JP3598905B2

JP3598905B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3598905B2
Application number: JP26417399A
Authority: JP
Inventors: 俊祐利岡; 信也広田; 孝充浅沼; 伸基大橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2019-09-17
Also published as: JP2001082132A

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】
ディーゼル機関においては機関の低速低負荷運転時、特に機関の暖機運転時には燃焼室内の温度が低くなり、その結果多量の未燃ＨＣが発生する。そこで機関排気通路内に排気制御弁を配置し、機関低速低負荷運転時に排気制御弁を閉弁すると共に燃料噴射量を大巾に増量することにより燃焼室内の温度を高めて噴射燃料を燃焼室内で完全燃焼させ、それによって未燃ＨＣの発生量を抑制するようにしたディーゼル機関が公知である（特開昭４９−８０４１４号公報参照）。
【０００３】
また、機関排気通路内に排気浄化用触媒を配置した場合には触媒温度が十分に高くならないと触媒による良好な排気浄化作用は行われない。そこで機関の出力を発生させるための主燃料の噴射に加え副燃料を膨張行程中に噴射し、副燃料を燃焼させることにより排気ガス温を上昇させ、それによって触媒の温度を上昇させるようにした内燃機関が公知である（特開平８−３０３２９０号公報および特開平１０−２１２９９５号公報参照）。
【０００４】
また、従来より未燃ＨＣを吸着しうる触媒が知られている。この触媒は周囲の圧力が高くなればなるほど未燃ＨＣの吸着量が増大し、周囲の圧力が低くなると吸着した未燃ＨＣを放出する性質を有する。そこでこの性質を利用して触媒から放出された未燃ＨＣによりＮＯ_ｘを還元するために、機関排気通路内にこの触媒を配置すると共に触媒下流の機関排気通路内に排気制御弁を配置し、ＮＯ_ｘの発生量の少ない機関低速低負荷運転時には機関出力の発生のための主燃料に加え少量の副燃料を膨張行程中又は排気行程中に噴射して多量の未燃ＨＣを燃焼室から排出させ、更にこのとき機関の出力低下が許容範囲内に納まるように排気制御弁を比較的に小さな開度まで閉弁することにより排気通路内の圧力を高めて燃焼室から排出される多量の未燃ＨＣを触媒内に吸着させ、ＮＯ_ｘの発生量の多い機関高速又は高負荷運転時には排気制御弁を全開にして排気通路内の圧力を低下させ、このとき触媒から放出される未燃ＨＣによってＮＯ_ｘを還元するようにした内燃機関が公知である（特開平１０−２３８３３６号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
さて、現在ディーゼル機関はもとより火花点火式内燃機関においても機関低負荷運転時、特に機関の暖機運転時に発生する未燃ＨＣの量をいかにして低減するかが大きな問題となっている。そこで本発明者はこの問題を解決すべく実験研究を行い、その結果機関の暖機運転時等において大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減するためには燃焼室内における未燃ＨＣの発生量を低減しかつ同時に排気通路内における未燃ＨＣの低減量を増大しなければならないことが判明したのである。
【０００６】
具体的に言うと、膨張行程中又は排気行程中に燃焼室内に副燃料を追加噴射してこの副燃料を燃焼させ、機関排気ポートの出口からかなり距離を隔てた機関排気通路内に排気制御弁を設けてこの排気制御弁をほぼ全閉させると、これら副燃料の燃焼と排気制御弁による排気絞り作用との相乗効果によって燃焼室内における未燃ＨＣの発生量が低減すると共に排気通路内における未燃ＨＣの低減量が増大し、斯くして大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減しうることが判明したのである。
【０００７】
もう少し詳しく言うと、副燃料が噴射されると副燃料自身が燃焼せしめられるばかりでなく主燃料の燃え残りである未燃ＨＣが燃焼室内で燃焼せしめられる。従って燃焼室内で発生する未燃ＨＣの量が大巾に低減するばかりでなく、主燃料の燃え残りである未燃ＨＣおよび副燃料が燃焼せしめられるので既燃ガス温がかなり高温となる。
【０００８】
一方、排気制御弁がほぼ全閉せしめられると機関の排気ポートから排気制御弁に到る排気通路内の圧力、即ち背圧がかなり高くなる。背圧が高いということは燃焼室内から排出された排気ガス温がさほど低下しないことを意味しており、従って排気ポート内における排気ガス温はかなり高温となっている。一方、背圧が高いということは排気ポート内に排出された排気ガスの流速が遅いことを意味しており、従って排気ガスは高温の状態で排気制御弁上流の排気通路内に長時間に亘って滞留することになる。この間に排気ガス中に含まれる未燃ＨＣが酸化せしめられ、斯くして大気中に排出される未燃ＨＣの量が大巾に低減されることになる。
【０００９】
この場合、もし副燃料を噴射しなかった場合には主燃料の燃え残りの未燃ＨＣがそのまま残存するために燃焼室内において多量の未燃ＨＣが発生する。また副燃料を噴射しなかった場合には燃焼室内の既燃ガス温がさほど高くならないためにこのときたとえ排気制御弁をほぼ全閉させても排気制御弁上流の排気通路内での未燃ＨＣの十分な酸化作用は期待できない。従ってこのときには多量の未燃ＨＣが大気中に排出されることになる。
【００１０】
一方、排気制御弁による排気絞り作用を行わない場合でも副燃料を噴射すれば燃焼室内で発生する未燃ＨＣの発生量は低減し、燃焼室内の既燃ガス温は高くなる。しかしながら排気制御弁による排気絞り作用を行わない場合には燃焼室から排気ガスが排出されるや否や排気ガス圧はただちに低下し、斯くして排気ガス温もただちに低下する。従ってこの場合には排気通路内における未燃ＨＣの酸化作用はほとんど期待できず、斯くしてこのときにも多量の未燃ＨＣが大気中に排出されることになる。
【００１１】
即ち、大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減するためには副燃料を噴射しかつ同時に排気制御弁をほぼ全閉にしなければならないことになる。
前述の特開昭４９−８０４１４号公報に記載されたディーゼル機関では副燃料が噴射されず、主燃料の噴射量が大巾に増大せしめられるので排気ガス温は上昇するが極めて多量の未燃ＨＣが燃焼室内で発生する。このように燃焼室内において極めて多量の未燃ＨＣが発生するとたとえ排気通路内において未燃ＨＣの酸化作用が行われたとしても一部の未燃ＨＣしか酸化されないので多量の未燃ＨＣが大気中に排出されることになる。
【００１２】
一方、前述の特開平８−３０３２９０号公報又は特開平１０−２１２９９５号公報に記載された内燃機関では排気制御弁による排気絞り作用が行われていないので排気通路内における未燃ＨＣの酸化作用はほとんど期待できない。従ってこの内燃機関においても多量の未燃ＨＣが大気中に排出されることになる。
また前述の特開平１０−２３８３３６号公報に記載された内燃機関では機関の出力低下が許容範囲内に納まるように排気制御弁が比較的小さな開度まで閉弁せしめられる。しかしながら機関の出力低下が許容範囲内に納まる程度の排気制御弁の閉弁量では背圧はそれほど高くなっていない。
【００１３】
また、この内燃機関では触媒に吸着すべき未燃ＨＣを発生させるために少量の副燃料が膨張行程中又は排気行程中に噴射される。この場合、副燃料が良好に燃焼せしめられれば未燃ＨＣが発生しなくなるのでこの内燃機関では副燃料が良好に燃焼しないように副燃料の噴射制御を行っているものと考えられる。従ってこの内燃機関では少量の副燃料が既燃ガス温の温度上昇にはさほど寄与していないものと考えられる。
【００１４】
このようにこの内燃機関では多量の未燃ＨＣが燃焼室内において発生せしめられ、しかも背圧はそれほど高くならず既燃ガス温もさほど温度上昇しないと考えられるので排気通路内においても未燃ＨＣはさほど酸化されないものと考えられる。この内燃機関ではできるだけ多量の未燃ＨＣを触媒に吸着させることを目的としており、従ってこのように考えるのが理にかなっていると言える。
【００１５】
ところで前述したように副燃料を噴射しかつ同時に排気制御弁をほぼ全閉にすると大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減することができる。しかしながらこの場合、単に副燃料を噴射しかつ同時に排気制御弁をほぼ全閉にしただけでは大気中に排出されるＮＯ_ｘの量を低減することはできない。
本発明の目的は大気中に排出される未燃ＨＣおよびＮＯ_ｘの量を大巾に低減することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために１番目の発明では、機関排気通路内に排気制御弁を配置すると共に排気制御弁上流の排気通路内に三元触媒を配置し、機関始動後予め定められた期間が経過するまで排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射し、かつ燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比に制御するようにしている。
