(57)【要約】【課題】エネルギ消費を低減しつつ添加燃料を有効利用する。【解決手段】機関排気通路内に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒２４のＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには、燃料添加装置３１から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにする。燃料添加装置３１は燃料に電圧を印加しながら燃料を添加できるようになっている。ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときにはまず、燃料に電圧を印加することなく燃料を添加する無印加添加を行う。無印加添加が行われたときに添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、燃料に直流電圧のみを印加しながら燃料を添加する直流印加添加に切り換える。直流印加添加が行われたときに添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら燃料を添加する重畳印加添加に切り換える。【選択図】図１
2008261262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されたか否かを判断する判断手段を具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に電圧を印加することなく該燃料を添加する無印加添加を行い、このとき燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を添加する直流印加添加を行うようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されたか否かを判断する判断手段を具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に電圧を印加することなく該燃料を添加する無印加添加を行い、このとき燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を添加する重畳印加添加を行うようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されたか否かを判断する判断手段を具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を添加する直流印加添加を行い、このとき燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を添加する重畳印加添加を行うようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されたか否かを判断する判断手段を具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に電圧を印加することなく該燃料を添加する無印加添加を行い、このとき燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を添加する直流印加添加を行い、それでもなおこのとき燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を添加する重畳印加添加を行うようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記判断手段は、ＮＯｘ吸収剤から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度である排出ＮＯｘ濃度を検出する手段を具備し、燃料添加装置から燃料が添加されたときに生ずる排出ＮＯｘ濃度のピーク値があらかじめ定められた設定値よりも大きいときに、燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されていないと判断し、該排出ＮＯｘ濃度のピーク値が該設定値よりも小さいときに燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されたと判断する請求項１から４までのいず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】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このようにＮＯｘ吸収剤に燃料を添加する場合、燃料を有効利用するのが好ましく、そのための手段として添加燃料の微粒化が知られている。
【０００４】
一方、毛細管に電圧を印加しながら液体をこの毛細管内を流通させ、それにより液体に電圧を印加しながら噴射する電気流体力学（ＥＨＤ）噴射が公知である（例えば特許文献２参照）。この特許文献２では液体に直流電圧が印加される。その結果、液体が同一極性に帯電されこのとき液体に生ずる電気的反発力でもって噴射液滴が微粒化される。
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−１２９２３８号公報
【特許文献２】特開２００１−１７０５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そうすると、燃料を上述したようなＥＨＤ噴射によってＮＯｘ吸収剤に添加すれば、添加燃料の微粒化を促進できるので、燃料を有効利用できると考えられる。
【０００７】
ところが、例えばＮＯｘ吸収剤の温度が高いときには、燃料の反応速度が高いので、ＥＨＤ噴射のような微粒化作用を行わなくても添加燃料をＮＯｘ吸収剤で有効利用することができると考えられ、このような場合にまで燃料の微粒化作用を行うのは、ＥＨＤ噴射での印加エネルギのことを考えると好ましくない。したがって、燃料の微粒化作用を実行するか停止するかの判断基準が必要となるのである。
【０００８】
ところで、燃料を改質例えば軽質化することも、燃料の反応性が高められるので、燃料の有効利用のために効果的である。しかしながら、上述のように直流電圧を印加するＥＨＤ噴射では、噴射燃料の微粒化を促進することができるけれども、燃料の改質を行うことができない。すなわち、燃料の微粒化及び改質作用を同時に行うことができないのである。例えばＮＯｘ吸収剤の温度がかなり低いときには、燃料の微粒化作用だけでは燃料を有効利用できないおそれがあり、したがって上述のＥＨＤ噴射ではＮＯｘ吸収剤の温度がかなり低いときに燃料を有効利用できないおそれがある。
【０００９】
