(57)【要約】【課題】内燃機関の排気を排気通路の触媒を利用して浄化する装置において、還元剤を効率良く用いて触媒の活性状態を保持することのできる排気浄化装置を提供する。【解決手段】エンジンの排気浄化装置は、エンジンがアイドル運転状態にある場合等、排気温度の低下し易い条件下において、燃料添加弁を通じて所定の添加インターバルで排気通路に燃料を添加し、触媒温度の低下を抑制する制御（触媒温度制御）を実施する。触媒温度制御の実施に際し、触媒温度ＴＣＡＴが徐々に低下する条件下では、各回の燃料添加量を少なくし、添加インターバルを短縮することにより、排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴを最適な範囲に保持しつつ、触媒温度ＴＣＡＴを上昇させる。【選択図】  図５
2005016422.tif 000002
【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た排気浄化用触媒と、
燃料の供給間隔を算出する燃料供給間隔算出手段と、
該算出された燃料供給間隔で前記排気通路の前記排気浄化用触媒上流に燃料を供給する燃料供給手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の負荷を検出する機関負荷検出手段と、
前記排気浄化用触媒の温度の低下を検出する触媒温度低下検出手段と、
を有し、
前記燃料供給間隔算出手段は、前記機関負荷検出手段により検出された機関負荷が所定値以下で、且つ、前記触媒温度低下検出手段により前記排気浄化触媒の温度の低下が検出された時に、燃料供給間隔を短くする
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を有し、
前記燃料供給間隔算出手段は、前記吸入空気量検出手段により検出される吸入空気量が大きいほど前記燃料供給間隔を短くする
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排気通路における前記燃料の供給部位の下流で排気の空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記燃料供給間隔算出手段により燃料供給間隔が短くされた時に、前記空燃比検出手段により検出される排気の空燃比が所定値以上になるように、前記燃料供給手段から一回に供給される前記燃料の量を制御する燃料供給量制御手段と、
を有する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気を触媒を用いて浄化する装置に関し、特に、機関排気通路に設けられた触媒の温度を管理する機能を備えた装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関（以下、エンジンという）の排気通路に設けられる排気浄化用触媒と、同排気通路の排気浄化用触媒上流に還元剤（例えば燃料等）を添加する添加弁とを備えた排気浄化装置が知られている。添加弁を通じて排気通路に供給される還元剤の量や、その供給時期を制御することにより、排気浄化用触媒の機能、ひいては排気の特性を管理することができる。
【０００３】
例えば、排気浄化用触媒として、酸化雰囲気の排気中ではＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気の排気中ではＮＯｘを放出・還元する特性を有するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、単に触媒という）を排気通路に備えたエンジンでは、排気通路に添加弁を通じて適宜のタイミングで還元剤を供給し、触媒に流入する排気を酸化雰囲気と還元雰囲気とに周期的に切り替えることにより、排気中のＮＯｘを効率的に還元（浄化）することができる（例えば特許文献１）。
【０００４】
また、例えばアイドル時など、排気の温度が低下しやすい条件下においては、触媒の活性化状態を保持する目的で、排気通路に還元剤を供給する制御（触媒温度制御）を行う場合もある。触媒温度制御は、還元剤を含む排気が排気浄化用触媒に接触すると、排気中の酸素と還元剤との間で発熱反応が起こり、触媒の温度が上昇する現象を利用したものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３８９２６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、触媒の温度がある程度（例えば３００℃程度）よりも下がってしまうと、触媒温度制御を実施しても、触媒の温度を効果的に高めることが困難になる。このような条件下では、触媒が活性状態に回復する（触媒の温度が再度上昇する）までに長時間を要することになる。その結果、触媒を活性状態に保てない時間が実質的に長くなる他、還元剤の消費量もいたずらに増大する。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、内燃機関の排気を排気通路の触媒を利用して浄化する装置において、還元剤を効率良く用いて触媒の活性状態を保持することのできる排気浄化装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、
