JP2010053712A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＯｘトラップ触媒からＳＯｘが放出されるのを抑制してＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるＳＯｘを低減し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化率を高く維持する。
【解決手段】機関排気通路内に上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ及び下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄを直列配置し、排気ガス中に含まれるＳＯｘを捕獲しうるＳＯｘトラップ触媒２６を上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ上流の機関排気通路内に配置する。ＳＯｘトラップ触媒２６上流の排気通路内に上流側の燃料添加弁３２ｕを配置し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄ同士間の排気通路内に下流側の燃料添加弁３２ｄを配置する。上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕのＮＯｘ浄化率を検出し、ＮＯｘ放出処理を行うべきときの上流側の燃料添加弁３２ｕからの燃料添加量及び下流側の燃料添加弁３２ｄからの燃料添加量を検出されたＮＯｘ浄化率に基づいてそれぞれ設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに発生するＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘ量が上限ＮＯｘ量よりも多くなると排気ガス中に還元剤を供給することによって排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘが放出され還元される。

ところで燃料および潤滑油内にはイオウが含まれており、したがって排気ガス中にはＳＯｘが含まれている。このＳＯｘはＮＯｘと共にＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。ところがこのＳＯｘは排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけではＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出されず、したがってＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＳＯｘの量が次第に増大していく。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が吸蔵しうるＮＯｘ量すなわち吸蔵容量が次第に減少してしまう。

そこでＮＯｘ吸蔵還元触媒にＳＯｘが送り込まれるのを阻止するためにＮＯｘ吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内にＳＯｘトラップ触媒を配置した内燃機関が公知である。この内燃機関では排気ガス中に含まれるＳＯｘがＳＯｘトラップ触媒により捕獲され、斯くしてＮＯｘ吸蔵還元触媒にＳＯｘが流入するのが阻止される。その結果、ＳＯｘの吸蔵によりＮＯｘ吸蔵還元触媒の吸蔵容量が減少するのを阻止することができる。

ところが、ＳＯｘトラップ触媒に捕獲されているＳＯｘ量が次第に多くなるので、ＳＯｘトラップ触媒を通過するＳＯｘ量が次第に多くなる。その結果、ＳＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されてしまうことになる。

一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒をＳＯｘ放出温度以上に保持しつつＮＯｘ吸蔵還元触媒への流入排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチに切り換えると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から吸蔵されているＳＯｘが放出される。

そこで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒がＳＯｘ放出温度以上に保持されつつＮＯｘ吸蔵還元触媒への流入排気ガスの空燃比がリッチになるように、ＳＯｘトラップ触媒上流の排気通路に配置された燃料添加弁から燃料を添加し、それによりＮＯｘ吸蔵還元触媒からＳＯｘを放出させるようにした内燃機関が公知である（特許文献１参照）。また、この内燃機関では、ＳＯｘトラップ触媒からＳＯｘが放出されるのを抑制しつつＮＯｘ吸蔵還元触媒からＳＯｘが放出されるように、燃料添加弁から燃料が添加される。

特開２００６−１４４６２４号公報

しかしながら、すべてのＳＯｘをＳＯｘトラップ触媒に捕捉することは困難であり、すなわちＳＯｘがＳＯｘトラップ触媒を通過してＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるおそれがある。また、ＳＯｘトラップ触媒上流に配置された燃料添加弁から燃料を添加してＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘ又はＳＯｘを放出させようとすると、ＳＯｘトラップ触媒への流入排気ガスの空燃比もリッチになるので、このときＳＯｘトラップ触媒から捕捉されているＳＯｘが放出され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるおそれがある。すなわち、上述の内燃機関では必ずしも十分な排気浄化性能を得ることができないのである。

この点、例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒下流の排気通路内に追加のＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置すれば、排気浄化性能を高めることができると考えられる。

しかしながら、上述の内燃機関と同様に燃料添加を行うのであれば、ＳＯｘトラップ触媒又はＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出されたＳＯｘが追加のＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されることになる。したがって、燃料添加の仕方を工夫する必要がある。

本発明によれば、機関排気通路内に上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒及び下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒を直列配置し、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒は流入排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出して還元し、排気ガス中に含まれるＳＯｘを捕獲しうるＳＯｘトラップ触媒を上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内に配置し、該ＳＯｘトラップ触媒上流の排気通路内に燃料を供給するための上流側の燃料供給手段と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒同士間の排気通路内に燃料を供給するための下流側の燃料供給手段とを設け、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から吸蔵されているＮＯｘを放出させて還元するＮＯｘ放出処理を行うべきときには、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになるように上流側の燃料供給手段及び下流側の燃料供給手段の一方又は両方から燃料を供給する内燃機関の排気浄化装置であって、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化率を検出し、ＮＯｘ放出処理を行うべきときの上流側の燃料供給手段の燃料供給作用及び下流側の燃料供給手段の燃料供給作用を該検出されたＮＯｘ浄化率に基づいてそれぞれ制御するようにしている。

ＳＯｘトラップ触媒からＳＯｘが放出されるのを抑制してＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるＳＯｘを低減し、それによりＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。

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、本発明はガソリン機関にも適用することができる。

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内にそれぞれ燃料を噴射するための電磁制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。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７ｃの出口に連結され、コンプレッサ７ｃの入口は吸気導入管８を介してエアフローメータ９及びエアクリーナ１０に順次連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１１が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１２が配置される。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７ｔの入口に連結され、排気タービン７ｔの出口は排気後処理装置２０に連結される。

