JP3589179B2

JP3589179B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3589179B2
Application number: JP2000374482A
Authority: JP
Inventors: 泰之入澤; 比呂志田中; 純一加古
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2020-12-08
Also published as: JP2002180865A

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】
流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯ_Ｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ_Ｘを排気ガス中に含まれる還元剤によって放出し還元するＮＯ_Ｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸収剤に吸収され、ＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘを放出すべきときにはＮＯ_Ｘ吸収剤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。
【０００３】
このような内燃機関においてＮＯ_Ｘ吸収剤からのＮＯ_Ｘの放出が完了したときにＮＯ_Ｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチからリーンに切換えるために、ＮＯ_Ｘ吸収剤下流の機関排気通路内に排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度を検出しうるＮＯ_Ｘセンサを配置し、ＮＯ_Ｘセンサにより検出されたＮＯ_Ｘ濃度が一定濃度以下となったときにＮＯ_Ｘ吸収剤からのＮＯ_Ｘの放出が完了したとみなしてＮＯ_Ｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチからリーンに切換えるようにした内燃機関が公知である（特開２０００−１０４５３３号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘが放出されている間は放出されたＮＯ_Ｘは還元剤により還元されるのでＮＯ_Ｘ吸収剤からはＮＯ_Ｘが放出されず、従ってＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘが放出されている間はＮＯ_Ｘセンサにより検出されるＮＯ_Ｘ濃度はほとんど零に維持される。従ってＮＯ_Ｘセンサを用いてＮＯ_Ｘ吸収剤からのＮＯ_Ｘの放出が完了したか否かを判断することはできないことになる。
【０００５】
ところが本発明者等がＮＯ_Ｘ吸収剤について実験および研究を行う過程で、ＮＯ_Ｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしたときにＮＯ_Ｘ吸収剤に吸収されているＮＯ_Ｘを還元するのに必要な量よりも多量の還元剤がＮＯ_Ｘ吸収剤に供給されるとＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘを放出し還元するために使用されなかった余剰の還元剤がアンモニアの形でＮＯ_Ｘ吸収剤から排出されることが判明したのである。
【０００６】
従ってＮＯ_Ｘ吸収剤から排出されるアンモニアの量がわかれば余剰の還元剤の量がわかり、余剰の還元剤量がわかればＮＯ_Ｘ吸収剤に吸収されているＮＯ_Ｘを還元するのに必要な還元剤量がわかることになる。このようにＮＯ_Ｘ吸収剤に吸収されているＮＯ_Ｘを還元するのに必要な還元剤量がわかるとこの還元剤量を供給しうるようにＮＯ_Ｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比のリッチ度合およびリッチ時間を設定すればＮＯ_Ｘ吸収剤からのＮＯ_Ｘの放出が完了したときにＮＯ_Ｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチからリーンに切換えることができる。また、ＮＯ_Ｘを還元するのに必要な還元剤量がわかるとＮＯ_Ｘ吸収剤が吸収しうるＮＯ_Ｘ量がわかり、ＮＯ_Ｘ吸収剤が吸収しうるＮＯ_Ｘ量がわかるとＮＯ_Ｘ吸収剤の劣化度合がわかることになる。
【０００７】
このように余剰の還元剤量がわかるとＮＯ_Ｘ吸収剤の状態がわかり、また適切にＮＯ_Ｘ吸収剤からのＮＯ_Ｘ放出制御を行うことができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
従って本発明によれば請求項１に記載されているように、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯ_X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ_X を排気ガス中に含まれる還元剤によって放出し還元するＮＯ_X 吸収剤を機関排気通路内に配置し、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ_X がＮＯ_X 吸収剤に吸収され、ＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出すべきときにはＮＯ_X 吸収剤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の排気浄化装置において、ＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出し還元するために使用されなかった余剰の還元剤がアンモニアの形でＮＯ_X 吸収剤から排出され、ＮＯ_X 吸収剤下流の排気通路内にアンモニア濃度を検出しうるセンサを配置してこのセンサにより検出されたアンモニア濃度の変化から余剰の還元剤量を表す代表値を求め、この代表値に対して基準値を予め設定すると共に代表値が基準値よりも大きくなったときにはＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ _X 吸収剤に供給される還元剤の総量を減少させ、代表値が基準値よりも小さくなったときにはＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ _X 吸収剤に供給される還元剤の総量を増大させるようにしている。
また、本発明によれば請求項６に記載されているように、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯ _X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ _X を排気ガス中に含まれる還元剤によって放出し還元するＮＯ _X 吸収剤を機関排気通路内に配置し、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ _X がＮＯ _X 吸収剤に吸収され、ＮＯ _X 吸収剤からＮＯ _X を放出すべきときにはＮＯ _X 吸収剤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の排気浄化装置において、ＮＯ _X 吸収剤に吸収されているＮＯ _X 量を推定するためのＮＯ _X 吸収量推定手段を具備し、ＮＯ _X 吸収量推定手段により推定されたＮＯ _X 吸収量が許容値を越えたときにＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに一時的に切換えられ、ＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ _X 吸収剤からＮＯ _X を放出し還元するために使用されなかった余剰の還元剤がアンモニアの形でＮＯ _X 吸収剤から排出され、ＮＯ _X 吸収剤下流の排気通路内にアンモニア濃度を検出しうるセンサを配置してこのセンサにより検出されたアンモニア濃度の変化から余剰の還元剤量を表す代表値を求め、このセンサは排気ガス中のアンモニア濃度に加えて排気ガス中のＮＯ _X 濃度の検出が可能であり、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときにＮＯ _X 吸収量推定手段により推定されたＮＯ _X 吸収量が許容値を越えていないのにもかかわらずにセンサによって検出されたＮＯ _X 濃度が予め定められた設定値を越えたときにはＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられる。
更に、本発明によれば請求項１２に記載されているように、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯ _X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ _X を排気ガス中に含まれる還元剤によって放出し還元するＮＯ _X 吸収剤を機関排気通路内に配置し、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ _X がＮＯ _X 吸収剤に吸収され、ＮＯ _X 吸収剤からＮＯ _X を放出すべきときにはＮＯ _X 吸収剤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の排気浄化装置において、ＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ _X 吸収剤からＮＯ _X を放出し還元するために使用されなかった余剰の還元剤がアンモニアの形でＮＯ _X 吸収剤から排出され、ＮＯ _X 吸収剤下流の排気通路内にアンモニア濃度を検出しうるセンサを配置してこのセンサにより検出されたアンモニア濃度の変化から余剰の還元剤量を表す代表値を求め、この代表値に基づいてＮＯ _X 吸収剤の劣化度合を検出するようにしている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を筒内噴射式火花点火機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明は圧縮着火式内燃機関に適用することもできる。