そこで、燃料の微粒化及び改質作用を同時に行うことができる新たな添加手段が必要となる。しかしながら、この新たな添加手段についても、燃料の微粒化及び改質作用を実行するか停止するかの判断基準が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されたか否かを判断する判断手段を具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に電圧を印加することなく該燃料を添加する無印加添加を行い、このとき燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を添加する直流印加添加を行うようにしている。
【００１１】
また、本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されたか否かを判断する判断手段を具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に電圧を印加することなく該燃料を添加する無印加添加を行い、このとき燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を添加する重畳印加添加を行うようにしている。
【００１２】
また、本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されたか否かを判断する判断手段を具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を添加する直流印加添加を行い、このとき燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を添加する重畳印加添加を行うようにしている。
【００１３】
また、本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されたか否かを判断する判断手段を具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に電圧を印加することなく該燃料を添加する無印加添加を行い、このとき燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を添加する直流印加添加を行い、それでもなおこのとき燃料添加装置から添加された燃料が有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を添加する重畳印加添加を行うようにしている。
【発明の効果】
【００１４】
エネルギ消費を低減しつつ添加燃料を有効利用することができ、したがってＮＯｘ吸収剤の良好な排気浄化作用を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は圧縮着火式内燃機関に本発明を適用した場合を示している。当然、火花点火式内燃機関にも本発明を適用できる。
【００１６】
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。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の入口はエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には電子制御式スロットル弁１０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。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の出口は排気後処理装置２０に連結される。
【００１７】
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１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４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１４内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１５を介してコモンレール１６に連結され、このコモンレール１６は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７を介して燃料タンク１８に連結される。燃料タンク１８内の燃料例えば軽油は燃料ポンプ１７によりコモンレール１６内に供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１８】
排気後処理装置２０は排気タービン７ｂの出口に連結された排気管２１と、排気管２１に連結された触媒コンバータ２２と、触媒コンバータ２２に連結された排気管２３とを具備する。触媒コンバータ２２内にはＮＯｘ吸蔵還元触媒２４が配置される。また、排気管２３には触媒コンバータ２２から排出された排気ガスの温度を検出するための温度センサ２５と、触媒コンバータ２２から排出された排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ２６とが配置される。触媒コンバータ２２から排出された排気ガスの温度はＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の温度を表している。
【００１９】
更に、排気管２１には燃料添加装置３１が取り付けられる。燃料添加装置３１は図１及び図２に示されるように、燃料添加ノズルないしＥＨＤアトマイザ３２を具備する。このＥＨＤアトマイザ３２はセラミックのような絶縁性材料からなる筒体３３と、筒体３３の先端に取り付けられた、金属のような導電性材料からなる燃料添加管３４とを具備する。本発明による実施例では燃料添加管３４は細管ないしキャピラリから構成される。筒体３３は燃料導入管３５を介して燃料タンク１８に連結され、燃料導入管３５内には電子制御式の燃料ポンプ３７が配置される。一方、細管３４には電圧印加装置３８が電気的に接続される。なお、筒体３３は帯電しないように接地される。
【００２０】
本発明による実施例では、ＥＨＤアトマイザ３２から排気管２１内に添加すべきときに燃料ポンプ３７が作動され、燃料ポンプ３７から吐出された量だけ燃料がＥＨＤアトマイザ３２から排気管２１内に添加される。また、電圧印加装置３８はパルス電源及び直流電源を具備しており、パルス電圧及び直流電圧の一方又は双方を燃料に印加できるようになっている。なお、燃料添加装置３１を排気マニホルド５に取り付けることもできる。
【００２１】
このように本発明による実施例ではＥＨＤアトマイザ３２が燃料タンク１８に連結され、したがってＥＨＤアトマイザ３２から排気管２１には燃料すなわち軽油が添加される。しかしながら、ＥＨＤアトマイザ３２を燃料タンク１８とは別のタンクに連結し、ＥＨＤアトマイザ３２から例えばガソリン、アルコールのような液体炭化水素を添加するようにすることもできる。
