(57)【要約】【課題】排気通路を流れる排気に含まれるＮＯＸの還元効率の低下を抑制す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】排気浄化装置は、排気通路１６に燃料を噴射する燃料添加弁２１と、排気通路１６における燃料添加弁２１よりも下流側に配置されているＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２と、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２からＮＯＸを放出させて還元させる浄化処理を実施する浄化制御部５３と、排気通路圧と供給燃圧との差圧ΔＰを取得する差圧取得部５１と、燃料添加弁２１の燃料噴射率Ｒｆを差圧ΔＰに基づいて算出する噴射率算出部５２とを備える。浄化制御部５３は、浄化処理では、浄化処理の実施に先立って算出された燃料噴射率Ｒｆが基準噴射率よりも低いときには、供給燃圧を上昇させる昇圧処理、及び、燃料添加弁２１の一回の噴射期間を長くする延長処理の少なくとも一方の処理を実施する。【選択図】図１
2017214869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気が流れる排気通路に燃料を噴射する燃料添加弁と、同排気通路における前記燃料添加弁よりも下流側に配置されているＮＯＸ吸蔵還元型触媒と、目標空燃比がリーン空燃比である機関運転が行われている状況下で前記燃料添加弁から燃料を噴射させることにより、前記ＮＯＸ吸蔵還元型触媒から窒素酸化物を放出させて還元させる浄化処理を実施する浄化制御部と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路の圧力と前記燃料添加弁に供給される燃料の圧力との差圧を取得する差圧取得部と、
前記燃料添加弁の単位時間あたりの燃料噴射量である燃料噴射率を、前記差圧取得部によって取得された差圧に基づいて算出する噴射率算出部と、を備え、
前記浄化制御部は、前記浄化処理では、前記噴射率算出部が同浄化処理の実施に先立って算出した前記燃料噴射率が基準噴射率よりも低いときには、同燃料噴射率が前記基準噴射率以上であるときよりも前記燃料添加弁に供給される燃料の圧力を上昇させる昇圧処理、及び、同燃料噴射率が前記基準噴射率以上であるときよりも前記燃料添加弁の一回の噴射期間を長くする延長処理の少なくとも一方の処理を実施する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記浄化制御部は、前記浄化処理では、前記噴射率算出部が同浄化処理の実施に先立って算出した前記燃料噴射率が前記基準噴射率よりも低く、且つ、同燃料噴射率が、同基準噴射率よりも低い他の基準噴射率以上であるときには前記延長処理を実施する一方、前記噴射率算出部が前記浄化処理の実施に先立って算出した前記燃料噴射率が前記他の基準噴射率よりも低いときには前記昇圧処理を実施する
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記浄化制御部は、前記浄化処理では、規定の浄化処理期間において、目標空燃比がリーン空燃比である機関運転が行われている状況下での前記燃料添加弁の燃料噴射を間欠的に行わせるようになっており、
前記浄化制御部は、前記浄化処理では、前記噴射率算出部が同浄化処理の実施に先立って算出した前記燃料噴射率が前記基準噴射率よりも低いときには、同燃料噴射率が同基準噴射率以上であるときよりも前記浄化処理期間における前記燃料添加弁の燃料噴射を停止する期間を短くする
請求項１又は請求項２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、排気通路を流れる排気に含まれる窒素酸化物を還元する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、排気通路に燃料を噴射する燃料添加弁と、同排気通路における燃料添加弁よりも下流側に配置されているＮＯＸ吸蔵還元型触媒とを備えている。このＮＯＸ吸蔵還元型触媒は、目標空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比である機関運転が行われている状況下で燃焼室から排気通路に排出された排気が流入するときには、同排気の窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸蔵するようになっている。一方、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒は、目標空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ空燃比である機関運転が行われている状況下で燃焼室から排気通路に排出された排気が流入するときには、吸蔵したＮＯＸを放出するようになっている。また、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒からＮＯＸが放出されているときには、同触媒に添加された燃料に含まれる炭化水素（ＨＣ）が、同触媒から放出されるＮＯＸに対して還元剤として作用するため、同ＮＯＸが還元されるようになっている。
【０００３】
そこで、内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒のこのような特性を利用した排気の浄化処理が実施されることがある。すなわち、この浄化処理では、目標空燃比がリーン空燃比となる機関運転が行われている状況下で、燃料添加弁の燃料噴射が間欠的に噴射される。このように燃料添加弁から燃料が噴射される期間では、目標空燃比がリッチ空燃比となる機関運転が行われている場合と同じＨＣ濃度の排気がＮＯＸ吸蔵還元型触媒に流入するようになる。その結果、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒へのＮＯＸの吸蔵と、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒からのＮＯＸの放出及び同ＮＯＸの還元とが交互に繰り返され、その結果、外部へのＮＯＸの放出が抑制されるようになっている。
【０００４】
