JP2002213286A

JP2002213286A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2002213286A
Application number: JP2001007071A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Kaneko; 智洋金子
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2002-07-31
Anticipated expiration: 2021-01-15
Also published as: JP3736353B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気中に還元剤を添加供給してＮ
Ｏｘ触媒の機能調整を図る内燃機関の排気浄化装置にあ
って、ＮＯｘ触媒内の温度分布の変動の影響を受けるこ
となく必要量の還元剤を的確に添加することにより、排
気特性を好適な状態に保持することにある。【解決手段】エンジン１００の電子制御装置（ＥＣ
Ｕ）８０は、排気温度が上昇して触媒活性領域に移行
し、且つ、後行程噴射の実施に関する他の適合条件が満
たされている場合には、後行程噴射量がその後辿る推移
態様を予め決定する。すなわち、先ず、目標値としての
要求噴射量と、実際の後行程噴射量を徐々に増大させ要
求噴射量に至らしめるために適用する一次遅れ要素の時
定数とを求める。次に、要求噴射量と時定数との関係か
ら、後行程噴射量の推移曲線を時間軸上に想定し、この
推移曲線に従い後行程噴射量を逐次補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、希薄燃焼可能な内
燃機関の排気系内であって、同排気系内に設けられた還
元触媒上流に還元剤を供給し、排気中の有害成分の浄化
を促す内燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンや希薄燃焼を行うガ
ソリンエンジンでは、高い空燃比（リーン雰囲気）の混
合気を燃焼に供して機関運転を行う運転領域が、全運転
領域の大部分を占める。この種のエンジン（内燃機関）
では一般に、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化
する機能を酸素存在下で保持することのできる還元触媒
（ＮＯｘ触媒）がその排気系（排気流路）の流路途中に
備えられる。このようなＮＯｘ触媒を排気系に備える内
燃機関では、当該機関の運転時、排気系内のＮＯｘ触媒
上流に還元剤（例えば燃料）を間欠的あるいは継続的に
添加することにより、当該ＮＯｘ触媒を介した反応過程
を通じて排気に含まれるＮＯｘの還元（浄化）を行う。

【０００３】例えば、特開平８−１５１９２０号公報に
記載された装置は、内燃機関への燃料の噴射供給に関
し、燃焼に供して出力を得るための燃料噴射（主噴射）
とは別途に、これと異なるタイミングで副噴射を実行す
ることで、排気（燃焼ガス）に燃料（還元剤）を添加
し、排気系に設けられたＮＯｘ触媒に供給する制御を行
う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報記
載の装置も含め、ＮＯｘ触媒の触媒作用を通じて排気中
のＮＯｘを浄化する排気浄化装置では、効率的なＮＯｘ
の浄化を行うためには当該ＮＯｘ触媒が十分活性化され
た状態にあることが前提条件となる。ＮＯｘ触媒は、そ
の床温が所定温度を上回ることによって活性化される。
このため、例えば上記公報記載の装置では、ＮＯｘ触媒
の床温を代表するパラメータとして排気温度を観測し、
当該排気温度が所定温度を上回っている（以下、排気温
度が触媒活性領域にあるという）場合にのみ内燃機関へ
の副噴射を実行するようにしている。

【０００５】ところが、排気温度が触媒活性領域にある
か否かといった判断のみに基づいて内燃機関への副噴射
を実行した場合、副噴射によって供給された燃料に由来
するＨＣ成分が、排気系のＮＯｘ触媒下流に吹き抜ける
現象が頻発するようになることが、発明者によって確認
されている。

【０００６】例えば、図８（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）
は、排気系にＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の搭載車両
を、車速を変更しつつ平地走行させた場合に観測される
各種パラメータの推移態様を同一時間軸上に示すタイム
チャートである。ここで、図８（ａ）には当該車両の車
速の推移を示す。図８（ｂ）には、排気系のＮＯｘ触媒
下流に吹き抜けるＨＣ成分の量（以下、燃料排出量とい
う）ＴＨＣの推移を示す。図８（ｃ）には、ＮＯｘ触媒
内の異なる部位（排気の入口近傍及び出口近傍）の温度
の推移を示す。なお、この観測期間中には、排気系のＮ
Ｏｘ触媒上流若しくは下流でモニタされる排気温度が触
媒活性領域にあれば、所定時間毎（例えば１０秒毎）に
副噴射を実行することとした。時間軸上に示す各時刻ｔ
1〜ｔ17は、実際に副噴射が実行されたタイミングに相
当する。

【０００７】先ず、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すよ
うに、副噴射の実行タイミングに同期して、時間軸上に
燃料排出量ＴＨＣの極大値が出現する。このような燃料
排出量ＴＨＣの極大値の出現は、下記の現象に起因する
ものと考えられる。

【０００８】ＮＯｘ触媒の床温の変化は、基本的には当
該ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度変化に支配される。
すなわち、ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が上昇すれ
ばこれに追従して当該ＮＯｘ触媒の床温も上昇し、ＮＯ
ｘ触媒に流入する排気の温度が下降すればこれに追従し
て当該ＮＯｘ触媒の床温も下降する。しかし、ＮＯｘ触
媒内の温度分布は全体に均一であるとは限らず、むしろ
不均一であることの方が多い。

【０００９】例えば、図８（ｃ）に示すように、ＮＯｘ
触媒内の排気流路の沿って下流に位置する（排気の出口
に近い）部位の温度（一点鎖線にて図示）は、上流に位
置する（排気の入口に近い）部位の温度（実線にて図
示）に比して高くなっている傾向がある。このため、排
気温度のように一般に触媒全体の床温をよく反映するパ
ラメータが触媒活性化温度を上回ったとしても、実際に
はＮＯｘ触媒の一部（例えば出口近傍）のみが暖まって
いる場合、すなわち、ＮＯｘ触媒内において、触媒触媒
活性化温度（破線にて図示）を上回った状態にある部位
が局在している場合もある。

【００１０】このような条件下で、燃料をＮＯｘ触媒に
添加供給すると、添加供給された燃料のうち、相当量の
燃料（ＨＣ成分）が触媒内での反応過程を経ることなく
排出される（吹き抜ける）ようになる。ちなみに、車両
の加速時には、排気系内の空間速度が増し、添加供給さ
れた燃料がＮＯｘ触媒内を通過する速度も増すため、こ
のような燃料の吹き抜けが一層助長され、燃料排出量Ｔ
ＨＣが増大する傾向がある（図８（ａ）および図８
（ｂ）を併せ参照）。

【００１１】なお、内燃機関の機関燃焼に供される燃料
を噴射供給する燃料噴射弁が、副噴射を通じＮＯｘ触媒
への燃料の添加供給を行う装置構成のみならず、独立し
た噴射弁を介し排気系に直接還元剤を添加供給するよう
な装置構成を採用する排気浄化装置にあっても、上記実
情は、かねがね共通したものとなっていた。

【００１２】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
排気中に還元剤を添加供給してＮＯｘ触媒の機能調整を
図る内燃機関の排気浄化装置にあって、ＮＯｘ触媒内の
温度分布の変動の影響を受けることなく必要量の還元剤
を的確に添加することにより、排気特性を好適な状態に
保持することにある。

【００１３】

【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、内燃機関の排気系に設けられ、当該排気
系を通じて導入される排気中の窒素酸化物を還元成分の
存在下で浄化するＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒に導入
される排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、少
なくとも前記ＮＯｘ触媒の温度に関する事項が含まれる
当該内燃機関の運転状態に基づいて、前記還元剤供給手
段による還元剤の供給が可能であるか否かを判断する可
否判断手段と、前記還元剤供給手段による還元剤の供給
量の目標値を決定する目標値決定手段と、前記排気系の
前記ＮＯｘ触媒上流における温度を観測する温度観測手
段と、前記還元剤の供給に際し、前記ＮＯｘ触媒の温度
に関する初期条件を設定する初期条件設定手段と、前記
還元剤の供給が可能であると判断された場合、その判断
時に観測された前記ＮＯｘ触媒上流の温度の変化率と、
前記設定される初期条件とに基づいて決定される変更率
に従い、前記還元剤供給手段による還元剤の供給量が目
標値に達するまで、当該還元剤の供給量を逐次補正する
補正手段とを有することを要旨とする。

