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1. (WO2006041223) 内燃機関の排気浄化システム
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内燃機関の排気浄化システム

技術分野

本発明は内燃機関の排気浄化システムに関する。

背景技術

内燃機関の排気ガス中には、通常明有害な Ν Οχ などが含まれている。このため、 排気中の Ν Οχを浄化するために、内燃機関の排気系に Ν Οχ触媒を設けることが 行われている。.ここで、例えば吸蔵還元型 N書 Ox触媒の場合には、吸蔵された N Oxの量が増加すると浄ィ匕性能が悪化する。それに対し、吸蔵還元型 N Ox触媒に 還元剤としての燃料を供給し、同触媒に吸蔵された N〇xを還元放出するように している(以下、「N Ox還元処理」という。)。さらに、吸蔵還元型 N Ox触媒 に排気中の S Oxが吸蔵されることにより、浄化性能が劣化するいわゆる S Ox被 毒が発生することが知られており、この S Ox被毒を解消するために、吸蔵還元 型 N Ox触媒に還元剤としての燃料を供給する場合もある(以下、「S Ox被毒回 復処理」という。)。

ここで、上記した吸蔵還元型 N Ox触媒に還元剤としての燃料を供給する際に、 吸蔵還元型 N Ox触媒に導入される排気の排気流量が適当でない場合には、供給 された燃料の一部が充分に前記吸蔵還元型 N Ox触媒における酸化反応に用いら-れないことがある。そうすると N Ox還元処理や S Ox被毒回復処理が充分に行わ れなかったり、燃費が悪化したりする場合がある。

これに対し、 NOx触媒内の蓄積 N Ox量を減少させるべきときには、 N Ox触 媒内を流通する排気ガスの量を減少させると共に、予め定められた経過時間だけ 経過したときに還元剤を供給する技術が提案されている。さらに、還元剤が供,袷 されたときに N Ox触媒から排出された排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサ により検出し、酸素濃度に生じたピークの値が目標値に一致するように、前記経 過時間を捕正することで高い浄化率を得る技術が提案されている(例えば、特開 2 0 0 4 - 5 2 6 0 3号公報 1参照。、。

し力し、上記の記述においても、添加燃料の分散性が悪く、添加燃料が NOX 触媒のうちの一部分に偏ることが考えられる。この傾向は、 NOx触媒自体の長 さが長い場合や、複数の NOx触媒を直列に配置した場合においては、より顕著 となる。そして、このような場合、 NOx触媒の下流の排気ガスの状態量だけで 添カ卩時期を制御しても、添加燃料の N〇x触媒内での分散性を向上させるには限 界があり、 NOx触媒の全体に亘つて充分に NOx還元処理を行うことに対しては、 改良の余地を残していた。なお、特開平 10— 121944号公報、特開 200 0-230420号公報、 特開 2003— 214150号公報にも関連する技術 が記載されている。

発明の開示

本発明の目的とするところは、吸蔵還元型 N Ox触媒に流入する排気の量を低 減させるとともに前記 NOx触媒に還元剤を供給することによって前記 NOx触媒 に吸蔵された NOxを還元する内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記 N〇x 触媒内における還元剤の分散の仕方を制御することにより、より確実に NOx還 元処理を行うことができる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、吸蔵還元型 Ox触媒の上流と下流に空 ' 燃比検出手段を配置し、前記 NOx触媒に流入する排気の量を低減させるととも に前記排気中に還元剤が添加された後の所定期間における、前記 NOx触媒の上 流に配置された空燃比検出手段により検出された空燃比と下流に配置された空燃 比検出手段により検出された空燃比との差が所定の目標値になるように、前記還 元剤の添加時期を変更することを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関の排気通路に配置され、排気'中の NOxを浄化する吸 蔵還元型 NOx触媒と、

前記排気通路における前記吸蔵還元型 NOx触媒の上流側に配置され、排気中 に還元剤を添加する還元剤添加手段と、

前記吸蔵還元型 NOx触媒に流入する排気の量を低減する排気量低減手段と、 を備え、

少なくとも前記排気量低減手段により前記吸蔵還元型 NOx触媒に流入する排 気量を低減している間に前記還元剤添加手段が排気中に還元剤を添加することに より前記吸蔵還元型 N Ox触媒における N.Oxの還元処理を行う内燃機関の排気浄 ィ匕システムにおいて、

前記排気通路における前記吸蔵還元型 N Ox触媒の上流で且つ前記還元剤添カロ 手段の下流に配置され、排気の空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、 前記排気通路における前記吸蔵還元型 N Ox触媒の下流に配置され、排気の空 燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、をさらに備え、

前記還元剤添加手段によって還元剤を添加した後の所定期間における、前記上 流側空燃比検出手段により検出された空燃比の値と、前記下流側空燃比検出手段 により検出された空燃比の値との差が所定の目標値となるように、前記還元剤添 加手段による還元剤の添加時期を変更することを特徴とする。 .

ここで、前述のように、吸蔵還元型 N〇x触媒の上流と下流に空燃比検出手段 を配置し、前記 N Ox触媒に流入する排気の量を排気量低減手段によつて低減さ せるとともに該排気に還元剤を添加して前記 N Ox触媒の N Ox還元処理を実施す る場合、前記 N Ox触媒に流入する排気の量は、前記排気量低減手段の作動とと もに低減する。そして、排気の量が低減している期間中、還元剤添加手段によつ て添加された還元剤は、前記 N Ox触媒中に分散し、その分散位置近傍における N Oxを還元する。

そして、 N Ox触媒に流入する排気の量が低減している際に、前記還元剤添カロ 手段から添加された還元剤が、前記 N Ox触媒中の上流側の部分または下流側の 部分に偏って分散している場合には、 N Ox触媒に入する排気の量が低減して いる間の、前記 N Ox触媒の上流と下流における空燃比の差が大きくなる。例え ば、前記還元剤'が前記 N Ox触媒中の上流側の部分に偏って分散している場合に は、前記 N Ox触媒の上流における空燃比が低くなり、下流における空燃比は高 くなる。逆に、前記還元剤が前記 N Ox触媒中の下流側の部分に偏って分散して いる場合には、前記 N Ox触媒の下流における空燃比が低くなり、上流における 空燃比は高くなる。

そこで、本発明においては、吸蔵還元型 N Ox触媒に流入する排気の量を低減 させるとともに、前記還元剤添加手段によって前記排気に還元剤を添加して前記 N Ox触媒の N Ox還元処理を実施する場合に、前記 N Ox触媒の上流で且つ前記 還元剤添加手段の下流に配置された上流側空燃比検出手段と、前記排気通路にお ける前記 N Ox触媒の下流に配置された下流側空燃比検出手段と、を備えるよう にし、前記還元剤添加手段によって還元剤を添加した後の所定期間における、前 記上流側空燃比検出手段により検出されだ空燃-比-の値と、前記下流側空燃比検出 手段により検出された空燃比の値との差が所定の目標値となるように、前記還元 剤添加手段による還元剤の添加時期を変更することとした。

そうすれば、前 |Β排気量低減手段によつて前記 N Ox触媒に流入する排気の量 が低減されている期間中において、還元剤添加手段から添加された還元剤の分散 の仕方を適宜変更することができる。その結果、前記 N Ox触媒における N Oxを より効率よく還元できるように還元剤を分散させることができ、前記 N Ox '触媒 における N Ox還元処理をより確実に行うことができる。

例えば、上記における所定の目標値を零にすることにより、前記 N Ox触媒に 流入する排気の量が低減されている期間中において、還元剤を前記 N Ox触媒の 中央部を中心に略均一に分散させることができる。そうすれば、前記 N Ox触媒 の全体において N Ox還元処をより確実に行うことができる。

また、本発明においては、前記排気に前記吸蔵還元型 N Ox触媒をバイパスさ せるバイパス通路をさらに備え、前記排気量低減手段は、前記パイパス通路を通 過する排気の量を制御することによって前記吸蔵還元型 N Ox触媒に流入する排 気の量を低減するパルプであり、前記還元剤添加手段によつて還元剤を添加した 後の所定期間は、前記バルブにより前記吸蔵還元型 N Ox触媒に流入する排気量 が略最小にされた流れ停止期間であるようにしてもよレ、。

