(57)【要約】【課題】ＨＣ被毒を生じさせることなく、ＮＯｘ触媒を目標の床温まで上昇させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に配置された酸化能を有する触媒と、排気通路の前記触媒の上流から当該触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、燃料供給手段から供給される燃料の内、触媒に液滴状態で到達する燃料量である到達液滴量を算出する到達液滴量算出手段と、触媒の温度に基づいて、燃料が触媒に液滴状態で到達しても酸化される燃料の最大量である液滴限界量を算出する液滴限界量算出手段と、到達液滴量が液滴限界量を超えないように燃料供給手段から触媒に供給する燃料量を決定する供給燃料量決定手段とを備える。【選択図】  図５
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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配置された酸化能を有する触媒と、
前記排気通路の前記触媒の上流から当該触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段から供給される燃料の内、前記触媒に液滴状態で到達する燃料量である到達液滴量を算出する到達液滴量算出手段と、
前記触媒の温度を検知する触媒温度検知手段と、
当該触媒温度検知手段にて検知した前記触媒の温度に基づいて、当該触媒に液滴状態で到達しても酸化される燃料の最大量である液滴限界量を算出する液滴限界量算出手段と、
前記到達液滴量算出手段にて算出した前記到達液滴量が前記液滴限界量算出手段にて算出した前記液滴限界量を超えないように前記燃料供給手段から前記触媒に供給する燃料量を決定する供給燃料量決定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記触媒に流入する排気の量を検知する触媒入りガス量検知手段と、
前記触媒に流入する排気の温度を検知する触媒入りガス温検知手段と、を更に備え、
前記到達液滴量算出手段は、前記触媒入りガス量検知手段にて検知した前記触媒に流入する排気の量と前記触媒入りガス温検知手段にて検知した前記触媒に流入する排気の温度とに基づいて、前記到達液滴量を算出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装置。
【請求項３】
前記液滴限界量算出手段は、前記触媒の劣化度合いにも基づいて、前記液滴限界量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記液滴限界量算出手段は、前記触媒の温度が上昇するのに応じて、前記液滴限界量を増量するように算出し、
前記供給燃料量決定手段は、前記液滴限界量が増量するのに応じて前記燃料供給手段から供給する燃料量を増量するように決定することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記触媒は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、
前記供給燃料量決定手段は、前記触媒に保持されたＮＯｘを還元すべきときに前記燃料供給手段が当該ＮＯｘの還元剤として供給する燃料量を、前記到達液滴量が前記液滴限界量を超えないように決定す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、自動車等に搭載される内燃機関から排出される排気を触媒にて浄化する排気浄化装置に係り、特に触媒を昇温させるためあるいは触媒に保持されたＮＯｘを除去するために供給する燃料が付着して触媒が被毒を受けるのを防止する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）を大気中に放出する前に浄化する手段として、排気系に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下単に「ＮＯｘ触媒」という場合もある。）を配置して、リーンな空燃比での運転時に排気ガス中のＮＯｘを当該ＮＯｘ触媒上に一時的に保持する技術が知られている。このようなＮＯｘ触媒は、排気ガス中のＮＯｘとともに硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」という場合もある。）も保持してしまうため、ＳＯｘの保持量が増加した場合には排気ガス中のＮＯｘを保持しきれなくなる、いわゆるＳＯｘ被毒を生じる。
【０００３】
これに対して、ＮＯｘ触媒を例えば約６００℃の高温とし、ＮＯｘ触媒へ還元剤たる燃料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リッチな空燃比にして、ＮＯｘ触媒を高温かつ還元雰囲気とすることによりＮＯｘ触媒に保持されたＳＯｘを還元除去し、以ってＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を解消させてＮＯｘ触媒を再生する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
そして、ＮＯｘ触媒の温度を約６００℃の高温まで上昇させるための手段として、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実行すること、又は触媒に流入する排気中に例えば燃料等の還元剤を添加することにより、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とし、未燃の燃料がＮＯｘ触媒で酸化する反応熱を利用している。
【０００５】
また、ＮＯｘ触媒においては、内燃機関の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯｘ保持能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒で浄化されずに大気中へ放出されてしまう。従って、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を放出及び還元させる必要がある。
【０００６】
そのために、ＮＯｘ触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯｘ触媒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、リッチスパイク制御を実行することが知られている（例えば、特許文献２参照。）。そして、かかる場合、上述した副噴射あるいは還元剤添加を実行することにより、ＮＯｘ触媒全体に保持されたＮＯｘを還元できるように、ＮＯｘ触媒の排気方向最後端においてもリッチ空燃比となるように、未燃の燃料を供給している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−８２１３７号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１０５２４号公報