【００１４】前記ＮＯｘ触媒内には、前記排気系の前記
ＮＯｘ触媒上流における温度が上昇することで、温度が
比較的すみやかに上昇する部位（活性化され易い部位）
と、温度が比較的上昇しにくい部位（活性化され難い部
位）とが存在する。このため、前記排気系の前記ＮＯｘ
触媒上流における温度が持続的に上昇した場合、この温
度上昇に追従し、前記ＮＯｘ触媒内で、活性化された部
分が徐々に拡大していくようになる。

【００１５】同構成によれば、ＮＯｘ触媒の温度条件を
支配するパラメータ（例えば排気温度）が変動する場合
であれ、ＮＯｘ触媒が部分的にしか活性化しておらず、
十分な浄化機能を発揮するには至っていない状態から、
ＮＯｘ触媒全体が隈無く活性化して、十分な浄化機能を
発揮するに至っている状態まで、当該ＮＯｘ触媒の時々
の状態に対応する必要量の還元剤が的確に添加されるよ
うになる。よって、排気系を通じてＮＯｘ触媒に導入さ
れた還元剤（ＨＣ成分）が当該ＮＯｘ触媒を吹き抜ける
こともなく、効率的に活用されるようになる。従って、
排気特性の向上が図られるとともに、還元剤の消費量も
好適に節減されるようになる。

【００１６】また、前記初期条件設定手段は、前記還元
剤の前回の供給完了時から今回の供給開始時に至る当該
還元剤の供給停止時間に基づいて前記初期条件の設定を
行うのが好ましい。

【００１７】前記還元剤の供給は、基本的に、ＮＯｘ触
媒の床温が所定温度を上回っている場合に実行される。
ここで、ＮＯｘ触媒の床温の上昇は、当該ＮＯｘ触媒に
導入される排気の成分や温度のような外的な要因が、当
該ＮＯｘ触媒に及ぼす作用である。つまり、前回還元剤
の供給されていない期間というのは、ＮＯｘ触媒に対し
て、こうした外的な要因による昇温作用がほとんど及ぼ
されていない期間であると考えることができる。従っ
て、前記還元剤の前回の供給完了時から今回の供給開始
時に至る当該還元剤の供給停止時間は、ＮＯｘ触媒の床
温の低下量と有意に相関することとなる。すなわち、同
構成によれば、前記ＮＯｘ触媒の温度の低下量と有意に
相関するパラメータに基づき、当該ＮＯｘ触媒の温度に
関し精度の高い初期条件が設定され、当該ＮＯｘを吹き
抜けることなく効率的に活用される還元剤の量が正確に
求められるようになる。

【００１８】また、前記初期条件設定手段は、例えば当
該内燃機関を搭載した車両の速度や、吸気系や排気系内
のガス流速等、前記還元剤による前記ＮＯｘ触媒の吹き
抜けに直接関与するパラメータを考量して初期条件を設
定してもよい。

【００１９】また、前記補正手段は、前記還元剤の供給
停止時間が長いほど、また、前記観測される温度の変化
率が大きいほど、前記変更率を小さく設定するのがよ
い。前記還元剤の供給が停止されている期間中はＮＯｘ
触媒の床温が低下していくことになるため、前記還元剤
の供給停止時間が長くなるほど前記ＮＯｘ触媒の床温の
低下量は大きくなる。また、前記排気系の前記ＮＯｘ触
媒上流における温度が上昇するとこの温度上昇に追従し
て当該ＮＯｘの床温も上昇する（活性化された部分も拡
大する）が、その追従性は前記変化率が大きくなるほど
低下する。

【００２０】同構成によれば、前記ＮＯｘ触媒が部分的
にしか活性化しておらず、十分な浄化機能を発揮するに
は至っていない状態から、ＮＯｘ触媒全体が隈無く活性
化して、十分な浄化機能を発揮するに至っている状態ま
で、当該ＮＯｘ触媒の時々の状態に対応する還元剤の量
が、各時刻において一層正確に算出されるようになる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる内燃機関の
排気浄化装置を、ディーゼルエンジンシステムに適用し
た一実施の形態について説明する。

【００２２】図１において、内燃機関（以下、エンジン
という）１００は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気
系３０及び排気系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システムである。

【００２３】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及び機関燃料
通路Ｐ１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４本の燃料噴
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）を備えた電磁駆動式の開閉弁で
あり、気筒＃１，＃２，＃３，＃４に形成された４つの
燃焼室２０に対応して設けられる。各燃料噴射弁１３
は、適宜開弁することにより、各々が対応する燃焼室２
０内に燃料を噴射供給する。

【００２４】吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給され
る吸入空気の通路（吸気通路）を形成する。他方、排気
系４０は、上流から下流にかけ、排気ポート４０ａ、排
気マニホールド４０ｂ、触媒上流側通路４０ｃ、触媒下
流側通路４０ｄといった各種通路部材が順次接続されて
構成され、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路
（排気通路）を形成する。

【００２５】また、このエンジン１００には、周知の過
給機（ターボチャージャ）５０が設けられている。ター
ボチャージャ５０は、シャフト５１を介して連結された
２つのタービンホイール５２，５３を備える。一方のタ
ービンホイール（吸気側タービンホイール）５２は、吸
気系３０内の吸気に晒され、他方のタービンホイール
（排気側タービンホイール）５３は排気系４０内の排気
に晒される。このような構成を有するターボチャージャ
５０は、排気側タービンホイール５２が受ける排気流
（排気圧）を利用して吸気側タービンホイール５３を回
転させ、吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行う。

【００２６】吸気系３０において、ターボチャージャ５
０に設けられたインタークーラ３１は、過給によって昇
温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ３１よ
りもさらに下流に設けられたスロットル弁３２は、その
開度を無段階に調節することが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
絞り、同吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有
する。

【００２７】また、エンジン１００には、燃焼室２０の
上流（吸気系３０）及び下流（排気系４０）をバイパス
する排気還流通路（ＥＧＲ通路）６０が形成されてい
る。このＥＧＲ通路６０は、排気の一部を適宜吸気系３
０に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路６０には、電子制御
を通じて無段階に開閉調節され、同通路６０を流れる排
気流量を自在に変更することができるＥＧＲ弁６１と、
ＥＧＲ通路６０を通過（還流）する排気を冷却するため
のＥＧＲクーラ６２とが設けられている。

【００２８】また、排気系４０において、同排気系４０
及びＥＧＲ通路６０の連絡部位の下流には、吸蔵還元型
ＮＯｘ触媒（以下、単に触媒という）４１を収容した触
媒ケーシング４２が設けられている。触媒ケーシング４
２に収容されたＮＯｘ触媒４１は、例えばアルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）を担体とし、この担体上に例えばカリウム
（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、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）のような希土類と、白金Ｐｔのような
貴金属とが担持されることによって構成される。

【００２９】このＮＯｘ触媒４１は、排気中に多量の酸
素が存在している状態においてはＮＯｘを吸収し、排気
中の酸素濃度が低く還元成分（例えば燃料の未燃成分
（ＨＣ））が十分量存在している状態においてはＮＯｘ
をＮＯ₂若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ₂やＮＯ
として放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速や
かに反応することによってさらに還元されてＮ₂とな
る。ちなみにＨＣやＣＯは、ＮＯ₂やＮＯを還元するこ
とで、自身は酸化されてＨ₂ＯやＣＯ₂となる。すなわ
ち、触媒ケーシング４２（ＮＯｘ触媒４１）に導入され
る排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整すれば、排気
中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができることに
なる。