すなわち、前記排気に前記吸蔵還元型 N Ox触媒をパイパスさせるバイパス通 路をさらに備え、前記排気量低減手段を前記バイパス通路を通過する排気の量を 制御することによって前記 N Ox触媒に流入する排気の章を低減するバルブとす れば、バルブの開閉という簡単な制御によって、前記 N Ox触媒に流入する排気 の量を低減させることができる。そして、前記パルプによって、前記内燃機関の 排気の略全部に、前記 N Ox触媒をバイパスさせて、前記バイパス通路を通過さ せることにより、前記 N Ox触媒に流入する排気の量を略零にすることができる。 こうすれば、前記 N Ox触媒に流入する排気の量を低減した際に、前記還元剤 添加手段により添加された還元剤の N〇x触媒における分布をより容易に制御す ることができる。なお、ここで前記バルブによって、前記 N Ox触媒に流入する 排気の量を低減する場合、上述のように前記 N Ox触媒に流入する排気の量は略 零にすることが望ましい。そうすれば、前記 N Ox触媒に流入する排気の量を低 減した際に、前記還元剤添加手段により添加された還元剤を N Ox触媒中におい て略静止させることができるからである。し力し、必ずしも略零にする必要はな く、前記バルブの性能の範囲において、前記 N Ox触媒に流入する排気の量を略 最小にすればよい。以下においては、略最小とは略零と同義として説明を行う。 また、前記上流側空燃比検出手段により検出された空燃比の値と、前記下流側 空燃比検出手段により検出された空燃比の値との差が所定の目標艫となるように、 前記還元剤添加手段による還元剤の添加時期を変更する制御において、前記上流 側空燃比検出手段により検出された空燃比の値と、前記下流側空燃比検出手段に より検出された空燃比の値を検出する前記所定期間を、前記パルプにより前記吸 蔵還元型 N Ox触媒に流入する排気量が略最小にされた流れ停止期間とすること により、前記上流側空燃比検出手段及び、前記下流側空燃比検出手段により空燃 比を検出する際の、両検出手段近傍における空燃比の変動を抑制することができ、 それぞれの空燃比検出手段における検出精度を向上させることができる。また、 その期間中は、前記還元剤添加手段から添加された還元剤の移動速度が略最小に なるので、 N Ox還元処理に最も影響を及ぼす期間における空燃比を検出でき、 結果として、 N Ox還元処理に最も影響を及ぼす期間における還元剤の分散を制 御することができる。

ここで、前記流れ停止期間は、具体的には前記パルプを全閉状態にすることに より、前記 N Ox触媒に流入する排気量が略最小(前記バルブからの漏れを除い て略零)になった期間としてもよい。また、上記のバイパス通路は、単に前記排 気通路における前記 N Ox触媒を上流側と下流側とを連通させる排気管であって もよいし、その途中には、吸蔵還元型 N Ox触媒などの第 2の N Ox触媒を備える ようにしてもよい。後者の場合は、前記 N Ox触媒の N Ox還元処理を行う場合に はバイパス通路を通過する排気の量を増加させて前記第 2の N Ox触媒によって 排気中の N Oxを浄化し、前記第 2の N Ox触媒の N Ox還元処理を行う場合には、 バイパス通路を通過する排気の量を減少させて前記 N〇x触媒によつて排気中の N Oxを浄ィ匕するようにしてもよい。

また、本発明においては、前記上流側空燃比検出手段により検出された前記排 気の空燃比における変化が所定変化量以下であることをもって、前記流れ停止期 間であると判断するようにしてもよい。

ここで、前記バルブによつ-で前記 N Ox触媒に流入する排気量の低減が開始さ れた後、前記還元剤添加手段から添加された還元剤は、前記上流側空燃比検出手 段の近傍を通過する。そしてその後、前記還元剤がさらに下流側に移動し、前記 N Ox触媒近傍に到達した時点で、前記 N Ox触媒に流入する排気の量が略零にな り、還元剤がその位置において略静止する。換言すると、基本的には、前記還元 剤添加手段から添加された還元剤が前記 NOx触媒中に到達した時点で前記 N Ox 触媒に流入する排気の量が略零になるように、バルブの動作速度と、前記還元剤 添加手段からの還元剤の添加時期との関係が予め設定されている。 .

このような動作中においては、前記上流側空燃比検出手段により検出された空 燃比は、前記還元剤が前記上流側空燃比検出手段の近傍を通過する際には、一旦 急激に低くなり、前記還元剤が ff記 N Ox触媒に到達した際には、再度高くなる。 そしてその後、前記 N〇x触媒に流入する铧気の量が略零になることにより安定 する。すなわち、前記上流側空燃比検出手段により検出された空燃比における変 化と、前記 N Ox触媒に流入する排気の量とめ間には高い^関がある。

従って、前記上流側空燃比検出手段により検出された空燃比における変化が、 所定変化量以下となったことをもって、前記 N Ox触媒に流入する排気還元剤の 量が略零になる時期、すなわち流れ停止時期と判断してもよい。そうすれば、前 記 NOx触媒に流入する排気の量を直接検出する手段を備える必要がなく、平易 な方法によって流れ停止時期の始期の検出を行うことができる。

また、この際、前記上流側空燃比検出手段により検出された前記排気の空燃比 における変化の値が所定変化量以下となり、且つ前記上流側空燃比検出手段によ り検出された前記排気の空燃比の値が所定空燃比以下となったことをもって、前 記流れ停止期間であると判断するようにしてもよい。すなわち、前記上流側空燃 比検出手段により検出された前記排気の空燃比における変化の値が所定変化量以 下となる場合のみをもって、流れ停止時期と判断した場合、前記還元剤添加手段 から添加された還元剤が前記上流側空燃比検出手段の近傍を通過する前の時期を もって、流れ停止時期と判断してしまう危険性がある。それに対し、前記還元剤 添加手段から還元剤が添加された前後においては、前記上流側空燃比検出手段に よって検出される空燃比の値は全く異なることが分かっている。

従って、前記上流側空燃比検出手段により検出された空燃比における変化とと 一 もに;空燃比の絶対値も考慮したうえで、流れ停止期間を判断することにより、 さらに正確に流れ停止期間を判断することができる。

'5 なお、最も簡単には、前記排気量低減手段の作動か開始してから、前記 N Ox 触媒に流入する排気の量が略零になるまでの時間を予め実験的に求めておき、前 記排気量低減手段の作動か開始してから、前記実験的に求められた時間が経過し たことをもつて流れ停止期間を判断してもよい。

また、本発明においては、前記還元剤添加手段によって還元剤を添加した後の 0 所定期間において、前記上流側空燃比検出手段により.検出された空燃比の値と、 前記下流側空燃比検出手段により検出された空燃比の値との差が略前記目標値と なった際の、前記上流側空燃比検出手段によつて検出された空燃比の値及び前記 下流側空燃比検出手段により検出された空燃比の値が、所定の目標空燃比となる ように、前記還元剤添加手段による還元剤の添加量を変更するようにしてもよい。 5 ここで、上述したように、前記還元剤添加手段によって還元剤を添カ卩した後の 所定期間における、前記上流側空燃比検出手段により検出された空燃比の値と、 前記下流側空燃比検出手段により検出された空燃比の値との差が所定の目標値と なるように、前記還元剤添加手段による還元剤添加時期を変更することにより、 前記 N Ox触媒における前記還元剤の分散の仕方を制御することができる。例え 0 ば、前記目標値を零と設定することにより、前記 N Ox触媒における前記還元剤

、 を中央に偏りなく分散させることができる。し力し、この場合でも、前記上流側 空燃比検出手段によつて検出された空燃比の値及び前記下流側空燃比検出手段に より検出された空燃比の値が、 N Ox還元処理において目標とされる空燃比の値 から外れている場合がある。

5 このような場合には、前記 N Ox触媒における N Oxを充分に還元することが困 難となる危険性がある。そして、このようなことが起こる原因としては、前記還 元剤添加手段から添加された還元剤の量が設定値から外れている場合が考えられ る。あるいは設定値自体が適当でない場合も考えられる。