なお、このような浄化処理によるＮＯＸの還元効率は、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒からのＮＯＸの放出及び同ＮＯＸの還元のために燃料添加弁から噴射された燃料のうち、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料、すなわちＨＣの量と相関している。具体的には、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料、すなわちＨＣの量が少ないほど、ＮＯＸの還元効率が低い。そこで、特許文献１の内燃機関の排気浄化装置では、燃料添加弁の一回の開閉動作による同燃料添加弁の燃料噴射量が推定され、同燃料噴射量とその基準値との差が小さくなるように燃料添加弁に供給される燃料の圧力が調整された上で、同燃料噴射弁から燃料が噴射される。すなわち、燃料添加弁の一回の開閉動作による同燃料添加弁の燃料噴射量の推定値に基に、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒への燃料の添加量が補正されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３８８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒からのＮＯＸの放出及び同ＮＯＸの還元のために燃料添加弁から噴射された燃料の少なくとも一部は、排気中の酸素とともに燃焼してしまい、同触媒に添加されない。このように燃料添加弁から噴射された燃料に対する、排気中の酸素とともに燃焼してしまう燃料の比は、排気通路の圧力などによっても変わってしまう。そのため、燃料添加弁の一回の開閉動作による燃料噴射量の推定値を基に、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の量を予測することは困難である。したがって、燃料噴射量がその基準値と等しくなるように燃料添加弁に添加される燃料の圧力を調整したとしても、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒への燃料の添加量を適切に補正できず、同触媒から放出されるＮＯＸの還元効率の低下の抑制効果が十分であるとは言い難い。
【０００７】
本発明の目的は、排気通路を流れる排気に含まれるＮＯＸの還元効率の低下を抑制す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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための内燃機関の排気浄化装置は、排気が流れる排気通路に燃料を噴射する燃料添加弁と、同排気通路における燃料添加弁よりも下流側に配置されているＮＯＸ吸蔵還元型触媒と、目標空燃比がリーン空燃比である機関運転が行われている状況下で燃料添加弁から燃料を噴射させることにより、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒から窒素酸化物（ＮＯＸ）を放出させて還元させる浄化処理を実施する浄化制御部と、を備えた装置を前提としている。この内燃機関の排気浄化装置は、排気通路の圧力と燃料添加弁に供給される燃料の圧力との差圧を取得する差圧取得部と、燃料添加弁の単位時間あたりの燃料噴射量である燃料噴射率を、差圧取得部によって取得された差圧に基づいて算出する噴射率算出部と、を備える。そして、浄化制御部は、浄化処理では、噴射率算出部が同浄化処理の実施に先立って算出した燃料噴射率が基準噴射率よりも低いときには、同燃料噴射率が基準噴射率以上であるときよりも燃料添加弁に供給される燃料の圧力を上昇させる昇圧処理、及び、同燃料噴射率が基準噴射率以上であるときよりも燃料添加弁の一回の噴射期間を長くする延長処理の少なくとも一方の処理を実施する。
【０００９】
ＮＯＸ吸蔵還元型触媒からＮＯＸを放出させたり同ＮＯＸを還元させたりするための浄化処理は、機関運転中、すなわち排気通路を排気が流れているときに行われる。そのため、燃料添加弁の一回の開閉動作による燃料噴射量が同じであっても、排気通路の圧力が高かったり、燃料添加弁に供給される燃料の圧力が低かったりして燃料添加弁の燃料噴射率が少ないほど、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の量、すなわち同触媒への炭化水素（ＨＣ）の供給量が少なくなり、ＮＯＸの還元効率が低くなる。
【００１０】
そこで、上記構成では、排気通路の圧力と燃料添加弁に供給される燃料の圧力との差圧を基に燃料噴射率を算出し、この燃料噴射率が基準噴射率よりも低いときには、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の量、すなわち同触媒へのＨＣの供給量が少なく、ＮＯＸの還元効率が低くなると判断することができる。そのため、浄化処理では、噴射率算出部によって算出された燃料噴射率が基準噴射率よりも低いときには、昇圧処理及び延長処理の少なくとも一方の処理が実施される。
【００１１】
例えば、昇圧処理が実施されると、燃料添加弁に供給される燃料の圧力が高くなるため、昇圧処理の実施前と比較し、排気通路の圧力と燃料添加弁に供給される燃料の圧力との差圧が大きくなる。こうした昇圧処理の実施後に燃料添加弁から燃料を噴射させることにより、同燃料添加弁の一回の燃料噴射量が多くなり、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の量を増やすことができる。また、延長処理が実施されると、燃料添加弁の一回の燃料の噴射期間が長くなるため、同燃料添加弁の一回の燃料噴射量が多くなり、結果として、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の量を増やすことができる。
【００１２】
すなわち、昇圧処理及び延長処理の少なくとも一方を実施することで、排気通路の圧力が高く、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加されることなく排気通路で燃焼してしまう燃料の割合が多い場合であっても、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の量、すなわち同触媒へのＨＣの供給量が少なくなることが抑制される。したがって、ＮＯＸの還元効率の低下を抑制することができるようになる。
【００１３】
