(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に、触媒温度が低いときほどＮＯＸ吸着容量が大きい排気浄化触媒を配置し、該排気浄化触媒の触媒温度を制御するための触媒温度制御手段を設けて該排気浄化触媒を交互に繰り返し昇降温することにより排気浄化触媒の降温時に、該排気浄化触媒に流入する排気中のＮＯＸを一時的に吸着させると共に排気浄化触媒の昇温時に吸着されているＮＯＸを放出させて浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒を、排気浄化触媒の温度が排気浄化触媒のウィンドウの下限温度よりも低い下限しきい温度以下のときには、排気浄化触媒のＮＯＸ吸着容量がほぼ最大となり、排気浄化触媒の温度が排気浄化触媒のウィンドウの上限温度よりも高い上限しきい温度以上のときには、排気浄化触媒のＮＯＸ吸着容量がほぼ零となる触媒から構成し、排気浄化触媒の昇温時には上限しきい温度を越えて上昇するまで排気浄化触媒を昇温し、排気浄化触媒の降温時には下限しきい温度を越えて低下するまで排気浄化触媒を降温するようにした排気浄化装置。
【請求項２】
上記排気浄化触媒に流入する排気中に還元剤を供給するための還元剤供給手段を具備し、排気浄化触媒の昇温時に該還元剤供給手段が供給する還元剤量が排気浄化触媒の降温時に供給する還元剤量よりも多い請求項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】
機関排気通路内に、遷移金属または貴金属を担持したゼオライトからなるいわゆるゼオライト系触媒を配置し、この排気浄化触媒の触媒温度を制御するための触媒温度制御手段を設けて排気浄化触媒のいわゆるウィンドウ内において排気浄化触媒を交互に繰り返し昇降温するようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である（特開平４−１７５４１６号公報参照）。
【０００３】
一方、本願発明者によれば、ゼオライト系触媒は、流入する排気中の窒素酸化物ＮＯＸ  を一時的に吸着するＮＯＸ  吸着能を備えており、ゼオライト系触媒のＮＯＸ  吸着容量はゼオライト系触媒の触媒温度が低いときほど大きいことが確認されている。したがって、ゼオライト系触媒を降温するとゼオライト系触媒のＮＯＸ  吸着容量が大きくなるのでゼオライト系触媒を降温させることによってゼオライト系触媒に流入する排気中のＮＯＸ  を一時的に吸着させることができる。一方、ゼオライト系触媒を昇温するとゼオライト系触媒のＮＯＸ  吸着容量が小さくなるのでゼオライト系触媒を昇温することによってゼオライト系触媒から吸着しているＮＯＸ  を放出させることができる。すなわち、ゼオライト系触媒を交互に繰り返し昇降温することによってゼオライト系触媒ではＮＯＸ  の吸着作用と、放出浄化作用とが交互に繰り返し行われることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さらに本願発明者によれば、ゼオライト系触媒から放出されたＮＯＸ  はそのほぼ全量が、このとき流入する排気中に還元剤、例えば炭化水素（ＨＣ）が存在するとこの還元剤によって酸化雰囲気において還元浄化されることも判明している。したがって、ゼオライト系触媒によって排気中のＮＯＸ  を良好に浄化するためには、ゼオライト系触媒の降温時においてゼオライト系触媒にできるだけ多量のＮＯＸ  を吸着させるのが望ましい。また、降温時においてゼオライト系触媒に多量のＮＯＸ  を吸着させるために、昇温時にゼオライト系触媒からできるだけ多量の放出させるのが望ましい。
【０００５】
一方、上述したようにゼオライト系触媒のＮＯＸ  吸着容量はゼオライト系触媒の触媒温度が低いときほど大きいことが判明しており、このため、降温時にゼオライト系触媒の触媒温度を低くすればするほど降温時にゼオライト系触媒が吸着するＮＯＸ  量を多くすることができ、また、昇温時にゼオライト系触媒の触媒温度をできるだけ高くすればするほど昇温時にゼオライト系触媒から放出されるＮＯＸ  量を多くすることができることになる。すなわち、ＮＯＸ  を良好に浄化するために、降温時においてＮＯＸ  吸着容量がほぼ最大となる温度までゼオライト系触媒を降温し、昇温時においてＮＯＸ  吸着容量がほぼ零となる温度までゼオライト系触媒を昇温するのが最も効果的である。