各燃料噴射弁３は燃料供給管１３を介してコモンレール１４に連結され、このコモンレール１４は電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１５を介して燃料タンク１６に連結される。燃料タンク１６内の燃料は燃料ポンプ１５によってコモンレール１４内に供給され、コモンレール１４内に供給された燃料は各燃料供給管１３を介して燃料噴射弁３に供給される。なお、コモンレール１４にはコモンレール１４内の燃料圧を検出する燃料圧センサ（図示しない）が取り付けられており、燃料圧センサからの信号に基づきコモンレール１４内の燃料圧が目標圧に一致するように燃料ポンプ１５の燃料吐出量が制御される。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲという。）通路１７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１７内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１８が配置される。また、ＥＧＲ通路１７周りにはＥＧＲ通路１７内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１９が配置される。

排気後処理装置２０は排気タービン７ｔの出口に連結された排気管２１を具備し、この排気管２１はケーシング２２に連結される。ケーシング２２内には三元触媒２３が収容される。ケーシング２２は排気管２４を介してケーシング２５に連結される。ケーシング２５内の上流側にはＳＯｘトラップ触媒２６が収容され、下流側にはＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕが収容される。ケーシング２５は排気管２８を介してケーシング２９に連結される。ケーシング２９の上流側にはＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄが収容され、下流側にはパティキュレートフィルタ３０が収容される。さらに、ケーシング２９には排気管３１が連結される。本発明による実施例では、ケーシング２２，２５は機関本体１に隣接配置され、ケーシング２９は車両床下に配置される。また、ＳＯｘトラップ触媒２６とＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕとは互いに隣接して又は密接に設けられる。

排気マニホルド５及び排気管２８には排気マニホルド５及び排気管２８内に燃料（炭化水素）をそれぞれ添加ないし供給するための燃料添加弁３２ｕ，３２ｄがそれぞれ取り付けられる。なお、燃料添加弁３２ｕを排気管２１、排気管２４又はＳＯｘトラップ触媒２６上流のケーシング２５内に配置してもよい。また、排気管２８にはケーシング２５から流出する排気ガスの温度を検出する温度センサ３３ｕが取り付けられ、この排気ガスの温度はＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの温度Ｔｕを表している。また、排気管３１にはケーシング２９から流出する排気ガスの温度を検出する温度センサ３３ｄが取り付けられ、この排気ガスの温度はＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄ又はパティキュレートフィルタ３０の温度Ｔｄを表している。さらに、排気管２８にはケーシング２５から流出する排気ガス中のＮＯｘの量ないし濃度を検出するためのＮＯｘセンサ３４が取り付けられる。

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。エアフローメータ９、温度センサ３３ｕ，３３ｄ、及びＮＯｘセンサ３４の出力電圧はそれぞれ対応する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４９にはアクセルペダル４９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５０が接続され、負荷センサ５０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。さらに、クランクシャフトが例えば３０度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ５１が入力ポート４５に接続される。ＣＰＵ４４ではクランク角センサ５１からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１１の駆動装置、燃料ポンプ１５、ＥＧＲ制御弁１８、及び燃料添加弁３２ｕ，３２ｄに接続される。

パティキュレートフィルタ３０はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路を具備する。これら排気流通路は下流端が栓により閉塞された排気ガス流入通路と、上流端が栓により閉塞された排気ガス流出通路とにより構成される。したがって排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は薄肉の隔壁を介して交互に配置される。言い換えると、排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は各排気ガス流入通路が４つの排気ガス流出通路によって包囲され、各排気ガス流出通路が４つの排気ガス流入通路によって包囲されるように配置される。パティキュレートフィルタ３０は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、したがって排気ガス流入通路内に流入した排気ガスは周囲の隔壁内を通って隣接する排気ガス流出通路内に流出する。

排気ガス中に含まれる粒子状物質はパティキュレートフィルタ３０上に捕集され、順次酸化される。しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ３０上に次第に堆積し、この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう。

そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ３０上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたときには、流入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３０の温度を例えば６００℃程度まで上昇させる昇温処理を行い、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにしている。パティキュレートフィルタ３０上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたか否かは例えばパティキュレートフィルタ３０の前後差圧に基づいて判断することができる。また、昇温処理は燃料添加弁３２ｕ及び燃料添加弁３２ｄの一方又は両方から燃料を添加しこの添加燃料を三元触媒２３、ＳＯｘトラップ触媒２６、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄ又はパティキュレートフィルタ３０等で酸化することにより行うことができる。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄはハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図２（Ａ）及び２（Ｂ）はこの触媒担体５５の表面部分の断面を図解的に示している。図２（Ａ）及び２（Ｂ）に示されるように触媒担体５５の表面上には貴金属触媒５６が分散して担持されており、更に触媒担体５５の表面上にはＮＯｘ吸収剤５７の層が形成されている。

本発明による実施例では、貴金属触媒５６として白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、オスミウムＯｓ、金Ａｕ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒ、ルテニウムＲｕから選ばれた少なくとも一つが用いられ、ＮＯｘ吸収剤５７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられる。

吸気通路、燃焼室５及び、排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比をその位置における排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤５７は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。

