JP6003847B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

機関排気通路内に、排気ガスの空燃比がリーンのときにはNO_xを吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチにされると吸蔵したNO_xを放出するNO_x吸蔵触媒を配置し、NO_x吸蔵触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、排気ガスの空燃比がリーンのときにNO_x吸蔵触媒に吸蔵されたNO_X をNO_x吸蔵触媒から放出させるときには、排気弁の開き時期に応じて、炭化水素供給弁から排気ガス中に炭化水素を噴射することによりNO_x吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするか、或いは排気弁が開く前の燃焼室内の高温高圧のガス中に燃料を噴射するポスト噴射を行うことによりNO_x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内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。

特開２００９−４１４８９号公報

この内燃機関では、ポスト噴射が行われてから排気弁が開くまでの時間が長いほど、即ち排気弁の開き時期が遅角されるほど噴射された燃料の蒸発や熱分解が進行し、その結果NOx吸蔵触媒からNOxを良好に放出させることができる。これに対し、排気弁の開き時期が進角されるほど排気温が高くなる。従って、このとき炭化水素供給弁から炭化水素を噴射すると噴射された炭化水素の蒸発や熱分解が進行し、その結果、NOx吸蔵触媒からNOxを良好に放出させることができる。従って、この内燃機関では、NOx吸蔵触媒からNOxを良好に放出させるために、排気弁の開き時期が遅角されたときには、ポスト噴射を行うことによってNOx吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにし、排気弁の開き時期が進角されたときには、炭化水素供給弁から炭化水素を噴射することによって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。

このようにこの内燃機関では、NOx吸蔵触媒からNOxを放出させるときには、ポスト噴射或いは炭化水素供給弁からの炭化水素噴射を行うことによってNOx吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。しかしながら、ポスト噴射或いは炭化水素供給弁からの炭化水素噴射を行ってもNOx吸蔵触媒からNOxを良好に放出させるのが難しく、従って良好なNOX 浄化率を得ることができないという問題がある。これに対し、燃焼室内にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成することにより排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされると、NOx吸蔵触媒からNOxを良好に放出させることができ、従って良好なNOX 浄化率を得ることができる。しかしながら、このように燃焼室内にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成したとしてもNOx吸蔵触媒の温度が低いときにはNOX 浄化率は十分ではなく、高いNOX 浄化率を得るにはNOx吸蔵触媒の温度を高くすることが必要である。
本発明は、排気浄化触媒の温度が低いときに触媒からNOxを放出させるときには、排気浄化触媒からNOxを放出させつつ触媒の温度を早期に上昇させて早期に高いNOX 浄化を得ることができるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本発明によれば、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒と、排気浄化触媒上流の機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁とを具備しており、排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に貴金属触媒周りには塩基性層が形成されており、塩基性層内に吸蔵されたNO_X を排気浄化触媒から放出させるときには排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒から吸蔵されたNO_X を放出させるときには、燃焼室内にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成することにより排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされるか、又は炭化水素供給弁から機関排気通路内に炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされ、排気浄化触媒の温度について、燃焼室にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成することにより排気浄化触媒から吸蔵されたNO _X を放出させることができる許容最低温度と、許容最低温度よりも高い上限温度が予め設定されており、排気浄化触媒の温度が許容最低温度と上限温度との間にあるときには、排気浄化触媒から吸蔵されたNO_X を放出させるために排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにさせるときの炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を、排気浄化触媒の温度が上限温度よりも高いときに比べて多くする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

排気浄化触媒の温度が低いときには高いときに比べて炭化水素供給弁からの炭化水素噴射量を多くすることによって、噴射された炭化水素の酸化反応熱により排気浄化触媒の温度を早期に上昇させることができ、それによりに早期に高いNO_X 浄化を得ることができる。

図１は圧縮着火式内燃機関の全体図である。 図２は触媒担体の表面部分を図解的に示す図である。 図３は排気浄化触媒における酸化反応を説明するための図である。 図４は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示す図である。 図５はNO_x浄化率Ｒ１を示す図である。 図６Ａおよび６Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。 図７Ａおよび７Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。 図８は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示す図である。 図９はNO_x浄化率Ｒ２を示す図である。 図１０は炭化水素の噴射周期ΔＴとNO_x浄化率Ｒ１との関係等を示す図である。 図１１Ａおよび１１Ｂは炭化水素の噴射量等を示すマップを示すである。 図１２はNO_x放出制御を示す図である。 図１３は排出NO_x量NOXAのマップを示す図である。 図１４は燃料噴射時期を示す図である。 図１５はリッチ燃焼ガス生成噴射の噴射量ＷＲのマップを示す図である。 図１６は、第１のNOx浄化方法から第２のNOx浄化方法に切替えられるときの排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化等を示す図である。 図１７は、NO_x放出のためのリッチ制御を説明するための図である。 図１８は、NO_x放出のためのリッチ制御を行うときの炭化水素噴射領域等を説明するための図である。 図１９は、NO_x放出のためのリッチ制御を行ったときの排気浄化触媒の温度変化を示す図である。 図２０は、NO_x放出のためのリッチ制御を行ったときの排気浄化触媒の温度変化を示す図である。 図２１はNOx浄化制御を行うためのフローチャートである。

