JP5610083B1

JP5610083B1 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP5610083B1
Application number: JP2013539053A
Authority: JP
Inventors: 伊津也栗阪
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2033-04-09
Also published as: EP2985431A1; WO2014167652A1; EP2985431B1; JPWO2014167652A1; CN105143622A; CN107882615B; CN107882615A; CN105143622B; US20160040570A1; EP2985431B8; US9970341B2; EP2985431A4

Abstract

内燃機関において、排気通路内に排気浄化触媒（１３）、炭化水素供給弁（１５）およびパティキュレートフィルタ（１４）が配置される。炭化水素供給弁から予め定められた周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する第１のＮＯｘ浄化方法を行いながら、パティキュレートフィルタ上に捕集された粒子状物質を除去するためにパティキュレートフィルタを昇温する昇温制御を行うべきときには、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射を前記予め定められた周期でもって予め設定された噴射圧のもとで行うと共に、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射が行われない期間中に昇温制御のための炭化水素噴射を前記設定された噴射圧よりも低く設定された噴射圧のもとで行う。

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、排気浄化触媒は、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元する性質を有すると共に、炭化水素濃度の振動周期を該予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるＮＯｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、炭化水素供給弁から予め定められた周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する第１のＮＯｘ浄化方法を行う内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。この内燃機関では更に、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタが排気浄化触媒下流の機関排気通路内に配置されている。

一方、パティキュレートフィルタ上に捕集された粒子状物質を酸化除去するために、リーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる昇温制御を行う内燃機関も公知である。特許文献１に記載の内燃機関では、パティキュレートフィルタへの流入排気ガスの空燃比がリーンになるように炭化水素供給弁から炭化水素を噴射することにより昇温制御を行うことができる。

国際公開第２０１１／１１４４９９号

ところで、第１のＮＯｘ浄化方法を確実に行うためには排気浄化触媒に流入する炭化水素濃度を良好に振動させる必要があり、このために、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素を比較的高い噴射圧のもとで炭化水素供給弁から噴射する必要がある。

一方、上述の昇温制御は例えばパティキュレートフィルタ上に捕集された粒子状物質の量が許容上限量を越えたときに行われる。このため、第１のＮＯｘ浄化方法が行われているときに粒子状物質捕集量が許容上限量を越えたときには、第１のＮＯｘ浄化方法を行いながら昇温制御を行う必要がある。

ところが、この場合、昇温制御のための炭化水素を第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素に上乗せして噴射すると、多量の炭化水素が高い噴射圧のもとで排気浄化触媒に噴射されることになる。その結果、炭化水素の一部が排気浄化触媒をすり抜け、従って第１のＮＯｘ浄化方法を効果的に行うことができないおそれがある。また、炭化水素供給弁から噴射された炭化水素が排気浄化触媒又はパティキュレートフィルタの半径方向に拡散しにくいので、パティキュレートフィルタの温度が不均一になるおそれがある。この場合、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質を確実に除去できず、又はパティキュレートフィルタに過度に大きな熱応力が作用するおそれがある。

このように第１のＮＯｘ浄化方法及び昇温制御を同時に行うのは容易なことではない。特許文献１はこの点について何ら言及していない。

本発明の目的は、良好なＮＯｘ浄化を行いながら良好な昇温制御を行うことのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本発明によれば、機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、該排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に該貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、該排気浄化触媒は、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元する性質を有すると共に、該炭化水素濃度の振動周期を該予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるＮＯｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、炭化水素供給弁から該予め定められた周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する第１のＮＯｘ浄化方法を行い、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に更に配置し、第１のＮＯｘ浄化方法を行いながら、パティキュレートフィルタ上に捕集された粒子状物質を除去するためにパティキュレートフィルタを昇温する昇温制御を行うべきときには、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射を前記予め定められた周期でもって予め設定された噴射圧のもとで行うと共に、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射が行われない期間中に昇温制御のための炭化水素噴射を前記設定された噴射圧よりも低く設定された噴射圧のもとで行う、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

良好なＮＯｘ浄化を行いながら良好な昇温制御を行うことができる。

図１は圧縮着火式内燃機関の全体図である。図２は触媒担体の表面部分を図解的に示す図である。図３は排気浄化触媒における酸化反応を説明するための図である。図４は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示す図である。図５はＮＯｘ浄化率を示す図である。図６Ａおよび６Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。図７Ａおよび７Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。図８は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示す図である。図９はＮＯｘ浄化率を示す図である。図１０は炭化水素の噴射周期ΔＴとＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。図１１は炭化水素の噴射量を示すマップである。図１２はＮＯｘ放出制御を示す図である。図１３は排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡのマップを示す図である。図１４は燃料噴射時期を示す図である。図１５は燃料供給量ＷＲのマップを示す図である。図１６は炭化水素供給弁周りの拡大図である。図１７は蓄圧室内の圧力の変化を示すタイムチャートである。図１８は噴射圧ＰＨＣＸと単位あたりに炭化水素供給弁から噴射される炭化水素量ｑＨＣとの関係を示す線図である。図１９は第１のＮＯｘ浄化方法が行われた場合の炭化水素噴射作用を説明するタイムチャートである。図２０は昇温制御が行われた場合の炭化水素噴射作用を説明するタイムチャートである。図２１は第１のＮＯｘ浄化方法が行われながら昇温制御が行われた場合の炭化水素噴射作用を説明するタイムチャートである。図２２はＮＯｘ浄化制御を実行するためのフローチャートである。図２３は第１のＮＯｘ浄化方法を実行するためのフローチャートである。図２４は第２のＮＯｘ浄化方法を実行するためのフローチャートである。図２５はフラグＸＴＲの制御を実行するためのフローチャートである。図２６は偏差ΔＴＦを説明するタイムチャートである。図２７は昇温制御のための噴射圧ＰＨＣＴＲのマップを示す図である。図２８は本発明による別の実施例において第１のＮＯｘ浄化方法が行われながら昇温制御が行われた場合の炭化水素噴射作用を説明するタイムチャートである。図２９は本発明による別の実施例における第１のＮＯｘ浄化方法を実行するためのフローチャートである。図３０は本発明による別の実施例における第２のＮＯｘ浄化方法を実行するためのフローチャートである。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
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内に夫々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夫々示す。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の入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはアクチュエータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、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１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１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の出口は排気管１２ａを介して排気浄化触媒の入口に連結される。本発明による実施例では、この排気浄化触媒１３はＮＯｘ吸蔵触媒からなる。排気浄化触媒１３の出口は排気管１２ｂを介してパティキュレートフィルタ１４に連結される。別の実施例では、排気浄化触媒１３の上流にパティキュレートフィルタ１４が配置される。排気浄化触媒１３上流の排気管１２ａ内には圧縮着火式内燃機関の燃料として用いられる軽油その他の燃料からなる炭化水素を供給するための炭化水素供給弁１５が配置される。図１に示される実施例では炭化水素供給弁１５から供給される炭化水素として軽油が用いられている。なお、本発明はリーン空燃比のもとで燃焼の行われる火花点火式内燃機関にも適用することができる。この場合、炭化水素供給弁１５からは火花点火式内燃機関の燃料として用いられるガソリンその他の燃料からなる炭化水素が供給される。

