JP3702544B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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】
各気筒の燃焼室内における混合気の空燃比を機関空燃比と称すれば、従来より、各気筒に接続された排気通路内に三元触媒を配置し、各気筒の機関空燃比を理論空燃比またはリッチに制御する多気筒内燃機関の排気浄化装置が知られている。機関空燃比がリーンであるときの排気が三元触媒に流入すると三元触媒は排気中の窒素酸化物ＮＯ_X を良好に浄化できずにＮＯ_X が大気中に放出されてしまう。そこで、この排気浄化装置では機関空燃比を理論空燃比またはリッチにして三元触媒においてＮＯ_X ができるだけ良好に浄化されるようにしている。
【０００３】
一方、各気筒の機関空燃比をできるだけリーンにして燃料消費率をできるだけ低減するのが望ましい。ところが上述の排気浄化装置においてリーン運転を行うと上述したようにＮＯ_X を良好に浄化できない。そこで、排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室および吸気通路内に供給された全燃料量に対する全空気量の比をその位置を流通する排気の排気空燃比と称すれば、多気筒内燃機関の気筒が第１および第２の気筒群に分割されており、第１の気筒群に接続された第１の排気通路内に流入する排気の排気空燃比がリッチのときに流入する排気中のＮＯ_X からＮＨ₃ を生成する三元触媒を配置し、三元触媒下流の第１の排気通路と、第２の気筒群に接続された第２の排気通路とを合流させる合流排気通路内に流入する排気中のＮＯ_X とＮＨ₃ とを浄化する排気浄化触媒を配置し、第１の気筒群にリッチ運転を行わせ、第２の気筒群にリーン運転を行わせる排気浄化装置が公知である（特開平４−３６５９２０号公報参照）。この排気浄化装置では、できるだけ多くの気筒にリーン運転を行わせることにより燃料消費率ができるだけ低減されるようにする一方、リッチ運転が行われる気筒の排気を三元触媒に導いてＮＨ₃ を生成し、リーン運転が行われる気筒において発生したＮＯ_X とこのＮＨ₃ とを排気浄化触媒において反応させることによりＮＯ_X ができるだけ浄化されるようにしている。
【０００４】
ところが、第１の気筒群と第２の気筒群とは共通の出力軸を備えているのでこのように第１の気筒群にリッチ運転を行わせ、第２の気筒群にリーン運転を行わせるようにするとトルク変動が大きくなってしまう。特に、内燃機関が自動車などの車両に適用された場合にはこの大きなトルク変動が車両の運転者に不快感を与える恐れがある。
【０００５】
一方、各気筒群の出力トルクをほぼ同じにすればトルク変動を低減できる。しかしながら、リッチ運転が行われる第１の気筒群の出力トルクと、リーン運転が行われる第２の気筒群の出力トルクをほぼ同じにするためには各気筒群の燃料噴射量、点火時期、などの複雑な制御が要求される。
この欠点を解決するために、第１および第２の気筒群にリーン運転を行わせ、追加の内燃機関を設けてこの追加の内燃機関にリッチ運転を行わせると共にこの追加の内燃機関の排気を三元触媒上流の第１の排気通路内に供給して三元触媒に流入する排気の排気空燃比がリッチとなるようにした内燃機関の排気浄化装置が知られている（特開平８−４５２２号公報参照）。この排気浄化装置では、追加の内燃機関にリッチ運転を行わせることによって三元触媒に流入する排気の排気空燃比がリッチとなるようにしており、このため多気筒内燃機関の第１および第２の気筒群においてトルク変動が生ずるのが阻止されている。なお、追加の内燃機関の出力は例えばエアコンなどの補機を駆動するために用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、排気浄化触媒に流入するＮＯ_X 量は多気筒内燃機関の運転状態に応じて定まり、排気浄化触媒に流入するＮＨ₃ 量は追加の内燃機関の運転状態に応じて定まる。このため、多気筒内燃機関の運転状態が変動し或いは追加の内燃機関の運転状態が変動すると排気浄化触媒に流入するＮＯ_X に対しＮＨ₃ が過剰となり或いは不足する恐れがある。すなわち、排気浄化触媒においてＮＯ_X に対しＮＨ₃ が過剰となると過剰のＮＨ₃ が排気浄化触媒から浄化されることなく排出され、ＮＨ₃ が不足するとＮＯ_X が排気浄化触媒から浄化されることなく排出されるという問題点がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、多気筒内燃機関の気筒が第１および第２の気筒群に分割されており、第１の気筒群に接続された第１の排気通路内に、流入する排気の排気空燃比がリッチのときに流入する排気中のＮＯ_X の少なくとも一部からＮＨ₃ を生成し、流入する排気の排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のＮＯ_X を通過させるＮＨ₃ 生成触媒を配置し、このＮＨ₃ 生成触媒下流の第１の排気通路と、第２の気筒群に接続された第２の排気通路とを合流させる合流排気通路内に、流入する排気中のＮＯ_X とＮＨ₃ とを浄化する排気浄化触媒を配置し、第１および第２の気筒群にリーン運転を行わせ、上記多気筒内燃機関と異なるリッチ排気生成手段であってＮＨ₃ 生成触媒上流の第１の排気通路内に還元剤を供給することによりＮＨ₃ 生成触媒に流入する排気の排気空燃比がリッチとなるようにするリッチ排気生成手段を具備した内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒に流入するＮＨ₃ 量またはＮＯ_X 量を求めてこのＮＨ₃ 量またはＮＯ_X 量に応じリッチ排気生成手段を制御することにより第１の排気通路内に供給される還元剤量を制御し、それによって排気浄化触媒に流入する還元剤量を制御する還元剤量制御手段を具備している。
【０００８】
２番目の発明によれば上記課題を解決するために、リーン運転を行う内燃機関と、内燃機関と異なるリッチ排気生成手段であって排気空燃比がリッチの排気を生成するリッチ排気生成手段と、このリッチ排気生成手段に接続されて流入する排気の排気空燃比がリッチのときに流入する排気中のＮＯ_Ｘの少なくとも一部からＮＨ_３を生成し、流入する排気の排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のＮＯ_Ｘを通過させるＮＨ_３生成触媒と、内燃機関から排出される排気とＮＨ_３生成触媒から排出される排気とを合流させる合流排気通路と、合流排気通路内に配置されて流入する排気中のＮＯ_ＸとＮＨ_３とを浄化する排気浄化触媒と、排気浄化触媒に流入するＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量を求めて該ＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量に応じリッチ排気生成手段を制御することにより排気浄化触媒上流の合流排気通路内に供給される還元剤量を制御する還元剤量制御手段とを具備し、上記排気浄化触媒が、流入する排気中のＮＨ _３ を一時的に吸着し、流入する排気中のＮＨ _３ 濃度が低くなると吸着しているＮＨ _３ を放出する吸着材を具備し、上記還元剤量制御手段は、吸着材に吸着されているＮＨ _３ 量を求めて該ＮＨ _３ 量に応じリッチ排気生成手段を制御する内燃機関の排気浄化装置が提供される。
また、３番目の発明によれば上記課題を解決するために、リーン運転を行う内燃機関と、内燃機関と異なるリッチ排気生成手段であって排気空燃比がリッチの排気を生成するリッチ排気生成手段と、このリッチ排気生成手段に接続されて流入する排気の排気空燃比がリッチのときに流入する排気中のＮＯ_Ｘの少なくとも一部からＮＨ_３を生成し、流入する排気の排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のＮＯ_Ｘを通過させるＮＨ_３生成触媒と、内燃機関から排出される排気とＮＨ_３生成触媒から排出される排気とを合流させる合流排気通路と、合流排気通路内に配置されて流入する排気中のＮＯ_ＸとＮＨ_３とを浄化する排気浄化触媒と、排気浄化触媒に流入するＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量を求めて該ＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量に応じリッチ排気生成手段を制御することにより排気浄化触媒上流の合流排気通路内に供給される還元剤量を制御する還元剤量制御手段とを具備し、上記排気浄化触媒が、流入する排気中のＮＯ _Ｘ を一時的に吸蔵し、流入する排気の排気空燃比がリッチとなると吸蔵しているＮＯ _Ｘ を放出する吸蔵材を具備し、上記還元剤量制御手段は、吸蔵材に吸蔵されているＮＯ _Ｘ 量を求めて該ＮＯ _Ｘ 量に応じリッチ排気生成手段を制御する内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００９】
すなわち１番目または２番目または３番目の発明では、排気浄化触媒に流入するＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量に応じて排気浄化触媒に流入するＮＨ_３量が制御される。したがって、排気浄化触媒においてＮＯ_Ｘに対しＮＨ_３が過剰となり或いは不足するのが阻止される。しかもリッチ排気生成手段が内燃機関と異なっており、その結果燃料消費率およびトルク変動が小さく維持されつつＮＨ_３およびＮＯ_Ｘが同時に良好に浄化される。
【００１０】
４番目の発明によれば上記課題を解決するために１番目の発明において、上記排気浄化触媒が、流入する排気中のＮＨ_３を一時的に吸着し、流入する排気中のＮＨ_３濃度が低くなると吸着しているＮＨ_３を放出する吸着材を具備し、上記還元剤量制御手段は、吸着材に吸着されているＮＨ_３量を求めて該ＮＨ_３量に応じリッチ排気生成手段を制御している。すなわち２番目または４番目の発明では、排気浄化触媒に流入するＮＨ_３が、排気浄化触媒に流入するＮＯ_Ｘに対し過剰であると過剰のＮＨ_３は吸着材に吸着され、不足すると吸着材に吸着されているＮＨ_３が放出される。この場合、吸着材に吸着されているＮＨ_３量に応じてＮＨ_３生成触媒におけるＮＨ_３生成量が制御される。したがって、排気浄化触媒からＮＯ_ＸおよびＮＨ_３が浄化されることなく流出するのが阻止される。
【００１１】
５番目の発明によれば上記課題を解決するために１番目の発明において、上記排気浄化触媒が、流入する排気中のＮＯ_Ｘを一時的に吸蔵し、流入する排気の排気空燃比がリッチとなると吸蔵しているＮＯ_Ｘを放出する吸蔵材を具備し、上記還元剤量制御手段は、吸蔵材に吸蔵されているＮＯ_Ｘ量を求めて該ＮＯ_Ｘ量に応じリッチ排気生成手段を制御している。すなわち３番目または５番目の発明では、排気浄化触媒に流入するＮＯ_Ｘが、排気浄化触媒に流入するＮＨ_３に対し過剰であると過剰のＮＯ_Ｘは吸蔵材に吸蔵され、排気浄化触媒に流入する排気の排気空燃比がリッチとなると吸蔵材に吸蔵されているＮＯ_Ｘが放出される。この場合、吸蔵材に吸蔵されているＮＯ_Ｘ量に応じて還元剤量が制御されるので吸蔵材に吸蔵されているＮＯ_Ｘ量に応じてＮＨ_３生成触媒におけるＮＨ_３生成量が制御され、同時に排気浄化触媒に流入する排気の排気空燃比がリーンまたはリッチにされる。したがって、排気浄化触媒からＮＯ_ＸおよびＮＨ_３が浄化されることなく流出するのが阻止される。
【００１２】
６番目の発明によれば上記課題を解決するために１番目または２番目または３番目の発明において、排気浄化触媒に流入するＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量を求めてこのＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量に応じ内燃機関の少なくとも１つの気筒の機関空燃比を制御する機関空燃比制御手段をさらに具備している。排気浄化触媒に流入するＮＯ_Ｘ量は内燃機関の機関空燃比に応じて定まる。そこで６番目の発明では、排気浄化触媒に流入するＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量に応じ内燃機関の機関空燃比を制御することによって排気浄化触媒に流入するＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量に応じ排気浄化触媒に流入するＮＯ_Ｘ量を制御するようにしている。さらに、内燃機関の機関空燃比を制御することによって排気浄化触媒に流入する排気全体の排気空燃比も制御される。
【００１３】
７番目の発明によれば上記課題を解決するために６番目の発明において、機関空燃比制御手段が吸入空気量を制御する吸気制御弁を具備し、この吸気制御弁を制御することにより機関空燃比を制御するようにしている。すなわち７番目の発明では、吸入空気量が制御されることによって機関空燃比が制御される。
８番目の発明によれば上記課題を解決するために３番目または５番目の発明において、上記内燃機関の排ガス量が予め定められた設定量よりも少ないときに上記リッチ排気生成手段または内燃機関の機関空燃比を制御して上記排気浄化触媒に流入する排気全体の排気空燃比をリッチにし、それによって上記吸蔵材に吸蔵されているＮＯ_Ｘを放出させるようにするＮＯ_Ｘ放出手段を具備している。吸蔵材がＮＯ_Ｘにより飽和するとＮＯ_Ｘが浄化されることなく排出されてしまう。したがって、排気浄化触媒に流入する排気の排気空燃比をリッチにして吸蔵されているＮＯ_Ｘを放出させる必要がある。この場合、リーン運転が行われる内燃機関の排ガス量が多いと排気浄化触媒に流入する排気全体の排気空燃比をリッチにするのは困難である。そこで８番目の発明では、内燃機関の排ガス量が設定量よりも少ないときに排気浄化触媒に流入する排気の排気空燃比がリッチとなるようにしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
一般に窒素酸化物ＮＯ_X には、一酸化窒素ＮＯ、二酸化窒素ＮＯ₂ 、四酸化二窒素Ｎ₂ Ｏ₄ 、一酸化二窒素Ｎ₂ Ｏなどが含まれうる。以下ではＮＯ_X を主としてＮＯ、ＮＯ₂ とした場合について説明するが、本発明の排気浄化装置は他の窒素酸化物を浄化することもできる。
【００１５】
図１は本発明を火花点火式ガソリン機関に適用した場合を示している。図１を参照すると、機関本体１は４つの気筒、すなわち１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４を備えている。各気筒＃１〜＃４はそれぞれ対応する吸気枝管２を介して共通のサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダクト４を介して図示しないエアクリーナに接続される。各吸気枝管２内にはそれぞれ対応する気筒に燃料を供給するための燃料噴射弁５が配置される。一方、吸気ダクト４内にはアクセルペダルの踏み込み量が大きくなると開度が大きくなるスロットル弁６が配置される。なお、各燃料噴射弁５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。
【００１６】
一方、１番気筒＃１は排気管７を介してＮＨ₃ 生成触媒８を内蔵した触媒コンバータ９に接続される。これに対し、２番気筒＃２、３番気筒＃３および４番気筒＃４は共通の排気マニホルド１０に接続される。図１の内燃機関において１番気筒＃１は第１の気筒群１ａを構成しており、２番気筒＃２、３番気筒＃３および４番気筒＃４は第２の気筒群１ｂを構成している。したがって第１の気筒群１ａの排気がＮＨ₃ 生成触媒８に導かれることになる。これら触媒コンバータ９および排気マニホルド１０は次いで共通の合流排気管１３を介して排気浄化触媒１４を内蔵した触媒コンバータ１５に接続される。
【００１７】
さらに図１を参照すると、排気管７には、排気管７内に還元剤を供給してＮＨ₃ 生成触媒８に流入する排気の排気空燃比（後述する）がリッチとなるようにするリッチ排気生成装置１９が接続される。本実施態様においてリッチ排気生成装置１９は、内燃機関１の出力軸と異なる出力軸を備えた補助内燃機関２０を備えている。この補助機関２０の吸気管２１内にはスロットル弁２２と燃料噴射弁２３とが配置される。本実施態様において補助機関２０は単気筒の火花点火式内燃機関から構成される。しかしながら、補助機関２０を多気筒機関から構成してもよく、或いはディーゼル機関から構成してもよい。
【００１８】
一方、補助機関２０の排気管２４は切り替え弁２５を介して排気導入管２６と排気導入管２７とのうちいずれか一方に選択的に接続される。切り替え弁２５は電気式または負圧式のアクチュエータ２８によって駆動される。排気導入管２６は第１の気筒群１ａの排気管７に接続されており、したがって切り替え弁２５がオンとされて排気管２４が排気導入管２６に接続されると補助機関２０の排気が第１の気筒群１ａの排気管７内に導入される。排気導入管２７は補助機関用排気浄化触媒２９を内蔵した触媒コンバータ３０に接続されており、したがって切り替え弁２５がオフとされて排気管２４が排気導入管２７に接続されると補助機関２０の排気が補助機関用排気浄化触媒２９に導入される。なお、燃料噴射弁２３およびアクチュエータ２８は電子制御ユニット４０からの出力信号に基づいてそれぞれ制御される。
【００１９】
ところで、内燃機関１の出力は例えば車両を駆動するために用いられる。これに対し、補助機関２０の出力は補助装置３１を駆動するために用いられる。以下では内燃機関１を主機関と称し、補助機関２０を副機関と称することにする。補助装置３１は例えば保冷車用の冷却装置、コンクリートミキサ車用のミキサ、バス用のクーラー、内燃機関に加えて車両の駆動力を発生する電気モータを備えたいわゆるハイブリッド車両用の電気モータ用電力を発電する発電装置などから構成される。この場合、補助装置３１の要求出力に応じてスロットル弁２２の開度が制御される。或いは、補助装置３１を冷却水ポンプ、オイルポンプ、オルターネータなどのいわゆる補機から構成することもできる。
【００２０】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１を介して相互に接続された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。サージタンク３にはサージタンク３内の圧力に比例した出力電圧を発生する圧力センサ４７が取り付けられ、この圧力センサ４７の出力電圧はＡＤ変換器４８を介して入力ポート４５に入力される。ＣＰＵ４４ではＡＤ変換器４８からの出力信号に基づいて主機関１の吸入空気量が算出される。排気導入管２６の排気導出口よりも上流の排気管７、および排気マニホルド１０の集合部にはそれぞれの位置を流通する排気の排気空燃比（後述する）に応じた出力電圧を発生する空燃比センサ４９，５０がそれぞれ取り付けられ、これら空燃比センサ４９，５０の出力電圧は対応するＡＤ変換器５１，５２を介して入力ポート４５に入力される。さらに、入力ポート４５には主機関１のクランクシャフトが例えば３０度回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５３が接続される。ＣＰＵ４４ではこの出力パルスに基づいて主機関１の機関回転数が算出される。
【００２１】
また、副機関２０のスロットル弁２２下流の吸気管２１には吸気管２１内の圧力に比例した出力電圧を発生する圧力センサ５４が取り付けられ、この圧力センサ５４の出力電圧はＡＤ変換器５５を介して入力ポート４５に入力される。ＣＰＵ４４ではＡＤ変換器５５からの出力信号に基づいて副機関２０の吸入空気量が算出される。排気管２４にはその位置を流通する排気の排気空燃比に応じた出力電圧を発生する空燃比センサ５６が取り付けられ、この空燃比センサ５６の出力電圧はＡＤ変換器５７を介して入力ポート４５に入力される。さらに、入力ポート４５には副機関２０のクランクシャフトが例えば３０度回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５８が接続される。ＣＰＵ４４ではこの出力パルスに基づいて副機関２０の機関回転数が算出される。
【００２２】
さらに、排気導入管２６の排気導入口下流の排気管７および合流排気管１３の合流部にはそれぞれの位置を流通する排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ６０，６１がそれぞれ取り付けられる。これら温度センサ６０，６１の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器６２，６３を介して入力ポート４５に入力される。
【００２３】
一方、出力ポート４６はそれぞれ対応する駆動回路５９を介して主機関１の各燃料噴射弁５、副機関２０の燃料噴射弁２３およびアクチュエータ２８にそれぞれ接続される。
図１に示す例においてＮＨ₃ 生成触媒８は三元触媒８ａから構成される。この三元触媒８ａは担体の表面上に形成された例えばアルミナからなるウオッシュコート層上に例えばパラジウムＰｄ、白金Ｐｔ、ロジウムＲｈなどの貴金属が担持されて形成されている。
【００２４】
図２（Ａ）は三元触媒８ａの浄化率を示している。排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室および吸気通路内に供給された全燃料量に対する全空気量の比をその位置を流通する排気の排気空燃比と称すると、図２（Ａ）に示されるように三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比が理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓ（＝約１４．６、空気過剰率λ＝１．０）よりもリーンのときには三元触媒８ａはこの排気中のＮＯ_X を通過させ、三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比が理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓよりもリッチとなるとこの排気中のＮＯ_X をアンモニアＮＨ₃ に変換する。この場合のＮＨ₃ 生成メカニズムは必ずしも明らかにされていないが、排気空燃比がリッチである排気中のＮＯ_X の一部は以下に示す式（１）〜（２）の反応によりＮＨ₃ に転換されると考えられている。
【００２５】
５Ｈ₂ ＋２ＮＯ →２ＮＨ₃ ＋２Ｈ₂ Ｏ （１）
７Ｈ₂ ＋２ＮＯ₂ →２ＮＨ₃ ＋４Ｈ₂ Ｏ （２）
これに対し、残りのＮＯ_X は以下に示す式（３）〜（６）の反応により窒素Ｎ₂ に還元されると考えられている。
２ＣＯ＋２ＮＯ →Ｎ₂ ＋２ＣＯ₂ （３）
２Ｈ₂ ＋２ＮＯ →Ｎ₂ ＋２Ｈ₂ Ｏ （４）
４ＣＯ＋２ＮＯ₂ →Ｎ₂ ＋４ＣＯ₂ （５）
４Ｈ₂ ＋２ＮＯ₂ →Ｎ₂ ＋４Ｈ₂ Ｏ （６）
したがって三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリッチであるときには三元触媒８ａに流入したＮＯ_X はＮＨ₃ またはＮ₂ のいずれかに変換され、すなわちＮＯ_X が三元触媒８ａから排出されるのが阻止される。
【００２６】
三元触媒８ａに流入したＮＯ_X がＮＨ₃ に変換されるときの変換効率ＥＴＡは、図２（Ａ）に示すように三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比が理論空燃比から小さくなるにつれて大きくなり、さらに小さくなると１００％に維持される。図２（Ａ）に示す例では三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比が約１３．８（空気過剰率λが約０．９５）よりも小さいときに変換効率ＥＴＡが１００％に維持されている。
【００２７】
一方、各気筒の燃焼室内における混合気の空燃比を機関空燃比と称すれば、図２（Ｂ）からわかるように各気筒から単位時間当たり排出されるＮＯ_X 量は機関空燃比に応じて変動する。
なお、図１の内燃機関では、後述する理由から、三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリッチであるときにできるだけ多量のＮＨ₃ を発生させ、同時に未燃炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯをできるだけ良好に浄化できるのが好ましい。そこで、三元触媒８ａには、ＮＯ_X からＮＨ₃ への変換効率が高いパラジウムＰｄと、酸素保持機能を備えたセリウムＣｅとを担持した三元触媒が用いられる。なお、ロジウムＲｈを担持した三元触媒ではＮＨ₃ の発生が抑制される。したがって三元触媒８ａにはロジウムＲｈを担持していない三元触媒が好ましい。
【００２８】
排気浄化触媒１４は流入する排気中のＮＨ₃ とＮＯ_X とを同時に浄化するためのものである。排気浄化触媒１４は必ずしもＮＨ₃ 吸着作用を備えている必要はないが、本実施態様において排気浄化触媒１４はＮＨ₃ 吸着作用と触媒作用とを備えたいわゆるＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから形成される。すなわち、本実施態様においてＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａは排気浄化触媒と、流入する排気中のＮＨ₃ を一時的に蓄える吸着材とを同時に構成している。このＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａは例えば担体の表面上に、銅を担持させたゼオライト（以下銅ゼオライトと称する）、白金および銅を担持させたゼオライト（以下白金・銅ゼオライトと称する）、或いは鉄を担持させたゼオライトなどを担持したいわゆるゼオライト系脱硝触媒から形成される。しかしながらＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａを、ゼオライト、シリカ、シリカアルミナ、チタニアなどの固体酸を含むと共に鉄Ｆｅ、銅Ｃｕなどの遷移金属或いは白金Ｐｔ、パラジウムＰｄなどの貴金属などを担持した触媒、或いはこれらの少なくとも２つを組み合わせた触媒から形成することもできる。或いは、排気浄化触媒１４を少なくとも貴金属を含む触媒（以下貴金属触媒と称する）、または貴金属触媒とＮＨ₃ 吸着酸化触媒とを組み合わせた触媒から形成してもよい。
