(57)【要約】【課題】酸化触媒においてＮＯｘ吸蔵還元触媒を通過した還元剤が酸化できないほど酸素不足に至る状態の発生を抑える内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、吸気通路、気筒、及び排気通路により構成されるガス通路と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の排気上流側に還元剤を供給する供給弁と、供給弁よりもガスの流れ方向上流側に一端が連結され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも排気下流側に他端が連結されたバイパス通路と、バイパス通路に流れるガス量を制御する流量制御弁と、制御装置と、バイパス通路の他端よりも排気下流側に配置された酸化触媒とを有する。制御装置は、供給弁から還元剤が供給されているときに（ステップＳ４０４）、排気通路のバイパス通路の他端よりも排気下流側であり、酸化触媒よりも排気上流側の部分の排気の酸素濃度が所定濃度以上となるように流量制御弁を制御する（ステップＳ４０５）。【選択図】図４
2019015203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路、該吸気通路に接続された気筒、及び該気筒に接続された排気通路によって構成されていてガスが流動するガス通路と、
前記排気通路に設けられているＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
前記排気通路に設けられ、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の排気上流側に還元剤を供給する供給弁と、
前記ガス通路における前記供給弁よりもガスの流れ方向上流側に一端が連結され、前記排気通路における前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも排気下流側に他端が連結されているバイパス通路と、
前記バイパス通路に流入するガスの量を制御する流量制御弁と、
前記流量制御弁を制御する制御装置と、
前記排気通路において、前記バイパス通路の他端が連結されている部分よりも排気下流側に設けられている酸化触媒とを有し、
前記制御装置は、前記供給弁から還元剤が供給されているときに、前記排気通路において前記バイパス通路の他端よりも排気下流側であって、前記酸化触媒よりも排気上流側の部分における排気の酸素濃度が所定濃度以上となるように前記流量制御弁を制御する
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】
特許文献１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に設けられていて、排気に含まれている窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）を吸蔵及び還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、排気通路が酸化雰囲気であるときにＮＯｘを吸蔵する一方で、排気通路が還元雰囲気であるときに吸蔵したＮＯｘを放出して還元する。排気通路には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも排気上流側に、還元剤供給弁が配置されている。還元剤供給弁は、還元剤を噴射することにより、排気通路を還元雰囲気にするとともにＮＯｘ吸蔵還元触媒に還元剤を供給する。
【０００３】
また、内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を迂回して排気を流動させるためのバイパス通路を有している。バイパス通路は、その上流端が還元剤供給弁よりも排気上流側に配置され、その下流端がＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも排気下流側に配置されている。バイパス通路には、バイパス通路に流入する排気の流量を制御する流量制御弁が設けられている。特許文献１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、還元剤供給弁から還元剤を噴射しているときに、流量制御弁を開弁して排気の一部をバイパス通路に流入させる。バイパス通路に排気の一部が流入すると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気の流量が低下する。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を流れる排気の流速が低下し、還元剤とＮＯｘ吸蔵還元触媒との接触時間が長くなる。