JP4379099B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X）を浄化するための触媒として、アルミナからなる担体の表面上にアルカリ金属或いはアルカリ土類金属等からなるＮＯ_X吸蔵剤の層を形成し、さらに白金のような貴金属を担体表面上に担持したＮＯ_X触媒、いわゆる吸蔵還元型ＮＯ_X触媒が公知である（例えば、特許文献１参照）。

このＮＯ_X触媒では、ＮＯ_X触媒に担持されている白金がリーン雰囲気の下で一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）に酸化することができる温度（以下、「ＮＯ酸化温度」と称す）にＮＯ_X触媒の温度が達している場合、ＮＯ_X触媒に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」と称す）の空燃比がリーンのときに流入排気ガス中に含まれるＮＯ_XをＮＯ_X吸蔵剤内に吸蔵し、流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、「ストイキ・リッチ」と称す）にされるとＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されていたＮＯ_Xが放出され、流入排気ガス中に存在する還元剤（例えば、未燃の燃料や一酸化炭素（ＣＯ））により還元される（以下、このようなＮＯ_X吸蔵剤の作用を「吸放出作用」と称す）。

特許第２６００４９２号公報 特開平１１−２８５６２４号公報 特許第３１５４１１０号公報 特開平５−１１３１１６号公報

ところで、上述したようにＮＯ_X吸蔵剤に流入排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵させてＮＯ_Xの浄化を行う場合、ＮＯ_X触媒の温度が白金等の触媒貴金属のＮＯ酸化温度、例えば２５０℃以上になっていないとＮＯ_Xを良好に浄化することができない。これは、ＮＯ_X吸蔵剤が実際にはＮＯ₂のみを吸蔵することができ、ＮＯを吸蔵することができないためである。すなわち、流入排気ガス中にはＮＯ_XとしてＮＯ₂とＮＯとが混在するが、触媒貴金属の温度がＮＯ酸化温度以上となっていれば触媒貴金属の酸化作用により流入排気ガス中のＮＯがＮＯ₂に酸化されるため、ＮＯ_X吸蔵剤は流入排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵することができ、逆に、触媒貴金属の温度がＮＯ酸化温度よりも低いと流入排気ガス中のＮＯはＮＯ₂に酸化されず、よって流入排気ガス中のＮＯ_XのうちＮＯはＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されない。

したがって、特許文献１に開示されたＮＯ_X触媒では、ＮＯ_X触媒のＮＯ_X浄化能力を高く維持するためには、ＮＯ_X触媒の温度を触媒貴金属の活性温度以上に維持しなければならないという問題があった。

そこで、本発明は、ＮＯ_X触媒の温度を触媒貴金属のＮＯ酸化温度以上に維持しなくてもＮＯ_X触媒のＮＯ_X浄化能力を維持することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、ＮＯ_X吸蔵剤と触媒貴金属とを有するＮＯ_X触媒が機関排気通路内に配置され、該ＮＯ_X触媒に流入する排気ガス中に還元剤が存在するとＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときであっても排気ガス中のＮＯ_XがＮ₂に還元される選択還元温度領域にＮＯ_X触媒の温度がある場合に還元剤添加手段によりＮＯ_X触媒に流入する排気ガス中に還元剤が添加され、上記ＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_XがＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されると共に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ッチのときにＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されているＮＯ_Xが放出される吸蔵放出温度領域にＮＯ_X触媒の温度がある場合にも上記還元剤添加手段によりＮＯ_X触媒に流入する排気ガス中に還元剤が添加される内燃機関の排気浄化装置において、上記ＮＯ_X触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、上記触媒温度推定手段によって推定されたＮＯ_X触媒の温度が上記選択還元温度領域内にあるときと、上記吸蔵放出温度領域内にあるときとで還元剤添加手段からの還元剤添加形態を変更する添加形態変更手段とを具備する。
ＮＯ_X触媒においては、ＮＯ_X触媒の温度が触媒貴金属のＮＯ酸化温度以上である吸蔵放出温度領域にある場合と、ＮＯ_X触媒の温度が触媒貴金属のＮＯ酸化温度よりも低い選択還元温度領域にある場合とで、ＮＯ_X触媒において起こるＮＯ_X浄化反応が異なる。したがって、各温度領域において起こるＮＯ_X浄化反応を促進させるような還元剤添加手段からの還元剤添加形態も異なる。第１の発明によれば、各温度領域毎に還元剤添加手段からの還元剤添加形態を変更することで、温度領域毎に最良の還元剤添加形態を選択でき、いずれの温度領域においても良好にＮＯ_Xを浄化することができるようになる。したがって、ＮＯ_X触媒の温度が触媒貴金属のＮＯ酸化温度よりも低い場合であっても、良好にＮＯ_Xを浄化することができる。
なお、吸蔵放出温度領域とは、例えば２５０℃〜６００℃であり、選択還元温度領域とは、例えば２００℃〜２５０℃である。

第２の発明では、第１の発明において、上記ＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されているＮＯ_X量を推定するＮＯ_X量推定手段をさらに具備し、上記添加形態変更手段は、上記ＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域にあるときにはＮＯ_X触媒に吸蔵されているＮＯ_X量に関わらず還元剤添加手段から還元剤を添加し、上記ＮＯ_X触媒の温度が選択放出温度領域にあるときには上記ＮＯ_X量推定手段に推定されたＮＯ_X量が予め定められた許容量を超えたときに還元剤添加手段から還元剤を添加する。

第３の発明では、第１または第２の発明において、上記添加形態変更手段は、ＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域にあるときにはＮＯ_X触媒をすり抜ける還元剤の量が予め定められた許容すり抜け量以下となるように還元剤添加手段から還元剤を添加し、上記ＮＯ_X触媒の温度が吸蔵放出温度領域にあるときにはＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されているＮＯ_Xの少なくとも大部分が放出されるように還元剤添加手段から還元剤を添加する。
第３の発明によれば、ＮＯ_X触媒をすり抜ける還元剤の量が予め定められた許容すり抜け量以下とされるため、還元剤が大気中に多量に排出されてしまうことが防止される。なお、ＮＯ_X触媒をすり抜ける還元剤には添加された還元剤のみでなく未燃燃料等も含まれる。