【００３０】また、エンジン１００の各部位には、当該
部位の環境条件やエンジン１００の運転状態に関する信
号を出力する各種センサが取り付けられている。すなわ
ち、レール圧センサ７０は、コモンレール１２内に蓄え
られている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。エ
アフロメータ７２は、吸気系３０内のスロットル弁３２
下流において吸入空気の流量（吸気量）Ｇａに応じた検
出信号を出力する。排気温センサ７４ａは、排気系４０
の触媒ケーシング４２上流における排気温度ＴｅｘＵに
応じた検出信号を出力する。排気温センサ７４ｂは、排
気系４０の触媒ケーシング４２（ＮＯｘ触媒４１）下流
における排気温度ＴｅｘＬに応じた検出信号を出力す
る。空燃比（Ａ／Ｆ）センサ７３は、排気系４０の触媒
ケーシング４２（ＮＯｘ触媒４１）下流において排気中
の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力す
る。また、アクセル開度センサ７５はエンジン１００の
アクセルペダル（図示略）に取り付けられ、同ペダルに
対する踏み込み量Ａｃｃに応じた検出信号を出力する。
クランク角センサ７６は、エンジン１００の出力軸（ク
ランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パ
ルス）を出力する。これら各センサ７０〜７６は、電子
制御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続されている。

【００３１】ＥＣＵ８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）８
１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）８３及びバックアップＲＡＭ８
４、タイマーカウンタ８５等を備え、これら各部８１〜
８５と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路８６と、外部
出力回路８７とが双方向性バス８８により接続されて構
成される論理演算回路を備える。

【００３２】このように構成されたＥＣＵ８０は、上記
各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、
これら信号に基づいて、エンジン１００の燃料噴射に関
する燃料噴射制御や、ＥＧＲ弁の開閉弁操作に関するＥ
ＧＲ制御等、エンジン１００の運転状態を決定づける各
種制御を実施する。

【００３３】また、燃料噴射弁１３を通じて各気筒に燃
料を供給する機能を備えた燃料供給系１０、排気系４０
に備えられたＮＯｘ触媒４１、およびこれら燃料供給系
１０やＮＯｘ触媒４１の機能を制御するＥＣＵ８０等
は、併せて本実施の形態にかかるエンジン１００の排気
浄化装置を構成する。

【００３４】次に、本実施の形態にかかる燃料噴射制御
についてその概要を説明する。ＥＣＵ８０は、各種セン
サの検出信号から把握されるエンジン１００の運転状態
に基づき燃料噴射制御を実施する。本実施の形態におい
て燃料噴射制御とは、各燃料噴射弁１３を通じて気筒＃
１〜＃４の各燃焼室２０内へ燃料噴射の実施に関し、燃
料の噴射量（噴射時間）、噴射時期、噴射パターン（時
間軸上にみられる微小時間当たりの噴射量の波形）とい
ったパラメータを設定し、これら設定されたパラメータ
に基づいて個々の燃料噴射弁１３の開閉弁操作を実行す
る一連の処理をいう。

【００３５】ＥＣＵ８０は、このような一連の処理を、
エンジン１００の運転中所定時間毎に繰り返し行う。燃
料の噴射量及び噴射時期は、基本的にはアクセルペダル
に対する踏み込み量Ａｃｃおよびエンジン回転数ＮＥに
基づき、予め設定されたマップ（図示略）を参照して決
定する。

【００３６】また、燃料の噴射パターンの設定に関し、
ＥＣＵ８０は、圧縮上死点近傍での燃料噴射を主噴射と
して各気筒について行うことで機関出力を得る他、主噴
射に後続する燃料噴射（以下、後行程噴射という）を副
噴射として、適宜選択された時期、選択された気筒につ
いて行う。

【００３７】後行程噴射によって燃焼室２０内に供給さ
れる燃料は、燃焼ガス中で軽質なＨＣに改質され、排気
系４０に排出される。すなわち、還元剤として機能する
軽質なＨＣが、後行程噴射を通じて排気系４０のＮＯｘ
触媒４１上流に添加され、ＮＯｘ触媒４１に流入する排
気中の還元成分濃度を高めることとなる。

【００３８】一般に、ディーゼルエンジンでは、燃焼室
内で燃焼に供される燃料及び空気の混合気が、ほとんど
の運転領域で高酸素濃度状態（リーン雰囲気の状態）に
ある。

【００３９】燃焼に供される混合気の酸素濃度は、燃焼
に供された酸素を差し引いてそのまま排気中の酸素濃度
に反映されるのが通常であり、混合気中の酸素濃度（空
燃比）が高ければ、排気中の酸素濃度（空燃比）も基本
的には同様に高くなる。一方、上述したように、吸蔵還
元型ＮＯｘ触媒は排気中の酸素濃度が高ければＮＯｘを
吸収し、低ければＮＯｘをＮＯ₂若しくはＮＯに還元し
て放出する特性を有するため、排気中の酸素が高濃度状
態にある限りＮＯｘを吸収し、これを保持（吸蔵）する
こととなる。ただし、当該触媒のＮＯｘ吸蔵量には限界
量が存在し、同触媒が限界量のＮＯｘを吸蔵した状態で
は、もはや排気中のＮＯｘが同触媒に吸収されず触媒ケ
ーシング４２内を素通りすることとなる。

【００４０】そこで、適宜のタイミング、適宜の気筒に
ついて後行程噴射が実施されると、一時的に排気中の空
燃比が低下（リッチ化）し、ＮＯｘ触媒４１が、これま
でに吸収したＮＯｘをＮＯ₂若しくはＮＯに還元して放
出し、自身のＮＯｘ吸収能力を回復（再生）するように
なる。放出されたＮＯ₂やＮＯが、ＨＣやＣＯと反応し
て速やかにＮ₂に還元されることは上述した通りであ
る。

【００４１】ここで、上記後行程噴射の実施に際し、噴
射量（以下、後行程噴射量という）の決定、実行タイミ
ングの決定、対象となる気筒の選択等、ＥＣＵ８０が行
う各種設定について詳述する。

【００４２】基本的に後行程噴射は、ＮＯｘ触媒４１が
活性化された状態にあり、しかも当該ＮＯｘ触媒４１内
のＮＯｘ吸蔵量が所定量を上回っていると推定される時
期を選択して実施される。そこでＥＣＵ８０は、排気系
４０の触媒ケーシング４２上流における排気温度Ｔｅｘ
Ｕが所定の温度領域（以下、触媒活性領域という）にあ
る場合、ＮＯｘ触媒４１は十分に活性化された状態にあ
り、後行程噴射の実施が可能であると判断する。また、
前回の後行程噴射が実施された後、ＮＯｘ触媒４１を通
過した排気中のＨＣ成分の総量が所定量を上回った場
合、ＮＯｘ触媒４１内のＮＯｘ吸蔵量が所定量を上回っ
たものと推定する。例えばアクセルペダルに対する踏み
込み量Ａｃｃやエンジン回転数ＮＥ等に代表されるエン
ジン１００の運転状態が定常状態にあり、且つ排気温度
ＴｅｘＵが触媒活性領域内で安定している場合、ＥＣＵ
８０は、通常数十秒以内のインターバルで後行程噴射を
行い、マップ等に基づいて求められる目標量（以下、要
求噴射量という）の燃料を周期的にＮＯｘ触媒４１に供
給する。

【００４３】ところで、ＮＯｘ触媒４１に流入する排気
の温度変化に起因してＮＯｘ触媒４１の床温が変化する
場合、ＮＯｘ触媒４１全体の温度が同等の態様で変化す
るとは限らず、むしろ、ＮＯｘ触媒４１の各部位が相互
に異なる態様で変化することが多い。例えば、ＮＯｘ触
媒４１の床温よりも高い温度の排気が触媒ケーシング４
２に流入してくると、通常、ＮＯｘ触媒４１内の排気の
流路に沿って下流側（排気の出口側）に近い部位ほど速
い速度で昇温することが発明者によって確認されてい
る。つまり、たとえ排気温度ＴｅｘＵが上昇して触媒活
性領域内に移行しても、その時点でＮＯｘ触媒４１全体
の温度が触媒活性領域にあるとは限らず、むしろ、ＮＯ
ｘ触媒４１の一部（通常は排気の出口近傍）のみの温度
が触媒活性領域内に達している場合が多い。そして、高
温の排気がＮＯｘ触媒４１内に流入する状態がその後も
持続すれば、触媒活性領域内の温度に達した部分が徐々
に拡大し、最終的には全域に及ぶようになる。