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はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートを夫々示す。図１に示されるようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火栓１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。また、ピストン３の頂面上には燃料噴射弁１１の下方から点火栓１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。
【００１８】
各気筒の吸気ポート７は夫々対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気ダクト１５およびエアフロメータ１６を介してエアクリーナ（図示セズ）に連結される。吸気ダクト１５内にはステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結され、この排気マニホルド１９は酸化触媒又は三元触媒２０を内臓した触媒コンバータ２１および排気管２２を介してＮＯ_Ｘ吸収剤２３を内臓したケーシング２４に連結される。排気マニホルド１９とサージタンク１４とは再循環排気ガス（以下ＥＧＲガスという）導管２６を介して互いに連結され、このＥＧＲガス導管２６内にはＥＧＲガス制御弁２７が配置される。
【００１９】
電子制御ユニット３０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３２、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）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。エアフロメータ１６は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧が対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。排気マニホルド１９には空燃比を検出するための空燃比センサ２８が取付けられ、この空燃比センサ２８の出力信号が対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３を内臓したケーシング２４の出口に接続された排気管２５内には排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度およびアンモニア濃度を共に検出可能なＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９が配置され、このＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の出力信号が対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２０】
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。クランク角センサ４２は例えばクランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３５に入力される。ＣＰＵ３４ではこのクランク角センサ４２の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火栓１０、燃料噴射弁１１、ステップモータ１７およびＥＧＲ制御弁２７に接続される。
【００２１】
次に図２を参照しつつ図１に示されるＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９のセンサ部の構造について簡単に説明する。
図２を参照すると、ＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９のセンサ部は互いに積層された６つの酸化ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなり、これらの６つの固体電解質層を以下、上から順に第１層Ｌ_１、第２層Ｌ_２、第３層Ｌ_３、第４層Ｌ_４、第５層Ｌ_５、第６層Ｌ_６と称する。
【００２２】
図２を参照すると、第１層Ｌ_１と第３層Ｌ_３との間に例えば多孔質の又は細孔が形成されている第１の拡散律速部材５０と第２の拡散律速部材５１とが配置されており、これら拡散律速部材５０と５１間には第１室５２が、第２の拡散律速部材５１と第２層Ｌ_２間には第２室５３が形成されている。また、第３層Ｌ_３と第５層Ｌ_５間には外気に連通している大気室５４が形成されている。一方、第１の拡散律速部材５０の外端面は排気ガスと接触している。従って排気ガスは第１の拡散律速部材５０を介して第１室５２内に流入し、斯くして第１室５２内は排気ガスで満たされている。
【００２３】
一方、第１室５２に面する第１層Ｌ_１の内周面上には陰極側第１ポンプ電極５５が形成されており、第１層Ｌ_１の外周面上には陽極側第１ポンプ電極５６が形成されており、これら第１ポンプ電極５５，５６間には第１ポンプ電圧源５７により電圧が印加される。第１ポンプ電極５５，５６間に電圧が印加されると第１室５２内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第１ポンプ電極５５と接触して酸素イオンとなり、この酸素イオンは第１層Ｌ_１内を陽極側第１ポンプ電極５６に向けて流れる。従って第１室５２内の排気ガス中に含まれる酸素は第１層Ｌ_１内を移動して外部に汲み出されることになり、このとき外部に汲み出される酸素量は第１ポンプ電圧源５７の電圧が高くなるほど多くなる。
【００２４】
一方、大気室５４に面する第３層Ｌ_３の内周面上には基準電極５８が形成されている。ところで酸素イオン伝導性固体電解質では固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図２に示す例では大気室５４内の酸素濃度の方が第１室５２内の酸素濃度よりも高いので大気室５４内の酸素は基準電極５８と接触することにより電荷を受け取って酸素イオンとなり、この酸素イオンは第３層Ｌ_３、第２層Ｌ_２および第１層Ｌ_１内を移動し、陰極側第１ポンプ電極５５において電荷を放出する。その結果、基準電極５８と陰極側第１ポンプ電極５５間に符号５９で示す電圧Ｖ_０が発生する。この電圧Ｖ_０は大気圧室５４内と第１室５２内の酸素濃度差に比例する。
【００２５】
図２に示される例ではこの電圧Ｖ_０が、第１室５２内の酸素濃度が１ｐ．ｐ．ｍ．のときに生ずる電圧に一致するように第１ポンプ電圧源５７の電圧がフィードバック制御される。即ち、第１室５２内の酸素は第１室５２内の酸素濃度が１ｐ．ｐ．ｍ．となるように第１層Ｌ_１を通って汲み出され、それによって第１室５２内の酸素濃度が１ｐ．ｐ．ｍ．に維持される。
【００２６】
なお、陰極側第１ポンプ電極５５はＮＯ_Ｘに対しては還元性の低い材料、例えば金Ａｕと白金Ｐｔとの合金から形成されており、従って排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘは第１室５２内ではほとんど還元されない。従ってこのＮＯ_Ｘは第２の拡散律速部材５１を通って第２室５３内に流入する。
一方、第２室５３に面する第１層Ｌ_１の内周面上には陰極側第２ポンプ電極６０が形成されており、この陰極側第２ポンプ電極６０と陽極側第１ポンプ電極５５６間には第２ポンプ電圧源６１により電圧が印加される。これらポンプ電極６０，５６間に電圧が印加されると第２室５３内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第２ポンプ電極６０と接触して酸素イオンとなり、この酸素イオンは第１層Ｌ_１内を陽極側第１ポンプ電極５６に向けて流れる。従って第２室５３内の排気ガス中に含まれる酸素は第１層Ｌ_１内を移動して外部に汲み出されることになり、このとき外部に汲み出される酸素量は第２ポンプ電圧源６１の電圧が高くなるほど多くなる。
【００２７】
一方、前述したように酸素イオン伝導性固体電解質では固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図２に示す例では大気室５４内の酸素濃度の方が第２室５３内の酸素濃度よりも高いので大気室５４内の酸素は基準電極５８と接触することにより電荷を受け取って酸素イオンとなり、この酸素イオンは第３層Ｌ_３、第２層Ｌ_２および第１層Ｌ_１内を移動し、陰極側第２ポンプ電極６０において電荷を放出する。その結果、基準電極５８と陰極側第２ポンプ電極６０間に符号６２で示す電圧Ｖ_１が発生する。この電圧Ｖ_１は大気圧室５４内と第２室５３内の酸素濃度差に比例する。
【００２８】
図２に示される例ではこの電圧Ｖ_１が、第２室５３内の酸素濃度が０．０１ｐ．ｐ．ｍ．のときに生ずる電圧に一致するように第２ポンプ電圧源６１の電圧がフィードバック制御される。即ち、第２室５３内の酸素は第２室５３内の酸素濃度が０．０１ｐ．ｐ．ｍ．となるように第１層Ｌ_１を通って汲み出され、それによって第２室５３内の酸素濃度が０．０１ｐ．ｐ．ｍ．に維持される。
【００２９】
なお、陰極側第２ポンプ電極６０もＮＯ_Ｘに対しては還元性の低い材料、例えば金Ａｕと白金Ｐｔとの合金から形成されており、従って排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘは陰極側第２ポンプ電極６０と接触してもほとんど還元されない。
一方、第２室５３に面する第３層Ｌ_３の内周面上にはＮＯ_Ｘ検出用の陰極側ポンプ電極６３が形成されている。この陰極側ポンプ電極６３はＮＯ_Ｘに対して強い還元性を有する材料、例えばロジウムＲｈや白金Ｐｔから形成されている。従って第２室５３内のＮＯ_Ｘ、実際には大部分を占めるＮＯが陰極側ポンプ電極６３上においてＮ_２とＯ_２に分解される。図２に示されるようにこの陰極側ポンプ電極６３と基準電極５８間には一定電圧６４が印加されており、従って陰極側ポンプ電極６３上において分解生成されたＯ_２は酸素イオンとなって第３層Ｌ_３内を基準電極５８に向けて移動する。このとき陰極側ポンプ電極６３と基準電極５８間にはこの酸素イオン量に比例した符号６５で示す電流Ｉ_１が流れる。
【００３０】
