JP6024835B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
機関吸気通路と機関排気通路とを排気ガス再循環通路により連結すると共に、排気ガス再循環率を制御する排気ガス再循環制御弁を排気ガス再循環通路内に配置し、スロットル開度が減少されかつ排気ガス再循環率が低減された状態のもとで膨張行程又は排気行程に筒内に追加の燃料が噴射されることにより機関燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的に低下させるリッチ制御が行われる内燃機関の排気浄化装置であって、リッチ制御を終了するときには、スロットル開度が復帰されかつ排気ガス再循環制御弁開度が復帰されると共に追加の燃料の噴射が停止される、内燃機関の排気浄化装置が公知である（特許文献１参照）。この排気浄化装置では、スロットル開度が減少されかつ排気ガス再循環率が低減された状態のもとでリッチ制御が行われるので、排気ガスの空燃比をリッチにするのに必要な追加の燃料量を低減することができる。
特開平５−１０６５１８号公報
ところで、リッチ制御が行なわれているときには、スロットル弁下流の吸気通路内の圧力である吸気圧は低下されており、排気通路内の圧力である排気圧は上昇されている。その結果、排気圧と吸気圧との差で表されるポンプ損失は増大されている。一方、リッチ制御が終了されると、すなわちスロットル開度が復帰されかつ排気ガス再循環制御弁開度が復帰されると共に追加の燃料の噴射が停止されると、吸気圧及び排気圧が復帰され、従ってポンプ損失も復帰される。
しかしながら、リッチ制御が終了されても、吸気圧および排気圧は直ちに復帰されず、従ってポンプ損失も直ちに復帰されない。言い換えると、リッチ制御が終了されてからしばらくの間はポンプ損失が大きくなっている。その結果、リッチ制御の終了直後に機関出力ないしトルクが一時的に低下し、従って機関出力変動が大きくなるおそれがある。
本発明の目的は、リッチ制御の終了直後に機関出力変動を抑制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。
本発明によれば、機関吸気通路と機関排気通路とを排気ガス再循環通路により連結すると共に、排気ガス再循環率を制御する排気ガス再循環制御弁を排気ガス再循環通路内に配置し、前記吸気通路内に配置され吸入空気量を制御するスロットル弁の開度であるスロットル開度がベーススロットル開度から該ベーススロットル開度よりも小さいリッチ制御用スロットル開度に切り換えられかつ排気ガス再循環率がベース排気ガス再循環率から該ベース排気ガス再循環率とは異なるリッチ制御用排気ガス再循環率に切り換えられた状態のもとで膨張行程又は排気行程に筒内に追加の燃料が噴射されることにより機関燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的に低下させるリッチ制御が行われる、内燃機関の排気浄化装置において、リッチ制御を終了するときには、まずスロットル開度がベーススロットル開度に復帰されかつ追加の燃料の噴射が停止されかつ主燃料が一時的に増量され、次いで排気ガス再循環率がベース排気ガス再循環率に復帰されるように排気ガス再循環制御弁開度が制御される、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
リッチ制御の終了直後に機関出力変動を抑制することができる。
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は追加の燃料量Ｑａのマップを示す図である。 図１６はリッチ制御が開始されるときのタイムチャートである。 図１７はリッチ制御が終了されるときのタイムチャートである。 図１８はベーススロットル開度ＶＴＨＢのマップを示す図である。 図１９はベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢのマップを示す図である。 図２０はベース主燃料量ＱｍＢのマップを示す図である。 図２１はベース主燃料噴射時期θｍＢのマップを示す図である。 図２２はリッチ制御用スロットル開度ＶＴＨＲのマップを示す図である。 図２３はリッチ制御用ＥＧＲ率ＲＥＧＲＲのマップを示す図である。 図２４はリッチ制御用主燃料量ＱｍＲのマップを示す図である。 図２５はリッチ制御用主燃料噴射時期θｍＲのマップを示す図である。 図２６は主燃料の増量分ｄＱｍのマップを示す図である。 図２７は主燃料噴射時期の進角量ｄθｍのマップを示す図である。 図２８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２９は第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用を実行するためのフローチャートである。 図３０はリッチ制御を実行するためのフローチャートである。 図３１は本発明による別の実施例におけるリッチ制御が終了されるときのタイムチャートである。 図３２は本発明による別の実施例におけるリッチ制御を実行するためのフローチャートである。 図３３は本発明による更に別の実施例におけるリッチ制御が終了されるときのタイムチャートである。 図３４は本発明による更に別の実施例におけるリッチ制御を実行するためのフローチャートである。 図３５は本発明による更に別の実施例における圧縮着火式内燃機関の全体図である。 図３６は本発明による更に別の実施例におけるリッチ制御が開始されるときのタイムチャートである。 図３７は本発明による更に別の実施例におけるリッチ制御が終了されるときのタイムチャートである。 図３８はベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢのマップを示す図である。 図３９はベース低高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＢのマップを示す図である。 図４０はリッチ制御用高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＲのマップを示す図である。 図４１はリッチ制御用低高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＲのマップを示す図である。 図４２は本発明による更に別の実施例におけるリッチ制御を実行するためのフローチャートである。 図４３は本発明による更に別の実施例におけるリッチ制御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が配置された吸気導入管８ａ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。また、スロットル弁１０下流に位置する吸気マニホルド４には吸気マニホルド４内の圧力、すなわち吸気圧を検出するための圧力センサ４ｐが取り付けられ、排気マニホルド５には排気マニホルド５内の圧力、すなわち排気圧を検出するための圧力センサ５ｐが取り付けられる。更に、排気マニホルド５には排気マニホルド５内の排気ガスの温度を検出するための温度センサ５ｔが取り付けられる。
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。パティキュレートフィルタ１４には排気管１２ｃが連結される。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。排気浄化触媒１３から流出した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、差圧センサ２６、圧力センサ４ｐ，５ｐ、温度センサ５ｔ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ＣｅＯ２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−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−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−ＮＨ２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−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ＮＯｘ＊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（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、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範囲内の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から燃焼用燃料すなわち主燃料Ｑｍに加え、追加の燃料Ｑａ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Ｑａは例えば圧縮上死点後ＡＴＤＣ９０°の少し手前で噴射される。この追加の燃料量Ｑａ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。
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５に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、燃焼室２内に供給される総ガス量に対するＥＧＲ通路１６から燃焼室２内に供給されるＥＧＲガス量の比をＥＧＲ率と称すると、本発明による実施例では実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に一致するようにＥＧＲ制御弁１７の開度が制御される。なお、燃焼室２内に供給される総ガス量Ｇは圧力センサ４ｐにより検出される吸気圧に基づいて算出され、ＥＧＲガス量Ｇｅは圧力センサ４ｐにより検出される吸気圧、圧力センサ５ｐにより検出される排気圧、およびＥＧＲ制御弁１７の開度に基づいて算出される。従って、実際のＥＧＲ率ＲＥＧＲが算出される（ＲＥＧＲ＝Ｇｅ／Ｇ）。