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

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

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

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

図２は、図１に示される排気浄化触媒13の基体上に担持された触媒担体の表面部分を図解的に示している。この排気浄化触媒13では図２に示されるように例えばアルミナからなる触媒担体50上には白金Ptからなる貴金属触媒51が担持されており、更にこの触媒担体50上にはカリウムＫ、ナトリウムNa、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類金属、ランタノイドのような希土類および銀Ag、銅Cu、鉄Fe、イリジウムIrのようなNO_xに電子を供与しうる金属から選ばれた少なくとも一つを含む塩基性層53が形成されている。また、排気浄化触媒13の触媒担体50上には白金Ptに加えてロジウムRh或いはパラジウムPdを担持させることができる。なお、排気ガスは触媒担体50上に沿って流れるので貴金属触媒51は排気浄化触媒13の排気ガス流通表面上に担持されていると言える。また、塩基性層53の表面は塩基性を呈するので塩基性層53の表面は塩基性の排気ガス流通表面部分54と称される。

炭化水素供給弁15から排気ガス中に炭化水素が噴射されるとこの炭化水素は排気浄化触媒13において改質される。本発明ではこのとき改質された炭化水素を用いて排気浄化触媒13においてNO_xを浄化するようにしている。図３はこのとき排気浄化触媒13において行われる改質作用を図解的に示している。図３に示されるように炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素HCは貴金属触媒51によって炭素数の少ないラジカル状の炭化水素HCとなる。

図４は炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射タイミングと排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化とを示している。なお、この空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化は排気浄化触媒13に流入する排気ガス中の炭化水素の濃度変化に依存しているので図４に示される空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化は炭化水素の濃度変化を表しているとも言える。ただし、炭化水素濃度が高くなると空燃比（Ａ／Ｆ）inは小さくなるので図４においては空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチ側となるほど炭化水素濃度が高くなっている。

図５は、排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を周期的に変化させることによって図４に示されるように排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inを周期的にリッチにしたときの排気浄化触媒13によるNO_x浄化率Ｒ１を排気浄化触媒13の各触媒温度TCに対して示している。さて、長期間に亘るNO_x浄化に関する研究の結果、排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると、図５に示されるように350℃以上の高温領域においても極めて高いNO_x浄化率Ｒ１が得られることが判明している。

更にこのときには窒素および炭化水素を含む多量の還元性中間体が塩基性層53の表面上に、即ち排気浄化触媒13の塩基性排気ガス流通表面部分54上に保持又は吸着され続けており、この還元性中間体が高NO_x浄化率Ｒ１を得る上で中心的役割を果していることが判明している。次にこのことについて図６Ａおよび６Ｂを参照しつつ説明する。なお、これら図６Ａおよび６Ｂは排気浄化触媒13の触媒担体50の表面部分を図解的に示しており、これら図６Ａおよび６Ｂには排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動せしめたときに生ずると推測される反応が示されている。

図６Ａは排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度が低いときを示しており、図６Ｂは炭化水素供給弁15から炭化水素が供給されて排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされたとき、即ち排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度が高くなっているときを示している。

さて、図４からわかるように排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比は一瞬を除いてリーンに維持されているので排気浄化触媒13に流入する排気ガスは通常酸素過剰の状態にある。このとき排気ガス中に含まれるNOの一部は排気浄化触媒13上に付着し、排気ガス中に含まれるNOの一部は図６Ａに示されるように白金51上において酸化されてNO₂となり、次いでこのNO₂は更に酸化されてNO₃となる。また、NO₂の一部はNO₂ ^-となる。従って白金Pt51上にはNO₂ ^- とNO₃とが生成されることになる。排気浄化触媒13上に付着しているNOおよび白金Pt51上において生成されたNO₂ ^-とNO₃は活性が強く、従って以下これらNO、NO₂ ^-およびNO₃を活性NO_x ^*と称する。

一方、炭化水素供給弁15から炭化水素が供給されて排気浄化触媒13への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされるとこの炭化水素は排気浄化触媒13の全体に亘って順次付着する。これら付着した炭化水素の大部分は順次酸素と反応して燃焼せしめられ、付着した炭化水素の一部は順次、図３に示されるように排気浄化触媒13内において改質され、ラジカルとなる。従って、図６Ｂに示されるように活性NO_x ^*周りの炭化水素濃度が高くなる。ところで活性NO_x ^*が生成された後、活性NO_x ^*周りの酸素濃度が高い状態が一定時間以上継続すると活性NO_x ^*は酸化され、硝酸イオンNO₃ ^-の形で塩基性層53内に吸収される。しかしながらこの一定時間が経過する前に活性NO_x ^*周りの炭化水素濃度が高くされると図６Ｂに示されるように活性NO_x ^*は白金51上においてラジカル状の炭化水素HCと反応し、それにより還元性中間体が生成される。この還元性中間体は塩基性層53の表面上に付着又は吸着される。

なお、このとき最初に生成される還元性中間体はニトロ化合物R-NO₂であると考えられる。このニトロ化合物R-NO₂は生成されるとニトリル化合物R-CNとなるがこのニトリル化合物R-CNはその状態では瞬時しか存続し得ないのでただちにイソシアネート化合物R-NCOとなる。このイソシアネート化合物R-NCOは加水分解するとアミン化合物R-NH₂となる。ただしこの場合、加水分解されるのはイソシアネート化合物R-NCOの一部であると考えられる。従って図６Ｂに示されるように塩基性層53の表面上に保持又は吸着されている還元性中間体の大部分はイソシアネート化合物R-NCOおよびアミン化合物R-NH₂であると考えられる。

