WO2014167650A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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吉田　耕平
義輝 矢澤
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine.
  • An exhaust purification catalyst is arranged in the engine exhaust passage and a hydrocarbon supply valve is arranged in the engine exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst.
  • a noble metal catalyst is supported on the exhaust gas flow surface of the exhaust purification catalyst and noble metal
  • a basic exhaust gas flow surface portion is formed around the catalyst, and the exhaust purification catalyst has an amplitude within a predetermined range and a hydrocarbon concentration flowing into the exhaust purification catalyst within a predetermined range. When it vibrates with a period, it has the property of reducing NOx contained in the exhaust gas, and if the vibration period of the hydrocarbon concentration is longer than the predetermined range, the amount of NOx contained in the exhaust gas increases.
  • a first NOx that purifies NOx contained in the exhaust gas by injecting hydrocarbons with a predetermined cycle from the hydrocarbon supply valve is known internal combustion engine to perform (for example, see Patent Document 1).
  • a particulate filter for collecting particulate matter in the exhaust gas is further disposed in the engine exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst.
  • an internal combustion engine that performs temperature increase control for increasing the temperature of the particulate filter under a lean air-fuel ratio is also known.
  • the temperature rise control can be performed by injecting hydrocarbons from the hydrocarbon supply valve so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter becomes lean.
  • the above temperature rise control is performed, for example, when the amount of the particulate matter collected on the particulate filter exceeds the allowable upper limit amount. For this reason, when the particulate matter collection amount exceeds the allowable upper limit amount when the first NOx purification method is being performed, it is necessary to perform the temperature rise control while performing the first NOx purification method.
  • Patent Document 1 makes no mention of this point.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine that can perform good temperature rise control while performing good NOx purification.
  • the exhaust purification catalyst is disposed in the engine exhaust passage and the hydrocarbon supply valve is disposed in the engine exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst, and the noble metal catalyst is disposed on the exhaust gas flow surface of the exhaust purification catalyst. And a basic exhaust gas flow surface portion is formed around the noble metal catalyst, and the exhaust purification catalyst has a concentration of hydrocarbons flowing into the exhaust purification catalyst within a predetermined range.
  • the first NOx purification method for purifying x is performed, and a particulate filter for collecting particulate matter in the exhaust gas is further arranged in the engine exhaust passage, and the first NOx purification method is performed while performing the first NOx purification method.
  • the hydrocarbon injection for the first NOx purification method is performed at the predetermined period.
  • the particulate filter An exhaust purification device for an internal combustion engine is provided in which a larger amount of hydrocarbon injection is set for temperature increase control than when the actual temperature is high.
  • Good temperature rise control can be performed while performing good NOx purification.
  • FIG. 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.
  • FIG. 2 is a view schematically showing the surface portion of the catalyst carrier.
  • FIG. 3 is a view for explaining an oxidation reaction in the exhaust purification catalyst.
  • FIG. 4 is a diagram showing changes in the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst.
  • FIG. 5 is a diagram showing the NOx purification rate.
  • 6A and 6B are diagrams for explaining the oxidation-reduction reaction in the exhaust purification catalyst.
  • 7A and 7B are diagrams for explaining the oxidation-reduction reaction in the exhaust purification catalyst.
  • FIG. 8 is a diagram showing a change in the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst.
  • FIG. 9 is a diagram showing the NOx purification rate.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the hydrocarbon injection period ⁇ T and the NOx purification rate.
  • FIG. 11 is a map showing the injection amount of hydrocarbons.
  • FIG. 12 is a diagram showing NOx release control.
  • FIG. 13 is a view showing a map of the exhausted NOx amount NOXA.
  • FIG. 14 shows the fuel injection timing.
  • FIG. 15 is a diagram showing a map of the fuel supply amount WR.
  • FIG. 16 is a time chart showing changes in the temperature TC of the exhaust purification catalyst, the temperature TF of the particulate filter, and the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas.
  • FIG. 17 is a time chart for explaining the deviation ⁇ TF.
  • FIG. 18 is a diagram showing a map of the hydrocarbon injection amount qTR for temperature increase control.
  • FIG. 19 is a flowchart for executing the NOx purification control.
  • FIG. 20 is a flowchart for executing the first NOx purification method.
  • FIG. 21 is a flowchart for executing the second NOx purification method.
  • FIG. 22 is a flowchart for executing control of the flag XTR.
  • FIG. 1 shows an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.
  • 1 is an engine body
  • 2 is a combustion chamber of each cylinder
  • 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber
  • 4 is an intake manifold
  • 5 is an exhaust manifold.
  • the intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 7 a of the exhaust turbocharger 7 via the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 a is connected to the air cleaner 9 via the intake air amount detector 8.
  • a throttle valve 10 driven by an actuator is disposed in the intake duct 6, and a cooling device 11 for cooling intake air flowing through the intake duct 6 is disposed around the intake duct 6.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 11, and the intake air is cooled by the engine cooling water.
  • the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust turbine 7b of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the exhaust turbine 7b is connected to the inlet of the exhaust purification catalyst via the exhaust pipe 12a.
  • the exhaust purification catalyst 13 is composed of a NOx storage catalyst.
  • the outlet of the exhaust purification catalyst 13 is connected to the particulate filter 14 through the exhaust pipe 12b.
  • the particulate filter 14 is disposed upstream of the exhaust purification catalyst 13.
  • a hydrocarbon supply valve 15 for supplying hydrocarbons made of light oil or other fuel used as fuel for the compression ignition internal combustion engine is arranged. In the embodiment shown in FIG.
  • the hydrocarbon supply valve 15 supplies hydrocarbons made of gasoline or other fuel used as fuel for the spark ignition internal combustion engine.
  • the exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 16, and an electronically controlled EGR control valve 17 is disposed in the EGR passage 16.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • a cooling device 18 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 16 is disposed around the EGR passage 16.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 18, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
  • Each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 20 via a fuel supply pipe 19, and this common rail 20 is connected to a fuel tank 22 via an electronically controlled fuel pump 21 having a variable discharge amount.
  • the fuel stored in the fuel tank 22 is supplied into the common rail 20 by the fuel pump 21, and the fuel supplied into the common rail 20 is supplied to the fuel injection valve 3 through each fuel supply pipe 19.
  • the electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31.
  • a temperature sensor 24 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 13 is attached to the exhaust pipe 12 b downstream of the exhaust purification catalyst 13.
  • the temperature of the exhaust gas detected by the temperature sensor 24 represents the temperature of the exhaust purification catalyst 13.
  • a temperature sensor 25 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing out from the particulate filter 14 is attached to the exhaust pipe 12 c downstream of the particulate filter 14.
  • the temperature of the exhaust gas detected by the temperature sensor 25 represents the temperature of the particulate filter 14.
  • a differential pressure sensor 26 for detecting the differential pressure across the particulate filter 14 is attached to the particulate filter 14.
  • Output signals of the temperature sensors 24 and 25, the differential pressure sensor 26, and the intake air amount detector 8 are input to the input port 35 via corresponding AD converters 37, respectively.
  • a load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Is done.
