(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化雰囲気においてＮＯＸを還元可能な排気浄化触媒を機関排気通路内に配置し、該排気浄化触媒において還元剤供給手段から供給された還元剤でもってＮＯＸを浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒が還元剤吸着材を具備し、該還元剤吸着材は、該還元剤吸着材内の圧力が高くなると流入する排気中の還元剤を吸着し、還元剤吸着材内の圧力が低くなると吸着している還元剤を放出するようになっており、排気浄化触媒内に還元剤を吸着させるために排気浄化触媒内の圧力を上昇させ、排気浄化触媒から吸着している還元剤を放出させるために排気浄化触媒内の圧力を低下させる圧力制御手段を具備し、上記還元剤供給手段は、排気浄化触媒の圧力上昇作用時に排気浄化触媒に供給すべき還元剤量を、排気浄化触媒の圧力上昇作用の停止時におけるよりも、増大する排気浄化装置。
【請求項２】
機関低負荷運転時または低回転運転時に上記排気浄化触媒内の圧力を上昇させて該排気浄化触媒内に還元剤を吸着させるようにした請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記排気浄化触媒が、流入する排気中の酸素濃度が高いときに流入する排気中のＮＯＸを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低くなると吸収しているＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収材を具備し、該ＮＯＸ吸収材内に吸収されているＮＯＸ量を求めて該ＮＯＸ量に応じ排気浄化触媒内の圧力を制御するようにした請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記ＮＯＸ吸収材内に吸収されているＮＯＸ量に応じて排気浄化触媒に供給すべき還元剤量を制御するようにした請求項３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記圧力制御手段が排気通路内に配置された排気絞り弁を具備し、該排気絞り弁の開度を制御することにより排気浄化触媒内の圧力を制御するようにした請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
上記排気浄化触媒上流の排気通路から分岐された排気逃がし通路が設けられており、該排気逃がし通路内を流通する排気流量を制御することにより排気浄化触媒内の圧力を制御するようにした請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
上記排気逃がし通路が上記排気浄化触媒上流の排気通路と機関吸気通路とを互いに接続するＥＧＲ通路を具備し、該ＥＧＲ通路内に配置されたＥＧＲ制御弁の開度を制御することにより排気浄化触媒内の圧力を制御するようにした請求項６に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
上記排気浄化触媒下流の排気通路内に排気駆動式過給機のタービンが配置されており、該タービンに導かれる排気流量を制御することにより排気浄化触媒内の圧力を制御するようにした請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項９】
上記還元剤供給手段が上記内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、該燃料噴射弁が機関膨張行程または排気行程に燃料を噴射することにより上記排気浄化触媒に還元剤を供給するようにした請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
上記還元剤供給手段は、排気浄化触媒の圧力上昇作用の停止時に還元剤の供給を停止する請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項１１】
上記圧力制御手段が、排気浄化触媒上流の排気通路内に配置された上流側排気絞り弁と、排気浄化触媒下流の排気通路内に配置された下流側排気絞り弁とを具備し、排気浄化触媒の圧力上昇作用を行うべきときには上流側排気絞り弁の開度を大きくしかつ下流側排気絞り弁の開度を小さくし、排気浄化触媒の圧力低下作用を行うべきときには上流側排気絞り弁の開度を小さくしかつ下流側排気絞り弁の開度を大きくするようにした請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化雰囲気において流入する排気中のＮＯX を還元可能な排気浄化触媒を機関排気通路内に配置し、排気浄化触媒上流の排気通路内に還元剤（炭化水素）を２次的に供給し、排気浄化触媒においてこの炭化水素でもってＮＯX を浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である（特開昭６３−２８３７２７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えばゼオライト触媒のように多孔質構造を有する触媒が炭化水素の吸放出作用を備えていることが知られている。したがって、触媒上では流入する排気中の炭化水素によるＮＯX 還元作用と、触媒から放出された炭化水素によるＮＯX 還元作用とが行われうる。しかしながら、本願発明者らによれば、流入する排気中の炭化水素によるＮＯX 還元作用よりも触媒から放出された炭化水素によるＮＯX 還元作用の方がより良好にＮＯX を還元できることが確認されている。したがって、排気浄化触媒が上述したような炭化水素吸放出作用を備えている場合に、排気浄化触媒にできるだけ多量の炭化水素を吸着させ、或いは排気浄化触媒からできるだけ多量の炭化水素を放出させればＮＯX をさらに良好に浄化できることになる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、酸化雰囲気においてＮＯＸを還元可能な排気浄化触媒を機関排気通路内に配置し、この排気浄化触媒において還元剤供給手段から供給された還元剤でもってＮＯＸを浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒が還元剤吸着材を具備し、この還元剤吸着材は、還元剤吸着材内の圧力が高くなると流入する排気中の還元剤を吸着し、還元剤吸着材内の圧力が低くなると吸着している還元剤を放出するようになっており、排気浄化触媒内に還元剤を吸着させるために排気浄化触媒内の圧力を上昇させ、排気浄化触媒から吸着している還元剤を放出させるために排気浄化触媒内の圧力を低下させる圧力制御手段を具備している。すなわち１番目の発明では、ＮＯＸ浄化のために有効な還元剤量が増大される。
【０００５】
また、１番目の発明によれば、上記還元剤供給手段は、排気浄化触媒の圧力上昇作用時に排気浄化触媒に供給すべき還元剤量を、排気浄化触媒の圧力上昇作用の停止時におけるよりも、増大する。すなわち１番目の発明では、還元剤供給手段から供給された還元剤のほとんどが排気浄化触媒内に吸着されるので還元剤がＮＯＸ浄化のために有効に利用される。