一方、図６Ｂに示されるように生成された還元性中間体の周りに炭化水素HCが付着しているときには還元性中間体は炭化水素HCに阻まれてそれ以上反応が進まない。この場合、排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度が低下し、次いで還元性中間体の周りに付着している炭化水素が酸化せしめられて消滅し、それにより還元性中間体周りの酸素濃度が高くなると、還元性中間体は排気ガス中のNO_xや活性NO_x ^*と反応するか、周囲の酸素と反応するか、或いは自己分解する。それによって還元性中間体R-NCOやR-NH₂は図６Ａに示されるようにＮ₂，CO₂，H₂Oに変換せしめられ、斯くしてNO_xが浄化されることになる。

このように排気浄化触媒13では、排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を高くすることにより還元性中間体が生成され、排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を低下させた後、酸素濃度が高くなったときに還元性中間体が排気ガス中のNO_xや活性NO_x ^*や酸素と反応し、或いは自己分解し、それによりNO_xが浄化される。即ち、排気浄化触媒13によりNO_xを浄化するには排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を周期的に変化させる必要がある。

無論、この場合、還元性中間体を生成するのに十分高い濃度まで炭化水素の濃度を高める必要があり、生成された還元性中間体を排気ガス中のNO_xや活性NO_x ^*や酸素と反応させ、或いは自己分解させるのに十分低い濃度まで炭化水素の濃度を低下させる必要がある。即ち、排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅で振動させる必要がある。なお、この場合、生成された還元性中間体R-NCOやR-NH₂が排気ガス中のNO_xや活性NO_x ^*や酸素と反応するまで、或いは自己分解するまでこれら還元性中間体を塩基性層53上に、即ち塩基性排気ガス流通表面部分54上に保持しておかなければならず、そのために塩基性の排気ガス流通表面部分54が設けられている。

一方、炭化水素の供給周期を長くすると炭化水素が供給された後、次に炭化水素が供給されるまでの間において酸素濃度が高くなる期間が長くなり、従って活性NO_x ^*は還元性中間体を生成することなく硝酸塩の形で塩基性層53内に吸収されることになる。これを回避するためには排気浄化触媒13に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の周期でもって振動させることが必要となる。

そこで本発明による実施例では、排気ガス中に含まれるNO_xと改質された炭化水素とを反応させて窒素および炭化水素を含む還元性中間体R-NCOやR-NH₂を生成するために排気浄化触媒13の排気ガス流通表面上には貴金属触媒51が担持されており、生成された還元性中間体R-NCOやR-NH₂を排気浄化触媒13内に保持しておくために貴金属触媒51周りには塩基性層53が形成されており、塩基性層53上に保持された還元性中間体R-NCOやR-NH₂はＮ₂，CO₂，H₂Oに変換せしめられ、炭化水素濃度の振動周期は還元性中間体R-NCOやR-NH₂を生成し続けるのに必要な振動周期とされる。因みに図４に示される例では噴射間隔が３秒とされている。

炭化水素濃度の振動周期、即ち炭化水素供給弁15からの炭化水素HCの噴射周期を上述の予め定められた範囲内の周期よりも長くすると塩基性層53の表面上から還元性中間体R-NCOやR-NH₂が消滅し、このとき白金Pt53上において生成された活性NO_x ^*は図７Ａに示されるように硝酸イオンNO₃ ^-の形で塩基性層53内に拡散し、硝酸塩となる。即ち、このときには排気ガス中のNO_xは硝酸塩の形で塩基性層53内に吸収されることになる。

一方、図７ＢはこのようにNO_xが硝酸塩の形で塩基性層53内に吸収されているときに排気浄化触媒13内に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされた場合を示している。この場合には排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（NO₃ ^-→NO₂）に進み、斯くして塩基性層53内に吸収されている硝酸塩は順次硝酸イオンNO₃ ^-となって図７Ｂに示されるようにNO₂の形で塩基性層53から放出される。次いで放出されたNO₂は排気ガス中に含まれる炭化水素HCおよびCOによって還元される。

図８は塩基性層53のNO_x吸収能力が飽和する少し前に排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inを一時的にリッチにするようにした場合を示している。なお、図８に示す例ではこのリッチ制御の時間間隔は１分以上である。この場合には排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリーンのときに塩基性層53内に吸収されたNO_xは、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inが一時的にリッチにされたときに塩基性層53から一気に放出されて還元される。従ってこの場合には塩基性層53はNO_xを一時的に吸収するための吸収剤の役目を果している。

なお、このとき塩基性層53がNO_xを一時的に吸着する場合もあり、従って吸収および吸着の双方を含む用語として吸蔵という用語を用いるとこのとき塩基性層53はNO_xを一時的に吸蔵するためのNO_x吸蔵剤の役目を果していることになる。即ち、この場合には、機関吸気通路、燃焼室２および排気浄化触媒13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、排気浄化触媒13は、排気ガスの空燃比がリーンのときにはNO_xを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したNO_xを放出するNO_x吸蔵触媒として機能している。

図９の実線は、排気浄化触媒13をこのようにNO_x吸蔵触媒として機能させたときのNO_x浄化率Ｒ２を示している。なお、図９の横軸は排気浄化触媒13の触媒温度TCを示している。排気浄化触媒13をこのようにNO_x吸蔵触媒として機能させた場合には図９において実線で示されるように触媒温度TCが250℃から300℃のときには極めて高いNO_x浄化率が得られるが触媒温度TCが350℃以上の高温になるとNO_x浄化率Ｒ２が低下する。