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘの還元効率が高まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１‐１４０６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の排気浄化装置では、還元剤供給弁から噴射された還元剤の一部がＮＯｘ吸蔵還元触媒を通過して排気下流側に流れることがある。内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも排気下流側に酸化触媒が設けられている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒を通過した還元剤は、酸化触媒において排気に含まれている酸素と反応して酸化される。
【０００６】
ところで、還元剤供給弁から噴射された還元剤は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を通過するとき、または通過前において、排気に含まれている酸素と反応することもある。これらの反応によっては、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を通過した後の排気の酸素濃度が過度に低くなり、酸化触媒において還元剤の酸化を充分に行えないこともある。特許文献１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、こうした点については考慮されておらず、改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための内燃機関の排気浄化装置は、吸気通路、該吸気通路に接続された気筒、及び該気筒に接続された排気通路によって構成されていてガスが流動するガス通路と、前記排気通路に設けられているＮＯｘ吸蔵還元触媒と、前記排気通路に設けられ、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の排気上流側に還元剤を供給する供給弁と、前記ガス通路における前記供給弁よりもガスの流れ方向上流側に一端が連結され、前記排気通路における前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも排気下流側に他端が連結されているバイパス通路と、前記バイパス通路に流入するガスの量を制御する流量制御弁と、前記流量制御弁を制御する制御装置と、前記排気通路において、前記バイパス通路の他端が連結されている部分よりも排気下流側に設けられている酸化触媒とを有し、前記制御装置は、前記供給弁から還元剤が供給されているときに、前記排気通路において前記バイパス通路の他端よりも排気下流側であって、前記酸化触媒よりも排気上流側の部分における排気の酸素濃度が所定濃度以上となるように前記流量制御弁を制御する。
【０００８】
排気通路を流れる排気に含まれる酸素は、還元剤との反応によって消費されることがある。一方で、バイパス通路を流れるガスには還元剤が供給されないことから、該ガスに含まれる酸素はバイパス通路を通過する際には還元剤との反応によって消費されない。排気通路を流れる排気と、バイパス通路を流れるガスとが合流し、合流した後のガスが酸化触媒に流入する。そのため、バイパス通路を流れるガスの流量が多いときほど、酸化触媒に流入するガスの酸素濃度は高くなる傾向にある。
【０００９】
上記構成では、供給弁から還元剤が供給されているときに、流量制御弁を制御してバイパス通路に流入するガスの流量を調節することで、酸化触媒に流入するガスの酸素濃度を所定濃度以上にする。このように、酸素濃度を考慮して流量制御弁を制御することにより、酸化触媒においてＮＯｘ吸蔵還元触媒を通過した還元剤の酸化が行えないほど酸素不足に至る状態の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】内燃機関の排気浄化装置の一実施形態の構成を示す模式図。
【図２】ＮＯｘ吸蔵還元触媒の構成を示す断面図。
【図３】制御装置の機能ブロック図。
【図４】ＮＯｘ還元制御に係る一連の処理の流れを示すフローチャート。
【図５】ＮＯｘ還元制御の実行中における排気の流れを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
内燃機関の排気浄化装置の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関の機関本体１０には、４つの気筒（第１気筒＃１〜第４気筒＃４）が形成されている。機関本体１０には吸気通路２０が連結されている。各気筒＃１〜＃４には、吸気通路２０を通じて吸気が供給される。吸気通路２０は、吸気主通路２１と、該吸気主通路２１に連結されている吸気分岐通路２２とを有している。吸気分岐通路２２は、吸気主通路２１に連結されている第１吸気分岐通路２２Ａ、第２吸気分岐通路２２Ｂ、第３吸気分岐通路２２Ｃ、及び第４吸気分岐通路２２Ｄからなる。第１吸気分岐通路２２Ａは、第１気筒＃１に接続され、第２吸気分岐通路２２Ｂは、第２気筒＃２に接続されている。また、第３吸気分岐通路２２Ｃは、第３気筒＃３に接続され、第４吸気分岐通路２２Ｄは、第４気筒＃４に接続されている。吸気主通路２１には、その経路上に過給機３０のコンプレッサー３１が配置されている。吸気主通路２１には、コンプレッサー３１よりも吸気上流側に、該吸気主通路２１を流れる空気の流量を検出するエアフローメータ１００が設けられている。
