JP4300862B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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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】
内燃機関の排気ガス中にはＮＯxが含まれており、このＮＯxを除去するために従来から様々な排気浄化触媒が開発されてきた。このような排気浄化触媒の多くは、内燃機関の排気後流に取付けられ、排気浄化触媒に流入した排気ガス中に含まれるＮＯxを還元することによって、ＮＯxを除去している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２１２９６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような排気浄化触媒でＮＯxを還元した場合、Ｎ2やＯ2だけでなくＮ2Ｏが発生してしまうことがある。このＮ2Ｏは、ＮＯxと同様に大気中へ放出されることを抑制する必要がある。
【０００５】
したがって、本発明の目的はＮ2Ｏの流出量が少ない排気浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の排気通路上に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を推定するためのＮ2Ｏ流出量推定手段と、上記Ｎ2Ｏ流出量を減少させるためのＮ2Ｏ流出抑制手段とを具備し、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ2Ｏ流出量が所定量以上である場合には、上記Ｎ2Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を減少させるようにし、上記排気浄化触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯ x を保持すると共に、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには保持しているＮＯ x を離脱させるＮＯ x 触媒であり、該ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯ x 触媒が保持しているＮＯ x を離脱させるＮＯ x 離脱処理を実行するＮＯ x 離脱手段をさらに具備し、上記Ｎ 2 Ｏ流出量推定手段は、排気浄化触媒の温度と、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度と、排気浄化触媒の劣化度合と、ＮＯ x 触媒に保持されているＮＯ x 量およびＮＯ x 触媒に保持されている硫黄成分量のうちの少なくともいずれか一つに基づいてＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量を推定する。
第１の発明によれば、排気浄化触媒から排気下流に流出する排気ガス中のＮ 2 Ｏの量であるＮ 2 Ｏ流出量が常に所定量以下に抑えられる。特に、上記所定量をほぼ零に設定すれば、本発明の排気浄化装置からは大気中にほとんどＮ 2 Ｏが放出されない。
また、第１の発明によれば、ＮＯ x 触媒が流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯ x を保持するため、このときはＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量はほぼ零である。逆に、ＮＯ x 触媒は流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときに保持しているＮＯ x を離脱させるため、ＮＯ x 離脱処理を実行した時以外はほとんどリーンである内燃機関等では、ＮＯ x 離脱処理を実行したときにのみＮＯ x 触媒の温度等の条件によってＮＯ x 触媒からＮ 2 Ｏが流出せしめられる。
なお、排気浄化触媒の温度が高いときにはＮ 2 Ｏ流出量が少なく且つ触媒温度が低いときにはＮ 2 Ｏ流出量が多くなるものとして、また、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度が高いときにはＮ 2 Ｏ流出量が多く且つ酸素濃度が低いときにはＮ 2 Ｏ流出量が少なくなるものとして、さらに、排気浄化触媒の劣化度合が高いときにはＮ 2 Ｏ流出量が多く且つ劣化度合が低いときにはＮ 2 Ｏ流出量が少なくなるものとして、Ｎ 2 Ｏ流出量が推定される。したがって、触媒温度が高くなった場合、酸素濃度が濃くなった場合、触媒劣化度合が高くなった場合には、Ｎ 2 Ｏ流出量が所定量を越えてしまうことがあり、このとき流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ 2 Ｏ流出量を減少させる。
また、ＮＯ x 触媒に保持されているＮＯ x 量が少ないときにはＮ 2 Ｏ流出量が少なく且つＮＯ x 量が多いときにはＮ 2 Ｏ流出量が多くなるものとして、また、ＮＯ x 触媒に保持されている硫黄成分量が少ないときにはＮ 2 Ｏ流出量が少なく且つ硫黄成分量が多いときにはＮ 2 Ｏ流出量が多くなるものとして、Ｎ 2 Ｏ流出量が推定される。したがって、ＮＯ x 触媒に保持されているＮＯ x 量が多い場合、およびＮＯ x 触媒に保持されている硫黄成分量が多い場合には、Ｎ 2 Ｏ流出量が所定量を越えてしまうことがあり、このとき流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ 2 Ｏ流出量を減少させる。
また、排気浄化触媒の劣化度合とは、排気浄化触媒に担持されている白金等の触媒の活性が低下している度合（特に、酸化能力の低下度合）、あるいは排気浄化触媒に保持されている酸素、ＮＯ x 、硫黄成分を離脱させる処理や排気浄化触媒に付着している微粒子を酸化・除去する処理を実行しても回復しない触媒の浄化性能の低下度合を意味する。
【０００７】
第２の発明では、第１の発明において、上記Ｎ 2 Ｏ流出量推定手段は、ＮＯ x 離脱処理を実行する前にＮＯ x 離脱処理を実行した場合のＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量を推定し、上記Ｎ 2 Ｏ流出抑制手段は、推定されたＮ 2 Ｏ流出量が上記所定量以上であるときには、Ｎ 2 Ｏ流出量が該所定量よりも少ないと推定されるまでＮＯ x 離脱処理を禁止する。
第２の発明によれば、ＮＯ x 離脱手段によってＮＯ x 離脱処理を実行する前にＮＯ x 離脱処理を実行した場合のＮ 2 Ｏ流出量が推定され、推定されたＮ 2 Ｏ流出量に基づいてＮＯ x 離脱処理を実行するか否かが決定されるので、ＮＯ x 離脱処理を実行してもＮ 2 Ｏ流出量が所定量を超えることがない。また、第２の発明によれば、推定されたＮ 2 Ｏ流出量が所定量以上であるときには、例えＮＯ x 離脱処理を実行すればＮＯ x 触媒からＮＯ x を離脱させることができる場合であってもＮ 2 Ｏ流出量が所定量よりも少なくなるまでＮＯ x 離脱処理が実行されないため、本発明におけるＮＯ x 離脱処理の実行タイミングは、Ｎ 2 Ｏの流出を無視してＮＯ x 触媒のＮＯ x 保持量等に応じてＮＯ x 離脱処理を実行する場合のＮＯ x 離脱処理の実行タイミングとは異なる。
【０００８】
上記課題を解決するために、第３の発明では、内燃機関の排気通路上に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を推定するためのＮ2Ｏ流出量推定手段と、上記Ｎ2Ｏ流出量を減少させるためのＮ2Ｏ流出抑制手段とを具備し、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ2Ｏ流出量が所定量以上である場合には、上記Ｎ2Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を減少させるようにし、上記排気浄化触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯ x を保持すると共に、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには保持しているＮＯ x を離脱させるＮＯ x 触媒であり、該ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯ x 触媒が保持しているＮＯ x を離脱させるＮＯ x 離脱処理を実行するＮＯ x 離脱手段をさらに具備し、上記Ｎ 2 Ｏ流出量推定手段は、ＮＯ x 離脱処理を実行する前にＮＯ x 離脱処理を実行した場合のＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量を推定し、上記Ｎ 2 Ｏ流出抑制手段は、推定されたＮ 2 Ｏ流出量が上記所定量以上であるときには、Ｎ 2 Ｏ流出量が該所定量よりも少ないと推定されるまでＮＯ x 離脱処理を禁止する。
【０００９】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、上記Ｎ 2 Ｏ流出抑制手段は、排気浄化触媒の温度をＮ 2 Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度以上に上昇させる。
【００１０】
第５の発明では、第２又は第３の発明において、上記Ｎ 2 Ｏ流出抑制手段は、さらに、推定されたＮ 2 Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度にまでＮＯ x 触媒を昇温してから上記ＮＯ x 離脱手段によってＮＯ x 離脱処理を実行する。
【００１１】
第６の発明では、第５の発明において、上記ＮＯ x 触媒の昇温は該ＮＯ x 触媒に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段によって行われ、上記還元剤混入手段はＮＯ x 離脱処理を実行するまでＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリーンとなるように還元剤を含有させる。
第６の発明によれば、ＮＯ x 離脱処理を実行するまで、すなわち推定されたＮ 2 Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度にまでＮＯ x 触媒が昇温されるまで、ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比はリッチにされず、よってＮＯ x 触媒に保持されているＮＯ x が離脱せしめられることはない。一方で、ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスに還元剤が混入されるので、この還元剤がＮＯ x 触媒上流の排気通路上またはＮＯ x 触媒等で反応して発熱し、ＮＯ x 触媒が昇温される。このように、第６の発明によれば、ＮＯ x 触媒からＮＯ x 、Ｎ 2 Ｏを離脱させることなく、ＮＯ x 触媒を昇温することができる。
なお、上記第６の発明では、ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリーンとなるように還元剤を含有させるとしているが、排気ガスの空燃比がリーンとなるように還元剤を含有させるのが好ましい。これは、ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比であっても場合によっては多少ＮＯ x やＮ 2 Ｏが離脱されることがあることによる。
また、還元剤混入手段は、少なくとも後述する還元剤添加装置と機関排気空燃比低下手段とのいずれか一方または両方を具備する。さらに、還元剤としては、例えば燃料、炭化水素、一酸化炭素、水素等が挙げられるが、排気ガス中の酸素濃度を低下させることができ且つＮＯ x 触媒から離脱したＮＯ x を還元することができれば如何なる還元剤であってもよい。以下、本明細書中の「還元剤」とはこのような還元剤を意味するものとする。
【００１２】
第７の発明では、第１〜第６のいずれか一つの発明において、上記ＮＯ x 離脱手段はＮＯ x 触媒に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段であり、上記Ｎ 2 Ｏ流出抑制手段は、排気ガスに含有させる還元剤としてＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような還元剤を還元剤混入手段に選択させる。
ＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量はＮＯ x 離脱処理において用いられる還元剤の種類に応じて異なり、また、還元剤の種類に応じて利用し易さが異なる（例えば、ＣＯはＨＣに比べて生成しにくい）。第７の発明によれば、各還元剤を用いたときのＮ 2 Ｏ流出量と還元剤の利用し易さ等を考慮して、最適な還元剤が選択される。
【００１３】
第８の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、上記ＮＯ x 触媒の排気上流側において機関排気通路を通過する排気ガスに還元剤を添加する還元剤添加装置と、内燃機関本体から排出される機関排気ガスの空燃比を所定範囲内に低下させる機関排気空燃比低下手段とをさらに具備し、上記Ｎ 2 Ｏ流出抑制手段は、上記機関排気空燃比低下手段によって空燃比が低下せしめられた機関排気ガスに上記還元剤添加装置から還元剤を添加することによってＮＯ x 離脱処理を実行するようにした。
一般に、ディーゼル内燃機関等、通常運転時の機関排気ガスの空燃比（以下、「機関排気空燃比」と称す）がほとんどリーンである内燃機関では、機関排気空燃比をほぼ理論空燃比やリッチにしようとすると、当該内燃機関の運転の安定性（ドライバビリティ）がひどく悪化してしまう。一方、機関排気空燃比を低下させることによってＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比を低下させると、還元剤添加装置から還元剤を添加する場合に比べて、流入する排気ガスの酸素濃度を低下させることができ、より反応性の良い還元剤とすること、および場合によってはＮＯ x 触媒を通る排気ガスの体積流量を低下させることができ、Ｎ 2 Ｏの発生を抑制することができる。そこで、第８の発明では、ＮＯ x 離脱処理を実行するのに、機関排気空燃比を低下させて、さらに還元剤添加装置から還元剤を添加しており、これによりドライバビリティを悪化させずにＮ 2 Ｏの発生を抑制することができる。
なお、「機関排気ガス」とは、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを意味する。また、機関排気空燃比低下手段による機関排気空燃比の低下は、例えば実施形態中に示した低温燃焼制御、ポスト噴射制御、吸気絞り制御等によって行われる。
【００１４】
第９の発明では、第８の発明において、機関排気通路から機関吸気通路へ排気ガスを戻す排気再循環通路をさらに具備し、該排気再循環通路には該排気再循環通路を通過する排気ガスを冷却する再循環ガス冷却装置が設けられると共に、該再循環ガス冷却装置をバイパスさせる冷却装置バイパス通路が設けられ、上記機関排気空燃比低下手段は再循環ガス冷却装置を通さずに冷却装置バイパス通路を通して排気ガスを機関吸気通路へ戻しつつ機関排気ガスの空燃比を低下させる。
第９の発明に依れば、機関排気通路へ戻される排気ガス（以下、「再循環ガス」と称す）は再循環ガス冷却装置を通らないので、その温度が高い。このため、吸気ガスに高温の再循環ガスが混入されているので、内燃機関の燃焼室に流入する吸気ガスの温度は高く、燃焼後に内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの温度も高い。したがって、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比が低下せしめられるときには、同時に機関排気ガスの温度が高くなっており、よってＮＯ x 触媒には高温の排気ガスが流入し、ＮＯ x 触媒が早期に昇温される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置について説明する。図１は本発明の排気浄化装置を備えた筒内噴射型の圧縮自着火式のディーゼル内燃機関を示している。なお、本発明において用いられる排気浄化装置は火花点火式内燃機関にも搭載可能である。
【００１９】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。
【００２０】
吸気ダクト１３内にはスロットル弁駆動用ステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、さらに吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示した内燃機関では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２２を介して排気浄化触媒２３を収容するケーシング２４に連結される。排気浄化触媒２３には排気浄化触媒２３の温度を検出するための温度センサ２５が取付けられる。
【００２１】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、「ＥＧＲ」と称す）通路２６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２６内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２７が配置される。またＥＧＲ通路２６周りにはＥＧＲ通路２６内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲガス冷却装置２８が配置される。図１に示した内燃機関ではＥＧＲガス冷却装置２８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【００２２】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２９に連結される。このコモンレール２９内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３０から燃料が供給され、コモンレール２９内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２９にはコモンレール２９内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３１が取付けられ、燃料圧センサ３１の出力信号に基づいてコモンレール２９内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３０の吐出量が制御される。
【００２３】
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により互いに接続された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。温度センサ２５および燃料圧センサ３１の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００２４】
アクセルペダル４９にはアクセルペダル４９の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５０が接続され、負荷センサ５０の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに入力ポート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５１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、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２７、および燃料ポンプ３０に接続される。
【００２５】
ところで、上述したような排気浄化触媒は、ＮＯxをＮ2およびＯ2に還元する。さらに、排気浄化触媒の温度等、種々のファクタの値によっては、ＮＯxをＮ2Ｏに還元する。したがって、上述したような排気浄化触媒を通過して大気中に放出される排気ガス中にはＮ2およびＯ2に加えて、Ｎ2Ｏが含まれることがある。このＮ2ＯはＮＯxと同様に大気中へ放出されることを抑制する必要がある。すなわち、排気浄化触媒から排気下流に流出するＮ2Ｏの量であるＮ2Ｏ流出量を低く抑えることが必要である。ところが、従来では、排気浄化触媒からＮ2Ｏが流出する条件が正確に把握されておらず、よって排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を低く抑えることができなかった。したがって、従来の排気浄化装置からは、Ｎ2Ｏを多く含んだ排気ガスが大気中に放出されてしまうことがあった。
【００２６】
これに対して本発明の第一実施形態の排気浄化装置は、排気浄化触媒２３の排気下流に流出すると予測される排気ガス中のＮ2Ｏの量、または現在排気浄化触媒２３の排気下流に流出している排気ガス中のＮ2Ｏの量（以下、単に「Ｎ2Ｏ流出量」と称す）を推定するためのＮ2Ｏ流出量推定手段と、排気浄化触媒２３の排気下流に流出する排気ガス中のＮ2Ｏの量（以下、同様に「Ｎ2Ｏ流出量」と称す）を減少させるためのＮ2Ｏ流出抑制手段とを具備する。そして、このＮ2Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ2Ｏ流出量が所定流出量以上である場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を減少させるようにしている。特に、上述したような場合、Ｎ2Ｏ流出抑制手段を作動させることによって排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量をほぼ零にするのが好ましい。
【００２７】
したがって、本発明の第一実施形態によれば、排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量が多くなることまたは多いことがＮ2Ｏ流出量推定手段によって推定されると、排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量が少なく抑えられるかあるいはほぼ零にされる。したがって、本発明の排気浄化装置を通過してから大気中に放出される排気ガス中のＮ2Ｏの量は少なく抑えられる。
【００２８】
なお、Ｎ2Ｏ流出量に関する上記所定流出量は、内燃機関および排気浄化触媒２３の状態を排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量が少なくなるような状態にした場合における排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量に等しいか、またはこのようなＮ2Ｏ流出量よりも僅かに多い量である。あるいは、上記所定流出量はほぼ零としてもよい。本実施形態の排気浄化装置によれば、排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量は常に所定流出量以下に維持されるため、このように所定流出量を設定することにより排気浄化触媒２３の排気下流にＮ2Ｏがほとんど流出しないようにすることができる。
【００２９】
次に、第一実施形態の排気浄化装置における排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を少なく抑えるためのＮ2Ｏ流出抑制制御について説明する。まず、排気浄化触媒２３の排気下流に流出する排気ガス中に含まれるＮ2Ｏ流出量Ｑn2oをＮ2Ｏ流出量推定手段によって推定する。この場合、Ｎ2Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ2Ｏ流出量Ｑn2oは推定した時点で排気浄化触媒２３から流出しているＮ2Ｏの量であってもよいし、単位時間後に排気浄化触媒２３から流出すると推定されるＮ2Ｏの量であってもよい。そして、Ｎ2Ｏ流出量推定手段によって推定されたＮ2Ｏ流出量Ｑn2oが所定流出量Ｑn2oa以上であると、排気浄化触媒２３の排気下流に流出するＮ2Ｏの量を少なく抑えるためのＮ2Ｏ流出抑制処理がＮ2Ｏ流出抑制手段によって実行される。
【００３０】
次に、本発明の第一実施形態の排気浄化装置についてより詳細に説明する。本発明の第一実施形態では、排気浄化触媒上流側の排気通路、燃焼室５および吸気通路に供給された空気と燃料との比率を排気ガスの空燃比と称する（あるいは排気空燃比と称す）と、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯxを保持し、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比（ストイキ）またはリッチのとき、より詳細には流入する排気ガス中の酸素濃度が低いときには保持しているＮＯxを離脱させるＮＯx触媒２３が排気浄化触媒として用いられる。また、ＮＯx触媒２３からＮＯxが離脱せしめられたときに排気ガス中に燃料等の還元剤が存在する場合にはＮＯx触媒２３から離脱せしめられたＮＯxが還元せしめられる。
【００３１】
このようなＮＯx触媒２３では、流入する排気ガス中のＮＯxを無限に保持することができるわけではなく、したがってＮＯx触媒２３にＮＯxが一定保持量以上保持された場合には、ＮＯx触媒２３に流入する排気空燃比（以下、「流入排気空燃比」と称す）をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯx触媒２３が保持しているＮＯxを離脱させるＮＯx離脱処理を実行するＮＯx離脱手段によって強制的にＮＯx触媒２３からＮＯxを離脱させる。特に、本実施形態のように、ディーゼル式内燃機関では機関本体から排出される排気空燃比（以下、「機関排気空燃比」と称す）がリーンであることが多く、よってＮＯx離脱処理を行った場合にのみＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになることが多い。したがって、ＮＯx離脱処理を実行していないときにはＮＯx触媒に流入する排気ガス中のＮＯxはほとんどＮＯx触媒に保持されるため、ＮＯx触媒からＮ2Ｏが流出することはほとんどない。一方、ＮＯx離脱処理を実行しているときにはＮＯx触媒からＮＯxが離脱せしめられ且つそのＮＯxが還元される。したがって、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏが発生してＮＯx触媒２３の排気下流に流出するのは基本的にＮＯx離脱処理を行う場合のみである。
【００３２】
そこで、本発明の第一実施形態の排気浄化装置では、ＮＯx離脱処理を実行すべきときであっても、ＮＯx離脱処理を行うとＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量が所定流出量を超えてしまうとＮ2Ｏ流出量推定手段によって推定された場合には、ＮＯx離脱処理を実行してもＮＯx触媒２３からＮ2Ｏがほとんど流出しないようになるまでＮＯx離脱処理の実行を禁止する。あるいは、上記場合には、ＮＯx離脱処理を行う前にＮ2Ｏ流出抑制手段を作動させて、ＮＯx離脱処理を実行してもＮＯx触媒２３からＮ2Ｏがほとんど流出しないようにしてからＮＯx離脱処理を実行する。こうすることによって、ＮＯx離脱処理を行っている期間中にＮＯx触媒２３からＮ2Ｏが流出してしまうことが防止され、よって全ての期間に亘ってＮＯx触媒２３からＮ2Ｏが流出することが防止される。
