JP2008261266A

JP2008261266A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2008261266A
Application number: JP2007103789A
Authority: JP
Inventors: Jen Shin Chang; ジェン・シン・チャング; Masaru Kakihana; 大垣花; Hiroto Hirata; 裕人平田; Masaya Ibe; 将也井部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-04-11
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2008-10-30

Abstract

【課題】添加燃料量及び燃料への印加エネルギ量を低減しつつ、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを確実に放出させる。
【解決手段】機関排気通路内に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒２４のＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには、燃料添加装置３１から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにする。燃料添加装置３１は燃料に電圧を印加しながら燃料を添加できるようになっている。ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときにはまず直流印加添加を行い、このときの添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されていないと判断されかつ排出燃料量が許容上限よりも多いと判断されたときには、燃料への印加エネルギ量を増大させて直流印加添加を行う。このときの添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されていないと判断されたときには、重畳印加添加に切り換える。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である（例えば特許文献１参照）。

このようにＮＯｘ吸収剤に燃料を添加する場合、燃料を有効利用するのが好ましく、そのための手段として添加燃料の微粒化が知られている。

一方、毛細管に電圧を印加しながら液体をこの毛細管内を流通させ、それにより液体に電圧を印加しながら噴射する電気流体力学（ＥＨＤ）噴射が公知である（例えば特許文献２参照）。この特許文献２では液体に直流電圧が印加される。その結果、液体が同一極性に帯電されこのとき液体に生ずる電気的反発力でもって噴射液滴が微粒化される。

特開平０６−１２９２３８号公報特開２００１−１７０５１４号公報

そうすると、燃料を上述したようなＥＨＤ噴射によってＮＯｘ吸収剤に添加すれば、添加燃料の微粒化を促進できるので、添加燃料をＮＯｘ放出作用のために有効利用できると考えられる。

ところが、例えばＮＯｘ吸収剤の劣化しているときには、ただ単にＥＨＤ噴射のような微粒化作用を行っても、ＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘを放出するのが困難になる。そこで、ＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘ放出作用を促進する手段が必要となる。そのための手段としては、例えば添加燃料量の増大補正や燃料への印加エネルギ量の増大補正が考えられる。

しかしながら、添加燃料量又は印加エネルギ量を増大補正すると、燃料消費量又はエネルギ消費量が増大する。しかも、添加燃料量を増大補正する場合には、ＮＯｘ吸収剤から排出される燃料（炭化水素）量も増大するおそれがある。したがって、ＮＯｘ放出作用の促進作用を実行するか停止するかを正確に判断する必要があるのである。

ところで、燃料を改質例えば軽質化することも、燃料の反応性が高められるので、ＮＯｘ放出作用の促進のために効果的である。しかしながら、上述のように直流電圧を印加するＥＨＤ噴射では、噴射燃料の微粒化を促進することができるけれども、燃料の改質を行うことができない。すなわち、燃料の微粒化及び改質作用を同時に行うことができないのである。

そこで、燃料の微粒化及び改質作用を同時に行うことができる新たな添加手段が必要となる。しかしながら、この新たな添加手段についても、燃料の微粒化及び改質作用を実行するか停止するかの判断基準が必要である。

本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料がＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘ放出作用のために有効利用されたか否かを判断する第１の判断手段と、燃料添加装置から燃料が添加されたときにＮＯｘ吸収剤から排出される燃料量である排出燃料量があらかじめ定められた許容上限よりも多いか否かを判断する第２の判断手段とを具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を添加する直流印加添加を行い、このときの添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されていないと判断されかつ排出燃料量が許容上限よりも多いと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料への印加エネルギ量を増大させて直流印加添加を行い、燃料への印加エネルギ量を増大させて直流印加添加を行ったときの添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を添加する重畳印加添加に切り換えるようにしている。

また、本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料がＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘ放出作用のために有効利用されたか否かを判断する第１の判断手段と、燃料添加装置から燃料が添加されたときにＮＯｘ吸収剤から排出される燃料量である排出燃料量があらかじめ定められた許容上限よりも多いか否かを判断する第２の判断手段とを具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を添加する直流印加添加を行い、このときの添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されていないと判断されかつ排出燃料量が許容上限よりも多いと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を添加する重畳印加添加に切り換えるようにしている。

また、本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料がＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘ放出作用のために有効利用されたか否かを判断する第１の判断手段と、燃料添加装置から燃料が添加されたときにＮＯｘ吸収剤から排出される燃料量である排出燃料量があらかじめ定められた許容上限よりも多いか否かを判断する第２の判断手段とを具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を添加する重畳印加添加を行い、このときの添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されていないと判断されかつ排出燃料量が許容上限よりも多いと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料への印加エネルギ量を増大させて重畳印加添加を行うようにしている。

添加燃料量及び燃料への印加エネルギ量を低減しつつ、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを確実に放出させることができる。

図１は圧縮着火式内燃機関に本発明を適用した場合を示している。当然、火花点火式内燃機関にも本発明を適用できる。

図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には電子制御式スロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気後処理装置２０に連結される。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１４内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１５を介してコモンレール１６に連結され、このコモンレール１６は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７を介して燃料タンク１８に連結される。燃料タンク１８内の燃料例えば軽油は燃料ポンプ１７によりコモンレール１６内に供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。

排気後処理装置２０は排気タービン７ｂの出口に連結された排気管２１と、排気管２１に連結された触媒コンバータ２２と、触媒コンバータ２２に連結された排気管２３とを具備する。触媒コンバータ２２内にはＮＯｘ吸蔵還元触媒２４が配置される。また、排気管２３には触媒コンバータ２２から排出された排気ガスの温度を検出するための温度センサ２５と、触媒コンバータ２２から排出された排気ガス中のＮＯｘ濃度である排出ＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ２６と、触媒コンバータ２２から排出された排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２７とが配置される。触媒コンバータ２２から排出された排気ガスの温度はＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の温度を表している。また、触媒コンバータ２２から排出された排気ガスの空燃比はＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から排出された排気ガス中の燃料（炭化水素）濃度である排出燃料濃度を表している。