【００２２】
電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５及び出力ポート５６を具備する。エアフローメータ８、温度センサ２５、及びＮＯｘセンサ２６の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。また、アクセルペダル５９にはアクセルペダル５９の踏み込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ６０が接続され、負荷センサ６０の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に入力ポート５５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６１が接続される。ＣＰＵ５４ではクランク角センサ６１からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出される。一方、出力ポート５６は対応する駆動回路５８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０駆動装置、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７，３７、及び電圧印加装置３８に接続される。
【００２３】
燃料添加装置３１から燃料を添加すべきときには燃料ポンプ３７が作動され、燃料タンク１８内の燃料が燃料導入管３５を介しＥＨＤアトマイザ３２の筒体３３内に供給される。この燃料は次いで細管３４内を流通して細管３４の先端から噴射される。このとき電圧印加装置３８により細管３４に電圧を印加すれば、燃料に電圧を印加しながら燃料を噴射するＥＨＤ噴射を行うことができる。
【００２４】
この場合、燃料への電圧印加は種々のパターンで行うことができる。すなわち、図３（Ａ）に示される例では、時期Ｘから時期Ｙまでの燃料添加期間において燃料添加が行われ、この燃料添加期間中に燃料にパルス電圧Ｖｐが繰り返し印加される。すなわち、印加電圧Ｖが一定周期でパルス電圧Ｖｐ（＜０）とされると共に、わずかばかりの電圧保持時間Δｔだけパルス電圧Ｖｐに保持される。
【００２５】
このように燃料にパルス電圧を印加すると、燃料の改質作用と微粒化作用とを同時に得ることができることが本願発明者によって確認されている。
【００２６】
この場合の燃料の改質及び微粒化メカニズムについては不明な点もあるが、おおよそ次のように考えられている。すなわち、燃料にパルス電圧Ｖｐを印加すると、印加電圧ＶはゼロからＶｐまで変化し、このとき燃料中を流れる電流ないし電子によって燃料（炭化水素）分子の化学結合が切断される。その結果、例えば直鎖状炭化水素を構成する炭素分子数が少なくなり、多重結合が一重結合になり、環状炭化水素が開環され、又は水素が発生し、斯くして燃料が改質される。一方、印加電圧Ｖがパルス電圧Ｖｐに保持されている電圧保持時間Δｔ中には、燃料に直流電圧を印加した場合と同様に、燃料が同一極性に帯電され、燃料に生ずる電気的反発力でもって燃料液滴が微粒化される。このようにして、燃料にエネルギが注入され、燃料の改質作用及び微粒化作用を同時に得ることができるのである。
【００２７】
これに対し、図３（Ｂ）に示される例では、燃料添加期間中に燃料にパルス電圧Ｖｐ（＜０）と直流電圧Ｖｄ（＜０）とが重畳的に印加される。
【００２８】
上述の燃料改質及び微粒化メカニズムによれば、燃料に電圧を定常的に印加すると、燃料が帯電されて燃料の微粒化作用が促進される。したがって、燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加すると、パルス印加添加の場合に比べて、燃料に電圧が定常的に印加される時間が長くなるので、燃料の帯電量が大きくなって燃料に生ずる電気的反発力が大きくなり、斯くして燃料の微粒化が更に促進される。
【００２９】
また、直流電圧Ｖｄにパルス電圧Ｖｐを重畳的に印加すると、印加電圧のピーク値はＶｐ＋Ｖｄとなり、パルス電圧（Ｖｐ＋Ｖｄ）のみを印加した場合と同程度のエネルギが燃料に注入されることになる。したがって、パルス電圧Ｖｐを単独で印加するよりも、燃料の改質作用を更に促進することができる。
【００３０】
図３（Ｃ）に示される例では、燃料添加期間中に燃料に直流電圧Ｖｄ（＜０）のみが印加される。このようにすると、燃料の微粒化を促進することができる。ただし、燃料の改質作用はほとんど期待できない。更に、図３（Ｄ）に示される例では、燃料添加期間中に燃料に電圧が印加されない。
【００３１】
以下では、図３（Ａ）に示されるように燃料にパルス電圧のみを印加しながら燃料を添加する燃料添加形態をパルス印加添加と称し、図３（Ｂ）に示されるように燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら燃料を添加する燃料添加形態を重畳印加添加と称する。また、図３（Ｃ）に示されるように燃料に直流電圧Ｖｄのみを印加しながら燃料を添加する燃料添加形態を直流印加添加と称し、図３（Ｄ）に示されるように燃料に電圧を印加することなく燃料を添加する燃料添加形態を無印加添加と称することにする。
【００３２】
燃料の改質作用又は微粒化作用を行うと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に反応性の高い燃料を供給することができ、斯くしてＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能を向上させることができる。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４内で消費される燃料が増大するので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から流出する燃料を低減することもできる。このように、ＮＯｘ放出又は排気浄化作用のために添加燃料を有効利用することができる。そうすると、添加燃料の有効利用という点から考えれば、直流印加添加のほうが無印加添加よりも好ましく、重畳印加添加のほうが直流印加添加よりも好ましいということになる。しかしながら、電圧印加によるエネルギ消費のことを考えると、直流印加添加のほうが重畳印加添加よりも好ましく、無印加添加のほうが直流印加添加よりも好ましい。
【００３３】