【特許文献３】
特開平１１−６２５５９号公報
【特許文献４】
特開２００２−３８９３９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したＳＯｘ被毒を解消させる際あるいはＮＯｘを還元する際に排気の空燃比をリッチ空燃比とする場合に、ＮＯｘ触媒に流入する排気中の未燃の燃料の割合、排気温度、ＮＯｘ触媒の温度等によっては、未燃の燃料が蒸発せずに液滴のまま触媒前端部分に付着するおそれがある。
【０００９】
そして、ＮＯｘ触媒の温度が低い場合に未燃の燃料が液滴のまま多量に付着すると、反応性が悪いため、その燃料が付着したままとなり、元の状態まで回復せずにＮＯｘ浄化性能が著しく低下する、ＨＣ被毒が生じてしまうおそれがある。特に、通常のディーゼル機関の運転条件では、ガソリン機関と比較して排気温度が低いために、ＮＯｘ触媒に付着した燃料が脱離し難いので、ＨＣ被毒が生じ易い。
【００１０】
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、ＨＣ被毒を生じさせることなく、ＮＯｘ触媒を目標の床温まで上昇させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。また、ＨＣ被毒を生じさせることなく、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを還元させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にあっては、内燃機関の排気通路に配置された酸化能を有する触媒と、前記排気通路の前記触媒の上流から当該触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料供給手段から供給される燃料の内、前記触媒に液滴状態で到達する燃料量である到達液滴量を算出する到達液滴量算出手段と、前記触媒の温度を検知する触媒温度検知手段と、当該触媒温度検知手段にて検知した前記触媒の温度に基づいて、当該触媒に液滴状態で到達しても酸化される燃料の最大量である液滴限界量を算出する液滴限界量算出手段と、前記到達液滴量算出手段にて算出した前記到達液滴量が前記液滴限界量算出手段にて算出した前記液滴限界量を超えないように前記燃料供給手段から前記触媒に供給する燃料量を決定する供給燃料量決定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
なお、前記触媒温度検知手段としては、触媒の温度を直に検出する温度センサあるいは触媒の下流の排気通路に備えられた温度センサに基づいて触媒の温度を推定するもの等を例示することができる。
【００１３】
酸化能を有する触媒の温度を上昇させるためあるいは当該触媒に保持されているＮＯｘやＳＯｘを除去するために当該触媒の上流から燃料が供給された場合、供給された燃料が気化できずに液滴状態で触媒に到達し付着する場合がある。そして、液滴状態の燃料は気化した燃料と比較すると反応性が悪いため、触媒の温度によっては、反応しきれずに（酸化されずに）付着したままとなり、触媒にＨＣ被毒を生じさせるおそれがある。
【００１４】
そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、燃料供給手段から供給される燃料の内、触媒に液滴状態で到達する燃料量である到達液滴量を算出する到達液滴量算出手段と、触媒の温度に基づいて、触媒に液滴状態で到達しても酸化される燃料の最大量である液滴限界量を算出する液滴限界量算出手段と、前記到達液滴量が前記液滴限界量を超えないように前記燃料供給手段から前記触媒に供給する燃料量を決定する供給燃料量決定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
かかる構成とすることにより、供給燃料量決定手段が決定した燃料量を、燃料供給手段が触媒に供給することで、触媒にＨＣ被毒を生じさせないようにすることができる。
【００１６】
また、前記触媒に流入する排気の量を検知する触媒入りガス量検知手段と、前記触媒に流入する排気の温度を検知する触媒入りガス温検知手段と、を更に備え、前記到達液滴量算出手段は、前記触媒入りガス量検知手段にて検知した前記触媒に流入する排気の量と前記触媒入りガス温検知手段にて検知した前記触媒に流入する排気の温度とに基づいて、前記到達液滴量を算出することが好適である。
【００１７】
ここで、触媒入りガス量検知手段としては、内燃機関の吸気通路に備えられ吸入空気量を検出するエアフローメータの検出値を基に気筒内から排出される排気の量を推定し触媒に流入する排気の量を推定するもの、機関回転数を基に気筒内から排出される排気の量を推定し触媒に流入する排気の量を推定するもの、あるいは触媒の上流の排気通路を流通する排気の量を直に検出するセンサ等を例示することができる。また、触媒入りガス温検知手段としては、内燃機関の機関回転数及び気筒内に供給された燃料量とに基づいて排気の温度を推定するものあるいは触媒の上流の排気の温度を直に検出する温度センサ等を例示することができる。
【００１８】
また、前記液滴限界量算出手段は、前記触媒の劣化度合いにも基づいて、前記液滴限界量を算出することが好適である。触媒はＳＯｘ被毒を受けたり熱劣化したりする等して劣化する場合があるが、その劣化度合いが大きくなると触媒での燃料の反応性が悪くなるという性質を有する。そのため、かかる触媒の劣化度合いをも考慮して前記液滴限界量を算出すると、より精度良く前記液滴限界量を算出することができる。
【００１９】
また、触媒の温度が上昇すると活性化が進み、触媒での燃料の反応性も良くなるので、前記液滴限界量算出手段は、前記触媒の温度が上昇するのに応じて、前記液滴限界量を増量するように算出し、前記供給燃料量決定手段は、前記液滴限界量が増量するのに応じて前記燃料供給手段から供給する燃料量を増量するように決定することが好適である。
【００２０】
そして、前記触媒は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、前記供給燃料量決定手段は、前記触媒に保持されたＮＯｘを還元すべきときに前記燃料供給手段が当該ＮＯｘの還元剤として供給する燃料量を、前記到達液滴量が前記液滴限界量を超えないように決定することが好適である。かかる構成とすることで、触媒にＨＣ被毒を生じさせることを防止しつつ、触媒に保持されたＮＯｘを還元することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る排気環流装置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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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節する吸気絞り弁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。
