JP2002122019A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＮＯx触媒の床温に基づいて還元剤の供給を行
い、触媒の劣化や排気エミッションの悪化を防止する。 【解決手段】ＮＯx触媒２０と、内燃機関１の運転状態
を検出する運転状態検出手段と、ＮＯx触媒２０に流入
する排気の温度を計測する入ガス温度計測手段３７と、
ＮＯx触媒２０から流出する排気の温度を計測する出ガ
ス温度計測手段２４と、排気の温度及び運転状態に基づ
いてＮＯx触媒２０の床温を推定する入ガスによる触媒
床温推定手段３５と、ＮＯx触媒の床温に基づいて還元
剤を供給する還元剤供給手段２８と、排気の温度に基づ
いてＮＯx触媒２０の床温を検出する出ガスによる触媒
床温検出手段３５と、ＮＯx触媒が異常であるか否かの
判断を行う異常判断手段と、を具備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気を
浄化する排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車等に搭載される内燃機関、
特に酸素過剰状態の混合気（所謂、リーン空燃比の混合
気）を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・
ガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素
酸化物（ＮＯx）を浄化する技術が望まれている。

【０００３】このような要求に対し、内燃機関の排気系
にリーンＮＯx触媒を配置する技術が提案されている。
排気中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、選択
還元型ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒などのリーンＮ
Ｏx触媒が知られている。

【０００４】選択還元型ＮＯx触媒は、酸素過剰の雰囲
気で炭化水素（ＨＣ）の存在下でＮＯxを還元または分
解する触媒であり、この選択還元型ＮＯx触媒でＮＯxを
浄化するためには適量のＨＣ成分（還元剤）が必要とさ
れる。この選択還元型ＮＯx触媒を前記内燃機関の排気
浄化に用いる場合、該内燃機関の通常運転時の排気中の
ＨＣ成分の量は極めて少ないので、通常運転時にＮＯx
を浄化するためには、選択還元型ＮＯx触媒にＨＣ成分
を供給する必要がある。

【０００５】一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入排気
の空燃比がリーン空燃比のときはＮＯxを吸収し、流入
排気の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出し、
Ｎ₂に還元する触媒である。

【０００６】吸蔵還元型ＮＯx触媒が内燃機関の排気系
に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の
空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）
が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収され、吸蔵還元型ＮＯx触
媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元
型ＮＯx触媒に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放
出されつつ窒素（Ｎ₂）に還元される。

【０００７】ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸
収能力には限りがあるため、内燃機関が長期にわたって
希薄燃焼運転されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸
収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵
還元型ＮＯx触媒によって除去されることなく大気中に
放出されることになる。

【０００８】従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒を希薄燃焼
式内燃機関に適用する場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒の
ＮＯx吸収能力が飽和する前に該吸蔵還元型ＮＯx触媒に
流入する排気の空燃比を低下させる、所謂リッチスパイ
ク制御を実行することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒に
吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元さ
せる必要がある。

【０００９】リッチスパイク制御の具体的な方法として
は、吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流を流れる排気中に還
元剤たる燃料を添加する方法を例示することができる。

【００１０】一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒には燃料に含
まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯ
x）もＮＯxと同じメカニズムで吸収される。この吸収さ
れたＳＯxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成する
ためＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒内に蓄積さ
れる。これをＳＯx被毒といい、ＳＯx被毒が進行してＮ
Ｏｘ触媒内のＳＯx蓄積量が増大すると、ＮＯx触媒のＮ
Ｏx吸収量が減少するため、ＮＯx浄化率が低下する。こ
のため、適宜の時期にＳＯx被毒から回復させる被毒解
消処理を施す必要がある。この被毒解消処理は、ＮＯx
触媒を高温（例えば６００ないし７００℃程度）にしつ
つ理論空燃比あるいはリッチ空燃比の排気をＮＯx触媒
に流して行わなくてはならない。

【００１１】これらリーンＮＯx触媒を用いた排気浄化
システムにおいては、リーンＮＯx触媒の触媒床温の管
理が非常に重要である。

【００１２】例えば、リーンＮＯx触媒には活性温度が
あり、触媒床温がこの活性温度範囲から外れると、浄化
能力が極度に低下する。また、前述のようにＳＯx被毒
を解消するためには所定温度を維持する必要がある。さ
らには、ＳＯx被毒解消時にＮＯx触媒の温度が過剰に上
昇すると、ＮＯx触媒の熱劣化を誘発する虞れがある。

【００１３】ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化に
ついて説明すると、ＮＯx 触媒におけるＮＯxの吸収は
白金Ｐｔ（触媒物質）とカリウムＫ（ＮＯx吸収剤）と
の界面において行われるが、Ｐｔは熱によってシンタリ
ングを起こし、成長して粒径が大きくなることが知られ
ている。車両用内燃機関から排出される排気の浄化にお
いては、ＮＯx 触媒に加わる熱負荷が大きく、白金Ｐｔ
のシンタリングを避けることはできない。このように白
金Ｐｔがシンタリングを起こすと、白金Ｐｔとカリウム
Ｋの接触面積が少なくなり、即ち、白金Ｐｔとカリウム
Ｋの界面が少なくなる。この結果、ＮＯx 触媒のＮＯx
吸収能力が低下し、ＮＯx浄化能力が低下する。

【００１４】このような問題に対し、特許第２８４５０
５６号公報に記載されたような内燃機関の排気浄化装置
が提案されている。この公報に記載された内燃機関の排
気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒において排気中の
酸素と反応して消費される還元剤の量と吸蔵還元型ＮＯ
x触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を還元する
ために必要となる還元剤の量とを考慮して、還元剤の添
加量を決定することにより、還元剤の過剰供給や供給不
足を防止、以てＮＯx吸蔵材の温度の低下の問題を解決
しようとするものである。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、必要となる還
元剤の添加量を正確に求めることができたとしても、添
加された還元剤が排気通路へ付着すると、蒸発してＮＯ
x触媒に到達するまでに時間がかかり、ＮＯx触媒の温度
維持に必要な空燃比を精度良く得ることが困難になる。

【００１６】さらに、排気通路に付着した還元剤が車両
の加速時等に一気にＮＯx触媒に流れ込み、触媒床温が
過剰に上昇してしまう懸念も生じる。

【００１７】このように、触媒の温度は還元剤が排気通
路へ付着することにより不安定となるので、触媒の温度
に応じた適切な量の還元剤をＮＯx触媒へ供給する必要
がある。また、触媒の熱劣化を防止するために触媒床温
の過剰な上昇を監視する必要もある。

【００１８】このような問題に対して、触媒担体中に温
度センサを設置して直接触媒床温を得ることが考えられ
るが担体の信頼性が低下するため実際には困難である。
また、内燃機関の排気通路に温度センサを設置して、排
気の温度に一時遅れ処理等を行い触媒床温を推定する技
術が知られているが、上述の排気通路への還元剤の付着
等の外乱があり必要な推定精度を得ることは困難であ
る。

【００１９】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、精度良くＮＯx触媒の床温を推定し、適切な還
元剤の添加を実施して触媒の劣化や排気エミッションの
悪化を防止することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を解決するために以下のような手段を採用した。

【００２１】すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄
化装置は、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄
燃焼式の内燃機関の排気通路に設けられたＮＯx触媒
と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手
段と、前記ＮＯx触媒に流入する排気の温度を計測する
入ガス温度計測手段と、前記ＮＯx触媒から流出する排
気の温度を計測する出ガス温度計測手段と、前記入ガス
温度計測手段により計測された排気の温度及び前記運転
状態検出手段により検出された運転状態に基づいて前記
ＮＯx触媒の床温を推定する入ガス触媒床温推定手段
と、前記入ガス触媒床温推定手段が推定した前記ＮＯx
触媒の床温に基づいて前記ＮＯx触媒に還元剤を供給す
る還元剤供給手段と、前記出ガス温度計測手段で計測さ
れた排気の温度に基づいて前記ＮＯx触媒の床温を検出
する出ガス触媒床温検出手段と、前記出ガス触媒床温推
定手段が推定した前記ＮＯx触媒の床温に基づいて前記
ＮＯx触媒が異常であるか否かの判断を行う異常判断手
段と、を具備した。