  • the input port 35 is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 °.
  • the output port 36 is connected to the fuel injection valve 3, the actuator for driving the throttle valve 10, the hydrocarbon supply valve 15, the EGR control valve 17, and the fuel pump 21 through corresponding drive circuits 38.
  • FIG. 2 schematically shows a surface portion of the catalyst carrier carried on the substrate of the exhaust purification catalyst 13 shown in FIG.
  • a noble metal catalyst 51 made of platinum Pt is supported on a catalyst carrier 50 made of alumina, for example, and further on the catalyst carrier 50 potassium K, sodium Na, From alkali metals such as cesium Cs, alkaline earth metals such as barium Ba and calcium Ca, rare earths such as lanthanoids and metals capable of donating electrons to NOx such as silver Ag, copper Cu, iron Fe and iridium Ir
  • a basic layer 53 including at least one selected is formed.
  • This basic layer 53 contains ceria CeO 2 , and therefore the exhaust purification catalyst 13 has an oxygen storage capacity.
  • rhodium Rh or palladium Pd can be supported on the catalyst carrier 50 of the exhaust purification catalyst 13. Since the exhaust gas flows along the catalyst carrier 50, it can be said that the noble metal catalyst 51 is supported on the exhaust gas flow surface of the exhaust purification catalyst 13. Further, since the surface of the basic layer 53 is basic, the surface of the basic layer 53 is referred to as a basic exhaust gas flow surface portion 54.
  • FIG. 3 schematically shows the reforming action performed in the exhaust purification catalyst 13 at this time.
  • the hydrocarbon HC injected from the hydrocarbon feed valve 15 is converted into a radical hydrocarbon HC having a small number of carbons by the noble metal catalyst 51.
  • FIG. 4 shows the supply timing of hydrocarbons from the hydrocarbon supply valve 15 and the change in the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 13. Since the change in the air-fuel ratio (A / F) in depends on the change in the concentration of hydrocarbons in the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 13, the air-fuel ratio (A / F) in shown in FIG. It can be said that the change represents a change in hydrocarbon concentration. However, since the air-fuel ratio (A / F) in decreases as the hydrocarbon concentration increases, the hydrocarbon concentration increases as the air-fuel ratio (A / F) in becomes richer in FIG.
  • FIG. 5 shows the cycle of the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 13 as shown in FIG. 4 by periodically changing the concentration of hydrocarbons flowing into the exhaust purification catalyst 13.
  • the NOx purification rate by the exhaust purification catalyst 13 when the exhaust purification catalyst 13 is made rich is shown for each catalyst temperature TC of the exhaust purification catalyst 13.
  • FIGS. 6A and 6B schematically show the surface portion of the catalyst carrier 50 of the exhaust purification catalyst 13, and in these FIGS. 6A and 6B, the concentration of hydrocarbons flowing into the exhaust purification catalyst 13 is predetermined. The reaction is shown to be presumed to occur when oscillated with an amplitude within a range and a period within a predetermined range.
  • FIG. 6A shows a case where the concentration of hydrocarbons flowing into the exhaust purification catalyst 13 is low
  • FIG. 6B shows the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 13 when hydrocarbons are supplied from the hydrocarbon supply valve 15.
  • a / F When the in is made rich, that is, when the concentration of hydrocarbons flowing into the exhaust purification catalyst 13 is high.
  • the first reducing intermediate produced at this time is considered to be the nitro compound R—NO 2 .
  • this nitro compound R—NO 2 becomes a nitrile compound R—CN, but since this nitrile compound R—CN can only survive for a moment in that state, it immediately becomes an isocyanate compound RNCO.
  • This isocyanate compound R—NCO becomes an amine compound R—NH 2 when hydrolyzed.
  • it is considered that a part of the isocyanate compound R—NCO is hydrolyzed. Therefore, as shown in FIG. 6B, most of the reducing intermediates retained or adsorbed on the surface of the basic layer 53 are considered to be an isocyanate compound R—NCO and an amine compound R—NH 2 .
  • a reducing intermediate is generated by increasing the concentration of hydrocarbons flowing into the exhaust purification catalyst 13, and after reducing the concentration of hydrocarbons flowing into the exhaust purification catalyst 13,
  • the reducing intermediate reacts with NOx, active NOx * and oxygen in the exhaust gas, or self-decomposes, thereby purifying NOx. That is, in order to purify NOx by the exhaust purification catalyst 13, it is necessary to periodically change the concentration of hydrocarbons flowing into the exhaust purification catalyst 13.
  • the reducing intermediates are made basic until the generated reducing intermediates R—NCO and R—NH 2 react with NOx, active NOx * and oxygen in the exhaust gas, or self-decomposes. It must be retained on the layer 53, i.e. on the basic exhaust gas flow surface portion 54, for which a basic exhaust gas flow surface portion 54 is provided.
  • the active NOx * is reducing intermediate It is absorbed in the basic layer 53 in the form of nitrate without being formed. In order to avoid this, it is necessary to oscillate the concentration of hydrocarbons flowing into the exhaust purification catalyst 13 with a period within a predetermined range.
  • NOx contained in exhaust gas is reacted with reformed hydrocarbons to produce reducing intermediates R—NCO and R—NH 2 containing nitrogen and hydrocarbons.
  • a noble metal catalyst 51 is supported on the exhaust gas flow surface of the exhaust purification catalyst 13, and in order to keep the generated reducing intermediates R—NCO and R—NH 2 in the exhaust purification catalyst 13,
  • a basic exhaust gas flow surface portion 54 is formed around the catalyst 51, and the reducing intermediates R—NCO and R—NH 2 held on the basic exhaust gas flow surface portion 54 are N 2 , It is converted into CO 2 and H 2 O, and the vibration period of the hydrocarbon concentration is the vibration period necessary to continue to produce the reducing intermediates R—NCO and R—NH 2 .
  • the injection interval is 3 seconds.
  • the oscillation period of the hydrocarbon concentration that is, the injection period of hydrocarbon HC from the hydrocarbon feed valve 15 is made longer than the period within the above-mentioned predetermined range, the reducing intermediate R- NCO and R—NH 2 disappear, and active NOx * generated on platinum Pt 53 at this time diffuses into the basic layer 53 in the form of nitrate ions NO 3 ⁇ as shown in FIG. 7A, and becomes nitrate. . That is, at this time, NOx in the exhaust gas is absorbed in the basic layer 53 in the form of nitrate.
  • FIG. 7B shows the case where the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 13 is made the stoichiometric air-fuel ratio or rich when NOx is absorbed in the basic layer 53 in the form of nitrate. Show.
  • the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 ⁇ ⁇ NO 2 ), and thus the nitrate absorbed in the basic layer 53 is successively converted into nitrate ions NO 3. ⁇ And released from the basic layer 53 in the form of NO 2 as shown in FIG. 7B.
  • the released NO 2 is reduced by the hydrocarbons HC and CO contained in the exhaust gas.
  • FIG. 8 shows a case where the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 13 is temporarily made rich slightly before the NOx absorption capacity of the basic layer 53 is saturated. .
  • the time interval of this rich control is 1 minute or more.
