(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を供給するための炭化水素供給弁を機関排気通路内に配置し、炭化水素供給弁下流の機関排気通路内に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るための排気浄化触媒を配置し、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、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、
機関運転時に排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度変化の振幅が該予め定められた範囲内の振幅となるように炭化水素供給弁からの炭化水素の供給量が制御されると共に、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の周期でもって振動するように炭化水素供給弁からの炭化水素の供給間隔が制御される第１運転制御と、予め定められた時間における炭化水素供給弁からの炭化水素の供給量が第１運転制御の炭化水素の供給量よりも多くなる第２運転制御とを行うように形成されており、
炭化水素供給弁の炭化水素の噴射パターンを変更可能な噴射パターン変更装置を備え、
噴射パターン変更装置は、炭化水素供給弁の噴射圧力を変更可能に形成されており、
第１運転制御は、機関回転数が増大するほど、炭化水素供給弁の噴射圧力を上昇させる制御を含み、
第１運転制御では、内燃機関の運転状態に基づいて設定された噴射圧力により炭化水素供給弁から炭化水素が供給されており、第２運転制御では、第１運転制御における炭化水素の噴射圧力よりも小さな噴射圧力にて炭化水素供給弁から炭化水素が供給されることを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
噴射パターン変更装置は、炭化水素供給弁から炭化水素を噴射する噴射時間および炭化水素の供給間隔が変更できるように形成されており、
第２運転制御では、炭化水素供給弁から炭化水素を噴射する噴射時間を第１運転制御の噴射時間よりも長くし、炭化水素の供給間隔を第１運転制御の炭化水素の供給間隔よりも短くする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の運転状態に基づいて、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の基準値が予め定められており、
第２運転制御の期間中に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出し、検出した排気ガスの空燃比が排気ガスの空燃比の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射圧力を低下させる補正を行う、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
検出した排気ガスの空燃比が排気ガスの空燃比の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射時間を延ばす補正を行うと共に炭化水素の供給間隔を短縮する補正を行う、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
内燃機関の運転状態に基づいて、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度の基準値が予め定められており、
第２運転制御の期間中に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を検出し、検出した排気ガスの温度が排気ガスの温度の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射圧力を低下させる補正を行う、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
検出した排気ガスの温度が排気ガスの温度の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射時間を延ばす補正を行うと共に炭化水素の供給間隔を短縮する補正を行う、請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の運転状態に基づいて、外気から燃焼室に供給される空気量の基準値が予め定められており、
第２運転制御の期間中に、外気から燃焼室に供給される空気量を検出し、検出した空気量が空気量の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射圧力を低下させる補正を行う、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
検出した空気量が空気量の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射時間を延ばす補正を行うと共に炭化水素の供給間隔を短縮する補正を行う、請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
第２運転制御は、排気浄化触媒における炭化水素の酸化反応を第１運転制御よりも増大させて、排気浄化触媒の温度を上昇させる制御を含む、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関の排気には、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃の燃料である炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）または粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）などの成分が含まれている。ＮＯＸを浄化する装置としては、排気浄化触媒に還元剤を供給することにより排気に含まれるＮＯＸを連続的に還元する還元触媒、または排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯＸを吸蔵し、排気ガスの空燃比をリッチにすることにより吸蔵したＮＯＸを放出すると共に還元するＮＯＸ吸蔵触媒が知られている。【０００３】
また、特開平９−２２０４４０号公報においては、排気ガス中のＮＯＸと炭化水素とを反応させて含窒素炭化水素化合物を生成し、次いで含窒素炭化水素化合物を触媒と接触させて還元する排ガス浄化方法が開示されている。この公報には、ＮＯＸを含窒素炭化水素化合物に変換してから触媒上で反応させることにより、ＮＯＸの浄化率が格段に向上すると開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２２０４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＮＯＸ吸蔵触媒によりＮＯＸを浄化する場合には、ＮＯＸ吸蔵触媒に流入する排気ガスの温度の上昇等によりＮＯＸ吸蔵触媒の温度が上昇する場合がある。ところが、ＮＯＸ吸蔵触媒が所定の高い温度以上になるとＮＯＸの浄化率が小さくなるという問題があった。【０００６】
一方で、内燃機関の排気浄化装置においては、所定の触媒やフィルタの温度を上昇させることが必要な場合がある。例えば、排気浄化装置に粒子状物質を除去するためのパティキュレートフィルタが含まれている場合がある。パティキュレートフィルタは、運転を継続すると粒子状物質が蓄積する。パティキュレートフィルタに蓄積する粒子状物質を除去するためには、パティキュレートフィルタを所定の温度以上まで上昇させる。そして、パティキュレートフィルタに空気過剰の排気ガスを供給することにより、粒子状物質を酸化させて除去することができる。【０００７】
ＮＯＸ吸蔵触媒等の排気浄化触媒には、炭化水素を酸化する酸化機能を有する。このような、酸化機能を有する触媒に炭化水素を供給することにより、排気浄化触媒の温度を上昇させることができる。または、排気浄化触媒から流出する排気ガスの温度を上昇させることができる。この結果、排気浄化触媒の下流に配置されているパティキュレートフィルタ等の温度を上昇させることができる。【０００８】
ところで、酸化機能を有する排気浄化触媒に炭化水素を供給する場合には、排気浄化触媒からの炭化水素の流出を抑制することが好ましい。排気浄化触媒の下流に酸化機能を有する他の触媒が配置されている場合には、他の触媒において炭化水素が酸化して他の触媒が過温になる場合があった。たとえば、排気浄化触媒の下流に、酸化触媒を含むパティキュレートフィルタが配置されている場合には、排気浄化触媒から流出した炭化水素がパティキュレートフィルタに流入し、パティキュレートフィルタが許容温度を超える虞がある。または、排気浄化触媒から流出した炭化水素がパティキュレートフィルタを通過して白煙が生じる虞があった。【０００９】
本発明は、ＮＯＸを浄化する排気浄化触媒を備え、高温においても高い浄化率にてＮＯＸを浄化し、更にＮＯＸを浄化する排気浄化触媒からの炭化水素の流出を抑制する内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、炭化水素を供給するための炭化水素供給弁を機関排気通路内に配置し、炭化水素供給弁下流の機関排気通路内に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るための排気浄化触媒を配置している。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いる。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いる。機関運転時に排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度変化の振幅が予め定められた範囲内の振幅となるように炭化水素供給弁からの炭化水素の供給量が制御されると共に、排気浄化触媒に流入する炭化水素の濃度が予め定められた範囲内の周期でもって振動するように炭化水素供給弁からの炭化水素の供給間隔が制御される第１運転制御と、予め定められた時間における炭化水素供給弁からの炭化水素の供給量が第１運転制御の炭化水素の供給量よりも多くなる第２運転制御とを行うように形成されている。排気浄化装置は、更に、炭化水素供給弁の炭化水素の噴射パターンを変更可能な噴射パターン変更装置を備える。噴射パターン変更装置は、炭化水素供給弁の噴射圧力を変更可能に形成されている。第１運転制御は、機関回転数が増大するほど、炭化水素供給弁の噴射圧力を上昇させる制御を含む。第１運転制御では、内燃機関の運転状態に基づいて設定された噴射圧力により炭化水素供給弁から炭化水素が供給されており、第２運転制御では、第１運転制御における炭化水素の噴射圧力よりも小さな噴射圧力にて炭化水素供給弁から炭化水素が供給される。【００１１】
上記発明においては、噴射パターン変更装置は、炭化水素供給弁から炭化水素を噴射する噴射時間および炭化水素の供給間隔が変更できるように形成されており、第２運転制御では、炭化水素供給弁から炭化水素を噴射する噴射時間を第１運転制御の噴射時間よりも長くし、炭化水素の供給間隔を第１運転制御の炭化水素の供給間隔よりも短くすることができる。【００１２】
上記発明においては、内燃機関の運転状態に基づいて、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の基準値が予め定められており、第２運転制御の期間中に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出し、検出した排気ガスの空燃比が排気ガスの空燃比の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射圧力を低下させる補正を行うことができる。【００１３】
上記発明においては、検出した排気ガスの空燃比が排気ガスの空燃比の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射時間を延ばす補正を行うと共に炭化水素の供給間隔を短縮する補正を行うことができる。【００１４】
上記発明においては、内燃機関の運転状態に基づいて、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度の基準値が予め定められており、第２運転制御の期間中に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を検出し、検出した排気ガスの温度が排気ガスの温度の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射圧力を低下させる補正を行うことができる。【００１５】
上記発明においては、検出した排気ガスの温度が排気ガスの温度の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射時間を延ばす補正を行うと共に炭化水素の供給間隔を短縮する補正を行うことができる。【００１６】
上記発明においては、内燃機関の運転状態に基づいて、外気から燃焼室に供給される空気量の基準値が予め定められており、第２運転制御の期間中に、外気から燃焼室に供給される空気量を検出し、検出した空気量が空気量の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射圧力を低下させる補正を行うことができる。【００１７】