一方、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１６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１６内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１７が配置される。また、ＥＧＲ通路１６の周りにはＥＧＲ通路１６内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。各燃料噴射弁３は燃料供給管１９を介してコモンレール２０に連結され、このコモンレール２０は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２１を介して燃料タンク２２に連結される。燃料タンク２２内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２１によってコモンレール２０内に供給され、コモンレール２０内に供給された燃料は各燃料供給管１９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。排気浄化触媒１３下流の排気管１２ｂには排気浄化触媒１３から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ２４が取付けられている。温度センサ２４により検出される排気ガスの温度は排気浄化触媒１３の温度を表している。また、パティキュレートフィルタ１４下流の排気管１２ｃにはパティキュレートフィルタ１４から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ２５が取付けられている。温度センサ２５により検出される排気ガスの温度はパティキュレートフィルタ１４の温度を表している。更に、パティキュレートフィルタ１４にはパティキュレートフィルタ１４の前後差圧を検出するための差圧センサ２６が取付けられている。これら温度センサ２４，２５、差圧センサ２６および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応する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Ｌ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。更に入力ポート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１０の駆動用アクチュエータ、炭化水素供給弁１５、ＥＧＲ制御弁１７および燃料ポンプ２１に接続される。

図２は、図１に示される排気浄化触媒１３の基体上に担持された触媒担体の表面部分を図解的に示している。この排気浄化触媒１３では図２に示されるように例えばアルミナからなる触媒担体５０上には白金Ｐｔからなる貴金属触媒５１が担持されており、更にこの触媒担体５０上にはカリウム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、ランタノイドのような希土類および銀Ａｇ、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、イリジウムＩｒのようなＮＯｘに電子を供与しうる金属から選ばれた少なくとも一つを含む塩基性層５３が形成されている。この塩基性層５３内にはセリアＣｅＯ_２が含有せしめられており、従って排気浄化触媒１３は酸素貯蔵能力を有している。また、排気浄化触媒１３の触媒担体５０上には白金Ｐｔに加えてロジウムＲｈ或いはパラジウムＰｄを担持させることができる。なお、排気ガスは触媒担体５０上に沿って流れるので貴金属触媒５１は排気浄化触媒１３の排気ガス流通表面上に担持されていると言える。また、塩基性層５３の表面は塩基性を呈するので塩基性層５３の表面は塩基性の排気ガス流通表面部分５４と称される。

炭化水素供給弁１５から排気ガス中に炭化水素が噴射されるとこの炭化水素は排気浄化触媒１３において改質される。本発明ではこのとき改質された炭化水素を用いて排気浄化触媒１３においてＮＯｘを浄化するようにしている。図３はこのとき排気浄化触媒１３において行われる改質作用を図解的に示している。図３に示されるように炭化水素供給弁１５から噴射された炭化水素ＨＣは貴金属触媒５１によって炭素数の少ないラジカル状の炭化水素ＨＣとなる。

図４は炭化水素供給弁１５からの炭化水素の供給タイミングと排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎの変化とを示している。なお、この空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎの変化は排気浄化触媒１３に流入する排気ガス中の炭化水素の濃度変化に依存しているので図４に示される空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎの変化は炭化水素の濃度変化を表しているとも言える。ただし、炭化水素濃度が高くなると空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎは小さくなるので図４においては空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチ側となるほど炭化水素濃度が高くなっている。

図５は、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を周期的に変化させることによって図４に示されるように排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎを周期的にリッチにしたときの排気浄化触媒１３によるＮＯｘ浄化率を排気浄化触媒１３の各触媒温度ＴＣに対して示している。さて、長期間に亘るＮＯｘ浄化に関する研究の結果、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると、図５に示されるように４００℃以上の高温領域においても極めて高いＮＯｘ浄化率が得られることが判明している。

更にこのときには窒素および炭化水素を含む多量の還元性中間体が塩基性層５３の表面上に、即ち排気浄化触媒１３の塩基性排気ガス流通表面部分５４上に保持又は吸着され続けており、この還元性中間体が高ＮＯｘ浄化率を得る上で中心的役割を果していることが判明している。次にこのことについて図６Ａおよび６Ｂを参照しつつ説明する。なお、これら図６Ａおよび６Ｂは排気浄化触媒１３の触媒担体５０の表面部分を図解的に示しており、これら図６Ａおよび６Ｂには排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動せしめたときに生ずると推測される反応が示されている。

図６Ａは排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度が低いときを示しており、図６Ｂは炭化水素供給弁１５から炭化水素が供給されて排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされたとき、即ち排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度が高くなっているときを示している。

さて、図４からわかるように排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比は一瞬を除いてリーンに維持されているので排気浄化触媒１３に流入する排気ガスは通常酸素過剰の状態にある。このとき排気ガス中に含まれるＮＯの一部は排気浄化触媒１３上に付着し、排気ガス中に含まれるＮＯの一部は図６Ａに示されるように白金５１上において酸化されてＮＯ_２となり、次いでこのＮＯ_２は更に酸化されてＮＯ_３となる。また、ＮＯ_２の一部はＮＯ_２ ⁻となる。従って白金Ｐｔ５１上にはＮＯ_２ ⁻とＮＯ_３とが生成されることになる。排気浄化触媒１３上に付着しているＮＯおよび白金Ｐｔ５１上において生成されたＮＯ_２ ⁻とＮＯ_３は活性が強く、従って以下これらＮＯ、ＮＯ_２ ⁻およびＮＯ_３を活性ＮＯｘ^＊と称する。