前述したように第１室５２内ではＮＯ_Ｘはほとんど還元されず、また第２室５３内には酸素はほとんど存在しない。従って電流Ｉ_１は排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘ濃度に比例することになり、斯くして電流Ｉ_１から排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度を検出できることになる。
一方、排気ガス中に含まれるアンモニアＮＨ_３は第１室５２内においてＮＯとＨ_２Ｏに分解され（４ＮＨ_３＋５Ｏ_２ →４ＮＯ＋６Ｈ_２Ｏ）、この分解されたＮＯは第２の拡散律速部材５１を通って第２室５３内に流入する。このＮＯは陰極側ポンプ電極６３上においてＮ_２とＯ_２に分解され、分解生成されたＯ_２は酸素イオンとなって第３層Ｌ_３内を基準電極５８に向けて移動する。このときにも電流Ｉ_１は排気ガス中に含まれるＮＨ_３濃度に比例し、斯くして電流Ｉ_１から排気ガス中のＮＨ_３濃度を検出できることになる。
【００３１】
図３は電流Ｉ_１と、排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度およびＮＨ_３濃度との関係を示している。図３から電流Ｉ_１は排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度およびＮＨ_３濃度に比例していることがわかる。
一方、排気ガス中の酸素濃度が高いほど、即ち空燃比がリーンであるほど第１室５２から外部に汲み出される酸素量が多くなり、符号６６で示す電流Ｉ_２が増大する。従ってこの電流Ｉ_２から排気ガスの空燃比を検出することができる。
【００３２】
なお、第５層Ｌ_５と第６層Ｌ_６との間にはＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９のセンサ部を加熱するための電気ヒータ６７が配置されており、この電気モータ６７によってＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９のセンサ部は７００℃から８００℃に加熱される。
次に図４（Ａ）を参照しつつ図１に示す内燃機関の燃料噴射制御について説明する。なお、図４（Ａ）において縦軸は機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）を表しており、横軸は機関回転数Ｎを表している。
【００３３】
図４（Ａ）において実線Ｘ_１よりも低負荷側の運転領域では成層燃焼が行われる。即ち、このときには図１に示されるように圧縮行程末期に燃料噴射弁１１からキャビティ１２内に向けて燃料Ｆが噴射される。この燃料はキャビティ１２の内周面により案内されて点火栓１０周りに混合気を形成し、この混合気が点火栓１０によって着火燃焼せしめられる。このとき燃焼室５内における平均空燃比はリーンとなっている。
【００３４】
一方、図４（Ａ）において実線Ｘ_１よりも高負荷側の領域では吸気行程中に燃料噴射弁１１から燃料が噴射され、このときには均一混合気燃焼が行われる。なお、実線Ｘ_１と鎖線Ｘ_２の間ではリーン空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われ、鎖線Ｘ_２と鎖線Ｘ_３の間では理論空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われ、鎖線Ｘ_３よりも高負荷側ではリッチ空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われる。
【００３５】
本発明では空燃比を理論空燃比とするのに必要な基本燃料噴射量ＴＡＵが図４（Ｂ）に示すように機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３３内に記憶されており、基本的にはこの基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）が算出される。この補正係数Ｋは図４（Ｃ）に示されるように機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３３内に記憶されている。
【００３６】
この補正係数Ｋの値はリーン空燃比のもとで燃焼が行われる図４（Ａ）の鎖線Ｘ_２よりも低負荷側の運転領域では１．０よりも小さく、リッチ空燃比のもとで燃焼が行われる図４（Ａ）の鎖線Ｘ_３よりも高負荷側の運転領域では１．０よりも大きくなる。また、この補正係数Ｋは鎖線Ｘ_２と鎖線Ｘ_３との間の運転領域では１．０とされ、このとき空燃比は理論空燃比となるように空燃比センサ２８の出力信号に基づいてフィードバック制御される。
【００３７】
機関排気通路内に配置されたＮＯ_Ｘ吸収剤２３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くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。この場合、ケーシング２４内に例えばコージライトからなるパティキュレートフィルタを配置し、このパティキュレートフィルタ上にアルミナを担体とするＮＯ_Ｘ吸収剤２３を担持させることもできる。
【００３８】
いずれの場合であっても、機関吸気通路、燃焼室５およびＮＯ_Ｘ吸収剤２３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ＮＯ_Ｘ吸収剤２３への流入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯ_Ｘ吸収剤２３は流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_Ｘを吸収し、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収したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘの吸放出作用を行う。
【００３９】
このＮＯ_Ｘ吸収剤２３を機関排気通路内に配置すればＮＯ_Ｘ吸収剤２３は実際にＮＯ_Ｘの吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は図５に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００４０】
図１に示される内燃機関では使用頻度の高い大部分の運転状態において空燃比がリーンの状態で燃焼が行われる。このように空燃比がリーンの状態で燃焼が行われている場合には排気ガス中の酸素濃度は高く、このときには図５（Ａ）に示されるようにこれら酸素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（２ＮＯ＋Ｏ_２ →２ＮＯ_２）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら図５（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸収剤２３内に吸収される。流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ_２が生成され、吸収剤のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。
【００４１】
一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにされると流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果白金Ｐｔの表面でのＮＯ_２の生成量が低下する。ＮＯ_２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形で吸収剤から放出される。このときＮＯ_Ｘ吸収剤２３から放出されたＮＯ_Ｘは図５（Ｂ）に示されるように流入排気ガス中に含まれる多量の未燃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_２が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ_２が放出される。従って流入排気ガスの空燃比がリッチにされると短時間のうちにＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘが放出され、しかもこの放出されたＮＯ_Ｘが還元されるために大気中にＮＯ_Ｘが排出されることはない。
【００４２】
なお、この場合、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘが放出される。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にした場合にはＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘが徐々にしか放出されないためにＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収されている全ＮＯ_Ｘを放出させるには若干長い時間を要する。
【００４３】
ところでＮＯ_Ｘ吸収剤２３のＮＯ_Ｘ吸収能力には限度があり、従ってＮＯ_Ｘ吸収剤２３のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和する前にＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出させる必要がある。ところがＮＯ_Ｘ吸収剤２３はＮＯ_Ｘ吸収能力が十分なうちは排気ガス中に含まれるほとんど全てのＮＯ_Ｘを吸収するがＮＯ_Ｘ吸収能力の限界に近ずくと一部のＮＯ_Ｘを吸収しえなくなり、斯くしてＮＯ_Ｘ吸収剤２３がＮＯ_Ｘ吸収能力の限界に近ずくとＮＯ_Ｘ吸収剤２３から排出されるＮＯ_Ｘ量が増大しはじめる。
【００４４】
そこで本発明による第１実施例を含むいくつかの実施例ではＮＯ_Ｘ吸収剤２３から排出されるＮＯ_Ｘ量が増大しはじめたときにＮＯ_Ｘ吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにしてＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出させるようにしている。この場合、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする方法は種々の方法がある。例えば、燃焼室５内における混合気の平均空燃比をリッチにすることにより排気ガスの空燃比をリッチにすることもできるし、膨張行程末期又は排気行程中に追加の燃料を噴射することによって排気ガスの空燃比をリッチにすることもできるし、またＮＯ_Ｘ吸収剤２３上流の排気通路内に追加の燃料を噴射することによって排気ガスの空燃比をリッチにすることもできる。本発明による実施例では１番目の方法、即ちリッチ空燃比のもとで均一混合気燃焼を行わせることによって排気ガスの空燃比をリッチにするようにしている。