上記発明においては、検出した空気量が空気量の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射時間を延ばす補正を行うと共に炭化水素の供給間隔を短縮する補正を行うことができる。【００１８】
上記発明においては、第２運転制御は、排気浄化触媒における炭化水素の酸化反応を第１運転制御よりも増大させて、排気浄化触媒の温度を上昇させる制御を含むことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＮＯＸを浄化する排気浄化触媒を備え、高温においても高い浄化率にてＮＯＸを浄化し、更にＮＯＸを浄化する排気浄化触媒からの炭化水素の流出を抑制する内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態における内燃機関の全体図である。
【図２】排気浄化触媒の触媒担体の表面部分を図解的に示す図である。
【図３】排気浄化触媒における炭化水素の酸化反応を説明する図である。
【図４】第１のＮＯＸ浄化方法における排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の変化を示す図である。
【図５】第１のＮＯＸ浄化方法におけるＮＯＸ浄化率を示す図である。
【図６Ａ】第１のＮＯＸ浄化方法における排気浄化触媒の酸化還元反応を説明する拡大図である。
【図６Ｂ】第１のＮＯＸ浄化方法における還元性中間体の生成を説明する拡大図である。
【図７Ａ】第２のＮＯＸ浄化方法における排気浄化触媒のＮＯＸの吸蔵を説明する拡大図である。
【図７Ｂ】第２のＮＯＸ浄化方法における排気浄化触媒のＮＯＸの放出および還元を説明する拡大図である。
【図８】第２のＮＯＸ浄化方法における排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の変化を示す図である。
【図９】第２のＮＯＸ浄化方法におけるＮＯＸ浄化率を示す図である。
【図１０】第１のＮＯＸ浄化方法における排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の変化を示すタイムチャートである。
【図１１】第１のＮＯＸ浄化方法における排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の変化を示す他のタイムチャートである。
【図１２】第１のＮＯＸ浄化方法における排気浄化触媒の酸化力と要求最小空燃比Ｘとの関係を示す図である。
【図１３】第１のＮＯＸ浄化方法において、同一のＮＯＸ浄化率の得られる排気ガス中の酸素濃度と炭化水素濃度の振幅ΔＨとの関係を示す図である。
【図１４】第１のＮＯＸ浄化方法における炭化水素濃度の振幅ΔＨとＮＯＸ浄化率との関係を示す図である。
【図１５】第１のＮＯＸ浄化方法における炭化水素濃度の振動周期ΔＴとＮＯＸ浄化率との関係を示す図である。
【図１６】第２のＮＯＸ浄化方法における排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の変化等を示す図である。
【図１７】機関本体から機関排気通路に排出されるＮＯＸ量ＮＯＸＡのマップを示す図である。
【図１８】燃焼室において補助噴射を行うときの燃料噴射時期を示す図である。
【図１９】補助噴射を行うときの炭化水素供給量ＷＲのマップを示す図である。
【図２０】内燃機関の運転状態に基づいたＮＯＸ浄化方法の領域を説明するグラフである。
【図２１】炭化水素供給弁の噴射時間を変更したときの排気浄化触媒に流入する排気ガス中の炭化水素濃度変化等を示す図である。
【図２２】機関回転数と燃料噴射量に対する排気浄化触媒の温度を説明する図である。
【図２３】炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射パターンと排気浄化触媒に流入する排気ガス中の炭化水素濃度変化とを示す図である。
【図２４】炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射パターンと排気浄化触媒に流入する排気ガス中の炭化水素濃度変化とを示す図である。
【図２５】炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射パターンと排気浄化触媒に流入する排気ガス中の炭化水素濃度変化とを示す図である。
【図２６】炭化水素供給弁の噴射圧力を変更したときの排気浄化触媒に流入する排気ガス中の炭化水素濃度変化等を示す図である。
【図２７】炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射パターンと排気浄化触媒に流入する排気ガス中の炭化水素濃度変化等を示す図である。
【図２８】炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射パターンと排気浄化触媒に流入する排気ガス中の炭化水素濃度変化等を示す図である。
【図２９Ａ】内燃機関の運転状態に基づく炭化水素供給弁の噴射圧力を説明するグラフである。
【図２９Ｂ】内燃機関の運転状態に基づく炭化水素供給弁の噴射圧力のマップである。
【図３０Ａ】内燃機関の運転状態に基づく炭化水素供給弁の噴射時間を説明するグラフである。
【図３０Ｂ】内燃機関の運転状態に基づく炭化水素供給弁の噴射時間のマップである。
【図３１】内燃機関の運転状態に基づく炭化水素供給弁からの炭化水素の供給間隔のマップである。
【図３２】第１運転制御および第２運転制御において、炭化水素供給弁の噴射パターンと、排気浄化触媒に流入する炭化水素濃度の変化とを説明する図である。
【図３３】実施の形態において、第１運転制御から第２運転制御に切替えるタイムチャートである。
【図３４Ａ】第２運転制御において、炭化水素供給弁から供給する炭化水素の噴射圧力のマップである。
【図３４Ｂ】第２運転制御において、炭化水素供給弁から供給する炭化水素の噴射時間のマップである。
【図３５】第２運転制御において、炭化水素供給弁から供給する炭化水素の供給間隔のマップである。
【図３６】実施の形態における他の排気浄化装置の概略図である。
【図３７】第２運転制御において、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の基準値のマップである。
【図３８Ａ】排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の比率に対する炭化水素供給弁の噴射圧力の補正係数のグラフである。
【図３８Ｂ】排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の比率に対する炭化水素供給弁の噴射時間の補正係数のグラフである。
【図３８Ｃ】排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の比率に対する炭化水素の供給間隔の補正係数のグラフである。
【図３９】第２運転制御において、炭化水素供給弁の噴射パターンを補正する制御のフローチャートである。
【図４０】実施の形態における更に他の排気浄化装置の概略図である。
【図４１】第２運転制御において、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度の基準値のマップである。
【図４２Ａ】排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度の比率に対する炭化水素供給弁の噴射圧力の補正係数のグラフである。
【図４２Ｂ】排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度の比率に対する炭化水素供給弁の噴射時間の補正係数のグラフである。
【図４２Ｃ】排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度の比率に対する炭化水素供給弁からの炭化水素の供給間隔の補正係数のグラフである。
【図４３】第２運転制御において、燃料室に供給される空気量の基準値のマップである。
【図４４Ａ】燃焼室に供給される空気量の比率に対する炭化水素供給弁の噴射圧力の補正係数のグラフである。
【図４４Ｂ】燃焼室に供給される空気量の比率に対する炭化水素供給弁の噴射時間の補正係数のグラフである。
【図４４Ｃ】燃焼室に供給される空気量の比率に対する炭化水素の供給間隔の補正係数のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１から図４４Ｃを参照して、実施の形態における内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施の形態においては、車両に取り付けられている圧縮着火式の内燃機関を例に取り上げて説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態における内燃機関の全体図である。内燃機関は、機関本体１を備える。また、内燃機関は、排気を浄化する排気浄化装置を備える。機関本体１は、各気筒としての燃焼室２と、それぞれの燃焼室２に燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁３と、吸気マニホールド４と、排気マニホールド５とを含む。
【００２３】
吸気マニホールド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の出口に連結されている。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に連結されている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。更に、吸気ダクト６の途中には、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が配置されている。図１に示される実施例では、機関冷却水が冷却装置１１に導かれている。機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００２４】
本実施の形態の排気浄化装置は、ＮＯＸを浄化するための排気浄化触媒１３を備える。また、排気浄化装置は、排気浄化触媒１３の下流に配置されている後処理装置としてのパティキュレートフィルタ１４を備える。排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結されている。排気タービン７ｂの出口は排気管１２を介して排気浄化触媒１３の入口に連結されている。排気浄化触媒１３の出口は、パティキュレートフィルタ１４に連結されている。
【００２５】
排気浄化触媒１３上流には圧縮着火式内燃機関の燃料として用いられる軽油、又は、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が配置されている。本実施の形態においては、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、燃焼時の空燃比がリーンに制御される火花点火式の内燃機関にも適用することができる。この場合、炭化水素供給弁からは火花点火式の内燃機関の燃料として用いられるガソリン又は、その他の燃料からなる炭化水素が供給される。
【００２６】
炭化水素供給弁１５は、高圧燃料室６２に接続されている。高圧燃料室６２は、加圧ポンプ６１を介して燃料タンク２２に接続されている。加圧ポンプ６１が駆動することにより、燃料タンク２２の燃料が高圧燃料室６２に供給される。高圧燃料室６２には、高圧の燃料が貯留される。高圧燃料室６２の燃料の圧力は、炭化水素供給弁１５から炭化水素を噴射するときの噴射圧力に対応する。高圧燃料室６２には、燃料の圧力を検出する圧力検出器として燃料圧センサ６３が配置されている。燃料圧センサ６３の出力により、炭化水素供給弁１５の噴射圧力を検出することができる。
【００２７】
排気マニホールド５と吸気マニホールド４との間には、排気再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲ通路１６が配置されている。ＥＧＲ通路１６には電子制御式のＥＧＲ制御弁１７が配置されている。また、ＥＧＲ通路１６の途中には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が配置されている。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれている。機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００２８】
それぞれの燃料噴射弁３は、燃料供給管１９を介してコモンレール２０に連結されている。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に連結されている。燃料タンク２２に貯蔵される燃料は、燃料ポンプ２１によってコモンレール２０内に供給される。コモンレール２０内に供給された燃料は、それぞれの燃料供給管１９を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００２９】
電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータを含む。本実施の形態における電子制御ユニット３０は、排気浄化装置の制御装置として機能する。電子制御ユニット３０は、双方性バス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を含む。