（１）内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用触媒と、燃料の供給間隔を算出する燃料供給間隔算出手段と、該算出された燃料供給間隔で前記排気通路の前記排気浄化用触媒上流に燃料を供給する燃料供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記内燃機関の負荷を検出する機関負荷検出手段と、  前記排気浄化用触媒の温度の低下を検出する触媒温度低下検出手段と、を有し、前記燃料供給間隔算出手段は、前記機関負荷検出手段により検出された機関負荷が所定値以下で、且つ、前記触媒温度低下検出手段により前記排気浄化触媒の温度の低下が検出された時に、燃料供給間隔を短くすることを要旨とする。
【０００９】
同構成によれば、当該機関の負荷が所定値を下回った状態、言い換えれば排気浄化用触媒の温度が低下し易い条件下において、少量の燃料を効率的に用いて当該触媒温度の下降を抑制することができる。また、低下した触媒温度を速やかに回復させることができる。なお、「触媒の温度の低下を検出する」とは、触媒の温度の絶対量を実測又は推定すること、触媒の温度の変化率（例えば単位時間あたりの変化量）を実測又は推定すること、さらに絶対量及び変化率の関数を算出すること等を、広く意味する。さらに、当該触媒の上流又は下流の排気温度の変化率に基づいて当該触媒の温度の低下を推定すること等も意味する。また、機関負荷を検出するとは、機関負荷を直接的又は間接的に把握することに意味する。例えば、機関負荷検出手段は、「機関燃焼に供される燃料量」等、機関負荷と相関のあるパラメータを、機関負荷として検出するものであってもよい。
【００１０】
（２）前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を有し、前記燃料供給間隔算出手段は、前記吸入空気量検出手段により検出される吸入空気量が大きいほど前記燃料供給間隔を短くするのが好ましい。
【００１１】
同構成によれば、当該機関の負荷が所定値を下回った状態、言い換えれば排気浄化用触媒の温度が低下し易い条件下において、少量の燃料を効率的に用いて当該触媒温度の低下を抑制することができる。また、低下した触媒温度を速やかに回復させることができる。
【００１２】
またとくに、排気流量（排気による熱の持ち去り量）と相関の高い吸入空気量の低下に伴い、還元剤の供給の時間間隔を短縮し、触媒の昇温効果を高めることにより、触媒温度の低下抑制や、低下した触媒温度の回復を、より確実に行える。
【００１３】
（３）また、前記排気通路における前記燃料の供給部位の下流で排気の空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、前記燃料供給間隔算出手段により燃料供給間隔が短くされた時に、前記空燃比検出手段により検出される排気の空燃比が所定値以上になるように、前記燃料供給手段から一回に供給される前記燃料の量を制御する燃料供給量制御手段と、を有するのが好ましい。
【００１４】
同構成によれば、当該機関の負荷が所定値を下回った状態、言い換えれば排気浄化用触媒の温度が低下し易い条件下において、排気空燃比を最適範囲に保持しながら、最小限の燃料で効率的に触媒温度を上昇させ、活性化温度を上回るレベルに保持することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ディーゼルエンジンの排気浄化装置として具体化した一実施の形態について説明する。
【００１６】
〔エンジンの構造及び機能〕
図１において、内燃機関（以下、エンジンという）１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気通路３０及び排気通路４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンである。
【００１７】
先ず、燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、コモンレール１２、燃料噴射弁１３、燃料添加弁１４、機関燃料通路Ｐ１及び添加燃料通路Ｐ２等を備えて構成される。サプライポンプ１１は、燃料タンク（図示略）から汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は、サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３に分配する。燃料噴射弁１３は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料を噴射供給する。他方、サプライポンプ１１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を添加燃料通路Ｐ２を介して燃料添加弁１４に供給する。燃料添加弁１４は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、還元剤として機能する燃料を、適宜のタイミングで、適宜の量、排気通路４０の触媒ケーシング４１上流に添加する。