【００４４】そこで、本実施の形態にかかるエンジン１
００では、排気温度ＴｅｘＵが上昇して触媒活性領域内
に移行しても、ＮＯｘ触媒４１全体の温度が触媒活性領
域にあると想定した場合の目標値（要求噴射量）を後行
程噴射量として直ちに採用するのではなく、「０」若し
くは微量の噴射量をその初期値として、所定時間に亘り
所定量ずつ増量補正を行いながら周期的な後行程噴射を
実施する。すなわち、各回の後行程噴射において実際に
採用する後行程噴射量を、所定期間に亘って徐々に変更
（徐変）させながら要求噴射量に近づける。

【００４５】図２は、排気温度ＴｅｘＵが上昇して触媒
活性領域に移行した場合に、各回の後行程噴射に採用さ
れる後行程噴射量の推移態様を示すタイムチャートであ
る。なお、同図中において、時刻ｔAは、排気温度Ｔｅ
ｘＵが触媒活性領域に移行した時刻に相当する。また、
同図に示す期間中、後行程噴射の実施に関する他の適合
条件は全て満たされているものとする。

【００４６】同図２に示すように、後行程噴射量ＱＨＣ
は、時刻ｔA以降徐々に増量し、時刻ｔCにおいて要求噴
射量に達する。時刻ｔA〜時刻ｔCにかけての期間（以
下、徐変補正期間という）ＴＤ中、後行程噴射量ＱＨＣ
が辿ることになる推移態様は、基本的には演算式（ｉ）
に基づいて設定する。

【００４７】ＱＨＣ＝ＱＨＣＤ×（１−ｅ^-tx/TC）…（ｉ）ただし、ＱＨＣＤ：要求噴射量ｔx ：時刻ｔA以降の経過時間ＴＣ：一次遅れ要素の時定数なお、上記式（ｉ）に従う態様で後行程噴射量ＱＨＣを
推移させる場合（初期値は「０」とする）に、後行程噴
射量ＱＨＣが要求噴射量ＱＨＣＤの約63％に達するまで
の時間が、一次遅れ要素の時定数（以下、単に時定数と
いう）ＴＣに相当する。すなわち、上記式（ｉ）の経過
時間ｔxに時定数ＴＣを代入すると、後行程噴射量ＱＨ
Ｃと要求噴射量ＱＨＣＤとの間には、ＱＨＣ＝ＱＨＣＤ×（１−ｅ^-TC/TC）＝ＱＨＣＤ×（１−ｅ^-1） ≒ＱＨＣＤ×0.63 といった関係が成立する。

【００４８】ここで、時定数ＴＣが大きくなるほど徐変
補正期間ＴＤは長くなり、後行程噴射量ＱＨＣが要求噴
射量ＱＨＣＤに達するまでに辿る推移曲線αの傾き（後
行程噴射量ＱＨＣの変更率）は小さくなる。

【００４９】そこでＥＣＵ８０は、排気温度ＴｅｘＵが
上昇して触媒活性領域に移行し、且つ、後行程噴射の実
施に関する他の適合条件が満たされている場合には、後
行程噴射量ＱＨＣがその後辿る推移態様を以下の手順に
従って設定する。（１）要求噴射量ＱＨＣＤを決定する。（２）時定数ＴＣを決定する。（３）要求噴射量ＱＨＣＤと、時定数ＴＣとの関係か
ら、後行程噴射量ＱＨＣの推移曲線αを時間軸上に想定
し（図２参照）、当該推移曲線αに従い後行程噴射量Ｑ
ＨＣを逐次補正する。実際には、図２中において経過時
間ｔxと後行程噴射量ＱＨＣとの関係から定義づけられ
る３つの座標Ａ、Ｂ、Ｃのみを設定し、座標Ａ−Ｂ間、
及び座標Ｂ−Ｃ間は、後行程噴射量ＱＨＣを直線的に変
化させるように補間し、後行程噴射量ＱＨＣの推移態様
を、近似的に推移曲線αと一致させる。

【００５０】次に、本実施の形態において採用する時定
数ＴＣの特性について詳述する。図３は、排気温度Ｔｅ
ｘＵの推移態様を例示するタイムチャートである。上述
したように、排気温度ＴｅｘＵが上昇して触媒活性領域
内に移行しても、その時点でＮＯｘ触媒４１全体の温度
が触媒活性領域にあるとは限らず、むしろ、ＮＯｘ触媒
４１の一部（通常は排気の出口近傍）のみの温度が触媒
活性領域内に達している場合が多い。そして、高温の排
気がＮＯｘ触媒４１内に流入する状態がその後も持続す
れば、触媒活性領域内の温度に達した部分が徐々に拡大
し、最終的には全域に及ぶようになることも上述した通
りである。

【００５１】本実施の形態では、排気温度ＴｅｘＵが上
昇して触媒活性領域内に移行した場合、その時点（以
下、活性化時刻という）以降、ＮＯｘ触媒４１内の温度
分布がどのように変化するのかを把握する上で、ＮＯｘ
触媒４１の温度に関する初期条件と、ＮＯｘ触媒４１が
晒される温度条件といった２つのパラメータを採用す
る。

【００５２】先ず、ＮＯｘ触媒４１に関する初期条件と
しては、前回後行程噴射を実施した時点から、現在に至
るまでの経過時間（以下、副噴射停止時間という）POST
OFFtimeを適用する。後行程噴射を実施すると、当該後
行程噴射によって供給される燃料が、排気系４０（とく
にＮＯｘ触媒４１）内で燃焼することになるため、ＮＯ
ｘ触媒４１の床温は一時的に上昇する。高負荷領域での
機関運転が持続するような場合を除き、後行程噴射の実
施によって上昇したＮＯｘ触媒４１の床温は、その後単
調に下降していく傾向を示す。従って、後行程噴射の実
施後に長時間が経過するほど、言い換えれば、副噴射停
止時間POSTOFFtimeが長くなるほどＮＯｘ触媒４１の床
温も低くなる。

【００５３】次に、ＮＯｘ触媒４１が晒される温度条件
としては、排気温度が上昇して触媒活性領域に移行する
際に観測される排気温度の上昇速度（以下、単に排気温
度上昇率という）ＴＶｃａを適用する。以下、図面を参
照して、排気温度上昇率ＴＶｃａの求め方およびその特
性について説明する。

【００５４】図３は、活性化時刻近傍における排気温度
ＴｅｘＵの推移態様の一例を示すタイムチャートであ
る。同図に示すように、排気温度ＴｅｘＵが上昇し、時
刻ｔ100（図２中の活性化時刻ｔAに相当）において触媒
活性化領域（斜線部）内に移行したとする。このとき、
所定時間Δｔにおける排気温度ＴｅｘＵの変化量ΔＴｅ
ｘＵを把握し、次式（ii）に従って排気温度上昇率ＴＶ
ｃａを算出する。

【００５５】ＴＶｃａ＝ΔＴｅｘＵ／Δｔ…（ii）活性化時刻（ｔ100）における排気温度ＴｅｘＵが同等
であっても、当該活性化時刻近傍における排気温度Ｔｅ
ｘの変化態様が異なると、ＮＯｘ触媒４１の温度分布は
異なる態様で変化するようになる。例えば、排気温度Ｔ
ｅｘＵが比較的緩やかに上昇して触媒活性領域に移行す
る場合（排気温度上昇率ＴＶｃａが小さい場合）、ＮＯ
ｘ触媒４１の温度分布の変化が当該排気温度ＴｅｘＵの
変化に十分追従するため、ＮＯｘ触媒４１各部位の温度
が一様に、しかも排気温度ＴｅｘＵの変化にほぼ同期し
て上昇する。一方、排気温度ＴｅｘＵが比較的急速に上
昇して触媒活性領域に移行する場合（排気温度上昇率Ｔ
Ｖｃａが大きい場合）、ＮＯｘ触媒４１の温度分布の変
化が当該排気温度ＴｅｘＵの変化に追従できず、ＮＯｘ
触媒４１の温度のが排気温度ＴｅｘＵよりも遅れて上昇
することになる。しかも、ＮＯｘ触媒４１各部位の温度
分布は不均一な状態になる。