そこで、本発明においては、前記還元剤添加手段によって還元剤を添加した後 0 の所定期間において、前記上流側空燃比検出手段により検出された空燃比の値と、 前記下流側空燃比検出手段により検出された空燃比の値との差が略前記所定の目 標値となった際の、前記上流側空燃比検出手段によって検出された空燃比の値及 び前記下流側空燃比検出手段により検出さた空燃比の値が、所定の目標空燃比 となるように、前記還元剤添加手段による還元剤の添加量を変更するようにした。 こうすれば、前記 N Ox触媒に流入する排気の量が低減された期間において、 N Ox触媒中に分散する還元剤の分布の偏りを適宜制御できるとともに、該還元 剤の量を、 N Ox還元処理に最適な値に、より確実に制御することができる。従 つて、より確実に前記 N Ox触媒の N Ox還元処理を行うことができる。

また上述のように、前記上流側空燃比検出手段によって検出された空燃比の値 及び前記下流側空燃比検出手段により検出された空燃比の値が、 N Ox還元処理 において目標とされる空燃比の値から外れてしまう他の原因として、前記還元剤 添加手段から添加された還元剤の量は適当であるものの、前記還元剤添加手段か ら添加された還元剤が、前記 N〇x触媒の中央部に過度に集中して分散している 場合が考えられる。このような場合には、前記還元剤添加手段から添カ卩される還 元剤の量そのものは増加させずに、前記還元剤添加手段から添加される還元剤の 添加回数を増加させ、あるいは前記還元剤添加手段から添加される還元剤の添加 率を減少させて還元剤を添加するようにしてもよい。こうすれば、より少量の還 元剤を長い時間をかけて添加することにより、必要量の還元剤を添加することが できるので、前記 N Ox触媒全体において還元剤をより均一に分散させることが でき、前記 N Ox触媒の全体において、 N Ox還元処理を良好に行うことができる。 また、本発明においては、前記吸蔵還元型 N Ox触媒は、前記排気通路におい て直列に複数個配置され、前記上流側空燃比検出手段は前記複数の吸蔵還元型 N Ox触媒の上流に配置され、前記下流側空燃比検出手段は前記複数の吸蔵還元型 N Ox触媒の下流に配置され、 N Ox還元処理の際に、前記複数の吸蔵還元型 N O X触媒のうちの各触媒において要求される還元剤量に応じて前記所定の目標値を 設定するようにしてもよい。

ここで、前述のように、前記還元剤が前記 N Ox触媒中の上流側の部分に偏つ て分散している場合には、前記 N Ox触媒の上流における空燃比が低くなり、下 流における空燃比は高くなる。逆に、前記還元剤が前記 N Ox触媒中の下流側の 部分に偏って分散している場合には、前記 N Ox触媒の下流における空燃比が低 くなり、上流における空燃比は高くなる。逆に言うと、前記 N Ox触媒に流入す る排気の量を低減している期間中において、前記上流側空燃比検出手段により検 出された空燃比の値と、前記下流側空燃比検出手段により検出された空燃比の値 との差が所望の値となるように、前記還元剤添加手段から添加される還元剤の添 加時期を変更することにより、前記 NOx触媒における前記還元剤の分散の仕方 を変化させることができる。

この原理を利用して、本発明においては、排気通路に複数個配置された吸蔵還 元型 N Ox触媒に対して N Ox還元処理を行う場合に、前記複数の吸蔵還元型 N〇 X触媒のうちの各触媒において要求される還元剤量に応じて前記所定の目標値を 変更するようにした。例えば、上流側の前記 N Ox触媒において要求される還元 ' 剤量が下流側の前記 N Ox触媒において要求される還元剤量よりも多い場合には、 流れ停止期間における前記還元剤の分散の中心が上流側になるように所定の目標 値を変更する。逆に、下流側の前記 N Ox触媒において要求される還元剤量が上 流側の前記 N Ox触媒において要求される還元剤量よりも多い場合には、流れ停 止期間における前記還元剤の分散の中心が下流側になるように所定の目標値を変 更する。

こうすれば、排気通路に複数の NOx触媒を備えた場合において、各 NOx触媒 が N Ox還元処理において要求する還元剤量が異なる場合にも、複数の N Ox触媒 の全体について良好に N Ox還元処理を行うことができる。また、同様の制御を 行うことにより、排気通路に 1個の長い N Ox触媒を備えた場合に、 N Ox還元処 理において、該 N Ox触媒の各部分が要求する還元剤量が異なる場合にも、 N Ox 触媒全体に対して良好に N Ox還元処理を行うことができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて 使用することができる。

図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の実施例 1における内燃機関と、その排気系及び制御系の概 略構成を示す図である。

第 2図は、本発明の実施例 1における第 1弁の開閉、第 1還元剤添加弁の O N - O F F , 第 1 N Ox触媒に流入する排気の量について示したタイムチャートで ある。

第 3 A図は、第 1還元剤添加弁から添加された燃料が、第 INOx触媒内にお ける上流側の部分に偏って分散している場合の、 -第 1 NOx触媒の上流における 空燃比の変化を示したグラフである。第 3 B図は、同様の場合における、第 1N Ox触媒の下流における空燃比の変化を示したグラフである。

第 4 A図は、第 1還元剤添加弁から添加された燃料が、第 INOx触媒内にお •ける下流側の部分に偏って分散している場合の、第 1 NOx触媒の上流における 空燃比の変化を示したグラフである。第 4B図は、同様の場合における、第 1N O X触媒の下流における空燃比の変化を示したグラフである。

第 5図は、本明の実施例 1における NOx還元処理ルーチンを示すフローチ ヤートである。

第 6図は、本発明の実施例 1における排気量低減期間補正ルーチンを示すフロ 一チャートである。 .

第 7図は、本発明の実施例 2における NOx還元処理ルーチンを示すフローチ ヤートである。,

第 8図ほ、本発明の実施例 2における第 1弁の開閉、第 1還元剤添加弁の ON -OFF, 第 1 NOx触媒に流入する排気の量についてのタイムチヤ一トである。 第 9図は、本発明の実施例 3における内燃機関と、その排気系及ぴ制御系の概 ' 略構成を示す図である。

第 10図は、本発明の実施例 3における NOx還元処理ルーチンを示すフロー チャートである。

発明を実施するための最良の形態

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳し く説明する。

実施例 1

第 1図は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示 す図である。なお、第 1図においては、内燃機関 1の内部及びその吸気系は省略 されている。

第 1図において、内燃機関 1には、内燃機関 1からの排気が流通する排気管 5 が接続され、この排気管 5は下流にて図示しないマフラーに接続されている。ま た、排気管 5は、途中で第 1分岐通路 10 a、第 2分岐通路 10 bに分岐されて おり、この第 1分岐通路 10 a及び第 2分岐通路 1 O bは下流において合流して いる。そして、第 1分岐通路 10 aには、排気中の NOxを吸蔵還元する第 1N Ox触媒 1 1 aが設けられており、第 2分岐通路 10 bには、同じく第 2 NOx触 媒 1 1 bが設けられている。

また、第 1分岐通路 10 aにおける、第 1, NOx触媒 1 1 aの上流には、第 1 分岐通路 10 aを通過する排気の量を制御する第 1弁 12 aが備えられている。 同様に、第 2分岐通路 1 O bにおける、第 2 NOx触媒 1 1 bの上流には、第 2 弁 12 bが備えられている。なお、上記の第 1弁 12 a及び第 2弁 12 bは、本 実施例における排気量低減手段に相当する。

また、第 1図中、第 1分岐通路 10 aにおける第 1弁 12 aと第 1 NOx触媒 1 1 aの間には、第 1 NOx触媒 1 1 aの NOx還元処理の際に、還元剤としての 燃料を排気に添加する第 1燃料添加弁 13 a及び、第 1 NOx触媒 1 1 aめ上流 における排気の空燃比を検出する第 1上流側空燃比センサ 14 aが上流側から並 ベて備えられている。同様に、第 2分岐通路 10 bにおける第 2弁 1, 2 bと第 2 NOx触媒 1 1.bの間には、第 2燃料添加弁 13 b及び第 2上流側空燃比センサ 14 aが上流側から並べて備えられている。