【００３３】
ところで、上述したようなＮＯx触媒では、ＮＯx触媒からのＮ2Ｏ流出量が例えばＮＯx触媒の温度に依存して変化する。より詳細には、図２に示したようにＮＯx触媒の温度が上昇するとＮＯx触媒からのＮ2Ｏ流出量が減少し、ＮＯx触媒の温度が低下するとＮＯx触媒からのＮ2Ｏ流出量が増加する。
【００３４】
そこで、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出量推定手段として温度センサ２５を用い、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatを検出する。一方、図２に示したようにＮＯx離脱処理を実行したときにＮ2Ｏ流出量が所定流出量となるようなＮＯx触媒２３の温度を所定温度Ｔaとして求める。この場合、温度センサ２５によって検出されたＮＯx触媒２３の温度が所定温度Ｔaよりも高い場合には、Ｎ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oaよりも少ないことを示しており、一方、検出されたＮＯx触媒２３の温度が所定温度Ｔa以下である場合には、Ｎ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oa以上であることを示している。したがって、ＮＯx離脱処理を実行する前において温度センサ２５によって検出されたＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔa以下である場合、ＮＯx触媒２３の温度が所定温度Ｔaよりも高くなるまでＮＯx離脱処理を実行しない。あるいは上記場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段がＮ2Ｏ流出抑制処理を実行してＮＯx触媒２３の温度を少なくとも所定温度Ｔaにまで上昇させてから、好ましくは所定温度Ｔaよりも高い温度Ｔbにまで上昇させてからＮＯx離脱処理を実行する。
【００３５】
したがって、本実施形態のＮ2Ｏ流出抑制制御では、ＮＯx触媒２３からＮＯxを離脱させるべき場合、例えばＮＯx触媒２３に保持されているＮＯxの量であるＮＯx保持量が上記一定保持量以上になった場合に、まず温度センサ２５によってＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが検出される。検出されたＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが上記所定温度Ｔa以上の場合には、ＮＯx離脱処理が行われる。一方、検出されたＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔaよりも低い場合には、ＮＯx触媒２３を昇温するための昇温制御が実行せしめられてＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが少なくとも所定温度Ｔa以上にまで上昇せしめられ、その後、ＮＯx触媒２３に対するＮＯx離脱処理が行われる。
【００３６】
なお、上記所定温度Ｔaは予め定められた値であってもよいし、後述するような他のファクタ（例えば、還元剤の種類、ＮＯx保持量、硫黄成分保持量、酸素濃度、ＮＯx触媒の劣化度合等）に応じて変化する値であってもよい。
また、一般に、ＮＯx離脱処理はＮＯx触媒の温度が比較的低温であっても行われる。ところが、通常、上記所定温度ＴaはＮＯx離脱処理を実行可能な温度（すなわちＮＯx触媒への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチすればＮＯx触媒に保持されているＮＯxが離脱される温度）のうち最も低い温度よりも高く設定されるので、ＮＯx触媒の温度がＮＯx離脱処理を実行可能な温度のうち最も低い温度にまで低下しているときにＮＯx離脱処理を実行すると、ＮＯx触媒からＮ2Ｏが多く流出してしまう。したがって、本発明では、ＮＯx触媒の温度がＮＯx離脱処理を実行可能な温度範囲内にあっても、その温度がＮＯx触媒の温度Ｔaよりも低い場合にはＮＯx離脱処理が実行されない。
【００３７】
また、ＮＯx触媒２３の昇温処理の方法としては、例えば、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するタイミングを遅らせたり、内燃機関の燃焼室５に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射したり、ＮＯx触媒２３上流に電気ヒータやグロープラグ（図示せず）を設け、これら電気ヒータまたはグロープラグを作動させたり、ＮＯx触媒２３上流において排気ガスに燃料や還元剤を添加するための還元剤添加装置（図１１の参照番号３２参照）を設け、この還元剤添加装置から排気ガスに燃料や還元剤を添加したりする（以下、「還元剤添加制御」と称す）ことによって、ＮＯx触媒２３を昇温させる方法が挙げられる。また、燃焼室５内に燃料を点火するための点火栓が設けられている場合には、この点火栓による燃料の点火タイミングを遅らせることによっても、排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００３８】
また、ＮＯx離脱処理を行う方法としては、スロットル弁１７の開度を小さく変更すると共に内燃機関の燃焼室５に流入する吸気ガスの空燃比をリッチにする（以下、「吸気絞り制御」と称す）ことだけでなく、内燃機関の燃焼室５に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射し、その燃料を燃焼させずにそのまま燃焼室５から排出させたり（以下、「ポスト噴射制御」と称す）、上述した還元剤添加装置から排気ガスに燃料や還元剤を添加したりして、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に燃料や還元剤を供給して、排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすることが挙げられる。
【００３９】
次に、図３を参照して本発明の第一実施形態の排気浄化装置におけるＮ2Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ１２１において、ＮＯx離脱処理を実行すべきときであるか否かが判定される。ＮＯx離脱処理を実行すべきときではないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１２１において、ＮＯx離脱処理を実行すべきときであると判定された場合には、ステップ１２２へと進む。ステップ１２２では温度センサ２５からＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが検出される。次いで、ステップ１２３においてＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔa以下であるか否かが判定される。ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔaよりも高いと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１２３において、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔa以下であると判定された場合にはステップ１２４へと進む。ステップ１２４では、ＮＯx触媒２３の昇温制御が実行せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００４０】
次に、本発明の第一実施形態の変更例について説明する。第一実施形態の変更例では、ＮＯx触媒２３の昇温処理およびＮＯx離脱処理を、機関本体１とＮＯx触媒２３との間の排気通路に設けた燃料添加装置によって行う。
【００４１】
上述したようにＮＯx離脱処理を実行すべきとき、すなわちＮＯx触媒２３に保持されているＮＯx保持量が一定保持量以上になったときには、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔa以上の場合には直ぐにＮＯx離脱処理が実行され、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなるように燃料添加装置から排気ガスに燃料が添加される。一方、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔaよりも低い場合には、まずＮＯx触媒２３の昇温処理が実行されてから、ＮＯx離脱処理が実行される。ここで、昇温処理を実行するときにも燃料添加装置から排気ガスに燃料が添加されるが、このときＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がリーンのままとなるように添加される。
【００４２】
この様子を図４に示した。図４はＮＯx触媒２３への流入排気空燃比（上）と、ＮＯx触媒２３の温度（下）とのタイムチャートである。まず、時間ａにおいて、例えばＮＯx触媒２３に保持されているＮＯx保持量が一定保持量以上になったことが検出されて、ＮＯx離脱処理を実行すべきときであることが判定される。このときＮＯx触媒２３の温度Ｔcatは上記所定温度Ｔaよりも低い。このため、ＮＯx離脱処理を実行する前に昇温処理が実行される。昇温処理の実行中には、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとならない程度に低下せしめられ、これに伴ってＮＯx触媒２３の温度が上昇する。そして、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが上記所定温度Ｔa以上となったときに、ＮＯx離脱処理が実行され、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がリッチとなるように低下せしめられる。その後、ＮＯx触媒に保持されているＮＯxがほぼ完全に離脱されるとＮＯx離脱処理が停止され、すなわち燃料添加装置からの燃料の添加が停止せしめられ、これと同時にＮＯx触媒２３の温度も下がって元に戻る。
【００４３】
なお、上記第一実施形態の変更例では、ＮＯx触媒２３の昇温処理およびＮＯx離脱処理を燃料添加装置からの燃料添加によって行うとしているが、上記ポスト噴射制御や吸気絞り制御等により機関排気空燃比を変更する等、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中への燃料や還元剤の供給量を変更できる方法であれば他の方法によって上記昇温処理およびＮＯx離脱処理を行ってもよい。
【００４４】
次に、本発明の第二実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第二実施形態における構成は、基本的に第一実施形態における構成と同様である。また、第二実施形態では、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯx触媒２３が保持しているＮＯxを離脱させるＮＯx離脱手段はＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段であり、この還元剤混入手段により様々な還元剤を排気ガス中に混入させてＮＯx触媒２３への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすることができる。
【００４５】
ところで、上述したようなＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量は、ＮＯx離脱処理を行うときにＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の還元剤の種類によって異なる。このことを図５に示す。図５は図２と同様に横軸がＮＯx触媒２３の温度、縦軸がＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を示す。
【００４６】
図５から分かるように、還元剤として炭化水素を用いた場合、すなわち還元剤として燃料を用いた場合は、還元剤として一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ2）を用いた場合と比べてＮ2Ｏ流出量が基本的に多く、また、還元剤として一酸化炭素を用いた場合は、還元剤として水素を用いた場合と比べてＮ2Ｏ流出量が基本的に多い。また、図２を用いて説明したようにどの還元剤を用いてもＮＯx触媒２３の温度の低下に伴ってＮ2Ｏ流出量が増大し、ＮＯx触媒２３の温度が低下すればするほど、各還元剤を用いた場合のＮ2Ｏ流出量の差が大きくなる。
【００４７】
そこで、本発明の第二実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出抑制手段は、排気ガスに含有させる還元剤としてＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量Ｑn2oが上記所定流出量Ｑn2oaよりも少なくなるような還元剤を還元剤混入手段に選択させる。例えば、ＮＯx離脱処理を行うのに還元剤混入手段によって排気ガス中に炭化水素が混入される場合、ＮＯx触媒２３の温度が図５の第一の温度Ｔ1以下になると、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量Ｑn2oが所定流出量Ｑn2oaを超えてしまう。これに対して、ＮＯx離脱処理を行うのに還元剤混入手段によって排気ガス中に一酸化炭素を混入させる場合、ＮＯx触媒２３の温度が図５の第一の温度Ｔ1以下になっても、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量Ｑn2oは所定流出量Ｑn2oaよりも少なく、さらに、ＮＯx触媒２３の温度が図５の第二の温度Ｔ2以下になるまでＮＯx触媒２３から流出するＮ2Ｏ流出量は所定流出量よりも少ないままである。
【００４８】
したがって、第二実施形態の排気浄化装置では、ＮＯx離脱処理を行うときに、温度センサ２５によって検出されたＮＯx触媒２３の温度が第一の温度Ｔ1よりも高いときには、還元剤混入手段は還元剤として炭化水素および一酸化炭素のいずれかを排気ガスに混入させ、ＮＯx触媒２３の温度が第一の温度Ｔ1よりも低く第二の温度Ｔ2よりも高いときには、還元剤混入手段は還元剤として一酸化炭素を排気ガスに混入させる。さらに、ＮＯx離脱処理を行うときに、ＮＯx触媒２３の温度が第二の温度Ｔ2以下である場合、ＮＯx触媒２３の温度が第二の温度Ｔ2以下であってもＮ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oa以下に維持される水素を還元剤として用いてもよい。ＮＯx離脱処理を行うときに用いる還元剤をこのようにして選択することによって、ＮＯx触媒２３から排気下流へ流出するＮ2Ｏ流出量が所定値Ｑn2oa以下に抑えられる。
【００４９】
なお、還元剤混入手段がＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に還元剤を混入させる方法としては、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に各還元剤を添加するための還元剤添加装置（図示せず）を設けることが挙げられる。さらに、内燃機関に流入する吸気ガスの空燃比を単純にリッチにしたり、内燃機関の燃焼室に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射したりすることによって排気ガス中に炭化水素を混入させることができる。また、内燃機関の燃焼室にＥＧＲガスを充填して燃焼室内のガスを低温で燃焼させると排気ガス中の一酸化炭素の量が増大するので、このことによって排気ガス中に一酸化炭素を混入させることができる。
【００５０】
ここで、還元剤混入手段がＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に炭化水素を混入させることは、排気空燃比をリッチにすればよいので、還元剤添加装置を用いなくても容易に実行することができる。また、還元剤混入手段がＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に一酸化炭素を混入させることは、還元剤添加装置を用いなくても低温燃焼によって実行することができる。これに対して、還元剤混入手段がＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に水素を混入させることは、還元剤添加装置を用いないと実行するのが難しい。そこで、以下では、還元剤混入手段が、還元剤添加装置を用いない場合、すなわち炭化水素および一酸化炭素のみを排気ガス中に混入させることができる場合について説明する。
【００５１】
次に、図６を参照して第二実施形態の排気浄化装置におけるＮ2Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンについて説明する。ステップ１４１においてＮＯx触媒２３に対するＮＯx離脱処理を実行すべきときであるか否かが判定される。ＮＯx離脱処理を実行すべきときではないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。ＮＯx離脱処理を実行すべきときであると判定された場合にはステップ１４２へと進む。ステップ１４２では、温度センサ２５によってＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが検出される。次いで、ステップ１４３では、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1より高いか否かが判定される。温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1よりも高いと判定された場合にはステップ１４４へと進む。ステップ１４４では、還元剤として炭化水素を用いてＮＯx離脱処理が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１４３において、温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1以下であると判定された場合にはステップ１４５へと進む。ステップ１４５では、温度Ｔcatが第二の温度Ｔ2よりも高いか否かが判定され、温度Ｔcatが第二の温度Ｔ2よりも高いと判定された場合にはステップ１４６へと進む。ステップ１４６では、還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯx離脱処理が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１４５において、温度Ｔcatが第二の温度Ｔ2以下であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００５２】
なお、上述した第二実施形態では、炭化水素、一酸化炭素、水素の三つの還元剤について説明したが、排気ガス中の酸素濃度を低下させることができ且つＮＯx触媒から離脱したＮＯxを還元することができれば一般に還元剤として用いられる如何なる物質を還元剤混入手段によって混入される還元剤として用いてもよい。
【００５３】
次に本発明の第三実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第三実施形態における構成は、基本的に第一実施形態および第二実施形態における構成と同様である。ところで、ＮＯx触媒２３に対するＮＯx離脱処理を実行したときのＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量は、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度によって変化し、より詳細には図７に示したようにＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度が高くなるとＮ2Ｏ流出量が多くなり、逆に、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度が低くなるとＮ2Ｏ流出量が少なくなる。
【００５４】
ここで、酸素濃度とＮ2Ｏ流出量とが上述したような関係になる理由について簡単に説明する。なお、ここではＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がリッチである場合について説明する。
ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がリッチであっても、排気ガス中にはＮＯx（例えば一酸化窒素（ＮＯ））が含まれる。このＮＯは以下の反応式（１）により窒素（Ｎ）と酸素（Ｏ）とに解離する。
ＮＯ→Ｎ＋Ｏ （１）
このようにして解離したＯは、ＮＯx触媒２３に保持され、同じく排気ガス中に含まれる還元剤（例えばＣＯ）と反応する（反応式（２））。一方、上述したように解離したＮは、互いに反応して窒素分子（Ｎ2）を形成する（反応式（３））。
Ｏ＋ＣＯ→ＣＯ2 （２）
Ｎ＋Ｎ→Ｎ2 （３）
ところが、上記反応式（１）の反応が遅く、ＮＯの解離が進まない場合には下記の反応式（４）によりＮとＮＯとがＮ2Ｏを形成する。
Ｎ＋ＮＯ→Ｎ2Ｏ （４）
したがって、Ｎ2Ｏの生成を抑制するためには上記（１）の反応を促進させて、上記（４）の反応を起こさせないようにする必要がある。ここで、上記（１）の反応を促進させるためには、化学的な平衡の関係から排気ガス中の酸素濃度が低いことが要求される。このように、排気ガスの酸素濃度が低いと上記反応式（１）の反応が促進されて、結果的にＮ2Ｏが生成されにくくなり、逆に、排気ガスの酸素濃度が高いと上記（１）の反応が進まず、結果的にＮ2Ｏが生成されやすくなってしまう。
【００５５】
そこで、本発明の第三実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段は、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度に基づいてＮＯx触媒２３の排気下流に流出するＮ2Ｏ量を推定する。より詳細には、Ｎ2Ｏ流出量推定手段として酸素濃度推定手段が設けられ、この酸素濃度推定手段によって、ＮＯx離脱処理を実行する前に、ＮＯx離脱処理を実行した場合にＮＯx触媒２３に流入すると予想される排気ガス中の酸素濃度Ｃoを推定する。一方、図７に示したようにＮ2Ｏ流出量が所定流出量となるような酸素濃度を所定酸素濃度Ｃoaとして算出する。
【００５６】
この場合、酸素濃度検出手段によって推定された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃoaよりも低い場合には、Ｎ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oaよりも少ないことを示しており、一方、検出された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃoa以上である場合には、Ｎ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oa以上であることを示している。したがって、酸素濃度推定手段によって推定された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃoa以上であった場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によりＮ2Ｏ流出抑制処理を実行する。
【００５７】
本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出抑制手段はＮ2Ｏ流出量が所定流出量よりも多くなった場合、すなわちＮＯx離脱処理を実行したときにＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度が所定酸素濃度以上になっている場合には、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させるための酸素濃度低下手段によって上記排気ガス中の酸素濃度を低下させるか、あるいはほぼ零に抑える。このように、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度を常に所定酸素濃度以下に抑制することによって、Ｎ2Ｏ流出量を所定流出量以下に抑えることができる。
【００５８】
なお、所定酸素濃度は予め定められた値であってもよいし、あるいは、所定酸素濃度と所定流出量Ｑn2oaおよび他のファクタ（ＮＯx触媒２３の温度、還元剤の種類、ＮＯx保持量、硫黄成分保持量、ＮＯx触媒の劣化度合等）との関係を予めマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存し、これら所定流出量Ｑn2oaおよび他のファクタから所定酸素濃度を算出してもよい。
【００５９】
また、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させるための酸素濃度低下手段としては、内燃機関の燃焼室５にＥＧＲガスを充填して燃焼室内のガスを低温で燃焼させることが挙げられる。排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなるように燃料を燃焼室５に供給して上述したように燃焼室５内のガスを低温で燃焼させることによって、燃焼室５内のほとんどの酸素が燃焼に使われ、排気ガス中の酸素が少なく抑えられる。
【００６０】
次に、本発明の第四実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第四実施形態における構成は、基本的に第一〜第三実施形態における構成と同様である。ところで、上述したようなＮＯx触媒２３から流出するＮ2Ｏ流出量はＮＯx触媒２３に保持されているＮＯxの量であるＮＯx保持量に応じて変化し、より詳細には図８に示したようにＮＯx触媒２３のＮＯx保持量が多くなるとＮ2Ｏ流出量が多くなり、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量が少なくなるとＮ2Ｏ流出量が少なくなる。
【００６１】
そこで、本発明の第四実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段が、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量に基づいてＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量Ｑnoxを推定する。より詳細には、Ｎ2Ｏ流出量推定手段としてＮＯx保持量推定手段が設けられ、このＮＯx保持量推定手段によってＮＯx触媒２３のＮＯx保持量を推定し、図８に示したようにＮ2Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑn2oaよりも僅かに少ない下位流出量Ｑn2obとなるようなＮＯx触媒２３のＮＯx保持量を所定ＮＯx保持量Ｑnoxaとして検出する。
【００６２】
