(57)【要約】【課題】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える内燃機関において、ＮＯｘの還元に供する燃料の蒸発特性が異なる場合に排ガスの空燃比がＮＯｘの還元に必要な値から外れるおそれを低減すること。【解決手段】内燃機関１が備える排ガス浄化装置１００は、排ガス浄化触媒装置２１と、還元用燃料噴射弁２０と、還元用燃料圧力調整装置１７とを有する。排ガス浄化触媒装置２１は、内燃機関１から排出される排ガスＥｘ中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える。還元用燃料噴射弁２０は、排ガス浄化触媒装置２１へ導かれる排ガスＥｘへ、ＮＯｘを還元する際に用いる還元用燃料Ｆｒを供給する。還元用燃料圧力調整装置１７は、還元用燃料Ｆｒの蒸発特性に基づき、還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力を調整する。【選択図】        図１
2009264340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排ガス中のＮＯｘを吸蔵かつ還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、
前記排ガスを前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒へ導く排ガス導入通路と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒へ導かれる前記排ガスへ前記還元用燃料を供給する還元用燃料噴射手段と、
前記還元用燃料の蒸発特性に基づき、前記還元用燃料噴射手段へ供給される前記還元用燃料の圧力を調整する還元用燃料圧力調整手段と、
を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記還元用燃料圧力調整手段は、前記還元用燃料が蒸発しやすくなるにしたがって、前記還元用燃料噴射手段へ供給される前記還元用燃料の圧力を低くすることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記還元用燃料噴射手段は、同じ量の前記還元用燃料を前記排ガスへ供給する場合においては、前記還元用燃料噴射手段へ供給される前記還元用燃料の圧力が低くなるにしたがって、前記還元用燃料を前記排ガスへ供給する時間を長くすることを特徴とする請求項２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過した後の前記排ガスの空燃比に基づいて、前記還元用燃料の蒸発特性が判定され、
前記還元用燃料圧力調整手段は、前記空燃比が所定の上限値よりも大きい場合には、前記還元用燃料噴射手段へ供給される前記還元用燃料の圧力を現時点よりも高くし、前記空燃比が所定の下限値よりも小さい場合には、前記還元用燃料噴射手段へ供給される前記還元用燃料の圧力を現時点よりも低くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置を備え、前記排ガス浄化装置によって排ガスが浄化されることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒によって排ガスを浄化する排ガス浄化装置及び内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の一種であるディーゼル機関の排ガスを浄化するため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が用いられる。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排ガスの空燃比がストイキ（理論空燃比）である場合に吸蔵したＮＯｘ（窒素酸化物）を還元するので、排ガスに燃料を添加して還元に必要な雰囲気を形成する。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、特許文献１には、内燃機関の吸入空気量、内燃機関への燃料供給量、ＮＯｘ還元時の目標空燃比、及び目標空燃比が継続する時間であるリッチ継続時間に基づいて、該リッチ継続時間内に添加させる燃料の添加量を算出し、算出された燃料添加量をリッチ継続時間にわたって分散させつつ添加する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平２００７−６４１６７号公報（０００７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＮＯｘを還元するために排ガスへ供給する燃料の性状に応じて燃料の蒸発特性が異なるので、特許文献１に開示された技術のように、目標空燃比に基づいて燃料の添加量を算出して添加すると、排ガスの空燃比をＮＯｘの還元に必要な値に維持できないおそれがある。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える内燃機関において、ＮＯｘの還元に供する燃料の蒸発特性が異なる場合に排ガスの空燃比がＮＯｘの還元に必要な値から外れるおそれを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る排ガス浄化装置は、内燃機関からの排ガス中のＮＯｘを吸蔵かつ還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、前記排ガスを前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒へ導く排ガス導入通路と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒へ導かれる前記排ガスへ前記還元用燃料を供給する還元用燃料噴射手段と、前記還元用燃料の蒸発特性に基づき、前記還元用燃料噴射手段へ供給される前記還元用燃料の圧力を調整する還元用燃料圧力調整手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の好ましい態様としては、前記排ガス浄化装置において、前記還元用燃料圧力調整手段は、前記還元用燃料が蒸発しやすくなるにしたがって、前記還元用燃料噴射手段へ供給される前記還元用燃料の圧力を低くすることが望ましい。
【０００７】
本発明の好ましい態様としては、前記排ガス浄化装置において、前記還元用燃料噴射手段は、同じ量の前記還元用燃料を前記排ガスへ供給する場合においては、前記還元用燃料噴射手段へ供給される前記還元用燃料の圧力が低くなるにしたがって、前記還元用燃料を前記排ガスへ供給する時間を長くすることが望ましい。
【０００８】
本発明の好ましい態様としては、前記排ガス浄化装置において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過した後の前記排ガスの空燃比に基づいて、前記還元用燃料の蒸発特性が判定され、前記還元用燃料圧力調整手段は、前記空燃比が所定の上限値よりも大きい場合には、前記還元用燃料噴射手段へ供給される前記還元用燃料の圧力を現時点よりも高くし、前記空燃比が所定の下限値よりも小さい場合には、前記還元用燃料噴射手段へ供給される前記還元用燃料の圧力を現時点よりも低くすることが望ましい。
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、前記排ガス浄化装置を備え、前記排ガス浄化装置によって排ガスが浄化されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える内燃機関において、ＮＯｘの還元に供する燃料の蒸発特性が異なる場合に排ガスの空燃比がＮＯｘの還元に必要な値から外れるおそれを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。本発明の適用対象は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いて排ガスを浄化する内燃機関であればよく、このような内燃機関であれば種類を問わず適用できる。
【実施例】
【００１２】
本実施例は、排ガス浄化触媒装置が有するＮＯｘ吸蔵還元型触媒へ導かれる、内燃機関から排出された排ガスへ還元用の燃料（還元用燃料）を供給する燃料噴射手段と、排ガスへ供給される還元用燃料の蒸発特性に基づき、前記燃料噴射手段へ供給される前記還元用燃料の圧力を調整する燃料圧力調整手段と、を備える点に特徴がある。本実施例においては、燃料圧力調整手段は、還元用燃料の性状が蒸発しやすくなるにしたがって、燃料噴射手段へ供給される還元用燃料の圧力を低くする。
【００１３】
