JP2002129945A

JP2002129945A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2002129945A
Application number: JP2000325623A
Authority: JP
Inventors: Taro Aoyama; 太郎青山; Soichi Matsushita; 宗一松下; Hisashi Oki; 久大木; Kotaro Hayashi; 孝太郎林; Shinobu Ishiyama; 忍石山; Masaaki Kobayashi; 正明小林; Daisuke Shibata; 大介柴田; Hisafumi Magata; 尚史曲田; Tomihisa Oda; 富久小田; Yasuo Harada; 泰生原田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2002-05-09
Anticipated expiration: 2020-10-25
Also published as: JP3514230B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、排気浄化触媒へ還元剤を供給する
機構を備えた内燃機関の排気浄化装置において、還元剤
供給機構の異常を検出することができる技術を提供し、
以て還元剤供給機構の異常に起因した排気エミッション
の悪化や排気浄化触媒の劣化の抑制に寄与することを課
題とする。【解決手段】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置
は、排気浄化触媒より上流の排気通路に配置された還元
剤添加ノズルと、還元剤吐出手段から吐出された還元剤
を還元剤添加ノズルへ導く還元剤供給通路と、還元剤供
給通路に設けられた通路開閉弁と、通路開閉手段より下
流の還元剤供給通路に設けられた圧力検出手段と、通路
開閉弁の開弁期間中及び開弁期間の前後において圧力検
出手段が検出した圧力に基づいて異常を判定する異常判
定手段とを備えることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気を
浄化する技術に関し、特に、排気中の窒素酸化物を浄化
する排気浄化装置に関するものである。

【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希薄燃焼式のガ
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）を効率的に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
に選択還元型ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒等のリー
ンＮＯx触媒を配置する技術が提案されている。

【０００４】選択還元型ＮＯx触媒は、該選択還元型Ｎ
Ｏx触媒に流入する排気が酸素過剰状態にあり、且つ、
炭化水素（ＨＣ）等の還元剤が存在するときに、排気中
に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を還元及び分解する触
媒である。

【０００５】一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、該吸蔵還
元型ＮＯx触媒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）を吸蔵し、該吸蔵還元型
ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元
剤が存在するときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）
を放出しつつ窒素（Ｎ₂）等に還元する触媒である。

【０００６】上記したような選択還元型ＮＯx触媒や吸
蔵還元型ＮＯx触媒等のリーンＮＯx触媒を利用した排気
浄化技術としては、例えば、特開平１１−９３６４１号
公報に記載されているような「内燃機関の排気浄化装
置」が知られている。

【０００７】前記した特開平１１−９３６４１号公報に
記載された内燃機関の排気浄化装置は、その途中で第１
排気通路と第２排気通路に分岐された排気通路と、第１
排気通路に設けられ吸蔵還元型ＮＯx触媒を収容した第
１触媒コンバータと、第２排気通路に設けられ選択還元
型ＮＯx触媒を収容した第２触媒コンバータと、第１排
気管と第２排気管との分岐部に設けられ、排気温度が高
温から低温へ変化しているときは第１排気通路を遮断す
るとともに排気温度が低温から高温へ変化しているとき
は第２排気通路を遮断する切換弁と、第１触媒コンバー
タへ還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えてい
る。

【０００８】この内燃機関の排気浄化装置は、排気が高
温から低温に変化しているときのように選択還元型ＮＯ
x触媒のＮＯx浄化率が吸蔵還元型ＮＯx触媒より高くな
るときは、排気が第２排気通路を流れるよう切換弁を制
御するとともに、膨張行程もしくは排気行程で副次的に
燃料噴射を行わせるべく内燃機関を制御し、排気が高温
から低温に変化している以外のときのように吸蔵還元型
ＮＯx触媒のＮＯx浄化率が選択還元型ＮＯx触媒より高
くなるときは、排気が第１排気通路を流れるよう切換弁
を制御するとともに、吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤が
添加されるよう還元剤添加手段を制御することにより、
選択還元型ＮＯx触媒と吸蔵還元型ＮＯx触媒とをそれぞ
れの特性に応じて使い分け、以て窒素酸化物（ＮＯx）
の浄化率を向上させようとするものである。