一方、炭化水素供給弁１５から炭化水素が供給されて排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされるとこの炭化水素は排気浄化触媒１３の全体に亘って順次付着する。これら付着した炭化水素の大部分は順次酸素と反応して燃焼せしめられ、付着した炭化水素の一部は順次、図３に示されるように排気浄化触媒１３内において改質され、ラジカルとなる。従って、図６Ｂに示されるように活性ＮＯｘ^＊周りの炭化水素濃度が高くなる。ところで活性ＮＯｘ^＊が生成された後、活性ＮＯｘ^＊周りの酸素濃度が高い状態が一定時間以上継続すると活性ＮＯｘ^＊は酸化され、硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で塩基性層５３内に吸収される。しかしながらこの一定時間が経過する前に活性ＮＯｘ^＊周りの炭化水素濃度が高くされると図６Ｂに示されるように活性ＮＯｘ^＊は白金５１上においてラジカル状の炭化水素ＨＣと反応し、それにより還元性中間体が生成される。この還元性中間体は塩基性層５３の表面上に付着又は吸着される。

なお、このとき最初に生成される還元性中間体はニトロ化合物Ｒ−ＮＯ_２であると考えられる。このニトロ化合物Ｒ−ＮＯ_２は生成されるとニトリル化合物Ｒ−ＣＮとなるがこのニトリル化合物Ｒ−ＣＮはその状態では瞬時しか存続し得ないのでただちにイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯとなる。このイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯは加水分解するとアミン化合物Ｒ−ＮＨ_２となる。ただしこの場合、加水分解されるのはイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯの一部であると考えられる。従って図６Ｂに示されるように塩基性層５３の表面上に保持又は吸着されている還元性中間体の大部分はイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯおよびアミン化合物Ｒ−ＮＨ_２であると考えられる。

一方、図６Ｂに示されるように生成された還元性中間体の周りに炭化水素ＨＣが付着しているときには還元性中間体は炭化水素ＨＣに阻まれてそれ以上反応が進まない。この場合、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度が低下し、次いで還元性中間体の周りに付着している炭化水素が酸化せしめられて消滅し、それにより還元性中間体周りの酸素濃度が高くなると、還元性中間体は排気ガス中のＮＯｘや活性ＮＯｘ^＊と反応するか、周囲の酸素と反応するか、或いは自己分解する。それによって還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２は図６Ａに示されるようにＮ_２，ＣＯ_２，Ｈ_２Ｏに変換せしめられ、斯くしてＮＯｘが浄化されることになる。

このように排気浄化触媒１３では、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を高くすることにより還元性中間体が生成され、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を低下させた後、酸素濃度が高くなったときに還元性中間体が排気ガス中のＮＯｘや活性ＮＯｘ^＊や酸素と反応し、或いは自己分解し、それによりＮＯｘが浄化される。即ち、排気浄化触媒１３によりＮＯｘを浄化するには排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を周期的に変化させる必要がある。

無論、この場合、還元性中間体を生成するのに十分高い濃度まで炭化水素の濃度を高める必要があり、生成された還元性中間体を排気ガス中のＮＯｘや活性ＮＯｘ^＊や酸素と反応させ、或いは自己分解させるのに十分低い濃度まで炭化水素の濃度を低下させる必要がある。即ち、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅で振動させる必要がある。なお、この場合、生成された還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２が排気ガス中のＮＯｘや活性ＮＯｘ^＊や酸素と反応するまで、或いは自己分解するまでこれら還元性中間体を塩基性層５３上に、即ち塩基性排気ガス流通表面部分５４上に保持しておかなければならず、そのために塩基性の排気ガス流通表面部分５４が設けられている。

一方、炭化水素の供給周期を長くすると炭化水素が供給された後、次に炭化水素が供給されるまでの間において酸素濃度が高くなる期間が長くなり、従って活性ＮＯｘ^＊は還元性中間体を生成することなく硝酸塩の形で塩基性層５３内に吸収されることになる。これを回避するためには排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の周期でもって振動させることが必要となる。

そこで本発明による実施例では、排気ガス中に含まれるＮＯｘと改質された炭化水素とを反応させて窒素および炭化水素を含む還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２を生成するために排気浄化触媒１３の排気ガス流通表面上には貴金属触媒５１が担持されており、生成された還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２を排気浄化触媒１３内に保持しておくために貴金属触媒５１周りには塩基性の排気ガス流通表面部分５４が形成されており、塩基性の排気ガス流通表面部分５４上に保持された還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２はＮ_２，ＣＯ_２，Ｈ_２Ｏに変換せしめられ、炭化水素濃度の振動周期は還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２を生成し続けるのに必要な振動周期とされる。因みに図４に示される例では噴射間隔が３秒とされている。

炭化水素濃度の振動周期、即ち炭化水素供給弁１５からの炭化水素ＨＣの噴射周期を上述の予め定められた範囲内の周期よりも長くすると塩基性層５３の表面上から還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ_２が消滅し、このとき白金Ｐｔ５３上において生成された活性ＮＯｘ^＊は図７Ａに示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で塩基性層５３内に拡散し、硝酸塩となる。即ち、このときには排気ガス中のＮＯｘは硝酸塩の形で塩基性層５３内に吸収されることになる。

一方、図７ＢはこのようにＮＯｘが硝酸塩の形で塩基性層５３内に吸収されているときに排気浄化触媒１３内に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチにされた場合を示している。この場合には排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして塩基性層５３内に吸収されている硝酸塩は順次硝酸イオンＮＯ_３ ⁻となって図７Ｂに示されるようにＮＯ_２の形で塩基性層５３から放出される。次いで放出されたＮＯ_２は排気ガス中に含まれる炭化水素ＨＣおよびＣＯによって還元される。