第４の発明では、第１〜３のいずれか一つの発明において、上記ＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域及び吸蔵放出温度領域にあるときにおける上記還元剤添加手段からの還元剤の添加は、ＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンとほぼ理論空燃比またはリッチとを交互に繰り返すように行われる。

第５の発明では、第４の発明において、上記還元剤添加手段からの還元剤の一回の添加により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するときにおけるＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの空燃比はＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域にあるときよりもＮＯ_X触媒の温度が吸蔵放出温度領域にあるときの方が高い。
ＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域にあるときには、ＮＯ_X触媒に温度差ができるとＮＯ_Xが選択還元されやすい。第５の発明によれば、ＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域にあるときには、還元剤一回の添加におけるＮＯ_X触媒への流入排気ガスの空燃比のリッチ度合が高く、ＮＯ_X触媒に温度差ができやすい。このため、ＮＯ_Xが選択還元されやすく、ＮＯ_X触媒によるＮＯ_Xの浄化能力を高く維持することができる。

第６の発明では、第４の発明において、上記還元剤添加手段からの還元剤の添加により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する時間間隔はＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域にあるときよりもＮＯ_X触媒の温度が吸蔵放出温度領域にあるときの方が長い。

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触媒は、ＮＯ_X吸蔵剤を含む担体に触媒貴金属を担持させた触媒である。
ＮＯ_X吸蔵剤を含む担体はＮＯ_X吸蔵剤自体よりも塩基性が弱い。触媒貴金属の周囲の塩基性が高いほど、触媒貴金属の活性が弱められるため、ＮＯ_X吸蔵剤を含む担体を用いることにより、触媒貴金属の活性を強いものとすることができる。このため、第７の発明によれば、特にＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域にあるときのＮＯ_X触媒によるＮＯ₂への選択還元能力を高いものとすることができる。

第８の発明では、第１〜第７のいずれか一つの発明において、上記ＮＯ_X触媒の温度が上記選択還元温度領域よりも低い温度領域にあるときには、上記還元剤添加手段からの還元剤の添加を禁止する。

本発明によれば、ＮＯ_X触媒の温度が少なくとも吸蔵放出温度領域および選択還元温度領域にある場合において最良の還元剤添加形態を選択でき、いずれの温度領域においても良好にＮＯ_Xを浄化することができるようになるため、ＮＯ_X触媒の温度を触媒貴金属のＮＯ酸化温度以上に維持しなくてもＮＯ_X触媒のＮＯ_X浄化能力を維持することができる。

図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。

図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置され、さらに吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１０が配置される。図１に示した実施例では機関冷却水が冷却装置１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口はＮＯ_X触媒１１を内蔵したケーシング１２に連結される。排気マニホルド５の集合部出口には排気マニホルド５内を流れる排気ガス中に例えば炭化水素からなる還元剤を添加するための還元剤添加弁１３が配置される。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１４内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１５が配置される。また、ＥＧＲ通路１４周りにはＥＧＲ通路１４内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置１６が配置される。図１に示した実施例では機関冷却水が冷却装置１６内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１７を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール１８に連結される。このコモンレール１８内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１９から燃料が供給され、コモンレール１８内に供給された燃料は各燃料供給管１７を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。ＮＯ_X触媒１１にはＮＯ_X触媒１１の温度を検出するための温度センサ２０が取付けられ、また、ＮＯX触媒１１の排気下流には排気管内を流れる排気ガス中の還元剤の量、特にＨＣ量を検出するためのＨＣセンサ２１が取付けられ、これら温度センサ２０およびＨＣセンサ２１の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用ステップモータ、還元剤添加弁１３、ＥＧＲ制御弁１５、および燃料ポンプ１９に接続される。

図１に示すＮＯ_X触媒１１はモノリス触媒からなり、コージェライト等により形成されたハニカム状の基体上にＮＯ_X吸蔵担体が担持されている。図２（Ａ）はこのＮＯ_X吸蔵担体５０の表面部分の断面を図解的に示している。図２（Ａ）に示したようにＮＯ_X吸蔵担体５０の表面上には触媒貴金属５１が分散して担持されている。

本実施形態では、ＮＯ_X吸蔵担体５０は、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリア等の金属酸化物に、例えば、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類金属、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ＮＯ_X吸蔵剤を含ませたものである。この場合、ＮＯ_X吸蔵剤、すなわちアルカリ金属等は、ＮＯ_X吸蔵担体５０が混合酸化物となるようにＮＯ_X吸蔵担体５０に含まれてもよいし、金属酸化物の結晶構造の一部を構成するようにＮＯ_X吸蔵担体５０の内部に含まれてもよいし、金属酸化物との混合物としてＮＯ_X吸蔵担体５０の内部に含まれてもよい。また、触媒貴金属５１としては、白金、ロジウム、パラジウム及びイリジウムから選ばれた少なくとも一つが用いられる。

このようにして形成されたＮＯ_X触媒（以下、「低温活性型ＮＯ_X触媒」と称す）１１のＮＯ_X吸蔵担体５０は、担体として一般的に用いられているアルミナよりも塩基性が強く、図２（Ｂ）に示したようなＮＯ_X触媒、すなわち、アルミナ等から成る担体５２の表面上に触媒貴金属が分散して担持せしめられると共にＮＯ_X吸蔵剤５３の層が形成されているＮＯ_X触媒（以下、「高温型ＮＯ_X触媒」と称す）におけるＮＯ_X吸蔵剤５３よりも塩基性が弱い。すなわち、高温型ＮＯ_X触媒の担体５２に担持されたＮＯ_X吸蔵剤５３が強塩基性を示すのに対して、低温活性型ＮＯ_X触媒１１のＮＯ_X吸蔵担体５０は弱塩基性を示す。

