JP2004019634A

JP2004019634A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2004019634A
Application number: JP2002180183A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Nakatani; 中谷　好一郎; Shinya Hirota; 広田　信也
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: JP3912197B2

Abstract

【課題】パティキュレートフィルタ、ＮＯ_Ｘ触媒、又はＮＯ_Ｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタの全体の温度を確実に上昇させる。
【解決手段】切替弁６１の流入流出ポート６５とパティキュレートフィルタ６９間の環状排気管６７内に還元剤供給弁７７と、補助触媒７９とを順次配置する。パティキュレートフィルタ６９の温度を上昇させるべきときには、切替弁６１を弱順流位置に保持しながら、還元剤供給弁７７から還元剤を一時的に供給する。切替弁６１が弱順流位置に保持されると、排気ガスの大部分がパティキュレートフィルタ６９を迂回し、残りのわずかな量の排気ガスが補助触媒７９内を通過した後にパティキュレートフィルタ６９内に流入する。
【選択図】　　　図４

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】
従来より、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタであって酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタを配置し、パティキュレートフィルタ上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することによりパティキュレートフィルタ内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分とパティキュレートフィルタ間の排気通路内に還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置し、パティキュレートフィルタの温度を上昇させるときにはパティキュレートフィルタ内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにした内燃機関が知られている。即ち、還元剤供給弁から還元剤が供給されるとこの還元剤がパティキュレートフィルタ上で酸化され、このときの反応熱でもってパティキュレートフィルタの温度が例えば６００℃以上に上昇される。その結果、パティキュレートフィルタ上に堆積している微粒子が確実に酸化除去される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように還元剤をパティキュレートフィルタ上で酸化させるようにした場合、還元剤は必ずしもパティキュレートフィルタ全体で反応するわけではなく、従ってパティキュレートフィルタ全体の温度を一様に上昇させることができない。即ち、パティキュレートフィルタの下流端の温度が過度に高くならないようにするとこのときパティキュレートフィルタの上流端の温度が６００℃以上にならず、パティキュレートフィルタの上流端の温度を６００℃以上に上昇させるとこのときパティキュレートフィルタの下流端が過度に高くなる恐れがあるという問題がある。この問題はＮＯ_Ｘ触媒又はＮＯ_Ｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタの温度を上昇させるべきときにも生じうる。
【０００４】
そこで本発明の目的は、パティキュレートフィルタ、ＮＯ_Ｘ触媒、又はＮＯ_Ｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタの全体の温度を確実に上昇させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気浄化手段を配置し、該排気浄化手段を、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するための、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒と、前記ＮＯ_Ｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタとのうちいずれか一つから構成し、該排気浄化手段上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、該バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することにより排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分と排気浄化手段間の排気通路内に、排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇手段を配置し、該排気温上昇手段を、還元剤を供給するための還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する補助触媒とにより構成し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにしている。
【０００６】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記補助触媒を前記ＮＯ_Ｘ触媒から構成している。
【０００７】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、前記補助触媒を電気ヒータ付き触媒から構成し、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには該電気ヒータを一時的に作動させるようにしている。
【０００８】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、前記排気温上昇手段により前記排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度が上昇されているときに該排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度の上昇率を求めて該求められた温度上昇率が予め定められた目標となる上昇率に一致するように該温度上昇率を制御するようにしている。
【０００９】
また、５番目の発明によれば４番目の発明において、前記バイパス制御弁を制御して前記排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御することにより前記温度上昇率を制御するようにしている。
【００１０】
また、６番目の発明によれば４番目の発明において、前記補助触媒を電気ヒータ付き触媒から構成し、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには該電気ヒータを一時的に作動させるようにし、該電気ヒータへの通電量を制御することにより前記温度上昇率を制御するようにしている。
【００１１】
また、７番目の発明によれば４番目の発明において、前記還元剤供給弁から単位時間当たり供給される還元剤の量を制御することにより前記温度上昇率を制御するようにしている。
【００１２】
また、８番目の発明によれば３番目の発明において、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには、排気浄化手段内に流入する排気ガスの量がほぼゼロになるように前記バイパス制御弁を制御しかつ前記還元剤供給弁からの還元剤供給作用を停止しながら前記電気ヒータを作動させ、次いで排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しかつ電気ヒータを作動させながら、還元剤供給弁から還元剤を供給するようにしている。
【００１３】
また、９番目の発明によれば８番目の発明において、前記還元剤供給弁から還元剤を供給するときの前記電気ヒータへの通電量を、還元剤供給弁から供給される還元剤の量と、電気ヒータ付き触媒の温度とに基づいて設定するようにしている。
【００１４】
また、１０番目の発明によれば３番目の発明において、前記補助触媒上に付着している可溶有機成分を除去するために、前記電気ヒータを一時的に作動させるようにしている。
【００１５】
また、１１番目の発明によれば１番目の発明において、前記バイパス通路内に、追加の排気浄化手段を配置し、バイパス通路の分岐部分と追加の排気浄化手段間のバイパス通路内に、追加の排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための追加の排気温上昇手段を配置し、該追加の排気温上昇手段を、還元剤を供給するための追加の還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する追加の補助触媒とにより構成し、追加の排気浄化手段の温度を上昇させるときには追加の排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、追加の排気温上昇手段の追加の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにしている。
【００１６】
また、１２番目の発明によれば１番目の発明において、排気ガスが前記排気温上昇手段内を流通した後に前記排気浄化手段内を流通するか、又は排気浄化手段内を流通した後に排気温上昇手段内を流通するかを選択的に切り替え可能な流通方向切り替え手段を更に具備し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには流通方向切り替え手段及びバイパス制御弁によりわずかばかりの量の排気ガスが排気温上昇手段内を流通した後に排気浄化手段内を流通するようにしながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにしている。
【００１７】
また、１３番目の発明によれば１２番目の発明において、前記排気浄化手段をＮＯ_Ｘ触媒又はＮＯ_Ｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタから構成し、排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために、燃焼室で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的にリッチに切り替えるか、又は前記還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するかを選択的に切り替え可能になっており、排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために燃焼室で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的にリッチに切り替えるときには流通方向切り替え手段を制御して排気ガスが排気浄化手段内を流通した後に排気温上昇手段内を流通するようにし、排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するときには流通方向切り替え手段を制御して排気ガスが前記排気温上昇手段内を流通した後に前記排気浄化手段内を流通するようにしている。
【００１８】
また、１４番目の発明によれば１３番目の発明において、噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関から前記内燃機関が構成されており、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量が少ない第２の燃焼とが選択的に切り替えられるようになっており、第１の燃焼が行われているときには排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替え、第２の燃焼が行われているときには排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにしている。
【００１９】
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯとの比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００２１】
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はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気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吸入空気が冷却される。
【００２２】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２０ａを介して触媒コンバータ２２に接続される。
【００２３】