図８は塩基性層５３のＮＯｘ吸収能力が飽和する少し前に排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎを一時的にリッチにするようにした場合を示している。なお、図８に示す例ではこのリッチ制御の時間間隔は１分以上である。この場合には排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリーンのときに塩基性層５３内に吸収されたＮＯｘは、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが一時的にリッチにされたときに塩基性層５３から一気に放出されて還元される。従ってこの場合には塩基性層５３はＮＯｘを一時的に吸収するための吸収剤の役目を果している。

なお、このとき塩基性層５３がＮＯｘを一時的に吸着する場合もあり、従って吸収および吸着の双方を含む用語として吸蔵という用語を用いるとこのとき塩基性層５３はＮＯｘを一時的に吸蔵するためのＮＯｘ吸蔵剤の役目を果していることになる。即ち、この場合には、機関吸気通路、燃焼室２および排気浄化触媒１３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、排気浄化触媒１３は、排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵触媒として機能している。

図９の実線は、排気浄化触媒１３をこのようにＮＯｘ吸蔵触媒として機能させたときのＮＯｘ浄化率を示している。なお、図９の横軸は排気浄化触媒１３の触媒温度ＴＣを示している。排気浄化触媒１３をこのようにＮＯｘ吸蔵触媒として機能させた場合には図９において実線で示されるように触媒温度ＴＣが３００℃から４００℃のときには極めて高いＮＯｘ浄化率が得られるが触媒温度ＴＣが４００℃以上の高温になるとＮＯｘ浄化率が低下する。なお、図９には、図５に示されるＮＯｘ浄化率が破線でもって示されている。

このように触媒温度ＴＣが４００℃以上になるとＮＯｘ浄化率が低下するのは、触媒温度ＴＣが４００℃以上になると硝酸塩が熱分解してＮＯ_２の形で排気浄化触媒１３から放出されるからである。即ち、ＮＯｘを硝酸塩の形で吸蔵している限り、触媒温度ＴＣが高いときに高いＮＯｘ浄化率を得るのは困難である。しかしながら図４から図６Ｂに示される新たなＮＯｘ浄化方法では図６Ａ，６Ｂからわかるように硝酸塩は生成されず或いは生成されても極く微量であり、斯くして図５に示されるように触媒温度ＴＣが高いときでも高いＮＯｘ浄化率が得られることになる。

本発明による実施例では、この新たなＮＯｘ浄化方法を用いてＮＯｘを浄化しうるように、炭化水素を供給するための炭化水素供給弁１５を機関排気通路内に配置し、炭化水素供給弁１５下流の機関排気通路内に排気浄化触媒１３を配置し、排気浄化触媒１３の排気ガス流通表面上には貴金属触媒５１が担持されていると共に貴金属触媒５１周りには塩基性の排気ガス流通表面部分５４が形成されており、排気浄化触媒１３は、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元する性質を有すると共に、炭化水素濃度の振動周期をこの予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるＮＯｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、機関運転時に炭化水素供給弁１５から予め定められた周期でもって炭化水素を噴射し、それにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを排気浄化触媒１３において還元するようにしている。

即ち、図４から図６Ｂに示されるＮＯｘ浄化方法は、貴金属触媒を担持しかつＮＯｘを吸収しうる塩基性層を形成した排気浄化触媒を用いた場合において、ほとんど硝酸塩を形成することなくＮＯｘを浄化するようにした新たなＮＯｘ浄化方法であると言うことができる。実際、この新たなＮＯｘ浄化方法を用いた場合には排気浄化触媒１３をＮＯｘ吸蔵触媒として機能させた場合に比べて、塩基性層５３から検出される硝酸塩は極く微量である。なお、この新たなＮＯｘ浄化方法を以下、第１のＮＯｘ浄化方法と称する。

さて、前述したように、炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射周期ΔＴが長くなると炭化水素が噴射された後、次に炭化水素が噴射される間において、活性ＮＯｘ^＊周りの酸素濃度が高くなる期間が長くなる。この場合、図１に示される実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴが５秒程度よりも長くなると活性ＮＯｘ^＊が硝酸塩の形で塩基性層５３内に吸収され始め、従って図１０に示されるように炭化水素濃度の振動周期ΔＴが５秒程度よりも長くなるとＮＯｘ浄化率が低下することになる。従って図１に示される実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴは５秒以下とする必要がある。

一方、本発明による実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴがほぼ０．３秒以下になると噴射された炭化水素が排気浄化触媒１３の排気ガス流通表面上に堆積し始め、従って図１０に示されるように炭化水素の噴射周期ΔＴがほぼ０．３秒以下になるとＮＯｘ浄化率が低下する。そこで本発明による実施例では、炭化水素の噴射周期が０．３秒から５秒の間とされている。

さて、本発明による実施例では、炭化水素供給弁１５からの炭化水素噴射量および噴射時期を変化させることによって排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎおよび噴射周期ΔＴが機関の運転状態に応じた最適値となるように制御される。この場合、本発明による実施例では、第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われているときの最適な炭化水素噴射量Ｗが、アクセルペダル４０の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図１１に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、また、このときの最適な炭化水素の噴射周期ΔＴもアクセルペダル４０の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

次に図１２から図１５を参照しつつ排気浄化触媒１３をＮＯｘ吸蔵触媒として機能させた場合のＮＯｘ浄化方法について具体的に説明する。このように排気浄化触媒１３をＮＯｘ吸蔵触媒として機能させた場合のＮＯｘ浄化方法を以下、第２のＮＯｘ浄化方法と称する。
この第２のＮＯｘ浄化方法では図１２に示されるように塩基性層５３に吸蔵された吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが予め定められた許容量ＭＡＸを越えたときに排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが一時的にリッチにされる。排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされると、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリーンのときに塩基性層５３内に吸蔵されたＮＯｘが塩基性層５３から一気に放出されて還元される。それによってＮＯｘが浄化される。

吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸは例えば機関から排出されるＮＯｘ量から算出される。本発明による実施例では機関から単位時間当り排出される排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡがアクセルペダル４０の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図１３に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、この排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡから吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが算出される。この場合、前述したように排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされる周期は通常１分以上である。