【００２２】前記入ガス触媒床温推定手段は、前記内燃
機関に吸入される空気の量と、前記内燃機関から排出さ
れるＨＣの量と、前記還元剤供給手段により供給される
還元剤の量と、前記入ガス温度計測手段により計測され
た排気の温度と、から、前記排気通路及び前記ＮＯx触
媒での前記還元剤の付着量及び蒸発量を算出し、この算
出値に基づいて前記ＮＯx触媒の床温を推定することが
できる。

【００２３】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、入ガス温度計測手段によって計測された排気
の温度及び内燃機関の運転状態に基づいて排気通路への
還元剤の付着量とその付着した還元剤の蒸発量とを考慮
してＮＯx触媒の床温を推定することができる。この推
定された触媒床温は触媒に流入する排気の温度に基づい
て推定されているので実際の触媒床温に対して遅れはな
い。よって前記還元剤供給手段は、この推定されたＮＯ
x触媒の床温に基づいて遅れなく還元剤の供給を行うこ
とができる。

【００２４】前記入ガス温度計測手段が故障や劣化等し
て正確な温度を出力しなくなるとＮＯx触媒の床温を正
しく推定できないため、過剰に還元剤を供給してしまい
ＮＯx触媒の温度が過剰に上昇する虞れがある。

【００２５】そこで、前記出ガス温度計測手段によって
計測された排気の温度を触媒の過加熱等の異常判断に用
いると安全性を向上させることができる。ＮＯx触媒の
過加熱等が検出されたときには前記還元剤供給手段は還
元剤の供給を中止して触媒の熱劣化を防止することがで
きる。このため、出ガス温度計測手段はＮＯx触媒にで
きるだけ近く設置することが望ましい。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて
説明する。ここでは、本発明に係る排気浄化装置を車両
駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説
明する。

【００２７】図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用
する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図であ
る。

【００２８】図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を
有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。

【００２９】内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃
料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁
３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレー
ル）４と接続されている。このコモンレール４には、該
コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出
力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられてい
る。

【００３０】前記コモンレール４は、燃料供給管５を介
して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６
は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転ト
ルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポン
プ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６が内燃機
関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたク
ランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。

【００３１】このように構成された燃料噴射系では、ク
ランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ
伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから
該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じ
た圧力で燃料を吐出する。

【００３２】前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、
燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモ
ンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴
射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流
が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃
料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。

【００３３】次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続
されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室
と図示しない吸気ポートを介して連通している。

【００３４】前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、
この吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続され
ている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気
管９には、該吸気管９内を流れる吸気の質量に対応した
電気信号を出力するエアフローメータ１１と、該吸気管
９内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する
吸気温度センサ１２とが取り付けられている。

【００３５】前記吸気管９における吸気枝管８の直上流
に位置する部位には、該吸気管９内を流れる吸気の流量
を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気
絞り弁１３には、ステッパモータ等で構成されて該吸気
絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１
４が取り付けられている。

【００３６】前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り
弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の熱エネル
ギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージ
ャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、
コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９に
は、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて
高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６
が設けられている。

【００３７】このように構成された吸気系では、エアク
リーナボックス１０に流入した吸気は、該エアクリーナ
ボックス１０内の図示しないエアクリーナによって吸気
中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコンプ
レッサハウジング１５ａに流入する。

【００３８】コンプレッサハウジング１５ａに流入した
吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装された
コンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記
コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温とな
った吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必
要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸
気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各
枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の
燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼さ
れる。

【００３９】一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接
続され、排気枝管１８の各枝管が図示しない排気ポート
を介して各気筒２の燃焼室と連通している。

【００４０】前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５
のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タ
ービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、こ
の排気管１９は、下流にて図示しないマフラーに接続さ
れている。

【００４１】前記排気管１９の途中には、排気中の有害
ガス成分を浄化するための排気浄化触媒２０が配置され
ている。排気浄化触媒２０より下流の排気管１９には、
該排気管１９内を流れる排気の空燃比に対応した電気信
号を出力する空燃比センサ２３と、該排気管１９内を流
れ触媒２０に流入する排気の温度に対応した電気信号を
出力する出ガス温度センサ２４と、該排気管１９内を流
れ触媒２０から流出する排気の温度に対応した電気信号
を出力する入ガス温度センサ３７と、が取り付けられて
いる。

【００４２】前記した空燃比センサ２３及び出ガス温度
センサ２４より下流の排気管１９には、該排気管１９内
を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁２１が設けら
れている。この排気絞り弁２１には、ステッパモータ等
で構成されて該排気絞り弁２１を開閉駆動する排気絞り
用アクチュエータ２２が取り付けられている。

【００４３】このように構成された排気系では、内燃機
関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気
ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝
管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂ
へ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気
は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジ
ング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイール
を回転させる。その際、タービンホイールの回転トルク
は、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレ
ッサホイールへ伝達される。

【００４４】前記タービンハウジング１５ｂから排出さ
れた排気は、排気管１９を介して排気浄化触媒２０へ流
入し、排気中の有害ガス成分が除去又は浄化される。排
気浄化触媒２０にて有害ガス成分を除去又は浄化された
排気は、必要に応じて排気絞り弁２１によって流量を調
節された後にマフラーを介して大気中に放出される。

【００４５】また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排
気枝管１８内を流れる排気の一部を吸気枝管８へ再循環
させる排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５を介して連通
されている。このＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁な
どで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通
路２５内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の
流量を変更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６が設けられ
ている。

【００４６】前記ＥＧＲ通路２５においてＥＧＲ弁２６
より上流の部位には、該ＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧ
Ｒガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。

【００４７】このように構成された排気再循環機構で
は、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導
通状態となり、排気枝管１８内を流れる排気の一部が前
記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て吸
気枝管８へ導かれる。

【００４８】その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通
路２５内を流れるＥＧＲガスと所定の冷媒との間で熱交
換が行われ、ＥＧＲガスが冷却されることになる。

【００４９】ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から
吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上
流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼
室へ導かれ、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源
として燃焼される。

【００５０】ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ₂Ｏ）や
二酸化炭素（ＣＯ₂）などのように、自らが燃焼するこ
とがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含ま
れているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、
混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯ
x）の発生量が抑制される。

【００５１】更に、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガ
スが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下すると
ともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガス
が燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度
が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に
供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少するこ
ともない。

【００５２】次に、本実施の形態に係る排気浄化触媒２
０について具体的に説明する。

【００５３】排気浄化触媒２０は、還元剤の存在下で排
気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するＮＯx触媒であ
る。このようなＮＯx触媒としては、選択還元型ＮＯx触
媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒等を例示することができる
が、ここでは吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明す
る。以下、排気浄化触媒２０を吸蔵還元型ＮＯx触媒２
０と称するものとする。

【００５４】吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、例えば、ア
ルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナ
トリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウ
ム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もし
くはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン
（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから
選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属
とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、
アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐ
ｔ）とを担持して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒を例
に挙げて説明する。

【００５５】このように構成された吸蔵還元型ＮＯx触
媒２０は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気
の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）
を吸収する。

【００５６】一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、該吸
蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低
下したときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出
する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素
（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒２０は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から放出さ
れた窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ₂）に還元せしめる
ことができる。

【００５７】尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸放
出作用については明らかにされていない部分もあるが、
おおよそ以下のようなメカニズムによって行われている
と考えられる。