すなわち、貴金属触媒５６として白金Ｐｔを用いＮＯｘ吸収剤５７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図２（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ５６上において酸化されてＮＯ_２となり、次いでＮＯｘ吸収剤５７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ_３と結合しながら硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でＮＯｘ吸収剤５７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤５７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ５６の表面でＮＯ_２が生成され、ＮＯｘ吸収剤５７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２がＮＯｘ吸収剤５７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。

これに対し、排気ガスの空燃比がリッチにされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして図２（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸収剤５７内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯｘ吸収剤５７から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯによって還元される。

本発明による実施例では、酸素過剰のもとでの燃焼が継続して行われる。したがって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄ内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持され、このとき排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄ内に吸蔵される。しかしながら、機関運転が継続されるとＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄ内に吸蔵されているＮＯｘ量が多くなり、ついにはＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄによりＮＯｘを吸蔵できなくなってしまう。そこで本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄがＮＯｘにより飽和する前に排気ガスの空燃比を一時的にリッチしそれによってＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄからＮＯｘを放出させ、排気ガス中のＨＣ，ＣＯによりＮ_２等に還元するＮＯｘ放出処理を行うようにしている。

すなわち、本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄに単位時間当り吸蔵されるＮＯｘ量が例えば機関負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅといった機関運転状態の関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されており、このＮＯｘ量を積算することによってＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄに吸蔵されている総ＮＯｘ量が算出される。その上で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄの総ＮＯｘ吸蔵量が上限ＮＯｘ量を越えるごとにＮＯｘ放出処理を行うべきと判断され、このとき燃料添加弁３２ｕ及び燃料添加弁３２ｄの一方又は両方から燃料（炭化水素）が添加され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄへの流入排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り換えられる。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄからＮＯｘが放出され還元される。なお、機関負荷率ＫＬは全負荷に対する機関負荷の割合をいう。

ところが、排気ガス中にはＳＯｘすなわちＳＯ_２が含まれており、このＳＯ_２がＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄに流入するとこのＳＯ_２は白金Ｐｔ５６において酸化されてＳＯ_３となる。次いでこのＳＯ_３はＮＯｘ吸収剤５７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ_３と結合しながら硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形でＮＯｘ吸収剤５７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。しかしながら、この硫酸塩ＢａＳＯ_４は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解されずにそのまま残る。したがってＮＯｘ吸収剤５７内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ_４が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄの吸蔵容量ないしＮＯｘ浄化率が低下することになる。

そこで本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄの上流にＳＯｘトラップ触媒２６を配置してこのＳＯｘトラップ触媒２６により排気ガス中に含まれるＳＯｘを捕獲し、それによってＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄにＳＯｘが流入しないようにしている。次にこのＳＯｘトラップ触媒２６について説明する。

このＳＯｘトラップ触媒２６は例えばハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図３はこの触媒担体６０の表面部分の断面を図解的に示している。図３に示されるように触媒担体６０の表面上にはコート層６１が形成されており、このコート層６１の表面上には貴金属触媒６２が分散して担持されている。

本発明による実施例では、貴金属触媒６２として白金が用いられており、コート層６１を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。すなわち、ＳＯｘトラップ触媒２６のコート層６１は強塩基性を呈している。

排気ガス中に含まれるＳＯｘすなわちＳＯ_２は図３に示されるように白金Ｐｔ６２において酸化され、次いでコート層６１内に捕獲される。すなわち、ＳＯ_２は硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形でコート層６１内に拡散し、硫酸塩を形成する。なお、上述したようにコート層６１は強塩基性を呈しており、したがって図３に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ_２の一部は直接コート層６１内に捕獲される。このようにして、ＳＯｘトラップ触媒２６内にＳＯｘが捕獲され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄ内にＳＯｘが吸蔵されるのが阻止される。

ところで、本発明による実施例では、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが繰り返し検出され、この劣化度合いＤＤＥＴｕが、劣化度合いＤＤＥＴｕが検出されたときの機関運転状態に関連付けて記憶されている。

すなわち、図４に示されるように例えば機関負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅにより定まる運転状態領域がｍ×ｎ個の領域ＯＣＡ_ｉｊ（ｉ＝１，…，ｍ、ｊ＝１，…，ｎ）に分割されており、各運転状態領域ＯＣＡ_ｉｊに関連付けて劣化度合いＤＤＥＴｕが記憶される。劣化度合いＤＤＥＴｕが新たに検出されると、対応する運転状態領域ＯＣＡ_ｉｊに関連付けて記憶されている劣化度合いＤＤＥＴｕが更新される。

ここで、劣化度合いＤＤＥＴｕは上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕのＮＯｘ浄化性能を表すものであり、例えば上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕのＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕに応じ、低レベル（Ｌ）、中レベル（Ｍ）及び高レベル（Ｈ）のいずれかに設定される。すなわち、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕのＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕがまず検出され、検出されたＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕがあらかじめ定められた第１の設定値よりも低いときに劣化度合いＤＤＥＴｕが高レベル（Ｈ）に設定され、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕが第１の設定値よりも高くかつあらかじめ定められた第２の設定値よりも低いときに中レベル（Ｍ）に設定され、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕが第２の設定値よりも高いときに低レベル（Ｌ）に設定される。なお、劣化度合いＤＤＥＴｕは図４に示されるマップの形でＲＡＭ４３に記憶されている。また、劣化度合いＤＤＥＴｕの初期値は例えば低レベル（Ｌ）にすることができる。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入するＮＯｘ量をＮＯＸｉ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から流出するＮＯｘ量をＮＯＸｏで表すと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化率は（ＮＯＸｉ−ＮＯＸｏ）／ＮＯＸｉで求めることができる。上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕのＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕを検出するには種々の方法が考えられるが、例えば次のようにしてＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕを検出できる。すなわち、流入排気ガスの空燃比がリッチになるように上流側の燃料添加弁３２ｕから燃料が添加され、このとき上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕから流出する排気ガス中のＮＯｘ量ＮＯＸｏがＮＯｘセンサ３４によって検出される。一方、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕに流入する排気ガス中のＮＯｘ量ＮＯＸｉはＮＯｘセンサを用いて求めることもできるが、機関運転状態例えば機関負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅの関数として求めることもできる。