この場合、ＮＯx保持量推定手段によって推定されたＮＯx保持量が所定ＮＯx保持量Ｑnoxaよりも少ない場合には、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量Ｑn2obよりも少ないことを示しており、一方、推定されたＮＯx保持量が所定ＮＯx保持量Ｑnoxa以上である場合には、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量Ｑn2ob以上であることを示している。したがって、ＮＯx保持量推定手段によって推定されたＮＯx保持量Ｑnoxが所定ＮＯx保持量Ｑnoxa以上になった場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によりＮ2Ｏ流出抑制処理を実行する。
【００６３】
本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出抑制手段は、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量以上になった場合、すなわちＮＯx触媒２３のＮＯx保持量が所定ＮＯx保持量以上になった場合にＮＯx離脱処理を行って、ＮＯx触媒２３に保持されているＮＯxを離脱させる。このように、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量Ｑn2ob以上である場合にＮＯx離脱処理を実行することにより、Ｎ2Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑn2oaになる前にＮＯx離脱処理が実行され、よってＮ2Ｏ流出量を常に上記所定流出量以下に維持することができる。
【００６４】
なお、所定ＮＯx保持量は予め設定された値であってもよいし、所定ＮＯx保持量と所定流出量および他のファクタ（ＮＯx触媒２３の温度、還元剤の種類、硫黄成分保持量、酸素濃度、ＮＯx触媒の劣化度合等）との関係を予めマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存し、これら所定流出量および他のファクタから所定ＮＯx保持量を算出してもよい。
【００６５】
また、ＮＯx触媒を備えた従来の排気浄化装置では、ＮＯx触媒のＮＯx保持量が限界ＮＯx保持量（一定保持量）以上になると流入する排気ガス中のＮＯxを保持しにくくなってしまうため、ＮＯx触媒のＮＯx保持量が限界ＮＯx保持量以上になるとＮＯx離脱処理を行ってＮＯx触媒に保持されているＮＯxを離脱させていた。これに対して、本発明の排気浄化装置では、上述した所定ＮＯx保持量が限界ＮＯx保持量よりも少ないため、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量が限界ＮＯx保持量に到達する前にＮＯx触媒２３が保持しているＮＯxを離脱させている。すなわち、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出量を監視していない従来の排気浄化触媒とはＮＯx離脱処理の実行タイミングが異なり、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量の観点から見てＮＯx触媒２３のＮＯx浄化能力が低下する前に、ＮＯx保持剤が保持しているＮＯxが離脱せしめられる。
【００６６】
また、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量を推定する方法としては、例えば、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中のＮＯx量を検出するためのＮＯxセンサ（図示せず）を設け、このＮＯxセンサによって検出されたＮＯx量を時間で積分することが挙げられる。
【００６７】
次に本発明の第五実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第五実施形態における構成は、基本的に第一〜第四実施形態における構成と同様である。ところで、上述したようなＮＯx触媒２３は、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中のＮＯxだけでなく硫黄成分をも保持し、より詳細にはＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がリーンである場合には流入する排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持し、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＮＯx触媒２３の温度が硫黄成分離脱温度以上である場合には保持している硫黄成分を離脱させる。このようなＮＯx触媒２３では、ＮＯx触媒２３から流出するＮ2Ｏ流出量はＮＯx触媒２３に保持されている硫黄成分の量である硫黄成分保持量に応じて変化し、より詳細には図９に示したようにＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量が多くなるとＮ2Ｏ流出量が多くなり、ＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量が少なくなるとＮ2Ｏ流出量が少なくなる。
【００６８】
そこで、本発明の第五実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段が、ＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量に基づいてＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を推定する。より詳細には、Ｎ2Ｏ流出量推定手段として硫黄成分保持量推定手段が設けられ、この硫黄成分保持量推定手段によってＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量Ｑsを推定し、一方、図９に示したように、Ｎ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oaよりも僅かに少ない下位流出量Ｑn2ocとなるようなＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量を所定硫黄成分保持量Ｑsaとして算出する。
【００６９】
この場合、硫黄成分保持量推定手段によって推定された硫黄成分保持量Ｑsが所定硫黄成分保持量Ｑsaよりも少ない場合には、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量Ｑn2ocよりも少ないことを示しており、一方、推定された硫黄成分保持量が所定硫黄成分保持量以上の場合には、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量Ｑn2ocよりも多いことを示している。したがって、硫黄成分保持量推定手段によって推定された硫黄成分保持量Ｑsが所定硫黄成分保持量Ｑsa以上になった場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によりＮ2Ｏ流出抑制処理を実行する。
【００７０】
本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出抑制手段はＮ2Ｏ流出量が下位流出量よりも多くなった場合、すなわちＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量が所定硫黄成分保持量以上になった場合にＮＯx触媒２３の硫黄成分離脱処理を行って、ＮＯx触媒２３に保持されている硫黄成分を離脱させる。このように、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量Ｑn2oc以上である場合に硫黄成分離脱処理を実行することにより、Ｎ2Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑn2oaになる前に硫黄成分離脱処理が実行され、よってＮ2Ｏ流出量を上記所定流出量以下に抑えることができる。
【００７１】
なお、所定硫黄成分保持量は予め定められた値であってもよいし、所定硫黄成分保持量と所定流出量および他のファクタ（ＮＯx触媒２３の温度、還元剤の種類、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量、ＮＯx触媒の劣化度合等）との関係を予めマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存し、これら所定流出量および他のファクタから所定硫黄成分保持量を算出してもよい。
【００７２】
また、ＮＯx触媒を備えた従来の排気浄化装置では、ＮＯx触媒の硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量以上になると流入する排気ガス中のＮＯxを保持することが可能なＮＯx量が少なくなってしまうため、ＮＯx触媒の硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量以上になると硫黄成分離脱処理を行ってＮＯx触媒に保持されている硫黄成分を離脱させていた。これに対して、本発明の排気浄化装置では、上述した所定硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量よりも少ないため、ＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量に到達する前にＮＯx触媒２３が保持している硫黄成分を離脱させている。すなわち、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出量を監視していない従来の排気浄化触媒とは硫黄成分離脱処理の実行タイミングが異なり、ＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量の観点から見てＮＯx触媒２３のＮＯx浄化能力が低下する前に、ＮＯx保持剤が保持している硫黄成分が離脱せしめられる。
【００７３】
また、ＮＯx触媒２３に保持されている硫黄成分を離脱させるための硫黄成分離脱処理は、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすると共に、上述したような昇温処理によってＮＯx触媒２３の温度を硫黄成分離脱温度以上にまで上昇させることによって行われる。
【００７４】
次に、本発明の第六実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第六実施形態における構成は、基本的に第一〜第五実施形態における構成と同様である。ところで、上述したようなＮＯx触媒２３は、経時的に、またはその温度が極端に高温になること等により劣化する。ここで、ＮＯx触媒２３の劣化とは、ＮＯx触媒２３に担持されている白金等の触媒の活性が低下することであって、ＮＯx触媒２３に保持されているＮＯx、硫黄成分および微粒子（パティキュレート）等によらないもの、すなわちＮＯx離脱処理、硫黄成分離脱処理および排気浄化触媒としてパティキュレートフィルタが用いられている場合において行われる微粒子を酸化・除去するフィルタ再生処理を行っても回復しない排気浄化触媒の浄化能力の低下意味し、特に、熱による白金等の触媒の酸化能力低下を意味する。
【００７５】
ＮＯx触媒２３では、ＮＯx触媒２３がまだほとんど使用されておらず、その劣化度合が低いときには、ＮＯx離脱処理が行われてもＮ2Ｏ流出量は少なく、その後、ＮＯx触媒２３の使用時間が延びるにつれて、その劣化度合が高くなり、ＮＯx離脱処理が行われるとＮ2Ｏ流出量が多くなる。これは、ＮＯx触媒２３の劣化度合が高いと、上述した反応式（２）の反応（Ｏ＋ＣＯ→ＣＯ2）が進まなくなり、結果的に酸素濃度が高い場合と同様に、反応式（４）の反応（Ｎ＋ＮＯ→Ｎ2Ｏ）が進んでしまうことによる。
【００７６】
そこで、本発明の第六実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段が、ＮＯx触媒２３の劣化度合に基づいてＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を推定する。より詳細には、Ｎ2Ｏ流出量推定手段として排気浄化触媒の劣化度合を推定する劣化度合推定手段を設ける。劣化度合推定手段は、例えば本実施形態では、ＮＯx触媒が新品状態で車両に搭載されてからの総運転距離、総運転時間またはＮＯx触媒の温度が所定温度以上の高温になった総時間等に基づいて排気浄化触媒の劣化度合を推定し、特に、これら距離および時間が短い場合にはＮＯx触媒の劣化度合が低いとされ、これら距離および時間が長くなるにつれてＮＯx触媒の劣化度合が高くなるとしてＮＯx触媒の劣化度合を推定する。
【００７７】
例えば、劣化度合を総運転時間から推定している場合、総運転時間ｔｄとＮ2Ｏ流出量Ｑn2oとの関係を予め求めてマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存しておき、Ｎ2Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑn2oaとなるような総運転時間を所定運転時間ｔｄaとして算出する。
【００７８】
この場合、総運転時間が所定運転時間ｔｄaよりも短い場合には、Ｎ2Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑn2oaよりも少ないことを示しており、一方、総運転時間が所定運転時間ｔｄa以上である場合にはＮ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oa以上であることを示している。したがって、ＮＯx離脱処理を実行する際に、総運転時間が所定運転時間ｔｄa以上である場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によりＮ2Ｏ流出抑制処理を実行する。ここで、ＮＯx触媒の劣化は回復できないものであるので、Ｎ2Ｏ流出抑制処理としてＮＯx触媒の劣化を回復させることはできない。したがって、本実施形態ではＮ2Ｏ流出抑制処理として上述した第一〜第五実施形態におけるＮ2Ｏ流出抑制処理が行われ、例えば、ＮＯx離脱処理を実行する際にＮＯx触媒の温度がＮＯx触媒の劣化を考慮して設定された所定温度以上になってからＮＯx離脱処理が行われたり、ＮＯx離脱処理を実行する際にＮＯx触媒に流入する排気ガスの酸素濃度がＮＯx触媒の劣化を考慮して設定された所定酸素濃度以上としてＮＯx離脱処理が行われたりする。なお、所定運転時間ｔｄaは、他のファクタ（ＮＯx触媒２３の温度、流入排気ガスの酸素濃度、ＮＯx保持量、硫黄成分保持量等）に基づいて算出され、例えば、ＮＯx触媒２３の温度が高い場合には所定運転時間ｔｄaも長く設定される。
【００７９】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx触媒の劣化度合を推定することができる。このような例を、第六実施形態の変更例として以下に説明する。第六実施形態の変更例の構成は第六実施形態の構成と同様であるが、変更例ではＮＯx触媒の排気上流側において、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を検出するためのＮ2Ｏ流出量検出装置（Ｎ2Ｏセンサ（図示せず））が設けられている。
【００８０】
ところで、ＮＯx触媒２３の劣化を考慮せずにＮＯx触媒２３から流出する排気ガス中のＮ2Ｏ流出量を推定した場合、すなわち上述したＮＯx触媒２３の温度、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量および硫黄成分保持量等からＮ2Ｏ流出量を推定した場合、推定されたＮ2Ｏ流出量は、ＮＯx触媒２３の劣化度合が低いときにはＮ2Ｏセンサによって検出されたＮ2Ｏ流出量にほぼ等しいが、ＮＯx触媒２３の劣化度合が高いときにはＮ2Ｏセンサによって検出されたＮ2Ｏ流出量よりも多くなる。そして、推定されたＮ2Ｏ流出量と検出されたＮ2Ｏ流出量との差（以下、単に「Ｎ2Ｏ流出量の差」と称す）が大きくなるほど、ＮＯx触媒２３の劣化度合が大きい。したがって、上記Ｎ2Ｏ流出量の差からＮＯx触媒２３の劣化度合を推定することができる。
【００８１】
ＮＯx触媒２３の劣化度合が変わると、上述したようにＮＯx触媒２３から流出するＮ2Ｏ流出量が変わる。すなわち、ＮＯx触媒２３の温度を例にすると、ＮＯx触媒２３の劣化度合が高い程、ＮＯx離脱処理を実行したときにＮ2Ｏ流出量が所定流出量以下となる温度が高くなる。
【００８２】
そこで、第六実施形態の変更例では、例えば第一実施形態において設定される所定温度ＴaをＮＯx触媒２３の劣化度合に応じて変更する。上述したように、上記所定温度Ｔaは、例えばＮＯx触媒２３に流入する酸素濃度、還元剤の種類、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量および硫黄成分保持量等に応じて決定される。さらに、本変更例では、このようにして決定された所定温度ＴaをＮＯx触媒２３の劣化度合に応じて変更する。
【００８３】
より詳細には、上記Ｎ2Ｏ流出量の差と補正温度ΔＴaとの関係を予め求め、マップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存する。ここで、Ｎ2Ｏ流出量の差と補正温度ΔＴaとの関係は、Ｎ2Ｏ流出量の差が小さいときには補正温度ΔＴaも小さく、Ｎ2Ｏ流出量の差が大きくなると補正温度ΔＴaも大きくなるような関係である。使用時には、Ｎ2Ｏ流出量の差に基づいて上記マップから補正温度ΔＴaを算出し、この補正温度ΔＴaをＮＯx触媒２３の劣化度合以外のファクタに基づいて決定された所定温度Ｔaに加算する。そして、実際の触媒温度Ｔcatが温度（Ｔa＋ΔＴa）より高い場合にはＮＯx離脱処理を実行し、実際の触媒温度Ｔcatが温度（Ｔa＋ΔＴa）以下である場合には触媒温度Ｔcatを温度（Ｔa＋ΔＴa）に昇温してからＮＯx離脱処理を実行する。
【００８４】
なお、上記第六実施形態の変更例では、劣化度合（すなわちＮ2Ｏ流出量の差）に応じて補正温度を変更しているが、例えば、Ｎ2Ｏ流出量の差が所定差以上となったときに補正温度を１０℃程度上げる等、劣化度合を用いて他の方法で補正温度を変更してもよい。
【００８５】
また、上記第六実施形態の変更例では、ＮＯx触媒の劣化度合に基づいてＮＯx離脱処理時のＮＯx触媒の温度を変更するようにしているが、ＮＯx触媒の劣化度合に基づいて硫黄成分離脱処理時のＮＯx触媒の温度を変更する等、上述したようにして検出されたＮＯx触媒の劣化度合を他の用途に用いてもよい。
【００８６】
ところで、上述したように、ＮＯx触媒のＮＯx保持量や硫黄成分保持量が多くなっているときには、ＮＯx触媒の劣化度合が高くなっているときと同様にＮ2Ｏ流出量が増大する。このため、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量および硫黄成分保持量を考慮せずにＮ2Ｏ流出量を推定している場合、ＮＯx触媒のＮＯx保持量や硫黄成分保持量が多くなっているときには、ＮＯx触媒の劣化度合が低いにも関わらず、Ｎ2Ｏ流出量が多くなってしまい、上記Ｎ2Ｏ流出量の差が大きくなり、結果的にＮＯx触媒の劣化度合が高くなっていると推定されてしまう。
【００８７】
この場合、ＮＯx離脱処理または硫黄成分離脱処理を実行した後にＮ2ＯセンサによってＮ2Ｏ流出量を検出すれば、ＮＯx触媒のＮＯx保持量や硫黄成分保持量が多いことによってＮＯx触媒の劣化度合が高くなっていると推定されてしまうことが防止される。したがって、本変更例では、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量および硫黄成分保持量を考慮せずに上述したＮＯx触媒２３の温度、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度等に基づいてＮ2Ｏ流出量を推定している場合、ＮＯx離脱処理または硫黄成分離脱処理を実行した後にＮ2ＯセンサによってＮ2Ｏ流出量を検出してもよい。
【００８８】
ところで、上記第一〜第六実施形態から分かるように、Ｎ2Ｏ流出量は、上述した六つのファクタ、すなわちＮＯx触媒２３の温度と、ＮＯx離脱処理を実行する際の還元剤の種類と、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量と、ＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量と、ＮＯx離脱処理を実行する際にＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度と、ＮＯx触媒２３の劣化度合とに応じて変化する。すなわち、Ｎ2Ｏ流出量はこれらファクタの関数である。そこで、本発明では、上記第一〜第六実施形態のうち少なくとも二つの実施形態を組合せてもよい。このようにして上記実施形態を組合せた場合を第七実施形態として以下に説明する。特に、上記第一〜第六実施形態では各実施形態毎にそれぞれＮ2Ｏ流出量推定手段とＮ2Ｏ流出抑制手段とを有するが、本実施形態では第一〜第六実施形態のＮ2Ｏ流出量推定手段のうち少なくとも一つのＮ2Ｏ流出量推定手段と、第一〜第五実施形態のＮ2Ｏ流出抑制手段のうち少なくとも一つの最適なＮ2Ｏ流出抑制手段とを組合せることができる。この場合、例えば、Ｎ2Ｏ流出量推定手段として上記ファクタのうちの二つのファクタからＮ2Ｏ流出量を算出する。例えば、Ｎ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oaとなる場合のファクタの値を予め実験的に求め、マップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存する。そして、内燃機関の運転中に上記ファクタの値とマップからＮ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oa以上になっていると推定される場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によりＮ2Ｏ抑制処理を実行する。
【００８９】
また、本実施形態のＮ2Ｏ流出抑制手段は、第一〜第五実施形態のＮ2Ｏ抑制処理のうち少なくとも一つの最適なＮ2Ｏ抑制処理を選択して実行する。ところで各Ｎ2Ｏ抑制処理は、実行の可否や燃費向上や内燃機関の運転の安定性（ドライバビリティ）の観点から、その時の内燃機関の運転状態に適している場合と、適していない場合とがある。そこで、本変更例のＮ2Ｏ流出抑制手段は、内燃機関の運転状態に応じて燃費、内燃機関の運転の安定性等が最も有利になるように、上記Ｎ2Ｏ抑制処理のうち最適なＮ2Ｏ抑制処理を選択して実行する。
【００９０】
次に、第七実施形態の例として、第一実施形態と第二実施形態との組み合わせた場合の組合せ例について図５を参照して以下に説明する。
【００９１】
上記第二実施形態で示したようにＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に還元剤を混入させるために還元剤添加装置を設けた場合、安定して一種類またはそれ以上の還元剤をＮＯx触媒２３に流入させることができる。ところが、内燃機関の燃焼室に多量のＥＧＲガスを充填して燃焼室内のガスを低温で燃焼させる（以下、「低温燃焼制御」と称す）ことによって排気ガス中の一酸化炭素の量を増大させることによって一酸化炭素を還元剤とする場合、一酸化炭素の量を増大させることは常に実行することができるわけではなく、内燃機関の運転状態に応じて実行の可否が変化する。したがって、この場合、還元剤として常に一酸化炭素を常に利用することはできない。
【００９２】
そこで、本組合せ例では、使用可能な還元剤を使用してＮＯx離脱処理を実行したときにＮ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oa以下に維持されるような温度に昇温してから、上記還元剤を使用してＮＯx離脱処理を実行する。例えば、還元剤として一酸化炭素および炭化水素のいずれを用いることも可能である場合、ＮＯx処理を実行する直前のＮＯx触媒２３の温度が第二の温度Ｔ2よりも高いときには還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯx離脱処理をすぐに実行し、ＮＯx離脱処理を実行する直前のＮＯx触媒２３の温度が第二の温度Ｔ2以下であるときには、ＮＯx触媒２３の昇温処理を実行してＮＯx触媒２３の温度を少なくとも第二の温度Ｔ2よりも高い温度に上昇させてから還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯx離脱処理を実行する。一方、還元剤として炭化水素のみしか使用することができない場合、ＮＯx離脱処理を実行する直前のＮＯx触媒２３の温度が第一の温度Ｔ1よりも高い場合にはすぐにＮＯx離脱処理を実行するが、ＮＯx離脱処理を実行する直前のＮＯx触媒２３の温度が第一の温度Ｔ1以下であるときには、ＮＯx触媒２３の昇温処理を実行してＮＯx触媒２３の温度を少なくとも第一の温度Ｔ1よりも高い温度に上昇させてからＮＯx離脱処理を実行する。こうすることにより、ＮＯx触媒２３の昇温処理を実行することによるエネルギ消費を最小限に抑えつつ、Ｎ2Ｏ流出量を常に所定流出量以下に抑えることができる。
【００９３】
次に、図１０を参照して上記組合せ例におけるＮ2Ｏ抑制制御の制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ１６１において温度センサ２５によってＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが検出される。次いで、ステップ１６２において、還元剤として一酸化炭素を利用することが可能であるか否かが判定される。ステップ１６２において一酸化炭素を利用することが可能であると判定された場合にはステップ１６３へと進む。ステップ１６３では、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第二の温度Ｔ2以下であるか否かが判定され、第二の温度Ｔ2よりも高いと判定された場合にはステップ１６５へと進む。ステップ１６３においてＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第二の温度Ｔ2以下であると判定された場合には、ステップ１６４へと進む。ステップ１６４では、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが少なくとも第二の温度Ｔ2に到達するまでＮＯx触媒２３の昇温処理が実行され、ステップ１６５へと進む。ステップ１６５では、還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯx離脱処理が実行され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９４】
一方、ステップ１６２において、還元剤として一酸化炭素を利用することが不可能であると判定された場合には、ステップ１６６へと進む。ステップ１６６では、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1以下であるか否かが判定され、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1よりも高いと判定された場合にはステップ１６５へと進む。ステップ１６６において、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1以下であると判定された場合には、ステップ１６７へと進む。ステップ１６７では、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1に到達するまでＮＯx触媒２３の昇温処理が実行され、ステップ１６８へと進む。ステップ１６８では、還元剤として炭化水素を用いてＮＯx離脱処理が実行され、制御ルーチンが完了せしめられる。