この第２のＮＯｘ浄化方法では図１４に示されるように燃焼室２内に燃料噴射弁３から燃焼用燃料Ｑに加え、追加の燃料ＷＲを噴射することによって排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされる。なお、図１４の横軸はクランク角を示している。この追加の燃料ＷＲは燃焼はするが機関出力となって現われない時期に、即ち圧縮上死点後ＡＴＤＣ９０°の少し手前で噴射される。この燃料量ＷＲはアクセルペダル４０の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図１５に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。無論、この場合炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量を増大させることによって排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎをリッチにすることもできる。

さて、本発明による実施例では第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用と第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が選択的に行われる。第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用と第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用のいずれを行うかは例えば次のようにして決定される。即ち、第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われたときのＮＯｘ浄化率は図９に破線でもって示されるように排気浄化触媒１３の温度ＴＣが限界温度ＴＸ以下になると急速に低下しはじめる。これに対し、図９に実線でもって示されるように第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われたときのＮＯｘ浄化率は排気浄化触媒１３の温度ＴＣが低下したときに比較的ゆっくりと低下する。従って本発明による実施例では排気浄化触媒１３の温度ＴＣが限界温度ＴＸよりも高いときには第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われ、排気浄化触媒１３の温度ＴＣが限界温度ＴＸよりも低いときには第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われる。

ところで、本発明による実施例では上述したように炭化水素供給１５から供給される炭化水素として軽油、即ち機関の燃料が用いられる。このために、図１６に示されるように、炭化水素供給弁１５は炭化水素配管１５ａを介して炭化水素ポンプ２３の出口に連結され、炭化水素ポンプ２３の入口は炭化水素配管１５ｂを介して燃料タンク２２に連結される。炭化水素配管１５ｂには燃料タンク２２から炭化水素ポンプ２３へのみ炭化水素流れを許容する逆止弁１５ｂが設けられる。

炭化水素ポンプ２３はハウジング２３ａと、ハウジング２３ａ内を往復動するプランジャ２３ｂとを備える。ハウジング２３ａとプランジャ２３ｂとの間には蓄圧室２３ｃが形成され、炭化水素ポンプ２３の入口及び出口はこの蓄圧室２３ｃに接続される。従って、燃料タンク２２内の燃料は炭化水素ポンプ１５の蓄圧室２３を介して炭化水素供給弁１５に供給される。

図１７に矢印ＯＰで示されるように炭化水素供給弁１５が開弁され炭化水素が噴射されると、蓄圧室２３ｃ内の圧力ＰＨＣが最大圧ＰＨＣＭから急激に低下する。次いで、矢印ＣＬで示されるように炭化水素供給弁１５が閉弁されると、蓄圧室２３ｃ内の圧力ＰＨＣが次第に上昇する。この場合、蓄圧室２３ｃ内の圧力ＰＨＣは時間の経過と共に上に凸の曲線を描き、従って蓄圧室２３ｃ内の圧力ＰＨＣの上昇速度は前回の炭化水素噴射からの経過時間が長くなるにつれて低下する。次いで、蓄圧室２３ｃ内の圧力ＰＨＣが最大圧ＰＨＣＭに達すると、圧力ＰＨＣは最大圧ＰＨＣＭに維持される。一方、蓄圧室２３Ｃ内の圧力ＰＨＣは炭化水素供給弁１５の噴射圧を表している。従って、炭化水素供給弁１５の噴射圧は前回の炭化水素噴射からの経過時間が長くなるにつれて上昇すると共に最大圧ＰＨＣＭに達すると最大圧ＰＨＣＭに維持され、噴射圧の上昇率は前回の炭化水素噴射からの経過時間が長くなるにつれて低下するようになっている。

その結果、炭化水素の噴射時間を一定に維持した状態で炭化水素供給弁１５の噴射圧がＰＨＣＸに到達するごとに炭化水素を炭化水素供給弁１５から繰り返し噴射するようにした場合、単位時間当たりに炭化水素供給弁１５から噴射される炭化水素量、即ち一定期間中に炭化水素供給弁１５から噴射される総炭化水素量ｑＨＣは、図１８に示されるように、噴射圧ＰＨＣＸが小さくなるにつれて多くなる。

ところで、排気ガス中には主として固体炭素からなる粒子状物質が含まれている。排気ガスがパティキュレートフィルタ１４内に流入すると、粒子状物質がパティキュレートフィルタ１４上に捕集される。一方、燃焼室２では酸素過剰のもとで燃焼が行われている。したがって、燃料噴射弁３及び炭化水素供給弁１５から燃料が２次的に供給されない限り、パティキュレートフィルタ１４は酸化雰囲気にある。また、パティキュレートフィルタ１４には酸化機能を有する触媒が担持されている。その結果、パティキュレートフィルタ１４に捕集された粒子状物質は順次酸化される。ところが、単位時間当たりに捕集される粒子状物質の量が単位時間当たりに酸化される粒子状物質の量よりも多くなると、パティキュレートフィルタ１４上に捕集されている粒子状物質の量が機関運転時間の経過と共に増大する。その結果、パティキュレートフィルタ１４の圧力損失が大きくなり、機関背圧が大きくなってしまう。

そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ１４上の粒子状物質捕集量が許容上限量よりも多いか否かを判別し、粒子状物質捕集量が許容上限量よりも多いと判別されたときには、パティキュレートフィルタ１４から粒子状物質を除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ１４の温度を予め定められた設定温度以上に上昇させ維持する昇温制御が行われる。この設定温度は粒子状物質を酸化しうる温度であって、例えば６００℃である。その結果、粒子状物質が酸化され、パティキュレートフィルタ１４から除去される。なお、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ１４の前後差圧が許容上限よりも高いときに、パティキュレートフィルタ１４上の粒子状物質捕集量が許容上限量よりも多いと判別される。

本発明による実施例では、昇温制御を行うために、パティキュレートフィルタ１４への流入排気ガスの空燃比がリーンになるように炭化水素供給弁１５から炭化水素が噴射される。即ち、噴射された炭化水素は排気浄化触媒１３において燃焼し、パティキュレートフィルタ１４に流入する排気ガスの温度が上昇し、その結果パティキュレートフィルタ１４の温度が高められる。あるいは、噴射された炭化水素がパティキュレートフィルタ１４において燃焼し、その結果パティキュレートフィルタ１４の温度が高められる。なお、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ１４への流入排気ガスの空燃比は排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎに一致する。