なお、燃料添加弁の一回の燃料の噴射期間が長いほど、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の量は増えるものの、排気中の酸素とともに燃焼してしまう燃料の量も多くなり、内燃機関の燃費が悪化してしまう。そのため、浄化処理の実施に先立って算出された燃料噴射率が比較的低いときには、一回の燃料の噴射期間が長くなりやすいため、内燃機関の燃費悪化を抑制するためには延長処理の実施によってＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の量を増大させることは好ましくない。一方、燃料添加弁の一回の燃料の噴射期間の長さの変更は容易に行うことができるため、燃料添加弁の燃料噴射量を少しだけ増大させる場合では、延長処理を実施することでＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の量を、同触媒から放出されたＮＯＸの還元に必要な量に調整することができる。
【００１４】
また、昇圧処理の実施によって燃料添加弁に供給される燃料の圧力を調整する場合にあっては、一回の燃料の噴射期間を延長しなくてもよい分、内燃機関の燃費の悪化を抑制しつつ、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の量を増大させることができる。一方、浄化処理の実施に先立って算出された燃料噴射率がそれほど低くない場合、燃料添加弁に供給される燃料の圧力を少しだけ変更させることとなるが、このような当該圧力の微調整が困難であることがある。そして、当該圧力を適切に調整できていない状態で燃料添加弁の燃料噴射が行われた場合、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の量を適切に補正できていないおそれがある。
【００１５】
そこで、浄化制御部は、浄化処理では、噴射率算出部が同浄化処理の実施に先立って算出した燃料噴射率が基準噴射率よりも低く、且つ、同燃料噴射率が、同基準噴射率よりも低い他の基準噴射率以上であるときには延長処理を実施する一方、噴射率算出部が浄化処理の実施に先立って算出した燃料噴射率が他の基準噴射率よりも低いときには昇圧処理を実施することが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、浄化処理の実施に先立って算出した燃料噴射率によって、昇圧処理と延長処理とを使い分けている。すなわち、燃料噴射率が基準噴射率よりも低く且つ他の基準噴射率以上であるときには、燃料添加弁の燃料噴射量の増大補正量が少しでよいため、延長処理の実施によって、燃料添加弁に供給される燃料の圧力を変更しないで燃料添加弁の一回の燃料の噴射期間が延長される。そのため、燃料添加弁の燃料噴射量の増大補正量が少しでよいときでも、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の量を、同触媒から放出されたＮＯＸの還元に必要な量に調整することができる。一方、燃料噴射率が他の基準噴射率よりも低く、燃料添加弁の燃料噴射量を大幅に増大させるときには、昇圧処理の実施によって、燃料添加弁の一回の燃料の噴射期間を延長することなく、燃料添加弁に供給される燃料の圧力が変更される。そのため、内燃機関の燃費悪化を抑制しつつ、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の量を、同触媒から放出されたＮＯＸの還元に必要な量に調整することができる。
【００１７】
なお、浄化制御部は、浄化処理では、規定の浄化処理期間において、目標空燃比がリーン空燃比である状況下での燃料添加弁の燃料噴射を間欠的に行わせるようになっていることがある。この場合、燃料添加弁の燃料噴射を停止する期間が長いほど、浄化処理期間中で燃料添加弁が燃料を噴射する回数が少なくなり、浄化処理期間中での燃料噴射量の総量が少なくなりやすい。そして、浄化処理期間中での燃料噴射量の総量が少ないほど、一回の浄化処理でＮＯＸ吸蔵還元型触媒に添加される燃料の総量、すなわちＮＯＸに対して還元剤として作用するＨＣの総量が少なくなり、ＮＯＸの還元効率が低下しやすい。
【００１８】
そこで、上記内燃機関の排気浄化装置において、浄化制御部は、浄化処理では、同浄化処理の実施に先立って噴射率算出部が算出した燃料噴射率が基準噴射率よりも低いときには、同燃料噴射率が同基準噴射率以上であるときよりも、浄化処理期間における燃料添加弁の燃料噴射を停止する期間を短くすることが好ましい。この構成によれば、燃料添加弁の燃料噴射を停止する期間を短縮することで、浄化処理期間中での燃料添加弁の燃料の噴射回数が増え、浄化処理期間中での燃料噴射量の総量が多くなる。そのため、一回の浄化処理でＮＯＸに対して還元剤として作用するＨＣの総量が少なくなることが抑制され、ひいてはＮＯＸの還元効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】内燃機関の排気浄化装置の一実施形態を備える内燃機関の概略と、同内燃機関の制御装置の機能構成とを示す構成図。
【図２】同実施形態の内燃機関の排気浄化装置において、浄化処理を実施している様子を示すタイミングチャート。
【図３】同実施形態の内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加弁が燃料を噴射する際における単位時間あたりの燃料の実噴射量の推移を示すタイミングチャート。
【図４】同実施形態の内燃機関の排気浄化装置において、浄化処理を実施するために制御装置が実行する処理ルーチンを説明するフローチャート。
【図５】同実施形態の内燃機関の排気浄化装置によって延長処理が実施された場合における単位時間あたりの燃料の実噴射量の推移を示すタイミングチャート。
【図６】同実施形態の内燃機関の排気浄化装置によって昇圧処理が実施された場合における単位時間あたりの燃料の実噴射量の推移を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、内燃機関の排気浄化装置の一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１には、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置を備える内燃機関１０が図示されている。この内燃機関１０は、排気駆動式の過給器２０を備えるディーゼル機関である。
【００２１】
図１に示すように、内燃機関１０を構成する複数（図１では１つのみ図示）の気筒１１内におけるピストン１２の上方域は、燃料を含む混合気が燃焼される燃焼室１３となっている。また、内燃機関１０は、燃焼室１３に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１４と、気筒１１内の各燃焼室１３に吸入空気を導入する吸気通路１５と、各燃焼室１３で生じた排気が排出される排気通路１６とを備えている。そして、吸気通路１５を構成する吸気ポートの燃焼室１３に対する開閉は吸気バルブ１７によって行われ、排気通路１６を構成する排気ポートの燃焼室１３に対する開閉は排気バルブ１８によって行われる。
