JP4506544B2 - 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置に関する。

排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化するために流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵されたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに発生するＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。

ところでこのようなＮＯｘ吸蔵触媒を用いたときにはＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前にＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを放出させる必要があり、この場合ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすればＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを放出させかつ放出したＮＯｘを還元することができる。そこで従来の内燃機関ではＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを放出するために燃焼室内における空燃比をリッチにするか、又はＮＯｘ吸蔵触媒上流の機関排気通路内に燃料を供給してＮＯｘ吸蔵触媒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。

ところでＮＯｘ吸蔵触媒から良好にＮＯｘを放出させるには十分にガス化したリッチ空燃比の排気ガスをＮＯｘ吸蔵触媒に流入させなければならない。この場合、燃焼室内における空燃比をリッチにすると十分にガス化したリッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸蔵触媒に流入するのでＮＯｘ吸蔵触媒から良好にＮＯｘを放出させることができる。しかしながら燃焼室内において混合気をリッチにすると多量の煤が発生するという問題があり、また膨張行程や排気行程中に追加燃料を噴射することによって燃焼室から排出される排気ガスの空燃比をリッチにすると噴射燃料がシリンダボア内壁面上に付着するという、いわゆるボアフラッシングを生ずる。

これに対し、ＮＯｘ吸蔵触媒上流の機関排気通路内に燃料を噴射するようにした場合には上述のように煤が発生したり、或いはボアフラッシングを生じたりすることはなくなる。しかしながらＮＯｘ吸蔵触媒上流の機関排気通路内に燃料を噴射するようにした場合には噴射した燃料が十分にガス化せず、斯くしてＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを良好に放出させることができないという問題がある。

一方、ＮＯｘ吸蔵触媒上流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれる炭化水素、即ちＨＣを吸着するためのＨＣ吸着触媒を配置した内燃機関が公知である（特許文献１参照）。この内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに発生するＨＣはＨＣ吸着触媒に吸着され、このとき発生するＮＯｘはＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。

ところでこの内燃機関では、ＨＣ吸着触媒の温度が活性化温度付近、即ち２００℃付近になると吸着されているＨＣの酸化反応が活発となり、その結果排気ガス中の酸素が急激に消費されるために排気ガス中の酸素濃度が急激に低下する。従ってこのときには少量の燃料を追加供給すれば排気ガスの空燃比をリッチにすることができる。そこでこの内燃機関ではＨＣ吸着触媒において十分な量の酸素が消費されているか否かを検出し、ＨＣ吸着触媒において十分な量の酸素が消費されているときに排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを放出させるようにしている。
特開２００３−９７２５５号公報

しかしながらこの内燃機関では燃焼室内における空燃比をリッチにするようにしており、機関排気通路内に燃料を噴射するようにしてはいないために上述したような問題を生ずる。また、この内燃機関ではＨＣ吸着触媒の温度が活性化温度付近になる時期、即ちＨＣ吸着触媒において十分な量の酸素が消費される時期は限られているので、ＮＯｘ吸蔵触媒からのＮＯｘ放出作用からみて必要な時期にＨＣ吸着触媒の温度が活性化温度にならず、斯くしてＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを放出することが必要となったときにＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを放出することができないという問題がある。

本発明の目的は、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを放出すべきときにＮＯｘ吸蔵触媒上流の機関排気通路内に燃料を供給するようにした場合であってもＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを良好に放出しうるようにした圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明によれば、微粒子状の燃料を排気ガス中に添加するための燃料添加手段と、燃料添加手段下流の機関排気通路内に配置されて排気ガス中に含まれる炭化水素を吸着しかつ酸化するＨＣ吸着酸化触媒と、ＨＣ吸着酸化触媒下流の機関排気通路内に配置されて流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵触媒とを具備し、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを放出すべきときには微粒子状の燃料を燃料添加手段から添加して添加した微粒子状の燃料をＨＣ吸着酸化触媒に送り込むことによりＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすると共に、このときＨＣ吸着酸化触媒の温度がＨＣを酸化するのに最適な予め定められた最適温度範囲内となるように制御されており、更にこのとき燃料添加手段から添加する微粒子状燃料の添加量はＨＣ吸着酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比がＮＯｘ吸蔵触媒に流入するリッチ時の空燃比よりも小さなリッチ空燃比となる量に設定されており、添加された微粒子状燃料はＨＣ吸着酸化触媒に吸着された後に吸着した燃料の大部分がＨＣ吸着酸化触媒内で酸化されてＨＣ吸着酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる時間よりも長い時間に亘ってＮＯｘ吸蔵触媒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。

ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを放出すべきときにＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを良好に放出しうる。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１０が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気管１１に連結される。排気マニホルド５にはミスト状の、即ち微粒子状の燃料を排気ガス中に添加するための燃料添加弁１２が取付けられる。本発明による実施例ではこの燃料は軽油からなる。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１３を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１３内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１４が配置される。また、ＥＧＲ通路１３周りにはＥＧＲ通路１３内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１５が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１５内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１６を介してコモンレール１７に連結される。このコモンレール１７内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１８から燃料が供給され、コモンレール１７内に供給された燃料は各燃料供給管１６を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、入力ポート２５および出力ポート２６を具備する。図１に示されるようにアクセルペダル３０にはアクセルペダル３０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ３１が接続され、負荷センサ３１の出力電圧は対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。更に入力ポート２５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３２が接続される。一方、出力ポート２６は対応する駆動回路２８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用ステップモータ、燃料添加弁１２、ＥＧＲ制御弁１４および燃料ポンプ１８に接続される。

図１に示されるように排気管１１には排気ガス中の有害成分、特にＮＯｘを浄化するための後処理装置４０が取付けられる。図２はこの後処理装置４０の拡大図を示している。図２を参照すると、排気管１１には主排気管４１が連結され、この主排気管４１内にＨＣ吸着酸化触媒４２が配置される。更にこのＨＣ吸着酸化触媒４２下流の主排気管４１内にはＮＯｘ吸蔵触媒４３が配置される。また、主排気管４１にはＨＣ吸着酸化触媒４２を迂回する、即ちＨＣ吸着酸化触媒４２上流の主排気管４１内と、ＨＣ吸着酸化触媒４２の下流でＮＯｘ吸蔵触媒４３上流の主排気管４１内とを連結する排気バイパス管４４が取付けられる。

ＨＣ吸着酸化触媒４２上流の主排気管４１内および排気バイパス管４４内には流路切換弁装置４５が配置される。図２に示される第１実施例ではこの流路切換弁装置４５はＨＣ吸着酸化触媒４２上流の主排気管４２内に配置された排気制御弁４６と、排気バイパス管４４内に配置された排気制御弁４７と、これら排気制御弁４６，４７を駆動するためのアクチュエータ４８からなり、このアクチュエータ４８は図１に示される駆動回路２８を介して出力ポート２６に接続される。これらの排気制御弁４６，４７は一方が開弁したときには他方が閉弁せしめられる。即ち、排気制御弁４６が開弁したときには排気制御弁４７が閉弁せしめられ、排気制御弁４７が開弁したときには排気制御弁４６が閉弁せしめられる。

図２に示されるようにＨＣ吸着酸化触媒４２にはＨＣ吸着酸化触媒４２の温度の検出するための温度センサ４９が取付けられ、この温度センサ４９の出力信号は図１に示される対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。また、ＮＯｘ吸蔵触媒４３にはＮＯｘ吸蔵触媒４３の前後差圧を検出するための差圧センサ５０が取付けられており、この差圧センサ５０の出力信号は対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。

図２において排気制御弁４６が開弁し、排気制御弁４７が閉弁したときには全ての排気ガスは主排気管４１内、即ちＨＣ吸着酸化触媒４２内を流通せしめられる。このようにＨＣ吸着酸化触媒４２内を流通する排気ガスの流路、即ちＨＣ吸着酸化触媒４２内を延びる排気ガスの流路は図２に示される実施例では破線の矢印で示されるように主流路と称される。一方、排気制御弁４７が開弁し、排気制御弁４６が閉弁したときには全ての排気ガスは主排気管４１を迂回し、排気バイパス管４４内を流通せしめられる。このようにＨＣ吸着酸化触媒４２を迂回する排気ガスの流路、即ち、排気バイパス管４４内の排気ガスの流路は図２に示される実施例では破線の矢印で示されるように副流路と称される。

まず初めに図１および図２に示されるＮＯｘ吸蔵触媒４３について説明すると、このＮＯｘ吸蔵触媒４３は三次元網目構造のモノリス担体或いはペレット状担体上に担持されているか、又はハニカム構造をなすパティキュレートフィルタ上に担持されている。このようにＮＯｘ吸蔵触媒４３は種々の担体上に担持させることができるが、以下ＮＯｘ吸蔵触媒４３をパティキュレートフィルタ上に担持した場合について説明する。