【００１８】
吸気通路３０に設けられたスロットル弁３１は、その開度を無段階に調節することのできる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を変更し、同吸入空気の供給量（流量）を調整する機能を有する。
【００１９】
また、排気通路４０の燃料添加弁１４下流には、触媒ケーシング４１が設けられている。触媒ケーシング４１の内部には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするストレートフロー型のハニカム構造体４１ａ（上流側）と、多孔質材料を主成分とするウォールフロー型のパティキュレートフィルタ（下流側）４１ｂとが、所定の間隔をあけて直列に配置されている。
【００２０】
また、エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、当該部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。例えば、排気通路４０の触媒ケーシング４１上流に設けられた酸素濃度センサ６０は、排気中の酸素濃度に応じ連続的に変化する検出信号を出力する。酸素濃度センサ６０の検出信号は、機関燃焼に供される混合気の空燃比の他、燃料添加弁１４を通じて排気中に供給される還元成分の量を併せて反映し、排気中の酸化成分（酸素（Ｏ２）等）と還元成分（炭化水素（ＨＣ）等）の量を直接的に示す指標となる。このように、酸素濃度センサ６０の検出信号に基づいて算出される排気中の酸化成分と還元成分の成分比率を、便宜上、排気の空燃比（Ａ／ＦＥＨＴ）という。ちなみに、燃料添加弁１４を通じて還元剤が多くなるほど、機関燃焼に供される混合気の空燃比Ａ／Ｆに対し排気の空燃比が相対的に低くなる（リッチ化する）。一方、燃料添加弁１４を通じて供給される還元剤の量が「０」である場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比Ａ／Ｆと排気の空燃比Ａ／ＦＥＨＴとは略等しくなる。排気温度センサ６１は、触媒ケーシング４１内においてハニカム構造体４１ａ及びパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという）４１ｂとの間の排気温度（以下、触媒出口温度という）ＴＥＸに応じた信号を出力する。酸素濃度センサ６０及び排気温度センサ６１は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０と電気的に接続されている。
【００２１】
ＥＣＵ５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ、タイマーカウンタ等からなる論理演算回路を備える。このように構成されたＥＣＵ５０は、例えば燃料噴射弁１３の開閉弁動作に関する制御や燃料添加弁１４の開閉動作に関する制御等、エンジン１の運転状態に関する各種制御を実行する。
【００２２】
なお、ＥＣＵ５０は、燃料添加弁１４やＮＯｘ触媒等と併せて、エンジン１の排気浄化装置を構成する。
【００２３】
〔触媒ケーシングの構造及び機能〕
次に、以上説明したエンジン１の構成要素のうち、排気通路４０に設けられたＮＯｘ触媒ケーシング４１について、その構造及び機能を詳しく説明する。
【００２４】
触媒ケーシング４１内部のハニカム構造体４１ａを形成する複数の通路には、例えばアルミナからなるハニカム構造の担体層が形成されている。この担体層の表面には、ＮＯｘ吸蔵剤と貴金属（酸化触媒）とが担持されている。これらＮＯｘ吸蔵剤及び貴金属は、併せてＮＯｘ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）を構成する。
【００２５】
ＮＯｘ吸蔵剤は、排気中の酸素濃度が高い状態ではＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低い状態（還元成分の濃度が高い状態）ではＮＯｘを放出する特性を有する。また、排気中にＮＯｘが放出されたとき、排気中にＨＣやＣＯ等が存在していれば、貴金属触媒がこれらＨＣやＣＯの酸化反応を促すことで、ＮＯｘを酸化成分、ＨＣやＣＯを還元成分とする酸化還元反応が両者間で起こる。すなわち、ＨＣやＣＯはＣＯ２やＨ２Ｏに酸化され、ＮＯｘはＮ２に還元される。
【００２６】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤は排気中の酸素濃度が高い状態にあるときでも所定の限界量のＮＯｘを吸蔵すると、それ以上ＮＯｘを吸蔵しなくなる。エンジン１では、燃料添加弁１４を通じて排気通路４０の触媒ケーシング４１上流に断続的に還元成分（燃料）が添加され、排気中の還元成分の濃度が高まる。ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵剤）のＮＯｘ吸蔵量が限界量に達する前に、この還元成分がＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを周期的に放出および還元浄化することになり、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることになる。