【０００８】
【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、機関排気通路内に、触媒温度が低いときほどＮＯＸ吸着容量が大きい排気浄化触媒を配置し、この排気浄化触媒の触媒温度を制御するための触媒温度制御手段を設けて排気浄化触媒を交互に繰り返し昇降温することにより排気浄化触媒の降温時に、排気浄化触媒に流入する排気中のＮＯＸを一時的に吸着させると共に排気浄化触媒の昇温時に吸着されているＮＯＸを放出させて浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒を、排気浄化触媒の温度が排気浄化触媒のウィンドウの下限温度よりも低い下限しきい温度以下のときには、排気浄化触媒のＮＯＸ吸着容量がほぼ最大となり、排気浄化触媒の温度が排気浄化触媒のウィンドウの上限温度よりも高い上限しきい温度以上のときには、排気浄化触媒のＮＯＸ吸着容量がほぼ零となる触媒から構成し、排気浄化触媒の昇温時には上限しきい温度を越えて上昇するまで排気浄化触媒を昇温し、排気浄化触媒の降温時には下限しきい温度を越えて低下するまで排気浄化触媒を降温するようにしている。すなわち１番目の発明では、排気浄化触媒の昇温時において排気浄化触媒に吸着されているＮＯＸのほぼ全量が放出され、かつ排気浄化触媒の降温時において排気浄化触媒に多量のＮＯＸが吸着される。
【０００９】
また、上記課題を解決するために２番目の発明によれば１番目の発明において、上記排気浄化触媒に流入する排気中に還元剤を供給するための還元剤供給手段を具備し、排気浄化触媒の昇温時に還元剤供給手段が供給する還元剤量が排気浄化触媒の降温時に供給する還元剤量よりも多くなっている。排気浄化触媒の降温時に排気浄化触媒に流入するＮＯＸのほとんどは還元剤により還元されることなく排気浄化触媒に吸着され、排気浄化触媒の昇温時には排気浄化触媒から放出されるＮＯＸと、排気浄化触媒に流入するＮＯＸとが還元剤により還元される。そこで４番目の発明では、排気浄化触媒の昇温時に還元剤供給手段が供給する還元剤量を排気浄化触媒の降温時に供給する還元剤量よりも多くし、それによって排気浄化触媒の昇温時にＮＯＸを確実に還元するようにすると共に降温時にＮＯＸを還元することなく排気浄化触媒から流出する還元剤量を低減するようにしている。
【００１０】
【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燃料噴射弁、１０は燃料噴射弁９に燃料を圧送する機関駆動式の燃料ポンプをそれぞれ示す。各気筒の吸気ポート５はそれぞれ対応する吸気枝管１１を介して共通のサージタンク１２に接続され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介してエアクリーナ１４に接続される。吸気ダクト１３内には負圧式または電磁式のアクチュエータ１５により駆動される吸気絞り弁１６が配置される。この吸気絞り弁１６は通常全開とされ、機関負荷が極低いときのみわずかに閉弁される。一方、各気筒の排気ポート７は共通の排気マニホルド１７に接続され、この排気マニホルド１７はＮＯ２生成触媒１８を内蔵した触媒コンバータ１９に接続される。触媒コンバータ１９は排気管２０を介して排気浄化触媒２１を内蔵した触媒コンバータ２２に接続される。後述するように、排気浄化触媒２１内に流入する排気温度はできるだけ低いのが好ましく、したがって図１の排気浄化触媒２１は機関排気通路のうちできるだけ下流側に配置される。例えば、排気浄化触媒２１をマフラ（図示しない）内に配置することができる。なお、燃料ポンプ１０およびアクチュエータ１５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。
【００１１】
図１の排気浄化触媒２１は通電加熱式触媒またはヒータ付き触媒から形成される。すなわち、排気浄化触媒２１は例えば図２に示されるように金属製薄板２３と金属製波形板２４とを交互に同心円状に巻いたような形状をなしており、これら金属製薄板２３および金属製波形板２４によって触媒粒子が担持される。これら金属製薄板２３および金属製波形板２４に電流を流すと金属製薄板２３および金属製波形板２４が発熱し、斯くして触媒粒子が加熱される。したがって金属製薄板２３および金属製波形板２４は触媒担体を構成すると同時にヒータの役割を果たす。このヒータ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。