【００５６】本実施の形態にかかるエンジン１００のＥ
ＣＵ８０は、上記「前回後行程噴射を実施した時点か
ら、現在に至るまでの経過時間」と「排気温度上昇率Ｔ
Ｖｃａ」とを併せ参照して後行程噴射量ＱＨＣの修正を
行う。そして、こうした修正を行うことにより、ＮＯｘ
触媒４１全体のうち、活性化された部位の占める占有率
に応じた量の還元剤（燃料）をＮＯｘ触媒４１に供給す
る。言い換えれば、ＮＯｘ触媒４１全体の温度が触媒活
性領域内に移行しておらず、一部のみの温度が触媒活性
領域内に移行しているような場合であれ、活性化時刻以
降、各時刻において、ＮＯｘ触媒４１の発揮できる浄化
能力に応じた量の還元剤（燃料）を供給する。

【００５７】以下、後行程噴射量ＱＨＣの算出に関し、
ＥＣＵ８０によるその具体的な処理手順についてフロー
チャートを参照して説明する。図４は、燃料噴射制御の
一環として、個々の気筒について後行程噴射に供される
燃料（還元剤）の噴射量を算出するための「後行程噴射
量算出ルーチン」を示すフローチャートである。

【００５８】同ルーチンは、ＥＣＵ８０を通じてエンジ
ン１００の始動と同時にその実行が開始され、エンジン
１００の運転期間中、所定周期で繰り返し実行される。
同ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ８０は先ずステ
ップＳ１０１において、還元剤添加（後行程噴射）の要
求があるか否かを判断する。後行程噴射は、例えば以下
の条件（Ａ１）〜（Ａ３）が全て成立したときに行う。（Ａ１）ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収量が所定量を上回って
いること。ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ吸収量がその限界値
にある程度まで近づいたことを意味する。この吸収量
は、前回の後行程噴射の完了時からの経過時間や、排気
空燃比Ａ／Ｆ及び排気温度ＴｅｘＵ，ＴｅｘＬの履歴等
に基づいて推定すればよい。（Ａ２）エンジン回転数ＮＥ及びアクセルの踏み込み量
Ａｃｃの関係等からエンジン１００の運転状態が後行程
噴射に適していると判断される。これは、エンジン１０
０の運転状態が、後行程噴射を実行してもトルク変動等
の不具合が生じない領域にある条件にあたる。（Ａ３）排気温度ＴｅｘＵが予め設定される触媒活性領
域（例えば２００〜４００℃）にあること。

【００５９】すなわち、上記条件（Ａ１）〜（Ａ３）が
全て成立していれば、ＥＣＵ８０は「後行程噴射の要求
あり。」と判断し、その処理をステップＳ１０２に移行
する。一方、上記条件（Ａ１）〜（Ａ３）のうち何れか
１つでも成立していなければ、ＥＣＵ８０は「後行程噴
射の要求なし。」と判断し、本ルーチンを一旦抜ける。

【００６０】ステップＳ１０２においてＥＣＵ８０は、
要求噴射量ＱＨＣＤを算出する。要求噴射量ＱＨＣＤ
は、後行程噴射を通じて排気系４０に添加供給する還元
成分（ＨＣ）量の目標値であり、ＮＯｘ触媒４１を通過
する排気流量ＧexとＮＯｘ触媒４１上流における排気温
度ＴｅｘＵとに基づき、予め設定されたマップ等を参照
して求める。なお、ＮＯｘ触媒４１を通過する排気流量
Ｇexは吸気量Ｇａ等に基づいて推定する。

【００６１】図５は、要求噴射量、ＮＯｘ触媒４１を通
過する排気流量Ｇex、およびＮＯｘ触媒４１上流の排気
温度ＴｅｘＵについて、予め設定されるマップ上におけ
る関係を概略的に示す関係図である。なお、図中に示す
曲線Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4は、各々が要求噴射量ＱＨＣＤ
の等量線に相当する。ちなみに、等量線Ｌ1，Ｌ2，Ｌ
3，Ｌ4上の要求噴射量ＱＨＣＤ1，ＱＨＣＤ2，ＱＨＣＤ
3，ＱＨＣＤ4は、相互間で、ＱＨＣＤ1＞ＱＨＣＤ2＞Ｑ
ＨＣＤ3＞ＱＨＣＤ4なる関係を有する。

【００６２】同図５に示すように、ＮＯｘ触媒４１を通
過する排気流量Ｇexが大きくなるほど要求噴射量ＱＨＣ
Ｄは小さくなる傾向にマップを設定することで、ＮＯｘ
触媒４１の浄化効率が好適に保持されることが発明者に
よって確認されている。ＮＯｘ触媒４１を通過する排気
流量Ｇexが大きくなると、添加されたＨＣが排気中で広
範囲に分散し、より効率的にＮＯｘ触媒４１に作用する
ようになるためと考えられる。一方、ＮＯｘ触媒４１上
流の排気温度ＴｅｘＵが高くなるほど要求噴射量ＱＨＣ
Ｄは大きくなる傾向にマップを設定することで、ＮＯｘ
触媒４１の浄化効率が好適に保持されることが同じく発
明者によって確認されている。ＮＯｘ触媒４１が十分に
活性化している温度条件の下、同ＮＯｘ触媒４１に流入
する排気の温度（排気温度ＴｅｘＵ）が高くなると、Ｎ
Ｏｘ触媒４１に吸蔵された状態にあり、本来は、ＨＣ
（還元成分）存在下で同ＮＯｘ触媒４１から放出されつ
つＮ ₂に還元されるはずのＮＯｘが、Ｎ₂に還元されるこ
となくＮＯｘ触媒４１下流に流出する傾向が増大するた
めと考えられる。

【００６３】ステップＳ１０３においてＥＣＵ８０は、
現在、後行程噴射の実施に際して後行程噴射量の補正を
行っているか否か、言い換えると、現時点が徐変補正期
間（図２を参照）ＴＤであるか否かを判断する。そし
て、その判断が否定であれば処理をステップＳ１０４に
移行し、その判断が肯定であれば処理をステップＳ１０
５に移行する。なお、上記ステップＳ１０３での判断が
否定であるということは、「現時点が、先の図２のタイ
ムチャート上で、点Ａ（時刻ｔO）と一致しているこ
と」若しくは「現時点が、先の図２のタイムチャート上
で、点Ｃ（時刻ｔ2）以降の期間内にあること」の何れ
かを意味する。

【００６４】そこで、ステップＳ１０４においてＥＣＵ
８０は、「現時点が、先の図２のタイムチャート上にお
ける点Ａ（活性化時刻ｔA）と一致している」か否かを
判断し、その判断が肯定であれば、処理をステップＳ１
０６に移行する。

【００６５】ステップＳ１０６においては、徐変補正期
間ＴＤ中、後行程噴射の実施にあたり適用する後行程噴
射量ＱＨＣを決定づける時定数ＴＣを決定する（演算式
（ｉ）を参照）。時定数ＴＣは、上述の排気温度上昇率
ＴＶｃａおよび副噴射停止時間POSTOFFtimeに基づき、
予め設定されたマップ等を参照して決定する。

【００６６】図６は、時定数ＴＣ、排気上昇率ＴＶｃａ
および排気温度ＴｅｘＵについて、予め設定されるマッ
プ上における関係を概略的に示す関係図である。なお、
図中に示す曲線Ｌ11，Ｌ12，Ｌ13，Ｌ14は、各々が時定
数ＴＣの等量線に相当する。ちなみに、等量線Ｌ11，Ｌ
12，Ｌ13，Ｌ14上のＴＣ11，ＴＣ12，ＴＣ13，ＴＣ14
は、相互間で、ＴＣ11＞ＴＣ12＞ＴＣ13＞ＴＣ14なる関
係を有する。