【０００６】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、機関低負荷運転時または低回転運転時に上記排気浄化触媒内の圧力を上昇させてこの排気浄化触媒内に還元剤を吸着させるようにしている。排気浄化触媒の還元剤吸着作用を行っている間は排気浄化触媒の還元剤放出作用が行われないのでこのとき排気浄化触媒において多量のＮＯＸを浄化することはできない。そこで２番目の発明では、機関から排出されるＮＯＸ量が少ない機関低負荷運転時または低回転運転時に排気浄化触媒の還元剤吸着作用を行うようにしている。
【０００７】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、上記排気浄化触媒が、流入する排気中の酸素濃度が高いときに流入する排気中のＮＯＸを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低くなると吸収しているＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収材を具備し、このＮＯＸ吸収材内に吸収されているＮＯＸ量を求めてこのＮＯＸ量に応じ排気浄化触媒内の圧力を制御するようにしている。すなわち３番目の発明では、ＮＯＸ吸収材内に吸収されているＮＯＸ量に応じて排気浄化触媒の還元剤吸放出作用が制御される。
【０００８】
また、４番目の発明によれば３番目の発明において、上記ＮＯＸ吸収材内に吸収されているＮＯＸ量に応じて排気浄化触媒に供給すべき還元剤量を制御するようにしている。すなわち４番目の発明では、ＮＯＸを還元するために必要な還元剤量を正確に供給可能となる。
また、５番目の発明によれば１番目の発明において、上記圧力制御手段が排気通路内に配置された排気絞り弁を具備し、この排気絞り弁の開度を制御することにより排気浄化触媒内の圧力を制御するようにしている。すなわち５番目の発明では、排気絞り弁を排気浄化触媒上流の排気通路内に配置した場合には排気絞り弁の開度を大きくすることによって排気浄化触媒内の圧力を上昇させ、排気絞り弁の開度を小さくすることによって排気浄化触媒内の圧力を低下させている。一方、排気絞り弁を排気浄化触媒下流の排気通路内に配置した場合には排気絞り弁の開度を小さくすることによって排気浄化触媒内の圧力を上昇させ、排気絞り弁の開度を大きくすることによって排気浄化触媒内の圧力を低下させている。
【０００９】
また、６番目の発明によれば１番目の発明において、上記排気浄化触媒上流の排気通路から分岐された排気逃がし通路が設けられており、排気逃がし通路内を流通する排気流量を制御することにより排気浄化触媒内の圧力を制御するようにしている。すなわち６番目の発明では、排気逃がし通路内を流通する排気流量を減少することによって排気浄化触媒内の圧力を上昇させ、排気逃がし通路内を流通する排気流量を増大することによって排気浄化触媒内の圧力を低下させている。
【００１０】
また、７番目の発明によれば６番目の発明において、上記排気逃がし通路が上記排気浄化触媒上流の排気通路と機関吸気通路とを互いに接続するＥＧＲ通路を具備し、ＥＧＲ通路内に配置されたＥＧＲ制御弁の開度を制御することにより排気浄化触媒内の圧力を制御するようにしている。
また、８番目の発明によれば１番目の発明において、上記排気浄化触媒下流の排気通路内に排気駆動式過給機のタービンが配置されており、このタービンに導かれる排気流量を制御することにより排気浄化触媒内の圧力を制御するようにしている。
【００１１】
また、９番目の発明によれば１番目の発明において、上記還元剤供給手段が上記内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、この燃料噴射弁が機関膨張行程または排気行程に燃料を噴射することにより上記排気浄化触媒に還元剤を供給するようにしている。すなわち９番目の発明では、排気浄化装置の構成が簡素化される。
また、１０番目の発明によれば１番目の発明において、上記還元剤供給手段は、排気浄化触媒の圧力上昇作用の停止時に還元剤の供給を停止している。
また、１１番目の発明によれば１番目の発明において、上記圧力制御手段が、排気浄化触媒上流の排気通路内に配置された上流側排気絞り弁と、排気浄化触媒下流の排気通路内に配置された下流側排気絞り弁とを具備し、排気浄化触媒の圧力上昇作用を行うべきときには上流側排気絞り弁の開度を大きくしかつ下流側排気絞り弁の開度を小さくし、排気浄化触媒の圧力低下作用を行うべきときには上流側排気絞り弁の開度を小さくしかつ下流側排気絞り弁の開度を大きくするようにしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明をディーゼル機関に適用した場合について説明する。しかしながら、本発明を火花点火式機関に適用することもできる。
図１を参照すると、１はシリンダブロック、２はピストン、３はシリンダヘッド、４は燃焼室、５は吸気ポート、６は吸気弁、７は排気ポート、８は排気弁、９は燃焼室４内に燃料を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁をそれぞれ示す。各燃料噴射弁９は燃料用蓄圧室１０を介して燃料ポンプ１１に接続される。このようにすると各気筒の１燃焼サイクルにおいて複数回燃料噴射を行うことができる。各気筒の吸気ポート５はそれぞれ対応する吸気枝管１２を介して共通のサージタンク１３に接続され、サージタンク１３は吸気ダクト１４を介してエアフロメータ１５およびエアクリーナ１６に接続される。吸気ダクト１４内には負圧式または電磁式のアクチュエータ（図示しない）などにより駆動される吸気絞り弁１７が配置される。一方、各気筒の排気ポート７は共通の排気マニホルド１８に接続され、この排気マニホルド１８は排気浄化触媒１９を内蔵した触媒コンバータ２０に接続され、この触媒コンバータ２０は排気管２１に接続される。排気管２１内には負圧式または電磁式のアクチュエータ２２により駆動される排気絞り弁２３が配置される。この排気絞り弁２３は排気ブレーキとしても作用しうる。なお、各燃料噴射弁９およびアクチュエータ２２は電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいてそれぞれ制御される。
【００１３】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続された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。エアフロメータ１５は吸入空気量Ｇに比例した出力電圧を発生する。また、踏み込み量センサ３７はアクセルペダル３８の踏み込み量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する。これらエアフロメータ１５および踏み込み量センサ３７の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３９を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０度回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４０が接続される。ＣＰＵ３４ではこの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出される。一方、出力ポート３６はそれぞれ対応する駆動回路４１を介して各燃料噴射弁９およびアクチュエータ２２にそれぞれ接続される。