次に、本発明による実施例のＮＯｘ放出処理について詳しく説明する。

本発明による実施例では、ＮＯｘ放出処理を行うべきときには、まずこのときの機関運転状態が属する運転状態領域ＯＣＡ_ｉｊが特定され、この運転状態領域ＯＣＡ_ｉｊに関連付けて記憶されている劣化度合いＤＤＥＴｕが獲得される。次いで、劣化度合いＤＤＥＴｕに基づいて上流側の燃料添加弁３２ｕの燃料添加作用及び下流側の燃料添加弁３２ｄの燃料添加作用がそれぞれ制御される。

すなわち、図５に示されるように、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが低レベル（Ｌ）のときには、上流側の燃料添加弁３２ｕからの燃料添加量ＱＡＦｕが上流側の要求量ＱＲｕに設定され、下流側の燃料添加弁３２ｄからの燃料添加量ＱＡＦｄがゼロに設定される。すなわち、この場合には、上流側の燃料添加弁３２ｕの燃料添加作用が行われ、下流側の燃料添加弁３２ｄの燃料添加作用が行われない。なお、上流側の要求量ＱＲｕは上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕに吸蔵されたＮＯｘを放出させ還元させるのに必要な量とすることができる。

一方、劣化度合いＤＤＥＴｕが中レベル（Ｍ）のときには、燃料添加量ＱＡＦｕが下流側の要求量ＱＲｕのうちの一部に設定され、燃料添加量ＱＡＦｄが要求量ＱＲｄのうちの一部に設定される。すなわち、この場合には、両方の燃料添加弁３２ｕ，３２ｄから燃料添加が行われる。なお、下流側の要求量ＱＲｄは下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄに吸蔵されたＮＯｘを放出させ還元させるのに必要な量とすることができる。

劣化度合いＤＤＥＴｕが高レベル（Ｈ）のときには、燃料添加量ＱＡＦｕがゼロに設定され、燃料添加量ＱＡＦｄが要求量ＱＲｄに設定される。すなわち、この場合には、下流側の燃料添加弁３２ｄの燃料添加作用が行われ、上流側の燃料添加弁３２ｕの燃料添加作用が行われない。

このようにしているのは次の理由による。

すなわち、ＳＯｘトラップ触媒２６を設けたとしても排気ガス中のすべてのＳＯｘをＳＯｘトラップ触媒２６で捕獲するのは困難であり、したがってＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄ、特に上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕにＳＯｘが吸蔵されるおそれがある。その結果、時間の経過と共に上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕに吸蔵されているＳＯｘ量が次第に増大し、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕのＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕが次第に低下し、劣化度合いＤＤＥＴｕが次第に高くなる。

一方、流入排気ガスの空燃比がリッチになるように上流側の燃料添加弁３２ｕから燃料添加を行うと、ＳＯｘトラップ触媒２６から捕獲されているＳＯｘが放出されるおそれがあり、このＳＯｘも特に上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕに吸蔵されるおそれがある。

そうすると、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが高いときに、流入排気ガスの空燃比がリッチになるように上流側の燃料添加弁３２ｕから燃料添加を行うと、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが更に高くなるおそれがある。

そこで本発明による実施例では、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが高くなったときには、上流側の燃料添加弁３２ｕの燃料添加作用を低減し又は禁止するようにしている。具体的に言うと、劣化度合いＤＤＥＴｕが中レベル（Ｍ）になると上流側の燃料添加弁３２ｕからの燃料添加量ＱＡＦｕが上流側の要求量ＱＲｕよりも少なく設定され、劣化度合いＤＤＥＴｕが高レベル（Ｈ）になると燃料添加量ＱＡＦｕがゼロに設定される。その結果、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが燃料添加によって更に高くなるのを阻止することができる。

上流側の燃料添加弁３２ｕの燃料添加作用を低減し又は禁止すると、排気後処理装置２０全体のＮＯｘ浄化率が低くなるおそれがある。

そこで、上流側の燃料添加弁３２ｕの燃料添加作用を低減し又は禁止するときには、下流側の燃料添加弁３２ｄの燃料添加作用を増強するようにしている。具体的には、劣化度合いＤＤＥＴｕが中レベル（Ｍ）になると下流側の燃料添加弁３２ｄからの燃料添加量ＱＡＦｄが下流側の要求量ＱＲｄの一部に設定され、劣化度合いＤＤＥＴｕが高レベル（Ｈ）になると燃料添加量ＱＡＦｄが下流側の要求量ＱＲｄに設定される。その結果、排気後処理装置２０全体のＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。

上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが低レベル（Ｌ）のときには、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕのＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕが高いので、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕでＮＯｘ浄化作用を行えば足り、燃料消費量を低減するために下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄでＮＯｘ浄化作用は行われない。