【００１２】
内燃機関の機関本体１０には、排気通路４０が連結されている。排気通路４０は、排気主通路４１と、該排気主通路４１に連結されている排気分岐通路４２とを有している。排気分岐通路４２は、排気主通路４１に連結されている第１排気分岐通路４２Ａ、第２排気分岐通路４２Ｂ、第３排気分岐通路４２Ｃ、及び第４排気分岐通路４２Ｄからなる。第１排気分岐通路４２Ａは、第１気筒＃１に接続され、第２排気分岐通路４２Ｂは、第２気筒＃２に接続されている。また、第３排気分岐通路４２Ｃは、第３気筒＃３に接続され、第４排気分岐通路４２Ｄは、第４気筒＃４に接続されている。各気筒＃１〜＃４内の排気は、排気分岐通路４２を通じて排気主通路４１に排出される。排気主通路４１には、その経路上に過給機３０のタービン３２が配置されている。過給機３０のタービン３２とコンプレッサー３１とは回転軸３３によって連結されている。排気主通路４１を流れる排気によってタービン３２が回転することで、コンプレッサー３１が回転する。これにより、吸気主通路２１を流れる吸気が吸気分岐通路２２へと圧送される。吸気通路２０、吸気通路２０に接続されている各気筒＃１〜＃４、及び各気筒＃１〜＃４に接続されている排気通路４０によってガスが流動するガス通路が構成されている。ガス通路においては、吸気通路２０から各気筒＃１〜＃４を通じて排気通路４０へとガスが流れる。
【００１３】
排気主通路４１には、タービン３２よりも排気下流側にＮＯｘ吸蔵還元触媒５０が設けられている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０は、排気通路４０が酸化雰囲気であるときに排気に含まれているＮＯｘを吸蔵する一方で、排気通路４０が還元雰囲気であるときに吸蔵したＮＯｘを放出して還元する。
【００１４】
図２に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０は、円筒状に形成されたハウジング５１を有している。ハウジング５１は、排気上流側の第１筒部５２と、第１筒部５２に連結されていて、該第１筒部５２よりも拡径された拡径部５３と、拡径部５３に連結されている第２筒部５４とからなる。第２筒部５４の外径は、第１筒部５２の外径と同じである。拡径部５３は、第１筒部５２に連結されている上流側円錐体５３Ａを有している。上流側円錐体５３Ａは、排気下流側（図２の右側）ほど拡径した円錐形状に形成されている。上流側円錐体５３Ａには、円筒状の中央筒体５３Ｂが連結されている。中央筒体５３Ｂには、排気下流側ほど縮径した円錐形状の下流側円錐体５３Ｃが連結されている。下流側円錐体５３Ｃの排気下流側の端部に第２筒部５４が連結されている。中央筒体５３Ｂの内域には、保持マット５５及び担体５６が配置されている。
【００１５】
保持マット５５は、円筒状に形成されていて、その外周面が中央筒体５３Ｂの内周面に当接している。保持マット５５は、絶縁性の素材によって構成されている。担体５６は、円柱形状に形成されており、内部がハニカム構造になっている。担体５６は、保持マット５５の内域に配置されており、該保持マット５５によって保持されている。担体５６は、所定の抵抗を有する金属から構成されていて、触媒を担持している。担体５６には、該担体５６に電流を流すための第１電極５７及び第２電極５８が取り付けられている。第１電極５７には第１電線５９の一端が接続され、第２電極５８には第２電線６０の一端が接続されている。第１電線５９の他端は、例えばバッテリーなどの電源６１に接続されている。第１電線５９の経路上には、切替部６２が設けられている。切替部６２は、第１電極５７における電流の流れを制御することにより、電源６１から第１電極５７へ電流が流れている通電状態と、電源６１から第１電極５７へ電流が流れていない停止状態とを切り替える。第２電極５８に接続されている第２電線６０の他端は、アース６３に接続されている。切替部６２が第１電線５９を通電状態とすることで、第１電極５７から担体５６を通じて第２電極５８に電流が流れる。担体５６に電流が流れると、該担体５６は発熱する。これにより、担体５６に担持された触媒の昇温が早められる。図１に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０には、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の温度を検出する温度センサ１０１が設けられている。
【００１６】