【００１４】
図１の内燃機関において、排気浄化触媒１９はゼオライト、アルミナＡｌ2 Ｏ3 、シリカアルミナＳｉＯ2 ・Ａｌ2 Ｏ3 、活性炭、チタニアＴｉＯ2 のような多孔質担体上に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属、または銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉのような遷移金属をイオン交換により担持させることにより形成される。ゼオライトとして例えばＺＳＭ−５型、フェリエライト、モルデナイトなどの高シリカ含有ゼオライトを用いることができる。この排気浄化触媒１９は例えば炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯなどの還元剤を含む酸素雰囲気において流入する排気中のＮＯX をこれらＨＣ、ＣＯなどと選択的に反応せしめ、それによってＮＯX を窒素Ｎ2 に還元することができる。すなわち、排気浄化触媒１９は流入する排気中が還元剤を含んでいると、たとえ酸素雰囲気であっても流入する排気中のＮＯX を還元する。
【００１５】
一方、図１のディーゼル機関では機関から排出されるスモークやパティキュレートを低減するために常時、空燃比を理論空燃比よりもリーンに維持しており、したがって排気浄化触媒１９に流入する排気は常時、酸素雰囲気に維持されている。その結果、排気浄化触媒１９においてＮＯX が良好に還元される。
この場合、機関から排出される未燃ＨＣやＣＯなどがＮＯX の還元剤として作用しうる。しかしながら、ディーゼル機関から排出される未燃ＨＣ量などに比べて浄化すべきＮＯX 量は圧倒的に多く、すなわちＮＯX を良好に浄化するための還元剤が不足する。そこで、図１の内燃機関では排気浄化触媒１９に還元剤を２次的に供給し、それによって還元剤がＮＯX に対し不足しないようにしている。
【００１６】
排気浄化触媒１９に還元剤を２次的に供給するために、排気浄化触媒１９上流の排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給装置を設けてもよい。また、還元剤として例えばガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水素、或いは液体の状態で保存しうるブタン、プロパンのような炭化水素などを用いることができる。しかしながら、図１の内燃機関では還元剤として機関の燃料（炭化水素）を用い、燃料噴射弁９が膨張行程または排気行程に燃料噴射することにより排気浄化触媒１９に還元剤を供給するようにしている。このように膨張行程または排気行程に行われる燃料噴射は例えば圧縮上死点周りにおいて行われる通常の機関出力のための燃料噴射とは異なるものであり、この燃料は機関出力にほとんど寄与しない。このようにすると別個の還元剤供給装置および還元剤タンクを必要としない。なお、このように膨張行程または排気行程に行われる燃料噴射を２次燃料噴射と称する。
【００１７】
ところで、上述したように排気浄化触媒１９は多孔質担体を備えており、したがって排気浄化触媒１９は炭化水素（還元剤）吸放出作用を有する炭化水素（還元剤）吸着材として作用しうる。すなわち、排気浄化触媒１９は後述するように排気浄化触媒１９内の圧力が高くなると流入する排気中の比較的大きな分子構造の炭化水素を物理吸着でもって吸着し、排気浄化触媒１９内の圧力が低くなると吸着している炭化水素を放出する。したがって、排気浄化触媒１９上では流入する排気中の炭化水素によるＮＯX 還元作用と、排気浄化触媒１９から放出された炭化水素によるＮＯX 還元作用とが行われうる。しかしながら冒頭で述べたように本願発明者らによれば、排気浄化触媒１９に流入する排気中の炭化水素によるＮＯX 還元作用よりも排気浄化触媒１９から放出された炭化水素によるＮＯX 還元作用の方がより良好にＮＯX を還元できることが確認されている。
【００１８】
何故排気浄化触媒１９から放出された炭化水素が優れたＮＯX 還元作用を有しているかについては明らかにされていない部分もある。しかしながら、ＮＯX 還元作用が以下のようなメカニズムで行われているためであると考えられる。すなわち、排気浄化触媒１９を多孔質担体に白金Ｐｔを担持させて形成した場合を示す図２を参照すると、排気中の炭化水素ＨＣは一旦多孔質担体内に吸着される。この吸着された炭化水素ＨＣは多孔質担体内を移動し、次いで例えば排気浄化触媒１９内の圧力が低くなると多孔質担体から放出される。この場合、炭化水素ＨＣは白金Ｐｔ粒子の表面に沿いつつまたは白金Ｐｔ粒子の極く近くにおいて多孔質担体から放出され、次いで白金Ｐｔ粒子の表面上に移動する。すなわち、排気浄化触媒１９内に炭化水素ＨＣを吸着させた後に排気浄化触媒１９から炭化水素ＨＣを放出させるようにすると多量の炭化水素ＨＣが白金Ｐｔ粒子の表面上に存在しうる。ところで、ＮＯX および炭化水素ＨＣが互いに隣接して白金Ｐｔ粒子の表面上に存在するとこのＮＯX が炭化水素ＨＣにより還元される。したがって、このように白金Ｐｔ粒子の表面上に多量の炭化水素ＨＣが存在すると流入する排気中のＮＯX を良好に還元することができることになる。
【００１９】
これに対し、排気浄化触媒１９に吸着されることなく排気浄化触媒１９内の細孔内を流動する炭化水素ＨＣは必ずしも白金Ｐｔ粒子の表面上に到達しない。したがって、白金Ｐｔ粒子の表面上に存在する炭化水素はそれほど多くなく、斯くしてこの場合にはＮＯX を必ずしも十分に還元することができない。
したがって、排気浄化触媒１９にできるだけ多量の炭化水素を吸着させ、排気浄化触媒１９からできるだけ多量の炭化水素を放出させればＮＯX をさらに良好に浄化できることになる。
【００２０】
ところで、排気浄化触媒１９のように物理吸着が行われる触媒では触媒温度が低いとき程炭化水素吸着容量が大きくなり、触媒温度が高いとき程炭化水素吸着容量が小さくなって触媒１９から放出される炭化水素量が多くなることが知られている。しかしながら、物理吸着が行われる触媒において、触媒内の排気の圧力が高いとき程、触媒温度に関わらず炭化水素吸着容量が大きくなり、圧力が低いとき程、触媒温度に関わらず炭化水素吸着容量が小さくなって触媒から放出される炭化水素量が多くなる。すなわち、例えば排気浄化触媒１９内に炭化水素を吸着させるべく触媒温度を低下させたとしても排気浄化触媒１９内の圧力が十分低ければ排気浄化触媒１９から吸着されている炭化水素が放出され、排気浄化触媒１９から炭化水素を放出させるべく触媒温度を上昇させたとしても排気浄化触媒１９内の圧力が十分高ければ排気浄化触媒１９内に炭化水素が吸着される。そこで、本発明では排気浄化触媒１９内の圧力を上昇させることにより排気浄化触媒１９に多量の炭化水素が吸着されるようにし、排気浄化触媒１９内の圧力を低下させることにより排気浄化触媒１９から多量の炭化水素が放出されるようにしている。これが本発明の基本的な排気浄化方法である。