更に、排気管２１には燃料添加装置３１が取り付けられる。燃料添加装置３１は図１及び図２に示されるように、燃料添加ノズルないしＥＨＤアトマイザ３２を具備する。このＥＨＤアトマイザ３２はセラミックのような絶縁性材料からなる筒体３３と、筒体３３の先端に取り付けられた、金属のような導電性材料からなる燃料添加管３４とを具備する。本発明による実施例では燃料添加管３４は細管ないしキャピラリから構成される。筒体３３は燃料導入管３５を介して燃料タンク１８に連結され、燃料導入管３５内には電子制御式の燃料ポンプ３７が配置される。一方、細管３４には電圧印加装置３８が電気的に接続される。なお、筒体３３は帯電しないように接地される。

本発明による実施例では、ＥＨＤアトマイザ３２から排気管２１内に添加すべきときに燃料ポンプ３７が作動され、燃料ポンプ３７から吐出された量だけ燃料がＥＨＤアトマイザ３２から排気管２１内に添加される。また、電圧印加装置３８はパルス電源及び直流電源を具備しており、パルス電圧及び直流電圧の一方又は双方を燃料に印加できるようになっている。なお、燃料添加装置３１を排気マニホルド５に取り付けることもできる。

このように本発明による実施例ではＥＨＤアトマイザ３２が燃料タンク１８に連結され、したがってＥＨＤアトマイザ３２から排気管２１には燃料すなわち軽油が添加される。しかしながら、ＥＨＤアトマイザ３２を燃料タンク１８とは別のタンクに連結し、ＥＨＤアトマイザ３２から例えばガソリン、アルコールのような液体炭化水素を添加するようにすることもできる。

電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５及び出力ポート５６を具備する。エアフローメータ８、温度センサ２５、ＮＯｘセンサ２６、及び空燃比センサ２７の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。また、アクセルペダル５９にはアクセルペダル５９の踏み込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ６０が接続され、負荷センサ６０の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に入力ポート５５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ６１が接続される。ＣＰＵ５４ではクランク角センサ６１からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出される。一方、出力ポート５６は対応する駆動回路５８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０駆動装置、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７，３７、及び電圧印加装置３８に接続される。

燃料添加装置３１から燃料を添加すべきときには燃料ポンプ３７が作動され、燃料タンク１８内の燃料が燃料導入管３５を介しＥＨＤアトマイザ３２の筒体３３内に供給される。この燃料は次いで細管３４内を流通して細管３４の先端から噴射される。このとき電圧印加装置３８により細管３４に電圧を印加すれば、燃料に電圧を印加しながら燃料を噴射するＥＨＤ噴射を行うことができる。

この場合、燃料への電圧印加は種々のパターンで行うことができる。すなわち、図３（Ａ）に示される例では、時期Ｘから時期Ｙまでの燃料添加期間において燃料添加が行われ、この燃料添加期間中に燃料にパルス電圧Ｖｐが繰り返し印加される。すなわち、印加電圧Ｖが一定周期でパルス電圧Ｖｐ（＜０）とされると共に、わずかばかりの電圧保持時間Δｔだけパルス電圧Ｖｐに保持される。

このように燃料にパルス電圧を印加すると、燃料の改質作用と微粒化作用とを同時に得ることができることが本願発明者によって確認されている。

この場合の燃料の改質及び微粒化メカニズムについては不明な点もあるが、おおよそ次のように考えられている。すなわち、燃料にパルス電圧Ｖｐを印加すると、印加電圧ＶはゼロからＶｐまで変化し、このとき燃料中を流れる電流ないし電子によって燃料（炭化水素）分子の化学結合が切断される。その結果、例えば直鎖状炭化水素を構成する炭素分子数が少なくなり、多重結合が一重結合になり、環状炭化水素が開環され、又は水素が発生し、斯くして燃料が改質される。一方、印加電圧Ｖがパルス電圧Ｖｐに保持されている電圧保持時間Δｔ中には、燃料に直流電圧を印加した場合と同様に、燃料が同一極性に帯電され、燃料に生ずる電気的反発力でもって燃料液滴が微粒化される。このようにして、燃料にエネルギが注入され、燃料の改質作用及び微粒化作用を同時に得ることができるのである。

これに対し、図３（Ｂ）に示される例では、燃料添加期間中に燃料にパルス電圧Ｖｐ（＜０）と直流電圧Ｖｄ（＜０）とが重畳的に印加される。

上述の燃料改質及び微粒化メカニズムによれば、燃料に電圧を定常的に印加すると、燃料が帯電されて燃料の微粒化作用が促進される。したがって、燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加すると、パルス印加添加の場合に比べて、燃料に電圧が定常的に印加される時間が長くなるので、燃料の帯電量が大きくなって燃料に生ずる電気的反発力が大きくなり、斯くして燃料の微粒化が更に促進される。

また、直流電圧Ｖｄにパルス電圧Ｖｐを重畳的に印加すると、印加電圧のピーク値はＶｐ＋Ｖｄとなり、パルス電圧（Ｖｐ＋Ｖｄ）のみを印加した場合と同程度のエネルギが燃料に注入されることになる。したがって、パルス電圧Ｖｐを単独で印加するよりも、燃料の改質作用を更に促進することができる。

図３（Ｃ）に示される例では、燃料添加期間中に燃料に直流電圧Ｖｄ（＜０）のみが印加される。このようにすると、燃料の微粒化を促進することができる。ただし、燃料の改質作用はほとんど期待できない。更に、図３（Ｄ）に示される例では、燃料添加期間中に燃料に電圧が印加されない。