図１と共に図２を参照すると、触媒コンバータ２２はステップモータ６０により駆動される切替弁６１を具備し、この切替弁６１の流入ポート６２に排気管２０ａの出口が接続される。また、流入ポート６２に対向する切替弁６１の流出ポート６３には触媒コンバータ２２の排気ガス排出管６４が接続される。切替弁６１は更に、流入ポート６２及び流出ポート６３を結ぶ直線の両側において互いに対向する一対の流入流出ポート６５，６６を有しており、これら流入流出ポート６５，６６には触媒コンバータ２２の環状排気管６７の両端がそれぞれ接続される。なお、排気ガス排出管６４の出口には排気管２３が接続される。
【００２４】
環状排気管６７は排気ガス排出管６４を貫通して延びており、環状排気管６７の排気ガス排出管６４内に位置する部分にはフィルタ収容室６８が形成される。このフィルタ収容室６８内には排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ６９が収容される。なお、図２において６９ａ及び６９ｂはパティキュレートフィルタ６９の一端面及び他端面をそれぞれ示している。
【００２５】
パティキュレートフィルタ６９の一端面６９ａを含む触媒コンバータ２２の部分縦断面図を示す図２（Ａ）、及び触媒コンバータ２２の部分横断面図を示す図２（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ６９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ガス通路７０，７１を具備する。これら排気ガス通路は一端が開放されかつ他端がシール材７２により閉塞されている排気ガス通路７０と、他端が開放されかつ一端がシール材７３により閉塞されている排気ガス通路７１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分はシール材７３を示している。これら排気ガス通路７０，７１は例えばコージェライトのような多孔質材から形成される薄肉の隔壁７４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス通路７０，７１は各排気ガス通路７０が４つの排気ガス通路７１によって包囲され、各排気ガス通路７１が４つの排気ガス通路７０によって包囲されるように配置される。
【００２６】
パティキュレートフィルタ６９上には後述するようにＮＯ_Ｘ触媒８１が担持されている。一方、切替弁６１の流出ポート６３と環状排気管６７が貫通している部分との間の排気ガス排出管６４内には触媒収容室７５が形成されており、この触媒収容室７５内にはハニカム構造の基材に担持された酸化能を有する触媒７６が収容される。
【００２７】
また、切替弁６１の流入流出ポート６５とパティキュレートフィルタ６９間の環状排気管６７には、還元剤を供給するための電気制御式還元剤供給弁７７が配置され、この還元剤供給弁７７とパティキュレートフィルタ６９間の環状排気管６７内には酸化能を有する補助触媒７９が配置される。これら還元剤供給弁７７及び補助触媒７９は後述するように、パティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇装置８０として作用しうる。
【００２８】
還元剤供給弁７７には電気制御式還元剤ポンプ７８から還元剤が供給される。本発明による実施例では還元剤として内燃機関の燃料即ち軽油が用いられている。一方、補助触媒７９は図１に示される実施例では、通電量が制御可能な電気ヒータ付き触媒から構成される。この補助触媒７９への通電量は電子制御ユニット４０からの出力信号に基づいて制御される。なお、本発明による実施例では流入流出ポート６６とパティキュレートフィルタ６９間の環状排気管６７には還元剤供給弁及び補助触媒が配置されない。
【００２９】
更に図１を参照すると、排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６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２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００３０】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００３１】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。補助触媒７９とパティキュレートフィルタ６９間の環状排気管６７にはパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの温度を検出するための温度センサ４８が取り付けられ、温度センサ４８の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。この排気ガスの温度は補助触媒７９の温度又はパティキュレートフィルタ６９の温度Ｔを表している。排気管２０ａには排気管２０ａ内の圧力、即ち機関背圧を検出するための圧力センサ４９が取り付けられ、圧力センサ４９の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。このアクセルペダルの踏み込み量は要求負荷Ｌを表している。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。
【００３２】
一方、出力ポート４６は対応する駆動回路５３を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８、切替弁駆動用ステップモータ６０、還元剤供給弁７７、還元剤剤ポンプ７８、及び補助触媒７９の電気ヒータにそれぞれ接続される。
【００３３】
切替弁６１は通常、図３（Ｂ）において実線で示される位置と破線で示される位置とのうちいずれか一方に位置せしめられる。切替弁６１が図３（Ｂ）において実線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート６２が切替弁６１によって流出ポート６３及び流入流出ポート６６との連通が遮断されながら流入流出ポート６５に連通され、流出ポート６３が切替弁６１によって流入流出ポート６６に連通される。その結果、図３（Ｂ）において実線の矢印で示されるように排気管２０ａ内を流通する全ての排気ガスが流入ポート６２及び流入流出ポート６５を順次介して環状排気管６７内に流入し、次いで排気温上昇装置８０を通過し、次いでパティキュレートフィルタ６９を通過した後に流入流出ポート６６及び流出ポート６３を順次介して排気ガス排気出管６４内に流出する。
【００３４】
これに対し、切替弁６１が図３（Ｂ）において破線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート６２が切替弁６１によって流出ポート６３及び流入流出ポート６５との連通が遮断されながら流入流出ポート６６に連通され、流出ポート６３が切替弁６１によって流入流出ポート６５に連通される。その結果、図３（Ｂ）において破線の矢印で示されるように排気管２０ａ内を流通する全ての排気ガスが流入ポート６２及び流入流出ポート６６を順次介して環状排気管６７内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ６９を通過し、次いで排気温上昇装置８０を通過した後に流入流出ポート６５及び流出ポート６３を順次介して排気ガス排出管６４内に流出する。
【００３５】
このように切替弁６１の位置を切り替えることによって環状排気管６７内における排気ガスの流れが反転する。言い換えると、排気ガスが排気温上昇装置８０内を流通した後にパティキュレートフィルタ６９内を流通するか、又はパティキュレートフィルタ６９内を流通した後に排気温上昇装置８０内を流通するかを選択的に切り替え可能になっている。以下では、図３（Ｂ）において実線で示される排気ガスの流れを順流と称し、破線で示される排気ガスの流れを逆流と称することにする。また、図３（Ｂ）において実線で示される切替弁６１の位置を順流位置と称し、破線で示される切替弁６１の位置を逆流位置と称する。
【００３６】
流出ポート６６を介し排気ガス排出管６４内に流出した排気ガスは図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、次いで触媒７６を通過し、環状排気管６７の外周面に沿いつつ進行した後に排気管２３内に流出する。
【００３７】
パティキュレートフィルタ６９における排気ガスの流れを説明すると、順流時には排気ガスは一端面６９ａを介しパティキュレートフィルタ６９内に流入し、他端面６９ｂを介しパティキュレートフィルタ６９から流出する。このとき、排気ガスは一端面６９ａ内に開口している排気ガス通路７０内に流入し、次いで周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス通路７１内に流出する。一方、逆流時には排気ガスは他端面６９ｂを介しパティキュレートフィルタ６９内に流入し、一端面６９ａを介しパティキュレートフィルタ６９から流出する。このとき、排気ガスは他端面６９ｂ内に開口している排気ガス通路７１内に流入し、次いで周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス通路７０内に流出する。
【００３８】
図１に示される実施例では、切替弁６１は図３に示される順流位置及び逆流位置の他に、図４に示される弱順流位置と、図５に示されるバイパス位置とに制御することもできる。即ち、切替弁６１が弱順流位置に保持されると、図４に矢印で示されるように排気管２０ａ内を流通した排気ガスの大部分が流入ポート６２から流出ポート６３を介し直接的に排気ガス排出管６４内に流出し即ちパティキュレートフィルタ６９を迂回し、残りのわずかばかりの量の排気ガスが流入流出ポート６５を介し環状排気管６７内に流入し、次いで排気温上昇装置８０内を流通し、次いでパティキュレートフィルタ６９内を順流方向に流通する。即ち、切替弁６１を弱順流位置に保持すると、切替弁６１が順流位置又は逆流位置に保持された場合に比べて排気温上昇装置８０内及びパティキュレートフィルタ６９内を流通する排気ガスの量が減少され、排気温上昇装置８０内及びパティキュレートフィルタ６９内における排気ガスの空間速度が低下する。
【００３９】
一方、切替弁６１がバイパス位置に保持されると、図５に矢印で示されるように排気管２０ａ内を流通した全ての排気ガスが流入ポート６２から流出ポート６３を介し直接的に排気ガス排出管６４内に流出し即ち排気温上昇装置８０内及びパティキュレートフィルタ６９を迂回し、排気ガスが排気温上昇装置８０内及びパティキュレートフィルタ６９内を流通しない。このように切替弁６１が弱順流位置又はバイパス位置に保持されているときには、切替弁６１の流入ポート６２から流出ポート６３までの排気ガス流路はパティキュレートフィルタ６９を迂回するバイパス通路として作用することになる。
【００４０】
パティキュレートフィルタ６９の隔壁７４上即ち例えば隔壁７４の両側面及び細孔内壁面上には、図６に示されるようにＮＯ_Ｘ触媒８１がそれぞれ担持されている。このＮＯ_Ｘ触媒８１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なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。
【００４１】
ＮＯ_Ｘ触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【００４２】
ＮＯ_Ｘ触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００４３】
即ち、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（≒１４．６）よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（ＮＯ＋Ｏ_２→ＮＯ_２＋Ｏ^＊、ここでＯ^＊は活性酸素）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒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ＮＯ_３ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられる。
【００４４】
これに対し、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ_２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ＋２Ｏ^＊）に進み、斯くしてＮＯ_Ｘ触媒内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯの形でＮＯ_Ｘ触媒から放出される。この放出されたＮＯ_Ｘは排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれら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ＮＯ_Ｘが存在しなくなるとＮＯ_Ｘ触媒から次から次へとＮＯ_Ｘが放出されて還元され、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘの量が次第に減少する。
【００４５】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯ_Ｘを蓄え、ＮＯ_Ｘを放出することなくＮＯ_Ｘを還元することも可能である。また、活性酸素Ｏ^＊に着目すれば、ＮＯ_Ｘ触媒はＮＯ_Ｘの蓄積及び放出に伴って活性酸素Ｏ^＊を生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。
【００４６】