【００９５】
次に、本発明の第八実施形態の排気浄化装置について説明する。第八実施形態の排気浄化装置の構成は、上記実施形態の構成と基本的に同様であるが、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を検出するためのＮ2Ｏ流出量検出装置（Ｎ2Ｏセンサ）がＮ2Ｏ流出量推定手段として設けられる。そして、第八実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏセンサによって検出された実際のＮ2Ｏ流出量と上記所定流出量Ｑn2oaを比較し、それに応じてＮ2Ｏ離脱処理を実行する。より詳細には、ＮＯx触媒２３に対してＮＯx離脱処理を実行すべきときに、Ｎ2Ｏセンサによって検出されたＮ2Ｏ流出量、すなわちＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oaよりも少ない場合にはすぐにＮＯx離脱処理を実行し、検出されたＮ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oaよりも多い場合にはＮ2Ｏ流出抑制手段によりＮ2Ｏ抑制処理を実行してからＮＯx離脱処理を実行する。
【００９６】
次に、本発明の第九実施形態の排気浄化装置について説明する。第九実施形態の排気浄化装置の構成は、図１１に示したように、基本的に上記実施形態の排気浄化装置と同様であるが、還元剤添加装置３２を具備している。また、第九実施形態の排気浄化装置は、通常運転時の排気空燃比がほとんどリーンであるような内燃機関において特に用いられ、以下ではこのような内燃機関において用いた場合について説明する。
【００９７】
ところで、上述したように、ＮＯx離脱処理を実行する際には、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度が高いほど、ＮＯx触媒２３から離脱したＮＯxがＮ2Ｏに転化しやすい。ここで、ＮＯx離脱処理として、機関排気空燃比をリッチにして、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比をリッチにする場合と、還元剤添加装置から還元剤を添加することによって流入排気空燃比をリッチにする場合とを比較してみる。機関排気空燃比をリッチにする場合、ほとんどの酸素が燃焼室５内で燃料等と反応するので、その排気ガスの酸素濃度は低い。一方、還元剤添加装置３２から還元剤を添加して流入排気空燃比をリッチにする場合には、排気ガスに還元剤が添加されてからその排気ガスがＮＯx触媒２３に到達するまでには一部の酸素と還元剤とのみが反応するので、ＮＯx触媒２３に流入するときのその排気ガスの酸素濃度は、上記機関排気空燃比をリッチにする場合に比べて高い。したがって、酸素濃度をより低くしつつＮＯx触媒２３への流入排気空燃比をリッチにするという観点では、機関排気空燃比をリッチにする方が好ましい。
【００９８】
一方、機関排気空燃比をリッチにするのは、上述した低温燃焼制御、ポスト噴射制御、吸気絞り制御（以下、総称して「機関排気空燃比低下手段」と称す）によって行われるが、これら制御は燃焼室５内での燃焼に直接影響を及ぼすので、機関出力等に変動が生じてしまい、運転の安定性（ドライバビリティ）が悪化してしまう。これに対して、還元剤添加装置から還元剤を添加する場合には、機関本体１から完全に排出された後の排気ガスに還元剤を添加するので、還元剤の添加は燃焼室５内での燃焼にはほとんど影響を及ぼさず、よって機関出力等に変動が生じてしまうこともない。したがって、運転の安定性（ドライバビリティ）の観点では、燃料添加装置から燃料を添加して排気ガスの空燃比をリッチにするほうが好ましい。
【００９９】
そこで、第九実施形態の排気浄化装置では、ＮＯx離脱処理を実行する際には、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比を低下させることと、還元剤添加装置から還元剤を添加することとを同時に行って流入排気空燃比をリッチにする。より詳細には、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比はリーンの範囲内で低下せしめられ、すなわち機関出力等に大きな変動が起こらない程度に低下せしめられる。したがって、内燃機関から排出される排気ガスはその空燃比がリーンでありながらも比較的酸素濃度が低くなっている。そして、このように機関排気空燃比が低下せしめられた排気ガスに流入排気ガスがリッチになるように還元剤添加装置から還元剤が添加される。こうして、本実施形態の排気浄化装置では、ＮＯx離脱処理の実行時に、機関出力等に大きな変動を起こさないようにしつつ且つ酸素濃度を比較的低く抑えつつ空燃比がリッチとされた排気ガスがＮＯx触媒に流入せしめられる。このため、本実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯx離脱処理の実行時において、還元剤添加装置からの還元剤の添加のみによって流入排気空燃比をリッチする場合に比べて、Ｎ2Ｏ流出量を抑制することができる。
【０１００】
なお、上記第九実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させて、Ｎ2Ｏ流出量を抑制すること以外にも下記の様な効果を得られる。
【０１０１】
まず、上述したように酸素濃度が低減されるので、ＮＯx離脱処理中に反応式（５）の反応がＮＯx触媒２３の触媒（白金等）で行われることが少なくなる。よって、ＮＯx触媒２３の触媒は、ほとんど反応式（６）の反応を進めるためにのみ用いられるので、ＮＯx離脱処理中にＮＯx触媒２３に保持されているＮＯxが良好に還元・浄化される。
ＨnＣm＋Ｏ2→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ （５）
ＨnＣm＋ＮＯ→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＋Ｎ2 （６）
【０１０２】
また、還元剤添加装置から添加する還元剤として燃料を添加した場合、すなわち炭素数の多いＨＣ（以下、「重質ＨＣ」と称す）を添加した場合、この重質ＨＣの多くは、そのままＮＯx触媒２３に流入する。一方、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比を低下させた場合には、内燃機関の燃焼室５においける反応により、燃料は炭素数の少ないＨＣ（以下、「軽質ＨＣ」と称す）やＣＯとなっており、その後少量の重質ＨＣを還元剤添加装置から添加しても、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の還元剤のほとんどは軽質ＨＣやＣＯである。したがって、本実施形態によれば第二実施形態で説明したＮ2Ｏ流出量をより抑制することができる還元剤を多く含む排気ガスをＮＯx触媒２３に流入させることができる。
【０１０３】
また、還元剤の種類によってＮＯx触媒２３に保持されているＮＯxが還元される度合（以下、「ＮＯx還元率」と称す）が異なり、図１２に示したようにＣＯのＮＯx還元率が最も高く、重質ＨＣのＮＯx還元率が最も低い。したがって、本実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯx還元率の高い還元剤を多く含む排気ガスをＮＯx触媒２３に流入させることができる。なお、図１２では、重質ＨＣとしてＣ10Ｈ12のＮＯx還元率を、軽質ＨＣとしてＣ3Ｈ6のＮＯx還元率を示している。
【０１０４】
さらに、上記吸気絞り制御や低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させた場合、還元剤添加装置３２によって還元剤を添加して流入排気空燃比を低下させた場合に比べて、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの体積流量が少なくなる。すなわち、吸気絞り制御を行う場合、スロットルバルブ１７が絞られることにより燃焼室５に流入する吸気ガスが減少し、その結果、排気ガスの体積流量も減少する。また、低温燃焼制御を行う場合、ＥＧＲガスとして吸気ガスに混入させる排気ガスが増加されるため、内燃機関から排出された排気ガスが多量にＥＧＲ通路へ流入し、結果として、ＮＯx触媒に流入する排気ガスの体積流量が減少する。
【０１０５】
一方、図１３に示したように、排気ガスの体積流量が多い場合には、排気ガス中に含まれる還元剤が酸素やＮＯxと反応せずにＮＯx触媒を通過してしまうことが多くなるので、ＮＯx還元率は低く、逆に、排気ガスの体積流量が少ない場合には、排気ガス中に含まれる還元剤がＮＯxと反応せずにＮＯx触媒を通過してしまうことが少なくなり、還元剤と酸素およびＮＯxとが反応し易くなるので、ＮＯx還元率は高い。したがって、吸気絞り制御や低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させると、還元剤添加装置３２によって還元剤を添加して流入排気空燃比を低下させる場合に比べて、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの体積流量が少なくなることにより、ＮＯx還元率が高くなる。よって、本実施形態のように、吸気絞り制御や低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させつつ還元剤添加装置３２によって還元剤を添加することで、還元剤添加装置３２から還元剤を添加することのみによって流入排気空燃比を低下させる場合に比べて、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの体積流量が少なくなるという観点からもＮＯx還元率を高めることができる。
【０１０６】
第九実施形態の排気浄化装置について、より具体的に説明する。なお、以下の説明では、第九実施形態を第一実施形態の変更例に組み合わせた場合について説明するが、第九実施形態の排気浄化装置は機関排気空燃比低下手段によって空燃比が低下せしめられた機関排気ガスに上記還元剤添加装置から還元剤を添加することによってＮＯx離脱処理を実行すれば如何なる手順でＮＯx離脱処理を実行してもよい。
【０１０７】
図１４に示したように、本実施形態の内燃機関では、定常時にＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がリーンとなっている。そして、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量が一定保持量以上となった場合に、ＮＯx触媒２３の温度が上記所定温度よりも低いときには、ＮＯx触媒２３の昇温処理として、機関排気空燃比低下手段であるポスト噴射制御によって機関排気空燃比が低下せしめられる。このとき、機関排気空燃比は理論空燃比に近いリーンとされる。その後、ＮＯx触媒２３の温度が上記所定温度以上になると、上記ポスト噴射制御によって機関排気空燃比を低下させた状態にしつつ（図中のα）、還元剤添加装置３２から還元剤を添加し、流入排気空燃比をリッチにする（図中のβ）。その後、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量がほぼ零になると、ポスト噴射制御および還元剤添加装置３２からの還元剤の添加が中止される。
【０１０８】
次に、本発明の第九実施形態の排気浄化装置の変更例について説明する。第九実施形態の変更例の構成は基本的に第九実施形態の排気浄化装置の構成と同様であるが、図１１に示したようにＥＧＲガス冷却装置２８をバイパスするためのバイパス通路３３が設けられる。また、ＥＧＲ通路２６からバイパス通路３３への分岐地点には流量調整弁３４が設けられ、この流量調整弁３４はＥＧＲガス冷却装置２８およびバイパス通路３３へ流入するＥＧＲガスの流量を調整する。また、本変更例では、ＮＯx離脱処理を実行するときに、低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させると共に、還元剤添加装置３２から還元剤を添加することによって、流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとされる。
【０１０９】
さらに、本変更例では、ＮＯx離脱処理中に低温燃焼制御を行っている場合には、流量調整弁３４はほとんどのＥＧＲガスがＥＧＲガス冷却装置を通らずにバイパス通路３３を通るように切り替えられる。したがって、吸気ガス中には、冷却されていない高温のＥＧＲガスが混入せしめられる。このため、燃焼室５に流入するＥＧＲガスを含んだ吸気ガスは比較的高温となっており、結果的に機関本体１から排出される排気ガスも高温となっている。
【０１１０】
このように、本変更例では、ＮＯx離脱処理の実行において、機関本体１から排出される排気ガスが高温であるため、ＮＯx触媒２３の温度も高くなる。そして、上述したようにＮＯx触媒２３の温度が高くなると、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量が抑制される。したがって、本変更例では、ＮＯx離脱処理の実行時に、ＥＧＲガス冷却装置をバイパスさせたＥＧＲガスを吸気ガス中に混入させることで、ＮＯx触媒２３を昇温することができる。
【０１１１】
なお、上記変更例ではＮＯx離脱処理時にＥＧＲガス冷却装置をバイパスさせたＥＧＲガスを吸気ガス中に混入しているが、昇温処理等、機関排気空燃比を低下させる処理を実行するときであって排気ガスの温度を高めるべきときであればいつでも上記ＥＧＲガスを冷却せずに吸気ガス中に混入してもよい。特に、昇温処理中には、このような制御を行うことにより早期にＮＯx触媒２３を昇温することができる。
【０１１２】
なお、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量は上記ファクタ（ＮＯx触媒２３の温度、還元剤の種類、ＮＯx保持量、硫黄成分保持量、酸素濃度、ＮＯx触媒２３の劣化度合）以外にも、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの流量に応じて変化し、流入する排気ガスの流量が多くなればＮ2Ｏ流出量も多くなり、流入する排気ガスの流量が少なくなればＮ2Ｏ流出量も少なくなる。したがって、上記各実施形態では、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量の所定流出量Ｑn2oaはＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの流量に応じて補正され、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの流量が多くなれば所定流出量Ｑn2oaも多くされ、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの流量が少なくなれば所定流出量Ｑn2oaも少なくされる。あるいは、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量ではなく、Ｎ2Ｏ選択率（ＮＯxを還元する際にＮＯxがＮ2Ｏに転化される割合、特に第一〜第七実施形態ではＮＯx触媒２３から離脱せしめられたＮＯxのうちＮ2Ｏに転化される割合）を基準にＮ2Ｏ抑制処理を実行してもよい。この場合、Ｎ2Ｏ選択率が所定選択率よりも高い場合に、Ｎ2Ｏ抑制処理が実行される。
【０１１３】
また、上記実施形態において、ＮＯx触媒２３に対するＮＯx離脱処理を実行する前にＮ2Ｏ流出量を推定するとしたが、もちろん、ＮＯx触媒２３に対するＮＯx離脱処理が行われている間、その時にＮＯx触媒２３から排気下流に流出しているＮ2Ｏ流出量Ｑn2oを推定し、推定されたＮ2Ｏ流出量Ｑn2oが所定流出量Ｑn2oaを超える場合にはＮ2Ｏ流出抑制手段によってＮ2Ｏ流出量を少なくするように制御してもよい。例えば、酸素濃度検出手段としてＯ2センサを用い、ＮＯx触媒２３に対するＮＯx離脱処理が行われている間にＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度をＯ2センサによって検出し、検出された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃoaよりも高い場合にはＮ2Ｏ流出抑制処理を実行するようにしてもよい。
【０１１４】
また、上記実施形態において、排気浄化触媒としてＮＯx触媒を用いているが、三元触媒や、流入排気空燃比がリーンのときにもＮＯxを還元することができるリーンＮＯx触媒であってもよい。この場合、Ｎ2Ｏ流出量推定手段は触媒の温度、触媒に流入する排気ガスの酸素濃度に基づいてＮ2Ｏ流出量を推定し、およびＮ2Ｏ流出抑制手段はこれら二つのファクタを変更してＮ2Ｏの流出を抑制する。もちろん、ＮＯx触媒と同様にＮＯxの保持能力があれば、パティキュレートフィルタ等、如何なる排気浄化触媒であってもよい。
【０１１５】
また、上記実施形態では、Ｎ2Ｏ流出量推定手段によって推定されたＮＯx離脱処理を実行したときのＮ2Ｏ流出量が所定流出量以上であった場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によってＮ2Ｏ抑制処理を実行してから、ＮＯx離脱処理を実行するようにしているが、Ｎ2Ｏ抑制処理を実行せずに、ＮＯx離脱処理を実行してもＮ2Ｏ流出量が所定流出量よりも少なくなるまで待ってから、ＮＯx離脱処理を実行してもよい。例えば、ＮＯx離脱処理を実行すべきときにＮＯx触媒２３の温度が図１の所定温度Ｔaよりも低い場合には、ＮＯx触媒２３の温度がＮ2Ｏ抑制処理以外の処理によって所定温度Ｔa以上になるのを待ってから、ＮＯx離脱処理を実行する。
【０１１６】
最後に、本発明のＮＯx触媒２３による排気ガスの浄化メカニズム、特に排気ガス中のＮＯxの保持・離脱および還元浄化作用について図１５を参照して説明する。ＮＯx触媒２３は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つであるＮＯx保持剤と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とから成る。
【０１１７】
ここで、このＮＯxの保持・離脱および還元浄化作用のメカニズムについて白金（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。なお、図１５（Ａ）および（Ｂ）はＮＯx触媒２３の隔壁の表面上および隔壁の細孔表面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表している。図１５（Ａ）および（Ｂ）において６０は白金の粒子を示しており、６１はバリウム等のＮＯx保持剤を含む担体層を示している。
【０１１８】
流入排気空燃比がかなりリーンになると排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図１５（Ａ）に示されるようにこれら酸素がＯ2 -またはＯ2-の形で白金６０の表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金６０の表面上でＯ2 -またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。次いで生成されたＮＯ2の一部は白金６０上で更に酸化されつつＮＯx保持剤６１内に吸収されて酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながら、図１５（Ａ）に示されるように硝酸イオン（ＮＯ3 -）の形でＮＯx保持剤６１内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx保持剤６１に保持される。
【０１１９】
流入する排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金６０の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯx保持剤６１のＮＯx保持能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯx保持剤６１に保持されて硝酸イオン（ＮＯ3 -）が生成される。これに対して排気ガス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ＮＯx保持剤６１内の硝酸イオン（ＮＯ3 -）がＮＯ2の形でＮＯx保持剤から放出される。すなわち、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯx保持剤６１からＮＯxが離脱せしめられることになる。流入する排気ガスのリーンの度合いが低くなれば排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯx保持剤６１からＮＯxが離脱せしめられることになる。
【０１２０】
一方、この時流入排気空燃比を小さくすると、ＨＣ、ＣＯは白金６０上のＯ2 -またはＯ2-と反応して酸化せしめられる。また、流入排気空燃比を小さくすると排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯx保持剤６１からＮＯ2が離脱され、このＮＯ2は図１５（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化せしめられる。このようにして白金６０の表面上にＮＯ2が存在しなくなるとＮＯx保持剤６１から次から次へとＮＯ2が離脱される。したがって流入排気空燃比を小さくし、且つ還元剤が存在する状態にすると短時間のうちにＮＯx保持剤６１からＮＯxが離脱されて還元浄化されることになる。
【０１２１】
なお、本明細書において、ＮＯx触媒からＮＯxまたは硫黄成分を離脱させるときに、流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすると説明したが、実際には流入する排気ガスの酸素濃度が所定の酸素濃度よりも低くなることによってＮＯx触媒からＮＯxや硫黄成分が離脱し易くなる。したがって、上述した実施形態における「排気ガスの空燃比（排気空燃比）をほぼ理論空燃比またはリッチにする」という説明は「流入する排気ガスの酸素濃度を所定の酸素濃度以下にする」ことを意味する。
【０１２２】
また、本明細書において「保持」という用語は、ＮＯxを硝酸塩等の形で蓄積する場合の「吸収」およびＮＯxをＮＯ2等の形で吸着する「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。また、ＮＯx触媒からの「離脱」という用語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＯx触媒から排気下流に流出する排気ガス中のＮ2Ｏの量であるＮ2Ｏ流出量が常に所定量以下に抑えられるので、Ｎ2Ｏの流出量が少ない排気浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体の図である。
【図２】ＮＯx触媒の温度とＮ2Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図３】第一実施形態におけるＮ2Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】第一実施形態の変更例におけるＮＯx触媒への流入排気空燃比とＮＯx触媒の温度とのタイムチャートである。
【図５】各種還元剤を用いてＮＯx離脱処理を実行した場合のＮＯx触媒の温度とＮ2Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図６】第二実施形態におけるＮ2Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】ＮＯx触媒の酸素濃度とＮ2Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図８】ＮＯx触媒のＮＯx保持量とＮ2Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図９】ＮＯx触媒の硫黄成分保持量とＮ2Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図１０】第七実施形態におけるＮ2Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図１１】第九実施形態について示した図１と同様な図である。
【図１２】還元剤の種類とＮＯx還元率との関係を示す図である。
【図１３】ＮＯx触媒に流入する排気ガスの体積流量とＮＯx還元率との関係を示す図である。
【図１４】第九実施形態における図４と同様な図である。
【図１５】ＮＯx触媒におけるＮＯxの保持および離脱を説明するための図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
２３…排気浄化触媒、ＮＯx触媒
２５…温度センサ
４０…ＥＣＵ
【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】
内燃機関の排気ガス中にはＮＯxが含まれており、このＮＯxを除去するために従来から様々な排気浄化触媒が開発されてきた。このような排気浄化触媒の多くは、内燃機関の排気後流に取付けられ、排気浄化触媒に流入した排気ガス中に含まれるＮＯxを還元することによって、ＮＯxを除去している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２１２９６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような排気浄化触媒でＮＯxを還元した場合、Ｎ2やＯ2だけでなくＮ2Ｏが発生してしまうことがある。このＮ2Ｏは、ＮＯxと同様に大気中へ放出されることを抑制する必要がある。
【０００５】
したがって、本発明の目的はＮ2Ｏの流出量が少ない排気浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の排気通路上に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を推定するためのＮ2Ｏ流出量推定手段と、上記Ｎ2Ｏ流出量を減少させるためのＮ2Ｏ流出抑制手段とを具備し、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ2Ｏ流出量が所定量以上である場合には、上記Ｎ2Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を減少させるようにし、上記排気浄化触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯ x を保持すると共に、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには保持しているＮＯ x を離脱させるＮＯ x 触媒であり、該ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯ x 触媒が保持しているＮＯ x を離脱させるＮＯ x 離脱処理を実行するＮＯ x 離脱手段をさらに具備し、上記Ｎ 2 Ｏ流出量推定手段は、排気浄化触媒の温度と、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度と、排気浄化触媒の劣化度合と、ＮＯ x 触媒に保持されているＮＯ x 量およびＮＯ x 触媒に保持されている硫黄成分量のうちの少なくともいずれか一つに基づいてＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量を推定する。