【００２６】
そして、コンプレッサハウジング１０ａに流入し、当該コンプレッサハウジング１０ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１１にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１２によって流量を調節されて吸気通路７を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００２７】
また、内燃機関１には排気通路１４が接続され、この排気通路１４は下流にて図示しないマフラーと接続されている。
【００２８】
また、排気通路１４の途中には、前記過給機１０のタービンハウジング１０ｂが配置されており、排気通路１４のタービンハウジング１０ｂより下流の部位には、排気浄化装置１５が備えられている。なお、特に断らない限り本実施の形態に係る排気浄化装置１５は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、特に断らない限り「ＮＯｘ触媒」という。）のことを示す。
【００２９】
ＮＯｘ触媒１５の上流の排気通路１４には排気通路１４内を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ１６と、当該排気通路１４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１７が取り付けられている。そして、タービンハウジング１０ｂから排出された排気は、排気通路１４を介してＮＯｘ触媒１５へ流入し、排気中の物質が浄化される。
【００３０】
また、ＮＯｘ触媒１５より上流の排気通路１４を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給手段を備えている。この還元剤供給手段は、図１に示されるようにその噴孔が排気通路１４内に臨むよう内燃機関１のシリンダヘッドに取り付けられ、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弁１８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤添加弁１８へ導く還元剤供給路１９とを備えている。
【００３１】
このように構成された還元剤供給手段において、還元剤添加弁１８から排気通路１４内へ添加された還元剤は、排気通路１４の上流から流れてきた排気とともにタービンハウジング１０ｂへ流入する。タービンハウジング１０ｂ内に流入した排気と還元剤とは、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に混合された排気を形成する。
【００３２】
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）２０が併設されている。このＥＣＵ２０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。
【００３３】
ＥＣＵ２０には、前述したエアフローメータ９、空燃比センサ１６、排気温度センサ１７に加え、内燃機関１に取り付けられたクランクポジションセンサ２１及び水温センサ２２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ＥＣＵ２０に入力されるようになっている。
【００３４】
一方、ＥＣＵ２０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１８等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０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１８等を制御することが可能になっている。
【００３５】
例えば、ＥＣＵ２０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、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等を実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ２０が入力した各種信号やＥＣＵ２０が演算して得られた各種制御値は、当該ＥＣＵ２０のＲＡＭに一時的に記憶される。
【００３６】
次に、本実施の形態に係る吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１５について説明する。
ＮＯｘ触媒１５は、当該触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比（理論空燃比以上）であるときには、排気中のＮＯｘを保持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。
【００３７】
このため、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒１５に保持されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯｘ触媒１５のＮＯｘ保持能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１５にて浄化されずに大気中へ放出されてしまう。
【００３８】
特に、内燃機関１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯｘ触媒１５のＮＯｘ保持能力が飽和し易い。
【００３９】
また、ＮＯｘ触媒１５は、ＮＯｘの場合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１５のＮＯｘ保持能力が低減する、いわゆるＳＯｘ被毒が発生する。
【００４０】
そして、このようにＮＯｘ触媒１５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１５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、本実施の形態においては、ＮＯｘ触媒１５が被毒を受けている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。
【００４１】