なお、ＮＯｘ放出処理を行うべきときの燃料添加量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄを、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕではなくＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕに基づいて設定するようにしてもよい。この場合、図６に示されるように、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕが低くなるにつれて少なくなるように燃料添加量ＱＡＦｕを設定し、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕが低くなるにつれて多くなるように燃料添加量ＱＡＦｄを設定することができる。

したがって、一般化すると、ＮＯｘ放出処理を行うべきときの上流側の燃料添加弁３２ｕからの燃料添加量ＱＡＦｕをＮＯｘ浄化率が低いときにはＮＯｘ浄化率が高いときに比べて少なくなるように設定し、ＮＯｘ放出処理を行うべきときの下流側の燃料添加弁３２ｄからの燃料添加量ＱＡＦｄをＮＯｘ浄化率が低いときにはＮＯｘ浄化率が高いときに比べて多くなるように設定しているということになる。

図７は本発明による実施例のＮＯｘ放出制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。

図７を参照すると、まずステップ１００ではＮＯｘ放出処理を行うべきか否かが判別される。ＮＯｘ放出処理を行うべきでないときには処理サイクルを終了する。ＮＯｘ放出処理を行うべきときには次いでステップ１０１に進み、現在の機関運転状態が属する運転状態領域ＯＣＡ_ｉｊが特定される。続くステップ１０２では、この運転状態領域ＯＣＡ_ｉｊに関連付けて記憶されている上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが図４のマップから読み込まれる。続くステップ１０３では、劣化度合いＤＤＥＴｕの検出及び更新を行うための条件が成立しているか否かが判別される。本発明による実施例では、例えばステップ１０２で獲得された劣化度合いＤＤＥＴｕが高レベル（Ｈ）でなくかつ上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの温度Ｔｕがあらかじめ定められた設定温度以上でありかつ機関定常運転があらかじめ定められた時間にわたって継続されたときに条件が成立したと判断され、それ以外は条件不成立と判断される。劣化度合いＤＤＥＴｕが高レベル（Ｈ）のときには劣化度合いＤＤＥＴｕを更新する必要性がないからである。また、この設定温度は上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕにおいて良好なＮＯｘ浄化が期待できる温度（例えば、３００℃）に設定することができる。条件が成立しているときには次いでステップ１０４に進み、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕのＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕが検出される。続くステップ１０５では検出されたＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕに応じて上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが決定され、ステップ１０２で特定された運転状態領域ＯＣＡ_ｉｊに関連付けて記憶されている劣化度合いＤＤＥＴｕが当該決定された劣化度合いＤＤＥＴｕに更新される。

一方、ステップ１０３で条件が成立していないときには次いでステップ１０６に進み、ＮＯｘ放出処理ルーチンが実行される。このルーチンは図８に示されている。

図８を参照すると、ステップ２００では図７のステップ１０２で読み込まれた上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが低レベル（Ｌ）であるか否かが判別される。ＤＤＥＴｕ＝Ｌのときには次いでステップ２０１に進み、下流側の燃料添加弁３２ｄからの燃料添加が停止されつつ上流側の燃料添加弁３２ｕから燃料添加が行われる。このときの燃料添加量ＱＡＦｕは上流側の要求量ＱＲｕに設定される。これに対し、ＤＤＥＴｕ≠Ｌのときにはステップ２００からステップ２０２に進み、劣化度合いＤＤＥＴｕが中レベル（Ｍ）であるか否かが判別される。ＤＤＥＴｕ＝Ｍのときには次いでステップ２０３に進み、両方の燃料添加弁３２ｕ，３２ｄから燃料添加が行われる。このときの燃料添加量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄは上流側の要求量ＱＲｕの一部及び下流側の要求量ＱＲｄの一部にそれぞれ設定される。これに対し、ＤＤＥＴｕ≠Ｍのときすなわち劣化度合いＤＤＥＴｄが高レベル（Ｈ）のときにはステップ２０２からステップ２０４に進み、上流側の燃料添加弁３２ｄからの燃料添加が停止されつつ下流側の燃料添加弁３２ｕから燃料添加が行われる。このときの燃料添加量ＱＡＦｄは下流側の要求量ＱＲｄに設定される。

図９はＮＯｘ放出処理ルーチンの別の実施例を示している。図９のルーチンは劣化度合いＤＤＥＴｄが高レベル（Ｈ）のときにステップ２０２からステップ２０４ａに進む点を除いて図８のルーチンと同じである。そこでステップ２０４ａについて説明すると、ステップ２０４ａでは両方の燃料添加弁３２ｕ，３２ｄからの燃料添加が停止される。すなわち、劣化度合いＤＤＥＴｄが高レベル（Ｈ）の機関運転状態では燃料添加が停止され、劣化度合いＤＤＥＴｄが低レベル（Ｌ）又は中レベル（Ｍ）の機関運転状態になると燃料添加が行われる。その結果、燃料添加を効果的に行うことができる。