さて、本発明による実施例では上述したように、第２のＮＯｘ浄化方法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）ｉｎをリッチにするために、燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比を一時的に低下させるリッチ制御が行われる。この場合、燃焼室２内に追加の燃料Ｑａを噴射することにより、リッチ制御が行なわれる。なお、炭化水素供給弁１５から炭化水素が供給されない場合には、排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎは燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比に一致する。
図１６は図１に示される内燃機関においてリッチ制御が開始されるときのタイムチャートを示しており、図１６において時間ｔａ１はリッチ制御を開始すべき信号が発せられたタイミングを示している。
時間ｔａ１よりも前、すなわちリッチ制御が行なわれていない通常制御時には、スロットル開度ＶＴＨがベーススロットル開度ＶＴＨＢに設定される。その結果、吸入空気量Ｇａがベーススロットル開度ＶＴＨＢに応じて定まるベース吸入空気量ＧａＢとなる。ベーススロットル開度ＶＴＨＢ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１８に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
また、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴがベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに設定される。すなわち、ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが実際のＥＧＲ率をベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢにするのに必要なベースＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＢにされる。その結果、ＥＧＲ率ＲＥＧＲがベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢとなる。ベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢ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１９に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
更に、追加の燃料量Ｑａがゼロに設定される。すなわち、追加の燃料Ｑａは噴射されない。その結果、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎは理論空燃比ＡＦＳよりもリーンのベース空燃比ＡＦＢとなる。
更に、主燃料Ｑｍがベース主燃料量ＱｍＢに設定される。ベース主燃料量ＱｍＢは要求出力を発生させるのに必要な燃料量である。ベース主燃料量ＱｍＢ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２０に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
更に、主燃料の噴射時期θｍがベース噴射時期θｍＢに設定される。ベース噴射時期θｍＢ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２１に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
この場合、吸気圧Ｐｉｎはベース吸気圧ＰｉｎＢとなり、排気圧Ｐｅｘはベース排気圧Ｐｅｘとなる。従って、排気圧ＰｅＸと吸気圧Ｐｉｎとの差で表されるポンプ損失ＰＬ（＝Ｐｅｘ−Ｐｉｎ）はベースポンプ損失ＰＬＢ（＝ＰｅｘＢ−ＰｉｎＢ）となる。なお、吸気圧Ｐｉｎおよび排気圧Ｐｅｘがスロットル開度ＶＴＨおよびＥＧＲ率ＲＥＧＲに応じて定まることを考えると、ベースポンプ損失ＰＬＢはベーススロットル開度ＶＴＨＢおよびベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに応じて定まるということになる。
一方、圧縮端温度ＴＣＥはベース圧縮端温度ＴＣＥＢとなる。なお、圧縮端温度ＴＣＥが筒内ガス量に応じて定まり、筒内ガス量がスロットル開度ＶＴＨおよびＥＧＲ率ＲＥＧＲに応じて定まることを考えると、ベース圧縮端温度ＴＣＥＢはベーススロットル開度ＶＴＨＢおよびベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに応じて定まるということになる。
時間ｔａ１においてリッチ制御を開始すべき信号が発せられると、スロットル開度ＶＴＨがベーススロットル開度ＶＴＨＢからベーススロットル開度ＶＴＨＢよりも小さいリッチ制御用スロットル開度ＶＴＨＲに切り換えられる。その結果、吸入空気量Ｇａがリッチ制御用吸入空気量ＧａＲまで減少する。リッチ制御用スロットル開度ＶＴＨＲ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２２に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
また、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴがベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢからベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢとは異なるリッチ制御用ＥＧＲ率ＲＥＧＲＲに切り換えられ、それによりＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲがベースＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲからベースＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲとは異なるリッチ制御用ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＲに切り換えられる。リッチ制御用ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＲはＥＧＲ率ＲＥＧＲをリッチ制御用ＥＧＲ率ＲＥＧＲＲにするのに必要なＥＧＲ制御弁開度である。図１６に示される例では目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが小さくされ、従ってＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが小さくされる。その結果、ＥＧＲ率ＲＥＧＲがリッチ制御用ＥＧＲ率ＲＥＧＲＲまで低下する。リッチ制御用ＥＧＲ率ＲＥＧＲＲ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２３に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
このように吸入空気量Ｇａを減少させＥＧＲ率を低下させると、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎをリッチにするのに必要な追加の燃料Ｑａを少なくすることができる。
更に、追加の燃料Ｑａの噴射が開始される。その結果、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがベース空燃比ＡＦＢから低下する。図１６に示される例では排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが理論空燃比ＡＦＳよりもリッチにされる。
更に、主燃料量Ｑｍがベース主燃料量ＱｍＢからベース主燃料量ＱｍＢとは異なるリッチ制御用主燃料量ＱｍＲに切り換えられる。図１６に示される例では、追加の燃料Ｑａの一部が燃焼室２内で燃焼することによりわずかな機関出力が発生する。そこで、実際の機関出力が要求出力に一致するように、リッチ制御中は主燃料Ｑｍがわずかに減量される。リッチ制御用主燃料量ＱｍＲ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２４に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
更に、主燃料の噴射時期θｍがベース噴射時期θｍＢからベース噴射時期θｍＢとは異なるリッチ制御用噴射時期θｍＲに切り換えられる。図１６に示される例では主燃料の噴射時期θｍが進角される。このようにしているのは、リッチ制御中は燃焼の進行が遅くなるからである。リッチ制御用噴射時期θｍＲ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２５に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
その結果、図１６に示されるように、吸気圧Ｐｉｎがベース吸気圧ＰｉｎＢから低下し、排気圧ＰｅＸがベース排気圧ＰｅｘＢから上昇する。従って、ポンプ損失ＰＬがベースポンプ損失ＰＬＢから大きくなる。また、リッチ制御中は筒内ガス量が少なくなるので、圧縮端温度ＴＣＥがベース圧縮端温度ＴＣＥＢから低下する。
図１７は図１に示される内燃機関においてリッチ制御が終了されるときのタイムチャートを示している。
時間ｔｂ１においてリッチ制御を終了すべき信号が発せられると、スロットル開度ＶＴＨがリッチ制御用スロットル開度ＶＴＨＲからベーススロットル開度ＶＴＨＢに復帰される。その結果、吸入空気量Ｇａが徐々に増大する。
これに対し、時間ｔｂ１において、ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲは目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴないしＥＧＲ率ＲＥＧＲにかかわらず、リッチ制御用ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＲに維持される。その結果、ＥＧＲ率ＲＥＧＲはベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに復帰されず、吸入空気量Ｇａが増大するのに伴い低下する。なお、図１７に示される例では、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴはリッチ制御用ＥＧＲ率ＲＥＧＲＲに維持される。