一方、触媒７６及び補助触媒７９はそれぞれ、アルカリ金属、アルカリ土類、及び希土類を含むことなく貴金属例えば白金Ｐｔを含む貴金属触媒から形成される。しかしながら、触媒７６又は補助触媒７９を上述したＮＯ_Ｘ触媒から形成することもできる。
【００４７】
上述したように切替弁６１は通常、順流位置か又は逆流位置に保持されている。この切替弁６１は例えば要求負荷Ｌが予め定められたしきい値よりも小さくなる毎に順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられる。切替弁６１は順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられるときに図５に示されるバイパス位置を通過し、このとき排気ガスがパティキュレートフィルタ６９及びＮＯ_Ｘ触媒８１を迂回することになる。従って、要求負荷Ｌが低いときに切替弁６１を順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えるようにすれば、パティキュレートフィルタ６９及びＮＯ_Ｘ触媒８１を迂回する排気ガスの量を低減できることになる。
【００４８】
さて、切替弁６１が順流位置にあるときにも逆流位置にあるときにも上述したように排気ガスはパティキュレートフィルタ６９を通過する。また、図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、従ってパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されている。その結果、排気ガス中のＮＯ_Ｘはパティキュレートフィルタ６９上のＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられる。
【００４９】
時間の経過と共にＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量は次第に増大する。本発明による実施例では、例えばＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量が許容量ＱＮ１を越えたときには、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるために、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えるリッチ制御が行われる。このリッチ制御については後述する。
【００５０】
一方、排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ６９上に捕集される。即ち、概略的に説明すると、順流時には排気ガス通路７０側の隔壁７４の側面上及び細孔内に微粒子が捕集され、逆流時には排気ガス通路７１側の隔壁７４の側面上及び細孔内に微粒子が捕集される。上述したように図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、また、ＮＯ_Ｘ触媒８１は酸化能を有しているので、パティキュレートフィルタ６９の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃以上に維持されていれば、パティキュレートフィルタ６９上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【００５１】
この場合、上述したＮＯ_Ｘ触媒８１のＮＯ_Ｘの蓄積還元メカニズムによれば、ＮＯ_Ｘ触媒８１内にＮＯ_Ｘが蓄えられるときにもＮＯ_Ｘが放出されるときにも活性酸素が生成される。この活性酸素は酸素Ｏ_２よりも活性が高く、従ってパティキュレートフィルタ６９上に堆積している微粒子を速やかに酸化する。即ち、パティキュレートフィルタ６９上にＮＯ_Ｘ触媒８１を担持させると、パティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの空燃比がリーンであろうとリッチであろうとパティキュレートフィルタ６９上に堆積している微粒子が酸化される。このようにして微粒子が連続的に酸化される。
【００５２】
ところが、パティキュレートフィルタ６９の温度が微粒子を酸化しうる温度に維持されなくなるか又は単位時間当たりにパティキュレートフィルタ６９内に流入する微粒子の量がかなり多くなると、パティキュレートフィルタ６９上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、パティキュレートフィルタ６９の圧損が増大する。
【００５３】
そこで本発明による実施例では、例えばパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたときには、パティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量を減少させるために、パティキュレートフィルタ６９に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ６９の温度を６００℃以上まで上昇し次いで６００℃以上に維持する昇温制御を行うようにしている。この昇温制御が行われるとパティキュレートフィルタ６９上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。なお、図１に示される内燃機関では、切替弁６１が順流位置又は逆流位置に保持されているときに圧力センサ４９により検出される機関背圧が許容値を越えたときにパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたと判断される。
【００５４】
一方、排気ガス中にはイオウ分がＳＯ_Ｘの形で含まれており、ＮＯ_Ｘ触媒８１内にはＮＯ_ＸばかりでなくＳＯ_Ｘも蓄えられる。このＳＯ_ＸのＮＯ_Ｘ触媒８１内への蓄積メカニズムはＮＯ_Ｘの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、ＮＯ_Ｘ触媒８１に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気ガス中のＳＯ_２は白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＳＯ_３となる。次いで生成されたＳＯ_３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒８１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ＳＯ_４ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒８１内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ_４ ⁻は次いでバリウムイオンＢａ^＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。この硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解しにくく、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもＮＯ_Ｘ触媒８１内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯ_Ｘ触媒８１内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量が増大し、その結果ＮＯ_Ｘ触媒８１が蓄えうるＮＯ_Ｘの量が減少することになる。
【００５５】
ところが、ＮＯ_Ｘ触媒８１の温度を５５０℃以上に維持しつつＮＯ_Ｘ触媒８１に流入する排気ガスの平均空燃比をリッチ又は理論空燃比にすると、ＮＯ_Ｘ触媒８１内の硫酸塩ＢａＳＯ_４が分解してＳＯ_３の形でＮＯ_Ｘ触媒８１から放出される。この放出されたＳＯ_３は排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応してＳＯ_２に還元せしめられる。このようにしてＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＳＯ_Ｘの量が次第に減少し、このときＮＯ_Ｘ触媒８１からＳＯ_ＸがＳＯ_３の形で流出することがない。
【００５６】
そこで本発明による実施例では、例えばＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量が許容量を越えたときには、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＳＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるために、ＮＯ_Ｘ触媒８１に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつＮＯ_Ｘ触媒８１の温度を５５０℃以上まで上昇し、次いでＮＯ_Ｘ触媒８１に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチに維持しつつ５５０℃以上に維持する昇温制御が行われる。
【００５７】
図７はこれらの昇温制御を概略的に示すタイムチャートである。なお、図７においてＤは切替弁６１の開度を表している。Ｄ＝０は切替弁６１がバイパス位置にあることを表しており、Ｄ＝１００は切替弁６１が順流位置にあることを表しており、Ｄ＝−１００は切替弁６１が逆位置にあることを表している。即ち、Ｄ＞０のときにはＤが大きくなるにつれてパティキュレートフィルタ６９内を順流方向に流通する排気ガスの量が増大し、Ｄ＜０のときにはＤが小さくなるにつれてパティキュレートフィルタ６９内を逆流方向に流通する排気ガスの量が増大する。
【００５８】
図７において矢印Ｘは上述した昇温制御を開始すべきときを示している。このとき、切替弁６１が例えば逆流位置から弱順流位置に切り替えられ保持され、補助触媒７９の電気ヒータがオンにされる。また、補助触媒７９内及びパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しながら還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。この還元剤はパティキュレートフィルタ６９内で酸化され、従って図７に示されるようにパティキュレートフィルタ６９の温度Ｔが上昇される。
【００５９】
この場合、還元剤はパティキュレートフィルタ６９に到る前に、補助触媒７９内で気化せしめられ又は部分的に酸化される。また、このとき補助触媒７９の電気ヒータがオンにされている。その結果、パティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの温度が上昇される。
【００６０】
パティキュレートフィルタ６９内で還元剤を酸化させてパティキュレートフィルタ６９の温度を上昇させるようにする場合、還元剤はパティキュレートフィルタ６９内に流入しても直ちには酸化されず、パティキュレートフィルタ６９内を或る程度進行した後に酸化される。その結果、パティキュレートフィルタ６９の排気ガス流れ下流側部分の温度が上流側部分の温度よりも高くなることになる。
【００６１】
これに対し図７に示される実施例では、パティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの温度が上昇されているので、これによってパティキュレートフィルタ６９の排気ガス流れ上流側部分の温度が上昇される。従って、パティキュレートフィルタ６９全体の温度をほぼ均一に上昇させることが可能になる。
【００６２】
また、このとき切替弁６１が弱順流位置に保持されているので、パティキュレートフィルタ６９内における排気ガスの滞留時間が長くなる。従って、パティキュレートフィルタ６９の温度を速やかに上昇させることができる。
【００６３】
このようにしてフィルタ温度Ｔが上昇し、このときフィルタ温度Ｔは温度上昇率ΔＴでもって上昇する。図７に示される実施例では、予め定められた目標上昇率に一致するようにこの温度上昇率ΔＴを制御する温度上昇率維持制御が行われる。
【００６４】
ここで、図８を参照しながらこの温度上昇率維持制御について説明する。図８において実線は昇温制御が行われているときの切替弁６１の開度Ｄと、フィルタ温度の上昇率ΔＴとの関係を示しており、破線は切替弁６１の開度Ｄと、パティキュレートフィルタ６９内を順流方向に流通する排気ガスの量ＱＥＸとの関係を示している。
【００６５】
切替弁６１の開度Ｄがゼロのとき、即ち切替弁６１がバイパス位置にあるときにはパティキュレートフィルタ６９内に排気ガス流れがなく、このためパティキュレートフィルタ６９内で還元剤の酸化反応はほとんど生じない。
【００６６】
切替弁６１の開度Ｄをゼロからわずかに増大させると温度上昇率ΔＴは急激に増大してピークに達し、開度Ｄを更に増大させると開度Ｄが増大するにつれて温度上昇率ΔＴが次第に低下する。これは主として、開度Ｄが増大するにつれてパティキュレートフィルタ６９における排気ガスの空間速度が高くなるためにパティキュレートフィルタ６９内で酸化される還元剤の量が少なくなるためである。即ち、切替弁６１の開度Ｄを制御すれば温度上昇率ΔＴを制御することができることになる。
【００６７】