【００２９】
ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａは流入する排気中のＮＨ₃ を吸着し、流入する排気中のＮＨ₃ 濃度が低くなるとまたは流入する排気中にＮＯ_X が存在すると吸着しているＮＨ₃ を放出し、このとき酸化雰囲気であると、例えばＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する排気の排気空燃比がリーンであるとこのＮＨ₃ の全量を酸化する。または、流入する排気中にＮＯ_X とＮＨ₃ とが混在するとＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにおいてＮＨ₃ がＮＯ_X により酸化される。この場合のＮＨ₃ 酸化メカニズムも必ずしも明らかにされていないがＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから放出されたＮＨ₃ は次式（７）〜（１０）の反応により酸化されると考えられている。
【００３０】
４ＮＨ₃ ＋７Ｏ₂ → ４ＮＯ₂ ＋６Ｈ₂ Ｏ （７）
４ＮＨ₃ ＋５Ｏ₂ → ４ＮＯ ＋６Ｈ₂ Ｏ （８）
８ＮＨ₃ ＋６ＮＯ₂ →１２Ｈ₂ Ｏ＋７Ｎ₂ （９）
４ＮＨ₃ ＋４ＮＯ＋Ｏ₂ → ６Ｈ₂ Ｏ＋４Ｎ₂ （１０）
式（９）および（１０）の脱硝反応では式（７）および（８）の反応により生じたＮＯ_X と、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する排気中のＮＯ_X とが還元される。なお、排気浄化触媒１４と吸着材とを別個に設けて吸着材を排気浄化触媒１４の上流に配置することもできる。
【００３１】
図１の主機関１では次式に基づいて燃料噴射時間ＭＴＡＵが算出される。
ＭＴＡＵ＝ＭＴＢ・（（Ａ／Ｆ）Ｓ／Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔ）・ＭＦＡＦ
ＭＴＢは主機関１の各気筒の機関空燃比を理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓとするのに最適な基本燃料噴射時間であって次式により定められる。
ＭＴＢ＝（ＭＱ／ＭＮ）・Ｋ
ここでＭＱは主機関１における吸入空気量、ＭＮは主機関１の機関回転数、Ｋは定数をそれぞれ表しており、したがって基本燃料噴射時間ＭＴＢは主機関１回転当たりの吸入空気量に定数を乗算したものとして求められる。
【００３２】
Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔは主機関１の各気筒の機関空燃比の制御目標値、すなわち目標空燃比を表している。機関空燃比を理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓよりもリーンとすべく目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔを大きくすると燃料噴射時間ＭＴＡＵが小さくなるので燃料噴射量が減少され、機関空燃比を理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓよりもリッチとすべく目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔを小さくすると燃料噴射時間ＭＴＡＵが大きくなるので燃料噴射量が増大される。なお、本実施態様では主機関１の各気筒の機関空燃比の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔは第１の気筒群１ａおよび第２の気筒群１ｂの全ての気筒に対し同一とされる。このようにすると主機関１のトルク変動を低減することができる。
【００３３】
ＭＦＡＦは主機関１の各気筒における実際の機関空燃比を目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔに一致させるためのフィードバック補正係数を表している。このフィードバック補正係数ＭＦＡＦは、第１の気筒群１ａを構成する気筒、すなわち１番気筒＃１の燃料噴射時間ＭＴＡＵを算出するときにはＭＦＡＦＡとされ、第２の気筒群１ｂを構成する気筒、すなわち２番気筒＃２、３番気筒＃３、および４番気筒＃４の各燃料噴射時間ＭＴＡＵを算出するときにはＭＦＡＦＢとされる。
【００３４】
フィードバック補正係数ＭＦＡＦＡは空燃比センサ４９の出力信号に基づいて定められる。空燃比センサ４９により検出された排気管７内の排気の排気空燃比は第１の気筒群１ａの機関空燃比に一致しており、空燃比センサ４９により検出された排気空燃比が目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔよりもリーンであるときにはフィードバック補正係数ＭＦＡＦＡが増大されることにより燃料噴射量が増大され、空燃比センサ４９により検出された排気空燃比が目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔよりもリッチであるときにはフィードバック補正係数ＭＦＡＦＡが減少されることにより燃料噴射量が減少され、斯くして第１の気筒群１ａの機関空燃比が目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔに一致せしめられる。
【００３５】
また、排気マニホルド１０内の排気の排気空燃比は第２の気筒群１ｂの機関空燃比に一致しており、空燃比センサ５０により検出された排気空燃比が目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔよりもリーンであるときにはフィードバック補正係数ＭＦＡＦＢが増大されることにより燃料噴射量が増大され、空燃比センサ５０により検出された排気空燃比が目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔよりもリッチであるときにはフィードバック補正係数ＭＦＡＦＢが減少されることにより燃料噴射量が減少され、斯くして第２の気筒群１ｂの各気筒の機関空燃比が目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔに一致せしめられる。
【００３６】
一方、図１の副機関２０では次式に基づいて燃料噴射時間ＡＴＡＵが算出される。
ＡＴＡＵ＝ＡＴＢ・（（Ａ／Ｆ）Ｓ／Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔ）・ＡＦＡＦ
ＡＴＢは副機関２０の気筒の機関空燃比を理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓとするのに最適な基本燃料噴射時間であって次式により定められる。
【００３７】
ＡＴＢ＝（ＡＱ／ＡＮ）・Ｋ
ここでＡＱは副機関２０における吸入空気量、ＡＮは副機関２０の機関回転数をそれぞれ表している。
Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔは副機関２０における機関空燃比の目標空燃比を表している。
ＡＦＡＦは副機関２０における実際の機関空燃比を目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔに一致させるためのフィードバック補正係数を表している。このフィードバック補正係数ＡＦＡＦは空燃比センサ５６の出力信号に基づいて定められる。空燃比センサ５６により検出された排気管２４内の排気の排気空燃比は副機関２０の機関空燃比に一致しており、空燃比センサ５６により検出された排気空燃比が目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔよりもリーンであるときにはフィードバック補正係数ＡＦＡＦが増大されることにより燃料噴射量が増大され、空燃比センサ５６により検出された排気空燃比が目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔよりもリッチであるときにはフィードバック補正係数ＡＦＡＦが減少されることにより燃料噴射量が減少され、斯くして副機関２０の機関空燃比が目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔに一致せしめられる。なお、フィードバック補正係数ＭＦＡＦＡ、ＭＦＡＦＢ、ＡＦＡＦはそれぞれ１．０を中心として変動する。
【００３８】
なお、空燃比センサ４９，５０，５６は排気空燃比の広い範囲にわたって排気空燃比と１対１対応の連続信号を発生するいわゆる全域空燃比センサからそれぞれ構成される。
ところで、主機関１では通常リーン運転が行われる。すなわち、主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔが理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓよりもリーンであるリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに維持される。この場合リーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌをどのように定めてもよいが、本実施態様ではリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌは主機関１の運転状態に依らず一定値、例えば１８．５とされる。このように主機関１に継続してリーン運転を行わせることによって主機関１の燃料消費率を低減することができる。なお、例えば機関加速運転時には目標空燃比が理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓであるストイキ運転を行って大きな機関出力を確保するようにすることもできる。
【００３９】
ところが、主機関１がリーン運転を行ったときの排気を例えば三元触媒やＮＨ₃ 吸着酸化触媒に直接導いてもこの排気中のＮＯ_X を良好に浄化することができない。そこで、主機関１または副機関２０の排気中のＮＯ_X からＮＨ₃ を生成し、このＮＨ₃ によってＮＯ_X を還元するようにしている。これが本発明の基本的な排気浄化方法である。次に、図３および図６を参照して本実施態様の排気浄化方法について詳細に説明する。
図３は本実施態様の基本的な排気浄化方法を示している。上述したように第１の気筒群１ａではリーン運転が行われるので第１の気筒群１ａから排出される排気の排気空燃比はリーンになっている。この排気をそのまま三元触媒８ａに導いても三元触媒８ａにおいてＮＨ₃ が生成されない。そこで、副機関２０に目標空燃比が理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓよりもリッチであるリッチ運転を行わせて排気空燃比がリッチの排気を形成し、切り替え弁２５をオンとし、この排気を切り替え弁２５および排気導入管２６を介して排気管７に供給することにより三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリッチとなるようにしている。言い換えると、還元剤をリッチ運転が行われる副機関２０の排気から構成し、この還元剤を第１の気筒群１ａの排気に供給することによって三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリッチとなるようにしている。
【００４０】
三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリッチのときには三元触媒８ａでは上述した式（１）および（２）によってこの排気中のＮＯ_X からＮＨ₃ が生成される。このＮＨ₃ は次いで合流排気管１３を介してＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する。一方、第２の気筒群１ｂの排気中のＮＯ_X は排気マニホルド１０および合流排気管１３を介してＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する。
【００４１】
したがって、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａには三元触媒８ａから排出された排気と、第２の気筒群１ｂから排出された排気とが流入することになる。この場合、第２の気筒群１ｂの排気は排気空燃比がリーンであり、しかも多量であるのでＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する排気全体の排気空燃比は常時リーンに維持される。このため、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａでは上述した式（７）から（１０）の反応によってＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する排気中のＮＯ_X およびＮＨ₃ が浄化せしめられることになる。したがって、ＮＯ_X およびＮＨ₃ が大気中に放出されるのが阻止される。なお、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する排気中には三元触媒８ａを通過した未燃炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、または水素Ｈ₂ も含まれる。これらＨＣおよびＣＯなどはＮＨ₃ と同様に還元剤として作用してＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにおいてＮＯ_X の一部を還元すると考えられている。しかしながら、ＮＨ₃ の還元力はこれらＨＣおよびＣＯなどに比べて強く、したがってＮＨ₃ を還元剤として用いることによってＮＯ_X を確実に還元することができる。
【００４２】
副機関２０がリッチ運転を行うときのリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒを三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリッチである限りどのように定めてもよいが、本実施態様においてリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒは三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比が一定のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＲ、例えば１３．８に維持されるように定められる。その結果、燃料消費率を低減しつつＮＨ₃ を効率よく生成することができる。
【００４３】
ところで、三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比を一定に維持するためには第１の気筒群１ａから単位時間当たり排出される排ガス量が多くなるにつれて第１の気筒群１ａの排気に単位時間当たり供給されるべき還元剤量を増大する必要がある。一方、本実施態様において副機関２０がリッチ運転を行うときのリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒが小さくなると副機関２０から第１の気筒群１ａの排気に供給される還元剤量が増大される。
【００４４】
図４は、副機関２０の運転状態、すなわち例えば機関負荷ＡＱ／ＡＮや機関回転数ＡＮが一定のときに、三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比を一定のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＲに維持するために最適な副機関２０のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＢと、主機関１の機関負荷ＭＱ／ＭＮと機関回転数ＭＮとの関係を示す実験結果であり、図４（Ａ）において各曲線は同一のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＢを示している。図４（Ａ）からわかるように主機関１の機関負荷ＭＱ／ＭＮが大きくなると単位時間当たり第１の気筒群１ａから排出される排ガス量が増大するのでリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＢが小さくなる。また、主機関１の機関回転数ＭＮが大きくなると単位時間当たり第１の気筒群１ａから排出される排ガス量が増大するので（Ａ／Ｆ）ＲＢが小さくなる。このリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＢは図４（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００４５】
一方、副機関２０の運転状態が変動したときにも副機関２０から供給される還元剤量が変動する。すなわち、副機関２０の単位時間当たりの排ガス量が増大すると副機関２０から単位時間当たり供給される還元剤量が増大する。そこで、副機関２０の単位時間当たりの排ガス量が増大するにつれて大きくなる係数ＲＫを導入し、この係数ＲＫを上述のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＢに乗算することによって副機関２０がリッチ運転を行うときのリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒを算出するようにしている。
【００４６】
図５（Ａ）は一定のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＢにおいて三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比を（Ａ／Ｆ）ＲＲに維持するのに最適な係数ＲＫと、副機関２０の機関負荷ＡＱ／ＡＮと機関回転数ＡＮとの関係を示す実験結果であり、図５（Ａ）において各曲線は同一の係数ＲＫを示している。図５（Ａ）からわかるように機関負荷ＡＱ／ＡＮが大きくなるにつれて副機関２０の単位時間当たりの排ガス量が多くなるので係数ＲＫが大きくなる。また、機関回転数ＡＮが大きくなるにつれて副機関２０の単位時間当たりの排ガス量が多くなるので係数ＲＫが大きくなる。この係数ＲＫは図５（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００４７】
上述したようにＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａでは三元触媒８ａから流入するＮＨ₃ によって第２の気筒群１ｂから排出されたＮＯ_X が還元される。この場合、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＨ₃ が、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＯ_X を浄化するのに必要な量よりも少ないとＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａからＮＯ_X が浄化されることなく流出してしまう。これに対し、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＯ_X を浄化するのに必要な量に対し過剰のＮＨ₃ が供給されてもこの過剰のＮＨ₃ はＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに吸着される。したがってＮＯ_X もＮＨ₃ もＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから流出するのが阻止される。そこで、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＨ₃ 量が、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＯ_X を浄化するのに必要な量に対し同じか或いは過剰となるように、三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＲが定められている。
【００４８】
ところが、図３に示されるように副機関２０の排気が排気管７内に継続して供給され、三元触媒８ａにおいてＮＨ₃ 生成作用が継続され、それによってＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにおける過剰のＮＨ₃ 吸着作用が継続されるとＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が次第に低下する。ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａが飽和するとＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａからＮＨ₃ が浄化されることなく排出されてしまう。そこで、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに吸着されているＮＨ₃ 量、すなわち吸着ＮＨ₃ 量を求めてこの吸着ＮＨ₃ 量が予め定められた上限しきい値ＵＴ（ＮＨ₃ ）を越えて増大したら切り替え弁２５をオフにして副機関２０の排気を排気管７内に供給しないようにしている。その結果、過剰のＮＨ₃ がＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに吸着されることなく排出されるのが阻止される。
【００４９】
副機関２０の排気が排気管７内に供給されなくなると三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリーンとなり、その結果三元触媒８ａに流入する排気中のＮＯ_X は三元触媒８ａを通過する。すなわち三元触媒８ａにおいてＮＨ₃ 生成作用が行われなくなる。三元触媒８ａを通過したＮＯ_X は次いでＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する。
【００５０】
ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにＮＨ₃ が流入しなくなるとＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから吸着されているＮＨ₃ が放出される。この放出されたＮＨ₃ はＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する排気中のＮＯ_X を還元する。したがって、排気管７内への副機関２０の排気の供給作用が停止されたときにもＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにおいてＮＯ_X およびＮＨ₃ が良好に浄化される。すなわち、この場合にもＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａからＮＯ_X およびＮＨ₃ が浄化されることなく流出するのが阻止されている。
【００５１】
一方、副機関２０の排気は切り替え弁２５および排気導入管２７を介して三元触媒２９ａに導かれる。この場合、副機関２０はストイキ運転を行う。その結果、副機関２０の排気中のＮＯ_X 、ＨＣ、およびＣＯが同時に三元触媒２９ａにおいて良好に浄化される。すなわち、主機関１および副機関２０の両方の排気が良好に浄化される。この場合の排気浄化方法の概念図が図６に示されている。
【００５２】
このように副機関２０から排気管７への排気供給作用が停止されるとＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから吸着されているＮＨ₃ が徐々に放出される。ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量が少なくなってＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから放出されるＮＨ₃ 量が少なくなるとＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入したＮＯ_X が還元されることなく排出されてしまう。そこで、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量が予め定められた下限しきい値ＬＴ（ＮＨ₃ ）を越えて低下したら再び副機関２０にリッチ運転を行わせつつ副機関２０の排気を排気管７に供給するようにしている。その結果、三元触媒８ａにおいて再びＮＨ₃ が生成されてこのＮＨ₃ がＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに供給される。したがって、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａからＮＯ_X が浄化されることなく流出するのが阻止される。
【００５３】
