JP3744373B2

JP3744373B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3744373B2
Application number: JP2001083557A
Authority: JP
Inventors: 純一加古; 比呂志田中; 泰之入澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: JP2002276343A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_X ）を浄化するためのＮＯ_X 浄化触媒を機関排気通路内に配置した排気浄化装置が公知である。ＮＯ_X 浄化触媒としては流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯ_X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ_X を排気ガス中に含まれる還元剤によって放出し還元するＮＯ_X 吸収剤が知られている。このようなＮＯ_X 吸収剤においては吸収することができるＮＯ_X の量、すなわち最大ＮＯ_X 吸収量に限界がある。そしてＮＯ_X 吸収剤には吸収されているＮＯ_X の量がこの最大ＮＯ_X 吸収量を越えるとＮＯ_X 吸収剤はもはやＮＯ_X を吸収することはできず、このためＮＯ_X 吸収剤下流へとＮＯ_X が流出してしまう。そこでＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の量が最大ＮＯ_X 吸収量を越える前にＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切換えてＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出し還元する必要がある。
【０００３】
ここでＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を適切なタイミングで放出し還元するためにはＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の量を把握し、このＮＯ_X の量が最大ＮＯ_X 吸収量を越えているか否かを判定する必要がある。このようにＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の量を把握するための方法が特開平８−２９６４７２号公報に開示されている。当該公報ではＮＯ_X 触媒にＮＯ_X が吸着する間は所定条件下においてＮＯ_X 触媒に吸着せしめられるＮＯ_X の量（すなわちＮＯ_X 吸着速度）と、ＮＯ_X 触媒に最大限に吸着しうる最大ＮＯ_X 吸着量とをパラメータの一部として利用した式に基づいて所定期間内にＮＯ_X 触媒に吸着されるＮＯ_X 吸着量を算出し、このＮＯ_X 吸着量を積算してトータルのＮＯ_X 吸着量を算出し、一方、ＮＯ_X 触媒からＮＯ_X が放出されている間は所定条件下においてＮＯ_X 触媒から放出されるＮＯ_X の量（すなわちＮＯ_X 放出速度）と、最大ＮＯ_X 吸着量とをパラメータの一部として利用した式に基づいて所定期間内にＮＯ_X 触媒から放出されるＮＯ_X 放出量を算出し、このＮＯ_X 放出量をトータルのＮＯ_X 吸着量から引くことにより現在吸着しているＮＯ_X の量を算出するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで最大ＮＯ_X 吸着量、ＮＯ_X 吸着速度、ＮＯ_X 放出速度はＮＯ_X 触媒の状態変化（例えば劣化）などにより異なる。しかしながら上記公報ではＮＯ_X 触媒の状態に関係なく一定の値が最大ＮＯ_X 吸着量、ＮＯ_X 吸着速度、ＮＯ_X 放出速度として用いられる。したがって上記公報に記載の方法ではＮＯ_X 触媒に吸着されているトータルのＮＯ_X の量を正確に把握することはできない。そこで本発明の目的はＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の量を正確に把握することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明では流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯ_X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ_X を排気ガス中に含まれる還元剤によって放出し還元するＮＯ_X 吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯ_X 吸収剤下流の機関排気通路内に排気ガス中のＮＯ_X 濃度を検出しうるセンサを配置した内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯ_X 吸収剤に吸収しうると推定される最大ＮＯ_X 吸収量の推定値と、ＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにおいてＮＯ_X 吸収剤にて達成されると推定されるＮＯ_X 吸収速度の推定値とを上記センサの出力を利用して修正する修正手段と、これら最大ＮＯ_X 吸収量の推定値と、ＮＯ_X 吸収速度の推定値とを利用してＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の量を算出するためのＮＯ_X 吸収量算出手段とを具備する。これによればＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の量を算出するために用いられる最大ＮＯ_X 吸収量と、ＮＯ_X 吸収速度とがＮＯ_X 濃度を検出しうるセンサの出力に基づいて修正される。
【０００６】
２番目の発明では１番目の発明において上記ＮＯ_X 吸収量算出手段により算出されるＮＯ_X 吸収量が判定値を超えたときにＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切換える。
３番目の発明では２番目の発明において上記センサが排気ガス中のアンモニア濃度を検出することができ、上記修正手段がＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときにおいてＮＯ_X 吸収剤にて達成されると推定されるＮＯ_X 還元速度の推定値を上記センサの出力を利用して修正し、上記ＮＯ_X 吸収量算出手段が最大ＮＯ_X 吸収量の推定値と、ＮＯ_X 吸収速度の推定値と、ＮＯ_X 還元速度の推定値とを利用してＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の量を算出する。
【０００７】
４番目の発明では３番目の発明において上記判定値を第１の判定値としたときに上記ＮＯ_X 吸収量算出手段により算出されるＮＯ_X 吸収量が該第１の判定値とは別の第２の判定値を下回ったときにＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチからリーンに切換える。
５番目の発明では４番目の発明において上記第１の判定値は最大ＮＯ_X 吸収量の推定値に対して予め定められた割合の値であり、上記第２の判定値は零である。
【０００８】
６番目の発明では４番目の発明において上記ＮＯ_X 吸収量算出手段により算出されるＮＯ_X 吸収量が第２の判定値を下回っていなくても上記センサの出力値が基準値を超えたときにはＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチからリーンに切換える。
７番目の発明では１番目の発明においてＮＯ_X 吸収剤下流に流出するＮＯ_X の量と、ＮＯ_X 吸収剤の最大ＮＯ_X 吸収量と、ＮＯ_X 吸収剤におけるＮＯ_X 吸収速度との間に成立する関係式を予め求めておき、ＮＯ_X 吸収剤下流に流出するＮＯ_X の量を上記センサの出力に基づいて算出し、斯くして算出されたＮＯ_X 量を上記関係式に代入することにより最大ＮＯ_X 吸収量の推定値と、ＮＯ_X 吸収速度の推定値とを算出する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を筒内噴射式火花点火機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明は圧縮着火式内燃機関に適用することもできる。図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートを夫々示す。図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火栓１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。またピストン３の頂面上には燃料噴射弁１１の下方から点火栓１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。
【００１０】
各気筒の吸気ポート７は夫々対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気ダクト１５およびエアフロメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結される。吸気ダクト１５内にはステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結され、この排気マニホルド１９は酸化触媒または三元触媒２０を内臓した触媒コンバータ２１および排気管２２を介してＮＯ_X 吸収剤２３を内臓したケーシング２４に連結される。排気マニホルド１９とサージタンク１４とは再循環排気ガス（以下、ＥＧＲガスという）導管２６を介して互いに連結され、このＥＧＲガス導管２６内にはＥＧＲガス制御弁２７が配置される。
【００１１】
電子制御ユニット３１はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。エアフロメータ１６は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。排気マニホルド１９には空燃比を検出するための空燃比センサ２８が取付けられ、この空燃比センサ２８の出力信号が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。またＮＯ_X 吸収剤２３を内臓したケーシング２４の出口に接続された排気管２５内には排気ガス中のＮＯ_X 濃度およびアンモニア濃度を共に検出可能なＮＯ_X アンモニアセンサ２９と、空燃比センサ３０とが配置され、これらＮＯ_X アンモニアセンサ２９および空燃比センサ３０の出力信号が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００１２】
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３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２は例えばクランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４２の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して点火栓１０、燃料噴射弁１１、ステップモータ１７およびＥＧＲ制御弁２７に接続される。
【００１３】
次に図２を参照しつつ図１に示したＮＯ_X アンモニアセンサ２９のセンサ部の構造について簡単に説明する。図２を参照するとＮＯ_X アンモニアセンサ２９のセンサ部は互いに積層された６つの酸化ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなり、これら６つの固体電解質層を以下、上から順に第１層Ｌ₁ 、第２層Ｌ₂ 、第３層Ｌ₃ 、第４層Ｌ₄ 、第５層Ｌ₅ 、第６層Ｌ₆ と称する。
【００１４】
図２を参照すると第１層Ｌ₁ と第３層Ｌ₃ との間に例えば多孔質のまたは細孔が形成されている第１の拡散律速部材５０と第２の拡散律速部材５１とが配置されており、これら拡散律速部材５０，５１間には第１室５２が形成され、第２の拡散律速部材５１と第２層Ｌ₂ との間には第２室５３が形成されている。また第３層Ｌ₃ と第５層Ｌ₅ との間には外気に連通している大気室５４が形成されている。一方、第１の拡散律速部材５０の外端面は排気ガスと接触している。したがって排気ガスは第１の拡散律速部材５０を介して第１室５２内に流入し、斯くして第１室５２内は排気ガスで満たされている。
【００１５】
一方、第１室５２に面する第１層Ｌ₁ の内周面上には陰極側第１ポンプ電極５５が形成され、第１層Ｌ₁ の外周面上には陽極側第１ポンプ電極５６が形成されており、これら第１ポンプ電極５５，５６間には第１ポンプ電圧源５７により電圧が印加される。第１ポンプ電極５５，５６間に電圧が印加されると第１室５２内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第１ポンプ電極５５と接触して酸素イオンとなり、この酸素イオンは第１層Ｌ₁ 内を陽極側第１ポンプ電極５６に向けて流れる。したがって第１室５２内の排気ガス中に含まれる酸素は第１層Ｌ₁ 内を移動して外部に汲み出されることになり、このとき外部に汲み出される酸素量は第１ポンプ電圧源５７の電圧が高くなるほど多くなる。
【００１６】
一方、大気室５４に面する第３層Ｌ₃ の内周面上には基準電極５８が形成されている。ところで酸素イオン伝導性固体電解質では固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図２に示した例では大気室５４内の酸素濃度の方が第１室５２内の酸素濃度よりも高いので大気室５４内の酸素は基準電極５８と接触することにより電荷を受け取って酸素イオンとなり、この酸素イオンは第３層Ｌ₃ 、第２層Ｌ₂ および第１層Ｌ₁ 内を移動し、陰極側第１ポンプ電極５５において電荷を放出する。その結果、基準電極５８と陰極側第１ポンプ電極５５との間に符号５９で示した電圧Ｖ₀ が発生する。この電圧Ｖ₀ は大気圧室５４内と第１室５２内との酸素濃度差に比例する。
【００１７】
図２に示した例ではこの電圧Ｖ₀ が第１室５２内の酸素濃度が１p.p.m.のときに生ずる電圧に一致するように第１ポンプ電圧源５７の電圧がフィードバック制御される。すなわち第１室５２内の酸素は第１室５２内の酸素濃度が１p.p.m.となるように第１層Ｌ₁ を通って汲み出され、それによって第１室５２内の酸素濃度が１p.p.m.に維持される。
【００１８】
なお陰極側第１ポンプ電極５５はＮＯ_X に対しては還元性の低い材料、例えば金Ａｕと白金Ｐｔとの合金から形成されており、したがって排気ガス中に含まれるＮＯ_X は第１室５２内ではほとんど還元されない。したがってこのＮＯ_X は第２の拡散律速部材５１を通って第２室５３内に流入する。
一方、第２室５３に面する第１層Ｌ₁ の内周面上には陰極側第２ポンプ電極６０が形成されており、この陰極側第２ポンプ電極６０と陽極側第１ポンプ電極５６との間には第２ポンプ電圧源６１により電圧が印加される。これらポンプ電極６０，５６間に電圧が印加されると第２室５３内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第２ポンプ電極６０と接触して酸素イオンとなり、この酸素イオンは第１層Ｌ₁ 内を陽極側第１ポンプ電極５６に向けて流れる。したがって第２室５３内の排気ガス中に含まれる酸素は第１層Ｌ₁ 内を移動して外部に汲み出されることになり、このとき外部に汲み出される酸素量は第２ポンプ電圧源６１の電圧が高くなるほど多くなる。
【００１９】
一方、前述したように酸素イオン伝導性固体電解質では固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図２に示した例では大気室５４内の酸素濃度の方が第２室５３内の酸素濃度よりも高いので大気室５４内の酸素は基準電極５８と接触することにより電荷を受け取って酸素イオンとなり、この酸素イオンは第３層Ｌ₃ 、第２層Ｌ₂ および第１層Ｌ₁ 内を移動し、陰極側第２ポンプ電極６０において電荷を放出する。その結果、基準電極５８と陰極側第２ポンプ電極６０との間に符号６２で示した電圧Ｖ₁ が発生する。この電圧Ｖ₁ は大気圧室５４内と第２室５３内との酸素濃度差に比例する。
【００２０】
図２に示した例ではこの電圧Ｖ₁ が第２室５３内の酸素濃度が０．０１p.p.m.のときに生ずる電圧に一致するように第２ポンプ電圧源６１の電圧がフィードバック制御される。すなわち第２室５３内の酸素は第２室５３内の酸素濃度が０．０１p.p.m.となるように第１層Ｌ₁ を通って汲み出され、それによって第２室５３内の酸素濃度が０．０１p.p.m.に維持される。
【００２１】
なお陰極側第２ポンプ電極６０もＮＯ_X に対しては還元性の低い材料、例えば金Ａｕと白金Ｐｔとの合金から形成されており、したがって排気ガス中に含まれるＮＯ_X は陰極側第２ポンプ電極６０と接触してもほとんど還元されない。
一方、第２室５３に面する第３層Ｌ₃ の内周面上にはＮＯ_X 検出用の陰極側ポンプ電極６３が形成されている。この陰極側ポンプ電極６３はＮＯ_X に対して強い還元性を有する材料、例えばロジウムＲｈや白金Ｐｔから形成されている。したがって第２室５３内のＮＯ_X 、実際には大部分を占めるＮＯが陰極側ポンプ電極６３上においてＮ₂ とＯ₂ とに分解される。図２に示したようにこの陰極側ポンプ電極６３と基準電極５８との間には一定電圧６４が印加されており、したがって陰極側ポンプ電極６３上において分解生成されたＯ₂ は酸素イオンとなって第３層Ｌ₃ 内を基準電極５８に向けて移動する。このとき陰極側ポンプ電極６３と基準電極５８との間にはこの酸素イオン量に比例した符号６５で示した電流Ｉ₁ が流れる。
【００２２】
前述したように第１室５２内ではＮＯ_X はほとんど還元されず、また第２室５３内には酸素はほとんど存在しない。したがって電流Ｉ₁ は排気ガス中に含まれるＮＯ_X 濃度に比例することになり、斯くして電流Ｉ₁ から排気ガス中のＮＯ_X 濃度を検出できることになる。
一方、排気ガス中に含まれるアンモニアＮＨ₃ は第１室５２内においてＮＯとＨ₂ Ｏとに分解され（４ＮＨ₃ ＋５Ｏ₂ →４ＮＯ＋６Ｈ₂ Ｏ）、この分解されたＮＯは第２の拡散律速部材５１を通って第２室５３内に流入する。このＮＯは陰極側ポンプ電極６３上においてＮ₂ とＯ₂ とに分解され、分解生成されたＯ₂ は酸素イオンとなって第３層Ｌ₃ 内を基準電極５８に向けて移動する。このときにも電流Ｉ₁ は排気ガス中に含まれるＮＨ₃ 濃度に比例し、斯くして電流Ｉ₁ から排気ガス中のＮＨ₃ 濃度を検出できることになる。
【００２３】
図３は電流Ｉ₁ と排気ガス中のＮＯ_X 濃度およびＮＨ₃ 濃度との関係を示している。図３から電流Ｉ₁ は排気ガス中のＮＯ_X 濃度およびＮＨ₃ 濃度に比例していることがわかる。
一方、排気ガス中の酸素濃度が高いほど、すなわち空燃比がリーンであるほど第１室５２から外部に汲み出される酸素量が多くなり、符号６６で示した電流Ｉ₂ が増大する。したがってこの電流Ｉ₂ から排気ガスの空燃比を検出することができる。
【００２４】
なお第５層Ｌ₅ と第６層Ｌ₆ との間にはＮＯ_X アンモニアセンサ２９のセンサ部を加熱するための電気ヒータ６７が配置されており、この電気ヒータ６７によってＮＯ_X アンモニアセンサ２９のセンサ部は７００℃から８００℃に加熱される。
図４はＮＯ_X 吸収剤２３下流の排気管２５内に配置された空燃比センサ３０の出力電圧Ｅ（Ｖ）、すなわち一般的な表現を用いると空燃比検出手段の出力信号レベルを示している。図４からわかるように空燃比センサ３０は排気ガスの空燃比がリッチのときには０．９（Ｖ）程度の出力電圧を発生し、排気ガスの空燃比がリーンのときには０．１（Ｖ）程度の出力電圧を発生する。すなわち図４に示した例ではリッチであることを示す出力信号レベルは０．９（Ｖ）であり、リーンであることを示す出力信号レベルは０．１（Ｖ）である。
【００２５】