図１に示すように、排気主通路４１には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の排気上流側であって、タービン３２の排気下流側に供給弁７０が設けられている。供給弁７０には、燃料供給通路７１の一端が連結されている。燃料供給通路７１の他端は、燃料ポンプ７２に連結されている。燃料ポンプ７２は燃料タンク７３に連結されている。燃料タンク７３には、還元剤としての燃料が貯留されている。燃料タンク７３内の燃料は、燃料ポンプ７２により汲み出され、燃料供給通路７１を通じて供給弁７０に供給される。供給弁７０は、供給された燃料を排気主通路４１におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の排気上流側に噴射することで、排気主通路４１を還元雰囲気にするとともにＮＯｘ吸蔵還元触媒５０に還元剤としての燃料を供給する。
【００１７】
排気主通路４１には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の排気下流側に酸化触媒８０が設けられている。酸化触媒８０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０を通過して排気下流側に流れた燃料を排気に含まれている酸素と反応させて酸化する。
【００１８】
排気通路４０は、バイパス通路８１を有している。バイパス通路８１の一端は、排気主通路４１におけるタービン３２よりも排気上流側、すなわち、供給弁７０よりも排気上流側に連結されている。換言すれば、バイパス通路８１の一端は、ガス通路における供給弁７０よりもガスの流れ方向上流側に一端が連結されている。バイパス通路８１の他端は、排気主通路４１におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒５０よりも排気下流側であって、酸化触媒８０よりも排気上流側に連結されている。すなわち、酸化触媒８０は、バイパス通路８１の他端よりも排気下流側に設けられている。バイパス通路８１の一端と排気主通路４１との接続部には、流量制御弁８２が設けられている。流量制御弁８２は、弁体８３と該弁体８３を開閉させる駆動軸８４とを有していて、バイパス通路８１の一端部における流路断面積を変化させる。なお、図１は、流量制御弁８２が閉弁しており、バイパス通路８１の一端部が閉塞されている状態を示している。この状態では、図１に一点鎖線の矢印で示すように、各気筒＃１〜＃４から排出された排気は、排気主通路４１を通じてタービン３２、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０、及び酸化触媒８０を順に通過して排気下流側に流れる。
【００１９】
また、排気主通路４１には、バイパス通路８１の他端よりも排気下流側であって、酸化触媒８０よりも排気上流側の排気に含まれている酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１０２が設けられている。
【００２０】
内燃機関の排気浄化装置には、制御装置９０が設けられている。制御装置９０には、エアフローメータ１００、温度センサ１０１、及び酸素濃度センサ１０２からの出力信号が入力される。また、制御装置９０には、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ１０３や機関回転速度を検出する回転速度センサ１０４からの出力信号も入力される。制御装置９０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０のＮＯｘの吸蔵量が許容量以上となる前に、燃料ポンプ７２や供給弁７０を制御して、供給弁７０から排気主通路４１に所定量の燃料を噴射させるＮＯｘ還元制御を実行する。ＮＯｘ還元制御では、排気を還元雰囲気にしてＮＯｘ吸蔵還元触媒５０に吸蔵されたＮＯｘを放出、還元させる。
【００２１】
図３に示すように、制御装置９０は、機能部として、ＮＯｘ吸蔵量算出部９１、ＮＯｘ吸蔵量判定部９２、触媒床温判定部９３、床温制御部９４、供給弁制御部９７、目標開度算出部９８、流量制御弁制御部９９を有している。
【００２２】
ＮＯｘ吸蔵量算出部９１は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０のＮＯｘの吸蔵量を算出する。なお、ＮＯｘの吸蔵量は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０へのＮＯｘの流入量と、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０からのＮＯｘの放出量とに基づいて算出する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０へのＮＯｘの流入量は、例えば、各気筒＃１〜＃４における燃料噴射量及び機関回転速度から算出される排気のＮＯｘ濃度に基づいて算出する。なお、燃料噴射量は、アクセル操作量及び機関回転速度などに基づいて算出することができる。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０からのＮＯｘの放出量は、例えば、排気が還元雰囲気である状態においてＮＯｘ吸蔵還元触媒５０に供給される燃料量や、排気主通路４１を流れる排気の流速などに基づいて算出することができる。