図３（Ａ）および（Ｂ）はＮＯｘ吸蔵触媒４３を担持したパティキュレートフィルタ４３ａの構造を示している。なお、図３（Ａ）はパティキュレートフィルタ４３ａの正面図を示しており、図３（Ｂ）はパティキュレートフィルタ４３ａの側面断面図を示している。図３（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ４３ａはハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路６０，６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図３（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。従って排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。

パティキュレートフィルタ４３ａは例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図３（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。
このようにＮＯｘ吸蔵触媒４３をパティキュレートフィルタ４３ａ上に担持させた場合には、各排気ガス流入通路６０および各排気ガス流出通路６１の周壁面、即ち各隔壁６４の両側表面上および隔壁６４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図４（Ａ）および（Ｂ）はこの触媒担体７０の表面部分の断面を図解的に示している。図４（Ａ）および（Ｂ）に示されるように触媒担体７０の表面上には貴金属触媒７１が分散して担持されており、更に触媒担体７０の表面上にはＮＯｘ吸収剤７２の層が形成されている。

本発明による実施例では貴金属触媒７１として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤７２を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、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なくとも一つが用いられている。
機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯｘ吸蔵触媒４３上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤７２は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。

即ち、ＮＯｘ吸収剤７２を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図４（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ７１上において酸化されてＮＯ₂となり、次いでＮＯｘ吸収剤７２内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯｘ吸収剤７２内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤７２内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ７１の表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯｘ吸収剤７２のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯｘ吸収剤７２内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くして図４（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸収剤７２内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形でＮＯｘ吸収剤７２から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。

このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ吸収剤７２内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯｘ吸収剤７２のＮＯｘ吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯｘ吸収剤７２によりＮＯｘを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではＮＯｘ吸収剤７２の吸収能力が飽和する前に燃料添加弁１２から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯｘ吸収剤７２からＮＯｘを放出させるようにしている。

さて、上述したように燃料添加弁１２から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯｘ吸収剤１２からＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘが排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。この場合、添加された燃料が液状であったとすると理論上は排気ガスの空燃比がリッチになったとしてもＮＯｘ吸収剤７２からＮＯｘが放出しない。また、燃料が液状である場合にはＮＯｘの還元も行われない。即ち、ＮＯｘ吸収剤７２からＮＯｘを放出させかつ放出されたＮＯｘを還元するにはＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する排気ガス中のガス状成分の空燃比をリッチにしなければならない。

本発明による実施例では燃料添加弁１２から添加される燃料は微粒子状であり、一部の燃料はガス状となっているが大部分は液状となっている。そこで本発明による実施例ではＮＯｘ吸収剤７２からＮＯｘを放出すべきときには排気ガスの流路を図２に示される主流路として燃料添加弁１２から添加された燃料を含む排気ガスをＨＣ吸着酸化触媒４２に導びき、それによって添加された燃料の大部分が液状であったとしてもＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する燃料がガス状となるようにしている。次にこのＨＣ吸着酸化触媒４２について説明する。

図５はＨＣ吸着酸化触媒４２の側面断面図を示している。図５に示されるようにＨＣ吸着酸化触媒４２はハニカム構造をなしており、真直ぐに延びる複数個の排気ガス流通路７３を具備する。このＨＣ吸着酸化触媒４２はゼオライトのような細孔構造をもつ比表面積の大きな材料から構成されており、図５に示すＨＣ吸着酸化触媒７３の基体はゼオライトの一種であるモルデナイトからなる。図６（Ａ）から（Ｄ）はＨＣ吸着酸化触媒４２の基体７４の表面部分の断面を図解的に示している。なお、図６（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＢ部分の拡大図を示しており、図６（Ｃ）は図６（Ｂ）と同じ断面を示しており、図６（Ｄ）は図６（Ｃ）におけるＤ部分の拡大図を示している。図６（Ｂ）および（Ｃ）からわかるようにＨＣ吸着酸化触媒４２の表面は凹凸した粗い表面形状を呈しており、この粗い表面形状を有する表面上には図６（Ｄ）に示されるように多数の細孔７５が形成されていると共に白金Ｐｔからなる貴金属触媒７６が分散して担持されている。

燃料添加弁１２から微粒子状の燃料が添加されると一部の燃料は蒸発してガス状になるが大部分は微粒子の形で基体７４の表面上に吸着する。図６（Ａ）および（Ｂ）は燃料微粒子７７が吸着する様子を示している。このように液状の形で燃料が吸着するときの燃料吸着割合はガス状燃料の吸着割合に比べてかなり高くなる。なお、ＨＣ吸着酸化触媒４２が吸着しうる微粒子状燃料の吸着量は図７（Ａ）に示されるようにＨＣ吸着酸化触媒４２の温度が低くなるほど増大する。また、ＨＣ吸着酸化触媒４２における排気ガス流に対する空間速度（＝排気ガスの容積速度／ＨＣ吸着酸化触媒床の容積）が速くなると、即ち排気ガスの流速が速くなると燃料添加弁１２から添加された燃料のうち、ガス化するものの量およびＮＯｘ吸着酸化触媒４２内の排気流通路７３内を素通りする微粒子状燃料の量が増大する。従ってＨＣ吸着酸化触媒４２が吸着しうる微粒子状燃料の吸着量は図７（Ｂ）に示されるように空間速度が速くなるほど減少する。

次いで図６（Ｃ），（Ｄ）に示されるように基体５０の表面上に吸着した燃料微粒子７７は徐々に蒸発してガス状燃料となる。このガス状燃料は主に炭素数の多いＨＣからなる。この炭素数の多いＨＣは蒸発する際にゼオライト表面上の酸点又は貴金属触媒７６上においてクラッキングされ、炭素数の少ないＨＣに改質される。この改質されたガス状のＨＣはただちに排気ガス中の酸素と反応して酸化せしめられる。このようにして基体７４の表面上に吸着した燃料微粒子７７の大部分は排気ガス中の酸素と反応するので排気ガス中に含まれるほとんど全ての酸素は消費される。その結果、排気ガス中の酸素濃度が低下し、ＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘが放出される。

一方、このとき排気ガス中にはガス状のＨＣが残存しており、排気ガスの空燃比はリッチになっている。このガス状のＨＣはＮＯｘ吸蔵触媒４３内に流入し、このガス状のＨＣによってＮＯｘ吸蔵触媒４３から放出されたＮＯｘが還元される。

図８は機関低速低負荷運転時における燃料添加弁１２からの燃料の添加量と、排気ガスの空燃比Ａ／Ｆとを示している。なお、図８において（Ａ）はＨＣ吸着酸化触媒４２に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆを示しており、（Ｂ）はＨＣ吸着酸化触媒４２から流出してＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆを示しており、（Ｃ）はＮＯｘ吸蔵触媒４３から流出する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆを示している。

本発明による実施例ではＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘを放出すべきときには図８に示されるように複数回の連続パルスからなる駆動信号が燃料添加弁１２に供給され、このとき実際にはこれら連続パルスが供給されている間、燃料が連続的に添加され続ける。燃料添加弁１２から燃料が供給されている間、ＨＣ吸着酸化触媒４２に流入する排気ガスの空燃比は図８（Ａ）に示されるように５以下のかなりリッチな空燃比となる。

一方、燃料添加弁１２から燃料が添加されると燃料微粒子はＨＣ吸着酸化触媒４２に吸着され、次いでこの燃料微粒子から燃料が徐々に蒸発して前述したようにクラッキングされ、改質される。燃料微粒子から蒸発した燃料又は改質された燃料の一部は排気ガス中に含まれる酸素と反応して酸化され、それによって排気ガス中の酸素濃度が低下する。一方、余剰の燃料、即ち余剰のＨＣがＨＣ吸着酸化触媒４２から排出され、その結果ＨＣ吸着酸化触媒４２から流出する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆはわずかばかりリッチとなる。即ち、ＨＣ吸着酸化触媒４２に吸着された燃料微粒子からは燃料が徐々に蒸発し、吸着された燃料微粒子が少量となるまで、ＨＣ吸着酸化触媒４２から流出する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆはわずかばかりリッチになり続ける。従って図８（Ｂ）に示されるように燃料添加弁１２からの燃料の添加作用が完了した後にかなりの時間に亘ってＨＣ吸着酸化触媒４２から流出する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆはわずかばかりリッチになり続ける。

ＨＣ吸着酸化触媒４２から流出しＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する排気ガスの空燃比Ａ／ＦがリッチになるとＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘが未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。この場合、前述したようにＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する未燃ＨＣはＨＣ吸着酸化触媒４２において改質されており、従って放出されたＮＯｘは未燃ＨＣによって良好に還元される。図８（Ｃ）からわかるようにＮＯｘ吸蔵触媒４３からのＮＯｘの放出作用と還元作用が行われている間、ＮＯｘ吸蔵触媒４３から流出する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆはほぼ理論空燃比に維持される。