以下では、図３（Ａ）に示されるように燃料にパルス電圧のみを印加しながら燃料を添加する燃料添加形態をパルス印加添加と称し、図３（Ｂ）に示されるように燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら燃料を添加する燃料添加形態を重畳印加添加と称する。また、図３（Ｃ）に示されるように燃料に直流電圧Ｖｄのみを印加しながら燃料を添加する燃料添加形態を直流印加添加と称し、図３（Ｄ）に示されるように燃料に電圧を印加することなく燃料を添加する燃料添加形態を無印加添加と称することにする。

燃料の改質作用又は微粒化作用を行うと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に反応性の高い燃料を供給することができ、斯くしてＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能を向上させることができる。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４内で消費される燃料が増大するので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から流出する燃料を低減することもできる。このように、排気浄化作用のために添加燃料を有効利用することができる。そうすると、添加燃料の有効利用という点から考えれば、直流印加添加のほうが無印加添加よりも好ましく、重畳印加添加のほうが直流印加添加よりも好ましいということになる。しかしながら、燃料への印加エネルギ量のことを考えると、直流印加添加のほうが重畳印加添加よりも好ましく、無印加添加のほうが直流印加添加よりも好ましい。

ここで、燃料への印加エネルギ量について説明しておく。直流印加添加の場合、印加エネルギ量は印加電圧（Ｖｄ）及び印加電流の積で表され、したがって印加電圧及び印加電流に依存する。また、パルス印加添加の場合には印加電圧（Ｖｐ）、印加電流及び印加回数（パルス周波数）に依存し、重畳印加添加の場合には印加電圧（Ｖｐ，Ｖｄ）、印加電流及び印加回数に依存する。したがって、例えば重畳印加添加の場合には、印加電圧、印加電流及び印加回数のうち少なくとも１つを増大させることによって燃料への印加エネルギ量を増大させることができる。

一方、本発明による実施例ではＮＯｘ吸蔵還元触媒２４はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図４（Ａ）及び（Ｂ）はこの触媒担体６５の表面部分の断面を図解的に示している。図４（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように触媒担体６５の表面上には貴金属触媒６６が分散して担持されており、更に触媒担体６５の表面上にはＮＯｘ吸収剤６７の層が形成されている。また、本発明による実施例では貴金属触媒６６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤６７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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のような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。なお、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ上にＮＯｘ吸蔵還元触媒２４を担持させるようにしてもよい。

機関吸気通路、燃焼室２及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２４上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤６７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。

すなわち、ＮＯｘ吸収剤６７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図４（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ６６上において酸化されてＮＯ_２となり、次いでＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ_３と結合しながら硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でＮＯｘ吸収剤６７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ６６の表面でＮＯ_２が生成され、ＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２がＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。

これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして図４（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸収剤６７内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯｘ吸収剤６７から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。

図１に示される内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が継続されており、ＥＨＤアトマイザ３２から燃料が添加されない限りＮＯｘ吸収剤６７内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持され、このとき排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯｘ吸収剤６７によりＮＯｘを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による第１実施例ではＮＯｘ吸収剤６７の吸収能力が飽和する前にＥＨＤアトマイザ３２から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出させるようにしている。

ＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されたＮＯｘ量が多くなると、ＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が低下し、ＮＯｘ吸収剤６７から排出された排気ガス中のＮＯｘ濃度である排出ＮＯｘ濃度が高くなる。そこで本発明による実施例では、ＮＯｘセンサ２６によりこの排出ＮＯｘ濃度を検出し、排出ＮＯｘ濃度が上限値に達したときにＮＯｘ吸収剤６７内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるようにしている。

すなわち、図５にＸで示されるように、排出ＮＯｘ濃度ＣＮが上限値ＣＮＬを越える毎に燃料添加装置３１から燃料が排気管２１内に添加され、それによりＮＯｘ吸収剤６７内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り換えられる。その結果、ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘが放出され還元される。

本発明による実施例の燃料添加装置３１は上述したように、種々の燃料添加形態でもって燃料を添加することができる。次に、本発明による実施例における燃料添加方法を、まず概略的に説明する。

本発明による実施例では、ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出させるべきときに、まず基本添加形態でもって燃料添加が行われる。次いで、基本添加形態による添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されたか否かが判断される。添加燃料が有効利用されていると判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出すべきときに基本添加形態による添加燃料が再度実行される。これに対し、添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、基本添加形態による燃料添加が行われたときの排出燃料量が許容上限よりも多いか否かが判断される。排出燃料量が許容上限よりも少ないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出すべきときに添加燃料量を増大補正して基本添加形態が行われる。一方、排出燃料量が許容上限よりも多いと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出すべきときに燃料への印加エネルギ量を増大補正して基本添加形態が行われ、又は基本添加形態とは異なる燃料添加形態に切り換えられる。

すなわち、基本添加形態による添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されていないときには、排出燃料量が許容上限を越えない限り、添加燃料量の増大補正が行われる。したがって、燃料への印加エネルギ量の増大を抑制しつつ、ＮＯｘ放出作用を促進することができる。一方、排出燃料量が許容上限を越えているときには、添加燃料量の増大補正が禁止され、燃料への印加エネルギ量が増大補正されるか又は基本添加形態とは異なる燃料添加形態に切り換えられる。したがって、添加燃料の消費量及び排出燃料量の増大を抑制しつつ、ＮＯｘ放出作用を促進することができる。これが本発明の基本となる考え方である。

次に、基本添加形態について説明する。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４ないしＮＯｘ吸収剤６７の温度すなわち触媒温度Ｔｃが低いときには高いときに比べて、燃料の反応性が低くなっており、したがって添加燃料の反応性を高める必要がある。一方、これまでの説明からわかるように、燃料の改質及び微粒化作用の程度すなわち燃料の反応性は燃料添加装置３１の燃料添加形態に応じて異なる。