【０００９】尚、上記した公報では、還元剤供給手段と
して、第１触媒コンバータに取り付けられた噴射ノズル
と、燃料ポンプから吐出された燃料を蓄圧するための蓄
圧室から一部の燃料を噴射ノズルへ導く還元剤配管と、
還元剤配管の途中に設けられて該還元剤配管を流通する
燃料の流量を調整する還元剤弁と、を備えた機構が開示
されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した特
開平１１−９３６４１号公報に記載されたような従来の
技術では、リーンＮＯx触媒へ還元剤を供給する機構の
異常を検出することも重要である。

【００１１】例えば、還元剤供給機構の異常により該還
元剤供給機構から排気管へ過剰な還元剤が供給される
と、リーンＮＯx触媒へ過剰な量の燃料が供給され、リ
ーンＮＯx触媒において過剰な量の燃料が燃焼し、若し
くは燃料の一部がリーンＮＯx触媒で浄化されずに大気
中に放出されることが想定され、その結果、リーンＮＯ
x触媒の過熱による劣化や、破損、若しくは排気エミッ
ションの悪化が誘発される虞れがある。

【００１２】また、還元剤供給機構の異常により該還元
剤供給機構から排気管へ供給される還元剤の量が不足す
ると、リーンＮＯx触媒において排気中の窒素酸化物
（ＮＯx）を浄化することができなくなり、排気中の窒
素酸化物（ＮＯx）が浄化されずに大気中へ放出される
虞がある。

【００１３】本発明は、上記したような種々の事情に鑑
みてなされたものであり、内燃機関の排気系に配置され
た排気浄化触媒へ還元剤を供給することにより排気中の
有害ガス成分を浄化する内燃機関の排気浄化装置におい
て、還元剤供給機構の異常を検出することができる技術
を提供し、以て還元剤供給機構の異常に起因した排気エ
ミッションの悪化や排気浄化触媒の劣化等の抑制に寄与
することを目的とする。

【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。

【００１４】すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄
化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存
在下で排気中の有害ガス成分を浄化する排気浄化触媒
と、前記排気浄化触媒より上流の排気通路に配置され、
予め設定された開弁圧以上の還元剤が印加されたときに
開弁して前記排気通路内へ還元剤を添加する還元剤添加
ノズルと、所定の圧力で還元剤を吐出する還元剤吐出手
段と、前記還元剤吐出手段から吐出された還元剤を前記
還元剤添加ノズルへ導く還元剤供給通路と、前記還元剤
供給通路に設けられ、該還元供給通路を開閉する通路開
閉弁と、前記還元剤供給通路における前記通路開閉手段
より下流に設けられ、該還元剤供給通路内の還元剤の圧
力を検出する圧力検出手段と、前記通路開閉弁の開弁期
間中及び開弁期間の前後において前記圧力検出手段が検
出した圧力に基づいて異常を判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【００１５】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、通路開閉弁が開弁されると、還元剤吐出手段
から還元剤添加ノズルに至る還元剤供給通路が導通状態
となるため、還元剤吐出手段から吐出された還元剤が還
元剤添加ノズルへ供給され、還元剤添加ノズルに印加さ
れる還元剤の圧力が上昇することになる。還元剤添加ノ
ズルに印加される還元剤の圧力が開弁圧以上まで上昇す
ると、還元剤添加ノズルが開弁して排気通路内へ還元剤
を添加する。

【００１６】還元剤添加ノズルから排気通路内へ添加さ
れた還元剤は、排気通路の上流から流れてきた排気と混
ざり合いつつ排気浄化触媒へ流入する。この場合、排気
浄化触媒に流入する排気は、酸素濃度が低く且つ還元剤
の濃度が高い排気となるため、排気浄化触媒は、排気中
の有害ガス成分を浄化することが可能となる。

