CN103097678A - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

在内燃机中，在内燃机排气通路内，从上游开始顺次配置上游侧空燃比传感器(23)、烃供给阀(15)、排气净化催化剂(13)以及下游侧空燃比传感器(24)。烃供给阀(15)供给烃时利用下游侧空燃比传感器(24)检测的空燃比相对于没有从烃供给阀(15)供给烃时检测的基准空燃比向浓侧变化。由利用上游侧空燃比传感器(23)检测出的空燃比和利用下游侧空燃比传感器(24)检测出的基准空燃比的空燃比差检测从烃供给阀(15)供给而穿过排气净化催化剂(13)的烃的量。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术
公知有一种内燃机，该内燃机在内燃机排气通路内配置NOx吸留催化剂，该NOx吸留催化剂在流入的废气的空燃比为稀时吸留废气中所含的NOx，在流入的废气的空燃比为浓时放出所吸留的NOx，在NOx吸留催化剂上游的内燃机排气通路内配置燃料添加阀，在NOx吸留催化剂下游的内燃机排气通路内配置空燃比传感器，在需要从NOx吸留催化剂放出NOx时，从燃料添加阀向内燃机排气通路内供给燃料而使流入NOx吸留催化剂的废气的空燃比为浓(参照例如专利文献1)。
可是该内燃机如果从燃料添加阀供给必要以上的过剩的烃，则穿过(すり拔ける)NOx吸留催化剂的烃的量增大。此时，只要能够检测烃的穿过量，就能够减少无谓消耗的烃的量。但是，现状是通过简单的方法无法检测该烃的穿过量。
专利文献1：日本特开2004-316458号公报
发明内容
本发明的目的在于提供能够通过简便的方法检测烃的穿过量的内燃机的排气净化装置。
根据本发明，提供一种内燃机的排气净化装置，在内燃机排气通路内配置用于供给烃的烃供给阀，在烃供给阀上游的内燃机排气通路内配置用于检测废气的空燃比的上游侧空燃比传感器，在烃供给阀下游的内燃机排气通路内配置用于使废气中所含的NOx与经重整的烃反应的排气净化催化剂，在排气净化催化剂下游的内燃机排气通路内配置用于检测废气的空燃比的下游侧空燃比传感器，下游侧空燃比传感器包括具有固体电解质、分别覆盖固体电解质的两侧面的电极、和覆盖一方电极的扩散电阻层并且废气被导入扩散电阻层上这一类型的传感器；排气净化催化剂的废气流通表面上担载有贵金属催化剂并且在贵金属催化剂的周围形成碱性的废气流通表面部分；排气净化催化剂具有当使流入排气净化催化剂的烃的浓度以预先确定的范围内的振幅以及预先确定的范围内的周期振动时将废气中所含的NOx还原的性质，并且具有当使烃浓度的振动周期比预先确定的范围长时废气中所含的NOx的吸留量增大的性质；如果从烃供给阀供给烃则利用下游侧空燃比传感器检测的空燃比相对于没有从烃供给阀供给烃时检测的基准空燃比向浓侧变化，上述内燃机的排气净化装置根据利用上游侧空燃比传感器检测出的空燃比与利用下游侧空燃比传感器检测出的基准空燃比的空燃比之差检测从烃供给阀供给并穿过排气净化催化剂的烃的量。
可以由上游侧空燃比传感器和下游侧空燃比传感器的输出信号检测出烃的穿过量。
附图说明
图1是压燃式内燃机的整体图。
图2是图示性地表示催化剂载体的表面部分的图。
图3是用于说明排气净化催化剂中的氧化反应的图。
图4是表示向排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化的图。
图5是表示NOx净化率的图。
图6A和6B是用于说明排气净化催化剂中的氧化还原反应的图。
图7A和7B是用于说明排气净化催化剂中的氧化还原反应的图。
图8是表示向排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化的图。
图9是表示NOx净化率的图。
图10是表示向排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化的时间图。
图11是表示向排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化的时间图。
图12是表示排气净化催化剂的氧化力与要求最小空燃比X的关系的图。
图13是表示能够得到相同的NOx净化率的、废气中的氧浓度与烃浓度的振幅ΔH的关系的图。
图14是表示烃浓度的振幅ΔH与NOx净化率的关系的图。
图15是表示烃浓度的振动周期ΔT与NOx净化率的关系的图。
图16是表示向排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化等的图。
图17是表示排出NOx量NOXA的映射的图。
图18是表示燃料喷射时期的图。
图19是表示追加的燃料量WR的映射的图。
图20A和20B是表示目标基础空燃比的图。
图21A、21B及21C是表示烃的喷射周期等的图。
图22A和22B是表示向排气净化催化剂流入的废气的空燃比的变化的时间图。
图23是表示目标峰值空燃比的映射的图。
图24A和24B是表示图示性地示出的空燃比传感器的结构等的图。
图25A和25B是表示利用下游侧空燃比传感器检测的空燃比的变化等的图。
图26A和26B是表示利用下游侧空燃比传感器检测的空燃比的变化等的图。
图27是用于进行运转控制的流程图。
图28和29是表示运转控制I的一个实施例的流程图。
图30A和30B是表示利用下游侧空燃比传感器检测出的空燃比的变化等的图。
图31和32是表示运转控制I的其他实施例的流程图。
图33是用于执行标记控制的流程图。
具体实施方式
图1表示压燃式内燃机的整体图。
参照图1，1表示内燃机主体、2表示各气缸的燃烧室、3表示用于向各燃烧室2内分别喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀、4表示进气歧管、5表示排气歧管。进气歧管4经由进气导管6连结于排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口，压缩机7a的入口经由吸入空气量检测器8连结于空气滤清器9上。在进气导管6内配置有利用步进电动机驱动的节气门10，进而在进气导管6周围配置有用于冷却在进气导管6内流动的吸入空气的冷却装置11。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入到冷却装置11内，利用内燃机冷却水冷却吸入空气。
另一方面，排气歧管5连结于排气涡轮增压器7的排气涡轮机7b的入口。排气涡轮机7b的出口经由排气管12a与排气净化催化剂13的入口连结，排气净化催化剂13的出口经由排气管12b与用于捕集废气中所含的颗粒的颗粒过滤器14连结。
排气净化催化剂13上游的排气管12a内配置有烃供给阀15，该烃供给阀15用于供给用作压燃式内燃机的燃料的包含轻油及其它燃料的烃。图1所示的实施例中，使用轻油作为由烃供给阀15供给的烃。此外，本发明还可以适用于以稀空燃比进行燃烧的火花点火式内燃机。此时，从烃供给阀15供给用作火花点火式内燃机的燃料的包含汽油和其它燃料的烃。
另一方面，排气歧管5和进气歧管4介由废气再循环(以下称为EGR)通路16而互相连结，EGR通路16内配置电子控制式EGR控制阀17。另外，EGR通路16周围配置用于冷却在EGR通路16内流动的EGR气体的冷却装置18。图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入冷却装置18内，利用内燃机冷却水冷却EGR气体。另一方面，各燃料喷射阀3介由燃料供给管19与共轨20连结，该共轨20介由电子控制式的喷出量可变的燃料泵21与燃料罐22连结。燃料罐22内贮存的燃料通过燃料泵21而供给到共轨20内，供给到共轨20内的燃料介由各燃料供给管19而供给到燃料喷射阀3。
