に算出されている要求添加量Ｆｒａの還元剤が添加されるようになっている。
【００７７】
以上、説明したように、本実施形態では、上記ＮＯｘ還元制御中における複数回の還元剤添加の各回の要求添加量Ｆｒａが、ガス経路内への付着還元剤量と、ガス経路からの蒸発還元剤量とを考慮して決定されるようになっている。すなわち、本実施形態では、要求添加量Ｆｒａの算出において、上記直達率Ｄｒを用いることによって上記付着還元剤量が考慮され、上記蒸発量Ｆｖを用いることで上記蒸発還元剤量が考慮されている。そしてこのようにすることによって、上記ＮＯｘ還元制御における還元剤の供給をより高精度に制御して、従来よりも更に効率的にＮＯｘ還元制御を実施することが可能となる。
【００７８】
また、例えば上記要求添加量を機関運転状態（要求トルク及び機関回転数）に応じて適合した値としてマップで有している場合には、機関運転状態に応じた上記要求トルク対応燃料噴射量の適合条件が変更され、機関運転状態に応じた上記要求トルク対応燃料噴射量（すなわち、図２（ｂ）のマップ）が変更された場合等に上記要求添加量のマップを作成し直す必要が生じる。これに対し、本実施形態のようにして要求添加量Ｆｒａを逐次算出する場合には、上記のように機関運転状態に応じた上記要求トルク対応燃料噴射量が変更された場合等にもそのまま対応可能である。
【００７９】
なお、本実施形態では、上記要求添加量Ｆｒａがガス経路内への上記付着還元剤量とガス経路からの上記蒸発還元剤量との両方を考慮して決定されるようになっているが、他の実施形態においては、上記付着還元剤量と上記蒸発還元剤量の何れか一方のみを考慮して決定されるようになっていても良い。
【００８０】
また、本発明の更に他の実施形態においては、上記複数回の還元剤添加の各回の要求添加量Ｆｒａに、上限値及び下限値が設けられていても良い。すなわち、この実施形態では、還元剤添加のタイミングが到来した時に算出されている要求添加量Ｆｒａが上記上限値よりも多い時には、添加量を上記上限値とした還元剤添加が実施され、その時に算出されていた要求添加量Ｆｒａと上記上限値との差分については次回の還元剤添加に繰り越されるようになっている。また、還元剤添加のタイミングが到来した時に算出されている要求添加量Ｆｒａが上記下限値よりも少ない時には、その回の還元剤添加が実施されず、その時に算出されていた要求添加量Ｆｒａについては次回の還元剤添加に繰り越されるようになっている。
【００８１】
図５は、本実施形態で実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ３０により所定機関回転数毎の割込みによって実施される。また、本制御ルーチンは、図４に示した制御ルーチンと並行して実施される。
【００８２】
本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ２０１においてＮＯｘ還元制御の実施中であるか否かが判定される。このステップ２０１における制御は、図４に示した制御ルーチンのステップ１０１における制御とほぼ同様である。ステップ２０１においてＮＯｘ還元制御の実施中ではないと判定された場合には、本制御ルーチンの制御は一旦終了し再度始めから繰り返される。一方、ステップ２０１においてＮＯｘ還元制御の実施中であると判定された場合には、ステップ２０３に進む。
【００８３】
ステップ２０３では、還元剤添加のタイミング（すなわち、第一気筒（＃１）が排気行程にある時に設定されている添加タイミング）が到来したか否かが判定される。ステップ２０３において還元剤添加のタイミングが到来していないと判定された場合には、本制御ルーチンの制御は一旦終了し再度始めから繰り返される。一方、ステップ２０３において還元剤添加のタイミングが到来したと判定された場合には、ステップ２０５に進み、その時点において算出されている要求添加量Ｆｒａが取り込まれる。この要求添加量Ｆｒａは、上述したように図４に示した制御ルーチンによって算出されている。
【００８４】
ステップ２０５で上記要求添加量Ｆｒａが取り込まれるとステップ２０７に進む。ステップ２０７においては、上記要求添加量Ｆｒａが予め定めた還元剤添加量の上限値Ｆｒａｍａｘ以上であるか否かが判定される。本実施形態では、上記上限値Ｆｒａｍａｘとして、還元剤の大気への放出や白煙の発生が許容範囲内となる最大の還元剤添加量を用いている。このようにすることで還元剤の添加過多による還元剤の大気への放出や白煙の発生を抑制することができる。また、このような上限値Ｆｒａｍａｘは、例えば、ガス流量、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度、触媒の劣化度合等を引数として上記上限値Ｆｒａｍａｘを求めるマップを予め作成しておき、そのマップに基づいて求めるようにしても良い。
【００８５】
ここで、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度は排気ガス温度センサ４４、４５の少なくとも一方の検出結果から推定することができる。他の実施形態ではＮＯｘ吸蔵触媒１１に温度センサを設けるようにしても良い。また、触媒の劣化度合は車両走行距離や触媒劣化係数（最大酸素吸蔵能力）Ｃｍａｘ等から推定することができる。
なお、他の実施形態では、上記上限値Ｆｒａｍａｘを一定値としても良い。
【００８６】
ステップ２０７において、上記要求添加量Ｆｒａが上記上限値Ｆｒａｍａｘ以上であると判定された場合にはステップ２０９に進み、上記要求添加量Ｆｒａが上記上限値Ｆｒａｍａｘ未満であると判定された場合にはステップ２１３に進む。
【００８７】
ステップ２０９に進んだ場合には、そこで実行添加量Ｆｉａが上記上限値Ｆｒａｍａｘとされ、同上限値Ｆｒａｍａｘの還元剤が添加される。そしてステップ２０９に続いてステップ２１１に進み、そこで積算要求直達量Ｆｓ（ｎ）の初期値Ｆｓ（０）が算出される。この初期値Ｆｓ（０）の算出は以下の式（４）によって行われる。また、上述のように実行添加量Ｆｉａが上記上限値Ｆｒａｍａｘとされた場合には、式（５）のようになる。
Ｆｓ（０）＝Ｄｒ・（Ｆｒａ−Ｆｉａ）        …  （４）
＝Ｄｒ・（Ｆｒａ−Ｆｒａｍａｘ）  …  （５）
【００８８】
このステップ２１１で算出される初期値Ｆｓ（０）は、図４に示された制御ルーチンのステップ１１１において積算要求直達量Ｆｓ（ｎ）を初期化した時の値として用いられる。そして、このようにすることによって今回添加されなかった上記要求添加量Ｆｒａと上記上限値Ｆｒａｍａｘとの差分について次回の還元剤添加に繰り越されるようになる。ステップ２１１で上記初期値Ｆｓ（０）が算出されると、本制御ルーチンの制御は一旦終了し再度始めから繰り返される。
【００８９】
一方、ステップ２１３に進んだ場合には、そこで上記要求添加量Ｆｒａが予め定めた還元剤添加量の下限値Ｆｒａｍｉｎ未満であるか否かが判定される。本実施形態では、上記下限値Ｆｒａｍｉｎとして、上記還元剤添加弁１３で還元剤添加を行う場合に添加量の精度を許容可能な精度以上に維持できる最小添加量を用いている。このようにすることで添加される還元剤の量の精度を維持することができる。
【００９０】
ステップ２１３において、上記要求添加量Ｆｒａが上記下限値Ｆｒａｍｉｎ未満であると判定された場合にはステップ２１５に進む。ステップ２１５では実行添加量Ｆｉａが０（ゼロ）とされる。すなわち、この場合には還元剤の添加は行われない。そして、ステップ２１１に進み、そこで積算要求直達量Ｆｓ（ｎ）の初期値Ｆｓ（０）が算出される。この場合、初期値Ｆｓ（０）は直達率Ｄｒと上記要求添加量Ｆｒａとの積（Ｄｒ・Ｆｒａ）とされる。そして、このようにすることによって今回添加されなかった上記要求添加量Ｆｒａについては次回の還元剤添加に繰り越されるようになる。ステップ２１１で上記初期値Ｆｓ（０）が算出されると、上述したように本制御ルーチンの制御は一旦終了し再度始めから繰り返される。