そこで本発明による実施例では、基本添加形態を触媒温度Ｔｃに応じて選択的に切り換えるようにしている。具体的には、図６に示されるように触媒温度Ｔｃが第１の切換温度Ｔ１よりも低いときには基本添加形態が重畳印加添加に設定され、触媒温度Ｔｃが第１の切換温度Ｔ１よりも高く第２の切換温度Ｔ２（＞Ｔ１）よりも低いときには基本添加形態が直流印加添加に設定され、触媒温度Ｔｃが第２の切換温度Ｔ２よりも高いときには基本添加形態が無印加添加に設定される。

ここで、ＴＬは重畳印加添加を行ったときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が許容下限となる温度を、Ｔ１は直流印加噴射を行ったときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が許容下限となる温度を、Ｔ２は無印加噴射を行ったときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が許容下限となる温度を、それぞれ表している。

また、本発明による実施例では、図６に示されるように、触媒温度Ｔｃが許容下限温度ＴＬよりも低いときには、燃料添加装置３１からの燃料添加を禁止し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しながら触媒温度Ｔｃを上昇させる昇温制御を行うようにしている。触媒温度Ｔｃが許容下限温度ＴＬよりも低いときには、燃料添加装置３１からＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に燃料を添加しても、燃料がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４でほとんど消費されることなくＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から排出されるおそれがあるからである。昇温制御は例えば燃料噴射弁３からの燃料噴射量を増大させてＮＯｘ吸蔵還元触媒２４内に流入する排気ガスの温度を上昇させることにより行うことができる。

このようにすると、燃料への印加エネルギ量を低減しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に添加された燃料をＮＯｘ放出のために有効に利用することができる。

基本添加形態でもって燃料添加が行われる場合の添加燃料量及び燃料への印加エネルギ量は、流出燃料量が許容上限を越えないようにしつつＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘが確実に放出されるように、例えばＮＯｘ吸収剤６７内を流通する排気ガスの量や空燃比といった触媒状態量に応じて定められる。したがって、基本添加形態でもって燃料添加を行えば、通常は、ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘが確実に放出され、このとき流出燃料量が許容上限を越えることはない。

ところが、例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒２４ないしＮＯｘ吸収剤６７が劣化したときには、触媒温度Ｔｃに応じた基本添加形態でもって燃料添加を行っても、添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されず、したがってＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを確実に放出させることができないおそれがある。温度センサ２５が触媒温度Ｔｃを誤検出した場合や、燃料添加装置３１からの添加燃料量が正規の量よりも少ない場合も同様のことが生じうる。

そこで本発明による実施例では、基本添加形態による添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されたか否かを判断し、基本添加形態による添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、添加燃料の利用促進作用を行うようにしている。

次に、図７を参照しながら、本発明による実施例の添加燃料の利用促進作用について説明する。

図７（Ａ）は基本添加形態が重畳印加添加に設定された場合を示している。この場合、ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出させるべきときには、図７（Ａ）にＳ１で示されるように、まず重畳印加添加が行われる。次いで、重畳印加添加による添加燃料が有効利用されているか否かが判断され、添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、重畳印加添加が行われたときの排出燃料量が許容上限よりも多いか否かが判断される。この排出燃料量が許容上限よりも少ないときには、添加燃料がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４ないしＮＯｘ吸収剤６７内で例えば酸素により消費され、十分なＮＯｘ放出作用のための添加燃料量が不足していると考えられる。そこで、この場合には図７（Ａ）にＳ２で示されるように、添加燃料量を増大補正して重畳印加添加が行われる。

次いで、添加燃料量を増大補正した重畳印加添加による添加燃料が有効利用されているか否かが判断され、添加燃料が有効利用されていると判断されたときには、基本添加形態、すなわち添加燃料の増量補正がない重畳印加添加（Ｓ１）に戻される。これに対し、添加燃料量を増大補正した重畳印加添加による添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、添加燃料量を増大補正して重畳印加添加が行われたときの排出燃料量が許容上限よりも多いか否かが判断される。排出燃料量が許容上限よりも少ないときには、添加燃料を更に増量補正して重畳添加印加が行われる（Ｓ２）。このような添加燃料量の増量補正は排出燃料量が許容上限よりも多くなるまで繰り返される。これに対し、排出燃料量が許容上限よりも多いときには、添加燃料の反応性が低いと考えられる。そこで、この場合には、図７（Ａ）にＳ３で示されるように燃料への印加エネルギ量を増大補正して重畳印加添加が行われる。基本添加形態（Ｓ１）でもって燃料添加が行われたときの排出燃料量が許容上限よりも多いときにも同様に、印加エネルギ量を増大補正して重畳印加添加が行われる（Ｓ３）。

次いで、印加エネルギ量を増大補正した重畳印加添加による添加燃料が有効利用されているか否かが判断され、添加燃料が有効利用されていると判断されたときには、基本添加形態（Ｓ１）に戻される。これに対し、印加エネルギ量を増大補正した重畳印加添加による添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、印加エネルギ量を更に増大補正して重畳印加添加が行われる（Ｓ３）。このような印加エネルギ量の増量補正は印加エネルギ量を増大補正した重畳印加添加による添加燃料が有効利用されていると判断されるまで繰り返される。

一方、図７（Ｂ）は基本添加形態が直流印加添加に設定された場合を示している。この場合、ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出させるべきときには、図７（Ｂ）にＤ１で示されるように、まず直流印加添加が行われる。次いで、直流印加添加による添加燃料が有効利用されているか否かが判断され、添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、直流印加添加が行われたときの排出燃料量が許容上限よりも多いか否かが判断される。この排出燃料量が許容上限よりも少ないときには、十分なＮＯｘ放出作用のための添加燃料量が不足していると考えられるので、図７（Ｂ）にＤ２で示されるように、添加燃料量を増大補正して直流印加添加が行われる。