【００２７】
一方、フィルタ４１ｂは、多数の細孔を有する材料から形成された構造体である。細孔の表面には、ＮＯｘ吸蔵剤と貴金属触媒とを担持するアルミナ等のコート層（担体層）が形成されている。この担体層に混在するＮＯｘ吸蔵剤及び貴金属触媒もまた、ハニカム構造体４１ａに担持されたＮＯｘ吸蔵剤及び貴金属触媒と同様、併せてＮＯｘ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）としての機能を有する。
【００２８】
このような構造を有するフィルタ４１ｂは、排気中に含まれる煤等の微粒子やＮＯｘ等の有害成分を、以下のメカニズムに基づいて浄化する。
【００２９】
ＮＯｘ吸蔵剤が、貴金属触媒との協働により、排気中の酸素濃度や還元成分量に応じてＮＯｘの吸蔵、放出及び浄化を繰り返し行うことは上述した通りである。その一方、ＮＯｘ吸蔵剤は、このようなＮＯｘの浄化を行う過程で、副次的に活性酸素を生成する特性を有する。フィルタ４１ｂを排気が透過する際、その排気中に含まれる煤等の微粒子は構造体（多孔質材料）に捕捉される。ここで、ＮＯｘ吸蔵剤の生成する活性酸素は、酸化剤として極めて高い反応性（活性）を有しているため、捕捉された微粒子のうちＮＯｘ触媒の表面や近傍に堆積した微粒子は、この活性酸素と（輝炎を発することなく）速やかに反応し、浄化されることになる。
【００３０】
また、ＮＯｘ触媒ケーシング４１内の上流側に配置されたハニカム構造体（同構造体に担持されたＮＯｘ触媒）４１ａから発生する反応熱は、下流側に配置されたフィルタ４１ｂを効率的に昇温し、当該フィルタ４１ｂによる微粒子の分解作用を高めることになる。
【００３１】
〔触媒温度制御〕
上述したように、エンジン１では、燃料添加弁１４を通じ、排気通路４０の触媒ケーシング４１上流に断続的に還元成分（燃料）を添加することにより、触媒ケーシング４１を通過する排気中のＮＯｘや微粒子の浄化を行う。
【００３２】
ここで、触媒ケーシング４１内におけるＮＯｘや微粒子の浄化が効率的に行われるためには、ハニカム構造体４１ａやフィルタ４１ｂの温度が所定値（例えば２００℃程度：以下、活性化温度という）ＴＡＣＴ以上である必要がある。ところが、例えばエンジン１が低負荷状態での運転を継続すると、排気の温度が低下する。そして、この状態を放置すればハニカム構造体４１ａやフィルタ４１ｂの温度が活性化温度ＴＡＣＴを下回ってしまう。そこで、ＥＣＵ５０は、エンジン１が低負荷状態で運転される場合等、排気の温度が低下し易い特定の条件下においては、ハニカム構造体４１ａやフィルタ４１ｂの温度を活性化温度ＴＡＣＴ以上に維持することを目的とする排気通路４０への燃料添加（触媒温度制御）を行う。触媒温度制御としては、燃料添加弁１４を通じ、基本的には予め設定された時間間隔（以下、添加インターバルという）で、予め設定された量の燃料を排気通路４０の触媒ケーシング４１の上流に添加する。
【００３３】
触媒温度制御を実施することにより、所定の添加インターバルで（周期的に）添加される燃料が触媒ケーシング４１に流入し、その一部が上流側のハニカム構造体４１ａに担持されたＮＯｘ触媒に接触して発熱反応を起こす。これにより、ハニカム構造体４１ａ自体と、添加燃料を含んだ排気とが昇温する。さらに、ハニカム構造体４１ａにおいて昇温した排気は、下流側のフィルタ４１ｂにおいて添加燃料や微粒子の反応を効果的に促進する。
【００３４】
ところで、ハニカム構造体４１ａの温度が所定の下限値ＴＬＬを下回ってしまうと、燃料添加によるハニカム構造体４１ａ及びフィルタ４１ｂの昇温効果が極度に低下する。これは、ハニカム構造体４１ａの温度が低くなることにより、同構造体４１ａに接触する添加燃料が気化し難くなり、その反応性が低下すること等に起因すると考えられる。そして、ハニカム構造体４１ａに接触する添加燃料の反応性が低下すると、フィルタ４１ｂに流入する排気の温度が上昇し難くなる。その結果、燃料添加によるフィルタ４１ｂの昇温効果も低下する。一旦このような状況に陥ると、添加燃料の気化熱がハニカム構造体４１ａ及びフィルタ４１ｂの昇温を抑制するといった現象も手伝い、ハニカム構造体４１ａやフィルタ４１ｂの温度を活性化温度ＴＡＣＴ以上のレベルに回復させることが極めて困難になる。その結果、ハニカム構造体４１ａ及びフィルタ４１ｂの浄化効率が低下し、添加燃料の消費量も徒に増大してしまう。
【００３５】
このような状況を回避するために、本実施の形態のエンジン１では、触媒温度制御の実施中、以下の原理に基づいて燃料添加弁１４の開閉操作のタイミングを変更することで、ハニカム構造体４１ａ及びフィルタ４１ｂの温度を適切な範囲に保持する。
【００３６】
〔触媒温度制御の具体的な手順〕
