JP5880739B2

JP5880739B2 - 内燃機関の異常検出装置

Info

Publication number: JP5880739B2
Application number: JP2014559443A
Authority: JP
Inventors: 吉田　耕平; 耕平吉田; 俊博森; 了平大野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: EP2952704B1; US20150361844A1; US9611772B2; JPWO2014118951A1; EP2952704A4; CN104968902B; EP2952704A1; WO2014118951A1; CN104968902A

Description

本発明は内燃機関の異常検出装置に関する。

機関排気通路内にNO_x吸蔵還元触媒が配置されると共にNO_x吸蔵還元触媒の上流に炭化水素供給弁が配置されており、NO_x吸蔵還元触媒に吸蔵されたSO_xを放出させるときには炭化水素供給弁から炭化水素を供給してNOx吸蔵還元触媒の温度を上昇させ、次いでNO_x吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を間欠にリッチにしてNO_x吸蔵還元触媒からSO_xを放出させるようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。ところが、このようにNO_x吸蔵還元触媒の上流に炭化水素が供給されるとNO_x吸蔵還元触媒が目詰まりを生じる場合がある。この場合、この特許文献１には、NO_x吸蔵還元触媒が目詰まりを生ずると、炭化水素が供給されたときに、目詰まりをしていないときに比べてNO_x吸蔵還元触媒から流出する排気ガスの空燃比がリーンとなり、またNO_x吸蔵還元触媒が目詰まりを生ずると、NO_x吸蔵還元触媒の温度を上昇させるべく炭化水素が供給されたときに、目詰まりをしていないときに比べてNO_x吸蔵還元触媒の昇温速度が遅くなり、従ってこれらのことから、NO_x吸蔵還元触媒が目詰まりを生じたか否かを判別しうることが記載されている。

特開２００５−２４８７６０号公報

ところで、NO_x吸蔵還元触媒がかなり目詰まりした場合には、NO_x吸蔵還元触媒から流出する排気ガスの空燃比がリーン側になったことからNO_x吸蔵還元触媒が目詰まりしたことを検出することができる。しかしながら、該排気浄化触媒の上流側端面周辺部の一部に排気ガス中の微粒子が堆積し、それにより排気浄化触媒の上流側端面の一部において微粒子の堆積による詰まりが生じたような場合には、炭化水素供給弁から炭化水素が供給されても、NO_x吸蔵還元触媒から流出する排気ガスの空燃比の値はほとんど変化しない。従って、排気浄化触媒の上流側端面の一部において微粒子の堆積による詰まりが生じたような場合には、NO_x吸蔵還元触媒から流出する排気ガスの空燃比のリーンの度合い或いはリッチの度合いを検出したとしても、排気浄化触媒の上流側端面の一部において微粒子の堆積による詰まりが生じたことを検出することはできない。

本発明の目的は、排気浄化触媒の上流側端面の一部において微粒子の堆積による詰まりが生じたような場合でも、微粒子の堆積による詰まりが生じたことを検出することのできる内燃機関の異常検出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、排気浄化触媒が排気浄化触媒の長手軸線方向に延びる複数の排気流通路を有するストレートフロー型の触媒からなり、排気浄化触媒の上流側端面周辺部において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じる可能性のある限られた一部の領域が微粒子堆積領域として予め予測されていると共に、排気浄化触媒の下流側端面周辺部の下流であって排気浄化触媒の長手軸線に沿って見たときに微粒子堆積領域の下流側に当る排気ガス流通領域内に空燃比センサを配置し、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が瞬時的に変化せしめられたときに、排気浄化触媒の上流側端面周辺部の微粒子堆積領域において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていると、微粒子の堆積による詰まりが生じていない場合に比べて、空燃比センサの出力値の変化速度が低下し、排気浄化触媒の上流側端面周辺部の微粒子堆積領域において排気ガス中の微粒子による詰まりが生じているか否かを判別するときには排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を瞬時的に変化させ、このとき空燃比センサの出力値の変化速度が低下したときには、排気浄化触媒の上流側端面周辺部の微粒子堆積領域において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていると判別される内燃機関の異常検出装置が提供される。

排気浄化触媒の上流側端面の一部において微粒子の堆積による詰まりが生じたような場合でも、空燃比センサの出力値の変化速度が低下から、微粒子の堆積による詰まりが生じたことを検出することができる。

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NO_x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NO_x浄化率を示す図である。図１０は炭化水素の噴射周期ΔＴとNO_x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NO_x放出制御を示す図である。図１３は排出NO_x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１６Ａおよび１６Ｂは図１に示される排気浄化触媒周りの拡大図である。図１７Ａおよび１７Ｂは別の実施例を示す排気浄化触媒周りの拡大図である。図１８は端面閉塞率と単位断面積当りの流量の変化を示す図である。図１９Ａおよび１９Ｂは空燃比センサの出力値の変化を示す図である。図２０は空燃比センサの出力値の変化を示す図である。図２１はNO_x浄化制御を行うためのフローチャートである。図２２検出要求判定を行うためのフローチャートである。図２３は詰まりを検出するためのフローチャートである。図２４は再生処理を行うためのフローチャートである。図２５は空燃比センサの出力値の変化を示す図である。図２６はNO_x浄化制御を行うためのフローチャートである。図２７は詰まりを検出するためのフローチャートである。図２８は詰まりを検出するためのフローチャートである。図２９は温度センサの出力値の変化を示す図である。図３０は詰まりを生じているか否かの判断を説明するための表である。図３１はNO_x浄化制御を行うためのフローチャートである。図３２は詰まりを検出するためのフローチャートである。図３３はチェック処理を行う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13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。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の下流には排気浄化触媒13から流出した排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ23が取付けられており、更に排気浄化触媒13の下流には排気浄化触媒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。これら空燃比センサ23、温度センサ24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NO_x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NO_x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NO_x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NO_x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NO_x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NO₂となり、次いでこのNO₂は更に酸化されてNO₃となる。また、NO₂の一部はNO₂ ^-となる。従って白金Pt51上にはNO₂ ^- とNO₃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NO₂ ^-とNO₃は活性が強く、従って以下これらNO、NO₂ ^-およびNO₃を活性NO_x ^*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NO_x ^*周りの炭化水素濃度が高くなる。ところで活性NO_x ^*が生成された後、活性NO_x ^*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NO_x ^*は酸化され、硝酸イオンNO₃ ^-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NO_x ^*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NO_x ^*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-NO₂であると考えられる。このニトロ化合物R-NO₂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-NH₂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-NH₂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NO_xや活性NO_x ^*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-NH₂は図６Ａに示されるようにＮ₂，CO₂，H₂Oに変換せしめられ、斯くしてNO_x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NO_xや活性NO_x ^*や酸素と反応し、或いは自己分解し、それによりNO_xが浄化される。即ち、排気浄化触媒13によりNO_x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NO_xや活性NO_x ^*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-NH₂が排気ガス中のNO_xや活性NO_x ^*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NO_x ^*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NO_x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-NH₂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-NH₂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-NH₂はＮ₂，CO₂，H₂O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-NH₂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-NH₂が消滅し、このとき白金Pt53上において生成された活性NO_x ^*は図７Ａに示されるように硝酸イオンNO₃ ^-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NO_x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NO_x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（NO₃ ^-→NO₂）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NO₃ ^-となって図７Ｂに示されるようにNO₂の形で塩基性層53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。