そうすると、本発明による実施例において炭化水素供給弁１５から炭化水素が噴射されるのは、昇温制御を行うことなく第１のＮＯｘ浄化方法を行うべき場合、第１のＮＯｘ浄化方法を行うことなく昇温制御を行うべき場合、第１のＮＯｘ浄化方法を行いながら昇温制御を行うべき場合であるということになる。

図１９は昇温制御を行うことなく第１のＮＯｘ浄化方法を行うべき場合を示している。図１９においてＮ１は第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射を示している。この場合、炭化水素供給弁１５の噴射圧は高圧側に設定された噴射圧ＰＨＣＮ１に設定され、上述した周期ΔＴでもって炭化水素供給弁１５から炭化水素が噴射される。本発明による実施例では、噴射圧ＰＨＣＮ１は図１７を参照して説明した最大圧ＰＨＣＭに設定されている。このように高圧側に設定された噴射圧ＰＨＣＮ１のもとで炭化水素噴射を行うと、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素濃度を良好に振動させることができる。従って、良好なＮＯｘ浄化を行うことができる。

図２０は第１のＮＯｘ浄化方法を行うことなく昇温制御を行うべき場合、即ち第２のＮＯｘ浄化方法を行いながら昇温制御を行うべき場合を示している。図２０においてＴＲは昇温制御のための炭化水素噴射を示している。この場合、炭化水素供給弁１５の噴射圧は低圧側に設定された噴射圧ＰＨＣＴＲに設定され、蓄圧室２３ｃ内の圧力ＰＨＣが噴射圧ＰＨＣＴＲに達するごとに炭化水素供給弁１５から炭化水素が噴射される。このように低圧側に設定された噴射圧ＰＨＣＴＲのもとで炭化水素噴射を行うと、噴射された炭化水素が排気浄化触媒１３又はパティキュレートフィルタ１４の半径方向に良好に拡散し、その結果パティキュレートフィルタ１４の温度が不均一になるのを抑制することができる。また、パティキュレートフィルタ１４の温度の脈動を抑制することもできる。従って、良好な昇温制御を行うことができる。

図２１は第１のＮＯｘ浄化方法を行いながら昇温制御を行うべき場合を示している。図２１においてＮ１は第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射を、ＴＲは昇温制御のための炭化水素噴射を、それぞれ示している。この場合、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射が上述の周期ΔＴでもって、比較的高い噴射圧ＰＨＣＮ１のもとで行われる。この場合、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチになるように炭化水素噴射が行われる。また、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射が行われない期間、即ち前回の第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射から次回の第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射までの期間中に、昇温制御のための炭化水素噴射が低圧側に設定された噴射圧ＰＨＣＴＲのもとで行われる。この場合、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリーンに維持されるように炭化水素噴射が行われる。その結果、良好なＮＯｘ浄化を行いながら良好な昇温制御を行うことができる。

なお、図２１において矢印は第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射を行うべき信号が出力されたタイミングを示している。この信号が出力されると、蓄圧室２３ｃ内の圧力ＰＨＣが低圧側に設定された噴射圧ＰＨＣＴＲに達しても昇温制御のための炭化水素噴射は行われない。従って、蓄圧室２３ｃ内の圧力ＰＨＣは最大圧ＰＨＣＭまで上昇することができる。

従って、第１のＮＯｘ浄化方法を行いながら、パティキュレートフィルタ１４上に捕集された粒子状物質を除去するためにパティキュレートフィルタ１４を昇温する昇温制御を行うべきときには、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射を予め定められた周期でもって予め設定された噴射圧ＰＨＣＮ１のもとで行うと共に、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射が行われない期間中に昇温制御のための炭化水素噴射を前記設定された噴射圧ＰＨＣＮ１よりも低く設定された噴射圧ＰＨＣＴＲのもとで行う、ということになる。

図１９から図２１を参照すると、昇温制御のための炭化水素噴射ＴＲの周期を第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射の周期よりも短く設定しているという見方もできる。

図２２は本発明による実施例のＮＯｘ浄化制御を実行するルーチンを示している。このルーチンは予め定められた一定時間ごとの割り込みによって実行される。
図２２を参照すると、ステップ１００では第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用と第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用のいずれを行うかが決定される。次いでステップ１０１では第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用を行うべきか否かが判別される。第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用を行うべきときにはステップ１０２に進み、第１のＮＯｘ浄化方法を実行するためのルーチンが実行される。このルーチンは図２３に示されている。ステップ１０１において第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用を行うべきときには次いでステップ１０３に進み、第２のＮＯｘ浄化方法を実行するためのルーチンが実行される。このルーチンは図２４に示されている。

図２３は第１のＮＯｘ浄化方法を実行するためのルーチンを示している。
図２３を参照すると、ステップ１２０では図１１から噴射量Ｗが算出される。続くステップ１２１では機関運転状態に応じて噴射周期ΔＴが算出される。続くステップ１２２では前回の第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射からの経過時間Δｔが一定値ｄｔだけ増加される（Δｔ＝Δｔ＋ｄｔ）。続くステップ１２３では経過時間Δｔが噴射周期ΔＴ以上か否かが判別される。Δｔ＜ΔＴのときにはステップ１２４に進み、フラグＸＴＲがセットされているか否かが判別される。このフラグＸＴＲは昇温制御を行うべきときにセットされ（ＸＴＲ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＴＲ＝０）。フラグＸＴＲがセットされていないとき、即ち昇温制御を行うべきでないときには処理サイクルを終了する。フラグＸＴＲがセットされているとき、即ち昇温制御を行うべきときには次いでステップ１２５に進み、蓄圧室２３ｃの圧力ＰＨＣが昇温制御のための噴射圧ＰＨＣＴＲ以上か否かが判別される。ＰＨＣ＜ＰＨＣＴＲのときには処理サイクルを終了する。ＰＨＣ≧ＰＨＣＴＲのときには次いでステップ１２６に進み、炭化水素供給弁１５が例えば一定時間だけ開弁され、従って昇温制御のための炭化水素噴射が行われる。