このＳＯｘ被毒解消制御では、ＥＣＵ２０が、ＮＯｘ触媒１５に流入する排気の熱履歴等によりＳＯｘ被毒量が所定量以上であると判断した場合は、先ずＮＯｘ触媒１５の床温を約６００℃に高めるために以下に説明するような触媒昇温制御を実行する。そして、触媒昇温制御によりＮＯｘ触媒１５の床温が約６００℃まで上昇したら、ＮＯｘ触媒１５に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすべく還元剤添加弁１８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。
【００４２】
［触媒昇温制御の第１の実施例］
以下、具体的に本実施の形態に係る触媒昇温制御の第１の実施例について説明する。
【００４３】
本実施の形態の触媒昇温制御では、ＮＯｘ触媒１５の温度を早期に上昇させるために、内燃機関１の圧縮行程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。
【００４４】
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１５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がＮＯｘ触媒１５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１５に供給され、それが当該触媒上で酸化反応を起こし、当該触媒の温度が上昇する。なお、ポスト噴射及びビゴム噴射等の副噴射は、主燃料噴射との間に必ずしもインターバルを設ける必要はない。
【００４５】
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１８から排気中へ還元剤たる燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料をＮＯｘ触媒１５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１５の床温を高めるようにしてもよい。
【００４６】
但し、ＮＯｘ触媒１５に流入する排気中のＨＣ濃度、触媒に流入する排気の温度及び量、ＮＯｘ触媒の床温等によっては、上述した副噴射あるいは還元剤添加弁１８の添加によりＮＯｘ触媒１５に供給された燃料全てが蒸発しきれずに液状のまま触媒前端部分に到達して付着するおそれがある。そして、ＮＯｘ触媒１５の温度が低い場合に未燃の燃料が液滴のまま多量に付着すると、反応性が悪いため、その燃料が付着したままとなり、元の状態まで回復せずにＮＯｘ浄化性能が著しく低下する、ＨＣ被毒を生じさせてしまうおそれがある。
【００４７】
このようにしてＮＯｘ触媒１５にＨＣ被毒が生じても、触媒に流入する排気の温度が上昇することにより当該触媒の温度が上昇すると、付着した燃料は酸化して脱離し、ＨＣ被毒は解消するが、通常のディーゼル機関の運転条件では、ガソリン機関と比較して排気温度が低いために、ＮＯｘ触媒１５に付着した燃料が脱離し難く、ＨＣ被毒は解消し難い。
【００４８】
そこで、本実施例においては、ＮＯｘ触媒１５に流入する排気の温度及び量、ＮＯｘ触媒１５の床温等を考慮してＨＣ被毒を生じさせないように、以下のようにしてＮＯｘ触媒１５に供給する燃料量を決定するようにする。
【００４９】
副噴射あるいは還元剤添加弁１８による添加により供給される燃料は液体であるが、その後高温のガスに晒されると、その一部は蒸発して気化する。そして、蒸発しきれなかった燃料が液滴のままＮＯｘ触媒１５に到達する。つまり、「供給燃料量−燃料蒸発量＝到達液滴量」という関係が成り立つ。
【００５０】
一方、燃料が液滴のままＮＯｘ触媒１５に到達すると触媒に付着するが、ＮＯｘ触媒１５の温度によっては、付着した燃料が触媒に付着したままとならずに当該触媒で反応（酸化）して脱離する。そして、ＮＯｘ触媒１５に液滴のまま到達しても当該触媒に付着したままとならない（酸化される）最大の燃料量を「液滴限界量」として、ＮＯｘ触媒１５の床温との関係を示したのが図２である。本図に示すように、ＮＯｘ触媒１５の温度が高くなるにつれて液滴限界量も増加する。
【００５１】
そして、触媒昇温制御を実行するために、供給する燃料量を決定するにあたっては、供給した燃料の内、液滴のままＮＯｘ触媒１５に到達する燃料量がその時点のＮＯｘ触媒１５の床温における液滴限界量を超えないようにする。つまり、「到達液滴量≦液滴限界量」となるようにする。一方、早期に昇温させるにはより多くの燃料を供給する方が好ましいので、到達液滴量をできるだけ液滴限界量に近づけるようにする。
【００５２】
以上のことにより、供給する燃料量を、燃料蒸発量に液滴限界量を加算した量、つまり、「供給燃料量＝燃料蒸発量＋液滴限界量」となるように決定する。
【００５３】
次に、燃料蒸発量について説明する。この燃料蒸発量は、ＮＯｘ触媒１５に流入する排気の量である触媒入りガス量と当該触媒に流入する排気の温度である触媒入りガス温度との間で３次元的な相関関係が成り立つ。そして、エアフローメータ９の検出値を基に気筒内に吸入される空気の量である吸入空気量を検出し、気筒内から排出される排気の量を推定し、これを触媒入りガス量とした場合、吸入空気量、触媒入りガス温度及び燃料蒸発量の間には図３に示すような３次元的な相関関係が成り立つ。
【００５４】
そして、燃料蒸発量と吸入空気量との相関関係、燃料蒸発量と触媒入りガス温度との相関関係を２次元で表したのが図４である。このように、同じ燃料量を供給したとしても、気筒内に吸入された空気量が多いほど蒸発する燃料量は多くなり、触媒に流入する排気の温度が高いほど蒸発する燃料量は多くなる。
【００５５】
上述した点に鑑み、本実施例に係る触媒昇温制御においては、図５のフローチャート図に示した制御ルーチンにしたがって供給燃料量を決定し、決定した燃料量だけを燃料を供給するようにする。
【００５６】
この制御ルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサ２１からのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ２０が実行するルーチンである。
【００５７】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ず、Ｓ１００においてＮＯｘ触媒１５の触媒床温を把握する。これは、触媒の温度に対応した電気信号を出力する触媒床温センサ（図示省略）の検出値を基に把握するものである。なお、触媒床温センサにて直に触媒の温度を検出しない場合は、触媒の下流に備えられた排気温度センサ１７の検出値を基に把握してもよい。
【００５８】
その後、ステップ１０１へ進み、液滴限界量を算出する。これは、上述したように、触媒床温と液滴限界量とは図２に示すような相関関係があるので、この関係を予め経験則に基づいてマップ化してＲＯＭに記憶しておき、ステップ１００にて把握された触媒床温をこのマップに代入して液滴限界量を算出するものである。
【００５９】