【００５８】先ず、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０では、該
吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比がリ
ーン空燃比となって排気中の酸素濃度が高まると、図２
（Ａ）に示されるように、排気中の酸素（Ｏ₂）がＯ₂ ^-
またはＯ^2-の形で白金（Ｐｔ）の表面上に付着する。排
気中の一酸化窒素（ＮＯ）は、白金（Ｐｔ）の表面上で
Ｏ₂ ^-またはＯ^2-と反応して二酸化窒素（ＮＯ₂）を形成
する（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。二酸化窒素（ＮＯ₂）
は、白金（Ｐｔ）の表面上で更に酸化され、硝酸イオン
（ＮＯ_3-）の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収され
る。尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収された硝酸イ
オン（ＮＯ_3-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して
硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ₃）₂）を形成する。

【００５９】このように吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流
入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気
中の窒素酸化物（ＮＯx）が硝酸イオン（ＮＯ_3-）とし
て吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収される。

【００６０】上記したようなＮＯx吸収作用は、流入排
気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ吸蔵還元型ＮＯ
x触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和しない限り継続され
る。従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気
の空燃比がリーン空燃比であるときは、吸蔵還元型ＮＯ
x触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和しない限り、排気中の
窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収
され、排気中から窒素酸化物（ＮＯx）が除去されるこ
とになる。

【００６１】これに対して、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０
では、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸
素濃度が低下すると、白金（Ｐｔ）の表面上において二
酸化窒素（ＮＯ₂）の生成量が減少するため、酸化バリ
ウム（ＢａＯ）と結合していた硝酸イオン（ＮＯ_3-）が
逆に二酸化窒素（ＮＯ₂）や一酸化窒素（ＮＯ）となっ
て吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から離脱する。

【００６２】その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸
化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、それら
の還元成分が白金（Ｐｔ）上の酸素（Ｏ_2-またはＯ^2-）
と部分的に反応して活性種を形成する。この活性種は、
吸蔵還元型ＮＯx触媒２０から放出された二酸化窒素
（ＮＯ₂）や一酸化窒素（ＮＯ）を窒素（Ｎ₂）に還元せ
しめることになる。

【００６３】従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入
する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となっ
て排気中の酸素濃度が低下するとともに還元剤の濃度が
高まると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収されていた
窒素酸化物（ＮＯx）が放出及び還元され、以て吸蔵還
元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が再生されることに
なる。

【００６４】ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転され
ている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比
がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、
排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒２０に吸収されることになるが、内燃機関１の
希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型ＮＯx
触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化
物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０にて除去されず
に大気中へ放出されてしまう。

【００６５】特に、内燃機関１のようなディーゼル機関
では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気
が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排
気の空燃比がリーン空燃比となるため、吸蔵還元型ＮＯ
x触媒２０のＮＯx吸収能力が飽和し易い。

【００６６】従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されて
いる場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力
が飽和する前に吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排
気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高
め、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収された窒素酸化物
（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。

【００６７】これに対し、本実施の形態に係る内燃機関
の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０より上流
の排気通路を流れる排気中に還元剤たる燃料（軽油）を
添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構か
ら排気中へ燃料を添加することにより、吸蔵還元型ＮＯ
x触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとと
もに還元剤の濃度を高めるようにした。

【００６８】還元剤供給機構は、図１に示されるよう
に、その噴孔が排気枝管１８内に臨むよう内燃機関１の
シリンダヘッドに取り付けられ、所定の開弁圧以上の燃
料が印加されたときに開弁して燃料を噴射する還元剤噴
射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料
を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、こ
の還元剤供給路２９の途中に設けられ該還元剤供給通路
２９内を流れる燃料の流量を調整する流量調整弁３０
と、この流量調整弁３０より上流の還元剤供給路２９に
設けられて該還元剤供給路２９内の燃料の流れを遮断す
る遮断弁３１と、前記流量調整弁３０より上流の還元剤
供給路２９に取り付けられ該還元剤供給路２９内の圧力
に対応した電気信号を出力する還元剤圧力センサ３２
と、を備えている。

【００６９】尚、還元剤噴射弁２８は、該還元剤噴射弁
２８の噴孔が排気枝管１８におけるＥＧＲ通路２５との
接続部位より下流であって、排気枝管１８における４つ
の枝管の集合部に最も近い気筒２の排気ポートに突出す
るとともに、排気枝管１８の集合部へ向くようシリンダ
ヘッドに取り付けられることが好ましい。

【００７０】これは、還元剤噴射弁２８から噴射された
還元剤（未燃の燃料成分）がＥＧＲ通路２５へ流入する
のを防止するとともに、還元剤が排気枝管１８内に滞る
ことを抑制するためである。

【００７１】尚、図１に示す例では、内燃機関１の４つ
の気筒２のうち１番（＃１）気筒２が排気枝管１８の集
合部と最も近い位置にあるため、１番（＃１）気筒２の
排気ポートに還元剤噴射弁２８が取り付けられている
が、１番（＃１）気筒２以外の気筒２が排気枝管１８の
集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒２の排気
ポートに還元剤噴射弁２８が取り付けられるようにす
る。

【００７２】また、前記還元剤噴射弁２８は、シリンダ
ヘッドに形成された図示しないウォータージャケットを
貫通、あるいはウォータージャケットに近接して取り付
けられるようにし、前記ウォータージャケットを流れる
冷却水を利用して還元剤噴射弁２８を冷却するようにし
てもよい。

【００７３】このような還元剤供給機構では、流量調整
弁３０が開弁されると、燃料ポンプ６から吐出された高
圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８
へ印加される。そして、還元剤噴射弁２８に印加される
燃料の圧力が開弁圧以上に達すると、該還元剤噴射弁２
８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴
射される。

【００７４】還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴
射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた
排気とともにタービンハウジング１５ｂへ流入する。タ
ービンハウジング１５ｂ内に流入した排気と還元剤と
は、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に
混合され、リッチ空燃比の排気を形成する。

【００７５】このようにして形成されたリッチ空燃比の
排気は、タービンハウジング１５ｂから排気管１９を介
して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入し、吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒２０に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）を放
出させつつ窒素（Ｎ₂）に還元することになる。

【００７６】その後、流量調整弁３０が閉弁されて燃料
ポンプ６から還元剤噴射弁２８への還元剤の供給が遮断
されると、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が
前記開弁圧未満となり、その結果、還元剤噴射弁２８が
閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止される
ことになる。

【００７７】以上述べたように構成された内燃機関１に
は、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット
（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設され
ている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運
転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユ
ニットである。

【００７８】ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４
ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気
管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、出ガス温度セン
サ２４、入ガス温度センサ３７、還元剤圧力センサ３
２、クランクポジションセンサ３３、水温センサ３４、
アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介
して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ
３５に入力されるようになっている。

【００７９】一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸
気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエー
タ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、遮断弁３１等
が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３
５が制御することが可能になっている。

【００８０】ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すよう
に、双方向性バス３５０によって相互に接続された、Ｃ
ＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バッ
クアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポ
ート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６
に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備え
ている。

【００８１】前記入力ポート３５６は、クランクポジシ
ョンセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力
するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣ
ＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。

【００８２】前記入力ポート３５６は、コモンレール圧
センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１
２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、出ガス
温度センサ２４、入ガス温度センサ３７、還元剤圧力セ
ンサ３２、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６、
等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサ
のＡ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣ
ＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。

【００８３】前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、
吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエ
ータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、遮断弁３１
等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力
される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り用
アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、
ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、あるいは遮断弁３１へ
送信する。

【００８４】前記ＲＯＭ３５２は、燃料噴射弁３を制御
するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制
御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁２１を
制御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を
制御するためのＥＧＲ制御ルーチン、吸蔵還元型ＮＯx
触媒２０に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する
ためのＮＯx浄化制御ルーチン、吸蔵還元型ＮＯx触媒２
０の酸化物による被毒を解消するための被毒解消制御ル
ーチン等のアプリケーションプログラムを記憶してい
る。