第１の発明によれば、排気浄化触媒から排気下流に流出する排気ガス中のＮ 2 Ｏの量であるＮ 2 Ｏ流出量が常に所定量以下に抑えられる。特に、上記所定量をほぼ零に設定すれば、本発明の排気浄化装置からは大気中にほとんどＮ 2 Ｏが放出されない。
また、第１の発明によれば、ＮＯ x 触媒が流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯ x を保持するため、このときはＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量はほぼ零である。逆に、ＮＯ x 触媒は流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときに保持しているＮＯ x を離脱させるため、ＮＯ x 離脱処理を実行した時以外はほとんどリーンである内燃機関等では、ＮＯ x 離脱処理を実行したときにのみＮＯ x 触媒の温度等の条件によってＮＯ x 触媒からＮ 2 Ｏが流出せしめられる。
なお、排気浄化触媒の温度が高いときにはＮ 2 Ｏ流出量が少なく且つ触媒温度が低いときにはＮ 2 Ｏ流出量が多くなるものとして、また、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度が高いときにはＮ 2 Ｏ流出量が多く且つ酸素濃度が低いときにはＮ 2 Ｏ流出量が少なくなるものとして、さらに、排気浄化触媒の劣化度合が高いときにはＮ 2 Ｏ流出量が多く且つ劣化度合が低いときにはＮ 2 Ｏ流出量が少なくなるものとして、Ｎ 2 Ｏ流出量が推定される。したがって、触媒温度が高くなった場合、酸素濃度が濃くなった場合、触媒劣化度合が高くなった場合には、Ｎ 2 Ｏ流出量が所定量を越えてしまうことがあり、このとき流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ 2 Ｏ流出量を減少させる。
また、ＮＯ x 触媒に保持されているＮＯ x 量が少ないときにはＮ 2 Ｏ流出量が少なく且つＮＯ x 量が多いときにはＮ 2 Ｏ流出量が多くなるものとして、また、ＮＯ x 触媒に保持されている硫黄成分量が少ないときにはＮ 2 Ｏ流出量が少なく且つ硫黄成分量が多いときにはＮ 2 Ｏ流出量が多くなるものとして、Ｎ 2 Ｏ流出量が推定される。したがって、ＮＯ x 触媒に保持されているＮＯ x 量が多い場合、およびＮＯ x 触媒に保持されている硫黄成分量が多い場合には、Ｎ 2 Ｏ流出量が所定量を越えてしまうことがあり、このとき流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ 2 Ｏ流出量を減少させる。
また、排気浄化触媒の劣化度合とは、排気浄化触媒に担持されている白金等の触媒の活性が低下している度合（特に、酸化能力の低下度合）、あるいは排気浄化触媒に保持されている酸素、ＮＯ x 、硫黄成分を離脱させる処理や排気浄化触媒に付着している微粒子を酸化・除去する処理を実行しても回復しない触媒の浄化性能の低下度合を意味する。
【０００７】
第２の発明では、第１の発明において、上記Ｎ 2 Ｏ流出量推定手段は、ＮＯ x 離脱処理を実行する前にＮＯ x 離脱処理を実行した場合のＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量を推定し、上記Ｎ 2 Ｏ流出抑制手段は、推定されたＮ 2 Ｏ流出量が上記所定量以上であるときには、Ｎ 2 Ｏ流出量が該所定量よりも少ないと推定されるまでＮＯ x 離脱処理を禁止する。
第２の発明によれば、ＮＯ x 離脱手段によってＮＯ x 離脱処理を実行する前にＮＯ x 離脱処理を実行した場合のＮ 2 Ｏ流出量が推定され、推定されたＮ 2 Ｏ流出量に基づいてＮＯ x 離脱処理を実行するか否かが決定されるので、ＮＯ x 離脱処理を実行してもＮ 2 Ｏ流出量が所定量を超えることがない。また、第２の発明によれば、推定されたＮ 2 Ｏ流出量が所定量以上であるときには、例えＮＯ x 離脱処理を実行すればＮＯ x 触媒からＮＯ x を離脱させることができる場合であってもＮ 2 Ｏ流出量が所定量よりも少なくなるまでＮＯ x 離脱処理が実行されないため、本発明におけるＮＯ x 離脱処理の実行タイミングは、Ｎ 2 Ｏの流出を無視してＮＯ x 触媒のＮＯ x 保持量等に応じてＮＯ x 離脱処理を実行する場合のＮＯ x 離脱処理の実行タイミングとは異なる。
【０００８】
上記課題を解決するために、第３の発明では、内燃機関の排気通路上に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を推定するためのＮ2Ｏ流出量推定手段と、上記Ｎ2Ｏ流出量を減少させるためのＮ2Ｏ流出抑制手段とを具備し、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ2Ｏ流出量が所定量以上である場合には、上記Ｎ2Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を減少させるようにし、上記排気浄化触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯ x を保持すると共に、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには保持しているＮＯ x を離脱させるＮＯ x 触媒であり、該ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯ x 触媒が保持しているＮＯ x を離脱させるＮＯ x 離脱処理を実行するＮＯ x 離脱手段をさらに具備し、上記Ｎ 2 Ｏ流出量推定手段は、ＮＯ x 離脱処理を実行する前にＮＯ x 離脱処理を実行した場合のＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量を推定し、上記Ｎ 2 Ｏ流出抑制手段は、推定されたＮ 2 Ｏ流出量が上記所定量以上であるときには、Ｎ 2 Ｏ流出量が該所定量よりも少ないと推定されるまでＮＯ x 離脱処理を禁止する。
【０００９】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、上記Ｎ 2 Ｏ流出抑制手段は、排気浄化触媒の温度をＮ 2 Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度以上に上昇させる。
【００１０】
第５の発明では、第２又は第３の発明において、上記Ｎ 2 Ｏ流出抑制手段は、さらに、推定されたＮ 2 Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度にまでＮＯ x 触媒を昇温してから上記ＮＯ x 離脱手段によってＮＯ x 離脱処理を実行する。
【００１１】
第６の発明では、第５の発明において、上記ＮＯ x 触媒の昇温は該ＮＯ x 触媒に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段によって行われ、上記還元剤混入手段はＮＯ x 離脱処理を実行するまでＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリーンとなるように還元剤を含有させる。
第６の発明によれば、ＮＯ x 離脱処理を実行するまで、すなわち推定されたＮ 2 Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度にまでＮＯ x 触媒が昇温されるまで、ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比はリッチにされず、よってＮＯ x 触媒に保持されているＮＯ x が離脱せしめられることはない。一方で、ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスに還元剤が混入されるので、この還元剤がＮＯ x 触媒上流の排気通路上またはＮＯ x 触媒等で反応して発熱し、ＮＯ x 触媒が昇温される。このように、第６の発明によれば、ＮＯ x 触媒からＮＯ x 、Ｎ 2 Ｏを離脱させることなく、ＮＯ x 触媒を昇温することができる。
なお、上記第６の発明では、ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリーンとなるように還元剤を含有させるとしているが、排気ガスの空燃比がリーンとなるように還元剤を含有させるのが好ましい。これは、ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比であっても場合によっては多少ＮＯ x やＮ 2 Ｏが離脱されることがあることによる。
また、還元剤混入手段は、少なくとも後述する還元剤添加装置と機関排気空燃比低下手段とのいずれか一方または両方を具備する。さらに、還元剤としては、例えば燃料、炭化水素、一酸化炭素、水素等が挙げられるが、排気ガス中の酸素濃度を低下させることができ且つＮＯ x 触媒から離脱したＮＯ x を還元することができれば如何なる還元剤であってもよい。以下、本明細書中の「還元剤」とはこのような還元剤を意味するものとする。
【００１２】
第７の発明では、第１〜第６のいずれか一つの発明において、上記ＮＯ x 離脱手段はＮＯ x 触媒に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段であり、上記Ｎ 2 Ｏ流出抑制手段は、排気ガスに含有させる還元剤としてＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような還元剤を還元剤混入手段に選択させる。
ＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量はＮＯ x 離脱処理において用いられる還元剤の種類に応じて異なり、また、還元剤の種類に応じて利用し易さが異なる（例えば、ＣＯはＨＣに比べて生成しにくい）。第７の発明によれば、各還元剤を用いたときのＮ 2 Ｏ流出量と還元剤の利用し易さ等を考慮して、最適な還元剤が選択される。
【００１３】
第８の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、上記ＮＯ x 触媒の排気上流側において機関排気通路を通過する排気ガスに還元剤を添加する還元剤添加装置と、内燃機関本体から排出される機関排気ガスの空燃比を所定範囲内に低下させる機関排気空燃比低下手段とをさらに具備し、上記Ｎ 2 Ｏ流出抑制手段は、上記機関排気空燃比低下手段によって空燃比が低下せしめられた機関排気ガスに上記還元剤添加装置から還元剤を添加することによってＮＯ x 離脱処理を実行するようにした。
一般に、ディーゼル内燃機関等、通常運転時の機関排気ガスの空燃比（以下、「機関排気空燃比」と称す）がほとんどリーンである内燃機関では、機関排気空燃比をほぼ理論空燃比やリッチにしようとすると、当該内燃機関の運転の安定性（ドライバビリティ）がひどく悪化してしまう。一方、機関排気空燃比を低下させることによってＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比を低下させると、還元剤添加装置から還元剤を添加する場合に比べて、流入する排気ガスの酸素濃度を低下させることができ、より反応性の良い還元剤とすること、および場合によってはＮＯ x 触媒を通る排気ガスの体積流量を低下させることができ、Ｎ 2 Ｏの発生を抑制することができる。そこで、第８の発明では、ＮＯ x 離脱処理を実行するのに、機関排気空燃比を低下させて、さらに還元剤添加装置から還元剤を添加しており、これによりドライバビリティを悪化させずにＮ 2 Ｏの発生を抑制することができる。
なお、「機関排気ガス」とは、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを意味する。また、機関排気空燃比低下手段による機関排気空燃比の低下は、例えば実施形態中に示した低温燃焼制御、ポスト噴射制御、吸気絞り制御等によって行われる。
【００１４】
第９の発明では、第８の発明において、機関排気通路から機関吸気通路へ排気ガスを戻す排気再循環通路をさらに具備し、該排気再循環通路には該排気再循環通路を通過する排気ガスを冷却する再循環ガス冷却装置が設けられると共に、該再循環ガス冷却装置をバイパスさせる冷却装置バイパス通路が設けられ、上記機関排気空燃比低下手段は再循環ガス冷却装置を通さずに冷却装置バイパス通路を通して排気ガスを機関吸気通路へ戻しつつ機関排気ガスの空燃比を低下させる。
第９の発明に依れば、機関排気通路へ戻される排気ガス（以下、「再循環ガス」と称す）は再循環ガス冷却装置を通らないので、その温度が高い。このため、吸気ガスに高温の再循環ガスが混入されているので、内燃機関の燃焼室に流入する吸気ガスの温度は高く、燃焼後に内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの温度も高い。したがって、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比が低下せしめられるときには、同時に機関排気ガスの温度が高くなっており、よってＮＯ x 触媒には高温の排気ガスが流入し、ＮＯ x 触媒が早期に昇温される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置について説明する。図１は本発明の排気浄化装置を備えた筒内噴射型の圧縮自着火式のディーゼル内燃機関を示している。なお、本発明において用いられる排気浄化装置は火花点火式内燃機関にも搭載可能である。
【００１９】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。
【００２０】
吸気ダクト１３内にはスロットル弁駆動用ステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、さらに吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示した内燃機関では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２２を介して排気浄化触媒２３を収容するケーシング２４に連結される。排気浄化触媒２３には排気浄化触媒２３の温度を検出するための温度センサ２５が取付けられる。
【００２１】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、「ＥＧＲ」と称す）通路２６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２６内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２７が配置される。またＥＧＲ通路２６周りにはＥＧＲ通路２６内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲガス冷却装置２８が配置される。図１に示した内燃機関ではＥＧＲガス冷却装置２８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【００２２】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２９に連結される。このコモンレール２９内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３０から燃料が供給され、コモンレール２９内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２９にはコモンレール２９内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３１が取付けられ、燃料圧センサ３１の出力信号に基づいてコモンレール２９内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３０の吐出量が制御される。
【００２３】
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により互いに接続された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。温度センサ２５および燃料圧センサ３１の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００２４】
アクセルペダル４９にはアクセルペダル４９の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５０が接続され、負荷センサ５０の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに入力ポート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５１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、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２７、および燃料ポンプ３０に接続される。
【００２５】
ところで、上述したような排気浄化触媒は、ＮＯxをＮ2およびＯ2に還元する。さらに、排気浄化触媒の温度等、種々のファクタの値によっては、ＮＯxをＮ2Ｏに還元する。したがって、上述したような排気浄化触媒を通過して大気中に放出される排気ガス中にはＮ2およびＯ2に加えて、Ｎ2Ｏが含まれることがある。このＮ2ＯはＮＯxと同様に大気中へ放出されることを抑制する必要がある。すなわち、排気浄化触媒から排気下流に流出するＮ2Ｏの量であるＮ2Ｏ流出量を低く抑えることが必要である。ところが、従来では、排気浄化触媒からＮ2Ｏが流出する条件が正確に把握されておらず、よって排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を低く抑えることができなかった。したがって、従来の排気浄化装置からは、Ｎ2Ｏを多く含んだ排気ガスが大気中に放出されてしまうことがあった。
【００２６】
これに対して本発明の第一実施形態の排気浄化装置は、排気浄化触媒２３の排気下流に流出すると予測される排気ガス中のＮ2Ｏの量、または現在排気浄化触媒２３の排気下流に流出している排気ガス中のＮ2Ｏの量（以下、単に「Ｎ2Ｏ流出量」と称す）を推定するためのＮ2Ｏ流出量推定手段と、排気浄化触媒２３の排気下流に流出する排気ガス中のＮ2Ｏの量（以下、同様に「Ｎ2Ｏ流出量」と称す）を減少させるためのＮ2Ｏ流出抑制手段とを具備する。そして、このＮ2Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ2Ｏ流出量が所定流出量以上である場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を減少させるようにしている。特に、上述したような場合、Ｎ2Ｏ流出抑制手段を作動させることによって排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量をほぼ零にするのが好ましい。
【００２７】
したがって、本発明の第一実施形態によれば、排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量が多くなることまたは多いことがＮ2Ｏ流出量推定手段によって推定されると、排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量が少なく抑えられるかあるいはほぼ零にされる。したがって、本発明の排気浄化装置を通過してから大気中に放出される排気ガス中のＮ2Ｏの量は少なく抑えられる。
【００２８】
なお、Ｎ2Ｏ流出量に関する上記所定流出量は、内燃機関および排気浄化触媒２３の状態を排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量が少なくなるような状態にした場合における排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量に等しいか、またはこのようなＮ2Ｏ流出量よりも僅かに多い量である。あるいは、上記所定流出量はほぼ零としてもよい。本実施形態の排気浄化装置によれば、排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量は常に所定流出量以下に維持されるため、このように所定流出量を設定することにより排気浄化触媒２３の排気下流にＮ2Ｏがほとんど流出しないようにすることができる。
【００２９】
次に、第一実施形態の排気浄化装置における排気浄化触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を少なく抑えるためのＮ2Ｏ流出抑制制御について説明する。まず、排気浄化触媒２３の排気下流に流出する排気ガス中に含まれるＮ2Ｏ流出量Ｑn2oをＮ2Ｏ流出量推定手段によって推定する。この場合、Ｎ2Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ2Ｏ流出量Ｑn2oは推定した時点で排気浄化触媒２３から流出しているＮ2Ｏの量であってもよいし、単位時間後に排気浄化触媒２３から流出すると推定されるＮ2Ｏの量であってもよい。そして、Ｎ2Ｏ流出量推定手段によって推定されたＮ2Ｏ流出量Ｑn2oが所定流出量Ｑn2oa以上であると、排気浄化触媒２３の排気下流に流出するＮ2Ｏの量を少なく抑えるためのＮ2Ｏ流出抑制処理がＮ2Ｏ流出抑制手段によって実行される。
【００３０】
次に、本発明の第一実施形態の排気浄化装置についてより詳細に説明する。本発明の第一実施形態では、排気浄化触媒上流側の排気通路、燃焼室５および吸気通路に供給された空気と燃料との比率を排気ガスの空燃比と称する（あるいは排気空燃比と称す）と、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯxを保持し、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比（ストイキ）またはリッチのとき、より詳細には流入する排気ガス中の酸素濃度が低いときには保持しているＮＯxを離脱させるＮＯx触媒２３が排気浄化触媒として用いられる。また、ＮＯx触媒２３からＮＯxが離脱せしめられたときに排気ガス中に燃料等の還元剤が存在する場合にはＮＯx触媒２３から離脱せしめられたＮＯxが還元せしめられる。
【００３１】
このようなＮＯx触媒２３では、流入する排気ガス中のＮＯxを無限に保持することができるわけではなく、したがってＮＯx触媒２３にＮＯxが一定保持量以上保持された場合には、ＮＯx触媒２３に流入する排気空燃比（以下、「流入排気空燃比」と称す）をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯx触媒２３が保持しているＮＯxを離脱させるＮＯx離脱処理を実行するＮＯx離脱手段によって強制的にＮＯx触媒２３からＮＯxを離脱させる。特に、本実施形態のように、ディーゼル式内燃機関では機関本体から排出される排気空燃比（以下、「機関排気空燃比」と称す）がリーンであることが多く、よってＮＯx離脱処理を行った場合にのみＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになることが多い。したがって、ＮＯx離脱処理を実行していないときにはＮＯx触媒に流入する排気ガス中のＮＯxはほとんどＮＯx触媒に保持されるため、ＮＯx触媒からＮ2Ｏが流出することはほとんどない。一方、ＮＯx離脱処理を実行しているときにはＮＯx触媒からＮＯxが離脱せしめられ且つそのＮＯxが還元される。したがって、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏが発生してＮＯx触媒２３の排気下流に流出するのは基本的にＮＯx離脱処理を行う場合のみである。
【００３２】
そこで、本発明の第一実施形態の排気浄化装置では、ＮＯx離脱処理を実行すべきときであっても、ＮＯx離脱処理を行うとＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量が所定流出量を超えてしまうとＮ2Ｏ流出量推定手段によって推定された場合には、ＮＯx離脱処理を実行してもＮＯx触媒２３からＮ2Ｏがほとんど流出しないようになるまでＮＯx離脱処理の実行を禁止する。あるいは、上記場合には、ＮＯx離脱処理を行う前にＮ2Ｏ流出抑制手段を作動させて、ＮＯx離脱処理を実行してもＮＯx触媒２３からＮ2Ｏがほとんど流出しないようにしてからＮＯx離脱処理を実行する。こうすることによって、ＮＯx離脱処理を行っている期間中にＮＯx触媒２３からＮ2Ｏが流出してしまうことが防止され、よって全ての期間に亘ってＮＯx触媒２３からＮ2Ｏが流出することが防止される。
【００３３】
ところで、上述したようなＮＯx触媒では、ＮＯx触媒からのＮ2Ｏ流出量が例えばＮＯx触媒の温度に依存して変化する。より詳細には、図２に示したようにＮＯx触媒の温度が上昇するとＮＯx触媒からのＮ2Ｏ流出量が減少し、ＮＯx触媒の温度が低下するとＮＯx触媒からのＮ2Ｏ流出量が増加する。
【００３４】
そこで、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出量推定手段として温度センサ２５を用い、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatを検出する。一方、図２に示したようにＮＯx離脱処理を実行したときにＮ2Ｏ流出量が所定流出量となるようなＮＯx触媒２３の温度を所定温度Ｔaとして求める。この場合、温度センサ２５によって検出されたＮＯx触媒２３の温度が所定温度Ｔaよりも高い場合には、Ｎ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oaよりも少ないことを示しており、一方、検出されたＮＯx触媒２３の温度が所定温度Ｔa以下である場合には、Ｎ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oa以上であることを示している。したがって、ＮＯx離脱処理を実行する前において温度センサ２５によって検出されたＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔa以下である場合、ＮＯx触媒２３の温度が所定温度Ｔaよりも高くなるまでＮＯx離脱処理を実行しない。あるいは上記場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段がＮ2Ｏ流出抑制処理を実行してＮＯx触媒２３の温度を少なくとも所定温度Ｔaにまで上昇させてから、好ましくは所定温度Ｔaよりも高い温度Ｔbにまで上昇させてからＮＯx離脱処理を実行する。
【００３５】
したがって、本実施形態のＮ2Ｏ流出抑制制御では、ＮＯx触媒２３からＮＯxを離脱させるべき場合、例えばＮＯx触媒２３に保持されているＮＯxの量であるＮＯx保持量が上記一定保持量以上になった場合に、まず温度センサ２５によってＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが検出される。検出されたＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが上記所定温度Ｔa以上の場合には、ＮＯx離脱処理が行われる。一方、検出されたＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔaよりも低い場合には、ＮＯx触媒２３を昇温するための昇温制御が実行せしめられてＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが少なくとも所定温度Ｔa以上にまで上昇せしめられ、その後、ＮＯx触媒２３に対するＮＯx離脱処理が行われる。