【００２２】
吸気通路１５には、吸入空気量を調整するスロットルバルブ１９が設けられている。また、吸気通路１５おけるスロットルバルブ１９よりも上流側には、過給器２０のコンプレッサ２０１が設けられている。
【００２３】
排気通路１６には過給器２０のタービン２０２が設けられている。そして、排気通路１６を流れる排気の流勢によってタービン２０２が回転すると、コンプレッサ２０１が駆動するようになっている。また、排気通路１６におけるタービン２０２よりも下流側には、排気通路１６に燃料を噴射する燃料添加弁２１が設けられ、排気通路１６における燃料添加弁２１よりも下流側には、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯＸ）の吸蔵及び同ＮＯＸの放出を行うＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２が設けられている。さらに、排気通路１６におけるＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２よりも下流側には、排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＰＭフィルタ２３が設けられている。
【００２４】
図１に示すように、内燃機関１０の燃料供給系３０は、燃料タンク３１から燃料を汲み上げて吐出する第１の燃料ポンプ３２と、第１の燃料ポンプ３２から吐出された燃料を一時的に貯留するコモンレール３３とを備えており、このコモンレール３３に各燃料噴射弁１４が接続されている。また、第１の燃料ポンプ３２は、コモンレール３３側、すなわち各燃料噴射弁１４側だけではなく、燃料添加弁２１側にも燃料を供給するようになっている。そして、第１の燃料ポンプ３２と燃料添加弁２１とを繋ぐ供給燃料路３４には、燃料添加弁２１に供給される燃料の圧力である供給燃圧Ｐｆを調整すべく作動する第２の燃料ポンプ３５が設けられている。また、この供給燃料路３４における第２の燃料ポンプ３５よりも下流側には、燃料添加弁２１側に供給された燃料を燃料タンク３１に戻すためのリターン経路３６が接続されており、このリターン経路３６には、リターンバルブ３７が設けられている。このリターンバルブ３７は基本的には閉弁されているものの、リターンバルブ３７が開弁されると、供給燃料路３４の燃料がリターン経路３６を介して燃料タンク３１に戻されるようになっている。すなわち、本燃料供給系３０では、第２の燃料ポンプ３５及びリターンバルブ３７を制御することで、供給燃圧Ｐｆを調整することができる。
【００２５】
なお、本実施形態の排気浄化装置では、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に吸蔵されているＮＯＸを放出させたり、同ＮＯＸを浄化させたりする浄化処理が実施されるようになっている。この浄化処理では、目標空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比である機関運転が行われている状況下で、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に供給される炭化水素（ＨＣ）の濃度を振動させるようになっている。
【００２６】
具体的には、図２に示すように、浄化処理では、規定の浄化処理期間ＴＭＤにおいて、燃料添加弁２１が燃料を間欠的に噴射するようになっている。このように燃料添加弁２１の間欠的な噴射が行われることによって、目標空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ空燃比である機関運転が行われているときに燃焼室１３から排気通路１６に排出される排気と同じＨＣ濃度の排気（以下、「リッチ空燃比の排気」ともいう。）が作り出され、この排気がＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に流入する。すなわち、燃料添加弁２１の燃料の間欠噴射によって、リッチ空燃比の排気がＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に流入する第１の期間ＴＭ１と、燃焼室１３から排気通路１６に排出された排気、すなわち燃料添加弁２１から噴射された燃料が添加されていない排気（以下、「リーン空燃比の排気」ともいう。）がＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に流入する第２の期間ＴＭ２とが交互に繰り返されるようになる。
【００２７】
なお、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２は、リーン空燃比の排気が流入する第２の期間ＴＭ２では排気中のＮＯＸを吸蔵し、リッチ空燃比の排気が流入する第１の期間ＴＭ１では吸蔵していたＮＯＸを放出するようになっている。そのため、第１の期間ＴＭ１と第２の期間ＴＭ２とを交互に繰り返すことで、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２は、ＮＯＸの吸蔵と放出とを交互に繰り返すようになる。
【００２８】
また、第１の期間ＴＭ１では、燃料添加弁２１から噴射された燃料のうち、排気中の酸素との燃焼で消費されなかった燃料（すなわち、未燃の燃料）がＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される。未燃の燃料に含まれるＨＣは、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２から放出されるＮＯＸに対して還元剤として作用する。そのため、第１の期間ＴＭ１では、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２から放出されたＮＯＸが、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加された燃料に含まれるＨＣによって還元される。
【００２９】