电子控制单元30包含数字计算机，具备利用双向性总线31而互相连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(微处理器)34、输入端口35和输出端口36。在烃供给阀15上游的排气管12a内配置有用于检测从内燃机排出的废气的空燃比的上游侧空燃比传感器23，排气净化催化剂13下游的排气管12b内配置有用于检测从排气净化催化剂13流出的废气的空燃比的下游侧空燃比传感器24。另外，在排气净化催化剂13的下游配置有用于检测排气净化催化剂13的温度的温度传感器25，颗粒过滤器14上安装有用于检测颗粒过滤器14前后的压差的压差传感器26。这些上游侧空燃比传感器23、下游侧空燃比传感器24、温度传感器25、压差传感器26和吸入空气量检测器8的输出信号介由各自对应的AD转换器37而输入输入端口35。
另外，加速踏板40上连接有产生与加速踏板40的踩踏量L成比例的输出电压的负载传感器41，负载传感器41的输出电压介由对应的AD转换器37输入到输入端口35。进而，输入端口35上连接有曲轴转角传感器42，该曲轴角传感器42在曲轴每旋转例如15°时产生输出脉冲。另一方面，输出端口36介由对应的驱动电路38与燃料喷射阀3、节气门10的驱动用步进马达、烃供给阀15、EGR控制阀17和燃料泵21连接。
图2图示性地表示排气净化催化剂13的基体上担载的催化剂载体的表面部分。在该排气净化催化剂13中，如图2所示，在例如包含氧化铝的催化剂载体50上担载贵金属催化剂51、52，进而在该催化剂载体50上形成含有选自钾K、钠Na、铯Cs之类的碱金属、钡Ba、钙Ca之类的碱土类金属、镧系元素之类的稀土类和银Ag、铜Cu、铁Fe、铱Ir之类的能够向NOx供给电子的金属中的至少一种的碱性层53。因为废气沿着催化剂载体50上流动，所以贵金属催化剂51、52可以说是担载于排气净化催化剂13的废气流通表面上。另外，因为碱性层53的表面呈碱性，所以碱性层53的表面被称为碱性的废气流通表面部分54。
另一方面，在图2中，贵金属催化剂51包含铂Pt，贵金属催化剂52包含铑Rh。即，担载于催化剂载体50的贵金属催化剂51、52由铂Pt和铑Rh构成。此外，在排气净化催化剂13的催化剂载体50上，除了铂Pt和铑Rh以外，还可以担载钯Pd，或者可以代替铑Rh而担载钯Pd。即，担载于催化剂载体50的贵金属催化剂51、52由铑Rh和钯Pd中的至少一者以及铂Pt构成。
从烃供给阀15向废气中喷射烃时，该烃在排气净化催化剂13中被重整。在本发明中，利用此时经重整的烃在排气净化催化剂13中净化NOx。图3图示性地表示此时在排气净化催化剂13中进行的重整作用。如图3所示，从烃供给阀15喷射的烃HC通过催化剂51成为碳原子数少的自由基状的烃HC。
图4表示从烃供给阀15供给烃的供给时刻和向排气净化催化剂13流入的废气的空燃比(A/F)in的变化。此外，由于该空燃比(A/F)in的变化依赖于流入排气净化催化剂13的废气中的烃的浓度变化，所以图4所示的空燃比(A/F)in的变化也可以说表示烃的浓度变化。但是，因为烃浓度变高时空燃比(A/F)in变小，所以在图4中，空燃比(A/F)in越为浓侧，烃浓度越高。
图5将NOx净化率相对于排气净化催化剂13的各催化剂温度TC进行表示，所述NOx净化率是通过周期性地改变流入排气净化催化剂13的烃的浓度而如图4所示地改变向排气净化催化剂13流入的废气的空燃比(A/F)in时基于排气净化催化剂13的NOx净化率。本发明的发明人长期反复进行关于NOx净化的研究，在该研究课程中明确了如果使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先确定的范围内的振幅以及预先确定的范围内的周期振动，则如图5所示，即便在400℃以上的高温区域中也能够得到极高的NOx净化率。
进而，明确了此时含有氮和烃的大量还原性中间体被持续保持或吸附在碱性层53的表面上、即排气净化催化剂13的碱性废气流通表面部分54上，该还原性中间体在得到高NOx净化率方面发挥核心作用。接着参照图6A和6B对此进行说明。此外，这些图6A和6B图示性地表示排气净化催化剂13的催化剂载体50的表面部分，这些图6A和6B示出推测在使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先确定的范围内的振幅和预先确定的范围内的周期振动时发生的反应。
图6A表示流入排气净化催化剂13的烃的浓度低时，图6B表示从烃供给阀15供给烃而使流入排气净化催化剂13的烃的浓度变高时。
另外，由图4可知，因为流入排气净化催化剂13的废气的空燃比除了一瞬间以外维持在稀，所以流入排气净化催化剂13的废气通常处于氧过量的状态。因此，废气中所含的NO如图6A所示，在铂51上被氧化而成为NO2，接着该NO2进一步被氧化而成为NO3。另外，NO2的一部分成为NO2 -。此时，NO3的生成量远远多于NO2 -的生成量。因此，在铂Pt51上生成大量的NO3和少量的NO2 -。这些NO3和NO2 -的活性强，以下将这些NO3和NO2 -称为活性NOx *。
另一方面，从烃供给阀15供给烃时，如图3所示，该烃在排气净化催化剂13内被重整而成为自由基。其结果是，如图6B所示，活性NOx *周围的烃浓度升高。然而活性NOx *生成后，如果活性NOx *周围的氧浓度高的状态继续一定时间以上，则活性NOx *被氧化，以硝酸根离子NO3 -的形式被吸收到碱性层53内。但是，如果在经过该一定时间之前，活性NOx *周围的烃浓度升高，则如图6B所示，活性NOx *在铂51上与自由基状的烃HC反应，由此生成还原性中间体。该还原性中间体附着或吸附于碱性层53的表面上。
此外，认为此时最初生成的还原性中间体是硝基化合物R-NO2。因为该硝基化合物R-NO2一生成就会成为腈化合物R-CN，而该腈化合物R-CN在该状态下只能存在瞬间，所以立刻成为异氰酸酯化合物R-NCO。如果该异氰酸酯化合物R-NCO水解，则成为胺化合物R-NH2。但是，认为此时被水解的是异氰酸酯化合物R-NCO的一部分。因此，如图6B所示，认为保持或吸附于碱性层53的表面上的还原性中间体大部分是异氰酸酯化合物R-NCO和胺化合物R-NH2。
另一方面，如图6B所示，烃HC包围生成的还原性中间体的周围时，还原性中间体被烃HC所阻碍，不能继续进行反应。此时，如果使流入排气净化催化剂13的烃的浓度降低，由此使得氧浓度升高，则还原性中间体周围的烃被氧化。其结果是，如图6A所示，还原性中间体与活性NOx *进行反应。此时活性NOx *与还原性中间体R-NCO、R-NH2反应而成为N2、CO2、H2O，这样使NOx得到净化。
像这样，在排气净化催化剂13中，通过提高流入排气净化催化剂13的烃的浓度而生成还原性中间体，降低流入排气净化催化剂13的烃的浓度来提高氧浓度，从而使活性NOx *与还原性中间体反应，NOx被净化。即，若要通过排气净化催化剂13净化NOx，则需要周期性地改变流入排气净化催化剂13的烃的浓度。
当然，此时需要将烃的浓度升高至生成还原性中间体所需的足够高的浓度，将烃的浓度降低至使生成的还原性中间体与活性NOx *反应所需的足够低的浓度。即，需要使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先确定的范围内的振幅振动。此外，此时，必须在碱性层53上即碱性废气流通表面部分54上保持充足量的还原性中间体R-NCO、R-NH2直至所生成的还原性中间体与活性NOx *反应，为此设置碱性的废气流通表面部分54。
另一方面，如果延长烃的供给周期，则在供给烃后直至下次供给烃为止的期间，氧浓度升高的期间变长，因而活性NOx *不生成还原性中间体而以硝酸盐的形式被吸收于碱性层53内。为了回避这一情况，需要使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先确定的范围内的周期进行振动。
因此，根据本发明的实施例中，为了使废气中所含的NOx与经重整的烃反应而生成含有氮和烃的还原性中间体R-NCO、R-NH2，在排气净化催化剂13的废气流通表面上担载贵金属催化剂51、52，为了将生成的还原性中间体R-NCO、R-NH2保持在排气净化催化剂13内，在贵金属催化剂51、52周围形成碱性的废气流通表面部分54，通过碱性的废气流通表面部分54上保持的还原性中间体R-NCO、R-NH2的还原作用而还原NOx，使烃浓度的振动周期为持续生成还原性中间体R-NCO、R-NH2所需要的振动周期。顺带说明，在图4所示的例子中，使喷射间隔为3秒。