【００９１】
一方、ステップ２１３において、上記要求添加量Ｆｒａが上記下限値Ｆｒａｍｉｎ以上であると判定された場合にはステップ２１７に進む。ステップ２１７では実行添加量Ｆｉａが上記要求添加量Ｆｒａとされ、同要求添加量Ｆｒａの還元剤が添加される。その後、ステップ２１１に進み、そこで積算要求直達量Ｆｓ（ｎ）の初期値Ｆｓ（０）が算出される。この場合、初期値Ｆｓ（０）は０（ゼロ）とされる。ステップ２１１で上記初期値Ｆｓ（０）が算出されると、上述したように本制御ルーチンの制御は一旦終了し再度始めから繰り返される。
【００９２】
以上、説明したように、本実施形態によれば、上記上限値Ｆｒａｍａｘを設定することにより還元剤の添加過多による還元剤の大気への放出や白煙の発生を抑制することができ、また、上記下限値Ｆｒａｍｉｎを設定することにより添加される還元剤の量の精度を維持することができる。
【００９３】
更に、次に説明する本発明の他の実施形態においては、上記ＮＯｘ還元制御において各回の要求添加量Ｆｒａが上述したような制御によって決定されると共に、上記ＮＯｘ還元制御を実施する間隔が、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１に到達する還元剤量に対するＮＯｘの還元浄化に使用される還元剤量の割合に基づいて定まる還元効率が高いほど、短くなるようになっている。このようにすると、結果として上記還元効率が高い場合に上記ＮＯｘ還元制御が行われることが多くなり、従来よりも更に効率的にＮＯｘ還元制御を実施することが可能となる。
【００９４】
ここで上記還元効率ηを式で表すと以下の式（６）のようになる。この場合、還元効率ηは、所定の対象時間ｔｂ２（例えば、単位時間）について決定されるものであり、式（６）中のＦｕは上記時間ｔｂ２の間にＮＯｘの還元浄化に使用される還元剤量、Ｆｉｄは上記時間ｔｂ２の間にガス経路に付着する等せずに上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１に直接到達する添加還元剤の量、Ｆｗは上記時間ｔｂ２の間にガス経路内に付着している還元剤のうち上記ガス中に蒸発する還元剤の量、Ｆｔは上記時間ｔｂ２の間に噴射される要求トルク対応燃料噴射量、Ｇｂは上記時間ｔｂ２の間に上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を流通するガス量、ＡＦｓは理論空燃比をそれぞれ表す。
η＝Ｆｕ／（Ｆｉｄ＋Ｆｗ＋Ｆｔ−Ｇｂ／ＡＦｓ）  …  （６）
【００９５】
上記還元効率ηは上記式（６）のように表せるが、本実施形態では上記還元効率ηを求めるためにＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度ＴｃとＮＯｘ吸蔵触媒１１のＮＯｘ吸蔵量Ｓｃとを引数としたマップが予め作成されており、そのマップに基づいて求めるようにしている。なお、ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃの推定方法については後述する。図６は、このような上記還元効率ηを求めるためのマップの一例である。図中の曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は等ＮＯｘ吸蔵量曲線を表しており、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の順に次第にＮＯｘ吸蔵量が多くなる。
【００９６】
次に本実施形態において、上記ＮＯｘ還元制御を実施する間隔が上記還元効率ηが高いほど短くなるようにすべく実施される具体的な制御について説明する。図７は、本実施形態において実施されているＮＯｘ還元制御を開始するか否か（すなわち、ＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを離脱させて還元浄化すべきであるか否か）を判定する制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンはＥＣＵ３０によりＮＯｘ還元制御の終了と同時にスタートされる。
【００９７】
この制御ルーチンがスタートすると、まずステップ３０１においてＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが予め定めた制御開始必要基準量Ｓｃｎ以上であるか否かが判定される。この制御開始必要基準量Ｓｃｎは、ＮＯｘ吸蔵触媒１１が飽和する前にＮＯｘ還元制御が開始されるようにするために設定されるもので、通常はＮＯｘ吸蔵触媒１１の最大ＮＯｘ吸蔵可能量Ｓｃａｍａｘより小さい量を制御過渡期間を考慮して設定するようにする。本実施形態においては上記最大ＮＯｘ吸蔵可能量Ｓｃａｍａｘを０．８倍した値を上記制御開始必要基準量Ｓｃｎとして用いている（Ｓｃｎ＝Ｓｃａｍａｘ×０．８）。
【００９８】
なおここで、上記最大ＮＯｘ吸蔵可能量Ｓｃａｍａｘは、例えば以下のようにして求められる。すなわち、図８に示すようなＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度Ｔｃを引数として最大ＮＯｘ吸蔵可能量Ｓｃａｍａｘの基本値Ｓｃａｍａｘｂを求めるマップを予め作成しておき、このマップに基づいて、まず上記基本値Ｓｃａｍａｘｂを求めるようにする。そして、次にこの基本値ＳｃａｍａｘｂをＮＯｘ吸蔵触媒１１に含まれている吸蔵剤量、ＮＯｘ吸蔵触媒１１の熱劣化の度合及び硫黄被毒の度合等に基づいて補正して最大ＮＯｘ吸蔵可能量Ｓｃａｍａｘを求めるようにする。
【００９９】
一方、ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃは、以下の式（７）に基づいて求められる。
Ｓｃ（ｎ）＝Ｓｃｂ−Ｓｃｕ−Ｓｃｃ−Ｓｃｄ＋Ｓｃ（ｎ−１）  …  （７）
ここで、Ｓｃ（ｎ）及びＳｃ（ｎ−１）はそれぞれＮＯｘ吸蔵量Ｓｃの今回値及び前回値である。Ｓｃｂは内燃機関の発生するＮＯｘ量（機関発生ＮＯｘ量）であり、この値は機関回転数Ｎと要求トルク対応燃料噴射量Ｆｔとを引数として予め作成されたマップに基づいて求められる。
【０１００】
Ｓｃｕは還元浄化されるＮＯｘ量（還元ＮＯｘ量）であり、この値はＮＯｘの還元浄化に使用される還元剤量Ｆｕに基づいて算出される。つまり、上記還元剤量Ｆｕに単位還元剤量に対する理論還元ＮＯｘ量を乗算することで還元ＮＯｘ量Ｓｃｕを算出することができる。また、このようにして算出した還元ＮＯｘ量ＳｃｕをＮＯｘ吸蔵触媒１１に用いられている貴金属の量Ｋｒに基づいて補正するようにしても良い。なお、上記還元剤量Ｆｕは、図６に示されたマップから求められた還元効率ηを上記式（６）に代入して逆算することで求めることができる。
【０１０１】
ＳｃｃはＮＯｘ吸蔵触媒１１をすり抜けていくＮＯｘ量（すり抜けＮＯｘ量）であり、この値は、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を流通するガス量Ｇｂ、ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃの前回値Ｓｃ（ｎ−１）、機関発生ＮＯｘ量Ｓｃｂ、貴金属量Ｋｒ等に基づいて求められるようになっている。
【０１０２】