【００３６】
なお、上記所定温度Ｔaは予め定められた値であってもよいし、後述するような他のファクタ（例えば、還元剤の種類、ＮＯx保持量、硫黄成分保持量、酸素濃度、ＮＯx触媒の劣化度合等）に応じて変化する値であってもよい。
また、一般に、ＮＯx離脱処理はＮＯx触媒の温度が比較的低温であっても行われる。ところが、通常、上記所定温度ＴaはＮＯx離脱処理を実行可能な温度（すなわちＮＯx触媒への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチすればＮＯx触媒に保持されているＮＯxが離脱される温度）のうち最も低い温度よりも高く設定されるので、ＮＯx触媒の温度がＮＯx離脱処理を実行可能な温度のうち最も低い温度にまで低下しているときにＮＯx離脱処理を実行すると、ＮＯx触媒からＮ2Ｏが多く流出してしまう。したがって、本発明では、ＮＯx触媒の温度がＮＯx離脱処理を実行可能な温度範囲内にあっても、その温度がＮＯx触媒の温度Ｔaよりも低い場合にはＮＯx離脱処理が実行されない。
【００３７】
また、ＮＯx触媒２３の昇温処理の方法としては、例えば、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するタイミングを遅らせたり、内燃機関の燃焼室５に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射したり、ＮＯx触媒２３上流に電気ヒータやグロープラグ（図示せず）を設け、これら電気ヒータまたはグロープラグを作動させたり、ＮＯx触媒２３上流において排気ガスに燃料や還元剤を添加するための還元剤添加装置（図１１の参照番号３２参照）を設け、この還元剤添加装置から排気ガスに燃料や還元剤を添加したりする（以下、「還元剤添加制御」と称す）ことによって、ＮＯx触媒２３を昇温させる方法が挙げられる。また、燃焼室５内に燃料を点火するための点火栓が設けられている場合には、この点火栓による燃料の点火タイミングを遅らせることによっても、排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００３８】
また、ＮＯx離脱処理を行う方法としては、スロットル弁１７の開度を小さく変更すると共に内燃機関の燃焼室５に流入する吸気ガスの空燃比をリッチにする（以下、「吸気絞り制御」と称す）ことだけでなく、内燃機関の燃焼室５に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射し、その燃料を燃焼させずにそのまま燃焼室５から排出させたり（以下、「ポスト噴射制御」と称す）、上述した還元剤添加装置から排気ガスに燃料や還元剤を添加したりして、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に燃料や還元剤を供給して、排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすることが挙げられる。
【００３９】
次に、図３を参照して本発明の第一実施形態の排気浄化装置におけるＮ2Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ１２１において、ＮＯx離脱処理を実行すべきときであるか否かが判定される。ＮＯx離脱処理を実行すべきときではないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１２１において、ＮＯx離脱処理を実行すべきときであると判定された場合には、ステップ１２２へと進む。ステップ１２２では温度センサ２５からＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが検出される。次いで、ステップ１２３においてＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔa以下であるか否かが判定される。ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔaよりも高いと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１２３において、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔa以下であると判定された場合にはステップ１２４へと進む。ステップ１２４では、ＮＯx触媒２３の昇温制御が実行せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００４０】
次に、本発明の第一実施形態の変更例について説明する。第一実施形態の変更例では、ＮＯx触媒２３の昇温処理およびＮＯx離脱処理を、機関本体１とＮＯx触媒２３との間の排気通路に設けた燃料添加装置によって行う。
【００４１】
上述したようにＮＯx離脱処理を実行すべきとき、すなわちＮＯx触媒２３に保持されているＮＯx保持量が一定保持量以上になったときには、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔa以上の場合には直ぐにＮＯx離脱処理が実行され、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなるように燃料添加装置から排気ガスに燃料が添加される。一方、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが所定温度Ｔaよりも低い場合には、まずＮＯx触媒２３の昇温処理が実行されてから、ＮＯx離脱処理が実行される。ここで、昇温処理を実行するときにも燃料添加装置から排気ガスに燃料が添加されるが、このときＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がリーンのままとなるように添加される。
【００４２】
この様子を図４に示した。図４はＮＯx触媒２３への流入排気空燃比（上）と、ＮＯx触媒２３の温度（下）とのタイムチャートである。まず、時間ａにおいて、例えばＮＯx触媒２３に保持されているＮＯx保持量が一定保持量以上になったことが検出されて、ＮＯx離脱処理を実行すべきときであることが判定される。このときＮＯx触媒２３の温度Ｔcatは上記所定温度Ｔaよりも低い。このため、ＮＯx離脱処理を実行する前に昇温処理が実行される。昇温処理の実行中には、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとならない程度に低下せしめられ、これに伴ってＮＯx触媒２３の温度が上昇する。そして、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが上記所定温度Ｔa以上となったときに、ＮＯx離脱処理が実行され、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がリッチとなるように低下せしめられる。その後、ＮＯx触媒に保持されているＮＯxがほぼ完全に離脱されるとＮＯx離脱処理が停止され、すなわち燃料添加装置からの燃料の添加が停止せしめられ、これと同時にＮＯx触媒２３の温度も下がって元に戻る。
【００４３】
なお、上記第一実施形態の変更例では、ＮＯx触媒２３の昇温処理およびＮＯx離脱処理を燃料添加装置からの燃料添加によって行うとしているが、上記ポスト噴射制御や吸気絞り制御等により機関排気空燃比を変更する等、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中への燃料や還元剤の供給量を変更できる方法であれば他の方法によって上記昇温処理およびＮＯx離脱処理を行ってもよい。
【００４４】
次に、本発明の第二実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第二実施形態における構成は、基本的に第一実施形態における構成と同様である。また、第二実施形態では、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯx触媒２３が保持しているＮＯxを離脱させるＮＯx離脱手段はＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段であり、この還元剤混入手段により様々な還元剤を排気ガス中に混入させてＮＯx触媒２３への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすることができる。
【００４５】
ところで、上述したようなＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量は、ＮＯx離脱処理を行うときにＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の還元剤の種類によって異なる。このことを図５に示す。図５は図２と同様に横軸がＮＯx触媒２３の温度、縦軸がＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を示す。
【００４６】
図５から分かるように、還元剤として炭化水素を用いた場合、すなわち還元剤として燃料を用いた場合は、還元剤として一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ2）を用いた場合と比べてＮ2Ｏ流出量が基本的に多く、また、還元剤として一酸化炭素を用いた場合は、還元剤として水素を用いた場合と比べてＮ2Ｏ流出量が基本的に多い。また、図２を用いて説明したようにどの還元剤を用いてもＮＯx触媒２３の温度の低下に伴ってＮ2Ｏ流出量が増大し、ＮＯx触媒２３の温度が低下すればするほど、各還元剤を用いた場合のＮ2Ｏ流出量の差が大きくなる。
【００４７】
そこで、本発明の第二実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出抑制手段は、排気ガスに含有させる還元剤としてＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量Ｑn2oが上記所定流出量Ｑn2oaよりも少なくなるような還元剤を還元剤混入手段に選択させる。例えば、ＮＯx離脱処理を行うのに還元剤混入手段によって排気ガス中に炭化水素が混入される場合、ＮＯx触媒２３の温度が図５の第一の温度Ｔ1以下になると、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量Ｑn2oが所定流出量Ｑn2oaを超えてしまう。これに対して、ＮＯx離脱処理を行うのに還元剤混入手段によって排気ガス中に一酸化炭素を混入させる場合、ＮＯx触媒２３の温度が図５の第一の温度Ｔ1以下になっても、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量Ｑn2oは所定流出量Ｑn2oaよりも少なく、さらに、ＮＯx触媒２３の温度が図５の第二の温度Ｔ2以下になるまでＮＯx触媒２３から流出するＮ2Ｏ流出量は所定流出量よりも少ないままである。
【００４８】
したがって、第二実施形態の排気浄化装置では、ＮＯx離脱処理を行うときに、温度センサ２５によって検出されたＮＯx触媒２３の温度が第一の温度Ｔ1よりも高いときには、還元剤混入手段は還元剤として炭化水素および一酸化炭素のいずれかを排気ガスに混入させ、ＮＯx触媒２３の温度が第一の温度Ｔ1よりも低く第二の温度Ｔ2よりも高いときには、還元剤混入手段は還元剤として一酸化炭素を排気ガスに混入させる。さらに、ＮＯx離脱処理を行うときに、ＮＯx触媒２３の温度が第二の温度Ｔ2以下である場合、ＮＯx触媒２３の温度が第二の温度Ｔ2以下であってもＮ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oa以下に維持される水素を還元剤として用いてもよい。ＮＯx離脱処理を行うときに用いる還元剤をこのようにして選択することによって、ＮＯx触媒２３から排気下流へ流出するＮ2Ｏ流出量が所定値Ｑn2oa以下に抑えられる。
【００４９】
なお、還元剤混入手段がＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に還元剤を混入させる方法としては、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に各還元剤を添加するための還元剤添加装置（図示せず）を設けることが挙げられる。さらに、内燃機関に流入する吸気ガスの空燃比を単純にリッチにしたり、内燃機関の燃焼室に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射したりすることによって排気ガス中に炭化水素を混入させることができる。また、内燃機関の燃焼室にＥＧＲガスを充填して燃焼室内のガスを低温で燃焼させると排気ガス中の一酸化炭素の量が増大するので、このことによって排気ガス中に一酸化炭素を混入させることができる。
【００５０】
ここで、還元剤混入手段がＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に炭化水素を混入させることは、排気空燃比をリッチにすればよいので、還元剤添加装置を用いなくても容易に実行することができる。また、還元剤混入手段がＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に一酸化炭素を混入させることは、還元剤添加装置を用いなくても低温燃焼によって実行することができる。これに対して、還元剤混入手段がＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に水素を混入させることは、還元剤添加装置を用いないと実行するのが難しい。そこで、以下では、還元剤混入手段が、還元剤添加装置を用いない場合、すなわち炭化水素および一酸化炭素のみを排気ガス中に混入させることができる場合について説明する。
【００５１】
次に、図６を参照して第二実施形態の排気浄化装置におけるＮ2Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンについて説明する。ステップ１４１においてＮＯx触媒２３に対するＮＯx離脱処理を実行すべきときであるか否かが判定される。ＮＯx離脱処理を実行すべきときではないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。ＮＯx離脱処理を実行すべきときであると判定された場合にはステップ１４２へと進む。ステップ１４２では、温度センサ２５によってＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが検出される。次いで、ステップ１４３では、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1より高いか否かが判定される。温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1よりも高いと判定された場合にはステップ１４４へと進む。ステップ１４４では、還元剤として炭化水素を用いてＮＯx離脱処理が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１４３において、温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1以下であると判定された場合にはステップ１４５へと進む。ステップ１４５では、温度Ｔcatが第二の温度Ｔ2よりも高いか否かが判定され、温度Ｔcatが第二の温度Ｔ2よりも高いと判定された場合にはステップ１４６へと進む。ステップ１４６では、還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯx離脱処理が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１４５において、温度Ｔcatが第二の温度Ｔ2以下であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００５２】
なお、上述した第二実施形態では、炭化水素、一酸化炭素、水素の三つの還元剤について説明したが、排気ガス中の酸素濃度を低下させることができ且つＮＯx触媒から離脱したＮＯxを還元することができれば一般に還元剤として用いられる如何なる物質を還元剤混入手段によって混入される還元剤として用いてもよい。
【００５３】
次に本発明の第三実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第三実施形態における構成は、基本的に第一実施形態および第二実施形態における構成と同様である。ところで、ＮＯx触媒２３に対するＮＯx離脱処理を実行したときのＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量は、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度によって変化し、より詳細には図７に示したようにＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度が高くなるとＮ2Ｏ流出量が多くなり、逆に、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度が低くなるとＮ2Ｏ流出量が少なくなる。
【００５４】
ここで、酸素濃度とＮ2Ｏ流出量とが上述したような関係になる理由について簡単に説明する。なお、ここではＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がリッチである場合について説明する。
ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がリッチであっても、排気ガス中にはＮＯx（例えば一酸化窒素（ＮＯ））が含まれる。このＮＯは以下の反応式（１）により窒素（Ｎ）と酸素（Ｏ）とに解離する。
ＮＯ→Ｎ＋Ｏ （１）
このようにして解離したＯは、ＮＯx触媒２３に保持され、同じく排気ガス中に含まれる還元剤（例えばＣＯ）と反応する（反応式（２））。一方、上述したように解離したＮは、互いに反応して窒素分子（Ｎ2）を形成する（反応式（３））。
Ｏ＋ＣＯ→ＣＯ2 （２）
Ｎ＋Ｎ→Ｎ2 （３）
ところが、上記反応式（１）の反応が遅く、ＮＯの解離が進まない場合には下記の反応式（４）によりＮとＮＯとがＮ2Ｏを形成する。
Ｎ＋ＮＯ→Ｎ2Ｏ （４）
したがって、Ｎ2Ｏの生成を抑制するためには上記（１）の反応を促進させて、上記（４）の反応を起こさせないようにする必要がある。ここで、上記（１）の反応を促進させるためには、化学的な平衡の関係から排気ガス中の酸素濃度が低いことが要求される。このように、排気ガスの酸素濃度が低いと上記反応式（１）の反応が促進されて、結果的にＮ2Ｏが生成されにくくなり、逆に、排気ガスの酸素濃度が高いと上記（１）の反応が進まず、結果的にＮ2Ｏが生成されやすくなってしまう。
【００５５】
そこで、本発明の第三実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段は、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度に基づいてＮＯx触媒２３の排気下流に流出するＮ2Ｏ量を推定する。より詳細には、Ｎ2Ｏ流出量推定手段として酸素濃度推定手段が設けられ、この酸素濃度推定手段によって、ＮＯx離脱処理を実行する前に、ＮＯx離脱処理を実行した場合にＮＯx触媒２３に流入すると予想される排気ガス中の酸素濃度Ｃoを推定する。一方、図７に示したようにＮ2Ｏ流出量が所定流出量となるような酸素濃度を所定酸素濃度Ｃoaとして算出する。
【００５６】
この場合、酸素濃度検出手段によって推定された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃoaよりも低い場合には、Ｎ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oaよりも少ないことを示しており、一方、検出された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃoa以上である場合には、Ｎ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oa以上であることを示している。したがって、酸素濃度推定手段によって推定された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃoa以上であった場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によりＮ2Ｏ流出抑制処理を実行する。
【００５７】
本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出抑制手段はＮ2Ｏ流出量が所定流出量よりも多くなった場合、すなわちＮＯx離脱処理を実行したときにＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度が所定酸素濃度以上になっている場合には、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させるための酸素濃度低下手段によって上記排気ガス中の酸素濃度を低下させるか、あるいはほぼ零に抑える。このように、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度を常に所定酸素濃度以下に抑制することによって、Ｎ2Ｏ流出量を所定流出量以下に抑えることができる。
【００５８】
なお、所定酸素濃度は予め定められた値であってもよいし、あるいは、所定酸素濃度と所定流出量Ｑn2oaおよび他のファクタ（ＮＯx触媒２３の温度、還元剤の種類、ＮＯx保持量、硫黄成分保持量、ＮＯx触媒の劣化度合等）との関係を予めマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存し、これら所定流出量Ｑn2oaおよび他のファクタから所定酸素濃度を算出してもよい。
【００５９】
また、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させるための酸素濃度低下手段としては、内燃機関の燃焼室５にＥＧＲガスを充填して燃焼室内のガスを低温で燃焼させることが挙げられる。排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなるように燃料を燃焼室５に供給して上述したように燃焼室５内のガスを低温で燃焼させることによって、燃焼室５内のほとんどの酸素が燃焼に使われ、排気ガス中の酸素が少なく抑えられる。
【００６０】
次に、本発明の第四実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第四実施形態における構成は、基本的に第一〜第三実施形態における構成と同様である。ところで、上述したようなＮＯx触媒２３から流出するＮ2Ｏ流出量はＮＯx触媒２３に保持されているＮＯxの量であるＮＯx保持量に応じて変化し、より詳細には図８に示したようにＮＯx触媒２３のＮＯx保持量が多くなるとＮ2Ｏ流出量が多くなり、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量が少なくなるとＮ2Ｏ流出量が少なくなる。
【００６１】
そこで、本発明の第四実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段が、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量に基づいてＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量Ｑnoxを推定する。より詳細には、Ｎ2Ｏ流出量推定手段としてＮＯx保持量推定手段が設けられ、このＮＯx保持量推定手段によってＮＯx触媒２３のＮＯx保持量を推定し、図８に示したようにＮ2Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑn2oaよりも僅かに少ない下位流出量Ｑn2obとなるようなＮＯx触媒２３のＮＯx保持量を所定ＮＯx保持量Ｑnoxaとして検出する。
【００６２】
この場合、ＮＯx保持量推定手段によって推定されたＮＯx保持量が所定ＮＯx保持量Ｑnoxaよりも少ない場合には、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量Ｑn2obよりも少ないことを示しており、一方、推定されたＮＯx保持量が所定ＮＯx保持量Ｑnoxa以上である場合には、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量Ｑn2ob以上であることを示している。したがって、ＮＯx保持量推定手段によって推定されたＮＯx保持量Ｑnoxが所定ＮＯx保持量Ｑnoxa以上になった場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によりＮ2Ｏ流出抑制処理を実行する。
【００６３】
本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出抑制手段は、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量以上になった場合、すなわちＮＯx触媒２３のＮＯx保持量が所定ＮＯx保持量以上になった場合にＮＯx離脱処理を行って、ＮＯx触媒２３に保持されているＮＯxを離脱させる。このように、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量Ｑn2ob以上である場合にＮＯx離脱処理を実行することにより、Ｎ2Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑn2oaになる前にＮＯx離脱処理が実行され、よってＮ2Ｏ流出量を常に上記所定流出量以下に維持することができる。
【００６４】
なお、所定ＮＯx保持量は予め設定された値であってもよいし、所定ＮＯx保持量と所定流出量および他のファクタ（ＮＯx触媒２３の温度、還元剤の種類、硫黄成分保持量、酸素濃度、ＮＯx触媒の劣化度合等）との関係を予めマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存し、これら所定流出量および他のファクタから所定ＮＯx保持量を算出してもよい。
【００６５】
また、ＮＯx触媒を備えた従来の排気浄化装置では、ＮＯx触媒のＮＯx保持量が限界ＮＯx保持量（一定保持量）以上になると流入する排気ガス中のＮＯxを保持しにくくなってしまうため、ＮＯx触媒のＮＯx保持量が限界ＮＯx保持量以上になるとＮＯx離脱処理を行ってＮＯx触媒に保持されているＮＯxを離脱させていた。これに対して、本発明の排気浄化装置では、上述した所定ＮＯx保持量が限界ＮＯx保持量よりも少ないため、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量が限界ＮＯx保持量に到達する前にＮＯx触媒２３が保持しているＮＯxを離脱させている。すなわち、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出量を監視していない従来の排気浄化触媒とはＮＯx離脱処理の実行タイミングが異なり、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量の観点から見てＮＯx触媒２３のＮＯx浄化能力が低下する前に、ＮＯx保持剤が保持しているＮＯxが離脱せしめられる。