このように本発明ではＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘを放出させるためにＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするときには微粒子状の燃料が燃料添加弁１２から添加されると共にこのときの微粒子状燃料の添加量はＨＣ吸着酸化触媒４２に流入する排気ガスの空燃比がＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入するリッチ時の空燃比よりも小さな、図８に示す例では半分以下のリッチ空燃比となる量に設定されている。

一方、このとき添加された微粒子状燃料はＨＣ吸着酸化触媒４２に吸着された後に吸着した燃料の大部分がＨＣ吸着酸化触媒４２内で酸化され、ＨＣ吸着酸化触媒４２に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる時間よりも長い時間、図８に示す例では数倍の時間に亘ってＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなる。

このように本発明では燃料添加弁１２から添加された微粒子状燃料を一旦ＨＣ吸着酸化触媒４２内に吸着保持し、次いで吸着保持された微粒子状燃料をＨＣ吸着酸化触媒４２から少しずつ蒸発させることによって長い時間に亘りＮＯｘ吸蔵触媒４３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。この場合、ＮＯｘ吸蔵触媒４３からできる限り多量のＮＯｘを放出させるにはＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる時間を長くすればよく、そのためにはＨＣ吸着酸化触媒４２に吸着保持される燃料量をできる限り増大することが必要となる。

一例を挙げると、例えば機関低速低負荷運転時に１秒間当り吸入空気量が１０（ｇ）となる圧縮着火式内燃機関において、燃料添加弁１２から４００msec程度、微粒子状燃料を噴射するとＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する排気ガスの空燃比は２秒程度に亘って１４．０程度のリッチ空撚比になり、このときＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘが良好に放出されることが判明している。このとき燃料添加弁１２のすぐ下流における排気ガスの空燃比、即ちＨＣ吸着酸化触媒４２に流入する排気ガスの空燃比は４．４程度のリッチ空燃比となる。

もう少し詳しく説明すると、この圧縮着火式内燃機関では機関低速低負荷運転時には空燃比Ａ／Ｆが３０程度であり、従ってＡ／Ｆ＝１０（ｇ／sec）／Ｆ＝３０であるので燃料噴射量はＦ＝１／３（ｇ／sec）となる。一方、１４のリッチ空燃比を生成するにはＡ／Ｆ＝１０（ｇ／sec）／Ｆ＝１４であるので５／７（ｇ／sec）の燃料が必要となる。従って１４のリッチ空燃比を生成するのに燃料添加弁１２から添加すべき追加の燃料量は５／７（ｇ／sec）−１／３（ｇ／sec）＝８／２１（ｇ／sec）となり、２秒間に亘って１４のリッチ空燃比を生成するには燃料添加弁１２から１６／２１（ｇ）の燃料を添加しなければならない。この燃料を４００msecでもって添加するとそのとき排気ガスの空燃比はほぼ４．４となる。

このようにこの内燃機関において機関低速低負荷運転時に１４のリッチ空燃比を２秒間に亘って生成しようとすると燃料添加弁１２から１６／２１（ｇ）の燃料を供給しなければならない。この場合、この燃料量をより短い時間、例えば１００msecで供給しようとすると燃料添加弁１２の噴射圧を高くしなければならない。ところが燃料添加弁１２の噴射圧を高めると噴射時の燃料の微粒子が促進されるためにガス化する燃料量が増大し、斯くしてＨＣ吸着酸化触媒４２に吸着される燃料量が減少する。このようにＨＣ吸着酸化触媒４２への吸着燃料量が減少すると空燃比がリッチとなる時間が短かくなる。これに対し、１６／２１（ｇ）の燃料を供給するに当って単位時間当りの供給量を少なくすると、例えば燃料添加弁１２からの燃料添加時間を１０００msecにするとＨＣ吸着酸化触媒４２からの単位時間当りの燃料蒸発量が少なくなり、排気ガスの空燃比がリッチになりずらくなる。図９はこのことを示している。

即ち、図９は燃料添加弁１２からの燃料添加時間τ（msec）を変えたときの、ＨＣ吸着酸化触媒４２に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆ、ＨＣ吸着酸化触媒４２から流出した排気ガスの温度上昇量ΔＴ、ＮＯｘ吸蔵触媒４３から排出される排出ＨＣ量Ｇ、およびＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する排気ガスのリッチ時間Ｔｒを示している。

上述したように燃料添加弁１２からの燃料添加時間を短かくするとＨＣ吸着酸化触媒４２への吸着燃料量が減少する。その結果、ＨＣ吸着酸化触媒４２からの燃料の蒸発量が少なくなるためにＨＣの酸化作用は弱まり、温度上昇量ΔＴが低下すると共にリッチ時間が短かくなる。またこのとき、燃料添加弁１２から供給される燃料のうちで排気ガス流により持ち去られる燃料量が増大するので排出ＨＣ量Ｇが増大する。

一方、燃料添加弁１２からの燃料添加時間を長くすると上述したようにＨＣ吸着酸化触媒４２への単位時間当りの吸着燃料量が減少する。その結果、ＨＣ吸着酸化触媒４２からの燃料の蒸発量が少なくなるためにＨＣの酸化作用は弱まり、温度上昇量ΔＴが低下すると共にリッチ時間が短かくなる。一方、ＮＯｘ吸蔵触媒４３からのＮＯｘ放出作用が完了した後もＨＣ吸着酸化触媒４２からＨＣが蒸発し続けるので排出ＨＣ量Ｇが増大する。

燃料添加弁１２から燃料を添加したときに添加した燃料が大気中に排出されるとこの燃料は全く無駄となり、従って添加した燃料の大気中への排出量、即ち排出ＨＣ量Ｇは許容値Ｇｏ以下に抑制する必要がある。排出ＨＣ量Ｇが許容値Ｇｏ以下であるということは別の見方をするとＨＣが酸化反応をして酸素を十分に消費していることを意味しており、従って排出ＨＣ量Ｇが許容値Ｇｏ以下であるということは温度上昇量ΔＴが予め定められた設定値ΔＴｏ以上であるということに対応している。

即ち、燃料添加弁１２から燃料を添加する際には排出ＨＣ量Ｇが許容値Ｇｏ以下となり、温度上昇量ΔＴが設定値ΔＴｏ以上となるように添加燃料の添加時間τを定めることが必要であり、従って本発明による実施例では添加燃料の添加時間τがほぼ１００（msec）からほぼ７００（msec）の間に設定されている。これを空燃比Ａ／Ｆで表すと添加時間τが１００（msec）のときの空燃比Ａ／Ｆはほぼ１であり、添加時間τが７００（msec）のときの空燃比Ａ／Ｆはほぼ７であるので本発明による実施例では機関低速低負荷運転時においてＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘを放出させるために燃料添加弁１２から添加される微粒子状燃料の添加量はＨＣ吸着酸化触媒４２に流入する排気ガスの空燃比がほぼ１からほぼ７となる量に設定されていることになる。

図１０は機関高速高負荷運転時における図８と同じ場所における空燃比を示している。機関高速高負荷運転時には機関低速低負荷運転時に比べてＨＣ吸着酸化触媒４２の温度が高くなり、ＨＣ吸着酸化触媒４２における排気ガス流に対する空間速度が高くなるので図７（Ａ），（Ｂ）からわかるようにＨＣ吸着酸化触媒４２が吸着しうる燃料量がかなり減少する。従って図１０と図８とを比較するとわかるように燃料添加弁１２から添加される燃料量は機関高速高負荷運転時には機関低速低負荷運転時に比べて小さくされる。

なお、図１０に示されるように機関高速高負荷運転時には空燃比がほぼ２０程度であるので添加される燃料が減少せしめられても排気ガスの空燃比をリッチにすることができる。しかしながら排気ガスの空燃比をリッチにすることのできる時間は機関低速低負荷運転時に比べてかなり短かくなる。

図１１（Ａ）はＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘを放出すべきときに燃料添加弁１２から添加される燃料量ＡＱを表わしており、添加される燃料量はＡＱ₁，ＡＱ₂，ＡＱ₃，ＡＱ₄，ＡＱ₅，ＡＱ₆の順で次第に少なくなる。なお、図１１（Ａ）において縦軸ＴＱは出力トルクを、横軸Ｎは機関回転数を表しており、従って添加すべき燃料量ＡＱは出力トルクＴＱが増大するほど、即ちＨＣ吸着酸化触媒４２の温度が高くなるほど少なくなり、機関回転数Ｎが高くなるほど、即ち排気ガスの流量が増大するほど少なくなる。この添加すべき燃料量ＡＱは図１１（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。

次に図１２および図１３を参照しつつＮＯｘ放出制御について説明する。
図１２（Ａ）は機関低速低負荷運転時においてＮＯｘ吸蔵触媒４３に吸蔵されたＮＯｘ量ΣＮＯＸの変化と、ＮＯｘ放出のために排気ガスの空燃比Ａ／Ｆをリッチにするタイミングを示しており、図１２（Ｂ）は機関高速高負荷運転時においてＮＯｘ吸蔵触媒４３に吸蔵されたＮＯｘ量ΣＮＯＸの変化と、ＮＯｘ放出のために排気ガスの空燃比Ａ／Ｆをリッチにするタイミングを示している。