次いで、添加燃料量を増大補正した直流印加添加による添加燃料が有効利用されているか否かが判断され、添加燃料が有効利用されていると判断されたときには、添加燃料の増量補正がない直流印加添加（Ｄ１）に戻される。これに対し、添加燃料量を増大補正した直流印加添加による添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、添加燃料量を増大補正して直流印加添加が行われたときの排出燃料量が許容上限よりも多いか否かが判断される。排出燃料量が許容上限よりも少ないときには、添加燃料を更に増量補正して直流添加印加が行われる（Ｄ２）。このような添加燃料量の増量補正は排出燃料量が許容上限よりも多くなるまで繰り返される。これに対し、排出燃料量が許容上限よりも多いときには、添加燃料の反応性が低いと考えられるので、図７（Ｂ）にＤ３で示されるように燃料への印加エネルギ量を増大補正して直流印加添加が行われる。基本添加形態（Ｄ１）でもって燃料添加が行われたとき（Ｄ１）の排出燃料量が許容上限よりも多いときにも同様に、印加エネルギ量を増大補正して重畳印加添加が行われる（Ｄ３）。

次いで、印加エネルギ量を増大補正した直流印加添加による添加燃料が有効利用されているか否かが判断され、添加燃料が有効利用されていると判断されたときには、基本添加形態（Ｄ１）に戻される。これに対し、印加エネルギ量を増大補正した直流印加添加による添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、図７（Ｂ）にＤ４で示されるように重畳印加添加に切り換えられる。

次いで、重畳印加添加による添加燃料が有効利用されているか否かが判断され、添加燃料が有効利用されていると判断されたときには、基本添加形態（Ｄ１）に戻される。これに対し、重畳印加添加による添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、図７（Ｂ）にＤ５で示されるように、印加エネルギ量を増大補正して重畳印加添加が行われる。次いで、印加エネルギ量を増大補正した重畳印加添加による添加燃料が有効利用されているか否かが判断され、添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、印加エネルギ量を増大補正して重畳印加添加が行われる（Ｄ５）。このような印加エネルギ量の増量補正は印加エネルギ量を増大補正した重畳印加添加による添加燃料が有効利用されていると判断されるまで繰り返される。

なお、直流印加添加（Ｄ１）と重畳印加添加（Ｄ４）とに着目すると、直流印加添加を行ったときの添加燃料が有効利用されていないと判断されかつ排出燃料量が許容上限よりも多いときに重畳印加添加に切り換えるようにしていると見ることもできる。

図７（Ｃ）は基本添加形態が無印加添加に設定された場合を示している。この場合、ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出させるべきときには、図７（Ｃ）にＮ１で示されるように、まず無印加添加が行われる。次いで、無印加添加による添加燃料が有効利用されているか否かが判断され、添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、無印加添加が行われたときの排出燃料量が許容上限よりも多いか否かが判断される。この排出燃料量が許容上限よりも少ないときには図７（Ｃ）にＮ２で示されるように、添加燃料量を増大補正して無印加添加が行われる。

次いで、添加燃料量を増大補正した無印加添加による添加燃料が有効利用されているか否かが判断され、添加燃料が有効利用されていると判断されたときには、添加燃料の増量補正がない無印加添加（Ｎ１）に戻される。これに対し、添加燃料量を増大補正した無印加添加による添加燃料が有効利用されていないと判断されたときには、添加燃料量を増大補正して無印加添加が行われたときの排出燃料量が許容上限よりも多いか否かが判断される。排出燃料量が許容上限よりも少ないときには、添加燃料を更に増量補正して無印加添加印加が行われる（Ｎ２）。このような添加燃料量の増量補正は排出燃料量が許容上限よりも多くなるまで繰り返される。これに対し、排出燃料量が許容上限よりも多いときには、図７（Ｃ）にＮ３で示されるように、重畳印加添加に切り換えられる。

このようにすると、排出燃料量及び燃料への印加エネルギ量を小さく維持しつつ、ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを確実に放出させることができる。

次に、図８（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら、添加燃料が有効利用されたか否かについての判断方法を説明する。

図８（Ａ）にＸで示されるように燃料添加装置３１から燃料が添加されると、排出ＮＯｘ濃度ＣＮが一時的に低下した後に再び上昇する。すなわち、排出ＮＯｘ濃度ＣＮがｄＣだけ低下し、又は排出ＮＯｘ濃度ＣＮに下向きのピークＣＮＰが形成される。この場合の排出ＮＯｘ濃度ＣＮの低下幅ｄＣＮ又はピーク値ＣＮＰは燃料添加によるＮＯｘ吸収剤６７の吸収能力の回復量を表している。一方、ＮＯｘ放出作用のために有効利用された添加燃料の量が多くなればなるほど、ＮＯｘ吸収剤６７の吸収能力の回復量が大きくなる。したがって、低下幅ｄＣＮないしピーク値ＣＮＰは添加燃料の有効利用の度合いを表していると言うことができる。

そこで本発明による実施例では、燃料添加が行われたときに排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰを検出し、排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰがあらかじめ定められた設定値ＣＮＲよりも小さいときに添加燃料が有効利用されたと判断し、排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定値ＣＮＲよりも大きいときに添加燃料が有効利用されていないと判断するようにしている。

図８（Ａ）はＣＮＰ＜ＣＮＲであって添加燃料が有効利用されたと判断される例を示しており、図８（Ｂ）はＣＮＰ＞ＣＮＲであって添加燃料が有効利用されていないと判断される例を示している。