図８は塩基性層53のNO_x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NO_x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NO_x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NO_x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。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NO_xを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したNO_xを放出するNO_x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NO_x吸蔵触媒として機能させたときのNO_x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NO_x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。なお、図９には、図５に示されるNO_x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℃以上になると硝酸塩が熱分解してNO₂の形で排気浄化触媒13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である。しかしながら図４から図６Ｂに示される新たなNO_x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NO_x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NO_x浄化方法を用いてNO_ｘ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NO_x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NO_x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NO_x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NO_x浄化方法は、貴金属触媒を担持しかつNO_x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NO_xを浄化するようにした新たなNO_x浄化方法であると言うことができる。実際、この新たなNO_x浄化方法を用いた場合には排気浄化触媒13をNO_x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NO_x浄化方法を以下、第１のNO_x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NO_x ^*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NO_x ^*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NO_x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NO_x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NO_x吸蔵触媒として機能させた場合のNO_x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NO_x吸蔵触媒として機能させた場合のNO_x浄化方法を以下、第２のNO_x浄化方法と称する。
この第２のNO_x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NO_x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NO_x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NO_x量NOXAから吸蔵NO_x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NO_x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、機関から排出される排気ガス中には種々の微粒子が含まれているが、通常これらの微粒子は排気浄化触媒13をすり抜け、従って通常これらの微粒子が排気浄化触媒13の上流側端面上に、或いは排気浄化触媒13内に堆積することはない。ところが、前述した新たなNO_x浄化方法、即ち第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化が行われると、排気浄化触媒13には、機関から排出された微粒子に加え、炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素が高い頻度でもって流入するために、排気浄化触媒13の上流側端面にはこれら微粒子や炭化水素が次第に堆積することになる。なお、この場合、機関から排出された微粒子および炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素を排気ガス中の微粒子と称すると、第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が行われたときには、排気浄化触媒13の上流側端面上に排気ガス中の微粒子が堆積することになる。

ところで、一般的に言って、排気ガスは、機関排気系の構造等の影響により、排気浄化触媒13の上流側端面に対して一様には流入せず、ましてや機関から排出された微粒子や炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素、即ち排気ガス中の微粒子は通常、排気浄化触媒13の上流側端面に対して一様には流入しない。即ち、排気ガス中の微粒子は通常、排気浄化触媒13の上流側端面の一部の領域に偏って流入する。このように排気浄化触媒13の上流側端面の一部の領域に排気ガス中の微粒子が偏って流入し続けると排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じることになる。次に、このことについて図１６Ａおよび１６Ｂを参照しつつ説明する。

図１６Ａは図１の排気浄化触媒13の拡大図を示しており、図１６Ｂは図１６Ａの斜視図を示している。本発明による実施例では、図１６Ａおよび１６Ｂに示されるように、排気浄化触媒13は筒状のケーシング60内に収容されており、ケーシング60の内部後端には排気浄化触媒13の下流側端面と同一の径を有するセンサ配置空間61が形成されている。図１６Ａおよび１６Ｂからわかるように、このセンサ配置空間61内に空燃比センサ23および温度センサ24が配置されている。また、図１６Ａおよび１６Ｂからわかるように、本発明による実施例では、排気浄化触媒13が排気浄化触媒13の軸線方向に延びる複数の排気流通路を有するストレートフロー型の触媒からなり、排気浄化触媒13の上流側端面から排気浄化触媒13に流入した排気ガスは、排気浄化触媒13内の排気流通路内を排気浄化触媒13の軸線に沿って真直ぐに流れて排気浄化触媒13の下流側端面から流出する。

さて、排気ガス中の微粒子は多くの場合、排気浄化触媒13の上流側端面の周辺領域のどこか一部に偏って流入する。図１６Ａおよび１６Ｂは、排気ガス中の微粒子が、排気浄化触媒13の上流側端面周辺部の下方領域ＣＬに偏って流入し、その結果、排気浄化触媒13の上流側端面周辺部の下方領域ＣＬに排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じる場合を示している。通常は、機関排気系の構造や炭化水素供給弁15の取り付け位置が定まると、それに応じて排気浄化触媒13の上流側端面における詰まり領域ＣＬが必然的に定まる。図１７Ａおよび１７Ｂは、排気管12ａが排気浄化触媒13の上流側端面の手前で９０度以上屈曲されており、この屈曲部よりも上流に炭化水素供給弁15が取付けられている具体的な例が示されている。この具体的な例では、排気管12ａが延びている方向と反対方向の排気浄化触媒13の上流側端面の周辺部に詰まり領域ＣＬが形成されることが容易に理解できる。

このように、排気浄化触媒13の上流側端面周辺部において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じる可能性のある限られた一部の領域ＣＬは予測することができる。そこで、本発明による実施例では、排気浄化触媒13の上流側端面周辺部において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じる可能性のある限られた一部の領域ＣＬを微粒子堆積領域として予め予測するようにしている。この場合、実際には、この微粒子堆積領域ＣＬは実験により求められる。

また、本発明による実施例では、排気浄化触媒13が排気浄化触媒13の軸線方向に延びる複数の排気流通路を有するストレートフロー型の触媒からなり、従って、図１６Ｂおよび１７Ｂにおいて、微粒子堆積領域ＣＬから排気浄化触媒13の排気流通路内に流入した排気ガスは、排気浄化触媒13の長手軸線上において微粒子堆積領域ＣＬと反対側に位置する排気浄化触媒13の下流側端面上の対応領域ＤＬから流出する。この場合、本発明による実施例では、図１６Ｂおよび１７Ｂからわかるように、排気浄化触媒13の下流側端面上の対応領域ＤＬのすぐ下流に空燃比センサ23が配置されている。即ち、本発明による実施例では、排気浄化触媒13の下流側端面周辺部の下流であって排気浄化触媒13の長手軸線に沿って見たときに微粒子堆積領域ＣＬの下流側に当る排気ガス流通領域内に空燃比センサ23が配置されている。

さて、第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が行われているときには、炭化水素供給弁15から噴射された炭化水素の大部分は排気浄化触媒13内において酸素を消費するために用いられ、残りの一部の炭化水素のみが還元性中間体を生成するために用いられる。この場合、排気浄化触媒13内に流入する炭化水素の量が減少したとしても、酸素を消費するために使用される炭化水素の量は変化せず、このとき、還元性中間体を生成するために用いられる炭化水素量が減少する。従って排気浄化触媒13に流入する炭化水素の量が減少すると、還元性中間体の生成量が減少することになり、その結果、NO_x浄化率が低下することになる。

さて、排気浄化触媒13の上流側端面の一部の領域、即ち微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じると、排気浄化触媒13内に流入する炭化水素の量が減少する。その結果、上述したように、還元性中間体の生成量が減少し、NO_x浄化率が低下することになる。このように、第１のNO_x浄化方法によるNO_x浄化作用が行われているときには、排気浄化触媒13内に流入する炭化水素の量が少し減少すると、NO_x浄化率が大きく低下し、従って排気浄化触媒13の上流側端面のほんの一部の領域で微粒子の堆積による詰まりが生ずると、NO_x浄化率が大きく低下することになる。従って、本発明による実施例では、排気浄化触媒13の上流側端面の閉塞率が一定率になったときに排気浄化触媒13の上流側端面に堆積した微粒子を除去するための端面再生制御を行い、それによってNO_x浄化率を回復させるようにしている。

