JP5664801B2 - 火花点火式内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は火花点火式内燃機関の排気浄化装置に関する。

機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNO_ｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチにされると吸蔵したNO_ｘを放出するNO_x吸蔵触媒を配置すると共にNO_x吸蔵触媒下流の機関排気通路内にNO_x選択還元触媒を配置し、NO_x吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにNO_x吸蔵触媒において生成されるアンモニアをNO_x選択還元触媒に吸着させ、吸着されたアンモニアによって排気ガス中に含まれるNO_xを還元するようにしたディーゼル機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。

このディーゼル機関では、NO_x選択還元触媒に吸着されているアンモニア量がNO_xを還元するのに最適な量となるように制御される。しかしながら、アンモニアの吸着の仕方には、吸着したアンモニアが脱離しやすい吸着の仕方と吸着したアンモニアが脱離しづらい吸着の仕方との二つの吸着の仕方があり、アンモニアが脱離しやすい吸着の仕方をした場合には吸着したアンモニアによってNO_xを容易に還元することができるが、吸着したアンモニアが脱離しづらい吸着の仕方をした場合には吸着したアンモニアによってNO_xを容易に還元することができない。従って、吸着したアンモニアによってNO_xを還元する場合には、アンモニアの吸着の仕方について考慮を払わなければならない。

特開２００８−２８６１０２号公報

しかしながら、上述のディーゼル機関では、アンモニアの吸着の仕方について考慮が払われておらず、従って吸着したアンモニアを用いてNO_xを適切に還元することができないという問題がある。

本発明の目的は、吸着したアンモニアを用いてNO_ｘを良好に還元しつつ燃料消費量を低減することのできる火花点火式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、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を吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチにされると吸蔵したNO_ｘを放出するNO_x吸蔵触媒を配置し、NO_x吸蔵触媒下流の機関排気通路内にNO_x選択還元触媒を配置して流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにNO_x吸蔵触媒において生成されたアンモニアをNO_x選択還元触媒に吸着させると共にNO_x選択還元触媒に吸着されているアンモニアによって排気ガス中のNO_ｘを還元するようにした火花点火式内燃機関の排気浄化装置において、機関低負荷運転時には、燃焼室内においてベース空燃比がリーンのもとで燃焼が行われると共にNO_x吸蔵触媒からNO_ｘを放出すべきときには燃焼室内における空燃比がリッチとされ、機関低負荷運転時に比べて機関負荷が高くなったときには、空燃比がリッチにされたときに単位時間当り生成されるアンモニア量が機関低負荷運転時に比べて低下するように、ベース空燃比が小さくされ、空燃比のリッチの度合が小さくされ、空燃比をリッチにする周期が短くされる火花点火式内燃機関の排気浄化装置が提供される。

吸着したアンモニアによってNO_xを良好に浄化しつつ燃料消費量を低減することができる。

図１は火花点火式内燃機関の全体図である。 図２は三元触媒の基体の表面部分を図解的に示す図である。 図３Aおよび３ＢはNO_x吸蔵触媒の触媒担体の表面部分等を図解的に示す図である。 図４Aおよび４ＢはNO_x吸蔵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５はNO_x放出制御を示す図である。 図６は排出NO_x量NOXAのマップを示す図である。 図７はNO_x浄化率を示す図である。 図８はアンモニアの吸着の仕方の差異に基づく脱離アンモニア量の変化を示す図である。 図９Ａおよび９Ｂはアンモニアの吸着の仕方を説明するための図である。 図１０は空燃比の変化とアンモニア発生量との関係を示す図である。 図１１は空燃比の変化とアンモニア発生量との関係を示す図である。 図１２は燃焼室内における空燃比を理論空燃比にフィードバック制御したときを示す図である。 図１３Ａおよび１３ＢはNO_x吸蔵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１４Ａおよび１４ＢはNO_x吸収能およびNO吸着能を説明するための図である。 図１５Ａおよび１５Ｂは NO_x吸収能およびNO吸着能を説明するための図である。 図１６は三元触媒およびNO_x吸蔵触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示すタイムチャートである。 図１７はNO_x浄化率を示す図である。 図１８は機関の運転領域を示す図である。 図１９は機関運転時における燃料噴射量等の変化を示すタイムチャートである。 図２０は機関の運転制御を行うためのフローチャートである。

図１に火花点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は点火栓、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。図１に示されるように、各気筒は燃焼室２内に向けて燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁１１と、吸気ポート８内に向けて燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁１２からなる一対の燃料噴射弁を具備する。各気筒の吸気ポート８は吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気ダクト１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ダクト１５内には吸入空気量検出器１７と、アクチュエータ１８ａより駆動されるスロットル弁１８とが配置される。

一方、各気筒の排気ポート１０は排気マニホルド１９を介して三元触媒２０の入口に連結され、三元触媒２０の出口は排気管２１を介してNO_x吸蔵触媒２２の入口に連結される。NO_x吸蔵触媒２２の出口はNO_x選択還元触媒２３に連結される。一方、排気管２１とサージタンク１４とは排気ガス再循環（以下、EGRと称す）通路２４を介して互いに連結される。EGR通路２４内には電子制御式EGR制御弁２５が配置され、更にEGR通路２４周りにはEGR通路２４内を流れる排気ガスを冷却するための冷却装置２６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２６内に導かれ、機関冷却水によって排気ガスが冷却される。

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。三元触媒２０の上流には機関から排出される排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２７が取り付けられており、三元触媒２０の下流には排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ２８が取付けられている。これら空燃比センサ２７、酸素濃度センサ２８および吸入空気量検出器１７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を介して点火栓６、燃料噴射弁１１，１２、スロットル弁駆動用アクチュエータ１８ａおよびEGR制御弁２５に接続される。