一方、図８（Ａ）に示されるように、燃料添加が行われると、ＮＯｘ吸収剤６７から排出される排気ガスの空燃比ＡＦが一時的に低下し、排出排気ガスの空燃比ＡＦに下向きのピーク値ＡＦＰが形成される。上述したように、排出排気ガスの空燃比ＡＦはＮＯｘ吸収剤６７から排出された燃料（炭化水素）の量を表している。そこで本発明による実施例では、燃料添加が行われたときに排出排気ガスの空燃比ピーク値ＡＦＰを検出し、排出排気ガスの空燃比ピーク値ＡＦＰがあらかじめ定められた閾値よりも小さいすなわちリッチ側のときに排出燃料量が許容上限よりも多いと判断し、空燃比ピーク値ＡＦＰが閾値よりも大きいすなわちリーン側のときに排出燃料量が許容上限よりも少ないと判断するようにしている。

図９は本発明による実施例のＮＯｘ放出制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。

図９を参照すると、まずステップ１００では排出ＮＯｘ濃度ＣＮが上限値ＣＮＬよりも大きいか否かが判別される。ＣＮ≦ＣＮＬのときには処理サイクルを終了する。ＣＮ＞ＣＮＬのときには次いでステップ１０１に進み、触媒温度Ｔｃが許容下限温度ＴＬよりも低いか否かが判別される。Ｔｃ＜ＴＬのときには次いでステップ１０２に進み、昇温制御が行われる。これに対し、Ｔｃ≧ＴＬのときにはステップ１０１からステップ１０３に進み、触媒温度Ｔｃが第１の切換温度Ｔ１よりも低いか否かが判別される。Ｔｃ＜Ｔ１１のとき、すなわちＴＬ≦Ｔｃ＜Ｔ１１のときには次いでステップ１０４に進み、重畳印加添加制御ルーチンが実行される。この重畳印加添加制御ルーチンは図７（Ａ）に示されるように基本添加形態が重畳印加添加に設定される場合に相当する。これに対し、Ｔｃ≧Ｔ１のときにはステップ１０３からステップ１０５に進み、触媒温度Ｔｃが第２の切換温度Ｔ２よりも低いか否かが判別される。Ｔｃ＜Ｔ２のとき、すなわちＴ１≦Ｔｃ＜Ｔ２のときには次いでステップ１０６に進み、直流印加添加制御ルーチンが実行される。この直流印加添加制御ルーチンは図７（Ｂ）に示されるように基本添加形態が直流印加添加に設定される場合に相当する。これに対し、Ｔｃ≧Ｔ３のときにはステップ１０５からステップ１０７に進み、無印加添加制御ルーチンが実行される。この無印加添加制御ルーチンは図７（Ｃ）に示されるように基本添加形態が無印加添加に設定される場合に相当する。

重畳印加添加制御ルーチンは図１０に示されている。図１０を参照すると、まずステップ１２０ではフラグＸＳＥがセットされているか否かが判別される。このフラグＸＳＥは、基本添加形態が重畳印加添加に設定されている場合に燃料への印加エネルギを増大補正して重畳印加添加を行うべきとき（図７（Ａ）のＳ３）にセットされ（ＸＳＥ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＳＥ＝０）。フラグＸＳＥがリセットされているときには次いでステップ１２１に進み、フラグＸＳＦがセットされているか否かが判別される。このフラグＸＳＦは、基本添加形態が重畳印加添加に設定されている場合に添加燃料量を増大補正して重畳印加添加を行うべきとき（図７（Ａ）のＳ２）にセットされ（ＸＳＦ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＳＦ＝０）。フラグＸＳＦがリセットされているときには次いでステップ１２２に進み、基本添加形態である重畳印加添加が行われる。続くステップ１２３では、排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定値ＣＮＲよりも大きいか否かが判別される。ＣＮＰ≦ＣＮＲのとき、すなわち添加燃料が有効利用されたと判断されたときには次いでステップ１２４に進み、フラグＸＳＦがリセット状態に保持される。これに対し、ＣＮＰ＞ＣＮＲのとき、すなわち添加燃料が有効利用されていないと判断されたときにはステップ１２５に進み、排出排気ガスの空燃比ピーク値ＡＦＰが閾値ＡＦＸよりも小さいか否かが判別される。ＡＦＰ≧ＡＦＸのときには次いでステップ１２６に進み、フラグＸＳＦがセットされる。

フラグＸＳＦがセットされると次のルーチンでステップ１２１からステップ１２７に進み、添加燃料量を増大補正して重畳印加添加が行われる。次いでステップ１２３に進み、排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定値ＣＮＲよりも大きいか否かが判別される。ＣＮＰ≦ＣＮＲのときには次いでステップ１２４に進み、フラグＸＳＦがリセットされる。これに対し、ＣＮＰ＞ＣＮＲのときにはステップ１２５に進み、排出排気ガスの空燃比ピーク値ＡＦＰが閾値ＡＦＸよりも小さいか否かが判別される。ＡＦＰ≧ＡＦＸのときには次いでステップ１２６に進み、フラグＸＳＦがセット状態に保持される。これに対し、ＡＦＰ＜ＡＦＸのときにはステップ１２５からステップ１２８に進み、フラグＸＳＦがリセットされ、フラグＸＳＥがセットされる。

フラグＸＳＥがセットされると次のルーチンでステップ１２０からステップ１２９に進み、印加エネルギ量を増大補正して重畳印加添加が実行される。続くステップ１３０では排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定値ＣＮＲよりも大きいか否かが判別される。ＣＮＰ≦ＣＮＲのときには次いでステップ１３１に進み、フラグＸＳＥがリセットされる。これに対し、ＣＮＰ＞ＣＮＲのときには処理サイクルを終了し、したがってフラグＸＳＥがセット状態に保持される。