さらに、第 1分岐通路 10 aにおける第 1 NOx触媒 1 1 aの下流には、第 1 NOx触媒 1 1 aの下流における排気の空燃比を検出する第 1下流側空燃比セン サ 1 5 aが備えられている。同様に、第 2分岐通路 10 bにおける第 2 NOx触 媒 1 1 bの下流には、第 2 NOx触媒 1 1 bの下流における排気の空燃比を検出 する第 2下流側空燃比センサ 1 5 bが備えられている。なお、上記の第 1上流側 空燃比センサ 14 a及ぴ第 2上流側空燃比センサ 14 bは、それぞれ本実施例に おける上流側空燃比検出手段を構成する。また、第 1下流側空燃比センサ 15 a 及ぴ第 2下流側空燃比センサ 1 5 bは、それぞれ本実施例における下流側空燃比 検出手段を構成する。また、第 1還元剤添加弁 13 a及ぴ第 2還元剤添加弁 1 3 は、本実施例における還元剤添加手段を構成する。

以上述べたように構成された内燃機関 1及びその排気系には、該内燃機関 1及. び排気系を制御するための電子制御ュニット(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の運転状態等を制御する他、内燃機関 1の第 1 NOx 触媒 1 1 a及ぴ、第 2 N Ox触媒 1 1 bに対する N Ox還元処理などに係る制御を 行うュニットである。

ECU35には、 図示しないクランクポジションセンサや、アクセルポジショ ンセンサなどの内燃機関 1の運転状態の制御に係るセンサ類の他、第 1上流側空 燃比センサ 14 a、第 2上流側空燃比センサ 14 b、第 1下流側空燃比センサ 1 5 a、第 1下流側空燃比センサ 15 bが電気配線を介して接続され、それらの出 力信号が ECU 35に入力されるようになっている。一方、 ECU 35には、内 燃機関 1内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施 例における第 1弁 12 a、第 2弁 12 b及ぴ、第 1還元剤添加弁 13 a、第 2還 元剤添加弁 13 bが電気配線を介して接続されており、 ECU35によつて制御 されるようになつている。

また、 ECU35には、 CPU、 ROM, RAM等が備えられており、 ROM には、内燃機関 1の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマ ップが記憶されている。第 1 NOx触媒 1 1 a、第 2 NOx触媒 1 l bに吸蔵され た NOxを還元放出させるための NOx還元処理ルーチンの他、 SOx被毒回復処 理ルーチン(説明は省略)なども、 ECU35の ROMに記憶されているプログ ラムの一つである。 ,

次に、このような内燃機関 1の排気系において、 NOx還元処理が行われる場 合の例とレて、特に第 1 NOx触媒 1 1 aの NOx還元処理の際についての、第 1 弁 1 2 a、第 1還元剤添加弁 1 3 aの動作及び、第 1 NOx触媒 1 1 aに流入す る排気の量の変化について第 2図を用いて説明する。第 2図は、第 1弁 12 aの 開閉、第 1還元剤添加弁 13 aの ON— OF F、第 1 NOx触媒 1 1 aに流入す る排気の量について示したタイムチャートであり、横軸は時間である。

第 1 NOx触媒 1 1 aの NOx還元処理が行われる際には、まず、 ECU35に よって第 1弁 12 aに全閉動作指令が出され、第 2弁 1 2 bには全開動作指令が 出される。そうすると、排気管 5を通過中の排気のうちの略全量が、第 2分岐通 路 10 bを通過するようになる。従って、第 2図に示すように、第 1弁が全閉さ れた後、第 1 NOx触媒 1 1 aに流入する排気の量は減少し、第 1弁 1 2 aから の漏れを除いて略零になる。

一方、第 1弁 12 aに全閉動作指令がなされてから所定のディレイ時間 ΔΤが 経過した時点で、第 1燃料添加弁 13 aから還元剤としての燃料が排気中に添カロ される。ここで、第 INOx触媒 1 1 aに流入する排気の量が減少する過程にお いて、第 1燃料添加弁 13 aから排気中に添加された燃料は、前記排気とともに 下流側に移動し、第 INOx触媒 1 1 aに到達した時点で、排気の量が略零にな り、還元剤としての燃料が第 1 NOx触媒 1 1 a内に分散するようにディレイ時 間 ΔΤが設定されている。 ' ,

そして、前記還元剤が第 INOx触媒 1 1 a内に分散している期間中に、第 1 NOx触媒 1 1 a中の NOxが還元される。さらに所定時間経過後、 ECU35に より第 1弁 12 aに全開動作指令が出され、第 2弁 12 bの全開動作指令が解除 される。そうすると、第 INOx触媒 1 1 aに流入する排気の量が増加し始め、 NOx還元処理が行われる前と同等の値になる。

ここで、第 1弁 12 aが全閉状態となり、第 INOx触媒 1 1 aに流入する排 気の量が略零になつてから、第 1弁 12 aの全開動作が開始し、第 INOx触媒 1 1 aに流入する排気の量が増加し始めるまでの期間を、「流れ停止期間」と呼 ぶ。

上記の NOx還元処理において、内燃機関 1の運転状態や第 1弁 12 aの閉弁 速度、ディレイ時間 ΔΤがばらついた場合などにおいては、第 1還元剤添加弁 1 3 aから添加された燃料が、第 1 NOx触媒 1 1 aに流入する排気の量が略零に なった際に、第 INOx触媒 1 1 a内に均一に分散されずに、第 INOx触媒 1 1 a内における上流側の部分または下流側の部分に偏った状態で分散する場合があ つた。例えばディレイ時間 ΔΤが短すぎる場合には、第 1還元剤添加弁 1 3 a力、 ら添加された燃料の、流れ停止期間前の移動距離が長くなるので、燃料は、流れ 停止期間となった時点で、第 INOx触媒 1 1 a内における下流側の部分に偏つ て分散することとなる。逆に、ディレイ時間 ΔΤが長すぎる場合には、第 1還元 剤添加弁 1 3 aから添加された燃料の流れ停止期間前の移動距離が短くなるので、 燃料は、第 INOx触媒 1 1 a内における上流側の部分に偏って分散することと なる。そうすると、第 INOx触媒 1 1 aの全体に亘つて吸蔵されている NOxを 充分に還元することができない場合があった。 ·

ここで上記のように、流れ停止期間において、第 1還元剤添加弁 13 aから添 加された燃料が、第 1 N Ox触媒 1 1 d内における上流側の部分に偏つて分散し ている場合には、第 INOx触媒 11 aの上流の空燃比が下流の空燃比よりも低 くなることが分かっている。また、同様に、第 1還元剤添加弁 13 aから添加さ れた燃料が、第 INOx触媒 11 a内における下流側の部分に偏って分散してい る場合には、第 INOx触媒 1 1 aの下流の空燃比が上流の空燃比よりも低くな ることが分かっている。

このことについて第 3図を用いて説明する。第 3A図は、第 1還元剤添加弁 1 3 aから添加された燃料が、第 INOx触媒 1 1 a内における上流側の部分に偏 つて分散する場合の、,第 INOx触媒 11 aの上流における空燃比の変化を示し たグラフである。第 3B図は、同様の場合における、第 INOx触媒 11 aの下 流における空燃比の変化を示したグラフである。

第 3 A図、第 3 B図のグラフにおいて縦軸は空燃比、横軸は概略 NOx還元処 理が開始してから終了するまでの時間を示している。また N〇x還元処理にぉヽ て要求される空燃比の値を目標空燃比として破線で示している。第 3 A図から分 かるように、第 1還元剤添加弁 13 aから添加された燃料が、第 INOx触媒 1 1 a内における上流側の部分に偏って分散する場合は、第 INOx触媒 11 aの 上流における空燃比は流れ停止期間の略全体において、目標空燃比より低くなつ ている。これは、第 1還元剤添加弁 13 aから添加された燃料が、第 INOx触 媒 11 aに流入する排気の量が略零になった時点で、第 1 NOx触媒 11 a内に おける上流側の部分に偏って分散するため、第 INOx触媒 11 aの上流におけ る空燃比が極端に低い状態が継続することによる。

同様に、第 3 B図から分かるように、同様の場合、第 INOx触媒 11 aの下 流における空燃比は流れ停止期間の略全体において、目標空燃比より高くなつて いる。そして、流れ停止期間が終了した後、第 INOx触媒 11 aの下流におけ る空燃比は一旦急激に低くなり、すぐに回復している。これは、第 1還元剤添加 弁 13 aから添加された燃料が、流れ停止期間の全体において、第 INOx触媒 1 1 a内における上流側の部分に偏って分散し、第 INOx触媒 11 aの下流に は、燃料が殆ど分散しないため、第 INOx触媒 11 aの下流における空燃比が 目標値より高い状態が継続し、流れ停止期間が終了した後、第 INOx触媒 1 1 a内における上流側の部分に分散していた燃料が第 INOx触媒 11 aの下流を 通過することによる。