ＳｃｄはＮＯｘ吸蔵触媒１１のＮＯｘ吸蔵剤から離脱するＮＯｘ量（離脱ＮＯｘ量）であり、この値は、しみ出しＮＯｘ量Ｓｃｆと、はき出しＮＯｘ量Ｓｃｇとを合計して求められる（Ｓｃｄ＝Ｓｃｆ＋Ｓｃｇ）。ここで、しみ出しＮＯｘ量Ｓｃｆは、ＮＯｘ吸蔵触媒１１を流通するガスの空燃比が小さくなること（もしくは酸素濃度が低くなること）により離脱したＮＯｘ量であり、上記ガス量Ｇｂ、還元剤添加量、貴金属量Ｋｒに基づいて求められる。一方、はき出しＮＯｘ量Ｓｃｇは、例えばＮＯｘ還元制御が長く続いてＮＯｘ吸蔵触媒１１の温度Ｔｃが上昇し最大ＮＯｘ吸蔵可能量Ｓｃａｍａｘが低下すること等によって離脱せしめられるＮＯｘ量であり、ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃの前回値Ｓｃ（ｎ−１）から現在の最大ＮＯｘ吸蔵可能量Ｓｃａｍａｘを引算して求められる。なお、この引算の結果が負の値になった場合には、はき出しＮＯｘ量Ｓｃｇは０（ゼロ）とされる。
【０１０３】
ステップ３０１においてＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御開始必要基準量Ｓｃｎ以上であると判定された場合には、ステップ３０５に進んでＮＯｘ還元制御が開始され、本制御ルーチンの制御が終了する。一方、ステップ３０１においてＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが予め定めた制御開始必要基準量Ｓｃｎ未満であると判定された場合には、ステップ３０３に進む。
【０１０４】
ステップ３０３では、上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが予め定めた制御開始基準量Ｓｃｓ以上であるか否かが判定される。本実施形態においてこの制御開始基準量Ｓｃｓは、還元効率ηから適切な制御開始基準量Ｓｃｓが求められるように予め作成されたマップに基づいて求められるようになっている。図９はこのようなマップの一例であり、図９中の曲線Ｓｃｓは還元効率ηとそれに対応する適切な制御開始基準量Ｓｃｓとの関係を示したものである。この図に示されているように、制御開始基準量Ｓｃｓは還元効率ηが高い場合ほど少なくなるようになっている。
【０１０５】
ステップ３０３において、上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御開始基準量Ｓｃｓ未満であると判定された場合には、制御はステップ３０１に戻ることになる。一方、ステップ３０３において、上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御開始基準量Ｓｃｓ以上であると判定された場合には、ステップ３０５に進んでＮＯｘ還元制御が開始され、本制御ルーチンの制御が終了する。
【０１０６】
以上、説明したように、本実施形態では上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御開始基準量Ｓｃｓ以上であると判定された時には上記ＮＯｘ還元制御が開始されるようになっており、上記制御開始基準量Ｓｃｓは、上記還元効率ηが高い場合ほど少なく設定されるようになっている。そして、このようにすると、上記還元効率ηが高い場合ほど上記ＮＯｘ還元制御が開始され易くなる。この結果、上記還元効率ηが高い時に上記ＮＯｘ還元制御が行われることが多くなり、従来よりも更に効率的にＮＯｘ還元制御を実施することが可能となる。
【０１０７】
また、本実施形態では上記制御開始基準量Ｓｃｓとは別に制御開始必要基準量Ｓｃｎが更に設定されていて、上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御開始必要基準量Ｓｃｎ以上であると判定された時には、上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御開始基準量Ｓｃｓ以上であるか否かの判定は行わずに、上記ＮＯｘ還元制御が開始されるようになっている。そして、本実施形態においては、上述したように、上記制御開始必要基準量Ｓｃｓとして上記最大ＮＯｘ吸蔵可能量Ｓｃａｍａｘより小さい量が設定されている。このようにすると、例えば上記還元効率ηが低く、上記制御開始基準量Ｓｃｓが多めに設定されている場合であっても、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１に含まれているＮＯｘ吸蔵剤が飽和する前に上記ＮＯｘ還元制御を確実に実施することができる。なお、他の実施形態では、図７の制御ルーチンのステップ３０１が省略され、制御ルーチンがスタートするとすぐにステップ３０３に進むようになっていても良い。
【０１０８】
次に本実施形態において実施されているＮＯｘ還元制御を終了するか否かを判定する制御について説明する。図１０はこの制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンはＥＣＵ３０によりＮＯｘ還元制御の開始と同時にスタートされる。
【０１０９】
この制御ルーチンがスタートすると、まずステップ４０１において上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが予め定めた制御終了基準量Ｓｃｅ以下であるか否かが判定される。本実施形態においてこの制御終了基準量Ｓｃｅは、還元効率ηから適切な制御終了基準量Ｓｃｅが求められるように予め作成されたマップに基づいて求められるようになっている。図９はこのようなマップの一例であり、図９中の曲線Ｓｃｅは還元効率ηとそれに対応する適切な制御終了基準量Ｓｃｅとの関係を示したものである。この図に示されているように、制御終了基準量Ｓｃｅは還元効率ηが高い場合ほど少なくなるようになっている。
【０１１０】
ステップ４０１において上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御終了基準量Ｓｃｅ以下であると判定された場合には、ステップ４０３に進み、ＮＯｘ還元制御が終了せしめられ、本制御ルーチンが終了する。一方、ステップ４０１において上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御終了基準量Ｓｃｅより多いと判定された場合には、再度始めから制御が繰り返される。すなわち、この場合には、その後上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御終了基準量Ｓｃｅとなったと判定された時にＮＯｘ還元制御が終了せしめられることになる。
【０１１１】
以上、説明したように、本実施形態では上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御終了基準量Ｓｃｅ以下であると判定された時に上記ＮＯｘ還元制御が終了されるようになっており、上記制御終了基準量Ｓｃｅは、上記還元効率ηが高い場合ほど少なく設定されるようになっている。そして、このようにすると、上記還元効率ηが高い場合ほど上記ＮＯｘ還元制御の終了が遅延されることになる。この結果、上記還元効率ηが高い時に上記ＮＯｘ還元制御が行われることが多くなり、従来よりも更に効率的にＮＯｘ還元制御を実施することが可能となる。
【０１１２】
また、本発明の他の実施形態においては、ＮＯｘ還元制御を終了するか否かを判定する際に、更にＮＯｘ還元制御の実施に伴う燃費悪化を考慮するようにしても良い。図１１はこのように燃費悪化も考慮する場合の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンも、図１０に示した制御ルーチンと同様、ＥＣＵ３０によりＮＯｘ還元制御の開始と同時にスタートされる。