図２は、ハニカム構造体４１ａの温度（以下、単に触媒温度という）ＴＣＡＴの推移（図２（ａ））と、排気温度センサ６１の検出信号から把握される触媒出口温度ＴＥＸの推移（図２（ｂ））とを、同一時間軸上に示すタイムチャートであって、とくに触媒温度制御の実施中、燃料添加弁１４の開閉操作のタイミングが変更されるときに観測される各パラメータＴＣＡＴ，ＴＥＸの推移を例示するものである。
【００３７】
図２（ａ）において、触媒温度制御の実施中、予め設定された条件に従って燃料の添加が行われているにも関わらず、触媒温度ＴＣＡＴが低下する場合、この状態を放置すれば、同図２（ａ）において破線で示すようにやがては活性化温度ＴＣＡＴを下回り、さらには下限値ＴＬＬを下回ることにより、触媒温度ＴＣＡＴを活性化温度ＴＣＡＴ以上のレベルに回復させることが難しくなる（回復のために多量の燃料や時間を費やすことが必要になる）。
【００３８】
本実施の形態では、触媒温度ＴＣＡＴが低下する傾向にある場合、それが下限値ＴＬＬに達する前に、燃料添加弁１４の操作タイミングが変更され、触媒温度ＴＣＡＴが活性化温度ＴＣＡＴ以上のレベルに保持される。
【００３９】
なお、本実施の形態における触媒温度制御は、触媒温度（ハニカム構造体４１ａの温度）ＴＣＡＴを最適範囲に保持することを目的とする制御であるため、当該制御の実施に際し、ハニカム構造体４１ａ全体の平均的な温度をできるだけ正確に把握することが望ましい。しかし、ハニカム構造体４１ａの温度を実測によって正確に把握することは容易でない。例えばハニカム構造体４１ａの上流側端部から下流側端部に亘る温度分布がエンジン１の運転状態に依って変動する。このため、ハニカム構造体４１ａの特定部位の温度推移がハニカム構造体４１ａ全体の温度推移を正確に反映するとは限らない。
【００４０】
ここで、図２（ｂ）に示すように、ハニカム構造体４１ａ下流の排気温度（触媒出口温度）ＴＥＸは、ハニカム構造体４１ａ全体の平均的な温度（触媒温度）ＴＣＡＴと相関が高い。
【００４１】
また、触媒温度ＴＣＡＴが低下して下限値ＴＬＬに至る兆候として、図２中の時刻ｔ１〜ｔ２の期間にみられるように、触媒温度ＴＣＡＴの低下率（単位時間当たりの低下量）が加速的に大きくなる。そしてこの傾向は、触媒温度ＴＣＡＴと相関の高い触媒出口温度ＴＥＸの推移にも、同様の現象として現れる（図２（ｂ））。そこでＥＣＵ５０は、触媒出口温度ＴＥＸの推移を観測し、その低下率に基づいて燃料添加弁１４の操作タイミングを変更することにより、触媒温度ＴＣＡＴを活性化温度ＴＣＡＴ以上のレベルに保持する。
【００４２】
図３は、触媒温度ＴＣＡＴの昇温効果を高めるために採用されるＥＣＵ５０の指令信号（燃料添加弁１４を開弁させるための信号）の推移と、この指令信号の出力に対応する触媒温度ＴＣＡＴの推移とを、同一時間軸上に示すタイムチャートの一例である。なお、触媒温度制御の実施に際し、予め設定される指令信号の推移（基本波形）と、この基本波形に対応する触媒温度ＴＣＡＴの推移を図３（ａ）及び図３（ｂ）において破線で示す。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、基本波形の指令信号に従って燃料添加を行った場合、触媒温度ＴＣＡＴが徐々に低下する条件下にあって、添加インターバルをほとんど変えずに燃料添加量（各回の燃料添加における燃料添加弁１４の開弁時間）の増大を行った場合（一点鎖線）、触媒温度ＴＣＡＴは比較的大きな変動を繰り返しながら上昇する傾向を示す。この場合、触媒温度ＴＣＡＴが活性化温度ＴＡＣＴを上回るまでに比較的長時間を要し、しかも触媒温度ＴＣＡＴが一旦活性化温度ＴＡＣＴを上回った後も、変動を繰り返す過程で再度ＴＣＡＴを下回る傾向がある。すなわち、触媒温度ＴＣＡＴが活性化温度ＴＣＡＴを上回る状態を安定して保持することが難しい。
【００４４】
一方、基本波形の指令信号に対応する燃料添加の態様に比べ、燃料添加量を変えずに添加インターバルを短縮した場合、図３（ｂ）の実線のように、触媒温度ＴＣＡＴは比較的小さな変動を繰り返しながら上昇する傾向を示す。この場合、触媒温度ＴＣＡＴが活性化温度ＴＡＣＴを上回るまでに要する時間が比較的短く、触媒温度ＴＣＡＴが一旦活性化温度ＴＡＣＴを上回った後は、触媒温度ＴＣＡＴが活性化温度ＴＣＡＴを上回る状態を安定して保持する。
【００４５】
このように、触媒温度制御の実施に際し、触媒温度ＴＣＡＴが徐々に低下する条件下では、各回の燃料添加量を増大するよりも、添加インターバルを短縮することによって、触媒温度ＴＣＡＴをより効率的に上昇させ、しかも目標とする温度を安定して保持し易いことが、発明者らによって確認された。このような方策が有効である理由は、（１）各回に添加される燃料の量が多くなると添加された燃料の霧化や気化が進み難くなり、添加された燃料が発熱反応を起こすまでに長時間を要すること、また、（２）１回目の添加燃料による触媒温度ＴＣＡＴの上昇効果が消失する前に２回目の燃料添加を行い、一旦上昇した触媒温度ＴＣＡＴを安定に保持するといった観点から、例えば添加インターバールを変えずに各回の燃料添加量を増大するよりも、各回の燃料添加量は変えずに添加インターバルを短くする方が有利であること等に起因すると考えられる。
【００４６】