【００１７】
２番目の発明では１番目の発明において、排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量を増量させるようにしている。
３番目の発明では１番目の発明において、三元触媒下流の機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_ｘを吸収しかつ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収したＮＯ_ｘを放出し還元するＮＯ_ｘ吸収剤を配置し、ＮＯ_ｘ吸収剤が活性化したときに予め定められた期間が経過したと判断される。
【００１８】
４番目の発明では、予め定められた温度よりも低温側ではＮＯ_ｘを吸着し、予め定められた温度よりも高温側では吸着したＮＯ_ｘを放出するＮＯ_ｘ吸着剤と排気制御弁とを機関排気通路内に配置し、機関始動後予め定められた期間が経過するまで排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射し、このとき排気ガス中のＮＯ_ｘをＮＯ_ｘ吸着剤に吸着させるようにしている。
【００１９】
５番目の発明では４番目の発明において、排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量を増量させるようにしている。
６番目の発明では４番目の発明において、ＮＯ_ｘ吸着剤から放出されたＮＯ_ｘが流通する機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_ｘを吸収しかつ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収したＮＯ_ｘを放出し還元するＮＯ_ｘ吸収剤を配置し、ＮＯ_ｘ吸収剤が活性化したときに予め定められた期間が経過したと判断される。
【００２０】
７番目の発明では６番目の発明において、ＮＯ_ｘ吸着剤上流の機関排気通路内に三元触媒を配置し、機関始動後予め定められた期間が経過するまでの間において三元触媒が活性化するまでは燃焼室から排出される排気ガスの空燃比をリーンに維持すると共に三元触媒が活性化した後は燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比に制御するようにしている。
【００２１】
８番目の発明では７番目の発明において、三元触媒とＮＯ_ｘ吸収剤の間の機関排気通路に機関排気通路をバイパスする排気バイパス通路を設けて排気バイパス通路内にＮＯ_ｘ吸着剤を配置し、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比がリーンに維持されているときには排気ガスを排気バイパス通路内に流入させると共に燃焼室から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比に制御されているときには排気バイパス通路内への排気ガスの流入を停止するか又は一部の排気ガスを排気バイパス通路内に流入させる排気ガス流路切換手段を具備している。
【００２２】
９番目の発明では、機関排気通路内に排気制御弁を配置すると共に排気ガスを機関吸気通路内に再循環させるための排気ガス再循環装置を具備し、機関始動後予め定められた期間が経過するまで排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射し、かつ排気ガスを機関吸気通路内に再循環させるようにしている。
【００２３】
１０番目の発明では９番目の発明において、排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量を増量させるようにしている。
１１番目の発明では９番目の発明において、機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_ｘを吸収しかつ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収したＮＯ_ｘを放出し還元するＮＯ_ｘ吸収剤を配置し、ＮＯ_ｘ吸収剤が活性化したときに予め定められた期間が経過したと判断される。
【００２４】
１２番目の発明では９番目の発明において、再循環すべき排気ガスを排気制御弁下流の機関排気通路から取出すようにしている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１および図２は本発明を成層燃焼式内燃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均一リーン空燃比のもとで燃焼が行われる火花点火式内燃機関、および空気過剰のもとで燃焼が行われるディーゼル機関にも適用することができる。
【００２６】
図１を参照すると、１は機関本体を示し、機関本体１は１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３および４番気筒＃４からなる４つの気筒を有する。図２は各気筒＃１，＃２，＃３，＃４の側面断面図を示している。図２を参照すると、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はシリンダヘッド３の内壁面周縁部に配置された燃料噴射弁、７はシリンダヘッド３の内壁面中央部に配置された点火栓、８は吸気弁、９は吸気ポート、１０は排気弁、１１は排気ポートを夫々示す。
【００２７】
図１および図２を参照すると、吸気ポート９は対応する吸気枝管１２を介してサージタンク１３に連結され、サージタンク１３は吸気ダクト１４およびエアフローメータ１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ダクト１４内にはステップモータ１７により駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、図１に示される実施例では点火順序が１−３−４−２とされており、図１に示されるように点火順序が一つおきの気筒＃１，＃４の排気ポート１１は共通の第１の排気マニホルド１９に連結され、点火順序が一つおきの残りの気筒＃２，＃３の排気ポート１１は共通の第２の排気マニホルド２０に連結される。これら第１の排気マニホルド１９と第２の排気マニホルド２０は共通の排気管２１に連結され、排気管２１は更に別の排気管２２に連結される。排気管２２はＮＯ_ｘ吸収剤２３を収容したケーシング２３ａを介して排気管２５に連結され、排気管２５内には負圧ダイアフラム装置又は電気モータからなるアクチュエータ２６により駆動される排気制御弁２４が配置される。なお、図１に示される実施例では第１の排気マニホルド１９の各枝管内および第２の排気マニホルド２０の各枝管内に夫々三元触媒２７が配置される。
【００２８】
一方、排気管２１とサージタンク１３とは排気ガス再循環（以下ＥＧＲと称す）通路２８を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２８内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２９が配置される。燃料噴射弁６は共通の燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３０に連結される。このコモンレール３０内へは燃料タンク３１内の燃料が電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３２を介して供給され、コモンレール３０内に供給された燃料が各燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３０にはコモンレール３０内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３３が取付けられ、燃料圧センサ３３の出力信号に基づいてコモンレール３０内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３２の吐出量が制御される。
【００２９】
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および出力ポート４６を具備する。エアフローメータ１５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、排気管２２内には空燃比センサ３４が配置され、排気管２５内にはＮＯ_ｘ吸収剤２３の温度を検出するための温度センサ３５が取付けられる。これら空燃比センサ３４および温度センサ３５の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５には燃料圧センサ３３の出力信号が対応するＡＤ変換器４７を介して入力される。
【００３０】