【０１１３】
この制御ルーチンがスタートすると、まずステップ５０１において、今回のＮＯｘ還元制御中に添加された還元剤量の積算値に基づいて決定される燃費悪化指数Ｅｉが予め定めた燃費悪化基準値Ｅｉｅ以上であるか否かが判定される。ここで、上記燃費悪化指数Ｅｉは、今回のＮＯｘ還元制御の開始からその時までの還元剤添加量Ｆｉａと要求トルク対応燃料噴射量Ｆｔとの和の積算値を今回のＮＯｘ還元制御の開始からその時までの要求トルク対応燃料噴射量Ｆｔの積算値で除算したものである（したがって、Ｅｉ≧１）。本実施形態においてこの燃費悪化指数Ｅｉは、ＮＯｘ還元制御の開始と共に新たに算出が開始され、その回のＮＯｘ還元制御の間、継続的に算出されるようになっている。また、上記燃費悪化基準値Ｅｉｅは、燃費悪化の度合を上述の燃費悪化指数Ｅｉで表した場合における燃費悪化の許容上限値であり、予め設定される。
【０１１４】
ステップ５０１において、上記燃費悪化指数Ｅｉが上記燃費悪化基準値Ｅｉｅ未満であると判定された場合にはステップ５０３に進む。一方、ステップ５０１において上記燃費悪化指数Ｅｉが上記燃費悪化基準値Ｅｉｅ以上であると判定された場合にはステップ５０５に進む。ステップ５０５では、上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが予め定めた制御継続判定必要基準量Ｓｃｋ未満であるか否かが判定される。この制御継続判定必要基準量Ｓｃｋは、燃費悪化の抑制よりもＮＯｘ還元制御の実施を優先すべき場合の判定基準として設定されるもので、この趣旨を考慮して予め決定される。本実施形態においては上記最大ＮＯｘ吸蔵可能量Ｓｃａｍａｘを０．８倍した値を上記制御継続判定必要基準量Ｓｃｋとして用いている（Ｓｃｋ＝Ｓｃａｍａｘ×０．８）。
【０１１５】
ステップ５０５において上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御継続判定必要基準量Ｓｃｋ以上であると判定された場合には、ステップ５０３に進む。上述したステップ５０１及びこのステップ５０５からステップ５０３に進んだ場合には、先に説明した図１０の制御ルーチンのステップ４０１と同様の制御がなされる。すなわち、上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが予め定めた制御終了基準量Ｓｃｅ以下であるか否かが判定される。そして上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御終了基準量Ｓｃｅ以下であると判定された場合には、ＮＯｘ還元制御が終了せしめられ本制御ルーチンが終了する一方、上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御終了基準量Ｓｃｅより多いと判定された場合には、再度始めから制御が繰り返される。
【０１１６】
一方、ステップ５０５において上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御継続判定必要基準量Ｓｃｋ未満であると判定された場合には、ステップ５０７に進み、ＮＯｘ還元制御が終了せしめられ、本制御ルーチンが終了する。
【０１１７】
以上、説明したように、本実施形態ではＮＯｘ還元制御の実施に伴う燃費悪化を考慮してＮＯｘ還元制御の終了時期が設定されるようになっている。このため、ＮＯｘ還元制御の実施に伴う燃費悪化を抑制する上で、より適切な時期にＮＯｘ還元制御を終了させることができる。
【０１１８】
また、特に本実施形態では、上記燃費悪化指数Ｅｉが上記燃費悪化基準値Ｅｉｅ以上であると判定され、且つ、上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御継続判定必要基準量Ｓｃｋ未満であると判定された時に、ＮＯｘ還元制御が終了されるようになっている。つまり、本実施形態では、燃費悪化が懸念される状態において、上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御継続判定必要基準量Ｓｃｋ未満であればＮＯｘ還元制御が終了するようになっている。そしてこのことは、すなわち、燃費悪化が懸念される状態であっても、上記ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが上記制御継続判定必要基準量Ｓｃｋ以上であると判定された時にはＮＯｘ還元制御が継続されるようにすることができることを意味している。
【０１１９】
つまり、本実施形態では、上記制御継続判定必要基準量Ｓｃｋを適切に設定することで、所望の場合に燃費悪化の抑制よりもＮＯｘ還元制御の実施を優先させるようにすることができ、その結果として、より適切なＮＯｘ還元制御の実施が可能になる。そして例えば、上述したように上記制御継続判定必要基準量Ｓｃｋを比較的多めの量（例えば、上記最大ＮＯｘ吸蔵可能量Ｓｃａｍａｘを０．８倍した値等）に設定しておけば、ＮＯｘ吸蔵量Ｓｃが比較的多い場合には燃費悪化の抑制よりもＮＯｘ還元制御の実施が優先され、ＮＯｘ吸蔵剤が飽和してしまうのを防ぐことができる。
【０１２０】
なお、他の実施形態では図１１の制御ルーチンのステップ５０５が省略され、上記燃費悪化指数Ｅｉが上記燃費悪化基準値Ｅｉｅ以上であると判定された時には常にＮＯｘ還元制御が終了されるようになっていても良い。
【０１２１】
次に、更に他の実施形態において実施されるＮＯｘ還元制御を終了するか否かを判定するための制御について説明する。図１２はこの制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンはＥＣＵ３０によりＮＯｘ還元制御の開始と同時にスタートされる。
【０１２２】
この制御ルーチンがスタートすると、まずステップ６０１において排出ＮＯｘ割合Ｒｈが予め定めた制御終了基準割合Ｒｈｅ以上であるか否かが判定される。ここで、排出ＮＯｘ割合Ｒｈとは、今回のＮＯｘ還元制御中に上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１に含まれているＮＯｘ吸蔵剤から離脱されたＮＯｘ量Ｓｃｄの積算値を今回のＮＯｘ還元制御中に還元されたＮＯｘ量Ｓｃｕの積算値で除算して求められる値である。本実施形態においてこの排出ＮＯｘ割合Ｒｈは、ＮＯｘ還元制御の開始と共に新たに算出が開始され、その回のＮＯｘ還元制御の間、継続的に算出されるようになっている。また、上記制御終了基準割合Ｒｈｅは、ＮＯｘ吸蔵触媒１１よりも下流に排出されてしまうＮＯｘ量について上述の排出ＮＯｘ割合Ｒｈで表した場合における許容上限値であり、予め設定される。
【０１２３】
ステップ６０１において上記排出ＮＯｘ割合Ｒｈが上記制御終了基準割合Ｒｈ以上であると判定された場合には、ステップ６０３に進み、ＮＯｘ還元制御が終了せしめられ、本制御ルーチンが終了する。一方、ステップ６０１において上記排出ＮＯｘ割合Ｒｈが上記制御終了基準割合Ｒｈ未満であると判定された場合には、再度始めから制御が繰り返される。すなわち、この場合にはその後上記排出ＮＯｘ割合Ｒｈが上記制御終了基準割合Ｒｈとなったと判定された時にＮＯｘ還元制御が終了せしめられることになる。
【０１２４】
以上、説明したように、本実施形態では上記排出ＮＯｘ割合Ｒｈが上記制御終了基準割合Ｒｈｅ以上であると判定された時に上記ＮＯｘ還元制御が終了されるようになっている。そして、このようにすると、還元されずに排出されてしまうＮＯｘの割合に着目してＮＯｘ還元制御の終了時期が設定されるので、ＮＯｘの排出を抑制する上で、より適切な時期にＮＯｘ還元制御を終了させることができる。