【００１２】
再び図１を参照すると、排気管２０内には還元剤を２次的に供給する還元剤噴射弁２５が取り付けられる。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を用いることができる。しかしながら、図１のディーゼル機関では、燃料噴射弁９から噴射される機関の燃料と同一の燃料を還元剤噴射弁２５から噴射するようにしている。したがって還元剤供給用の追加の還元剤タンクを必要としない。なお、還元剤噴射弁２５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。
【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。サージタンク１２にはサージタンク１２内の負圧に比例した出力電圧を発生する負圧センサ３７が取り付けられ、この負圧センサ３７の出力電圧はＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。排気浄化触媒２１には排気浄化触媒２１の温度（以下、触媒温度と称する）ＴＣに比例した出力電圧を発生する温度センサ３９が取り付けられ、この温度センサ３９の出力電圧はＡＤ変換器４０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４１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。さらに、アクセルペダル４２の踏み込み量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する踏み込み量センサ４３の出力電圧がＡＤ変換器４４を介して入力ポート３５に入力される。一方、出力ポート３６はそれぞれ対応する駆動回路４５を介して各燃料ポンプ１０、アクチュエータ１５、排気浄化触媒２１への通電制御用リレー４６、および還元剤噴射弁２５にそれぞれ接続される。
【００１４】
排気浄化触媒２１は上述の金属製薄板２３および金属製波形板２４により担持されたゼオライト、アルミナなどの多孔質担体上に、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄなどの貴金属、または銅Ｃｕ、鉄Ｆｅなどの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２１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２１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。なお、以下では、排気浄化触媒２１としてゼオライトに白金Ｐｔを担持させてなるＰｔゼオライト触媒を用いた場合について説明するが、他の触媒を用いた場合も同様である。
【００１５】
図３は定常状態におけるＰｔゼオライト触媒２１のＮＯＸ  浄化率ＥＮと触媒温度ＴＣとの関係を示している。図３からわかるように、ＮＯＸ  浄化率ＥＮは触媒温度ＴＣがＴＭのときに最大値ＥＮＭとなり、触媒温度ＴＣがＴＭから低くなるにつれて、或いはＴＭから高くなるにつれてＮＯＸ  浄化率ＥＮが低くなる。また、触媒温度が下限しきい温度ＴＬから上限しきい温度ＴＵまでの範囲、すなわちウィンドウ内にあるとＮＯＸ  浄化率ＥＮは許容下限浄化率ＥＮＴＯＲよりも高くなる。なお、Ｐｔゼオライト触媒の場合、ＮＯＸ  浄化率ＥＮの最大値ＥＮＭは３０から５０％程度であり、許容下限浄化率ＥＮＴＯＲは１５から２５％程度である。また、この場合の下限しきい温度ＴＬは約２００℃であり、上限しきい温度ＴＵは約３００℃である。
【００１６】