排気に含まれるＮＯＸを還元できる量は、第１の期間ＴＭ１中にＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２へのＨＣの供給量（すなわち、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される未燃の燃料の量）によって変わる。上述したように、浄化処理は目標空燃比がリーン空燃比である機関運転が行われている状況下で実施される処理であるため、燃料添加弁２１から噴射された燃料の一部は排気中の酸素との燃焼によって消費されてしまう。図３に示すように、燃料添加弁２１の開弁開始直後でその開度が未だ狭いときには、燃料添加弁２１からの単位時間あたりの実噴射量Ｑｆが未だ少ない。そのため、未燃の燃料をＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加できるか否かの境界となる噴射量を境界噴射量Ｑｆａとした場合、燃料添加弁２１の開度が狭いときには燃料添加弁２１からの単位時間あたりの実噴射量Ｑｆが境界噴射量Ｑｆａよりも少ないことがある。このように燃料添加弁２１からの単位時間あたりの実噴射量Ｑｆが境界噴射量Ｑｆａよりも少ない期間では、噴射された燃料が排気中の酸素との燃焼によって消費され、未燃の燃料がＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２にほとんど添加されない。その後、燃料添加弁２１の開度が高くなり、燃料添加弁２１からの単位時間あたりの実噴射量Ｑｆが多くなると、燃料添加弁２１からの単位時間あたりの実噴射量Ｑｆが境界噴射量Ｑｆａよりも多くなり、一部の燃料がＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加されるようになる。なお、図３では、ハッチングが施されている領域の面積が、燃料添加弁２１の一回の燃料噴射によってＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加された燃料の量に相当する。
【００３０】
次に、図１を参照し、内燃機関１０の制御装置５０について説明する。
図１に示すように、制御装置５０には、エアフローメータ１０１、クランク角センサ１０２及び差圧センサ１０３が電気的に接続されている。エアフローメータ１０１は、燃焼室１３への吸入空気量ＧＡを測定する。クランク角センサ１０２は、内燃機関１０のクランク軸の回転速度であるエンジン回転速度ＮＥを検出する。差圧センサ１０３は、排気通路１６におけるＰＭフィルタ２３よりも上流側と下流側との差圧であるフィルタ差圧ΔＰｐｆを検出する。そして、制御装置５０は、これら各センサ１０１〜１０３を含む検出系によって検出された情報を基に内燃機関１０を制御するようになっている。
【００３１】
このような制御装置５０は、排気に含まれるＮＯＸを浄化するための機能部として、差圧取得部５１、噴射率算出部５２及び浄化制御部５３を有している。
差圧取得部５１は、燃料添加弁２１に供給される燃料の圧力である供給燃圧Ｐｆと、燃料添加弁２１から燃料が噴射される排気通路１６の圧力である排気通路圧Ｐｅとの差圧ΔＰを取得し、取得した差圧ΔＰを噴射率算出部５２に出力する。
【００３２】
噴射率算出部５２は、差圧取得部５１から入力された差圧ΔＰを基に燃料添加弁２１の燃料噴射率Ｒｆを算出し、この燃料噴射率Ｒｆを浄化制御部５３に出力する。
浄化制御部５３は、噴射率算出部５２から上記浄化処理の実施に先立って入力された燃料噴射率Ｒｆを基に燃料添加弁２１、第２の燃料ポンプ３５及びリターンバルブ３７を制御することで、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２からＮＯＸを放出させて還元させる浄化処理を実施する。
【００３３】
次に、図４に示すフローチャートを参照し、浄化処理を実施するために制御装置５０が実行する処理ルーチンについて説明する。なお、本処理ルーチンは、浄化処理の開始条件が成立したときに実行される。
【００３４】
図４に示すように、本処理ルーチンにおいて、制御装置５０の差圧取得部５１は、排気通路圧Ｐｅを算出する（ステップＳ１１）。例えば、差圧取得部５１は、エアフローメータ１０１によって測定された吸入空気量ＧＡと、排気通路１６を流れる排気の温度と、ＰＭフィルタ２３におけるＰＭの堆積量とに基づいて排気通路圧Ｐｅを算出することができる。この場合の排気通路圧Ｐｅは、吸入空気量ＧＡが多いほど高くなり、排気の温度が高いほど高くなり、ＰＭフィルタ２３におけるＰＭの堆積量が多いほど高くなる。なお、ＰＭフィルタ２３におけるＰＭの堆積量は、差圧センサ１０３によって検出されるフィルタ差圧ΔＰｐｆが大きいほど多いと推定することができる。
【００３５】
続いて、差圧取得部５１は、供給燃圧Ｐｆを算出する（ステップＳ１２）。例えば、差圧取得部５１は、第２の燃料ポンプ３５の燃料の単位時間あたりの吐出量と、リターンバルブ３７の開度とに基づいて供給燃圧Ｐｆを算出することができる。この場合に算出される供給燃圧Ｐｆは、第２の燃料ポンプ３５の燃料の単位時間あたりの吐出量が多いほど高くなり、リターンバルブ３７の開度が低いほど高くなる。
【００３６】
そして、差圧取得部５１は、供給燃圧Ｐｆから排気通路圧Ｐｅを減じることで差圧ΔＰを導出する（ステップＳ１３）。
続いて、制御装置５０の噴射率算出部５２は、差圧取得部５１によって算出された差圧ΔＰを基に、燃料添加弁２１の開度が最大である時点の燃料噴射率Ｒｆを算出する（ステップＳ１４）。なお、燃料添加弁２１の開度が最大である時点とは、図３において燃料添加弁２１からの単位時間あたりの実噴射量Ｑｆが最大となる時点のことである。そのため、噴射率算出部５２が算出する燃料噴射率Ｒｆは、燃料添加弁２１の一回の燃料噴射における単位時間あたりの実噴射量Ｑｆの最大値の予測値であるということもできる。そして、このような燃料噴射率Ｒｆは、差圧ΔＰが大きいほど高くなる。
【００３７】
そして、制御装置５０の浄化制御部５３は、浄化処理を実施する。すなわち、まず始めに、浄化制御部５３は、噴射率算出部５２が浄化処理の実施に先立って算出した燃料噴射率Ｒｆが第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１５）。燃料噴射率Ｒｆが第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１以上である場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、浄化制御部５３は、燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１６）。この第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２は、第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１よりも高い値に予め設定されている。