一方、前述したようにＮＯ_X アンモニアセンサ２９の電流Ｉ₂ から排気ガスの空燃比を検出することができ、したがって空燃比検出手段としてＮＯ_X アンモニアセンサ２９を用いることもできる。この場合には空燃比センサ３０を設ける必要がない。
次に図５（Ａ）を参照しつつ図１に示した内燃機関の燃料噴射制御について説明する。なお図５（Ａ）において縦軸は機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）を表しており、横軸は機関回転数Ｎを表している。
【００２６】
図５（Ａ）において実線Ｘ₁ よりも低負荷側の運転領域では成層燃焼が行われる。すなわちこのときには図１に示したように圧縮行程末期に燃料噴射弁１１からキャビティ１２内に向けて燃料Ｆが噴射される。この燃料はキャビティ１２の内周面により案内されて点火栓１０周りに混合気を形成し、この混合気が点火栓１０によって着火燃焼せしめられる。このとき燃焼室５内における平均空燃比はリーンとなっている。
【００２７】
一方、図５（Ａ）において実線Ｘ₁ よりも高負荷側の領域では吸気行程中に燃料噴射弁１１から燃料が噴射され、このときには均一混合気燃焼が行われる。なお実線Ｘ₁ と鎖線Ｘ₂ との間ではリーン空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われ、鎖線Ｘ₂ と鎖線Ｘ₃ との間では理論空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われ、鎖線Ｘ₃ よりも高負荷側ではリッチ空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われる。
【００２８】
本発明では空燃比を理論空燃比とするのに必要な基本燃料噴射量ＴＡＵが図５（Ｂ）に示したように機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３４内に記憶されており、基本的にはこの基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算することによって（場合によっては後述するように修正係数Ｋ_S をさらに乗算することによって）最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）が算出される。この補正係数Ｋは図５（Ｃ）に示したように機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３４内に記憶されている。
【００２９】
この補正係数Ｋの値はリーン空燃比のもとで燃焼が行われる図５（Ａ）の鎖線Ｘ₂ よりも低負荷側の運転領域では１．０よりも小さく、リッチ空燃比のもとで燃焼が行われる図５（Ａ）の鎖線Ｘ₃ よりも高負荷側の運転領域では１．０よりも大きくなる。またこの補正係数Ｋは鎖線Ｘ₂ と鎖線Ｘ₃ との間の運転領域では１．０とされ、このとき空燃比は理論空燃比となるように空燃比センサ２８の出力信号に基づいてフィードバック制御される。
【００３０】
機関排気通路内に配置されたＮＯ_X 吸収剤２３は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。この場合、ケーシング２４内に例えばコージライトからなるパティキュレートフィルタを配置し、このパティキュレートフィルタ上にアルミナを担体とするＮＯ_X 吸収剤２３を担持させることもできる。
【００３１】
いずれの場合であっても機関吸気通路、燃焼室５およびＮＯ_X 吸収剤２３上流の排気通路内に供給された燃料（炭化水素）の量に対する空気の量の比をＮＯ_X 吸収剤２３への流入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯ_X 吸収剤２３は流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_X を吸収し、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X の吸放出作用を行う。
【００３２】
このＮＯ_X 吸収剤２３を機関排気通路内に配置すればＮＯ_X 吸収剤２３は実際にＮＯ_X の吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は図６に示したようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００３３】
図１に示した内燃機関では使用頻度の高い大部分の運転状態において空燃比がリーンの状態で燃焼が行われる。このように空燃比がリーンの状態で燃焼が行われている場合には排気ガス中の酸素濃度は高く、このときには図６（Ａ）に示したようにこれら酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^-またはＯ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応し、ＮＯ₂ となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ）。次いで生成されたＮＯ₂ の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら図６（Ａ）に示したように硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯ_X がＮＯ_X 吸収剤２３内に吸収される。流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ₂ が生成され、吸収剤のＮＯ_X 吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂ が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。
【００３４】
一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにされると流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果、白金Ｐｔの表面でのＮＯ₂ の生成量が低下する。ＮＯ₂ の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂ ）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂ の形で吸収剤から放出される。このときＮＯ_X 吸収剤２３から放出されたＮＯ_X は図６（Ｂ）に示したように流入排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂ が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ₂ が放出される。したがって流入排気ガスの空燃比がリッチにされると短時間のうちにＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出され、しかもこの放出されたＮＯ_X が還元されるために大気中にＮＯ_X が排出されることはない。
【００３５】
なおこの場合、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出される。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にした場合にはＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が徐々にしか放出されないためにＮＯ_X 吸収剤２３に吸収されている全ＮＯ_X を放出させるには若干長い時間を要する。ところでＮＯ_X 吸収剤２３のＮＯ_X 吸収能力には限界があり、したがってＮＯ_X 吸収剤２３のＮＯ_X 吸収能力が飽和する前にＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出させる必要がある。ところがＮＯ_X 吸収剤２３はＮＯ_X 吸収能力が十分なうちは排気ガス中に含まれるほとんど全てのＮＯ_X を吸収するがＮＯ_X 吸収能力の限界に近づくと一部のＮＯ_X を吸収しえなくなり、斯くしてＮＯ_X 吸収剤２３がＮＯ_X 吸収能力の限界に近づくとＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ流出するＮＯ_X 量が増大しはじめる。
【００３６】
そこで本発明の第１実施例ではＮＯ_X 吸収剤２３に吸収されているトータルのＮＯ_X 吸収量を推定し、このＮＯ_X 吸収量が最大ＮＯ_X 吸収量に近づいたときにＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにしてＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出させるようにしている。この場合、ＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする方法は種々の方法がある。例えば燃焼室５内における混合気の平均空燃比をリッチにすることにより排気ガスの空燃比をリッチにすることもできるし、膨張行程末期または排気行程中に追加の燃料を噴射することによって排気ガスの空燃比をリッチにすることもできるし、またはＮＯ_X 吸収剤２３上流の排気通路内に追加の燃料を噴射することによって排気ガスの空燃比をリッチにすることもできる。本発明の実施例では１番目の方法、すなわちリッチ空燃比のもとで均一混合気燃焼を行わせることによって排気ガスの空燃比をリッチにするようにしている。
【００３７】
ところで排気ガス中にはＳＯ_X が含まれており、ＮＯ_X 吸収剤２３にはＮＯ_X ばかりでなくＳＯ_X も吸収される。このＮＯ_X 吸収剤２３へのＳＯ_X の吸収メカニズムはＮＯ_X の吸収メカニズムと同じであると考えられる。すなわちＮＯ_X の吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明すると前述したように流入排気ガスの空燃比がリーンのときには酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^-またはＯ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯ₂ は白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応してＳＯ₃ となる。次いで生成されたＳＯ₃ の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ₄ ^2- の形で吸収剤内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ₄ を生成する。
【００３８】
しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ₄ は安定していて分解しづらく、流入排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ₄ は分解されずにそのまま残る。したがってＮＯ_X 吸収剤２３内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ₄ が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯ_X 吸収剤２３が吸収しうるＮＯ_X 量が低下することになる。すなわち時間が経過するにつれてＮＯ_X 吸収剤２３が劣化することになる。
【００３９】
ところがこの場合、ＮＯ_X 吸収剤２３の温度が一定温度、例えば６００℃以上になるとＮＯ_X 吸収剤２３内において硫酸塩ＢａＳＯ₄ が分解し、このときＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯ_X 吸収剤２３からＳＯ_X を放出させることができる。そこで本発明の実施例ではＮＯ_X 吸収剤２３からＳＯ_X を放出すべきときにＮＯ_X 吸収剤２３の温度が高い場合にはＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯ_X 吸収剤２３からＳＯ_X を放出させ、ＳＯ_X を放出すべきときにＮＯ_X 吸収剤２３の温度が低い場合にはＮＯ_X 吸収剤２３の温度を上昇させると共にＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにしている。
【００４０】
次にＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出すべくＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしたときの還元剤の量とＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ流出する排気ガス中のアンモニアＮＨ₃ の濃度との関係について説明する。まず初めに還元剤の量について説明する。ＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にするのに必要な燃料量に対して過剰な燃料はＮＯ_X の放出および還元のために使用されるのでこの過剰な燃料の量がＮＯ_X の放出および還元に使用される還元剤の量に一致する。このことはＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出すべきときに燃焼室５内における混合気の空燃比をリッチにした場合でも、膨張行程末期または排気行程中に追加の燃料を噴射した場合でも、ＮＯ_X 吸収剤２３上流の排気通路内に追加の燃料を噴射した場合でも当てはまる。
【００４１】
次にアンモニアの濃度について説明する。空燃比がリーンのとき、すなわち酸化雰囲気のときにはアンモニアＮＨ₃ はほとんど発生しない。ところが空燃比がリッチになると、すなわち還元雰囲気になると吸入空気中または排気ガス中の窒素Ｎ₂ が酸化触媒または三元触媒２０において炭化水素ＨＣにより還元され、アンモニアＮＨ₃ が生成される。しかしながら空燃比がリッチになるとＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出され、生成されたアンモニアＮＨ₃ はこのＮＯ_X を還元するために使用されるのでＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出されている間、正確には供給された還元剤がＮＯ_X の放出および還元のために使用されている間はＮＯ_X 吸収剤２３から下流へアンモニアＮＨ₃ は流出しない。これに対してＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出が完了した後も空燃比がリッチにされていると、より正確に言うとＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出し還元するために使用されない余剰の還元剤が供給されるとアンモニアＮＨ₃ はもはやＮＯ_X の還元のために消費されることがなくなり、斯くしてこのときにはＮＯ_X 吸収剤２３から下流へアンモニアＮＨ₃ が流出することになる。
【００４２】
このことはＮＯ_X 吸収剤２３の上流に酸化触媒または三元触媒２０が設けられていない場合でも生ずる。すなわちＮＯ_X 吸収剤２３も還元機能を有する白金Ｐｔ等の触媒を具えているので空燃比がリッチになるとＮＯ_X 吸収剤２３においてアンモニアＮＨ₃ が生成される可能性がある。しかしながらたとえアンモニアＮＨ₃ が生成されたとしてもこのアンモニアＮＨ₃ はＮＯ_X 吸収剤２３から放出されたＮＯ_X を還元するために使用されるためにＮＯ_X 吸収剤２３から下流へはアンモニアＮＨ₃ が流出しない。ところがＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出し還元するために使用されない余剰の還元剤が供給されると前述したようにＮＯ_X 吸収剤２３から下流へアンモニアＮＨ₃ が流出することになる。
【００４３】
このようにＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出し還元するために使用されない余剰の還元剤が供給されるとこの余剰の還元剤はアンモニアＮＨ₃ の形でＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ流出し、このとき流出するアンモニア量は余剰の還元剤の量に比例する。したがってこのとき流出するアンモニア量から余剰の還元剤量がわかることになる。このアンモニア量はアンモニア濃度を検出可能なＮＯ_X アンモニアセンサ２９によって検出される。この場合、このアンモニア濃度の積算値は余剰の還元剤量を表していると考えられ、したがってアンモニア濃度の積算値は余剰の還元剤量を表わす代表値であると言える。またこのアンモニア濃度の最大値が余剰の還元剤量を表していると考えることもでき、したがってアンモニア濃度の最大値は余剰の還元剤量を表わす代表値であると言える。
【００４４】
次に図７を参照しつつ還元剤の供給制御の第１実施例について説明する。図７を参照するとΣＮＯＸはＮＯ_X 吸収剤２３に吸収されているトータルのＮＯ_X 量（総ＮＯ_X 吸収量）を示しており、Ｉ₁ はＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流を示している。なお図７においてＮＯ_X およびＮＨ₃ は排気ガス中のＮＯ_X 濃度およびＮＨ₃ 濃度の変化によるＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流の変化を夫々示しており、これら検出電流の双方がＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ に表われる。またＥは空燃比センサ３０の出力電圧を示しており、Ａ／Ｆは燃焼室５内における混合気の平均空燃比を示している。
【００４５】
図７に示したように総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが増大してＮＯ_X 吸収剤２３の吸収能力限界に近づくとＮＯ_X 吸収剤２３から下流へとＮＯ_X が流出しはじめるのでＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ が上昇しはじめる。図７に示した実施例ではＮＯ_X 吸収剤２３の総ＮＯ_X 吸収量を推定し、ＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにした後に再びリッチにするまでのリッチ時間間隔をこの総ＮＯ_X 吸収量の推定値に基づき制御する。すなわちこの第１実施例ではＮＯ_X 吸収剤２３に吸収されているトータルのＮＯ_X 量を推定するための総ＮＯ_X 吸収量推定手段を具備しており、図７に示したように総ＮＯ_X 吸収量推定手段により推定された総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが許容値ＮＯＸmax −αを越えたときに空燃比をリーンからリッチに一時的に切換えるようにしている。ここでＮＯＸmax はＮＯ_X 吸収剤２３に吸収しうる最大ＮＯ_X 吸収量である。なお別の実施例として許容値を最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax の例えば９０％といったように最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax に対して予め定められた割合としてもよい。
【００４６】