図７はＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）、切り替え弁２５のオン・オフ状態、主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔおよび副機関２０の目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔをそれぞれ表すタイムチャートである。図７において時間零は、切り替え弁２５がオンとされて副機関２０の排気が排気管７内に供給され始めた時間を表している。切り替え弁２５がオンとされているときには副機関２０の目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔはリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒとされ、したがって副機関２０はリッチ運転を行っている。リッチ運転が行われる副機関２０の排気が排気管７に供給され始めるとＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が次第に増大し、時間ａとなると上限しきい値ＵＴ（ＮＨ₃ ）を越えて増大する。Ｓ（ＮＨ₃ ）＞ＵＴ（ＮＨ₃ ）となったら切り替え弁２５がオフとされて副機関２０の排気が三元触媒２９ａに導入される。また、この場合、副機関２０の目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔが理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓとされて副機関２０がストイキ運転を行う。その結果、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから吸着されているＮＨ₃ が次第に放出され、したがって吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が次第に減少する。時間ｂとなると吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が下限しきい値ＬＴ（ＮＨ₃ ）を越えて低下する。Ｓ（ＮＨ₃ ）＜ＬＴ（ＮＨ₃ ）となったら副機関２０の目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔを再びリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒとし、かつ切り替え弁２５を再びオンとして副機関２０の排気を排気管７に供給する。なお、主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔはリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに維持される。
【００５４】
ところで、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）を直接求めることは困難である。そこで、本実施態様ではＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＨ₃ 量とＮＯ_X 量との差、すなわち三元触媒８ａにおいて発生したＮＨ₃ 量と第２の気筒群１ｂから排出されたＮＯ_X 量との差からＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）を推定するようにしている。
【００５５】
ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＨ₃ 量を求めるために、三元触媒８ａとＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａ間の合流排気管１３内にＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＨ₃ 量を検出するセンサを取り付けることもできる。しかしながら、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＨ₃ 量、すなわち三元触媒８ａで生成されるＮＨ₃ 量は三元触媒８ａに流入するＮＯ_X 量から推定することができ、この三元触媒８ａに流入するＮＯ_X 量は主機関１および副機関２０の運転状態から推定することができる。すなわち、三元触媒８ａに単位時間当たりに流入するＮＯ_X 量が増大するにつれて単位時間当たり三元触媒８ａで発生するＮＨ₃ 量が増大する。また、三元触媒８ａにおける変換効率ＥＴＡが高くなるにつれて三元触媒８ａで発生するＮＨ₃ 量が増大する。
【００５６】
ところで、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにおいてＮＨ₃ 吸着作用が行われている場合、三元触媒８ａに単位時間当たりに流入するＮＯ_X 量Ｑ（ＮＯ_X ）は第１の気筒群１ａから単位時間当たりに排出されるＮＯ_X 量Ｍａ（ＮＯ_X ）と、副機関２０から単位時間当たりに排出されるＮＯ_X 量Ａ（ＮＯ_X ）との和として求められる。主機関１の機関回転数ＭＮが高くなるにつれて第１の気筒群１ａから単位時間当たり排出される排ガス量が増大するので機関回転数ＭＮが高くなるにつれてＭａ（ＮＯ_X ）が増大する。また、主機関１の機関負荷ＭＱ／ＭＮが高くなるにつれて第１の気筒群１ａから排出される排ガス量が増大し、しかも燃焼温度が高くなるのでＭａ（ＮＯ_X ）が増大する。
【００５７】
図８（Ａ）は一定のリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌにおいて実験により求められた単位時間当たり第１の気筒群１ａから排出されるＮＯ_X 量Ｍａ（ＮＯ_X ）と、主機関１の機関負荷ＭＱ／ＭＮ、機関回転数ＭＮとの関係を示しており、図８（Ａ）において各曲線は同一ＮＯ_X 量を示している。図８（Ａ）に示されるように単位時間当たり第１の気筒群１ａから排出されるＮＯ_X 量Ｍａ（ＮＯ_X ）は機関負荷ＭＱ／ＭＮが高くなるにつれて多くなり、機関回転数ＭＮが高くなるにつれて多くなる。なお、図８（Ａ）に示されるＮＯ_X 量Ｍａ（ＮＯ_X ）は図８（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００５８】
同様に、副機関２０の機関回転数ＡＮが高くなるにつれて副機関２０から単位時間当たり排出される排ガス量が増大するので機関回転数ＡＮが高くなるにつれてＡ（ＮＯ_X ）が増大する。また、副機関２０の機関負荷ＡＱ／ＡＮが高くなるにつれて副機関２０から排出される排ガス量が増大し、しかも燃焼温度が高くなるのでＡ（ＮＯ_X ）が増大する。
【００５９】
図９（Ａ）は一定のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒにおいて実験により求められた単位時間当たり副機関２０から排出されるＮＯ_X 量Ａ（ＮＯ_X ）と、副機関２０の機関負荷ＡＱ／ＡＮ、機関回転数ＡＮとの関係を示しており、図９（Ａ）において各曲線は同一ＮＯ_X 量を示している。図９（Ａ）に示されるように単位時間当たり副機関２０から排出されるＮＯ_X 量Ａ（ＮＯ_X ）は機関負荷ＡＱ／ＡＮが高くなるにつれて多くなり、機関回転数ＡＮが高くなるにつれて多くなる。なお、図９（Ａ）に示されるＮＯ_X 量Ａ（ＮＯ_X ）は図９（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００６０】
さらに、Ａ（ＮＯ_X ）は副機関２０の目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔであるリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒが小さくなるにつれて少なくなる。そこで、図１０に示されるようにリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒが小さくなるにつれて小さくなる係数ＲＫＫを導入し、図９（Ｂ）のマップから求めたＡ（ＮＯ_X ）に係数ＲＫＫを乗算することによってＡ（ＮＯ_X ）を補正するようにしている。この係数ＲＫＫは図１０に示すようなマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００６１】
一方、三元触媒８ａの変換効率ＥＴＡは三元触媒８ａの温度を代表する、三元触媒８ａに流入する排気の排気温度ＴＴＣに応じて変化する。すなわち変換効率ＥＴＡは一定のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒにおいて図１１に示されるようにＴＴＣが低いときにはＴＴＣが上昇するにつれて増大し、ＴＴＣが高いときにはＴＴＣが上昇するのにつれて減少する。この変換効率ＥＴＡは図１１に示すようなマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００６２】
なお、図２（Ｂ）からわかるように、単位時間当たり第１の気筒群１ａから排出されるＮＯ_X 量Ｍａ（ＮＯ_X ）は第１の気筒群１ａの機関空燃比に応じて変動する。したがってリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌを例えば主機関１の運転状態に応じて変動させるようにした場合には図８（Ｂ）のマップから求めたＭａ（ＮＯ_X ）をリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに応じて補正する必要がある。或いは、リーン空燃比（Ａ／Ｆ）ＬとＭａ（ＮＯ_X ）との関係を表すマップを予め求めておき、このマップからＭａ（ＮＯ_X ）を求める必要がある。また、三元触媒８ａの変換効率ＥＴＡも三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＲに応じて変動する（図２（Ａ）参照）。したがって（Ａ／Ｆ）ＲＲを例えば主機関１の運転状態に応じて変動させるようにした場合には図１１のマップから求めた変換効率ＥＴＡを（Ａ／Ｆ）ＲＲに応じて補正する必要がある。或いは、（Ａ／Ｆ）ＲＲと変換効率ＥＴＡとの関係を表すマップを予め求めておき、このマップからＥＴＡを求める必要がある。
【００６３】
Ｍａ（ＮＯ_X ）とＡ（ＮＯ_X ）・ＲＫＫとの和であるＱ（ＮＯ_X ）と、ＥＴＡとの積Ｑ（ＮＯ_X ）・ＥＴＡは単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＨ₃ 量、すなわち流入ＮＨ₃ 量Ｆ（ＮＨ₃ ）を表している。
一方、第２の気筒群１ｂがリーン運転を行っているときにＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＯ_X 量、すなわち流入ＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）を求めるために、第２の気筒群１ｂとＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａ間の合流排気管１３内に流入ＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）を検出するセンサを設けてもよい。しかしながら、流入ＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）は第２の気筒群１ｂから排出されたＮＯ_X 量Ｍｂ（ＮＯ_X ）から求めることができる。
【００６４】
主機関１の機関回転数ＭＮが高くなるにつれて第２の気筒群１ｂから単位時間当たり排出される排ガス量が増大するので機関回転数ＭＮが高くなるにつれてＭｂ（ＮＯ_X ）が増大する。また、主機関１の機関負荷ＭＱ／ＭＮが高くなるにつれて第２の気筒群１ｂから排出される排ガス量が増大し、しかも燃焼温度が高くなるのでＭｂ（ＮＯ_X ）が増大する。
【００６５】
図１２（Ａ）は一定のリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌにおいて実験により求められた単位時間当たり第２の気筒群１ｂから排出されるＮＯ_X 量Ｍｂ（ＮＯ_X ）と、主機関１の機関負荷ＭＱ／ＭＮ、機関回転数ＭＮとの関係を示しており、図１２（Ａ）において各曲線は同一ＮＯ_X 量を示している。図１２（Ａ）に示されるように単位時間当たり第２の気筒群１ｂから排出されるＮＯ_X 量Ｍｂ（ＮＯ_X ）は機関負荷ＭＱ／ＭＮが高くなるにつれて多くなり、機関回転数ＭＮが高くなるにつれて多くなる。本実施態様ではこのＭｂ（ＮＯ_X ）がＦ（ＮＯ_X ）とされる。なお、図１２（Ａ）に示されるＮＯ_X 量Ｍｂ（ＮＯ_X ）は図１２（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００６６】
ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにおいて単位流入ＮＯ_X 量を還元するのに必要なＮＨ₃ 量がＫＣであるとすると、単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにＮＯ_X がＦ（ＮＯ_X ）だけ流入するときにこのＮＯ_X を還元することにより消費されるＮＨ₃ 量はＫＣ・Ｆ（ＮＯ_X ）で表される。したがって、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにおいて単位時間当たりの過剰のＮＨ₃ 量、すなわち単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに吸着されるＮＨ₃ 量はＦ（ＮＨ₃ ）−ＫＣ・Ｆ（ＮＯ_X ）で表されることになる。
【００６７】
したがって、副気筒２０がリッチ運転を行ってこの排気が排気管７内に導かれているときの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）は次式によって求められることになる。
Ｓ（ＮＨ₃ ）＝Ｓ（ＮＨ₃ ）＋｛Ｆ（ＮＨ₃ ）−ＫＣ・Ｆ（ＮＯ_X ）｝・ＤＥＬＴＡａａ
ここで、ＤＥＬＴＡａａは、Ｆ（ＮＨ₃ ）およびＦ（ＮＯ_X ）の検出時間間隔を表しており、したがって｛Ｆ（ＮＨ₃ ）−ＫＣ・Ｆ（ＮＯ_X ）｝・ＤＥＬＴＡａａは前回のＦ（ＮＨ₃ ）およびＦ（ＮＯ_X ）の検出時から今回のＦ（ＮＨ₃ ）およびＦ（ＮＯ_X ）の検出時までの間にＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに吸着されたＮＨ₃ 量を表している。
【００６８】
ＫＣはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＯ_X の成分、すなわちＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する全ＮＯ_X に対するＮＯ₂ およびＮＯの各分率によって定まる係数である。以下ではＫＣを当量係数と称する。すなわち、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＯ_X が全てＮＯ₂ であるときには当量係数ＫＣは上述の式（９）からわかるように４／３であり、全てＮＯであると式（１０）からわかるようにＫＣは１となる。ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＯ_X 中の成分比はＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する排気の排気空燃比および温度ＴＡＣに応じて定まり、したがってＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する排気の排気空燃比がほぼ一定であると当量係数ＫＣは排気温度ＴＡＣに応じて定まる。この関係が図１３に示されている。図１３からわかるように当量係数ＫＣは排気温度ＴＡＣが低いときには排気温度ＴＡＣが高くなるにつれて大きくなり、排気温度ＴＡＣが高いときには排気温度ＴＡＣが高くなるにつれて小さくなり、排気温度ＴＡＣがさらに高くなると１に維持される。この当量係数ＫＣは図１３に示すマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。なお、Ｆ（ＮＨ₃ ）／ＫＣは、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにＮＨ₃ がＦ（ＮＨ₃ ）だけ流入したときにこのＮＨ₃ が還元可能なＮＯ_X 量を表している。
【００６９】
一方、図１４（Ａ）は、排気管７内への副機関２０の排気の供給作用が停止されているときに単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから放出されるＮＨ₃ 量、すなわち放出ＮＨ₃ 量Ｄ（ＮＨ₃ ）の実験結果を示している。図１４（Ａ）に示されるようにＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が多いとき程Ｄ（ＮＨ₃ ）が多くなる。また、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する排気の排気温度ＴＡＣが高くなるにつれて放出ＮＨ₃ 量Ｄ（ＮＨ₃ ）が多くなる。このＤ（ＮＨ₃ ）は図１４（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００７０】
したがって、排気管７内への副機関２０の排気の供給作用が停止されているときのＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）は次式によって求められる。
Ｓ（ＮＨ₃ ）＝Ｓ（ＮＨ₃ ）−Ｄ（ＮＨ₃ ）・ＤＥＬＴＡａｄ
ここで、ＤＥＬＴＡａｄはＤ（ＮＨ₃ ）の検出時間間隔を表しており、したがってＤ（ＮＨ₃ ）・ＤＥＬＴＡａｄは、前回のＤ（ＮＨ₃ ）の検出時から今回のＤ（ＮＨ₃ ）の検出時までの間にＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから放出されたＮＨ₃ 量を表している。
【００７１】
本実施態様において、三元触媒８ａに流入する排気の温度ＴＴＣおよびＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する排気の温度ＴＡＣはそれぞれ温度センサ６０，６１により検出される。しかしながら、これら排気温度ＴＴＣおよびＴＡＣは主機関１および副機関２０の運転状態から推定することもできる。
なお、目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔが１８．５のように極めてリーンである場合、燃焼室内をほぼ均一に満たす混合気を形成するとこの混合気は極度に希薄なために点火プラグ（図示しない）により点火しても着火せず、その結果失火してしまう。そこで図１の主機関１では、リーン運転を行うべきときには燃焼室内の限定された領域内に着火可能な混合気を形成すると共にその他の領域を空気のみまたは空気およびＥＧＲガスのみにより満たして混合気を点火プラグにより着火するようにしている。その結果、機関空燃比を極度にリーンとしたときにも機関が失火するのが阻止される。或いは、燃焼室内に均一混合気を形成すると共に旋回流を形成することにより失火しないようにすることもできる。
【００７２】
図１５は上述の切り替え弁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。
図１５を参照すると、まずステップ７０では切り替え弁２５がオフであるか否かが判別される。切り替え弁２５がオンのとき、すなわち副気筒２０の排気が排気管７内に導入されているときには次いでステップ７１に進む。ステップ７１では図８（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たり第１の気筒群１ａから排出されるＮＯ_X 量Ｍａ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ７２では図９（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たり副気筒２０から排出されるＮＯ_X 量Ａ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ７３では図１０のマップを用いて係数ＲＫＫが算出される。続くステップ７４では次式に基づいて単位時間当たり三元触媒８ａに流入するＮＯ_X 量Ｑ（ＮＯ_X ）が算出される。
【００７３】
Ｑ（ＮＯ_X ）＝Ｍａ（ＮＯ_X ）＋Ａ（ＮＯ_X ）・ＲＫＫ
続くステップ７５では図１１のマップを用いて三元触媒８ａの変換効率ＥＴＡが算出される。続くステップ７６では次式に基づいて単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＨ₃ 量Ｆ（ＮＨ₃ ）が算出される。
Ｆ（ＮＨ₃ ）＝Ｑ（ＮＯ_X ）・ＥＴＡ
続くステップ７７では図１２（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たり第２の気筒群１ｂから排出されるＮＯ_X 量Ｍｂ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ７８では単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）がＭｂ（ＮＯ_X ）とされる。続くステップ７９では図１３のマップを用いて当量係数ＫＣが算出される。続くステップ８０では次式に基づいてＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が算出される。
【００７４】
Ｓ（ＮＨ₃ ）＝Ｓ（ＮＨ₃ ）＋｛Ｆ（ＮＨ₃ ）−ＫＣ・Ｆ（ＮＯ_X ）｝・ＤＥＬＴＡａａ
ここで、ＤＥＬＴＡａａは前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの時間間隔である。次いでステップ８１に進み、ステップ８１ではＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が上限しきい値ＵＴ（ＮＨ₃ ）よりも大きいか否かが判別される。Ｓ（ＮＨ₃ ）≦ＵＴ（ＮＨ₃ ）のときには処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＨ₃ ）≦ＵＴ（ＮＨ₃ ）のときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が未だ大きいと判断して切り替え弁２５をオンに維持し、それによって副気筒２０の排気を継続して排気管７に供給する。その結果三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用が継続される。
【００７５】
これに対しステップ８１においてＳ（ＮＨ₃ ）＞ＵＴ（ＮＨ₃ ）のときには次いでステップ８２に進み、切り替え弁２５をオフにして処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＨ₃ ）＞ＵＴ（ＮＨ₃ ）のときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が小さくなったと判断して排気管７への副気筒２０の排気の供給作用が停止される。その結果、三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用が停止される。
【００７６】
一方、ステップ７０において切り替え弁２５がオフのときには次いでステップ８３に進む。ステップ８３では図１４（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから放出されるＮＨ₃ 量Ｄ（ＮＨ₃ ）が算出される。続くステップ８４では次式に基づいてＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が算出される。
【００７７】
Ｓ（ＮＨ₃ ）＝Ｓ（ＮＨ₃ ）−Ｄ（ＮＨ₃ ）・ＤＥＬＴＡａｄ
ここでＤＥＬＴＡａｄは前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの時間間隔である。次いでステップ８５に進み、ステップ８５ではＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が下限しきい値ＬＴ（ＮＨ₃ ）よりも小さいか否かが判別される。Ｓ（ＮＨ₃ ）≧ＬＴ（ＮＨ₃ ）のときには処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＨ₃ ）≧ＬＴ（ＮＨ₃ ）のときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が十分に大きくなっていないと判断して切り替え弁２５をオフに維持する。その結果、三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用が継続して停止される。
【００７８】
これに対しステップ８５においてＳ（ＮＨ₃ ）＜ＬＴ（ＮＨ₃ ）のときには次いでステップ８６に進み、切り替え弁２５をオンにして処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＨ₃ ）＜ＬＴ（ＮＨ₃ ）のときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が十分大きくなったと判断して排気管７への副機関２０の排気の供給作用を再開する。その結果、三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用が再開される。
【００７９】
図１６は主機関１の燃料噴射時間ＭＴＡＵを算出するためのルーチンを示している。このルーチンは主機関１の一定クランク角度毎の割り込みによって実行される。
図１６を参照すると、まずステップ９０では主機関１の吸入空気量ＭＱおよび機関回転数ＭＮから次式に基づいて基本燃料噴射時間ＭＴＢが算出される。
【００８０】
ＭＴＢ＝（ＭＱ／ＭＮ）・Ｋ
続くステップ９１では、今回の処理サイクルで求める燃料噴射時間ＭＴＡＵが第１の気筒群１ａのための燃料噴射時間であるか、第２の気筒群１ｂのための燃料噴射時間であるかが判別される。今回の処理サイクルで求める燃料噴射時間ＴＡＵが第１の気筒群１ａ、すなわち１番気筒＃１のための燃料噴射時間であると判別されたときには次いでステップ９２に進み、ステップ９２では第１の気筒群１ａのためのフィードバック補正係数ＭＦＡＦＡが算出される。続くステップ９３ではＭＦＡＦＡがＭＦＡＦとされる。次いでステップ９６にジャンプする。
【００８１】