【００８５】前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケー
ションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶して
いる。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状
態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示
す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と基本
燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、
内燃機関１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との
関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運
転状態と排気絞り弁２１の目標開度との関係を示す排気
絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ
弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マッ
プ、内燃機関１の運転状態と還元剤の目標添加量（もし
くは、排気の目標空燃比）との関係を示す還元剤添加量
制御マップ、還元剤の目標添加量と流量調整弁３０の開
弁時間との関係を示す流量調整弁制御マップ等である。

【００８６】前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力
信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算
結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパル
ス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機
関回転数である。これらのデータは、クランクポジショ
ンセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデー
タに書き換えられる。

【００８７】前記バックアップＲＡＭ３５４は、内燃機
関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモ
リである。

【００８８】前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に
記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し
て、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、Ｅ
ＧＲ制御、ＮＯx浄化制御、被毒解消制御を実行する。

【００８９】例えば、燃料噴射弁制御では、ＣＰＵ３５
１は、先ず、燃料噴射弁３から噴射される燃料量を決定
し、次いで燃料噴射弁３から燃料を噴射する時期を決定
する。

【００９０】燃料噴射量を決定する場合は、ＣＰＵ３５
１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアク
セル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）とを読
み出す。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射量制御マップへアク
セスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応し
た基本燃料燃料噴射量（基本燃料噴射時間）を算出す
る。ＣＰＵ３５１は、エアフローメータ１１、吸気温度
センサ１２、水温センサ３４等の出力信号値等に基づい
て前記基本燃料噴射時間を補正し、最終的な燃料噴射時
間を決定する。

【００９１】燃料噴射時期を決定する場合は、ＣＰＵ３
５１は、燃料噴射開始時期制御マップへアクセスし、前
記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料
噴射時期を算出する。ＣＰＵ３５１は、エアフローメー
タ１１、吸気温度センサ１２、水温センサ３４等の出力
信号値をパラメータとして前記基本燃料噴射時期を補正
し、最終的な燃料噴射時期を決定する。

【００９２】燃料噴射時間と燃料噴射時期とが決定され
ると、ＣＰＵ３５１は、前記燃料噴射時期とクランクポ
ジションセンサ３３の出力信号とを比較し、前記クラン
クポジションセンサ３３の出力信号が前記燃料噴射開始
時期と一致した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の
印加を開始する。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射弁３に対す
る駆動電力の印加を開始した時点からの経過時間が前記
燃料噴射時間に達した時点で燃料噴射弁３に対する駆動
電力の印加を停止する。

【００９３】尚、燃料噴射制御において内燃機関１の運
転状態がアイドル運転状態にある場合は、ＣＰＵ３５１
は、水温センサ３４の出力信号値や、車室内用空調装置
のコンプレッサのようにクランクシャフトの回転力を利
用して作動する補機類の作動状態等をパラメータとして
内燃機関１の目標アイドル回転数を算出する。そして、
ＣＰＵ３５１は、実際のアイドル回転数が目標アイドル
回転数と一致するよう燃料噴射量をフィードバック制御
する。

【００９４】また、吸気絞り制御では、ＣＰＵ３５１
は、例えば、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数
とアクセル開度とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、吸気絞
り弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数及びアク
セル開度に対応した目標吸気絞り弁開度を算出する。Ｃ
ＰＵ３５１は、前記目標吸気絞り弁開度に対応した駆動
電力を吸気絞り用アクチュエータ１４に印加する。その
際、ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁１３の実際の開度を検
出して、実際の吸気絞り弁１３の開度と目標吸気絞り弁
開度との差分に基づいて前記吸気絞り用アクチュエータ
１４をフィードバック制御するようにしてもよい。

【００９５】また、排気絞り制御では、ＣＰＵ３５１
は、例えば、内燃機関１が冷間始動後の暖機運転状態に
ある場合や、車室内用ヒータが作動状態にある場合など
に排気絞り弁２１を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用ア
クチュエータ２２を制御する。

【００９６】この場合、内燃機関１の負荷が増大し、そ
れに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結
果、内燃機関１の発熱量が増加し、内燃機関１の暖機が
促進されるとともに、車室内用ヒータの熱源が確保され
る。

【００９７】また、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、
ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、水温センサ
３４の出力信号（冷却水温度）、アクセル開度センサ３
６の出力信号（アクセル開度）等を読み出し、ＥＧＲ制
御の実行条件が成立しているか否かを判別する。

【００９８】上記したＥＧＲ制御実行条件としては、冷
却水温度が所定温度以上にある、内燃機関１が始動時か
ら所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度
の変化量が正値である等の条件を例示することができ
る。

【００９９】上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立
していると判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、機関回転
数とアクセル開度とをパラメータとしてＥＧＲ弁開度制
御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセ
ル開度に対応した目標ＥＧＲ弁開度を算出する。ＣＰＵ
３５１は、前記目標ＥＧＲ弁開度に対応した駆動電力を
ＥＧＲ弁２６に印加する。一方、上記したようなＥＧＲ
制御実行条件が成立していないと判定した場合は、ＣＰ
Ｕ３５１は、ＥＧＲ弁２６を全閉状態に保持すべく制御
する。

【０１００】更に、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、
内燃機関１の吸入空気量をパラメータとしてＥＧＲ弁２
６の開度をフィードバック制御する、いわゆるＥＧＲ弁
フィードバック制御を行うようにしてもよい。

【０１０１】ＥＧＲ弁フィードバック制御では、例え
ば、ＣＰＵ３５１は、アクセル開度や機関回転数等をパ
ラメータとして内燃機関１の目標吸入空気量を決定す
る。その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気
量との関係を予めマップ化しておき、そのマップとアク
セル開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出され
るようにしてもよい。

【０１０２】上記した手順により目標吸入空気量が決定
されると、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶された
エアフローメータ１１の出力信号値（実際の吸入空気
量）を読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量と
を比較する。

【０１０３】前記した実際の吸入空気量が前記目標吸入
空気量より少ない場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁
２６を所定量閉弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５か
ら吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が減少し、それに
応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量
が減少することになる。その結果、内燃機関１の気筒２
内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが減少した分だ
け増加する。

【０１０４】一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量
より多い場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所
定量開弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝
管８へ流入するＥＧＲガス量が増加し、それに応じて内
燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が増加す
る。この結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気
の量は、ＥＧＲガスが増加した分だけ減少することにな
る。

【０１０５】次に、ＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５１
は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比
を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチ空
燃比とする、所謂リッチスパイク制御を実行する。

【０１０６】リッチスパイク制御では、ＣＰＵ３５１
は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立
しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実
行条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が
活性状態にある、出ガス温度センサ２４の出力信号値
（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御
が実行されていない、等の条件を例示することができ
る。

【０１０７】上記したようなリッチスパイク制御実行条
件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１
は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料
を噴射させるべく流量調整弁３０を制御することによ
り、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比
を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。

【０１０８】具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５
３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３
６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１
の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサ２３の出力
信号、燃料噴射量等を読み出す。ＣＰＵ３５１は、前記
した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射
量とをパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤添加量制
御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された
目標リッチ空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量
（目標添加量）を算出する。

【０１０９】続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量
をパラメータとしてＲＯＭ３５２の流量調整弁制御マッ
プへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還
元剤を噴射させる上で必要となる流量調整弁３０の開弁
時間（目標開弁時間）を算出する。

【０１１０】流量調整弁３０の目標開弁時間が算出され
ると、ＣＰＵ３５１は、流量調整弁３０を開弁させる。
この場合、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還
元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ供給される
ため、還元剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁
圧以上に達し、還元剤噴射弁２８が開弁する。