このように触媒温度TCが350℃以上になるとNO_x浄化率Ｒ２が低下するのは、触媒温度TCが350℃以上になるとNO_xが吸蔵されづらくなり、かつ硝酸塩が熱分解してNO₂の形で排気浄化触媒13から放出されるからである。即ち、NO_xを硝酸塩の形で吸蔵している限り、触媒温度TCが高いときに高いNO_x浄化率Ｒ２を得るのは困難である。しかしながら図４から図６Ｂに示される新たなNO_x浄化方法では、硝酸塩の形で吸蔵されているNO_x量は小量であり、斯くして図５に示されるように触媒温度TCが高いときでも高いNO_x浄化率Ｒ１が得られることになる。

本発明による実施例では、この新たなNO_x浄化方法を用いてNO_ｘを浄化しうるように、炭化水素を供給するための炭化水素供給弁15を機関排気通路内に配置し、炭化水素供給弁15下流の機関排気通路内に排気浄化触媒13を配置し、排気浄化触媒13の排気ガス流通表面上には貴金属触媒51が担持されていると共に貴金属触媒51周りには塩基性層53が形成されており、排気浄化触媒13は、炭化水素供給弁15から予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射すると塩基性層53上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNO_X を還元する性質を有すると共に、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期をこの予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるNO_xの吸蔵量が増大する性質を有しており、機関運転時に炭化水素供給弁15から予め定められた噴射周期でもって炭化水素を噴射し、それにより排気ガス中に含まれるNO_xを排気浄化触媒13において還元するようにしている。

即ち、図４から図６Ｂに示されるNO_x浄化方法は、貴金属触媒を担持しかつNO_xを吸収しうる塩基性層を形成した排気浄化触媒を用いた場合において、さほど硝酸塩を形成することなくNO_xを浄化するようにした新たなNO_x浄化方法であると言うことができる。実際、この新たなNO_x浄化方法を用いた場合には排気浄化触媒13をNO_x吸蔵触媒として機能させた場合に比べて、塩基性層53から検出される硝酸塩は少量である。なお、この新たなNO_x浄化方法を以下、第１のNO_x浄化方法と称する。

さて、前述したように、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射周期ΔＴが長くなると炭化水素が噴射された後、次に炭化水素が噴射される間において、活性NO_x ^*周りの酸素濃度が高くなる期間が長くなる。この場合、図１に示される実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴが５秒程度よりも長くなると活性NO_x ^*が硝酸塩の形で塩基性層53内に吸収され始め、従って図１０に示されるように炭化水素濃度の振動周期ΔＴが５秒程度よりも長くなるとNO_x浄化率Ｒ１が低下することになる。従って図１に示される実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴは５秒以下とする必要がある。

一方、本発明による実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴがほぼ0.3秒以下になると噴射された炭化水素が排気浄化触媒13の排気ガス流通表面上に堆積し始め、従って図１０に示されるように炭化水素の噴射周期ΔＴがほぼ0.3秒以下になるとNO_x浄化率Ｒ１が低下する。そこで本発明による実施例では、炭化水素の噴射周期が0.3秒から５秒の間とされている。

本発明による実施例では、第１のNOx浄化方法による良好なNOx浄化作用を確保するのに最適な炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量および噴射周期は予め求められている。この場合、本発明による実施例では、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用を行うときの最適な炭化水素噴射量ＷＴが、燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図１１Ａに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されており、また、このときの最適な炭化水素の噴射周期ΔＴも燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図１１Ｂに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。

次に図１２から図１５を参照しつつ排気浄化触媒13をNO_x吸蔵触媒として機能させた場合のNO_x浄化方法について具体的に説明する。このように排気浄化触媒13をNO_x吸蔵触媒として機能させた場合のNO_x浄化方法を以下、第２のNO_x浄化方法と称する。
この第２のNO_x浄化方法では図１２に示されるように塩基性層53に吸蔵された吸蔵NO_x量ΣNOXが予め定められた許容量MAXを越えたときに排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inが一時的にリッチにされる。排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされると、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリーンのときに塩基性層53内に吸蔵されたNO_xが塩基性層53から一気に放出されて還元される。それによってNO_xが浄化される。

吸蔵NO_x量ΣNOXは例えば機関から排出されるNO_x量から算出される。本発明による実施例では機関から単位時間当り排出される排出NO_x量NOXAが燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図１３に示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されており、この排出NO_x量NOXAから吸蔵NO_x量ΣNOXが算出される。この場合、前述したように排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされる周期は通常１分以上である。

この第２のNOx浄化方法では、NOxの放出制御を行うときには、図１４に示されるように、燃料噴射弁３から、機関出力を発生させるための主噴射Ｑに加えて、リッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩが行われる。なお、図１４の横軸はクランク角を示している。このリッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩは、燃焼はするが機関出力となって現われない時期に、即ち圧縮上死点後ATDC90°の少し手前で行われ、このとき燃料噴射弁３からはリッチ空燃比の燃焼ガスを生成するために必要な量ＷＲの燃料が噴射される。この燃料量WRはアクセルペダル40の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図１５に示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。このように本発明による実施例では、NOxの放出制御を行うときには、機関出力を発生させるための主噴射Ｑに加えて、燃料噴射弁３から、リッチ空燃比の燃焼ガスを生成するためにリッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩが行われる。このリッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩが行われると、燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比がリッチとなり、従ってNOx吸蔵触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチとなる。その結果、NOx吸蔵触媒13からNOxが放出されことになる。