【００６６】
また、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量を推定する方法としては、例えば、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中のＮＯx量を検出するためのＮＯxセンサ（図示せず）を設け、このＮＯxセンサによって検出されたＮＯx量を時間で積分することが挙げられる。
【００６７】
次に本発明の第五実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第五実施形態における構成は、基本的に第一〜第四実施形態における構成と同様である。ところで、上述したようなＮＯx触媒２３は、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中のＮＯxだけでなく硫黄成分をも保持し、より詳細にはＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がリーンである場合には流入する排気ガス中に含まれる硫黄成分を保持し、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＮＯx触媒２３の温度が硫黄成分離脱温度以上である場合には保持している硫黄成分を離脱させる。このようなＮＯx触媒２３では、ＮＯx触媒２３から流出するＮ2Ｏ流出量はＮＯx触媒２３に保持されている硫黄成分の量である硫黄成分保持量に応じて変化し、より詳細には図９に示したようにＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量が多くなるとＮ2Ｏ流出量が多くなり、ＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量が少なくなるとＮ2Ｏ流出量が少なくなる。
【００６８】
そこで、本発明の第五実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段が、ＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量に基づいてＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を推定する。より詳細には、Ｎ2Ｏ流出量推定手段として硫黄成分保持量推定手段が設けられ、この硫黄成分保持量推定手段によってＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量Ｑsを推定し、一方、図９に示したように、Ｎ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oaよりも僅かに少ない下位流出量Ｑn2ocとなるようなＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量を所定硫黄成分保持量Ｑsaとして算出する。
【００６９】
この場合、硫黄成分保持量推定手段によって推定された硫黄成分保持量Ｑsが所定硫黄成分保持量Ｑsaよりも少ない場合には、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量Ｑn2ocよりも少ないことを示しており、一方、推定された硫黄成分保持量が所定硫黄成分保持量以上の場合には、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量Ｑn2ocよりも多いことを示している。したがって、硫黄成分保持量推定手段によって推定された硫黄成分保持量Ｑsが所定硫黄成分保持量Ｑsa以上になった場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によりＮ2Ｏ流出抑制処理を実行する。
【００７０】
本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出抑制手段はＮ2Ｏ流出量が下位流出量よりも多くなった場合、すなわちＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量が所定硫黄成分保持量以上になった場合にＮＯx触媒２３の硫黄成分離脱処理を行って、ＮＯx触媒２３に保持されている硫黄成分を離脱させる。このように、Ｎ2Ｏ流出量が下位流出量Ｑn2oc以上である場合に硫黄成分離脱処理を実行することにより、Ｎ2Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑn2oaになる前に硫黄成分離脱処理が実行され、よってＮ2Ｏ流出量を上記所定流出量以下に抑えることができる。
【００７１】
なお、所定硫黄成分保持量は予め定められた値であってもよいし、所定硫黄成分保持量と所定流出量および他のファクタ（ＮＯx触媒２３の温度、還元剤の種類、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量、ＮＯx触媒の劣化度合等）との関係を予めマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存し、これら所定流出量および他のファクタから所定硫黄成分保持量を算出してもよい。
【００７２】
また、ＮＯx触媒を備えた従来の排気浄化装置では、ＮＯx触媒の硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量以上になると流入する排気ガス中のＮＯxを保持することが可能なＮＯx量が少なくなってしまうため、ＮＯx触媒の硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量以上になると硫黄成分離脱処理を行ってＮＯx触媒に保持されている硫黄成分を離脱させていた。これに対して、本発明の排気浄化装置では、上述した所定硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量よりも少ないため、ＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量が限界硫黄成分保持量に到達する前にＮＯx触媒２３が保持している硫黄成分を離脱させている。すなわち、本実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏ流出量を監視していない従来の排気浄化触媒とは硫黄成分離脱処理の実行タイミングが異なり、ＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量の観点から見てＮＯx触媒２３のＮＯx浄化能力が低下する前に、ＮＯx保持剤が保持している硫黄成分が離脱せしめられる。
【００７３】
また、ＮＯx触媒２３に保持されている硫黄成分を離脱させるための硫黄成分離脱処理は、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすると共に、上述したような昇温処理によってＮＯx触媒２３の温度を硫黄成分離脱温度以上にまで上昇させることによって行われる。
【００７４】
次に、本発明の第六実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第六実施形態における構成は、基本的に第一〜第五実施形態における構成と同様である。ところで、上述したようなＮＯx触媒２３は、経時的に、またはその温度が極端に高温になること等により劣化する。ここで、ＮＯx触媒２３の劣化とは、ＮＯx触媒２３に担持されている白金等の触媒の活性が低下することであって、ＮＯx触媒２３に保持されているＮＯx、硫黄成分および微粒子（パティキュレート）等によらないもの、すなわちＮＯx離脱処理、硫黄成分離脱処理および排気浄化触媒としてパティキュレートフィルタが用いられている場合において行われる微粒子を酸化・除去するフィルタ再生処理を行っても回復しない排気浄化触媒の浄化能力の低下意味し、特に、熱による白金等の触媒の酸化能力低下を意味する。
【００７５】
ＮＯx触媒２３では、ＮＯx触媒２３がまだほとんど使用されておらず、その劣化度合が低いときには、ＮＯx離脱処理が行われてもＮ2Ｏ流出量は少なく、その後、ＮＯx触媒２３の使用時間が延びるにつれて、その劣化度合が高くなり、ＮＯx離脱処理が行われるとＮ2Ｏ流出量が多くなる。これは、ＮＯx触媒２３の劣化度合が高いと、上述した反応式（２）の反応（Ｏ＋ＣＯ→ＣＯ2）が進まなくなり、結果的に酸素濃度が高い場合と同様に、反応式（４）の反応（Ｎ＋ＮＯ→Ｎ2Ｏ）が進んでしまうことによる。
【００７６】
そこで、本発明の第六実施形態の排気浄化装置では、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段が、ＮＯx触媒２３の劣化度合に基づいてＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を推定する。より詳細には、Ｎ2Ｏ流出量推定手段として排気浄化触媒の劣化度合を推定する劣化度合推定手段を設ける。劣化度合推定手段は、例えば本実施形態では、ＮＯx触媒が新品状態で車両に搭載されてからの総運転距離、総運転時間またはＮＯx触媒の温度が所定温度以上の高温になった総時間等に基づいて排気浄化触媒の劣化度合を推定し、特に、これら距離および時間が短い場合にはＮＯx触媒の劣化度合が低いとされ、これら距離および時間が長くなるにつれてＮＯx触媒の劣化度合が高くなるとしてＮＯx触媒の劣化度合を推定する。
【００７７】
例えば、劣化度合を総運転時間から推定している場合、総運転時間ｔｄとＮ2Ｏ流出量Ｑn2oとの関係を予め求めてマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存しておき、Ｎ2Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑn2oaとなるような総運転時間を所定運転時間ｔｄaとして算出する。
【００７８】
この場合、総運転時間が所定運転時間ｔｄaよりも短い場合には、Ｎ2Ｏ流出量が上記所定流出量Ｑn2oaよりも少ないことを示しており、一方、総運転時間が所定運転時間ｔｄa以上である場合にはＮ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oa以上であることを示している。したがって、ＮＯx離脱処理を実行する際に、総運転時間が所定運転時間ｔｄa以上である場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によりＮ2Ｏ流出抑制処理を実行する。ここで、ＮＯx触媒の劣化は回復できないものであるので、Ｎ2Ｏ流出抑制処理としてＮＯx触媒の劣化を回復させることはできない。したがって、本実施形態ではＮ2Ｏ流出抑制処理として上述した第一〜第五実施形態におけるＮ2Ｏ流出抑制処理が行われ、例えば、ＮＯx離脱処理を実行する際にＮＯx触媒の温度がＮＯx触媒の劣化を考慮して設定された所定温度以上になってからＮＯx離脱処理が行われたり、ＮＯx離脱処理を実行する際にＮＯx触媒に流入する排気ガスの酸素濃度がＮＯx触媒の劣化を考慮して設定された所定酸素濃度以上としてＮＯx離脱処理が行われたりする。なお、所定運転時間ｔｄaは、他のファクタ（ＮＯx触媒２３の温度、流入排気ガスの酸素濃度、ＮＯx保持量、硫黄成分保持量等）に基づいて算出され、例えば、ＮＯx触媒２３の温度が高い場合には所定運転時間ｔｄaも長く設定される。
【００７９】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx触媒の劣化度合を推定することができる。このような例を、第六実施形態の変更例として以下に説明する。第六実施形態の変更例の構成は第六実施形態の構成と同様であるが、変更例ではＮＯx触媒の排気上流側において、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を検出するためのＮ2Ｏ流出量検出装置（Ｎ2Ｏセンサ（図示せず））が設けられている。
【００８０】
ところで、ＮＯx触媒２３の劣化を考慮せずにＮＯx触媒２３から流出する排気ガス中のＮ2Ｏ流出量を推定した場合、すなわち上述したＮＯx触媒２３の温度、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量および硫黄成分保持量等からＮ2Ｏ流出量を推定した場合、推定されたＮ2Ｏ流出量は、ＮＯx触媒２３の劣化度合が低いときにはＮ2Ｏセンサによって検出されたＮ2Ｏ流出量にほぼ等しいが、ＮＯx触媒２３の劣化度合が高いときにはＮ2Ｏセンサによって検出されたＮ2Ｏ流出量よりも多くなる。そして、推定されたＮ2Ｏ流出量と検出されたＮ2Ｏ流出量との差（以下、単に「Ｎ2Ｏ流出量の差」と称す）が大きくなるほど、ＮＯx触媒２３の劣化度合が大きい。したがって、上記Ｎ2Ｏ流出量の差からＮＯx触媒２３の劣化度合を推定することができる。
【００８１】
ＮＯx触媒２３の劣化度合が変わると、上述したようにＮＯx触媒２３から流出するＮ2Ｏ流出量が変わる。すなわち、ＮＯx触媒２３の温度を例にすると、ＮＯx触媒２３の劣化度合が高い程、ＮＯx離脱処理を実行したときにＮ2Ｏ流出量が所定流出量以下となる温度が高くなる。
【００８２】
そこで、第六実施形態の変更例では、例えば第一実施形態において設定される所定温度ＴaをＮＯx触媒２３の劣化度合に応じて変更する。上述したように、上記所定温度Ｔaは、例えばＮＯx触媒２３に流入する酸素濃度、還元剤の種類、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量および硫黄成分保持量等に応じて決定される。さらに、本変更例では、このようにして決定された所定温度ＴaをＮＯx触媒２３の劣化度合に応じて変更する。
【００８３】
より詳細には、上記Ｎ2Ｏ流出量の差と補正温度ΔＴaとの関係を予め求め、マップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存する。ここで、Ｎ2Ｏ流出量の差と補正温度ΔＴaとの関係は、Ｎ2Ｏ流出量の差が小さいときには補正温度ΔＴaも小さく、Ｎ2Ｏ流出量の差が大きくなると補正温度ΔＴaも大きくなるような関係である。使用時には、Ｎ2Ｏ流出量の差に基づいて上記マップから補正温度ΔＴaを算出し、この補正温度ΔＴaをＮＯx触媒２３の劣化度合以外のファクタに基づいて決定された所定温度Ｔaに加算する。そして、実際の触媒温度Ｔcatが温度（Ｔa＋ΔＴa）より高い場合にはＮＯx離脱処理を実行し、実際の触媒温度Ｔcatが温度（Ｔa＋ΔＴa）以下である場合には触媒温度Ｔcatを温度（Ｔa＋ΔＴa）に昇温してからＮＯx離脱処理を実行する。
【００８４】
なお、上記第六実施形態の変更例では、劣化度合（すなわちＮ2Ｏ流出量の差）に応じて補正温度を変更しているが、例えば、Ｎ2Ｏ流出量の差が所定差以上となったときに補正温度を１０℃程度上げる等、劣化度合を用いて他の方法で補正温度を変更してもよい。
【００８５】
また、上記第六実施形態の変更例では、ＮＯx触媒の劣化度合に基づいてＮＯx離脱処理時のＮＯx触媒の温度を変更するようにしているが、ＮＯx触媒の劣化度合に基づいて硫黄成分離脱処理時のＮＯx触媒の温度を変更する等、上述したようにして検出されたＮＯx触媒の劣化度合を他の用途に用いてもよい。
【００８６】
ところで、上述したように、ＮＯx触媒のＮＯx保持量や硫黄成分保持量が多くなっているときには、ＮＯx触媒の劣化度合が高くなっているときと同様にＮ2Ｏ流出量が増大する。このため、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量および硫黄成分保持量を考慮せずにＮ2Ｏ流出量を推定している場合、ＮＯx触媒のＮＯx保持量や硫黄成分保持量が多くなっているときには、ＮＯx触媒の劣化度合が低いにも関わらず、Ｎ2Ｏ流出量が多くなってしまい、上記Ｎ2Ｏ流出量の差が大きくなり、結果的にＮＯx触媒の劣化度合が高くなっていると推定されてしまう。
【００８７】
この場合、ＮＯx離脱処理または硫黄成分離脱処理を実行した後にＮ2ＯセンサによってＮ2Ｏ流出量を検出すれば、ＮＯx触媒のＮＯx保持量や硫黄成分保持量が多いことによってＮＯx触媒の劣化度合が高くなっていると推定されてしまうことが防止される。したがって、本変更例では、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量および硫黄成分保持量を考慮せずに上述したＮＯx触媒２３の温度、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度等に基づいてＮ2Ｏ流出量を推定している場合、ＮＯx離脱処理または硫黄成分離脱処理を実行した後にＮ2ＯセンサによってＮ2Ｏ流出量を検出してもよい。
【００８８】
ところで、上記第一〜第六実施形態から分かるように、Ｎ2Ｏ流出量は、上述した六つのファクタ、すなわちＮＯx触媒２３の温度と、ＮＯx離脱処理を実行する際の還元剤の種類と、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量と、ＮＯx触媒２３の硫黄成分保持量と、ＮＯx離脱処理を実行する際にＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度と、ＮＯx触媒２３の劣化度合とに応じて変化する。すなわち、Ｎ2Ｏ流出量はこれらファクタの関数である。そこで、本発明では、上記第一〜第六実施形態のうち少なくとも二つの実施形態を組合せてもよい。このようにして上記実施形態を組合せた場合を第七実施形態として以下に説明する。特に、上記第一〜第六実施形態では各実施形態毎にそれぞれＮ2Ｏ流出量推定手段とＮ2Ｏ流出抑制手段とを有するが、本実施形態では第一〜第六実施形態のＮ2Ｏ流出量推定手段のうち少なくとも一つのＮ2Ｏ流出量推定手段と、第一〜第五実施形態のＮ2Ｏ流出抑制手段のうち少なくとも一つの最適なＮ2Ｏ流出抑制手段とを組合せることができる。この場合、例えば、Ｎ2Ｏ流出量推定手段として上記ファクタのうちの二つのファクタからＮ2Ｏ流出量を算出する。例えば、Ｎ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oaとなる場合のファクタの値を予め実験的に求め、マップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存する。そして、内燃機関の運転中に上記ファクタの値とマップからＮ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oa以上になっていると推定される場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によりＮ2Ｏ抑制処理を実行する。
【００８９】
また、本実施形態のＮ2Ｏ流出抑制手段は、第一〜第五実施形態のＮ2Ｏ抑制処理のうち少なくとも一つの最適なＮ2Ｏ抑制処理を選択して実行する。ところで各Ｎ2Ｏ抑制処理は、実行の可否や燃費向上や内燃機関の運転の安定性（ドライバビリティ）の観点から、その時の内燃機関の運転状態に適している場合と、適していない場合とがある。そこで、本変更例のＮ2Ｏ流出抑制手段は、内燃機関の運転状態に応じて燃費、内燃機関の運転の安定性等が最も有利になるように、上記Ｎ2Ｏ抑制処理のうち最適なＮ2Ｏ抑制処理を選択して実行する。
【００９０】
次に、第七実施形態の例として、第一実施形態と第二実施形態との組み合わせた場合の組合せ例について図５を参照して以下に説明する。
【００９１】
上記第二実施形態で示したようにＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中に還元剤を混入させるために還元剤添加装置を設けた場合、安定して一種類またはそれ以上の還元剤をＮＯx触媒２３に流入させることができる。ところが、内燃機関の燃焼室に多量のＥＧＲガスを充填して燃焼室内のガスを低温で燃焼させる（以下、「低温燃焼制御」と称す）ことによって排気ガス中の一酸化炭素の量を増大させることによって一酸化炭素を還元剤とする場合、一酸化炭素の量を増大させることは常に実行することができるわけではなく、内燃機関の運転状態に応じて実行の可否が変化する。したがって、この場合、還元剤として常に一酸化炭素を常に利用することはできない。
【００９２】
そこで、本組合せ例では、使用可能な還元剤を使用してＮＯx離脱処理を実行したときにＮ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oa以下に維持されるような温度に昇温してから、上記還元剤を使用してＮＯx離脱処理を実行する。例えば、還元剤として一酸化炭素および炭化水素のいずれを用いることも可能である場合、ＮＯx処理を実行する直前のＮＯx触媒２３の温度が第二の温度Ｔ2よりも高いときには還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯx離脱処理をすぐに実行し、ＮＯx離脱処理を実行する直前のＮＯx触媒２３の温度が第二の温度Ｔ2以下であるときには、ＮＯx触媒２３の昇温処理を実行してＮＯx触媒２３の温度を少なくとも第二の温度Ｔ2よりも高い温度に上昇させてから還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯx離脱処理を実行する。一方、還元剤として炭化水素のみしか使用することができない場合、ＮＯx離脱処理を実行する直前のＮＯx触媒２３の温度が第一の温度Ｔ1よりも高い場合にはすぐにＮＯx離脱処理を実行するが、ＮＯx離脱処理を実行する直前のＮＯx触媒２３の温度が第一の温度Ｔ1以下であるときには、ＮＯx触媒２３の昇温処理を実行してＮＯx触媒２３の温度を少なくとも第一の温度Ｔ1よりも高い温度に上昇させてからＮＯx離脱処理を実行する。こうすることにより、ＮＯx触媒２３の昇温処理を実行することによるエネルギ消費を最小限に抑えつつ、Ｎ2Ｏ流出量を常に所定流出量以下に抑えることができる。
【００９３】
次に、図１０を参照して上記組合せ例におけるＮ2Ｏ抑制制御の制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ１６１において温度センサ２５によってＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが検出される。次いで、ステップ１６２において、還元剤として一酸化炭素を利用することが可能であるか否かが判定される。ステップ１６２において一酸化炭素を利用することが可能であると判定された場合にはステップ１６３へと進む。ステップ１６３では、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第二の温度Ｔ2以下であるか否かが判定され、第二の温度Ｔ2よりも高いと判定された場合にはステップ１６５へと進む。ステップ１６３においてＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第二の温度Ｔ2以下であると判定された場合には、ステップ１６４へと進む。ステップ１６４では、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが少なくとも第二の温度Ｔ2に到達するまでＮＯx触媒２３の昇温処理が実行され、ステップ１６５へと進む。ステップ１６５では、還元剤として一酸化炭素を用いてＮＯx離脱処理が実行され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９４】
一方、ステップ１６２において、還元剤として一酸化炭素を利用することが不可能であると判定された場合には、ステップ１６６へと進む。ステップ１６６では、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1以下であるか否かが判定され、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1よりも高いと判定された場合にはステップ１６５へと進む。ステップ１６６において、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1以下であると判定された場合には、ステップ１６７へと進む。ステップ１６７では、ＮＯx触媒２３の温度Ｔcatが第一の温度Ｔ1に到達するまでＮＯx触媒２３の昇温処理が実行され、ステップ１６８へと進む。ステップ１６８では、還元剤として炭化水素を用いてＮＯx離脱処理が実行され、制御ルーチンが完了せしめられる。
【００９５】
次に、本発明の第八実施形態の排気浄化装置について説明する。第八実施形態の排気浄化装置の構成は、上記実施形態の構成と基本的に同様であるが、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量を検出するためのＮ2Ｏ流出量検出装置（Ｎ2Ｏセンサ）がＮ2Ｏ流出量推定手段として設けられる。そして、第八実施形態の排気浄化装置では、Ｎ2Ｏセンサによって検出された実際のＮ2Ｏ流出量と上記所定流出量Ｑn2oaを比較し、それに応じてＮ2Ｏ離脱処理を実行する。より詳細には、ＮＯx触媒２３に対してＮＯx離脱処理を実行すべきときに、Ｎ2Ｏセンサによって検出されたＮ2Ｏ流出量、すなわちＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oaよりも少ない場合にはすぐにＮＯx離脱処理を実行し、検出されたＮ2Ｏ流出量が所定流出量Ｑn2oaよりも多い場合にはＮ2Ｏ流出抑制手段によりＮ2Ｏ抑制処理を実行してからＮＯx離脱処理を実行する。
【００９６】
次に、本発明の第九実施形態の排気浄化装置について説明する。第九実施形態の排気浄化装置の構成は、図１１に示したように、基本的に上記実施形態の排気浄化装置と同様であるが、還元剤添加装置３２を具備している。また、第九実施形態の排気浄化装置は、通常運転時の排気空燃比がほとんどリーンであるような内燃機関において特に用いられ、以下ではこのような内燃機関において用いた場合について説明する。
【００９７】
ところで、上述したように、ＮＯx離脱処理を実行する際には、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度が高いほど、ＮＯx触媒２３から離脱したＮＯxがＮ2Ｏに転化しやすい。ここで、ＮＯx離脱処理として、機関排気空燃比をリッチにして、ＮＯx触媒２３への流入排気空燃比をリッチにする場合と、還元剤添加装置から還元剤を添加することによって流入排気空燃比をリッチにする場合とを比較してみる。機関排気空燃比をリッチにする場合、ほとんどの酸素が燃焼室５内で燃料等と反応するので、その排気ガスの酸素濃度は低い。一方、還元剤添加装置３２から還元剤を添加して流入排気空燃比をリッチにする場合には、排気ガスに還元剤が添加されてからその排気ガスがＮＯx触媒２３に到達するまでには一部の酸素と還元剤とのみが反応するので、ＮＯx触媒２３に流入するときのその排気ガスの酸素濃度は、上記機関排気空燃比をリッチにする場合に比べて高い。したがって、酸素濃度をより低くしつつＮＯx触媒２３への流入排気空燃比をリッチにするという観点では、機関排気空燃比をリッチにする方が好ましい。
【００９８】
