WO2009087818A1

WO2009087818A1 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: WO2009087818A1
Application number: PCT/JP2008/070926
Authority: WO
Inventors: Katsuji Wada; Shinya Ishimaru; Jun Iwamoto; Nobuhiro Komatsu
Original assignee: Honda Motor Co., Ltd.
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2009-07-16
Also published as: US20100275581A1; EP2246535B1; EP2246535A1; EP2246535A4; US8434296B2

Abstract

　運転状態に応じてＮＯｘ浄化性能が低下するのを防止できる内燃機関の排気浄化装置を提供すること。　排気浄化装置は、排気管４に設けられ、排気中のＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、このＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒と、排気管４に設けられ、還元ガスを用いて排気中のＮＯｘを連続的に還元する触媒コンバータ３１と、排気管４とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む改質ガスを製造し、この改質ガスを還元ガスとして、排気管４のうちＮＯｘ浄化触媒３３及び触媒コンバータ３１の上流側に設けられた導入口１４から供給する燃料改質器５０と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段４０と、を備える。リッチ化手段は、運転状態検出手段により検出された運転状態が高負荷運転状態である場合には、燃料改質器５０により排気管４内に還元ガスを供給することで排気空燃比をリッチ化する。

Description

内燃機関の排気浄化装置

　本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。詳しくは、排気中のＮＯｘを吸着又は吸蔵し、この吸着又は吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。

　また、本発明において、「リッチ」という用語は、問題とする燃料の空気／燃料比率（以下、「空燃比」という）が化学量論的な空燃比よりも小さいことを示し、「リーン」という用語は、問題とする燃料の空燃比が上述の化学量論的な空燃比よりも大きいことを示す。また、以下の説明では、エンジンへ流入する混合気における空気と燃料の重量比をエンジン空燃比といい、排気管内の空気と可燃性気体との重量比を排気空燃比という。

　従来より、排気に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を浄化する技術が知られている。
　例えば、特許文献１，２及び非特許文献１には、排気通路にＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、「ＬＮＴ」という）を設け、排気が酸素過剰となるリーン運転時に、排気を酸化触媒に通してＮＯｘをアルカリ金属又はアルカリ土類金属などと反応させて吸蔵し、排気の酸素濃度が低くなるリッチ運転時に、吸蔵したＮＯｘを還元する排気浄化装置が示されている。この排気浄化装置では、リーン運転とリッチ運転とを繰り返すことで、ＮＯｘの吸蔵とＮＯｘの還元とを周期的に行うことができる。

　また、例えば非特許文献２には、排気が酸素過剰となるリーン運転時にＮＯｘを触媒上に吸着し、次にリーン運転を行い排気中の酸素濃度が低い状態を周期的につくるとともに、一酸化炭素を周期的に合成し供給することで、リーン運転時に吸着したＮＯｘを周期的に還元する方法が示されている。

　より具体的には、この非特許文献２に示された方法では、先ず、排気が酸素過剰となるリーン運転時に、下記式（１）～（３）により、排気中に存在する一酸化窒素及び二酸化窒素を触媒に吸着させる。
　ＮＯ→ＮＯ（吸着）　　　　　　（１）
　２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２　　　　　　（２）
　ＮＯ_２→ＮＯ_２（吸着）　　　　　　（３）
　次に、リッチ運転を行うとともに、一酸化炭素を合成する。ここで合成された一酸化炭素は、酸素分圧が低い環境において、下記式（４）に示す水性ガスシフト反応により水素を生成する。
　ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２　　　　（４）
　さらに、この水素が還元雰囲気において一酸化窒素と反応してアンモニアが生成され、下記式（５）により、このアンモニアが触媒に吸着される。
　５Ｈ_２＋２ＮＯ→２ＮＨ_３（吸着）＋２Ｈ_２Ｏ　　（５）
　以上のようにして一酸化炭素により生成されたアンモニアを最終還元剤として、下記式（６）～（８）により、排気中のＮＯｘ又は触媒に吸着したＮＯｘが還元される。
　４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ　　（６）
　２ＮＨ_３＋ＮＯ_２＋ＮＯ→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ　　（７）
　８ＮＨ_３＋６ＮＯ_２→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ　　　（８）

　この他、例えば特許文献３，４には、排気通路にＬＮＴを設け、さらにこのＬＮＴの上流に、炭化水素燃料を改質して水素や一酸化炭素を含む還元性気体を製造する燃料改質器を設けた排気浄化システムが示されている。特にこの排気浄化システムでは、体積比で一酸化炭素よりも水素が大きくなる様な還元性気体を製造する燃料改質器が用いられる。このシステムによれば、ＬＮＴの上流側から水素を含む還元性気体を排気中に添加することで、排気中のＮＯｘを選択的に還元することが可能となる。

　ここで、例えば炭化水素燃料から還元性気体を製造する方法としては、例えば、下記式（９）に示すように、酸化剤として酸素を用いた部分酸化反応が知られている。
　Ｃ_ｎＨ_ｍ＋１／２ｎＯ_２→ｎＣＯ＋１／２ｍＨ_２　　（９）
　この部分酸化反応は、燃料と酸素を用いた発熱反応であり、自発的に反応が進行する。このため、一旦、反応が始まると、外部から熱の供給をすることなく水素を製造し続けることができる。また、このような部分酸化反応において、燃料と酸素とを高温状態で共存させた場合には、下記式（１０）に示すような燃焼反応も進行する。
　Ｃ_ｎＨ_ｍ＋（ｎ＋１／４ｍ）Ｏ_２→ｎＣＯ_２＋１／２ｍＨ_２Ｏ　　（１０）
　また、酸化剤として水蒸気を用いた、下記式（１１）に示す水蒸気改質反応が知られている。
　Ｃ_ｎＨ_ｍ＋ｎＨ_２Ｏ→ｎＣＯ＋（ｎ＋１／２ｍ）Ｈ_２　（１１）
　この水蒸気改質反応は、燃料と水蒸気とを用いた吸熱反応であり、自発的に進行する反応ではない。このため、水蒸気改質反応は、上述の部分酸化反応に対して制御しやすいものとなっている。その反面、外部からの熱供給などのエネルギーを投入することが必要である。
特許第２５８６７３８号公報特許第２６００４９２号公報特許第３６４２２７３号公報特開２００２－８９２４０号公報「ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒システムの開発」自動車技術会論文集　Ｖｏｌ．２６，　Ｎｏ．４，　Ｏｃｔｏｂｅｒ　１９９５ "Ａ　ＮＯｘ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｕｓｉｎｇ　Ａｍｍｏｎｉａ　Ｓｔｏｒａｇｅ－　Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｒｉｃｈ　ａｎｄ　Ｌｅａｎ　Ｐｏｅｒａｔｉｏｎｓ"，１５　Ａａｃｈｅｎｅｒ　Ｋｏｌｌｏｑｕｉｕｍ　Ｆａｈｒｚｅｕｇ－　ｕｎｄ　Ｍｏｔｏｒｅｎｔｅｃｈｎｉｋ　２００６　ｐ．２５９－２７０

　しかしながら、例えば上述の特許文献１，２及び非特許文献１，２に示されたもののように、エンジンのリーン運転とリッチ運転と繰り返す場合には、以下のような課題がある。
　すなわち、ＬＮＴに吸蔵されたＮＯｘを還元するために、排気空燃比をリッチにする際、ＬＮＴに流入する排気に大量のＮＯｘが含まれていると、還元剤が主にこの排気中のＮＯｘの還元に消費されてしまう場合がある。このような場合、ＬＮＴに吸蔵されていたＮＯｘは、排気空燃比をリッチにすることで脱離するものの、還元されずにＬＮＴの下流に流出してしまい、ＮＯｘ浄化性能が低下するおそれがある。

　ところで、排気の一部を吸気側に還流することで、排出されるＮＯｘを低減する方法が知られている。しかしながら、大量の排気を還流すると、ＮＯｘの排出量を低減できるものの、パティキュレートの排出量が増加してしまう。特に、ＮＯｘの排出量が増加する傾向にある高負荷運転時では、大量の排気を還流することは困難であるため、ＮＯｘの排出量の増加とともに、ＬＮＴから流出するＮＯｘの量も増加するおそれがある。

　また、ＬＮＴに吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、排気空燃比をリッチにする必要がある。排気空燃比をリッチにする方法としては、トルクに寄与しない燃料噴射（以下、「ポスト噴射」という）を行い未燃の燃料を排気通路に流すことで排気空燃比をリッチ化する方法（以下、「ポストリッチによる方法」という）、トルクに寄与する燃料噴射（以下、「主噴射」という）量を調整することでリッチ化する方法（以下、「燃焼リッチによる方法」という）とがある。
　しかしながら、ポストリッチによる方法では、エンジンの爆発行程の後半あるいは排気行程において、シリンダ内に燃料が噴射されるため、燃料の一部がシリンダ壁面に付着してしまう。すなわち、ポストリッチによる方法では、ポスト噴射により供給した燃料の全てが排気空燃比のリッチ化に寄与するわけではない。このため、燃焼リッチによる方法と比較して燃費が悪化するおそれがある。また、シリンダ壁面に付着した燃料は、そのままエンジンオイルに混入してしまい、所謂オイルダイリューションが発生するおそれがある。
　また、燃焼リッチによる方法では、その運転条件が限定される。例えば、燃焼が急峻となる高負荷運転時においては、燃焼音が悪化する。また、エンジンの始動直後やアイドリング時などの低負荷運転時においては、シリンダへの充填効率が低下し燃焼が不安定になる場合がある。

　この他、リッチ運転を行い、排気空燃比をリッチにすると、ＬＮＴに吸蔵されたＮＯｘが脱離するものの、ＬＮＴのＮＯｘ吸蔵量が多い場合には、ＮＯｘが還元されずにＬＮＴの下流に流出してしまい、ＮＯｘ浄化性能が低下するおそれがある。
　そこで、ＬＮＴにおけるＮＯｘ吸蔵量が多くならないように、リッチ運転を行う頻度を増やし頻繁にＮＯｘを還元することが考えられる。しかしながら、回転数やトルクなどのエンジンの運転状態によって、リッチ運転を行うことができる領域が限定されている。このため、エンジンの運転状態によらず頻繁にＮＯｘを還元することは困難である。

　また、特許文献３，４の排気浄化システムは、上述の特許文献１，２に示されたものとは異なり、基本的には、リーン運転及びリッチ運転によらず酸素過剰の排気中に水素、一酸化炭素、及び炭化水素を添加するものである。
　しかしながら、このように酸素過剰の排気中に水素、一酸化炭素、及び炭化水素などの還元剤を添加してＬＮＴを浄化する場合、ＮＯｘを浄化できるのは２００℃程度が限界である。例えば、ＬＮＴの温度が２００℃以上であると、添加した水素や一酸化炭素が燃焼してしまう。このため、このような温度では、添加剤の量が不足してしまい、ＮＯｘの還元反応が十分に進行しなくなってしまう。

　また、特許文献３，４の排気浄化システムのように、排気量が常時変動する排気通路に燃料改質器を設けた場合において、この燃料改質器で効果的に水素を製造するためには、燃料改質器の改質触媒と排気とが接する反応時間を増やす必要がある。しかしながら、このように反応時間を増やすためには、改質触媒を大型化する必要があり、コストがかかるおそれがある。
　また、燃料改質器を安定した状態で運転するには、この燃料改質器の改質触媒における反応温度を一定に保つ必要がある。しかしながら、上述の特許文献３，４の排気浄化システムのように、エンジンの運転状態に応じて酸素量、水蒸気量、及び温度が常に変化する排気通路に燃料改質器を設けると、燃料改質器を安定した状態で運転することが困難になってしまう。このように燃料改質器を安定して運転できない場合には、上述のように排気に大量のＮＯｘが含まれる場合など、ＮＯｘを還元しきれずにＬＮＴの下流に流出してしまうおそれがある。

　ところで、内燃機関から排出される排気中には、燃料やエンジンオイル中の硫黄成分が含まれている。このような硫黄成分がＮＯｘ浄化触媒に蓄積すると触媒が被毒し、ＮＯｘ浄化性能が低下してしまう。そこで、このようなＮＯｘ浄化触媒の被毒により浄化性能が低下するのを防止することを目的として、以下のような複数の技術が提案されている。

　最も一般的な方法は、所定の時間に亘って排気空燃比を化学量論比よりも低くするとともに、ＮＯｘ浄化触媒を高温にすることで、ＮＯｘ浄化触媒に付着した硫黄成分を浄化する再生処理を実行することである。
　ここで、再生処理を実行する際に、排気空燃比を制御する方法としては、上述の燃焼リッチによる方法、ポストリッチによる方法の他、排気通路に燃料を直接噴射する方法（以下、「排気噴射による方法」という）も知られている。