スロットル開度ＶＴＨおよび目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴないしＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが同時に復帰されると、筒内に吸入空気だけでなくＥＧＲガスも導入されるので吸入空気量Ｇａが速やか増大しにくくなり、失火発生のリスクが高まる。そこで、まずスロットル開度ＶＴＨが復帰される。その結果、吸入空気量Ｇａが速やかに増大し、失火発生のリスクが低減される。
また、時間ｔｂ１において、追加の燃料Ｑａの噴射が停止される。その結果、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが徐々に増大する。
その結果、吸気圧Ｐｉｎが徐々に上昇し、排気圧Ｐｅｘが徐々に低下する。従って、ポンプ損失ＰＬが徐々に低下する。言い換えると、ポンプ損失ＰＬは直ちに復帰しない。その結果、リッチ制御の終了直後に機関出力が一時的に低下し、機関出力変動が大きくなるおそれがある。そこで図１７に示される例では、主燃料量Ｑｍがベース主燃料量ＱｍＢに対し増量分ｄＱｍだけ増大される。その結果、リッチ制御の終了直後に機関出力変動が大きくなるのが阻止される。
増量分ｄＱｍはベースポンプ損失ＰＬＢに対するポンプ損失ＰＬの偏差ｄＰＬ（＝ＰＬ−ＰＬＢ）に基づいて設定される。具体的には、偏差ｄＰＬが小さくなるにつれて少なくなるように増量分ｄＱｍは設定される。増量分ｄＱｍは図２６に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。偏差ｄＰＬは徐々に小さくなるので、増量分ｄＱｍは徐々に減少する。
また、圧縮端温度ＴＣＥが徐々に上昇する。言い換えると、圧縮端温度ＴＣＥは直ちに復帰しない。その結果、主燃料Ｑｍの着火遅れが一時的に大きくなる。このため、機関出力が一時的に低下し、機関出力変動が大きくなるおそれがある。そこで図１７に示される例では、主燃料噴射時期θｍがベース主燃料噴射時期θｍＢに対し進角量ｄθｍだけ進角される。その結果、主燃料Ｑｍの燃焼時期が早められ、リッチ制御の終了直後に機関出力変動が大きくなるのが阻止される。
進角量ｄθｍはベース圧縮端温度ＴＣＥＢに対する圧縮端温度ＴＣＥの偏差ｄＴＣＥ（＝ＴＣＥＢ−ＴＣＥ）に応じて設定される。具体的には、偏差ｄＴＣＥが小さくなるにつれて小さくなるように進角量ｄθｍは設定される。偏差ｄθｍは図２７に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。偏差ｄθｍは徐々に小さくなるので、進角量ｄθｍは徐々に小さくなる。なお、圧縮端温度ＴＣＥは筒内ガス量を表す吸気圧Ｐｉｎにより表すことができる。
次いで、時間ｔｂ２において吸入空気量Ｇａがベーススロットル開度ＶＴＨＢに応じて定まるベース吸入空気量ＧａＢに復帰されると、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴがベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに復帰される。この場合、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴに一致するようにＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが制御される。従って、ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲがベースＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＢに復帰される。その結果、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが徐々に増大する。このとき、燃焼室２内には十分な量の空気が供給されており、失火のおそれはない。
次いで、時間ｔｂ３において、ＥＧＲ率ＲＥＧＲがベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに復帰される。
また、時間ｔｂ３において、吸気圧Ｐｉｎがベース吸気圧ＰｉｎＢに復帰され、排気圧Ｐｅｘがベース排気圧ＰｅｘＢに復帰され、従ってポンプ損失ＰＬがベースポンプ損失ＰＬＢに復帰される。その結果、主燃料Ｑｍの増量分ｄＱｍがゼロになる。すなわち、主燃料量Ｑｍがベース主燃料量ＱｍＢに復帰される。
更に、時間ｔｂ３において、圧縮端温度ＴＣＥがベース圧縮端温度ＴＣＥＢに復帰される。その結果、主燃料噴射時期の進角量ｄθｍがゼロになる。すなわち、主燃料噴射時期θｍがベース主燃料噴射時期θｍＢに復帰される。
更に、時間ｔｂ３において、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがベース空燃比ＡＦＢに復帰される。
このようにしてリッチ制御が終了され、通常制御が開始される。
上述したように図１７に示される例では、時間ｔｂ１から時間ｔｂ２までにおいて、すなわちスロットル開度ＶＴＨがベーススロットル開度ＶＴＨＢに復帰されてから、ＥＧＲ率ＲＥＧＲがベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに復帰されるようにＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが制御されるまでにおいて、ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲはリッチ制御用ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＲに維持される。この場合、ＥＧＲ率ＲＥＧＲは一時的に目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴから逸脱することになる。別の実施例では、時間ｔｂ１から時間ｔｂ２までにおいて、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが目標ＥＧＲ率であるリッチ制御用ＥＧＲ率ＲＥＧＲＲに維持されるようにＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが制御される。この場合、ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲは吸入空気量Ｇａの増加に伴い増大する。
また、時間ｔｂ１から時間ｔｂ３までにおいて、主燃料Ｑｍがベース主燃料量ＱｍＢに対し一時的に増量され、主燃料噴射時期θｍがベース主燃料噴射時期θｍＢに対し一時的に進角されることになる。
なお、図１７に示される例では、リッチ制御用ＥＧＲ率ＲＥＧＲＲがゼロよりも大きく設定される。別の実施例では、リッチ制御用ＥＧＲ率ＲＥＧＲＲがゼロに設定される。すなわち、リッチ制御中にＥＧＲガスの供給が停止される。
図２８は本発明による実施例のＮＯｘ浄化制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図２８を参照するとまず初めにステップ１００において、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に進んで第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われる。即ち、炭化水素供給弁１５からは図１１に示される噴射量Ｗ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。
ステップ１０１において第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用を実行すべきときにはステップ１０３に進んで第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用を実行するルーチンが実行される。このルーチンは図２９に示されている。
図２９は第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用を実行するルーチンを示している。このルーチンは図２８のステップ１０３で実行される。
図２９を参照するとまず初めにステップ２００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。続くステップ２０１では排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡを積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２０２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のときには処理サイクルを終了する。
ΣＮＯＸ＞ＭＡＸになるとステップ２０２からステップ２０３に進み、リッチ制御を実行するルーチンが実行される。このルーチンは図３０に示されている。続くステップ２０４では吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸがクリアされる。
図３０はリッチ制御を実行するルーチンを示している。このルーチンは図２９のステップ２０３で実行される。
図３０を参照するとまず初めにステップ３００ではリッチ制御を終了すべきか否かが判別される。ステップ３００に初めて進んだときにはステップ３０１に進み、追加の燃料Ｑａが噴射される。続くステップ３０２ではリッチ制御用スロットル開度ＶＴＨＲが図２２のマップから算出され、スロットル開度ＶＴＨがリッチ制御用スロットル開度ＶＴＨＲに設定される。続くステップ３０３ではリッチ制御用ＥＧＲ率ＲＥＧＲＲが図２３のマップから算出され、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴがリッチ制御用ＥＧＲ率ＲＥＧＲＲに設定される。続くステップ３０４ではリッチ制御用主燃料量ＱｍＲが図２４のマップから算出され、主燃料量Ｑｍがリッチ制御用主燃料量ＱｍＲに設定される。続くステップ３０５ではリッチ制御用主燃料噴射時期θｍＲが図２５のマップから算出され、主燃料噴射時期θｍがリッチ制御用主燃料噴射時期θｍＲに設定される。