さて、本発明による実施例では、炭化水素供給弁15から予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射することにより生成されかつ塩基性層53上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNO_X を還元する第１のNO_X 浄化方法と、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気浄化触媒13に吸蔵されたNO_X を排気浄化触媒13から放出させて還元させるべく上述の予め定められた範囲よりも長い周期でもって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる第２のNO_X 浄化方法とが用いられている。この場合、図５に示す第１のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ１と図９に示す第２のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ２とを比較するとわかるように、触媒温度TCが比較的低いときには第２のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ２の方が高くなり、触媒温度TCが高くなると第１のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ１の方が高くなる。従って、本発明による実施例では、概略的に言うと、触媒温度TCが低いときには第２のNOx浄化方法が用いられ、触媒温度TCが高いときには第１のNOx浄化方法が用いられる。

さて、第２のNO_x浄化方法が行われているときに排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出させるときには、通常、燃焼室２にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成するためのリッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩが行われる。図１６は、排気浄化触媒13が十分に活性化していて高いNOx浄化率が得られている状態において、第２のNO_X 浄化方法から第１のNO_X 浄化方法に切替えられるときの、燃焼室２内へのリッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩの噴射量ＷＲの変化と、炭化水素供給弁15からの炭化水素ＷＴの噴射タイミングと、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化と、排気浄化触媒13に吸蔵される吸蔵NO_ｘ量ΣNOXとを示している。図１６に示されるように、第２のNOx浄化方法が行われているときには、排気浄化触媒13の塩基性層53に吸蔵された吸蔵NO_x量ΣNOXが許容量ＭＡＸを越えたときに燃焼室２内にリッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩが噴射され、それにより排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチとされる。

一方、排気浄化触媒13にNO_ｘが吸蔵されている状態で、第２のNO_ｘ浄化方法によるNO_ｘ浄化作用から第１のNO_ｘ浄化方法によるNO_ｘ浄化作用に切替えられると、第１のNO_ｘ浄化方法によるNO_ｘ浄化作用が開始されたときに、NOx浄化率が低下してしまい、また排気浄化触媒13に吸蔵されているNO_ｘが還元されることなく放出されてしまう。そこで本発明による実施例では、第２のNO_ｘ浄化方法によるNO_ｘ浄化作用から第１のNO_ｘ浄化方法によるNO_ｘ浄化作用に切替えられるときに排気浄化触媒13にNO_ｘが吸蔵されているときには、吸蔵されているNO_ｘを放出させ還元させるために、図１６に示されるように燃焼室２内にリッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩが噴射され、それにより排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inが一時的にリッチにされる。

図１７には、図５に示す第１のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ１と図９に示す第２のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ２とが一緒に示されている。図１７を参照するとわかるように、触媒温度TCが温度TＨよりも低いときには第２のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ２の方が高くなり、触媒温度TCが温度TＨよりも高くなると第１のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ１の方が高くなる。従って、本発明による実施例では、触媒温度TCが温度TＨよりも低いときには第２のNOx浄化方法が用いられ、触媒温度TCが温度TＨよりも高いときには第１のNOx浄化方法が用いられる。

ところで、前述したように、第１のNO_X 浄化方法が用いられているときには、塩基性層53上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNO_X が還元され、この還元性中間体を生成するのに必要な量の炭化水素が炭化水素供給弁15から供給される。一方、第２のNO_X 浄化方法が用いられているときには、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることによって排気浄化触媒13から吸蔵されているNO_X が放出され還元される。ところがこのように、一旦排気浄化触媒13に吸蔵されたNO_X を排気浄化触媒13から放出させて還元させるには多量の還元剤を必要とする。

従って、第２のNO_X 浄化方法において排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出させて還元するために必要な還元剤の量、即ち排気ガスの空燃比をリッチにするのに必要な燃料の量は、第１のNO_X 浄化方法において還元性中間体を生成するのに必要な炭化水素の量、即ち還元剤の量に比べて多くの還元剤を必要とする。即ち、NO_X を浄化するために必要な還元剤の量は、第１のNO_X 浄化方法を用いた場合に比べて第２のNO_X 浄化方法を用いた場合の方が多くの還元剤を必要とし、従ってできる限り第１のNO_X 浄化方法を用いることが好ましいことになる。

再び、図１７を参照すると、図１７には、排気浄化触媒の温度ＴＣについて、温度ＴＨよりも低い二つの温度ＴＬと温度ＴＭとが示されている。温度ＴＬは、燃焼室２内にリッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩを噴射することにより排気浄化触媒から吸蔵されたNO_X を放出させることができる最低の触媒温度、即ち許容最低温度を示している。この許容最低温度ＴＬにおけるNOx浄化率Ｒ２は実用上許容され得る最低のNOx浄化率であり、従って別の言い方をすると、許容最低温度ＴＬは、NOx浄化率Ｒ２が実用上許容され得る最低のNOx浄化率となるときの触媒温度ＴＣである。一方、温度ＴＭはこの許容最低温度ＴＬよりも高い上限温度を示しており、この上限温度ＴＭは、排気浄化触媒の温度ＴＣが上昇したときに第２のNOx浄化方法によるNOx浄化率Ｒ２がほぼピークとなる触媒温度ＴＣである。