図２は三元触媒２０の基体５０の表面部分を図解的に示している。図２に示されるように、触媒担体５０上には上部コート層５１と下部コート層５２とが積層状に形成されている。上部コート層５１はロジウムＲh とセリウムＣe からなり、下部コート層５２は白金Ｐt とセリウムＣe からなる。なお、この場合、上部コート層５１に含まれるセリウムＣe の量は下部コート層５２に含まれるセリウムＣe の量よりも少ない。また、上部コート層５１内にはジルコニアＺr を含有せしめることができるし、下部コート層５２内にはパラジウムＰd を含有せしめることもできる。

この三元触媒２０は、燃焼室５内において理論空燃比のもとで燃焼が行われているとき、即ち機関から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比のときに、排気ガス中に含まれる有害成分ＨＣ、ＣＯおよびNO_xを同時に低減する機能を有している。従って、燃焼室５内において理論空燃比のもとで燃焼が行われているときには、排気ガス中に含まれる有害成分ＨＣ、ＣＯおよびNO_xは三元触媒２０において浄化されることになる。

なお、燃焼室５内における空燃比を完全に理論空燃比に保持し続けることは不可能であり、従って実際には、燃焼室５から排出された排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比となるように、即ち燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比を中心して振れるように、燃料噴射弁１１，１２からの噴射量が空燃比センサ２７の検出信号に基づいてフィードバック制御される。また、この場合，排気ガスの空燃比の変動の中心が理論空燃比からずれたときには、酸素濃度センサ２８の出力信号に基づいて排気ガスの空燃比の変動の中心が理論空燃比に戻るように調整される。このように燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比を中心して振れたとしても、セリウムＣe による三元触媒２０の酸素貯蔵能力により、排気ガス中に含まれる有害成分ＨＣ、ＣＯおよびNO_xは三元触媒２０において良好に浄化される。

図３ＡはNO_x吸蔵触媒２２の基体５５の表面部分を図解的に示している。図３Ａに示されるように、NO_x吸蔵触媒２２においても基体５５上にはコート層５６が形成されている。このコート層５６は例えば粉体の集合体からなり、図３Ｂはこの粉体の拡大図を示している。図３Ｂを参照すると、この粉体の例えばアルミナからなる触媒担体６０上には貴金属触媒６１，６２が担持されており、更にこの触媒担体６０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NO_x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６３が形成されている。

一方、図３Ｂにおいて貴金属触媒６１は白金Ｐt からなり、貴金属触媒６２はロジウムＲh からなる。なおこの場合、いずれの貴金属触媒６１，６２も白金Ｐt から構成することができる。また、触媒担体６０上には白金Ｐt およびロジウムＲh に加えて更にパラジウムＰd を担持させることができるし、或いはロジウムＲh に代えてパラジウムＰd を担持させることができる。即ち、触媒担体６０に担持されている貴金属触媒６１，６２は白金Ｐt、ロジウムＲh およびパラジウムＰd の少なくとも一つにより構成される。

次に、NO_x吸蔵触媒２２のNO_xの吸放出作用について、図３Ｂの拡大図を示す図４Ａおよび４Ｂを参照しつつ説明する。
さて、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには、即ち排気ガスの空燃比がリーンのときには、排気ガス中の酸素濃度が高く、従ってこのとき排気ガス中に含まれるＮＯは図４Ａに示されるように、白金Ｐt ６１上において酸化されてNO₂となり、次いで
塩基性層６３内に吸収されて硝酸イオンNO₃ ^-の形で塩基性層６３内に拡散し、硝酸塩となる。このようにして排気ガス中のNO_xが硝酸塩の形で塩基性層６３内に吸収されることになる。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐt ６１の表面でNO₂が生成され、塩基性層６３のNO_x吸収能力が飽和しない限りNO_xが塩基性層６３内に吸収されて硝酸塩が生成される。

これに対し、燃焼室５内における空燃比がリッチにされると、NO_x吸蔵触媒２２に流入する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、斯くして塩基性層６３内に吸収されている硝酸塩は順次硝酸イオンNO₃ ^-となって図４Ｂに示されるようにNO₂の形で塩基性層６３から放出される。次いで放出されたNO₂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。

なお、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには、即ち排気ガスの空燃比がリーンのときには、NOが白金Ｐt ６１の表面に吸着し、従って排気ガス中のNOはこの吸着作用によってもNO_x吸蔵触媒２２に保持されることになる。この白金Ｐt ６１の表面に吸着したNOは、燃焼室５内における空燃比がリッチにされると、白金Ｐt ６１の表面から脱離せしめられる。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、塩基性層６３はNO_xを一時的に吸蔵するためのNO_x吸蔵剤の役目を果していることになる。従って、機関吸気通路、燃焼室５およびNO_x吸蔵触媒２２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吸蔵触媒２２は、NO_x吸蔵触媒２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはNO_xを吸蔵し、NO_x吸蔵触媒２２に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したNO_xを放出することになる。

このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには、排気ガス中のNO_xがNO_x吸蔵触媒２２に吸蔵される。しかしながら、リーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われると、その間にNO_x吸蔵触媒２２のNO_x吸蔵能力が飽和してしまい、その結果NO_x吸蔵触媒２２によりNO_xを吸蔵できなくなってしまう。従って、NO_x吸蔵触媒２２のNO_x吸蔵能力が飽和する前に燃焼室５内における空燃比を一時的にリッチにし、それによってNO_x吸蔵触媒２２からNO_xを放出させるようにしている。

図５は、本発明による実施例において用いられているNO_x吸蔵触媒２２からのNO_x放出制御を示している。図５を参照すると、本発明による実施例では、NO_x吸蔵触媒２２に吸蔵された吸蔵NO_x量ΣNOXが予め定められた第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩを越えたときに燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）が一時的にリッチにされる。燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチにされると、即ちNO_x吸蔵触媒２２に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされると、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに、NO_x吸蔵触媒２２に吸蔵されたNO_xがNO_x吸蔵触媒２２から一気に放出されて還元される。それによってNO_xが浄化される。