【０１１１】ＣＰＵ３５１は、流量調整弁３０を開弁さ
せた時点から前記目標開弁時間が経過すると、流量調整
弁３０を閉弁させる。この場合、燃料ポンプ６から還元
剤噴射弁２８への還元剤の供給が遮断されるため、還元
剤噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧未満とな
り、還元剤噴射弁２８が閉弁する。

【０１１２】このように流量調整弁３０が目標開弁時間
だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２
８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そし
て、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝
管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標リ
ッチ空燃比の混合気を形成して吸蔵還元型ＮＯx触媒２
０に流入する。

【０１１３】この結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流
入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で「リーン」
と「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返
すことになり、以て、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が窒素
酸化物（ＮＯx）の吸収と放出・還元とを交互に短周期
的に繰り返すことになる。

【０１１４】次に、被毒解消制御では、ＣＰＵ３５１
は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の酸化物による被毒を解
消すべく被毒解消処理を行うことになる。

【０１１５】ここで、内燃機関１の燃料には硫黄（Ｓ）
が含まれている場合があり、そのような燃料が内燃機関
１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ₂）や三酸化硫黄
（ＳＯ₃）などの硫黄酸化物（ＳＯx）が生成される。

【０１１６】硫黄酸化物（ＳＯx）は、排気とともに吸
蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入し、窒素酸化物（ＮＯx）
と同様のメカニズムによって吸蔵還元型ＮＯx触媒２０
に吸収される。

【０１１７】具体的には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に
流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには、
前述したＮＯx吸収メカニズムの説明で述べたように、
酸素（Ｏ₂）がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白金（Ｐｔ）の表面
に付着しているため、流入排気中の二酸化硫黄（Ｓ
Ｏ₂）や三酸化硫黄（ＳＯ₃）等の硫黄酸化物（ＳＯx）
が白金（Ｐｔ）の表面上でＯ₂ ^-又はＯ^2-と反応してＳＯ
_3-やＳＯ_4-となる。

【０１１８】ＳＯ_3-やＳＯ_4-は、白金（Ｐｔ）の表面上
で更に酸化され、硫酸イオン（ＳＯ ₄ ^2-）の形で吸蔵還
元型ＮＯx触媒２０に吸収される。尚、吸蔵還元型ＮＯx
触媒２０に吸収された硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）は、酸化
バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ₄）を
形成する。

【０１１９】このように吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流
入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気
中の硫黄酸化物（ＳＯx）が硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）とし
て吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収される。

【０１２０】ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ₄）は、硝酸
バリウム（Ｂａ（ＮＯ₃）₂）に比して安定していて分解
し難く、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空
燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となっても分解され
ずに吸蔵還元型ＮＯx触媒２０内に残留してしまう。

【０１２１】吸蔵還元型ＮＯx触媒２０における硫酸塩
（ＢａＳＯ₄）の量が増加すると、それに応じて窒素酸
化物（ＮＯx）の吸収に関与することができる酸化バリ
ウム（ＢａＯ）の量が減少するため、吸蔵還元型ＮＯx
触媒２０のＮＯx吸収能力が低下する、いわゆるＳＯx被
毒が発生する。

【０１２２】吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒を解
消する方法としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の雰囲
気温度をおよそ５００℃〜７００℃の高温域まで昇温さ
せるとともに、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排
気の空燃比をリッチ空燃比とすることにより、吸蔵還元
型ＮＯx触媒２０に吸収されている硫酸バリウム（Ｂａ
ＳＯ₄）をＳＯ_3-やＳＯ_4-に熱分解し、次いでＳＯ_3-や
ＳＯ_4-を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）と反応させて気体状のＳＯ_2-に還元する方法を例示
することができる。

【０１２３】そこで、本実施の形態に係る被毒解消処理
では、ＣＰＵ３５１は、先ず吸蔵還元型ＮＯx触媒２０
の床温を高める触媒昇温処理を実行した上で、吸蔵還元
型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比をリッチ空燃
比とするようにした。

【０１２４】触媒昇温処理では、ＣＰＵ３５１は、例え
ば、各気筒２の膨張行程時に燃料噴射弁３から副次的に
燃料をポスト噴射させるとともに還元剤噴射弁２８から
排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃
料成分を吸蔵還元型ＮＯx触媒２０において酸化させ、
酸化の際に発生する熱によって吸蔵還元型ＮＯx触媒２
０の床温を高めるようにしてもよい。

【０１２５】但し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が過剰に
昇温すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の熱劣化が誘発
される可能性があるため、出ガス温度センサ２４の出力
信号値に基づいてポスト噴射燃料量及び添加燃料量がフ
ィードバック制御されるようにすることが好ましい。

【０１２６】上記したような触媒昇温処理により吸蔵還
元型ＮＯx触媒２０の床温が５００℃〜７００℃程度の
高温域まで上昇すると、ＣＰＵ３５１は、吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒２０に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比と
すべく還元剤噴射弁２８から燃料を噴射させる。

【０１２７】尚、還元剤噴射弁２８から過剰な燃料が噴
射されると、それらの燃料が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０
で急激に燃焼して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が過熱し、
或いは還元剤噴射弁２８から噴射された過剰な燃料によ
って吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が不要に冷却される虞が
あるため、ＣＰＵ３５１は、空燃比センサ２３の出力信
号に基づいて還元剤噴射弁２８からの燃料噴射量をフィ
ードバック制御するようにしても良い。

【０１２８】このように被毒解消処理が実行されると、
吸蔵還元型ＮＯx触媒２０の床温が高い状況下で、吸蔵
還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比がリッチ
空燃比となるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収さ
れている硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）がＳＯ_3-やＳＯ_4-
に熱分解され、それらＳＯ_3-やＳＯ_4-が排気中の炭化水
素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して気体状のＳ
Ｏ_2-に還元され、以て吸蔵還元型ＮＯx触媒２０のＳＯx
被毒が解消されることになる。

【０１２９】また、前述したＮＯx浄化制御では、ＣＰ
Ｕ３５１が所定の周期でリッチスパイク制御を実行する
ことにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気
の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還
元型ＮＯx触媒２０に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を
放出及び還元している。

【０１３０】上記ＮＯx浄化及び被毒解消を効率的に行
うためには、ＮＯx触媒２０の床温を正確に把握し、床
温に応じたリッチスパイク制御を行う必要がある。

【０１３１】ところが、ＮＯx触媒２０の床温はリッチ
スパイクによって昇温するため、リッチスパイク制御中
は入ガス温度センサ３７により計測された排気の温度よ
りもＮＯx触媒２０の床温のほうが高くなる虞れがあ
る。

【０１３２】また、出ガス温度センサ２４により計測さ
れた排気の温度はＮＯx触媒２０の下流に設置されてい
るためＮＯx触媒２０の床温よりも低い数値を示すこと
になる。

【０１３３】単純に排気枝管１８に添加された燃料の量
からＮＯx触媒２０の床温を推定しようとしても、排気
枝管１８内に添加された燃料は直ちに蒸発若しくは微粒
化して排気と共にＮＯx触媒２０へ到達するものもあれ
ば、排気枝管１８の壁面に液体のまま付着しＮＯx触媒
２０へ到達するのに時間がかかるものもある。このよう
に、添加された燃料の全量が直ちにＮＯx触媒２０に到
達するわけではないので、ＮＯx触媒２０の床温を精度
良く得ることは困難である。