ステップ１２３においてΔｔ≧ΔＴのときには次いでステップ１２７に進み、蓄圧室２３ｃの圧力ＰＨＣが第１のＮＯｘ浄化方法のための噴射圧ＰＨＣＮ１以上か否かが判別される。ＰＨＣ＜ＰＨＣＮ１のときには処理サイクルを終了する。ＰＨＣ≧ＰＨＣＮ１のときには次いでステップ１２８に進み、炭化水素供給弁１５が例えば一定時間だけ開弁され、従って第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射が行われる。続くステップ１２９では経過時間Δｔがリセットされる（Δｔ＝０）。

図２４は第２のＮＯｘ浄化方法を実行するためのルーチンを示している。
図２４を参照すると、ステップ１３０では図１３に示すマップから単位時間当りの排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ１３１ではΣＮＯＸに排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡを加算することによって吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが算出される（ΣＮＯＸ＝ΣＮＯＸ＋ＮＯＸＡ）。次いでステップ１３２では吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ≦ＭＡＸのときにはステップ１３５にジャンプする。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸのときにはステップ１３３に進んで図１５に示すマップから追加の燃料量ＷＲが算出され、追加の燃料の噴射作用が行われる。このとき、排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされる。次いで、ステップ１３４ではΣＮＯＸがクリアされる。次いでステップ１３５に進む。

ステップ１３５では、昇温制御を行うべきときにセットされるフラグＸＴＲがセットされているか否かが判別される。フラグＸＴＲがセットされていないとき、即ち昇温制御を行うべきでないときには処理サイクルを終了する。フラグＸＴＲがセットされているとき、即ち昇温制御を行うべきときには次いでステップ１３６に進み、蓄圧室２３ｃの圧力ＰＨＣが昇温制御のための噴射圧ＰＨＣＴＲ以上か否かが判別される。ＰＨＣ＜ＰＨＣＴＲのときには処理サイクルを終了する。ＰＨＣ≧ＰＨＣＴＲのときには次いでステップ１３７に進み、炭化水素供給弁１５が例えば一定時間だけ開弁され、従って昇温制御のための炭化水素噴射が行われる。

図２５はフラグＸＴＲを制御するルーチンを示している。このルーチンは予め定められた一定時間ごとの割り込みによって実行される。
図２５を参照すると、ステップ２００ではフラグＸＴＲがセットされているか否かが判別される。フラグＸＴＲがリセットされているときには次いでステップ２０１に進み、パティキュレートフィルタ１４の前後差圧ΔＰＦが許容上限ΔＰＦＵよりも大きいか否かが判別される。ΔＰＦ≦ΔＰＦＵのときには処理サイクルを終了する。ΔＰＦ＞ΔＰＦＵのときには次いでステップ２０２に進み、フラグＸＴＲがセットされる。従って、昇温制御が行われる。

フラグＸＴＲがセットされるとステップ２００からステップ２０３に進み、パティキュレートフィルタ１４の前後差圧ΔＰＦが許容下限ΔＰＦＬよりも小さいか否かが判別される。ΔＰＦ≧ΔＰＦＬのときには処理サイクルを終了する。ΔＰＦ＜ΔＰＦＬのときには次いでステップ２０４に進み、フラグＸＴＲがリセットされる。従って、昇温制御が終了される。

次に、本発明による別の実施例を説明する。
本発明による別の実施例では、昇温制御において、パティキュレートフィルタ１４の目標温度が上述の予め定められた設定温度以上に設定され、パティキュレートフィルタ１４の温度が目標温度まで上昇され維持されるように炭化水素供給弁１５から炭化水素が供給される。この目標温度は例えば６５０℃に設定される。なお、目標温度は図９に示される限界温度ＴＸよりも高い。

即ち、図２６に示されるように、目標温度ＴＦＴに対するパティキュレートフィルタ１４の実際の温度ＴＦの偏差ΔＴＦ（＝ＴＦＴ−ＴＦ）が算出される。次いで、偏差ΔＴＦに基づいて昇温制御のための噴射圧ＰＨＣＴＲが設定される。具体的には、図２７に示されるように、偏差ΔＴＦが小さくなるにつれて昇温制御のための噴射圧ＰＨＣＴＲが高く設定される。その結果、偏差ΔＴＦが小さくなるにつれて、単位時間当たりに炭化水素供給弁１５から噴射される炭化水素量が少なくされ、従ってパティキュレートフィルタ１４の温度ＴＦが目標温度ＴＦＴに維持される。このようにすると、昇温制御のために必要な炭化水素量を少なく維持することができる。なお、図２６においてＴＦＳは上述した予め定められた設定温度を示している。

図２８は昇温制御のための噴射圧ＰＨＣＴＲが比較的高く設定された場合を示している。一方、図２１は昇温制御のための噴射圧ＰＨＣＴＲが比較的低く設定された場合を示している。図２１及び図２８を参照すると、偏差ΔＴＦが小さくなるにつれて、昇温制御のための炭化水素噴射ＴＲの周期を長く設定しているという見方もできる。

図２９は本発明による別の実施例における第１のＮＯｘ浄化方法を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは図２２のステップ１０２で実行される。
図２９を参照すると、ステップ１２０では図１１から噴射量Ｗが算出される。続くステップ１２１では機関運転状態に応じて噴射周期ΔＴが算出される。続くステップ１２２では前回の第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射からの経過時間Δｔが一定値ｄｔだけ増加される（Δｔ＝Δｔ＋ｄｔ）。続くステップ１２３では経過時間Δｔが噴射周期ΔＴ以上か否かが判別される。Δｔ＜ΔＴのときにはステップ１２４に進み、フラグＸＴＲがセットされているか否かが判別される。このフラグＸＴＲは昇温制御を行うべきときにセットされ（ＸＴＲ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＴＲ＝０）。フラグＸＴＲがセットされていないとき、即ち昇温制御を行うべきでないときには処理サイクルを終了する。フラグＸＴＲがセットされているとき、即ち昇温制御を行うべきときには次いでステップ１２４ａに進み、図２７のマップを用いて昇温制御のための噴射圧ＰＨＣＴＲが設定される。続くステップ１２５では、蓄圧室２３ｃの圧力ＰＨＣが昇温制御のための噴射圧ＰＨＣＴＲ以上か否かが判別される。ＰＨＣ＜ＰＨＣＴＲのときには処理サイクルを終了する。ＰＨＣ≧ＰＨＣＴＲのときには次いでステップ１２６に進み、炭化水素供給弁１５が例えば一定時間だけ開弁され、従って昇温制御のための炭化水素噴射が行われる。