【０１２５】
また、他の実施形態においては、上記排出ＮＯｘ割合Ｒｈに加え、ＮＯｘ還元制御の実施に伴う燃費悪化を考慮するようにしても良い。図１３は、このような実施形態で実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、これまで説明した制御ルーチン内の制御の組合せであり、これまでの説明に基づいて理解されると考えられるので詳細な説明は省略する。
【０１２６】
すなわち、この制御ルーチンは図１１に示した制御ルーチンと類似しており、ステップ７０１、７０５、７０７における制御は、それぞれ上述したステップ５０１、５０５、５０７における制御とほぼ同様である。また、ステップ７０３における制御は、図１２に示した制御ルーチンのステップ６０１における制御と同様である。そしてこの制御ルーチンも、ＥＣＵ３０によりＮＯｘ還元制御の開始と同時にスタートされる。
【０１２７】
そして、この実施形態によれば、図１１の制御ルーチンを実施した場合と同様、ＮＯｘ還元制御の実施に伴う燃費悪化を抑制する上で、より適切な時期にＮＯｘ還元制御を終了させることができる。また、制御継続判定必要基準量Ｓｃｋを適切に設定することで、所望の場合に燃費悪化の抑制よりもＮＯｘ還元制御の実施を優先させるようにすることができ、その結果として、より適切なＮＯｘ還元制御の実施が可能になる。そして更に、図１２の制御ルーチンを実施した場合と同様、還元されずに排出されてしまうＮＯｘの割合に着目してＮＯｘ還元制御の終了時期が設定されるので、ＮＯｘの排出を抑制する上で、より適切な時期にＮＯｘ還元制御を終了させることができる。
【０１２８】
なお、更に他の実施形態では図１３の制御ルーチンのステップ７０５が省略され、燃費悪化指数Ｅｉが燃費悪化基準値Ｅｉｅ以上であると判定された時には常にＮＯｘ還元制御が終了されるようになっていても良い。
【０１２９】
次に本発明の更に他の実施形態について説明する。この実施形態では、図４に示した制御ルーチンで算出された要求添加量Ｆｒａ（より詳細には、添加タイミングが到来した時に算出されている要求添加量Ｆｒａ）が上記空燃比センサ４６によってその都度検出される空燃比に応じて補正されるようになっている。すなわち、上記要求添加量Ｆｒａがフィードバック補正（Ｆ／Ｂ補正）されるようになっている。ただし、この実施形態では、ＮＯｘ還元制御の所要時間が比較的長い場合にのみ上記フィードバック補正を実施するようになっている。
【０１３０】
これは、ＮＯｘ還元制御の所要時間が短い場合に上記要求添加量Ｆｒａを上記空燃比センサ４６によってその都度検出される空燃比に応じてフィードバック補正するようにすると、上記空燃比センサ４６の応答性等が原因で空燃比が安定しないうちにＮＯｘ還元制御が終了してしまい、かえって効率的なＮＯｘ還元制御が実施できなくなる場合があるためである。以下、この実施形態においてフィードバック補正を実施するか否かを判定するために実施される制御について説明する。
【０１３１】
図１４はこの制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンの制御は、例えば図７を参照して説明したようなＮＯｘ還元制御の開始条件が成立した時にスタートされ、実際にＮＯｘ還元制御が開始される前に今回のＮＯｘ還元制御においてフィードバック補正を実施するか否かを決定して終了する。
【０１３２】
この制御ルーチンがスタートすると、まずステップ８０１において、ＮＯｘ還元制御の所要時間Ｐｓが推定される。この所要時間Ｐｓは、その時のＮＯｘ吸蔵触媒１１のＮＯｘ吸蔵量Ｓｃ及び温度Ｔｃ、ガス流量等に基づいて求められる。ステップ８０１で上記所要時間Ｐｓが推定されるとステップ８０３に進む。
【０１３３】
ステップ８０３においては、上記所要時間Ｐｓが予め定めたフィードバック可能基準所要時間Ｐｓｃ以上であるか否かが判定される。このフィードバック可能基準所要時間Ｐｓｃは、空燃比センサ４６の応答性等を考慮して決定され、例えば上述したようなフィードバック補正による不都合が生じないＮＯｘ還元制御の最短時間とされる。
【０１３４】
ステップ８０３において上記所要時間Ｐｓが予め定めたフィードバック可能基準所要時間Ｐｓｃ以上であると判定された場合には、ステップ８０５に進み、今回のＮＯｘ還元制御においては要求添加量Ｆｒａのフィードバック補正を実施することを決定して制御が終了する。
【０１３５】
なお、ここでの要求添加量Ｆｒａのフィードバック補正は、図４に示した制御ルーチンで算出された要求添加量Ｆｒａ（より詳細には、添加タイミングが到来した時に算出されている要求添加量Ｆｒａ）を空燃比センサ４６によってその都度検出される空燃比に応じて補正することで実施される。そしてこの補正は、例えば上記要求添加量Ｆｒａに、下記式（８）によって算出されるフィードバック補正添加量Ｆｂｃを加算することによって行われる。なおここで、Ｇｃは還元剤添加間の時間ｔｂ３の間に上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を流通するガス量であり、ＡＦｇは空燃比センサ４６によって検出される空燃比である。
【０１３６】
Ｆｃｂ＝（Ｇｃ／ＡＦｏ）−（Ｇｃ／ＡＦｇ）  …  （８）
【０１３７】
一方、ステップ８０３において上記所要時間Ｐｓが予め定めたフィードバック可能基準所要時間Ｐｓｃ未満であると判定された場合には、ステップ８０７に進み、今回のＮＯｘ還元制御においては要求添加量Ｆｒａのフィードバック補正を実施しないことを決定して制御が終了する。
【０１３８】
以上、説明したように、本実施形態では推定されたＮＯｘ還元制御の所要時間Ｐｓが予め定めたフィードバック可能基準所要時間Ｐｓｃ以上である場合にのみ、そのＮＯｘ還元制御において上記要求添加量Ｆｒａが空燃比センサ４６によってその都度検出される空燃比に応じてフィードバック補正されるようになっている。したがって、本実施形態によれば、上記フィードバック可能基準所要時間を適切に設定することにより、フィードバック補正を実施しても空燃比が安定しないうちにＮＯｘ還元制御が終了してしまい、かえって効率的なＮＯｘ還元制御が実施できなくなるというような不都合の発生を回避することができる。
【０１３９】
なお、上記要求添加量Ｆｒａのフィードバック補正が、最新のフィードバック学習値に基づいて行われる第一補正と、同第一補正を補足するように上記空燃比センサ４６によってその都度検出される空燃比に応じて行われる第二補正とを含んでいる場合には、上記フィードバック学習値は、上記要求添加量Ｆｒａがフィードバック補正されてＮＯｘ還元制御が実施された場合にのみ、そのＮＯｘ還元制御の実施中において上記空燃比センサ４６によって検出された空燃比に基づいて、そのＮＯｘ還元制御が終了した時に算出され更新されるようになっていることが望ましい。
【０１４０】
上記要求添加量Ｆｒａがフィードバック補正されてＮＯｘ還元制御が実施された場合は、すなわち、ＮＯｘ還元制御の所要時間Ｐｓが上記フィードバック可能基準所要時間Ｐｓｃ以上であった場合であり、フィードバック補正を実施して最終的に空燃比を安定化できた場合である。したがって、このような場合にのみ上記フィードバック学習値の算出（及び更新）することによって、適切なフィードバック学習値を得ることができる。
【０１４１】
次に更に他の実施形態について説明する。この実施形態においても、図４に示した制御ルーチンで算出された要求添加量Ｆｒａ（より詳細には、添加タイミングが到来した時に算出されている要求添加量Ｆｒａ）が上記空燃比センサ４６によってその都度検出される空燃比に応じて補正されるようになっている。すなわち、上記要求添加量Ｆｒａがフィードバック補正（Ｆ／Ｂ補正）されるようになっている。ただし、この実施形態では、上記要求添加量Ｆｒａが予め定めた基準要求添加量以下であり、且つ、上記ガスの空燃比が目標空燃比よりリッチであると判定される場合には、上記フィードバック補正が禁止されるようになっている。