この塩基性が強さは触媒貴金属５１の活性に影響を与え、塩基性が強いほど触媒貴金属５１の活性、すなわち酸化・還元能力が低いものとなってしまう。この傾向は触媒貴金属５１の低温での活性について顕著に現れ、比較的低温の特定の温度領域（例えば、２００℃〜２５０℃）において、ＮＯ_X吸蔵剤５３が強塩基性を示す高温型ＮＯ_X触媒では触媒貴金属５１の活性が低く、ＮＯ_X触媒に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」と称す）中のＮＯ_Xの浄化能力は低いが、ＮＯ_X吸蔵担体５０が弱塩基性を示す低温活性型ＮＯ_X触媒１１では触媒貴金属５１の活性は高く、よって高温型ＮＯ_X触媒よりも流入排気ガス中のＮＯ_Xの浄化能力は高い。

図３に、流入排気ガス中に還元剤を添加して流入排気ガスの空燃比を一時的にほぼ理論空燃比またはリッチにしたときにおける低温活性型ＮＯ_X触媒１１および高温型ＮＯ_X触媒によるＮＯ_X浄化率を示す。図３において、横軸はＮＯ_X触媒への流入排気ガスの温度であり、縦軸はＮＯ_X触媒によるＮＯ_Xの浄化率である。図３から分かるように、比較的低温の特定の温度領域（特に２００℃〜２５０℃）において、低温活性型ＮＯ_X触媒１１のＮＯ_X浄化率は高温型ＮＯ_X触媒のＮＯ_X浄化率よりも高い。このことから、低温活性型ＮＯ_X触媒１１は、高温型ＮＯ_X触媒よりも低温からＮＯ_Xの浄化能力を有することがわかる。

低温活性型ＮＯ_X触媒１１におけるＮＯ_Xの浄化は、温度領域毎に異なる反応、現象によって行われると考えられる。以下、各温度領域において主に起こっていると考えられる反応、現象について説明する。

ＮＯ_X触媒１１の温度が比較的高い温度領域にあるときには、機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯ_X触媒１１上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯ_X吸蔵担体５０、特にＮＯ_X吸蔵担体５０に含まれたＮＯ_X吸蔵剤は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_Xを吸収し、流入排気ガス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。

ＮＯ_X吸蔵担体５０に含まれているＮＯ_X吸蔵剤を構成する成分としてバリウム（Ｂａ）を用いた場合を例にとって説明すると、流入排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち流入排気ガス中の酸素濃度が高いときには触媒貴金属５１が活性化していれば流入排気ガス中に含まれるＮＯは図４（Ａ）に示したように触媒貴金属５１上において酸化されてＮＯ₂となり、次いでＮＯ_X吸蔵担体５０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吸蔵担体５０内に拡散する。このようにしてＮＯ_XがＮＯ_X吸蔵担体５０内に吸収される。流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り触媒貴金属５１の表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯ_X吸蔵担体５０のＮＯ₂吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯ_X吸蔵担体５０内に吸収されて硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）が生成される。

これに対し、燃焼室２内における空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、「ストイキ・リッチ」と称す）にすることによって、または還元剤添加弁１３から還元剤を添加することによって流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにすると流入排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、これによりＮＯ_X吸蔵担体５０内の硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）がＮＯ₂の形でＮＯ_X吸蔵担体５０から放出される。次いで放出されたＮＯ_Xは流入排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ、ＣＯ等によって還元される。なお、上記説明では、ＮＯ_XはＮＯ_X吸蔵担体５０に吸収される（すなわち、硝酸塩等の形で蓄積する）ものとして説明しているが、実際にはＮＯ_Xは吸収されているのか吸着（すなわち、ＮＯ_XをＮＯ₂等の形で吸着する）しているのかは必ずしも明確ではなく、これら吸収および吸着の両概念を含む吸蔵という用語を用いる。本明細書では、特に、ＮＯ_X触媒１１の温度が上述した比較的高い温度領域にあるときに行われる吸蔵を「高温吸蔵」と称する。また、ＮＯ_X吸蔵担体からの「放出」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。

以下の説明では、ＮＯ_X吸蔵担体５０、特にＮＯ_X吸蔵剤が主に上述したようなＮＯ_Xの吸放出作用を行うようなＮＯ_X触媒１１の温度領域を吸蔵放出温度領域と称する。吸蔵放出温度領域は、ＮＯ_X吸蔵担体を構成する金属酸化物およびＮＯ_X吸蔵剤によって異なるが、通常、２５０℃または２６０℃〜６００℃である。

ＮＯ_X触媒１１の温度が吸蔵放出領域よりも低い特定の温度領域にあるときには、流入排気ガスの空燃比如何に関わらず、すなわち流入排気ガスの空燃比がリーンであっても、流入排気ガス中に還元剤（機関本体１から排出された未燃ＨＣやＣＯを含む）が存在する場合には、流入排気ガス中に含まれるＮＯ_Xは触媒貴金属５１の酸化・還元能力により還元剤と反応してＮ₂に還元される。