また、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏込み量Ｌ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。また、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。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６、点火栓７、スロットル弁制御用ステップモータ１７、排気制御弁制御用アクチュエータ２６、ＥＧＲ制御弁２９および燃料ポンプ３２に接続される。
【００３１】
なお、三元触媒２７は図３に示されるように第１の排気マニホルド１９と排気管２１間、および第２の排気マニホルド２０と排気管２１間に夫々配置することもできる。
図４は燃料噴射量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ（＝Ｑ_１＋Ｑ_２）、噴射開始時期θＳ１，θＳ２、噴射完了時期θＥ１，θＥ２および燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆを示している。なお、図４において横軸Ｌはアクセルペダル５０の踏込み量、即ち要求負荷を示している。
【００３２】
図４からわかるように要求負荷ＬがＬ_１よりも低いときには圧縮行程末期のθＳ２からθＥ２の間において燃料噴射Ｑ２が行われる。このときには平均空燃比Ａ／Ｆはかなりリーンとなっている。要求負荷ＬがＬ_１とＬ_２の間のときには吸気行程初期のθＳ１からθＥ１の間において第１回目の燃料噴射Ｑ１が行われ、次いで圧縮行程末期のθＳ２からθＥ２の間において第２回目の燃料噴射Ｑ２が行われる。このときにも空燃比Ａ／Ｆはリーンとなっている。要求負荷ＬがＬ_２よりも大きいときには吸気行程初期のθＳ１からθＥ１の間において燃料噴射Ｑ１が行われる。このときには要求負荷Ｌが低い領域では平均空燃比Ａ／Ｆがリーンとされており、要求負荷Ｌが高くなると平均空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比とされ、要求負荷Ｌが更に高くなると平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。なお、圧縮行程末期にのみ燃料噴射Ｑ２が行われる運転領域、二回に亘って燃料噴射Ｑ１およびＱ２が行われる運転領域および吸気行程初期にのみ燃料噴射Ｑ１が行われる運転領域は要求負荷Ｌのみにより定まるのではなく、実際には要求負荷Ｌおよび機関回転数により定まる。
【００３３】
図２は要求負荷ＬがＬ_１（図４）よりも小さいとき、即ち圧縮行程末期においてのみ燃料噴射Ｑ２が行われる場合を示している。図２に示されるようにピストン４の頂面上にはキャビティ４ａが形成されており、要求負荷ＬがＬ_１よりも低いときには燃料噴射弁６からキャビティ４ａの底壁面に向けて圧縮行程末期に燃料が噴射される。この燃料はキャビティ４ａの周壁面により案内されて点火栓７に向かい、それによって点火栓７の周りに混合気Ｇが形成される。次いでこの混合気Ｇは点火栓７により着火せしめられる。
【００３４】
一方、前述したように要求負荷ＬがＬ_１とＬ_２との間にあるときには二回に分けて燃料噴射が行われる。この場合、吸気行程初期に行われる第１回目の燃料噴射Ｑ１によって燃焼室５内に稀薄混合気が形成される。次いで圧縮行程末期に行われる第２回目の燃料噴射Ｑ２によって点火栓７周りに最適な濃度の混合気が形成される。この混合気が点火栓７により着火せしめられ、この着火火炎によって稀薄混合気が燃焼せしめられる。
【００３５】
一方、要求負荷ＬがＬ_２よりも大きいときには図４に示されるように燃焼室５内にはリーン又は理論空燃比又はリッチ空燃比の均一混合気が形成され、この均一混合気が点火栓７により着火せしめられる。
ところで、ケーシング２３ａ内に収容されている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。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）の比を排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯ_ｘ吸収剤２３は活性化すると排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_ｘを吸収し、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。なお、ＮＯ_ｘ吸収剤２３上流の排気通路内に燃料（炭化水素）或いは空気が供給されない場合には排気ガスの空燃比は燃焼室５内における空燃比に一致し、従ってこの場合にはＮＯ_ｘ吸収剤２３は燃焼室５内における空燃比がリーンのときにはＮＯ_ｘを吸収し、燃焼室５内における空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯ_ｘを放出することになる。
【００３６】
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は活性化すると実際に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。
【００３７】
図１および図３に示される内燃機関では図４からわかるように通常燃焼室５内における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、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。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。
【００３８】
一方、排気ガスの空燃比がリッチにされると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。
【００３９】
なお、この場合、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。
ところでＮＯ_ｘ吸収剤２３のＮＯ_ｘ吸収能力には限度があり、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。そこで本発明による実施例ではＮＯ_ｘ吸収剤２３に吸収されているＮＯ_ｘ吸収量が予め定められた許容量を越えたと判断されたときには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。
【００４０】
次に図６を参照しつつまず初めに本発明による未燃ＨＣの低減方法について概略的に説明する。なお、図６において横軸はクランク角を示しており、ＢＴＤＣおよびＡＴＤＣは夫々上死点前および上死点後を示している。
図６（Ａ）は本発明による方法によって特に未燃ＨＣを低減する必要のない場合であって要求負荷ＬがＬ_１よりも小さいときの燃料噴射時期を示している。図６（Ａ）に示されるようにこのときには圧縮行程末期に主燃料Ｑｍのみが噴射され、このとき排気制御弁２４は全開状態に保持されている。
【００４１】
これに対し、本発明による方法によって未燃ＨＣを低減する必要がある場合には排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられ、更に図６（Ｂ）に示されるように機関出力を発生させるための主燃料Ｑｍの噴射に加え、膨張行程中に、図６（Ｂ）に示される例では圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）６０°付近において副燃料Ｑａが追加噴射される。なおこの場合、主燃料Ｑｍの燃焼後、副燃料Ｑａを完全に燃焼せしめるのに十分な酸素が燃焼室５内に残存するように主燃料Ｑｍは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。また、図６（Ａ）と図６（Ｂ）とは機関負荷と機関回転数が同一であるときの燃料噴射期間を示しており、従って機関負荷と機関回転数が同一である場合には図６（Ｂ）に示される場合の主燃料Ｑｍの噴射量の方が図６（Ａ）に示される場合の主燃料Ｑｍの噴射量に比べて増量せしめられている。
【００４２】
図７は機関排気通路の各位置における排気ガス中の未燃ＨＣの濃度（ｐｐｍ）の一例を示している。図７に示す例において黒三角は排気制御弁２４を全開にした状態で図６（Ａ）に示す如く圧縮行程末期において主燃料Ｑｍを噴射した場合の排気ポート１１出口における排気ガス中の未燃ＨＣの濃度（ｐｐｍ）を示している。この場合には排気ポート１１出口における排気ガス中の未燃ＨＣの濃度は６０００ｐｐｍ以上の極めて高い値となる。
【００４３】
一方、図７に示す例において黒丸および実線は排気制御弁２４をほぼ全閉とし、図６（Ｂ）に示されるように主燃料Ｑｍおよび副燃料Ｑａを噴射した場合の排気ガス中の未燃ＨＣの濃度（ｐｐｍ）を示している。この場合には排気ポート１１出口における排気ガス中の未燃ＨＣの濃度は２０００ｐｐｍ以下となり、排気制御弁２４の付近においては排気ガス中の未燃ＨＣの濃度は１５０ｐｐｍ以下まで減少する。従ってこの場合には大気中に排出される未燃ＨＣの量が大巾に低減せしめられることがわかる。
