JPWO2014125620A1

JPWO2014125620A1 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JPWO2014125620A1
Application number: JP2015500059A
Authority: JP
Inventors: 了平大野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: EP2957736A1; CN104541029A; US9435245B2; EP2957736B1; US20150345357A1; JP5811300B2; CN104541029B; WO2014125620A1; EP2957736A4

Abstract

内燃機関において、排気通路内に排気浄化触媒（１３）および炭化水素供給弁（１５）が配置されている。炭化水素供給弁から予め定められた周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する第１のＮＯｘ浄化方法と、排気浄化触媒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から吸蔵ＮＯｘを放出させてＮＯｘを浄化する第２のＮＯｘ浄化方法とが選択的に用いられる。排気浄化触媒に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。詰まりが生じていると判別されたときには第２のＮＯｘ浄化方法が用いられる。

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、排気浄化触媒は、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元する性質を有すると共に、炭化水素濃度の振動周期を該予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるＮＯｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、炭化水素供給弁から予め定められた周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する第１のＮＯｘ浄化方法と、排気浄化触媒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から吸蔵ＮＯｘを放出させてＮＯｘを浄化する第２のＮＯｘ浄化方法とが選択的に用いられる内燃機関の排気浄化装置が公知である（例えば特許文献１を参照）。この排気浄化装置では、例えば排気浄化触媒の温度が高いときに第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われ、排気浄化触媒の温度が低いときに第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われる。

国際公開第２０１１／１１４５０１号

ところで、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をすり抜け、従って通常これらの微粒子が排気浄化触媒の上流側端面上に、或いは排気浄化触媒内に堆積することはない。ところが、第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化が行われると、排気浄化触媒には、機関から排出された微粒子に加え、炭化水素供給弁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おそれがある。即ち、機関から排出された微粒子および炭化水素供給弁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ＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われたときには、排気浄化触媒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。更に、詳しくは後述するが、排気浄化触媒の上流側端面に排気ガス中の微粒子が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。

排気浄化触媒の上流側端面において微粒子の堆積による詰まりが生じると、排気浄化触媒内に流入する炭化水素の量が減少する。この場合、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、ＮＯｘ浄化率が低下することになる。従って排気浄化触媒の上流側端面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第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われると、ＮＯｘを確実に浄化できないおそれがある。

本発明の目的は、排気浄化触媒に詰まりが生じているときにもＮＯｘを確実に浄化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、該排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に該貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、該排気浄化触媒は、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元する性質を有すると共に、該炭化水素濃度の振動周期を該予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるＮＯｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、炭化水素供給弁から該予め定められた周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する第１のＮＯｘ浄化方法と、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、排気浄化触媒に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、排気浄化触媒に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第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われる、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

排気浄化触媒に詰まりが生じているときにもＮＯｘを確実に浄化することができる。

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は排気管内の圧力とパティキュレートフィルタの前後差圧の変化を示す図である。図１９はＮＯｘ浄化制御を行うためのフローチャートである。図２０は詰まりを判別するためのフローチャートである。図２１は第２のＮＯｘ浄化方法を実行するためのフローチャートである。図２２Ａおよび２２Ｂは詰まり判別の別の実施例を示す図である。図２３Ａおよび２３Ｂは本発明による別の実施例における排気浄化触媒周りの拡大図である。図２４Ａおよび２４Ｂ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２５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２６Ａおよび２６Ｂは空燃比センサの出力値の変化を示す図である。図２７は空燃比センサの出力値の変化を示す図である。図２８は詰まりを判別するためのフローチャートである。図２９は空燃比センサの出力値の変化を示す図である。図３０は詰まりを検出するためのフローチャートである。図３１は詰まりを検出するためのフローチャートである。図３２はＮＯｘ浄化制御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、排気浄化触媒１３上流の排気管１２ａには排気管１２ａ内の圧力を検出するための圧力センサ２５が取り付けられており、更にパティキュレートフィルタ１４にはパティキュレートフィルタ１４の前後差圧を検出するための差圧センサ２６が取付けられている。これら温度センサ２４、圧力センサ２５、差圧センサ２６および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用アクチュエータ、炭化水素供給弁１５、ＥＧＲ制御弁１７および燃料ポンプ２１に接続される。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