還元剤として還元剤添加弁１３から炭化水素（ＨＣ）を添加した場合、または燃焼室２から排出される排気ガス中に未燃ＨＣを含ませるようにした場合を例にとって説明する。ＮＯ_X触媒１１の温度が上述した吸蔵放出温度領域にある場合、流入排気ガスの空燃比がリーンであると、すなわち流入排気ガス中の酸素濃度が高いと、流入排気ガス中のＨＣは触媒貴金属５１の酸化・還元能力により酸素（Ｏ₂）と反応して水（Ｈ₂Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ₂）を生成する。これに対して、ＮＯ_X触媒１１の温度が吸蔵放出領域よりも低い特定の温度領域にある場合には、図４（Ｂ）に示したように流入排気ガス中の酸素濃度が高くても、流入排気ガス中のＨＣは酸素よりもＮＯ_Xと選択的に反応し、よってＮＯ_Xは触媒貴金属５１の酸化・還元能力により選択的にＮ₂に還元される（ＮＯ_Xの選択還元）。ＮＯ_Xの選択還元は、触媒貴金属５１の低温での活性の高い低温活性型ＮＯ_X触媒１１において顕著に起こり、このため低温活性型ＮＯ_X触媒１１の上記特定の温度領域でのＮＯ_Xの浄化能力が高いものとなっている。なお、ＮＯ_Xの選択還元は流入排気ガス中のＨＣ等の還元剤のみならず、ＮＯ_X吸蔵担体５０等の表面上に吸着している還元剤によっても行われる。

以下の説明では、上述したようなＮＯ_Xの選択還元が行われるようなＮＯ_X触媒の温度領域を選択還元温度領域と称する。選択還元温度領域は、通常、２００℃〜２５０℃または２６０℃である。

ＮＯ_X触媒１１の温度が選択還元温度領域よりも低い特定の温度領域にあるときには、ＮＯ_X吸蔵担体５０、特にＮＯ_X吸蔵担体５０に含まれたＮＯ_X吸蔵剤は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときに流入排気ガス中のＮＯ₂のみを吸蔵する。

すなわち、流入排気ガス中のＮＯ_Xは一酸化窒素（ＮＯ）の形ではＮＯ_X吸蔵担体５０、特にＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されず、二酸化窒素（ＮＯ₂）の形でＮＯ_X吸蔵担体５０に吸蔵される。ＮＯ_X吸蔵担体５０は、上述したようにＮＯ_X触媒１１の温度が吸蔵放出温度領域にあるときには、流入排気ガスの空燃比がリーンであれば触媒貴金属５１により流入排気ガス中のＮＯがＮＯ₂に酸化され、ＮＯ₂がＮＯ_X吸蔵担体５０、特にＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されるが、ＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域よりも低い特定の温度領域にあるときには、ＮＯは酸化されない。しかし、流入排気ガス中に含まれるＮＯ₂はＮＯ_X触媒１１の温度が選択還元温度領域よりも低い特定の温度領域にあるときであっても図４（Ｃ）に示したように例えば亜硝酸（ＮＯ₂ ^-）の形でＮＯ_X吸蔵担体５０に吸蔵される。なお、この場合も、ＮＯ_X触媒１１の温度が吸蔵放出温度領域にある場合と同様に、ＮＯ₂はＮＯ_X吸蔵担体５０に吸着するのか、あるいはＮＯ_X吸蔵担体５０内に吸収されるのかは必ずしも明確ではなく、これら吸着と吸収とを合わせた「吸蔵」という用語を用いる。本明細書では、特に、ＮＯ_X触媒１１の温度が選択還元温度領域よりも低い特定の温度領域にあるときに行われる吸蔵を「低温吸蔵」と称する。

なお、ＮＯ_X触媒１１の温度が直接吸蔵温度領域にあるときにＮＯ_X吸蔵担体５０に亜硝酸（ＮＯ₂ ^-）として吸蔵されたＮＯ₂は、ＮＯ_X触媒１１の温度が吸蔵放出温度領域にまで上昇すると、硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）に変化せしめられ、斯くして硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）の形でＮＯ_X吸蔵担体５０内に吸蔵されることになる。

以下の説明では、上述したようにＮＯ₂が亜硝酸（ＮＯ₂ ^-）の形でＮＯ_X吸蔵担体５０に直接的に吸蔵される温度領域を直接吸蔵温度領域と称する。直接吸蔵温度領域は、通常、常温〜２００℃である。

このように、低温活性型ＮＯ_X触媒１１におけるＮＯ_Xの浄化は温度領域毎に異なる反応、現象によって行われ、したがって、温度領域毎にＮＯ_Xを浄化するのに最適な制御も異なる。以下、ＮＯ_X触媒１１の温度領域毎に、ＮＯ_Xを浄化するのに最適な制御について説明する。

まず、ＮＯ_X触媒１１の温度が吸蔵放出温度領域にある場合について説明する。上述したようにＮＯ_X触媒１１の温度が吸蔵放出温度領域にある場合には、流入排気ガスの空燃比がリーンの状態が継続すると、その間にＮＯ_X吸蔵担体５０のＮＯ_X吸蔵容量が飽和してしまい、それ以上ＮＯ_X吸蔵担体５０によってＮＯ_Xを吸蔵することができなくなってしまう。そこで本実施形態では、ＮＯ_X吸蔵担体５０のＮＯ_X吸蔵容量が飽和する前に、還元剤添加弁１３から還元剤を添加することによって流入排気ガスの空燃比を一時的にストイキ・リッチにし、それによってＮＯ_X吸蔵担体５０からＮＯ_Xを放出させるようにしている（ＮＯ_X放出処理）。

より詳細には、本実施形態では、ＮＯ_X触媒１１のＮＯ_X吸蔵担体５０に吸蔵されている吸蔵ＮＯ_X量ΣＮＯＸが算出され、算出された吸蔵ＮＯ_X量ΣＮＯＸが予め定められた許容値ＮＸを越えているときであって、ＮＯ_X触媒１１の温度が活性温度以上となっているときに流入排気ガスの空燃比がリーンからストイキ・リッチに切換えられ、それによってＮＯ_X吸蔵担体５０からＮＯ_Xが放出される。

単位時間当りに機関本体１から排出されるＮＯ_X量は燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎの関数であり、従って単位時間当りにＮＯ_X触媒への流入排気ガス中の流入ＮＯ_X量ＮＯＸＡは燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎの関数となる。本実施形態では燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎに応じた単位時間当りの流入ＮＯ_X量ＮＯＸＡが予め実験により求められており、この流入ＮＯ_X量ＮＯＸＡが燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎの関数として図５（Ａ）に示すようにマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

