JP2015094342A

JP2015094342A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2015094342A
Application number: JP2013235853A
Authority: JP
Inventors: 俊博森; Toshihiro Mori
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2015-05-18
Anticipated expiration: 2033-11-14
Also published as: EP2873820B1; JP5962631B2; EP2873820A1

Abstract

【課題】炭化水素供給弁から炭化水素を噴射させることによって噴射圧を低下させる。【解決手段】内燃機関において、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒（13）と、排気浄化触媒（13）上流の機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁（15）と、炭化水素供給弁（15）に炭化水素を供給するための炭化水素供給装置（60）とを具備する。炭化水素供給装置（60）は、炭化水素供給弁（15）の噴射圧ＰＸを増大させる機能を有するが減少させる機能を有していない。炭化水素供給弁（15）の噴射圧ＰＸには、炭化水素供給弁（15）から炭化水素を噴射したときに排気浄化触媒（13）における炭化水素のすり抜けを引き起こす限界噴射圧ＰＺが存在している。炭化水素供給弁（15）の噴射圧ＰＸが、限界噴射圧ＰＺよりも予め定められた圧力だけ低い許容噴射圧ＰＺＯを越えたときに炭化水素供給弁（15）から炭化水素が噴射され、それにより炭化水素供給弁（15）の噴射圧ＰＸが低下せしめられる。【選択図】図１２

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

NO_Xを還元するための還元剤として尿素水を用いた内燃機関において、機関排気通路内に一対のNO_X選択還元触媒を直列に配置し、これら一対のNO_X選択還元触媒上流の機関排気通路内に尿素水を供給するための尿素水供給弁を配置し、尿素水から発生したアンモニアがこれら一対のNO_X選択還元触媒をすり抜けないように尿素水供給弁からの尿素水の供給量を制御するようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１２−２１５１５４号公報

ところで、還元剤供給弁から噴射された還元剤により排気浄化触媒上においてNO_Xを還元するようにした場合には、還元剤供給弁から噴射される還元剤の量が排気浄化触媒上においてNO_Xを還元するために消費される還元剤の量よりも多いと余剰の還元剤が排気浄化触媒をすり抜けることになる。もう少し詳しく言うと、還元剤供給弁から単位時間当り噴射される還元剤の量が排気浄化触媒上においてNO_Xを還元するために単位時間当り消費される還元剤の量よりも多くなると余剰の還元剤が排気浄化触媒をすり抜けることになる。従って、還元剤が排気浄化触媒をすり抜けないようにするには、還元剤供給弁から単位時間当り噴射される還元剤の量が排気浄化触媒上においてNO_Xを還元するために単位時間当り消費される還元剤の量を超えないようにする必要がある。この場合、還元剤供給弁から単位時間当り噴射される還元剤の量は還元剤供給弁の噴射圧で定まり、従って通常は、還元剤供給弁から単位時間当り噴射される還元剤の量が排気浄化触媒上においてNO_Xを還元するために単位時間当り消費される還元剤の量を超えないように還元剤供給弁の噴射圧が定められている。

一方、還元剤供給弁から噴射された還元剤により排気浄化触媒においてNO_Xを還元するようにした内燃機関において、還元剤供給弁に還元剤を供給するための還元剤供給装置として、還元剤供給弁の噴射圧を増大させる機能を有するが減少させる機能を有していない還元剤供給装置を用いることが検討されている。ところで実際の運転状態においては、例えば排気浄化触媒の温度が低いときのように還元剤によるNO_Xの還元速度が遅くなる場合があり、この場合には排気浄化触媒上においてNO_Xを還元するために単位時間当り消費される還元剤の量が少なくなってしまう。この場合、余剰の還元剤が排気浄化触媒をすり抜けないようにするには、還元剤供給弁から単位時間当り噴射される還元剤の量を減少させる必要があり、そのためには還元剤供給弁の噴射圧を低下させる必要がある。しかしながら、還元剤供給装置として、還元剤供給弁の噴射圧を増大させる機能を有するが減少させる機能を有していない還元剤供給装置を用いる場合には、還元剤供給弁の噴射圧を低下させることができないという問題がある。

本発明の目的は、還元剤供給装置として、還元剤供給弁の噴射圧を増大させる機能を有するが減少させる機能を有していない還元剤供給装置を用いた場合であっても、余剰の還元剤が排気浄化触媒をすり抜けるのを抑制できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

即ち、本発明によれば、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒と、排気浄化触媒上流の機関排気通路内に配置された還元剤供給弁と、還元剤供給弁に還元剤を供給するための還元剤供給装置と、還元剤供給弁からの還元剤の噴射作用を制御するための還元剤噴射制御装置とを具備しており、還元剤供給装置は、還元剤供給弁の噴射圧を増大させる機能を有するが減少させる機能を有しておらず、還元剤供給弁の噴射圧には、還元剤供給弁から還元剤を噴射したときに排気浄化触媒における還元剤のすり抜けを引き起こす限界噴射圧が存在している内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給弁の噴射圧が、限界噴射圧よりも予め定められた圧力だけ低い許容噴射圧を越えたときに還元剤供給弁から還元剤が噴射され、それにより還元剤供給弁の噴射圧が低下せしめられる内燃機関の排気浄化装置が提供される。

還元剤供給弁の噴射圧が許容噴射圧を越えると、還元剤供給弁から還元剤を噴射することにより還元剤供給弁の噴射圧が低下せしめられる。その結果、還元剤供給弁の噴射圧が還元剤のすり抜けを引き起こす限界噴射圧よりも高くなることがないので、余剰の還元剤が排気浄化触媒をすり抜けるのを抑制することができる。