図１は、本実施例に係る排ガス浄化装置及びこれを備える内燃機関を示す装置構成図である。本実施例において、内燃機関１は、ディーゼル機関であり、シリンダの内部に配置されるピストンの往復運動をクランクシャフトによって回転運動へ変換して、動力を発生させる、いわゆるレシプロ式の機関である。内燃機関１は、例えば、車両に搭載されて動力発生源となり、前記車両を走行させる。本実施例において、内燃機関１は、４個のシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを直列に配置した直列４気筒の機関であるが、本実施例においてはシリンダの個数や配列は、これに限定されるものではない。
【００１４】
内燃機関１が備えるそれぞれのシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ内、より具体的には、駆動用燃料Ｆｄと空気Ａとの混合気が燃焼する燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄである。シリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの内壁と、シリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの一端部に取り付けられるシリンダヘッドと、それぞれのシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを往復運動するピストンの頂面とで囲まれる空間が燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄとなる。
【００１５】
それぞれのシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄには、それぞれの燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄへ燃料（以下駆動用燃料という）Ｆｄを直接噴射する駆動用燃料噴射手段として、駆動用燃料噴射弁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが取り付けられる。内燃機関１へ供給される駆動用燃料Ｆｄは、炭化水素を含む燃料である。内燃機関１はディーゼル機関なので、駆動用燃料Ｆｄには、例えば軽油、ＢＴＬ（Bio-To-Liquid）、灯油等が用いられる。
【００１６】
それぞれの駆動用燃料噴射弁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、燃料分配手段である燃料分配管３に取り付けられており、燃料分配管３から駆動用燃料Ｆｄが供給される。駆動用燃料Ｆｄは、燃料タンク１５に貯えられる。燃料タンク１５と、燃料分配管３へ駆動用燃料Ｆｄを供給する燃料加圧手段である燃料ポンプ１６とは、第１駆動用燃料配管１８ａによって接続され、燃料タンク１５内の駆動用燃料Ｆｄは、第１駆動用燃料配管１８ａを通って燃料ポンプ１６へ流入する。燃料ポンプ１６と燃料分配管３とは、第２駆動用燃料配管１８ｂによって接続され、燃料ポンプ１６によって昇圧されてから吐出された駆動用燃料Ｆｄが燃料分配管３へ供給される。
【００１７】
内燃機関１は、過給機１０を備える。過給機１０は、内燃機関１が排出する排ガスＥｘによって駆動されるタービン１０Ｔと、タービン１０Ｔに連結されてタービン１０Ｔとともに回転する圧縮機１０Ｃとを有する、いわゆるターボ式の過給機である。過給機１０は、内燃機関１が排出する排ガスＥｘによってタービン１０Ｔを駆動し、タービン１０Ｔに連結された圧縮機１０Ｃで空気Ａを圧縮して内燃機関１の燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄへ供給する。そして、それぞれの燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄへ供給された空気Ａは、駆動用燃料噴射弁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄからそれぞれの燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄへ噴射され、供給された駆動用燃料Ｆｄの燃焼に供される。
【００１８】
それぞれの燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄへ供給される空気Ａから塵や埃を取り除くため、内燃機関１はエアクリーナ１１を備える。エアクリーナ１１と過給機１０の圧縮機１０Ｃとは、第１吸気通路７ａで接続されており、エアクリーナ１１を通過した空気Ａが第１吸気通路７ａを通って圧縮機１０Ｃへ導かれる。
【００１９】
圧縮機１０Ｃで圧縮された空気Ａは、温度が上昇する。このため、圧縮機１０Ｃから吐出された空気Ａの温度を低下させてから、吸気マニホールド５を介してそれぞれの燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄへ送り込むことにより、空気Ａの充填効率を向上させる。圧縮機１０Ｃから吐出された空気Ａの温度を低下させるため、吸気冷却である吸気クーラー９が用いられる。圧縮機１０Ｃの出口と吸気クーラー９とは、第２吸気通路７ｂで接続されており、圧縮機１０Ｃから吐出された空気Ａが第２吸気通路７ｂを通って吸気クーラー９へ流入する。
【００２０】
吸気クーラー９は、空気Ａと冷却媒体とを熱交換させて空気Ａを冷却する熱交換器であり、例えば、内燃機関１が搭載される車両が走行しているときの走行風を冷却媒体として利用して空気Ａを冷却する空冷式のものや、水や油のような液体を冷却媒体として利用して空気Ａを冷却する液冷式のものがある。吸気クーラー９と内燃機関１のそれぞれの燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄとは、第３吸気通路７ｃで接続されており、吸気クーラー９で冷却された空気Ａは、第３吸気通路７ｃを通って燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄへ流入する。第３吸気通路７ｃには、スロットル弁１９が設けられる。
【００２１】
スロットル弁１９は、例えば、内燃機関１が搭載される車両にエンジンブレーキが必要になったとき、あるいは内燃機関１の運転を停止させるとき等に開度が調整される。また、スロットル弁１９は、内燃機関１の燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄへ空気Ａが送り込まれる際の吸気音を低減するためにも、開度が調整される。
【００２２】
内燃機関１のそれぞれの燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄには、排気通路を構成する排気マニホールド６が接続されている。ここで、それぞれの燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄ内では、駆動用燃料Ｆｄが燃焼することにより発生した燃焼ガスがピストンを駆動する。排気マニホールド６は、ピストンを駆動した後の燃焼ガス、すなわち排ガスＥｘを、それぞれの燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄの外部へ排出する通路となる。
【００２３】
排気マニホールド６と第３吸気通路７ｃとは、第１排ガス還流通路１２ａ及び第２排ガス還流通路１２ｂで接続される。第１排ガス還流通路１２ａと第２排ガス還流通路１２ｂとの間には、排ガスクーラー１３及び排ガス流量調整弁１４が設けられる。第１排ガス還流通路１２ａ、第２排ガス還流通路１２ｂ、排ガスクーラー１３及び排ガス流量調整弁１４は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排ガス還流）を実行するために用いられる。ＥＧＲは、燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄから排出された排ガスＥｘを燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄへ供給することにより、駆動用燃料Ｆｄの燃焼温度を低下させて、ＮＯｘの排出量を低下させるものである。
【００２４】
ＥＧＲを実行する際には、内燃機関１の運転条件に応じて決定された排ガスＥｘの量を燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄへ供給するために必要な開度に排ガス流量調整弁１４が調整される。すると、第１排ガス還流通路１２ａ及び第２排ガス還流通路１２ｂで排気マニホールド６と第３吸気通路７ｃとが連通するので、排ガスクーラー１３で冷却された後の排ガスＥｘが、第３吸気通路７ｃを通って燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄへ流入する。