【００６７】副噴射停止時間POSTOFFtimeが長くなるほ
どＮＯｘ触媒４１の床温も低くなることは上述した通り
である。また、排気温度上昇率ＴＶｃａが大きくなる
と、排気温度ＴｅｘＵの変化に対するＮＯｘ触媒４１の
温度分布の変化の追従性が低くくなるため、ＮＯｘ触媒
４１の温度の変化が排気温度ＴｅｘＵの変化よりも遅
れ、当該触媒各部位の温度は不均一となることも上述し
た通りである。

【００６８】同図６に示すように、本実施の形態にかか
るエンジン１００では、副噴射停止時間POSTOFFtimeが
長くなるほど、また、排気温度上昇率ＴＶｃａが大きく
なるほど、時定数ＴＣをより大きな値に設定する。時定
数ＴＣが大きくなると、後行程噴射量ＱＨＣが徐変され
要求噴射量ＱＨＣＤに近づく際の変化速度（変化率）は
小さくなる。この場合、徐変補正期間ＴＤ中、適宜の時
刻において採用される後行程噴射量ＱＨＣは、ＮＯｘ触
媒４１の床温が低い状態、ＮＯｘ触媒４１の温度の変化
が排気温度ＴｅｘＵの変化よりも遅れている状態、ＮＯ
ｘ触媒各部位の温度が不均一となっている状態と好適に
対応する。これと同様に、本実施の形態にかかるエンジ
ン１００では、副噴射停止時間POSTOFFtimeが短くなる
ほど、また、排気温度上昇率ＴＶｃａが小さくなるほ
ど、時定数ＴＣをより小さな値に設定する。時定数ＴＣ
が小さくなると、後行程噴射量ＱＨＣが徐変され要求噴
射量ＱＨＣＤに近づく際の変化速度（変化率）は大きく
なる。この場合、徐変補正期間ＴＤ中、適宜の時刻にお
いて採用される後行程噴射量ＱＨＣは、ＮＯｘ触媒４１
の床温が高い状態、ＮＯｘ触媒４１の温度の変化が排気
温度ＴｅｘＵの変化に好適に追従している状態、そして
ＮＯｘ触媒各部位の温度が一様に均一な状態に対応す
る。

【００６９】次に、ＥＣＵ８０は、以上のようにして求
めた時定数ＴＣを先の演算式（ｉ）に含まれる定数とし
て採用することにより、現時点（活性化時刻ｔ0）以
降、後行程噴射量ＱＨＣの辿ることになる推移曲線αを
時間軸上に想定する（図２参照）。

【００７０】この場合、次回以降のルーチンでは、ステ
ップＳ１０３において肯定（補正の実行期間中である
旨）の判断を行い、ステップＳ１０５に移行することと
なる。次回以降のルーチンにおいてステップＳ１０５で
は、今回のルーチンにおいて上記ステップＳ１０６で求
めた推移曲線α（若しくは当該曲線に近似する直線等）
上に存在する数値を徐変補正期間ＴＤ中の後行程噴射量
ＱＨＣとして採用するように、逐次、後行程噴射量ＱＨ
Ｃを徐変（補正）する。

【００７１】なお、先のステップＳ１０４における判断
が否定であった場合、すなわち、「現時点が、先の図２
のタイムチャート上で、点Ｃ（時刻ｔ2）以降の期間内
にある」と判断した場合、ＥＣＵ８０は、後行程噴射量
ＱＨＣとして要求噴射量ＱＨＣＤを適用する（ステップ
Ｓ１０７）。

【００７２】上記ステップＳ１０５，Ｓ１０６及びＳ１
０７のうち何れかにおける処理を実行した後、ＥＣＵ８
０は本ルーチンを一旦抜ける。上記処理手順に基づき、
本ルーチンでは、還元剤添加の要求に応じて実行される
後行程噴射に関し、エンジン１００の全気筒＃１〜＃４
に供給する総燃料量に相当する後行程噴射量ＱＨＣを算
出する。

【００７３】なお、ＥＣＵ８０は、ここで算出された後
行程噴射量を採用し、各気筒への後行程噴射を別途ルー
チン（図示略）に従い実行することとなる。各気筒への
後行程噴射によって供給する燃料量は、後行程噴射量Ｑ
ＨＣの４分の１の量に相当し、気筒＃１〜＃４全てに一
回ずつ後行程噴射が実行されることで、ＮＯｘ触媒４１
にとって、吸蔵されているＮＯｘの放出及び還元浄化
と、自身のＮＯｘ吸収能力の再生とに今回必要とされる
還元剤（燃料）の添加供給が完了する。

【００７４】ここで、従来の排気浄化装置では、ＮＯｘ
触媒内の特定部分の温度や、排気温度のようにＮＯｘ触
媒の床温を代表するパラメータが触媒活性領域に移行す
ればＮＯｘ触媒が活性化した状態にあるといった判断を
行い、周期的な後行程噴射を直ちに開始するのが一般的
であった。そして、こうした触媒活性領域への移行直後
における後行程噴射に際し、その移行時点（活性化時
刻）、或いはそれ以降推移していく触媒内の温度分布、
詳しくは温度分布に関する不均一さの度合いについて何
ら考慮することなく、当該触媒全体が活性化した状態に
ある場合の触媒能力（還元・浄化能力）に応じた後行程
噴射量を直ちに適用していた。

【００７５】このため、ＮＯｘ触媒全体のうち活性化し
ている領域が一部にすぎないような場合に、過剰な燃料
が後行程噴射を通じてＮＯｘ触媒に供給されてしまい、
結果として当該ＮＯｘ触媒を吹き抜けてしまうこととな
っていた。このような燃料の吹き抜けは、燃料（還元
剤）の浪費につながる他、外部に過剰なＨＣ成分を排出
してしまう結果を招いていた。

【００７６】この点、本実施の形態にかかるエンジン１
００の排気浄化装置では、排気温度Ｔｅｘが上昇して触
媒活性領域に移行した場合、各回の後行程噴射に適用す
る後行程噴射量ＱＨＣを徐々に増量して要求噴射量ＱＨ
ＣＤに近づける。さらに、そのような徐変増量を行うに
あたり、ＮＯｘ触媒４１の温度に関する初期条件（副噴
射噴射停止時間）POSTOFFtimeと、ＮＯｘ触媒４１が晒
される温度条件（排気温度上昇率）ＴＶｃａとに基づい
て各時刻における後行程噴射量ＱＨＣを逐次更新するの
で、活性化時刻におけるＮＯｘ触媒４１の温度分布の状
態、さらに、当該温度分布の状態のその後の変化に対応
して推移（増大）する、ＮＯｘ触媒４１の活性度合い
（触媒全体のうち活性化された部位の占める占有率）と
正確に対応する燃料（還元剤）を当該ＮＯｘ触媒４１に
供給することができるようになる。

【００７７】すなわち、ＮＯｘ触媒４１の温度条件を支
配するパラメータ（例えば排気温度ＴｅｘＵ）が変動す
る場合であれ、ＮＯｘ触媒４１が部分的にしか活性化し
ておらず、十分な浄化機能を発揮するには至っていない
状態から、ＮＯｘ触媒４１全体が隈無く活性化して、十
分な浄化機能を発揮するに至っている状態まで、当該Ｎ
Ｏｘ触媒４１の時々の状態に対応する必要量の燃料が、
後行程噴射を通じて的確に添加されるようになる。

【００７８】結果として、排気系４０を通じてＮＯｘ触
媒４１に導入された燃料が当該ＮＯｘ触媒４１を吹き抜
けることもなく、効率的に活用されるようになる。従っ
て、排気特性の向上が図られるとともに、燃料の消費量
も好適に節減されるようになる。