  • NOx absorbed in the basic layer 53 when the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas is lean is temporarily enriched in the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas.
  • the basic layer 53 serves as an absorbent for temporarily absorbing NOx.
  • the basic layer 53 may temporarily adsorb NOx. Therefore, if the term occlusion is used as a term including both absorption and adsorption, the basic layer 53 temporarily occludes NOx. Therefore, it plays the role of NOx occlusion agent. That is, in this case, if the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied into the engine intake passage, the combustion chamber 2 and the exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst 13 is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, the exhaust purification catalyst. No. 13 functions as a NOx storage catalyst that stores NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean and releases the stored NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases.
  • the solid line in FIG. 9 shows the NOx purification rate when the exhaust purification catalyst 13 is made to function as a NOx storage catalyst in this way.
  • the horizontal axis in FIG. 9 indicates the catalyst temperature TC of the exhaust purification catalyst 13.
  • the catalyst temperature TC is 300 ° C. to 400 ° C. as shown by the solid line in FIG. 9, but the catalyst temperature TC When the temperature becomes higher than 400 ° C., the NOx purification rate decreases.
  • the NOx purification rate shown in FIG. 5 is indicated by a broken line.
  • the NOx purification rate decreases when the catalyst temperature TC is 400 ° C. or higher because the nitrate is thermally decomposed and released from the exhaust purification catalyst 13 in the form of NO 2 when the catalyst temperature TC is 400 ° C. or higher. It is. That is, as long as NOx is occluded in the form of nitrate, it is difficult to obtain a high NOx purification rate when the catalyst temperature TC is high.
  • the new NOx purification method shown in FIGS. 4 to 6B as can be seen from FIGS. 6A and 6B, nitrate is not generated or is very small even if it is generated. Thus, as shown in FIG. Even when the temperature TC is high, a high NOx purification rate can be obtained.
  • a hydrocarbon supply valve 15 for supplying hydrocarbons is arranged in the engine exhaust passage so that NOx can be purified by using this new NOx purification method.
  • An exhaust purification catalyst 13 is disposed in the downstream engine exhaust passage, and a noble metal catalyst 51 is supported on the exhaust gas flow surface of the exhaust purification catalyst 13 and a basic exhaust gas flow surface portion around the noble metal catalyst 51. 54 is formed, and the exhaust purification catalyst 13 causes the concentration of hydrocarbons flowing into the exhaust purification catalyst 13 to oscillate with an amplitude within a predetermined range and a period within the predetermined range.
  • the NOx contained in the exhaust gas is increased if the oscillation period of the hydrocarbon concentration is longer than the predetermined range. It has properties, and hydrocarbons are injected from the hydrocarbon supply valve 15 at a predetermined cycle during engine operation, so that NOx contained in the exhaust gas is reduced by the exhaust purification catalyst 13. .
  • NOx purification method shown in FIGS. 4 to 6B in the case of using an exhaust purification catalyst that supports a noble metal catalyst and forms a basic layer capable of absorbing NOx, NOx is hardly formed while forming a nitrate. It can be said that this is a new NOx purification method for purification. In fact, when this new NOx purification method is used, the amount of nitrate detected from the basic layer 53 is very small compared to when the exhaust purification catalyst 13 functions as a NOx storage catalyst.
  • this new NOx purification method is referred to as a first NOx purification method.
  • the hydrocarbon injection period ⁇ T from the hydrocarbon supply valve 15 becomes longer, after the hydrocarbon is injected, the oxygen concentration around the active NOx * is increased during the next hydrocarbon injection.
  • the period of increase is longer.
  • the hydrocarbon injection period ⁇ T when the hydrocarbon injection period ⁇ T is longer than about 5 seconds, the active NOx * begins to be absorbed in the basic layer 53 in the form of nitrate, and thus shown in FIG.
  • the vibration period ⁇ T of the hydrocarbon concentration is longer than about 5 seconds, the NOx purification rate is lowered. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, the hydrocarbon injection period ⁇ T needs to be 5 seconds or less.
  • the hydrocarbon injection period ⁇ T when the hydrocarbon injection period ⁇ T becomes approximately 0.3 seconds or less, the injected hydrocarbon starts to be deposited on the exhaust gas flow surface of the exhaust purification catalyst 13, and is therefore shown in FIG.
  • the hydrocarbon injection period is set between 0.3 seconds and 5 seconds.
  • the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 13 and the injection period ⁇ T are changed by changing the injection amount and injection timing of the hydrocarbon from the hydrocarbon supply valve 15. Is controlled to an optimum value according to the operating state of the engine.
  • the optimum hydrocarbon injection amount W when the NOx purification action by the first NOx purification method is performed is a function of the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N.
  • 11 is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as shown in FIG. 11, and the optimum hydrocarbon injection cycle ⁇ T at this time is also a map as a function of the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N. Is stored in the ROM 32 in advance.
  • the NOx purification method when the exhaust purification catalyst 13 functions as a NOx storage catalyst is referred to as a second NOx purification method.
  • the air-fuel ratio (A / F) in is temporarily made rich.
  • the occluded NOx amount ⁇ NOX is calculated from the NOx amount discharged from the engine, for example.
  • the exhausted NOx amount NOXA discharged from the engine per unit time is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as shown in FIG. 13 as a function of the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N.
  • the stored NOx amount ⁇ NOX is calculated from the exhausted NOx amount NOXA.
  • the period during which the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas is made rich is usually 1 minute or more.
  • the air-fuel ratio (A / F) in is made rich.
  • the horizontal axis in FIG. 14 indicates the crank angle.
  • This additional fuel WR is injected when it burns but does not appear as engine output, that is, slightly before ATDC 90 ° after compression top dead center.
  • This fuel amount WR is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as shown in FIG. 15 as a function of the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N.
  • the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas can be made rich by increasing the injection amount of hydrocarbons from the hydrocarbon feed valve 15.
  • the NOx purification action by the first NOx purification method and the NOx purification action by the second NOx purification method are selectively performed. Whether to perform the NOx purification action by the first NOx purification method or the NOx purification action by the second NOx purification method is determined as follows, for example. That is, the NOx purification rate when the NOx purification action by the first NOx purification method is performed is rapidly decreased when the temperature TC of the exhaust purification catalyst 13 becomes equal to or lower than the limit temperature TX as shown by the broken line in FIG. Start. On the other hand, as shown by a solid line in FIG.
  • the NOx purification rate when the NOx purification action by the second NOx purification method is performed is relatively slow when the temperature TC of the exhaust purification catalyst 13 is lowered. descend. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the temperature TC of the exhaust purification catalyst 13 is higher than the limit temperature TX, the NOx purification action by the first NOx purification method is performed, and the temperature TC of the exhaust purification catalyst 13 is lower than the limit temperature TX. Sometimes the NOx purification action by the second NOx purification method is performed.
  • the exhaust gas contains particulate matter mainly composed of solid carbon.
  • particulate matter is collected on the particulate filter 14.