その後、ステップ１０２へ進み、吸入空気量を把握する。これは、エアフローメータ９の検出値を基に把握するものである。その後、ステップ１０３へ進み、触媒入りガス温度を推定する。これは、主噴射燃料量と機関回転数とに基づきマップから導き出して推定するものである。あるいは、ＮＯｘ触媒１５上流の排気通路に温度センサを設けて検出してもよい。
【００６０】
その後ステップ１０４へ進み、燃料蒸発量を算出する。これは、上述したように、燃料蒸発量、吸入空気量及び触媒入りガス温度の間には図３に示したような相関関係があるので、この関係を予め経験則に基づいてマップ化してＲＯＭに記憶しておき、ステップ１０２にて把握された吸入空気量及びステップ１０３にて推定された触媒入りガス温度をこのマップに代入して燃料蒸発量を算出するものである。
【００６１】
但し、排気の空燃比を所望の値にするために副噴射にて燃料を供給する場合、ポスト噴射とビゴム噴射では、噴射するタイミングが異なることから供給する燃料量が同じであっても蒸発する燃料量が異なる。そのため、上記マップもポスト噴射用のマップとビゴム噴射用のマップを別々にしておくことが好ましい。また、同様に、気筒内に燃料を供給する副噴射と気筒から排出された排気中に還元剤添加弁１８から燃料を供給するのとでは、燃料を供給するタイミングのみならず供給する場所も異なることから、供給する燃料量が同じであっても蒸発する燃料量が異なる。そのため、還元剤添加弁１８からの供給用独自のマップを用いることが好ましい。
【００６２】
その後ステップ１０５へ進み、供給燃料量を算出する。上述したように、供給燃料量は、「供給燃料量＝燃料蒸発量＋液滴限界量」という式に基づいて決定される量であり、ステップ１０１で算出した液滴限界量とステップ１０４で算出した燃料蒸発量とを加算して供給燃料量を算出する。
【００６３】
そして、ステップ１０６へ進み、燃料供給を実行する。つまり、本ステップにて、ステップ１０５で算出した供給燃料量を実際に供給するものであるが、その時点の燃料の圧力（コモンレール４内の圧力）を考慮して燃料噴射弁３あるいは還元剤添加弁１８の開弁期間でその量を制御するものである。
【００６４】
そして、ステップ１０７へ進み、ＮＯｘ触媒１５の触媒床温が目標の温度に到達したか否かを判別する。ステップ１００で説明したようにして触媒床温を把握し、目標触媒床温（例えば約６００℃）と比較するものである。
【００６５】
そして、目標触媒床温に到達していると判別された場合は、本ルーチンの実行を終了する。一方、目標触媒床温に到達していないと判別された場合は、触媒床温が目標の温度に到達するまで、ステップ１００以降の処理を実行する。
【００６６】
このようにすることで、触媒昇温制御の際、触媒床温等に応じてＨＣ被毒が生じないような燃料量が決定されて供給される。その後、触媒床温が上昇するに応じて、供給燃料量を増加して液滴のまま触媒に到達する燃料量が増加してもＨＣ被毒しない許容度が上がるので、供給燃料量が増加される。そのため、最初に供給した場合と比較して単位時間あたりの供給燃料量が増えるので、触媒床温も最初に供給した場合と比較してより上昇する。このようなことを繰り返すことにより触媒がＨＣ被毒を生じさせることなく目標の触媒床温まで早期に上昇させることができる。
【００６７】
［触媒昇温制御の第２の実施例］
本実施例においては、供給燃料量を決定するにあたって、ＮＯｘ触媒１５の劣化度合いをも考慮する。触媒の劣化度合いが大きいと未燃燃料が触媒で反応し難くなり、触媒に供給された燃料が液滴のまま触媒に付着し、そのまま反応しきれずに触媒に付着したままとなる割合が増加するため、触媒の劣化度合いをも考慮して供給燃料量を決定するものである。
【００６８】
この触媒劣化度合いは、ＳＯｘ被毒量及び触媒の熱劣化との間に３次元的な関係があり、これらの関係を２次元的に表したのが図６である。本図に示すように、ＳＯｘ被毒量が多くなるにつれて触媒劣化度合いは大きくなり、また、触媒が熱劣化するほど触媒劣化度合いが大きくなる。
【００６９】
そして、第１の実施例においては、液滴限界量を、ＮＯｘ触媒１５の劣化を考慮せずに触媒床温のみに基づいて決定し、当該触媒に到達する液滴量が、当該液滴限界量を超えないように供給燃料量を決定していたが、本実施例においては、触媒劣化を考慮して液滴限界量を決定する。
【００７０】
その決定手法は、まず、第１の実施例における液滴限界量、つまり触媒劣化を考慮しない場合のＮＯｘ触媒に燃料が液滴のまま到達しても触媒に付着したままとならない最大の液滴量を本実施例では「液滴最大量」とする。
【００７１】
そして、液滴限界量を決定するにあたって、触媒劣化度合い及び触媒床温と３次元的な関係を有する触媒劣化係数を用い、この触媒劣化係数に上述した液滴最大量を積算した量を液滴限界量とする。つまり、「液滴限界量＝液滴最大量×触媒劣化係数」とする。この触媒劣化係数と触媒劣化度合いとの２次元的な関係及び触媒劣化係数と触媒床温との２次元的な関係を示したのが図７であり、本図に示すように、触媒劣化度合いが大きくなるにつれて触媒劣化係数は小さくなり、触媒床温が高くなるにつれて触媒劣化係数が大きくなるというような関係がある。つまり、触媒劣化度合いが大きいほど触媒劣化係数は小さくなり、液滴限界量も少なくなる。また、触媒床温が高いほど触媒劣化係数は大きくなり、液滴限界量も多くなる。
【００７２】
また、供給燃料量は、第１の実施例と同様に「供給燃料量＝燃料蒸発量＋液滴限界量」という式を用いて決定する。
【００７３】
上述した点に鑑み、本実施例に係る触媒昇温制御においては、図８のフローチャート図に示した制御ルーチンにしたがって供給燃料量を決定し、決定した燃料量だけ燃料を供給するようにする。
【００７４】
この制御ルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサ２１からのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ２０が実行するルーチンである。
【００７５】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ず、Ｓ２００においてＮＯｘ触媒１５の劣化度合いを算出する。これは、上述したように、触媒劣化度合い、ＳＯｘ被毒量及び触媒の熱劣化度合いの間には相関関係があるので、この関係を予め経験則に基づいてマップ化してＲＯＭに記憶しておき、ＳＯｘ被毒解消処理を実行するにあたってすでに導き出されているＳＯｘ被毒量及び内燃機関から排出され触媒に流入した排気の熱履歴に基づいて導き出される触媒の熱劣化の度合いを、当該マップに代入して触媒劣化度合いを算出するものである。
【００７６】
その後ステップ２０１へ進み、ＮＯｘ触媒１５の触媒床温を把握する。これは、第１の実施例のステップ１００と同一であるので、その説明は省略する。その後ステップ２０２へ進み、液滴最大量を算出する。これは、第１の実施例における触媒劣化を考慮しない液滴限界量と同一であり、算出手法も上述したのと同様であるのでその説明は省略する。
【００７７】
