(57)【要約】【課題】添加する還元剤量を適切な量にすることができる技術を提供する。【解決手段】排気浄化手段と、当該排気浄化手段の上流の排気通路にて排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、当該還元剤添加手段にて添加する還元剤量を決定する添加還元剤量決定手段とを備えた排気浄化システムにおいて、添加還元剤量決定手段は、還元剤添加手段より下流の排気通路を複数のセグメントに分割して、各セグメントに付着する還元剤量、各セグメントを通過する還元剤量および各セグメントから蒸発する還元剤量を推定することにより、排気浄化手段に到達する還元剤量である到達還元剤量を推定し、当該推定到達還元剤量が目標到達還元剤量となるように還元剤添加手段にて添加する還元剤量を決定する。【選択図】  図８
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【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の有害成分を浄化する排気浄化手段と、
当該排気浄化手段の上流の排気通路にて排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
当該還元剤添加手段にて添加する還元剤量を決定する添加還元剤量決定手段と、
を備えた排気浄化システムにおいて、
前記添加還元剤量決定手段は、前記還元剤添加手段より下流の排気通路を複数のセグメントに分割して、各セグメントに付着する還元剤量、各セグメントを通過する還元剤量および各セグメントから蒸発する還元剤量を推定することにより、前記排気浄化手段に到達する還元剤量である到達還元剤量を推定し、当該推定到達還元剤量が目標到達還元剤量となるように前記還元剤添加手段にて添加する還元剤量を決定することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記添加還元剤量決定手段は、
各セグメントに付着する還元剤量を推定する付着量推定手段と、
各セグメントを通過する還元剤量を推定する通過量推定手段と、
各セグメントから蒸発する還元剤量を推定する蒸発量推定手段と、
を有し、
前記通過量推定手段が推定する最後のセグメントを通過する還元剤量に前記蒸発量算出手段が推定する各セグメントから蒸発する還元剤量の総量を加算することにより前記到達還元剤量を推定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システム。
【請求項３】
前記付着量推定手段は、ｎ番目のセグメントに付着する還元剤量を推定する場合には、当該ｎ番目のセグメントに到達する還元剤量に当該ｎ番目のセグメントにおける付着率を乗算するものであり、
前記通過量推定手段は、ｎ番目のセグメントを通過する還元剤量を推定する場合には、当該ｎ番目のセグメントに到達する還元剤量から前記付着量推定手段にて推定したｎ番目のセグメントに付着する還元剤量を減算するものであり、
前記蒸発量推定手段は、ｎ番目のセグメントから蒸発する還元剤量を推定する場合には、当該ｎ番目のセグメントに堆積している還元剤量に当該ｎ番目のセグメントにおける蒸発率を乗算するものであることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記添加還元剤量決定手段は、
前記還元剤添加手段による今回の添加還元剤量を所定量であると仮定した場合の前記通過量推定手段が推定する最後のセグメントを通過する還元剤量に、前記蒸発量推定手段が推定する各セグメントから蒸発する還元剤量の総量を加算することにより前記到達還元剤量を推定し、
当該推定到達還元剤量が目標到達還元剤量となるように今回の添加還元剤量をフィードバック制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記還元剤添加手段は排気マニホールドに還元剤を添加するものであり、
前記複数のセグメントは、前記排気マニホールドおよび過給機であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
排気マニホールドにおける還元剤の付着率は、主に排気流量および排気温度に基づいて決定され、排気マニホールドにおける還元剤の蒸発率は、主に当該排気マニホールドの壁面の温度および排気流量に基づいて決定され、過給機における還元剤の付着率は、主に前記排気マニホールドにおける還元剤の付着率および蒸発率に基づいて決定され、過給機における還元剤の蒸発率は、主に前記排気マニホールドにおける還元剤の付着率および排気
流量に基づいて決定されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。  
【請求項７】
前記還元剤添加手段は排気マニホールドに還元剤を添加するものであり、
前記複数のセグメントは、少なくとも、前記排気マニホールド、過給機あるいは当該過給機下流の排気通路の２つを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
内燃機関の排気通路に設けられ排気中の有害成分を浄化する排気浄化手段の上流の排気通路にて還元剤添加手段により排気に添加する還元剤量を決定する方法であって、
前記還元剤添加手段より下流の排気通路を複数のセグメントに分割して、各セグメントに付着する還元剤量、各セグメントを通過する還元剤量および各セグメントから蒸発する還元剤量を推定することにより、前記排気浄化手段に到達する還元剤量である到達還元剤量を推定し、当該推定到達還元剤量が目標到達還元剤量となるように還元剤量を決定することを特徴とする添加還元剤量決定方法。
【請求項９】
各セグメントに付着する還元剤量を推定する付着量推定工程と、
各セグメントを通過する還元剤量を推定する通過量推定工程と、
各セグメントから蒸発する還元剤量を推定する蒸発量推定工程と、
を有し、
前記蒸発量推定工程にて推定する各セグメントから蒸発する還元剤量の総量を算出し、当該総量を前記通過量推定工程にて推定する最後のセグメントを通過する還元剤量に加算することにより前記到達還元剤量を推定することを特徴とする請求項８に記載の添加還元剤量決定方法。
【請求項１０】
前記付着量推定工程にてｎ番目のセグメントに付着する還元剤量を推定する場合には、当該ｎ番目のセグメントに到達する還元剤量に当該ｎ番目のセグメントにおける付着率を乗算するものであり、
前記通過量推定工程にてｎ番目のセグメントを通過する還元剤量を推定する場合には、当該ｎ番目のセグメントに到達する還元剤量から前記付着量推定工程にて推定したｎ番目のセグメントに付着する還元剤量を減算するものであり、
前記蒸発量推定工程にてｎ番目のセグメントから蒸発する還元剤量を推定する場合には、当該ｎ番目のセグメントに堆積している還元剤量に当該ｎ番目のセグメントにおける蒸発率を乗算するものであることを特徴とする請求項９に記載の添加還元剤量決定方法。
【請求項１１】
前記還元剤添加手段による今回の添加還元剤量を所定量であると仮定した場合の前記通過量推定工程にて推定する最後のセグメントを通過する還元剤量を、前記所定量から減算し、それに前記蒸発量推定工程にて推定する各セグメントから蒸発する還元剤量の総量を算出して加算することにより前記到達還元剤量を推定し、