図１８は、車両の走行距離に対する排気浄化触媒13の上流側端面の閉塞率の変化と、微粒子堆積領域ＣＬの下流おける排気浄化触媒13の下流側端面からの単位断面積当りの流出流量の変化を示している。図１８に示されるように、車両の走行距離が増大するにつれて、排気浄化触媒13の上流側端面の閉塞率が最初は少しずつ増大し、或る時点Ｒを越えると急速に増大し始める。本発明による実施例では、排気浄化触媒13の上流側端面の閉塞率がこのＲ点に達したときに、排気浄化触媒13の上流側端面に堆積した微粒子を除去するための端面再生制御を行うようにしている。

ところで、排気浄化触媒13の上流側端面の一部の領域、即ち微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じても、排気浄化触媒13の前後差圧はほとんど変化せず、排気浄化触媒13の前後差圧が大きくなって排気浄化触媒13の上流側端面の詰まりを検出可能となるのは、排気浄化触媒13の上流側端面に堆積した微粒子の量がかなり多くなったときである。なお、図１８には、排気浄化触媒13の前後差圧により排気浄化触媒13の上流側端面の詰まりを検出可能な検出限界が示されている。図１８から、Ｒ点における排気浄化触媒13の上流側端面の閉塞率は、排気浄化触媒13の前後差圧により検出可能な閉塞率よりもかなり低く、従って、排気浄化触媒13の前後差圧から、排気浄化触媒13の上流側端面における堆積微粒子除去のための端面再生制御を行うことを判別することはできないことになる。

一方、図１８において、ＧＸは、排気浄化触媒13の上流側端面に微粒子が全く堆積していないときの排気浄化触媒13の下流側端面からの単位断面積当りの流出流量を示しており、ＧＡおよびＧＢは、図１７Ａから１８Ｂに示されるように、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じている場合の排気浄化触媒13の下流側端面からの単位断面積当りの流出流量を示している。なお、ＧＡは、排気浄化触媒13の長手軸線上において微粒子が堆積していない上流側端面領域と反対側に位置する排気浄化触媒13の下流側端面上の対応領域からの流出流量、即ち図１７Ａから１８ＢにおいてＡ点における流出流量を示しており、ＧＢは、排気浄化触媒13の長手軸線上において微粒子堆積領域ＣＬと反対側に位置する排気浄化触媒13の下流側端面上の対応領域ＤＬからの流出流量、即ち図１７Ａから１８ＢにおいてＢ点における流出流量を示している。

図１８からわかるように、車両の走行距離が長くなって排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおける微粒子の堆積による詰まりが生じても、図１７Ａから１８ＢのＡ点における流出流量ＧＡは流出流量ＧＸに対してわずかばかりしか増大せず、これに対し図１７Ａから１８ＢのＢ点における流出流量ＧＢは流出流量ＧＸに対して大巾に減少する。この場合、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を瞬時に変化させると、流出流量ＧＸに対する流出流量のずれに応じて、排気浄化触媒13から流出する排気ガスの空燃比の変化に差異を生ずる。即ち、図１７Ａから１８ＢのＡ点におけるように流出流量ＧＡが流出流量ＧＸに対してほとんどずれない場合には、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を瞬時に変化させたときに、図１７Ａから１８ＢのＡ点における排気ガスの空燃比も瞬時に変化する。これに対し、図１７Ａから１８ＢのＢ点におけるように流出流量ＧＢが流出流量ＧＸに対して大巾に減少すると、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を瞬時に変化させたとしても、図１７Ａから１８ＢのＢ点における排気ガスの空燃比は瞬時には変化しない。

即ち、図１７Ａから１８ＢのＡ点における排気ガスの空燃比は、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じている場合でも生じていない場合でも、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を瞬時に変化させたときに瞬時に変化する。従って、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を瞬時に変化させたときの図１７Ａから１８ＢのＡ点における排気ガスの空燃比の変化の仕方から排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かを判断することはできない。

一方、図１７Ａから１８ＢのＢ点における排気ガスの空燃比は、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じていない場合には、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を瞬時に変化させたときに瞬時に変化する。これに対し、図１７Ａから１８ＢのＢ点における排気ガスの空燃比は、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じている場合には、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を瞬時に変化させたときに瞬時に変化しない。従って、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を瞬時に変化させたときの図１７Ａから１８ＢのＢ点における排気ガスの空燃比の変化の仕方から排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かを判断することができことになる。

そこで本発明では、図１７Ａから１８ＢのＢ点における排気ガスの空燃比の変化を検出しうるように、排気浄化触媒13の長手軸線上において微粒子堆積領域ＣＬと反対側に位置する排気浄化触媒13の下流側端面上の対応領域ＤＬの下流に空燃比センサ23を配置し、この空燃比センサ23の出力値の変化から排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かを判断するようにしている。次に、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を瞬時に変化させたときの空燃比センサ23の出力値の変化の仕方について説明するが、その前に本発明において用いられている二種類の空燃比センサ23の特性について夫々図１９Ａおよび１９Ｂを参照しつつ簡単に説明する。

図１９Ａは、限界電流型の空燃比センサの出力電流Ｉと排気ガスの空燃比との関係を示している。図１９Ａに示されるように、この限界電流型の空燃比センサの出力電流Ｉは排気ガスの空燃比が大きくなるにつれて増大する。なお、実際にはこの出力電流Ｉの変化は空燃比センサ23から電圧の変化の形で電子制御ユニット30内に取り込まれる。一方、図１９Ｂは、酸素濃度センサと称される空燃比センサの出力電圧Ｖと排気ガスの空燃比との関係を示している。図１９Ｂに示されるように、この空燃比センサの出力電圧Ｖは排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくなると０．１（Ｖ）程度の低い電圧Ｖ_１となり、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さくなると０．９（Ｖ）程度の高い電圧Ｖ_２となる。

図２０は、空燃比センサ23として図１９Ａに示す出力特性を有する限界電流型の空燃比センサを用い、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を瞬時に変化させたときの空燃比センサ23の出力電圧の変化を示している。なお、図２０においてＶ_Ｏは、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じていないときの空燃比センサ23の出力電圧の変化を示しており、ＶＸは、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているときの空燃比センサ23の出力電圧の変化を示している。

図２０から、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じていないときには、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比が瞬時に変化せしめられると、空燃比センサ23の出力電圧Ｖｏも瞬時に変化し、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているときには、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比が瞬時に変化せしめられると、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸは、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比の瞬時の変化に対して遅れをもってゆっくりした速度で変化することがわかる。排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているときに、このように空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度ｄＶ_１、ｄＶ_２が遅くなるのは、空燃比センサ23に向けて排気浄化触媒13から流出する排気ガスの流量が図１８のＧＢで示されるように減少するからである。

即ち、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じ始めて排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬ下流の排気浄化触媒13内を流れる排気ガスの流量が減少すると、空燃比の変化した排気ガスが排気浄化触媒13の下流側端面から流出するまでに時間を要し、その結果、図２０に示されるように、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度ｄＶ_１、ｄＶ_２が遅くなる。また、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬが微粒子の堆積により完全に目詰まりすると、空燃比の変化した排気ガスは、排気浄化触媒13の下流側端面から流出した後に暫くしてから空燃比センサ23の周りに回り込むようになる。従って、この場合も空燃比の変化した排気ガスが空燃比センサ23に到達するまでに時間を要し、その結果、図２０に示されるように、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度ｄＶ_１、ｄＶ_２が遅くなる。いずれにしても、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じると、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度ｄＶ_１、ｄＶ_２が遅くなる。