  • combustion is performed in the combustion chamber 2 under excess oxygen. Therefore, unless the fuel is secondarily supplied from the fuel injection valve 3 and the hydrocarbon supply valve 15, the particulate filter 14 is in an oxidizing atmosphere. Further, the particulate filter 14 carries a catalyst having an oxidation function. As a result, the particulate matter collected by the particulate filter 14 is sequentially oxidized.
  • the amount of particulate matter collected per unit time is larger than the amount of particulate matter oxidized per unit time, the amount of particulate matter collected on the particulate filter 14 is increased. It increases with the passage of engine operating time. As a result, the pressure loss of the particulate filter 14 increases and the engine back pressure increases.
  • the particulate matter trapping amount on the particulate filter 14 is larger than the allowable upper limit amount, and it is determined that the particulate matter trapping amount is larger than the allowable upper limit amount.
  • temperature rise control is performed to raise and maintain the temperature of the particulate filter 14 above a predetermined set temperature under a lean air-fuel ratio.
  • This set temperature is a temperature at which the particulate matter can be oxidized, and is 600 ° C., for example.
  • the particulate matter is oxidized and removed from the particulate filter 14.
  • the differential pressure across the particulate filter 14 is higher than the allowable upper limit, it is determined that the amount of particulate matter trapped on the particulate filter 14 is larger than the allowable upper limit.
  • hydrocarbons are injected from the hydrocarbon supply valve 15 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 14 becomes lean in order to perform temperature rise control. That is, the injected hydrocarbon is combusted in the exhaust purification catalyst 13, and the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter 14 rises. As a result, the temperature of the particulate filter 14 is raised. Alternatively, the injected hydrocarbons burn in the particulate filter 14, and as a result, the temperature of the particulate filter 14 is increased.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 14 matches the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 13.
  • the target temperature of the particulate filter 14 is set to be equal to or higher than the above-described preset temperature, and the temperature of the particulate filter 14 is raised to and maintained at the target temperature.
  • the hydrocarbon is supplied from the hydrocarbon supply valve 15. This target temperature is set to 650 ° C., for example.
  • the target temperature is higher than the limit temperature TX shown in FIG.
  • an injection pressure PHCTR for temperature increase control is set based on the deviation ⁇ TF. Specifically, as shown in FIG. 17, as the deviation ⁇ TF becomes smaller, the hydrocarbon amount qHC per one hydrocarbon injection for temperature increase control is set to be smaller. As a result, the temperature TF of the particulate filter 14 is maintained at the target temperature TFT. If it does in this way, the amount of hydrocarbons required for temperature rising control can be maintained small.
  • TFS indicates the preset temperature described above.
  • FIG. 18 schematically shows changes over time in the temperature TC of the exhaust purification catalyst 13, the temperature TF of the particulate filter 14, and the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas.
  • an arrow X indicates a timing at which a signal for performing temperature increase control is issued.
  • the temperature TC of the exhaust purification catalyst 13 is lower than the limit temperature TX when a signal for performing the temperature increase control is issued. Therefore, at this time, the second NOx purification method is performed. .
  • the second NOx purification method is terminated and the first NOx purification method is started. That is, as indicated by N1 in FIG. 18, the hydrocarbon injection for the first NOx purification method is performed with the above-described period ⁇ T. In this case, the hydrocarbon injection is performed so that the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas becomes rich. Further, the period during which hydrocarbon injection for the first NOx purification method is not performed, that is, the hydrocarbon injection for the first NOx purification method from the previous hydrocarbon injection for the first NOx purification method.
  • hydrocarbon injection for temperature increase control is performed as indicated by TR in FIG.
  • hydrocarbon injection is performed so that the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas is maintained lean.
  • good temperature rise control can be performed while performing good NOx purification.
  • the temperature TF of the particulate filter 14 is raised to the target temperature TFT and maintained at the target temperature TFT.
  • the hydrocarbon injection amount qHC is set based on the deviation ⁇ TF as described above. That is, as shown in FIG. 18, the hydrocarbon injection amount qHC decreases as the deviation ⁇ TF decreases, that is, as the temperature TF of the particulate filter 14 approaches the target temperature TFT. Note that when the temperature TF of the particulate filter 14 is raised to the target temperature TFT, the hydrocarbon injection for temperature rise control may be stopped.
  • the hydrocarbon injection valve 15 of the embodiment according to the present invention can change the injection pressure and the injection time.
  • the injection pressures are compared.
  • the hydrocarbon injection amount qHC is controlled by controlling the injection time while maintaining a constant high pressure. If it does in this way, a large amount of hydrocarbons can be supplied from the hydrocarbon injection valve 15, and the temperature TF of the particulate filter 14 can be raised rapidly.
  • the hydrocarbon injection amount qHC is controlled by controlling the injection pressure while maintaining the injection time constant.
  • hydrocarbon injection for the first NOx purification method is performed under a higher injection pressure than hydrocarbon injection for temperature rise control. In this way, the hydrocarbon concentration flowing into the exhaust purification catalyst 13 can be vibrated satisfactorily. Therefore, good NOx purification can be performed. That is, when the temperature increase control should be performed while performing the first NOx purification method, it is possible to perform the favorable temperature increase control while performing good NOx purification.
  • the hydrocarbon injection time for the first NOx purification method is set shorter than the hydrocarbon injection time for temperature increase control.
  • the hydrocarbon injection time for temperature increase control is set longer than the hydrocarbon injection time for the first NOx purification method.
  • FIG. 19 shows a routine for executing the NOx purification control of the embodiment according to the present invention.
  • This routine is executed by interruption every predetermined time.
  • step 100 it is determined which of the NOx purification action by the first NOx purification method and the NOx purification action by the second NOx purification method is to be performed.
  • step 101 it is judged if the NOx purification action by the first NOx purification method should be performed.
  • the routine proceeds to step 102 where a routine for executing the first NOx purification method is executed.
  • This routine is illustrated in FIG.
  • the routine then proceeds to step 103, and a routine for executing the second NOx purification method is executed. This routine is shown in FIG.
  • step 200 the routine proceeds from step 200 to step 203, where it is determined whether or not the differential pressure ⁇ PF across the particulate filter 14 is smaller than the allowable lower limit ⁇ PFL.
  • ⁇ PF ⁇ ⁇ PFL the processing cycle is terminated.
  • the routine proceeds to step 204 where the flag XTR is reset. Accordingly, the temperature raising control is terminated.
  • FIG. 20 shows a routine for executing the first NOx purification method.
  • the injection amount W is calculated from FIG.
  • the injection cycle ⁇ T is calculated according to the engine operating state.
  • dt ⁇ t + dt
  • the routine proceeds to step 124 where it is judged if the flag XTR is set.
  • the flag XTR is not set, that is, when the temperature raising control should not be performed, the processing cycle is terminated.
  • the routine proceeds to step 125, where the hydrocarbon injection amount qHC for temperature increase control is set using the map of FIG. In the following step 125, hydrocarbons are injected by qHC from the hydrocarbon supply valve 15, and therefore hydrocarbon injection for temperature rise control is performed.
  • step 123 the routine then proceeds to step 127, where hydrocarbon is injected from the hydrocarbon feed valve 15 by W, and therefore hydrocarbon injection for the first NOx purification method is performed.