リッチ制御が例えば一定時間行なわれると、リッチ制御を終了すべきと判別される。リッチ制御を終了すべきと判別されたときにはステップ３００からステップ３０６に進み、追加の燃料Ｑａの噴射が停止される。続くステップ３０７ではベーススロットル開度ＶＴＨＢが図１８のマップから算出され、スロットル開度ＶＴＨがベーススロットル開度ＶＴＨＢに設定される。続くステップ３０８では図２０のマップからベース主燃料量ＱｍＢが算出され、図２６のマップから増量分ｄＱｍが算出され、主燃料量Ｑｍが算出される（Ｑｍ＝ＱｍＢ＋ｄＱｍ）。続くステップ３０９では図２１のマップからベース主燃料噴射時期θｍＢが算出され、図２７のマップから進角量ｄθｍが算出され、主燃料噴射時期θｍが算出される（θｍ＝θｍＢ＋ｄθｍ）。
続くステップ３１０では吸入空気量Ｇａがベース吸入空気量ＧａＢに復帰したか否かが判別される。吸入空気量Ｇａがベース吸入空気量ＧａＢに復帰していないときにはステップ３０６に戻る。吸入空気量Ｇａがベース吸入空気量ＧａＢに復帰したときにはステップ３１０からステップ３１１に進み、ベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢが図１９のマップから算出され、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴがベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに設定される。続くステップ３１２ではポンプ損失ＰＬおよび圧縮端温度ＴＣＥがそれぞれベースポンプ損失ＰＬＢおよびベース圧縮端温度ＴＣＥＢに復帰したか否かが判別される。ポンプ損失ＰＬおよび圧縮端温度ＴＣＥがそれぞれベースポンプ損失ＰＬＢおよびベース圧縮端温度ＴＣＥＢに復帰していないときにはステップ３０６に戻る。ポンプ損失ＰＬおよび圧縮端温度ＴＣＥがそれぞれベースポンプ損失ＰＬＢおよびベース圧縮端温度ＴＣＥＢに復帰したときには処理サイクルを終了する。
次に、本発明による別の実施例を説明する。
図１７に示される実施例では、上述したように、まずスロットル開度ＶＴＨが復帰され、次いで目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴないしＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが復帰される。このようにしているのは、スロットル開度ＶＴＨおよび目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴないしＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが同時に復帰されると、筒内に吸入空気だけでなくＥＧＲガスも導入されるので吸入空気量Ｇａが速やか増大しにくくなり、失火発生のリスクが高まるからである。
そうすると、リッチ制御を終了するときに復帰されるべきベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢが低いときには、スロットル開度ＶＴＨおよび目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴないしＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが同時に復帰されたとしても、失火発生のリスクは小さい。むしろ、吸気圧Ｐｉｎ、排気圧Ｐｅｘ、ポンプ損失ＰＬ、および圧縮端温度ＴＣＥが速やかに復帰され、従って主燃料Ｑｍが増量される期間および主燃料噴射時期θｍが進角される期間が短縮される。言い換えると、リッチ制御から通常制御への切り換えが速やかに行なわれる。
そこで本発明による別の実施例では、リッチ制御を終了するときに復帰されるべきベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢが限界率ＲＥＧＲＸよりも低いときには、スロットル開度ＶＴＨがベーススロットル開度ＶＴＨＢに復帰されると共にＥＧＲ率ＲＥＧＲがベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに復帰されるようにＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが制御される。その結果、失火発生のリスクを低減しつつリッチ制御から通常制御への切り換えを速やかに行なうことができる。
一方、リッチ制御を終了するときに復帰されるべきベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢが限界率ＲＥＧＲＸよりも高いときには、図１７に示される実施例と同様に、まずスロットル開度ＶＴＨが復帰され、次いで目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴないしＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが復帰される。
図３１は本発明による別の実施例においてリッチ制御が終了されるときのタイムチャートであり、リッチ制御を終了するときに復帰されるべきベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢが限界率ＲＥＧＲＸよりも低い場合を示している。
時間ｔｃ１においてリッチ制御を終了すべき信号が発せられると、スロットル開度ＶＴＨがリッチ制御用スロットル開度ＶＴＨＲからベーススロットル開度ＶＴＨＢに復帰される。その結果、吸入空気量Ｇａが徐々に増大する。また、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴがベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに復帰される。この場合、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴに一致するようにＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが制御される。従って、ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲがベースＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＢに復帰される。その結果、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが徐々に増大する。
また、時間ｔｃ１において、追加の燃料Ｑａの噴射が停止される。その結果、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが徐々に増大する。
更に、時間ｔｃ１において、主燃料Ｑｍがベース主燃料量ＱｍＢに対し増量分ｄＱｍだけ増大される。
更に、時間ｔｃ１において、主燃料噴射時期θｍがベース主燃料噴射時期θｍＢに対し進角量ｄθｍだけ進角される。
次いで、時間ｔｃ２において、吸入空気量Ｇａがベーススロットル開度ＶＴＨＢに応じて定まるベース吸入空気量ＧａＢに復帰される。
また、時間ｔｃ２において、ＥＧＲ率ＲＥＧＲがベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに復帰される。
また、時間ｔｃ２において、吸気圧Ｐｉｎがベース吸気圧ＰｉｎＢに復帰され、排気圧Ｐｅｘがベース排気圧ＰｅｘＢに復帰され、従ってポンプ損失ＰＬがベースポンプ損失ＰＬＢに復帰される。その結果、主燃料Ｑｍの増量分ｄＱｍがゼロになる。すなわち、主燃料量Ｑｍがベース主燃料量ＱｍＢに復帰される。
更に、時間ｔｃ２において、圧縮端温度ＴＣＥがベース圧縮端温度ＴＣＥＢに復帰される。その結果、主燃料噴射時期の進角量ｄθｍがゼロになる。すなわち、主燃料噴射時期θｍがベース主燃料噴射時期θｍＢに復帰される。
更に、時間ｔｃ２において、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがベース空燃比ＡＦＢに復帰される。
なお、リッチ制御を終了するときに復帰されるべきベースＥＧＲ率ＲＥＧＲはその時点での機関運転状態に応じて定まる。従って、リッチ制御を終了するときに復帰されるべきベースＥＧＲ率ＲＥＧＲが図１７，３１に示されるようにリッチ制御用ＥＧＲ率ＲＥＧＲＲよりも高い場合もあれば、リッチ制御用ＥＧＲ率ＲＥＧＲＲよりも低い場合もある。
図３２は図３１に示される実施例のリッチ制御を実行するルーチンを示している。このルーチンは図２９のステップ２０３で実行される。
図３２は次の点で図３０に示されるルーチンと相違している。すなわち、ステップ３０９からステップ３０９ａに進み、ベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢが図１９のマップから算出され、限界率ＲＥＧＲＸよりも低いか否かが判別される。ＲＥＧＲＢ＜ＲＥＧＲＢのときにはステップ３１１にジャンプし、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴがベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに設定される。従って、スロットル開度ＶＴＨおよび目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴないしＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが同時に復帰される。これに対し、ＲＥＧＲＢ≧ＲＥＧＲＢのときにはステップ３１０に進む。従って、スロットル開度ＶＴＨがまず復帰され、その後に目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴないしＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが同時に復帰される。
図３１に示される実施例の他の構成および作用は図１７に示される実施例と同様であるので説明を省略する。
次に、本発明による更に別の実施例を説明する。
リッチ制御が行われているときには燃焼室２から排出される排気ガスの温度がかなり高くなっている。このため、リッチ制御の終了時にＥＧＲ率ＲＥＧＲが高められると、高温の排気ガスが大量にＥＧＲ通路１６内に流入し、ＥＧＲ通路１６又はＥＧＲ制御弁１７が熱により破損するおそれがある。