図１は圧縮着火式内燃機関の全体図である。図２は触媒担体の表面部分を図解的に示す図である。図３は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示す図である。図４Ａおよび４Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。図５Ａおよび５Ｂは炭化水素の噴射量等のマップを示すである。図６は炭化水素供給装置を説明するための図である。図７は炭化水素供給弁の噴射圧ＰＸの変化等を示すタイムチャートである。図８Ａ、８Ｂおよび８ＣはＨＣすり抜け量を示す図である。図９は噴射圧ＰＸ等とＨＣすり抜け量との関係を説明するための図である。図１０Ａ、１０Ｂおよび１０ＣはＨＣのすり抜けを引き起こす限界噴射圧ＰＺを示す図である。図１１Ａ、１１Ｂおよび１１ＣはＨＣのすり抜けを引き起こす限界噴射圧ＰＺを示す図である。図１２は限界噴射圧ＰＺの変化に対する噴射圧ＰＸの変化等を示すタイムチャートである。図１３Ａおよび１３Ｂは限界噴射圧ＰＺの予測方法の一例を説明するための図である。図１４Ａおよび１４Ｂは許容噴射量ＷＡを説明するための図である。図１５Ａ、１５Ｂおよび１５Ｃは許容噴射量ＷＡを説明するための図である。図１６Ａおよび１６Ｂは許容噴射量ＷＢを説明するための図である。図１７Ａ、１７Ｂおよび１７Ｃは許容噴射量ＷＢを説明するための図である。図１８はＨＣすり抜け防止制御を行うためのフローチャートである。図１９は減圧制御を行うためのフローチャートである。図２０は増圧制御を行うためのフローチャートである。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはアクチュエータにより駆動されるスロットル弁10が配置され、吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置11が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置11内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気管12を介して排気浄化触媒13の入口に連結される。本発明による実施例では、この排気浄化触媒13はNOx吸蔵触媒からなる。排気浄化触媒13の出口はパティキュレートフィルタ14に連結され、排気浄化触媒13上流の排気管12内には圧縮着火式内燃機関の燃料として用いられる軽油その他の燃料からなる炭化水素を供給するための炭化水素供給弁15が配置される。図１に示される実施例では炭化水素供給弁15から供給される炭化水素として軽油が用いられている。なお、本発明はリーン空燃比のもとで燃焼の行われる火花点火式内燃機関にも適用することができる。この場合、炭化水素供給弁15からは火花点火式内燃機関の燃料として用いられるガソリンその他の燃料からなる炭化水素が供給される。

一方、排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、EGRと称す）通路16を介して互いに連結され、EGR通路16内には電子制御式EGR制御弁17が配置される。また、EGR通路16の周りにはEGR通路16内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置18が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置18内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。各燃料噴射弁３は燃料供給管19を介してコモンレール20に連結され、このコモンレール20は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ21を介して燃料タンク22に連結される。燃料タンク22内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ21によってコモンレール20内に供給され、コモンレール20内に供給された燃料は各燃料供給管19を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM（リードオンリメモリ）32、RAM（ランダムアクセスメモリ）33、CPU（マイクロプロセッサ）34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。排気浄化触媒13の下流には排気浄化触媒13から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ23が配置されており、パティキュレートフィルタ14にはパティキュレートフィルタ14の前後差圧を検出するための差圧センサ24が取り付けられている。これら温度センサ23、差圧センサ24および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁３、スロットル弁10の駆動用アクチュエータ、炭化水素供給弁15、EGR制御弁17および燃料ポンプ21に接続される。

図２は、図１に示される排気浄化触媒13の基体上に担持された触媒担体の表面部分を図解的に示している。この排気浄化触媒13では図２に示されるように例えばアルミナからなる触媒担体50上には白金Ptからなる貴金属触媒51が担持されており、更にこの触媒担体50上にはカリウムＫ、ナトリウムNa、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類金属、ランタノイドのような希土類および銀Ag、銅Cu、鉄Fe、イリジウムIrのようなNO_xに電子を供与しうる金属から選ばれた少なくとも一つを含む塩基性層53が形成されている。また、排気浄化触媒13の触媒担体50上には白金Ptに加えてロジウムRh或いはパラジウムPdを担持させることができる。

図３は、NO_X を浄化するために炭化水素供給弁15から噴射される炭化水素の噴射タイミングと排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）の変化とを示している。本出願人による長期間に亘るNO_x浄化に関する研究によると、排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を図３に示されるように予め定められた範囲内の周期でもってリッチにさせると、高いNO_x浄化率が得られることが判明している。更にこのときには窒素および炭化水素を含む多量の還元性中間体が塩基性層53の表面上に保持又は吸着され続けており、この還元性中間体が高NO_x浄化率を得る上で中心的役割を果していることが判明している。

次にこのことについて図４Ａおよび４Ｂを参照しつつ簡単に説明する。なお、これら図４Ａおよび４Ｂは排気浄化触媒13の触媒担体50の表面部分を図解的に示しており、これら図４Ａおよび４Ｂには排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）が予め定められた範囲内の周期でもってリッチにされたときに生ずると推測される反応が示されている。なお、これら図４Ａおよび４Ｂにおいて、図４Ａは排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリーンにされているときを示しており、図４Ｂは炭化水素供給弁15から炭化水素が供給されて排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチにされたときを示している。

さて、図３からわかるように排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比は一瞬を除いてリーンに維持されているので排気浄化触媒13に流入する排気ガスは通常酸素過剰の状態にある。このとき排気ガス中に含まれるNOの一部は排気浄化触媒13上に付着し、排気ガス中に含まれるNOの一部は図４Ａに示されるように白金51上において酸化されてNO₂となり、次いでこのNO₂は更に酸化されてNO₃となる。また、NO₂の一部はNO₂ ^-となる。従って白金Pt51上にはNO₂ ^- とNO₃とが生成されることになる。排気浄化触媒13上に付着しているNOおよび白金Pt51上において生成されたNO₂ ^-とNO₃は活性が強く、従って以下これらNO、NO₂ ^-およびNO₃を活性NO_x ^*と称する。

次いで、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されて排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチにされると、大部分の炭化水素は酸素と反応して燃焼せしめられ、一部の炭化水素は白金51上において部分酸化されて図４Ｂに示されるようにラジカル状の炭化水素となる。このラジカル状の炭化水素は白金51上において活性NO_x ^*と反応し、それにより還元性中間体が生成される。この還元性中間体は塩基性層53の表面上に付着又は吸着される。なお、このとき塩基性層53の表面上に保持又は吸着される還元性中間体の大部分はイソシアネート化合物R-NCOおよびアミン化合物R-NH₂であると考えられる。

次いで、再び排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリーンになると、図４Ａに示されるように、排気ガス中に含まれるNO_X は塩基性層53の表面上に保持又は吸着されている還元性中間体R-NCOやR-NH₂と反応し、図４Ａに示されるようにＮ₂，CO₂，H₂Oに変換せしめられる。このように排気ガス中に含まれるNO_X は、炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたときに生成されて塩基性層53の表面上に保持又は吸着されている還元性中間体によって浄化されることになる。従ってNO_xを良好に浄化するには、NO_xを浄化するのに充分な量の還元性中間体を生成しかつ生成された還元性中間体を塩基性層53上に保持又は吸着しておく必要がある。

一方、生成された還元性中間体は排気ガス中に含まれるNO_xを浄化するために消費されるので炭化水素の噴射後、時間が経過するにつれて還元性中間体の量が次第に減少する。従って、NO_xを浄化するの充分な量の還元性中間体が塩基性層53の表面上に保持又は吸着されているうちに、炭化水素供給弁15から次の炭化水素を噴射する必要がある。本発明による実施例では、NOxを浄化するのに充分な量の還元性中間体を生成することのできる炭化水素噴射量ＷＴが、燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図５Ａに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されており、また、良好なNOx浄化作用を得ることのできる最適な炭化水素の噴射周期ΔＴも燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図５Ｂに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。