【００２５】
それぞれの燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄに接続される排気マニホールド６は、過給機１０のタービン１０Ｔと接続されている。排気マニホールド６は、それぞれの燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄから排出される排ガスＥｘを、過給機１０のタービン１０Ｔへ導き、タービン１０Ｔを駆動する。これによって、過給機１０が備える圧縮機１０Ｃが駆動されて、圧縮機１０Ｃによって圧縮された空気Ａがそれぞれの燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄへ送り込まれる。タービン１０Ｔを駆動した後の排ガスは、排ガス浄化装置１００によって浄化されてから大気中へ放出される。
【００２６】
排ガス浄化装置１００は、排ガス浄化触媒装置２１と、排ガス導入通路である第１排ガス導入通路８ａと、還元用燃料噴射手段である還元用燃料噴射弁２０と、還元用燃料圧力調整手段である還元用燃料圧力調整装置１７と、を含む。排ガス浄化触媒装置２１は、内燃機関１から排出される排ガスＥｘが酸素過剰雰囲気であるときに排ガスＥｘ中のＮＯｘ、すなわち窒素酸化物を吸蔵するとともに、吸蔵されたＮＯｘを、炭化水素を含む還元用燃料Ｆｒによって還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える。
【００２７】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、内燃機関１からの排ガスＥｘ中のＮＯｘを吸蔵かつ還元する。より具体的には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、内燃機関１から排出される排ガスＥｘ中に含まれるＮＯｘを硝酸塩に変化させる触媒、及び前記硝酸塩を吸蔵するとともに炭化水素を含む還元用燃料Ｆｒを排ガスＥｘに供給することにより、吸蔵した前記硝酸塩を窒素酸化物である一酸化窒素（ＮＯ）として放出する吸蔵剤を有する。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、例えば、多孔質セラミック製の基材に担持されており、多孔質の基材によって、排ガスＥｘ中のＰＭ（Particulate Matter：スス等の粒子状物質）が捕獲される。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、例えば、三元触媒貴金属に、吸蔵材であるアルカリ土類金属、アルカリ金属及び希土類の塩から構成されており、これらの物質が、前記基材に担持される。
【００２８】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、内燃機関１から排出される排ガスＥｘが酸素過剰雰囲気であるときに排ガスＥｘ中のＮＯｘを触媒の作用によって硝酸塩に変化させ、吸蔵剤に吸蔵する。ＮＯｘが硝酸塩に変化するときに発生する活性酸素によって、多孔質の前記基材に捕獲されたＰＭが酸化される。一方、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、内燃機関１から排出される排ガスＥｘの空燃比を理論空燃比にすることにより、前記吸蔵剤から放出されたＮＯｘ、より具体的には一酸化窒素（ＮＯ）を、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）により還元する。このとき、ＰＭは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵剤から発生する活性酸素によって酸化される。
【００２９】
内燃機関１が搭載される車両の実走行では様々な運転パターンがあり、排ガスＥｘが酸素過剰雰囲気となる条件が長時間続くこともある。そこで、内燃機関１の運転条件からその時点におけるＮＯｘの吸蔵量と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵剤が硝酸塩の形で吸蔵できるＮＯｘの最大容量とを推定する。そして、両者を比較して、ＮＯｘの吸蔵量がＮＯｘ吸蔵還元型触媒の最大容量に近づいたら、排ガスＥｘの空燃比をごく短時間だけ理論空燃比に制御して、ＮＯｘを還元することにより浄化してから、排ガスＥｘを再び酸素過剰雰囲気に戻す。
【００３０】
第１排ガス導入通路８ａ通路は、過給機１０のタービン１０Ｔの出口と排ガス浄化触媒装置２１とを接続する。これによって、タービン１０Ｔを駆動した後の排ガスＥｘは、第１排ガス導入通路８ａを通って排ガス浄化触媒装置２１へ流入する。還元用燃料噴射弁２０は、排気マニホールド６に取り付けられるとともに、還元用燃料通路１８ｄで還元用燃料圧力調整装置１７と接続される。これによって、還元用燃料圧力調整装置１７から還元用燃料噴射弁２０へ還元用燃料Ｆｒが供給される。
【００３１】
還元用燃料噴射弁２０は、それぞれの燃焼空間２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄから排出され、排気マニホールド６内に流入する排ガスＥｘへ還元用燃料Ｆｒを噴射することにより、排ガス浄化触媒装置２１のＮＯｘ吸蔵還元型触媒へ導かれる排ガスＥｘへ還元用燃料Ｆｒを供給する。これによって、排ガス浄化触媒装置２１のＮＯｘ吸蔵還元型触媒へ導かれる排ガスＥｘを燃料過多、すなわち還元雰囲気とする。
【００３２】
本実施例においては、還元用燃料噴射弁２０が排気マニホールド６内の排ガスＥｘへ還元用燃料Ｆｒを噴射するが、内燃機関１の排気ポート内の排ガスＥｘへ還元用燃料噴射弁２０が還元用燃料Ｆｒを噴射してもよい。このようにすれば、還元用燃料Ｆｒを排ガスＥｘへ噴射したことによる内燃機関１のトルク変動を抑制でき、また、還元用燃料Ｆｒが内燃機関１の潤滑油を希釈することを抑制できる。
【００３３】
本実施例において、還元用燃料Ｆｒは、駆動用燃料Ｆｄと同じものであり、燃料タンク１５に貯えられる。上述した燃料ポンプ１６と還元用燃料圧力調整装置１７とは還元用燃料通路１８ｃで接続されており、燃料ポンプ１６から吐出された還元用燃料Ｆｒは、還元用燃料通路１８ｃを通って還元用燃料圧力調整装置１７へ供給される。この還元用燃料Ｆｒは、還元用燃料圧力調整装置１７で圧力が調整されてから、還元用燃料噴射弁２０へ供給される。
【００３４】
このように、還元用燃料圧力調整装置１７は、還元用燃料噴射弁２０へ供給する還元用燃料Ｆｒの圧力を調整する機能（還元用燃料圧力調整機能）を有する。例えば、燃料ポンプ１６から還元用燃料圧力調整装置１７に供給された還元用燃料Ｆｒの一部を燃料タンク１５へ戻すリリーフ弁や調圧弁等の調圧手段を設けて、還元用燃料圧力調整装置１７内の還元用燃料Ｆｒの圧力を調整することにより、還元用燃料圧力調整機能を実現する。
【００３５】
還元用燃料圧力調整装置１７と燃料タンク１５とは、還元用燃料リリーフ通路１８ｒで接続される。そして、前記調圧手段から流出する還元用燃料圧力調整装置１７からの還元用燃料Ｆｒは、還元用燃料リリーフ通路１８ｒを通って燃料タンク１５へ戻される。還元用燃料圧力調整装置１７には、還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力を検出する還元用燃料圧力検出手段として、還元用燃料圧力計４１が取り付けられる。
【００３６】
還元用燃料圧力調整機能によって、還元用燃料圧力調整装置１７は、還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力を変化させることができるので、還元用燃料噴射弁２０から噴射される還元用燃料Ｆｒの粒径を変化させることができる。還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力が低くなるにしたがって、還元用燃料噴射弁２０から噴射される還元用燃料Ｆｒの粒径は小さくなる。一方、還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力が高くなるにしたがって、還元用燃料噴射弁２０から噴射される還元用燃料Ｆｒの粒径は大きくなる。後述するように、本実施例において、還元用燃料圧力調整装置１７は、還元用燃料Ｆｒの蒸発特性に基づき、還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力を調整する。
【００３７】
