JP3736353B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【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ＮＯｘ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ｔ1〜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、ＮＯｘ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ＴＨＣ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２０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５０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３０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４２に収容されたＮＯｘ触媒４１は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）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）８１、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ＲＡＭ８４、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ＥＧＲ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ＴｅｘＵ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、ＥＣＵ８０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４２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、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。
【００４４】
そこで、本実施の形態にかかるエンジン１００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ＴｅｘＵ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ＱＨＣと要求噴射量ＱＨＣＤとの間には、
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ＱＨＣ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ＴｅｘＵ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）POSTOFFtime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、ＮＯｘ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ΔＴｅｘＵを把握し、次式（ii）に従って排気温度上昇率ＴＶｃａ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Ｔｅｘ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ＴｅｘＵ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）、ＮＯｘ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ＴＶｃａ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ＥＣＵ８０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ＴＶｃａ」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１００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，Ｌ3，Ｌ4上の要求噴射量ＱＨＣＤ1，ＱＨＣＤ2，ＱＨＣＤ3，ＱＨＣＤ4は、相互間で、ＱＨＣＤ1＞ＱＨＣＤ2＞ＱＨＣＤ3＞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ＱＨＣＤ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ＱＨＣＤ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、ＮＯｘ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Ｎ2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Ｓ１０５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ＥＣＵ８０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Ｓ１０６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，Ｌ12，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、ＮＯｘ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ＱＨＣ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Ｓ１０７のうち何れかにおける処理を実行した後、ＥＣＵ８０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ＱＨＣ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１００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ＱＨＣＤ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ＮＯｘ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ＱＨＣ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POSTOFFtime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ＴＶｃａ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４０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，ＴｅｘＬ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０．２ＭＰａ）が付与されると開弁し、排気系４０（排気ポート４０ａ）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４０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１６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４０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、ＮＯｘ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
６０ ＥＧＲ通路
６１ ＥＧＲ弁
６２ ＥＧＲ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
【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ＮＯｘ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ｔ1〜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、ＮＯｘ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ＴＨＣ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２０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５０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３０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４２に収容されたＮＯｘ触媒４１は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）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）８１、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ＲＡＭ８４、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ＥＧＲ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ＴｅｘＵ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、ＥＣＵ８０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４２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、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。
【００４４】
そこで、本実施の形態にかかるエンジン１００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ＴｅｘＵ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ＱＨＣと要求噴射量ＱＨＣＤとの間には、
【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ＱＨＣ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ＴｅｘＵ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）POSTOFFtime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、ＮＯｘ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ΔＴｅｘＵを把握し、次式（ii）に従って排気温度上昇率ＴＶｃａ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Ｔｅｘ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ＴｅｘＵ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）、ＮＯｘ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ＴＶｃａ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ＥＣＵ８０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ＴＶｃａ」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１００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，Ｌ3，Ｌ4上の要求噴射量ＱＨＣＤ1，ＱＨＣＤ2，ＱＨＣＤ3，ＱＨＣＤ4は、相互間で、ＱＨＣＤ1＞ＱＨＣＤ2＞ＱＨＣＤ3＞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ＱＨＣＤ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ＱＨＣＤ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、ＮＯｘ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Ｎ2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Ｓ１０５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ＥＣＵ８０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Ｓ１０６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，Ｌ12，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、ＮＯｘ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ＱＨＣ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Ｓ１０７のうち何れかにおける処理を実行した後、ＥＣＵ８０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ＱＨＣ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１００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ＱＨＣＤ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ＮＯｘ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ＱＨＣ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POSTOFFtime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ＴＶｃａ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４０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，ＴｅｘＬ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０．２ＭＰａ）が付与されると開弁し、排気系４０（排気ポート４０ａ）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４０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１６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４０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、ＮＯｘ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
６０ ＥＧＲ通路
６１ ＥＧＲ弁
６２ ＥＧＲ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
Claims (3)
- 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
を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 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。 - 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。
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