吸蔵NO_x量ΣNOXは例えば機関から排出されるNO_x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NO_x量NOXAが要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図６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NO_x量NOXAから吸蔵NO_x量ΣNOXが算出される。この場合、燃焼室５内における空燃比がリッチにされる周期は通常１分以上である。

図７は、図５に示すような、NO_x吸蔵触媒２２のNO_xの吸蔵放出作用によりNO_xを浄化するようにした場合のNO_x浄化率を示している。なお、図７の横軸はNO_x吸蔵触媒２２の触媒温度TCを示している。この場合には、図７からわかるように、触媒温度TCが３００℃から４００℃のときには極めて高いNO_x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NO_x浄化率が低下する。このように触媒温度TCが４００℃以上になるとNO_x浄化率が低下するのは、触媒温度TCが４００℃以上になるとNO_xが吸蔵されづらくなり、また硝酸塩が熱分解してNO₂の形でNO_x吸蔵触媒２２から放出されるからである。即ち、NO_x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NO_x浄化率を得るのは困難となる。

ところで、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには、理論空燃比のもとで燃焼が行われているときに比べて、燃料消費量が少なくなる。従って、燃料消費量を低減するには、できる限り、リーン空燃比のもとで燃焼を行うことが好ましい。しかしながら、図７からわかるように、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCが高くなると、NO_x浄化率が低下する。これに対し、理論空燃比のもとで燃焼が行われているときには、三元触媒２０の温度TCが高くなっても、NO_x浄化率が低下しない。そこで、従来より、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCが低い機関低負荷運転時には、リーン空燃比のもとで燃焼を行い、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCが高くなる機関高負荷運転時には、理論空燃比のもとで燃焼を行うようにしている。

さて、上述したように、NO_x吸蔵触媒２２に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされるとNO_x吸蔵触媒２２からNO_xが放出される。このときNO_x吸蔵触媒２２から放出された大部分のNO_xはN_２となるが、一部のNO_xは、排気ガス中に含まれる炭化水素や水の熱分解作用により発生する水素と反応してアンモニアとなる。一方、図１に示されるように本発明では、NO_x吸蔵触媒２２の下流にアンモニアを吸着可能なゼオライトからなるNO_x選択還元触媒２３が配置されており、従って、NO_x吸蔵触媒２２において発生したアンモニアはNO_x選択還元触媒２３に吸着される。この場合、NO_x吸蔵触媒２２から流出したNO_xはNO_x選択還元触媒２３に吸着されたアンモニアによって還元される。即ち、本発明では、NO_x吸蔵触媒２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンに維持されているときには、排気ガス中に含まれるNO_xはNO_x吸蔵触媒２２に吸蔵され、このとき吸蔵されなかったNO_xはNO_x選択還元触媒２３に吸着しているアンモニアによって還元されることになる。

ところで、冒頭で述べたように、NO_x選択還元触媒２３へのアンモニアの吸着の仕方には、吸着したアンモニアが脱離しやすい吸着の仕方と吸着したアンモニアが脱離しづらい吸着の仕方との二つの吸着の仕方があり、アンモニアが脱離しやすい吸着の仕方をした場合には吸着したアンモニアによってNO_xを容易に還元することができるが、吸着したアンモニアが脱離しづらい吸着の仕方をした場合には吸着したアンモニアによってNO_xを容易に還元することができない。従って、吸着したアンモニアによってNO_xを還元する場合には、アンモニアの吸着の仕方について考慮を払わなければならないことになる。そこで、次に、NO_x選択還元触媒２３からの脱離アンモニア量とNO_x選択還元触媒２３の温度ＴＢとの関係を示す図８、およびNO_x選択還元触媒２３の構造を図解的に示す図９Ａおよび９Ｂを参照しつつ、アンモニアの吸着の仕方について説明する。

図８は、NO_x選択還元触媒２３の温度ＴＢを徐々に上昇させたときの脱離アンモニア量の変化を示しており、図８からNO_x選択還元触媒２３の温度ＴＢを上昇させていくと二つのピークが現れることがわかる。図８における一方のピーク（Ｌ酸点）は、図９Ａに示されるようなルイス酸点（Ｌ酸点）と称される弱酸点に吸着したアンモニアの脱離によるものであり、図８における他方のピーク（Ｂ酸点）は、図９Ｂに示されるようなブレンステッド酸点（Ｂ酸点）と称される強酸点に吸着したアンモニアの脱離によるものである。図９Ａに示されるようなルイス酸点（Ｌ酸点）、即ち弱酸点に吸着したアンモニアは、NO_xが到来すると、図８に示される如くNO_x選択還元触媒２３の温度ＴＢが比較的低いときであっても容易に脱離し、NO_xはこの脱離したアンモニアによって容易に還元される。

これに対し、図９Ｂに示されるようなブレンステッド酸点（Ｂ酸点）、即ち強酸点に吸着したアンモニアは、NO_x選択還元触媒２３の温度ＴＢが比較的低いときにはNO_xが到来しても脱離せず、NO_x選択還元触媒２３の温度ＴＢが高くなったときに始めて脱離する。通常の運転時には、NO_x選択還元触媒２３の温度ＴＢは、図８のＢ酸点で示される温度までは上昇せず、従って図９Ｂに示されるようなブレンステッド酸点（Ｂ酸点）、即ち強酸点に吸着したアンモニアはNO_xの還元のために使用できないことになる。従って、吸着したアンモニアによってNO_xを還元するには、アンモニアを図９Ａに示されるようなルイス酸点（Ｌ酸点）、即ち弱酸点に吸着させる必要がある。