排ガス浄化触媒装置２１を通過した排ガスＥｘは、酸化触媒装置２２へ導かれる。排ガス浄化触媒装置２１と酸化触媒装置２２とは、第２排ガス導入通路８ｂによって接続されており、排ガス浄化触媒装置２１から流出した排ガスＥｘは、第２排ガス導入通路８ｂを通って酸化触媒装置２２へ流入する。酸化触媒装置２２は、貴金属、例えば白金（Ｐｔ）を触媒として備え、排ガス浄化触媒装置２１を通過した後の排ガスＥｘに残留する炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）に変化させる。
【００３８】
排ガス浄化触媒装置２１には、排ガス浄化触媒装置２１が備えるＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度を検出する触媒温度検出手段として、触媒温度計４２が取り付けられる。また、第２排ガス導入通路８ｂには、排ガス浄化触媒装置２１を通過した後の排ガスＥｘの空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する排ガス空燃比検出手段として、空燃比センサ４０が取り付けられる。
【００３９】
駆動用燃料噴射弁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、燃料ポンプ１６、還元用燃料圧力調整装置１７、スロットル弁１９、排ガス流量調整弁１４、還元用燃料噴射弁２０は、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって制御される。機関ＥＣＵ５０は、これらの制御対象を制御するために、空燃比センサ４０、還元用燃料圧力計４１、触媒温度計４２から情報を取得する。
【００４０】
機関ＥＣＵ５０は、入出力部５３と、処理部５０Ｐと、記憶部５０Ｍとを有する。入出力部５３は、空燃比センサ４０、還元用燃料圧力計４１、触媒温度計４２からの入力信号や、駆動用燃料噴射弁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、燃料ポンプ１６、還元用燃料圧力調整装置１７、スロットル弁１９、排ガス流量調整弁１４、還元用燃料噴射弁２０への出力信号の入出力を行う。また、記憶部５０Ｍは、内燃機関１の制御に用いる各種マップやコンピュータプログラム等を格納する。
【００４１】
処理部５０Ｐは、例えば、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）により構成されている。処理部５０Ｐは、本実施例に係る排ガス浄化制御を実行する排ガス浄化制御装置５１、及び内燃機関１を制御する機関制御部５２を備える。すなわち、本実施例において、排ガス浄化制御装置５１は、処理部５０Ｐの一機能として実現される。
【００４２】
排ガス浄化制御装置５１は、制御条件判定部５１Ａと、空燃比演算部５１Ｂと、還元用燃料圧力制御部５１Ｃと、還元用燃料供給制御部５１Ｄとを有しており、これらが本実施形態に係る排ガス浄化制御を実行する。記憶部５０Ｍは、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能なメモリ、あるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能なメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成できる。
【００４３】
内燃機関１はディーゼル機関であり、軽油のみならず多種多様な燃料を駆動用燃料Ｆｄとして用いることができる。近年では、ＢＴＬ（Biomass-To-Liquid）と呼ばれる燃料を駆動用燃料Ｆｄとして用いることも検討されている。ＢＴＬは、植物を原料として液体燃料として合成する燃料であり、蒸発温度が軽油と比較して低く、また、セタン価も高い。このため、ＢＴＬを内燃機関１の駆動用燃料Ｆｄとして使用すると、空気Ａと駆動用燃料Ｆｄとの混合が促進されて、スモークの発生が少なく、また、高いＥＧＲ率による低ＮＯｘの燃焼が可能となる。
【００４４】
内燃機関１の駆動用燃料ＦｄにＢＴＬを使用する場合、還元用燃料Ｆｒは駆動用燃料Ｆｄと同一なので、還元用燃料ＦｒにもＢＴＬを使用することになる。ＢＴＬは蒸発しやすいので、排ガスＥｘ中に供給されたＢＴＬは速やかに蒸発して気化が過剰に進み、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘの還元に必要な雰囲気（ストイキ、すなわち理論空燃比の雰囲気）を超えた過剰な燃料過多の雰囲気を生成する。これによって、排ガス浄化触媒装置２１から排出される炭化水素が増加する。すなわち、排ガス浄化触媒装置２１が備えるＮＯｘ吸蔵還元型触媒でＮＯｘの還元に有効に使用されない炭化水素が増加する。その結果、還元用燃料ＦｒにＢＴＬを用いると、排ガス浄化触媒装置２１でのＮＯｘの浄化性能が低下するおそれがある。
【００４５】
内燃機関１の燃料にＢＴＬを用いた場合を例として、排ガス浄化触媒装置２１によるＮＯｘの浄化性能が低下する例を説明したが、この現象はＢＴＬに限らず、還元用燃料Ｆｒの性状、特に蒸発特性（還元用燃料Ｆｒの蒸発のしやすさ）によって起こり得る。一般に、軽質燃料は沸点の低い成分が多くなるので蒸発しやすくなり、重質燃料は沸点の高い成分が多くなるので蒸発しにくくなる。
【００４６】
図２は、還元用燃料の性状と排ガス浄化触媒装置から排出される炭化水素の量との関係を示す概念図である。図２は、排ガス浄化触媒装置２１から排出される炭化水素（ＨＣ）の量と還元用燃料Ｆｒの蒸発特性との関係を示している。図２から分かるように、還元用燃料Ｆｒが重質燃料から軽質燃料となるにしたがって、すなわち、還元用燃料Ｆｒの蒸発特性が高くなるにしたがって、排ガス浄化触媒装置２１から排出される炭化水素の量は増加する。
【００４７】
上述したように、蒸発特性の高い（すなわち蒸発しやすい）軽質燃料を還元用燃料Ｆｒに用いると、排ガス浄化触媒装置２１から排出される炭化水素（ＨＣ）の量が増加するので、排ガス浄化触媒装置２１が備えるＮＯｘ吸蔵還元型触媒でＮＯｘの還元に有効に使用されない炭化水素が増加する。その結果、蒸発特性の高い還元用燃料Ｆｒは、排ガス浄化触媒装置２１が備えるＮＯｘ吸蔵還元型触媒でのＮＯｘの浄化性能が低下するとともに、過剰な炭化水素が酸化触媒装置２２へ流入することによって酸化触媒装置２２での浄化が不十分となることがある。
【００４８】
一方、蒸発特性の低い（すなわち蒸発しにくい）重質燃料を還元用燃料Ｆｒに用いると、排ガスＥｘ中に供給された還元用燃料Ｆｒの気化が不十分となり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘの還元に必要な雰囲気が実現できないおそれがある。その結果、還元用燃料Ｆｒに重質燃料を用いると、排ガス浄化触媒装置２１が備えるＮＯｘ吸蔵還元型触媒でのＮＯｘの浄化性能が低下するおそれがある。これを解決するため、重質燃料を還元用燃料Ｆｒに用いる場合、排ガスＥｘへ供給される還元用燃料Ｆｒの量を、前記重質燃料と比較して相対的に蒸発しやすい燃料（すなわち軽質燃料）の場合よりも多くする手法が考えられるが、内燃機関１全体としての燃料消費量の増加が発生する。
【００４９】
そこで、本実施例では、還元用燃料Ｆｒが蒸発しやすくなるにしたがって、排ガス浄化触媒装置２１から排出される炭化水素の量が増加する点に着目し、還元用燃料Ｆｒの供給量を変化させることなしに、排ガス浄化触媒装置２１が備えるＮＯｘ吸蔵還元型触媒によるＮＯｘの浄化性能を確保することとした。本実施形態では、還元用燃料Ｆｒの蒸発特性に基づいて、還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力を調整することにより、還元用燃料噴射弁２０から噴射される還元用燃料Ｆｒの粒径を調整する。
【００５０】
より具体的には、還元用燃料Ｆｒが蒸発しやすくなるにしたがって、還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力を低くすることにより、還元用燃料噴射弁２０から噴射される還元用燃料Ｆｒの粒径を大きくする。これによって、還元用燃料Ｆｒが軽質燃料であって蒸発しやすい性状である場合には、還元用燃料噴射弁２０から噴射される還元用燃料Ｆｒの粒径が大きくなるので、排ガスＥｘ中に供給された還元用燃料Ｆｒの過剰な気化が抑制される。そして、排ガス浄化触媒装置２１でのＮＯｘの還元に必要な雰囲気（ストイキ、すなわち理論空燃比の雰囲気）が生成される。その結果、排ガス浄化触媒装置２１が備えるＮＯｘ吸蔵還元型触媒へ一時的に吸蔵されたＮＯｘを還元して、ＮＯｘの浄化性能を確保できるとともに、排ガス浄化触媒装置２１から排出される炭化水素が抑制されるので、酸化触媒装置２２では炭化水素を確実に浄化できる。
【００５１】