一方、ステップ９１において、今回の処理サイクルで求める燃料噴射時間ＴＡＵが第２の気筒群１ｂのための燃料噴射時間であると判別されたとき、すなわち２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４のうちのいずれかの気筒のための燃料噴射時間であると判別されたときには次いでステップ９４に進む。ステップ９４では第２の気筒群１ｂのためのフィードバック補正係数ＭＦＡＦＢが算出される。続くステップ９５ではＭＦＡＦＢがＭＦＡＦとされる。次いでステップ９６に進む。
【００８２】
ステップ９６では目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔがリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌとされる。本実施態様ではリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌは主機関１の運転状態に依らず一定の１８．５とされており、したがってステップ９６では（Ａ／Ｆ）Ｔ＝１８．５とされる。次いでステップ９７に進む。
ステップ９７では次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
【００８３】
ＭＴＡＵ＝ＭＴＢ・（（Ａ／Ｆ）Ｓ／Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔ）・ＭＦＡＦ
各燃料噴射弁５からはこの燃料噴射時間ＭＴＡＵだけ燃料が噴射される。
図１７は副機関２０の燃料噴射時間ＡＴＡＵを算出するためのルーチンを示している。このルーチンは副機関２０の一定クランク角度毎の割り込みによって実行される。
【００８４】
図１７を参照すると、まずステップ１００では副機関２０の吸入空気量ＡＱおよび機関回転数ＡＮから次式に基づいて基本燃料噴射時間ＡＴＢが算出される。
ＡＴＢ＝（ＡＱ／ＡＮ）・Ｋ
続くステップ１０１ではフィードバック補正係数ＡＦＡＦが算出される。続くステップ１０２では、切り替え弁２５がオンであるか否かが判別される。切り替え弁２５がオンであると判別されたときには次いでステップ１０３に進み、ステップ１０３では図４（Ｂ）のマップを用いてリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＢが算出される。続くステップ１０４では図５（Ｂ）のマップを用いて係数ＲＫが算出される。続くステップ１０５では次式に基づいてリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒが算出される。
【００８５】
（Ａ／Ｆ）Ｒ＝（Ａ／Ｆ）ＲＢ・ＲＫ
続くステップ１０６では目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔがリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒとされる。次いでステップ１０８に進む。
これに対して、ステップ１０２において切り替え弁２５がオフであると判別されたときには次いでステップ１０７に進む。ステップ１０７では目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔが理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓとされる。次いでステップ１０８に進む。
【００８６】
ステップ１０８では次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
ＡＴＡＵ＝ＡＴＢ・（（Ａ／Ｆ）Ｓ／Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔ）・ＡＦＡＦ
燃料噴射弁２３からはこの燃料噴射時間ＡＴＡＵだけ燃料が噴射される。
本実施態様では副機関２０の排気を第１の気筒群１ａの排気に供給することによって三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリッチとなるようにしている。このため、主機関１および副機関２０の排気を良好に浄化し、しかも副機関２０から追加の出力トルクを得ることができる。或いは、主機関１が予め副機関２０を備えている場合には新たにリッチ排気生成装置１９を設ける必要がなく、したがって構成を簡素化することができる。
【００８７】
また、本実施態様ではＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから吸着されているＮＨ₃ を放出させるために切り替え弁２５を制御して副機関２０の排気が排気管７内に流入しないようにし、それによって三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリッチとならないようにしている。しかしながら、副機関２０の排気を常時排気管７内に導入しつつ、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから吸着されているＮＨ₃ を放出させるべきときに三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比が理論空燃比またはリーンとなるように副機関２０の機関空燃比を制御してもよい。この場合、三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比が理論空燃比とされると三元触媒８ａにおいて流入する排気中のＮＯ_X 、ＨＣ、およびＣＯが同時に良好に浄化される。一方、三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリーンとされるとこの排気中のＮＯ_X は三元触媒８ａを通過し、次いでＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入してＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから放出されたＮＨ₃ により還元される。したがって、この場合にもＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａからＮＯ_X およびＮＨ₃ が浄化されることなく流出するのが阻止されている。
【００８８】
次に、図１の内燃機関の排気浄化方法の別の実施態様について説明する。
本実施態様においても、上述の実施態様と同様に、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が上限しきいＵＴ（ＮＨ₃ ）を越えて増大するまで副機関２０にリッチ運転を行わせてこの副機関２０の排気を三元触媒８ａに導入し、吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が下限しきい値ＬＴ（ＮＨ₃ ）を越えて低下したらリッチ運転が行われる副機関２０の排気を再び三元触媒８ａに導入するようにしている。
ところが、例えば主機関１の運転状態が変動してＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの流入ＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）が大幅に増大すると、たとえ吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が多く或いは三元触媒８ａにおいてＮＨ₃ 生成作用が行われているといってもＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにおいてＮＨ₃ に対しＮＯ_X が過剰となる恐れがある。ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにおいてＮＯ_X が過剰となるとＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａからＮＯ_X が浄化されることなく放出されてしまうことになる。
【００８９】
一方、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの流入ＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）は、副機関２０の排気を三元触媒８ａに導いているとき（図３参照）には第２の気筒群１ｂから排出されるＮＯ_X 量Ｍｂ（ＮＯ_X ）に等しく、副機関２０の排気を三元触媒８ａに導いていないとき（図６参照）にはＭｂ（ＮＯ_X ）と第１の気筒群１ａから排出されるＮＯ_X 量Ｍａ（ＮＯ_X ）との和であり、したがって流入ＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）は主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔに応じて変動しうる。すなわち、主機関１の機関空燃比がリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌであるときに主機関から排出されるＮＯ_X 量と同量のＮＯ_X 量が排出される機関空燃比を（Ａ／Ｆ）Ｎで表すと主機関１の機関空燃比を（Ａ／Ｆ）Ｎと理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓ間、或いはリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌよりも大きくすれば主機関１から排出されるＮＯ_X 量、すなわち流入ＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）が少なくなる。なお、リーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌが１８．５であるときの（Ａ／Ｆ）Ｎは図２（Ｂ）からわかるように１６．５になっている。
【００９０】
そこで、本実施態様では、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＨ₃ 量またはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから放出されるＮＨ₃ 量が浄化可能なＮＯ_X 量よりもわずかばかり少ないしきい値ＴＨを求め、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの流入ＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）がこのしきい値ＴＨを越えて増大したときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにおいてＮＨ₃ に対しＮＯ_X が過剰になると判断して主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔを例えば図２（Ｂ）に示す（Ａ／Ｆ）Ｐ（例えば１５．０）にして主機関１から排出されるＮＯ_X 量を低減し、それによって流入ＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）を低減するようにしている。その結果、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにおいてＮＯ_X が過剰となるのが阻止され、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａからＮＯ_X が浄化されることなく排出されるのが阻止される。
【００９１】
図１８（Ａ）は、副機関２０から三元触媒８ａへ排気を供給しているのしきい値ＴＨを示す実験結果である。図１８（Ａ）からわかるようにこの場合のしきい値ＴＨはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）と、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの流入ＮＨ₃ 量Ｆ（ＮＨ₃ ）との関数として求められ、一定のＦ（ＮＨ₃ ）に対してＳ（ＮＨ₃ ）が大きくなるにつれて大きくなり、一定のＳ（ＮＨ₃ ）に対してＦ（ＮＨ₃ ）が大きくなるにつれて大きくなる。この場合のしきい値ＴＨは図１８（Ｂ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００９２】
図１９は、副機関２０から三元触媒８ａへの排気の供給を停止しているときのしきい値ＴＨを示す実験結果である。図１９からわかるようにこの場合のしきい値ＴＨはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）の関数として求められ、Ｓ（ＮＨ₃ ）が大きくなるにつれて大きくなる。この場合のしきい値ＴＨは図１９に示されるマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００９３】
図２０は本実施態様における主機関１の機関空燃比を制御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。
図２０を参照すると、まずステップ２００では切り替え弁２５がオフであるか否かが判別される。切り替え弁２５がオンのとき、すなわち副気筒２０の排気が排気管７内に導入されているときには次いでステップ２０１に進み、図１２（Ｂ）のマップを用いて第２の気筒群１ｂから排出されるＮＯ_X 量Ｍｂ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ２０２では流入ＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）がＭｂ（ＮＯ_X ）とされる。続くステップ２０３では図１８（Ｂ）のマップからしきい値ＴＨが算出される。この場合、吸着ＮＨ₃ 量Ｆ（ＮＨ₃ ）および流入ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）は図１５に示すルーチンにおいて算出されたものを用いることができる。次いでステップ２０８にジャンプする。
【００９４】
これに対して切り替え弁２５がオフのとき、すなわち副気筒２０の排気が排気管７内に導入されていないときには次いでステップ２０４に進み、図８（Ｂ）のマップを用いて第１の気筒群１ａから排出されるＮＯ_X 量Ｍａ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ２０５では図１２（Ｂ）のマップを用いて第２の気筒群１ｂから排出されるＮＯ_X 量Ｍｂ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ２０６では次式に基づいて流入ＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）が算出される。
【００９５】
Ｆ（ＮＯ_X ）＝Ｍａ（ＮＯ_X ）＋Ｍｂ（ＮＯ_X ）
続くステップ２０７では図１９のマップからしきい値ＴＨが算出される。この場合も吸着ＮＨ₃ 量Ｆ（ＮＨ₃ ）は図１５に示すルーチンにおいて算出されたものを用いることができる。次いでステップ２０８に進む。
ステップ２０８では流入ＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）がステップ２０３または２０８において算出されたしきい値ＴＨよりも多いか否かが判別される。Ｆ（ＮＯ_X ）≦ＴＨのときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにおいてＮＯ_X がＮＨ₃ に対し過剰にならないと判断してステップ２０９に進み、主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔをリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌとして処理サイクルを終了する。これに対してＦ（ＮＯ_X ）＞ＴＨのときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにおいてＮＯ_X がＮＨ₃ に対し過剰になると判断してステップ２１０に進み、主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔを（Ａ／Ｆ）Ｐとして処理サイクルを終了する。
【００９６】
本実施態様では主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔ、すなわち燃料噴射量を変更することにより主機関１の機関空燃比を変更するようにしている。しかしながら、例えばスロットル弁６下流の吸気ダクト４内に吸気絞り弁を配置し、Ｆ（ＮＯ_X ）＞ＴＨとなったときに燃料噴射量を変更することなく吸気絞り弁を閉弁方向に駆動して主機関１の吸入空気量を低減し、それによって主機関１の機関空燃比をリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌから例えば（Ａ／Ｆ）Ｐに変更することもできる。
【００９７】
図２１はさらに別の実施態様を示している。図２１は本発明をディーゼル機関に適用した場合を示しているが、本発明を火花点火式ガソリン機関に適用することもできる。
図２１を参照すると、ディーゼル機関からなる主機関１は第１の気筒群１ａを構成する１番気筒＃１と、第２の気筒群１ｂを構成する２番気筒＃２、３番気筒＃３、および４番気筒＃４を備えている。本実施態様において、リッチ排気生成装置１９はバーナー１１０を具備する。バーナー１１０の排気側は排気管１１１を介して排気管７に接続される。なお、バーナー１１０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。
【００９８】
また、主機関１の各気筒には燃料噴射ノズル５ａから燃料が供給され、各燃料噴射ノズル５ａには共通の燃料ポンプ１１２から燃料が供給される。また、第１の気筒群１ａを構成する１番気筒＃１の吸気枝管２内には、１番気筒＃１の吸入空気量を低減可能な吸気絞り弁１１３が配置される。この吸気絞り弁１１３は電磁式または負圧式のアクチュエータ１１４により駆動される。なお、燃料ポンプ１１２およびアクチュエータ１１４は電子制御ユニット４０からの出力信号に基づいてそれぞれ制御される。
【００９９】
さらに図２１を参照すると、スロットル弁６にはスロットル弁６の開度に比例した出力電圧を発生するスロットル開度センサ１１５が取り付けられる。このスロットル開度センサ１１５の出力電圧はＡ／Ｄ変換器１１６を介して電子制御ユニット４０の入力ポート４５に入力される。また、バーナー１１０の排気管１１１の出口よりも下流に位置する排気管７内にはその位置を流通する排気の排気空燃比を検出する空燃比センサ１１７が取り付けられ、この空燃比センサ１１７の出力電圧はＡ／Ｄ変換器１１８を介して入力ポート４５に入力される。この空燃比センサ１１７は上述したようないわゆる全域空燃比センサから構成される。また、排気管１１１内に取り付けられた空燃比センサ５６はバーナー１１０の排気の排気空燃比を検出する。
【０１００】
一方、電子制御ユニット４０の出力ポート４６はそれぞれ対応する駆動回路５９を介してバーナー１１０、燃料ポンプ１１２、およびアクチュエータ１１４に接続される。
ところで、主機関１の各気筒において燃料噴射ノズル５ａから、機関運転状態に対し最適な機関出力トルクを得るのに必要な燃料が噴射される。この燃料噴射量は例えばスロットル開度と機関回転数ＭＮとの関数として予めＲＯＭ４２内に記憶されている。この場合、各気筒の機関空燃比は例えば２２（空気過剰率１．５）程度に維持されており、すなわち主機関１では基本的にリーン運転が継続して行われる。したがって、好ましくないスモークが排出されるのが阻止される。
【０１０１】
一方、バーナー１１０はＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）に応じて運転または休止される。すなわち、吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が上限しきい値ＵＴ（ＮＨ₃ ）を越えて増大するまではバーナー１１０においてリッチ運転を行ってこの排気を三元触媒８ａに導くことにより三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリッチとなるようにし、それによって三元触媒８ａにおいてＮＨ₃ 生成作用を行うようにしている。
【０１０２】
ところで、三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用のことを考えると三元触媒８ａに流入する排気全体の排気空燃比が約１３．８に維持されるのが好ましい。ところが、本実施態様においてバーナー１１０は主機関１の運転状態によらずほぼ定常運転を行うようになっている。すなわち、バーナー１１０の排気の排気空燃比および排気流量はほぼ一定である。このため、主機関１の機関運転状態が変動すると三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比が変動し、或いはリーンになる恐れさえある。
【０１０３】
そこで、第１の気筒群１ａの吸入空気量を低減する吸気絞り弁１１３を設け、この吸気絞り弁１１３を制御することにより燃料噴射量を変更することなく第１の気筒群１ａの機関空燃比を制御し、それによって三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比が約１３．８に維持されるようにしている。この場合、吸気絞り弁１１３の開度は空燃比センサ１１７の出力信号に基づいてフィードバック制御される。その結果、こ三元触媒８ａにおいてＮＨ₃ 生成作用を常時最適に行うことができる。
【０１０４】
吸気絞り弁１１３が閉弁方向が駆動されると第１の気筒群１ａの機関空燃比はリッチ側に移動されるが、理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓよりもわずかにリーンとなっている。以下ではこのような運転状態をスライトリーン運転と称する。第１の気筒群１ａ、すなわち１番気筒＃１がスライトリーン運転を行うと三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比を容易にリッチにすることができる。すなわち、バーナー１１０の排ガス量を低減することができ、したがってリッチ排気生成装置１９から排気管７に供給すべき還元剤量を低減することができる。なお、吸気絞り弁１１３が最小開度となったときでも１番気筒＃１の機関空燃比が約１６．０（空気過剰率約１．１）よりもリッチにならないようになっている。
【０１０５】
三元触媒８ａにおいて生成されたＮＨ₃ は次いでＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに到り、第２の気筒群１ｂから排出されたＮＯ_X を還元する。過剰のＮＨ₃ はＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに吸着される。この場合の排気浄化方法の概念図が図２２に示される。
ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が上限しきい値を越えて増大したらバーナー１１０を停止し、吸気絞り弁１１３を全開に維持する。その結果、三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリーンとされ、第１の気筒群１ａの排気中のＮＯ_X は三元触媒８ａを通過し、次いでＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに到る。ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａでは吸着されているＮＨ₃ が放出され、このＮＨ₃ は第１および第２の気筒群１ａ，１ｂからの排気中のＮＯ_X を還元する。この場合の排気浄化方法の概念図が図２２に示される。
【０１０６】
吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が下限しきい値ＬＴ（ＮＨ₃ ）を越えて低下したら再びバーナー１１０のリッチ運転を再開し、三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用を再開する。
図２４は上述のバーナー１１０の運転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。
【０１０７】
図２４を参照すると、まずステップ１４０ではバーナー１１０がオフであるか、すなわち停止しているか否かが判別される。バーナー１１０がオンのとき、すなわちバーナーが運転されてバーナー１１０の排気が排気管７内に導入されているときには次いでステップ１４１に進む。ステップ１４１では図８（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たり第１の気筒群１ａから排出されるＮＯ_X 量Ｍａ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ１４２では図２５のマップを用いて単位時間当たりバーナー１１０から排出されるＮＯ_X 量Ｂ（ＮＯ_X ）が算出される。本実施態様ではバーナー１１０の空燃比はほぼ一定であるが、バーナー１１０の空燃比が変動したときにもＢ（ＮＯ_X ）を算出できるように図２５のマップを備えている。
【０１０８】
図２５は一定の空気量において実験により求められた単位時間当たりバーナーから排出されるＮＯ_X 量Ｑ（ＮＯ_X ）と、バーナー１１０の空燃比との関係を示している。図２５に示されるように単位時間当たりバーナー１１０から排出されるＮＯ_X 量Ｑ（ＮＯ_X ）は空燃比が小さくなるにつれて多くなる。なお、このＮＯ_X 量Ｑ（ＮＯ_X ）は図２５に示すようなマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【０１０９】
続くステップ１４３では次式に基づいて単位時間当たり三元触媒８ａに流入するＮＯ_X 量Ｑ（ＮＯ_X ）が算出される。
Ｑ（ＮＯ_X ）＝Ｍａ（ＮＯ_X ）＋Ｂ（ＮＯ_X ）