一方、機関排気空燃比をリッチにするのは、上述した低温燃焼制御、ポスト噴射制御、吸気絞り制御（以下、総称して「機関排気空燃比低下手段」と称す）によって行われるが、これら制御は燃焼室５内での燃焼に直接影響を及ぼすので、機関出力等に変動が生じてしまい、運転の安定性（ドライバビリティ）が悪化してしまう。これに対して、還元剤添加装置から還元剤を添加する場合には、機関本体１から完全に排出された後の排気ガスに還元剤を添加するので、還元剤の添加は燃焼室５内での燃焼にはほとんど影響を及ぼさず、よって機関出力等に変動が生じてしまうこともない。したがって、運転の安定性（ドライバビリティ）の観点では、燃料添加装置から燃料を添加して排気ガスの空燃比をリッチにするほうが好ましい。
【００９９】
そこで、第九実施形態の排気浄化装置では、ＮＯx離脱処理を実行する際には、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比を低下させることと、還元剤添加装置から還元剤を添加することとを同時に行って流入排気空燃比をリッチにする。より詳細には、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比はリーンの範囲内で低下せしめられ、すなわち機関出力等に大きな変動が起こらない程度に低下せしめられる。したがって、内燃機関から排出される排気ガスはその空燃比がリーンでありながらも比較的酸素濃度が低くなっている。そして、このように機関排気空燃比が低下せしめられた排気ガスに流入排気ガスがリッチになるように還元剤添加装置から還元剤が添加される。こうして、本実施形態の排気浄化装置では、ＮＯx離脱処理の実行時に、機関出力等に大きな変動を起こさないようにしつつ且つ酸素濃度を比較的低く抑えつつ空燃比がリッチとされた排気ガスがＮＯx触媒に流入せしめられる。このため、本実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯx離脱処理の実行時において、還元剤添加装置からの還元剤の添加のみによって流入排気空燃比をリッチする場合に比べて、Ｎ2Ｏ流出量を抑制することができる。
【０１００】
なお、上記第九実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させて、Ｎ2Ｏ流出量を抑制すること以外にも下記の様な効果を得られる。
【０１０１】
まず、上述したように酸素濃度が低減されるので、ＮＯx離脱処理中に反応式（５）の反応がＮＯx触媒２３の触媒（白金等）で行われることが少なくなる。よって、ＮＯx触媒２３の触媒は、ほとんど反応式（６）の反応を進めるためにのみ用いられるので、ＮＯx離脱処理中にＮＯx触媒２３に保持されているＮＯxが良好に還元・浄化される。
ＨnＣm＋Ｏ2→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ （５）
ＨnＣm＋ＮＯ→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＋Ｎ2 （６）
【０１０２】
また、還元剤添加装置から添加する還元剤として燃料を添加した場合、すなわち炭素数の多いＨＣ（以下、「重質ＨＣ」と称す）を添加した場合、この重質ＨＣの多くは、そのままＮＯx触媒２３に流入する。一方、機関排気空燃比低下手段によって機関排気空燃比を低下させた場合には、内燃機関の燃焼室５においける反応により、燃料は炭素数の少ないＨＣ（以下、「軽質ＨＣ」と称す）やＣＯとなっており、その後少量の重質ＨＣを還元剤添加装置から添加しても、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガス中の還元剤のほとんどは軽質ＨＣやＣＯである。したがって、本実施形態によれば第二実施形態で説明したＮ2Ｏ流出量をより抑制することができる還元剤を多く含む排気ガスをＮＯx触媒２３に流入させることができる。
【０１０３】
また、還元剤の種類によってＮＯx触媒２３に保持されているＮＯxが還元される度合（以下、「ＮＯx還元率」と称す）が異なり、図１２に示したようにＣＯのＮＯx還元率が最も高く、重質ＨＣのＮＯx還元率が最も低い。したがって、本実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯx還元率の高い還元剤を多く含む排気ガスをＮＯx触媒２３に流入させることができる。なお、図１２では、重質ＨＣとしてＣ10Ｈ12のＮＯx還元率を、軽質ＨＣとしてＣ3Ｈ6のＮＯx還元率を示している。
【０１０４】
さらに、上記吸気絞り制御や低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させた場合、還元剤添加装置３２によって還元剤を添加して流入排気空燃比を低下させた場合に比べて、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの体積流量が少なくなる。すなわち、吸気絞り制御を行う場合、スロットルバルブ１７が絞られることにより燃焼室５に流入する吸気ガスが減少し、その結果、排気ガスの体積流量も減少する。また、低温燃焼制御を行う場合、ＥＧＲガスとして吸気ガスに混入させる排気ガスが増加されるため、内燃機関から排出された排気ガスが多量にＥＧＲ通路へ流入し、結果として、ＮＯx触媒に流入する排気ガスの体積流量が減少する。
【０１０５】
一方、図１３に示したように、排気ガスの体積流量が多い場合には、排気ガス中に含まれる還元剤が酸素やＮＯxと反応せずにＮＯx触媒を通過してしまうことが多くなるので、ＮＯx還元率は低く、逆に、排気ガスの体積流量が少ない場合には、排気ガス中に含まれる還元剤がＮＯxと反応せずにＮＯx触媒を通過してしまうことが少なくなり、還元剤と酸素およびＮＯxとが反応し易くなるので、ＮＯx還元率は高い。したがって、吸気絞り制御や低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させると、還元剤添加装置３２によって還元剤を添加して流入排気空燃比を低下させる場合に比べて、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの体積流量が少なくなることにより、ＮＯx還元率が高くなる。よって、本実施形態のように、吸気絞り制御や低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させつつ還元剤添加装置３２によって還元剤を添加することで、還元剤添加装置３２から還元剤を添加することのみによって流入排気空燃比を低下させる場合に比べて、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの体積流量が少なくなるという観点からもＮＯx還元率を高めることができる。
【０１０６】
第九実施形態の排気浄化装置について、より具体的に説明する。なお、以下の説明では、第九実施形態を第一実施形態の変更例に組み合わせた場合について説明するが、第九実施形態の排気浄化装置は機関排気空燃比低下手段によって空燃比が低下せしめられた機関排気ガスに上記還元剤添加装置から還元剤を添加することによってＮＯx離脱処理を実行すれば如何なる手順でＮＯx離脱処理を実行してもよい。
【０１０７】
図１４に示したように、本実施形態の内燃機関では、定常時にＮＯx触媒２３への流入排気空燃比がリーンとなっている。そして、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量が一定保持量以上となった場合に、ＮＯx触媒２３の温度が上記所定温度よりも低いときには、ＮＯx触媒２３の昇温処理として、機関排気空燃比低下手段であるポスト噴射制御によって機関排気空燃比が低下せしめられる。このとき、機関排気空燃比は理論空燃比に近いリーンとされる。その後、ＮＯx触媒２３の温度が上記所定温度以上になると、上記ポスト噴射制御によって機関排気空燃比を低下させた状態にしつつ（図中のα）、還元剤添加装置３２から還元剤を添加し、流入排気空燃比をリッチにする（図中のβ）。その後、ＮＯx触媒２３のＮＯx保持量がほぼ零になると、ポスト噴射制御および還元剤添加装置３２からの還元剤の添加が中止される。
【０１０８】
次に、本発明の第九実施形態の排気浄化装置の変更例について説明する。第九実施形態の変更例の構成は基本的に第九実施形態の排気浄化装置の構成と同様であるが、図１１に示したようにＥＧＲガス冷却装置２８をバイパスするためのバイパス通路３３が設けられる。また、ＥＧＲ通路２６からバイパス通路３３への分岐地点には流量調整弁３４が設けられ、この流量調整弁３４はＥＧＲガス冷却装置２８およびバイパス通路３３へ流入するＥＧＲガスの流量を調整する。また、本変更例では、ＮＯx離脱処理を実行するときに、低温燃焼制御によって機関排気空燃比を低下させると共に、還元剤添加装置３２から還元剤を添加することによって、流入排気空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとされる。
【０１０９】
さらに、本変更例では、ＮＯx離脱処理中に低温燃焼制御を行っている場合には、流量調整弁３４はほとんどのＥＧＲガスがＥＧＲガス冷却装置を通らずにバイパス通路３３を通るように切り替えられる。したがって、吸気ガス中には、冷却されていない高温のＥＧＲガスが混入せしめられる。このため、燃焼室５に流入するＥＧＲガスを含んだ吸気ガスは比較的高温となっており、結果的に機関本体１から排出される排気ガスも高温となっている。
【０１１０】
このように、本変更例では、ＮＯx離脱処理の実行において、機関本体１から排出される排気ガスが高温であるため、ＮＯx触媒２３の温度も高くなる。そして、上述したようにＮＯx触媒２３の温度が高くなると、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量が抑制される。したがって、本変更例では、ＮＯx離脱処理の実行時に、ＥＧＲガス冷却装置をバイパスさせたＥＧＲガスを吸気ガス中に混入させることで、ＮＯx触媒２３を昇温することができる。
【０１１１】
なお、上記変更例ではＮＯx離脱処理時にＥＧＲガス冷却装置をバイパスさせたＥＧＲガスを吸気ガス中に混入しているが、昇温処理等、機関排気空燃比を低下させる処理を実行するときであって排気ガスの温度を高めるべきときであればいつでも上記ＥＧＲガスを冷却せずに吸気ガス中に混入してもよい。特に、昇温処理中には、このような制御を行うことにより早期にＮＯx触媒２３を昇温することができる。
【０１１２】
なお、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量は上記ファクタ（ＮＯx触媒２３の温度、還元剤の種類、ＮＯx保持量、硫黄成分保持量、酸素濃度、ＮＯx触媒２３の劣化度合）以外にも、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの流量に応じて変化し、流入する排気ガスの流量が多くなればＮ2Ｏ流出量も多くなり、流入する排気ガスの流量が少なくなればＮ2Ｏ流出量も少なくなる。したがって、上記各実施形態では、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量の所定流出量Ｑn2oaはＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの流量に応じて補正され、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの流量が多くなれば所定流出量Ｑn2oaも多くされ、ＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの流量が少なくなれば所定流出量Ｑn2oaも少なくされる。あるいは、ＮＯx触媒２３からのＮ2Ｏ流出量ではなく、Ｎ2Ｏ選択率（ＮＯxを還元する際にＮＯxがＮ2Ｏに転化される割合、特に第一〜第七実施形態ではＮＯx触媒２３から離脱せしめられたＮＯxのうちＮ2Ｏに転化される割合）を基準にＮ2Ｏ抑制処理を実行してもよい。この場合、Ｎ2Ｏ選択率が所定選択率よりも高い場合に、Ｎ2Ｏ抑制処理が実行される。
【０１１３】
また、上記実施形態において、ＮＯx触媒２３に対するＮＯx離脱処理を実行する前にＮ2Ｏ流出量を推定するとしたが、もちろん、ＮＯx触媒２３に対するＮＯx離脱処理が行われている間、その時にＮＯx触媒２３から排気下流に流出しているＮ2Ｏ流出量Ｑn2oを推定し、推定されたＮ2Ｏ流出量Ｑn2oが所定流出量Ｑn2oaを超える場合にはＮ2Ｏ流出抑制手段によってＮ2Ｏ流出量を少なくするように制御してもよい。例えば、酸素濃度検出手段としてＯ2センサを用い、ＮＯx触媒２３に対するＮＯx離脱処理が行われている間にＮＯx触媒２３に流入する排気ガスの酸素濃度をＯ2センサによって検出し、検出された酸素濃度が所定酸素濃度Ｃoaよりも高い場合にはＮ2Ｏ流出抑制処理を実行するようにしてもよい。
【０１１４】
また、上記実施形態において、排気浄化触媒としてＮＯx触媒を用いているが、三元触媒や、流入排気空燃比がリーンのときにもＮＯxを還元することができるリーンＮＯx触媒であってもよい。この場合、Ｎ2Ｏ流出量推定手段は触媒の温度、触媒に流入する排気ガスの酸素濃度に基づいてＮ2Ｏ流出量を推定し、およびＮ2Ｏ流出抑制手段はこれら二つのファクタを変更してＮ2Ｏの流出を抑制する。もちろん、ＮＯx触媒と同様にＮＯxの保持能力があれば、パティキュレートフィルタ等、如何なる排気浄化触媒であってもよい。
【０１１５】
また、上記実施形態では、Ｎ2Ｏ流出量推定手段によって推定されたＮＯx離脱処理を実行したときのＮ2Ｏ流出量が所定流出量以上であった場合には、Ｎ2Ｏ流出抑制手段によってＮ2Ｏ抑制処理を実行してから、ＮＯx離脱処理を実行するようにしているが、Ｎ2Ｏ抑制処理を実行せずに、ＮＯx離脱処理を実行してもＮ2Ｏ流出量が所定流出量よりも少なくなるまで待ってから、ＮＯx離脱処理を実行してもよい。例えば、ＮＯx離脱処理を実行すべきときにＮＯx触媒２３の温度が図１の所定温度Ｔaよりも低い場合には、ＮＯx触媒２３の温度がＮ2Ｏ抑制処理以外の処理によって所定温度Ｔa以上になるのを待ってから、ＮＯx離脱処理を実行する。
【０１１６】
最後に、本発明のＮＯx触媒２３による排気ガスの浄化メカニズム、特に排気ガス中のＮＯxの保持・離脱および還元浄化作用について図１５を参照して説明する。ＮＯx触媒２３は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つであるＮＯx保持剤と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とから成る。
【０１１７】
ここで、このＮＯxの保持・離脱および還元浄化作用のメカニズムについて白金（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。なお、図１５（Ａ）および（Ｂ）はＮＯx触媒２３の隔壁の表面上および隔壁の細孔表面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表している。図１５（Ａ）および（Ｂ）において６０は白金の粒子を示しており、６１はバリウム等のＮＯx保持剤を含む担体層を示している。
【０１１８】
流入排気空燃比がかなりリーンになると排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図１５（Ａ）に示されるようにこれら酸素がＯ2 -またはＯ2-の形で白金６０の表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金６０の表面上でＯ2 -またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。次いで生成されたＮＯ2の一部は白金６０上で更に酸化されつつＮＯx保持剤６１内に吸収されて酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながら、図１５（Ａ）に示されるように硝酸イオン（ＮＯ3 -）の形でＮＯx保持剤６１内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx保持剤６１に保持される。
【０１１９】
流入する排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金６０の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯx保持剤６１のＮＯx保持能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯx保持剤６１に保持されて硝酸イオン（ＮＯ3 -）が生成される。これに対して排気ガス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ＮＯx保持剤６１内の硝酸イオン（ＮＯ3 -）がＮＯ2の形でＮＯx保持剤から放出される。すなわち、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯx保持剤６１からＮＯxが離脱せしめられることになる。流入する排気ガスのリーンの度合いが低くなれば排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯx保持剤６１からＮＯxが離脱せしめられることになる。
【０１２０】
一方、この時流入排気空燃比を小さくすると、ＨＣ、ＣＯは白金６０上のＯ2 -またはＯ2-と反応して酸化せしめられる。また、流入排気空燃比を小さくすると排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯx保持剤６１からＮＯ2が離脱され、このＮＯ2は図１５（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化せしめられる。このようにして白金６０の表面上にＮＯ2が存在しなくなるとＮＯx保持剤６１から次から次へとＮＯ2が離脱される。したがって流入排気空燃比を小さくし、且つ還元剤が存在する状態にすると短時間のうちにＮＯx保持剤６１からＮＯxが離脱されて還元浄化されることになる。
【０１２１】
なお、本明細書において、ＮＯx触媒からＮＯxまたは硫黄成分を離脱させるときに、流入排気空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにすると説明したが、実際には流入する排気ガスの酸素濃度が所定の酸素濃度よりも低くなることによってＮＯx触媒からＮＯxや硫黄成分が離脱し易くなる。したがって、上述した実施形態における「排気ガスの空燃比（排気空燃比）をほぼ理論空燃比またはリッチにする」という説明は「流入する排気ガスの酸素濃度を所定の酸素濃度以下にする」ことを意味する。
【０１２２】
また、本明細書において「保持」という用語は、ＮＯxを硝酸塩等の形で蓄積する場合の「吸収」およびＮＯxをＮＯ2等の形で吸着する「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。また、ＮＯx触媒からの「離脱」という用語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＯx触媒から排気下流に流出する排気ガス中のＮ2Ｏの量であるＮ2Ｏ流出量が常に所定量以下に抑えられるので、Ｎ2Ｏの流出量が少ない排気浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体の図である。
【図２】ＮＯx触媒の温度とＮ2Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図３】第一実施形態におけるＮ2Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】第一実施形態の変更例におけるＮＯx触媒への流入排気空燃比とＮＯx触媒の温度とのタイムチャートである。
【図５】各種還元剤を用いてＮＯx離脱処理を実行した場合のＮＯx触媒の温度とＮ2Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図６】第二実施形態におけるＮ2Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】ＮＯx触媒の酸素濃度とＮ2Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図８】ＮＯx触媒のＮＯx保持量とＮ2Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図９】ＮＯx触媒の硫黄成分保持量とＮ2Ｏ流出量との関係を示す図である。
【図１０】第七実施形態におけるＮ2Ｏ流出抑制制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図１１】第九実施形態について示した図１と同様な図である。
【図１２】還元剤の種類とＮＯx還元率との関係を示す図である。
【図１３】ＮＯx触媒に流入する排気ガスの体積流量とＮＯx還元率との関係を示す図である。
【図１４】第九実施形態における図４と同様な図である。
【図１５】ＮＯx触媒におけるＮＯxの保持および離脱を説明するための図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
２３…排気浄化触媒、ＮＯx触媒
２５…温度センサ
４０…ＥＣＵ
Claims (9)
- 内燃機関の排気通路上に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を推定するためのＮ2Ｏ流出量推定手段と、上記Ｎ2Ｏ流出量を減少させるためのＮ2Ｏ流出抑制手段とを具備し、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ2Ｏ流出量が所定量以上である場合には、上記Ｎ2Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を減少させるようにし、
上記排気浄化触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯ x を保持すると共に、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには保持しているＮＯ x を離脱させるＮＯ x 触媒であり、該ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯ x 触媒が保持しているＮＯ x を離脱させるＮＯ x 離脱処理を実行するＮＯ x 離脱手段をさらに具備し、
上記Ｎ 2 Ｏ流出量推定手段は、排気浄化触媒の温度と、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度と、排気浄化触媒の劣化度合と、ＮＯ x 触媒に保持されているＮＯ x 量およびＮＯ x 触媒に保持されている硫黄成分量のうちの少なくともいずれか一つに基づいてＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量を推定する内燃機関の排気浄化装置。 - 上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段は、ＮＯx離脱処理を実行する前にＮＯx離脱処理を実行した場合のＮＯx触媒からのＮ2Ｏ流出量を推定し、上記Ｎ2Ｏ流出抑制手段は、推定されたＮ2Ｏ流出量が上記所定量以上であるときには、Ｎ2Ｏ流出量が該所定量よりも少ないと推定されるまでＮＯx離脱処理を禁止する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の排気通路上に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を推定するためのＮ2Ｏ流出量推定手段と、上記Ｎ2Ｏ流出量を減少させるためのＮ2Ｏ流出抑制手段とを具備し、上記Ｎ2Ｏ流出量推定手段によって推定されるＮ2Ｏ流出量が所定量以上である場合には、上記Ｎ2Ｏ流出抑制手段によって排気浄化触媒からのＮ2Ｏ流出量を減少させるようにし、
上記排気浄化触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯ x を保持すると共に、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときには保持しているＮＯ x を離脱させるＮＯ x 触媒であり、該ＮＯ x 触媒に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯ x 触媒が保持しているＮＯ x を離脱させるＮＯ x 離脱処理を実行するＮＯ x 離脱手段をさらに具備し、
上記Ｎ 2 Ｏ流出量推定手段は、ＮＯ x 離脱処理を実行する前にＮＯ x 離脱処理を実行した場合のＮＯ x 触媒からのＮ 2 Ｏ流出量を推定し、上記Ｎ 2 Ｏ流出抑制手段は、推定されたＮ 2 Ｏ流出量が上記所定量以上であるときには、Ｎ 2 Ｏ流出量が該所定量よりも少ないと推定されるまでＮＯ x 離脱処理を禁止する内燃機関の排気浄化装置。 - 上記Ｎ2Ｏ流出抑制手段は、排気浄化触媒の温度をＮ2Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度以上に上昇させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記Ｎ2Ｏ流出抑制手段は、さらに、推定されたＮ2Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような温度にまでＮＯx触媒を昇温してから上記ＮＯx離脱手段によってＮＯx離脱処理を実行する請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記ＮＯx触媒の昇温は該ＮＯx触媒に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段によって行われ、上記還元剤混入手段はＮＯx離脱処理を実行するまでＮＯx触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリーンとなるように還元剤を含有させる請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記ＮＯx離脱手段はＮＯx触媒に流入する排気ガス中に還元剤を含有させる還元剤混入手段であり、上記Ｎ2Ｏ流出抑制手段は、排気ガスに含有させる還元剤としてＮＯx触媒からのＮ2Ｏ流出量が上記所定量よりも少なくなるような還元剤を還元剤混入手段に選択させる請求項１〜６のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記ＮＯx触媒の排気上流側において機関排気通路を通過する排気ガスに還元剤を添加する還元剤添加装置と、内燃機関本体から排出される機関排気ガスの空燃比を所定範囲内に低下させる機関排気空燃比低下手段とをさらに具備し、上記Ｎ2Ｏ流出抑制手段は、上記機関排気空燃比低下手段によって空燃比が低下せしめられた機関排気ガスに上記還元剤添加装置から還元剤を添加することによってＮＯx離脱処理を実行するようにした請求項１〜５のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 機関排気通路から機関吸気通路へ排気ガスを戻す排気再循環通路をさらに具備し、該排気再循環通路には該排気再循環通路を通過する排気ガスを冷却する再循環ガス冷却装置が設けられると共に、該再循環ガス冷却装置をバイパスさせる冷却装置バイパス通路が設けられ、上記機関排気空燃比低下手段は再循環ガス冷却装置を通さずに冷却装置バイパス通路を通して排気ガスを機関吸気通路へ戻しつつ機関排気ガスの空燃比を低下させる請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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