【００２１】
例えば機関高負荷運転時や高回転運転時には排気圧力が高くなるので排気浄化触媒１９内の圧力が上昇する。したがって、高負荷、高回転運転時には排気浄化触媒１９内に多量の炭化水素を吸着できると考えられる。しかしながら、このような通常の機関運転による圧力変動では、ＮＯX を浄化するのに十分な量の炭化水素を排気浄化触媒１９内に吸着させ、或いは排気浄化触媒１９から放出させることはできない。そこで、本実施態様では排気浄化触媒１９下流の排気管２１内に排気絞り弁２３を配置し、それによって排気浄化触媒１９内の圧力を制御するようにしている。すなわち、排気浄化触媒１９の炭化水素吸着作用を行うべきときには排気絞り弁２３の開度が小さくされ、それ以外では排気絞り弁２３は全開に保持される。
【００２２】
ところで、排気浄化触媒１９の圧力を上昇させて炭化水素吸着作用を行っている間は排気浄化触媒１９の炭化水素放出作用を行うことはできない。したがって、排気浄化触媒１９の炭化水素吸着作用を行っているときに多量のＮＯX が排気浄化触媒１９内に流入するとこの多量のＮＯX を良好に浄化することができない。一方、機関低負荷運転時または低回転運転時には機関から排出されるＮＯX 量が少なく維持される。そこで本実施態様では、機関低負荷運転時かつ低回転運転時に排気浄化触媒１９の炭化水素吸着作用を行うようにしている。
【００２３】
言い換えると、機関高負荷運転時または高回転運転時には排気絞り弁２３による圧力上昇作用が行われない。したがって、機関高負荷運転時または高回転運転時に排気絞り弁２３によって機関背圧が高くなるのが阻止され、斯くして大きな機関出力を確保することができる。
さらに本実施態様では、排気絞り弁２３により排気浄化触媒１９の圧力を上昇させているときのみ２次燃料噴射を行うようにしている。すなわち、上述の記載からわかるように２次燃料噴射により供給された炭化水素をＮＯX 還元のために有効に利用するためには排気浄化触媒１９内に一時的に吸着される炭化水素量ができるだけ多いのが好ましい。一方、排気絞り弁２３が全開にされているときに排気浄化触媒１９内に多量の炭化水素量を吸着させることはできない。そこで、本実施態様では排気絞り弁２３が全開のときには２次燃料噴射を停止し、排気絞り弁２３の開度が小さくされると２次燃料噴射を開始するようにしている。
【００２４】
ところで、機関高負荷運転時または高回転運転時には排気温度が高くなり、或いは触媒温度が高くなるのでこのとき２次燃料噴射を行うとこの炭化水素が排気浄化触媒１９に到る前に、或いは排気浄化触媒１９に到ると直ちに完全燃焼する恐れがある。ところが、本実施態様では上述したように機関高負荷運転時または高回転運転時には排気浄化触媒１９による圧力上昇作用が行われないので機関高負荷運転時または高回転運転時には２次燃料噴射が行われない。したがって本実施態様では、２次燃料噴射による炭化水素をＮＯX 還元のためにさらに有効に利用することができる。また、触媒温度が低い機関低負荷運転時かつ低回転運転時に２次燃料噴射が行われることになり、したがって排気浄化触媒１９内に２次燃料噴射による炭化水素をさらに良好に吸着させることができる。
【００２５】
次に図３のタイムチャートを参照しつつ図４および図５のルーチンを参照して本実施態様による排気浄化方法について詳細に説明する。図４および図５のルーチンは設定クランク角度毎の割り込みによってそれぞれ実行される。
まず炭化水素吸着制御ルーチンを示す図４を参照すると、まずステップ５０では少量フラグがセットされているか否かが判別される。この少量フラグは図５に示すルーチンにおいてセットまたはリセットされる。
【００２６】
図５を参照すると、まずステップ７０では機関負荷Ｇａ／Ｎ（吸入空気量Ｇａ／機関回転数Ｎ）が予め定められた設定負荷Ｇ１よりも小さいか否かが判別される。Ｇａ／Ｎ＜Ｇ１のときにはステップ７１に進み、機関回転数Ｎが予め定められた設定回転数Ｎ１よりも小さいか否かが判別される。Ｎ＜Ｎ１のときにはステップ７２に進んで少量フラグがセットされる。すなわち、機関低負荷運転時かつ低回転運転時には少量フラグがセットされる。これに対し、ステップ７０においてＧａ／Ｎ≧Ｇ１のとき、およびステップ７１においてＮ≧Ｎ１のときにはステップ７３に進んで少量フラグがリセットされる。すなわち、機関高負荷運転時または機関高回転運転時には少量フラグがリセットされる。
【００２７】
図３の時間ａにおけるように少量フラグがリセットされているときには図４のステップ５０からステップ５１に進む。ステップ５１では、排気浄化触媒１９の炭化水素吸着作用が完了した後少量フラグがセットされているときにセットされ、それ以外ではリセットされる完了フラグがリセットされる。続くステップ５２では排気絞り弁２３の開度ＤＯＰが全開ＦＬとされ、続くステップ５３では２次燃料噴射が停止される。続くステップ５４では２次燃料噴射による積算炭化水素量Ｓ（ＨＣ）がクリアされる。
【００２８】
図３の時間ｂにおけるように少量フラグがセットされるとステップ５０からステップ５５に進み、完了フラグがセットされているか否かが判別される。図３の時間ｂでは完了フラグはリセットされているので次いでステップ５６に進み、開度ＣＬが算出される。すなわち、排気浄化触媒１９内の圧力を上昇させるために排気絞り弁２３の開度ＤＯＰは比較的小さな開度ＣＬとされる。この開度ＣＬは排気絞り弁２３の開度を小さくしたときに生ずる機関背圧の上昇に伴う機関出力の低下を許容範囲内に維持しつつ排気浄化触媒１９内の圧力を十分に上昇させるのに最適な開度であって予め実験により求められている。この開度ＣＬは機関運転状態、例えば機関負荷Ｇａ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数として図６に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ５７では排気絞り弁２３の開度ＤＯＰが開度ＣＬとされる。その結果、図３に示されるように排気浄化触媒１９内の圧力ＰＣＡＴが上昇せしめられる。
【００２９】
続くステップ５８では２次燃料噴射がおこなわれる。すなわち、機関膨張行程または排気行程毎に例えば一定量ｈだけ２次燃料噴射が行われる。続くステップ５９では積算炭化水素量Ｓ（ＨＣ）が算出される。その結果、図３に示されるように排気浄化触媒１９内の吸着炭化水素量Ｑ（ＨＣ）が増大し、積算炭化水素量Ｓ（ＨＣ）も増大する。続くステップ６０では積算炭化水素量Ｓ（ＨＣ）が予め定められた上限しきい値ＵＴ（ＨＣ）よりも大きいか否かが判別される。Ｓ（ＨＣ）≦ＵＴ（ＨＣ）のときには排気浄化触媒１９の吸着炭化水素量Ｑ（ＨＣ）が未だ少ないと判断して排気絞り弁２３の開度ＤＯＰをＣＬに維持しつつ２次燃料噴射を継続する。これに対し、図３の時間ｃにおけるようにＳ（ＨＣ）＞ＵＴ（ＨＣ）となったときには排気浄化触媒１９の吸着炭化水素量Ｑ（ＨＣ）が十分大きくなったと判断してステップ６１に進み、完了フラグをセットして処理サイクルを終了する。
【００３０】
続く処理サイクルではステップ５５からステップ５２，５３，５４に進み、排気絞り弁２３が全開ＦＬにされ、２次燃料噴射が停止され、積算炭化水素量Ｓ（ＨＣ）がクリアされる（図３の時間ｃ）。