機関から単位時間当りに排出されるＮＯｘ量は機関の運転状態に応じて変化し、従って単位時間当りにＮＯｘ吸蔵触媒４３内に吸蔵されるＮＯｘ量も機関の運転状態に応じて変化する。本発明による実施例ではＮＯｘ吸蔵触媒４３に単位時間当り吸蔵されるＮＯｘ量ＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１３（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されており、このＮＯｘ量ＮＯＸＡを積算することによってＮＯｘ吸蔵触媒４３に吸蔵されたＮＯｘ量ΣＮＯＸが算出される。

一方、図１２（Ａ），（Ｂ）においてＭＡＸはＮＯｘ吸蔵触媒４３が吸蔵しうる最大ＮＯｘ吸蔵量を表しており、ＮＸはＮＯｘ吸蔵触媒４３に吸蔵させることのできるＮＯｘ量の許容値を表している。従って図１２（Ａ），（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ量ΣＮＯＸが許容値ＮＸに達するとＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチにされ、それによってＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘが放出される。

前述したように機関低速低負荷運転時にはＨＣ吸着酸化触媒４２が吸着しうる燃料量が増大するので燃料添加弁１２からの燃料添加量が増大される。このように燃料添加量が増大されるとＮＯｘ吸蔵触媒４３から多量のＮＯｘを放出させることができる。即ち、この場合にはＮＯｘ吸蔵触媒４３に多量のＮＯｘが吸蔵された場合でも吸蔵された全ＮＯｘを放出することができるので図１２（Ａ）に示されるように許容値ＮＸは高い値、図１２（Ａ）に示される実施例では最大ＮＯｘ吸蔵量よりもわずかばかり低い値とされる。

これに対し機関高速高負荷運転時にはＨＣ吸着酸化触媒４２の燃料吸着量が減少するので前述したように燃料添加弁１２からの燃料添加量が減少せしめられる。このように燃料添加量が減少せしめられるとＮＯｘ吸蔵触媒４３からは少量のＮＯｘしか放出させることができない。即ち、この場合にはＮＯｘ吸蔵触媒４３に少量のＮＯｘが吸蔵されたら吸蔵されたＮＯｘを放出しなければならないので図１２（Ｂ）に示されるように許容値ＮＸはかなり低い値、図１２（Ｂ）に示される例では図１２（Ａ）に示す機関低速低負荷運転時における許容値ＮＸの１／３以下の値になっている。

図１３（Ｂ）は機関の運転状態に応じて定められている許容値ＮＸを示しており、図１３（Ｂ）において許容値ＮＸはＮＸ₁，ＮＸ₂，ＮＸ₃，ＮＸ₄，ＮＸ₅，ＮＸ₆の順で次第に小さくなる。なお、図１３（Ｂ）において縦軸ＴＱは機関の出力トルクを示しており、横軸Ｎは機関回転数を示している。従って図１３（Ｂ）から許容値ＮＸは出力トルクＴＱが高くなるほど、即ち機関負荷が高くなるほど低くなり、機関回転数Ｎが高くなるほど低くなることがわかる。なお、図１３（Ｂ）に示される許容値ＮＸは図１３（Ｃ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。

このように機関負荷が高くなるほど、或いは機関回転数が高くなるほど許容値ＮＸが低くなるのでＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘを放出させるために燃料添加弁１２から微粒子状燃料が添加される頻度は機関負荷が高くなるほど、或いは機関回転数Ｎが高くなるほど高くなる。即ち、図１２（Ａ），（Ｂ）に示されているように機関高速高負荷運転時には機関低速低負荷運転時に比べて微粒子状燃料が添加される頻度はかなり高くなる。

一方、排気ガス中に含まれる粒子状物質はＮＯｘ吸蔵触媒４３を担持しているパティキュレートフィルタ４３ａ上に捕集され、順次酸化される。しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ４３ａ上に次第に堆積し、この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう。従って粒子状物質の堆積量が増大したときには堆積した粒子状物質を除去しなければならない。この場合、空気過剰のもとでパティキュレートフィルタ４３ａの温度を６００℃程度まで上昇させると堆積した粒子状物質が酸化され、除去される。

そこで本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ４３ａ上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでパティキュレートフィルタ４３ａの温度を上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにしている。具体的に言うと本発明による実施例では差圧センサ５０により検出されたパティキュレートフィルタ４３ａの前後差圧ΔＰが許容値ＰＸを越えたときに堆積粒子状物質の量が許容量を越えたと判断され、このときパティキュレートフィルタ４３ａに流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ燃料添加弁１２から燃料を添加してこの添加された燃料の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタ４３ａの温度を上昇させる昇温制御が行われる。

図１４は排気浄化処理ルーチンを示している。
図１４を参照するとまず初めにステップ１００において図１３（Ａ）に示すマップから単位時間当り吸蔵されるＮＯｘ量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ１０１ではこのＮＯＸＡがＮＯｘ吸蔵触媒４３に吸蔵されているＮＯｘ量ΣＮＯＸに加算される。次いでステップ１０２では図１３（Ｃ）に示すマップから許容値ＮＸが算出される。次いでステップ１０３では吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判別され、ΣＮＯＸ＞ＮＸとなったときにはステップ１０４に進んでＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘを放出すべきことを示すＮＯｘ放出フラグがセットされる。次いでステップ１０５に進んでＮＯｘの浄化処理が行われる。次いでステップ１０６では差圧センサ５０によりパティキュレートフィルタ４３ａの前後差圧ΔＰが検出される。次いでステップ１０７では差圧ΔＰが許容値ＰＸを越えたか否かが判別され、ΔＰ＞ＰＸとなったときにはステップ１０８に進んでパティキュレートフィルタ４３ａの昇温制御が行われる。

さて、前述したようにＨＣ吸着酸化触媒４２におけるＨＣの酸化作用が弱いとＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する排気ガスの空燃比はリッチにならず、ＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするためにはＨＣ吸着酸化触媒４２におけるＨＣの酸化作用を促進して酸化されるＨＣの量をできる限り多くする必要がある。図１５（Ａ）はＨＣ吸着酸化触媒４２において酸化されるＨＣの量、即ちＨＣ酸化量とＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃとの関係を示している。

図７（Ａ）に示されるようにＨＣ吸着酸化触媒４２の温度が高くなるとＨＣ吸着酸化触媒４２に吸着される微粒子状燃料の吸着量は減少する。微粒子状燃料の吸着量が減少するとＨＣ吸着酸化触媒４２において酸化されるＨＣの量は減少し、従って図１５（Ａ）に示されるようにＨＣ酸化量はＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが高くなるほど減少する。一方、ＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが低下すると微粒子状燃料の吸着量は増大するが貴金属触媒の活性が落ちるので図１５（Ａ）に示されるようにやはりＨＣ酸化量は減少する。

即ち、ＨＣ酸化量が大きくなるＨＣ吸着酸化触媒４２の温度範囲、別の言い方をするとＨＣを酸化するのに最適な最適温度範囲は図１５（Ａ）においてＸで示されるように１００℃から２００℃の間の下限温度Ｔ₁と３００℃から４００℃の間の上限温度Ｔ₂との間となる。一方、図１５（Ｂ）のＹはＮＯｘ吸蔵触媒４３のＮＯｘ吸蔵量が良好となるＮＯｘ吸蔵触媒４３の温度Ｔｄの範囲を示しており、図１５（Ａ）と比較すればわかるようにこの温度範囲Ｙは最適温度範囲Ｘに比べて高温側となる。

本発明による一部の実施例ではＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘを放出すべきときにＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃがおおよそ最適温度範囲Ｘ内となるように制御され、本発明による他の一部の実施例ではＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘを放出すべきときにＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが正確に最適温度範囲Ｘ内となるように制御される。

そこで次にＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘを放出すべきときにＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃがおおよそ最適温度範囲Ｘ内となるように制御される実施例から説明を開始する。
前述したようにＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘを放出させるためには燃料添加弁１２から微粒子状の燃料を添加し、この微粒子状燃料を含んだ排気ガスをＨＣ吸着酸化触媒４２に送り込む必要がある。しかしながら常時排気ガスがＨＣ吸着酸化触媒４２内を流通するようにしておくとＨＣ吸着酸化触媒４２の温度が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂を越えてしまう。

そこで最初の実施例では図２に示される後処理装置４０において図１６に示されるように燃料添加弁１２から微粒子状燃料の添加が行われていない通常運転時には、即ち排気ガスの空撚比がリーンのときには流路切換弁装置４５により排気ガスの流路がＨＣ吸着酸化触媒４２を迂回する副流路とされ、ＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘを放出すべく燃料添加弁１２から微粒子状燃料が添加されたときには流路切換弁装置４５によって排気ガスの流路がＨＣ吸着酸化触媒４２内を延びる主流路に切換えられる。