空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに切換えられてもリッチ空燃比の排気ガスがＮＯ_X 吸収剤２３に到達するには時間を要するので空燃比Ａ／Ｆがリッチに切換えられた直後はＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ流出するＮＯ_X 量が増大し続ける。次いでリッチ空燃比の排気ガス中に含まれる還元剤によるＮＯ_X の還元作用が開始されるためにＮＯ_X 吸収剤２３から下流へはＮＯ_X が流出しなくなる。したがって空燃比がリーンからリッチに切換えられるとＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ は短時間上昇した後、零まで低下する。一方、空燃比がリーンからリッチに切換えられるとＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出作用が開始され、斯くしてＮＯ_X 吸収剤２３に吸収されているＮＯ_X 量ΣＮＯＸは徐々に減少する。
【００４７】
次に第１実施例における総ＮＯ_X 吸収量の算出方法について説明する。ＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガス（以下、流入排気ガスと称す。）の空燃比がリーンであるときに単位時間当たりにＮＯ_X 吸収剤２３に吸収されるＮＯ_X の量（以下、単位ＮＯ_X 吸収量と称す。）はＮＯ_X 吸収剤２３に最大限に吸収しうるＮＯ_X の量（以下、最大ＮＯ_X 吸収量と称す。）と、ＮＯ_X 吸収剤２３へＮＯ_X が吸収される速度に関する係数（以下、ＮＯ_X 吸収速度）と、流入排気ガス中のＮＯ_X 濃度（以下、流入ＮＯ_X 濃度と称す。）と、ＮＯ_X 吸収剤２３に現在吸収されているトータルのＮＯ_X の量（総ＮＯ_X 吸収量）とに基づいて算出可能である。
【００４８】
そしてこれらパラメータ、すなわち単位ＮＯ_X 吸収量と、最大ＮＯ_X 吸収量と、ＮＯ_X 吸収速度と、流入ＮＯ_X 濃度と、総ＮＯ_X 吸収量との間には或る一定の関係が成り立つ。そこで本実施例ではこれパラメータ間に成り立つ関係式を実験により予め求めておき、所定の時間間隔ごとに当該関係式に最大ＮＯ_X 吸収量と、ＮＯ_X 吸収速度と、流入ＮＯ_X 濃度と、総ＮＯ_X 吸収量とを代入して単位ＮＯ_X 吸収量を算出し、斯くして算出された単位ＮＯ_X 吸収量を積算することにより総ＮＯ_X 吸収量を算出する。なお本実施例において実験により求められる関係式は図８（Ａ）に示した式である。図示した関係式においてＡａｂｃは単位ＮＯ_X 吸収量、ＮＯＸmax は最大ＮＯ_X 吸収量、ＫａｂはＮＯ_X 吸収速度、Ｃnox は流入ＮＯ_X 濃度、ΣＮＯＸは総ＮＯ_X 吸収量である。
【００４９】
ここで最大ＮＯ_X 吸収量とＮＯ_X 吸収速度との初期値としては実験により予め求めた値を用いる。これら最大ＮＯ_X 吸収量およびＮＯ_X 吸収速度はＮＯ_X 吸収剤２３が劣化しない限りにおいては機関運転状態の変化とは関係なくほぼ一定である。しかしながらＮＯ_X 吸収剤２３の使用が開始されるとＮＯ_X 吸収剤２３はＳＯ_X の吸収や排気ガスの熱などにより徐々に劣化し、最大ＮＯ_X 吸収量およびＮＯ_X 吸収速度は変化する。したがって本実施例では後述する方法によりこれら最大ＮＯ_X 吸収量およびＮＯ_X 吸収速度を適宜修正する。一方、流入ＮＯ_X 濃度は機関運転状態の変化に伴って変化し、総ＮＯ_X 吸収量も時間の経過と共に変化するのでこれら流入ＮＯ_X 濃度および総ＮＯ_X 吸収量としては単位ＮＯ_X 吸収量算出時にその都度算出した値を用いる。
【００５０】
また流入ＮＯ_X 濃度Ｃnox は次のようにして算出される。すなわちＮＯ_X 吸収剤２３に単位時間当たりに流入するＮＯ_X の量（以下、単位ＮＯ_X 流入量と称す。）は機関回転数と機関負荷との関数となるので単位ＮＯ_X 流入量ＮＡを図９に示したようにマップの形で機関回転数Ｎと機関負荷Ｑ／Ｎとの関数で予めＲＯＭ３４に記憶しておき、当該マップに基づいて算出される単位ＮＯ_X 流入量ＮＡを単位時間当たりの吸気量にて除算することにより流入ＮＯ_X 濃度を算出することができる。
【００５１】
ところで上述したように最大ＮＯ_X 吸収量はＮＯ_X 吸収剤２３の劣化に伴って徐々に少なくなり、ＮＯ_X 吸収速度は徐々に遅くなる。この場合には最大ＮＯ_X 吸収量およびＮＯ_X 吸収速度をそのまま用いて単位ＮＯ_X 吸収量を算出しても正確な単位ＮＯ_X 吸収量は算出されない。そこで本実施例では以下の方法により最大ＮＯ_X 吸収量とＮＯ_X 吸収速度とを適宜修正し、これにより正確な最大ＮＯ_X 吸収量とＮＯ_X 吸収速度とを獲得する。
【００５２】
すなわちＮＯ_X 吸収剤２３下流にはＮＯ_X 吸収剤２３から流出する排気ガス中のＮＯ_X 濃度（以下、流出ＮＯ_X 濃度と称す。）を検出しうるＮＯ_X アンモニアセンサ２９が配置されているのでこのＮＯ_X アンモニアセンサ２９の出力を用いれば単位時間当たりにＮＯ_X 吸収剤２３から流出するＮＯ_X の量（以下、単位ＮＯ_X 流出量と称す。）Ａｏｕｔｓを算出することができる。ここで上述したように単位ＮＯ_X 流入量ＮＡは図９のマップから算出可能であるので図８（Ｂ）に示した関係式に従って斯くして算出した単位ＮＯ_X 流入量ＮＡから単位ＮＯ_X 流出量Ａｏｕｔｓを差し引けば単位ＮＯ_X 吸収量Ａａｂｓが算出される。なお単位ＮＯ_X 流出量ＡｏｕｔはＮＯ_X アンモニアセンサ２９の出力電流Ｉ₁ に所定の係数Ｋ₁ を掛けて算出される。
【００５３】
斯くして算出した単位ＮＯ_X 吸収量（以下、実測値と称す。）Ａａｂｓと上記関係式に基づいて算出した単位ＮＯ_X 吸収量（以下、理論値と称す。）Ａａｂｃとを比較したときにＮＯ_X 吸収剤２３が劣化していなければこれら実測値Ａａｂｓと理論値Ａａｂｃはほぼ等しくなる。しかしながらＮＯ_X 吸収剤２３が劣化しているときにはこれら実測値Ａａｂｓと理論値Ａａｂｃとは相当にずれている。したがってこの場合には今回、上記関係式を用いて理論値Ａａｂｃを算出する以前に理論値Ａａｂｃを算出したときに用いた単位ＮＯ_X 吸収量、流入ＮＯ_X 濃度、および総ＮＯ_X 吸収量を記憶しておき、これらパラメータと、今回、上記関係式を用いて理論値Ａａｂｃを算出したときに用いた流入ＮＯ_X 濃度、総ＮＯ_X 吸収量、および単位ＮＯ_X 吸収量の実測値をそれぞれ上記関係式に代入して最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax とＮＯ_X 吸収速度Ｋａｂとを改めて算出する。すなわち本実施例では最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax とＮＯ_X 吸収速度ＫａｂとはＮＯ_X アンモニアセンサ２９の出力により修正されることになる。これによればＮＯ_X 吸収剤２３の最大ＮＯ_X 吸収量とＮＯ_X 吸収速度とを正確に把握することができる。本実施例によればこのようにＮＯ_X 吸収剤２３の状態に即して算出される最大ＮＯ_X 吸収量とＮＯ_X 吸収速度とを用いて総ＮＯ_X 吸収量が算出されるので結果として常に総ＮＯ_X 吸収量が正確に把握される。
【００５４】
ところで空燃比がリーンからリッチに切換えられると過剰な燃料、すなわち還元剤はＮＯ_X を還元するために消費されるのでＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ流出する排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となる。この場合、なぜそうなるのかという理由は明確ではないがＮＯ_X 吸収剤２３が劣化していないときにはＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ流出する排気ガスの空燃比はわずかばかりリーンとなり、ＮＯ_X 吸収剤２３が劣化するとＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ流出する排気ガスの空燃比はわずかばかりリッチとなる傾向がある。しかしながらいずれの場合でもＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出作用が完了する頃になるとＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ流出する排気ガスの空燃比は小さくなる。
【００５５】
図７は空燃比がリーンからリッチに切換えられたときにＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ流出する排気ガスの空燃比がわずかばかりリーンとなっている場合を示しており、ＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出作用が完了する頃になると、すなわち総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが零に近づくと空燃比センサ３０の出力電圧Ｅがリッチであることを示す出力信号レベルに向けて変化し、すなわち上昇することがわかる。この出力信号レベルＥの変化は応答性がよく、したがってこの出力信号レベルＥの変化に基づいて空燃比をリッチからリーンに切換えればＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出作用が完了したときに空燃比をリッチからリーンに切換えることができる。
【００５６】
そこで図７に示した実施例では空燃比センサ３０の出力電圧Ｅに対して基準電圧Ｅ_S を設定しておき、すなわち一般的な表現を用いると空燃比検出手段の出力信号レベルＥに対して基準レベルＥ_S を設定しておき、出力信号レベルＥが基準レベルＥ_S を越えたときに空燃比をリッチからリーンに切換えるようにしている。
【００５７】
ところで空燃比センサ３０の出力電圧ＥはＮＯ_X の放出作用の完了に対して応答性よく変化するが空燃比センサ３０やＮＯ_X 吸収剤２３の性能のばらつき、或いは経時変化によって出力電圧Ｅは変化のしかたがいろいろと変わる。したがって基準レベルＥ_S を一定値に固定しておくとＮＯ_X の放出完了時に空燃比をリッチからリーンに切換えられなく場合が生じてくる。
【００５８】
一方、空燃比がリーンからリッチに切換えられたときにＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出し還元するために使用されない余剰の還元剤が供給されたとするとこのときにはＮＯ_X 吸収剤２３から下流へアンモニアＮＨ₃ が流出するので図７に示したようにＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ が上昇する。この場合、図７においてハッチングで示される検出電流Ｉ₁ の積算値ΣＩおよび検出電流Ｉ₁ の最大値Ｉmax は余剰の還元剤量を表している。
【００５９】
このＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ はＮＯ_X の放出完了に対して応答遅れがあるが余剰の還元剤量は検出電流Ｉ₁ から正確に求まる。そこで本発明ではＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ の変化に基づいて、すなわちアンモニア濃度の変化に基づいてＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出が完了したときに排気ガスの空燃比がリッチからリーンに切換えられるように基準レベルＥ_S を変化させるようにしている。
【００６０】
具体的に言うと検出電流Ｉ₁ の積算値ΣＩ、或いは検出電流Ｉ₁ の最大値Ｉmax に対して小さな値の目標値を予め設定しておき、ΣＩまたはＩmax が目標値よりも大きくなったとき、すなわち余剰の還元剤量が多いときにはリッチからリーンへの空燃比の切換時期を早めて余剰の還元剤量が少くなくなるように基準レベルＥ_S を低下させ、すなわち基準レベルＥ_S をリーンであることを示す出力信号レベル側へ変化させ、ΣＩまたはＩmax が目標値よりも小さくなったとき、すなわち余剰の還元剤量が零または零に近いときにはリッチからリーンへの空燃比の切換時期を遅らせて余剰の還元剤量が多くなくなるように基準レベルＥ_S を上昇させ、すなわち基準レベルＥ_S をリッチであることを示す出力信号レベル側へ変化させるようにしている。
【００６１】
ところでＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられたときにはＮＯ_X 吸収剤２３に吸収されているＮＯ_X が排気ガス中の還元剤（すなわち炭化水素）によって放出・還元される。したがって総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸを徐々に減少すべきである。そこで次に本実施例においてＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときの総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸの算出方法について説明する。
【００６２】
ＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに単位時間当たりにＮＯ_X 吸収剤２３から放出・還元されるＮＯ_X の量（以下、単位ＮＯ_X 還元量と称す。）はＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出・還元される速度に関する係数（以下、ＮＯ_X 還元速度と称す。）と、流入排気ガス中の還元剤濃度（以下、流入還元剤濃度と称す。）と、ＮＯ_X 吸収剤２３に現在吸収されているトータルのＮＯ_X の量（総ＮＯ_X 吸収量）とに基づいて算出可能である。
【００６３】
そしてこれらパラメータ、すなわち単位ＮＯ_X 還元量と、ＮＯ_X 還元速度と、流入還元剤濃度と、総ＮＯ_X 吸収量との間には或る一定の関係が成り立つ。そこで本実施例ではこれらパラメータ間に成り立つ関係式を実験式により予め求めておき、所定の時間間隔ごとに当該関係式にＮＯ_X 還元速度と、流入還元剤濃度と、総ＮＯ_X 吸収量とを代入して単位ＮＯ_X 還元量を算出し、斯くして算出された単位ＮＯ_X 還元量をその時の総ＮＯ_X 吸収量から減算することにより総ＮＯ_X 吸収量を算出する。なお本実施例において実験により求められる関係式は図８（Ｄ）に示した式である。図示した関係式においてＡｒｅは単位ＮＯ_X 還元量、ＫｒｅはＮＯ_X 還元速度、Ｃｈｃは流入還元剤濃度、ΣＮＯＸは総ＮＯ_X 吸収量である。
【００６４】
ここでＮＯ_X 還元速度の初期値としては実験により予め求めた値を用いる。このＮＯ_X 還元速度はＮＯ_X 吸収剤２３が劣化しない限りにおいては機関運転状態の変化とは関係なくほぼ一定である。しかしながらＮＯ_X 吸収剤２３の使用が開始されるとＮＯ_X 吸収剤２３はＳＯ_X の吸収や排気ガスの熱などにより徐々に劣化し、ＮＯ_X 還元速度は変化する。したがって本実施例では後述する方法によりこのＮＯ_X 還元速度を適宜修正する。一方、流入還元剤濃度は機関運転状態、具体的には燃焼室５内に導入せしめられる空気の量と燃料噴射弁１０から噴射される燃料の量との変化に伴って変化し、総ＮＯ_X 吸収量も時間の経過と共に変化するのでこれら流入還元剤濃度および総ＮＯ_X 吸収量としては単位ＮＯ_X 還元量算出時にその都度算出した値を用いる。
【００６５】
ところで上述したようにＮＯ_X 還元速度ＫｒｅはＮＯ_X 吸収剤２３の劣化に伴って徐々に遅くなる。この場合にはＮＯ_X 還元速度Ｋｒｅをそのまま用いて単位ＮＯ_X 還元量Ａｒｅを算出しても正確な単位ＮＯ_X 還元量は算出されない。そこで本実施例では以下の方法によりＮＯ_X 還元速度Ｋｒｅを適宜修正し、これにより正確なＮＯ_X 還元速度を獲得する。
【００６６】
すなわちＮＯ_X 吸収剤２３下流にはＮＯ_X 吸収剤２３から流出する排気ガス中のアンモニア濃度（以下、流出アンモニア濃度と称す。）を検出しうるＮＯ_X アンモニアセンサ２９が配置されているのでこのＮＯ_X アンモニアセンサ２９の出力を用いればＮＯ_X 吸収剤２３におけるＮＯ_X の放出・還元が完了したことを知ることができる。ここで流入排気ガスの空燃比がリッチである間に総ＮＯ_X 吸収量を算出するために用いられるＮＯ_X 還元速度が真の値であればＮＯ_X アンモニアセンサ２９がＮＯ_X 吸収剤２３におけるＮＯ_X の放出・還元が完了したことを検出する前においては総ＮＯ_X 吸収量は零とはならず、少なくとも或る一定の値よりも多く、一方、ＮＯ_X アンモニアセンサ２９がＮＯ_X 吸収剤２３におけるＮＯ_X の放出・還元が完了したことを検出したときにおいては総ＮＯ_X 吸収量は零となるか、或いは少なくとも或る一定の値よりも少なくなるはずである。
【００６７】
言い換えればＮＯ_X アンモニアセンサ２９がＮＯ_X 吸収剤におけるＮＯ_X 放出・還元が完了したことを検出する前において総ＮＯ_X 吸収量が零となるか、或いは或る一定の値よりも少なくなったときには総ＮＯ_X 吸収量を算出するために用いたＮＯ_X 還元速度が速すぎたと判断することができるので本実施例ではこの場合には現在使用しているＮＯ_X 還元速度を所定値だけ遅くする。ここでの所定値は一定値でもよいし、或いは総ＮＯ_X 吸収量が零となったとき、或いは或る一定の値よりも少なくなったときからＮＯ_X アンモニアセンサ２９によりＮＯ_X 吸収剤２３におけるＮＯ_X の放出・還元が完了したことが検出されるまでの時間に基づいて当該時間が長いほど大きくなる値でもよい。
【００６８】
一方、ＮＯ_X アンモニアセンサ２９がＮＯ_X 吸収剤２３におけるＮＯ_X の放出・還元が完了したことを検出したときに総ＮＯ_X 吸収量が零となっていないか、或いは依然として或る一定の値よりも多いときには総ＮＯ_X 吸収量を算出するために用いたＮＯ_X 還元速度が遅すぎたと判断することができるので本実施例ではこの場合には現在使用しているＮＯ_X 還元速度を所定値だけ速くする。ここでの所定値は一定値でもよいし、或いはＮＯ_X アンモニアセンサ２９によりＮＯ_X 吸収剤２３におけるＮＯ_X の放出・還元が完了したことが検出されたときにおける総ＮＯ_X 吸収量に基づいて当該総ＮＯ_X 吸収量が多いほど大きくなる値でもよい。このように本実施例ではＮＯ_X 還元速度はＮＯ_X アンモニアセンサ２９の出力により修正されることになる。これによればＮＯ_X 還元速度を正確に把握することができる。本実施例によればこのようにＮＯ_X 吸収剤２３の状態に即して算出されるＮＯ_X 還元速度を用いて総ＮＯ_X 吸収量が算出されるので結果として常に総ＮＯ_X 吸収量が正確に把握される。
【００６９】
図１０は第１実施例を実行するためのルーチンを示している。図１０を参照するとまず初めにステップ１００において図５（Ｂ）に示したマップから基本燃料噴射量ＴＡＵが算出される。次いでステップ１０１ではＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出すべきことを示すＮＯ_X 放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_X 放出フラグがセットされていないときにはステップ１０２に進んで後述する図１１および図１２のルーチンにより算出される総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax よりも値αだけ少ない値を越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ≦ＮＯＸmax −αのとき、すなわちＮＯ_X 吸収剤２３のＮＯ_X 吸収能力に未だ余裕があるときにはステップ１０４にジャンプする。ステップ１０４では図５（Ｃ）に示したマップから補正係数Ｋが算出される。次いでステップ１０５では基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。次いでステップ１０６ではＮＯ_X 吸収剤２３からのＳＯ_X を放出するためのＳＯ_X 放出処理を行うべきか否かが判断される。ＳＯ_X 放出処理を行う必要のないときには処理サイクルを完了する。
【００７０】
一方、ステップ１０２においてΣＮＯＸ＞ＮＯＸmax −αになったと判断されたときにはステップ１０３に進んでＮＯ_X 放出フラグがセットされ、次いでステップ１０３ａに進んでＮＨ₃ 検出フラグがセットされる。次いでステップ１０４に進む。