【００４４】
このように排気制御弁２４上流の排気通路内において未燃ＨＣが減少するのは未燃ＨＣの酸化反応が促進されているからである。しかしながら図７の黒三角で示されるように排気ポート１１出口における未燃ＨＣの量が多い場合、即ち燃焼室５内での未燃ＨＣの発生量が多い場合にはたとえ排気通路内における未燃ＨＣの酸化反応を促進しても大気中に排出される未燃ＨＣの量はさほど低減しない。即ち、排気通路内における未燃ＨＣの酸化反応を促進することによって大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減しうるのは図７の黒丸で示されるように排気ポート１１出口における未燃ＨＣの濃度が低いとき、即ち燃焼室５内での未燃ＨＣの発生量が少ないときである。
【００４５】
このように大気中に排出される未燃ＨＣの量を低減させるためには燃焼室５内での未燃ＨＣの発生量を低下させかつ排気通路内における未燃ＨＣの酸化反応を促進させるという二つの要求を同時に満たす必要がある。そこでまず初めに２番目の要求、即ち排気通路内における未燃ＨＣの酸化反応を促進させることから説明する。
本発明によれば大気中に排出される未燃ＨＣの量を低減すべきときには排気制御弁２４がほぼ全閉とされる。このように排気制御弁２４がほぼ全閉にされると排気ポート１１内、排気マニホルド１９，２０内、排気管２１，２２内、および排気制御弁２４上流の排気管２５内の圧力、即ち背圧はかなり高くなる。
【００４６】
背圧が高くなるということは燃焼室５内から排気ポート１１内に排気ガスが排出されたときに排気ガスの圧力がさほど低下せず、従って燃焼室５から排出された排気ガス温もさほど低下しないことを意味している。従って排気ポート１１内に排出された排気ガス温はかなり高温に維持されている。一方、背圧が高いということは排気ガスの密度が高いことを意味しており、排気ガスの密度が高いということは排気ポート１１から排気制御弁２４に至る排気通路内における排気ガスの流速が遅いことを意味している。従って排気ポート１１内に排出された排気ガスは高温のもとで長時間に亘り排気制御弁２４上流の排気通路内に滞留することになる。
【００４７】
このように排気ガスが高温のもとで長時間に亘り排気制御弁２４上流の排気通路内に滞留せしめられるとその間に排気ポート１１内、三元触媒２７内および三元触媒２７下流の排気通路内において未燃ＨＣの酸化反応が促進される。この場合、本発明者による実験によると排気制御弁２４上流の排気通路内における未燃ＨＣの酸化反応を促進するためには排気ポート１１出口における排気ガス温をほぼ７５０℃以上、好ましくは８００℃以上にする必要があることが判明している。
【００４８】
また、高温の排気ガスが排気制御弁２４上流の排気通路内に滞留している時間が長くなればなるほど未燃ＨＣの低減量は増大する。この滞留時間は排気制御弁２４の位置が排気ポート１１出口から離れれば離れるほど長くなり、従って排気制御弁２４は排気ポート１１出口から未燃ＨＣを十分に低減するのに必要な距離を隔てて配置する必要がある。排気制御弁２４を排気ポート１１出口から未燃ＨＣを十分に低減するのに必要な距離を隔てて配置すると図７の実線に示されるように未燃ＨＣの濃度は大巾に低減する。
【００４９】
ところで前述したように排気制御弁２４上流の排気通路内における未燃ＨＣの酸化反応を促進するためには排気ポート１１出口における排気ガス温をほぼ７５０℃以上、好ましくは８００℃以上にする必要がある。また、大気中に排出される未燃ＨＣの量を低減するためには前述した１番目の要求を満たさなければならない。即ち燃焼室５内での未燃ＨＣの発生量を低下させる必要がある。そのために本発明では機関出力を発生するための主燃料Ｑｍに加え、主燃料Ｑｍの噴射後に副燃料Ｑａを追加噴射して副燃料Ｑａを燃焼室５内で燃焼せしめるようにしている。
【００５０】
即ち、副燃料Ｑａを燃焼室５内で燃焼せしめると副燃料Ｑａの燃焼時に主燃料Ｑｍの燃え残りである多量の未燃ＨＣが燃焼せしめられる。また、この副燃料Ｑａは高温ガス中に噴射されるので副燃料Ｑａは良好に燃焼せしめられ、従って副燃料Ｑａの燃え残りである未燃ＨＣはさほど発生しなくなる。斯くして最終的に燃焼室５内で発生する未燃ＨＣの量はかなり少なくなる。
【００５１】
また、副燃料Ｑａを燃焼室５内で燃焼せしめると主燃料Ｑｍ自身および副燃料Ｑａ自身の燃焼による発熱に加え、主燃料Ｑｍの燃え残りである未燃ＨＣの燃焼熱が追加的に発生するので燃焼室５内の既燃ガス温はかなり高くなる。このように主燃料Ｑｍに加え副燃料Ｑａを追加噴射して副燃料Ｑａを燃焼させることにより燃焼室５内で発生する未燃ＨＣの量を低減しかつ排気ポート１１出口における排気ガス温を７５０℃以上、好ましくは８００℃以上にすることができる。
【００５２】
このように本発明では副燃料Ｑａを燃焼室５内で燃焼せしめる必要があり、そのためには副燃料Ｑａの燃焼時に燃焼室５内に十分な酸素が残存していることが必要であり、しかも噴射された副燃料Ｑａが燃焼室５内で良好に燃焼せしめられる時期に副燃料Ｑａを噴射する必要がある。
そこで本発明では副燃料Ｑａの燃焼時に燃焼室５内に十分な酸素が残存しうるように主燃料Ｑｍは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。また、図２に示される成層燃焼式内燃機関において噴射された副燃料Ｑａが燃焼室５において良好に燃焼せしめられる噴射時期は図６において矢印Ｚで示される圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）ほぼ５０°からほぼ９０°の膨張行程であり、従って図２に示される成層燃焼式内燃機関においては副燃料Ｑａは圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）ほぼ５０°からほぼ９０°の膨張行程において噴射される。なお、圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）ほぼ５０°からほぼ９０°の膨張行程において噴射された副燃料Ｑａは機関の出力の発生にはさほど寄与しない。
【００５３】
ところで本発明者による実験によると図２に示される成層燃焼式内燃機関では副燃料Ｑａが圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）６０°付近において噴射されたときに大気中に排出される未燃ＨＣの量は最も少なくなる。従って本発明による実施例では図６（Ｂ）に示されるように副燃料Ｑａの噴射時期はほぼ圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）６０°付近とされる。
【００５４】
副燃料Ｑａの最適な噴射時期は機関の型式によって異なり、例えばディーゼル機関では副燃料Ｑａの最適な噴射時期は膨張行程中か又は排気行程中となる。従って本発明では副燃料Ｑａの燃料噴射は膨張行程中又は排気行程中に行われる。一方、燃焼室５内の既燃ガス温は主燃料Ｑｍの燃焼熱と副燃料Ｑａの燃焼熱の双方の影響を受ける。即ち、燃焼室５内の既燃ガス温は主燃料Ｑｍの噴射量が増大するほど高くなり、副燃料Ｑａの噴射量が増大するほど高くなる。更に、燃焼室５内の既燃ガス温は背圧の影響を受ける。即ち、背圧が高くなるほど燃焼室５から既燃ガスが流出しにくくなるために燃焼室５内に残留する既燃ガス量が多くなり、斯くして排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられると燃焼室５内の既燃ガス温が上昇せしめられる。
【００５５】
ところで排気制御弁２４がほぼ閉弁せしめられ、それによって背圧が高くなると機関の発生トルクが最適な要求発生トルクに対して減少する。そこで本発明による実施例では図６（Ｂ）に示されるように排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられたときには図６（Ａ）に示されるように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁２４が全開せしめられた場合の機関の要求発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁２４が全開せしめられた場合に比べて主燃料Ｑｍの噴射量が増量せしめられる。なお、本発明による実施例では排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられたときにはそのときの機関の発生トルクが同一の機関運転状態のもとで排気制御弁２４が全開せしめられた場合の機関の要求発生トルクに一致するように主燃料Ｑｍが増量される。
【００５６】
図８は要求負荷Ｌに対して機関の要求発生トルクを得るのに必要な主燃料Ｑｍの変化を示している。なお、図８において実線は排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられた場合を示しており、破線は排気制御弁２４が全開せしめられた場合を示している。