当該推定到達還元剤量が目標到達還元剤量となるように今回の添加還元剤量をフィードバック制御することを特徴とする請求項９又は１０に記載の添加還元剤量決定方法。
【請求項１２】
前記還元剤添加手段は排気マニホールドに還元剤を添加するものであり、
前記複数のセグメントは、前記排気マニホールドおよび過給機であることを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載の添加還元剤量決定方法。
【請求項１３】
排気マニホールドにおける還元剤の付着率は、主に排気流量および排気温度に基づいて決定され、排気マニホールドにおける還元剤の蒸発率は、主に当該排気マニホールドの壁面の温度および排気流量に基づいて決定され、過給機における還元剤の付着率は、主に前記排気マニホールドにおける還元剤の付着率および蒸発率に基づいて決定され、過給機に
おける還元剤の蒸発率は、主に前記排気マニホールドにおける還元剤の付着率および排気流量に基づいて決定されることを特徴とする請求項１２に記載の添加還元剤量決定方法。
【請求項１４】
前記還元剤添加手段は排気マニホールドに還元剤を添加するものであり、
前記複数のセグメントは、少なくとも、前記排気マニホールド、過給機あるいは当該過給機下流の排気通路の２つを含むことを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載の添加還元剤量決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化手段と、当該排気浄化手段の上流の排気通路にて排気に還元剤を添加する還元剤添加手段とを備えた排気浄化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にディーゼル機関の排気系に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という場合もある。）を配置し、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）を浄化する技術が知られている。
【０００３】
そして、排気系にＮＯｘ触媒が備えられている場合には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持能力が飽和する前に、ＮＯｘ触媒に保持されたＮＯｘあるいは硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」という場合もある。）を放出及び還元して除去する必要がある。そのためには、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比（理論空燃比以下）にする必要がある。
【０００４】
ディーゼル機関においては、排気中に含まれるＨＣやＣＯは比較的少なく、排気の空燃比が理論空燃比以下になる機会が極めて少ない。このため、ＮＯｘ触媒に保持された酸化物を還元するための還元剤を気筒から排出される排気から得ることは難しい。そのため、ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路に還元剤添加弁を備え、当該還元剤添加弁から還元剤を供給することにより、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を、必要に応じて理論空燃比以下にしている。
【０００５】
ただし、ＮＯｘ触媒には活性温度があり、触媒床温がこの活性温度範囲から外れると、浄化能力が極度に低下する。また、ＮＯｘ触媒の温度が過剰に上昇すると、ＮＯｘ触媒の熱劣化を誘発するおそれがある。そのため、ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒の触媒床温の管理が非常に重要となる。  
【０００６】
このような理由から、特許文献１においては、ＮＯｘ触媒の床温を精度よく推定するために、還元剤添加弁にて添加した還元剤が排気通路に付着・蒸発することを考慮して、ＮＯｘ触媒に到達する還元剤量を推定する技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１２２０１９号公報
【特許文献２】特開２００４−２７８４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１に記載されている技術は、添加した還元剤が排気管に付着・蒸発する量を計算して触媒に到達する還元剤量を計算してＮＯｘ触媒に到達する還元剤量を推定する方法である。
【０００８】
この方法は、排気管の一箇所に付着・蒸発する場合には有効であるが、排気通路が排気マニホールド、過給機などから構成される場合には、複数箇所における付着・蒸発を想定してＮＯｘ触媒に到達する還元剤量を推定し、還元剤添加弁にて添加する還元剤量を決定することが好ましい。
【０００９】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、添加する還元剤量を適切な量にすることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明においては、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化手段の上流の排気通路にて還元剤添加手段により排気に添加する還元剤量を決定するにあたって、還元剤添加手段より下流の排気通路を複数のセグメントに分割して、各セグメントに付着する還元剤量および各セグメントから蒸発する還元剤量を考慮することを特徴とする。
【００１１】
より具体的には、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路に設けられ排気中の有害成分を浄化する排気浄化手段と、当該排気浄化手段の上流の排気通路にて排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、当該還元剤添加手段にて添加する還元剤量を決定する添加還元剤量決定手段と、を備えた排気浄化システムにおいて、前記添加還元剤量決定手段は、前記還元剤添加手段より下流の排気通路を複数のセグメントに分割して、各セグメントに付着する還元剤量、各セグメントを通過する還元剤量および各セグメントから蒸発する還元剤量を推定することにより、前記排気浄化手段に到達する還元剤量である到達還元剤量を推定し、当該推定到達還元剤量が目標到達還元剤量となるように前記還元剤添加手段にて添加する還元剤量を決定することを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記排気浄化手段としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、内燃機関から排出される煤等の微粒子（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）あるいは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したフィルタ等を例示することができる。
【００１３】