ＮＯ_X 放出フラグがセットされると次の処理サイクルではステップ１０１からステップ１０８に進んでリッチ補正係数Ｋ_R が算出される。次いでステップ１０９では基本燃料噴射量ＴＡＵにリッチ補正係数Ｋ_R とリッチ修正係数Ｋ_S とを乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ_R ・ＴＡＵ・Ｋ_S ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。なおリッチ修正係数Ｋ_S は図１１および図１２のルーチンにおいてＮＯ_X 還元速度を修正するのに伴って算出される係数である。ステップ１０９によればリーン空燃比のもとでの成層燃焼またはリーン空燃比のもとでの均一混合気燃焼からリッチ空燃比のもとでの均一混合気燃焼に切換えられ、それによってＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出作用が開始される。
【００７１】
次いでステップ１１０では空燃比センサ３０の出力電圧Ｅが基準電圧Ｅ_S を越えたか否かが判別される。Ｅ≦Ｅ_S のときにはステップ１０６に進む。これに対してＥ＞Ｅ_S になるとステップ１１１に進んでＮＯ_X 放出フラグがリセットされる。ＮＯ_X 放出フラグがリセットされると空燃比がリッチからリーンに切換えられる。一方、ステップ１０６においてＳＯ_X 放出処理を行うべきであると判断されるとステップ１０７に進んでＮＯ_X 吸収剤２３からＳＯ_X を放出させる処理が行われる。すなわちＮＯ_X 吸収剤２３の温度をほぼ６００℃以上に維持しつつ空燃比がリッチとされる。
【００７２】
図１１および図１２は本実施例の総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸを算出するためのルーチンを示している。図１１において初めにステップ２００においてＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるか否かが判別される。ステップ２００において流入排気ガスの空燃比がリーンであると判別されるとステップ２０１において機関回転数Ｎと機関負荷Ｌと吸入空気量Ｑとが算出され、次いでステップ２０２において図９に示したマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づいてＮＯ_X 吸収剤２３に流入するＮＯ_X の量ＮＡが算出される。次いでステップ２０３においてＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガス中のＮＯ_X 濃度Ｃnox が算出され、次いでステップ２０４において図８（Ａ）に示した関係式から単位時間当たりにＮＯ_X 吸収剤２３に吸収されるＮＯ_X の量（単位ＮＯ_X 吸収量）の理論値Ａａｂｃが算出される。次いでステップ２０５において図８（Ｂ）および図８（Ｃ）の関係式から単位ＮＯ_X 吸収量の実測値Ａａｂｓが算出される。
【００７３】
次いでステップ２０７において理論値Ａａｂｃと実測値Ａａｂｓとの間のずれが所定値βの範囲にあるか否かが判別される。ステップ２０７においてＡａｂｓ−β＜Ａａｂｃ＜Ａａｂｓ＋βであると判別されたときには図８（Ａ）に示した関係式にて用いられた最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax およびＮＯ_X 吸収速度Ｋａｂの値が真の値であると判断し、ステップ２０８において単位ＮＯ_X 吸収量Ａａｂとしてその理論値Ａａｂｃを採用し、ステップ２０９においてこの単位ＮＯ_X 吸収量Ａａｂが現在の総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸに加算され、新たな総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが算出され、次いでステップ２０９ａにおいて今回のルーチン実行時における最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax と、流入排気ガス中のＮＯ_X 濃度Ｃnox と、単位ＮＯ_X 吸収量Ａａｂとが保存される。
【００７４】
一方、ステップ２０７においてＡａｂｓ−β≧ＡａｂｃまたはＡａｂｃ≧Ａａｂｓ＋βであると判別されたときには図８（Ａ）に示した関係式にて用いられた最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax またはＮＯ_X 吸収速度Ｋａｂの値が真の値ではないと判断し、ステップ２１１において単位ＮＯ_X 吸収量Ａａｂとしてその実測値Ａａｂｓを採用し、次いでステップ２１２において今回のルーチン以前にステップ２０９ａにおいて保存された単位ＮＯ_X 吸収量Ａａｂと、流入排気ガス中のＮＯ_X 濃度Ｃnox と、総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸとを図８（Ａ）に示した関係式に代入して１つの方程式を獲得し、さらに今回のルーチン実行時における単位ＮＯ_X 吸収量Ａａｂと、流入排気ガス中のＮＯ_X 濃度Ｃnox と、総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸとを同様に図８（Ａ）に示した関係式に代入して別の１つの方程式を獲得し、これら２つの方程式から求められる２つの値ＮＯＸmax ，Ｋａｂをそれぞれ新たな最大ＮＯ_X 吸収量およびＮＯ_X 吸収速度とすることでこれらパラメータを修正し、ステップ２０９に進む。
【００７５】
ところでステップ２００において流入排気ガスの空燃比がリッチであると判別されると図１２のステップ２１３において機関回転数Ｎと機関負荷Ｌと吸入空気量Ｑとが算出され、次いでステップ２１４において機関回転数Ｎと機関負荷Ｌと吸入空気量Ｑとに基づいてＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガス中の還元剤、すなわち炭化水素の濃度Ｃｈｃが算出される。すなわち燃料噴射弁１０から噴射される燃料の量は機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づいて決定され、斯くして決定される燃料噴射量のうち燃焼室５内にて燃焼しない燃料量を吸入空気量Ｑで割れば流入排気ガス中の還元剤濃度が算出されるので結局のところ機関回転数Ｎと、機関負荷Ｌと、吸入空気量Ｑとに基づいて流入排気ガス中の還元剤濃度Ｃｈｃを算出することができる。
【００７６】
次いでステップ２１５において図８（Ｄ）に示した関係式から単位ＮＯ_X 還元量Ａｒｅが算出され、次いでステップ２１６において現在の総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸから単位ＮＯ_X 還元量Ａｒｅが差し引かれて新たに総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが算出され、ステップ２１７に進む。
ステップ２１７ではＮＯ_X アンモニアセンサ２９の出力電流Ｉ₁ が基準値Ｉｔを越えたか否かが判別される。ステップ２１７においてＩ₁ ＞Ｉｔであるときにはステップ２１８に進んでＮＯ_X 放出フラグがリセットされる。ここで図１０のステップ１１１においてＮＯ_X 放出フラグがリセットされていなければステップ２１８においてＮＯ_X 放出フラグがリセットされることによりＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチからリーンとされ、したがってＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出・還元が図１０のフローチャートによるのではなく強制的に終了せしめられる。
【００７７】
次いでステップ２１９において総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが判定値Ａよりも多いか否かが判別される。ステップ２１９においてΣＮＯＸ≦Ａであれば図８（Ｄ）の関係式にて用いられたＮＯ_X 還元速度Ｋｒｅの値が真の値であると判断し、現在使用しているＮＯ_X 還元速度を修正することなくそのままルーチンを終了する。一方、ステップ２１９においてΣＮＯＸ＞Ａであると判別されたときにはステップ２２０に進んで図８（Ｄ）の関係式にて用いられるＮＯ_X 還元速度Ｋｒｅが所定の値だけ速くせしめられ、次いでステップ２２１において流入排気ガスの空燃比をリッチとするときに図１０のステップ１０９において使用されるリッチ修正係数Ｋ_S がリッチ度合が大きくなるように修正される。
【００７８】
一方、ステップ２１７においてＩ₁ ≦Ｉｔであると判別されたときにはステップ２２２において総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが判定値Ａよりも少ないか否かが判別される。ステップ２２２においてΣＮＯＸ≧Ａであると判別されたときには図８（Ｄ）の関係式にて用いられたＮＯ_X 還元速度Ｋｒｅの値が真の値であると判断し、現在使用しているＮＯ_X 還元速度を修正することなくそのままルーチンを終了する。一方、ステップ２２２においてΣＮＯＸ＜Ａであると判別されたときにはステップ２２３に進んで図８（Ｄ）の関係式にて用いられるＮＯ_X 還元速度Ｋｒｅが所定の値だけ遅くせしめられ、次いでステップ２２４において流入排気ガスの空燃比をリッチとするときに図１０のステップ１０９において使用されるリッチ修正係数Ｋ_S がリッチ度合が小さくなるように修正される。
【００７９】
図１３は目標レベルＥ_S を算出するためのルーチンを示している。図１３を参照するとまず初めにステップ３００においてＮＨ₃ 検出フラグがセットされているか否かが判別される。このＮＨ₃ 検出フラグは図１０のステップ１０２においてΣＮＯＸ＞ＮＯＸmax −αとなったときにセットされる。ＮＨ₃ 検出フラグがセットされているときにはステップ３０１に進んでＮＨ₃ 検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ₁ を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ₁ は空燃比がリーンからリッチにされた後にＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ が零まで低下し終わるまでの時間である。ｔ＞ｔ₁ になるとステップ３０２に進んでＮＨ₃ 検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ₂ を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ₂ はＮＯ_X 吸収剤２３から下流へアンモニアが流出したときにどのようなアンモニア量であってもＮＯ_X アンモニアセンサ２９がアンモニア濃度を検出しうるのに十分な時間である。ｔ≦ｔ₂ のときにはステップ３０３に進む。
【００８０】
ステップ３０３ではＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ が算出される。次いでステップ３０４ではこの検出電流Ｉ₁ をΣＩに加算することによって検出電流の積算値ΣＩが算出される。次いでステップ３０２においてｔ＞ｔ₂ になったと判別されたときにはステップ３０５に進んで検出電流の積算値ΣＩが目標値Ｓr よりも大きいか否かが判別される。ΣＩ＞Ｓr のときにはステップ３０６に進んで目標レベルＥ_S が予め定められた設定値ａだけ減少せしめられ、次いでステップ３０８に進む。これに対してΣＩ≦Ｓr のときにはステップ３０７に進んで目標レベルＥ_S が予め定められた設定値ａだけ増大せしめられ、次いでステップ３０８に進む。ステップ３０８ではΣＩがクリアされ、ＮＨ₃ 検出フラグがリセットされる。
【００８１】
図１４は目標レベルＥ_S を算出するためのルーチンの別の例を示している。図１４を参照するとまず初めにステップ４００においてＮＨ₃ 検出フラグがセットされているか否かが判別される。このＮＨ₃ 検出フラグは図１０のステップ１０２においてΣＮＯＸ＞ＮＯＸmax −αとなったときにセットされる。ＮＨ₃ 検出フラグがセットされているときにはステップ４０１に進んでＮＨ₃ 検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ₁ を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ₁ は前述したように空燃比がリーンからリッチにされた後にＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ が零まで低下し終わるまでの時間である。ｔ＞ｔ₁ になるとステップ４０２に進んでＮＨ₃ 検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ₂ を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ₂ は前述したようにＮＯ_X 吸収剤２３から下流へアンモニアが流出したときにどのようなアンモニア量であってもＮＯ_X アンモニアセンサ２９がアンモニア濃度を検出しうるのに十分な時間である。ｔ≦ｔ₂ のときにはステップ４０３に進む。
【００８２】
ステップ４０３では検出電流Ｉ₁ がＩmax よりも大きいか否かが判別される。Ｉ₁ ＞Ｉmax のときにはステップ４０４に進んでＩ₁ が検出電流の最大値Ｉmax とされる。次いでステップ４０２においてｔ＞ｔ₂ になったと判別されたときにはステップ４０５に進んで検出電流の最大値Ｉmax が目標値Ｉmaxrよりも大きいか否かが判別される。Ｉmax ＞Ｉmaxrのときにはステップ４０６に進んで目標レベルＥ_S が予め定められた設定値ａだけ減少せしめられ、次いでステップ４０８に進む。これに対してＩmax ≦Ｉmaxrのときにはステップ４０７に進んで目標レベルＥ_S が予め定められた設定値ａだけ増大せしめられ、次いでステップ４０８に進む。ステップ４０８ではＩmax がクリアされ、ＮＨ₃ 検出フラグがリセットされる。
【００８３】
なお上述した実施例では最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax ，ＮＯ_X 吸収速度Ｋａｂ，ＮＯ_X 還元速度Ｋｒｅといったパラメータの初期値として未使用状態のＮＯ_X 吸収剤における値を採用し、使用が開始されてから修正を重ねるようにしているがＮＯＸmax ，Ｋａｂ，ＫｒｅはＮＯ_X 吸収剤２３の温度によっても変化するので上述した実施例においてＮＯ_X 吸収剤の温度を加味するようにしてもよい。具体的には例えばＮＯ_X 吸収剤２３の温度に応じて定まる各パラメータの初期値を予め求めてＲＯＭ３４に記憶しておき、上述した各パラメータに対する修正に関しては各パラメータに対する修正係数を算出し、単位ＮＯ_X 吸収量Ａａｂまたは単位ＮＯ_X 還元量Ａｒｅを算出するときにＮＯ_X 吸収剤２３の温度により算出される各パラメータの初期値をこの修正係数により修正し、斯くして修正したパラメータを図８（Ａ）または図（Ｄ）に示した関係式において使用するようにすればよい。
【００８４】
また上述した実施例ではＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガス中のＮＯ_X 濃度Ｃnox を機関回転数Ｎと、機関負荷Ｌと、吸入空気量Ｑとから算出するようにしているがＮＯ_X 吸収剤２３上流側にＮＯ_X アンモニアセンサを配置し、このＮＯ_X アンモニアセンサによりＮＯ_X 濃度Ｃnox を直接検出するようにしてもよい。またＮＯ_X 吸収剤２３のＮＯ_X 還元能力が不十分である場合にはＮＯ_X アンモニアセンサ２９下流にＮＯ_X 還元能力が高い触媒を配置するようにしてもよい。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によればＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の量を算出するために用いられる最大ＮＯ_X 吸収量と、ＮＯ_X 吸収速度とがＮＯ_X 濃度を検出しうるセンサの出力に基づいて修正される。このようにＮＯ_X 濃度の実測値を用いて修正された最大ＮＯ_X 吸収量とＮＯ_X 吸収速度とに基づいてＮＯ_X 吸収量が算出されることから本発明によればＮＯ_X 吸収量が正確に把握される。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯ_X アンモニアセンサのセンサ部の構造を示す図である。
【図３】ＮＯ_X アンモニアセンサによる検出電流を示す図である。
【図４】空燃比センサの出力電圧を示す図である。
【図５】基本燃料噴射量、補正係数等を示す図である。
【図６】ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸放出作用を説明するための図である。
【図７】空燃比センサの出力電圧、ＮＯ_X アンモニアセンサの検出電流等を示すタイムチャートである。
【図８】単位ＮＯ_X 吸収量等を算出するための関係式を示す図である。
【図９】ＮＯ_X 流入量のマップを示す図である。
【図１０】機関運転を制御するためのフローチャートである。
【図１１】総ＮＯ_X 吸収量を算出するためのフローチャートである。
【図１２】総ＮＯ_X 吸収量を算出するためのフローチャートである。
【図１３】目標レベルＥ_S を算出するためのフローチャートである。
【図１４】目標レベルＥ_S を算出するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１１…燃料噴射弁
２３…ＮＯ_X 吸収剤
２９…ＮＯ_X アンモニアセンサ
３０…空燃比センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Nitrogen oxides (NO) in exhaust gas discharged from the combustion chamber of an internal combustion engine_X NO to purify)_X An exhaust purification device in which a purification catalyst is disposed in an engine exhaust passage is known. NO_X As a purification catalyst, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, NO_X NO is absorbed when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich_X NO is released and reduced by the reducing agent contained in the exhaust gas_X Absorbents are known. NO like this_X NO that can be absorbed in the absorbent_X Amount, ie maximum NO_X There is a limit to the amount of absorption. And NO_X NO absorbed by the absorbent_X Amount of this maximum NO_X NO over absorption_X The absorbent is no longer NO_X Cannot be absorbed, so NO_X NO downstream of absorbent_X Leaks. So NO_X NO absorbed by the absorbent_X The maximum amount of NO_X NO before exceeding absorption_X Switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent from lean to rich and NO_X NO from absorbent_X Needs to be released and reduced.