図１０は、機関低負荷運転時において、NO_x吸蔵触媒２２へのNO_xの吸蔵放出作用を利用してNO_xを浄化している場合の燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）の変化と、NO_x吸蔵触媒２２におけるアンモニア発生量を示している。なお、図１０において、（Ａ／Ｆ）ｂはベース空燃比を示しており、Δ（Ａ／Ｆ）ｒは空燃比のリッチ度合いを示しており、ΔＴは空燃比のリッチ周期を示している。このとき発生したアンモニアは、図９Ａに示されるようなルイス酸点（Ｌ酸点）、即ち弱酸点に吸着され、従ってNO_x吸蔵触媒２２から流出したNO_xはNO_x選択還元触媒２３に吸着しているアンモニアによって良好に還元されることになる。

機関負荷が高くなると、燃焼室５内において発生するNO_xの量が増大し、従って単位時間当りNO_x吸蔵触媒２２に吸蔵されるNO_xが増大する。単位時間当りNO_x吸蔵触媒２２に吸蔵されるNO_xが増大すると、NO_xを放出すべく空燃比をリッチにするために単位時間当りに供給される追加の燃料量が増大する。単位時間当りに供給される追加の燃料量が増大すると、NO_x吸蔵触媒２２において単位時間当り生成されるアンモニア量が増大する。即ち、機関負荷が高くなると、NO_x吸蔵触媒２２において単位時間当り生成されるアンモニア量が増大することになる。

ところで、NO_x選択還元触媒２３にアンモニアが到達すると、アンモニアは吸着しやすいルイス酸点（Ｌ酸点）、即ち弱酸点から吸着し、弱酸点への吸着量が飽和すると、吸着しづらいブレンステッド酸点（Ｂ酸点）、即ち強酸点への吸着が開始される。この場合、前述したように、強酸点に吸着したアンモニアはNO_xの還元に有効に使用することができない。従って、吸着したアンモニアをNO_xの還元のために有効に使用するためには全てのアンモニアが強酸点に吸着することなく弱酸点に吸着するようにアンモニアの生成量を抑える必要がある。

そこで本発明では、上述したように、機関負荷が高くなってNO_x吸蔵触媒２２において単位時間当り生成されるアンモニア量が増大するときには、単位時間当り生成されるアンモニア量が低下するように燃焼室内における空燃比のリッチの度合いを制御するようにしている。このときの燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）の変化と、NO_x吸蔵触媒２２におけるアンモニア発生量とが図１１に示されている。なお、図１１において、（Ａ／Ｆ）ｂはベース空燃比を示しており、Δ（Ａ／Ｆ）ｒは空燃比のリッチ度合いを示しており、ΔＴは空燃比のリッチ周期を示している。

図１１に示されるように、機関負荷が高くなったときには、図１０に示される機関低負荷運転時に比べて、ベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが低くされ、空燃比のリッチ度合いΔ（Ａ／Ｆ）ｒが小さくされ、空燃比のリッチ周期ΔＴが短くされる。即ち、空燃比をリッチにするときの追加の燃料噴射量が多くなると、炭化水素等の還元剤の量も多くなるために、アンモニアの発生量が増大する傾向にある。従って、空燃比をリッチにするときの追加の燃料噴射量を少なくするために図１１に示されるように、ベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが低くされ、空燃比のリッチ度合いΔ（Ａ／Ｆ）ｒが小さくされ、空燃比のリッチ周期ΔＴが短くされる。

即ち、本発明では、機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNO_ｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチにされると吸蔵したNO_ｘを放出するNO_x吸蔵触媒２２を配置し、NO_x吸蔵触媒２２下流の機関排気通路内にNO_x選択還元触媒２３を配置して流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにNO_x吸蔵触媒２２において生成されたアンモニアをNO_x選択還元触媒２３に吸着させると共にNO_x選択還元触媒２３に吸着されているアンモニアによって排気ガス中のNO_ｘを還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、機関低負荷運転時には、燃焼室５内においてベース空燃比がリーンのもとで燃焼が行われると共にNO_x吸蔵触媒２２からNO_ｘを放出すべきときには燃焼室５内における空燃比がリッチとされ、機関低負荷運転時に比べて機関負荷が高くなったときには、空燃比がリッチにされたときに単位時間当り生成されるアンモニア量が機関低負荷運転時に比べて低下するように、ベース空燃比が小さくされ、空燃比のリッチの度合が小さくされ、空燃比をリッチにする周期が短くされる。

なお、図１２は、燃焼室５内における空燃比が理論空燃比にフィードバック制御されている場合の燃焼室５内における空燃比の変化を示している。

さて、機関負荷が高くなったときに、機関低負荷運転時に比べて、ベース空燃比が小さくされ、空燃比のリッチの度合が小さくされ、空燃比をリッチにする周期が短くされると、上述したように、NO_x選択還元触媒２３での吸着アンモニアによるNO_xの浄化作用が向上するが、このとき同時に、NO_x吸蔵触媒２２におけるNO_x浄化率が向上することが本発明者等により見出されたのである。この本発明者等により見出された新たなNO_x浄化方法は、NO_x吸蔵触媒２２におけるNOの吸着作用に基づいている。

即ち、従来より、NO_x吸蔵触媒２２にNOが吸着していることはわかっている。しかしながら、NO_x吸蔵触媒２２における吸着NOの挙動については、これまでほとんど追求されることはなかった。そこで、本発明者等は、このNO_x吸蔵触媒２２における吸着NOの挙動を追求し、この吸着NOの吸着特性を利用すると、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCが高いときにリーン空燃比のもとで燃焼を行ったとしても、高いNO_x浄化率を確保し得ることを突き止めたのである。この新たなNO_x浄化方法は、NOの吸着作用を利用しているので、以下この新たなNO_x浄化方法を、吸着NO利用のNO_x浄化方法と称する．そこで、次に、この吸着NO利用のNO_x浄化方法について図１３Ａおよび１３Ｂを参照しつつ説明する。