次に、本発明による実施例の昇温処理について詳しく説明する。

本発明による実施例では、図１０に概略的に示されるように、上流側の燃料添加弁３２ｕからの燃料添加作用によって上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕがあらかじめ定められた目標温度ＴＴｕまで昇温され、下流側の燃料添加弁３２ｄからの燃料添加作用によってパティキュレートフィルタ３０が目標温度ＴＴｕから酸化除去温度ＴＯＸまで昇温される。言い換えると、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕが目標温度ＴＴｕまで昇温されるように上流側の燃料添加弁３２ｕからの燃料添加量ＱＡＦｕが設定され、パティキュレートフィルタ３０が酸化除去温度ＴＯＸまで昇温されるように下流側の燃料添加弁３２ｄからの燃料添加量ＱＡＦｄが設定される。このようにすると、下流側の燃料添加弁３２ｄからの燃料添加量ＱＡＦｄが過度に多くなるのを阻止することができる。

一方、上述したように、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが大きいときには上流側の燃料添加弁３２ｕの燃料添加作用を低減するのが好ましい。

そこで本発明による実施例では、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕに基づいて目標温度ＴＴｕを設定している。すなわち、劣化度合いＤＤＥＴｕが低いときには劣化度合いＤＤＥＴｕが高いときに比べて低くなるように目標温度ＴＴｕが設定される。具体的には、図１１に示されるように、劣化度合いＤＤＥＴｕが中レベル（Ｍ）のときの目標温度ＴＴｕは劣化度合いＤＤＥＴｕが低レベル（Ｌ）のときの目標温度ＴＴｕよりも低く設定され、劣化度合いＤＤＥＴｕが高レベル（Ｈ）のときの目標温度ＴＴｕは劣化度合いＤＤＥＴｕが中レベル（Ｍ）のときの目標温度ＴＴｕよりも低く設定される。

また、パティキュレートフィルタ３０内に流入する排気ガス量を表す吸入空気量Ｇａが多くなると、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕを昇温するのが困難となる。そこで図１１に示されるように、吸入空気量Ｇａが多くなるにつれて低くなるように目標温度ＴＴｕを設定している。目標温度ＴＴｕは図１１に示されるマップの形でＲＯＭ４２内に記憶されている。

この場合、パティキュレートフィルタ３０を酸化除去温度ＴＯＸまで昇温するのに、上流側の燃料添加弁３２ｕの燃料添加作用が部分的に寄与し、下流側の燃料添加弁３２ｄの燃料添加作用が部分的に寄与していると考えることができる。そうすると、本発明による実施例では、図１２に示されるように劣化度合いＤＤＥＴｕが高いときには劣化度合いＤＤＥＴｕが低いときに比べて、上流側の燃料添加弁３２ｕの燃料添加作用の寄与度ＤＣＮＴｕを小さくし、下流側の燃料添加弁３２ｄの燃料添加作用の寄与度ＤＣＮＴｄを大きくしているという見方もできる。

なお、劣化度合いＤＤＥＴｕが低レベル（Ｌ）のときに下流側の燃料添加弁３２ｄの燃料添加作用を停止し、又は劣化度合いＤＤＥＴｕが高レベル（Ｈ）のときに上流側の燃料添加弁３２ｕの燃料添加作用を停止するようにしてもよい。

図１３は本発明による実施例の昇温処理を実行するためのルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。

図１３を参照すると、ステップ３００では昇温処理を行うべきか否かが判別される。昇温処理を行うべきでないときには処理サイクルを終了する。昇温処理を行うべきときには次いでステップ３０１に進み、現在の機関運転状態が属する運転状態領域ＯＣＡ_ｉｊが特定される。続くステップ３０２では、この運転状態領域ＯＣＡ_ｉｊに関連付けて記憶されている上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが図４のマップから読み込まれる。続くステップ３０３では、図１１のマップから目標温度ＴＴｕが算出される。続くステップ３０４では、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕを目標温度ＴＴｕまで昇温するのに必要な上流側の燃料添加弁３２ｕからの燃料添加量ＱＡＦｕが算出される。続くステップ３０５では、パティキュレートフィルタ３０を酸化除去温度ＴＯＸまで昇温するのに必要な下流側の燃料添加弁３２ｄからの燃料添加量ＱＡＦｄが算出される。続くステップ３０６では、上流側の燃料添加弁３２ｕから燃料添加量ＱＡＦｕだけ燃料添加が行われ、下流側の燃料添加弁３２ｄから燃料添加量ＱＡＦｄだけ燃料添加が行われる。

次に、本発明による実施例のＳＯｘ放出処理について説明する。

これまでの説明からわかるように、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕに吸蔵されているＳＯｘ量が次第に増大し、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが次第に高くなるおそれがある。

そうすると、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが高いときには、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの吸蔵容量が低下しており、したがって上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕに流入したＳＯｘが上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕを通過して下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄに吸蔵されるおそれがあるということになる。下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄに多量のＳＯｘが吸蔵されると、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕだけでなく、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄのＮＯｘ浄化作用も期待できなくなる。

ここで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄをＳＯｘ放出温度（例えば、６００℃）以上に保持しつつＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄへの流入排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチに切り換えるＳＯｘ放出処理を行うと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄから吸蔵されているＳＯｘが放出される。

そこで本発明による実施例では、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕがあらかじめ定められた許容上限ＵＬよりも高くなった後には、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄに吸蔵されているＳＯｘ量ＳＳｄを検出し、このＳＯｘ吸蔵量ＳＳｄがあらかじめ定められた許容値よりも大きくなるごとに、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄのＳＯｘ放出処理を行うようにしている。すなわち、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄがＳＯｘ放出温度以上に保持されつつ流入排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されるように、下流側の燃料添加弁３２ｄから燃料添加作用が行われる。その結果、良好なＮＯｘ浄化作用を維持することができる。