[0003]
NO here_X NO from absorbent_X NO to release and reduce at the right time_X NO absorbed by the absorbent_X Know the amount of this NO_X The maximum amount of NO_X It is necessary to determine whether or not the absorption amount is exceeded. NO like this_X NO absorbed by the absorbent_X Japanese Patent Laid-Open No. 8-296472 discloses a method for grasping the amount of the above. In this publication, NO_X NO in the catalyst_X NO is adsorbed under specified conditions while_X NO adsorbed on the catalyst_X Amount (ie NO_X Adsorption rate) and NO_X Maximum NO that can be adsorbed to the catalyst to the maximum_X NO within a predetermined period based on the formula using the adsorption amount as part of the parameters_X NO adsorbed on the catalyst_X The amount of adsorption is calculated and this NO_X Total NO._X Calculate the adsorption amount, while NO_X NO from catalyst_X NO is released under specified conditions while_X NO released from the catalyst_X Amount (ie NO_X Release rate) and maximum NO_X NO within a predetermined period based on the formula using the adsorption amount as part of the parameters_X NO released from the catalyst_X Calculate the amount released, this NO_X Release NO to total NO_X NO currently adsorbed by subtracting from the adsorption amount_X The amount of is calculated.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, maximum NO_X Adsorption amount, NO_X Adsorption rate, NO_X Release rate is NO_X It varies depending on the state change (for example, deterioration) of the catalyst. However, in the above publication, NO_X Regardless of the state of the catalyst, a constant value is the maximum NO_X Adsorption amount, NO_X Adsorption rate, NO_X Used as a release rate. Therefore, in the method described in the above publication, NO_X Total NO adsorbed on the catalyst_X It is not possible to accurately grasp the amount. Therefore, the object of the present invention is NO_X NO absorbed by the absorbent_X It is to accurately grasp the amount.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, in the first invention, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean, NO_X NO is absorbed when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich_X NO is released and reduced by the reducing agent contained in the exhaust gas_X An absorbent is placed in the engine exhaust passage and the NO_X NO in exhaust gas in engine exhaust passage downstream of absorbent_X In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which a sensor capable of detecting concentration is arranged, NO_X Maximum NO estimated to be absorbed by the absorbent_X Estimated absorption and NO_X NO when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent is lean_X NO estimated to be achieved with absorbent_X Correction means for correcting the estimated value of the absorption rate using the output of the sensor, and the maximum NO._X Estimated absorption and NO_X NO using the estimated absorption rate_X NO absorbed by the absorbent_X NO to calculate the amount of_X Absorption amount calculating means. According to this NO_X NO absorbed by the absorbent_X Maximum NO used to calculate the amount of_X Absorption amount and NO_X Absorption rate is NO_X Correction is made based on the output of the sensor capable of detecting the concentration.
[0006]
In the second invention, the above-mentioned NO in the first invention._X NO calculated by absorption amount calculation means_X NO when the amount of absorption exceeds the judgment value_X The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent is switched from lean to rich.
In the third invention, the sensor in the second invention can detect the ammonia concentration in the exhaust gas, and the correction means is NO._X NO when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent is rich_X NO estimated to be achieved with absorbent_X The estimated value of the reduction rate is corrected using the output of the sensor, and the NO_X Absorption amount calculation means is maximum NO_X Estimated absorption and NO_X Estimated absorption rate and NO_X NO using the estimated reduction rate_X NO absorbed by the absorbent_X Calculate the amount of
[0007]
In the fourth aspect of the present invention, when the determination value is the first determination value in the third aspect, the above NO._X NO calculated by absorption amount calculation means_X When the amount of absorption falls below a second determination value different from the first determination value, NO_X The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent is switched from rich to lean.
In the fifth invention, in the fourth invention, the first determination value is a maximum NO._X The value is a predetermined ratio with respect to the estimated value of the absorption amount, and the second determination value is zero.
[0008]
In the sixth invention, the above-mentioned NO in the fourth invention._X NO calculated by absorption amount calculation means_X If the output value of the sensor exceeds the reference value even if the amount of absorption is not below the second determination value, NO_X The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent is switched from rich to lean.
The seventh invention is NO in the first invention._X NO flowing out downstream of absorbent_X Amount and NO_X Maximum NO of absorbent_X Absorption amount and NO_X NO in absorbent_X The relational expression established between the absorption rate and the NO_X NO flowing out downstream of absorbent_X Is calculated based on the output of the sensor, and thus the calculated NO_X Maximum NO by substituting the amount into the above relation_X Estimated absorption and NO_X Calculate the estimated absorption rate.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a direct injection spark ignition engine. However, the present invention can also be applied to a compression ignition type internal combustion engine. Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a piston that reciprocates in the cylinder block 2, 4 is a cylinder head fixed on the cylinder block 2, and 5 is a piston 3 and a cylinder head 4. A combustion chamber formed therebetween, 6 is an intake valve, 7 is an intake port, 8 is an exhaust valve, and 9 is an exhaust port. As shown in FIG. 1, a spark plug 10 is arranged at the center of the inner wall surface of the cylinder head 4, and a fuel injection valve 11 is arranged around the inner wall surface of the cylinder head 4. A cavity 12 extending from the lower side of the fuel injection valve 11 to the lower side of the spark plug 10 is formed on the top surface of the piston 3.
[0010]
The intake port 7 of each cylinder is connected to a surge tank 14 via a corresponding intake branch pipe 13, and the surge tank 14 is connected to an air cleaner (not shown) via an intake duct 15 and an air flow meter 16. A throttle valve 18 driven by a step motor 17 is disposed in the intake duct 15. On the other hand, the exhaust port 9 of each cylinder is connected to an exhaust manifold 19, and this exhaust manifold 19 is NO through a catalytic converter 21 containing an oxidation catalyst or a three-way catalyst 20 and an exhaust pipe 22._X It is connected to a casing 24 containing an absorbent 23. The exhaust manifold 19 and the surge tank 14 are connected to each other via a recirculated exhaust gas (hereinafter referred to as EGR gas) conduit 26, and an EGR gas control valve 27 is disposed in the EGR gas conduit 26.
[0011]
The electronic control unit 31 is composed of a digital computer and includes a RAM (random access memory) 33, a ROM (read only memory) 34, a CPU (microprocessor) 35, an input port 36 and An output port 37 is provided. The air flow meter 16 generates an output voltage proportional to the amount of intake air, and this output voltage is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. An air-fuel ratio sensor 28 for detecting the air-fuel ratio is attached to the exhaust manifold 19, and an output signal of the air-fuel ratio sensor 28 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. NO_X The exhaust pipe 25 connected to the outlet of the casing 24 containing the absorbent 23 contains NO in the exhaust gas._X NO that can detect both concentration and ammonia concentration_X An ammonia sensor 29 and an air-fuel ratio sensor 30 are arranged._X Output signals of the ammonia sensor 29 and the air-fuel ratio sensor 30 are input to the input port 36 via corresponding AD converters 38.
[0012]
A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. . For example, the crank angle sensor 42 generates an output pulse every time the crankshaft rotates 30 degrees, and the output pulse is input to the input port 36. The CPU 35 calculates the engine speed from the output pulse of the crank angle sensor 42. On the other hand, the output port 37 is connected to the spark plug 10, the fuel injection valve 11, the step motor 17, and the EGR control valve 27 via a corresponding drive circuit 39.
[0013]
Next, referring to FIG. 2, the NO shown in FIG._X The structure of the sensor part of the ammonia sensor 29 will be briefly described. Referring to FIG. 2, NO_X The sensor part of the ammonia sensor 29 is composed of six oxygen ion conductive solid electrolyte layers such as zirconia oxide laminated on each other. These six solid electrolyte layers are hereinafter referred to as a first layer L in order from the top.₁ , Second layer L₂ , Third layer L_Three , 4th layer L_Four , 5th layer L_Five , 6th layer L₆ Called.
[0014]
Referring to FIG. 2, the first layer L₁ And third layer L_Three For example, a first diffusion rate-limiting member 50 and a second diffusion rate-limiting member 51 in which, for example, porous or fine pores are formed are arranged. The chamber 52 is formed, and the second diffusion control member 51 and the second layer L are formed.₂ A second chamber 53 is formed between the two. Third layer L_Three And 5th layer L_Five An atmospheric chamber 54 communicating with the outside air is formed between the two. On the other hand, the outer end surface of the first diffusion control member 50 is in contact with the exhaust gas. Accordingly, the exhaust gas flows into the first chamber 52 via the first diffusion rate-limiting member 50, and thus the first chamber 52 is filled with the exhaust gas.
[0015]
On the other hand, the first layer L facing the first chamber 52₁ The cathode side first pump electrode 55 is formed on the inner peripheral surface of the first layer L.₁ An anode side first pump electrode 56 is formed on the outer peripheral surface of the first pump electrode 56, and a voltage is applied between the first pump electrodes 55, 56 by a first pump voltage source 57. When a voltage is applied between the first pump electrodes 55 and 56, oxygen contained in the exhaust gas in the first chamber 52 comes into contact with the cathode-side first pump electrode 55 and becomes oxygen ions. Layer L₁ It flows toward the anode side first pump electrode 56 inside. Therefore, the oxygen contained in the exhaust gas in the first chamber 52 is the first layer L.₁ The amount of oxygen pumped to the outside at this time increases as the voltage of the first pump voltage source 57 increases.
[0016]
On the other hand, the third layer L facing the atmospheric chamber 54_Three A reference electrode 58 is formed on the inner peripheral surface. By the way, in an oxygen ion conductive solid electrolyte, if there is a difference in oxygen concentration on both sides of the solid electrolyte layer, oxygen ions move in the solid electrolyte layer from a high oxygen concentration side to a low oxygen concentration side. In the example shown in FIG. 2, the oxygen concentration in the atmospheric chamber 54 is higher than the oxygen concentration in the first chamber 52, so that the oxygen in the atmospheric chamber 54 receives charges by contacting the reference electrode 58 and receives oxygen ions. And this oxygen ion is the third layer L_Three , Second layer L₂ And first layer L₁ The electric charge is discharged from the cathode-side first pump electrode 55. As a result, the voltage V indicated by the reference numeral 59 is provided between the reference electrode 58 and the cathode-side first pump electrode 55.₀ Will occur. This voltage V₀ Is proportional to the oxygen concentration difference between the atmospheric pressure chamber 54 and the first chamber 52.
[0017]
In the example shown in FIG.₀ Is feedback-controlled so that the voltage of the first pump voltage source 57 matches the voltage generated when the oxygen concentration in the first chamber 52 is 1 p.p.m. That is, the oxygen in the first chamber 52 is such that the oxygen concentration in the first chamber 52 is 1 p.p.m.₁ Through which the oxygen concentration in the first chamber 52 is maintained at 1 p.p.m.
[0018]
The cathode-side first pump electrode 55 is NO._X Is formed of a material having low reducibility, for example, an alloy of gold Au and platinum Pt, and therefore NO contained in the exhaust gas._X Is hardly reduced in the first chamber 52. Therefore this NO_X Flows into the second chamber 53 through the second diffusion control member 51.
On the other hand, the first layer L facing the second chamber 53₁ A cathode-side second pump electrode 60 is formed on the inner peripheral surface of the electrode. A voltage is applied between the cathode-side second pump electrode 60 and the anode-side first pump electrode 56 by a second pump voltage source 61. Applied. When a voltage is applied between the pump electrodes 60 and 56, oxygen contained in the exhaust gas in the second chamber 53 comes into contact with the cathode-side second pump electrode 60 to become oxygen ions, and these oxygen ions are in the first layer. L₁ It flows toward the anode side first pump electrode 56 inside. Therefore, the oxygen contained in the exhaust gas in the second chamber 53 is the first layer L.₁ The amount of oxygen pumped to the outside at this time increases as the voltage of the second pump voltage source 61 increases.
[0019]
On the other hand, as described above, in an oxygen ion conductive solid electrolyte, if there is a difference in oxygen concentration on both sides of the solid electrolyte layer, oxygen ions move in the solid electrolyte layer from the high oxygen concentration side to the low oxygen concentration side. . In the example shown in FIG. 2, the oxygen concentration in the atmospheric chamber 54 is higher than the oxygen concentration in the second chamber 53, so that the oxygen in the atmospheric chamber 54 receives the charge by contacting the reference electrode 58 and receives oxygen ions. And this oxygen ion is the third layer L_Three , Second layer L₂ And first layer L₁ It moves inside and discharges electric charges at the cathode-side second pump electrode 60. As a result, a voltage V indicated by a reference numeral 62 between the reference electrode 58 and the cathode-side second pump electrode 60 is obtained.₁ Will occur. This voltage V₁ Is proportional to the oxygen concentration difference between the atmospheric pressure chamber 54 and the second chamber 53.
[0020]
In the example shown in FIG.₁ Is feedback-controlled so that the voltage of the second pump voltage source 61 matches the voltage generated when the oxygen concentration in the second chamber 53 is 0.01 p.p.m. That is, the oxygen in the second chamber 53 is such that the oxygen concentration in the second chamber 53 is 0.01 p.p.m.₁ The oxygen concentration in the second chamber 53 is maintained at 0.01 p.p.m.
[0021]
The cathode side second pump electrode 60 is also NO._X Is formed of a material having low reducibility, for example, an alloy of gold Au and platinum Pt, and therefore NO contained in the exhaust gas._X Is hardly reduced even if it contacts the cathode-side second pump electrode 60.
On the other hand, the third layer L facing the second chamber 53_Three NO on the inner peripheral surface_X A cathode pump electrode 63 for detection is formed. The cathode pump electrode 63 is NO_X For example, rhodium Rh or platinum Pt. Therefore, NO in the second chamber 53_X In practice, NO, which occupies most, is N on the cathode pump electrode 63.₂ And O₂ And decomposed. As shown in FIG. 2, a constant voltage 64 is applied between the cathode side pump electrode 63 and the reference electrode 58, so that the O generated by decomposition on the cathode side pump electrode 63 is generated.₂ Becomes oxygen ions and the third layer L_Three The inside moves toward the reference electrode 58. At this time, a current I indicated by a reference numeral 65 proportional to the amount of oxygen ions is present between the cathode pump electrode 63 and the reference electrode 58.₁ Flows.
[0022]
As described above, the NO in the first chamber 52 is NO._X Is hardly reduced, and there is almost no oxygen in the second chamber 53. Therefore, the current I₁ NO contained in exhaust gas_X Will be proportional to the concentration and thus the current I₁ NO in exhaust gas_X The concentration can be detected.
On the other hand, ammonia NH contained in exhaust gas_Three NO and H in the first chamber 52₂ Decomposed into O (4NH_Three + 5O₂ → 4NO + 6H₂ O) The decomposed NO flows into the second chamber 53 through the second diffusion-controlling member 51. This NO is N on the cathode pump electrode 63.₂ And O₂ O is decomposed into₂ Becomes oxygen ions and the third layer L_Three The inside moves toward the reference electrode 58. Also at this time, the current I₁ Is NH contained in exhaust gas_Three Proportional to the concentration and thus the current I₁ To NH in exhaust gas_Three The concentration can be detected.
[0023]
FIG. 3 shows the current I₁ And NO in exhaust gas_X Concentration and NH_Three The relationship with the concentration is shown. From FIG.₁ Is NO in the exhaust gas_X Concentration and NH_Three It can be seen that it is proportional to the concentration.
On the other hand, as the oxygen concentration in the exhaust gas is higher, that is, as the air-fuel ratio is leaner, the amount of oxygen pumped out from the first chamber 52 increases, and the current I shown by reference numeral 66₂ Will increase. Therefore, this current I₂ From this, the air-fuel ratio of the exhaust gas can be detected.
[0024]
5th layer L_Five And 6th layer L₆ NO between_X An electric heater 67 for heating the sensor portion of the ammonia sensor 29 is disposed, and the electric heater 67 is used to make NO._X The sensor part of the ammonia sensor 29 is heated from 700 ° C. to 800 ° C.