そして、排気浄化手段が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒である場合には、ＮＯｘ触媒に保持されたＮＯｘあるいはＳＯｘを放出及び還元する際に、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比にする必要がある。また、排気浄化手段がフィルタである場合には、フィルタに捕集されたＰＭを酸化除去する際に、当該フィルタの温度を上昇させる必要がある。
【００１４】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいては、このような場合には、還元剤添加手段にて排気浄化手段の上流の排気通路における排気に還元剤を添加することにより、実現することが可能である。ただし、還元剤添加手段にて還元剤を添加する場合には、ＮＯｘ触媒の熱劣化、フィルタの溶損などの不具合を生じさせないように、添加する還元剤量を適切な量にすることが重要となる。
【００１５】
その際、添加した還元剤が排気通路に付着する場合があることを考慮する必要がある。また、還元剤添加手段に還元剤が添加される位置から排気浄化手段までの排気通路が、排気マニホールド、過給機などから構成されている場合には、排気通路の位置によって、付着する還元剤量も異なり、そこから蒸発する還元剤量も異なる。
【００１６】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいては、添加還元剤量決定手段が、還元剤添加手段より下流の排気通路を複数のセグメントに分割して、各セグメントに付着する還元剤量、各セグメントを通過する還元剤量および各セグメントから蒸発する還元剤量を推定することにより、前記排気浄化手段に到達する還元剤量である到達還元剤量を推定し、当該推定到達還元剤量が目標到達還元剤量となるように前記還元剤添加手段にて添加する還元剤量を決定するので、適切な量の還元剤を添加することができる。
【００１７】
なお、前記還元剤添加手段は排気マニホールドに還元剤を添加するものであり、前記複数のセグメントは、前記排気マニホールドおよび過給機であることが好適である。あるいは、前記複数のセグメントは、少なくとも、前記排気マニホールド、過給機あるいは当該過給機下流の排気通路の２つを含むことが好適である。
【００１８】
また、前記添加還元剤量決定手段は、各セグメントに付着する還元剤量を推定する付着
量推定手段と、各セグメントを通過する還元剤量を推定する通過量推定手段と、各セグメントから蒸発する還元剤量を推定する蒸発量推定手段と、を有し、前記通過量推定手段が推定する最後のセグメント（言い換えれば、排気浄化手段の直前のセグメント）を通過する還元剤量に前記蒸発量算出手段が推定する各セグメントから蒸発する還元剤量の総量を加算することにより前記到達還元剤量を推定することが好適である。これにより、精度よく到達還元剤量を推定することができる。
【００１９】
そして、前記付着量推定手段は、ｎ番目のセグメントに付着する還元剤量を推定する場合には、当該ｎ番目のセグメントに到達する還元剤量に当該ｎ番目のセグメントにおける付着率を乗算するものであり、前記通過量推定手段は、ｎ番目のセグメントを通過する還元剤量を推定する場合には、当該ｎ番目のセグメントに到達する還元剤量から前記付着量推定手段にて推定したｎ番目のセグメントに付着する還元剤量を減算するものであり、前記蒸発量推定手段は、ｎ番目のセグメントから蒸発する還元剤量を推定する場合には、当該ｎ番目のセグメントに堆積している還元剤量に当該ｎ番目のセグメントにおける蒸発率を乗算するものであることが好適である。
【００２０】
例えば、複数のセグメントとして、排気マニホールドおよびその下流に位置する過給機の２つのセグメントとして考えた場合、１番目のセグメントは排気マニホールドであり、２番目のセグメントは過給機となる。
【００２１】
かかる場合、付着量推定手段は、１番目のセグメントである排気マニホールドに付着する還元剤量を推定する場合には、当該排気マニホールドに到達する還元剤量に当該排気マニホールドにおける付着率を乗算するものであり、通過量推定手段は、排気マニホールドを通過する還元剤量を推定する場合には、当該排気マニホールドに到達する還元剤量から付着量推定手段にて推定した排気マニホールドに付着する還元剤量を減算するものであり、蒸発量推定手段は、排気マニホールドから蒸発する還元剤量を推定する場合には、当該排気マニホールドに堆積している還元剤量に当該排気マニホールドにおける蒸発率を乗算する。なお、還元剤添加手段が排気マニホールドに還元剤を添加するものである場合には、排気マニホールドに到達する還元剤量は、還元剤添加手段にて添加された還元剤量となる。
【００２２】
また、付着量推定手段は、２番目のセグメントである過給機に付着する還元剤量を推定する場合には、通過量推定手段が推定した排気マニホールドを通過する還元剤量を過給機に到達する還元剤量として、当該還元剤量に当該過給機における付着率を乗算するものであり、蒸発量推定手段は、過給機から蒸発する還元剤量を推定する場合には、当該過給機に堆積している還元剤量に当該過給機における蒸発率を乗算する。
【００２３】
さらに、前記添加還元剤量決定手段は、前記還元剤添加手段による今回の添加還元剤量を所定量であると仮定した場合の前記通過量推定手段が推定する最後のセグメントを通過する還元剤量に、前記蒸発量推定手段が推定する各セグメントから蒸発する還元剤量の総量を加算することにより前記到達還元剤量を推定し、当該推定到達還元剤量が目標到達還元剤量となるように今回の添加還元剤量をフィードバック制御することが好適である。これにより、添加還元剤量を適切な量にすることができる。
【００２４】
例えば、上述のような１番目のセグメントが排気マニホールド、２番目のセグメントが過給機である場合には、前記添加還元剤量決定手段は、通過量推定手段が推定する過給機を通過する還元剤量に、蒸発量推定手段が推定する排気マニホールドから蒸発する還元剤量と過給機から蒸発する還元剤量の総量を加算して得た値を推定到達還元剤量とし、当該推定到達還元剤量が目標到達還元剤量となるように今回の添加還元剤量をフィードバック制御する。
【００２５】
また、排気マニホールドにおける還元剤の付着率は、主に排気流量および排気温度に基づいて決定され、排気マニホールドにおける還元剤の蒸発率は、主に当該排気マニホールドの壁面の温度および排気流量に基づいて決定され、過給機における還元剤の付着率は、主に前記排気マニホールドにおける還元剤の付着率および蒸発率に基づいて決定され、過給機における還元剤の蒸発率は、主に前記排気マニホールドにおける還元剤の付着率および排気流量に基づいて決定されることが好適である。これにより、精度よく到達還元剤量を推定することができ、適切な量の還元剤が添加されることとなる。  
【００２６】
また、本発明に係る添加還元剤量決定方法においては、内燃機関の排気通路に設けられ排気中の有害成分を浄化する排気浄化手段の上流の排気通路にて還元剤添加手段により排気に添加する還元剤量を決定する方法であって、前記還元剤添加手段より下流の排気通路を複数のセグメントに分割して、各セグメントに付着する還元剤量、各セグメントを通過する還元剤量および各セグメントから蒸発する還元剤量を推定することにより、前記排気浄化手段に到達する還元剤量である到達還元剤量を推定し、当該推定到達還元剤量が目標到達還元剤量となるように還元剤量を決定することを特徴とする。