続くステップ１４４では図１１のマップを用いて三元触媒８ａの変換効率ＥＴＡが算出される。続くステップ１４５では次式に基づいて単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＨ₃ 量Ｆ（ＮＨ₃ ）が算出される。
【０１１０】
Ｆ（ＮＨ₃ ）＝Ｑ（ＮＯ_X ）・ＥＴＡ
続くステップ１４６では図１２（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たり第２の気筒群１ｂから排出されるＮＯ_X 量Ｍｂ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ１４７では単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）がＭｂ（ＮＯ_X ）とされる。続くステップ１４８では図１３のマップを用いて当量係数ＫＣが算出される。続くステップ１４９では次式に基づいてＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が算出される。
【０１１１】
Ｓ（ＮＨ₃ ）＝Ｓ（ＮＨ₃ ）＋｛Ｆ（ＮＨ₃ ）−ＫＣ・Ｆ（ＮＯ_X ）｝・ＤＥＬＴＡａａ
ここで、ＤＥＬＴＡａａは前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの時間間隔である。次いでステップ１５０に進み、ステップ１５０ではＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が上限しきい値ＵＴ（ＮＨ₃ ）よりも大きいか否かが判別される。Ｓ（ＮＨ₃ ）≦ＵＴ（ＮＨ₃ ）のときには処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＨ₃ ）≦ＵＴ（ＮＨ₃ ）のときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が未だ大きいと判断してバーナー１１０をオンに維持し、それによってバーナー１１０の排気を継続して排気管７に供給する。その結果三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用が継続される。
【０１１２】
これに対しステップ１５０においてＳ（ＮＨ₃ ）＞ＵＴ（ＮＨ₃ ）のときには次いでステップ１５１に進み、バーナー１１０をオフにして処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＨ₃ ）＞ＵＴ（ＮＨ₃ ）のときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が小さくなったと判断して排気管７へのバーナー１１０の排気の供給作用が停止される。その結果、三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用が停止される。
【０１１３】
一方、ステップ１４０においてバーナー１１０がオフのときには次いでステップ１５２に進む。ステップ１５２では図１４（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから放出されるＮＨ₃ 量Ｄ（ＮＨ₃ ）が算出される。続くステップ１５３では次式に基づいてＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が算出される。
【０１１４】
Ｓ（ＮＨ₃ ）＝Ｓ（ＮＨ₃ ）−Ｄ（ＮＨ₃ ）・ＤＥＬＴＡａｄ
ここでＤＥＬＴＡａｄは前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの時間間隔である。次いでステップ１５４に進み、ステップ１５４ではＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が下限しきい値ＬＴ（ＮＨ₃ ）よりも小さいか否かが判別される。Ｓ（ＮＨ₃ ）≧ＬＴ（ＮＨ₃ ）のときには処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＨ₃ ）≧ＬＴ（ＮＨ₃ ）のときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が十分に大きくなっていないと判断してバーナー１１０をオフに維持する。その結果、三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用が継続して停止される。
【０１１５】
これに対しステップ１５４においてＳ（ＮＨ₃ ）＜ＬＴ（ＮＨ₃ ）のときには次いでステップ１５５に進み、バーナー１１０をオンにして処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＨ₃ ）＜ＬＴ（ＮＨ₃ ）のときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が十分大きくなったと判断して排気管７へのバーナー１１０の排気の供給作用を再開する。その結果、三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用が再開される。
【０１１６】
ところで、バーナー１１０の燃料には例えばガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水素、或いは液体の状態で保存しうるブタン、プロパンのような炭化水素が用いられうる。しかしながら、主機関１の燃料と同一の燃料を用いれば特別の燃料タンクを必要としないので本実施態様においてバーナー１１０の燃料には主機関１の燃料と同一の燃料、例えばガソリンが用いられる。
【０１１７】
なお、本実施態様ではバーナー１１０の空燃比を一定に定めている。しかしながら、バーナー１１０の空燃比を例えば主機関１の運転状態に応じて変更するようにすることもできる。また、バーナー１１０を三元触媒８ａとまたは触媒コンバータ９と一体的に設けてもよい。
また、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａからＮＨ₃ を放出させるべきときに、バーナー１１０の空燃比を理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓまたはリーンとしてバーナー１１０を継続して運転するようにしてもよい。
【０１１８】
図２５は吸気絞り弁１１３の開度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。
図２５を参照すると、まずステップ１６０ではバーナー１１０がオフであるか否かが判別される。バーナー１１０がオンのとき、すなわちバーナー１１０がリッチ運転されてバーナー１１０の排気が排気管７に導入され、三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比をリッチとすべきときには次いでステップ１６１に進む。ステップ１６１では吸気絞り弁１１３の開度が空燃比センサ１１７の出力信号に基づいてフィードバック制御される。その結果、三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比が、ＮＨ₃ を生成するのに最適な例えば約１３．８に維持される。次いで処理サイクルを終了する。
【０１１９】
これに対してバーナー１１０がオフのとき、すなわちバーナー１１０が停止されているときには次いでステップ１６２に進み、吸気絞り弁１１０を全開にして処理サイクルを終了する。なお、排気浄化装置のその他の構成および作用は図１に示す実施態様と同様であるので説明を省略する。
次に、排気浄化触媒１４の別の実施態様を説明する。
【０１２０】
本実施態様における排気浄化触媒１４は、担体上に形成したアルミナなどのウォッシュコート層に、例えば銅Ｃｕ、クロムＣｒ、ヴァナジウムＶ、チタンＴｉ、鉄Ｆｅ、ニッケルＮｉ、コバルトＣｏ、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒなどの元素周期表第４周期または第ＶＩＩＩ族に含まれる遷移元素の中から選ばれた１つ以上の物質を触媒成分として担持させたものが用いられる。
【０１２１】
このように構成される排気浄化触媒をＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒と称すると、このＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒は、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の温度が、担持した触媒成分により定まる所定の温度範囲（後述する最適温度範囲）であると流入する酸化雰囲気の排気中に含まれるＮＨ₃ 成分をほぼ完全にＮ₂ に転換、浄化する機能を有する。
【０１２２】
また、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の温度がこの最適温度範囲以上のときにはＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒上で流入する排気中のＮＨ₃ が酸化され、ＮＯ_X がＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒下流側に流出するようになる。すなわち、最適温度範囲以上の触媒温度領域ではＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒上で上述したＮＨ₃ の酸化反応（７）および（８）が支配的になり、触媒を通過した排気中のＮＯ_X （ＮＯ₂ ，ＮＯ）成分が増大する。
【０１２３】
さらに、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の温度が最適温度範囲以下のときにはＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒のＮＨ₃ 分解反応は低下し、流入する排気中のＮＨ₃ のうち、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒を通過して触媒下流側に流出するＮＨ₃ の量が増大する。
図２７は、このＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の温度による排気浄化特性の変化を模式的に示した図である。図２７は、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に一定の濃度のＮＨ₃ を含む酸化雰囲気のガスを供給した場合のＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒出口におけるガス中のＮＨ₃ およびＮＯ_X の濃度と、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の温度との関係を示し、横軸は触媒温度、縦軸はガス中の各成分濃度をそれぞれ示し、図中実線は触媒出口ＮＨ₃ 濃度を、点線は触媒出口ＮＯ_X 濃度を示している。
【０１２４】
図２７に示すように、触媒入口のガス中のＮＨ₃ 濃度を一定に保った場合、触媒温度が低い領域（図２７、区間Ｉ）では、触媒出口のＮＨ₃ 濃度はほぼ入口のＮＨ₃ 濃度と等しくなり、逆にＮＯ_X 濃度はほぼ零となっている。すなわち、流入するガス中のＮＨ₃ はそのままＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒を通過して下流側に流出する。
【０１２５】
また、区間Ｉより高い温度領域（図２７、区間ＩＩ）では温度の上昇とともに出口ＮＨ₃ 濃度は減少するが、出口ＮＯ_X 濃度はほぼ零のまま変化しない。すなわち、この領域ではＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入するＮＨ₃ のうちＮ₂ に転換される割合がＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の温度上昇に伴い増大する。
この状態で、さらにＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の温度が上昇すると（図２７、区間ＩＩＩ）触媒出口ではＮＯ_X の濃度がほぼ零のままＮＨ₃ 濃度がさらに減少し、ＮＨ₃ とＮＯ_X との濃度はともにほぼ零の状態が生じる。すなわち、この温度範囲では、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入するＮＨ₃ のほぼ全量がＮＯ_X を生成することなくＮ₂ に転換、浄化される。
【０１２６】
また、上記区間ＩＩＩよりもＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の温度がさらに上昇すると触媒出口でのＮＯ_X 濃度が温度とともに増大し（図２７、区間ＩＶ）、さらにＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の温度が上昇するとＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入するＮＨ₃ の全量がＮＯ_X に転換されるようになる（図２７、区間Ｖ）。
本明細書では、図２７に示す区間ＩＩＩのようにＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入するガス中のＮＨ₃ 成分のほぼ全量がＮ₂ に転換され、ＮＯ_X を生成しない温度範囲をＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の最適温度範囲と称している。
【０１２７】
この最適温度範囲は、排気を浄化するための通常の触媒の使用温度領域に較べて比較的低温であり、例えば触媒成分として白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈなどを担持させた場合には約１００℃〜４００℃の範囲であり、クロムＣｒ、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅなどを担持させた場合には約１５０℃〜６５０℃の範囲となる。
【０１２８】
また、上記ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒を、排気流れ方向の下流側に白金Ｐｔなどの貴金属系、上流側にクロムＣｒなどの卑金属系の触媒成分を担持するタンデム触媒として構成することにより、触媒全体として使用温度範囲を拡大することが可能となる。
ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒が上記の限られた温度範囲では、何故ＮＯ_X を発生することなく流入するガス中のＮＨ₃ をほぼ完全にＮ₂ に転換し、それ以上の温度範囲ではＮＨ₃ をＮＯ_X に転換してしまうようになるのかは現在のところ完全には明らかになっていない。しかし、この理由はＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の最適温度範囲では以下の反応が生じるためと考えられる。
【０１２９】
すなわち、触媒温度が最適温度範囲の領域では上述したＮＨ₃ の酸化反応（７）および（８）に加えて上述の脱硝反応（９）および（１０）が生ずる。このため、酸化反応（７）および（８）で生成されたＮＯ_X が排気中のＮＨ₃ と反応し直ちに脱硝反応（９）および（１０）により分解される逐次反応が生じるため、結果としてＮＨ₃ の全量がＮ₂ に転換されるものと思われる。
【０１３０】
一方、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の温度が最適温度範囲よりも高い場合には、酸化反応（７）および（８）が活発となり流入する排気中のＮＨ₃ のうちＮＯ_X に転換されるものの割合が大きくなるため脱硝反応（９）および（１０）が生じにくくなる。このため、最適温度範囲より高い温度では生成したＮＯ_X が脱硝反応（９）および（１０）により還元されずにそのままＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒から流出するようになる。
【０１３１】
また、最適温度範囲より低い温度では酸化反応（７）および（８）が不活発になるためＮＯ_X の生成量が減少して脱硝反応（９）および（１０）が生じにくくなる。このため、最適温度より低い温度では脱硝反応（９）および（１０）によりＮＨ₃ が消費されることなくＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒から流出するようになると考えられる。
【０１３２】
上述のように、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の最適温度領域は、ＮＨ₃ の酸化反応（７）および（８）が脱硝反応（９）および（１０）とバランスして、生成されたＮＯ_X 成分が直ちに逐次反応によりＮＨ₃ と反応、還元されるような温度領域と考えられる。このため、最適温度領域は触媒の酸化力（及び酸化力の温度変化特性）により定まることになり、上述したように白金Ｐｔなどの酸化力の強い触媒を使用した場合には、クロムＣｒなどの比較的酸化力の弱い触媒を使用した場合に比べて最適温度領域が高温側になる傾向を示すようになったものと考えられる。
【０１３３】
上述のように現在のところ理由は完全には解明されていないが、実際にＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒を上記最適温度範囲で使用すると流入する酸化雰囲気のガス中のＮＨ₃ がほぼ完全にＮ₂ に転換されることが確認されている。
また、これに関連して、上記最適温度範囲でＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒を使用した場合に以下の３点が確認されている。
【０１３４】
すなわち、その第１点は、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入する排気は酸化雰囲気、すなわちＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入する排気の排気空燃比が理論空燃比よりもリーンになっていれば、流入する排気中のＮＨ₃ は完全にＮ₂ に転換され、流入する排気の排気空燃比のリーンの程度には影響を受けないということである。
【０１３５】
また、第２点は、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入する排気中にＮＨ₃ と共にＮＯ_X が含まれている場合、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒でＮＨ₃ と共にＮＯ_X も浄化され、触媒出口でのＮＯ_X 濃度はほぼ零になるということである。この場合、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入する排気中のＮＨ₃ 量と、ＮＯ_X すなわちＮＯ₂ またはＮＯの量との比は、上述の脱硝反応（９）および（１０）における当量比（４：３または１：１）になっている必要はなく、流入する排気中に含まれるＮＨ₃ 量が流入する排気中のＮＯ₂ とＮＯとを還元するのに必要な量よりも多ければ流入する排気中のＮＯ_X （ＮＯ₂ ，ＮＯ）は完全に浄化される。また、上述したようにＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入する排気の排気空燃比がリーンであれば余剰のＮＨ₃ はＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒により完全に浄化されるため余剰のＮＨ₃ が触媒下流側に流出することはない。
【０１３６】
ただし、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入する排気中にＮＨ₃ とＮＯ_X との両方が含まれている場合には図１８に示した触媒出口でのＮＯ_X 濃度が増大する区間（図２７、区間ＩＶ）が、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入する排気中にＮＯ_X が含まれることなくＮＨ₃ が含まれる場合に比べてより低温側から開始するようになり、したがって最適温度範囲は狭くなる。
【０１３７】
これは、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入する排気に既にＮＯ_X が含まれている場合には高温領域でのＮＨ₃ の酸化により生成されるＮＯ_X と、流入する排気中のＮＯ_X との両方を浄化する必要があり、ＮＨ₃ の不足が生じやすくなるためである。
従来、排気中のＮＨ₃ とＮＯ_X とに脱硝反応を生じさせる触媒としては酸化バナジウム／チタニア（Ｖ₂ Ｏ₅ ／ＴｉＯ₂ ）系の触媒などが知られているが、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒でＮＨ₃ とＮＯ_X とを過不足なく反応させ、余剰のＮＨ₃ やＮＯ_X が触媒下流側に流出しないようにするためには排気中のＮＨ₃ とＮＯ_X との量の比を厳密に脱硝反応における当量比に調整する必要があった。すなわち、排気中にＮＯ₂ とＮＯとの両方が含まれる場合、ＮＨ₃ の量は排気中のＮＯ₂ の４／３倍とＮＯの１倍との合計に厳密に調整する必要があった。これに対して、本実施態様におけるＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒では、ＮＨ₃ の量が排気中のＮＯ_X （ＮＯ₂ ，ＮＯ）量に対して上述の等量比以上でありかつ流入する排気の排気空燃比がリーンであれば流入する排気中のＮＯ_X とＮＨ₃ との両方を完全に浄化することができ、触媒下流側に流出することがない点が大きく相違している。
【０１３８】
さらに第３点は、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入する排気中にＨＣ，ＣＯ成分が含まれている場合でも排気空燃比がリーンであれば排気中のＨＣ，ＣＯ成分はＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒により酸化され、触媒下流側には流出しないということである。
ところで、上述のようにＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒は最適温度範囲では流入する排気中のＮＨ₃ を完全に分解するが、図２７で説明したように最適温度範囲より低い温度領域では、流入する排気中のＮＨ₃ が浄化されずに触媒下流側に流出するようになる。
【０１３９】
一方、酸性無機成分（ゼオライト、シリカＳｉＯ₂ 、シリカアルミナＳｉＯ₂ ・Ａｌ₂ Ｏ₃ 、チタニアなどのブレンステッド酸、および銅Ｃｕ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉ、鉄Ｆｅなどの遷移金属の酸化物などのルイス酸を含む）はＮＨ₃ を吸着することが知られている。そこで、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に上記の酸性無機成分を担持させるか、或いは上記酸性無機成分を含む材料で多孔質を形成して担体自体として使用するようにするとＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に流入する排気中のＮＨ₃ の過剰分が触媒担体に吸着される。特に、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の温度が最適温度範囲よりも低い温度領域にＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒において浄化され得ないＮＨ₃ も吸着される。その結果、触媒下流側に流出する未浄化のＮＨ₃ の量を低減することができる。これらの酸性無機成分に吸着されたＮＨ₃ は、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の温度が上昇し、または流入する排気中のＮＨ₃ 濃度が低下すると放出される。酸性無機成分から放出されたＮＨ₃ はＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒により分解されるのでＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒の温度が変動するような場合には上記のような酸性の担体を使用することにより全体としてＮＨ₃ の浄化効率を向上させることができる。
【０１４０】
さらに、このようなＮＨ₃ 放出作用が行われる限り、酸性無機成分における吸着ＮＨ₃ 量は増大しない。その結果、ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒がＮＨ₃ により飽和するのが阻止され、すなわちＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒からＮＨ₃ が漏れ出すのが阻止される。したがって、例えば図１の内燃機関において切り替え弁２５や補助機関用排気浄化触媒２９などを設けることなく副機関２０の排気を常時ＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒に導いたとしてもＮＨ₃ ・ＮＯ_X 浄化触媒からＮＨ₃ が漏れ出すのが阻止される。斯くして、装置全体の構成を簡素化することができる。
【０１４１】
図２８はさらに別の実施態様を示している。
図２８を参照するとリッチ排気生成装置１９は図１と同様に副機関２０を備えている。しかしながら、副機関２０の排気管２４は切り替え弁を介することなく排気管７に接続されており、したがって副機関２０の排気は常時排気管７に導入されるようになっている。
【０１４２】