4 is NO_X When the output voltage E (V) of the air-fuel ratio sensor 30 disposed in the exhaust pipe 25 downstream of the absorbent 23, that is, using a general expression, the output signal level of the air-fuel ratio detection means is shown. As can be seen from FIG. 4, the air-fuel ratio sensor 30 generates an output voltage of about 0.9 (V) when the exhaust gas air-fuel ratio is rich, and about 0.1 (V) when the exhaust gas air-fuel ratio is lean. Output voltage. That is, in the example shown in FIG. 4, the output signal level indicating rich is 0.9 (V), and the output signal level indicating lean is 0.1 (V).
[0025]
On the other hand, as mentioned above, NO_X Current I of the ammonia sensor 29₂ The air-fuel ratio of exhaust gas can be detected from_X An ammonia sensor 29 can also be used. In this case, it is not necessary to provide the air-fuel ratio sensor 30.
Next, the fuel injection control of the internal combustion engine shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 5A, the vertical axis represents the engine load Q / N (intake air amount Q / engine speed N), and the horizontal axis represents the engine speed N.
[0026]
Solid line X in FIG.₁ In the operating region on the lower load side, stratified combustion is performed. That is, at this time, as shown in FIG. 1, the fuel F is injected from the fuel injection valve 11 into the cavity 12 at the end of the compression stroke. This fuel is guided by the inner peripheral surface of the cavity 12 to form an air-fuel mixture around the spark plug 10, and this air-fuel mixture is ignited and burned by the spark plug 10. At this time, the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is lean.
[0027]
On the other hand, the solid line X in FIG.₁ In the region on the higher load side, fuel is injected from the fuel injection valve 11 during the intake stroke, and at this time, uniform mixture combustion is performed. Solid line X₁ And chain line X₂ Between the two and the fuel is homogeneously mixed under a lean air-fuel ratio, and the chain line X₂ And chain line X_Three And homogeneous air-fuel mixture combustion under the stoichiometric air-fuel ratio,_Three On the higher load side, homogeneous mixture combustion is performed under a rich air-fuel ratio.
[0028]
In the present invention, the basic fuel injection amount TAU necessary for setting the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio is previously stored in the ROM 34 in the form of a map as a function of the engine load Q / N and the engine speed N as shown in FIG. Basically, the basic fuel injection amount TAU is multiplied by a correction coefficient K (in some cases, a correction coefficient K as will be described later)._S The final fuel injection amount TAUO (= K · TAU) is calculated. The correction coefficient K is stored in advance in the ROM 34 in the form of a map as a function of the engine load Q / N and the engine speed N as shown in FIG.
[0029]
The value of the correction coefficient K is a chain line X in FIG. 5A where combustion is performed under a lean air-fuel ratio.₂ 5 is smaller than 1.0 in the operation region on the lower load side, and combustion is performed under a rich air-fuel ratio._Three In the operating region on the higher load side, it becomes larger than 1.0. The correction coefficient K is a chain line X₂ And chain line X_Three In the operating range between the two, the feedback control is performed based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 28 so that the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio.
[0030]
NO placed in the engine exhaust passage_X The absorbent 23 has, for example, alumina as a carrier. On this carrier, for example, potassium K, sodium Na, lithium Li, alkali metal such as cesium Cs, alkaline earth such as barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, yttrium Y, etc. At least one selected from such rare earths and a noble metal such as platinum Pt are supported. In this case, a particulate filter made of, for example, cordierite is disposed in the casing 24, and NO is supported on the particulate filter using alumina as a carrier._X The absorbent 23 can also be carried.
[0031]
In any case, the engine intake passage, the combustion chamber 5 and NO_X The ratio of the amount of air to the amount of fuel (hydrocarbon) supplied into the exhaust passage upstream of the absorbent 23 is NO._X This NO is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23._X The absorbent 23 is NO when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean._X When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich, the absorbed NO_X NO release_X Performs absorption and release action.
[0032]
This NO_X If the absorbent 23 is placed in the engine exhaust passage, NO_X The absorbent 23 is actually NO_X The detailed mechanism of the absorption / release action is not clear. However, this absorption / release action is considered to be performed by the mechanism shown in FIG. Next, this mechanism will be described by taking as an example the case where platinum Pt and barium Ba are supported on the support, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths, and rare earths.
[0033]
In the internal combustion engine shown in FIG. 1, combustion is performed in a state where the air-fuel ratio is lean in most operating states that are frequently used. In this way, when combustion is performed with the air-fuel ratio being lean, the oxygen concentration in the exhaust gas is high. At this time, as shown in FIG.₂ Is O₂ ^-Or O^2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas is O on the surface of platinum Pt.₂ ^-Or O^2-Reacts with NO₂ (2NO + O₂ → 2NO₂ ). Then the generated NO₂ As shown in FIG. 6 (A), a part of is absorbed in the absorbent while being oxidized on platinum Pt and combined with barium oxide BaO._Three ^-Diffuses into the absorbent in the form of In this way NO_X Is NO_X Absorbed in the absorbent 23. As long as the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is high, NO on the surface of platinum Pt₂ Is produced and NO in the absorbent_X NO unless absorption capacity is saturated₂ Is absorbed into the absorbent and nitrate ion NO._Three ^-Is generated.
[0034]
On the other hand, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, and as a result, NO on the surface of the platinum Pt₂ The production amount of is reduced. NO₂ When the production amount of NO decreases, the reaction proceeds in the reverse direction (NO_Three ^-→ NO₂ ) And thus nitrate ion NO in the absorbent_Three ^-Is NO₂ Is released from the absorbent in the form of NO at this time_X NO released from the absorbent 23_X As shown in FIG. 6B, it is reduced by reacting with a large amount of unburned HC and CO contained in the inflowing exhaust gas. In this way, NO on the surface of platinum Pt.₂ NO from the absorbent to the next when no longer exists₂ Is released. Therefore, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, the NO in a short time_X NO from absorbent 23_X Is released, and this released NO_X NO in the atmosphere because_X Will not be discharged.
[0035]
In this case, even if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio, NO_X NO from absorbent 23_X Is released. However, if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio, NO_X NO from absorbent 23_X NO is released only gradually_X Total NO absorbed by absorbent 23_X It takes a little longer time to release. By the way NO_X NO in absorbent 23_X Absorption capacity is limited, so NO_X NO in absorbent 23_X NO before absorption capacity saturates_X NO from absorbent 23_X Need to be released. But NO_X Absorbent 23 is NO_X As long as the absorption capacity is sufficient, almost all NO contained in the exhaust gas_X Absorbs NO_X Some NO when approaching the limit of absorption capacity_X Can no longer be absorbed, so NO_X Absorbent 23 is NO_X NO nearing the limit of absorption capacity_X NO flowing out from the absorbent 23 downstream_X The amount begins to increase.
[0036]
Therefore, in the first embodiment of the present invention, NO_X Total NO absorbed by absorbent 23_X Estimate the amount of absorption, this NO_X Maximum absorption is NO_X NO when approaching absorption_X The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 is temporarily made rich and NO_X NO from absorbent 23_X To be released. In this case, NO_X There are various methods for enriching the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23. For example, the air-fuel ratio of the exhaust gas can be made rich by making the average air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 5 rich, or the exhaust gas can be made by injecting additional fuel at the end of the expansion stroke or during the exhaust stroke. The air / fuel ratio can be made rich or NO_X By injecting additional fuel into the exhaust passage upstream of the absorbent 23, the air-fuel ratio of the exhaust gas can be made rich. In the embodiment of the present invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich by performing the first method, that is, performing the homogeneous mixture combustion under the rich air-fuel ratio.
[0037]
By the way, the exhaust gas contains SO._X Is included, NO_X The absorbent 23 has NO_X Not only SO_X Is also absorbed. This NO_X SO to absorbent 23_X NO absorption mechanism_X It is considered that the absorption mechanism is the same. Ie NO_X The case where platinum Pt and barium Ba are supported on the carrier is explained as an example in the same manner as when the absorption mechanism of the exhaust gas is explained. As described above, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, the oxygen O₂ Is O₂ ^-Or O^2-Is attached to the surface of platinum Pt in the form of SO₂ Is O on the surface of platinum Pt.₂ ^-Or O^2-Reacts with SO_Three It becomes. The generated SO_Three Is partly absorbed on the platinum Pt while being absorbed in the absorbent and bonded to the barium oxide BaO._Four ^2- Diffused into the absorbent in the form of a stable sulfate BaSO_Four Is generated.
[0038]
However, this sulfate BaSO_Four Is stable and difficult to decompose, simply by enriching the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas, sulfate BaSO_Four Remains undisassembled. Therefore NO_X In the absorbent 23, the sulfate BaSO as time passes._Four Will increase, so NO over time_X NO which the absorbent 23 can absorb_X The amount will decrease. That is, NO over time_X The absorbent 23 will deteriorate.
[0039]
However, in this case, NO_X When the temperature of the absorbent 23 reaches a certain temperature, for example, 600 ° C. or higher, NO_X In the absorbent 23, sulfate BaSO_Four Decomposes at this time, NO_X When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 is made rich, NO_X Absorbent 23 to SO_X Can be released. Therefore, in the embodiment of the present invention, NO_X Absorbent 23 to SO_X NO should be released_X NO when the temperature of the absorbent 23 is high_X The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 is made rich and NO_X Absorbent 23 to SO_X And release SO_X NO should be released_X NO when the temperature of the absorbent 23 is low_X Increase the temperature of the absorbent 23 and NO_X The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 is made rich.
[0040]
Next NO_X NO from absorbent 23_X NO to release_X The amount of reducing agent and NO when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 is made rich_X Ammonia NH in the exhaust gas flowing downstream from the absorbent 23_Three The relationship with the density of the liquid will be described. First, the amount of reducing agent will be described. NO_X Excess fuel with respect to the amount of fuel required to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 the stoichiometric air-fuel ratio is NO_X This excess amount of fuel is used for NO release and reduction._X This corresponds to the amount of reducing agent used for the release and reduction. This is NO_X NO from absorbent 23_X Even when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 5 is made rich when the fuel is to be released, or when additional fuel is injected at the end of the expansion stroke or during the exhaust stroke, NO_X This is true even when additional fuel is injected into the exhaust passage upstream of the absorbent 23.
[0041]
Next, the concentration of ammonia will be described. When the air-fuel ratio is lean, that is, in an oxidizing atmosphere, ammonia NH_Three Hardly occurs. However, when the air-fuel ratio becomes rich, that is, when the reducing atmosphere is reached, nitrogen N in the intake air or exhaust gas₂ Is reduced by hydrocarbon HC in the oxidation catalyst or three-way catalyst 20, and ammonia NH_Three Is generated. However, if the air-fuel ratio becomes rich, NO_X NO from absorbent 23_X Is released and produced ammonia NH_Three Is this NO_X NO because it is used to reduce_X NO from absorbent 23_X Is exactly the same as the supplied reducing agent is NO._X NO while being used for the release and reduction of_X Ammonia NH downstream from absorbent 23_Three Will not leak. On the other hand, NO_X NO from absorbent 23_X More precisely, if the air-fuel ratio is made rich even after the release of NO is completed, NO_X NO from absorbent 23_X When surplus reducing agent that is not used to release and reduce ammonia is supplied, ammonia NH_Three Is no more_X Is no longer consumed for the reduction of NO, so at this time NO_X Ammonia NH downstream from absorbent 23_Three Will be leaked.
[0042]
This is NO_X This occurs even when the oxidation catalyst or the three-way catalyst 20 is not provided upstream of the absorbent 23. Ie NO_X Since the absorbent 23 also includes a catalyst such as platinum Pt having a reducing function, NO is used when the air-fuel ratio becomes rich._X In the absorbent 23, ammonia NH_Three May be generated. However, ammonia NH_Three This ammonia NH_Three Is NO_X NO released from the absorbent 23_X NO to be used to reduce_X Ammonia NH downstream from the absorbent 23_Three Does not leak. But NO_X NO from absorbent 23_X As described above, when excess surplus reducing agent that is not used to release and reduce NO is supplied_X Ammonia NH downstream from absorbent 23_Three Will be leaked.
[0043]
NO like this_X NO when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 is made rich._X NO from absorbent 23_X When surplus reducing agent that is not used to release and reduce is supplied, this surplus reducing agent is ammonia NH._Three NO in the form of_X The amount of ammonia flowing out from the absorbent 23 downstream is proportional to the amount of excess reducing agent. Accordingly, the surplus reducing agent amount can be determined from the ammonia amount flowing out at this time. This amount of ammonia is NO that can detect the ammonia concentration._X It is detected by the ammonia sensor 29. In this case, the integrated value of ammonia concentration is considered to represent an excessive amount of reducing agent, and therefore the integrated value of ammonia concentration can be said to be a representative value representing the excessive amount of reducing agent. Further, it can be considered that the maximum value of the ammonia concentration represents an excessive amount of the reducing agent. Therefore, it can be said that the maximum value of the ammonia concentration is a representative value representing the excessive amount of the reducing agent.
[0044]
Next, a first embodiment of the supply control of the reducing agent will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 7, ΣNOX is NO_X Total NO absorbed by absorbent 23_X Amount (total NO_X Absorption amount) and I₁ Is NO_X The detection current of the ammonia sensor 29 is shown. In FIG. 7, NO_X And NH_Three Is NO in the exhaust gas_X Concentration and NH_Three NO due to concentration change_X Changes in the detected current of the ammonia sensor 29 are shown, and both of these detected currents are NO._X Detection current I of ammonia sensor 29₁ Appears in E indicates the output voltage of the air-fuel ratio sensor 30, and A / F indicates the average air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 5.
[0045]
Total NO as shown in FIG._X Absorption amount ΣNOX increases and NO_X NO near the absorbent capacity limit of the absorbent 23_X NO from absorbent 23 downstream_X NO begins to flow out NO_X Detection current I of ammonia sensor 29₁ Begins to rise. In the embodiment shown in FIG._X Total NO of absorbent 23_X Estimate absorption, NO_X The rich time interval until the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 is made rich after the air-fuel ratio is made rich is determined as the total NO._X Control based on the estimated amount of absorption. That is, in the first embodiment, NO_X Total NO absorbed by absorbent 23_X Total NO to estimate quantity_X Absorption amount estimation means is provided, and as shown in FIG._X Total NO estimated by absorption amount estimation means_X When the absorption amount ΣNOX exceeds the allowable value NOXmax-α, the air-fuel ratio is temporarily switched from lean to rich. Where NOXmax is NO_X Maximum NO that can be absorbed by the absorbent 23_X Absorption amount. As another example, the allowable value is set to the maximum NO._X Maximum NO, such as 90% of the absorbed amount NOXmax_X It may be a predetermined ratio with respect to the absorption amount NOXmax.
[0046]
Even if the air-fuel ratio A / F is switched from lean to rich, the rich air-fuel ratio exhaust gas is NO._X Since it takes time to reach the absorbent 23, NO immediately after the air-fuel ratio A / F is switched to rich._X NO flowing out from the absorbent 23 downstream_X The amount continues to increase. Next, NO by the reducing agent contained in the exhaust gas with rich air-fuel ratio_X Because the reduction action of NO begins_X NO from the absorbent 23 downstream_X Will not leak. Therefore, if the air-fuel ratio is switched from lean to rich, NO_X Detection current I of ammonia sensor 29₁ Rises for a short time and then drops to zero. On the other hand, if the air-fuel ratio is switched from lean to rich, NO_X NO from absorbent 23_X Is released, thus NO._X NO absorbed in the absorbent 23_X The amount ΣNOX gradually decreases.
[0047]
Next, the total NO in the first embodiment_X A method of calculating the absorption amount will be described. NO_X NO per unit time when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 (hereinafter referred to as inflowing exhaust gas) is lean._X NO absorbed by absorbent 23_X Amount (hereinafter referred to as unit NO)_X This is called absorbed amount. ) Is NO_X NO that can be absorbed to the maximum by the absorbent 23_X Amount (hereinafter, maximum NO)_X This is called absorbed amount. ) And NO_X NO to absorbent 23_X Is a coefficient related to the rate at which NO is absorbed (hereinafter referred to as NO_X Absorption rate) and NO in inflowing exhaust gas_X Concentration (hereinafter referred to as inflow NO_X This is called concentration. ) And NO_X Total NO currently absorbed in absorbent 23_X Amount (total NO_X Absorption amount).