【００３８】
ここで、ステップＳ１４で噴射率算出部５２によって算出された燃料噴射率Ｒｆが低いほど、燃料添加弁２１から噴射された燃料のうち、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量が少ないと予測できる。この場合、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２から放出されたＮＯＸの還元効率が低くなることが予測できるため、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量を増やすための補正処理が必要となる。そこで、本実施形態では、燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２以上であるときには、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量が十分に多く、当該補正処理の実施が不要であると判断することができる。また、燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２よりも低く且つ第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１以上であるときには、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量が少し足りないと判断することができる。また、燃料噴射率Ｒｆが第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１よりも低いときには、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量が大幅に少ないと判断することができる。この点で、本実施形態では、第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２が、「基準噴射率」に相当し、第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１が、「他の基準噴射率」に相当する。
【００３９】
そのため、燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２以上である場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、浄化制御部５３は、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量を増やすための補正処理を行うことなく、その処理を後述するステップＳ２０に移行する。また、燃料噴射率Ｒｆが、第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１以上であって且つ第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２よりも低い場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、浄化制御部５３は、その処理を次のステップＳ１７に移行する。また、燃料噴射率Ｒｆが第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１よりも低い場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、浄化制御部５３は、その処理を後述するステップＳ１８に移行する。
【００４０】
ステップＳ１７において、浄化制御部５３は、浄化処理の実施時に燃料添加弁２１から燃料を間欠的に噴射させるときにおける一回の燃料の噴射期間を長くする延長処理を実施する。例えば、燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２と等しいと仮定したときにおける燃料添加弁２１の一回の開閉動作による燃料の噴射量を規定噴射量とした場合、浄化制御部５３は、燃料添加弁２１の一回の開閉動作による燃料の噴射量が規定噴射量と等しくなるように一回の燃料の噴射期間を算出する。この場合、一回の燃料の噴射期間は、現時点の燃料噴射率Ｒｆと第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２との噴射率差が大きいほど長くなる。これにより、燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２よりも低い場合には、燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２以上であるときよりも一回の燃料の噴射期間を長くすることができる。そして、延長処理の実施後、浄化制御部５３は、その処理を後述するステップＳ１９に移行する。
【００４１】
ステップＳ１８において、浄化制御部５３は、第２の燃料ポンプ３５の作動によって上記の供給燃圧Ｐｆを、燃料噴射率Ｒｆが第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１以上であるときよりも高くする昇圧処理を実施する。すなわち、浄化制御部５３は、昇圧処理の実施によって、排気通路圧Ｐｅと供給燃圧Ｐｆとの差圧ΔＰを大きくする。例えば、燃料噴射率Ｒｆが第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１と等しくなるように第２の燃料ポンプ３５を作動させることで差圧ΔＰを大きくすることができる。この場合、燃料噴射率Ｒｆと第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１との噴射率差が大きいほど、供給燃圧Ｐｆが高くなる。そして、昇圧処理の実施後、浄化制御部５３は、その処理を次のステップＳ１９に移行する。
【００４２】
ステップＳ１９において、浄化制御部５３は、浄化処理の実施時に燃料添加弁２１から燃料を間欠的に噴射させるときにおける一回の燃料の噴射停止期間を算出する。例えば、浄化制御部５３は、ステップＳ１４で噴射率算出部５２が算出した燃料噴射率Ｒｆと第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２との噴射率差が大きいほど燃料の噴射停止期間を短くする。これにより、燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２よりも低い場合には、燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２以上であるときよりも一回の燃料の噴射停止期間を短くすることができる。そして、一回の燃料の噴射停止期間を算出した後、浄化制御部５３は、その処理を次のステップＳ２０に移行する。