　この他、特許文献５には、水素や一酸化炭素などを含む還元性気体を改質反応により製造する燃料改質器をＮＯｘ浄化触媒の上流に設けた排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置によれば、ＮＯｘ浄化触媒の再生処理を実行する際に、燃料改質器により製造された水素を排気に添加することで硫黄成分の除去を促進する。

　また、特許文献６には、プラズマ発生装置により炭化水素と水蒸気から水素を製造して、この水素をＮＯｘ浄化触媒に添加することで排気中のＮＯｘを浄化するとともに、ＳＯ_２の酸化を抑制することでこの硫黄成分がＮＯｘ浄化触媒に付着するのを防止する排気浄化装置が提案されている。

　また、特許文献７には、水素を燃料として使用するエンジンの排気浄化装置において、水素とガソリンをＮＯｘ浄化触媒の温度に応じて選択的に供給することで、効率的かつ短時間でＮＯｘ浄化触媒の再生処理を実行するものが提案されている。
特許第３８９６９２３号公報特開２００４－２７０５８７号公報特開２００６－３０７６７９号公報

　しかしながら、以上のような技術には、以下のような課題がある。
　まず、ＮＯｘ浄化触媒の再生処理において、排気噴射の方法により排気空燃比を制御すると、未燃燃料が直接ＮＯｘ浄化触媒やその他の触媒に接触してしまい、酸素雰囲気では、触媒表面の温度が局所的に高温となり、シンタリングなど触媒が劣化してしまうおそれがある。また、燃料が液滴状態で触媒に接触すると、この接触部分は気化潜熱により触媒表面の温度が局所的に低下してしまい、コーキングが発生するおそれもある。特に、排気温度が低い場合に排気噴射を行うと、排気噴射により供給した燃料の気化潜熱により排気温度がさらに低下してしまい、液状の燃料が排気通路に溜まり、触媒が劣化したり、排気系の部品が腐食したりするおそれがある。

　また、ＮＯｘ浄化触媒の再生処理において、ポスト噴射の方法により排気空燃比を制御すると、シリンダの壁面に噴射した燃料の一部が付着し、この燃料がエンジンオイルに混入する場合がある。このような場合、噴射した燃料は硫黄成分の浄化に寄与しないばかりか、この燃料によりエンジンオイルが希釈されてしまう所謂オイルダイリューションが発生するおそれがある。

　また、ＮＯｘ浄化触媒の再生処理において、燃焼リッチの方法により排気空燃比を制御する場合、例えば、低負荷運転時など吸入空気量を大幅に低減する必要がある状態が継続すると、燃焼が不安定になるおそれがある。このため、アイドル運転や減速運転に移行した場合には、その度に排気空燃比をリーンに戻す必要がある。
　ところで、ＮＯｘ浄化触媒は、排気空燃比がリーンのときに排気中の酸素を吸着する機能を有する。このため、排気空燃比をリーンからリッチに切り換えた直後には、排気中の還元剤がリーン中に吸着した酸素と反応してしまい、ＮＯｘ浄化触媒に付着した硫黄成分を脱離しにくくなる。したがって、上述のように排気空燃比をリーンに戻す頻度が増えてしまうと、これに伴い、硫黄を脱離させるための制御が余分に必要となってしまい、ＮＯｘ浄化触媒が劣化したり、燃費が悪化したりするおそれがある。

　特許文献５の排気浄化装置のように、燃料改質器を排気通路に設けた場合には、以下のような課題がある。
　すなわち、燃料改質器を排気通路に設けることで、ＮＯｘ浄化触媒の上流側の熱容量が増加してしまうため、エンジンを始動してからＮＯｘ浄化触媒が活性温度に達するまでの時間が長くなってしまう。このため、特にエンジン始動直後におけるＮＯｘ浄化性能が低下するおそれがある。そこで、これを回避するために昇温装置を設けることも考えられるが、コストがかかるおそれがある。
　また、排気量が常時変動する排気通路に燃料改質器を設けた場合において、この燃料改質器で効果的に水素を製造するためには、燃料改質器の改質触媒と排気とが接する反応時間を増やす必要がある。しかしながら、このように反応時間を増やすためには、改質触媒を大型化する必要があり、コストがかかるおそれがある。
　また、燃料改質器を安定した状態で運転するには、この燃料改質器の改質触媒における反応温度を一定に保つ必要がある。しかしながら、上述のように、酸素量、水蒸気量、流速、及び温度が常に変化する排気通路に燃料改質器を設けると、燃料改質器を安定した状態で運転することが困難になってしまう。

　特許文献６の排気浄化装置では、プラズマを発生させて水素を常時製造する必要があるため、燃費が悪化するおそれがある。
　また、特許文献７の排気浄化装置では、水素とガソリンを別々に供給するために複数の燃料タンクを設ける必要がある。このため、装置が大型化したり、メンテナンス性が低下したり、制御が複雑になったりするおそれがある。

　以上のように、特許文献１～４及び非特許文献１，２に示された排気浄化装置や方法では、そのＮＯｘ浄化性能は、エンジンの運転状態に応じて低下するおそれがある。
　また、特許文献５～７に示された排気浄化装置では、運転状態によらず安定してＮＯｘ浄化触媒のＳＯｘ再生処理を実行できず、結果としてＮＯｘ浄化性能が運転状態に応じて低下するおそれがある。
　本発明の目的は、運転状態に応じてＮＯｘ浄化性能が低下するのを防止できる内燃機関の排気浄化装置を提供することである。また、これに付随して、運転状態によらず安定してＮＯｘ浄化触媒のＳＯｘ再生処理を実行できる内燃機関の排気浄化装置を提供することも本発明の目的とする。

　上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（１）の排気通路（４，５）に設けられ、当該排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、当該排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着もしくは吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒（３３）を備える内燃機関の排気浄化装置を提供する。前記排気浄化装置は、前記排気通路に設けられ、還元性気体を用いて排気中のＮＯｘを連続的に還元する触媒コンバータ（３１）と、前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を製造し、この還元性気体を、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒及び前記触媒コンバータの上流側に設けられた導入口（１４）から、当該排気通路内に供給する燃料改質器と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段（４０）と、前記排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段（４０）と、を備える。前記リッチ化手段は、前記運転状態検出手段により検出された運転状態が高負荷運転状態である場合には、前記燃料改質器により前記排気通路内に還元性気体を供給することで前記排気空燃比をリッチ化する。
　この構成によれば、排気空燃比をリッチ化する際に、内燃機関の運転状態が高負荷運転状態である場合には、燃料改質器により製造された還元性気体を排気通路内に供給する。これにより、上述のように高負荷運転状態であり、エンジン空燃比をリッチにしにくい場合であっても、エンジン空燃比をリーンにし内燃機関における燃焼を最適な状態に保ちつつ、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の排気空燃比をリッチにし、ＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘの還元を促進することができる。したがって、内燃機関の運転状態に応じてＮＯｘ浄化性能が低下するのを防止できる。またここで、エンジン空燃比はリーンに保つことができるので、上述のようなオイルダイリューションが発生したり、内燃機関の燃焼が不安定になったりするのを防止できる。
　また、還元性気体を製造する燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体を排気通路内に供給することができる。また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることで、内燃機関の運転状態など必要に応じて還元性気体を供給することが可能となる。
　一方、燃料改質器を排気通路内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器を大型にする必要があるが、この構成によれば、燃料改質器を排気通路とは別に設けることで、装置を大型にすることなく安定した運転を行うことができる。また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の制御とは別系統の制御を行うことで、燃料改質器が備える触媒を早期に活性化することも可能となる。
　また、水素を含む還元性気体を供給することにより、ＮＯｘ浄化触媒における還元反応速度を向上させることができる。これにより、排気空燃比をリッチにしたときに、ＮＯｘ浄化触媒に吸着又は吸蔵されたＮＯｘが還元されずに脱離するのを防止することができる。

　好ましくは、前記排気浄化装置は、前記内燃機関の排気還流率を推定する排気還流率推定手段（４０，２１，２５，２６）をさらに備える。前記リッチ化手段は、前記排気還流率推定手段により推定された排気還流率（ＲＥＧＲ）が所定の判定値（ＲＥＧＲＴＨ）よりも小さい場合には、前記燃料改質器により前記排気通路に還元性気体を供給することで前記排気空燃比をリッチ化する。
　この構成によれば、排気空燃比をリッチ化する際において、推定された排気還流率が所定の判定値よりも小さい場合には、燃料改質器により製造された還元性気体を排気通路に供給することで排気空燃比がリッチ化される。
　ところで、排気を吸気側に還流しつつ、エンジン空燃比をリッチにすると、排気中の炭化水素が吸気通路に堆積し、この吸気通路を閉塞してしまうおそれがある。この構成によれば、還元ガスを供給することで、上述のように吸気通路を閉塞することなく排気空燃比をリッチ化し、ＮＯｘ浄化装置におけるＮＯｘ浄化性能を向上できる。

　好ましくは、前記触媒コンバータは、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側に設けられる。
　この構成によれば、触媒コンバータをＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けることにより、リッチ中にＮＯｘ浄化触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度を低減できる。すなわち、リッチ中にＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘの量を低減できる。したがって、排気空燃比をリッチにしたときに、ＮＯｘ浄化触媒に吸着又は吸蔵されたＮＯｘを還元しきれずに脱離するのを防止できる。

　好ましくは、前記排気浄化装置は、前記排気通路のうち前記導入口と前記触媒コンバータとの間における排気空燃比を検出又は推定する排気空燃比検出手段（２３）をさらに備える。前記リッチ化手段は、前記燃料改質器により還元性気体を供給することで前記排気空燃比をリッチ化する場合には、前記排気空燃比検出手段により推定又は検出された排気空燃比（ＡＦ）が所定の目標値（ＮＡＦＴＶ，ＨＡＦＴＶ）に一致するように、還元性気体の供給量（ＧＲＧ）を調整する。
　この構成によれば、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する場合には、排気空燃比が所定の目標値に一致するように、還元性気体の供給量が調整される。これにより、常に最適な排気空燃比の排気をＮＯｘ浄化触媒に流入させることができる。

　好ましくは、前記所定の目標値は、前記燃料改質器により還元性気体を供給することで前記排気空燃比をリッチ化する場合と、前記燃料改質器により還元性気体を供給せずに前記排気空燃比をリッチ化する場合とでは異なる。
　この構成によれば、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する場合と、還元性気体を供給せずに排気空燃比をリッチ化する場合とで、異なる目標値に基づいて、排気空燃比はリッチ化される。これにより、常に最適な排気空燃比の排気をＮＯｘ浄化触媒に流入させることができる。

　好ましくは、前記触媒コンバータは、セリア、白金、及びロジウムを含む。
　この構成によれば、触媒コンバータにセリアを含めることにより、触媒コンバータによるＮＯｘの還元能力をさらに向上でき、さらに貴金属活性種が焼結するのを抑制できる。また、触媒コンバータに酸素貯蔵能力を有するロジウムを含めることにより、排気中の酸素濃度が急激に変化しても、この触媒コンバータにおける反応を安定させることができる。また、触媒コンバータに白金を含めることにより、ＮＯの酸化及び吸着又は吸蔵、並びに、ＮＯｘの還元を行うことができる。

　好ましくは、前記燃料改質器は、炭化水素燃料と空気との部分酸化反応により、大気圧より高い圧力であり、かつ、一酸化炭素を主成分とする還元性気体を製造する。
　この構成によれば、部分酸化反応により還元性気体を製造することにより、この燃料改質器を小型なものにできる。つまり、上述のように部分酸化反応は発熱反応であり、一旦反応が開始すれば自発的に反応が進行するため、外部から余分なエネルギーを供給する装置を設ける必要がないためである。また、シフト反応などの水素を濃縮するためのコンバータやシステムも設ける必要もない。また、このように燃料改質器を小型にすることで、燃料改質器のライトオフ時間を短縮できる。したがって、必要に応じて速やかに還元性気体を排気通路内に供給することができる。
　また、大気圧より高い圧力の還元性気体を製造することにより、余分な装置を追加することなく、製造した還元性気体を排気通路内に供給できる。
　また、この部分酸化反応において副次的に生成される軽質の炭化水素も一酸化炭素や水素とともに触媒コンバータに導入して、ＮＯｘの還元に使用することもできる。