一方、図５（Ｂ）はＮＯ_X吸蔵担体５０へのＮＯ_X吸蔵率ＫＮとＮＯ_X触媒１１の温度ＴＣとの関係を示している。このＮＯ_X吸蔵率ＫＮはＮＯ_X触媒１１の温度ＴＣに対して図３に示されるＮＯ_X浄化率と同様な傾向を有しており、ＮＯ_X吸蔵担体５０への単位時間当たりのＮＯ_X吸蔵量はＮＯＸＡとＫＮとの積で表わされる。

流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにして行うＮＯ_X放出処理では、実際には還元剤添加弁１３からの還元剤の添加は、図６（Ａ）に示したように流入排気ガスの空燃比がリーンとストイキ・リッチとを交互に繰り返すように行われる。これは、ＮＯ_X触媒１１への流入排気ガスの空燃比を継続的にストイキ・リッチにすると、流入排気ガス中の還元剤がＮＯ_X触媒１１において燃焼することにより、ＮＯ_X触媒１１の温度が極端に上昇し、ＮＯ_X触媒１１の劣化を招く結果となってしまうためである。

本実施形態のＮＯ_X放出処理においては、図６（Ａ）に示したように、流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとされる時間間隔、すなわち還元剤添加の時間間隔は比較的短く、また、流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとされるときにおいてもそのリッチ度合は小さく、理論空燃比よりも僅かにリッチとなるように還元剤が添加される。このように流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチとすることにより、ＮＯ_X吸蔵担体５０に吸蔵されているＮＯ_Xが放出され、放出されたＮＯ_Xは流入排気ガス中に存在する還元剤によりＮ₂に還元される。ＮＯ_X放出処理を適切に継続させることによって、ＮＯ_X吸蔵担体５０に吸蔵されているＮＯ_Xのほとんどまたは全てが放出、還元され、これによりＮＯ_X吸蔵担体５０のＮＯ_X吸蔵容量が回復せしめられる。

ＮＯ_X触媒１１の温度が選択還元温度領域にある場合、上述したように流入排気ガスの空燃比がリーンであっても還元剤が存在すればＮＯ_Xの還元が行われる。このため、この温度領域においては、ＮＯ_X触媒１１に吸蔵されている吸蔵ＮＯ_X量に無関係に、流入排気ガス中に還元剤を添加して、ＮＯ_X触媒１１において還元剤が存在する雰囲気を作り出す選択還元処理が行われる。この選択還元処理は、還元剤が存在する雰囲気を継続的に維持するように継続的に行われる。

選択還元処理においても、ＮＯ_X触媒１１への流入排気ガスの空燃比を継続的にストイキ・リッチにするとＮＯ_X触媒１１の温度が無駄に上昇し燃費の悪化を招くため、流入排気ガスの空燃比がリーンとストイキ・リッチとを交互に繰り返すように行われる。

ここで、本発明者の実験により、低温活性型ＮＯ_X触媒１１の選択還元温度領域におけるＮＯ_Xの選択還元は、ＮＯ_X触媒１１に大きな温度勾配ができること、すなわちＮＯ_X触媒１１内に大きな温度差ができることや、ＮＯ_X触媒１１の温度が選択還元温度領域内で変動することにより効果的に行われることが分かっている。そこで、本実施形態の選択還元処理では、還元剤添加弁１３からの還元剤の一回の添加により流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにするときにリッチ度合を大きく（空燃比を非常に小さく）することで、ＮＯ_X触媒１１の上流側部分で還元剤を燃焼させてＮＯ_X触媒１１の下流側部分を急激に昇温し、ＮＯ_X触媒１１の上流側部分と下流側部分との間で温度差をつける。また、流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとされる時間間隔、すなわち還元剤添加の時間間隔を長くすることで、還元剤の燃焼により上昇したＮＯ_X触媒１１の温度が還元剤添加間の時間中に低下し、結果としてＮＯ_X触媒１１の温度が選択還元温度領域内で変動することとなる。

図７は、ＮＯ_X触媒１１への流入排気ガス中のＮＯ_X濃度を一定として、異なる選択還元処理を実行した場合の測定結果を示している。測定したパラメータは、ＮＯ_X触媒１１の温度（図中の床温）、ＮＯ_X触媒１１への流入排気ガスの温度（図中の一点鎖線）、ＮＯ_X触媒１１から流出する排気ガス（以下、「流出排気ガス」と称す）の温度（図中の破線）、流入排気ガス中のＮＯ_X濃度および流出排気ガス中のＮＯ_X濃度を示す。図７（Ａ）は、本実施形態のように、選択還元処理として流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにするときにリッチ度合を大きくし且つ流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとされる時間間隔を長くした場合を示しており、図７（Ｂ）はストイキ・リッチ時のリッチ度合を小さくし且つストイキ・リッチの時間間隔を短くした場合を示している。

図７（Ａ）に示した場合にはＮＯ_X触媒１１の温度の変動は大きく、また、図７（Ｂ）に示した場合に比べて図７（Ａ）に示した場合は流入排気ガスの温度と流出排気ガスの温度との温度差が大きい。この排気ガス間の温度差は、ＮＯ_X触媒１１の上流側部分と下流側部分との温度差と関係があると考えられ、したがって図７（Ａ）に示した場合にはＮＯ_X触媒１１の上流側部分と下流側部分との温度差が大きいと考えられる。

図７において、流入排気ガス中のＮＯ_X濃度と、流出排気ガス中のＮＯ_X濃度との間の領域（図中の斜線の領域）は、ＮＯ_X触媒によるＮＯ_X浄化量を示しており、図７（Ａ）に示す場合の方が図７（Ｂ）に示す場合よりもＮＯ_X浄化量が多いことが分かる。したがって、流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにするときにリッチ度合を大きくし且つ流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとされる時間間隔を長くすると、ＮＯ_X触媒１１の温度の変動が大きくなると共にＮＯ_X触媒に温度差ができ易くなり、結果としてＮＯ_X触媒１１によるＮＯ_X浄化量が多くなることが分かる。