  • step 128, the elapsed time ⁇ t is reset ( ⁇ t 0).
  • FIG. 21 shows a routine for executing the second NOx purification method.
  • the exhausted NOx amount NOXA per unit time is calculated from the map shown in FIG.
  • ⁇ NOX ⁇ NOX + NOXA
  • ⁇ NOX ⁇ MAX the routine jumps to step 135.
  • the routine proceeds to step 133, where the additional fuel amount WR is calculated from the map shown in FIG. 15, and the additional fuel injection action is performed.
  • the air-fuel ratio (A / F) in of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 13 is made rich.
  • ⁇ NOX is cleared.
  • the routine proceeds to step 135.
  • step 135 it is determined whether or not a flag XTR that is set when temperature increase control is to be performed is set.
  • the flag XTR is not set, that is, when the temperature raising control should not be performed, the processing cycle is terminated.
  • the flag XTR is set, that is, when the temperature raising control is to be performed, the routine proceeds to step 136 where the hydrocarbon injection amount qHC for the temperature raising control is set using the map of FIG.
  • step 137 hydrocarbons are injected from the hydrocarbon supply valve 15 by qHC, and therefore hydrocarbon injection for temperature increase control is performed.
  • FIG. 22 shows a routine for controlling the flag XTR. This routine is executed by interruption every predetermined time. Referring to FIG. 22, in step 200, it is determined whether or not the flag XTR is set. When the flag XTR is reset, the routine proceeds to step 201, where it is determined whether or not the differential pressure ⁇ PF across the particulate filter 14 is larger than the allowable upper limit ⁇ PFU. When ⁇ PF ⁇ ⁇ PFU, the processing cycle is terminated. When ⁇ PF> ⁇ PFU, the routine proceeds to step 202, where the flag XTR is set. Therefore, temperature rise control is performed.
  • an oxidation catalyst for reforming hydrocarbons can be disposed in the engine exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst 13.
  • the deviation ⁇ TF of the actual temperature TF of the particulate filter 14 with respect to the target temperature TFT is calculated, and as the deviation ⁇ TF becomes smaller, the hydrocarbon injection amount for temperature increase control decreases. Is set.
  • the target temperature TFT is constant
  • the actual temperature TF of the particulate filter 14 represents the deviation ⁇ TF. Therefore, in another embodiment according to the present invention, as the actual temperature TF of the particulate filter 14 becomes lower, a larger hydrocarbon injection amount is set for temperature rise control. In this way, it is not necessary to calculate the deviation ⁇ TF.

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Abstract

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

Description

内燃機関の排気浄化装置
　本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
　機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、排気浄化触媒は、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元する性質を有すると共に、炭化水素濃度の振動周期を該予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるＮＯｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、炭化水素供給弁から予め定められた周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する第１のＮＯｘ浄化方法を行う内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。この内燃機関では更に、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタが排気浄化触媒下流の機関排気通路内に配置されている。
　一方、パティキュレートフィルタ上に捕集された粒子状物質を酸化除去するために、リーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる昇温制御を行う内燃機関も公知である。特許文献１に記載の内燃機関では、パティキュレートフィルタへの流入排気ガスの空燃比がリーンになるように炭化水素供給弁から炭化水素を噴射することにより昇温制御を行うことができる。
国際公開第２０１１／１１４４９９号
　ところで、第１のＮＯｘ浄化方法を確実に行うためには排気浄化触媒に流入する炭化水素濃度を良好に振動させる必要があり、このために、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素を比較的高い噴射圧のもとで炭化水素供給弁から噴射する必要がある。
　一方、上述の昇温制御は例えばパティキュレートフィルタ上に捕集された粒子状物質の量が許容上限量を越えたときに行われる。このため、第１のＮＯｘ浄化方法が行われているときに粒子状物質捕集量が許容上限量を越えたときには、第１のＮＯｘ浄化方法を行いながら昇温制御を行う必要がある。
　ところが、この場合、昇温制御のための炭化水素を第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素に上乗せして噴射すると、多量の炭化水素が高い噴射圧のもとで排気浄化触媒に噴射されることになる。その結果、炭化水素の一部が排気浄化触媒をすり抜け、従って第１のＮＯｘ浄化方法を効果的に行うことができないおそれがある。また、炭化水素供給弁から噴射された炭化水素が排気浄化触媒又はパティキュレートフィルタの半径方向に拡散しにくいので、パティキュレートフィルタの温度が不均一になるおそれがある。この場合、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質を確実に除去できず、又はパティキュレートフィルタに過度に大きな熱応力が作用するおそれがある。
　このように第１のＮＯｘ浄化方法及び昇温制御を同時に行うのは容易なことではない。特許文献１はこの点について何ら言及していない。
　本発明の目的は、良好なＮＯｘ浄化を行いながら良好な昇温制御を行うことのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