【０１３４】そこで、本実施の形態では還元剤として添
加された燃料の排気枝管２０の付着、蒸発を考慮してＮ
Ｏx触媒２０の床温を推定することにした。

【０１３５】次に、この実施の形態における内燃機関の
排気浄化装置のＮＯx触媒２０の床温の推定方法につい
て図４のフローチャートに基づいて説明する。

【０１３６】ステップ１０１では、内燃機関１の運転状
態に基づいて、ＮＯx触媒２０の床温推定に必要な吸入
新気量Ｇ_a、排気温度Ｔ_ex、排出ＨＣ量Ｍ_HC、排出ＣＯ
量Ｍ_{C O}、排気燃料噴射パルス（又は燃料の噴射量）がＲ
ＡＭ３５３に入力される。

【０１３７】吸入新気量Ｇ_aは、ＲＡＭ３５３に記憶さ
れているエアフローメータ１１の出力信号値に基づいて
算出される。

【０１３８】内燃機関１から排出される排気の温度
Ｔ_ex、該排気に含まれるＨＣ量Ｍ_HC、該排気に含まれる
ＣＯ量Ｍ_COは、夫々、排気温度マップ、ＨＣマップ、Ｃ
Ｏマップを参照して算出される。

【０１３９】ここで、内燃機関１の運転状態とは、機関
回転数、吸入空気量、気筒２に噴射される燃料量等であ
り、この運転状態と排気温度、排気中のＨＣ量、排気中
のＣＯ量、との関係を夫々予め求めてマップ化しＲＯＭ
３５２に記憶しておく。

【０１４０】ＣＰＵ３５１は、機関回転数とアクセル開
度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてＲＯ
Ｍ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気
の空燃比を予め設定された目標リッチ空燃比とする上で
必要となる燃料の添加量Ｆ_{in j}を算出する。

【０１４１】ステップ１０２では、排気枝管１８内に添
加された燃料の排気枝管１８の壁面への付着量Ｍ_WSUM及
び蒸発量Ｍ_Yを算出する。この値は、例えば次式により
算出される。

【０１４２】Ｍ_WSUM＝ΣＭ_f(n) Ｍ_Y＝Ｙ・Ｍ_f(n) Ｍ_f(n)＝Ｘ・Ｍ_inj−Ｙ・Ｍ_f(n-1) ここで、Ｍ_f：一回の燃料噴射で壁面に付着する燃料量 Ｘ ：燃料の壁面付着率 Ｙ ：壁面付着燃料の蒸発率 Ｍ_inj：一回の燃料（還元剤）の噴射量 である。

【０１４３】燃料の壁面付着率Ｘ及び壁面付着燃料の蒸
発率Ｙは、排気枝管１８の壁面温度、排気の流量、排気
の温度に応じて変化することが確認されている。排気の
流量は吸入空気量と気筒２内への燃料噴射量との関数と
して表されるので、壁面温度Ｔ_exm、吸入空気量Ｇ_a、燃
料噴射量、壁面付着率Ｘ、蒸発率Ｙの関係を予め実験等
により求めておき、それらの関係をマップ化してＲＯＭ
３５２に記憶しておく。

【０１４４】燃料添加前の壁面温度Ｔ_exmは、例えば排
気の温度Ｔ_exの一時遅れや熱伝達に要する応答遅れとし
て求められることが知られている。燃料添加が始まった
後は前回のルーチンのステップ１０４で求められた排気
枝管１８の温度Ｔ_exaを使用する。

【０１４５】ステップ１０３では、排気枝管１８内での
エネルギー計算を行う。これには、排気が有する熱量Ｑ
_ex、排気枝管１８が有する熱量Ｑ_exm、壁面に付着した
燃料が有する熱量Ｑ_exmX、燃料が蒸発するのに必要な熱
量Ｑ_exmYが必要となる。

【０１４６】排気が有する熱量Ｑ_exは、例えば次式で表
すことができる。

【０１４７】Ｑ_ex＝Ｍ_ex・Ｃ_ex・Ｔ_ex ここで、Ｍ_exは排気の質量、Ｃ_exは排気の比熱、Ｔ_exは
排気の温度であり、排気の質量Ｍ_exはエアフローメータ
１１の出力信号及び気筒２内への燃料主噴射量に基づい
て算出し、排気の温度Ｔ_exはステップ１０１で算出した
排気の温度Ｔ_exを用いる。尚、排気の比熱Ｃ_exは一定と
する。

【０１４８】排気枝管１８が有する熱量Ｑ_exmは、例え
ば次式で表すことができる。

【０１４９】Ｑ_exm＝Ｍ_exm・Ｃ_exm・Ｔ_exm Ｍ_exmは排気枝管１８の質量、Ｃ_exmは排気枝管１８の比
熱、Ｔ_exmは排気枝管１８の温度である。排気枝管１８
の質量は予め計測してＲＯＭ３５２に記憶させておく。
排気枝管１８の温度Ｔ_exmはステップ１０２で求められ
た値を使用する。

【０１５０】壁面に付着した燃料が有する熱量Ｑ
_exmXは、例えば次式で表すことができる。

【０１５１】Ｑ_exmX＝Ｍ_WSUM・Ｃ_exmX・Ｔ_exmX Ｍ_WSUMはステップ１０２で算出した排気枝管１８に付着
した燃料の質量、Ｃ_{ex mX}は排気枝管１８に付着した燃料
の比熱、Ｔ_exmXは排気枝管１８に付着した燃料の温度で
ある。尚、排気枝管１８に付着した燃料の比熱Ｃ_exmXは
一定とする。

【０１５２】燃料の温度Ｔ_exmXは吸気温度センサ１２で
得られた吸入空気の温度に基づいて推定するか還元剤供
給路２９に燃料温度センサ（図示しない）を設置して算
出することができる。

【０１５３】燃料が蒸発するのに必要な熱量Ｑ_exmYは、
例えば次式で表すことができる。

【０１５４】Ｑ_exmY＝Ｍ_Y・Ｒ_exmY Ｍ_Yはステップ１０２で算出した排気枝管１８に付着し
た燃料の蒸発量、Ｒ_{exm Y}は単位質量当たりの燃料を蒸発
させるのに要する蒸発熱である。蒸発熱Ｒ_exmYは予め求
めておきＲＯＭ３５２に記憶させておく。

【０１５５】ステップ１０４では、ステップ１０３の算
出結果に基づいてＭ_Yの燃料が蒸発した後の排気枝管１
８の壁面温度Ｔ_exaを算出する。ここで、排気と排気枝
管１８との温度が同一温度Ｔ_exaになり、且つ、燃料の
蒸発により奪われた熱量は総て排気と排気枝管１８との
温度降下に消費されたものと仮定すると、次式が成立す
る。

【０１５６】Ｑ_ex＋Ｑ_exm＋Ｑ_exmX−Ｑ_exmY＝Ｍ_ex・Ｃ
_ex・Ｔ_exa＋Ｍ_exm・Ｃ_exm・Ｔ_exa＋（Ｍ_WSUM−Ｍ_Y）・
Ｃ_exmX・Ｔ_exmX ここで、この式の左辺は燃料蒸発前の熱量の総和を表
し、右辺は燃料蒸発後のの熱量の総和を表す。

【０１５７】従って、燃料蒸発後の排気枝管１８の壁面
温度Ｔ_exaは次式により算出することができる。

【０１５８】Ｔ_exa＝｛Ｑ_ex＋Ｑ_exm＋Ｑ_exmX−Ｑ_exmY−
（Ｍ_WSUM−Ｍ_Y）・Ｃ_exmX・Ｔ_exmX｝／（Ｍ_ex・Ｃ_ex＋
Ｍ_exm・Ｃ_exm） ステップ１０５では、排気中に含まれるＨＣがＮＯx触
媒２０で燃焼したときに発生される熱量Ｑ_HCを算出す
る。

【０１５９】Ｑ_HC＝Ｒ_HC・Ｍ_HC ここで、Ｒ_HCは排気中の単位質量当たりの未燃ＨＣが酸
化反応したときに生じる反応熱で、一定の値である。Ｍ
_HCはステップ１０１で算出した排出ＨＣ量である。ま
た、ＣＯがＮＯx触媒２０で燃焼したときに発生される
熱量Ｑ_COも同様に算出する。