図１３Ａおよび１３Ｂは、図３Ｂの拡大図、即ちNO_x吸蔵触媒２２の触媒担体６０の表面部分を示している。また、図１３Ａは、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときを示しており、図１３Ｂは、燃焼室５内における空燃比がリッチにされたときを示している。リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには、即ち排気ガスの空燃比がリーンのときには、前述したように排気ガス中に含まれるNO_xは塩基性層６３内に吸収されるが、排気ガス中に含まれるNOの一部は図１３Ａに示されるように、白金Ｐt ６１の表面に解離して吸着する。この白金Ｐt ６１の表面へのNOの吸着量は時間の経過と共に増大し、従って時間の経過と共にNO_x吸蔵触媒２２へのNO吸着量は増大することになる。

一方、燃焼室５内における空燃比がリッチにされると、燃焼室５からは多量の一酸化炭素COが排出され、従ってNO_x吸蔵触媒２２に流入する排気ガス中には多量の一酸化炭素COが含まれることになる。この一酸化炭素COは図１３Ｂに示されるように、白金Ｐt ６１の表面上に解離吸着しているNOと反応し、このNOは、一方ではＮ₂となり、他方では還元性中間体NCOとなる。この還元性中間体NCOは生成後、暫らくの間、塩基性層６３の表面上に保持又は吸着され続ける。従って、塩基性層６３上の還元性中間体NCOの量は、時間の経過と共に次第に増大していくことになる。この還元性中間体NCOは排気ガス中に含まれるNO_xと反応し、それによって排気ガス中に含まれるNO_xが浄化される。

このように、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには、即ち排気ガスの空燃比がリーンのときには、一方では図４Ａに示されるように、排気ガス中に含まれるNO_xはNO_x吸蔵触媒２２に吸収され、他方では図１３Ａに示されるように、排気ガス中に含まれるNOはNO_x吸蔵触媒２２に吸着される。即ち、このとき排気ガス中に含まれるNO_xはNO_x吸蔵触媒２２に吸蔵されることになる。これに対し、燃焼室５内における空燃比がリッチにされると、NO_x吸蔵触媒２２に吸収又は吸着されていたNO_x、即ちNO_x吸蔵触媒２２に吸蔵されていたNO_xが NO_x吸蔵触媒２２から放出されることになる。

図１４Ａは、図５に示す如く、NO_x吸蔵触媒２２へのNO_xの吸蔵放出作用を利用してNO_xを浄化している場合におけるNO_ｘ吸収能とNO吸着能とを示している。なお、図１４Ａにおいて縦軸は、NO_x吸収能とNO吸着能の和であるNO_xの吸蔵能を示しており、横軸はNO_x吸蔵触媒２２の温度TCを示している。図１４Ａからわかるように、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCがほぼ400℃よりも低いときには、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCにかかわらずに、NO_x吸収能およびNO吸着能は一定であり、従って、NO_x吸収能とNO吸着能の和であるNO_xの吸蔵能も、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCにかかわらずに一定となる。

一方、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCが高くなると、白金Ｐt ６１の表面上におけるNO_xの酸化反応（NO→NO₂）は速くなる。しかしながら、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCが高くなると、NO₂が硝酸イオンNO₃ ^-となる反応（NO₂＋Ba(CO₃）₂→Ba(NO₃）₂＋CO₂)が遅くなり、その結果、NO_xがNO_x吸蔵触媒２２に吸蔵されづらくなる。また、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCが高くなると、硝酸塩が熱分解してNO₂の形でNO_x吸蔵触媒２２から放出される。従って、図１４Ａに示されるように、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCが高くなって４００℃以上の高温になるとNO_x吸収能が急激に低下する。これに対し、白金Ｐt ６１の表面へのNOの吸着量はNO_x吸蔵触媒２２の温度TCの影響をほとんど受けない。従って、図１４Ａに示されるように、NO吸着能はNO_x吸蔵触媒２２の温度TCが高くなってもほとんど変化しない。

次に、図１５Ａおよび１５Ｂを参照しつつ、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときの排気ガス中の酸素濃度と、ＮＯ吸着能、NO_x吸収能との関係について説明する。最初に、白金Ｐt ６１の表面への吸着について考えてみると、白金Ｐt ６１の表面にはNOとO₂とが競争吸着する。即ち、排気ガス中に含まれるNOの量がO₂の量に比べて多くなればなるほど白金Ｐt ６１の表面に吸着するNOの量は O₂の量に比べて多くなり、これとは逆に、排気ガス中に含まれるO₂の量がNOの量に比べて多くなればなるほど白金Ｐt ６１の表面に吸着するNOの量はO₂の量に比べて少なくなる。従って、NO_x吸蔵触媒２２におけるＮＯ吸着能は、図１５Ａに示されるように、排気ガス中の酸素濃度が高くなるほど低下する。

一方、排気ガス中の酸素濃度が高くなればなるほど、排気ガス中のNOの酸化作用が促進され、NO_x吸蔵触媒２２へのNO_xの吸収が促進される。従って、図１５Ｂに示されるように、NO_x吸蔵触媒２２におけるNO_x吸収能は、排気ガス中の酸素濃度が高くなればなるほど、高くなる。なお、図１５Ａおよび１５Ｂにおいて、領域Ｘは、図５に示す如く、NO_x吸蔵触媒２２へのNO_xの吸蔵放出作用を利用してNO_xを浄化している場合においてリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときを示している。このときには、ＮＯ吸着能が低く、NO_x吸収能が高いことがわかる。前述した図１４Ａは、このときのNO吸着能とNO_x吸収能を示している。