そこで本実施の形態では、図３（ｂ）において実線で示すような指令信号の操作を行う。つまり、触媒温度制御の実施に際し、触媒温度ＴＣＡＴが徐々に低下する条件下では、各回の燃料添加量を基本的には変更せず、添加インターバルを短縮することによって触媒温度ＴＣＡＴを上昇させる。
【００４７】
図４は、本実施の形態において触媒温度制御を実施するための具体的な手順（ルーチン）を示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン１の始動後、ＥＣＵ５０を通じて所定時間毎に繰り返し実行される。
【００４８】
本ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ５０は先ずステップＳ１０１において、エンジン１の運転状態を反映する各種情報（例えば機関負荷や機関回転数等）を取得する。
【００４９】
続くステップＳ１０２においては、現在、触媒温度制御の要求があるか否かを判断する。例えばエンジン１の負荷（機関燃焼に供される燃料量等によって代表される）が所定値を下回っている場合、エンジン１がアイドル運転を行っている場合、エンジン１が燃料の供給を一時的に停止する制御（いわゆる燃料カット）を行っている場合等に、ステップＳ１０２での判断は肯定となる。言い換えれば、排気の温度が低下し易い条件下にある場合、ステップＳ１０２での判断は肯定となる。
【００５０】
ステップＳ１０２での判断が否定であれば本ルーチンを一旦抜ける。一方、ステップＳ１０２での判断が肯定である場合、一連のステップＳ１０３〜Ｓ１０５において、添加インターバルの補正値（以下、インターバル補正値）ｋ１，ｋ２，ｋ３を設定する。
【００５１】
ここで、インターバル補正値ｋ１は、触媒ケーシング４１を取り巻く環境の温度に直接関連のあるパラメータ、例えばエンジン１の外気温度、排気マニホールド内の温度、吸気温度等に基づいて設定すればよい。例えば、エンジン１の外気温度、排気マニホールド内の温度、吸気温度が低くなるほど排気の温度も低くなり、触媒ケーシング４１内の温度は低下しやすくなるため、添加インターバルが短くなるように補正値ｋ１を設定する。また、図２において説明したように、触媒出口温度ＴＥＸの低下率が所定値を上回った場合にハニカム構造体４１ａの昇温効果が高まるようにインターバル補正値ｋ２を設定する。例えば、触媒出口温度ＴＥＸを所定値を上回った場合にインターバル補正値ｋ２を所定値「α」（α＞０）に設定し、触媒出口温度ＴＥＸが所定値以下である場合にインターバル補正値ｋ２を「０」に設定することができる。また、インターバル補正値ｋ３は、エンジン１の運転状態に関連するパラメータ、例えば吸入空気量、機関回転数、エンジン１を搭載した車両の室内空調装置（エアコン）の作動状態等に基づいて設定することができる。例えば、一般に、アイドル運転時のようにエンジン１が低負荷状態にある場合、吸入空気量が高くなるほど排気流量が増大し（排気による熱の持ち去り量が増大し）、触媒ケーシング４１内の温度が低下しやすくなると予測される。このため、添加インターバルが短くなるように、補正値ｋ３を設定する。ここで、吸入空気量は、吸気通路３０に設けられるエアフロメータ（図示略）の信号に基づいて検出してもよいし、機関回転数等に基づいて推定してもよい。また、エアコンを作動させると機関負荷が大きくなりエンジン１の発熱量が大きくなるため、添加インターバルが長くなるように補正値ｋ３を設定する。
【００５２】
続くステップＳ１０６においては、予め設定された添加インターバル（基本インターバル）ＩＮＴＢに、これら補正値ｋ１，ｋ２，ｋ３を減算して最終的な添加インターバル（最終インターバル）ＩＮＴＦを算出する。
【００５３】
ステップＳ１０７においてＥＣＵ５０は、最終添加インターバルの最新値を採用して燃料添加弁１４の開閉操作を行う（必要に応じて指令信号を出力する）。
【００５４】
このように、本実施の形態の排気浄化装置によれば、触媒温度制御の実施中、触媒温度ＴＣＡＴが低下し下限値ＴＬＬに至ることを好適に防止することができる。また、触媒温度ＴＣＡＴが下限値ＴＬＬ以下になったとしても、最小限の燃料で効率的に触媒温度ＴＣＡＴを上昇させることにより、活性化温度ＴＡＣＴを上回るレベルに回復させ、その状態を保持することができる。
【００５５】
そして、ハニカム構造体４１ａの温度（触媒温度）ＴＣＡＴが最適範囲に保持されることで、その下流に配置されるフィルタ４１ｂの温度も十分高い値に保持される。
【００５６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施の形態について、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。なお、第２の実施の形態の排気浄化装置は、第１の実施の形態と同等のハードウエアに、第１の実施の形態とは異なるソフトウエア（制御構造）を適用したものである。このため、ハードウエア構成（例えばエンジン１及びその構成要素）に関するここでの重複する記載は省略する。
【００５７】