ただし、流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにするときにリッチ度合を大きくし過ぎると、多くの還元剤がＮＯ_X触媒１１において何ら反応しないでＮＯ_X触媒１１から流出してしまう。そこで、本実施形態では、機関回転数ＮやＥＧＲ率等に応じたＮＯ_X触媒から流出する還元剤の許容値ＱＨＣＡを予め実験的に求め、マップとしてＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶しておく。そして、ＮＯ_X触媒１１の排気下流側に設けられたＨＣセンサによって検出されたすり抜けＨＣ量ＱＨＣが上述したマップから求められる許容すり抜けＨＣ量ＱＨＣＡを越えている場合には、一回の添加における還元剤添加弁１３からの還元剤添加量ＱＩＮを減らすようにしている。したがって、一回の添加における還元剤添加量ＱＩＮは、予め定められた許容値ＱＨＣＡを越えない範囲で最も多くなるような量とされ、これによりＮＯ_X触媒１１からの還元剤の流出を抑制しつつ、ＮＯ_Xの浄化が最大限に行われるようになる。

ＮＯ_X触媒１１の温度が直接吸蔵温度領域にある場合、上述したように流入排気ガス中のＮＯ₂のみがＮＯ_X吸蔵担体に吸蔵される。このため、この温度領域においては、流入排気ガス中のＮＯの量を減らすと共に、流入排気ガス中のＮＯ₂の量を増大することが好ましい。そこで、本実施形態ではＮＯ_X触媒の温度が直接吸蔵温度領域にあるときには、リーン空燃比のもとで燃焼を行ったときに発生するＮＯに対するＮＯ₂の割合を、ＮＯ_X触媒１１の温度が他の温度領域にある場合において同一の機関運転状態、すなわち同一回転数、同一トルクにあるときのＮＯ₂の割合（＝ＮＯ₂の量／ＮＯの量）に比べて増大させるようにしている（ＮＯ₂割合増大処理）。

ところでこのＮＯ₂の割合は、緩慢な燃焼を行わせると増大することが判明しており、例えば燃料噴射時期を遅角するか、ＥＧＲガス量を増大するか、パイロット噴射を行うか、又は予混合気燃焼を行うかの少なくともいずれか一つを行うと燃焼が緩慢となる。そこで本発明による実施例では、ＮＯ_X触媒１１の温度が直接吸蔵温度領域にあるときにはＮＯ₂割合増大処理として同一の機関運転状態における他の温度領域に比べて緩慢な燃焼を行わせるようにしている。

直接吸蔵温度領域においても、ＮＯ₂がＮＯ_X吸蔵担体５０に吸蔵されるため、この温度領域においても、ＮＯ_X吸蔵担体５０のＮＯ_X吸蔵量が増大する。直接吸蔵温度領域においては、単位時間当たりのＮＯ_X吸蔵量は機関本体１から排出される排気ガス中のＮＯ₂量に応じて変わる。機関本体１から排出される排気ガス中のＮＯ₂量は燃料噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎに加えてＥＧＲ率（吸入ガス中に占めるＥＧＲガスの割合）や噴射時期の遅角量等の関数である。本実施形態では、これらパラメータに応じた単位時間当りのＮＯ₂吸蔵量ＮＯ２Ａが予め実験により求められ、マップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。そして、ＮＯ_X触媒１１の温度が直接吸蔵温度領域にあるときには、上述した単位時間当たりのＮＯ_X吸蔵量ＮＯＸＡ・ＫＮの代わりに単位時間当たりのＮＯ₂吸蔵量ＮＯ２Ａが吸蔵ＮＯ_X量ΣＮＯＸに加算される。

なお、ＮＯ_X放出処理および選択還元処理においては、還元剤供給弁１３から還元剤を供給することによって流入排気ガスの空燃比を一時的にストイキ・リッチにすると説明したが、本実施形態のように圧縮自着火式内燃機関を用いた場合、通常、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合は非常に大きく、したがって流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにするためには多量の還元剤を還元剤供給弁１３から供給しなければならない。そこで、本実施形態では、例えば、多量のＥＧＲガスを燃焼室２に導入することや、ポスト噴射を行うことで、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合を比較的小さくし、これに還元剤添加弁１３から還元剤を添加している。

図８および図９は、ＮＯ_X触媒１１のＮＯ_X浄化能力を最適に維持するための制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。

図８および図９を参照すると、まずステップ１０１ではＮＯ_X放出フラグＸＮがセットされているか否かが判定される。このＮＯ_X放出フラグＸＮはＮＯ_X放出処理を実行すべきときにセットされ（ＸＮ＝１）、それ以外はセットされない（ＸＮ＝０）フラグである。ＮＯ_X放出フラグＸＮがセットされていないと判定されたときにはステップ１０２へと進み、温度センサ２０によってＮＯ_X触媒１１の温度ＴＣが検出される。次いで、ステップ１０３およびステップ１０４において、ステップ１０２で検出されたＮＯ_X触媒１１の温度ＴＣが、ＮＯ_X吸蔵放出温度領域、選択還元温度領域、直接吸蔵温度領域のうちどの温度領域にあるかが判定される。ステップ１０３およびステップ１０４において、ＮＯ_X触媒１１の温度ＴＣが直接吸蔵温度領域にあると判定された場合、すなわち選択還元温度領域と直接吸蔵温度領域との間の低温側境界温度Ｔｓよりも低いと判定された場合には、ステップ１０５へと進む。