【０１４２】
これは、上記要求添加量Ｆｒａがもともと少ない場合に上記ガスの空燃比が目標空燃比よりリッチであると、上記空燃比に応じた要求添加量のフィードバック補正によって還元剤添加量を０（ゼロ）以下にすべきであるとされる場合があり、このような場合には、上記フィードバック補正を行っても上記ガスの空燃比を制御することはできず、同補正の実施が無意味となってしまうことがあるからである。以下、この実施形態において実施される制御について図１５を参照しつつ説明する。
【０１４３】
図１５は本実施形態において実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ３０により所定機関回転数毎の割込みによって実施される。また、本制御ルーチンは、図４に示した制御ルーチンと並行して実施される。
【０１４４】
本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ９０１においてＮＯｘ還元制御の実施中であるか否かが判定される。このステップ９０１における制御は、図４に示した制御ルーチンのステップ１０１及び図５に示した制御ルーチンのステップ２０１における制御とほぼ同様である。ステップ９０１においてＮＯｘ還元制御の実施中ではないと判定された場合には、本制御ルーチンの制御は一旦終了し再度始めから繰り返される。一方、ステップ９０１においてＮＯｘ還元制御の実施中であると判定された場合には、ステップ９０３に進む。
【０１４５】
ステップ９０３では、還元剤添加のタイミング（すなわち、第一気筒（＃１）が排気行程にある時に設定されている添加タイミング）が到来したか否かが判定される。このステップ９０３における制御は、図５に示した制御ルーチンのステップ２０３における制御とほぼ同様である。ステップ９０３において還元剤添加のタイミングが到来していないと判定された場合には、本制御ルーチンの制御は一旦終了し再度始めから繰り返される。一方、ステップ９０３において還元剤添加のタイミングが到来したと判定された場合には、ステップ９０５に進み、その時点において算出されている要求添加量Ｆｒａが取り込まれる。この要求添加量Ｆｒａは、図４に示した制御ルーチンによって算出されているものである。
【０１４６】
ステップ９０５で上記要求添加量Ｆｒａが取り込まれるとステップ９０７に進む。ステップ９０７においては、上記要求添加量Ｆｒａが予め定めた基準要求添加量Ｆｃｆより多いか否かが判定される。この判定は、要求添加量Ｆｒａが少ないためにフィードバック補正をすると不都合が生じてしまう場合を避けるために実施されるものであり、上記基準要求添加量Ｆｃｆはこの趣旨に基づいて決定される。すなわち、この基準要求添加量Ｆｃｆは、例えば、フィードバック補正の実施上不都合が生じる可能性のある最大の添加量とされ、その値は好ましくはステップ９０７の後に続く各ステップにおいて実施される制御も考慮して決定される。
【０１４７】
ステップ９０７において上記要求添加量Ｆｒａが上記基準要求添加量Ｆｃｆより多いと判定された場合にはステップ９１３に進む。一方、ステップ９０７において上記要求添加量Ｆｒａが上記基準要求添加量Ｆｃｆ以下であると判定された場合にはステップ９０９に進む。ステップ９０９では、空燃比センサ４６で検出された空燃比ＡＦｇが目標空燃比ＡＦｏよりも小さいか否かが判定される。この判定は、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を流通するガスの空燃比が目標空燃比ＡＦｏよりもリッチであるか否かの判定である。
【０１４８】
ステップ９０９において上記空燃比ＡＦｇが目標空燃比ＡＦｏ以上であると判定された場合、すなわち上記ガスの空燃比が目標空燃比ＡＦｏよりもリッチではないと判定された場合には、ステップ９１３に進む。一方、ステップ９０９において上記空燃比ＡＦｇが目標空燃比ＡＦｏ未満であると判定された場合、すなわち上記ガスの空燃比が目標空燃比ＡＦｏよりもリッチであると判定された場合には、ステップ９１１に進む。
【０１４９】
ステップ９１１では、内燃機関の燃焼空燃比ＡＦｃ（燃焼室内における空燃比であり、より詳細には筒内に充填される空気量と機関動力を得るべく筒内で燃焼させるために筒内に噴射される燃料量の比）の補正が実施される。より詳細には、スロットル弁９の開度が増大される、もしくはＥＧＲ制御弁１５の開度が減少される等して燃焼空燃比ＡＦｃが増大せしめられる。つまり、上記ガスの空燃比がリーン側に制御される。こうすることによって還元剤添加による空燃比制御が可能な状態にすることができる。また、この場合、制御は次にステップ９１７へと進み、上記要求添加量Ｆｒａのフィードバック補正は実施されずに（すなわち禁止されて）本制御ルーチンの制御は一旦終了する。つまり、この場合にはステップ９０５で取り込まれた要求添加量Ｆｒａの還元剤が到来した添加タイミングにおいて添加されることになる。そして本制御ルーチンの制御は再度始めから繰り返される。
【０１５０】
一方、ステップ９０７またはステップ９０９からステップ９１３に進んだ場合には、そこで空燃比センサ４６で検出された空燃比ＡＦｇから目標空燃比ＡＦｏを減算した値（ＡＦｇ−ＡＦｏ）が予め定めた基準空燃比偏差ＡＦｐ以下であるか否かが判定される。この判定は、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を流通するガスの空燃比が目標空燃比ＡＦｏよりもかなりリーンであると判定される場合には、要求添加量Ｆｒａのフィードバック補正を実施しないようにするための判定であり、上記基準空燃比偏差ＡＦｐはこの趣旨に基づいて決定される正の値である。
【０１５１】
上記ガスの空燃比が目標空燃比ＡＦｏよりもかなりリーンであると判定される場合に上記フィードバック補正を実施しないようにするのは、このような場合にフィードバック補正を実施すると、補正分（例えば、フィードバック補正添加量Ｆｂｃ）が非常に大きくなり、制御性が悪化する恐れがあるためである。
【０１５２】
ステップ９１３において上記空燃比ＡＦｇから目標空燃比ＡＦｏを減算した値が上記基準空燃比偏差ＡＦｐより大きいと判定される場合は、上記ガスの空燃比が目標空燃比ＡＦｏよりもかなりリーンであると判定される場合であり、この場合にはステップ９１７に進む。ステップ９１７に進んだ場合には上述したように上記要求添加量Ｆｒａのフィードバック補正は実施されずにステップ９０５で取り込まれた要求添加量Ｆｒａの還元剤が添加される。そして、その後本制御ルーチンの制御は一旦終了し、再度始めから繰り返される。
【０１５３】
一方、ステップ９１３において上記空燃比ＡＦｇから目標空燃比ＡＦｏを減算した値が上記基準空燃比偏差ＡＦｐ以下であると判定される場合は、上記ガスの空燃比が目標空燃比ＡＦｏよりもややリーンであるか同一、もしくはリッチであると判定される場合であり、この場合にはステップ９１５に進む。ステップ９１５に進んだ場合には上記要求添加量Ｆｒａのフィードバック補正が実施される。つまり、この場合にはフィードバック補正された要求添加量の還元剤が到来した添加タイミングにおいて添加されることになる。そして制御は一旦終了し、再度始めから繰り返される。なお、本実施形態のように、上記ガスの空燃比が目標空燃比ＡＦｏよりもリッチであると判定される場合にフィードバック補正を実施することにより、還元剤過多による白煙の発生を抑制することができる。