【００３０】
排気浄化触媒１３の下流には排気浄化触媒１３の温度を検出するための温度センサ２３が配置されている。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の前後の差圧を検出するための差圧センサ２４が取付けられている。また、パティキュレートフィルタ１４の下流には、パティキュレートフィルタ１４の温度を検出するための温度検出器としての温度センサ２５が配置されている。これらの温度センサ２３，２５、差圧センサ２４および吸入空気量検出器８の出力信号は、夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００３１】
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が接続されている。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。クランク角センサ４２の出力により、クランク角度や機関回転数を検出することができる。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の駆動用ステップモータ、炭化水素供給弁１５、ＥＧＲ制御弁１７および燃料ポンプ２１に接続されている。これらの燃料噴射弁３、スロットル弁１０、炭化水素供給弁１５およびＥＧＲ制御弁１７等は、電子制御ユニット３０により制御されている。
【００３２】
燃料圧センサ６３の出力信号は、電子制御ユニット３０に入力される。また、加圧ポンプ６１は、電子制御ユニット３０に制御されている。加圧ポンプ６１は、高圧燃料室６２の内部の圧力が、要求される炭化水素供給弁１５の噴射圧力になるように制御される。炭化水素供給弁１５の噴射圧力は、内燃機関の運転状態に基づいて設定することができる。または、噴射圧力は、内燃機関の運転状態に関わらずに、ほぼ一定に維持することもできる。
【００３３】
パティキュレートフィルタ１４は、排気中に含まれる炭素微粒子、サルフェート等の粒子状物質（パティキュレート）を除去するフィルタである。パティキュレートフィルタ１４は、例えば、ハニカム構造を有し、ガスの流れ方向に伸びる複数の流路を有する。複数の流路において、下流端が封止された流路と上流端が封止された流路とが交互に形成されている。流路の隔壁は、コージライトのような多孔質材料で形成されている。この隔壁を排気が通過するときにパティキュレートが捕捉される。粒子状物質は、パティキュレートフィルタ１４に捕集される。パティキュレートフィルタ１４に次第に堆積する粒子状物質は、空気過剰の雰囲気中で温度を例えば６５０℃程度まで上昇することにより酸化されて除去される。
【００３４】
パティキュレートフィルタ１４に堆積する粒子状物質の量は、例えば差圧センサ２４の出力により推定することができる。パティキュレートフィルタ１４の前後差圧が予め定められた判定値を超えたときに、パティキュレートフィルタ１４に堆積する粒子状物質の量が判定値を超えたと判別することができる。
【００３５】
図２は、排気浄化触媒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上には触媒粒子である貴金属触媒５１，５２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。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５１，５２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。
【００３６】
一方、図２において貴金属触媒５１は白金Ｐｔからなり、貴金属触媒５２はロジウムＲｈからなる。なおこの場合、いずれの貴金属触媒５１，５２も白金Ｐｔから構成することができる。また、排気浄化触媒１３の触媒担体５０上には白金ＰｔおよびロジウムＲｈに加えて更にパラジウムＰｄを担持させることができるし、或いはロジウムＲｈに代えてパラジウムＰｄを担持させることができる。即ち、触媒担体５０に担持されている貴金属触媒５１，５２は白金Ｐｔ、ロジウムＲｈおよびパラジウムＰｄの少なくとも一つにより構成される。
【００３７】
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。
【００３８】
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に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化とを示している。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。
【００３９】
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に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inを変化させ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。本発明者は長い期間に亘ってＮＯＸ浄化に関する研究を重ねており、その研究課程において、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たのである。
【００４０】
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の塩基性の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たのである。次にこのことについて図６Ａおよび図６Ｂを参照しつつ説明する。なお、これら図６Ａおよび図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および図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させたときに生ずると推測される反応が示されている。
【００４１】
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。
【００４２】
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の貴金属触媒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Ｐｔの貴金属触媒５１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。
【００４３】
一方、炭化水素供給弁１５から炭化水素が供給されるとこの炭化水素は排気浄化触媒１３の全体に亘って吸着する。これら吸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、吸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てラジカルになる。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は白金の貴金属触媒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の表面上に保持又は吸着される。
【００４４】
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。
【００４５】
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が吸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吸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、還元性中間体は図６Ａに示されるように活性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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、即ち塩基性の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。
【００４８】
一方、炭化水素の供給間隔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。
【００４９】
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５１，５２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５１，５２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に示される例では供給間隔が３秒とされている。
【００５０】
炭化水素濃度の振動周期、即ち炭化水素ＨＣの供給間隔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Ｐｔの貴金属触媒５１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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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排気ガスの空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）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。
【００５４】
図９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ＮＯＸ吸蔵触媒として機能させた場合には図９に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。
【００５５】
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６Ａ、図６Ｂに示される新たなＮＯＸ浄化方法では図６Ａ、図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。
【００５６】
そこで本発明では、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るための排気浄化触媒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５１，５２が担持されていると共に貴金属触媒５１，５２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、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。
【００５７】
即ち、図４から図６Ａ、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。
【００５８】
次に、図１０から図１５を参照しつつこの第１のＮＯＸ浄化方法についてもう少し詳細に説明する。
【００５９】
図１０は、図４に示される空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化を拡大して示している。なお、前述したように、この排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）inの変化は同時に排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度変化を示している。なお、図１０においてΔＨは排気浄化触媒１３に流入する炭化水素ＨＣの濃度変化の振幅を示しており、ΔＴは排気浄化触媒１３に流入する炭化水素濃度の振動周期を示している。
【００６０】
更に図１０において（Ａ／Ｆ）ｂは機関出力を発生するための燃焼ガスの空燃比を示すベース空燃比を表している。言い換えるとこのベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂは炭化水素の供給を停止したときに排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比を表している。一方、図１０においてＸは、生成された活性ＮＯＸが硝酸塩の形で塩基性層５３内に吸蔵されることなく還元性中間体の生成のために使用される空燃比（Ａ／Ｆ）inの上限を表しており、活性ＮＯＸと改質された炭化水素とを反応させて還元性中間体を生成させるには空燃比（Ａ／Ｆ）inをこの空燃比の上限Ｘよりも低くすることが必要となる。
【００６１】
別の言い方をすると図１０のＸは活性ＮＯＸと改質された炭化水素とを反応させて還元性中間体を生成させるのに必要な炭化水素の濃度の下限を表しており、還元性中間体を生成するためには炭化水素の濃度をこの下限Ｘよりも高くする必要がある。この場合、還元性中間体が生成されるか否かは活性ＮＯＸ周りの酸素濃度と炭化水素濃度との比率、即ち空燃比（Ａ／Ｆ）inで決まり、還元性中間体を生成するのに必要な上述の空燃比の上限Ｘを以下、要求最小空燃比と称する。
【００６２】
図１０に示される例では要求最小空燃比Ｘがリッチとなっており、従ってこの場合には還元性中間体を生成するために空燃比（Ａ／Ｆ）inが瞬時的に要求最小空燃比Ｘ以下に、即ちリッチにされる。これに対し、図１１に示される例では要求最小空燃比Ｘがリーンとなっている。この場合には空燃比（Ａ／Ｆ）inをリーンに維持しつつ空燃比（Ａ／Ｆ）inを周期的に低下させることによって還元性中間体が生成される。