ステップ１０５では、ＮＯ₂割合増大処理が実行され、例えば燃料噴射時期を遅角するか、ＥＧＲガス量を増大するか、パイロット噴射を行うか、又は予混合気燃焼を行うかの少なくなともいずれか一つが行われる。次いでステップ１０６では、上述したマップにより単位時間当たりのＮＯ₂吸蔵量ＮＯ２Ａが算出される。ステップ１０７では、ステップ１０６で算出された単位時間当たりのＮＯ₂吸蔵量ＮＯ２ＡがΣＮＯＸに加算され、ＮＯ_X吸蔵量の積算値ΣＮＯＸが算出される。

一方、ステップ１０３およびステップ１０４において、ＮＯ_X触媒１１の温度ＴＣが選択還元温度領域にあると判定された場合、すなわちＮＯ_X触媒１１の温度ＴＣが低温側境界温度Ｔｓ以上であって吸蔵放出温度領域と選択還元温度領域との間の高温側境界温度Ｔｒよりも低いと判定された場合には、ステップ１０８へと進む。ステップ１０８では、選択還元処理が実行される。

一方、ステップ１０３およびステップ１０４において、ＮＯ_X触媒１１の温度ＴＣが吸蔵放出温度領域にあると判定された場合、すなわちＮＯ_X触媒１１の温度ＴＣが高温側境界温度Ｔｒよりも高いと判定された場合には、ステップ１０９へと進む。ステップ１０９では、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示したマップからそれぞれ単位時間当たりの流入ＮＯ_X量ＮＯＸＡおよびＮＯ_X吸蔵率ＫＮが算出される。次いで、ステップ１１０では、ステップ１０９で算出された単位時間当たりのＮＯ_X吸蔵量ＮＯＸＡ・ＫＮをΣＮＯＸに加算することによってＮＯ_X吸蔵量の積算値ΣＮＯＸが算出される。次いでステップ１１１ではＮＯ_X吸収量の積算値ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判定される。ΣＮＯＸ≦ＮＸのときには制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ΣＮＯＸ＞ＮＸのときにはステップ１１２においてＮＯ_Xフラグがセットせしめられる（ＸＮ＝１）。ＮＯ_X放出フラグＸＮがセットされると次回のルーチン実行時においてステップ１０１からステップ１１３へと進み、ＮＯ_X放出処理が実行せしめられる。

図１０は、図８のステップ１１３で行われるＮＯ_X放出処理の処理ルーチンを示している。

図１０を参照すると、まず初めにステップ１２１において流入排気ガスの空燃比を例えば１３程度のリッチ空燃比とするのに必要な還元剤の供給量が算出される。次いでステップ１２２では還元剤の供給時間が算出される。この還元剤の供給時間は通常１０秒以下である。次いでステップ１２３では還元剤供給弁１３からの還元剤の供給が開始される。このときの還元剤添加弁１３からの還元剤の添加は流入排気ガスの空燃比がリーンとストイキ・リッチとの間で交互に繰り返されるように行われる。次いでステップ１２４ではステップ１２２において算出された還元剤の供給時間が経過したか否かが判別される。還元剤の供給時間が経過していないときにはステップ１２４が繰り返される。このとき還元剤の供給が続行され、流入排気ガスの空燃比が１３程度のリッチ空燃比に維持される。これに対し、還元剤の供給時間が経過したとき、すなわちＮＯ_X吸蔵担体５０からのＮＯ_X放出作用が完了したときにはステップ１２５に進んで還元剤の供給が停止され、次いでステップ１２６に進んでΣＮＯＸがクリアされ（ΣＮＯＸ＝０）、ステップ１２７でＮＯ_X放出フラグＸＮがリセットされる（ＸＮ＝０）。

図１１は、図８のステップ１０８で行われる選択還元処理の処理ルーチンを示しており、この処理ルーチンは還元剤添加タイミング毎に実行される。

図１１を参照すると、まずステップ１４１において上述したマップから許容すり抜けＨＣ量ＱＨＣＡが算出されると共に機関回転数Ｎ等から一回の添加における暫定還元剤添加量ＱＩＮ’が算出される。次いで、ステップ１４２において、ステップ１４１で算出された暫定還元剤添加量ＱＩＮ’に補正量ΔＱが加算された値が還元剤添加量ＱＩＮとされる。この補正量ΔＱは、一回の還元剤の添加においてＨＣセンサによって検出されるＨＣ量が許容すり抜けＨＣ量ＱＨＣＡを越えないように補正するための値である。ステップ１４３では、ステップ１４２で算出された還元剤添加量ＱＩＮの還元剤が一回の添加で還元剤添加弁１３から添加される。

次いで、ステップ１４４および１４５では、ＨＣセンサによって検出されたすり抜けＨＣ量がステップ１４１で算出された許容すり抜けＨＣ量ＱＨＣＡとほぼ同量であるか、許容すり抜けＨＣ量ＱＨＣＡよりも多いか、または許容すり抜けＨＣ量ＱＨＣＡよりも少ないかが判定される。検出されたすり抜けＨＣ量ＱＨＣが許容すり抜けＨＣ量ＱＨＣＡとほぼ同量である場合には制御ルーチンが終了せしめられ、検出されたすり抜けＨＣ量が許容すり抜けＨＣ量ＱＨＣＡよりも多い場合にはステップ１４６へと進む。ステップ１４６では、補正量ΔＱから予め定められた微少量ΔＱＡが減算される。一方、ステップ１４４およびステップ１４５において検出されたすり抜けＨＣ量ＱＨＣが許容すり抜けＨＣ量ＱＨＣＡよりも少ない場合には、ステップ１４７へと進む。ステップ１４７では、補正量ΔＱに予め定められた微少量ΔＱＢが加算される。

次に図１に示したＮＯ_X触媒１１がパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称す）からなる場合について説明する。

図１２（Ａ）および（Ｂ）にこのフィルタ１１の構造を示す。なお、図１２（Ａ）はフィルタ１１の正面図を示しており、図１２（Ｂ）はフィルタ１１の側面断面図を示している。図１２（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにフィルタ１１はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路６０、６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図１２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。したがって排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は、各排気ガス流入通路６０が四つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が四つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。