一方、還元用燃料Ｆｒが蒸発しにくくなるにしたがって、還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力を高くすることにより、還元用燃料噴射弁２０から噴射される還元用燃料Ｆｒの粒径を小さくする。これによって、還元用燃料Ｆｒが重質燃料であって蒸発しにくい性状である場合には、還元用燃料噴射弁２０から噴射される還元用燃料Ｆｒの粒径が小さくなって微粒化が促進されるので、排ガスＥｘ中に供給された還元用燃料Ｆｒの気化が促進される。そして、排ガス浄化触媒装置２１が備えるＮＯｘ吸蔵還元型触媒でのＮＯｘの還元に必要な雰囲気（ストイキ、すなわち理論空燃比の雰囲気）が生成される。その結果、排ガス浄化触媒装置２１が備えるＮＯｘ吸蔵還元型触媒へ一時的に吸蔵されたＮＯｘを還元して、ＮＯｘの浄化性能を確保できる。次に、本実施例に係る排ガス浄化制御を説明する。このように、本実施例によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える内燃機関１において、還元用燃料Ｆｒの蒸発特性が異なる場合に排ガスＥｘの空燃比がＮＯｘの還元に必要な値から外れるおそれを低減できる。
【００５２】
図３は、本実施例に係る排ガス浄化制御の手順を示すフローチャートである。図４は、排ガス浄化触媒装置から排出される排ガスの空燃比の時間変化を示す概念図である。図５は、還元用燃料噴射弁の開弁時間を設定するための開弁時間設定マップを示す模式図である。本実施例に係る排ガス浄化制御は、図１に示す排ガス浄化制御装置５１により実現される。そして、本実施例に係る排ガス浄化制御手順に従って排ガス浄化制御装置５１が排ガス浄化装置１００を動作させる。
【００５３】
本実施例に係る排ガス浄化制御では、還元用燃料Ｆｒの蒸発特性を、排ガス浄化触媒装置２１を通過した後の排ガスＥｘの空燃比に基づいて判定し、還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力を調整する。還元用燃料Ｆｒの蒸発特性を求めることは難しいが、前記空燃比に基づいて還元用燃料Ｆｒの蒸発特性を判定することにより、還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力を簡易に調整できる。
【００５４】
より具体的には、前記排ガスＥｘの空燃比が低くなる、すなわち、空気に対して還元用燃料Ｆｒの比率が大きくなるにしたがって還元用燃料Ｆｒは蒸発しやすくなると判定され、還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力は低くなる。一方、前記排ガスＥｘの空燃比が高くなる、すなわち、還元用燃料Ｆｒに対して空気の比率が大きくなるにしたがって還元用燃料Ｆｒは蒸発しにくくなると判定され、還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力は高くなる。
【００５５】
本実施例に係る排ガス浄化制御を実行するにあたり、ステップＳ１０１において、機関ＥＣＵ５０が備える排ガス浄化制御装置５１の制御条件判定部５１Ａは、内燃機関１の運転条件に基づき、排ガス浄化触媒装置２１でＮＯｘの還元が必要か否かを判定する。ステップＳ１０１でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１Ａが、排ガス浄化触媒装置２１でＮＯｘの還元は必要でないと判定した場合、本実施例に係る排ガス浄化制御は終了する。ステップＳ１０１でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１Ａが、排ガス浄化触媒装置２１でＮＯｘの還元が必要であると判定した場合、ステップＳ１０２へ進む。
【００５６】
ステップＳ１０２において、機関ＥＣＵ５０が備える排ガス浄化制御装置５１の空燃比演算部５１Ｂは、内燃機関１の運転条件に基づいて、排ガス浄化触媒装置２１でのＮＯｘの還元に必要な排ガスＥｘの空燃比Ａ／Ｆ＿Ｔを求める。この空燃比Ａ／Ｆ＿Ｔを還元時目標空燃比Ａ／Ｆ＿Ｔという。ここで、還元雰囲気は、排ガスＥｘがストイキ、すなわち理論空燃比の雰囲気である。したがって、還元時目標空燃比Ａ／Ｆ＿Ｔは理論空燃比になるが、内燃機関１の運転条件に応じて多少の変動があるので、ステップＳ１０２では、内燃機関１の運転条件に応じて還元時目標空燃比Ａ／Ｆ＿Ｔを求める。還元時目標空燃比Ａ／Ｆ＿Ｔは、内燃機関１の運転条件に応じて実験や解析等によって予め求められ、マップ化されて機関ＥＣＵ５０の記憶部５０Ｍへ格納される。
【００５７】
還元時目標空燃比Ａ／Ｆ＿Ｔが求められたら、機関ＥＣＵ５０の処理部５０Ｐが備える還元用燃料供給制御部５１Ｄは、還元用燃料噴射弁２０から還元用燃料Ｆｒを排ガスＥｘに噴射させる。本実施例において、還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力（還元用燃料圧力）Ｐ＿Ｆｒは、還元用燃料Ｆｒの蒸発特性によって変更されて、機関ＥＣＵ５０の記憶部５０Ｍに格納される。ステップＳ１０２の時点では、本実施例に係る排ガス浄化制御を開始した時点において機関ＥＣＵ５０の記憶部５０Ｍに格納されている還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒである。還元用燃料噴射弁２０が還元用燃料Ｆｒを排ガスＥｘに噴射したら、ステップＳ１０３へ進む。
【００５８】
ステップＳ１０３では、空燃比演算部５１Ｂが、図１に示す空燃比センサ４０から、排ガス浄化触媒装置２１から排出された、現時点における排ガスＥｘの空燃比のピーク値（ピーク空燃比、図４参照）Ａ／Ｆ＿Ｐを求める。ピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐは、例えば、現在よりも一回前の値Ａ／Ｆ＿Ｐ＿ｎ−１と現在の値Ａ／Ｆ＿Ｐ＿ｎとの差（Ａ／Ｆ＿Ｐ＿ｎ−１−Ａ／Ｆ＿Ｐ＿ｎ）が負になったときの前回値である（ｎは整数）。ピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐを求めたら、ステップＳ１０４へ進み、制御条件判定部５１Ａは、ステップＳ１０３で得られたピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐが還元時目標上限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＡよりも大きいか否かを判定する。
【００５９】
ここで、還元時目標上限空燃比（所定の上限値）Ａ／Ｆ＿ＴＭＡは、排ガス浄化触媒装置２１でのＮＯｘの還元に必要な排ガスＥｘの空燃比の上限値であり、Ａ／Ｆ＿ＴＭＡ≧Ａ／Ｆ＿Ｔである。また、後述する還元時目標下限空燃比（所定の下限値）Ａ／Ｆ＿ＴＭＩは、排ガス浄化触媒装置２１でのＮＯｘの還元に必要な排ガスＥｘの空燃比の下限値であり、Ａ／Ｆ＿ＴＭＩ≦Ａ／Ｆ＿Ｔである。還元時目標空燃比Ａ／Ｆ＿Ｔが、還元時目標上限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＡと還元時目標下限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＩとの間であれば、排ガス浄化触媒装置２１でのＮＯｘの還元に必要な還元雰囲気が実現できている。還元時目標上限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＡ及び還元時目標下限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＩは、実験や解析等により予め求められる。
【００６０】
還元時目標上限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＡ及び還元時目標下限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＩは、実験や解析等によって予め求めておき、機関ＥＣＵ５０の記憶部５０Ｍへ格納しておく。ステップＳ１０４では、制御条件判定部５１Ａが記憶部５０Ｍから還元時目標上限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＡを読み出し、ステップＳ１０３で求められたピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐと比較する。
【００６１】
ステップＳ１０４でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１Ａが、ピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐ＞還元時目標上限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＡであると判定した場合、ステップＳ１０５へ進む。この場合、図４の点線ＲＢに示すように、ピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐはリーン、すなわち排ガスＥｘは酸素過多雰囲気であるため、排ガス浄化触媒装置２１内の雰囲気はＮＯｘの還元環境ではない。このため、ステップＳ１０５で、機関ＥＣＵ５０が備える排ガス浄化制御装置５１の還元用燃料圧力制御部５１Ｃは、図１に示す還元用燃料圧力調整装置１７を調整して、還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒを現時点よりも増加させる。