[0048]
And these parameters, ie unit NO_X Absorption and maximum NO_X Absorption amount and NO_X Absorption rate and inflow NO_X Concentration and total NO_X There is a certain relationship between the amount of absorption. Therefore, in this embodiment, a relational expression that holds between these parameters is obtained in advance by experiments, and the maximum NO._X Absorption amount and NO_X Absorption rate and inflow NO_X Concentration and total NO_X Substituting absorption amount and unit NO_X The absorption amount is calculated, and thus the unit NO calculated_X Total NO by calculating the amount of absorption_X Calculate the amount of absorption. In this embodiment, the relational expression obtained by experiment is the expression shown in FIG. In the relational expression shown, Aabc is a unit NO._X Absorption, NOXmax is maximum NO_X Absorption, Kab is NO_X Absorption rate, Cnox is inflow NO_X Concentration, ΣNOX is total NO_X Absorption amount.
[0049]
Maximum NO here_X Absorption and NO_X As an initial value for the absorption rate, a value obtained in advance by experiment is used. These maximum NO_X Absorption and NO_X Absorption rate is NO_X As long as the absorbent 23 is not deteriorated, it is almost constant regardless of the change in the engine operating state. However NO_X NO when the use of the absorbent 23 is started_X Absorbent 23 is SO_X It gradually deteriorates due to heat absorption and exhaust gas heat._X Absorption and NO_X The absorption rate varies. Therefore, in this embodiment, these maximum NOs are obtained by the method described later._X Absorption and NO_X Correct the absorption rate accordingly. On the other hand, inflow NO_X Concentration changes with changes in engine operating conditions, total NO_X Since the absorbed amount also changes over time, these inflow NOs_X Concentration and total NO_X Absorption amount is unit NO_X The value calculated each time when the absorption amount is calculated is used.
[0050]
Inflow NO_X The concentration Cnox is calculated as follows. Ie NO_X NO flowing into the absorbent 23 per unit time_X Amount (hereinafter referred to as unit NO)_X This is called inflow. ) Is a function of engine speed and engine load._X As shown in FIG. 9, the inflow amount NA is stored in advance in the ROM 34 as a function of the engine speed N and the engine load Q / N in the form of a map, and the unit NO calculated based on the map_X Inflow NO by dividing the inflow NA by the intake per unit time_X The concentration can be calculated.
[0051]
By the way, as mentioned above, the maximum NO_X Absorption amount is NO_X NO decreases gradually with the deterioration of the absorbent 23, NO_X The absorption rate gradually decreases. In this case, maximum NO_X Absorption and NO_X Unit NO using the absorption rate as it is_X Accurate unit NO even if absorption is calculated_X Absorption is not calculated. In this embodiment, therefore, the maximum NO._X Absorption and NO_X Correct the absorption rate accordingly, so that the accurate maximum NO_X Absorption and NO_X Acquire absorption speed.
[0052]
Ie NO_X Downstream of the absorbent 23 is NO_X NO in exhaust gas flowing out from absorbent 23_X Concentration (hereinafter referred to as outflow NO_X This is called concentration. ) That can detect_X Since the ammonia sensor 29 is arranged, this NO_X If the output of the ammonia sensor 29 is used, NO per unit time_X NO flowing out from the absorbent 23_X Amount (hereinafter referred to as unit NO)_X This is called spillage. ) Aouts can be calculated. Here, as mentioned above, the unit NO_X Since the inflow amount NA can be calculated from the map of FIG. 9, the unit NO calculated in accordance with the relational expression shown in FIG._X Unit NO from inflow NA_X Unit NO by subtracting outflow Aouts_X Absorption amount Aabs is calculated. Unit NO_X Outflow Aout is NO_X Output current I of the ammonia sensor 29₁ A predetermined coefficient K₁ It is calculated by multiplying.
[0053]
Unit NO calculated in this way_X Absorption (hereinafter referred to as measured value) Aabs and unit NO calculated based on the above relational expression_X Absorption amount (hereinafter referred to as theoretical value) Aabc is compared with NO_X If the absorbent 23 is not deteriorated, the actual measurement value Aabs and the theoretical value Aabc are substantially equal. However NO_X When the absorbent 23 is deteriorated, the actual measurement value Aabs and the theoretical value Aabc are considerably shifted. Therefore, in this case, the unit number used when the theoretical value Aabc is calculated before calculating the theoretical value Aabc using the above relational expression is calculated._X Absorption amount, inflow NO_X Concentration and total NO_X The absorption amount is stored, and the inflow NO used when the theoretical value Aabc is calculated using these parameters and the above relational expression this time._X Concentration, total NO_X Absorption amount and unit NO_X Substituting the actual measured values of the absorption amount into the above relational expression, the maximum NO_X Absorption amount NOXmax and NO_X The absorption rate Kab is calculated again. That is, in this embodiment, the maximum NO_X Absorption amount NOXmax and NO_X Absorption rate Kab is NO_X It is corrected by the output of the ammonia sensor 29. According to this NO_X Maximum NO of absorbent 23_X Absorption and NO_X It is possible to accurately grasp the absorption rate. According to this embodiment, NO is thus obtained._X Maximum NO calculated according to the state of the absorbent 23_X Absorption and NO_X Total NO using absorption rate_X Since the amount of absorption is calculated, the result is always total NO_X The amount of absorption is accurately grasped.
[0054]
By the way, when the air-fuel ratio is switched from lean to rich, excess fuel, that is, the reducing agent is NO._X NO because it is consumed to reduce_X The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out downstream from the absorbent 23 is substantially the stoichiometric air-fuel ratio. In this case, the reason why this is so is not clear, but NO_X NO when the absorbent 23 is not deteriorated_X The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing downstream from the absorbent 23 becomes slightly lean, and NO_X NO when absorbent 23 deteriorates_X The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing downstream from the absorbent 23 tends to be slightly rich. However, in any case NO_X NO from absorbent 23_X NO is released when the release action is complete_X The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out downstream from the absorbent 23 becomes small.
[0055]
FIG. 7 shows NO when the air-fuel ratio is switched from lean to rich._X This shows a case where the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out downstream from the absorbent 23 is slightly lean._X NO from absorbent 23_X When the release action is complete, that is, total NO_X It can be seen that when the absorption amount ΣNOX approaches zero, the output voltage E of the air-fuel ratio sensor 30 changes toward an output signal level indicating that it is rich, that is, increases. The change in the output signal level E has good responsiveness. Therefore, if the air-fuel ratio is switched from rich to lean based on the change in the output signal level E, NO_X NO from absorbent 23_X The air-fuel ratio can be switched from rich to lean when the release action of is completed.
[0056]
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 7, the reference voltage E with respect to the output voltage E of the air-fuel ratio sensor 30._S Is set, i.e., when the general expression is used, the reference level E with respect to the output signal level E of the air-fuel ratio detection means_S And the output signal level E is the reference level E_S The air-fuel ratio is switched from rich to lean when the value exceeds.
[0057]
Incidentally, the output voltage E of the air-fuel ratio sensor 30 is NO._X The air-fuel ratio sensor 30 and the NO_X The output voltage E changes in various ways due to variations in the performance of the absorbent 23 or changes with time. Therefore, reference level E_S NO is fixed at a fixed value_X There is a case where the air-fuel ratio cannot be switched from rich to lean at the completion of the release of the fuel.
[0058]
On the other hand, when the air-fuel ratio is switched from lean to rich, NO_X NO from absorbent 23_X If excess reducing agent that is not used to release and reduce is supplied, then NO_X Ammonia NH downstream from absorbent 23_Three As shown in FIG._X Detection current I of ammonia sensor 29₁ Rises. In this case, the detection current I indicated by hatching in FIG.₁ Integrated value ΣI and detected current I₁ The maximum value Imax of this represents the surplus reducing agent amount.
[0059]
This NO_X Detection current I of ammonia sensor 29₁ Is NO_X Although there is a response delay with respect to the completion of the release, the surplus reducing agent amount is detected current I₁ Is accurately obtained from Therefore, in the present invention, NO_X Detection current I of ammonia sensor 29₁ NO, based on changes in ammonia concentration_X NO from absorbent 23_X The reference level E is set so that the air-fuel ratio of the exhaust gas is switched from rich to lean when the release of the exhaust gas is completed._S To change.
[0060]
Specifically, the detected current I₁ Integrated value ΣI or detected current I₁ The target value that is smaller than the maximum value Imax is set in advance, and when ΣI or Imax becomes larger than the target value, that is, when the surplus reducing agent amount is large, the air-fuel ratio is switched from rich to lean. The reference level E is set so that the amount of excess reducing agent is reduced and the time is reduced._S That is, the reference level E_S When the ΣI or Imax becomes smaller than the target value, that is, when the surplus reducing agent amount is zero or close to zero, the air-fuel ratio is switched from rich to lean. Standard level E so that the amount of excess reducing agent is not increased by delaying the timing._S That is, the reference level E_S Is changed to the output signal level side indicating that it is rich.
[0061]
By the way NO_X When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 is switched from lean to rich, NO_X NO absorbed in the absorbent 23_X Are released and reduced by the reducing agent (ie, hydrocarbon) in the exhaust gas. Therefore total NO_X The amount of absorption ΣNOX should be gradually reduced. Therefore, in this embodiment, NO_X Total NO when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 is rich_X A method for calculating the absorption amount ΣNOX will be described.
[0062]
NO_X NO per unit time when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 is lean_X NO released / reduced from absorbent 23_X Amount (hereinafter referred to as unit NO)_X This is called the amount of reduction. ) Is NO_X NO from absorbent 23_X Is a coefficient related to the rate at which_X This is called the reduction rate. ), Reducing agent concentration in the inflowing exhaust gas (hereinafter referred to as inflowing reducing agent concentration), NO_X Total NO currently absorbed in absorbent 23_X Amount (total NO_X Absorption amount).
[0063]
And these parameters, ie unit NO_X Reduction amount and NO_X Reduction rate, inflow reducing agent concentration, total NO_X There is a certain relationship between the amount of absorption. Therefore, in this embodiment, a relational expression that holds between these parameters is obtained in advance by an empirical formula, and the relational expression is set to NO at every predetermined time interval._X Reduction rate, inflow reducing agent concentration, total NO_X Substituting absorption amount and unit NO_X The amount of reduction is calculated, and thus the unit NO calculated_X Total amount of reduction at that time_X Total NO by subtracting from absorption_X Calculate the amount of absorption. In the present embodiment, the relational expression obtained by experiment is the expression shown in FIG. In the relational expression shown, Are is a unit NO._X Reduction amount, Kre is NO_X Reduction rate, Chc is inflow reducing agent concentration, ΣNOX is total NO_X Absorption amount.
[0064]
NO here_X As an initial value of the reduction rate, a value obtained in advance by experiments is used. This NO_X Reduction rate is NO_X As long as the absorbent 23 is not deteriorated, it is almost constant regardless of the change in the engine operating state. However NO_X NO when the use of the absorbent 23 is started_X Absorbent 23 is SO_X It gradually deteriorates due to heat absorption and exhaust gas heat._X The reduction rate changes. Therefore, in the present embodiment, this NO._X Correct the reduction rate accordingly. On the other hand, the inflow reductant concentration changes with changes in the engine operating state, specifically, the amount of air introduced into the combustion chamber 5 and the amount of fuel injected from the fuel injection valve 10, and the total NO._X Since the absorbed amount also changes over time, the concentration of these inflow reducing agents and total NO_X Absorption amount is unit NO_X The value calculated each time when the reduction amount is calculated is used.
[0065]
By the way, as mentioned above, NO_X Reduction rate Kre is NO_X As the absorbent 23 deteriorates, it gradually slows down. In this case NO_X Unit NO using the reduction rate Kre as it is_X Even if the reduction amount Are is calculated, the exact unit NO_X The reduction amount is not calculated. Therefore, in this embodiment, the following method is used for NO._X Correct the reduction speed Kre as appropriate, so that accurate NO_X Earn a reduction speed.
[0066]
Ie NO_X Downstream of the absorbent 23 is NO_X NO capable of detecting the ammonia concentration in the exhaust gas flowing out from the absorbent 23 (hereinafter referred to as the outflow ammonia concentration)._X Since the ammonia sensor 29 is arranged, this NO_X NO using the output of the ammonia sensor 29_X NO in absorbent 23_X It is possible to know that the release / reduction of is completed. Here, while the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich, the total NO_X NO used to calculate absorption_X NO if the reduction rate is a true value_X Ammonia sensor 29 is NO_X NO in absorbent 23_X Before detecting the completion of the release / reduction of total NO_X Absorption amount is not zero and is at least greater than a certain value, while NO_X Ammonia sensor 29 is NO_X NO in absorbent 23_X When it is detected that the release / reduction of CO2 has been completed, the total NO_X The absorption should be zero or at least less than a certain value.
[0067]
In other words, NO_X Ammonia sensor 29 is NO_X NO in absorbent_X Before detecting the completion of release / reduction, the total NO_X When the amount of absorption becomes zero or less than a certain value, the total NO_X NO used to calculate absorption_X Since it can be determined that the reduction rate is too fast, the present embodiment uses NO currently used in this case._X Reduce the reduction rate by a predetermined value. The predetermined value here may be a constant value, or the total NO_X NO when the absorption amount becomes zero or when it becomes less than a certain value_X NO by the ammonia sensor 29_X NO in absorbent 23_X Based on the time until it is detected that the release / reduction of is completed, the value may be larger as the time is longer.
[0068]
On the other hand, NO_X Ammonia sensor 29 is NO_X NO in absorbent 23_X Total NO when it is detected that release / reduction of_X If the amount of absorption is not zero or is still greater than a certain value, the total NO_X NO used to calculate absorption_X Since it can be determined that the reduction rate is too slow, the present embodiment uses NO currently used in this case._X Increase the reduction rate by a predetermined value. The predetermined value here may be a constant value or NO_X NO by the ammonia sensor 29_X NO in absorbent 23_X Total NO when it is detected that the release / reduction of carbon has been completed_X The total NO based on the amount absorbed_X A value that increases as the amount of absorption increases. Thus, in this embodiment, NO_X Reduction rate is NO_X It is corrected by the output of the ammonia sensor 29. According to this NO_X The reduction rate can be accurately grasped. According to this embodiment, NO is thus obtained._X NO calculated according to the state of the absorbent 23_X Total NO using the reduction rate_X Since the amount of absorption is calculated, the result is always total NO_X The amount of absorption is accurately grasped.
[0069]
FIG. 10 shows a routine for executing the first embodiment. Referring to FIG. 10, first, at step 100, the basic fuel injection amount TAU is calculated from the map shown in FIG. Next, in step 101, NO_X NO from absorbent 23_X NO that should be released_X It is determined whether or not the release flag is set. NO_X When the release flag is not set, the routine proceeds to step 102, where the total NO calculated by the routine shown in FIGS._X Absorption amount ΣNOX is maximum NO_X It is determined whether or not a value less than the absorption amount NOXmax by a value α has been exceeded. When ΣNOX ≦ NOXmax−α, that is, NO_X NO in absorbent 23_X When there is still room in the absorption capacity, the routine jumps to step 104. In step 104, the correction coefficient K is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 105, the final fuel injection amount TAUO (= K · TAU) is calculated by multiplying the basic fuel injection amount TAU by the correction coefficient K, and fuel injection is performed with this injection amount TAUO. Next, in step 106, NO_X SO from absorbent 23_X SO to release_X It is determined whether the release process should be performed. SO_X When it is not necessary to perform the release process, the process cycle is completed.
[0070]
On the other hand, when it is judged at step 102 that ΣNOX> NOXmax−α, the routine proceeds to step 103 where NO is reached._X Release flag is set, then proceed to step 103a to NH_Three A detection flag is set. Next, the routine proceeds to step 104.