烃浓度的振动周期，即烃HC的供给周期比上述预先确定的范围内的周期长时，还原性中间体R-NCO、R-NH2从碱性层53的表面上消失，此时，如图7A所示，在铂Pt53上生成的活性NOx *以硝酸根离子NO3 -的形式在碱性层53内扩散，成为硝酸盐。即，此时，废气中的NOx以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内。
另一方面，图7B表示像这样NOx以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内时，使流入排气净化催化剂13内的废气的空燃比为理论空燃比或浓的情况。此时，由于废气中的氧浓度降低，所以反应逆向(NO3 -→NO2)进行，这样一来，被吸收到碱性层53内的硝酸盐依次成为硝酸根离子NO3 -，如图7B所示以NO2的形式从碱性层53中放出。接着，放出的NO2被废气中所含的烃HC和CO还原。
图8是表示碱性层53的NOx吸收能力临近饱和之前使流入排气净化催化剂13的废气的空燃比(A/F)in暂时为浓的情况。此外，在图8所示的例子中，该浓控制的时间间隔为1分钟以上。此时，废气的空燃比(A/F)in为稀时被吸收到碱性层53内的NOx在废气的空燃比(A/F)in暂时为浓时，从碱性层53一次性放出而被还原。因此，此时碱性层53起到用于暂时吸收NOx的吸收剂的作用。
此外，也存在此时碱性层53暂时吸附NOx的情况，因而如果作为包括吸收和吸附二者的用语而使用吸留这一术语，则此时碱性层53起到用于暂时吸留NOx的NOx吸留剂的作用。即，此时，若将向内燃机进气通路、燃烧室2和排气净化催化剂13上游的排气通路内供给的空气和燃料(烃)之比称为废气的空燃比，则排气净化催化剂13作为在废气的空燃比为稀时吸留NOx、在废气中的氧浓度降低时将吸留的NOx放出的NOx吸留催化剂发挥功能。
图9表示使排气净化催化剂13像这样作为NOx吸留催化剂发挥功能时的NOx净化率。此外，图9的横轴表示排气净化催化剂13的催化剂温度TC。使排气净化催化剂13作为NOx吸留催化剂发挥功能时，如图9所示，在催化剂温度TC为300℃至400℃时可以得到极高的NOx净化率，但催化剂温度TC为400℃以上的高温时，NOx净化率降低。
像这样催化剂温度TC为400℃以上时NOx净化率降低是因为，催化剂温度TC为400℃以上时硝酸盐热分解而以NO2的形式从排气净化催化剂13中放出。即，只要是将NOx以硝酸盐的形式吸留，就难以在催化剂温度TC高时得到高NOx净化率。但是，在图4至图6A、6B所示的新的NOx净化方法中，由图6A、6B可知，不生成硝酸盐，或者即使生成也是极微量，这样一来，如图5所示，即使在催化剂温度TC高时，也能够得到高NOx净化率。
因此在本发明中，在内燃机排气通路内配置用于供给烃的烃供给阀15，在烃供给阀15下游的内燃机排气通路内配置用于使废气中所含的NOx与经重整的烃反应的排气净化催化剂13，排气净化催化剂13的废气流通表面上担载贵金属催化剂51、52，且在贵金属催化剂51、52的周围形成碱性的废气流通表面部分54，排气净化催化剂13具有当使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先确定的范围内的振幅以及预先确定的范围内的周期振动时将废气中所含的NOx还原的性质，并且具有当使烃浓度的振动周期比预先确定的范围长时废气中所含的NOx的吸留量增大的性质，在内燃机运转时使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先确定的范围内的振幅以及预先确定的范围内的周期振动，从而在排气净化催化剂13中还原废气中所含的NOx。
即，图4至图6A、6B所示的NOx净化方法可以说是在使用担载贵金属催化剂且形成了能够吸收NOx的碱性层的排气净化催化剂的情况下，大体上不形成硝酸盐而净化NOx的新型的NOx净化方法。实际上，使用了该新型NOx净化方法的情况与使排气净化催化剂13作为NOx吸留催化剂发挥功能的情况相比，从碱性层53检测到的硝酸盐是极微量的。此外，以下将该新型NOx净化方法称为第一NOx净化方法。
接着，参照图10至图15，对该第一NOx净化方法更详细地进行说明。
图10将图4所示的空燃比(A/F)in的变化放大表示。此外，如上所述，该向排气净化催化剂13流入的废气的空燃比(A/F)in的变化同时表示流入排气净化催化剂13的烃的浓度变化。此外，在图10中，ΔH表示流入排气净化催化剂13的烃HC的浓度变化的振幅，ΔT表示流入排气净化催化剂13的烃浓度的振动周期。
进而，在图10中，(A/F)b代表表示用于产生内燃机输出功率的燃烧气体的空燃比的基础空燃比。换言之，该基础空燃比(A/F)b表示停止烃供给时流入排气净化催化剂13的废气的空燃比。另一方面，在图10中，X表示生成的活性NOx *不是以硝酸盐的形式吸留在碱性层53内而是用于生成还原性中间体的空燃比(A/F)in的上限，为了使活性NOx *与经重整的烃反应而生成还原性中间体，需要使空燃比(A/F)in低于该空燃比的上限X。
换句话说，图10的X表示活性NOx *与经重整的烃反应而生成还原性中间体所需的烃的浓度的下限，为了生成还原性中间体，需要使烃的浓度高于该下限X。此时，是否生成还原性中间体，由活性NOx *周围的氧浓度与烃浓度的比率，即由空燃比(A/F)in决定，以下将生成还原性中间体所需的上述空燃比的上限X称为要求最小空燃比。
在图10所示的例子中，要求最小空燃比X为浓，因此，此时为了生成还原性中间体，使空燃比(A/F)in瞬时性地为要求最小空燃比X以下，即为浓。与此相对，在图11所示的例子中，要求最小空燃比X为稀。此时，通过使空燃比(A/F)in维持稀的同时周期性地降低空燃比(A/F)in而生成还原性中间体。
此时，要求最小空燃比X为浓还是稀取决于排气净化催化剂13的氧化力。此时，就排气净化催化剂13而言，例如增大贵金属51的担载量，则氧化力增强，如果增强酸性，则氧化力增强。因此，排气净化催化剂13的氧化力根据贵金属51的担载量、酸性的强度而变化。
另外，如果在使用了氧化力强的排气净化催化剂13的情况下如图11所示，使空燃比(A/F)in维持为稀且周期性地降低空燃比(A/F)in，则在降低空燃比(A/F)in时，烃完全被氧化，其结果是，不能生成还原性中间体。与此相对，如果在使用了氧化力强的排气净化催化剂13的情况下，如图10所示，使空燃比(A/F)in周期性地为浓，则空燃比(A/F)in为浓时一部分的烃没有被完全氧化而是被部分氧化，即烃被重整，这样一来就生成还原性中间体。因此，使用氧化力强的排气净化催化剂13的情况下，要求最小空燃比X需要为浓。
另一方面，如果在使用氧化力弱的排气净化催化剂13的情况下，如图11所示，使空燃比(A/F)in维持为稀且周期性地降低空燃比(A/F)in，则一部分烃没有被完全氧化而是被部分氧化，即烃被重整，这样一来就生成还原性中间体。与此相对，如果在使用了氧化力弱的排气净化催化剂13的情况下，如图10所示，使空燃比(A/F)in周期性地为浓，则大量的烃没有被氧化，只是从排气净化催化剂13中排出，这样一来无谓消耗的烃增大。因此，使用了氧化力弱的排气净化催化剂13的情况下，要求最小空燃比X需要为稀。
即，可知需要如图12所示，排气净化催化剂13的氧化力越强，越降低要求最小空燃比X。像这样，要求最小空燃比X根据排气净化催化剂13的氧化力而变稀或变浓，以下将要求最小空燃比X为浓的情况作为例子，对流入排气净化催化剂13的烃的浓度变化的振幅、流入排气净化催化剂13的烃浓度的振动周期进行说明。
另外，基础空燃比(A/F)b变大时，即供给烃之前的废气中的氧浓度升高时，使空燃比(A/F)in为要求最小空燃比X以下所需的烃的供给量增大，随之对还原性中间体的生成不作出贡献的剩余的烃量也增大。此时，为了将NOx良好地净化，如上所述，需要将该剩余的烃氧化，因此，为了将NOx良好地净化，剩余的烃量越多，越需要大量的氧。
此时，只要提高废气中的氧浓度，就可以增大氧量。因此，为了将NOx良好地净化，需要在供给烃之前的废气中的氧浓度高时，提高烃供给后的废气中的氧浓度。即，供给烃之前的废气中的氧浓度越高，越需要增大烃浓度的振幅。