さて、再び、図１に戻ると、図１には炭化水素供給弁15に炭化水素、即ち燃料を供給するための炭化水素供給装置60が示されており、図１に示されるようにこの炭化水素供給装置60は駆動回路38を介して出力ポート36に接続されている。本発明による実施例では、この炭化水素供給装置60は電動ポンプからなり、図６には、この炭化水素供給装置60、即ち電動ポンプの拡大図が示されている。図６に示されるように、炭化水素供給装置60、即ち電動ポンプは加圧燃料で満たされたポンプ室61と、ポンプ室61内の燃料を加圧するための加圧ピストン62と、加圧ピストン62を駆動するためのソレノイド63と、燃料供給管64を介して炭化水素供給弁15に連結された加圧燃料流出室65と、加圧燃料流出室65内の燃料圧を検出するための圧力センサ66とを具備する。ポンプ室61は、一方では燃料タンク22からポンプ室61に向けてのみ流通可能な逆止弁67を介して燃料タンク22に連結されており、他方ではポンプ室61から加圧燃料流出室65に向けてのみ流通可能な逆止弁68を介して加圧燃料流出室65に連結されている。

炭化水素供給装置60、即ち電動ポンプのソレノイド63が励磁されると加圧ピストン62は図６において左方にポンプ室61に向けて移動せしめられる。このとき、ポンプ室61内の燃料は加圧され、加圧された燃料は逆止弁68を介し加圧燃料流出室65内に送り出される。次いでこの燃料は炭化水素供給弁15に供給される。一方、ソレノイド63が消磁されると加圧ピストン62は図６において右方に移動せしめられ、このとき燃料タンク22内の燃料が逆止弁67を介してポンプ室61内に送り込まれる。炭化水素供給弁15に供給された燃料、即ち炭化水素は炭化水素供給弁15のノズル口から排気ガス中に噴射される。

図７は、炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射することによってNOxの浄化作用を行っているときの炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射信号と、ソレノイド63を励磁して加圧ピストン62を駆動するためのポンプ駆動信号と、炭化水素供給弁15に供給される燃料の燃料圧ＰＸ、即ち、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸの変化と、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比の変化とを示している。なお、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸは、炭化水素供給弁15内の燃料圧、即ち燃料供給管64内の燃料圧に等しく、この炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸは圧力センサ66によって常時検出されている。図７に示されるように、炭化水素噴射信号が発せられると炭化水素供給弁15が開弁せしめられ、それによって炭化水素が炭化水素供給弁15から噴射される。なお、このとき炭化水素供給弁15からは図５Ａに示すマップから算出された噴射量ＷＴでもって炭化水素が噴射される。炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されると、図７に示されるように、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸは急激に低下する。

炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが低下すると、ポンプ駆動信号が等間隔で発生せしめられる。ポンプ駆動信号が発生せしめられるとソレノイド63が励磁されて加圧ピストン62によりポンプ室61内の燃料が加圧され、それにより図７に示されるように炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが少しばかり上昇する。次いで、噴射圧ＰＸは、図７に示されるように、ポンプ駆動信号が発生する毎に目標標準噴射圧ＰＸＯまで少しずつ増大せしめられる。噴射圧ＰＸが目標標準噴射圧ＰＸＯに達すると、ポンプ駆動信号の発生が停止され、その結果炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸは目標標準噴射圧ＰＸＯに維持される。この目標標準噴射圧ＰＸＯは、NOxを浄化する上で最適な噴射率となるように予め定められている。

さて、図６からわかるように、炭化水素供給装置60は炭化水素を炭化水素供給弁15内に供給する機能を有しているが、炭化水素供給弁15内の炭化水素を炭化水素供給弁15内から溢流させる機能は有していない。炭化水素供給弁15内の炭化水素を炭化水素供給弁15内から溢流させる機能を有していないということは、炭化水素供給装置60は炭化水素供給弁15噴射圧を低下させる機能を有していないことになる。即ち、本発明において用いられている炭化水素供給装置60は、炭化水素供給弁15の噴射圧を増大させる機能を有するが減少させる機能を有していないことになる。

さて、本発明による実施例では、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが目標標準噴射圧ＰＸＯとされている状態で炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射され、このとき炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素の大部分は酸素を消費するために使用され、残りの炭化水素は還元性中間体の生成のために使用される。即ち、炭化水素供給弁15から噴射された全ての炭化水素は排気浄化触媒13内において消費され、従って、通常、炭化水素が排気浄化触媒13内をすり抜けることはない。しかしながら排気浄化触媒13における炭化水素の反応性が低下すると
炭化水素が排気浄化触媒13をすり抜ける危険性が生ずる。例えば、排気浄化触媒13の温度が低い場合には排気浄化触媒13の活性が低く、従って酸素と反応して単位時間当りに消費される炭化水素量が減少し、還元性中間体を生成するために単位時間当りに消費される炭化水素量が減少する。即ち、排気浄化触媒13の温度が低くなると排気浄化触媒13において単位時間当りに処理される炭化水素量が減少し、その結果図８Ａに示されるように、排気浄化触媒13の温度ＴＣが低下すると排気浄化触媒13をすり抜ける炭化水素（ＨＣ）量が増大することになる。

一方、排気ガスの流量が多くなると、排気ガス中に噴射された炭化水素と排気浄化触媒13との接触時間が短くなるために、排気浄化触媒13において単位時間当りに処理される炭化水素量が減少する。従って、図８Ｂに示されるように、排気ガスの流量ＧＡが増大すると排気浄化触媒13をすり抜ける炭化水素（ＨＣ）量が増大することになる。また、排気ガス中における酸素（O₂）濃度が低くなると、酸素と反応して単位時間当りに消費される炭化水素量が減少し、排気浄化触媒13において単位時間当りに処理される炭化水素量が減少する。従って、図８Ｃに示されるように、排気ガス中における酸素（O₂）濃度が低くなると、排気浄化触媒13をすり抜ける炭化水素（ＨＣ）量が増大することになる。

排気浄化触媒13における炭化水素のすり抜け量が増大すると排気エミッションが悪化するという問題が生ずるばかりでなく、炭化水素のすり抜け量が増大すると白煙が発生するという問題が主ずる。従って、排気浄化触媒13において炭化水素がすり抜けるのをできる限り阻止することが必要となる。この場合、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量を減少させても炭化水素のすり抜けを阻止することはできず、炭化水素のすり抜けを阻止するには炭化水素供給弁15の噴射圧を低下させる必要がある。次にこのことについて図９を参照しつつ説明する。なお、図９には、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸ、炭化水素の噴射率、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比、および炭化水素すり抜け量の時間的変化が示されている。