【００２７】
かかる場合において、各セグメントに付着する還元剤量を推定する付着量推定工程と、各セグメントを通過する還元剤量を推定する通過量推定工程と、各セグメントから蒸発する還元剤量を推定する蒸発量推定工程と、を有し、前記蒸発量推定工程にて推定する各セグメントから蒸発する還元剤量の総量を算出し、当該総量を前記通過量推定工程にて推定する最後のセグメントを通過する還元剤量に加算することにより前記到達還元剤量を推定することが好適である。
【００２８】
また、前記付着量推定工程にてｎ番目のセグメントに付着する還元剤量を推定する場合には、当該ｎ番目のセグメントに到達する還元剤量に当該ｎ番目のセグメントにおける付着率を乗算するものであり、前記通過量推定工程にてｎ番目のセグメントを通過する還元剤量を推定する場合には、当該ｎ番目のセグメントに到達する還元剤量から前記付着量推定工程にて推定したｎ番目のセグメントに付着する還元剤量を減算するものであり、前記蒸発量推定工程にてｎ番目のセグメントから蒸発する還元剤量を推定する場合には、当該ｎ番目のセグメントに堆積している還元剤量に当該ｎ番目のセグメントにおける蒸発率を乗算するものであることが好適である。
【００２９】
また、前記還元剤添加手段による今回の添加還元剤量を所定量であると仮定した場合の前記通過量推定工程にて推定する最後のセグメントを通過する還元剤量を、前記所定量から減算し、それに前記蒸発量推定工程にて推定する各セグメントから蒸発する還元剤量の総量を算出して加算することにより前記到達還元剤量を推定し、当該推定到達還元剤量が目標到達還元剤量となるように今回の添加還元剤量をフィードバック制御することが好適である。
【００３０】
なお、前記還元剤添加手段は排気マニホールドに還元剤を添加するものであり、前記複数のセグメントは、前記排気マニホールドおよび過給機であることが好適である。
【００３１】
そして、排気マニホールドにおける還元剤の付着率は、主に排気流量および排気温度に基づいて決定され、排気マニホールドにおける還元剤の蒸発率は、主に当該排気マニホールドの壁面の温度および排気流量に基づいて決定され、過給機における還元剤の付着率は、主に前記排気マニホールドにおける還元剤の付着率および蒸発率に基づいて決定され、過給機における還元剤の蒸発率は、主に前記排気マニホールドにおける還元剤の付着率および排気流量に基づいて決定されることが好適である。
【００３２】
あるいは、前記還元剤添加手段は排気マニホールドに還元剤を添加するものであり、前記複数のセグメントは、少なくとも、前記排気マニホールド、過給機あるいは当該過給機下流の排気通路の２つを含むことが好適である。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、添加する還元剤量を適切な量にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００３５】
図１は、本実施例に係る排気浄化システムを備えた内燃機関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気筒ディーゼルエンジンである。
【００３６】
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、蓄圧室（コモンレール）４と接続され、このコモンレール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。
【００３７】
内燃機関１には、吸気通路７が接続されており、この吸気通路７は、エアクリーナボックス８に接続されている。そして、エアクリーナボックス８より下流の吸気通路７には、当該吸気通路７内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ９が取り付けられている。
【００３８】
また、吸気通路７の途中には、過給機（ターボチャージャー）１０のコンプレッサハウジング１０ａが設けられている。コンプレッサハウジング１０ａより下流の吸気通路７にはインタークーラ１１が取り付けられている。更にインタークーラ１１より下流の吸気通路７には、当該吸気通路７内を流通する吸気の流量を調整する吸気絞り弁１２が設けられている。この吸気絞り弁１２には、当該吸気絞り弁１２を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１３が取り付けられている。
【００３９】
各気筒の燃焼室からの排気は、排気ポート１４、排気マニホールド（以下、「エキマニ」という。）１５、過給機１０のタービンハウジング１０ｂ、ターボエルボ１６などから形成される排気通路を通る。そして、ターボエルボ１６に連結された排気浄化手段１７にて排気中の有害ガス成分が浄化された後、排気管１８、マフラー（図示省略）を通り、大気中に排出される。エキマニ１５には、当該エキマニの壁面の温度に対応した電気信号を出力するエキマニ壁温センサ１９と、排気管１８内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２０とが取り付けられている。
【００４０】
ここで、本実施例に係る排気浄化手段１７は、ＮＯｘ触媒である。ＮＯｘ触媒１７は、当該触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには、排気中のＮＯｘを保持（吸蔵）して大気中に放出しないようにし、当該触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比（理論空燃比以下）となったときには、保持していたＮＯｘを放出及び還元して除去するものである。
【００４１】
一方、内燃機関１はディーゼル機関であり、排気中に含まれるＨＣやＣＯは比較的少な
く、排気空燃比がリッチになる機会が極めて少ない。このため、ＮＯｘ触媒１７に吸蔵されたＮＯｘを還元するための還元剤を排気から得ることは難しい。
【００４２】
そこで、本実施例では燃料噴射弁３とは別に、このＮＯｘ触媒１７に還元剤を供給するために還元剤添加装置を備えている。この還元剤添加装置は、図１に示されるようにその噴孔がエキマニ１５に臨むように取り付けられ、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添加手段としての還元剤添加弁２１と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を還元剤添加弁２１へ導く還元剤供給路２２とを備えている。
【００４３】
以上述べたように構成された内燃機関１には、当該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２３が併設されている。このＥＣＵ２３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等からなる算術論理演算回路である。
【００４４】