【００６２】
還元用燃料圧力制御部５１Ｃが還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒを増加させるにあたっては、例えば、現時点の還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿ｎに、予め設定されて記憶部５０Ｍに格納された所定の還元用燃料圧力増加分ΔＰＩを加算した値（Ｐ＿Ｆｒ＿ｎ＋ΔＰＩ）を、増加後の還元用燃料圧力（増加後還元用燃料圧力）Ｐ＿Ｆｒ＿Ｉとする。還元用燃料圧力制御部５１Ｃは、この増加後還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿Ｉ（＝Ｐ＿Ｆｒ＿ｎ＋ΔＰＩ）を機関ＥＣＵ５０の記憶部５０Ｍに格納する。そして、還元用燃料圧力制御部５１Ｃは、還元用燃料圧力計４１から還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力を取得して、還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒが増加後還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿Ｉとなるように、還元用燃料圧力調整装置１７を制御する。
【００６３】
次に、ステップＳ１０６へ進み、還元用燃料供給制御部５１Ｄは、還元用燃料噴射弁２０の開弁時間ｔｉを求める。開弁時間ｔｉは、還元用燃料噴射弁２０が還元用燃料Ｆｒを噴射する時間であり、還元用燃料Ｆｒを排ガスＥｘへ供給する時間となる。開弁時間ｔｉは、例えば、図５に示す開弁時間設定マップ６０から求める。開弁時間設定マップ６０は、還元用燃料圧力Ｐ＿ＦｒとＮＯｘの還元に供する還元用燃料Ｆｒの供給量（還元用燃料供給量）Ｑ＿Ｆｒとの関係で開弁時間ｔｉが記述されており、ステップＳ１０５で決定される還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒと、内燃機関１の運転条件等から決定されるＮＯｘの還元に必要な還元用燃料供給量Ｑ＿Ｆｒとによって、開弁時間ｔｉが決定される。開弁時間設定マップ６０は、実験や解析等により予め作成されて、機関ＥＣＵ５０の記憶部５０Ｍに格納される。
【００６４】
還元用燃料噴射弁２０は、還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒが小さいほど、同じ量の還元用燃料Ｆｒを噴射するための時間が長くなるので、開弁時間ｔｉ、すなわち、還元用燃料Ｆｒを排ガスＥｘへ供給する時間は長くなる。また、還元用燃料噴射弁２０は、還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒが同じである場合、還元用燃料供給量Ｑ＿Ｆｒが増加するにしたがって還元用燃料Ｆｒを噴射するための時間は長くなるので、開弁時間ｔｉ、すなわち、還元用燃料Ｆｒを排ガスＥｘへ供給する時間は長くなる。
【００６５】
開弁時間設定マップ６０において、Ｐ＿Ｆｒ１＜Ｐ＿Ｆｒ２＜・・・＜Ｐ＿Ｆｒｍとし、Ｑ＿Ｆｒ１＜Ｑ＿Ｆｒ２＜・・・＜Ｑ＿Ｆｒｎとする。この場合、ｔｉ１１＞ｔｉ２１＞・・・＞ｔｉｍ１、ｔｉ１２＞ｔｉ２２＞・・・＞ｔｉｍ２、ｔｉ１ｎ＞ｔｉ２ｎ＞・・・＞ｔｉｍｎとなる。また、ｔｉ１１＜ｔｉ１２＜・・・＜ｔｉ１ｎ、ｔｉ２１＜ｔｉ２２＜・・・＜ｔｉ２ｎ、ｔｉｍ１＜ｔｉｍ２＜・・・＜ｔｉｍｎとなる。
【００６６】
開弁時間ｔｉが求められたら、ステップＳ１０７へ進み、還元用燃料供給制御部５１Ｄは、ステップＳ１０６で求められた開弁時間ｔｉで還元用燃料噴射弁２０を開弁し、還元用燃料Ｆｒを排ガスＥｘへ噴射して供給する。このときの還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒの値は、ステップＳ１０５で増加させた値、すなわち、増加後還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿Ｉ（＝Ｐ＿Ｆｒ＿ｎ＋ΔＰＩ）である。
【００６７】
ステップＳ１０７で還元用燃料Ｆｒが排ガスＥｘへ供給されたら、ステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８において、空燃比演算部５１Ｂは、図１に示す空燃比センサ４０から、排ガス浄化触媒装置２１から排出された、現時点における排ガスＥｘのピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐを求める。次に、ステップＳ１０９へ進み、制御条件判定部５１Ａは、記憶部５０Ｍから還元時目標上限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＡ及び還元時目標下限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＩを読み出し、ステップＳ１０８で求められたピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐが還元時目標上限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＡ以下、かつ還元時目標下限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＩ以上であるか否かを判定する。
【００６８】
ステップＳ１０９でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１ＡがＡ／Ｆ＿ＴＭＩ≦Ａ／Ｆ＿Ｐ≦Ａ／Ｆ＿ＴＭＡであると判定した場合、ピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐは図４の実線ＲＡに示すようになる。この場合、還元用燃料噴射弁２０から噴射された還元用燃料Ｆｒの微細化が十分であって還元用燃料Ｆｒが迅速に気化した結果、排ガス浄化触媒装置２１でのＮＯｘの還元に必要な還元雰囲気が実現できている。すなわち、ステップＳ１０５で増加させた還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒの値、すなわち、増加後還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿Ｉ（＝Ｐ＿Ｆｒ＿ｎ＋ΔＰＩ）で、ＮＯｘの還元に必要な還元雰囲気を実現できる。
【００６９】
このように、本実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える内燃機関１において、還元用燃料Ｆｒの蒸発特性が異なる場合に排ガスＥｘの空燃比がＮＯｘの還元に必要な値から外れるおそれを低減できる。また、本実施例では、還元用燃料Ｆｒが蒸発しにくい場合は、還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒを現時点よりも大きくするのみなので、還元用燃料Ｆｒの供給量を増加させずに、還元用燃料Ｆｒを気化させやすくすることができる。
【００７０】
ステップＳ１０９でＹｅｓと判定された場合、ステップＳ１１０に進み、還元用燃料圧力制御部５１Ｃは、還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒを、現時点における還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ（すなわち、増加後還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿Ｉ（＝Ｐ＿Ｆｒ＿ｎ＋ΔＰＩ））に更新する。そして、還元用燃料圧力制御部５１Ｃは、更新された還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒを機関ＥＣＵ５０の記憶部５０Ｍへ格納し、以後の排ガス浄化制御では、更新後の還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒを用いてＮＯｘが還元される。
【００７１】
このように、本実施例に係る排ガス浄化制御では、還元時目標上限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＡ及び還元時目標下限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＩの範囲内では還元用燃料噴射弁２０へ供給する還元用燃料Ｆｒの圧力を変更しない。これによって、前記圧力が頻繁に切り替わることを回避できるので、制御の安定性を確保できる。