一方、図９は排気制御弁２４をほぼ全閉せしめた場合において排気ポート１１出口における排気ガス温をほぼ７５０℃からほぼ８００℃にするのに必要な主燃料Ｑｍと副燃料Ｑａの関係を示している。前述したように主燃料Ｑｍを増量しても燃焼室５内の既燃ガス温は高くなり、副燃料Ｑａを増量しても燃焼室５内の既燃ガス温は高くなる。従って排気ポート１１出口における排気ガス温をほぼ７５０℃からほぼ８００℃にするのに必要な主燃料Ｑｍと副燃料Ｑａとの関係は図９に示されるように主燃料Ｑｍを増大すれば副燃料Ｑａは減少し、主燃料Ｑｍを減少すれば副燃料Ｑａは増大する関係となる。
【００５７】
ただし、主燃料Ｑｍおよび副燃料Ｑａを同一量増大した場合には副燃料Ｑａを増量した場合の方が主燃料Ｑｍを増量した場合に比べて燃焼室５内の温度上昇量がはるかに大きくなる。従って燃料消費量の低減という観点からみると副燃料Ｑａを増大させることによって燃焼室５内の既燃ガス温を上昇させることが好ましいと言える。
【００５８】
従って本発明による実施例では排気制御弁２４をほぼ全閉せしめたときに機関の発生トルクを要求発生トルクまで上昇させるのに必要な分だけ主燃料Ｑｍを増量し、主として副燃料Ｑａの燃焼熱によって燃焼室５内の既燃ガス温を上昇させるようにしている。
このように排気制御弁２４をほぼ全閉せしめ、排気ポート１１出口における排気ガスをほぼ７５０℃以上、好ましくはほぼ８００℃以上とするのに必要な量の副燃料Ｑａを噴射すると排気ポート１１から排気制御弁２４に至る排気通路内において未燃ＨＣの濃度を大巾に減少することができる。このとき排気ポート１１から排気制御弁２４に至る排気通路内において図７に示されるように未燃ＨＣの濃度をほぼ１５０ｐ．ｐ．ｍ以下まで低下させるには排気制御弁２４上流の排気通路内の圧力をゲージ圧でもってほぼ８０ＫＰａ程度にする必要がある。このときの排気制御弁２４による排気通路断面積の閉鎖割合はほぼ９５パーセント以上である。従って図１および図３に示される実施例では大気中への未燃ガスの排出量を大巾に低減すべきときには排気制御弁２４による排気通路断面積の閉鎖割合がほぼ９５パーセント以上となるように排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられる。
【００５９】
内燃機関において多量の未燃ＨＣが発生するのは燃焼室５内の温度が低いときである。燃焼室５内の温度が低いときは機関の始動および暖機運転時であり、従って機関の始動および暖機運転時に多量の未燃ＨＣが発生することになる。そこで本発明による実施例では機関の始動および暖機運転時には排気制御弁２４をほぼ全閉せしめ、主燃料Ｑｍを増量すると共に副燃料Ｑａを追加噴射し、それによって大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減せしめるようにしている。
【００６０】
図１０は機関始動および暖機運転時における主燃料Ｑｍの変化の一例および排気制御弁２４の開度を示している。なお、図１０において実線Ｘは排気制御弁２４をほぼ全閉にした場合の最適な主燃料Ｑｍの噴射量を示しており、破線Ｙは排気制御弁２４を全開にした場合の最適な主燃料Ｑｍの噴射量を示している。図１０からわかるように機関始動および暖機運転時には排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられ、同一の機関運転状態のもとで排気制御弁２４が全開せしめられた場合の最適な主燃料Ｑｍの噴射量Ｙよりも主燃料Ｑｍの噴射量Ｘが増量せしめられ、更に副燃料Ｑａが追加噴射される。
【００６１】
ところでこのように排気制御弁２４をほぼ全閉とし、副燃料Ｑａを追加噴射すると機関始動および暖機運転時に大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減することができる。しかしながらこのように排気制御弁２４をほぼ全閉とし、副燃料Ｑａを追加噴射したとしても大気中に排出されるＮＯ_ｘの量を低減することはできない。
【００６２】
即ち、前述したようにＮＯ_ｘ吸収剤２３は活性化すればＮＯ_ｘを吸収する機能を有する。しかしながら機関始動および暖機運転時にはＮＯ_ｘ吸収剤２３は活性化しておらず、従って機関から排出されたＮＯ_ｘはＮＯ_ｘ吸収剤２３に吸収されない。その結果、ＮＯ_ｘは大気中に排出されることになる。
ところが大気中への未燃ＨＣの排出を抑制すべく機関始動および暖機運転時に排気制御弁２４をほぼ全閉にしかつ副燃料を追加噴射すると排気ガス温が極めて高くなり、従って図１に示されるように各排気マニホルド１９，２０の各枝管内に三元触媒２７を配置するとこれら三元触媒２７の少くとも上流端は機関始動後ただちに活性化する。三元触媒２７は活性化すると燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されたときに排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯ_ｘを同時に低減する機能を有し、従ってこのとき燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持すれば三元触媒２７によって未燃ＨＣ，ＣＯばかりでなくＮＯ_ｘも浄化されることになる。
【００６３】
そこで本発明による第１実施例では機関の運転が開始されたときからＮＯ_ｘ吸収剤２３が活性化するまでの間、機関から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持するようにしている。なお、図３に示される実施例では三元触媒２７が活性化するまで時間を要するので機関始動後三元触媒２７が活性化するまでの間はＮＯ_ｘの浄化作用はほとんど行われない。
【００６４】
ところで燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比は種々の方法によって理論空燃比に維持することができる。即ち、主燃料Ｑｍの噴射量を制御することにより排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持することもできるし、副燃料Ｑａの噴射量を制御することにより排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持することもできるし、スロットル弁１８により吸入空気量を制御することによっても排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持することができる。
【００６５】
なお、以下に説明する実施例では副燃料Ｑａの噴射量を制御することにより排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持するようにしている。この場合、排気ガスの空燃比を理論空燃比とするのに必要な副燃料の目標噴射量Ｑａ_０が要求負荷および機関回転数の関数として予め記憶されており、空燃比センサ３４の出力信号に基づいて排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように目標噴射量Ｑａ_０が補正される。この場合の副燃料の目標噴射量Ｑａ_０の変化が図１１に示されている。
【００６６】
次に図１２を参照しつつ機関の運転制御ルーチンについて説明する。
図１２を参照するとまず初めにステップ１００において暖機運転中であるか否かが判別される。暖機運転中であるときにはステップ１０１に進んで温度センサ３５の出力信号に基づきＮＯ_ｘ吸収剤２３の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ_０を越えたか否かが判別される。Ｔｃ≦Ｔｃ_０のときにはステップ１０２に進んで排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられ、次いでステップ１０３では主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。即ち、主燃料Ｑｍの噴射量が図１０に示されるＸとされる。
【００６７】
次いでステップ１０４では副燃料の目標噴射量Ｑａ_０が算出される。次いでステップ１０５では空燃比センサ３４により検出された排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（Ａ／Ｆ）ｓｔよりも大きいか否かが判別される。Ａ／Ｆ＞（Ａ／Ｆ）ｓｔのときにはステップ１０６に進んで副燃料の補正量ΔＱに一定値αが加算される。これに対してＡ／Ｆ≦（Ａ／Ｆ）ｓｔのときにはステップ１０７に進んで副燃料の補正量ΔＱから一定値αが減算される。次いでステップ１０８では目標噴射量Ｑａ_０に補正量ΔＱを加算することによって最終的な副燃料の噴射量Ｑａが算出される。このようにして排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（Ａ／Ｆ）ｓｔに維持される。
【００６８】