ＥＣＵ２３には、前述したエアフローメータ９、エキマニ壁温センサ１９、排気温度センサ２０、クランクポジションセンサ２４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ＥＣＵ２３に入力されるようになっている。
【００４５】
そして、ＥＣＵ２３は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、吸入空気量の演算、機関回転数の演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算、点火時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ２３が入力した各種信号やＥＣＵ２３が演算して得られた各種制御値は、ＥＣＵ２３のＲＡＭに一時的に記憶される。
【００４６】
一方、ＥＣＵ２３には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１３、還元剤添加弁２１等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２３が、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１３及び還元剤添加弁２１等を制御することが可能になっている。
【００４７】
そして、ＥＣＵ２３は、ＲＯＭ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、後述するＮＯｘ浄化制御、ＳＯｘ被毒解消制御などを実行する。  
【００４８】
ＮＯｘ浄化制御では、ＥＣＵ２３は、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。
【００４９】
リッチスパイク制御では、ＥＣＵ２３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、ＮＯｘ触媒１７が活性状態にある、排気温度センサ２０の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、ＳＯｘ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。
【００５０】
上記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、ＥＣＵ２３は、後述するようにして添加する還元剤量を算出し、当該量の還元剤を還元剤添加弁２１からスパイク的に噴射させてＮＯｘ触媒１７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。  
【００５１】
そして、還元剤添加弁２１から燃料が噴射されると、還元剤添加弁２１から噴射された還元剤は、気筒から排出され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ＮＯｘ触媒１７に流入する。  
【００５２】
この結果、ＮＯｘ浄化制御実行中、ＮＯｘ触媒１７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、ＮＯｘ触媒１７に保持されたＮＯｘが放出・還元されることになる。
【００５３】
次に、ＳＯｘ被毒解消制御について説明する。
ＮＯｘ触媒１７は、ＮＯｘと同様のメカニズムによって排気中のＳＯｘを保持するため、ＳＯｘの保持量が増加すると、それに応じてＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ保持能力が低減する、いわゆるＳＯｘ被毒が発生する。
【００５４】
そして、このようにＮＯｘ触媒１７にＳＯｘ被毒が生じると、ＮＯｘ保持能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１７にて浄化されずに大気中へ放出されてしまう。したがって、本実施例においては、ＮＯｘ触媒１７に保持されたＳＯｘを放出及び還元させる、ＳＯｘ被毒解消制御を実行することとしている。
【００５５】
このＳＯｘ被毒解消制御では、ＥＣＵ２３は、先ずＮＯｘ触媒１７の床温を約６００℃に高める触媒昇温処理を実行した上で、ＮＯｘ触媒１７に流入する排気の空燃比を理論空燃比以下とするようにする。
【００５６】
具体的に、本実施例の触媒昇温処理では、ＮＯｘ触媒１７の温度を早期に上昇させる手段として、内燃機関１の圧縮行程上死点近傍での通常の主燃料噴射に加えて、排気行程中もしくは膨張行程中に気筒内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射又は吸気行程もしくは排気行程の上死点近傍で気筒内に燃料を噴射するビゴム噴射等の副噴射を行うことが有効である。ポスト噴射においては、排気行程中又は膨張行程中に噴射された燃料が未燃燃料としてＮＯｘ触媒に流入し、当該触媒との反応熱により当該触媒の温度が上昇する。一方、ビゴム噴射においては、吸気行程又は排気行程の上死点近傍で噴射された燃料がその後の行程で蒸発して着火し易いものとなり燃焼を安定させるので、主燃料噴射時期を遅延させることによりピストン運動に消費されるエネルギ量が減少し、それに伴い温度上昇した排気ガスがＮＯｘ触媒１７に到達することにより当該触媒の温度が上昇する。更に噴射された燃料の未燃分がＮＯｘ触媒１７に供給され、それが当該触媒上で酸化反応を起こし、以って当該触媒の温度が上昇する。
【００５７】
また、上述の副噴射の代わりにあるいは副噴射とともに、還元剤添加弁２１から排気中へ還元剤たる燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をＮＯｘ触媒１７において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってＮＯｘ触媒の床温を高めるようにしてもよい。
【００５８】
そして、上記したような触媒昇温処理によりＮＯｘ触媒１７の床温が約６００℃まで上昇したら、ＥＣＵ２３は、ＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比以下とすべく還元剤添加弁２１から還元剤たる燃料を添加させる還元剤添加制御を実行する。
【００５９】
この還元剤添加制御において、ＥＣＵ２３は、後述するようにして添加する還元剤量を算出し、当該量の還元剤を還元剤添加弁２１から噴射させてＮＯｘ触媒１７に流入する排気の空燃比を理論空燃比以下とする。  
【００６０】
そして、還元剤添加弁２１から還元剤が添加されると、還元剤添加弁２１から添加された還元剤は、気筒から排出された排気と混ざり合って理論空燃比以下の混合気を形成してＮＯｘ触媒１７に流入し、ＮＯｘ触媒１７に保持されたＳＯｘが放出・還元されることになる。  
【００６１】
上述したＮＯｘ浄化制御およびＳＯｘ被毒解消制御を実行するにあたっては、還元剤を添加することになるが、ＮＯｘ触媒１７には活性温度があり、触媒床温がこの活性温度範囲から外れると、還元剤を添加したとしても、ＮＯｘの浄化能力が低下する。また、ＮＯｘ触媒１７の温度が過剰に上昇すると、ＮＯｘ触媒１７の熱劣化を誘発するおそれがある。
【００６２】
そのため、ＮＯｘ触媒１７に流入する排気の空燃比を適切な値に制御することが重要となり、そのためには、還元剤添加弁２１から添加する還元剤量を適切な量にすることが重要となる。  