【００２３】
ＮＯｘ吸蔵量判定部９２は、ＮＯｘ吸蔵量算出部９１によって算出されたＮＯｘの吸蔵量がＮＯｘ還元制御を開始するための開始閾値以上か否かを判定する。なお、開始閾値は、例えば、ＮＯｘの吸蔵量の許容量における上限値よりも少し小さい値に設定されている。また、ＮＯｘ吸蔵量判定部９２は、ＮＯｘ吸蔵量算出部９１によって算出されたＮＯｘの吸蔵量がＮＯｘ還元制御を終了するための終了閾値未満か否かについても判定する。なお、終了閾値は、例えば、ＮＯｘの吸蔵量の許容量における下限値よりも少し大きい値に設定されており、開始閾値よりも小さい値である。
【００２４】
触媒床温判定部９３は、温度センサ１０１からの出力信号に基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の床温を算出し、算出した触媒床温が所定温度以上であるか否かを判定する。なお、所定温度は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０が活性化する温度範囲における下限の温度に設定されている。
【００２５】
床温制御部９４は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の切替部６２を制御して、触媒昇温制御を実行する。すなわち、床温制御部９４は、担体５６への通電状態を制御することにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０が活性化する温度以上となるように触媒床温を調節する。床温制御部９４は、機能部として、昇温開始部９５と昇温終了部９６とを有している。昇温開始部９５は、触媒床温判定部９３によって触媒床温が所定温度よりも低いと判定されたときに、電源６１から第１電極５７に電流が供給されるように切替部６２を制御する。これにより、担体５６を通電して触媒床温を上昇させる。また、昇温終了部９６は、ＮＯｘ吸蔵量判定部９２によって、ＮＯｘ吸蔵量算出部９１が算出したＮＯｘの吸蔵量がＮＯｘ還元制御を終了するための終了閾値未満となったときに、電源６１から第１電極５７に電流が供給されないように切替部６２を制御して、担体５６への通電を停止させる。
【００２６】
供給弁制御部９７は、供給弁７０を制御して排気主通路４１に燃料を供給する。供給弁７０から噴射される燃料量は、各気筒＃１〜＃４に導入される吸入空気量、及びＮＯｘ吸蔵還元触媒５０におけるＮＯｘの吸蔵量等に基づいてマップ演算により求められる。各気筒＃１〜＃４に導入される吸入空気量は、エアフローメータ１００からの出力信号に基づいて算出することができ、ＮＯｘの吸蔵量は、上述したようにＮＯｘ吸蔵量算出部９１によって算出することができる。燃料量は、排気主通路４１における排気を、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０が吸蔵されたＮＯｘを放出、還元することができるほど還元雰囲気とするために必要な量として算出される。燃料量は、ＮＯｘの吸蔵量が多いときほど多くなる。供給弁制御部９７は、上記マップ演算を行うためのマップを記憶している。このマップは、予め実験やシミュレーションを行うことにより、求められている。
【００２７】
目標開度算出部９８は、ＮＯｘ還元制御を実行しているときの流量制御弁８２の目標開度θｔを算出する。流量制御弁制御部９９は、目標開度算出部９８によって算出された目標開度θｔとなるように流量制御弁８２の開度を制御する。流量制御弁８２が開弁すると、各気筒＃１〜＃４から排出された排気の一部は、バイパス通路８１に流れる。そのため、排気の一部はＮＯｘ吸蔵還元触媒５０を迂回して流れ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０を通過した排気と合流して酸化触媒８０に供給されることとなる。排気主通路４１を流れる排気に含まれる酸素は、還元剤である燃料との反応により消費されることがある。一方で、バイパス通路８１を流れる排気には燃料が供給されないことから、該排気に含まれる酸素はバイパス通路８１を通過する際には燃料との反応によって消費されない。そのため、バイパス通路８１を流れる排気の流量が多いときほど、すなわち、流量制御弁８２の開度が大きいときほど、酸化触媒８０に流入する排気の酸素濃度は高くなる傾向にある。本実施形態において、目標開度算出部９８は、酸素濃度センサ１０２からの出力信号に基づいて、流量制御弁８２の目標開度θｔを、酸化触媒８０に流入する排気の酸素濃度が所定濃度となる開度に設定する。なお、所定濃度は、酸化触媒８０においてＮＯｘ吸蔵還元触媒５０を通過した燃料の酸化を行うために必要な酸素濃度の下限値であり、予め実験やシミュレーションによって求められて制御装置９０に記憶されている。