さて、本発明による実施例では第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用と第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が選択的に行われる。第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用と第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用のいずれを行うかは例えば次のようにして決定される。即ち、第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われたときのＮＯｘ浄化率は図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。

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ＮＯｘ浄化方法、即ち第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ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ＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ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。

さて、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、ＮＯｘ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、ＮＯｘ浄化率が低下することになる。このように、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、ＮＯｘ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、ＮＯｘ浄化率が大きく低下することになる。

即ち、排気浄化触媒１３に微粒子の堆積による詰まりが生じているときには第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用を行なってもＮＯｘを確実に浄化することができないおそれがある。また、炭化水素供給弁１５から噴射される炭化水素をＮＯｘ浄化のために有効に利用できないおそれがある。更に、詰まりを形成している微粒子への排気ガス中の微粒子の付着が促進され、排気浄化触媒１３に生じている詰まりが拡大するおそれもある。

そこで本発明による実施例では、排気浄化触媒１３に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、排気浄化触媒１３に詰まりが生じていると判別されたときに第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われる。

ところが、触媒温度ＴＣがかなり高いときには図９からわかるように第２のＮＯｘ浄化方法により高いＮＯｘ浄化率を得るのは困難である。そこで本発明による実施例では、排気浄化触媒１３に詰まりが生じていると判別されたときに触媒温度ＴＣが予め定められた設定温度よりも低いか否かが判別され、触媒温度ＴＣが設定温度よりも低いと判別されたときに第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われる。一方、触媒温度ＴＣが設定温度よりも高いと判別されたときには排気浄化触媒１３に堆積した微粒子を除去するための端面再生処理が行われる。その結果、排気浄化触媒１３の詰まりが除去される。従って、第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が許容され、ＮＯｘを確実に浄化することができる。

端面再生処理では排気浄化触媒１３の上流側端面の温度を上昇させた後、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。本発明による一実施例では、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが一時的にリッチになるように燃料噴射弁３から追加の燃料を噴射し又は炭化水素供給弁１５から炭化水素を噴射することによって昇温制御が行われる。その結果、排気ガスの温度が高められ、高温の排気ガスによって排気浄化触媒１３の上流側端面の温度が高められる。言い換えると、この例ではリッチ空燃比のもとで昇温制御が行われる。次いで昇温制御が終了すると、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリーンに戻される。その結果、高温の排気浄化触媒１３に多量の酸素が供給され、斯くして詰まりを形成する微粒子が酸化除去される。なお、この例の昇温制御では排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされるので、排気浄化触媒１３に吸蔵されているＮＯｘが放出される。

本発明による別の実施例では、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリーンに維持されるように燃料噴射弁３から追加の燃料を噴射し又は炭化水素供給弁１５から炭化水素を噴射することによって昇温制御が行われる。言い換えると、リーン空燃比のもとで昇温制御が行われる。この別の例でも詰まりを形成する微粒子が酸化除去される。ただし、リッチ空燃比のもとで昇温処理を行うと、リーン空燃比のもとで昇温制御を行うよりも排気浄化触媒１３の温度を速やかに高めることができる。

本発明による実施例では触媒温度ＴＣが設定温度よりも高いときに端面再生処理が行われるので、排気浄化触媒１３の上流側端面の温度を速やかに高めることができる。

一方、本発明による実施例では、排気浄化触媒１３上流の排気管１２ａ内の圧力ＰＣｕおよびパティキュレートフィルタ１４の前後差圧ΔＰＦに基づいて排気浄化触媒１３に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。このことを図１８を参照して説明する。

図１８は排気管１２ａ内の圧力ＰＣｕおよびパティキュレートフィルタ１４の前後差圧ΔＰＦの変化を示している。図１８に実線で示されるように、排気管１２ａ内の圧力ＰＣｕは、車両走行距離が短く排気浄化触媒１３に排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていないときには少しずつ増加し、車両走行距離が長くなって排気浄化触媒１３に詰まりが生ずると急激に増大する。これに対し、車両の走行距離が長くなってもパティキュレートフィルタ１４の前後差圧ΔＰＦはほぼ一定の割合で増加する。従って、排気浄化触媒１３に詰まりが生ずると排気管１２ａ内の圧力ＰＣｕとパティキュレートフィルタ１４の前後差圧ΔＰＦとの差ｄ（＝ＰＣｕ−ΔＰＦ）が急激に増大する。