図９を参照すると、（Ａ）は炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが目標標準噴射圧ＰＸＯであるときに、排気浄化触媒13において単位時間当りに処理される炭化水素量が減少し、それにより炭化水素（ＨＣ）のすり抜け量が増大した場合を示している。このように炭化水素（ＨＣ）のすり抜け量が増大したときに、図６の（Ｂ）は炭化水素（ＨＣ）のすり抜け量を減少すべく噴射時間を短くして炭化水素の総噴射量を減少させた場合を示しており、図６の（Ｃ）は炭化水素（ＨＣ）のすり抜け量を減少すべく炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを低下させた場合を示している。図６の（Ｂ）に示されるように、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを目標標準噴射圧ＰＸＯに維持した状態で噴射時間を短くしても、単位時間当りの噴射量は減少しないので、炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素を排気浄化触媒13において完全に処理することはできず、従ってこの場合には、図６の（Ｂ）に示されるように、多量の炭化水素がすり抜けることになる。

これに対し、図６の（Ｃ）に示されるように、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを低下させると、単位時間当りの噴射量が減少するために、炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素は排気浄化触媒13においてほとんど全て処理され、従ってこの場合には、図６の（Ｃ）に示されるように、炭化水素はほとんどすり抜けないことになる。また、図６の（Ｂ）に示される場合には、噴射量の総量を減少させなければならないが、図６の（Ｃ）に示される場合には、噴射量の総量を減少させることなく同じ量を維持できるという利点もある。従って、本発明では、排気浄化触媒13において単位時間当りに処理しうる炭化水素量が減少したときには、図６（Ｃ）に示されるように、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを目標標準噴射圧ＰＸＯに対して低下させるようにしている。

排気浄化触媒13において単位時間当りに処理しうる炭化水素量が減少したときに、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを目標標準噴射圧ＰＸＯに対してどの程度低下させれば、炭化水素のすり抜けが生じないかは、実験により求めることができる。本願発明では排気浄化触媒13において単位時間当りに処理しうる炭化水素量が減少したときに炭化水素のすり抜けを引き起こす噴射圧ＰＸの上限を、限界噴射圧ＰＺと称し、炭化水素のすり抜けが生じないように、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸをこの限界噴射圧ＰＺに基づいて制御するようにしている。そこで、まず初めに、図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃを参照しつつ、この限界噴射圧ＰＺについて説明する。

さて、炭化水素のすり抜け量が増大すると、限界噴射圧ＰＺは炭化水素のすり抜けを抑制する方向、即ち低下する方向に変化する。従って、図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃに示される限界噴射圧ＰＺの傾向は、図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃに示される炭化水素のすり抜け量の傾向と逆の傾向となる。即ち、排気浄化触媒13の温度が低い場合には排気浄化触媒13の活性が低く、従って排気浄化触媒13の温度が低くなると排気浄化触媒13において単位時間当りに処理される炭化水素量が減少する。従って、図１０Ａに示されるように、排気浄化触媒13の温度ＴＣが低下するにつれて、炭化水素のすり抜けが生じないように、限界噴射圧ＰＺは低下する。

一方、排気ガスの流量が多くなると、排気ガス中に噴射された炭化水素と排気浄化触媒13との接触時間が短くなるために、排気浄化触媒13において単位時間当りに処理される炭化水素量が減少する。従って、図１０Ｂに示されるように、排気ガスの流量ＧＡが増大するにつれて、炭化水素のすり抜けが生じないように、限界噴射圧ＰＺは低下する。また、排気ガス中における酸素（O₂）濃度が低くなると、酸素を反応して単位時間当りに消費される炭化水素量が減少し、排気浄化触媒13において単位時間当りに処理される炭化水素量が減少する。従って、図１０Ｃに示されるように、排気ガス中における酸素（O₂）濃度が低くなるにつれて、炭化水素のすり抜けが生じないように、限界噴射圧ＰＺは低下する。

図１１Ａには、限界噴射圧ＰＺが、排気浄化触媒13の温度ＴＣおよび排気ガスの流量ＧＡに対して示されている。なお、図１１Ａにおいて、限界噴射圧ＰＺは、ＰＺ_１からＰＺ_４に向けて次第に低くなっていく。従って、図１１Ａから、排気浄化触媒13の温度ＴＣが低く、排気ガスの流量ＧＡが多いときに、限界噴射圧ＰＺが最も低くなることがわかる。図１１Ａに示される限界噴射圧ＰＺの値は、排気浄化触媒13の温度ＴＣおよび排気ガスの流量ＧＡの関数として図１１Ｂに示すマップの形で予めＲＯＭ32内に記憶されている。本発明による実施例では、図１１Ｂに示すマップから算出された限界噴射圧ＰＺに、図１１Ｃに示される補正係数ＫＫの値を乗算することによって最終的な限界噴射圧ＰＺが算出される。なお、図１１Ｂに示すマップに記憶されている限界噴射圧ＰＺの値は、排気ガス中における酸素（O₂）濃度が図１１Ｃにおいて黒丸で示される予め定められた基準酸素（O₂）濃度のときの値である。なお、図１１Ｃから、排気ガス中における酸素（O₂）濃度が低くなるほど限界噴射圧ＰＺが低下せしめられることがわかる。

さて、通常、限界噴射圧ＰＺは炭化水素供給弁15の目標標準噴射圧ＰＸＯに比べてかなり高く、従って、NO_xを浄化するために炭化水素供給弁15から炭化水素が周期的に噴射されているときには、通常、炭化水素供給弁15からは目標標準噴射圧ＰＸＯでもって炭化水素が噴射される。このときには排気浄化触媒13における炭化水素のすり抜けは生じない。即ち、通常は、炭化水素のすり抜けの問題は生じない。炭化水素のすり抜けの問題は、例えば、排気浄化触媒13の温度が低いときに排気ガスの流量が増大したような場合に生じ、このような場合に限界噴射圧ＰＺが一時的に低下する。図１２は、このように限界噴射圧ＰＺが一時的に低下したときのタイムチャートを示している。なお、図１２には、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量ＷＺ、および炭化水素供給装置60、即ち電動ポンプの加圧ピストン62を駆動するためのポンプ駆動信号が併せて示されている。次に、この図１２を参照しつつ、本発明による炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸの制御方法について説明する。