【００４５】
ところで排気ガス中にはＳＯ_Ｘが含まれており、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３にはＮＯ_ＸばかりでなくＳＯ_Ｘも吸収される。このＮＯ_Ｘ吸収剤２３へのＳＯ_Ｘの吸収メカニズムはＮＯ_Ｘの吸収メカニズムと同じであると考えられる。
即ち、ＮＯ_Ｘの吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明すると、前述したように流入排気ガスの空燃比がリーンのときには酸素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−と反応してＳＯ_３となる。次いで生成されたＳＯ_３の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸収剤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 ^２− の形で吸収剤内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。
【００４６】
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、流入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。従ってＮＯ_Ｘ吸収剤２３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ＮＯ_Ｘ吸収剤２３が吸収しうるＮＯ_Ｘ量が低下することになる。即ち、時間が経過するにつれてＮＯ_Ｘ吸収剤２３が劣化することになる。
【００４７】
ところがこの場合、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３の温度が一定温度、例えば６００℃以上になるとＮＯ_Ｘ吸収剤２３内において硫酸塩ＢａＳＯ_４が分解し、このときＮＯ_Ｘ吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＳＯ_Ｘを放出させることができる。そこで本発明による実施例ではＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＳＯ_Ｘを放出すべきときにＮＯ_Ｘ吸収剤２３の温度が高い場合にはＮＯ_Ｘ吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＳＯ_Ｘを放出させ、ＳＯ_Ｘを放出すべきときにＮＯ_Ｘ吸収剤２３の温度が低い場合にはＮＯ_Ｘ吸収剤２３の温度を上昇させると共にＮＯ_Ｘ吸収剤２３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。
【００４８】
次に、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出すべくＮＯ_Ｘ吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしたときの還元剤の量とＮＯ_Ｘ吸収剤２３から排出された排気ガス中のアンモニアＮＨ_３の濃度との関係について説明する。
まず初めに還元剤の量について説明すると、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にするのに必要な燃料量に対して過剰な燃料がＮＯ_Ｘの放出および還元のために使用されるのでこの過剰な燃料の量がＮＯ_Ｘの放出および還元に使用される還元剤の量に一致する。このことは、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出すべきときに燃焼室５内における混合気の空燃比をリッチにした場合でも、膨張行程末期又は排気行程中に追加の燃料を噴射した場合でも、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３上流の排気通路内に追加の燃料を噴射した場合でも当てはまる。
【００４９】
ところで本発明の実施例におけるようにＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出すべきときに燃焼室５内における空燃比をリッチにするようにした場合には基本燃料噴射量ＴＡＵに対する補正係数Ｋの値をＫ_Ｒとすると燃料噴射一回当りＮＯ_Ｘ吸収剤２３に供給される還元剤の量ΔＱＲは次式で表わされる。
ΔＱＲ＝ＴＡＵ・（Ｋ_Ｒ −１．０）
ここでＴＡＵは図４（Ｂ）に示される基本燃料噴射量であり、補正係数Ｋ_Ｒは空燃比をリッチ空燃比としたときのリッチの度合（理論空燃比／リッチ空燃比）を示している。この燃料噴射一回当りの還元剤の量ΔＱＲを積算するとＮＯ_Ｘ吸収剤２３に供給された還元剤の総量ＱＲとなる。
【００５０】
次にアンモニアの濃度について説明すると、空燃比がリーンのとき、即ち酸化雰囲気のときにはアンモニアＮＨ_３はほとんど発生しない。ところが空燃比がリッチになると、即ち還元雰囲気になると吸入空気中又は排気ガス中の窒素Ｎ_２が酸化触媒又は三元触媒２０において炭化水素ＨＣにより還元され、アンモニアＮＨ_３が生成される。しかしながら空燃比がリッチになるとＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘが放出され、生成されたアンモニアＮＨ_３はこのＮＯ_Ｘを還元するために使用されるのでＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘが放出されている間は、より正確に言うと供給された還元剤がＮＯ_Ｘの放出および還元のために使用されている間はＮＯ_Ｘ吸収剤２３からアンモニアＮＨ_３は排出されない。これに対してＮＯ_Ｘ吸収剤２３からのＮＯ_Ｘの放出が完了した後も空燃比がリッチにされていると、より正確に言うとＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出し還元するために使用されない余剰の還元剤が供給されるとアンモニアＮＨ_３はもはやＮＯ_Ｘの還元のために消費されることがなくなり、斯くしてこのときにはＮＯ_Ｘ吸収剤２３からアンモニアＮＨ_３が排出されることになる。
【００５１】
このことはＮＯ_Ｘ吸収剤２３の上流に酸化触媒又は三元触媒２０が設けられていない場合でも生ずる。即ち、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３も還元機能を有する白金Ｐｔ等の触媒を具えているので空燃比がリッチになるとＮＯ_Ｘ吸収剤２３においてアンモニアＮＨ_３が生成される可能性がある。しかしながらたとえアンモニアＮＨ_３が生成されたとしてもこのアンモニアＮＨ_３はＮＯ_Ｘ吸収剤２３から放出されたＮＯ_Ｘを還元するために使用されるためにＮＯ_Ｘ吸収剤２３からはアンモニアＮＨ_３が排出されない。ところがＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出し還元するために使用されない余剰の還元剤が供給されると前述したようにＮＯ_Ｘ吸収剤２３からアンモニアＮＨ_３が排出されることになる。
【００５２】
このようにＮＯ_Ｘ吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出し還元するために使用されない余剰の還元剤が供給されるとこの余剰の還元剤はアンモニアＮＨ_３の形でＮＯ_Ｘ吸収剤２３から排出され、このとき排出されるアンモニア量は余剰の還元剤の量に比例する。従ってこのとき排出されるアンモニア量から余剰の還元剤量がわかることになる。
【００５３】
そこで本発明ではアンモニア濃度を検出可能なＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９をＮＯ_Ｘ吸収剤２３下流の排気通路内に配置し、このＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９により検出されたアンモニア濃度の変化から余剰の還元剤量を求めるようにしている。この場合、このアンモニア濃度の積算値は余剰の還元剤量を表していると考えられ、従ってアンモニア濃度の積算値は余剰の還元剤量を表わす代表値であると言える。また、このアンモニア濃度の最大値が余剰の還元剤量を表していると考えることもでき、従ってアンモニア濃度の最大値は余剰の還元剤量を表わす代表値であると言える。上述したように本発明ではアンモニア濃度の変化から余剰の還元剤量を求めるようにしているが具体的に言うとアンモニア濃度の変化から余剰の還元剤量を表す上述の如き代表値を求めるようにしている。これが本発明の基本である。
【００５４】
さて、この代表値が求まると種々の制御が可能となる。そこでまず初めに図６を参照しつつ最も基本的な還元剤の供給制御について説明する。
図６を参照すると、ΣＮＯＸはＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収されているＮＯ_Ｘ量を示しており、Ｉ_１はＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流を示している。なお、図６においてＮＯ_ＸおよびＮＨ_３は排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度およびＮＨ_３濃度の変化によるＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流の変化を夫々示しており、これら検出電流の双方がＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ_１に表われる。また、Ａ／Ｆは燃焼室５内における混合気の平均空燃比を示しており、ＱＲは供給された還元剤の総量を示している。
【００５５】