一方、ステップ１００において暖機運転が完了したと判断されたとき、又は暖機運転中であってもステップ１０１においてＴｃ＞Ｔｃ_０、即ちＮＯ_ｘ吸収剤２３が活性化したと判断されたときにはステップ１０９に進んで排気制御弁２４が全開せしめられ、次いでステップ１１０において主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。このとき副燃料Ｑａは噴射されない。次いでステップ１１１ではＮＯ_ｘ吸収剤２３のＮＯ_ｘ吸収量が許容量を越えたときにＮＯ_ｘ吸収剤２３からのＮＯ_ｘ放出処理が行われる。
【００６９】
図１３に第２実施例を示す。この実施例では図１３に示されるように三元触媒２７の下流であってＮＯ_Ｘ吸収剤２３のすぐ上流にＮＯ_Ｘ吸着剤６０が配置される。このＮＯ_Ｘ吸着剤６０は例えばゼオライト、アルミナＡｌ_２Ｏ_３、シリカアルミナＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３、活性炭、チタニアＴｉＯ_２のような多孔質担体上に白金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、または銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉのような遷移金属が担持されている。このＮＯ_Ｘ吸着剤６０はＮＯ_Ｘ吸着剤６０の温度が一定温度、例えば１５０℃以下のときにはＮＯ_Ｘを吸着し、１５０℃以上になると吸着したＮＯ_Ｘを放出する。また、この実施例では三元触媒２７の温度を検出するための温度センサ６１が設けられている。
【００７０】
この実施例でも機関の運転が開始されると排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられ、副燃料Ｑａが追加噴射されるがこの実施例では機関始動後三元触媒２７が活性化するまでの間、燃焼室５内での未燃ＨＣの発生をできる限り抑制するために副燃料Ｑａも空気過剰のもとで燃焼せしめられる。従ってこの間、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比はリーンとなる。このとき発生するＮＯ_ＸはＮＯ_Ｘ吸着剤６０に吸着される。
【００７１】
次いで三元触媒２７が活性化するとＮＯ_Ｘ吸収剤２３が活性化するまでの間、排気ガスの空燃比が理論空燃比とされ、それによって排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯに加えＮＯ_Ｘも三元触媒２７によって浄化される。一方、排気ガスの空燃比が理論空燃比にされると排気ガス温が上昇するためにＮＯ_Ｘ吸収剤２３の暖機が促進され、それによってＮＯ_Ｘ吸収剤２３は次第にＮＯ_Ｘを吸収するようになる。このときＮＯ_Ｘ吸着剤６０の温度も次第に増大し、ＮＯ_Ｘ吸着剤６０の温度が１５０℃を超えるとＮＯ_Ｘ吸着剤６０からＮＯ_Ｘが放出される。このとき上述した如くＮＯ_Ｘ吸収剤２３は次第にＮＯ_Ｘを吸収するようになっているのでＮＯ_Ｘ吸着剤６０から放出された一部のＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸収剤２３に吸収される。従って大気中へのＮＯ_Ｘの排出量はいくらか低減される。なお、この場合、ＮＯ_Ｘ吸着剤６０に三元触媒の機能をもたせておくとＮＯ_ＸはＮＯ_Ｘ吸着剤６０から放出される際に還元され、斯くして大気中へのＮＯ_Ｘの排出量を低減することができる。
【００７２】
次に図１４を参照しつつ機関の運転制御ルーチンについて説明する。
図１４を参照するとまず初めにステップ２００において暖機運転中であるか否かが判別される。暖機運転中であるときにはステップ２０１に進んで温度センサ３５の出力信号に基づきＮＯ_ｘ吸収剤２３の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ_０を越えたか否かが判別される。Ｔｃ≦Ｔｃ_０のときにはステップ２０２に進んで排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられ、次いでステップ２０３では主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。即ち、主燃料Ｑｍの噴射量が図１０に示されるＸとされる。
【００７３】
次いでステップ２０４では温度センサ６１の出力信号に基づき三元触媒２７の温度Ｔｂが活性化温度Ｔｂ_０を越えたか否かが判別される。Ｔｂ≦Ｔｂ_０のときにはステップ２０５に進んで副燃料Ｑａの噴射制御が行われる。このとき副燃料Ｑａは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。
一方、Ｔｂ＞Ｔｂ_０になると、即ち三元触媒２７が活性化するとステップ２０６に進んで副燃料の目標噴射量Ｑａ_０が算出される。次いでステップ２０７では空燃比センサ３４により検出された排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（Ａ／Ｆ）ｓｔよりも大きいか否かが判別される。Ａ／Ｆ＞（Ａ／Ｆ）ｓｔのときにはステップ２０８に進んで副燃料の補正量ΔＱに一定値αが加算される。これに対してＡ／Ｆ≦（Ａ／Ｆ）ｓｔのときにはステップ２０９に進んで副燃料の補正量ΔＱから一定値αが減算される。次いでステップ２１０では目標噴射量Ｑａ_０に補正量ΔＱを加算することによって最終的な副燃料の噴射量Ｑａが算出される。このようにして排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（Ａ／Ｆ）ｓｔに維持される。
【００７４】
一方、ステップ２００において暖機運転が完了したと判断されたとき、又は暖機運転中であってもステップ２０１においてＴｃ＞Ｔｃ_０、即ちＮＯ_ｘ吸収剤２３が活性化したと判断されたときにはステップ２１１に進んで排気制御弁２４が全開せしめられ、次いでステップ２１２において主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。このとき副燃料Ｑａは噴射されない。次いでステップ２１３ではＮＯ_ｘ吸収剤２３のＮＯ_ｘ吸収量が許容量を越えたときにＮＯ_ｘ吸収剤２３からのＮＯ_ｘ放出処理が行われる。
【００７５】
図１５に第３実施例を示す。この実施例では外側ハウジング６２内に主排気管６４が配置され、外側ハウジング６２と主排気管６４との間に円筒状隔壁６３が配置される。円筒状隔壁６３の上流端と下流端は外側ハウジング６２から間隔を隔てて配置されており、円筒状隔壁６３の外周面と外側ハウジング６２の内周面間には環状をなすＮＯ_ｘ吸着剤６０が配置される。一方、円筒状隔壁６３は主排気管６４よりも上流側まで延びており、円筒状隔壁６３の上流端にはアクチュエータ６５により駆動される流路切換弁６６が配置される。
【００７６】
流路切換弁６６が破線で示すように全開すると排気管２１から流出した排気ガスは主排気管６４内に流入する。これに対して流路切換弁６６が実線で示すように全閉せしめられると排気管２１から流出した排気ガスは外側ハウジング６２と円筒状隔壁６３の間、即ちＮＯ_ｘ吸着剤６０内を下流方向に向けて流れ、次いで円筒状隔壁６３と主排気管６４の間を上流方向に向けて流れ、次いで主排気管６４内に流入する。即ち、外側ハウジング６２と円筒状隔壁６３間の環状通路および円筒状隔壁６３と主排気管６４間の環状通路は排気バイパス通路６７を形成している。
【００７７】
この実施例でも機関の運転が開始されると排気制御弁２４はほぼ全閉せしめられ、追加噴射された副燃料Ｑａが空気過剰のもとで燃焼せしめられる。更にこの実施例では機関の運転が開始されると図１５において実線で示すように流路切換弁６６が全閉せしめられる。従ってこのとき排気ガスは排気バイパス通路６７内を流れ、斯くして排気ガス中のＮＯ_ｘがＮＯ_ｘ吸着剤６０に吸着される。
【００７８】
次いで三元触媒２７が活性化すると流路切換弁６６が図１５において破線で示されるように全開し、更に燃焼室５から排出される空燃比が理論空燃比に制御される。このときほとんど全部の排気ガスは排気バイパス通路６７を通ることなく排気管２１から直接主排気管６４内に流入し、この排気ガスによってＮＯ_ｘ吸収剤２３がすみやかに暖機される。このとき排気バイパス通路６７内の排気ガスが主排気管６４内に吸出されるがＮＯ_ｘ吸着剤６０は外気による冷却作用によってまださほど温度上昇しておらず、従ってこのときＮＯ_ｘ吸着剤６０からはＮＯ_ｘが放出されない。
【００７９】
次いでＮＯ_ｘ吸収剤２３が活性化すると排気制御弁２４は全開せしめられ、副燃料Ｑａの噴射が停止される。一方、ＮＯ_ｘ吸収剤２３が活性化するころにはＮＯ_ｘ吸着剤６０の温度も高くなって１５０℃以上となり、斯くして主排気管６４内に吸出される排気ガス中にＮＯ_ｘが放出される。このＮＯ_ｘはＮＯ_ｘ吸収剤２３に吸収される。従ってこの実施例では大気中にＮＯ_ｘがほとんど排出されない。
【００８０】
次に図１６を参照しつつ機関の運転制御ルーチンについて説明する。