【００４３】
ステップＳ２０において、浄化制御部５３は、燃料添加弁２１に間欠的な燃料噴射を行わせる。そして、燃料添加弁２１の間欠的な燃料噴射が終了すると、すなわち浄化処理期間が終了すると、浄化制御部５３は本処理ルーチンを終了する。
【００４４】
次に、図５及び図６を参照し、本実施形態の排気浄化装置の作用を効果とともに説明する。なお、図５及び図６における破線は、燃料噴射率Ｒｆが低いにも拘わらず、一回の燃料噴射量を増大させるための補正処理を実施しなかった場合を表している。
【００４５】
目標空燃比がリーン空燃比である機関運転が行われている状況下で浄化処理の開始条件が成立すると、燃料噴射率Ｒｆの算出が行われる。このとき、排気通路圧Ｐｅが高いほど、燃料噴射率Ｒｆが低くなる。そして、浄化処理の実施に先立って算出された燃料噴射率Ｒｆが第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１以上であって且つ第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２よりも低い場合、図５に示すように、延長処理の実施によって、燃料添加弁２１に燃料の間欠噴射を行わせる際における一回の燃料の噴射期間が延長される。その結果、燃料添加弁２１の燃料の間欠噴射によって、上記リッチ空燃比の排気がＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に流入する第１の期間ＴＭ１が長くなる。すなわち、図５に破線で示すように燃料の噴射期間を延長しない場合と比較し、燃料添加弁２１の一回の燃料噴射によってＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量、すなわちＨＣの供給量を多くすることができる。これにより、ＮＯＸの還元のために必要な量のＨＣをＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に供給できるため、ＮＯＸの還元効率の低下を抑制することができる。
【００４６】
また、排気通路圧Ｐｅがかなり高いときには、浄化処理の実施に先立って算出された燃料噴射率Ｒｆが第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１よりも低くなることがある。この場合、昇圧処理によって第２の燃料ポンプ３５が作動され、供給燃圧Ｐｆが高くなる。そして、このように供給燃圧Ｐｆを高くした上で、燃料添加弁２１の燃料の間欠噴射が開始される。この場合、図６に示すように、燃料噴射率Ｒｆが低い状態が解消されているため、燃料の噴射期間を延長しなくても、燃料添加弁２１の一回の燃料噴射によってＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量、すなわちＨＣの供給量を多くすることができる。これにより、ＮＯＸの還元のために必要な量のＨＣをＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に供給できるため、ＮＯＸの還元効率の低下を抑制することができる。
【００４７】
なお、このように浄化処理の実施に先立って算出した燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２よりも低いときには、燃料添加弁２１に燃料の間欠噴射を行わせる際における一回の燃料の噴射停止期間が短縮される。その結果、一回の燃料の噴射停止期間が短縮されない場合と比較し、上記の浄化処理期間ＴＭＤにおいて燃料添加弁２１の燃料噴射の回数が増えるため、浄化処理期間ＴＭＤ中における燃料添加弁２１の燃料噴射の総量が多くなる。これにより、浄化処理の実施中において、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の総量、すなわちＮＯＸに対して還元剤として作用するＨＣの総量が増える。そのため、上記浄化処理期間を延長することなく、ＮＯＸの還元効率の低下を抑制することができる。
【００４８】
ここで、燃料添加弁２１の一回の燃料の噴射期間の長さを変更することは容易である。そのため、燃料添加弁２１の一回の開閉動作によってＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量を少しだけ増大させる場合、延長処理を実施することでＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量を適切に補正することができる。一方、燃料添加弁２１が燃料を噴射する期間が長いほど、排気中の酸素とともに燃焼してしまう燃料の量が多くなり、内燃機関１０の燃費が悪化してしまう。そのため、浄化処理の実施に先立って算出された燃料噴射率Ｒｆが比較的低いときには、燃料の噴射期間が長くなりやすいため、延長処理の実施によってＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量を増大させることは好ましくない。
【００４９】
また、昇圧処理の実施によって供給燃圧Ｐｆを補正する場合にあっては、一回の燃料の噴射期間を延長しなくてもよい分、内燃機関１０の燃費の悪化は抑制できる。一方、浄化処理の実施に先立って算出された燃料噴射率Ｒｆがそれほど低くない場合、供給燃圧Ｐｆを少しだけ増大させることとなるが、このような供給燃圧Ｐｆの微調整が困難であることがある。そして、供給燃圧Ｐｆを適切に調整できていない状態で燃料添加弁２１の燃料噴射が行われた場合、燃料添加弁２１の一回の開閉動作によってＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量を適切に補正できていないおそれがある。
【００５０】