そこで本発明では、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度ｄＶ_１、ｄＶ_２が低下したときには、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じていると、判断するようにしている。即ち、本発明では、機関排気通路内に排気浄化触媒13を配置すると共に排気浄化触媒13上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁15を配置し、排気浄化触媒13が排気浄化触媒13の長手軸線方向に延びる複数の排気流通路を有するストレートフロー型の触媒からなり、排気浄化触媒13の上流側端面周辺部において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じる可能性のある限られた一部の領域が微粒子堆積領域ＣＬとして予め予測されていると共に、排気浄化触媒13の下流側端面周辺部の下流であって排気浄化触媒13の長手軸線に沿って見たときに微粒子堆積領域ＣＬの下流側に当る排気ガス流通領域内に空燃比センサ23を配置し、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比が瞬時的に変化せしめられたときに、排気浄化触媒13の上流側端面周辺部の微粒子堆積領域ＣＬにおいて排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていると、微粒子の堆積による詰まりが生じていない場合に比べて、空燃比センサ23の出力値の変化速度が低下し、排気浄化触媒13の上流側端面周辺部の微粒子堆積領域ＣＬにおいて排気ガス中の微粒子による詰まりが生じているか否かを判別するときには排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を瞬時的に変化させ、このとき空燃比センサ23の出力値の変化速度が低下したときには、排気浄化触媒13の上流側端面周辺部の微粒子堆積領域ＣＬにおいて排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていると判別される。

この場合、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度は、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸが図２０においてＶＸ_１からＶＸ_２に変化するときの空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度ｄＶ_１を算出することによって求めることができるし、また、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度は、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸが図２０においてＶＸ_２からＶＸ_１に変化するときの空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度ｄＶ_２を算出することによって求めることができる。更に、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度は、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸが図２０においてＶＸ_１からＶＸ_２に変化するまでの時間ｔ１を算出することによっても求めることができるし、また、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度は、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸが図２０においてＶＸ_２からＶＸ_１に変化するまでの時間ｔ２を算出することによっても求めることができる。

即ち、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比が瞬時に変化せしめられたときに、空燃比センサ23の出力値の変化速度が低下したか否かは、このときの空燃比センサ23の出力電圧低下に要する時間ｔ１、空燃比センサ23の出力電圧の低下速度ｄＶ_１、空燃比センサ23の出力電圧上昇に要する時間ｔ２、および空燃比センサ23の出力電圧の上昇速度ｄＶ_２のいずれかに基づいて判断できる。このように空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度は種々の方法によって求めることができるが、以下空燃比センサ23の出力電圧ＶＸが図２０においてＶＸ_１からＶＸ_２に変化するまでの時間ｔ１を算出することにより空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度を求めるようにした場合を例にとって、本発明によるNO_x浄化制御方法について説明する。
図２１は、このNO_x浄化制御方法を実行するためのNO_ｘ浄化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込みによって実行される。

図２１を参照するとまず初めにステップ70において、微粒子の堆積による詰まりの有無を検出するための検出要求フラグがセットされているか否かが判別される。この検出要求フラグは図２２に示される検出要求判定ルーチンにおいてセットされる。ステップ70において、検出要求フラグがセットされていないと判別されたときにはステップ71に進んで、堆積した微粒子を除去するための再生フラグがセットされているか否かが判別される。ステップ71において、再生フラグがセットされていないと判別されたときには、ステップ72に進んで、温度センサ24の出力値から推定される排気浄化触媒13の温度ＴＣが図９に示される設定温度ＴＸよりも高いか否かが判別される。排気浄化触媒13の温度ＴＣが図９に示される設定温度ＴＸよりも低いと判別されたときには、NO_ｘ浄化率が高い方の第２のNO_x浄化方法によるNO_ｘ浄化作用を行うべきであると判別され、ステップ73に進んで第２のNO_ｘ浄化方法によるNO_ｘ浄化作用が行われる。

即ち、ステップ73では図１３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74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75では吸蔵NO_ｘ量ΣNOXが許容値MAXを越えたか否かが判別される。ΣNOX＞MAXになるとステップ76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77ではΣNOXがクリアされる。

一方、ステップ72において、排気浄化触媒13の温度ＴＣが図９に示される設定温度ＴＸよりも高いと判別されたときには、ステップ78に進んで、NO_ｘ浄化率が高い方の第１のNO_ｘ浄化方法によるNO_ｘ浄化処理が行われる。このとき、炭化水素供給弁15からは図１１に示される噴射量ＷＴの炭化水素が機関の運転状態に応じて予め定められている噴射周期ΔＴでもって噴射される。このように、本発明による実施例では、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NO_xを浄化する第１のNO_x浄化方法と、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を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13から吸蔵NO_xを放出させてNO_xを浄化する第２のNO_x浄化方法とが選択的に用いられる。

一方、ステップ70において、検出要求フラグがセットされていると判別されたときにはステップ79に進んで、微粒子の堆積により詰まりが生じているか否かを検出するための詰まり検出ルーチンが実行される。この詰まり検出ルーチンが図２３に示されている。この詰まり検出ルーチンにおいて、微粒子の堆積により詰まりが生じていると判断されたときには、堆積した微粒子を除去するための再生フラグがセットされ、再生フラグがセットされるとステップ71からステップ80に進んで、堆積した微粒子を除去するための再生処理が行われる。この再生処理を行うための再生処理ルーチンが図２４に示されている。

次に、微粒子の堆積による詰まり検出の要求があるか否かを判定するための検出要求判定ルーチンについて図２２を参照しつつ説明する。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２２を参照するとまず初めにステップ90において、検出要求フラグ又は再生フラグがセットされているか否かが判別される。検出要求フラグ又は再生フラグがセットされているときには処理サイクルを完了する。これに対し、検出要求フラグおよび再生フラグのいずれもセットされていないと判別されたときには、ステップ91に進んで、微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かが判定する判定時期になったか否かが判別される。例えば、前回、微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かの判定が行われた後、車両の走行距離が一定距離を越えたときに、判定時期になったと判別される。

ステップ91において、判定時期になったと判別されたときには、ステップ92に進んで、微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かが判定する判定条件が成立したか否かが判別される。例えば、機関が予め定められた運転状態において定常運転されているときには、微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かが判定する判定条件が成立していると判別される。ステップ92において、判定条件が成立していると判別されたときにはステップ93に進んで、検出要求フラグがセットされる。検出要求フラグがセットされると図２１において、ステップ70からステップ79に進み、微粒子の堆積により詰まりが生じているか否かを検出するための図２３に示される詰まり検出ルーチンが実行される。

図２３を参照すると、まず初めにステップ100において、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を瞬時に変化させる空燃比変更制御が行われる。このとき本発明による実施例では、図２０に示されるように、燃焼室２内に追加の燃料を供給することによって、或いは炭化水素供給弁15から炭化水素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）が一時的にリッチ側に変化せしめられる。次いでステップ101では、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸが読み込まれる。次いでステップ102では、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸが、図２０においてＶＸ_１からＶＸ_２に変化するのに要する時間ｔ１が算出される。次いで、ステップ103では、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えたか否かが判別される。