排気ガスの流路が副流路とされると排気ガスはＨＣ吸着酸化触媒４２内を通過しないためにＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃは低下して最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以下に維持される。従ってＮＯｘ吸蔵触媒４３からＮＯｘを放出すべく排気ガスの流路が副流路から主流路に切換えられたときにもＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃは最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以下となっており、斯くしてＮＯｘ吸蔵触媒４３からの良好なＮＯｘ放出還元作用を行うことができる。なお、この場合、ＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの下限温度Ｔ₁以下となる可能性があり、従ってこの実施例では上述したようにＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃがおおよそ最適温度範囲Ｘ内となるように制御されていることになる。

図１７はこの実施例を実行するために図１４のステップ１０５において行われるＮＯｘ浄化処理ルーチンを示している。
図１７を参照するとまず初めにステップ２００においてＮＯｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯｘ放出フラグがセットされているときにはステップ２０１に進んで流路切換弁装置４５により排気ガスの流路が副流路から主流路にＮＯｘ放出作用期間中だけ切換えられる。次いでステップ２０２では図１１（Ｂ）に示すマップから添加すべき燃料量ＡＱが算出され、次いでステップ２０３ではマップから算出された量ＡＱの燃料、即ち軽油が燃料添加弁１２から添加される。次いでステップ２０４ではＮＯｘ放出フラグがリセットされる。

図１８に別の実施例を示す。この実施例でも図１６に示す実施例と同様にＮＯｘ放出作用時に排気ガスの流路が副流路から主流路に切換えられるが、この実施例ではこの流路切換作用に加え、ＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの下限温度Ｔ₁以下になったときにも排気ガスの流路が副流路から主流路に切換えられる。排気ガスの流路が副流路から主流路に切換えられるとＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが上昇するのでＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃは最適温度範囲Ｘ内に比較的良好に維持できることになる。

図１９はこの実施例を実行するために図１４のステップ１０５において行われるＮＯｘ浄化処理ルーチンを示している。
図１９を参照するとまず初めにステップ２１０においてＮＯｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯｘ放出フラグがセットされていないときにはステップ２１１に進んで温度センサ４９により検出されたＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの下限温度Ｔ₁よりも低くなったか否かが判別される。Ｔｃ＜Ｔ₁のときにはステップ２０２に進んで流路切換弁装置４５により排気ガスの流路が副流路から主流路にＴｃ＜Ｔ₁である間だけ切換えられる。

一方、ステップ２１０においてＮＯｘ放出フラグがセットされていると判断されたときにはステップ２１３に進んで流路切換弁装置４５により排気ガスの流路が副流路から主流路にＮＯｘ放出作用期間中だけ切換えられる。次いでステップ２１４では図１１（Ｂ）に示すマップから添加すべき燃料量ＡＱが算出され、次いでステップ２１５ではマップから算出された量ＡＱの燃料、即ち軽油が燃料添加弁１２から添加される。次いでステップ２１６ではＮＯｘ放出フラグがリセットされる。

図２０に更に別の実施例を示す。なお、図２０には空燃比および流路に加えて更に機関負荷Ｌの変化が示されている。この実施例でも図１６に示す実施例と同様にＮＯｘ放出作用時に排気ガスの流路が副流路から主流路に切換えられるが、この実施例ではこの流路切換作用に加え、機関負荷Ｌが急速に低下したとき、即ち減速運転が行われたときに排気ガスの流路が副流路から主流路に切換えられる。

即ち、ＨＣ吸着酸化触媒４２は一旦温度上昇した後にＨＣ吸着酸化触媒４２への排気ガスの流入が停止されるとＨＣ吸着酸化触媒４２は高温のまま保持され、従ってＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃは最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上となる可能性がある。一方、減速運転時には排気ガス温は低温となる。そこでこの実施例では低温の排気ガスによってＨＣ吸着酸化触媒４２を冷却するために減速運転時には排気ガスの流路が副流路から主流路に切換えられる。

図２１はこの実施例を実行するために図１４のステップ１０５において行われるＮＯｘ浄化処理ルーチンを示している。
図２１を参照するとまず初めにステップ２２０においてＮＯｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯｘ放出フラグがセットされていないときにはステップ２１１に進んで減速運転時であるか否かが判別される。減速運転時であるときにはステップ２２２に進んで流路切換弁装置４５により排気ガスの流路が副流路から主流路に減速期間中だけ切換えられる。

一方、ステップ２２０においてＮＯｘ放出フラグがセットされていると判断されたときにはステップ２２３に進んで流路切換弁装置４５により排気ガスの流路が副流路から主流路にＮＯｘ放出作用期間中だけ切換えられる。次いでステップ２２４では図１１（Ｂ）に示すマップから添加すべき燃料量ＡＱが算出され、次いでステップ２２５ではマップから算出された量ＡＱの燃料、即ち軽油が燃料添加弁１２から添加される。次いでステップ２２６ではＮＯｘ放出フラグがリセットされる。

図２２に更に別の実施例を示す。この実施例でも図１６に示す実施例と同様にＮＯｘ放出作用時に排気ガスの流路が副流路から主流路に切換えられるが、この実施例ではこの流路切換作用に加え、ＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの下限温度Ｔ₁以下になったときにも排気ガスの流路が副流路から主流路に切換えられ、更にＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上になっているときに減速運転が行われたときには排気ガスの流路が副流路から主流路に切換えられる。即ち、この実施例では図２０および図２１に示される実施例と比べて、減速運転時における低温の排気ガスによる冷却作用によってＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが必要以上に低下するのを抑制することができる。

図２３はこの実施例を実行するために図１４のステップ１０５において行われるＮＯｘ浄化処理ルーチンを示している。
図２３を参照するとまず初めにステップ２３０においてＮＯｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯｘ放出フラグがセットされていないときにはステップ２３１に進んでＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの下限温度Ｔ₁よりも低いか否かが判別される。Ｔｃ＜Ｔ₁のときにはステップ２３４にジャンプして流路切換弁装置４５により排気ガスの流路が副流路から主流路にＴｃ＜Ｔ₁である間だけ切換えられる。

一方、ステップ２３１においてＴｃ≧Ｔ₁であると判断されたときにはステップ２３２に進んでＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂よりも高いか否かが判別される。Ｔｃ＞Ｔ₂のときにはステップ２３２に進んで減速運転時であるか否かが判別される。減速運転時であるときにはステップ２３４に進んで流路切換弁装置４５により排気ガスの流路が副流路から主流路に減速期間中だけ切換えられる。

一方、ステップ２３０においてＮＯｘ放出フラグがセットされていると判断されたときにはステップ２３５に進んで流路切換弁装置４５により排気ガスの流路が副流路から主流路にＮＯｘ放出作用期間中だけ切換えられる。次いでステップ２３６では図１１（Ｂ）に示すマップから添加すべき燃料量ＡＱが算出され、次いでステップ２３７ではマップから算出された量ＡＱの燃料、即ち軽油が燃料添加弁１２から添加される。次いでステップ２３８ではＮＯｘ放出フラグがリセットされる。

図２４から図２６は図２に示される後処理装置４０の変形例を示している。図２４に示す変形例では主排気管４１内が隔壁５１によって並列をなす二つの通路５２，５３に分割され、一方の通路５２内にＨＣ吸着酸化触媒４２が配置される。図２４に示されるようにこの通路５２は主流路を形成しており、他方の通路５３は副流路を形成している。また、この変形例では流路切換弁装置４５の排気制御弁５４がＨＣ吸着酸化触媒４２の下流における両通路５２，５３の合流部に配置されている。この排気制御弁５４は実線で示す位置又は破線で示す位置に切換えられ、それによって排気ガスの流路が主流路又は副流路のいずれか一方に切換えられる。

図２５に示す変形例ではＨＣ吸着酸化触媒４２上流の主排気管４１からバイパス管５５が分岐され、分岐されたバイパス管５５は分岐部よりも下流において再び主排気管４１に合流せしめられる。バイパス管５５の分岐部と合流部間の主排気管４１内には流路切換弁装置４５の排気制御弁５６が配置される。排気制御弁５６が全開すると主排気管４１内が主流路を形成し、排気制御弁５６が閉弁するとバイパス管５５内が副流路を形成する。

即ち、この実施例では排気ガスの流路がＨＣ吸着酸化触媒４２内に向かう主流路と、主流路よりも長い流路を経てＨＣ吸着酸化触媒４２に到達する副流路とにより構成されており、排気制御弁５６によって排気ガスの流路が主流路又は副流路のいずれか一方に切換えられる。排気ガスが副流路内を流通せしめられると流通する間に排気ガス温が低下し、斯くして比較的低温の排気ガスがＨＣ吸着酸化触媒４２内に流入する。