排気絞り弁２３が全開にされた後は機関運転状態、すなわち排気浄化触媒１９内の圧力や温度に応じて排気浄化触媒１９内に吸着されている炭化水素が徐々に放出され、したがって吸着炭化水素量Ｑ（ＨＣ）が徐々に減少する（図３の時間ｄ）。この炭化水素によって流入する排気中のＮＯX が還元される。
【００３１】
次いで、図３の時間ｅにおけるように少量フラグがリセットされるとステップ５０からステップ５１に進んで完了フラグがリセットされる。
次いで図３の時間ｆにおけるように再び少量フラグがセットされると、このとき完了フラグがリセットされているので排気絞り弁２３の開度ＤＯＰが開度ＣＬまで小さくされ、２次燃料噴射が開始される。次いで時間ｇとなって少量フラグがリセットされるとこのときの積算炭化水素量Ｓ（ＨＣ）が上限しきい値ＵＴ（ＨＣ）以下であっても排気絞り弁２３が全開ＦＬにされ、２次燃料噴射が停止され、積算炭化水素量Ｓ（ＨＣ）がクリアされる。このようにして排気浄化触媒１９の炭化水素吸放出作用が繰り返し行われる。
【００３２】
ところで、図２を参照して上述したように排気浄化触媒１９の多孔質担体内に吸着された炭化水素は多孔質担体内を排気流れ方向に移動し、次いで多孔質担体から放出される。この場合、多孔質担体内に吸着される炭化水素のほとんどが多孔質担体の排気上流側において吸着され、多孔質担体から放出される炭化水素のほとんどが多孔質担体の排気下流側から放出されると考えられている。一方、多孔質担体から放出された炭化水素の周りに白金Ｐｔが存在すると良好にＮＯX を浄化することができる。そこで本実施態様では、図７において実線で示すように、排気浄化触媒１９の上流端から下流端に向かうにつれて白金Ｐｔの担持量が多くなるようにしている。その結果、多孔質担体から放出された炭化水素でもってＮＯX を良好に還元することができる。なお、図７において破線でもって示されるように排気浄化触媒１９の下流端に近い位置では排気浄化触媒１９の下流端から遠い位置に比べて白金Ｐｔの担持量が多くなるようにすることもできる。また、他の貴金属または遷移金属を用いた場合も同様であるので説明を省略する。
【００３３】
図８に別の実施態様を示す。
図８を参照すると、排気マニホルド１８内にも排気絞り弁８３が配置される。すなわち、図８の内燃機関では排気浄化触媒１９の上流および下流に排気絞り弁が設けられる。本実施態様では排気浄化触媒１９上流の排気絞り弁８３を上流側排気絞り弁と称し、排気浄化触媒１９下流の排気絞り弁２３を下流側排気絞り弁と称する。この上流側排気絞り弁８３は例えば電磁式のアクチュエータ８２により駆動される。電子制御ユニット３０の出力ポート３６は対応する駆動回路４１を介してアクチュエータ８２に接続され、アクチュエータ８２は電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいて制御される。
【００３４】
通常運転時には上流側排気絞り弁８３および下流側排気絞り弁２３は共に全開に維持される。一方、排気浄化触媒１９内の圧力を上昇させるべきときには上流側排気絞り弁８３を全開に維持しつつ下流側排気絞り弁２３の開度が小さくされる。排気浄化触媒１９内の圧力を低下させるべきときには下流側排気絞り弁２３を全開に維持しつつ上流側排気絞り弁８３の開度が小さくされる。
【００３５】
また、図８の内燃機関において排気浄化触媒１９はゼオライト（例えばＺＳＭ−５型、フェリエライト、モルデナイトなどの高シリカ含有ゼオライト）、アルミナＡｌ2 Ｏ3 、シリカアルミナＳｉＯ2 ・Ａｌ2 Ｏ3 、活性炭、チタニアＴｉＯ2 のような多孔質担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉのような遷移金属から選ばれた少なくとも１つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されて形成されている。このように形成された排気浄化触媒１９は上述した還元剤吸着材と、流入する排気中の酸素濃度が高いときに流入する排気中のＮＯX を吸蔵し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸蔵しているＮＯX を放出するＮＯX 吸収材とを同時に構成している。
【００３６】
この排気浄化触媒１９を機関排気通路内に配置すればこの排気浄化触媒１９は実際にＮＯX の吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は以下に説明するようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類、遷移金属を用いても同様なメカニズムとなる。
【００３７】
すなわち、排気浄化触媒１９に流入する排気中の酸素濃度が大幅に増大するとこれら酸素Ｏ２がＯ2-またはＯ2 - の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2-またはＯ2 - と反応してＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。次いで生成されたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ排気浄化触媒内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ3 - の形で排気浄化触媒内に拡散する。このようにしてＮＯX が排気浄化触媒１９内に吸蔵される。
【００３８】
これに対し排気浄化触媒１９に流入する排気中の酸素濃度が低下してＮＯ2 の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3 - →ＮＯ2 ）に進み、斯くして排気浄化触媒内の硝酸イオンＮＯ3 - がＮＯ2 の形で排気浄化触媒から放出される。すなわち、排気浄化触媒１９に流入する排気中の酸素濃度が低下すると排気浄化触媒１９からＮＯX が放出される。
【００３９】
図８のディーゼル機関においても空燃比がリーンとされるので排気浄化触媒１９が酸化雰囲気にされる。したがって、排気浄化触媒１９内に流入する排気中のＮＯX は排気浄化触媒１９内に吸収せしめられ、斯くして大気中に放出されるＮＯX 量を大幅に低減することができる。
排気浄化触媒１９がＮＯX により飽和しない限り排気浄化触媒１９内にＮＯX が吸収される。すなわち、排気浄化触媒１９がＮＯX により飽和しない限り大気中に放出されるＮＯX 量を大幅に低減することができる。したがって、排気浄化触媒１９がＮＯX により飽和する前に排気浄化触媒１９から吸収されているＮＯX を放出させる必要がある。
【００４０】
ところで、本願発明者によれば排気浄化触媒１９から吸着されている炭化水素を放出させるべく排気浄化触媒１９内の圧力を低下させると排気浄化触媒１９内に吸収されているＮＯX も放出され、しかもこのとき排気浄化触媒１９から排出されるＮＯX 量が大幅に増大しないことが確認されている。この場合のＮＯX 放出、浄化メカニズムについては必ずしも明らかでない部分もある。しかしながら、この場合のＮＯX 放出、浄化作用は次のようなメカニズムで行われているものと考えられる。すなわち、排気浄化触媒１９内の圧力を低下させると排気浄化触媒１９内に吸着されている炭化水素が排気浄化触媒１９から一斉に放出される。その結果、排気浄化触媒１９の表面上が還元雰囲気とされ、斯くして排気浄化触媒１９からＮＯX が放出される。このＮＯX は排気浄化触媒１９から放出された炭化水素によって直ちに還元される。