　本発明によれば、機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、該排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に該貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、該排気浄化触媒は、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度を予め定められた範囲内の振幅および予め定められた範囲内の周期でもって振動させると排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元する性質を有すると共に、該炭化水素濃度の振動周期を該予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるＮＯｘの吸蔵量が増大する性質を有しており、炭化水素供給弁から該予め定められた周期でもって炭化水素を噴射することにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する第１のＮＯｘ浄化方法を行い、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に更に配置し、第１のＮＯｘ浄化方法を行いながら、パティキュレートフィルタ上に捕集された粒子状物質を除去するためにパティキュレートフィルタを昇温する昇温制御を行うべきときには、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射を前記予め定められた周期でもって行うと共に、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射が行われない期間中に昇温制御のための炭化水素噴射を行い、パティキュレートフィルタの実際の温度が低いときには、パティキュレートフィルタの実際の温度が高いときに比べて、昇温制御のための炭化水素噴射量が多く設定される、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
　良好なＮＯｘ浄化を行いながら良好な昇温制御を行うことができる。
図１は圧縮着火式内燃機関の全体図である。 図２は触媒担体の表面部分を図解的に示す図である。 図３は排気浄化触媒における酸化反応を説明するための図である。 図４は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示す図である。 図５はＮＯｘ浄化率を示す図である。 図６Ａおよび６Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。 図７Ａおよび７Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。 図８は排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示す図である。 図９はＮＯｘ浄化率を示す図である。 図１０は炭化水素の噴射周期ΔＴとＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。 図１１は炭化水素の噴射量を示すマップである。 図１２はＮＯｘ放出制御を示す図である。 図１３は排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡのマップを示す図である。 図１４は燃料噴射時期を示す図である。 図１５は燃料供給量ＷＲのマップを示す図である。 図１６は排気浄化触媒の温度ＴＣ、パティキュレートフィルタの温度ＴＦ及び排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ)ｉｎの変化を示すタイムチャートである。 図１７は偏差ΔＴＦを説明するタイムチャートである。 図１８は昇温制御のための炭化水素噴射量ｑＴＲのマップを示す図である。 図１９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２０は第１のＮＯｘ浄化方法を実行するためのフローチャートである。 図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２２はフラグＸＴＲの制御を実行するためのフローチャートである。
　図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
　図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはアクチュエータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
　一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気管１２ａを介して排気浄化触媒の入口に連結される。本発明による実施例では、この排気浄化触媒１３はＮＯｘ吸蔵触媒からなる。排気浄化触媒１３の出口は排気管１２ｂを介してパティキュレートフィルタ１４に連結される。別の実施例では、排気浄化触媒１３の上流にパティキュレートフィルタ１４が配置される。排気浄化触媒１３上流の排気管１２ａ内には圧縮着火式内燃機関の燃料として用いられる軽油その他の燃料からなる炭化水素を供給するための炭化水素供給弁１５が配置される。図１に示される実施例では炭化水素供給弁１５から供給される炭化水素として軽油が用いられている。なお、本発明はリーン空燃比のもとで燃焼の行われる火花点火式内燃機関にも適用することができる。この場合、炭化水素供給弁１５からは火花点火式内燃機関の燃料として用いられるガソリンその他の燃料からなる炭化水素が供給される。
　一方、排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１６内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１７が配置される。また、ＥＧＲ通路１６の周りにはＥＧＲ通路１６内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。各燃料噴射弁３は燃料供給管１９を介してコモンレール２０に連結され、このコモンレール２０は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２１を介して燃料タンク２２に連結される。燃料タンク２２内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２１によってコモンレール２０内に供給され、コモンレール２０内に供給された燃料は各燃料供給管１９を介して燃料噴射弁３に供給される。
　電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。排気浄化触媒１３下流の排気管１２ｂには排気浄化触媒１３から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ２４が取付けられている。温度センサ２４により検出される排気ガスの温度は排気浄化触媒１３の温度を表している。また、パティキュレートフィルタ１４下流の排気管１２ｃにはパティキュレートフィルタ１４から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ２５が取付けられている。温度センサ２５により検出される排気ガスの温度はパティキュレートフィルタ１４の温度を表している。更に、パティキュレートフィルタ１４にはパティキュレートフィルタ１４の前後差圧を検出するための差圧センサ２６が取付けられている。これら温度センサ２４，２５、差圧センサ２６および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用アクチュエータ、炭化水素供給弁１５、ＥＧＲ制御弁１７および燃料ポンプ２１に接続される。
　図２は、図１に示される排気浄化触媒１３の基体上に担持された触媒担体の表面部分を図解的に示している。この排気浄化触媒１３では図２に示されるように例えばアルミナからなる触媒担体５０上には白金Ｐｔからなる貴金属触媒５１が担持されており、更にこの触媒担体５０上にはカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、ランタノイドのような希土類および銀Ａｇ、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、イリジウムＩｒのようなＮＯｘに電子を供与しうる金属から選ばれた少なくとも一つを含む塩基性層５３が形成されている。この塩基性層５３内にはセリア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周期でもって炭化水素を噴射し、それにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを排気浄化触媒１３において還元するようにしている。
　即ち、図４から図６Ｂに示されるＮＯｘ浄化方法は、貴金属触媒を担持しかつＮＯｘを吸収しうる塩基性層を形成した排気浄化触媒を用いた場合において、ほとんど硝酸塩を形成することなくＮＯｘを浄化するようにした新たなＮＯｘ浄化方法であると言うことができる。実際、この新たなＮＯｘ浄化方法を用いた場合には排気浄化触媒１３をＮＯｘ吸蔵触媒として機能させた場合に比べて、塩基性層５３から検出される硝酸塩は極く微量である。なお、この新たなＮＯｘ浄化方法を以下、第１のＮＯｘ浄化方法と称する。
　さて、前述したように、炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射周期ΔＴが長くなると炭化水素が噴射された後、次に炭化水素が噴射される間において、活性ＮＯｘ＊周りの酸素濃度が高くなる期間が長くなる。この場合、図１に示される実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴが５秒程度よりも長くなると活性ＮＯｘ＊が硝酸塩の形で塩基性層５３内に吸収され始め、従って図１０に示されるように炭化水素濃度の振動周期ΔＴが５秒程度よりも長くなるとＮＯｘ浄化率が低下することになる。従って図１に示される実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴは５秒以下とする必要がある。
　一方、本発明による実施例では、炭化水素の噴射周期ΔＴがほぼ０．３秒以下になると噴射された炭化水素が排気浄化触媒１３の排気ガス流通表面上に堆積し始め、従って図１０に示されるように炭化水素の噴射周期ΔＴがほぼ０．３秒以下になるとＮＯｘ浄化率が低下する。そこで本発明による実施例では、炭化水素の噴射周期が０．３秒から５秒の間とされている。
　さて、本発明による実施例では、炭化水素供給弁１５からの炭化水素噴射量および噴射時期を変化させることによって排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎおよび噴射周期ΔＴが機関の運転状態に応じた最適値となるように制御される。この場合、本発明による実施例では、第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われているときの最適な炭化水素噴射量Ｗが、アクセルペダル４０の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図１１に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、また、このときの最適な炭化水素の噴射周期ΔＴもアクセルペダル４０の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