そこで、本実施形態では、浄化処理の実施に先立って算出した燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２よりも低い場合、この燃料噴射率Ｒｆの大きさによって、延長処理と昇圧処理とを使い分けている。すなわち、燃料噴射率Ｒｆが第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１以上であって且つ第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２よりも低い場合、燃料添加弁２１の一回の開閉動作による燃料噴射量の増大補正量が少しでよいため、補正処理の実施によって、供給燃圧Ｐｆを変更しないで燃料添加弁２１の燃料の噴射期間が延長される。そのため、燃料添加弁２１の一回の開閉動作によってＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量の増大補正量が少しでよいときでも、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量、すなわちＨＣの供給量を適切に調整することができる。一方、燃料噴射率Ｒｆが第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１よりも低く、燃料添加弁２１の一回の開閉動作による燃料噴射量を大幅に増大させるときには、昇圧処理の実施によって、燃料の噴射期間を延長することなく、供給燃圧Ｐｆが増大補正される。そして、この状態で燃料添加弁２１の燃料噴射が行われるため、内燃機関１０の燃費悪化を抑制しつつ、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２に添加される燃料の量、すなわちＨＣの供給量を適切に調整することができる。
【００５１】
なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・上記実施形態では、燃料噴射率Ｒｆと第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２との噴射率差に応じて一回の燃料の噴射停止期間を決定しているが、これに限らず、他の方法で噴射停止期間を変更するようにしてもよい。例えば、燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２以上であり且つ第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１よりも低いために延長処理を実施するときと、燃料噴射率Ｒｆが第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１よりも低いために昇圧処理を実施するときとで、噴射停止期間を異ならせるようにしてもよい。例えば、昇圧処理を実施するときの噴射停止期間を、延長処理を実施するときの噴射停止期間よりも短くするようにしてもよい。
【００５２】
また、燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２よりも低いときの噴射停止期間が、燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２以上であるときの噴射停止期間よりも短いのであれば、燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２よりも低いときの噴射停止期間を所定値で固定させてもよい。
【００５３】
・噴射停止期間を、燃料噴射率Ｒｆの大きさに拘わらず所定値で固定してもよい。このように噴射停止期間を変えない場合には、浄化処理の実施期間である浄化処理期間ＴＭＤを、浄化処理の実施に先立って算出された燃料噴射率Ｒｆによって可変させるようにしてもよい。
【００５４】
・浄化処理の実施に先立って算出した燃料噴射率Ｒｆが第１の基準噴射率ＲｆＴＨ１よりも低いときには、昇圧処理と延長処理との双方を行うようにしてもよい。
・昇圧処理及び延長処理の何れか一方のみを実施するようにしてもよい。例えば、浄化処理の実施に先立って算出された燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２未満である場合には、当該燃料噴射率Ｒｆの大きさに拘わらず、昇圧処理のみを実施するようにしてもよいし、延長処理のみを実施するようにしてもよい。
【００５５】
・浄化処理の実施に先立って算出された燃料噴射率Ｒｆが第２の基準噴射率ＲｆＴＨ２と比較して高すぎる場合、燃料添加弁２１の一回の燃料噴射量が、要求される一回の燃料噴射量よりも多くなりすぎることがある。そこで、このような場合には、リターンバルブ３７の開度を調整したり、第２の燃料ポンプ３５の燃料の単位時間あたりの吐出量を減少させたりすることで、供給燃圧Ｐｆを減少させた上で燃料添加弁２１の燃料噴射を開始させるようにしてもよい。
【００５６】
・図３に示す境界噴射量Ｑｆａは、目標空燃比の大きさによって変わるため、上記各基準噴射率ＲｆＴＨ１，ＲｆＴＨ２を、そのときの目標空燃比に応じて可変させるようにしてもよい。
【００５７】
・上記実施形態では、噴射率算出部５２は、燃料添加弁２１の開度が最大となっている時点における単位時間あたりの燃料の噴射量を燃料噴射率Ｒｆとして算出しているが、燃料添加弁２１から燃料を噴射させる際における単位時間あたりの燃料の噴射量の平均値を燃料噴射率Ｒｆとして算出するようにしてもよい。
【００５８】
・排気通路圧Ｐｅは、クランク角センサ１０２によって検出されているエンジン回転速度ＮＥと、燃料噴射弁１４の燃料噴射量とに基づき推定演算するようにしてもよい。この場合の排気通路圧Ｐｅは、エンジン回転速度ＮＥが大きいほど高くなり、燃料噴射弁１４の燃料噴射量が多いほど高くなる。また、排気通路１６におけるＮＯＸ吸蔵還元型触媒２２よりも上流側の圧力を検出できるセンサを内燃機関１０が有している場合には、当該センサによって検出された圧力を排気通路圧Ｐｅとして用いてもよい。
【００５９】
・供給燃料路３４における第２の燃料ポンプ３５よりも下流の圧力を検出できるセンサを内燃機関１０が有している場合には、当該センサによって検出された圧力を供給燃圧Ｐｆとして用いてもよい。
【００６０】
・内燃機関の排気浄化装置をディーゼル機関に適用した例を示したが、ガソリンエンジンであっても同様の構成を適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０…内燃機関、１６…排気通路、２１…燃料添加弁、２２…ＮＯＸ吸蔵還元型触媒、５０…制御装置、５１…差圧取得部、５２…噴射率算出部、５３…浄化制御部。
【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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