本実施態様において排気浄化触媒１４はＮＯ_X 吸蔵作用と触媒作用とを備えたいわゆるＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから形成される。すなわち、本実施態様においてＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂは排気浄化触媒と、流入する排気中のＮＯ_X を蓄える吸蔵材とを同時に構成している。このＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂは担体の表面上に形成された例えばアルミナからなるウオッシュコート層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、鉄Ｆｅのような遷移金属から選ばれた少なくとも１つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されて形成されている。このＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比がリーンのときにはＮＯ_X を吸蔵し、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X の吸放出作用を行う。
このＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂを機関排気通路内に配置すればこのＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂ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以下に説明する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、遷移金属を用いても同様なメカニズムとなる。
【０１４３】
すなわち、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比がリーンとなると、すなわち排気中の酸素濃度が大幅に増大するとこれら酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^- またはＯ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^- またはＯ^2-と反応してＮＯ₂ となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ）。次いで生成されたＮＯ₂ の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂ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ＮＯ₃ ^- の形でＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂ内に拡散する。このようにしてＮＯ_X がＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂ内に吸蔵される。
【０１４４】
これに対しＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気中の酸素濃度が低下してＮＯ₂ の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ₃ ^- →ＮＯ₂ ）に進み、斯くしてＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂ内の硝酸イオンＮＯ₃ ^- がＮＯ₂ の形でＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから放出される。すなわち、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気中の酸素濃度が低下すると、例えばＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比がリーンからリッチとなるとＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂからＮＯ_X が放出される。このときＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂ周りに還元剤、例えばＮＨ₃ が存在するとこのＮＯ_X はＮＨ₃ によって還元され、浄化される。なお、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比がリッチのときには図２（Ａ）からもわかるようにＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気中に炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、または水素Ｈ₂ も含まれる。これらＨＣおよびＣＯなどはＮＨ₃ と同様に還元剤として作用してＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂにおいてＮＯ_X の一部を還元すると考えられている。しかしながら、ＮＨ₃ の還元力はこれらＨＣおよびＣＯなどに比べて強く、したがってＮＨ₃ を還元剤として用いることによってＮＯ_X を確実に還元することができる。
【０１４５】
次に図２９から図３１までを参照して本実施態様の排気浄化方法について説明する。
本実施態様でも、主機関１の第１および第２の気筒群１ａ，１ｂでは共に通常リーン運転が行われる。この場合の主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔは一定のリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌ、例えば１８．５とされる。これに対して副機関２０の目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔはリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒとされ、すなわち副機関２０ではリッチ運転が行われる。この場合、三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比が上述のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＲ、例えば１３．８に維持されるように副機関２０の目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔが定められる。その結果、三元触媒８ａにおいてＮＨ₃ 生成作用が行われ、ＮＨ₃ は次いでＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する。
【０１４６】
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂには、三元触媒８ａからのＮＨ₃ と、第２の気筒群１ｂから排出された排気中のＮＯ_X とが流入する。このときＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比はリーンとなっており、その結果ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂにおいてＮＯ_X とＮＨ₃ とが同時に浄化される。本実施態様では、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入するＮＨ₃ 量が、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入するＮＯ_X を浄化するのに必要な量と同じか或いは必要量よりも少なくなるように、三元触媒８ａに流入する排気のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＲが定められている。この場合、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂにＮＨ₃ に対し過剰のＮＯ_X はＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに吸蔵され、斯くしてＮＯ_X もＮＨ₃ もＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから排出されるのが阻止されている。この場合の排気浄化方法が図２９に示されている。
【０１４７】
次いで、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに吸蔵されているＮＯ_X 量、すなわち吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が次第に多くなってＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂが飽和するとＮＯ_X が浄化されることなくＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから排出されてしまう。そこで、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）を求めてこのＳ（ＮＯ_X ）が予め定められた上限しきい値ＵＴ（ＮＯ_X ）を越えて増大したときにＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比をリッチにし、それによってＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから吸蔵されているＮＯ_X を放出させるようにしている。この場合、三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比はリッチに維持されており、すなわちＮＯ_X 生成作用は継続して行われている。その結果、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂにＮＨ₃ が継続的に流入することになる。このため、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから放出されたＮＯ_X は流入する排気中のＮＯ_X によって浄化される。したがって、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂからＮＯ_X を放出させているときにもＮＯ_X およびＮＨ₃ が浄化されることなく排出されるのが阻止されている。
【０１４８】
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比をリッチにするために、本実施態様では副機関２０に継続してリッチ運転を行わせつつ主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔをリッチ側に変更させている。この場合の主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）ＴはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比がリッチである限りどのように定めてもよいが、本実施態様ではわずかにリーンである（Ａ／Ｆ）Ｐ（例えば１５．０）にし、すなわち主機関１にスライトリーン運転を行わせるようにしている。一方、副機関２０では一定のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒでもってリッチ運転が継続される。この場合の排気浄化方法が図３０に示されている。
【０１４９】
なお、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比をリッチにすべきときに主機関１にストイキ運転を行わせてもよいし、或いはリッチ運転を行わせてもよい。また、副機関２０の目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔをさらに小さくしてもよい。
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 放出作用が継続されるとＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が次第に低下し、次いで吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が予め定められた下限しきい値ＬＴ（ＮＯ_X ）を越えて低下したら再び主機関１にリーン運転を行わせ、副機関２０のリッチ運転を継続する。
【０１５０】
図３１はＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）、主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔおよび副機関２０の目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔをそれぞれ表すタイムチャートである。図３１において時間零は、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂにおいて過剰ＮＯ_X 吸蔵作用が開始された時間を表している。この場合副機関２０の目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔはリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒとされ、したがって副機関２０はリッチ運転を行っている。一方、主機関の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔはリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌとされ、したがって主機関１はリーン運転を行っている。その結果、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比がリーンとなっている。このため、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が次第に増大し、時間ｇとなると上限しきい値ＵＴ（ＮＯ_X ）をこえて増大する。Ｓ（ＮＯ_X ）＞ＵＴ（ＮＯ_X ）となったら主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔが（Ａ／Ｆ）Ｐとされて主機関１がスライトリーン運転を行う。一方、副機関２０の目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔはリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒに維持される。その結果、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比がリッチとなり、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから吸蔵されているＮＯ_X が次第に放出され、したがって吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が次第に減少する。時間ｈとなると吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が下限しきい値ＬＴ（ＮＯ_X ）を越えて低下する。時間ｉにおいてＳ（ＮＯ_X ）＜ＬＴ（ＮＯ_X ）となったら主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔを再びリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌとし、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比をリーンにする。なお、副機関２０の目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔはリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒに維持される。
【０１５１】
ところで、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから吸蔵されているＮＯ_X を放出させるためには上述したようにＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比、すなわち主機関１の排気と副機関２０の排気とが混合した後の排気の排気空燃比をリッチにしなければならない。したがって、主機関１の排ガス量が比較的多いときにはたとえ主機関１にスライトリーン運転を行わせかつ副機関２０にリッチ運転を行わせたとしてもＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比をリッチにするのは困難である。そこで、本実施態様では主機関１の排ガス量が予め定められた設定量よりも少ないときに、すなわち例えば低負荷運転時にＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 放出作用を行うべくＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比をリッチにしている。その結果、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比を容易にかつ確実にリッチにすることができる。
【０１５２】
ところで、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）を直接求めるのは困難である。そこで本実施態様では、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入するＮＯ_X 量とＮＨ₃ 量との差に基づいてＳ（ＮＯ_X ）を推定するようにしている。次に図３２を参照してＮＯ_X 放出制御および吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）の算出方法について詳細に説明する。
【０１５３】
図３２は上述のＮＯ_X 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。
図３２を参照すると、まずステップ２２０では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。このＮＯ_X 放出フラグは、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の全体の排気空燃比をリッチにすべきときにセットされ、リーンとすべきときにリセットされる。このＮＯ_X 放出フラグがリセットされているときには次いでステップ２２１に進む。ステップ２２１では図８（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たり第１の気筒群１ａから排出されるＮＯ_X 量Ｍａ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ２２２では図９（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たり副気筒２０から排出されるＮＯ_X 量Ａ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ２２３では図１０のマップを用いて係数ＲＫＫが算出される。続くステップ２２４では次式に基づいて単位時間当たり三元触媒８ａに流入するＮＯ_X 量Ｑ（ＮＯ_X ）が算出される。
【０１５４】
Ｑ（ＮＯ_X ）＝Ｍａ（ＮＯ_X ）＋Ａ（ＮＯ_X ）・ＲＫＫ
続くステップ２２５では図１１のマップを用いて三元触媒８ａの変換効率ＥＴＡが算出される。続くステップ２２６では次式に基づいて単位時間当たりＮＯ_X 吸蔵触媒１４ｂに流入するＮＨ₃ 量Ｆ（ＮＨ₃ ）が算出される。
Ｆ（ＮＨ₃ ）＝Ｑ（ＮＯ_X ）・ＥＴＡ
続くステップ２２７では図１２（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たり第２の気筒群１ｂから排出されるＮＯ_X 量Ｍｂ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ２２８では単位時間当たりＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入するＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）がＭｂ（ＮＯ_X ）とされる。続くステップ２２９では図１３のマップを用いて当量係数ＫＣが算出される。続くステップ２３０では次式に基づいてＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が算出される。
【０１５５】
Ｓ（ＮＨ₃ ）＝Ｓ（ＮＨ₃ ）＋｛Ｆ（ＮＯ_X ）−Ｆ（ＮＨ₃ ）／ＫＣ｝・ＤＥＬＴＡｎａ
ここで、ＤＥＬＴＡｎａは前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの時間間隔である。すなわち、単位時間当たりＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入したＮＯ_X のうちＦ（ＮＨ₃ ）／ＫＣだけＮＨ₃ により浄化され、残りのＮＯ_X がＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに吸蔵される。次いでステップ２３１に進み、ステップ２３１ではＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が上限しきい値ＵＴ（ＮＯ_X ）よりも大きいか否かが判別される。Ｓ（ＮＯ_X ）≦ＵＴ（ＮＯ_X ）のときには処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＯ_X ）≦ＵＴ（ＮＯ_X ）のときにはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 吸蔵能力が未だ大きいと判断し、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比をリーンに維持し、ＮＯ_X 吸蔵作用を継続する。
【０１５６】
これに対しステップ２３１においてＳ（ＮＯ_X ）＞ＵＴ（ＮＯ_X ）のときには次いでステップ２３２に進み、ＮＯ_X 放出フラグをセットして処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＯ_X ）＞ＵＴ（ＮＯ_X ）のときにはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 吸蔵能力が小さくなったと判断し、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比をリッチにしてＮＯ_X を放出させる。
【０１５７】
一方、ステップ２２０においてＮＯ_X 放出フラグをセットされているときには次いでステップ２３３に進む。ステップ２３３では主機関１が低負荷運転であるか否かが判断される。主機関１が中負荷または高負荷運転のときは次いでステップ２２１に進む。すなわち、この場合にはたとえＮＯ_X 放出フラグがセットされていても実際にＮＯ_X 放出作用は行われず、過剰ＮＯ_X の吸蔵作用が行われる。これに対し、主機関１が低負荷運転のときにはＮＯ_X 放出作用が行われ、次いでステップ２３４に進む。ステップ２３４では図３３（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たりＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから放出されるＮＯ_X 量Ｄ（ＮＯ_X ）が算出される。
【０１５８】
図３３（Ａ）は予め実験により求められた単位時間当たりＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから放出されるＮＯ_X 量Ｄ（ＮＯ_X ）を示している。図３３（Ａ）において実線はＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの温度が高いときを示しており、破線はＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの温度が低いときを示している。また、ＴＩＭＥはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比がリッチとされてからの時間を示している。ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂにおけるＮＯ_X の分解速度はＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの温度が高くなるほど速くなる。したがって、図３３（Ａ）の実線で示されるようにＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの温度が高いときには、すなわちＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気温度ＴＮＣが高いときにはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂ表面における排気空燃比が十分にリッチとならない間に多量のＮＯ_X がＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから放出され、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの温度、すなわち排気温度ＴＮＣが低いときには少量のＮＯ_X がＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから放出される。云い換えると、排気温度ＴＮＣが高くなるほど単位時間当たりＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから放出されるＮＯ_X 量Ｄ（ＮＯ_X ）が増大する。このＮＯ_X 量Ｄ（ＮＯ_X ）は排気温度ＴＮＣと時間ＴＩＭＥとの関数として図３３（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。なお、排気温度ＴＮＣは図２８に示されるように温度センサ６１により検出される。