　次に図１２から図１５を参照しつつ排気浄化触媒１３をＮＯｘ吸蔵触媒として機能させた場合のＮＯｘ浄化方法について具体的に説明する。このように排気浄化触媒１３をＮＯｘ吸蔵触媒として機能させた場合のＮＯｘ浄化方法を以下、第２のＮＯｘ浄化方法と称する。
　この第２のＮＯｘ浄化方法では図１２に示されるように塩基性層５３に吸蔵された吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが予め定められた許容量ＭＡＸを越えたときに排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎが一時的にリッチにされる。排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされると、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリーンのときに塩基性層５３内に吸蔵されたＮＯｘが塩基性層５３から一気に放出されて還元される。それによってＮＯｘが浄化される。
　吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸは例えば機関から排出されるＮＯｘ量から算出される。本発明による実施例では機関から単位時間当り排出される排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡがアクセルペダル４０の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図１３に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、この排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡから吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが算出される。この場合、前述したように排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされる周期は通常１分以上である。
　この第２のＮＯｘ浄化方法では図１４に示されるように燃焼室２内に燃料噴射弁３から燃焼用燃料Ｑに加え、追加の燃料ＷＲを噴射することによって排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされる。なお、図１４の横軸はクランク角を示している。この追加の燃料ＷＲは燃焼はするが機関出力となって現われない時期に、即ち圧縮上死点後ＡＴＤＣ９０°の少し手前で噴射される。この燃料量ＷＲはアクセルペダル４０の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図１５に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。無論、この場合炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射量を増大させることによって排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎをリッチにすることもできる。
　さて、本発明による実施例では第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用と第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が選択的に行われる。第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用と第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用のいずれを行うかは例えば次のようにして決定される。即ち、第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われたときのＮＯｘ浄化率は図９に破線でもって示されるように排気浄化触媒１３の温度ＴＣが限界温度ＴＸ以下になると急速に低下しはじめる。これに対し、図９に実線でもって示されるように第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われたときのＮＯｘ浄化率は排気浄化触媒１３の温度ＴＣが低下したときに比較的ゆっくりと低下する。従って本発明による実施例では排気浄化触媒１３の温度ＴＣが限界温度ＴＸよりも高いときには第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われ、排気浄化触媒１３の温度ＴＣが限界温度ＴＸよりも低いときには第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用が行われる。
　ところで、排気ガス中には主として固体炭素からなる粒子状物質が含まれている。排気ガスがパティキュレートフィルタ１４内に流入すると、粒子状物質がパティキュレートフィルタ１４上に捕集される。一方、燃焼室２では酸素過剰のもとで燃焼が行われている。したがって、燃料噴射弁３及び炭化水素供給弁１５から燃料が２次的に供給されない限り、パティキュレートフィルタ１４は酸化雰囲気にある。また、パティキュレートフィルタ１４には酸化機能を有する触媒が担持されている。その結果、パティキュレートフィルタ１４に捕集された粒子状物質は順次酸化される。ところが、単位時間当たりに捕集される粒子状物質の量が単位時間当たりに酸化される粒子状物質の量よりも多くなると、パティキュレートフィルタ１４上に捕集されている粒子状物質の量が機関運転時間の経過と共に増大する。その結果、パティキュレートフィルタ１４の圧力損失が大きくなり、機関背圧が大きくなってしまう。
　そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ１４上の粒子状物質捕集量が許容上限量よりも多いか否かを判別し、粒子状物質捕集量が許容上限量よりも多いと判別されたときには、パティキュレートフィルタ１４から粒子状物質を除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ１４の温度を予め定められた設定温度以上に上昇させ維持する昇温制御が行われる。この設定温度は粒子状物質を酸化しうる温度であって、例えば６００℃である。その結果、粒子状物質が酸化され、パティキュレートフィルタ１４から除去される。なお、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ１４の前後差圧が許容上限よりも高いときに、パティキュレートフィルタ１４上の粒子状物質捕集量が許容上限量よりも多いと判別される。
　本発明による実施例では、昇温制御を行うために、パティキュレートフィルタ１４への流入排気ガスの空燃比がリーンになるように炭化水素供給弁１５から炭化水素が噴射される。即ち、噴射された炭化水素は排気浄化触媒１３において燃焼し、パティキュレートフィルタ１４に流入する排気ガスの温度が上昇し、その結果パティキュレートフィルタ１４の温度が高められる。あるいは、噴射された炭化水素がパティキュレートフィルタ１４において燃焼し、その結果パティキュレートフィルタ１４の温度が高められる。なお、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ１４への流入排気ガスの空燃比は排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎに一致する。
　また、本発明による実施例の昇温制御では、パティキュレートフィルタ１４の目標温度が上述の予め定められた設定温度以上に設定され、パティキュレートフィルタ１４の温度が目標温度まで上昇され維持されるように炭化水素供給弁１５から炭化水素が供給される。この目標温度は例えば６５０℃に設定される。なお、目標温度は図９に示される限界温度ＴＸよりも高い。
　即ち、図１６に示されるように、目標温度ＴＦＴに対するパティキュレートフィルタ１４の実際の温度ＴＦの偏差ΔＴＦ（＝ＴＦＴ－ＴＦ）が算出される。次いで、偏差ΔＴＦに基づいて昇温制御のための噴射圧ＰＨＣＴＲが設定される。具体的には、図１７に示されるように、偏差ΔＴＦが小さくなるにつれて、昇温制御のための炭化水素噴射１回あたりの炭化水素量ｑＨＣが少なく設定される。その結果、パティキュレートフィルタ１４の温度ＴＦが目標温度ＴＦＴに維持される。このようにすると、昇温制御のために必要な炭化水素量を少なく維持することができる。なお、図１６においてＴＦＳは上述した予め定められた設定温度を示している。
　次に、図１８を参照して本発明による実施例の昇温制御を詳しく説明する。図１８は排気浄化触媒１３の温度ＴＣ、パティキュレートフィルタ１４の温度ＴＦ及び排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎの経時変化を模式的に示している。
　図１８において矢印Ｘは昇温制御を行うべき信号が発せられたタイミングを示している。図１８に示される例では、昇温制御を行うべき信号が発せられたときに排気浄化触媒１３の温度ＴＣは限界温度ＴＸよりも低く、従ってこのとき第２のＮＯｘ浄化方法が行われている。第２のＮＯｘ浄化方法を行いながら昇温制御を行うべきときには、図１８に矢印ＴＲで示されるように昇温制御のための炭化水素噴射が行われる。その結果、排気浄化触媒１３の温度ＴＣ及びパティキュレートフィルタ１４の温度ＴＦが上昇する。なお、上述したように排気浄化触媒１３からＮＯｘを放出させるために排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎを一時的にリッチにするリッチ制御の時間間隔は１分以上であり、比較的長い。このため、図１８に示す例では、リッチ制御による排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎの変化が図示されていない。