【００２８】
次に、図４のフローチャートを参照して、ＮＯｘ還元制御に係る一連の処理の流れを説明する。ＮＯｘ還元制御に係る一連の処理は、制御装置９０によって所定周期毎に繰り返し実行される。
【００２９】
図４に示すように、制御装置９０がこの一連の処理を開始すると、ＮＯｘ吸蔵量算出部９１が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０のＮＯｘの吸蔵量を算出する（ステップＳ４００）。その後、ＮＯｘ吸蔵量判定部９２は、ＮＯｘ吸蔵量算出部９１によって算出されたＮＯｘの吸蔵量がＮＯｘ還元制御を開始するための開始閾値以上か否かを判定する（ステップＳ４０１）。ステップＳ４０１の処理において、ＮＯｘの吸蔵量が開始閾値以上であると判定された場合には（ステップＳ４０１：ＹＥＳ）、次に、触媒床温判定部９３が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の触媒床温が所定温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の触媒床温が所定温度以上であると判定した場合には（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）、ステップＳ４０４の処理に移行して、供給弁制御部９７が供給弁７０を制御して排気主通路４１に燃料を供給する。
【００３０】
一方で、ステップＳ４０２の処理において、触媒床温が所定温度未満であると判定された場合には（ステップＳ４０２：ＮＯ）、ステップＳ４０３の処理に移行して、床温制御部９４が、触媒昇温制御を実行する。触媒昇温制御では、まず昇温開始部９５が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の切替部６２を制御して、電源６１から第１電極５７に電流を供給する。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の担体５６を発熱させて、触媒床温を所定温度以上、すなわちＮＯｘ吸蔵還元触媒５０が活性化する温度以上にする。このように触媒昇温制御を実行することにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の触媒床温が所定温度未満であっても、触媒床温を所定温度以上まで上昇させる。その後、ステップＳ４０４の処理に移行する。
【００３１】
ステップＳ４０４の処理では、上述したように、供給弁制御部９７が供給弁７０を制御して排気主通路４１に燃料を供給する。これにより、排気が還元雰囲気となり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０に吸蔵されたＮＯｘが放出、還元される。
【００３２】
次に、目標開度算出部９８が流量制御弁８２の目標開度θｔを算出するとともに、流量制御弁制御部９９が算出された目標開度θｔとなるように流量制御弁８２の開度を制御する（ステップＳ４０５）。目標開度θｔは、酸化触媒８０に流入する排気の酸素濃度が所定濃度となるように設定される。流量制御弁制御部９９は、例えば流量制御弁８２の実際の開度情報などに基づいてフィードバック制御を行うことにより、流量制御弁８２の開度を目標開度θｔに制御する。
【００３３】
その後、ステップＳ４０６の処理に移行する。ステップＳ４０６の処理では、まずＮＯｘ吸蔵量算出部９１が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０のＮＯｘの吸蔵量を算出する。供給弁７０から燃料が供給されていることから、ＮＯｘの吸蔵量は時間の経過に伴い減少する。ＮＯｘ吸蔵量判定部９２は、ＮＯｘ吸蔵量算出部９１によって算出されたＮＯｘの吸蔵量がＮＯｘ還元制御を終了するための終了閾値未満となったか否かについて判定する。ＮＯｘ還元制御を開始してからの経過時間が短く、ＮＯｘの吸蔵量が終了閾値以上であるときには、ステップＳ４０６の処理において否定判定となる（ステップＳ４０６：ＮＯ）。この場合には、ステップＳ４０６の処理を繰り返し実行する。ステップＳ４０６の処理を繰り返し実行している間は、供給弁７０から噴射される燃料量や、流量制御弁８２の開度が運転条件に合わせて制御されている。
【００３４】
その後、ＮＯｘ還元制御を開始してからの経過時間が長くなり、ＮＯｘの吸蔵量が終了閾値未満となると、ステップＳ４０６の処理において肯定判定となる（ステップＳ４０６：ＹＥＳ）。この場合、ステップＳ４０７の処理に移行する。ステップＳ４０７の処理では、供給弁制御部９７が供給弁７０からの燃料の供給を終了し、床温制御部９４の昇温終了部９６が担体５６への通電を停止させて触媒昇温制御を終了する。また、流量制御弁制御部９９は、流量制御弁８２を閉弁状態とする。その後、ＮＯｘ還元制御に係る一連の処理を終了する。