図１９は、リッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩの噴射量ＷＲと炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量ＷＴと排気浄化触媒の温度ＴＣの変化を示している。なお、図１９は、排気浄化触媒の温度ＴＣが許容最低温度ＴＬと上限温度ＴＭとの間にあるときに、排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出すべき指令が発せられた場合を示している。さて、燃焼室２内にリッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩを行うと、噴射された燃料は燃焼室２内で部分酸化され、その結果、機関からは多量のＣＯ₂ が排出される。このＣＯ₂ は強い還元力を有し、従って機関からは多量のＣＯ₂ が排出されると、排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を良好に放出させ還元させることができる。従って、排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出させるときには、通常、燃焼室２内にリッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩを行うことにより、即ち燃焼室２内にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成することにより排気浄化触媒13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。

従って、排気浄化触媒の温度ＴＣが許容最低温度ＴＬと上限温度ＴＭとの間にあるときに排気浄化触媒13からのNO_X放出指令が発せられた場合でも、図１９において破線で示されるように、リッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩを行うことにより、即ち燃焼室２内にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成することにより排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることもできる。しかしながら、燃焼室２内にリッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩを行うと、上述したように噴射された燃料は燃焼室２内で部分酸化されてしまい、従ってこのとき、排気浄化触媒13において燃焼せしめられる燃料の量は少量となり、排気浄化触媒13において発生する酸化反応熱も少なくなる。従って、図１９において鎖線で示されるように、このとき排気浄化触媒の温度ＴＣはあまり上昇しない。

一方、このとき、図１９において実線で示されるように、炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしても、排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出させることができる。しかも、このとき、炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすると、噴射された大部分の燃料は排気浄化触媒13上において酸化され、その結果、このとき多量の酸化反応熱が発生するために、図１９において実線で示されるように、排気浄化触媒の温度ＴＣが急激に上昇する。その結果、NOx浄化率Ｒ２はピークとなり、高いNOx浄化率が得られることになる。また、このとき排気浄化触媒の温度ＴＣが温度ＴＨを超えれば、第１のNOx浄化方法によるNOx浄化作用を行うことができるようになる。

従って、排気浄化触媒の温度ＴＣが許容最低温度ＴＬと上限温度ＴＭとの間にあるときに排気浄化触媒13からのNO_X 放出指令が発せられた場合には、炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることが好ましいことになる。図１８には、排気浄化触媒13からのNO_X放出指令が発せられた場合に炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすべき領域が、ハッチングの付された領域ＷＴで示されている。なお、図１８において縦軸は排気浄化触媒の温度ＴＣを示しており、横軸は排気浄化触媒13の塩基性層53に吸蔵された吸蔵NO_x量ΣNOXを示している。図１８に示されるように、この領域ＷＴは許容最低温度ＴＬと上限温度ＴＭとの間にあり、排気浄化触媒13からのNO_X 放出指令が発せられたときに、排気浄化触媒の温度ＴＣと排気浄化触媒13への吸蔵NO_x量ΣNOXから定まる点がこの領域ＷＴ内であるときには、炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。

また、図１８に示される例では、上限温度ＴＭは排気浄化触媒13への吸蔵NO_x量ΣNOXにかかわらずに一定とされており、排気浄化触媒の温度ＴＣがこの上限温度ＴＭよりも高いときに排気浄化触媒13からのNO_X 放出指令が発せられた場合には、リッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩを行うことにより排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。このようにリッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩが行われる領域が、図１８においてハッチングの付された領域ＡＩで示されている。一方、図１８において排気浄化触媒の温度ＴＣが許容最低温度ＴＬよりも低いときに排気浄化触媒13からのNO_X 放出指令が発せられた場合にはリッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩも行われず、炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射も行われない。即ち、このときには排気浄化触媒13からのNO_X 放出作用は行われず、排気浄化触媒の温度ＴＣが許容最低温度ＴＬを超えたときに炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒13からのNO_X 放出作用が行われる。

上述したように、排気浄化触媒の温度ＴＣが許容最低温度ＴＬよりも低いときには、排気浄化触媒13からのNO_X 放出作用は行われない。従って、排気浄化触媒の温度ＴＣが許容最低温度ＴＬよりも低い状態で機関の運転が継続されると、排気浄化触媒13への吸蔵NO_x量ΣNOXが次第に増大していくことになる。この場合、排気浄化触媒13への吸蔵NO_x量ΣNOXが大きくなったときには、少しでも排気浄化触媒13からのNO_X を放出させることが好ましい。そこで本発明による実施例では、排気浄化触媒13への吸蔵NO_x量ΣNOXが大きくなったときには排気浄化触媒の温度ＴＣが低くても排気浄化触媒13からNO_X を放出しうるように、図１８に示される如く、許容最低温度ＴＬは排気浄化触媒13への吸蔵NO_x量ΣNOXが増大すると、低くされる。その結果、本発明による実施例では、排気浄化触媒13への吸蔵NO_x量ΣNOXが大きくなったときには排気浄化触媒の温度ＴＣが低くても排気浄化触媒13からのNO_X 放出指令が発せられたには炭化水素供給弁15から炭化水素が噴射され、それによって排気浄化触媒13からNO_X が放出される。