NO_X When the release flag is set, the rich correction coefficient K is advanced from step 101 to step 108 in the next processing cycle._R Is calculated. Next, at step 109, a rich correction coefficient K is added to the basic fuel injection amount TAU._R And rich correction coefficient K_S And the final fuel injection amount TAUO (= K_R ・ TAU ・ K_S ) Is calculated, and fuel injection is performed with this injection amount TAUO. Rich correction coefficient K_S Is NO in the routines of FIGS._X It is a coefficient calculated as the reduction rate is corrected. According to step 109, stratified charge combustion under a lean air-fuel ratio or homogeneous mixture combustion under a lean air-fuel ratio is switched to homogeneous mixture combustion under a rich air-fuel ratio, thereby NO._X NO from absorbent 23_X The release action of is started.
[0071]
Next, at step 110, the output voltage E of the air-fuel ratio sensor 30 is changed to the reference voltage E._S It is determined whether or not the value has been exceeded. E ≦ E_S If YES, go to Step 106. In contrast, E> E_S Then go to step 111 and NO_X The release flag is reset. NO_X When the release flag is reset, the air-fuel ratio is switched from rich to lean. On the other hand, in step 106, the SO_X If it is determined that the release process should be performed, the routine proceeds to step 107 and NO._X Absorbent 23 to SO_X Is released. Ie NO_X The air-fuel ratio is made rich while maintaining the temperature of the absorbent 23 at approximately 600 ° C. or higher.
[0072]
11 and 12 show the total NO of this example._X A routine for calculating the absorption amount ΣNOX is shown. First in FIG._X It is determined whether or not the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 is lean. If it is determined in step 200 that the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, the engine speed N, the engine load L, and the intake air amount Q are calculated in step 201, and then in step 202 from the map shown in FIG. NO based on engine speed N and engine load L_X NO flowing into the absorbent 23_X The amount NA is calculated. Next, in step 203, NO_X NO in the exhaust gas flowing into the absorbent 23_X The concentration Cnox is calculated, and then in step 204, NO per unit time is calculated from the relational expression shown in FIG._X NO absorbed by absorbent 23_X Amount (unit NO_X The theoretical value Aabc of (absorption amount) is calculated. Next, at step 205, the unit NO. Is obtained from the relational expressions of FIG. 8B and FIG._X The actual measurement value Aabs of the absorption amount is calculated.
[0073]
Next, at step 207, it is determined whether or not the deviation between the theoretical value Aabc and the actual measurement value Aabs is within the range of the predetermined value β. When it is determined in step 207 that Aabs−β <Aabc <Aabs + β, the maximum NO used in the relational expression shown in FIG._X Absorption amount NOXmax and NO_X It is determined that the value of the absorption rate Kab is a true value, and in step 208, the unit NO._X The theoretical value Aabc is adopted as the absorption amount Aab, and this unit NO._X Absorption Aab is the current total NO_X It is added to the absorption amount ΣNOX and a new total NO_X The absorption amount ΣNOX is calculated, and then the maximum NO at the time of execution of the current routine in step 209a_X Absorption amount NOXmax and NO in inflow exhaust gas_X Concentration Cnox and unit NO_X The absorbed amount Aab is stored.
[0074]
On the other hand, when it is determined in step 207 that Aabs−β ≧ Aabc or Aabc ≧ Aabs + β, the maximum NO used in the relational expression shown in FIG._X Absorption amount NOXmax or NO_X It is determined that the value of the absorption rate Kab is not a true value, and in step 211 the unit NO._X The measured value Aabs is adopted as the absorption amount Aab, and then in step 212, the unit number stored in step 209a before the current routine is stored._X Absorption amount Aab and NO in inflow exhaust gas_X Concentration Cnox and total NO_X By substituting the absorption amount ΣNOX into the relational expression shown in FIG. 8A, one equation is obtained, and further, the unit NO at the time of the current routine execution_X Absorption amount Aab and NO in inflow exhaust gas_X Concentration Cnox and total NO_X Similarly, the absorption amount ΣNOX is substituted into the relational expression shown in FIG. 8A to obtain another equation, and the two values NOXmax and Kab obtained from these two equations are respectively set as new maximum NO._X Absorption and NO_X These parameters are corrected by setting the absorption speed, and the process proceeds to step 209.
[0075]
When it is determined at step 200 that the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich, the engine speed N, the engine load L, and the intake air amount Q are calculated at step 213 in FIG. NO based on N, engine load L and intake air quantity Q_X The concentration Chc of the reducing agent in the exhaust gas flowing into the absorbent 23, that is, the hydrocarbon is calculated. That is, the amount of fuel injected from the fuel injection valve 10 is determined on the basis of the engine speed N and the engine load L, and the amount of fuel that does not burn in the combustion chamber 5 out of the determined fuel injection amount. Since the reducing agent concentration in the inflowing exhaust gas is calculated by dividing by the intake air amount Q, after all, the reducing agent concentration in the inflowing exhaust gas is based on the engine speed N, the engine load L, and the intake air amount Q. Chc can be calculated.
[0076]
Next, in step 215, the unit number is calculated from the relational expression shown in FIG._X The reduction amount Are is calculated, and then in step 216 the current total NO_X Unit NO from absorption amount ΣNOX_X Reduction amount Are deducted and new total NO_X The absorption amount ΣNOX is calculated, and the process proceeds to step 217.
In step 217, NO_X Output current I of the ammonia sensor 29₁ It is determined whether or not the reference value It exceeds the reference value It. In step 217 I₁ If it is> It, go to step 218 and NO_X The release flag is reset. Here, in step 111 of FIG._X If the release flag has not been reset, NO in step 218_X NO by resetting the release flag_X The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 23 is changed from rich to lean, and therefore NO._X NO from absorbent 23_X The release / reduction is forcibly terminated instead of the flowchart of FIG.
[0077]
Next, at step 219, the total NO_X It is determined whether or not the absorption amount ΣNOX is greater than a determination value A. If ΣNOX ≦ A in step 219, the NO used in the relational expression of FIG._X It is determined that the value of the reduction rate Kre is a true value, and currently used NO_X The routine is terminated without correcting the reduction speed. On the other hand, when it is determined at step 219 that ΣNOX> A, the routine proceeds to step 220, where the NO used in the relational expression of FIG._X The rich correction coefficient K used in step 109 of FIG. 10 when the reduction speed Kre is increased by a predetermined value and then the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich in step 221._S Is modified to increase the degree of richness.
[0078]
On the other hand, in step 217 I₁ When it is determined that ≦ It, the total NO in step 222_X It is determined whether or not the absorption amount ΣNOX is smaller than the determination value A. When it is determined in step 222 that ΣNOX ≧ A, the NO used in the relational expression of FIG._X It is determined that the value of the reduction rate Kre is a true value, and currently used NO_X The routine is terminated without correcting the reduction speed. On the other hand, when it is determined at step 222 that ΣNOX <A, the routine proceeds to step 223, where NO is used in the relational expression of FIG._X The rich correction coefficient K used in step 109 of FIG. 10 when the reduction speed Kre is delayed by a predetermined value and then the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich in step 224._S Is modified to reduce the richness.
[0079]
FIG. 13 shows the target level E_S The routine for calculating is shown. Referring to FIG. 13, first, at step 300, NH_Three It is determined whether or not the detection flag is set. This NH_Three The detection flag is set when ΣNOX> NOXmax−α at step 102 in FIG. NH_Three When the detection flag is set, the routine proceeds to step 301 where NH_Three The elapsed time t after the detection flag is set is a fixed time t₁ It is determined whether or not the value has been exceeded. This fixed time t₁ Is NO after the air-fuel ratio has been made lean to rich_X Detection current I of ammonia sensor 29₁ Is the time it takes for the to drop to zero. t> t₁ Then go to step 302 and NH_Three The elapsed time t after the detection flag is set is a fixed time t₂ It is determined whether or not the value has been exceeded. This fixed time t₂ Is NO_X No matter what amount of ammonia when ammonia flows downstream from the absorbent 23, NO_X The time is sufficient for the ammonia sensor 29 to detect the ammonia concentration. t ≦ t₂ In step S303, the process proceeds to step 303.
[0080]
In step 303 NO_X Detection current I of ammonia sensor 29₁ Is calculated. Next, at step 304, the detected current I₁ Is added to ΣI to calculate the integrated value ΣI of the detected current. Next, at step 302, t> t₂ When it is determined that the value has become, the routine proceeds to step 305, where it is determined whether or not the integrated value ΣI of the detected current is larger than the target value Sr. When ΣI> Sr, the routine proceeds to step 306, where the target level E_S Is decreased by a predetermined set value a, and then the routine proceeds to step 308. On the other hand, when ΣI ≦ Sr, the routine proceeds to step 307, where the target level E_S Is increased by a predetermined set value a, and then the routine proceeds to step 308. In step 308, ΣI is cleared and NH_Three The detection flag is reset.
[0081]
FIG. 14 shows target level E_S Fig. 5 shows another example of a routine for calculating. Referring to FIG. 14, first, at step 400, NH_Three It is determined whether or not the detection flag is set. This NH_Three The detection flag is set when ΣNOX> NOXmax−α at step 102 in FIG. NH_Three When the detection flag is set, the routine proceeds to step 401 where NH_Three The elapsed time t after the detection flag is set is a fixed time t₁ It is determined whether or not the value has been exceeded. This fixed time t₁ As described above, after the air-fuel ratio is made rich from lean, it is NO._X Detection current I of ammonia sensor 29₁ Is the time it takes for the to drop to zero. t> t₁ Then go to step 402 and NH_Three The elapsed time t after the detection flag is set is a fixed time t₂ It is determined whether or not the value has been exceeded. This fixed time t₂ Is NO as mentioned above_X No matter what amount of ammonia when ammonia flows downstream from the absorbent 23, NO_X The time is sufficient for the ammonia sensor 29 to detect the ammonia concentration. t ≦ t₂ In step S403, the process proceeds to step 403.
[0082]
In step 403, the detected current I₁ It is determined whether or not is greater than Imax. I₁ If> Imax, the routine proceeds to step 404 where I₁ Is the maximum value Imax of the detected current. Next, at step 402, t> t₂ When it is determined that the current value has become, the routine proceeds to step 405, where it is determined whether or not the maximum value Imax of the detected current is larger than the target value Imaxr. When Imax> Imaxr, the routine proceeds to step 406, where the target level E_S Is decreased by a predetermined set value a, and then the routine proceeds to step 408. On the other hand, when Imax ≦ Imaxr, the routine proceeds to step 407, where the target level E_S Is increased by a predetermined set value a, and then the routine proceeds to step 408. In step 408, Imax is cleared and NH_Three The detection flag is reset.
[0083]
In the above-described embodiment, the maximum NO_X Absorption amount NOXmax, NO_X Absorption rate Kab, NO_X NO in unused state as initial value of parameters such as reduction rate Kre_X The value in the absorbent is adopted, and correction is repeated after the start of use, but NOXmax, Kab and Kre are NO._X In the above-described embodiment, NO changes because it also changes depending on the temperature of the absorbent 23_X You may make it consider the temperature of an absorber. Specifically, for example, NO_X An initial value of each parameter determined according to the temperature of the absorbent 23 is obtained in advance and stored in the ROM 34. With respect to the correction for each parameter described above, a correction coefficient for each parameter is calculated, and a unit NO._X Absorption Aab or unit NO_X NO when calculating the reduction amount Are_X The initial value of each parameter calculated by the temperature of the absorbent 23 is corrected by this correction coefficient, and the parameter thus corrected is used in the relational expression shown in FIG. 8 (A) or FIG. 8 (D). That's fine.
[0084]
In the above embodiment, NO is used._X NO in the exhaust gas flowing into the absorbent 23_X The concentration Cnox is calculated from the engine speed N, the engine load L, and the intake air amount Q._X NO upstream of absorbent 23_X This ammonia sensor is placed and this NO_X NO by ammonia sensor_X The concentration Cnox may be directly detected. NO_X NO in absorbent 23_X NO if the reducing capacity is insufficient_X NO downstream of the ammonia sensor 29_X A catalyst having a high reducing ability may be arranged.
[0085]
【The invention's effect】
According to the present invention, NO_X NO absorbed by the absorbent_X Maximum NO used to calculate the amount of_X Absorption amount and NO_X Absorption rate is NO_X Correction is made based on the output of the sensor capable of detecting the concentration. NO like this_X Maximum NO corrected using actual measured concentration_X Absorption and NO_X NO based on absorption rate_X Since the amount of absorption is calculated, according to the present invention, NO._X The amount of absorption is accurately grasped.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 NO_X It is a figure which shows the structure of the sensor part of an ammonia sensor.
FIG. 3 NO_X It is a figure which shows the detection current by an ammonia sensor.
FIG. 4 is a diagram showing an output voltage of an air-fuel ratio sensor.
FIG. 5 is a diagram showing a basic fuel injection amount, a correction coefficient, and the like.
FIG. 6 NO_X Absorbent NO_X It is a figure for demonstrating the absorption-and-release function.
FIG. 7 shows the output voltage of the air-fuel ratio sensor, NO._X It is a time chart which shows the detection current etc. of an ammonia sensor.
[Figure 8] Unit NO_X It is a figure which shows the relational expression for calculating the amount of absorption.
FIG. 9 NO_X It is a figure which shows the map of inflow.
FIG. 10 is a flowchart for controlling engine operation.
FIG. 11 Total NO_X It is a flowchart for calculating the amount of absorption.
FIG. 12 Total NO_X It is a flowchart for calculating the amount of absorption.
FIG. 13: Target level E_S It is a flowchart for calculating.
FIG. 14 Target level E_S It is a flowchart for calculating.
[Explanation of symbols]
11 ... Fuel injection valve
23 ... NO_X Absorbent
29 ... NO_X Ammonia sensor
30 ... Air-fuel ratio sensor

Claims

When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean absorbs NO _X, NO _X absorption reduction released by the reducing agent an air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas contained in the exhaust gas absorbed NO _X and becomes rich agent was placed in the engine exhaust passage, the exhaust purification system of an internal combustion engine arranged a sensor capable of detecting concentration of NO _X in the exhaust gas to the _the NO _X absorbent downstream of the engine exhaust passage, the NO _X absorbent the estimated value of the maximum NO _X absorption amount is estimated to be absorbed, NO air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X absorbent is expected to be achieved by _the NO _X absorbent at the time is lean _X A correction means for correcting the estimated value of the absorption rate using the output of the sensor, the estimated value of the maximum NO _x absorption amount, and the estimated value of the NO _x absorption rate are absorbed into the NO _x absorbent. Calculate the amount of NO _x An exhaust purification device for an internal combustion engine comprising NO _x absorption amount calculating means for the purpose.

According to claim 1 which is to switch to rich the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X absorbent when the NO _X absorbing amount calculated by the NO _X absorbent amount calculating means exceeds a judgment value from the lean An exhaust purification device for an internal combustion engine.

It is estimated that the sensor can detect the ammonia concentration in the exhaust gas, and that the correction means is achieved with the NO _x absorbent when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _x absorbent is rich. an estimate of the NO _X reduction rate and correct use of the output of the sensor that the estimated value of the NO _X absorbing amount calculating means maximum NO _X absorption, the estimated value of the NO _X absorbing rate, NO _X reduction an exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 2 for calculating the amount of the NO _X which uses the estimated value of the speed is absorbed in the NO _X absorbent.

NO when NO _X absorption is calculated to below the second judgment value different from the judgment value of the first by the NO _X absorbent amount calculating means when the determination value as the first judgment value _The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the _X absorbent is switched from rich to lean.

The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the first determination value is a value of a predetermined ratio with respect to the estimated value of the maximum NO _x absorption amount, and the second determination value is zero. .

Empty the exhaust gas flowing into the NO _X absorbent when the NO _X absorbing amount calculated by the NO _X absorbent amount calculating means the output value of the sensor even if not less than the second determination value exceeds the reference value The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the fuel ratio is switched from rich to lean.

The amount of the NO _X flowing out to _the NO _X absorbent downstream, the maximum NO _X absorption of the NO _X absorbent, determined in advance a relational expression established among the NO _X absorption rate in _the NO _X absorbent, NO The amount of NO _x flowing out downstream of the _X absorbent is calculated based on the output of the sensor, and the estimated value of the maximum NO _x absorption amount is substituted by substituting the thus calculated NO _x amount into the relational expression, The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein an estimated value of the NO _x absorption rate is calculated.