ところで、冒頭で述べたように、Ｐｔゼオライト触媒２１は、流入する排気中のＮＯＸ  を一時的に吸着するＮＯＸ  吸着能を備えていることが判明している。この場合のＮＯＸ  吸着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、流入する排気中のＮＯＸ  が白金Ｐｔ粒子の表面上にＮＯ２  の形で化学吸着でもって吸着されると考えられている。また、Ｐｔゼオライト触媒２１のＮＯＸ  吸着容量ＮＡＣは図４に示されるように触媒温度ＴＣが低いときほど大きいことも判明している。したがって、触媒温度ＴＣが下降するとＰｔゼオライト触媒２１のＮＯＸ  吸着容量ＮＡＣが大きくなるので触媒温度ＴＣが下降するとＮＯＸ  吸着容量ＮＡＣが大きくなった分だけ流入する排気中のＮＯＸ  が吸着される。一方、触媒温度ＴＣが上昇するとＰｔゼオライト触媒２１のＮＯＸ  吸着容量ＮＡＣが小さくなるので触媒温度ＴＣが上昇するとＮＯＸ  吸着容量ＮＡＣが小さくなった分だけＰｔゼオライト触媒２１から吸着しているＮＯＸ  が放出される。
【００１７】
このＰｔゼオライト触媒２１から放出されたＮＯＸ  は還元剤存在下および酸素雰囲気においてほぼ全量が還元、浄化される。したがって、Ｐｔゼオライト触媒２１を交互に繰り返し昇降温させてＰｔゼオライト触媒２１にＮＯＸ  吸着作用と、ＮＯＸ  放出浄化作用とが交互に繰り返し行わせればＮＯＸ  を良好に浄化することができることになる。これが本発明の基本的な排気浄化方法である。
【００１８】
多量のＮＯＸ  を浄化するためには降温時においてＰｔゼオライト触媒２１に多量のＮＯＸ  を吸着させればよい。また、降温時においてＰｔゼオライト触媒２１に多量のＮＯＸ  を吸着させるためには昇温時においてＰｔゼオライト触媒２１から多量のＮＯＸ  を放出させてＮＯＸ  吸着容量を確保しておけばよい。
一方、上述したように触媒温度ＴＣが低いときほどＰｔゼオライト触媒２１のＮＯＸ  吸着容量が大きくなる。そこで、降温時においてＮＯＸ  吸着容量ＮＡＣがほぼ最大容量ＣＭＡＸとなる温度ＬＴＨ（図４参照）までＰｔゼオライト触媒２１を降温するようにしている。この最大容量ＣＭＡＸはＰｔゼオライト触媒２１の体積、または触媒粒子の表面積や種類などに応じて定まるものであり、したがって触媒温度ＴＣを下限しきい値ＬＴＨまで下降させればＮＯＸ  吸着量を最大にすることができる。また、昇温時においてＮＯＸ  吸着容量ＮＡＣがほぼ零となる温度ＵＴＨ（図４参照）までＰｔゼオライト触媒２１を昇温するようにしている。その結果、Ｐｔゼオライト触媒２１のＮＯＸ  吸着量ＱＡＮをほぼ零にすることができ、次いで行われるＮＯＸ  吸着作用時に多量のＮＯＸ  を吸着させることが可能となる。すなわち、図１のディーゼル機関では、Ｐｔゼオライト触媒を交互に繰り返し昇降温すると共に昇温時には上限しきい温度ＵＴＨまで昇温し、降温時には下限しきい温度ＬＴＨまで降温するようにしている。
【００１９】
ところで、Ｐｔゼオライト触媒２１の下限しきい温度ＬＴＨは約１５０℃であり、上限しきい温度ＵＴＨは約３５０℃であることが判明している。したがって、Ｐｔゼオライト触媒２１の下限しきい温度ＬＴＨはＰｔゼオライト触媒２１のウィンドウを定める下限しきい温度ＴＬ（図３参照）よりも低く、上限しきい温度ＵＴＨはＰｔゼオライト触媒２１のウィンドウを定める上限しきい温度ＴＵ（図３参照）よりも高い。したがって、上限および下限しきい温度ＵＴＨ，ＬＴＨ間でＰｔゼオライト触媒を昇降温する場合にはＰｔゼオライト触媒２１のウィンドウを越えて昇降温することになる。
【００２０】
次に図５のタイムチャートを参照して本発明の排気浄化方法をさらに詳細に説明する。
図５を参照すると、時間ａからｂまではＰｔゼオライト触媒２１の降温時を示している。触媒温度ＴＣが下降するにつれてＰｔゼオライト触媒２１のＮＯＸ  吸着量ＱＡＮが次第に増加する。また、Ｐｔゼオライト触媒２１の出口側における排気中のＮＯＸ  濃度ＣＮＯが次第に低下し、次いでほぼ零となる。なお、図５においてＣＮＩはＰｔゼオライト触媒２１の入口側における排気中のＮＯＸ  濃度を表している。したがって、降温時に流入する排気中のＮＯＸ  のほとんどがＰｔゼオライト触媒２１に吸着されることがわかる。次いで、触媒温度ＴＣが下限しきい値ＬＴＨとなるとＮＯＸ  吸着量ＱＡＮが、Ｐｔゼオライト触媒２１の最大容量ＣＭＡＸに相当する最大吸着量ＱＭＡＸとなる。
【００２１】