【００１７】尚、通路開閉弁が開弁している限りは、還
元剤吐出部から還元剤添加ノズルへ還元剤が供給され続
けるため、還元剤供給通路において通路開閉弁より下流
の圧力は、還元剤添加ノズルの開弁圧以上の圧力とな
る。

【００１８】その後、通路開閉弁が閉弁されると、還元
剤吐出手段から還元剤添加ノズルに対する還元剤の供給
が遮断されるため、還元剤添加ノズルに印加される還元
剤の圧力が徐々に低下する。還元剤添加ノズルに印加さ
れる還元剤の圧力が開弁圧未満まで低下すると、還元剤
添加ノズルが閉弁し還元剤の添加を終了する。その際、
通路開閉弁と還元剤添加ノズルとの間に位置する還元剤
供給通路は、閉空間となるため、通路開閉弁より下流の
還元剤供給通路における還元剤の圧力は、還元剤添加ノ
ズルの開弁圧より低い圧力で安定する。

【００１９】一方、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置では、異常判定手段が圧力検出手段によって検出され
た圧力に基づいて異常判定を行う。具体的には、異常判
定手段は、通路開閉弁の開弁期間中に圧力検出手段が検
出した圧力、前記開弁期間の前に圧力検出手段が検出し
た圧力、及び、前記開弁期間の後に圧力検出手段が検出
した圧力に基づいて、還元剤添加ノズルおよびまたは通
路開閉弁の異常を判定する。

【００２０】ここで、還元剤添加ノズル及び通路開閉弁
が正常であるときに通路開閉弁が閉弁状態にあると、前
述したように、還元剤供給通路における通路開閉弁より
下流の圧力は、還元剤添加ノズルの開弁圧より低い圧力
（以下、第１の圧力と称する）となる。また、還元剤添
加ノズル及び通路開閉弁が正常であるときに、通路開閉
弁が開弁状態にあると、前述したように、還元剤供給通
路における通路開閉弁より下流の圧力は、還元剤添加ノ
ズルの開弁圧以上の圧力（以下、第２の圧力と称す
る）。

【００２１】従って、還元剤添加ノズル及び通路開閉弁
が正常であるときは、通路開閉弁の開弁期間より前に圧
力検出手段が検出した圧力が前記第１の圧力となり、前
記開弁期間中に圧力検出手段が検出した圧力が第２の圧
力となり、更に前記開弁期間の後に圧力検出手段が検出
した圧力が第１の圧力となる。

【００２２】これに対し、還元剤添加ノズルに詰まりが
発生した場合は、還元剤添加ノズルから単位時間当たり
に添加される還元剤の量が減少するため、開弁期間後に
おいて通路開閉弁より下流の圧力が低下し難くなる。

【００２３】また、還元剤添加ノズルが閉弁不良に陥っ
た場合は、還元剤添加ノズルが常時開弁していることに
なるため、通路開閉弁の開弁期間より前、及び、前記開
弁期間より後において通路開閉弁より下流の圧力が第１
の圧力より更に低下してしまうことになる。

【００２４】また、通路開閉弁が開弁不良に陥った場合
は、通路開閉弁が常時閉弁していることになるため、通
路開閉弁より下流の圧力は、開弁期間中及び開弁期間の
前後を通じて一定となり、且つ第２の圧力より低い圧力
となる。

【００２５】また、通路開閉弁が閉弁不良に陥った場合
は、通路開閉弁が常時開弁していることになり、還元剤
吐出手段から還元剤添加ノズルへ常時還元剤が供給され
るため、還元剤添加ノズルに印加される還元剤の圧力が
常時開弁圧以上となる。この結果、通路開閉弁に加えて
還元剤添加ノズルも常時開弁状態となり、通路開閉弁よ
り下流の圧力は、開弁期間中及び開弁期間の前後を通じ
て一定となり、且つ第１の圧力より高い圧力となる。