触媒温度制御の実施に際し、触媒温度ＴＣＡＴが徐々に低下する条件下で添加インターバルを短縮すると、所定期間に添加される燃料の総量が実質的に増大するため、触媒ケーシング４１に流入する排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴの平均的な値が徐々に低下する（リッチ寄りになる）。排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴがリッチ寄りになる傾向は、触媒ケーシング４１下流に排出される排気の特性を最適な状態に保つといった観点や、燃料の添加量を最小限にするといった観点から、好ましくない。
【００５８】
第２の実施の形態の排気浄化装置は、触媒温度制御の実施に際し、触媒温度ＴＣＡＴが徐々に低下する条件下で添加インターバルを短縮して触媒温度ＴＣＡＴの上昇効果を高めるとともに、排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴを最適な範囲に保持する。
【００５９】
図５は、触媒温度ＴＣＡＴの上昇効果を高めるために採用されるＥＣＵ５０の指令信号（燃料添加弁１４の開弁動作に対応する信号）の推移と、この指令信号の出力に対応する触媒温度ＴＣＡＴの推移と、排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴの推移とを、同一時間軸上に示すタイムチャートの一例である。なお、触媒温度制御の実施に際し予め設定される指令信号（基本波形）、この基本波形に対応する触媒温度ＴＣＡＴ、排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴを、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）において破線で示す。また、基本波形に対して各回の燃料添加における燃料添加弁１４の開弁時間を変更せずに添加インターバルを短縮した場合の指令信号、この指令信号に対応する触媒温度ＴＣＡＴ、排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴを、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）において一点鎖線で示す。さらに、基本波形に対して各回の燃料添加における燃料添加弁１４の開弁時間を短くした上で添加インターバルを短縮した場合の指令信号、この指令信号に対応する触媒温度ＴＣＡＴ、排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴを、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）において実線で示す。
【００６０】
基本波形の指令信号に従う制御（破線）に対し、各回の燃料添加における燃料添加弁１４の開弁時間を変更せずに添加インターバルを短縮した場合（一点鎖線）、触媒温度ＴＣＡＴは効率良く上昇して活性化温度ＴＡＣＴを上回る状態を保持する。しかし、排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴの平均的な値が時間経過とともにリッチ寄りに移行する傾向がみられる。
【００６１】
その一方、基本波形に対して各回の燃料添加における燃料添加弁１４の開弁時間を短くした上で添加インターバルを短縮した場合（実線）、触媒温度ＴＣＡＴを効率的に上昇させ活性化温度ＴＡＣＴを上回るレベルに保持する効果を確保しつつ、しかも排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴの平均的な値は一定のレベルに安定して保持される。すなわち、添加インターバルを適切な値に設定すれば、各回の燃料添加における燃料の添加量をある程度少なくしても、触媒温度ＴＣＡＴを効率的に上昇させる十分な効果を確保できることが、発明者らによって確認された。
【００６２】
そこで本実施の形態では、図５（ａ）において実線で示すような指令信号の操作を行う。つまり、触媒温度制御の実施に際し、触媒温度ＴＣＡＴが徐々に低下する条件下では、各回の燃料添加量を少なくし、添加インターバルを短縮することにより、排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴを最適な範囲に保持しつつ、触媒温度ＴＣＡＴを上昇させる。
【００６３】
図６は、本実施の形態において触媒温度制御を実施するための具体的な手順（ルーチン）を示すフローチャートである。
【００６４】
同ルーチンは、図４において説明したルーチンのステップＳ１０６とステップＳ１０７との間に新たなステップＳ２００を加えたものである。すなわち、基本インターバルＩＮＴＢからインターバル補正値ｋ１，ｋ２，ｋ３を減算して最終インターバルＩＮＴＦを算出した後、この最終インターバルＩＮＴＦに基づき、予め設定されている各回の燃料添加時間τＡＤ（燃料添加弁１４の開弁時間）を補正する。ここで、最終インターバルＩＮＴＦが短くなるほど各回の燃料添加時間τＡＤも短くすることになる。ＥＣＵ５０は、最終インターバルＩＮＴＦに対応する燃料添加時間τＡＤの補正値をマップ上のデータとして予め記憶しておいてもよいし、関数を用い最終インターバルＩＮＴＦに基づき燃料添加時間τＡＤの補正値を演算するようにしてもよい。