そこで図７に示される実施例の温度上昇率維持制御では、フィルタ温度Ｔの温度上昇率ΔＴが目標上昇率ΔＴ０に一致するように切替弁６１の開度Ｄを制御している。即ち、昇温制御を開始すべきときには切替弁６１の開度Ｄが初期値として例えば図８に示されるＤ１に設定され、次いで温度センサ４８により検出されるフィルタ温度Ｔの温度上昇率ΔＴが目標上昇率ΔＴ０よりも小さくなると開度Ｄが一定値だけ小さくされ、温度上昇率ΔＴが目標上昇率ΔＴ０よりも大きくなると開度Ｄが一定値だけ大きくされる。このようにすると、フィルタ温度Ｔを速やかに上昇させることができ、しかしながらフィルタ温度Ｔが過度に上昇するのが阻止される。
【００６８】
目標上昇率ΔＴ０をどのように定めてもよいが、図７に示される実施例では目標上昇率ΔＴ０は機関運転状態に応じて定められている。即ち、図９（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎが高くなるにつれて目標上昇率ΔＴ０が小さくされる。要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎが高くなるにつれて内燃機関から排出される排気ガスの温度が高くなるからである。この目標上昇率ΔＴ０は要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として図９（Ｂ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００６９】
次いで、フィルタ温度Ｔが例えば目標保持温度の下限値ＴＬを越えると、フィルタ温度Ｔを目標保持温度に維持する温度維持制御が行われる。この目標保持温度の下限値ＴＬはパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量を減少させるための昇温制御では例えば６００℃であり、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＳＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるための昇温制御では例えば５５０℃である。また、目標保持温度の上限値ＴＵはいずれの場合にも、例えばＮＯ_Ｘ触媒８１の熱劣化が生じない７００℃である。言い換えると、温度維持制御ではフィルタ温度Ｔがこれら下限値ＴＬと上限値ＴＵ間に維持される。
【００７０】
なお、パティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量を減少させるための温度維持制御ではパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの空燃比がリーンに維持され、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＳＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるための温度維持制御ではパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの平均空燃比が理論空燃比又はリッチに維持される。
【００７１】
次いで、図７において矢印Ｙで示されるように昇温制御を停止すべきときには切替弁６１が例えば順流位置に切り替えられ、補助触媒７９の電気ヒータがオフにされ、還元剤供給弁７７からの還元剤供給が停止される。本発明による実施例では、例えばパティキュレートフィルタ６９上の堆積微粒子量又はＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＳＯ_Ｘ量がほぼゼロになったときに、昇温制御を停止すべきであると判断される。
【００７２】
図１０は図７に示される昇温制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００７３】
図１０を参照すると、まずステップ１００では昇温制御を開始すべきか否かが判別される。昇温制御を開始すべきでないときには処理サイクルを終了し、昇温制御を開始すべきときにはステップ１０１に進む。ステップ１０１では切替弁６１が弱順流位置に切り替えられ、このとき開度Ｄが上述したＤ１に設定される。続くステップ１０２では、補助触媒７９の電気ヒータがオンにされ、このとき電気ヒータへの通電量ＱＥが一定値ＱＥ１に設定される。続くステップ１０３では、還元剤供給弁７７からの還元剤供給作用が開始され、このとき還元剤供給作用の時間間隔ＩＮＴが一定値ＩＮＴ１に設定される。本発明による実施例では、図１１に示されるように還元剤供給弁７７から還元剤が時間間隔ＩＮＴでもって間欠的に供給されるようになっており、このＩＮＴがＩＮＴ１に設定される。
【００７４】
続くステップ１０４では目標上昇率ΔＴ０が図９（Ｂ）のマップから算出される。続くステップ１０５では温度上昇率維持制御ルーチンが行われる。この温度上昇率維持制御ルーチンは図１２（Ａ）に示されている。
【００７５】
図１２（Ａ）を参照すると、まずステップ１２０では温度センサ４８の出力に基づいてフィルタ温度Ｔの上昇率ΔＴが算出される。続くステップ１２１ではこの実際の温度上昇率ΔＴが目標上昇率ΔＴ０よりも大きいか否かが判別される。ΔＴ＞ΔＴ０のときには次いでステップ１２２に進み、切替弁６１の開度Ｄが一定値ｄ１だけ増大され、ΔＴ≦ΔＴ０のときには次いでステップ１２３に進み、切替弁６１の開度Ｄが一定値ｄ１だけ減少される。次いで処理サイクルを終了する。
【００７６】
続くステップ１０６では温度上昇率維持制御を停止して温度維持制御を開始すべきか否かが判別される。温度維持制御を開始すべきでないときにはステップ１０５に戻り、温度維持制御を開始すべきときにはステップ１０７に進んで温度維持制御ルーチンが実行される。この温度維持制御ルーチンは図１２（Ｂ）に示されている。
【００７７】
図１２（Ｂ）を参照すると、まずステップ１４０ではフィルタ温度Ｔが目標温度の上限値ＴＵよりも高いか否かが判別される。Ｔ≦ＴＵのときにはステップ１４２にジャンプし、Ｔ＞ＴＵのときには次いでステップ１４１に進み、切替弁６１の開度Ｄが一定値ｄ２だけ増大される。次いでステップ１４２に進む。ステップ１４２ではフィルタ温度Ｔが目標温度の下限値ＴＬよりも低いか否かが判別される。Ｔ≧ＴＬのときには処理サイクルを終了し、Ｔ＜ＴＬのときには次いでステップ１４３に進み、切替弁６１の開度Ｄが一定値ｄ２だけ減少される。次いで処理サイクルを終了する。
【００７８】
続くステップ１０８では温度維持制御を停止して昇温制御を停止すべきか否かが判別される。昇温制御を停止すべきでないときにはステップ１０７に戻り、昇温制御を停止すべきときにはステップ１０９に進む。ステップ１０９では切替弁６１が例えば順流位置に切り替えられ、補助触媒７９の電気ヒータがオフにされ、還元剤供給弁７７からの還元剤供給作用が停止される。このようにして昇温制御が停止される。
【００７９】
図１３及び図１４は温度上昇率維持制御ルーチン及び温度維持制御の別の実施例をそれぞれ示している。
【００８０】
図１３に示される実施例では、補助触媒７９の電気ヒータへの通電量ＱＥを制御することによりフィルタ温度の上昇率ΔＴが制御される。即ち、温度上昇率維持制御ルーチンを示す図１３（Ａ）を参照すると、まずステップ１２０ａでは温度センサ４８の出力に基づいてフィルタ温度Ｔの上昇率ΔＴが算出される。続くステップ１２１ａではこの実際の温度上昇率ΔＴが目標上昇率ΔＴ０よりも大きいか否かが判別される。ΔＴ＞ΔＴ０のときには次いでステップ１２２ａに進み、通電量ＱＥが一定値ｑ１だけ減少され、ΔＴ≦ΔＴ０のときには次いでステップ１２３ａに進み、通電量ＱＥが一定値ｑ１だけ増大される。次いで処理サイクルを終了する。
【００８１】
また、温度維持制御ルーチンを示す図１３（Ｂ）を参照すると、まずステップ１４０ａではフィルタ温度Ｔが目標温度の上限値ＴＵよりも高いか否かが判別される。Ｔ≦ＴＵのときにはステップ１４２ａにジャンプし、Ｔ＞ＴＵのときには次いでステップ１４１ａに進み、通電量ＱＥが一定値ｑ２だけ減少される。次いでステップ１４２ａに進む。ステップ１４２ａではフィルタ温度Ｔが目標温度の下限値ＴＬよりも低いか否かが判別される。Ｔ≧ＴＬのときには処理サイクルを終了し、Ｔ＜ＴＬのときには次いでステップ１４３ａに進み、通電量ＱＥが一定値ｑ２だけ増大される。次いで処理サイクルを終了する。
【００８２】
一方、図１４に示される実施例では還元剤供給弁７７から単位時間当たりに供給される還元剤の量、例えば時間間隔ＩＮＴ（図１１）を制御することによりフィルタ温度の上昇率ΔＴが制御される。即ち、温度上昇率維持制御ルーチンを示す図１４（Ａ）を参照すると、まずステップ１２０ｂでは温度センサ４８の出力に基づいてフィルタ温度Ｔの上昇率ΔＴが算出される。続くステップ１２１ｂではこの実際の温度上昇率ΔＴが目標上昇率ΔＴ０よりも大きいか否かが判別される。ΔＴ＞ΔＴ０のときには次いでステップ１２２ｂに進み、時間間隔ＩＮＴが一定値ｉ１だけ増大され、ΔＴ≦ΔＴ０のときには次いでステップ１２３ｂに進み、時間間隔ＩＮＴが一定値ｉ１だけ減少される。次いで処理サイクルを終了する。
【００８３】
また、温度維持制御ルーチンを示す図１４（Ｂ）を参照すると、まずステップ１４０ｂではフィルタ温度Ｔが目標温度の上限値ＴＵよりも高いか否かが判別される。Ｔ≦ＴＵのときにはステップ１４２ｂにジャンプし、Ｔ＞ＴＵのときには次いでステップ１４１ｂに進み、時間間隔ＩＮＴが一定値ｉ２だけ増大される。次いでステップ１４２ｂに進む。ステップ１４２ｂではフィルタ温度Ｔが目標温度の下限値ＴＬよりも低いか否かが判別される。Ｔ≧ＴＬのときには処理サイクルを終了し、Ｔ＜ＴＬのときには次いでステップ１４３ｂに進み、時間間隔ＩＮＴが一定値ｉ２だけ減少される。次いで処理サイクルを終了する。
【００８４】
図１５は昇温制御の別の実施例を示している。この実施例では、図１５に矢印Ｘで示されるように昇温制御を開始すべきときにフィルタ温度Ｔがしきい値ＴＷよりも低いときには、図７から図１２を参照して説明した温度上昇率維持制御及び温度維持制御に先立って、予熱制御が行われる。即ち、この予熱制御では、切替弁６１が例えば逆流位置からバイパス位置に切り替えられ保持され、補助触媒７９の電気ヒータがオンにされ、しかしながら還元剤供給弁７７から還元剤が供給されない。このようにすると補助触媒７９内を排気ガスが流通しないので、補助触媒７９の温度を速やかに高めることができる。また、還元剤が供給されないので補助触媒７９の触媒粒子が還元剤により覆われ補助触媒７９の酸化能が低下することがない。
【００８５】
次いで、予熱制御が開始されてから例えば時間ｔＺだけ経過すると予熱制御が停止され、温度上昇率維持制御が開始される。このとき補助触媒７９の温度が高くなっており、従ってこのとき供給された還元剤が補助触媒７９内で良好に気化され又は部分酸化され、フィルタ温度Ｔが速やかに上昇される。
【００８６】
更に図１５に示される実施例では、補助触媒７９の電気ヒータへの通電量ＱＥを制御することにより温度上昇率維持制御及び温度維持制御が行われる。即ち、温度上昇率維持制御についてみると、単位時間当たりに供給される還元剤の量ＱＦが多くなるにつれて、又は補助触媒７９の温度が低くなるにつれて、温度上昇率ΔＴを目標上昇率ΔＴ０に維持するのに必要な通電量が多くなる。同様に、温度維持制御でも、単位時間当たりに供給される還元剤の量ＱＦが多くなるにつれて、又は補助触媒７９の温度が低くなるにつれて、フィルタ温度Ｔを目標温度に維持するのに必要な通電量が多くなる。
【００８７】
そこで図１５に示される実施例では、温度上昇率ΔＴを目標上昇率ΔＴ０に維持するのに必要な通電量ＱＥＩ、及びフィルタ温度Ｔを目標温度に維持するのに必要な通電量ＱＥＭをそれぞれ、還元剤供給量ＱＦ及び補助触媒７９の温度Ｔの関数として予め求めておき、温度上昇率維持制御が行われるときには補助触媒７９の電気ヒータにＱＥＩだけ通電し、温度維持制御が行われるときには補助触媒７９の電気ヒータにＱＥＭだけ通電するようにしている。なお、これらＱＥＩ，ＱＥＭは還元剤供給量ＱＦ及び補助触媒７９の温度Ｔの関数として図１６（Ｂ），（Ｃ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ４２内にそれぞれ記憶されている。
【００８８】
図１７は図１５に示される昇温制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００８９】
図１７を参照すると、まずステップ１００ａでは昇温制御を開始すべきか否かが判別される。昇温制御を開始すべきでないときには処理サイクルを終了し、昇温制御を開始すべきときにはステップ１０１ａに進む。ステップ１０１ａでは予熱制御ルーチンが実行される。この予熱制御ルーチンは図１８に示されている。
【００９０】
図１８を参照すると、まずステップ１６０ではフィルタ温度Ｔがしきい値ＴＷよりも低いか否かが判別される。Ｔ≧ＴＷのときには処理サイクルを終了し、Ｔ＜ＴＷのときには次いでステップ１６１に進み、切替弁６１がバイパス位置に切り替えられ、即ち開度Ｄがゼロに設定される。続くステップ１６２では、補助触媒７９の電気ヒータがオンにされ、このとき電気ヒータへの通電量ＱＥが一定値ＱＥ１に設定される。このようにして予熱制御が行われる。続くステップ１６３では予熱制御が開始されてから時間ｔＺだけ経過したか否かが判別される。時間ｔＺだけ経過していないときにはステップ１６３に戻り、時間ｔＺだけ経過すると処理サイクルを終了する、即ち予熱制御を停止する。
【００９１】
続くステップ１０２ａでは切替弁６１が弱順流位置に切り替えられ、このとき開度Ｄが上述したＤ１に設定される。続くステップ１０３ａでは、還元剤供給弁７７から還元剤供給作用が開始され、このとき還元剤供給作用の時間間隔ＩＮＴが一定値ＩＮＴ１に設定される。続くステップ１０４ａでは目標上昇率ΔＴ０が図９（Ｂ）のマップから算出され、続くステップ１０５ａでは温度上昇率維持制御ルーチンが行われる。この温度上昇率維持制御ルーチンは図１９（Ａ）に示されている。