一方、本発明による実施例ではＮＯｘ吸蔵還元触媒２４はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図４（Ａ）及び（Ｂ）はこの触媒担体６５の表面部分の断面を図解的に示している。図４（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように触媒担体６５の表面上には貴金属触媒６６が分散して担持されており、更に触媒担体６５の表面上にはＮＯｘ吸収剤６７の層が形成されている。また、本発明による実施例では貴金属触媒６６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤６７を構成する成分としては例えばカリウム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、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が用いられている。なお、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ上にＮＯｘ吸蔵還元触媒２４を担持させるようにしてもよい。
【００３４】
機関吸気通路、燃焼室２及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２４上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤６７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。
【００３５】
すなわち、ＮＯｘ吸収剤６７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図４（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ６６上において酸化されてＮＯ２となり、次いでＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ３と結合しながら硝酸イオンＮＯ３−の形でＮＯｘ吸収剤６７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ６６の表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ２がＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３−が生成される。
【００３６】
これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ２）に進み、斯くして図４（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸収剤６７内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯ２の形でＮＯｘ吸収剤６７から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
【００３７】
図１に示される内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が継続されており、ＥＨＤアトマイザ３２から燃料が添加されない限りＮＯｘ吸収剤６７内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持され、このとき排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯｘ吸収剤６７によりＮＯｘを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による第１実施例ではＮＯｘ吸収剤６７の吸収能力が飽和する前にＥＨＤアトマイザ３２から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出させるようにしている。
【００３８】
ＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されたＮＯｘ量が多くなると、ＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が低下し、ＮＯｘ吸収剤６７から排出された排気ガス中のＮＯｘ濃度である排出ＮＯｘ濃度が高くなる。そこで本発明による実施例では、ＮＯｘセンサ２６によりこの排出ＮＯｘ濃度を検出し、排出ＮＯｘ濃度が上限値に達したときにＮＯｘ吸収剤６７内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるようにしている。
【００３９】
すなわち、図５にＸで示されるように、排出ＮＯｘ濃度ＣＮが上限値ＣＮＬを越える毎に燃料添加装置３１から燃料が排気管２１内に添加され、それによりＮＯｘ吸収剤６７内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り換えられる。その結果、ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘが放出され還元される。
【００４０】
本発明による実施例では、ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出させるべきときには、まず無印加添加（図３（Ｄ））が行われる。この場合に、添加燃料が有効利用されているか否かが判断され、添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出すべきときに直流印加添加（図３（Ｃ））が行われる。上述したように、直流印加添加のほうが無印加添加よりも添加燃料を有効利用できるからである。また、直流印加添加が行われたときにも添加燃料が有効利用されているか否かが判断され、添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出すべきときに重畳印加添加（図３（Ｂ））が行われる。重畳印加添加のほうが直流印加添加よりも添加燃料を有効利用できるからである。
【００４１】
すなわち、無印加添加が行われたときに添加燃料が有効利用されていないと判断されない限り無印加添加が継続される。これに対し、無印加添加が行われたときに添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、図６（Ａ）にＺで示されるように直流印加添加に切り換えられる。直流印加添加が行われたときに添加燃料が有効利用されていないと判断されない限り直流印加添加が継続され、直流印加添加が例えば設定時間ｔＤＣだけ行われると無印加添加に戻される。これに対し、直流印加添加が行われたときに添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、図６（Ｂ）にＷで示されるように重畳印加添加に切り換えられる。重畳印加添加が例えば設定時間ｔＳＰだけ行われると、無印加添加に戻される。
【００４２】