【００６５】
このように、本実施の形態の排気浄化装置によれば、触媒温度制御の実施中、排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴを最適範囲に保持しながら、最小限の燃料で効率的に触媒温度ＴＣＡＴを上昇させ、活性化温度ＴＡＣＴを上回るレベルに保持することができる。
【００６６】
なお、本実施の形態における触媒温度制御では、最終インターバルＩＮＴＦに基づき燃料添加時間τＡＤを補正することにした。これに対し、例えば図７に示すようなルーチンに従う制御構造を採用してもよい。すなわち、排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴが最適範囲に保持されるように、酸素濃度センサ６０の検出信号（排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴの実測値）に基づいて各回の燃料添加時間τＡＤを補正する制御（フィードバック制御）を行ってもよい（ステップＳ２０１）。
【００６７】
このような制御構造を採用することにより、排気空燃比Ａ／ＦＥＨＴが最適範囲に保持するといった点では、その信頼性が一層増すことになる。
【００６８】
また、酸素濃度センサ６０の配置は、排気通路４０内の燃料添加弁１４下流である必要があるが、触媒ケーシング４１の上流に限らず触媒ケーシング４１の下流であってもよい。また、触媒ケーシング４１内であってもよい。
【００６９】
また、上記第１、第２の実施の形態では、触媒温度ＴＣＡＴが下限値ＴＬＬを下回るのを防止すべく（下限値ＴＬＬを下回っても速やかに所定レベルに回復させるように）、触媒出口温度ＴＥＸの変化率を観測し、この変化率に基づいて添加インターバルの補正値ｋ２を決定する制御構造を採用した。しかしこれに限らず、触媒温度ＴＣＡの実測値や推定値の絶対量、変化率（例えば単位時間あたりの変化量）、又は絶対量及び変化率の関数に相当する他のパラメータに基づいて補正値ｋ２を決定することにより、少なくとも上記各実施の形態に準ずる効果を奏することができる。
また、上記第１、第２の実施の形態において、図４又は図６のルーチンで採用したインターバル補正値ｋ１に相当する補正値として、触媒ケーシング４１内の温度に影響を与える他のパラメータに基づく補正値も、基本インターバルＩＮＴＢから最終インターバルＩＮＴＦを算出するための補正値として用いることができる。
また、上記第１、第２の実施の形態では、排気浄化用触媒としてのハニカム構造体４１ａの温度を管理するための制御構造を含む装置に本発明を適用したが、還元剤の反応熱を利用して昇温し得る他の排気浄化用触媒に対しても、本発明を適用し得る。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の負荷が所定値を下回った状態、言い換えれば排気浄化用触媒の温度が低下し易い条件下において、少量の燃料を効率的に用いて当該触媒温度の低下を抑制することができる。また、低下した触媒温度を速やかに回復させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるディーゼルエンジンシを示す概略構成図。
【図２】触媒温度制御の実施中、燃料添加弁の開閉操作のタイミングが変更されるときに観測される触媒温度及び触媒出口温度の推移を例示するタイムチャート。
【図３】触媒温度の昇温効果を高めるために採用されるＥＣＵの指令信号の推移と、この指令信号の出力に対応する触媒温度の推移とを、同一時間軸上に示すタイムチャート。
【図４】本発明の第１の実施の形態における触媒温度制御を実施するための具体的な手順を示すフローチャート。
【図５】触媒温度ＴＣＡＴの上昇効果を高めるために採用されるＥＣＵの指令信号の推移と、この指令信号の出力に対応する触媒温度の推移と、排気空燃比の推移とを、同一時間軸上に示すタイムチャート。
【図６】本発明の第２の実施の形態における触媒温度制御を実施するための具体的な手順を示すフローチャート。
【図７】本発明の第２の実施の形態における触媒温度制御を実施するための具体的な手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
１０  燃料供給系
１１  サプライポンプ
１２  コモンレール
１３  燃料噴射弁
１４  燃料添加弁（還元剤供給手段を構成）
２０  燃焼室
３０  吸気通路
３１  スロットル弁
４０  排気通路
４１  触媒ケーシング
４１ａ  ハニカム構造体
４１ｂ  パティキュレートフィルタ（フィルタ）
５０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
６０  酸素濃度センサ（排気空燃比検出手段を構成）
６１  排気温度センサ
Ｐ１  機関燃料通路
Ｐ２  添加燃料通路
【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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