【０１５９】
続くステップ２３５では次式に基づいてＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が算出される。
Ｓ（ＮＯ_X ）＝Ｓ（ＮＯ_X ）−Ｄ（ＮＯ_X ）・ＤＥＬＴＡｎｄ
ここでＤＥＬＴＡｎｄは前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの時間間隔である。次いでステップ２３６に進み、ステップ２３６ではＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が下限しきい値ＬＴ（ＮＯ_X ）よりも小さいか否かが判別される。Ｓ（ＮＯ_X ）≧ＬＴ（ＮＯ_X ）のときには処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＯ_X ）≧ＬＴ（ＮＯ_X ）のときにはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 吸蔵能力が十分に大きくなっていないと判断してＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比をリッチに維持する。その結果、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 放出体が継続される。
【０１６０】
これに対しステップ２３６においてＳ（ＮＯ_X ）＜ＬＴ（ＮＯ_X ）のときには次いでステップ２３７に進み、ＮＯ_X 放出フラグをリセットして処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＯ_X ）＜ＬＴ（ＮＯ_X ）のときにはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 吸蔵能力が十分大きくなったと判断してＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比をリーンにする。その結果、過剰のＮＯ_X がＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに吸蔵される。
【０１６１】
図３４は主機関１の燃料噴射時間ＭＴＡＵを算出するためのルーチンを示している。このルーチンは主機関１の一定クランク角度毎の割り込みによって実行される。
図３４を参照すると、まずステップ２４０では主機関１の吸入空気量ＭＱおよび機関回転数ＭＮから次式に基づいて基本燃料噴射時間ＭＴＢが算出される。
【０１６２】
ＭＴＢ＝（ＭＱ／ＭＮ）・Ｋ
続くステップ２４１では、今回の処理サイクルで求める燃料噴射時間ＭＴＡＵが第１の気筒群１ａのための燃料噴射時間であるか、第２の気筒群１ｂのための燃料噴射時間であるかが判別される。今回の処理サイクルで求める燃料噴射時間ＴＡＵが第１の気筒群１ａ、すなわち１番気筒＃１のための燃料噴射時間であると判別されたときには次いでステップ２４２に進み、ステップ２４２では第１の気筒群１ａのためのフィードバック補正係数ＭＦＡＦＡが算出される。続くステップ２４３ではＭＦＡＦＡがＦＡＦとされる。次いでステップ２４６にジャンプする。
【０１６３】
一方、ステップ２４１において、今回の処理サイクルで求める燃料噴射時間ＴＡＵが第２の気筒群１ｂのための燃料噴射時間であると判別されたとき、すなわち２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４のうちのいずれかの気筒のための燃料噴射時間であると判別されたときには次いでステップ２４４に進む。ステップ２４４では第２の気筒群１ｂのためのフィードバック補正係数ＭＦＡＦＢが算出される。続くステップ２４５ではＭＦＡＦＢがＦＡＦとされる。次いでステップ２４６に進む。
【０１６４】
ステップ２４６では図３３のルーチンでセットまたはリセットされる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るときには次いでステップ２４７に進み、主機関１が低負荷運転であるか否かが判別される。主機関１が低負荷運転のときには次いでステップ２４８に進み、主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔが（Ａ／Ｆ）Ｐとされる。したがって、ＮＯ_X 放出フラグがセットされかつ主機関１が低負荷運転のときに主機関１がスライトリーン運転を行い、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比がリッチとされ、斯くしてＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 放出作用が行われる。次いでステップ２５０に進む。
【０１６５】
これに対して、ステップ２４６においてＮＯ_X 放出フラグがリセットされているか、或いはステップ２４７において主機関１が中負荷または高負荷運転のときには次いでステップ２４９にジャンプする。ステップ２４９では主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔがリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌとされて主機関１がリーン運転を行う。したがってＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比がリーンとされ、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂにおいて過剰のＮＯ_X の吸蔵作用が行われる。次いでステップ２５０に進む。
【０１６６】
ステップ２５０では次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
ＭＴＡＵ＝ＭＴＢ・（（Ａ／Ｆ）Ｓ／Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔ）・ＭＦＡＦ
各燃料噴射弁５からはこの燃料噴射時間ＭＴＡＵだけ燃料が噴射される。
図３５は副機関２０の燃料噴射時間ＡＴＡＵを算出するためのルーチンを示している。このルーチンは副機関２０の一定クランク角度毎の割り込みによって実行される。
【０１６７】
図３５を参照すると、まずステップ２６０では副機関２０の吸入空気量ＡＱおよび機関回転数ＡＮから次式に基づいて基本燃料噴射時間ＡＴＢが算出される。
ＡＴＢ＝（ＡＱ／ＡＮ）・Ｋ
続くステップ２６１ではフィードバック補正係数ＡＦＡＦが算出される。ステップ２６２では図４（Ｂ）のマップを用いてリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＢが算出される。続くステップ２６３では図５（Ｂ）のマップを用いて係数ＲＫが算出される。続くステップ２６４では次式に基づいてリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒが算出される。
【０１６８】
（Ａ／Ｆ）Ｒ＝（Ａ／Ｆ）ＲＢ・ＲＫ
続くステップ２６５では目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔがリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒとされる。次いでステップ２６６に進む。
ステップ１０８では次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
ＡＴＡＵ＝ＡＴＢ・（（Ａ／Ｆ）Ｓ／Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔ）・ＡＦＡＦ
燃料噴射弁２３からはこの燃料噴射時間ＡＴＡＵだけ燃料が噴射される。
【０１６９】
このようにＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂからＮＯ_X を放出させるべきときに主機関１にスライトリーン運転を行わせると第２の気筒群１ｂからＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入するＮＯ_X 量を低減することができる。したがってＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから放出されたＮＯ_X を確実に浄化することができる。
本実施態様では副機関２０の排気を常時排気管７に導いて三元触媒８ａにおいて常時ＮＨ₃ を生成するようにしている。しかしながら、図１の実施態様におけるように切り替え弁２５および追加の三元触媒２９ａを設けて通常運転時は副機関２０の排気を追加の三元触媒２９ａに導き、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂからＮＯ_X を放出させるべきときのみリッチ運転を行う副機関２０の排気を排気管７に導き、それによってＮＨ₃ を一時的に生成するようにしてもよい。その他の排気浄化装置の構成および作用は図１の実施態様と同様であるので説明を省略する。
【０１７０】
図３６はさらに別の実施態様を示している。
図３６を参照すると、リッチ排気生成装置１９はバーナー１１０を具備している。このバーナー１１０の排気側は排気管１１１を介してＮＨ₃ 生成触媒８を構成する三元触媒８ａに接続される。一方、機関１の各気筒には全ての気筒に対し共通の排気マニホルド１０が接続される。これら三元触媒８ａおよび排気マニホルド１０は合流排気管１３を介して、排気浄化触媒１４と吸着材とを同時に構成するＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに接続される。なお、バーナー１１０は駆動回路５９を介して電子制御ユニット４０の出力ポート４６に接続されて電子制御ユニット４０からの出力信号に基づいて制御される。
【０１７１】
主機関１の全ての気筒では通常継続的にリーン運転が行われる。すなわち、主機関１の各気筒の目標空燃比が例えば一定のリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに維持される。これに対し、バーナー１１０では継続的にリッチ運転が行われる。すなわち、バーナー１１０の目標空燃比が例えば一定のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒに維持される。主機関１の各気筒の機関空燃比は空燃比センサ５０の出力信号に基づいて制御され、バーナー１１０の空燃比は排気管１１１内に配置された空燃比センサ５６の出力信号に基づいて制御される。また、バーナー１１０の空気量も一定とされており、したがってバーナー１１０は定常状態で運転される。
【０１７２】
バーナー１１０の空燃比は三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比に一致している。バーナー１１０がリッチ運転を行って三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリッチとされると三元触媒８ａにおいて流入する排気中のＮＯ_X の一部からＮＨ₃ が生成され、このＮＨ₃ は次いでＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する。ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａには主機関１の排気が流入しており、この場合ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する排気全体の排気空燃比はリーンに維持されている。このため、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａでは流入する排気中のＮＯ_X が流入するＮＨ₃ によって還元される。したがって、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａからＮＯ_X およびＮＨ₃ が浄化されることなく流出するのが阻止される。この場合の排気浄化方法の概念図が図３７に示される。
【０１７３】
ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに供給されたＮＨ₃ のうち過剰のＮＨ₃ はＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに吸着され、その結果ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が次第に低下してくる。そこで、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量が上限しきい値を越えて増大したらバーナー１１０の燃焼作用を停止し、それによって三元触媒８ａへのバーナー１１０の排気の供給作用を停止するようにしている。バーナー１１０の排気が三元触媒８ａに供給されなくなると三元触媒８ａにおいてＮＨ₃ が生成されず、したがってＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに三元触媒８ａからＮＨ₃ が供給されなくなる。その結果、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから吸着されているＮＨ₃ が放出されることになる。放出されたＮＨ₃ はＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する主機関１の排気中のＮＯ_X を還元する。したがって、この場合にもＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａからＮＯ_X およびＮＨ₃ が浄化されることなく流出するのが阻止されている。この場合の排気浄化方法の概念図が図３８に示される。
【０１７４】
ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量が下限しきい値を越えて低下したときには再びバーナー１１０の燃焼作用を行い、それによって三元触媒８ａにおいてＮＨ₃ を生成し、このＮＨ₃ をＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに供給するようにしている。
図３９はＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）およびバーナー１１０のオン・オフ状態をそれぞれ表すタイムチャートである。図３９において時間零は、バーナー１１０がオンとされてバーナー１１０の排気が三元触媒８ａに供給され始めた時間を表している。バーナー１１０がオンとされている間バーナー１１０はリッチ運転を行っている。その結果三元触媒８ａにおいてＮＨ₃ が生成されてＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入する。このため、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が次第に増大し、時間ｄとなると上限しきい値ＵＴ（ＮＨ₃ ）を越えて増大する。Ｓ（ＮＨ₃ ）＞ＵＴ（ＮＨ₃ ）となったらバーナー１１０がオフとされる。その結果、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから吸着されているＮＨ₃ が次第に放出され、したがって吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が次第に減少する。時間ｅとなると吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が下限しきい値ＬＴ（ＮＨ₃ ）を越えて低下する。Ｓ（ＮＨ₃ ）＜ＬＴ（ＮＨ₃ ）となったら再びバーナー１１０をオンにする。なお、主機関１では継続してリーン運転が行われている。
【０１７５】
次に、図４０を参照しつつバーナー１１０の制御方法を詳細に説明する。図４０に示す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。図４０を参照すると、まずステップ１２０ではバーナー１１０がオフであるか否かが判別される。バーナー１１０がオンのとき、すなわち三元触媒８ａにＮＨ₃ が生成され、このＮＨ₃ がＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入しているときには次いでステップ１２１に進む。ステップ１２１では単位時間当たりバーナー１１０から排出されるＮＯ_X 量Ｂ（ＮＯ_X ）が図２５のマップを用いて算出される。続くステップ１２１ａでは、単位時間当たり三元触媒８ａに流入するＮＯ_X 量Ｑ（ＮＯ_X ）がこのＢ（ＮＯ_X ）とされる。
【０１７６】
本実施態様ではバーナー１１０の空気量および空燃比は一定に維持されており、したがってＱ（ＮＯ_X ）も一定に維持される。
続くステップ１２２では図１１のマップを用いて三元触媒８ａの変換効率ＥＴＡが算出される。続くステップ１２３では次式に基づいて単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＨ₃ 量Ｆ（ＮＨ₃ ）が算出される。
【０１７７】
Ｆ（ＮＨ₃ ）＝Ｑ（ＮＯ_X ）・ＥＴＡ
続くステップ１２４では図４１（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たり主機関１から排出されるＮＯ_X 量ＭＭ（ＮＯ_X ）が算出される。
図４１（Ａ）は一定のリーン空燃比において実験により求められた単位時間当たり主機関１から排出されるＮＯ_X 量ＭＭ（ＮＯ_X ）と、主機関１の機関負荷ＭＱ／ＭＮ、機関回転数ＭＮとの関係を示しており、図４１（Ａ）において各曲線は同一ＮＯ_X 量を示している。図４１（Ａ）に示されるように単位時間当たり主機関１から排出されるＮＯ_X 量ＭＭ（ＮＯ_X ）は機関負荷ＭＱ／ＭＮが高くなるにつれて多くなり、機関回転数ＭＮが高くなるにつれて多くなる。図４１（Ａ）に示されるＮＯ_X 量ＭＭ（ＮＯ_X ）は図４１（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【０１７８】
続くステップ１２５では単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａに流入するＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）がＭＭ（ＮＯ_X ）とされる。続くステップ１２６では図１３のマップを用いて当量係数ＫＣが算出される。続くステップ１２７では次式に基づいてＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が算出される。Ｓ（ＮＨ₃ ）＝Ｓ（ＮＨ₃ ）＋｛Ｆ（ＮＨ₃ ）−ＫＣ・Ｆ（ＮＯ_X ）｝・ＤＥＬＴＡａａ
ここで、ＤＥＬＴＡａａは前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの時間間隔である。次いでステップ１２８に進み、ステップ１２８ではＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が上限しきい値ＵＴ（ＮＨ₃ ）よりも大きいか否かが判別される。Ｓ（ＮＨ₃ ）≦ＵＴ（ＮＨ₃ ）のときには処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＨ₃ ）≦ＵＴ（ＮＨ₃ ）のときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が未だ大きいと判断してバーナー１１０をオンに維持し、それによって三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用を継続する。その結果、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａにＮＨ₃ が継続して供給される。
【０１７９】
これに対しステップ１２８においてＳ（ＮＨ₃ ）＞ＵＴ（ＮＨ₃ ）のときには次いでステップ１２９に進み、バーナー１１０をオフにして処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＨ₃ ）＞ＵＴ（ＮＨ₃ ）のときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が小さくなったと判断して三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用を停止する。その結果、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａへのＮＨ₃ 供給作用が停止される。
【０１８０】
一方、ステップ１２０においてバーナー１１０がオフのときには次いでステップ１３０に進む。ステップ１３０では図１４（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａから放出されるＮＨ₃ 量Ｄ（ＮＨ₃ ）が算出される。続くステップ１３１では次式に基づいてＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が算出される。
【０１８１】
Ｓ（ＮＨ₃ ）＝Ｓ（ＮＨ₃ ）−Ｄ（ＮＨ₃ ）・ＤＥＬＴＡａｄ
ここでＤＥＬＴＡａｄは前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの時間間隔である。次いでステップ１３２に進み、ステップ１３２ではＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａの吸着ＮＨ₃ 量Ｓ（ＮＨ₃ ）が下限しきい値ＬＴ（ＮＨ₃ ）よりも小さいか否かが判別される。Ｓ（ＮＨ₃ ）≧ＬＴ（ＮＨ₃ ）のときには処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＨ₃ ）≧ＬＴ（ＮＨ₃ ）のときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が十分に大きくなっていないと判断してバーナー１１０をオフに維持する。その結果、三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用が継続して停止される。
【０１８２】
これに対しステップ１３２においてＳ（ＮＨ₃ ）＜ＬＴ（ＮＨ₃ ）のときには次いでステップ１３３に進み、バーナー１１０をオンにして処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＨ₃ ）＜ＬＴ（ＮＨ₃ ）のときにはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａのＮＨ₃ 吸着能力が十分大きくなったと判断して三元触媒８ａにおけるＮＨ₃ 生成作用を再開する。その結果、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１４ａへのＮＨ₃ 供給作用が再開される。なお、排気浄化装置のその他の構成および作用は図１の実施態様と同様であるので説明を省略する。
【０１８３】
図４２にさらに別の実施態様を示す。
図４２を参照すると、リッチ排気生成装置１９はバーナー１１０を具備し、バーナー１１０の排気側は排気管１１１を介してＮＨ₃ 生成触媒８を構成する三元触媒８ａに接続される。一方、主機関１の各気筒にはすべての気筒に対し共通の排気マニホルド１０が接続される。これら三元触媒８ａおよび排気マニホルド１０は合流排気管１３を介して、排気浄化触媒１４と吸蔵材とを同時に構成するＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに接続される。
本実施態様でも、主機関１の第１および第２の気筒群１ａ，１ｂでは共に通常リーン運転が行われる。この場合の主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔは一定のリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌ、例えば１８．５とされる。これに対してバーナー１１０の目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔは上述のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＲ、例えば１３．８に維持される。その結果、三元触媒８ａにおいてＮＨ₃ 生成作用が行われ、このＮＨ₃ は次いでＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する。
【０１８４】