そこで本発明による更に別の実施例では、スロットル開度ＶＴＨがベーススロットル開度ＶＴＨＢに復帰された後、ＥＧＲ通路１６内に導入されるべきＥＧＲガスの温度ＴＥＧＲがしきい温度ＴＥＧＲＸよりも低い温度に低下したときに、ＥＧＲ率ＲＥＧＲがベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに復帰されるようにＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが制御される。その結果、高温のＥＧＲガスがＥＧＲ通路１６内に導入されるのが阻止され、従ってＥＧＲ通路およびＥＧＲ制御弁１７の耐久性が高められる。なお、ＥＧＲ通路１６内に導入されるべきＥＧＲガスの温度ＴＥＧＲは温度センサ５ｔ（図１）によって検出される。
図３３は本発明による更に別の実施例においてリッチ制御が終了されるときのタイムチャートである。
時間ｔｄ１においてリッチ制御を終了すべき信号が発せられると、スロットル開度ＶＴＨがリッチ制御用スロットル開度ＶＴＨＲからベーススロットル開度ＶＴＨＢに復帰される。その結果、吸入空気量Ｇａが徐々に増大する。
また、追加の燃料Ｑａの噴射が停止される。その結果、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが徐々に増大する。また、ＥＧＲ通路１６内に導入されるべきＥＧＲガスの温度ＴＥＧＲが徐々に低下する。
次いで、時間ｔｄ２において、ＥＧＲ通路１６内に導入されるべきＥＧＲガスの温度ＴＥＧＲがしきい温度ＴＥＧＲＸよりも低くなると、目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴがベースＥＧＲ率ＲＥＧＲＢに復帰される。この場合、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが目標ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴに一致するようにＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲが制御される。従って、ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲがベースＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＢに復帰される。その結果、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが徐々に増大する。
図３４は図３３に示される実施例のリッチ制御を実行するルーチンを示している。このルーチンは図２９のステップ２０３で実行される。
図３４に示されるルーチンは次の点で図３０に示されるルーチンと相違している。すなわち、ステップ３０９からステップ３１０ａに進み、ＥＧＲ通路１６内に導入されるべきＥＧＲガスの温度ＴＥＧＲがしきい温度ＴＥＧＲＸよりも低いか否かが判別される。ＴＥＧＲ≧ＴＥＧＲＸのときにはステップ３０６に戻る。これに対し、ＴＥＧＲ＜ＴＥＧＲＸのときにはステップ３１１に進む。
図３３に示される実施例の他の構成および作用は図１７に示される実施例と同様であるので説明を省略する。
図３５は本発明による更に別の実施例を示している。
図３５を参照すると、排気タービン７ｂ上流の排気マニホルド５とスロットル弁１０下流の吸気マニホルド４とは高圧側ＥＧＲ通路１６Ｈを介して互いに連結され、高圧側ＥＧＲ通路１６Ｈ内には電気制御式の高圧側ＥＧＲ制御弁１７Ｈが配置される。また、高圧側ＥＧＲ通路１６Ｈ周りには高圧側ＥＧＲ通路１６Ｈ内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１８Ｈが配置される。
更に、排気管１２ｃ内には排気絞り弁１９が配置される。排気絞り弁１９上流の排気管１２ｃと吸入空気量検出器８下流の吸気導入管８ａとは低圧側ＥＧＲ通路１６Ｌを介して互いに連結され、低圧側ＥＧＲ通路１６Ｌ内には電気制御式の低圧側ＥＧＲ制御弁１７Ｌが配置される。また、低圧側ＥＧＲ通路１６Ｌ周りには低圧側ＥＧＲ通路１６Ｌ内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１８Ｌが配置される。別の実施例では排気絞り弁が省略される。
吸入空気量検出器８下流の吸気導入管８ａには吸気導入管８ａ内の圧力を検出するための圧力センサ８ｐが取り付けられ、排気絞り弁１９上流の排気管１２ｃには排気管１２ｃ内の圧力を検出するための圧力センサ１２ｐが取り付けられる。
高圧側ＥＧＲ通路１６Ｈから燃焼室２に供給されるＥＧＲガス量をＧｅＨ、低圧側ＥＧＲ通路１６Ｌから燃焼室２に供給されるＥＧＲガス量をＧｅＬでそれぞれ表すと、高圧側ＥＧＲ通路１６ＨからのＥＧＲガスについてのＥＧＲ率である高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨはＧｅＨ／Ｇで表され、低圧側ＥＧＲ通路１６ＬからのＥＧＲガスについてのＥＧＲ率である低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬはＧｅＬ／Ｇで表される。なお、燃焼室２内に供給される総ＥＧＲガス量ＧｅはＧｅＨ＋ＧｅＬで表されるので、ＥＧＲ率ＲＥＧＲはＧｅ／Ｇで表される。
高圧側ＥＧＲ通路１６ＨからのＥＧＲガス量ＧｅＨは圧力センサ４ｐにより検出される吸気圧、圧力センサ５ｐにより検出される排気圧、および高圧側ＥＧＲ制御弁１７Ｈの開度に基づいて算出される。低圧側ＥＧＲ制御弁１６ＬからのＥＧＲガス量ＧｅＬは圧力センサ８ｐにより検出される圧力、圧力センサ１７ｐにより検出される圧力、および低圧側ＥＧＲ制御弁１７Ｌの開度に基づいて算出される。従って、高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨおよび低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬが算出される。
図３５に示される実施例では、実際の高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨが算出され、実際の高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨが目標高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＴに一致するように高圧側ＥＧＲ制御弁１７Ｈの開度が制御され、実際の低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬが算出され、実際の低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬが目標低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＴに一致するように低圧側ＥＧＲ制御弁１７Ｌの開度および排気絞り弁１９の開度が制御される。
図３６は図３５に示される内燃機関においてリッチ制御が開始されるときのタイムチャートを示しており、図３６において時間ｔｅ１はリッチ制御を開始すべき信号が発せられたタイミングを示している。時間ｔｅ１よりも前、すなわちリッチ制御が行なわれていない通常制御時には、スロットル開度ＶＴＨがベーススロットル開度ＶＴＨＢに設定される。その結果、吸入空気量Ｇａがベーススロットル開度ＶＴＨＢに応じて定まるベース吸入空気量ＧａＢとなる。
また、目標高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＴおよび目標低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＴがそれぞれベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢおよびベース低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＢに設定される。すなわち、高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨが実際の高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨをベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢにするのに必要なベース高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨＢにされ、低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬが実際の低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬをベース低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＢにするのに必要なベース低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬＢにされる。その結果、高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨおよび低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬがそれぞれベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢおよびベース低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＢとなる。ベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢおよびベース低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＢはそれぞれアクセルペダル４０の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図３８および３９に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