【００３５】
なお、ステップＳ４０１の処理において、ＮＯｘの吸蔵量が開始閾値未満であると判定された場合には（ステップＳ４０１：ＮＯ）、以降の処理を行わずに、ＮＯｘ還元制御に係る一連の処理を終了する。
【００３６】
本実施形態の作用効果について、図５を参照して説明する。
（１）本実施形態では、供給弁７０から燃料が供給されているときに、酸化触媒８０に流入する排気の酸素濃度が所定濃度となるように流量制御弁８２を制御している。流量制御弁８２が開弁すると、図５に二点鎖線の矢印で示すように、各気筒＃１〜＃４から排出された排気の一部は、バイパス通路８１に流れ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０を通過した排気と合流してから酸化触媒８０に供給されることとなる。排気主通路４１を流れる排気に含まれる酸素は、燃料との反応によって消費されることがある。一方で、バイパス通路８１を流れる排気には燃料が添加されないことから、該排気に含まれる酸素はバイパス通路８１を通過する際には燃料との反応によって消費されない。そのため、バイパス通路８１を流れる排気の流量が多いときほど、酸化触媒８０に流入する排気の酸素濃度は高くなる傾向にある。本実施形態のように、流量制御弁８２の開度を調節してバイパス通路８１に流入する排気の流量を調節することで、酸化触媒８０においてＮＯｘ吸蔵還元触媒５０を通過した燃料の酸化が行えないほど酸素不足に至る状態の発生を抑制できる。
【００３７】
（２）供給弁７０から燃料が供給されているときに、流量制御弁８２を開弁させてバイパス通路８１に排気の一部を流動させると、排気主通路４１を通じてＮＯｘ吸蔵還元触媒５０に供給される排気の流量が減少する。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０を通過する排気の流速は、排気の全てがＮＯｘ吸蔵還元触媒５０に流動する場合に比して減少し、燃料がＮＯｘ吸蔵還元触媒５０を通過する際にかかる時間が長くなる。その結果、燃料とＮＯｘ吸蔵還元触媒５０との接触時間が長くなり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０におけるＮＯｘの還元効率を高めることにも貢献できる。
【００３８】
上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。以下の変更例は、互いに適宜組み合わせて実施することも可能である。
・上記実施形態では、排気主通路４１において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の排気上流側であって、タービン３２の排気下流側に供給弁７０を設けた。ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の排気上流側に燃料を供給することができるのであれば、供給弁７０の位置はこれに限らない。例えば、排気主通路４１において、タービン３２の排気上流側に供給弁７０を設けることも可能である。
【００３９】
・バイパス通路８１の一端と排気主通路４１との接続部に流量制御弁８２を設けたが、流量制御弁８２は、他の部分に設けることも可能である。例えば、流量制御弁８２を、バイパス通路８１の途中に設けてもよいし、バイパス通路８１の他端と排気主通路４１との接続部などに設けてもよい。また、流量制御弁８２の開弁方向、すなわち駆動軸８４と弁体８３との位置関係を、排気通路４０の形状や寸法に合わせて適宜変更することも可能である。
【００４０】
・バイパス通路８１の配置は上述したものに限らない。例えば、排気主通路４１においてタービン３２の排気下流側であって、供給弁７０よりも排気上流側にバイパス通路の一端を連結してもよい。また、吸気主通路２１において、コンプレッサー３１の吸気下流側にバイパス通路の一端を連結してもよい。この場合であっても、バイパス通路の一端をガス通路における供給弁７０よりもガスの流れ方向上流側に連結した構成を実現できる。なお、この構成では、バイパス通路を流れるガスは吸気となる。これらの構成では、ガス通路を流れるガスの一部を、供給弁７０を通過する前にバイパス通路に流動させることができる。こうした構成であっても、バイパス通路を流れるガスには燃料が添加されないため、流量制御弁の開度を調節してバイパス通路に流入するガスの流量を調節することで、酸化触媒８０においてＮＯｘ吸蔵還元触媒５０を通過した燃料の酸化が行えないほど酸素不足に至る状態の発生を抑制できる。
【００４１】