これまで説明したように、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが限界噴射圧ＰＺよりも高いときに、炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射すると炭化水素のすり抜けが生ずる。そこで本発明では、限界噴射圧ＰＺが低下して炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸに近づいたことを察知するために、限界噴射圧ＰＺとは別個に許容噴射圧ＰＺＯを設定している。図１２からわかるように、この許容噴射圧ＰＺＯは限界噴射圧ＰＺよりも予め定められた圧力αだけ低い噴射圧とされている。本発明では、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸがこの許容噴射圧ＰＺＯを越えたときに炭化水素のすり抜けが生ずる危険性があると判断し、このときNOxを浄化するために炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射されたとしても炭化水素のすり抜けが生じないように、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを低下させるようにしている。

ところで前述したように、本発明において用いられている炭化水素供給装置60は、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを増大させる機能を有するが減少させる機能を有しておらず、従って本発明では、炭化水素供給装置60により炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを低下させることはできない。そこで、本発明では、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが、限界噴射圧ＰＺよりも予め定められた圧力αだけ低い許容噴射圧ＰＺＯを越えたときに炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射させ、それにより炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを低下させるようにしている。

なお、本発明では、炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素を用いてNO_xを浄化するようにしているが、即ち、本発明では、NO_xを浄化するための還元剤として炭化水素を用いているが、本発明は、NO_xを浄化するための還元剤として炭化水素以外の還元剤、例えば尿素水を用いた場合にも適用することができる。
従って、本発明を包括的に表現すると、本発明では、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒と、排気浄化触媒上流の機関排気通路内に配置された還元剤供給弁と、還元剤供給弁に還元剤を供給するための還元剤供給装置と、還元剤供給弁からの還元剤の噴射作用を制御するための還元剤噴射制御装置とを具備しており、還元剤供給装置は、還元剤供給弁の噴射圧を増大させる機能を有するが減少させる機能を有しておらず、還元剤供給弁の噴射圧には、還元剤供給弁から還元剤を噴射したときに排気浄化触媒における還元剤のすり抜けを引き起こす限界噴射圧が存在している内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給弁の噴射圧が、この限界噴射圧よりも予め定められた圧力だけ低い許容噴射圧を越えたときに還元剤供給弁から還元剤が噴射され、それにより還元剤供給弁の噴射圧が低下せしめられる。

次に、図１２を参照しつつ、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸの制御方法について、もう少し具体的に説明する。図１２は、一定時間ｔ毎に、破線で示されるタイミングでもって、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを制御するようにした場合を例にとって示している。
さて、図１２において、時刻ａにおいて、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが許容噴射圧ＰＺＯを越えたとすると、炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射することにより、例えばNOxを浄化するために炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射された場合であっても炭化水素のすり抜けを生じさせることのない噴射圧まで、ΔＰＤだけ炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが低下せしめられる。この炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸの低下量ΔＰＤは種々の方法でもって求められる。例えば、限界噴射圧ＰＺの変化速度に応じて炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを変化させ、限界噴射圧ＰＺの低下速度が速いほど炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸの低下量ΔＰＤを増大させることができる。

この場合、図１２に示される実施例では、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが時刻ａにおいて許容噴射圧ＰＺＯを越えたと判断されたときには、一定時間ｔ後の時刻ｂにおいて、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが許容噴射圧ＰＺＯよりも低くなるか、或いは炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが許容噴射圧ＰＺＯとなる低下量ΔＰＤだけ、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが低下せしめられる。この場合、本発明による実施例では、限界噴射圧ＰＺの変化の仕方から一定時間ｔ後の時刻ｂにおける許容噴射圧ＰＺＯが予測される。即ち、本発明による実施例では、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが時刻ａにおいて許容噴射圧ＰＺＯを越えたと判断されたときには、一定時間ｔ後の時刻ｂにおける許容噴射圧ＰＺＯが予測され、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが予測された許容噴射圧ＰＺＯよりも低い噴射圧となるか、或いは炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが許容噴射圧ＰＺＯとなるように炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射される。

なお、前述したように、本発明は、NO_xを浄化するための還元剤として炭化水素以外の還元剤、例えば尿素水を用いた場合にも適用することができ、従ってこのことを考慮すると、本発明による実施例では、還元剤供給弁の噴射圧が許容噴射圧を越えたときに、予め定められた期間経過後の許容噴射圧が予測され、還元剤供給弁の噴射圧がこの予測された許容噴射圧よりも低い噴射圧或いはこの予測された許容噴射圧となるように還元剤供給弁から還元剤が噴射される。

本発明による実施例では、このような炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸの予測は図１２において、ｔ時間毎に行われる。即ち、時刻ｂにおいても、一定時間ｔ後の時刻ｃにおける許容噴射圧ＰＺＯが予測され、このときにも炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが予測された許容噴射圧ＰＺＯよりも低い噴射圧となるか、或いは炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが予測された許容噴射圧ＰＺＯとなるように炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射される。

次に、一定時間ｔ後における許容噴射圧ＰＺＯの予測方法に一例について図１３Ａを参照しつつ簡単に説明する。図１３Ａには、現在の時刻ｘを零とし、このときの限界噴射圧ＰＺをＰＺ（０）としたときの時刻（−２ｔ）における限界噴射圧ＰＺ（−２ｔ）と、時刻（−ｔ）における限界噴射圧ＰＺ（−ｔ）と、時刻（ｔ）における限界噴射圧ＰＺ（ｔ）とが示されている。ここで、時刻（ｔ）における限界噴射圧ＰＺ（ｔ）は現在から一定時間ｔ後における予測限界噴射圧を示している。さて、ここで図１３Ａに示される限界噴射圧ＰＺの時間的変化ＰＺ（ｘ）を２次式（ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ）でもって表すと各時刻における限界噴射圧ＰＺは、次のようになる。
ＰＺ（−２ｔ）＝４ｔ^２ａ−２ｔｂ＋ｃ
ＰＺ（−ｔ）＝ｔ^２ａ−ｔｂ＋ｃ
ＰＺ（０）＝ｃ

これらの関係からａ、ｂ、ｃをＰＺ（−２ｔ）、ＰＺ（−ｔ）、ＰＺ（０）およびｔで表すと次のようになる。
ａ＝（ＰＺ（−２ｔ）―２ＰＺ（−ｔ）＋ＰＺ（０））/２ｔ^２
ｂ＝（ＰＺ（−２ｔ）―４ＰＺ（−ｔ）＋３ＰＺ（０））/２ｔ
ｃ＝ＰＺ（０）
ＰＺ（−２ｔ）、ＰＺ（−ｔ）およびＰＺ（０）は算出することができ、ｔは予め定められているので、これらから次式の予測限界噴射圧ＰＺ（ｔ）を求めることができる。
ＰＺ（ｔ）＝ａｔ^２＋ｂｔ＋ｃ
この予測限界噴射圧ＰＺ（ｔ）から一定値αを減算することによって予測許容噴射圧ＰＺＯが求められる。