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂには、三元触媒８ａからのＮＨ₃ と、主機関１から排出された排気中のＮＯ_X とが流入する。このときＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比はリーンとなっており、その結果ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂにおいてＮＯ_X とＮＨ₃ とが同時に浄化される。本実施態様では、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入するＮＨ₃ 量が、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入するＮＯ_X を浄化するのに必要な量と同じか或いは必要量よりも少なくなるように、三元触媒８ａに流入する排気のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＲが定められている。この場合、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂにＮＨ₃ に対し過剰のＮＯ_X はＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに吸蔵され、斯くしてＮＯ_X もＮＨ₃ もＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから排出されるのが阻止されている。この場合の排気浄化方法が図４３に示されている。
次いで、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が次第に多くなってＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂが飽和するとＮＯ_X が浄化されることなくＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから排出されてしまう。そこで、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）を求めてこのＳ（ＮＯ_X ）が予め定められた上限しきい値ＵＴ（ＮＯ_X ）を越えて増大したときにＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比をリッチにし、それによってＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから吸蔵されているＮＯ_X を放出させるようにしている。この場合、三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比はリッチに維持されており、すなわちＮＨ₃ 生成作用は継続して行われている。その結果、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂにＮＨ₃ が継続的に流入することになる。このため、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから放出されたＮＯ_X は流入する排気中のＮＨ₃ によって浄化される。したがって、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂからＮＯ_X を放出させているときにもＮＯ_X およびＮＨ₃ が浄化されることなく排出されるのが阻止されている。
【０１８５】
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比をリッチにするために、本実施態様ではバーナー１１０に継続してリッチ運転を行わせつつ主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔをリッチ側に変更させている。この場合の主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）ＴはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比がリッチである限りどのように定めてもよいが、本実施態様ではわずかにリーンである（Ａ／Ｆ）Ｐ（例えば約１５．０）にし、すなわち主機関１にスライトリーン運転を行わせるようにしている。一方、バーナー１１０では一定のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒでもってリッチ運転が継続される。この場合の排気浄化方法が図４４に示されている。
【０１８６】
なお、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比をリッチにすべきときに主機関１にストイキ運転を行わせてもよいし、或いはリッチ運転を行わせてもよい。また、バーナー１１０の目標空燃比Ａ（Ａ／Ｆ）Ｔをさらに小さくしてもよい。
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 放出作用が継続されるとＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が次第に低下し、次いで吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が予め定められた下限しきい値ＬＴ（ＮＯ_X ）を越えて低下したら再び主機関１にリーン運転を行わせ、バーナー１１０のリッチ運転を継続する。
【０１８７】
図４５は上述のＮＯ_X 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。
図４５を参照すると、まずステップ２７０では、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の空燃比をリッチとすべきときにセットされ、リーンとすべきときにリセットされる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 放出フラグがリセットのときには次いでステップ２７１に進む。ステップ２７１では図２５のマップを用いて単位時間当たりバーナー１１０から排出されるＮＯ_X 量Ｂ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ２７１ａでは、単位時間当たり三元触媒８ａに流入するＮＯ_X 量Ｑ（ＮＯ_X ）がこのＢ（ＮＯ_X ）とされる。続くステップ２７２では図１１のマップを用いて三元触媒８ａの変換効率ＥＴＡが算出される。続くステップ２７３では次式に基づいて単位時間当たりＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入するＮＨ₃ 量Ｆ（ＮＨ₃ ）が算出される。
【０１８８】
Ｆ（ＮＨ₃ ）＝Ｑ（ＮＯ_X ）・ＥＴＡ
続くステップ２７４では図４１（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たり主機関１から排出されるＮＯ_X 量ＭＭ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ２７５では単位時間当たりＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入するＮＯ_X 量Ｆ（ＮＯ_X ）がＭＭ（ＮＯ_X ）とされる。続くステップ２７６では図１３のマップを用いて当量係数ＫＣが算出される。続くステップ２７７では次式に基づいてＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が算出される。
【０１８９】
Ｓ（ＮＯ_X ）＝Ｓ（ＮＯ_X ）＋｛Ｆ（ＮＯ_X ）−Ｆ（ＮＯ_X ）／ＫＣ｝・ＤＥＬＴＡｎａ
ここで、ＤＥＬＴＡｎａは前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの時間間隔である。次いでステップ２７８に進み、ステップ２７８では吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が上限しきい値ＵＴ（ＮＯ_X ）よりも大きいか否かが判別される。Ｓ（ＮＯ_X ）≦ＵＴ（ＮＯ_X ）のときには処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＯ_X ）≦ＵＴ（ＮＯ_X ）のときにはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 吸蔵能力が未だ大きいと判断して主機関１にリーン運転を維持させる。このため、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比がリーンに維持される。
【０１９０】
これに対しステップ２７８においてＳ（ＮＯ_X ）＞ＵＴ（ＮＯ_X ）のときには次いでステップ２７９に進み、ＮＯ_X 放出フラグをセットして処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＯ_X ）＞ＵＴ（ＮＯ_X ）のときにはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 吸蔵能力が小さくなったと判断し、主機関１にスライトリーン運転を行わせる。その結果、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気全体の排気空燃比がリッチとされる。
【０１９１】
一方、ステップ２７０においてＮＯ_X 放出フラグがセットされているときには次いでステップ２８０に進む。ステップ２８０では主機関１が低負荷運転であるか否か、すなわち少排ガス量であるか否かが判別される。主機関１が中負荷または高負荷運転のときはＮＯ_X 放出作用は行われず、したがってステップ２７１に進む。これに対し主機関１が低負荷運転のときはＮＯ_X 放出が行われ、次いでステップ２８１に進む。続くステップ２８１では図３３（Ｂ）のマップを用いて単位時間当たりＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂから放出されるＮＯ_X 量Ｄ（ＮＯ_X ）が算出される。続くステップ２８２では次式に基づいてＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が算出される。
【０１９２】
Ｓ（ＮＯ_X ）＝Ｓ（ＮＯ_X ）−Ｄ（ＮＯ_X ）・ＤＥＬＴＡｎｄ
ここでＤＥＬＴＡｎｄは前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの時間間隔である。次いでステップ２８３に進み、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂの吸蔵ＮＯ_X 量Ｓ（ＮＯ_X ）が下限しきい値ＬＴ（ＮＯ_X ）よりも小さいか否かが判別される。Ｓ（ＮＯ_X ）≧ＬＴ（ＮＯ_X ）のときには処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＯ_X ）≧ＬＴ（ＮＯ_X ）のときにはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 吸蔵能力が十分に大きくなっていないと判断して主機関１のスライトリーン運転を維持する。その結果、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する排気の排気空燃比がリッチに維持される。
【０１９３】
これに対しステップ２８３においてＳ（ＮＯ_X ）＜ＬＴ（ＮＯ_X ）のときには次いでステップ２８４に進み、ＮＯ_X 放出フラグをリセットして処理サイクルを終了する。すなわち、Ｓ（ＮＯ_X ）＜ＬＴ（ＮＯ_X ）のときにはＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 吸蔵能力が十分大きくなったと判断して主機関１にリーン運転を行わせる。その結果、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比が再びリーンとされる。
【０１９４】
図４６は主機関１の燃料噴射時間ＭＴＡＵを算出するためのルーチンを示している。このルーチンは主機関１の一定クランク角度毎の割り込みによって実行される。
図４６を参照すると、まずステップ２９０では主機関１の吸入空気量ＭＱおよび機関回転数ＭＮから次式に基づいて基本燃料噴射時間ＭＴＢが算出される。
【０１９５】
ＭＴＢ＝（ＭＱ／ＭＮ）・Ｋ
続くステップ２９０ａでは主機関１のためのフィードバック補正係数ＭＦＡＦが、空燃比センサ５０の出力信号に基づいて算出される。
ステップ２９１では図４５のルーチンでセットまたはリセットされる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るときには次いでステップ２９２に進み、主機関１が低負荷運転であるか否かが判別される。主機関１が低負荷運転のときには次いでステップ２９３に進み、主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔが（Ａ／Ｆ）Ｐとされる。したがって、ＮＯ_X 放出フラグがセットされかつ主機関１が低負荷運転のときに主機関１がスライトリーン運転を行い、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比がリッチとされ、斯くしてＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂのＮＯ_X 放出が行われる。次いでステップ２９５に進む。
【０１９６】
これに対して、ステップ２９１においてＮＯ_X 放出フラグがリセットされているか、或いはステップ２９２において主機関１が中負荷または高負荷運転のときには次いでステップ２９４にジャンプする。ステップ２９４では主機関１の目標空燃比Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔがリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌとされて主機関１がリーン運転を行う。したがってＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂに流入する排気の排気空燃比がリーンとされ、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒１４ｂにおいて過剰のＮＯ_X の吸蔵作用が行われる。次いでステップ２９５に進む。
【０１９７】
ステップ２９５では次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
ＭＴＡＵ＝ＭＴＢ・（（Ａ／Ｆ）Ｓ／Ｍ（Ａ／Ｆ）Ｔ）・ＭＦＡＦ
各燃料噴射弁５からはこの燃料噴射時間ＭＴＡＵだけ燃料が噴射される。排気浄化装置のその他の構成および作用は図１の実施態様と同様であるので説明を省略する。
【０１９８】
これまで述べてきた各実施態様ではリッチ運転が行われる燃焼装置、すなわち例えば副機関２０またはバーナー１１０の排気によって三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリッチとなるようにしている。しかしながら、燃料を例えば排気管７内に噴射することによって三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリッチとなるようにしてもよい。或いは、バーナーを三元触媒８ａ上流の排気通路に取り付けてこの排気通路内を流通する排気中の酸素をバーナーにより消費し、それによって三元触媒８ａに流入する排気の排気空燃比がリッチとなるようにしてもよい。
【０１９９】
【発明の効果】
排気を良好に浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】（Ａ）三元触媒の特性を示す線図、および（Ｂ）単位時間当たり気筒から排出されるＮＯ_X 量を示す線図である。
【図３】図１の排気浄化装置の排気浄化方法の概念図である。
【図４】リッチ空燃比（Ａ／Ｆ）ＲＢを示す線図である。
【図５】係数ＲＫを示す線図である。
【図６】図１の排気浄化装置の排気浄化方法の概念図である。
【図７】ＮＨ₃ 吸着酸化触媒の吸着ＮＨ₃ 量、切り替え弁のオン・オフ状態、主機関の目標空燃比、および副機関の目標空燃比を示すタイムチャートである。
【図８】単位時間当たり第１の気筒群から排出されるＮＯ_X 量を示す線図である。
【図９】単位時間当たり副機関から排出されるＮＯ_X 量を示す線図である。
【図１０】補正係数ＲＫＫを示す線図である。
【図１１】三元触媒の変換効率を示す線図である。
【図１２】単位時間当たり第２の気筒群から排出されるＮＯ_X 量を示す線図である。
【図１３】当量係数を示す線図である。
【図１４】単位時間当たりＮＨ₃ 吸着酸化触媒から放出されるＮＨ₃ 量を示す線図である。
【図１５】切り替え弁を制御するためのフローチャートである。
【図１６】主機関の燃料噴射時間を算出するためのフローチャートである。
【図１７】副機関の燃料噴射時間を算出するためのフローチャートである。
【図１８】ＮＨ₃ 生成作用時におけるしきい値ＴＨを示す線図である。
【図１９】ＮＨ₃ 生成作用停止時におけるしきい値ＴＨを示す線図である。
【図２０】別の実施態様において主機関の機関空燃比を制御するためのフローチャートである。
【図２１】さらに別の実施態様を示す内燃機関の全体図である。
【図２２】図２１の排気浄化装置の排気浄化方法の概念図である。
【図２３】図２１の排気浄化装置の排気浄化方法の概念図である。
【図２４】図２１の実施態様においてバーナー制御を実行するためのフローチャートである。
【図２５】単位時間当たりバーナーから排出されるＮＯ_X 量を示す線図である。
【図２６】吸気絞り弁の開度制御を実行するためのフローチャートである。
【図２７】別の実施態様による排気浄化触媒の特性を示す線図である。
【図２８】さらに別の実施態様を示す内燃機関の全体図である。
【図２９】図２８の排気浄化装置の排気浄化方法の概念図である。
【図３０】図２８の排気浄化装置の排気浄化方法の概念図である。
【図３１】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の吸蔵ＮＯ_X 量と、主機関および副機関の目標空燃比とを示すタイムチャートである。
【図３２】図２８の実施態様においてＮＯ_X 放出制御を実行するためフローチャートである。
【図３３】単位時間当たりＮＯ_X 吸蔵還元触媒から放出されるＮＯ_X 量を示す線図である。
【図３４】図２８の実施態様において主機関の燃料噴射時間を算出するためのフローチャートである。
【図３５】図２８の実施態様において副機関の燃料噴射時間を算出するためのフローチャートである。
【図３６】さらに別の実施態様を示す内燃機関の全体図である。
【図３７】図３６の排気浄化装置の排気浄化方法の概念図である。
【図３８】図３６の排気浄化装置の排気浄化方法の概念図である。
【図３９】ＮＨ₃ 吸着酸化触媒の吸着ＮＨ₃ 量、およびバーナーのオン・オフ状態を示すタイムチャートである。
【図４０】図３６の実施態様においてバーナー制御を実行するためのフローチャートである。
【図４１】単位時間当たり主機関から排出されるＮＯ_X 量を示す線図である。
【図４２】さらに別の実施態様を示す内燃機関の全体図である。
【図４３】図４２の排気浄化装置の排気浄化方法の概念図である。
【図４４】図４２の排気浄化装置の排気浄化方法の概念図である。
【図４５】図４２の実施態様においてＮＯ_X 放出制御を実行するためのフローチャートである。
【図４６】図４２の実施態様において主機関の燃料噴射時間を算出するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…主機関
１ａ…第１の気筒群
１ｂ…第２の気筒群
８…ＮＨ₃ 生成触媒
８ａ…三元触媒
１３…合流排気管
１４…排気浄化触媒
１４ａ…ＮＨ₃ 吸着酸化触媒
１９…リッチ排気生成装置
２０…副機関
２５…切り替え弁
２９…補助機関用排気浄化触媒
２９ａ…三元触媒
３１…補助装置
１１０…バーナー

Claims (8)

1. 多気筒内燃機関の気筒が第１および第２の気筒群に分割されており、第１の気筒群に接続された第１の排気通路内に、流入する排気の排気空燃比がリッチのときに流入する排気中のＮＯ_Ｘの少なくとも一部からＮＨ_３を生成し、流入する排気の排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のＮＯ_Ｘを通過させるＮＨ_３生成触媒を配置し、該ＮＨ_３生成触媒下流の第１の排気通路と、第２の気筒群に接続された第２の排気通路とを合流させる合流排気通路内に、流入する排気中のＮＯ_ＸとＮＨ_３とを浄化する排気浄化触媒を配置し、第１および第２の気筒群にリーン運転を行わせ、上記多気筒内燃機関と異なるリッチ排気生成手段であってＮＨ_３生成触媒上流の第１の排気通路内に還元剤を供給することによりＮＨ_３生成触媒に流入する排気の排気空燃比がリッチとなるようにするリッチ排気生成手段を具備した内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒に流入するＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量を求めて該ＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量に応じリッチ排気生成手段を制御することにより第１の排気通路内に供給される還元剤量を制御し、それによって排気浄化触媒に流入する還元剤量を制御する還元剤量制御手段を具備した内燃機関の排気浄化装置。
2. リーン運転を行う内燃機関と、該内燃機関と異なるリッチ排気生成手段であって排気空燃比がリッチの排気を生成するリッチ排気生成手段と、該リッチ排気生成手段に接続されて流入する排気の排気空燃比がリッチのときに流入する排気中のＮＯ_Ｘの少なくとも一部からＮＨ_３を生成し、流入する排気の排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のＮＯ_Ｘを通過させるＮＨ_３生成触媒と、内燃機関から排出される排気とＮＨ_３生成触媒から排出される排気とを合流させる合流排気通路と、該合流排気通路内に配置されて流入する排気中のＮＯ_ＸとＮＨ_３とを浄化する排気浄化触媒と、該排気浄化触媒に流入するＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量を求めて該ＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量に応じリッチ排気生成手段を制御することにより排気浄化触媒上流の合流排気通路内に供給される還元剤量を制御する還元剤量制御手段とを具備し、上記排気浄化触媒が、流入する排気中のＮＨ _３ を一時的に吸着し、流入する排気中のＮＨ _３ 濃度が低くなると吸着しているＮＨ _３ を放出する吸着材を具備し、上記還元剤量制御手段は、吸着材に吸着されているＮＨ _３ 量を求めて該ＮＨ _３ 量に応じリッチ排気生成手段を制御する内燃機関の排気浄化装置。
3. リーン運転を行う内燃機関と、該内燃機関と異なるリッチ排気生成手段であって排気空燃比がリッチの排気を生成するリッチ排気生成手段と、該リッチ排気生成手段に接続されて流入する排気の排気空燃比がリッチのときに流入する排気中のＮＯ_Ｘの少なくとも一部からＮＨ_３を生成し、流入する排気の排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のＮＯ_Ｘを通過させるＮＨ_３生成触媒と、内燃機関から排出される排気とＮＨ_３生成触媒から排出される排気とを合流させる合流排気通路と、該合流排気通路内に配置されて流入する排気中のＮＯ_ＸとＮＨ_３とを浄化する排気浄化触媒と、該排気浄化触媒に流入するＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量を求めて該ＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量に応じリッチ排気生成手段を制御することにより排気浄化触媒上流の合流排気通路内に供給される還元剤量を制御する還元剤量制御手段とを具備し、上記排気浄化触媒が、流入する排気中のＮＯ _Ｘ を一時的に吸蔵し、流入する排気の排気空燃比がリッチとなると吸蔵しているＮＯ _Ｘ を放出する吸蔵材を具備し、上記還元剤量制御手段は、吸蔵材に吸蔵されているＮＯ _Ｘ 量を求めて該ＮＯ _Ｘ 量に応じリッチ排気生成手段を制御する内燃機関の排気浄化装置。
4. 上記排気浄化触媒が、流入する排気中のＮＨ_３を一時的に吸着し、流入する排気中のＮＨ_３濃度が低くなると吸着しているＮＨ_３を放出する吸着材を具備し、上記還元剤量制御手段は、吸着材に吸着されているＮＨ_３量を求めて該ＮＨ_３量に応じリッチ排気生成手段を制御する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 上記排気浄化触媒が、流入する排気中のＮＯ_Ｘを一時的に吸蔵し、流入する排気の排気空燃比がリッチとなると吸蔵しているＮＯ_Ｘを放出する吸蔵材を具備し、上記還元剤量制御手段は、吸蔵材に吸蔵されているＮＯ_Ｘ量を求めて該ＮＯ_Ｘ量に応じリッチ排気生成手段を制御する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 上記排気浄化触媒に流入するＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量を求めて該ＮＨ_３量またはＮＯ_Ｘ量に応じ内燃機関の少なくとも１つの気筒の機関空燃比を制御する機関空燃比制御手段をさらに具備した請求項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。
7. 上記機関空燃比制御手段が吸入空気量を制御する吸気制御弁を具備し、該吸気制御弁を制御することにより機関空燃比を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。
8. 上記内燃機関の排ガス量が予め定められた設定量よりも少ないときに上記リッチ排気生成手段または内燃機関の機関空燃比を制御して上記排気浄化触媒に流入する排気全体の排気空燃比をリッチにし、それによって上記吸蔵材に吸蔵されているＮＯ_Ｘを放出させるようにするＮＯ_Ｘ放出手段を具備した請求項３又は５に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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