図２０は、排気浄化触媒の温度ＴＣが許容最低温度ＴＬと上限温度ＴＭとの間にあるときに、排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出すべき指令が発せられた場合の別の例を示している。なお、図２０には、図１９と同様に、リッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩの噴射量ＷＲと炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量ＷＴと排気浄化触媒の温度ＴＣの変化が示されている。図２０に示されるように、この例では、排気浄化触媒13からのNO_X 放出指令が発せられたときに、図２０においてＷＴで示されるように、炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされ、更に図２０においてＷＲで示されるように、リッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩを行うことにより排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。それにより、排気浄化触媒13からはNO_X が放出され、排気浄化触媒の温度ＴＣが上昇する。

次いで、排気浄化触媒の温度ＴＣが上昇した後、再び排気浄化触媒13からのNO_X 放出指令が発せられると、このときにも、図２０においてＷＴで示されるように、炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされ、更に図２０においてＷＲで示されるように、リッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩを行うことにより排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。ただし、図２０において、最初に排気浄化触媒13からのNO_X 放出指令が発せられた場合に比べて、炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量ＷＴは減少せしめられており、リッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩによる燃料噴射量ＷＲは増大せしめられている。

即ち、排気浄化触媒の温度ＴＣが低いときには、排気浄化触媒13からのNO_X の放出作用を高めるよりも排気浄化触媒の温度ＴＣを上昇させた方が、NO_X 浄化率を向上させることができる。従って、図２０に示される例では、排気浄化触媒13からのNO_X 放出指令が発せられたときに、排気浄化触媒の温度ＴＣが低いときには排気浄化触媒の温度ＴＣを上昇させるために、炭化水素供給弁15から多量の炭化水素が噴射され、排気浄化触媒の温度ＴＣが高くなると排気浄化触媒の温度ＴＣを上昇させる必要がなくなるため、炭化水素供給弁15からの炭化水素の噴射量ＷＴは減少せしめられる。即ち、この例では、排気浄化触媒の温度ＴＣが低いときには高いときに比べて炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量ＷＴが多くされる。これは、図１９に示される場合でも同様である。

そこで本発明では、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒13と、排気浄化触媒13上流の機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁15とを具備しており、排気浄化触媒13の排気ガス流通表面上には貴金属触媒51が担持されていると共に貴金属触媒51周りには塩基性層53が形成されており、塩基性層53内に吸蔵されたNO_X を排気浄化触媒13から放出させるときには排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出させるときには、燃焼室２内にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成することにより排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされるか、又は炭化水素供給弁15から機関排気通路内に炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされ、排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出させるために炭化水素供給弁15から機関排気通路内に炭化水素が噴射される場合において、排気浄化触媒13の温度が低いときには高いときに比べて炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量が多くされる。

なお、本発明による実施例では、図１７および図１８を参照しつつ説明したように、排気浄化触媒の温度ＴＣについて、燃焼室２内にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成することにより排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出させることができる許容最低温度ＴＬと、この許容最低温度ＴＬよりも高い上限温度ＴＭが予め設定されており、図１９および図２０からわかるように、本発明による実施例では、排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出させるために炭化水素供給弁15から機関排気通路内に炭化水素が噴射される場合において、排気浄化触媒15の温度が許容最低温度ＴＬと上限温度ＴＭとの間にあるときには、排気浄化触媒の温度ＴＣが上限温度ＴＭよりも高いときに比べて炭化水素供給弁15からの炭化水素噴射量が多くされる。

また、図１９に示される実施例では、排気浄化触媒の温度ＴＣが許容最低温度ＴＬと上限温度ＴＭとの間にあるときに排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出させるときには、炭化水素供給弁15から機関排気通路内に炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされ、排気浄化触媒の温度ＴＣが上限温度ＴＭよりも高いときに排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出させるときには、燃焼室２にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成することにより排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。

また、本発明による実施例では、炭化水素供給弁15から予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射することにより生成されかつ塩基性層53上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNO_X を還元する第１のNO_X 浄化方法と、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気浄化触媒13に吸蔵されたNO_X を排気浄化触媒13から放出させて還元させるべく上述の予め定められた範囲よりも長い周期でもって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる第２のNO_X 浄化方法とが用いられており、図１７からわかるように、上限温度ＴＭは、NO_X 浄化方法が第２のNO_X 浄化方法から第１のNO_X 浄化方法に切替えられるときの排気浄化触媒13の温度ＴＨよりも低い温度に設定されている。

また、本発明による実施例では、図１６に示されるように、NO_X 浄化方法が第２のNO_X 浄化方法から第１のNO_X 浄化方法に切替えられるときに、排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出させるために、燃焼室２にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成することにより排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされるか、又は炭化水素供給弁15から機関排気通路内に炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。

図２１は、NO_ｘ浄化制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図２１を参照すると、まず初めにステップ60において、図１３に示すマップから単位時間当りの排出NO_ｘ量NOXAが算出される。次いでステップ61では、排気浄化触媒13の触媒温度等から第１のNO_X 浄化方法を行うべきか否が判別される。第１のNO_X 浄化方法を行うべきでない、即ち第２のNO_X 浄化方法を行うべきであると判別されたときにはステップ62に進んで、ΣNOXに単位時間当りの排出NO_ｘ量NOXAを加算することによって吸蔵NO_ｘ量ΣNOXが算出される。次いでステップ6３では、排気浄化触媒13から吸蔵されたNO_X を放出させるために排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすべきであることを示すリッチフラグがセットされているか否かが判別される。リッチフラグがセットされていないときにはステップ64に進んで、吸蔵NO_ｘ量ΣNOXが許容値MAXを越えたか否かが判別される。ΣNOX＞MAXになるとステップ65に進んでリッチフラグがセットされる。