図６に示されるようにＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収されているＮＯ_Ｘ量ΣＮＯＸが増大してＮＯ_Ｘ吸収剤２３の吸収能力限界に近ずくとＮＯ_Ｘ吸収剤２３からはＮＯ_Ｘが排出しはじめるのでＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ_１が上昇を開始する。図６に示す例ではＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘが排出しはじめてＮＯ_Ｘ濃度が予め定められた設定値を越えたとき、即ちＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ_１が予め定められた設定値Ｉｓを越えたときにＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出すべく空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに切換えられる。空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに切換えられてもリッチ空燃比の排気ガスがＮＯ_Ｘ吸収剤２３に到達するには時間を要するので空燃比Ａ／Ｆがリッチに切換えられた直後はＮＯ_Ｘ吸収剤２３から排出されるＮＯ_Ｘ量が増大し続ける。次いでリッチ空燃比の排気ガス中に含まれる還元剤によるＮＯ_Ｘの還元作用が開始されるためにＮＯ_Ｘ吸収剤２３からはＮＯ_Ｘが排出されなくなる。従って空燃比がリーンからリッチに切換えられるとＮＯ_Ｘアンモニア濃度センサ２９の検出電流Ｉ_１は短時間上昇した後、零まで低下する。
【００５６】
一方、空燃比がリーンからリッチに切換えられるとＮＯ_Ｘ吸収剤２３に供給される還元剤の総量ＱＲは徐々に増大し、それに伴なってＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収されているＮＯ_Ｘ量ΣＮＯＸは徐々に減少する。ところで図６に示される例では還元剤の総量ＱＲが目標値ＱＲ_Ｓに達したときに空燃比をリッチからリーンに切換えるようにしており、図６に示される場合にはＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収されているＮＯ_Ｘ量が零になった後に空燃比がリッチからリーンに切換えられている。
【００５７】
この場合にはＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出し還元するために使用されない余剰の還元剤が供給されており、従ってこのときにはＮＯ_Ｘ吸収剤２３からアンモニアＮＨ_３が排出されるので図６に示されるようにＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ_１が上昇する。この場合、図６においてハッチングで示される検出電流Ｉ_１の積算値ΣＩおよび検出電流Ｉ_１の最大値Ｉｍａｘは余剰の還元剤量を表している。従ってこの実施例では次回のＮＯ_Ｘ放出時に供給すべき還元剤量がこれら積算値ΣＩ又は最大値Ｉｍａｘに基づき算出された余剰の還元剤だけ減少せしめられる。従って次回のＮＯ_Ｘ放出時にはＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収されているＮＯ_Ｘを放出し還元するのに必要な量の還元剤が供給されることになる。
【００５８】
一方、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収されているＳＯ_Ｘが増大してくるとＮＯ_Ｘ吸収剤２３のＮＯ_Ｘ吸収能力が低下してくるために空燃比がリーンからリッチに切換えると再びＮＯ_Ｘ吸収剤２３からアンモニアが排出される。このときには再び次回のＮＯ_Ｘ放出時に供給すべき還元剤量が検出電流Ｉ_１の積算値ΣＩ又は最大値Ｉｍａｘに基づき算出された余剰の還元剤だけ減少せしめられる。このようにしてこの実施例ではＮＯ_Ｘ吸収剤２３からのＮＯ_Ｘの放出完了時に空燃比をリッチからリーンに切換え、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３への還元剤の供給を停止できることになる。
【００５９】
ところで供給すべき還元剤の目標値ＱＲ_ＳはＮＯ_Ｘ吸収剤２３が吸収しうるＮＯ_Ｘ量を表している。従ってこの実施例では目標値ＱＲ_Ｓが予め定められた設定値ＳＳよりも小さくなったときにＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＳＯ_Ｘを放出させるようにしている。
また、経時変化によりＮＯ_Ｘ吸収剤２３が劣化した場合にも目標値ＱＲ_Ｓは低下し、従ってこの目標値ＱＲ_ＳからＮＯ_Ｘ吸収剤２３の劣化の度合がわかる。なお、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３が劣化していないときにはＮＯ_Ｘは硝酸イオンの形でＮＯ_Ｘ吸収剤２３の奥深くまで拡散するのでＮＯ_Ｘ吸収剤２３の奥深くに硝酸塩が形成される。この場合、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出させるには空燃比のリッチの度合、即ち補正係数Ｋ_Ｒの値を大きくすることが好ましい。これに対し、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３が劣化してくるとＮＯ_Ｘは硝酸イオンの形でＮＯ_Ｘ吸収剤２３の奥深くまで拡散しなくなるのでこのときＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出させるには空燃比のリッチの度合、即ち補正係数Ｋ_Ｒの値をさほど大きくする必要がない。従って本発明による実施例では空燃比をリッチにするときの補正係数Ｋ_Ｒの値は図７に示されるように目標値ＱＲ_Ｓが大きいほど高くされる。
【００６０】
図８は図６に基づき説明した第１実施例を実行するためのルーチンを示している。
図８を参照すると、まず初めにステップ１００において図４（Ｂ）に示すマップから基本燃料噴射量ＴＡＵが算出される。次いでステップ１０１ではＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出すべきことを示すＮＯ_Ｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_Ｘ放出フラグがセットされていないときにはステップ１０２に進んでＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ_１が設定値Ｉ_Ｓを越えたか否かが判別される。Ｉ_１ ≦Ｉ_Ｓのときには、即ちＮＯ_Ｘ吸収剤２３のＮＯ_Ｘ吸収能力に未だ余裕があるときにはステップ１０５にジャンプする。
【００６１】
ステップ１０５では図４（Ｃ）に示すマップから補正係数Ｋが算出される。次いでステップ１０６では基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。次いでステップ１０７では還元剤の目標値ＱＲ_ＳがＳＯ_Ｘ放出のための設定値ＳＳよりも小さくなったか否かが判別され、ＱＲ_Ｓ ≧ＳＳのときには処理サイクルを完了する。
【００６２】
一方、ステップ１０２においてＩ_１＞Ｉ_Ｓになったと判断されると、即ちＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘが排出しだすとステップ１０３に進んでＮＯ_Ｘ放出フラグがセットされ、次いでステップ１０４に進んでＮＨ_３検出フラグがセットされる。次いでステップ１０５に進む。
ＮＯ_Ｘ放出フラグがセットされると次の処理サイクルではステップ１０１からステップ１０８に進んで図７に示す関係から補正係数Ｋ_Ｒが算出される。次いでステップ１０９では基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋ_Ｒを乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ_Ｒ・ＴＡＵ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。このときリーン空燃比のもとでの成層燃焼又はリーン空燃比のもとでの均一混合気燃焼からリッチ空燃比のもとでの均一混合気燃焼に切換えられ、それによってＮＯ_Ｘ吸収剤２３からのＮＯ_Ｘの放出作用が開始される。
【００６３】
次いでステップ１１０では次式に基づいて燃料噴射一回当りにＮＯ_Ｘ吸収剤２３に供給される還元剤の量ΔＱＲが算出される。
ΔＱＲ＝ＴＡＵ・（Ｋ_Ｒ −１．０）
次いでステップ１１１ではこの還元剤量ΔＱＲをＱＲに加算することによってＮＯ_Ｘ吸収剤２３に供給された還元剤の総量ＱＲが算出される。次いでステップ１１２では還元剤の総量ＱＲが目標値ＱＲ_Ｓを越えたか否かが判別され、ＱＲ≦ＱＲ_Ｓのときにはステップ１０７にジャンプする。これに対してＱＲ＞ＱＲ_Ｓになるとステップ１１３に進んでＮＯ_Ｘ放出フラグがリセットされ、次いでステップ１１４では還元剤の総量ＱＲがクリアされる。次いでステップ１０７に進む。ＮＯ_Ｘ放出フラグがリセットされると空燃比はリッチからリーンに切換えられる。
【００６４】
一方、ステップ１０７においてＱＲ_Ｓ＜ＳＳになったと判断されたときにはステップ１１５に進んでＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＳＯ_Ｘを放出させる処理が行われる。即ち、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３の温度をほぼ６００℃以上に維持しつつ空燃比がリッチとされる。ＮＯ_Ｘ吸収剤２３からのＳＯ_Ｘの放出作用が完了するとステップ１１６に進んで予め定められている最大の還元剤総量ＱＲｍａｘが目標値ＱＲ_Ｓとされる。
【００６５】
図９は目標値ＱＲ_Ｓを算出するためのルーチンを示している。
図９を参照すると、まず初めにステップ２００においてＮＨ_３検出フラグがセットされているか否かが判別される。このＮＨ_３検出フラグは図８のステップ１０２においてＩ_１＞Ｉ_Ｓとなったときにセットされる。ＮＨ_３検出フラグがセットされているときにはステップ２０１に進んで機関の運転領域が予められた設定運転領域であるか否かが判別される。この設定運転領域は機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎから定まる狹い運転領域である。機関の運転領域がこの設定運転領域内にあるときにはステップ２０２に進む。