そこで本発明による実施例では、差ｄが許容上限値よりも大きいときに排気浄化触媒１３に微粒子の堆積による詰まりが生じていると判別され、差ｄが許容上限値よりも小さいときに排気浄化触媒１３に微粒子の堆積による詰まりが生じていないと判別される。なお、図１８において破線は排気浄化触媒１３に詰まりが生じない場合の排気管１２ａ内の圧力ＰＣｕを示している。

パティキュレートフィルタ１４は通常、差圧センサ２６を備えており、従って圧力センサ２５を設けるだけで排気浄化触媒１３に微粒子の堆積による詰まりが生じているか否かを判別できることになる。

図１９は本発明による実施例のＮＯｘ浄化制御方法を実行するためのＮＯｘ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１９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、排気浄化触媒１３に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の判定ルーチンが実行される。このルーチンは図２０に示されている。次いでステップ１０３では排気浄化触媒１３に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。排気浄化触媒１３に排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていないと判別されたときにはステップ１０４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。

一方、ステップ１０３において、排気浄化触媒１３に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ステップ１０５に進んで触媒温度ＴＣが設定温度ＴＣ１よりも低いか否かが判別される。ＴＣ≧ＴＣ１のときにはステップ１０６に進んで端面再生制御が行われる。これに対し、ＴＣ＜ＴＣ１のときにはステップ１０７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２１に示されている。

ステップ１０１において第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用を実行すべきときにもステップ１０７に進む。

図２０は図１９のステップ１０２において実行される詰まり判別ルーチンを示している。

図２０を参照すると、まず初めにステップ１２０において差ｄ（＝ＰＣｕ−ΔＰＦ）が算出される。次いでステップ１２１において差ｄが許容上限値Ｕｄよりも大きいか否かが判別される。ｄ≦Ｕｄのときにはステップ１２２に進んで排気浄化触媒１３に排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていないと判別される。これに対し、ｄ＞Ｕｄのときにはステップ１２３に進んで排気浄化触媒１３に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。

図２１は図１９のステップ１０７において実行される第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。

図２１を参照するとまず初めにステップ１５０では図１３に示すマップから単位時間当りの排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ１５１ではΣＮＯＸに排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡを加算することによって吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが算出される。次いでステップ１５２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になるとステップ１５３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１５４ではΣＮＯＸがクリアされる。

次に、排気浄化触媒１３に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を判別するための別の実施例を説明する。

排気浄化触媒１３に排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生ずると、排気浄化触媒１３の前後差圧が大きくなる。そこで、排気浄化触媒１３の前後差圧が許容上限を越えたか否かが判別され、排気浄化触媒１３の前後差圧が許容上限を越えたと判別されたときに排気浄化触媒１３に微粒子の堆積による詰まりが生じていると判別される。これに対し、排気浄化触媒１３の前後差圧が許容上限よりも小さいと判別されたときに排気浄化触媒１３に排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていないと判別される。

排気浄化触媒１３の前後差圧を検出するために、図２２Ａに示される実施例では、排気浄化触媒１３上流の排気管１２ａ内の圧力を検出する圧力センサ２５および排気浄化触媒１３下流の排気管１２ｂ内の圧力を検出する圧力センサ２７がそれぞれ設けられ、図２２Ｂに示される実施例では排気浄化触媒１３の前後差圧を検出する差圧センサ２８が設けられる。

なお、図１に示される実施例において、排気管１２ａ内の圧力ＰＣｕとパティキュレートフィルタ１４の前後差圧ΔＰＦとの差ｄ（＝ＰＣｕ−ΔＰＦ）が許容上限値Ｕｄよりも大きいときに排気浄化触媒１３の前後差圧が許容上限よりも大きく、差ｄが許容上限値Ｕｄよりも小さいときに排気浄化触媒１３の前後差圧が許容上限よりも小さいと考えることもできる。

次に、排気浄化触媒１３に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を判別するための更に別の実施例を説明する。