【００４１】
排気浄化触媒１９内の圧力を低下させれば実際に排気浄化触媒１９から吸着されている炭化水素が放出され、吸収されているＮＯX が放出され、このとき排気浄化触媒１９から排出される炭化水素量およびＮＯX 量は少なく維持されている。そこで本実施態様では、排気浄化触媒１９内に吸収されているＮＯX 量を求めてこの吸収ＮＯX 量が予め定められた上限しきい値ＵＴ（ＮＯX ）よりも大きくなったときに排気浄化触媒１９内の圧力を低下させ、それによって排気浄化触媒１９からＮＯX を放出させるようにしている。その結果、排気浄化触媒１９のＮＯX 吸収容量を確保することができ、同時に排気浄化触媒１９の炭化水素吸着容量を確保することができる。ただし、排気浄化触媒１９内の圧力を低下させることによって排気浄化触媒１９からＮＯX を放出させるためには排気浄化触媒１９内に予め炭化水素を吸着させておく必要がある。
【００４２】
次に図９のタイムチャートを参照しつつ本実施態様における排気浄化方法についてさらに詳細に説明する。図９において時間ａ１は排気浄化触媒１９のＮＯX 吸収作用が開始された時間を示している。このとき、上流側排気絞り弁８３の開度ＤＯＰＵは全開ＦＬにされており、下流側排気絞り弁２３の開度ＤＯＰＤも全開ＦＬにされている。また、２次燃料噴射が停止されており、しかしながら排気浄化触媒１９内には一定量の炭化水素量が吸着されている。
【００４３】
排気浄化触媒１９のＮＯX 吸収作用が開始されると排気浄化触媒１９の吸収ＮＯX 量が次第に増大する。次いで、時間ｂ１となって上限しきい値ＵＴ（ＮＯX ）よりも大きくなると排気浄化触媒１９の炭化水素およびＮＯX 放出作用がかいしされる。すなわち、下流側排気絞り弁２３が全開に維持されつつ上流側排気絞り弁８３の開度ＤＯＰＵが小開度ＣＬＵにされる。その結果、図９に示されるように排気浄化触媒１９内の圧力ＰＣＡＴが低下する。なお、小開度ＣＬＵは上流側排気絞り弁８３の開度を小さくしたときに生ずる機関背圧の上昇に伴う機関出力の低下を許容範囲内に維持しつつ排気浄化触媒１９内の圧力を十分に低下させるのに最適な開度であって予め実験により求められている。この開度ＣＬＵは機関運転状態、例えば機関負荷Ｇａ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数として図１０に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００４４】
このように排気浄化触媒１９内の圧力ＰＣＡＴが低下すると排気浄化触媒１９から吸着されている炭化水素が放出されるので吸着炭化水素量Ｑ（ＨＣ）が減少し、排気浄化触媒１９から吸収されているＮＯX が放出されるので吸収ＮＯX 量が減少する。次いで時間ｃ１となって、すなわち排気浄化触媒１９内の圧力が低下せしめられてから時間Ｔ１だけ経過して吸収ＮＯX 量がほぼ零となると排気浄化触媒１９の炭化水素およびＮＯX 放出作用が停止され、排気浄化触媒１９の炭化水素吸着作用が開始される。すなわち、上流側排気絞り弁８３の開度ＤＯＰＵが全開ＦＬにされ、下流側排気絞り弁２３の開度ＤＯＰＤが小開度ＣＬＤにされ、斯くして排気浄化触媒１９内の圧力ＰＣＡＴが上昇せしめられる。なお、この開度ＣＬＤは下流側排気絞り弁２３の開度を小さくしたときに生ずる機関背圧の上昇に伴う機関出力の低下を許容範囲内に維持しつつ排気浄化触媒１９内の圧力を十分に上昇させるのに最適な開度であって予め実験により求められている。この開度ＣＬＤは機関運転状態、例えば機関負荷Ｇａ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数として図１１に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００４５】
時間ｃ１ではさらに２次燃料噴射が開始され、この２次燃料噴射による炭化水素は排気浄化触媒１９内に吸着される。したがって、吸着炭化水素量Ｑ（ＨＣ）が次第に増大し、２次燃料噴射の積算炭化水素量Ｓ（ＨＣ）も次第に増大する。次いで時間ｄ１となって積算炭化水素量Ｓ（ＨＣ）が上限しきい値ＵＴ（ＨＣ）よりも大きくなると排気浄化触媒１９の炭化水素吸着作用が停止される。すなわち、下流側排気絞り弁８３の開度ＤＯＰＤが全開ＦＬとされ、２次燃料噴射が停止される。なお、排気浄化触媒１９の炭化水素放出作用および炭化水素吸着作用を行っている間は排気浄化触媒１９は還元雰囲気に維持され、したがってこのとき排気浄化触媒１９のＮＯX 吸収作用は行われない。このとき排気浄化触媒１９内に流入する排気中のＮＯX は排気浄化触媒１９から放出された炭化水素または流入する排気中の炭化水素により排気浄化触媒１９において還元される。
【００４６】
図１２および図１３に上述の実施態様を実行するためのルーチン示す。このルーチンは設定クランク角度毎の割り込みによって実行される。
図１２および図１３を参照すると、まずステップ９０では放出フラグがセットされているか否かが判別される。この放出フラグは排気浄化触媒１９から吸着されている炭化水素を放出させるべきときにセットされ、炭化水素を放出させるべきでないときにリセットされるものである。放出フラグがリセットされているときには次いでステップ９１に進み、吸着フラグがセットされているか否かが判別される。この吸着フラグは排気浄化触媒１９内に炭化水素を吸着させるべきときにセットされ、炭化水素を吸着させるべきでないときにリセットされるものである。吸着フラグがリセットされているとき、すなわち放出フラグも吸着フラグもリセットされているときには次いでステップ９２に進む。ステップ９２では上流側排気絞り弁８３の開度ＤＯＰＵが全開ＦＬとされ、続くステップ９３では下流側排気絞り弁２３の開度ＤＯＰＤが全開ＦＬとされる。続くステップ９４およびステップ９５は排気浄化触媒１９の吸収ＮＯX 量Ｑ（ＮＯX ）を算出する部分である。
【００４７】
すなわち、排気浄化触媒１９の吸収ＮＯX 量Ｑ（ＮＯX ）を直接求めることは困難である。そこで本実施態様では排気浄化触媒１９に流入するＮＯX 量、すなわち機関から排出されるＮＯX 量から排気浄化触媒１９の吸収ＮＯX 量Ｑ（ＮＯX ）を推定するようにしている。すなわち、機関回転数Ｎが高くなるにつれて機関から単位時間当たり排出される排気流量が増大するので機関回転数Ｎが高くなるにつれて排気浄化触媒１９に単位時間当たりに流入するＮＯX 量が増大する。また、機関負荷が高くなるにつれて、すなわちアクセルペダル３８の踏み込み量ＤＥＰが大きくなるにつれて機関から排出される排気流量が増大し、しかも燃焼温度が高くなるので機関負荷が高くなるにつれて、すなわちアクセルペダル３８の踏み込み量ＤＥＰが大きくなるにつれて単位時間当たり機関から排出されるＮＯX 量が増大する。
【００４８】