図３０は本発明による別の実施例における第２のＮＯｘ浄化方法を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは図２２のステップ１０３で実行される。
図３０を参照すると、ステップ１３０では図１３に示すマップから単位時間当りの排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ１３１ではΣＮＯＸに排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡを加算することによって吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが算出される（ΣＮＯＸ＝ΣＮＯＸ＋ＮＯＸＡ）。次いでステップ１３２では吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ≦ＭＡＸのときにはステップ１３５にジャンプする。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸのときにはステップ１３３に進んで図１５に示すマップから追加の燃料量ＷＲが算出され、追加の燃料の噴射作用が行われる。このとき、排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされる。次いで、ステップ１３４ではΣＮＯＸがクリアされる。次いでステップ１３５に進む。

ステップ１３５では、昇温制御を行うべきときにセットされるフラグＸＴＲがセットされているか否かが判別される。フラグＸＴＲがセットされていないとき、即ち昇温制御を行うべきでないときには処理サイクルを終了する。フラグＸＴＲがセットされているとき、即ち昇温制御を行うべきときには次いでステップ１３５ａに進み、図２７のマップを用いて昇温制御のための噴射圧ＰＨＣＴＲが設定される。続くステップ１３６では、蓄圧室２３ｃの圧力ＰＨＣが昇温制御のための噴射圧ＰＨＣＴＲ以上か否かが判別される。ＰＨＣ＜ＰＨＣＴＲのときには処理サイクルを終了する。ＰＨＣ≧ＰＨＣＴＲのときには次いでステップ１３７に進み、炭化水素供給弁１５が例えば一定時間だけ開弁され、従って昇温制御のための炭化水素噴射が行われる。

なお、別の実施例として排気浄化触媒１３上流の機関排気通路内に炭化水素を改質させるための酸化触媒を配置することもできる。

４吸気マニホルド
５排気マニホルド
１２ａ、１２ｂ排気管
１３排気浄化触媒
１４パティキュレートフィルタ
１５炭化水素供給弁

Claims

機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、該排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に該貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、該排気浄化触媒は、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元する性質を有すると共に、該炭化水素濃度の振動周期を該予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるＮＯｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、炭化水素供給弁から該予め定められた周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する第１のＮＯｘ浄化方法を行い、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に更に配置し、第１のＮＯｘ浄化方法を行いながら、パティキュレートフィルタ上に捕集された粒子状物質を除去するためにパティキュレートフィルタを昇温する昇温制御を行うべきときには、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射を前記予め定められた周期でもって予め設定された噴射圧のもとで行うと共に、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射が行われない期間中に昇温制御のための炭化水素噴射を前記設定された噴射圧よりも低く設定された噴射圧のもとで行い、炭化水素供給弁の噴射圧は前回の炭化水素噴射からの経過時間が長くなるにつれて上昇すると共に最大圧に達すると最大圧に維持され、噴射圧の上昇率は前回の炭化水素噴射からの経過時間が長くなるにつれて低下するようになっており、炭化水素供給弁の噴射圧が前記設定された噴射圧よりも低く設定された噴射圧に達するごとに昇温制御のための炭化水素噴射が行われる、内燃機関の排気浄化装置。
昇温制御においてパティキュレートフィルタの温度が目標温度まで上昇されると共に目標温度に維持され、該目標温度に対するパティキュレートフィルタの実際の温度の偏差に基づいて前記設定された噴射圧よりも低く設定された噴射圧が設定される、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記偏差が小さくなるにつれて前記設定された噴射圧よりも低く設定された噴射圧が高く設定される、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、該排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に該貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、該排気浄化触媒は、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元する性質を有すると共に、該炭化水素濃度の振動周期を該予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるＮＯｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、炭化水素供給弁から該予め定められた周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する第１のＮＯｘ浄化方法を行い、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に更に配置し、第１のＮＯｘ浄化方法を行いながら、パティキュレートフィルタ上に捕集された粒子状物質を除去するためにパティキュレートフィルタを昇温する昇温制御を行うべきときには、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射を前記予め定められた周期でもって予め設定された噴射圧のもとで行うと共に、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射が行われない期間中に昇温制御のための炭化水素噴射を前記設定された噴射圧よりも低く設定された噴射圧のもとで行い、昇温制御においてパティキュレートフィルタの温度が目標温度まで上昇されると共に目標温度に維持され、該目標温度に対するパティキュレートフィルタの実際の温度の偏差に基づいて前記設定された噴射圧よりも低く設定された噴射圧が設定され、前記偏差が小さくなるにつれて前記設定された噴射圧よりも低く設定された噴射圧が高く設定される、内燃機関の排気浄化装置。
炭化水素供給弁の噴射圧は前回の炭化水素噴射からの経過時間が長くなるにつれて上昇すると共に最大圧に達すると最大圧に維持され、噴射圧の上昇率は前回の炭化水素噴射からの経過時間が長くなるにつれて低下するようになっており、炭化水素供給弁の噴射圧が前記設定された噴射圧よりも低く設定された噴射圧に達するごとに昇温制御のための炭化水素噴射が行われる、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記設定された噴射圧が炭化水素供給弁の最大圧に設定される、請求項１，２，３，５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比がリッチになるように第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射が行われる、請求項１から６までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
パティキュレートフィルタへの流入排気ガスの空燃比がリーンになるように昇温制御のための炭化水素噴射が行われる、請求項１から７までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記第１のＮＯｘ浄化方法と、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を前記予め定められた周期よりも長い周期でもってリッチにすることにより排気浄化触媒から吸蔵ＮＯｘを放出させてＮＯｘを浄化する第２のＮＯｘ浄化方法とが選択的に用いられる、請求項１から８までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。