【００２６】以上述べたように、還元剤添加ノズルおよ
びまたは通路開閉弁に異常が発生すると、通路開閉弁の
開弁期間中、前記開弁期間の前、又は前記開弁期間の後
における通路開閉弁より下流の圧力は、異常の特性に応
じた値を示すことになるため、異常判定手段は、通路開
閉弁の開弁期間中に圧力検出手段が検出した圧力、前記
開弁期間の前に圧力検出手段が検出した圧力、及び、前
記開弁期間の後に圧力検出手段が検出した圧力に基づい
て、還元剤添加ノズルおよびまたは通路開閉弁の異常を
判定することが可能となる。

【００２７】

【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形態について図面に基づいて
説明する。

【００２８】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。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ストローク・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。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。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トルクを駆動源と
して作動し、図示しない吸入調量弁によって調量された
所定量の燃料を吐出する。

【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から各気筒２の燃焼室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。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１４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が取り付けられている。

【００４２】前記した空燃比センサ２３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。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、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ことにな
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、前記した排気枝管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。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ＥＧ
Ｒ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、本実施の形態における排気浄化触媒
２０の具体的な構成について説明する。

【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）を浄化するリーンＮＯx触媒
である。このようなリーン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ＮＯ
x触媒２０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
（ＮＯ₃ ^-）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（ＮＯ₃ ^-）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（ＮＯ₃ ^-）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（ＮＯ₃ ^-）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（Ｏ₂ ^-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】前記した燃料ポンプ６は本発明に係る還元
剤吐出手段に相当し、還元剤噴射弁２８は本発明に係る
還元剤添加ノズルに相当し、流量調整弁３０は本発明に
係る通路開閉弁に相当し、還元剤圧力センサ３２は本発
明に係る圧力検出手段に相当するものである。

【００７０】このように構成された還元剤供給機構で
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２８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。

【００７１】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。

【００７２】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）に還元せしめることになる。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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
ことなく遠心過給機のタービンハウジング１５ｂへ到達
するようにするためである。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。

【００７６】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
冷却水によって還元剤噴射弁２８が冷却されるようにし
てもよい。

【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。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、排気温度センサ
２４、還元剤圧力センサ３２、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ＥＣＵ３５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、ＥＣＵ３５が上記した各
部を制御することが可能となっている。

【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、排気温
度センサ２４、還元剤圧力センサ３２、水温センサ３
４、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出力信号をＡ／Ｄ３５５
を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲ
ＡＭ３５３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浄化制御ルーチン等のアプリケーションプ
ログラムに加え、還元剤供給機構の異常を判定するため
の異常判定制御ルーチンを記憶している。

【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、異常判定制御を実行する。

【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
た基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）を算出する。Ｃ
ＰＵ３５１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１
１、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】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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である、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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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、被毒解消制御が実行されていない、排
気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上
限値以下である、等の条件を例示することができる。

【０１０６】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。

【０１０７】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）、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
必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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に対する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。

【０１１１】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、吸蔵還元型ＮＯx触媒２
０に流入する。

【０１１２】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「リーン空
燃比」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。

【０１１３】次に、異常判定制御では、ＣＰＵ３５１
は、流量調整弁３０が開弁状態となる期間（以下、開弁
期間と称する）に還元剤圧力センサ３２が検出した圧
力、前記開弁期間の前に還元剤圧力センサ３２が検出し
た圧力、及び前記開弁期間の後に還元剤圧力センサ３２
が検出した圧力に基づいて、流量調整弁３０と還元剤噴
射弁２８の異常判定を行う。

【０１１４】ここで、流量調整弁３０が開弁されると、
燃料ポンプ６から還元剤噴射弁２８に至る還元剤供給路
２９が導通状態となり、燃料ポンプ６から吐出された燃
料が還元剤噴射弁に８に供給される。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なる
と、還元剤噴射弁２８が開弁して還元剤としての燃料を
排気枝管１８内へ噴射する。