図１３Ｂに予測限界噴射圧ＰＺ（ｔ）の算出ルーチンを示す。
図１３Ｂを参照すると、まず初めに、ステップ70において、現在の限界噴射圧ＰＺ（０）が図１１Ｂおよび１１Ｃを用いて算出される。次いでステップ71では、上記の式よりａおよびｂが算出される。次いでステップ7２では、予測限界噴射圧ＰＺ（ｔ）（＝ａｔ^２＋ｂｔ＋ｃ）が算出される。次いでステップ73では、ＰＺ（−ｔ）がＰＺ（−２ｔ）とされ、次いでステップ74では、ＰＺ（０）がＰＺ（−ｔ）とされる。

さて、予測限界噴射圧ＰＺ（ｔ）が求まるとそのときの許容噴射圧ＰＺＯが求まり、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸがこの予測許容噴射圧ＰＺＯよりも低い噴射圧となるか、或いは炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸがこの予測許容噴射圧ＰＺＯとなるように炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射される。具体的に言うと、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸをこの予測許容噴射圧ＰＺＯよりも低い噴射圧にするか、或いは炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸをこの予測許容噴射圧ＰＺＯにするのに必要な炭化水素の噴射量ＷＺが算出され、この噴射量ＷＺを噴射させるのに必要な炭化水素の噴射時間が算出される。炭化水素供給弁15からはこの噴射時間に従って炭化水素が噴射され、このとき炭化水素供給弁15からは噴射量ＷＺの炭化水素が噴射される。

ところで、このときの噴射量ＷＺが多くなると問題を生ずる場合があり、このような場合を考えて、本発明による実施例では、この噴射量ＷＺに対して許容噴射量を設定している。具体的にいうと、本発明による実施例では、この許容噴射量について二つの許容噴射量ＷＡおよび許容噴射量ＷＢを設定しており、噴射量ＷＺがこれら二つの許容噴射量ＷＡおよび許容噴射量ＷＢよりも少ないときに限って、炭化水素供給弁15から噴射量ＷＺでもって炭化水素を噴射させるようにしている。そこで次に、これらの許容噴射量ＷＡおよび許容噴射量ＷＢについて順次説明する。

図１４Ａはパティキュレートフィルタ14を再生するために、或いは排気浄化触媒13に吸蔵されているＳＯ_Ｘを放出させるために、炭化水素供給弁15からの炭化水素の一回当りの噴射量を増大して、NOxを浄化しつつ排気浄化触媒13の温度ＴＣを上昇させるようにした場合を示している。なお、これらの場合、排気浄化触媒13の温度ＴＣは６００〜６５０℃まで上昇せしめられる。また、図１４Ａにおいて、ＴＣＵは排気浄化触媒13の熱劣化を引き起こす限界温度を示している。炭化水素供給弁15からの炭化水素の一回当りの噴射量が多いと、図１４Ａにおいて破線で示されるように排気浄化触媒13の温度ＴＣが急激に上昇し、即ち排気浄化触媒13の温度ＴＣの振幅ΔＴＣが大きくなり、その結果、排気浄化触媒13の温度ＴＣが限界温度ＴＣＵを超えてしまうことになる。しかしながら排気浄化触媒13の温度ＴＣが限界温度ＴＣＵを超えると、排気浄化触媒13が熱劣化を生じ、従って、排気浄化触媒13の温度ＴＣが限界温度ＴＣＵを超えないように温度振幅ΔＴＣを予め定められた振幅以下に抑える必要がある。この予め定められた振幅が図１４ＢにおいてΔＴＸで示されている。

なお、図１４Ｂは、炭化水素供給弁15からの炭化水素の一回当りの噴射量と排気浄化触媒13の温度ＴＣの振幅ΔＴＣとの関係を示しており、図１４Ｂに示されるように、一回当りの噴射量が多くなるほど排気浄化触媒13の温度ＴＣの振幅ΔＴＣが大きくなる。図１４Ｂにおいて、ＷＡは、排気浄化触媒13の温度ＴＣの振幅ΔＴＣが上述の予め定められた振幅ΔＴＸとなる許容噴射量を示しており、炭化水素の一回当りの噴射量がこの許容噴射量ＷＡよりも少なければ排気浄化触媒13の温度ＴＣの振幅ΔＴＣは振幅ΔＴＸ以下に抑えられる。従ってこの許容噴射量ＷＡは、炭化水素、即ち還元剤の噴射による排気浄化触媒13の上昇温度を予め定められた温度以下に抑えることのできる噴射量であると言える。本発明による実施例では、炭化水素の噴射量ＷＺはこの許容噴射量ＷＡを越えないように制御される。図１５Ａに示されるように、許容噴射量ＷＡは排気ガスの流量ＧＡが多いほど多くなり、図１５Ｂに示されるように、許容噴射量ＷＡは排気浄化触媒13の温度ＴＣが高くなるほど少なくなる。この許容噴射量ＷＡは、排気浄化触媒13の温度ＴＣおよび排気ガスの流量ＧＡの関数として図１５Ｃに示すマップの形で予めＲＯＭ32内に記憶されている。

一方、図１６Ａは、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを予測許容噴射圧ＰＺＯよりも低い噴射圧まで、或いは炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを予測許容噴射圧ＰＺＯまで低下させるときに噴射される炭化水素の噴射量ＷＺと、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）の変化を示している。なお、図１６Ａにおいて、（Ａ/Ｆ）ｂはベース空燃比を示しており、（Ａ/Ｆ）ｃは炭化水素のすり抜けが生じる限界リッチ空燃比を示している。一方、図１６Ｂは、炭化水素供給弁15からの炭化水素の一回当りの噴射量ＷＺと、排気浄化触媒13に流入する排気ガスのピーク空燃比（Ａ/Ｆ）ｐとの関係を示している。さて、図１６Ａを参照すると、図１６Ａには、炭化水素の噴射量ＷＺが多い場合が破線で示されており、炭化水素の噴射量ＷＺを減少させた場合が実線で示されている。図１６Ａの実線からわかるように、炭化水素の噴射量ＷＺを減少させると、排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）は、破線で示されるピーク空燃比（Ａ/Ｆ）ｐまで低下する前にベース空燃比（Ａ/Ｆ）ｂに向けて戻り始め、従って排気ガスのピーク空燃比（Ａ/Ｆ）ｐが高くなることがわかる。従って、図１６Ｂに示されるように、排気浄化触媒13に流入する排気ガスのピーク空燃比（Ａ/Ｆ）ｐは一回当りの噴射量ＷＺが少なくなると高くなる。