・上記実施形態では、目標開度算出部９８は、流量制御弁８２の目標開度θｔを、酸化触媒８０に流入する排気の酸素濃度が所定濃度となる開度に設定した。流量制御弁８２の目標開度θｔの設定は、これに限らない。例えば、流量制御弁８２の目標開度θｔを、酸化触媒８０に流入する排気の酸素濃度が所定濃度よりも濃い濃度となる開度に設定することも可能である。こうした構成であっても、排気主通路４１においてバイパス通路８１の他端よりも排気下流側であって、酸化触媒８０よりも排気上流側の部分における排気の酸素濃度を所定濃度以上とすることはできる。なお、バイパス通路８１を通じて流れる排気は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０を通過しないことから、排気の浄化性能を担保する上では、流量制御弁８２の開度は過度に大きくせず、排気に含まれる酸素濃度が所定濃度となる程度の開度に制御することが望ましい。
【００４２】
・上記実施形態では、ステップＳ４０６の処理を繰り返し実行している間は、供給弁７０から噴射される燃料量や、流量制御弁８２の開度を運転条件に合わせて制御していたが、この構成は適宜変更が可能である。例えば、ステップＳ４０６の処理を繰り返し実行している間、ステップＳ４０４の処理において設定した燃料量や、ステップＳ４０５の処理において設定した目標開度θｔを変更しない構成とすることも可能である。
【００４３】
・酸化触媒８０よりも排気下流側にさらにＮＯｘ浄化装置を設けてもよい。この場合には、流量制御弁８２を開弁してバイパス通路に排気を流動させたときの排気の浄化性能の悪化が問題になりにくい。
【００４４】
・上記実施形態では、酸素濃度センサ１０２を設けることで、バイパス通路８１の他端よりも排気下流側であって、酸化触媒８０よりも排気上流側の排気に含まれている酸素濃度を算出するようにしたが、必ずしも酸素濃度センサ１０２を設ける必要はない。例えば、バイパス通路８１の他端よりも排気下流側であって、酸化触媒８０よりも排気上流側の排気に含まれている酸素濃度を演算などによって算出することができるのであれば、酸素濃度センサ１０２を省略することが可能である。こうした構成では、演算によって求められる排気の酸素濃度が所定濃度以上となるように流量制御弁８２を制御すればよい。
【００４５】
・ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０を通電により担体５６を発熱可能な構成としたが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の構成はこれに限らない。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０において、第１電極５７、第２電極５８、第１電線５９、第２電線６０、及び切替部６２を省略することも可能である。この場合には、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の排気上流側に、排気の温度を上昇させる排気温度上昇装置を設けて、排気温度上昇装置によってＮＯｘ吸蔵還元触媒５０に流入する排気の温度を上昇させることにより、触媒床温を上昇させるようにしてもよい。また、上記のようにＮＯｘ吸蔵還元触媒５０の一部の構成を省略した場合において、排気温度上昇装置を備えない構成としてもよい。この場合には、図４のステップＳ４０２の処理において否定判定となった場合には（ステップＳ４０２：ＮＯ）、以降の処理を行わずに、ＮＯｘ還元制御に係る一連の処理を終了すればよい。
【００４６】
・流量制御弁８２の構成は、上述したものに限らず、バイパス通路８１の流路断面積を変更可能な周知の構成の制御弁を採用することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…機関本体、２０…吸気通路、２１…吸気主通路、２２…吸気分岐通路、２２Ａ…第１吸気分岐通路、２２Ｂ…第２吸気分岐通路、２２Ｃ…第３吸気分岐通路、２２Ｄ…第４吸気分岐通路、３０…過給機、３１…コンプレッサー、３２…タービン、３３…回転軸、４０…排気通路、４１…排気主通路、４２…排気分岐通路、４２Ａ…第１排気分岐通路、４２Ｂ…第２排気分岐通路、４２Ｃ…第３排気分岐通路、４２Ｄ…第４排気分岐通路、５０…ＮＯｘ吸蔵還元触媒、５１…ハウジング、５２…第１筒部、５３…拡径部、５３Ａ…上流側円錐体、５３Ｂ…中央筒体、５３Ｃ…下流側円錐体、５４…第２筒部、５５…保持マット、５６…担体、５７…第１電極、５８…第２電極、５９…第１電線、６０…第２電線、６１…電源、６２…切替部、６３…アース、７０…供給弁、７１…燃料供給通路、７２…燃料ポンプ、７３…燃料タンク、８０…酸化触媒、８１…バイパス通路、８２…流量制御弁、８３…弁体、８４…駆動軸、９０…制御装置、９１…ＮＯｘ吸蔵量算出部、９２…ＮＯｘ吸蔵量判定部、９３…触媒床温判定部、９４…床温制御部、９５…、昇温開始部、９６…昇温終了部、９７…供給弁制御部、９８…目標開度算出部、９９…流量制御弁制御部、１００…エアフローメータ、１０１…温度センサ、１０２…酸素濃度センサ、１０３…アクセルセンサ、１０４…回転速度センサ。
【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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