图13表示能够得到相同的NOx净化率时的、供给烃之前的废气中的氧浓度与烃浓度的振幅ΔH的关系。从图13可知为了得到相同的NOx净化率，供给烃之前的废气中的氧浓度越高，越需要增大烃浓度的振幅ΔH。即，为了得到相同的NOx净化率，基础空燃比(A/F)b越高越需要增大烃浓度的振幅ΔT。换句话说，为了良好地净化NOx，基础空燃比(A/F)b越低越可以减少烃浓度的振幅ΔT。
然而，基础空燃比(A/F)b最低发生在加速运转时，只要此时烃浓度的振幅ΔH为200ppm左右，就可以良好地净化NOx。基础空燃比(A/F)b通常比加速运转时大，因此，如图14所示，只要烃浓度的振幅ΔH为200ppm以上，即可得到良好的NOx净化率。
另一方面，可知基础空燃比(A/F)b最高时，只要使烃浓度的振幅ΔH为10000ppm左右，就能够得到良好的NOx净化率。因此，在本发明中，烃浓度的振幅的预先确定的范围是200ppm至10000ppm。
另外，烃浓度的振动周期ΔT长时，从供给烃后至下次供给烃的期间，活性NOx *周围的氧浓度变高。此时，烃浓度的振动周期ΔT比5秒左右长时，活性NOx *开始以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内，因此，如图15所示，烃浓度的振动周期ΔT比5秒左右长时，NOx净化率降低。因此，烃浓度的振动周期ΔT需要为5秒以下。
另一方面，烃浓度的振动周期ΔT大致为0.3秒以下时，供给的烃开始堆积在排气净化催化剂13的废气流通表面上，因此，如图15所示，烃浓度的振动周期ΔT大致为0.3秒以下时，NOx净化率降低。因此，在本发明中，使烃浓度的振动周期为0.3秒至5秒之间。
接着，参照图16至图19，对使排气净化催化剂13作为NOx吸留催化剂发挥功能时的NOx净化方法进行具体说明。以下将像这样使排气净化催化剂13作为NOx吸留催化剂发挥功能时的NOx净化方法称为第二NOx净化方法。
在该第二NOx净化方法中，如图16中表示的那样，碱性层53所吸留的吸留NOx量∑NOX超过预先确定的允许量MAX时，使流入排气净化催化剂13的废气的空燃比(A/F)in暂时为浓。使废气的空燃比(A/F)in为浓时，废气的空燃比(A/F)in为稀时吸留在碱性层53内的NOx从碱性层53一次性地放出而被还原。由此使NOx被净化。
吸留NOx量∑NOX例如由从内燃机排出的NOx量算出。在根据本发明的实施例中，每单位时间从内燃机排出的排出NOx量NOXA作为内燃机输出功率转矩Te和内燃机转数N的函数以图17所示的映射形式预先存储在ROM32内，由该排出NOx量NOXA算出吸留NOx量∑NOX。此时，如上所示，使废气的空燃比(A/F)in为浓的周期通常为1分钟以上。
如图18所示，在该第二NOx净化方法中，从燃料喷射阀3向燃烧室2内喷射输出功率产生用燃料Q以及追加的燃料WR，从而使流入排气净化催化剂13的废气的空燃比(A/F)in为浓。此外，图18的横轴表示曲轴转角。该追加的燃料WR在燃烧但不体现为内燃机输出功率的时期，即压缩上止点后紧邻ATDC90°之前进行喷射。该燃料量WR作为内燃机输出功率转矩Te和内燃机转数N的函数以图19所示的映射形式预先存储在ROM32内。当然，此时也可以通过增大从烃供给阀15供给的烃的供给量，使废气的空燃比(A/F)in为浓。
另外，再次回到对第一NOx净化方法的说明，为了使用第一NOx净化方法良好地净化NOx，如上所述，需要适当地控制烃浓度的振幅ΔH和振动周期ΔT。即，为了利用第一NOx净化方法良好地净化NOx，需要控制烃浓度的振幅ΔH并将烃浓度的振动周期ΔT控制在0.3秒至5秒之间以使得向排气净化催化剂13流入的废气的空燃比(A/F)in为要求最小空燃比X以下。
此时，在本发明中，烃浓度的振幅ΔH通过控制来自烃供给阀15的烃的喷射量进行控制，烃浓度的振动周期ΔT通过控制来自烃供给阀15的烃的喷射周期进行控制。此时，来自烃供给阀15的烃的喷射量可以通过控制来自烃供给阀15的烃的喷射时间或喷射压中的至少一方进行控制。但是，以下，将保持喷射压恒定的同时控制喷射时间而控制喷射量的情况作为例子，对本发明进行说明。
另外，在根据本发明的实施例中，预先通过实验而求出对应于内燃机运转状态的最佳节气门10开度和最佳EGR控制阀17开度，进而在节气门10和EGR控制阀17分别为最佳的开度时得到的最佳的基础空燃比(A/F)b也预先通过实验而求出。该通过实验求出的最佳基础空燃比(A/F)b作为内燃机转数N与内燃机输出功率转矩Te的函数示于图20A。另外，图20A中的各实线表示以各数值表示的空燃比的等空燃比线。
内燃机运转时，控制来自燃料喷射阀3的燃料喷射量，使得从内燃机排出的废气的空燃比为图20A所示的最佳基础空燃比(A/F)b。另外，图20A所示的最佳基础空燃比(A/F)b作为内燃机转数N与内燃机输出功率转矩Te的函数以图20B所示的映射形式预先存储在ROM32内。
另外，通过实验而预先求出进行利用第一NOx净化方法的NOx净化作用时能够得到最高NOx净化率的最佳的烃喷射周期ΔT与最佳的烃喷射时间WT。该通过实验而求出的最佳的烃喷射周期ΔT作为内燃机转数N与内燃机输出功率转矩Te的函数示于图21A。另外，图21A中的各实线表示等烃喷射周期。由图21A可知，内燃机转数N越低，最佳的烃喷射周期ΔT越短，内燃机输出功率转矩Te越高，最佳的烃喷射周期ΔT越短。
图21A所示的最佳的烃喷射周期ΔT作为内燃机转数N与内燃机输出功率转矩Te的函数以图21B所示的映射形式预先存储在ROM32内。另外，该通过实验而求出的最佳的烃喷射时间WT也作为内燃机转数N与内燃机输出功率转矩Te的函数以图20C所示的映射的形式预先存储在ROM32内。
图22A表示烃喷射周期为图21B所示的最佳的烃喷射周期ΔT、且烃喷射时间为图21C所示的最佳的烃喷射时间WT时的、流入排气净化催化剂13的废气的空燃比(A/F)in的变化，图22B表示此时利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比的变化。另外，图22B表示下游侧空燃比传感器24完全没有中毒时的空燃比的变化。
由图22A和图22B可知，流入排气净化催化剂13的废气的空燃比(A/F)in的浓侧峰值空燃比(A/F)r变为浓，与此相对，利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比的浓侧峰值空燃比(A/F)p变为稀。认为这是因为供给的烃的一部分暂时附着于排气净化催化剂13后有时间差地进行蒸发，使得从排气净化催化剂13流出的废气的空燃比的变化平滑化，所以空燃比的峰值变小。
预先通过实验求出烃喷射周期为图21B所示的最佳的烃喷射周期ΔT且烃喷射时间为图21C所示的最佳的烃喷射时间WT时利用下游侧空燃比传感器24检测的浓侧峰值空燃比(A/F)p，预先通过实验求出的该浓侧峰值空燃比(A/F)p作为目标峰值空燃比(A/F)t与各内燃机运转状态对应而预先被存储。在本发明的实施例中，该目标峰值空燃比(A/F)t作为内燃机转数N与内燃机输出功率转矩Te的函数以图23所示的映射的形式预先存储在ROM32内。
接着，对本发明中使用的上游侧空燃比传感器23和下游侧空燃比传感器24的结构简单进行说明。此外，这些上游侧空燃比传感器23和下游侧空燃比传感器24具有相同结构，图24A示意性地表示这些空燃比传感器23、24的结构。
参照图24A，空燃比传感器23、24的传感器部60由包含锆Zr的薄杯状的固体电解质61、覆盖固体电解质61的内周面的铂薄膜电极62、覆盖固体电解质61的外周面的铂薄膜电极63、和覆盖电极63的周围的含氧化铝的扩散电阻层64构成，该传感器部60被具有许多孔65的保护罩66所覆盖。该传感器部60配置在废气中，废气通过孔65被导入扩散电阻层64上。如图24A所示，电极62与63之间施加恒定电压E，此时在电极62与63之间对应于废气的空燃比而流动有图24B所示的电流I。在本发明中，由该电流值I基于图24B所示的关系而求出空燃比。即，由空燃比传感器23、24的输出功率而检测空燃比。