更に、追加の燃料量Ｑａがゼロに設定される。すなわち、追加の燃料Ｑａは噴射されない。その結果、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎは理論空燃比ＡＦＳよりもリーンのベース空燃比ＡＦＢとなる。
更に、主燃料Ｑｍがベース主燃料量ＱｍＢに設定される。
更に、主燃料の噴射時期θｍがベース噴射時期θｍＢに設定される。
この場合、吸気圧Ｐｉｎはベース吸気圧ＰｉｎＢとなり、排気圧Ｐｅｘはベース排気圧Ｐｅｘとなる。従って、ポンプ損失ＰＬ（＝Ｐｅｘ−Ｐｉｎ）はベースポンプ損失ＰＬＢ（＝ＰｅｘＢ−ＰｉｎＢ）となる。
一方、圧縮端温度ＴＣＥはベース圧縮端温度ＴＣＥＢとなる。
時間ｔｅ１においてリッチ制御を開始すべき信号が発せられると、スロットル開度ＶＴＨがベーススロットル開度ＶＴＨＢからリッチ制御用スロットル開度ＶＴＨＲに切り換えられる。図３６に示される例ではスロットル開度ＶＴＨが小さくされる。その結果、吸入空気量Ｇａがリッチ制御用吸入空気量ＧａＲまで減少する。
また、目標高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＴおよび目標低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＴがそれぞれベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢおよびベース低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＢから、それぞれベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢおよびベース低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＢとは異なるリッチ制御用高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＲおよびリッチ制御用低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＲに切り換えられ、それにより高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨおよび低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬがそれぞれベース高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨおよびベース低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬから、それぞれベース高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨおよびベース低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬとは異なるリッチ制御用高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨＲおよびリッチ制御用低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬＲに切り換えられる。リッチ制御用高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨＲおよびリッチ制御用低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬＲはそれぞれ高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨおよび低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬをリッチ制御用高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＲおよびリッチ制御用低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＲにするのに必要な高圧側ＥＧＲ制御弁開度および低圧側ＥＧＲ制御弁開度である。図３６に示される例では目標高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＴおよび目標低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＴが小さくされ、従って高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨおよび低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬがそれぞれ小さくされる。その結果、高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨおよび低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬがそれぞれリッチ制御用高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＲおよびリッチ制御用低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＲまで低下する。リッチ制御用高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＲおよびリッチ制御用低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＲはそれぞれアクセルペダル４０の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図４０および４１に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
更に、追加の燃料Ｑａの噴射が開始される。その結果、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがベース空燃比ＡＦＢから低下する。図３６に示される例では排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが理論空燃比ＡＦＳよりもリッチにされる。
更に、主燃料量Ｑｍがベース主燃料量ＱｍＢからリッチ制御用主燃料量ＱｍＲに切り換えられる。
更に、主燃料の噴射時期θｍがベース噴射時期θｍＢからリッチ制御用噴射時期θｍＲに切り換えられる。図３６に示される例では主燃料の噴射時期θｍが進角される。
図３７は図３５に示される内燃機関においてリッチ制御が終了されるときのタイムチャートを示している。
時間ｔｆ１においてリッチ制御を終了すべき信号が発せられると、スロットル開度ＶＴＨがリッチ制御用スロットル開度ＶＴＨＲからベーススロットル開度ＶＴＨＢに復帰される。その結果、吸入空気量Ｇａが徐々に増大する。
これに対し、時間ｔｆ１において、高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨおよび低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬはそれぞれ、リッチ制御用高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨＲおよびリッチ制御用低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬＲに維持される。その結果、高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨおよび低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬはそれぞれベース高圧側ＧＲ率ＲＥＧＲＨＢおよびベース低圧側ＧＲ率ＲＥＧＲＬＢに復帰されず、吸入空気量Ｇａが増大するのに伴い低下する。なお、図１７に示される例では、目標高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＴおよび目標低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＴはそれぞれリッチ制御用高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＲおよびリッチ制御用低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＲに維持される。その結果、吸入空気量Ｇａが速やかに増大し、失火発生のリスクが低減される。
また、時間ｔｆ１において、追加の燃料Ｑａの噴射が停止される。その結果、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが徐々に増大する。
更に、時間ｔｆ１において、主燃料量Ｑｍがベース主燃料量ＱｍＢに対し増量分ｄＱｍだけ増大される。その結果、リッチ制御の終了直後に機関出力変動が大きくなるのが阻止される。
更に、時間ｔｆ１において、主燃料噴射時期θｍがベース主燃料噴射時期θｍＢに対し進角量ｄθｍだけ進角される。その結果、主燃料Ｑｍの燃焼時期が早められ、リッチ制御の終了直後に機関出力変動が大きくなるのが阻止される。
次いで、時間ｔｆ２において吸入空気量Ｇａがベーススロットル開度ＶＴＨＢに応じて定まるベース吸入空気量ＧａＢに復帰されると、目標高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＴがベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢに復帰される。この場合、高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨが目標高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＴに一致するように高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨが制御される。従って、高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨがベース高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨＢに復帰される。その結果、高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨが徐々に増大する。