　上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（１）の排気通路（４，５）に設けられ、当該排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、当該排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着もしくは吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒（３３）を備える内燃機関の排気浄化装置を提供する。前記排気浄化装置は、前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を製造し、この還元性気体を、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側から、当該排気通路内に供給する燃料改質器（５０Ａ）と、前記排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段（４０Ａ）と、を備える。当該リッチ化手段は、前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給しながら前記排気空燃比をリッチ化する第１リッチ化制御手段（４０Ａ）と、前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給せずに前記排気空燃比をリッチ化する第２リッチ化制御手段（４０Ａ）と、を有し、所定の条件に応じて、前記排気空燃比を前記第１リッチ化制御手段によりリッチ化するか、前記第２リッチ化制御手段によりリッチ化するかを選択する。
　この構成によれば、排気空燃比をリッチ化する際には、水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を排気通路内に供給しながら排気空燃比をリッチ化するか、この還元性気体を供給せずに排気空燃比をリッチ化するかを、所定の条件に応じて選択する。これにより、例えば、ＮＯｘ浄化触媒における還元反応が生じにくい運転状態であっても、炭化水素と比較して反応速度の速い水素を含有する還元性気体を供給しながら排気空燃比をリッチにすることで、ＮＯｘ浄化触媒における還元反応を促進してＮＯｘが還元されずに流出するのを防止できる。したがって、内燃機関の運転状態に応じてＮＯｘ浄化性能が低下するのを防止できる。
　また、還元性気体を排気通路内に供給することで、エンジン空燃比をリーンにし内燃機関における燃焼を最適な状態に保ちつつ、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の排気空燃比をリッチすることができる。したがって、内燃機関の運転状態によらずＮＯｘ浄化性能を向上することができる。またここで、エンジン空燃比はリーンに保つことができるので、ポスト噴射などにより燃料を供給して排気空燃比を変化させた場合のようにオイルダイリューションが発生したり、内燃機関の燃焼が不安定になったりすることもない。
　また、還元性気体を製造する燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体を排気通路内に供給することができる。また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることで、内燃機関の運転状態など必要に応じて還元性気体を供給することが可能となる。
　一方、燃料改質器を排気通路内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器を大型にする必要があるが、この構成によれば、燃料改質器を排気通路とは別に設けることで、装置を大型にすることなく安定した運転を行うことができる。また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の制御とは別系統の制御を行うことで、燃料改質器が備える触媒を早期に活性化することも可能となる。
　また、水素を含む還元性気体を供給することにより、ＮＯｘ浄化触媒における還元反応速度を向上させることができる。これにより、排気空燃比をリッチにしたときに、ＮＯｘ浄化触媒に吸着又は吸蔵されたＮＯｘが還元されずに脱離するのを防止することができる。

　好ましくは、前記排気浄化装置は、前記ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率（ＣＥ）を推定する浄化率推定手段（４０Ａ，２７，２８）をさらに備える。前記リッチ化手段は、前記浄化率推定手段により推定されたＮＯｘ浄化率（ＣＥ）が所定の浄化率判定値（ＣＥＡＴＨ）より小さい場合には、前記第１リッチ化制御手段により前記排気空燃比をリッチ化する。
　この構成によれば、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率を推定し、この推定されたＮＯｘ浄化率が所定の浄化率判定値より小さい場合には、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒に吸着又は吸蔵したＮＯｘの量が増大し、リッチ化したときに還元されずに流出するＮＯｘの量を低減することが可能となる。

　好ましくは、前記排気浄化装置は、前記排気通路を流通する排気の流量を排気流量として、当該排気流量を推定又は検出する排気流量推定手段（４０Ａ，２１）をさらに備える。前記リッチ化手段は、前記排気流量推定手段により推定又は検出された排気流量（ＧＥ）が所定の流量判定値（ＧＥＴＨ）以上である場合には、前記第１リッチ化制御手段により前記排気空燃比をリッチ化する。
　この構成によれば、排気流量を推定し、この排気流量が所定の流量判定値以上である場合には、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する。すなわち、排気流量が大きい場合にはＮＯｘ浄化触媒に吸蔵又は吸着されたＮＯｘが脱離しやすくなるが、このような場合であっても還元性気体を供給してＮＯｘ浄化触媒における還元反応を促進することで、ＮＯｘが還元されずに下流側に流出するのを防止できる。

　好ましくは、前記排気浄化装置は、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を触媒温度として、当該触媒温度を推定又は検出する触媒温度推定手段（４０Ａ，２２）と、前記触媒温度推定手段により推定又は検出された触媒温度（ＴＬＮＣ）に基づいて、前記所定の流量判定値を決定する流量判定値決定手段（４０Ａ）と、をさらに備える。
　この構成によれば、ＮＯｘ浄化触媒の温度を推定し、この温度に応じて上述の流量判定値を決定する。ところで、ＮＯｘ浄化触媒における還元反応は、ＮＯｘ浄化触媒の温度が低くなるに従い発生しにくくなるため、ＮＯｘが還元されずに流出しやすくなる。この構成によれば、ＮＯｘ浄化触媒の温度を考慮して流量判定値を決定することで、より効率的にＮＯｘ浄化性能を向上することができる。

　好ましくは、前記排気浄化装置は、前記排気通路を流通する排気の流量を排気流量として、当該排気流量を推定又は検出する排気流量推定手段（４０Ａ，２１）と、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を触媒温度として、当該触媒温度を推定又は検出する触媒温度推定手段（４０Ａ，２２）と、前記排気流量推定手段により推定又は検出された排気流量（ＧＥ）、あるいは、前記触媒温度推定手段により推定又は検出された触媒温度（ＴＬＮＣ）に基づいて、前記第１リッチ化制御手段及び前記第２リッチ化制御手段により前記排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比の目標値（ＨＡＦＴＶ，ＮＡＦＴＶ）を決定する排気空燃比目標値決定手段（４０Ａ）と、をさらに備える。前記第１リッチ化制御手段及び前記第２リッチ化制御手段は、それぞれ、前記排気空燃比が前記排気空燃比目標値決定手段により決定された目標値に一致するようにリッチ化する。
　この構成によれば、推定又は検出した排気流量、あるいは、推定又は検出したＮＯｘ浄化触媒の温度に基づいて排気空燃比の目標値を決定し、排気空燃比がこの排気空燃比目標値に一致するようにリッチ化する。このように、排気流量やＮＯｘ浄化触媒の温度に応じてリッチ化する際の排気空燃比を調整することで、このＮＯｘ浄化触媒からＮＯｘが還元されずに流出するのを効率的に防止できる。

　好ましくは、前記第２リッチ化制御手段は、前記燃料改質器から供給される還元性気体の供給量（ＧＲＧ）を調整することで、前記排気空燃比（ＡＦＡ）が前記排気空燃比目標値決定手段により決定された目標値（ＨＡＦＴＶ）に一致するようにリッチ化する。
　この構成によれば、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する場合には、排気空燃比が排気空燃比目標値決定手段により決定された目標値に一致するように、還元性気体の供給量が調整される。これにより、常に最適な排気空燃比の排気をＮＯｘ浄化触媒に流入させることができる。

　上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（１）の排気通路（４，５）に設けられ、当該排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、当該排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着もしくは吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒（３３）を備える内燃機関の排気浄化装置を提供する。前記排気浄化装置は、前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を製造し、この還元性気体を、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた導入口（１４Ｂ）から、当該排気通路内に供給する燃料改質器（５０Ｂ）と、前記排気空燃比をリッチ化することでＮＯｘ浄化触媒のＳＯｘ再生処理を実行する再生手段（４０Ｂ）と、を備える。前記再生手段は、前記内燃機関の要求トルク（ＴＲＱ）が所定のトルク判定値（ＴＲＱＴＨ）より小さいか否かを判定するトルク判定手段（４０Ｂ）と、前記トルク判定手段により前記要求トルクが前記トルク判定値より小さいと判定された場合には、前記燃料改質器により製造された還元性気体を前記排気通路内に供給することで前記排気空燃比をリッチ化する第１リッチ化手段（４０Ｂ）と、前記トルク判定手段により前記要求トルク（ＴＲＱ）が前記トルク判定値（ＴＲＱＴＨ）以上であると判定された場合には、前記燃料改質器により製造された還元性気体を前記排気通路内に供給することなく前記排気空燃比をリッチ化する第２リッチ化手段（４０Ｂ）と、を有する。
　この構成によれば、ＮＯｘ浄化触媒のＳＯｘ再生処理を実行する際、要求トルクが所定のトルク判定値より小さいと判定した場合には、還元性気体を排気通路内に供給することで排気空燃比をリッチ化し、要求トルクがトルク判定値以上であると判定した場合には、還元性気体を排気通路内に供給することなく排気空燃比をリッチ化する。これにより、要求トルクが所定のトルク判定値より小さい場合であっても、還元性気体でリッチ化することにより、排気空燃比を化学量論比以下に維持することができる。つまり、上述のように燃焼リッチの方法により排気空燃比を制御する場合、特に低負荷運転時においては、排気空燃比を化学量論比以下に維持することが難しい。この構成によれば、燃焼リッチの方法によりＳＯｘ再生処理を行う場合と比較して、ＳＯｘ再生処理にかかる時間を短縮し、ＮＯｘ浄化触媒の劣化や燃費の悪化を軽減できる。したがって、運転状態によらず、安定してＮＯｘ浄化触媒のＳＯｘ再生処理を実行できる。
　また、このように還元性気体を用いることにより、排気噴射やポスト噴射などのように未燃燃料を供給することなく排気空燃比を制御できる。これにより、上述のようなコーキングの発生、排気通路の触媒及び部品の劣化や腐食、燃費の悪化、及びオイルダイリューションの発生などの課題を回避することができる。
　また、還元性気体に含まれる一酸化炭素や水素の分子径は、排気噴射やポスト噴射により供給される炭化水素の分子径と比較して小さい。このため、ＮＯｘ浄化触媒の上流側に、排気中のパティキュレート（以下、「ＰＭ」という）を捕集するＤＰＦを設け、例えば、このＤＰＦに大量のＰＭが堆積した場合であっても、ＤＰＦの下流側のＮＯｘ浄化触媒まで、還元性気体を供給してＳＯｘ再生処理を実行できる。
　また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、ＮＯｘ浄化触媒の上流の熱容量を増加することなく、還元性気体を供給することができる。これにより、エンジン始動直後などの低温時におけるＮＯｘ浄化性能を低下することなくＳＯｘ再生処理を実行できる。したがって、内燃機関の運転状態に応じてＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化性能が低下するのを防止できる。
　また、還元性気体を製造する燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、ＳＯｘ再生処理の実行時期を、内燃機関の状態と独立して決めることができる。したがって、内燃機関を常に最適な状態で制御しつつ、必要に応じてＳＯｘ再生処理を適宜実行することができる。また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体を排気通路内に供給することができる。
　一方、燃料改質器を排気通路内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器を大型にする必要があるが、この構成によれば、燃料改質器を排気通路とは別に設けることで、装置を大型にすることなく安定した運転を行うことができる。また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の制御とは別系統の制御を行うことで、燃料改質器が備える触媒を早期に活性化することも可能となる。

　好ましくは、前記燃料改質器により製造された還元性気体は、大気圧より高い圧力であり、かつ、体積比で水素よりも一酸化炭素を多く含む。
　この構成によれば、還元性気体には水素よりも一酸化炭素が多く含まれる。また触媒上で一酸化炭素が燃焼を開始する温度は、水素が燃焼を開始する温度よりも低温である。ＳＯｘ再生処理において、このような一酸化炭素を含む還元性気体を供給することで、ＮＯｘ浄化触媒を速やかに昇温しＳＯｘの浄化を促進することができる。
　また、大気圧より高い圧力の還元性気体を製造することにより、余分な装置を追加することなく、製造した還元性気体を排気通路内に供給できる。

　好ましくは、前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に導入する際において、当該排気通路を流通する排気には酸素が含まれる。

　好ましくは、前記排気浄化装置は、前記排気通路のうち前記導入口と前記ＮＯｘ浄化触媒との間を流通する排気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段（２３Ｂ）をさらに備える。
　この構成によれば、導入口とＮＯｘ浄化触媒との間を流通する酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を設けた。これにより、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を所定の目標値に精度よく制御することができる。また、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を制御することで、ＮＯｘ浄化触媒の過昇温を防止することもできる。また、このような過昇温を防止する制御を行うことにより、ＳＯｘ再生処理の立ち上がりを速くすること、すなわち、ＮＯｘ浄化触媒を所定の目標温度まで速やかに昇温することが可能となる。