图25A表示进行利用第一NOx净化方法的NOx净化作用时的、利用上游侧空燃比传感器23检测出的废气的空燃比AFR1的变化和利用下游侧空燃比传感器24检测出的废气的空燃比AFR2的变化。因为上游侧空燃比传感器23位于烃供给阀15的上游侧，所以不受来自烃供给阀15的烃的供给作用的影响，从而如图25A所示利用上游侧空燃比传感器23检测出的废气的空燃比AFR1成为基础空燃比(A/F)b。
与此相对，利用下游侧空燃比传感器24检测的废气的空燃比AFR2随着从烃供给阀15供给烃而发生变化。即，若从烃供给阀15供给烃，则利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比AFR2相对于没有从烃供给阀15供给烃时检测的基准空燃比AFRB如RS所示地向浓侧变化。因此，有间隔地从烃供给阀15供给烃时，利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比AFR2如图25A所示以基准空燃比AFRB为基准有间隔地向浓侧变化。
但是，此时，如图25A所示，判明利用上游侧空燃比传感器23检测的空燃比AFR1和利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB之间产生空燃比差ΔAFR，利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB与利用上游侧空燃比传感器23检测的空燃比AFR1相比处于浓侧。认为其理由如下。
即，从烃供给阀15供给轻油之类分子量大的烃，该从烃供给阀15供给的烃在排气净化催化剂13内被氧化或部分氧化。但是实际上从烃供给阀15供给的全部烃不是都被氧化或部分氧化，一部分烃没有被氧化或部分氧化而穿过排气净化催化剂13。因此，穿过排气净化催化剂13的分子量大的烃流入下游侧空燃比传感器24。
于是，在图24A所示的空燃比传感器中，废气中所含的氧和烃在扩散电阻层64内扩散而到达电极63，在电极63上进行烃的氧化作用，若此时氧过剩，则氧离子在固体电解质61内从电极63向电极62移动，若此时氧不足，则氧离子在固体电解质61内从电极62向电极63移动，利用由此产生的电流I来检测空燃比。
另一方面，如果像在下游侧空燃比传感器24中那样分子量大的烃流入空燃比传感器，则一部分烃如上所述在扩散电阻层64内扩散而到达电极63，但因为一部分烃的分子量大，所以暂时堆积在扩散电阻层64的表面上。接着该暂时堆积的分子量大的烃在扩散电阻层64内慢慢扩散而到达电极63上。结果，判断在下游侧空燃比传感器24中即使在从烃供给阀15供给烃后废气中依然包含大量的烃，因此利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB与利用上游侧空燃比传感器23检测的空燃比AFR1相比处于浓侧。
此时，烃向下游侧空燃比传感器24的附着量越增大，利用上游侧空燃比传感器23检测的空燃比AFR1和利用下游侧空燃比传感器24检查的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB的空燃比差ΔAFR越大。另一方面，穿过排气净化催化剂13的烃量越增大，烃向下游侧空燃比传感器24的附着量越增大。因此，如图25B所示，可知穿过排气净化催化剂13的烃量WS越增大，空燃比差ΔAFR越大。即，基于空燃比差ΔAFR可以检测穿过排气净化催化剂13的烃量。
因此，本发明中，在内燃机排气通路内配置用于供给烃的烃供给阀15，在烃供给阀15上游的内燃机排气通路内配置用于检测废气的空燃比的上游侧空燃比传感器23，在烃供给阀15下游的内燃机排气通路内配置用于使废气中所含的NOx与经重整的烃反应的排气净化催化剂13，在排气净化催化剂13下游的内燃机排气通路内配置用于检测废气的空燃比的下游侧空燃比传感器24，下游侧空燃比传感器24包括具有固体电解质61、分别覆盖固体电解质61的两侧面的电极62、63、和覆盖一方电极63的扩散电阻层64并且废气被导入扩散电阻层64上这一类型的传感器；排气净化催化剂13的废气流通表面上担载贵金属催化剂51、52并且在贵金属催化剂51、52的周围形成碱性的废气流通表面部分54；排气净化催化剂13具有当使流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先确定的范围内的振幅以及预先确定的范围内的周期振动时将废气中所含的NOx还原的性质，并且具有当使烃浓度的振动周期比预先确定的范围长时废气中所含的NOx的吸留量增大的性质；如果从烃供给阀15供给烃则利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比相对于没有从烃供给阀15供给烃时检测的基准空燃比AFRB向浓侧变化，根据利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1与利用下游侧空燃比传感器24检测出的基准空燃比AFRB的空燃比差ΔAFR检测从烃供给阀15供给并穿过排气净化催化剂13的烃的量WS。
此时，如图25A所示，空燃比差ΔAFR越大，由烃供给阀15供给并穿过排气净化催化剂13的烃的量WS越大。
穿过排气净化催化剂13的烃量WS因各种原因而增大。例如，当排气净化催化剂13劣化时将烃部分氧化或氧化的能力降低，所以穿过排气净化催化剂13的烃量WS增大。另外，从烃供给阀15供给的烃的供给量因某种原因而异常增大时，穿过排气净化催化剂13的烃量WS也会增大。
于是，在根据本发明的实施例中，当从烃供给阀15供给并穿过排气净化催化剂13的烃的量WS超过预先确定的临界值时，判断为排气净化催化剂13劣化或从烃供给阀15的喷射量异常。
接着，参照图26A说明用于检测空燃比差ΔAFR的2个代表性方法。
第一个方法是在利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比AFR2中选择成为基准空燃比AFRB的期间I(图26A)，在该期间I内，由利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1和利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB之差或上述差的平均值检测空燃比差ΔAFR的方法。
第二个方法是在图26A中相对于虚线Wt所表示的从烃供给阀15供给烃的喷射时期仅推迟时间ft的时期St，由利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1和利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB检测空燃比差ΔAFR的方法。此时，废气的流速越快，即吸入空气量越多，能够检测空燃比差ΔAFR的时间ft越短。该时间ft预先通过实验求出，该时间ft如图26B所示作为吸入空气量GA的函数预先存储。
图27表示对于内燃机的整个运转的运转控制例程。此外，该例程通过每隔一定时间的插入来执行。
参照图27，首先，在步骤60中，由温度传感器25的输出信号判别排气净化催化剂13的温度TC是否超过活化温度TCo。TC＜TCo时，即，排气净化催化剂13没有活化时，判断为应该利用第二NOx净化方法而进入步骤61。在步骤61中，由图17所示的映射算出每单位时间的排出NOx量NOXA。接着，在步骤62中，通过在∑NOX上加上排出NOx量NOXA，算出吸留NOx量∑NOX。接着，在步骤63中，判别吸留NOx量∑NOX是否超过允许值MAX。
在步骤63中，判断为∑NOX≤MAX时，进入步骤64而进行从燃料喷射阀3喷射燃料的处理。此时，从燃料喷射阀3喷射燃料以达到由内燃机的运转状态所确定的预先确定的稀空燃比。与此相对，在步骤63中，判别为∑NOX＞MAX时，进入步骤65，进行浓控制I。即，由图19所示的映射算出追加的燃料量WR，进行追加的燃料的喷射作用。此时，从排气净化催化剂13放出吸留的NOx。接着，在步骤66中，∑NOX被清零。