【００６３】
この場合、要求最小空燃比Ｘがリッチになるかリーンになるかは排気浄化触媒１３の酸化力による。この場合、排気浄化触媒１３は例えば貴金属触媒５１の担持量を増大させれば酸化力が強まり、酸性を強めれば酸化力が強まる。従って排気浄化触媒１３の酸化力は貴金属触媒５１の担持量や酸性の強さによって変化することになる。
【００６４】
さて、酸化力が強い排気浄化触媒１３を用いた場合に図１１に示されるように空燃比（Ａ／Ｆ）inをリーンに維持しつつ空燃比（Ａ／Ｆ）inを周期的に低下させると、空燃比（Ａ／Ｆ）inが低下せしめられたときに炭化水素が完全に酸化されてしまい、その結果還元性中間体を生成することができなくなる。これに対し、酸化力が強い排気浄化触媒１３を用いた場合に図１０に示されるように空燃比（Ａ／Ｆ）inを周期的にリッチにさせると空燃比（Ａ／Ｆ）inがリッチにされたときに一部の炭化水素は完全に酸化されることなく部分酸化され、即ち炭化水素が改質され、斯くして還元性中間体が生成されることになる。従って酸化力が強い排気浄化触媒１３を用いた場合には要求最小空燃比Ｘはリッチにする必要がある。
【００６５】
一方、酸化力が弱い排気浄化触媒１３を用いた場合には図１１に示されるように空燃比（Ａ／Ｆ）inをリーンに維持しつつ空燃比（Ａ／Ｆ）inを周期的に低下させると、一部の炭化水素は完全に酸化されずに部分酸化され、即ち炭化水素が改質され、斯くして還元性中間体が生成される。これに対し、酸化力が弱い排気浄化触媒１３を用いた場合に図１０に示されるように空燃比（Ａ／Ｆ）inを周期的にリッチにさせると多量の炭化水素は酸化されることなく単に排気浄化触媒１３から排出されることになり、斯くして無駄に消費される炭化水素量が増大することになる。従って酸化力が弱い排気浄化触媒１３を用いた場合には要求最小空燃比Ｘはリーンにする必要がある。
【００６６】
即ち、要求最小空燃比Ｘは図１２に示されるように排気浄化触媒１３の酸化力が強くなるほど低下させる必要があることがわかる。このように要求最小空燃比Ｘは排気浄化触媒１３の酸化力によってリーンになったり、或いはリッチになったりするが、以下要求最小空燃比Ｘがリッチである場合を例にとって、排気浄化触媒１３に流入する炭化水素の濃度変化の振幅や排気浄化触媒１３に流入する炭化水素濃度の振動周期について説明する。
【００６７】
さて、ベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが大きくなると、即ち炭化水素が供給される前の排気ガス中の酸素濃度が高くなると空燃比（Ａ／Ｆ）inを要求最小空燃比Ｘ以下とするのに必要な炭化水素の供給量が増大し、それに伴って還元性中間体の生成に寄与しなかった余剰の炭化水素量も増大する。この場合、ＮＯＸを良好に浄化するためには前述したようにこの余剰の炭化水素を酸化させる必要があり、従ってＮＯＸを良好に浄化するためには余剰の炭化水素量が多いほど多量の酸素が必要となる。
【００６８】
この場合、排気ガス中の酸素濃度を高めれば酸素量を増大することができる。従ってＮＯＸを良好に浄化するためには、炭化水素が供給される前の排気ガス中の酸素濃度が高いときには炭化水素供給後の排気ガス中の酸素濃度を高める必要がある。即ち、炭化水素が供給される前の排気ガス中の酸素濃度が高いほど炭化水素濃度の振幅を大きくする必要がある。
【００６９】
図１３は同一のＮＯＸ浄化率が得られるときの、炭化水素が供給される前の排気ガス中の酸素濃度と炭化水素濃度の振幅ΔＨとの関係を示している。図１３から同一のＮＯＸ浄化率を得るためには炭化水素が供給される前の排気ガス中の酸素濃度が高いほど炭化水素濃度の振幅ΔＨを増大させる必要があることがわかる。即ち、同一のＮＯＸ浄化率を得るにはベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが高くなるほど炭化水素濃度の振幅ΔＨを増大させることが必要となる。別の言い方をすると、ＮＯＸを良好に浄化するためにはベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが低くなるほど炭化水素濃度の振幅ΔＨを減少させることができる。
【００７０】
ところでベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが最も低くなるのは加速運転時であり、このとき炭化水素濃度の振幅ΔＨが２００ｐｐｍ程度あればＮＯＸを良好に浄化することができる。ベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂは通常、加速運転時よりも大きく、従って図１４に示されるように炭化水素濃度の振幅ΔＨが２００ｐｐｍ以上であれば良好なＮＯＸ浄化率を得ることができることになる。
【００７１】
一方、ベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂが最も高いときには炭化水素濃度の振幅ΔＨを１００００ｐｐｍ程度にすれば良好なＮＯＸ浄化率が得られることがわかっている。従って本発明では炭化水素濃度の振幅の予め定められた範囲が２００ｐｐｍから１００００ｐｐｍとされている。
【００７２】
また、炭化水素濃度の振動周期ΔＴが長くな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、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１５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。従って炭化水素濃度の振動周期ΔＴは５秒以下とする必要がある。
【００７３】
一方、炭化水素濃度の振動周期ΔＴがほぼ０．３秒以下になると供給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１５に示されるように炭化水素濃度の振動周期ΔＴがほぼ０．３秒以下になるとＮＯＸ浄化率が低下する。そこで本発明では炭化水素濃度の振動周期が０．３秒から５秒の間とされている。
【００７４】
さて、本発明による実施例では、炭化水素供給弁１５からの１回の炭化水素の供給量および供給間隔を変化させることによって炭化水素濃度の振幅ΔＨおよび振動周期ΔＴが機関の運転状態に応じた最適値となるように制御することができる。炭化水素濃度の振幅ΔＨを得ることのできる炭化水素の供給量は、燃料噴射弁３の燃料噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予め電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２内に記憶されている。また、炭化水素濃度の振動周期ΔＴ、即ち炭化水素の供給間隔も燃料噴射弁３の燃料噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎを関数にするマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶させることができる。
【００７５】
次に、図１６から図１９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。
【００７６】
この第２のＮＯＸ浄化方法では図１６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。
【００７７】
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が燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として、図１７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。
【００７８】
この第２のＮＯＸ浄化方法では図１８に示されるように燃焼室２内に燃料噴射弁３から燃焼用燃料としての主噴射の噴射量Ｑに加え、補助噴射としての追加の燃料を噴射量ＷＲにて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１８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。補助噴射の噴射量ＷＲは、燃料噴射弁３からの噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として図１９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、この場合に炭化水素供給弁１５からの炭化水素の供給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。
【００７９】
図２０に、本実施の形態の排気浄化装置のＮＯＸの浄化方法を説明するグラフを示す。横軸は機関回転数Ｎであり、縦軸は燃料噴射弁３からの燃料噴射量Ｑである。図２０は、本実施の形態における排気浄化装置の基本的なＮＯＸ浄化方法を説明する図である。
【００８０】
本実施の形態の排気浄化装置では、機関回転数および燃料噴射量に基づいて、第１のＮＯＸ浄化方法を実施する領域および第２のＮＯＸ浄化方法を実施する領域が定められている。第１のＮＯＸ浄化方法にて高い浄化率にてＮＯＸの浄化を行なうためには、排気浄化触媒１３が活性化していることが好ましい。即ち、排気浄化触媒１３に流入するＮＯＸから活性ＮＯＸの生成、炭化水素の部分酸化、および還元性中間体の生成等を十分に行なうためには、排気浄化触媒が活性化していることが好ましい。排気浄化触媒１３の温度が低い領域においては、ＮＯＸの吸蔵により排気ガス中からＮＯＸを除去することができる。排気浄化触媒１３の温度が低い領域のＮＯＸの浄化率は、第２のＮＯＸ浄化方法の方が第１のＮＯＸ浄化方法よりも高くなる。
【００８１】
本実施の形態の排気浄化装置においては、燃料噴射弁の燃料噴射量Ｑが小さく、更に機関回転数Ｎの小さな領域においては第２のＮＯＸ浄化方法を採用し、その他の領域においては、第１のＮＯＸ浄化方法を採用している。このように、第１のＮＯＸ浄化方法および第２のＮＯＸ浄化方法のうちＮＯＸの浄化率が高くなるＮＯＸ浄化方法を、内燃機関の運転状態に応じて選択することができる。
【００８２】
ところで、第１のＮＯＸ浄化方法にて浄化を行う場合には、どのような運転状態でも高いＮＯＸ浄化率を得ることができ、供給された炭化水素が排気浄化触媒１３をすり抜けないようにすることが好ましい。この点について検討を重ねた結果、排気浄化触媒１３において完全に酸化される炭化水素の量と部分酸化される炭化水素の量がＮＯＸ浄化率と炭化水素のすり抜け量を支配していることが判明したのである。次に、このことについて図２１を参照しつつ説明する。
【００８３】
図２１には、炭化水素供給弁１５から同一の噴射圧力のもとで異なる噴射時間でもって噴射された炭化水素の三つの噴射パターンＡ，Ｂ，Ｃが示されている。この場合、噴射時間は噴射パターンＡが最も短かく、噴射パターンＣが最も長くなっている。また、図２１には各噴射パターンＡ，Ｂ，Ｃにより噴射が行われた後、排気浄化触媒１３に流入する排気ガス中の炭化水素濃度の時間的な変化が示されている。更に図２１には各噴射パターンＡ，Ｂ，Ｃによる噴射が行われたときのＮＯＸ浄化率と排気浄化触媒１３の炭化水素のすり抜け量とが示されている。
【００８４】
さて、排気浄化触媒１３に流入する排気ガス中の炭化水素濃度、即ち単位排気ガス量当りの炭化水素量が少ないときにはこの炭化水素は排気浄化触媒１３において完全に酸化されてしまう。一方、排気ガス中の炭化水素濃度、即ち単位排気ガス量当りの炭化水素量が増大すると排気浄化触媒１３において全ての炭化水素を完全に酸化しえなくなる。このとき一部の炭化水素は部分酸化されることになる。このように排気ガス中の炭化水素濃度には排気浄化触媒１３において全ての炭化水素が完全に酸化される限界が存在し、この限界が図２１においてＸＡで示されている。
【００８５】
即ち、図２１において炭化水素濃度が限界ＸＡよりも低いときには全ての炭化水素が完全に酸化されるので図２１において限界ＸＡよりも下方のハッチング領域ＲＡでは全ての炭化水素が完全に酸化されることになる。この場合、ハッチング領域ＲＡの面積は炭化水素量を表しており、従ってハッチング領域ＲＡに相当する量の炭化水素が完全に酸化されることになる。なお、以下この限界ＸＡを完全酸化限界と称する。
【００８６】
一方、図２１において完全酸化限界ＸＡよりも上方のハッチング領域ＲＢでは排気浄化触媒１３において炭化水素の部分酸化作用が行われる。この場合、図２１においてハッチング領域ＲＢは部分酸化される炭化水素量を表わしている。この部分酸化された炭化水素から還元性中間体が生成されるのでこの部分酸化された炭化水素により第１のＮＯＸ浄化方法によるＮＯＸの浄化作用が行われることになる。なお、実際にはこの部分酸化された炭化水素の一部は還元性中間体の生成に使用されずに酸化されてしまい、部分酸化された残りの炭化水素によって還元性中間体が生成される。
【００８７】
一方、排気浄化触媒１３に流入する排気ガス中の炭化水素濃度、即ち単位排気ガス量当りの炭化水素量が更に増大せしめられると一部の炭化水素は排気浄化触媒１３において完全に酸化されないどころか部分酸化もされなくなり、この場合酸化もされない一部の炭化水素は排気浄化触媒１３をすり抜けることになる。この炭化水素のすり抜けを生ずる炭化水素の限界が図２１においてＸＢで示されており、以下この限界ＸＢをすり抜け限界と称する。図２１においてこのすり抜け限界ＸＢよりも上方のハッチング領域ＲＣは炭化水素のすり抜け量を表している。