この場合、いずれか一つの運転状態領域ＯＣＡ_ｉｊに関連付けられた劣化度合いＤＤＥＴｕが高レベル（Ｈ）になったときに、劣化度合いＤＤＥＴｕが許容上限ＵＬよりも高くなったと判断することができる。あるいは、関連付けられている劣化度合いＤＤＥＴｕが高レベル（Ｈ）である運転状態領域ＯＣＡ_ｉｊの個数があらかじめ定められた値よりも大きくなったときに、劣化度合いＤＤＥＴｕが許容上限ＵＬよりも高くなったと判断することもできる。

下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄのＳＯｘ吸蔵量ＳＳｄは例えば下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄに単位時間当たり流入するＳＯｘ量ｓｄを積算することによって求めることができる。この流入ＳＯｘ量ｓｄは例えば、機関から単位時間当たり排出されるＳＯｘ量、ＳＯｘトラップ触媒２６に捕捉されているＳＯｘ量、及び上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕに吸蔵されているＳＯｘ量などに基づいて求めることができる。

下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄのＳＯｘ吸蔵量ＳＳｄが許容値ＳＳ１よりも大きくなると直ちにＳＯｘ放出処理を行うようにしてもよい。しかしながら、上述したパティキュレートフィルタ３０の昇温処理の完了直後には、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄの温度も高くなっている。そこで本発明による実施例では、ＳＯｘ吸蔵量ＳＳｄが許容値ＳＳ１よりも大きくなった後の昇温処理の完了直後にＳＯｘ放出処理を行うようにしている。その結果、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄをＳＯｘ放出温度以上に昇温するのに必要な燃料添加量を低減できる。

一方、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが許容上限ＵＬよりも高くなるまでは、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄのＳＯｘ吸蔵量ＳＳｄは少ないと考えられる。そこでこの場合には、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄのＳＯｘ放出処理を行わないようにしている。

したがって、一般化すると、図１４に示されるように、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕのＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕが許容下限ＬＬよりも小さいか否かを判断し、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕが許容下限ＬＬよりも小さくなるまでは下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄのＳＯｘ放出処理を行わず、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕが許容下限ＬＬよりも小さくなった後にはＳＯｘ放出処理を繰り返し行うということになる。

なお、本発明による実施例では、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕのＳＯｘ放出処理は行われない。上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕのＳＯｘ放出処理を行うと、放出されたＳＯｘが下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄに流入し吸蔵されるおそれがあるからである。また、ＳＯｘトラップ触媒２６からＳＯｘが放出されるおそれもある。同様の理由から、ＳＯｘトラップ触媒から捕捉されたＳＯｘを放出させる処理も行われない。

図１５は本発明による実施例のＳＯｘ放出処理を実行するためのルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。

図１５を参照すると、ステップ４００では上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの劣化度合いＤＤＥＴｕが許容上限ＵＬよりも高いか否かが判別される。ＤＤＥＴｕ≦ＵＬのときには処理サイクルを終了し、ＤＤＥＴｕ＞ＵＬのときには次いでステップ４０１に進み、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄのＳＯｘ吸蔵量ＳＳｄが算出される。続くステップ４０２では、ＳＯｘ吸蔵量ＳＳｄが許容値ＳＳ１よりも大きいか否かが判別される。ＳＳｄ≦ＳＳ１のときには処理サイクルを終了し、ＳＳｄ＞ＳＳ１のときには次いでステップ４０３に進み、パティキュレートフィルタ３０の昇温処理の完了直後であるか否かが判別される。昇温処理の完了直後でないときには処理サイクルを終了し、昇温処理の完了直後のときには次いでステップ４０４に進み、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄのＳＯｘ放出処理が行われる。続くステップ４０５では下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄのＳＯｘ吸蔵量ＳＳｄがゼロに戻される。

これまで述べてきた本発明による実施例では、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄとパティキュレートフィルタ３０は別個に設けられる。しかしながら、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄをパティキュレートフィルタ３０上に形成することもできる。また、パティキュレートフィルタ３０を下流側の燃料添加弁３２ｄと下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄとの間に配置することもできる。あるいは、三元触媒２３を省略することもできる。

さらに、ＳＯｘトラップ触媒２６として、アルミナからなる担体上に鉄Ｆｅ，マンガンＭｎ，ニッケルＮｉ，スズＳｎのような遷移金属及びリチウムＬｉから選ばれた少なくとも一つを担持した触媒を用いることもできる。

また、これまで述べてきた本発明による実施例では、ＳＯｘトラップ触媒上流の排気通路内に燃料を供給するために上流側の燃料添加弁３２ｕから燃料を添加するようにしている。しかしながら、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにすることにより、ＳＯｘトラップ触媒上流の排気通路内に燃料を供給するようにしてもよい。この場合、例えばリッチ空燃比のもとで燃焼を行うようにしてもよいし、リーン空燃比のもとで燃焼を行いながら燃料噴射弁３から膨張行程又は排気行程に追加の燃料を噴射するようにしてもよい。このようにすると上流側の燃料添加弁３２ｕを省略することができる。