ステップ103において、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えていないと判別されたときには、微粒子の堆積により詰まりが生じていないと判断され、このときにはステップ105にジャンプする。これに対し、ステップ103において、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えたと判別されたときには、微粒子の堆積による詰まりが生じていると判断され、ステップ104に進んで、堆積した微粒子を除去するための再生フラグがセットされる。次いでステップ105に進む。ステップ105では、微粒子の堆積により詰まりが生じているか否かを検出するための予め定められた検出期間が経過したか否かが判別される。予め定められた検出期間が経過したときには、ステップ105からステップ106に進んで検出要求フラグがリセットされる。検出要求フラグがリセットされると、図２１において、ステップ70からステップ71に進み、このとき再生フラグがセットされている場合にはステップ80に進んで、堆積した微粒子を除去するための図２４に示される再生処理が行われる。

図２４を参照するとまず初めにステップ110において、排気浄化触媒13の上流側端面の温度をリーン空燃比のもとで上昇させた後、５００℃以上、好ましくは６００℃以上に維持する昇温制御が行われる。この昇温制御は燃焼室２内に追加の燃料を供給することによって、或いは炭化水素供給弁15から炭化水素を噴射することによって行われる。次いでステップ111では、堆積した微粒子が除去されたか否か、即ち排気浄化触媒13の上流側端面の再生処理が完了したか否かが判別される。排気浄化触媒13の上流側端面の再生処理が完了したときにはステップ112に進んで再生フラグがリセットされる。

図２５から図２８は、空燃比センサ23として図１９Ｂに示す出力特性を有する空燃比センサを用いた場合の別の実施例を示している。図２５はこの場合において、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を一時的にリーンからリッチに変化させたときの空燃比センサ23の出力電圧の変化を示している。なお、図２５においてＶ_Ｏは、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じていないときの空燃比センサ23の出力電圧の変化を示しており、ＶＸは、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているときの空燃比センサ23の出力電圧の変化を示している。

図２５から、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じていないときには、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比が瞬時にリーンからリッチに変化せしめられると、空燃比センサ23の出力電圧Ｖｏは瞬時にＶ_１からＶＳに上昇し、次いで空燃比センサ23の出力電圧ＶｏはＶＳに維持される。このＶＳは図１９Ｂに示されるように、排気ガスの空燃比が理論空燃比のときの空燃比センサ23の出力電圧Ｖを示している。即ち、排気浄化触媒13が酸素貯蔵能力を有している場合には、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに変化せしめられると、排気浄化触媒13に貯蔵されている酸素が消費されるまでの間、排気浄化触媒13から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比に維持される。従って、図２５に示されるように、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに変化せしめられると、排気浄化触媒13に貯蔵されている酸素が消費されるまでの間、即ち、時間ｔＳの間、空燃比センサ23の出力電圧ＶｏはＶＳに維持されることになる。次いで、空燃比センサ23の出力電圧ＶｏはＶ_２まで上昇する。

一方、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているときには、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに変化せしめられると、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸは、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比の瞬時の変化に対して遅れをもってゆっくりした速度ｄＶ_１で上昇し、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチからリーンに変化せしめられると、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸは、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比の瞬時の変化に対して遅れをもってゆっくりした速度ｄＶ_２で低下することがわかる。

また、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているときには、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに一時的に切換られたときに、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸがＶ_１からＶＳまで上昇するのに要する時間ｔ１および空燃比センサ23の出力電圧ＶＸがＶ_２からＶ_１まで低下するのに要する時間ｔ２が増大する。排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているときに、このように空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度ｄＶ_１、ｄＶ_２が遅くなり、時間ｔ１、ｔ２が増大するのは、前述したように空燃比センサ23に向けて排気浄化触媒13から流出する排気ガスの流量が図１８のＧＢで示されるように減少することに起因している。

そこで本発明による第一の例では、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度ｄＶ_１、ｄＶ_２が低下したとき、或いは時間ｔ１、ｔ２が増大したときに、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じていると判断するようにしている。

また、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているときには、図２５に示されるように、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに変化せしめられたときに、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸがＶＳに維持される時間ｔＳが増大する。即ち、このときには、空燃比センサ23に向けて排気浄化触媒13から流出する排気ガスの流量が減少するために、貯蔵されている酸素を消費するのに時間を要するようになる。その結果、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸがＶＳに維持される時間ｔＳが増大することになる。従って、この場合には、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸがＶＳに維持される時間ｔＳが増大したときに、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じていると判断することができることになる。

なお、排気浄化触媒13が劣化すると酸素貯蔵能力が低下し、その結果、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸがＶＳに維持される時間ｔＳは減少する。即ち、排気浄化触媒13が劣化したときには空燃比センサ23の出力電圧ＶＸがＶＳに維持される時間ｔＳが増大せず、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸがＶＳに維持される時間ｔＳが増大するのは上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているときである。従って、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸがＶＳに維持される時間ｔＳの変化から排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じていることを確実に検出できることになる。

そこで本発明による第二の例では、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度ｄＶ_１、ｄＶ_２が低下し、或いは時間ｔ１、ｔ２が増大し、かつ空燃比センサ23の出力電圧ＶＸがＶＳに維持される時間ｔＳが増大したときに排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じていると判断するようにしている。

次に、空燃比センサ23として図１９Ｂに示す出力特性を有する空燃比センサを用い、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸが図２５においてＶ_１からＶＳに変化するまでの時間ｔ１を算出することにより空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化速度を求めるようにした場合を例にとって、本発明による別のNO_x浄化制御方法について説明する。なお、この別のNO_x浄化制御方法では、排気浄化触媒13からNO_xを放出すべく排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときに排気浄化触媒13の上流側端面周辺部の微粒子堆積領域ＣＬにおいて排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かが判別される。
図２６は、このNO_x浄化制御方法を実行するためのNO_ｘ浄化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込みによって実行される。

図２６を参照するとまず初めにステップ200において、堆積した微粒子を除去するための再生フラグがセットされているか否かが判別される。再生フラグがセットされていないと判別されたときには、ステップ201に進んで、温度センサ24の出力値から推定される排気浄化触媒13の温度ＴＣが図９に示される設定温度ＴＸよりも高いか否かが判別される。排気浄化触媒13の温度ＴＣが図９に示される設定温度ＴＸよりも低いと判別されたときには、NO_ｘ浄化率が高い方の第２のNO_x浄化方法によるNO_ｘ浄化作用を行うべきであると判別され、ステップ202に進んで第２のNO_ｘ浄化方法によるNO_ｘ浄化作用が行われる。

即ち、ステップ202では図１３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203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204では吸蔵NO_ｘ量ΣNOXが許容値MAXを越えたか否かが判別される。ΣNOX＞MAXになるとステップ205に進んで、微粒子の堆積による詰まりの有無を検出するための検出要求フラグがセットされているか否かが判別される。この検出要求フラグは既に説明した図２２に示される検出要求判定ルーチンにおいてセットされる。ステップ205において、検出要求フラグがセットされていないと判別されたときにはステップ206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207ではΣNOXがクリアされる。

一方、ステップ201において、排気浄化触媒13の温度ＴＣが図９に示される設定温度ＴＸよりも高いと判別されたときには、ステップ208に進んで、NO_ｘ浄化率が高い方の第１のNO_ｘ浄化方法によるNO_ｘ浄化処理が行われる。このとき、炭化水素供給弁15からは図１１に示される噴射量ＷＴの炭化水素が機関の運転状態に応じて予め定められている噴射周期ΔＴでもって噴射される。このように、この実施例でも、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NO_xを浄化する第１のNO_x浄化方法と、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を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13から吸蔵NO_xを放出させてNO_xを浄化する第２のNO_x浄化方法とが選択的に用いられている。