　次いで、図１８に矢印Ｙで示されるように排気浄化触媒１３の温度ＴＣが限界温度ＴＸを越えると、第２のＮＯｘ浄化方法が終了され、第１のＮＯｘ浄化方法が開始される。即ち、図１８にＮ１で示されるように第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射が上述の周期ΔＴでもって行われる。この場合、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチになるように炭化水素噴射が行われる。また、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射が行われない期間、即ち前回の第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射から次回の第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射までの期間中に、図１８にＴＲで示されるように昇温制御のための炭化水素噴射が行われる。この場合、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリーンに維持されるように炭化水素噴射が行われる。その結果、良好なＮＯｘ浄化を行いながら良好な昇温制御を行うことができる。
　次いで、図１８に矢印Ｚで示されるようにパティキュレートフィルタ１４の温度ＴＦが目標温度ＴＦＴまで上昇され、目標温度ＴＦＴに維持される。
　本発明による実施例の昇温制御では、上述したように偏差ΔＴＦに基づいて炭化水素噴射量ｑＨＣが設定される。即ち、図１８に示されるように、偏差ΔＴＦが小さくなるにつれて、即ちパティキュレートフィルタ１４の温度ＴＦが目標温度ＴＦＴに近づくにつれて、炭化水素噴射量ｑＨＣが減少される。なお、パティキュレートフィルタ１４の温度ＴＦが目標温度ＴＦＴまで上昇されたときに、昇温制御のための炭化水素噴射を停止するようにしてもよい。
　本発明による実施例の炭化水素噴射弁１５は噴射圧及び噴射時間を変更可能になっている。図１８に示される例では、第１のＮＯｘ浄化方法を行うことなく昇温制御が行うべき場合、即ち第２のＮＯｘ浄化方法を行いながら昇温制御を行うべき場合には、噴射圧を比較的高い一定圧に維持しながら噴射時間を制御することにより炭化水素噴射量ｑＨＣが制御される。このようにすると、炭化水素噴射弁１５から多量の炭化水素を供給することができ、パティキュレートフィルタ１４の温度ＴＦを速やかに上昇させることができる。これに対し、第１のＮＯｘ浄化方法を行いながら昇温制御を行うべき場合には、噴射時間を一定に維持しながら噴射圧を制御することにより炭化水素噴射量ｑＨＣが制御される。このようにすると、噴射された炭化水素が排気浄化触媒１３又はパティキュレートフィルタ１４の半径方向に良好に拡散し、その結果パティキュレートフィルタ１４の温度が不均一になるのを抑制することができる。また、パティキュレートフィルタ１４の温度の脈動を抑制することもできる。従って、良好な昇温制御を行うことができる。
　一方、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射は昇温制御のための炭化水素噴射に比べて高い噴射圧のもとで行われる。このようにすると、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素濃度を良好に振動させることができる。従って、良好なＮＯｘ浄化を行うことができる。即ち、第１のＮＯｘ浄化方法を行いながら昇温制御を行うべき場合に、良好なＮＯｘ浄化を行いながら良好な昇温制御を行うことができる。
　本発明による実施例では更に、第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射時間は昇温制御のための炭化水素噴射時間よりも短く設定される。その結果、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素濃度をより良好に振動させることができ、従ってより良好なＮＯｘ浄化を行うことができる。逆に見ると、昇温制御のための炭化水素噴射時間は第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射時間よりも長く設定される。その結果、パティキュレートフィルタ１４の温度が不均一になるのをより確実に抑制でき、パティキュレートフィルタ１４の温度の脈動をより確実に抑制でき、従ってより良好な昇温制御を行うことができる。
　図１９は本発明による実施例のＮＯｘ浄化制御を実行するルーチンを示している。このルーチンは予め定められた一定時間ごとの割り込みによって実行される。
　図１９を参照すると、ステップ１００では第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用と第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用のいずれを行うかが決定される。次いでステップ１０１では第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用を行うべきか否かが判別される。第１のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用を行うべきときにはステップ１０２に進み、第１のＮＯｘ浄化方法を実行するためのルーチンが実行される。このルーチンは図２０に示されている。ステップ１０１において第２のＮＯｘ浄化方法によるＮＯｘ浄化作用を行うべきときには次いでステップ１０３に進み、第２のＮＯｘ浄化方法を実行するためのルーチンが実行される。このルーチンは図２１に示されている。
　フラグＸＴＲがセットされるとステップ２００からステップ２０３に進み、パティキュレートフィルタ１４の前後差圧ΔＰＦが許容下限ΔＰＦＬよりも小さいか否かが判別される。ΔＰＦ≧ΔＰＦＬのときには処理サイクルを終了する。ΔＰＦ＜ΔＰＦＬのときには次いでステップ２０４に進み、フラグＸＴＲがリセットされる。従って、昇温制御が終了される。
　図２０は第１のＮＯｘ浄化方法を実行するためのルーチンを示している。
　図２０を参照すると、ステップ１２０では図１１から噴射量Ｗが算出される。続くステップ１２１では機関運転状態に応じて噴射周期ΔＴが算出される。続くステップ１２２では前回の第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射からの経過時間Δｔが一定値ｄｔだけ増加される（Δｔ＝Δｔ＋ｄｔ）。続くステップ１２３では経過時間Δｔが噴射周期ΔＴ以上か否かが判別される。Δｔ＜ΔＴのときにはステップ１２４に進み、フラグＸＴＲがセットされているか否かが判別される。このフラグＸＴＲは昇温制御を行うべきときにセットされ（ＸＴＲ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＴＲ＝０）。フラグＸＴＲがセットされていないとき、即ち昇温制御を行うべきでないときには処理サイクルを終了する。フラグＸＴＲがセットされているとき、即ち昇温制御を行うべきときには次いでステップ１２５に進み、図１８のマップを用いて昇温制御のための炭化水素噴射量ｑＨＣが設定される。続くステップ１２５では、炭化水素供給弁１５から炭化水素がｑＨＣだけ噴射され、従って昇温制御のための炭化水素噴射が行われる。
　ステップ１２３においてΔｔ≧ΔＴのときには次いでステップ１２７に進み、炭化水素供給弁１５から炭化水素がＷだけ噴射され、従って第１のＮＯｘ浄化方法のための炭化水素噴射が行われる。続くステップ１２８では経過時間Δｔがリセットされる（Δｔ＝０）。
　図２１は第２のＮＯｘ浄化方法を実行するためのルーチンを示している。
　図２１を参照すると、ステップ１３０では図１３に示すマップから単位時間当りの排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ１３１ではΣＮＯＸに排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡを加算することによって吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが算出される（ΣＮＯＸ＝ΣＮＯＸ＋ＮＯＸＡ）。次いでステップ１３２では吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ≦ＭＡＸのときにはステップ１３５にジャンプする。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸのときにはステップ１３３に進んで図１５に示すマップから追加の燃料量ＷＲが算出され、追加の燃料の噴射作用が行われる。このとき、排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリッチにされる。次いで、ステップ１３４ではΣＮＯＸがクリアされる。次いでステップ１３５に進む。
　ステップ１３５では、昇温制御を行うべきときにセットされるフラグＸＴＲがセットされているか否かが判別される。フラグＸＴＲがセットされていないとき、即ち昇温制御を行うべきでないときには処理サイクルを終了する。フラグＸＴＲがセットされているとき、即ち昇温制御を行うべきときには次いでステップ１３６に進み、図１８のマップを用いて昇温制御のための炭化水素噴射量ｑＨＣが設定される。続くステップ１３７では、炭化水素供給弁１５から炭化水素がｑＨＣだけ噴射され、従って昇温制御のための炭化水素噴射が行われる。
　図２２はフラグＸＴＲを制御するルーチンを示している。このルーチンは予め定められた一定時間ごとの割り込みによって実行される。
　図２２を参照すると、ステップ２００ではフラグＸＴＲがセットされているか否かが判別される。フラグＸＴＲがリセットされているときには次いでステップ２０１に進み、パティキュレートフィルタ１４の前後差圧ΔＰＦが許容上限ΔＰＦＵよりも大きいか否かが判別される。ΔＰＦ≦ΔＰＦＵのときには処理サイクルを終了する。ΔＰＦ＞ΔＰＦＵのときには次いでステップ２０２に進み、フラグＸＴＲがセットされる。従って、昇温制御が行われる。
　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。
　これまで述べてきた本発明による実施例では、目標温度ＴＦＴに対するパティキュレートフィルタ１４の実際の温度ＴＦの偏差ΔＴＦが算出され、偏差ΔＴＦが小さくなるにつれて昇温制御のための炭化水素噴射量が少なく設定される。この場合、目標温度ＴＦＴが一定である場合には、パティキュレートフィルタ１４の実際の温度ＴＦは偏差ΔＴＦを表している。そこで本発明による別の実施例では、パティキュレートフィルタ１４の実際の温度ＴＦが低くなるにつれて昇温制御のための炭化水素噴射量が多く設定される。このようにすると、偏差ΔＴＦの算出を要しない。
　従って、包括的に言うと、パティキュレートフィルタ１４の温度が低いときには、パティキュレートフィルタ１４の実際の温度ＴＦが高いときに比べて、昇温制御のための炭化水素噴射量が多く設定される、ということになる。
　４　　吸気マニホルド
　５　　排気マニホルド
　１２ａ、１２ｂ　　排気管
　１３　　排気浄化触媒
　１４　　パティキュレートフィルタ
　１５　　炭化水素供給弁

Claims (6)

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