【００８８】
排気ガス中に含まれるＮＯＸを第１のＮＯＸ浄化方法を用いて浄化するためには排気ガス中に含まれるＮＯＸ量に対して十分な量の炭化水素が部分酸化されることが必要であり、ハッチング領域ＲＢにて示される部分酸化される炭化水素量が不十分である場合にはＮＯＸ浄化率が低下することになる。図２１における噴射パターンＡはこのように部分酸化される炭化水素量が不足している場合を示しており、この場合には図２１に示されるようにＮＯＸ浄化率が低下することになる。
【００８９】
一方、図２１において噴射パターンＢは、ハッチング領域ＲＢにて示される部分酸化される炭化水素量を増大するために噴射パターンＡに比べて噴射時間が長くされた場合を示している。噴射時間が長くされると部分酸化される炭化水素量が増大するために図２１に示されるようにＮＯＸ浄化率が高くなる。
【００９０】
図２１において噴射パターンＣは、部分酸化される炭化水素量を更に増大するために噴射パターンＢに比べて噴射時間が更に長くされた場合を示している。この場合、図２１に示されるようにＮＯＸ浄化率は向上する。しかしながらこの場合、炭化水素濃度がすり抜け限界ＸＢを越えるので炭化水素のすり抜けが発生することになる。
【００９１】
第１のＮＯＸ浄化方法によるＮＯＸ浄化作用を行う際には炭化水素のすり抜けが生じないようにすることが好ましい。従って、図２１に示される例においては炭化水素濃度のピーク（最大値）がすり抜け限界ＸＢとなる噴射パターンＢが用いられる。無論、噴射パターンＡに示されるように炭化水素濃度のピークがすり抜け限界ＸＢに達していなくても十分高いＮＯＸ浄化率が得られる場合には噴射パターンＡを用いることができる。
【００９２】
さて、排気浄化触媒１３の温度が上昇すると排気浄化触媒１３において単位時間当り酸化される炭化水素量が増大し、即ち炭化水素に対する酸化速度が増大し、その結果排気浄化触媒１３の温度が上昇すると完全酸化限界ＸＡが上昇する。一方、排気浄化触媒１３の温度が上昇すると、温度が上昇する前にはすり抜けていた炭化水素が部分酸化されるようになるのですり抜け限界ＸＢも上昇することになる。即ち、排気浄化触媒１３の温度が上昇すると完全酸化限界ＸＡとすり抜け限界ＸＢが共に上昇することになる。従って第１のＮＯＸ浄化方法によりＮＯＸの浄化を行う際にはこのことを考慮して炭化水素の噴射制御を行う必要がある。
【００９３】
図２２から図２５は、このことを考慮して炭化水素の噴射制御を行うようにした運転例を示している。なお、この運転例では噴射圧力が一定に維持されており、噴射圧力が一定のもとで噴射時間を制御することによって炭化水素の噴射量が制御される。
【００９４】
まず初めに図２２について説明すると、図２２は定常運転時における排気浄化触媒１３の温度ＴＣ１，ＴＣ２，ＴＣ３（ＴＣ３＞ＴＣ２＞ＴＣ１）の代表的な一例を示している。なお、図２２において縦軸は燃焼室２内への燃料噴射量Ｑを示しており、横軸は機関回転数Ｎを示している。図２２からわかるように機関回転数Ｎが同一であるときには燃料噴射量Ｑが増大するほど、即ち機関負荷が高くなるほど排気浄化触媒１３の温度は高くなり、燃料噴射量Ｑが同一であるときには、即ち機関負荷が同一であるときには機関回転数Ｎが増大するほど、即ち吸入空気量が増大するほど排気浄化触媒１３の温度は若干低下する。
【００９５】
このように排気浄化触媒１３の温度は内燃機関の運転状態に応じて変化する。一方、機関から単位時間当り排出されるＮＯＸ量は機関負荷が高くなるほど増大し、機関回転数が高くなるほど増大する。従ってこれらのことを考慮に入れて炭化水素の噴射時間が決定される。
【００９６】
図２３は、図２２のＥ０，Ｆ１，Ｆ２における、即ち同一回転数で異なる負荷における定常運転時の噴射パターンを示している。即ち、同一回転数のもとでは負荷が高くなるほど排気浄化触媒１３の温度が高くなり、従って完全酸化限界ＸＡおよびすり抜け限界ＸＢも高くなる。一方、同一回転数のもとでは負荷が高くなるほど機関からの排出ＮＯＸ量が増大し、従ってこのときには負荷が高くなるほど、ハッチング領域ＲＢにて示される部分酸化される炭化水素量を増大する必要がある。従ってこのとき運転例では図２３に示されるように炭化水素濃度のピークがすり抜け限界ＸＢとなるように負荷が高くなるにつれて噴射時間が増大される。
【００９７】
図２４は、図２２のＥ０，Ｇ1，Ｇ２における、即ち同一負荷で異なる回転数における定常運転時の噴射パターンを示している。即ち、同一負荷のもとでは回転数が高くなるほど排気浄化触媒１３の温度が若干低くなり、従って完全酸化限界ＸＡおよびすり抜け限界ＸＢも若干低くなる。一方、同一負荷のもとでも回転数が高くなるほど機関からの単位時間当りの排出ＮＯＸ量が増大し、従ってこのときにも回転数が高くなるほど、ハッチング領域ＲＢにて示される部分酸化される炭化水素量を増大する必要がある。
【００９８】
一方、回転数が高くなるほど排気ガスの流速が速くなり、噴射された炭化水素が多量の排気ガス中に分散するようになる。従って図２４に示されるようにＮＯＸの浄化に必要な量の部分酸化炭化水素が生成されたときの炭化水素濃度のピークは回転数が高くなるほど低下する。この運転例ではＮＯＸの浄化に必要な量の部分酸化炭化水素を生成しうるように回転数が高くなるにつれて噴射時間が長くされる。
【００９９】
図２５は、図２２のＥ０，Ｈ１，Ｈ２における定常運転時の噴射パターンを示している。即ち、回転数および負荷が高くなるほど排気浄化触媒１３の温度が高くなり、従って完全酸化限界ＸＡおよびすり抜け限界ＸＢも高くなる。一方、機関回転数および負荷が高くなるほど機関からの単位時間当りの排出ＮＯＸ量が増大し、従ってこのときには回転数および負荷が高くなるほど、ハッチング領域ＲＢにて示される部分酸化される炭化水素量を増大する必要がある。従って、運転例では図２５に示される如く、ＮＯＸの浄化に必要な量の部分酸化炭化水素を生成しうるように回転数および負荷が高くなるにつれて噴射時間が長くされる。
【０１００】
このように、炭化水素供給弁の噴射時間は、燃料噴射量Ｑが増大するほど、即ち機関負荷が増大するほど長くなり、機関回転数Ｎが高くなるほど長くすることができる。この運転例を行なう場合の炭化水素供給弁の噴射時間は、例えば、燃料噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶させることができる。
【０１０１】
ところで、上記の運転例では、図２４および図２５に示すように、機関回転数が高くなると炭化水素供給弁の噴射時間を長くしても、排気浄化触媒に流入する排気ガスの炭化水素濃度の最大値は制限される。このために、炭化水素供給弁を開いている噴射時間を長くして、ハッチング領域ＲＢにて示される部分酸化される炭化水素量を増大させる必要がある。
【０１０２】
ところで、本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、炭化水素供給弁の炭化水素の噴射パターンを変更可能な噴射パターン変更装置を備える。炭化水素の噴射パターンには、炭化水素供給弁の噴射時間や炭化水素の供給間隔が含まれる。更に、噴射パターンには炭化水素供給弁の噴射圧力が含まれる。本実施の形態における噴射パターン変更装置は、炭化水素供給弁から炭化水素を噴射するときの噴射圧力を変更する機能を有する。図１を参照して、本実施の形態における噴射パターン変更装置は、加圧ポンプ６１および高圧燃料室６２を含む。加圧ポンプ６１の動作により高圧燃料室６２の炭化水素の圧力を調整し、そして炭化水素供給弁１５の噴射圧力を調整することができる。
【０１０３】
図２６に、炭化水素供給弁の噴射圧力を変化させたときの排気浄化触媒に流入する排気ガスの炭化水素濃度の説明図を示す。図２６は、内燃機関の一つの定常運転状態において、炭化水素供給弁の噴射圧力を変化させたときのグラフである。たとえば、それぞれの噴射パターンでは、機関回転数および燃焼室における燃料噴射量は同一である。図２６には、炭化水素の噴射パターンＤ、噴射パターンＥ、および噴射パターンＦが記載されている。それぞれの噴射パターンＤ，Ｅ，Ｆは、炭化水素供給弁が開いている時間長さである噴射時間は同一である。炭化水素の噴射パターンＤ、噴射パターンＥ、および噴射パターンＦの順に、炭化水素を供給する時の噴射圧力を徐々に高くしている。
【０１０４】
噴射パターンＤでは、排気浄化触媒に流入する排気ガスの炭化水素濃度の最大値が完全酸化限界ＸＡよりも大きく、すり抜け限界ＸＢよりも小さくなっている。噴射パターンＥでは、炭化水素濃度の最大値が、ほぼすり抜け限界ＸＢに一致している。更に、噴射パターンＦでは、炭化水素濃度の最大値が、すり抜け限界ＸＢよりも高くなっている。すなわち、噴射パターンＦでは、排気浄化触媒をすり抜ける炭化水素が生じている。このように、炭化水素供給弁の噴射圧力を高くすると、排気浄化触媒に流入する排気ガスの炭化水素濃度の最大値が高くなることが分かる。すなわち、炭化水素供給弁の噴射圧力を変更することにより、排気ガスの炭化水素濃度の最大値を調整することができる。
【０１０５】
そこで、本実施の形態の第１のＮＯＸ浄化方法を行なう運転制御では、機関回転数が増大するほど、炭化水素供給弁の噴射圧力を上昇させる制御を行う。排気浄化触媒に流入する排気ガスの炭化水素濃度の最大値が、ほぼすり抜け限界に一致するように制御を行なう。本発明においては、要求負荷に基づいて運転を行なう内燃機関の通常の運転のうち、第１のＮＯＸ浄化方法にてＮＯＸの浄化を行なう運転制御を第１運転制御と称する。
【０１０６】
図２７から図３１を参照して、本実施の形態の第１運転制御について説明する。本実施の形態の第１運転制御では、炭化水素供給弁１５からの炭化水素の噴射制御を行う際に噴射時間に加えて噴射圧力を制御する。具体的に言うと機関の運転状態に応じて要求されているハッチング領域ＲＢにて示される部分酸化される炭化水素量を確保しつつ炭化水素濃度のピークがすり抜け限界ＸＢに一致するように炭化水素の噴射時間および噴射圧力が制御される。
【０１０７】
さて、図２２のＥ０，Ｆ１，Ｆ２では図２３に示されるように噴射時間だけを変化させることによって炭化水素濃度のピークをすり抜け限界ＸＢに一致させることができる。従ってこの場合には特に噴射圧力を変更することはなく、噴射圧力は一定に維持される。
【０１０８】
これに対して、図２２のＥ０，Ｇ１，Ｇ２では図２４に示されるように噴射時間だけを変化させても炭化水素濃度のピークはすり抜け限界ＸＢまで到達しない。そこで、本実施の形態の第１運転制御では、図２２のＥ０，Ｇ１，Ｇ２では、図２７に示されるように炭化水素濃度のピークがすり抜け限界ＸＢに一致するように、機関回転数が高くなるほど噴射圧力が高められる。一方、噴射圧力が高められると要求されている部分酸化量を確保するのに必要な噴射時間は短くなる。このことは例えば図２４のＧ２と図２７のＧ２とを比較するとよくわかる。
【０１０９】
図２８は、図２２のＥ０，Ｈ１，Ｈ２における通常運転時の噴射パターンを示している。図２８から、機関回転数および負荷が高くなるほど噴射圧力が高められることがわかる。また、図２５の噴射パターンと比較すると、この場合にもＨ１，Ｈ２点では噴射時間が短くなる。噴射時間が短くなると完全酸化される炭化水素量が減少するため、燃料消費量を少なくすることができるという利点がある。
【０１１０】
図２９Ａおよび図３０Ａには、内燃機関の定常運転時においてＮＯＸの浄化に必要な量の部分酸化された炭化水素を生成しうる等噴射圧力線ＷＰまたは等噴射時間線ＷＴが示されている。図２９Ａおよび図３０Ａからわかるように炭化水素の噴射圧力ＷＰおよび噴射時間ＷＴは燃料噴射量Ｑが増大するほど、即ち機関負荷が増大するほど大きくなり、機関回転数Ｎが高くなるほど大きくなる。これらの定常運転における噴射圧力ＷＰおよび噴射時間ＷＴは燃料噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎの関数として夫々図２９Ｂおよび図３０Ｂに示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。また、図３１に示すように、定常運転における炭化水素濃度の振動振幅ΔＴ、即ち炭化水素の供給間隔ＴＳも同様に、燃料噴射量Ｑ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。
【０１１１】
このように、本実施の形態の第１運転制御においては、図２９Ｂに示される噴射圧力ＷＰ、図３０Ｂに示される噴射時間ＷＴ、および図３１に示される供給間隔ＴＳに基づいて、炭化水素供給弁から炭化水素を噴射することができる。内燃機関の運転状態としては、たとえば、図２２のＥ０点に示すように低機関回転数および低燃料噴射量の状態と、Ｈ２点に示すように低機関回転数よりも回転数の高い高機関回転数および低燃料噴射量よりも噴射量の多い高燃料噴射量の状態とを例示することができる。第１運転制御においては、低機関回転数および低燃料噴射量の状態から高機関回転数および高燃料噴射量の状態に移行した場合に、炭化水素供給弁の噴射時間を長くし、更に噴射圧力を高くする制御を行なうことができる。この制御を行なうことにより、ＮＯＸを浄化するために供給する炭化水素の量を抑制しつつ、高い浄化率にてＮＯＸを浄化することができる。
【０１１２】