図１６を参照するとまず初めにステップ３００において暖機運転中であるか否かが判別される。暖機運転中であるときにはステップ３０１に進んで温度センサ３５の出力信号に基づきＮＯ_ｘ吸収剤２３の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ_０を越えたか否かが判別される。Ｔｃ≦Ｔｃ_０のときにはステップ３０２に進んで排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられ、次いでステップ３０３では主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。即ち、主燃料Ｑｍの噴射量が図１０に示されるＸとされる。
【００８１】
次いでステップ３０４では温度センサ６１の出力信号に基づき三元触媒２７の温度Ｔｂが活性化温度Ｔｂ_０を越えたか否かが判別される。Ｔｂ＜Ｔｂ_０のときにはステップ３０５に進んで流路切換弁６６が図１５において実線で示すように全閉せしめられる。次いでステップ３０６では副燃料Ｑａの噴射制御が行われる。このとき副燃料Ｑａは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。
【００８２】
一方、ステップ３０４においてＴｂ＞Ｔｂ_０であると判別されると、即ち三元触媒２７が活性化するとステップ３０７に進んで流路切換弁６６が図１５において破線で示されるように全開せしめられる。次いでステップ３０８では副燃料の目標噴射量Ｑａ_０が算出される。次いでステップ３０９では空燃比センサ３４により検出された排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（Ａ／Ｆ）ｓｔよりも大きいか否かが判別される。Ａ／Ｆ＞（Ａ／Ｆ）ｓｔのときにはステップ３１０に進んで副燃料の補正量ΔＱに一定値αが加算される。これに対してＡ／Ｆ≦（Ａ／Ｆ）ｓｔのときにはステップ３１１に進んで副燃料の補正量ΔＱから一定値αが減算される。次いでステップ３１２では目標噴射量Ｑａ_０に補正量ΔＱを加算することによって最終的な副燃料の噴射量Ｑａが算出される。このようにして排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（Ａ／Ｆ）ｓｔに維持される。
【００８３】
一方、ステップ３００において暖機運転が完了したと判断されたとき、又は暖機運転中であってもステップ３０１においてＴｃ＞Ｔｃ_０、即ちＮＯ_ｘ吸収剤２３が活性化したと判断されたときにはステップ３１３に進んで排気制御弁２４が全開せしめられ、次いでステップ３１４において主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。このとき副燃料Ｑａは噴射されない。次いでステップ３１５ではＮＯ_ｘ吸収剤２３のＮＯ_ｘ吸収量が許容量を越えたときにＮＯ_ｘ吸収剤２３からのＮＯ_ｘ放出処理が行われる。
【００８４】
図１７に第４実施例を示す。この実施例ではＮＯ_ｘ吸収剤２３の上流において排気管２２から分岐されかつこの分岐部の下流において再び排気管２２内に合流する排気バイパス通路７０が設けられ、この排気バイパス通路７０内にＮＯ_ｘ吸着剤６０が配置される。排気管２２からの排気バイパス通路７０の分岐部にはアクチュエータ７２によって駆動される流路切換弁７１が配置される。
【００８５】
この実施例でも機関の運転が開始されると排気制御弁２４はほぼ全閉せしめられ、追加噴射された副燃料Ｑａが空気過剰のもとで燃焼せしめられる。更にこの実施例では機関の運転が開始されると図１７において実線で示すように流路切換弁７１が排気管２２を全閉し、排気バイパス通路７０の入口部を全開する。従ってこのとき排気ガスは排気バイパス通路７０内を流れ、斯くして排気ガス中のＮＯ_ｘがＮＯ_ｘ吸着剤６０に吸着される。
【００８６】
次いで三元触媒２７が活性化すると流路切換弁７１が図１７において破線Ｓ１で示すように排気管２２を全開にすると共に排気バイパス通路７０の入口部を閉鎖し、更に燃焼室５から排出される空燃比が理論空燃比に制御される。このとき全排気ガスは排気バイパス通路７０を通ることなく排気管２２を経て直接ＮＯ_ｘ吸収剤２３内に流入し、それによりＮＯ_ｘ吸収剤２３がすみやかに暖機される。
【００８７】
次いでＮＯ_ｘ吸収剤２３が活性化すると排気制御弁２４は全開せしめられ、副燃料Ｑａの噴射が停止される。一方、ＮＯ_ｘ吸収剤２３が活性化するころにはＮＯ_ｘ吸着剤６０の温度も高くなって１５０℃以上となり、斯くしてＮＯ_ｘ吸着剤６０からＮＯ_ｘが放出される。この場合、ＮＯ_ｘ吸着剤６０から放出されたＮＯ_ｘをＮＯ_ｘ吸収剤２３内に吸収するために流路切換弁７１が一時的に図１７の実線に示す位置に保持されるか、又は図１７の破線Ｓ２で示す位置に保持される。流路切換弁７１が一時的に実線で示す位置に保持されるとこの間にＮＯ_ｘ吸着剤６０に吸着されている全ＮＯ_ｘが放出され、流路切換弁６１が破線Ｓ２で示す位置に保持されるとＮＯ_ｘ吸着剤６０から少しずつＮＯ_ｘが放出される。
【００８８】
一方、前述したように機関始動後三元触媒２７が活性化するまでは全排気ガスが排気バイパス通路７０内に送り込まれる。このときＮＯ_ｘ吸着剤６０の温度が高くなるとＮＯ_ｘが吸着されなくなり、ＮＯ_ｘ吸着剤６０からＮＯ_ｘが放出されるようになる。従って機関始動後三元触媒２７が活性化するまではＮＯ_ｘ吸着剤６０の温度は低く維持することが好ましく、そのために図１８に示される例ではＮＯ_ｘ吸着剤６０上流の排気バイパス通路７０の長さを長くしたり、或いは排気バイパス通路７０の周りに冷却フィン７３を設けてＮＯ_ｘ吸着剤６０に流入する排気ガスを低下させるようにしている。
【００８９】
次に図１９を参照しつつ機関の運転制御ルーチンについて説明する。
図１９を参照するとまず初めにステップ４００において暖機運転中であるか否かが判別される。暖機運転中であるときにはステップ４０１に進んで温度センサ３５の出力信号に基づきＮＯ_ｘ吸収剤２３の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ_０を越えたか否かが判別される。Ｔｃ≦Ｔｃ_０のときにはステップ４０２に進んで排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられ、次いでステップ４０３では主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。即ち、主燃料Ｑｍの噴射量が図１０に示されるＸとされる。
【００９０】
次いでステップ４０４では温度センサ６１の出力信号に基づき三元触媒２７の温度Ｔｂが活性化温度Ｔｂ_０を越えたか否かが判別される。Ｔｂ＜Ｔｂ_０のときにはステップ４０５に進んで流路切換弁７１が図１７において実線で示す位置に保持される。次いでステップ４０６では副燃料Ｑａの噴射制御が行われる。このとき副燃料Ｑａは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。
【００９１】
一方、ステップ４０４においてＴｂ＞Ｔｂ_０であると判別されると、即ち三元触媒２７が活性化するとステップ４０７に進んで流路切換弁６６が図１７において破線Ｓ１で示される位置に回動せしめられる。次いでステップ４０８では副燃料の目標噴射量Ｑａ_０が算出される。次いでステップ４０９では空燃比センサ３４により検出された排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（Ａ／Ｆ）ｓｔよりも大きいか否かが判別される。Ａ／Ｆ＞（Ａ／Ｆ）ｓｔのときにはステップ４１０に進んで副燃料の補正量ΔＱに一定値αが加算される。これに対してＡ／Ｆ≦（Ａ／Ｆ）ｓｔのときにはステップ４１１に進んで副燃料の補正量ΔＱから一定値αが減算される。次いでステップ４１２では目標噴射量Ｑａ_０に補正量ΔＱを加算することによって最終的な副燃料の噴射量Ｑａが算出される。このようにして排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（Ａ／Ｆ）ｓｔに維持される。
【００９２】
一方、ステップ４００において暖機運転が完了したと判断されたとき、又は暖機運転中であってもステップ４０１においてＴｃ＞Ｔｃ_０、即ちＮＯ_ｘ吸収剤２３が活性化したと判断されたときにはステップ４１３に進んで排気制御弁２４が全開せしめられ、次いでステップ４１４において主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。このとき副燃料Ｑａは噴射されない。次いでステップ４１５ではＮＯ_ｘ吸着剤６０から放出されたＮＯ_ｘをＮＯ_ｘ吸収剤２３内に吸収するために流路切換弁７１が一時的に図１７の実線に示す位置に保持されるか、又は図１７の破線Ｓ２で示す位置に保持される。次いでステップ４１６ではＮＯ_ｘ吸収剤２３のＮＯ_ｘ吸収量が許容量を越えたときにＮＯ_ｘ吸収剤２３からのＮＯ_ｘ放出処理が行われる。
【００９３】