　好ましくは、前記トルク判定値（ＴＲＱＴＨ）は、前記内燃機関の回転数（ＮＥ）に基づいて決定される。
　この構成によれば、内燃機関の回転数に基づいてトルク判定値を決定する。これにより、ＳＯｘ再生処理を実行する際において還元性気体を排気通路に供給してリッチ化するか否かの判断を、内燃機関の状態に応じてより適切に判断することができる。

　好ましくは、前記第１リッチ化手段及び前記第２リッチ化手段は、それぞれ、所定の第１排気空燃比目標値（ＡＦＡＴＶ）及び第２排気空燃比目標値（ＡＦＢＴＶ）に一致するように前記排気空燃比（ＡＦＢ）を制御する。また、前記第１排気空燃比目標値は、前記第２排気空燃比目標値よりも大きい。
　この構成によれば、第１リッチ化手段及び第２リッチ化手段によりリッチ化する場合、それぞれ、第１排気空燃比目標値及び第２排気空燃比目標値に一致するように排気空燃比を制御する。また、ここで、第１排気空燃比目標値は第２排気空燃比目標値よりも大きい。これにより、還元性気体を供給する場合と供給しない場合とで、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。

　好ましくは、前記第１リッチ化手段は、前記燃料改質器による還元性気体の供給量を調整することで、前記第１排気空燃比目標値（ＡＦＡＴＶ）に一致するように前記排気空燃比（ＡＦＢ）を制御する。
　この構成によれば、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する場合、還元性気体の供給量を調整することで、第１排気空燃比目標値に一致するように排気空燃比を制御する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。

　好ましくは、前記第２リッチ化手段は、前記内燃機関の燃料噴射量を調整することで、前記第２排気空燃比目標値（ＡＦＢＴＶ）に一致するように前記排気空燃比（ＡＦＢ）を制御する。
　この構成によれば、還元性気体を供給することなく排気空燃比をリッチ化する場合、燃料噴射量を調整することで、第２排気空燃比目標値に一致するように排気空燃比を制御する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。

　好ましくは、前記排気浄化装置は、前記第１リッチ化手段及び前記第２リッチ化手段により前記排気空燃比をリッチ化する際において、前記内燃機関の吸入空気量、排気還流率、及び過給圧を制御する吸気制御手段をさらに備える。
　この構成によれば、ＳＯｘ再生処理を実行する際には、吸入空気量、排気還流率、及び過給圧を制御する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。

　好ましくは、前記排気浄化装置は、前記内燃機関が、その減速運転に伴い燃料の噴射が停止された状態であるか否かを判定する減速判定手段（４０Ｂ）をさらに備える。前記第１リッチ化手段は、前記減速判定手段により前記燃料の噴射が停止された状態であると判定された場合には、前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給することで前記排気空燃比をリッチ化する。前記吸気制御手段は、前記減速判定手段により前記燃料の噴射が停止された状態であると判定された場合には、前記吸入空気量を最小にする制御及び前記排気還流率を最大にする制御のうち少なくとも１つを行う。
　この構成によれば、内燃機関が、その減速運転に伴い燃料の噴射が停止された状態、所謂減速フューエルカットを行っている場合には、吸入空気量を最小にする制御及び排気還流率を最大にする制御のうち少なくとも１つを行い、さらに、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する。これにより、減速フューエルカットを行いながら、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の排気空燃比を化学量論比以下に維持し、ＳＯｘ再生処理を継続することができる。したがって、ＳＯｘ再生処理にかかる時間をさらに短縮しかつ燃費の悪化を軽減できる。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。上記実施形態に係るＥＣＵによるリッチ化制御の手順を示すフローチャートである。上記実施形態に係るエンジンの運転状態を示す図である。ＮＯｘ浄化性能評価試験の試験装置の構成を示す概略図である。実施例及び比較例の試験結果を示す図である。本発明の第２実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。上記実施形態に係るＥＣＵによるリッチ化制御の手順を示すフローチャートである。上記実施形態に係るリッチ化可能なエンジンの運転状態を示す図である。上記実施形態に係る触媒温度と流量判定値との関係を示す図である。本発明の第３実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。上記実施形態に係るＥＣＵによるＳＯｘ再生処理の手順を示すフローチャートである。上記実施形態に係るトルク判定値とエンジン回転数との関係を示す図である。

符号の説明

　１　　エンジン（内燃機関）
　４　　排気管（排気通路）
　５　　排気マニホールド（排気通路）
　１４　　導入口
　１４Ａ　　導入口
　１４Ｂ　　導入口
　２１　　エアフローメータ（排気流量推定手段）
　２２　　排気温度センサ（触媒温度推定手段）
　２３　　ＵＥＧＯセンサ（排気空燃比検出手段）
　２３Ｂ　　ＵＥＧＯセンサ（酸素濃度検出手段）
　２５　　過給圧センサ（排気還流率推定手段）
　２６　　温度センサ（排気還流率推定手段）
　２７　　上流ＮＯｘセンサ（浄化率推定手段）
　２８　　下流ＮＯｘセンサ（浄化率推定手段）
　３１　　触媒コンバータ
　３３　　ＮＯｘ浄化触媒
　４０　　電子制御ユニット（リッチ化手段、運転状態検出手段、排気還流率推定手段）
　４０Ａ　　電子制御ユニット（リッチ化手段、第１リッチ化制御手段、第２リッチ化制御手段、浄化率推定手段、排気流量推定手段、触媒温度推定手段、流量判定値決定手段、排気空燃比目標値決定手段）
　４０Ｂ　　電子制御ユニット（再生手段、トルク判定手段、第１リッチ化手段、第２リッチ化手段、吸気制御手段、減速判定手段）
　５０　　燃料改質器
　５０Ａ　　燃料改質器
　５０Ｂ　　燃料改質器

発明を実施するための形態

＜第１実施形態＞
　以下、本発明の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。
　図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、各気筒７の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒７には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）４０により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ＥＣＵ４０により制御される。

　エンジン１には、吸気が流通する吸気管２と、排気が流通する排気管４と、排気管４内の排気の一部を吸気管２に還流する排気還流通路６と、吸気管２に吸気を圧送する過給機８とが設けられている。

　吸気管２は、吸気マニホールド３の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒７の吸気ポートに接続されている。排気管４は、排気マニホールド５の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒７の排気ポートに接続されている。排気還流通路６は、排気マニホールド５から分岐し吸気マニホールド３に至る。

　過給機８は、排気管４に設けられた図示しないタービンと、吸気管２に設けられた図示しないコンプレッサと、を備える。タービンは、排気管４を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサは、タービンにより回転駆動され、吸気を加圧し吸気管２内へ圧送する。また、タービンは、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービンのベーン開度は、ＥＣＵ４０により電磁的に制御される。

　吸気管２のうち過給機８の上流側には、エンジン１の吸入空気量ＧＡを制御するスロットル弁９が設けられている。このスロットル弁９は、アクチュエータを介してＥＣＵ４０に接続されており、その開度はＥＣＵ４０により電磁的に制御される。また、吸気管２のうち過給機８の下流側には、過給機８により加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ１１が設けられている。

　排気還流通路６は、排気マニホールド５と吸気マニホールド３とを接続し、エンジン１から排出された排気の一部を還流する。排気還流通路６には、還流される排気を冷却するＥＧＲクーラ１２と、還流する排気の流量を制御するＥＧＲ弁１３と、が設けられている。ＥＧＲ弁１３は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ４０に接続されており、その弁開度はＥＣＵ４０により電磁的に制御される。

　排気管４のうち過給機８の下流側には、触媒コンバータ３１と、粒子状物質捕集装置（以下「ＤＰＦ」（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）という）３２と、排気を浄化するＮＯｘ浄化触媒３３と、が上流側からこの順で設けられている。

　触媒コンバータ３１は、後述の燃料改質器５０から供給される還元ガスを用いて排気中のＮＯｘを連続的に還元する三元触媒を備える。この触媒コンバータ３１は、排気中のＮＯｘを還元する能力を有する白金（Ｐｔ）及びロジウム（Ｒｈ）と、酸素貯蔵能力を有するセリア（ＣｅＯ_２）とを含む。
　本実施形態では、触媒コンバータ３１として、白金（Ｐｔ）を２．４（ｇ／Ｌ）と、ロジウムを１．２（ｇ／Ｌ）と、パラジウム（Ｐｄ）を６．０（ｇ／Ｌ）と、セリアを５０（ｇ／Ｌ）と、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を１５０（ｇ／Ｌ）と、バインダーを１０（ｇ／Ｌ）と、を水系媒体とともにボールミルで攪拌・混合することでスラリーを製造し、このスラリーをＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金製担体にコーティングした後、これを６００℃で２時間に亘り乾燥・焼成して調製されたものを用いる。

　ＤＰＦ３２は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするパティキュレートとしてのスート（ｓｏｏｔ）を、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミックスや金属多孔体が使用される。

　ＮＯｘ浄化触媒３３は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、セリア（ＣｅＯ_２）、及びセリウムと希土類の複合酸化物（以下、「セリア系複合酸化物」という）の担体に担持された、触媒として作用する白金（Ｐｔ）と、ＮＯｘ吸着能力を有するセリアもしくはセリア系複合酸化物と、触媒に生成されたアンモニア（ＮＨ_３）を、アンモニウムイオン（ＮＨ_４ ^＋）として保持する機能を有するゼオライトとを備える。

　本実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３３として、触媒担体に２つの層からなるＮＯｘ還元触媒を担持させることによって形成されたものを用いる。
　ＮＯｘ還元触媒の下層は、白金を４．５（ｇ／Ｌ）と、セリアを６０（ｇ／Ｌ）と、アルミナを３０（ｇ／Ｌ）と、Ｃｅ－Ｐｒ－Ｌａ－Ｏｘを６０（ｇ／Ｌ）と、Ｚｒ－Ｏｘを２０（ｇ／Ｌ）と、で構成される材料を水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを触媒担体にコーティングして形成される。
　また、ＮＯｘ還元触媒の上層は、β型のゼオライトに鉄（Ｆｅ）及びセリウム（Ｃｅ）をイオン交換したものを７５（ｇ／Ｌ）と、アルミナを７（ｇ／Ｌ）と、バインダーを８（ｇ／Ｌ）と、で構成される材料を、水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを上述の下層にコーティングして形成される。

　ＮＯｘ浄化触媒３３の吸着アンモニア量が少なくなると、ＮＯｘの浄化能力が低下するので、適宜ＮＯｘを還元するために、ＮＯｘ浄化触媒３３への還元剤の供給（以下「還元化」という）が行われる。この還元化では、例えば、燃料噴射弁から噴射される燃料量の増量とスロットル弁９による吸入空気量ＧＡの減量とによってエンジン１の燃焼室内の混合気の空燃比（エンジン空燃比）を化学量論比よりリッチ側にすることにより、還元剤をＮＯｘ浄化触媒３３に供給する。すなわち、エンジン１から排出される排気の空燃比（排気空燃比）をリッチ化することにより、ＮＯｘ浄化触媒３３へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より高くなり、還元化が実行される。

　このＮＯｘ浄化触媒３３におけるＮＯｘの浄化について説明する。
　先ず、エンジン空燃比を化学量論比よりリーン側に設定し、所謂リーンバーン運転を行うと、ＮＯｘ浄化触媒３３へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より低くなる。その結果、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）と酸素（Ｏ_２）とが触媒の作用で反応し、ＮＯ_２としてセリアもしくはセリア系複合酸化物に吸着される。また、酸素と反応していない一酸化炭素（ＣＯ）も、セリアもしくはセリア系複合酸化物に吸着される。

　次に、エンジン空燃比を化学量論比よりリッチ側に設定する所謂リッチ運転を行い、排気空燃比をリッチ化する。すなわち、排気中の還元剤濃度を酸素濃度より高くする還元化を実行すると、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）が水（Ｈ_２Ｏ）と反応して、二酸化炭素（ＣＯ_２）と水素（Ｈ_２）が生成され、また排気中の炭化水素（ＨＣ）が水と反応して、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）とともに、水素が生成される。またさらに、排気中に含まれるＮＯｘ、及びセリアもしくはセリア系複合酸化物（及び白金）に吸着されているＮＯｘ（ＮＯ，ＮＯ_２）と、生成された水素とが触媒の作用で反応し、アンモニア（ＮＨ_３）及び水が生成される。また、ここで生成されたアンモニアは、アンモニウムイオン（ＮＨ_４ ^＋）の形でゼオライトに吸着される。