【０１１５】その際、還元剤噴射弁２８及び流量調整弁
３０が正常であれば、還元剤噴射弁２８に印加される燃
料の圧力が燃料ポンプ６の吐出圧力と略同等の圧力とな
るため、流量調整弁３０下流の燃料圧力は、燃料ポンプ
６の吐出圧力と略同等の圧力（以下、開弁時正常圧力と
称する）となる。

【０１１６】続いて、流量調整弁３０が開弁状態から閉
弁状態へ切り換わると、燃料ポンプ６から還元剤噴射弁
２８に対する燃料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低下する。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未満に
なると、還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内へ
の燃料噴射が停止される。

【０１１７】その際、還元剤噴射弁２８及び流量調整弁
３０が正常であれば、流量調整弁３０から還元剤噴射弁
２８に至る還元剤供給路２９が閉空間となるため、流量
調整弁３０下流の燃料圧力は、開弁圧未満の一定の圧力
（以下、閉弁時正常圧力と称する）となる。前記した閉
空間は、流量調整弁３０の次回の開弁時期まで維持され
るため、流量調整弁３０の開弁期間前及び開弁期間後に
おける流量調整弁３０下流の燃料圧力は、閉弁時正常圧
力となる。

【０１１８】従って、還元剤噴射弁２８及び流量調整弁
３０が正常である場合は、流量調整弁３０下流の燃料圧
力は、図４に示されるように、流量調整弁３０の開弁期
間前には閉弁時正常圧力となり、流量調整弁３０の開弁
期間中には開弁時正常圧力となり、更に前記開弁期間後
には閉弁時正常圧力となる。

【０１１９】これに対し、還元剤噴射弁２８に詰まりが
発生した場合は、還元剤噴射弁２８から単位時間当たり
に噴射される燃料量が正常時に比して少なくなるため、
流量調整弁３０の開弁期間後において、流量調整弁３０
下流の燃料圧力が低下し難くなる。この結果、流量調整
弁３０の開弁期間後において、流量調整弁３０が閉弁し
た時点から流量調整弁３０下流の燃料圧力が閉弁時正常
圧力となるまでの所要時間が正常時に比して長くなる。

【０１２０】従って、還元剤噴射弁２８に詰まりが発生
した場合は、流量調整弁３０下流の燃料圧力は、図５に
示されるように、流量調整弁３０の開弁期間前には閉弁
時正常圧力となり、流量調整弁３０の開弁期間中には開
弁時正常圧力となり、更に前記開弁期間後には流量調整
弁３０が閉弁した時点から所定時間内に閉弁時正常圧力
まで低下しないことになる。

【０１２１】また、還元剤噴射弁２８が閉弁不良に陥っ
た場合、言い換えれば、還元剤噴射弁２８に印加される
燃料圧力がたとえ開弁圧未満となっても還元剤噴射弁２
８が全閉状態とならない場合は、還元剤噴射弁２８が常
に開弁状態となるため、流量調整弁３０の開弁期間前及
び開弁期間後において流量調整弁３０から還元剤噴射弁
２８に至る還元剤供給路２９が閉空間とならず、開弁期
間前及び開弁期間後の燃料圧力が閉弁時正常圧力より低
下する。

【０１２２】従って、還元剤噴射弁２８が閉弁不良に陥
った場合は、流量調整弁３０下流の燃料圧力は、図６に
示されるように、流量調整弁３０の開弁期間前には閉弁
時正常圧力より低くなり、流量調整弁３０の開弁期間中
には開弁時正常圧力となり、更に前記開弁期間後には閉
弁時正常圧力より低下することになる。

【０１２３】また、流量調整弁３０が開弁状態で動作不
良に陥った場合、言い換えれば、流量調整弁３０が開弁
状態で固着してしまった場合は、燃料ポンプ６から還元
剤噴射弁２８に至る還元剤供給路２９が常に導通状態と
なり、燃料ポンプ６から吐出された燃料が常に還元剤噴
射弁２８に印加されることになるため、還元剤噴射弁２
８に印加される燃料圧力が常に開弁圧以上となり、還元
剤噴射弁２８が常に開弁した状態となる。