一方、ステップ61において、第１のNOX 浄化方法を行うべきであると判別されたときにはステップ66に進んで、今、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えられたか否かが判別される。ステップ66において、今、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えられたと判別されたときにはステップ67に進んでリッチフラグがセットされる。次いで、ステップ63に進む。一方、ステップ66において、今、第２のNOX 浄化方法から第１のNOX 浄化方法に切替えられたのではないと判別されたときにはステップ68に進んで、第１のNOｘ浄化方法によるNOｘ浄化作用が行われる。このとき、炭化水素供給弁15からは、図１１Ａに示すマップから算出された量ＷＴの炭化水素が図１１Ｂに示すマップから算出された周期ΔＴでもって噴射される。次いでステップ69では、単位時間当りの排出NOｘ量NOXAに定数Ｃ（＜１．０）を乗算した値Ｃ・NOXAをΣNOXに加算することによって吸蔵NOｘ量ΣNOXが算出される。即ち、第１のNOX 浄化方法が行われているときでも、若干のNOX が排気浄化触媒13に吸蔵される。従って、第１のNOX 浄化方法が行われているときでもステップ69において吸蔵NOｘ量ΣNOXが算出される。次いで、ステップ63に進む。

ステップ63においてリッチフラグがセットされていると判別されたときにはステップ70に進んで、排気浄化触媒の温度ＴＣが上限温度ＴＭよりも高いか否かが判別される。排気浄化触媒の温度ＴＣが上限温度ＴＭよりも高いときにはステップ72に進んで、リッチ燃焼ガス生成噴射ＡＩを行うことにより排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされ、それによって排気浄化触媒13からのNO_X が放出される。次いで、ステップ74に進む。一方、ステップ70において、排気浄化触媒の温度ＴＣが上限温度ＴＭよりも低いと判別されたときにはステップ71に進んで、排気浄化触媒の温度ＴＣが許容最低温度ＴＬよりも高いか否かが判別される。排気浄化触媒の温度ＴＣが許容最低温度ＴＬよりも高いときにはステップ73に進んで炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射することにより排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされ、それによって排気浄化触媒13からのNO_X が放出される。次いで、ステップ74に進む。一方、ステップ71において、排気浄化触媒の温度ＴＣが許容最低温度ＴＬよりも低いと判別されたときには処理サイクルを完了する。ステップ74ではリッチフラグがリセットされ、ΣNOXがクリアされる。

なお、別の実施例として排気浄化触媒13上流の機関排気通路内に炭化水素を改質させるための酸化触媒を配置することもできる。

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

Claims (4)

1. 機関排気通路内に配置された排気浄化触媒と、排気浄化触媒上流の機関排気通路内に配置された炭化水素供給弁とを具備しており、該排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に該貴金属触媒周りには塩基性層が形成されており、該塩基性層内に吸蔵されたNO_X を排気浄化触媒から放出させるときには排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒から吸蔵されたNO_X を放出させるときには、燃焼室内にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成することにより排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされるか、又は炭化水素供給弁から機関排気通路内に炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされ、排気浄化触媒の温度について、燃焼室にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成することにより排気浄化触媒から吸蔵されたNO _X を放出させることができる許容最低温度と、該許容最低温度よりも高い上限温度が予め設定されており、排気浄化触媒の温度が該許容最低温度と上限温度との間にあるときには、排気浄化触媒から吸蔵されたNO_X を放出させるために排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにさせるときの炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射量を、排気浄化触媒の温度が該上限温度よりも高いときに比べて多くする内燃機関の排気浄化装置。
2. 排気浄化触媒の温度が該許容最低温度と上限温度との間にあるときに排気浄化触媒から吸蔵されたNO _X を放出させるときには、炭化水素供給弁から機関排気通路内に炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされ、排気浄化触媒の温度が該上限温度よりも高いときに排気浄化触媒から吸蔵されたNO _X を放出させるときには、燃焼室にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成することにより排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 炭化水素供給弁から予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射することにより生成されかつ該塩基性層上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNO _X を還元する第１のNO _X 浄化方法と、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気浄化触媒に吸蔵されたNO _X を排気浄化触媒から放出させて還元させるべく該予め定められた範囲よりも長い周期でもって排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる第２のNO _X 浄化方法とが用いられており、上記上限温度は、NO _X 浄化方法が第２のNO _X 浄化方法から第１のNO _X 浄化方法に切替えられるときの排気浄化触媒の温度よりも低い請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 炭化水素供給弁から予め定められた範囲内の周期でもって炭化水素を噴射することにより生成されかつ該塩基性層上に保持された還元性中間体により排気ガス中に含まれるNO _X を還元する第１のNO _X 浄化方法と、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気浄化触媒に吸蔵されたNO _X を排気浄化触媒から放出させて還元させるべく該予め定められた範囲よりも長い周期でもって排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる第２のNO _X 浄化方法とが用いられており、NO _X 浄化方法が第２のNO _X 浄化方法から第１のNO _X 浄化方法に切替えられるときに、排気浄化触媒から吸蔵されたNO _X を放出させるために、燃焼室にリッチ空燃比の燃焼ガスを生成することにより排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされるか、又は炭化水素供給弁から機関排気通路内に炭化水素を噴射することによって排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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