その後ステップ２０３へ進み、ＮＯｘ触媒１５の触媒劣化係数を算出する。上述したように、触媒劣化係数、触媒劣化度合い及び触媒床温の間には相関関係があるので、この関係を予め経験則に基づいてマップ化してＲＯＭに記憶しておき、ステップ２００で算出した触媒劣化度合い及びステップ２０１で把握した触媒床温を、当該マップに代入して触媒劣化係数を算出するものである。
【００７８】
その後ステップ２０４へ進み、液滴限界量を算出する。これは、上述したように、ステップ２０２で算出した液滴最大量にステップ２０３で算出した触媒劣化係数を積算するものである。
【００７９】
その後、ステップ２０５へ進み、吸入空気量を把握し、ステップ２０６へ進み、触媒入りガス温度を推定し、ステップ２０７へ進み、燃料蒸発量を算出する。これらは第１の実施例のステップ１０２からステップ１０４と同じであるのでその説明は省略する。
【００８０】
その後ステップ２０８へ進み、供給燃料量を算出する。上述したように、供給燃料量は燃料蒸発量に液滴限界量を加算したものであるので、ステップ２０７で算出した燃料蒸発量にステップ２０４で算出した液滴限界量を加算して供給燃料量を算出する。
【００８１】
その後ステップ２０９へ進み、燃料供給を実行し、ステップ２１０にて触媒床温が目標の触媒床温に到達したかどうかを判別する。これらは、第１の実施例のステップ１０６、１０７と同じであるのでその説明は省略する。そして、ステップ２１０にて触媒床温が目標触媒床温に到達したと判別された場合は本ルーチンの実行を終了する。一方、目標触媒床温に到達していないと判別された場合は再度ステップ２０１以降の処理を実行する。
【００８２】
このように本実施例においては、触媒劣化度合いをも考慮して供給燃料量を決定するので、より精度良くＮＯｘ触媒１５にＨＣ被毒が生じるのを防止することができるとともに、早期に触媒床温を目標の床温まで上昇させることができる。
【００８３】
なお、本実施例において、触媒劣化の要因としてはＳＯｘ被毒量及び触媒の熱劣化を例示したが、その他に、以下の場合も触媒劣化の要因として考えられる。すなわち、内燃機関からの排気中に含まれるＳＯＦにより触媒が被毒を受けるおそれがある。また、本実施例あるいは触媒昇温制御の第１の実施例を用いて触媒昇温制御を実施したとしても、燃料噴射弁３あるいは還元剤添加弁１８が適正に開弁せず、燃料が所望量供給されない等の理由により、触媒がＨＣ被毒を受けるおそれがある。そして、このようなＳＯＦ被毒あるいはＨＣ被毒の被毒量が多い場合には、触媒に供給された燃料が液滴のまま触媒に付着し、そのまま反応しきれずに触媒に付着したままとなる割合が増加する。したがって、本実施例においては、ＳＯｘ被毒量及び触媒の熱劣化との間の相関関係に基づいて触媒劣化度合いを算出しているが、更に、ＳＯＦ被毒量及びＨＣ被毒量をも含めて触媒劣化度合いを算出し、かかる触媒劣化度合いに基づいて供給燃料量を決定することが好ましい。
【００８４】
以上は、排気浄化装置１５をＮＯｘ触媒とし、そのＳＯｘ被毒を解消させるためのＳＯｘ被毒解消制御の際の触媒昇温制御について述べたが、上述した触媒昇温制御の第１及び第２の実施例は、暖機時に触媒の床温を上昇させる際にも適用することができる。
【００８５】
また、内燃機関からの排気中の煤等の微粒子（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ、以下、「ＰＭ」という。）を低減するために、排気浄化装置１５として、パティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）あるいは酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、三元触媒等が担持されたフィルタを備える場合、フィルタがＰＭを過度に捕集してフィルタが目詰まりを起こすことを防止するために、フィルタに捕集されたＰＭを除去して、フィルタを再生することが必要である。そして、フィルタを再生する方法としては、ＰＭが酸化可能な温度域（約５００℃〜７００℃）までフィルタを昇温させつつフィルタ内を酸化雰囲気（すなわち、酸素過剰な雰囲気）とすることが一般的である。
【００８６】
そして、ＰＭが酸化可能な温度域までフィルタの温度を上昇させる際にも、上述した触媒昇温制御の第１及び第２の実施例で説明したようにすると、フィルタに担持された触媒あるいはフィルタ近傍に備えられた触媒にＨＣ被毒が生じるのを防止することができるとともに、早期に触媒床温を目標の床温まで上昇させることができる。
【００８７】
［ＮＯｘ還元処理制御の第１の実施例］
上述したように、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯｘ触媒１５のＮＯｘ保持能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１５にて浄化されずに大気中へ放出されてしまう。
【００８８】
従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯｘ触媒１５のＮＯｘ保持能力が飽和する前にＮＯｘ触媒１５に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯｘ触媒１５に保持されたＮＯｘを放出及び還元させる、いわゆるＮＯｘ還元処理を実行する必要がある。そこで、本実施の形態においては、ＮＯｘ還元処理として、ＥＣＵ２０が、ＮＯｘ触媒１５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、リッチスパイク制御を実行する。
【００８９】
このリッチスパイク制御では、ＥＣＵ２０は、ＮＯｘ触媒に保持されたＮＯｘを還元すべきタイミングであるときに、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１５が活性状態にあるか、排気温度センサ１７の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下であるか、後述するＳＯｘ被毒解消制御が実行されていないか等の条件を例示することができる。
【００９０】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判別された場合は、ＥＣＵ２０は、還元剤添加弁１８からスパイク的に還元剤たる燃料を添加させることにより、ＮＯｘ触媒１５に流入する排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比とする。そして、このようにして形成されたリッチ空燃比の排気は、その後ＮＯｘ触媒１５に流入し、当該触媒に保持されていたＮＯｘを放出及び還元することになる。
【００９１】
このようにして、ＮＯｘ触媒１５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「スパイク的なリッチ空燃比」とを交互に繰り返すことにより、ＮＯｘ触媒１５がＮＯｘの保持と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことができることになる。