　次に、エンジン空燃比を化学量論比よりリーン側に設定するリーンバーン運転を行い、ＮＯｘ浄化触媒３３へ流入する排気中の還元剤濃度を、酸素濃度より低い側に設定すると、セリアもしくはセリア系複合酸化物にＮＯｘが吸着される。さらにゼオライトにアンモニウムイオンが吸着した状態では、排気中のＮＯｘ及び酸素と、アンモニアとが反応して、窒素（Ｎ_２）と水が生成される。

　このように、ＮＯｘ浄化触媒３３によれば、還元剤供給中に生成されるアンモニアがゼオライトに吸着され、リーンバーン運転中に吸着したアンモニアがＮＯｘと反応するので、ＮＯｘの浄化を効率よく行うことができる。

　また、排気管４のうち触媒コンバータ３１の上流側には、燃料ガスを改質して、水素（Ｈ_２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含む改質ガスを製造する燃料改質器５０が接続されている。この燃料改質器５０は、製造した改質ガスを還元ガスとして、排気管４のうち触媒コンバータ３１の上流側に形成された導入口１４から、排気管４内に供給する。

　燃料改質器５０は、排気管４にその一端側が接続されたガス通路５１と、このガス通路５１の他端側から燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置５２と、ガス通路５１に設けられた改質触媒としての改質触媒５３と、を含んで構成される。

　燃料ガス供給装置５２は、燃料タンクに貯留された燃料と、コンプレッサにより供給された空気とを所定の割合で混合して燃料ガスを製造し、この燃料ガスをガス通路５１に供給する。この燃料ガス供給装置５２は、ＥＣＵ４０に接続されており、燃料ガスの供給量及びその混合比は、ＥＣＵ４０により制御される。また、この燃料ガスの供給量を制御することで、排気管４に供給される還元ガスの供給量ＧＲＧ（単位時間当りに排気管４内に供給される還元ガスの量）を制御することが可能となっている。

　改質触媒５３は、ロジウム及びセリアを含む。この改質触媒５３は、燃料ガス供給装置５２から供給された燃料ガスを改質し、水素、一酸化炭素、及び炭化水素を含む改質ガスを製造する触媒である。より具体的には、この改質触媒５３は、燃料ガスを構成する炭化水素燃料と空気との部分酸化反応により、大気圧よりも高い圧力であり、かつ、体積比で水素よりも一酸化炭素を多く含む改質ガスを製造する。また、上述のように部分酸化反応は発熱反応である。これにより、燃料改質器５０は、排気管４のうち導入口１４付近における排気よりも高い温度の還元性気体を、排気管４内に供給することが可能となる。

　具体的にはこの改質触媒５３としては、例えば、セリア及びロジウムの粉末を、セリアに対するロジウムの質量比が１％となるように秤量し、この粉末を水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌・混合することでスラリーを製造し、このスラリーをＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金製の担体にコーティングした後、これを６００℃で２時間に亘り乾燥・焼成して調製されたものを用いる。

　また、この改質触媒５３には、グロープラグやスパークプラグなどを含んで構成された図示しない加熱ヒータが接続されており、燃料改質器５０の始動とともに、改質触媒５３を加熱することが可能となっている。また、この燃料改質器５０は、排気管４とは別に設けられている。すなわち、燃料改質器５０の燃料ガス供給装置５２及び改質触媒５３は、排気管４内には設けられていない。

　ＥＣＵ４０には、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ（図示せず）、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量ＡＰを検出するアクセルセンサ（図示せず）、エンジン１の吸入空気量ＧＡ（単位時間当りにエンジン１に新規に吸入される空気量）を検出するエアフローメータ２１、排気管４のうち導入口１４と触媒コンバータ３１との間における排気の酸素濃度、すなわち排気空燃比ＡＦを検出するＵＥＧＯセンサ２３、吸気マニホールド３内の圧力、すなわち過給圧ＰＢを検出する過給圧センサ２５、及び吸気マニホールド３の温度ＴＩを検出する温度センサ２６が接続されており、これらセンサの検出信号は、ＥＣＵ４０に供給される。
　ここで、エンジン１の回転数ＮＥは、クランク角度位置センサの出力に基づいて、ＥＣＵ４０により算出される。また、エンジン１の要求トルクＴＲＱは、図示しないアクセルペダルの踏み込み量ＡＰに基づいて、ＥＣＵ４０により算出される。

　ＥＣＵ４０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ４０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、燃料改質器５０、スロットル弁９、ＥＧＲ弁１３、過給機８、及びエンジン１の燃料噴射弁などに制御信号を出力する出力回路とを備える。

　エンジン１は、通常はエンジン空燃比が化学量論比よりもリーン側に設定して運転され、エンジン空燃比を化学量論比よりもリッチ側に設定するリッチ化制御がＥＣＵ４０により周期的に行われる。

　図２は、ＥＣＵによるリッチ化制御の手順を示すフローチャートである。図２に示すように、通常リッチ化制御とＨ_２リッチ化制御とを、所定の条件に応じて選択的に実行可能となっている。

　ステップＳ１では、リッチ化を実行するか否かを判断し、この判断がＹＥＳの場合にはステップＳ２に移り、ＮＯの場合にはリッチ化制御を終了する。より具体的には、ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘの吸着量ＴＲＮを、吸入空気量ＧＡ及びエンジンの燃料噴射量などに基づいて推定し、このＮＯｘ吸着量ＴＲＮが所定の判定量ＴＲＮＴＨ以上である場合にはリッチ化制御を実行する。

　ステップＳ２では、燃料噴射量及びエンジンの回転数ＮＥに基づいて、高負荷運転状態であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合はステップＳ５に移り、ＮＯの場合はステップＳ３に移る。
　図３は、エンジンの運転状態を示す図である。図３中、横軸はエンジンの回転数であり、縦軸はエンジンの燃料噴射量である。図３に示すように、回転数と燃料噴射量とをパラメータとして、エンジンの運転状態は、曲線９１により高負荷運転状態と低負荷運転状態とに分けられる。上述のステップＳ２では、燃料噴射量及び回転数をパラメータとして、このような制御マップに基づいて、エンジンの運転状態を判定する。

　ステップＳ３では、排気還流率ＲＥＧＲ（以下、「ＥＧＲ率ＲＥＧＲ」という）を推定し、このＥＧＲ率ＲＥＧＲが所定の判定値ＲＥＧＲＴＨよりも小さいか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ５に移り、ＮＯの場合にはステップＳ４に移る。ここで、ＥＧＲ率は、エアフローメータにより検出された吸入空気量ＧＡ、過給圧センサにより検出された過給圧ＰＢ、温度センサ２６により検出された吸気マニホールドの温度ＴＩ、及びエンジンの回転数ＮＥに基づいて推定される。

　ステップＳ４では、通常リッチ化制御を実行し、完了した後にリッチ化制御を終了する。より具体的には、この通常リッチ化制御では、エンジン空燃比を化学量論比よりもリッチ側に設定することにより、排気空燃比ＡＦが所定の第１目標値ＮＡＦＴＶに一致するように制御する。
　ステップＳ５では、Ｈ_２リッチ化制御を実行し、完了した後にリッチ化制御を終了する。より具体的には、このＨ_２リッチ化制御では、燃料改質器で製造された還元ガスを排気管に供給するとともに、この還元ガスの供給量ＧＲＧを調整することにより、排気空燃比ＡＦが所定の目標値ＨＡＦＴＶに一致するように制御する。

　以上詳述したように、本実施形態によれば、排気空燃比をリッチ化する際に、エンジン１の運転状態が高負荷運転状態である場合には、燃料改質器５０により製造された還元性気体を排気管４内に供給する。これにより、上述のように高負荷運転状態であり、エンジン空燃比をリッチにしにくい場合であっても、エンジン空燃比をリーンにし内燃機関における燃焼を最適な状態に保ちつつ、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気の排気空燃比をリッチにし、ＮＯｘ浄化触媒３３におけるＮＯｘの還元を促進することができる。したがって、エンジン１の運転状態に応じてＮＯｘ浄化性能が低下するのを防止できる。またここで、エンジン空燃比はリーンに保つことができるので、上述のようなオイルダイリューションが発生したり、エンジン１の燃焼が不安定になったりするのを防止できる。
　また、還元性気体を製造する燃料改質器５０を排気管４とは別に設けることにより、エンジン１の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体を排気管４内に供給することができる。また、燃料改質器５０を排気管４とは別に設けることで、エンジン１の運転状態など必要に応じて還元性気体を供給することが可能となる。
　一方、燃料改質器５０を排気管４内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器５０を大型にする必要があるが、本実施形態によれば、燃料改質器５０を排気管４とは別に設けることで、装置を大型にすることなく安定した運転を行うことができる。また、燃料改質器５０を排気管４とは別に設けることにより、エンジン１の制御とは別系統の制御を行うことで、燃料改質器５０が備える改質触媒５３を早期に活性化することも可能となる。
　また、水素を含む還元性気体を供給することにより、ＮＯｘ浄化触媒３３における還元反応速度を向上させることができる。これにより、排気空燃比をリッチにしたときに、ＮＯｘ浄化触媒３３に吸着又は吸蔵されたＮＯｘが還元されずに脱離するのを防止することができる。

　また本実施形態によれば、排気空燃比をリッチ化する際において、推定されたＥＧＲ率ＲＥＧＲが所定の判定値ＲＥＧＲＴＨよりも小さい場合には、燃料改質器５０により製造された還元性気体を排気管４に供給することで排気空燃比がリッチ化される。
　ところで、排気を吸気側に還流しつつ、エンジン空燃比をリッチにすると、排気中の炭化水素が吸気管２に堆積し、この吸気管２を閉塞してしまうおそれがある。本実施形態によれば、還元ガスを供給することで、上述のように吸気管２を閉塞することなく排気空燃比をリッチ化し、ＮＯｘ浄化触媒３３におけるＮＯｘ浄化性能を向上できる。
　また本実施形態によれば、触媒コンバータ３１をＮＯｘ浄化触媒３３の上流側に設けることにより、リッチ中にＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気のＮＯｘ濃度を低減できる。すなわち、リッチ中にＮＯｘ浄化触媒３３に流入するＮＯｘの量を低減できる。したがって、排気空燃比をリッチにしたときに、ＮＯｘ浄化触媒３３に吸着又は吸蔵されたＮＯｘを還元しきれずに脱離するのを防止できる。

　また本実施形態によれば、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する場合には、排気空燃比ＡＦが所定の目標値ＮＡＦＴＶ，ＨＡＦＴＶに一致するように、還元性気体の供給量ＧＲＧが調整される。これにより、常に最適な排気空燃比の排気をＮＯｘ浄化触媒３３に流入させることができる。
　また本実施形態によれば、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する場合と、還元性気体を供給せずに排気空燃比をリッチ化する場合とで、異なる目標値に基づいて、排気空燃比はリッチ化される。これにより、常に最適な排気空燃比の排気をＮＯｘ浄化触媒３３に流入させることができる。

　また本実施形態によれば、触媒コンバータ３１にセリアを含めることにより、触媒コンバータ３１によるＮＯｘの還元能力をさらに向上できき、さらに貴金属活性種が焼結するのを抑制できる。また、触媒コンバータ３１に酸素貯蔵能力を有するロジウムを含めることにより、排気中の酸素濃度が急激に変化しても、この触媒コンバータ３１における反応を安定させることができる。また、触媒コンバータに白金を含めることにより、ＮＯの酸化及び吸着又は吸蔵、並びに、ＮＯｘの還元を行うことができる。
　また本実施形態によれば、部分酸化反応により還元性気体を製造することにより、この燃料改質器５０を小型なものにできる。つまり、上述のように部分酸化反応は発熱反応であり、一旦反応が開始すれば自発的に反応が進行するため、外部から余分なエネルギーを供給する装置を設ける必要がないためである。また、シフト反応などの水素を濃縮するためのコンバータやシステムも設ける必要もない。また、このように燃料改質器５０を小型にすることで、燃料改質器５０のライトオフ時間を短縮できる。したがって、必要に応じて速やかに還元性気体を排気管４内に供給することができる。
　また、大気圧より高い圧力の還元性気体を製造することにより、余分な装置を追加することなく、製造した還元性気体を排気管４内に供給できる。
　また、この部分酸化反応において副次的に生成される軽質の炭化水素も一酸化炭素や水素とともに触媒コンバータ３１に導入して、ＮＯｘの還元に使用することもできる。

　本実施形態では、ＥＣＵ４０がリッチ化手段、運転状態検出手段の一部、排気還流率推定手段の一部を構成する。具体的には、図２のステップＳ１～Ｓ５に係る手段がリッチ化手段に相当し、ステップＳ２に係る手段が運転状態検出手段に相当し、ステップＳ３に係る手段、エアフローメータ２１、過給圧センサ２５、温度センサ２６が排気還流率推定手段に相当する。