【０１５４】
以上、説明したように、本実施形態では上記要求添加量Ｆｒａが予め定めた基準要求添加量Ｆｃｆ以下であり、且つ、上記ガスの空燃比が目標空燃比ＡＦｏよりリッチであると判定される場合には、上記要求添加量Ｆｒａのフィードバック補正が禁止されるようになっている。このようにすることにより、本実施形態によれば上記基準要求添加量Ｆｃｆを適切に設定することによって、フィードバック補正により還元剤添加量を０（ゼロ）以下にすべきであるとされて結果的にフィードバック補正が無駄に実施されるのを抑制することができる。
【０１５５】
また、本実施形態では、上記要求添加量Ｆｒａのフィードバック補正が禁止される場合には、内燃機関の燃焼空燃比ＡＦｃが増大せしめられるようになっている。そしてこうすることによって、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１を流通するガスの空燃比がリーン側に制御され、還元剤添加による空燃比制御が可能な状態にすることができる。
【０１５６】
なお、他の実施形態においては、先に説明した図１４に示した制御ルーチンによる制御が実施され、その制御でステップ８０５に進みフィードバック補正が実施されることが決定された場合に、図１５に示した制御ルーチンによる制御が実施されるようになっていても良い。すなわち、この場合には、ＮＯｘ還元制御の所要時間Ｐｓが充分に長い場合であっても、上記要求添加量Ｆｒａが予め定めた基準要求添加量Ｆｃｆ以下であり、且つ、上記ガスの空燃比が目標空燃比ＡＦｏよりリッチであると判定される場合には、上記要求添加量Ｆｒａのフィードバック補正が禁止されるようになり、また、このようにフィードバック補正が禁止される場合には、内燃機関の燃焼空燃比ＡＦｃが増大せしめられるようになる。
【０１５７】
次に本発明の更に他の実施形態について説明する。上述したように空燃比センサ４６によってその都度検出される空燃比に応じて上記要求添加量Ｆｒａが補正される場合、すなわち上記フィードバック補正が実施される場合には、補正の度合等の設定によっては空燃比が大きく振れてしまい、ＮＯｘ還元制御が効率的に実施できない場合が起こり得る。また、その一方で上記空燃比センサ４６によって検出される空燃比に応じた要求添加量Ｆｒａの補正が実施されない場合には、還元剤添加量が過多あるいは過少になる可能性が高まる。本実施形態はこのような点を考慮したものであり、上記空燃比センサ４６によって検出される空燃比に基づいた段階的な添加量補正を行うことによって、上記フィーバック補正のような瞬間的な補正による制御性の悪化を回避しつつ還元剤添加量の補正を行うようにしたものである。
【０１５８】
すなわち、本実施形態では推定されたＮＯｘ還元制御の所要時間が予め定めた学習可能基準所要時間以上である場合にのみ、そのＮＯｘ還元制御の実施中に上記空燃比センサ４６によって検出された空燃比に基づいて、そのＮＯｘ還元制御が終了した時に補正学習値が算出され更新されるようになっていて、上記ＮＯｘ還元制御において上記要求添加量が最新の上記補正学習値に基づいて補正されるようになっている。
【０１５９】
図１６は、本実施形態において上記補正学習値Ｖｃを求めるために実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンの制御は、例えば図７を参照して説明したようなＮＯｘ還元制御の開始条件が成立した時にスタートされる。
【０１６０】
この制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１００１において、ＮＯｘ還元制御の所要時間Ｐｓが推定される。このステップ１００１における制御は図１４に示した制御ルーチンのステップ８０１における制御と同様である。すなわち、所要時間Ｐｓはその時のＮＯｘ吸蔵触媒１１のＮＯｘ吸蔵量Ｓｃ及び温度Ｔｃ、ガス流量等に基づいて求められる。ステップ１００１で上記所要時間Ｐｓが推定されるとステップ１００３に進む。
【０１６１】
ステップ１００３においては、上記所要時間Ｐｓが予め定めた学習可能基準所要時間Ｐｓｄ以上であるか否かが判定される。この学習可能基準所要時間Ｐｓｄは、空燃比センサ４６の応答性等を考慮して決定され、例えば空燃比センサ４６の応答時定数とされる。
【０１６２】
ステップ１００３において、上記所要時間Ｐｓが上記学習可能基準所要時間Ｐｓｄ未満であると判定された場合にはそのまま制御が終了する。つまり、この場合には今回のＮＯｘ還元制御において上記補正学習値Ｖｃの算出は行われない。一方、ステップ１００３において上記所要時間Ｐｓが上記学習可能基準所要時間Ｐｓｄ以上であると判定された場合には、ステップ１００５に進む。
【０１６３】
ステップ１００５においては、今回のＮＯｘ還元制御の開始からその時までに上記空燃比センサ４６で検出された空燃比の平均値ＡＦｍが算出される。次にステップ１００７に進み、そこでＮＯｘ還元制御が終了したか否かが判定される。そして、ステップ１００７においてＮＯｘ還元制御が終了したと判定された場合にはステップ１００９に進み、ＮＯｘ還元制御がまだ終了していないと判定された場合にはステップ１００５に戻される。つまり、ここでは今回のＮＯｘ還元制御の実施中（すなわち、開始から終了まで）に上記空燃比センサ４６で検出された空燃比の平均値ＡＦｍが算出されてステップ１００９に進むようになっている。
【０１６４】
ステップ１００９においては、上記補正学習値Ｖｃが算出される。本実施形態では、この補正学習値Ｖｃは下記式（９）に基づいて算出される。
Ｖｃ＝（ＡＦｏ−ＡＦｍ）／ＡＦｏ  …  （９）
そして、ここで算出された補正学習値Ｖｃによって既存の補正学習値Ｖｃが更新され、本制御ルーチンの制御が終了する。更新された補正学習値Ｖｃは次に補正学習値Ｖｃが算出されて更新されるまで最新の補正学習値Ｖｃとして保持される。
【０１６５】
次に、本実施形態において上記要求添加量Ｆｒａを上記補正学習値Ｖｃに基づいて補正するために実施される制御について説明する。図１７は、この制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ３０により所定機関回転数毎の割込みによって実施される。また、本制御ルーチンは、図４に示した制御ルーチンと並行して実施される。
【０１６６】
本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１１０１においてＮＯｘ還元制御の実施中であるか否かが判定される。このステップ１１０１における制御は、図４に示した制御ルーチンのステップ１０１等における制御とほぼ同様である。ステップ１１０１においてＮＯｘ還元制御の実施中ではないと判定された場合には、本制御ルーチンの制御は一旦終了し再度始めから繰り返される。一方、ステップ１１０１においてＮＯｘ還元制御の実施中であると判定された場合には、ステップ１１０３に進む。
【０１６７】
ステップ１１０３では、還元剤添加のタイミング（すなわち、第一気筒（＃１）が排気行程にある時に設定されている添加タイミング）が到来したか否かが判定される。このステップ１１０３における制御は、図５に示した制御ルーチンのステップ２０３等における制御とほぼ同様である。ステップ１１０３において還元剤添加のタイミングが到来していないと判定された場合には、本制御ルーチンの制御は一旦終了し再度始めから繰り返される。一方、ステップ１１０３において還元剤添加のタイミングが到来したと判定された場合には、ステップ１１０５に進み、その時点において算出されている要求添加量Ｆｒａが取り込まれる。この要求添加量Ｆｒａは、図４に示した制御ルーチンによって算出されているものである。
【０１６８】