図２４および図２５に示される変形例においては図１７、図１９、図２１又は図２３に示されるいずれかのＮＯｘ浄化処理ルーチンを用いて排気ガスの流路の切換作用が行われる。

図２６に示される変形例ではＨＣ吸着酸化触媒４２を迂回するバイパス通路４４に加え、更にＮＯｘ吸蔵触媒４３を迂回する第２のバイパス通路５７が設けられ、この第２のバイパス通路５７およびＮＯｘ吸蔵触媒４３の入口部に排気制御弁５８，５９が夫々配置される。この実施例では通常排気制御弁５８が閉弁していて排気制御弁５９が開弁しており、このとき排気制御弁４６，４７を開閉制御することにより排気ガスの流路が主流路又は副流路のいずれか一方に切換えられる。また、排気制御弁４６および排気制御弁５８を開弁し、排気制御弁５９を閉弁することによってＨＣ吸着酸化触媒４２内を延びた後にＮＯｘ吸蔵触媒４３を迂回する冷却用流路が形成される。

図２７に示されるようにこの実施例では排気ガスの流路が主流路、副流路又は冷却用流路のいずれかに切換えられる。即ち、ＮＯｘ放出時およびＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの下限温度Ｔ₁よりも低くなったときには排気ガスの流路が副流路から主流路に切換えられる。一方、減速運転が行われたときには、図２７に示される実施例ではＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂よりも高ければ排気ガスの流路が冷却用流路に切換えられる。

排気ガスの流路が冷却用流路に切換えられると低温の排気ガスによってＨＣ吸着酸化触媒４２が冷却される。しかしながらこのとき低温の排気ガスはＮＯｘ吸蔵触媒４３を迂回するのでＮＯｘ吸蔵触媒４３は高い温度に保持され、従って図１５（Ｂ）からわかるようにＮＯｘ吸蔵触媒４３は高いＮＯｘ吸蔵量を維持することができる。

図２８はこの実施例を実行するために図１４のステップ１０５において行われるＮＯｘ浄化処理ルーチンを示している。
図２８を参照するとまず初めにステップ２４０においてＮＯｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯｘ放出フラグがセットされていないときにはステップ２４１に進んでＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの下限温度Ｔ₁よりも低いか否かが判別される。Ｔｃ＜Ｔ₁のときにはステップ２４２に進んで流路切換弁装置４５により排気ガスの流路が副流路から主流路にＴｃ＜Ｔ₁である間だけ切換えられる。

一方、ステップ２４１においてＴｃ≧Ｔ₁であると判断されたときにはステップ２４３に進んでＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂よりも高いか否かが判別される。Ｔｃ＞Ｔ₂のときにはステップ２４４に進んで減速運転時であるか否かが判別される。減速運転時であるときにはステップ２４５に進んで流路切換弁装置４５により排気ガスの流路が副流路から冷却用流路に減速期間中だけ切換えられる。

一方、ステップ２４０においてＮＯｘ放出フラグがセットされていると判断されたときにはステップ２４６に進んで流路切換弁装置４５により排気ガスの流路が副流路から主流路にＮＯｘ放出作用期間中だけ切換えられる。次いでステップ２４７では図１１（Ｂ）に示すマップから添加すべき燃料量ＡＱが算出され、次いでステップ２４８ではマップから算出された量ＡＱの燃料、即ち軽油が燃料添加弁１２から添加される。次いでステップ２４９ではＮＯｘ放出フラグがリセットされる。

図２９は別のタイプの後処理装置４０を示しており、図３０および図３１は夫々この後処理装置４０の変形例を示している。これらの後処理装置４０について共通している点は、ＨＣ吸着酸化触媒が並列配置された第１の吸着酸化触媒４２ａと第２の吸着酸化触媒４２ｂからなり、排気ガスの流路が第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａ内を延びる第１流路と第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂ内を延びる第２流路からなり、流路切換弁装置４５によって排気ガスの流路が第１流路又は第２流路のいずれか一方に切換えられ、各ＨＣ吸着酸化触媒４２ａ，４２ｂに対して夫々温度センサ４９ａ，４９ｂが取付けられている点である。

次に各後処理装置についてもう少し具体的に説明すると、図２９に示される後処理装置４０では排気管１１の出口からＮＯｘ吸蔵触媒４３に至る排気通路が第１流路を形成している第１通路８０と第２流路を形成している第２通路８１とに分割されており、第１通路８０内には排気制御弁４６および第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａが配置されており、第２通路８１内には排気制御弁４７および第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂが配置されている。

また、図３０に示される後処理装置４０では排気管１１の出口からＮＯｘ吸蔵触媒４３に至る排気通路が隔壁８２によって第１流路を形成している第１通路８３と第２流路を形成している第２通路８４とに分割されており、第１通路８３内には排気制御弁４６および第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａが配置されており、第２通路８４内には排気制御弁４７および第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂが配置されている。

一方、図３１に示される後処理装置４０では排気管１１の出口から下流側に延びる排気通路が第１流路を形成している第１通路８５と第２流路を形成している第２通路８６とに分割されており、第１通路８５内には排気制御弁４６、第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａおよび第１のＮＯｘ吸蔵触媒４３ａが配置されており、第２通路８６内には排気制御弁４７、第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂおよび第２のＮＯｘ吸蔵触媒４３ｂが配置されている。なお、この変形例では各ＮＯｘ吸蔵触媒４３ａ，４３ｂに夫々差圧センサ５０ａ，５０ｂが取付けられている。

図２９から図３１に示される後処理装置４０においてはいずれか一方のＨＣ吸着酸化触媒４２ａ又は４２ｂ内を必ず排気ガスが流通せしめられる。図３２に示される実施例では排気ガスが第１流路内を流れているときに第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａの温度Ｔｃ₁が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上になったときには排気ガスの流路が第１流路から第２流路に切換えられ、排気ガスが第２流路内を流れているときに第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂの温度Ｔｃ₂が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上になったときには排気ガスの流路が第２流路から第１流路に切換えられる。

このような流路切換作用を行うと図３２からわかるように排気ガスが流れている流路内のＨＣ吸着酸化触媒の温度は最適温度範囲Ｘ内となり、従ってどのようなタイミングでＮＯｘの放出作用を行っても良好なリッチ空燃比を形成することができる。

図３３はこの実施例を実行するために図１４のステップ１０５において行われるＮＯｘ浄化処理ルーチンを示している。
図３３を参照するとまず初めにステップ２００において排気ガスの流路が第１流路であるか否かが判別される。排気ガスの流路が第１流路であるときにはステップ２０１に進んで第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａの温度Ｔｃ₁が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上になったか否かが判別される。Ｔｃ₁≦Ｔ₂のときにはステップ２０５にジャンプする。これに対してＴｃ₁＞Ｔ₂になるとステップ２０２に進んで排気ガスの流路が第１流路から第２流路に切換えられ、次いでステップ２０５に進む。

一方、ステップ２００において排気ガスの流路が第１流路でないと判断されたときにはステップ２０３に進んで第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂの温度Ｔｃ₂が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上になったか否かが判別される。Ｔｃ₂≦Ｔ₂のときにはステップ２０５にジャンプする。これに対してＴｃ₂＞Ｔ₂になるとステップ２０４に進んで排気ガスの流路が第２流路から第１流路に切換えられ、次いでステップ２０５に進む。

ステップ２０５ではＮＯｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯｘ放出フラグがセットされているときにはステップ２０６に進んで図１１（Ｂ）に示すマップから添加すべき燃料量ＡＱが算出され、次いでステップ２０７ではマップから算出された量ＡＱの燃料、即ち軽油が燃料添加弁１２から添加される。次いでステップ２０８ではＮＯｘ放出フラグがリセットされる。

図３４に別の実施例を示す。この実施例でも図３２に示す実施例と同様な流路切換作用が行われるが、この実施例ではこの流路切換作用に加え、排気ガスが第１流路内を流れていて第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂの温度Ｔｃ₂が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上のときに減速運転が行われたときには排気ガスの流路が第１流路から第２流路に切換えられ、排気ガスが第２流路内を流れていて第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａの温度が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上のときに減速運転が行われたときには排気ガスの流路が第２流路から第１流路に切換えられる。

即ち、例えば第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａの温度Ｔｃ₁が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂を越えたということで排気ガスの流路が第１流路から第２流路に切換えられると第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａは高温になり続ける可能性がある。そこでこのような場合に減速運転が行われたときには減速期間中低温の排気ガスを第１流路に送り込んで第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａの温度Ｔｃ₁を低下させるようにしている。

図３５はこの実施例を実行するために図１４のステップ１０５において行われるＮＯｘ浄化処理ルーチンを示している。
図３５を参照するとまず初めにステップ２１０において排気ガスの流路が第１流路であるか否かが判別される。排気ガスの流路が第１流路であるときにはステップ２１１に進んで第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａの温度Ｔｃ₁が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上になったか否かが判別される。このときＴｃ₁＞Ｔ₂になったと判断されるとステップ２１２に進んで排気ガスの流路が第１流路から第２流路に切換えられ、次いでステップ２２１に進む。