このようにすると、必要なときにだけ直流印加添加及び重畳印加添加を行うことができる。したがって、消費エネルギを低減しつつ、添加燃料の有効利用を促進することができる。なお、直流印加添加又は重畳印加添加が行われると添加燃料がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４で良好に反応し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の温度が上昇する。このため、無印加添加を行っても、添加燃料を有効利用することができる。もっとも、重畳印加添加の後にまず直流印加添加に戻し、次いで無印加添加に戻すようにしてもよい。
【００４３】
次に、図７（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら、添加燃料が有効利用されたか否かについての判断方法を説明する。
【００４４】
図７（Ａ）にＸで示されるように燃料添加装置３１から燃料が添加されると、排出ＮＯｘ濃度ＣＮが一時的に低下した後に再び上昇する。すなわち、排出ＮＯｘ濃度ＣＮがｄＣだけ低下し、又は排出ＮＯｘ濃度ＣＮに下向きのピークＣＮＰが形成される。この場合の排出ＮＯｘ濃度ＣＮの低下幅ｄＣＮ又はピーク値ＣＮＰは燃料添加によるＮＯｘ吸収剤６７の吸収能力の回復量を表している。一方、消費される添加燃料が多くなればなるほど、ＮＯｘ吸収剤６７の吸収能力の回復量が大きくなる。したがって、低下幅ｄＣＮないしピーク値ＣＮＰは添加燃料の有効利用の度合いを表していると言うことができる。
【００４５】
そこで本発明による実施例では、燃料添加が行われたときの排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰがあらかじめ定められた設定値ＣＮＲよりも小さいときには添加燃料が有効利用されたと判断し、排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定値ＣＮＲよりも大きいときには添加燃料が有効利用されていないと判断するようにしている。
【００４６】
図７（Ａ）はＣＮＰ＜ＣＮＲであって添加燃料が有効利用されたと判断される例を示しており、図７（Ｂ）はＣＮＰ＞ＣＮＲであって添加燃料が有効利用されていないと判断される例を示している。
【００４７】
図８及び図９は本発明による実施例のＮＯｘ放出制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
【００４８】
図８及び図９を参照すると、まずステップ１００では排出ＮＯｘ濃度ＣＮが上限値ＣＮＬよりも大きいか否かが判別される。ＣＮ≦ＣＮＬのときには処理サイクルを終了する。ＣＮ＞ＣＮＬのときには次いでステップ１０１に進み、重畳印加添加を実行するべきときにセットされるフラグＸＳＰがセットされているか否かが判別される。フラグＸＳＰがリセットされている（ＸＳＰ＝０）ときには次いでステップ１０２に進み、直流印加添加を実行すべきときにセットされるフラグＸＤＣがセットされているか否かが判別される。フラグＸＤＣがリセットされている（ＸＤＣ＝０）ときには次いでステップ１０３に進み、無印加添加が実行される。続くステップ１０４では無印加添加が行われたときの排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定濃度ＣＮＲよりも高いか否かが判別される。ＣＮＰ≦ＣＮＲのときには処理サイクルを終了する。ＣＮＰ＞ＣＮＲのときには次いでステップ１０５に進み、フラグＸＤＣがセットされる（ＸＤＣ＝１）。
【００４９】
フラグＸＤＣがセットされているときにＣＮ＞ＣＮＬとなると、ステップ１００からステップ１０１及び１０２を経てステップ１０６に進み、フラグＸＤＣがセットされてからの経過時間ｔが設定時間ｔＤＣよりも短いか否かが判別される。フラグＸＤＣがセットされてから設定時間ｔＤＣだけ経過していないときには次いでステップ１０７に進み、直流印加添加が行われる。続くステップ１０８では直流印加添加が行われたときの排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定濃度ＣＮＲよりも高いか否かが判別される。ＣＮＰ≦ＣＮＲのときには処理サイクルを終了する。ＣＮＰ＞ＣＮＲのときには次いでステップ１０９に進み、フラグＸＤＣがリセットされ（ＸＤＣ＝０）、フラグＸＳＰがセットされる（ＸＳＰ＝１）。
【００５０】
フラグＸＳＰがセットされているときにＣＮ＞ＣＮＬとなると、ステップ１００からステップ１０１を経てステップ１１０に進み、フラグＸＳＰがセットされてからの経過時間ｔが設定時間ｔＳＰよりも短いか否かが判別される。フラグＸＳＰがセットされてから設定時間ｔＳＰだけ経過していないときには次いでステップ１１１に進み、重畳印加添加が行われる。
【００５１】
一方、ステップ１０６でフラグＸＤＣがセットされてから設定時間ｔＤＣだけ経過しているときには次いでステップ１１２に進み、フラグＸＤＳがリセットされる（ＸＤＣ＝０）。次いでステップ１０３に進み、無印加添加が行われる。また、ステップ１１０でフラグＸＳＰがセットされてから設定時間ｔＳＰだけ経過したときには次いでステップ１１３に進み、フラグＸＳＰがリセットされる（ＸＳＰ＝０）。次いでステップ１０３に進み、無印加添加が行われる。
【００５２】
なお、重畳印加添加に代えてパルス印加添加（図３（Ａ））を行うようにしてもよい。あるいは、直流印加添加が行われたときに添加燃料が有効利用されていないと判断されたときにパルス印加添加を行い、パルス印加添加が行われたときに添加燃料が有効利用されていないと判断されたときに重畳印加添加に切り換えられるようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】燃料添加装置の全体図である。
【図３】電圧印加パターンを示すタイムチャートである。
【図４】触媒担体の表面部分の断面図である。
【図５】燃料添加タイミングを説明するタイムチャートである。
【図６】燃料添加形態の切換作用を説明するタイムチャートである。
【図７】添加燃料の有効利用の度合いを説明するタイムチャートである。
【図８】ＮＯｘ放出制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】ＮＯｘ放出制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１    機関本体
２１    排気管
２４    ＮＯｘ吸蔵還元触媒
３１    燃料添加装置
３２    ＥＨＤアトマイザ
３８    電圧印加装置
６７    ＮＯｘ吸収剤
【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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