詰まり判別の更に別の実施例では排気浄化触媒１３下流に空燃比センサ２３が配置される。即ち、図１６Ａおよび１６Ｂに対応する図２３Ａおよび２３Ｂに示される例では、センサ配置空間６１内に温度センサ２４と共に空燃比センサ２３が配置されている。また、図１７Ａおよび１７Ｂに対応する図２４Ａおよび２４Ｂに示される例でも、センサ配置空間６１内に空燃比センサ２３が配置されている。更に、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、詰まり判定の更に別の実施例では、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空燃比センサ２３が配置されている。

さて、詰まり判定の更に別の実施例では、排気浄化触媒１３の上流側端面の閉塞率に基づいて排気浄化触媒１３に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。具体的には、排気浄化触媒１３の上流側端面の閉塞率が一定率にまるまでは排気浄化触媒１３に排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていないと判別され、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に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。このことを図２５を参照して説明する。

図２５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２５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。詰まり判定の更に別の実施例では、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に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。

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わずかな詰まりが生じても、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２５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２５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の上流側端面の閉塞率がＲ点に達したか否かを判別することはできないことになる。

一方、図２５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２３Ａから図２４Ｂ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２３Ａから図２４Ｂ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２３Ａから図２４ＢにおいてＢ点における流出流量を示している。

図２５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２３Ａから図２５Ｂ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２３Ａから図２５Ｂ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２３Ａから図２３Ｂ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２３Ａから図２４Ｂ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２３Ａから図２４Ｂ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２３Ａから図２４Ｂ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２３Ａから図２４Ｂ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２３Ａから図２４Ｂ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２３Ａから図２４Ｂ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２３Ａから図２４Ｂ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２３Ａから図２４Ｂ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。

そこで詰まり判定の更に別の実施例では、図２３Ａから図２４Ｂ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、その前に詰まり判定の更に別の実施例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２６Ａおよび２６Ｂを参照しつつ簡単に説明する。

図２６Ａ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２６Ａ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２６Ｂ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２６Ｂ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Ｖ１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Ｖ２となる。

図２７は、空燃比センサ２３として図２６Ａ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２７においてＶＯ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２７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ｄＶ１、ｄＶ２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２５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２７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ｄＶ１、ｄＶ２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２７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ｄＶ１、ｄＶ２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ｄＶ１、ｄＶ２が遅くなる。

そこで詰まり判定の更に別の実施例では、空燃比センサ２３の出力電圧ＶＸの変化速度ｄＶ１、ｄＶ２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、詰まり判定の更に別の実施例では、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２７においてＶＸ１からＶＸ２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ｄＶ１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２７においてＶＸ２からＶＸ１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ｄＶ２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２７においてＶＸ１からＶＸ２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２７においてＶＸ２からＶＸ１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ｄＶ１、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ｄＶ２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２７においてＶＸ１からＶＸ２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、詰まり判定の更に別の実施例について説明する。

図２８は詰まり判定の更に別の実施例を実行するルーチンを示している。このルーチンは図１９のステップ１０２において実行される。

図２８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瞬時に変化させる空燃比変更制御が行われる。このとき詰まり判定の更に別の実施例では、図２７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２２１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２２２では、空燃比センサ２３の出力電圧ＶＸが、図２７においてＶＸ１からＶＸ２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、ステップ２２４に進んで、排気浄化触媒１３に排気ガス中の微粒子の堆積により詰まりが生じていないと判断される。これに対し、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２２５に進んで、微粒子の堆積による詰まりが生じていると判別される。

図２９および図３０は、空燃比センサ２３として図２６Ｂ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空燃比センサ２３の出力電圧の変化を示している。なお、図２９においてＶＯ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２９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Ｖ１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２６Ｂ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２９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Ｖ２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ｄＶ１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ｄＶ２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Ｖ１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Ｖ２からＶ１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ｄＶ１、ｄＶ２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２５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ｄＶ１、ｄＶ２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２９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ｄＶ１、ｄＶ２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２６Ｂ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Ｖ１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、詰まり判定の更に別の実施例について説明する。なお、この詰まり判定では、排気浄化触媒１３からＮＯｘ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３０は詰まり判定の更に別の実施例を実行するルーチンの第１の例を示している。このルーチンは図１９のステップ１０２において実行される。