-… 次に第 4図について説明する。第 4A図は、第 1還元剤添加弁 13 aから添カロ された燃料が、第 INOx触媒 11 a内における下流側の部分に偏って分散して 5 いる場合の、第 INOx触媒 11 aの上流における空燃比の変化を示したグラフ である。第 4B図は、同様の場合における、第 INOx触媒 11 aの下流におけ る空燃比の変化を示したグラフである。

第 4 A図から分かるように、第 1還元剤添加弁 13 aから添カ卩された燃料が、 第 INOx触媒 11 a内における下流側の部分に偏って分散している場合は、第 0 INOx触媒 1 1 aの上流における空燃比は流れ停止期間の前に一旦極端に低く なり、その後、流れ停止期間の略全体に亘つて、目標空燃比より高い状態を継続 する。これは、第 1還元剤添加弁 13 aから添加された燃料が、流れ停止期間の 前に、第 INOx触媒 11 aの上流を通過し、第 INOx触媒 11 a内における下 流側の部分にまで移動し、流れ停止期間においては、第 INOx触媒 11 a内に 5 おける下流側の部分に偏って分散しているため、第 1 NOx触媒 11 aの上流に は燃料があまり分散していないことによる。

' 同様に、第' 4 B図から分かるように、同様の場合、第 INOx触媒 11 aの'下 流における空燃比は流れ停止期間の全体に亘つて、目標空燃比より低くなってい る。これは、第 1還元剤添加弁 13 aから添加された燃料が、流れ停止期間の全 0 体に!:つて、第 INOx触媒 11 a内における下流側の部分に偏って分散してい ることによる。

本発明においては、上述のような、第 1 NOx触媒 11 aの上流側と下流側の 空燃比の特性を利用し、上流側空燃比センサ 14 a及び下流側空燃比センサ 15 aによって第 INOx触媒 11 aの上流と下流の空燃比を検出し、流れ停止期間 5 における双方の検出値の差を零にするようにディレイ時間 ΔΤを変更することに より、流れ停止期間において、第 1還元剤添加弁 13 aから添カ卩された燃料が、 第 INOx触媒 11 a内に均一に分散するようにした。

第 5図は、本実施例における NOx還元処理ルーチンである。本ルーチンは E CU35の ROMに記憶されたプログラムであり、 NOx還元処理開始条件が満 0 たされたときに実行される。この NOx還元処理開始条件は、前回の NOx還元処 理以降の内燃機関 1の稼働時間あるいは車両の走行距離が閾値を越えることによ つて満たされるように規定してもよいし、第 INOx触媒 1 l aの下流で検出さ れる NOx濃度が閾値を超えることによって満たされると規定してもよい。

本ルーチンが実行されると、まず S 101において、 ECU 35によって第 1 弁 12 aに全閉動作指令が出され、第 2弁 1 2 bに全開動作指令が出される。こ の時点で、第 1弁 12 aの閉弁動作と第 2弁 12 bの開弁動作が開始する。これ により、第 1 NOx触媒 1 1 aに流入する排気の量が減少し始める。 S 101の 処理が終了すると S 102の処理に進む。

S 102においては、第 1還元剤添加弁 13 aから、第 1分岐通路 10 aを通 過する排気中に還元剤としての燃料が添カ卩される。具体的には、第 1弁 12 aに 全閉動作指令が出され、第 2弁 12 bに全開動作指令が出された後、ディレイ時 間厶 Tが経過してから燃料添カ卩が開始される。そして、このディレイ時間 ΔΤと しては、予め実験的に求められだ基準ディレイ時間 ATSに対して、前回の本ル 一チンの実行時に後述の処理において導出された補正値 ΔΤ 'が加算された値が 用いられる。また、この際に添加される燃料の量 Fについても同様、予め実験的 に用いられた基準添加燃料量 F Sに対して、前回の本ルーチンの実行時に後述の 処理において導出された補正値 F 'が加算された値が用いられる。 S 102の処 理が終了すると S 103に進む。

S 103においては、第 1 NOx触媒 1 1 aの上流と下流における空燃比を検 出する。具体的には、第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力値 A FU及び、第 1 下流側空燃比センサ 1 5 aの出力値 A FLを ECU35に取り込むことにより検 出する。

次に、 S 104に進み、 S 103において検出された AFUと、 AFLとの差 分の絶対値が所定の空燃比差分値 AF S以下かどうかが判定される。ここで空燃 比差分値 A FSは、予め実験的に求められた値であり、 NOx触媒の上流と下流 における空燃比の差分の絶対値がこの値以下であれば、還元剤添加弁から添カロさ れた燃料が流れ停止期間において、 NOx触媒の中央部を中心に分散されている と判断できる閾値としての差分値である。

ここで、 AFUと、 AFLとの差分の絶対値が AF Sより大きいと判定された 場合には、第 1還元剤添加弁 13 aから添加された燃料が、第 1 NOx触媒 1 1 a内における中央部に分散されておらず、上流側の部分か下流側の部分かに偏つ て分散していると判断できるので、ディレイ時間 ΔΤを補正すべく、 S 105に 進む。一方、 AFUと、 AFLとの差分の絶対値が AFS以下であると判定され た場合には、第 1還元剤添加弁 13 aから添加された燃料が、第 1 NOx触媒 1 1 a内における中央部に分散されていると判断できるので、ディレイ時間 ΔΤの 補正をせずに、そのまま S 106に進む。

ここで、 S 104において算出された AFUと AFLとの差分が正の値である 場合、すなわち AFUが AFLに対して大きい値であった場合には、燃料は第 1 NOx触媒 1 1 a内における下流側の部分に偏って分散していると判断され、 A FUが AFLに対して小さい値であった場合には、燃料は第 1 NOx触媒 11 a 内における上流側の部分に偏って分散していると判断される。

そして、その場合、ディレイ時間 ΔΤを変更して燃料を第 1 NOx触媒 11 a 内における中央部に分散させるようにする必要があるので、 S 105においては、 ディレイ時間 ΔΤを変更するための捕正値 ΔΤ ,を導出する。具体的には、ディ レイ時間 Δ Tは、基準ディレイ時間 Δ T Sに補正値 Δ T 'を加えることにより 算出されるように設定し、 AFUと AFLの差分値と、その差分値に対して、 A FUと AFLとの差分を零とするためのディレイ時間の補正値 ΔΤ 'との関係を 予めマップにしておく。そして、 S 104において算出された AFUと AF Lと の差分値に対応する補正値 ΔΤ の値を前述のマップから読み出すことによって 導出する。 S 105の処理が終了した場合及ぴ、 S 104において AFUと、 A FLとの差分の絶対値が AFS以下であると判定された場合には、 S 106に進 む。

S 106においては、 S 103において検出された AFUと AFLとの平均値 と、第 1 NOx触媒 11 aの NOx還元処理における目標空燃比 AFTとの偏差の 絶対値が所定の目標空燃比偏差 A F D以下かどう力が判定される。ここで目標空 燃比偏差 A FDは、予め実験的に求められた値であり、 NOx触媒の上流と下流 における空燃比の平均値と目標空燃比との偏差の絶対値がこの値以下であれば、 NOx還元処理が良好に行われると判断できる閾値としての偏差の値である。

ここで、 AFUと AFLの平均値と目標空燃比 A F Tとの偏差の絶対値が A F Dより大きいと判定された場合には、第 1還元剤添加弁 13 aから添加された燃 料の量が少なすぎ、または多すぎて、第 1 NOx触媒中 1 1 aにおける NOx還元 処理が良好に行われないと判断できるので、燃料添加量 Fを捕正すべく、 S 1 0 7に進む。一方、 AFUと AFLの平均俥と目-標空燃比 AFTとの偏差の絶対値 が AFD以下であると判定された場合には、第 1還元剤添加弁 13 aから添カロさ れた燃料の量が適当であると判断できるので、燃料添加量 Fの補正をせずに、そ のまま S 108に進む。