另一方面，在步骤60中，判断为TC≥TCo时，即，排气净化催化剂13活化时，进入步骤67，判别上次插入时是否TC＜TCo。上次插入时为TC＜TCo时，即，当前排气净化催化剂13活化时，进入步骤68而实行浓控制Ⅱ。此时，也由图19所示的映射算出追加的燃料量WR，进行追加的燃料的喷射作用而从排气净化催化剂13放出吸留的NOx。接着，在步骤69中∑NOX被清零。
与此相对，上次插入时也是TC≥TCo时，即，排气净化催化剂13已经活化时，进入步骤70，进行运转控制I。该运转控制I中进行利用根据本发明的第一NOx净化方法的NOx净化作用。即，排气净化催化剂13没有活化时，进行利用第二NOx净化方法的NOx净化作用，如果排气净化催化剂13活化，则由第二NOx净化方法转换为第一NOx净化方法。
由第二NOx净化方法转换为第一NOx净化方法时，如果排气净化催化剂13中吸留有NOx，则吸留的NOx不被还原而从排气净化催化剂13一次性放出。因此，在图25所示的例子中，为了阻止像这样吸留的NOx不被还原而从排气净化催化剂13一次性放出，在刚要从第二NOx净化方法转换为第一NOx净化方法之前，在步骤68中进行用于通过第二NOx净化方法从排气净化催化剂13放出吸留NOx的浓控制Ⅱ。
接下来，说明在步骤70中进行的浓控制I、即利用第一NOx净化方法的NOx净化作用。图28和图29给出该浓控制I的第一实施例。另外，该第一实施例中给出利用参照图26A说明的第一方法求出空燃比差ΔAFR的情况。
参照图28，首先，在步骤80中由图20B所示的映射算出基础空燃比的目标值、即目标空燃比(A/F)b。接着，在步骤81中由吸入空气量检测器8的输出信号算出吸入空气量GA。接着，在步骤82中由这些目标空燃比(A/F)b及吸入空气量GA算出使基础空燃比为目标空燃比(A/F)b所需的从燃料喷射阀3喷射的输出功率产生用燃料喷射量Q。接下来，在步骤83中，由该燃料喷射量Q算出燃料喷射时间QT，然后在步骤84中，基于该燃料喷射时间QT进行从燃料喷射阀3喷射燃料的燃料喷射处理。
接着在步骤85中由图21B所示的映射算出最佳的烃喷射周期ΔT。接着在步骤86中由图21C所示的映射算出最佳的烃喷射时间WT。接着在步骤87中根据烃喷射时间WT进行从烃供给阀15喷射烃的烃喷射处理。
接着在步骤88中读取利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1及利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2。接着在步骤89中，从利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1中减去利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2，从而算出空燃比差ΔAFR(＝AFR1-AFR2)。接着在步骤90中，为了判别利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2是否为基准空燃比AFRB，算出上次插入时和本次插入时的空燃比差ΔAFR的变化量dAFR。
接着在步骤91中，判别空燃比差ΔAFR的变化量dAFR的绝对值是否小于预先确定的小的值dX。当空燃比差ΔAFR的变化量dAFR的绝对值比dX大时，即，利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比AFR2在图25A中如RS所示急剧变化时，完成处理循环。与此相对，空燃比差ΔAFR的变化量dAFR的绝对值小于dX时，即利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比AFR2的变动量小时，判断利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比AFR2为基准空燃比AFRB，进入步骤92。
在步骤92中通过将空燃比差ΔAFR与∑AF相加而算出空燃比差ΔAFR的累计值∑AF。接着，在步骤93中，计数值N仅加1。接着在步骤94中判别计数值N是否达到定值No。当计数值N达到定值No时进入步骤95，将累计值∑AF除以定值No从而算出空燃比差ΔAFR的平均值ΔAFRM。在该实施例中，由此算出空燃比差ΔAFR的平均值ΔAFRM。从而在该实施例中能够由该空燃比差ΔAFR的平均值ΔAFRM算出穿过排气净化催化剂13的烃量WS。
当算出空燃比差ΔAFR的平均值ΔAFRM时进入步骤96而清零∑AF及N。接着在步骤97中判别空燃比差ΔAFR的平均值ΔAFRM是否大于预先确定的临界值Wo。空燃比差ΔAFR的平均值ΔAFRM大于临界值Wo时进入步骤98，发出表示排气净化催化剂13劣化或烃供给阀15异常的警报。
接着说明在图27的步骤70中进行的运转控制1的第二实施例。
在利用根据本发明的第一NOx净化方法进行NOx净化作用时，从内燃机排出的废气的空燃比成为图20B所示的最佳基础空燃比(A/F)b并且利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比的浓侧峰值空燃比(A/F)p成为图23所示的目标峰值空燃比(A/F)t时，得到最大的NOx净化率。从而，在该第二实施例中，基于上游侧空燃比传感器23的输出信号，反馈控制从燃料喷射阀3喷射的燃料喷射量以使得从内燃机排出的废气的空燃比成为最佳的基础空燃比(A/F)b，基于下游侧空燃比传感器24的输出信号，反馈控制从烃供给阀15供给的烃的量以使得利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比的浓侧峰值空燃比(A/F)p成为目标峰值空燃比(A/F)t。
具体而言，由最佳的基础空燃比(A/F)b和吸入空气量GA算出的燃料喷射量QT乘以校正系数G从而算出最终由燃料喷射阀3喷射的燃料喷射量QTO(＝G·QT)，反馈控制校正系数G的值以使得从内燃机排出的废气的空燃比为最佳的基础空燃比(A/F)b。即，学习使从内燃机排出的废气的空燃比为最佳的基础空燃比(A/F)b所需的校正系数G的值。
另外，由图21C的映射算出的最佳的烃喷射时间WT乘以校正系数K算出最终的从烃供给阀15喷射烃的喷射时间WTO(＝K·WT)，反馈控制校正系数K的值以使得利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比的浓侧峰值空燃比(A/F)p为目标峰值空燃比(A/F)t。即，学习使利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比的浓侧峰值空燃比(A/F)p为目标峰值空燃比(A/F)t所需的校正系数K的值。
然而，进行利用第一NOx净化方法的NOx净化作用时，若利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB相对于利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1偏移到浓侧，则利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比的浓侧峰值空燃比(A/F)p也偏移到浓侧。因此，若进行反馈控制以使得此时利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比的浓侧峰值空燃比(A/F)p为目标峰值空燃比(A/F)t，则从烃供给阀15喷射的烃的喷射量偏离最佳量，结果导致NOx净化率降低。
此时，为了阻止NOx净化率降低，在利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB偏移到浓侧时，即利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1与利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB的空燃比差ΔAFR超过预先确定的允许值AX、例如0.3时，需要禁止利用下游侧空燃比传感器24进行反馈控制。