内燃機関の全体図である。 ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。 ＳＯｘトラップ触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。 上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化度合いＤＤＥＴｕのマップである。 ＮＯｘ放出処理を行うべきときの燃料添加量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄを示す線図である。 ＮＯｘ放出処理を行うべきときの燃料添加量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄの変更例を示す線図である。 本発明による実施例のＮＯｘ放出制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。 本発明による実施例のＮＯｘ放出処理ルーチンを実行するためのフローチャートである。 ＮＯｘ放出処理ルーチンの変更例を実行するためのフローチャートである。 本発明による昇温処理を説明するための線図である。 目標温度ＴＴｕを示す線図である。 昇温処理における燃料添加作用の寄与度を示す線図である。 本発明による実施例の昇温処理ルーチンを実行するためのフローチャートである。 本発明による実施例のＳＯｘ放出処理を説明するためのタイムチャートである。 本発明による実施例のＳＯｘ放出処理ルーチンを実行するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 機関本体
２０ 排気後処理装置
２６ ＳＯｘトラップ触媒
２７ｕ，２７ｄ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
３２ｕ，３２ｄ 燃料添加弁
３４ ＮＯｘセンサ

Claims (10)

1. 機関排気通路内に上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒及び下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒を直列配置し、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒は流入排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出して還元し、排気ガス中に含まれるＳＯｘを捕獲しうるＳＯｘトラップ触媒を上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内に配置し、該ＳＯｘトラップ触媒上流の排気通路内に燃料を供給するための上流側の燃料供給手段と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒同士間の排気通路内に燃料を供給するための下流側の燃料供給手段とを設け、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から吸蔵されているＮＯｘを放出させて還元するＮＯｘ放出処理を行うべきときには、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになるように上流側の燃料供給手段及び下流側の燃料供給手段の一方又は両方から燃料を供給する内燃機関の排気浄化装置であって、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化率を検出し、ＮＯｘ放出処理を行うべきときの上流側の燃料供給手段の燃料供給作用及び下流側の燃料供給手段の燃料供給作用を該検出されたＮＯｘ浄化率に基づいてそれぞれ制御するようにした内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記ＮＯｘ浄化率を繰り返し検出すると共に該ＮＯｘ浄化率を該ＮＯｘ浄化率が検出されたときの機関運転状態に関連付けて記憶しておき、ＮＯｘ放出処理を行うべきときには、そのときの機関運転状態に関連付けて記憶されているＮＯｘ浄化率に基づき上流側の燃料供給手段の燃料供給作用及び下流側の燃料供給手段の燃料供給作用をそれぞれ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。
3. ＮＯｘ放出処理を行うべきときの上流側の燃料供給手段からの燃料供給量を前記ＮＯｘ浄化率が低いときには該ＮＯｘ浄化率が高いときに比べて少なくなるように設定し、ＮＯｘ放出処理を行うべきときの下流側の燃料供給手段からの燃料供給量を前記ＮＯｘ浄化率が低いときには該ＮＯｘ浄化率が高いときに比べて多くなるように設定する請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記ＮＯｘ浄化率があらかじめ定められた第１の設定値よりも低いときにはＮＯｘ放出処理を行うべきときに上流側の燃料供給手段からの燃料供給を禁止して下流側の燃料供給手段のみから燃料供給を行うようにした請求項１から３までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記ＮＯｘ浄化率が前記第１の設定値よりも高くかつあらかじめ定められた第２の設定値よりも低いときにはＮＯｘ放出処理を行うべきときに両方の燃料供給手段から燃料供給を行い、前記ＮＯｘ浄化率が前記第２の設定値よりも高いときにはＮＯｘ放出処理を行うべきときに下流側の燃料供給手段からの燃料供給を禁止して上流側の燃料供給手段のみから燃料供給を行うようにした請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを下流側の燃料供給手段下流の排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタ上に堆積した粒子状物質を酸化除去するためにパティキュレートフィルタを酸化除去温度まで昇温する昇温処理を行うべきときには、上流側の燃料供給手段及び下流側の燃料供給手段の一方又は両方から燃料を供給すると共に、そのときの機関運転状態に関連付けて記憶されているＮＯｘ浄化率に基づき上流側の燃料供給手段の燃料供給作用及び下流側の燃料供給手段の燃料供給作用をそれぞれ制御するようにした請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 昇温処理を行うべきときには、そのときの機関運転状態に関連付けて記憶されているＮＯｘ浄化率に基づき上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒の目標温度を設定して上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒が該目標温度まで昇温されるように上流側の燃料供給手段からの燃料供給量を設定すると共に、パティキュレートフィルタが酸化除去温度まで昇温されるように下流側の燃料供給手段からの燃料供給量を設定する請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記目標温度を前記ＮＯｘ浄化率が低いときには該ＮＯｘ浄化率が高いときに比べて低くなるように設定する請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記ＮＯｘ浄化率が許容下限よりも小さいか否かを判断し、前記ＮＯｘ浄化率が許容下限よりも小さくなるまでは、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒から吸蔵されているＳＯｘを放出させるＳＯｘ放出処理を行わず、前記ＮＯｘ浄化率が許容下限よりも小さくなった後にはＳＯｘ放出処理を繰り返し行うようにした請求項１から８までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒から流出する排気ガス中のＮＯｘ量を検出するためのＮＯｘセンサを設け、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒に上流側の燃料供給手段から燃料を供給したときに該上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒から流出する排気ガス中のＮＯｘ量を検出して該検出されたＮＯｘ量に基づき該上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化率を求めるようにした請求項１から９までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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