【００６６】
ステップ２０２ではＮＨ_３検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ_１を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ_１は空燃比がリーンからリッチにされた後にＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ_１が零まで低下し終わるまでの時間である。ｔ＞ｔ_１になるとステップ２０３に進んでＮＨ_３検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ_２を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ_２はＮＯ_Ｘ吸収剤２３からアンモニアが排出されたときにどのようなアンモニア量であってもＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９がアンモニア濃度を検出しうるのに十分な時間である。ｔ≦ｔ_２のときにはステップ２０４に進む。
【００６７】
ステップ２０４ではＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ_１が算出される。次いでステップ２０５ではこの検出電流Ｉ_１をΣＩに加算することによって検出電流の積算値ΣＩが算出される。次いでステップ２０３においてｔ＞ｔ_２になったと判別されたときにはステップ２０６に進んで検出電流の積算値ΣＩに比例定数Ｃ_１を乗算した乗算結果が余剰の還元剤量ＱＲＲ（＝Ｃ_１・ΣＩ）とされる。次いでステップ２０７では現在の目標値ＱＲ_Ｓから余剰の還元剤量ＱＲＲを減算することにより目標値ＱＲ_Ｓが更新される。
【００６８】
次いでステップ２０８ではΣＩがクリアされ、同時にＮＨ_３検出フラグがリセットされる。次いでステップ２０９では更新された目標値ＱＲ_Ｓが予め定められた限界値ＱＲｍｉｎ以下であるか否かが判別される。ＱＲ_Ｓ＜ＱＲｍｉｎのときにはステップ２１０に進んでＮＯ_Ｘ吸収剤２３が劣化したことを示す劣化フラグがセットされる。劣化フラグがセットされると例えば警告ランプが点灯される。
【００６９】
図１０は目標値ＱＲ_Ｓを算出するためのルーチンの別の例を示している。
図１０を参照すると、まず初めにステップ３００においてＮＨ_３検出フラグがセットされているか否かが判別される。このＮＨ_３検出フラグは図８のステップ１０２においてＩ_１＞Ｉ_Ｓとなったときにセットされる。ＮＨ_３検出フラグがセットされているときにはステップ３０１に進んで機関の運転領域が予められた設定運転領域であるか否かが判別される。この設定運転領域は機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎから定まる狹い運転領域である。機関の運転領域がこの設定運転領域内にあるときにはステップ３０２に進む。
【００７０】
ステップ３０２ではＮＨ_３検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ_１を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ_１は前述したように空燃比がリーンからリッチにされた後にＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ_１が零まで低下し終わるまでの時間である。ｔ＞ｔ_１になるとステップ４０３に進んでＮＨ_３検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ_２を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ_２は前述したようにＮＯ_Ｘ吸収剤２３からアンモニアが排出されたときにどのようなアンモニア量であってもＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９がアンモニア濃度を検出しうるのに十分な時間である。ｔ≦ｔ_２のときにはステップ３０４に進む。
【００７１】
ステップ３０４ではＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ_１が算出される。次いでステップ３０５ではこの検出電流Ｉ_１がＩｍａｘよりも大きいか否かが判別される。Ｉ_１＞Ｉｍａｘのときにはステップ３０６に進んでＩ_１が検出電流の最大値Ｉｍａｘとされる。次いでステップ３０３においてｔ＞ｔ_２になったと判別されたときにはステップ３０７に進んで検出電流の最大値Ｉｍａｘに比例定数Ｃ_２を乗算した乗算結果が余剰の還元剤量ＱＲＲ（＝Ｃ_２・Ｉｍａｘ）とされる。次いでステップ３０８では現在の目標値ＱＲ_Ｓから余剰の還元剤量ＱＲＲを減算することにより目標値ＱＲ_Ｓが更新される。
【００７２】
次いでステップ３０９ではＩｍａｘがクリアされ、同時にＮＨ_３検出フラグがリセットされる。次いでステップ３１０では更新された目標値ＱＲ_Ｓが予め定められた限界値ＱＲｍｉｎ以下であるか否かが判別される。ＱＲ_Ｓ＜ＱＲｍｉｎのときにはステップ３１１に進んでＮＯ_Ｘ吸収剤２３が劣化したことを示す劣化フラグがセットされる。劣化フラグがセットされると例えば警告ランプが点灯される。
【００７３】
次に図１１を参照しつつ第２実施例について説明する。
この実施例では図１１（Ａ）に示すように余剰の還元剤量を表す代表値に対して予め基準値が設定されている。具体的に言うと、第１の例ではＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流の積算値ΣＩに対して基準値Ｓｒが予め設定されており、図１１（Ｂ）に示されるように代表値、即ち検出電流の積算値ΣＩが基準値Ｓｒよりも大きくなったときには空燃比がリッチにされたときにＮＯ_Ｘ吸収剤２３に供給される還元剤の総量が減少せしめられ、図１１（Ｃ）に示されるように代表値、即ち検出電流の積算値ΣＩが基準値Ｓｒよりも小さくなったときには空燃比がリッチにされたときにＮＯ_Ｘ吸収剤２３に供給される還元剤の総量が増大せしめられる。即ち、検出電流の積算値ΣＩが基準値Ｓｒとなるように還元剤の供給量が制御される。
【００７４】
また、第２の例では図１１（Ａ）に示されるようにＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流の最大値Ｉｍａｘに対して基準値Ｉｍａｘが予め設定されており、図１１（Ｂ）に示されるように代表値、即ち検出電流の最大値Ｉｍａｘが基準値Ｉｍａｘｒよりも大きくなったときには空燃比がリッチにされたときにＮＯ_Ｘ吸収剤２３に供給される還元剤の総量が減少せしめられ、図１１（Ｃ）に示されるように代表値、即ち検出電流の最大値Ｉｍａｘが基準値Ｉｍａｘｒよりも小さくなったときには空燃比がリッチにされたときにＮＯ_Ｘ吸収剤２３に供給される還元剤の総量が増大せしめられる。即ち、検出電流の最大値Ｉｍａｘが基準値Ｉｍａｘｒとなるように還元剤の供給量が制御される。
【００７５】
この第２実施例では第１実施例と異なって還元剤の供給量を減少させすぎたときには還元剤の供給量を増大できるという利点がある。
図１２はこの第２実施例の第１の例を実行するための目標値ＱＲ_Ｓの算出ルーチンを示している。なお、この第２実施例においても運転制御ルーチンとして図８に示す運転制御ルーチンが用いられる。
【００７６】
図１２を参照すると、まず初めにステップ４００においてＮＨ_３検出フラグがセットされているか否かが判別される。このＮＨ_３検出フラグは図８のステップ１０２においてＩ_１＞Ｉ_Ｓとなったときにセットされる。ＮＨ_３検出フラグがセットされているときにはステップ４０１に進んで機関の運転領域が予められた設定運転領域であるか否かが判別される。この設定運転領域は機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎから定まる狹い運転領域である。機関の運転領域がこの設定運転領域内にあるときにはステップ４０２に進む。
【００７７】
ステップ４０２ではＮＨ_３検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ_１を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ_１は前述したように空燃比がリーンからリッチにされた後にＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ_１が零まで低下し終わるまでの時間である。ｔ＞ｔ_１になるとステップ４０３に進んでＮＨ_３検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ_２を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ_２は前述したようにＮＯ_Ｘ吸収剤２３からアンモニアが排出されたときにどのようなアンモニア量であってもＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９がアンモニア濃度を検出しうるのに十分な時間である。ｔ≦ｔ_２のときにはステップ４０４に進む。
【００７８】
ステップ４０４ではＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ_１が算出される。次いでステップ４０５ではこの検出電流Ｉ_１をΣＩに加算することによって検出電流の積算値ΣＩが算出される。次いでステップ４０３においてｔ＞ｔ_２になったと判別されたときにはステップ４０６に進んで検出電流の積算値ΣＩが基準値Ｓｒよりも大きいか否かが判別される。ΣＩ＞Ｓｒのときにはステップ４０７に進んで目標値ＱＲ_Ｓが予め定められた設定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ４０９に進む。これに対してΣＩ≦Ｓｒのときにはステップ４０８に進んで目標値ＱＲ_Ｓが予め定められた設定値αだけ増大せしめられ、次いでステップ４０９に進む。
【００７９】
ステップ４０９ではΣＩがクリアされ、同時にＮＨ_３検出フラグがリセットされる。次いでステップ４１０では更新された目標値ＱＲ_Ｓが予め定められた限界値ＱＲｍｉｎ以下であるか否かが判別される。ＱＲ_Ｓ＜ＱＲｍｉｎのときにはステップ４１１に進んでＮＯ_Ｘ吸収剤２３が劣化したことを示す劣化フラグがセットされる。劣化フラグがセットされると例えば警告ランプが点灯される。