S 107においては、上述のように、燃料加量 Fを補正するための補正値 F が導出される。具体的には、燃料添加量 Fは、基準燃料添加量 FSに補正値 F 'を加えることにより算出されるように設定し、 AFU及ぴ AFLの平均値と目 標空燃比 AFTとの偏差と、その偏差に対して、 1;及び?1^の平均値を目 標空燃比 AFTとするための補正値 F 'との関係を予めマップにしておく。そし て、 S 106において算出された A FU及び A F Lの平均値と目標空燃比 A FT との偏差に対応する補正値 F一の値を前述のマップから読み出すこ'とによって導 出する。 S 107の処理が終了した場合及び、 S 106において AFU及び AF Lの平均値と目標空燃比 A F Tとの偏差の絶対値が A F D以下であると判定され た場合には、 S 108に進む。

S 108においては、基準ディレイ時間 ATSに S 105で導出された補正値 ΔΤ 'を加えることにより、新たなディレイ時間 ΔΤを算出する。同様に、基準 燃料添加量 F Sに S 107で導出された補正値 F 'を加えることにより、新たな 燃料添加量 Fを算出する。 S 108の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了す る。

以上、説明したように、本実施例における NOx還元処理ルーチンにおいては、 第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力値 AFUと、第 1下流側空燃比センサ 15 aの出力値 AF Lとの差分の絶対値が空燃比差分値 A F Sより大きい場合には、 第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力値 AFUと、第 1下流側空燃比センサ 15 aの出力値 AFLとの差分を零にすべく、ディレイ時間 ΔΤを変更している。従 つて、次回に第 1還元剤添加弁 13 aから燃料を添加する際のディレイ時間 ΔΤ が変更され、次回の流れ停止期間において、燃料を第 1 NOx触媒 1 1 a内にお ける中央部に分散させることができる。

また、第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力値 A F U及ぴ第 1下流側空燃比セ ンサ 15 aの出力値 AFLの平均値と、目標空燃比 A F Tとの偏差の絶対値が目 標空燃比偏差 AFDより大きい場合には、第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力 値 A FU及び第 1下流側空燃比センサ 15 aの出力値 A FLの平均値と、目標空 燃比 AFTとの偏差を零にすべく、燃料添加量 Fを変更している。従って、次回 に還元剤添加弁 13 aから燃料を添加する際の燃料添加量 Fが変更され、第 1 N Ox触媒 1' 1 aにおける N Ox還元処理を行うに適当な量の燃料が添カ卩される。そ の結果、第 INOx触媒 11 aにおける N Ox還元処理をより確実に行うことがで さる。 - なお、本実施例においては、 N Ox還元処理を行う際に第 1弁 12 aに全閉動 作指令が出され、第 2弁 12 bに全開動作指令が出された後、第 INOx触媒 1 1 aに対して NOx還元処理を行う例について説明したが、第 1弁 12 aに全開 動作指令が出され、第 2弁 12 bに全閉動作指令が出された後、第 2NOx触媒 11 bに対して NOx還元処理を行う場合についても第 2還元剤添加弁 13 b、 第 2上流側空燃比センサ 14 b、第 2下流側空燃比センサ 15 bを用いて同様の 制御を行うことにより、第 2NOx触媒 1 1 bにおける NOx還元処理をより確実 に行うことができる。以下の説明においても、第 INOx触媒 11 aに対して N Ox還元処理を行う例についてのみ説明するが、同様の制御を、第 2 NOx触媒 1 1 bに対して NOx還元処理を行う際に適用することが可能である。

また、上記の NOx還元処理ルーチンにおいては、第 1上流側空燃比センサ 1 4 aの出力値 A FU及び第 1下流側空燃比センサ 15 aの出力値 A F Lの平均値 と、目標空燃比 AFTとの偏差を零とするような制御を行っているが、第 1上流 側空燃比センサ 14 aの出力値 A F Uと、第 1下流側空燃比センサ 15 aの出力 値 A F Lそれぞれに対し別個の目標空燃比(例えば A F T 1と A F T 2 ) を設定 し、 AFUと AFT 1の偏差と、 AFLと AFT2の偏差とをそれぞれ零とする ような制御を行ってもよい。

また、本実施例において、流れ停止期間は、第 INOx触媒 11 aに流入する 排気の量が略零になっている期間としているが、この流れ停止期間の始期は、 E CU35により第 1弁 12 aに全閉動作指令が出され、第 2弁 12 bに全開動作 指令が出されてから、予め実験的に求められた一定の値である排気量低減期間 T Dが経過した時点としてもよい。

あるいは、第 1還元剤添加弁 13 aから燃料が添加された後、第 1上流側空燃 比センサ 14 aの出力信号がー且急激に低くなつた後、回復して安定したことを もって、流れ停止期間の始期と判断するようにしてもよい。これは、前述のよう に、第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力は、第 1還元剤添加弁 13 aから添カロ された燃料を含んだ排気が第 1分岐通路 10 a内を移動している間は安定せず、 変化を続けているが、第 INOx触媒 11 aに流入する排気の量、換言すると、 第 1還元剤添加弁 13 aから添カ卩された燃料を含んだ排気の流量が略零となった 時点で安定すると考えられるからである。

具体的には、第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力信号が一旦急激に低くなつ た後、回復して安定するまでの時間を計測し、その計測結果によって上記の排気 量低減期間 T Dを補するようにしてもよい。

第 6図には、本実施例における排気量低減期間補正ルーチンを示す。本ルーチ ンは、例えば第 5図に示す第 1 NOx触媒 11 aの N Ox還元処理ルーチンが実行 されると同時に実行されるルーチンである。

本ルーチンが実行されるとまず、 S 201において第 1弁 12 aの全閉動作が 開始したかどうかが判定される。具体的には、 ECU35から、第 1弁 12 aの 全閉動作指令が出されたどうかを判定する。ここで、第 1弁 12 aの全閉動作が 開始していないと判定された場合には、本ルーチンをそのまま終了する。一方、 第 1弁 12 aの全閉動作が開始したと判定された場合には、 S 202に進む。

S 202においては、排気量低減期間 TDを変更するための排気量低減期間補 正値 TD 'の値がインクリメントされる。 S 202の処理が終了すると S 203 に進む。

S 203においては、第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力信号 A FUの変化 の値 d AF U/ d Tの絶対値が基準変化量以下かどうかが判定される。ここで、 AFUの値は、本ルーチンの処理において第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力 信号を改めて ECU35に読み込むことによって取得してもよいし、第 5図にお ける S 103において直近に検出された検出値を用いても良い。そして、 dAF UZdTの値を求める際には、今回得られた AFUの値と、前回の本ルーチンの 実施時において得られた A FUの値との差を、本ルーチンの実行間隔時間で除す ることによって取得してもよい。またここで、基準変化量は、 dAFUZdTの

絶対値がこれ以下となった場合にほ、第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力信号 が安定した、換言すると第 INOx触媒 11 aへ流入する排気の量が略零になつ' たと判断できる閾値としての AF-Uの変化の値である。 - そして、 S 203において dAFUZdTの絶対値が基準変化量より大きいと 判定された場合には、第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力信号が安定していな レヽと判断できるので、 S 202の前にもどり、再度排気量低減期間補正値 T D " をインクリメントする。そして、 S 203において、 dAFUZdTの絶対値が 基準変化量以下と判定されるまで S 202及び S 203の処理を繰り返し実行す る。

S 203において、 d AFU/dTの絶対値が基準変化量以下と判定された場 合には、第 1上流側空燃比センサ 13 aの出力が安定したと判断できるので、 S 204に進む。

S 204においては、 AFUの値が基準空燃比値以下かどうかが判定される。 この処理は、第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力が、第 1還元剤添加弁 13 a により添加された燃料が通過する前の状態で安定している場合に、そのことをも つて流れ停止期間の始期と判断してしまう'ことを避けるために設けられた処理で ある。そして、基準空燃比値とは、 AFUがこれより大きい値を示す場合には、 第 1還元剤添加弁 13 aにより添加された燃料が第 1上流側空燃比センサ 14 a 近傍を通過する前の状態であると判断できる閾値としての空燃比の値である。