図１４（Ａ）は実験により求められた機関から単位時間当たり排出されるＮＯX 量Ｑ（ＮＯX ）と、アクセルペダル３８の踏み込み量ＤＥＰ、機関回転数Ｎとの関係を示しており、図１４（Ａ）において各曲線は同一ＮＯX 量を示している。図１４（Ａ）に示されるように単位時間当たり機関から排出されるＮＯX 量Ｆ（ＮＯX ）はアクセルペダル３８の踏み込み量ＤＥＰが大きくなるにつれて多くなり、機関回転数Ｎが高くなるにつれて多くなる。なお、図９（Ａ）に示されるＮＯX 量Ｆ（ＮＯX ）は図１４（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００４９】
言い換えると、排気浄化触媒１９の圧力上昇作用も圧力低下作用も行われていないとき、すなわち排気浄化触媒１９のＮＯX 吸収作用が行われているときには排気浄化触媒１９の吸収ＮＯX 量Ｑ（ＮＯX ）は単位時間当たりＦ（ＮＯX ）だけ増大する。したがって、Ｆ（ＮＯX ）の検出時間間隔をｔで表すと吸収ＮＯX 量Ｑ（ＮＯX ）は前回の処理ルーチンから今回の処理ルーチンまでの間にＦ（ＮＯX ）・ｔだけ増大する。
【００５０】
そこで、ステップ９４において単位時間当たり機関から排出されるＮＯX 量Ｆ（ＮＯX ）を図１４（Ｂ）のマップを用いて算出し、続くステップ９５において次式に基づいて吸収ＮＯX 量Ｑ（ＮＯX ）を算出している。
Ｑ（ＮＯX ）＝Ｑ（ＮＯX ）＋Ｆ（ＮＯX ）・ｔ
なお、検出時間間隔ｔは電子制御ユニット３０内のタイマにより検出される。
【００５１】
続くステップ９６では吸収ＮＯX 量Ｑ（ＮＯX ）が上限しきい値ＵＴ（ＮＯX ）よりも大きいか否かが判別される。Ｑ（ＮＯX ）≦ＵＴ（ＮＯX ）のときには排気浄化触媒１９のＮＯX 吸収容量が未だ大きいと判断して処理サイクルを終了する。これに対しＱ（ＮＯX ）＞ＵＴ（ＮＯX ）のときには排気浄化触媒１９のＮＯX 吸収容量が小さくなったと判断してステップ９７に進み、放出フラグをセットして処理サイクルを終了する。
【００５２】
放出フラグがセットされたときにはステップ９０からステップ９８に進み、上流側排気絞り弁８３のための小開度ＣＬＵが図１０のマップを用いて算出される。続くステップ９９では上流側排気絞り弁８３の開度ＤＯＰＵがこのＣＬＵとされる。このとき下流側排気絞り弁２３は全開に維持されており、その結果排気浄化触媒１９内の圧力が低下せしめられる。したがって、排気浄化触媒１９から吸着されている炭化水素が放出され、さらにＮＯX が放出される。続くステップ１００では上流側排気絞り弁８３の開度を小さくしてから、すなわち排気浄化触媒１９内の圧力を低下させてから設定時間Ｔ１だけ経過したか否かが判別される。この設定時間Ｔ１は排気浄化触媒１９の実際の吸収ＮＯX 量がＵＴ（ＮＯX ）からほぼ零になるまでに必要な時間であって、予め実験により求められている。上流側排気絞り弁８３の開度を小さくしてから設定時間Ｔ１だけ経過していないときには処理サイクルを終了し、すなわち排気浄化触媒１９の炭化水素およびＮＯX 放出作用を継続する。これに対し上流側排気絞り弁８３の開度を小さくしてから設定時間Ｔ１だけ経過したときには排気浄化触媒１９内の吸収ＮＯX 量がほぼ零になったと判断してステップ１０１に進んで放出フラグをリセットする。続くステップ１０２では吸着フラグがセットされる。
【００５３】
放出フラグがリセットされかつ吸着フラグがセットされたときにはステップ９１からステップ１０３に進む。ステップ１０３では下流側排気絞り弁２３のための小開度ＣＬＤが図１１のマップを用いて算出される。続くステップ１０４では上流側排気絞り弁８３の開度ＤＯＰＵが全開ＦＬとされ、続くステップ１０５では下流側排気絞り弁２３の開度ＤＯＰＤがＣＬＤとされる。その結果排気浄化触媒１９内の圧力が上昇せしめられる。続くステップ１０６では一定量ｈだけ２次燃料噴射が行われる。このとき排気浄化触媒１９内の圧力が上昇されているので２次燃料噴射による炭化水素が排気浄化触媒１９内に吸着せしめられる。続くステップ１０７では積算炭化水素量Ｓ（ＨＣ）が算出される。続くステップ１０８では積算炭化水素量Ｓ（ＨＣ）が上限しきい値ＵＴ（ＨＣ）よりも大きいか否かが判別される。この上限しきい値ＵＴ（ＨＣ）は排気浄化触媒１９から放出されるＮＯX 量、すなわち上限しきい値ＵＴ（ＮＯX ）に相当するＮＯX 量を浄化するために必要な炭化水素量である。Ｓ（ＨＣ）≦ＵＴ（ＨＣ）のときには処理サイクルを終了し、すなわち排気浄化触媒１９の炭化水素吸着作用を継続する。これに対しＳ（ＨＣ）＞ＵＴ（ＨＣ）のときにはステップ１０９に進んで吸着フラグをリセットする。続くステップ１１０では２次燃料噴射が停止される。続くステップ１１１では積算炭化水素量Ｓ（ＨＣ）がクリアされ、続くステップ１１２では吸収ＮＯX 量Ｑ（ＮＯX ）がクリアされる。次いで処理サイクルを終了する。
【００５４】
このように本実施態様では、通常運転時において排気浄化触媒１９内に炭化水素が吸着されている。したがって、例えば機関過渡運転などにより機関から排出されるＮＯX 量が大幅に増大したとしても排気浄化触媒１９内に吸着されている炭化水素でもってこの多量のＮＯX を良好に浄化することができる。
なお、本実施態様では排気浄化触媒１９の吸収ＮＯX 量がほぼ零になったときに排気浄化触媒１９の炭化水素放出作用を停止し、炭化水素吸着作用を開始するようにしている。しかしながら、排気浄化触媒１９の吸着炭化水素量を求めてこの吸着炭化水素量がほぼ零になったときに排気浄化触媒１９の炭化水素放出作用を停止し、炭化水素吸着作用を開始するようにしてもよい。この場合、炭化水素吸着作用を開始すべきときに排気浄化触媒１９内にＮＯX が残存しているとしてもこのＮＯX は炭化水素吸着作用時に排気浄化触媒１９から放出され、流入する排気中の炭化水素によって還元される。したがって、この場合も良好にＮＯX を還元することができる。
【００５５】
また、本実施態様では排気浄化触媒１９の炭化水素放出作用が開始されてから設定時間Ｔ１だけ経過したときに排気浄化触媒１９の吸収ＮＯX 量がほぼ零になったと判断するようにしている。しかしながら、還元雰囲気において単位時間当たり排気浄化触媒１９から放出されるＮＯX 量を予め実験により求めておき、排気浄化触媒１９の炭化水素およびＮＯX 放出作用時にも吸収ＮＯX 量を推定することもできる。なお、その他の排気浄化装置の構成および作用は図１の実施態様と同様であるので説明を省略する。
【００５６】
図１５はさらに別の実施態様を示している。
図１５を参照すると、この実施態様による内燃機関は排気マニホルド１８とサージタンク１３とがＥＧＲ通路１２０を介して互いに接続され、このＥＧＲ通路１２０内にＥＧＲ制御弁１２３が配置されている点で図１の内燃機関と異なっている。このＥＧＲ制御弁１２３は負圧式または電磁式のアクチュエータ１２２により駆動される。電子制御ユニット３０の出力ポート３６は対応する駆動回路４１を介してアクチュエータ１２２に接続され、アクチュエータ１２２は電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいて制御される。
【００５７】