【００９２】
図１９（Ａ）を参照すると、ステップ１２０ｃでは還元剤供給量ＱＦが算出される。続くステップ１２１ｃでは必要通電量ＱＥＩが図１６（Ｂ）のマップから算出される。続くステップ１２２ｃでは通電量ＱＥがこのＱＥＩに設定される。
【００９３】
続くステップ１０６ａでは温度維持制御を開始すべきか否かが判別される。温度維持制御を開始すべきでないときにはステップ１０５ａに戻り、温度維持制御を開始すべきときにはステップ１０７ａに進んで温度維持制御ルーチンが実行される。この温度維持制御ルーチンは図１９（Ｂ）に示されている。
【００９４】
図１９（Ｂ）を参照すると、ステップ１４０ｃでは還元剤供給量ＱＦが算出される。続くステップ１４１ｃでは必要通電量ＱＥＭが図１６（Ｃ）のマップから算出される。続くステップ１４２ｃでは通電量ＱＥがこのＱＥＭに設定される。
【００９５】
続くステップ１０８ａでは昇温制御を停止すべきか否かが判別される。昇温制御を停止すべきでないときにはステップ１０７ａに戻り、昇温制御を停止すべきときにはステップ１０９ａに進む。ステップ１０９ａでは切替弁６１が例えば順流位置に切り替えられ、補助触媒７９の電気ヒータがオフにされ、還元剤供給弁７７からの還元剤供給作用が停止される。このようにして昇温制御が停止される。
【００９６】
ところで、このような昇温制御が行われると補助触媒７９には還元剤が液体の形で付着し、電気ヒータがオンにされているといっても補助触媒７９上に可溶有機成分（ＳＯＦ）が残る恐れがある。このＳＯＦは補助触媒７９の触媒粒子を覆い、補助触媒７９の酸化能を低下させる恐れがある。
【００９７】
ところがこのＳＯＦは補助触媒７９の温度が高くなると熱分解されて補助触媒７９から除去される。そこで図１に示される実施例では、補助触媒７９上に付着しているＳＯＦを除去するために電気ヒータを一時的に作動させる再生制御を行うようにしている。
【００９８】
この再生制御をどのようなタイミングで行っても構わないが、本発明による実施例では、上述した昇温制御中でなくかつ機関減速運転時の燃料供給停止中に再生制御が行われる。このことを図２０を参照しながら説明する。
【００９９】
図１に示される内燃機関では、図２０に示されるように要求負荷Ｌがゼロになりこのとき機関回転数Ｎが第１のしきい値Ｎ１よりも高いときには、機関への燃料供給が停止される。燃料供給が停止されると機関回転数Ｎが徐々に低下し、次いで機関回転数Ｎが第２のしきい値Ｎ２よりも低くなるか又は要求負荷Ｌがゼロよりも大きくなると、燃料供給が再開される。
【０１００】
このような燃料供給停止作用が開始されると、図２０に示されるように切替弁６１が例えば順流位置からバイパス位置に切り替えられ保持され、補助触媒７９の電気ヒータがオンにされる。このようにすると補助触媒７９内を比較的低温のガスが流通せず、従って補助触媒７９上のＳＯＦを速やかに除去できることになる。
【０１０１】
次いで、再生制御が開始されてから例えば時間ｔＶだけ経過するか又は燃料供給作用が再開されると、電気ヒータがオフにされ、切替弁６１が例えば順流位置に戻され、従って再生制御が停止される。
【０１０２】
図２１は図２０に示される再生制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【０１０３】
図２１を参照すると、まずステップ１８０では現在昇温制御中であるか否かが判別される。現在昇温制御中のときには処理サイクルを終了し、現在昇温制御中でないときにはステップ１８１に進む。ステップ１８１では現在燃料供給停止中か否かが判別される。現在燃料供給停止中でないときにはステップ１８５にジャンプし、現在燃料供給停止中のときには次いでステップ１８２に進み、切替弁６１がバイパス位置に切り替えられる。続くステップ１８３では補助触媒７９の電気ヒータがオンにされる。このようにして再生制御が行われる。続くステップ１８４では再生制御が開始されてから時間ｔＶだけ経過したか否かが判別される時間ｔＶだけ経過していないときにはステップ１８１に戻り、時間ｔＶだけ経過するとステップ１８５に進む。
【０１０４】
ステップ１８５では切替弁６１が順流位置又は逆流位置に戻され又は維持され、続くステップ１８６では補助触媒７９の電気ヒータがオフにされる。
【０１０５】
次に、図２２を参照して再生制御の別の実施例を説明する。図２２に示される実施例では補助触媒７９を、電気ヒータを備えていない触媒から構成した場合を示している。しかしながら、補助触媒７９を電気ヒータ付き触媒から構成した場合にも図２２に示される実施例を適用することができる。
【０１０６】
図２２に示される実施例でも、図７から図１３を参照して説明した昇温制御が実行される。即ち、図２２において矢印Ｘで示されるように昇温制御を実行すべきときには、切替弁６１が例えば逆流位置から弱順流位置に切り替えられ保持され、還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。その結果、補助触媒７９から流出した排気ガスの温度Ｔが徐々に上昇する。
【０１０７】
ところが補助触媒７９の酸化能がＳＯＦによって低下されていると、排気ガス温度Ｔが速やかに上昇しない。そこで図２２に示される実施例では、昇温制御を開始してから例えば時間ｔＡが経過したときの排気ガス温度Ｔが許容下限温度ＴＣよりも低いときには、昇温制御を停止し、補助触媒７９の再生制御を開始するようにしている。なお、この場合の許容下限温度ＴＣは図２２からわかるように目標温度の下限値ＴＬよりも低く定められている。
【０１０８】
具体的に説明すると、還元剤供給弁７７からの還元剤供給作用を停止しながら、切替弁６１が逆流位置に切り替えられ保持される。昇温制御が開始されると、補助触媒７９の酸化能が低下していたとしても還元剤の一部がパティキュレートフィルタ６９内で酸化され、パティキュレートフィルタ６９の温度はいくらか上昇している。従って、このとき切替弁６１を逆流位置に保持すれば、パティキュレートフィルタ６９内に流入した排気ガスがパティキュレートフィルタ６９によって加熱され、この高温になった排気ガスが次いで補助触媒７９内に流入し、斯くして補助触媒７９上のＳＯＦが除去される。次いで、再生制御が開始されてから例えば時間ｔＢだけ経過すると、切替弁６１が例えば順流位置に切り替えられる。
【０１０９】
図２３は図２２に示される再生制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは昇温制御が開始されたときに１回だけ実行される。
【０１１０】
図２３を参照すると、まずステップ１８０ａでは昇温制御が開始されてから時間ｔＡだけ経過したか否かが判別される。時間ｔＡだけ経過するとステップ１８１ａに進み、排気ガス温度Ｔが許容還元温度ＴＣよりも低いか否かが判別される。Ｔ≧ＴＣのときには処理サイクルを終了し、即ち昇温制御を継続する。これに対し、Ｔ＜ＴＣのときには次いでステップ１８２ａに進み、昇温制御が停止される。続くステップ１８３ａでは切替弁が逆流位置に切り替えられ保持される。このようにして再制御が行われる。続くステップ１８４ａでは再生制御が開始されたから時間ｔＢだけ経過したか否かが判別される。時間ｔＢだけ経過するとステップ１８５ａに進み、切替弁６１が例えば順流位置に切り替えられる。
【０１１１】
ところで、パティキュレートフィルタ６９上に担持されているＮＯ_Ｘ触媒８１は上述したようにＮＯ_Ｘ蓄積還元作用を備えている。しかしながらこのＮＯ_Ｘ蓄積還元作用を得るためにはＮＯ_Ｘ触媒８１の温度がいわゆる活性温度以上に維持されている必要がある。
【０１１２】
そこで本発明による実施例では、ＮＯ_Ｘ触媒８１の温度をその活性温度、例えば２００℃以上に維持する活性化制御を行うようにしている。この活性化制御について図２４を参照しながら説明する。
【０１１３】
図２４において矢印Ｓは活性化制御を開始すべきときを示している。図２４に示される実施例では、機関始動が開始されたとき、及びフィルタ温度ＴがＮＯ_Ｘ触媒８１の活性温度よりも低くなったときに活性化制御を開始すべきであると判断される。このとき、図２４に示されるように切替弁６１がバイパス位置に保持され、補助触媒７９の電気ヒータがオンにされ、しかしながら還元剤供給弁７７から還元剤が供給されない。このようにして活性化制御が開始される。その結果、補助触媒７９の温度を速やかに高めることができる。
【０１１４】
次いで、活性化制御が開始されてから例えば時間ｔＤだけ経過すると切替弁６１が弱順流位置に切り替えられ、このとき切替弁６１の開度Ｄは例えば上述したＤ１に設定される。また、補助触媒７９内及びパティキュレートフィルタ６９内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しながら還元剤供給弁７７から還元剤が供給され、このとき単位時間当たりの還元剤供給量ＱＲは例えばＱＲ１に設定される。その結果、還元剤が比較的高温の補助触媒７９によって気化され又は部分酸化された後にＮＯ_Ｘ触媒８１に到り、従ってＮＯ_Ｘ触媒８１の温度を速やかに高めることができる。
【０１１５】
還元剤供給作用が開始されてから例えば時間ｔＥだけ経過すると、切替弁６１の開度Ｄが例えば順流位置にまでｄｄずつ徐々に増大され、還元剤供給量ＱＲがゼロまでｒｒずつ徐々に減少される。即ち、切替弁６１の開度Ｄを大きくするとＮＯ_Ｘ触媒８１における排気ガスの空間速度が高くなるので、ＮＯ_Ｘ触媒８１から流出する還元剤の量が増大しうる。そこで図２４に示される実施例では、切替弁６１の開度Ｄを大きくするにつれて還元剤供給量ＱＲを減少させ、ＮＯ_Ｘ触媒８１から流出する還元剤の量を抑制するようにしている。このことは供給された還元剤がＮＯ_Ｘ触媒８１の温度上昇のために有効に利用されているということも表している。
【０１１６】
次いで、還元剤供給量ＱＲが減少されてから例えば時間ｔＦだけ経過すると、切替弁６１が順流位置に位置し、還元剤供給量ＱＲがゼロになる。このとき補助触媒７９の電気ヒータがオフにされる。このようにして活性化制御が完了される。
【０１１７】
図２５は図２４に示される活性化制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【０１１８】
図２５を参照すると、まずステップ２００では活性化制御を開始すべきか否かが判別される。活性化制御を開始すべきでないときには処理サイクルを終了し、活性化制御を開始すべきときにはステップ２０１に進む。ステップ２０１では切替弁６１がバイパス位置に切り替えられ、即ちＤ＝０とされる。続くステップ２０２では、補助触媒７９の電気ヒータがオンにされる。このようにして活性化制御が開始される。続くステップ２０３では活性化制御が開始されてから時間ｔＤだけ経過したか否かが判別される。時間ｔＤだけ経過するとステップ２０４に進み、切替弁６１が弱順流位置に切り替えられ保持され、このとき開度Ｄが上述したＤ１に設定される。続くステップ２０５では、還元剤供給弁７７からの還元剤供給作用が開始され、このとき還元剤供給量ＱＲが上述したＱＲ１に設定される。
【０１１９】
続くステップ２０６では、還元剤供給作用が開始されてから時間ｔＥだけ経過したか否かが判別される。時間ｔＥだけ経過するとステップ２０７に進み、切替弁６１の開度Ｄの増大分ｄｄ（＝（１００−Ｄ１）／ｔＦ）及び還元剤供給量ＱＲの減少分ｒｒ（＝ＱＲ１／ｔＦ）が算出される。続くステップ２０８では切替弁６１の開度Ｄ及び還元剤供給量ＱＲがそれぞれ更新される（Ｄ＝Ｄ＋ｄｄ，ＱＲ＝ＱＲ−ｒｒ）。続くステップ２０９では還元剤供給量ＱＲが減少されてから時間ｔＦだけ経過したか否かが判別される。時間ｔＦだけ経過するとステップ２１０に進み、補助触媒７９の電気ヒータがオフにされる。このようにして活性化制御が完了される。
【０１２０】
これまで述べてきた温度上昇率維持制御及び温度維持制御を含む昇温制御、予熱制御、再生制御、及び活性化制御は例えば図２６及び図２８に示される内燃機関にも適用することができる。
【０１２１】
図２６に示される内燃機関では、排気管２０ａの出口にケーシング２６７が接続され、このケーシング２６７は排気管２０ｂを介してケーシング２６８に接続される。更に、ケーシング２６８は排気管２０ｃを介してケーシング２７５に接続され、ケーシング２７５は排気管２３に接続される。これらケーシング２６７，２６８，２７５内には補助触媒７９、ＮＯ_Ｘ触媒８１を担持したパティキュレートフィルタ６９、及び触媒７６がそれぞれ収容される。
【０１２２】
排気管２０ａからバイパス管２８５が分岐されており、このバイパス管２８５の流出端は排気管２０ｃに開口している。また、バイパス管２８５の流入端が開口している排気管２０ａの部分には、図示しない電子制御ユニットによって制御される切替弁２６１が配置される。更に、バイパス管２８５の流入端と補助触媒７９間の排気管２０ａに還元剤供給弁７７が配置される。
【０１２３】
切替弁２６１は通常、図２７において実線で示される通常位置に保持される。切替弁２６１がこの通常位置に保持されると、バイパス管２８５が遮断され、排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ６９内に導かれる。従って、切替弁２６１の通常位置は図１の内燃機関における切替弁６１の順流位置又は逆流位置に相当する。
【０１２４】
例えば図７から図１２を参照して説明した昇温制御を行うべきときには、切替弁２６１が図２７において一点鎖線で示される弱流位置に切り替えられ一時的に保持される。切替弁２６１がこの弱流位置に保持されると、排気管２０ａ内に流入した排気ガスのわずかな一部がパティキュレートフィルタ６９内に導かれ残りの排気ガスがバイパス管２８５内に導かれる。従って、切替弁２６１の弱流位置は図１の内燃機関における切替弁６１の弱順流位置に相当する。同時に、補助触媒７９の電気ヒータが一時的にオンにされ、還元剤供給弁７７から還元剤が一時的に供給される。このとき、パティキュレートフィルタ６９の温度上昇率及び温度がそれぞれ対応する目標値に維持されるように例えば切替弁２６１の開度ないし位置が制御される。