【００９２】
そして、還元剤添加弁１８が添加する還元剤たる燃料の量を決定するにあたっては、還元剤添加弁１８にて添加された燃料によりＮＯｘ触媒１５がＨＣ被毒を受けないように、上述の触媒昇温制御の第１及び第２の実施例で説明した手法で決定するようにする。
【００９３】
具体的には、第１の実施例の場合は、触媒床温に基づいて液滴限界量を算出し、吸入空気量及び触媒入りガス温度に基づいて燃料蒸発量を算出する。そして、当該燃料蒸発量に前記液滴限界量を加算して供給燃料量を決定する。
【００９４】
また、第２の実施例の場合は、触媒のＳＯｘ被毒量及び熱劣化の度合いに基づいて触媒劣化度合いを算出し、触媒床温と触媒劣化度合いに基づいて触媒劣化係数を算出する。そして、触媒床温に基づいて液滴最大量を算出し、当該液滴最大量に前記触媒劣化係数を積算して液滴限界量を算出する。一方で、吸入空気量及び触媒流入ガス温度に基づいて燃料蒸発量を算出する。そして、当該燃料蒸発量に前記液滴限界量を加算して供給燃料量を決定する。
【００９５】
このように、上述のようにして決定された燃料量だけ添加することにより、ＮＯｘ触媒がＨＣ被毒を受けないようにしつつ、ＮＯｘを放出及び還元することができる。
【００９６】
しかしながら、上述したように触媒昇温制御の第１の実施例あるいは第２の実施例を用いて触媒昇温制御を実施したとしても、燃料噴射弁３あるいは還元剤添加弁１８が適正に開弁せず、燃料が所望量供給されないこと、あるいは、内燃機関が運転停止している間に排気通路等に付着していた燃料が内燃機関の始動時等にＮＯｘ触媒１５に付着すること等により、ＮＯｘ還元処理を実行する際には既にＮＯｘ触媒前端部にＨＣ被毒が生じている可能性がある。かかる場合、上述したようにしてＮＯｘ触媒にＨＣ被毒を生じさせないような燃料量を供給したとしても、ＮＯｘが効率よく還元されずに却ってＨＣ被毒を悪化させてしまうおそれがある。
【００９７】
そこで、本実施例に係るＮＯｘ還元処理制御にあたっては、まずＮＯｘ触媒１５前端部のＨＣ被毒を解消した後に、上述したリッチスパイク制御を実行するようにする。以下、具体的に本実施例に係るＮＯｘ還元処理制御の制御ルーチンについて、図９のフローチャート図に沿って説明する。
【００９８】
この制御ルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサ２１からのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ２０が実行するルーチンである。
【００９９】
まず、ステップ３００において、ＮＯｘ触媒１５に保持されたＮＯｘを還元すべきタイミングであるか否かを判別する。この判別は、ＮＯｘ触媒１５のＮＯｘ保持量が所定量を上回っているかどうかを判別するものであるが、ＮＯｘ触媒１５によるＮＯｘ保持量がその限界値にある程度まで近づいたことを意味する。この保持量は、前回のＮＯｘ還元処理からの経過時間や運転履歴等に基づいて推定する、あるいはＮＯｘ触媒１５の前後差圧を基に推定するものである。そして、ＮＯｘを還元すべきタイミングであると判別された場合はステップ３０１へ進み、そうでない場合は本ルーチンの実行を終了する。
【０１００】
ステップ３０１においては、ＮＯｘ触媒１５にＨＣ被毒が生じているか否かを判別する。これは、これまでの内燃機関の運転履歴、温度履歴等により判別するものであるが、例えば、先のＮＯｘ還元処理あるいはＳＯｘ被毒解消処理のために排気中に燃料を添加している時に内燃機関が停止させられ、添加した燃料が排気通路に液体のまま付着し、その次の始動時に触媒にＨＣが付着したかどうか等に基づいて判別するものである。そして、触媒にＨＣ被毒が生じていると判別された場合は、ステップ３０２へ進み、被毒が生じていないと判別された場合はステップ３０４へ進む。
【０１０１】
ステップ３０２においては、ＨＣ被毒回復処理制御を実行する。このＨＣ被毒回復処理制御は、従来のＮＯｘ還元処理時には触媒の最後端部の空燃比がリッチ空燃比である約１３．５になるように燃料を添加するのに対して、図１０に示すように触媒の前端部の空燃比が１８になるように燃料を添加するものである。その結果、未燃の燃料がＮＯｘ触媒１５上で酸素と反応し、その反応熱により触媒前端部の温度が上昇する。そして、ＮＯｘ触媒１５の温度がある所定値以上になると触媒に付着しているＨＣが酸化し除去されることとなる。なお、還元剤添加弁１８による燃料添加の代わりに、ＮＯｘ触媒１５の前端部の空燃比が１８となるようにポスト噴射を行ってもよい。また、ビゴム噴射を実行することにより触媒に流入するガスの温度を上昇させて触媒の温度を直接上昇させることにより、触媒に付着しているＨＣを酸化除去してもよい。
【０１０２】
その後、ステップ３０３へ進み、ＨＣ被毒が回復できたか否かを判別する。これは、被毒回復の判断であるマップに基づいて、ステップ３００で把握できる今回の被毒の度合いに応じて、ＨＣ被毒回復処理の温度と時間の履歴により判別するものである。そして、ＨＣ被毒を回復できたと判別された場合は、ステップ３０４へ進み、上述したリッチスパイク制御を実行開始する。一方、ＨＣ被毒が回復していないと判別された場合はステップ３０２以降の処理を再度実行する。なお、ステップ３０３にてＨＣ被毒が回復できたか否かを判別しなくても、ステップ３０２のＨＣ被毒回復処理実行開始から所定時間経過後にステップ３０４へ進むようにしてもよい。
【０１０３】
このように本実施例に係るＮＯｘ還元処理においては、触媒前端部のＨＣ被毒を回復してからリッチスパイク制御を実行するので、ＨＣ被毒が生じたままリッチスパイク制御を実行する場合と比較してＮＯｘ還元効率を上昇させることができる。また、触媒前端部のＨＣ被毒回復処理により触媒前端部の触媒活性が上昇するので、その後のリッチスパイク制御におけるＮＯｘ還元効率も上昇する。
【０１０４】
なお、リッチスパイク制御の実行にあたっては、上述したようにして決定して、還元剤添加弁１８にて添加された燃料によりＮＯｘ触媒にＨＣ被毒が生じないような燃料量を供給することが好ましいが、触媒最後端の排気空燃比が１３．５になるような燃料量を供給してもよい。これは、触媒前端部のＨＣ被毒回復処理により触媒前端部の触媒床温が上昇しているため、触媒が再被毒する可能性が低いからである。
【０１０５】
［ＮＯｘ還元処理制御の第２の実施例］
第１の実施例においては触媒昇温制御の第１及び第２の実施例と同様な手法により供給する燃料量を決定してリッチスパイク制御を実行していたが、本実施例においては、触媒前端部のＮＯｘを還元した後に、触媒後端部のＮＯｘを還元できるような燃料量を供給する。
【０１０６】
以下、具体的に本実施例に係るＮＯｘ還元処理制御の制御ルーチンについて、図１１のフローチャート図に沿って説明する。
【０１０７】