図１６Ｂにおいて、ＷＢは、排気浄化触媒13に流入する排気ガスのピーク空燃比（Ａ/Ｆ）ｐが、炭化水素のすり抜けを引き起こす限界リッチ空燃比（Ａ/Ｆ）ｃとなる許容噴射量を示しており、炭化水素の噴射量ＷＺをこの許容噴射量ＷＢよりも少なくすれば、排気浄化触媒13に流入する排気ガスのピーク空燃比（Ａ/Ｆ）ｐが限界リッチ空燃比（Ａ/Ｆ）ｃ以下に低下するのを抑えることができる。従ってこの許容噴射量ＷＢは、排気浄化触媒13から流出する排気ガスの空燃比が予め定められた空燃比よりも低下するのを抑えることのできる噴射量であると言える。本発明による実施例では、炭化水素の噴射量ＷＺはこの許容噴射量ＷＢを越えないように制御される。図１７Ａに示されるように、許容噴射量ＷＢは排気ガスの流量ＧＡが多いほど多くなり、図１７Ｂに示されるように、許容噴射量ＷＡはベース空燃比（Ａ/Ｆ）ｂが高くなるほど多くなる。この許容噴射量ＷＢは、ベース空燃比（Ａ/Ｆ）ｂおよび排気ガスの流量ＧＡの関数として図１７Ｃに示すマップの形で予めＲＯＭ32内に記憶されている。

このように、本発明による実施例では、噴射量ＷＺが許容噴射量ＷＡ，ＷＢよりも少ないときには炭化水素が噴射量ＷＺでもって炭化水素供給弁15から噴射され、噴射量ＷＺが許容噴射量ＷＡ，ＷＢよりも多いときには炭化水素が許容噴射量ＷＡおよび許容噴射量ＷＢの内の少ない方の許容噴射量でもって炭化水素供給弁15から噴射される。即ち、本発明による実施例では、還元剤として炭化水素以外の還元剤が用いられた場合も含めて考えると、還元剤供給弁の噴射圧が許容噴射圧を越えたときに、予め定められた期間経過後の許容噴射圧が予測され、還元剤供給弁の噴射圧を予測された許容噴射圧よりも低い噴射圧或いは予測された許容噴射圧まで低下せしめるのに必要な還元剤噴射量が算出され、この還元剤噴射量が予め定められた許容噴射量よりも少ないときには還元剤がこの還元剤噴射量でもって還元剤供給弁から噴射される。

次に、限界噴射圧ＰＺが一時的に低下した後、限界噴射圧ＰＺが上昇したときの噴射圧ＰＸの制御について説明する。本発明では、限界噴射圧ＰＺが上昇したときには、即ち許容噴射圧ＰＺＯが上昇したときには。炭化水素供給装置60の加圧ピストン62を駆動するためのポンプ駆動信号が発生せしめられ、それによって炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸも上昇せしめられる。この場合、還元剤として炭化水素以外の還元剤が用いられた場合も含めて考えると、本発明では、還元剤供給弁の噴射圧が低下せしめられた後に許容噴射圧ＰＺＯが増大したときには、還元剤供給装置60によって還元剤供給弁の噴射圧が増大される。本発明による実施例では、この場合でも、一定時間ｔを経過した後の限界噴射圧ＰＺが予測され、予測された限界噴射圧ＰＺ（ｔ）に基づいて噴射圧ＰＸの増大制御が行われる。

この場合、本発明による実施例では、図１２に示されるように、炭化水素供給装置60により一定時間ｔでもって上昇可能な圧力上昇量ΔＰＵが求められており、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸをこの圧力上昇量ΔＰＵだけ上昇させても予測許容噴射圧ＰＺＯに達しないと予測されるときには炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが圧力上昇量ΔＰＵだけ上昇せしめられる。即ち、図１２の時刻ｅでは、時刻ｆにおいて炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを圧力上昇量ΔＰＵだけ上昇させると予測許容噴射圧ＰＺＯを越えてしまうと判断され、このときには炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが増大作用は行われない。これに対し、図１２の時刻ｆでは、時刻ｇにおいて炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを圧力上昇量ΔＰＵだけ上昇させても予測許容噴射圧ＰＺＯに達しないと予測され、このときには時刻ｆから時刻ｇの間において、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが圧力上昇量ΔＰＵだけ上昇せしめられる。

即ち、本発明による実施例では、還元剤として炭化水素以外の還元剤が用いられた場合も含めて考えると、還元剤供給弁から還元剤が噴射されたときに、予め定められた期間経過後の許容噴射圧が予測され、還元剤供給弁の噴射圧を予測された許容噴射圧まで増大し得るときに、還元剤供給弁の噴射圧が増大せしめられる。なお、この場合、予測された許容噴射圧が現在の還元剤供給弁の噴射圧よりも高いときには、予測許容噴射圧まで還元剤供給弁の噴射圧を増大せしめるようにすることもできる。

図１８は、ＨＣのすり抜けを防止するための制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間ｔ毎の割り込みによって実行される。
図１８を参照すると、まず初めに、ステップ80において図１１Ｂおよび１１Ｃに基づき、現在の限界噴射圧ＰＺ（０）が算出される。次いでステップ81では、限界噴射圧ＰＺ（０）から一定圧αを減算することによって現在の許容噴射圧ＰＺＯが算出される。次いでステップ82では、圧力センサ66により炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが検出される。次いでステップ83では、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが許容噴射圧ＰＺＯよりも高くなったか否かが判別される。炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが許容噴射圧ＰＺＯよりも高くなったときにはステップ84に進んで炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが限界噴射圧ＰＺ（０）よりも低いか否かが判別される。このとき通常、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸは限界噴射圧ＰＺ（０）よりも低くなっている。

ステップ84において炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが限界噴射圧ＰＺ（０）よりも低いと判別されたときにはステップ85に進んで、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを低下させるための減圧制御が行われる。この減圧制御を行うためのルーチンが図１９に示されている。一方、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが限界噴射圧ＰＺ（０）よりも高いときに炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射すると、炭化水素のすり抜けが生じる危険性が極めて高くなる。従って、ステップ83において炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが限界噴射圧ＰＺ（０）よりも高いと判別されたときにはステップ86に進んで炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射が禁止される。一方、ステップ84において炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが許容噴射圧ＰＺＯよりも低くなったと判別されたときにはステップ87に進んで、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸを上昇させるための増圧制御が行われる。この増減圧制御を行うためのルーチンが図２０に示されている。