因此，在根据本发明的实施例中，在内燃机运转时控制来自烃供给阀15的烃的喷射周期以使得流入排气净化催化剂13的烃的浓度以预先确定的范围内的周期振动，并且控制来自烃供给阀15的烃的喷射量以使得流入排气净化催化剂13的烃的浓度变化的振幅为预先确定的范围内的振幅，当空燃比差ΔAFR比预先确定的允许值AX小时，基于下游侧空燃比传感器24的输出信号控制来自烃供给阀15的烃的喷射量以使得流入排气净化催化剂13的烃的浓度变化的振幅为预先确定的范围内的振幅，当空燃比差Δ大于预先确定的允许值AX时，基于下游侧空燃比传感器24的输出信号对来自烃供给阀15的烃的喷射量所进行的控制被禁止。
另外，此时，如上所述，当空燃比差ΔAFR比预先确定的允许值AX小时，针对来自烃供给阀15的烃的喷射量，学习使利用下游侧空燃比传感器24检测出的浓侧峰值空燃比(A/F)p为预先存储的目标空燃比(A/F)t所需的校正系数K的值、即校正值。此时，即使空燃比差ΔAFR大于预先确定的允许值AX、基于下游侧空燃比传感器24的输出信号对来自烃供给阀15的烃的喷射量所进行的控制被禁止，也在算出来自烃供给阀15的烃的喷射量时使用该校正系数K的值、即校正值，从而在基于下游侧空燃比传感器24的输出信号对来自烃供给阀15的烃的喷射量所进行的控制已被禁止时，使用该校正系数K的值、即学习的校正值校正来自烃供给阀15的烃的喷射量。
另一方面，若基于下游侧空燃比传感器24的输出信号控制烃喷射量被禁止的期间变长，则需要再次学习校正系数K的值。接下来说明再次学习该校正系数K的值的方法。
图30A表示开始利用第一NOx净化方法的NOx净化作用时以及停止利用第一NOx净化方法的NOx净化作用时利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比变化。图30A中如t1所示若开始利用第一NOx净化方法的NOx净化作用，则利用下游侧空燃比传感器24检测的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB偏离基础空燃比(A/F)b慢慢靠向浓侧，在图30A中如t2所示继续利用第一NOx净化方法的NOx净化作用时，基准空燃比AFRB相对于基础空燃比(A/F)b继续偏向浓侧。另一方面，停止利用第一NOx净化方法的NOx净化作用时，在图30A中如t3所示基准空燃比AFRB向基础空燃比(A/F)b慢慢变大，最终成为基础空燃比(A/F)b。
为了适当地再次学习校正系数K的值，必须使利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1和利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB的空燃比差ΔAFR小于允许值AX。因此，在根据本发明的实施例中，基于下游侧空燃比传感器24的输出信号对来自烃供给阀15的烃的喷射量所进行的控制被禁止的情况下，在判断为应再次学习校正系数K的值、即校正值时，控制来自烃供给阀15的烃的喷射作用以使得空燃比差ΔAFR小于预先确定的允许值AX，从而再次学习校正系数K的值、即校正值。
另外，由图30A可知，将利用第一NOx净化方法的NOx净化作用停止t3时间时，利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB成为基础空燃比(A/F)b，所以利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1和利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB的空燃比差ΔAFR也小于允许值AX。因此，在根据本发明的一个实施例中，应再次学习校正系数K的值时，将利用第一NOx净化方法的NOx净化作用停止t3时间。
另外，如图30B所示，应再次学习校正系数K的值时，即使延长来自烃供给阀15的烃的喷射周期，利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1和利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB的空燃比差ΔAFR也小于允许值AX。因此，在根据本发明的实施例中，应再次学习校正系数K的值、即校正值时，如图30B所示将来自烃供给阀15的烃的喷射周期暂时延长或者如图30A的t3所示暂时停止来自烃供给阀15的烃的喷射作用。
图31和图32给出用于执行运转控制I的第二实施例的例程。另外，在第二实施例中，表示利用参照图26B说明的第二方法求出空燃比差ΔAFR，再次学习校正系数K的值时暂时停止利用第一NOx净化方法的NOx净化作用的情况。
参照图31，首先在步骤100中由图20B所示的映射算出基础空燃比的目标值、即目标空燃比(A/F)b。接着在步骤101中由吸入空气量检测器8的输出信号算出吸入空气量GA。接着在步骤102中由这些目标空燃比(A/F)b以及吸入空气量GA算出使基础空燃比为目标空燃比(A/F)b所需的来自燃料喷射阀3的输出功率产生用燃料喷射量Q。接着在步骤103中由该燃料喷射量Q算出燃料喷射时间QT。
接着在步骤104中基于上游侧空燃比传感器23的输出信号，检测从内燃机排出的废气的实际的空燃比AFR1。接着在步骤105中判断实际的空燃比AFR1是否大于目标空燃比(A/F)b与小的定值β相加而得的值。AFR1＞(A/F)b+β时进入步骤106而将相对于燃料喷射时间QT的校正系数G与定值ΔG相加。接着进入步骤106将燃料喷射时间QT与校正系数G相乘而得的值(G·QT)作为最终的燃料喷射时间QTO。
另一方面，在步骤105中判断为不是AFR1＞(A/F)b+β时进入步骤107，判断从内燃机排出的废气的实际的空燃比AFR1是否小于从目标峰值空燃比(A/F)b中减去定值β而得的值。AFR1＜(A/F)b-β时进入步骤108而从校正系数G中减去定值ΔG，进入步骤109。接着在步骤110中按照燃料喷射时间QTO进行从燃料喷射阀3喷射燃料的燃料喷射处理。
像这样，在实施例中AFR1＞(A/F)b+β时增大燃料喷射时间，在AFR1(A/F)b-β时减少燃料喷射时间，所以从内燃机排出的废气的实际的空燃比、即实际的基础空燃比AFR1与目标基础空燃比(A/F)b一致。
接着在步骤111中由图21B所示的映射算出最佳的烃喷射周期ΔT。接着在步骤112中由图21C所示的映射算出最佳的烃喷射时间WT。接着在步骤113中判别是否设置反馈控制禁止标记。在利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1与利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB的空燃比差ΔAFR小于允许值AX时设置该反馈控制禁止标记。
设置该反馈控制禁止标记时，即空燃比差ΔAFR小于允许值AX时进入步骤114而由图23所示的映射算出目标峰值空燃比(A/F)t。接着在步骤115中由下游侧空燃比传感器24的输出信号检测实际的浓侧峰值空燃比(A/F)p。
接着在步骤116中判别实际的浓侧峰值空燃比(A/F)p是否大于目标峰值空燃比(A/F)t与小的定值α相加而的值。(A/F)p＞(A/F)t+α时，进入步骤117而将相对于烃喷射时间WT的校正系数K与定值ΔK相加。接着进入步骤120而将烃喷射时间WT与校正系数K相乘而得的值(K·WT)作为最终的烃喷射时间WTO。
另一方面，在步骤116中判断为不是(A/F)p＞(A/F)t+α时，进入步骤118而判别实际的浓侧峰值空燃比(A/F)p是否小于从目标峰值空燃比(A/F)t中减去定值α而得的值。(A/F)p＜(A/F)t-α时，进入步骤119而从校正系数K中减去定值ΔK，进入步骤120。接着在步骤121中根据最终的烃喷射时间WTO进行从烃供给阀15喷射烃的烃喷射处理。
像这样(A/F)p＞(A/F)t+α时增大烃喷射时间，(A/F)p＜(A/F)t-α时减少烃喷射时间，所以实际的浓侧峰值空燃比(A/F)p与目标峰值空燃比(A/F)t一致。
另一方面，在步骤113中判断为设置了反馈控制禁止标记时，跳至步骤120，算出最终的烃喷射时间WTO(＝K·WT)。此时基于下游侧空燃比传感器24的输出信号对从烃供给阀15喷射的烃的喷射量所进行的反馈控制被禁止，使用学习的校正系数K的值算出最终的烃喷射时间WTO。