【００６３】
添加された還元剤は直ちに蒸発もしくは微粒化して排気と共にＮＯｘ触媒１７へ到達するものもあれば、排気通路に液体のまま付着しＮＯｘ触媒１７へ到達するのに時間がかかるものもある。それゆえ、ＮＯｘ触媒１７に到達する還元剤量を適切な量にして当該触媒に流入する排気の空燃比を適切な値に制御するためには、添加された還元剤の排気通路への付着、蒸発を考慮することが必要となる。  
【００６４】
本実施例に係る内燃機関の排気系においては、還元剤添加弁２１は、その噴孔がエキマニ１５に臨むように取り付けられており、ＮＯｘ触媒１７上流の排気通路は、主にエキマニ１５、過給機１０、ターボエルボ１６から構成されている。本発明者の研究によると、これら排気通路を構成する部材に付着する還元剤は、その約２３．２％がエキマニ１５に、約７１．４％が過給機１０に、約５．４％がターボエルボ１６に付着することが判明した。
【００６５】
そこで、本実施例においては、簡易的に、還元剤添加弁２１から添加された還元剤が、エキマニ１５と過給機１０にのみ付着するものとして以下のようなモデルを考える。
【００６６】
図２に示すように、今回の還元剤添加時から次回の還元剤添加時までにＮＯｘ触媒１７に至る還元剤量（到達還元剤量）Ｑとしては、今回の還元剤添加により添加された還元剤の内、エキマニ１５および過給機１０に付着せずにこれらを通過してＮＯｘ触媒１７に至る分と、今回の還元剤添加時より前にエキマニ１５あるいは過給機１０に付着して堆積していた還元剤が蒸発してこの期間内にＮＯｘ触媒１７に至る分を加算した量であるとする。
【００６７】
より具体的には、今回の還元剤添加により、添加される還元剤量をＭ、エキマニ１５に付着する量（エキマニ付着量）をＭｅｘ、過給機１０に付着する量（過給機付着量）をＭｔとする。また、今回の還元剤添加時から次回の還元剤添加時までに、エキマニ１５から蒸発する量（エキマニ蒸発量）をＯｅｘ、過給機１０から蒸発する量（過給機蒸発量）をＯｔとし、この間に蒸発した還元剤は全てＮＯｘ触媒１７に到達すると仮定する。
【００６８】
かかる場合、今回の還元剤添加により添加される還元剤の内、エキマニ１５および過給機１０に付着せずにこれらを通過してＮＯｘ触媒１７に到達する量（直達量）をＮとすると、Ｎ＝Ｍ−（Ｍｅｘ＋Ｍｔ）であり、到達還元剤量Ｑは、Ｑ＝Ｎ＋Ｏｅｘ＋Ｏｔとなる。
【００６９】
エキマニ付着量Ｍｅｘは、エキマニ１５に到達した還元剤の内エキマニ１５に付着する割合を示す値であるエキマニ付着率をＸｅｘとすると、このモデルでは今回添加された還元剤全てがエキマニ１５に到達するので、Ｍｅｘ＝Ｘｅｘ×Ｍとなる。
【００７０】
過給機付着量Ｍｔは、過給機１０に到達した還元剤の内過給機１０に付着する割合を示す値である過給機付着率をＸｔとすると、今回添加された還元剤であってエキマニ１５に
付着せずに通過した還元剤が過給機１０に到達するので、Ｍｔ＝Ｘｔ×（Ｍ−Ｍｅｘ）となる。
【００７１】
エキマニ蒸発量Ｏｅｘは、今回の還元剤添加時にエキマニ１５に堆積している還元剤量Ｐｅｘの内この期間内に蒸発する割合を示す値であるエキマニ蒸発率をＹｅｘとすると、Ｏｅｘ＝Ｙｅｘ×Ｐｅｘとなる。なお、Ｐｅｘは、前回の還元剤添加時にエキマニに堆積していた還元剤量Ｐ´ｅｘに、前回の還元剤添加によりエキマニに付着した量Ｍ´ｅｘを加算し、前回の還元剤添加時から今回の還元剤添加時までにエキマニ１５から蒸発した量Ｏ´ｅｘを減算した値、つまり、Ｐｅｘ＝Ｐ´ｅｘ＋Ｍ´ｅｘ−Ｏ´ｅｘとなる。
【００７２】
過給機蒸発量Ｏｔは、今回の還元剤添加時に過給機１０に堆積している還元剤量Ｐｔの内この期間内に蒸発する割合を示す値である過給機蒸発率をＹｔとすると、Ｏｔ＝Ｙｔ×Ｐｔとなる。なお、Ｐｔは、前回の還元剤添加時に過給機１０に堆積していた還元剤量Ｐ´ｔに、前回の還元剤添加により過給機１０に付着した量Ｍ´ｔを加算し、前回の還元剤添加時から今回の還元剤添加時までにエキマニ１５から蒸発した量Ｏ´ｔを減算した値、つまり、Ｐｔ＝Ｐ´ｔ＋Ｍ´ｔ−Ｏ´ｔとなる。
【００７３】
次に、エキマニ１５および過給機１０の付着率Ｘｅｘ，Ｘｔ、エキマニ１５および過給機１０の蒸発率Ｙｅｘ，Ｙｔについて説明する。
【００７４】
図３は、還元剤が付着した時点からの経過時間と蒸発量との関係について、本発明者が行った試験の結果を示す図である。これによると、エキマニ１５に付着した還元剤は、過給機１０に付着した還元剤よりも早期に蒸発することがわかる。ゆえに、蒸発後期の蒸発量から過給機１０の蒸発量を把握することができ、マッチングなどで過給機１０の蒸発率を求めることができる。さらに、得られた過給機１０の蒸発量から、蒸発前期の過給機１０の蒸発量を予測することができる。さらに、全体の蒸発量から過給機１０の予測蒸発量を減算することでエキマニ１５の蒸発量を得ることができ、マッチングなどでエキマニの蒸発率を求めることができる。
【００７５】
還元剤添加を長時間実施すると、エキマニ１５および過給機１０の付着量と蒸発量が釣り合い、定常状態となる。このときの、エキマニ１５および過給機１０の蒸発量からエキマニ１５および過給機１０の付着量を求めることができ、マッチングなどで各部の付着率を求めることができる。
【００７６】
また、各部の付着率および蒸発率に及ぼす因子の影響を多変量解析により調査した。
【００７７】
これらの試験、解析の結果により、エキマニ付着率Ｘｅｘ、排気温度および排気流量との間には図４に示すような相関関係があることを導き出すことができた。これにより、ある時点における排気温度および排気流量からその時点のエキマニ付着率Ｘｅｘを推定することができる。
【００７８】
また、エキマニ蒸発率Ｙｅｘ、エキマニ壁面温度および排気流量との間には図５に示すような相関関係があることを導き出すことができたので、ある時点におけるエキマニ壁面温度および排気流量からその時点のエキマニ蒸発率Ｙｅｘを推定することができる。
【００７９】
また、過給機付着率Ｘｔ、エキマニ付着率Ｘｅｘおよびエキマニ蒸発率Ｙｅｘとの間には図６に示すような相関関係があることを導き出すことができた。これにより、ある時点におけるエキマニ付着率Ｘｅｘおよびエキマニ蒸発率Ｙｅｘからその時点の過給機付着率Ｘｔを推定することができる。
【００８０】
また、過給機蒸発率Ｙｔ、エキマニ付着率Ｘｅｘおよび排気流量との間には図７に示すような相関関係があることを導き出すことができた。これにより、ある時点におけるエキマニ付着率Ｘｅｘおよび排気流量からその時点の過給機蒸発率Ｙｔを推定することができる。
【００８１】
以下、具体的に還元剤添加量を算出する制御ルーチンについて図８に示すフローチャートに沿って説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ２３のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、上記ＮＯｘ浄化制御およびＳＯｘ被毒解消制御実行中において、還元剤添加弁２１から還元剤を添加する際の処理として、添加還元剤量決定手段としても機能するＥＣＵ２３が実行するルーチンである。
【００８２】