S 204において、 A FUの値が基準空燃比値より大きいと判定された場合に は、第 1還元剤添加手段 13 aにより添加された燃料が通過する前の状態である と判断できるので、例え d A F U/ d Tの絶対値が基準変化量以下であっても、 まだ第 1上流側空燃比センサ 13 aの出力が安定していないと判断し、 S 202 の前に戻る。

一方、 S 204において、 AFUの値が基準空燃比値以下であると判定された 場合には、第 1還元剤添加手段 13 aにより添カ卩された燃料が通過した後に、 d AFUZdTの絶対値が基準変化量以下となった状態と判断できるので、 S 20 5に進む。

S 205においては、この時点における排気量低減期間補正値 TD "の値を、 排気量低減期間 TDとして保管する。 S 205の処理が終了すると S 206に進 む。

S 206においては、排気量低減期間補正値 TD の値をリセットしたうえで、 本ルーチンを終了する。 ' - このように、本実施例においては、流れ停止期間の始期を、第 1弁 12 aの全 閉動作開始から排気量低減期間 TDが経過した時点と定義し、さらに、排気量低 減期間 TDの値が、第 1還元剤添加弁 13 aから燃料が添加された後、第 1上流 側空燃比センサ 14 aの出力が安定するまでの期間と一致するように常に補正し ている。その結果、流れ停止期間の始期を、第 INOx触媒 1 1 aに流入する排 気の量が略零になった期間として、より正確に判断することができる。

なお、上記の実施例においては、第 1分岐通路 10 aには第 1 NOx触媒 1 1 aが備えられ、第 2分岐通路 10 bには、第 2NOx触媒 1 1 bが備えられる構 成について説明レたが、例えば、第 INOx触媒 1 1 aと第 1上流側空燃比セン サ 14 aとの間に第 1酸化触媒が、第 2NOx触媒 1 1 bと第 2上流側空燃比セ ンサ 14 bとの間に第 2酸ィ匕触媒が備えられるような構成にしてもよい。

また、上記の実施例においては、流れ停止期間における、第 1上流側空燃比セ ンサ 14 aの出力値 A F Uと第 1下流側空燃比センサ 1 ,5 aの出力値 A F Lの差 分を検出することにより、第 INOx触媒 1 1 aにおける燃料の分散の偏りを推 測しているが、これを、第 3図及ぴ第 4図に示した、第 1上流側空燃比センサ 1 4 aの出力と第 1下流側空燃比センサ 15 aの出力のグラフの波形の差から推測 してもよい。

例えば、第 INOx触媒 1 1 aの上流における'空燃比が目標空燃比以下である 時間が、第 INOx触媒 1 1 aの下流における空燃比が目標空燃比以下である時 . 間より長い場合には、添加燃料が第 INOx触媒 1 1 a内における上流側の部分 に偏って分散していると推測され、逆に、第 INOx触媒 1 1 aの上流における 空燃比が目標空燃比以下である時間が、第 1 NOx触媒 1 1 aの下流における空 燃比が目標空燃比以下である時間より短い場合には、添加燃料が第 1 NOx触媒 1 1 a内における下流側の部分に偏って分散していると推測される。

また、例えば、第 INOx触媒 11 aの下流における空燃比のグラフに急峻な 下向きのピークが現れる場合には、添加燃料が第 INOx触媒 1 1 a内における 上流側の部分に偏って分散していると推測され、逆に、第 INOx触媒 1 1 aの 上流における空燃比のグラフに急峻な下向きのピークが現れる場合には、添加燃 料が第 INOx触媒 1 1 a内における下流側の部分に偏って分散していると推測 される。 - 実施例 2

次に、本発明における実施例 2について説明する。実施例 2においては、第 1 燃料添加弁 13 aから添加される燃料添加量 Fの値は予め定められた一定の値と することを前提した場合であって、実施例 1において説明した NOx還元処理に おいて、第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力 A F U及ぴ、第 1下流側空燃比セ ンサ 1 5 aの出力 AFLの平均値と、目標空燃比 A F Tとの偏差の絶対値が目標 空燃比偏差 AFDより大きい場合には、第 1燃料添加弁 13 aからの燃料添加量 Fが最適値からずれているのではなく、第 1燃料添加弁 1 3 aから添加された燃 料が、第 1 NOx触媒 1 1 a内における中央部に過度に集中して分散し、第 1N Ox触媒 1 1 a内における上流側の部分及ぴ下流側の部分には分散していない状 態であると判断する制御について説明する。

第 7図には、本実施例における NOx還元処理ルーチンを示す。本ルーチンと、 第 5図に示す NOx還元処理ルーチンとの相違は、 S 301、 S 302及び S 3 03の処理のみであるので、これらの処理についてのみ説明する。

S 301においては、実施例 1と同様、 S 101で第 1弁 12 aに全閉動作指 令がなされ、第 2弁 12 bに全開動作指令が出された後、ディレイ'時間 ΔΤが経 過してから第 1還元剤添加弁 13 aによつて燃料添加が開始される。本実施例で は、この際に添加される燃料の量 Fについては捕正を行わず、予め定められた一 定量の燃料が添加される。その代わり、本実施例においては、燃料添加を N回に 分けて行うようにし、 Nの値については本ルーチンの後段の処理において決定さ れた値が用いられる。

S 302においては、 S 106で AFUと AFLの平均値と目標空燃比 AFT との偏差の絶対値が目標空燃比偏差 AFDより大きいと判定された場合に、実施 例 1のように、燃料添加量 Fを捕正するための補正値 F 'が導出されるのではな く、 S 301における燃料添加回数 Nの補正値 N 'が導出される。具体的には、 AFU及び AFLの平均値と目標空燃比 AFTとの偏差と、その偏差に対して、 AFU及ぴ AFLの平均値を目標空燃比 AFTとするために必要な補正値 N 'と

の関係を予めマップにしておく。そして、 S 106において算出された AFU及 び AFLの平均値と目標空燃比 AFTとの偏差に対応する補正値 N 'の値を前述 のマップから読み出すことによって導出する。 - S 303においては、基準ディレイ時間 ATSに S 105で導出された補正値 ΔΤ一を加えることにより、新たなディレイ時間 ΔΤを算出する。また、 S 30 1の処理で使用する燃料添加回数 Nに、 S 302で導出された燃料添加回数補正 値 N "を代入することにより、新たな燃料添加回数 Nを決定する。 S 301の処 理で使用する燃料添加回数 Nに、 S 302で導出された燃料添加回数補正値 N ' を代入することにより、新たな燃料添加回数 Nを決定する。 S 303の処理が終 了すると本ルーチンを一且終了する。

以上、説明したように、本実施例においては、 S 106において、 AFUと A F Lの平均値と目標空燃比 A F Tとの偏差の絶対値が目標空燃比偏差 A F Dより 大きいと判定された場合には、第 1還元剤添加弁 13 aから添カ卩された燃料が、 第 INOx触媒 11 a内における中央部に過度に集中して分散し、第 INOx触媒 1 1 a内における上流側の部分及び下流側の部分にまで分散していないと判断し、 同量の燃料を最適の回数に分けて添加することにより、第 INOx触媒 1 l a全 域に均一に分散させるようにする。これにより、第 INOx触媒 11 aの全体に 亘つて、より確実に NOx還元処理を行うことができる。

第 8図には、第 1弁 12 aの開閉、第 1還元剤添加弁 13 aの ON— OF F、 第 1 NOx触媒 11 aに流入する排気の量についてのタイムチャートの、第 2図 に示したものとは異なる例を示す。第 8 A図は上述した本実施例についてのタイ ムチャートである。第 1弁 12 aの全閉動作の開始からディレイ時間 ΔΤ経過後 に、第 1還元剤添加弁 13 aから複数回に分けて予め定められた燃料添加量 Fに 相当する燃料を添カ卩している。.