　次に、上記実施形態のように、還元ガスを排気管に供給することによる効果を検証するＮＯｘ浄化評価試験について図４及び図５を参照して説明する。

　［ＮＯｘ浄化性能評価試験方法］
　図４は、ＮＯｘ浄化性能評価試験の試験装置８０の構成を示す概略図である。
　試験装置８０は、モデルガスを所定の組成で供給する供給装置８１と、吸着剤８４がその内部に設けられた加熱器８３と、モデルガスを分析するガス分析計８５及びデータ取り込み用計算機８６と、を含んで構成される。

　供給装置８１は、Ｎ_２、ＣＯ_２、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ、及びＨ_２で構成されるモデルガスを、加熱器８３に供給する。この供給装置８１は、モデルガスの各成分の流量を調整することが可能となっている。
　加熱器８３は、その内部に、反応器８２と吸着剤８４とを備え、これら反応器８２及び吸着剤８４を加熱する。反応器８２は、供給装置８１から供給されたモデルガスを混合し吸着剤８４に供給する。

　吸着剤８４は、三元触媒とＮＯｘ浄化触媒とで構成されるものを用いる。ここで、これら三元触媒及びＮＯｘ浄化触媒には、それぞれ、上記実施形態に記載された触媒コンバータ３１及びＮＯｘ浄化触媒３３（上述の図１参照）と同じものを用いたので、その説明を省略する。

　ガス分析計８５は、加熱器８３内において、反応器８２から吸着剤８４に供給され、この吸着剤８４を通過したモデルガスのＮＯｘ濃度を測定する。データ取り込み用計算機８６は、このＮＯｘ濃度に関するデータを処理し、各温度に対するＮＯｘ浄化率を算出する。ＮＯｘ浄化率は、次式に基づいて算出する。
　ＮＯｘ浄化率［％］＝（Ｃｉｎ－Ｃｏｕｔ）／Ｃｉｎ×１００
　ここで、Ｃｉｎは、吸着剤８４の流入口におけるモデルガスのＮＯｘ濃度であり、Ｃｏｕｔは、吸着剤８４の流出口におけるモデルガスのＮＯｘ濃度である。また、モデルガスのＮＯｘ濃度は、ケミカル・ルミネッセン法により測定した。

　本評価試験では、以上のように構成された試験装置８０において、モデルガスを供給しながら、このモデルガスを５０℃から４５０℃まで２０℃／分で加熱しつつ、吸着剤８４を通過したモデルガスのＮＯｘ浄化率を測定した。
　また、モデルガスは、リーン雰囲気の組成のモデルガスと、リッチ雰囲気の組成のモデルガスと、をそれぞれ５５秒及び５秒に亘って交互に供給した。

　［実施例］
　実施例のモデルガスには、上記実施形態に係る燃料改質器により製造された還元ガス（一酸化炭素、水素、及び炭化水素を含む）を排気に添加したものを模したものとして、下記の組成を有するモデルガスを用いた。
　リーン雰囲気
　ＮＯ　　　　　　　　　：９０ｐｐｍ
　ＣＯ　　　　　　　　　：６０００ｐｐｍ
　ＨＣ（プロピレン）　　：５００ｐｐｍＣ（Ｃ_３Ｈ_６）
　Ｏ_２　　　　　　　　　：６％
　ＣＯ_２　　　　　　　　：６％
　Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　：７％
　Ｎ_２　　　　　　　　　：バランスガス
　Ｈ_２　　　　　　　　　：５０００ｐｐｍ
　ＳＶ＝５００００ｈ－１
　リッチ雰囲気
　ＮＯ　　　　　　　　　：９０ｐｐｍ
　ＣＯ　　　　　　　　　：２．１％
　ＨＣ（プロピレン）　　：５００ｐｐｍＣ（Ｃ_３Ｈ_６）
　Ｏ_２　　　　　　　　　：０％
　ＣＯ_２　　　　　　　　：６％
　Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　：７％
　Ｎ_２　　　　　　　　　：バランスガス
　Ｈ_２　　　　　　　　　：６０００ｐｐｍ
　ＳＶ＝５００００ｈ－１

　［比較例］
　比較例のモデルガスには、上述の還元ガスが添加されていない排気を模したものとして、下記の組成を有するモデルガスを用いた。
　リーン雰囲気
　ＮＯ　　　　　　　　　：９０ｐｐｍ
　ＣＯ　　　　　　　　　：１０００ｐｐｍ
　ＨＣ（プロピレン）　　：５００ｐｐｍＣ（Ｃ_３Ｈ_６）
　Ｏ_２　　　　　　　　　：６％
　ＣＯ_２　　　　　　　　：６％
　Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　：７％
　Ｎ_２　　　　　　　　　：バランスガス
　Ｈ_２　　　　　　　　　：０ｐｐｍ
　ＳＶ＝５００００ｈ－１
　リッチ雰囲気
　ＮＯ　　　　　　　　　：９０ｐｐｍ
　ＣＯ　　　　　　　　　：２％
　ＨＣ（プロピレン）　　：５００ｐｐｍＣ（Ｃ_３Ｈ_６）
　Ｏ_２　　　　　　　　　：０％
　ＣＯ_２　　　　　　　　：６％
　Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　：７％
　Ｎ_２　　　　　　　　　：バランスガス
　Ｈ_２　　　　　　　　　：０ｐｐｍ
　ＳＶ＝５００００ｈ－１

　［試験結果］
　図５は、実施例及び比較例の試験結果を示す図である。図５において、横軸はモデルガスの温度を示し、縦軸はＮＯｘ浄化率を示す。また、黒丸は実施例におけるガス温度とＮＯｘ浄化率との関係を示し、白丸は比較例におけるガス温度とＮＯｘ浄化率との関係を示す。
　実施例のＮＯｘ浄化率と比較例のＮＯｘ浄化率とを比較すると、実施例のＮＯｘ浄化率は全温度域に亘りほぼ一定であるのに対し、比較例は低温域におけるＮＯｘ浄化率が特に小さくなっている。したがって、実施例のように一酸化炭素及び水素を含む還元ガスを添加することにより、特に低温域におけるＮＯｘ浄化性能を向上できることが検証された。

＜第２実施形態＞
　以下、本発明の第２実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の第２実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略化又は簡略化する。

　図６は、本発明の第２実施形態に係るエンジン１及びその排気浄化装置の構成を示す図である。第２実施形態は、主に、燃料改質器５０Ａの構成及びＥＣＵ４０Ａの構成が第１実施形態と異なる。

　本実施形態では、燃料改質器５０Ａは、排気管４のうちＮＯｘ浄化触媒３３の上流側に接続されている。すなわち、燃料改質器５０Ａで製造された還元ガスは、排気管４のうちＮＯｘ浄化触媒３３の上流側に形成された導入口１４Ａから、排気管４内に供給される。

　ＥＣＵ４０Ａには、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気の温度ＴＥを検出する排気温度センサ２２、及びＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気の酸素濃度、すなわち排気空燃比ＡＦＡを検出するＵＥＧＯセンサ２３Ａ、排気管４のうちＮＯｘ浄化触媒３３の上流側及び下流側の排気のＮＯｘ濃度ＤＮＵ，ＤＮＤを検出する上流ＮＯｘセンサ２７及び下流ＮＯｘセンサ２８が接続されており、これらセンサの検出信号は、ＥＣＵ４０Ａに供給される。

　図７は、ＥＣＵによるリッチ化制御の手順を示すフローチャートである。図７に示すように、本実施形態のリッチ化制御は、燃料改質器により製造された還元ガスを排気管に供給することで排気空燃比をリッチ化するＨ_２リッチ化制御と、還元ガスを供給せずにエンジン空燃比をリッチ化することで排気空燃比をリッチ化する通常リッチ化制御とを所定の条件に応じて選択的に実行可能となっている。

　ステップＳ１１では、ＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘの浄化率ＣＥを推定し、このＮＯｘ浄化率ＣＥが所定の第１浄化率判定値ＣＥＡＴＨより小さいか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ１６に移り、ＮＯの場合にはステップＳ１２に移る。ここで、ＮＯｘ浄化率ＣＥは、上流ＮＯｘセンサ及び下流ＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ浄化触媒の上流側及び下流側の排気のＮＯｘ濃度ＤＮＵ，ＤＮＤに基づいて算出する。
　ステップＳ１２では、ＮＯｘ浄化率ＣＥが所定の第２浄化率判定値ＣＥＢＴＨより小さいか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ１３に移り、ＮＯの場合には終了する。ここで、第２浄化率判定値ＣＥＢＴＨは第１浄化率判定値ＣＥＡＴＨよりも大きな値に設定される。

　ステップＳ１３では、エンジンの運転状態に基づいて、排気空燃比のリッチ化が可能であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ１４に移り、ＮＯの場合にはリッチ化制御を終了する。
　図８は、リッチ化可能なエンジンの運転状態を示す図である。エンジンの運転状態は、横軸の回転数と縦軸の燃料噴射量によって示される。図８に示すように、リッチ化が可能な運転状態は限定されている。ステップＳ１３では、このような制御マップにより、エンジンの運転状態がリッチ化可能な状態であるか否かを判別する。

　図７に戻って、ステップＳ１４では、排気温度センサにより検出された排気温度ＴＥに基づいてＮＯｘ浄化触媒の温度ＴＬＮＣを推定し、さらにこの触媒温度ＴＬＮＣに基づいて流量判定値ＧＥＴＨを決定し、ステップＳ１５に移る。
　ステップＳ１５では、エアフローメータにより検出された吸入空気量ＧＡに基づいて排気管を流通する排気の流量ＧＥを推定し、この排気流量ＧＥが流量判定値ＧＥＴＨ以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ１６に移りＨ_２リッチ化制御を実行し、ＮＯの場合にはステップＳ１８に移り通常リッチ化制御を実行する。

　図９は、触媒温度ＴＬＮＣと流量判定値ＧＥＴＨとの関係を示す図である。図９において、横軸は触媒温度ＴＬＮＣを示し、縦軸は排気流量ＧＥを示す。
　流量判定値ＧＥＴＨは、排気流量ＧＥに応じて、Ｈ_２リッチ化制御を実行するか通常リッチ化制御を実行するかを判定するものであり、ＧＥ≧ＧＥＴＨの場合にはＨ_２リッチ化制御を実行し、ＧＥ＜ＧＥＴＨの場合には通常リッチ化制御を実行する。また、この流量判定値ＧＥＴＨは、触媒温度ＴＬＮＣに略比例して大きくなる。

　図７に戻って、ステップＳ１６では、排気流量ＧＥに基づいてＨ_２リッチ化制御時における排気空燃比の目標値ＨＡＦＴＶを決定し、ステップＳ１７に移る。
　ステップＳ１７では、排気空燃比目標値ＨＡＦＴＶに応じてＨ_２リッチ化制御を実行する。より具体的には、燃料改質器により還元ガスを排気管内に供給するとともに、還元ガスの供給量ＧＲＧを調整することで、ＵＥＧＯセンサにより検出された排気空燃比ＡＦＡが排気空燃比目標値ＨＡＦＴＶに一致するように、排気空燃比をリッチ化する。

　ステップＳ１８では、排気流量ＧＥに基づいて通常リッチ化制御時における排気空燃比の目標値ＮＡＦＴＶを決定し、ステップＳ１９に移る。またここで、通常リッチ化制御時の排気空燃比目標値ＮＡＦＴＶは、Ｈ２リッチ化制御時の排気空燃比目標値ＨＡＦＴＶと異なる値に設定される。
　ステップＳ１９では、排気空燃比目標値ＮＡＦＴＶに応じて通常リッチ化制御を実行する。より具体的には、エンジン空燃比をリッチにすることで、ＵＥＧＯセンサにより検出された排気空燃比ＡＦＡが排気空燃比目標値ＨＡＦＴＶに一致するように、排気空燃比をリッチ化する。