【００８０】
次に図１３から図１５を参照しつつ第３実施例について説明する。
この実施例ではＮＯ_Ｘ吸収剤２３へのＮＯ_Ｘ吸収量を推定し、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにした後に再びリッチにするまでのリッチ時間間隔を推定ＮＯ_Ｘ吸収量に基づき制御し、更にこのリッチ時間間隔を検出電流Ｉ_１に基づいて修正すると共に、リッチ時間を検出電流の積算値ΣＩ又は検出電流の最大値Ｉｍａｘのような代表値に基づいて制御するようにしている。
【００８１】
即ち、この第３実施例ではＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収されているＮＯ_Ｘ量を推定するためのＮＯ_Ｘ吸収量推定手段を具備しており、図１３に示されるようにＮＯ_Ｘ吸収量推定手段により推定されたＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸが許容値ＮＯＸｍａｘを越えたときに空燃比をリーンからリッチに一時的に切換えるようにしている。
機関から排出されるＮＯ_Ｘ量は機関の運転状態が定まるとほぼ定まり、従ってＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収されるＮＯ_Ｘ量も機関の運転状態が定まるとほぼ定まる。従ってこの第３実施例では機関の運転状態に応じた単位時間当りのＮＯ_Ｘ吸収剤２３へのＮＯ_Ｘ吸収量ＮＡを予め実験により求めておき、このＮＯ_Ｘ吸収量ＮＡが機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数として図１４に示すようにマップの形で予めＲＯＭ３３内に記憶されている。
【００８２】
この実施例では機関運転時に図１４に示される機関運転状態に応じたＮＯ_Ｘ吸収量ＮＡが積算され、それによってＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収されていると推定されるＮＯ_Ｘ量ΣＮＯＸが算出される。ただし、空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となる運転領域ではＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘが放出されるのでこのような運転領域ではＮＡの値は負となる。
【００８３】
一方、許容値ＮＯＸｍａｘはＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収されているＳＯ_Ｘ量が増大するほど、即ちＮＯ_Ｘ吸収剤２３の吸収能力が低下するほど小さくされる。ところで噴射燃料中には燃料により定まるほぼ一定割合のイオウが含まれており、従ってＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収されるＳＯ_Ｘ量は噴射燃料量ＴＡＵの積算値ΣＴＡＵに比例する。従ってこの第３実施例では図１５に示されるように噴射燃料量の積算値ΣＴＡＵが増大するほど許容値ＮＯＸｍａｘが次第に減少せしめられる。
【００８４】
この第３実施例では基本的には前述したようにＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸが許容値ＮＯＸｍａｘを越えたときに空燃比がリーンからリッチに一時的に切換えられる。この場合、機関運転中には図１５に示されるように許容値ＮＯＸｍａｘは次第に低下する。従ってほぼ同一の運転状態が継続しているときにはリッチ時間間隔が次第に短かくなることがわかる。また、この第３実施例では許容値ＮＯＸｍａｘはリーン運転時にＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘが放出しはじめるときのＮＯ_Ｘ吸収量よりも小さな値に設定されている。従ってこの第３実施例ではリーン運転時にＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘが放出しはじめる前に空燃比がリーンからリッチに切換えられることになる。
【００８５】
しかしながら算出されたＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸが実際のＮＯ_Ｘ吸収量に対してずれを生じている場合にはΣＮＯＸ＜ＮＯＸｍａｘであるにもかかわらずにＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘが放出しはじめることもある。そこでこの第３実施例ではΣＮＯＸ＜ＮＯＸｍａｘであるにもかかわらずＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘが放出しはじめたときには、即ちＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ_１が設定値Ｉ_Ｓを越えたときには空燃比をリーンからリッチに一時的に切換え、許容値ＮＯＸｍａｘを予め定められた量Ｂだけ低下させるようにしている。即ち、この第３実施例では許容値ＮＯＸｍａｘを検出電流Ｉ_１によって修正するようにしている。
【００８６】
図１６および図１７は第３実施例を実行するためのルーチンを示している。
図１６および図１７を参照すると、まず初めにステップ５００において図４（Ｂ）に示すマップから基本燃料噴射量ＴＡＵが算出される。次いでステップ５０１ではＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘを放出すべきことを示すＮＯ_Ｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_Ｘ放出フラグがセットされていないときにはステップ５０２に進んで図１４に示すマップから単位時間当りのＮＯ_Ｘ吸収量ＮＡが算出される。次いでステップ５０３ではこのＮＯ_Ｘ吸収量ＮＡをΣＮＯＸに加算することによってＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収されていると推定されるＮＯ_Ｘ量ΣＮＯＸが算出される。
【００８７】
次いでステップ５０４では最終的な噴射量ＴＡＵＯをΣＴＡＵに加算することによって噴射燃料の積算値ΣＴＡＵが算出される。次いでステップ５０５ではこの積算値ΣＴＡＵに基づいて図１５に示す関係から許容値ＮＯＸｍａｘが算出される。次いでステップ５０６では許容値ＮＯＸｍａｘが修正量ΔＸだけ減少せしめられる。次いでステップ５０７ではＮＯ_Ｘアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ_１が設定値Ｉ_Ｓを越えたか否かが判別される。Ｉ_１ ≦Ｉ_Ｓのときにはステップ５０８に進んでＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸが許容値ＮＯＸｍａｘを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ≦ＮＯＸｍａｘのとき、即ちＮＯ_Ｘ吸収剤２３のＮＯ_Ｘ吸収能力に未だ余裕があるときにはステップ５０９にジャンプする。
【００８８】
ステップ５０９では図４（Ｃ）に示すマップから補正係数Ｋが算出される。次いでステップ５１０では基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。次いでステップ５１１では還元剤の目標値ＱＲ_ＳがＳＯ_Ｘ放出のための設定値ＳＳよりも小さくなったか否かが判別され、ＱＲ_Ｓ ≧ＳＳのときには処理サイクルを完了する。
【００８９】
一方、ステップ５０８においてΣＮＯＸ＞ＮＯＸｍａｘになったと判断されたときにはステップ５１２に進んでＮＯ_Ｘ放出フラグがセットされ、次いでステップ５１３に進んでＮＨ_３検出フラグがセットされる。次いでステップ５０９に進む。また、ステップ５０８においてΣＮＯＸ＞ＮＯＸｍａｘであるか否かが判別される前にステップ５０７においてＩ_１＞Ｉ_Ｓになったと判断されると、即ちＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＮＯ_Ｘが排出しだすとステップ５１４に進んで修正量ΔＸに予め定められた設定値Ｂが加算される。次いでステップ５１２に進んでＮＯ_Ｘ放出フラグがセットされる。従ってこのとき許容値ＮＯＸｍａｘは設定値Ｂだけ減少せしめられる。
【００９０】
ＮＯ_Ｘ放出フラグがセットされると次の処理サイクルではステップ５０１からステップ５１５に進んで図７に示す関係から補正係数Ｋ_Ｒが算出される。次いでステップ５１６では基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋ_Ｒを乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ_Ｒ・ＴＡＵ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。このときリーン空燃比のもとでの成層燃焼又はリーン空燃比のもとでの均一混合気燃焼からリッチ空燃比のもとでの均一混合気燃焼に切換えられ、それによってＮＯ_Ｘ吸収剤２３からのＮＯ_Ｘの放出作用が開始される。
【００９１】
次いでステップ５１７では次式に基づいて燃料噴射一回当りにＮＯ_Ｘ吸収剤２３に供給される還元剤の量ΔＱＲが算出される。
ΔＱＲ＝ＴＡＵ・（Ｋ_Ｒ −１．０）
次いでステップ５１８ではこの還元剤量ΔＱＲをＱＲに加算することによってＮＯ_Ｘ吸収剤２３に供給された還元剤の総量ＱＲが算出される。次いでステップ５１９では還元剤の総量ＱＲが目標値ＱＲ_Ｓを越えたか否かが判別され、ＱＲ≦ＱＲ_Ｓのときにはステップ５１１にジャンプする。これに対してＱＲ＞ＱＲ_Ｓになるとステップ５２０に進んでＮＯ_Ｘ放出フラグがリセットされ、次いでステップ５２１ではＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸおよび還元剤の総量ＱＲがクリアされる。次いでステップ５１１に進む。ＮＯ_Ｘ放出フラグがリセットされると空燃比はリッチからリーンに切換えられる。
【００９２】