本実施態様でも排気浄化触媒１９の炭化水素吸放出作用が繰り返し行われる。排気浄化触媒１９内に炭化水素を吸着させるために排気浄化触媒１９内の圧力を上昇せしめるべきときにはＥＧＲ制御弁１２３の開度が小さくされ、かつ排気絞り弁２３の開度が小さくされる。この場合のＥＧＲ制御弁１２３の開度はＥＧＲ制御弁１２３の開度を小さくしたときに生ずる機関から排出されるＮＯX 量の増大を許容範囲内に維持しつつ排気浄化触媒１９内の圧力を十分に上昇させるのに最適な開度であり、排気絞り弁２３の開度は排気絞り弁２３の開度を小さくしたときに生ずる機関背圧の上昇に伴う機関出力の低下を許容範囲内に維持しつつ排気浄化触媒１９内の圧力を十分に上昇させるのに最適な開度である。
【００５８】
一方、排気浄化触媒１９から吸着されている炭化水素を放出させるために排気浄化触媒１９内の圧力を低下せしめるべきときにはＥＧＲ制御弁１２３の開度が大きくされ、かつ排気絞り弁２３が全開にされる。この場合のＥＧＲ制御弁１２３の開度はＥＧＲ制御弁１２３の開度を大きくしたときに生ずる燃焼安定性の低下を許容範囲内に維持しつつ排気浄化触媒１９内の圧力を十分に低下させるのに最適な開度である。このようにＥＧＲ制御弁１２３の開度を大きくすると機関排気通路内を流通する排気の一部が機関排気通路外に排出されることになる。その結果、機関背圧を上昇させることなく排気浄化触媒１９内の圧力を低下させることができる。
【００５９】
なお、排気浄化触媒１９を迂回して排気浄化触媒１９上流の排気マニホルド１８と排気浄化触媒１９下流の排気管２１とを互いに接続するバイパス通路を設け、このバイパス通路内に設けられたバイパス制御弁を制御することにより排気浄化触媒１９内の圧力を制御するようにしてもよい。すなわち、排気浄化触媒１９内の圧力を上昇させるべきときには排気絞り弁２３およびバイパス制御弁の開度を小さく維持し、排気浄化触媒１９内の圧力を低下させるべきときには排気絞り弁２３およびバイパス制御弁を全開にする。なお、その他の排気浄化装置の構成および作用は図１の実施態様と同様であるので説明を省略する。
【００６０】
図１６にさらに別の実施態様を示す。
図１６を参照すると、この実施態様による内燃機関は排気絞り弁２３を有することなく排気駆動式の過給機１３０を備えている点で図１の内燃機関と異なっている。すなわち、排気浄化触媒１９下流の排気管２１内にタービン１３１ａが配置され、吸気ダクト１４内にコンプレッサ１３１ｂが配置される。排気管２１のタービン１３１ａ上流側および下流側はアクチュエータ１３２により駆動されるウエストゲート弁１３３を介して互いに接続されている。このウエストゲート弁１３３は過給圧が過度に上昇したときに開弁する。また、タービン１３１ａ上流側の排気管２１内にはアクチュエータ１３４により駆動される可変ノズル１３５が配置されている。電子制御ユニット３０の出力ポート３６はそれぞれ対応する駆動回路４１を介してこれらアクチュエータ１３２，１３４に接続され、これらアクチュエータ１３２，１３４は電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいて制御される。また、コンプレッサ１３１ｂ下流の吸気ダクト１４内には過給圧に比例した出力電圧を発生する過給圧センサ１３６が配置され、この過給圧センサ１３６の出力電圧は対応するＡＤ変換器３９を介して入力ポート３５に入力される。
【００６１】
本実施態様でも排気浄化触媒１９の炭化水素吸放出作用が繰り返し行われる。排気浄化触媒１９内に炭化水素を吸着させるために排気浄化触媒１９内の圧力を上昇せしめるべきときにはウエストゲート弁１３３の開度が小さくされ、かつ可変ノズル１３５の開度が小さくされる。ウエストゲート弁１３３の開度が小さくされるとタービン１３１ａをバイパスして流通する排気流量が減少されるので排気浄化触媒１９内の圧力が上昇せしめられ、可変ノズル１３５の開度が小さくされると可変ノズル１３５の流路抵抗が増大されるので排気浄化触媒１９内の圧力が上昇せしめられる。この場合のウエストゲート弁１３３および可変ノズル１３５の開度は機関背圧の上昇に伴う機関出力の低下を許容範囲内に維持しつつ排気浄化触媒１９内の圧力を十分に上昇させるのに最適な開度である。
【００６２】
排気浄化触媒１９内に炭化水素を吸着させるために排気浄化触媒１９内の圧力を低下せしめるべきときにはウエストゲート弁１３３の開度が大きくされ、かつ可変ノズル１３５の開度が大きくされる。ウエストゲート弁１３３の開度が大きくされるとタービン１３１ａをバイパスして流通する排気流量が増大されるので排気浄化触媒１９内の圧力が低下せしめられ、可変ノズル１３５の開度が大きくされると可変ノズル１３５の流路抵抗が減少されるので排気浄化触媒１９内の圧力が低下せしめられる。この場合のウエストゲート弁１３３および可変ノズル１３５の開度は過給圧の低下を許容範囲内に維持しつつ排気浄化触媒１９内の圧力を十分に低下させるのに最適な開度である。なお、その他の排気浄化装置の構成および作用は図１の実施態様と同様であるので説明を省略する。
【００６３】
【発明の効果】
排気を良好に浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】排気浄化触媒における炭化水素放出作用およびＮＯX 還元作用を説明する図である。
【図３】図１の実施態様における排気浄化方法を説明するタイムチャートである。
【図４】炭化水素吸着制御を実行するためのフローチャートである。
【図５】少量フラグを制御するためのフローチャートである。
【図６】排気絞り弁の開度を示す線図である。
【図７】白金担持量を示す線図である。
【図８】別の実施態様による内燃機関の全体図である。
【図９】図８の実施態様における排気浄化方法を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】上流側排気絞り弁の開度を示す線図である。
【図１１】下流側排気絞り弁の開度を示す線図である。
【図１２】図８の実施態様における炭化水素吸放出制御を実行するためのフローチャートである。
【図１３】図８の実施態様における炭化水素吸放出制御を実行するためのフローチャートである。
【図１４】単位時間当たり機関から排出されるＮＯX 量を示す線図である。
【図１５】さらに別の実施態様による内燃機関の全体図である。
【図１６】さらに別の実施態様による内燃機関の全体図である。
【符号の説明】
９…燃料噴射弁
１３…サージタンク
１８…排気マニホルド
１９…排気浄化触媒
２１…排気管
２３…（下流側）排気絞り弁
８３…上流側排気絞り弁
１２０…ＥＧＲ通路
１２３…ＥＧＲ制御弁
１３０…過給機
１３１ａ…タービン
１３３…ウエストゲート弁
１３５…可変ノズル
【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６】
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【図７】
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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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