次に第５実施例について説明する。この実施例でも機関始動後ＮＯ_ｘ吸収剤２３が活性化するまで排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられ、副燃料Ｑａが追加噴射されるがこの実施例では更にＥＧＲガスがサージタンク１３内に供給される。このときのＥＧＲガス量はＮＯ_ｘを低減するのに最適な量とされる。なお、この場合、図２０に示すようにＥＧＲガスの取出口２８ａを排気制御弁２４下流の排気管２２内に設けることもできる。この場合にはＥＧＲガスの取出口２８ａに加わる圧力が低くなるためにＥＧＲガス量を精度よく制御しやすくなる。
【００９４】
次に図２１を参照しつつ機関の運転制御ルーチンについて説明する。
図２１を参照するとまず初めにステップ５００において暖機運転中であるか否かが判別される。暖機運転中であるときにはステップ５０１に進んで温度センサ３５の出力信号に基づきＮＯ_ｘ吸収剤２３の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ_０を越えたか否かが判別される。Ｔｃ≦Ｔｃ_０のときにはステップ５０２に進んで排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられ、次いでステップ５０３では主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。即ち、主燃料Ｑｍの噴射量が図１０に示されるＸとされる。次いでステップ５０４では副燃料の噴射制御が行われる。このとき副燃料Ｑａは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。次いでステップ５０５ではＮＯ_ｘを低減するのに最適なＥＧＲガス量となるようにＥＧＲ制御弁２９の開度が制御される。
【００９５】
一方、ステップ５００において暖機運転が完了したと判断されたとき、又は暖機運転中であってもステップ５０１においてＴｃ＞Ｔｃ_０、即ちＮＯ_ｘ吸収剤２３が活性化したと判断されたときにはステップ５０６に進んで排気制御弁２４が全開せしめられ、次いでステップ５０７において主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。このとき副燃料Ｑａは噴射されない。次いでステップ５０８ではＥＧＲ制御弁２９の開度が予め定められている目標開度に制御される。次いでステップ５０９ではＮＯ_ｘ吸収剤２３のＮＯ_ｘ吸収量が許容量を越えたときにＮＯ_ｘ吸収剤２３からのＮＯ_ｘ放出処理が行われる。
【００９６】
【発明の効果】
機関暖機運転時に大気中に排出される未燃ＨＣおよびＮＯ_ｘの量を大巾に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】燃焼室の側面断面図である。
【図３】内燃機関の別の例を示す全体図である。
【図４】噴射量、噴射時期および空燃比を示す図である。
【図５】ＮＯ_ｘの吸放出作用を説明するための図である。
【図６】噴射時期を示す図である。
【図７】未燃ＨＣの濃度を示す図である。
【図８】主燃料の噴射量を示す図である。
【図９】主燃料の噴射量と副燃料の噴射量との関係を示す図である。
【図１０】主燃料の噴射量と排気制御弁の開度を示す図である。
【図１１】主燃料および副燃料の噴射量を示す図である。
【図１２】運転制御を行うためのフローチャートである。
【図１３】内燃機関の第２実施例を示す全体図である。
【図１４】運転制御を行うためのフローチャートである。
【図１５】内燃機関の第３実施例を示す全体図である。
【図１６】運転制御を行うためのフローチャートである。
【図１７】内燃機関の第４実施例を示す全体図である。
【図１８】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。
【図１９】運転制御を行うためのフローチャートである。
【図２０】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。
【図２１】運転制御を行うためのフローチャートである。
【符号の説明】
６…燃料噴射弁
２３…ＮＯ_ｘ吸収剤
２４…排気制御弁
２７…三元触媒

Claims

機関排気通路内に排気制御弁を配置すると共に排気制御弁上流の排気通路内に三元触媒を配置し、機関始動後予め定められた期間が経過するまで排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射し、かつ燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比に制御するようにした内燃機関の排気浄化装置。
排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量を増量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。
三元触媒下流の機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_ｘを吸収しかつ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収したＮＯ_ｘを放出し還元するＮＯ_ｘ吸収剤を配置し、ＮＯ_ｘ吸収剤が活性化したときに上記予め定められた期間が経過したと判断される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
予め定められた温度よりも低温側ではＮＯ_ｘを吸着し、予め定められた温度よりも高温側では吸着したＮＯ_ｘを放出するＮＯ_ｘ吸着剤と排気制御弁とを機関排気通路内に配置し、機関始動後予め定められた期間が経過するまで排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射し、このとき排気ガス中のＮＯ_ｘをＮＯ_ｘ吸着剤に吸着させるようにした内燃機関の排気浄化装置。
排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量を増量させ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。
ＮＯ_ｘ吸着剤から放出されたＮＯ_ｘが流通する機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_ｘを吸収しかつ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収したＮＯ_ｘを放出し還元するＮＯ_ｘ吸収剤を配置し、ＮＯ_ｘ吸収剤が活性化したときに上記予め定められた期間が経過したと判断される請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
ＮＯ_ｘ吸着剤上流の機関排気通路内に三元触媒を配置し、機関始動後上記予め定められた期間が経過するまでの間において三元触媒が活性化するまでは燃焼室から排出される排気ガスの空燃比をリーンに維持すると共に三元触媒が活性化した後は燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比に制御す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。
三元触媒とＮＯ_ｘ吸収剤の間の機関排気通路に該機関排気通路をバイパスする排気バイパス通路を設けて該排気バイパス通路内に上記ＮＯ_ｘ吸着剤を配置し、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比がリーンに維持されているときには排気ガスを排気バイパス通路内に流入させると共に燃焼室から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比に制御されているときには排気バイパス通路内への排気ガスの流入を停止するか又は一部の排気ガスを排気バイパス通路内に流入させる排気ガス流路切換手段を具備した請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
機関排気通路内に排気制御弁を配置すると共に排気ガスを機関吸気通路内に再循環させるための排気ガス再循環装置を具備し、機関始動後予め定められた期間が経過するまで排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射し、かつ排気ガスを機関吸気通路内に再循環させるようにした内燃機関の排気浄化装置。
排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量を増量させるようにした請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_ｘを吸収しかつ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収したＮＯ_ｘを放出し還元するＮＯ_ｘ吸収剤を配置し、ＮＯ_ｘ吸収剤が活性化したときに上記予め定められた期間が経過したと判断される請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
再循環すべき排気ガスを排気制御弁下流の機関排気通路から取出すようにした請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。