図１を参照して、本実施の形態の排気浄化装置は、排気浄化触媒１３の下流にパティキュレートフィルタ１４が配置されている。パティキュレートフィルタ１４に堆積する粒子状物質を除去するためには、パティキュレートフィルタ１４の温度を上昇させる制御を行なう。本実施の形態の制御では、排気浄化触媒１３に供給する炭化水素の量を増加させる。すなわち、予め定められた時間に排気浄化触媒１３に供給する炭化水素を増量する炭化水素増量運転を行なう。たとえば、単位時間あたりに平均化した排気浄化触媒に供給する炭化水素の量を増加させる。本発明においては、第１運転制御を行っている期間中に、予め定められた時間における炭化水素供給弁から排気浄化触媒に供給する炭化水素の量を増加させる制御を第２運転制御と称する。
【０１１３】
排気浄化触媒１３に供給する炭化水素の量を増加することにより、排気浄化触媒１３において炭化水素の酸化反応が増加する。このために、排気浄化触媒１３の温度が上昇し、排気浄化触媒１３から流出する排気ガスの温度が上昇する。この結果、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て、パティキュレートフィルタ１４の温度を上昇させることができる。
【０１１４】
ところで、本実施の形態における第１運転制御においては、内燃機関の運転状態に基づいて、図２３に示す噴射パターン、図２７に示す噴射パターン、または図２８に示す噴射パターンのいずれかにより炭化水素の供給を行なっている。すなわち、排気浄化触媒に流入する排気ガスの炭化水素濃度の最大値が、すり抜け限界ＸＢにほぼ一致するように炭化水素の供給を行っている。
【０１１５】
排気浄化触媒に供給する炭化水素の量を増加させる場合には、炭化水素供給弁の１回の噴射時間を長くすることができる。ところが、炭化水素濃度の最大値が、すり抜け限界ＸＢにほぼ一致しているときに噴射時間を長くすると、炭化水素が排気浄化触媒をすり抜けてしまう。たとえば、図２１を参照して、噴射パターンＢにて炭化水素を供給しているときに、噴射時間を長くして噴射パターンＣにて炭化水素を供給すると、炭化水素濃度がすり抜け限界ＸＢを超えてしまう。この結果、炭化水素が排気浄化触媒をすり抜ける。
【０１１６】
または、排気浄化触媒に供給する炭化水素の量を増加させる場合には、炭化水素供給弁の噴射圧力を高くすることができる。ところが、炭化水素濃度の最大値が、すり抜け限界ＸＢにほぼ一致しているときに噴射圧力を高くすると、炭化水素が排気浄化触媒をすり抜けてしまう。たとえば、図２６を参照して、噴射パターンＥにて炭化水素を供給しているときに、噴射圧力を高くして噴射パターンＦにて炭化水素を供給すると、炭化水素濃度がすり抜け限界ＸＢを超えてしまう。このため、炭化水素が排気浄化触媒をすり抜ける。更に、排気浄化触媒に供給する炭化水素を増量するために、排気ガスの空燃比をリッチ側に変化させると、排気浄化触媒において炭化水素の分散が不十分になる。このために、炭化水素の酸化反応が不十分になり、排気浄化触媒をすり抜ける炭化水素の量が増加する。
【０１１７】
図１を参照して、本実施の形態の内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒１３から流出した炭化水素はパティキュレートフィルタ１４に流入する。パティキュレートフィルタ１４に炭化水素が流入すると、炭化水素がパティキュレートフィルタ１４をすり抜けて白煙が生じる場合がある。または、パティキュレートフィルタ１４が酸化触媒を含む場合には、炭化水素が酸化されてパティキュレートフィルタ１４の温度が許容温度よりも高くなる場合がある。
【０１１８】
そこで、本実施の形態の第２運転制御においては、排気浄化触媒に供給する炭化水素の量を増加させる場合には、炭化水素供給弁からの噴射圧力を第１運転制御における噴射圧力よりも低下させる制御を行なう。
【０１１９】
図３２に、本実施の形態の第２運転制御における炭化水素の噴射パターンと炭化水素濃度との説明図を示す。図３２には、第１運転制御および第２運転制御の例が記載されている。第１運転制御における炭化水素の噴射パターンとしては、図２１に示す炭化水素の噴射パターンＢを例示している。また、第２運転制御の例として噴射パターンＧを記載している。それぞれの噴射パターンにおける内燃機関の運転状態は同一である。たとえば、機関回転数および燃焼室における燃料噴射量は同一である。
【０１２０】
第１運転制御の噴射パターンＢでは、１回の噴射時間ＷＴと噴射圧力ＷＰとにより炭化水素の供給を行っている。これに対して、第２運転制御の噴射パターンＧでは、１回の噴射時間ＷＴＡと噴射圧力ＷＰＡとにより炭化水素の供給を行っている。第２運転制御における噴射時間ＷＴＡは、第１運転制御における噴射時間ＷＴよりも長くする制御を行なっている。この制御を行なうことにより、１回の噴射における炭化水素の供給量を多くすることができる。
【０１２１】
更に、第２運転制御の噴射圧力ＷＰＡは、第１運転制御の噴射圧力ＷＰよりも小さく設定されている。この制御を行なうことにより、排気浄化触媒に流入する排気ガスの炭化水素濃度の最大値を抑制することができる。図３２に示す例では、炭化水素濃度の最大値がすり抜け限界ＸＢを超えることを抑制できる。
【０１２２】
第１運転制御における炭化水素濃度の変化と、第２運転制御における炭化水素濃度の変化とを比較すると、炭化水素濃度の最大値は、炭化水素のすり抜け限界ＸＢにほぼ一致している。さらに、噴射パターンＢよりも噴射パターンＧの方が、噴射時間が長く設定されているために、炭化水素が供給されている時間を長くすることができる。この結果、炭化水素が完全に酸化される量を示すハッチング領域ＲＡを比較すると、第１運転制御よりも第２運転制御の方が大きくなることが分る。すなわち、第２運転制御では、第１運転制御よりも排気浄化触媒において多くの炭化水素を完全酸化させることができて、排気浄化触媒の温度を上昇させることができる。
【０１２３】
図３３に、本実施の形態における排気浄化装置の第１運転制御から第２運転制御に切り替えた時のタイムチャートを示す。時刻ｔ１までは第１運転制御を行なっている。炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射パターンは、予め定められた供給間隔ＴＳにより炭化水素の供給を行なっている。また、例えば、図３２に示す噴射パターンＢにて炭化水素の供給を行っている。パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量は、運転を継続するとともに次第に増加する。時刻ｔ１において、パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量が、予め定められた判定値を超えている。
【０１２４】
時刻ｔ１において、パティキュレートフィルタの再生を行なうために第１運転制御から第２運転制御に切り替えている。第２運転制御においては、例えば、図３２に示す噴射パターンＢから噴射パターンＧに変更している。また、本実施の形態の第２運転制御における炭化水素の供給間隔ＴＳＡは、第１運転制御における供給間隔ＴＳよりも短くなる。なお、本実施の形態における炭化水素の供給間隔は、１回の炭化水素の噴射の開始時刻と、次の炭化水素の噴射の開始時刻との間の時間長さである。
【０１２５】
本実施の形態の第２運転制御においては、噴射パターンのうち炭化水素供給弁からの噴射圧力、噴射時間および炭化水素の供給間隔を変更している。同一の内燃機関の運転状態のときに、第１運転制御よりも第２運転制御の方が炭化水素の噴射圧力を低くすることにより、排気浄化触媒１３における炭化水素のすり抜けを抑制しながら炭化水素の供給量を増加させることができる。第２運転制御における噴射圧力、噴射時間および供給間隔は、例えば第１運転制御と同様に、機関回転数と燃料噴射量とを関数にするマップにより設定することができる。
【０１２６】
図３４Ａに、第２運転制御を行なうときの炭化水素供給弁の噴射圧力のマップを示す。図３４Ｂは、第２運転制御を行なうときの炭化水素供給弁の噴射時間のマップである。図３５は、第２運転制御を行なうときの炭化水素の供給間隔のマップである。それぞれのマップは、第２運転制御の定常運転における値を示している。第２運転制御を行うときの炭化水素供給弁の噴射圧力ＷＰＡ、噴射時間ＷＴＡおよび炭化水素の供給間隔ＴＳＡは、機関回転数および燃料噴射量を関数にして設定することができる。これらのマップも、電子制御ユニットに予め記憶させることができる。
【０１２７】
第１運転制御から第２運転制御に切替えられる場合には、第１運転制御のための噴射パターンのマップから第２運転制御のための噴射パターンのマップに切り替えて、炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射パターンを変更することができる。
【０１２８】
パティキュレートフィルタ１４の温度を上昇させる第２運転制御を行なっている期間中には、例えば温度センサ２５によりパティキュレートフィルタ１４の温度を検出し、パティキュレートフィルタ１４が、予め定められた温度まで上昇するまで第２運転制御を継続することができる。
【０１２９】
パティキュレートフィルタ１４の温度が、予め定められた温度に到達した場合には、たとえば、パティキュレートフィルタ１４の温度を所定の温度以上に維持するための制御を行うことができる。この制御においても、第１運転制御よりも予め定められた時間における炭化水素の供給量を多くする第２運転制御を行うことができる。なお、温度を維持する場合には、パティキュレートフィルタの温度を上昇させる制御よりも炭化水素の供給量を少なくすることができる。たとえば、パティキュレートフィルタの温度を上昇させる制御の場合よりも、噴射圧力を高くして噴射時間を短くした噴射パターンにて炭化水素の供給を行うことができる。
【０１３０】
本実施の形態の内燃機関においては、第１運転制御における炭化水素供給弁からの噴射パターンのマップと、第２運転制御における炭化水素供給弁からの噴射パターンのマップとをそれぞれ有しているが、この形態に限られず、第２運転制御の噴射パターンは、第１運転制御における噴射パターンを修正することにより設定しても構わない。例えば、第１運転制御の噴射パターンの噴射時間に、予め定められた１より大きな係数を乗じることにより、第２運転制御における噴射時間を設定しても構わない。第１運転制御における噴射圧力に、予め定められた１より小さな係数を乗じることにより、第２運転制御における噴射圧力を設定しても構わない。
【０１３１】
また、本実施の形態においては、第２運転制御として、パティキュレートフィルタの温度を粒子状物質の酸化が可能な温度以上まで上昇させる制御について説明を行ったが、この形態に限られず、第２運転制御は、炭化水素供給弁からの炭化水素の供給量を第１運転制御の炭化水素の供給量よりも多くする任意の運転制御に適用することができる。
【０１３２】
たとえば、内燃機関の排気ガスには、硫黄酸化物（ＳＯＸ）が含まれる場合がある。本実施の形態における排気浄化触媒は、第２のＮＯＸ浄化方法にてＮＯＸを浄化する場合に、ＮＯＸの吸蔵と同時にＳＯＸも吸蔵する。図７Ａを参照して、本実施の形態においては、排気浄化触媒１３の塩基性層５３にＳＯＸが吸蔵される。ＳＯＸが吸蔵されると、ＮＯＸの吸蔵可能量が低下する。このように、排気浄化触媒をＮＯＸ吸蔵触媒として機能させると、いわゆる硫黄被毒が生じる。硫黄被毒を解消するためには、排気浄化触媒からＳＯＸを放出させる硫黄被毒回復処理が行なわれる。ＳＯＸは、ＮＯＸに比べて安定な状態で排気浄化触媒に吸蔵される。このため、硫黄被毒回復処理においては、例えば排気浄化触媒を６００℃以上に昇温した上で、排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比の排気ガスを供給することによりＳＯＸを放出させる。このような、硫黄被毒回復処理において排気浄化触媒の温度を上昇させる場合にも、本実施の形態における第２運転制御を適用することができる。
【０１３３】
また、排気浄化装置が第２のＮＯＸ浄化方法を行っている場合には、排気浄化触媒の塩基性層５３にはＮＯＸが吸蔵されている。このために、第２のＮＯＸ浄化方法から第１のＮＯＸ浄化方法に切替える場合には、塩基性層５３に吸蔵されているＮＯＸを放出させる制御を行う。たとえば、図８または図１６に示すように、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯＸを放出させる。この後に、第２のＮＯＸ浄化方法から第１のＮＯＸ浄化方法に切替える。ところが、排気浄化触媒に吸蔵されているＮＯＸが所定の量よりも多い場合には、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしても、塩基性層５３にＮＯＸが残存する場合がある。塩基性層５３にＮＯＸが残存した状態で第１のＮＯＸ浄化方法を行なうと、塩基性層５３に残存するＮＯＸが流出する場合がある。
【０１３４】
このために、第２のＮＯＸ浄化方法から第１のＮＯＸ浄化方法に切替えるべき時に、排気浄化触媒に吸蔵されているＮＯＸ量が予め定められた量よりも多い場合には、第１のＮＯＸ浄化方法に切替えると同時に、排気浄化触媒に対して短時間に多量の炭化水素を供給することができる。この制御により、排気浄化触媒の塩基性層に残存しているＮＯＸを放出および還元させることができる。このように、塩基性層に残存しているＮＯＸを処理するために炭化水素を多量に供給する制御においても、本実施の形態における第２運転制御を適用することができる。
【０１３５】
次に、図３６から図４４Ｃを参照して、本実施の形態における第２運転制御の炭化水素供給弁の噴射パターンの補正について説明する。上述の実施例は、内燃機関の定常運転に基づいて炭化水素供給弁の噴射パターンを定めている。ところが、内燃機関の過渡運転においては、定常運転における内燃機関の運転状態から逸脱する場合がある。たとえば、高機関回転数および燃料噴射量が多い状態から、低機関回転数および燃料噴射量が少ない状態に移行した直後には、排気浄化触媒の温度は定常運転の時よりも高くなる。さらには、たとえば、機関本体、炭化水素供給弁、または排気浄化触媒等に劣化等が生じると、予め想定される内燃機関の運転状態から逸脱する場合がある。