続く時間ｂからｃまではＰｔゼオライト触媒２１の昇温時を示している。触媒温度ＴＣが上昇するにつれてＮＯＸ  吸着量ＱＡＮが次第に低下する。すなわち、Ｐｔゼオライト触媒２１からＮＯＸ  が放出される。この放出されたＮＯＸ  はそのほぼ全量が浄化される。一方、Ｐｔゼオライト触媒２１の昇温時に流入する排気中のＮＯＸ  は概ね、その時点における触媒温度ＴＣに応じたＮＯＸ  浄化率ＥＮ（図３参照）でもって浄化される。次いで、触媒温度ＴＣが上限しきい値ＵＴＨとなるとＮＯＸ  吸着量ＱＡＮがほぼ零となる。
【００２２】
続く時間ｃからｄでは降温過程が行われ、続く時間ｄからｅでは昇温過程が行われ、このようにして降温過程と昇温過程とが交互に繰り返し行われる。
ところで、Ｐｔゼオライト触媒２１流入する排気中のＮＯＸ  に対するＮＯＸ  浄化作用のことを考えると昇温過程時におけるＮＯＸ  浄化率（（ＣＮＯ−ＣＮＩ）／ＣＮＩ）は降温過程時におけるよりも低くなる。したがって、触媒温度ＴＣを上限しきい温度ＵＴＨまで速やかに上昇させて昇温過程時間をできるだけ短くするのが好ましい。一方、降温過程時において触媒温度ＴＣを下限しきい温度ＬＴＨまで速やかに下降させるとＰｔゼオライト触媒２１のＮＯＸ  吸着容量を速やかに最大容量とすることができる。この場合、例えばＮＯＸ  吸着量ＱＡＮが最大量ＱＭＡＸとなるまで触媒温度ＴＣを下限しきい温度ＬＴＨに維持することもできる。
【００２３】
ところが、降温過程時に触媒温度ＴＣを急激に低下させると流入する排気中のＮＯがＰｔゼオライト触媒２１においてＮＯ２  に酸化されず、その結果Ｐｔゼオライト触媒２１に吸着されることなく排出される恐れがある。そこで、図１のディーゼル機関はＰｔゼオライト触媒２１および還元剤噴射弁２５上流に、流入する排気中のＮＯを酸化してＮＯ２  を生成するＮＯ２  生成触媒１８を備えている。したがって、Ｐｔゼオライト触媒２１に流入するＮＯＸ  のほぼ全量がＮＯ２  の形となるのでＮＯＸ  がＰｔゼオライト触媒２１に良好に吸着される。なお、ＮＯ２  生成触媒１８はいわゆる酸化触媒から形成することができる。
【００２４】
Ｐｔゼオライト触媒２１の触媒温度ＴＣを制御するために、すなわちＰｔゼオライト触媒２１を昇温し、或いは降温するためにどのような方法を用いてもよい。図１のディーゼル機関では、上述したようにＰｔゼオライト触媒２１をヒータ付き触媒から構成してＰｔゼオライト触媒２１を昇温すべきときにはヒータを作動させ、Ｐｔゼオライト触媒２１を降温すべきときにはヒータの作動を停止するようにしている。ヒータの作動が停止されるとＰｔゼオライト触媒２１は流入する排気の温度に向けて下降する。この場合、Ｐｔゼオライト触媒２１は上述したように機関排気通路の下流部分に配置されており、このためＰｔゼオライト触媒２１に流入する排気の温度が低く維持されている。なお、Ｐｔゼオライト触媒２１に２次空気を供給するための２次空気供給装置を設けてＰｔゼオライト触媒２１を降温すべきときにＰｔゼオライト触媒２１に２次空気を供給するようにしていもよい。或いは、Ｐｔゼオライト触媒２１内に冷媒通路を形成してＰｔゼオライト触媒２１を降温すべきときにこの冷媒通路内に冷媒を流通させるようにすることもできる。
【００２５】
ところで、ディーゼル機関において空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ運転を行うと気筒から好ましくないスモークやパティキュレートが排出される。そこで、図１のディーゼル機関では各気筒において常時、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン運転を行うようにしている。したがって、Ｐｔゼオライト触媒２１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、Ｐｔゼオライト触媒２１から放出されたＮＯＸ  が流入する排気中の還元剤によって良好に還元される。この場合、機関から排出される未燃ＨＣやＣＯなども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、還元剤噴射弁２５から排気管２０内に還元剤を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。
【００２６】