一方、ステップ205において、検出要求フラグがセットされていると判別されたときにはステップ210に進んで、微粒子の堆積により詰まりが生じているか否かを検出するための詰まり検出ルーチンが実行される。この詰まり検出ルーチンの第一の例が図２７に示されている。この詰まり検出ルーチンにおいて、微粒子の堆積により詰まりが生じていると判断されたときには、堆積した微粒子を除去するための再生フラグがセットされ、再生フラグがセットされるとステップ200からステップ209に進んで、堆積した微粒子を除去するための再生処理が行われる。この再生処理を行うための再生処理ルーチンは既に説明した図２４に示されている。

図２７は、図２６のステップ205において検出要求フラグがセットされていると判断されたときにステップ210において実行される詰まり検出ルーチンの第一の例を示している。
図２７を参照すると、まず初めにステップ220において、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするためのリッチ制御が行われる。即ち、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、燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比がリッチにされ、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221では、空燃比センサ23の出力電圧Ｖが読み込まれる。次いでステップ222では、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸが図２５においてＶ_１からＶＳに変化するのに要する時間ｔ１が算出される。次いで、ステップ223では、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えたか否かが判別される。

ステップ223において、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えていないと判別されたときには、微粒子の堆積により詰まりが生じていないと判断され、このときにはステップ225にジャンプする。これに対し、ステップ223において、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えたと判別されたときには、微粒子の堆積による詰まりが生じていると判断され、ステップ224に進んで、堆積した微粒子を除去するための再生フラグがセットされる。次いでステップ225に進む。ステップ225では、微粒子の堆積により詰まりが生じているか否かを検出するための予め定められた検出期間が経過したか否かが判別される。予め定められた検出期間が経過したときには、ステップ225からステップ226に進んで検出要求フラグがリセットされる。次いで、ステップ227ではΣNOXがクリアされる。

図２８は、図２６のステップ205において検出要求フラグがセットされていると判断されたときにステップ210において実行される詰まり検出ルーチンの第二の例を示している。
図２８を参照すると、まず初めにステップ230において、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするためのリッチ制御が行われる。即ち、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231では、空燃比センサ23の出力電圧Ｖが読み込まれる。次いでステップ232では、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸが図２５においてＶ_１からＶＳに変化するのに要する時間ｔ１が算出される。次いで、ステップ233では、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸがＶＳに維持される時間ｔＳが算出される。

次いでステップ234では、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えたか否かが判別される。ステップ234において、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えていないと判別されたときには、微粒子の堆積により詰まりが生じていないと判断され、このときにはステップ237にジャンプする。これに対し、ステップ234において、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えたと判別されたときには、ステップ235に進んで、時間ｔＳが予め定められた基準時間ＭＳを越えたか否かが判別される。ステップ235において、時間ｔＳが予め定められた基準時間ＭＳを越えていないと判別されたときには、微粒子の堆積により詰まりが生じていないと判断され、このときにはステップ237にジャンプする。

これに対し、ステップ235において、時間ｔＳが予め定められた基準時間ＭＳを越えたと判別されたときには、微粒子の堆積による詰まりが生じていると判断され、ステップ236に進んで、堆積した微粒子を除去するための再生フラグがセットされる。次いでステップ237に進む。ステップ237では、微粒子の堆積により詰まりが生じているか否かを検出するための予め定められた検出期間が経過したか否かが判別される。予め定められた検出期間が経過したときには、ステップ237からステップ238に進んで検出要求フラグがリセットされる。次いで、ステップ239ではΣNOXがクリアされる。

図２９から図３３は、空燃比センサ23と温度センサ24の双方を用いて、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かを判断するようにした更に別の実施例を示している。図２９はこの場合において、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を一.時的にリーンからリッチに変化させたときの温度センサ24の出力電圧の変化を示している。なお、図２９においてＥ_Ｏは、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じていないときの温度センサ24の出力電圧の変化を示しており、ＥＸは、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているときの温度センサ24の出力電圧の変化を示している。

排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに変化せしめられると、排気ガス中にはＨＣやＣＯ等の還元成分の量が増大し、これら増大したＨＣやＣＯ等の還元成分の酸化反応熱によって図２９に示されるように、排気浄化触媒13から流出する排気ガスの温度が一時的に増大する。なお、図２９において、ｔＰは、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに変化せしめられた後、排気浄化触媒13から流出する排気ガスの温度がピークになるまでの時間を示している。

さて、図１６Ａから図１７Ｂに示されるように、温度センサ24は、排気浄化触媒13の下流側端面周辺部の下流であって排気浄化触媒13の長手軸線に沿って見たときに微粒子堆積領域ＣＬの下流側に当る排気ガス流通領域内に配置されている。従って、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じると、微粒子堆積領域ＣＬにおけるＨＣやＣＯ等の還元成分の酸化反応が弱まるために、温度センサ24に向けて排気浄化触媒13から流出する排気ガスの温度が低くなり、かつ排気浄化触媒13から流出する排気ガスの流量が減少する。その結果、図２９の温度センサ24の出力電圧Ｅ_Ｏの変化と温度センサ24の出力電圧ＥＸとの変化からわかるように、微粒子の堆積による詰まりが生じているときには、排気浄化触媒13から流出する排気ガスの温度のピーク値は低くなり、排気浄化触媒13から流出する排気ガスの温度の変化時間が長くなる。従って、微粒子の堆積による詰まりが生じているときには、排気浄化触媒13から流出する排気ガスの温度がピークになるまでの時間ｔＰが長くなる。

従って、この場合、時間ｔＰが予め定められた基準時間ＭＰを越えたと判別されたときには、微粒子の堆積による詰まりが生じていると判断することができる。一方、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸの変化に基づいて、微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かを判断するようにした場合には、前述したように、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えたときには、微粒子の堆積による詰まりが生じていると判断することができる。しかしながら、例えば排気浄化触媒13が劣化して排気浄化触媒13内でのＨＣやＣＯ等の還元成分の酸化反応が弱まった場合にも、排気ガスの温度がピークになるまでの時間ｔＰが長くなる。また、例えば空燃比センサ23の検出部を覆う多孔キャップが目詰まりしたときにも時間ｔ１が長くなる。従って、時間ｔＰが予め定められた基準時間ＭＰを越えたときでも、微粒子の堆積による詰まりが生じていない場合があり、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えたときでも、微粒子の堆積による詰まりが生じていない場合があることになる。

これらのことが図３０の表に示されている。なお、図３０の表では、空燃比センサ23については、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔよりも短いときには空燃比センサ23は正常であると記されており、温度センサ24については、時間ｔＰが予め定められた基準時間ＭＰよりも短いときには温度センサ24は正常であると記されている。また、図３０の表には、空燃比センサ23が正常であるか否かおよび温度センサ24が正常であるか否かに応じて定まる判断が記されている。即ち、図３０の表において、空燃比センサ23が正常でありかつ温度センサ24が正常であれば、微粒子の堆積による詰まりが生じていない判断される。一方、図３０の表において、空燃比センサ23の出力についてはｔ１＞Ｍｔでありかつ温度センサ24が正常であれば、空燃比センサ23に異常があると判断され、図３０の表において、空燃比センサ23が正常でありかつ温度センサ24の出力についてはｔＰ＞ＭＰであれば排気浄化触媒13が劣化していると判断される。