次に、図１９に示される減圧制御ルーチンについて説明する。図１９を参照すると、まず初めに、ステップ90において図１３Ｂに示される予測限界噴射圧の算出ルーチンが実行され、ｔ時間経過後における予測限界噴射圧ＰＺ（ｔ）が算出される。次いでステップ91では、現在の噴射圧ＰＸから予測限界噴射圧ＰＺ（ｔ）を減算することによって、目標噴射圧低下量ΔＰＤが算出される。次いでステップ92では、噴射圧ＰＸを目標噴射圧低下量ΔＰＤだけ低下させるのに必要な炭化水素噴射量ＷＸが算出される。次いでステップ93では、図１５Ｃに示すマップから許容噴射量ＷＡが算出され、図１７Ｃに示すマップから許容噴射量ＷＢが算出される。次いでステップ94では、許容噴射量ＷＡと許容噴射量ＷＢの少ない方が許容噴射量ＷＹとされる。

次いでステップ95では、ステップ92において算出された炭化水素噴射量ＷＸが許容噴射量ＷＹよりも少ないか否かが判別される。炭化水素噴射量ＷＸが許容噴射量ＷＹよりも少ないときにはステップ96に進み、炭化水素供給弁15から炭化水素噴射量ＷＸでもって炭化水素が噴射される。これに対し、炭化水素噴射量ＷＸが許容噴射量ＷＹよりも多いときにはステップ97に進み、炭化水素供給弁15から許容噴射量ＷＹでもって炭化水素が噴射される。なお、本発明による別の実施例では、許容噴射量ＷＡと許容噴射量ＷＢのいずれか一方を用いることができる。この場合には、いずれか一方の許容噴射量、例えば許容噴射量ＷＡと炭化水素噴射量ＷＸとが比較され、炭化水素噴射量ＷＸが許容噴射量ＷＡよりも少ないときには炭化水素供給弁15から炭化水素噴射量ＷＸでもって炭化水素が噴射され、炭化水素噴射量ＷＸが許容噴射量ＷＡよりも多いときには炭化水素供給弁15から許容噴射量ＷＡで持って炭化水素が噴射される。

次に、図２０に示される増圧制御ルーチンについて説明する。図２０を参照すると、まず初めに、ステップ100において、炭化水素供給弁15の目標噴射圧ＰＸＯと、炭化水素供給装置60により一定時間ｔでもって上昇可能な圧力上昇量ΔＰＵとが設定される。通常、これらの目標噴射圧ＰＸＯおよび圧力上昇量ΔＰＵは予め定められている一定値とされている。次いでステップ101では、図１３Ｂに示される予測限界噴射圧の算出ルーチンが実行され、ｔ時間経過後における予測限界噴射圧ＰＺ（ｔ）が算出される。次いでステップ102では、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯよりも低いか否かが判別される。炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯよりも低いときにはステップ103に進んで、予測許容噴射圧ＰＺＯ（予測限界噴射圧ＰＺ（ｔ）ーα）と現在の噴射圧ＰＸとの差が圧力上昇量ΔＰＵよりも大きいか否かが判別される。

予測許容噴射圧ＰＺＯと現在の噴射圧ＰＸとの差が圧力上昇量ΔＰＵよりも大きいときにはステップ104に進み、炭化水素供給装置60、即ち電動ポンプの加圧ピストン62が駆動される。それにより噴射圧ＰＸが上昇せしめられる。これに対し予測許容噴射圧ＰＺＯと現在の噴射圧ＰＸとの差が圧力上昇量ΔＰＵよりも小さいときにはステップ105に進み、炭化水素供給装置60、即ち電動ポンプの加圧ピストン62の駆動が停止される。このときには、噴射圧ＰＸＯの圧力上昇作用は停止される。一方、ステップ102において、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯよりも低くないと判別されたときにはステップ105に進んで炭化水素供給装置60、即ち電動ポンプの加圧ピストン62の駆動が停止される。従って、炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸが目標噴射圧ＰＸＯに達すると炭化水素供給弁15の噴射圧ＰＸは目標噴射圧ＰＸＯに維持されることになる。

４吸気マニホルド
５排気マニホルド
７排気ターボチャージャ
12 排気管
13 排気浄化触媒
14 パティキュレートフィルタ
15 炭化水素供給弁
60 炭化水素供給装置

Claims

機関排気通路内に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒上流の機関排気通路内に配置された還元剤供給弁と、還元剤供給弁に還元剤を供給するための還元剤供給装置と、還元剤供給弁からの還元剤の噴射作用を制御するための還元剤噴射制御装置とを具備しており、該還元剤供給装置は、還元剤供給弁の噴射圧を増大させる機能を有するが減少させる機能を有しておらず、還元剤供給弁の噴射圧には、還元剤供給弁から還元剤を噴射したときに排気浄化触媒における還元剤のすり抜けを引き起こす限界噴射圧が存在している内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給弁の噴射圧が、該限界噴射圧よりも予め定められた圧力だけ低い許容噴射圧を越えたときに還元剤供給弁から還元剤が噴射され、それにより還元剤供給弁の噴射圧が低下せしめられる内燃機関の排気浄化装置。
還元剤供給弁の噴射圧が該許容噴射圧を越えたときに、予め定められた期間経過後の該許容噴射圧が予測され、還元剤供給弁の噴射圧が該予測された該許容噴射圧よりも低い噴射圧或いは該予測された該許容噴射圧となるように還元剤供給弁から還元剤が噴射される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
還元剤供給弁の噴射圧が該許容噴射圧を越えたときに、予め定められた期間経過後の該許容噴射圧が予測され、還元剤供給弁の噴射圧が該予測された該許容噴射圧よりも低い噴射圧或いは該予測された許容噴射圧まで低下せしめられるときに噴射される還元剤噴射量が算出され、該還元剤噴射量が予め定められた許容噴射量よりも少ないときには還元剤が該還元剤噴射量でもって還元剤供給弁から噴射される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
該還元剤噴射量が予め定められた許容噴射量よりも多いときには還元剤が該許容噴射量でもって還元剤供給弁から噴射される請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
該予め定められた許容噴射量は、還元剤の噴射による排気浄化触媒の上昇温度を予め定められた温度以下に抑えることのできる噴射量である請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
該予め定められた許容噴射量は、排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が予め定められた空燃比よりも低下するのを抑えることのできる噴射量である請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
還元剤供給弁の噴射圧が低下せしめられた後に該許容噴射圧が増大したときには、上記還元剤供給装置によって還元剤供給弁の噴射圧が増大される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
還元剤供給弁から還元剤が噴射されたときに、予め定められた期間経過後の該許容噴射圧が予測され、還元剤供給弁の噴射圧を該予測された該許容噴射圧まで増大し得るときに、還元剤供給弁の噴射圧が増大せしめられる請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記限界噴射圧は、排気ガスの流量、排気浄化触媒の温度および排気ガス中の酸素濃度の関数であってこれらの排気ガスの流量、排気浄化触媒の温度および排気ガス中の酸素濃度に基づいて算出され、該許容噴射圧は該限界噴射圧から一定圧を差し引いた値である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。