直流印加添加制御ルーチンは図１１及び図１２に示されている。図１１及び図１２を参照すると、まずステップ１４０ではフラグＸＤＳＥがセットされているか否かが判別される。このフラグＸＤＳＥは、基本添加形態が直流印加添加に設定されている場合に燃料への印加エネルギを増大補正して重畳印加添加を行うべきとき（図７（Ｂ）のＤ５）にセットされ（ＸＤＳＥ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＤＳＥ＝０）。フラグＸＤＳＥがリセットされているときには次いでステップ１４１に進み、フラグＸＤＳがセットされているか否かが判別される。このフラグＸＳＦは、基本添加形態が直流印加添加に設定されている場合に重畳印加添加を行うべきとき（図７（Ｂ）のＤ４）にセットされ（ＸＤＳ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＤＳ＝０）。フラグＸＤＳがリセットされているときには次いでステップ１４２に進み、フラグＸＤＥがセットされているか否かが判別される。このフラグＸＤＥは、基本添加形態が直流印加添加に設定されている場合に燃料への印加エネルギを増大補正して直流印加添加を行うべきとき（図７（Ｂ）のＤ３）にセットされ（ＸＤＥ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＤＥ＝０）。フラグＸＤＥがリセットされているときには次いでステップ１４３に進み、フラグＸＤＦがセットされているか否かが判別される。このフラグＸＤＦは、基本添加形態が直流印加添加に設定されている場合に添加燃料量を増大補正して直流印加添加を行うべきとき（図７（Ｂ）のＤ２）にセットされ（ＸＤＦ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＤＦ＝０）。フラグＸＤＦがリセットされているときには次いでステップ１４４に進み、基本添加形態である直流印加添加が行われる。続くステップ１４５では、排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定値ＣＮＲよりも大きいか否かが判別される。ＣＮＰ≦ＣＮＲのときには次いでステップ１４６に進み、フラグＸＤＦがリセット状態に保持される。これに対し、ＣＮＰ＞ＣＮＲのときにはステップ１４７に進み、排出排気ガスの空燃比ピーク値ＡＦＰが閾値ＡＦＸよりも小さいか否かが判別される。ＡＦＰ≧ＡＦＸのときには次いでステップ１４８に進み、フラグＸＤＦがセットされる。

フラグＸＤＦがセットされると次のルーチンでステップ１４３からステップ１４９に進み、添加燃料量を増大補正して直流印加添加が行われる。次いでステップ１４５に進み、排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定値ＣＮＲよりも大きいか否かが判別される。ＣＮＰ≦ＣＮＲのときには次いでステップ１４６に進み、フラグＸＤＦがリセットされる。これに対し、ＣＮＰ＞ＣＮＲのときにはステップ１４７に進み、排出排気ガスの空燃比ピーク値ＡＦＰが閾値ＡＦＸよりも小さいか否かが判別される。ＡＦＰ≧ＡＦＸのときには次いでステップ１４８に進み、フラグＸＳＦがセット状態に保持される。これに対し、ＡＦＰ＜ＡＦＸのときにはステップ１４７からステップ１５０に進み、フラグＸＤＦがリセットされ、フラグＸＤＥがセットされる。

フラグＸＤＥがセットされると次のルーチンでステップ１４２からステップ１５１に進み、印加エネルギ量を増大補正して直流印加添加が実行される。続くステップ１５２では排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定値ＣＮＲよりも大きいか否かが判別される。ＣＮＰ≦ＣＮＲのときには次いでステップ１５３に進み、フラグＸＤＥがリセットされる。これに対し、ＣＮＰ＞ＣＮＲのときにはステップ１５４に進み、フラグＸＤＥがリセットされ、フラグＸＤＳがセットされる。

フラグＸＤＳがセットされると次のルーチンでステップ１４１からステップ１５５に進み、重畳印加添加が行われる。次いでステップ１５６に進み、排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定値ＣＮＲよりも大きいか否かが判別される。ＣＮＰ≦ＣＮＲのときには次いでステップ１５７に進み、フラグＸＤＳがリセットされる。これに対し、ＣＮＰ＞ＣＮＲのときにはステップ１５８に進み、フラグＸＤＳＥがセットされる。

フラグＸＤＳＥがセットされると次のルーチンでステップ１４０からステップ１５９に進み、印加エネルギ量を増大補正して重畳印加添加が実行される。続くステップ１６０では排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定値ＣＮＲよりも大きいか否かが判別される。ＣＮＰ≦ＣＮＲのときには次いでステップ１６１に進み、フラグＸＤＳＥがリセットされる。これに対し、ＣＮＰ＞ＣＮＲのときには処理サイクルを終了し、したがってフラグＸＤＳＥがセット状態に保持される。

無印加添加制御ルーチンは図１３に示されている。図１３を参照すると、まずステップ１８０ではフラグＸＮＳがセットされているか否かが判別される。このフラグＸＮＳは、基本添加形態が無印加添加に設定されている場合に重畳印加添加を行うべきとき（図７（Ｃ）のＮ３）にセットされ（ＸＮＳ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＮＳ＝０）。フラグＸＮＳがリセットされているときには次いでステップ１８１に進み、フラグＸＮＦがセットされているか否かが判別される。このフラグＸＮＦは、基本添加形態が無印加添加に設定されている場合に添加燃料量を増大補正して無印加添加を行うべきとき（図７（Ｃ）のＮ２）にセットされ（ＸＮＦ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＮＦ＝０）。フラグＸＮＦがリセットされているときには次いでステップ１８２に進み、基本添加形態である無印加添加が行われる。続くステップ１８３では、排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定値ＣＮＲよりも大きいか否かが判別される。ＣＮＰ≦ＣＮＲのときには次いでステップ１８４に進み、フラグＸＮＦがリセット状態に保持される。これに対し、ＣＮＰ＞ＣＮＲのときにはステップ１８５に進み、排出排気ガスの空燃比ピーク値ＡＦＰが閾値ＡＦＸよりも小さいか否かが判別される。ＡＦＰ≧ＡＦＸのときには次いでステップ１８６に進み、フラグＸＮＦがセットされる。