これに対し、ステップ２１１においてＴｃ₁≦Ｔ₂であると判断されたときにはステップ２１３に進んで排気ガスの流通が停止されている第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂの温度Ｔｃ₂が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上であるか否かが判別される。Ｔｃ₂≦Ｔ₂のときにはステップ２２１にジャンプする。これに対し、Ｔｃ₂＞Ｔ₂のときにはステップ２１４に進んで減速運転中であるか否かが判別される。減速運転中でないときにはステップ２２１に進む。これに対し、減速運転中であるときにはステップ２１５に進んで排気ガスの流路が減速運転中第１流路から第２流路に切換えられる。

一方、ステップ２１０において排気ガスの流路が第１流路でないと判断されたときにはステップ２１６に進んで第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂの温度Ｔｃ₂が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上になったか否かが判別される。このときＴｃ₂＞Ｔ₂になったと判断されるとステップ２１７に進んで排気ガスの流路が第２流路から第１流路に切換えられ、次いでステップ２２１に進む。

これに対し、ステップ２１６においてＴｃ₂≦Ｔ₂であると判断されたときにはステップ２１８に進んで排気ガスの流通が停止されている第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａの温度Ｔｃ₁が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上であるか否かが判別される。Ｔｃ₁≦Ｔ₂のときにはステップ２２１にジャンプする。これに対し、Ｔｃ₁＞Ｔ₂のときにはステップ２１９に進んで減速運転中であるか否かが判別される。減速運転中でないときにはステップ２２１に進む。これに対し、減速運転中であるときにはステップ２２０に進んで排気ガスの流路が減速運転中第２流路から第１流路に切換えられる。

ステップ２２１ではＮＯｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯｘ放出フラグがセットされているときにはステップ２２２に進んで図１１（Ｂ）に示すマップから添加すべき燃料量ＡＱが算出され、次いでステップ２２３ではマップから算出された量ＡＱの燃料、即ち軽油が燃料添加弁１２から添加される。次いでステップ２２４ではＮＯｘ放出フラグがリセットされる。

図３６は更に別のタイプの後処理装置４０を示しており、図３７はこの後処理装置４０の変形例を示している。図３６および図３７に示されるようにこれらの後処理装置４０では主排気管４１から分岐して再び分岐した位置に戻るバイパス通路９０が設けられており、バイパス通路９０と主排気管４１との合流部には流路切換弁装置４５の流路切換弁９２が配置されている。

図３６に示される後処理装置４０ではバイパス通路９０内にＨＣ吸着酸化触媒４２とＮＯｘ吸蔵触媒４３とが配置され、流路切換弁９２の切換作用によって排気ガスの流れ方向は、排気ガスがＨＣ吸着酸化触媒４２を通過した後にＮＯｘ吸蔵触媒４３に流入する順流方向と、排気ガスがＮＯｘ吸蔵触媒４３を通過した後にＨＣ吸着酸化触媒４２に流入する逆流方向のいずれかに切換えられる。

一方、図３７に示される後処理装置４０ではバイパス通路９０内に第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａ、ＮＯｘ吸蔵触媒４３および第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂがこの順序で配置されており、流路切換弁９２の切換作用によって排気ガスの流れ方向は、排気ガスが第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａに続いてＮＯｘ吸蔵触媒４３を通過した後に第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂに流入する順流方向と、排気ガスが第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂに続いてＮＯｘ吸蔵触媒４３を通過した後に第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａに流入する逆流方向のいずれかに切換えられる。なお、図３６および図３７には排気ガスの流れ方向が順流方向となるときの流路切換弁９２の位置が実線で示されており、排気ガスの流れ方向が逆流方向となるときの流路切換弁９２の位置が破線で示されている。

図３８は図３６に示される後処理装置４０についてのＮＯｘ浄化処理方法の一実施例を示している。図３８を参照するとこの実施例では、排気ガスの流れ方向が順流方向であるときにＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上になったときには排気ガスの流れ方向が順流方向から逆流方向に切換えられ、排気ガスの流れ方向が逆流方向であるときにＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの下限温度Ｔ₁以下になったときには排気ガスの流れ方向が逆流方向から順流方向に切換えられる。

なお、排気ガスの流れ方向が逆流方向に切換えられたときにはＮＯｘ吸蔵触媒４３に対して下流側に位置するＨＣ吸着酸化触媒４２はＮＯｘ吸蔵触媒４３内をすり抜けたＨＣを吸着するスイーパとしての機能を果す。また、このＮＯｘ浄化処理方法においては図３８からわかるように排気ガスの流れ方向が順流方向であるときのみに空燃比がリッチにされ、ＮＯｘの放出作用が行われる。

図３９はこの実施例を実行するために図１４のステップ１０５において行われるＮＯｘ浄化処理ルーチンを示している。
図３９を参照するとまず初めにステップ３００において排気ガスの流れ方向が順流方向であるか否かが判別される。排気ガスの流れ方向が順流方向であるときにはステップ３０１に進んでＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上になったか否かが判別される。Ｔｃ≦Ｔ₂のときにはステップ３０５にジャンプする。これに対してＴｃ＞Ｔ₂になるとステップ３０２に進んで排気ガスの流れ方向が順流方向から逆流方向に切換えられる。

これに対し、ステップ３００において排気ガスの流れ方向が順流方向ではないと判断されたときにはステップ３０３に進んでＨＣ吸着酸化触媒４２の温度Ｔｃが最適温度範囲Ｘの下限温度Ｔ₁以下になったか否かが判別される。このときＴｃ＜Ｔ₁になったと判断されるとステップ３０４に進んで排気ガスの流れ方向が逆流方向から順流方向に切換えられる。

ステップ３０５ではＮＯｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯｘ放出フラグがセットされているときにはステップ３０６に進んで図１１（Ｂ）に示すマップから添加すべき燃料量ＡＱが算出され、次いでステップ３０７ではマップから算出された量ＡＱの燃料、即ち軽油が燃料添加弁１２から添加される。次いでステップ３０８ではＮＯｘ放出フラグがリセットされる。

図４０は図３７に示される後処理装置４０についてのＮＯｘ浄化処理方法の一実施例を示している。図４０を参照するとこの実施例では、排気ガスの流れ方向が順流方向であるときに第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａの温度Ｔｃ₁が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上になったときには排気ガスの流れ方向が順流方向から逆流方向に切換えられ、排気ガスの流れ方向が逆流方向であるときに第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂの温度Ｔｃ₂が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上になったときには排気ガスの流れ方向が逆流方向から順流方向に切換えられる。

図４１はこの実施例を実行するために図１４のステップ１０５において行われるＮＯｘ浄化処理ルーチンを示している。
図４１を参照するとまず初めにステップ３１０において排気ガスの流れ方向が順流方向であるか否かが判別される。排気ガスの流れ方向が順流方向であるときにはステップ３１１に進んで第１のＨＣ吸着酸化触媒４２ａの温度Ｔｃ₁が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上になったか否かが判別される。Ｔｃ₁≦Ｔ₂のときにはステップ３１５にジャンプする。これに対してＴｃ₁＞Ｔ₂になるとステップ３１２に進んで排気ガスの流れ方向が順流方向から逆流方向に切換えられ、次いでステップ３１５に進む。

一方、ステップ３１０において排気ガスの流れ方向が順流方向ではないと判断されたときにはステップ３１３に進んで第２のＨＣ吸着酸化触媒４２ｂの温度Ｔｃ₂が最適温度範囲Ｘの上限温度Ｔ₂以上になったか否かが判別される。Ｔｃ₂≦Ｔ₂のときにはステップ３１５にジャンプする。これに対してＴｃ₂＞Ｔ₂になるとステップ３１４に進んで排気ガスの流れ方向が逆流方向から順流方向に切換えられ、次いでステップ３１５に進む。