【０１２５】
切替弁２６１を図２７において破線で示されるバイパス位置に保持することもできる。切替弁２６１がこのバイパス位置に保持されると、排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスがバイパス管２８５内に流入し、補助触媒７９内及びパティキュレートフィルタ６９内に流入しなくなる。従って、切替弁２６１のバイパス位置は図１の内燃機関における切替弁６１のバイパス位置に相当する。
【０１２６】
一方、図２８に示される内燃機関では、排気管２０ａが一対の枝管２９１’，２９１”を有するＹ字管から形成され、各枝管の出口にはケーシング６７’，６７”がそれぞれ接続される。これらケーシング６７’，６７”は排気管２０ｂ’，２０ｂ”を介してそれぞれ対応するケーシング６８’，６８”に接続される。更に、ケーシング６８’，６８”は排気管２０ｃの枝管２９２’，２９２”に接続され、排気管２０ｃを介してケーシング２７５に接続される。ケーシング２７５は排気管２３に接続される。これらケーシング６７’，６７”内には第１及び第２の補助触媒７９’，７９”がそれぞれ収容され、ケーシング６８’，６８”内には第１及び第２のパティキュレートフィルタ６９’，６９”がそれぞれ収容され、ケーシング２７５内には触媒７６が収容される。なお、第１及び第２のパティキュレートフィルタ６９’，６９”上にはそれぞれ第１及び第２のＮＯ_Ｘ触媒８１’，８１”が担持されている。
【０１２７】
排気管２０ｃの枝管内には共通のアクチュエータ２６０によって駆動される第１及び第２の切替弁６１’，６１”が配置される。また、排気管２０ａの枝管内には第１及び第２の還元剤供給弁７７’，７７”がそれぞれ配置される。なおアクチュエータ２６１及び還元剤供給弁７７’，７７”は図示しない電子制御ユニットによって制御される。
【０１２８】
切替弁６１’，６１”は通常、図２９（Ａ）において実線で示される第１の位置か又は破線で示される第２の位置に保持される。切替弁６１’，６１”が第１の位置に保持されると、第１の切替弁６１’が全開位置に保持され、第２の切替弁６１”が全閉位置に保持され、従って図２９（Ａ）において実線の矢印で示されるように排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスが第１のパティキュレートフィルタ６９’内に導かれる。一方、切替弁６１’，６１”が第２の位置に保持されると、第１の切替弁６１’が全閉位置に保持され、第２の切替弁６１”が全開位置に保持され、従って図２９（Ａ）において破線の矢印で示されるように排気管２０ａ内に流入したほぼ全ての排気ガスが第２のパティキュレートフィルタ６９”内に導かれる。従って、切替弁６１’，６１”の第１及び第２の位置は図２６の内燃機関における切替弁２６１の通常位置又はバイパス位置に相当する。
【０１２９】
昇温制御を行うべきときには切替弁６１’，６１”が第１及び第２の中間位置に切り替えられる。即ち、第１のパティキュレートフィルタ６９’又は第１のＮＯ_Ｘ触媒８１’の昇温制御を行うべきときには切替弁６１’，６１”が図２９（Ｂ）において実線で示される第１の中間位置に切り替えられる。切替弁６１’，６１”が第１の中間位置に保持されると、第１の切替弁６１’が全開位置と全閉位置間の中間位置に保持され、第２の切替弁６１”が全開位置に保持され、従って図２９（Ｂ）において実線の矢印で示されるように排気管２０ａ内に流入した排気ガスのうちわずかな一部が第１のパティキュレートフィルタ６９’内に導かれ、残りの排気ガスが第２のパティキュレートフィルタ６９”内に導かれる。同時に、第１の補助触媒７９’の電気ヒータが一時的にオンにされ、第１の還元剤供給弁７７’から還元剤が一時的に供給される。このとき、第１のパティキュレートフィルタ６９’の温度上昇率及び温度がそれぞれ対応する目標値に維持されるように例えば切替弁６１’又は切替弁６１”の開度ないし位置が制御される。
【０１３０】
一方、第２のパティキュレートフィルタ６９”又は第２のＮＯ_Ｘ触媒８１”の昇温制御を行うべきときには切替弁６１’，６１”が図２９（Ｂ）において破線で示される第２の中間位置に切り替えられる。切替弁６１’，６１”が第２の中間位置に保持されると、第１の切替弁６１’が全開位置に保持され、第２の切替弁６１”が全開位置と全閉位置間の中間位置に保持され、従って図２９（Ｂ）において破線の矢印で示されるように排気管２０ａ内に流入した排気ガスのうちわずかな一部が第２のパティキュレートフィルタ６９”内に導かれ、残りの排気ガスが第１のパティキュレートフィルタ６９’内に導かれる。同時に、第２の補助触媒７９”の電気ヒータが一時的にオンにされ、第２の還元剤供給弁７７”から還元剤が一時的に供給される。このとき、第２のパティキュレートフィルタ６９’の温度上昇率及び温度がそれぞれ対応する目標値に維持されるように例えば切替弁６１’又は切替弁６１”の開度ないし位置が制御される。このように切替弁６１’，６１”の第１及び第２の中間位置は図２６の内燃機関における切替弁２６１の弱順流位置に相当する。
【０１３１】
ここで、例えば排気管２０ａの枝管２９１’から排気管２０ｃの枝管２９２’までの排気通路部分に着目すると、排気管２０ａの枝管２９１”から排気管２０ｃの枝管２９２”までの排気通路部分は図２６の内燃機関におけるバイパス管２８５と同様のバイパス管を構成していると見ることもできる。この場合、第２の還元剤供給弁７７”、第２の補助触媒７９、第２のパティキュレートフィルタ６９”、第２のＮＯ_Ｘ触媒８１”はそれぞれ、バイパス管内に配置された追加の還元剤供給弁、追加の補助触媒、追加のパティキュレートフィルタ、追加のＮＯ_Ｘ触媒を構成しているということになる。
【０１３２】
次に、図１の内燃機関におけるリッチ制御について説明する。このリッチ制御ではＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるために、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。
【０１３３】
図１に示される内燃機関では、互いに異なる二つの燃焼即ち第１の燃焼と第２の燃焼とが選択的に切り替えられるようになっている。リッチ制御を説明する前に、まずこのことについて説明する。
【０１３４】
図３０は機関回転数及び燃料噴射量を一定に維持したときの、燃料噴射時期及びＥＧＲ率（＝ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））即ち燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比ＡＦＭと、スモーク及びＮＯ_Ｘの排出量との関係を示すシミュレーション結果の一例を表している。図３０において、実線は等スモーク排出量（ＦＳＮ）を示しており、破線は等ＮＯ_Ｘ排出量（ｇ／ｋｗｈ）を示している。
【０１３５】
図３０からわかるように、噴射時期を一定に維持しながらＥＧＲ率を例えば３０パーセントから増大していくとスモークの排出量が増大を開始する。次いで、噴射時期を一定にしながら更にＥＧＲ率を高め混合気の空燃比ＡＦＭを小さくするとスモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次いで噴射時期を一定にしながら更にＥＧＲ率を高め混合気の空燃比ＡＦＭを小さくすると今度はスモークが急激に低下し、噴射時期を一定にしながらＥＧＲ率を６５パーセント以上とし混合気の空燃比ＡＦＭが１５．０付近になるとスモークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなくなる。このときＮＯ_Ｘの発生量がほぼゼロになっている。
【０１３６】
このようなスモーク及びＮＯ_Ｘの排出量の挙動は図３１に示される実験例によっても裏付けられている。この図３１は機関低負荷運転時において燃料噴射時期を一定に維持しながらスロットル弁１７の開度及びＥＧＲ率を変化させることにより燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比ＡＦＭ（図３１の横軸）を変化させたときの出力トルクの変化、及びスモーク、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_Ｘの排出量の変化を示す実験例を表している。
【０１３７】
そこで図１の内燃機関では、煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率よりもＥＧＲ率が高くかつ煤及びＮＯ_Ｘがほとんど生成しない噴射時期及びＥＧＲ率でもって燃焼を行うようにしている。これが第１の燃焼である。これに対し、第２の燃焼は従来より普通に行われている燃焼であり、煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率よりもＥＧＲ率が低くなっている。従って、一般的に言うと、第１の燃焼とは煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガス量が多く煤がほとんど発生しない燃焼のことであり、第２の燃焼とは煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガス量が少ない燃焼のことであるということになる。
【０１３８】
図３２は第１の燃焼が行われる領域Ｒ１と第２の燃焼が行われる領域Ｒ２とをそれぞれ示している。図３２において、破線Ｐは煤の発生量がピークとなるところを示しており、実線Ｑは更にＥＧＲ率を高くしたときに煤の発生量がほぼゼロとなるところを示している。図３２からわかるように第１の燃焼が行われる領域Ｒ１は破線Ｐの一側にあり、第２の燃焼が行われる領域Ｒ２は破線Ｐの他側にある。
【０１３９】
第１の燃焼では、燃焼室５内に多量のＥＧＲガスと少量の空気とが供給される。燃料はこの少量の酸素と反応し、このときの反応熱は周囲のＥＧＲガスに吸収され、このため燃焼温度がさほど上昇しない。その結果、燃料即ち炭化水素が煤まで成長せず、煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素の形で燃焼室５から排出されることになる。実際、図３１に示されるようにスモークの排出量がほぼゼロになるとＨＣ，ＣＯの排出量が増大する。また、燃焼温度が低く抑えられているためにＮＯ_Ｘの発生量も低く抑えられている。
【０１４０】
そうすると、図１に示される内燃機関を、噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関から構成していると見ることもできる。
【０１４１】
図３３は第１の燃焼が行われる第１の運転領域Ｉと、第２の燃焼が行われる第２の燃焼領域ＩＩとを示している。図３３においてＬＸ（Ｎ）は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域ＩＩとの第１の境界を示しており、ＬＹ（Ｎ）は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域ＩＩとの第２の境界を示している。第１の運転領域Ｉから第２の運転領域ＩＩへの運転領域の変化判断は第１の境界ＬＸ（Ｎ）に基づいて行われ、第２の運転領域ＩＩから第１の運転領域Ｉへの運転領域の変化判断は第２の境界ＬＹ（Ｎ）に基づいて行われる。即ち、機関の運転状態が第１の運転領域Ｉにあって第１の燃焼が行われているときに要求負荷Ｌが機関回転数Ｎの関数である第１の境界ＬＸ（Ｎ）を越えると運転領域が第２の運転領域ＩＩに移ったと判断され、第２の燃焼に切換えられる。次いで要求負荷Ｌが機関回転数Ｎの関数である第２の境界ＬＹ（Ｎ）よりも低くなると運転領域が第１の運転領域Ｉに移ったと判断され、第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられる。
【０１４２】
次に図３４及び図３５を参照しつつ図１の内燃機関の運転制御について説明する。図３４を参照するとまず初めにステップ２２０において機関の運転領域が第１の運転領域Ｉであることを示すフラグＩがセットされているか否かが判別される。フラグＩがセットされているとき、即ち機関の運転領域が第１の運転領域Ｉであるときにはステップ２２１に進んで要求負荷Ｌが図３３に示す第１の境界ＬＸ（Ｎ）よりも大きくなったか否かが判別される。
【０１４３】
Ｌ≦ＬＸ（Ｎ）のときにはステップ２２２に進んでスロットル弁１７の開度が図３５の第１の運転領域Ｉに示される要求負荷Ｌに応じた開度に制御される。次いでステップ２２３ではＥＧＲ制御弁２５の開度が図３５の第１の運転領域Ｉに示される要求負荷Ｌに応じた開度に制御される。次いでステップ２２４では図３５の第１の運転領域Ｉに示される要求負荷Ｌ等に応じた噴射量、噴射開始時期θＳおよび噴射完了時期θＥが求められ、これらに基づいて燃料噴射が行われる。
【０１４４】
即ち、図３５に示される例ではスロットル弁１７の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉近くから半開程度まで徐々に増大せしめられ、ＥＧＲ制御弁２５の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉近くから全開まで増大せしめられる。このとき、ＥＧＲ率は例えば７０パーセント程度になっており、燃焼室５内に形成される混合気の空燃比ＡＦＭは要求負荷Ｌが高くなるにつれて小さくされ、１５から１８程度の目標リーン空燃比に維持されている。また、燃料噴射は圧縮上死点ＴＤＣ前に行われ、噴射開始時期θＳは要求負荷Ｌが高くなるにつれて遅くなり、噴射開始時期θＳが遅くなるにつれて噴射完了時期θＥも遅くなる。