【００７９】なお、本実施の形態においては、活性化時
刻以降、一次遅れ要素を加味した変化態様（基本的に
は、演算式（ｉ）に従う変化態様）で後行程噴射量ＱＨ
Ｃが徐変増量されるように、当該後行程噴射量ＱＨＣの
推移曲線αを設定することとした。これに対し、活性化
時刻の直後に適用される後行程噴射量ＱＨＣの初期値
（例えば「０」）と、後行程程噴射量ＱＨＣが要求噴射
量ＱＨＣＤに至までの時間とを、副噴射停止時間POSTOF
Ftimeや排気温度上昇率ＴＶｃａ等に基づいて設定し、
要求噴射量ＱＨＣＤと同値に至るまで直線的に後行程噴
射量ＱＨＣを徐変増量させるようにしてもよい。さら
に、副噴射停止時間POSTOFFtimeや排気温度上昇率ＴＶ
ｃａ等に基づいて決定づけられる他の関数やマップ等に
基づいて、活性化時刻以降、後行程噴射量ＱＨＣを徐変
増量させるように制御を行うこととしても、本実施の形
態に準ずる効果を奏することはできる。

【００８０】また、副噴射停止時間POSTOFFtimeに替
え、排気温度ＴｅｘＵやＮＯｘ触媒４１の床温、排気流
量、若しくは機関負荷の履歴等、現在のＮＯｘ触媒４１
の床温を決定づける他のパラメータを、ＮＯｘ触媒４１
の温度に関する初期条件として適用してもよい。

【００８１】また、本実施の形態において、排気温度上
昇率ＴＶｃａの算出にあたり、ＮＯｘ触媒４１上流に設
けられた排気温センサ７４ａの出力信号を適用したの
は、ＮＯｘ触媒４１に流れ込む排気の熱が、当該ＮＯｘ
触媒４１の温度条件を過渡的に変動させる主たる外的要
因であると考えられるからである。ただし、排気温度上
昇率ＴＶｃａを、触媒ケーシング４２内に設ける温度セ
ンサ（当該触媒の入口近傍が好ましい）によって検出さ
れる温度の変化率、エンジン１００の各気筒に対し、主
噴射を通じて供給される燃料量の変化率等、ＮＯｘ触媒
４１の温度条件（特に当該触媒上流の温度条件）を過渡
的に変動させる他のパラメータから推定することとして
も、本実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。

【００８２】さらに、活性化時刻以降における後行程噴
射量ＱＨＣの変化態様を決定する上で、例えば、エンジ
ン回転数ＮＥの上昇率、アクセルの踏み込み量Ａｃｃ、
若しくは排気流量等、ＮＯｘ触媒４１に対するＨＣ成分
の吹き抜け易さを代表するような他のパラメータを加味
してもよい。

【００８３】また、本実施の形態においては、排気系４
０のＮＯｘ触媒４１上流における排気温度ＴｅｘＵに基
づき、ＮＯｘ触媒４１の温度が活性化領域に移行したか
否か（活性化時刻）を判断することとした。これに対
し、排気系４０のＮＯｘ触媒４１下流における排気温度
ＴｅｘＬ、或いは両部位における排気温度ＴｅｘＵ，Ｔ
ｅｘＬの平均等に基づき、ＮＯｘ触媒４１の温度が活性
化領域に移行したか否かを判断すること（活性化時刻を
判断すること）としてもよい。触媒ケーシング４２に温
度センサを直接取り付けることにより、ＮＯｘ触媒４１
の温度を直接観測し、この観測されるＮＯｘ触媒の温度
に基づいて、ＮＯｘ触媒４１の温度が活性化領域に移行
したか否かを判断すること（活性化時刻を判断するこ
と）としてもよい。

【００８４】さらに、機関負荷等、エンジン１００の運
転状態の履歴に基づいて、ＮＯｘ触媒４１の温度が活性
化領域に移行したか否かを判断すること（活性化時刻を
推定すること）としてもよい。（他の実施の形態）な
お、上記実施の形態において説明した制御構造、すなわ
ち後行程噴射算出手順と同等の制御手順を用いてＮＯｘ
触媒へ還元剤を供給する制御構造を、図１におけるエン
ジン１００とは異なる構成を有するエンジンシステムに
適用することもできる。

【００８５】図７に示すように、エンジン１００’は、
上記実施の形態にかかるエンジン１００の基本構成に、
気筒＃１の排気ポート４０ａに取り付けられた燃料添加
ノズル１７や、同燃料添加ノズル１７に燃料を移送する
添加燃料通路Ｐ２等を付加したディーゼルエンジンシス
テムである。

【００８６】エンジン１００’において、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を介して燃料添加ノズル（還元剤噴射ノズ
ル）１７に供給する。添加燃料通路Ｐ２の通路途中に
は、サプライポンプ１１から燃料添加ノズル１７に向か
って遮断弁１４及び調量弁１６が順次配設されている。
遮断弁１４は、緊急時において添加燃料通路Ｐ２を遮断
し、燃料供給を停止する。調量弁１６は、燃料添加ノズ
ル１７に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。燃料
添加ノズル１７は所定圧以上の燃圧（例えば０．２ＭＰ
ａ）が付与されると開弁し、排気系４０（排気ポート４
０ａ）内に燃料を噴射供給する機械式の開閉弁である。
すなわち調量弁１６により燃料添加ノズル１７上流の燃
圧が制御されることにより、所望の燃料が適宜のタイミ
ングで燃料添加ノズル１７より噴射供給（添加）され
る。

【００８７】このように構成されたエンジン１００’で
は、燃料添加ノズル１７を通じて排気系４０のＮＯｘ触
媒４１上流に添加される燃料の添加量や添加タイミング
がＥＣＵ８０を通じて制御されることにより、ＮＯｘ触
媒４１に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分が調整
される。

【００８８】当該他の実施の形態においては、排気系４
０に設けられたＮＯｘ触媒４１、ＮＯｘ触媒４１に導入
される排気中の成分を調整する燃料添加装置１０ａ、さ
らに燃料添加装置１０ａに燃料を圧送供給する燃料供給
系１０等が、ＥＣＵ８０と併せて、エンジン１００’の
排気浄化装置としての機能を担う。

【００８９】すなわち、エンジン１００’のＥＣＵ８０
は、燃料添加装置１０ａを通じ、適宜のタイミングで気
筒＃１の排気ポート４０ａ内に燃料を噴射供給すること
で、各気筒への後行程噴射と同様に、排気中へ還元成分
（ＨＣ）を添加する制御を実施する。

【００９０】具体的な制御手順に関しては、上記実施の
形態において説明した「後行程噴射量算出ルーチン」
（図４参照）とほぼ同様の処理手順に従い、燃料添加装
置１０ａを通じた排気ポート４０ａへの燃料噴射に供さ
れる燃料量（後行程噴射量に相当）を算出し、調量弁１
６の開閉弁制御を通じて定量的に燃料噴射を実施する。

【００９１】なお、燃料添加装置１０ａを適用する燃料
添加の実施態様では、還元剤添加の要求が有るか否かの
判断（図４中のステップＳ１０１を参照）に関し、還元
剤添加に伴うトルク変動等を生じさせないといった観点
から設定される実施条件は、後行程噴射よりも緩和され
ることとなる。

【００９２】また、燃料添加装置１０ａを適用する燃料
添加の実施態様では、１回の燃料噴射で添加することの
できる燃料量が比較的多いため、必要量（後行程噴射量
ＱＨＣ）の燃料を気筒＃１〜＃４に分割して供給しなく
とも、１回の燃料噴射によってＮＯｘ触媒４１に供給す
ることのできる場合も多い。

【００９３】当該他の実施の形態によっても、排気系４
０下流のＮＯｘ触媒４１にとって、所望量の還元剤（排
気中の還元成分）が有効に、且つ安定して作用するよう
になり、結果として、同ＮＯｘ触媒４１に、安定した浄
化機能が保証されるようになる。