　以上詳述したように、本実施形態によれば、排気空燃比をリッチ化する際には、水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を排気管４内に供給しながら排気空燃比をリッチ化するか、この還元性気体を供給せずに排気空燃比をリッチ化するかを、所定の条件に応じて選択する。これにより、例えば、ＮＯｘ浄化触媒３３における還元反応が生じにくい状態であっても、炭化水素と比較して反応速度の速い水素を含有する還元性気体を供給しながら排気空燃比をリッチにすることで、ＮＯｘ浄化触媒３３における還元反応を促進してＮＯｘが還元されずに流出するのを防止できる。したがって、エンジン１の運転状態に応じてＮＯｘ浄化性能が低下するのを防止できる。
　また、還元性気体を排気管４内に供給することで、エンジン空燃比をリーンにし内燃機関における燃焼を最適な状態に保ちつつ、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の排気空燃比をリッチすることができる。したがって、内燃機関の運転状態によらずＮＯｘ浄化性能を向上することができる。またここで、エンジン空燃比はリーンに保つことができるので、ポスト噴射などにより燃料を供給して排気空燃比を変化させた場合のようにオイルダイリューションが発生したり、内燃機関の燃焼が不安定になったりすることもない。
　また、還元性気体を製造する燃料改質器５０Ａを排気管４とは別に設けることにより、エンジン１の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体を排気管４内に供給することができる。また、燃料改質器５０Ａを排気管４とは別に設けることで、エンジン１の運転状態など必要に応じて還元性気体を供給することが可能となる。
　一方、燃料改質器５０Ａを排気管４内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器５０Ａを大型にする必要があるが、本実施形態によれば、燃料改質器５０Ａを排気管４とは別に設けることで、装置を大型にすることなく安定した運転を行うことができる。また、燃料改質器５０Ａを排気管４とは別に設けることにより、エンジン１の制御とは別系統の制御を行うことで、燃料改質器５０Ａが備える改質触媒５３を早期に活性化することも可能となる。
　また、水素を含む還元性気体を供給することにより、ＮＯｘ浄化触媒３３における還元反応速度を向上させることができる。これにより、排気空燃比をリッチにしたときに、ＮＯｘ浄化触媒に吸着又は吸蔵されたＮＯｘが還元されずに脱離するのを防止することができる。

　また本実施形態によれば、ＮＯｘ浄化触媒３３のＮＯｘ浄化率ＣＥを推定し、このＮＯｘ浄化率ＣＥが第１浄化率判定値ＣＥＡＴＨより小さい場合には、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒３３に吸着又は吸蔵したＮＯｘの量が増大し、リッチ化したときに還元されずに流出するＮＯｘの量を低減することが可能となる。
　また本実施形態によれば、排気流量ＧＥを推定し、この排気流量ＧＥが流量判定値ＧＥＴＨ以上である場合には、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する。すなわち、排気流量が大きい場合にはＮＯｘ浄化触媒３３に吸蔵又は吸着されたＮＯｘが脱離しやすくなるが、このような場合であっても還元性気体を供給してＮＯｘ浄化触媒３３における還元反応を促進することで、ＮＯｘが還元されずに下流側に流出するのを防止できる。

　また本実施形態によれば、ＮＯｘ浄化触媒３３の温度ＴＬＮＣを推定し、この温度ＴＬＮＣに応じて上述の流量判定値ＧＥＴＨを決定する。ところで、ＮＯｘ浄化触媒３３における還元反応は、ＮＯｘ浄化触媒３３の温度が低くなるに従い発生しにくくなるため、ＮＯｘが還元されずに流出しやすくなる。本実施形態によれば、ＮＯｘ浄化触媒３３の温度ＴＬＮＣを考慮して流量判定値ＧＥＴＨを決定することで、より効率的にＮＯｘ浄化性能を向上することができる。
　また本実施形態によれば、推定した排気流量ＧＥに基づいて排気空燃比の目標値ＨＡＦＴＶ，ＮＡＦＴＶを決定し、排気空燃比ＡＦＡがこの排気空燃比目標値ＨＡＦＴＶ，ＮＡＦＴＶに一致するようにリッチ化する。このように、排気流量に応じてリッチ化する際の排気空燃比を調整することで、このＮＯｘ浄化触媒３３からＮＯｘが還元されずに流出するのを効率的に防止できる。
　また本実施形態によれば、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する場合には、排気空燃比ＡＦＡが決定された目標値ＨＡＦＴＶ，ＮＡＦＴＶに一致するように、還元性気体の供給量ＧＲＧが調整される。これにより、常に最適な排気空燃比の排気をＮＯｘ浄化触媒３３に流入させることができる。

　本実施形態では、ＥＣＵ４０Ａがリッチ化手段、第１リッチ化制御手段、第２リッチ化制御手段、浄化率推定手段の一部、排気流量推定手段の一部、触媒温度推定手段の一部、流量判定値決定手段、及び排気空燃比目標値決定手段を構成する。具体的には、図７のステップＳ１１～Ｓ１９に係る手段がリッチ化手段に相当し、ステップＳ１７に係る手段が第１リッチ化制御手段に相当し、ステップＳ１９に係る手段が第２リッチ化制御手段に相当し、ステップＳ１１に係る手段、上流ＮＯｘセンサ２７、及び下流ＮＯｘセンサ２８が浄化率推定手段に相当し、ステップＳ１５に係る手段及びエアフローメータ２１が排気流量推定手段に相当し、ステップＳ１４に係る手段及び排気温度センサ２２が触媒温度推定手段に相当し、ステップＳ１４に係る手段が流量判定値決定手段に相当し、ステップＳ１６，Ｓ１８に係る手段が排気空燃比目標値決定手段に相当する。

　なお上述した実施形態は、種々の変形が可能である。
　例えば、上記実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３３の温度ＴＬＮＣを、排気温度センサ２２により検出された排気温度ＴＥに基づいて推定したが、これに限らず、直接検出してもよい。また、上記実施形態では、排気管４を流通する排気の流量ＧＥを、エアフローメータ２１により検出された吸入空気量ＧＡに基づいて推定したが、これに限らず、直接検出してもよい。

　また、上記実施形態では、ステップＳ１６，Ｓ１８において、排気流量ＧＥに基づいて排気空燃比の目標値ＨＡＦＴＶ，ＮＡＦＴＶを決定したが、これに限らない。例えば、ＮＯｘ浄化触媒の温度に基づいてこれら目標値を決定してもよい。このような場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

＜第３実施形態＞
　以下、本発明の第３実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の第３実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略化又は簡略化する。

　図１０は、本発明の第３実施形態に係るエンジン１及びその排気浄化装置の構成を示す図である。第３実施形態は、主に、燃料改質器５０Ｂの構成及びＥＣＵ４０Ｂの構成が第１実施形態と異なる。

　本実施形態では、燃料改質器５０Ｂは、排気管４のうちＮＯｘ浄化触媒３３の上流側に接続されている。すなわち、燃料改質器５０Ｂで製造された還元ガスは、排気管４のうちＮＯｘ浄化触媒３３の上流側に形成された導入口１４Ｂから、排気管４内に供給される。

　ＥＣＵ４０Ｂには、排気管４のうち導入口１４ＢとＮＯｘ浄化触媒３３との間を流通する排気の酸素濃度、すなわち排気空燃比ＡＦＢを検出するＵＥＧＯセンサ２３Ｂが接続されており、このセンサの検出信号は、ＥＣＵ４０Ｂに供給される。

　エンジン１は、通常はエンジン空燃比が化学量論比よりもリーン側に設定して運転され、排気空燃比を化学量論比よりもリッチ側に設定することでＮＯｘ浄化触媒に吸着したＳＯｘを浄化するＳＯｘ再生処理がＥＣＵ４０Ｂにより周期的に実行される。

　図１１は、ＥＣＵによるＳＯｘ再生処理の手順を示すフローチャートである。図１１に示すように、ＳＯｘ再生処理は、燃料改質器により製造された還元ガスを供給することで排気空燃比をリッチ化する第１リッチ化制御と、エンジン空燃比を制御することで排気空燃比をリッチ化する第２リッチ化制御とを、所定の条件に応じて選択的に実行可能となっている。

　ステップＳ２１では、ＳＯｘ再生処理を実行するか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ２２に移り、ＮＯの場合には直ちにこの処理を終了する。ここで、ＳＯｘ再生処理を実行するか否かの判断は、例えば、ＮＯｘ浄化触媒のＳＯｘ被毒量や、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率などに基づいて行う。

　ステップＳ２２では、エンジンが、その減速運転に伴い燃料の噴射が停止された減速フューエルカット状態であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ２６に移り、ＮＯの場合にはステップＳ２３に移る。
　ステップＳ２３では、エンジンが低負荷運転状態であるか否か、すなわち要求トルクＴＲＱが、所定のトルク判定値ＴＲＱＴＨより小さいか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ２４に移り、ＮＯの場合にはステップＳ２５に移る。
　図１２は、トルク判定値ＴＲＱＴＨとエンジン回転数ＮＥとの関係を示す図である。
　図１２に示すように、トルク判定値ＴＲＱＴＨはエンジンの回転数ＮＥに基づいて決定される。また、要求トルクＴＲＱがこのトルク判定値ＴＲＱＴＨよりも小さい場合には低負荷運転状態であると判定し第１リッチ化制御を実行し、要求トルクＴＲＱがトルク判定値ＴＲＱＴＨ以上である場合には、通常運転状態であると判定し第２リッチ化制御を実行する。

　図１１に戻って、ステップＳ２４では、図示しない第１リッチ化制御用の制御マップに基づいて、吸入空気量、排気還流率、及び過給圧を制御し、ステップＳ２７に移る。
　ステップＳ２５では、図示しない第２リッチ化制御用の制御マップに基づいて、吸入空気量、排気還流率、及び過給圧を制御し、ステップＳ２９に移る。
　ステップＳ２６では、減速フューエルカット状態であると判定されたことに応じて、スロットル弁を全閉して吸入空気量を最小にするとともに、ＥＧＲ弁を全開して排気還流率を最大にし、ステップＳ２７に移る。

　ステップＳ２７では、第１リッチ化制御を実行する際における排気空燃比の目標値である第１排気空燃比目標値ＡＦＡＴＶを設定し、ステップＳ２８に移る。ここで、この第１排気空燃比目標値ＡＦＡＴＶは、後述の第２排気空燃比目標値ＡＦＢＴＶよりも大きな値に設定する。
　ステップＳ２８では、燃料改質器により製造された還元ガスを排気管内に供給することで排気空燃比をリッチ化する第１リッチ化制御を実行し、この処理を終了する。より具体的には、この第１リッチ化制御では、還元ガスを供給するとともに、ＵＥＧＯセンサにより検出された排気空燃比ＡＦＢが第１排気空燃比目標値ＡＦＡＴＶに一致するように、この還元ガスの供給量を調整する。
　またここで、還元ガスを排気管内に供給する際において、この排気管を流通する排気には酸素が含まれていることが好ましい。

　ステップＳ２９では、第２リッチ化制御を実行する際における排気空燃比の目標値である第２排気空燃比目標値ＡＦＢＴＶを設定し、ステップＳ３０に移る。
　ステップＳ３０では、エンジン空燃比をリッチにすることで排気空燃比をリッチ化する第２リッチ化制御を実行し、この処理を終了する。より具体的には、この第２リッチ化制御では、ＵＥＧＯセンサにより検出された排気空燃比ＡＦＢが第２排気空燃比目標値ＡＦＢＴＶに一致するように、燃料噴射量を調整する。