図３０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、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３２１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３２２では、空燃比センサ２３の出力電圧ＶＸが図２９においてＶ１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、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３２３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、ステップ３２４に進んで、排気浄化触媒１３に微粒子の堆積により詰まりが生じていないと判断される。次いでステップ３２６にジャンプする。これに対し、ステップ３２３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３２５に進んで、微粒子の堆積による詰まりが生じていると判断される。次いでステップ３２６に進む。ステップ３２６では、ΣＮＯＸがクリアされる。

図３１は詰まり判定の更に別の実施例を実行するルーチンの第２の例を示している。このルーチンは図１９のステップ１０２において実行される。

図３１を参照すると、まず初めにステップ４２０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４２１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４２２では、空燃比センサ２３の出力電圧ＶＸが図２９においてＶ１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４２３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４２４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４２４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、ステップ４２６に進んで、微粒子の堆積により詰まりが生じていないと判断される。次いで、ステップ４２８にジャンプする。これに対し、ステップ４２４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４２５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４２５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、ステップ４２６に進んで、微粒子の堆積により詰まりが生じていないと判断される。次いで、ステップ４２８にジャンプする。

これに対し、ステップ４２５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、ステップ４２７に進んで、微粒子の堆積による詰まりが生じていると判断される。次いで、ステップ４２８に進む。ステップ４２８では、ΣＮＯＸがクリアされる。

次に、図３２を参照してＮＯｘ浄化制御の別の実施例を説明する。

図１９に示される実施例では、まず第１のＮＯｘ浄化方法を行うか否かが判別され、第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用を行うべきときに排気浄化触媒１３に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。

これに対し、図３２に示される実施例では、まず排気浄化触媒１３に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、詰まりが生じていないと判別されたときに第１のＮＯｘ浄化方法を行うか否かが判別される。

図３２は本発明による別の実施例のＮＯｘ浄化制御方法を実行するためのＮＯｘ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３２を参照するとまず初めにステップ２００において、排気浄化触媒１３に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の判定ルーチンが実行される。このルーチンは例えば図２０に示されている。次いでステップ２０１では排気浄化触媒１３に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。排気浄化触媒１３に排気ガス中の微粒子の堆積による詰まりが生じていないと判別されたときにはステップ２０２に進んで第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２０３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２０４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２０３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２０５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２１に示されている。

ステップ２０１において排気浄化触媒１３に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ステップ２０６に進んで触媒温度ＴＣが設定温度ＴＣ１よりも低いか否かが判別される。ＴＣ＜ＴＣ１のときにはステップ２０５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。これに対し、ＴＣ≧ＴＣ１のときにはステップ２０７に進んで端面再生制御が行われる。

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

４吸気マニホルド
５排気マニホルド
１２ａ、１２ｂ排気管
１３排気浄化触媒
１４パティキュレートフィルタ
１５炭化水素供給弁
２５圧力センサ
２６差圧センサ

Claims

機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、該排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に該貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、該排気浄化触媒は、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元する性質を有すると共に、該炭化水素濃度の振動周期を該予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるＮＯｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、炭化水素供給弁から該予め定められた周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する第１のＮＯｘ浄化方法と、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、排気浄化触媒に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、排気浄化触媒に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第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われる、内燃機関の排気浄化装置。
排気浄化触媒に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排気浄化触媒の温度が予め定められた設定温度よりも低いか否かが判別され、排気浄化触媒の温度が設定温度よりも低いと判別されたときに第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われる、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
排気浄化触媒の温度が設定温度よりも高いと判別されたときに排気浄化触媒に堆積した微粒子を除去するための端面再生制御が行われる、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
排気浄化触媒上流の排気通路内の圧力を検出する圧力センサと、排気浄化触媒下流の排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタの前後差圧を検出する差圧センサとが設けられており、これら排気浄化触媒上流の排気通路内の圧力およびパティキュレートフィルタの前後差圧に基づいて排気浄化触媒に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１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
排気浄化触媒下流の排気通路内に空燃比センサが配置されており、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され、このときの空燃比センサの出力に基づいて排気浄化触媒に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１に記載の内燃機関の排気浄化装置。