なお、Ｐｔゼオライト触媒２１の降温時にはＰｔゼオライト触媒２１に流入するＮＯＸのほぼ全量がＰｔゼオライト触媒２１に吸着され、ＮＯＸの還元反応はほとんど行われない。したがって、Ｐｔゼオライト触媒２１の降温時に還元剤を供給するとこの還元剤がＮＯＸを浄化することなくＰｔゼオライト触媒２１から排出される恐れがある。そこで、図１のディーゼル機関ではＰｔゼオライト触媒２１の昇温時にのみ還元剤噴射弁２５による還元剤供給作用を行い、Ｐｔゼオライト触媒２１の降温時には還元剤噴射弁２５による還元剤供給作用を停止するようにしている。
【００２７】
図６および図７は上述の実施態様を実行するためのルーチンを示している。これらのルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによってそれぞれ実行される。
図６はＰｔゼオライト触媒２１を昇温すべきか降温すべきかを判定するためのルーチンを示している。
【００２８】
図６を参照すると、まずステップ５０ではＰｔゼオライト触媒２１を昇温すべきときにセットされ、Ｐｔゼオライト触媒２１を降温すべきときにリセットされる昇温フラグがセットされているか否かが判別される。昇温フラグがセットされているとき、すなわちＰｔゼオライト触媒２１を昇温すべきときには次いでステップ５１に進み、触媒温度ＴＣが上限しきい温度ＵＴＨよりも高いか否かが判別される。ＴＣ＞ＵＴＨのときには次いでステップ５２に進み、Ｐｔゼオライト触媒２１を降温すべきであると判断して昇温フラグをリセットした後に処理サイクルを終了する。これに対してＴＣ≦ＵＴＨのときには昇温フラグをセットした状態に維持しつつ処理サイクルを終了する。
【００２９】
一方、ステップ５０において昇温フラグがセットされていないとき、すなわちＰｔゼオライト触媒２１を降温すべきときには次いでステップ５３に進み、触媒温度ＴＣが下限しきい温度ＬＴＨよりも低いか否かが判別される。ＴＣ＜ＬＴＨのときには次いでステップ５４に進み、Ｐｔゼオライト触媒２１を昇温すべきであると判断して昇温フラグをセットした後に処理サイクルを終了する。これに対してＴＣ≧ＵＴＨのときには昇温フラグをリセットした状態に維持しつつ処理サイクルを終了する。
【００３０】
図７は排気浄化制御を実行するためのルーチンである。
図７を参照すると、まずステップ６０では図６のルーチンにおいてセットまたはリセットされる昇温フラグがセットされているか否かが判別される。昇温フラグがセットされているとき、すなわちＰｔゼオライト触媒２１を昇温すべきときには次いでステップ６１に進み、Ｐｔゼオライト触媒２１のヒータが作動される。続くステップ６２では還元剤噴射弁２５から還元剤が供給される。次いで処理サイクルを終了する。これに対し、ステップ６０において昇温フラグがセットされていないとき、すなわちＰｔゼオライト触媒２１を降温すべきときには次いでステップ６３に進み、ヒータの作動を停止する。続くステップ６４では還元剤噴射弁２５からの還元剤供給作用が停止される。次いで処理サイクルを終了する。
【００３１】
図８は別の実施態様を示している。図８において、図１に示す実施態様と同様の構成要素は同一の参照番号で説明する。
図８を参照すると、燃料噴射弁９は電磁式の噴射弁から構成され、各気筒の燃料噴射弁に対し共通の燃料用蓄圧室７０を介して燃料ポンプ１０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。また、図８のＰｔゼオライト触媒２１にはヒータが設けられていない。さらに、図１に示される還元剤噴射弁およびＮＯ２  生成触媒も省略されている。
【００３２】
図８のディーゼル機関においても図１のディーゼル機関と同様に、Ｐｔゼオライト触媒２１を交互に繰り返し昇降温すると共に昇温時には上限しきい温度ＵＴＨまで昇温し、降温時には下限しきい温度ＬＴＨまで降温するようにしている。また、ＮＯＸ  を良好に還元するために、Ｐｔゼオライト触媒２１に還元剤を供給している。しかしながら、図８のディーゼル機関では燃料噴射弁９から還元剤が供給される。すなわち、例えば圧縮上死点周りに行われる通常の燃料噴射に加えて、燃料噴射弁９から膨張行程または排気行程に２回目の燃料噴射、すなわち２次燃料噴射を行い、それによって排気中に還元剤を２次的に供給するようにしている。なお、この２次燃料噴射による燃料は機関出力にほとんど寄与しない。
【００３３】