【０１６０】Ｑ_CO＝Ｒ_CO・Ｍ_CO ここで、Ｒ_COは排気中の単位質量当たりの未燃ＣＯが酸
化反応したときに生じる反応熱で、一定の値である。Ｍ
_COはステップ１０１で算出した排出ＣＯ量である。

【０１６１】ステップ１０６では、ＮＯx触媒２０に液
体のまま到達した燃料の付着量Ｍ_{CSU M}及びＮＯx触媒２
０での燃料の蒸発量Ｍ_CYを算出する。この値は、例えば
次式により算出される。

【０１６２】Ｍ_CSUM＝ΣＭ_Cf(n) Ｍ_CY＝Ｙ・Ｍ_Cf(n) Ｍ_Cf(n)＝Ｘ_C・（Ｍ_inj−Ｍ_f(n)）−Ｙ_C・Ｍ_Cf(n-1) Ｍ_f(n)＝Ｘ・Ｍ_inj−Ｙ・Ｍ_f(n-1) ここで、Ｍ_Cf：一回の燃料噴射でＮＯx触媒１８に付着
する燃料量 Ｘ_C ：燃料のＮＯx触媒付着率 Ｙ_C ：ＮＯx触媒付着燃料の蒸発率 であり、 Ｍ_f：一回の燃料噴射で壁面に付着する燃料量 Ｘ ：燃料の壁面付着率 Ｙ ：壁面付着燃料の蒸発率 Ｍ_inj：一回の燃料（還元剤）の噴射量 はステップ１０２で算出された値である。

【０１６３】還元剤噴射弁２８から排気枝管１８へ噴射
された燃料は、排気枝管１８の壁面に付着するか又は排
気と共にＮＯx触媒２０へ流される。排気枝管１８に付
着せず且つＮＯx触媒２０へ到達する間に蒸発しなかっ
た燃料がＮＯx触媒２０に付着することになる。

【０１６４】燃料のＮＯx触媒付着率Ｘ_C及びＮＯx触媒
付着燃料の蒸発率Ｙ_Cは、ＮＯx触媒２０の床温Ｔ_C、排
気の流量、排気の温度に応じて変化することが確認され
ている。排気の流量は吸入空気量と気筒２内への燃料噴
射量との関数として表されるので、触媒床温、吸入空気
量Ｇ_a、燃料噴射量、排気の温度Ｔ_exn、触媒付着率
Ｘ _C、蒸発率Ｙ_Cの関係を予め実験等により求めておき、
それらの関係をマップ化してＲＯＭ３５２に記憶してお
く。

【０１６５】燃料添加前の触媒床温Ｔ_Cは、例えば入ガ
ス温度センサ３７の出力信号に基づいて算出する。燃料
の添加が始まった後は、前回のルーチンのステップ１０
９で求められた触媒床温Ｔ_Caを使用する。

【０１６６】ステップ１０７では、ステップ１０２及び
ステップ１０６で算出された蒸発燃料がＮＯx触媒２０
で燃焼したときに発生される熱量Ｑ_Yを算出する。この
熱量Ｑ _Yは例えば次式で示すことができる。

【０１６７】Ｑ_Y＝Ｒ_Y・（Ｍ_Y＋Ｍ_CY） ここで、Ｒ_Yは単位質量の蒸発燃料が燃焼したときに生
じる反応熱で一定の値である。

【０１６８】ステップ１０８では、ＮＯx触媒２０での
エネルギー計算を行う。これには、ステップ１０５で算
出された排気中に含まれるＨＣ、ＣＯがＮＯx触媒２０
で燃焼したときに発生される熱量Ｑ_HC、Ｑ_CO及び蒸発し
た燃料がＮＯx触媒２０で燃焼したときに発生される熱
量Ｑ_Yの他に、排気が有する熱量Ｑ_exC、ＮＯx触媒２０
が有する熱量Ｑ_C、ＮＯx触媒２０に付着した燃料が有す
る熱量Ｑ_CX、燃料が蒸発するのに必要な熱量Ｑ_CYが必要
となる。

【０１６９】排気が有する熱量Ｑ_exCは、例えば次式で
表すことができる。

【０１７０】Ｑ_exC＝Ｍ_exC・Ｃ_exC・Ｔ_exC ここで、Ｍ_exCはＮＯx触媒２０に流入する排気の質量、
Ｃ_exCはＮＯx触媒２０に流入する排気の比熱である。排
気の質量Ｍ_exCはエアフローメータ１１の出力信号及び
気筒２内への燃料主噴射量に基づいて算出され、排気の
比熱Ｃ_exCは一定とする。また、Ｔ_exCは入ガス温度セン
サ３７により得られる排気の温度である。

【０１７１】ＮＯx触媒２０が有する熱量Ｑ_Cは、例えば
次式で表すことができる。

【０１７２】Ｑ_C＝Ｍ_C・Ｃ_C・Ｔ_C ここで、Ｍ_CはＮＯx触媒２０の質量、Ｃ_CはＮＯx触媒２
０の比熱でありこれら質量Ｍ_C及び比熱Ｃ_Cは一定であ
る。Ｔ_Cは触媒反応が起こる前のＮＯx触媒２０の触媒床
温であり、ステップ１０６で求められた値を使用する。

【０１７３】ＮＯx触媒２０に付着した燃料が有する熱
量Ｑ_CXは、例えば次式で表すことができる。

【０１７４】Ｑ_CX＝Ｍ_CSUM・Ｃ_CX・Ｔ_exmX Ｍ_CSUMはステップ１０６で算出したＮＯx触媒２０に付
着した燃料の質量、Ｃ_{C X}はＮＯx触媒２０に付着した燃
料の比熱、Ｔ_exmXはステップ１０３で算出された燃料の
温度である。

【０１７５】燃料が蒸発するのに必要な熱量Ｑ_CYは、例
えば次式で表すことができる。

【０１７６】Ｑ_CY＝Ｍ_CY・Ｒ_exmY Ｍ_CYはステップ１０６で算出したＮＯx触媒２０に付着
した燃料の蒸発量、Ｒ_{e xmY}はステップ１０３で求めた単
位質量当たりの燃料を蒸発させるのに要する熱量であ
る。

【０１７７】ステップ１０９では、ステップ１０８の算
出結果に基づいてＮＯx触媒２０の床温を算出する。こ
こで、ＮＯx触媒２０で触媒反応により発生した熱が総
て排気及びＮＯx触媒の加熱に消費され、燃料の蒸発に
より奪われた熱量は総て排気と排気枝管１８との温度降
下に消費され、排気とＮＯx触媒２０との温度が同一温
度Ｔ_Caになったものと仮定すると、次式が成立する。

【０１７８】Ｑ_exC＋Ｑ_C＋Ｑ_HC＋Ｑ_CO＋Ｑ_Y＋Ｑ_CX−Ｑ
_CY＝Ｍ_C・Ｃ_C・Ｔ_Ca＋Ｍ_exC・Ｃ_exC・Ｔ_Ca＋（Ｍ_CSUM−
Ｍ_CY）・Ｃ_CX・Ｔ_CX ここで、この式の左辺は触媒反応前の熱量の総和を表
し、右辺は触媒反応後の熱量の総和を表す。