【００９４】なお、上記他の実施の形態において、ＮＯ
ｘ触媒４１への還元成分（ＨＣ）の供給にあたり、燃料
添加装置１０ａによる排気ポート４０ａへの燃料噴射
と、各気筒＃１〜＃４内での後行程噴射とを併用しても
よい。後行程噴射の実施により、間接的に排気中へ還元
成分（ＨＣ）を供給する態様では、当該後行程噴射によ
り気筒内に噴射された燃料が高温条件に晒されて軽質化
し、ＮＯｘ触媒４１に対してより有効に作用するが、エ
ンジンの運転状態（トルクや出力）に影響を及ぼしやす
い傾向があるため、エンジンの運転状態が比較的安定し
ているとき（或いは運転領域）において適用されるのが
好ましい。一方、燃料添加装置１０ａによるように、排
気系４０におけるＮＯｘ触媒４１上流に直接還元成分
（ＨＣ）を添加供給する態様では、当該添加供給による
エンジンの運転状態への影響は小さく、１回の添加で大
量の還元成分（ＨＣ）をＮＯｘ触媒４１に供給すること
ができ、それが適用可能な運転領域も広い。そこで、後
行程噴射と、燃料添加装置とを通じた還元成分の供給
を、各々の特性に応じて適宜使い分けるように制御ロジ
ックを構成し、両者について、ＥＧＲ回り込みガス及び
浄化寄与ガスの分配比が反映される還元剤噴射量の算出
方法（制御手順）を適用することとしてもよい。

【００９５】また、上記他の実施の形態における燃料添
加装置１０ａのように、内燃機関の排気系に還元剤を直
接添加する装置構成を適用する場合、還元剤としてディ
ーゼルエンジンの燃料（軽油）を適用する他、ガス中の
還元成分としてＮＯｘを還元する機能を有するものであ
れば、他の還元剤、例えばガソリン、灯油等を用いても
構わない。

【００９６】また、上記他の実施の形態においては、燃
料タンクからコモンレール１２へ燃料を供給するサプラ
イポンプ１１を用いて、サプライポンプ１１の汲み上げ
た燃料の一部を排気系４０内に添加供給する装置構成を
適用することとした。しかし、こうした装置構成に限ら
ず、例えば添加燃料を燃料タンク、或いは他の燃料（還
元剤）供給源から供給する独立した供給系を備える装置
構成を適用してもよい。

【００９７】また、上記他の実施の形態において、燃料
の排気系への添加にあたり、添加燃料通路Ｐ２を介して
供給される燃料の圧力を調量弁１６によって制御し、そ
の圧力制御によって燃料添加ノズル１７の開閉弁動作を
制御する構成を適用している。これに対し、例えば燃料
噴射弁１３のように、ＥＣＵ８０による通電を通じて直
接開閉弁動作を制御される電磁弁等を燃料添加を行う噴
射弁として適用してもよい。

【００９８】また、上記各実施の形態においては、本発
明の排気浄化装置を内燃機関としての直列４気筒のディ
ーゼルエンジンに適用することとしたが、希薄燃焼を行
うガソリンエンジンにも好適に本発明を適用することが
できる。また、直列４気筒の内燃機関に限らず、搭載気
筒数の異なる内燃機関にも本発明を適用することはでき
る。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれ
ば、、排気系を通じてＮＯｘ触媒に導入された還元剤が
当該ＮＯｘ触媒を吹き抜けることもなく、効率的に活用
されるようになる。従って、排気特性の向上が図られる
とともに、還元剤の消費量も好適に節減されるようにな
る。

【０１００】また、ＮＯｘ触媒の温度の低下量と有意に
相関するパラメータに基づき、当該ＮＯｘ触媒の温度に
関し精度の高い初期条件が設定され、当該ＮＯｘを吹き
抜けることなく効率的に活用される還元剤の量が正確に
求められるようになる。

【０１０１】また、ＮＯｘ触媒が部分的にしか活性化し
ておらず、十分な浄化機能を発揮するには至っていない
状態から、ＮＯｘ触媒全体が隈無く活性化して、十分な
浄化機能を発揮するに至っている状態まで、当該ＮＯｘ
触媒の時々の状態に対応する還元剤の量が、各時刻にお
いて一層正確に算出されるようになる。

【０１０２】従って、ＮＯｘ触媒内の温度分布の変動の
影響を受けることなく必要量の還元剤が的確に添加さ
れ、もって排気特性を好適な状態に保持することができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態にかかるディーゼルエン
ジンシステムを示す概略構成図。

【図２】同実施の形態において、排気温度が上昇して触
媒活性領域に移行した場合に、各回の後行程噴射に採用
される後行程噴射量の推移態様を示すタイムチャート

【図３】活性化時刻近傍における排気温度の推移態様の
一例を示すタイムチャート

【図４】本発明の一実施の形態における後行程噴射量算
出手順を示すフローチャート。

【図５】要求噴射量、触媒を通過する排気流量、及び触
媒上流の排気温度について、マップ上における相互間の
関係を示す関係図。

【図６】気筒別排気寄与率、排気温度変化率、及び副噴
射停止時間について、マップ上における相互間の関係を
示す関係図。

【図７】本発明の他の実施の形態にかかるディーゼルエ
ンジンシステムを示す概略構成図。

【図８】排気系にＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の搭載車
両について、車速、排気系のＮＯｘ触媒下流に吹き抜け
るＨＣ成分の量、及び排気温度の推移態様を同一時間軸
上に示すタイムチャート。

【符号の説明】

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遮断弁１６調量弁１７燃料添加ノズル２０燃焼室３０吸気系３１インタークーラ３２スロットル弁４０排気系４１吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（還元触媒）４２触媒ケーシング５０ターボチャージャ５１シャフト５２排気側タービンホイール５３吸気側タービンホイール６０ＥＧＲ通路６１ＥＧＲ弁６２ＥＧＲクーラ７０レール圧センサ７１燃圧センサ７２エアフロメータ７３空燃比センサ７４ａ，７４ｂ排気温センサ７５アクセル開度センサ７６クランク角センサ８０電子制御装置（ＥＣＵ；可否判断手段、目標値決
定手段、温度観測手段、初期条件設定手段、補正手段等
を構成）８１中央処理装置（ＣＰＵ）８２読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８６外部入力回路８７外部出力回路８８双方向性バス１００エンジン（内燃機関）Ｐ１機関燃料通路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｎ 3/36 Ｆ０１Ｎ 3/36 ＲＦ０２Ｄ 41/04 ３８０Ｆ０２Ｄ 41/04 ３８０Ｍ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２ＺＦターム(参考） 3G084 BA11 BA13 BA15 DA10 EA11 EB22 EC01 EC03 FA00 FA07 FA10 FA27 FA29 FA38 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AB06 AB09 BA14 CA18 CB02 CB03 DB09 DB10 DC03 EA00 EA01 EA05 EA07 EA08 EA09 EA17 EA34 GB02W GB03W GB04W GB05W GB10X GB17X HA37 3G301 HA02 HA04 HA06 HA11 HA13 JA00 JA25 LB11 MA11 MA27 PA01Z PA11Z PB03A PB03Z PB05A PB05Z PB08Z PD02Z PD11Z PE01Z PE03Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気系に設けられ、当該排気
系を通じて導入される排気中の窒素酸化物を還元成分の
存在下で浄化するＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気中に還元剤を供給する
還元剤供給手段と、少なくとも前記ＮＯｘ触媒の温度に関する事項が含まれ
る当該内燃機関の運転状態に基づいて、前記還元剤供給
手段による還元剤の供給が可能であるか否かを判断する
可否判断手段と、前記還元剤供給手段による還元剤の供給量の目標値を決
定する目標値決定手段と、前記排気系の前記ＮＯｘ触媒上流における温度を観測す
る温度観測手段と、前記還元剤の供給に際し、前記ＮＯ
ｘ触媒の温度に関する初期条件を設定する初期条件設定
手段と、前記還元剤の供給が可能であると判断された場合、その
判断時に観測された前記ＮＯｘ触媒上流の温度の変化率
と、前記設定される初期条件とに基づいて決定される変
更率に従い、前記還元剤供給手段による還元剤の供給量
が目標値に達するまで、当該還元剤の供給量を逐次補正
する補正手段とを有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】前記初期条件設定手段は、前記還元剤の
前回の供給完了時から今回の供給開始時に至る当該還元
剤の供給停止時間に基づいて前記初期条件の設定を行う
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】前記補正手段は、前記還元剤の供給停止
時間が長いほど、また、前記観測される温度の変化率が
大きいほど、前記変更率を小さく設定することを特徴と
する請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。