さて、図１４Ａを参照しつつ既に説明したように、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCが高くなって４００℃以上の高温になるとNO_x吸収能が急激に低下する。これに対し、NO吸着能はNO_x吸蔵触媒２２の温度TCが高くなってもほとんど変化しない。従って、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCが高くなって４００℃以上の高温になったときには、NO_xの吸収作用を利用したNO_x浄化方法を取りやめ、それに代えてNOの吸着作用を利用したNO_x浄化方法を用いると、NO_xを浄化し得るのではないかということが推測される。しかしながら、図１４Ａからわかるように、NO吸着能は低く、燃料消費量の増大を招くことなくNOの吸着作用を利用してNO_xを浄化するには、ＮＯ吸着能を増大させる必要がある。

この場合、ＮＯ吸着能を増大させるには、図１５Ａからわかるように、排気ガス中の酸素濃度を低下させればよいことになる。このときには、図１５Ｂに示されるように、NO_x吸収能は低下する。図１５Ａおよび１５Ｂにおいて排気ガス中の酸素濃度を領域Ｙまで低下させたときのNO_x吸収能およびＮＯ吸着能が図１４Ｂに示されている。このように排気ガス中の酸素濃度を低下させることによって、ＮＯ吸着能を増大させることができる。排気ガス中の酸素濃度を低下させるということは、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときの空燃比（ベース空燃比と称す）を低下させることを意味しており、従ってベース空燃比を低下させることによってＮＯ吸着能を増大させることができる。

即ち、図１１に示されるように、ベース空燃比が低下せしめられると、NOの吸着作用を利用した良好なNO_xの浄化作用が行われる。なお、このときには、図１１に示されるように、機関低負荷運転時に比べて、ベース空燃比が小さくされるばかりでなく、空燃比のリッチの度合が小さくされ、空燃比をリッチにする周期が短くされると、NOの吸着作用を利用した良好なNO_xの浄化作用が行われることが判明している。

図１６は、図１１に示される如く、NOの吸着作用を利用してNO_xを浄化するようにした場合の燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）の変化と、NO_x吸蔵触媒２２に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の変化とを示している。この場合には、燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチにされると、三元触媒２０では貯蔵されている酸素が放出されて時間ｔ１の間、理論空燃比に維持され、それによって、ＨＣ、ＣＯおよびNO_xが同時に低減される。この間、図１６に示されるように、NO_x吸蔵触媒２２に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in は理論空燃比に維持される。次いで、三元触媒２０の貯蔵酸素が消費されると、NO_x吸蔵触媒２２に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in が、時間ｔ２の間、リッチとなる。このとき図１３Ｂに示されるように、白金Ｐt ６１の表面上に解離吸着しているNOは、一方ではＮ₂となり、他方では還元性中間体NCOとなる。この還元性中間体NCOは生成後、暫らくの間、塩基性層６３の表面上に保持又は吸着され続ける。

次いで、燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）が再びリーンに戻されると、今度は
三元触媒２０に酸素が貯蔵される。このとき三元触媒２０の触媒表面では空燃比が、時間ｔ３の間、理論空燃比に維持され、それによりこのときも、ＨＣ、ＣＯおよびNO_xが同時に低減される。次いで、時間ｔ４の間、排気ガス中に含まれているNO_xは、塩基性層６３の表面上に保持又は吸着されている還元性中間体NCOと反応して還元性中間体NCOにより還元される。次いで、時間ｔ５の間、排気ガス中に含まれるNOは、図１３Ａに示されるように、白金Ｐt ６１の表面に解離して吸着する。

このように、図１１に示される如く、機関負荷が高くなったときに、機関低負荷運転時に比べて、ベース空燃比が小さくされ、空燃比のリッチの度合が小さくされ、空燃比をリッチにする周期が短くされると、NOの吸着作用を利用したNO_xの浄化作用と、三元触媒２０での酸素貯蔵機能を利用したNO_xの浄化作用と、NO_x選択還元触媒２３に吸着しているアンモニアによるNO_xの浄化作用との三つの浄化作用が行われる。このときのNO_x浄化率が図１７に示されている。図１７に示されるように、この場合には、NO_x吸蔵触媒２２の温度TCが高くなって４００ ℃以上の高温になっても、NO_x浄化率が低下しないことがわかる。

次に、機関の運転制御の概要について説明する。本発明による一実施例では、図１８に示されるように、機関低負荷運転側の機関低負荷運転領域Ｉと、機関高負荷運転側の機関高負荷運転領域IIIと、機関低負荷運転領域Ｉおよび機関高負荷運転領域IIIの間に位置する機関中負荷運転領域IIとが予め設定されている。なお、図１８の縦軸Ｌは要求負荷を示しており、横軸Ｎは機関回転数を示している。この場合、機関低負荷運転領域Ｉでは、図１０に示されるように、NO_x吸蔵触媒２２へのNO_xの吸蔵放出作用を利用してNO_xを浄化するようにしたNO_xの浄化作用が行われ、機関中負荷運転領域IIでは、図１１に示されるように、NOの吸着作用を利用してNO_xを浄化するようにしたNO_xの浄化作用が行われる。なお、機関高負荷運転領域IIIでは、図１２に示されるように、燃焼室５内における空燃比が理論空燃比にフィードバック制御される。

即ち、この実施例では、NO_x吸蔵触媒２２上流の機関排気通路内に三元触媒２０を配置し、機関の運転領域が、機関低負荷運転側の予め定められた機関低負荷運転領域Ｉと、機関高負荷運転側の予め定められた機関高負荷運転領域IIIと、機関低負荷運転領域Ｉおよび機関高負荷運転領域IIIの間に位置する予め定められた機関中負荷運転領域IIからなり、予め定められた機関低負荷運転領域Ｉでは燃焼室５内においてベース空燃比がリーンのもとで燃焼が行われると共にNO_x吸蔵触媒２２からNO_ｘを放出すべきときには燃焼室５内における空燃比がリッチとされ、予め定められた機関高負荷運転領域IIIでは燃焼室５内における空燃比が理論空燃比にフィードバック制御され、予め定められた機関中負荷運転領域IIでは、空燃比がリッチにされたときに単位時間当り生成されるアンモニア量が機関低負荷運転領域Ｉに比べて低下するように、ベース空燃比が小さくされ、空燃比のリッチの度合が小さくされ、空燃比がリッチにされる周期が短くされる。