この制御ルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサ２１からのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ２０が実行するルーチンである。
【０１０８】
まず、ステップ４００において、ＮＯｘ触媒１５に保持されたＮＯｘを還元すべきタイミングであるか否かを判別する。これは、ＮＯｘ還元処理制御の第１の実施例のステップ３００と同一であるので、その説明は省略する。そして、ＮＯｘを還元すべきタイミングであると判別された場合はステップ４０１へ進み、そうでない場合は本ルーチンの実行を終了する。
【０１０９】
ステップ４０１においては、ＮＯｘ触媒１５の前端部のみリッチスパイク制御を実行する。これは、図１２に示すように、触媒の中心部の空燃比を、ＮＯｘを還元可能な空燃比である約１３．５になるように燃料を供給するものである。この場合、触媒前端部に保持されたＮＯｘは触媒に流入する未燃燃料により還元されるが、触媒の後端部に流入する排気の空燃比が理論空燃比より高い部分では、保持されているＮＯｘは還元されない。
【０１１０】
ゆえに、従来、触媒の最後端部の空燃比が１３．５になるように燃料量を供給していたのと比較すると、燃料供給量が減少するため、触媒前端部がＨＣ被毒することを低減することができる。また、触媒後端部の空燃比はリーンのため、ＮＯｘ還元初期時に生じるＮＯｘ吐き出しにより生じたＮＯｘを触媒後端部で保持することができる。
【０１１１】
その後、ステップ４０２へ進み、触媒前端部のＮＯｘ還元が終了したか否かを判別する。これは、触媒中心部に設けられた空燃比センサの検出値とマップに基づいて判別するものである。なお、触媒中心部に空燃比センサを設けずに触媒の下流の排気通路にのみ空燃比センサを設けている場合は、当該触媒下流の空燃比センサの検出値とマップに基づいて判別してもよい。また、触媒前端部ＮＯｘ還元処理を実行してからの経過時間が所定時間以上であれば触媒前端部のＮＯｘ還元が終了したものとして判別してもよい。
【０１１２】
そして、ＮＯｘ還元が終了したと判別した場合はステップ４０３へ進み、終了していないと判別した場合は、ステップ４０１以降の処理を再度実行する。これにより、触媒前端部のＮＯｘ還元が終了したと判別されるまで、リッチスパイク制御が実行されることとなる。
【０１１３】
ステップ４０３においては、触媒後端部のリッチスパイク制御を実行する。これは、図１２に示すように、触媒の最後端部の空燃比が約１３．５になるように燃料を供給するものであるが、触媒に供給する燃料の内前端部で浄化される分があるので、その分を考慮してステップ４０１にて実行する前端部リッチスパイク制御のための供給燃料量よりも増量し、未燃燃料が最後端部まで達するようにするものである。これにより、触媒の後端部に保持されているＮＯｘが還元されることとなる。また、すでに触媒前端部のＮＯｘが還元する際の反応熱により触媒前端部の温度が上昇しているため、後端部のＮＯｘ還元用に燃料が供給されたとしても触媒前端部にＨＣ被毒が生じ難くなる。
【０１１４】
その後、ステップ４０４へ進み、触媒後端部のＮＯｘ還元が終了したか否かを判別する。これは、触媒の下流に設けられた空燃比センサの検出値とマップに基づいて判別するものである。また、触媒後端部ＮＯｘ還元処理を実行してからの経過時間が所定時間以上であれば触媒後端部のＮＯｘ還元が終了したものとして判別してもよい。そして、触媒後端部のＮＯｘ還元が終了したと判別した場合は本ルーチンの実行を終了する。一方、終了していないと判別した場合は、ステップ４０３以降の処理を再度実行する。これにより、触媒後端部のＮＯｘ還元が終了したと判別されるまで、ＮＯｘ還元処理が実行されることとなる。
【０１１５】
このように、触媒前端部のＮＯｘを還元した後に、触媒後端部のＮＯｘを還元するようにすることで、従来、触媒の最後端部の空燃比が１３．５になるように燃料量を供給していたのと比較すると、燃料供給量が減少するため、触媒前端部にＨＣ被毒が生じることを低減することができる。また、触媒後端部のＮＯｘをリッチスパイク制御にて還元する際には、すでに、触媒前端部の温度が上昇しているため、ＨＣ被毒が生じ難くなる。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＨＣ被毒を生じさせることなく、ＮＯｘ触媒を目標の床温まで上昇させることができる。また、ＨＣ被毒を生じさせることなく、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを還元させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】触媒床温と液滴限界量の相関関係を示す図である。
【図３】触媒入りガス温度、吸入空気量及び燃料蒸発量の相関関係を示す図である。
【図４】（ａ）は、吸入空気量と燃料蒸発量の相関関係、（ｂ）は、触媒入りガス温度と燃料蒸発量の相関関係を示す図である。
【図５】触媒昇温制御の第１の実施例に係る制御ルーチンを示すフローチャート図である。
【図６】（ａ）は、ＳＯｘ被毒量と触媒劣化度合いの相関関係、（ｂ）は、触媒の熱劣化と触媒劣化度合いの相関関係を示す図である。
【図７】（ａ）は、触媒劣化度合いと触媒劣化係数の相関関係、（ｂ）は、触媒床温と触媒劣化係数の相関関係を示す図である。
【図８】触媒昇温制御の第２の実施例に係る制御ルーチンを示すフローチャート図である。
【図９】ＮＯｘ還元処理制御の第１の実施例に係る制御ルーチンを示すフローチャート図である。
【図１０】ＮＯｘ還元処理制御の第１の実施例に係る処理方法を模式的に示した図である。
【図１１】ＮＯｘ還元処理制御の第２の実施例に係る制御ルーチンを示すフローチャート図である。
【図１２】ＮＯｘ還元処理制御の第２の実施例に係る処理方法を模式的に示した図である。
【符号の説明】
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  排気通路
１５  排気浄化装置
１６  空燃比センサ
１７  排気温度センサ
１８  還元剤添加弁
１９  還元剤供給路
２０  ＥＣＵ
２１  クランクポジションセンサ
【図１】
2005030272.tif 000003
【図２】
2005030272.tif 000004
【図３】
2005030272.tif 000005
【図４】
2005030272.tif 000006
【図５】
2005030272.tif 000007
【図６】
2005030272.tif 000008
【図７】
2005030272.tif 000009
【図８】
2005030272.tif 000010
【図９】
2005030272.tif 000011
【図１０】
2005030272.tif 000012
【図１１】
2005030272.tif 000013
【図１２】
2005030272.tif 000014