ところで、Ｐｔゼオライト触媒２１のようなゼオライト系触媒は、触媒温度が低いときに流入する排気中のＨＣを細孔内に物理吸着でもって吸着し、触媒温度が高くなると吸着しているＨＣを放出するＨＣ吸放出作用を行うことが判明している。また、Ｐｔゼオライト触媒２１の昇温時において、Ｐｔゼオライト触媒２１から放出されたＨＣと、Ｐｔゼオライト触媒２１から放出されたＮＯＸ  間の距離は非常に短く、このためＰｔゼオライト触媒２１から放出されたＮＯＸ  を効果的に浄化できると考えられる。そこで、図８のディーゼル機関ではＰｔゼオライト触媒２１の降温時にも２次燃料噴射を行ってＰｔゼオライト触媒２１に還元剤を供給するようにしている。しかしながら、Ｐｔゼオライト触媒２１のＨＣ吸着容量は比較的小さく、したがってＰｔゼオライト触媒２１の降温時における２次噴射燃料量は昇温時におけるよりも少なくされている。
【００３４】
さらに、図８のディーゼル機関では２次燃料噴射時期を制御することによりＰｔゼオライト触媒２１の触媒温度ＴＣを制御するようにしている。すなわち、２次燃料噴射時期を進角すると燃焼室４内で燃焼する２次噴射燃料量が多くなるのでＰｔゼオライト触媒２１に流入する排気の温度が上昇し、その結果Ｐｔゼオライト触媒２１が昇温される。また、２次燃料噴射時期を遅角すると燃焼室４内で燃焼する２次噴射燃料量が少なくなるのでＰｔゼオライト触媒２１に流入する排気の温度が下降し、その結果Ｐｔゼオライト触媒２１が降温される。例えば、Ｐｔゼオライト触媒２１を昇温すべきときには２次燃料噴射時期を圧縮上死点後９０°ＣＡとし、Ｐｔゼオライト触媒２１を降温すべきときには２次燃料噴射時期を圧縮上死点後１５０°ＣＡとすることができる。
【００３５】
図９は上述の排気浄化制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図９を参照すると、まずステップ８０では図６のルーチンにおいてセットまたはリセットされる昇温フラグがセットされているか否かが判別される。昇温フラグがセットされているとき、すなわちＰｔゼオライト触媒２１を昇温すべきときには次いでステップ８１に進み、２次燃料噴射時期が進角される。続くステップ６２では還元剤量が増大される。次いで処理サイクルを終了する。これに対し、ステップ８０において昇温フラグがセットされていないとき、すなわちＰｔゼオライト触媒２１を降温すべきときには次いでステップ８３に進み、２次燃料噴射時期が遅角される。続くステップ８４では還元剤量が減量される。次いで処理サイクルを終了する。
【００３６】
これまで述べてきた実施態様では、触媒温度ＴＣを検出するために温度センサ３９を設けている。しかしながら、触媒温度ＴＣはＰｔゼオライト触媒２１に流入する排気温度から推定することができ、この排気温度は機関運転状態、すなわち例えばアクセルペダル４０の踏み込み量ＤＥＰおよび機関回転数Ｎから推定することができる。したがって、触媒温度ＴＣを機関運転状態から推定するようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
排気浄化触媒に多量のＮＯＸ  を吸着させることができるのでＮＯＸ  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】排気浄化触媒の断面図である。
【図３】定常状態における排気浄化触媒のＮＯＸ  浄化率と触媒温度との関係を示す線図である。
【図４】排気浄化触媒のＮＯＸ  吸着容量を示す線図である。
【図５】本発明の排気浄化方法を説明するタイムチャートである。
【図６】昇降温判定を実行するためのフローチャートである。
【図７】排気浄化制御を実行するためのフローチャートである。
【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に示す実施態様において排気浄化制御を実行するためのフローチャートである。
【符号の説明】
９…燃料噴射弁
１７…排気マニホルド
１８…ＮＯ２  生成触媒
２１…排気浄化触媒
２５…還元剤噴射弁
３９…温度センサ
７０…蓄圧室
【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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