なお、図１０、１１および１２からわかるように、機関中負荷運転領域IIにおけるベース空燃比は、機関低負荷運転領域Ｉにおけるベース空燃比と理論空燃比との中間値である。

次に、低負荷運転から高負荷運転に移行するときを示す図１９を参照しつつ、NO_x浄化方法について説明する。なお、図１９には、燃焼室５内への燃料噴射量の変化と、燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）の変化と、吸蔵NO_x量ΣNOXの変化を示している。また、図１９において、MAXＩは第一の許容NO_x吸蔵量を示しており、MAXIIは第二の許容NO_x吸蔵量を示している。図１９から明らかなように、第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIは第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩに比べて小さな値とされている。

さて、図１９において、機関低負荷運転領域Ｉにおいては、吸蔵NO_x量ΣNOXが第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩを超えると、燃焼室５内における空燃比が一時的にリッチにされる。一方、NO_x吸蔵触媒２２にNO_ｘが吸蔵されている状態で、図１１に示される、NOの吸着作用を利用したNO_xの浄化方法に切替えられると、NOの吸着作用を利用したNO_xの浄化に切替えられた直後に、NO_x吸蔵触媒２２に吸蔵されているNO_ｘの一部が還元されることなく放出される。そこで本発明による実施例では、図１９に示されているように、機関の運転状態が機関低負荷運転領域Ｉから機関中負荷運転領域IIに移行したときには、燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）が一時的にリッチにされる。

機関中負荷運転領域IIでは図１９に示されるように、吸蔵NO_x量ΣNOXが第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIを超えると、燃焼室５内における空燃比が一時的にリッチにされる。この機関中負荷運転領域IIではNO_x吸蔵触媒２２の温度が高いために、NO_x吸蔵触媒２２にNO_xがほとんど吸収されず、大部分のNO_xは吸着NOからなる。従って、別の言い方をすると、NO_x吸蔵触媒２２に吸着されているNO吸着量が算出されており、機関中負荷運転領域IIにおいて機関の運転が行われているときに、NO吸着量ΣNOXが予め定められた許容NO吸着量MAXIIを超えたときに燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチとされる。

このようにこの実施例では、 NO_x吸蔵触媒２２に吸蔵されているNO_x吸蔵量ΣNOXが算出されており、機関低負荷運転領域Ｉにおいて機関の運転が行われているときに、NO_x吸蔵量ΣNOXが予め定められた第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩを超えたときに燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチとされ、機関中負荷運転領域IIにおいて機関の運転が行われているときに、NO_x吸蔵量ΣNOXが予め定められた第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIを超えたときに燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチとされ、第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIは第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩに比べて小さな値とされている。

一方、NO_x吸蔵触媒２２にNO_ｘが吸蔵されている状態で、図１２に示される、理論空燃比へのフィードバック制御によるNO_xの浄化方法に切替えられると、理論空燃比へのフィードバック制御によるNO_xの浄化方法に切替えられた直後に、NO_x吸蔵触媒２２に吸蔵されているNO_ｘの一部が還元されることなく放出される。そこでこの実施例では、図１９に示されているように、機関の運転状態が機関中負荷運転領域IIから機関高負荷運転領域IIIに移行したときには、燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）が一時的にリッチにされる。

機関高負荷運転領域IIIでは、燃焼室５内における空燃比が理論空燃比となるように、空燃比センサ２７の出力信号に基づいて各燃料噴射弁１１，１２からの噴射量がフィードバック制御される。このときには、排気ガス中に含まれる有害成分ＨＣ、ＣＯおよびNO_xは三元触媒２０において同時に浄化される。

図２０に運転制御ルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図２０を参照すると、まず初めにステップ８０において、機関の運転状態が図１８に示される機関高負荷運転領域IIIであるか否かが判別される。機関の運転状態が機関高負荷運転領域IIIでないときにはステップ８１に進み、図６に示すマップから単位時間当りの排出NO_ｘ量NOXAが算出される。次いでステップ８２ではΣNOXに排出NO_ｘ量NOXAを加算することによって吸蔵NO_ｘ量ΣNOXが算出される。次いで、ステップ８３では、機関の運転状態が図１８に示される機関低負荷運転領域Ｉであるか否かが判別される。機関の運転状態が図１８に示される機関低負荷運転領域Ｉであるときにはステップ８４に進む。

ステップ８４では、NO_x吸蔵量ΣNOXが第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩを超えたか否かが判別され、NO_x吸蔵量ΣNOXが第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩを超えていないときには、ステップ８５に進んで、燃焼室５内における空燃比が、機関の運転状態に応じて予め定められているリーン空燃比とされる。このときには、ベース空燃比がリーンのもとで燃焼が行われる。これに対し、ステップ８４において、NO_x吸蔵量ΣNOXが第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩを超えたと判断されたときには、ステップ８６に進んで、燃焼室５内における空燃比が一時的にリッチとされ、ΣNOXがクリアされる。このとき、NO_x吸蔵触媒２２に吸蔵されていたNO_xが NO_x吸蔵触媒２２から放出される。

一方、ステップ８３において、機関の運転状態が図１８に示される機関低負荷運転領域Ｉではないと判断されたとき、即ち機関の運転状態が図１８に示される機関中負荷運転領域IIであると判断されたときには、ステップ８７に進んで、今、機関の運転状態が機関低負荷運転領域Ｉから機関中負荷運転領域IIに移行したか否かが判別される。今、機関の運転状態が機関低負荷運転領域Ｉから機関中負荷運転領域IIに移行したときにはステップ８８に進んで燃焼室５内における空燃比が一時的にリッチにされる。これに対し、既に、機関の運転状態が機関低負荷運転領域Ｉから機関中負荷運転領域IIに移行しているときには
ステップ８９に進む。