【００７２】
ステップＳ１０９でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１ＡがＡ／Ｆ＿ＴＭＩ＞Ａ／Ｆ＿Ｐ、又はＡ／Ｆ＿Ｐ＞Ａ／Ｆ＿ＴＭＡであると判定した場合、ピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐは図４の実線ＲＡに示すようになる。この場合、還元用燃料噴射弁２０から噴射された還元用燃料Ｆｒの微細化が未だ不十分である結果、排ガスＥｘが酸素過多であるか（図４の点線ＲＢ）、前記微細化が進み過ぎて還元用燃料Ｆｒが過剰に気化した結果、排ガスＥｘは燃料過多であるか（図４の一点鎖線ＲＣ）のいずれかである。いずれの場合であっても、排ガス浄化触媒装置２１内の雰囲気はＮＯｘの還元環境ではない。したがって、ステップＳ１０４に戻り、排ガス浄化触媒装置２１内の雰囲気がＮＯｘの還元環境となるまで、ステップＳ１０４以降が繰り返される。
【００７３】
すでにステップＳ１０５を実行して還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒが増加された後、ステップＳ１０４に戻って再びステップＳ１０５に進むと、還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒが複数回増加されることになる。還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒがｋ（ｋは整数）回増加されると、増加後還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿Ｉは、Ｐ＿Ｆｒ＿ｎ＋ΔＰＩ×ｋとなる。
【００７４】
次に、ステップＳ１０４へ戻って説明する。ステップＳ１０４でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１Ａが、ピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐ≦還元時目標上限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＡであると判定した場合、ステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１において、制御条件判定部５１Ａは、記憶部５０Ｍから還元時目標下限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＩを読み出し、ステップＳ１０３で求められたピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐと比較する。ステップＳ１１１でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１Ａが、Ａ／Ｆ＿ＴＭＩ≧Ａ／Ｆ＿Ｐであると判定した場合、ステップＳ１１２へ進む。
【００７５】
この場合、図４の一点鎖線ＲＣに示すように、ピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐはリッチ、すなわち排ガスＥｘは燃料過多であるため、排ガス浄化触媒装置２１内の雰囲気はＮＯｘの還元環境ではない。このため、ステップＳ１１２で、還元用燃料圧力制御部５１Ｃは、図１に示す還元用燃料圧力調整装置１７を調整して、還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒを現時点よりも減少させる。
【００７６】
還元用燃料圧力制御部５１Ｃが還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒを減少させるにあたっては、例えば、現時点の還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿ｎに、予め設定されて記憶部５０Ｍに格納された所定の還元用燃料圧力減少分ΔＰＤを減算した値（Ｐ＿Ｆｒ＿ｎ−ΔＰＤ）を、減少後の還元用燃料圧力（減少後還元用燃料圧力）Ｐ＿Ｆｒ＿Ｄとする。還元用燃料圧力制御部５１Ｃは、この減少後還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿Ｄ（＝Ｐ＿Ｆｒ＿ｎ−ΔＰＤ）を機関ＥＣＵ５０の記憶部５０Ｍに格納する。そして、還元用燃料圧力制御部５１Ｃは、還元用燃料圧力計４１から還元用燃料噴射弁２０へ供給される還元用燃料Ｆｒの圧力を取得して、還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒが減少後還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿Ｄとなるように、還元用燃料圧力調整装置１７を制御する。
【００７７】
ステップＳ１１２で還元用燃料圧力制御部５１Ｃが還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒを減少させたら、ステップＳ１０６へ進み、排ガス浄化制御装置５１は、ステップＳ１０６以降の手順を実行する。すなわち、還元用燃料供給制御部５１Ｄは、ステップＳ１１２で減少させた還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ（減少後還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿Ｄ）で、還元用燃料噴射弁２０から還元用燃料Ｆｒを噴射させる（ステップＳ１０７）。
【００７８】
そして、ステップＳ１０８において求められた、現時点における排ガスＥｘのピーク空燃比Ａ／Ｆ＿Ｐが、還元時目標上限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＡ以下、かつ還元時目標下限空燃比Ａ／Ｆ＿ＴＭＩ以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０９）。その結果、Ａ／Ｆ＿ＴＭＩ≦Ａ／Ｆ＿Ｐ≦Ａ／Ｆ＿ＴＭＡである場合（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、還元用燃料噴射弁２０から噴射された還元用燃料Ｆｒの微細化が抑制されて、還元用燃料Ｆｒの気化が抑制された結果、排ガス浄化触媒装置２１でのＮＯｘの還元に必要な還元雰囲気が実現できている。すなわち、ステップＳ１１２で減少させた還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒの値、すなわち、減少後還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿Ｄ（＝Ｐ＿Ｆｒ＿ｎ−ΔＰＤ）で、ＮＯｘの還元に必要な還元雰囲気を実現できる。
【００７９】
このように、本実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える内燃機関１において、還元用燃料Ｆｒの蒸発特性が異なる場合に排ガスＥｘの空燃比がＮＯｘの還元に必要な値から外れるおそれを低減できる。また、本実施例では、還元用燃料Ｆｒが蒸発しやすい場合は、還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒを現時点よりも小さくするのみなので、還元用燃料Ｆｒの供給量を増加させずに、還元用燃料Ｆｒを気化させやすくすることができる。
【００８０】
この場合、還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒが、現時点における還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ（すなわち、減少後還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿Ｄ（＝Ｐ＿Ｆｒ＿ｎ−ΔＰＤ））に更新される（ステップＳ１１０）。そして、更新された還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒが機関ＥＣＵ５０の記憶部５０Ｍに格納され、以後の排ガス浄化制御では、更新後の還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒを用いてＮＯｘが還元される。
【００８１】