本制御ルーチンでは、ＥＣＵ２３は、先ず、ステップ（以下、単に「Ｓ」という場合もある。）１０１において仮の添加還元剤量である還元剤添加仮定量Ｍを決定する。この還元剤添加仮定量Ｍは、ＥＣＵ２３により決定されるＮＯｘ触媒１７に到達させる還元剤量の目標値（目標到達還元剤量）であり、以下のようにして決定する。つまり、ＥＣＵ２３は、先ず、ＲＡＭに記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ（図示省略）の出力信号（アクセル開度）、吸入空気量、燃料噴射量等を読み出す。その後、ＥＣＵ２３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ＲＯＭ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のリッチ空燃比あるいは理論空燃比とする上で必要となる還元剤量を算出する。そして、算出した還元剤量を、還元剤添加仮定量Ｍとする。
【００８３】
その後Ｓ１０２へ進み、Ｓ１０１にて決定した還元剤添加仮定量Ｍの還元剤を添加した場合に、エキマニに付着する還元剤の量であるエキマニ付着量Ｍｅｘを推定する。これは、まず、その時点の排気温度、排気流量および図４に示したマップに基づいてエキマニ付着率Ｘｅｘを推定する。なお、本実施例では、排気流量はエアフローメータ９の検出値に基づいて演算される吸入空気量と同じであるとする。
【００８４】
その後、上述したように、式「Ｍｅｘ＝Ｘｅｘ×Ｍ」に、還元剤添加仮定量Ｍとエキマニ付着率Ｘｅｘを代入することによりエキマニ付着量Ｍｅｘを算出するものである。このように、本ステップがエキマニに付着する還元剤量を推定する付着量推定手段として機能する。
【００８５】
その後Ｓ１０３へ進み、エキマニ蒸発量Ｏｅｘを推定する。これは、まず、その時点のエキマニ壁面温度、排気流量および図５に示したマップに基づいてエキマニ蒸発率Ｙｅｘを推定する。その後、上述したように、式「Ｐｅｘ＝Ｐ´ｅｘ＋Ｍ´ｅｘ−Ｏ´ｅｘ」に基づいて、今回の還元剤添加時にエキマニに堆積している還元剤量Ｐｅｘを算出する。Ｐ´ｅｘ，Ｍ´ｅｘ，Ｏ´ｅｘの値は、それぞれ、前回のルーチンで、前回の還元剤添加量を決定するにあたって算出していた値を用いるものである。そして、式「Ｏｅｘ＝Ｙｅｘ×Ｐｅｘ」に、ＹｅｘとＰｅｘを代入することによりエキマニ蒸発量Ｏｅｘを算出するものである。このように、本ステップがエキマニから蒸発する還元剤量を推定する蒸発量推定手段として機能する。
【００８６】
その後Ｓ１０４へ進み、過給機付着量Ｍｔを推定する。これは、まず、Ｓ１０２で推定していたエキマニ付着率Ｘｅｘ、Ｓ１０３で推定していたエキマニ蒸発率Ｙｅｘおよび図６に示したマップに基づいて過給機付着率Ｘｔを推定する。また、還元剤添加仮定量Ｍからエキマニ付着量Ｍｅｘを減算することによりエキマニ１５を通過する還元剤量を推定し、これと同量の還元剤量（Ｍ−Ｍｅｘ）が過給機１０に到達するものとみなして、この（Ｍ−Ｍｅｘ）を過給機１０に到達する還元剤量とする。その後、上述したように、式「Ｍｔ＝Ｘｔ×（Ｍ−Ｍｅｘ）」に、今回推定した過給機付着率Ｘｔおよび過給機１０に到達
する還元剤量（Ｍ−Ｍｅｘ）を代入することにより過給機付着量Ｍｔを算出するものである。このように、本ステップが、エキマニ１５を通過する還元剤量を推定する通過量推定手段として機能するとともに、過給機に付着する還元剤量を推定する付着量推定手段として機能する。
【００８７】
その後Ｓ１０５へ進み、過給機蒸発量Ｏｔを推定する。これは、まず、Ｓ１０２で推定していたエキマニ付着率Ｘｅｘ、その時点の排気流量および図７に示したマップに基づいて過給機蒸発率Ｙｔを推定する。その後、上述したように、式「Ｐｔ＝Ｐ´ｔ＋Ｍ´ｔ−Ｏ´ｔ」に基づいて、今回の還元剤添加時に過給機に堆積している還元剤量Ｐｔを算出する。Ｐ´ｔ，Ｍ´ｔ，Ｏ´ｔの値は、それぞれ、前回のルーチンで、前回の還元剤添加量を決定するにあたって算出していた値を用いるものである。そして、式「Ｏｔ＝Ｙｔ×Ｐｔ」に、ＹｔとＰｔを代入することにより過給機蒸発量Ｏｔを算出するものである。このように、本ステップが過給機から蒸発する還元剤量を推定する蒸発量推定手段として機能する。
【００８８】
その後Ｓ１０６へ進み、還元剤添加仮定量Ｍの内、エキマニ１５および過給機１０に付着せずにこれらを通過し、ＮＯｘ触媒１７に到達する量である直達量Ｎを推定する。これは、過給機１０に到達する還元剤量（Ｍ−Ｍｅｘ）から過給機付着量Ｍｔを減算することにより過給機１０を通過する還元剤量を推定し、この（Ｍ−（Ｍｅｘ＋Ｍｔ））と同量の還元剤がＮＯｘ触媒１７に到達するものとみなして、当該直達量Ｎとするものである。ゆえに、式「Ｎ＝Ｍ−（Ｍｅｘ＋Ｍｔ）」に、Ｓ１０２およびＳ１０４で推定したＭｅｘおよびＭｔを代入することにより推定する。このように、本ステップが、過給機１０を通過する還元剤量を推定する通過量推定手段として機能する。
【００８９】
その後Ｓ１０７へ進み、到達還元剤量Ｑを、式「Ｑ＝Ｎ＋Ｏｅｘ＋Ｏｔ」に、Ｓ１０３、Ｓ１０５およびＳ１０６で推定したエキマニ蒸発量Ｏｅｘ、過給機蒸発量Ｏｔおよび直達量Ｎを代入することにより推定する。つまり、本ステップでは、Ｓ１０６にて推定された過給機１０を通過する還元剤量（直達量Ｎ）に、Ｓ１０３にて推定されたエキマニ１５から蒸発する還元剤量およびＳ１０５にて推定された過給機１０から蒸発する還元剤量の総量を加算することにより到達還元剤量Ｑを算出するものである。
【００９０】
その後Ｓ１０８へ進み、Ｓ１０７で推定した到達還元剤量（推定到達還元剤量）Ｑと目標到達還元剤量Ｒの差の絶対値が予め定められた所定値（例えば、０．０１）より小さいか否かを判別する。そして、否定判定された場合にはＳ１０９へ進み、肯定判定された場合にはＳ１１０へ進む。
【００９１】
Ｓ１０９においては、推定到達還元剤量Ｑと目標到達還元剤量Ｒの差が大きいことから、本ステップで還元剤添加仮定量Ｍを補正する。具体的には、推定到達還元剤量Ｑが目標到達還元剤量Ｒよりも多い場合には、「Ｑ−Ｒ」の分余剰にＮＯｘ触媒に到達することから、還元剤添加仮定量Ｍから「Ｑ−Ｒ」を減算して得た値「Ｍ＋Ｒ−Ｑ」を新たな還元剤添加仮定量Ｍに設定する。一方、推定到達還元剤量Ｑが目標到達還元剤量Ｒよりも少ない場合には、「Ｒ−Ｑ」の分不足していることから、還元剤添加仮定量Ｍに「Ｒ−Ｑ」を加算して得た値「Ｍ＋Ｒ−Ｑ」を新たな還元剤添加仮定量Ｍに設定する。つまり、本ステップで、「Ｍ＋Ｒ−Ｑ」を新たな還元剤添加仮定量Ｍに設定し、その後再度Ｓ１０２以降の処理を実行するものである。
【００９２】
Ｓ１１０においては、触媒到達推定量Ｑが目標到達還元剤量Ｒに等しいかほとんど等しい、つまり還元剤添加仮定量Ｍの還元剤を添加することにより、目標到達還元剤量Ｒと等しいかほとんど等しい還元剤がＮＯｘ触媒１７に到達すると考えられることから、還元剤添加仮定量Ｍを正式な還元剤添加量に決定する。
【００９３】