【０１３６】
そこで、本実施の形態の内燃機関の排気浄化装置においては、第２運転制御を行っている期間中に、内燃機関の運転状態を検出し、検出した内燃機関の運転状態に基づいて、炭化水素供給弁の炭化水素の噴射パターンを補正する補正制御を行う。
【０１３７】
本実施の形態の第１補正制御においては、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出し、検出した排気ガスの空燃比に基づいて噴射パターンを補正する。
【０１３８】
図３６に、本実施の形態における他の排気浄化装置の概略図を示す。他の排気浄化装置は、排気浄化触媒１３よりも上流側に配置されている空燃比センサ２６を含む。本実施の形態の空燃比センサ２６は、排気ガスの空燃比に応じて連続的な値を出力することができる。すなわち、空燃比センサ２６は、排気ガスの空燃比と出力値とが略比例の関係を有するリニア空燃比センサである。空燃比センサ２６は、排気ガスの空燃比が大きくなるほど（排気ガスの空燃比がリーンになるほど）出力が大きくなる。
【０１３９】
空燃比センサ２６は、炭化水素供給弁１５よりも下流に配置されている。空燃比センサ２６は、炭化水素供給弁１５から供給される炭化水素を含んだ排気ガスの空燃比を検出する。空燃比センサ２６の出力は電子制御ユニット３０に入力されている。
【０１４０】
本実施の形態においては、内燃機関の定常運転における排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比の基準値が予め定められている。排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比を検出し、検出した排気ガスの空燃比が、排気ガスの空燃比の基準値から逸脱している場合には、検出した排気ガスの空燃比および排気ガスの空燃比の基準値に基づいて、炭化水素供給弁１５における炭化水素の噴射パターンを変更する。
【０１４１】
排気ガスの空燃比の基準値に対して、検出した排気ガスの空燃比が小さい場合には、排気浄化触媒１３における炭化水素の酸化反応性が悪化している。すなわち、排気浄化触媒１３において、炭化水素の酸化反応が不足する。このために、炭化水素が排気浄化触媒１３をすり抜ける場合がある。本実施の形態の第１補正制御においては、検出した排気ガスの空燃比が小さくなるほど、炭化水素供給弁１５の噴射圧力を低下させる。すなわち、排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比のリッチ深さを低減する。排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの炭化水素濃度の最大値を低減することにより、排気浄化触媒において炭化水素がすり抜けることを抑制することができる。
【０１４２】
図３７に、本実施の形態における排気ガスの空燃比の基準値のマップを示す。本実施の形態においては、内燃機関の定常運転における排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の基準値を設定する。排気ガスの空燃比の基準値を設定するための内燃機関の運転状態としては、機関回転数、燃焼室における燃料噴射量、および炭化水素供給弁からの炭化水素の供給量を例示することができる。ここで、炭化水素供給弁からの炭化水素の供給量は、機関回転数および燃料噴射量に基づいて設定することができる。このために、本実施の形態においては、排気ガスの空燃比の基準値を設定するための内燃機関の運転状態としては、機関回転数および燃料噴射量を採用している。本実施の形態においては、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の基準値ＥＡＦｉは、機関回転数Ｎおよび燃料噴射量Ｑに基づいて設定することができる。
【０１４３】
次に、設定した排気ガスの空燃比の基準値と、空燃比センサにより検出した排気ガスの空燃比とに基づいて、炭化水素供給弁の噴射圧力、噴射時間および炭化水素の供給間隔を設定する。本実施の形態においては、第２運転制御において設定された噴射圧力ＷＰＡ、噴射時間ＷＴＡおよび供給間隔ＴＳＡに補正係数を乗じることにより、それぞれの値を補正する。
【０１４４】
図３８Ａは、検出した排気ガスの空燃比を用いて、炭化水素供給弁の噴射圧力を設定するときの補正係数のグラフである。横軸は、検出した排気ガスの空燃比ＥＡＦに対する排気ガスの空燃比の基準値ＥＡＦｉの比率（ＥＡＦｉ／ＥＡＦ）である。すなわち、横軸は、排気ガスの空燃比の比率を示している。縦軸は、噴射圧力の補正係数ＫＷＰである。検出した排気ガスの空燃比ＥＡＦに対する排気ガスの空燃比の基準値ＥＡＦｉの比率が大きくなるほど（検出した排気ガスの空燃比がリッチになるほど）、噴射圧力の補正係数ＫＷＰは小さくなっている。すなわち、検出した排気ガスの空燃比が小さくなるほど噴射圧力を低くする制御を行う。特に、検出した排気ガスの空燃比が排気ガスの空燃比の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射圧力を補正前よりも低下させる補正を行っている。
【０１４５】
図３８Ｂは、検出した排気ガスの空燃比を用いて、炭化水素供給弁の噴射時間を設定するときの補正係数のグラフである。検出した排気ガスの空燃比ＥＡＦに対する排気ガスの空燃比の基準値ＥＡＦｉの比率が大きくなるほど、噴射時間の補正係数ＫＷＴを大きくしている。検出した排気ガスの空燃比ＥＡＦが小さくなるほど、炭化水素供給弁の噴射時間を延ばす制御を行なっている。すなわち、検出した排気ガスの空燃比ＥＡＦが小さくなるほど、炭化水素供給弁の噴射時間が長くなる。特に、検出した排気ガスの空燃比ＥＡＦが排気ガスの空燃比の基準値ＥＡＦｉよりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射時間を補正前よりも延ばす補正を行っている。
【０１４６】
図３８Ｃは、検出した排気ガスの空燃比を用いて、炭化水素供給弁の供給間隔を設定するときの補正係数のグラフである。検出した排気ガスの空燃比ＥＡＦに対する排気ガスの空燃比の基準値ＥＡＦｉの比率が大きくなるほど、炭化水素供給弁の供給間隔の補正係数ＫＴＳを小さくする制御を行なっている。検出した排気ガスの空燃比が小さくなるほど、供給間隔を短縮する制御を行っている。すなわち、検出した排気ガスの空燃比が小さくなるほど、供給間隔が短くなる制御を行なっている。特に、検出した排気ガスの空燃比ＥＡＦが排気ガスの空燃比の基準値よりも小さい場合には、炭化水素の供給間隔を補正前よりも短縮する補正を行う。
【０１４７】
このように、検出した実際の排気ガスの空燃比が小さくなるほど、噴射圧力を低下させる補正を行って、炭化水素のすり抜けを抑制することができる。排気浄化触媒に流入する排気ガスの炭化水素の濃度の最大値をすり抜け限界以下にすることができる。
【０１４８】
また、炭化水素供給弁の噴射時間を延ばす補正を行うことにより、補正後の１回の炭化水素の供給量を補正前の１回の炭化水素の供給量とほぼ同一にすることができる。すなわち、炭化水素の噴射圧力を低下させると共に炭化水素の噴射時間を延ばす補正を行って、１回あたりの炭化水素の供給量が変化しないように噴射パターンを補正している。この制御を行うことにより、予め定められた時間における炭化水素供給弁からの炭化水素の供給量を補正前と同一にすることができる。たとえば、排気浄化触媒の昇温に必要な炭化水素の供給量を確保することができる。また、炭化水素供給弁の噴射時間を延ばす補正を行うとともに、炭化水素供給弁からの炭化水素の供給間隔を短縮する補正を行うことができる。すなわち、炭化水素の供給間隔を短くする補正を行うことができる。
【０１４９】
なお、上記の第１補正制御では、実際の排気ガスの空燃比に対する排気ガスの空燃比の基準値の比率が１よりも小さな領域においても、炭化水素供給弁の噴射パターンを補正する制御を行っているが、この形態に限られず、実際の排気ガスの空燃比に対する排気ガスの空燃比の基準値の比率が１よりも小さな領域においては、噴射パターンを補正しなくても構わない。すなわち、検出した実際の排気ガスの空燃比が、排気ガスの空燃比の基準値以下の場合に限り、第１補正制御を行なっても構わない。
【０１５０】
図３９に、本実施の形態の第２運転制御における補正制御のフローチャートを示す。図３９に示すフローチャートは、例えば、第２運転制御の期間中に、予め定められた時間間隔毎に繰り返して行うことができる。
【０１５１】
ステップ１０１においては、内燃機関の運転状態を検出する。本実施の形態においては、機関回転数および燃焼室における燃料噴射量を検出する。更に、第１補正制御においては、空燃比センサ２６により排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの空燃比を検出する。
【０１５２】
ステップ１０２からステップ１０４までは、炭化水素供給弁の噴射圧力ＷＰＡを補正する。ステップ１０２においては、炭化水素供給弁の噴射圧力ＷＰＡを設定する。第２運転制御における炭化水素供給弁の噴射圧力ＷＰＡは、検出した機関回転数および燃料噴射量を用いて、図３４Ａに示されるマップにより設定することができる。
【０１５３】
次に、ステップ１０３においては、噴射圧力の補正係数ＫＷＰを設定する。図３７に示されるマップにより、内燃機関の運転状態に対応した排気ガスの空燃比の基準値ＥＡＦｉを設定する。検出した排気ガスの空燃比ＥＡＦに対する排気ガスの空燃比の基準値ＥＡＦｉの比率（ＥＡＦｉ／ＥＡＦ）を算出する。図３８Ａに示す排気ガスの空燃比の比率に対する噴射圧力の補正係数ＫＷＰの値を、電子制御ユニットに記憶させておくことができる。排気ガスの空燃比の比率（ＥＡＦｉ／ＥＡＦ）に基づいて、噴射圧力の補正係数ＫＷＰを設定することができる。
【０１５４】
ステップ１０４においては、補正後の噴射圧力ＷＰＸを算出する。本実施の形態においては、噴射圧力ＷＰＡに補正係数ＫＷＰを乗じたものを補正後の噴射圧力ＷＰＸとして設定する。このように、炭化水素供給弁の噴射圧力を補正することができる。
【０１５５】
次に、ステップ１０５からステップ１０７においては噴射時間ＷＴＡを補正する。噴射時間ＷＴＡの補正においても、噴射圧力ＷＰＡの補正と同様の制御により行なうことができる。
【０１５６】
ステップ１０５においては、図３４Ｂに示すマップに基づいて、機関回転数および燃料噴射量から噴射時間ＷＴＡを設定することができる。
【０１５７】
ステップ１０６においては、噴射時間の補正係数ＫＷＴを設定する。検出した排気ガスの空燃比に対する排気ガスの空燃比の基準値の比率（ＥＡＦｉ／ＥＡＦ）を算出する。図３８Ｂに示す排気ガスの空燃比の比率（ＥＡＦｉ／ＥＡＦ）に対応する噴射時間の補正係数ＫＷＴの値を電子制御ユニットに記憶させておくことができる。排気ガスの空燃比の比率（ＥＡＦｉ／ＥＡＦ）に基づいて、噴射時間の補正係数ＫＷＴを設定することができる。
【０１５８】
ステップ１０７においては、噴射時間ＷＴＡに噴射時間の補正係数ＫＷＴを乗じることにより、補正後の噴射時間ＷＴＸを設定することができる。
【０１５９】
次に、ステップ１０８からステップ１１０においては、炭化水素の供給間隔ＴＳＡを補正する。炭化水素の供給間隔についても、噴射圧力および噴射時間と同様の方法により補正することができる。
【０１６０】
ステップ１０８においては、炭化水素の供給間隔ＴＳＡを設定する。炭化水素の供給間隔ＴＳＡは、図３５に示すマップを用いて、機関回転数と燃料噴射量に基づいて設定することができる。
【０１６１】
ステップ１０９においては、炭化水素の供給間隔の補正係数ＫＴＳを設定する。検出した排気ガスの空燃比に対する排気ガスの空燃比の基準値の比率（ＥＡＦｉ／ＥＡＦ）を算出する。図３８Ｃに示す排気ガスの空燃比の比率（ＥＡＦｉ／ＥＡＦ）に対する供給間隔の補正係数ＫＴＳの値を電子制御ユニットに記憶させておくことができる。排気ガスの空燃比の比率（ＥＡＦｉ／ＥＡＦ）に基づいて、炭化水素の供給間隔の補正係数ＫＴＳを設定することができる。
【０１６２】
ステップ１１０においては、補正後の炭化水素の供給間隔ＴＳＸを設定する。補正後の供給間隔ＴＳＸは、供給間隔ＴＳＡに補正係数ＫＴＳを乗じることにより設定することができる。
【０１６３】
ステップ１１１においては、補正後の噴射圧力ＷＰＸ、補正後の噴射時間ＷＴＸおよび補正後の供給間隔ＴＳＸにより、炭化水素供給弁から炭化水素の供給を行う。
【０１６４】
第１補正制御においては、内燃機関の過渡運転や機器の劣化等により、予め想定される定常運転時の運転状態から逸脱しても、炭化水素の噴射パターンを補正し、排気浄化触媒から炭化水素が流出することを抑制できる。
【０１６５】
次に、本実施の形態における第２補正制御について説明する。第２補正制御においては、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を検出し、検出した排気ガスの温度に基づいて、炭化水素供給弁の炭化水素の噴射パターンを補正する。
【０１６６】
排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度が、定常運転の状態において想定される排気ガスの温度よりも低くなった場合には、排気浄化触媒の温度も想定される温度よりも低くなる。排気浄化触媒の温度が低下すると、排気浄化触媒の酸化能力が低下するために、排気浄化触媒にて酸化されずに流出する炭化水素が増加する。すなわち、排気浄化触媒をすり抜ける炭化水素の量が増加する。このために、第２補正制御においては、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を検出し、検出した排気ガスの温度が低くなるほど、炭化水素供給弁の噴射圧力を低くする制御を行う。