【０１２４】従って、流量調整弁３０が開弁状態で動作
不良に陥った場合は、流量調整弁３０下流の燃料圧力
は、図７に示されるように、流量調整弁３０の開弁期間
前、開弁期間中、及び開弁期間後に関わらず、開弁時正
常圧力で安定することになる。

【０１２５】また、流量調整弁３０が閉弁状態で動作不
良に陥った場合、言い換えれば、流量調整弁３０が閉弁
状態で固着してしまった場合は、燃料ポンプ６から還元
剤噴射弁２８に至る還元剤供給路２９が常に遮断された
状態となり、燃料ポンプ６から吐出された燃料が還元剤
噴射弁２８に印加されることがなくなるため、還元剤噴
射弁２８に印加される燃料圧力が開弁圧以上とならず、
流量調整弁３０から還元剤噴射弁２８に至る還元剤供給
路２９が常に閉空間となる。

【０１２６】従って、流量調整弁３０が閉弁状態で動作
不良に陥った場合は、流量調整弁３０下流の燃料圧力
は、図８に示されるように、流量調整弁３０の開弁期間
前、開弁期間中、及び開弁期間後に関わらず、閉弁時正
常圧力で安定することになる。

【０１２７】上記したように、流量調整弁３０又は還元
剤噴射弁２８に異常が発生した場合は、流量調整弁３０
下流の燃料圧力は、個々の異常の特性に応じた値を示す
ことになるため、ＣＰＵ３５１は、流量調整弁３０の開
弁期間前、開弁期間中、及び開弁期間後に還元剤圧力セ
ンサ３２が検出した燃料圧力を監視することにより、流
量調整弁３０又は還元剤噴射弁２８の異常を検出するこ
とが可能になるとともに、異常の発生理由を特定するこ
とが可能となり、以て本発明に係る異常判定手段が実現
されることになる。

【０１２８】ＣＰＵ３５１は、流量調整弁３０およびま
たは還元剤噴射弁２８の異常を検出した場合は、遮断弁
３１を閉弁させてリッチスパイク制御の実行を禁止する
ようにしてもよく、およびまたは、車室内に別途設けら
れた警告灯を点灯させて車両の運転者に還元剤供給機構
の異常を通知し、以て還元剤供給機構の修理を促すよう
にしてもよい。

【０１２９】尚、開弁期間中の燃料圧力を検出する時期
は、流量調整弁３０の開弁時期から所定時間経過後が好
ましい。これは、流量調整弁３０及び還元剤噴射弁２８
が正常であっても、流量調整弁３０が開弁した時点から
還元剤噴射弁２８が開弁する時点まで（流量調整弁３０
が開弁した時点から流量調整弁３０下流の燃料圧力が開
弁時正常圧力となる時点まで）に多少の時間がかかるた
めである。

【０１３０】更に、開弁期間後の燃料圧力を検出する時
期は、流量調整弁３０の閉弁時期から所定時間経過後が
好ましい。これは、流量調整弁３０及び還元剤噴射弁２
８が正常であっても、流量調整弁３０が閉弁した時点か
ら還元剤噴射弁２８が閉弁する時点まで（流量調整弁３
０が閉弁した時点から流量調整弁３０下流の燃料圧力が
閉弁時正常圧力となる時点まで）に多少の時間がかかる
ためである。

【０１３１】

【発明の効果】本発明によれば、内燃機関の排気系に配
置された排気浄化触媒へ還元剤を供給することにより排
気中の有害ガス成分を浄化する内燃機関の排気浄化装置
において、通路開閉弁の開弁期間中、開弁期間の前、又
は開弁期間の後における通路開閉弁より下流の圧力の様
子に基づいて、通路開閉弁およびまたは還元剤添加ノズ
ルの異常を検出することが可能となるため、還元剤供給
機構の異常に起因した排気エミッションの悪化や排気浄
化触媒の劣化等の抑制に寄与することが可能となる。