ステップ１１０５で上記要求添加量Ｆｒａが取り込まれるとステップ１１０７に進む。ステップ１１０７では、その時点における最新の補正学習値Ｖｃが取り込まれる。この補正学習値Ｖｃは、例えば前回のＮＯｘ還元制御が終了したときに算出されたものである。そしてステップ１１０７で補正学習値Ｖｃが取り込まれるとステップ１１０９に進み、補正係数Ｋｃが求められる。本実施形態においてこの補正係数Ｋｃは、補正学習値Ｖｃ、ガス流量及び要求トルク対応燃料噴射量に基づいて求められるようになっている。すなわち、これらの値を引数として適切な補正係数Ｋｃが求められるマップが予め作成されており、このマップに基づいて求めるようにしている。
【０１６９】
ステップ１１０９において補正係数Ｋｃが求められると、ステップ１１１１に進む。ステップ１１１１では、ステップ１１０５で取り込まれた要求添加量Ｆｒａが上記補正係数Ｋｃで補正され、学習値補正要求添加量Ｆｒｋが算出される。より具体的には、上記要求添加量Ｆｒａに上記補正係数Ｋｃが乗算されて上記学習値補正要求添加量Ｆｒｋが算出される（Ｆｒｋ＝Ｆｒａ×Ｋｃ）。
【０１７０】
ステップ１１１１において上記学習値補正要求添加量Ｆｒｋが算出されるとステップ１１１３に進み、そこで実行添加量Ｆｉａが上記学習値補正要求添加量Ｆｒｋとされ、同学習値補正要求添加量Ｆｒｋの還元剤が添加される。その後、本制御ルーチンの制御は一旦終了し再度始めから繰り返される。
【０１７１】
以上、説明したように、本実施形態では推定されたＮＯｘ還元制御の所要時間Ｐｓが上記学習可能基準所要時間Ｐｓｄ以上である場合にのみ、そのＮＯｘ還元制御の実施中に上記空燃比センサ４６によって検出された空燃比に基づいて、そのＮＯｘ還元制御が終了した時に補正学習値Ｖｃが算出され更新されるようになっていて、上記ＮＯｘ還元制御において上記要求添加量Ｆｒａが最新の上記補正学習値Ｖｃに基づいて補正されるようになっている。そして、このようにすることによって、上記空燃比センサ４６によって検出される空燃比に基づいた段階的な添加量補正を行うことができ、上記フィーバック補正のような瞬間的な補正による制御性の悪化を回避しつつ還元剤添加量の補正を行うことができる。
【０１７２】
なお、他の実施形態においては、図１６に示した制御ルーチンによる制御と共に図１４に示した制御ルーチンによる制御が実施され、図１４に示した制御ルーチンによる制御でステップ８０７に進みフィードバック補正を実施しないことが決定された場合に、図１７に示した制御ルーチンによる制御が実施されるようになっていても良い。すなわち、この場合には、ＮＯｘ還元制御の所要時間Ｐｓが短く上記フィードバック可能基準所要時間Ｐｓｃ未満であっても、上述したような補正学習値Ｖｃに基づく要求添加量Ｆｒａの補正が実施されることになる。このようにすることによって、上記フィードバック補正が実施されない場合に還元剤添加量が過多あるいは過少になってしまってＮＯｘ還元制御が効率的に実施できなくなるという場合を低減することができる。
【０１７３】
なお、上述した実施形態においては、上記ＮＯｘ吸蔵触媒１１に流入するガスへの還元剤の供給が還元剤添加弁１３によって行われていたが、他の実施形態では例えば燃料噴射弁３によるポスト噴射等、他の手段によって行われても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】図１は、本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合の構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、機関の要求トルクを示す図である。
【図３】図３は、ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態において要求添加量を決定するために実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の一実施形態において実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、還元効率ηを求めるためのマップの一例である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態においてＮＯｘ還元制御を開始するか否かを判定するために実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】図８は、最大ＮＯｘ吸蔵可能量の基本値Ｓｃａｍａｘｂを求めるためのマップの一例である。
【図９】図９は、制御開始基準量Ｓｃｓ及び制御終了基準量Ｓｃｅを求めるためのマップの一例である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態においてＮＯｘ還元制御を終了するか否かを判定するために実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施形態においてＮＯｘ還元制御を終了するか否かを判定するために実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の更に他の実施形態においてＮＯｘ還元制御を終了するか否かを判定するために実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の更に他の実施形態においてＮＯｘ還元制御を終了するか否かを判定するために実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の一実施形態において、ＮＯｘ還元制御時の要求添加量のフィードバック補正を実施するか否かを判定するために実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の一実施形態において実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、本発明の一実施形態において補正学習値を求めるために実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、図１６に示した制御ルーチンの制御が実施される本発明の実施形態において実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１７５】
３    燃料噴射弁
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
１１    ＮＯｘ吸蔵触媒
１３    還元剤添加弁
【図１】
2006226219.tif 000003
【図２】
2006226219.tif 000004
【図３】
2006226219.tif 000005
【図４】
2006226219.tif 000006
【図５】
2006226219.tif 000007
【図６】
2006226219.tif 000008
【図７】
2006226219.tif 000009
【図８】
2006226219.tif 000010
【図９】
2006226219.tif 000011
【図１０】
2006226219.tif 000012
【図１１】
2006226219.tif 000013
【図１２】
2006226219.tif 000014
【図１３】
2006226219.tif 000015
【図１４】
2006226219.tif 000016
【図１５】
2006226219.tif 000017
【図１６】
2006226219.tif 000018
【図１７】
2006226219.tif 000019