图33示出用于控制反馈控制禁止标记的例程。该例程通过每隔一定时间的插入来执行。
参照图33，首先在步骤130中判断进行从烃供给阀15喷射烃的喷射作用后是否经过时间ft。另外，该时间ft由图26B所示的关系求出。进行从烃供给阀15喷射烃的喷射作用后没有经过时间ft时完成处理循环。相反，进行从烃供给阀15喷射烃的喷射作用经过了时间ft时进入步骤131而读取利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1以及利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2。接着在步骤132中，从利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1减去利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2，由此算出空燃比差ΔAFR(＝AFR1-AFR2)。另外，此时利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2表示基准空燃比AFRB。
接着，在步骤133中判别利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1和利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB的空燃比差ΔAFR是否小于允许值AX。空燃比差ΔAFR小于允许值AX时进入步骤134而设置反馈控制禁止标记，接着完成处理循环。所以此时基于利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2对来自烃供给阀15的烃的喷射量进行反馈控制。
与此相对，在步骤133中判别为空燃比差ΔAFR大于允许值AX时进入步骤135而设置反馈控制禁止标记。因此，此时停止利用下游侧空燃比传感器24反馈控制来自烃供给阀15的烃喷射量。接着进入步骤136判别是否为应再次学习校正系数K的值的时期。例如，从反馈控制被禁止后经过一定时间且为适合学习校正系数K的值的运转状态时，或者反馈控制被禁止后车辆走行一定走行距离以上且为适合学习校正系数K的值的运转状态时判别为应再次学习校正系数K的值的时期。
在步骤136中判别为不是应再次学习校正系数K的值的时期时完成处理循环。与之相对，在步骤136中判别为应再次学习校正系数K的值的时期时进入步骤137，在图30A中t3所示的期间停止从烃供给阀15供给烃。如果像这样停止从烃供给阀15供给烃，则利用上游侧空燃比传感器23检测出的空燃比AFR1与利用下游侧空燃比传感器24检测出的空燃比AFR2的基准空燃比AFRB的空燃比差ΔAFR小于允许值AX，设置反馈控制禁止标记。结果再次学习校正系数K的值。另外，应再次学习校正系数K的值时，如上所述，也可以如图30B所示暂时延长从烃供给阀15喷射烃的喷射周期。
另外，作为其他实施例，也可以在排气净化催化剂13上游的内燃机排气通路内配置用于使烃重整的氧化催化剂。
符号说明
4…进气歧管
5…排气歧管
7…排气涡轮增压器
12a、12b…排气管
13…排气净化催化剂
14…颗粒过滤器
15…烃供给阀
23…上游侧空燃比传感器
24…下游侧空燃比传感器

Claims (12)

1.一种内燃机的排气净化装置，在内燃机排气通路内配置用于供给烃的烃供给阀，在烃供给阀上游的内燃机排气通路内配置用于检测废气的空燃比的上游侧空燃比传感器，在烃供给阀下游的内燃机排气通路内配置用于使废气中所含的NOx与经重整的烃反应的排气净化催化剂，在该排气净化催化剂下游的内燃机排气通路内配置用于检测废气的空燃比的下游侧空燃比传感器，该下游侧空燃比传感器包括具有固体电解质、分别覆盖固体电解质的两侧面的电极、和覆盖一方电极的扩散电阻层并且废气被导入该扩散电阻层上这一类型的传感器；该排气净化催化剂的废气流通表面上担载贵金属催化剂并且在该贵金属催化剂的周围形成碱性的废气流通表面部分；该排气净化催化剂具有当使流入排气净化催化剂的烃的浓度以预先确定的范围内的振幅以及预先确定的范围内的周期振动时将废气中所含的NOx还原的性质，并且具有当使该烃浓度的振动周期比该预先确定的范围长时废气中所含的NOx的吸留量增大的性质；如果从烃供给阀供给烃则利用下游侧空燃比传感器检测的空燃比相对于没有从烃供给阀供给烃时检测的基准空燃比向浓侧变化，所述内燃机的排气净化装置根据利用上游侧空燃比传感器检测出的空燃比与利用下游侧空燃比传感器检测出的基准空燃比的空燃比差检测从烃供给阀供给并穿过排气净化催化剂的烃的量。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述空燃比差越大，从烃供给阀供给并穿过排气净化催化剂的烃的量越大。
3.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，在内燃机运转时控制来自烃供给阀的烃的喷射周期以使得流入排气净化催化剂的烃的浓度以所述预先确定的范围内的周期振动，并且控制来自烃供给阀的烃的喷射量以使得流入排气净化催化剂的烃的浓度变化的振幅为所述预先确定的范围内的振幅，当所述空燃比差比预先确定的允许值小时，基于下游侧空燃比传感器的输出信号控制来自烃供给阀的烃的喷射量以使得流入排气净化催化剂的烃的浓度变化的振幅为预先确定的范围内的振幅，当该空燃比差大于预先确定的允许值时禁止基于下游侧空燃比传感器的输出信号控制来自烃供给阀的烃的喷射量。
4.根据权利要求3所述的内燃机的排气净化装置，其中，当所述空燃比差比预先确定的允许值小时，针对来自烃供给阀的烃的喷射量，学习使利用下游侧空燃比传感器检测出的浓侧峰值空燃比为预先存储的目标空燃比所需的校正值，该空燃比差大于预先确定的允许值、基于下游侧空燃比传感器的输出信号对来自烃供给阀的烃的喷射量所进行的控制已被禁止时，使用学习的校正值校正来自烃供给阀的烃的喷射量。
5.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，其中，在基于下游侧空燃比传感器的输出信号对来自烃供给阀的烃的喷射量所进行的控制被禁止的情况下，在判断为应再次学习所述校正值时，控制来自烃供给阀的烃的喷射作用以使得所述空燃比差小于预先确定的允许值，从而再次学习所述校正值。
6.根据权利要求5所述的内燃机的排气净化装置，其中，应再次学习所述校正值时，暂时延长从烃供给阀喷射烃的喷射间隔或者暂时停止从烃供给阀喷射烃的喷射作用。
7.根据权利要求3所述的内燃机的排气净化装置，其中，基于该上游侧空燃比传感器的输出信号控制供给到内燃机燃烧室的燃料的量以使得从内燃机排出的废气的空燃比为预先确定的空燃比。
8.根据权利要求3所述的内燃机的排气净化装置，其中，在所述排气净化催化剂内，废气中所含的NOx与经重整的烃进行反应而生成含有氮和烃的还原性中间体，所述烃的喷射周期是持续生成还原性中间体所需的周期。
9.根据权利要求8所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述烃的喷射周期为0.3秒至5秒之间。
10.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，当从烃供给阀供给并穿过排气净化催化剂的烃的量超过预先确定的临界值时，判断为排气净化催化剂劣化或从烃供给阀喷射的喷射量异常。
11.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述贵金属催化剂由铑Rh和钯Pd中的至少一者以及铂Pt构成。
12.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，在所述排气净化催化剂的废气流通表面上形成有含有碱金属或者碱土类金属或者稀土类或者能够向NOx供给电子的金属的碱性层，该碱性层的表面形成所述碱性的废气流通表面部分。
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