【０１６７】
図４０は、本実施の形態における更に他の排気浄化装置の概略図である。更に他の排気浄化装置においては、排気浄化触媒１３の上流側に、温度検出器としての温度センサ２７が配置されている。温度センサ２７は、排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの温度を検出する。温度センサ２７の出力は電子制御ユニット３０に入力される。
【０１６８】
図４１に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度の基準値のマップを示す。内燃機関の運転状態に応じて排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの温度が変化する。図４１に示すように、内燃機関の定常運転における排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度の基準値ＴＧｉが予め定められている。本実施の形態においては、機関回転数Ｎおよび燃料噴射量Ｑを関数にする排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度の基準値ＴＧｉが、電子制御ユニット３０に記憶されている。
【０１６９】
図４２Ａは、炭化水素供給弁の噴射圧力の補正係数のグラフである。横軸は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度ＴＧに対する排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度の基準値ＴＧｉの比率（ＴＧｉ／ＴＧ）である。縦軸は、噴射圧力の補正係数ＫＷＰである。排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度が低くなるほど、炭化水素供給弁の噴射圧力を低くする補正を行うことができる。特に、検出した排気ガスの温度が排気ガスの温度の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射圧力を補正前よりも低下させる補正を行うことができる。
【０１７０】
図４２Ｂは、炭化水素供給弁の噴射時間の補正係数のグラフである。横軸は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度の比率（ＴＧｉ／ＴＧ）である。縦軸は、噴射時間の補正係数ＫＷＴである。排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度が低くなるほど、炭化水素供給弁の噴射時間を長くする補正を行うことができる。特に、検出した排気ガスの温度が排気ガスの温度の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射時間を補正前よりも延ばす補正を行っている。第２補正制御においても、補正後の１回あたりの炭化水素の供給量が補正前の１回あたりの炭化水素の供給量と同じになるように制御している。
【０１７１】
図４２Ｃは、炭化水素の供給間隔の補正係数のグラフである。横軸は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度の比率（ＴＧｉ／ＴＧ）である。縦軸は、炭化水素の供給間隔の補正係数ＫＴＳである。排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度が低くなるほど、炭化水素の供給間隔の補正係数ＫＴＳを小さくする制御を行なっている。排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度が低くなるほど炭化水素の噴射時間を長くするために、炭化水素供給弁からの炭化水素の供給間隔を短くする制御を行なっている。特に、検出した排気ガスの温度が排気ガスの温度の基準値よりも小さい場合には、炭化水素の供給間隔を補正前よりも短縮する補正を行っている。
【０１７２】
本実施の形態の第２補正制御においても、図３９に示す制御と同様の制御により、炭化水素の噴射圧力、噴射時間および炭化水素の供給間隔を補正することができる。すなわち、図３９のステップ１０１において、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を検出する。ステップ１０３において、噴射圧力の補正係数ＫＷＰを図４２Ａのグラフに基づいて設定することができる。ステップ１０６における噴射時間の補正係数ＫＷＴを図４２Ｂのグラフに基づいて設定することができる。ステップ１０９における供給間隔の補正係数ＫＴＳを図４２Ｃのグラフに基づいて設定することができる。
【０１７３】
第２補正制御においても第１補正制御と同様に、内燃機関の過渡運転や機器の劣化等により、予め想定される定常運転時の運転状態から逸脱しても、排気浄化触媒から炭化水素が流出することを抑制できる。なお、第２補正制御においても、検出した実際の排気ガスの温度に対する排気ガスの温度の基準値の比率が１よりも小さな領域においては、噴射パターンを補正しなくても構わない。すなわち、実際の排気ガスの温度が、排気ガスの温度の基準値以下の場合に限り、第２補正制御を行なっても構わない。
【０１７４】
次に、本実施の形態における第３補正制御について説明する。第３補正制御においては、燃焼室に流入する吸入空気量に基づいて、炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射パターンを補正する。
【０１７５】
本実施の形態の第３補正制御においては、外気から燃焼室に供給される空気量を検出する。すなわち、燃焼室に供給する新気の量を検出する。燃焼室に供給される空気量が、予め定められた燃焼室に供給される空気量の基準値よりも小さい場合には、排気浄化触媒に供給される酸素量が少なくなる。排気浄化触媒における炭化水素の酸化の反応性が低下する。このために、第３補正制御においては、外気から燃焼室に供給される空気量が小さいほど、炭化水素供給弁の噴射圧力を低下させる補正を行なう。図１を参照して、外気から燃焼室に供給される空気量、すなわち吸入空気量は、吸入空気量検出器（エアフローメータ）８にて検出することができる。
【０１７６】
図４３に、吸入空気量の基準値のマップを示す。本実施の形態においては、内燃機関の定常運転における吸入空気量の基準値ＦＡｉが予め定められている。吸入空気量の基準値ＦＡｉは、内燃機関の運転状態に基づいて設定することができる。本実施の形態においては、機関回転数Ｎおよび燃料噴射量Ｑを関数にする吸入空気量の基準値ＦＡｉのマップを予め電子制御ユニットに記憶させている。
【０１７７】
図４４Ａは、噴射圧力の補正係数のグラフである。本実施の形態の第３補正制御においては、検出した吸入空気量ＦＡに対する吸入空気量の基準値ＦＡｉの比率（ＦＡｉ／ＦＡ）を算出する。吸入空気量の比率（ＦＡｉ／ＦＡ）に基づいて、噴射圧力の補正係数ＫＷＰを設定することができる。検出した吸入空気量が小さくなるほど、噴射圧力を低く設定する補正を行うことができる。特に、検出した吸入空気量が吸入空気量の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射圧力を低下させる補正を行うことができる。
【０１７８】
図４４Ｂは、噴射時間の補正係数のグラフである。吸入空気量の比率（ＦＡｉ／ＦＡ）に基づいて、噴射時間の補正係数ＫＷＴを設定することができる。検出した吸入空気量ＦＡが小さくなるほど、噴射時間が長くなるように補正することができる。特に、検出した吸入空気量が吸入空気量の基準値よりも小さい場合には、炭化水素供給弁の噴射時間を補正前より延ばす補正を行うことができる。第３補正制御においても、炭化水素供給弁からの１回当たりの炭化水素の供給量が、補正前と補正後とでほぼ同じになるように、噴射時間を延ばす補正を行なっている。
【０１７９】
図４４Ｃは、供給間隔の補正係数ＫＴＳのグラフである。吸入空気量の比率（ＦＡｉ／ＦＡ）に基づいて、補正係数ＫＷＴを設定することができる。検出した吸入空気量ＦＡが小さくなるほど１回あたりの噴射時間が長くなるために、炭化水素の供給間隔を短くする補正を行うことができる。特に、検出した吸入空気量が吸入空気量の基準値よりも小さい場合には、炭化水素の供給間隔を補正前より短縮する補正を行う。
【０１８０】
本実施の形態の第３補正制御においても、図３９に示す制御と同様の制御により、炭化水素の噴射圧力、噴射時間および炭化水素の供給間隔を補正することができる。すなわち、図３９のステップ１０１においては、吸入空気量検出器により吸入空気量ＦＡを検出する。ステップ１０３において、噴射圧力の補正係数ＫＷＰを図４４Ａのグラフに基づいて設定することができる。ステップ１０６における噴射時間の補正係数ＫＷＴを図４４Ｂのグラフに基づいて設定することができる。ステップ１０９における供給間隔の補正係数ＫＴＳを図４４Ｃのグラフに基づいて設定することができる。
【０１８１】
第３補正制御においても第１補正制御と同様に、内燃機関の過渡運転や機器の劣化等により、予め想定される定常運転時の運転状態から逸脱しても、排気浄化触媒から炭化水素が流出することを抑制できる。なお、第３補正制御においても、検出した実際の吸入空気量に対する吸入空気量の基準値の比率が１よりも小さな領域においては、噴射パターンを補正しなくても構わない。すなわち、実際の吸入空気量が、吸入空気量の基準値以下の場合に限り、第３補正制御を行なっても構わない。
【０１８２】
上記の補正制御の例においては、内燃機関の運転状態を示す変数として、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度、および燃焼室に供給される空気量を例示しているが、この形態に限られず、排気浄化触媒における炭化水素の酸化反応性に影響を与える任意の変数を採用することができる。すなわち、補正制御は、排気浄化触媒における炭化水素の酸化反応性に影響を与える任意の内燃機関の運転状態を示す変数と、この変数の予め定められた基準値とに基づいて補正することができる。
【０１８３】
たとえば、本実施の形態の第２補正制御においては、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を検出しているが、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度の代わりに、排気浄化触媒の温度を検出しても構わない。また、排気ガスの温度の基準値の代わりに排気浄化触媒の温度の基準値を設定しても構わない。すなわち、排気浄化触媒の温度の基準値を予め定めておき、検出した排気浄化触媒の温度と、排気浄化触媒の温度の基準値とに基づいて、炭化水素供給弁からの炭化水素の噴射パターンを変更しても構わない。
【０１８４】
更に、上記の補正制御の例においては、内燃機関の運転状態を示す変数と実際に検出した変数との比率に基づいて補正を行っているが、この形態に限られず、内燃機関の運転状態を示す変数の基準値と、実際に検出した変数とに基づいて、任意の補正方法を採用することができる。たとえば、実際に検出した内燃機関の運転状態を示す変数から、この変数の基準値を減算した値に基づいて補正を行っても構わない。
【０１８５】
なお、上述の制御は、それぞれの作用および機能を有する範囲内において適宜ステップの順序を変更することができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また実施の形態においては、請求の範囲に示される変更が含まれている。
【符号の説明】
【０１８６】
１    機関本体
２    燃焼室
３    燃料噴射弁
８    吸入空気量検出器
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
２２    燃料タンク
２５    温度センサ
２６    空燃比センサ
２７    温度センサ
３０    電子制御ユニット
５０    触媒担体
５１，５２    貴金属触媒
５３    塩基性層
５４    排気ガス流通表面部分
６１    加圧ポンプ
６２    高圧燃料室
６３    燃料圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３８Ｃ】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２Ａ】
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【図４２Ｂ】
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【図４２Ｃ】
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【図４３】
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【図４４Ａ】
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【図４４Ｂ】
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【図４４Ｃ】
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