ステップ８９では、NO_x選択還元触媒２３が劣化したか否かが判別される。この場合、例えば車両の走行距離が予め定められた距離を越えたときにNO_x選択還元触媒２３が劣化したと判断される。ステップ８９においてNO_x選択還元触媒２３が劣化していないと判別されたときには、ステップ９０に進んで、NO_x吸蔵量ΣNOXが第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIを超えたか否かが判別される。NO_x吸蔵量ΣNOXが第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIを超えていないときには、ステップ９１に進んで、燃焼室５内における空燃比が、機関の運転状態に応じて予め定められているリーン空燃比とされる。このとき、ベース空燃比がリーンのもとで燃焼が行われる。なお、このときのベース空燃比は機関低負荷運転領域Ｉにおけるベース空燃比よりも小さい。

これに対し、ステップ９０において、NO_x吸蔵量ΣNOXが第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIを超えたと判断されたときには、ステップ９２に進んで、燃焼室５内における空燃比が一時的にリッチとされ、ΣNOXがクリアされる。このとき、NO_x吸蔵触媒２２に吸蔵されていたNO_xが NO_x吸蔵触媒２２から放出される。一方、ステップ８９においてNO_x選択還元触媒２３が劣化したと判別されたときには、もはやNO_x選択還元触媒２３においてアンモニアの吸着を用いたNO_xの浄化作用を行うことはできない。従って、このときには、ステップ９３に進んで燃焼室５内における空燃比が理論空燃比にフィードバック制御される。

一方、ステップ８０において、機関の運転状態が図１８に示される機関高負荷運転領域IIIであると判断されたときには、ステップ９４に進んで、今、機関の運転状態が機関中負荷運転領域IIから機関高負荷運転領域IIIに移行したか否かが判別される。今、機関の運転状態が機関中負荷運転領域IIから機関高負荷運転領域IIIに移行したときにはステップ９５に進んで燃焼室５内における空燃比が一時的にリッチにされる。これに対し、既に、機関の運転状態が機関中負荷運転領域IIから機関高負荷運転領域IIIに移行しているときにはステップ９６に進む。ステップ９６では、燃焼室５内における空燃比が理論空燃比にフィードバック制御される。

５ 燃焼室
６ 点火栓
１１，１２ 燃料噴射弁
１４ サージタンク
１９ 排気マニホルド
２０ 三元触媒
２２ NO_x吸蔵触媒
２３ NO_x選択還元触媒

Claims (5)

1. 機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNO_ｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチにされると吸蔵したNO_ｘを放出するNO_x吸蔵触媒を配置し、該NO_x吸蔵触媒下流の機関排気通路内にNO_x選択還元触媒を配置して該流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときにNO_x吸蔵触媒において生成されたアンモニアをNO_x選択還元触媒に吸着させると共にNO_x選択還元触媒に吸着されているアンモニアによって排気ガス中のNO_ｘを還元するようにした火花点火式内燃機関の排気浄化装置において、機関低負荷運転時には、燃焼室内においてベース空燃比がリーンのもとで燃焼が行われると共にNO_x吸蔵触媒からNO_ｘを放出すべきときには燃焼室内における空燃比がリッチとされ、該機関低負荷運転時に比べて機関負荷が高くなったときには、空燃比がリッチにされたときに単位時間当り生成されるアンモニア量が機関低負荷運転時に比べて低下するように、ベース空燃比が小さくされ、空燃比のリッチの度合が小さくされ、空燃比をリッチにする周期が短くされる火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
2. 該NO_x吸蔵触媒上流の機関排気通路内に三元触媒を配置し、機関の運転領域が、機関低負荷運転側の予め定められた機関低負荷運転領域と、機関高負荷運転側の予め定められた機関高負荷運転領域と、該機関低負荷運転領域および該機関高負荷運転領域の間に位置する予め定められた機関中負荷運転領域からなり、該機関低負荷運転領域では燃焼室内においてベース空燃比がリーンのもとで燃焼が行われると共にNO_x吸蔵触媒からNO_ｘを放出すべきときには燃焼室内における空燃比がリッチとされ、該機関高負荷運転領域では燃焼室内における空燃比が理論空燃比にフィードバック制御され、該機関中負荷運転領域では、空燃比がリッチにされたときに単位時間当り生成されるアンモニア量が機関低負荷運転領域に比べて低下するように、ベース空燃比が小さくされ、空燃比のリッチの度合が小さくされ、空燃比をリッチにする周期が短くされる請求項１に記載の火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
3. 該NO_x選択還元触媒が劣化したか否かが判別され、NO_x選択還元触媒が劣化したと判断されたときには、該機関中負荷運転領域では燃焼室内における空燃比が理論空燃比にフィードバック制御される請求項２に記載の火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
4. NO_x吸蔵触媒に吸蔵されているNO_x吸蔵量が算出されており、上記機関低負荷運転領域において機関の運転が行われているときに、該NO_x吸蔵量が予め定められた第一の許容NO_x吸蔵量を超えたときに燃焼室内における空燃比がリッチとされ、上記機関中負荷運転領域において機関の運転が行われているときに、該NO_x吸蔵量が予め定められた第二の許容NO_x吸蔵量を超えたときに燃焼室内における空燃比がリッチとされ、該第二の許容NO_x吸蔵量は該第一の許容NO_x吸蔵量に比べて小さな値とされている請求項２に記載の火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
5. NO_x吸蔵触媒の触媒担体上には、貴金属触媒が担持されており、更にこの触媒担体上にはカリウム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NO_x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が形成されている請求項１に記載の火花点火式内燃機関の排気浄化装置。

Images