次いで、時間ｔｆ３において、高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨがベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢに復帰されると、目標低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＴがベース低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＢに復帰される。この場合、低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬが目標低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＴに一致するように低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬが制御される。従って、低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬがベース低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬＢに復帰される。その結果、低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬが徐々に増大する。
次いで、時間ｔｆ４において、低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬがベース低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＢに復帰される。
また、時間ｔｆ４において、吸気圧Ｐｉｎがベース吸気圧ＰｉｎＢに復帰され、排気圧Ｐｅｘがベース排気圧ＰｅｘＢに復帰され、従ってポンプ損失ＰＬがベースポンプ損失ＰＬＢに復帰される。その結果、主燃料Ｑｍの増量分ｄＱｍがゼロになる。すなわち、主燃料量Ｑｍがベース主燃料量ＱｍＢに復帰される。
更に、時間ｔｆ４において、圧縮端温度ＴＣＥがベース圧縮端温度ＴＣＥＢに復帰される。その結果、主燃料噴射時期の進角量ｄθｍがゼロになる。すなわち、主燃料噴射時期θｍがベース主燃料噴射時期θｍＢに復帰される。
更に、時間ｔｆ４において、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがベース空燃比ＡＦＢに復帰される。
このようにしてリッチ制御が終了され、通常制御が開始される。
図３７に示される実施例では、まず目標高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＴないし高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨが復帰され、次いで目標低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＴないし低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬが復帰される。このようにすると、高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨおよび低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬが同時に復帰される場合に比べて、吸入空気量が速やかに回復し、従って失火発生のリスクが低減される。また、高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨが先に復帰されるので、燃焼室２内へのＥＧＲガス供給が速やかに再開される。
また、低圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＬが先に復帰されると、リッチ制御により排気浄化触媒１３から放出されたＮＯｘが低圧側ＥＧＲ通路１６Ｌ、吸気マニホルド５、燃焼室２、および排気マニホルド５を順次介して排気浄化触媒１３に戻り再び吸蔵されるおそれがある。図３７に示される実施例では、高圧側ＥＧＲ制御弁開度ＶＥＧＲＨが先に復帰されるので、このようなリスクがない。
なお、図３７に示される例では、リッチ制御用高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＲおよびリッチ制御用低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＲがそれぞれゼロよりも大きく設定される。別の実施例では、リッチ制御用高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＲおよびリッチ制御用低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＲの一方又は両方がゼロに設定される。
図４２および図４３は図３６および図３７に示される実施例のリッチ制御を実行するルーチンを示している。このルーチンは図２９のステップ２０３で実行される。
図３４は次の点で図３０に示されるルーチンと相違している。すなわち、ステップ３０２からステップ３０３ａに進み、リッチ制御用高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＲが図４０のマップから算出され、目標高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＴがリッチ制御用高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＲに設定される。続くステップ３０３ｂではリッチ制御用低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＲが図４１のマップから算出され、目標低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＴがリッチ制御用低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＲに設定される。次いでステップ３０４に進む。
一方、ステップ３１０において吸入空気量Ｇａがベース吸入空気量ＧａＢに復帰したときにはステップ３１１ａに進み、ベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢが図３８のマップから算出され、目標高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＴがベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢに設定される。続くステップ３１１ｂでは高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨがベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢに復帰したか否かが判別される。高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨがベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢに復帰していないときにはステップ３０６に戻る。高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨがベース高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＢに復帰したときにはステップ３１１ｂからステップ３１２ａに進み、ベース低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＢが図３９のマップから算出され、目標低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＴがベース低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＢに設定される。次いでステップ３１２に進む。
図３６および図３７に示される実施例の他の構成および作用は１６および図１７に示される実施例と同様であるので説明を省略する。
図３６および図３７に示される実施例において、目標低圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＬＴがゼロに設定され従って高圧側ＥＧＲ通路１６ＨからのみＥＧＲガスが機関に供給される場合もある。この場合には、図１に示されるＥＧＲ通路１６およびＥＧＲ制御弁１７が図３５に示される高圧側ＥＧＲ通路１６Ｈおよび高圧側ＥＧＲ制御弁１７Ｈに置換された上で、図１６および図１７に示される実施例が適用される。一方、目標高圧側ＥＧＲ率ＲＥＧＲＨＴがゼロに設定され従って低圧側ＥＧＲ通路１６ＬからのみＥＧＲガスが機関に供給される場合もある。この場合には、図１に示されるＥＧＲ通路１６およびＥＧＲ制御弁１７が図３５に示される低圧側ＥＧＲ通路１６Ｌおよび低圧側ＥＧＲ制御弁１７Ｌに置換された上で、図１６および図１７に示される実施例が適用される。
これまで述べてきた本発明による各実施例では、排気浄化触媒１３からＮＯｘを放出させるためにリッチ制御が行なわれる。別の実施例では、排気浄化触媒１３からＳＯｘを放出させるためにリッチ制御が行なわれる。この場合のリッチ制御では、排気浄化触媒１３の温度がＳＯｘ放出温度（例えば６００℃）以上に保持されながら排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが理論空燃比よりもリッチに保持される。更に別の実施例では、排気浄化触媒１３の温度を上昇させるためにリッチ制御が行われる。この場合のリッチ制御では排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが理論空燃比よりもリーンに保持される。
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。
２ 燃焼室