ステップ３１５ではＮＯｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯｘ放出フラグがセットされているときにはステップ３１６に進んで図１１（Ｂ）に示すマップから添加すべき燃料量ＡＱが算出され、次いでステップ３１７ではマップから算出された量ＡＱの燃料、即ち軽油が燃料添加弁１２から添加される。次いでステップ３１８ではＮＯｘ放出フラグがリセットされる。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。 図１に示される後処理装置の拡大図である。 パティキュレートフィルタの構造を示す図である。 ＮＯｘ吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。 ＨＣ吸着酸化触媒の側面断面図である。 ＨＣ吸着酸化触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。 燃料吸着量を示す図である。 排気ガスの空燃比の変化を示す図である。 燃料添加時間と排気ガスの空燃比Ａ／Ｆ、温度上昇量ΔＴ、排出ＨＣ量Ｇおよびリッチ時間Ｔｒとの関係を示す図である。 排気ガスの空燃比の変化を示す図である。 燃料添加量を示す図である。 ＮＯｘ放出制御を示す図である。 吸蔵ＮＯｘ量ＮＯＸＡのマップ等を示す図である。 排気浄化処理を行うためのフローチャートである。 ＨＣ酸化量とＮＯｘ吸蔵量を示す図である。 ＮＯｘ浄化処理方法を説明するための図である。 図１６に示されるＮＯｘ浄化処理方法を実行するためのフローチャートである。 ＮＯｘ浄化処理方法を説明するための図である。 図１８に示されるＮＯｘ浄化処理方法を実行するためのフローチャートである。 ＮＯｘ浄化処理方法を説明するための図である。 図２０に示されるＮＯｘ浄化処理方法を実行するためのフローチャートである。 ＮＯｘ浄化処理方法を説明するための図である。 図２２に示されるＮＯｘ浄化処理方法を実行するためのフローチャートである。 図２に示される後処理装置の変形例を示す図である。 図２に示される後処理装置の変形例を示す図である。 図２に示される後処理装置の変形例を示す図である。 ＮＯｘ浄化処理方法を説明するための図である。 図２７に示されるＮＯｘ浄化処理方法を実行するためのフローチャートである。 別のタイプの後処理装置を示す図である。 図２９に示される後処理装置の変形例を示す図である。 図２９に示される後処理装置の変形例を示す図である。 ＮＯｘ浄化処理方法を説明するための図である。 図３２に示されるＮＯｘ浄化処理方法を実行するためのフローチャートである。 ＮＯｘ浄化処理方法を説明するための図である。 図３４に示されるＮＯｘ浄化処理方法を実行するためのフローチャートである。 更に別のタイプの後処理装置を示す図である。 図３６に示される後処理装置の変形例を示す図である。 ＮＯｘ浄化処理方法を説明するための図である。 図３８に示されるＮＯｘ浄化処理方法を実行するためのフローチャートである。 ＮＯｘ浄化処理方法を説明するための図である。 図４０に示されるＮＯｘ浄化処理方法を実行するためのフローチャートである。

符号の説明

２ 燃焼室
３ 燃料噴射弁
１１ 排気管
１２ 燃料添加弁
４２ ＨＣ吸着酸化触媒
４３ ＮＯｘ吸蔵触媒
４５ 流路切換弁装置

Claims (18)

1. 微粒子状の燃料を排気ガス中に添加するための燃料添加手段と、該燃料添加手段下流の機関排気通路内に配置されて排気ガス中に含まれる炭化水素を吸着しかつ酸化するＨＣ吸着酸化触媒と、該ＨＣ吸着酸化触媒下流の機関排気通路内に配置されて流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵触媒とを具備し、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを放出すべきときには微粒子状の燃料を上記燃料添加手段から添加して添加した微粒子状の燃料を上記ＨＣ吸着酸化触媒に送り込むことによりＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすると共に、このときＨＣ吸着酸化触媒の温度がＨＣを酸化するのに最適な予め定められた最適温度範囲内となるように制御されており、更にこのとき上記燃料添加手段から添加する微粒子状燃料の添加量はＨＣ吸着酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比がＮＯｘ吸蔵触媒に流入するリッチ時の空燃比よりも小さなリッチ空燃比となる量に設定されており、添加された微粒子状燃料はＨＣ吸着酸化触媒に吸着された後に吸着した燃料の大部分がＨＣ吸着酸化触媒内で酸化されてＨＣ吸着酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる時間よりも長い時間に亘ってＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにした圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
2. 機関低速低負荷運転時においてＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを放出させるために上記燃料添加手段から添加される微粒子状燃料の添加量はＨＣ吸着酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ１からほぼ７となる量に設定されている請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
3. ＮＯｘ吸蔵触媒が排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕獲して酸化させるためのパティキュレートフィルタ上に担持されている請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
4. ＨＣ吸着酸化触媒の温度は機関排気通路内を流れる排気ガスの流路を変えることによって上記最適温度範囲内に制御される請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
5. 排気ガスの流路がＨＣ吸着酸化触媒内に向かう主流路と、ＨＣ吸着酸化触媒を迂回するか又は主流路よりも長い流路を経てＨＣ吸着酸化触媒に到達する副流路とにより構成され、排気ガスの流路を主流路又は副流路のいずれか一方に切換えるための流路切換弁装置を具備した請求項４に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
6. 燃料添加手段により微粒子状燃料の添加作用が行われていない通常運転時には排気ガスの流路が副流路とされ、燃料添加手段により微粒子状燃料が添加されたときには排気ガスの流路が主流路に切換えられる請求項５に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
7. 上記通常運転時においてＨＣ吸着酸化触媒の温度が上記最適温度範囲以下になったときには排気ガスの流路が主流路に切換えられる請求項６に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
8. 上記通常運転時において減速運転が行われたときには排気ガスの流路が主流路に切換えられる請求項６に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
9. 上記通常運転時において減速運転が行われたときにＨＣ吸着酸化触媒の温度が上記最適温度範囲以上のときには排気ガスの流路が主流路に切換えられる請求項６に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
10. 排気ガスの流路として上記主流路および副流路に加え、ＨＣ吸着酸化触媒内を延びた後ＮＯｘ吸蔵触媒を迂回する冷却用流路が設けられており、燃料添加手段により微粒子状燃料の添加作用が行われていない通常運転時には排気ガスの流路が副流路とされ、燃料添加手段により微粒子状燃料が添加されたときには排気ガスの流路が主流路に切換えられ、上記通常運転時において減速運転が行われたときには排気ガスの流路が上記冷却用流路に切換えられる請求項５に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
11. ＨＣ吸着酸化触媒が並列配置された第１の吸着酸化触媒と第２の吸着酸化触媒からなり、排気ガスの流路が第１のＨＣ吸着酸化触媒内を延びる第１流路と第２のＨＣ吸着酸化触媒内を延びる第２流路とにより構成され、排気ガスの流路を第１流路又は第２流路のいずれか一方に切換えるための流路切換弁装置を具備した請求項４に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
12. 排気ガスが第１流路内を流れているときに第１のＨＣ吸着酸化触媒の温度が上記最適温度範囲以上になったときには排気ガスの流路が第１流路から第２流路に切換えられ、排気ガスが第２流路内を流れているときに第２のＨＣ吸着酸化触媒の温度が上記最適温度範囲以上になったときには排気ガスの流路が第２流路から第１流路に切換えられる請求項１１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
13. 排気ガスが第１流路内を流れていて第２のＨＣ吸着酸化触媒の温度が上記最適温度範囲以上のときに減速運転が行われたときには排気ガスの流路が第１流路から第２流路に切換えられ、排気ガスが第２流路内を流れていて第１のＨＣ吸着酸化触媒の温度が上記最適温度範囲以上のときに減速運転が行われたときには排気ガスの流路が第２流路から第１流路に切換えられる請求項１１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
14. ＨＣ吸着酸化触媒の温度は機関排気通路内を流れる排気ガスの流れ方向を変えることによって上記最適温度範囲内に制御される請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
15. 排気ガスの流れ方向を、排気ガスがＨＣ吸着酸化触媒を通過した後にＮＯｘ吸蔵触媒に流入する順流方向と、排気ガスがＮＯｘ吸蔵触媒を通過した後にＨＣ吸着酸化触媒に流入する逆流方向のいずれか一方に切換えるための流れ方向切換弁装置を具備した請求項１４に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
16. 排気ガスの流れ方向が順流方向であるときにＨＣ吸着酸化触媒の温度が上記最適温度範囲以上になったときには排気ガスの流れ方向が順流方向から逆流方向に切換えられ、排気ガスの流れ方向が逆流方向であるときにＨＣ吸着酸化触媒の温度が上記最適温度範囲以下になったときには排気ガスの流れ方向が逆流方向から順流方向に切換えられる請求項１５に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
17. ＨＣ吸着触媒が第１のＨＣ吸着酸化触媒と第２のＨＣ吸着酸化触媒からなり、排気ガスの流れ方向を、排気ガスが第１のＨＣ吸着酸化触媒に続いてＮＯｘ吸蔵触媒を通過した後に第２のＨＣ吸着酸化触媒に流入する順流方向と、排気ガスが第２のＨＣ吸着酸化触媒に続いてＮＯｘ吸蔵触媒を通過した後に第１のＨＣ吸着酸化触媒に流入する逆流方向のいずれか一方に切換えるための流れ方向切換弁装置を具備した請求項１４に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
18. 排気ガスの流れ方向が順流方向であるときに第１のＨＣ吸着酸化触媒の温度が上記最適温度範囲以上になったときには排気ガスの流れ方向が順流方向から逆流方向に切換えられ、排気ガスの流れ方向が逆流方向であるときに第２のＨＣ吸着酸化触媒の温度が上記最適温度範囲以上になったときには排気ガスの流れ方向が逆流方向から順流方向に切換えられる請求項１７に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。

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