【０１４５】
一方、ステップ２２１においてＬ＞ＬＸ（Ｎ）になったと判断されるとステップ２２５に進んでフラグＩがリセットされる。次いでステップ２２７に進んでスロットル弁１７の開度が図３５の第２の運転領域ＩＩに示される要求負荷Ｌに応じた開度に制御される。即ち、スロットル弁１７が全開せしめられる。次いでステップ２２８ではＥＧＲ制御弁２５の開度が図３５の第２の運転領域ＩＩに示される要求負荷Ｌに応じた開度に制御される。次いでステップ２２９では図３５の第２の運転領域ＩＩに示される要求負荷Ｌ等に応じた噴射量、噴射開始時期θＳおよび噴射完了時期θＥが求められ、これらに基づいて燃料噴射が行われる。
【０１４６】
即ち、図３５に示される例ではスロットル弁１７は全開状態に保持され、ＥＧＲ制御弁２５の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて小さくされる。このとき、ＥＧＲ率は例えば４０パーセント以下になっており、燃焼室５内に形成される混合気の空燃比ＡＦＭは要求負荷Ｌが高くなるにつれて小さくされ、２４から６０程度の目標リーン空燃比に維持されている。また、噴射開始時期θＳは圧縮上死点ＴＤＣ付近とされる。
【０１４７】
一方、ステップ２２０においてフラグＩがリセットされていると判断されたとき、即ち機関の運転領域が第２の運転領域ＩＩであるときにはステップ２２６に進んで要求負荷Ｌが図３３に示す第２の境界ＬＹ（Ｎ）よりも小さくなったか否かが判別される。Ｌ≧ＬＹ（Ｎ）のときにはステップ２２７に進む。これに対してＬ＜ＬＹ（Ｎ）になるとステップ２３０に進んでフラグＩがセットされ、次いでステップ２２２に進む。
【０１４８】
この場合、第１の燃焼から第２の燃焼に、又はその逆に切り替えられるときに、ＥＧＲ率がステップ状に増減せしめられ、混合気の空燃比ＡＦＭがステップ状に増減せしめられる。その結果、ＥＧＲ率が多量のスモークを発生するＥＧＲ率範囲を飛び越えるので燃焼の切り替え時に多量のスモークが発生しない。
【０１４９】
さて、次に図３６及び図３７を参照しながら図１に示される実施例におけるリッチ制御を説明する。
【０１５０】
図３６は第１の燃焼が行われているときのリッチ制御を示している。即ち、図３６において矢印ＸＸで示されるようにＮＯ_Ｘ触媒８１内の計算上の蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮが上述した許容値ＱＮ１を越えると、切替弁６１が例えば順流位置から逆流位置に切り替えられる。また、このとき燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比ＡＦＭがリッチに切り替えられる。その結果、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥＸがリッチになり、従ってＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＮＯ_Ｘが還元されＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量が減少される。なお、この場合には還元剤供給弁７７から還元剤は供給されない。
【０１５１】
第１の燃焼が行われているときには上述したように、煤及びＮＯ_Ｘの排出量を増大させることなく混合気の空燃比ＡＦＭをリッチにすることができる。この場合、排気ガスの空燃比ＡＦＥＸをリッチに切り替えるのに必要な燃料の量が少なくて済む。そこで本発明による実施例では、第１の燃焼が行われているときには排気ガスの空燃比ＡＦＥＸをリッチに切り替えるために混合気の空燃比ＡＦＭをリッチに切り替えるようにしている。
【０１５２】
一方、リッチ制御が行われるまでは補助触媒７９内を流通する排気ガスの空燃比はリーンに維持されており、このため補助触媒７９の触媒粒子表面上には酸素が付着している。従って、混合気の空燃比ＡＦＭがリッチに切り替えられたときに切替弁６１が順流位置に保持されていると、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＮＯ_Ｘを確実に還元するためには混合気の空燃比ＡＦＭのリッチ度合いを深くするか又は混合気の空燃比ＡＦＭをリッチに保持すべき時間を長くしなければならない。
【０１５３】
そこで本発明による実施例では、第１の燃焼が行われており従って混合気の空燃比ＡＦＭがリッチに切り替えられるときには、切替弁６１を逆流位置に保持するようにしている。このようにすると排気ガスがＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通した後に補助触媒７９内を流通し、従って補助触媒７９上に付着している酸素の影響を受けなくなる。
【０１５４】
次いで、図３６において矢印ＹＹで示されるようにＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥＸがリッチに切り替えられてから例えば時間ｔＧだけ経過すると混合気の空燃比ＡＦＭがリーンに戻され、切替弁６１が元の位置に戻される。また、このとき計算上の蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮがゼロに戻される。
【０１５５】
一方、図３７は第２の燃焼が行われているときのリッチ制御を示している。即ち、図３７において矢印ＸＸで示されるようにＮＯ_Ｘ触媒８１内の計算上の蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮが上述した許容値ＱＮ１を越えると、切替弁６１が例えば逆流位置から順流位置に切り替えられる。また、このときＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥＸがリッチになるように還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。その結果、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に蓄えられているＮＯ_Ｘが還元されＮＯ_Ｘ触媒８１内の蓄積ＮＯ_Ｘ量が減少される。なお、この場合には、燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比ＡＦＭはリーンに維持される。
【０１５６】
第２の燃焼が行われているときに混合気の空燃比ＡＦＭをリッチにすると多量の煤が生成される。そこで第２の燃焼が行われているときには、排気ガスの空燃比ＡＦＥＸをリッチに切り替えるために還元剤供給弁７７から還元剤を供給するようにしている。
【０１５７】
この場合、還元剤供給弁７７から供給された液滴の形の還元剤はＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入しても直ちに酸化されず、パティキュレートフィルタ６９の排気ガス通路７０の開放端を閉塞する恐れがある。そこで本発明による実施例では、第２の燃焼が行われており従って還元剤供給弁７７から還元剤が供給されるときには、切替弁６１を順流位置に保持するようにしている。このようにすると、還元剤は補助触媒７９内を流通した後にＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入し、このとき補助触媒７９内で気化され又は部分酸化される。その結果、還元剤がＮＯ_Ｘ触媒８１内で速やかに反応できるようになる。
【０１５８】
次いで、図３７において矢印ＹＹで示されるようにＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥＸがリッチに切り替えられてから例えば時間ｔＨだけ経過すると還元剤供給作用が停止され、切替弁６１が元の位置に戻される。また、このとき計算上の蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮがゼロに戻される。
【０１５９】
図３８は上述した図１の内燃機関におけるリッチ制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【０１６０】
図３８を参照すると、まずステップ２４０ではＮＯ_Ｘ触媒８１内の計算上の蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮが算出される。この計算上の蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮは例えばＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには単位時間当たりにＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入したＮＯ_Ｘの量を積算することによって求めることができる。続くステップ２４１では蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮが上述した許容量ＱＮ１よりも多いか否かが判別される。ＱＮ≦ＱＮ１のときには処理サイクルを終了し、ＱＮ＞ＱＮ１になったら次いでステップ２４２に進み、図３４の運転制御ルーチンでセット又はリセットされるフラグＩがセットされているか否か、即ち現在第１の燃焼が行われているか否かが判別される。フラグＩがセットされているとき即ち現在第１の燃焼が行われているときには次いでステップ２４３に進み、切替弁６１が逆流位置に切り替えられ又は保持される。続くステップ２４４では燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比ＡＦＭがリッチに切り替えられる。続くステップ２４５ではＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥＸがリッチに切り替えられてから時間ｔＧだけ経過したか否かが判別される。時間ｔＧだけ経過するとステップ２４６に進み、空燃比ＡＦＭがリーンに戻される。続くステップ２４７では切替弁６１が順流位置又は逆流位置に戻され、続くステップ２４８では計算上の蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮがクリアされる。
【０１６１】
これに対し、ステップ２４２においてフラグＩがリセットされているとき即ち現在第２の燃焼が行われているときには次いでステップ２４９に進み、切替弁６１が順流位置に切り替えられ又は保持される。続くステップ２５０では、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥＸがリッチになるように還元剤供給弁７７から還元剤が供給される。続くステップ２５１ではＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥＸがリッチに切り替えられてから時間ｔＨだけ経過したか否かが判別される。時間ｔＨだけ経過するとステップ２５２に進み、還元剤供給作用が停止される。続くステップ２４７では切替弁６１が順流位置又は逆流位置に戻され、続くステップ２４８では計算上の蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮがクリアされる。
【０１６２】
図３６から図３８までに示す例では、リッチ制御が完了すると切替弁６１を元の位置に戻すようにしている。しかしながら、切替弁６１を元の位置に戻さなくてもよく、即ち第１の燃焼が行われている場合には逆流位置に保持し、第２の燃焼が行われている場合には順流位置に保持するようにしてもよい。
【０１６３】
ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥＸをリッチにするために、爆発行程後半又は排気行程前半に燃料噴射弁６から燃料を二次的に噴射することもできる。
【０１６４】
従って、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥＸを一時的にリッチにするために燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比をリッチにするときには排気ガスがＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通した後に補助触媒７９内を流通するようにし、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＥＸを一時的にリッチにするために還元剤供給弁７７から還元剤を供給するときには排気ガスが補助触媒７９内を流通した後にＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通するようにしているということになる。
【０１６５】
或いは、第１の燃焼が行われているときには排気ガスがＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通した後に補助触媒７９内を流通するようにしながら、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替え、第２の燃焼が行われているときには排気ガスが補助触媒７９内を流通した後にＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通するようにしながら、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために還元剤供給弁７７から還元剤を一時的に供給するようにしているということになる。