４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
１０ スロットル弁
１２ａ，１２ｂ 排気管
１３ 排気浄化触媒
１５ 炭化水素供給弁
１６ ＥＧＲ通路
１６Ｈ 高圧側ＥＧＲ通路
１６Ｌ 低圧側ＥＧＲ通路
１７ ＥＧＲ制御弁
１７Ｈ 高圧側ＥＧＲ制御弁
１７Ｌ 低圧側ＥＧＲ制御弁

Claims (17)

  1. 機関吸気通路と機関排気通路とを排気ガス再循環通路により連結すると共に、排気ガス再循環率を制御する排気ガス再循環制御弁を排気ガス再循環通路内に配置し、前記吸気通路内に配置され吸入空気量を制御するスロットル弁の開度であるスロットル開度がベーススロットル開度から該ベーススロットル開度よりも小さいリッチ制御用スロットル開度に切り換えられかつ排気ガス再循環率がベース排気ガス再循環率から該ベース排気ガス再循環率とは異なるリッチ制御用排気ガス再循環率に切り換えられた状態のもとで膨張行程又は排気行程に筒内に追加の燃料が噴射されることにより機関燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的に低下させるリッチ制御が行われる、内燃機関の排気浄化装置において、リッチ制御を終了するときには、まずスロットル開度がベーススロットル開度に復帰されかつ追加の燃料の噴射が停止されかつ主燃料が一時的に増量され、次いで排気ガス再循環率がベース排気ガス再循環率に復帰されるように排気ガス再循環制御弁開度が制御される、内燃機関の排気浄化装置。
  2. ポンプ損失がベーススロットル開度およびベース排気ガス再循環率に応じて定まるベースポンプ損失に復帰されたときに、主燃料の増量が停止される、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 主燃料の増量分がベースポンプ損失に対するポンプ損失の偏差に基づいて設定される、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. スロットル開度がベーススロットル開度からリッチ制御用スロットル開度に切り換えられかつ排気ガス再循環率がベース排気ガス再循環率からリッチ制御用排気ガス再循環率に切り換えられかつ主燃料噴射時期がベース主燃料噴射時期からリッチ制御用主燃料噴射時期に進角された状態のもとで膨張行程又は排気行程に筒内に追加の燃料が噴射されることにより機関燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的に低下させるリッチ制御が行われ、リッチ制御を終了するときには、まずスロットル開度がベーススロットル開度に復帰されかつ追加の燃料の噴射が停止されかつ主燃料が一時的に増量され、次いで排気ガス再循環率がベース排気ガス再循環率に復帰されるように排気ガス再循環制御弁開度が制御され、次いで主燃料噴射時期がベース主燃料噴射時期に復帰される、請求項１から３までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 排気ガス再循環制御弁開度が制御された後、圧縮端温度がベーススロットル開度及びベース排気ガス再循環率に応じて定まるベース圧縮端温度に復帰されたときに、主燃料噴射時期がベース主燃料噴射時期に復帰される、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. スロットル開度がベーススロットル開度に復帰されてから圧縮端温度がベース圧縮端温度に復帰されるまでは、主燃料噴射時期が圧縮端温度に基づいて設定される進角量だけベース主燃料噴射時期に対して進角される、請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 前記進角量がベース圧縮端温度に対する圧縮端温度の偏差に基づいて設定される、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  8. リッチ制御を終了するときに復帰されるべきベース排気ガス再循環率があらかじめ定められた限界率よりも低いときには、スロットル開度がベーススロットル開度に復帰されかつ追加の燃料の噴射が停止されかつ主燃料が一時的に増量されかつ排気ガス再循環率がベース排気ガス再循環率に復帰されるように排気ガス再循環制御弁開度が制御され、リッチ制御を終了するときに復帰されるべきベース排気ガス再循環率が限界率よりも高いときには、まずスロットル開度がベーススロットル開度に復帰されかつ追加の燃料の噴射が停止されかつ主燃料が一時的に増量され、次いで排気ガス再循環率がベース排気ガス再循環率に復帰されるように排気ガス再循環制御弁開度が制御される、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。
  9. スロットル開度がベーススロットル開度に復帰された後、吸入空気量がベーススロットル開度に応じて定まるベース吸入空気量に復帰されたときに、排気ガス再循環率がベース排気ガス再循環率に復帰されるように排気ガス再循環制御弁開度が制御される、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。
  10. スロットル開度がベーススロットル開度に復帰された後、排気ガス再循環通路内に導入されるべき排気ガス再循環ガスの温度がしきい温度よりも低い温度に低下したときに、排気ガス再循環率がベース排気ガス再循環率に復帰されるように排気ガス再循環制御弁開度が制御される、請求項１から９までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  11. スロットル開度がベーススロットル開度に復帰されてから、排気ガス再循環率がベース排気ガス再循環率に復帰されるように排気ガス再循環制御弁開度が制御されるまでは、排気ガス再循環制御弁開度が維持される、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  12. 前記排気ガス再循環通路が、機関排気通路とスロットル弁下流の機関吸気通路とを連結する高圧側排気ガス再循環通路から構成され、前記排気ガス再循環制御弁が、高圧側排気ガス再循環通路内に配置された高圧側排気ガス再循環制御弁から構成される、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  13. 機関排気通路内に配置された排気タービンによりスロットル弁上流の機関吸気通路内に配置されたコンプレッサを駆動する排気ターボチャージャが設けられており、前記排気ガス再循環通路が、排気タービン下流の機関排気通路とコンプレッサ上流の機関吸気通路とを連結する低圧側排気ガス再循環通路から構成され、前記排気ガス再循環制御弁が、低圧側排気ガス再循環通路内に配置された低圧側排気ガス再循環制御弁から構成される、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  14. 機関排気通路内に配置された排気タービンによりスロットル弁上流の機関吸気通路内に配置されたコンプレッサを駆動する排気ターボチャージャが設けられており、前記排気ガス再循環通路が、排気タービン上流の機関排気通路とスロットル弁下流の機関吸気通路とを連結する高圧側排気ガス再循環通路と、排気タービン下流の機関排気通路とコンプレッサ上流の機関吸気通路とを連結する低圧側排気ガス再循環通路とを含み、前記排気ガス再循環制御弁が、高圧側排気ガス再循環通路内に配置された高圧側排気ガス再循環制御弁と、低圧側排気ガス再循環通路内に配置された低圧側排気ガス再循環制御弁とを含み、スロットル開度がベーススロットル開度からリッチ制御用スロットル開度に切り換えられかつ高圧側排気ガス再循環率がベース高圧側排気ガス再循環率から該ベース高圧側排気ガス再循環率とは異なるリッチ制御用高圧側排気ガス再循環率に切り換えられかつ低圧側排気ガス再循環率がベース低圧側排気ガス再循環率から該ベース低圧側排気ガス再循環率とは異なるリッチ制御用低圧側排気ガス再循環率に切り換えられた状態のもとで膨張行程又は排気行程に筒内に追加の燃料が噴射されることにより機関燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的に低下させるリッチ制御が行われ、リッチ制御を終了するときには、まずスロットル開度がベーススロットル開度に復帰されかつ追加の燃料の噴射が停止されかつ主燃料が一時的に増量され、次いで高圧側排気ガス再循環率がベース高圧側排気ガス再循環率に復帰されるように高圧側排気ガス再循環制御弁開度が制御され、次いで低圧側排気ガス再循環率がベース低圧側排気ガス再循環率に復帰されるように低圧側排気ガス再循環制御弁開度が制御される、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  15. スロットル開度がベーススロットル開度に復帰された後、吸入空気量がベーススロットル開度に応じて定まるベース吸入空気量に復帰されたときに、高圧側排気ガス再循環率がベース高圧側排気ガス再循環率に復帰されるように高圧側排気ガス再循環制御弁開度が制御される、請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  16. 高圧側排気ガス再循環制御弁開度が制御された後、高圧側排気ガス再循環率がベース高圧側排気ガス再循環率に復帰されたときに、低圧側排気ガス再循環率がベース低圧側排気ガス再循環率に復帰されるように低圧側排気ガス再循環制御弁開度が制御される、請求項１４又は１５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  17. 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範囲内の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範囲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、第２のＮＯｘ浄化方法において排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチにするためにリッチ制御が行われる、請求項１から１６までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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