このように、本実施例においては、先ず、還元剤添加弁２１より下流であってＮＯｘ触媒１７より上流の排気通路を、第１番目のセグメントであるエキマニ１５と第２番目のセグメントである過給機１０の複数のセグメントに分割して、各セグメントに付着する還元剤量、各セグメントを通過する還元剤量および各セグメントから蒸発する還元剤量を推定することにより、ＮＯｘ触媒１７に到達する還元剤量を推定する。推定する手法としては、ＥＣＵ２３が、各セグメントに付着する還元剤量を推定する付着量推定手段と、各セグメントを通過する還元剤量を推定する通過量推定手段と、各セグメントから蒸発する還元剤量を推定する蒸発量推定手段とを有し、通過量推定手段が推定する最後のセグメント（言い換えれば、ＮＯｘ触媒１７の直前のセグメント）である過給機１０を通過する還元剤量に蒸発量算出手段が推定する各セグメントから蒸発する還元剤量の総量を加算することにより到達還元剤量を推定するものである。そして、当該推定到達還元剤量が目標到達還元剤量となるように今回の添加還元剤量をフィードバック制御することにより、還元剤添加手段にて添加する還元剤量を決定する。これにより、添加する還元剤量を適切な量にすることができるので、ＮＯｘ浄化制御あるいはＳＯｘ被毒解消制御実行中に、ＮＯｘ触媒１７の触媒床温が活性温度範囲から外れることおよびＮＯｘ触媒１７の熱劣化を防止することができる。
【００９４】
なお、上述では、セグメントとしてエキマニ１５と過給機１０の２つのセグメントを考慮し、還元剤添加弁２１から添加された還元剤が、エキマニ１５と過給機１０にのみ付着するものとするモデルを考えているが、セグメントとしてさらにターボエルボ１６を加え、還元剤添加弁２１から添加された還元剤が、エキマニ１５、過給機１０およびターボエルボ１６に付着するモデルとしてもよい。
【００９５】
かかる場合には、予め、排気温度、排気流量などの、ターボエルボ１６の付着率および蒸発率に及ぼす因子の影響を解析し、図４から図７に示すような相関関係を導き出しておく。そして、上述した還元剤添加量を算出する制御ルーチンに、ターボエルボ付着量およびターボエルボ蒸発量を算出する工程を追加し、これら算出したターボエルボ付着量およびターボエルボ蒸発量を考慮して還元剤添加量を決定するようにする。これにより、より精度よく添加する還元剤量を適切な量にすることができる。
【実施例２】
【００９６】
実施例１においては、排気浄化手段１７は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であるが、本実施例における排気浄化手段１７は、ＮＯｘ触媒と内燃機関から排出される煤等の微粒子（ＰＭ）を捕集するフィルタを有するものあるいは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したフィルタとする。
【００９７】
フィルタにＰＭが過度に捕集されると、フィルタが目詰まりを起こし、排気抵抗の増加を生じさせ、内燃機関の出力低下を生じさせる。そのため、フィルタに捕集されたＰＭを除去するフィルタの再生処理を実行することが必要である。そのため、ＥＣＵ２３は、以下に述べるようなＰＭ酸化除去処理制御を実行する。
【００９８】
ＰＭ酸化除去処理制御は、ＥＣＵ２３は、フィルタの酸化除去処理実行条件（以下、「ＰＭ酸化除去処理実行条件」と記す。）が成立したときに、フィルタに捕集されているＰＭを除去すべく、ＰＭ酸化除去処理を実行するものである。
【００９９】
ＰＭ酸化除去処理実行条件としては、フィルタに捕集されているＰＭ量が、所定量以上であるという条件を例示することができる。当該所定量は、ＰＭがフィルタに捕集されることによりフィルタの目詰まりを起こし、この目詰まりが排気抵抗の増加を生じさせ、内燃機関の出力低下を生じさせてしまう量である。
【０１００】
そして、ＰＭ酸化除去処理実行条件が成立としていると判定された場合には、ＥＣＵ２３は、フィルタの温度を５００℃〜７００℃程度の高温域まで昇温させるための昇温処理を実行するとともに、フィルタへ流入する排気を酸素過剰な雰囲気とするための空燃比処理を行う。
【０１０１】
本実施例における昇温処理の実行方法としては、燃料添加弁２１から排気中へ還元剤たる燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分を排気浄化手段１７の構成要素であるＮＯｘ触媒において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタの温度を高めるものである。
【０１０２】
空燃比処理は、フィルタに流入する排気の空燃比がリーン空燃比となるように、燃料噴射弁３から噴射される燃料量又は燃料添加弁１９から排気ガス中へ添加される燃料量を調整する制御である。
【０１０３】
そして、このようなＰＭ酸化除去処理が実行されると、フィルタに捕集されているＰＭが酸化され、フィルタからＰＭが除去されることになる。
【０１０４】
このようにＰＭ酸化除去処理を実行するにあたって、燃料添加弁２１から排気中へ還元剤を添加することになるが、ＮＯｘ触媒には活性温度があり、触媒床温がこの活性温度範囲から外れると、還元剤を添加したとしても、フィルタの温度を上昇させ、高温に維持することができなくなる。また、フィルタの温度が過剰に上昇すると、フィルタの溶損を生じさせてしまう。
【０１０５】
そのため、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を適切な値に制御することが重要となり、そのためには、還元剤添加弁２１から添加する還元剤量を適切な量にすることが重要となる。  
【０１０６】
そして、本実施例においても、実施例１と同様の手法を用いて還元剤添加弁２１から添加する還元剤量を決定する。これにより、添加する還元剤量を適切な量にすることができるので、ＰＭ酸化除去処理実行中に、ＮＯｘ触媒の触媒床温が活性温度範囲から外れることおよびフィルタに溶損が生じることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】実施例１に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】還元剤添加から排気浄化手段に還元剤が到達するまでのモデルを簡易的に表したものである。
【図３】還元剤が付着してからの経過時間と蒸発量との関係を示す図である。
【図４】排気流量、排気温度およびエキマニ付着率の関係を示す図である。
【図５】排気流量、エキマニ壁面温度およびエキマニ蒸発率の関係を示す図である。
【図６】エキマニ付着率、エキマニ蒸発率および過給機付着率の関係を示す図である。
【図７】排気流量、エキマニ付着率および過給機蒸発率の関係を示す図である。
【図８】還元剤添加量を算出する制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０８】
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
７  吸気通路
８  エアクリーナボックス
９  エアフローメータ
１０  過給機
１１  インタークーラ
１２  吸気絞り弁
１３  吸気絞り用アクチュエータ
１４  排気ポート
１５  エキマニ
１６  ターボエルボ
１７  排気浄化手段
１８  排気管
１９  エキマニ壁温センサ
２０  排気温度センサ
２１  還元剤添加弁
２２  還元剤供給路
２３  ＥＣＵ
２４  クランクポジションセンサ
【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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