【０１７９】従って、触媒反応後のＮＯx触媒２０の触
媒床温Ｔ_Caは次式により算出することができる。

【０１８０】Ｔ_Ca＝｛Ｑ_exC＋Ｑ_C＋Ｑ_HC＋Ｑ_CO＋Ｑ_Y＋
Ｑ_CX−Ｑ_CY−（Ｍ_CSUM−Ｍ_CY）・Ｃ_{C X}・Ｔ_CX｝／（Ｍ_C
・Ｃ_C＋Ｍ_exC・Ｃ_exC） ステップ１０９の実行完了により、本ルーチンの第１回
目の処理サイクルが完了し、ＥＣＵ３５は、第２回目の
処理サイクルを実行すべくステップ１０１に戻る。そし
て、第２回目以後の処理サイクルにおけるステップ１０
８では、前サイクルのステップ１０７で算出した触媒床
温Ｔ_Cを用いて、触媒反応前のＮＯx触媒が有する熱量Ｑ
_Cを算出する。

【０１８１】ＥＣＵ３５は、ステップ１０１からステッ
プ１０９の処理を繰り返し実行して、刻々と変化するＮ
Ｏx触媒の触媒床温を推定し、更新していく。そして、
更新された最新の触媒床温がＮＯx触媒２０の触媒床温
として、この排気浄化装置の種々の制御に利用されるこ
とになる。

【０１８２】したがって、この実施の形態における排気
浄化装置では、ＮＯx触媒２０の触媒床温を直接計測す
ることなく、ＮＯx触媒の触媒床温を知ることができ
る。

【０１８３】推定されたＮＯx触媒２０の床温は触媒２
０に流入する排気の温度で推定されているため実際の触
媒床温に対する応答遅れ等問題はない。よって、触媒床
温に応じた機関運転制御や還元剤添加制御を実際の触媒
床温に対して遅れなく実行でき、以て触媒の性能を最大
限に引き出すことができる。

【０１８４】このように、この排気浄化装置ではＮＯx
触媒２０の触媒床温を推定することができるので、触媒
床温を直接計測する温度検出手段は不要なのであるが、
この実施の形態では、排気浄化装置に対するフェールセ
ーフを実現するために、ＮＯx触媒２０の下流に出ガス
温度センサ２４を設けている。この実施の形態のフェー
ルセーフシステムでは、出ガス温度センサ２４で実測さ
れた出ガス温度を触媒床温の実測値（以下、実測触媒床
温という）Ｔ_C2として代用する。

【０１８５】前記実測触媒床温Ｔ_C2が、前述した触媒床
温推定処理の実行により推定されたＮＯx触媒２０の触
媒床温（以下、推定触媒床温という）Ｔ_Caよりも大幅に
低い場合には、還元剤噴射弁２８から排気中に供給され
た燃料（ＨＣ）がＮＯx触媒２０で反応せずにＮＯx触媒
２０に付着していると考えられる。このようにＮＯx触
媒２０に付着したＨＣは、所定の温度条件を満足したと
きに燃焼し始めてＮＯx触媒２０の触媒床温を異常上昇
させ、ＮＯx触媒２０の熱劣化を促進する虞れがある。

【０１８６】一方、前記実測触媒床温Ｔ_C2が推定触媒床
温Ｔ_Caよりも大幅に高い場合には、還元剤噴射弁２８か
ら排気中に供給された燃料（ＨＣ）量が指令供給量より
も多いと考えられ、原因として流量調整弁３０の作動不
良などが考えられる。

【０１８７】また、入ガス温度センサ３７の経時変化に
より排気の温度が正確に得られなくなると、ＮＯx触媒
２０の床温を精度良く制御することは困難となる。

【０１８８】そこで、この実施の形態の排気浄化装置で
は、推定触媒床温Ｔ_Caと実測触媒床温Ｔ_C2の誤差△ｔが
所定の許容誤差範囲から外れている場合には、排気浄化
装置が異常であると判定して、還元剤噴射弁２８からの
燃料添加の実行を禁止することにした。

【０１８９】この実施の形態では、ＥＣＵ３５が異常判
定処理ルーチンを実行することにより、本発明における
異常判断手段が実現される。

【０１９０】出ガス温度センサ２４はＮＯx触媒２０下
流の排気の温度を計測しており、実際の触媒床温に対し
て遅れがあるものの、それに近い値を検出している。こ
の値を用いることにより、入ガス温度センサ３７では計
測不可能な、装置の故障等に起因した触媒の過加熱を検
出し、フェールセーフを確実に実現することができる。

【０１９１】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置に
よれば、触媒の床温を正確に且つ遅れなく知ることがで
き、内燃機関の運転制御や還元剤の供給制御を精度良く
行うことができる。また、触媒の過加熱を検出すること
により触媒の熱劣化を防止することができる。

【０１９２】この結果、排気エミッションの悪化を抑制
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を適用
する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図

【図２】 （Ａ）吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収メカ
ニズムを説明する図（Ｂ）吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx
放出メカニズムを説明する図

【図３】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図

【図４】 本発明に係る触媒床温推定方法を示すフロー
チャート図

【符号の説明】

１・・・・内燃機関 ２・・・・気筒 ３・・・・燃料噴射弁 ４・・・・コモンレール ５・・・・燃料供給管 ６・・・・燃料ポンプ １８・・・排気枝管 １９・・・排気管 ２０・・・吸蔵還元型ＮＯx触媒 ２１・・・排気絞り弁 ２３・・・空燃比センサ ２４・・・出ガス温度センサ ２５・・・ＥＧＲ通路 ２６・・・ＥＧＲ弁 ２７・・・ＥＧＲクーラ ２８・・・還元剤噴射弁 ２９・・・還元剤供給路 ３０・・・流量調整弁 ３１・・・遮断弁 ３２・・・還元剤圧力センサ ３３・・・クランクポジションセンサ ３４・・・水温センサ ３５・・・ＥＣＵ ３７・・・入ガス温度センサ ３５１・・ＣＰＵ ３５２・・ＲＯＭ ３５３・・ＲＡＭ ３５４・・バックアップＲＡＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大木 久 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 林 孝太郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 石山 忍 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小林 正明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 柴田 大介 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 曲田 尚史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 原田 泰生 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 根上 秋彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 松岡 広樹 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 大坪 康彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 青山 太郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 田原 淳 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G091 AA10 AA11 AA18 AA28 AB06 BA11 BA14 BA33 CA18 CA27 CB03 DB13 DC01 DC06 EA05 EA08 EA17 EA22 EA33 FB12 FC08 GB02Y GB03Y GB04Y GB05W GB06W GB10X GB17X HA36 HA37

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする
   希薄燃焼式の内燃機関の排気通路に設けられたＮＯx触
   媒と、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、 前記ＮＯx触媒に流入する排気の温度を計測する入ガス
   温度計測手段と、 前記ＮＯx触媒から流出する排気の温度を計測する出ガ
   ス温度計測手段と、 前記入ガス温度計測手段により計測された排気の温度及
   び前記運転状態検出手段により検出された運転状態に基
   づいて前記ＮＯx触媒の床温を推定する入ガス触媒床温
   推定手段と、 前記入ガス触媒床温推定手段が推定した前記ＮＯx触媒
   の床温に基づいて前記ＮＯx触媒に還元剤を供給する還
   元剤供給手段と、 前記出ガス温度計測手段で計測された排気の温度に基づ
   いて前記ＮＯx触媒の床温を検出する出ガス触媒床温検
   出手段と、 前記出ガス触媒床温推定手段が推定した前記ＮＯx触媒
   の床温に基づいて前記ＮＯx触媒が異常であるか否かの
   判断を行う異常判断手段と、 を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記入ガス触媒床温推定手段は、前記内
   燃機関に吸入される空気の量と、前記内燃機関から排出
   されるＨＣの量と、前記還元剤供給手段により供給され
   る還元剤の量と、前記入ガス温度計測手段により計測さ
   れた排気の温度と、から、前記排気通路及び前記ＮＯx
   触媒での前記還元剤の付着量及び蒸発量を算出し、この
   算出値に基づいて前記ＮＯx触媒の床温を推定すること
   を特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置