なお、第 1還元剤添加弁 13 aから添カ卩された燃料を、第 1 N Ox触媒 11 a 全体に均一に分散させるためには、上記の本実施例で行ったように第 1還元剤添 加弁 13 aによる燃料添加回数を増加させるのではなく、第 8 B図に示すように、 第 1還元剤添加弁 13 aから燃料を添加する際の燃料添加率及び燃料嘖射時間を 変更してもよい。ここで燃料添加率は、単位時間あたりに添加する燃料の量を意 味する。この場合は、同量の燃料を、小さい燃料添加率で、長い時間をかけて燃 料添加することにより、第 1 NOx触媒 11 aにおいて燃料をより均一に分散さ せることができる。

実施例 3 · - 次に、本発明における実施例 3について説明する。実施例 3においては、第 1 分岐通路 10 a及び、第 2分岐通路 10 bにおいて NOx触媒が複数個直列に設 けられた例であって、例えば第 1分岐通路 10 aに設けられた NOx触媒の NOx 還元処理を行う際には、各 NOx触媒において要求される還元剤の量に応じて、 第 1上流側空燃比センサ 14 aと第 1下流側空燃比センサ 15 aの出力信号の差 分の目標値を設定する例について説明する。

第 9図には、本実施例における内燃機関 1と、その排気系及び制御系の概略構 成を示す。第 9図における第 1図との相違点は、第 1分岐通路 10 aにおける第 1 NOx触媒 11 aと第 1下流側空燃比センサ 15 aとの間に、捕助用の吸蔵還 元型 NOx触媒である第 1下流側 NOx触媒 16 aを備え、同様に、第 2分岐通路 10 bにおける第 2 NOx触媒 11 bと第 2下流側空燃比センサ 15 bとの間に、 第 2下流側 NOx触媒 16 bを備えた点である。

ここで、第 1燃料添加弁 13 aから添加された燃料が、流れ停止期間において、 第 1上流側空燃比センサ 14 aと第 1下流側空燃比センサ 15 aの間の領域にお ける上流側に分散するほど、第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力 AFUは低く なり、第 1下流側空燃比センサ 15 aの出力 AFLは高くなることが分かってい る。逆に下流側に分散するほど、第 1上流側空燃比センサ 14 aの出力 A FUは 高くなり、第 1下流側空燃比センサ 15 aの出力 AFLは低くなることが分かつ ている。逆に言うと、流れ停止期間中において、 AFUの値と AFLの値との差 分が所望の値となるように、ディレイ時間 ΔΤを変更することにより、流れ停止 期間における各 NOx触媒における燃料の分散量を制御することができる。

そこで、本実施例においては、 NOx還元処理の際に、各 NOx触媒において要 求される還元剤量に応じて AFUの値と AFLの値との差分が制御されるべき目 標値を設定することとした。

例えば、第 1 NOx触媒 11 aの NOx還元処理に必要な還元剤量が、第 1下流 側 NOx触媒 16 aの NOx還元処理に必要な還元剤量より多いような場合は、流 れ停止期間における燃料の分散の中心が、第 1 NOx触媒 11 a側に位置するよ うに、 AFUの値と AFLの値との差分の目標値を設定する。そうすることによ り、第 INOx触媒 11 aと第 1下流側 N Ox触媒 16 aとの両方を最適に N Ox 還元することができる。 ' ― ―

第 10図には本実施例における N Ox還元処理ルーチンを示す。本実施例にお ける N Ox還元処理ルーチンと、第 5図に示したものとの相違点は S 401及ぴ S 40'2の処理のみであるので、この処理についてのみ説明する。

第 5図に示した NOx還元処理ルーチンにおいては、 S 104で 11と

Lの差分の絶対値が空燃比差分値 A F S以下かどうかが判定された ό それに対し、 本実施例における S 401においては、 AFUと AFLの差分と目標空燃比差分 AFDTとの偏差の絶対値が空燃比差分値 AFS以下かどうかが判定される。す なわち、本実施例においては、 AFUと AFLとの差分の目標値が零ではなく、 目標空燃比差分 AFDTとなる。ここで目標空燃比差分 AFDTは、 AFUと Α FLとの差分をこの値にすれば、 NOx還元処理時に、第 INOx触媒 11 aと第 1下流側 NOx触媒 16 aとの両方において必要な還元剤量を供給できるように 燃料が分散される差分値であり、予め実験的に求められた値である。

S 401において AFUと AF Lとの差分と目標空燃比差分 AF D Tとの偏差 の絶対値が空燃比差分値 AF Sより大きいと判定された場合には、流れ停止期間 における燃料の分散の仕方が、予め実験的に求められた、第 INOx触媒 11 a と第 1下流側 NOx触媒 16 aとの両方を最適に NOx還元することができる燃料 分布から外れていると判断できるので、 S402に進む。

S 402においては、実施例 1と同様、ディレイ時間 ΔΤを補正するための補 正値が算出される。その場合、ディレイ時間 ΔΤを変更して燃料を第 INOx触 媒 11 aと第 1下流側 NOx触媒 16 aとの両方を最適に NOx還元できる燃料分 '布にする必要があるので、ディレイ時間 ΔΤを変更するための補正値 ΔΤ一を導 出する。具体的には、ディレイ時間 Δ Tは、基準ディレイ時間 Δ T Sに補正値 厶 T 'を加えることにより算出されるようにし、 AFUと AFLとの差分の目標 空燃比差分 AFDTに対する偏差と、その偏差に対して、 AFUと AFLとの差 分を目標空燃比差分 AFDTとするための補正値 ΔΤ 'との関係を予めマップに しておく。そして、 S 401において算出された AFUと AFLとの差分の目標 空燃比差分 AFDTに対する偏差に対応する補正値 ΔΤ 'の値を前述のマップか

ら読み出すことによって ΔΤ 'を導出する。

以上、説明したとおり、本実施例においては、第 1分岐通路 10 aに第 1 NOx 触媒 1 1 aと、第 1下流側 NOx触媒 16-a-の複数の NOx触媒を備え、全ての N O X触媒を良好に N O X還元処理するための目標空燃比差分 A F D Tが設定されて いる。そして、 AFUと AFLの差分が目標空燃比差分 AFDTとなるようにデ ィレイ時間 ΔΤを変更している。従って、常に第 1 NOx触媒 1 1 aと、第 1下 、流側 NOx触媒 16 aの両方に対して良好に NOx還元処理を行うことができる。

なお、.本実施例においては、例えば、第 1還元剤添加弁 13 aから添加された 燃料を第 1 NOx触媒 1 1 aにのみ分散させるために最適な、 AFUと AFLと の差分の目標値である第 1目標空燃比差分 AFDT1と、第 1下流側 NOx触媒 16 aにのみ分散させるために最適な、 AFUと AFLとの差分の目標値である 第 2目標空燃比差分 AFDT 2とを、予め実験的に求めておき、第 1 NOx触媒 1 1 aのみについて NOx還元処理を行いたい場合には、 AFUの値とAFLの 値との差分の目標値を第 1目標空燃比差分 AF D T 1とし、第 1下流側 NOx触 媒 16 aのみについて NOx還元処理を行いたい場合には、 AFUの値と AFL の値との差分の目標値を第 2目標空燃比差分 AFDT 2としてもよレ、。

そうすれば、 AFUと AFLとの差分の目標値を変更することで、第 INOx 触媒 1 1 aと第 1下流側 NOx触媒 16 aのうちどちらかを選択的に NOx還元処 理を行うことも可能である。

また、本実施例においては、第 1分岐通路 10 aに第 1 NOx触媒 1 1 aと第 1下流側 NOx触媒 16 aの 2個の NOx触媒が配置された場合について説明した 1S 第 1分岐通路 10 aに配置される NOx触媒の数は 2個に限らない。 3個以 上配置された N Ox触媒において本実施例と同様の制御をしても同様の効果を得 ることができる。

さらに、第 1分岐通路 10 aに配置される NOx触媒の数は 1個であって、 N Ox触媒の長さが長い場合に、本実施例と同様の'制御を行うことにより、 NOx触 媒の中において NOx還元処理を行うべき領域を制御することができる。

なお、上記の実施例において説明した制御は吸蔵還元型 NOx触媒の所謂 S Ox 被毒回復処理や、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタにおける PM再生処理 に適用することも可能である。

産業上の利用可能性

本発明にあっては、吸蔵還元型 NOx触媒に流入する排気の量を低減させると ともに N Ox触媒に還元剤を供給することによって前記 NOx触媒に吸蔵された N Oxを還元する内燃機関の排気浄ィヒシステムにおいて、前記 N Ox触媒内における 還元剤の分散の仕方を制御することができ、より確実に NOx還元処理を行うこ とができる。