【０１６６】
上述したリッチ制御は例えば図３９に示される内燃機関にも適用することができる。図３９に示される内燃機関では、排気管２０ａの出口にケーシング２６７が接続され、このケーシング２６７は排気管２０ｂを介してケーシング２６８に接続される。更に、ケーシング２６８は排気管２０ｃを介してケーシング２７５に接続され、ケーシング２７５は排気管２３に接続される。これらケーシング２６７，２６８，２７５内には補助触媒７９、ＮＯ_Ｘ触媒８１を担持したパティキュレートフィルタ６９、及び触媒７６がそれぞれ収容される。
【０１６７】
排気管２０ａからバイパス管２８５が分岐されており、このバイパス管２８５の流出端は排気管２０ｂに開口している。また、バイパス管２８５の流入端が開口している排気管２０ａの部分には、図示しない電子制御ユニットによって制御される切替弁２６１が配置される。更に、バイパス管２８５の流入端と補助触媒７９間の排気管２０ａに還元剤供給弁７７が配置される。
【０１６８】
図３９に示される例では、第１の燃焼が行われているときには、排気ガスが補助触媒７９内に流入することなくＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入するように切替弁２６１を図３９に破線で示されるバイパス位置に保持しながら、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。一方、第２の燃焼が行われているときには排気ガスが補助触媒７９内を流通した後にＮＯ_Ｘ触媒８１内を流通するように切替弁２６１を図３９に実線で示される通常位置に保持しながら、ＮＯ_Ｘ触媒８１内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために還元剤供給弁７７から還元剤が一時的に供給される。
【０１６９】
【発明の効果】
パティキュレートフィルタ、ＮＯ_Ｘ触媒、又はＮＯ_Ｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタの全体の温度を確実に上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】触媒コンバータの構造を示す図である。
【図３】切替弁が順流位置又は逆流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図４】切替弁が弱順流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図５】切替弁がバイパス位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図６】パティキュレートフィルタの隔壁の部分拡大断面図である。
【図７】昇温制御を説明するための図である。
【図８】切替弁の開度と、フィルタ温度の上昇率及び排気ガス量との関係を示す図である。
【図９】目標温度上昇率を示す図である。
【図１０】昇温制御を実行するためのフローチャートである。
【図１１】還元剤供給作用の時間間隔を説明するための図である。
【図１２】温度上昇率維持制御及び温度維持制御を実行するためのフローチャートである。
【図１３】別の実施例による温度上昇率維持制御及び温度維持制御を実行するためのフローチャートである。
【図１４】別の実施例による温度上昇率維持制御及び温度維持制御を実行するためのフローチャートである。
【図１５】別の実施例による昇温制御を説明するための図である。
【図１６】電気ヒータへの通電量を示す図である。
【図１７】図１５に示される実施例の昇温制御を実行するためのフローチャートである。
【図１８】図１５に示される実施例による予熱制御を実行するためのフローチャートである。
【図１９】図１５に示される実施例による温度上昇率維持制御及び温度維持制御を実行するためのフローチャートである。
【図２０】再生制御を説明するための図である。
【図２１】図２０に示される実施例による昇温制御を実行するためのフローチャートである。
【図２２】別の実施例による再生制御を説明するための図である。
【図２３】図２２に示される実施例による昇温制御を実行するためのフローチャートである。
【図２４】活性化制御を説明するための図である。
【図２５】活性化制御を実行するためのフローチャートである。
【図２６】別の実施例を示す図である。
【図２７】図２６に示される実施例の切替弁の位置を説明するための図である。
【図２８】別の実施例を示す図である。
【図２９】図２８に示される実施例の切替弁の位置を説明するための図である。
【図３０】噴射時期及びＥＧＲ率とスモーク及びＮＯ_Ｘの発生量との関係を示す図である。
【図３１】混合気の空燃比を変化させたときのスモーク排出量等を示す図である。
【図３２】第１及び第２の燃料領域を示すである。
【図３３】第１及び第２の運転領域を示す図である。
【図３４】運転制御を実行するためのフローチャートである。
【図３５】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図３６】リッチ制御を説明するための図である。
【図３７】リッチ制御を説明するための図である。
【図３８】リッチ制御を実行するためのフローチャートである。
【図３９】別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２０ａ…排気管
２２…触媒コンバータ
６１…切替弁
６４…排気ガス排出管
６７…環状排気管
６９…パティキュレートフィルタ
７６…触媒
７７…還元剤供給弁
７９…補助触媒
８１…ＮＯ_Ｘ触媒

Claims

リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気浄化手段を配置し、該排気浄化手段を、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するための、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒と、前記ＮＯ_Ｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタとのうちいずれか一つから構成し、該排気浄化手段上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、該バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することにより排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分と排気浄化手段間の排気通路内に、排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇手段を配置し、該排気温上昇手段を、還元剤を供給するための還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する補助触媒とにより構成し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにした内燃機関の排気浄化装置。
前記補助触媒を前記ＮＯ_Ｘ触媒から構成した請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記補助触媒を電気ヒータ付き触媒から構成し、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには該電気ヒータを一時的に作動させるようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気温上昇手段により前記排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度が上昇されているときに該排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度の上昇率を求めて該求められた温度上昇率が予め定められた目標となる上昇率に一致するように該温度上昇率を制御するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記バイパス制御弁を制御して前記排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御することにより前記温度上昇率を制御するようにした請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記補助触媒を電気ヒータ付き触媒から構成し、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには該電気ヒータを一時的に作動させるようにし、該電気ヒータへの通電量を制御することにより前記温度上昇率を制御するようにした請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記還元剤供給弁から単位時間当たり供給される還元剤の量を制御することにより前記温度上昇率を制御するようにした請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには、排気浄化手段内に流入する排気ガスの量がほぼゼロになるように前記バイパス制御弁を制御しかつ前記還元剤供給弁からの還元剤供給作用を停止しながら前記電気ヒータを作動させ、次いで排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しかつ電気ヒータを作動させながら、還元剤供給弁から還元剤を供給するようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記還元剤供給弁から還元剤を供給するときの前記電気ヒータへの通電量を、還元剤供給弁から供給される還元剤の量と、電気ヒータ付き触媒の温度とに基づいて設定するようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記補助触媒上に付着している可溶有機成分を除去するために、前記電気ヒータを一時的に作動させるようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記バイパス通路内に、追加の排気浄化手段を配置し、バイパス通路の分岐部分と追加の排気浄化手段間のバイパス通路内に、追加の排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための追加の排気温上昇手段を配置し、該追加の排気温上昇手段を、還元剤を供給するための追加の還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する追加の補助触媒とにより構成し、追加の排気浄化手段の温度を上昇させるときには追加の排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、追加の排気温上昇手段の追加の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
排気ガスが前記排気温上昇手段内を流通した後に前記排気浄化手段内を流通するか、又は排気浄化手段内を流通した後に排気温上昇手段内を流通するかを選択的に切り替え可能な流通方向切り替え手段を更に具備し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには流通方向切り替え手段及びバイパス制御弁によりわずかばかりの量の排気ガスが排気温上昇手段内を流通した後に排気浄化手段内を流通するようにしながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気浄化手段をＮＯ_Ｘ触媒又はＮＯ_Ｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタから構成し、排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるか、又は前記還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するかを選択的に切り替え可能になっており、排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるときには流通方向切り替え手段を制御して排気ガスが排気浄化手段内を流通した後に排気温上昇手段内を流通するようにし、排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するときには流通方向切り替え手段を制御して排気ガスが前記排気温上昇手段内を流通した後に前記排気浄化手段内を流通するようにした請求項１２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関から前記内燃機関が構成されており、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量が少ない第２の燃焼とが選択的に切り替えられるようになっており、第１の燃焼が行われているときには排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替え、第２の燃焼が行われているときには排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにした請求項１３に記載の内燃機関の排気浄化装置。