フィルタ１１は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、したがって排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図１２（Ｂ）において矢印で示したように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。

このようにＮＯ_X触媒１１をパティキュレートフィルタから構成した場合には、各排気ガス流入通路６０および各排気ガス流出通路６１の周壁面、すなわち各隔壁６４の両側表面上および隔壁６４内の細孔内壁面上にはアルミナからなる触媒担体の層が形成されており、図２（Ａ）に示したようにこのＮＯ_X吸蔵担体５０はＮＯ_X吸蔵剤を含んでいると同時にＮＯ_X吸蔵担体５０上には触媒貴金属５１とが担持されている。なお、この場合も触媒貴金属として白金Ｐｔが用いられている。このようにＮＯ_X触媒１１をパティキュレートフィルタから構成した場合でもＮＯ_X触媒１１の温度がその活性温度よりも低いときには流入排気ガス中のＮＯ₂がＮＯ_X触媒１１に吸蔵される。なお、この場合にも図８〜図１１に示すＮＯ_X浄化能力を最適に維持するための制御と同様の制御が行われる。

また、ＮＯ_X触媒１１をパティキュレートフィルタから構成した場合には、流入排気ガス中に含まれる粒子状物質がフィルタ１１内に捕獲され、捕獲された粒子状物質は排気ガス熱によって順次燃焼せしめられる。多量の粒子状物質がフィルタ１１上に推積した場合には、機関本体１から排出される排気ガスの温度を高くしたり、還元剤供給弁１３から還元剤を供給してフィルタ１１で燃焼させたりして、フィルタ１１を昇温することで、推積したパティキュレートが着火燃焼せしめられる。

内燃機関全体を示す図である。 ＮＯ_X触媒の構成を説明するための図である。 ＮＯ_X触媒によるＮＯ_X浄化率の相違を示す図である。 ＮＯ_X触媒によるＮＯ_X浄化作用を示す図である。 吸蔵ＮＯ_X量を算出するためのマップを示す図である。 ＮＯ_X放出処理および選択還元処理における流入排気ガスの空燃比の推移を示す図である。 選択還元処理における還元剤の添加形態が異なる場合における各種パラメータの推移を示す図である。 ＮＯ_X触媒のＮＯ_X浄化能力維持制御のフローチャートの一部である。 ＮＯ_X触媒のＮＯ_X浄化能力維持制御のフローチャートの一部である。 ＮＯ_X放出処理を行うためのフローチャートである。 選択還元処理を行うためのフローチャートである。 パティキュレートフィルタを示す図である。

符号の説明

３…燃料噴射弁
４…吸気マニホルド
５…排気マニホルド
７…排気ターボチャージャ
１１…ＮＯ_X触媒
１３…還元剤供給弁
２０…温度センサ
２１…ＨＣセンサ

Claims (8)

1. ＮＯ_X吸蔵剤と触媒貴金属とを有するＮＯ_X触媒が機関排気通路内に配置され、該ＮＯ_X触媒に流入する排気ガス中に還元剤が存在するとＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときであっても排気ガス中のＮＯ_XがＮ₂に還元される選択還元温度領域にＮＯ_X触媒の温度がある場合に還元剤添加手段によりＮＯ_X触媒に流入する排気ガス中に還元剤が添加され、上記ＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_XがＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されると共に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ッチのときにＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されているＮＯ_Xが放出される吸蔵放出温度領域にＮＯ_X触媒の温度がある場合にも上記還元剤添加手段によりＮＯ_X触媒に流入する排気ガス中に還元剤が添加される内燃機関の排気浄化装置において、
   上記ＮＯ_X触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、上記触媒温度推定手段によって推定されたＮＯ_X触媒の温度が上記選択還元温度領域内にあるときと、上記吸蔵放出温度領域内にあるときとで還元剤添加手段からの還元剤添加形態を変更する添加形態変更手段とを具備する内燃機関の排気浄化装置。
2. 上記ＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されているＮＯ_X量を推定するＮＯ_X量推定手段をさらに具備し、上記添加形態変更手段は、上記ＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域にあるときにはＮＯ_X触媒に吸蔵されているＮＯ_X量に関わらず還元剤添加手段から還元剤を添加し、上記ＮＯ_X触媒の温度が選択放出温度領域にあるときには上記ＮＯ_X量推定手段に推定されたＮＯ_X量が予め定められた許容量を超えたときに還元剤添加手段から還元剤を添加する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 上記添加形態変更手段は、ＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域にあるときにはＮＯ_X触媒をすり抜ける還元剤の量が予め定められた許容すり抜け量以下となるように還元剤添加手段から還元剤を添加し、上記ＮＯ_X触媒の温度が吸蔵放出温度領域にあるときにはＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されているＮＯ_Xの少なくとも大部分が放出されるように還元剤添加手段から還元剤を添加する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 上記ＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域及び吸蔵放出温度領域にあるときにおける上記還元剤添加手段からの還元剤の添加は、ＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンとほぼ理論空燃比またはリッチとを交互に繰り返すように行われる請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 上記還元剤添加手段からの還元剤の一回の添加により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するときにおけるＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの空燃比はＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域にあるときよりもＮＯ_X触媒の温度が吸蔵放出温度領域にあるときの方が高い請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 上記還元剤添加手段からの還元剤の添加により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する時間間隔はＮＯ_X触媒の温度が選択還元温度領域にあるときよりもＮＯ_X触媒の温度が吸蔵放出温度領域にあるときの方が長い請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 上記ＮＯ_X触媒は、ＮＯ_X吸蔵剤を含む担体に触媒貴金属を担持させた触媒である請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 上記ＮＯ_X触媒の温度が上記選択還元温度領域よりも低い温度領域にあるときには、上記還元剤添加手段からの還元剤の添加を禁止する請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images