一方、図３０の表において、空燃比センサ23の出力についてはｔ１＞Ｍｔでありかつ温度センサ24の出力についてはｔＰ＞ＭＰであれば、微粒子の堆積による詰まりが生じていると仮判定される。即ち、空燃比センサ23の出力についてはｔ１＞Ｍｔでありかつ温度センサ24の出力についてはｔＰ＞ＭＰであるときには、空燃比センサ23に異常がありかつ排気浄化触媒13が劣化している場合もあるが、空燃比センサ23の異常と排気浄化触媒13の劣化が同時に生ずることは少ないと考えられる。従って、空燃比センサ23の出力についてはｔ１＞Ｍｔでありかつ温度センサ24の出力についてはｔＰ＞ＭＰのときには、上述したように、微粒子の堆積による詰まりが生じていると仮判定される。

しかしながら、空燃比センサ23の出力についてはｔ１＞Ｍｔでありかつ温度センサ24の出力についてはｔＰ＞ＭＰであるときには、空燃比センサ23に異常がありかつ排気浄化触媒13が劣化している場合もある。従って、本発明による実施例では、このとき、堆積した微粒子を除去するための再生処理がおこなわれ、実際に微粒子が堆積していたか否かのチェックが行われる。即ち、実際に微粒子が堆積していた場合には、再生処理が行われた後では、空燃比センサ23が正常となりかつ温度センサ24が正常となる。従って、再生処理が行われた後に、空燃比センサ23が正常となりかつ温度センサ24が正常となったときには、実際に微粒子の堆積による詰まりが生じていたことになり、従って本発明による実施例では、このとき実際に微粒子の堆積による詰まりが生じていたと断定される。

次に、空燃比センサ23と温度センサ24の双方を用いて、排気浄化触媒13の上流側端面の微粒子堆積領域ＣＬにおいて微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かを判断するようにした更に別のNO_x浄化制御方法について説明する。なお、この更に別のNO_x浄化制御方法でも、排気浄化触媒13からNO_xを放出すべく排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときに排気浄化触媒13の上流側端面周辺部の微粒子堆積領域ＣＬにおいて排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かが判別される。
図３１は、このNO_x浄化制御方法を実行するためのNO_ｘ浄化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込みによって実行される。

図３１を参照するとまず初めにステップ300において、堆積した微粒子を除去するための再生フラグがセットされているか否かが判別される。再生フラグがセットされていないと判別されたときには、ステップ301に進んで、温度センサ24の出力値から推定される排気浄化触媒13の温度ＴＣが図９に示される設定温度ＴＸよりも高いか否かが判別される。排気浄化触媒13の温度ＴＣが図９に示される設定温度ＴＸよりも低いと判別されたときには、NO_ｘ浄化率が高い方の第２のNO_x浄化方法によるNO_ｘ浄化作用を行うべきであると判別され、ステップ302に進んで第２のNO_ｘ浄化方法によるNO_ｘ浄化作用が行われる。

即ち、ステップ302では図１３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303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304では吸蔵NO_ｘ量ΣNOXが許容値MAXを越えたか否かが判別される。ΣNOX＞MAXになるとステップ305に進んで、微粒子の堆積による詰まりの有無を検出するための検出要求フラグがセットされているか否かが判別される。この検出要求フラグは既に説明した図２２に示される検出要求判定ルーチンにおいてセットされる。ステップ305において、検出要求フラグがセットされていないと判別されたときにはステップ306に進んで、実際に微粒子の堆積による詰まりが生じていたかをチェックするためのチェックフラグがセットされているか否かが判別される。チェックフラグがセットされていないと判別されたときにはステップ307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308ではΣNOXがクリアされる。

一方、ステップ301において、排気浄化触媒13の温度ＴＣが図９に示される設定温度ＴＸよりも高いと判別されたときには、ステップ309に進んで、NO_ｘ浄化率が高い方の第１のNO_ｘ浄化方法によるNO_ｘ浄化処理が行われる。このとき、炭化水素供給弁15からは図１１に示される噴射量ＷＴの炭化水素が機関の運転状態に応じて予め定められている噴射周期ΔＴでもって噴射される。このように、この実施例でも、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NO_xを浄化する第１のNO_x浄化方法と、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比を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13から吸蔵NO_xを放出させてNO_xを浄化する第２のNO_x浄化方法とが選択的に用いられている。

一方、ステップ305において、検出要求フラグがセットされていると判別されたときにはステップ310に進んで、微粒子の堆積により詰まりが生じているか否かを検出するための詰まり検出ルーチンが実行される。この詰まり検出ルーチンが図３２に示されている。この詰まり検出ルーチンにおいて、微粒子の堆積により詰まりが生じていると判断されたときには、堆積した微粒子を除去するための再生フラグがセットされると共に、チェックフラグがセットされる。再生フラグがセットされるとステップ300からステップ311に進んで、堆積した微粒子を除去するための再生処理が行われる。この再生処理を行うための再生処理ルーチンは既に説明した図２４に示されている。再生処理が完了すると再生フラグがリセットされる。このときチェックフラグがセットされているので、再生フラグがリセットされるとステップ306からステップ312に進んで、実際に微粒子が堆積していたか否かをチェックするためのチェック処理が行われる。このチェック処理を行うためのチェック処理ルーチンが図３３に示されている。

図３２は、図３１のステップ305において検出要求フラグがセットされていると判断されたときにステップ310において実行される詰まり検出ルーチンを示している。
図３２を参照すると、まず初めにステップ320において、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするためのリッチ制御が行われる。即ち、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321では、空燃比センサ23の出力電圧Ｖおよび温度燃比センサ24の出力電圧ＥＸが読み込まれる。次いでステップ322では、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸが図２５においてＶ_１からＶＳに変化するのに要する時間ｔ１が算出される。次いでステップ323では、温度比センサ24の出力電圧ＥＸが図２９においてピークに達するまでの時間ｔＰが算出される。

次いで、ステップ224では、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えたか否かが判別される。時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えていないと判別されたときには、ステップ325に進んで、時間ｔＰが予め定められた基準時間ＭＰを越えたか否かが判別される。時間ｔＰが予め定められた基準時間Ｍｔを越えていないと判別されたときには、微粒子の堆積により詰まりが生じていないと判断され、このときにはステップ331にジャンプする。これに対し、ステップ325において、時間ｔＰが予め定められた基準時間ＭＰを越えたと判別されたときには、ステップ326に進んで排気浄化触媒13が劣化していると判断される。

一方、ステップ324において、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えたと判別されたときには、ステップ327に進んで、時間ｔＰが予め定められた基準時間ＭＰを越えたか否かが判別される。時間ｔＰが予め定められた基準時間ＭＰを越えていないと判別されたときには、ステップ328に進んで空燃比センサ23に異常があると判別される。これに対し、ステップ327において、時間ｔＰが予め定められた基準時間ＭＰを越えたたと判別されたときには、微粒子の堆積による詰まりが生じていると判断され、ステップ329に進んで、堆積した微粒子を除去するための再生フラグがセットされる。次いで、ステップ330ではチェックフラグがセットされる。次いでステップ331に進む。ステップ331では、微粒子の堆積により詰まりが生じているか否かを検出するための予め定められた検出期間が経過したか否かが判別される。予め定められた検出期間が経過したときには、ステップ331からステップ332に進んで検出要求フラグがリセットされる。次いで、ステップ333ではΣNOXがクリアされる。