【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】正常時における燃料圧力の挙動を示す図

【図５】還元剤噴射弁に詰まりが発生した場合におけ
る燃料圧力の挙動を示す図

【図６】還元剤噴射弁が閉弁不良に陥った場合におけ
る燃料圧力の挙動を示す図

【図７】流量調整弁が開弁状態で動作不良に陥った場
合における燃料圧力の挙動を示す図

【図８】流量調整弁が閉弁状態で動作不良に陥った場
合における燃料圧力の挙動を示す図

【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・・・ＥＣＵ３５１・・ＣＰＵ３５２・・ＲＯＭ３５３・・ＲＡＭ３５４・・バックアップＲＡＭ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１０月２５日（２０００．１０．
２５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６８

【補正方法】変更

【補正内容】

【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より下流の還元剤
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。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者小田富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 AA02 AA10 AA11 AA18 AA28 AB05 AB06 BA14 BA21 BA31 CA13 CA16 CA18 CB02 CB07 CB08 DA01 DA02 DA04 DB10 DC01 EA00 EA01 EA05 EA06 EA07 EA15 EA16 EA17 EA31 EA34 FB10 FB12 GB01X GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB10X GB16X HA37 HB03 HB05 HB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤
の存在下で排気中の有害ガス成分を浄化する排気浄化触
媒と、前記排気浄化触媒より上流の排気通路に配置され、予め
設定された開弁圧以上の還元剤が印加されたときに開弁
して前記排気通路内へ還元剤を添加する還元剤添加ノズ
ルと、所定の圧力で還元剤を吐出する還元剤吐出手段と、前記還元剤吐出手段から吐出された還元剤を前記還元剤
添加ノズルへ導く還元剤供給通路と、前記還元剤供給通路に設けられ、該還元供給通路を開閉
する通路開閉弁と、前記還元剤供給通路における前記通路開閉手段より下流
に設けられ、該還元剤供給通路内の還元剤の圧力を検出
する圧力検出手段と、前記通路開閉弁の開弁期間中及び開弁期間の前後におい
て前記圧力検出手段が検出した圧力に基づいて異常を判
定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする内燃
機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記異常判定手段は、前記開弁期間の前
に検出された圧力及び前記開弁期間の後に検出された圧
力が第１の圧力となり、且つ、前記開弁期間中に検出さ
れた圧力が前記第１の圧力より高い第２の圧力となった
場合は、前記還元剤添加ノズル及び前記通路開閉弁が正
常であると判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。
【請求項３】前記異常判定手段は、前記開弁期間の前
に検出された圧力が第１の圧力となり、前記開弁期間中
に検出された圧力が前記第１の圧力より高い第２の圧力
となり、更に前記開弁期間の後に検出された圧力が前記
通路開閉弁が閉弁した時点から所定時間内に前記第１の
圧力まで低下しない場合は、前記還元剤添加ノズルに詰
まりが発生していると判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。
【請求項４】前記異常判定手段は、前記開弁期間の前
に検出された圧力が第１の圧力より低く、前記開弁期間
中に検出された圧力が前記第１の圧力より高い第２の圧
力となり、更に前記開弁期間の後に検出された圧力が前
記第１の圧力未満まで低下している場合は、前記還元剤
添加ノズルの閉弁不良が発生していると判定することを
特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】前記異常判定手段は、前記開弁期間の前
後に検出された圧力及び前記開弁期間中に検出された圧
力が同一である場合は、前記通路開閉弁が異常であると
判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。
【請求項６】前記異常判定手段は、前記開弁期間中及
び前記開弁期間の前後に検出された圧力が第１の圧力よ
り高い場合は、前記通路開閉弁が開弁状態で動作不良に
陥っていると判定することを特徴とする請求項５に記載
の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】前記異常判定手段は、前記開弁期間中及
び前記開弁期間の前後に検出された圧力が第２の圧力よ
り低い場合は、前記通路開閉弁が閉弁状態で動作不良に
陥っていると判定することを特徴とする請求項５に記載
の内燃機関の排気浄化装置。