一方、ステップ５１１においてＱＲ_Ｓ＜ＳＳになったと判断されたときにはステップ５２２に進んでＮＯ_Ｘ吸収剤２３からＳＯ_Ｘを放出させる処理が行われる。即ち、ＮＯ_Ｘ吸収剤２３の温度をほぼ６００℃以上に維持しつつ空燃比がリッチとされる。ＮＯ_Ｘ吸収剤２３からのＳＯ_Ｘの放出作用が完了するとステップ５２３に進んで予め定められている最大の還元剤総量ＱＲｍａｘが目標値ＱＲ_Ｓとされ、更にΣＴＡＵが零とされる。
【００９３】
なお、この第３実施例では目標値ＱＲ_Ｓは図９、図１０又は図１２に示すルーチンにより算出される。
【００９４】
【発明の効果】
ＮＯ_Ｘ吸収剤からのＮＯ_Ｘ放出制御を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯ_Ｘアンモニアセンサのセンサ部の構造を示す図である。
【図３】ＮＯ_Ｘアンモニアセンサによる検出電流を示す図である。
【図４】基本燃料噴射量、補正係数等を示す図である。
【図５】ＮＯ_Ｘ吸収剤のＮＯ_Ｘ吸放出作用を説明するための図である。
【図６】ＮＯ_Ｘアンモニアセンサの検出電流等を示すタイムチャートである。
【図７】リッチ空燃比とするときの補正係数を示す図である。
【図８】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図９】目標値ＱＲ_Ｓを算出するためのフローチャートである。
【図１０】目標値ＱＲ_Ｓを算出するためのフローチャートである。
【図１１】ＮＯ_Ｘアンモニアセンサの検出電流等を示すタイムチャートである。
【図１２】目標値ＱＲ_Ｓを算出するためのフローチャートである。
【図１３】ＮＯ_Ｘ吸収量と空燃比の変化を示すタイムチャートである。
【図１４】ＮＯ_Ｘ吸収量のマップを示す図である。
【図１５】許容値を示す図である。
【図１６】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図１７】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１１…燃料噴射弁
２３…ＮＯ_Ｘ吸収剤
２９…ＮＯ_Ｘアンモニアセンサ

Claims

流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯ_X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ_X を排気ガス中に含まれる炭化水素からなる還元剤によって放出し還元するＮＯ_X 吸収剤を機関排気通路内に配置し、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ_X がＮＯ_X 吸収剤に吸収され、ＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出すべきときにはＮＯ_X 吸収剤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の排気浄化装置において、ＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出し還元するために使用されなかった余剰の還元剤がアンモニアの形でＮＯ_X 吸収剤から排出され、ＮＯ_X 吸収剤下流の排気通路内にアンモニア濃度を検出しうるセンサを配置して該センサにより検出されたアンモニア濃度の変化から上記余剰の還元剤量を表す代表値を求め、該代表値に対して基準値を予め設定すると共に代表値が基準値よりも大きくなったときにはＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ _X 吸収剤に供給される還元剤の総量を減少させ、代表値が基準値よりも小さくなったときにはＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ _X 吸収剤に供給される還元剤の総量を増大させるようにした内燃機関の排気浄化装置。
上記センサにより検出されたアンモニア濃度の積算値が上記代表値とされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記センサにより検出されたアンモニア濃度の最大値が上記代表値とされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
代表値が基準値よりも大きくなったときにはＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする時間を短かくし、代表値が基準よりも小さくなったときにはＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする時間を長く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。
上記センサは排気ガス中のアンモニア濃度に加えて排気ガス中のＮＯ _X 濃度の検出が可能であり、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに該センサによって検出されたＮＯ _X 濃度が予め定められた設定値を越えたときにＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯ _X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ _X を排気ガス中に含まれる炭化水素からなる還元剤によって放出し還元するＮＯ _X 吸収剤を機関排気通路内に配置し、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ _X がＮＯ _X 吸収剤に吸収され、ＮＯ _X 吸収剤からＮＯ _X を放出すべきときにはＮＯ _X 吸収剤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の排気浄化装置において、ＮＯ _X 吸収剤に吸収されているＮＯ _X 量を推定するためのＮＯ _X 吸収量推定手段を具備し、該ＮＯ _X 吸収量推定手段により推定されたＮＯ _X 吸収量が許容値を越えたときにＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに一時的に切換えられ、ＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ _X 吸収剤からＮＯ _X を放出し還元するために使用されなかった余剰の還元剤がアンモニアの形でＮＯ _X 吸収剤から排出され、ＮＯ _X 吸収剤下流の排気通路内にアンモニア濃度を検出しうるセンサを配置して該センサにより検出されたアンモニア濃度の変化から上記余剰の還元剤量を表す代表値を求め、該センサは排気ガス中のアンモニア濃度に加えて排気ガス中のＮＯ _X 濃度の検出が可能であり、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに該ＮＯ _X 吸収量推定手段により推定されたＮＯ _X 吸収量が該許容値を越えていないのにもかかわらずに該センサによって検出されたＮＯ _X 濃度が予め定められた設定値を越えたときにはＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられる内燃機関の排気浄化装置。
ＮＯ _X 吸収剤のＮＯ _X 吸収能力を推定するためのＮＯ _X 吸収能力推定手段を具備し、該ＮＯ _X 吸収能力推定手段により推定されたＮＯ _X 吸収能力が低下するほど上記許容値が低下せしめられる請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに上記ＮＯ _X 吸収量推定手段により推定されたＮＯ _X 吸収量が上記許容値を越えていないのにもかかわらずに該センサによって検出されたＮＯ _X 濃度が予め定められた設定値を越えたときには上記許容値が低下せしめられる請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記センサにより検出されたアンモニア濃度の積算値が上記代表値とされる請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記センサにより検出されたアンモニア濃度の最大値が上記代表値とされる請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記代表値が増大するほどＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ _X 吸収剤に供給される還元剤の総量を減少させるようにした請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯ _X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ _X を排気ガス中に含まれる炭化水素からなる還元剤によって放出し還元するＮＯ _X 吸収剤を機関排気通路内に配置し、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ _X がＮＯ _X 吸収剤に吸収され、ＮＯ _X 吸収剤からＮＯ _X を放出すべきときにはＮＯ _X 吸収剤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の排気浄化装置において、ＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ _X 吸収剤からＮＯ _X を放出し還元するために使用されなかった余剰の還元剤がアンモニアの形でＮＯ _X 吸収剤から排出され、ＮＯ _X 吸収剤下流の排気通路内にアンモニア濃度を検出しうるセンサを配置して該センサにより検出されたアンモニア濃度の変化から上記余剰の還元剤量を表す代表値を求め、該代表値に基づいてＮＯ _X 吸収剤の劣化度合を検出するようにした内燃機関の排気浄化装置。
ＮＯ _X 吸収剤に供給される還元剤の総量から上記余剰の還元剤量を減算した量が減少するにつれてＮＯ _X 吸収剤の劣化度合が大きくなると判断される請求項１２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
ＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするときにＮＯ _X 吸収剤の劣化度合が大きくなるにつれてリッチの度合が小さくされる請求項１２に記載の内燃機関の排気浄化装置。