図３３は、図３１のステップ306においてチェックフラグがセットされていると判別されたときにステップ312において実行されるチェック処理ルーチンを示している。
図３３を参照すると、まず初めにステップ340において、排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするためのリッチ制御が行われる。即ち、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341では、空燃比センサ23の出力電圧Ｖおよび温度燃比センサ24の出力電圧ＥＸが読み込まれる。次いでステップ342では、空燃比センサ23の出力電圧ＶＸが図２５においてＶ_１からＶＳに変化するのに要する時間ｔ１が算出される。次いでステップ343では、温度比センサ24の出力電圧ＥＸが図２９においてピークに達するまでの時間ｔＰが算出される。

次いで、ステップ344では、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えたか否かが判別される。時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えていないと判別されたときには、ステップ345に進んで、時間ｔＰが予め定められた基準時間ＭＰを越えたか否かが判別される。時間ｔＰが予め定められた基準時間Ｍｔを越えていないと判別されたときには、ステップ346に進んで実際に微粒子の堆積による詰まりが生じていたと断定される。次いでステップ348に進む。これに対し、ステップ344において、時間ｔ１が予め定められた基準時間Ｍｔを越えたと判別されたとき、又はステップ345において、時間ｔＰが予め定められた基準時間ＭＰを越えたと判別されたときには、ステップ347に進んで空燃比センサ23に異常があり、排気浄化触媒13が劣化していると判断される。次いでステップ348に進む。

ステップ348では、実際に微粒子の堆積により詰まりが生じているか否かをチェックするための予め定められたチェック期間が経過したか否かが判別される。予め定められたチェック期間が経過したときには、ステップ348からステップ349に進んでチェックフラグがリセットされる。次いで、ステップ350ではΣNOXがクリアされる。

このように、この実施例では、排気浄化触媒13の下流側端面周辺部の下流であって排気浄化触媒13の長手軸線に沿って見たときに微粒子堆積領域ＣＬの下流側に当る排気ガス流通領域内に温度センサ24が配置されており、排気浄化触媒13からNO_xを放出すべく排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときに、空燃比センサ24の出力値の変化速度が低下しかつ温度センサ24により検出された排気ガスの温度の変化時間が増大したときには、排気浄化触媒13の上流側端面周辺部の微粒子堆積領域ＣＬにおいて排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていると判別される。

また、この実施例では、排気浄化触媒13の上流側端面周辺部の微粒子堆積領域ＣＬにおいて排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていると判別されたときには、排気浄化触媒13からNO_xを放出すべく次に排気浄化触媒13に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときに、再度、排気浄化触媒13の上流側端面周辺部の微粒子堆積領域ＣＬにおいて排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かが判別される。このとき、空燃比センサ23の出力値の変化速度が増大しかつ温度センサ24により検出された排気ガスの温度の変化時間が減少した場合には、排気浄化触媒13の上流側端面周辺部の微粒子堆積領域ＣＬにおいて排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていたと断定される。

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
７排気ターボチャージャ
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、該排気浄化触媒が排気浄化触媒の長手軸線方向に延びる複数の排気流通路を有するストレートフロー型の触媒からなり、該排気浄化触媒の上流側端面周辺部において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じる可能性のある限られた一部の領域が微粒子堆積領域として予め予測されていると共に、排気浄化触媒の下流側端面周辺部の下流であって排気浄化触媒の長手軸線に沿って見たときに該微粒子堆積領域の下流側に当る排気ガス流通領域内に空燃比センサを配置し、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が瞬時的に変化せしめられたときに、該排気浄化触媒の上流側端面周辺部の該微粒子堆積領域において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていると、該微粒子の堆積による詰まりが生じていない場合に比べて、空燃比センサの出力値の変化速度が低下し、該排気浄化触媒の上流側端面周辺部の該微粒子堆積領域において排気ガス中の微粒子による詰まりが生じているか否かを判別するときには排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を瞬時的に変化させ、このとき空燃比センサの出力値の変化速度が低下したときには、該排気浄化触媒の上流側端面周辺部の該微粒子堆積領域において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていると判別される内燃機関の異常検出装置。
該排気浄化触媒の上流側端面の周辺部における該微粒子堆積領域が予め求められており、排気浄化触媒の長手軸線に沿って見たときに該予め求められている微粒子堆積領域の下流側に当る排気ガス流通領域内に該空燃比センサが配置されている請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。
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、該排気浄化触媒からNO_xを放出すべく排気浄化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該排気浄化触媒の上流側端面周辺部の該微粒子堆積領域において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かが判別される請求項２に記載の内燃機関の異常検出装置。
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NO_ｘ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NO_ｘ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NO_xを浄化する第１のNO_x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該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NO_xを放出させてNO_xを浄化する第２のNO_x浄化方法とが選択的に用いられる請求項３に記載の内燃機関の異常検出装置。
該排気浄化触媒が酸素貯蔵能力を有しており、該排気浄化触媒からNO_xを放出すべく排気浄化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、該空燃比センサの出力値の変化速度が低下しかつ該空燃比センサにより検出された空燃比が理論空燃比に維持される時間が増大したときには、該排気浄化触媒の上流側端面周辺部の該微粒子堆積領域において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていると判別される請求項３に記載の内燃機関の異常検出装置。
該排気浄化触媒の下流側端面周辺部の下流であって排気浄化触媒の長手軸線に沿って見たときに該微粒子堆積領域の下流側に当る排気ガス流通領域内に温度センサが配置されており、該排気浄化触媒からNO_xを放出すべく排気浄化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、該空燃比センサの出力値の変化速度が低下しかつ該温度センサにより検出された排気ガスの温度の変化時間が増大したときには、該排気浄化触媒の上流側端面周辺部の該微粒子堆積領域において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていると判別される請求項３に記載の内燃機関の異常検出装置。
該排気浄化触媒の上流側端面周辺部の該微粒子堆積領域において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていると判別されたときには、該排気浄化触媒からNO_xを放出すべく次に排気浄化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、再度、該排気浄化触媒の上流側端面周辺部の該微粒子堆積領域において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かが判別され、このとき、該空燃比センサの出力値の変化速度が増大しかつ該温度センサにより検出された排気ガスの温度の変化時間が減少した場合には、該排気浄化触媒の上流側端面周辺部の該微粒子堆積領域において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていたと断定される請求項６に記載の内燃機関の異常検出装置。
該排気浄化触媒からNO_xを放出すべく排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするときには、燃焼室内に追加の燃料を供給することによって燃焼室から排出される排気ガスの空燃比がリッチにされる請求項３に記載の内燃機関の異常検出装置。
排気浄化触媒の上流側端面周辺部の該微粒子堆積領域において排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていると判別されたときには、堆積している微粒子を除去するために、該排気浄化触媒の上流側端面の昇温制御が行われる請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。
排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が瞬時に変化せしめられたときに、空燃比センサの出力値の変化速度が低下したか否かは、このときの空燃比センサの出力電圧低下に要する時間、該空燃比センサの出力電圧の低下速度、空燃比センサの出力電圧上昇に要する時間、および該空燃比センサの出力電圧の上昇速度のいずれかに基づいて判断される請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。