Ａ／Ｆ＿ＴＭＩ＞Ａ／Ｆ＿Ｐ、又はＡ／Ｆ＿Ｐ＞Ａ／Ｆ＿ＴＭＡである場合（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、還元用燃料噴射弁２０から噴射された還元用燃料Ｆｒの微細化が未だ進み過ぎて還元用燃料Ｆｒが過剰に気化した結果、排ガスＥｘは燃料過多であるか（図４の一点鎖線ＲＣ）、反対に前記微細化が不十分となった結果、排ガスＥｘが酸素過多であるか（図４の点線ＲＢ）のいずれかである。いずれの場合であっても、排ガス浄化触媒装置２１内の雰囲気はＮＯｘの還元環境ではない。したがって、ステップＳ１０４に戻り、排ガス浄化触媒装置２１内の雰囲気がＮＯｘの還元環境となるまで、ステップＳ１０４以降が繰り返される。
【００８２】
すでにステップＳ１１２を実行して還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒが減少された後、ステップＳ１０４に戻って再びステップＳ１１２に進むと、還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒが複数回減少されることになる。還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒがｌ（ｌは整数）回減少されると、減少後還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ＿Ｄは、Ｐ＿Ｆｒ＿ｎ＋ΔＰＤ×ｌとなる。
【００８３】
ステップＳ１１１でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１Ａが、Ａ／Ｆ＿ＴＭＩ≦Ａ／Ｆ＿Ｐであると判定した場合、すでにステップＳ１０４でＡ／Ｆ＿Ｐ≦Ａ／Ｆ＿ＴＭＡであると判定されているので、Ａ／Ｆ＿ＴＭＩ≦Ａ／Ｆ＿Ｐ≦Ａ／Ｆ＿ＴＭＡとなる。この場合、現時点における還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ、すなわち、ステップＳ１０２を実行した時点における還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒで、ＮＯｘの還元に必要な還元雰囲気を実現できている。この場合、現時点における還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒ、すなわち、本実施例に係る排ガス浄化制御を開始した時点において機関ＥＣＵ５０の記憶部５０Ｍに格納されている還元用燃料圧力Ｐ＿Ｆｒを変更する必要はないので、本実施例に係る排ガス浄化制御は終了する。
【００８４】
以上、本実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える内燃機関において、排ガスへ供給されるＮＯｘの還元に供する還元用燃料の蒸発特性に基づき、還元用燃料が蒸発しやすくなるにしたがって、排ガスへ還元用燃料を噴射して供給する燃料噴射手段へ供給される還元用燃料の圧力を小さくする。これによって、排ガスに噴射された還元用燃料の粒径は、還元用燃料が蒸発しやすくなるにしたがって大きくなるので、還元用燃料が蒸発しやすい場合には、還元用燃料の過剰なガス化が抑制され、還元用燃料が蒸発しにくい場合には、還元用燃料のガス化が促進される。その結果、還元用燃料の蒸発特性が異なる場合であっても、排ガスの空燃比はＮＯｘの還元に必要な値、すなわち理論空燃比を中心とした所定の範囲に入るので、排ガスの空燃比がＮＯｘの還元に必要な値から外れるおそれを低減できる。
【００８５】
また、本実施例では、還元用燃料が蒸発しやすい性状である場合（例えば軽質燃料を用いた場合）、ＮＯｘの還元時には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有する排ガス浄化触媒装置において、排ガスＥｘへ供給された還元用燃料がＮＯｘの還元に有効に利用される。その結果、排ガス浄化触媒装置から排出される炭化水素を抑制できる。また、還元用燃料が蒸発しにくい性状である場合（例えば重質燃料を用いた場合）、還元用燃料噴射手段へ供給される還元用燃料の圧力を大きくするのみで還元用燃料の供給量の増加は不要なので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有する排ガス浄化触媒装置を備える内燃機関全体としての燃料消費を抑制できる。
【００８６】
このように、本実施例では、還元用燃料噴射手段へ供給される還元用燃料の圧力を大きくするのみで還元用燃料の微粒化の程度を調整できるので、還元用燃料の微粒化の程度を調整するために、液滴の大きさが異なる還元用燃料噴射弁を備えたり、還元用燃料噴射弁の温度を調整したりする必要はない。その結果、本実施例では、簡易な構成で還元用燃料の微粒化の程度を調整して、還元用燃料のガス化の程度を調整できる。
【００８７】
また、本実施例では、還元用燃料が蒸発しやすい性状である場合（例えば軽質燃料を用いた場合）、ＮＯｘの還元時には、還元用燃料噴射手段へ供給される還元用燃料の圧力を小さくするので、同じ量の還元用燃料を排ガスへ供給する場合には、還元用燃料の供給時間が増加する。これによって、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有する排ガス浄化触媒装置内に還元雰囲気が形成される時間が長くなる。その結果、還元用燃料に含まれる炭化水素をＮＯｘの還元により有効に利用できるので、必要なＮＯｘの浄化性能を維持できる。還元用燃料が蒸発しやすい性状である場合、還元用燃料が蒸発しにくい性状である場合と比較して、ＮＯｘの浄化性能を向上できる潜在能力があるが、本実施例では、還元用燃料が蒸発しやすい性状である場合には、還元用燃料の微粒化を抑制して過剰なガス化を抑制するので、前記潜在能力を引き出すためにも有用である。
【００８８】
さらに、本実施例では、還元用燃料の蒸発特性が異なる場合のみならず、例えば、還元用燃料噴射手段の目詰まりによって排ガスへ供給される還元用燃料が不足する場合でも、還元用燃料噴射手段へ供給される還元用燃料の圧力を大きくすることにより、還元用燃料の微粒化を促進できる。これによって、排ガスへ供給される還元用燃料の供給量の増加は不要なので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有する排ガス浄化触媒装置を備える内燃機関全体としての燃料消費を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上のように、本発明に係る排ガス浄化装置及び内燃機関は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒で排ガスを浄化するものに有用であり、特に、ＮＯｘの還元に供する燃料の蒸発特性が異なる場合に排ガスの空燃比がＮＯｘの還元に必要な値から外れるおそれを低減することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本実施例に係る排ガス浄化装置及びこれを備える内燃機関を示す装置構成図である。
【図２】還元用燃料の性状と排ガス浄化触媒装置から排出される炭化水素の量との関係を示す概念図である。
【図３】本実施例に係る排ガス浄化制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】排ガス浄化触媒装置から排出される排ガスの空燃比の時間変化を示す概念図である。
【図５】還元用燃料噴射弁の開弁時間を設定するための開弁時間設定マップを示す模式図である。
【符号の説明】
【００９１】
１  内燃機関
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  シリンダ
２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄ  燃焼空間
３  燃料分配管
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  駆動用燃料噴射弁
６  排気マニホールド
８ａ  第１排ガス導入通路
８ｂ  第２排ガス導入通路
１０  過給機
１０Ｃ  圧縮機
１０Ｔ  タービン
１５  燃料タンク
１６  燃料ポンプ
１７  還元用燃料圧力調整装置
１８ａ  第１駆動用燃料配管
１８ｂ  第２駆動用燃料配管
１８ｃ、１８ｄ  還元用燃料通路
１８ｒ  還元用燃料リリーフ通路
２０  還元用燃料噴射弁
２１  排ガス浄化触媒装置
２２  酸化触媒装置
４０  空燃比センサ
４１  還元用燃料圧力計
４２  触媒温度計
５０  機関ＥＣＵ
５０Ｍ  記憶部
５０Ｐ  処理部
５１  排ガス浄化制御装置
５１Ａ  制御条件判定部
５１Ｂ  空燃比演算部
５１Ｃ  還元用燃料圧力制御部
５１Ｄ  還元用燃料供給制御部
５２  機関制御部
５３  入出力部
６０  開弁時間設定マップ
１００  排ガス浄化装置
【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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