　以上詳述したように、本実施形態によれば、ＮＯｘ浄化触媒３３のＳＯｘ再生処理を実行する際、要求トルクＴＲＱがトルク判定値ＴＲＱＴＨより小さいと判定した場合には、還元ガスを排気管４内に供給することで排気空燃比をリッチ化し、要求トルクＴＲＱがトルク判定値ＴＲＱＴＨ以上であると判定した場合には、還元ガスを排気管４内に供給することなく排気空燃比をリッチ化する。これにより、要求トルクＴＲＱがトルク判定値ＴＲＱＴＨより小さい場合であっても、還元ガスでリッチ化することにより、排気空燃比を化学量論比以下に維持することができる。つまり、上述のように燃焼リッチの方法により排気空燃比を制御する場合、特に低負荷運転時において排気空燃比を化学量論比以下に維持することが難しい。本実施形態によれば、燃焼リッチの方法によりＳＯｘ再生処理を行う場合と比較して、ＳＯｘ再生処理にかかる時間を短縮し、ＮＯｘ浄化触媒３３の劣化や燃費の悪化を軽減できる。したがって、運転状態によらず、安定してＮＯｘ浄化触媒３３のＳＯｘ再生処理を実行できる。
　また、このように還元ガスを用いることにより、排気噴射やポスト噴射などのように未燃燃料を供給することなく排気空燃比を制御できる。これにより、上述のようなコーキングの発生、排気管４の触媒及び部品の劣化や腐食、燃費の悪化、及びオイルダイリューションの発生などの課題を回避することができる。
　また、還元ガスに含まれる一酸化炭素や水素の分子径は、排気噴射やポスト噴射により供給される炭化水素の分子径と比較して小さい。このため、ＮＯｘ浄化触媒３３の上流側にＤＰＦを設け、例えば、このＤＰＦに大量のＰＭが堆積した場合であっても、ＤＰＦの下流側のＮＯｘ浄化触媒３３まで、還元ガスを供給してＳＯｘを浄化することができる。
　また、燃料改質器５０Ｂを排気管４とは別に設けることにより、ＮＯｘ浄化触媒３３の上流の熱容量を増加することなく、還元ガスを供給することができる。これにより、エンジン始動直後などの低温時におけるＮＯｘ浄化性能を低下することなくＳＯｘ再生処理を行うことができる。したがって、エンジン１の運転状態に応じてＮＯｘ浄化触媒３３によるＮＯｘ浄化性能が低下するのを防止できる。
　また、還元ガスを製造する燃料改質器５０Ｂを排気管４とは別に設けることにより、ＳＯｘ再生処理の実行時期を、エンジン１の状態と独立して決めることができる。したがって、エンジン１を常に最適な状態で制御しつつ、必要に応じてＳＯｘ再生処理を適宜実行することができる。また、燃料改質器５０Ｂを排気管４とは別に設けることにより、エンジン１の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元ガスを製造できるとともに、この還元ガスを排気管４内に供給することができる。
　一方、燃料改質器５０Ｂを排気管４内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器５０Ｂを大型にする必要があるが、本実施形態によれば、燃料改質器５０Ｂを排気管４とは別に設けることで、装置を大型にすることなく安定した運転を行うことができる。また、燃料改質器５０Ｂを排気管４とは別に設けることにより、エンジン１の制御とは別系統の制御を行うことで、改質触媒５３を早期に活性化することも可能となる。

　また、本実施形態によれば、還元ガスには水素よりも一酸化炭素が多く含まれる。また触媒上では、一酸化炭素が燃焼を開始する温度は、水素よりも低温である。ＳＯｘ再生処理において、このような一酸化炭素を含む還元性気体を供給することで、ＮＯｘ浄化触媒３３を速やかに昇温しＳＯｘの浄化を促進することができる。
　また、大気圧より高い圧力の還元性気体を製造することにより、余分な装置を追加することなく、製造した還元性気体を排気管４内に供給できる。
　また、本実施形態によれば、導入口１４ＢとＮＯｘ浄化触媒３３との間を流通する酸素濃度を検出するＵＥＧＯセンサ２３Ｂを設けた。これにより、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気の酸素濃度を所定の目標値に精度よく制御することができる。また、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気の酸素濃度を制御することで、ＮＯｘ浄化触媒３３の過昇温を防止することもできる。また、このような過昇温を防止する制御を行うことにより、ＳＯｘ再生処理の立ち上がりを速くすること、すなわち、ＮＯｘ浄化触媒３３を所定の目標温度まで速やかに昇温することが可能となる。
　また、本実施形態によれば、回転数ＮＥに基づいてトルク判定値ＴＲＱＴＨを決定する。これにより、ＳＯｘ再生処理を実行する際において還元ガスを排気管４に供給してリッチ化するか否かの判断を、エンジン１の状態に応じてより適切に判断することができる。

　また、本実施形態によれば、第１リッチ化制御及び第２リッチ化制御を実行する場合、それぞれ、第１排気空燃比目標値ＡＦＡＴＶ及び第２排気空燃比目標値ＡＦＢＴＶに一致するように排気空燃比ＡＦＢを制御する。また、ここで、ＡＦＡＴＶはＡＦＢＴＶよりも大きい。これにより、還元ガスを供給する場合と供給しない場合とで、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。
　また、本実施形態によれば、第１リッチ化制御を実行する場合、還元ガスの供給量を調整することで第１排気空燃比目標値ＡＦＡＴＶに一致するように排気空燃比ＡＦＢを制御し、第２リッチ化制御を実行する場合、燃料噴射量を調整することで第２排気空燃比目標値ＡＦＢＴＶに一致するように排気空燃比ＡＦＢを制御する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。

　また、本実施形態によれば、ＳＯｘ再生処理を実行する際には、吸入空気量、排気還流率、及び過給圧を制御する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。
　また、本実施形態によれば、エンジン１が、減速フューエルカットを行っている場合には、スロットル弁９を全閉し、ＥＧＲ弁１３を全開にする制御のうち少なくとも１つを行い、さらに、還元ガスを供給することで排気空燃比をリッチ化する。これにより、減速フューエルカットを行いながら、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気の排気空燃比を化学量論比以下に維持し、ＳＯｘ再生処理を継続することができる。したがって、ＳＯｘ再生処理にかかる時間をさらに短縮しかつ燃費の悪化を軽減できる。

　本実施形態では、ＥＣＵ４０Ｂが再生手段、トルク判定手段、第１リッチ化手段、第２リッチ化手段、吸気制御手段、及び減速判定手段を構成する。より具体的には、図１１のステップＳ２１～Ｓ３０に係る手段が再生手段に相当し、ステップＳ２３に係る手段がトルク判定手段に相当し、ステップＳ２７，Ｓ２８に係る手段が第１リッチ化手段に相当し、ステップＳ２９，Ｓ３０に係る手段が第２リッチ化手段に相当し、ステップＳ２４～Ｓ２６に係る手段が吸気制御手段に相当し、ステップＳ２２に係る手段が減速判定手段に相当する。

　なお本発明は上述した第１～第３実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
　例えば、上記第１～第３実施形態では、本発明をディーゼル内燃機関に適用した例を示したが、本発明はガソリン内燃機関にも適用可能である。また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進用エンジンなどの排気浄化装置にも適用が可能である。

Claims

　内燃機関の排気通路に設けられ、当該排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、当該排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着もしくは吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
　前記排気通路に設けられ、還元性気体を用いて排気中のＮＯｘを連続的に還元する触媒コンバータと、
　前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を製造し、この還元性気体を、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒及び前記触媒コンバータの上流側に設けられた導入口から、当該排気通路内に供給する燃料改質器と、
　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、
　前記排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段と、を備え、
　前記リッチ化手段は、前記運転状態検出手段により検出された運転状態が高負荷運転状態である場合には、前記燃料改質器により前記排気通路内に還元性気体を供給することで前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
　前記内燃機関の排気還流率を推定する排気還流率推定手段をさらに備え、
　前記リッチ化手段は、前記排気還流率推定手段により推定された排気還流率が所定の判定値よりも小さい場合には、前記燃料改質器により前記排気通路に還元性気体を供給することで前記排気空燃比をリッチ化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。
　前記触媒コンバータは、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記排気通路のうち前記導入口と前記触媒コンバータとの間における排気空燃比を検出又は推定する排気空燃比検出手段をさらに備え、
　前記リッチ化手段は、前記燃料改質器により還元性気体を供給することで前記排気空燃比をリッチ化する場合には、前記排気空燃比検出手段により検出又は推定された排気空燃比が所定の目標値に一致するように、還元性気体の供給量を調整することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記所定の目標値は、前記燃料改質器により還元性気体を供給することで前記排気空燃比をリッチ化する場合と、前記燃料改質器により還元性気体を供給せずに前記排気空燃比をリッチ化する場合とでは異なることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記触媒コンバータは、セリア、白金、及びロジウムを含むことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記燃料改質器は、炭化水素燃料と空気との部分酸化反応により、大気圧より高い圧力であり、かつ、一酸化炭素を主成分とする還元性気体を製造することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
　内燃機関の排気通路に設けられ、当該排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、当該排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着もしくは吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
　前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を製造し、この還元性気体を、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側から、当該排気通路内に供給する燃料改質器と、
　前記排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段と、を備え、
　当該リッチ化手段は、
　前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給しながら前記排気空燃比をリッチ化する第１リッチ化制御手段と、
　前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給せずに前記排気空燃比をリッチ化する第２リッチ化制御手段と、を有し、所定の条件に応じて、前記排気空燃比を前記第１リッチ化制御手段によりリッチ化するか、前記第２リッチ化制御手段によりリッチ化するかを選択すること特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
　前記ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率を推定する浄化率推定手段をさらに備え、
　前記リッチ化手段は、前記浄化率推定手段により推定されたＮＯｘ浄化率が所定の浄化率判定値より小さい場合には、前記第１リッチ化制御手段により前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記排気通路を流通する排気の流量を排気流量として、当該排気流量を推定又は検出する排気流量推定手段をさらに備え、
　前記リッチ化手段は、前記排気流量推定手段により推定又は検出された排気流量が所定の流量判定値以上である場合には、前記第１リッチ化制御手段により前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする請求項８又は９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を触媒温度として、当該触媒温度を推定又は検出する触媒温度推定手段と、
　前記触媒温度推定手段により推定又は検出された触媒温度に基づいて、前記所定の流量判定値を決定する流量判定値決定手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記排気通路を流通する排気の流量を排気流量として、当該排気流量を推定又は検出する排気流量推定手段と、
　前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を触媒温度として、当該触媒温度を推定又は検出する触媒温度推定手段と、
　前記排気流量推定手段により推定又は検出された排気流量、あるいは、前記触媒温度推定手段により推定又は検出された触媒温度に基づいて、前記第１リッチ化制御手段及び前記第２リッチ化制御手段により前記排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比の目標値を決定する排気空燃比目標値決定手段と、をさらに備え、
　前記第１リッチ化制御手段及び前記第２リッチ化制御手段は、それぞれ、前記排気空燃比が前記排気空燃比目標値決定手段により決定された目標値に一致するようにリッチ化することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記第２リッチ化制御手段は、前記燃料改質器から供給される還元性気体の供給量を調整することで、前記排気空燃比が前記排気空燃比目標値決定手段により決定された目標値に一致するようにリッチ化することを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　内燃機関の排気通路に設けられ、当該排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、当該排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着もしくは吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
　前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を製造し、この還元性気体を、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた導入口から、当該排気通路内に供給する燃料改質器と、
　前記排気空燃比をリッチ化することでＮＯｘ浄化触媒のＳＯｘ再生処理を実行する再生手段と、を備え、
　前記再生手段は、
　前記内燃機関の要求トルクが所定のトルク判定値より小さいか否かを判定するトルク判定手段と、
　前記トルク判定手段により前記要求トルクが前記トルク判定値より小さいと判定された場合には、前記燃料改質器により製造された還元性気体を前記排気通路内に供給することで前記排気空燃比をリッチ化する第１リッチ化手段と、
　前記トルク判定手段により前記要求トルクが前記トルク判定値以上であると判定された場合には、前記燃料改質器により製造された還元性気体を前記排気通路内に供給することなく前記排気空燃比をリッチ化する第２リッチ化手段と、を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
　前記燃料改質器により製造された還元性気体は、大気圧より高い圧力であり、かつ、体積比で水素よりも一酸化炭素を多く含むことを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に導入する際において、当該排気通路を流通する排気には酸素が含まれることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記排気通路のうち前記導入口と前記ＮＯｘ浄化触媒との間を流通する排気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１４から１６の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記トルク判定値は、前記内燃機関の回転数に基づいて決定されることを特徴とする請求項１４から１７の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記第１リッチ化手段及び前記第２リッチ化手段は、それぞれ、所定の第１排気空燃比目標値及び第２排気空燃比目標値に一致するように前記排気空燃比を制御するとともに、
　前記第１排気空燃比目標値は、前記第２排気空燃比目標値よりも大きいことを特徴とする請求項１４から１８の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記第１リッチ化手段は、前記燃料改質器による還元性気体の供給量を調整することで、前記第１排気空燃比目標値に一致するように前記排気空燃比を制御することを特徴とする請求項１９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記第２リッチ化手段は、前記内燃機関の燃料噴射量を調整することで、前記第２排気空燃比目標値に一致するように前記排気空燃比を制御することを特徴とする請求項１９又は２０に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記第１リッチ化手段及び前記第２リッチ化手段により前記排気空燃比をリッチ化する際において、前記内燃機関の吸入空気量、排気還流率、及び過給圧を制御する吸気制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１４から２１の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記内燃機関が、その減速運転に伴い燃料の噴射が停止された状態であるか否かを判定する減速判定手段をさらに備え、
　前記第１リッチ化手段は、前記減速判定手段により前記燃料の噴射が停止された状態であると判定された場合には、前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給することで前記排気空燃比をリッチ化し、
　前記吸気制御手段は、前記減速判定手段により前記燃料の噴射が停止された状態であると判定された場合には、前記吸入空気量を最小にする制御及び前記排気還流率を最大にする制御のうち少なくとも１つを行うことを特徴とする請求項２２に記載の内燃機関の排気浄化装置。