フラグＸＮＦがセットされると次のルーチンでステップ１８１からステップ１８７に進み、添加燃料量を増大補正して無印加添加が行われる。次いでステップ１８３に進み、排出ＮＯｘ濃度ピーク値ＣＮＰが設定値ＣＮＲよりも大きいか否かが判別される。ＣＮＰ≦ＣＮＲのときには次いでステップ１８４に進み、フラグＸＮＦがリセットされる。これに対し、ＣＮＰ＞ＣＮＲのときにはステップ１８５に進み、排出排気ガスの空燃比ピーク値ＡＦＰが閾値ＡＦＸよりも小さいか否かが判別される。ＡＦＰ≧ＡＦＸのときには次いでステップ１８６に進み、フラグＸＮＦがセット状態に保持される。これに対し、ＡＦＰ＜ＡＦＸのときにはステップ１８５からステップ１８８に進み、フラグＸＮＦがリセットされ、フラグＸＮＳがセットされる。

フラグＸＮＳがセットされると次のルーチンでステップ１８０からステップ１８９に進み、重畳印加添加が実行される。続くステップ１９０ではフラグＸＮＳがリセットされる。

なお、図７（Ｂ）の例では、印加エネルギ量を増大補正して直流印加添加が行われ（Ｄ３）、このときの添加燃料が有効利用されていないと判断されると重畳印加添加に切り換えられる（Ｄ４）。したがって、印加エネルギ量を増大補正した直流印加添加は多くても１回しか行われない。しかしながら、印加エネルギ量を繰り返し増大補正し、印加エネルギ量が上限値になってもなお添加燃料が有効利用されていないと判断されたときに重畳印加添加に切り換えるようにしてもよい。

また、図７（Ｃ）の例では、重畳印加添加に切り換えられたときの添加燃料が有効利用されているか否かが判断されず、印加エネルギ量を増大補正して重畳印加添加を行うようにもしていない。これは、基本添加形態が無印加添加に設定されるのは触媒温度Ｔｃが比較的高い（Ｔｃ＞Ｔ２）場合であるので、この場合に重畳印加添加を行えば添加燃料が有効利用されると考えられるからである。もちろん、この場合にも、添加燃料が有効利用されているか否かを判断し、有効利用されていないと判断されたときに印加エネルギ量を増大補正して重畳印加添加を行うようにすることもできる。

内燃機関の全体図である。燃料添加装置の全体図である。電圧印加パターンを示すタイムチャートである。触媒担体の表面部分の断面図である。燃料添加タイミングを説明するタイムチャートである。基本添加形態を説明する図である。添加燃料の利用促進作用を説明する図である。添加燃料の有効利用の度合いを説明する図である。ＮＯｘ放出制御ルーチンを示すフローチャートである。重畳印加添加制御ルーチンを示すフローチャートである。直流印加添加制御ルーチンを示すフローチャートである。直流印加添加制御ルーチンを示すフローチャートである。無印加添加制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１機関本体
２１排気管
２４ＮＯｘ吸蔵還元触媒
３１燃料添加装置
３２ＥＨＤアトマイザ
３８電圧印加装置
６７ＮＯｘ吸収剤

Claims

流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料がＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘ放出作用のために有効利用されたか否かを判断する第１の判断手段と、燃料添加装置から燃料が添加されたときにＮＯｘ吸収剤から排出される燃料量である排出燃料量があらかじめ定められた許容上限よりも多いか否かを判断する第２の判断手段とを具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を添加する直流印加添加を行い、このときの添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されていないと判断されかつ排出燃料量が許容上限よりも多いと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料への印加エネルギ量を増大させて直流印加添加を行い、燃料への印加エネルギ量を増大させて直流印加添加を行ったときの添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を添加する重畳印加添加に切り換えるようにした内燃機関の排気浄化装置。
重畳印加添加に切り換えられたときの添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されていないと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料への印加エネルギ量を増大させて重畳印加添加を行うようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときにＮＯｘ吸収剤の温度があらかじめ定められた設定温度よりも高いときには直流印加添加を行い、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときにＮＯｘ吸収剤の温度があらかじめ定められた設定温度よりも低いときには重畳印加添加を行うようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
重畳印加添加を行ったときの添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されていないと判断されかつ排出燃料量が許容上限よりも多いと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料への印加エネルギ量を増大させて重畳印加添加を行うようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料がＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘ放出作用のために有効利用されたか否かを判断する第１の判断手段と、燃料添加装置から燃料が添加されたときにＮＯｘ吸収剤から排出される燃料量である排出燃料量があらかじめ定められた許容上限よりも多いか否かを判断する第２の判断手段とを具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を添加する直流印加添加を行い、このときの添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されていないと判断されかつ排出燃料量が許容上限よりも多いと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を添加する重畳印加添加に切り換えるようにした内燃機関の排気浄化装置。
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加装置が、電圧印加手段が接続された燃料添加管を具備すると共に、該燃料添加管に電圧を印加しながら燃料を該燃料添加管内を流通させることにより燃料に電圧を印加しながら該燃料を添加できるようになっており、燃料添加装置から添加された燃料がＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘ放出作用のために有効利用されたか否かを判断する第１の判断手段と、燃料添加装置から燃料が添加されたときにＮＯｘ吸収剤から排出される燃料量である排出燃料量があらかじめ定められた許容上限よりも多いか否かを判断する第２の判断手段とを具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を添加する重畳印加添加を行い、このときの添加燃料がＮＯｘ放出作用のために有効利用されていないと判断されかつ排出燃料量が許容上限よりも多いと判断されたときには、その後ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料への印加エネルギ量を増大させて重畳印加添加を行うようにした内燃機関の排気浄化装置。